專利名稱：校準基板和校準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及校準基板、用于圓盤形狀基板的熱處理的裝置以及通過利用校準基板 校準該裝置中的溫度測量裝置的設(shè)備。而且，本發(fā)明涉及用于確定基板的多個透射-溫度 測量值的方法以及用于通過利用校準基板校準溫度測量裝置的方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體制造工藝中，用于熱處理基板例如半導(dǎo)體晶片的高速加熱系統(tǒng)即所謂的 RTP系統(tǒng)是已知的。這樣的設(shè)備的例子描述在美國專利US5, 359，693和US 5，580，830中。 高速加熱系統(tǒng)被采用來熱處理基板，特別地，通常由硅組成的晶片，也可以是由其它半導(dǎo)體 材料組成的晶片，例如鍺、SiGe、SiC或者化合物半導(dǎo)體例如GaAs或者InP。在高速加熱系 統(tǒng)中，晶片在不同的處理氣體氣氛中被進行熱處理以便實現(xiàn)處理的預(yù)定結(jié)果，例如摻雜晶 片或者涂布晶片。在這樣的工藝中，半導(dǎo)體晶片的溫度在每個時間點上應(yīng)當總是盡可能精確地對應(yīng) 給定溫度是特別重要的。溫度應(yīng)當在整個晶片上盡可能地相同并且能夠在每個時間點上盡 可能精確地得以確定以便保證穩(wěn)定的給定溫度_時間特征。而且，溫度測量不影響晶片的 熱處理也是重要的。因此，在許多情形下，僅將非接觸式溫度測量系統(tǒng)，例如高溫計測量系 統(tǒng)付諸應(yīng)用。高溫計溫度測量系統(tǒng)提供例如基板溫度相對于其熱發(fā)射的非接觸式測量的優(yōu)點。 為了該目的，它們通常裝備有窄帶濾波器以使得僅狹窄限定的波長范圍的輻射被檢測。但 是，為了從高溫計檢測到的輻射來推算基板的溫度，必須熱校準高溫計。在該校準過程中， 尤其是，基板安置在其中的腔室的屬性扮演著重要的角色。一般地，高溫計不僅接收來自其 對著的基板的特征分量，還接收來自基板周圍環(huán)境的直接或間接(反射或多次反射)輻射 部分，例如來自腔室的反射的輻射分量。而且，高溫計接收從加熱基板的部件(燈、激光、 電阻式加熱元件等)發(fā)出的輻射以及來自相鄰物體的輻射和反射的輻射分量。此外，基板 的熱輻射通過其進行測量的透明材料例如石英的吸收屬性會影響高溫計測量。而且，在透 明和/或半透明基板的情形下，特別是在其透射屬性取決于溫度的基板例如硅晶片的情形 下，從位于基板后面的基板的周圍環(huán)境透射穿過基板的輻射分量同樣被測量。如果沒有精 確地了解作為溫度函數(shù)的基板的透射特征，那么由高溫計檢測到的輻射分量不能足夠精確 地與它們的原貌相關(guān)聯(lián)，通常根本不可能關(guān)聯(lián)。高溫計溫度測量系統(tǒng)的校準通常通過布置在晶片上的具有已知溫度_電壓特征 的一個或多個熱電偶以特定于晶片和腔室類型的方式實施。通過采用例如鹵素燈、弧光燈、 激光或者電阻式加熱部件來加熱基板同時分接熱電偶上的電壓，并且測量高溫計信號，能 夠形成檢查表(查詢表)，該查詢表使得特定溫度和特定高溫計信號相關(guān)聯(lián)。但是，該校準方法是耗時的，并且僅在非旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的情形下可行。該方法要求基板 被熱電偶接觸，而熱電偶必須與基板保持良好的熱接觸，并且這樣的基板安裝在腔室中。而 且，通過高溫測量技術(shù)在低溫下對物體例如硅晶片的物體進行的溫度測量由于基板的輻射熱量與測得的背景輻射相比非常小而通常非常不準確。硅晶片可以是例如在用于傳統(tǒng)的測 量工藝的波長范圍內(nèi)在低溫下實質(zhì)上光學透明的。用于確定將被熱處理的基板的溫度的可能替代方式是直接測量基板的透射性。這 在基板對于光學輻射的透射性在給定波長上呈現(xiàn)一定的溫度依賴性的情形下是可行的。這 樣的透射性測量應(yīng)當在適當?shù)臏y量波長下以及在特定角度下實施。為了測量圓盤形狀基板 的透射性，基板可以插入到發(fā)射光學輻射的源和用于測量例如光學輻射的強度的檢測器之 間的光路中。如果知道在基板上的輻射入射的強度10，那么基板的透射因子可以從其與在 基板后面測量的強度IT (透射輻射)的關(guān)系進行確定。透射輻射的測量強度相對于溫度的 校準可以通過例如熱電偶或者已經(jīng)熱校準的高溫計在適當?shù)牟ㄩL下實施。利用熱校準的高 溫計的溫度校準過程的優(yōu)點在于，如果基板旋轉(zhuǎn)，那么在處理腔室中的基板的透射性也能 夠容易地檢測出。特別適合作為用于透射測量的光源是單色的光源例如激光，其中一定光譜線被光 學地耦合出來的排氣燈或者弧光燈、或者設(shè)置有窄帶濾波器的鹵素燈。測得透射信號取決 于腔室的屬性以及輻射源的強度。如果輻射源的強度10僅在測量前一次性確定并且如果這然后被接受為在整個測 量周期不變，那么從在熱處理過程中作為晶片溫度的函數(shù)的晶片上的透射測量結(jié)果將獲得 非常差的可再生性結(jié)果。這是由于這樣的事實，即強度10并不一定恒定，而是在熱處理過 程中通常是變化的。這樣的變化出現(xiàn)在例如當使用激光光源進行透射測試時，因為它們的 輸出強度隨著時間并不是恒定的。但是，來自用于透射測試的光源的光會穿過其的材料的 透射特征的變化同樣會引起下述事實，即，上次入射在晶片上的輻射10是變化的。這樣的 例子是例如將光導(dǎo)引到基板上的光導(dǎo)體裝置的移動；腔室中的變化，其可以歸因于例如 熱應(yīng)力或者其在此期間改變其反射屬性；基板反射率的變化，其可以起因于例如基板表面 (涂層等)的變化；或者石英器皿中的溫度變化(例如折射率和吸收率的變化)，透射光束 通過該石英被導(dǎo)引到基板上。利用半導(dǎo)體隨著用于確定它們的溫度的溫度而變化的光學性質(zhì)的原理是已知的。 Christensen等人(US 4，136，566)已經(jīng)在1977年描述了一種具有由半導(dǎo)體材料組成的集 成基板的溫度傳感器，其中溫度根據(jù)完全通過半導(dǎo)體材料的單色光的光學透射性的測量而 確定。在這個方法中，可以由激光器或者激光二極管發(fā)出的單色光被固定到第一光學波導(dǎo) 管的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的棱形基板導(dǎo)引。在另一個點上固定到半導(dǎo)體棱柱的第二光學波導(dǎo)管 將從半導(dǎo)體再次出現(xiàn)的光傳遞到檢測器例如一接收顯示器上。安置在光源和第一波導(dǎo)管之 間的輻射分離器(分光器)耦合出一部分來自光源的光并將其傳遞到參考檢測器，用于確 定輻射源的輸出強度。這樣，例如，光源的強度的波動能夠得以補償。由硅晶片造成的紅外輻射的光學吸收的過程的溫度依賴性及其物理原因例如被 Sturm 等人描述過。(IEEE Transactionson Electron Devices,卷 39,No. 1,1992 年 1 月， 第81頁及以后的頁數(shù))。Amith等人(US 4，890，933)描述一種用于以非接觸的方式檢測由具有作為溫度 的函數(shù)而改變的帶隙能量的薄GaAs組成的一塊材料的溫度的裝置，其是通過測量具有接 近于材料的帶隙能量的能量的輻射的透射性的過程進行的。該方法是基于作為溫度函數(shù)的 光吸收系數(shù)的單調(diào)變化的，并建立在這樣的事實上，即半導(dǎo)體的帶隙隨著溫度升高而變窄。透射信號被測量，材料的溫度取決于其強度確定。由適當?shù)墓庠窗l(fā)出并用于布置在熱處理 腔室中的基板的透射性的測量的輻射在進入腔室之前被斬光器產(chǎn)生脈動并經(jīng)由一鏡子導(dǎo) 向分光器。分光器耦合出一部分初級輻射并將其傳遞到參考檢測器上用于確定光源強度目 的。另一部分輻射被導(dǎo)引通過熱處理腔室到位于其中的被測量的基板上。穿過基板的輻射 然后再次離開熱處理腔室并由腔室外面的第二檢測器進行測量。兩個信號在鎖定放大器的 幫助下彼此進行比較，從而確定基板的透射性。該測量方法的缺點在于參考光束在腔室外 面前行。由于例如基板的周圍環(huán)境中的變化所致的透射的變化沒有被檢測或者解釋作為基 板吸收性的變化。在US 2003/0236642中，Timans公開用于校準例如熱處理腔室中的溫度測量儀器 例如高溫計的裝置和方法。在此，為了校準的目的，使用一光源，該光源將光發(fā)射到安置在 熱處理腔室中的基板上?；迥軌蚶缡蔷哂蟹婪瓷渫繉拥慕?jīng)過專門處理的硅晶片，該硅 晶片包括由不同的材料覆蓋的開口和/或具有原材料在該處更薄的部位。檢測器然后檢測 由基板透射的光。