TW455676B - Method and apparatus for measuring substrate temperatures - Google Patents

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經濟郤智慧財產局員工消費合作社印製 45 56 7 6 a? _____B7____ 五、發明說明（） 相關申請案

此為美國專利申請案08/64 1477號之追加_請案’ 08/64 1477號之名稱為「測量基材溫度之方法及設備」’ 1 996 年5月1曰申請，其為美國專利申請案0 8/3 593 02號之追加申 請案，08/359302號之名稱為”A METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING SUBSTRATE TEMPER-ATURES，，（測量基材溫度之方法及設備），1994年12月19曰 申請。 發明領域 本發明係關於半導體基材在不與測量工具接觸下之 溫度測量的改進技術，其中該改進的測量技術係藉由修正 基材溫度之測量值及補償基材表面各處放射率敏感度之 不同的方式達成之。 發明背景 在諸多半導體元件製造過程中’所需要之高等級元件 效率、良率及相同製程之重覆能力只有在基材（例如半導 體晶圓）之溫度在處理期間得到嚴密控制下方能達成。為 了達成該控制等級’通常需要即時與同條件下（in situ)測 量基材溫度方能達成目的，因為如此才能對任何不可預期 之溫度差異加以立刻偵測並進行修正° 以用於若干不同的製造過程之快速熱處理（RTP)而言 ’其包含快速熱退火（RTA)、快速熱清淨（RTC)、快速熱化 第3頁 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規烙（210 x 297公釐） (請先閲讀背面之沒意事項再填寫本頁) 装-------訂---------線 455676 Α7 Β7 經濟郤智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（） 學氣相沉積（RTCVD)、快速熱氧化（RTO)及快速熱氮化 (RTN)等種種熱處理方式。在藉由RTO、RTN方式處理之 CMOS閘電介電層形成的應用中，閘電介電層之厚度、成 長溫度及該介電層之均勻性都是影響整體元件效能及製 造良率之重要參數。目前，CMOS元件之介電層只有60-80人 厚，且厚度均勻性必須保持在土2人内。在高溫處理期間， 此等級之均句性需要基材上各處之溫度差維持在不超過 數°C之條件下方能達成之。 在高溫處理期間*即使是小的溫度差，晶圓本身通常 也不能忍受·如果在1 200°c時溫度差允許上升到1 -2°C /公 分以上’這時所產生之應力也可能導致矽晶體之滑差。所 產生之滑差平面會破壞該平面所通過之任何元件。為了達 成如此高等級之溫度均勻性，這時需要可靠、即時、多點 並加以閉路溫度控制的溫度測量技術就是必須的。 光學高溫測量法正廣泛用於RTP系統之溫度測量上 °高溫測量法能夠反應物體之一般特性，即物體會放射出 輻射時會有其光譜内容和強度，而這些光譜内容和強度即 為這些物體溫度的特性》因此，只需藉由測量放射出之輻 射’物體的溫度便可以決定之。一高溫計便能測量放射之 輻射強度’並執行適當的轉換以獲得溫度（τ)。光譜放射之 強度及溫度間的關與基材之光譜放射率及理想黑體輻射 溫度間的關係相關，由普朗克定律可知其關係為： ·ΓΛ(λ, Γ)= 第4頁

未纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

裝-------訂----I 竣

AT Β7 五、發明說明（ 其中（^及（：2為已知常數，λ為相關之輻射波長’ T為以尺 溫標測量之基材溫度。依據韋恩分佈定律加以近似可知， 上式可以重寫如下：(2) 其中K(入）= 2Ci/ λ 5 就低於約2700°C之溫度而言， 此為良好的近似公式。 一物體之光譜放射率ε (又，丁）為在相同溫度Ι&(久，τ) 下該物體之故射光譜強度Ι( λ，τ)與一黑體之放射光譜強 度之比。即 一 ι(λ,Γ) ¢3} {請先閲讀背面之注*事項彝珙辉冬 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ίΛ(λ, Τ) 因為（^及匚2為已知常數，因此在理想狀況下，若 λ，T)為已知，則晶圓之溫度就可精確決定之。 如前述，基材表面上各處溫度差異大於一或二度螬， 基材便可能糟致損壞及製造上不佳的變動現象。某—祿用 於監控基材上各不同局部區域之溫度的方法包含使用旅 數個溫度探針（高溫計或類似者）的步驟。在這類多探針系 統中’各不同探針之 '思片一奋 η 度邊數可對以RTP處理基材時之炉 熱元件加以即時控制。 然而，儘管其在半導體工業中的用途廣泛，由於一 精確測量基材的放射率，因此光學高溫計錢有其限制。 此外，即使基材的放射率在一給定 m度時為已知者，值其 卻可能隨溫度而改變。這種改 .工常不也加以精確：加身， 因此它們會溫度測量值中引入— 木知誤差，其中忒以 上之誤差是常可見到的。 戒 第5頁 ^ * I I I I I I I ^ ·!1-1111{< 455676 A7 B7 烴濟部智袪財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 基材之光譜放射率依諸多因子而定，包含晶圓本身之 特性（例如溫度、表面粗糙度、各種雜質之摻雜量、材料 組成及表面層厚度）及晶圓所經過的處理歷史。此外，另 有一種影響因子’即物體之有效放射率。有效放射率的定 義為在相同溫度下物體所放射之測量光譜強度與黑禮所 放射之剩量光譜強度之比，一物禮之有效放射率與該物禮 疋光譜放射率不同，因為有效放射率為已考慮物體所處環 境之因素後之放射率。基材之有效放射率可能會受基材所 處在之處理室的特性所影響。所以，基材放射率之先前估 計（prior estimation)並不能提供一般用途之高溫計以溫度 測量之能力》 此外，在多探針系統中，每一探針的環境都是唯一的 文置在xe些唯一環境中的—高溫計探針可能會對具有 不同特定放射率特性之各基材顯示出不同的敏感度，而引 入誤差成份於溫度讀數中。2 „ τ另外’一或更多探針可能會顯 示對基材表面上各處之放私.奋 茂射率的不同敏感度（以下稱為基 材表面的放射率敏感度料 J對於具有較低故射率之基材而

S ’在基材表面各處顯示所翻I 7顯Tit出的故射率敏感度將有較 大的差異<*因此，一未考虑某 U暴材表面各處之放射率敏感度 不同的多探針溫度測量系餘 執不吨得到圓滿的測量結果。 只需利用單一近似法而产上 而+求對放射率誤差之補償的 系統所得到的結果固然可被 爾1接雙’然其仍存有改善的空間 Ο . 與概诚 第6頁 本纸張&度適財關家辟(CNS)A4規格C 297~^~ - ^ ----^-----I.---^ ( (請先閱讀背面之注意ί項再填寫本頁) 經濟部智,¾財產局員工消費合作社印製 45 56 7 6 A7 -------- B7_____ 五、發明說明（） 在一樣態中’本發明提供一種用於修正在加熱基材用 之熱處理室中之溫度探針讀數的方法，並包含校準熱處理 里以為每一探針導出其故射率敏感度因子、於基材之_側 形成一反射腔及加熱基材至一處理溫度的步驟。使用一第 一探針、一第二探針及至少—第三探針，能量可以由反射 腔經取樣而得=第一探針可有其第一有效反射率，第二探 針可有其第二有效反射率，其中第一和第二有效反射率不 同。由第一、第二及第三探針取樣而得的能量可分別產生 第一、第一及第三溫度指示。利用第一及第二溫度指示， 基材的有效放射率及第一探針的經修正後溫度讀數即可 以導出。該經修正之溫度讀數可由第一溫度指示加上一調 整溫度而得到。相較於第一探針所得到的未修正讀數而言 ，第一探針的經修正後溫度讀數可以作為在第一探針之 環境中的基材部份之真實溫度的更精確指標。利用第三探 針的放射率敏感度因子及調整溫度，第三探針的放射率敏 感度調整溫度便可得到《利用第三探針的放射率敏感度調 整溫度及第三溫度指示，第三探針的經修正後溫度讀數便 可得到’其中相較於第三探針所得到的未修正讀數而言， 第三探針的經修正後溫度讀數係在第三探針之環境中之 基材部份之真實溫度的更精確指標。 本發明之樣態包括諸多特性，第三探針的經修正後溫 度讀數可為調整溫度與第三探針之敏感度因予之積加上 第三溫度指示所得之值，其中敏感度因子可藉由決定複數 片校準基材（具有預定之放射量）與施加至一校準基材的平 第7頁 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ------I------- 裝·！ I — I — —tr·! ------ I (琦先閱讀背面之注意事項再填罵本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 455676 A7 ______B7__ 五、發明說明（） 均溫度之間的溫度差異而計算得。該複數片校準基材可包 含至少一具有高放射等級的基材、至少一具有低放射等級 的基材及至少一具有放射等級在高與低故射等級之間的 基材。 第三探針的敏感度因子可藉由敏感度曲線的直線近 似法及由校準基材導出的溫度差異而決定之，其中該敏感 度曲線係與第一探針所導出的經修正後溫度相關。 每一探針可包含一光纖’其用於將反射器所收集之輻 射傳送到一罱溫計’而該處的視角則因在一光纖輸出處加 入一孔而減小。每一探針可經由一位在反射器内的導管而 收集輻射，其中反射器置於熱處理室内之基材相對而立的 位置’該處的探針有效反射率藉由改變探針之孔之大小而 改變之。第一及第二探針可以經由同一導管而測量輻射量 ’其方式是藉由將二光纖耦合至該相同導管，因此每一光 纖都耦合至一高溫計。每一光纖可以耦合至一高溫計之不 同通道，用於不同通道的孔之大小可由使用者選擇，以使 弟一及第二探針能被設定成具有不同的有效反射率。 在另一樣態中’本發明提供一種測量一熱處理加熱室 中一基材溫度的裝置，其中並包含一反射板及第一、第二 與第二探針’其中反射板安置與該基材之一表面旁，以形 成一反射腔於其間，而第一、第二與第三探針安置成能接 收反射腔所發出的能量，並分別產生第一、第二及第三溫 度指示，且第一探針與第二探針相對於反射腔有不同的有 效反射率。該裝置包含一溫度測量模組，其收集第一、第 第8頁 本纸張令國國家辟（CNS)A4規格（21GX 297公in <請先閱讀背面之>£意事項再填寫本頁) -------- I I I I--— *嫂 ί 6 4 5 5 6 7α6 Β7 三溫度指示及一相關於第三探針的放射率敏感度 並導出第三探針之經修正後的溫度讀數。 本發明之各樣態包含有諸多特性。第一、二及第三探 針可以包括光管；第一及第二探針可共用一光管；溫度測 量模組可計算第三探針的放射率敏感度因子；第三探針的 敏感度因子與從第一探針導出之調整溫度之問的積可與 第三溫度指示相加而形成第三探針的經修正後溫度讀數 σ 本發明之優點如下。本發明提供即時、同步的溫度補 償，其能補償放射率敏感度之不同（基材表面上各處者）， 其中該放射率敏感度為溫度之函數。校準程序簡單，且就 已一給定的室結構而言，典型上只需要執行一次即可。依 據本發明1溫度測量的進行可使用穩定、具可重複的固態 偵測器。本發明能達到可靠的溫度測量，並使測量具有更 佳的可重複性及均勻性。 其它特性及優點由下列說明及申請專利範圍將可明 瞭。 圖式簡單說明 圖1係基材溫度測量設置的剖面側視示意圖，其中一 反射器安置於基材附近； 圖2顯示有效放射率為實際放射率之函數的關係圖， 其中所示之有效放射率值有數個： 圖3 Α係一快速熱處理（RTP)系統的剖面側視圖； 圖3 B顯示支撐環之細節； 第9頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規烙（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之泫意事項再填寫本頁) 装·------f 訂----11 — 1線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ7 Β7 五、發明說明（） 圖3C係沿圖3A之線3C-3C所得到的剖視圖，用以說明 反射器； 圖4 A-4F係併入該反射器之各種強化測量用之表面結 構的剖面側視围； 圖5A-5B係用以校準一 RTP室、以達到同步溫度修正 用的教準流程圖； 圖5 C係藉由橢圓儀對一基材進行後處理分析所導出 的圖； 圖5 D係在本發明之校準過程期間、一沉積於校準基 材表面上之氧化層平均厚度的圖； 圖5E係用於決定敏感度因子（SF)之溫度探針的敏感 度曲線圖； 圖5F係本發明中用於決定RTp工具即時操作時之經 校正溫度之過程的簡化流程圖； 圖ό係一用於同步測量放射率之流程圖，以增加溫度 測量值的精確度； 圖7係一不同校準技術之流程圖，用於校準R Τ ρ室中 的溫度測量探針； 圖8顯示小孔探針及大孔探針之外觀放射率圖，二者 皆為實際晶圓放射率的函數； 圖9顯示未經修正之溫度測量值及經修正後之溫度測 量的誤差圖，其中二者皆為實際晶圓故射率的函數； 圖1 0顯示小孔探針及大孔探針所測得之溫度差的實 驗值及計算值： 第10頁 本纸張尺度適用中园國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） Ί — i I — I I t 裝.卜—— * — — ·訂線* ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4556 76 A? --SI-___ 五、發明說明（） 圖π顯示對一溫度剛量探針所得之溫度嗲以計算以 得到經修正後溫度的步驟；及 圖1 2係溫度控制系統之示意圖。 魃施例飨_ 虛擬黑體腔 在下列說明中，我們將提到基材溫度的測量。本案中 以「基材」這個詞來廣泛涵蓋任何物體，其於處理期間正 在熱處理室十處理五其溫度正被測量中D 「基材」這個詞 包含（半導體晶®、平板顯示器、玻璃板、或碟片及塑膝 工件等）。 在此先複習與以上相關的放射率加強技術_，以利於對 本發明的了解。 如圖1所示’熱反射器22安置於基材10附近，以在反 射器及基材之間產生虛擬黑體腔24。若基材背側擴散，則 輻射以隨機型式自其放射’於是放射出的輕射以同樣隨機 (等方性）的方式反射在整個腔中。到達反射器22表面上任 何位置的輻射由諸多成份組成：其一為直接來自基材、且 未經反射之輻射：其二為只經歷反射器2 2及基材1 〇背側之 一次反射者：其三則為已經歷反射器22及基材1 〇背側之二 次反射者，諸如此類等等。在反射器板上一點之總強度可 藉由將無限種類之照射輻射成份相加而得，如下述： Ιΐ=£.σ.τ^.^.(1-εγ (5Α) 第II頁 本紙張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4堤格（210«297公釐） (請先閱讀背面之;i意事項再填寫本頁) 裝----1 —tr·—.!------線 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 4556 7 6 A7 B7 五、發明說明（）

