CN118737912A - 一种多片行星式mocvd设备的卫星盘转速测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法及系统,涉及半导体制造设备领域。该方法包括以下步骤:获取母盘相对初始位置的旋转角度;将所述旋转角度与预存的识别角度进行匹配;当匹配成功后,获取在测距传感器下的当前所述卫星盘的身份信息;获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘的高度信息;将获取的所述卫星盘的高度信息与预存的所述卫星盘的高度信息进行匹配,当匹配成功后获取当前所述卫星盘的转速。解决了目前测量卫星盘转速时只能得到卫星盘的一个代表值,而无法快速准确得知每个卫星盘的转速的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造设备领域,具体涉及一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量系统及方法。
背景技术
半导体薄膜沉积反应腔中设置有自转的石墨母盘和围绕母盘中轴线并与母盘一起旋转的行星盘(卫星盘),石墨母盘通过机械电机驱动,转速可控,一般在20rpm左右,石墨母盘上分布多个石墨小盘,即卫星盘,用于承载晶圆生长外延薄膜,卫星盘通过氩气或氢气吹动悬浮自转,其具体旋转速度未知。在半导体薄膜沉积工艺中,卫星盘的转速对于流场均匀性、温场均匀性以及薄膜生长一致性有着重要影响。因此,对卫星盘的转速进行测量具有重要意义。半导体外延生长工艺中对卫星盘的转速测量由于复杂的环境,例如母盘、卫星盘均在旋转,需要考虑复合运动状态下的计算、以及高温、气流影响等,变得非常困难。
我司已开展这方面研究,可以快速得知卫星盘的转速,但是后续的研究发现在实际应用中还存在一些不足,比如理论上计算一个卫星盘的转速即可当做所有卫星盘的转速,但在实践中发现由于尺寸偏差、工艺磨损等因素每个卫星盘的转速也会存在差异,多个卫星盘同时处理可以明显提高加工效率,但是不同卫星盘的转速的差异导致了同一批次晶圆的薄膜生长的一致性降低,如何准确快速掌握每个卫星盘的转速为后面调整薄膜均匀性的工艺做准备成为现在亟需解决的问题。
发明内容
为了解决上述无法计算母盘上每片卫星盘转速的问题,本发明的第一方面提供了一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,包括以下步骤:
获取母盘相对初始位置的旋转角度;
将所述旋转角度与预存的识别角度进行匹配;
当匹配成功后,则根据所述识别角度以及预存的所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系获取在测距传感器下的当前所述卫星盘的身份信息;
获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘的高度信息;
将获取的所述卫星盘的高度信息与预存的所述卫星盘的高度信息进行匹配,当匹配成功后根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速;
当所述母盘带着所述卫星盘持续旋转时重复上述所有步骤,获取所述母盘上所有所述卫星盘各自的转速。
在发明的一些实施例中,在步骤S100:获取母盘相对初始位置的旋转角度步骤之前还包括如下步骤:
步骤S101:将母盘旋转到初始位置,此时第1卫星盘正处于测距传感器下;
步骤S102:根据预存的所述卫星盘的个数n及预存的公式:识别角度θm=(360°/n)×m获取n个识别角度,其中n、m为自然数,1≤m≤n;
步骤S103:将获取的n个识别角度以及n个卫星盘的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系。
在发明的一些实施例中,在步骤S103:将获取的n个识别角度以及n个卫星盘的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系之后还包括:
步骤S104:按照识别角度旋转母盘;
步骤S105:当所述母盘旋转至识别角度后,检测是否能取出卫星盘上的晶圆,如果不能取出则旋转母盘进行修正使得晶圆能够被取出并得到修正后识别角度,将修正后识别角度作为获取的识别角度;
步骤S106:重复上述步骤S101-S105,直到母盘旋转一周,所有的卫星盘均进行过是否能取出卫星盘上的晶圆的检测。
在发明的一些实施例中,在步骤S100:获取母盘相对初始位置的旋转角度步骤之前还包括如下步骤:
步骤S201:将母盘旋转到初始位置,此时第1卫星盘没有处于测距传感器下;
步骤S202:将初始位置时的母盘的任一径向设为0°;
步骤S203:获取在测距传感器下的卫星盘的对应角度α;
步骤S204:获取所述母盘中心与第1卫星盘中心连线的方向的角度β;
步骤S205:根据公式当α≥β,γ=α-β,当α<β时,γ=360°+α-β,获取所述第1卫星盘旋转到测距传感器下时的旋转角度γ,γ也作为其中1个识别角度;
步骤S206:根据预设的所述卫星盘的个数n,及公式:识别角度θ=γ+(360°/n)×(m-1)获取n个识别角度,并将获取的n个识别角度与n个卫星盘的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系,其中n、m为自然数,1≤m≤n。
在发明的一些实施例中,所述步骤根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前在所述测距传感器下所述卫星盘的转速包括:
根据所述卫星盘的身份信息从预存的所有所述卫星盘对应的关系中查找与当前所述卫星盘对应的关系,所述卫星盘对应的关系包括所述卫星盘的高度与转速的对应关系;
根据所述卫星盘的高度信息、所述卫星盘对应的关系获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘的转速。
在发明的一些实施例中,当所述母盘带着所述卫星盘持续旋转时重复上述所有步骤,获取所述母盘上所有所述卫星盘各自的转速步骤包括:
当所述母盘旋转0-360°时,每获取一个所述卫星盘的转速就将所述卫星盘对应的转速存储在控制器中;
当所述母盘旋转超过360°时,每获取一个所述卫星盘的转速就更新所述控制器中存储的所述卫星盘的对应的转速。
在发明的一些实施例中,将获取的所述卫星盘的高度信息与预存的所述卫星盘的高度信息进行匹配,当匹配成功后根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速步骤包括:步骤S110:当未处于预设晶圆处理工艺时,在母盘非旋转,所述卫星盘未浮起状态下,获取放置在所述卫星盘上的所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离;
步骤S120:通入预定的气流量使得载有晶圆的所述卫星盘浮起并旋转,获取所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离h2;
步骤S130:根据公式:浮起高度Δh=h1-h2计算得到所述卫星盘和/或所述晶圆的浮起高度,其中,h1为所述卫星盘未浮起状态下,放置在所述卫星盘上的所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离,h2为通入预定的气流量使得载有晶圆的卫星盘浮起并旋转后获取的所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离;
步骤S140:获取所述卫星盘的转速;
步骤S150:将所述浮起高度与所述卫星盘的转速进行关联存储,从而得到所述映射关系。
在发明的一些实施例中,将获取的所述卫星盘的高度信息与预存的所述卫星盘的高度信息进行匹配,当匹配成功后根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速步骤包括:
步骤S501:改变通入的气流量使得改变所述卫星盘的浮起高度;
步骤S502:获取改变后的卫星盘和/或晶圆的浮起高度;
