(57)【要約】【課題】急速な温度処理制御のために高温度を正確に決定するためのパイロメータシステムを提供する。【解決手段】上昇管52を含むパイロメータシステム50は、上昇管52が、頂部から底部に伸びる内側管54と、この内側管54を入れ子式配置で取り囲こむ外側管60を含み、さらに、内側管54と外側管60の間に流体通路65を形成する。また、上昇管52は、外側管60に連結し、流体通路65に冷却ガスを送るように作動するポート66と、前記内側管54の底部に結合され、前記内側管54を介して放射光の送出および受入れを行うパイロメータヘッド22とを含む。パイロメータシステム50は、さらに、内側管54または外側管60の少なくとも一方の頂部に結合され、加工物20を支持して温度測定を行うように作動するスパイダーカラー74を含んでいる。
2005536724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上昇管を含むパイロメータシステムであって、前記上昇管が、
頂部から底部に伸びる内側管と、
入れ子式配置で前記内側管を取り囲み、頂部から底部に伸びて、前記内側管との間に流体通路を形成する外側管と、
この外側管に連結し、流体通路に冷却ガスを送るように作動するポートと、
前記内側管の底部に結合され、前記内側管を介して放射光の送出および受入れを行うパイロメータヘッドと、
前記内側管または前記外側管の少なくとも一方の頂部に結合され、加工物を支持するように作動するスパイダーカラーとを含んでいることを特徴とするパイロメータシステム。
【請求項２】
前記内側管および前記外側管の底部が、前記パイロメータヘッドに対して局所的に流体からシールされ、前記内側管の内部と前記流体通路が、流体に対して分離されることを特徴とする請求項１記載のパイロメータシステム。
【請求項３】
内側管の頂部にレンズを配置し、流体に対して内側管の内部を前記頂部で分離することを特徴とする請求項１記載のパイロメータシステム。
【請求項４】
前記内側管および外側管の少なくとも一方の頂部に連結される流体指向装置を更に含み、この流体指向装置は、前記流体通路から加工物の所定領域に冷却ガスを向かわせるように作動することを特徴とする請求項１記載のパイロメータシステム。
【請求項５】
前記流体指向装置は、基端部に第１領域を、先端部に第２領域を有する、放射光を透過する截頭台形状のコーンを含み、前記基端部は、前記スパイダーカラーに結合され、前記第１領域が第２領域よりも大きくかつ前記第１領域は、前記流体通路から前記コーンの先端部の第２領域に連結するウエハ領域に冷却ガスを指向させるのに十分に大きい領域であることを特徴とする請求項４記載のパイロメータシステム。
【請求項６】
前記内側管は、流体に対して前記流体通路から分離されていることを特徴とする請求項１記載のパイロメータシステム。
【請求項７】
前記内側管に連結するポートと、
前記内側管に連結した前記ポートに接続されて作動し、前記内側管内を真空にする真空ポンプと、を更に含むことを特徴とする請求項６記載のパイロメータシステム。
【請求項８】
前記スパイダーカラーは、前記外側管の頂部に結合され、
さらに、前記内側管の頂部に結合される底部部分を有し、この底部部分から頂部部分に伸びるスリーブと、
このスリーブの頂部部分に結合され、前記スパイダーカラーによって保持されるとき加工物から所定の距離に配置されるレンズとを含み、
前記スリーブは、このスリーブを温度の増加に従って熱膨張させる熱膨張係数を有し、
これにより前記レンズと加工物との間の所定の距離を変えており、前記レンズは、温度の増加に伴い減少する焦点距離を有し、前記スリーブは、温度の変動による前記レンズの焦点距離を変化させるために予め定めた距離の補正を与えることを特徴とする請求項１記載のパイロメータシステム。
【請求項９】
前記スリーブの頂部部分は、前記レンズの側面部分を覆い、前記スリーブは、放射光をほとんど通さないことにより、前記レンズから離れて反射して前記上昇管内に入る迷光の量を減少させることを特徴とする請求項８記載のパイロメータシステム。
【請求項１０】
内側同軸部分において、前記内側管の頂部と前記スリーブの底部部分の間に結合され、かつ外側同軸部分において、前記外側管の下方部分と上方部分の間に結合され、さらに、流体通路に対応する中央部分に環状孔を有して前記冷却ガスが前記環状孔を通過できるようにしたリングシールを更に含むことを特徴とする請求項８記載のパイロメータシステム。
【請求項１１】
