CN116046214A - 一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法 - Google Patents

一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116046214A
CN116046214A CN202111262182.6A CN202111262182A CN116046214A CN 116046214 A CN116046214 A CN 116046214A CN 202111262182 A CN202111262182 A CN 202111262182A CN 116046214 A CN116046214 A CN 116046214A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
wafer
temperature sensor
vapor deposition
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111262182.6A
Other languages
English (en)
Inventor
闫韬
陈恩毅
丛海
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Original Assignee
Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai filed Critical Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai
Priority to CN202111262182.6A priority Critical patent/CN116046214A/zh
Priority to TW111127089A priority patent/TWI828239B/zh
Publication of CN116046214A publication Critical patent/CN116046214A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00—Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/005—Calibration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/52—Controlling or regulating the coating process

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明公开了一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法，该装置包括：晶圆承载台，测量晶圆承载台温度的第一温度传感器，用于加热该装置的加热器；校准方法包含：将一设置有标准接触式温度传感器的仿晶圆放在晶圆承载台上；启动加热器使该装置温度升高；将标准接触式温度传感器读数随时间的变化记录为标准温度变化值；将第一温度传感器读数随时间的变化记录为晶圆承载台温度变化值；将晶圆承载台温度变化值按时间对应校正为标准温度变化值。其优点是：通过标准接触式温度传感器、仿晶圆和第一温度传感器，获取晶圆在工艺过程中的温度变化数据，并对第一温度传感器进行校准，提高了第一温度传感器温度测量的准确度，保证了晶圆生产的良品率。

Description

一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法
技术领域
本发明涉及半导体设备领域，具体涉及一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法。
背景技术
在半导体芯片生产过程中，需要进行大量的微观加工，其中常用的方式为采用气相沉积或等离子体处理工艺利用真空反应腔的原理对半导体晶圆进行处理加工。根据沉积过程是否含有化学反应，气相沉积可分为物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)和化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)。其中，CVD目前是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术，包括大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料。
化学气相沉积是指化学气体或蒸汽在晶圆表面反应合成涂层或纳米材料的方法，通常来说其原理为利用承载气体携带气相反应物或是前驱物进入装有晶圆的腔体中，化学气相沉积装置以特定的方式提升腔内温度，加热晶圆以及接近晶圆的气体使其温度升高，然后它们之间在高温状态下触发单一个或是数种气体间的化学反应，各气相反应物分解、重新结合生成新的固态物质，再沉积到晶圆表面上以形成所需的薄膜。
