TW201300746A - 在基板溫度量測中的雜散光干涉的補償 - Google Patents

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Abstract

本揭示描述用於進行在電漿製程腔室中之一基板產生雜散黑體輻射的非接觸式量測的系統、方法及設備。尤指依據該雜散黑體輻射的溫度、一目標基板的反射係數及該基板的溫度來計算可貢獻至該雜散黑體輻射的光電流。知道可貢獻至該雜散黑體輻射的光電流可進行一非接觸式溫度量測，並可減去貢獻至該雜散黑體輻射的光電流以達到更精確的非接觸式基板溫度量測。

Description

在基板溫度量測中的雜散光干涉的補償
本發明大體上關於電漿製程。尤其，本發明關於用於在一電漿製程腔室中的半導體基板的非接觸式光學溫度量測之系統、方法及設備。
輻射高溫計係已知且可在商業上取得。典型地，高溫計被使用於光學測量一物件或“目標”的溫度。因為該目標非常熱或非常脆弱而難以透過傳導機構(例如，熱耦合器)來測量該目標、接觸該目標會影響到該溫度量測、或因為該環境惡劣而難以存取該目標時，高溫計係特別有用的。
高溫計傾向區分為二類型：亮度或比值裝置。亮度及比值高溫計兩者利用普朗克輻射公式形式的解式來計算該目標的測量溫度。用於自一理想黑體射出的光譜輻射的普朗克輻射公式係：
其中，L(λ)=每單位波長區間內每球面度每單位時間的能量輻射值，且其中，h=普朗克常數，c=光速，λ=輻射波長，kB=波茲曼常數，及T=絕對溫度。
對於非黑體而言，該輻射值L(λ)可經由發射率ε進行修改而給予如下的輻射值：
公式2可以光電流方式來重寫而導出公式3，其描述一高溫計所偵測的光電流。
其中，C1係等於2/π*h*c2的常數，其為3.74177*10-16瓦特/平方公尺，且C2係等於的常數。該變數α代表一感測器係數乘上一觀看係數，其中，該感測器係數代表該高溫計校準(例如，光學元件的光通過該高溫計的光學元件及/或一製程室視窗的百分比)，且該觀看係數代表光源入射在一特定角度區域上的所有輻射百分比。換言之，α係表示影響一物件所射出之黑體輻射強度除以該高溫計(假設沒有反射的黑體至高溫計輻射)所偵測到之黑體輻射強度的比值的各種因素之變數。
在該高溫計亮度方法中，H(λ)及ε係在已知波長λ下進行測量，因而可算出T。亮度裝置相依於取自一特定立體角的光源輻射的一已知分數。亮度高溫計傾向於視已知目表發射率而定，如上公式(3)所需地。發射率ε係在相同溫度下，該目標所射出的輻射對一完美黑體輻射體所射出的輻射之比值。典型地，發射率係未知或被估測為一低精準度。此外，該發射率時常係該目標的目標溫度、檢測的輻射波長及歷史的函數。這些因素大大地限制該亮度高溫度量的 利用。對於均勻地備製及控制的基板的重複性製程而言，例如，拋光矽晶圓，本可重複溫度量測限制有些被解除。
實務上，估測該目標發射率係留給一亮度高溫計使用者執行，通常視該目標的構成成分的分析而定。該目標的熱及環境歷史可改變該發射率至一未知程度，且例如自該目標至該高溫計途中吸收某些輻射波長的氣體的目前環境因素也一樣可改變該發射率。
比值高溫計視灰體行為而定。一灰體係在整個檢測波長區間內具有乘以一發射率的黑體能量分佈的能量輻射體。比值高溫計偵測二已知波長下的輻射強度並利用普朗克公式來計算在該二特定波長下的輻射強度所對應的溫度。
本發明關於系統、方法及設備，其在一型態上可包含進行在製程腔室中之目標的非接觸式溫度量測的方法。該方法可包含測量在該製程腔室中的參考目標的溫度、測量該雜散黑體輻射的第一溫度及測量該參考目標的反射係數。該參考目標可以一目標來取代之，且該目標之非接觸式溫度量測可被進行。該非接觸式溫度量測可包含測量該雜散黑體源的第二溫度、測量該目標的反射係數及伴隨著此二值，至少使用該雜散黑體的第一溫度、該雜散黑體的第二溫度、該參考目標的溫度、該參考目標的反射係數及該目標的反射係數來計算該目標的溫度。
