CN100364038C - 用于减少衬底处理室中的杂散光的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于在热处理室中加热半导体晶片的方法和设备。该设备包括非接触测温系统，该非接触测温系统利用诸如高温计的辐射探测装置在处理期间判决晶片的温度。该辐射探测装置通过监视晶片在特定波长处发射的辐射量判决晶片的温度。根据本发明，该设备中包括光谱过滤器，用于过滤灯在辐射探测装置的工作波长处发射的光，该灯用于加热晶片。该光谱过滤器包括光吸收剂，例如稀土元素、稀土元素的氧化物、光吸收染料、金属或半导体材料。

Description

用于减少衬底处理室中的杂散光的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于热处理衬底的设备及一种加热衬底的方法。
背景技术
热处理室是指一种利用诸如辐射能量的能量加热诸如半导体晶片的对象的装置。此类装置典型地包括用于支撑半导体晶片的衬底座(substrateholder)和发射加热晶片所用的光能的光源。为了在热处理期间监视半导体晶片的温度，热处理室典型地还包括辐射探测装置，例如高温计，它们探测由半导体晶片在选定波长处发射的辐射。通过探测晶片所发射的热辐射，可以以适当的准确度计算晶片的温度。
不过，在设计具有光学测温系统的快速热处理室时一个重要的问题在于，防止加热灯发出的无用光被高温计检测设备检测到的能力。如果不是由半导体晶片发出的无用光被高温计检测出来，则计算出的晶片温度可能会不合理地偏离晶片的实际或真实温度。
过去，已经使用过多种方法来防止无用的热辐射被高温计检测出来。例如，以前曾经使用物理障碍隔离加热灯发出的光，防止其影响到高温计。物理障碍尤其用在快速热处理室中，在快速热处理室中加热灯放在半导体晶片的一侧，而高温计则放在晶片的相对侧。
不过，物理障碍可能会限制系统的设计。例如，物理障碍可能会限制如何支撑晶片。在一个实施例中，在晶片下方利用大直径的连续支撑环制作不透光的盒子，以在晶片的边缘支撑晶片。在存在支撑环的时候，在支撑环和晶片边缘之间可能会有交迭，这可能会在加热循环期间导致晶片温度的不均匀。如果支撑环或晶片即使稍稍翘曲一点，还可能出现另一个问题。当发生这个问题时，光可能通过缝隙弥散到设想的不透光区域。杂散光可能会造成高温计读数的误差。
除了物理障碍之外，还曾利用光谱过滤器限制高温计所检测到的光干涉的量。例如，光谱过滤器可以通过消除加热灯在高温计工作波长处发出的光而工作。优选地，光谱过滤器吸收无用的热辐射，同时对于加热灯所发出的加热半导体晶片所需的热辐射则是透明的。
过去曾经用过的一种类型的光谱过滤器是由熔融石英，例如掺杂了羟基(OH)离子的二氧化硅制造的窗口。熔融石英玻璃对于大部分光能是透明的，但是如公知的，其具有几个很强的吸收区，在约2.7微米、4.5微米波长处以及在波长大于等于5微米的区域吸收达到了最大。
由于某些掺OH的石英玻璃在2.7、4.5和大于5微米波长处能够有效地吸收光，而在很多其他更短光波长处是基本透明的，当热处理室中包含的高温计经配置以探测上述波长之一的热辐射时，石英玻璃就成为有效的光谱过滤器。
不过，不幸的是，在包括那些在更短波长处，例如小于约1微米的波长处探测热辐射的高温计的测温系统中，石英玻璃不太适于用作光谱过滤器。特别地，在有些应用中，在较短波长处使用高温计是更为有利和有益的。尤其是，利用工作在更短波长的高温计，可以将晶片热辐射系数的变化的影响降到最低程度，从而能更精确地确定温度。具体地说，在更短波长处，硅晶片更不透明，且晶片的热辐射系数不受温度的显著影响。在利用高温计测定晶片温度时，晶片的热辐射系数是必须要知道的一个变量。
除了更精确地判决晶片温度之外，工作在较短波长的高温计与配置得工作在更长波长的高温计一般成本更低且较不复杂。此外，在更短波长探测热辐射的高温计一般工作很有效，且能够生成低噪声测量。
不过，由于在更短波长处在热处理室中能够检测到大量的杂散光，过去在热处理室中一直是有选择地使用工作在较短波长的高温计。如此，目前需要这样一种光谱过滤器，其能够高效地吸收更短波长，诸如小于约2微米的波长的光能。
发明内容
本发明总体上涉及一种用于加热半导体器件的设备和方法。该设备包括适于容纳半导体晶片的热处理室。包括至少一个灯的辐射能量源用于发出射入处理室的光能。至少一个辐射探测装置位于热处理室之内，且经配置以探测被热处理的半导体晶片发出的预先选定的波长处的热辐射。
