專利名稱：在熱處理室中用于校準溫度測量裝置的系統(tǒng)和方法
背景技術：
在此使用的熱處理室涉及一種快速地加熱物體(如半導體晶片)的裝置。這種裝置通常包括支撐一個或多個半導體晶片的襯底支架，以及加熱該晶片的能量源，如加熱燈和/或電阻加熱器。在熱處理期間，半導體晶片在根據預設的溫度狀況受控的條件下加熱。
許多半導體加熱處理需要將晶片加熱至高溫，這樣，當該晶片加工到裝置中時可以發(fā)生各種化學和物理變化。例如在快速熱處理期間，通常在幾分鐘以內，半導體晶片通常由一列燈從300℃左右加熱到1200℃左右的溫度。在這些處理期間，一個主要的目的是盡可能均勻地加熱晶片。
在半導體晶片快速熱處理期間，需要監(jiān)視和控制晶片溫度。特別地，對所有當前和可預見的高溫晶片處理來說，重點在于高精確，高可重復性及高速地確定晶片的真實溫度。精確地測量晶片的溫度的能力直接決定制造的集成電路的質量和尺寸。
晶片加熱系統(tǒng)中的最重要的挑戰(zhàn)之一是在熱處理期間能夠精確地測量襯底的溫度。過去，已經研發(fā)出在熱處理室中測量襯底溫度的各種方法和裝置。這樣的裝置包括，例如，高溫計，直接接觸襯底或鄰近襯底的熱電偶，以及激光干涉的使用。
為了在熱處理室中使用高溫計，通常需要校準高溫計。因此，通常存在將高溫計的溫度讀數與絕對的和精確的溫度基準(temperature reference)對準的不同的校準過程。在熱處理室中校準高溫計的技術的當前狀態(tài)和最普遍使用的方法是將嵌入熱電偶的半導體晶片設置在該熱處理室中。將從熱電偶得到溫度測量值與從溫度測量裝置接收的溫度讀數比較，并且校準出任何差異。
雖然這種方法非常適合校準溫度測量裝置如高溫計，但是，其需要大量的校準裝置的時間。因而，當前需要一種非?？焖俚夭⑶也粫斐蛇^長停機時間的在熱處理室中校準高溫計的方法。特別地，為了保持室的完整性和純凈度，需要一種在熱處理室中校準高溫計而不必打開該室的方法。還需要一種在熱處理室中校準高溫計的簡單的方法，該方法可以常規(guī)地用以定期檢查檢驗光學高溫計系統(tǒng)的正確運行。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及在熱處理室中校準溫度測量裝置的方法。該方法包括將校準晶片設置在熱處理室中的步驟。當在熱處理室內加熱晶片時，將光能從校準光源發(fā)射到校準晶片上。例如，可以使用光能和/或使用電阻式加熱器加熱晶片。探測校準光源發(fā)射的透過校準晶片的光能量。然后，基于探測到的透射光量確定校準晶片的溫度。
從這種信息中，可以校準容納在熱處理室內的溫度測量裝置。該溫度測量裝置例如可以為一個或多個高溫計，一個或多個熱電偶，或其它適當的溫度測量裝置。
在該方法中，在一個或多個特定波長探測透過校準晶片的光能。通常，該波長可以在紅外范圍內。例如，探測的波長可以從1微米左右到2微米左右。在一個實施例中，在幾個波長同時探測透射光。然而，在可選的實施例中，第一波長用于在較低溫度探測透過晶片的光線量，而第二波長用于在更高溫度確定透過晶片的光線量。例如，第一波長可以短于第二波長。第二波長可以用于確定在大于700℃左右的晶片的溫度。
本發(fā)明中使用的校準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鎢鹵素燈(tungsten halogen lamp)或發(fā)光二極管。
在本發(fā)明的方法中使用的校準晶片可以根據特定的應用而不同。在一個實施例中，校準晶片是硅晶片。為了減少干涉效應并使透過校準晶片的光線量最大化，該校準晶片可以包括涂覆于晶片的一個或兩個表面的減反射覆層。為了在更高的溫度測量，該校準晶片也可以包括進行透射測量和校準溫度測量裝置的薄區(qū)域。
當該校準晶片包括薄區(qū)域時，可以根據各種方法產生該薄區(qū)域。例如，在一個實施例中，校準晶片限定一開口。該薄區(qū)域包括設置在該開口上的薄元件。可選的，該薄區(qū)域與晶片的剩余部分成一體。
在一些實施例中，該薄區(qū)域由于熱特性的差異在加熱期間產生溫度梯度。因此，將設計成減少該薄區(qū)域和晶片的剩余部分之間的熱特性差異的覆層設置在該校準晶片上面。該覆層可以由單個或多層薄膜構成。在一個特定的實施例中，該薄區(qū)域可以用減少熱質量差異的填充元件填充。該填充元件可以由石英或氧化鋁如藍寶石制成。
應當理解，該校準晶片可以由各種材料制成。例如，在一個實施例中，該校準晶片可以由大致不透光的材料構成。當在較低溫度校準高溫計時不透光材料是有用的。在本實施例中，該校準晶片可以其中進一步包括由透射材料如硅制成的區(qū)域。當該不透光區(qū)域與高溫計對準時，可以將該硅區(qū)域用于測量透射。


對本領域技術人員來說，更特別地，在說明書的剩余部分中參考附圖陳述了本發(fā)明的包括最佳方式的全面的和能夠實現(xiàn)的公開，其中圖1是根據本發(fā)明的校準溫度傳感裝置的系統(tǒng)的一個實施例的側視圖；圖2是表示在不同溫度和波長透過硅晶片的光線量的曲線圖；圖3是根據本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例的側視圖；圖4是根據本發(fā)明的系統(tǒng)的可選實施例的透視圖；圖5是根據本發(fā)明的系統(tǒng)的另一個可選實施例；圖6至21是根據本發(fā)明的校準晶片的各個實施例；圖22是表示晶片的外表面之間的光線的多次反射的截面簡圖。
在本說明書和附圖中，參考符號的重復使用表示本發(fā)明的相同或相似的特征或元件。
具體實施例方式
本領域技術人員應當理解本論述僅是對示例性實施例的描述，而不應當認為限制本發(fā)明的更寬的方面，該更寬的方面體現(xiàn)在示例性的結構中。
本發(fā)明涉及一種更精確地確定和控制目標(特別是在熱處理期間熱處理室中的半導體晶片)的溫度的方法和系統(tǒng)。更特別地，本發(fā)明涉及一種校準容納在熱處理室中的溫度測量裝置的方法和系統(tǒng)，這樣，該熱處理室將更可重復性和精確地操作。例如，重要的是當半導體晶片加熱時，容納在熱處理室中的溫度傳感裝置精確地測量該半導體晶片的溫度。在這一點上，應當校準該溫度感應裝置以保證它們精確地監(jiān)控晶片的溫度。
通常，本發(fā)明的校準溫度傳感裝置(特別是輻射傳感裝置如高溫計)的方法包括將校準晶片設置在熱處理室中的步驟。設置在熱處理室中的校準光源設置成將光能以已知波長發(fā)射到校準晶片上。位于晶片相反面上的光探測器探測校準光源透過晶片的光線量。然后，基于透過晶片的光線量計算晶片的溫度。這種信息用于校準在正常的晶片處理期間使用的容納在熱處理室中的溫度傳感裝置。
本發(fā)明通過在半導體晶片處理系統(tǒng)上執(zhí)行的自動過程允許溫度測量系統(tǒng)的自動校準。該溫度校準方法基于透過半導體晶片的紅外光的透射的現(xiàn)場測量值。晶片處理裝置結合了測量從晶片透射的紅外光得到的信號的裝置，以及溫度測量系統(tǒng)，如在正常處理期間溫度測量和控制所用的高溫計系統(tǒng)。將溫度依賴于用于校準方法的晶片的光學屬性的知識與測量的紅外透射信號結合，以推斷出晶片溫度。該晶片溫度用于校準高溫計系統(tǒng)或其它溫度測量裝置。
調制在校準晶片一側的光源的強度，在晶片的另一側的探測器探測與透過晶片的光線量成比例的信號。該系統(tǒng)結合了用于選擇觀測的輻射的波長的方法。透射的信號依賴于晶片內的光學吸收，其為溫度的函數。結果，可以從透射的光線信號中推斷出晶片溫度。
進行紅外透射測量，以便其在晶片上的高溫計或其它溫度測量裝置的視場(field of view)內或鄰近視場(幾厘米內)的位置發(fā)生。如果系統(tǒng)允許晶片旋轉，該紅外透射測量也可以在與被校準的高溫計或溫度測量裝置的視場相同的半徑或鄰近相同的半徑處進行。如果晶片旋轉的速度足夠快以至于產生方位角對稱的溫度分布，則紅外光測量中采樣的溫度與在相同的特定半徑由高溫計采樣的溫度相同。在一個實施例中，如通過對信號光學分束，通向確定透過晶片的紅外光量的光探測器的相同的光纖或光學器件可以通向高溫計。
溫度測量裝置的校準通過自動過程進行，在該自動過程中，晶片自動裝載，校準方法經過預定溫度-時間周期加熱晶片，并且通過紅外光透射系統(tǒng)和高溫計系統(tǒng)得到數據。該過程可以包括在晶片處于透射已知并且其對溫度非常不敏感的溫度進行測量的階段。這允許對信號的校正，以便透射測量對透射測量系統(tǒng)或校準晶片的光學特性的變化非常不敏感。
透射信號通過考慮用于校準的晶片的屬性的算法來說明溫度。該算法可以接收關于晶片厚度、用于校準的光線波長以及其它有助提高從透射信號推斷溫度值的精確性的參數的信息。
校準溫度測量裝置的方法也可以包括在晶片載入熱處理室之前，發(fā)生使用透射系統(tǒng)的測量的步驟。具有晶片的透射信號與不具有晶片的透射信號的比率提供了對晶片的透射率的評估。然后，該晶片的測量的透射率可以用于保證裝載正確的晶片，以及測試晶片的降級(degradation)。當不存在晶片時，透射信號水平也是對透射測量的光學系統(tǒng)的狀態(tài)的有用的指示。