在本發明另一型態中，一非接觸式溫度測量裝置被描述。本裝置可包含一光束源、一光束偵測器、一第一溫度監測器、一第二溫度監測器及一控制模組。該光束源可射出具有一發射強度的光束。該光束偵測器可偵測：來自該光束反射離開一參考目標的第一反射強度；及來自該光束反射離開一目標的第二反射強度。該第一溫度監測器可在一校準階段期間測量一雜散黑體源的第一溫度並可在一非接觸式量測階段期間測量該雜散黑體源的第二溫度。該第二溫度監測器可測量該參考目標的溫度。該控制模組可決定下列：該參考目標的第一反射係數為該第一反射強度對該發射強度的比值；該目標的第二反射係數為該第二反射強度對該發射強度的比值；及至少依據該第一溫度、第二溫度、該第三溫度、該第一反射係數及該第二反射係數來決定該目標的溫度。
在本發明又一型態中，一非接觸式溫度測量系統可包括用於測量一參考目標的溫度的機構。該系統也可包括用於測量一校準階段期間的雜散黑體輻射源的第一溫度及測量一非接觸式溫度量測階段期間的雜散黑體輻射源的第二溫度的機構。該系統可進一步包括用於測量該參考目標的反射係數及該目標的反射係數的機構。該系統也可包含用於至少依據該參考目標的溫度、該雜散黑體輻射源的第一溫度、該雜散黑體輻射源的第二溫度、該參考目標的反射係數及該目標的反射係數來計算該目標的溫度的機構。
第1圖說明具有測量一基板102的溫度的高溫計105之半導體製程室100的實施例。所示實施例顯示透過一非接觸式溫度監測裝置(例如，高溫計105)來光學測量該製程室100內的目標或基板102(例如，一半導體基板)的溫度以致能一半導體基板102或其它製程目標的非接觸式溫度量測達到指示或否定雜散黑體輻射的精確度的方式。
在一實施例中，該半導體製程腔室100可為一電漿製程腔室，用於在例如一半導體晶圓或一光伏特聚合物基板之基板上進行蝕刻或沉積。該基板102可依靠一基板支架104(例如，一晶圓墊塊)支撐，且該高溫計105可藉由透過該製程腔室100內的視窗107發射光(例如，紅外線光)並將該光反射離開該基板102的背部或下部表面103以偵測穿透該視窗107到達該高溫計105的光感測器或偵測器的反射光來測量該基板102的溫度。
該高溫計105可包含一電子元件部分106，內含用於產生、偵測及分析該紅外線光的電子元件。該高溫計105也可包含一擋板108以降低來自例如該基板支架104及該製程腔室100牆壁的雜散黑體輻射。該高溫計105可藉由接收來自電路或邏輯電路110的指令或提供資料至該電路或邏輯電路110而與電路或邏輯電路110進行通訊。在一實施例中，該高溫計105測量該基板102的溫度並將溫度資料傳給該電路或邏輯電路110，且該電路或邏輯電路110可修改該製程腔室100控制(例如，只列舉的少數非限定範例 為溫度、氣體流量、射頻功率)的各種參數。
所示製程腔室100未顯示可實施的各種典型製程腔室型態，例如，加熱構件、氣體壓力感測器、氣體輸出入埠、射頻功率源、電極等等。例如，一加熱構件可被整合或耦接至該基板支架104，並可熱連通該基板102。在該高溫計105係定位於該基板102下方中心時，這個並不需要。在一些實施例中，該高溫計105可自該基板102中心以放射狀移位並可導引在該基板102上的一放射狀移動點或各點處的光。更進一步，在電子元件部分106係安排於該製程腔室100外時，在一些實施例中，該高溫計105可被部分或完全地安排於該製程腔室100內，且其可以是或可以不是一視窗107。該高溫計105如所示地透過該基板支架104內的開口來導引光並不是必需的。在一些實施例中，該高溫計105可導引光朝向該基板102的頂部表面101或使用面鏡或光纖來導引光至該基板102的底部表面103而不穿透該基板支架104。根據該規格書，一熟知此項技術之人士也會理解到不需要該高溫計105及該電路或邏輯電路110間的通訊，且在一些例子中，該電子元件部分106可與該電路或邏輯電路110共享功能。根據該規格書，一熟知此項技術之人士也會理解到該高溫計105並不限定於紅外線光。
第2圖說明與溫度監測器218、220、222進行通訊的高溫計205的實施例，其進行該基板202的非接觸式溫度量測以指示來自該基板支架204或其它雜散黑體源的雜散黑體輻射。該基板202可靠在或耦接至該基板支架204，且 該高溫計205可被安排以透過該製程腔室200的視窗207來導引一光束230至該基板202的底部表面203並透過該視窗207反射回到該高溫計205成為一反射光束232。該高溫計205包含具有產生該光束230、控制該光束230各種參數、偵測一反射光束232、分析該反射光束232及選擇性地連通溫度資料至與該高溫計205進行通訊的其它電路或邏輯電路210的電子元件及裝置的電子元件部分206。尤其，該電子元件部分206包含一光束源212、一光束偵測器214和一分析及控制模組216。為了縮減雜散黑體輻射，該高溫計包含阻擋到達該光束偵測器214的實際雜散黑體輻射量的擋板208。擋板208可被冷卻以降低來自擋板208本身的雜散黑體輻射。