檢測到的光被利用于整個系統(tǒng)所用的溫度測量儀器的校準。該裝置和方 法的缺點在于，沒有用于檢測由于例如基板的周圍環(huán)境的變化所致的透射性變化的參考光 束。結(jié)果，同樣地，腔室屬性的變化不能與基板的吸收性的變化區(qū)分開并相應(yīng)地關(guān)聯(lián)上。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)果，本發(fā)明的目的是提供一種校準基板，其將允許其透射率以簡單的方式被可 靠地確定。因此，另一目的是提供用于確定該校準基板的多個透射_溫度測量值的簡單而 可靠的方法以及用于通過利用校準基板校準溫度測量裝置的方法。還有另一目的是提供一 種用于圓盤形狀基板的熱處理的裝置，其允許根據(jù)本發(fā)明的方法得以實施。為了實現(xiàn)該目的，提供一種圓盤形狀基板用于校準處于用于半導(dǎo)體晶片的熱處理 的裝置中的溫度測量裝置，其中該基板至少部分地由隨著其溫度而改變其透射特征的第一 材料組成。至少一個通道開口設(shè)置在第一材料中，并且這至少在部分區(qū)域中形成光學輻射 通過基板的自由通道。在這樣的基板的幫助下，可以將光線導(dǎo)向通過基板材料到相對的檢 測器上，由此當基板旋轉(zhuǎn)時光線能夠沿著相同的光束路徑以定相的方式自由地通過通道開 口。因此，這使得能夠在透射輻射和自由進入的輻射之間進行比較，所述兩個輻射都穿過相 同的光束路徑，從而確定基板的透射率值。如果以這種方法確定的透射率值是每一個與特 定溫度相關(guān)聯(lián)，其中所述值能夠例如受到同時或者實質(zhì)上同時的溫度測量的影響，那么，可 以采用這樣的校準基板來校準不同熱處理腔室中的熱檢測器。通過利用這樣的基板來校準 不同的熱處理腔室，可以省卻用熱電偶來確定溫度或者用高溫計來確定基板的光學發(fā)射。 因此，不同的校準基板能夠被用于不同的溫度范圍。因此，在基板中的至少一個通道開口優(yōu)選地安置成與基板的中心點相隔距離巧并 完全由第一材料圍繞。特別地，至少一個通道開口為弧形的并位于與基板的中心點相隔距 離巧的圓形線上。在本發(fā)明的一個實施例中，第一材料是第一半導(dǎo)體晶片，特別地，其為具有良好的 且已知的依從于溫度的透射率的硅晶片。優(yōu)選地，半導(dǎo)體晶片具有至少200毫米的直徑，從 而能夠定位在基板保持裝置上，所述基板保持裝置當前通常安置在高速加熱系統(tǒng)里。有利 地，校準基板的尺度對應(yīng)待處理的基板的尺度。在一個實施例中，第一半導(dǎo)體晶片為摻雜了至少5X lE17cm-3和至多l(xiāng)E16cm_3的雜質(zhì)的硅晶片。為了提供用于校準基板的不同的依從于溫度的透射性特征，提供至少一個第二材 料。第二材料優(yōu)選地安置成與基板的中心點相隔距離特別地，在第一材料中的至少一 個通道開口在部分區(qū)域上能夠被至少一個第二材料覆蓋住。第二材料可以是完全不同的材 料，或者可以由與第一材料相同的材料組成但是提供有例如涂層或者具有不同的摻雜(在 半導(dǎo)體基礎(chǔ)基板的情形下)，從而呈現(xiàn)偏離第一材料的透射性特征的透射性特征。優(yōu)選地， 至少一個第二材料具有與第一材料相比不同的依從于溫度的透射性特征。因此，例如，依從 于溫度的透射性特征能夠通過僅一個基板而被確定用于不同的溫度范圍。特別地，第二材 料在相同溫度下可以比第一材料對光學輻射更加透明。例如，至少一個第二材料選自以下 化合物組石墨、Si、Ge、SiGe、GaAs、SiC、InP和InSb。第二材料可以是第二半導(dǎo)體晶片， 其優(yōu)選地具有與第一半導(dǎo)體晶片相同的直徑。在本發(fā)明的一個實施例中，第二半導(dǎo)體晶片 為摻雜了至少5X lE17cm-3和至多l(xiāng)E16cm-3的雜質(zhì)的硅晶片。優(yōu)選地，至少一個第二材料 由具有至多250 u m厚度的單晶半導(dǎo)體材料組成。在本發(fā)明的另一實施例中，在第一材料中設(shè)置至少一個第二通道開口，其在至少 部分區(qū)域中形成用于光學輻射通過基板的自由通道并且其安置成與基板的中心點相隔距 離r2。因此，為了使得透射性測量能夠通過不同對的發(fā)射器-接收器(光源檢測器)進行， 優(yōu)選應(yīng)用關(guān)系巧興巧。本發(fā)明的另一目的還可通過用于確定用于上述類型的基板的多個透射_溫度測 量值的方法實現(xiàn)，因為當基板被加熱和/或冷卻下來時，光線被導(dǎo)向到基板。光線的強度在 基板的相對側(cè)進行測量，并且基板圍繞旋轉(zhuǎn)軸以每一轉(zhuǎn)光線自由通過至少一個通道開口的 方式旋轉(zhuǎn)?；宓亩鄠€第一透射率值現(xiàn)在從當光線自由穿過至少一個通道開口時測量的光 線強度與當光線通過第一材料時測量的光線強度之間的比較進行確定，由此該比較在每種 情況下對落在特定時間間隔內(nèi)的測量值進行。而且，在餓定時間間隔中的基板的溫度被確 定，其后，在該特定時間間隔內(nèi)確定的第一透射率值和在各時間間隔內(nèi)測量的溫度之間的 關(guān)系得以建立。這樣，上面的方法得到校準基板的光學的依從于溫度的透射性屬性的測量 結(jié)果，該校準基板因此能夠用于熱處理單元中的溫度測量單元的校準。光線優(yōu)選地為一束光束，其具有小于至少一個通道開口的最小直徑的光束直徑， 從而能夠?qū)崿F(xiàn)自由無障礙的通道。而且，光線優(yōu)選地具有特定的偏振。特別地，光線可以是 具有例如1310nm和/或者1550nm的特定波長的激光束。在本發(fā)明的一個實施例中，光線以預(yù)定頻率脈動，從而能夠區(qū)別于通常與光線一 起測量的背景輻射。因此，光線的脈沖頻率位于例如100赫茲和10000赫茲之間，并實質(zhì)上 高于基板的旋轉(zhuǎn)速度。優(yōu)選地，光線的脈沖頻率高于基板的旋轉(zhuǎn)速度至少十倍。例如，基板 每分鐘旋轉(zhuǎn)20至500轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的一個實施例中，與用于確定透射值的光線強度相關(guān)的測量信號通過并 不直接源于光線的部分進行修正。這能夠通過其中沒有光線被測量的至少一個測量信號的 分量被從其中至少光線也被測量的測量信號中減去而實現(xiàn)。優(yōu)選地，基板溫度的確定是通過朝向基板導(dǎo)引的輻射測量單元，特別地高溫計，以 非接觸進行的方式進行的。例如，測量在基板表面上的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)實施，用于確定基板溫度 的目的，由此通道開口位于環(huán)狀區(qū)域內(nèi)。由此，在通道開口附近的測量值優(yōu)選地沒有納入確定基板溫度的考量內(nèi)。為了在整個基板上提供盡可能均一的基板溫度，對基板進行加熱和/或冷卻的過 程優(yōu)選地分別以小于10°c /s的加熱和冷卻速率實施。為了避免進行測量的各個時間周期 中的溫度波動，在一個實施例中特定時間間隔包括小于2秒的時間段。為了提供例如不同溫度范圍的透射-溫度測量值，本發(fā)明的一個實施例進一步提 供基板的多個第二透射率值，其從當光線自由通過至少一個通道開口時測量的光線強度和 當光線通過第二材料時測量的光線強度之間的比較得以確定，由此該比較在每種情形下對 落在一定第二時間間隔內(nèi)的測量值進行。基板的溫度還在特定第二時間間隔內(nèi)進行確定， 并且在特定第二時間間隔內(nèi)確定的第二透射率值和在各第二時間間隔內(nèi)測量的溫度的關(guān) 系被繪圖。本發(fā)明的一個目的還通過一種用于校準溫度測量裝置的方法得以實現(xiàn)，該溫度測 量裝置包括上述類型的基板，多個透射-溫度測量值通過該基板而知曉，并且該基板能夠 例如通過上述方法確定。在該方法中，當基板被加熱起來和/或冷卻下去時光線被導(dǎo)向到 基板上。當基板圍繞旋轉(zhuǎn)軸以使光線自由通過至少一個通道開口每轉(zhuǎn)至少一次的方式旋轉(zhuǎn) 時光線的強度在基板的相對側(cè)進行測量?；宓亩鄠€第一透射率值現(xiàn)在得以從當光線自由 通過至少一個通道開口時測量的光線強度和當光線通過第一材料時測量的光線強度之間 的比較而得以確定，由此，該比較在每種情形下對落在特定時間間隔內(nèi)的測量值進行。與基 板的溫度相關(guān)的至少一個參數(shù)同樣在特定時間間隔內(nèi)被測量。溫度值與基于基板的已知的 多個透射-溫度測量值確定的第一透射率值的每一個相關(guān)聯(lián)。