快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置，冷壁圍出了一個(gè)冷腔，在該冷腔中由石英內(nèi)襯又圍出了一個(gè)反應(yīng)腔；冷壁上具有孔，石英內(nèi)襯上具有透明的藍(lán)寶石窗口；在反應(yīng)腔中設(shè)有石英硅片承載器，硅片固定于該石英硅片承載器上；在反應(yīng)腔中設(shè)有測(cè)溫標(biāo)的物；設(shè)在冷壁外部的光學(xué)高溫計(jì)、冷壁上的孔、石英內(nèi)襯上的藍(lán)寶石窗口、所述測(cè)溫標(biāo)的物在一條直線上。本申請(qǐng)將光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)溫對(duì)象由發(fā)射率難以確保完全一致的硅片背面改為了發(fā)射率固定不變的測(cè)溫標(biāo)的物，從而可確保測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以很好的保證產(chǎn)品和產(chǎn)品之間，批次與批次之間良好的熱穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種熱工藝設(shè)備的測(cè)溫裝置，特別是涉及一種快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體制造技術(shù)中，諸如熱氧化生長(zhǎng)工藝、熱退火工藝、淀積工藝、摻雜工藝、玻璃體的回流等都需要使用到熱工藝設(shè)備。常用的熱工藝設(shè)備包括臥式爐、立式爐、快速熱處理(RTP)設(shè)備等。當(dāng)快速熱處理設(shè)備用于熱退火工藝時(shí)，也被稱(chēng)為快速熱退火(RTA)設(shè)備。
[0003]現(xiàn)有的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置有兩種:一種是采用光波測(cè)溫，即測(cè)定的是硅片背面輻射出來(lái)的波長(zhǎng)在0.2~4 μ m之間的紅外線。另一種是熱電偶檢知器直接接觸硅片進(jìn)行檢測(cè)。后者由于對(duì)硅片的搬送位置要求過(guò)高而一般不被采用。
[0004]請(qǐng)參閱圖1，這是一種現(xiàn)有的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置。冷壁(cool walDlO圍出了一個(gè)冷腔(cooled housing),在該冷腔中由石英內(nèi)襯(quartz liner)11又圍出了一個(gè)反應(yīng)腔(reactor)。冷壁10上具有孔100,使冷腔與外界連通。石英內(nèi)襯11上具有透明的藍(lán)寶石窗口 110?？砷_(kāi)啟的門(mén)12在關(guān)閉時(shí)，可使反應(yīng)腔成為密閉腔體。在冷腔中、但在石英內(nèi)襯11外部分布有線性燈陣列(linear lamp array) 13,其由多個(gè)鹵鶴燈組成。線性燈陣列13分布在石英內(nèi)襯11的頂部上方及底部下方，用于為反應(yīng)腔中的硅片正面和背面加熱。鹵鎢燈將產(chǎn)生短波長(zhǎng)輻射，石英內(nèi)襯11可使來(lái)自鹵鎢燈熱源的輻射通過(guò)，硅片15依靠選擇性地吸收鹵鎢燈的輻射而`被加熱。冷壁10通常是光滑的金屬(例如不銹鋼，以提高反射率)，因而不會(huì)被鹵鶴燈所加熱。在反應(yīng)腔中設(shè)有石英娃片承載器(quartz wafer tray)14,用于固定娃片(wafer) 15。設(shè)在冷壁10外部的光學(xué)高溫計(jì)(optical pyrometer) 20可穿越冷壁10上的孔100和石英內(nèi)襯11上的藍(lán)寶石窗口 110，并對(duì)硅片15的背面進(jìn)行測(cè)溫。
[0005]然而,硅片表面的發(fā)射率(emissivity，也稱(chēng)輻射系數(shù))在很大程度上依賴(lài)于硅片正面和背面的膜的種類(lèi)和厚度。即便是正面和背面具有相同的膜種類(lèi)和厚度的硅片，也會(huì)因?yàn)橹圃炫尾煌尸F(xiàn)出膜質(zhì)的差異。這些都會(huì)導(dǎo)致光學(xué)高溫計(jì)的溫度讀數(shù)差異。請(qǐng)參閱圖2，其橫坐標(biāo)表示硅片背面的發(fā)射率，縱坐標(biāo)表示硅片背面的氧化膜厚度，其縱向的每一個(gè)方格表示1°C的溫度差異。實(shí)線表示輻射率儀(emissometer)開(kāi)啟的情況，由于硅片背面的氧化膜厚度不同便導(dǎo)致了硅片背面的發(fā)射率差異，并使得硅片背面存在大約rc的溫度差異。虛線表示輻射率儀關(guān)閉的情況，此時(shí)忽略橫坐標(biāo)，由于硅片背面的氧化膜厚度不同便導(dǎo)致了硅片背面存在大約3°C的溫度差異。由于光學(xué)高溫計(jì)的讀數(shù)受到硅片背面的膜種類(lèi)、膜厚、膜質(zhì)的影響，會(huì)造成不同產(chǎn)品或不同批次的娃片之間的熱預(yù)算(thermal budget)差異，最終會(huì)影響到產(chǎn)品的良率穩(wěn)定性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置，可以避免硅片背面的發(fā)射率差異對(duì)溫度測(cè)定造成的干擾，而使產(chǎn)品在熱工藝過(guò)程中得到穩(wěn)定一致的熱預(yù)算。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置為，冷壁圍出了一個(gè)冷腔，在該冷腔中由石英內(nèi)襯又圍出了一個(gè)反應(yīng)腔；冷壁上具有孔，石英內(nèi)襯上具有透明的藍(lán)寶石窗口 ；在反應(yīng)腔中設(shè)有石英硅片承載器，硅片固定于該石英硅片承載器上；在反應(yīng)腔中設(shè)有測(cè)溫標(biāo)的物；設(shè)在冷壁外部的光學(xué)高溫計(jì)、冷壁上的孔、石英內(nèi)襯上的藍(lán)寶石窗口、所述測(cè)溫標(biāo)的物在一條直線上。
[0008]進(jìn)一步地，所述測(cè)溫標(biāo)的物為硅材料。
[0009]進(jìn)一步地，所述測(cè)溫標(biāo)的物至少完全覆蓋住石英襯底上的藍(lán)寶石窗口。
[0010]進(jìn)一步地，在石英內(nèi)襯的底部?jī)?nèi)側(cè)開(kāi)設(shè)有凹陷部，測(cè)溫標(biāo)的物固定在該凹陷部中。[0011 ] 進(jìn)一步地，所述凹陷部至少完全覆蓋住石英襯墊上的藍(lán)寶石窗口。
[0012]本申請(qǐng)將光學(xué)高溫計(jì)的測(cè)溫對(duì)象由發(fā)射率難以確保完全一致的硅片背面改為了發(fā)射率固定不變的測(cè)溫標(biāo)的物，從而可確保測(cè)溫結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以很好的保證產(chǎn)品和產(chǎn)品之間，批次與批次之間良好的熱穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是現(xiàn)有的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是硅片背面的發(fā)射率、膜厚與溫度的關(guān)系示意圖；
[0015]圖3是本申請(qǐng)快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0017]10為冷壁；100為孔；11為石英內(nèi)襯；110為藍(lán)寶石窗口 ；12為門(mén)；13為線性燈陣列；14為石英硅片承載器；15為硅片；20為光學(xué)高溫計(jì)；30為凹陷部；31為測(cè)溫標(biāo)的物。
【具體實(shí)施方式】
[0018]請(qǐng)參閱圖3，這是本申請(qǐng)快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置的一個(gè)實(shí)施例。冷壁10圍出了一個(gè)冷腔，在該冷腔中由石英內(nèi)襯11又圍出了一個(gè)反應(yīng)腔。冷壁10上具有孔100，使冷腔與外界連通。石英內(nèi)襯11上具有透明的藍(lán)寶石窗口 110，允許光線通過(guò)?？砷_(kāi)啟的門(mén)12在關(guān)閉時(shí)，可使反應(yīng)腔成為密閉腔體。在冷腔中、但在石英內(nèi)襯11外部分布有線性燈陣列13，其由多個(gè)鹵鎢燈組成。線性燈陣列13分布在石英內(nèi)襯11的頂部上方及底部下方，用于為反應(yīng)腔中的硅片正面和背面加熱。鹵鎢燈將產(chǎn)生短波長(zhǎng)輻射，石英內(nèi)襯11可使來(lái)自鹵鎢燈熱源的輻射通過(guò)，硅片15依靠選擇性地吸收鹵鎢燈的輻射而被加熱。冷壁10通常是光滑的金屬(例如不銹鋼，以提高反射率)，因而不會(huì)被鹵鎢燈所加熱。在反應(yīng)腔中設(shè)有石英硅片承載器14，用于固定硅片15。在反應(yīng)腔中設(shè)有測(cè)溫標(biāo)的物31。設(shè)在冷壁10外部的光學(xué)高溫計(jì)20可穿越冷壁10上的孔100和石英內(nèi)襯11上的藍(lán)寶石窗口 110，并對(duì)測(cè)溫標(biāo)的物31進(jìn)行測(cè)溫。為了做到這一點(diǎn)，光學(xué)高溫計(jì)20、冷壁10上的孔100、石英內(nèi)襯11上的藍(lán)寶石窗口 110、測(cè)溫標(biāo)的物31這四者必須在一條直線上。
[0019]現(xiàn)有的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫原理都是通過(guò)測(cè)定硅片本身的溫度來(lái)調(diào)整熱預(yù)算，但硅片背面膜質(zhì)差異或波動(dòng)是無(wú)法避免的，因此也造成了熱工藝過(guò)程中熱能力的不穩(wěn)定性。實(shí)際上，工程師真正關(guān)心的是硅片在熱工藝過(guò)程中得到的熱能或者說(shuō)熱預(yù)算。既然硅片本身作為測(cè)定標(biāo)的會(huì)有波動(dòng)，那如果用其他穩(wěn)定的參照物在理論上就可以避免這個(gè)問(wèn)題。因此本申請(qǐng)快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫原理是光學(xué)高溫計(jì)不測(cè)硅片背面，改為測(cè)固定放置在反應(yīng)腔中的某個(gè)測(cè)溫標(biāo)的物。因?yàn)闇y(cè)溫標(biāo)的物的發(fā)射率是固定不變的，即可以保證在熱工藝過(guò)程中的熱能力穩(wěn)定。
[0020]優(yōu)選地，測(cè)溫標(biāo)的物31至少完全覆蓋住石英襯底11上的藍(lán)寶石窗口的大小，還可延伸到藍(lán)寶石窗口 Iio的周邊區(qū)域，以確保該測(cè)溫標(biāo)的物31完全遮擋住光學(xué)高溫計(jì)20的測(cè)溫光路。
[0021]優(yōu)選地，在石英內(nèi)襯11的底部?jī)?nèi)側(cè)(即在反應(yīng)腔中的一偵D開(kāi)設(shè)有凹陷部30，所述測(cè)溫標(biāo)的物31固定在該凹陷部30中。此時(shí)，凹陷部30至少完全覆蓋住石英襯墊11上的藍(lán)寶石窗口 110，還可延伸到藍(lán)寶石窗口 110的周邊區(qū)域。
[0022]優(yōu)選地，測(cè)溫標(biāo)的物31為硅材料，以保證測(cè)定到的溫度接近于真實(shí)的硅片15的溫度，同時(shí)保證不會(huì)對(duì)硅片15產(chǎn)生污染。
[0023]以上僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限定本申請(qǐng)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置，冷壁圍出了一個(gè)冷腔，在該冷腔中由石英內(nèi)襯又圍出了一個(gè)反應(yīng)腔；冷壁上具有孔，石英內(nèi)襯上具有透明的藍(lán)寶石窗口 ；在反應(yīng)腔中設(shè)有石英硅片承載器，硅片固定于該石英硅片承載器上；其特征是，在反應(yīng)腔中設(shè)有測(cè)溫標(biāo)的物；設(shè)在冷壁外部的光學(xué)高溫計(jì)、冷壁上的孔、石英內(nèi)襯上的藍(lán)寶石窗口、所述測(cè)溫標(biāo)的物在一條直線上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置，其特征是，所述測(cè)溫標(biāo)的物為硅材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置，其特征是，所述測(cè)溫標(biāo)的物至少完全覆蓋住石英襯底上的藍(lán)寶石窗口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置，其特征是，在石英內(nèi)襯的底部?jī)?nèi)側(cè)開(kāi)設(shè)有凹陷部，測(cè)溫標(biāo)的物固定在該凹陷部中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的快速熱處理設(shè)備的測(cè)溫裝置，其特征是，所述凹陷部至少完全覆蓋住石英襯墊上的藍(lán)寶石窗口。
【文檔編號(hào)】H01L21/67GK203456424SQ201320434744
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月19日
【發(fā)明者】孫建軍 申請(qǐng)人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司