在整个过程中，晶圆薄膜的生长环境是非常苛刻的，晶圆材料本身的温度均匀性、气流场的均匀性以及反应温度的准确性等因素都至关重要，它们直接决定了晶圆沉积的薄膜的质量。但是在实际应用时，腔体内的温度测量常常伴随着温度测量不及时或温度测量误差较大的问题，这可能是由于腔体内的环境变化、测温装置的测量精度或反应时间差等因素造成的，而温度的校准和控制往往较为复杂，难以调控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法，其将设置有标准接触式温度传感器的仿晶圆和第一温度传感器相结合，通过仿晶圆模拟晶圆在工艺过程中的温度变化，并借助于标准接触式温度传感器对仿晶圆进行温度测试，获取晶圆在工艺过程中的温度变化数据，以该温度变化数据为基准对第一温度传感器进行数据校准，提高了第一温度传感器对工艺过程中晶圆温度测量的准确度，为控制工艺过程中的温度提供了可靠的数据支撑，有助于精准控制晶圆表面的薄膜沉积过程，保证了晶圆生产的良品率。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种化学气相沉积装置的温度校准方法，所述化学气相沉积装置包括：晶圆承载台，其正面用于承载执行化学气相沉积工艺的晶圆；位于所述晶圆承载台背面的第一温度传感器，其可以测量所述晶圆承载台的温度变化；加热器，用于将所述化学气相沉积装置加热到工艺温度；
所述校准方法包含如下步骤：
将一设置有标准接触式温度传感器的仿晶圆放在所述晶圆承载台上；
启动加热器使所述气相沉积装置温度升高；
将标准接触式温度传感器读数随时间的变化记录为标准温度变化值；
将第一温度传感器读数随时间的变化记录为晶圆承载台温度变化值；
将所述晶圆承载台温度变化值按时间对应校正为所述标准温度变化值。
可选的，所述第一温度传感器为第一接触式温度传感器或第一非接触式温度传感器。
可选的，所述第一温度传感器包括第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器。
可选的，所述第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器测量所述晶圆承载台中心下方的温度变化。
可选的，校准方法还包含如下步骤：
在执行工艺过程中，当第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器的温度读数不一致时，清洗化学气相沉积装置。
可选的，校准方法还包含如下步骤：
清洗化学气相沉积装置后，第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器的温度读数依然不一致时，重新执行校准方法。
可选的，所述化学气相沉积装置还包括位于晶圆承载台上方的第二非接触式温度传感器A，校准方法还包含如下步骤：
将所述晶圆放置在所述晶圆承载台上，执行化学气相沉积工艺；
将校正后的第一温度传感器的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值A；
将第二非接触式温度传感器A的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值B；
将晶圆温度变化值B按时间对应校正为晶圆温度变化值A。
可选的，所述晶圆放置在晶圆承载台上时，第二非接触传感器A测量晶圆上表面中心的温度变化。
可选的，所述化学气相沉积装置还包括第二非接触式温度传感器B，所述第二非接触式温度传感器B测量晶圆上表面边缘的温度变化，校准方法还包含如下步骤：
将第二非接触式温度传感器B读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值C；
将晶圆温度变化值C按时间对应校正为晶圆温度变化值A。
可选的，还包含：
在执行工艺过程中，当第二非接触式温度传感器A和第二非接触式温度传感器B读数不一致时，清洗化学气相沉积装置后重新执行校准方法。
可选的，所述标准接触式温度传感器、第一接触式温度传感器为热电偶，所述第一非接触式温度传感器为红外传感器测温仪、辐射测温仪、管沟测温仪、窄带测温仪或宽带测温仪。
可选的，还包含：
当工艺参数改变时，重新执行校准方法。
可选的，所述标准接触式温度传感器设置在仿晶圆内，以测量仿晶圆的温度变化。
可选的，所述仿晶圆和用于执行化学气相沉积工艺的晶圆材质相同。
可选的，所述启动加热器使所述气相沉积装置温度升高为将温度升高到工艺条件要求的温度。
可选的，一种化学气相沉积装置的温度控制方法，所述化学气相沉积装置包括：晶圆承载台，其正面用于承载执行化学气相沉积工艺的晶圆；位于所述晶圆承载台背面的第一非接触式温度传感器，其可以测量所述晶圆承载台的温度变化；加热器，用于将所述化学气相沉积装置加热到工艺温度；
所述控制方法包含如下步骤：
将一设置有标准接触式温度传感器的仿晶圆放在所述晶圆承载台上；
启动加热器使所述气相沉积装置温度升高；
将标准接触式温度传感器读数随时间的变化记录为标准温度变化值；
将第一非接触式温度传感器读数随时间的变化记录为晶圆承载台温度变化值；
将所述晶圆承载台温度变化值按时间对应校正为所述标准温度变化值；
执行化学气相沉积工艺，通过校正后的第一非接触式温度传感器读数控制加热器的温度。
可选的，所述化学气相沉积装置还包括：位于晶圆承载台下的第一接触式温度传感器，第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器测量晶圆承载台中心下方的温度变化，方法还包含以下步骤：
将所述晶圆放置在所述晶圆承载台上，执行化学气相沉积工艺；
将校正后的第一非接触式温度传感器的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值D；
将第一接触式温度传感器的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值E；
将晶圆温度变化值E按时间对应校正为晶圆温度变化值D。
可选的，还包含：