隨后，與在特定時間間隔內(nèi) 確定的第一透射率值相關(guān)聯(lián)的溫度值和與基板的溫度相關(guān)并在各個時間間隔內(nèi)測量的至 少一個參數(shù)之間的關(guān)系然后被繪圖。借助于上述方法以及上述的校準基板，溫度測量裝置 的校準能夠以簡單可靠的方式進行。光線優(yōu)選地為一束光線，其具有小于至少一個通道開口的最小直徑的光束直徑， 從而使得能夠自由地無障礙地通過。而且，光線優(yōu)選地具有特定的偏振。特別地，光線能夠 為具有例如1310nm和/或1550nm的特定波長的激光光束。在本發(fā)明的一個實施例中，光線以預(yù)定頻率脈動，從而能夠與通常和光線一起進 行測量的背景輻射進行區(qū)別。因此，光線的脈沖頻率位于例如100Hz和10000Hz之間并實 質(zhì)上高于基板的轉(zhuǎn)速。優(yōu)選地，光線的脈沖頻率高于基板的轉(zhuǎn)速的至少十倍。例如，基板每 分鐘旋轉(zhuǎn)20至500轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的一個實施例中，用于確定透射值并與光線強度相關(guān)的測量信號通過并 非直接源于光線的部分進行修正。這可以通過其中沒有光線被測量的至少一個測量信號的 部分被從其中至少光線也被測量的測量信號中減去而實現(xiàn)。優(yōu)選地，與基板溫度相關(guān)的參數(shù)的測量以非接觸的方式通過朝向基板導(dǎo)引的輻射 測量單元尤其是高溫計進行。例如，在與基板溫度相關(guān)的至少一個參數(shù)的測量過程中，測量 在基板表面上的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)進行，由此通道開口位于環(huán)狀區(qū)域內(nèi)。優(yōu)選地，因此，來自通道 開口附近的測量值在與基板溫度相關(guān)的至少一個參數(shù)的測量過程中沒有被納入考慮。為了在整個基板上提供盡可能均一的基板溫度，加熱和/或冷卻基板的過程優(yōu)選 地分別以小于10°c /s的加熱和冷卻速率進行。為了避免在進行測量的各個時間周期內(nèi)溫 度波動，在一個實施例中一定時間間隔占據(jù)小于2秒的時間周期。
而且，為了提供例如在不同溫度范圍的校準，本發(fā)明的一個實施例想到從當光線 自由通過至少一個通道開口時測量的光線強度和當光線通過第二材料時測量的光線強度 之間的比較確定基板的多個第二透射率值，由此該比較在每種情形下對落在一定第二時間 間隔內(nèi)的測量值進行。并且，與基板的溫度相關(guān)的至少一個參數(shù)在一定第二時間間隔內(nèi)進 行確定，因此溫度值基于基板的已知的多個透射-溫度測量值而與確定的第二透射率值相 關(guān)聯(lián)。隨后，對與在特定第二時間間隔內(nèi)確定的第二透射率值相關(guān)聯(lián)的溫度值和與基板溫 度相關(guān)的并且在各個第二時間間隔內(nèi)測量的至少一個參數(shù)之間的關(guān)系被繪圖。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于熱處理基板尤其是半導(dǎo)體晶片的裝置，該裝置包括 熱處理腔室；基板保持裝置，其限定用于將基板保持在處理腔室中的基板定位區(qū)域；旋轉(zhuǎn) 裝置，其用于旋轉(zhuǎn)基板保持裝置；至少一個輻射源，其用于將加熱輻射傳遞到處理腔室中； 以及至少一個第一檢測器，其朝著基板定位區(qū)域?qū)?，從而檢測當基板位于處理腔室中時 來自基板的輻射。而且，該裝置具有至少一個第二檢測器、朝向第二檢測器而被導(dǎo)向通過處 理腔室和基板定位區(qū)域的至少一個第二輻射源，以及用于區(qū)分直接源于第二輻射源并被第 二檢測器檢測到的輻射相對于由第二檢測器檢測到的其它輻射的裝置。這樣的裝置例如適 于實施根據(jù)本發(fā)明的方法并提供與此相關(guān)的優(yōu)點。在本發(fā)明的一個實施例中，提供用于機械地打開和關(guān)閉第二輻射源和基板定位平 面之間的光束路徑的至少一個裝置。替代地和/或額外地，還可提供控制裝置用于熱處理 期間第二輻射源的脈沖操作。為了減少落在第二檢測器上的并非源于第二輻射源的分量，可以在第二檢測器和 處理腔室之間提供朝向第二輻射源導(dǎo)向的長型光束通道。從而，光束通道的內(nèi)表面可以由 強烈吸光的材料構(gòu)成和/或組成，從而僅讓光基本直線地通過。為了保證在上述類型的不 同裝置中產(chǎn)生一致的透射測量結(jié)果，入射在基板上的源于第二輻射源的光線具有特定的偏 振。優(yōu)選地，第二輻射源發(fā)射特定波長的光，其可以有利于區(qū)別于背景輻射。因此，在一個 實施例中第二輻射源是激光，特別地為發(fā)出例如1310nm和/或1550nm波長的光的激光二 極管。為了減少落在第二檢測器上的背景輻射，可以在第二檢測器和處理腔室之間安置濾 波器，其至少部分地過濾出具有在第二輻射源特定波長之外的波長的光。在一個實施例中，第一檢測器和第二輻射源朝向基板定位區(qū)域?qū)?，與旋轉(zhuǎn)裝置 的旋轉(zhuǎn)軸相隔距離r10優(yōu)選地，熱處理腔室為用于熱處理半導(dǎo)體晶片的高速加熱系統(tǒng)的處 理腔室?？梢蕴峁┒鄠€輻射源用于傳遞加熱輻射到處理腔室中，由此在每種情形中，至少一 個輻射源設(shè)置在旋轉(zhuǎn)裝置下面，一個設(shè)置在上面。從而，用于遞送加熱輻射到處理腔室中的 至少一個輻射源可以包括至少一個鹵素燈和/或至少一個弧光燈。優(yōu)選地，第一和/或第 二檢測器具有對著基板的輻射測量單元，特別地，為高溫計。根據(jù)本發(fā)明，還提供一種用于校準在用于熱處理腔室的上述類型的裝置中的溫度 測量裝置的設(shè)備，其中上述類型的基板以這樣的方式位于基板保持裝置上，即在基板保持 裝置的旋轉(zhuǎn)過程中，基板的通道開口進入第二輻射源和第二檢測器之間的光束路徑。下面基于優(yōu)選的示例性實施例參照附圖更加詳細地描述本發(fā)明。但是，本領(lǐng)域技 術(shù)人員能夠?qū)@些例子進行衍變和修改，以及組合這些例子，而不超出權(quán)利要求所限定的 本發(fā)明的精神和范圍。特別地，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可有利地應(yīng)用到相關(guān)的在此描述之外的其它作業(yè)場合或者工藝。


在附圖中，在每種情形下示意性地示出圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于熱高速加熱系統(tǒng)中的圓盤形狀基板的透射性測量的裝 置的截面視圖。圖2a_2d是根據(jù)本發(fā)明的圓盤形狀校準基板的平面視圖；圖3a_3h是根據(jù)本發(fā)明的圓盤形狀校準基板沿著彎曲半徑的截面視圖；圖4a是根據(jù)本發(fā)明的校準過程的溫度_時間圖；圖4b是根據(jù)本發(fā)明的來自輻射測量裝置朝向校準基板導(dǎo)引的作為在旋轉(zhuǎn)校準基 板的情形下時間的函數(shù)的原始測量信號；圖4c是在從原始測量信號減去熱背景輻射后根據(jù)圖4b的修正的測量信號；圖5a是在基板轉(zhuǎn)大約四轉(zhuǎn)的過程中從圖4c的透射性測量信號提取出的時間；圖5b是當校準基板的通道開口延伸通過輻射測量裝置的視場時作為時間函數(shù)的 圖4c的測量信號的相對信號強度；圖6是作為各個基板的溫度的函數(shù)的兩個不同基板的測得透射性。
