一种测量MOCVD行星式托盘卫星盘转速方法及装置与流程

一种测量mocvd行星式托盘卫星盘转速方法及装置
技术领域
1.本发明涉及mocvd设备技术领域，具体为一种测量mocvd行星式托盘卫星盘转速方法及装置。


背景技术：

2.金属有机化学气相沉积（mocvd）设备是生产led和化合物半导体的主要生产设备。设备腔体中，有旋转的大石墨盘托盘
‑
行星盘，上面有多个可以自转的小石墨盘
‑
卫星盘；大石墨盘通过电机驱动，速度可控，并可以给出一圈一个的脉冲信号用于同步和测速；卫星盘通过气流吹动自转，通过调节气流来调节转速。卫星盘上可放置多个晶圆衬底片。腔体将晶圆片加热到一定温度，通入有机化学气体，产生化学反应，在晶圆表面沉积，通过控制气体的成分和掺杂，生长出半导体器件需要的薄膜层。
3.工艺中晶圆片的温度一致性对生产的良品率非常重要，而气流推动的卫星盘转速对自身的温度及晶圆温度会产生影响，尽管通过气流可以调节卫星盘转速，但在本发明之前，无法准确的知道卫星盘的自转速度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种测量mocvd行星式托盘卫星盘转速方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种测量mocvd行星式托盘卫星盘转速方法，该方法包括如下步骤：通过mocvd设备上的激光测量探头并发出一束激光；该激光照射到mocvd设备的行星式托盘上，随着行星式托盘旋转，也会照射到卫星盘上以及卫星盘上的晶圆片；反射回的激光经分光后转换成电信号；对电信号在2个trigger脉冲信号的时间内以固定频率f采样，得出每次采样行星式托盘转过的角度δα；根据角度δα，在所述晶圆片边缘进入测量点时刻时计算出此时刻的自转角度值ф0；根据角度δα，在所述晶圆片边缘出测量点时刻时计算出此时刻的自转角度值ф1；通过计算出ф0和ф1角的变化即可得出卫星盘的自转速度。
6.优选的，所述激光测量探头安装在mocvd设备的腔体观察窗上，mocvd设备可提供行星式托盘旋转的信号，一圈为一个trigger脉冲信号。
7.优选的，所述卫星盘和行星式托盘材质相同不反射激光，所述晶圆片反射激光。
8.优选的，反射回的激光经分光片照射到探测器上转换成电信号，该电信号由多通道同步数据采集卡采集。
9.优选的，以固定频率f采样，在2个trigger脉冲的时间内共采样了l行数据，则每次采样行星式托盘行星盘转过的角度δα=360/l；晶圆片边缘进入测量点时刻以及晶圆片边缘出测量点时刻的采样点到到卫星盘中心的采样点之间的采样次数分别对应为l0、l1，可以从采样数据中数出来。
10.优选的，所述自转角度值ф0=γ0
‑
β0，其中：γ0=arcsin[(dv*sinα0)/a]，]，根据任意三角形计算公式，a= α0)
½ꢀ
；所述自转角度值ф1=γ1
‑
β1，其中： a= α1)
½
，γ1=arcsin[(dv*sinα1)/a]，] ，α1=l1*δα=360*l1/l，b=晶圆片的半径rwafer，式中dv，ds和dw为已知量，分别代表测量点到行星式托盘中心的距离、卫星盘中心到行星式托盘中心的距离和晶圆片中心到卫星盘中心的距离，α角为测量点和行星式托盘中心的连线和卫星盘中心到行星式托盘中心连线的夹角，β角为卫星盘中心到测量点连线和晶圆片中心到卫星盘中心连线的夹角，γ角为测量点和卫星盘中心的连线和卫星盘中心到行星式托盘中心连线的夹角，a为卫星盘中心到测量点的距离，b 为晶圆片中心到测量点的距离，ф角为晶圆片中心到卫星盘中心的连线和卫星盘中心到行星式托盘中心连线的夹角。
[0011]
优选的，每次采样自转角度为δф=，则卫星盘自转速度m，每分钟转过的圈数=每分钟采样次数为f
