CN108511510B - 温度监控晶圆以及腔室温度的监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种温度监控晶圆以及腔室温度的监控方法，所述温度监控晶圆用于对腔室内的温度进行监控检测，其包括：一基底以及形成于所述基底上的一荧光涂层，所述荧光涂层在不同的温度条件下具有不同的荧光特性。即，本发明利用荧光材质的荧光特性形成温度监控晶圆，并通过所述温度监控晶圆可对腔室内的温度进行监控检测，并可根据检查结果进一步推断出加热元件是否损坏，实现对加热元件的监控目的。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种温度监控晶圆以及腔室温度的监控方法。
背景技术
在半导体的制造领域中，晶圆的加工过程通常需在一工艺腔室中进行，并且，所述工艺腔室通常需维持在一定的温度范围内。当腔室内的温度出现异常时，将会直接对晶圆造成影响。
例如，在半导体的成膜工艺中，在执行薄膜沉积之前通常需先将晶圆置于脱气腔室中干燥，以去除晶圆表面的水汽，进而可避免在薄膜沉积的过程中由于水汽逸出而对所形成的薄膜造成影响。当晶圆在所述脱气腔室中的温度过高时，极易导致晶圆发生破裂。因此，对腔室内的温度进行监控检测至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种温度监控晶圆以及通过所述温度监控检测晶圆对腔室内的温度进行监控检测的方法，可在不影响设备利用率的情况下，在较短的时间内对腔室内的温度进行监控的目的。
为此，本发明提供了一种温度监控晶圆，所述温度监控晶圆用于对腔室内的温度进行监控检测，所述温度监控晶圆包括：一基底以及形成于所述基底上的一荧光涂层，所述荧光涂层在不同的温度条件下具有不同的荧光特性。
可选的，所述腔室包括一加热元件，通过所述加热元件使腔室内的温度维持在预定的范围内。
可选的，所述荧光涂层中的荧光材料为有机荧光材料。
可选的，所述荧光涂层为磷光体膜。
可选的，所述腔室的预定温度小于等于300℃。
可选的，所述荧光涂层的材质包括蒽。
可选的，所述荧光涂层的材质还包括正硅酸乙酯。
可选的，所述温度监控晶圆还包括一硅胶涂层，所述硅胶涂层覆盖所述荧光涂层。
本发明的又一目的在于，提供一种腔室温度的监控方法，其采用如上所述的温度监控晶圆进行监控检测，包括：
提供一温度监控晶圆，所述温度监控晶圆为形成有荧光涂层的晶圆，所述荧光涂层在不同的温度条件下具有不同的荧光特性；
将所述温度监控晶圆放置于腔室中；
观察所述温度监控晶圆中荧光涂层所产生的光；并判断是否为预定颜色或强度的光；若所述荧光涂层可产生预定颜色或强度的光时，则判定所述腔室内的温度无异常；若所述荧光涂层没有产生预定颜色或强度的光时，则判定所述腔室内的温度存在异常。
可选的，所述腔室包括一加热元件，通过所述加热元件使腔室内的温度维持在预定的范围内。
可选的，所述加热元件包括多个加热灯。
可选的，所述多个加热灯并联构成所述加热元件。
可选的，所述腔室为脱气腔室。
可选的，所述腔室具有一透明的观察窗口。
在本发明提供的温度监控晶圆中，其具有一荧光涂层，所述荧光涂层在不同的温度条件下会表现出不同的荧光特性。即，本发明利用荧光材质的荧光特性形成温度监控晶圆，并通过采用所述温度监控晶圆监控腔室中的温度变化，进而可在较短的时间完成对腔室温度进行监控的目的。其中，所述荧光涂层中的荧光材料可采用有机荧光材料，相比于无机荧光材料而言，有机荧光材料不会对腔室造成污染。
进一步的，针对具有加热元件的腔室而言，本发明提供了一种有别于直接对加热元件进行检查的解决思路。即，通过采用温度监控晶圆对腔室的温度进行检测，并根据检测结构推断腔室中加热元件是否损坏，从而可在不影响设备的利用率的情况下，于较短的时间内即可完成对腔室中的加热元件的监控目的，其操作简单并可节省大量的时间。