具體實施例方式圖1示出通過熱高速加熱系統(tǒng)1的示意性截面視圖。高速加熱系統(tǒng)1提供用于圓 盤形狀基板例如半導(dǎo)體晶片的熱處理。它具有框架形狀的主體3，主體的上下端部被板狀 部件5、6覆蓋，從而形成高速加熱腔室7。在高速加熱腔室7中，分別設(shè)置上下板狀部件14 和15，其將高速加熱腔室7分隔為上燈腔室17、下燈腔室18和位于板狀部件14、15之間的 處理腔室19。板狀部件14、15由光學透明材料例如石英或者藍寶石組成。多個加熱元件22例如鹵素燈或者弧光燈設(shè)置在上燈腔室17中。取決于應(yīng)用場合， 所有的加熱燈22可以是相同類型的，或者也可以提供不同類型的。同樣地，多個加熱燈23，其可以是與加熱燈22相同類型的或者不同類型的，設(shè)置 在下燈腔室18中。能夠通過門25關(guān)閉的入口 /出口開口 26設(shè)置在框架形狀主體3的一側(cè)從而將對 象裝載到處理腔室19中或者將對象從處理腔室19卸載。位于處理腔室中的基板30示出 在圖1中?；?0是校準基板并具有至少一個沒有材料的部分32。圍繞部分32的基板材 料由具有隨著基板溫度變化的透射值的材料組成。基板30的結(jié)構(gòu)在下面更詳細地進行描 述。位于用于熱處理目的的處理腔室19中的基板通常不具有沒有材料的部分32，但是，同 樣地，它們通常具有依從于溫度的透射特征?；?0通過基板保持裝置保持在處理腔室19中，基板保持裝置包括基板鎖定銷 35?；彐i定銷35限定多點基板定位裝置，其剛性連接到至少部分地安置在處理腔室19 中的旋轉(zhuǎn)裝置38。但是，替代示出的基板鎖定銷35，基板保持裝置可以包括連接到旋轉(zhuǎn)裝 置的其它的保持部件。因此，位于腔室中的基板30被保持為使得沒有材料的部分32距離 優(yōu)選地延伸通過基板的中心點的旋轉(zhuǎn)軸40為距離沒有材料的部分32這樣能夠在圓形 線路上旋轉(zhuǎn)，該圓形線路在此及后稱作測量圓39。基板30圍繞其基板中心點旋轉(zhuǎn)以使得當基板旋轉(zhuǎn)時沒有材料的部分32總是圍繞這基板中心點以相同距離旋轉(zhuǎn)。在高速加熱腔室7之外，輻射源41安置為以使得由此發(fā)出的光線46通過板狀部 件5中的開口進入高速加熱腔室7。光線46優(yōu)選地為向著與板狀部件5中的開口相對地 定位的板狀部件6中的第一開口被導(dǎo)向通過高速加熱腔室7的特定波長的一束光線。光線 46與由基板鎖定銷35限定的基板定位平面大致成直角地相交。在板狀部件6中的第一開 口的遠離高速加熱腔室7的那側(cè)上，安置有檢測器51，檢測器51因此同樣位于高速加熱腔 室7的外面。盡管板狀部件6的第一開口示出為有限長度的簡單的通道開口的形式，但是 其還可以是長型通道的形式，其中長型通道的內(nèi)表面由吸光材料構(gòu)成和/或形成以使得基 本沿著直線通過通道的光將落在第一檢測器51上。另一檢測器52，其同樣安置在高速加熱腔室7的外面，通過板狀部件6中的第二開 口對著基板30。板狀部件中的第二開口可以也為上述的長型通道的形式。第二檢測器具有 包括基板定位平面的視場，其在此及后稱作測量斑點57。如圖1所示，先前描述的測量圓 39與測量點57相交，盡管這不是絕對必須的。輻射源41可以通過沒有詳細示出的控制裝置以脈動方式進行操作，也就是使得 它以某脈沖頻率交替地打開和關(guān)閉。輻射源41是例如激光器或者激光二極管，其以例如 1310nm和/或1550nm的特定波長發(fā)射。以互補的方式，可以設(shè)置一濾波器，特別地在檢測 器51和高速加熱腔室7之間，其實質(zhì)上僅讓輻射源41的特定波長的輻射通過。但是，輻射 源41可以是鹵素燈或者弧光燈，其光線同樣可以通過例如移動通過例如光束路徑的機械 部件的方式進行脈動，這也稱為斬波器。或者，光線可以關(guān)于其強度或者一些其它特征進行 調(diào)整，從而使得能夠區(qū)別于例如發(fā)生在高速加熱腔室7內(nèi)并可能入射在檢測器51上的其它 輻射。檢測器51和另一檢測器52優(yōu)選地每個都是測量入射到其上的光輻射的強度的輻 射測量裝置，例如高溫計。因此，另一檢測器52如果在高速加熱裝置1的情形下與所謂的 參考腔室相關(guān)的話優(yōu)選地熱校準，或者，其可以通過利用校準基板來熱校準，如在下面將更 詳細地描述的。另一檢測器被提供，從而檢測基板30在測量點57中發(fā)出的輻射。在旋轉(zhuǎn) 基板的情形下，位于測量圓39上的環(huán)狀區(qū)域發(fā)出的輻射由此被檢測。在下面，參照將基板30的多個透射值確定為基板溫度的函數(shù)來解釋上面描述的 裝置的操作，由此假定高速加熱裝置1是參考裝置，其中另一檢測器52被熱校準。首先，基 板30通過開口 26插入處理腔室19內(nèi)部并放置在基板鎖定銷35上。開口 26通過門25關(guān) 閉?；?0通過旋轉(zhuǎn)裝置38設(shè)置為旋轉(zhuǎn)并通過加熱部件22、23慢慢加熱。加熱過程優(yōu)選 地以小于10°C每秒，優(yōu)選小于;TC每秒的加熱速率實施超過數(shù)分鐘?；蛘?，可以以臺階的形 式加熱基板，其中溫度逐漸升高并保持在一溫度一定時間?；?0在熱處理過程中進行旋 轉(zhuǎn)?；?0例如每分鐘旋轉(zhuǎn)20至500轉(zhuǎn)，從而保證基板在下面描述的每個溫度測量中處 于熱平衡。對于在加熱過程期間中確定基板在一時間點tl的第一透射值，由輻射源41發(fā)出 并穿過旋轉(zhuǎn)基板30的光束46通過基板材料由檢測器51進行測量。這得到第一測量值，其 與當?shù)谝还饩€46穿過基板30的沒有材料的部分32時測量的檢測器51的第二測量值進行 比較。從這兩個測量值之間的關(guān)系，現(xiàn)在能夠確定第一透射值并將其存儲。用于確定第一 透射值的來自第一檢測器的測量值優(yōu)選地通過并非直接源于光線46的分量進行修正。在脈沖光線46的情形下，這可以例如通過來自其中沒有光線46被測量(光線關(guān)閉)的檢測器51的至少一個另一測量值的分量而被從其中至少光線46也被測量(光線打開)的測量 值減去而實現(xiàn)。與時間點tl同時或者幾乎同時，從基板30發(fā)出的輻射熱通過已經(jīng)被熱校準的另 一檢測器52測量?；宓臏囟萾l現(xiàn)在從該測量的熱值得以確定(檢測器52被熱校準) 并以類似的方式存儲。因此，從測量的熱值確定的溫度并不絕對必須精確地對應(yīng)絕對溫度。 而是，參考溫度被表明，這用于在其它高速加熱腔室中的隨后的其它檢測器的校準處理過 程中。在參考腔室中成功測試的熱處理能夠然后轉(zhuǎn)換到這些其它腔室，因為每個檢測器調(diào) 整適應(yīng)于參考檢測器，從而保證熱處理的類似的溫度控制。這樣確定的第一透射值現(xiàn)在能夠與溫度Tl相關(guān)。上面的測量在多個時間點重復(fù)， 從而提供在基板不同溫度的多個透射值。這些值，或者透射值和溫度對然后存儲在用于這 樣測量的基板的表中。自然地，還可以從上面的值提取出作為基板溫度函數(shù)的各透射值曲 線，而不是利用表格形式的離散的單獨的值。各個測量能夠在基板的加熱階段期間和冷卻 階段期間實施?；?0以上面描述的方式相對于其依從于溫度的透射特征而進行測量，正 如其本身也是這樣一樣。這樣的基板現(xiàn)在可以應(yīng)用于上面類型的任何高速加熱裝置，從而熱校準布置在那 里的第二檢測器。因此，實質(zhì)上以與上述方法相同的方法進行，但是，由此分別確定的透射 值現(xiàn)在根據(jù)表(或者曲線)而與溫度值相關(guān)聯(lián)。該溫度值現(xiàn)在與另一檢測器52的測量值 相關(guān)聯(lián)，從而校準它。因此，如上面提及的，從表確定的溫度值并不必須完全精確地對應(yīng)絕 對溫度(盡管這優(yōu)選地應(yīng)當通常如此)。而且，另一檢測器52與在測量周期中使用的另一 檢測器52相同的方法進行設(shè)置。關(guān)于不同的高速加熱系統(tǒng)之間的熱處理控制的差異因此 能夠得以防止或者至少得以降低。因為基板30的沒有材料的部分32以定相的方式位于光線46的光束路徑中，所以 通過腔室測量的輻射源41的強度通過檢測器51在相同的光學輻射路徑上進行檢測作為通 過基板測量的透射輻射并可以用作參考值(第二測量值)，從而如上所述地確定透射值。通 過比較參考值和第一測量值，腔室屬性的變化以及背景輻射的變化可以被檢測，以使得通 過基板30的透射輻射相對于參考值被歸一化，并反映基板的實際透射屬性，即使會改變腔 室屬性并改變輻射源41的強度。光束的背景輻射(也就是，沒有落在檢測器51上并源于輻射源41的背景輻射) 可以得以確定并有利地如上所述地被修正。因此，輻射源41以例如脈沖的方式進行操作并 且檢測器51檢測當輻射源41關(guān)閉時的輻射背景。從輻射源41測量的(通過基板的)透 射輻射的分量因此能夠從由檢測器51檢測的輻射在減去背景輻射后精確地確定。輻射源 41的脈沖頻率優(yōu)選地位于IOOHz和IOkHz之間并因此有利地為基板旋轉(zhuǎn)頻率的至少十倍。 但是，可以利用其它能夠在透射輻射和背景輻射之間進行區(qū)別的測量。借助于圖2a)_2d)，現(xiàn)在更加詳細地描述能夠應(yīng)用于上面的方法的圓盤形狀的基 板30的不同實施例。所述附圖每個示出基板30的示意性平面圖。在圖2a)-2d)中使用相 同的附圖標記來表示相同或者等效的部件?；?0每個包括第一半導(dǎo)體晶片101，第一半導(dǎo)體晶片101具有距離半導(dǎo)體晶片 101的中心點預(yù)定距離的通道開口。在上面類型的高速加熱系統(tǒng)1中，基板優(yōu)選地安置在中央以使得第一半導(dǎo)體晶片101的中心點與旋轉(zhuǎn)軸40重合，并且通道開口 102落在測量圓39 中，測量圓39在圖2a)-2d)的每一個中示意性地標出。半導(dǎo)體晶片101的材料是呈現(xiàn)依從 于溫度的透射特征的材料。