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中冷反射器板的反射率已知為R，晶圊的放射率為 e ’ σ為史蒂芬-波茲曼常數，而τ為基材溫度。 假設反射器的反射率等於丨（R= i )，則方程式5 Β簡化為 Ιτ =σΤΛ (5C) 其中輻射Ιτ與基材背側的放射率無關。另言之，反射 器形成一虚擬黑體腔，此時基材的「有效放射率」等於1 〇 此放射率加強效應不要求晶圓背側為擴散者。背側具 有如鏡面般反射校率之反射器的基材與被側具有高度擴 散之基材均為可用者。如以上所述，半導體晶圓背侧屬於 擴散及鏡面的組合。 —光管28用於經由反射器中的孔27將腔中的輻射取 樣。經取樣者的強度通過光纖3 0到達一高溫計3 3處，該強 度在該處利用以上方程式（5)被轉換為溫度》因為虛擬黑體 腔效應之故，所測得之溫度將與基材放射率的改變無關。 然而，實際上反射器的放射率雖然接近1，但不會等 於1。首先，反射器上的塗層不會有絕對的反射性。例如 ，黃金為較佳反射塗層材料之一，其在波長950nm時之反 射率僅約為0.975。此外，明顯地，存在於反射器中用於對 輻射取樣之一或更多孔以及腔之整體幾何外形（即尺寸及 形狀）亦傾向於降低我們在此處打算建立之虛擬黑體腔的 效能。這些幾何效應及真實反射率可以總結為「有效反射 第!2頁 本紙張尺度適用中國园家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -------I----- ^--------^----I I--- I (請先閱讀背面之泫意事項再填窝本頁) 45 56 7 6 A7 B7 (6) 五、發明說明（ 率j Reff。雖然可以大體上減少基材放射率之改變在取樣 強度上之影響，但測量值仍然不能完全與基材之放射率無 關。 假設反射器2 2為不透明、冷、高反射性（即R—丨），我 們可以忽略反射器所放射之輻射的效應，而基材之有效放 射率，ε eff近似於： R*re ' t1 ' β} 其中Reff為反射腔的有效反射率。注意，若Reff等於1，則 eeff亦將等於1。另一方面，若Reff小於1 ’則£ eff亦將小 於1，而測量溫度將為放射率的函數。 在圖2中，就Reff之不同值，將有效放射率^ eff繪成實 * * Ft* 際放射率ε之函數。如所示，當反射腔的有效反射率换 1時，基材之有效放射率接近1。而且，當Re ff— 1 ’基财’ 有效放射率變成對於基材之實際放射率的改變較不取心 _ 屬· ^匕 ，對於實際放射率值較高者特別是如此。此敏感度可 如下： (锖先閲讀背δ之;i意事項再填寫本頁) 裝 ¥ Δε tti (7) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其係 所導 關係 將方程式6對於s微分而得° 致之溫度測量誤差與有效放射率之變化有如 ΔΓ = λ · Γ Δβ4 ~ '— (8a) -«if 第13頁 本紙張又度適用中园國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公爱） 455676 B7 五、發明說明（ 使用方程式6及7，可得： ΔΓ _ 入，' ~ c7* (1 ~ Reft) {丄U1 -叫

Ae 經濟郭智慧財產局員工消費合作社印製 注意’當Reff接近1時，分子，亦即測量溫度對於基材 放射率變化之敏感度變成小到接近零。相反地，若腔之有 效反射率不夠高（即，接近丨），則由於基材放射率之變化導 致之溫度測量變化可以保持大到無法接受。 再參考圖I，孔27之存在引入一局部擾亂於反射器及 基材之間所產生的虛擬黑體腔24中。我們已經漸漸認知， 此擾亂也減少反射器所產生的放射率加強效應。此外，擾 亂的大小傾向於隨著増加的孔尺寸（D)而增加。於是，使 孔在放射率加強上的效應最小化之—途徑可以為減小孔 的尺寸。然而，光管所收集之光的數量成比例於孔的面積 ’此將減少光管所收集之光的數量，其接著減少偵測系統 之信號-雜訊比。既然當基層溫度減少時，輻射強度快速 掉落 '則使用較小的孔可以顯著增加溫度，偵測器在該溫 度以下時無法再使用。 然而’我們已發現，藉由修改RTP系統中的底反射器 ’以在光探針末端包含測量加強表面特性，我們可以更增 加反射腔的虛擬黑體效應，亦在取樣信號中獲得改良的信 號-雜訊。 軾合本發明的RTP系統 RTP系統之絃觀 一已依據本發明修改之rTP系統顯示於圖3 A。RTP系 第14頁 本纸張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --ί---I--- t 1 * — — — — — ---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

