[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2054749C1 - Method of contactless measurement of temperature of silicon plate - Google Patents

Method of contactless measurement of temperature of silicon plate Download PDF

Info

Publication number
RU2054749C1
RU2054749C1 RU93021518A RU93021518A RU2054749C1 RU 2054749 C1 RU2054749 C1 RU 2054749C1 RU 93021518 A RU93021518 A RU 93021518A RU 93021518 A RU93021518 A RU 93021518A RU 2054749 C1 RU2054749 C1 RU 2054749C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
plate
temperature
value
photodiode
Prior art date
Application number
RU93021518A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93021518A (en
Inventor
Георгий Александрович Крысов
Михаил Петрович Духновский
Владимир Борисович Вяхирев
Original Assignee
Георгий Александрович Крысов
Михаил Петрович Духновский
Владимир Борисович Вяхирев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Георгий Александрович Крысов, Михаил Петрович Духновский, Владимир Борисович Вяхирев filed Critical Георгий Александрович Крысов
Priority to RU93021518A priority Critical patent/RU2054749C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2054749C1 publication Critical patent/RU2054749C1/en
Publication of RU93021518A publication Critical patent/RU93021518A/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: radiation pyrometry. SUBSTANCE: it is proposed to take into account change of component of extraneous radiation reflected from plate tied up with change of illumination brightness of heating sources to increase accuracy of temperature measurement. Summary radiation (inherent P and reflected) PP1 reflected from plate, extraneous radiation RP2 not hitting plate are measured with the aid of silicon photodiode. P is found by formula P=(P1-P2)J(1-0)/J(2-0) and plate temperature is calculated by its value, where J(1-0)/J(2-0) is constant coefficient, J(1-0) is value of current of silicon photodiode at point where value of first derivative of this current has grown positive after its passing through zero; J(2-0) is value of current of additional photodiode measured simultaneously with J(1-0). EFFECT: increased accuracy of temperature measurement. 15 dwg

Description

Изобретение относится к радиационной пирометрии, а более конкретно к бесконтактным способам измерения температуры пластин кремния, облучаемых с целью нагрева внешними облучателями спиралями накаливания, газоразрядными лампами, лазерами и т.п. The invention relates to radiation pyrometry, and more particularly to non-contact methods for measuring the temperature of silicon wafers irradiated to heat incandescent spirals, gas discharge lamps, lasers, etc. with external irradiators.

При изготовлении полупроводниковых структур необходимо проведение их термообработки, которая осуществляется нагревом сторонними излучателями. Такими процессами являются диффузия, отжиг после ионной имплантации и др. В этих процессах основным параметром является температура, причем измеряться она может практически только бесконтактным методом, особенно при проведении импульсных термических процессов. In the manufacture of semiconductor structures, it is necessary to conduct their heat treatment, which is carried out by heating third-party emitters. Such processes are diffusion, annealing after ion implantation, etc. In these processes, the main parameter is temperature, and it can be measured practically only by the non-contact method, especially when conducting pulsed thermal processes.

При измерении температуры объекта, нагреваемого излучением сторонних источников, одной из основных задач является уменьшение влияния стороннего излучения на результаты измерений собственного излучения объекта. When measuring the temperature of an object heated by radiation from third-party sources, one of the main tasks is to reduce the influence of third-party radiation on the results of measurements of the object’s own radiation.

Способы бесконтактного измерения температуры, в которых учитывается влияние стороннего излучения, известны. Известен, например, способ [1] бесконтактного измерения температуры зеркальной поверхности полупроводниковой пластины, нагреваемой с двух сторон излучения сторонних источников с рефлекторами, включающий измерение величины собственного излучения нагреваемой пластины с помощью детектора излучения, расположенного на оптической оси, наклонной к перпендикуляру к центру измеряемой поверхности, и снижение влияния стороннего излучения путем использования поглощающего элемента в виде эквивалента абсолютно черного тела, расположенного симметрично детектору излучения относительно перпендикуляра к центру измеряемой поверхности. Non-contact temperature measurement methods that take into account the influence of external radiation are known. For example, there is a known method [1] for non-contact measurement of the temperature of a mirror surface of a semiconductor wafer heated from two sides of radiation from third-party sources with reflectors, including measuring the amount of intrinsic radiation of a heated wafer using a radiation detector located on the optical axis inclined to the perpendicular to the center of the measured surface , and reducing the influence of external radiation by using an absorbing element in the form of the equivalent of a completely black body located sim etrichno radiation detector with respect to the perpendicular to the center of the surface to be measured.