因此，該材料被選取為使得其在多個熱周期例如上面描述的測 量和校準周期中呈現(xiàn)出恒定的類似的依從于溫度的透射屬性。為了實現(xiàn)該目的，各個測量 和校準周期應(yīng)當在不改變半導(dǎo)體晶片101屬性的受控過程氣氛例如惰性氣體和/或真空中 實施。而且，在測量和校準周期之間，半導(dǎo)體晶片應(yīng)當盡可能地存儲在受控氣氛中，從而防 止其屬性變化。圖2a)示出簡單形式的圓盤形狀的基板(校準基板)30，其由第一半導(dǎo)體晶片101組成，該第一半導(dǎo)體晶片101具有能夠安置在測量圓39上的弧形通道開口 102。盡管通道 開口 102示出為弧狀，但是它并不是必須為弧狀形式。而且，它安置在基板上以使得通道開 口 102的中央弧半徑具有與測量圓39相同的半徑并因此沿著測量環(huán)39延伸。在該實施例 中，通道開口 102對應(yīng)圖1所示的基板30的部分32。圖2b)示出類似于圖2a的示例性實施例，但是其中通道開口 102部分地被另一基 板103覆蓋。因此，在測量圓半徑39上形成僅被半導(dǎo)體晶片101覆蓋的第一區(qū)域、沒有材 料的區(qū)域(對應(yīng)圖1所示的基板30的部分32)、僅被基板103覆蓋的另一區(qū)域以及被半導(dǎo) 體晶片101和基板103覆蓋的第四區(qū)域。這樣的基板可以例如用于700至1100攝氏度之間范圍的透射性的測量。因此， 第一半導(dǎo)體晶片是任意摻雜的，但有利地為由硅制成的稍微摻雜的半導(dǎo)體晶片，具有從 700 μ m至800 μ m的厚度，并具有至多l(xiāng)E16cm-3的雜質(zhì)摻雜。通道開口 102優(yōu)選地為測量 半徑上的弧形通孔，其優(yōu)選地為大約3至7毫米寬。附于通孔并部分地覆蓋通孔的是優(yōu)選 地由晶片材料例如硅組成的并有利地同樣具有至多l(xiāng)E16cm-3的一點摻雜物并優(yōu)選地厚度 在20和200 μ m之間，特別地在30和70 μ m之間的基板103。圓盤形狀的基板30可以例如如下地進行制造基本的原材料可以是具有小于 lE16cm-3的摻雜濃度的標準厚度775 μ m的稍微摻雜的晶片101。圍繞晶片中心點延伸超 過大約120度的弧形塊從該晶片沿著測量圓線39磨削從而得到大約3至7毫米寬的弧狀 通孔102。在第二步驟中，大約40至60 μ m厚并且同樣為稍微摻雜的具有小于lE16cm-3的 摻雜濃度的一塊硅晶片103固定在通孔上以使得一部分通孔被覆蓋而另一部分通孔沒有 被覆蓋。這樣制造的基板30特別適于在700攝氏度直到1100攝氏度的溫度范圍中的校準 周期，因為具有大約40至60 μ m厚度的稍微摻雜的晶片對于IR輻射在高達1100攝氏度溫 度下能夠仍然為透射的，而標準厚度775 μ m的稍微摻雜的晶片的透射已經(jīng)在大約800攝氏 度以上實際為零。這樣，在此，尤其是，第一半導(dǎo)體晶片101用作基礎(chǔ)基板并還用以穩(wěn)定基板103。當 半導(dǎo)體材料都對于它們的透射特征在相應(yīng)的測量周期進行測量時，有意義的依從于溫度的 透射特征能夠得以確定而所處的溫度范圍然后能夠根據(jù)需要延展。應(yīng)當注意到，如果需要， 每一個具有不同的依從于溫度的透射特性的其它區(qū)域也能夠形成在測量圓39上。在上述制造工藝的替代方案中，在圖2b)中制造的基板還能夠僅有一個半導(dǎo)體晶 片101組成，該半導(dǎo)體晶片101在區(qū)域103具有與在其它區(qū)域不同的摻雜。因此，摻雜物能 夠例如從上面產(chǎn)生。隨后，在測量圓39中的通道開口 102現(xiàn)形成為使得其相對末端的每一 個接觸不同的摻雜區(qū)域。而且，繼續(xù)通道開口 102的弧形狀的凹陷形成在區(qū)域103中的基板的底面上。因此，提供與通道開口 102相鄰的減小厚度的一部分區(qū)域103，也就是以與由 兩個單獨的半導(dǎo)體片結(jié)合在一起的基板30的結(jié)構(gòu)相似的方式。圖2c示出校準基板30的一個例子，其中沒有被覆蓋的通道開口 102位于測量圓 39上，以及另一通道開口 104完全被第二基板103覆蓋。在這個例子中，通道開口 102對應(yīng) 根據(jù)圖1的沒有材料的部分32。再者，例如，可以由具有不同的摻雜區(qū)域的一件式半導(dǎo)體晶 片形成基板，所述不同的摻雜區(qū)域一方面是通孔，另一方面是非連續(xù)的凹陷。圖2d)示出一個實施例，其中基板103是牢固地連接到第一半導(dǎo)體晶片101的另 一半導(dǎo)體晶片，使得兩個半導(dǎo)體晶片的中心點有利地一個位于另一個上面。第一半導(dǎo)體晶 片101具有第一通道開口 102，其安置在第一半導(dǎo)體晶片101上，以使得圍繞半導(dǎo)體晶片 101的中心點的測量圓39的邊緣至少部分地被第一通道開口 102覆蓋。第二半導(dǎo)體晶片 103具有安置在第二半導(dǎo)體晶片103上的另一通道開口 106以使得圍繞第二半導(dǎo)體晶片 103的中心點的圓的邊緣具有與測量圓39的半徑相同的半徑，并且至少部分地被另一通道 開口 106覆蓋。在這種情形下，通道開口 106現(xiàn)在對應(yīng)圖1所示的沒有材料的基板30的部 分32。兩個半導(dǎo)體晶片101和103牢固地彼此連接，由此第一半導(dǎo)體晶片的外邊緣和第 二半導(dǎo)體晶片的外邊緣重合。因此，兩個半導(dǎo)體晶片通過粘接有利地連接在一起。但是，它 們還可以通過膠粘劑粘在一起或者通過螺栓或者其它固定裝置連接在一起。優(yōu)選地，兩個 半導(dǎo)體晶片連接在一起以使得第一通道開口 102和第二通道開口 106至少部分地重疊以使 得當它們連接在一起時它們包括共同的沒有材料的投射區(qū)域用于來自透射光源的光學輻 射的通過。對于400和700攝氏度之間的溫度測量，第一半導(dǎo)體晶片優(yōu)選地重摻雜有至少 5XlE17cm-3的雜質(zhì)摻雜物并有利地具有700 μ m至800 μ m之間的厚度。第二半導(dǎo)體晶片 稍微摻雜有至多l(xiāng)E16cm-3的雜質(zhì)摻雜物并優(yōu)選地具有500 μ m和800 μ m之間的厚度。半 導(dǎo)體晶片由例如硅材料、GaAS、SiC、InP或者另一半導(dǎo)體材料化合物組成。例如，圓盤形狀基板30可以由具有至少lE17cm-3摻雜濃度的標準厚度的重摻雜 晶片制造，弧形狀塊沿著圍繞晶片中心點的測量圓線39磨削出超過大約120度，所述塊具 有大約3至7毫米的寬度以使得形成大約5毫米寬的弧形狀通孔102。在第二步驟中，相 同尺寸的并且具有例如775 μ m的標準厚度的稍微摻雜的晶片103在測量圓線39上設(shè)置一 孔，所述孔的直徑與高摻雜的晶片中的弧形狀通孔的寬度等寬，由此稍微摻雜的晶片具有 小于lE16cm-3的摻雜濃度。兩個晶片101和103現(xiàn)在一個布置在另一個上以使得稍微摻 雜的晶片中的孔位于重摻雜晶片的擴孔(reaming)上，隨后它們牢固地連接在一起。通常， 還能想到在數(shù)個測量半徑上具有孔的變化形式，例如數(shù)個高溫計將被同時校準和/或數(shù)個 透射測量單元將同時被操作。如果數(shù)個高溫計將被同時校準，但是，如果這些高溫計位于相 同的測量半徑上也同樣是有利的。
圖3a)至3h)示出在0和2 π之間的弧度測量中沿著測量圓的截面形式的圓盤形 狀的基板30的另一實施例。在圖3a)-3h)中，相同的附圖標記用于表示相同或者等效的部 件。圖3a)示出沿著測量圓的弧度測量的截面形式的第一半導(dǎo)體晶片101，該第一半 導(dǎo)體晶片101具有部分地被一塊基板103覆蓋的通道開口 102。
圖3b)示出其中基板103塊并沒有被通道開口 102覆蓋的另一例子。 圖3c)示出其中第一半導(dǎo)體晶片101包括通道開口 102以及形成為半導(dǎo)體晶片 101的區(qū)域的另一材料的基板103的例子。這類實施例能夠例如形成為半導(dǎo)體晶片材料101 在這個點上設(shè)置有另一摻雜層，或者設(shè)置有例如反射或者非反射層(例如金屬涂層)。優(yōu)選 地，在此，半導(dǎo)體晶片101的至少一個表面和區(qū)域103的表面一起形成各平面表面，但是，如 上所述，其可以例如鄰近通道開口 102處具有減小的厚度。圖3d)公開基板30，其由具有第一通道開口 102和與其間隔開的第二通道開口 104的半導(dǎo)體晶片101組成。第一和第二通道開口 102、104具有沿著弧長度的不同的尺寸， 盡管并不是必須這樣。因此，第一通道開口 102部分地被基板103覆蓋，而第二通道開口沒
