用于确定晶片温度的方法技术

本发明专利技术提供了用于晶片温度测量和温度测量器件校准的方法和装置，它 们可基于对半导体晶片中层的吸收的确定而实现。所述吸收的确定可通过朝 晶片引导光并测量从光所入射的表面下被晶片反射的光而实现。校准晶片和 测量系统可布置和构造成使得以相对晶片表面预定角度反射的光被测量，而 其它光不会。测量还可基于评价晶片中或晶片上的图案的像的对比度。其它 测量法可采用确定晶片内光程长度以及根据反射或透射光的温度测量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
这里所用的热处理室(thermal processing chamber )指的是迅速加热物体， 例如半导体晶片的设备。这种设备通常包括用于保持一个或更多半导体晶片 或其它物体的基板保持器，以及用于加热晶片的能源，例如加热灯和/或电阻 加热器。在热处理期间，半导体晶片根据预设的温度体制在受控条件下被加热。许多半导体加热过程要求晶片被加热到高温，使得在晶片被制造成器件 时可出现各种化学和物理转换。在快速热处理期间，例如，半导体晶片被通 常由灯阵列用通常少于几分钟的时间从大约300。C加热到大约1200。C的温 度。在这些过程期间， 一个主要目标是尽可能均匀地加热晶片。在半导体晶片的快速热处理期间，需要监视和控制晶片温度。具体地，对于所有当前和可预见到的高温晶片处理，具有高精度、重复性和速度地确 定晶片真实温度很重要。准确测量晶片温度的能力在所制造集成电路的质量和尺寸上具有直接的收益。在晶片加热系统中一个最严重的挑战是能在加热过程中准确测量基板 的温度。过去，研发了各种用于在热处理室中测量基板温度的手段和设备。 这些设备包括例如高温计，与基板直接接触或与基板邻近放置的热电偶，以 及采用激光干涉。为了在热处理室中使用高温计，高温计通常需要校准。因此，目前存在 各种校准程序以将高温计的温度读取与绝对和准确的温度参考对准。在热处 理室中校准高温计的 一个广泛采用的方法是在室内放置具有嵌入在晶片内 的热电偶的半导体晶片。由热电偶获取的温度量度与从温度测量设备收到的 温度读取比较，并校正掉任何差异。尽管这种方法很适合于校准温度测量设备，例如高温计，它却要求相当 多的时间校准仪器。因此，目前需要一种在热处理室中非常快速地校准高温 计的方法，不会产生相当长的停机时间。具体地，需要一种不必打开热处理 室的情况下在热处理室中校准高温计的方法，从而保持热处理室的完整和纯 净。还需要在热处理室中校准高温计的简单方法，可作为验证光学高温计系7统正确运行的常规检查而日常使用。另外，需要一种可跨跃温度范围使用的在热处理室中测量温度和校准高 温计的方法，包括准确的高温测量和/或^f交准。
技术实现思路
一种校准温度测量器件的方法可包括将入射光线导向校准晶片的第一 侧；检测包括穿过晶片内光路并在反射平面反射的至少一束光线的光能量， 所述反射平面区別于所述校准晶片的第 一侧；根据所检测的能量确定晶片的 吸收；根据所述吸收确定晶片的温度；以及根据所确定的温度校准温度测量 器件。例如，所述反射平面可包括晶片的两个层之间的界面、晶片的两个层 之间的层、晶片的两个层之间的缝隙、晶片的第二侧或后侧、以及可包括图 案或衍射光栅。检测光能量可包括检测以预定角度射出校准晶片的第 一侧的至少 一束 光线。可在被选择为使晶片表面反射率最小的入射角和偏振平面上引导所述 入射光线。所述晶片可包括吸收层和基板，所述吸收层和基板可从在入射光线的波 长下具有不同折射率的材料中选择，使得所述反射平面位于所述吸收层与所 述基板的界面上。或者，所述晶片可在所述吸收层和所述基板之间包括至少 一个附加层，反射平面定义在所述附加层。所述吸收层和所述基板可都包括 硅，所述附加层可包括二氧化硅，不过其它材料适用于任何层。所述晶片在所述吸收层与所述基板之间的界面上可包括光栅，所述光栅 定义反射平面。然后所检测的光能量可包括被所述光栅衍射的光。所述晶片的第一侧可包括抗反射涂层，所述晶片也可包括反射增强层或 涂层，所述反射增强层定义所述反射平面。所述晶片可包括在所述吸收层与基板之间的缝隙，所述缝隙定义所述反 射平面。所述晶片可包括有紋理的前侧。所述晶片可构造成使得所述反射平面和所述晶片的第 一侧相对彼此倾 斜。例如，吸收层可构造成使得所述吸收层的第一表面不平行于后表面，或 吸收层可位于具有渐缩形状的另一层上。被引导的光可用窄带光源或宽带光源发出，或可替代地包括其它电磁能量。