(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を基板の近い側に送信するように構成された送信器と、
前記基板の遠い側から前記基板内で及び前記基板を介して屈折した電磁波を受信するように構成された受信器であって、前記受信した電磁波は、前記送信された電磁波からの変位を有している、受信器と、
前記送信器および前記受信器を制御するように構成されたコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記送信器に、測定される初期位置に前記基板の前記近い側に向かって前記電磁波を送信させるように構成されており、
前記コントローラは、さらに、前記受信器により受信した前記屈折された電磁波の前記変位を前記初期位置に対する第２の測定位置で前記基板の前記遠い側から測定するように構成されており、
前記送信された電磁波と前記受信された屈折された電磁波との間の前記測定された変位から温度を決定するように動作可能である、コントローラと
を備える、熱センサ。
【請求項２】
前記コントローラが、前記送信された電磁波と前記受信された電磁波との間の差を決定するとき、屈折および密度の変化の関数として前記温度を決定するように動作可能である、請求項１に記載の熱センサ。
【請求項３】
前記コントローラが、前記送信された電磁波と前記受信された電磁波との間の差を決定するとき、前記受信された電磁波の速さの変化の関数として前記温度を決定するように動作可能である、請求項１に記載の熱センサ。
【請求項４】
前記送信器が、電波を発生するように構成される、請求項１に記載の熱センサ。
【請求項５】
前記送信器が、連続電波を発生するように構成される、請求項４に記載の熱センサ。
【請求項６】
前記送信器が、パルス電波を発生するように構成される、請求項４に記載の熱センサ。
【請求項７】
前記送信器が、摂氏約２５０度と摂氏２５００度との間の動作温度を有する、請求項４に記載の熱センサ。
【請求項８】
チャンバ本体と、
前記チャンバ本体の内部容積部に配設された基板支持体と、
前記基板支持体に配設された基板の近い側を通して電磁波を送信する向きにされた送信器と、
前記送信器によって放出され、前記基板の遠い側から前記基板内で及び前記基板を介して屈折した電磁波を受信する向きにされた受信器であって、受信される電磁波は送信された電磁波からの変位を有する、受信器と、
前記送信器および前記受信器を制御するように構成されたコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記送信器に、測定される初期位置に前記基板の前記近い側に向かって前記電磁波を送信させるように構成されており、
前記コントローラは、さらに、前記受信器により受信した前記屈折された電磁波の前記変位を前記初期位置に対する第２の測定位置で前記基板の前記遠い側から測定するように構成されており、
前記コントローラは、前記送信された電磁波と前記受信された電磁波との磁場変化量から温度を決定するように動作可能であり、
前記磁場変化量は、前記送信された電磁波と前記受信された電磁波と間の前記測定された変位である、処理チャンバ。
【請求項９】
前記チャンバ本体が、
下部ドームと、
上部ドームと、
前記下部ドームを通して前記基板支持体に配設された基板へと向かうように配列された放射加熱ランプのアレイと
を備える、請求項８に記載の処理チャンバ。
【請求項１０】
前記送信器および前記受信器が、前記基板支持体の基板支持面に対して斜めの向きにされる、請求項８に記載の処理チャンバ。
【請求項１１】
前記送信器および前記受信器が、互いに関して約５度以内の向きにされる、請求項８に記載の処理チャンバ。
【請求項１２】
前記送信器が、電波を発生するように構成される、請求項８に記載の処理チャンバ。
【請求項１３】
前記送信器が、連続電波を発生するように構成される、請求項１２に記載の処理チャンバ。
【請求項１４】
前記送信器が、パルス電波を発生するように構成される、請求項１２に記載の処理チャンバ。
【請求項１５】
前記送信器が、摂氏約２５０度と摂氏２５００度との間の動作温度を有する、請求項１２に記載の処理チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体デバイスの製造に関する。より詳細には、実施形態は、製造中に半導体デバイスの温度を測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