有被覆蓋。圖3e)示出包括第一和第二通道開口 102、104的類似于圖3d的例子。但是，這次， 第二通道開口 104完全被基板材料103覆蓋，而第一通道開口 102沒有被覆蓋。圖3f)和3g)示出基板103，該基板具有部分地覆蓋第一半導(dǎo)體晶片101中的通道 開口 102的通道開口 106的。因此，基板103可以為圓盤形狀基板的形式，其直到通道開口 106采取與第一半導(dǎo)體晶片101相同的形式。優(yōu)選地，基板103為第二半導(dǎo)體晶片。最后，圖3h)示出其中基板30由具有通道開口 102、104的半導(dǎo)體晶片101以及 由兩種其它材料組成的例子。因此，半導(dǎo)體晶片101優(yōu)選地牢固地連接到第二半導(dǎo)體晶片 103。第二半導(dǎo)體晶片103具有通道開口 106和另一通道開口 108。通道開口 106和108安 置為以使得它們部分地覆蓋第一半導(dǎo)體晶片101的各通道開口 102和104。第二半導(dǎo)體晶 片103連接到另一圓盤形狀基板109，優(yōu)選地連接到相同尺寸的第三半導(dǎo)體晶片，第三半導(dǎo) 體晶片具有通道開口 110，通道開口 110安置為以使得它覆蓋通道開口 102和106以使得留 有光學輻射能夠自由通過的至少一個區(qū)域。圖4a示出在高速加熱腔室中旋轉(zhuǎn)的圓盤形狀基板(30)上進行的校準處理的溫 度_時間圖。用于該測量的圓盤形狀基板(30)根據(jù)圖2b的實施例進行構(gòu)建基本的原材 料是具有小于lE16cm-3的硼摻雜濃度的標準厚度775 μ m的稍微摻雜的晶片101。從該晶 片，弧形狀塊沿著關(guān)于晶片中心點的測量圓形線39以超過大約120度進行磨削，從而產(chǎn)生 大約5毫米寬的弧形狀的通孔102。在第二步驟中，54μ厚的同樣稍微摻雜的一塊晶片103 由硅組成并具有小于lE16cm-3磷摻雜濃度，該晶片103被固定到通孔以使得一部分通孔被 覆蓋而一部分通孔沒有被覆蓋。在這個例子中，透射測量在開環(huán)加熱順序中進行。首先，基板30被加熱大約250 秒。隨后，它被冷卻下來大約80秒。從而，圓盤形狀基板在設(shè)置有用于加熱基板的鹵素燈 的高速加熱系統(tǒng)中被慢慢加熱。圓盤形狀基板的溫度通過熱校準的高溫計進行測量并作為 時間的函數(shù)以曲線200的形式繪制。圖4b示出來自光源41通過旋轉(zhuǎn)的基板30的示例性信號210，其在校準過程期間 由檢測器51進行記錄。當光源41被調(diào)制時，信號采取作為時間函數(shù)的檢測器51的信號電 壓的形式。如能夠認識到的，因而產(chǎn)生多個描述上面的曲線212并對應(yīng)當來自光源41的光 線自由通過基板中的通道開口時的信號電壓的多個上測量值。如能夠認識到的，因而還產(chǎn) 生描述中間曲線214并對應(yīng)當來自光源41的光線通過基板的薄的半導(dǎo)體材料時的信號電 壓的多個中間測量值。曲線214如所預(yù)期地隨著溫度升高而下降，因為基板的透射率在更高溫度時降低。作為光源41，使用具有1550nm的發(fā)射波長的IR激光二極管，其在500Hz脈動。檢測器51檢測激光二極管的輻射以及來自鹵素燈的外界輻射部分(燈輻射)，該外界輻射部 分是用于加熱基板30并且也是基板的自我輻射的部分(晶片輻射)。這可以容易地通過這 樣的事實認識到，即上測量值描述對應(yīng)溫度升高的曲線，盡管光源41的最大輻射強度不應(yīng) 隨著時間改變。這些外界輻射部分(背景輻射)的總和可以通過當激光二極管關(guān)閉時由檢 測器51測量的信號被測量并且該值被從當激光二極管打開時由檢測器51測量的信號電壓 減去而確定。圖4c中的曲線220示出已經(jīng)針對背景輻射被修正的信號。再者，上曲線212和下 曲線214能夠被觀察到。但是，現(xiàn)在，如所預(yù)期的，上曲線212是平的，而下曲線隨著溫度升 高而向著零延伸。從曲線212和214的測量值之間的關(guān)系，基板的依從于溫度的透射特征 能夠現(xiàn)在得以確定。順便說的是，在右手端，可以看到下曲線隨著溫度下降而在此升高。微 分電壓相對于時間以伏為單位進行繪圖。圖5a示出在高速加熱腔室中基板30轉(zhuǎn)大約四轉(zhuǎn)過程中曲線220的形狀。曲線 220的最大值221表示當光源41通過基板30中的孔遇到檢測器51時的透射信號的電平 (level)并能夠用作光源41的輸出強度IO的參考。彎曲220的平穩(wěn)階段222表示穿過稍 微摻雜的一塊薄晶片103時光源41的傳輸信號的電平。平穩(wěn)階段223表示通過稍微摻雜 的厚晶片101時透射輻射的電平。如能夠從曲線的這個部分推出的，晶片101在大約660 攝氏度的晶片溫度下(從圖4a推出)對于在此使用IR激光的1550nm測量波長仍然是光 學透明的，因為沿著y軸繪制的差分電壓達到大約03伏。最后，曲線220的最小值224表 示通過厚晶片和薄晶片的光源41的透射信號的電平。圖5b示出當IR激光通過基板30中的孔時在244. 36秒和244. 42秒之間的曲線 220的形狀截取出的窄的部分。在這個時間點上，基板已經(jīng)達到大約1050攝氏度的溫度。 單個測量示出為點225。從測量的波形可以看出，在通過孔后，來自IR激光的透射信號不能 再被測量。這是由于這樣的事實，即在1050攝氏度的溫度下，薄晶片對于IR激光的IR輻 射幾乎不再是透明的。圖6示出對于稍微摻雜的薄晶片作為溫度函數(shù)的以對數(shù)刻度的透射系數(shù)310的波 形以及對于稍微摻雜的厚晶片作為溫度函數(shù)的對數(shù)刻度的透射系數(shù)320的波形。對本發(fā)明的構(gòu)思沒有任何限制，形成基板30的材料101、103和109可以是例如相 同或者不同的金屬或者半導(dǎo)體?；?0可以由半導(dǎo)體材料例如Si、GaAS、InP、SiC或者其 它的化合物半導(dǎo)體材料組成并設(shè)置有局部的不同的摻雜材料和摻雜濃度。例如在硅的情形 下，B、As、P或者Sb能夠用作摻雜材料。形成基板30的材料101、103和109不管是局部地 還是作為整體都可以具有相同或者不同的反射屬性。它們可以具有反射和非反射區(qū)域，以 及在局部區(qū)域被不同地涂布。
權(quán)利要求
一種用于校準半導(dǎo)體晶片的熱處理裝置中的溫度測量裝置的盤狀基板(30)，其中，所述基板(30)至少部分地由第一材料組成，該第一材料取決于溫度而改變其透射特征，其特征在于，在所述第一材料中的至少一個通道開口(32)形成光學輻射在至少部分區(qū)域中通過所述基板的自由通道。
2 如權(quán)利要求1所述的基板(30)，其特征在于，所述至少一個通道開口(32)安置成與 所述基板的中心點相隔距離
3.如權(quán)利要求1或2所述的基板(30)，其特征在于，所述至少一個通道開口(32)被所 述第一材料完全圍繞。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基板(30)，其特征在于，所述至少一個通道開口(32)是弧 形的并位于與所述基板的中心點相隔距離r的圓線上。
5.如權(quán)利要求1所述的基板(30)，其特征在于，所述第一材料為第一半導(dǎo)體晶片 (101)。
6.如權(quán)利要求5所述的基板(30)，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體晶片(101)是硅晶片。
7.如權(quán)利要求5或6所述的基板(30)，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體晶片(101)具有 至少200毫米的直徑。
8.如權(quán)利要求5-7任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體晶片是具有 至少5XlE17cm-3的雜質(zhì)摻雜物的硅晶片。
9.如權(quán)利要求5-7任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體晶片是具有 至多l(xiāng)E16cm-3的雜質(zhì)摻雜物的硅制成的半導(dǎo)體晶片。
10.如權(quán)利要求2-9中任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述基板包括至少第二材 料，該第二材料安置成與所述基板的中心點相隔距離r。
11.如權(quán)利要求10所述的基板(30)，其特征在于，所述第一材料中的所述至少一個通 道開口(32)在部分區(qū)域上被所述至少一個第二材料覆蓋。
12.如權(quán)利要求10或11所述的基板(30)，其特征在于，所述至少一個第二材料具有與 所述第一材料不同的透射特征。