Однако данный способ обеспечивает высокую точность измерений температуры только для идеально гладких поверхностей, так как в этом способе исключается только стороннее излучение, которое попадает на детектор излучения в результате зеркального отражения от измеряемой поверхности пластины. Диффузная составляющая отраженного от поверхности пластины стороннего излучения не учитывается. При высокой интенсивности стороннего излучения, характерной, например, для импульсного нагрева, диффузная составляющая отраженного стороннего излучения в направлении детектора излучения может быть сравнима и даже больше, чем величина собственного излучения измеряемой пластины, особенно при невысоком качестве обработки ее поверхности. However, this method provides high accuracy of temperature measurements only for perfectly smooth surfaces, since in this method only external radiation is eliminated, which falls on the radiation detector as a result of specular reflection from the measured surface of the plate. The diffuse component of the external radiation reflected from the plate surface is not taken into account. At a high intensity of external radiation, which is characteristic, for example, for pulsed heating, the diffuse component of the reflected external radiation in the direction of the radiation detector can be comparable and even greater than the value of the intrinsic radiation of the measured plate, especially when the surface treatment quality is low.

Известен способ, принятый за прототип, бесконтактного измерения температуры кремниевых не идеально зеркальных структур в процессе импульсной термообработки [2] Этим способом измеряют температуру кремниевой пластины кремниевым фотодиодом в диапазоне 900-1400оС при нагреве ее сторонним излучением, например излучением галогенных ламп с плотностью мощности 40-200 Вт/см2. По этому способу измеряют суммарное излучение, включающее собственное излучение пластины и стороннее излучение, прошедшее через пластину и отраженное от нее, затем измеряют стороннее излучение и по разности суммарного и стороннего излучений определяют собственное излучение пластины.The known method adopted for the prototype, non-contact temperature measurement of silicon is not ideal mirror structures in the process of pulsed heat treatment [2] This method measures the temperature of a silicon wafer with a silicon photodiode in the range of 900-1400 about With its heating by external radiation, for example by radiation of halogen lamps with a power density 40-200 W / cm 2 . Using this method, the total radiation is measured, including the intrinsic radiation of the plate and the third-party radiation transmitted through the plate and reflected from it, then the third-party radiation is measured, and the intrinsic radiation of the plate is determined by the difference of the total and third-party radiation.

Влияние прошедшего через пластину стороннего излучения в указанном выше диапазоне измерения устраняют выбором времени начала измерения температуры, при котором пластина разогрева и не пропускает стороннее излучение, вычитаемую величину оставшегося отраженного от пластины стороннего излучения измеряют через определенное время от момента включения ламп. Однако данный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что он применим только при нагреве одиночным прямоугольным импульсом излучения. Необходимость поддержания или изменения температуры во времени требует изменения интенсивности стороннего излучения, например, изменением накала ламп. При этом величина отраженного от пластины стороннего излучения изменяется, и данный способ, в котором при расчете в качестве вычитаемой величины используется только однократно измеренное постоянное значение величины стороннего излучения, ведет к большой погрешности определения температуры. The influence of extraneous radiation transmitted through the plate in the aforementioned measurement range is eliminated by selecting the temperature measurement start time, at which the heating plate does not transmit external radiation, the subtracted amount of the remaining external radiation reflected from the plate is measured after a certain time from the moment the lamps are turned on. However, this method has a significant drawback, namely that it is applicable only when heated by a single rectangular pulse of radiation. The need to maintain or change the temperature over time requires a change in the intensity of the external radiation, for example, a change in the incandescent lamp. In this case, the magnitude of the external radiation reflected from the plate changes, and this method, in which, when calculating as the deductible value, only the once-measured constant value of the external radiation is used leads to a large error in determining the temperature.

Целью предложенного технического решения является повышение точности измерения температуры пластины кремния при нагреве ее измеряющимся по интенсивности сторонним излучением. The aim of the proposed technical solution is to increase the accuracy of measuring the temperature of a silicon wafer when it is heated by external radiation measured in intensity.

Цель достигается тем, что по способу бесконтактного измерения температуры кремниевой пластины в диапазоне 900-1400оС при нагреве ее сторонним излучением, включающему измерение имеющим оптическую связь с пластиной кремниевым фотодиодом суммарного излучения Р1, состоящего из собственного излучения пластины Р, отраженного от нее стороннего излучения Ротр.ст. и прошедшего через нее стороннего излучения Рпр.ст., выбор времени начала измерения температуры для устранения влияния Рпр.ст., измерение Ротр.ст. и расчет температуры пластины по величине Р, определяемой как разность Р1 Ротр.ст., измеряют дополнительным фотодиодом, не имеющим оптической связи с пластиной, не попадающее на пластину стороннее излучение Р2, а величину Ротр.ст. определяют как Ротр.стр. Р2

