(57)【要約】ＣＶＤ反応器等の筐体内の放射温度計測の偏り誤差を低減する装置。一実施形態において、放射温度計は焦点外テレセントリックレンズ構成を利用している。焦点外テレセントリック構成は無限遠で集束し、焦点外である比較的近傍（例えば数メートル内）のターゲットからの放射線を捕捉するのに利用される。ターゲットからの平行化された放射線を捕捉することで迷放射線の寄与が減る。別の実施形態において、指定のセグメントの放出（例えば動作温度）を低減すること、或いは指定のセグメントに由来する放射線の一部を捕捉又は偏向することを含むいくつかのメカニズムのうちの１つにより、周辺加熱要素の指定のセグメントに由来する散乱放射線を局所的に低減できる。ウエハキャリアの中心から指定のセグメントを横切って延びる軸線の近傍で固定された放射温度計はより少ない迷放射線を受け、その結果、より高い信頼性で温度を読み取る。
2015528106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口絞りと、
放射線を前記開口絞りに伝達するために設けられた１つ又は複数の光学要素からなる対象物アセンブリであって、前記対象物アセンブリ及び前記開口絞りは光軸を規定し、前記対象物アセンブリは、前記対象物アセンブリ内の第１の基準点との関係で第１の焦点距離を規定し、前記第１の基準点は、実質的に平行化された放射線を焦点外のターゲットから前記対象物アセンブリを通じて伝達するために、且つ、前記焦点外のターゲットからの前記放射線を前記開口絞り上に集束させるために、前記対象物アセンブリの前記第１の焦点距離と実質的に等しい前記開口絞りからの距離において前記光軸上に配置されていることと、
前記開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される前記放射線の少なくとも一部を検出するように設けられた電磁放射線検出器であって、前記電磁放射線検出器は信号を生成してその信号から前記焦点外のターゲットの温度が推定されることと
を備える、放射温度計用のテレセントリック光学構成。
【請求項２】
前記開口絞りとは前記対象物アセンブリの反対側に設けられた１つ又は複数の光学要素からなる写像アセンブリをさらに備え、前記写像アセンブリの前記光学要素は、前記光軸に沿って前記開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように設けられており、前記写像アセンブリは、前記写像アセンブリ内の第２の基準点との関係で第２の焦点距離を規定し、前記第２の基準点は前記光軸上に配置されている、請求項１に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項３】
前記写像アセンブリの前記第２の基準点は、前記写像アセンブリの前記第２の焦点距離と実質的に等しい前記開口絞りからの距離に配置されて、前記写像アセンブリを通じて前記検出器上に前記開口絞りから伝達される放射線を平行化する、請求項２に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項４】
前記開口絞りは、前記対象物アセンブリの有効半径方向寸法の約１／３以下である主寸法を規定している、請求項１，２又は３に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項５】
前記電磁放射線検出器は、約７００ｎｍのカットオフ波長を有する光子カウンタである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項６】
４５０ｎｍ未満の波長において主通過幅を有する濾波装置をさらに備え、前記濾波装置は、前記電磁放射線検出器の検知領域上に入射する放射線を濾波するように設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項７】
前記濾波装置の前記主通過幅は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲に中心波長を有し、且つ、２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の帯域幅を有する、請求項６に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項８】
前記濾波装置は帯域通過フィルタを有する、請求項６に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項９】
前記焦点外ターゲットと前記対象物アセンブリの間の距離は２メートル未満である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項１０】
前記対象物アセンブリは少なくとも１つのレンズを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項１１】