根据本发明，该设备进一步包括光谱过滤器，该光谱过滤器经配置，用以吸收光源在预先选定的辐射探测装置的工作波长处发出的热辐射。该光谱过滤器包括光吸收剂。该光吸收剂可以是，例如稀土元素、光吸收染料、金属或半导体材料。例如，在一个实施例中，该光谱过滤器包括掺有稀土元素的基质材料。稀土元素可以是镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨、或其混合物。
在一个可选实施例中，光谱过滤器包括掺有金属，诸如过渡金属的基质材料。可以使用特定的金属，包括，例如铁和铜。
基质材料可以是液体、玻璃、晶体、塑料或陶瓷。关于特殊的益处，当光谱过滤器包含稀土元素时，可以配置光谱过滤器以吸收小于约2微米的波长的光能，例如从约0.5微米到约1.5微米，且特别是从约0.6微米到约1.1微米。例如，在一个实施例中，该光谱过滤器可以是玻璃材料中所含的镱，其含量至少为0.5％重量比，特别地，至少占20％的重量比。在该实施例中，可以配置光谱过滤器，以吸收波长在约900nm到约1010nm的光。
如上所述，基质材料中所存在的光吸收剂的量可以按照重量百分比的单位计算。例如，对许多应用来说，基质材料可以包含从约0.5％到约50％重量比的光吸收剂。不过，在某些应用中，使用原子组成而不是重量百分比作为浓度的度量可能更为合适。例如，基质材料中所含的光吸收剂的原子组成浓度(摩尔百分比)可以从约0.5％到约50％。可以根据特定的基质材料和选定的特定光吸收剂对原子组成浓度进行变化。
在一个可选实施例中，稀土元素可以是稀土元素化合物的形态，例如氧化物。该稀土元素化合物可以包含在陶瓷材料中，并用作根据本发明的光谱过滤器。
如上所述，在另一实施例中，光吸收剂可以是光吸收染料。该染料可以是，例如，有机盐染料、镍络合物染料、诸如铂络合物染料或钯染料的贵金属染料、酞菁染料、或蒽醌或其混合物。此类染料还非常适于吸收小于2微米的波长的光。
除了稀土元素和光吸收染料之外，该光谱过滤器还可以由半导体材料制作。该半导体材料可以是，例如砷化镓、砷化铝、锗、硅、磷化铟或这些材料的合金，例如Si/Ge、AlAs/GaAs/InP。
根据本发明制作的光谱过滤器在相关波长处可以具有至少为5的衰减因子。例如，在所关心的波长处，光谱过滤器可以具有至少为103的衰减因子，特别地，可以具有至少为105的衰减因子。此外，可以通过较薄的材料获得上述衰减因子。例如，该光谱过滤器可以具有小于约1英寸的厚度，特别地，小于约100mm的厚度。
该光谱过滤器可以与本发明的设备中的光源结合放置在不同位置上。例如，在一个实施例中，光谱过滤器可以放置在热处理室和光源之间。不过，在一可选实施例中，光谱过滤器可用于包围灯或辐射能量灯丝。在又一可选实施例中，该光谱过滤器可以结合到反射器中，该反射器放置在光源后面。
下文将更详细地讨论本发明的其他特征和方面。
附图说明
在本说明书的其余部分中，针对本领域的普通技术人员，参照附图更具体地描述了本发明完全和允许的公开，包括其最佳方式，在附图中：
图1是根据本发明用于热处理半导体器件的设备的一个实施例的横截面图；
图2是根据本发明用于热处理半导体器件的设备的可选实施例的横截面图；
图3A是根据本发明的由光谱过滤器包围的灯的一个实施例的横截面图；
图3B是根据本发明的由光谱过滤器包围的灯的另一个可选实施例的横截面图；
图4是多个灯的透视图，根据本发明制造的光谱过滤器的一个实施例布置这些灯；以及
图5是根据本发明的含镱光谱过滤器的光透射与波长关系的曲线图。
在本说明书和附图中重复使用的参考标号意在表示本发明相同或相似的功能部件或要素。
具体实施方式
本领域的普通技术人员应当理解，现在的讨论仅是对示范性实施例的描述，并不是为了限制本发明更宽的各方面，这些更宽的方面在示范性构造中体现。
概括地说，本发明针对一种加热半导体晶片同时还精确监视晶片温度的设备和方法。该设备包括一与光源相通的热处理室，该光源用于加热热处理室中所含的半导体晶片。诸如高温计的辐射探测装置与热处理室相通，经放置以探测半导体晶片在特定波长发射的热辐射。通过探测晶片在特定波长发射的热辐射，可利用高温计在热处理室工作期间计算晶片的温度。
根据本发明，该设备还包括与光源关联设置的光谱过滤器。光谱过滤器吸收光源在辐射探测装置的工作波长处发射的光能，以便防止被吸收的光被辐射探测装置检测到并干扰正在进行的任何温度测量。不过，对于光源所发的加热处理室内的半导体晶片所需的光能来说，该光谱过滤器基本是透明的。