該分析及控制模組216可透過該功率的控制及該光束230的時序來指令該光束源212將該光束230投射至該基板202。該光束230反射離開該基板202並回到該高溫計205成為該反射光束232，其係由該光束偵測器214進行偵測。該光束偵測器214提供一訊號至給予該反射光束232(例如，光電流P(λ))的相關資訊的分析及控制模組216。該分析及控制模組216可將本資訊連同該光束源212所產生光量的相關資訊一起使用於決定該基板202的反射係數R，其同時給予該基板的發射率為ε=1-R。所給予該基板202的反射係數R係為該光束偵測器214所偵測光量對該光束230(例如，反射光強度或第二強度除以發射光強度或第一強度)在該基板202處所導引光量的比值。該分析及控制模組 216也知道產生該光束230的波長λ，及可指示一觀看係數及一感測器係數(例如，透過該高溫計205視窗及/或該製程腔室200的視窗207發射的光強度百分比)的衰減係數α。利用這些參數，可求解公式3以得該基板溫度T。
然而，這類溫度量測可能不精確，因為它無法區分來自該基板202的黑體輻射與來自例如該基板支架204的雜散黑體源的雜散黑體輻射234。基於本揭示目的，雜散黑體輻射參考至來自不同於該基板202以不管是直接或透過一或更多反射來到該光束偵測器214的任何事物的黑體輻射。例如，來自直接撞在該光束偵測器214的擋板208的黑體輻射及來自反射離開該基板202並撞在該光束偵測器214的擋板208的黑體輻射兩者被視為雜散黑體輻射。為了指示雜散黑體輻射，每一個黑體源的光電流可被添加至公式3。例如，公式4具有加至公式3的光電流的額外項P(λ)b1，用以指示來自例如該基板支架204或一加熱構件的雜散黑體源的黑體輻射。
當P(λ)b1被展開時，公式4可改寫為：
公式5顯示該雜散黑體輻射P(λ)b1至少視該雜散黑體源Tb1的溫度，連同該光束230的波長λ、該基板202(例如，該反射光束232的強度或第一強度除以該光束230的強度或第二強度)的反射係數Rt、該黑體源的發射率ε b1及至少指 示該黑體源的感測器係數及觀看係數的衰減係數α b1一起決定。觀看係數係發射自一光源之光射入至一給予目標上的百分比。感測器係數代表射入至該給予目標的光被偵測到(例如，其會因為該偵測器的光學元件的反射及吸收而導致損失)的百分比。該些項目ε b1、α b1可被簡化成為項目kb1。雖可在溫度量測期間測量大部分項目，然而kb1不行，因而執行一校準以決定kb1，其接著可被使用於公式5以決定在溫度量測期間的基板202的溫度Tt。
該校準可為該基板202的溫度Tt的二階段非接觸式量測的一部分。第一，在校準階段期間可進行校準量測，並接著可在非接觸式量測階段期間進行非接觸式量測。該校準量測可涉及求解公式6(下面)的kb1(或ε b1、α b1)，其中，公式6係相同於公式5，但以kb1來改寫之並以參考基板替代該基板202來執行之。既然對溫度的接觸式量測可能會損傷在它的表面上所具有的各式各樣精緻薄膜及結構的基板202，可在該校準階段期間以該參考基板替代該基板202。因而可以該參考基板替代該基板202來使用於本量測，且若與該基板202的特徵曲線及品質不是一模一樣，也應是類似的。為了清楚地顯示施用公式6至該參考基板，公式6可以該參考基板的反射係數Rref及該參考基板的溫度Tref來改寫之，而非Rt及Tt。
求解公式6的kb1可涉及先透過該溫度監測器218測量該參考基板的第一溫度Tref、透過該些溫度監測器220、222 之一測量該雜散黑體源(例如，該基板支架204)的第一溫度Tb1、及透過該光束源212、該光束偵測器214及該控制模組216測量該參考基板的第一反射係數Rref。所給予該參考基板的發射率ε ref 係為ε ref =1-Rref，該基板項的衰減係數α可為該製造商所決定用於所製造每一個高溫計的值，且該波長λ係該光束230的波長。