化学気相蒸着チャンバで利用される放射温度計における迷放射線の偏りを低減する方法であって、その方法は、
ターゲットからの放射線を収集するために開口絞り及び第１の光学要素アセンブリを備えるテレセントリックレンズ構成を提供するステップであって、前記テレセントリックレンズ構成は、前記ターゲットから放出される平行化された放射線を捕捉するために、前記第１の光学要素アセンブリの焦点距離に前記開口絞りを位置決めするように適合されていることと、
有形媒体上の命令を与えるステップと
を含み、前記命令は、前記化学気相蒸着チャンバ内でターゲットから放出される放射線を遮るように前記第１の光学要素アセンブリを配向することを含む、方法。
【請求項１２】
前記命令を与えるステップにおいて与えられる前記命令は、前記第１の光学要素アセンブリの焦点距離に前記開口絞りを位置決めすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記命令を与えるステップにおいて与えられる前記命令は、前記テレセントリックレンズ構成を電磁放射線検出器と動作可能に結合することをさらに含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の光学要素アセンブリの焦点距離に前記開口絞りを位置決めすることをさらに含む、請求項１１，１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記テレセントリックレンズ構成を電磁放射線検出器と動作可能に結合することをさらに含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
化学気相蒸着チャンバ内でターゲットの温度を計測するシステムであって、
前記化学気相蒸着チャンバと動作可能に結合された放射温度計を備え、前記放射温度計は、前記化学気相蒸着チャンバ内で焦点外のターゲットを規定する手段を有する、システム。
【請求項１７】
対応する複数の隣接した焦点外のターゲットを観測するように設けられた複数の放射温度計を備え、前記複数の放射温度計のそれぞれは、第１のテレセントリック光学構成を有し、第１のテレセントリック光学構成は、
放射線を伝達するための１つ又は複数の光学要素からなる対象物アセンブリであって、前記対象物アセンブリは、前記対象物アセンブリ内の基準点との関係で焦点距離を規定することと、
前記対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように設けられた第１の開口絞りであって、前記対象物アセンブリ及び前記第１の開口絞りは、前記基準点を通過する第１の光軸を規定し、前記第１の開口絞りは、前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットから前記第１の開口絞り上に前記放射線の第１の検出部分を集束させるために、前記対象物アセンブリの前記焦点距離と実質的に等しい前記基準点からの距離に配置されていることと、
前記第１の開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される前記放射線の前記第１の検出部分を検出するように設けられた第１の電磁放射線検出器であって、前記第１の電磁放射線検出器は第１の信号を生成してその信号から前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットの温度が推定されることと
を備える、空間温度分布を推定するためのパイロメータシステム。
【請求項１８】
前記複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの隣接するターゲットの間にはそれぞれのスペースが画定されている、請求項１７に記載のパイロメータシステム。
【請求項１９】
前記複数の放射温度計は、ウエハキャリア上のウエハを観測するように設けられており、前記ウエハキャリアは、化学気相蒸着チャンバ内に設けられており、前記複数の隣接した焦点外のターゲットは、前記ウエハによって完全に包含されている、請求項１７に記載のパイロメータシステム。
【請求項２０】
前記ウエハによる前記焦点外のターゲットの包含は周期性を有する、請求項１９に記載のパイロメータシステム。
【請求項２１】
前記複数の放射温度計のうちの少なくとも１つは第１の反射率計サブアセンブリを備え、第１の反射率計サブアセンブリは、第１のビームスプリッタと、電磁放射線からなる第１のビームを生成するための第１の放射線源とを備え、前記第１のビームスプリッタは、前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットを照射するために、前記第１の光軸に沿って前記第１のビームの一部を伝播させるように設けられている、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載のパイロメータシステム。
【請求項２２】