根据本发明，可以使用多种材料制作光谱过滤器。例如，在一个实施例中，光谱过滤器可以包括含有光吸收剂的基质材料。光吸收剂可以是，例如稀土元素或光吸收染料。可以用在本发明中的稀土元素的例子包括镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨及其混合物。
可以根据本发明使用的光吸收染料包括，有机盐染料、镍络合物染料、诸如铂络合物染料和钯络合物染料的贵金属染料、酞菁染料、蒽醌染料及其混合物。
在可选实施例中，可以由包含稀土元素(例如氧化物)或半导体材料的化合物制作光谱过滤器。该稀土元素化合物可以是上述任何稀土元素的化合物。能用作光谱过滤器的半导体材料的例子包括砷化镓、砷化铝、磷化铟、硅、锗、或这些材料的合金。当利用半导体材料作为光谱过滤器时，在加热热处理室中的半导体晶片期间，必须根据光谱过滤器的位置冷却光谱过滤器。
本发明提供了在加热工艺期间判决晶片温度的各种益处和优点。特别地，光谱过滤器可以吸收并消除无用辐射，使之不被辐射探测装置检测到，以便更精确地判决晶片的温度。为了特定的益处，在一个实施例中，可以如此选择根据本发明制作的光谱过滤器，该光谱过滤器在较短波长处吸收光非常有效，例如小于约2微米的波长，特别地是在小于约1微米的波长处。不过，在其他实施例中，根据本发明制作的光谱过滤器可以用来吸收波长比2微米长的光，在有些应用中可能是需要的。
参考图1，示出了总体标为10的设备，其根据本发明的一个实施例制造，用于处理半导体器件，例如硅晶片。设备10包括用于安放诸如半导体晶片14的衬底的处理室12，用于进行各种处理。设计处理室12用于以快速率且在仔细控制的条件下加热晶片14。处理室12可以由多种材料，包括金属和陶瓷制成。例如，在一个实施例中，处理室12可以由不锈钢制作。
当处理室12由导热材料制作时，该处理室可以包括冷却系统。例如，如图1所示，处理室12包括缠绕在处理室周围的冷却管16。冷却管16适合于流通冷却液，例如水，该冷却液用于保持处理室12的壁处于恒温。
处理室12还可以包括进气口18和出气口20，用于将气体引入处理室和/或保持处理室处于预定的压力范围之内。例如，可以通过进气口18将气体引入处理室12，用于和晶片14反应。一旦处理完毕，可以利用出气口20从处理室排出气体。
可选地，可以通过进气口18向处理室12供给惰性气体，以防止在处理室中发生任何无用的或不需要的副反应。在另外一个实施例中，进气口18和出气口20可用于为处理室12增压。需要的时候，还可以利用出气口20或晶片水平面下方的附加的更大出口在处理室12中生成真空。
在处理期间，在一个实施例中，处理室12可以适于旋转晶片14。旋转晶片促进在晶片的整个表面上形成更大的温度均匀性并促进增强了在晶片和任何引入处理室的气体之间的接触。不过应当理解，除了晶片之外，处理室12还适于处理光学部件、薄膜、光纤、带(ribbon)和其他具有任何特殊形状的衬底。
包括与处理室12相通的光源，其总的被标注为22，用于在处理期间发出光能并加热晶片14。在该实施例中，光源22包括多个灯24。灯24可以是白炽灯，例如钨卤素灯、弧光灯等等。光源22可以包括反射器或一组反射器，用于将灯24发射的光能仔细而均匀地引导到晶片14上。如图1所示，灯24放置在晶片14之上。不过，应当理解，可以将灯24放置在任何特定位置。此外，根据需要，设备10中可以包括更多或更少的灯。
在有些热处理设备中，优选用灯24作为热源。例如，灯比其他加热装置具有高得多的加热和冷却速率。灯24生成了提供瞬时能量的快速热处理系统，一般地需要非常短和受控良好的启动期间。还可以在任何时候突然停止来自灯24的能量流。可以为灯配备渐进的功率控制，还可以将其连接到控制器，该控制器根据晶片的温度测量值自动调节灯发出的光能的量。
不过，除了灯24之外，设备10还可以包括衬托器(susceptor)，其放在热处理室12之内邻近晶片14的位置。该衬托器可以包括诸如电阻加热器或感应加热器的加热元件，用于在灯之外加热晶片。
半导体晶片14在热处理室12内由衬底座26支撑。在该实施例中，衬底座26还支撑着多根光纤或光导管28，它们又与诸如高温计的辐射探测装置30相连。对于图1所示的实施例来说可选的是，如果需要，可以将每根光纤28连接到不同的辐射探测装置上。
在另一个实施例中，为了将辐射能传递到高温计，可以不必使用光纤。例如，可以使用单透镜系统而不是光纤。此外，在其他实施例中，可以将高温计放在与所处理衬底处于直线视线上。本发明的设备中测温装置的具体布置取决于配置和具体的应用。