Figure 00000001
где I1-0 значение тока кремниевого фотодиода в точке, где величина первой производной этого тока по времени стала положительной после прохождения ее через ноль; а I2-0 значение тока дополнительного фотодиода, измеренное одновременно с I1-0.The goal is achieved by the fact that by a non-contact method for measuring the temperature of a silicon wafer in the range of 900-1400 ° C when it is heated by external radiation, including measuring the optical radiation P 1 of the silicon radiation photodiode that is optically coupled to the wafer and consists of the intrinsic radiation of the wafer P reflected from it radiation P neg. and passing through it of external radiation P pr. , the choice of time to start the temperature measurement to eliminate the influence of P ave. , measurement P neg. and calculating the temperature of the plate by the value of P, defined as the difference P 1 P neg. , measured by an additional photodiode that does not have an optical connection with the plate, external radiation P 2 not falling onto the plate, and the magnitude of P neg. defined as P neg. P 2
Figure 00000001
where I 1-0 the value of the current of the silicon photodiode at the point where the magnitude of the first time derivative of this current has become positive after passing through zero; and I 2-0 the value of the current of the additional photodiode, measured simultaneously with I 1-0 .

На фиг. 1 изображена схема установки, в которой реализован предложенный способ. В этой установке фотодиод 1 измеряет суммарное попадающее на него излучение Р1, состоящее из собственного излучения Р пластины 3, а также из отраженного от нее Ротр.ст. и прошедшего через нее Рпр.ст. стороннего излучения. Отсюда следует, что
Р Р1отр.ст. + Рпр.ст.). (1)
По величине Р рассчитывается температура пластины по известным законам излучения. Фототок I2 дополнительного фотодиода 2 обусловлен только сторонним излучением Р2, так как диод установлен таким образом, что излучение от пластины на него не попадает. Так как излучение Р2 и Ротр.ст. обусловлены одним и тем же источником, то в любой момент времени имеет место равенство

Figure 00000002
K const (2)
На фиг. 2-9 изображены зависимости токов I1 и I2 во времени, а также первые производные I1 по времени на начальном участке нагрева пластин кремния разных толщин и концентраций носителей заряда.In FIG. 1 shows a setup diagram in which the proposed method is implemented. In this setup, the photodiode 1 measures the total radiation P 1 incident on it, consisting of the intrinsic radiation P of the plate 3, as well as the reflection from it of the Pg. and passing through it, R pr. third-party radiation. It follows that
P P 1 (P neg. + P off ). (one)
By the value of P, the temperature of the plate is calculated according to the known laws of radiation. The photocurrent I 2 of the additional photodiode 2 is due only to external radiation P 2 , since the diode is mounted in such a way that radiation from the plate does not fall on it. Since the radiation of P 2 and P neg. due to the same source, then at any moment of time there is equality
Figure 00000002
K const (2)
In FIG. Figures 2–9 show the time dependences of currents I 1 and I 2 , as well as the first derivatives of I 1 with respect to time in the initial section of heating of silicon wafers of different thicknesses and concentrations of charge carriers.

На фиг. 2 изображена зависимость токов фотодиодов от времени при измерении температуры пластины кремния n-типа толщиной h 300 мкм с концентрацией носителей заряда N 1 · 1017 см-3. На фиг. 3 изображена зависимость изменения производной тока фотодиода от времени для пластины кремния по фиг. 2. На фиг. 4 изображена зависимость тока основного фотодиода от времени при измерении температуры пластины кремния n-типа толщиной h 100 мкм с концентрацией носителей заряда N 1 · 1017 см-3. На фиг. 5 изображена зависимость изменения производной тока фотодиода от времени для пластины кремния по фиг. 4. На фиг. 6 изображена зависимость тока основного фотодиода от времени при измерении температуры пластины кремния n-типа толщиной h 300 мкм с концентрацией носителей заряда N 5 · 1019 см-3. На фиг. 7 изображена зависимость изменения производной тока фотодиода от времени для пластины кремния по фиг. 6. На фиг. 8 изображена зависимость тока основного фотодиода от времени при измерении температуры пластины кремния n-типа толщиной h 100 мкм с концентрацией носителей заряда N 5 · 1019 см-3. На фиг. 9 изображена зависимость изменения производной тока фотодиода от времени для пластины кремния по фиг. 8.In FIG. Figure 2 shows the time dependence of the photodiode currents when measuring the temperature of an n-type silicon wafer with a thickness of h 300 μm and a carrier concentration of N 1 · 10 17 cm -3 . In FIG. 3 shows the time dependence of the derivative of the photodiode current for the silicon wafer of FIG. 2. In FIG. Figure 4 shows the time dependence of the current of the main photodiode when measuring the temperature of an n-type silicon wafer with a thickness of h 100 μm and a charge carrier concentration of N 1 · 10 17 cm -3 . In FIG. 5 shows the time dependence of the derivative of the photodiode current for the silicon wafer of FIG. 4. In FIG. Figure 6 shows the time dependence of the current of the main photodiode when measuring the temperature of an n-type silicon wafer with a thickness of h 300 μm and a charge carrier concentration of N 5 · 10 19 cm -3 . In FIG. 7 shows the time dependence of the derivative of the photodiode current for the silicon wafer of FIG. 6. In FIG. Figure 8 shows the time dependence of the current of the main photodiode when measuring the temperature of an n-type silicon wafer with a thickness of h 100 μm and a carrier concentration of N 5 · 10 19 cm -3 . In FIG. 9 shows the time dependence of the derivative of the photodiode current for the silicon wafer of FIG. eight.