利用該kb1值或至少進行該參考基板溫度Tref、該第一黑體源溫度Tb1及該參考基板反射係數Rref的量測，可於該非接觸式量測階段期間進行該非接觸式量測。若一參考基板被使用，則處理時可故意以該基板202取代該參考基板，且該溫度監測器218可被移除或解除其與該參考基板的耦接。在未使用一參考基板的替代性實施例中，可解除該溫度監測器218與該基板202的耦接。既然該雜散黑體源的溫度很可能在該製程腔室腔室的溫度增加時隨之增加，則該雜散黑體源的第二溫度可透過耦接至該雜散黑體源(例如，列舉三個非限定範例為該基板支架204、該擋板208或一加熱構件)的溫度監測器來測量之。同時，該基板202(或目標)的反射係數Rt可被決定為該光束偵測器214(例如，在該光束偵測器214中的光電流)所偵測到光強度的第二強度除以該光束源212所發射出光強度的第一強度的比值。這些值可被代入公式7(下面)，且可求解公式7以得到該基板的溫度Tt。
儘管該參考基板及該基板202可能不是一模一樣的材 料而是類似的，但仍可進行兩者(Rref及Rt)之反射係數量測。例如，可期待在該基板202具有較該參考基板高的溫度。在一替代性實施例中，單一反射係數量測不是在該基板202上就是在該參考基板上進行，且該值可被使用於公式6及7兩者中。
在一替代性實施例中，並不是求解kb1並接著將kb1代入公式7中，而是測量該參考基板的反射係數Rref、該雜散黑體源的第一溫度Tb1及該參考基板的溫度Tref的值而得一溫度梯度，接著以該基板202取代該參考基板並進行該基板202的反射係數Rt及該雜散黑體源的第二溫度T'b1的量測。接著，可使用公式6及7結合這些測量值來計算該基板的溫度Tt以透過單一計算求解該基板的溫度Tt。換言之，可求解公式6以得到kb1，且可將kb1解式代入公式7中並接著求解該基板的溫度Tt。
可使用一參考基板-基板，而不是在該非接觸式量測期間所測量者，來進行該校準量測。替代性地，可對欲處理的基板202執行該校準量測，但卻是在透過該溫度監測裝置218(例如，透過熱耦合器)進行一接觸式量測時的溫度下執行之。一但該校準量測已被執行，可解除該溫度監測裝置218與該基板202的耦接並開始該基板202的處理。
該基板202及參考基板係一目標及參考目標實施例。該目標及參考目標可包含欲處理物件，其包含基板及參考基板，但不限於此。例如，用於光伏特製造的聚合物或玻璃片可為一目標或參考目標。
公式4-7指示單一來源的黑體輻射。這類來源典型地可為處於比該製程腔室200內的任何其它物件高很多的溫度下的一加熱構件。因此，只需要一雜散黑體源。然而，在大於一雜散黑體源欲被指示的事件中，一熟知此項技術之人士會理解到公式4可被擴展超過二項，每一個額外項指示一獨立雜散黑體源。例如，在公式8(下面)中，二光電流項P(λ)b1及P(λ)b2被添加至該目標光電流項P(λ)t以指示二不同雜散黑體輻射源(例如，該基板支架204及一加熱構件)。
P(λ)=P(λ)t+P(λ)b1+P(λ)b2 (公式8)
該項目P(λ)t係如公式3所給予地為該基板202的光電流，該項目P(λ)b1係貢獻至一第一雜散黑體源的光電流並等於，及該項目P(λ)b2係貢獻至一第二雜散黑體源的光電流並等於。如所見地，該些雜散黑體源中，每一個的光電流至少部分地視各自的每一個雜散黑體源的溫度Tb1及Tb2而定。該第一雜散黑體源的發射率及衰減係數係以kb1代表之，並以kb2代表該第二雜散黑體源。該反射係數R代表該參考基板或該基板202的反射係數，視公式8是使用於該校準或該非接觸式量測階段而定。在例如公式8所模型化的多個雜散黑體源及所致的二或更多k值的實施例中，一合成矩陣可被決定，其接著可依據該二或更多雜散黑體源的權重執行內插以決定該二或更多k值。
參考至公式6，在各種替代性實施例中，一旦k已決定，一基板202的溫度Tt的陣列或表格可被計算為參考基板溫 度Tref、雜散黑體源溫度Tb、波長λ、參考基板反射係數Rref及基板202的反射係數Rt的函數。在這類實施例中，該基板溫度Tt主要為預先計算，如此，可在該非接觸式量測期間，於該陣列或表格中查詢該基板溫度Tt。
