外延工艺腔穹顶监测结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种半导体集成电路制造设备，特别是涉及一种外延(epi)工艺腔(chamber)穹顶(dome)监测结构。


背景技术：

2.如图3所示，是本实用新型实施例外延工艺腔穹顶101监测结构中的风冷式保护罩206的结构示意图。
3.如图1所示，是现有外延工艺腔的结构示意图；外延工艺腔中设置有穹顶101，包括上穹顶101a和下穹顶101b，所述上穹顶101a和所述下穹顶101b都是由透明的石英组成；在所述外延工艺腔为闭合状态时，所述上穹顶101a的底部开口和所述下穹顶101b的顶部开口对准固定并密封。
4.在所述外延工艺腔的所述穹顶101外部设置有加热灯泡102以及温度计。
5.通常，所述温度计采用非接触式光谱测温计。所述温度计包括两个，第一个温度计103a位于所述上穹顶101a的顶部，第二个温度计103b位于所述下穹顶101b的底部。
6.在所述上穹顶101a和所述下穹顶101b闭合后的所述穹顶101内部设置有基座104，所述基座104用于放置晶圆，所述温度计用于对所述晶圆的温度进行测量。如图1中，第一个温度计103a和第二个温度计103b都如对应的虚线所示的光谱如红外线实现温度测量。
7.如图1所示，所述上穹顶101a和所述下穹顶101b闭合后，还包括工艺气体入口105和工艺气体出口106，标记107所示的箭头线表示工艺气体流动，工艺气体从工艺气体入口105流入到腔体内部后在晶圆表面上进行外延生长，反应残余气体则通过工艺气体出口106流出。
8.如图1所示可知，epi chamber是通过下(lower)高温计(pyrometer)即第二个温度计103b非接触式光谱测温和控制温度的，如果下穹顶(lower dome)底部有镀膜(coating),会导致石英透光率变差，进而影响温度测量结果，导致膜厚异常。


