测温装置及工艺腔室的制作方法

本发明属于半导体设备制造技术领域，具体涉及一种测温装置及工艺腔室。

背景技术：

物理气相沉积(physicalvapordeposition，简称pvd)技术被广泛应用于镀膜行业，磁控溅射属于物理气相沉积的一种实现方式，工艺环境一般是真空环境，在腔室内设置有承载基片的基座，在腔室内顶部与基座相对的位置设置靶材，磁铁安装在靶材背面，通过磁场增强束缚电子的能力，在衬底和靶材之间通入氩气等气体，对靶材施加负电压，使得气体电离产生等离子体，氩离子撞击靶材产生靶材材料的原子或离子沉积在衬底上形成薄膜。

在某些材料的沉积工艺中，为了获得良好的工艺结果，工艺温度一般设置较高，例如，沉积氮化铝薄膜的工艺温度在500℃以上。另外，在led领域应用中，基片通常为2英寸或4英寸的蓝宝石片基片，为了获得更大的产出率，通常使用较大的托盘承载基片，以同时对多片基片进行工艺。由于需要快速地将托盘的温度升温到工艺所需的温度，通常使用红外灯作为加热器。由于托盘为一个运动部件，因此，使用非接触式的红外测温传感器测量托盘的温度，由于红外灯本身是一种红外发射器，为了避免红外灯的光线对红外测温传感器造成直接影响，因此，需要一种遮光结构对红外灯的光线进行遮挡。

图1为现有的红外灯和红外测温传感器的安装在腔室上的结构示意图；请参阅图1，红外测温传感器101处于大气端；在冷却基板102上设置有通孔103；在通孔103的外侧端面上设置有过滤视窗片104，用于允许有效波段的光谱能够完全透过且保证真空环境和大气环境隔离；多个红外灯105在靠近冷却基板102的位置处间隔设置，用于加热位于其上方的托盘106；遮光筒107穿过两个相邻红外灯105之间的间隙固定在冷却基板102上，如图1和图2所示，带有法兰的遮光筒107套置在通孔103上，并且，遮光筒107的高度满足在较近范围地接近托盘106；遮光筒107用于减少红外灯的直接辐射对红外测温传感器的影响。

由于遮光筒107也被红外灯105加热到较高温度，因此，遮光筒也辐射出红外波段影响红外测温，故，红外测温传感器101所感应的辐射强度＝托盘106的辐射强度+遮光筒107的辐射强度，并且，由于没有其它的加热源，遮光筒107与托盘106的辐射值存在正比关系，因此，可通过调整红外测温传感器101的红外传感器的参数获得较准确的托盘106的温度。

但是，在实际应用中发现：在诸如pvd等薄膜沉积工艺过程中，沉积物会沉积到托盘106上会给托盘106带来大量的热量，因此，托盘106的温度会升高。若采用热电偶对托盘106进行pid温度控制，而红外测温传感器101做监控的情况下，可以看到为了维持托盘106的温度，温控器会降低红外灯105的输出功率，如此情况下，遮光筒107的温度也会相应降低，而托盘106的温度基本保持不变，这样的话，红外传感器接受到的总辐射强度将变小，其结果是红外测温传感器101测量的温度值相对热电偶测量的温度值低50℃以上，如图3所示。因此存在红外传感器测量温度不准确的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种测温装置及工艺腔室，解决了在采用热电偶对托盘进行pid温度控制而红外测温传感器做监控的情况下，红外测温传感器测量的温度不准确的问题。

