在热处理室中用于校准温度测量装置的系统和方法制造方法及图纸

公开了一种在热处理室中校准温度测量装置（１０）如高温计的方法和系统。根据本发明专利技术，该系统包括将光能（２３）发射到容纳在热处理室（１４）中的衬底上的校准光源。而后，光探测器（４２）探测透过该衬底的光线数量。然后，将探测的光能量用于校准在该系统中使用的温度测量装置（２７）。（*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
在此使用的热处理室涉及一种快速地加热物体(如半导体晶片)的装置。这种装置通常包括支撑一个或多个半导体晶片的衬底支架，以及加热该晶片的能量源，如加热灯和/或电阻加热器。在热处理期间，半导体晶片在根据预设的温度状况受控的条件下加热。许多半导体加热处理需要将晶片加热至高温，这样，当该晶片加工到装置中时可以发生各种化学和物理变化。例如在快速热处理期间，通常在几分钟以内，半导体晶片通常由一列灯从300℃左右加热到1200℃左右的温度。在这些处理期间，一个主要的目的是尽可能均匀地加热晶片。在半导体晶片快速热处理期间，需要监视和控制晶片温度。特别地，对所有当前和可预见的高温晶片处理来说，重点在于高精确，高可重复性及高速地确定晶片的真实温度。精确地测量晶片的温度的能力直接决定制造的集成电路的质量和尺寸。晶片加热系统中的最重要的挑战之一是在热处理期间能够精确地测量衬底的温度。过去，已经研发出在热处理室中测量衬底温度的各种方法和装置。这样的装置包括，例如，高温计，直接接触衬底或邻近衬底的热电偶，以及激光干涉的使用。为了在热处理室中使用高温计，通常需要校准高温计。因此，通常存在将高温计的温度读数与绝对的和精确的温度基准(temperature reference)对准的不同的校准过程。在热处理室中校准高温计的技术的当前状态和最普遍使用的方法是将嵌入热电偶的半导体晶片设置在该热处理室中。将从热电偶得到温度测量值与从温度测量装置接收的温度读数比较，并且校准出任何差异。虽然这种方法非常适合校准温度测量装置如高温计，但是，其需要大量的校准装置的时间。因而，当前需要一种非常快速地并且不会造成过长停机时间的在热处理室中校准高温计的方法。特别地，为了保持室的完整性和纯净度，需要一种在热处理室中校准高温计而不必打开该室的方法。还需要一种在热处理室中校准高温计的简单的方法，该方法可以常规地用以定期检查检验光学高温计系统的正确运行。
技术实现思路
本专利技术涉及在热处理室中校准温度测量装置的方法。该方法包括将校准晶片设置在热处理室中的步骤。当在热处理室内加热晶片时，将光能从校准光源发射到校准晶片上。例如，可以使用光能和/或使用电阻式加热器加热晶片。探测校准光源发射的透过校准晶片的光能量。然后，基于探测到的透射光量确定校准晶片的温度。从这种信息中，可以校准容纳在热处理室内的温度测量装置。该温度测量装置例如可以为一个或多个高温计，一个或多个热电偶，或其它适当的温度测量装置。在该方法中，在一个或多个特定波长探测透过校准晶片的光能。通常，该波长可以在红外范围内。例如，探测的波长可以从1微米左右到2微米左右。在一个实施例中，在几个波长同时探测透射光。然而，在可选的实施例中，第一波长用于在较低温度探测透过晶片的光线量，而第二波长用于在更高温度确定透过晶片的光线量。例如，第一波长可以短于第二波长。第二波长可以用于确定在大于700℃左右的晶片的温度。本专利技术中使用的校准光源可以是相干光源或非相干光源。相干光源的例子例如是激光器。非相干光源的例子例如是钨卤素灯(tungsten halogen lamp)或发光二极管。在本专利技术的方法中使用的校准晶片可以根据特定的应用而不同。在一个实施例中，校准晶片是硅晶片。为了减少干涉效应并使透过校准晶片的光线量最大化，该校准晶片可以包括涂覆于晶片的一个或两个表面的减反射覆层。为了在更高的温度测量，该校准晶片也可以包括进行透射测量和校准温度测量装置的薄区域。当该校准晶片包括薄区域时，可以根据各种方法产生该薄区域。例如，在一个实施例中，校准晶片限定一开口。该薄区域包括设置在该开口上的薄元件。可选的，该薄区域与晶片的剩余部分成一体。在一些实施例中，该薄区域由于热特性的差异在加热期间产生温度梯度。因此，将设计成减少该薄区域和晶片的剩余部分之间的热特性差异的覆层设置在该校准晶片上面。该覆层可以由单个或多层薄膜构成。在一个特定的实施例中，该薄区域可以用减少热质量差异的填充元件填充。该填充元件可以由石英或氧化铝如蓝宝石制成。应当理解，该校准晶片可以由各种材料制成。例如，在一个实施例中，该校准晶片可以由大致不透光的材料构成。当在较低温度校准高温计时不透光材料是有用的。在本实施例中，该校准晶片可以其中进一步包括由透射材料如硅制成的区域。当该不透光区域与高温计对准时，可以将该硅区域用于测量透射。附图说明对本领域技术人员来说，更特别地，在说明书的剩余部分中参考附图陈述了本专利技术的包括最佳方式的全面的和能够实现的公开，其中图1是根据本专利技术的校准温度传感装置的系统的一个实施例的侧视图；图2是表示在不同温度和波长透过硅晶片的光线量的曲线图；图3是根据本专利技术的系统的一个实施例的侧视图；图4是根据本专利技术的系统的可选实施例的透视图；图5是根据本专利技术的系统的另一个可选实施例；图6至21是根据本专利技术的校准晶片的各个实施例；图22是表示晶片的外表面之间的光线的多次反射的截面简图。在本说明书和附图中，参考符号的重复使用表示本专利技术的相同或相似的特征或元件。具体实施例方式本领域技术人员应当理解本论述仅是对示例性实施例的描述，而不应当认为限制本专利技术的更宽的方面，该更宽的方面体现在示例性的结构中。本专利技术涉及一种更精确地确定和控制目标(特别是在热处理期间热处理室中的半导体晶片)的温度的方法和系统。更特别地，本专利技术涉及一种校准容纳在热处理室中的温度测量装置的方法和系统，这样，该热处理室将更可重复性和精确地操作。例如，重要的是当半导体晶片加热时，容纳在热处理室中的温度传感装置精确地测量该半导体晶片的温度。在这一点上，应当校准该温度感应装置以保证它们精确地监控晶片的温度。通常，本专利技术的校准温度传感装置(特别是辐射传感装置如高温计)的方法包括将校准晶片设置在热处理室中的步骤。设置在热处理室中的校准光源设置成将光能以已知波长发射到校准晶片上。位于晶片相反面上的光探测器探测校准光源透过晶片的光线量。然后，基于透过晶片的光线量计算晶片的温度。这种信息用于校准在正常的晶片处理期间使用的容纳在热处理室中的温度传感装置。本专利技术通过在半导体晶片处理系统上执行的自动过程允许温度测量系统的自动校准。该温度校准方法基于透过半导体晶片的红外光的透射的现场测量值。晶片处理装置结合了测量从晶片透射的红外光得到的信号的装置，以及温度测量系统，如在正常处理期间温度测量和控制所用的高温计系统。将温度依赖于用于校准方法的晶片的光学属性的知识与测量的红外透射信号结合，以推断出晶片温度。该晶片温度用于校准高温计系统或其它温度测量装置。调制在校准晶片一侧的光源的强度，在晶片的另一侧的探测器探测与透过晶片的光线量成比例的信号。该系统结合了用于选择观测的辐射的波长的方法。透射的信号依赖于晶片内的光学吸收，其为温度的函数。结果，可以从透射的光线信号中推断出晶片温度。进行红外透射测量，以便其在晶片上的高温计或其它温度测量装置的视场(field of view)内或邻近视场(几厘米内)的位置发生。如果系统允许晶片旋转，该红外透射测量也可以在与被校准的高温计或温度测量装置的视场相同的半径或邻近相同的半径处进行。如果晶片旋转的速度足够快以至于产生方位角对称的温度分布，则红外光测量中采样的温度与在相同的特定半径由高温计采样的温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在热处理室中校准温度测量装置的方法，包括提供容纳至少一个用于监视设置在所述室中的半导体晶片的温度的温度测量装置的热处理室，所述热处理室与加热容纳在所述室中的晶片的加热装置相通，所述室进一步包括一校准光源；将一校准晶片设置 在所述热处理室中；当使用所述加热装置加热所述校准晶片时，将所述校准光源的光能发射到所述校准晶片上；探测校准光源发射的透过校准晶片的光能量，并且基于探测的透射光量来确定校准晶片的温度；以及基于确定的温度来校准温度测量装 置。

【技术特征摘要】
US 2002-6-24 10/178,9501.一种在热处理室中校准温度测量装置的方法，包括提供容纳至少一个用于监视设置在所述室中的半导体晶片的温度的温度测量装置的热处理室，所述热处理室与加热容纳在所述室中的晶片的加热装置相通，所述室进一步包括一校准光源；将一校准晶片设置在所述热处理室中；当使用所述加热装置加热所述校准晶片时，将所述校准光源的光能发射到所述校准晶片上；探测校准光源发射的透过校准晶片的光能量，并且基于探测的透射光量来确定校准晶片的温度；以及基于确定的温度来校准温度测量装置。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述加热装置包括至少一个光能源。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述加热装置包括一基座板。4.如权利要求1所述的方法，其中，在预定波长探测透过校准晶片的光能。5.如权利要求4所述的方法，其中，所述预定波长包括从1微米左右到2微米左右的波长。6.如权利要求1所述的方法，其中，所述校准晶片包括硅晶片。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述温度测量装置包括高温计。8.如权利要求1所述的方法，其中，在晶片上晶片厚度小于150微米左右的位置探测透过校准晶片的光能量。9.如权利要求1所述的方法，其中，在晶片上晶片的厚度已经减小的位置探测透过校准晶片的光能量。10.如权利要求1所述的方法，其中，所述校准光源包括激光器或发光二极管。11.如权利要求1所述的方法，其中，该校准光源包括超级发光的发光二极管。12.如权利要求1所述的方法，其中，该校准光源包括超级荧光的光纤激光器或半导体激光器。13.如权利要求4所述的方法，其中，在一个以上的波长上探测透过校准晶片的光能。14.如权利要求1所述的方法，其中，该校准晶片包括具有至少一个薄区域的晶片，该薄区域具有小于晶片的第二厚度的第一厚度，该薄区域具有小于150微米左右的厚度。15.如权利要求1所述的方法，其中，该薄区域具有小于100微米左右的厚度。16.如权利要求14所述的方法，其中，该晶片包括多个薄区域。17.如权利要求14所述的方法，其中，该校准晶片进一步包括位于晶片的至少一侧的覆层。18.如权利要求17所述的方法，其中，该覆层的反射率在一确定的波长小于0.25左右，该确定的波长在约1微米和约2微米之间。19.如权利要求14所述的方法，其中，该晶片包括多个组合在一起的薄区域。20.如权利要求19所述的方法，其中，该晶片包括该多个薄区域组合在一起的多个位置。21.如权利要求14所述的方法，其中，该薄区域具有至少1毫米的最大长度尺寸。22.如权利要求14所述的方法，其中，校准晶片限定一开口，该薄区域包括设置在该开口上的薄元件，该校准晶片进一步包括位于晶片的一侧上保持该薄元件的保持盖。23.如权利要求22所述的方法，其中，该保持盖包括在探测透过校准晶片的光能的预定波长大致透明的材料。24.如权利要求14所述的方法，其中，该校准晶片进一步包括接近薄区域的填充元件，该填充元件由对在探测透射的波长的光线大致透明的材料制成，该填充元件用于减少该薄区域和晶片的剩余部分之间的热质量差异。25.如权利要求24所述的方法，其中，该填充元件由石英或氧化铝制成。26.如权利要求1所述的方法，其中，在多个波长上探测透过校准晶片的光能量，将在多个波长上探测的光能用于确定校准晶片的温度。27.如权利要求1所述的方法，其中，该热处理室与第一校准光源和第二校准光源相通，该第一校准光源包括非相干光源，第二校准光源包括相干光源，第一校准光源用于在较低的温度进行透射测量，第二校准光源用于与该较低温度的透射测量一起在较高的温度确定校准晶片的温度。28.如权利要求22所述的方法，其中，该保持盖在晶片的表面上是间断的，在晶片上的温度测量装置确定晶片的温度的位置没有该保持盖。29.如权利要求14所述的方法，其中，该校准晶片包括覆层，该覆层减少该薄区域和晶片的剩余部分之间的差异的影响。30.如权利要求29所述的方法，其中，该覆层包括硅，多晶硅，氮化硅或它们的混合。31.如权利要求1所述的方法，其中，校准晶片包括由大致不透光的材料制成的晶片，该晶片进一步包括包括硅的透射区域，该透射区域位于探测透射的光能量的位置。32.如权利要求31所述的方法，其中，该不透光的材料包括掺杂硅，金属或硅化物。33.一种校准温度测量装置的方法，包括当加热晶片时，将校准光源的光能发射到由半导体材料制成的晶片上；探测发射的透过晶片的光能量；基于探测的透射的光能量确定晶片的温度；以及基于从透过晶片的光能量确定的温度来校准用于测量晶片的温度的温度测...

【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]