AT 4 5 5 6 7 6 B7 —I 一 l_ 五、發明說明（） 統包含一處理室100，用於處理一碟形八吋（20 0公厘）直徑 矽基材106。基材106安裝於室内而在一基材支撐結構108 上，且由一位在緊鄰基材上方之加熱元件110加熱。加熱 元件110產生輻射112，其經由一水冷式石英窗戶總成114 進入處理室100，石英窗戶總成114大約在基材上方一吋 (2.5公分在基材106下方者為一反射器102，其安裝於一 水冷式不銹鋼底部U6上》反射器102由鋁製成，且具有_ 高反射性表面塗層120。基材106下側及反射器102頂部形 成一反射腔118，用於加強基材的有效放射率。 基材及反射器之間的間隔為约大0.3吋（7.6公厘），於 是形成一腔，其具有約27之寬-高比。在設計成用於八对 矽晶圓的處理系統中，基材1 06及反射器1 〇2之間的距離係 在3公厘及9公厘之間，較佳為在5公厘及8公厘之間，而腔 I 1 8之寬·高比必須大於約20 : 1。若間隔太大，則歸因於 所形成之虚擬黑體腔的放射率加強效應將減小。另一方面 ，若間隔太小，例如，小於約3公厘，則自基材至冷卻的 反射器之熱傳導將增加，因而施加大到不可接受之熱負載 於加熱的基材上。既然熱散失至反射板之主要機構為經由 氣體的傳導，熱負載當然將依據處理期間之氣體種類及室 愿力而定。 在基材106之局部區域丨09的溫度係藉由複數溫度探 針1 26測量（只有其中之二顯示於圖3 Α中）。溫度探針係通 過導管124之藍寶石光管’導管124自底部116之背側延伸 通過反射器102的頂部。藍寶石光管126約為0.125叶直徑， 第15頁 本紙張尺度適用中0國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 — ΊΙ——------ · I i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) *tr- 線 經濟部智慧財產局g工消費合作社印製 4 5 56 76 A7 _____B7 五、發明說明（） 導管124則格大，以使其可容易地插入導管中。 放射率加強袅面特性 依據本發明之一特色，—小反射腔42(即微腔）形成於 反射益102頂表面中，導管通過該處到達反射器頂部（更清 楚顯示於圖4A中）。導管進人小腔，形成—孔129於小腔底 部。藍寶石光管U6安置於導管124中，以致於其最上端齊 平於或略低於微腔42底部》光管126之另一端耦合至一繞 性光管1 25 ’其將取樣光自腔傳送到高溫計ι 28。 在所說明之實施例中，表面微腔係圓柱形，具有約 0.丨00付之半徑（R)及約0.300吋之深度（1〇<1在微腔42底部之 孔129及導管124略大於約〇，1 2S吋，其如上述，係藍寶石光 管之直fe。表面微腔42之作用可加強反射腔118之虛擬黑 體效應，其存在於基材1 06背側及反射器ι 〇2頂部之間，因 而使基材的有效放射率增加至更接近於一之值。圓柱形微 腔可增加光管所偵測到的取樣信號之信號-雜訊比，且其 作用可增加基材之有效放射率（或等效地，反射腔的有效 反射率）。我們又注意到，增強效應似乎不強烈依賴於探 針末端是否與表面微腔42底部齊平或安置於該點之下，凹 入於導管124内。於是，在反射器組裝期間，插入探針於 導管中的操作由於不需要滿足與探針末端安置有關的緊 密臨界公差而更容易》然而，探針末端不可以穿入表面做 腔’因為此似乎降低加強效應。 假設在圓柱形微腔中係良好的反射側壁，由園柱形微 腔引起的加強效應在微腔之L / R比增加時增加。然而，因 第16頁 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---.------竣 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 455676 五、發明說明（） 為侧壁並未良好反射，則所收集之輻射在腔内前後反#越 多次’其信號強度將由於在每次反射時發生的損失而減弱 。所以’實際上’對於圓柱形微腔之L/R展弦比可以設為 多大而仍在執行時獲得改進有一極限》 表面微腔42,其形成於探針末端周圍，藉由增加基材 背侧局部區域的自輻照等級、藉由增加探針的收集效率、 或藉由二機構之組合似乎可行。另言之，相斜於平面反射 器，表面腔使得自反射器反射回到基材局部區域1〇9而在 溫度待測量點之光的數量增加，因而亦増加探針的輕射收 集。 為了達成反射器所需要的南反射率，高反射多層塗層 120形成於反射器頂部。塗層之底層係黃金薄層，其沉積 於反射器本體表面上。黃金係較佳’因為它具備在有關的 紅外線波長範圍内之約0.975之反射器率（即，約950毫微米 )。為了更加強黃金層的反射率，四分之一波長堆疊形成 於黃金廣頂部》四分之一波長堆疊由交替的電介電層層組 成，其具有不同的折射指數，且具有等於1/4波長之厚度， 高溫器對於該厚度最敏感（例如，95〇毫微米的1/4)。在一 實施例中雖然其i可接觉的商業來源亦可用於施加此塗 層’四分之一波長堆疊係由加州聖塔羅莎（Santa R〇sa)之 OCLI(光學塗層實驗室公司）施加。 多廣結構之頂層為鈍化層，其防止反射層的黃金可能 3染RTP室。鈍化層可由二氧化矽、氧化鋁、氮化矽或其 I可接受的材料組成，可接受的材料能在有關的波長使反 第i7頁 1 I 1 裝· I — I (請先M讀背面之>i意事項再填寫本頁) 钉---------線 < 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 455676 A7 B7 五、發明說明（ 射層純化，而不會降低其反射性質。 此多層結構之反射率在950毫微米時約為〇 995，其顯 著高於單層薄黃金薄膜之0.97 5的自然反射率3 若黃金係不可接受用於反射的材料，則其它反射材料 當然可以使用。例如，鎳比黃金更惰性，且具有良好的反 射率，雖然不如黃金高， 諸多其它替代性幾何外型可用於表面微腔。例如’可 使用半球形微腔42 ’，如圖4B所示者。微腔係球形，其中 心位於反射器表面之平面内。就上述RTp實施例而言，球 之半徑约為6-8公厘，即，相當於反射器及基材背部之間 的間隔。藍寶石探針126之直徑為〇.〇8〇吋，雖然使用較小 尺寸（例如0.050吋）以使探針可能對於局部區域1〇9中之基 材溫度造成的擾亂最小化可能係所欲者。 其它微控幾何外型顯示於圖4c_4D中，圖4C顯示一圓 錐形微腔，而光管位於圓錐頂點，圖4D顯示一球形微腔， 而光管安置成對立於一在反射器表面中的圓形孔161。這 些僅係可以使用的諸多替代性幾何外型之一部份。最適用 於一給定的應用之特殊微腔幾何外型可以由經驗決定^此 外，微腔亦可為一上升的微腔，其由自反射板表面突出的 材料形成。 現在參考圖4E-4F，利用在高度計的孔之大小，一虛 擬微腔可以實現。圖4E顯示一對安裝在反射器1〇2之導管 124中的光管126-1及126-2 ’各由一撓性光纖125連接到高 溫計128。高溫計128可為一多通道裝置，其能夠處理多通 第18頁 本紙張瓦度適用t國國家標準（CNSM4規格（210x 297公笔） f琦先閲讀背面V注意事項再填寫本頁) --------^---；----- ^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 45 56 76 A7 _____B7_ _ 五、發明說明（） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 道的溫度資料。此外，高溫計128可能包含一使用者可選 擇的孔之大小設定，其可就每一通道調整。用於一給定通 道的孔之大小可以設定為正常模式（寬孔之大小）或狹窄模 式（窄孔之大小在正常模式中，處理諸多由撓性光纖收 集的光，而在狹窄模式中，一部份自光纖收集的光能係在 處理以前過濾。在狭窄模式中，虛擬微腔效應在光管實現 ，而不必提供實際的微腔，在此例中，二探針（包含光管 、光纖維及高溫計之溫度測量裝置）之特性為不同的有效 放射率，此係藉由改變高溫計128個別通道所使用的孔之 大小。 圖4F顯示安裝於反射器1〇2的導管124中之單—光管 126。搞合至光管126者為一對撓性光纖125，各連接至高 溫计丨28之一不同通道。再次地，用於二通道的孔之大小 可以調整’以達成虛擬微腔效應。 这要經修正德溫磨；·則音 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 縱然於反射器表面而在探針末端周圍使用微腔，產生 一反射腔’其更近似於虛擬黑體，有效放射率仍然不會等 於 另3之，測量溫度將具有一未知的誤差成份，其歸 因於自一基材至下一基材之放射率變化。此外’當放射率 敏感度變化或當「有效放射率」變化時，未知的誤差成份 將在基材表面變化。於是’所欲者為，藉由測量及修正相 關於基材局部區域之有效放射率變化，以更加改進每一溫 度測量的精確度。即時、同步溫度測量的精確度可藉由使 用二溫度探針總成在基材之一特殊局部區域測量溫度而 第19頁 本纸張尺度適用中固國家標準（CNS>A4埯格（21〇 x 297公釐） A7 455676 B7 五、發明說明（） 改進’該二溫度探針總成（或在二不同孔之大小取樣之單 一溫度探針）之特性為不同的有效放射率（或等效地，不同 的有效反射率）。然後，這些探針所測量之溫度可用於獲 知·局部&度/則量的初始修正。每一局部盈度讀數之改良溫 度修正接著可藉由以一放射率敏感度因子調整初始修正 而獲得，該因子係為每一局部溫度區域而導出。 參考圖3A及3C，二具有不同有效放射率e 1、ε 2的輕 射探針150、152用於導出與以上相關之初始溫度修正。第 一探針150位於圓柱形表面微腔42内部，如前述及更清楚 顯示於圖4A-4D者。第二探針1 52配置於圓柱形微腔43中， 其底部覆蓋以非反射性材料。第二探針152可由一矽襯環（ 未顯示）支持於定位。第一探針之有效放射率ε 1高於第二 探針之有效放射率£2。在一實施例中，用於第一探針150 之微腔42大约與第一探針150為相同直徑，而相關於第二 探針152之微腔43的直徑為超尺寸，遠大於第二探針152的 直徑。超尺寸之微腔有助於使第二探針152獨立於反射器 1〇2’提供用於第二探針U 2之較低的有效放射率。在一實 施例中’微腔43的直徑係微腔42的直徑之二倍。 在剛才說明的結構中’第—探針（即探針丨5〇)的有效 放射率大於第二探針（即探針丨5 2)的有效放射率。作為將探 針152安置於一具有非反射性塗層之微腔的另一選擇，其 可安置於反射器表面上距基材背側約3-4公厘以内。然 而’第二探針（即探針152)不可以安置成太靠近基材背侧 (及離開冷卻反射板），以防止其在處理期間由來自熱基材 第20頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） <請先閱讀背面之;i意事項再填寫本頁) -----—--訂---------唉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 5 6 7 6 a： ________B7 _ - -- - 五、發明說明（） 之輻射加熱。若讓探針變成太熱，其可能傷害探針，及/ 或材料可能沉積在探針上，降低其執行能力。此外，使探 針太靠近基材背側可能會衝擊基材的溫度。作為將探針 152安置於一微腔的另一選擇，可以使用能產生虛擬微腔 效應（包含一光纖，用於傳送待由一高溫計之獨立通道處 理的輻射’通道係設在不同的孔之大小）的單一探針，如 上述。其它幾何外型的組合亦為可行，只要二探針（或測 量）能獲得不同的有效放射率。以下將可明白，較佳者為 ’所選擇的二幾何外型在最大化的相關有效放射率產生 差異》 在所述實施例中’探針1 5 0、I 5 2隔開足夠的距離，以 致於產生低有效放射率之孔、微腔43不會干涉或降低其它 探針之有效反射率。然而，二探針不可以隔得太遠，以致 於無法測量基材之大約相同區域之溫度。就所述實施例而 言’大概可以滿足此要求的典型間隔係在1至3公分之間。 若基材轉動，此意謂二探針所安置之半徑的差不可以大於 此數量d 除了二輻射探針150、152以外，複數其它溫度探針（ 為了清楚起見，只有其中之一顯示於圖3a中）（即，顯示於 圖3c中之探針15 U-l 5 If)安置於圖4A-4D所說明及顯示之 型式的複數圓柱形表面微腔42a-42f。在一實施例中，一或 更多微腔（例如，微腔42g)可以包含於反射器1〇2中，以 依據過程之需要，容許一或更多探針丨51 a-151 f之安置的變 化。每一其它探針（即，探針1 5 1 a-1 5丨f)之有效放射率將大 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公蜚） (諳先閲讀f面之it意事項再填寫本頁) ---- 訂· II.------竣 455676 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 五、發明說明（ 於第二探針（即，熘如，^ Λ、. 士 试針152)<有效放射率，且約等於第一探 針（即，探針1 ^ )<放射率。然而，每—探針之位置係唯一 的’因此，補償 1員母位置之放射率敏感度係所欲者。 在斤說月的實施例中’探針15卜152可隔開足夠的距 離以致於用於產生探針152之低有效放射率的孔，微腔 J不會干涉或降低任何其它探針151 a. 1 5 1 f之有效反射率 卜每其它探針（即，探針15 la-15 If)可在反射器102 周圍隔開，各測量_居# # 里局邵，皿度。在一實施例中，總數為六 之”匕μ度探針（即，探針151a-151f)在反射器102周圍隔 1 士圖JC所不。用於探針150、151 a-151 f及152之其它分 佈型式亦可使用，依過程需求而定。 校準 為了執<丁每一局部溫度探針之溫度修正，所有探針首 先边眉校準。gp ’每一探針之有效反射率必須先決定。此 係借助於系列特殊校準基材及利用簡示於圖5 A、5 B之程 序而為之。 第校準基材係標準基材，具有已知、預先測量之故 射率bn ’且具有一埋入於它之熱耦器。第一校準基材之 放射率較佳為低’約〇 3。實際基材溫度能以熱耦器精確測 量，然後與高溫計回報之溫度比較5此基材可自若干公司 購得，包含，例如，加州聖塔克萊拉之SensArray。較佳地 第校準基材係選擇為具有與待於RTP室中處理之型式 的基材大致相同的熱性質。例如，校準基材必須至少由與 處理基材(例如，矽)相同的材料製成，且其必須具有與處 第22頁 公釐） (請先閲讀背面之沈意事項再填寫本頁) --------訂·1'------吟 2Ca 45 56 7 6 A7 _____B7 五、發明說明（） 理基材（例如，擴散、研磨表面）相同型式之背侧， 決定探針150及15 2之有效反射率，之後，將要決定對 於給定過程每一其它探針位置之放射率的特殊敏感度。為 了決定相關於每一探針150、152(Rel，Re2)之有效反射率’ 第一校準基材放入處理室（步驟16〇)，且處理室之溫度增加 至一預定之設定（步驟162)。當已到達所欲之溫度，基材之 溫度利用埋入之熱耦器及每一探針15〇、152測量（步驟164) ’藉以產生三獨立的溫度測量，Treal(基材之真實溫度）、 T,(由第一探針測量的溫度）、丁2(由第二探針測量的溫度） 這些溫度轉換成強度* Ical、、12(步驟166p I —係 如果腔實際上為一理想黑體腔時’探針將收集的強度。其 係利用方程式1由熱耦器所測量之溫度，Treai ，計算如下 (9) >Λ e 尚溫計所記錄之溫度’ T [及T2，以相同方式轉換回到 對應的強度（Il,l2): 2C, ------------- ^---- (請先閲讀背面之ii意項再填寫本頁) 訂—-------竣 經濟部智«財產局員工消費合作杜印製 探針丨50、152之有效放射率等於：