本發(fā)明的方法和系統(tǒng)提供了各種優(yōu)點和益處。例如，本發(fā)明提供了快速校準輻射傳感裝置的相對簡單的方法。該校準可以通過需要時將校準晶片置于熱處理室中在晶片之間自動地執(zhí)行。進一步，該校準晶片可以使用與移動和運輸晶片相同的機械裝置載入熱處理室以及從熱處理室移開。
本發(fā)明根據相對簡單的方法允許對在熱處理室中的輻射傳感裝置的校準，該方法不需要對該室的操作的大致的干擾。本發(fā)明可以用于校準單個或多點高溫計系統(tǒng)。進一步，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)允許不必結合過去使用的裝有熱電偶的晶片的校準。
現(xiàn)在參考圖3，其表示本發(fā)明的簡圖的一個實施例。如圖所示，該系統(tǒng)包括半導體晶片14和溫度測量裝置27如高溫計，其通常用于監(jiān)視晶片的溫度。為了校準溫度測量裝置27，該系統(tǒng)其中進一步包括在特定位置向晶片14上發(fā)射紅外光的校準光源23。在晶片的相反側是光探測器42，其感應透過晶片14的紅外光量。
由于硅的吸收系數α(λ，T)是輻射的波長λ和溫度T的函數，因而晶片的透射率的測量可以用于確定溫度。下面的論述包括將透射測量與α(λ，T)相關的算法。
普通的晶片具有各種需要考慮的屬性。晶片的兩個表面具有不同的反射率和透射率。而且，表面的反射率對從晶片外側或從晶片內入射到其上的輻射可能不同。當晶片是半透明的時，從晶片外側觀察，在晶片中傳遞的能量的不同光束的多次反射影響其表面反射率(reflectivity)R*(λ，T)和透射率(transmissivity)S*(λ，T)。后面(later)的數量可以通過光學測量直接地測量。在校準方法中，由于該數量對溫度最敏感，可以測量S*(λ，T)(雖然也可以將R*(λ，T)用于溫度測量)。在一些文章中，R*(λ，T)稱作反射比(reflectance)，而S*(λ，T)稱作透射比(transmittance)。
在下面的論述中，Tt是晶片上表面透射率，Tb是晶片下表面透射率，Rts是從襯底內入射到晶片上的輻射的晶片上表面反射率，Rbs是從襯底內入射到晶片上的輻射的晶片下表面反射率。通常，如果入射的輻射不是垂直入射，則所有的屬性將作為輻射的偏振面(plane of polarization)的函數。數值A是由穿過襯底的光線進行的強度的衰減，其由下式給出A＝exp(-α(λ，T)d/cosθ)(1)其中，d是襯底的厚度，θ是傳播的內角。后一角度是光線方向和晶片表面法線之間的角度。因而，該晶片的表面透射率由下式給出S*(λ,T)=ATtTb1-A2RtsRbs---(2)]]>在裝置中的光電探測器測量的信號V(T)與該數值和從照明光源入射到晶片上的輻射的強度I0成正比例。該關系是V(T)＝CI0S*(λ，T)(3)其中，C是常數，其受光學器件和電子器件的影響，但是其不會隨晶片溫度而變化。為了推斷晶片溫度，應當消除未知量(包括I0和C)的影響。這可以用許多方法完成。還應當考慮晶片表面的光學屬性(如它們的反射率和透射率)?？梢詫@些方面使用“規(guī)范化(normalization)”方法。例如，下面是兩種方法(a)對晶片不在系統(tǒng)中的情況規(guī)范化在這種情況下，由于不存在吸收或反射任何輻射的晶片，因而系統(tǒng)的透射率變成1?？蓽y量的規(guī)范化信號V00由下式給出V00＝CI0(4)將“熱晶片(hot wafer)”信號V(T)除以V00，就可以消除C和I0影響。然而，仍然應當考慮S*(λ，T)中的其它量的影響。其可以通過了解使用的晶片的光學屬性，包括Tt，Tb，Rbs和Rts而完成。在這一點上，可以選擇在校準方法中使用的晶片，以便這些數值可以通過基于已知的覆蓋在晶片表面上的薄膜的計算確定。該計算也可以通過在控制的條件下進行的各種光學測量而擴充(augmented)。吸收系數可以通過式1中求出的A從S*(λ，T)的測量值得到。一旦A已知，就可以對晶片的厚度(已經測量的)的影響校正，并且推斷α(λ，T)。由于函數α(λ，T)已知，因而可以推斷T。該方法還允許對光源波長的變化的校正。實現(xiàn)該方法的正確方法應當取決于應用而變化。例如，可以產生一組以晶片厚度和源波長作為參數的S*(λ，T)的矩陣，T作為變量，然后為T確定適合S*(λ，T)的測量值的最佳數值。
數值Tt，Tb，Rbs和Rts本身可以具有溫度和波長關系。為了精確，在分析中可以通過明確地包括晶片表面已知的狀態(tài)而考慮該影響。而且，通過使用標準光學分析將作為波長和溫度的函數的Tt，Tb，Rbs和Rts進行計算而使可校正。
(b)對晶片在“涼(cool)”狀態(tài)的情況規(guī)范化。
在這種情況下，在校準晶片載入系統(tǒng)之后收集規(guī)范化信號V01。V01由下式給出VO1＝CI0S*(λ，Tcool)(5)其中，S*(λ，Tcool)是在“涼”溫度的晶片透射率。該溫度通?？梢允侨魏慰梢院雎跃袑π什ㄩL的吸收的溫度。在A～1的情況下，可以寫出V01=CI0TtTb1-RtsRbs---(6)]]>現(xiàn)在，如果“熱晶片”信號V(T)利用V01規(guī)范化，則可以得到公式V(T)V01=ATtTb1-A2RtsRbs·1-RtsRbsTtTb---(7)]]>如果假設Tt和Tb不取決于溫度，則其簡化為V(T)V01=A(1-RtsRbs)1-A2RtsRbs---(8)]]>可以通過檢查式8中出現(xiàn)的乘積A2RtsRbs的大小進一步的簡化。由于兩個原因，該項通常非常小。首先，由于高的溫度靈敏度，在晶片內具有相當強的吸收，因此，A遠小于1。其次，可以選擇晶片表面的對透射測量波長的反射率相當小的晶片。這可以將透射的光信號最大化。另一個實際點是當用于照明的相干光源在測量中造成問題時，則觀察到干涉效應。通過使Rts或Rbs具有非常小的值，可以減少上述的問題。而且，甚至對普通(plain)硅晶片，Rts＝Rbs＝～0.3，因此RtsRbs＝～0.09。這樣，該項RtsRbs通常＜＜1。因此，與整體相比，可以近似忽略式8的分母中的該項。當對“涼”狀態(tài)規(guī)范化時，這種簡化使得信號的形式簡單V(T)V01≅A(1-RtsRbs)---(9)]]>
假設RtsRbs＜＜1，則該式可以進一步簡化成V(T)V01≅A=exp(-α(λ,T)d)---(10)]]>這種方法的優(yōu)點在于，假設不存在Tt或Tb對溫度的重大依賴，則不必已知晶片表面的光學屬性。這使得對溫度的解釋相對于晶片上的覆層的屬性以及表面的結構的變化更加穩(wěn)定。
通過實踐解決哪種規(guī)范化方法更好的問題?，F(xiàn)場沒有晶片的測量的情況的優(yōu)點在于，不必擔心在“冷”狀態(tài)中具有最大影響的干涉效應。在“涼”狀態(tài)進行具有晶片的測量的優(yōu)點在于，對表面反射率、透射率或結構效應的任何小的波動的自動補償。
上述分析全部基于表面反射率和透射率可以通過將從進行圖22中所示的多次反射的不同光線引起的能量分布相加而計算的假設。這種假設當與那些光線關聯(lián)的電場之間無相互關聯(lián)時是有效的。也就是當探測的輻射覆蓋“中心”波長的重要部分(例如＞0.001)的光學帶寬，以及晶片是“在光學上厚(optically thick)”，這意味著其厚度相應于光學波長的很多倍(例如＞100倍)的情況。這些條件相當于認為光線是非相關的情況。
在光源是“相干”的情況下，探測的輻射通常覆蓋非常窄的波長范圍和/或該晶片是光學上“薄的”。在那種情況下，在晶片內傳播的不同光線的電場之間具有很強的相關性。如果是這種情況，將能量分布相加不反應正確的物理性質。而為了得到正確的表面反射率和透射率，需要將與進行多次反射的光線關聯(lián)的電磁波的電場和磁場矢量相加。在這些條件下，該電磁波的相位的變化的影響當其穿過襯底時變得非常重要。如果兩種波成分的場相位相加到一起，由于總場放大，則該效應稱為相長干涉，如果它們剛好相位不同，由于總場減少，則該效應稱作相消干涉。這些干涉效應可以對光學屬性產生主要的影響，而且，它們對出現(xiàn)的相變非常敏感，而且對晶片厚度，輻射的波長，入射的角度以及襯底的折射率非常敏感。
由于在與硅的吸收系數α(λ，T)的變化不相關的探測信號中引入了非常大的變量，因而產生了問題。當吸收增加和晶片變成不透光時，由于多次反射極大地消弱且多數透射光強度主要從直接地穿過襯底的光線產生，干涉效應具有很小的影響，因而極大地減少了該問題。下面描述減輕由干涉效應產生的問題的各種方法。
可以通過在相對高溫時的晶片的透射與吸收可以忽略(參見上面公式)如在低溫或當在系統(tǒng)中無晶片時的透射之間比率，計算更高溫度的晶片的溫度。例如，圖2表示具有200毫米直徑和大約725微米厚度的硅晶片在不同波長測量的透射率。如圖所示，波長從1.064微米到1.55微米變化。同樣如圖所示，在光線的更長波長的透射可以用于確定更高的溫度。
然而，在包括的光線波長，由于透射的光線信號變得小且難于探測，因而在大約850℃以上的溫度讀數變得困難。為了甚至在更高的溫度得到溫度讀數，可以使用比用于產生圖2中的結果的725微米的晶片更薄的晶片。該確定850℃以上的溫度的更薄的晶片的使用將在下面更詳細地論述。
