CN103782142A - 用于在真空腔室中对衬底进行温度测量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种温度测量系统，所述温度测量系统具有温度传感器和基准体，其中，设置有用于确定所述基准体的温度变化和/或用于调节所述基准体的温度的装置，其中，当在真空中使用所述温度测量系统时，所述基准体不形成至所述温度传感器的实质性的材料热桥，并且所述基准体如此相对于周围环境屏蔽所述温度传感器，使得仅仅以下射束到达所述温度传感器的表面上：所述射束来自于所述基准的表面和其温度要被确定的表面。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在腔室中对衬底进行处理期间、尤其在真空腔室中在表面处理——例如加热、蚀刻、化学气相沉积法（CVD）涂覆和/或物理气相沉积法（PVD）涂覆期间非接触式地测量衬底的温度的方法。
背景技术
在实施CVD涂覆工艺和/或PVD涂覆工艺期间衬底温度的控制常常起着非常重要的作用。这例如是如下情形：温度敏感的衬底设有功能性涂层，或者，即使当在涂覆期间占优势的温度影响层材料的特性，这一般情况下也适用。
在涂覆期间，常常使待涂覆的部件运动，以便产生均匀的层。尤其在部件的几何形状复杂的情况下，经常实现双重转动或三重转动。这使得难以将温度传感器直接安装在待涂覆的部件上。
就此而言，经常使用下面的温度测量方法来确定衬底温度：
1. 利用红外传感器从外部测量衬底温度：在此，借助红外温度测量装置通过特殊的窗测量行进经过的衬底的温度，所述窗对于红外射束是可穿透的。该温度测量方法的缺点就此而言主要是以下方面：
a） 表面的发射率必须是已知的，b）在涂覆期间必须保护窗以防层沉淀物和/或定期经受去层。
2. 在腔室中利用热电偶的测量
2.1一起转动的热电偶：在此，热电偶必须一起运动地装配在衬底载体上，并且热电偶的线缆必须通过回转接头从真空容器引导。因此，测量通常非常好地反映了衬底温度，但用于回转接头的耗费是相当可观的。
2.2固定的热电偶：在此，热电偶被固定地静态地装配在真空腔室壁和运动的衬底之间的腔室中。根据现有技术，相应的测量不仅在时间变化过程方面而且在绝对温度值方面受限制地得出准确的结果。为了获得相当准确的测量结果，必须等待直到真空室和衬底处于热平衡。此外，经验表明，测量结果高度依赖于传感器的位置。
发明内容
因此，存在对在真空室中运动的衬底温度进行可靠测量的方法的需求。值得期望的是，在此能够使用在真空室中固定安装的热传感器。在此要说明一种测量方法，所述测量方法相对于现有技术提供更可靠的值。
根据本发明，所述任务通过以下方式解决：除了在传感器附近的固定温度传感器之外，在真空室中还设置温度已知的和/或可调节的基准。所述基准在此如此相对于周围环境屏蔽温度传感器，使得仅仅以下射束到达温度传感器的表面上：所述射束来自于基准的表面和其温度要被确定的表面。例如这可通过以下方式实现：基准杯形地实现，在所述杯的底部上温度传感器的表面彼此热绝缘地装配，并且所述杯如此定向，使得杯的开口指向要测量的衬底的方向。
为了现在更详细地解释发明，有意义的是，简短地谈及其背后的理论。在无限延展面的理论情况下，如果传感器面布置在基准面与衬底面之间并且该系统处于热平衡，则衬底面、传感器面和基准面的温度表现如下：
公式1： 
。
因此，在基准面温度和所测量的传感器温度（传感器面的温度）已知的情况下，衬底温度可以通过公式1的简单关系来确定。
在非常冷的基准面、也即
的特殊情况下，公式1简化为：
系数1.1892（21/4）表示为无限延展板情况下的入射因数。对于其他的真实几何形状，其他的入射因数适用，为了确定其他的入射因数可以使用不同方法，例如有限元法或辐射度方法。一个在这方面著名的有限元软件被称为Ansys。
附图说明
图1示出本发明的第一实施方式。根据所述实施方式，在真空腔室（未示出）中安装杯状实现的基准3，基准3具有基准面7，其中，在杯的底部上设置具有传感器面6的温度传感器5。仅仅以下射束可以到达温度传感器的热敏表面：所述射束或者在杯壁（基准面7）的内部具有其起源，或者来自位于通过图1中借助虚线表示的圆锥体内的方向。如果杯开口如在图1中表示的那样朝衬底9的方向取向，则传感器表面基本上仅仅获得来自基准表面和衬底面的射束。
具体实施方式
根据第一实施方式，现在测量基准面的温度和温度传感器表面的温度，并且尝试将基准面的温度调整到温度传感器表面的温度。由于从基准面出发的射束，只要基准面的温度没有与衬底面的温度相等，基准面上的温度变化就会造成温度传感器表面的温度变化。只有当达到了衬底温度时，基准面、传感器面和衬底面才恒定地具有同一温度。因此，根据本发明，借助对基准温度的追踪能够很准确地确定衬底的温度。因此，这尤其特别好地起作用，原因在于整个方法在真空条件下进行并且没有产生周围环境大气的干扰影响。所述方法主要适合于对适度的衬底温度的测量，如例如在塑料衬底的涂层时所必须占优势的衬底温度。
