亚星游戏官网-www.yaxin868.com

一种用于半导体热处理的立式氧化炉测温装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于半导体热处理的立式氧化炉测温装置，在耐高温石英外套管内插有两支热偶，两支热偶的测量端沿外套管的轴向距离介于外套管在氧化炉内的初始安装高度至其行程高度之间，本发明通过将两支测量端具有一定距离的热偶与外套管组合使用，有效弥补了拉温时单支热偶在氧化炉反应腔室底部测量温度的盲区，实现对半导体热处理工艺中温度的精确测量和控制，提高了拉温效率和设备产能。
【专利说明】一种用于半导体热处理的立式氧化炉测温装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体热处理的立式氧化炉，特别是涉及一种用于对立式氧化炉的恒温区进行温度测量校正温度偏差的拉温装置。
【背景技术】
[0002]为保证立式氧化炉中反应腔体的均匀加热，炉体中会分多个恒温区进行分段控制，例如，分五个恒温区。其中，每段炉体中均固定配置有两组热偶，一组位于反应腔室内称之为Profile热偶，其测得的温度较接近硅片本身的温度；另一组则靠近加热元件称为Spike热偶，其测得的温度较接近加热元件本身的温度。
[0003]立式氧化炉每次做完工艺后，可能会有少量气体的附着物或是其他物体残留在反应腔室里，进行多次若干工艺后，再继续升温，用Profile热偶和Spike热偶测温就会出现实际温度和测量温度有小幅偏差的情况。因此，为了补偿这个偏差，在若干次工艺过程后，通常需要进行一次恒温区的拉温测量，以校正温度偏差。这就需要用到一个单独的拉温测温装置。此装置的热偶可以随其外部的石英外套管自立式氧化炉反应腔室的顶部一直垂直移动到底部，进行整个行程高度的多点温度测量。测量出来的多点温度和氧化炉自身测温热偶测量的数据进行比较，就可以得出偏差，只要在控制软件里把偏差补偿进去就达到拉温的目的。
[0004]现有的拉温测温装置的外套管内插有单支热偶，其测量端位于外套管的顶端。在拉温前，先要将装有单支热偶的外套管从氧化炉反应腔室的底部插入到反应腔室的顶部附近，并且为了保持平衡，使外套管稳定地上下移动，必须使外套管在反应腔室内具有适当的初始安装高度，即外套管的顶端在插入后，距反应腔室的底部要留有一定的安装平衡高度。因此，在拉温时，当外套管从氧化炉反应腔室顶部自上而下移动至安装高度、即外套管在氧化炉中垂直行程的终点时，由于外套管不能继续向下移动，造成外套管内的单支热偶无法测量自此位置至反应腔室底部区间的温度。故而，在具有五段温区的氧化炉的反应腔室里，其拉温区实现的效果有限，在反应腔室底部存在较大一部分测温盲区，因此无法探明处于第五温区的保温桶对第四温区乃至整个温区的影响。同时单支热偶拉温效率过低，只能通过多次拉温进行温度对比，耗费时间过长。这会造成不能快速设置温度参数，准确校正温度偏差，因此降低了拉温效率，消耗了设备产能。

【发明内容】

[0005]本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种能快速设置温度参数，准确校正温度偏差的新型热偶测温装置，通过将两支测量端具有一定距离的热偶与外套管组合使用，克服了现有技术的单支热偶在反应腔室底部测量温度的盲区，通过两支热偶的同时测量覆盖完整的恒温区和第五温区，可以对两支热偶在拉温时经过的重合区域进行温度的对比，减少拉温次数，提高拉温效率。
[0006]本发明解决现有技术不足之处采取的技术方案是:一种用于半导体热处理的立式氧化炉测温装置，在外套管内插入第一热偶、且测量端位于外套管顶端的现有技术的测温装置基础上，在外套管内增加插有第二热偶，并且，使外套管内两支热偶的测量端沿外套管的轴向距离介于外套管在氧化炉内的初始安装高度至其行程高度之间。这种设计弥补了单支热偶在氧化炉反应腔室底部测量温度的盲区，可以通过两支热偶在拉温区工装设计行程内，确保覆盖完整的恒温区和第五温区，可对两支热偶在拉温时经过的重合区域进行温度的对比，保证了最高的拉温效率。
[0007]如果将所述两支热偶的轴向距离设置为可操作拉温区行程的一半，则既能弥补单支热偶在氧化炉反应腔室底部测量温度的盲区，同时又能覆盖最需要了解的第四温区和第五温区的温度分布情况。
[0008]而且，如果将第二热偶的轴向高度设置为所述第一热偶的轴向高度减去初始安装高度，可以使得两支热偶在拉温时经过的重合区域最长、温度对比点最多，可获得最高的拉温效率。