一陣列或表格可能導致值間的不連續性。換言之，將該製程腔室中的條件或溫度改變，該基板溫度Tt的計算值不會平滑地改變，在該陣列或表格內的值之間會跳躍。這個對於一控制系統進行操控及一人類工程師進行分析以尋找連續性資料傾向會具有挑戰。因此，在使用一表格或陣列的替代例中，一多項式可被使用以結合滿足該多項式的最小平方適配來求解該基板202的溫度Tt。在一特定實施例中，一二或四階多項式可被使用以模型化欲自該測量溫度(也稱之為一誤差函數)中減去的溫度，用以達到指示雜散黑體輻射偏壓的基板202的溫度Tt。換言之，該多項式可預測測量的基板溫度(例如，依據一高溫計讀取值)為一實際基板溫度函數。執行滿足一多項式(例如，一四階多項式)的最小平方適配致能可貢獻至雜散黑體輻射的溫度元件的平滑且連續說明。使用於執行該適配的資料點包括成為一不同基板溫度函數的參考基板的一或更多高溫計溫度讀取值。第8圖說明一示範資料組，其中，一多項式802係匹配於與代表不同參考基板溫度的高溫計溫度讀取誤差(以溫度為單位)的資料點804。為了達到本資料組，該參考基板溫度可被設定為一第一值，且該高溫計所測量的溫度及一熱耦合器所測量的參考基板溫度間的差值可被計算。本差 值被繪製成一參考基板溫度函數。接著，該參考基板溫度不是增加就是減少，並計算另一差值。本程序繼續因而產生的該組溫度差值或誤差804為一參考基板溫度函數。該多項式802接著透過一最小平方演算法與該些資料點804進行匹配。
在另一實施例中，該目標的非接觸式溫度係決定於一二階段方法中。首先，在一校準階段中，一k值已決定。接著，在一非接觸式量測階段中，該目標溫度Tt已測量。該非接觸式量測階段可包含測量該反射光束232的反射強度並自該反射強度中減去可貢獻至該雜散黑體輻射的光強度，例如，將參考公式8所定義的光電流P(λ)b1與P(λ)b2相減。該非接觸式量測階段接著可包含依據減去可貢獻至該雜散黑體輻射的光強度的反射光強度來計算或重新計算該目標溫度Tt。
觀看該擋板208的剖面，並如所示地，雖然也可使用反射性及散光材料，然較佳地為由各種吸光材料所製造的管狀物。在一實施例中，該擋板208可具有一具紋理表面以幫助散射及吸收雜散黑體輻射234，使得較少雜散黑體輻射234到達該光束偵測器214。該擋板208可儘可能安排靠近該基板202而不接觸到該基板202，用以減少到達該光束偵測器214的雜散黑體輻射234的量。所示擋板208係穿透該基板支架204內的開口或間隙而與該基板支架204隔開。然而，在一些實施例中，該擋板208可透過例如一墊圈的絕緣材料或裝置來耦接至該基板支架204。該擋板208 可被耦接至該製程腔室200的視窗207。
雖然所示為一中空管狀物，然而在一實施例中，該擋板208可為一波導材料(例如，一藍寶石或玻璃光纖或管狀物)的實心圓柱體。既然能夠反射離開該基板202並進入圖2所示管狀擋板208的一些雜散黑體輻射234會部分地反射離開一波導擋板(例如，當以大於全部內反射的臨界角射入時)末端，這類波導材料可進一步阻止雜散黑體輻射234到達該光束偵測器214。本影響係可貢獻較高該波導擋板(例如，玻璃或藍寶石)對該真空或製程腔室氣體的折射率，其中，該雜散黑體輻射234在撞在該波導擋板上之前進通過。這類波導擋板也許可具有允許該電子元件部分206進一步自該基板202或該製程腔室200(例如，將一光纖由該製程腔室外的高溫計205饋入至該製程腔室腔室的基板202)開始定位的好處。一波導擋板也可在一外表面上具有一反光或吸光塗層或材料以阻止雜散光及黑體輻射234透過該波導擋板的側面進入該波導擋板。
在一些變化例中，該擋板208可被冷卻至低於室溫，包含大大地降低與該射出光束230(例如，紅外線波長)重疊的波長所射出的黑體輻射的溫度。例如，該擋板208可被冷卻至0℃至20℃之間。該擋板208可透過與例如一液態冷卻系統類的冷卻裝置(未顯示)的熱耦合來冷卻之。
該光束源212可被配置著例如二極體雷射及發光二極體的無數光產生裝置。該光束230可被瞄準、可具有一窄波或寬波頻帶及可在量測期間改變波長，用以執行多波長 非接觸式量測。
該光束偵測器214可被配置著無數光偵測裝置，例如，只列舉的少數非限定範例為光二極體、光乘法器、電荷耦合裝置、熱量計及光偵測器。