パイロメータヘッドに結合され、放射光測定チャネルと反射光測定チャネルに関連する放射光強度のデータと反射光強度のデータを各々受入れて作動し、これに従ってウエハ温度を計算するプロセッサを更に含むことを特徴とする請求項１記載のパイロメータシステム。
【請求項１２】
前記プロセッサは、前記反射光強度のデータからウエハ放射率を抽出するように作動し、前記放射光強度のデータと前記ウエハ放射率を用いてウエハ温度を計算することを特徴とする請求項１１記載のパイロメータシステム。
【請求項１３】
頂部と底部を有する管と、
この管の底部に連結されかつ前記管を介して放射光を送出および受入れるように作動するパイロメータヘッドと、
前記管の頂部に連結されるスリーブと、
このスリーブに結合され、かつ加工物との距離に関係する焦点距離を有し、この焦点距離が温度の関数となっている、レンズとを含み、
前記スリーブが、ある熱膨張係数を有し、かつこの熱膨張係数による前記レンズと加工物の間の距離を温度に対応して変化させ、温度の変動による前記レンズの焦点距離における変化を補正することを特徴とするパイロメータシステム。
【請求項１４】
前記管は、上昇管からなることを特徴とする請求項１３記載のパイロメータシステム。
【請求項１５】
前記上昇管の頂部に結合されるスパイダーカラーをさらに含み、このスパイダーカラーは、加工物を支持するように作動する複数のピンを含み、かつ所定の温度で加工物からの予め決められた距離である位置に前記レンズを固定するように作動することを特徴とする請求項１４記載のパイロメータシステム。
【請求項１６】
前記スパイダーカラーは、前記スリーブの熱膨張係数よりも小さい熱望張係数を有する材料から構成されることを特徴とする請求項１５記載のパイロメータシステム。
【請求項１７】
前記スパイダーカラーは、水晶からなり、前記スリーブは、Ａｌ2Ｏ3からなり、そして、前記スリーブの熱望張係数が、前記スパイダーカラーの熱膨張係数の約１０倍よりも大きいことを特徴とする請求項１６記載のパイロメータシステム。
【請求項１８】
前記Ａｌ2Ｏ3のスリーブは、結晶性のアルミナおよび非結晶性のアルミナの一方からなることを特徴とする請求項１７記載のパイロメータシステム。
【請求項１９】
前記スリーブは、放射光をほとんど通さないものであり、これにより、前記レンズから離れて反射して前記上昇管内に入る迷光の量を減少させることを特徴とする請求項１３記載のパイロメータシステム。
【請求項２０】
前記上昇管は、さらに、
頂部から底部に伸び、かつ前記頂部でスリーブに係合する内側管と、
前記内側管と前記スリーブを入れ子式配置で取り囲み、頂部から底部に伸びるとともに前記内側管と前記スリーブのそれぞれとの間に流体通路を形成する外側管と、
この外側管に連結されかつ前記流体通路に冷却ガスを送り出すように作動するポートとを含み、
前記パイロメータヘッドが、前記内側管の底部に結合され、かつ前記内側管を介して放射光を送出および受入れるように作動することを特徴とする請求項１４記載のパイロメータシステム。
【請求項２１】
前記内側管または外側管の少なくとも一方の頂部に結合され、かつ前記レンズからの予め決められた距離で加工物を支持するように作動するスパイダーカラーをさらに含むことを特徴とする請求項２０記載のパイロメータシステム。
【請求項２２】
前記内側管および外側管の底部が、パイロメータヘッドに対して局所的に流体からシールされ、前記内側管の内部と前記流体通路が、流体に対して分離されることを特徴とする請求項２０記載のパイロメータシステム。
【請求項２３】
前記レンズは、前記スリーブ内に配置され、かつ流体に対して前記内側管の内部と分離されていることを特徴とする請求項２０記載のパイロメータシステム。
【請求項２４】
前記内側管と連結するポートと、
前記内側管に連結した前記ポートに接続されて作動し、かつ前記内側管内を真空にする真空ポンプと、を更に含むことを特徴とする請求項２３記載のパイロメータシステム。
【請求項２５】
前記内側管および外側管の少なくとも一方の頂部に連結される流体指向装置を更に含み、この流体指向装置は、前記流体通路から加工物の所定領域に冷却ガスを向かわせるように作動することを特徴とする請求項２０記載のパイロメータシステム。
【請求項２６】
前記流体指向装置は、基端部に第１領域を、先端部に第２領域を有する、放射光を透過する截頭台形状のコーンを含み、前記基端部は、前記スパイダーカラーに結合され、前記第１領域が第２領域よりも大きく、かつ前記第１領域は、前記流体通路から前記コーンの先端部の第２領域に連結するウエハ領域に冷却ガスを指向させるのに十分に大きい領域であることを特徴とする請求項２５記載のパイロメータシステム。
【請求項２７】