急速熱処理（すなわちＲＴＰ（ｒａｐｉｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ））とは、数秒以下の時間スケールでシリコンウエハを高温（１２００℃以上まで）に素早く加熱する半導体製造プロセスをいう。しかしながら、冷却中に、ウエハ温度は、熱衝撃に起因する転位およびウエハ破損を防止するためにゆっくり下げなければならない。急速加熱レートは、多くの場合、高輝度ランプまたはレーザによって達成される。ＲＴＰは、ドーパント活性化、熱酸化、金属リフロー、および化学気相堆積を含む半導体製造における多種多様な用途で使用される。
プロセス温度の測定は、ＲＴＰツール内で処理されるシリコンウエハへの損傷を防止するためにＲＴＰツールの急速加熱および冷却速度を制御することにとって重要である。したがって、ＲＰＴツールは、高速応答を有し、正確であり、約２５０℃〜１１００℃の温度範囲で温度を正確に測定できる温度測定デバイスを必要とする。多くの場合、ＲＰＴツールが温度範囲の一方の端において比較的低コストで基板の温度を素早く正確に測定する能力は、温度範囲の他方の端において温度を測定する能力を損なわせる。
それゆえに、改善された温度測定デバイスの必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
真空チャンバにおいて熱センサを用いて基板の温度をインサイチュで決定するための方法および装置が、本明細書で説明される。１つの実施形態において、熱センサは、電磁波を送信するように構成された送信器と、電磁波を受信するように構成された受信器と、送信器および受信器を制御するように構成されたコントローラであり、送信された電磁波と受信された電磁波との間の差から温度を決定するように動作可能である、コントローラとを有する。
別の実施形態では、処理チャンバが提供される。処理チャンバは、チャンバ本体と、チャンバ本体の内部容積部に配設された基板支持体とを含む。送信器は、基板支持体に配設された基板を通して電磁波を送信する向きにされる。受信器は、送信器によって放出された電磁波を受信する向きにされる。コントローラは、送信器および受信器を制御するように構成される。コントローラは、送信された電磁波と受信された電磁波との磁場変化量から温度を決定するように動作可能である。
さらなる別の実施形態では、処理チャンバに配設された基板の温度の非接触測定のための方法が提供される。この方法は、基板を処理チャンバ内に移送することと、処理チャンバに配設された基板を通るように電磁波を誘導することと、基板を通過した後の電磁波を受信することと、誘導された電磁波と受信された電磁波との間の変化を示すメトリックに基づいて基板の温度を決定することとを含む。
本発明の上述で列挙した特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照して本発明のより特定の説明を行うことができ、実施形態のうちのいくつかは添付図面に示される。しかしながら、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、それゆえに、本発明は他の効果的な実施形態を認めることができるのでその範囲を限定すると見なされるべきでないことを留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】熱センサを有する処理チャンバの概略断面図である。
【図２】図１の処理チャンバに示された熱センサの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
理解を容易にするために、可能な場合、図に共通する同一の要素を指定するために同一の参照番号が使用されている。１つの実施形態で開示された要素は、特定の詳述なしに他の実施形態で有益に利用できることが意図されている。
本開示の実施形態は、一般に、急速なおよび極端な温度変化を有するチャンバにおいて処理を受けている基板の温度を素早く測定するための装置および方法に関する。温度測定デバイスは、基板処理中に基板を損傷することがある過熱と熱衝撃事例とに起因する損傷を最小にするように、基板温度の制御を支援することができる。１つの実施形態では、温度制御デバイスは、基板温度を素早く正確に測定するために電波回折を使用することができる。別の実施形態では、温度制御デバイスは、基板温度を素早く正確に測定するために電磁波を使用することができる。
【０００６】
