半导体工艺的温度测量和调节方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104253060 A (43)申请公布日 2014.12.31 CN 104253060 A (21)申请号 201310264417.4 (22)申请日 2013.06.27 H01L 21/66(2006.01) (71)申请人 甘志银 地址 528251 广东省佛山市南海区平洲南港 路沙尾工业西区 C 栋一楼 (72)发明人 甘志银 胡少林 (74)专利代理机构 上海市华诚律师事务所 31210 代理人 李平 (54) 发明名称 半导体工艺的温度测量和调节方法 (57) 摘要 半导体工艺的温度测量和调节方法， 在整个 有效温度区域内的中心区域开辟一个与工艺相对。

2、 无关的小区域的测温区， 当整个盘面温度平衡时， 中心温度的测量值代表整个盘面的准确温度测量 值。步骤如下 ： 1、 先设定目标温度值， 加热器升 温 ； 2、 用两个以上的径向测温仪进行温度检测 ； 3、 加热器温度调节至径向测温仪的读数相同 ； 4、 将中心测温仪读数与设定目标温度值比较 ； 5、 如 读数大于设定目标温度值， 加热器降温， 重复步骤 2 至 4 直到两者相等 ； 如读数小于设定目标温度 值， 加热器升温， 重复步骤 2 至 4 直到两者相等。 本发明的优点是巧妙的避免或减少了反应腔内环 境变化对测温准确性的影响， 并降低了径向测温 仪温度准确性要求。 (51)Int.Cl。

3、. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104253060 A CN 104253060 A 1/1 页 2 1. 一种半导体工艺的温度测量和调节方法， 被测温度目标的中心测温区域具备相对准 确的测温条件， 其特征在于该方法依次包含以下步骤 ： 步骤 1， 在被测温度的目标上方预设中心测试孔和多个径向测试孔然后设定目标温度 值， 加热器升温 ； 步骤 2， 用两个以上的径向测温仪经多个径向测试孔进行温度检测 ； 步骤 3， 对加热器进行温度调节， 直到各个径。

4、向测温仪的读数相同 ； 步骤 4， 用中心测温仪对中心测试孔测温， 将中心测温仪测得的读数与设定目标温度值 进行比较 ； 步骤5如果中心测温仪读数大于设定目标温度值， 对加热器降温， 并重复步骤2至步骤 4， 直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者相等 ； 如果读数小于设定目标温度值， 对 加热器升温， 并重复步骤 2 至步骤 4， 直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者相等 ； 步骤 6， 读取中心测温仪读数。 2. 根据权利要求 1 所述的半导体工艺的温度测量和调节方法， 其特征在于所述步骤 2 径向测温仪的测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。 3. 根据权利要求 1 所述的半。

5、导体工艺的温度测量和调节方法， 其特征在于步骤 2 所述 的用两个以上的径向测温仪的径向测温方式一致。 4. 根据权利要求 1 所述的半导体工艺的温度测量和调节方法， 其特征在于步骤 4 中的 中心测温仪测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。 5. 根据权利要求 1 所述的半导体工艺的温度测量和调节方法， 其特征在于所述被测温 度目标的中心区域具备使用红外测温相对准确的测温条件为 ： 测温表面状态稳定。 6. 权利要求 1 的半导体工艺的温度测量和调节方法， 其特征在于所述被测温度目标为 半导体工艺中使用的载片盘或者衬底表面。 权 利 要 求 书 CN 104253060 A 2 1/3。

6、 页 3 半导体工艺的温度测量和调节方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于半导体工艺中的温度在线测量与调节的温度测量和调节方 法， 尤其是化学气相沉积设备 （CVD） 工艺总的温度在线测量和调节方法。 背景技术 0002 化学气相沉积设备 （Chemical Vapor Deposition, 简称 CVD） 是一种半导体外延 生长设备， 随着半导体技术的发展， 对影响半导体器件的工艺参数的检测与控制的要求越 来越高。半导体生长工艺， 如 CVD 外延生长工艺中的温度实时精确测量与调节对外延薄膜 的质量影响很大， 特别是对外延薄膜的均匀性的影响尤其突出， 解决不好， 影响设备的工业 化应。