當校準如圖3所示的溫度測量裝置27時，則需要校準光源23和光探測器42盡可能地接近晶片上由溫度測量裝置27測量溫度的位置。換句話說，校準探針應當位于在高溫計的視場內或足夠近以至于在校準探針的溫度和在高溫計視場中的溫度之間的具有非常小的溫度差異的位置。這可以通過熱擴散長度Ld確定，其表示為Ld=ksidw4(ϵf+ϵb)σT3]]>其中，ksi是硅的熱導率，dw是晶片厚度，εf和εb分別是正表面和背表面的總發(fā)射率，σ是斯蒂芬-波爾茲曼(Stefan-Boltzmann)常數，T是晶片溫度。
對于許多應用，校準點應當在高溫計的視場的～Ld之內。當溫度增長，這種距離減少。例如在高溫如大于1100℃時，該距離可能小到近似4毫米。無論如何，對許多應用來說，校準點和高溫計視場之間的距離不應當超過3Ld左右。例如，在大多數應用中，在晶片上溫度測量裝置測量溫度的位置和在晶片上光探測器探測透射的光線的位置之間的距離不應當大于5厘米左右。
然而，當晶片在熱處理室內旋轉時，可通過在晶片的與圖4所示的溫度測量裝置27測量晶片溫度相同或接近相同的半徑上探測透射光而保持精確性。
參考圖1，其表示包括根據本發(fā)明的校準溫度傳感裝置的系統(tǒng)的熱處理系統(tǒng)10的一個實施例。
系統(tǒng)10包括適于接收進行各種處理的襯底(如半導體晶片)的處理室12。室12設計成以非?？斓乃俣群驮谧屑毧刂频臈l件下加熱晶片。室12可由各種材料(如金屬、玻璃和陶瓷)制成。如室12可由不銹鋼或石英制成。
當室12由導熱材料制成時，該室優(yōu)選地包括冷卻系統(tǒng)。例如，如圖1所示，室12包括環(huán)繞在該室周圍的冷卻導管16。導管16適于循環(huán)冷卻液(如水)，以用于保持室12的壁在常溫。
室12也可以包括將氣體引入室和/或將室保持在預定壓力范圍內的氣體進口18和氣體出口20。例如，為了與晶片反應，可以通過氣體進口18將氣體引入室12。一旦處理，可以利用氣體出口20將氣體從室排出。
可選的，為了防止該室內發(fā)生任何不必要的或不希望的副反應，可以通過氣體進口18將惰性氣體送入室12。在進一步的實施例中，氣體進口18和氣體出口20可以用于對室12加壓。當需要時，也可以利用氣體出口20或位于晶片高度之下的額外的更大的出口產生真空。
在一個實施例中，在處理期間，室12可以包括襯底支架15，該支架設計成利用晶片旋轉機械裝置21如位于晶片14上的箭頭所示旋轉晶片。旋轉該晶片促進了晶片表面上更高的溫度均勻性，并且促進了晶片和任何引入室內的氣體之間的接觸。然而，應當理解，除了晶片，室12也適于處理光學元件、薄膜、光纖、帶以及其它具有任何特定形狀的襯底。
為了在處理期間加熱晶片，熱源22與室12相通。在本實施例中，熱源22包括多個燈或光源24如鎢鹵素燈。為了產生非常均勻的晶片溫度，熱源22可以包括仔細地將熱源輻射的熱能引到晶片上的一個或一組反射器。如圖1所示，燈24位于該室的上面。然而，應當理解，該燈24可以設置在任何特定的位置，如單獨地或與燈24組合設置在晶片的下面。
作為熱源22的燈24的使用可以提供各種優(yōu)點。例如，燈與其它熱裝置如電子元件或常規(guī)的爐相比，具有更高的加熱和冷卻速度。燈24產生快速的等溫處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有即時的能量，要求非常短且控制良好的啟動周期。燈24的能量的流動也可以在任意時間突然地停止。如圖所示，燈裝配有可以用于增加或減少燈輻射的熱能的漸進的功率控制器25。
除了使用燈24，或除了使用作為熱源22的燈24以外，系統(tǒng)10還包括加熱晶片14的加熱基座26。例如，該基座26是電阻加熱器或電感加熱器。在圖1所示的系統(tǒng)中，基座26位于晶片14的下面。然而，與加熱燈類似，該基座26可以置于晶片14下面，可以置于晶片上面，或者該系統(tǒng)可以包括置于晶片上面和下面的多個基座。
多個輻射傳感裝置27也容納在室12內。輻射傳感裝置27包括依次與多個相應的光探測器30連接的光纖或導光管28。光纖28設置成接收由室內的晶片以特定波長輻射的熱能。然后，感應的輻射量傳到光探測器30，該探測器產生確定晶片溫度的可用的電壓信號。在一個實施例中，每一個與光探測器30連接的光纖28都包括高溫計。
如圖所示，系統(tǒng)10包括將燈24與室12隔離的窗32。在所示的實施例中，窗32用于將燈24與晶片隔離，并且阻止該室的污染。
如圖1所示，根據本發(fā)明，為了校準輻射傳感裝置27，系統(tǒng)其中進一步包括校準光源23和光探測器42。如上所述，校準光源23將光能特別是紅外光光能發(fā)射到晶片上的特定位置處。校準光源23發(fā)射的光線透過晶片由光探測器42探測?？梢詮倪@種信息中確定晶片的溫度以校準輻射傳感裝置。
如圖1所示，校準光源23可以位于與晶片14正相對的加熱燈24之間。然而，可選的，校準光源23可以位于室的外面或可選擇的位置上。在本實施例中，校準光源發(fā)射的光線可以利用光導纖維傳播到晶片14。
為了精確地測量透過晶片的光能量，如圖1所示，光探測器42可以包括將透過的光線導入光探測器的光通道44。
本發(fā)明系統(tǒng)中使用的校準光源23可以是能夠以所需波長發(fā)射光能的任何裝置。例如，校準光源23可以是非相干光源或相干光源。非相干光源包括鎢鹵素燈，弧光燈，發(fā)光二極管，超級發(fā)光(super luminescent)的發(fā)光二極管等。另一方面，相干光源包括固態(tài)裝置如激光二極管，超級熒光(superfluorescent)的光纖激光器，其它類型的激光器等。
當需要校準輻射傳感裝置時，則將校準晶片14設置在室中，并進行上面的過程。在圖1中，僅表示了單個校準光源23和光探測器42。然而，應當理解，對大多數應用來說，該系統(tǒng)包括校準各個輻射傳感裝置的多個光探測器和相應的校準光源。
參考圖1，系統(tǒng)10其中進一步包括系統(tǒng)控制器50，例如微處理器?？刂破?0接收光探測器30的電壓信號，該信號表示在不同位置采樣的輻射數量?；诮邮盏降男盘?，控制器50計算容納在室中的晶片的溫度。
如圖1所示，系統(tǒng)控制器50也可以與燈功率控制器25相連。在這種設置中，控制器50可以計算晶片的溫度，并且基于計算的信息控制由燈24輻射的熱能量。如此，為了在仔細控制的范圍內處理晶片，可以對反應器12內的條件進行即時調整。如上所述，除了燈24或替代燈24，如圖1所示，系統(tǒng)可以其中進一步包括基座26。在本實施例中，控制器50也可以用于控制基座發(fā)射的熱量大小。當存在兩種加熱裝置時，基座可以獨立于燈或者與燈一起控制(或者系統(tǒng)可以不包括燈，僅包括基座)。
在一個實施例中，控制器50也可以用于自動控制系統(tǒng)內的其它元件。例如，控制器50可以用于控制通過氣體進口18進入室12的氣體的流動速度。如圖所示，控制器50可以進一步用于控制晶片14在室內旋轉的速度。
根據本發(fā)明，系統(tǒng)控制器50也可以用于自動校準輻射傳感裝置27。例如，控制器50也可以與校準光源23和光探測器42連接。如此，控制器50可以用于控制校準光源23何時發(fā)射光線，并且發(fā)射的光線量。控制器50也可以設置成為了確定校準晶片的溫度，從光探測器42接收信息，其后，基于確定的溫度來校準輻射傳感裝置27。
現(xiàn)在論述本發(fā)明各個實施例。特別地，在使用相干光源的論述之后，將描述使用非相干光源的本發(fā)明的第一操作。隨后，將描述校準晶片的各個實施例。最后，將描述實現(xiàn)本發(fā)明的方法。
〔校準光源〕A. 非相干光源(incoherent light source)如上所述，在一個實施例中，校準光源23可以是非相干燈如鎢鹵素燈，或發(fā)光二極管。例如，在一個實施例中，校準光源可以是超級發(fā)光的發(fā)光二極管。一些非相干光源的優(yōu)點在于，它們可以用作在幾個所需的波長的透射測量的光源。例如，一些非相干光源發(fā)射大范圍的波長，而其它非相干光源如發(fā)光二極管發(fā)射相對窄范圍的波長。當使用非相干燈時，光探測器42可以包括探測單個波長的單探測器，或者可以包括在幾個波長同時測量透射的信號的探測器陣列。
除了如圖1所示，包括單個校準光源23，應當理解，在本發(fā)明的系統(tǒng)中也可以存在多個校準光源。可選地，為了將光線發(fā)射到晶片14上的多個位置，可以使用與多個光導纖維連接的單個校準光源。
在一個實施例中，例如，可以通過機械斷路器切斷校準光源的輸出，或用電子方法切斷。當校準光源發(fā)射光線以及校準光源未發(fā)射光線時，不時將光線從校準光源發(fā)射到晶片上可以幫助通過測量確定背景雜散光量。
圖5示出根據本發(fā)明的系統(tǒng)的一個實施例使用非相干光源作為校準光源23。在本實施例中，光源23發(fā)射一束光線穿過校準晶片14，該光線由光探測器42探測。光探測器42例如可以是光電探測器或其它適當的裝置。