在所示實施例中，耦接至雜散黑體源的溫度監測器220、222可被使用以分別測量該基板支架204及該擋板208的溫度，且該溫度監測器218可被使用以測量一參考基板溫度及選擇性地該基板202的溫度。一熱耦合器係一示範溫度監測器218、220、222，即使一熟知此項技術之人士會理解到其它溫度監測裝置也可被使用。
一熟知此項技術之人士也會理解到該些光束230、232及雜散黑體輻射234未按比例繪製，且該些光束的角度也不是完全地精確。例如，該光束230及該反射光束232可實際地平行。一熟知此項技術之人士也會理解到該些電子元件部分206內的元件配置只是圖示。例如，該光束源212及光束偵測器214不一定如所示地分開，但彼此間可互相耦接、鄰接、重疊或甚至內建於單一裝置或電路板或晶片上系統。
第3圖說明進行一製程腔室腔室的基板的非接觸式溫度量測以指示雜散黑體輻射的方法300。該方法300包含測量該製程腔室腔室的參考目標的第一溫度的操作302、測量該雜散黑體源的溫度的操作304、測量該參考目標的反射係數的操作306、以該目標取代該參考目標的操作308、執行該製程腔室腔室的目標的非接觸式溫度量測的操作310，其 中，該執行操作310進一步包含測量該雜散黑體源的第二溫度的操作312、測量該目標的反射係數的操作314及計算該目標的溫度的操作316。
測量該參考目標的溫度的操作302可涉及在該參考目標未被加熱至處理溫度而是在室溫左右進行測量的校準階段期間測量該參考目標(例如，一參考基板)的溫度(例如，透過一熱耦合器)。
測量該雜散黑體源的第一溫度的操作304可涉及測量該雜散黑體源(例如，列舉少數非限定範例為一加熱構件、該基板支架、該製程腔室牆壁)的溫度(例如，透過一熱耦合器)。
測量該參考目標的反射係數的操作306可涉及將一光束反射離開該參考目標並比較一反射光強度及一射出光強度。例如，該反射係數可等於該反射光除以該射出光的比值。
以該目標取代該參考目標的操作308可在該參考目標的溫度、該雜散黑體源的溫度及該參考目標的反射係數已測量後再發生。可在該取代操作308之前決定一發射率判定或不同雜散黑體源溫度的發射率陣列。
該執行操作310可包含下列所述的一些子操作。測量該雜散黑體源的第二溫度的操作312可涉及一旦該製程腔室已上升至一處理溫度(例如，600℃)時，即測量該雜散黑體源的溫度(例如，透過一熱耦合器)。測量該目標的反射係數的操作314可涉及將一光束反射離開該目標並比較一反 射光強度及一射出光強度。例如，該反射係數可等於該反射光除以該射出光的比值。計算該目標的溫度的操作316可依據下列或至少下列的函數：該雜散黑體源的第一溫度、該雜散黑體源的第二溫度、該參考目標的溫度、該參考目標的反射係數及該目標的反射係數來計算該目標的溫度。在一實施例中，該雜散黑體源的發射率可依據該雜散黑體源的第一溫度、該參考目標的溫度及該參考目標的反射率來計算之。接著，本發射率可被使用以與該雜散黑體源的第二溫度及該該目標的反射係數協力一起計算該目標的溫度。在又一實施例中，用於不同雜散黑體源溫度的發射率值陣列可被決定，且本陣列可被使用以計算該目標的溫度。
第4a圖及第4b圖分別說明一高溫計405的擋板408的實施例俯視及側視圖。如在此所示非接觸式溫度量測典型地發生於缺乏非黑體光源(例如，切斷或阻擋光)的環境。該擋板408可阻止雜散黑體輻射穿透它並照在該光束偵測器414。然而，一些雜散黑體輻射450可反射離開該基板402，接著離開一擋板410的末端、再離開該基板402，並接著撞在該光束偵測器414(大於一擋板410的末端反射也是可行的)。
為了降低本雜散黑體輻射450，該擋板408可具有一吸光末端410。例如，該擋板408可由彼此間互相耦接或彼此間互相鄰接安排(如自第4a圖上方所見地)的多個同心環的管狀物所構成，並被安排以使得光無法自該擋板408的一 側穿透該擋板408。然而，這些管狀物也是具有這類直徑(例如，2-10毫米)，其在該雜散黑體輻射450撞在該擋板410的末端上時，該雜散黑體輻射450散射離開該些管狀物且於第4b圖中大體上係向下導引往該電子元件部分406而非反射回到該基板402(所示該雜散黑體輻射450係顯示反射離開一擋板的非吸光末端而非本文所述的吸光擋板)。在該雜散黑體輻射450散射往返於該些管狀物之間時，每一個散射產生吸收作用，且事實上該雜散黑體輻射450被吸收或實際上吸入該些管狀物中。換言之，該些管狀物充當一近乎完美的光吸收器。儘管只示三個同心環的管狀物，然而比三個同心環的管狀物更多或更少者也可被配置。