技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种外延工艺腔穹顶监测结构，能对穹顶内部部件或内部表面膜层进行实时监控，从而能避免开腔检测以及避免开腔对机台的运行时间(uptime)损失，提高生产效率。
10.为解决上述技术问题，本实用新型提供的外延工艺腔穹顶监测结构中，外延工艺腔的穹顶包括上穹顶和下穹顶，所述上穹顶和所述下穹顶都是由透明的石英组成；在所述外延工艺腔为闭合状态时，所述上穹顶的底部开口和所述下穹顶的顶部开口对准固定并密封。
11.监测结构包括：摄像头、安装部件和冷却部件。
12.所述安装部件固定在所述穹顶上。
13.所述摄像头固定安装在所述安装部件上，所述摄像头的镜头对准所述穹顶并对实
时收集所述穹顶内部的图像。
14.所述冷却部件包覆所述摄像头并用于对所述摄像头进行冷却。
15.进一步的改进是，所述摄像头所收集的所述穹顶内部的图形包括所述穹顶的表面膜层或内部部件的图像。
16.进一步的改进是，所述安装部件为一石英块。
17.进一步的改进是，所述安装部件设置在所述下穹顶上。
18.进一步的改进是，所述摄像头的镜头穿过所述安装部件收集所述下穹顶的表面膜层的图像。
19.进一步的改进是，所述冷却部件采用风冷式保护罩，所述摄像头放置在所述风冷式保护罩中。
20.进一步的改进是，所述摄像头和第一电脑连接，所述摄像头的图像数据实时传输到所述第一电脑。
21.进一步的改进是，所述第一电脑采用外延机台电脑或外延机台外部的电脑。
22.进一步的改进是，在所述外延工艺腔的所述穹顶外部设置有加热灯泡以及温度计。
23.进一步的改进是，所述温度计采用非接触式光谱测温计。
24.进一步的改进是，所述风冷式保护罩包括进气口和出气口。
25.进一步的改进是，所述进气口设置在所述风冷式保护罩的底面上，所述出气口设置在所述风冷式保护罩的侧面上。
26.进一步的改进是，所述进气口靠近和所述出气口所在侧面相对的另一侧面。
27.进一步的改进是，所述温度计包括两个，第一个温度计位于所述上穹顶的顶部，第二个温度计位于所述下穹顶的底部。
28.进一步的改进是，在所述上穹顶和所述下穹顶闭合后的所述穹顶内部设置有基座，所述基座用于放置晶圆，所述温度计用于对所述晶圆的温度进行测量。
29.和现有结构中仅通过温度计如非接触式光谱测温计实现对穹顶内部的温度进行实时测量并进而控制外延工艺温度不同，本实用新型进一步增加得了采用摄像头的检测结构，利用摄像头实时收集穹顶内部的图像能实现对穹顶内部的实时监测，特别能避免外延工艺在穹顶如下穹顶的内部表面上形成的膜层对温度计测温的不利影响，例如，本实用新型能实现根据所收集的下穹顶内部表面的膜层对温度计的测温进行修正或者能在下穹顶内部表面的膜层到达一定厚度时及时去除下穹顶内部表面的膜层，这都能防止下穹顶内部表面膜层对温度计的不利影响，最后能提高工艺温度的稳定性以及提升外延工艺的质量和提高对外延层的厚度的控制。
30.另外，由于，本实用新型不需要开腔就能失效对穹顶内部结构特别是下穹顶内部表面膜层的监控，而外延工艺腔开腔时需要进行降温和升温过程，这样需要耗费大量时间并减少机台的实际运行时间，所以，本实用新型能减少机台的运行时间损失。
附图说明
31.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
32.图1是现有外延工艺腔的结构示意图；
33.图2是本实用新型实施例外延工艺腔穹顶监测结构的示意图；
34.图3是本实用新型实施例外延工艺腔穹顶监测结构中的风冷式保护罩的结构示意图。
具体实施方式
35.如图2所示，是本实用新型实施例外延工艺腔穹顶101监测结构的示意图；本实用新型中外延工艺腔的结构示意图也请参考图1所示，本实用新型实施例外延工艺腔穹顶101监测结构中，外延工艺腔的穹顶101包括上穹顶101a和下穹顶101b，所述上穹顶101a和所述下穹顶101b都是由透明的石英组成；在所述外延工艺腔为闭合状态时，所述上穹顶101a的底部开口和所述下穹顶101b的顶部开口对准固定并密封。
36.监测结构包括：摄像头202、安装部件和冷却部件。
37.所述安装部件固定在所述穹顶101上。
38.所述摄像头202固定安装在所述安装部件上，所述摄像头202的镜头对准所述穹顶101并对实时收集所述穹顶101内部的图像。
39.所述冷却部件包覆所述摄像头202并用于对所述摄像头202进行冷却。
40.所述摄像头202所收集的所述穹顶101内部的图形包括所述穹顶101的表面膜层或内部部件的图像。
41.本实用新型实施例中，所述安装部件为一石英块201。所述安装部件设置在所述下穹顶101b上。所述摄像头202的镜头穿过所述安装部件收集所述下穹顶101b的表面膜层的图像。
42.如图3所示，是本实用新型实施例外延工艺腔穹顶101监测结构中的风冷式保护罩206的结构示意图；本实用新型实施例中，所述冷却部件采用风冷式保护罩206，所述摄像头202放置在所述风冷式保护罩206中。
43.所述风冷式保护罩206包括进气口205和出气口206。
44.所述进气口205设置在所述风冷式保护罩206的底面上，所述出气口206设置在所述风冷式保护罩206的侧面上。图3中，所述出气口206处的虚线表示对应的气体。
45.较佳为，所述进气口205靠近和所述出气口206所在侧面相对的另一侧面。
46.本实用新型中，采用石英块201隔离和所述风冷式保护罩206能有效降低所述摄像头202的镜头的温度，维持所述摄像头202长期使用。
47.如图2所示，所述摄像头202和第一电脑203连接，所述摄像头202的图像数据实时传输到所述第一电脑203。
48.在一些实施例中，所述第一电脑203采用外延机台电脑即外延机台的主机(main tool)。在另一些实施例中也能为：所述第一电脑203采用外延机台外部的电脑。
49.如图1所示，在所述外延工艺腔的所述穹顶101外部设置有加热灯泡102以及温度计。
50.在一些较佳实施例中，所述温度计采用非接触式光谱测温计。所述温度计包括两个，第一个温度计103a位于所述上穹顶101a的顶部，第二个温度计103b位于所述下穹顶101b的底部。
51.在所述上穹顶101a和所述下穹顶101b闭合后的所述穹顶101内部设置有基座104，
所述基座104用于放置晶圆，所述温度计用于对所述晶圆的温度进行测量。如图1中，第一个温度计103a和第二个温度计103b都如对应的虚线所示的光谱如红外线实现温度测量。
