托盤晶圓定位系統(tǒng)、方法及mocvd設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種托盤晶圓定位系統(tǒng)、方法及MOCVD設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]化學(xué)氣相沉積設(shè)備，例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)設(shè)備是生產(chǎn)半導(dǎo)體光電器件的核心設(shè)備之一，用來在晶圓(或外延片或襯底片)上沉積或外延生長(zhǎng)出晶體結(jié)構(gòu)薄膜。所述MOCVD設(shè)備的反應(yīng)腔體內(nèi)設(shè)置有托盤，托盤一般是石墨的，上面排列有多圈凹槽用來對(duì)應(yīng)放置所述晶圓。
[0003]目前，對(duì)于托盤上晶圓的定位方法有以下幾種:
第一種，通過電機(jī)編碼器位置對(duì)晶圓進(jìn)行定位；缺點(diǎn)是:托盤和支撐并帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸之間必須是剛性連接，對(duì)于非剛性連接的托盤無法使用該方法進(jìn)行定位。
[0004]第二種，在托盤上需要測(cè)量的位置進(jìn)行標(biāo)記，例如設(shè)置小凹槽，或者噴涂特殊的材料，通過測(cè)量信號(hào)在該標(biāo)記位置發(fā)生的突變來進(jìn)行定位。缺點(diǎn)是，石墨托盤很難進(jìn)行標(biāo)記:鑿小凹槽可能會(huì)影響托盤壽命；噴涂的特殊材料在高溫下可能會(huì)揮發(fā)而影響到腔內(nèi)的工藝反應(yīng)；并且，要通過反射率測(cè)量設(shè)備檢出托盤上的標(biāo)記也非常困難。
[0005]第三種，更改放置晶圓的凹槽在托盤上的排列位置，例如有意增大某兩個(gè)凹槽之間的角度；在所有凹槽內(nèi)都放置有晶圓的滿盤情況下，利用這個(gè)特定角度的差異特征，通過對(duì)晶圓進(jìn)行反射率或溫度測(cè)量來進(jìn)行定位。
[0006]以反射率為例，晶圓上測(cè)得的反射率大于托盤表面上測(cè)得的反射率，因此周期性測(cè)得的反射率波形圖中，與這兩個(gè)特定凹槽對(duì)應(yīng)的兩個(gè)峰值之間間距較大，從而可以定位出放在這兩個(gè)特定凹槽內(nèi)的晶圓；如果事先給每個(gè)晶圓設(shè)置了對(duì)應(yīng)的一個(gè)編號(hào)(通常采用序列號(hào))，則在托盤旋轉(zhuǎn)過程中就可以識(shí)別出每個(gè)晶圓對(duì)應(yīng)的編號(hào)。
[0007]缺點(diǎn)是:由于該方法中托盤上某一區(qū)的晶圓是非對(duì)稱排放的，這可能會(huì)導(dǎo)致托盤上晶圓的重量分布不均，在托盤高速旋轉(zhuǎn)情況下導(dǎo)致托盤旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，更有可能導(dǎo)致整個(gè)爐次不同晶圓之間薄膜生長(zhǎng)均勻性降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種托盤晶圓定位系統(tǒng)、方法及MOCVD系統(tǒng)。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種托盤上晶圓的定位方法，其中包括如下步驟:
在托盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，測(cè)量托盤上至少兩圈晶圓對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)，得到至少兩組光學(xué)信號(hào)序列；
將所測(cè)得的至少兩組光學(xué)信號(hào)序列作為一個(gè)整體，和預(yù)設(shè)的位置信息模板進(jìn)行匹配，所述位置信息模板中包括所述至少兩圈晶圓各自對(duì)應(yīng)的位置信息模板，每圈晶圓對(duì)應(yīng)的位置信息模板中包括對(duì)應(yīng)一圈凹槽中各個(gè)凹槽的編號(hào)、各個(gè)凹槽的坐標(biāo)信息以及各個(gè)凹槽中的晶圓放置信息； 找出匹配程度最高時(shí)各圈晶圓對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)在各自序列中的位置，結(jié)合對(duì)應(yīng)一圈凹槽中預(yù)設(shè)的編號(hào)，確定托盤上各圈晶圓中每個(gè)晶圓的編號(hào)。
[0010]優(yōu)選地，所述測(cè)量托盤上至少兩圈晶圓對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)，得到至少兩組光學(xué)信號(hào)序列的步驟，進(jìn)一步包括:
為所述至少兩圈晶圓中的每圈晶圓分配有一個(gè)或多個(gè)測(cè)量裝置來測(cè)量該圈晶圓的光學(xué)信號(hào);
計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)測(cè)量裝置對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)的實(shí)際采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；