На фиг. 10-15 показано, как изменяются составляющие токов фотодиодов и температуры пластины во времени. На фиг. 10 изображено изменение интенсивности стороннего излучения во времени. На фиг. 11 изображено изменение тока дополнительного фотодиода во времени. На фиг. 12 изображено изменение тока основного фотодиода во времени. На фиг. 13 изображено изменение вычитаемой части из тока основного фотодиода во времени. На фиг. 14 изображено изменение части тока основного фотодиода, обусловленной собственным излучением пластины. На фиг. 15 изображено изменение температуры пластины во времени. In FIG. 10-15 show how the components of the photodiode currents and the plate temperature change over time. In FIG. 10 shows the change in the intensity of the external radiation in time. In FIG. 11 shows the change in current of the additional photodiode in time. In FIG. 12 shows the change in current of the main photodiode in time. In FIG. 13 shows the change in the subtracted part from the current of the main photodiode in time. In FIG. 14 shows the change in the current portion of the main photodiode due to the intrinsic radiation of the plate. In FIG. 15 shows the temperature change of the plate over time.

Участок SD на кривой I2 f(t) (фиг. 2) соответствует времени разогрева спиралей ламп и выхода излучателей на стационарный режим по интенсивности излучения. Это время для галогенных ламп типа КГ-220-1000 с вольфрамовой спиралью составляет 0,25 с. На участке SA (фиг. 2) собственное излучение пластины очень мало и ток I1 обусловлен только диффузным отражением стороннего излучения от пластины Ротр.ст. и сторонним излучением, проходящим через пластину на фотоприемник Рпр.ст. Участок АВ (фиг. 2) показывает уменьшение пропускания пластины в связи со сдвигом края полосы поглощения в длинноволновую область спектра. Уменьшение пропускания, связанное с прогревом пластины, вызывает уменьшение доли стороннего излучения, проходящего на фотоприемник через пластину на величину Рпр.ст. Собственное излучение пластины на этом участке также слишком мало из-за ее низкой температуры (менее 900оС) и не вносит своего вклада в суммарный сигнал. На участке ВО (фиг. 2) изменение фототока не происходит, так как пропускание излучения через пластину практически отсутствует, интенсивность стороннего излучения уже стала постоянной, а собственное излучение пластины еще мало для индикации его кремниевым фотодиодом. По мере дальнейшего нагрева пластины усиливается интенсивность ее собственного излучения и, начиная с точки О (фиг. 2), появляется составляющая тока I1, обусловленная собственным излучением. Таким образом, на горизонтальном участке ВО можно измерить паразитный сигнал, являющийся фотоответом на стороннее, отраженное от пластины, излучение, и этот сигнал не связан с собственным излучением пластины. На фиг. 4, относящейся к более тонкой пластине кремния, точки В и О практически совпадают (пластина разогревается существенно быстрее).Section SD on the curve I 2 f (t) (Fig. 2) corresponds to the time of heating of the lamp spirals and the emitters go to a stationary mode in terms of radiation intensity. This time for halogen lamps of the type KG-220-1000 with a tungsten spiral is 0.25 s. In the area SA (Fig. 2), the intrinsic radiation of the plate is very small and the current I 1 is due only to the diffuse reflection of the external radiation from the plate P neg. and third-party radiation passing through the plate to the photodetector R pr . Section AB (Fig. 2) shows a decrease in the transmission of the plate due to a shift in the edge of the absorption band to the long-wavelength region of the spectrum. The decrease in transmittance associated with the heating of the plate causes a decrease in the fraction of external radiation passing to the photodetector through the plate by a value of P a.s. Intrinsic radiation of the plate at this portion is also too low due to its low temperature (less than 900 ° C) and does not contribute to the total signal. In the VO region (Fig. 2), the photocurrent does not change, since the transmission of radiation through the plate is practically absent, the intensity of the external radiation has already become constant, and the intrinsic radiation of the plate is still small for indication by its silicon photodiode. With further heating of the plate, the intensity of its own radiation increases and, starting from point O (Fig. 2), a current component I 1 appears due to its own radiation. Thus, a spurious signal can be measured in the horizontal portion of the VO, which is a photoresponse to third-party radiation reflected from the plate, and this signal is not associated with the plate's own radiation. In FIG. 4, relating to a thinner silicon wafer, points B and O practically coincide (the wafer heats up much faster).