7、用。 0003 传统的温度的测量主要依靠铂、 铑等贵重金属制造的热电偶， 对于 CVD 系统， 热电 偶由于设备空间布置受限以及工艺本身限制的关系， 无法直接测量外延片上的薄膜表面或 载片盘表面的生长温度， 所以必须依赖非接触式高温测量方法。目前的光学测温方法是通 过直接测量一定波段的辐射光来计算外延片表面的温度， 但由于测试的光路受到反应腔内 气流变化、 测试表面沉积物变化以及载片盘旋转等的影响很难测得测试表面的真实温度， 即便是采用比色或者多波长的红外测温方法， 也不能达到可靠的效果， 原因是薄膜的干涉 效应会使测温表面的发射率发生非线性的变化。 然而载片盘表面或者外延薄膜表面的真实 温度。

8、的在线测量掌握对工艺人员来说极其重要， 对外延薄膜质量有重要影响， 另外载片盘 温度均匀性也直接影响外延薄膜的厚度、 组分均匀性、 一致性。因此如何准确、 简便在线测 量载片盘或外延薄膜表面的真实温度， 并使载片盘温度调节均匀是人们一直探索解决的难 题。 发明内容 0004 本发明的目的是为了解决目前半导体设备生长工艺尤其是 CVD 工艺中在线真实 温度测量技术存在的问题， 提出一种利用中心测温结合径向测温的温度测量与调节方法。 由于载片盘中央气流稳定、 化学反应较少， 并处于旋转中心， 其温度测试环境较为稳定， 特 别是本发明通过气流的特别设计， 可以使中心区域的衬底表面或者载片台表面基本稳。

9、定， 通过中心测温仪的温度标定， 可以准确获得载片盘中心的真实温度 ； 在载片盘径向方向上， 一般在不同半径分别选取两个以上测试点进行温度测量， 当测得温度相等时， 可以认为载 片盘表面的温度达到均匀一致， 即中心温度实际上也与径向温度相等， 虽然两者读数可能 会不同， 但是中心温度也就代表了整个载片台的真实温度。 本发明正是结合这两点， 通过径 向测温仪测量和加热器的温度调节使载片盘温度均匀一致， 此时利用中心测温仪的准确测 温读取温度值， 即为我们关心的真实温度值。 温度测量中， 中心测温仪和径向测温仪该方法 测温方式可以为单波长或双波长或者多波长温度测量。 0005 为了达到上述目的， 。

10、对被测温度目标的中心测温区域具备相对准确的测温条件 的， 本发明的方法依次包含以下步骤 ： 说 明 书 CN 104253060 A 3 2/3 页 4 0006 步骤 1， 在被测温度的目标上方预设中心测试孔和多个径向测试孔然后设定目标 温度值， 加热器升温 ； 0007 步骤 2， 用两个以上的径向测温仪经多个径向测试孔进行温度检测 ； 0008 步骤 3， 对加热器进行温度调节， 直到各个径向测温仪的读数相同 ； 0009 步骤 4， 用中心测温仪对中心测试孔测温， 将中心测温仪测得的读数与设定目标温 度值进行比较 ； 0010 步骤5如果中心测温仪读数大于设定目标温度值， 对加热器降温。

11、， 并重复步骤2至 步骤 4， 直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者相等 ； 如果读数小于设定目标温度 值， 对加热器升温， 并重复步骤 2 至步骤 4， 直到中心测温仪的读数与设定目标温度值两者 相等 ； 0011 步骤 6， 读取中心测温仪读数。 0012 上述步骤 2 径向测温仪的测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。优选 地 ： 用两个以上的径向测温仪经多个径向测试孔进行温度检测的过程中， 径向测温仪测温 方式保持一致， 可以较好地保证测得温度的相对值的准确性， 能准确地使温度调节均匀。 0013 上述步骤 4 中的中心测温仪测温方式为单波长或双波长或者多波长温度测量。 00。