13.如權(quán)利要求10-12任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述至少一個第二材料取 決于其溫度而改變其透射特征。
14.如權(quán)利要求10-13任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述至少一個第二材料是 來自以下化合物組的材料石墨、Si、Ge、SiGe、GaAs, SiC、InP、InSb0
15.如權(quán)利要求10-14任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述第二材料在相同的溫 度下比所述第一材料相對于光學輻射更加透明。
16.如權(quán)利要求10-15任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述第二材料是第二半導(dǎo) 體晶片。
17.如權(quán)利要求16結(jié)合權(quán)利要求5-15之一的基板(30)，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體 晶片具有與所述第一半導(dǎo)體晶片相同的直徑。
18.如權(quán)利要求16或17所述的基板(30)，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體晶片是具有至 少5X lE17cm-3的雜質(zhì)摻雜物的硅晶片。
19.如權(quán)利要求16或17所述的基板(30)，其特征在于，所述第二半導(dǎo)體晶片是具有至 多l(xiāng)E16cm-3的雜質(zhì)摻雜物的硅組成的半導(dǎo)體晶片。
20.如權(quán)利要求10-19任一項所述的基板(30)，其特征在于，所述至少一個第二材料由 具有至多250 μ m厚度的單晶半導(dǎo)體材料組成。
21.如前述任一項權(quán)利要求所述的基板(30)，其特征在于，在所述第一材料中至少在 部分區(qū)域中設(shè)置至少一個第二通道開口，該通道開口形成光學輻射通過所述基板的自由通 道并安置成與所述基板的中心點相隔距離r2。
22.如權(quán)利要求21所述的基板(30)，其中，r1Φ r2。
23.一種用于確定前述任一權(quán)利要求所述的基板(30)的多個透射-溫度測量值的方 法，其中，該方法包括以下步驟a)將光線(46)導(dǎo)向到所述基板(30)上；b)加熱和/或冷卻所述基板(30)；c)在所述基板(30)的相對側(cè)測量所述光線(46)的強度；d)圍繞旋轉(zhuǎn)軸(40)旋轉(zhuǎn)所述基板(30)以使得所述光線(46)在每一轉(zhuǎn)自由地通過所 述至少一個通道開口(32)；e)從當光線(46)自由通過所述至少一個通道開口(32)時測量的光線(46)的強度和 當光線(46)通過所述第一材料時測量的光線(46)的強度之間的比較確定基板(30)的多 個第一透射率值，由此該比較在每種情況下相應(yīng)于落在特定時間間隔中的測量值進行；f)在所述特定時間間隔內(nèi)確定所述基板(30)的溫度；以及g)對在所述特定時間間隔內(nèi)確定的第一透射率值和在所述各個時間間隔內(nèi)測量的溫 度之間的關(guān)系進行繪圖。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述光線(46)是一束光(46)。
25.如權(quán)利要求23或24所述的方法，其特征在于，所述光線的光束直徑小于所述至少 一個通道開口(32)的最小直徑。
26.如權(quán)利要求23-25的任一項所述的方法，其特征在于，所述光線(46)是激光束。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，所述光線(46)具有1310nm和/或1550nm 的波長。
28.如權(quán)利要求22-27任一項所述的方法，其特征在于，所述光線(46)具有特定的偏振。
29.如權(quán)利要求23-28任一項所述的方法，其特征在于，所述光線(46)以預(yù)定頻率脈動。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，所述光線的脈沖頻率位于100赫茲和 10000赫茲之間。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，所述光線(46)的脈沖頻率高于所述基板 的轉(zhuǎn)速的至少十倍。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述基板(30)每分鐘旋轉(zhuǎn)20至500轉(zhuǎn)。
33.如權(quán)利要求23-32任一項所述的方法，其特征在于，與用于確定透射值的光線(46) 的強度相關(guān)的測量信號通過并非直接源于光線(46)的分量進行修正，其中沒有光線(46) 被測量的至少一個測量信號的分量被從其中至少光線(46)也被測量的測量信號減去。
34.如權(quán)利要求23-33任一項所述的方法，其特征在于，確定所述基板(30)的溫度是以 非接觸的方式實施的。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，確定所述基板(30)的溫度通過朝向基板 導(dǎo)引的輻射測量單元實施，特別是，高溫計。
36.如權(quán)利要求34或者35所述的方法，其特征在于，確定所述基板(30)的溫度是在基 板表面上的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)實施的，由此所述通道開口(32)位于所述環(huán)狀區(qū)域中。
37.如權(quán)利要求23-36任一項所述的方法，其特征在于，在所述通道開口(32)附近的測 量值沒有納入確定所述基板(30)溫度的考慮中。
38.如權(quán)利要求23-37任一項所述的方法，其特征在于，所述基板(30)的加熱和/或冷 卻分別以小于10°C /s的加熱和冷卻率實現(xiàn)。
39.如權(quán)利要求23-38任一項所述的方法，其特征在于，所述特定時間間隔包括小于2 秒的時間段。
40.如權(quán)利要求23-29任一項所述的方法，其特征在于，進一步提供以下步驟h)從當光線自由通過至少一個通道開口(32)時測量的光線強度與當光線通過第二材 料時測量的光線強度之間的比較確定基板(30)的多個第二透射系數(shù)值，由此該比較在每 種情形下相應(yīng)于落入特定第二時間間隔中的測量值而實現(xiàn)；i)在所述特定第二時間間隔內(nèi)確定基板(30)的溫度；以及j)對在所述特定第二時間間隔內(nèi)確定的第二透射系數(shù)值和在所述各個第二時間間隔 內(nèi)測量的溫度之間的關(guān)系進行繪圖。
41.一種用于校準溫度測量裝置的方法，該溫度測量裝置包括如權(quán)利要求1-22任一項 所述的基板(30)，對于該基板來說，多個透射-溫度測量值是已知的，其中該方法包括下面 的步驟a)將光線(46)導(dǎo)向所述基板(30)；b)加熱和/或冷卻所述基板(30)；c)在所述基板(30)的相對側(cè)測量所述光線(46)的強度；d)圍繞旋轉(zhuǎn)軸(40)旋轉(zhuǎn)所述基板(30)以使得每一轉(zhuǎn)所述光線(46)自由通過所述至 少一個通道開口(32)；e)從當光線(46)自由通過至少一個通道開口(32)時測量的光線(46)的強度和當光 線(46)通過第一材料時測量的光線(46)的強度之間的比較確定基板(30)的多個第一透 射系數(shù)值，由此所述比較在每種情形下相應(yīng)于落在特定時間間隔內(nèi)的測量值而實現(xiàn)；f)在所述特定時間間隔內(nèi)測量與基板(30)的溫度相關(guān)的至少一個參數(shù)；g)基于基板的已知的多個透射-溫度測量值將各個溫度值與所確定的第一透射系數(shù) 值相關(guān)聯(lián)；以及h)將與在所述特定時間間隔內(nèi)確定的第一透射系數(shù)值相關(guān)聯(lián)的溫度值和與所述基板 的溫度相關(guān)并且在各個時間間隔內(nèi)測量的至少一個參數(shù)之間的關(guān)系進行繪圖。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于，所述光線(46)是一束光線(46)。
43.如權(quán)利要求41或42所述的方法，其特征在于，所述光線(46)的光束直徑小于所述 至少一個通道開口(32)的最小直徑。