X (11) 第23頁 (10) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 455676五、發明說明（ A7 B7 leal、II ' I2為已知，則可以計算第一對探針之每一探 針的有效反射率。由方程式6，有效反射率可以寫為實際 放射率及有效放射率的函數，如下： ’eai (12) 既然有效放射率可以測量強度表示（見方程式π)，此 方程式可以重寫為： ·· (13) _Χ2 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 利用此式，可以計算有效反射率R〖、R2之值（步驟168) 〇 在實際基材處理期間，這些有效反射率值稍後將使用 ，以決定同步溫度修正，如下述。然而，應了解，所計算 的有效反射率只有在執行校準的特殊處理系統方為真β如 果，例如，探針幾何外形改變或系統幾何外形改變，則必 須以剛才說明的方式重新校準系統，以決定有效反射率的 新值。 現在參考圖5Β，顯示一種就一給定過程，導出基材各 局部區域之放射率敏感度資料的方法。特別地，處理—系 列校準基材，就溫度測量系統中的每一剩餘探針（即，探 針151a-I51f)，以對於放射率的相對敏感度做為特性。在 一實施例中，處理具有已知、預先測量的放射率， ' ^ ScaiH 之二標準基材，一基材顯示高等級放射率（即， 约0.9)，第二基材顯示中等級放射率（即，約第=基 第24頁 本纸張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公釐） (請先Μ讀背面之注意事瑣再填寫本頁) 裝--------訂---.------線 A7 455676 五、發明說明（） 材顯示低等級放射率（即，蚪Λ 1^ ^ Λ V 1 约0.3 )。此基材可以標準半導體 製造技術製造。 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳地校準基材係選擇為具有與待於RTp室中處理 之型式的基材大致相同的熱性質α例如，校準基材必須至 少由與處理基材（例如矽）相同之材料製成，且必須具有與 處理基材（例如擴散、研磨表面）相同型式之背侧。 如上述，由RTP工具執行之過程可能衝擊在其内處理 之基材的有效放射率。為了減少過程變化對於基材所顯示 之有效放射率的衝擊，選用於此部份校準程序之過程可能 係待由RTP工具使用於基材接續處理中的相同過程。過程 之一例為用於矽基材之氧化過程。為了清楚起見’此處將 說明單一過程。然而，可使用諸如退火及氮化之其它過程 . 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在氧化過程中，基材係在一富氧環境中加熱，導致形 成二氧化矽層於基材表面上。在—典型操作中基材加熱 至1 050。(：約60秒。基材暴露於1 〇〇%氧氣環境中，導致約 75Α厚之二氧化矽層於基材表面上。一般地，氧化過程具 有在1050 "c或附近約每。C0.8A之溫度敏感度。對於溫度敏 感度，我們意謂’當一給定局部區域的溫度不同於理想溫 度I 0 5 0時’每差一度’該處之氧化層厚度將以相關的溫 度敏感度因子（在此過程約為每》c 〇 · 8 Α)減少（或增加，若溫 度較高）。 就氧化過程而言，一具有裸上表面及塗覆有約1 280 A 厚氮層的背侧（接近反射器102)之矽基材可充當展示高等 第25頁 本纸張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格·（210 * 297公釐） A7 4 5 56 7 6 B7______ 五、發明說明（） 級放射率（约0.9)之基材。就展示中等級放射率（約〇. 7)之基 材而言，可使用一具有裸上表面及裸背側（接近反射器102) 之矽基材。就展示低等級放射率（約0·3)之基材而言，可使 用一具有裸上表面及塗覆有約570Α厚多晶矽層於約1700Α 厚氧化層的背側（接近反射器102)之矽基材。 具有放射率之第二校準基材裝載於處理室内（步 驟1 80)，處理室溫度每秒約增加50 °c而到達約1 050 T之所 欲溫度（步驟1 8 2)。基材在所欲溫度暴露於約1 〇 〇 %氧環境 ，約60秒，導致二氧化矽層之生長於基材表面上（步驟丨84) 。當已到達所欲溫度，使用每一探針1 50及1 52執行基材之 溫度測量，藉以產生三或四獨立溫度測量：T,(第一探針所 測量之溫度）及τ2(第二探針所測量之溫度）。 探針1 5 0及1 5 2 (Re I ’ Re 2)之有效放射率的決定係如前 述就每一校準基材而為之（步驟186)，這些有效放射率將用 於計算校準基材之經修正後溫度。 在校準基材之氧化過程完成以後，施加至基材之實際 溫度的分析在相關於溫度探針（即，探針丨5 1 a—丨5丨f)(步驟 188)之每一局部區域決定之。在一實施例，此可藉由決定 在相關於溫度探針1 5 1 a-1 5 1 f之每一局部區域的氧化層（二 氧化矽）厚度而完成。 用於決定在一基材上之氧化等級厚度的裝置係此技 藝所習知者。用於執行此工作之裝置之一例係一型號為 FEIII之糖圓儀由紐澤西州Flanders之Rudolph製造。feiii 具有约0. 1 A之精度。 第26頁 本紙張尺度適用中0國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公蜚） (諳先閲stf面之;i意事項再填寫本頁) 裝--------訂---------成 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印制农 A7

455676 五、發明說明（） (請先閲讀背面之注意事項再填莴本頁> 決定在相關於溫度探針（即，探針15U-l51h)t每一區 域的二氧化矽層厚度。施加至一給定局邹區域的真實溫度 可根據二氧化矽層厚度及給定過程之溫度敏感度決定。 在一實施例中，橢圓儀在基材之直徑執行49點掃瞄， 產生4 9資料點，其係相關於沉積在第二校準基材表面上之 二氧化矽層厚度。就200公厘直徑之基材而言，假定在基 材周圍有3公厘隔絕區，4 9點掃瞄將在各測量之間產生約4 公厘之間隔。在4 9點掃瞄中* 2 4測量以直線方式執行’起 始於基材之一邊緣，朝基材中心行進，約每4公厘作一次 測量，而第25測量约在基材中心。其餘24測量以直線方式 離開基材中心每4公厘執行’直到最後測量完成為止。橢 圓儀所產生之氧化層厚度相對於在基材上之位置的圖顯 示於圖5 C。因此，記錄用於每一徑向位置之二測量。決定 每一徑向位置之二讀數的平均，而後畫在圖上，如圖5D所 示0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印一农 24平均厚度資料點畫於圖上（圖5 D )，X部份等於個別 測量之徑向位置，y部份等於在該徑向位置測量之厚度。 在每一局部溫度探針（即，探針丨5丨a_ i 5 1 f)之二氧化矽層厚 度（W)係藉由將溫度探針之半徑相對於基材中心安置於圖 上而決定（即Wa_f，其中下標代表相關的溫度探針1 5 la-15 1 f) 。 決定 整個基 材之平 均厚度 （Wavg) ’ 而 後決定 平均厚 度與每一探針的測量厚度之間的厚度差（W Λ a-f ’其中下標 代表相關的溫度探針1 5〖a·丨5丨^ 利用過程之溫度敏感度（例如’每。C 〇 . 8人），將每一探 第27頁 氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公餐） 45 56 7 6