内側同軸部分において、前記内側管の頂部と前記スリーブの底部部分の間に結合され、かつ外側同軸部分において、前記外側管の下方部分と上方部分の間に結合され、さらに、流体通路に対応する中央部分に環状孔を有して前記冷却ガスが前記環状孔を通過できるようにしたリングシールを更に含むことを特徴とする請求項２０記載のパイロメータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、半導体処理システムに関し、特に、急速温度処理操作[rapid thermal processing]（ＲＴＰ）ツールに使用されるウエハ温度を測定するためのパイロメータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の半導体製造処理を実行するための温度処理炉は、広く知られておりかつ長い年月にわたり用いられてきた。この温度処理炉は、アニーリング、拡散、酸化、及び化学蒸着の処理を含んでいる。一般的に、これらの処理は、特に最終製品の品質及び均一性における複数の処理変数に影響を与えることが良く理解されている。一般的に、温度処理炉は、水平型又は垂直型の炉のいずれかを用いる。
【０００３】
両方の通常形式の炉は、半導体ウエハを所望の温度に加熱するために設計され、小さなライン幅（例えば、１ミクロンよりも小さい）を維持しながら、注入された不純物を所望の深さに拡散させるか、あるいは、ウエハに酸化層の付着または化学蒸着層の蒸着等のような他の通常の処理技術を実行するかのいずれかを促進する。処理中にウエハが熱せられることが知られており、それゆえ、しっかりと監視される。
【０００４】
管状炉等の通常の垂直型の熱処理炉は、処理管を垂直位置にある炉内に支持するように構成されている。この温度処理炉は、また、一般的に、ウエハボートアセンブリを用いており、このアセンブリは、ウエハボートを処理管の中にまたは外側に移動するための適当な移送機構に取り付けられている。ウエハハンドリングアセンブリは、ウエハボートアセンブリに隣接しかつ平行に配置され、半導体ウエハをウエハカセットからウエハボートアセンブリに移送する。それから、ウエハは、石英またはシリコンの加熱管内を上昇する。この加熱管は、所望の温度にゆっくりと上昇し、所定の時間の間その温度を維持する。その後、加熱管は、ゆっくりと冷却され、そして、複数のウエハが、加熱管から取り出されて処理を完了する。この処理技術の欠点は、ウエハがこの温度に晒される時間に制約があることである。
【０００５】
シリコン集積回路に対する寸法精度は、絶えずサブミクロン単位にスケールダウンしており、そのため、ウエハ温度を均一にさせること、及びウエハ対ウエハの温度反復性が益々厳しくなってきている。例えば、0.18ミクロン技術では、要求されるウエハ−ウエハ間の温度反復性は、約±３℃の範囲にある。
【０００６】
高温測定は、温度処理炉における処理中に、非接触でシリコンウエハの温度測定を選択する１つの方法であった。この高温測定は、絶対零度以上の温度で、全ての対象物をプランクの式に従う温度に応じて電磁気放射を放出する原理に基づいている。上記関係に基づき、対象物の温度は、その放出された放射量を測定することによって、距離から決定することができる。しかし、測定されるウエハ表面の分光放射率の値は、実際の温度を計算するために知らなければならない。一般的に、シリコンウエハは、界面効果を介してウエハの分光放射率を激的に変えることができる背面層を有する。この背面層は、処理中に温度測定誤差を導く。更に、ウエハの放射率は、また、背面の表面あらさおよびウエハ温度に依存する。これら全ての欠点は、ウエハ放射率の決定または予測を難しくさせる。
【０００７】
高温測定を用いて、ウエハ温度を正確に測定するために使用される１つの技術は、ウエハ放射率補正を伴う、改良された単一色の高温測定からなる。このような補正を用いる従来例の高温測定システムは、図１に従来技術として参照番号１０で示されている。この単一色の高温計（パイロメータ）１０は、上昇管１２（縮尺で図示されていない）頂部部分１６に連結されるスパイダーカラー１４を有する。このスパイダーカラー１４は、いくつかの脚部１８（例えば、３つ）を有し、さらに、管１２から所定の距離で１つのウエハ２０を保持する。スパイダーカラー１４は、更に、ウエハエッジの温度を均一に制御するために用いることができるエッジリング(図示略)を保持する。
【０００８】
パイロメータヘッド２２が、上昇管１２の底部２４に連結される。このパイロメータヘッド２２は、ウエハ２０に対してフラッシュ放射を容易にし、かつ光軸２６に沿ってまたは平行な放射された反射光を受入れる光学システム（例えば、複数のレンズ及び開口）を含む。パイロメータヘッド２２は、ウエハ温度を決定するためのプロセッサ３４に信号３２を送る、放射光測定チャネル２８と反射光測定チャネル３０に接続されて作動する。