配置光纤28以接收晶片14在特定波长发射的热辐射。然后将探测到的辐射量传送给辐射探测装置30，辐射探测装置30生成可用的电压信号，用于判决晶片的温度。
在该实施例中，如此设计设备10，使得光纤28仅探测晶片发射的热辐射，而不探测由灯24发出的大量辐射。从这个角度考虑，设备10包括置于光源22和辐射探测装置30之间的光谱过滤器32。光谱过滤器基本上防止了灯24在辐射探测装置30的工作波长处发射的热辐射进入处理室12。
按照本发明的一个实施例，光谱过滤器32包括基质材料中包含的光吸收剂。通常，一方面，光谱过滤器32防止了灯24在辐射探测装置30的工作波长发出的热辐射进入处理室12，而另一方面允许透过其量足以加热晶片14的其他波长的辐射。一般说来，可以根据本发明设计光谱过滤器32，以过滤许多不同的波长和波长范围。
在一个具体实施例中，设计光谱过滤器32以过滤较短的波长。例如，就半导体材料来说，使用在半导体吸收边沿以下的波长的辐射探测装置可以更加方便，这些波长对应着比半导体带隙更高的光子能量。在这些波长处，样品在测量波长处一般是不透明的。因此，样品的透射就不会随着温度和晶片掺杂有很大变化，对于超过吸收边沿的波长来说通常就是这样。
在较短波长处，用于计算温度的普朗克定律(Plank’s Law)出现很强的温度依赖性。因此，在较短波长处，可能会体验到，随着温度的降低，信号强度会降低很多。如此，在热处理室中能可靠测量到的最低温度通常将受到探测系统中的噪声或者不能与晶片信号区分开的杂散光的限制。结果，随着检测波长的增加，晶片辐射和杂散光之比往往会提高。因此，在有些实施例中，当测温装置工作在约0.5微米到约1.5微米，尤其是约0.8微米到约1.1微米的波长时，获得了相对精确的结果。可以设计根据本发明制造的光谱过滤器，以过滤上述范围内的波长。
如上所述，在一个实施例中，光谱过滤器32包括基质材料中包含的光吸收剂。根据本发明，该光吸收剂可以是，例如稀土元素或光吸收染料。用于光吸收剂的基质材料可以是，例如玻璃、陶瓷、晶体等。
一旦制作完毕，该光谱过滤器应该能有效地过滤所关心波长处的热辐射，该波长是辐射探测装置工作的波长。从这方面考虑，光谱过滤器的吸收系数必须要足够高，以在相关波长处提供所需的辐射衰减。例如，对于大部分应用来说，该光谱过滤器应具有至少为5的衰减因子，特别地，至少为100，更特别地，至少为1000。例如，在一个实施例中，该衰减因子可以大于约109。如此处所用的，衰减因子如下计算：
衰减因子＝exp(-αd)，
其中α为吸收系数(1/cm)，d为光谱过滤器的厚度(cm)。
只要衰减因子处于相关波长的有效范围之内，光谱过滤器的吸收系数和厚度就可以变化。不过，对于大部分应用来说，该材料应该具有大于约5cm-1的吸收系数，特别是大于约10cm-1，更特别的是大于约50cm-1。通常，光谱过滤器应当尽量的薄。例如，光谱过滤器应具有不到约100mm的厚度，特别是不到25mm，在一个实施例中可以具有不到约5mm的厚度。不过应当理解，为了提供所需的衰减因子，光谱过滤器的厚度可以增加到超过上述范围。
现在将更详细地描述可以用在本发明中的各种光吸收剂和基质材料。例如，如上所述，在一个实施例中，光吸收剂包括稀土元素。可以用在本发明中的稀土元素包括镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨等。
例如，已经发现，在约900nm到约1010nm之间，特别是在约950nm和985nm之间，镱具有强吸收峰。不过，镱吸收的波长可能受到基质材料轻微的影响。人们还发现，在小于约1.5微米和大于约0.6微米的波长处，铒和钕具有强吸收峰。
不过，如上所述，根据本发明制造的光谱过滤器还可以用来吸收大于约1.5微米的波长。例如，已经发现钬、铕和铽对于约1.7微米到约2.4微米的波长具有良好的吸收特性。更确切地说，钬在1.49微米有一吸收峰，铕在约2.09微米处具有吸收峰，而铽在约1.85微米和约2.1微米之间具有吸收峰。
为了说明稀土元素的吸收特性，如图5所示的是掺镱玻璃的光透射与波长的关系曲线图。该玻璃从Schott Company获得，是以Schott S-8050玻璃的标识销售的。这种玻璃具有约14mm的厚度，包含约30％重量比的镱。如图所示，在该实施例中，所述掺镱玻璃非常适于吸收从约900nm到约980nm波长范围内的光，特别适于吸收波长从约940nm到约980nm的光。