五、發明說明（ 針位置之厚度資料# i , (Δ a-f)轉換為溫度差（h a.f，其中下 標代表相關的溫度探斜丨ς ,, 度刼針丨5U_15lf)e特別地，藉由將厚度 差（Wiia_f)除以過程之射成Λ 敏感度而計算溫度差（Td a-f)。例如， 若在探釺151a之厚度差, A . 人走（评^)為8人，則相關於探針之溫度 差（丁 △ a )約為 1 〇 °c。 在每-探針位置（即，探針151al5lf)之溫度差（丁 可以類似方式計算，產生用於校準基材之每-探針位置的 溫度差資料。 每一剩餘校準基材以類似方式處理，以導出用於每一 探針位置之溫度差資料(步驟1 90及1 92)。產生的溫度差資 料畫在敏感度圖上。 就每-溫度探針位置’作一敏感度圖（即，各相關於 每彳木針1 5 1 a -1 5 1 f之個別圖）’其一例示於圖5 E中。就每 一敏感度圖，個別溫度探針之溫度差資料（Tiaf)畫在7軸 上，對比於X軸上相關於個別校準基材之調整溫度（丁叫）， 如圖5E所示C步驟190)。調整溫度（丁叫）之決定將連同同步 溫度測量過程及方程式1扑與18(;更詳細說明於下。單一資 料點，大體上標示於500a,畫在用於所處理之每一校準基 材的每一探針之個別敏感度圖上。在一實施例中，其十使 用放射率不同的三校準基材，三資料點（大體上標示於圖 5E之500a、500b及500c)將進入敏感度圖。然後，定義— 相關於每一敏感度圖上之資料點的敏感度曲線。 在一實施例中*敏感度曲線在一直線近似法之特性為 具有斜率Sa_f(其中下標代表相關探針i5la_151f之敏感度 第28頁 本紙張又度適用中國固家標準（CNS)A4規格（210 x 297公坌） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝··----- 訂------ 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 A7 455676 五、發明說明（） 因子），指示在此特殊位置相對於放射率變化（如溫度資枓 差所指示者）足探針敏感度（步驟丨96)。替代地，包含更複 雜多項式函數之其它近似法亦可使用。 引起溫度測量誤差之效應為能量相關效應，其引入— i曰數項。於疋，實際誤差係非線性^儘管如此’誤差之線 性近似法在補償這些非線性效應時表現非常良好。 當然，敏感度因子之再最佳化可藉由考慮非線性方式 而得，其中溫度差以校準基材中之調整溫度的函數而變化 。然而，在諸多應用中，由簡單線性近似法所獲得之實質 改進等級使得對於敏感度測量作進一步改良是非必要的 0 在直線近似實施例中，敏感度曲線之斜率增加一，產 生一用於給定探針位置之敏感度因子（SFaf，其中下標这f 代表特殊探針151a-I51f)(步驟198)。用於所有探針位置（ 即，探針151a-151f)之敏感度因子可儲存為一向量，以用 於決定每一局部溫度測量之改良溫度修正（Tw)，此係同步 溫度測量過程之一部份。 汪意，此校準程序己經建立ε eff( £ ’ Reff)曲線（見圖 2)，其以系統中的第一測量探針為特性。由基材處理期間 獲得足同步溫度測量，可以決定該基材之實際放射率。知 道實際放射率、£ eff( e ，Reff)曲線’則可以計算基材之 有政放射率以及一給定基材之經修正後溫度TemH〆相關 於探針1 5 0之經修正後溫度，如以下之方程式】8 a所述者） °其後’利用為每一探針位置所導出之敏感度因子SFaf 第29頁 本紙張尺度適用中朗家標準（CNS)A4規格⑽x297公楚） --------------裝.I-------訂---,------y 2请先閱讀背面之iit事項再填寫本 經濟邾智,€財產局員工消費合作社印製 4 5 56 7 6

’其為校準程序的一部价，可以決定用於基材之—給定局 部區域的溫度修正β用於到達經修正後溫度之程序的細節 如下：

恩步溫茂修iL 通吊’選擇具有最南有效反射率的探針，例如，第— 探針1 50，以作溫度測量：第二探針（1 52)充當修正探針。 在說明修正第一測量探針溫度讀數之程序以前，將導 出一用於基材實際放射率之式子。記得每一探針之有效放 射率成比例於對應輻射強度，及h，如方程式〖i所示。 於是’有效放射率之比等於對應輻射強度之比，亦即： U. *2 Γ2 (14) 就每一探針而言，有效放射率可以表示為實際放射率 及對應有效反射率之函數（由方程式6)，即： 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製

本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐）

i 裝--------訂---.------竣 f請先閲讀背面之注意事項再填鸾本頁) 4 5 5 6 7 〇 A7 B7 五、發明說明（） 它所欲處理之後校準基材）。當基材正在溫度序列猶序前 進時’探針丨50、152以預定取樣率(例#，㈣)將基材局 部區域附近的輻射取樣（步驟172)。由每一探針之測量溫度 ’借助於方程式（10)計算對應㈣㈣強度卜Η。然後， 使用每-探針有效反射率之預先計算值，由方程式！ 6計算 實際基材放射率e (步驟174)…旦知道實際基材放射率， 底部探針150之有效放射率£1由方程式15計算如下： e (17) 最後，利用由方程式2及3導出之下列方程式，由探針 150測量之溫度計算經修正後溫度（丁咖⑼)（步驟丨76): (18 a) log κ 經修正後溫度資料τ。㈣5()為測量溫度丁邮⑼（在探針丨5〇 之測量溫度）及S周整溫度T a d j之和，如下： w«i>. (18 b) ί請先閱讀背®之注意事項再填寫本頁) 裝 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 調整溫度（Tadj)以三方式使用，一用於校準，二用於 基材之即時處理。在校準過程期間，就每一第二、第三及 第四校準基材計算調整溫度。畫出調整溫度相對於為每一 溫度探針位置（即’探針I 5 1 a-1 5 1 f)所導出之溫度差，以決 定每一溫度探針位置之敏感度因子SFa_f » 在基材即時處理期間’相關於正處理之基材的調整溫 度係用於依據方程式1 8b修正第一探針1 50之溫度測量。此 第31頁 本纸張尺度適用中S國家標準（CNS)A4規格（210x 297公餐） 455676 A7 B7__ 玉、發明說明（） 外’在基材即時處理期間’調整溫度以用於一特殊探針位 置之敏感度因子改良’以決定相關於一特殊位置之改良經 修正後溫度T <_/(其中之下標代表特殊探針1 5 I a-1 5 1 f)。改 良經修正後溫度資料及經修正後溫度資料之使用將在以 下配合圖1 2更詳細說明。 藉由補償敏感度因子SFa.f，將調整溫度Tadj即時改良 ，以用於每一溫度探針《改良溫度修正係定義為在包含一 修正之特殊探針位置的溫度，該修正係根據相關於特殊探 針位置之放射率敏感度改良溫度修正τ係就每一溫度 refa-f 感測器位置而計算如下： 其中為相關於探針1 5 1 a-1 5 1 f之即時測量溫度。 此演算邏輯較佳為以控制器丨92(圖1 2)之軟體執行， 以致於探針之溫度測量在作任何控制決定前自動修正。 圖5F為過程之簡化流程圖，用於決定任何探針151心 1 5 1 f之改良溫度。經修正後溫度資料係用於控制加熱元件 ，將在以下配合圖1 2更詳細說明。原始溫度資料由控制器 192收集（步驟240)。決定第—探針（即，探針15…及第二探 針（即，探針152)之間的溫度差（步驟242)。實際晶圓放射 率係配合方程式丨6計算（步驟244)，如上述。然後，配合方 程式1 7決定有效放射率（步驟246)，如上述。然後，計算經 修正後溫度及調整溫度（步驟248)。最後，調整溫度乘以用 於一給定探針之敏感度因子，且加到測得之探針溫度，以 第3頂 本紙張尺度適用中國國家A4歲.格⑵〇 x挪公釐)---- {請先閱讀背*之注意事項再填宵本頁) * ---— I f J t 經濟耶智慧財產局員工消費合作社印制^ - 5 56 76 A7 B7 五'發明說明（ 獲得改良溫度測量（步驟250)。 替jjL性..敢射率修正拮俶 存在一替代性及稍微簡單的技術，用以校準系統’不 需要使用具有一埋入式熱耦器之校準晶圓。此替代性技術 需要二晶圓’已精確地知道其背側之放射率。一晶圓具有 接近一之放射率ehi，另一晶圓具有較低之放射率 在所述實施例中’高放射率晶圓係具有〇 94之放射率的氮 化物晶圓，低放射率晶圓係具有一氧化層之多晶矽晶圓， 晶圓背側--即，面對溫度探針之侧--之放射率為〇. 3 2 ° ) 如前’使用一鄰近的溫度探針。一探針，以下稱為小 孔探針’導致高有效反射率。小孔探針產生溫度讀數τ 1， 用於在處理期間測量晶圓溫度。將要修正的正是由此探針 產生的溫度（即τ〗），以解釋晶圓背側之放射率。另一探針 ，以下稱為大孔探針，導致低有效反射率。大孔探針產生 溫度讀數丁2 ’用於產生將施加於小孔探針所測得之溫度的 修正β 所欲者為，二探針互相足夠接近，以致於它們约在相 同時間對晶圓之相同區域取樣。另一方面，芯s 叫右阳圓大接近 ，大孔探針將衝擊用於低放射率晶圓之小 J札休針的溫度 測量。此可能導致具有低放射率之晶圓的溫度不均勺 在所說明之實施例中，二探針位在距雜s 艰β曰圓中心相同 半徑之處’且分開約0.85吋。小孔探針具右一 4士扭 J 構，其用 於反射板之所有其它測量探針。為了下列例 J 丁 '目的，小 第33頁 木纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 裝---I----訂-!---!*咸 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4556 7β A7 B7 五 發明說明（ 經濟部智慧时產局員工消費合作社印製 孔探針使用一具有約0.080吋直徑之光管，其安置於反射板 之0.085吋直徑孔中’且其最上端與反射板表面齊平。大孔 探針亦使用約0·080吋直徑之光管，其最上端與反射板表面 齊平’但安置於反射板之較大孔（即，0.37吋）中。較大孔 之目的係相較於小孔探針，產生用於大孔探針之較低有效 探針反射率（或等效地，用於反射腔之較低有效反射率 於是，二探針將導致測量上不同的溫度。例如，就一具有 0.34之背側放射率及1000 之實際溫度的晶圓而言，使用 此二探針之測量溫度差將為約4 0 - 5 0。(：= 如前述，所欲者為，在二探針之有效反射腔反射率產 生大的差異，以增加不同溫度測量之信號與雜訊比。於是 ，應注意，在所說明之實施例中完成此目的之特殊方式僅 意圖繪示達成該目的之諸多不同方式之一 a 如前述，由普朗克定律，黑體放射之能量〖與溫度T 有關： (19) 在此式例中，既然T以τ測量，273乃加至溫度，以產 生方程式19所需要之等效的卡爾文溫度。藉由重新安排變 數，以溫度作為測量能量[E之函數的方程式可以導出為： … C2 λ.ΐϋ