根據(jù)實(shí)際采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)選取每個(gè)測(cè)量裝置對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)中屬于一個(gè)周期的采樣數(shù)據(jù)的序列，作為對(duì)應(yīng)的一圈晶圓的一組光學(xué)信號(hào)序列；
為每圈晶圓各自選擇一組或多組光學(xué)信號(hào)序列；
其中，所述至少兩組光學(xué)信號(hào)序列包括為每圈晶圓各自選擇的一組或多組光學(xué)信號(hào)序列。
[0011]優(yōu)選地，在進(jìn)行匹配的過程中，進(jìn)一步包括:
將所述至少兩圈晶圓中每圈晶圓對(duì)應(yīng)的位置?目息t旲板，和該圈晶圓對(duì)應(yīng)的一組光學(xué)?目號(hào)序列進(jìn)行卷積運(yùn)算；
每移動(dòng)該位置信息模板一位數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度后，重新進(jìn)行卷積運(yùn)算，直至該位置信息模板移動(dòng)一個(gè)周期的長(zhǎng)度；
確定每圈晶圓進(jìn)行卷積運(yùn)算后各自出現(xiàn)最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的位置信息模板移動(dòng)的位數(shù)；
選擇每圈晶圓同時(shí)出現(xiàn)最大值時(shí)各個(gè)位置信息模板移動(dòng)的位數(shù)，匹配所述至少兩圈晶圓中每圈晶圓的光學(xué)信號(hào)及該圈晶圓對(duì)應(yīng)的信息模板，并結(jié)合該圈晶圓對(duì)應(yīng)凹槽預(yù)設(shè)的編號(hào)，確定該圈晶圓中各個(gè)晶圓的編號(hào)。
[0012]優(yōu)選地，在所述定位方法中還包括:
在所述至少兩圈晶圓進(jìn)彳丁卷積運(yùn)算后每圈晶圓同時(shí)出現(xiàn)最大值時(shí)，將該圈晶圓的位置信息模板中的對(duì)應(yīng)的凹槽編號(hào)作為該圈晶圓的編號(hào)；再根據(jù)位置信息模板確定其他圈晶圓中各晶圓的編號(hào)。
[0013]優(yōu)選地，在確定托盤上各圈晶圓中每個(gè)晶圓的編號(hào)后，還包括:確定所述至少兩圈晶圓中每個(gè)晶圓對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)。
[0014]優(yōu)選地，所述光學(xué)信號(hào)是反射率信號(hào)，或溫度信號(hào)，或翹曲率信號(hào)，或基于反射率信號(hào)、溫度信號(hào)和翹曲率信號(hào)中至少一種信號(hào)的合成信號(hào)。
[0015]優(yōu)選地，每圈晶圓對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)序列包括從該圈凹槽內(nèi)的晶圓和該圈凹槽之間的托盤區(qū)域測(cè)得的數(shù)據(jù)。
[0016]優(yōu)選地，一個(gè)周期與所述托盤旋轉(zhuǎn)一圈的過程相對(duì)應(yīng)；一個(gè)周期期間，托盤的位置信息與其旋轉(zhuǎn)角度一一對(duì)應(yīng)，所述位置信息包括托盤上各個(gè)凹槽的編號(hào)及坐標(biāo)信息。
[0017]優(yōu)選地，在將位置信息模板與光學(xué)信號(hào)序列進(jìn)行卷積運(yùn)算之前，還包括:對(duì)該組光學(xué)信號(hào)序列進(jìn)行濾波，對(duì)濾波后的該組光學(xué)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。
[0018]優(yōu)選地，所述計(jì)算的步驟進(jìn)一步包括:
根據(jù)采樣速率、旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，計(jì)算得到一個(gè)周期內(nèi)各測(cè)量裝置的大致采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；
在根據(jù)大致采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)來劃定的范圍內(nèi)選擇采樣數(shù)據(jù)的序列的長(zhǎng)度，使下一個(gè)序列長(zhǎng)度在前一個(gè)序列長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上增加設(shè)定的間隔數(shù)值；
分別根據(jù)其中每一個(gè)序列的長(zhǎng)度從采樣數(shù)據(jù)中選擇相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)序列，并進(jìn)行卷積運(yùn)算，取卷積值最大的序列對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度作為該測(cè)量裝置的實(shí)際采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。
[0019]優(yōu)選地，所述位置信息模板中，還包括托盤上所述至少兩圈晶圓對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)?目息O
[0020]優(yōu)選地，所述各個(gè)凹槽大致呈圓形，所述各個(gè)凹槽的坐標(biāo)信息包括該凹槽的中心點(diǎn)所對(duì)應(yīng)極坐標(biāo)信息中的角度信息。
[0021]本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種托盤晶圓定位系統(tǒng)，其中包括:
測(cè)量系統(tǒng)，其中進(jìn)一步包括為托盤上至少兩圈晶圓中每圈晶圓各自分配的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量裝置，用來測(cè)量至少兩圈晶圓的光學(xué)信號(hào)而得到至少兩組光學(xué)信號(hào)序列；
計(jì)算系統(tǒng)，將所述測(cè)量系統(tǒng)輸出的至少兩組光學(xué)信號(hào)序列作為一個(gè)整體，和預(yù)先存儲(chǔ)的位置信息模板進(jìn)行匹配，以找出匹配程度最高時(shí)對(duì)應(yīng)光學(xué)信號(hào)在各自序列中的位置，進(jìn)而根據(jù)所述位置確定托盤上各圈晶圓中每個(gè)晶圓的編號(hào)。
[0022]優(yōu)選地，所述托盤晶圓定位系統(tǒng)中還包括模板生成單元，其生成的所述位置信息模板中包括:對(duì)應(yīng)放置所述至少兩圈晶圓的凹槽中各個(gè)凹槽的編號(hào)、各個(gè)凹槽的坐標(biāo)信息、各個(gè)凹槽中的晶圓放置信息。
[0023]優(yōu)選地，所述計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)一步包括:
第一卷積單兀，將所述至少兩圈晶圓中每圈晶圓對(duì)應(yīng)的位置?目息t旲板和該圈晶圓對(duì)應(yīng)的一組光學(xué)信號(hào)序列進(jìn)行卷積運(yùn)算；
模板移位單元，根據(jù)實(shí)際采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)移動(dòng)位置信息模板，每移動(dòng)所述位置信息模板一位數(shù)據(jù)后，重新由第一卷積單元進(jìn)行卷積運(yùn)算，直至該位置信息模板移動(dòng)一個(gè)周期；
比較單元，確定由第一卷積單元進(jìn)行卷積運(yùn)算后每圈晶圓的卷積運(yùn)算最大值，輸出所述至少兩圈晶圓同時(shí)出現(xiàn)卷積運(yùn)算最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的各個(gè)位置信息模板移動(dòng)的位數(shù)；
確定單元，根據(jù)所述比較單元的輸出，匹配所述至少兩圈晶圓中每圈晶圓對(duì)應(yīng)的信息模板，將該圈晶圓的位置信息模板中對(duì)應(yīng)凹槽的編號(hào)作為該圈晶圓的編號(hào)，以及再根據(jù)位置信息模板確定其他圈晶圓中各晶圓的編號(hào)。
[0024]優(yōu)選地，所述計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)一步包括:
采樣點(diǎn)計(jì)算單元，在以托盤旋轉(zhuǎn)一圈來設(shè)定的一個(gè)周期中，根據(jù)采樣速率、旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速來求取一個(gè)周期中每個(gè)測(cè)量裝置的大致采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)；
序列長(zhǎng)度選擇單元，根據(jù)大致采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)來劃定范圍，并在該范圍內(nèi)選擇序列長(zhǎng)度，使下一個(gè)序列長(zhǎng)度在前一個(gè)序列長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上增加設(shè)定的間隔數(shù)值；
第二卷積單元，分別根據(jù)每一個(gè)序列長(zhǎng)度，從采樣數(shù)據(jù)中選擇相鄰的兩個(gè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行卷積運(yùn)算，取卷積值最大的序列對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度作為該測(cè)量裝置的實(shí)際采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。
[0025]本發(fā)明的又一個(gè)技術(shù)方案是提供一種MOCVD設(shè)備，其中包含如上述任意一個(gè)示例中所述的托盤晶圓定位系統(tǒng)；
所述MOCVD設(shè)備中設(shè)置有反應(yīng)腔體，在其中引入反應(yīng)氣體對(duì)托盤上放置的至少兩圈晶圓進(jìn)行工藝處理；
所述托盤通過其下方的旋轉(zhuǎn)軸支撐，并在工藝處理的過程中由該旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)托盤旋轉(zhuǎn)，其中托盤旋轉(zhuǎn)一圈為一個(gè)周期，一個(gè)周期內(nèi)，托盤的位置信息與其旋轉(zhuǎn)角度一一對(duì)應(yīng)，所述位置信息包括托盤上各個(gè)凹槽的編號(hào)及坐標(biāo)信息。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例提供的托盤上晶圓的定位方法、托盤晶圓定位系統(tǒng)及MOCVD系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明在硬件設(shè)置本身無法提供有效的定位信號(hào)的情況下，依靠托盤上凹槽位置排列的特性，對(duì)于采集光學(xué)信號(hào)例如溫度或反射率數(shù)據(jù)或兩者的結(jié)合使用(比如其簡(jiǎn)單疊加)，又例如是翹曲系數(shù)等進(jìn)行處理分析，實(shí)