【０００９】
さらに、高温測定システムは、上昇管１２に連結されるポート３６を含んでおり、例えば、供給ライン４０を通って窒素等の冷却ガス３８を導く。ベルジャー (図示略)が一般的にウエハ２０を加熱するために用いられるので、ウエハの不均一な加熱が引き起こされ、周辺領域よりも中心部分が熱くなる。上昇管１２は、冷却ガス３８をウエハ２０の中央部分にポート３６を介して供給し、そこの温度が均一になるように補助する。
【００１０】
作動において、この高温測定システム１０は、放射光測定チャネル２８と反射光測定チャネル３０を用いて、次の例示で示すようにウエハ温度を決定する。放射光測定チャネル２８は、ウエハ２０から放出される放射光、及びベルジャー(図示略)からの迷光により放出される放射の強さを記録し、また、ウエハから反射される放射光の強さを記録する。反射光チャネル３０は、パイロメータヘッド２２によって発生したフラッシュに関連する反射光の強さを記録する。チャンネル２８,３０は、放射データ及び反射データをプロセッサ３４に供給し、プロセッサは、ウエハのブラックボディの強さを得るために放射測定信号から迷光を取り去る。さらに、プロセッサ３４は、放射率を仮定することによってウエハの放射率を計算し、そして、ウエハ反射率を補完する。そして、反射測定信号からウエハ放射率を抽出する。ウエハの温度は、ウエハのブラックボディの強さをウエハ放射率で割り算することにより、プロセッサ３４によって計算され、あるいは決定される。
【００１１】
図１の従来技術で見られるように、高温測定システム１０の中央光学要素は、パイロメータヘッド２２である。このヘッド２２は、上昇した温度にある加工物からそこにある構成部品を温度的に分離させるために、上昇管１２の底部に取り付けられているので、ウエハ２０とヘッド２２の間の光路は、比較的長く、例えば１ｍである。このウエハ２０とヘッド２２の間が比較的長い距離に離れているため、ウエハとヘッド２２は、光軸２６と整列するように、ウエハを極めて注意深く整合させることが必要となる。光軸２６に対して直交するウエハを小さい角度傾斜またはオフセットさせることにより、反射しかつ放射した信号の強さにおいて損失を生じさせ、これにより、温度計算の正確度を弱くする。
【００１２】
例えば、図２Ａおよび図２Ｂの従来例で示すように、ウエハ２０が反ったりまたはオフセット（図２Ａ）されていなければ、放射光４０は、パイロメータヘッド２２によって管１２の底部に十分集められる。一方、ウエハの反りまたはオフセットがある場合、信号損失の結果として反射光４１が生じることになる。上記問題を補正するために、レンズ４２は、上昇管１２の頂部１６に挿入され、例えば、図２ｃの従来例に示すように、レンズの焦点距離（たとえば、約５０ｍｍ）だけウエハから距離を置いたスパイダーカラー１４(図示略)を介して適所に保持される。レンズ４２は、パイロメータヘッド２２に戻らない反射光４１を再集束４４させる。その結果、このレンズ４２は、反りまたはオフセットによる反射光を補正すして、磨かれた面又は粗い面の両方のウエハ背面に対してパイロメータを用いることを容易にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
レンズ４２を有するパイロメータシステム１０は、比較的良好な結果を与えるけれども、急速な温度処理制御のために高温度を正確に決定するために更に洗練されたもの及び改良が絶えず必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明における１つ以上の構成の基本的理解を与えるために単純化した要約を以下に記載する。この発明の開示は、本発明を拡張するものではなく、また、本発明の特徴部分を識別するためのものでもないし、本発明の範囲を正確に解説するものでもない。
【００１５】
むしろ、この要約の主たる目的は、単純化した形式で本発明の概念を表わすものであり、後で詳述するための序文となるものである。
【００１６】
本発明の１つの構成によれば、パイロメータシステム及び温度感知方法が開示され、従来の技術に関連する欠点を解消することが示されている。特に、入れ子式に伸縮する２つの管からなる上昇管を有するパイロメータが開示されている。冷却ガスは、２つの管の間の流路に導かれ、ウエハまたは加工物の一部分に方向性がある冷却が感知される。分析中、ウエハからの放射は、内側管に発生し、この放射は、冷却ガスからほぼ分離される。こうして、内側管内のガスの層別化が冷却ガスの流速の変化に対して無関係となる。更に、内側管は、脱気されて、管内層別化がほぼ防止される。これにより、更に、パイロメータの光路を改善させる。