如上所述，除了玻璃之外，用于稀土元素的基质材料还可以是陶瓷或晶体或塑料材料。通常，可以使用任何适合的基质材料，包括液体材料。对于大部分应用来说，优选地，光吸收剂在基质材料中有着高溶解度。此外，优选地，基质材料的成本低，且能够容易地形成所需的形状。此外，优选地，当直接暴露在处理室中时，该基质材料还对化学侵蚀有抵抗力。
加入基质材料中的光吸收剂的量将取决于具体的应用和所需的结果。不过对于大部分应用来说，基质材料应该至少含有0.5％重量比的光吸收剂，特别地至少10％的重量比，更特别地，至少20％的重量比。例如在一个实施例中，基质材料可以包含从约0.5％到约50％重量比的光吸收剂。如上所述，在某些应用中，基质材料中光吸收剂的量还可以用原子组成浓度表示。
以下是能用做根据本发明的基质材料中的各种材料。不过应当理解，以下列表仅仅是示范性的，并未穷举所有。
玻璃材料
二氧化硅，SiO2
氧化锗GeO2
二氧化钛TiO2
硅酸盐玻璃(Li-硅酸盐，Na-硅酸盐)
硅酸盐玻璃：(Nb2O5-ZrO2-SiO2)
硅酸盐玻璃：Schott LG-680(激光玻璃)
硅酸盐玻璃：Kigre Q-246
铝硅玻璃(aluminosilicate glass)
铝锗硅酸盐(aluminogermanosilicate)玻璃
硼硅玻璃(borosilicate glass)
锗硅酸盐(germanosilicate)玻璃
磷酸盐玻璃
磷酸盐玻璃：(BaO-K2O-P2O5)
磷酸盐玻璃Schott LG-700、LG-750、LG-760(激光玻璃)
QX(Kigre)、ADY、LY、PN、PNK磷酸盐玻璃
NASICON磷酸盐玻璃Na4AlZnP3O12
氟磷酸盐玻璃
氟化物磷酸盐玻璃
氟化物硫酸盐玻璃
氟铝酸盐玻璃
锗酸盐玻璃(K-锗酸盐)
硫族化物(chalcogenide)玻璃
硫化镓镧玻璃-硫族化物
卤化物玻璃
重金属氟化物玻璃
ZB、ZBLA、ZBLAN & ZBLANP(ZBLANP＝ZrF4-BaF2-LaF3-AlFs-NaF-PbF2)-重金属氟化物玻璃
氟锆酸盐玻璃
BIGaZYT
氟硼酸盐玻璃
铅氟硼酸盐玻璃(PbO-PbF2-B2O3)
铅氟氧化物玻璃(PbO-PbF2)
硼酸铅玻璃(PbO-B2O3)
铅氟硼酸盐玻璃(PbO-PbF2-B2O3)
亚碲酸盐玻璃(YTG)
亚碲酸盐玻璃(TeO2-ZnQ-Na2O)
碲化物玻璃
晶体材料
钇铝石榴石(YAG＝Y3Al5O12)
蓝宝石Al2O3
Y2O3、Sc2O3、Lu2O3(倍半氧化物)
半导体晶体(AlAs、GaAs、GaP、InP、AlGaAs、CdTe、CdS、CdSe、ZnS、ZnSe、ZnTe、SiC、Si)
LaBr3、LaCl3、LaF3、LiYF4、YAlO3、YVO4
Sr3Y(BO3)3(BOYS)
Ca4Gd(BO3)3O(GdCOB)
Ca4Y(BO3)3O(YCOB)
KGd(WO4)2
KY(WO4)2
Sr5(PO4)3F(S-FAP)-磷灰石结构
Ca5(PO4)3F(C-FAP)-磷灰石结构
Ba5(PO4)3F
LiNbO3
Ca8La2(PO4)6O2(CLYPA)-氧基磷灰石(oxoapatite)
陶瓷材料
氧化铝(Al2O3)
氮氧化铝(有时称为AlON)
陶瓷形态的YAG
碳化硅
氮化硅
尖晶石(spinel)
在一个实施例中，光吸收剂不是稀土元素，而是一种金属，例如过渡金属。例如，在特定的实施例中，可以将铁或铜加入基质材料中。通常，加入到基质材料中的这些材料的量可以与上述针对稀土元素给出的量相同。
除了含有稀土元素或金属的基质材料之外，如上所述，光吸收剂还可以是光吸收染料。可以单独使用光吸收染料，或者可以与稀土元素和/或上述金属一起使用。这里所述的光吸收染料可以加入各种基质材料中。不过，有些光吸收染料可能对温度敏感。如此，在有些实施例中，与上面描述的的一些其他基质材料相反，这些染料可能更适合于加入塑料或溶剂中。
根据所需的结果，可以在本发明中使用许多不同类型的光吸收染料。例如，该光吸收染料可以是有机盐染料(Epolin 100 & 2000系列)、镍络合物染料(Epolin 3000系列；H.W.Sands Corp.的SDA 6370，845nm)、诸如铂络合物染料和钯络合物染料的贵金属染料(Epolin 4000系列是铂和钯染料；Sands Corp.的SDA 5484，886nm是钯染料)、酞菁染料(Epolin 6000系列)或蒽醌(anthraquinone)染料(Epolin 9000系列)。光吸收染料可以单独使用或者与其他染料一起使用。以上所列的染料在配方之前可以通过计算机仿真优化。此外，光吸收染料还可以与稀土元素一起使用。