図１は、１つの実施形態による、熱センサ１９０を有する処理チャンバ１００の概略断面図である。処理チャンバ１００は、図１に示した基板１０８の上面１１６などの基板の上面に材料を堆積させることを含めて１つまたは複数の基板を処理するために使用することができる。処理チャンバ１００は、上部ドーム１２８と下部ドーム１１４とに接続されたチャンバ本体１０１を含む。１つの実施形態では、上部ドーム１２８は、ステンレス鋼、アルミニウム、または泡石英（例えば、流体包有物をもつ石英）を含む石英、アルミナ、イットリア、もしくはサファイアを含むセラミックスなどの材料から製作することができる。上部ドーム１２８は、被覆された金属またはセラミックスから形成することもできる。下部ドーム１１４は、石英などの光学的に透明なまたは半透明な材料から形成することができる。下部ドーム１１４は、チャンバ本体１０１に結合されるか、またはチャンバ本体１０１の一体部分である。チャンバ本体１０１は、上部ドーム１２８を支持するベースプレート１６０を含むことができる。
【０００７】
放射加熱ランプ１０２のアレイが、数ある他の構成要素の中で、処理チャンバ１００内に配設された基板支持体１０７の裏側１０４を加熱のために下部ドーム１１４の下方に配設される。あるいは、放射加熱ランプ１０２のアレイは、数ある他の構成要素の中で、処理チャンバ１００内に配設された基板１０８の上面１１６を加熱するために上部ドーム１２８の上方に配設される。堆積中に、基板１０８は、処理チャンバ１００に持ち込まれ、ローディングポート１０３を通して基板支持体１０７上に位置づけられ得る。ランプ１０２は、処理チャンバに供給されるプロセスガスの熱分解を容易にして基板１０８の上面１１６に材料を堆積させるために所定の温度までに基板１０８を加熱するように構成される。１つの例では、基板１０８に堆積される材料は、ＩＩＩ族、ＩＶ族、および／またはＶ族材料、またはＩＩＩ族、ＩＶ族、および／またはＶ族ドーパントを含む材料とすることができる。例えば、堆積される材料は、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、またはアルミニウム窒化ガリウムのうちの１つまたは複数とすることができる。ランプ１０２は、摂氏約３００度〜摂氏約１２００度、例えば、摂氏約３００度〜摂氏約９５０度などの温度まで基板１０８を迅速に加熱するように構成することができる。
【０００８】
ランプ１０２は、プロセスガスが基板１０８の上を通過するとき基板１０８を加熱して基板１０８の上面１１６への材料の堆積を容易にするために、下部ドーム１１４に隣接し下部ドームの下に配設されたオプションのリフレクタ１４３で囲まれた電球１４１を含むことができる。ランプ１０２は、基板支持体１０７のシャフト１３２のまわりに半径の増加する環状群に配列される。シャフト１３２は、石英から形成され、その中に中空部分または空洞を含み、中空部分または空洞は、基板１０８の中心の近くで放射エネルギーの横方向移動を減少させ、それにより、基板１０８の均一な照射を容易にする。
１つの実施形態では、各ランプ１０２は分電盤（図示せず）に結合され、それを通して、電力が各ランプ１０２に供給される。ランプ１０２は、ランプヘッド１４５内に位置づけられ、ランプヘッド１４５は、例えばランプ１０２間に配置されたチャネル１４９に導入される冷却流体によって処理中または処理後冷却され得る。ランプヘッド１４５は、ランプヘッド１４５が下部ドーム１１４のごく近くにあることに部分的に起因して下部ドーム１１４を伝導的に冷却する。ランプヘッド１４５は、さらに、ランプ壁およびリフレクタ１４３の壁を冷却することができる。所望であれば、ランプヘッド１４５は下部ドーム１１４と接触することができる。
【０００９】
基板支持体１０７は、上昇した処理位置で示されているが、リフトピン１０５を下部ドーム１１４に接触させるために処理位置の下方のローディング位置までアクチュエータ（図示せず）によって垂直に移動させることができる。リフトピン１０５は、基板支持体１０７の孔１１１を通り抜け、基板１０８を基板支持体１０７から持ち上げる。次いで、ロボット（図示せず）が処理チャンバ１００に入り、ローディングポート１０３を通して基板１０８に係合し、処理チャンバ１００から取り出すことができる。デバイスが大部分形成される上面１１６が上向きの状態で、基板１０８を基板支持体１０７の表側１１０に接触して置くように、新しい基板が基板支持体１０７に置かれ、次いで、基板支持体１０７は処理位置に持ち上げられ得る。
【００１０】