Таким образом, на всем участке ВО (фиг. 2) равенство (1) имеет вид Р Р1 Ротр.ст.(ВО) или с учетом равенства (2)
Р Р1 КР2(ВО), (3) где Ротр.ст.(ВО) и Р2(ВО) значение величины излучения Ротр.ст. и Р2 на этом участке.
Thus, over the entire area of VO (Fig. 2), equality (1) has the form P P 1 P neg.article (VO) or taking into account equality (2)
P R 1 KR 2 (BO) , (3) where P bg (BO) and P 2 (BO) the value of the radiation P b bg and P 2 in this section.

Из рассмотрения фиг. 4, 6 и 8 можно сделать заключение, что величину тока I2, соответствующую Р2(ВО) (фиг. 2), следует измерять в точках О фиг. 4 и 8 и на участке ВО фиг. 6.From consideration of FIG. 4, 6 and 8, it can be concluded that the current value I 2 corresponding to P 2 (BO) (FIG. 2) should be measured at points O of FIG. 4 and 8 and in the portion BO of FIG. 6.

Из анализа зависимостей

Figure 00000003
на фиг. 3, 5 и 7 следует, что наиболее удобно во всех случаях измерять величину I2 в точках О, характерным для которых является появление сигнала от Р (т. е. начала фиксируемого фотодиодом собственного излучения), а математически то, что величина
Figure 00000004
становится положительной после прохождения ее через ноль. При этом выражение (3) для всех случаев (на фиг. 2, 4, 6) приобретает вид Р Р1 K R2(О) или для соответствующих токов
I I1 KI2(О), (4) где I2(О) величина тока I2 в точках О.From dependency analysis
Figure 00000003
in FIG. 3, 5 and 7 it follows that in all cases it is most convenient to measure the value of I 2 at points O, characteristic of which is the appearance of a signal from P (i.e., the beginning of the intrinsic radiation fixed by the photodiode), and mathematically, that the quantity
Figure 00000004
becomes positive after passing through zero. Moreover, the expression (3) for all cases (in Fig. 2, 4, 6) takes the form P P 1 KR 2 (O) or for the corresponding currents
II 1 KI 2 (О) , (4) where I 2 (О) is the current value I 2 at points O.

При необходимости поддержания температуры на постоянном заданном уровне или регулировке ее величины необходимо изменять интенсивность стороннего излучения, поддерживая величину на соответствующем заданном уровне. При этом измеряется величина Ротр.ст. Учесть это можно, измеряя Ротр.ст. и Р2 один раз в точке О, вычислив при этом К

Figure 00000005
и далее определяя истинную величину I из равенства, полученного из выражения (4):
I I1 KI2, (5) где I2 значение тока дополнительного фотодиода в любые последующие моменты времени.If it is necessary to maintain the temperature at a constant predetermined level or to adjust its value, it is necessary to change the intensity of the external radiation, maintaining the value at the corresponding preset level. When this is measured, the value of P neg . This can be taken into account by measuring P neg. and P 2 once at the point O, thus calculating K
Figure 00000005
and further determining the true value of I from the equation obtained from expression (4):
II 1 KI 2 , (5) where I 2 is the current value of the additional photodiode at any subsequent time points.

На фиг. 10 показано изменение интенсивности излучения Ризм.ст. сторонних источников от времени t: на участке EF изменение стороннего излучения проводят с целью поддержания температуры на одном заданном уровне, а на участке после точки F на другом, более низком уровне. На фиг. 11 и 12 показано соответствующее изменение токов дополнительного и основного фотодиодов. Нерезкие изменения тока I1 обусловлены тепловой инерцией пластины. На фиг. 13 представлено изменение вычитаемой части из величины тока основного фотодиода I1 (сплошная кривая В). Как видно из фиг. 13, эта часть изменяется при изменении величины стороннего излучения. На этой же фигуре показана вычитаемая часть, если бы не учитывалось ее изменение (пунктирная прямая А).In FIG. 10 shows the change in radiation intensity P meas. external sources from time t: in the EF section, the change in the third-party radiation is carried out in order to maintain the temperature at one predetermined level, and in the section after the F point at another, lower level. In FIG. 11 and 12 show the corresponding change in the currents of the additional and main photodiodes. Unsharp changes in current I 1 are due to the thermal inertia of the plate. In FIG. 13 shows the change in the subtracted part from the current value of the main photodiode I 1 (solid curve B). As can be seen from FIG. 13, this part changes when the magnitude of the external radiation changes. The same figure shows the deductible part if its change were not taken into account (dashed line A).