44.如權(quán)利要求41-43任一項所述的方法，其特征在于，所述光線(46)是激光束。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其特征在于，所述光線(46)具有1310nm和/或1550nm 的波長。
46.如權(quán)利要求41-45任一項所述的方法，其特征在于，所述光線(46)具有特定的偏振。
47.如權(quán)利要求41-46任一項所述的方法，其特征在于所述光線(46)以預(yù)定頻率脈動。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其特征在于，所述光線的脈沖頻率位于100赫茲和 10000赫茲之間。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其特征在于，所述光線(46)的脈沖頻率高于所述基板 的轉(zhuǎn)速的至少十倍。
50.如權(quán)利要求41-49任一項所述的方法，其特征在于，所述基板(30)每分鐘旋轉(zhuǎn)20 至500轉(zhuǎn)。
51.如權(quán)利要求41-50任一項所述的方法，其特征在于，用于確定透射值并與光線(46) 的強度相關(guān)的測量信號通過并非直接源于光線(46)的分量進行修正，其中沒有光線(46) 被測量的至少一個測量信號的分量被從其中至少光線(46)也被測量的測量信號減去。
52.如權(quán)利要求41-51任一項所述的方法，其特征在于，與所述基板(30)的溫度相關(guān)的 所述參數(shù)的測量是以非接觸的方式實施。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其特征在于，與所述基板(30)的溫度相關(guān)的所述參數(shù) 的測量通過朝向所述基板導(dǎo)引的輻射測量單元特別地高溫計而實現(xiàn)。
54.如權(quán)利要求52或53所述的方法，其特征在于，與所述基板(30)的溫度相關(guān)的所述 至少一個參數(shù)的測量是在基板表面上的環(huán)狀區(qū)域內(nèi)進行，由此所述通道開口(32)位于所 述環(huán)狀區(qū)域中。
55.如權(quán)利要求41-54任一項所述的方法，其特征在于，在與所述基板(30)的溫度相關(guān) 的所述至少一個參數(shù)的測量過程中，在所述通道開口(32)附近的測量值沒有納入考慮。
56.如權(quán)利要求41-55任一項所述的方法，其特征在于，所述加熱和/或冷卻基板(30) 的過程是以低于10°C /s的加熱或者冷卻速率進行的。
57.如權(quán)利要求41-56任一項所述的方法，其特征在于，所述特定時間間隔包括小于2 秒的時間段。
58.如權(quán)利要求41-57任一項所述的方法，其特征在于，進一步提供以下的步驟i)從當光線自由通過至少一個通道開口(32)時測量的光線強度和當光線(46)通過第 二材料時測量的光線(46)強度之間的比較確定基板(30)的多個第二透射系數(shù)值，由此該 比較在每種情形下相應(yīng)于落在所述特定第二時間間隔內(nèi)的測量值進行。j)在所述特定第二時間間隔內(nèi)測量與所述基板(30)的溫度相關(guān)的至少一個參數(shù)； k)基于基板的已知的多個透射-溫度測量值將各個溫度值與所確定的第二透射系數(shù) 值相關(guān)聯(lián)；以及1)對溫度值和與基板溫度相關(guān)的在所述特定第二時間間隔內(nèi)測量的參數(shù)確定的第二 透射系數(shù)值之間的關(guān)系進行繪圖。
59.一種用于熱處理基板特別地半導(dǎo)體晶片的裝置，包括 熱處理腔室；基板保持裝置，其限定用于將所述基板保持在所述處理腔室中的基板定位區(qū)域；旋轉(zhuǎn)裝置，用于旋轉(zhuǎn)所述基板保持裝置；至少一個輻射源，用于遞送加熱輻射到所述處理腔室中；至少第一檢測器，其朝向所述基板定位區(qū)域?qū)б龔亩斔龌宥ㄎ辉谒鎏幚砬皇?中時檢測來自所述基板的輻射；其特征在于，提供至少一個第二檢測器，提供至少一個第二輻射源，所述第二源朝向所述第二檢測器被導(dǎo)向通過所述處理腔室和所述基板保持區(qū)域；以及提供用于區(qū)分直接源于所述第二輻射源并由所述第二檢測器檢測的輻射相對于由所 述第二檢測器檢測的其它輻射的裝置。
60.如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于，至少一個裝置被提供用于機械地打開和 關(guān)閉所述第二輻射源和所述基板定位平面之間的光束路徑。
61.如權(quán)利要求59或60所述的裝置，其特征在于，提供一控制裝置用于在熱處理期間 所述第二輻射源的脈沖操作。
62.如權(quán)利要求59-61任一項所述的裝置，其特征在于，在所述第二檢測器和所述處理 腔室之間有一長型光束通道，該長型光束通道朝向所述第二輻射源導(dǎo)向。
63.如權(quán)利要求62所述的裝置，其特征在于，所述光束通道的內(nèi)表面被構(gòu)造為僅讓大 致成直線導(dǎo)向的光線通過。
64.如權(quán)利要求62或63所述的裝置，其特征在于，所述光束通道的內(nèi)表面是由強吸光 材料組成，從而僅讓大致成直線導(dǎo)向的光線通過。
65.如權(quán)利要求59-64任一項所述的裝置，其特征在于，入射在所述基板上的來自所述 第二輻射源的光線具有特定的偏振。
66.如權(quán)利要求59-65任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二輻射源發(fā)出特定波長 的光。
67.如權(quán)利要求59-66所述的裝置，其特征在于，所述第二輻射源是激光器。
68.如權(quán)利要求67所述的裝置，其特征在于，所述激光器是激光二極管。
69.如權(quán)利要求66-68任一項所述的裝置，其特征在于，所述第二輻射源發(fā)出1310nm和 /或1550nm波長的光。
70.如權(quán)利要求66-69任一項所述的裝置，其特征在于，在所述第二檢測器和所述處理 腔室之間安置有一濾波器，該濾波器至少部分地過濾出具有在特定波長之外的波長的光。
71.如權(quán)利要求59-70任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一檢測器朝向所述基板 定位區(qū)域?qū)?，與所述旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸相隔距離r1;所述第二輻射源朝向所述基板定位 區(qū)域?qū)?，與所述旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)軸相隔距離
72.如權(quán)利要求59-71所述的裝置，其特征在于，所述熱處理腔室(19)是用于熱處理半 導(dǎo)體晶片的高速加熱系統(tǒng)(1)的處理腔室。
73.如權(quán)利要求59-72任一項所述的裝置，其特征在于，提供多個輻射源用于遞送加熱 輻射到所述處理腔室中，由此在每種情形下，在所述旋轉(zhuǎn)裝置(38)之上提供至少一個輻射 源(22，23)，在所述旋轉(zhuǎn)裝置(38)下面提供一個輻射源。
74.如權(quán)利要求59-73任一項所述的裝置，其特征在于，用于將加熱輻射遞送到所述處 理腔室中的至少一個輻射源包括至少一個鹵素燈和/或至少一個弧光燈。
75.如權(quán)利要求59-74任一項所述的裝置，其特征在于，所述第一和/或第二檢測器包括朝向所述基板導(dǎo)引的輻射測量單元，特別地，高溫計。
76. 一種用于校準在如權(quán)利要求59-75任一項所述的用于熱處理基板的裝置中的溫度 測量裝置的設(shè)備，其中，如權(quán)利要求1-22任一項所述的基板定位在基板保持裝置上以使得 在所述基板保持裝置的旋轉(zhuǎn)過程中，通道開口(32)進入第二輻射源和第二檢測器之間的 光束路徑。
全文摘要
公開一種可靠地確定基板的透射系數(shù)的系統(tǒng)和方法。通過例如確定校準基板的透射系數(shù)，溫度測量裝置能夠得以校準。該方法和系統(tǒng)特別好地適合用于其中半導(dǎo)體晶片被制造以得到集成的電路芯片的熱處理腔室中。
文檔編號G01K15/00GK101842677SQ200880113782
公開日2010年9月22日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月7日
發(fā)明者克里斯托夫·默克爾, 斯蒂芬·米勒, 羅蘭·尚茲 申請人:馬特森技術(shù)公司