步骤S503:获取所述卫星盘的转速;
步骤S504:将改变后的卫星盘和/或晶圆的浮起高度与所述卫星盘的转速进行关联存储,从而得到更新后的所述映射关系;
步骤S505:重复步骤S501至步骤S504,直到满足预设条件停止,所述预设条件包括得到预设量的映射关系,或者所述浮起高度超出或等于预设值。
在发明的一些实施例中,在步骤S505之后包括:
步骤S506:按照识别角度旋转母盘使得下一个卫星盘处于测距传感器下;
步骤S507:重复步骤S505-S506,直到得到每一个卫星盘的所述映射关系。
本发明的第二方面提供了一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量系统,应用上述第一方面任一所述的多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,包括:
母盘,所述母盘可围绕所述母盘的旋转中心轴线自转,
多个卫星盘,呈圆周分布在所述母盘上,用于承载晶圆,所述母盘可带着所述卫星盘围绕所述母盘的旋转中心轴线公转,所述卫星盘可围绕所述卫星盘的旋转中心轴线自转;
旋转装置,设于母盘下方,可带动所述母盘旋转;
角度传感器,用于获取母盘相对初始位置的旋转角度并传输给控制器;
控制器,用于控制旋转装置带动所述母盘旋转,还用于将所述旋转角度与识别角度进行匹配,当匹配成功后,则根据所述识别角度以及预存的所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系获取在测距传感器下的当前所述卫星盘的身份信息;
测距传感器,用于获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘的高度信息;
其中,控制器还用于根据所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速;还用于获取所述母盘上所有所述卫星盘各自的转速。
本发明的有益效果:本申请通过测量母盘未旋转状态下,卫星盘和/或晶圆的浮起高度以及转速,并建立映射关系,在处于晶圆处理工艺中时,直接测量卫星盘和/或晶圆的浮起高度并根据预存的映射关系即可得到卫星盘转速,解决了在晶圆处理工艺中,卫星盘一直围绕母盘公转使得卫星盘转速测量较为困难的问题,将晶圆处理工艺中,卫星盘公转加自转的复杂运动下转速的测量转化为对卫星盘和/或晶圆浮起高度的测量,简化了测量方法,提高了测量效率。同时也解决了采用该种方法测量卫星盘转速时只能得到所有卫星盘的一个代表值,而无法快速准确得知每个卫星盘的转速的问题。
附图说明
图1为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之一;
图2为本申请实施方式的卫星盘转速测量系统结构示意图之一;
图3为本申请实施方式的MOCVD设备结构示意图;
图4为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之二;
图5为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之三;
图6为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之四;
图7为本申请实施方式的测距传感器测量高度与时间关系图;
图8为本申请实施方式的卫星盘转速测量系统部分结构示意图之一;
图9为本申请实施方式的卫星盘转速测量系统部分结构示意图之二;
图10为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之五;
图11为本申请实施方式的母盘结构示意图;
图12为本申请实施方式的晶圆结构示意图;
图13为本申请实施方式的脉冲信号数据示意图;
图14为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之六;
图15为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之七;
图16为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之八;
图17为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之九;
图18为本申请实施方式的卫星盘转速测量方法流程图之十。
其中,附图标记为:
1、母盘;11、旋转装置;12、母盘中轴线;2、卫星盘;21、卫星盘中轴线;31、测距传感器;32、光电传感器;33、测量点;4、晶圆;41、晶圆上表面;42、定位凹口;5、控制器;14、观察通道;15、观察窗;16、角度传感器;23、第1卫星盘;24、第2卫星盘;25、第3卫星盘;26、第4卫星盘;27、第5卫星盘;28、第6卫星盘;62、机械手;61、晶圆传输腔室;63、装卸腔室;64、晶圆承载装置存储腔室;65、晶圆存储腔室;66、冷却腔室;67、晶圆寻边腔室;68、闸门。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面,附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解,上面介绍的多种构思和实施例,以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施,这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本发明公开的一些方面可以单独使用,或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
需要说明的是,当元件被称为“连接于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“多个”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征,结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此,“在一个实施例中”、“在一些实施例中”或“在其中一些实施例中”的短语出现在整个说明书的各个地方,并非所有的指代都是相同的实施例。此外,在一个或多个实施例中,可以以任何合适的方式组合特定的特征,结构或特性。
本申请的“单片卫星盘2”是指每个卫星盘2上只承放一片晶圆4,“多片卫星盘2”是指每个卫星盘2承放至少两片的晶圆4,例如2片、3片、4片等等,母盘1上可设置一个或多个卫星盘2,所有的卫星盘2均可围绕母盘1的中轴线旋转。可以理解的,所述母盘1可选为行星式母盘1,在晶圆处理工艺中,卫星盘2围绕母盘1的中轴线旋转,同时在流体作用下每个卫星盘2围绕其自身中轴线(卫星盘中轴线21)旋转。需要说明的是,母盘1的转速通常较低,例如10-30rpm,而卫星盘2转速通常远大于母盘1转速,例如卫星盘2转速通常为300rpm-1000rpm,所以在计算卫星盘2转速时母盘1转速对其影响非常小,另外母盘1在晶圆处理工艺中转速通常是固定的,当计算卫星盘2转速时忽略掉母盘1转速对其影响得到一个近似值,也不会影响晶圆4处理工艺的重复性和一致性。
请参阅图1,本发明一实施例中提供了一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘2转速测量方法,所述方法具体包括步骤S100至S600:
步骤S100:获取母盘1相对初始位置的旋转角度;