附图说明
图1为本发明一实施例中的温度监控晶圆的结构示意图；
图2为有机分子能级与电子跃迁过程的能级图；
图3为本发明一实施例中的腔室温度的监控方法的流程示意图；
图4为本发明一实施例中的腔室温度的监控方法中加热元件的电路图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种温度监控晶圆以及通过所述温度监控检测晶圆对腔室内的温度进行监控检测。其中，所述温度监控晶圆包括：一基底以及形成于所述基底上的一荧光涂层，所述荧光涂层在不同的温度条件下具有不同的荧光特性。
由于本发明提供的温度监控晶圆具有一荧光涂层，所述荧光涂层在不同的温度条件下会表现出不同的荧光特性，进而可根据温度监控晶圆所产生的光判断腔室中的温度是否异常。通过本发明提供的温度监控晶圆，可在腔室正常运行的情况下对其温度进行监控检查，其操作较为便利并可在较短的时间内完成。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的温度监控晶圆以及腔室温度的监控方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
图1为本发明一实施例中的温度监控晶圆的结构示意图，如图1所示，所述温度监控晶圆包括：一基底110以及形成于所述基底110上的一荧光涂层120，所述荧光涂层120在不同的温度条件下具有不同的荧光特性。即，所述荧光涂层120具有温度淬灭特性，随着温度的上升其发光强度下降，进而使发射光谱红移。具体的，所述荧光涂层120产生温度淬灭的原因在于：一是由于温度的升高，晶格振动加剧，从而使发光中心的晶格弛豫增强，无辐射跃迁几率增大，发光效率降低；二是由于温度的升高，使发光中心的状态或周围的微环境发生某种本质性变化，从而降低了发光效率。
利用所述荧光涂层120的温度淬灭特性，在对腔室中的加热元件进行监控时，当腔室中的温度大于淬灭温度时，随着温度的上升，所述荧光涂层120发射出的光强度逐渐减弱，甚至在较高的温度条件下所述荧光涂层120不产生光。如此一来，即可直接根据所述温度监控晶圆所产生的光颜色或者光强度，判断出所述腔室中的温度是否存在异常。
进一步的，所述腔室包括一加热元件，通过所述加热元件使腔室内的温度维持在预定的范围内。因此，所述加热元件是否发生损坏，将直接对腔室中的温度造成影响。可见，对于腔室中的加热元件的监控也尤为重要。
目前，为确保加热元件能够正常使用需对其进行检查，而在检查的过程中，需关闭所述脱气腔室并进行降温，此外检查操作也较为繁杂，进而需耗费大量的时间，影响设备的利用率。本实施例中，在对所述加热元件进行监控检测时，也可通过所述温度监控晶圆实现。具体的，首先，采用所述温度监控晶圆对腔室内的温度进行检测；接着，可根据检测结果判定加热元件是否损坏，若腔室内的温度存在异常，则可推断出所述加热元件发生损坏；若腔室内的温度无异常，则可推断出所述加热元件无异常。
本实施例中，所述荧光涂层120中的荧光材料优选采用有机荧光材料。由于无机荧光材料中通常包含有金属离子，金属离子的存在极易对腔室甚至对晶圆的整个加工环境造成影响，而采用有机荧光材料则可有效避免对腔室造成污染的问题。
具体的，所述荧光涂层120可采用磷光体膜，例如蓝色磷光体膜。当然，在实际的应用中，可根据腔室中的预定温度选择相应材质的荧光涂层120。
例如，当所述腔室的预定温度为小于等于300℃时，则可采用包含有蒽(并三苯)的荧光涂料。蒽具有蓝色荧光特性，并且其淬灭温度为280℃～320℃，因此，当温度小于等于300℃时，尤其是当温度范围为100℃～250℃时，蒽可产生蓝色的光；而当温度大于300℃并逐渐升高时，蒽所产生的蓝光逐渐衰减并消失。
