专利名称：高温计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有针对在线沉积工艺的现场配置的位置敏感高温计。
背景技术：
热辐射是由于物体的温度而从物体的表面发射的电磁辐射。非接触温度计或者高温计可以检测和测量热辐射，以确定物体的温度。因此，高温计可提出用于测量运动的物体或者在接触或触摸物体很难或不可能的情况下的任意表面的合适的解决方案。
发明内容
在一方面，一种监测基底的方法可包括将来自基底的热辐射引导到像素阵列传感器，其中，基底具有表面，并通过像素阵列传感器从热辐射测量基底的温度。所述表面可包括沉积在基底上的薄膜。将来自基底的热辐射引导到像素阵列传感器的步骤可包括将来自基底的不同位置的热辐射分别引导到像素阵列传感器的不同的区段。在某些情况下，所述方法还可包括在不同的位置测量温度并将温度与基底相关联的步骤。所述方法还可包括将来自源的热辐射引导到沉积在基底上的薄膜的步骤。所述方法还可包括以下步骤获取来自薄膜的发射光谱和反射能量，基于所述发射光谱和所述反射能量提取沉积薄膜厚度信息。像素阵列传感器可包括红外检测器。像素阵列传感器可包括波长测量范围为大约500纳米到大约1000纳米的红外检测器。像素阵列传感器可包括波长测量范围为大约1000纳米到大约100微米的红外检测器。像素阵列传感器可包括光电导检测器。像素阵列传感器可包括光生伏打检测器。像素阵列传感器可包括光电二极管检测器。在某些实施例中，所述方法还可包括存储用于分析的测量数据。所述方法还可包括实时处理测量数据。可通过光纤传输热辐射。所述方法还可包括引导来自基底的不同位置的热辐射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段，其中，可以使位置与温度信息相关联。所述方法还可包括通过波长色散元件使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息，以获取对位置敏感的光谱信息。在另一方面，一种位置敏感高温计可包括像素阵列传感器；透镜，光学地连接到像素阵列传感器且与基底路径最接近，其中，当具有表面的基底处于基底路径中时，热辐射从基底辐射穿过透镜到达像素阵列传感器。所述表面可包括沉积在基底上的薄膜。在某些情况下，位置敏感高温计还可包括光学地连接到像素阵列传感器且最接近基底路径的多个透镜，其中，所述多个透镜朝向基底路径上的多个位置。当基底处于基底路径中时，热辐射可从基底上的多个位置辐射穿过所述多个透镜到达像素阵列传感器。可利
6用光缆将透镜光学地连接到像素阵列传感器。位置敏感高温计还可包括有源光谱高温测量装置，被配置为基于来自薄膜的反射能量和发射光谱来提取沉积薄膜厚度信息。有源光谱高温测量装置可包括产生光束并将光束引导到薄膜上的光源。像素阵列传感器可包括红外检测器。像素阵列传感器可包括波长测量范围为大约500纳米到大约1000纳米的红外检测器。像素阵列传感器可包括波长测量范围为大约1000纳米到大约100微米的红外检测器。像素阵列传感器可包括光电导检测器。像素阵列传感器可包括光生伏打检测器。像素阵列传感器可包括光电二极管检测器。位置敏感高温计还可包括用于分析的测量数据存储模块。位置敏感高温计还可包括用于实时分析的测量数据处理模块。位置敏感高温计还可包括缝隙掩模，其中，引导来自基底的不同位置的热辐射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段，其中，可以使位置与温度信息相关联。位置敏感高温计还可包括用于使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散的波长色散元件，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息，以获取对位置敏感的光谱信息。位置敏感高温计还可包括利用光谱高温测量的光谱成像模块。在另一方面，一种具有针对在线沉积工艺的现场配置的位置敏感实时沉积监测器可包括像素阵列传感器，包括红外检测器；透镜，光学地连接到像素阵列传感器且与基底路径最接近，其中，当具有表面的基底处于基底路径中时，热辐射从沉积在表面上的薄膜辐射穿过透镜到达像素阵列传感器；有源光谱高温测量装置，用于通过测量和分析基底上的沉积薄膜的表面的自发辐射来提取沉积薄膜厚度信息；测量数据处理模块，用于实时分析。在某些情况下，位置敏感实时沉积监测器还可包括光学地连接到像素阵列传感器且最接近基底路径的多个透镜，其中，所述多个透镜朝向基底路径上的多个位置。当基底处于基底路径中时，热辐射可从薄膜上的多个位置辐射穿过所述多个透镜到达像素阵列传感器。可利用光缆将透镜光学地连接到像素阵列传感器。像素阵列传感器可包括波长测量范围为大约500纳米到大约1000纳米的红外检测器。像素阵列传感器可包括波长测量范围为大约1000纳米到大约100微米的红外检测器。像素阵列传感器可包括光电导检测器。像素阵列传感器可包括光生伏打检测器。像素阵列传感器可包括光电二极管检测器。位置敏感实时沉积监测器还可包括用于分随后析的测量数据存储模块。位置敏感实时沉积监测器还可包括缝隙掩模，其中，引导来自基底的不同位置的热辐射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段，其中，可以使位置与温度信息相关联。