本发明的光吸收染料在加入基质材料之前或期间还可以与多种制剂和稳定剂组合。例如，可以将热稳定剂和光稳定剂加入染料中。例如，包括EPOLIGHT 4029在内的Epoline“V类染料”具有很高的热稳定性和抗紫外线稳定性。可以加入到染料中的紫外线稳定剂包括，例如二氧化铈。
其他市场上可买到的可用在本发明中的光吸收染料包括以下产品：
光吸收供应商名称  产品名称     吸收峰
Epolin，Inc.Epolin，Inc.Epolin，Inc.Gentex Corp.Gentex Corp.H.W.Sands Corp.H.W.Sands Corp.H.VI.Sands Corp.H.VI.Sands Corp.H.W.Sands Corp.H.W.SandsCorp.  Epolight 2057(有机盐染料)Epolight 4129(铂或钯染料)Epolight 6089(酞菁染料)Filtron A187Filtron A103Dye SDA3598(贵金属染料)Dye SDA3805Dye SDA7973Dye SDA909Dye SDA9510(贵金属染料)Dye SDA1168     990nm886nm684nm840nm700nm738nm798nm845nm909nm951nm1046nm
除了掺有稀土元素或包含光吸收染料的基质材料之外，可以用多种其他材料制作根据本发明的光谱过滤器。例如，在一个实施例中，可以用稀土元素的氧化物制作光谱过滤器。例如，可以使用氧化镱(Yb2O3)。这些氧化物能够以晶体形态、玻璃形态或陶瓷形态使用。此外，可以将这些氧化物混合到一起或者与其他成分混合，以形成多组分陶瓷或玻璃，以便在本发明中使用。
在另一实施例中，可以由半导体材料制作光谱过滤器。该半导体材料可以是，例如砷化镓、砷化铝、磷化铟、硅、锗或这些材料的合金。例如，砷化镓非常适于吸收波长小于约0.9微米的光。不过，在使用半导体材料时，在处理室工作期间可能必须要冷却光谱过滤器。举例来说，可以在整个过滤材料中或者邻接过滤材料循环冷却液冷却光谱过滤器。例如，冷却液可以是空气或水。当然，为了这一目的可以使用任何适合的冷却装置。
由于有些材料往往具有高的折射率，因此易于反射大量的光，还可以在半导体材料上涂布抗反射涂层。举例来说，可以由二氧化硅或氮化硅薄膜制作抗反射涂层。还可以设计并使用多层涂层以实现宽带涂层，该涂层在宽光谱区中都有效。涂层可以单独使用或者与各种吸收元件一起使用。在一个实施例中，可以使用抗反射涂层，该抗反射涂层在高温计工作波长处具有高的反射率。
参考图2，其示出了根据本发明制作的热处理设备设备的另一实施例，其总的标识为10。图中包括类似的附图标记以表示相似的元件。如图所示，在该实施例中，利用两组光源24从两侧加热晶片14。如此，在该实施例中，该设备包括第一光谱过滤器32和第二光谱过滤器132，用于将晶片与灯隔离。
在该实施例中，光谱过滤器32和132包括用于辐射探测装置30的光纤28的开口。开口允许晶片发射的辐射传播到辐射探测装置。如图所示，光谱过滤器32和132对灯24所发的光能过滤，使其进入处理室12。根据本发明，光谱过滤器32和132可以由上述任何材料制作。
在本发明的另一实施例中，光谱过滤器32可用于形成灯箱本身。特别地，可以将光谱过滤器与产生辐射能的灯丝直接结合放置。
在又一实施例中，本发明的光谱过滤器可以用作灯壳的涂层。
在可选实施例中，除了在光谱过滤器32和132中形成开口之外，光纤28或高温计本身可以容纳在基质材料未掺杂光吸收剂的区域中。通过这种方式，高温计具有一通过这些区域的视口，以从晶片进行测量。在一个实施例中，可以将未掺杂的玻璃片熔化加入形成有开口的掺杂玻璃板，从而形成这些区域。
不过，除了将光纤28放在光谱过滤器之内以外，光纤也可以放在其他位置。例如，光纤还可以完全通过过滤器或者通过处理室侧壁延伸。
除了采取窗口的形式隔离热处理室和灯之外，本发明的光谱过滤器还可以其他布置构建。例如，如图3A和3B所示，光谱过滤器32可以是外壳的形态，放置在单个灯或若干组灯周围。如图3A所示，灯24可以垂直取向或，如图3B所示，可以水平取向。在这种布置下，光谱过滤器32可以单独使用，或者与其他用于隔离处理室12的窗口结合使用。