На фиг. 14 сплошной линией показано изменение во времени расчетной величины составляющей тока основного фотодиода I I1 I2

Figure 00000006
а на фиг. 15 измене- ние температуры tо пластины, рассчитанное по этой величине I (сплошная кривая).In FIG. 14, the solid line shows the time variation of the calculated current component of the main photodiode II 1 I 2
Figure 00000006
and in FIG. 15 is the change in temperature t о of the plate, calculated from this value of I (solid curve).

На фиг. 14 и 15 пунктиром показано изменение I и to, рассчитанных без учета изменений вычитаемой части. Разница между ними (Δ t на фиг. 15) показывает погрешность в определении температуры, если не пользоваться предложенным способом корректировки вычитаемой части. Эксперименты показали, что на уровне температур 1000-1300оС эта погрешность составляла 50о и более при работе установки в режиме поддержания температуры на заданном уровне (область EF).In FIG. 14 and 15, the dotted line shows the change in I and t o calculated without taking into account changes in the deductible part. The difference between them (Δ t in Fig. 15) shows the error in determining the temperature, if you do not use the proposed method for adjusting the deductible part. The experiments showed that at a temperature level of 1000-1300 о С this error was 50 о or more when the unit was operating in the mode of maintaining the temperature at a given level (region EF).

П р и м е р 1 конкретного осуществления способа. Пластина кремния n-типа с концентрацией носителей заряда N 1 · 1017 см-3 и толщиной h 300 мкм размещалась в установке Импульс-5, в отверстии стенки которой был установлен дополнительный фотодиод марки ФД 265Б 3368.92 ТУ, отгороженный от камеры диафрагмой для предотвращения попадания на него отраженного от кремниевой пластины излучения. Установка Импульс-5 соединена электрически через операционный усилитель типа К 140 УД8А с ЭВМ Микро-86, в которую заложена программа обработки сигналов с фотодиодов установки Импульс-5 в соответствии с заявленной формулой изобретения.PRI me R 1 specific implementation of the method. An n-type silicon wafer with a charge carrier concentration of N 1 · 10 17 cm -3 and a thickness of h 300 μm was placed in the Impulse-5 installation, in the hole of the wall of which an additional photodiode of the brand ФД 265Б 3368.92 TU was installed, fenced off from the camera by a diaphragm to prevent ingress radiation reflected from the silicon wafer onto it. The Impulse-5 installation is electrically connected through an operational amplifier of the K 140 UD8A type with a Micro-86 computer, which contains the program for processing signals from photodiodes of the Impulse-5 installation in accordance with the claimed claims.

Пластина 3 располагалась в камере установки на кварцевых иглах 4 между двумя панелями трубчатых галогенных ламп 5 типа КГ-220-1000 3 таким образом, что оси галогенных ламп 5 находятся на расстоянии 10--12 мм от пластины 3. Установка снабжена охлаждаемыми водой рефлекторами 6, которые служат для повышения скорости нагрева и его равномерности. Сигналы от фотодиодов поступают на блок 7 управления. Характер изменения токов и температуры во времени выводится на дисплей 8. The plate 3 was located in the installation chamber on quartz needles 4 between two panels of tubular halogen lamps 5 of the type KG-220-1000 3 so that the axis of the halogen lamps 5 are at a distance of 10-12 mm from the plate 3. The installation is equipped with water-cooled reflectors 6 , which serve to increase the heating rate and its uniformity. The signals from the photodiodes are fed to the control unit 7. The nature of changes in currents and temperature over time is displayed on display 8.

Предварительно осуществлялась калибровка величины сигнала основного фотодиода в зависимости от температуры пластины по точкам плавления различных металлов. После установки пластины в камеру проводили включение галогенных ламп, при этом изменение сигнала основного фотодиода непрерывно анализировалось на ЭВМ и отражалось на дисплее. Это изменение соответствовало фиг. 2, причем в точке, обозначенной на фиг. 2 как О, ЭВМ проводила фиксацию значений токов фотодиодов, вычисление величины К и температуры по току I и калибровочной зависимости I f(to).The signal of the main photodiode was preliminarily calibrated as a function of the plate temperature by the melting points of various metals. After the plate was installed in the chamber, halogen lamps were turned on, and the change in the signal of the main photodiode was continuously analyzed on a computer and reflected on the display. This change corresponded to FIG. 2, and at the point indicated in FIG. 2 as O, the computer recorded the values of the currents of the photodiodes, calculated the value of K and the current temperature I and the calibration dependence I f (t o ).

