一種用于半導體熱處理的立式氧化爐測溫裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于半導體熱處理的立式氧化爐測溫裝置，在耐高溫石英外套管內插有兩支熱偶，兩支熱偶的測量端沿外套管的軸向距離介于外套管在氧化爐內的初始安裝高度至其行程高度之間，本發明通過將兩支測量端具有一定距離的熱偶與外套管組合使用，有效彌補了拉溫時單支熱偶在氧化爐反應腔室底部測量溫度的盲區，實現對半導體熱處理工藝中溫度的精確測量和控制，提高了拉溫效率和設備產能。
【專利說明】一種用于半導體熱處理的立式氧化爐測溫裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種半導體熱處理的立式氧化爐，特別是涉及一種用于對立式氧化爐的恒溫區進行溫度測量校正溫度偏差的拉溫裝置。
【背景技術】
[0002]為保證立式氧化爐中反應腔體的均勻加熱，爐體中會分多個恒溫區進行分段控制，例如，分五個恒溫區。其中，每段爐體中均固定配置有兩組熱偶，一組位于反應腔室內稱之為Profile熱偶，其測得的溫度較接近硅片本身的溫度；另一組則靠近加熱元件稱為Spike熱偶，其測得的溫度較接近加熱元件本身的溫度。
[0003]立式氧化爐每次做完工藝后，可能會有少量氣體的附著物或是其他物體殘留在反應腔室里，進行多次若干工藝后，再繼續升溫，用Profile熱偶和Spike熱偶測溫就會出現實際溫度和測量溫度有小幅偏差的情況。因此，為了補償這個偏差，在若干次工藝過程后，通常需要進行一次恒溫區的拉溫測量，以校正溫度偏差。這就需要用到一個單獨的拉溫測溫裝置。此裝置的熱偶可以隨其外部的石英外套管自立式氧化爐反應腔室的頂部一直垂直移動到底部，進行整個行程高度的多點溫度測量。測量出來的多點溫度和氧化爐自身測溫熱偶測量的數據進行比較，就可以得出偏差，只要在控制軟件里把偏差補償進去就達到拉溫的目的。
[0004]現有的拉溫測溫裝置的外套管內插有單支熱偶，其測量端位于外套管的頂端。在拉溫前，先要將裝有單支熱偶的外套管從氧化爐反應腔室的底部插入到反應腔室的頂部附近，并且為了保持平衡，使外套管穩定地上下移動，必須使外套管在反應腔室內具有適當的初始安裝高度，即外套管的頂端在插入后，距反應腔室的底部要留有一定的安裝平衡高度。因此，在拉溫時，當外套管從氧化爐反應腔室頂部自上而下移動至安裝高度、即外套管在氧化爐中垂直行程的終點時，由于外套管不能繼續向下移動，造成外套管內的單支熱偶無法測量自此位置至反應腔室底部區間的溫度。故而，在具有五段溫區的氧化爐的反應腔室里，其拉溫區實現的效果有限，在反應腔室底部存在較大一部分測溫盲區，因此無法探明處于第五溫區的保溫桶對第四溫區乃至整個溫區的影響。同時單支熱偶拉溫效率過低，只能通過多次拉溫進行溫度對比，耗費時間過長。這會造成不能快速設置溫度參數，準確校正溫度偏差，因此降低了拉溫效率，消耗了設備產能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對現有技術存在的上述缺陷，提供一種能快速設置溫度參數，準確校正溫度偏差的新型熱偶測溫裝置，通過將兩支測量端具有一定距離的熱偶與外套管組合使用，克服了現有技術的單支熱偶在反應腔室底部測量溫度的盲區，通過兩支熱偶的同時測量覆蓋完整的恒溫區和第五溫區，可以對兩支熱偶在拉溫時經過的重合區域進行溫度的對比，減少拉溫次數，提高拉溫效率。
[0006]本發明解決現有技術不足之處采取的技術方案是:一種用于半導體熱處理的立式氧化爐測溫裝置，在外套管內插入第一熱偶、且測量端位于外套管頂端的現有技術的測溫裝置基礎上，在外套管內增加插有第二熱偶，并且，使外套管內兩支熱偶的測量端沿外套管的軸向距離介于外套管在氧化爐內的初始安裝高度至其行程高度之間。這種設計彌補了單支熱偶在氧化爐反應腔室底部測量溫度的盲區，可以通過兩支熱偶在拉溫區工裝設計行程內，確保覆蓋完整的恒溫區和第五溫區，可對兩支熱偶在拉溫時經過的重合區域進行溫度的對比，保證了最高的拉溫效率。
[0007]如果將所述兩支熱偶的軸向距離設置為可操作拉溫區行程的一半，則既能彌補單支熱偶在氧化爐反應腔室底部測量溫度的盲區，同時又能覆蓋最需要了解的第四溫區和第五溫區的溫度分布情況。
[0008]而且，如果將第二熱偶的軸向高度設置為所述第一熱偶的軸向高度減去初始安裝高度，可以使得兩支熱偶在拉溫時經過的重合區域最長、溫度對比點最多，可獲得最高的拉溫效率。