処理チャンバ１００に配設された基板支持体１０７は、処理チャンバ１００の内部容積部をプロセスガス領域１５６（基板支持体１０７の表側１１０の上方の）とパージガス領域１５８（基板支持体１０７の下方の）とに分割する。基板支持体１０７は、処理チャンバ１００内の熱およびプロセスガス流の空間不均一性の影響を最小にし、それにより、基板１０８の均一処理を容易にするために処理の間、中心シャフト１３２によって回転される。基板支持体１０７は中心シャフト１３２によって支持され、中心シャフト１３２は、ローディングおよびアンローディングの間、および事例によっては基板１０８の処理の間、上下方向１３４に基板１０８を移動させる。基板支持体１０７は、低い熱質量または低い熱容量を有する材料から形成することができ、その結果、基板支持体１０７によって吸収され放出されるエネルギーは最小にされる。基板支持体１０７は、ランプ１０２からの放射エネルギーを吸収し、放射エネルギーを基板１０８に迅速に伝導するために、炭化ケイ素、または炭化ケイ素で被覆されたグラファイトから形成することができる。１つの実施形態では、基板支持体１０７は、図１には、ランプ１０２によって発生された熱放射に基板の中心をさらしやすくするために中央開口を有するリングとして示されている。基板支持体１０７は、基板１０８を基板１０８のエッジから支持することができる。別の実施形態では、基板支持体１０７は、中央開口がないディスク部材とすることもできる。さらなる別の実施形態では、基板支持体１０７は、さらに、ディスク様もしくはプラッタ様基板支持体、またはそれぞれのフィンガから延びる複数のピン、例えば３つのピンもしくは５つのピンとすることができる。
【００１１】
１つの実施形態では、上部ドーム１２８および下部ドーム１１４は、石英などの光学的に透明なまたは半透明な材料から形成される。上部ドーム１２８および下部ドーム１１４は熱記憶を最小にするために薄い。１つの実施形態では、上部ドーム１２８および下部ドーム１１４は、約３ｍｍと約１０ｍｍとの間の厚さ、例えば約４ｍｍの厚さを有することができる。上部ドーム１２８は、入口ポータル１２６を通して熱制御空間１３６に冷却ガスなどの熱制御流体を導入し、退出ポータル１３０を通して熱制御流体を引き出すことによって熱的に制御することができる。実施形態によっては、熱制御空間１３６を通って循環する冷却流体は、上部ドーム１２８の内面への堆積を減少させることができる。
【００１２】
ライナアセンブリ１６２が、チャンバ本体１０１内に配設され得、ベースプレート１６０の内周によって囲まれる。ライナアセンブリ１６２は、耐プロセス材料から形成することができ、処理容積部（すなわち、プロセスガス領域１５６およびパージガス領域１５８）をチャンバ本体１０１の金属壁から全体的に遮蔽する。スリットバルブなどの開口１７０は、ライナアセンブリ１６２を通して配設され、基板１０８の通過を可能にするためにローディングポート１０３と位置合わせされ得る。
【００１３】
プロセスガス供給源１７３から供給されるプロセスガスは、ベースプレート１６０の側壁に形成されたプロセスガス入口ポート１７５を通してプロセスガス領域１５６に導入される。追加の開口（図示せず）がライナアセンブリ１６２に形成されて、それを通ってガスが流れることを可能にすることもできる。プロセスガス入口ポート１７５は、概して半径方向内側方向にプロセスガスを導くように構成される。膜形成プロセスの間、基板支持体１０７は、プロセスガス入口ポート１７５に隣接しプロセスガス入口ポート１７５とほぼ同じ高さにある処理位置に配置され、それによって、プロセスガスは、基板１０８の上面１１６にわたって規定された流路１６９に沿って流れることができるようになる。プロセスガスは、プロセスガス入口ポート１７５を基準にして処理チャンバ１００の反対側に配置されたガス出口ポート１７８を通ってプロセスガス領域１５６を（流路１６５に沿って）出ていく。ガス出口ポート１７８を通したプロセスガスの除去は、ガス出口ポート１７８に結合された真空ポンプ１８０によって促進することができる。プロセスガス入口ポート１７５およびガス出口ポート１７８は、互いに位置合わせされ、ほぼ同じ高さに配設されるので、そのような平行の配列は基板１０８にわたって概して平面で均一なガス流を可能にすることになると考えられる。さらに、半径方向の均一性が、基板支持体１０７による基板１０８の回転によって与えられ得る。
【００１４】