在本實施例中，燈23與將光線聚焦到晶片14的特定位置上的準直光學器件60一起使用。為了測量透過晶片14的光線以及為了消除雜散光，該系統(tǒng)包括一個或多個限定光探測器42的視場的孔62。為了更好地限定探測的波段，也可以包括濾光器64。雖然已經描述了有關使用非相干光源的圖5所示的實施例，但是應當理解，準直光學器件的使用以及圖5所示的大體結構可以使用所有不同類型的光源，無論該光源是相干的或非相干的。
B.相干光源(coherent light source)作為使用非相干光源的替換，校準光源也可以使用相干光源，如可以在窄波長范圍內提供相對高的功率的激光器。半導體激光器是相干光源的一個特例。這種光源是簡單地電調制的。相干光源如激光器具有非常窄的發(fā)射光譜。雖然這可以提供一些優(yōu)點，但是具有窄的發(fā)射光譜也可能造成潛在的問題。特別地，當相干光源發(fā)射的光線在晶片的兩個表面之間發(fā)射時，該系統(tǒng)會對干涉效應更敏感。特別地，與使用非相干光源相比，最終達到光探測器42的透射的信號會對晶片厚度以及其折射率更加敏感。然而，一些測量可以抵消這種效應。
例如，在一個實施例中，可以使用具有多個波長發(fā)射光譜或一些窄發(fā)射光譜的相干光源。在另一個實施例中，校準晶片可以包括至少一個粗糙表面，盡管這會具有將光源的一些光線散射的不理想的效果。在本發(fā)明的另一個實施例中，例如，可以通過在晶片厚度上的微小變化改變校準光源發(fā)射的光線的路徑長度。特別地，例如，可以通過逐漸地減少進行透射測量的區(qū)域而改變晶片的厚度。在另一個實施例中，校準晶片可以包括減反射覆層，該覆層將在下面更詳細地描述。
當晶片在加熱期間旋轉時，為了減少晶片內的干涉效應，可以利用該旋轉。一種方法是旋轉該晶片并且測量透射的光信號。當晶片旋轉時，由紅外線光束探測的晶片厚度會輕微地改變，干涉條件也會改變，這就造成透射的光線強度的波動。通過在至少一個旋轉期間收集信號，可以使干涉效應得到平衡，從而得到透射的更可靠的值。
另一種方法包括將光學元件(如毛玻璃板)放在相干光源的路徑中，這樣，該光束失去其空間相干性。通過改變穿過光束輪廓的電磁場振蕩的相位，然后以在測量信號中組合不同的成分的方式在探測器收集部分光束，可以極大地減少晶片和光學元件中的干涉效應。多個激光源的使用也可以得到類似的結果，該多個激光源彼此靠近地設置以便它們可以結合形成一個光束。結合多個激光器元件的大面積發(fā)射源在本實施例中是有用的。
在另一個實施例中，多個相干光源的使用可以通過引入波一長范圍而幫助減少光束的時間相干性。例如，一些類型的二極管激光器不具有固定控制的發(fā)射波長。裝置特性中的自然散射會導致照明的更寬的有效光譜。如果需要，可以預設選擇光裝置提供更大范圍的波長。由于在多數情況下，輸出波長對裝置溫度敏感，因而也可以在不同溫度下運行具有相同額定規(guī)格的一些光源以產生一波長范圍。
在另一個實施例中，可以通過使用非相干光源和相干光源的組合減少干涉效應。在本實施例中，非相干光源可以用作較低溫度的校準光源。在較低溫度，透射測量不取決于各個參數(如折射率以及襯底的厚度)。相對較低的溫度可以包括小于700℃左右的溫度，特別地小于500℃左右。
在相對較高的溫度，如大于500℃左右，特別地，大于700℃左右，校準光源可以是相干光源。在更高的溫度，由于相干光源在特定波長提供更大的功率以及更好的波長定義，因而其是優(yōu)選的?？梢詫⑾嗤幕虿煌奶綔y器用于探測校準光源的透射。在本實施例中，例如，可以使用非相干光源在較低的溫度進行透射測量。這些透射測量可以與使用相干光源進行的透射測量一起用于確定在更高溫度的晶片的溫度。
不管是使用相干或是使用非相干光源，為了為更多的應用提供穩(wěn)定的和可重復的強度，都需要設置提供于光源的功率。雖然本發(fā)明的技術是自校準，在某種意義上，當晶片是熱的時的透射測量是相對于當晶片在其透射是已知的溫度時得到的透射值得到的，但是當該晶片通過校準方法加熱時，仍然存在一些光源強度的漂移的可能性。這種變化可以通過保證提供到光源的功率是穩(wěn)定的而減少。任選地，光探測器可以用于采樣校準光源發(fā)射一些光線，因此，產生監(jiān)視光源或控制其強度的信號，以便該信號在測量期間是穩(wěn)定的及可重復的。
〔校準波長〕為了提供對溫度較好的敏感性，應當選擇透射測量的工作波長。通常，晶片應當是充分的透明，從而允許透射的紅外光信號強度的精確測量。在大多數情況下，這需要在探測器波長的透射率大于10-6。
晶片的透射應當對晶片溫度敏感。例如，在特定校準溫度附近，對1℃變化，需要晶片透射以大于其值的0.5％左右變化。理想地，對1℃溫度變化，透射以大約大于5％變化。
在一些應用中，優(yōu)點是校準晶片在高溫計波長接近不透光體，而仍然以透射測試波長透射可測量數量的輻射。這種情況是需要的，以便該校準反映在所需校準溫度的標準厚度的晶片的光學屬性的典型的條件。實踐中，該晶片在高溫計波長具有小于0.01左右的透射率，而在紅外光透射探測波長的透射率大于10-6左右，這是足夠的。由于硅的吸收系數在接近紅外光范圍內通常展示出最小值，這樣，在該晶片對其它波長不透光的情況下，可以在這個波長范圍內進行透射測量，因而通常滿足此條件。這種概念對校準在大于800℃左右的溫度時特別地有用，在該溫度時，標準厚度晶片通常對光和紅外波長是非常不透光的。
在其它應用中，需要已知測量的波長，精確到比發(fā)射源或光纖的額定值更精確。在這種情況下，可以測量發(fā)射源的光譜或光學過濾器的透射，以便確定正確的測量波長。此后這個數值可用于提高讀數的精確性和可重復性。例如，如果在多個處理系統(tǒng)中使用該測量系統(tǒng)，為了在不同系統(tǒng)上得到最一致的校準，則對系統(tǒng)之間的測量波長中的變化的效應的校正是重要的。一種方法是使用考慮了當將透射的光信號轉變成推斷的溫度時，波長輸入和波長變化的算法。
在一個實施例中，如上所述，可以設置本發(fā)明的系統(tǒng)以便在一個波長范圍上而不是單個波長上執(zhí)行溫度測量。在幾個波長上測量溫度可以提供各種優(yōu)點。例如，透射光譜的測量允許確定晶片溫度，而不必在晶片透射為已知(如當晶片冷卻)時，執(zhí)行測量透射的強度的規(guī)范化步驟。由于吸收光譜的形狀可以確定并可用于確定晶片溫度，因而可以確定溫度。如此，當晶片的透射不是溫度的強函數時，不必進行溫度讀數。
更特別地，通過測量至少兩個波長的透射，可以限定在這些波長的相對透射?？梢岳脺囟茸鳛檫m當的參數收集更寬的光譜(即多波長)，并且與模型匹配。在本實施例中，存在優(yōu)點和對于晶片厚度的波動或其它參數(如覆層等)的不期望的變化的更好的順應性。
如果校準在非常低的溫度如小于200℃左右操作的高溫計，則這些環(huán)境也可以是有利的。在這些環(huán)境中，規(guī)范化溫度通常必須非常接近室溫，從而阻止透射敏感于規(guī)范化溫度的精確值。這在當增加晶片，熱處理環(huán)境已經變暖，因而非常難得到30℃左右以下的溫度的應用中特別地有益。
在一波長范圍上進行的光譜測量也有助于使溫度測量對光源強度或探測器特性的漂移、光污染或噪音不敏感。光譜測量可以利用發(fā)射不同波長的光線的非相干光源進行，或利用多個光源，如多個非相干源或多個相干源完成。該測量可以同時或在不同時(如依次)地在各個波長進行。
如圖1所示，校準光源23位于光探測器42的正上方。校準光源23發(fā)射的光線可以設置成直接照射到晶片上，或可選的，以入射的不垂直角度入射到晶片上。在一些應用中，為了減少晶片表面的反射，需要光線以一角度接觸晶片。例如如果光線在P偏振面并且以接近臨界角的角度入射，則表面反射率接近于零。通過減少反射率，不僅透過晶片的信號更強，而且減小了晶片內的干涉效應。在一個實施例中，需要使用以不垂直角度入射的偏振光。
〔減少雜散輻射的效應〕如上所述，為了提高精確性，本發(fā)明的測量和系統(tǒng)應當具有區(qū)分透射的光信號和從雜散輻射源產生的信號的能力。在圖1所示的實施例中，晶片14僅從一側加熱。在這種情況下，由于探測器位于與光源24相對的晶片的一側，因而晶片本身就作為減少雜散光到達光探測器42的可能性的屏幕。然而，也存在減少雜散光和干涉不同的其它可用方式，特別是使用在晶片的兩個側面都容納光源的系統(tǒng)中。
對大多數應用，應當調制校準光源23，以便光探測器42接收的光信號是交流信號或其它類似的信號，這些信號不同于從晶片，燈或其它輻射源引起的雜散光產生的信號?？梢酝ㄟ^各種技術包括光譜過濾、信號平均以及對相位敏感的探測(例如鎖定放大器)消除雜散光，從探測的信號提取出透射的光信號。上面的方法甚至在信號被大量噪聲污染的情況下也可以提取非常小的交流信號。
在一個實施例中，也可以將照明光學器件設置成使到達光探測器42的透射光量最大化。例如，如圖5所示，可以準直校準光源23發(fā)射的光束。另一個方法包括使用具有燈絲(filament)溫度的光源，該燈絲溫度遠熱于晶片，例如使用鎢燈絲，這樣，在被監(jiān)視波長該光源遠亮于晶片。也可以將相干光源用于這一目的。激光源的使用允許了通過晶片并進入光探測器42的相當高的光學功率的傳播。