[0009]所述外套管是其顶端可由氧化炉反应腔室底部的插入孔垂直插入，并与插入孔滑动连接的耐高温石英外套管。石英管应能耐受950?1000°C的高温，以对其中的热偶起到保护作用。
[0010]所述外套管具有与两支热偶固定连接机构，以便在拉温时同步移动。
[0011]所述外套管由氧化炉反应腔室底部的插入孔垂直插入，并与反应腔室内壁及保温桶具有间隙。要保证外套管与腔室内壁及保温桶有适当的距离，以免在装拆时发生摩擦和碰撞。
[0012]进一步地，所述外套管内固定插有两支R型热偶，且两支热偶的测量端轴向距离介于外套管在氧化炉内的初始安装高度至其行程高度之间。
[0013]所述R型热偶的测温范围为O?1300°C，以满足氧化工艺的需要。
[0014]所述外套管的外壁具有若干显示行程高度的刻痕。在外套管上根据其在不同氧化炉中的行程需求，刻出需要使用的特征尺寸的位置，此特征尺寸为外套管插入反应腔室内后在腔室外剩余的距离。
[0015]所述外套管外接氧化炉反应腔室底部外的一联动机构，可实现测温装置的平稳移动及精确控制。
[0016]本发明的有益效果是:本发明采用两支测量端具有一定距离的热偶与外套管组合使用的新设计，有效弥补了单支热偶拉温时在反应腔室底部测量温度的盲区，可以探明位于第五温区的保温桶对第四温区乃至整个温区的影响，确保拉温时覆盖完整的恒温区和第五温区，且可对两支热偶在拉温时经过的重合区域进行温度的对比，减少拉温次数，提高拉温效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是本发明测温装置两支热偶的测量端轴向距离为外套管在立式氧化炉内的初始安装高度时及在立式氧化炉中处于拉温终点位置时的结构示意图
[0018]图2是本发明测温装置两支热偶的测量端轴向距离为外套管在立式氧化炉内的初始安装高度时及在立式氧化炉中处于拉温起点位置时的结构示意图
[0019]图3是本发明测温装置两支热偶的测量端轴向距离为外套管在立式氧化炉内的行程高度时及在立式氧化炉中处于拉温终点位置时的结构示意图
[0020]图4是本发明测温装置两支热偶的测量端轴向距离为外套管在立式氧化炉内的行程高度时及在立式氧化炉中处于拉温起点位置时的结构示意图
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0022]实施例一
[0023]在本实施例中，请参阅图1，图1是本发明测温装置两支热偶的测量端轴向距离为外套管在立式氧化炉内的初始安装高度时及在立式氧化炉中处于拉温终点位置时的结构示意图。如图1所示，本发明测温装置，包括一支能耐受950?1000°C高温的石英外套管I，其内从开口方向插有两支热偶，优选R型热偶，此R型热偶的测温范围为O?1300°C，以满足氧化工艺的需要。其中，第一热偶3的测量端插入至外套管的顶端，第二热偶2的测量端插入至与热偶3的测量端沿外套管的轴向距离为外套管在氧化炉内的初始安装高度处。选用耐高温石英外套管的目的是为了对其中的热偶起到保护作用。两支热偶插入到位后，即在外套管开口部与一固定机构连接，以便在拉温时同步移动。
[0024]在进行拉温测量过程中，炉体里的反应腔室8里有放硅片6的石英舟和舟下边的保温桶7，腔室分成五段温区，每段温区都配有氧化炉自身的Spike热偶4和Profile热偶5，用来测温控温。在拉温前，先要将外套管从氧化炉反应腔室底部的插入孔垂直插入反应腔室，并且为了保持平衡，使外套管稳定地上下移动，必须使外套管在反应腔室内具有适当的初始安装高度，此时外套管自反应腔室底部至外套管上部顶端的距离即为初始安装高度。外套管外接氧化炉反应腔室底部外的一联动机构10，可实现测温装置的平稳移动及精确控制。
[0025]请参阅图2，图2反映的是测温装置的外套管在立式氧化炉中处于拉温起点的位置，此时外套管的顶端已上升至反应腔室的顶部区域。外套管在行程中，要保证外套管与反应腔室的内壁及保温桶有适当的距离，以免在装拆时发生摩擦和碰撞。由于本测温装置可共用于不同大小的氧化炉，为准确把握其行程，在外套管开口端侧面根据其在不同氧化炉中的行程需求，刻出需要使用的特征尺寸的位置刻痕9，此特征尺寸为外套管插入反应腔室后在腔室外剩余的距离。拉温时，两支热偶随外套管一起下移，直至拉温终点、即外套管在氧化炉内的初始安装高度处，并同时测温。从图1可以看出，当外套管移动到拉温终点时，第一热偶3已不能再向下移动，因此不能对其下方的区域进行测温。而第二热偶2的位置已至反应腔室外，所以这种设计弥补了单支热偶在氧化炉反应腔室底部因外套管的初始安装高度造成的测量温度的盲区，确保覆盖完整的恒温区和第五温区。而且，拉温重合区域最长，可对两支热偶在拉温时经过的重合区域进行温度的对比，保证了最高的拉温效率。
