用于校准温度测量器件的方法和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。

Method for calibrating a temperature measuring device and method for determining wafer temperature

The present invention provides methods and apparatus for wafer temperature measurement and temperature measurement device calibration, which can be implemented based on the determination of absorption in the semiconductor wafer intermediate layer. The absorption determination can be achieved by directing light to the wafer and measuring light reflected from the wafer under the surface of the incident light. The calibration wafer and the measuring system can be arranged and configured so that the light reflected at a predetermined angle relative to the wafer surface is measured, while the other light does not. The measurements may also be based on contrast of images evaluated in the wafer or on the wafer. Other methods of measurement may be to determine the length of the optical path within the wafer and to measure the temperature based on reflected or transmitted light.

【技术实现步骤摘要】
用于校准温度测量器件的方法和用于确定晶片温度的方法本申请是申请号为200780032373.5、申请日为2007年6月29日、申请人为马特森技术公司、专利技术名称为“用于确定晶片温度的方法”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于校准温度测量器件的方法和用于确定晶片温度的方法。
技术介绍
这里所用的热处理室(thermalprocessingchamber)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℃加热到大约1200℃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/或校准。
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，所述反射平面区别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。所述晶片可包括有纹理的前侧。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引导出所述检测器。所述检测器可定位成检测从所述反射平面反射的光或以某些预定角度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，或可有纹理。所述反射平面可包括例如反射增强材料层、膜或涂层，或可包括纹理表面、图案或光栅。晶片中可采用其它合适材料，例如，Si、Ge、GaAs、InP、AlAs、GaN、InN、GaP，GaSb、InSb、SiC、金刚石、AlGaAs、GaInAsP、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℃。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。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种校准温度测量器件的方法，所述方法包括：将光向校准晶片的第一侧引导，所述校准晶片的至少一部分具有随温度变化的在第一已知波长上的光学吸收，并具有随温度变化的在第二已知波长上的光程长度；加热所述校准晶片；测量所述校准晶片在所述第一已知波长上的吸收特性，以确定绝对温度值；基于对穿过所述校准晶片的至少一部分的光程长度的对应变化敏感的测量，确定温度的变化；基于所述对绝对温度的测量和对温度的变化的测量两者，校准温度测量器件。

【技术特征摘要】
2006.06.29 US 11/478,3121.一种校准温度测量器件的方法，该方法包括：将校准晶片加载到处理室中，所述校准晶片中的至少一种材料具有在第一已知波长上的光学吸收随温度变化的特征，并且所述校准晶片中的至少一种材料具有在第二已知波长上的穿过所述校准晶片的光程长度随温度变化的特征；在开始加热之前，或者在加热周期中一个相对较早的点上，至少在低于需要最严格的温度控制的处理温度的温度下，测量所述校准晶片在第一波长上的吸收特性，以确定所述校准晶片的第一温度T1的绝对温度值；将所述校准晶片的温度改变至第二温度T2；确定从第一温度T1到第二温度T2，所述校准晶片的光程长度的变化，并由所述光程长度的变化确定校准晶片温度的对应变化，其中由利用相干光进行的第一测量和第二测量推导出穿过校准晶片的光程长度的变化；基于所确定的第一温度T1的绝对温度值以及基于所确定的从第一温度T1到第二温度T2校准晶片温度的变化，确定所述校准晶片的第二温度T2；并且基于所述校准晶片的第一温度T1和第二温度T2，校准温度测量器件。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述校准晶片仅包括单个板，其中所述单个板包含其在一定波长上的光学吸收随温度变化且其光学厚度随温度变化的材料。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述校准晶片具有两个层，其中一个层包含其光学吸收随温度变化的材料，另一个层包含其光学厚度随温度变化的材料。4.如权利要求1所述的方法，其中，在所述第一已知波长上的吸收特性和在所述第...

【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