[发明专利]一种测温装置及用于半导体设备的测温方法

说明书

本发明涉及一种应用于半导体设备的测温装置及测温方法，所述半导体设备设有腔体，腔体外设有外侧壁，腔体内设置有基盘；测温装置包括第一连接接头、第二连接接头、第一密封接头、第二密封接头、测温组件；所述第一连接接头和第二连接接头套接，且二者可以相对位移；所述第一密封接头与第一连接接头固定连接，用于可拆卸地与腔体的外侧壁密封连接；所述第二密封接头与第二连接接头连接；所述测温组件与第二密封接头密封连接，且所述测温组件穿过第一连接接头和第二连接接头的内部，通过第二连接接头的位移带动测温组件的位移实现测温组件在腔体内测温位置的调整。本发明可调整测温位置，方便校温和测温。

技术领域

本发明涉及半导体外延设备腔体内温度测试领域，具体涉及一种测温装置及用于半导体设备的测温方法。

背景技术

半导体外延设备用于在衬底(或称晶圆)上进行薄膜沉积，在沉积过程中一般需要对腔体内的待处理衬底进行加热，目前在衬底处理腔体内设置基盘用于支撑衬底。加热方式通常采用加热灯加热基盘和衬底，加热灯通常位于处理腔体的外部，一般加热灯的光波需要穿过透明视窗以热辐射的方式将热能传递至基盘和衬底。

在外延沉积过程中薄膜的特性(例如，膜厚度、密度、掺质密度等)对衬底温度极为敏感，因此控制衬底温度极为重要，由于薄膜的热敏感性，同样对衬底的受热均匀性有一定的要求。

如图1所示，目前的外延设备主要包含由上石英穹顶117、下石英穹顶109以及通过上石英环101和下石英环113密封连接组成的一个反应腔体；位于上、下石英环外部设置有外侧壁118，该腔体的外侧壁118通过上法兰105、下法兰108分别与上石英穹顶117、下石英穹顶109固定设置。

在上、下石英环的连接位置处开设有通孔用于作为测温装置的测温热电偶组件200伸入，测温热电偶组件200与腔体的外侧壁118之间通过密封接头204密封可拆卸连接，腔体的外侧壁118上还开设有尾排接口107，用于排出工艺废气。位于腔体外的上、下两侧设置有若干个红外加热灯102，以及设置有温度传感器103，腔体内设置有石墨基盘106以及支撑该基盘106的旋转升降支撑轴110、支撑架111。石墨基盘106上方放置衬底104，并开设有通孔用于销轴112通过，销轴112通过通孔顶升基盘106上的衬底104。加热灯102的光波穿过上、下石英穹顶对腔体内基盘106进行加热。基盘106周围设置有预热环116。

如图2所示，传统的测温热电偶组件200包括一个内部密封有热电偶的热电偶保护套202，以及由热电偶保护套202第二端伸出的与热电偶连接的热电偶补偿线205，热电偶保护套202上设置有密封接头204，该热电偶保护套202的第一端伸入外延设备的腔体内部后，通过该密封接头204与腔体的外侧壁118之间密封连接，腔体的外侧壁118设置有接头与密封接头204密封连接，密封接头204内设置橡胶密封圈203辅助密封。所述热电偶设置在热电偶保护套202内的第一端形成一个测温点201，当热电偶保护套202进入腔体内后，该测温点201位于石墨基盘106的中心部位附近，用于给温度传感器103校温。

在外延工艺时，需要用温度传感器103监控工艺温度，温度传感器103是光学的，一般采用高温计，其具有非接触的特点，但是使用之前需要热电偶进行校温，校温的传统方法是在腔体内部设置热电偶，在腔体外基盘106的上、下两侧放置温度传感器103，根据热电偶的测试结果以校准温度传感器。目前的热电偶主要是如图1所示，从腔体外侧通过腔体的外侧壁118的开孔伸入腔体内进行测温。在校温时，腔体内处于真空或者特定气体氛围，因此腔体的外侧壁118与热电偶需要密封连接以阻止空气进入腔体内。传统方式是将杆状的测温热电偶组件通过腔体的外侧壁118的开孔伸入腔体内特定位置，然后进行密封固定。这种方式设置的热电偶位置固定，因此只能测得腔体固定位置点的温度(即石墨基盘106的中心部位附近的温度)。为了能够精确的校准温度传感器103，需要将测温点201的位置和温度传感器103照射的位置重合，然而由于热电偶的位置固定，很难保证二者位置的重合，而且仅能测量一个位置的温度。