前記第１の反射率計サブアセンブリは前記第１のビームを変調する、請求項２１に記載のパイロメータシステム。
【請求項２３】
前記第１の反射率計サブアセンブリは、チョッパーによって前記第１のビームを変調する、請求項２２に記載のパイロメータシステム。
【請求項２４】
前記複数の放射温度計のうちの少なくとも１つは、前記第１の電磁放射線検出器によって検出される前記放射線の前記第１の検出部分を選択的に減少するように設けられた減少開口アセンブリを備える、請求項１７〜２３のいずれか一項に記載のパイロメータシステム。
【請求項２５】
前記複数の放射温度計のうちの少なくとも１つは、第２のテレセントリック光学構成を有し、第２のテレセントリック光学構成は、
前記対象物アセンブリからの放射線を受け取るように設けられた第２の開口絞りであって、前記対象物アセンブリ及び前記第２の開口絞りは、前記基準点を通過する第２の光軸を規定し、前記第２の開口絞りは、前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットから前記第２の開口絞り上に前記放射線の前記第２の検出部分を集束させるために、前記対象物アセンブリの前記焦点距離と実質的に等しい前記基準点からの距離に配置されていることと、
前記第２の開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される前記放射線の前記第２の検出部分を検出するように設けられた第２の電磁放射線検出器であって、前記第２の電磁放射線検出器は第２の信号を生成してその信号から前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットの温度が推定されることと
を備える、請求項１７〜２４のいずれか一項に記載のパイロメータシステム。
【請求項２６】
前記放射線の第１の検出部分は、電磁放射線の赤外線スペクトル内にあり、前記放射線の第２の検出部分は、電磁放射線の可視スペクトル内にある、請求項２５に記載のパイロメータシステム。
【請求項２７】
前記第１の光軸及び前記第２の光軸に沿って設けられたコールドミラーをさらに備え、前記コールドミラーは、前記放射線の第１の検出部分を透過し、且つ、前記放射線の第２の検出部分を反射する、請求項２５に記載のパイロメータシステム。
【請求項２８】
前記放射線の第２の検出部分は、４００ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の波長に中心を有する波長通過幅を規定している、請求項２６又は２７に記載のパイロメータシステム。
【請求項２９】
前記放射線の第１の検出部分は、９３０ｎｍの波長を含んだ波長通過幅を規定している、請求項２６，２７又は２８に記載のパイロメータシステム。
【請求項３０】
前記複数の放射温度計のうちの少なくとも１つは第２の反射率計サブアセンブリを備え、第２の反射率計サブアセンブリは、第２のビームスプリッタと、電磁放射線からなる第２のビームを生成するための第２の放射線源とを備え、前記第２のビームスプリッタは、前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットを照射するために、前記第２の光軸に沿って前記第２のビームの一部を伝播させるように設けられている、請求項２１〜２９のいずれか一項に記載のパイロメータシステム。
【請求項３１】
前記第２の反射率計サブアセンブリは前記第２のビームを変調する、請求項３０に記載のパイロメータシステム。
【請求項３２】
前記第２の反射率計サブアセンブリは、チョッパーによって前記第２のビームを変調する、請求項３１に記載のパイロメータシステム。
【請求項３３】
焦点外のターゲットからの放射線を伝達するための１つ又は複数の光学要素からなる対象物アセンブリであって、前記対象物アセンブリは、前記対象物アセンブリ内の基準点との関係で焦点距離を規定することと、
前記対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように設けられた第１の開口絞りであって、前記対象物アセンブリ及び前記第１の開口絞りは、前記基準点を通過する第１の光軸を規定し、前記第１の開口絞りは、前記第１の開口絞り上に前記放射線の第１の検出部分を集束させるために、前記対象物アセンブリの前記焦点距離と実質的に等しい前記基準点からの距離に配置されていることと、
前記対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように設けられた第２の開口絞りであって、前記対象物アセンブリ及び前記第２の開口絞りは、前記基準点を通過する第２の光軸を規定し、前記第２の開口絞りは、前記第２の開口絞り上に前記放射線の第２の検出部分を集束させるために、前記対象物アセンブリの前記焦点距離と実質的に等しい前記基準点からの距離に配置されていることと、
前記第１の開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される前記放射線の前記第１の検出部分を検出するように設けられた第１の電磁放射線検出器と、