【００１７】
本発明の別の構成によれば、パイロメータシステムは、底部に設けられるパイロメータヘッドと頂部に設けられるスリーブとを有する上昇管を含む。レンズは、スリーブに連結されて、加工物からパイロメータヘッドに放射／光を集束させる。このレンスは、レンズから加工物までの距離に関係する焦点距離を有し、この焦点距離は、温度に依存する。レンズに連結されるスリーブは、温度変動による焦点距離の変化を補正するために、温度変化に応じて、レンズと加工物の間の距離を変える熱膨張係数を有する。
【００１８】
従って、スリーブに連結されたレンズは、ほぼ信号の損失がない状態で、加工物からパイロメータヘッドに光を伝達するように作動でき、これにより、パイロメータシステムの正確さを改善できる。
【００１９】
上述の及び関連した目的を達成するために、以下の記述及び添付の図面が、本発明の詳細な説明および実施例を説明する。これらは、本発明の原理を用いる種々の方法を示している。本発明の他の構成、利点及び新規な特徴は、図面を参照して行われる本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を図面に関連して説明するが、図中、同様な参照番号は、同様な要素を表わすのに用いられる。本発明は、従来技術を改善するパイロメータシステムおよびそれに関連する方法を提供する。
【００２１】
本発明の１つの構成によれば、従来の上昇管が、２つの同軸配置の管に置き換えられる。この２つの管は、その間に流体通路を有する。内側管ではなくて、２つの管の間の流体通路には、冷却ガスが供給される。これにより、内側管内において、冷却ガスの流速の変化に対してガス層が変化することによるガスの層別化を防ぐことができる。さらに、内側管は、流体的にシールされかつ脱気されるので、内側管内のガスの層別化を防止して光路を改善することができる。本発明の他の構成によれば、上昇管の頂部は、レンズに連結されるスリーブを構成する。このスリーブは、温度に対するレンズの焦点距離の変化を補正するための熱膨張係数を有し、これによりパイロメータの温度測定の正確度を改善する。
【００２２】
図面を参照すると、図３は、本発明の１つの構成に従うパイロメータシステム５０を説明するための斜視図とブロック図の組み合わせである。いくつかの点において、このパイロメータシステム５０は、図１に示す従来のパイロメータシステム１０と類似している。しかし、従来の上昇管１２は、新しい形式の管構造５２に置き換えられる。本発明の上昇管５２は、頂部５６から底部５８に伸びる内側管５４を含む。一例では、この内側管５４は、上昇管５２の全長（例えば、約１ｍ）にわたり伸びている。上昇管５２は、更に、図示するように、内側管５４と入れ子式に同軸配置された内側管の回りに配置された外側管６０を含む。この外側管６０は、頂部６２から底部６４に伸び、そして、図示するように内側管５４に対して広範囲に伸長できる。
【００２３】
内側管５４と外側管６０の同軸配置は、その間に流体通路６５を形成する。冷却ガスポート６６が外側管６０に連結またはその他の方法で結合し、冷却ガス６８が、ガスライン７０を介して通路６５に供給される。冷却ガスは、一般的に、通路６５を通り、内側管５４と外側管６０の頂部５６,６２の方向に流れて、半導体ウエハ２０等の加工物の１つ以上の選択された部分への冷却を与える。
【００２４】
図３において、冷却ガス６８は、同軸形式の上昇管５２から排出されるが、流体指向装置（以下で詳細に説明されるように）を用いて、加工物２０の１つ以上の部分に冷却ガスを制御された形で指向させることもできる。
【００２５】
パイロメータシステム５０は、更に、スパイダーカラー７４を含み、このスパイダーカラーは、上昇管５２の頂部部分と連結、或いは他の方法で結合させる。例えば、図３において、スパイダーカラー７４は、外側管６０の頂部６２に連結される。しかし、内側管５４に連結することもでき、その場合、本発明の範囲内にあるものと見なされる。スパイダーカラー７４は、垂直方向に伸びるピン７８を有する複数のアーム７６を有し、このピン７８の長さ８０は、加工物２０と上昇管５２の間の距離８２（例えば、50ｍｍ）を定める。
【００２６】