[0009]所述外套管是其頂端可由氧化爐反應腔室底部的插入孔垂直插入，并與插入孔滑動連接的耐高溫石英外套管。石英管應能耐受950?1000°C的高溫，以對其中的熱偶起到保護作用。
[0010]所述外套管具有與兩支熱偶固定連接機構，以便在拉溫時同步移動。
[0011]所述外套管由氧化爐反應腔室底部的插入孔垂直插入，并與反應腔室內壁及保溫桶具有間隙。要保證外套管與腔室內壁及保溫桶有適當的距離，以免在裝拆時發生摩擦和碰撞。
[0012]進一步地，所述外套管內固定插有兩支R型熱偶，且兩支熱偶的測量端軸向距離介于外套管在氧化爐內的初始安裝高度至其行程高度之間。
[0013]所述R型熱偶的測溫范圍為O?1300°C，以滿足氧化工藝的需要。
[0014]所述外套管的外壁具有若干顯示行程高度的刻痕。在外套管上根據其在不同氧化爐中的行程需求，刻出需要使用的特征尺寸的位置，此特征尺寸為外套管插入反應腔室內后在腔室外剩余的距離。
[0015]所述外套管外接氧化爐反應腔室底部外的一聯動機構，可實現測溫裝置的平穩移動及精確控制。
[0016]本發明的有益效果是:本發明采用兩支測量端具有一定距離的熱偶與外套管組合使用的新設計，有效彌補了單支熱偶拉溫時在反應腔室底部測量溫度的盲區，可以探明位于第五溫區的保溫桶對第四溫區乃至整個溫區的影響，確保拉溫時覆蓋完整的恒溫區和第五溫區，且可對兩支熱偶在拉溫時經過的重合區域進行溫度的對比，減少拉溫次數，提高拉溫效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明測溫裝置兩支熱偶的測量端軸向距離為外套管在立式氧化爐內的初始安裝高度時及在立式氧化爐中處于拉溫終點位置時的結構示意圖
[0018]圖2是本發明測溫裝置兩支熱偶的測量端軸向距離為外套管在立式氧化爐內的初始安裝高度時及在立式氧化爐中處于拉溫起點位置時的結構示意圖
[0019]圖3是本發明測溫裝置兩支熱偶的測量端軸向距離為外套管在立式氧化爐內的行程高度時及在立式氧化爐中處于拉溫終點位置時的結構示意圖
[0020]圖4是本發明測溫裝置兩支熱偶的測量端軸向距離為外套管在立式氧化爐內的行程高度時及在立式氧化爐中處于拉溫起點位置時的結構示意圖
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0022]實施例一
[0023]在本實施例中，請參閱圖1，圖1是本發明測溫裝置兩支熱偶的測量端軸向距離為外套管在立式氧化爐內的初始安裝高度時及在立式氧化爐中處于拉溫終點位置時的結構示意圖。如圖1所示，本發明測溫裝置，包括一支能耐受950?1000°C高溫的石英外套管I，其內從開口方向插有兩支熱偶，優選R型熱偶，此R型熱偶的測溫范圍為O?1300°C，以滿足氧化工藝的需要。其中，第一熱偶3的測量端插入至外套管的頂端，第二熱偶2的測量端插入至與熱偶3的測量端沿外套管的軸向距離為外套管在氧化爐內的初始安裝高度處。選用耐高溫石英外套管的目的是為了對其中的熱偶起到保護作用。兩支熱偶插入到位后，即在外套管開口部與一固定機構連接，以便在拉溫時同步移動。
[0024]在進行拉溫測量過程中，爐體里的反應腔室8里有放硅片6的石英舟和舟下邊的保溫桶7，腔室分成五段溫區，每段溫區都配有氧化爐自身的Spike熱偶4和Profile熱偶5，用來測溫控溫。在拉溫前，先要將外套管從氧化爐反應腔室底部的插入孔垂直插入反應腔室，并且為了保持平衡，使外套管穩定地上下移動，必須使外套管在反應腔室內具有適當的初始安裝高度，此時外套管自反應腔室底部至外套管上部頂端的距離即為初始安裝高度。外套管外接氧化爐反應腔室底部外的一聯動機構10，可實現測溫裝置的平穩移動及精確控制。
[0025]請參閱圖2，圖2反映的是測溫裝置的外套管在立式氧化爐中處于拉溫起點的位置，此時外套管的頂端已上升至反應腔室的頂部區域。外套管在行程中，要保證外套管與反應腔室的內壁及保溫桶有適當的距離，以免在裝拆時發生摩擦和碰撞。由于本測溫裝置可共用于不同大小的氧化爐，為準確把握其行程，在外套管開口端側面根據其在不同氧化爐中的行程需求，刻出需要使用的特征尺寸的位置刻痕9，此特征尺寸為外套管插入反應腔室后在腔室外剩余的距離。拉溫時，兩支熱偶隨外套管一起下移，直至拉溫終點、即外套管在氧化爐內的初始安裝高度處，并同時測溫。從圖1可以看出，當外套管移動到拉溫終點時，第一熱偶3已不能再向下移動，因此不能對其下方的區域進行測溫。而第二熱偶2的位置已至反應腔室外，所以這種設計彌補了單支熱偶在氧化爐反應腔室底部因外套管的初始安裝高度造成的測量溫度的盲區，確保覆蓋完整的恒溫區和第五溫區。而且，拉溫重合區域最長，可對兩支熱偶在拉溫時經過的重合區域進行溫度的對比，保證了最高的拉溫效率。