需要说明是,请参阅图2、图3,多片行星式半导体外延生长设备,或者多片行星式MOCVD设备包括反应腔室(未示出)和处理腔室(未示出),所述处理腔室包括装卸腔室63、晶圆承载装置存储腔室64、晶圆存储腔室65,冷却腔室66,晶圆寻边腔室67,晶圆传输腔室61,母盘1是放置在薄膜生长处理工艺的反应腔室内,反应腔室和处理腔室是各自密闭的空间,彼此之间可以通过闸门68的开启实现连通,闸门68的关闭实现封闭。传输腔室内设有机械手62,通过所述机械手62可使得所述晶圆4和/或所述晶片承载装置在所述反应腔室和所述处理腔室之间移动,和/或在所述处理腔室内部移动。母盘1上沿着周向均匀放置有多个卫星盘2,当需要取放晶圆4时,通过旋转母盘1使得承载需要取放指定晶圆4的卫星盘2旋转到闸门68位置,打开闸门68,通过机械手62将晶圆4取出或者通过机械手62将晶圆4放入卫星盘2上,再关闭闸门68。而所有卫星盘2摆放位置是预设的。每个卫星盘2在母盘1上的圆心角大小,以及卫星盘2之间间距都是已知的,例如母盘1沿着逆时针方向设有6个沿周向均匀分布的卫星盘2,分别为第1卫星盘23、第2卫星盘24、第3卫星盘25、第4卫星盘26、第5卫星盘27、第6卫星盘28。
为了清楚了解每个卫星盘2及其晶圆4的状态,取放晶圆4的顺序是一般是固定的。机械手62会按照固定顺序依次取放晶圆4。举例而言,按照第一方向旋转母盘1使得第1卫星盘23位于闸门68处,先放入第1卫星盘23上的晶圆4,再按照第一方向旋转母盘1使得第2卫星盘24位于闸门68处,再放入第2卫星盘24上的晶圆4,依此类推将所有卫星盘2上的晶圆4放置完毕。母盘1的初始位置一般指的是第1卫星盘23处于闸门68处的位置。第一方向可指顺时针也可以指逆时针方向。
请参阅图2,母盘1设有角度传感器16,在一些实施例中,角度传感器16用于获取母盘1相对初始位置的旋转角度,在另一些实施方例中,角度传感器16还用于获取绝对角度。在一些实施方式中,所述角度传感器16可以是电机编码器和电机驱动器的组合,由电机编码器检测旋转角度后由电机驱动器将旋转角度实时发送给控制器5。本实施例中角度传感器16可设置在所述母盘1旋转中心轴线上,例如设置在可带动母盘1旋转的旋转装置的转轴上。可以理解的,角度传感器16还可以是其它类型,并不做限定。
在一个可能的实现方式中,请参阅图4,在步骤S100:获取母盘1相对初始位置的旋转角度步骤之前还包括如下步骤:
步骤S101:将母盘1旋转到初始位置,此时第1卫星盘23正处于测距传感器31下;
具体而言,控制器5控制旋转装置11带动母盘1旋转到初始位置,而测距传感器31设置在母盘1处于初始位置时第1卫星盘23的上方,则此时第1卫星盘23正处于测距传感器31下,需要说明的是,正处于测距传感器下是指测距传感器31的测量点33或者测距传感器31的垂直投影落在第1卫星盘23上,但具体落在第1卫星盘23的哪个位置并不限定。
步骤S102:根据预存的所述卫星盘2的个数n及预存的公式:识别角度θm=(360°/n)×m获取n个识别角度,其中n、m为自然数,1≤m≤n。
具体而言,控制器中预存有卫星盘2的个数n及预存的公式:识别角度θm=(360°/n)×m,其中n、m为自然数,1≤m≤n,计算获取n个识别角度,即θ1、θ2、θ3、……θn。需要说明的,识别角度用于确定各个卫星盘2需要旋转多少角度才能处于测距传感器下,举例而言,当母盘1旋转角度为θ1时,第2卫星盘24旋转到测距传感器31下,当母盘1旋转角度为θn时,第1卫星盘23旋转到测距传感器31下。
步骤S103:将获取的n个识别角度以及n个卫星盘2的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘2身份信息的对应关系。
具体的,控制器5将步骤S102中获取的n个识别角度,即θ1、θ2、θ3、……θn,按照当2≤m≤n时,第m卫星盘2的身份信息与第m-1识别角度对应存储,当m=1时,第1卫星盘23的身份信息与第n识别信息对应存储。举例而言,当n=6时,按照第2卫星盘24的身份信息与第1识别角度θ1对应存储,第3卫星盘25的身份信息与第2识别角度θ2对应存储,……第6卫星盘28的身份信息与第5识别角度θ5对应存储,第1卫星盘23的身份信息与第6识别角度θ6对应存储。
在一个可能的实现方式中,在步骤S103之后进一步包括:
步骤S104:按照识别角度旋转母盘1;
具体的,控制器5控制旋转装置11带动母盘1旋转至识别角度,例如旋转60°。
步骤S105:当所述母盘1旋转至识别角度后,检测是否能取出卫星盘2上的晶圆4,如果不能取出则旋转母盘1进行修正使得晶圆4能够被取出并得到修正后识别角度,将修正后识别角度作为获取的识别角度;
需要说明的是,检测是否能取出卫星盘2上的晶圆4是指机械手62能否在闸门68打开后从反应腔中的母盘1的初始位置将卫星盘2取走,在某些情况下,因为角度偏差并不能成功取走卫星盘2,这时需要旋转母盘1进行调整,在一些实施方式中可按照预设角度进行调整,在另一些实施方式中可通过随机角度进行调整。例如当识别角度为60°,预设角度为顺时针旋转1°时才能够顺利取出晶圆4,则修正后识别角度为61°。
步骤S106:重复上述步骤S101-S105,直到母盘1旋转一周,所有的卫星盘2均进行过是否能取出卫星盘2上的晶圆4的检测。
具体的,将母盘1依次旋转至识别角度,并将每一个卫星盘2进行能否取出卫星盘2的检测,如不能取出则进行修正并且获得修正后识别角度。旋转一周后,所有的卫星盘2均进行过一次检测,使得设备不会出现无法进行工艺处理的错误。
在一个可能的实现方式中,请参阅图5,在步骤S100:获取母盘1相对初始位置的旋转角度步骤之前还包括如下步骤:
步骤S201:将母盘1旋转到初始位置,此时第1卫星盘23没有处于测距传感器31下;
可以理解的,当母盘1位于初始位置时,第1卫星盘23虽然没有设置在测距传感器下,但是测距传感器31也设置在除了第1卫星盘23的其他卫星盘2上面,例如第2卫星盘24或者第3卫星盘25上面。
步骤S202:将初始位置时的母盘1的任一径向设为0°;
在一个实施例中,角度传感器16将母盘1的任一径向设为0°,例如母盘1中心与第1卫星盘23中心连线的方向,或者母盘1中心与第2卫星盘24中心连线的方向等并不限定。需要说明的是,0°方向设定后相对母盘1不再改变,例如母盘1顺时针旋转60°后,0°方向仍然为原先的母盘1中心与第1卫星盘23中心的连线方向,而旋转之后母盘1中心与第一卫星盘2中心的连线方向与初始位置的夹角即为旋转角度。通过角度传感器16可以实时检测母盘1相对初始位置的旋转角度,旋转角度可为0-360°,并将检测到的所述旋转角度实时发送给控制器5。
步骤S203:获取在测距传感器31下的卫星盘2的对应角度α;
在一个实施例中,当处于初始位置时,此时测距传感器下也有1个卫星盘2,角度传感器16测量基于0°的测距传感器31下的卫星盘2的对应角度α。需要说明的是测距传感器31下的卫星盘2的对应角度指的是该卫星盘2的中心与母盘1中心连线与0°方向的夹角。
步骤S204:获取所述母盘1中心与第1卫星盘23中心连线的方向的角度β;
步骤S205:根据公式当α≥β,γ=α-β,当α<β时,γ=360°+α-β,获取所述第1卫星盘23旋转到测距传感器下时的旋转角度γ,γ也作为其中1个识别角度;
步骤S206:根据预设的所述卫星盘2的个数n,及公式:识别角度θ=γ+(360°/n)×(m-1)获取n个识别角度,并将获取的n个识别角度与n个卫星盘2的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘2身份信息的对应关系,其中n、m为自然数,1≤m≤n。
需要说明的是,当m=1时,识别角度γ对应第2卫星盘24的身份信息,当m=2时,识别角度γ对应第3卫星盘25的身份信息,依次类推,当m=n时,识别角度γ对应第1卫星盘23的身份信息。
步骤S200:将所述旋转角度与预存的识别角度进行匹配;
具体而言,控制器5中预先存储有识别角度,所述识别角度设有多个,例如6个,分别为60°、120°、180°、240°、300°、360°,识别角度只需要满足在此识别角度下卫星盘2正处于测距传感器31下面,正处于测距传感器31下面是指测距传感器的测量点33或垂直投影落在卫星盘2上,当卫星盘2上设有晶圆4时则测距传感器31的测量点33或垂直投影落在晶圆4上,如此方便测距传感器31检测卫星盘2的高度信息。可以理解的,正处于测距传感器31下面可以是一个角度范围,可以是随着母盘1旋转测距传感器的测量点33刚好落在该卫星盘2上,也可以随着母盘1旋转测量点落在该卫星盘2上任一点时的角度。控制器5将接收到的旋转角度与预存的识别信息进行匹配。
