半導體薄膜生長反應腔輔助溫度校準裝置及校準方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體制造領域，特別涉及一種半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置 及校準方法。
【背景技術】
[0002] 溫度是半導體薄膜生長性能控制的關鍵參數(shù)。通過對晶圓溫度的實時監(jiān)控，可以 優(yōu)化工藝控制，提高生長良率。通常，半導體薄膜生長在反應腔中進行，需要嚴格的反應條 件，如高真空、高溫、化學性質(zhì)活潑的環(huán)境、高速旋轉(zhuǎn)等。需要采用非接觸的手段測量溫度。
[0003] 為了提高生產(chǎn)中溫度測量的精度和重復性，更精確地控制晶圓對晶圓、批次對批 次和反應腔對反應腔的溫度偏差，要求定期用簡易的方法進行溫度校準。因此，發(fā)展更高精 度且操作簡便的校準方法非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種操作簡單并且成本低的半導體薄膜生長反 應腔輔助溫度校準裝置及基于該校準裝置的校準方法。
[0005] 本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置包括光強探測裝置，光強調(diào)節(jié) 裝置和光源，
[0006] 所述光強探測裝置用于探測黑體爐在靶心溫度Ttl下所述黑體爐靶心的熱輻射P V 以及所述光源的光強，
[0007] 所述光強調(diào)節(jié)裝置用于對所述光源發(fā)出的光強進行調(diào)節(jié)，使得所述光源處于所述 黑體爐靶心時，光強探測裝置探測到的光強為P ci,
[0008] 所述光源的光強調(diào)節(jié)完成后，所述輔助溫度校準裝置需要移至半導體薄膜反應腔 的狹縫窗口底部并進行平移，由半導體薄膜反應腔的溫度測量裝置測量所述光源的最大光 強V。
[0009] 本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔輔助溫度校準方法基于本發(fā)明提供的校準裝置 而實現(xiàn)，包括以下步驟：
[0010] 光強探測裝置探測靶心處溫度為Ttl的黑體爐的輻射光強P M
[0011] 光源設置于所述黑體爐靶心處，調(diào)節(jié)所述光源，使得所述光強探測裝置探測到的 光強為P();
[0012] 保持所述光源發(fā)光光強不變，將所述光源置于半導體薄膜反應腔的狹縫窗口底 部，通過溫度探測裝置探測透過所述狹縫窗口后光線的光強；
[0013] 平移所述光源，直至透過所述狹縫窗口后光線的光強達到最大值Pc/，將所述光 強P c/等效為半導體薄膜反應腔內(nèi)溫度Ttl時，所述溫度探測裝置探測到的熱輻射強度；
[0014] 在已知TjP P (/的條件下，對所述半導體薄膜反應腔的溫度探測裝置進行校準；
[0015] 所述光源的發(fā)光體是寬光譜鹵鎢燈。
[0016] 本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置和校準方法能夠?qū)⒐庠吹墓?強調(diào)節(jié)到Ptl，由于Ptl對應的黑體爐靶心的溫度為T ^，因此可以將光源等效為一個溫度為Ttl 的熱輻射源，此時，由溫度探測裝置探測到的光源透過狹縫窗口后光線的光強的最大值 Pc/等效為半導體薄膜反應腔內(nèi)溫度Ttl時的熱輻射強度。應用該半導體薄膜反應腔輔助溫 度校準裝置時，相當于在已知T tl和P /的條件下，對半導體薄膜反應腔的測溫裝置進行校 準。由于對半導體薄膜反應腔的測溫裝置進行校準時，半導體薄膜反應腔內(nèi)溫度T tl和熱輻 射強度Pc/均已知，因此，該光源能夠模擬溫度為Ttl時的黑體輻射P c/，為半導體薄膜反應 腔溫度校準提供支持。此外，本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置和校準方 法選用的是寬光譜光源，本發(fā)明選用的是鹵鎢燈。它是可見光到紅外波長的寬帶光源，具有 300nm到2600nm或者450nm和5500nm之間的恒定強度的黑體福射光譜。它采用了內(nèi)部反饋 系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高穩(wěn)定功率輸出。相對于窄帶LED光源，所述寬光譜光源中心波長穩(wěn)定，受 溫度等環(huán)境因素影響很小，色溫漂移?。好繑z氏度漂移〇. 1 %，光功率漂移每小時〇. Ol %。 而高功率的窄帶LED光源，中心波長隨環(huán)境溫度漂移很大，為每攝氏度漂移0. 3nm。如果環(huán) 境溫度變化10度左右，中心波長就會漂移3nm，對于帶寬為30nm的LED光源來說，中心波長 漂移達到了 10%。對溫度校準會帶來較大的溫度誤差。而所述寬光譜光源在這方面穩(wěn)定性 得到了大的提高。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明提供的半導體薄膜生長反應腔輔助溫度校準裝置在應用時的示意 圖；
[0018] 圖2為光強探測裝置探測光源的光強時的示意圖；
[0019] 圖3為應用光強探測裝置探測靶心處的溫度為Ttl、熱輻射為Ptl的黑體爐的結(jié)構示 意圖；
[0020] 圖4為光源調(diào)節(jié)電路的邏輯框圖；