KiK) I. (請先閱讀背面之主意事項再填茸本頁) 裝--------訂— :------峻 -273 . (20； 另言之，以此方程式’知道了正由物體放射之能量數 目，可以計算黑體之溫度。 阑於導出Lnrr之校..1 第34頁 i紙張&度柳中關本標準(CNSM4規格（210 X 297公g) 455676 A7 B7 五、發明說明（ 用於產生小孔探針溫度讀數之修正因子顯示於阖7。 現在，該程序將參考顯示於圖7之步驟而說明。 起？刀’问放射率晶圓在室中加熱至使用小孔探針所測 得之溫度Tpr〇eess ,且校準二探針，以產生相同的溫度讀數 (步驟210)。雖然在校準前之二探針的實際溫度讀數不同， 當使用高放射率晶圓時，它們的差異數量小。 為了建立小孔探針校準所需之二測量，接著，將低故 射率晶圓加熱至溫度TpfQeess。為了決定基材之處理溫度， 再假設小孔探針精確地測量低放射率晶圓之晶圓溫度3注 意，此係證明為可接受的假設，以下將可明白。當晶圓在 Tpr()cess，其溫度利用大孔探針及小孔探針二者測量（步驟 212)。大孔探針產生T2 = Tblg之測量溫度，小孔探針產生 Ti=Tsman之測量溫度》溫度差5T(e丨Tpr。。…）定義為此 二讀數之差’即：<5 T( £ Τ, ) = Τι-Τ· ί請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) HST* 經濟郭智慧財產局員工消費合作社印製 其次，藉由執行注入退火於每—晶圓（即，低放射率 晶圓及高放射率晶圓），利用小孔探針所產生之測量溫度 讀數作為實際溫度，決定小孔探針對於晶圓放射率之差的 實際敏感度。另言之，小孔探針所產生之溫度讀數係假設 為正確溫度讀數’儘管它們稍微不正確。然而，如眾所周 知者，注入層之薄膜阻力頗為依賴於注入退火之時間及實 際溫度。此外’人們己精確地知道該依賴性。於是，藉由 測量在二晶圓中每一晶圓上之層的阻力，每一晶圓已在不 同處理溫度退火達相同數量的時間’則可精確地決定二處 第35頁 -I,------竣 A7

455676 五、發明說明（） 理溫度之間的實際差異。 當小孔探針產生溫度讀數，其相同於低放射率晶圓與 向放射率晶圓二者，低放射率晶圓之實際溫度將實際上略 高於高放射率晶圓之實際溫度。此係因為在一給定的實際 晶圓溫度，低放射率晶圓將比在相同溫度之高放射率晶圓 放射較少的能量《於是，為了使低放射率晶圓放射之能量 等於高放射率晶圓放射之能量，其實際溫度必須略高於高 放射率晶圓之實際溫度。 為了決定二實際晶圓處理溫度之間的差，在高放射率 晶圓上執行注入退火，利用小孔探針監控處理溫度。第二 注入退火執行於低放射率晶圓，再次利用小孔探針監控處 理溫度。然後，測量每一晶圓之薄膜阻力，並利用用於所 執〃丁特殊退火的廣為人知之轉換表，能夠精確決定二晶圓 實際處理溫度之差。結果標示為TerH(>w(步驟214)。 作為執行注入退火之另一選擇，氧化層可生長於二晶 圓上，然後，可以決定氧化物厚度之差。利用廣為人知的 表，氧化物厚度之差可以轉換為產生二氧化物厚度之實際 處理溫度之差的精確測量。 藉由將小孔探針之實際溫度誤差T…。模型化為5 tu ’ τ)之線性函數，則修正因子Kc<^計算如下（步驟2丨6)

T κ Z errorXotf_ ⑽ (21) 就此例而言’ {Ccorr等於1 .246。 同步溫唐倐正 ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---^------故 經濟部智慧时產局員工消費合作社印裝 第36頁 本紙張尺度適时關家標iMCNS)A4規格（2KJ * 297公餐） 45567s A7 B7 經濟郃智慧財產局員工消費合作社印製 ίον (24) 五、發明說明（ 經修正後溫度TC(„r係由小孔探針及大孔揀針溫度測 量產生，如圖1 1之流程圖所示。晶圓溫度係利用小孔探針 (步驟23 0)及大孔探針（步驟23 2)測量，以個別得到τ 1、τ2 。計算測量溫度之差（即，Τι-丁2)(步騾2 34)，並乘以 步驟236)，以得到修正項，其然後加到T〗以得到經修正後 溫度（步驟238)。另言之， TCOfr=T^Kcorr-me,T) (22) 現在將說明此技術背後的原則及所導致對於溫度測 量精確度之改進。 基本上’小孔探針敏感度之測量決定那一有效放射率 曲線（見方程式1 5)描述小孔探針之應用。此可由以下看 出。在執行注入退火於低故射率晶圓而利用小孔探針作為 處理溫度之監視器時*係假設晶圓放射率為一 β藉由該假 設’晶圓放射之能量等於理想黑體在Tprceess放射之能量， 即’ I(Tpri3cess，λ ) »然而，Terr|OW2先前計算指示，晶園 之實際溫度較高’即’ Tprocess + Terrlow °於是，晶圓正放射 之能量亦可表示為等於低放射率晶圓之有效放射率（即， ε eff,low)乘以黑禮在此較南溫度時將放射之能量（即， 1( 丁 process + Terrlow ’ A ))。另言之， ^effjow process ^'error^^') _ I process，入、 (2 3 ) 此可重寫以獲得計算e effjQW之方程式如下：

Itrp«.Ce»>X> ' ^ ^ ^proceaa + ^error f 就所示實施例而言’ ε eff,!ow計算出為〇.855 〇然後 第37頁 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐） ------------- I 1 丨 I--^^.11 —----- r r (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 455676 ， ________B7____五、發明說明（） 利用方程式1 7，小孔探針之有效反射率Reffsma!i係由低放射 率晶圓之有效及實際放射率計算如下： (25) 在此例中，Reffsma!l等於0.92。 知道ReffSmall及利用方程式1 5，我們可以將小孔探針 之近似放射率以實際晶圓放射率之函數畫出》此圖在圖8 中顯示為上曲線。 所獲得用於高放射率晶圓之二溫度測量’即，丁4及 Tsma||使我們能夠以類似方式決定大孔探針之有效放射率 曲線。就大孔探針而言，已知所測量之放射能量UTbig， λ)等於黑體在某較高溫度放射之能量T⑴ua!乘以大孔探 針之有效放射率ε effbig。類似地’就小孔探針而言’已知 所測量之放射能量I(Tsmall，λ)等於黑醴在某較高溫度放 射之能量Taciual乘以小孔探針之有效放射率e effsmall。於是 ，下列式子可窝為：