步骤S300:当匹配成功后,则根据所述识别角度以及预存的所述识别角度与所述卫星盘2身份信息的对应关系获取在测距传感器下的当前所述卫星盘2的身份信息;
控制器5还存储有识别角度与所述卫星盘2身份信息的对应关系,需要说明的是,所述识别角度主要与卫星盘2的大小、数量、摆放位置相关,还与初始位置时测量点的位置相关。
作为一个示例,母盘1设有6个卫星盘2,识别角度为60°时对应第2卫星盘24,识别角度为120°时对应第3卫星盘25,识别角度为180°时对应第4卫星盘26,识别角度为240°时对应第5卫星盘27,识别角度为300°时对应第6卫星盘28,识别角度为360°时对应第1卫星盘23。当所述旋转角度达到识别角度时,具体而言,所述控制器5将接收到的所述旋转角度与预存的识别角度进行匹配,当匹配成功后,则说明旋转角度达到识别角度。控制器根据该识别角度以及预存的所述识别角度与所述卫星盘2身份信息的对应关系获取在测距传感器下的当前所述卫星盘2的身份信息;举例而言,当母盘1旋转了60°时,控制器将接收到的旋转角度60°与识别角度进行匹配,识别角度有60°,则匹配成功,此时再查询识别角度与所述卫星盘2身份信息的对应关系,可得到60°对应第2卫星盘24,则获取在测距传感器下的当前所述卫星盘2的身份信息是第2卫星盘24。
步骤S400:获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘2的高度信息;
作为一个示例,在母盘1带着卫星盘2旋转过程中,测距传感器31实时测量高度信息,可以理解的,当处于预设晶圆4处理工艺时,随着母盘1的旋转测距传感器31测量获得两种高度信息,一种为晶圆4的高度信息,一种为母盘1上表面的高度信息,且这两种信息是交替出现。
在一个可能的实现方式中,获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘2的高度信息步骤之前还包括以下步骤;
当处于预设晶圆4处理工艺时,在母盘1旋转,卫星盘2浮起并旋转状态下获取高度信息,所述高度信息包括所述卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度,或者所述卫星盘2浮起后的所述晶圆上表面41与测距传感器31的垂直距离。
作为一种实现方式,请参阅图6,当处于预设晶圆处理工艺时,在母盘1旋转,卫星盘2浮起并旋转状态下获取所述测距传感器下的当前所述卫星盘2的高度信息步骤包括:
步骤S301,所述卫星盘2带动所述晶圆4一起浮起并旋转;
在一些实施例中,请参阅图4,卫星盘2转速测量系统包括流体输送系统(未示出),其可控制流体可选择地输送到母盘1的气槽(未示出)中。在一些实施例中,流体输送系统包括一个或多个流体源,例如氮气、氢气、氩气等惰性气体,还包括用于控制流体源输送的流体控制装置。流体控制装置根据控制器5发出的指令,控制输送到气槽的流体的流量、速度及/或压力。在一些实施例中,流体控制装置为传统流量控制器(MFC,Mass FlowController),其连接控制器5。在另一实施例中,流体控制装置为固定孔口,以在已知压力下输送预定流量的流体。
本发明的实施例提供的卫星盘2,卫星盘2与气槽相对设置,其能利用母盘1的三个或多个气槽通入的流体来浮起、支撑、定位和/或旋转卫星盘2,在一些实施例中,卫星盘2背面设有供流体流动的流道。通过控制从三个或多个气槽输送到卫星盘2表面的流体特性,例如出自三个或多个气槽的流体的气流量,可改变卫星盘2的浮起高度。浮起、支撑、定位和/或旋转卫星盘2是由流体流过卫星盘2表面的摩擦力和原子动能转移引起。卫星盘2在气流的作用下带动晶圆4一起浮起并围绕自身中轴线旋转。
步骤S302,获取高度信息,所述高度信息包括所述卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度,或者所述卫星盘2浮起后的所述晶圆上表面41与测距传感器31的垂直距离。
具体的,通过测距传感器31测量所述卫星盘2浮起后的所述晶圆上表面41与测距传感器31的垂直距离。测距传感器31在预定时间内实时测量得到多个垂直距离值,在一些实施方式中选择其中最短的垂直距离值作为晶圆上表面41到测距传感器31的垂直距离,其中所述预定时间可选为1秒、2秒或者其它时间,多个垂直距离值可选为1000-5000个垂直距离值。可以理解的,在其他实施方式中,可以通过将多个垂直距离值进行算法处理得到更为精确的晶圆上表面41到测距传感器31的垂直距离。可以理解的,由于母盘1设有卫星盘2和没有设置卫星盘2的区域表面高度不一致,例如卫星盘2上表面高度比附近母盘1上表面区域要高。当测距传感器测量高度时,高度会周期性的变化。
进一步的,请参阅图2、图7,光电传感器32与测距传感器31均可固定安装在与母盘1相对的上盖出)的观察通道14的正上方,观察通道14同光电传感器32、测距传感器31之间设有观察窗15,所述观察窗15可选用石英材料,一方面光束可透过透明的石英材料,另一方面通过观察窗15密闭观察通道14。当处于预设晶圆处理工艺时,在母盘1、卫星盘2旋转时,测距传感器31在预定时间内实时测量得到多个垂直距离值,其呈现周期性分布的两种距离值,其中最短的垂直距离值为晶圆上表面41到测距传感器31的垂直距离H2,非最短的垂直距离值为母盘1上表面到测距传感器31的垂直距离H1,所述预定时间可选为1分钟、2分钟或者其它时间。同一个晶圆上表面41到测距传感器31的垂直距离H2测量时间是t0,两个晶圆4之间的母盘1上表面到测距传感器31的垂直距离H1测量时间为T0。可以理解的,在其他实施方式中,可以通过将多个垂直距离值进行算法处理得到更为精确的晶圆上表面41到测距传感器31的垂直距离。
需要说明的是,请参阅图8,所述卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度Δh包括卫星盘2下表面距离母盘1上表面的垂直距离,或者浮起后晶圆上表面41到未浮起时晶圆上表面41的垂直距离。所述测距传感器31包括超声波测距传感器31、激光测距传感器31、红外线测距传感器31等并不限定。测距传感器31设置于卫星盘2的正上方,其可测量卫星盘2的高度信息。
一种可能的实现方式是,请参阅图8、图9,测距传感器31测量所述卫星盘2的浮起高度步骤包括先测量卫星盘2未浮起时晶圆上表面41距离测距传感器31的距离h1。控制器5控制向母盘1的气槽通入预定量的流体后,卫星盘2浮起一定高度并旋转,此时测量晶圆上表面41到测距传感器31的距离h2,测距传感器31将h1和h2均传输给控制器5,控制器5根据公式浮起高度Δh=h1-h2,计算得到浮起高度Δh,所述浮起高度即为卫星盘2距离母盘1的垂直高度,并储存在控制器5中。在一些实施例中,浮起高度Δh由测距传感器31自主计算完成并传输给控制器5,测距传感器31所应用计算公式仍然为公式:浮起高度Δh=h1-h2。
一种可能的实现方式是,请参阅图8、图9,先测量卫星盘2未浮起时晶圆上表面41到测距传感器31到母盘1的距离h1,控制器5控制流体输送系统向母盘1的气槽通入预定流量的气体,卫星盘2浮起一定高度并旋转,此时测量卫星盘2上表面到测距传感器31的距离h2,测距传感器31将h1和h2均传输给控制器5,此时并不需要计算两者的差值,而是通过控制器5直接存储h1和h2。
在一些实施例中,请参阅图8、图9,卫星盘2通过气流悬浮在母盘1上,并且母盘1与卫星盘2之间产生间隙,所述间隙即为所述浮起高度。在一些实施例中,气流造成的间隙“L”为100微米(μm)至2000μm,可选地,为200μm至500μm。在一些实施例中,卫星盘2浮起高度为500μm。在一些实施例中,卫星盘2浮起高度为800μm。
在一些实施例中,控制器5通过调整一个或多个气槽输送的流量可调整间隙“L”,即调整浮起高度。
步骤S500:将获取的所述卫星盘2的高度信息与预存的高度信息进行匹配,当匹配成功后根据获取的所述卫星盘2的高度信息,以及预存的所述卫星盘2的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘2的转速;