[0026]实施例二
[0027]请参阅图3和图4，图4是本发明测温装置两支热偶的测量端轴向距离为外套管在立式氧化炉内的行程高度时及在立式氧化炉中处于拉温起点位置时的结构示意图。图3是本发明测温装置两支热偶的测量端轴向距离为外套管在立式氧化炉内的行程高度时及在立式氧化炉中处于拉温终点位置时的结构示意图。如图4所示，本发明测温装置的外套管I处于拉温起点位置、即外套管位于氧化炉反应腔室8的顶部。与实施例一不同的是，第二热偶2的测量端插入至与第一热偶3的测量端沿外套管的轴向距离为外套管在氧化炉内的行程高度处，即第二热偶2的测量端在反应腔室内的高度，等于图3中外套管在反应腔室内的高度。拉温时，两支热偶随外套管一起下移，直至拉温终点、即外套管在氧化炉内的初始安装高度处，并同时测温。从图4可以看出，拉温开始时，第二热偶2的高度已完全覆盖了图3中外套管在拉温终点时第一热偶3的测温盲区高度。因此，在本实施例的情况下，本发明也很好弥补单支热偶在氧化炉反应腔室底部因外套管的初始安装高度造成的测量温度的盲区，确保拉温时可以覆盖完整的恒温区和第五温区。
[0028]实施例三
[0029]当工艺需要主要关注第四温区和第五温区的温度分布情况时，可将第一热偶和第二热偶的轴向距离设置为可操作拉温区行程的一半，则既能弥补单支热偶在氧化炉反应腔室底部测量温度的盲区，同时又能覆盖最需要了解的第四温区和第五温区的温度分布情况。这样可以节省较多的拉温时间。
[0030]需要说明的是，两支热偶测量端的距离设置介于实施例一、二之间的，可以根据实际使用需要，形成许多的热偶配置方案。越接近实施例一的，两支热偶形成的拉温重合区域越宽，温度的对比点就越多，在消除测温盲点的同时，拉温效率就越高。本专业技术人员都可以理解，此处不再赘述。
[0031]以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于半导体热处理的立式氧化炉测温装置，包括一支插入外套管、且测量端位于外套管顶端的第一热偶，其特征是:所述外套管内还插有第二热偶，外套管内两支热偶的测量端沿外套管的轴向距离介于外套管在氧化炉内的初始安装高度至其行程高度之间。
2.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:所述两支热偶的轴向距离为可操作拉温区行程的一半。
3.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:所述第二热偶的轴向高度为所述第一热偶的轴向高度减去初始安装高度。
4.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:所述外套管是其顶端可由氧化炉反应腔室底部的插入孔垂直插入，并与插入孔滑动连接的耐高温石英外套管。
5.根据权利要求1所述的测温装置，其特征在于:所述外套管具有与两支热偶固定连接机构。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的测温装置，其特征是:所述外套管由氧化炉反应腔室底部的插入孔垂直插入，并与反应腔室内壁及保温桶具有间隙。
7.根据权利要求1或2所述的测温装置，其特征在于:所述外套管内固定插有两支R型热偶，且两支热偶的测量端轴向距离介于外套管在氧化炉内的初始安装高度至其行程高度之间。
8.根据权利要求7所述的测温装置，其特征在于:所述R型热偶的测温范围为O?1300。。。
9.根据权利要求1至5任意一项所述的测温装置，其特征在于:所述外套管的外壁具有若干显示行程高度的刻痕。
10.根据权利要求1至5任意一项所述的测温装置，其特征在于:所述外套管外接氧化炉反应腔室底部外的一联动机构。
【文档编号】G01K1/12GK103759848SQ201410058389
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】王兵, 孙少东, 林伟华 申请人:北京七星华创电子股份有限公司