位置敏感实时沉积监测器还可包括用于使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散的波长色散元件，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息， 以获取对位置敏感的光谱信息。位置敏感实时沉积监测器还可包括利用光谱高温测量的光谱成像模块。位置敏感实时沉积监测器还可包括基底计数模块，其中，所述计数模块可使用由于运动基底而引起的信号变化来计数。利用预设的基底尺寸，所述计数模块可使用由于运动基底而引起的信号变化来测量基底之间的间隙以及基底运动速度。在另一方面，一种监测基底的方法可包括将来自光源的光引导到基底，其中，光源可包括近红外光源，将来自基底的反射引导到像素阵列传感器，其中，基底具有表面；通过像素阵列传感器从所述反射测量基底的温度。所述表面可包括沉积在基底上的薄膜。将来自基底的反射引导到像素阵列传感器的步骤可包括将来自基底的不同位置的反射分别引向像素阵列传感器的不同的区段。
在某些情况下，所述方法还可包括在不同的位置测量温度并将温度与基底相关联的步骤。所述方法还可包括以下步骤获取来自薄膜的发射光谱和反射能量；基于所述发射光谱和所述反射能量提取沉积薄膜厚度信息。像素阵列传感器可包括红外检测器。所述阵列传感器可包括波长测量范围为大约500纳米到大约1000纳米的红外检测器。像素阵列传感器可包括波长测量范围为大约1000纳米到大约100微米的红外检测器。像素阵列传感器可包括光电导检测器。像素阵列传感器可包括光生伏打检测器。像素阵列传感器可包括光电二极管检测器。所述方法还可包括存储用于分析的测量数据。所述方法还可包括实时处理测量数据。可通过光纤传输来自光源的光和来自基底的反射。所述方法还可包括引导来自基底的不同位置的反射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段， 其中，可以使位置与温度信息相关联。所述方法还可包括通过波长色散元件使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息，以获取对位置敏感的光谱信息。下面在附图和描述中阐述了一个或多个实施例的细节。其他的特点、目的和优点将通过所述描述、附图和权利要求而变得显而易见。
图1示出具有针对在线沉积工艺的现场配置的位置敏感高温计的构造。图2是示出通过多个光学透镜或者光缆引导来自基底表面的不同位置的热辐射的透视图。图3是示出来自基底表面的不同位置的热辐射通过多个光学透镜或者光缆被引导并被2D像素阵列传感器检测的俯视图。图4是2D像素阵列传感器和缝隙掩模的拉近视图。图5是示出测量热辐射的典型的光学设置的透视图。图6示出具有独立的光源的位置敏感高温计的构造。
具体实施例方式高温计检测并测量热辐射，以确定物体的温度。为了测量对位置敏感的温度，将依赖于空间的高温计研发成具有针对在线沉积工艺的现场配置。通过引导来自基底表面的不同的位置的热辐射，可以获得对位置敏感的温度信息。2D像素阵列传感器用于测量热辐射。 位置敏感高温计还可包括有源光谱高温测量装置(active spectral pyrometry device)， 以通过测量和分析基底上的沉积薄膜的表面的反射和自发辐射来提取沉积薄膜厚度信息。在来自原子内的充电粒子的运动的热被转换为电磁辐射时产生热辐射。高温计具有光学系统和检测器。光学系统将热辐射聚集在检测器上。检测器输出的信号与通过斯特潘-玻尔兹曼定律(Mefan-Boltzman Law)确定的目标物体的热辐射有关。假设J* =热辐射或辐照度ε =物体的发射率σ =比例常数则斯特潘-玻尔兹曼定律表示如下
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J* = ε σ T4该输出用于推断物体的温度。因此，不需要高温计和物体之间直接接触。参照图1，位置敏感高温计100可具有被定位成接收来自运动基底160的热辐射 200的透镜110。光纤束120可用于传输热辐射200。掩模130和滤波器140可定位在2D 像素阵列传感器150的前方。2D像素阵列传感器150可用于测量热辐射200。位置敏感高温计还可包括有源光谱高温测量装置，以通过测量和分析基底上的沉积薄膜的表面的反射能量和自发辐射来提取沉积薄膜厚度信息。利用辐射的干涉的表面模型，可测量和分析辐射光谱和能量反射，以估计平均厚度。另外，可使用薄膜厚度信息，以获得对温度测量的空间改变校正。因此，改善空间分辨高温测量的精度。可以在近红外波段的频率范围或者通过红外区域的频率范围实现该测量。可以以给定的时间间隔来实现该测量。在某些情况下，预设的时间间隔可以小于Is、等于Is或者大于Is。因此，本发明能够实时监测表面条件或状态改变的表面的不同位置的温度和厚度。在可行的实施例中，本发明可用于监测高温空气氧化工艺、化学气相沉积(CVD)工艺中的基底表面。本发明还可用于监测物理气相沉积(PVD)工艺(例如，溅射或蒸发(热或电子束))或任意合适的气相输运沉积工艺中的基底表面。在可行的实施例中，本发明可用于监测反应离子蚀刻(RIE)工艺或任意合适的干蚀刻工艺中的基底表面。在某些实施例中，高温计还可位于基底路径之下，其中，高温计测量来自基底的背部的辐射，并且仅仅温度信息可被获得。在某些实施例中，高温计还可包括基底计数模块，其中，计数模块可使用由于在基底路径上的运动基底而引起的信号变化来计数。