前記第２の開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される前記放射線の前記第２の検出部分を検出するように設けられた第２の電磁放射線検出器であって、前記第１の電磁放射線検出器及び前記第２の電磁放射線検出器は、前記焦点外のターゲットの温度を推定するために、それぞれ第１の信号及び第２の信号を生成することと
を備えるテレセントリック二波長パイロメータ。
【請求項３４】
電磁放射線からなる第１のビームを生成するための第１の放射線源と、第１のビームスプリッタとを備える第１の反射率計サブアセンブリをさらに備え、前記第１のビームスプリッタは、前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットを照射するために、前記第１の光軸に沿って前記第１のビームの一部を伝播させるように設けられている、請求項３３に記載のテレセントリック二波長パイロメータ。
【請求項３５】
電磁放射線からなる第２のビームを生成するための第２の放射線源と、第２のビームスプリッタとを備える第２の反射率計サブアセンブリをさらに備え、前記第２のビームスプリッタは、前記対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットを照射するために、前記第２の光軸に沿って前記第２のビームの一部を伝播させるように設けられている、請求項３４に記載のテレセントリック二波長パイロメータ。
【請求項３６】
前記放射線の第１の検出部分は、電磁放射線の赤外線スペクトル内にあり、前記放射線の第２の検出部分は、電磁放射線の可視スペクトル内にある、請求項３３〜３５のいずれか一項に記載のテレセントリック二波長パイロメータ。
【請求項３７】
前記放射線の第２の検出部分は、４００ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の波長に中心を有する波長通過幅を規定しており、前記放射線の第１の検出部分は、９３０ｎｍの波長を含んだ波長通過幅を規定している、請求項３３〜３６のいずれか一項に記載のテレセントリック二波長パイロメータ。
【請求項３８】
前記第１の電磁放射線検出器によって検出される前記放射線の前記第１の検出部分と前記第２の電磁放射線検出器によって検出される前記放射線の前記第２の検出部分のうちの１つを選択的に減少させるように設けられた減少開口アセンブリをさらに備える、請求項３３〜３７のいずれか一項に記載のテレセントリック二波長パイロメータ。
【請求項３９】
放射温度計が受け取る迷放射線を制限するためのシステムであって、
化学気相蒸着（ＣＶＤ）チャンバと、
回転軸の周りを回転するように構成されたウエハキャリアであって、ウエハキャリアは上面、下面及び外側エッジを有し、前記上面は実質的に平坦で且つターゲット面を規定していることと、
前記ウエハキャリアの下方に設けられた複数の加熱要素であって、前記複数の加熱要素は、前記ウエハキャリアの前記下面を照射するように設けられており、前記複数の加熱要素は、前記ウエハキャリアの前記外側エッジの近傍にある周辺加熱要素を含み、前記周辺加熱要素は、前記周辺加熱要素の指定の部分に沿って低熱流束部分を有し、前記低熱流束部分は、前記周辺加熱要素のその他の部分と比べて実質的に低い温度で動作することと、
低減された散乱放射線の軸の近傍に位置するターゲットを観測するように設けられた放射温度計であって、前記低減された散乱放射線の軸は、前記ターゲット面と同一平面上にあり、且つ、前記回転軸から前記加熱要素の前記低熱流束部分の上方に延びていることと
を備える、システム。
【請求項４０】
前記放射温度計は、前記低減された散乱放射線の軸の一部を含んだ前記ウエハ面上の矩形領域内のターゲットを観測するように設けられており、前記矩形領域は、前記スピンドルから前記ウエハキャリアの外側エッジまで延びており、前記矩形領域は、前記周辺加熱要素の前記指定の部分の接線寸法とほぼ同じ幅を有する、請求項３９に記載のシステム。
【請求項４１】
前記周辺加熱要素の前記低熱流束部分は電気コネクタを有する、請求項３９又は４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記ＣＶＤチャンバ内に配置されたシリンダをさらに備え、前記シリンダは、前記回転軸と実質的に同心状であるシリンダ軸を規定し、前記シリンダは内面及び外面を有し、前記内面はシリンダ内径を規定し、前記外面はシリンダ外径を規定し、前記シリンダは、前記シリンダ軸に対して実質的に垂直な上面を規定する上側エッジを有する、請求項３９，４０又は４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記ウエハキャリアは、前記シリンダの前記シリンダ内径よりも大きいキャリア外径を規定している、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記周辺加熱要素は、前記複数の加熱要素のうちのその他の加熱要素を実質的に取り囲んでいる、請求項３９〜４３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４５】