Далее продолжался нагрев пластины при постоянном уровне мощности излучения с непрерывным измерением токов I1 и I2 и расчетом на ЭВМ величины составляющей I тока основного фотодиода по формуле (5). По достижении этой составляющей тока величины, равной полученному при калибровке значению to 1100оС, ЭВМ давала сигнал к изменению интенсивности стороннего излучения с целью поддержания достигнутой величины I. При этом в соответствии с формулой (5) учитывалось изменение уровня интенсивности стороннего излучения. Эксперименты показали, что если этот учет не проводить, ошибка в поддерживаемой температуре составляет ≈50оС.Then the plate continued heating at a constant radiation power level with continuous measurement of currents I 1 and I 2 and calculation on a computer of the magnitude of the component I of the current of the main photodiode according to formula (5). Upon reaching this current component equal to the value obtained at calibration, t o 1100 о С, the computer gave a signal to a change in the intensity of the side radiation in order to maintain the achieved value I. Moreover, in accordance with formula (5), the change in the level of intensity of the side radiation was taken into account. The experiments showed that if this accounting is not carried out, the error in the maintained temperature is ≈50 о С.

П р и м е р 2. Производился нагрев пластины кремния n-типа толщиной 100 мкм с концентрацией носителей заряда N 1 · 1017 см-3. Измерения температуры пластины осуществлялись аналогично примеру 1, кривые изменения сигнала фотоответа и первой производной его по времени аналогичны представленным на фиг. 4 и 5. На фиг. 4 и 5 в отличие от фиг. 1 и 2 отсутствует полочка ВО, ей соответствует точка О. Это связано с тем, что при такой толщине пластины происходит ее очень быстрый нагрев. Анализ кривых и расчеты проводились на ЭВМ Микро-86.PRI me R 2. The heating of the plate of silicon n-type with a thickness of 100 μm with a concentration of charge carriers N 1 · 10 17 cm -3 . The plate temperature was measured analogously to example 1, the curves of the response of the photoresponse signal and its first time derivative are similar to those shown in FIG. 4 and 5. In FIG. 4 and 5, in contrast to FIG. 1 and 2, there is no BO shelf; point O corresponds to it. This is due to the fact that at such a plate thickness its very rapid heating occurs. Curve analysis and calculations were carried out on a Micro-86 computer.

П р и м е р 3. Проводился нагрев пластины кремния n-типа толщиной 300 мкм с концентрацией носителей заряда N 5 · 1119 см-3. Измерения температуры пластины осуществлялись аналогично примеру 1, характер кривых изменения сигнала фотоответа и первой производной его по времени представлен на фиг. 6 и 7, где в отличие от фиг. 2 и 3 отсутствует пик А, так как пластина кремния высокоомная и не пропускает через себя излучение. Анализ кривых и расчеты проводились ЭВМ Микро-86.PRI me R 3. The n-type silicon wafer with a thickness of 300 μm was heated with a concentration of charge carriers N 5 · 11 19 cm -3 . The plate temperature was measured analogously to Example 1; the nature of the curves of the change in the photoresponse signal and its first time derivative is shown in FIG. 6 and 7, where, in contrast to FIG. 2 and 3, peak A is absent, since the silicon wafer is highly resistive and does not pass radiation through itself. Curve analysis and calculations were carried out by the Micro-86 computer.

П р и м е р 4. Проводился нагрев пластины кремния n-типа толщиной 100 мкм с концентрацией носителей заряда N 5 · 1019 см-3. Измерения температуры пластины осуществлялись аналогично примеру 1, характер кривых изменения сигнала и первой производной его по времени представлен на фиг. 8 и 9, где в отличие от фиг. 1 и 2 нет полочки ВО и пика А, поскольку пластина с таким высоким уровнем легирования изначально не пропускает через себя излучения галогенных ламп и при малой толщине нагрев пластины происходит очень быстро.PRI me R 4. The heating of the plate of silicon n-type with a thickness of 100 μm with a concentration of charge carriers N 5 · 10 19 cm -3 . The plate temperature was measured analogously to example 1, the nature of the curves of the signal and its first time derivative is shown in FIG. 8 and 9, where, in contrast to FIG. 1 and 2, there is no VO shelf and peak A, since a plate with such a high doping level initially does not pass through the radiation of halogen lamps and with a small thickness, the plate heats up very quickly.

Данный способ бесконтактного измерения температуры кремниевых пластин в интервале температур 900-1400оС при нагреве их изменяющимися по интенсивности импульсами стороннего излучения позволили устранить погрешность измерения температуры, которая была без учета изменяющегося отраженного от пластины стороннего излучения и составляла около 50-80о. В итоге точность измерения определяется только точностью предварительной калибровки, что может быть реализовано с допустимой для практики погрешностью многими современными методами (термопара, пирометрирование, точки плавления металлов и т.д.).The method of contactless measuring the wafer temperature in the temperature range 900-1400 ° C by heating them by changing the intensity of the radiation pulses party allowed to eliminate the error of temperature measurement, which was exclude varying radiation reflected from an outside of the plate and was approximately 50-80 o. As a result, the accuracy of the measurement is determined only by the accuracy of the preliminary calibration, which can be realized with an acceptable error for practice by many modern methods (thermocouple, pyrometry, melting points of metals, etc.).