在执行工艺过程中，当第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器的温度读数不一致时，执行清洗步骤。
可选的，所述化学气相沉积装置还包括位于晶圆承载台上方的第二非接触式温度传感器A和第二非接触式温度传感器B，所述第二非接触式温度传感器A用于测量晶圆上表面中心的温度变化，所述第二非接触式温度传感器B用于测量晶圆上表面边缘的温度变化，温度控制方法还包含如下步骤：
将第二非接触式温度传感器A、第二非接触式温度传感器B读数随时间的变化分别记录为晶圆温度变化值F、晶圆温度变化值G；
将晶圆温度变化值F、晶圆温度变化值G按时间对应校正为晶圆温度变化值D。
可选的，当第二非接触式温度传感器A和第二非接触式温度传感器B读数不一致时，执行清洗步骤。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明的一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法中，将设置有标准接触式温度传感器的仿晶圆和第一温度传感器相结合，通过仿晶圆模拟晶圆在工艺过程中的温度变化，并借助于标准接触式温度传感器对仿晶圆进行温度测试，获取晶圆在工艺过程中的温度变化数据，以该温度变化数据为基准对第一温度传感器进行数据校准，提高了第一温度传感器对工艺过程中晶圆温度测量的准确度，为控制工艺过程中的温度提供了可靠的数据支撑，有助于精准控制晶圆表面的薄膜沉积过程，保证了晶圆生产的良品率。
附图说明
图1为本发明的一种化学气相沉积装置示意图；
图2为本发明的一种化学气相沉积装置的温度校准方法示意图；
图3为本发明的一种化学气相沉积装置的温度控制方法示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”、“具有”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。
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率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明一实施例的目的。
如图1所示，为本发明的一种化学气相沉积装置(CVD)的示意图，该装置包含一个水平流动形的反应室100，所述反应室100可用于处理一个或多个晶圆W，包括将材料沉积在晶圆的上表面。所述反应室100具有位于顶端的上腔壁、位于底端的下腔壁以及在上腔壁和下腔壁之间延伸的侧壁，可选的，所述上腔壁、下腔壁由对热能透明的光学透明或半透明材料制备(如对特定红外波段透明的石英材料)。工艺气体按照箭头所示的方向从入口101流入反应室100，并从出口102流出。反应室100内设置有晶圆支撑结构110，所述晶圆支撑结构110包含晶圆承载台111和支撑架112，所述晶圆承载台111的正面用于承载执行化学气相沉积工艺的晶圆，所述支撑架112设置于所述晶圆承载台111的下方并用于支撑晶圆承载台111，所述支撑架112可由非金属材料制成，以降低被污染的风险。
进一步的，该装置还包含多个为反应室100提供热能的加热器120，各个加热器120分别设置于晶圆承载台111的上方和下方。可选的，所述加热器120为具有透明石英外壳且含卤素气体如碘的高强度钨丝灯，该高强度钨丝灯产生的全光谱辐射热能不会被对热能透明材料制备的上腔壁或下腔壁明显吸收，以确保各个加热器120产生的热能最大化到达反应室100内。在工艺处理过程中，通过各个加热器120使化学气相沉积装置的反应室100达到所需的工艺温度，以便供应到反应室100中的工艺气体进行热分解，从而在晶圆的上表面沉积薄膜材料。可选的，沉积的薄膜材料可以是III族、IV族和/或V族材料，或包括III族、IV族和/或V族掺杂剂的材料。示例地，沉积的薄膜材料可以是砷化镓、氮化镓或氮化铝镓中的一种或多种。
在工艺过程中，通常采用非接触式温度传感器感测反应室100内晶圆的温度，以便为加热器120调控工艺反应温度提供数据支持。一般情况下，非接触式温度传感器测量黑体温度时，利用公式(1)计算黑体辐射强度：
Figure BDA0003326144760000061
其中，Wbλ为黑体辐射强度，C1和C2均为常数，λ为辐射波长，T为绝对温度。
而非黑体的辐射强度为：Wλ＝εWbλ(2)，其中，Wλ为非黑体辐射强度，ε为辐射系数。
由上述可知，采用非接触式温度传感器测量非黑体温度时，需要已知该非黑体物体的辐射系数。然而，在实际的化学气相沉积工艺中，晶圆的表面会随工艺进程不断地发生薄膜生长等变化，晶圆的辐射系数也会随工艺温度、工艺进程等的推进而变化，从而很难采用非接触式温度传感器直接测得晶圆在工艺过程中的真实温度。另外，在化学气相沉积工艺中，反应室100内壁沉积的材料也会对非接触式温度传感器的测量造成干扰。
另一方面，接触式温度传感器虽然不会受被测物体的辐射系数变化而受影响，但是接触式温度传感器通常与被测物体直接接触或距离较近才能实现精准测量。受反应室100内的空间大小局限以及工艺环境的影响，在工艺过程中不便于直接设置一个接触式温度传感器与晶圆直接接触，因此，无法直接采用接触式温度传感器直接测量工艺过程中晶圆的温度。更为重要的是，不与被测物体紧密接触的接触式温度传感器通常对被测物体的温度变化反应较慢，其温度读数通常滞后于被测物体的温度变化，无法及时感知并反馈晶圆的实时温度变化。依靠接触式温度传感器反馈的测温数据控制反应室100内的温度时，容易导致温度过冲，不利于晶圆的薄膜沉积，影响晶圆生产的良品率。