パージガス源１６３から供給されたパージガスは、ベースプレート１６０の側壁に形成されたパージガス入口ポート１６４を通してパージガス領域１５８に導入される。パージガス入口ポート１６４は、プロセスガス入口ポート１７５より下の高さに配設される。パージガス入口ポート１６４は、概して半径方向内側の方向にパージガスを導くように構成される。所望であれば、パージガス入口ポート１６４は、上向き方向にパージガスを導くように構成することができる。膜形成プロセスの間、基板支持体１０７は、パージガスが流路１６１に沿って基板支持体１０７の裏面１０４にわたって流れるような位置に配置される。いかなる特定の理論にも束縛されることなく、パージガスの流れは、プロセスガスの流れがパージガス領域１５８に入るのを妨げるかもしくは実質的に避けるか、またはパージガス領域１５８（すなわち、基板支持体１０７の下の領域）に入るプロセスガスの拡散を減少させると考えられる。パージガスは、パージガス領域１５８を（流路１６６に沿って）出ていき、パージガス入口ポート１６４を基準にして処理チャンバ１００の反対側に配置されたガス出口ポート１７８を通してプロセスチャンバから排出される。
【００１５】
同様に、パージプロセスの間、基板支持体１０７は、パージガスが基板支持体１０７の裏面１０４を横切って横方向に流れることができるように高い位置に配置することができる。ガス入口または出口ポートなどの位置、サイズ、または数は、基板１０８への材料の均一な堆積をさらに容易にするように調節できるので、プロセスガス入口ポート、パージガス入口ポート、およびガス出口ポートは例示目的のために示されていることが当業者によって理解されるべきである。
【００１６】
基板１０８から放射しているかまたは基板１０８によって透過される赤外光を反射して基板１０８上に戻すために、リフレクタ１２２が、オプションとして、上部ドーム１２８または下部ドーム１１４の外側に置かれてもよい。反射された赤外光のために、普通なら処理チャンバ１００を逃げることができるであろう熱を封じ込めることによって加熱の効率が改善されることになる。リフレクタ１２２は、アルミニウムまたはステンレス鋼などの金属で製作することができる。リフレクタ１２２は、リフレクタ１２２を冷却するための水などの流体の流れを搬送するために、入口ポータル１２６と退出ポータル１３０とを有することができる。所望であれば、反射効率は、金コーティングなどの高い反射性のコーティングでリフレクタ区域を被覆することによって改善することができる。
【００１７】
１つまたは複数の熱センサ１９０が、基板１０８の熱放出を測定するために、ランプヘッド１４５および上部ドーム１２８に配設され得る。各熱センサ１９０は、送信器１９１と受信器１９２とを含み、少なくとも１つのセンサコントローラ１９４に結合される。熱センサ１９０は、処理の間基板１０８の様々な場所を観察（すなわち、感知）しやすくするためにランプヘッド１４５の様々な場所に配設することができる。１つの実施形態では、熱センサ１９０は、ランプヘッド１４５の下方のチャンバ本体１０１の一部分に配設される。基板１０８の様々な場所からの温度を感知すると、温度異常または不均一性が存在するかどうかを決定することが容易になる。そのような温度不均一性は、厚さおよび組成物などの膜形成の不均一性をもたらすことがある。１つの熱センサ１９０（送信器１９１と受信器１９２とを含む）が図１に示されているが、１つまたは複数の追加の熱センサ１９０を、基板１０８のエッジからエッジまでの温度プロフィルを得るために利用することができる。熱センサ１９０は基板１０８の複数の所定の場所の温度を決定するように配列することができると考えられる。
【００１８】
例えば、各熱センサ１９０は、基板１０８のゾーンを観察し、そのゾーンの熱状態を感知するように位置づけられ、および／または向きにされ得る。基板１０８のゾーンは、実施形態によっては、半径方向の向きにすることができる。例えば、基板１０８が回転する実施形態では、熱センサ１９０は、基板１０８の中心と実質的に同じ中心を有する基板１０８の中央部分の中央ゾーンを、中央ゾーンを囲み中央ゾーンと同心の１つまたは複数のゾーンとともに、観察または規定することができる。しかしながら、ゾーンを同心とすることまたは半径方向の向きにすることは必須ではない。実施形態によっては、ゾーンは、非半径方向に、例えば、デカルト格子配列で基板１０８の様々な場所に配列することができる。
熱センサ１９０の送信器１９１は、ランプ１０２間に、例えば、チャネル１４９に配設することができ、基板１０８の上面１１６に対して実質的に斜めの向きにされる。実施形態によっては、送信器１９１および受信器１９２は、実質的に同様の角度で基板１０８に対して斜めの向きにされる。他の実施形態では、送信器１９１および受信器１９２は、互いにわずかにずらした向きにされ得る。例えば、送信器１９１および受信器１９２は、互いに約５°内の向きの角度を有することができる。
