監控裝置、監控方法及氣相沉積設備的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種監控裝置、監控方法及氣相沉積設備，該監控裝置監控氣相沉積設備中的加熱單元或被加熱單元的溫度，該監控裝置包括：溫度探測單元，用于獲得監控區域的探測溫度；溫度比較單元，用于比較任意兩個監控區域的探測溫度得到溫度差值，并將溫度差值與預設的安全溫度值比較得到比較結果；報警單元，用于根據溫度差值與安全溫度值得到的比較結果，判斷是否發出報警信號。當該監控裝置監控到加熱單元或被加熱單元的各個監控區域的溫差大于等于預設的安全溫度時，第一時間發出報警信號通知使用者加熱單元處于異常狀態，以便使用者及時對加熱單元進行維護，確保氣相沉積設備的正常工作，減少產品的報廢，提高了產品的良率。
【專利說明】監控裝置、監控方法及氣相沉積設備
【技術領域】
[0001]本發明屬于氣相沉積領域，更具體地講，是涉及一種用于監控氣相沉積設備中加熱單元的監控裝置、監控方法及具有該監控裝置的氣相沉積設備。
【背景技術】
[0002]MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,金屬有機化合物化學氣相沉淀)是在氣相外延生長(VPE)的基礎上發展起來的一種新型化學氣相外延沉積工藝。MOCVD是以III族、II族元素的有機化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長原材料，以熱分解反應方式在襯底上進行氣相外延，生長各種II1-V族、I1-VI族化合物半導體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。
[0003]MOCVD工藝要求襯底或襯底上的沉積材料層具有較高的溫度，需達到源物質進行化學反應所需要的溫度，現有MOCVD中的加熱單元置于MOCVD反應腔室中襯底托盤的下方，通過使該加熱單元發熱對被加熱單元(托盤和托盤上的襯底)進行加熱。襯底或襯底上的沉積材料層的溫度要滿足一定的均勻度，保證最終形成的沉積材料層的厚度均勻，且防止襯底或由于不均勻的熱應力而翹曲變形，加熱單元的加熱均勻性直接影響托盤或托盤上襯底的受熱均勻性，進而較大地影響了在襯底上的沉積材料層的厚度均勻性。在生長外延材料層工藝的過程中，若加熱單元的各個加熱區域(例如加熱單元的中心和邊緣)溫差過大時，將造成托盤和托盤上襯底的受熱不均勻，使得襯底上的沉積材料層的厚度均勻性變差，從而導致外延芯片產品報廢。
[0004]為了提高外延芯片的良率，減少產品的報廢，需要對加熱單元的加熱均勻性、托盤的受熱均勻性或托盤上襯底的受熱均勻性進行監控。現有技術中缺少對加熱單元的加熱均勻性、托盤的受熱均勻性或托盤上襯底的受熱均勻性進行監控。
【發明內容】
[0005]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種監控裝置、監控方法及具有該監控裝置的氣相沉積設備，該監控裝置用于實時監控氣相沉積設備中加熱單元的加熱均勻性或被加熱單元(托盤或托盤上襯底)的受熱均勻性，避免加熱單元各個加熱區域溫差過大或被加熱單元各個受熱區域溫差過大而使外延芯片產品報廢。
[0006]為了實現上述目的，本發明提供了一種監控裝置，用于在氣相沉積工藝過程中對加熱單元或被加熱單元進行溫度監控，所述加熱單元或被加熱單元包括若干個監控區域，所述監控裝置包括:
[0007]溫度探測單元，用于獲得所述監控區域的探測溫度；
[0008]溫度比較單元，用于比較任意兩個所述監控區域的探測溫度得到溫度差值，并將所述溫度差值與預設的安全溫度值比較得到比較結果；
[0009]報警單元，用于根據所述溫度差值與所述安全溫度值得到的所述比較結果，判斷是否發出報警信號。[0010]進一步地，當所述溫度差值大于等于所述安全溫度值時，所述報警單元發出報警信號。
[0011]進一步地，所述安全溫度值為30~70攝氏度之間的任一值。