利用预设的基底尺寸，计数模块还可使用由于运动基底而弓I起的信号变化来测量基底之间的间隙以及基底运动速度。参照图2和图3，可以通过多个光学透镜110和光缆120来传输位于不同位置的热辐射200。因此，可以获得对位置敏感的温度信息。运动基底160可用作热辐射200的开闭器，以感测基底的存在，时间标记信息允许辊170上的基底的平移速度的测量以及基底的计数。每个缝隙部分的热辐射200通过多个光缆120被传输并照射2D像素阵列传感器 150的给定区段。通过2D像素阵列传感器150(图1)测量热辐射，可以通过在不同的位置将测量结果与基底相关联来提取对位置敏感的温度。参照图4，掩模130可包括缝隙131。掩模130可位于2D像素阵列传感器150的前方。缝隙131可用于将每根光纤成像到一行像素上。在一些实施例中，在掩模130与阵列传感器150之间，可插入诸如光栅或者光栅/透镜组合的波长色散元件，以使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散。缝隙的宽度、光栅的色散特性以及所述阵列沿垂直于缝隙的长度的方向的周期应当匹配，以给出所需的波长分辨率。这样，一个维度可包含位置信息，而另一个维度可包含波长信息，以产生各点的光谱。在一些实施例中，缝隙131可以是狭缝，以使光衍射，因此ID阵列可用在像素的位置被暴露到包括初始的入射束的辐射的单色部分的场合。狭缝的尺寸(宽度)可以与ID阵列的周期匹配，来获得由此引起的波长分辨率。因此，2D阵列传感器可使用第一维度来检测信号的位置信息(定位)，可使用第二维度来检测薄膜厚度的光谱信息或者光谱高温测量的光谱信息。参照图5，带通滤波器可定位在检测器的前方。检测器可以是红外光电二极管。 从基底160(图1)的不同位置发出的热辐射将通过光纤真空馈通(optical fiber vacuumfeedthrough)被传输。该输出将被小的准直透镜准直到红外光电二极管上。参照图6，位置敏感高温计100可具有包括光源300的光入光出(LILO)构造。可引导光310，以照射基底160的测量区域320。光源300可以是近红外光源。来自基底160 的测量区域320的反射200可被引导到像素阵列传感器150。通过像素阵列传感器150可以从反射200测量基底的温度。基底160可包括在其表面上的沉积薄膜。可使用近红外 (NIR)反射计，以基于发射光谱和反射能量来提取沉积薄膜厚度信息。在一些实施例中，通过光纤传输来自光源300的光310以及来自基底160的反射200。在一些实施例中，位置敏感高温计100可进一步引导来自基底160的不同位置的测量区域320的反射200穿过缝隙掩模来照射像素阵列传感器150的一行区段，其中，可以使位置信息与温度信息相关联。位置敏感高温计100可通过波长色散元件使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，同时像素阵列传感器的另一个维度可包含用于获得对位置敏感的光谱信息的波长信息。本发明的一些实施例已经被描述。然而，应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种修改。还应当理解，附图不一定是按比例的，只不过是呈现本发明的基本原理的示例性的各种优选特征的某种简化表现。
权利要求
1.一种监测基底的方法，包括将来自基底的热辐射引导到像素阵列传感器，其中，基底具有表面； 通过像素阵列传感器从热辐射测量基底的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述表面包括沉积在基底上的薄膜。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，将来自基底的热辐射引导到像素阵列传感器的步骤包括将来自基底的不同位置的热辐射分别引导到像素阵列传感器的不同的区段。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括步骤在不同的位置测量温度并将该温度与基底相关联。
5.根据权利要求2所述的方法，还包括步骤将来自源的热辐射引导到沉积在基底上的薄膜。
6 .根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤 获取来自薄膜的发射光谱和反射能量；基于所述发射光谱和所述反射能量提取沉积薄膜厚度信息。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，像素阵列传感器包括红外检测器。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约500纳米到大约1000纳米的红外检测器。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约1000 纳米到大约100微米的红外检测器。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，像素阵列传感器包括光电导检测器。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，像素阵列传感器包括光生伏打检测器。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，像素阵列传感器包括光电二极管检测器。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括存储用于分析的测量数据。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括实时处理测量数据。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，通过光纤传输热辐射。