为解决上述问题之一，本发明提供了一种测温装置，所述测温装置包括红外测温传感器和遮光筒，所述遮光筒包括筒状本体，所述遮光筒还包括：

降温部件，所述降温部件设置在所述筒状本体上，用于将所述筒状本体降至设定的温度范围，并保持在所述温度范围；和/或

隔离部件，所述隔离部件设置在所述筒状本体和热源之间，用于将所述筒状本体与所述热源隔离。

可选地，根据本发明的测温装置，所述降温部件为设置在所述筒状本体筒壁上的冷却通道；

所述冷却通道包括入口和出口，从所述入口输入冷却介质，所述冷却介质被输送至所述冷却通道内，与所述筒状本体的筒壁进行热交换。

可选地，根据本发明的测温装置，所述冷却通道在所述筒状本体的筒壁上均匀分布。

可选地，根据本发明的测温装置，所述冷却通道由在筒壁上设置的至少一条竖直通道和沿筒壁周向设置的至少一条弧形通道交替串接而成。

可选地，根据本发明的测温装置，所述冷却通道包括6条竖直通道和6条弧形通道，其中，

所述弧形通道中的3条设置在筒壁上部，3条设置在筒壁下部，所述竖直通道与所述弧形通道交替串接。

可选地，根据本发明的测温装置，所述温度范围小于200℃。

可选地，根据本发明的测温装置，所述温度范围小于100℃。

可选地，根据本发明的测温装置，所述冷却介质为水。

可选地，根据本发明的测温装置，所述筒状本体的表面为抛光面或镀金面。

可选地，根据本发明的测温装置，所述筒状本体的材质为不锈钢或铜。

可选地，根据本发明的测温装置，所述隔离部件为筒状；

所述隔离部件套置于所述筒状本体的外部；并且；

所述隔离部件的内壁与所述筒状本体的外壁具有一定间距。

可选地，根据本发明的测温装置，所述隔离部件的数量为多个；

多个所述隔离部件沿所述筒状本体的径向依次间隔套置在所述筒状本体的外部。

可选地，根据本发明的测温装置，位于最外层的所述隔离部件的外表面为反光面。

根据本发明的另一方面，提供了一种工艺腔室，包括托盘、用于对托盘加热的红外灯、用于检测托盘温度的测温装置，所述测温装置采用本发明的测温装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的测温装置，基于物体的辐射强度与温度成正比的原理，通过设置在筒状本体上的降温部件对筒状本体降温至设定的温度范围并保持在该温度范围内，以降低筒状本体的辐射强度，甚至可以使筒状本体的辐射强度至忽略不计，提高了测温装置中红外传感器的测量精确性；和/或，通过隔离部件将筒状本体和热源隔离来避免筒状本体受热源(除了待检测物体之外的热源)加热而升温，以降低筒状本体的辐射强度，这样，红外测温传感器感应到的强度受到筒状本体的辐射强度的影响就很小甚至没有，红外测温传感器感应到的强度基本等于托盘的辐射强度，提高了测温装置中红外传感器的测量精确性；在采用热电偶对托盘进行pid温度控制而红外测温传感器做监控的情况下，使红外测温传感器测量的温度与热电偶测量的温度的温差基本相同，提高了测温装置红外传感器的测量精确性。

本发明提供的工艺腔室，其通过采用本发明上述提供的测量装置，因此，在采用热电偶对托盘进行pid温度控制而红外测温传感器做监控的情况下，使红外测温传感器测量的温度与热电偶测量的温度基本相同，提高了测温装置中红外传感器的测量精确性。

附图说明

图1为现有的红外灯和红外测温传感器安装在腔室中的结构示意图；

图2为图1中遮光筒的立体示意图；

图3为工艺过程中热电偶检测的温度和红外测温传感器检测到的温度的变化曲线图；

图4为辐射强度和温度的关系的曲线示意图；

图5为本发明实施例提供的一种遮光筒的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种遮光筒的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的工艺腔室的结构示意图。

其中，附图标记为：

现有技术：101，红外测温传感器；102，冷却基板；103，通孔；104，过滤视窗片；105，红外灯；106，托盘；107，遮光筒。

本发明：10，筒状本体；11，法兰；101，竖直通道；102，弧形通道；20，隔离部件；30，靶材；31，磁控管；32，传片口；33，加热基座；331，红外灯；332，冷却板；3321，通孔；333，顶针；34，容器结构；35，红外测温传感器；36，透明窗；37，遮光筒；38，托盘；39，密封波纹管；110，进气通道；111，出气通道；10a，入口；10b，出口。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的测温装置及工艺腔室进行详细描述。

实施例1

本发明实施例1提供一种测温装置，测温装置包括红外测温传感器和遮光筒，遮光筒包括筒状本体，还包括降温部件；降温部件设置在筒状本体上，用于将筒状本体降至设定的温度范围，并保持在该温度范围。

在本发明，通过降温部件对筒状本体降温至预设温度来减小筒状本体的辐射强度，这是因为根据普朗克方程，物体辐射强度e和温度的关系如下：

其中，λ为辐射波段，ε为物体黑度，t为物体的绝对温度，c1、c2值均为常数。

由该公式可知，在其他参数一定的情况下，物体的辐射强度与温度成正比，即，温度越低辐射强度越低，温度越高辐射强度越高。因此，预设温度一般设置为较低温度。

下面举例来说明：请参阅图4，图4以不锈钢材质为例，其对于波段为8-14um(图4中两条虚线之间的区域)在不同的温度下对红外线的辐射强度的规律如图4所示，从图4可以看出，物体温度＜200℃时8-14um的辐射强度远小于温度＞400℃时的辐射强度，物体温度＜200℃时温度的变化对物体辐射量的影响也很小。在采用其他材质时，由于仅改变黑度，因此其规律和图4类似。因此预设温度可以设置为小于200℃，物体温度＜100℃时温度的变化对物体辐射量的影响甚至可以忽略不计，因此优选物体温度＜100℃，在采用不锈钢材质时，采用上述温度范围，效果更佳。