【００１９】
処理の間、コントローラ１８２は、熱センサ１９０から（またはセンサコントローラ１９４から）温度を示すメトリックを受け取り、そのメトリックに基づいて、各ランプ１０２に、またはランプもしくはランプゾーンの個々のグループに送り出される電力を別々に調節する。コントローラ１８２は、様々なランプ１０２またはランプゾーンに独立に電力を供給する電源１８４を含むことができる。コントローラ１８２は、センサコントローラ１９４をさらに含むことができる。コントローラ１８２は、基板１０８に所望の温度プロファイルを生成するように構成することができ、熱センサ１９０から受け取ったメトリックを所定の温度プロフィルまたは目標設定点と比較することに基づいて、コントローラ１８２は、ランプおよび／またはランプゾーンへの電力を調節して、基板の横方向の温度プロフィルを示す観測された（すなわち、感知された）熱情報を所望の温度プロファイルに一致させることができる。コントローラ１８２は、ある基板の熱処理を別の基板の熱処理に順応させるようにランプおよび／またはランプゾーンへの電力を調節して、ある期間にわたってチャンバ性能ドリフトを防止することもできる。
【００２０】
熱センサ１９０は、基板１０８の温度を検出するように動作することができる。例えば、センサコントローラ１９４は、送信信号１４６を送るように送信器１９１に指示することができる。送信信号１４６は、基板１０８または他の本体と相互作用することができ、それにより、送信信号１４６を修正するか、減衰させるか、または変更することができる。受信信号１４７（変更された送信信号１４６）は、基板１０８から離れて受信器１９２に向かう。次いで、受信器１９２は、受信信号１４７をセンサコントローラ１９４に伝える。センサコントローラ１９４は、送信信号１４６を受信信号１４７と比較して温度を決定することができる。熱センサ１９０は、図２においてさらに詳細に論じられる。
【００２１】
図２は、図１の処理チャンバで示した熱センサ１９０の概略断面図である。１つまたは複数の送信器１９１は、基板１０８の上面１１６、基板１０８の下面２０８、またはそれらの組合せのいずれかに１つまたは複数の送信信号１４６を導くことができるが、機構は類似しており、議論は単一の送信器に関連する。すなわち、送信器１９１は、基板１０８の下面２０８の送信信号１４６を、法線角度２１０、２２０から第１の角度２２２で基板１０８の下面２０８まで導く。送信信号１４６は、基板１０８によって、例えば、信号の第１の角度２２２を回折により中間角度２１８まで変化させることなどによって、基板１０８を通って伝搬する中間信号２４０によって示されるように、変更される。中間角度２１８は、基板１０８の物性ならびに基板１０８の温度に依存し得る。中間角度２１８に加えて基板の物性は、信号１４６、１４７の変位２１６を発生する。中間信号２４０は基板１０８の上面１１６を出ていき、ここで、中間信号２４０は受信信号１４７として第２の角度２１２まで再び回折することができ、次いで、受信信号１４７は受信器１９２によって検出される。１つの実施形態では、第１の角度２２２と第２の角度２１２とは実質的に同様である。第２の実施形態では、第１の角度２２２と第２の角度２１２とは異なる。
【００２２】
熱センサ１９０は、電磁波の送信に関連する１つまたは複数の原理に基づいて働くことができる。熱センサ１９０は、基板１０８の物性を利用して、送信信号１４６の変化を達成することができる。物性は、送信信号１４６から受信信号１４７までの変位２１６を作り出し、変位２１６は温度依存であり、したがって、基板１０８の温度を決定するために使用することができる。１つの実施形態では、基板１０８の温度は、基板１０８の屈折および密度の変化の関数として検出することができる。例えば、シリコンは、０℃で約２．３２９０ｇ・ｃｍ3および１４１４℃で約２．５７ｇ・ｃｍ3の密度を有する。電磁波は、電磁波が基板１０８などの媒体を通過するとき、速度が変化し、屈折し、基板１０８の動的密度により変化する。したがって、送信信号の変化は、基板１０８の密度の変化を示すことができ、次いで、それは基板１０８の温度と関連づけることができる。追加として、送信信号１４６が基板１０８を通って伝搬するときに基板１０８の密度によって影響を受ける送信信号１４６の速さの測定をさらに使用して、基板１０８の温度に関する情報をもたらすことができる。別の実施形態では、電磁波は、基板１０８の電磁場を決定することができる。基板１０８の電磁場の変化は、基板の温度の変化と関連する。