×
60秒乘以每次采样转过的角度除以360度，则m= f
×
60
×
δф/360=f
×
δф/6。
[0012]
为实现上述目的，本发明还提供如下技术方案：一种测量mocvd行星式托盘卫星盘转速装置，包括：激光测量探头，安装在在mocvd设备的腔体观察窗上，用于发射激光束到旋转的行星式托盘、卫星盘以及晶圆片上；分光片，用于将反射回的激光分光照射到探测器，将光信号转换成电信号；多通道同步数据采集卡，用于同步读电探测器和trigger脉冲信号，并送入到计算机中分析计算，得到卫星盘的自转速度；所述行星式托盘安装在mocvd设备上；所述卫星盘安装在行星式托盘上；所述晶圆片安装在卫星盘上。
[0013]
优选的，所述激光测量探头主要由准直激光器和探测器组成，所述探测器采用光电探测器或者位移探测器。
[0014]
优选的，所述准直激光器、分光片以及探测器处于同一光路中。
[0015]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明，通过由准直激光器和光电探测器组成的测量探头，发射激光束到旋转的托盘上，收集反射回的激光强度信号，通过特殊算法，可分辨出卫星盘的边缘和卫星盘上晶圆片的边缘，并通过计算晶圆片中心到卫星盘中心与卫星盘中心到大盘中心连线的夹角，
计算出卫星盘的自转速度。
[0016]
本发明方法，适用于卫星盘转速大于行星式托盘转速，并且卫星盘上晶圆片数大于等于2的情况。
附图说明
[0017]
图1为本发明装置示意图。
[0018]
图2为本发明同步数据采集卡采集的一圈信号数据示意图。
[0019]
图3为本发明卫星盘进入测量点时刻示意图。
[0020]
图4为本发明晶圆片进入测量点时刻示意图。
[0021]
图5为本发明晶圆片出测量点时刻示意图。
[0022]
图中：1
‑
激光测量探头；2
‑
准直激光器；3
‑
分光片；4
‑
光电探测器；5
‑
多通道同步采集卡；6
‑
行星式托盘；7
‑
卫星盘；8
‑
晶圆片；9
‑ꢀ
trigger脉冲信号。
具体实施方式
[0023]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]
请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：如图1所示，在mocvd设备的腔体观察窗上安装一个激光测量探头1，发出一束激光，照射到mocvd设备的行星式托盘6上，反射回的激光，通过分光片3照射到光电探测器4上或者位移探测器上，探测器输出的信号通过电缆，传输到计算机中的多通道同步数据采集卡5上，计算机中运行测量软件。
[0025]
mocvd设备可提供行星式托盘6旋转的信号，一圈一个脉冲，通过电缆连接到计算机中的多通道同步数据采集卡5上，计算机中的软件可同步读取光电探测器4和trigger脉冲信号9。
[0026]
计算机通过计算trigger脉冲信号9的间隔，可计算出大盘（行星式托盘6）的旋转速度。
[0027]
激光照射到行星式托盘6上，随着托盘的旋转，也会照射到卫星盘7上、卫星盘7上的晶圆片8上，以及卫星盘7上晶圆片8的间隙上；卫星盘7和行星式托盘是由石墨材料制成，几乎不反射激光，检测到的强度信号接近0。卫星盘7上晶圆片8反射激光光束，随着工艺变化，反射强度会变化；但远高于石墨盘；因此通过高灵敏度的光电探测器4或者带强度测量的位移探测器，分析接收到的信号强度，可以区分出激光是照射到晶圆片8上，还是卫星盘7或行星式托盘6上。
[0028]
计算机通过多通道同步采集卡5收集到的信号如图2所示。软件截取2个trigger脉冲信号9脉冲间的数据，即可得到行星式托盘6旋转一圈的测量数据。
[0029]
行星式托盘6上卫星盘7的数目和排布方式是已知的；行星式托盘6的转动是由电机驱动的；trigger脉冲信号9的获得方式有两种，一种是从电机驱动器取得，另一种是电机轴上安装光电开关。无论哪种方式，trigger脉冲信号9和卫星盘7的相位关系是固定的。因
此根据卫星盘7的排布数据，和trigger脉冲信号9的相位关系，可以把收集到的一圈信号，区分出每个卫星盘7的信号，如图2中的a、b、c、d、e、f区域所示。
[0030]
根据信号强度，软件可区分出每个晶圆片8的边缘。
[0031]
算法具体如下：1、如图3所示，行星式托盘6在公转，卫星盘7在自转。卫星盘7上的晶圆片8相对于卫星盘7是固定不动的，则晶圆片8中心到卫星盘7中心的连线，和卫星盘7中心到行星式托盘6中心的连线的夹角ф角，是和公转无关的自转角度，计算出ф角的变化即可计算出卫星盘7的自转速度。
[0032]
如图3所示，观察窗及测量探头的位置是不动的，则1)dv，测量点到行星式托盘6中心的距离,已知量；2)ds，卫星盘中心到行星式托盘6中心的距离, 已知量；3)dw，晶圆片中心到卫星盘中心的距离，已知量；4)α角，测量点和行星式托盘6中心的连线和卫星盘中心到行星式托盘6中心连线的夹角，只和公转有关；5)β角，卫星盘7中心到测量点连线和晶圆片8中心到卫星盘中心连线的夹角，和公转自转都相关；6)γ角，测量点和卫星盘中心的连线和卫星盘中心到行星式托盘6中心连线的夹角，只和公转有关；7) a，卫星盘中心到测量点的距离，只和公转有关，可计算出；8) b，晶圆片中心到测量点的距离，和公转，自转都有关；9)ф角，晶圆片中心到卫星盘中心的连线和卫星盘中心到行星式托盘6中心连线的夹角，只和卫星盘自转相关；10)ф=γ
‑
β，计算出ф角的变化量，即可得到卫星盘的自转速度。
[0033]
2、数据采集卡以固定频率f采样，在2个trigger脉冲的时间内共采样了l行数据，则每次采样行星式托盘6转过的角度δα=360/l；3、如图4，晶圆片边缘进入测量点时刻，此时的采样点到到卫星盘中心的采样点之间的采样次数，l0，可以从采样数据中数出来；则α0=l0*δα=360*l0/ldv, ds为已知量,根据任意三角形计算公式，a= α0)
½
γ0=arcsin[(dv*sinα0)/a]在此时刻，测量点正好在晶圆片的边缘，所以b=晶圆片的半径rwafer, 为已知量，则]则可计算出此时刻的自转角度值：ф0=γ0
‑
β04、如图5所示，同一晶圆片出测量点时刻，此时的采样点到到卫星盘中心的采样点之间的采样次数，l1，同样可以从采样数据中数出来；则：α1=l1*δα=360*l1/l
a= α1)
½
γ1=arcsin[(dv*sinα1)/a]]ф1=γ1
‑
β15、同一晶圆片从边缘进入测量点，到边缘出测量点，采样次数为l0
‑
l1；自转过的角度为ф1
‑
ф0每次采样自转角度为δф=则卫星盘自转速度, m, 每分钟转过的圈数（rpm）=每分钟采样次数(f*60秒)乘以每次采样转过的角度（δф）除以360度m= f*60*δф/360=f*δф/6。
[0034]
本发明，通过由准直激光器2和光电探测器4组成的测量探头，发射激光束到旋转的托盘上，收集反射回的激光强度信号，通过特殊算法，可分辨出卫星盘的边缘和卫星盘上晶圆片的边缘，并通过计算晶圆片中心到卫星盘中心与卫星盘中心到大盘中心连线的夹角，计算出卫星盘的自转速度。本方法适用于卫星盘转速大于行星式托盘6转速，并且卫星盘上晶圆片数大于等于2的情况。
[0035]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。