在一實施例中，類似於使用管狀物於該擋板408的效應可藉由將該擋板的末端410塗佈著例如黑金的吸光紋理材料而得。
該擋板408係耦接至一電子元件部分406，其至少安置一光束源412(例如，一雷射二極體)及一光束偵測器414(例如，光二極體)。該光束源412及光束偵測器414可鄰接於該擋板408(如上面第4圖所視地)的中心，但也可安排成無數種其它架構。
第5圖說明第4圖部分擋板408的閉合等尺寸圖。該些擋板408的每一個同心環間的空隔未限制，然而它會視該光束源412所射出的紅外線光波長而定。在一給予同心環內的擋板408之間的空隔也可視該光束源412所射出的紅外線光波長而定。對於較短波長的光而言，該些擋板408 可更緊密地安排之。該些擋板可為中空或實心圓柱體。
第4圖管狀物構成該擋板408背後的概念係為相對於它的直徑係相當高的結構對光反射呈現很小的表面積，並對散射及以實際上與該光原先前進方向相同的方向重新導引該光呈現一大面積。其它外形也可得到一類似效應，且一些非限定範例係參考第6圖及第7圖來討論之。
第6圖說明具有單一同心環的圓形末端或針尖頂端管狀物的擋板608之實施例的部分末端的閉合圖。該些圓形末端或針尖頂端管狀物可具有較第4a圖、第4b圖及第5圖中的同心環管狀物小的反射面積來提供雜散黑體輻射。只示一圈的針尖頂端，但在其它實施例中，可有許多同心環的針尖頂端。
第7圖說明製造有許多同心環的擋板708之實施例的部分末端的閉合圖。這些同心圓柱體作用類似於第4a圖、第4b圖及第5圖中的管狀物，其中，光具有很小的表面積來反射離開並替代性地以大體上與該基板方向相反方向散射離開每一個環邊側的大部分光，直到產生足夠的散射來真正地吸收全部的雜散黑體輻射為止。
第6圖及第7圖只顯示這類吸光擋板可具有的大量形式中的二種範例。該一般概念為該擋板包括對於將雜散黑體輻射反射回去往該基板呈現很小表面積的結構，且替代性地引起雜散黑體輻射散射離開該結構邊側並在許多散射事件期間被該結構所吸收，使得該雜散黑體輻射真正地被吸收，而非自該擋板的末端反射。
最後，除此之外，本發明還提供致能一半導體基板或其它處理目標的非接觸式溫度量測至指示或否定雜散黑體輻射的精確度。那些熟知此項技術之人士可輕易地理解到本發明中可產生許多變化例及替代例，且它的用途及它的架構可得到與在此所述實施例所得結果實際上相同的結果。因此，無意限定本發明至所揭示示範形式。許多變化例、修改例及替代性建構落在所揭示發明的範圍及精神內。
100、200‧‧‧半導體製程腔室
101‧‧‧頂部表面
102、202、402‧‧‧基板
103‧‧‧背部或下表面(底部表面)
104、204‧‧‧基板支架
105、205、405‧‧‧高溫計
106、206、406‧‧‧電子元件部分
107、207‧‧‧視窗
108、208、408、608、708‧‧‧擋板
110、210‧‧‧邏輯電路
203‧‧‧底部表面
212、412‧‧‧光束源
214、414‧‧‧光束偵測器
216‧‧‧分析及控制模組
218、220、222‧‧‧溫度監測器
230‧‧‧光束
232‧‧‧反射光束
234、450、P(λ)b1、P(λ)b2‧‧‧雜散黑體輻射
300‧‧‧方法
302-316‧‧‧方法之步驟
410‧‧‧吸光末端
R、Rt‧‧‧反射係數
Tb1、T’b1、Tref、Tt‧‧‧溫度
k、kb1、kb1‧‧‧發射率及衰減係數
εb1‧‧‧發射率
αb1‧‧‧衰減係數
λ‧‧‧波長
本發明的各種目的及優勢與更完整的了解係顯而易見，且藉由連結附圖進行對上列詳細說明及所附申請專利範圍之參考時更容易被理解。
第1圖說明一高溫計測量一基板溫度的實施例。
第2圖說明圖1中的高溫計示範性實施例的細部圖。
第3圖說明執行一非接觸式溫度量測的方法。
第4a圖說明具有擋板的高溫計實施例的頂視圖。
第4b圖說明圖4a中所示高溫計實施例的側視圖。
第5圖說明圖4a及圖4b中所示擋板的部分立體圖。
第6圖說明檔板的另一實施例的立體圖。
第7圖說明檔板的另一實施例的又一立體圖。
第8圖說明根據本揭示一實施例的溫度資料圖。
