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1、(10)申请公布号 CN 103759848 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103759848 A (21)申请号 201410058389.5 (22)申请日 2014.02.20 G01K 7/02(2006.01) G01K 1/12(2006.01) F27B 1/28(2006.01) (71)申请人 北京七星华创电子股份有限公司 地址 100016 北京市朝阳区酒仙桥东路 1 号 (72)发明人 王兵 孙少东 林伟华 (74)专利代理机构 上海天辰知识产权代理事务 所 ( 特殊普通合伙 ) 31275 代理人 吴世华 陶金龙 (54) 发明名称 一种用于半导体。
2、热处理的立式氧化炉测温装 置 (57) 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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页。
3、 附图4页 (10)申请公布号 CN 103759848 A CN 103759848 A 1/1 页 2 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.。
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。
5、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 0 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。 权 利 要 求 书 CN 103759848 A 2 1/4 页 3 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。
6、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。
7、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。
8、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。
9、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 说 明 书 CN 103759848 A 3 2/4 页 4 氧化炉测温装。
10、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。
11、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。
12、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 0 1300， 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。
13、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。 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。
14、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 说 明 书 CN 103759848 A 4 3/4 页 5 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。
15、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9501000高温的石英外套管 1， 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 0 1300， 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 。
16、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。
17、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。
18、 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。
19、温装置的外套 管 1 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 说 明 书 CN 103759848 A 5 4/4 页 6 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。
20、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。
21、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。 说 明 书 CN 103759848 A 6 1/4 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103759848 A 7 2/4 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103759848 A 8 3/4 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103759848 A 9 4/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 103759848 A 10 。