基于上述阐述，根据本发明的一种实施方式，预设温度优选低于200℃，进一步地优选低于100℃，从而降低筒状本体10的辐射强度，甚至使其忽略不计。

在本发明中，基于上述物体的辐射强度与温度成正比的原理，通过设置降温部件使筒状本体维持在一个较低温度，以降低筒状本体的辐射强度，甚至使其辐射强度可以达到忽略不计，因此使红外测温传感器感应到的强度受到筒状本体的辐射强度的影响就很小甚至没有，红外测温传感器感应到的强度基本等于托盘的辐射强度，从而在采用热电偶对托盘进行pid温度控制，红外测温传感器做监控的情况下，红外测温传感器测量的温度与热电偶测量的温度基本相等，提高了红外测温传感器测量的精确度。

根据本发明的一种具体实施方式，包括图5所示的本发明提供的一种遮光筒；降温部件为设置在筒状本体10筒壁上的冷却通道；冷却通道包括入口10a和出口10b，从入口10a输入冷却介质，冷却介质被输送至冷却通道内，与筒状本体10的筒壁进行热交换，从而实现对筒状本体10进行降温。通过在遮光筒的筒状本体上设置冷却通道，可以使筒状本体的温度降至一定的低温，且保持在该温度范围内，从而降低筒状本体的辐射强度，甚至可以使筒状本体的辐射强度忽略不计，从而提高了测温装置的精确性，

根据本发明的一种具体实施方式，冷却介质优选液体或气体，冷却介质进一步地优选水。在冷却介质为水时，可以使筒状本体的温度降低100度以下，使筒状本体的辐射强度达到忽略不计。

根据本发明的一种具体实施方式，在筒状本体10的安装端还设置有法兰11，以便于固定。

根据本发明的一种具体实施方式，筒状本体10的材质为不锈钢或铜。筒状本体的材质选用不锈钢或铜，其为耐高温材质，且其黑度低，根据上述普朗克方程可以看出，采用黑度低的不锈钢或铜作为材质，可以降低筒状本体的辐射强度。

根据本发明的一种具体实施方式，冷却通道在筒状本体10的筒壁上均匀分布，以实现对筒状本体10进行均匀冷却或降温。

根据本发明的一种具体实施方式，冷却通道由在筒壁上设置的至少一条竖直通道101和沿筒壁周向设置的至少一条弧形通道102交替串接而成。根据筒状本体的形状，设置本实施方式的通道，可以实现通道的均匀分布，从而进行均匀冷却至一定的温度范围，并能更好的保持在稳定的温度范围。

根据本发明的一种具体实施方式，如图5所示，冷却通道包括6条竖直通道101和6条弧形通道102，其中，弧形通道102中的3条设置在筒壁上部，3条设置在筒壁下部，竖直通道101与弧形通道102交替串接。根据筒状本体的形状，设置本实施方式的通道，实现通道的均匀分布，当然通道的条数可以根据筒状本体的大小进行适应性调整，从而进行均匀冷却至一定的温度范围，并能更好的保持在稳定的温度范围。其中，在法兰11上还设置有作为冷却介质的进气通道110和出气通道111，在这种情况下，冷却介质的流动方向如图5中的箭头所示。

根据本发明的一种具体实施方式，筒状本体10的表面优选抛光面或镀金表面。筒状本体的表面包括内表面和外表面。筒状本体10的表面优选抛光面或镀金表面时，可以使筒状本体10的表面的黑度低于0.1，从而降低了筒状本体的辐射强度。

实施例2

根据本实施例的测温装置，测温装置包括红外测温传感器和遮光筒，所述遮光筒包括筒状本体，遮光筒还包括：降温部件，降温部件设置在筒状本体上，用于将筒状本体降至设定的温度范围，并保持在温度范围；和隔离部件，隔离部件设置在筒状本体和热源之间，用于将筒状本体与所述热源隔离。

