半导体检测装置、半导体检测系统及检测衬底温度的方法
【专利摘要】一种半导体检测装置，其应用于半导体处理设备中，所述半导体处理设备包括反应腔体，所述反应腔体内设置有用以支撑衬底的支撑座，所述反应腔体具有腔体部件，所述支撑座设有用以定位衬底的若干腔体。所述半导体检测装置固定于所述反应腔体的腔体部件上，从而在衬底沉膜过程中能够实现对衬底温度的及时检测。所述半导体检测装置能够获知所述衬底的位置，并能够通过运动的方式对所述衬底进行检测，从而避免了现有技术中固定式探测器难以与衬底精确定位的问题。另外，本发明还揭示了由该半导体检测装置组成的半导体检测系统及用以检测衬底温度的方法。
【专利说明】半导体检测装置、半导体检测系统及检测衬底温度的方法
【【技术领域】】
[0001]本发明涉及一种半导体检测装置、一种半导体检测系统及一种检测衬底温度的方法。
【【背景技术】】
[0002]在利用有机金属化学气相沉积法(MOCVD)进行硅的外延薄膜生长工艺中，加工参数(例如:温度、反射率、发射率及弯曲率等)需要被精确的控制。一般情况下，硅的外延薄膜生长工艺需要的处理温度在500°C至1300°C之间，因此监控设备通常设置于反应腔的外围，以避开反应腔内的高温、高压及腐蚀化学物质。
[0003]在硅的外延薄膜生长工艺中，同一个晶片(wafer)内及晶片与晶片之间的温度变化必须小于3°C，并且在某些特殊步骤中(例如:多量子阱沉积，MQWdepos it ion)，其温度变化必须小于1°C才能实现产品的大规模模生产。
[0004]通常，待处理的晶片是沿着单轴或者双轴旋转的，因此在绝大部分情况下，单一的固定式检测设备仅能够测量有限数量的晶片，难以对所有的晶片进行测量。为了实现对众多晶片的测量，现有的系统中通常设有非常多的固定式检测设备。另外，固定式检测设备的探测头与探测头之间精度往往满足工艺控制要求。请参如下表格，实验表明，即使相同厂商、相同型号的商业高温计，其在不同的温度下，测量黑体辐射所得到的测量参数也是不同 的。也就是说，在一个检测系统中，高温计的数量使用得越多，其测量精度就越差。
[0005]
【权利要求】
1.一种半导体检测装置，其应用于半导体处理设备中，所述半导体处理设备包括反应腔体，所述反应腔体包括腔体部件且所述反应腔体内设置有用以支撑衬底的支撑座，所述支撑座设置有用以定位所述衬底的若干腔体，其特征在于:所述半导体检测装置固定于所述反应腔体的腔体部件上，所述半导体检测装置能够获知所述衬底的位置，并能够通过运动的方式对所述衬底进行检测。
2.如权利要求1所述的半导体检测装置，其特征在于:所述半导体检测装置具有探测器，所述探测器设置于一个运动机构上从而使所述探测器能够通过运动的方式对所述衬底进行检测。
3.如权利要求2所述的半导体检测装置，其特征在于:所述半导体检测装置具有衬底位置反馈单元，以将所述衬底的位置反馈给所述探测器。
4.如权利要求1所述的半导体检测装置，其特征在于:所述反应腔体为MOCVD反应腔体，所述支撑座包括旋转驱动机构以驱动所述支撑座旋转。
5.如权利要求2所述的半导体检测装置，其特征在于:所述运动机构包括导轨及能够在该导轨上直线运动的滑台，所述探测器位于所述滑台上且与所述滑台一起运动。
6.如权利要求5所述的半导体检测装置，其特征在于:所述导轨为滚珠丝杠，所述运动机构还设有用以驱动滚珠丝杠的电机，所述滑台安装于滚珠丝杠上且能够通过该电机来控制探测器的直线运动。
7.如权利要求6所述的半导体检测装置，其特征在于:所述电机安装于滚珠丝杠的一端，所述运动机构还包括安装于滚珠丝杠另一端且用以支撑滚珠丝杠的支撑块。
8.如权利要求5所述的半导体检测装置，其特征在于:所述导轨为直线轴承，所述滑台安装于直线轴承上，所述运动机 构还设有用以控制所述滑台移动的推动气缸。
9.如权利要求8所述的半导体检测装置，其特征在于:所述运动机构还包括滚珠丝杠，所述推动气缸安装于滚珠丝杠的一端，所述滑台连接于滚珠丝杠，所述推动气缸直接驱动滚珠丝杠并通过滚珠丝杠来带动所述滑台移动。
10.如权利要求8所述的半导体检测装置，其特征在于:所述运动机构还包括若干定位所述滑台的电磁限位器。
11.如权利要求2所述的半导体检测装置，其特征在于:所述半导体检测装置还包括跟随运动机构一起运动的反射部件，所述反射部件用以将衬底表面的热量反射回去。
12.如权利要求11所述的半导体检测装置，其特征在于:所述反射部件为滑板式反射板组，其包括若干层叠设置的反射板。
13.如权利要求12所述的半导体检测装置，其特征在于:所述探测器设有探测头，所述腔体部件设有面对衬底且供探测头进行检测的通道，无论探测头运动到哪个位置，所述反射板始终是全面展开的。
14.如权利要求11所述的半导体检测装置，其特征在于:所述反射部件为卷轴式反射膜，所述卷轴式反射膜在运动机构的运动过程中始终处于展开状态。
15.如权利要求11所述的半导体检测装置，其特征在于:所述半导体检测装置还设有位于反射部件下方且用以密封该反应腔体的透明密封窗。
16.如权利要求2所述的半导体检测装置，其特征在于:所述运动机构包括旋转轴及能够绕该旋转轴旋转的旋转臂，所述探测器设置于该旋转臂上。
17.如权利要求2所述的半导体检测装置，其特征在于:所述腔体部件为盒状，其包括气体喷淋板、位于所述气体喷淋板上方的腔体顶壁及面对所述衬底且供探测器进行检测的若干通道，其中每一个通道包括上下贯穿所述气体喷淋板的第一检测窗及贯穿所述腔体顶壁的第二检测窗，所述第一检测窗与第二检测窗在竖直方向上是连通的，所述第二检测窗在腔体顶壁的顶部形成一个口径变大的石英窗，所述石英窗用以定位密封单元。
18.如权利要求2所述的半导体检测装置，其特征在于:所述探测器仅为一个且用以测量衬底表面的温度。