除了使用照明光學器件加強透射，也可以設置探測光學器件最小化雜散光。例如，可以使用探測光學器件僅對照射的晶片的區(qū)域探測。探測光學器件可以具有利于收集從光源而不是晶片透射的光線的角度接收特性。例如，晶片透射的黑體輻射有助于從晶片表面在所有方向上輻射。通過限制探測光學器件的角度接收特性，以便它們易于接收在由光源器件限定的方向上移動的光線，可以減少發(fā)射的輻射與透射的光線的比率。可以將類似的考慮應用于從加熱燈24輻射的雜散光。加熱燈24可以產生取決于燈的位置的透過晶片或者從晶片的背面反射的輻射。如果該系統(tǒng)包括探測光學器件，該光學器件不接收穿過晶片的燈的直射光路或相應于離開晶片的光線的鏡面反射的情況的光路，則可以極大地減少燈的雜散光。
除了照射光學器件和探測光學器件，本發(fā)明的系統(tǒng)也可以包括光學濾波器，該光學濾波器排斥在用于透射測量的波長之外的波長范圍的輻射。例如，該波長范圍可以由干涉過濾器限定。
特別地，當使用非相干光源作為校準光源23，如鎢鹵素等時，需要過濾器對所需的通帶之外具有較好的阻擋特性。特別地，非相干光源可以發(fā)射在全波長調制的光線，因而光探測器42可接收在過濾器通帶以外的波長的調制產生的交流信號。例如，在大多數應用中，過濾器透射在通帶之外應當在10-3左右之下，并且當利用小于1.4微米的波長進行測量時，由于硅透射率在長波長較高，因而希望過濾器具有上述阻擋特性，特別在通帶的長波長側。
在一個實施例中，過濾器阻擋可以小于10-6左右。這種類型的阻擋可以通過結合兩個干涉過濾器而得到，使結合的阻擋達到所需值。在一些情況下，可以方便地將過濾器之一設置在燈源的輸出以限制該燈發(fā)射的波長范圍。
然而，如果校準光源23是相干光源，如激光器，由于調制的波長范圍本身較小，則不需要過濾器。盡管如此，在一個實施例中，過濾器可以用于減少晶片和加熱燈的雜散輻射量。
甚至當使用非相干光源時，也可以不需要過濾器?？蛇x地，可以使用多帶過濾器。不使用窄帶過濾器或使用多帶過濾器的操作可以在一些情況下提供各種優(yōu)點。例如，當不使用過濾器的操作時，可以將一個探測器用于探測幾個以不同波長發(fā)射輻射的不同光源的輻射，而不需要切換過濾器。
在本發(fā)明的另一實施例中，校準光源23可以發(fā)射偏振光。在本實施例中，該系統(tǒng)可以包括探測光學器件，該光學器件為消除雜散光選擇預定偏振。為了產生偏振光，該校準光源23可以是固有偏振的激光器?？蛇x地，該校準光源23可以包括偏振器。
〔校準晶片〕選擇本發(fā)明的系統(tǒng)中的校準晶片，使得穿過晶片的光透射是由光探測器42觀測的波長的溫度的函數。為了實現(xiàn)以多種方式(包括改變厚度、摻雜晶片、將表面覆層應用于晶片以及改進表面結構)校準的目的，可優(yōu)化該晶片。
在一個實施例中，校準晶片可以是普通的硅晶片。該晶片可以是具有大于0.5Ωcm左右電阻率的輕微摻雜的硅晶片。在本實施例中，使用標準厚度的晶片?，F(xiàn)在，標準晶片的厚度為，200mm晶片725微米，300mm晶片775微米。對大多數應用，晶片兩側拋光以提高校準標準的可重復性。
根據透射過晶片的光線波長和晶片厚度來計算校準晶片的溫度。在這方面，已知晶片厚度應具有一定精確性。在本實施例中，需要校正在溫度測量期間使用的晶片厚度的變化。例如，可以測量晶片厚度，并且將數據輸入用于確定晶片溫度的算法。可選地，本發(fā)明的系統(tǒng)具有測量晶片厚度并且自動地將該信息提供給如在溫度測量期間使用的控制器50。晶片厚度裝置可以在熱處理室內測量晶片的厚度，或者在將晶片插入該室之前測量晶片的厚度。然而，如果制造晶片以便其厚度可以忽略，則不需要這種裝置。
為了阻止校準光源23發(fā)射的光線從晶片反射，在一個實施例中，該校準晶片14可以覆蓋有減反射覆層。將晶片覆蓋減反射覆層不僅減少從晶片反射的光線量，而且減少發(fā)生在晶片內的干涉效應。
參考圖6和圖7，示出包括減反射覆層的校準晶片14的兩個實施例。在圖6中校準晶片14的上表面具有單個減反射覆層70。另一方面，圖7中減反射覆層70設置在晶片14的上部，而第二減反射覆層72設置在晶片底部。
當減反射覆層應用于晶片時，可以較大地減少在所需紅外波長的光線的反射，并且抑制干涉效應。該減反射覆層還有益于增加晶片透射的光線量，從而提高透射測量的精確性。
然而，減反射覆層會在被校準的高溫計的高溫計波長影響晶片的發(fā)射率。對在高溫進行的校準，其中，該晶片對高溫計波長是不透光的，如圖6所示，需要僅覆蓋晶片的一個表面。特別地，可以保持面對高溫計的晶片的表面未覆蓋，以便得到所需的效應，而不影響高溫計波長的發(fā)射率。
在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖8所示，校準晶片14不僅包括減反射覆層70，而且包括具有特定發(fā)射率的覆層74。特別地，在許多情況下，通過在高溫計波長具有不同光譜發(fā)射率的一組晶片來校準容納在熱處理室內的溫度測量裝置。為了校正高溫計中的發(fā)射率效應，以及使溫度測量裝置獨立于目的晶片的光譜發(fā)射率，而使用具有不同發(fā)射率的晶片。因此，在一些實施例中，根據本發(fā)明，可以使用具有特定發(fā)射率的不同的校準晶片。
通常，根據本發(fā)明，可以使用任何適當的減反射覆層。例如，這種覆層由二氧化硅、氮化硅或二者的組合構成。也可使用這種材料形成具有特定發(fā)射率的覆層。也可以使用硅膜用于此目的。硅膜具有較大的反射率，這在一些應用中是有用的。如圖8所示的覆層70或74也可以由介質薄膜(dielectricfilm)構成。該介質薄膜特別地可以是多層薄膜，該薄膜設計成在所需的波長具有適當的反射率和/或發(fā)射率。這種薄膜在現(xiàn)有技術中是已知的，并且可以從《沉積科技》(Depositoin Sciences，Inc.of Santa Rosa，California)中得到。
采用覆層70或74可以影響校準光源23發(fā)射的紅外光的透射?？梢酝ㄟ^計算或測量考慮這些變化，并且將其結合用于計算校準晶片的溫度的算法中。也可以形成不同的覆層，其在紅外光透射波長作為減反射覆層，在高溫計波長作為反射或減反射覆層。
根據本發(fā)明，除了可以提高溫度測量的精確性，使用減反射覆層以及其它類型的覆層也可以提供其它益處。例如，通過選擇在校準晶片上的光學屬性，也可以探測溫度測量系統(tǒng)的性能的各個方面，以及提供對問題的性質的診斷。例如，檢查高溫計光學器件或電子器件是否正確操作的試驗可以使用在高溫計波長是“黑”的晶片背面覆層，這樣，高溫計的信號不會被系統(tǒng)光學器件的其他方面(如晶片和室壁之間的多次反射產生的影響)所影響。如果系統(tǒng)使用晶片透射率的反射加強幫助發(fā)射率獨立，這是特別地有用的。在這些系統(tǒng)中，用于反射加強的輔助反射器的反射率在系統(tǒng)性能中起主要作用?？梢越沂臼欠穹瓷浒宸瓷渎氏陆档臏y試使用對高溫計波長高度反射的覆層，以便包括反射板的多次反射。這種晶片也有利于檢查在任何類型的系統(tǒng)中發(fā)射率校正系統(tǒng)工作。這種類型的測試可以區(qū)分各種類型的問題，而不需要將該室打開檢查。
如上所述的覆層也可以幫助減少由于氧化和表面粗糙而造成的晶片光學屬性上的漸進的熱退化(thermal degradation)效應。因此，可以將多個加熱循環(huán)應用于該校準晶片，而不會退化。例如，如厚度小于30納米左右的氧化物薄層可以保護硅表面不受由大氣中的氧氣和水蒸氣的低濃度形成主動(active)氧化造成的熱腐蝕的影響。氮薄膜也可以實現(xiàn)類似的目的。該薄膜可以包括在用于如上所述的減反射覆層或改變光譜發(fā)射率的覆層堆中的頂層。進一步，通過選擇小于30納米左右厚度的氧化物薄膜，可以最小化該薄膜對晶片的反射率的影響。
除了使用硅晶片作為校準晶片，應當理解，也可以使用各種其它類型的晶片。通常，該校準晶片可以由任何適當的材料構成，該材料具有與溫度有關的透射或反射光譜。例如，該校準晶片也可以由鍺，碳化硅，砷化鎵，砷化鋁，磷化銦，磷化鎵，氮化鎵以及它們的合金構成。實際上，一些上述材料會有利于延伸透射的溫度范圍。
當使用硅作為校準晶片時，對標準厚度的晶片來說，已知硅在小于850℃具有較好的溫度透射屬性。然而，如上所述，在大于850℃的溫度，硅開始吸收更多的光能，從而使溫度測量更困難。在一個實施例中，根據本發(fā)明，為了將溫度測量延伸到更高的溫度，可以使用更薄的晶片。例如，對在950℃的250微米的晶片來說，在1.5微米波長的預測的內部透射是0.012，這比具有傳統(tǒng)的725微米厚度的晶片的透射高300000倍以上。通過使用非常薄的晶片，可以將IR透射延伸到更高的溫度。進一步，使用薄晶片不會影響高溫計進行的溫度測量，只要該晶片保持對高溫計波長的輻射不透光。
然而，當使用相對薄的晶片時，也會出現(xiàn)各種實際問題。例如，高溫時晶片自身重量會使其下垂，甚至承受塑料變形。圖9至18是具有薄區(qū)域的校準晶片的各個實施例的例子，其中，該薄區(qū)域可以使這類問題最小化。
例如，參考圖9，其表示了具有透射測量的薄區(qū)域的校準晶片。在本實施例中，晶片14在需校準的光探測器42和溫度測量裝置或高溫計27的視場或接近視場的位置包括孔或通道80。在本實施例中，具有所需厚度的硅元件82設置在孔80的頂部。硅元件82的厚度例如可以小于300微米左右，特別地，小于200微米左右，更特別地，小于150微米左右。可以通過將硅元件82設置在晶片14中形成的孔80上，產生對熱處理室中使用相對堅固的校準晶片，但是，根據本發(fā)明，其仍具有用于進行測量的薄部分。