100‧‧‧半導體製程室
101‧‧‧頂部表面
102‧‧‧基板
103‧‧‧底部表面
104‧‧‧基板支架
105‧‧‧高溫計
106‧‧‧電子元件部分
107‧‧‧視窗
108‧‧‧擋板
110‧‧‧邏輯電路

Claims (13)

  1. 一種進行一製程腔室目標的非接觸式溫度量測的方法，包括：在該製程腔室中測量製程腔室參考目標的溫度；測量一雜散黑體源的第一溫度；測量該參考目標的反射係數；及以該目標取代該參考目標；及在該製程腔室中執行製程腔室該目標的非接觸式溫度量測，包含：測量該雜散黑體源的第二溫度；測量該目標的反射係數；及至少使用該雜散黑體的第一溫度、該雜散黑體的第二溫度、該參考目標的溫度、該參考目標的反射係數及該目標的反射係數來計算該目標的溫度。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括在計算該目標的溫度之前先計算該雜散黑體源的發射率，其中，該計算發射率係至少為在該製程腔室腔室中該參考目標的溫度、該雜散黑體源的第一溫度及該參考目標的反射係數的函數。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，進一步包括計算該目標的溫度為該黑體源的發射率、該雜散黑體源的第二溫度及該目標的反射係數的函數。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該測量該目標的反射係數包括： 將一光束射入至該目標上，其中，該光束具有一第一強度；偵測該光束反射離開該目標的反射部分，其中，該反射部分具有一第二強度；以該第二強度除以該第一強度來計算該反射係數。
  5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中，該計算該目標的溫度包括：自該第二強度中減去依據可貢獻至雜散黑體輻射的強度所計算得到的黑體強度。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中，可貢獻至雜散黑體輻射的強度被計算成下列之函數：該雜散黑體源的發射率；該雜散黑體源的感測器係數；該參考目標的反射係數；該光束的波長；及該雜散黑體源的第一溫度。
  7. 一種非接觸式溫度測量裝置，包括：一光束源，其射出具有一發射強度的光束；一光束偵測器，其偵測：來自該光束反射離開一參考目標的第一反射強度；及來自該光束反射離開一目標的第二反射強度；一第一溫度監測器，其在一校準階段期間測量一雜散黑體源的第一溫度並在一非接觸式量測階段期間測量該雜散黑體源的第二溫度； 一第二溫度監測器，其測量該參考目標的溫度；一控制模組，其決定：該參考目標的第一反射係數為該第一反射強度對該發射強度的比值；該目標的第二反射係數為該第二反射強度對該發射強度的比值；及該目標的溫度至少依據：該第一溫度；該第二溫度；該第三溫度；該第一反射係數；及該第二反射係數。
  8. 如申請專利範圍第7項之非接觸式溫度測量裝置，進一步包括阻止雜散黑體輻射除了透過反射離開該目標及參考目標外，以任何方式到達該光束偵測器的擋板。
  9. 如申請專利範圍第8項之非接觸式溫度測量裝置，其中，該擋板係冷卻至低於室溫。
  10. 如申請專利範圍第8項之非接觸式溫度測量裝置，其中，雜散黑體輻射主要係透過該擋板內的多個散射及吸收事件由該擋板的末端吸收之。
  11. 如申請專利範圍第10項之非接觸式溫度測量裝置，其中，該擋板包括一或更多同心環的管狀物。
  12. 如申請專利範圍第8項之非接觸式溫度測量裝置，其中，該擋板的一末端係在該目標的2-5毫米內。
  13. 一種非接觸式溫度測量系統，包括：用以測量一參考目標的溫度的機構；用以在一校準階段期間測量一雜散黑體源的第一溫度並在一非接觸式溫度量測期間測量該雜散黑體源的第二溫度的機構；用以測量該參考目標的反射係數和該目標的反射係數的機構；及用以計算該目標的溫度的機構，該計算至少依據：該參考目標的溫度；該雜散黑體輻射源的第一溫度；該雜散黑體輻射源的第二溫度；該參考目標的反射係數；及該目標的反射係數。
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