在衬底温度较高的情况下，即例如在衬底温度高于200℃的情况下有利地使用根据本发明的第二实施方式的方法。原则上，如果知道基准的温度和传感器的温度，就能够推算衬底温度。一方面，可以借助上面已经提到的模拟来确定相应的相关性。另一方面，也可能的是，首先校准该系统，其方式是，首先使热电偶与衬底可旋转地（一起转动地）一起携动并且将衬底带到不同的温度上。在这种情况下，使基准面优选地保持在恒定的温度上，并且将在传感器面上测量的温度与在一起转动的热电偶上测量的温度联系起来。
当基准面的温度相比衬底面的温度选择得如此小，使得时，则实现本发明的上面所述的第二实施方式的特殊情形。类似于公式2，因而可以忽略基准面的贡献，并且因而衬底温度与所测量的传感器温度处于简单的关系中。根据实验能够证明，在基准面的温度小得足以被忽略的情况下，温度变化过程能够很好地通过公式3来描述：
公式3：
，
其中，k：与真实几何形状关系有关的入射因数。
这记录在图2中，其显示以下根据时间的温度变化过程：
· 出于校准的目的利用随衬底一起转动的热电偶测量的“真实”衬底温度（虚线），
· 利用固定的但根据本发明布置在真空腔室中的温度传感器测量的传感器表面（T传感器面）的温度（点线），以及
· 根据本发明计算的按照公式3计算的衬底温度（T衬底面）（实线）。
为了根据本发明来计算衬底温度（T衬底面），使用入射因数k=1.4，所述入射因数已经在使用著名的有限元软件Ansys的情况下被确定出。
温度变化过程已经通过衬底的加热来实现。从图2可以清楚地得出，从500℃的衬底温度起，可以忽略位于80℃处的基准面温度。
已经公开一种具有温度传感器和基准体的温度测量系统，其中，设置有用于确定基准体的温度变化和/或用于调节基准体的温度的装置，其中，当在真空中使用温度测量系统时，基准体不形成至温度传感器的实质性的材料热桥，并且基准体如此相对于周围环境屏蔽温度传感器，使得仅仅以下射束到达温度传感器的表面上：所述射束来自于基准的表面和其温度要被确定的表面。
在温度测量系统中，基准体可以构造为具有杯底的杯，并且温度传感器可以布置在杯底附近但与杯底热绝缘。
真空处理设备可以配备有这样的温度测量系统。优选地，基准如此取向，使得基本上仅仅以下射束到达温度传感器的表面上：所述射束来自于基准的表面和来自于要在真空设备中处理的衬底的表面并且必要时来自于衬底载体。
已经公开了一种用于在真空处理腔室中对衬底进行温度测量的方法，所述方法包括以下步骤：
- 确定温度传感器的第一传感器测量值；
- 确定基准体的第一基准测量值；
- 借助传感器测量值和温度测量值来确定衬底温度。
在此，传感器测量值可以相应于传感器温度，并且基准测量值可以相应于基准体的当前温度。通过反复地使基准体的温度接近传感器的温度来实现：在衬底温度稳定的情况下，基准体的温度稳定地等于传感器的温度，并且由此，传感器、基准体和衬底是在相同的温度上的。
Claims (5)
1. 一种温度测量系统，所述温度测量系统具有温度传感器和基准体，其特征在于，设置有用于确定所述基准体的温度变化和/或用于调节所述基准体的温度的装置，其中，当在真空中使用所述温度测量系统时，所述基准体不形成至所述温度传感器的实质性的材料热桥，并且所述基准体如此相对于周围环境屏蔽所述温度传感器，使得仅仅以下射束到达所述温度传感器的表面上：所述射束来自于所述基准的表面和其温度要被确定的表面。
2. 根据权利要求1所述的温度测量系统，其特征在于，所述基准体构造为具有杯底的杯，并且所述温度传感器布置在杯底附近但与杯底热绝缘。
3. 一种真空处理设备，所述真空处理设备具有根据以上权利要求中任一项所述的温度测量系统，其特征在于，所述基准如此取向，使得基本上仅仅以下射束到达所述温度传感器的表面上：所述射束来自于所述基准的表面和来自于要在所述真空设备中处理的衬底的表面以及可能来自于衬底载体。
4. 一种用于在真空处理腔室中对衬底进行温度测量的方法，所述方法包括以下步骤：
- 确定温度传感器的第一传感器测量值；
- 确定基准体的第一基准测量值；
- 借助所述传感器测量值和所述温度测量值确定衬底温度。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感器测量值相应于所述传感器的温度，并且所述基准测量值相应于所述基准体的当前温度，并且通过反复地使所述基准体的温度接近所述传感器的温度来实现：在衬底温度稳定的情况下，所述基准体的温度稳定地等于所述传感器的温度，并且由此，所述传感器、所述基准体和所述衬底是在相同温度上的。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20171103 |