并且，蒽作为一种有机荧光材料，采用蒽所形成温度监控晶圆在进行温度监控测试时，不会对环境造成污染。具体的说，蒽为一种稠环芳香烃，分子式为C14H10，由三个苯环稠合而成，分子中所有的碳原子和氢原子都在同一个平面内，环上相邻的碳原子上的p轨道侧面互相交盖，形成闭合共轭大π键。有机物的荧光通常发生在具有刚性平面和π‐电子共轭体系的分子中，光是分子从激发态回到基态产生的辐射跃迁现象，大多数有机物具有偶数电子，基态时电子成对的存在于各分子轨道。根据Pauli不相容原理，同一轨道上的两个电子自旋相反，所以分子中总的电子自旋为零，这个分子所处的电子能态称为单重态。当分子中的一个电子吸收能量被激发时，通常它的自旋不变，则激发态是单重态。如果激发过程中电子发生自旋反转，则激发态为三重态，三重态的能量常常较单重态低。图3为有机分子能级与电子跃迁过程的能级图，如图2所示，当有机分子在光能(光子)激发下被激发到基本单重态S0，经振动能级弛豫VR到最低激发单重态S1，最后由最低激发单重态S1回到基本单重态S0，此时产生荧光F。
更进一步的，所述荧光涂层120的材质还包括正硅酸乙酯(TEOS)。当荧光涂层120中具有荧光特性的材质为不耐高温时，例如以上所述的蒽，其熔点为216℃，此时，可在具有荧光特性的材质中加入正硅酸乙酯以形成耐热涂料。即，采用蒽和正硅酸乙酯的混合物形成的荧光涂层120具有更好的耐热性，进而可使所形成的温度监控晶圆可适用于更大温度范围的腔室中。
继续参考图1所示，本实施例中，所述温度监控晶圆还包括一硅胶涂层130，所述硅胶涂层130覆盖所述荧光涂层120。通过在所述荧光涂层120上覆盖所述硅胶涂层130，避免荧光涂层120暴露出，一方面可对荧光涂层120进行保护，另一方面，还可防止荧光涂层120脱落而对腔室造成污染。
本实施例中，所述温度监控晶圆的形成方法可参考如下步骤：首先，将蒽和正硅酸乙酯进行混合形成混合溶液；接着，在真空条件下，将所述混合溶液旋涂于基底110上，以形成所述荧光涂层120；接着，在真空条件下，于所述荧光涂层120上旋涂硅胶溶液，以形成硅胶涂层130。
基于以上所述的温度监控晶圆，本发明还提供一种操作便捷并能够在较短的时间内对腔室的温度进行监控检测的方法。图3为本发明一实施例中的腔室温度的监控方法的流程示意图，如图3所示，所述监控方法包括：
S10，提供一温度监控晶圆，所述温度监控晶圆为形成有荧光涂层的晶圆，所述荧光涂层在不同的温度条件下具有不同的荧光特性；
S20，将所述温度监控晶圆放置于腔室中；
S30，观察所述温度监控晶圆中荧光涂层所产生的光；
S40，判断荧光涂层所产生的光是否为预定颜色或强度的光；若所述荧光涂层可产生预定颜色或强度的光时，则判定所述腔室内的温度无异常；若所述荧光涂层没有产生预定颜色或强度的光时，则判定所述腔室内的温度存在异常。
即，本发明所提供的加热元件的监控方法中，将具有温度猝灭特性的温度监控晶圆应用于腔室温度的监控中，实现在不影响设备的利用率的情况下，更快更便捷的对腔室进行温度监控检测的目的。并且，本发明提供的监控方法可应用于多种腔室中，并可根据不同的腔室采用不同的温度监控晶圆。例如，所述腔室可以为脱气腔室。
在腔室中通常设置有加热元件，通过所述加热元件所产生的热量使腔室内的温度维持在特定的范围内。图4为本发明一实施例中的腔室温度的监控方法中加热元件的电路图，如图4所示，所述腔室中设置有6个并联的加热灯10，即将并联后的加热灯10作为加热元件。在并联后的加热灯10的两端施加一电源电压，当电路开启时，加热灯10发出光线同时产生热量。通过所述加热灯10，一方面可提供光源；另一方面还可实现对腔室进行加热的功能。本实施例中，将用于提供光源的发光元件和用于维持腔室温度的加热元件集成于同一装置中。当然，在其他实施例中，所述发光元件和所述加热元件还可以为两个相互的独立的装置，此处不做限制。