I (26) <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂—：------滅 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接著，此可再寫為及一般化為： 〇 _ Ι(Τ2/λ} Ιί',λ) (27) 既然現在知道小孔探針之有效放射率（見上述）’ e :ffsma丨丨可由下列關係計算： 第38頁 本紙張尺度適用中因國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公堃） 455676 八7 B7 五、發明說明（ air (28) 其中e a係近似放射率，Reff係有效反射率„利用 Ren.smai丨之前述計算值及高故射率晶圓之實瞭放射率(即， 〇_94) ’ 可計算 ε effsma|!之值： e.,, ., =__efti 心· (29) 插入ε effsmaN之值於方裎式27中，導出£ b!s之值。在 此例中’計算值為0.749 » 利用方程式丨7,大孔探針有效反射率之值，即’ Reffbig ’亦可計算。在此例中，計算值為〇84卜 知道Rem,g，使我們可畫出大孔探針之近似放射率。 此圖係圖8 t之下曲線。注意，為了校準計劃，所欲者為 ’使二曲線（,j、孔探針及大孔探針之近似放射率曲線）分 開較遠，以增加校準之信號-雜訊比。 在過程進行期間，小孔探針測量之溫度未修正， 方 il.----------t--------訂-!.------嫂、 (請先閱讀背*之注意事項再填寫本頁) T, >rf將等於： T-TC{IE) (30) 其中 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 (31) ΙΕ-εα{ε,ΚφηαίΙ)·1{Τ,λ) 將此式代人方程式2 8，得到： Γ,„ = Γ - Τ£{εα{ε, Kffsmall) Ι(Τ,Λ) (32) 此函數之圖顯示於圖9中（見上實體曲線），其顯示’ 引入使用小孔探針之未經修正後溫度測量的誤差隨著基 第39頁 本紙張尺度適用中圉固家標準（CNSM4規格（210 x 297公爱） 4 5 56 7 6 a? _ B7 五、發明說明（） 材放射率之減小而顯著增加》 利用方程式2 0 ’大孔探針及小孔探針所測量溫度之差 ，即，5 Τ( ε ，T)可計算如下： 5Γ {ε, T) = Tc {εα (ε, V™// )Ί(Τ, λ)) - Tc (sa (ε, Reffl>ig )·Ι{Τ,λ)) (33) 圖9之下、虛曲線繪示以經修正後溫度測量為晶圊背 側放射率之函數的改進精確度。注意，在0.3至1.0之放射 率範圍，誤差小於約I。(：。另言之’使用上述技術之經修 正後溫度讀數大體上改進，而且，相較於未經修正後溫度 讀數，經修正後溫度讀數對於自一晶圊頂部至另一者之故 射率變化的敏感度大大減少。 由圖9很明顯’線性近似法已產生一修正因子，其已 略微過度補償實際測量誤差。使修正因子進一步最佳化之 一方式為僅使用一較小的因子’例如，0.9BCccirr。若修正因 子以該方式縮減，則所產生之曲線在大部分敌射率範圍更 趨近零誤差（見圖9之虛曲線）。 引起小孔探針溫度測量誤差之效應為能量相關效應 ，其引入一指數項。於是’實際誤差為非線性。儘管如此 ，誤差之線性近似在補償這些非線性效應時表現很好。 當然，修正因子之進一步最佳化可藉由考慮非線性方 式而獲得，其中修正因予以一彳衣針之間的温度差之函數而 變化。然而，在諸多應用中’自簡單線性近似法獲得實質 等級之改進使得經修正後溫度測量之進一步改良係不需 要的。 為了計算用於3 Τ(ε ，T)之方程式（即，方程式33)的 第40頁 i纸張尺度適用中因國家標準（CNS)A4規格⑵㈧视公i ) (請先閱讀背面之注意^項再填茸本頁) - --------訂·— I,------攻 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i455676 „ A： --------B7________ 五、發明說明（) 精確度’將計算值與用於二探針之間的溫度差之實際實驗 資科相比較。此比較顯示於圖I 〇中。頂曲線係用於一具有 〇’32《放射率的晶圓，中間曲線係用於一具有〇67之敌 曰3圓’下曲線係用於—具有〇 82之放射率的晶圓。實 驗值在圖中顯示成” χ ”及，，+，，。為了獲得實驗資料，一晶 置於室中，而溫度快速上升至1 000"c。在5〇〇.c以後 又每1 00 °C步驟’允許溫度穩定約1 0秒，然後，記錄备— 针之溫度讀數。此二讀數之間的差相當於3 丁（ ε。 在每一溫度所取得之資料的散佈係由於測量中之雜訊。圖 10顯示，實驗資料確認模型之精確度。 應了解’其它技術可用於減小相關於第二探針之有效 反射率。上述技術包含將探針舉到反射板表面之上，使探 針周圍之孔擴大，或改變用於探針之孔之大小。其它技術 包含，例如：（1)藉由形成一吸收襯環於探釺周圍（例如， 逦蓋以氮化矽之區域），減少探針周圍之反射板的反射率 ，（2)藉由包含一在纖維輸出之孔，減小探針之視角。 若—減小之視角（進入一光管之輻射的接受角）用於 第二探針，則孔之尺寸可減小，而仍在使用二探針的測量 溫度中達成約4〇 Τ之差異。於是，使用此方法，我們可以 使第二探針對於第一探針溫度測量之衝擊最小化，此允許 我們將探針移動成更靠近。 應注意’執行上述修正技術之另一選揮係重新設計室 ，以使圖8之頂線更高，即，更接近一。但是 疋’相較於上 述僅修正誤差，其係遠為困難之工作= 第41頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)Ai'H"(210 χ 297公釐) ----— ί請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------訂---^ 绫 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 56 7 6 A7 —---------------五、發明說明（） 红細節 如上述’所說明之實施例可使用分佈於反射器上之八 測量探針（即探針丨5 〇、1 5丨卜丨5丨f及丨5 2)，以測量在基材不 同半之溫度’如圖3 c所示。在熱處理期間’支撐結構1 08 約每分鐘轉動90轉。於是，每一探針實際地將基材上之一 對應環形區域的溫度型式取樣。相關於每一探針丨5丨a_ 1 5 J f i溫度指示係依據相關於探針位置之放射率變化的個別 敏感度而修正’如以上相關於同步測量技術所述者。 轉動基材之支撐結構包含一支撐環134，其接觸基材 外部周園之基材’因而使基材之所有下側保持暴露，除了 外周4 一小環形區域以外。支撐環丨3 4具有約一吋5公分 )<徑向宽度°為了使處理期間在基材106邊緣將發生之熱 不連續最小化’支撐環丨3 4以相同或相似於基材之材料製 成，例如矽或碳化矽。 支揮環134安置於一可轉動管狀石英圓柱136上，其塗 覆有碎’以使其在向溫計之頻率範圍中為不透明。石英圓 枉上足矽塗層作為擋板，以阻隔來自外部來源之輻射，其 可能污染強度測量。石英圓柱之底部由一環形上軸承環 141支持，其安置於複數滾珠軸承137上，滾珠軸承Η?則 支持於一固定環形下軸承環139内。滾珠軸承137由鋼製成 ，且塗覆以氮化矽，以減少操作期間的顆粒形成。上軸承 環1 4 1磁耦合至一引動器（未顯示），其在熱處理期間以每分 鐘90轉轉動圓柱136、保護環134及基材1〇6。 參考圖3B，支撐環134係設計成為可與石英圓柱136 第4頂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- 訂——·------0 本纸張尺度適用t國國家標準（CNS)M規格（210 x 297公髮） 4 6 5 6 7 6 at __ B7 五、發明說明（） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 產生輕而緊的密封。自支撐環134底表面延伸者為一圓柱 形CT〗34a其具有一略小於石英圓柱内徑之外徑，以致於 可套入圓柱，如所示，且形成一輕密封。在支撐環内部區 域，有一用於支撐基材I 06之架子i34b。架子丨34b係一在 支撐環内圓周之區域’其低於支撐環之其餘部份。 一套入室本體内之清洗環145環繞石英圓柱。清洗環 145具有一内環形腔147’其朝上軸承環i41上面之區域敞 開。内腔147經由通道147連接至一氣體供給源（未顯示）。 在處理期間’清洗氣體經由清洗環1 4 5流入室内^ 支撐環134具有一大於石英圓柱半徑之外徑，以致於 其向外延伸超過石英圓柱。超過圓柱136之支撐環的環形 延伸件，連同位於其下之清洗環〗4 5，充當一阻板，防止 散射光進入基材背侧之反射腔。為了更減少散射光反射進 入反射腔，支撐環134及清洗環145亦可塗覆以一材料，其 吸收由加熱元件11 〇(例如，黑或灰色材料）產生之輻射。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述，光管126由藍寶石製成。藍寶石光管通常較 佳’因為它們具有相對小的散射係數，且其傾向於具有較 大的橫向光拒斥，於是，它們提供較大的測量局部化。然 而’光管可由任何適當的对熱及抗腐触材料製成，例如， 石英，其可傳送取樣輻射至高溫計。適當的石英纖維光管 、藍寶石晶體光管及光管/導管接頭可由Luxtron Corporation-Accufiber Division, 2775 Northwestern Parkway，Santa Clara，CA9505 1 -0903 獲得。替代地，輻射 取樣系統可為一光學系統，包含安裝於反射器1 02中之小 第4頂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ 4 5 5 6 7 6 at __B7____五、發明說明（） 半徑物鏡及一鏡予與透鏡之系統，其傳遞透鏡收集之輻射 至高溫計。若可找到現成的光學元件，此組合可能比藍寶 石光管便宜。替代地，光管亦可由一具有高拋光反射内表 面之管製成。 一適當加熱元件110揭示於美國專利5155336號，附於 此供參考。此加熱元件使用1 8 7光管，以自鵄-鹵素燈泡傳 遞高準直輻射至處理室100。燈泡分為12區域，其以徑向 對稱方式安置。該區域可個別調整，以允許控制基材1 〇6 之不同區域的輻射加熱。 在圖3A之實施例中，底部116包含一環路146，冷卻 劑經由它而循環，藉以冷卻反射器及反射表面·^典型上為 約2 3。(7之水循環通過處部Π 6，以使反射器之溫度比受熱 之基材低諸多（例如1 00 sc或更少）。在RTP期間，使反射器 冷卻以防止會發生在其表面1 2 0上之任何可能的化學活性 係重要的。若允許反射器加熱’此將傾向於增加表面氧化 ’其可能嚴重降低反射層之反射率。達成有效放射率之増 加有賴於具有及保持高反射性表面。此外，當反射器绅.成 加熱，其將成為會污染取樣信號之輻射源β 在所說明之實施例中’高溫計i2S具有狹窄的頻寬（ 例如，約40毫微米），位於約950毫微米之處。亦所欲者為 ’以惰性材料塗覆石英窗戶U4之背惻，惰性材料對於所 有熱輻射為透明’但此狹窄波長帶除外，藉以減少熱源引 導散亂輻射進入反射腔之可能性》 通常，所欲者為’在一用於處理矽基材之系統中，使 第44頁 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本 裝---I--t丨訂!-------^ 本纸張又度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ297公g ) A7 455676 __B7______ _ 玉、發明說明（） 用一可偵刻長輻射波長之雨溫計（例如，大於約3 5至4微米 之波長）。然而’此方法最適用於700 以上之溫度。在室 溫，矽晶圓對於波長大於1 0微米之光係透明的。當基材之 溫度增加’基材對於波長較長者變成不透明，直到约7 〇 〇 ，基材對於所有有關之波長變成不透明。於是，在低於 700 T之溫度’ 一長波長敏感高溫計將更易於偵測直接來 自熱源之光。簡言之，高溫計所取樣之波長必須考慮處理 溫度。若處理溫度大致上低於700 X：，則高溫計必須取樣 小於1 .1微米之波長。若使用較高之處理溫度，則可以取樣 較長之波長。 亦應注意，在很低的處理溫度（例如600K(327 °C))， 只有小量的黑體光譜輻射產生在波長小於1 · I微米之處。結 果，在低於6 0 0 K之溫度，欲獲得滿意的信號·雜訊比變得 很困難。 在一設計中，特別適用於900。匸至1350 °C之間的處理 溫度，使用一固態高溫計，其對於波長在0.9微米至1. 〇微 米之間的輻射敏感（例如，900-LP-6.35C感測器結合10〇_ S8MS-B-8CV電子箱，二者皆可自 Luxtron Corp〇rati〇I1-Accufiber Division獲得）。在此溫度範圍，有實質數量之 輻射產生於0.9至I .0微米之波長範圍，乃產生高信號強度 及高信號-雜訊比。 圖12顯示一用於加熱基材至所欲溫度之控制避路。它 使用來自複數溫度感測器1 9〇(即，高溫計及光管）之取樣輸 出。加熱元件U0包含187嫣-鹵素燈泡，其配置於徑向區 第45頁 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)A4覘格（210* 297公堃） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---------訂----------吹 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 56 7 6 & __________Β7 _ 五、發明說明（） 域=每一燈泡區域由一多區域燈泡驅動器194獨立供給電 力，驅動器194則由一多輸入、多輸出控制器192控制》既 然基材以約每分鐘90轉轉動，且溫度測量係在基材1 06背 侧上之不同徑向位置為之’每一溫度探針在基材之不同環 形區域產生一平均溫度。環形區域重合於熱燈泡之徑向區 域。控制器1 92收集由溫度感測器1 90產生之溫度測量’根 據上述改良溫度修正演算邏輯經修正後溫度（Trefx) ’ 土調 整加熱燈泡之功率等級，以達到一基材溫度，其由供應呈 控制器192之預先定義溫度循環型式196所指定=在整個處 理循環，控制器自動調整傳送至不同燈泡區域之功率·等级 ，以致於離開所欲溫度型式之任何溫度偏差皆受修正。 