【００２３】
熱センサ１９０は、同じ波長もしくはスペクトル、または異なる波長もしくはスペクトルに合わせることができる。例えば、処理チャンバ１００で使用される基板は、組成的に均質であることがあり、またはフィーチャ場所などの異なる組成物のドメインを有することがある。様々な波長に合わされた熱センサ１９０を使用すると、異なる組成物と熱エネルギーへの異なる放出応答とを有する基板ドメインのモニタリングを可能にすることができる。
音波は、真空を通って伝わらないが、電波は、真空を通って伝わることができる電磁波である。音は、空気または水などの物質中の圧力変動からなり、それゆえに、真空を通って伝わらないことになる。しかし、可視光、赤外線、紫外線、Ｘ線、およびガンマ線のような電波は、真空を通って容易に伝わる電磁波であり、そのため、電波は、プラズマ処理チャンバなどのような真空環境に十分に適合する。
１つの実施形態では、熱センサ１９０は、７００ナノメートル〜１ｍｍなどの、例えば、約３μｍの赤外波長に合わされる。熱センサ１９０は、正弦波などの連続波を発生することができる。しかしながら、パルス状波などの任意の好適な波を使用できることが理解されるべきである。パルス状波は、有利には、ノイズを少なくすることができ、それが、パルス状波を熱センサ１９０での使用にとって望ましいものにする。例えば、パルス波は、パルス波に対する送信器から受信器までの時間変化量を測定し、時間変化量を様々な基板温度と比較することができる。
【００２４】
材料媒体を通る電磁波の実際の速さは、その媒体の密度に依存する。異なる材料は、電磁波の吸収および再放出プロセスに起因して様々な量の遅延を引き起こす。異なる材料は、より密に詰まった原子を有し、したがって、原子間の距離の量もより小さい。基板１０８の密度の変化量は、基板１０８の材料の特質ならびにいくつかの物性、例えば温度など、に依存する。追加として、電磁波の速さは、電磁波が伝わっている材料およびその密度に依存する。電磁波の速さは所与の距離にわたって徐々に変化する。したがって、電磁波の入力から出力までの変化量を分析することによって、基板１０８の屈折および密度の変化の関数として温度を検出することができる。温度は、屈折に加えて周波数および速さの変化を温度の関数として比較することによって特定の点で検証することができる。
【００２５】
例えば、音波の速さは、２０℃に維持された乾燥空気中で約３４３ｍ／ｓ、すなわち、約７６７ｍｐｈである。波の速さは、媒体、すなわち、空気または基板の温度に依存する。空気中の音速は、ｖ＝３３１ｍ／ｓ＋０．６Ｔとして表すことができ、ここで、ｖは波の速度であり、Ｔは摂氏度単位の空気の温度であり、３３１ｍ／ｓは、０℃での乾燥空気中の音速であり、０．６は定数である。したがって、温度が上昇するにつれて、音速もまた摂氏温度ごとに０．６ｍ／ｓの割合で増加する。音速は、さらに、媒体の圧縮率と慣性とに依存する。媒体の圧縮率に起因する速さの変化量は、ｖ２＝（弾性特性／慣性特性）として表すことができる。ここで、弾性特性は、通常、媒体の体積弾性率またはヤング率であり、慣性特性は媒体の密度である。これらの同じ原理を電磁波に適用して、真空雰囲気中の基板の温度を測定することができる。
別の実施形態では、基板１０８の温度は、磁気感受性を検出するように構成されたセンサ１９０を使用して決定することができる。キュリーワイスの法則を使用することによって、磁場変化量を使用して、基板１０８の温度を測定することができる。磁気感受性は、磁場が測定される基板の温度に反比例する。したがって、基板１０８の磁場を測定すると、測定温度が示される。
【００２６】
送信器１９１は、１つの実施形態では、基板の下に置かれた磁石の形態のものとすることができる。受信器１９２は、１つの実施形態では、送信器１９１によって与えられた場を使用して基板１０８の磁気感受性を測定するためのセンサの形態のものとすることができる。磁石（すなわち、送信器１９１）は、リフレクタプレートにまたはその下方に置かれ、基板の磁場と比較して制御され分離され得る。基板１０８の磁場の変化は、キュリーの法則を使用して、温度の関数として表すことができる、すなわち、Ｘ＝Ｍ／Ｈ＝Ｍμ0／Ｂ＝Ｃ／Ｔである。ここで、Ｘは、基板１０８への印加磁場の影響である磁気感受性であり、Ｍは単位体積当たりの磁気モーメントであり、Ｈはマクロの磁場であり、μ0は自由空間の透磁率であり、Ｂは磁場であり、Ｃは材料に特有のキュリー定数であり、Ｔは温度（基板の）である。