硅元件82可以位于孔80上，并且使用各種方法固定。例如，在一個實施例中，可以粘接硅元件82?？梢允褂萌魏芜m當的粘接方法，如陽極或熱粘接。
在可選的實施例中，為了保持該硅元件，可以將保持蓋設置在晶片上面。該保持元件可以由硅，碳化硅，二氧化硅(石英)或藍寶石構成。如果該保持蓋是不透光的，在一些應用中，為了進行精確地透射測量，則需要使與硅元件對準的孔或通道穿過保持蓋。然而，當使用透明材料如石英或藍寶石，則不需要這種開口。
在一個實施例中，該硅元件82可以在不同的溫度范圍具有不同的厚度。在本實施例中，變化的厚度范圍可以允許該系統(tǒng)使用較少的紅外光透射波長以校準更寬的溫度范圍。進一步，如果校準多個高溫計，如圖13所示，校準晶片14可以在不同的位置包括多個不同的孔?？蛇x地，可以使用一組不同的校準晶片，其每一個在選定的位置包括單個或幾個孔。
如圖10所示，在一個實施例中，校準晶片14可以包括凹槽84，該凹槽容納設置薄元件82的突出部分。在本實施例中，該薄元件82在處理期間保持對準，并且易于設置在晶片的頂部。
在另一個實施例中，如圖11和12所示，代替在校準晶片14中形成孔并用薄元件覆蓋該孔，也可以通過在晶片中形成凹槽86在晶片上形成薄區(qū)域。如圖所示，凹槽86在晶片14中形成薄部分88。凹槽86可以通過任何適當的方式如機械加工或蝕刻形成。如圖14所示，在一個實施例中，該凹槽86具有形成截頭圓錐體形的梯度厚度。進一步，該角也可以是彎曲的。梯度厚度和彎曲的角減少了在薄部分邊緣的熱梯度，從而減少了機械故障的幾率，并且減少了應力。
當該校準晶片包括薄部分時，則在加熱期間可存在在晶片中發(fā)展的溫度梯度。為了減少該薄部分和晶片的剩余部分之間的熱輻射屬性的差異效應，該晶片可以包括覆層。該覆層例如可以是單個層或多層覆層。該覆層可以由材料如二氧化硅，硅，多晶硅和/或氮化硅構成?？梢栽O計該覆層以便更好地與該薄和厚部分的發(fā)射率和吸收率匹配。在一個實施例中，該覆層可以由上述任意減反射覆層構成。
在可選實施例中，該校準晶片可以包括填充元件，該填充元件設置在接近該部分以減少熱質量差異。填充元件例如可以由石英或氧化鋁如藍寶石構成。
圖16，17和18表示根據本發(fā)明的校準晶片14的再一實施例。在這些實施例中，校準晶片14包括由多個通道92限定的透射區(qū)域90。這樣，該透射區(qū)域90包括與厚區(qū)域相混合的薄區(qū)域，其中，該厚區(qū)域具有與晶片本身相同的厚度。如圖16所示，通道92僅可以在晶片厚度的一部分延伸，或如圖17和18所示，可以穿過晶片的整個厚度。在圖17和18中，厚區(qū)域94附于薄元件82。進一步，在圖18中，薄元件82設置在形成于晶片14中的凹槽84內。在圖17和18所示的實施例中，薄元件82例如可以通過粘接附于晶片14。
在圖16，17和18所示的實施例中，當校準晶片加熱到相對高的溫度時，主要由通道92確定光線透射。因此，厚元件94的存在不會干擾溫度測量。校準晶片的這個實施例提供了幾個優(yōu)點。例如，通過使該薄區(qū)域保持小并且與厚區(qū)域混合，可以減少橫向的溫度梯度和熱應力的問題。進一步，易于使高溫計，校準光源或光探測器與透射區(qū)域90對準。
當結合圖16至18所示的實施例時，在一些應用中，為了在測量期間對厚區(qū)域的存在校正，需要已知厚區(qū)域與薄區(qū)域之間的比率。這種比率可以通過任何適當的方式測量。例如，該比率可以通過使用物理測量或光學測量將在射束路徑中具有晶片的透射通量與不具有晶片的透射通量的比較而確定。后者的測量可以在任何方便的波長執(zhí)行，其中，該厚區(qū)域是實際上不透光的。也可以通過高精確的先驗(priori)，例如通過利用光刻技術或其它類似的技術形成該區(qū)域。可以使用微細加工的方法產生適當的結構。例如，可以通過在適當的波長在已知的溫度進行透射測量確定該薄區(qū)域的厚度。
當形成透射區(qū)域90時，應當理解，晶片可以包括如圖14所示的多個區(qū)域，或者如圖15所示的覆蓋整個晶片的單個透射區(qū)域。
當結合如圖17或18所示的校準晶片時，在一個實施例中，優(yōu)選地取向該晶片以致于薄元件82顛倒地取向，以便該薄元件面向被校準的高溫計。由于該高溫計看到的是不透光的均勻的表面，而不是孔的排列，因而這種結構是有利的。
參考圖19，表示了校準晶片14的另一個實施例。在本實施例中，校準晶片14包括設置在透明襯底102頂部的薄硅層100。例如，該透明襯底可以是氮氧化鋁，尖晶石，熔融石英或藍寶石。其結果是具有非常薄的硅材料的性能的堅固的校準晶片。
硅層100可以多種不同的方式設置在透明材料上。例如，該硅層可以粘接于透明材料，或者，可選的，該硅層可以通過在透明材料的頂部沉積形成。
參考圖20，表示了校準晶片14的另一個實施例。在本實施例中，該校準晶片14包括設置在硅襯底106頂部的薄硅層100。硅層100通過絕緣層104與硅襯底106隔離。絕緣層104可以由氧化物如二氧化硅構成。如圖所示，校準晶片14其中進一步包括容納在硅襯底106中形成的容納通道92的透射區(qū)域90。
參考圖21，表示了與圖20中所示的校準晶片14類似的實施例。然而，在圖21中，形成了穿過氧化物層104的通道92。
在圖16，17，18，20和21所示的實施例中，硅晶片作為透射區(qū)域90的支撐物。然而，該支撐襯底可以由其它材料構成，而不是由硅構成。例如，在一個實施例中，該襯底是由碳化硅構成的，其有利于強度，高導熱率，化學耐久性和機械耐久性。
在本發(fā)明的另一個實施例中，該校準晶片可以包括由大致不透光的材料構成的不透光區(qū)域，以及例如由硅構成的透射區(qū)域。這種類型的校準晶片比較適于在低溫校準下使用。在本實施例中，校準的高溫計可以定位于感應晶片在不透光區(qū)域發(fā)射的熱輻射。然而，可以在透射區(qū)域進行透射測量。
可以用于構成晶片的大致不透光的材料包括摻雜有材料(如硼，砷或磷)的硅。大致不透光的材料的其它例子包括金屬薄膜如鈦薄膜，鈷薄膜，鎳薄膜和鎢薄膜，以及由金屬硅化物如硅化鈦，硅化鈷，硅化鎳和硅化鎢構成的薄膜。也可以使用一些其它的構成材料如氮化鈦。
如上所述，在一些應用中，需要已知透射區(qū)域90的厚區(qū)域和薄區(qū)域之間的比率。然而，在一個實施例中，只要該厚區(qū)域在低溫是不透光的，該低溫用于在紅外光透射方法中規(guī)范化信號，則不需要這種信息。由于該方法是自校正的，因而這種結構消除了單獨測量的需要?？梢杂脦追N方法測量不透光度。例如，在一個實施例中，可以在已知厚部分不透光而薄部分完全地透明的溫度，規(guī)范化信號?？蛇x的，可以將覆層應用于該厚區(qū)域，其中，該覆層對選定的探測器波長強烈地吸收或強烈地反射。另一種技術例如通過離子注入而大量地摻雜該厚區(qū)域。
在一個實施例中，該校準晶片主要由在規(guī)范化溫度不透光的材料構成。類似于圖19所示的晶片，該晶片可以包括硅薄覆層。在本實施例中，該支撐晶片可以由任何適當的材料如重摻雜材料構成，該材料在所需的波長是不透光的。
在本發(fā)明的另一個實施例中，可以使用由各種材料構成的各種校準晶片。使用不同的材料可以允許在更寬的溫度范圍進行更多的測量。其它可以使用的材料包括碳化硅，氮化鋁，氮化鎵或磷化鎵。特別地，選定的對IR透射波長透明的結構晶片的材料對高溫計波長是不透光的。
為了舉例，下面是列出了在三個建議的波長和三個建議的晶片厚度的一些實際溫度范圍的表格。在本實施例中，標題“l(fā)ow T”表示在任何給定的波長/厚度組合的范圍內的實際低溫，標題“high T”表示相同組合的溫度上限。在本實施例中，通過逐漸減少溫度靈敏度設定該溫度下限。特別地，該下限表示了透射光信號在每改變1℃不再以至少其值的0.1％變化(表示為sens(％/℃))的溫度。另一方面，該上限設置在晶片變成非常不透光的點。在本實施例中，高溫范圍是該晶片不再以至少10-8透射(100,000,000分之一)的速度透射光能的點。在該表格中，這表示為“int trans”。波長1310納米和1550納米由于它們方便于商業(yè)光源而選用。波長1200納米是任選的。

校準過程現(xiàn)在論述實現(xiàn)本發(fā)明的過程的各種方法。在一個實施例中，例如，將選定的校準晶片載入熱處理室。然后運行校準方法。該方法使得經過預定的溫度定時周期加熱晶片，同時得到所需的數據。該數據包括高溫計讀數以及紅外光透射數據。上述算法用晶片溫度解釋透射數據，以及計算用于校正高溫計系統(tǒng)的參數，這樣，從高溫計系統(tǒng)推斷的溫度與從紅外光透射系統(tǒng)推斷的溫度相匹配。當然，除了高溫計，該系統(tǒng)也可以用于校準其它溫度測量裝置。
典型的方法包括一個加熱循環(huán)或多個加熱循環(huán)，其中，晶片變化至由高溫計系統(tǒng)確定的指定溫度，并且在其變化至第二溫度等之前，保持固定的時間周期而得到數據。該方法覆蓋了校準的溫度范圍。該方法可以包括在晶片的透射是已知的，并且不是溫度的強函數的溫度的部分。該方法的這個部分允許紅外光系統(tǒng)得到用于規(guī)范化信號的透射信號，以便消除在紅外透射測量系統(tǒng)中的光學器件的影響和變化。