其它實施例係在下列申請專利範圍之範_内。 元件符號說明 10 基材 22 反射器 24 虛擬黑體腔 27 孔 30 光纖 33 高溫計 42 微腔 425 微腔 43 微腔 100 處理室 102 反射器 106 基材 108 支撙結構 109 基材局部區域 1 10 加熱元件 112 輻射石英窗戶總成 1 14 石英窗戶總成 1 16 底部反射腔 118 反射腔 第46頁 本纸張尺度適用中囤國家標準（CNS)A4規格 (210 X 297公堃） (請先閱讀背面之注惠事項再填寫本頁> · — 111 111 訂·11 Ί 11II "^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 5 5 6 7 6 a； _B7 五、發明說明（） 120 表面塗層 124 導管 125 撓性光管 126 藍寶石光管 128 高溫計 134 支撐環 134a 圓柱形唇 134b 架子 136 圓柱 137 ί袞珠轴承 139 下軸承環 141 上軸承環 145 清洗環 146 環路 147 通道 150 輻射探針 15 1 探針 152 輻射探針 190 溫度感測器 192 多輸出控制器 194 燈泡驅動器 196 預先定義溫度循環型式 第47頁 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝---- 訂——；------始 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 455676 六、申請專利範圍 1. 一種修正一熱處理室中的溫度探針讀數之方法，其中一 基材在一熱處理室中被加熱至一處理溫度，該方法包括 下列步驟： 形成一反射腔於該基材之一側； 使用一第一探針 ' —第二探針及至少—第三探針， 以由該反射腔對能量進行取樣，由該第一、第二及第< 探針所取得之取樣能量分別產生第一、第二及第三遥度 指示； 改變該第一及第二探針中至少一探針之有效反射率 r 校準該熱處理’以導出該第三探針的放射率敏馬 度因子； 由该第一及第_探針之有效反射率導出該基材的有 效放射率： 由該第一及第二溫度指示與該基材的有效放射率導 出該第一探針的調整溫度； 由該第三探針之放射率敏感度因子及該調整溫度導 出該第三探針的放射率敏感度調整溫度；及 由該第三探針之放射率敏感度調整溫度及該第三溫 度指示導出該第三探針的經修正後溫度讀數，其中相較 於該第三探針所產生的未修正讀數而言，該第三探針的 經修正後溫度讀數接近在該第三探針之環境令該基材 的真實溫度。 2.如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中還包含引導來自 第48頁 本紙張尺度適用申國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先Μ讀背面之注意事頊再填寫本頁) ^------'—訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A8 B8 C8 D8 455676 六 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 該反射腔之輻射經由一耦合至每一探針之光纖到達〜 高溫計，及藉由減小在耦合至該第一及第二探釺φ 探針之光纖輸出處的視角；及改變該第一及第二 探針 中至少一探針之有效反射率的步驟。 3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中又包含使用每〜扣 k斜 以收集通過一位在安置成對立於該基材之反射器φ、 導管的輻射：及改變該第一及第二探針中至少一探奸、 有效反射率的步驟，此係藉由改變該探針之孔之士， 〜尺小的 方式而為之。 4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中又包含經由—用 π於該 第一及第二探針之導管收集輻射的步驟。 5. 如申請專利範圍第4項之方法，其中該經由導管收集每& 之步驟包含耦合二光纖至相同導管’該處之每一光 合至一南溫計的步驟β 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該耦合二光纖之步规 包含耦合每一光纖至一高溫計之不同通道，該處之不同 通道的孔之大小可由使用者選擇，以允許為該第_及第 二探針中的每一探針設定不同的有效反射率的步驟。 7. —種修正一熱處理室中的溫度探針讀數之方法，其中二 熱處理室係用於加熱一基材，該方法包括下列步驟· 形成一反射腔於該基材之—側上； 加熱該基材至一處理溫度； 使用一第一探針、一第二探針及至少一第三探針 以自該反射腔對能量進行取樣’該第一探針具有與其相 Μ49Μ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公髮） A8 B8 C8 D8 455676 六、申請專利範圍 關之第一有效反射率，該第二探針具有與其相關之第二 有效反射率’其中該第一及第二有效反射率不同，來自 該第一、第二及第三探針之取樣能量分別產生第一、第 二及第三溫度指示； 校準該熱處理室，以導出該第三探針的放射率敏感 度因子； 由該第一及第二探針之有效反射率導出該基材的有 效敌射率； 由該第一及第二溫度指示與該基材的有效放射率導 出該第一探針經修正後的溫度讀數，其中該經修正後的 溫度讀數係該第一溫度指示及一調整溫度之和，相較於 第一探針所產生的未修正讀數而言，該第一探針的經修 正後溫度讀數係在第一探針之環境中的基材真實溫度 之更精確指標； 由該第三探針之放射率敏感度因子及該調整溫度導 出該第三探針的放射率敏感度調整溫度；及 由該第三探針之放射率敏感度調整溫度及該第三溫 度指示導出該第三探針的經修正後溫度讀數，其中相較 於該第三探針所產生的未修正讀數而言，該第三探針的 經修正後溫度讀數係在該第三探針之環境中該基材真 實溫度之更精確指標》 8 .如申請專利範圍第7項之方法，其中該導出第三探針的碎 修正後溫度讀數之步驟包含加總調整溫度乘以第_ 針及第三溫度指示之敏感度因子之積的步驟。 第50頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 、裝l· 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 CS D8 45 56 7 6六、申請專利範圍 9.如申請專利範圍第7項之方法’其中該校準步驟包含決定 與施加至一校準基材的平均溫度之間的溫度差異的步 驟，其中該平均溫度係用於複數片具有預定放射量的之 校準基材。 I 0.如申請專利範圍第9項之方法’其中該校準步驟包含使 用複數片校準基材的步驟，其中該複數片校準基材包含 至少一具有高放射等級的基材、至少一具有低放射量基 材及至少一具有放射量介於高與低量之間的基材。 II ·如申請專利範圍第10項之方法’其中該校準步驟包含藉 由敏感度曲線的直線近似法決定該第三探針的敏感度 因子的步顆其中遠敏感度曲線係相關於為該第一探針 而導出的經修正後溫度及由該校準基材導出的溫度差 異。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 針 探 度 溫 的 中一 室熱 理加 處於 熱用 一 係 正室 修理 種處 一.熱 2 方 該 材 基 上 侧 | •’ 之 度 材溫 基理 該處 於 一 腔至 射材 反基 1 該 成熱 形加 該 中 ： 其驟 ， 步 法列 方下 之括 數包 讀 法 I --------訂--------- 針 探 - 第 用 使 第 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ’ 第 示 針及指 探二度 三 第溫 第、三 _ t 第 少第及 至該二 及自第 針來、 探’ _ ,| 樣第 取生 之 產 量別 能分 行量 進能 腔樣 射取 反之 該針 對探 以 三 準 子 因 度 變 改 室 第 理 及 處 一 熱 第 該 該 感 敏 率 射 放 的 針 探 三 第 該 出 導 以 少 至 中 針 探 率 射 反 效 有 之 針 探 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印製 4556 7 6 I D8 六、申請專利範圍 由該第一及第二探針之有效反射率導出該基材的有 效放射率； 由該第一及第二溫度指示與該基材的有效放射率導 出該第一探針的調整溫度’藉以在該調整溫度與該溫度 指示結合時’相較於該第一探針所產生的未修正讀數而 言能提供在該第一探針所處環境中該基材真實溫度的 更精確指示；及 由該第三探針之放射率敏感度因子、該調整溫度及 第三溫度指示導出該第三探針的經修正後溫度讀數，其 中相較於该第二探針所產生的未修正讀數而言’該第三 探針的經修正後溫度讀數係在該第三探針所處環境中 該基材真實溫度之更精確指標。 13.—種用於測量一熱處理室中一基材溫度之裝置’該裝置 包括： —反射板，安置於該基材之一表面附近，該基材安 置於該熱處理室中，以形成一反射腔於該反射板與該基 材之間； 一第一探針’安置成自該反射腔接收能量，且產生 第一溫度指示； 一第二探針，安置成自該反射腔接收能量，且產生 第二溫度指示’該第一探針對於該腔而言具有與其相關 (有效反射率，而該第—探針相關之有效反射率與該第 一探針者不同； _ 第52頁 泰Λ張尺度過用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公发） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1 . U-------訂--------線 4 5 5 6 7 6 b5 C8 D8 六、申請專利範圍 一第三探釺，安置成自該反射腔接收能量，且產生 第三溫度指示；及 —溫度測量模組，其接收各來自該第一、第二及第 三探針之第一、第二及第三溫度指示及一相關於該第三 探針的故射率敏感度因子，該溫度測量模组被加以程式 化’以根據該第一及第二探針之有效反射率導出該基材 之有效放射率，並導出該第一探針之經修正後溫度讀數 ’該第一探針之經修正後溫度讀數係該第一溫度指示 及計算出的調整溫度之和，相較於該第一探針的未修正 讀數而言’該經修正後之溫度讀數係在相關於第一探針 所處區域之該基材真實溫度的更精確指標；該溫度測量 模組另加以程式化’以自該調整溫度、放射率敏感度因 子及第三溫度指示導出該第三探針之經修正後溫度讀 數，其中相較於該第三探針所產生的未修正讀數而言， 該第三探針的經修正後溫度讀數係在該第三探針之區 域中該基材真實溫度的更精確指標》 14. 如中請專利範圍第13項之裝置，其中該第一、第二及第 三探針包括光管。 15. 如申請專利範圍第13項之裝置，其中該第—及第二探針 延伸通過一單一導管。 1 6.如申請專利範圍第1 3項之裝置，其中該溫度測量模组計 算該第三探針的放射率敏感度因子，且該第三探針的敏 感度因子與為該第一探針而導出的調整溫度之積與该 第三溫度指示之和，以得到該第三探針的經修正後溫度 第53頁 本紙張尺度適Λ _㈣家料（CNS)A4規格（210 x 297公釐） ---.----------裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂.- 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 4556 〃、申請專利範圍 讀數。 如申請專利範圍第㈣之裝置，其中該第三探針的放射 率敏感度因子的計算係藉由決定與施加至-校準基材 的平均溫度之間溫度之差異的方式為之，其中該;均溫 度係加至具有預定放射率的複數片校準基材者。 18.如申請專利範圍第17項之裝置，其中該複數片校準基材 包含至少一具有高放射率的基材、至少一具有低放射率 的基材及至少一具有放射率介於高與低放射率之間的 基材。 1 9.如夺請專利範圍第18項之裝置，其中該第三探針的放射 率敏感度因子係藉由敏感度曲線的直線近似法而決定 ，其中該敏感度曲線係與為該第一探針導出之經修正 後溫度及由該校準基材導出之溫度差異相關。 20.如申請專利範圍第I〗項之裝置，包含一耦合至每—探針 之光纖’用以將輻射自該反射腔導引至一高溫計處，該 用於第一及第二探針中至少一探針之光纖包含—具有 較小之視角的輸出，用於改變該第一及第二探針中至少 ' 彳木針之有效反射率。 2 1.如申請專利範圍第丨3項之装置，其中又包含一相關於每 —探針之導管，該導管位在該反射板内，且安置成與該 基材對立，以收集輻射。 22_如_請專利範圍第13項之裝置，其中該第一或第二探針 之有效反射率可各藉由改變該第一或第二探針的孔之 大小而改變。 第54頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公S ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ---- 訂---------4- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 455676 A8 B8 C3 D8 申請專利範圍 利 請 申包而 j 各管 3 2 合 一 耦至 一 合 括耦 針導 探該 二由 第藉 及皆 1 纖 第光 該 一 中每 其 , ’ 纖 置光 裝之 之管 項導。 3 1 同計 第相显 ®至-ί 置 裝 之 項 ， 3 2 道 第通 圍同 範不 利之 專 4- Ji& 請溫 申高 如該 4 2 至使 合 由 耦可 纖小 光大 1 之 每孔 該的 中道 其通 同 不 該 且 定 設 針 探 1 每 中 針 探 二 第 及 1 第 該 為 。 許率 允射 以反 1 效 擇有 選的 者同 用不 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I n n ^^1 1^1 ^^1 If 1 1^1 n ^^1 ^^1 ^^1 ^1* ^^1 ^^1 ^^1 I n n a^i 訂 --------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 頁 55 第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）