[0012]進一步地,所述加熱單元包括若干個子加熱單元,所述若干個子加熱單元分別對應加熱所述若干個監控區域，所述若干個子加熱單元的加熱功率相互獨立調節。
[0013]進一步地，在每個所述監控區域中，所述溫度探測單元探測每個所述監控區域中的一個點的溫度得到所述探測溫度，或探測每個所述監控區域中的多個點的溫度，取所述多個點的溫度的平均溫度得到所述探測溫度。
[0014]進一步地，所述溫度探測單元包括置于所述加熱單元或被加熱單元的下方的若干個熱電偶，用于對應直接接觸所述若干個監控區域并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。
[0015]進一步地，所述溫度探測單元包括若干個光譜分析裝置，用于對應探測分析所述若干個監控區域的熱輻射信號并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。
[0016]本發明還提供了一種氣相沉積設備，包括工藝腔室，所述工藝腔室具有被加熱單元和加熱單元，所述加熱單元分別對應置于所述被加熱單元下方，在進行氣相沉積工藝時，所述加熱單元對應加熱所述被加熱單元，所述工藝腔室還包括上述的監控裝置，所述監控裝置對所述加熱單元或所述被加熱單元進行溫度監控。
[0017]進一步地，所述加熱單元為所述氣相沉積設備的加熱單元，所述被加熱單元為托盤，所述監控裝置對所述加熱單元或所述托盤進行溫度監控。
[0018]本發明還提供了一種在氣相沉積工藝過程中監控加熱單元或被加熱單元溫度的監控方法，該監控方法包括步驟:
[0019]a)將所述加熱單元或所述被加熱單元劃分為若干個監控區域；
[0020]b)探測所述若干個監控區域的溫度并獲得各個所述監控區域的探測溫度；
[0021]c)比較任意兩個所述監控區域的探測溫度并得到溫度差值；
[0022]d)比較所述溫度差值與預設的安全溫度值并得到比較結果；
[0023]e)根據所述溫度差值與預設安全溫度值得到的比較結果，判斷是否發出報警信號。
[0024]進一步地，當所述溫度差值大于等于所述安全溫度值時，所述報警單元發出報警信號。
[0025]進一步地，將所述預設的安全溫度值設為30~70攝氏度之間的任一值。
[0026]進一步地，所述加熱單元包括若干個子加熱單元，所述若干個子加熱單元分別對應加熱所述若干個監控區域，所述若干個子加熱單元的加熱功率相互獨立調節。
[0027] 進一步地，在每個所述監控區域中，探測每個所述監控區域中的一個點的溫度得到所述探測溫度，或探測每個監控區域中的多個點的溫度，取所述多個點的溫度的平均溫度得到所述探測溫度。
[0028]進一步地，通過若干個熱電偶對應直接接觸所述若干個監控區域并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。
[0029]進一步地，通過若干個光譜分析裝置對應探測分析所述若干個監控區域的熱輻射信號并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。[0030]本發明的監控裝置通過監控氣相沉積設備中的加熱單元或被加熱單元，在加熱單元各個加熱區域溫差或被加熱單元各個受熱區域溫差大于等于預設的安全溫度時，在第一時間發出報警信號通知使用者此刻的加熱單元處于異常狀態，以便使用者及時掌握加熱單元的正常與否，從而對加熱單元進行維護，進而能夠確保氣相沉積設備的正常工作，減少外延芯片廣品的報廢，提聞了外延芯片廣品的良率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1是本發明實施例的監控裝置的系統示意圖。
[0032]圖2是本發明實施例的加熱單元的一種監控區域示意圖。
[0033]圖3是本發明實施例的加熱單元的另一種監控區域示意圖
[0034]圖4是圖1所示的監控裝置監控加熱單元的方法流程示意圖。
【具體實施方式】[0035]為了更好地闡述本發明所采取的技術手段及其效果，以下結合本發明的實施例及其附圖進行詳細描述，其中，相同的標號始終表示相同的部件。