在本发明的另一实施例中，如图1和2所示的光纤28可以放置于热处理室12的外部在灯24的同一邻近区域中。在这种布置中，灯发出的光在被光纤检测到之前两次通过光谱过滤器。不过，晶片发出的光在被光纤检测到之前只通过光谱过滤器一次。因此，杂散光和信号之比将得到改善，用于获得精确的温度测量。
在本发明的另一实施例中，设备10可以包括并行的一对窗口，其具有邻近灯的第一窗口和邻近处理室的第二窗口。通过这种方式，可以在两个窗口之间流通诸如空气或水的冷却流体。窗口的一个或两个可以是根据本发明的光谱过滤器。当窗口之一没用作光谱过滤器时，窗口可以由，例如石英或蓝宝石制作。
参考图4，在本发明的另一实施例中，光谱过滤器可以是反射器40的形式，其与多个灯24关联放置。例如，反射器40可以包括第一层42和第二层44。第一层42由诸如金属的高反射材料制作。第二层44可以包含根据本发明的光吸收剂。通过这种方式，第二层44用于过滤从灯反射的光，使之进入热处理室。这样，虽然灯在所关心的波长处发射的直射光可能到达处理室，但是在所关心的波长处反射的光量减少了。根据具体的应用，反射器40可以减少辐射探测装置工作波长处的光量，其减少的量足以进行相对精确的温度测量。
本领域的普通技术人员可以对本发明进行这些及其他的修改和变化，这没有背离本发明的精神和范围，本发明的精神和范围在所附的权利要求中进行了更为具体的阐述。此外，应当理解，可以全部或部分地交换各种实施例的诸方面。此外，本领域的普通技术人员要理解，以上描述仅是举例，并非意在限制在所附权利要求中所进一步描述的本发明。

Claims (43)

1.一种用于热处理衬底的设备，包括：
热处理室，用于容纳衬底；
辐射能量源，其与所述热处理室相通，所述辐射能量源向所述热处理室
中发射辐射能量；
至少一个辐射探测装置，其与所述热处理室相通，配置所述辐射探测装置以探测预先选定的波长处的辐射；以及
光谱过滤器，与所述辐射能量源相通设置，配置所述光谱过滤器以吸收所述辐射能量源在所述预先选定的波长处发射的辐射，使得至少一部分所述辐射能量源在所述预先选定波长处的辐射不被所述辐射探测装置探测到，所述光谱过滤器包括含有稀土元素的材料，所述光谱过滤器对于辐射能量源加热衬底所需波长的光是透明的。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述稀土元素为从由镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨及其混合物构成的组中选择的一种材料。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述稀土元素包含在基质材料中，所述基质材料包括玻璃、液体、晶体、塑料或陶瓷。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述稀土元素为镱。
5.如权利要求4所述的设备，其中所述镱包含在玻璃材料中，其含量至少为0.5％重量比。
6.如权利要求5所述的设备，其中所述镱包含在玻璃材料中，其含量至少为20％重量比。
7.如权利要求4所述的设备，其中所述预先选定的波长在900nm到1010nm之间。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器包括稀土元素的氧化物。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述稀土元素为镱。
10.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器具有小于100mm的厚度。
11.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器位于热处理室中容纳的所述辐射能量源和用于固定所述衬底的衬底座之间。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器具有至少为5的衰减因子。
13.如权利要求1所述的设备，其中所述光谱过滤器具有至少为103的衰减因子。
14.如权利要求1所述的设备，其中所述稀土元素为钬、铕或铽，且所述预先选定的波长从1.7微米到2.4微米。
15.如权利要求1所述的设备，其中所述辐射能量源包括至少一个灯。
16.一种用于热处理衬底的设备，包括：
热处理室，用于容纳衬底；
辐射能量源，其与所述热处理室相通，用于向所述热处理室中发射辐射能量；
至少一个辐射探测装置，其与所述热处理室相通，配置所述辐射探测装置以探测预先选定的波长处的辐射；以及