基于上述问题，本发明的化学气相沉积装置还包含第一温度传感器和设置有标准接触式温度传感器130的仿晶圆140。所述第一温度传感器设置于晶圆承载台111的背面，以测量所述晶圆承载台111的温度变化，第一温度传感器从晶圆承载台111背面测量晶圆承载台111的温度变化可以避免反应室100中物质变化或晶圆表面组成变化造成的辐射系数变化。将所述仿晶圆140置于执行化学气相沉积工艺的晶圆即真实晶圆所处的工艺温度中，所述仿晶圆140可模拟真实晶圆在工艺过程中的温度变化，采用标准接触式温度传感器130可实现工艺进程中仿晶圆140温度的准确测量，进而获取真正执行化学气相沉积工艺的晶圆在工艺进程中的温度变化，以实现对工艺进程中的晶圆温度的精确监测。
在本实施例中，通过所述第一温度传感器、标准接触式温度传感器130和仿晶圆140即可实现化学气相沉积装置内的温度校准。具体地，如图2所示，为本发明提供的一种化学气相沉积装置的温度校准方法，其包含如下步骤：将一设置有标准接触式温度传感器130的仿晶圆140放在所述晶圆承载台111上；启动加热器120使所述气相沉积装置温度升高；将标准接触式温度传感器130读数随时间的变化记录为标准温度变化值；将第一温度传感器读数随时间的变化记录为晶圆承载台111温度变化值；将所述晶圆承载台111温度变化值按时间对应校正为所述标准温度变化值，以实现温度的校准。
在实际工艺中，校准后通常认为仿晶圆140、真实晶圆和晶圆承载台111的温度是一致的，本发明利用标准接触式温度传感器130测量仿晶圆140在工艺过程中的温度变化，以获取真实晶圆在工艺过程中的温度变化精确值，数据可靠性较高。进一步的，利用标准接触式温度传感器130测得的温度变化精确值校准第一温度传感器的温度变化值，增加了第一传感器的测温精度和可靠性，以便为工艺进程中的晶圆温度测试提供可靠的数据基础，有利于调控反应室100内的工艺温度，进而控制晶圆表面的薄膜沉积，保证晶圆生产的良品率。
在本实施例中，上述步骤中的所述启动加热器120使所述气相沉积装置温度升高具体为：将温度升高到工艺条件要求的温度。通常一个工艺流程包含多个工艺步骤，各个工艺步骤所需的温度不同，本发明通过测量仿晶圆140在各个工艺步骤下的温度变化情况，得到真实晶圆在该工艺流程下的一系列温度变化值，以标准接触式温度传感器130测得的上述数据为基础校准第一温度传感器，进一步保证了第一温度传感器在工艺进程中的测量精度。
可选的，所述仿晶圆140和用于执行化学气相沉积工艺的晶圆材质相同，以便仿晶圆140模拟真实晶圆在工艺过程中的温度变化。需要说明的是，本发明对所述仿晶圆140的材质不加以限制，所述仿晶圆140还可由与晶圆材质不同的其他材料制备，在校准时，可根据该材料的辐射系数与晶圆材料的辐射系数关系等因素进行温度参数转换。进一步的，在本实施例中，所述标准接触式温度传感器130镶嵌在仿晶圆140内，以便标准接触式温度传感器130最大化面积地接触仿晶圆140，实现对仿晶圆140温度变化的精准测量。优选地，所述仿晶圆140和晶圆的规格大小相同，以便精准模仿晶圆140在工艺过程中的变化。
基于上述，在本实施例中，所述第一温度传感器包括第一非接触式温度传感器151。所述第一非接触式温度传感器151设置于晶圆承载台111下方，不需要紧挨晶圆承载台111设置，其可远距离感测晶圆承载台111的温度，有助于晶圆承载台111下方空间布置的灵活性。另外，第一非接触式温度传感器151对温度反应灵敏，其可实现对工艺进程中晶圆温度变化的实时反馈。在本申请中，采用标准接触式温度传感器130测量的温度变化数据校准第一非接触式温度传感器151，使第一非接触式温度传感器151通过测量晶圆承载台111下方温度即可显示实际晶圆在工艺过程中的温度，进一步提高了第一非接触式温度传感器151的测量准确度。
进一步的，在工艺过程中，以校正后的第一温度传感器即第一非接触式温度传感器151测量的温度数据为基础进行反应室100内的温度调控。具体地，采用校准后的第一非接触式温度传感器151调控温度的方法包含如下步骤(请见图3)：将一设置有标准接触式温度传感器130的仿晶圆140放在所述晶圆承载台111上；启动加热器120使所述气相沉积装置温度升高；将标准接触式温度传感器130读数随时间的变化记录为标准温度变化值；将第一非接触式温度传感器151读数随时间的变化记录为晶圆承载台111温度变化值；将所述晶圆承载台111温度变化值按时间对应校正为所述标准温度变化值；更换真实晶圆执行化学气相沉积工艺，通过校正后的第一非接触式温度传感器151读数控制加热器120的温度。
在上述操作中，对第一非接触式温度传感器151进行温度校准后，将仿晶圆140传出反应室100，并将用于承载执行化学气相沉积工艺的晶圆传入反应室100，进而执行化学气相沉积工艺。在工艺过程中，基于晶圆承载台111背面的第一非接触式温度传感器151的温度读数来调控加热器120，以实现最优的气相沉积环境。校准后的第一非接触式温度传感器151可实现对工艺进程中的晶圆温度变化的实时反馈，且其测量精度可靠性较高。
进一步的，所述第一温度传感器还包括第一接触式温度传感器152。所述第一接触式温度传感器152设置于所述晶圆承载台111的下方，其与晶圆承载台111接触或有较小间距，所述第一接触式温度传感器152通过晶圆承载台111的热传递来测量晶圆承载台111的温度。
按照上述校准方法，借助标准接触式温度传感器130测量的仿晶圆140温度变化值校准第一接触式温度传感器152，以提高第一接触式温度传感器152的测量精度。当采用校准后的第一非接触式温度传感器151进行温度调控时，也可借助校准后的第一非接触式温度传感器151校准第一接触式温度传感器152。具体为：将所述晶圆放置在所述晶圆承载台111上，执行化学气相沉积工艺；将校正后的第一非接触式温度传感器151的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值D；将第一接触式温度传感器152的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值E；将晶圆温度变化值E按时间对应校正为晶圆温度变化值D。