[0036]本發明實施例的監控裝置通常用于對氣相沉積設備中的加熱單元或被加熱單元進行溫度監控。該氣相沉積設備可是MOCVD設備等。通常MOCVD設備具有工藝腔室，該工藝腔室中包括有加熱單元及被加熱單元，加熱單元可放置于被加熱單元的下方，在MOCVD設備進行氣相沉積反應時，加熱單元對被加熱單元進行加熱。加熱單元可是電阻加熱器、RF加熱器等。被加熱單元為托盤或托盤上的襯底，在MOCVD設備中，托盤的材質可為石墨等，襯底的材質可為藍寶石、碳化硅、氧化鋅、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合。
[0037]為了保證MOCVD工藝的均勻性，通常加熱單元包括若干個子加熱單元，對各個子加熱單元的輸出功率進行調整以保證整個加熱單元表面的各處溫度均勻，即加熱單元的表面的中心沿半徑方向向外保持溫度一致。當加熱單元發生異常時，比如某一個或幾個子加熱單元發生短路或斷路時，該一個或幾個子加熱單元會與其他的子加熱單元之間產生較大的溫度差異，同時與該一個或幾個子加熱單元的位置相對應的被加熱單元(即托盤或托盤上的襯底)的溫度也會與其他的子加熱單元的位置對應的被加熱單元的溫度出現較大的溫度差異，而在MOCVD工藝過程中對襯底的溫度要求較高，即不僅要求同一襯底內的溫度差異在+/-1攝氏度內，而且要求放置于同一托盤上的不同襯底的溫度差異也盡可能小，襯底受熱不均勻不僅會影響形成的外延材料層的質量，襯底之間溫度差異過大會導致外延片良率降低，嚴重的可能導致外延片的報廢。如果能夠對加熱單元或被加熱單元設置的多個監控區域的溫度進行監控，即某一監控區域的溫度與其他監控區域之間出現較大的溫度差時，及時通知使用者對加熱單元以及整個MOCVD設備進行檢查、維護和保養，將會提高襯底上形成的外延材料層的質量，提聞外延片的良率。
[0038]以下，將參照附圖對實施例進行描述以更好地解釋本發明。
[0039]參照圖1、圖2和圖3，圖1所示為本發明實施例的監控裝置的系統示意圖，圖2是本發明實施例的加熱單元的一種監控區域示意圖，圖3是本發明實施例的加熱單元的另一種監控區域示意圖。
[0040]如圖1所示，監控裝置I用于對MOCVD設備中的加熱單元10進行實時溫度監控，當加熱單元10的任意兩個監控區域的溫度差值大于等于某一預設的安全溫度值時，該監控裝置I發出報警信號通知使用者注意加熱單元10的狀況，進而使得加熱單元10的各個監控區域加熱均勻性良好。該監控裝置I包括溫度探測單元20，用于探測加熱單元10包括的若干個監控區域的溫度得到各個監控區域的探測溫度；溫度比較單元30，用于比較任意兩個監控區域的探測溫度得到溫度差值，并將溫度差值與預設的安全溫度值比較得到比較結果；報警單元40，用于根據溫度差值與預設的安全溫度值比較得到的比較結果，判斷是否發出報警信號。
[0041]任意的兩個監控區域之間的溫度差值不宜過大，當溫度差值過大時，兩個監控區域出現異常(例如短路或斷路等)。通常兩個監控區域之間的溫度差值不能大于等于100攝氏度。安全溫度值是用于限定溫度差值的，如果溫度差值大于等于該安全溫度值，則報警單元40發出報警信號；如果溫度差值低于安全溫度值，則報警單元40不發出報警信號。在本實施例中，安全溫度值可選為30攝氏度~70攝氏度之間的任一溫度值，如果對MOCVD設備的安全性要求較高，可以設置較低的安全溫度值，如可設為30攝氏度，如果溫度差值大于等于30攝氏度，則報警單元40發出報警信號；如果溫度差值低于30攝氏度，則報警單元40不發出報警信號；如果對MOCVD設備的安全性要求沒那么高，可以設置較高的安全溫度值，如可設為70攝氏度，如果溫度差值大于等于70攝氏度，則報警單元40發出報警信號；如果溫度差值低于70攝氏度，則報警單元40不發出報警信號。