本発明の別の構成によれば、図３のパイロメータシステム５０は、更に、アクセス部分９２を介して内側管５４と連結または他の方法で結合する。内側管５４をその頂部５６と底部５８において流体的にシールをすることにより、真空ポンプ９０は、内側管の底部に配置されたパイロメータヘッド２２のための光軸９３を含む内側管５４を脱気するのに用いることができる。このパイロメータヘッド２２は、離散型または集積型の構成部品として、放射光測定チャネル２８、反射光測定チャネル３０、およびプロセッサ３４を含む制御システム９６に連結されて作動する。
【００２７】
本発明の利点を評価するために、本発明の発明者によって評価された従来技術の欠点に関して簡単な議論が必要であろう。従来の上昇管１２において、この管内の冷却ガスは、半径方向及び軸方向の温度勾配を有するガスコラム(gas column)を生じさせ、この温度勾配は、静的ではなく、むしろガス流量の流速の関数である。この温度勾配は、上昇管１２内に動的なガス密度勾配を生じさせ、加工物２０とパイロメータヘッド２２の間で上昇管１２内を移動する光の反射勾配の動的指標を生じさせる。この上昇管における「勾配指標レンズ(gradient index lens)」は、放射光信号及び反射光信号のそれぞれの歪の結果である。
【００２８】
ある例では、補正は、上昇管内の勾配を補正するために与えることができるが、ガスの流速が一定でないとき（例えば、ガスの流速が、変化する処理条件に合わせるために、良く変化し得る場合）、上昇管１２におけるガス密度勾配が変化し、そのため、上昇管内の屈折勾配の指標を不本意ながら変化させ、そして、極端に難しい、または不可能な信号の歪を補正する。
【００２９】
上記問題の適用において、本発明の発明者は、パイロメータシステム５０を提供しており、このシステムは、流体流路をその間に有する同軸配置のマルチチューブの上昇管５２を備えている。冷却ガス６８は、流体通路６５内に供給され、内側管５４の内側は、この流体通路６５から流体的に分離されている。それゆえ、本発明のパイロメータシステム５０において、内側管５４の周囲環境の層別化が起こっており、このような層別化は、冷却ガス流量の流速における変化に関係しない。それゆえ、層別化によって生じる歪がほぼ一定に留まるので、このような層別化による補正を与えることができる。
【００３０】
本発明の別の構成によれば、真空ポンプ９０は、ポート９２を介して内側管の頂部５６と底部５８で流体シールされる内側管５４に連結または他の方法で結合される。真空ポンプ９０は、内側管５４を脱気するために作動し、これにより、内部を真空にする。内側管５４内の真空により、層別化は生じない。その結果、全体に高品質の光路９４が確立される。光路に関連する層別化がないので、放射光測定チャネル２８及び反射光測定チャネル３０のための光信号は、ほぼ歪がなくなり、これにより、補正の必要なしで、このような測定をより正確に行うことができる。
【００３１】
次に、図４において、流体指向装置１００は、本発明の別の構成に従って説明される。この流体指向装置１００は、上昇管５２の頂部に、例えば、内側管５４又は外側管６０および／またはスパイダーカラー７４の１つまたは複数と連結される。図４の例では、流体指向装置１００は、截頭台形状の装置からなり、スパイダーカラー７４に連結され、また、内側管５４と外側管６０の間に流れる冷却ガス６８を局所的に冷却するためにウエハ２０の所定部分１０２に導くように作動する。本発明における流体指向装置１００は、先端を切った、反転コーン型として説明されているけれども、他の形状および構造を用いることができ、このような構造は、本発明の範囲内に入ると考えられ、ウエハ２０の1つ以上の所定部分に冷却ガスを導くように作動する。
【００３２】
さらに、図４において、レンズ１０４は、好ましくは流体的に冷却ガス６８から内側管５４の内部と分離されており、これにより、内側管内部のガスの層別化が、冷却ガスの流速における変化に対応するのを防止できる。さらに、内側管５４をシールすることによって、内側管５４を脱気して、内側管内に層別化を生じるのを防止する。レンズ１０４は、内側管５４をシールするのに加えて、上述したように有効な方法において、ウエハ２０からパイロメータヘッド２２に光／放射の焦点をあわせるのに役立つ。ウエハ２０とレンズ１０４の間の距離１０６は、好ましくは、レンズの焦点距離に等しく、かつこの例では、スパイダーカラー７４に連結したスパイダーアーム７６,７８によって指示される。
【００３３】
本発明のもう１つの構成によれば、上昇管は、その頂部に連結するスリーブを含む。以下で詳述するように、スリーブは、レンズを支持し、かつ温度に対応して、レンズとウエハすなわち加工物の間の距離を変える熱膨張係数を有する。さらに、理解されるように、このような距離における変化は、温度に関して変化するレンズの焦点距離における変化を補正するように作動する。上記のように、レンズに接続されたスリーブは、温度の変化にもかかわらず、ほぼ一定となるように、ウエハからパイロメータヘッドへ向かう放射を想像するのに役立つ。