Claims (1)

СПОСОБ БЕЗКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ КРЕМНИЕВОЙ ПЛАСТИНЫ в диапазоне 900 - 1400oС при нагреве ее сторонним излучением, включающий измерение имеющим оптическую связь с пластиной кремниевым фотодиодом суммарного излучения P1, состоящего из собственного излучения P пластины, отраженного от нее стороннего излучения Pотр.ст и прошедшего через нее стороннего излучения Pпр.ст, выбор времени начала измерения температуры для устранения влияния Pпр.ст, определение Pотр.ст и расчет температуры пластины по величине P, определяемой как разность P1 - Pотр.ст, отличающийся тем, что измеряют дополнительным фотодиодом, не имеющим оптической связи с пластиной, не попадающее на пластину стороннее излучение P2, а величину Pотр.ст определяют как
Figure 00000007
где I1-0 - значение тока кремниевого фотодиода в точке, где величина первой производной этого тока по времени стала положительной после прохождения ее через нуль, а I2-0 - значение тока дополнительного фотодиода, измеренное одновременно с I1-0.
METHOD contactless TEMPERATURE MEASURING silicon wafer in the range of 900 - 1400 o C in heating outside radiation comprising measurement having an optical coupling with plate a silicon photodiode total radiation P 1 consisting of self-radiation P plate, reflected from it sided emission P of m p. with t and passing through it of external radiation P p p . with t , the choice of time to start the temperature measurement to eliminate the effect of P p p . with t , the definition of P about t r . with t and calculating the temperature of the plate by the value of P, defined as the difference P 1 - P about t p . with t, characterized in that an additional photodiode is measured, having no connection with the optical plate without impinging on the side of radiation plate P 2, and P value of r p. with t determine how
Figure 00000007
where I 1 - 0 is the current value of the silicon photodiode at the point where the value of the first time derivative of this current became positive after passing through zero, and I 2 - 0 is the current value of the additional photodiode measured simultaneously with I 1 - 0 .
RU93021518A 1993-04-23 1993-04-23 Method of contactless measurement of temperature of silicon plate RU2054749C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93021518A RU2054749C1 (en) 1993-04-23 1993-04-23 Method of contactless measurement of temperature of silicon plate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU93021518A RU2054749C1 (en) 1993-04-23 1993-04-23 Method of contactless measurement of temperature of silicon plate

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2054749C1 true RU2054749C1 (en) 1996-02-20
RU93021518A RU93021518A (en) 1997-01-20

Family

ID=20140908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU93021518A RU2054749C1 (en) 1993-04-23 1993-04-23 Method of contactless measurement of temperature of silicon plate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2054749C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Заявка Японии N 48-2639, кл. 111 Е6, 1973. 2. Афанасьев В.А., Крысов Г.А., Синьков Ю.П., Юхведин М.Я. Бесконтактное измерение температуры кремниевых структур в процессе импульсной термообработки. Электронная промышленность, 1986, вып.2(152). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1102970B1 (en) A sensor for measuring a substrate temperature
US6299346B1 (en) Active pyrometry with emissivity extrapolation and compensation
US6530687B1 (en) Temperature measuring system
US6369363B2 (en) Method of measuring electromagnetic radiation
US5350236A (en) Method for repeatable temperature measurement using surface reflectivity
Goodman et al. The NPL radiometric realization of the candela
JP2604754B2 (en) Spectrophotometer
EP0458388B1 (en) Method and device for measuring temperature radiation using a pyrometer wherein compensation lamps are used
US10281335B2 (en) Pulsed radiation sources for transmission pyrometry
US5364187A (en) System for repeatable temperature measurement using surface reflectivity
US20020041620A1 (en) Thermal process apparatus for a semiconductor substrate
RU2054749C1 (en) Method of contactless measurement of temperature of silicon plate
Sapritskii A new standard for the candela in the USSR
JPH0691144B2 (en) Radiation thermometer for measuring wafer temperature and method for measuring wafer temperature
Touayar et al. Measurement of the reflectance of the INM cryogenic radiometer cavity at several wavelengths
Leite et al. A simple method for calibration of ruby laser output
JPS6215817A (en) Light and heat processing method and light-intensity measuring apparatus
JPH03278524A (en) Heating apparatus of semiconductor device
JP3425627B2 (en) Standard light source and its control method
JPH06196789A (en) Pulse laser generator and device using same
Stuart et al. Temperature diagnostics for a dual-arc FRTP tool
KR100326491B1 (en) Method of measuring electromagnetic radiation
JP2003106901A (en) Stable light source for radiation thermometer, calibration method for radiation thermometer and semiconductor manufacturing apparatus using the radiation thermometer
CN106353262B (en) Atomic absorption measurement method and measuring device
WO1992012405A1 (en) Method and device for measuring the temperature of an object and heating method