在本实施例中，以校准后的第一非接触式温度传感器151的测温数据为基础进行工艺过程中的温度调控，同时，采用校准后的第一接触式温度传感器152对晶圆承载台111进行精确测温，为第一非接触式温度传感器151的测量结果提供了实时的数据验证。理论上，在实际工艺进程中，晶圆承载台111与晶圆的温度应该相同，且晶圆承载台111各个方位上的温度也应相同。可选的，所述第一接触式温度传感器152的测温区域和第一非接触式温度传感器151的测温区域相同或不同。在本实施例中，所述第一接触式温度传感器152和第一非接触式温度传感器151均测量晶圆承载台111中心下方的温度变化，即两个传感器测温区域的测量中心均为晶圆承载台111的中心区域。相同的测量中心避免了晶圆承载台111不同位置处微小的温度差异造成的两个传感器的测温数据的差异，进一步保证了第一接触式温度传感器152和第一非接触式温度传感器151在后续工艺过程中的测温精准度，也提高了第一接触式温度传感器152对第一非接触式温度传感器151测温数据验证的准确性。
由上述可知，正常情况下，校准后的第一接触式温度传感器152和第一非接触式温度传感器151的测温数据应该相同，若不相同，可能是反应室100内壁、晶圆承载台111的下表面、第一非接触式温度传感器151或第一接触式温度传感器152有沉积物，此时需要进一步调整。因此，本发明的校准方法还包含如下步骤：在执行工艺过程中，当第一接触式温度传感器152和第一非接触式温度传感器151的温度读数不一致时，清洗化学气相沉积装置，并重新执行校准方法。具体为：向反应室100内通入清洁气体如含氯气体(HCl、Cl2等)，清洁气体清洗反应室100侧壁、晶圆承载台111下表面、第一非接触式温度传感器151和第一接触式温度传感器152表面的沉积物，直至第一非接触式温度传感器151的温度读数与第一接触式温度传感器152的温度读数一致，以便后续工艺的温度测量。
进一步的，若清洗反应室100后第一接触式温度传感器152与第一非接触式温度传感器151的温度读数始终无法一致，说明两个传感器的读数需要重新校准，则需要传入包含标准接触式温度传感器130的仿晶圆140按照上述校准方法重新进行温度校准。
需要说明的是，所述第一温度传感器的组成不仅限于上述，示例地，在其他实施例中，所述第一温度传感器为单独的第一接触式温度传感器152或第一非接触式温度传感器151，本发明不对第一温度传感器的组成加以限制。
进一步的，如图1所示，本发明的化学气相沉积装置还包含位于晶圆承载台111上方的第二非接触式温度传感器A153，所述第二非接触式温度传感器A153用于在工艺过程中从晶圆上方通过晶圆上表面测试晶圆的温度。
基于同一构思，本发明的校准方法还包含如下步骤：将所述晶圆放置在所述晶圆承载台111上，执行化学气相沉积工艺；将校正后的第一温度传感器(第一接触式温度传感器152和/或第一非接触式温度传感器151)的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值A；将第二非接触式温度传感器A153的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值B；将晶圆温度变化值B按时间对应校正为晶圆温度变化值A。
由前述可知，校正后的第一温度传感器的温度读数可认为是晶圆真实的温度读数。工艺过程中，晶圆上表面不断沉积薄膜材料，其辐射系数也在不断变化，在上述校正步骤之前，第二非接触式温度传感器A153并不能将晶圆上表面薄膜沉积带来的温度测量误差排除，其测温时采用的辐射系数依然是纯晶圆的辐射系数，因此，校准前的第二非接触式温度传感器A153测量的晶圆温度读数并不准确。经过上述步骤校正后，第二非接触式温度传感器A153的测温读数可认为是从晶圆内部测得的晶圆真实的温度读数，其排除了因晶圆上表面沉积薄膜造成的辐射系数变化的因素，提高了第二非接触式温度传感器A153测温数据的精确度。
进一步的，如图1所示，本发明的所述化学气相沉积装置还包括位于晶圆承载台111上方的第二非接触式温度传感器B154，所述第二非接触式温度传感器B154用于在工艺过程中通过晶圆上表面测试晶圆的温度。
基于同一发明构思，本发明的校准方法还包含如下步骤：将第二非接触式温度传感器B154读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值C；将晶圆温度变化值C按时间对应校正为晶圆温度变化值A。经过上述步骤校正后，第二非接触式温度传感器B154的测温读数可认为是从晶圆内部测得的晶圆真实的温度读数，其排除了因晶圆上表面沉积薄膜造成的辐射系数变化的因素，提高了第二非接触式温度传感器B154测温数据的精确度。
理论上，晶圆各方位上的温度应该是相同的，可选的，所述第二非接触式温度传感器A153和第二非接触式温度传感器B154的测温区域相同或不同。在本实施例中，所述晶圆放置在晶圆承载台111上时，所述第二非接触式温度传感器A153测量晶圆上表面中心的温度，所述第二非接触式温度传感器B154测量晶圆上表面边缘的温度。通常情况下，反应室100内环境是干净的，校正后的第二非接触式温度传感器A153和第二非接触式温度传感器B154的测温数据应该相同。在工艺过程中，校正后的第二非接触式温度传感器A153和第二非接触式温度传感器B154分别监测晶圆不同区域(中心和边缘)的温度变化和差异，同时两个传感器也可互相数据验证。