【００３４】
図５は、本発明のさらに別の構成に従う上昇管１５２の断面図である。この上昇管１５２は、例えば、図３のパイロメータシステム５０、または所望の他の形式のシステムに用いることができる。上昇管１５２は、ある方法において、図３の上昇管５２と類似しているが、いくつかの点で異なっている。図５の上昇管１５２は、管の中間部分１５５から底部１５８に伸びる内側管１５４を含む。１つの例では、内側管１５４は、ほぼ上昇管１５２の全体の長さに伸びているが、この長さは変えることができる。
【００３５】
上昇管１５２は、さらに、図示したように、入れ子式の同軸配置で内側管１５４を取り囲む外側管１６０を含んでいる。外側管１６０は、図示するように、頂部１６２から底部１６４に伸びている。内側管１５４と外側管１６０の同軸構造は、その間に流体通路１６５を形成する。冷却ガスポート(図示略)は、冷却ガス１６８を、例えば、ガスライン(図示略)を介して通路１６５に供給するために、外側管１６０に連結または他の方法で結合されている。
【００３６】
上昇管１５２は、さらに、内側管１５４の中間部分１５５に連結するスリーブ１７０を含む。このスリーブ１７０は、頂部１６０ａと底部１６０ｂのそれぞれに、外側管１６０と分離するためのリングシール１７４を係合する底部部分を有する。スリーブ１７０は、レンズ１０４を支持、または他の方法で結合する頂部部分１７６を更に含む。
【００３７】
本発明の１つの実施形態では、スリーブ１７０は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）またはアルミナ（非結晶のＡｌ2Ｏ3）等の材料からなり、これらの材料は、レンズ１０４とウエハ２０の間の距離１０６（例えば、図４を参照）が温度変化に関して変化を生じさせる熱膨張係数を示す。更に好ましくは、温度変化によって距離１０６が変化する量は、同一の温度変化によって生じるレンズの焦点距離の変化に対応する。
【００３８】
それゆえ、温度の変化（Δｔ）が、レンズ１０４の焦点距離（Δｆ）の変化を生じさせる場合、スリーブ１７０は、距離１０６（ΔＤ）を変える熱膨張係数を示す。このとき、ΔｆはΔＤにほぼ等しい。上記のように、レンズ１０４によるウエハ２０からパイロメータヘッド２２への放射のイメージは、大きい温度範囲にわたりほぼ同一である。これにより、パイロメータシステムの正確度を改善する。サファイア及びアルミナが、スリーブ１７０用の例示的な材料として挙げられているが、このような熱膨張係数を与える如何なる材料も用いることができ、また、このような材料は、本発明の範囲内にあると考えられる。
【００３９】
本実施形態では、レンズ１０４から所定距離１０６にあって、ウエハ２０を支持するスパイダーカラー(図示略)は、石英から作られており、この石英は、スリーブ１７０の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有する（例えば、1：10）。このような温度による距離の変動は、無視できると考えられる。代わりに、本発明の例では、ウエハ２０が上昇管１５２に関して比較的保持されている間ほぼ同一の熱膨張係数を示す、スリーブ１７０が図示されているけれども、本発明は、レンズの焦点距離における変化を補正するために、ほぼ同一の熱膨張係数を示すスパイダーカラー支持構造体を用いて、固定状態にある位置にあるレンズ１０４を保持するものと考えることができる。しかし、この代替解決法は、支持構造体の動きが、そこに配置された加工物の所望の加熱による変動が生じるので、望ましいものではない。
【００４０】
図５において、リングシール１７４は、上昇管１５２の種々の部分１５４、１６０ａ、１６０ｂ、及び１７０を一緒に結合する環状シールを含むことができる。更に、特に、本発明の例において、リングシール１７４は、内側管１５４及びスリーブ１７０と一緒に結合する内側同軸部分１７６と、外側管の頂部１６０ａ及び底部１６０ｂのぞれぞれと一緒に結合する外側同軸部分１７８とを含む。
【００４１】
リングシール１７４は、さらに、スプーラ(supra)と記載される、冷却ガス１６８が通過する環状孔１８０を含み、ウエハ(図示略)に局所的な冷却を与える。代わりに、リングシール孔１８０は、所望のように、環状シールの回りに、種々の形状および／または寸法の1つ以上の開口を含むこともできる。
【００４２】