在本实施例中，设置的降温部件与实施例1中的降温部件类似，在次不再赘述。在本是实施例中，除了包括设置的降温部件外，还包括隔离部件。在此将详细解释本发明的隔离部件。

具体地，在本实施例中，隔离部件20为筒状；隔离部件20套置在筒状本体10的外部；并且隔离部件20的内壁与筒状本体10的外壁具有一定间距。

可以理解，筒状的隔离部件20套置在筒状本体10的外部，可以在周向上将整个筒状本体10和热源隔离开来，从而可以在很大程度避免筒状本体10升温；另外，由于隔离部件20的内壁与筒状本体10的外壁存在间距，这样热的传递效率低，从而有利于避免隔离部件20将温度传递至筒状本体10，从而使其保持在一定的温度范围内。

优选地，隔离部件20的数量可以为多个；多个隔离部件20沿筒状本体10的径向依次间隔套置在筒状本体10的外部，这样，热源的热量需要依次通过多个隔离部件20才能传递在筒状本体10上，也即，传递过程很困难，甚至避免了将热量传递至筒状本体上，从而在很大程度上避免了筒状本体10升温，使其保持在一定的温度范围内。

优选地，位于最外层的隔离部件20的外表面为反光面，这样，可以将一部分热量反射出去，避免减小朝向筒状本体10传递的总热量。

实施例3

根据本实施例的测温装置，测温装置包括红外测温传感器和遮光筒，所述遮光筒包括筒状本体，遮光筒还包括：隔离部件，隔离部件设置在筒状本体和热源之间，用于将筒状本体与所述热源隔离。

根据本实施例的隔离部件，请参阅图6，具体地，隔离部件20为筒状；隔离部件20套置在筒状本体10的外部；并且隔离部件20的内壁与筒状本体10的外壁具有一定间距。

可以理解，筒状的隔离部件20套置在筒状本体10的外部，可以在周向上将整个筒状本体10和热源隔离开来，从而可以在很大程度避免筒状本体10升温；另外，由于隔离部件20的内壁与筒状本体10的外壁存在间距，这样热的传递效率低，从而有利于避免将隔离部件20的热量传递至筒状本体10。

优选地，隔离部件20的数量可以为多个；多个隔离部件20沿筒状本体10的径向依次间隔套置在筒状本体10的外部，这样，热源的热量需要依次通过多个隔离部件20才能传递在筒状本体10上，也即，传递过程很困难，甚至避免了将热量传递至筒状本体上，从而可以在很大程度上表面筒状本体10升温，使其保持在一定的温度范围内。

优选地，位于最外层的隔离部件20的外表面为反光面，这样，可以将一部分热量反射出去，避免减小朝向筒状本体10传递的总热量。

实施例4

图7为本发明实施例提供的工艺腔室的结构示意图，请参阅图7，本发明实施例提供一种工艺腔室，具体地为物理气相沉积腔室，该腔室包括托盘38、用于对托盘38加热的红外灯331、用于检测托盘38温度的测温装置，该测温装置采用上述实施例1-3所示的测温装置。

工艺腔室还包括设置在腔室内顶部的靶材30、设置在靶材30上的磁控管31、在腔室的侧壁上开设有传片口32；在腔室内与靶材30相对的位置处设置有加热基座33。

其中，加热基座包括多个红外灯331、冷却板332和位于冷却板332上的顶针333；冷却板332正对靶材30设置，多个红外灯331设置在冷却板332的朝向靶材的表面上；顶针333用于承载托盘38。

优选地，冷却板的设置有红外灯331的表面上还设置有反射屏蔽层，用于将红外灯331辐射的信号反射至托盘38上，以提高红外灯331的利用率。

在冷却板332的下方还设置有一个容器结构34，其内部环境为大气环境，在容器结构34内设置有红外测温传感器35，在冷却板332上设置有通孔3321，在通孔3321的朝向容器结构34的一端面上设置有透明窗36。

在腔室内还设置有遮光筒37，遮光筒37采用本发明上述实施例提供的测温装置中的遮光筒，其中，遮光筒37的法兰端固定在冷却板332上，遮光筒37的另一端穿过两个红外灯331之间的间隙靠近托盘38设置。

冷却板332内设置有冷却管路，在遮光筒37采用上述实施例2提供的遮光筒时，该冷却板332的冷却管路和遮光筒37的冷却通道可连通，二者采用相同的冷却介质源；当然，在实际应用中，二者还可以相互独立，采用不同的冷却介质源。

腔室还包括密封波纹管39和基座电机，基座电机设置在腔室外，且其驱动轴贯穿腔室底壁与加热基座33相连，用于驱动加热基座33升降；密封波纹管39套置在位于腔室内的驱动轴的外侧，将外界大气环境和腔室的真空环境隔离。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。