请参阅图10,在一个可能的实现方式中,预存的所述卫星盘2的高度信息与转速对应关系的获得方法包括如下步骤S110-S150:
步骤S110:当未处于预设晶圆处理工艺时,在母盘1非旋转,所述卫星盘2未浮起状态下,获取放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离;
需要说明的是,所述预设晶圆处理工艺包括薄膜沉积工艺,尤其适合使用托盘的晶圆4处理工艺。进一步的,包括化学汽相沉积(CVD)工艺、金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺等,可利用所述工艺、设备和系统处理的晶圆4包括200毫米(mm)、300mm或更大的单晶硅(Si)、多结晶(multi-crystalline)硅、多晶硅、锗(Ge)、碳化硅(SiC)、玻璃、砷化镓(GaAs),但不以此为限。可选地,晶圆4为圆形,但也可为任何预期形状。晶圆4厚度可选为200μm-500μm,例如350μm。需要说明的是,未处于预设晶圆处理工艺是指未通过母盘1通气使得卫星盘2浮起并旋转,和/或母盘1旋转。处于预设晶圆处理工艺是指通过母盘1通气使得卫星盘2浮起并旋转,和/或母盘1旋转。可以理解的,处于预设晶圆处理工艺可根据工艺进行操作,例如通入反应气体,加热母盘1等操作。
请参阅图2,因为母盘1上可放置多个卫星盘2,虽然通入卫星盘2的气流量通常是相同的,但是每个卫星盘2因为制造时结构有一些差异,以及生长薄膜工艺过程中经常磨损所以同一母盘1上的卫星盘2转速会有差异,随着使用时间越长同一个母盘1上的不同卫星盘2转速差异会更加明显,如此,需要单独检测每一个卫星盘2的转速。在母盘1、卫星盘2均处于静止状态下在母盘1上方间隔一定高度设置测距传感器31,在一个实施例中,所述测距传感器31设置在母盘1处于初始位置时的第1卫星盘23的上方。进一步的,测距传感器31的测量点设置在卫星盘2的沿着母盘1旋转中心轴线的旋转路径上。进一步的测距传感器31可设置在母盘1处于初始位置时任选一个卫星盘2的上方,高度可选为80-300mm,此时测距传感器31可以获取放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离。所述测距传感器31与控制器5连接,并将采集的距离、高度差等信息发送给控制器5。
作为一种实现方式,当未处于预设晶圆处理工艺时,在母盘1非旋转,所述卫星盘2未浮起状态下,获取放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离步骤之后还包括:
步骤S120:通入预定的气流量使得载有晶圆4的所述卫星盘2浮起并旋转,获取所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离h2;
需要说明的是,通入预定的气流量使得载有晶圆4的卫星盘2浮起并旋转步骤与步骤S301相同,不再赘述,此时设定母盘1转速为0,即母盘1完全处于静止状态。获取所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离h2步骤与步骤S302基本相同,不再赘述。
步骤S130:根据公式:浮起高度Δh=h1-h2计算得到所述卫星盘2和/或所述晶圆4的浮起高度,其中,h1为所述卫星盘2未浮起状态下,放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离,h2为通入预定的气流量使得载有晶圆4的卫星盘2浮起并旋转后获取的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离;
需要说明的是,根据公式:浮起高度Δh=h1-h2计算得到所述卫星盘2和/或所述晶圆4的浮起高度步骤与步骤S302基本相同,不再赘述,将计算得到的所述浮起高度与所述卫星盘2的转速进行关联存储,从而得到所述映射关系。本步骤计算浮起高度Δh,更容易与气流量进行关联,从而方便根据调整气流量来改变浮起高度。
这里需要说明的是,步骤S120和S130也可以合并为一个步骤,即测距传感器31测量得到h2,并且测距传感器31可直接根据公式Δh=h1-h2计算得到浮起高度。这里的步骤S120和S130是为了更加清楚的阐述方法流程而进行了区分和说明。
步骤S140:获取所述卫星盘2的转速;
需要说明的是,卫星盘2的转速可以通过各种测量装置配合相应的测量方法获得,并不限定。单个旋转物体的转速测量有一些已有的测量方法,不再赘述。所述测量装置用于测量卫星盘2的转速,例如角速度传感器、激光脉冲传感器等。
光电传感器32包括高灵敏度的光电探测器或者带强度测量的位移探测器,通过分析接收到的信号强度,可以区分出激光是照射到晶圆4上,还是卫星盘2上。所述“经处理”可能的一种实现方式是根据数个相邻低电平或高电平脉冲的时间间隔求得均值。
在一个实施例中,请参阅图2、图11、图12、图13,本申请为多片行星式MOCVD设备,光电传感器32设置在卫星盘2的正上方且间隔一定高度,例如可选地50-300mm,其测量点33设置在母盘1处于初始位置且母盘1、卫星盘2均静止不动时其中一片晶圆4的表面边缘处,需要说明的是,当卫星盘2旋转时,测量点33在卫星盘2或者晶圆上表面41上划过的路线为测量路径。光束照射在晶圆上表面41得到一种脉冲信号,照射在母盘1上得到另一种脉冲信号,这样经过测量点33时可得到不同的脉冲信号。通过光电传感器32来获取光束照射在晶圆4及母盘1上表面的脉冲信号,控制器5采集该脉冲信号,并处理得到不同脉冲信号的时间,从而得到当卫星盘2旋转时光束照射在晶圆上表面41的时间T1以及光束照射在卫星盘2的时间t1。
在一个实施例中,请参阅图14,所述获取所述卫星盘2的转速步骤包括:
作为一种实现方式,获取所述卫星盘2的转速步骤包括:
步骤S401:获取光束照射在晶圆4定位凹口42的时间;
需要说明的是,晶圆4的外径边缘通常是不均匀的。图12描绘具有定位凹口42或其他特征结构的晶圆4。定位凹口42可为直径大约1.5mm-2mm的半圆。这些定位凹口42也可以具有其他形状,诸如三角“V”形或是方形。或者,在其圆周的一部分上具有平坦边缘,例如定位边。可通过监测所述非均匀性特征结构,例如定位凹口42以确定晶片的旋转速度。
设定在靠近晶圆4外径的晶圆4边缘任意一点为测量点33,并且晶圆4旋转时定位凹口42可经过所述光电传感器32的测量点33。由于晶圆4反射激光,而卫星盘2是石墨材料或者透明材料几乎不反射激光,如此光束照射在晶圆上表面41时可得到一种脉冲信号,光束照射在定位凹口42处实际照射在卫星盘2上得到另一种脉冲信号,这样晶圆4或者卫星盘2经过测量点33时可得到不同的脉冲信号。通过光电传感器32来获取光束照射在晶圆4定位凹口42及晶圆上表面41的脉冲信号,控制器5采集该脉冲信号,并经处理得到不同脉冲信号的时间。
进一步的,光电传感器32包括高灵敏度的光电探测器或者带强度测量的位移探测器,通过分析接收到的信号强度,可以区分出激光是照射到晶圆4上,还是卫星盘2上。所述“经处理”可能的一种实现方式是根据数个相邻低电平或高电平脉冲的时间间隔求得均值。
示例性的,请参阅图12、图13,当卫星盘2带动晶圆4旋转时,经过控制器5处理后得到晶圆4每旋转一圈时光束照射在定位凹口42的时间为t,光束照射在晶圆上表面41的时间为T。在一些实施例中,采样晶圆4旋转多圈的时间间隔,然后在多个时间间隔(周期)中任取一个周期中的T和t,可选地,还可选择多个相邻高电平的时间间隔计算平均值从而得到T,或者选择多个低电平脉冲的时间间隔计算平均值从而得到t。
步骤S402:根据公式:转速V=α/(360°*t),计算得到所述卫星盘2的转速V,其中α为已知的晶圆4定位凹口42在所述晶圆4上的圆心角,t为已获取的光束照射在晶圆4定位凹口42的时间。
步骤S150:将所述浮起高度与所述卫星盘2的转速进行关联存储,从而得到所述映射关系。