当两个传感器的温度读数差异较大时，说明反应室100内环境不整洁，此时需要进一步调整。因此，本发明的温度校准方法还包含：在执行工艺过程中，当第二非接触式温度传感器A153和第二非接触式温度传感器B154读数不一致时，清洗化学气相沉积装置，并重新执行校准方法。进一步的，若清洗反应室100后第一接触式温度传感器152与第一非接触式温度传感器151的温度读数始终无法一致，说明两个传感器的读数需要重新校准，则需要重新传入包含标准接触式温度传感器130的仿晶圆140进行温度校准。
可选的，所述标准接触式温度传感器130、第一接触式温度传感器152为热电偶，所述第一非接触式温度传感器151、第二非接触式温度传感器A153、第二非接触式温度传感器B154为红外传感器测温仪、辐射测温仪、管沟测温仪、窄带测温仪和宽带测温仪中的任意一种。需要说明的是，本发明中的温度传感器的个数和种类不仅限于上述，其还可以包含其他温度传感器以监测反应室100内各区域的温度变化，例如在上腔壁的上方还包含第二非接触式温度传感器C155，其用于监测上腔壁的温度。在工艺过程中，可根据上述校准方法根据各个被测物体之间的辐射系数等因素校准其他的温度传感器，在此不再加以赘述。
进一步的，本发明提供的一种化学气相沉积装置的温度校准方法还包含：当工艺参数改变时，重新执行校准方法。即，每个新的工艺流程开始之前，都采用上述校准方法对第一温度传感器及其它温度传感器进行温度校准，然后再传入晶圆继续新的工艺流程，以保证工艺过程中温度的精确测量和控制。
综上所述，本发明的一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法中，将设置有标准接触式温度传感器130的仿晶圆140和第一温度传感器相结合，通过仿晶圆140模拟晶圆在工艺过程中的温度变化，并借助标准接触式温度传感器130对仿晶圆140进行温度测试，获取真实晶圆在工艺过程中的温度变化数据，以该温度变化数据为基准对第一温度传感器进行数据校准，提高了第一温度传感器对工艺过程中晶圆温度测量的准确性，为调控工艺过程中的温度提供了可靠的数据支撑，有助于精准控制晶圆表面的薄膜沉积过程，保证了晶圆生产的良品率。
进一步的，本发明的第一温度传感器包含第一非接触式温度传感器151，其设置于晶圆承载台111下方，不需要紧挨晶圆承载台111，提高了晶圆承载台111下方空间布置的灵活性。另外，第一非接触式温度传感器151对温度反应灵敏，可实现对工艺进程中晶圆温度变化的实时反馈。
进一步的，本发明的第一温度传感器还包含第一接触式温度传感器152，其通过晶圆承载台111的热传递来测量晶圆承载台111的温度，借助标准接触式温度传感器130测量的仿晶圆140温度变化值校准第一接触式温度传感器152，提高了第一接触式温度传感器152的测量精度。同时，第一接触式温度传感器152也为第一非接触式温度传感器151的测温数据提供了同步验证的数据基础，保证了第一非接触式温度传感器151的测温准确度。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (20)

1.一种化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，所述化学气相沉积装置包括：晶圆承载台，其正面用于承载执行化学气相沉积工艺的晶圆；位于所述晶圆承载台背面的第一温度传感器，其可以测量所述晶圆承载台的温度变化；加热器，用于将所述化学气相沉积装置加热到工艺温度；所述校准方法包含如下步骤：
将一设置有标准接触式温度传感器的仿晶圆放在所述晶圆承载台上；
启动加热器使所述气相沉积装置温度升高；
将标准接触式温度传感器读数随时间的变化记录为标准温度变化值；
将第一温度传感器读数随时间的变化记录为晶圆承载台温度变化值；将所述晶圆承载台温度变化值按时间对应校正为所述标准温度变化值。
2.如权利要求1所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，
所述第一温度传感器为第一接触式温度传感器或第一非接触式温度传感器。
3.如权利要求1所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，
所述第一温度传感器包括第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器。
4.如权利要求3所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，
所述第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器测量所述晶圆承载台中心下方的温度变化。
5.如权利要求4所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，校准方法还包含如下步骤：
在执行工艺过程中，当第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器的温度读数不一致时，清洗化学气相沉积装置。
6.如权利要求5所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，校准方法还包含如下步骤：
清洗化学气相沉积装置后，第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器的温度读数依然不一致时，重新执行校准方法。
7.如权利要求1所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，
