CN106505015A - 一种用于快速热处理设备的温度测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于快速热处理设备的温度测量装置，包括温度测量红外探头组件、发射率测量探头、安装座及反射板，所述反射板位于所述安装座上方，所述温度测量红外探头组件和所述发射率测量探头安装于所述安装座上，所述温度测量红外探头组件穿过所述反射板，所述反射板上开设有通孔，所述发射率测量探头位于所述通孔下方。本发明具有结构简单可靠，不受被测物体发射率差异的影响，温度测量准确等优点。

Description

一种用于快速热处理设备的温度测量装置
技术领域
本发明涉及用于半导体制造工艺的快速热处理设备，尤其涉及一种用于快速热处理设备的温度测量装置。
背景技术
快速热处理(以下简称RTP)工艺是通过快速升温来缩短晶片停留在热场中的时间来减少工艺热预算，最初开发RTP技术是为了离子注入后的退火工艺，但由于其非常快的升温和降温速率、更短的工艺时间及较小的腔体体积等优势很快在先进的半导体制造工艺中得到了广泛的应用，成为目前深亚微米半导体晶片热处理工艺的主流技术，用于超浅结先进器件与大尺寸晶片制程上时优势更加明显，RTP技术的关键性应用包含了快速退火、氧化制程、极浅结面(ultra shallow junction，USJ)形成与硅化物反应。
由于RTP设备具有升降温速度快、稳态温度高、温度场分布均匀要求严格、退火工艺对温度误差要求严苛、且晶片在退火工艺过程中需要自转等诸多因素决定了必须采用非接触式红外测温方法。然而，红外测温受被测物体的发射率影响，当被测物体发射率与标定物体的发射率不一致时，就会导致很大的温度测量误差，保证RTP设备在快速升降温过程中温度的精确测量成为技术难点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单可靠，不受被测物体发射率差异的影响，温度测量准确的用于快速热处理设备的温度测量装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于快速热处理设备的温度测量装置，包括温度测量红外探头组件、发射率测量探头、安装座及反射板，所述反射板位于所述安装座上方，所述温度测量红外探头组件和所述发射率测量探头安装于所述安装座上，所述温度测量红外探头组件穿过所述反射板，所述反射板上开设有通孔，所述发射率测量探头位于所述通孔下方。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述温度测量红外探头组件包括多个温度测量红外探头，所述安装座的形状为圆形，多个温度测量红外探头沿安装座的径向均匀布置，所述发射率测量探头与其中一个温度测量红外探头位于同一个以安装座中心为圆心的圆周上。
所述温度测量红外探头的镜头面与所述反射板的上表面平齐，所述发射率测量探头的镜头面与所述反射板的下表面平齐。
所述发射率测量探头位于所述安装座和反射板之间的部分外周套设有环形硅衬套。
所述反射板为水冷反射板。
所述通孔为圆孔。
所述温度测量红外探头设有六个且第一个温度测量红外探头位于所述安装座的圆心，所述发射率测量探头与第四个温度测量红外探头处于同一圆周上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的用于快速热处理设备的温度测量装置，利用温度测量红外探头组件测量被测物体的温度，利用发射率测量探头测量被测物体的发射率，根据两者的测量结果结合温度补偿即可计算出被测物体的精确温度，避免了被测物体发射率差异的影响；设置反射板可使被测物体的反射能量尽可能多地进入温度测量红外探头组件，使温度测量红外探头组件的测量结果更准确；反射板上开通孔可供被测物体的辐射热进入发射率测量探头，同时减少被测物体的反射能量对发射率测量探头的影响，使发射率测量探头的测量结果更准确。
附图说明
图1是本发明用于快速热处理设备的温度测量装置的主视结构示意图。
图2是本发明中的安装座的俯视结构示意图。
图中各标号表示：1、温度测量红外探头组件；11、温度测量红外探头；2、发射率测量探头；3、安装座；4、反射板；41、通孔；5、环形硅衬套；6、被测物体。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本实施例的用于快速热处理设备的温度测量装置，包括温度测量红外探头组件1、发射率测量探头2、安装座3及反射板4，反射板4位于安装座3上方，温度测量红外探头组件1和发射率测量探头2安装于安装座3上，温度测量红外探头组件1穿过反射板4，反射板4上开设有通孔41，发射率测量探头2位于通孔41下方，该用于快速热处理设备的温度测量装置，利用温度测量红外探头组件1测量被测物体6的温度，利用发射率测量探头2测量被测物体6的发射率，根据两者的测量结果结合温度补偿即可计算出被测物体6的精确温度，避免了被测物体6发射率差异的影响；设置反射板4可使被测物体6的反射能量尽可能多地进入温度测量红外探头组件1，使温度测量红外探头组件1的测量结果更准确；反射板4上开通孔41可供被测物体6的辐射热进入发射率测量探头2，同时减少被测物体6的反射能量对发射率测量探头2的影响，使发射率测量探头2的测量结果更准确，其中，被测物体6为晶圆，安装座3及反射板4的形状均为圆形，反射板4采用水冷冷却，从而避免反射板4辐射的热量对各探头的影响。