[0021] 圖5為將圖1中的光源用積分球替代后的不意圖；
[0022] 圖6為將圖2中的光源用積分球替代后的示意圖；
[0023] 圖7為采用雙波長測溫結(jié)構測量薄膜生長反應腔溫度的結(jié)構示意圖；
[0024] 圖8為本發(fā)明提供的半導體薄膜生長反應腔輔助溫度校準方法的邏輯框圖。
【具體實施方式】
[0025] 為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0026] 參見附圖1~3,本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置包括光強探 測裝置，光強調(diào)節(jié)裝置和光源，光強探測裝置用于探測黑體爐13在靶心溫度T tl下黑體爐13 靶心15的熱輻射Ptl，以及光源的光強，光強調(diào)節(jié)裝置用于對光源發(fā)出的光強進行調(diào)節(jié)，使得 光源處于黑體爐13靶心15時，光強探測裝置探測到的光強為P tl，光源的光強調(diào)節(jié)完成后， 輔助溫度校準裝置需要移至半導體薄膜反應腔的狹縫窗口 1底部并進行平移，由半導體薄 膜反應腔的溫度測量裝置2測量光源的最大光強Pc/，其中，光源3的發(fā)光體是寬光譜鹵 鎢燈。
[0027] 本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置能夠?qū)⒐庠吹墓鈴娬{(diào)節(jié)到Ptl, 由于Ptl對應的黑體爐靶心的溫度為Ttl，可以將光源等效為一個溫度為Ttl的熱輻射源，此時， 由溫度探測裝置探測到的光源透過狹縫窗口 1后光線的光強的最大值Pc/等效為半導體 薄膜反應腔內(nèi)溫度Ttl時的熱輻射強度。應用該半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置時，相 當于在已知T tl和Pc/的條件下，對半導體薄膜反應腔的測溫裝置進行校準。由于對半導 體薄膜反應腔的測溫裝置進行校準時，半導體薄膜反應腔內(nèi)溫度T tl和熱輻射強度P (/均已 知，因此，該光源能夠模擬溫度為Ttl時的黑體輻射P/，為半導體薄膜反應腔溫度校準提供 支持。
[0028] 此外，本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔輔助溫度校準裝置和校準方法選用的是 寬光譜鹵鎢燈，它是可見光到紅外波長的寬帶光源，具有300nm到2600nm或者450nm和 5500nm之間的恒定強度的黑體輻射光譜。它采用了內(nèi)部反饋系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高穩(wěn)定功率輸 出。相對于窄帶LED光源，所述寬光譜光源中心波長穩(wěn)定，受溫度等環(huán)境因素影響很小，色 溫漂移?。好繑z氏度漂移0. 1%，光功率漂移每小時0. 01%。而高功率的窄帶LED光源，中 心波長隨環(huán)境溫度漂移很大，為每攝氏度漂移〇. 3nm。如果環(huán)境溫度變化10度左右，中心波 長就會漂移3nm，對于帶寬為30nm的LED光源來說，中心波長漂移達到了 10%。對溫度校 準會帶來較大的溫度誤差。而本發(fā)明提供的半導體薄膜反應腔由于光源3的發(fā)光體是鹵鎢 燈這種寬光譜光源，在這方面穩(wěn)定性得到了大的提高。
[0029] 參見附圖2,作為光強探測裝置的一種具體的實現(xiàn)方式，參見附圖3,此時，待測點 為光源的發(fā)光中心。光強探測裝置包括輻射接收探頭8、光纖10、帶通濾波片11和探測器 12。輻射接收探頭8內(nèi)置的透鏡9焦點處于光源的發(fā)光中心；輻射接收探頭8用于接收光 源的熱輻射；光纖10用于將光源的熱輻射傳輸至探測器12 ;帶通濾波片11置于光強探測 器12和光纖10之間，帶通濾波片11中心波長為λ，用于使波長處于（λ - Λ λ，λ + Λ λ) 的光通過；探測器12用于探測光源的熱輻射。從而，該光強探測裝置能夠與光源相適應，用 于探測光源的熱輻射強度匕。
[0030] 其中，匕及其對應的黑體爐靶心的溫度T ^通過附圖3所示的裝置獲得，該裝置包 括光強探測裝置、黑體爐13和熱電偶14,光強探測裝置用于探測黑體爐13靶心15的熱輻 射Ρ〇,熱電偶14嵌入黑體爐13靶心15,用于測量黑體爐13靶心15的溫度Τ。。
[0031] 在該裝置中，作為光強探測裝置的一種具體的實現(xiàn)方式，參見附圖2,此時，待測 點為黑體爐13的靶心15。光強探測裝置包括輻射接收探頭8、光纖10、帶通濾波片11和探 測器12。輻射接收探頭8內(nèi)置的透鏡9焦點處于黑體爐13的靶心15 ;輻射接收探頭8用 于接收黑體爐13的熱輻射；光纖10用于將黑體爐13的熱輻射傳輸至探測器12 ;帶通濾波 片11置于光強探測器12和光纖10之間，帶通濾波片11中心波長為λ，用于使波長處于 (λ - Λλ，λ + Λλ)的光通過；探測器12用于探測黑體爐13的熱輻射。從而，該光強探 測裝置能夠與黑體爐13相適應，用于探測黑體爐13靶心15處的熱輻射強度匕。
[0032] 其中，還包括光強調(diào)節(jié)裝置，用于對光源發(fā)出的光強進行調(diào)節(jié)。用光源模擬黑體爐 13時，需要使光源發(fā)出的光強與已知的黑體爐13靶心15的熱輻射P tl相同，因此，需要對光 源發(fā)出的光強進行調(diào)節(jié)，使其與已