所述化学气相沉积装置还包括位于晶圆承载台上方的第二非接触式温度传感器A，校准方法还包含如下步骤：
将所述晶圆放置在所述晶圆承载台上，执行化学气相沉积工艺；
将校正后的第一温度传感器的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值A；
将第二非接触式温度传感器A的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值B；
将晶圆温度变化值B按时间对应校正为晶圆温度变化值A。
8.如权利要求7所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，
所述晶圆放置在晶圆承载台上时，第二非接触传感器A测量晶圆上表面中心的温度变化。
9.如权利要求7或8所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，
所述化学气相沉积装置还包括第二非接触式温度传感器B，所述第二非接触式温度传感器B测量晶圆上表面边缘的温度变化，校准方法还包含如下步骤：
将第二非接触式温度传感器B读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值C；
将晶圆温度变化值C按时间对应校正为晶圆温度变化值A。
10.如权利要求9所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，还包含：
在执行工艺过程中，当第二非接触式温度传感器A和第二非接触式温度传感器B读数不一致时，清洗化学气相沉积装置后重新执行校准方法。
11.如权利要求2或3所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，
所述标准接触式温度传感器、第一接触式温度传感器为热电偶，所述第一非接触式温度传感器为红外传感器测温仪、辐射测温仪、管沟测温仪、窄带测温仪或宽带测温仪。
12.如权利要求1所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，还包含：
当工艺参数改变时，重新执行校准方法。
13.如权利要求1所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，所述标准接触式温度传感器设置在仿晶圆内，以测量仿晶圆的温度变化。
14.如权利要求1所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，所述仿晶圆和用于执行化学气相沉积工艺的晶圆材质相同。
15.如权利要求1所述的化学气相沉积装置的温度校准方法，其特征在于，所述启动加热器使所述气相沉积装置温度升高为将温度升高到工艺条件要求的温度。
16.一种化学气相沉积装置的温度控制方法，其特征在于，所述化学气相沉积装置包括：晶圆承载台，其正面用于承载执行化学气相沉积工艺的晶圆；位于所述晶圆承载台背面的第一非接触式温度传感器，其可以测量所述晶圆承载台的温度变化；加热器，用于将所述化学气相沉积装置加热到工艺温度；
所述控制方法包含如下步骤：
将一设置有标准接触式温度传感器的仿晶圆放在所述晶圆承载台上；
启动加热器使所述气相沉积装置温度升高；
将标准接触式温度传感器读数随时间的变化记录为标准温度变化值；将第一非接触式温度传感器读数随时间的变化记录为晶圆承载台温度变化值；
将所述晶圆承载台温度变化值按时间对应校正为所述标准温度变化值；
执行化学气相沉积工艺，通过校正后的第一非接触式温度传感器读数控制加热器的温度。
17.如权利要求16所述的化学气相沉积装置的温度控制方法，其特征在于，所述化学气相沉积装置还包括：位于晶圆承载台下的第一接触式温度传感器，第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器测量晶圆承载台中心下方的温度变化，方法还包含以下步骤：
将所述晶圆放置在所述晶圆承载台上，执行化学气相沉积工艺；
将校正后的第一非接触式温度传感器的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值D；
将第一接触式温度传感器的温度读数随时间的变化记录为晶圆温度变化值E；
将晶圆温度变化值E按时间对应校正为晶圆温度变化值D。
18.如权利要求17所述的化学气相沉积装置的温度控制方法，其特征在于，还包含：
在执行工艺过程中，当第一接触式温度传感器和第一非接触式温度传感器的温度读数不一致时，执行清洗步骤。
19.如权利要求17所述的化学气相沉积装置的温度控制方法，其特征在于，
所述化学气相沉积装置还包括位于晶圆承载台上方的第二非接触式温度传感器A和第二非接触式温度传感器B，所述第二非接触式温度传感器A用于测量晶圆上表面中心的温度变化，所述第二非接触式温度传感器B用于测量晶圆上表面边缘的温度变化，温度控制方法还包含如下步骤：
将第二非接触式温度传感器A、第二非接触式温度传感器B读数随时间的变化分别记录为晶圆温度变化值F、晶圆温度变化值G；
将晶圆温度变化值F、晶圆温度变化值G按时间对应校正为晶圆温度变化值D。
20.如权利要求19所述的化学气相沉积装置的温度控制方法，其特征在于，
当第二非接触式温度传感器A和第二非接触式温度传感器B读数不一致时，执行清洗步骤。
CN202111262182.6A 2021-10-28 2021-10-28 一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法 Pending CN116046214A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111262182.6A CN116046214A (zh) 2021-10-28 2021-10-28 一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法