[0026]實施例二
[0027]請參閱圖3和圖4，圖4是本發明測溫裝置兩支熱偶的測量端軸向距離為外套管在立式氧化爐內的行程高度時及在立式氧化爐中處于拉溫起點位置時的結構示意圖。圖3是本發明測溫裝置兩支熱偶的測量端軸向距離為外套管在立式氧化爐內的行程高度時及在立式氧化爐中處于拉溫終點位置時的結構示意圖。如圖4所示，本發明測溫裝置的外套管I處于拉溫起點位置、即外套管位于氧化爐反應腔室8的頂部。與實施例一不同的是，第二熱偶2的測量端插入至與第一熱偶3的測量端沿外套管的軸向距離為外套管在氧化爐內的行程高度處，即第二熱偶2的測量端在反應腔室內的高度，等于圖3中外套管在反應腔室內的高度。拉溫時，兩支熱偶隨外套管一起下移，直至拉溫終點、即外套管在氧化爐內的初始安裝高度處，并同時測溫。從圖4可以看出，拉溫開始時，第二熱偶2的高度已完全覆蓋了圖3中外套管在拉溫終點時第一熱偶3的測溫盲區高度。因此，在本實施例的情況下，本發明也很好彌補單支熱偶在氧化爐反應腔室底部因外套管的初始安裝高度造成的測量溫度的盲區，確保拉溫時可以覆蓋完整的恒溫區和第五溫區。
[0028]實施例三
[0029]當工藝需要主要關注第四溫區和第五溫區的溫度分布情況時，可將第一熱偶和第二熱偶的軸向距離設置為可操作拉溫區行程的一半，則既能彌補單支熱偶在氧化爐反應腔室底部測量溫度的盲區，同時又能覆蓋最需要了解的第四溫區和第五溫區的溫度分布情況。這樣可以節省較多的拉溫時間。
[0030]需要說明的是，兩支熱偶測量端的距離設置介于實施例一、二之間的，可以根據實際使用需要，形成許多的熱偶配置方案。越接近實施例一的，兩支熱偶形成的拉溫重合區域越寬，溫度的對比點就越多，在消除測溫盲點的同時，拉溫效率就越高。本專業技術人員都可以理解，此處不再贅述。
[0031]以上所述的僅為本發明的優選實施例，所述實施例并非用以限制本發明的專利保護范圍，因此凡是運用本發明的說明書及附圖內容所作的等同變化，同理均應包含在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種用于半導體熱處理的立式氧化爐測溫裝置，包括一支插入外套管、且測量端位于外套管頂端的第一熱偶，其特征是:所述外套管內還插有第二熱偶，外套管內兩支熱偶的測量端沿外套管的軸向距離介于外套管在氧化爐內的初始安裝高度至其行程高度之間。
2.根據權利要求1所述的測溫裝置，其特征在于:所述兩支熱偶的軸向距離為可操作拉溫區行程的一半。
3.根據權利要求1所述的測溫裝置，其特征在于:所述第二熱偶的軸向高度為所述第一熱偶的軸向高度減去初始安裝高度。
4.根據權利要求1所述的測溫裝置，其特征在于:所述外套管是其頂端可由氧化爐反應腔室底部的插入孔垂直插入，并與插入孔滑動連接的耐高溫石英外套管。
5.根據權利要求1所述的測溫裝置，其特征在于:所述外套管具有與兩支熱偶固定連接機構。
6.根據權利要求1至5任意一項所述的測溫裝置，其特征是:所述外套管由氧化爐反應腔室底部的插入孔垂直插入，并與反應腔室內壁及保溫桶具有間隙。
7.根據權利要求1或2所述的測溫裝置，其特征在于:所述外套管內固定插有兩支R型熱偶，且兩支熱偶的測量端軸向距離介于外套管在氧化爐內的初始安裝高度至其行程高度之間。
8.根據權利要求7所述的測溫裝置，其特征在于:所述R型熱偶的測溫范圍為O?1300。。。
9.根據權利要求1至5任意一項所述的測溫裝置，其特征在于:所述外套管的外壁具有若干顯示行程高度的刻痕。
10.根據權利要求1至5任意一項所述的測溫裝置，其特征在于:所述外套管外接氧化爐反應腔室底部外的一聯動機構。
【文檔編號】G01K1/12GK103759848SQ201410058389
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】王兵, 孫少東, 林偉華 申請人:北京七星華創電子股份有限公司
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