可构造并布置一个或多个光学元件以将从晶片反射的所选部分的光能 量引导到至少 一个检测器中和/或将反射光的所选部分？I导出所述检测器。或角度范围反射的光或，而不检测从所述第 一侧或以其它预定角度或角度范 围反射的光。所述晶片可在所述反射平面上包括图案，并且确定所述晶片的吸收可包 括获得所述图案的像并分析该像，例如通过评价所述图案中的对比度。通过 采用构造成阻挡从所述晶片的所述第一侧反射的光的滤光器可增强被观察 的图案。一种适用于校准光学传感器的校准晶片可包括构造成吸收选定波长的 光的至少一部分的吸收层；以及基板。可选择和构造所述基板和所述吸收层 使得反射选定波长的光的至少一部分的反射平面位于区别于所述吸收层外 表面的位置。所述吸收层可包括例如硅。所述晶片可进一步包括在所述吸收层和所述 基板之间的至少一个附加层。所述吸收层和基板可都包括硅，所述附加层可 包括二氧化硅。如上所述，所述反射平面与所述晶片的第一或外表面可相对 彼此倾斜。所述晶片的所述外表面可包括抗反射涂层，或可有紋理。所述反 射平面可包括例如反射增强材料层、膜或涂层，或可包括纟文理表面、图案或 光栅。晶片中可釆用其它合适材料，例如，Si、 Ge、 GaAs、 InP、 AlAs、 GaN、 InN、 GaP, GaSb、 InSb、 SiC、金刚石、AlGaAs、 GalnAsP、 InGaN、 SiGe 或SiGeC。一种用于校准温度测量器件的系统可包括用于接收半导体晶片的室， 例如RTP室。所述晶片可包括校准晶片，并且所述室还可包括与所述室联系 并构造成加热所述晶片的加热器件。所述系统可采用构造成监视所述晶片温 度的温度测量器件，并包括构造成朝所述晶片发出包括至少一个选定波长的 能量的校准光源。至少一个光检测器可定位成在光能量穿过光路之后，检测 从所述晶片反射的选定波长的光能量的量，所述光路的至少一部分落在所述 晶片的至少一部分。所述系统还可包括与所述光检测器和所述温度测量器件联系的控制器， 其构造成根据所检测的光来校准所述温度测量器件。所述控制器可包括计算 机系统，并还可控制RTP室的其它元件。所述光检测器可包括光传感器或其它光学传感器。所述温度测量器件可包括高温计。一种校准温度测量器件的方法可包括对于第一选定温度范围，根据从 校准光源透射通过物体的能量测量确定所述物体的绝对温度；对于第二选定 温度范围，光穿过包括至少一次物体内部反射的光路之后，根据从所述物体 反射的光确定所述物体的绝对温度。可校准至少一个温度测量器件以解释在 第一和第二选定温度范围内所述绝对温度的变化。所述物体可包括校准晶片，所述测量器件可包括高温计。所述校准工艺可构造成使得所述第一选定温度范围的上限和第二温度 范围的下限近似相等，并由被透射的光信号的衰减而限定。所述第一选定温 度范围的上限和第二温度范围的下限可都等于大约850°C。替代地，所述第 一和第二温度范围可至少部分重叠。一种用于确定物体温度的方法可包括朝物体引导相干能量，使得所述 物体与所述相干能量相互作用。所述相互作用可包括例如透射或反射至少一 部分能量。所述方法可进一步包括朝所述物体引导非相干光，使得所述物体 与所述非相干能量相互作用。与所述物体相互作用之后根据测量非相干能量 可确定所述物体的绝对温度。在与所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准温度测量器件的方法，所述方法包括：　将入射光线向校准晶片的第一侧引导；　检测包括穿过所述晶片内的一光路并在反射平面反射的至少一束光线的光能量，所述反射平面区别于所述校准晶片的第一侧；　根据所检测的能量确定所述晶片的吸收；　根据所述吸收确定所述晶片的温度；以及　根据所确定的温度校准温度测量器件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.6.29 US 11/478,3121. 一种校准温度测量器件的方法，所述方法包括将入射光线向校准晶片的第一侧引导；检测包括穿过所述晶片内的一光路并在反射平面反射的至少一束光线的光能量，所述反射平面区别于所述校准晶片的第一侧；根据所检测的能量确定所述晶片的吸收；根据所述吸收确定所述晶片的温度；以及根据所确定的温度校准温度测量器件。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，检测光能量包括检测以预定角度 射出所述校准晶片的第 一侧的至少一束光线。3. 根据权利要求1所述的方法，其中，在被选择为使所述晶片的表面反 射率最小的入射角和偏振平面上引导所述入射光线。