16.根据权利要求4所述的方法，其中，所述方法还包括引导来自基底的不同位置的热辐射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段，其中，可以使位置与温度信息相关联。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述方法还包括通过波长色散元件使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息，以获取对位置敏感的光谱信息。
18.一种位置敏感高温计，包括 像素阵列传感器；透镜，光学地连接到像素阵列传感器且与基底路径接近，其中，当具有表面的基底处于基底路径中时，热辐射从基底辐射穿过透镜到达像素阵列传感器。
19.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，所述表面包括沉积在基底上的薄膜。
20.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，还包括光学地连接到像素阵列传感器且接近基底路径的多个透镜，其中，所述多个透镜朝向基底路径上的多个位置。
21.根据权利要求19所述的位置敏感高温计，其中，当基底处于基底路径中时，热辐射可从基底上的多个位置辐射穿过所述多个透镜到达像素阵列传感器。
22.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，利用光缆将透镜光学地连接到像素阵列传感器。
23.根据权利要求19所述的位置敏感高温计，还包括有源光谱高温测量装置，被配置为基于来自薄膜的反射能量和发射光谱来提取沉积薄膜厚度信息。
24.根据权利要求23所述的位置敏感高温计，其中，有源光谱高温测量装置包括产生光束并将光束引导到薄膜上的光源。
25.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，像素阵列传感器包括红外检测器。
26.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约500纳米到大约1000纳米的红外检测器。
27.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约1000纳米到大约100微米的红外检测器。
28.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，像素阵列传感器包括光电导检测ο
29.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，像素阵列传感器包括光生伏打检测器。
30.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，其中，像素阵列传感器包括光电二极管检测器。
31.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，还包括用于分析的测量数据存储模块。
32.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，还包括用于实时分析的测量数据处理模块。
33.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，还包括缝隙掩模，其中，引导来自基底的不同位置的热辐射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段，其中，可以使位置与温度信息相关联。
34.根据权利要求33所述的位置敏感高温计，还包括用于使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散的波长色散元件，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息， 而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息，以获取对位置敏感的光谱信息。
35.根据权利要求18所述的位置敏感高温计，还包括利用光谱高温测量的光谱成像模块。
36.一种具有针对在线沉积工艺的现场配置的位置敏感实时沉积监测器，包括 像素阵列传感器，包括红外检测器；透镜，光学地连接到像素阵列传感器且与基底路径接近，其中，当具有表面的基底处于基底路径时，热辐射从沉积在表面上的薄膜辐射穿过透镜到达像素阵列传感器；有源光谱高温测量装置，用于通过测量和分析基底上的沉积薄膜的表面的自发辐射来提取沉积薄膜厚度信息；测量数据处理模块，用于实时分析。
37.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，还包括光学地连接到像素阵列传感器且接近基底路径的多个透镜，其中，所述多个透镜朝向基底路径上的多个位置。