光谱过滤器，其与所述辐射能量源相通设置，配置所述光谱过滤器以吸收所述辐射能量源在所述预先选定的波长处发射的辐射，使得至少一部分所述辐射能量源在所述预先选定波长处的辐射不被所述辐射探测装置探测到，所述光谱过滤器包括光吸收剂，所述光谱过滤器对于辐射能量源加热衬底所需波长的光是透明的，所述光吸收剂包括从由染料和半导体材料构成的组中选择的一种材料。
17.如权利要求16所述的设备，其中所述半导体材料包括砷化镓、砷化铝、硅、锗、磷化铟或其合金。
18.如权利要求16所述的设备，其中所述染料包括有机盐染料、镍络合物染料、贵金属染料、酞菁染料、或蒽醌，或其混合物。
19.如权利要求16所述的设备，其中所述预定波长小于1.5微米。
20.如权利要求16所述的设备，其中所述预先选定的波长在900nm到1010nm之间。
21.如权利要求16所述的设备，其中所述光谱过滤器置于所述辐射能量源和所述衬底之间。
22.如权利要求16所述的设备，其中所述光谱过滤器具有至少为5的衰减因子。
23.如权利要求16所述的设备，其中所述光谱过滤器具有至少为103的衰减因子。
24.如权利要求16所述的设备，其中所述辐射能量源包括一个或多个灯。
25.如权利要求16所述的设备，其中所述辐射探测装置包括高温计。
26.一种用于在处理室中利用辐射能量加热衬底的方法，包括如下步骤：
在热处理室中放置衬底；
利用与所述热处理室相通放置的辐射能量源加热所述衬底；
在加热所述衬底的同时探测所述衬底在预先选定的波长处发射的辐射，所述辐射由至少一个辐射探测装置探测；以及
吸收所述辐射能量源在所述预先选定的波长发射的杂散光，所述杂散光被光谱过滤器吸收，使得至少一部分所述辐射能量源在所述预先选定波长处的辐射不被所述辐射探测装置探测到，所述光谱过滤器包括稀土元素或染料，所述光谱过滤器对于辐射能量源加热衬底所需波长的光是透明的。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述光谱过滤器包括含有染料的基质材料，所述染料包括从由有机盐染料，镍染料、贵金属染料、酞菁染料、蒽醌染料或其混合物构成的组选择的一种材料。
28.如权利要求26所述的方法，其中所述光谱过滤器包括含有稀土元素的基质材料，所述稀土元素包括从由镱、钕、铥、铒、钬、镝、铽、钆、铕、钐、镨及其混合物构成的组中选择的一种材料。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述稀土元素包括镱。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述预先选定的波长从900nm到1010nm。
31.如权利要求26所述的方法，其中所述预定波长小于1.5微米。
32.如权利要求26所述的方法，其中所述光谱过滤器具有至少为5的衰减因子。
33.如权利要求26所述的方法，其中所述光谱过滤器具有至少为103的衰减因子。
34.如权利要求26所述的方法，其中所述光谱过滤器具有至少为105的衰减因子。
35.如权利要求28所述的方法，其中所述基质材料包括玻璃、晶体或陶瓷。
36.如权利要求27所述的方法，其中所述基质材料包括塑料或液体。
37.一种用于热处理衬底的设备，包括：
热处理室，用于容纳衬底；
辐射能量源，其与所述热处理室相通，所述辐射能量源向所述热处理室中发射辐射能量；
至少一个辐射探测装置，其与所述热处理室相通，配置所述辐射探测装置以探测预先选定的波长处的辐射；以及
光谱过滤器，与所述辐射能量源相通设置，配置所述光谱过滤器以吸收所述辐射能量源在所述预先选定的波长处发射的辐射，使得至少一部分所述辐射能量源在所述预先选定波长处的辐射不被所述辐射探测装置探测到，所述光谱过滤器包括含有金属的材料，所述光谱过滤器对于辐射能量源加热衬底所需波长的光是透明的。
38.如权利要求37所述的设备，其中所述金属包括过渡金属。
39.如权利要求37所述的设备，其中所述金属包括铁。
40.如权利要求37所述的设备，其中所述金属包括铜。
41.如权利要求37所述的设备，其中所述金属包含在基质材料中，所述基质材料包括玻璃、液体、晶体、塑料或陶瓷。
42.如权利要求41所述的设备，其中所述金属以从0.5％到50％重量比的量包含在所述基质材料中。
43.如权利要求37所述的设备，其中所述光谱过滤器位于热处理室中容纳的所述辐射能量源和用于固定所述衬底的衬底座之间。
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