如果使用相干光源，則該方法的這部分也可以包括緩慢的溫度變化，或在通過晶片的光程長度中引入顯著變化的振動。這些變化改變了從晶片頂部和底部表面反射的光束之間光學干涉的條件，因此，導致了透射信號振動。數據記錄系統(tǒng)可以收集該透射數據，并且在時間上求平均，以便減少該振動的影響。這種方法對當晶片透射足夠高以在晶片內多次反射成為因素的條件下執(zhí)行該方法的階段是有用的。
該方法的可選擇類型是通過向上變化和/或向下變化的方法動態(tài)地收集數據。在這種情況下，該變化的速度必須足夠慢，以在兩個測量系統(tǒng)的輸出之間具有可以忽略的時間延遲，并且適當的信號平均以減少實驗噪音。在本實施例中，當使用具有薄部分的晶片時，該薄部分的熱響應相對于厚部分應當相似。
在一些應用中，在該校準晶片載入該室之前，執(zhí)行使用透射系統(tǒng)的測量也是有益的。具有晶片的信號與不具有晶片的信號之間的比率提供了對晶片透射率的估算。測量的晶片透射率例如對檢查裝載正確的晶片，或對測試晶片的降級是有用的。沒有晶片時的透射信號的水平也是對透射測量的光學系統(tǒng)的狀態(tài)的有用指示。
在上面方法的一個可選實施例中，可以使用一個以上的校準晶片，其每一個可以自動地載入處理系統(tǒng)。多個校準晶片可以用于幾個目的。例如，可以將具有不同特性的不同晶片載入熱處理室，從而允許在高溫范圍與低溫范圍一樣的適當的性能。例如，具有薄區(qū)域的晶片可以用于更高的溫度。該晶片也可以包括多種覆層以允許對高溫計系統(tǒng)必要的校準，從而給出獨立于發(fā)射率的溫度測量。
在本發(fā)明的系統(tǒng)的一個應用中，為了快速地檢驗該系統(tǒng)正確地工作，需要僅在一個或幾個選定的溫度校準該高溫計系統(tǒng)。在這種情況下，可以裝載該校準晶片并執(zhí)行非常簡單的方法，例如變化至一測試溫度，并且收集高溫計和紅外光透射數據?？梢栽谑褂谜哳A定間隔常規(guī)地執(zhí)行這種方法。為了追蹤高溫計系統(tǒng)的特性中的任何漂移，可以收集該方法所需的數據。一旦觀察到溫度測量裝置和確定的透射溫度之間的顯著的差異，就可以重新校準該系統(tǒng)，或執(zhí)行維護或室清洗。
在一些應用中，本發(fā)明的透射測量系統(tǒng)也可以在正常的晶片處理期間操作。特別地，本發(fā)明的系統(tǒng)可以在正常的晶片處理期間，其中，晶片襯底摻雜已知，并且晶片透射可測量的紅外光輻射數量中使用。例如，運行該處理方法，并且當高溫計得到溫度讀數時，算法相對于IR透射的讀數檢查高溫計的讀數。如果該讀數之間的差異超過某指定界限，則指示需要校正動作?？梢栽诓糠只蛉款A定溫度范圍或方法時間上進行這種方法。
實際上，如果已知被處理晶片的足夠信息，則當處理實際的晶片時，可以校準在處理室中的溫度測量裝置。例如，可以在溫度循環(huán)的早期進行該校準，其中，該晶片處于對紅外光透射系統(tǒng)適當地運行足夠低的溫度。在本應用中，從紅外光透射推斷的溫度可以用于提高晶片的發(fā)射率評估，因而提高高溫計的精確性。
在一個實施例中，本發(fā)明的透射測量系統(tǒng)可以用于監(jiān)視處理的均勻性。在本實施例中，該系統(tǒng)優(yōu)選地包括多個用于在晶片的多個位置測量光線透射的透射測量裝置。在晶片的正常處理或使用特定晶片進行測試期間，該透射測量系統(tǒng)可以在多個位置監(jiān)視晶片的溫度。因而，這種信息可以用于檢查和確定設計到系統(tǒng)中的加熱循環(huán)在所有執(zhí)行透射測量的位置正確地操作。更特別地，在本實施例中，該透射測量系統(tǒng)提供保證正確地設置加熱循環(huán)的實時方法。例如，該透射測量系統(tǒng)可以精確的確定包括向上變化速度和向下變化速度的加熱循環(huán)的溫度輪廓。通過在預設的界限內在所有監(jiān)視的位置保持該加熱循環(huán)，提高了處理的均勻性，而無論在該室中進行的處理是退火或是在晶片上沉積材料。
原則上，可以使用從閉環(huán)模式中的本發(fā)明的紅外透射測量推斷的溫度的反饋來控制熱處理室的加熱系統(tǒng)。這在高溫計系統(tǒng)以前從未被校準過，結果其讀數太不精確以致不能用于控制加熱循環(huán)的情況下可能有用。
除了在閉環(huán)控制循環(huán)中使用，也可以將本發(fā)明的紅外透射測量系統(tǒng)用在開環(huán)控制循環(huán)中。在開環(huán)控制循環(huán)中，沒有用于控制光源的反饋信號。作為替代，該光源設計成運行特定的加熱循環(huán)。
本發(fā)明的透射測量系統(tǒng)的使用特別地在小于800℃左右的溫度有用，其中大多數晶片透射可測量的紅外光量，該測量系統(tǒng)獨立于任何其它溫度測量裝置確定晶片的溫度。在本實施例中，可以將本發(fā)明的透射系統(tǒng)用于監(jiān)視在低溫處理的晶片的溫度，同時可以將正常溫度測量系統(tǒng)用于監(jiān)視高溫的晶片的溫度。例如，在本實施例中，該透射測量系統(tǒng)特別地適用于與高溫計一起使用，該高溫計不如在低溫時精確。
最后，可以將完全閉環(huán)的控制從室溫以上貫穿整個處理循環(huán)應用，消除對開環(huán)加熱塊的需要，該加熱塊用于將晶片加熱至進行高溫計控制的溫度。本實施例可以提高總處理控制及輸出量，同時減少需要產生方法的努力。進一步，在最高處理溫度小于800℃左右的應用中，可以通過本發(fā)明的透射測量系統(tǒng)控制整個加加熱循環(huán)。
現(xiàn)場透射測量系統(tǒng)的存在也可以在晶片處理期間提供各種其它有用信息。例如，本發(fā)明的系統(tǒng)也設置于提供被處理的晶片在溫度或所需溫度是否透明的信息。該信息可以用于自動地選擇最佳溫度測量，并且控制算法以通過最佳方式處理，輕摻雜，重摻雜以及金屬化晶片，其中，該最佳方式考慮這些晶片的完全不同的功率吸收特性。
本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以實施對本發(fā)明的這些以及其它的修改和變形，該精神和范圍更特別地在所附的權利要求中陳述。此外，應當理解，可以完全或部分地將不同的實施例的方面交換。而且，本領域技術人員應當意識到上述描述僅是舉例來說，而不是將要限制本發(fā)明，因而在所附的權利要求中進行進一步地描述。
權利要求
1.一種在熱處理室中校準溫度測量裝置的方法，包括提供容納至少一個用于監(jiān)視設置在所述室中的半導體晶片的溫度的溫度測量裝置的熱處理室，所述熱處理室與加熱容納在所述室中的晶片的加熱裝置相通，所述室進一步包括一校準光源；將一校準晶片設置在所述熱處理室中；當使用所述加熱裝置加熱所述校準晶片時，將所述校準光源的光能發(fā)射到所述校準晶片上；探測校準光源發(fā)射的透過校準晶片的光能量，并且基于探測的透射光量來確定校準晶片的溫度；以及基于確定的溫度來校準溫度測量裝置。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述加熱裝置包括至少一個光能源。
3.如權利要求1所述的方法，其中，所述加熱裝置包括一基座板。
4.如權利要求1所述的方法，其中，在預定波長探測透過校準晶片的光能。
5.如權利要求4所述的方法，其中，所述預定波長包括從1微米左右到2微米左右的波長。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述校準晶片包括硅晶片。
7.如權利要求1所述的方法，其中，所述溫度測量裝置包括高溫計。
8.如權利要求1所述的方法，其中，在晶片上晶片厚度小于150微米左右的位置探測透過校準晶片的光能量。
9.如權利要求1所述的方法，其中，在晶片上晶片的厚度已經減小的位置探測透過校準晶片的光能量。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述校準光源包括激光器或發(fā)光二極管。
11.如權利要求1所述的方法，其中，該校準光源包括超級發(fā)光的發(fā)光二極管。
12.如權利要求1所述的方法，其中，該校準光源包括超級熒光的光纖激光器或半導體激光器。
13.如權利要求4所述的方法，其中，在一個以上的波長上探測透過校準晶片的光能。
14.如權利要求1所述的方法，其中，該校準晶片包括具有至少一個薄區(qū)域的晶片，該薄區(qū)域具有小于晶片的第二厚度的第一厚度，該薄區(qū)域具有小于150微米左右的厚度。
15.如權利要求1所述的方法，其中，該薄區(qū)域具有小于100微米左右的厚度。
16.如權利要求14所述的方法，其中，該晶片包括多個薄區(qū)域。
17.如權利要求14所述的方法，其中，該校準晶片進一步包括位于晶片的至少一側的覆層。
18.如權利要求17所述的方法，其中，該覆層的反射率在一確定的波長小于0.25左右，該確定的波長在約1微米和約2微米之間。
