[发明专利]一种晶圆表面温度探测器及其应用

说明书

本发明公开了一种晶圆表面温度探测器及其应用，包含若干个子探测器，每个所述子探测器用以观察至少一个外设外延片；若干个所述子探测器的分布方式为阵列式分布；每个所述子探测器各包含一个光源和若干个子接收器；所述光源用于发出入射光；所述子接收器用于接收由外延片形成的光信号，并对所接收的光信号进行光电转换以获得电信号；本发明温度监控对象明确且唯一，同时采用反射率曲线方式进行了温度监控；实现了生长全过程的RT曲线有效监控，进而实现了外延片组分和均匀性生长控制。

技术领域

本发明涉及半导体材料生长制备领域，具体涉及一种晶圆表面温度探测器及其应用。

背景技术

薄膜外延是制造半导体器件薄膜的关键工艺，它是一种复杂的物理化学反应过程。影响外延生长的参数很多，这些参数决定了器件的光电特性和良品率，生长参数的微小偏差会导致器件良品率和性能指数级衰减。薄膜外延生长的原位监测是薄膜外延生长系统的眼睛，用于实时在线检测外延薄膜生长过程中的参数。目前，有相关方法实现了外延片温度、厚度、生长率、应力等参数的在线检测，但随着外延生长过程中要求控制的组分、膜层厚度以及长膜质量越来越高，需要监测系统可以同时检测薄膜生长的物性变化、生长速率、薄膜质量等多种参数，以便及时调整外延参数，实现薄膜外延生长过程的最优化。

在外延材料生长制备过程中，需要对生长温度进行精确的监控。常用的监控手段有两种，分别是(RT)和(TC)。其中，RT为wafer表面的温度，通过监控反射率曲线实现，TC为石墨盘温度，通过热电偶检测。生长过程中，高温条件下外延层材料与衬底的热膨胀系数不同，在应力作用下外延片发生翘曲，导致反射信号超出探测器接收范围，RT曲线下降至零，导致温度失控。外延片不同表面反射光位置变化截面示意图见图1，如图1所示，在平坦面（（A）或（D））反射光束可以很好的被探测器所接收，但在负倾斜表面（B）和正倾斜表面（C），则出现反射信号超出接受范围，从而监控失效。生产过程中外延片反射光束位置示意图（俯视）见图2，如图2所示，当外延片表面出现翘曲时，部分光束就会偏离设定位置，从而影响准确率；尤其对于失配结构的外延生长，需要将RT切换至TC来监控生长温度，而这需要RT与TC有稳定一致的对应关系，但实际上对于不同程度翘曲的外延片很难做到。

尤其是对于属于目前外延生长领域技术研发的前沿方向的大尺寸外延片（≥6英寸），研发中发现，由于现阶段并不存在与之相适配的晶圆表面温度探测器（传统RT监控在某一时间点只能监控外延片上单点位置的反射率），导致在生长过程中无法做到精确温度监控，导致生产过程中良率较低，成本居高不下。

因此，需要一种晶圆表面温度探测器，该探测器能实现大尺寸翘曲外延片表面的温度监控。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题为：一种晶圆表面温度探测器，该探测器能实现对翘曲表面的温度监控。

本发明要解决的第二个技术问题为：上述晶圆表面温度探测器的应用。

为解决上述第一个技术问题，本发明提供的技术方案为：一种晶圆表面温度探测器，包含若干个子探测器，每个所述子探测器用以观察至少一个外设外延片；若干个所述子探测器的分布方式为阵列式分布；

每个所述子探测器各包含一个光源和若干个子接收器；

所述光源用于发出入射光；

所述子接收器用于接收由外延片形成的光信号，并对所接收的光信号进行光电转换以获得电信号。

根据本发明的一些实施方式，所述发射光源设计为眼球状。

眼球状发射光源，光源方向可360度连续旋转调整。

根据本发明的一些实施方式，所述入射光的波长范围为300~1800nm。

为了监控大尺寸外延片（≥6英寸）不同位置的温度，设置具有不同波长发射光源的多个子探测器。