[0042]加熱單元10包括若干個監控區域，例如，加熱單元10可包括在其表面沿圓周劃分為如圖2所示的三個監控區域，分別為監控區域Tl、監控區域T2和監控區域T3 ;所述三個監控區域也可以是加熱單元10表面中的部分區域，例如可是如圖3所示的在加熱單元10表面上由內向外選擇的部分區域作為監控區域Tl、監控區域T2及監控區域T3。值得注意的是，加熱單元10包括的若干個監控區域的劃分方法可有多種，例如可是將整個加熱單元10沿圓周等分，也可是其他能將加熱單元10劃分為若干個監控區域的方法。在本實施例中，加熱單元10包括若干個子加熱單元(未示出)，若干個子加熱單元分別對應加熱若干個監控區域，且若干個子加熱單元的加熱功率是相互獨立調節的。
[0043]溫度探測單元20可為若干個熱電偶，其數量與加熱單元10包括的監控區域數量相同，若干個熱電偶可分別對應探測若干個監控區域的溫度得到各個監控區域的探測溫度；溫度探測單元20也可為若干個光譜分析裝置例如紅外溫度計來分別對應探測分析若干個監控區域發出的熱輻射信號得到各個監控區域的探測溫度。在溫度探測單元20對若干個監控區域進行溫度探測時，可探測每個監控區域中一個點的溫度從而得到各個監控區域的探測溫度，值得注意的是，該處所述一個點可以為該監控區域中的任意單個點，也可以為在該監控區域中依照次序每次選擇的一個點。此外，在溫度探測單元20對若干個監控區域進行溫度探測時，也可探測每個監控區域中多個點的溫度，取該多個點溫度的平均值而得到各個監控區域的探測溫度。
[0044]相應地，本發明還提供了一種利用上述監控裝置實時監控MOCVD設備中加熱單元的方法，如圖4所示為圖1中的監控裝置監控加熱單元的方法流程示意圖，該監控方法包括:
[0045]步驟S1:將所述加熱單元或所述被加熱單元劃分為若干個監控區域；
[0046]步驟S2:探測所述若干個監控區域的溫度并獲得各個監控區域的探測溫度；[0047]步驟S3:比較任意兩個所述監控區域的探測溫度并得到溫度差值；
[0048]步驟S4:比較所述溫度差值與預設的安全溫度值并得到比較結果；
[0049]步驟S5:根據所述溫度差值與預設安全溫度值得到的比較結果，判斷是否發出報
警信號。
[0050]以下，將參照圖1、圖2和圖3詳細描述本發明實施例的監控裝置實時監控MOCVD設備中加熱單元的方法。首先，溫度探測單元20探測到加熱單元10包括的如圖2或如圖3所示的監控區域Tl、監控區域T2和監控區域T3各自的探測溫度1\、T2和T3,而后溫度探測單元20比較任意兩個探測溫度(例如可以是探測溫度T1和T2、探測溫度T2和T3或探測溫度T1和T3)得到二者的溫度差值，接著比較溫度差值與一預設的安全溫度值(該值為上述的安全溫度值在30攝氏度~70攝氏度之間的任一溫度值)，如果溫度差值大于或等于預設的安全溫度值，則報警單元40發出報警信號，如果溫度差值低于預設的安全溫度值，則報警單元40不發出報警信號。
[0051]需要說明的是，本發明實施例的監控裝置也可對MOCVD設備中的被加熱單元(例如:托盤或托盤上的襯底)進行溫度實時監控，與上述相同的內容在此不再贅述。但在溫度檢測單元20檢測襯底溫度時，除了上述的可用熱電偶或紅外溫度計探測襯底的溫度，還可以通過專利申請號為201120249937.4的實用新型專利中的原位溫度測試裝置來探測襯底的溫度。
[0052]綜上所述，本發明的監控裝置通過監控氣相沉積設備中的加熱單元或被加熱單元，在加熱單元各個加熱區域即加熱單元包括的各個監控區域的溫差或被加熱單元各個受熱區域即被加熱單元包括的各個監控區域的溫差大于等于預設的安全溫度值時，在第一時間發出報警信號通知使用者此刻的加熱單元處于異常狀態，以便使用者及時掌握加熱單元的正常與否，從而對加熱單元進行維護，進而能夠確保氣相沉積設備的正常工作，減少外延芯片廣品的報廢，提聞了外延芯片廣品的良率。
[0053] 本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的范例，并未限制本發明的范圍。凡是包含于權利要求書中的精神及范疇內的修改及均等設置均包括在本發明的范圍內。
【權利要求】
1.一種監控裝置，用于在氣相沉積工藝過程中對加熱單元或被加熱單元進行溫度監控，其特征在于，所述加熱單元或被加熱單元包括若干個監控區域，所述監控裝置包括: 溫度探測單元，用于獲得所述監控區域的探測溫度； 溫度比較單元，用于比較任意兩個所述監控區域的探測溫度得到溫度差值，并將所述溫度差值與預設的安全溫度值比較得到比較結果； 報警單元，用于根據所述溫度差值與所述安全溫度值得到的所述比較結果，判斷是否發出報警信號。
2.根據權利要求1所述的監控裝置，其特征在于，當所述溫度差值大于等于所述安全溫度值時，所述報警單元發出報警信號。
3.根據權利要求1或2所述的監控裝置，其特征在于，所述安全溫度值為30~70攝氏度之間的任一值。
4.根據權利要求1或2所述的監控裝置，其特征在于，所述加熱單元包括若干個子加熱單元，所述若干個子加熱單元分別對應加熱所述若干個監控區域，所述若干個子加熱單元的加熱功率相互獨立調節。
5.根據權利要求1所述的監控裝置，其特征在于，在每個所述監控區域中，所述溫度探測單元探測每個所述監控區域中的一個點的溫度得到所述探測溫度，或探測每個所述監控區域中的多個點的溫度，取所述多個點的溫度的平均溫度得到所述探測溫度。
6.根據權利要求1或5所述的監控裝置，其特征在于，所述溫度探測單元包括置于所述加熱單元或被加熱單元的下方的若干個熱電偶，用于對應直接接觸所述若干個監控區域并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。
7.根據權利要求1或5所述的監控裝置，其特征在于，所述溫度探測單元包括若干個光譜分析裝置，用于對應探測分析所述若干個監控區域的熱輻射信號并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。
8.一種氣相沉積設備，包括工藝腔室，所述工藝腔室具有被加熱單元和加熱單元，所述加熱單元分別對應置于所述被加熱單元下方，在進行氣相沉積工藝時，所述加熱單元對應加熱所述被加熱單元，其特征在于，所述工藝腔室還包括權利要求1至7任一項所述的監控裝置，所述監控裝置對所述加熱單元或所述被加熱單元進行溫度監控。
9.根據權利要求8所述的氣相沉積設備，其特征在于，所述加熱單元為所述氣相沉積設備的加熱單元，所述被加熱單元為托盤，所述監控裝置對所述加熱單元或所述托盤進行溫度監控。
10.一種在氣相沉積工藝過程中監控加熱單元或被加熱單元溫度的監控方法，其特征在于，包括步驟: a)將所述加熱單元或所述被加熱單元劃分為若干個監控區域； b)探測所述若干個監控區域的溫度并獲得各個所述監控區域的探測溫度； c)比較任意兩個所述監控區域的探測溫度并得到溫度差值； d)比較所述溫度差值與預設的安全溫度值并得到比較結果； e)根據所述溫度差值與預設安全溫度值得到的比較結果，判斷是否發出報警信號。
11.根據權利要求10所述的監控方法，其特征在于，當所述溫度差值大于等于所述安全溫度值時，所述報警單元發出報警信號。
12.根據權利要求10或11所述的監控方法，其特征在于，將所述預設的安全溫度值設為30~70攝氏度之間的任一值。
13.根據權利要求10或11所述的監控方法，其特征在于，所述加熱單元包括若干個子加熱單元，所述若干個子加熱單元分別對應加熱所述若干個監控區域，所述若干個子加熱單元的加熱功率相互獨立調節。
14.根據權利要求10所述的監控方法，其特征在于，在每個所述監控區域中，探測每個所述監控區域中的一個點的溫度得到所述探測溫度，或探測每個監控區域中的多個點的溫度，取所述多個點的溫度的平均溫度得到所述探測溫度。
15.根據權利要求10或14所述的監控方法，其特征在于，通過若干個熱電偶對應直接接觸所述若干個監控區域并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。
16.根據權利要求10或14所述的監控方法，其特征在于，通過若干個光譜分析裝置對應探測分析所述若干 個監控區域的熱輻射信號并分別得到所述若干個監控區域的所述探測溫度。
【文檔編號】C23C16/52GK103911603SQ201310002986
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月5日 優先權日:2013年1月5日
【發明者】喬徽, 寧海濤 申請人:光達光電設備科技（嘉興）有限公司