38.根据权利要求37所述的位置敏感实时沉积监测器，其中，当基底处于基底路径中时，热辐射可从薄膜上的多个位置辐射穿过所述多个透镜到达像素阵列传感器。
39.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，其中，可利用光缆将透镜光学地连接到像素阵列传感器。
40.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约500纳米到大约1000纳米的红外检测器。
41.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，其中，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约1000纳米到大约100微米的红外检测器。
42.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，其中，像素阵列传感器包括光电导检测器。
43.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，其中，像素阵列传感器包括光生伏打检测器。
44.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，其中，像素阵列传感器包括光电二极管检测器。
45.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，还包括用于随后的分析的测量数据存储模块。
46.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，还包括缝隙掩模，其中，引导来自基底的不同位置的热辐射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段，其中，可以使位置与温度信息相关联。
47.根据权利要求36所述的位置敏感实时沉积监测器，还包括用于使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散的波长色散元件，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息，以获取对位置敏感的光谱信肩、ο
48.根据权利要求34所述的位置敏感实时沉积监测器，还包括利用光谱高温测量的光谱成像模块。
49.根据权利要求34所述的位置敏感实时沉积监测器，还包括基底计数模块，其中，所述计数模块可使用由于运动基底而引起的信号变化来计数。
50.根据权利要求49所述的位置敏感实时沉积监测器，其中，利用预设的基底尺寸，所述计数模块可使用由于运动基底而引起的信号变化来测量基底之间的间隙以及基底运动速度。
51.一种监测基底的方法，包括将来自光源的光引导到基底，其中，光源包括近红外光源，将来自基底的反射引导到像素阵列传感器，其中，基底具有表面；通过像素阵列传感器从所述反射测量基底的温度。
52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述表面包括沉积在基底上的薄膜。
53.根据权利要求51所述的方法，其中，将来自基底的反射引导到像素阵列传感器的步骤包括将来自基底的不同位置的反射分别引导到像素阵列传感器的不同的区段。
54.根据权利要求53所述的方法，还包括步骤在不同的位置测量温度并将该温度与基底相关联。
55.根据权利要求52所述的方法，还包括以下步骤 获取来自薄膜的发射光谱和反射能量；基于所述发射光谱和所述反射能量提取沉积薄膜厚度信息。
56.根据权利要求51所述的方法，其中，像素阵列传感器包括红外检测器。
57.根据权利要求51所述的方法，其中，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约500 纳米到大约1000纳米的红外检测器。
58.根据权利要求51所述的方法，其中，像素阵列传感器包括波长测量范围为大约 1000纳米到大约100微米的红外检测器。
59.根据权利要求51所述的方法，其中，像素阵列传感器包括光电导检测器。
60.根据权利要求51所述的方法，其中，像素阵列传感器包括光生伏打检测器。
61.根据权利要求51所述的方法，其中，像素阵列传感器包括光电二极管检测器。
62.根据权利要求51所述的方法，还包括存储用于分析的测量数据。
63.根据权利要求51所述的方法，还包括实时处理测量数据。
64.根据权利要求51所述的方法，其中，通过光纤传输来自光源的光和来自基底的反射。
65.根据权利要求M所述的方法，其中，所述方法还包括引导来自基底的不同位置的反射穿过缝隙掩模，以照射像素阵列传感器的一行区段， 其中，可以使位置与温度信息相关联。
66.根据权利要求65所述的方法，其中，所述方法还包括通过波长色散元件使不同波长的光沿垂直于缝隙的长度的方向分散，其中，像素阵列传感器的一个维度可包含位置信息，而像素阵列传感器的另一个维度可包含波长信息，以获取对位置敏感的光谱信息。
全文摘要
一种位置敏感高温计包括传感器。
文档编号H01L21/00GK102484041SQ201080037309
公开日2012年5月30日 申请日期2010年8月20日 优先权日2009年8月21日
发明者俞明伦, 马库斯·E·贝克 申请人:第一太阳能有限公司