TW111127089A TWI828239B (zh) 2021-10-28 2022-07-19 一種化學氣相沉積裝置的溫度校準和控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111262182.6A CN116046214A (zh) 2021-10-28 2021-10-28 一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116046214A true CN116046214A (zh) 2023-05-02

Family

ID=86124121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111262182.6A Pending CN116046214A (zh) 2021-10-28 2021-10-28 一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN116046214A (zh)
TW (1) TWI828239B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117845197A (zh) * 2024-03-07 2024-04-09 河套学院 一种基于化学气相沉淀法的纳米材料生长控制***及方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101062460B1 (ko) * 2009-12-16 2011-09-05 엘아이지에이디피 주식회사 화학기상증착장치의 온도제어방법
JP7008602B2 (ja) * 2018-09-27 2022-01-25 東京エレクトロン株式会社 成膜装置および温度制御方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117845197A (zh) * 2024-03-07 2024-04-09 河套学院 一种基于化学气相沉淀法的纳米材料生长控制***及方法
CN117845197B (zh) * 2024-03-07 2024-06-11 河套学院 一种基于化学气相沉淀法的纳米材料生长控制***及方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI828239B (zh) 2024-01-01
TW202317809A (zh) 2023-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI757355B (zh) 用於熱校準反應腔室的方法
US6596973B1 (en) Pyrometer calibrated wafer temperature estimator
US6191399B1 (en) System of controlling the temperature of a processing chamber
US9297705B2 (en) Smart temperature measuring device
US8047706B2 (en) Calibration of temperature control system for semiconductor processing chamber
CN101345187B (zh) 一种用于监测和校准半导体加工室内温度的新型方法
KR20240049234A (ko) 반도체 공정 챔버를 열적으로 검교정하기 위한 시스템 및 방법
US6329643B1 (en) Method of temperature-calibrating heat treating apparatus
KR20130032254A (ko) 공정 챔버에서의 기상 증착에 의해 반도체 웨이퍼 상에 층을 증착하는 방법 및 장치
CN116046214A (zh) 一种化学气相沉积装置的温度校准和控制方法
JP2860144B2 (ja) 板状体の温度測定装置
JP2005518095A (ja) 半導体処理システムを較正および使用する方法
CN115172193A (zh) 一种半导体硅晶片制造用真实温度检测方法
JP2008098214A (ja) 熱処理温度の補正方法及び熱処理方法
Onnink et al. How hot is the wire: Optical, electrical, and combined methods to determine filament temperature
Lerch et al. Temperature measurement of wafers with varying multilayer structures during rapid thermal annealing
CN117737692A (zh) 一种温度控制***、化学气相沉积设备及方法
KR100901918B1 (ko) Ｃｖｄ 장비의 온도보정 장치 및 방법
KR20060059317A (ko) 박막 가공 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination