用于减少衬底处理室中的杂散光的设备和方法技术

公开了一种用于在热处理室中加热半导体晶片的方法和设备。该设备包括非接触测温系统，该非接触测温系统利用诸如高温计的辐射探测装置在处理期间判决晶片的温度。该辐射探测装置通过监视晶片在特定波长处发射的辐射量判决晶片的温度。根据本发明专利技术，该设备中包括光谱过滤器，用于过滤灯在辐射探测装置的工作波长处发射的光，该灯用于加热晶片。该光谱过滤器包括光吸收剂，例如稀土元素、稀土元素的氧化物、光吸收染料、金属或半导体材料。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
热处理室是指一种利用诸如辐射能量的能量加热诸如半导体晶片的对象的装置。此类装置典型地包括用于支撑半导体晶片的衬底座(substrateholder)和发射加热晶片所用的光能的光源。为了在热处理期间监视半导体晶片的温度，热处理室典型地还包括辐射探测装置，例如高温计，它们探测由半导体晶片在选定波长处发射的辐射。通过探测晶片所发射的热辐射，可以以适当的准确度计算晶片的温度。不过，在设计具有光学测温系统的快速热处理室时一个重要的问题在于，防止加热灯发出的无用光被高温计检测设备检测到的能力。如果不是由半导体晶片发出的无用光被高温计检测出来，则计算出的晶片温度可能会不合理地偏离晶片的实际或真实温度。过去，已经使用过多种方法来防止无用的热辐射被高温计检测出来。例如，以前曾经使用物理障碍隔离加热灯发出的光，防止其影响到高温计。物理障碍尤其用在快速热处理室中，在快速热处理室中加热灯放在半导体晶片的一侧，而高温计则放在晶片的相对侧。不过，物理障碍可能会限制系统的设计。例如，物理障碍可能会限制如何支撑晶片。在一个实施例中，在晶片下方利用大直径的连续支撑环制作不透光的盒子，以在晶片的边缘支撑晶片。在存在支撑环的时候，在支撑环和晶片边缘之间可能会有交迭，这可能会在加热循环期间导致晶片温度的不均匀。如果支撑环或晶片即使稍稍翘曲一点，还可能出现另一个问题。当发生这个问题时，光可能通过缝隙弥散到设想的不透光区域。杂散光可能会造成高温计读数的误差。除了物理障碍之外，还曾利用光谱过滤器限制高温计所检测到的光干涉的量。例如，光谱过滤器可以通过消除加热灯在高温计工作波长处发出的光而工作。优选地，光谱过滤器吸收无用的热辐射，同时对于加热灯所发出的加热半导体晶片所需的热辐射则是透明的。过去曾经用过的一种类型的光谱过滤器是由熔融石英，例如掺杂了羟基(OH)离子的二氧化硅制造的窗口。熔融石英玻璃对于大部分光能是透明的，但是如公知的，其具有几个很强的吸收区，在约2.7微米、4.5微米波长处以及在波长大于等于5微米的区域吸收达到了最大。由于某些掺OH的石英玻璃在2.7、4.5和大于5微米波长处能够有效地吸收光，而在很多其他更短光波长处是基本透明的，当热处理室中包含的高温计经配置以探测上述波长之一的热辐射时，石英玻璃就成为有效的光谱过滤器。不过，不幸的是，在包括那些在更短波长处，例如小于约1微米的波长处探测热辐射的高温计的测温系统中，石英玻璃不太适于用作光谱过滤器。特别地，在有些应用中，在较短波长处使用高温计是更为有利和有益的。尤其是，利用工作在更短波长的高温计，可以将晶片热辐射系数的变化的影响降到最低程度，从而能更精确地确定温度。具体地说，在更短波长处，硅晶片更不透明，且晶片的热辐射系数不受温度的显著影响。在利用高温计测定晶片温度时，晶片的热辐射系数是必须要知道的一个变量。除了更精确地判决晶片温度之外，工作在较短波长的高温计与配置得工作在更长波长的高温计一般成本更低且较不复杂。此外，在更短波长探测热辐射的高温计一般工作很有效，且能够生成低噪声测量。不过，由于在更短波长处在热处理室中能够检测到大量的杂散光，过去在热处理室中一直是有选择地使用工作在较短波长的高温计。如此，目前需要这样一种光谱过滤器，其能够高效地吸收更短波长，诸如小于约2微米的波长的光能。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及一种用于加热半导体器件的设备和方法。该设备包括适于容纳半导体晶片的热处理室。包括至少一个灯的辐射能量源用于发出射入处理室的光能。至少一个辐射探测装置位于热处理室之内，且经配置以探测被热处理的半导体晶片发出的预先选定的波长处的热辐射。根据本专利技术，该设备进一步包括光谱过滤器，该光谱过滤器经配置，用以吸收光源在预先选定的辐射探测装置的工作波长处发出的热辐射。该光谱过滤器包括光吸收剂。该光吸收剂可以是，例如稀土元素、光吸收染料、金属或半导体材料。例如，在一个实施例中，该光谱过滤器包括掺有稀土元素的基质材料。稀土元素可以是镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨、或其混合物。在一个可选实施例中，光谱过滤器包括掺有金属，诸如过渡金属的基质材料。可以使用特定的金属，包括，例如铁和铜。基质材料可以是液体、玻璃、晶体、塑料或陶瓷。关于特殊的益处，当光谱过滤器包含稀土元素时，可以配置光谱过滤器以吸收小于约2微米的波长的光能，例如从约0.5微米到约1.5微米，且特别是从约0.6微米到约1.1微米。例如，在一个实施例中，该光谱过滤器可以是玻璃材料中所含的镱，其含量至少为0.5％重量比，特别地，至少占20％的重量比。在该实施例中，可以配置光谱过滤器，以吸收波长在约900nm到约1010nm的光。如上所述，基质材料中所存在的光吸收剂的量可以按照重量百分比的单位计算。例如，对许多应用来说，基质材料可以包含从约0.5％到约50％重量比的光吸收剂。不过，在某些应用中，使用原子组成而不是重量百分比作为浓度的度量可能更为合适。例如，基质材料中所含的光吸收剂的原子组成浓度(摩尔百分比)可以从约0.5％到约50％。可以根据特定的基质材料和选定的特定光吸收剂对原子组成浓度进行变化。在一个可选实施例中，稀土元素可以是稀土元素化合物的形态，例如氧化物。该稀土元素化合物可以包含在陶瓷材料中，并用作根据本专利技术的光谱过滤器。如上所述，在另一实施例中，光吸收剂可以是光吸收染料。该染料可以是，例如，有机盐染料、镍络合物染料、诸如铂络合物染料或钯染料的贵金属染料、酞菁染料、或蒽醌或其混合物。此类染料还非常适于吸收小于2微米的波长的光。除了稀土元素和光吸收染料之外，该光谱过滤器还可以由半导体材料制作。该半导体材料可以是，例如砷化镓、砷化铝、锗、硅、磷化铟或这些材料的合金，例如Si/Ge、AlAs/GaAs/InP。根据本专利技术制作的光谱过滤器在相关波长处可以具有至少为5的衰减因子。例如，在所关心的波长处，光谱过滤器可以具有至少为103的衰减因子，特别地，可以具有至少为105的衰减因子。此外，可以通过较薄的材料获得上述衰减因子。例如，该光谱过滤器可以具有小于约1英寸的厚度，特别地，小于约100mm的厚度。该光谱过滤器可以与本专利技术的设备中的光源结合放置在不同位置上。例如，在一个实施例中，光谱过滤器可以放置在热处理室和光源之间。不过，在一可选实施例中，光谱过滤器可用于包围灯或辐射能量灯丝。在又一可选实施例中，该光谱过滤器可以结合到反射器中，该反射器放置在光源后面。下文将更详细地讨论本专利技术的其他特征和方面。附图说明在本说明书的其余部分中，针对本领域的普通技术人员，参照附图更具体地描述了本专利技术完全和允许的公开，包括其最佳方式，在附图中图1是根据本专利技术用于热处理半导体器件的设备的一个实施例的横截面图；图2是根据本专利技术用于热处理半导体器件的设备的可选实施例的横截面图；图3A是根据本专利技术的由光谱过滤器包围的灯的一个实施例的横截面图；图3B是根据本专利技术的由光谱过滤器包围的灯的另一个可选实施例的横截面图；图4是多个灯的透视图，根据本专利技术制造的光谱过滤器的一个实施例布置这些灯；以及图5是根据本专利技术的含镱光谱过滤器的光透射与波长关系的曲线图。在本说明书和附图中重复使用的参考标号意在表示本专利技术相同或相似的功能部件或要素。具体实施例方式本领域的普本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于热处理衬底的设备，包括：热处理室，用于容纳衬底；辐射能量源，其与所述热处理室相通，所述辐射能量源向所述热处理室中发射辐射能量；至少一个辐射探测装置，其与所述热处理室相通，配置所述辐射探测装置以探测预先选定的波 长处的辐射；以及光谱过滤器，与所述辐射能量源相通设置，配置所述光谱过滤器以吸收所述辐射能量源在所述预先选定的波长处发射的辐射，所述光谱过滤器包括含有稀土元素的材料。