本発明の更に別の構成によれば、スリーブ１７０は、放射光をほとんど通さない、または少なくとも放射光を拡散させる。スリーブを不透明又は拡散するように作ることにより、レンズ１０４によって望まない像を結ぶような、ベルジャー(図示略)から反射する光等の迷光が、減少し、あるいはほとんど消去される。例えば、スリーブ１７０は、サファイアで構成され、このサファイア製のスリーブは、ＨＦ又は等価な溶液内にスリーブを浸付けすることによって「凍結」させることができる。代わりに、スリーブ１７０の外表面、即ち、ＯＤは、予め決められた仕上げに磨くことができる。適当なスリーブ材料を用いることができ、上記構造を達成するために適当な凍結処理を用いることができ、このような代替物は、本発明の範囲に入るものと考えられる。
【００４３】
図６は、図３のシステム５０のようなパイロメータシステムの一部分に組み込まれる、図５の上昇管１５２に関係する付加的な例示を詳細に説明する他の断面図であり、前に述べたように、スリーブ１７０とスパイダーカラー７４を有している。さらに、図６には示されていないが、流体指向装置１００または同様な構造は、所望であれば、加工物２０を局所的に冷却し、または、加工物２０の１つ以上の部分を冷却するために、上昇管１５２に接続して使用することができる。
【００４４】
本発明を或る用途及び実施に対して図示して説明してきたが、この明細書と添付された図面とを読んで理解すると他の同業者にも同等の変更や修正ができるものと認識することができる。特に上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」に対する参照を含めて）は、他に表示されていなければ、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても本発明のここで図示された例示的実施においてその機能を果たすものであれば、説明された構成要素の特定された機能を実行する（即ち、機能的に同等である）いずれかの構成要素に相当するものと意図されている。
【００４５】
更に、本発明の特定の特徴が幾つかの実施の内のただ一つに対して開示されてきたが、そのような特徴は、いずれかの或る又は特定の用途にとって望ましくかつ有利な他の実施形態における一つ以上の特徴と組み合わされ得るものである。更に、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」、「備える」及びそれらの変形が詳細な説明か特許請求の範囲のいずれかで使用されている限り、これらの用語は、用語の『構成されている』と同様に包含されるものであると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、従来のパイロメータの斜視図を含んだブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、加工物からの光がほぼ整合した形で上昇管に入る、従来の図１パイロメータシステムの単純化した一部断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、加工物からの光が整合しない形で上昇管に入る、従来の図１パイロメータシステムの単純化した一部断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、加工物からの光が比較的整合しない形で上昇管に接近し、次に続くレンズを用いて整合させる、従来の図１パイロメータシステムの単純化した一部断面図である。
【図３】図３は、本発明の１つの構成に従うパイロメータシステムの斜視図を含んだブロック図である。
【図４】図４は、本発明の別つの構成に従うパイロメータシステムに関連した流体指向装置の斜視図である。
【図５】図５は、本発明のまた別つの構成に従うパイロメータシステムのための上昇管構造を説明する断面図である。
【図６】図６は、本発明のさらに別つの構成に従う加工物を支持するための上昇管およびスパイダーカラーを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
２０  ウエハ
２２  パイロメータヘッド
２８  放射光測定チャネル
３０  反射光測定チャネル
３４  プロセッサ
５０  パイロメータシステム
５２  上昇管
５４  内側管
５８  底部
６０  外側管
６２  頂部
６５  流体通路
６６  ポート
６８  冷却ガス
７４  スパイダーカラー
９０  真空ポンプ
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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