NL9100018A - Werkwijze en inrichting voor het meten van de temperatuur van een voorwerp, alsmede verwarmingswerkwijze. - Google Patents

Description

WERKWIJZE EN INRICHTING VOOR HET METEN VAN DE TEMPERATUUR VAN EEN VOORWERP, ALSMEDE VERWARMINGSWERKWIJZE.

Vooral bij het verwarmen van halfgeleider plakken hetgeen in zogeheten RTP (Rapid Thermal Processing) apparatuur kortstondig geschiedt, is het moeilijk nauwkeurig de temperatuur van een plak te bepalen, vanwege omgevingsinvloeden en doorlaatbaarheid van de plak.

Eerdere octrooiaanvragen van aanvraagster op dit technisch gebied betreffen de Nederlandse octrooiaanvrage 89.00003 en daarmee corresponderende Europese en Amerikaanse octrooiaanvragen, alsmede de niet-voor-gepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage 90.01200.

Voor een exacte temperatuurmeting is het noodzakelijk de juiste correlatie tussen uitgezonden straling en temperatuur te kennen. Belangrijke problemen hierbij zijn de volgende : - de door een voorwerp uitgestraalde straling is altijd kleiner dan de door een 'zwart' voorwerp uitgezonden straling volgens de wet van Boltzman. Voor bestaande voorwerpen heeft de emissiviteit eint een waarde tussen 0 en 1; - vanwege reflecties (en transmissies) in de omgeving is een in de praktijk gemeten emissiviteit altijd groter dan bovengenoemde eint; - indien een voorwerp gelijktijdig wordt verwarmd, beïnvloedt de warmtestraling van een warmtebron de metirig.

De onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor het meten van de temperatuur van een voorwerp dat door middel van één of meer stralingsbron-nen wordt verwarmd, waarbij door het voorwerp afgegeven straling in ten minste één stralingsopnemer wordt opge vangen, en waarbij de stralingsbronnen ten minste gedeeltelijk in sterkte worden veranderd met een vooraf bepaalde cyclische veranderingssnelheid en waarbij aan de hand van de door de stralingsopnemer gemeten verandering van de stralingswaarde, de mate van compensatie voor de reflectiviteit en/of emissiviteit van het voorwerp wordt bepaald.

Voorts verschaft de onderhavige uitvinding een inrichting voor het meten van de temperatuur van een voorwerp, omvattende : - één of meer stralingsbronnen voor het verwarmen van het voorwerp; - een stralingsopnemer voor het opvangen van het door het voorwerp afgegeven straling; - modulatiemiddelen voor het met een vooraf bepaalde cyclische veranderingssnelheid veranderen van de sterkte van de stralingsbronnen; en - compensatiemiddelen voor het aan de hand van de door de stralingsopnemer gemeten stralingswaarde bepalen van de reflectiviteit en/of emissiviteit van het voorwerp.

Tenslotte verschaft de onderhavige uitvinding een werkwijze voor het verwarmen van een voorwerp, waarbij de compensatiemaatregelen uit bovengenoemde werkwijze en inrichting worden getroffen.

Verdere kenmerken, details en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van een beschrijving van een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan, met verwijzing naar de bijgevoegde tekening, waarin tonen : fig. 1 een schematisch aanzicht in doorsnede van een voorkeursuitvoeringvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 2 een aanzicht over lijn II-II uit fig.

i; fig. 3 en 4 grafieken ter verduidelijking van de voorkeursuitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

In een schematisch aangegeven RTP-inrichting 1 (fig.l, 2) wordt een voorwerp W, bijvoorbeeld een plak Si-materiaal, al dan niet voorzien van isolerende gedeeltes gebracht, ter verwarming door halogeen-lampen 2, 3, die respectievelijk in een bovendeel 4 en onderste deel 5 zijn aangebracht. Voorts is een stralingsopnemer 6 voorzien van een lens 7, door een schematisch aangegeven opening 8 door de halogeen-lampen 3 en naar de plak W gericht. Met behulp van de relatief sterke lens 7 wordt een grove openingshoek Ω verkregen, opdat zoals met gebroken lijn in fig. 1 is aangegeven, zowel tegen plak W gereflecteerde stralen van halogeen-lampen 3 alsmede door de plak W doorgelaten straling van de halo-geen-lamp 2 in een voldoende grote ruimtehoek kunnen worden opgevangen.

Wanneer de halogeen-lamp-intensiteit I volgens de tijd t worden gevarieerd zoals schematisch in fig. 3 getoond, waarbij het gemiddelde aan de lampen toegevoerde vermogen 9kW bedraagt, terwijl met een frequentie van 4 Hz de intensiteit wordt gevarieerd en de minimale intensiteit ongeveer 50% van de maximale bedraagt, worden dergelijke fluctuaties tevens waargenomen door de stralingsopnemer of pyrometer 6.