具体的,将步骤S110获取所述卫星盘2未浮起时,放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离h1及步骤S130计算得到的浮起高度Δh,步骤S120通入预定的气流量使得载有晶圆4的所述卫星盘2浮起并旋转,获取所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离h2,以及步骤S140获取的卫星盘2的转速均关联存储在控制器5中,其中卫星盘2未浮起时,放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离h1及浮起高度Δh均作为所述高度信息,所述预存的高度信息是指在处于预设的晶圆处理工艺前就已经在控制器5中预先存储的高度信息。
作为一个示例,所述映射关系为h1为10.5mm,卫星盘2转速为0;以及浮起高度Δh=500μm,卫星盘2转速为200rpm,其中h1为10.5mm、浮起高度Δh=500μm为高度信息。
通过上述步骤,可以通过在预设晶圆处理工艺时,在母盘1旋转,卫星盘2浮起并旋转状态下获取高度信息,并通过映射关系,直接得到卫星盘2的转速,避免了常规的在母盘1旋转、卫星盘2自转的复合运动中对卫星盘2转速的复杂计算,简化了方法同时也扩大了应用范围,单片卫星盘2,多片卫星盘2均可以使用。
在一个实施例中,请参阅图15,步骤S150之后还包括:
步骤S501:改变通入的气流量使得改变所述卫星盘2的浮起高度;
具体的,控制器5控制流体控制装置改变流入母盘1气槽的流量,从而改变卫星盘2的浮起高度。例如每次增加/减少0.1sccm的气流量。示例性的,卫星盘2质量为300克,直径为150mm,原先通入气体流量为0.1sccm,浮起高度为100μm,将气流量改变为0.2sccm,此时浮起高度为200μm。
步骤S502:获取改变后的卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度;
步骤S503:获取所述卫星盘2的转速;
步骤S504:将改变后的卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度与所述卫星盘2的转速进行关联存储,从而得到更新后的所述映射关系。
步骤S505:重复步骤S501至步骤S504,直到满足预设条件停止,所述预设条件包括得到预设量的映射关系,或者所述浮起高度超出或等于预设值。
可以理解的,预设量的映射关系是指例如预设量为5条,则得到5条映射关系即满足预设条件。或者浮起高度超出或等于预设值是指例如浮起高度上限为800μm,此时通过通入足够大流量的气流,使得所述卫星盘2和/或晶圆4浮起高度为900μm,则不再重复步骤S501至步骤S504。可以理解的,预设量可选为2-2000条,当预设量越大时测得的转速越多,越能满足要求。
作为一个示例,所述映射关系为:
卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度为500μm,卫星盘2转速为200rpm;
卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度为600μm,卫星盘2转速为300rpm;
卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度为700μm,卫星盘2转速为400rpm;
假设映射关系的预设量为5,则上述示例满足预设条件。
可以理解的,在一些实施例中,所述步骤S504可替换:将改变后的所述卫星盘2浮起后的所述晶圆上表面41与测距传感器31的垂直距离进行关联存储,从而得到更新后的所述映射关系。
在一些可能实施方式中,步骤S505之后还包括:
步骤S506:按照识别角度旋转母盘1使得下一个卫星盘2处于测距传感器下;
步骤S507:重复步骤S505-S506,直到得到每一个卫星盘2的所述映射关系。
具体而言,按照识别角度旋转母盘1使得下一个卫星盘2处于测距传感器下步骤是指旋转母盘1至识别角度使得下一个卫星盘2处于测距传感器下;
如此每个卫星盘2均能得到一个专属的映射关系。
在一个可能的实现方式中,请参阅图16,步骤S400:将获取的所述卫星盘2的高度信息与预存的高度信息进行匹配,当匹配成功时,根据获取的所述卫星盘2的高度信息,以及预存的所述卫星盘2的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘2的转速还包括以下步骤:
步骤S601:将所述高度信息与预存的高度信息进行匹配;
具体的,控制器5将获取的高度信息与预存的高度信息进行匹配。
示例性的,映射关系为,卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度为500μm,卫星盘2转速为200rpm;卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度为600μm,卫星盘2转速为300rpm;此时获取高度信息为所述浮起高度是600μm,而预存的高度信息为卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度为500μm、600μm,则将高度信息与500μm、600μm进行匹配。此时容易得知500μm匹配不成功,600μm匹配成功。
在一种可能的实施方式中,请参阅图17,步骤S601还包括:
步骤S701:根据所述卫星盘2的身份信息从预存的所有所述卫星盘2对应的关系中查找与当前所述卫星盘2对应的关系,所述卫星盘2对应的关系包括所述卫星盘2的高度与转速的对应关系;
步骤S702:根据所述高度信息与预存当前所述卫星盘2对应的关系中的高度信息进行匹配。
步骤S602:在匹配成功的情况下,根据预存的映射关系,确定所述卫星盘2的转速,其中,所述映射关系表征所述高度信息与所述卫星盘2转速的关系。
具体的,在匹配成功的情况下,控制器5根据其预存的映射关系,确定所述卫星盘2的转速。
示例性的,在上述例子中,600μm匹配成功,此时根据预存的映射关系,确定卫星盘2的转速为300rpm。
可以理解的,在一些实施例中,控制器5可以从预存的映射关系里直接读取所述预存的高度信息。在其它的一些实施例里中,预存的高度信息与预存的映射关系均单独存储,控制器5先将高度信息与预存的高度信息进行匹配,如果匹配成功,再根据预存的高度信息调用与所述高度信息匹配的映射关系。
步骤S600:当所述母盘1带着所述卫星盘2持续旋转时重复上述所有步骤S100-S500,直至获取所述母盘1上所有所述卫星盘2各自的转速。
具体而言,本步骤是为了将母盘1上所有卫星盘2的转速均测量出来。
请参阅图18,步骤S600进一步包括如下步骤:
步骤S801:当所述母盘1旋转0-360°时,每获取一个所述卫星盘2的转速就将卫星盘2对应的转速存储在控制器5中;
也就是说本步骤可以在母盘1旋转一圈时获取一次每个卫星盘2的转速。
步骤S802:当所述母盘1旋转超过360°时,每获取一个所述卫星盘2的转速就更新所述控制器5中存储的所述卫星盘2的对应的转速。
具体的,本步骤可以在母盘1旋转超过一圈时再持续旋转过程中不断的更新每个卫星盘2的转速,从而时刻监测每个卫星盘2的转速,做到测量结果更加准确、快速。
图2为本申请的一实施例中的多片行星式MOCVD设备的卫星盘2转速测量系统,所述系统包括:
母盘1,所述母盘1为圆形母盘1,水平设置,沿着所述母盘1周向设置的卫星盘2,所述卫星盘2呈圆周排列,所述卫星盘2上设有1片或多片晶圆4;在母盘中轴线12上设有旋转装置11,所述旋转装置可带动母盘1绕着所述母盘1中轴线12旋转。所述旋转装置与控制器5电连接,可在控制器5的控制下以预定转速转动,例如10-30rpm。
测距传感器31,用于当未处于预设晶圆处理工艺时,在母盘1非旋转,所述卫星盘2未浮起状态下,获取放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离;还用于当处于预设工艺时,在母盘1旋转,卫星盘2浮起并旋转状态下获取高度信息,所述高度信息包括所述卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度,或者所述卫星盘2浮起后的所述晶圆上表面41与测距传感器31的垂直距离。测距传感器31与控制器5电连接,测距传感器31用于将检测的高度信息传输给控制器5。