52.如图1所示，所述上穹顶101a和所述下穹顶101b闭合后，还包括工艺气体入口105和工艺气体出口106，标记107所示的箭头线表示工艺气体流动，工艺气体从入口105流入到腔体内部后在晶圆表面上进行外延生长，反应残余气体则通过出口106流出。
53.和现有结构中仅通过温度计如非接触式光谱测温计实现对穹顶101内部的温度进行实时测量并进而控制外延工艺温度不同，本实用新型实施例进一步增加得了采用摄像头202的检测结构，利用摄像头202实时收集穹顶101内部的图像能实现对穹顶101内部的实时监测，特别能避免外延工艺在穹顶101如下穹顶101b的内部表面上形成的膜层对温度计测温的不利影响，例如，本实用新型实施例能实现根据所收集的下穹顶101b内部表面的膜层对温度计的测温进行修正或者能在下穹顶101b内部表面的膜层到达一定厚度时及时去除下穹顶101b内部表面的膜层，这都能防止下穹顶101b内部表面膜层对温度计的不利影响，最后能提高工艺温度的稳定性以及提升外延工艺的质量和提高对外延层的厚度的控制。
54.另外，由于，本实用新型实施例不需要开腔就能失效对穹顶101内部结构特别是下穹顶101b内部表面膜层的监控，而外延工艺腔开腔时需要进行降温和升温过程，这样需要耗费大量时间并减少机台的实际运行时间，所以，本实用新型实施例能减少机台的运行时间损失。
55.本实用新型实施例中，通过设计在epi腔体lower dome底部安装摄像头，摄像头连接机台电脑实现图像实时传送，可以实时监控lower dome底部的状况，及时发现dome和内部部件的异常状况，避免down机降温检查，减少机台uptime损失。本实用新型实施例在实时监控中也能选择性监控dome内部状况和部件运动状况。
56.由于epi chamber是通过lower pyrometer非接触式光谱测温和控制温度的，lower dome的状况非常重要,如果lower dome底部有coating,会导致石英透光率变差，进而影响温度测量结果，导致膜厚异常。通过设计在epi腔体lower dome底部安装摄像头，摄像头连接机台电脑实现图像实时传送，可以实时监控lower dome底部的状况，及时发现dome和内部部件的异常状况，避免down机降温检查，减少机台uptime损失。
57.以上通过具体实施例对本实用新型进行了详细的说明，但这些并非构成对本实用新型的限制。在不脱离本实用新型原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：外延工艺腔的穹顶包括上穹顶和下穹顶，所述上穹顶和所述下穹顶都是由透明的石英组成；在所述外延工艺腔为闭合状态时，所述上穹顶的底部开口和所述下穹顶的顶部开口对准固定并密封闭合；监测结构包括：摄像头、安装部件和冷却部件；所述安装部件固定在所述穹顶上；所述摄像头固定安装在所述安装部件上，所述摄像头的镜头对准所述穹顶并对实时收集所述穹顶内部的图像；所述冷却部件包覆所述摄像头并用于对所述摄像头进行冷却。2.如权利要求1所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述摄像头所收集的所述穹顶内部的图形包括所述穹顶的表面膜层或内部部件的图像。3.如权利要求2所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述安装部件为一石英块。4.如权利要求3所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述安装部件设置在所述下穹顶上。5.如权利要求4所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述摄像头的镜头穿过所述安装部件收集所述下穹顶的表面膜层的图像。6.如权利要求1所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述冷却部件采用风冷式保护罩，所述摄像头放置在所述风冷式保护罩中。7.如权利要求1所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述摄像头和第一电脑连接，所述摄像头的图像数据实时传输到所述第一电脑。8.如权利要求7所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述第一电脑采用外延机台电脑或外延机台外部的电脑。9.如权利要求1所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：在所述外延工艺腔的所述穹顶外部设置有加热灯泡以及温度计。10.如权利要求9所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述温度计采用非接触式光谱测温计。11.如权利要求6所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述风冷式保护罩包括进气口和出气口。12.如权利要求11所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述进气口设置在所述风冷式保护罩的底面上，所述出气口设置在所述风冷式保护罩的侧面上。13.如权利要求12所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述进气口靠近和所述出气口所在侧面相对的另一侧面。14.如权利要求10所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：所述温度计包括两个，第一个温度计位于所述上穹顶的顶部，第二个温度计位于所述下穹顶的底部。15.如权利要求14所述的外延工艺腔穹顶监测结构，其特征在于：在所述上穹顶和所述下穹顶闭合后的所述穹顶内部设置有基座，所述基座用于放置晶圆，所述温度计用于对所述晶圆的温度进行测量。

技术总结
本实用新型公开了一种外延工艺腔穹顶监测结构，穹顶包括上下穹顶，都由透明的石英组成；监测结构包括：摄像头、安装部件和冷却部件。安装部件固定在穹顶上。摄像头固定安装在安装部件上，摄像头的镜头对准穹顶并对实时收集穹顶内部的图像。冷却部件包覆摄像头并用于对摄像头进行冷却。本实用新型能对穹顶内部部件或内部表面膜层进行实时监控，从而能避免开腔检测以及避免开腔对机台的运行时间损失，提高生产效率。高生产效率。高生产效率。


技术研发人员：秦贵明 赵兴
受保护的技术使用者：上海华力集成电路制造有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/20