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片包括吸收层和基板。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述吸收层和基板选择在所述入 射光线的波长下具有不同折射率的材料。6. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述晶片在所述吸收层和所述基 板之间包括至少一个附加层。7. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述吸收层和所述基板都包括硅， 所述附加层包4舌二氧化硅。8. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述晶片在所述吸收层与所述基 板之间的界面上包括光栅，所述光栅定义所述反射平面，其中所述检测的 光能量包括被所述光栅衍射的光。9. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片的第一侧包括抗反射涂层。10. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片包括反射增强层， 所述反射增强层定义所述反射平面。11. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述晶片包括在所述吸收层 与基板之间的缝隙，所述缝隙定义所述反射平面。12. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片包括有紋理的第一侧。13. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述反射平面和所述晶片的 第一侧相对彼此倾斜。14. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述被引导的光用窄带光源 发出。15. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述被引导的光用宽带光源 发出。16. 根据权利要求1所述的方法，其中，进一步包括 布置至少一个光学元件以将从晶片反射的所选部分的光能量引导到至少一个;f全测器中。17. 根据权利要求16所述的方法，其中，检测器被定位成它能够检测 从所述反射平面反射的光，但基本不检测从所述第一侧反射的光。18. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述晶片包括图案，所述图 案定义所述反射平面，并且其中确定所述晶片的吸收包括评价图案中的对 比度。19. 根据权利要求18所述的方法，其中，进一步包括通过采用构造成阻挡从所述晶片的第 一侧反射的光的滤光器而增强被 观察的图案。20. —种适用于校准光学传感器的校准晶片，所述晶片包括 构造成吸收选定波长的光的至少一部分的吸收层；以及 基板；其中选择所述基板和所述吸收层，使得反射所述选定波长的光的至少一 部分的反射平面位于区别于所述吸收层的外表面的位置上。21. 根据权利要求20所述的晶片，其中，所述吸收层包括硅。22. 根据权利要求20所述的晶片，其中，进一步包括在所述吸收层和 所述基板之间的至少 一个附加层。23. 根据权利要求22所述的晶片，其中，所述吸收层和基板都包括硅， 所述附加层包括二氧化硅。24. 根据权利要求22所述的晶片，其中，所述反射平面和所述晶片的 外表面相对彼此倾斜。25. 根据权利要求20所述的晶片，其中，所述晶片的外表面包括抗反 射涂层。26. 根据权利要求20所述的晶片，其中，所述晶片的所述外表面有紋理,27. 根据权利要求20所述的晶片 增强材料。28. 根据权利要求20所述的晶片 外表面相对彼此倾斜。29. 根据权利要求20所述的晶片 表面。其中，所述反射平面包括一层反射其中，所述反射平面和所述晶片的其中，所述反射平面包括有紋理的所迷反射平面包括光栅￡ 所述反射平面包括图案。30. 根据权利要求20所述的晶片，其中31. 根据权利要求20所述的晶片，其中32. 根据权利要求20所述的晶片，其中，所述晶片包括Si、 Ge、 GaAs、 InP、 AlAs、 GaN、 InN、 GaP...

【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