流体输送系统,用于通入预定的气流量使得载有所述晶圆4的所述卫星盘2浮起并旋转。
控制器5,与所述测距传感器31、所述旋转装置、所述流体输送系统电连接,用于将所述高度信息与预存的高度信息进行匹配;还用于在匹配成功的情况下,根据预存的映射关系,确定所述卫星盘2的转速,其中,所述映射关系表征所述高度信息与所述卫星盘2转速的关系。
在一个实施例中,一种卫星盘2转速测量系统,包括:
一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘2转速测量系统,应用上述任一实施例中多片行星式MOCVD设备的卫星盘2转速测量方法,包括:
母盘1,所述母盘1可围绕所述母盘1的旋转中心轴线自转,
多个卫星盘2,呈圆周分布在所述母盘1上,用于承载晶圆4,所述母盘1可带着所述卫星盘2围绕所述母盘1的旋转中心轴线公转,所述卫星盘2可围绕所述卫星盘2的旋转中心轴线自转。
旋转装置11,设于母盘1下方,可带动所述母盘1旋转。
角度传感器16,用于获取母盘1相对初始位置的旋转角度并传输给控制器5。
控制器5,用于控制旋转装置带动所述母盘1旋转,还用于将所述旋转角度与识别角度进行匹配,当匹配成功后,则根据所述识别角度以及预存的所述识别角度与所述卫星盘2身份信息的对应关系获取在测距传感器下的当前所述卫星盘2的身份信息。
测距传感器31,用于获取在所述测距传感器31下的当前所述卫星盘2的高度信息。
其中,控制器还用于根据所述卫星盘2的高度信息以及预存的所述卫星盘2的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘2的转速;还用于获取所述母盘1上所有所述卫星盘2各自的转速。
在一些实施例中,母盘1为石墨或其它合适的材料构成,直径可选为1000-2000mm,卫星盘2由金属、陶瓷、塑料、半导体或其他材料构成。在一些实施例中,卫星盘2由石墨构成。在另一实施例中,卫星盘2由陶瓷材料构成,例如石英、蓝宝石、碳化硅、氧化铝、氧化锆、氮化铝或氮化硼。在一些实施例中,卫星盘2质量为100-1000克,直径为100-300mm。
测距传感器31,当未处于预设晶圆处理工艺时,在母盘1非旋转状态下,用于获取所述卫星盘2未浮起时,放置在所述卫星盘2上的所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离h1;还用于当处于预设晶圆处理工艺时,在母盘1旋转,卫星盘2浮起并旋转状态下获取所述晶圆上表面41与所述测距传感器31的垂直距离h2;还用于根据公式:浮起高度Δh=h1-h2计算得到所述卫星盘2和/或所述晶圆4的浮起高度。
流体输送系统,用于通入预定的气流量使得载有晶圆4的卫星盘2浮起并旋转。
光电传感器32,用于获取光束照射在所述定位凹口42和/或晶圆上表面41的脉冲信号。
控制器5,与测距传感器31、光电传感器32、流体输送系统均电连接,用于控制所述流体输送系统通入预定的气流量使得载有晶圆4的卫星盘2浮起并旋转;还用于根据所述脉冲信号获取卫星盘2旋转一圈时光束照射在所述定位凹口42和/或晶圆上表面41的时间;还用于控制测距传感器31获取高度信息;还与旋转装置电连接,用于控制母盘1按照预定转速旋转。
还用于将所述浮起高度与所述卫星盘2的转速进行关联存储,从而得到所述映射关系,其中,所述映射关系表征所述高度信息与所述卫星盘2转速的关系。
还用于将所述高度信息与预存的高度信息进行匹配,所述高度信息包括所述浮起高度;还用于在匹配成功的情况下,根据预存的映射关系,确定所述卫星盘2的转速。
在一个实施例中,卫星盘2转速测量系统包括母盘1、以及沿着所述母盘1周向设置的卫星盘2,所述卫星盘2呈圆周排列,所述卫星盘2上设有1片晶圆4;
所述光电传感器32用于获取光束照射在晶圆4定位凹口42的脉冲信号;
控制器5用于根据光束照射在晶圆4定位凹口42的脉冲信号获取光束照射在晶圆4定位凹口42的时间,还用于存储公式:转速V=Q/(360°*t),并根据公式:转速V=Q/(360°*t),计算得到所述卫星盘2的转速V,其中Q为已知的晶圆4定位凹口42在所述晶圆4上的圆心角,t为光束照射在晶圆4定位凹口42的时间。
在一个实施例中,卫星盘2转速测量系统包括母盘1、以及沿着所述母盘1周向设置的卫星盘2,所述卫星盘2呈圆周排列,所述卫星盘2上设有至少2片晶圆4。
光电传感器32,用于获取光束照射在晶圆上表面41或者卫星盘2上的脉冲信号;
在一个实施例中,卫星盘2转速测量系统还包括一报警系统,所述报警系统通信连接所述控制器5,所述控制器5内部预设有所述卫星盘2的标准阈值转速,例如200rpm-300rpm,当所述卫星盘2转速测量系统计算得到的所述卫星盘2的实时转速小于或者大于所述卫星盘2的所述标准阈值转速时,所述卫星盘2转速测量系统向所述报警系统发送一报警信号,所述报警系统根据接收到的所述报警信号进行提示报警。
卫星盘2转速测量系统还包括一与控制器电连接的显示系统(未示出),可将各个卫星盘2的转速信息显示给用户。
控制器5用来控制完成晶圆处理工艺的各部件。控制器5通常用来协助整个处理腔室的控制及自动化,且一般包括中央处理单元(CPU)(未示出)、内存(未示出)和支持电路(或I/O)(未示出)。CPU可为任一型式的计算机处理器,其用于工业设定来控制不同的系统功能、腔室工艺和支持硬件(如传感器、机械臂、电动机、流体源等),及监视工艺(如卫星盘2温度、电源变量、腔室工艺时间、I/O信号等)。内存连接CPU,且可为一或多种容易取得的内存,例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或其他本地或远程的数字储存器。软件指令与数据可加以编码及存入内存,用以指示CPU。支持电路也连接CPU,以通过传统方式支持处理器。支持电路包括高速缓冲储存器、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路、次系统等。控制器5可读取的程序(或计算机指令)决定施行于晶圆4的任务。较佳地,程序为控制器5可读取的软件,其包括进行监视相关任务的编码、晶圆4移动、支撑、定位及/或旋转的执行与控制、和处理腔室中进行的各种处理程序任务与腔室工艺方法步骤。在一些实施例中,控制器5使用传统PID控制算法来控制流体输送到气槽,以主动控制晶圆4的支撑、定位及/或旋转。在一些实施例中,控制器5为单片机或PLC。
相应地,本实施例还提供一种计算机设备,包括处理器及存储器,所述处理器适于实现各指令,所述存储器适于存储多条指令,其中,所述指令适于由所述处理器加载并执行如上所述的卫星盘2转速测量方法。
相应地,本实施例还提供计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令,其中,当所述计算机可执行的指令被执行时可实现如上所述的卫星盘2转速测量方法。
本申请的实施例通过测量母盘1未旋转状态下,卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度以及转速,并建立映射关系,在处于晶圆处理工艺中时,直接测量卫星盘2和/或晶圆4的浮起高度并根据预存的映射关系即可得到卫星盘2转速,解决了在晶圆处理工艺中,卫星盘2一直围绕母盘1公转使得卫星盘2转速测量较为困难的问题,将晶圆处理工艺中,卫星盘2公转加自转的复杂运动下转速的测量转化为对卫星盘2和/或晶圆4浮起高度的测量,简化了测量方法,提高了测量效率。同时也解决了采用该种方法测量卫星盘2转速时只能得到所有卫星盘2的一个代表值,而无法快速准确得知每个卫星盘2的转速的问题。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,包括如下步骤:
获取母盘相对初始位置的旋转角度;
将所述旋转角度与预存的识别角度进行匹配;
当匹配成功后,则根据所述识别角度以及预存的所述识别角度与所述卫星盘的身份信息的对应关系获取在测距传感器下的当前所述卫星盘的身份信息;