12、14 被测温度目标的中心区域具备使用红外测温相对准确的测温条件为 ： 测温表面状 态稳定。所述被测温度目标为半导体工艺中使用的载片盘或者衬底表面。 0015 完成以上步骤后， 载片盘表面温度达到均匀， 且准确达到设定温度值， 达到在线温 度测量和调节目的。 0016 本发明的优点是 ： 在整个有效温度区域内的中心区域开辟一个与工艺相对无关的 小区域的测温区， 当整个盘面温度平衡时， 中心温度的测量值代表整个盘面的准确温度测 量值。巧妙的避免或减少了反应腔内环境变化对测温准确性的影响， 并降低了径向测温仪 温度准确性要求， 可以准确、 简单获得测试表面的真实温度， 并调节均匀。 附图说明 001。

13、7 图 1 为本发明温度测量与调节方法一个实施例示意图 ； 0018 图 2 是本发明实施例一气体输入板俯视图 ； 0019 图 3 是本发明温度测量与调节方法流程图。 0020 图中， 1 气体输入板、 2 反应腔、 3 载片盘、 4 加热器、 5 支撑旋转轴、 6 为衬底， 7 为中 心测试孔， 8、 9、 10 分别为径向测试孔， 11 为中心测温仪， 12、 13、 14 分别为径向测温仪。 具体实施方式 0021 下面结合附图进一步说明本发明的实施例 ： 0022 实施例一 0023 参见图 1、 图 2。本实施例为实时测量载片盘 3 表面的真实温度， 并调节均匀。温 度测量中， 中。

14、心测温仪和径向测温仪该方法测温方式可以为单波长或双波长或者多波长温 度测量。 本实施例中， 中心测温仪测温方式为双波长温度测量， 径向测温仪为单波长温度测 量。根据图 3 所示的流程图， 对被测温度目标的中心测温区域具备相对准确的测温条件的， 即温度表面状态稳定的载片盘 3 进行温度测量和调节， 步骤依次如下 ： 说 明 书 CN 104253060 A 4 3/3 页 5 0024 步骤 1 ： 在载片盘 3 上方的气体输入板 1 上预设中心测试孔 7 和三个径向测试孔 8、 9、 10， 然后设定目标温度值， 加热 ,4 升温 ； 0025 步骤 2 ： 径向测温仪 12、 13、 14 。

15、经中心测试孔 7 和三个径向测试孔 8、 9、 10 对载片 盘3表面进行温度测量 ； 径向测温仪12、 13、 14的测温方式为单波长或双波长或者多波长温 度测量。三个径向测温仪经三个径向测试孔进行温度检测的过程中， 径向测温仪测温方式 保持一致， 这样可以较好地保证测得温度的相对值的准确性， 能准确地使温度调节均匀。 0026 步骤 3 ： 对加热器 4 进行温度调节， 直到径向测温仪 12、 13、 14 的读数相同 ； 0027 步骤 4 ： 用中心测温仪 11 中心测试孔 7 测温， 测得的读数与设定目标温度值进行 比较 ； 0028 步骤 5 ： 如果中心测温仪 11 读数大于设定。

16、目标温度值， 加热器 4 降温， 并重复步骤 2至步骤4， 直到中心测温仪11的读数与设定目标温度值两者相等 ； 如果读数小于设定目标 温度值， 加热器 4 升温， 并重复步骤 2 至步骤 4， 直到中心测温仪 11 的读数与设定目标温度 值两者相等。 0029 步骤 6 ： 读取中心测温仪 11 读数， 即为测温结果。 0030 完成以上步骤后， 载片盘 3 表面温度达到均匀， 且准确达到设定温度值， 达到在线 温度测量和调节目的。 0031 实施例二 ： 0032 实施例二与实施例一相同， 所不同的是 ： 温度测量的目标是衬底 6 表 面。在本实 施例中， 中心测温仪测温方式为多波长温度测量， 径向测温仪为双波长波长温度测量。 三个 径向测温仪经三个径向测试孔进行温度检测的过程中， 径向测温仪测温方式保持一致。 说 明 书 CN 104253060 A 5 1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104253060 A 6 2/3 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 104253060 A 7 3/3 页 8 图 3 说 明 书 附 图 CN 104253060 A 8 。