【００２７】
熱センサ１９０は、異なる温度範囲および動作条件のための異なる実施形態を有することができる。１つの実施形態では、熱センサ１９０は、汎用のために構成され、約２５０℃（５００°Ｆ）と約２５００℃（４５００°Ｆ）との間の温度で動作可能にすることができる。汎用熱センサは、約０．６５μｍの、または約０．７μｍと約１．１μｍとの間の、または約０．９μｍと約１．９μｍとの間の波長で動作する狭スペクトル帯放射温度計からなることができる。汎用熱センサは、とりわけＳｉまたはＧｅなどの固体光電検出器、約０．９ｍｍ直径の光学解像度、および約２５０：１の距離比（Ｄ比）を有することができる。
【００２８】
別の実施形態では、熱センサ１９０は、二色比高温計を有する高精度熱センサとすることができる。二色は、熱測定で使用される２つの離散的な波長を表す。高精度熱センサは、約６５０℃（１２００°Ｆ）と約２５００℃（４５００°Ｆ）との間の温度で使用することができる。高精度熱センサは、約０．８μｍと約０．９μｍとの二色のスペクトル帯で動作することができる。有利には、高精度熱センサは、放射率、揺らぎ、および／または視野経路の乱れと無関係であり、ターゲットの移動を自動的に補正する。
さらなる別の実施形態では、熱センサ１９０は、プログラマブル／高性能熱センサとすることができる。プログラマブル／高性能熱センサは、約１００℃（２１２°Ｆ）と約２５００℃（４５００°Ｆ）の温度で使用することができる。プログラマブル／高性能温度計は、内蔵信号調整およびデジタルコンピューティング、約２μｍと約２０μｍとの間の広帯域または狭帯域でのスペクトル帯選択、双方向インタフェース、最大／最小／微分／ホールドなどの複数のプログラマブル機能、複数の異なる材料組成のためのプログラマブル周囲温度、ならびにＬＥＤまたはレーザなどのレンズを通した観測の選択を有することができる。
【００２９】
さらなる別の実施形態では、熱センサ１９０は、高温汎用熱センサとすることができる。高温汎用熱センサは、約２５０℃（５００°Ｆ）と約２５００℃（４５００°Ｆ）との間の温度で使用することができる。高温汎用熱センサは、約０．６５μｍ、または約０．７〜１．１μｍ、または約０．９〜１．９μｍなどの狭スペクトル帯で動作することができる。高温汎用熱センサは、ＳｉまたはＧｅなどの固体光電検出器、光学解像度０．９ｍｍ直径、および約２５０：１のＤ比を有することができる。
【００３０】
さらなる別の実施形態では、熱センサ１９０は、高安定熱センサとすることができる。高安定熱センサは、約３００℃（６００°Ｆ）と約２５００℃（４５００°Ｆ）との間の温度の複雑な用途のために動作可能とすることができる。高安定熱センサは、１つまたは複数の狭スペクトル帯放射温度計からなることができる。例えば、高安定熱センサは、ガラスのための、および／または高温ガスを通る約３．９μｍのスペクトル帯で、ガラス表面のための約５．０μｍのスペクトル帯で、燃焼ガスのための約４．２μｍと約５．３μｍとの間のスペクトル帯で、他の選択されたスペクトル帯の間で動作することができる。高安定熱センサは、焦電検出器を有し、チョッパ安定化され、１００：１のＤ比のときに１ｍｍターゲットに好適な光学解像度を有することができる。高安定熱センサは、約３０ミリ秒の応答時間を有し、約４ｍＡ〜約２０ｍＡのアナログ出力を有することができる。
【００３１】
さらなる別の実施形態では、熱センサ１９０は高速二色比熱センサとすることができる。高速二色比熱センサは、約１５０℃（３００°Ｆ）と約２５００℃（４５００°Ｆ）との間の温度で動作可能とすることができる。高速二色比温度計は、第１の帯域のための約０．８μｍと約２．１μｍとの間、および第２の帯域のための約０．９μｍと約２．４μｍとの間などの狭スペクトル帯を有することができる。高速二色比熱センサは、追加として、内部較正チェックを有することができる。有利には、高速二色比熱センサは、放射率、揺らぎ、および／または視野経路の乱れと大いに無関係であり、ターゲットの移動を自動的に補正する。
前述は本発明の実施形態に関するが、本発明の他のおよびさらなる実施形態が、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく考案され得る。
【図１】
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【図２】
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