获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘的高度信息;
将获取的所述卫星盘的高度信息与预存的所述卫星盘的高度信息进行匹配,当匹配成功后根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速;
当所述母盘带着所述卫星盘持续旋转时重复上述所有步骤,获取所述母盘上所有所述卫星盘各自的转速。
2.根据权利要求1所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,在步骤S100:获取母盘相对初始位置的旋转角度步骤之前还包括如下步骤:
步骤S101:将母盘旋转到初始位置,此时第1卫星盘正处于测距传感器下;
步骤S102:根据预存的所述卫星盘的个数n及预存的公式:识别角度θm=(360°/n)×m获取n个识别角度,其中n、m为自然数,1≤m≤n;
步骤S103:将获取的n个识别角度以及n个卫星盘的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系。
3.根据权利要求2所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,在步骤S103:将获取的n个识别角度以及n个卫星盘的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系之后还包括:
步骤S104:按照识别角度旋转母盘;
步骤S105:当所述母盘旋转至识别角度后,检测是否能取出卫星盘上的晶圆,如果不能取出则旋转母盘进行修正使得晶圆能够被取出并得到修正后识别角度,将修正后识别角度作为获取的识别角度;
步骤S106:重复上述步骤S101-S105,直到母盘旋转一周,所有的卫星盘均进行过是否能取出卫星盘上的晶圆的检测。
4.根据权利要求1所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,在步骤S100:获取母盘相对初始位置的旋转角度步骤之前还包括如下步骤:
步骤S201:将母盘旋转到初始位置,此时第1卫星盘没有处于测距传感器下;
步骤S202:将初始位置时的母盘的任一径向设为0°;
步骤S203:获取在测距传感器下的卫星盘的对应角度α;
步骤S204:获取所述母盘中心与第1卫星盘中心连线的方向的角度β;
步骤S205:根据公式当α≥β,γ=α-β,当α<β时,γ=360°+α-β,获取所述第1卫星盘旋转到测距传感器下时的旋转角度γ,γ也作为其中1个识别角度;
步骤S206:根据预设的所述卫星盘的个数n,及公式:识别角度θ=γ+(360°/n)×(m-1)获取n个识别角度,并将获取的n个识别角度与n个卫星盘的身份信息一一对应存储得到所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系,其中n、m为自然数,1≤m≤n。
5.根据权利要求1所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,所述步骤根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前在所述测距传感器下所述卫星盘的转速包括:
根据所述卫星盘的身份信息从预存的所有所述卫星盘对应的关系中查找与当前所述卫星盘对应的关系,所述卫星盘对应的关系包括所述卫星盘的高度与转速的对应关系;
根据所述卫星盘的高度信息、所述卫星盘对应的关系获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘的转速。
6.根据权利要求1所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,当所述母盘带着所述卫星盘持续旋转时重复上述所有步骤,获取所述母盘上所有所述卫星盘各自的转速步骤包括:
当所述母盘旋转0-360°时,每获取一个所述卫星盘的转速就将所述卫星盘对应的转速存储在控制器中;
当所述母盘旋转超过360°时,每获取一个所述卫星盘的转速就更新所述控制器中存储的所述卫星盘的对应的转速。
7.根据权利要求1所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,将获取的所述卫星盘的高度信息与预存的所述卫星盘的高度信息进行匹配,当匹配成功后根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速步骤包括:
步骤S110:当未处于预设晶圆处理工艺时,在母盘非旋转,所述卫星盘未浮起状态下,获取放置在所述卫星盘上的所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离;
步骤S120:通入预定的气流量使得载有晶圆的所述卫星盘浮起并旋转,获取所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离h2;
步骤S130:根据公式:浮起高度Δh=h1-h2计算得到所述卫星盘和/或所述晶圆的浮起高度,其中,h1为所述卫星盘未浮起状态下,放置在所述卫星盘上的所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离,h2为通入预定的气流量使得载有晶圆的卫星盘浮起并旋转后获取的所述晶圆上表面与所述测距传感器的垂直距离;
步骤S140:获取所述卫星盘的转速;
步骤S150:将所述浮起高度与所述卫星盘的转速进行关联存储,从而得到映射关系。
8.根据权利要求7所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,将获取的所述卫星盘的高度信息与预存的所述卫星盘的高度信息进行匹配,当匹配成功后根据获取的所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速步骤包括:
步骤S501:改变通入的气流量使得改变所述卫星盘的浮起高度;
步骤S502:获取改变后的卫星盘和/或晶圆的浮起高度;
步骤S503:获取所述卫星盘的转速;
步骤S504:将改变后的卫星盘和/或晶圆的浮起高度与所述卫星盘的转速进行关联存储,从而得到更新后的所述映射关系;
步骤S505:重复步骤S501至步骤S504,直到满足预设条件停止,所述预设条件包括得到预设量的所述映射关系,或者所述浮起高度超出或等于预设值。
9.根据权利要求8所述的一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,其特征在于,在步骤S505之后包括:
步骤S506:按照识别角度旋转母盘使得下一个卫星盘处于测距传感器下;
步骤S507:重复步骤S505-S506,直到得到每一个卫星盘的所述映射关系。
10.一种多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量系统,应用权利要求1-4任一所述的多片行星式MOCVD设备的卫星盘转速测量方法,包括:
母盘,所述母盘可围绕所述母盘的旋转中心轴线自转,
多个卫星盘,呈圆周分布在所述母盘上,用于承载晶圆,所述母盘可带着所述卫星盘围绕所述母盘的旋转中心轴线公转,所述卫星盘可围绕所述卫星盘的旋转中心轴线自转;
旋转装置,设于母盘下方,可带动所述母盘旋转;
角度传感器,用于获取母盘相对初始位置的旋转角度并传输给控制器;
控制器,用于控制旋转装置带动所述母盘旋转,还用于将所述旋转角度与识别角度进行匹配,当匹配成功后,则根据所述识别角度以及预存的所述识别角度与所述卫星盘身份信息的对应关系获取在测距传感器下的当前所述卫星盘的身份信息;
测距传感器,用于获取在所述测距传感器下的当前所述卫星盘的高度信息;
其中,控制器还用于根据所述卫星盘的高度信息以及预存的所述卫星盘的高度信息与转速对应关系获取当前所述卫星盘的转速;还用于获取所述母盘上所有所述卫星盘各自的转速。
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