19.如权利要求2所述的半导体检测装置，其特征在于:所述探测器设有探测头，所述探测头能够在该反应腔体内运动或者在该反应腔体外运动。
20.一种半导体检测系统，其特征在于:包括如权利要求1至19中任意一项所述的半导体检测装置、位于支撑座下方的加温元件以及连接探测器与对应的加温元件以形成闭环系统的中间元件。
21.如权利要求20所述的半导体检测系统，其特征在于:所述支撑座包括基座及固定在基座上且用以支撑所述衬底的基架，所述若干腔体设置于基架的上表面上，所述加温元件位于所述基座的下方。
22.如权利要求21所述的半导体检测系统，其特征在于:所述半导体检测装置包括用以测量衬底上表面温度的第一高温计，所述半导体检测系统还包括用以测量基架上表面温度的第二高温计，所述第一高温计是发射率补偿高温计，所述第二高温计是非发射率补偿高温计。
23.如权利要求22所述的半导体检测系统，其特征在于:所述基座包括位于中部的第一区域、位于内侧的第二区域及位于外侧的第三区域，所述加温元件包括位于第一区域下方的第一加温元件、位于第二区 域下方的第二加温元件及位于第三区域下方的第三加温元件，其中所述第一加温元件主要用以为第一区域加热，所述第二加温元件主要用以为第二区域加热，所述第三加温元件主要用以为第三区域加热。
24.如权利要求23所述的半导体检测系统，其特征在于:所述中间元件包括与第一高温计相连的第一信号处理电路、与第一信号处理电路相连的第一控制器及与第一控制器相连的第一电源，其中所述第一信号处理电路用以记录第一高温计在不同位置所测量到的温度，并将这些温度与加工温度进行比较后，输出差分信号给第一控制器，第一控制器根据该差分信号调整由第一电源所提供的功率，从而调整由第一加温元件发出的热量。
25.如权利要求24所述的半导体检测系统，其特征在于:所述中间元件包括与第二高温计相连的第二信号处理电路、与第二信号处理电路相连的第二控制器及与第二控制器相连的第二电源，所述第二电源调整由第二加温元件及第三加温元件发出的热量。
26.如权利要求22所述的半导体检测系统，其特征在于:所述第一高温计是运动的，所述第二高温计是固定的或者运动的。
27.一种检测衬底温度的方法，其特征在于，包括如下步骤: 提供一个反应腔体，所述反应腔体包括腔体部件； 提供一个支撑座，将所述支撑座设置于该反应腔体内，所述支撑座用以支撑若干衬底并且所述支撑座能够旋转； 提供一个半导体检测装置，将所述半导体检测装置固定于所述反应腔体的腔体部件上，所述半导体检测装置能够获知所述衬底的位置，并能够通过运动的方式对所述衬底的温度进行检测。
28.如权利要求27所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:所述半导体检测装置具有探测器，所述探测器设置于一个运动机构上从而使所述探测器能够通过运动的方式对所述衬底的表面温度进行检测。
29.如权利要求28所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:所述半导体检测装置具有衬底位置反馈单元，以将所述衬底的位置反馈给所述探测器。
30.如权利要求27所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:所述反应腔体为MOCVD反应腔体，所述支撑座包括旋转驱动机构以驱动所述支撑座旋转。
31.如权利要求28所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:所述探测器仅为一个。
32.如权利要求28所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:所述探测器能够直线运动或者旋转运动。
33.如权利要求28所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:所述探测器设有探测头，所述探测头能够在该反应腔体内运动或者在该反应腔体外运动，均能够实现对衬底的表面温度进行检测。
34.如权利要求28所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:对衬底的温度进行的检测步骤中还包括提供一个跟随运动机构一起运动的反射部件，所述反射部件用以将衬底表面的热量反射回去。
35.如权利要求34所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:所述反射部件为滑板式反射板组或者卷轴式反射膜，并且所述反射部件在运动机构的运动过程中始终处于展开状态。
36.如权利要求28所述的检测衬底温度的方法，其特征在于:还包括提供位于支撑座下方的加温元件以及连接探测器与对应的加温元件以形成闭环系统的中间元件，所述中间元件包括与探测器相连的第一信号处理电路、与所述第一信号处理电路相连的第一控制器及与所述第一控制器相连的第一电源，其中所述第一信号处理电路用以记录所述探测器在不同位置所测量到的温度，并将这些温度与加工温度进行比较后，输出差分信号给第一控制器，第一控制器根据该差分信号调整由所述第一电源所提供的功率，从而调整由加温元件发出的热量。
【文档编号】H01L21/66GK103531495SQ201210229884
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月4日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】马悦, 宋涛, 黄占超, 何川, 袁刚, 侯俊立, 奚明 申请人:理想能源设备(上海)有限公司