温度测量红外探头组件1包括多个温度测量红外探头11，多个温度测量红外探头11沿安装座3的径向均匀布置，发射率测量探头2与其中一个温度测量红外探头11位于同一个以安装座3中心为圆心的圆周上，本实施例中，温度测量红外探头11设有六个且第一个温度测量红外探头11位于安装座3的圆心，发射率测量探头2与第四个温度测量红外探头11处于同一圆周上，随着晶片在热处理过程中的自转，第四个温度测量红外探头11与发射率测量探头2可对晶片同一位置进行检测，使得检测结果更准确。
本实施例中，温度测量红外探头11的镜头面与反射板4的上表面平齐，使得被测物体6的反射能量尽可能多地进入温度测量红外探头11，发射率测量探头2的镜头面与反射板4的下表面平齐，有利于被测物体6的辐射热进入发射率测量探头2，同时减少被测物体6的反射能量对发射率测量探头2的影响，发射率测量探头2位于安装座3和反射板4之间的部分外周套设有环形硅衬套5，可进一步减少被测物体6的反射能量对发射率测量探头2的影响。
本实施例中，通孔41为圆孔，与发射率测量探头2的形状匹配。
本发明用于快速热处理设备的温度测量装置的原理如下：
由于非接触式温度测量红外探头11受被测物体6发射率影响，当温度计设置的发射率与被测物体6的实际发射率不一致时，测量的温度与被测物体6的实际温度也不一致，为了尽量消除被测物体6发射率波动给温度测量带来的误差，本发明通过对被测物体6的发射率实时测量来补偿温度测量值，从而得到被测物体6的实际温度，补偿算法如下：
如图1所示，可以得出以下两个公式：
TI≈∈WBB (1)
T4∈WBB+ε(1-ε)RWBB+…+εn(1-ε)nRnWBB＝εnWBB∑n(1-ε)nRn＝εAWBB (2)
其中，Tε为发射率测量探头2测得的能量，ε为被测物体6的发射率，WBB为被测物体6实际幅射的能量，T4为第四个温度测量红外探头11测得的能量，R为反射板4的反射率，εA修正发射率。
由公式(2)可以得出，理论上当所有的反射能量都被第四个温度测量红外探头11采集到了，T4完全不受被测物体6实际发射的影响，然而第四个温度测量红外探头11不可能采集到全部的反射能量。因此，这里引入新参数εA，称之为修正发射率。
由T4和Tε两者的差值，可以推算出每片晶片的发射率ε，然后根据晶片的发射率修正晶片的实测温度，从而实现了晶片的温度精确测量。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种用于快速热处理设备的温度测量装置，其特征在于：包括温度测量红外探头组件(1)、发射率测量探头(2)、安装座(3)及反射板(4)，所述反射板(4)位于所述安装座(3)上方，所述温度测量红外探头组件(1)和所述发射率测量探头(2)安装于所述安装座(3)上，所述温度测量红外探头组件(1)穿过所述反射板(4)，所述反射板(4)上开设有通孔(41)，所述发射率测量探头(2)位于所述通孔(41)下方。
2.根据权利要求1所述的用于快速热处理设备的温度测量装置，其特征在于：所述温度测量红外探头组件(1)包括多个温度测量红外探头(11)，所述安装座(3)的形状为圆形，多个温度测量红外探头(11)沿安装座(3)的径向均匀布置，所述发射率测量探头(2)与其中一个温度测量红外探头(11)位于同一个以安装座(3)中心为圆心的圆周上。
3.根据权利要求2所述的用于快速热处理设备的温度测量装置，其特征在于：所述温度测量红外探头(11)的镜头面与所述反射板(4)的上表面平齐，所述发射率测量探头(2)的镜头面与所述反射板(4)的下表面平齐。
4.根据权利要求3所述的用于快速热处理设备的温度测量装置，其特征在于：所述发射率测量探头(2)位于所述安装座(3)和反射板(4)之间的部分外周套设有环形硅衬套(5)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于快速热处理设备的温度测量装置，其特征在于：所述反射板(4)为水冷反射板。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于快速热处理设备的温度测量装置，其特征在于：所述通孔(41)为圆孔。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的用于快速热处理设备的温度测量装置，其特征在于：所述温度测量红外探头(11)设有六个且第一个温度测量红外探头(11)位于所述安装座(3)的圆心，所述发射率测量探头(2)与第四个温度测量红外探头(11)处于同一圆周上。
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