参考图4所示，当多个加热灯10中的部分加热灯损坏时，则可正常发光的加热灯10所产生的总热量将远远大于加热灯10未损坏时所产生的总热量，进而导致腔室中的温度上升。设定所述腔室中的预定温度为小于等于300℃，则此时可采用具有相应淬灭温度的荧光涂层所形成的温度监控晶圆对其进行监控检测，如上所述，可采用具有蒽的温度监控晶圆。当温度小于等于300℃时，尤其是当温度范围为100℃～250℃时，蒽可产生蓝色的光；而当温度大于300℃并逐渐升高时，蒽所产生的蓝光逐渐衰减并消失。
可选的，所述腔室可设定一透明的观察窗口，通过所述观察窗口可对腔室中的温度监控晶圆进行观察。尤其是当所述腔室为密闭腔室，通过所述观察窗口可更为便利。
综上所述，本发明利用荧光材质的淬灭特性形成温度监控晶圆，并通过采用所述温度监控晶圆监控腔室中的温度变化，避免由于腔室内温度发生异常而对晶圆造成影响。进一步的，采用有机荧光材料作为温度监控晶圆中荧光涂层的荧光材料，从而在进行温度监控检测时，可有效避免对腔室造成污染。
此外，所述温度监控晶圆还可进一步应用于对腔室内的加热元件进行监控，即，通过对腔室内的温度进行检测，以推断出腔室内的加热元件是否损坏，实现对加热元件的监控目的。与现有的加热元件的检查方法相比，本发明可在腔室正常运行的情况下，于较短的时间内判断出加热元件的状况，其操作时间更短，并且监控方法简单。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (14)
1.一种温度监控晶圆，其特征在于，所述温度监控晶圆用于对腔室内的温度进行监控检测，所述温度监控晶圆包括：一基底以及形成于所述基底上的一荧光涂层，所述荧光涂层在不同的温度条件下具有不同的荧光特性，其中，所述荧光涂层在高于预定温度下发光强度衰减或者不发出光，用于在进行温度监控时观察所述荧光涂层是否产生预定颜色或强度的光，若未观察到预定颜色或强度的光，则判定所述腔室内的温度存在异常。
2.如权利要求1所述的温度监控晶圆，其特征在于，所述腔室包括一加热元件，通过所述加热元件使腔室内的温度维持在预定的范围内。
3.如权利要求1所述的温度监控晶圆，其特征在于，所述荧光涂层中的荧光材料为有机荧光材料。
4.如权利要求1所述的温度监控晶圆，其特征在于，所述荧光涂层为磷光体膜。
5.如权利要求1所述的温度监控晶圆，其特征在于，所述腔室的预定温度小于等于300℃。
6.如权利要求5所述的温度监控晶圆，其特征在于，所述荧光涂层的材质包括蒽。
7.如权利要求6所述的温度监控晶圆，其特征在于，所述荧光涂层的材质还包括正硅酸乙酯。
8.如权利要求1所述的温度监控晶圆，其特征在于，所述温度监控晶圆还包括一硅胶涂层，所述硅胶涂层覆盖所述荧光涂层。
9.一种腔室温度的监控方法，其特征在于，采用如权利要求1-8其中之一所述的温度监控晶圆进行监控检测，包括：
提供一温度监控晶圆，所述温度监控晶圆为形成有荧光涂层的晶圆，所述荧光涂层在不同的温度条件下具有不同的荧光特性；
将所述温度监控晶圆放置于腔室中；
观察所述温度监控晶圆中荧光涂层所产生的光；并判断是否为预定颜色或强度的光；若所述荧光涂层可产生预定颜色或强度的光时，则判定所述腔室内的温度无异常；若所述荧光涂层没有产生预定颜色或强度的光时，则判定所述腔室内的温度存在异常。
10.如权利要求9所述的腔室温度的监控方法，其特征在于，所述腔室包括一加热元件，通过所述加热元件使腔室内的温度维持在预定的范围内。
11.如权利要求10所述的腔室温度的监控方法，其特征在于，所述加热元件包括多个加热灯。
12.如权利要求11所述的腔室温度的监控方法，其特征在于，所述多个加热灯并联构成所述加热元件。
13.如权利要求9所述的腔室温度的监控方法，其特征在于，所述腔室为脱气腔室。
14.如权利要求9所述的腔室温度的监控方法，其特征在于，所述腔室具有一透明的观察窗口。
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