【技术特征摘要】
US 2002-11-5 10/288,2711.一种用于热处理衬底的设备，包括热处理室，用于容纳衬底；辐射能量源，其与所述热处理室相通，所述辐射能量源向所述热处理室中发射辐射能量；至少一个辐射探测装置，其与所述热处理室相通，配置所述辐射探测装置以探测预先选定的波长处的辐射；以及光谱过滤器，与所述辐射能量源相通设置，配置所述光谱过滤器以吸收所述辐射能量源在所述预先选定的波长处发射的辐射，所述光谱过滤器包括含有稀土元素的材料。2.如权利要求1所述的设备，其中所述稀土元素为从由镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨及其混合物构成的组中选择的一种材料。3.如权利要求2所述的设备，其中所述稀土元素包含在基质材料中，所述基质材料包括玻璃、液体、晶体、塑料或陶瓷。4.如权利要求1所述的设备，其中所述稀土元素为镱。5.如权利要求4所述的设备，其中所述镱包含在玻璃材料中，其含量至少为0.5％重量比。6.如权利要求5所述的设备，其中所述镱包含在玻璃材料中，其含量至少为20％重量比。7.如权利要求4所述的设备，其中所述预先选定的波长在约900nm到约1010nm之间。8.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器包括稀土元素的氧化物。9.如权利要求8所述的设备，其中所述稀土元素为镱。10.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器具有小于约100mm的厚度。11.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器位于热处理室中容纳的所述辐射能量源和衬底座之间。12.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器具有至少为5的衰减因子。13.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器具有至少为103的衰减因子。14.如权利要求1所述的设备，其中所述稀土元素为钬、铕或铽，且所述预先选定的波长从约1.7微米到约2.4微米。15.如权利要求1所述的设备，其中所述辐射能量源包括至少一个灯。16.一种用于热处理衬底的设备，包括热处理室，用于容纳衬底；辐射能量源，其与所述热处理室相通，用于向所述热处理室中发射辐射能量；至少一个辐射探测装置，其与所述热处理室相通，配置所述辐射探测装置以探测预先选定的波长处的辐射；以及光谱过滤器，其与所述辐射能量源相通设置，配置所述光谱过滤器以吸收所述辐射能量源在所述预先选定的波长处发射的辐射，所述光谱过滤器包括光吸收剂，所述光吸收剂包括从由稀土元素、染料和半导体材料构成的组中选择的一种材料。17.如权利要求16所述的设备，其中所述光吸收剂包括半导体材料，所述半导体材料包括砷化镓、砷化铝、硅、锗、磷化铟或其合金。18.如权利要求16所述的设备，其中所述光吸收剂包括染料，所述染料包括有机盐染料、镍络合物染料、贵金属染料、酞菁染料、或蒽醌，或其混合物。19.如权利要求16所述的设备，其中所述光谱过滤器包括掺有所述光吸收剂的基质材料，所述光吸收剂包括稀土元素，所述稀土元素为从由镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨及其混合物构成的组选择的一种材料。20.如权利要求16所述的设备，其中所述预定波长小于约1.5微米。21.如权利要求19所述的设备，其中所述稀土元素包括镱。22.如权利要求21所...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗J蒂曼斯，
申请(专利权)人：马特森技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]