19.如權利要求14所述的方法，其中，該晶片包括多個組合在一起的薄區(qū)域。
20.如權利要求19所述的方法，其中，該晶片包括該多個薄區(qū)域組合在一起的多個位置。
21.如權利要求14所述的方法，其中，該薄區(qū)域具有至少1毫米的最大長度尺寸。
22.如權利要求14所述的方法，其中，校準晶片限定一開口，該薄區(qū)域包括設置在該開口上的薄元件，該校準晶片進一步包括位于晶片的一側上保持該薄元件的保持蓋。
23.如權利要求22所述的方法，其中，該保持蓋包括在探測透過校準晶片的光能的預定波長大致透明的材料。
24.如權利要求14所述的方法，其中，該校準晶片進一步包括接近薄區(qū)域的填充元件，該填充元件由對在探測透射的波長的光線大致透明的材料制成，該填充元件用于減少該薄區(qū)域和晶片的剩余部分之間的熱質量差異。
25.如權利要求24所述的方法，其中，該填充元件由石英或氧化鋁制成。
26.如權利要求1所述的方法，其中，在多個波長上探測透過校準晶片的光能量，將在多個波長上探測的光能用于確定校準晶片的溫度。
27.如權利要求1所述的方法，其中，該熱處理室與第一校準光源和第二校準光源相通，該第一校準光源包括非相干光源，第二校準光源包括相干光源，第一校準光源用于在較低的溫度進行透射測量，第二校準光源用于與該較低溫度的透射測量一起在較高的溫度確定校準晶片的溫度。
28.如權利要求22所述的方法，其中，該保持蓋在晶片的表面上是間斷的，在晶片上的溫度測量裝置確定晶片的溫度的位置沒有該保持蓋。
29.如權利要求14所述的方法，其中，該校準晶片包括覆層，該覆層減少該薄區(qū)域和晶片的剩余部分之間的差異的影響。
30.如權利要求29所述的方法，其中，該覆層包括硅，多晶硅，氮化硅或它們的混合。
31.如權利要求1所述的方法，其中，校準晶片包括由大致不透光的材料制成的晶片，該晶片進一步包括包括硅的透射區(qū)域，該透射區(qū)域位于探測透射的光能量的位置。
32.如權利要求31所述的方法，其中，該不透光的材料包括摻雜硅，金屬或硅化物。
33.一種校準溫度測量裝置的方法，包括當加熱晶片時，將校準光源的光能發(fā)射到由半導體材料制成的晶片上；探測發(fā)射的透過晶片的光能量；基于探測的透射的光能量確定晶片的溫度；以及基于從透過晶片的光能量確定的溫度來校準用于測量晶片的溫度的溫度測量裝置。
34.如權利要求33所述的方法，其中，所述發(fā)射的光能包括在預定波長的電磁輻射。
35.如權利要求34所述的方法，其中，所述預定的波長包括從1微米左右到2微米左右的波長。
36.如權利要求33所述的方法，其中，所述溫度測量裝置包括高溫計。
37.如權利要求33所述的方法，其中，在晶片上晶片的厚度小于150微米的位置探測透過晶片的光能量。
38.如權利要求33所述的方法，其中，在晶片上在晶片的厚度相對于晶片的其余部分減少的位置探測透過晶片的光能量。
39.如權利要求33所述的方法，其中，該晶片包括硅晶片。
40.如權利要求33所述的方法，其中，該晶片包括至少一個薄區(qū)域，該薄區(qū)域具有小于晶片的第二厚度的第一厚度，該薄區(qū)域具有小于150微米左右的厚度。
41.如權利要求40所述的方法，其中，該薄區(qū)域具有小于100微米左右的厚度。
42.如權利要求33所述的方法，其中，該晶片包括在晶片的至少一個側面上的覆層。
43.如權利要求42所述的方法，其中，該覆層在確定波長具有小于0.25左右的反射率，該確定的波長在約1微米和約2微米之間。
44.如權利要求40所述的方法，其中，該晶片包括至少兩個區(qū)域。
45.如權利要求33所述的方法，其中，該校準光源包括與一光學元件工作聯(lián)接的相干光源，該光學元件包括毛玻璃材料。
46.一種在熱處理室中校準溫度測量裝置的系統(tǒng)，包括適于接收半導體晶片的室；加熱容納在所述室中的半導體晶片的與所述室相通的加熱裝置；監(jiān)視容納在所述室中的半導體晶片的溫度的溫度測量裝置；設置在所述室內的校準晶片；至少以特定波長將光能發(fā)射到校準晶片上的校準光源；以及定位于探測在所述特定波長從校準光源發(fā)射的透過校準晶片的光能量的光探測器，探測的光能量用于校準該溫度測量裝置。
47.如權利要求46所述的系統(tǒng)，其中進一步包括與所述光探測器和溫度測量裝置相聯(lián)的控制器，所述控制器設置成從光探測器接收信息，并在之后用該信息校準溫度測量裝置。
48.如權利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述加熱裝置包括至少一個光能源。
49.如權利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述加熱裝置包括基座板。
50.如權利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述光探測器包括光電探測器。
51.如權利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述溫度測量裝置包括高溫計。
52.如權利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述光探測器設置成探測所述光能，所述光能包括在1微米左右到2微米左右的波長的電磁輻射。
53.如權利要求46所述的系統(tǒng)，其中，所述校準光源包括激光器，發(fā)光二極管，超級發(fā)光的發(fā)光二極管，或超級熒光的光纖激光器。
54.一種用于在熱處理室中校準溫度測量裝置的校準晶片，該校準晶片包括具有至少200毫米的直徑的晶片，該晶片包括至少一個薄區(qū)域，該薄區(qū)域具有小于晶片的第二厚度的第一厚度，該薄區(qū)域具有小于150微米左右的厚度。
55.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該薄區(qū)域具有小于100微米左右的厚度。
56.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該晶片包括至少兩個薄區(qū)域。
57.如權利要求54所述的校準晶片，其中，晶片的第二厚度至少為250微米。
58.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該薄區(qū)域具有至少1毫米的最大長度尺寸。
59.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該薄區(qū)域的電阻率至少為0.01Ωcm。
60.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該薄區(qū)域包括硅。
61.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該晶片由硅制成。
62.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該晶片在晶片的至少一側包括覆層。
63.如權利要求62所述的校準晶片，其中，在確定波長該覆層的反射率小于0.25左右，該確定波長在1微米左右到2微米左右之間。
64.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該薄區(qū)域包括設置在由晶片限定的孔上的薄片材料。
65.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該薄區(qū)域被壁環(huán)繞，該壁具有傾斜的表面。
66.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該晶片包括多個組合在一起的薄區(qū)域。
67.如權利要求64所述的校準晶片，其中，該晶片包括多個該多個薄區(qū)域組合在一起的位置。
68.如權利要求54所述的校準晶片，其中，校準晶片限定一開口，該薄區(qū)域包括設置在該開口上的薄元件，該校準晶片進一步包括位于晶片的一側的保持該薄元件的保持蓋。
69.如權利要求68所述的校準晶片，其中，該保持蓋包括對探測透過校準晶片的光能的確定的波長大致透明的材料。
70.如權利要求54所述的校準晶片，其中，該校準晶片進一步包括接近薄區(qū)域的填充元件，該填充元件由對探測透射的波長的光大致透明的材料制成。
71.如權利要求70所述的校準晶片，其中，該填充元件由石英或氧化鋁制成。
全文摘要
公開了一種在熱處理室中校準溫度測量裝置(10)如高溫計的方法和系統(tǒng)。根據本發(fā)明，該系統(tǒng)包括將光能(23)發(fā)射到容納在熱處理室(14)中的襯底上的校準光源。而后，光探測器(42)探測透過該襯底的光線數量。然后，將探測的光能量用于校準在該系統(tǒng)中使用的溫度測量裝置(27)。
文檔編號H01L21/00GK1663039SQ03814657
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月3日 優(yōu)先權日2002年6月24日
發(fā)明者保羅·J·蒂曼斯 申請人:馬特森技術公司