Dit blijkt uit fig. 4, waarin een door een thermokoppel gemeten kromme C1 de temperatuur T als functie van de tijd t aangeeft, wanneer aan de lampen 2 uit fig. 1 het vermogen wordt aangelegd, zoals getoond in fig. 3. De kromme C2 geeft het door de pyrometer 6 opgevangen signaal 6 weer, waarbij de pyrometer gevoelig is voor straling rond een golflengte van 1,7 μια. Duidelijk is te zien dat na ongeveer 20 sec. de fluctuaties in het signaal C2 geheel zijn verdwenen, hetgeen betekent dat bij een temperatuur van ongeveer 600°C van de plak W (zie kromme C.,), de plak ondoorlatend is geworden voor de door de halogeen-lamp 2 afgegeven infra-rood straling, hetgeen overeenstemt met theoretisch gevonden waarden daarvoor. Het moge duidelijk zijn dat aan de hand van de grootte van de fluctuaties in het signaal van de pyrometer C2 de transmissiviteit van het voorwerp W bij elke temperatuur bepaald kan worden.

Op dezelfde wijze kan met behulp van variaties in de door de lampen 3 afgegeven intensiteit de reflectiviteit van het voorwerp W worden bepaald.

Wanneer bij het verwarmen met halogeen-lampen 2 en/of 3 vanaf de bovenzijde respectievelijk onderzijde van het voorwerp de intensiteit cyclisch wordt gevarieerd, kan met behulp van correlatie-technieken het uitgangssignaal van de stralingsopnemer of pyrometer 6 worden gecompenseerd voor transmissiviteit en reflectiviteit van de plak W en kan een betrouwbare temperatuur-meting van de plak worden verkregen, onafhankelijk van het materiaal daarvan, de ruwheid, etc. etc.

Indien de halogeen-lampen 2 respectievelijk 3 met onderling verschillende frequenties worden gevarieerd of gemoduleerd, kan in het uitgangssignaal van de pyrometer 6 met op zichzelf bekende correlatie-technieken afzonderlijk voor reflectiviteit danwel voor emissiviteit gecompenseerd worden.

Bij voorkeur zijn zijwanden rondom de lampen 2 en 3 reflecterend uitgevoerd opdat een zoveel mogelijk uniforme stralingsbron door de pyrometer wordt 'gezien'. Bij voorkeur is de achterwand van het bovendeel 4 van de inrichting 1 voorzien van een niet-reflecterende of zwarte laag, zoals een filter of organische bekledings-laag.

Ten einde te compenseren voor discreet karakter van de afzonderlijke halogeen-lampen, wordt voor de pyrometer 6 bij voorkeur een ruitvormig filter geplaatst, waardoor een over de openingshoek Ω uniformere verdeling van de stralingsintensiteit van de lampen 2 wordt verkregen.

t

Claims (9)

1. Werkwijze voor het meten van de temperatuur van een voorwerp dat door middel van één of meer stralingsbronnen wordt verwarmd, waarbij door het voorwerp afgegeven straling in ten minste één stralingsopne-mer wordt opgevangen, en waarbij de stralingsbronnen ten minste gedeeltelijk in sterkte worden veranderd met een vooraf bepaalde cyclische veranderingssnelheid en waarbij aan de hand van de door de stralingsopnemer gemeten verandering van de stralingswaarde, de mate van compensatie voor de reflectiviteit en/of emissiviteit van het voorwerp wordt bepaald.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de cyclische veranderingssnelheid 1-10 Hz bedraagt en de veranderingsmate of modulatiediepte ongeveer 50% van de gemiddelde sterkte van de stralingsbronnen bedraagt.

3. Inrichting voor het meten van de temperatuur van een voorwerp, omvattende : - één of meer stralingsbronnen voor het verwarmen van het voorwerp; - een stralingsopnemer voor het opvangen van het door het voorwerp afgegeven straling; - modulatiemiddelen voor het met een vooraf bepaalde cyclische veranderingssnelheid veranderen van de sterkte van de stralingsbronnen; en - compensatiemiddelen voor het aan de hand van de door de stralingsopnemer gemeten stralingswaarde bepalen van de reflectiviteit en/of emissiviteit van het voorwerp.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij de stralingsbron een reeks naast elkaar opgestelde, langwerpige halogeen-lampen omvat.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, waarbij de halogeen-lampen zijn ontgeven door vlakke spiegels.

6. Inrichting volgens conclusie 3, 4 of 5, waarbij voor de stralingsopnemer een lens is opgesteld voor het verkrijgen van een grote openingshoek voor de stralingsopnemer.

7. Inrichting volgens één van de conclusies 3-6, waarbij de stralingsopnemer is opgesteld achter een reeks halogeen-lampen en door een opening tussen de halogeen lampen is gericht.

8. Inrichting volgens conclusie 5, 6 of 7, waarbij een ruitvormige filter voor de stralingsopnemer is opgesteld.

9. Werkwijze voor het verwarmen van een voorwerp, waarbij de werkwijze volgens conclusie 1 of 2 en/of de inrichting volgens één van de conclusies 3-8 wordt toegepast.