前記放射温度計は、電磁スペクトルの可視／ＵＶ部分内の放射線を検出するように構成されている、請求項３９〜４４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４６】
前記ＣＶＤチャンバ内に設けられたスピンドルをさらに備え、前記スピンドルは、前記回転軸と同心状であり、且つ、前記ウエハキャリアと結合するように適合された先端部分を有する、請求項３９〜４５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４７】
前記低熱流束部分は、最大動作温度で動作する際に、前記加熱要素のその他の部分よりも少なくとも３００℃だけ低い温度で動作するように構成されている、請求項３９〜４６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４８】
化学気相蒸着チャンバ内でターゲットを観測する放射温度計が受け取る迷放射線を制限するための方法であって、
前記化学気相蒸着チャンバ内で動作するように構成されたウエハキャリア及びヒーターアレイを提供するステップであって、前記ウエハキャリアは、回転軸の周りを回転するように構成されており、且つ、下面と実質的に平坦な上面とを有し、前記上面はターゲット面を規定しており、前記ヒーターアレイは周辺加熱要素を含み、前記周辺加熱要素は、前記周辺加熱要素の指定の部分に沿って低熱流束部分を有することと、
有形媒体上の命令を与えるステップと
を含み、前記命令は、
前記化学気相蒸着チャンバ内に前記ヒーターアレイを配置することと、
前記ヒーターアレイの上方で且つ前記上面が上を向いた状態で前記化学気相蒸着チャンバ内に前記ウエハキャリアを配置することと、
低減された散乱放射線の軸の近傍のターゲットを観測するように放射温度計を調整することと
を含み、前記低減された散乱放射線の軸は、前記ターゲット面と同一平面上にあり、且つ、前記回転軸から前記加熱要素の前記低熱流束部分の上方に延びている、方法。
【請求項４９】
前記調整のステップで調整される前記ターゲットは、前記低減された散乱放射線の軸の一部を含んだ前記ターゲット面上の矩形領域内に位置しており、前記矩形領域は、前記回転軸から前記ウエハキャリアの外側エッジまで延びており、前記矩形領域は、前記周辺加熱要素の前記指定の部分の接線寸法とほぼ同じ幅を有する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記調整のステップで調整される前記ターゲットは前記軸の一部を含む、請求項４８又は４９に記載の方法。
【請求項５１】
放射温度計が受け取る迷放射線を制限するためのシステムであって、
化学気相蒸着（ＣＶＤ）チャンバと、
前記ＣＶＤチャンバ内に配置されたシリンダであって、前記シリンダはシリンダ軸を規定し、前記シリンダは内面及び外面を有し、前記内面はシリンダ内径を規定し、前記外面はシリンダ外径を規定し、前記シリンダは、前記シリンダ軸に対して実質的に垂直な上面を規定する上側エッジを有することと、
前記シリンダの前記内面の近傍において前記シリンダ内に配置された周辺加熱要素と、
前記シリンダ内に配置されて前記周辺加熱要素を通って延びるスピンドルであって、前記スピンドルは、前記シリンダの前記上面の上方に延びる先端部分を有することと、
実質的に平坦な上面を有するウエハキャリアであって、前記ウエハキャリアはターゲット面を規定し、前記ウエハキャリアは、前記周辺加熱要素の上方で吊り下げるために前記スピンドルの前記先端部分に接続されるように構成されていることと、
前記周辺加熱要素の指定の部分から放出される散乱放射線を低減する手段であって、前記散乱放射線を低減する手段は、前記周辺加熱要素の近傍に配置されていることと、
低減された散乱放射線の軸の近傍にある前記ターゲット面上のターゲットを観測するように設けられた放射温度計であって、前記低減された散乱放射線の軸は、前記ターゲット面と同一平面上にあり、且つ、前記散乱放射線を低減する手段の方向に延びる前記回転軸に原点を有することと
を備える、システム。
【請求項５２】
前記ターゲットは、前記低減された散乱放射線の軸の一部を含んだ前記ウエハ面上の矩形領域内に位置しており、前記矩形領域は、前記スピンドルから前記ウエハキャリアの外側エッジまで延びており、前記矩形領域は、前記散乱放射線を低減する手段の接線寸法とほぼ同じ幅を有する、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記散乱放射線を低減する手段は、前記周辺加熱要素の電気コネクタを有する、請求項５１又は５２に記載のシステム。
【請求項５４】
前記散乱放射線を低減する手段は、前記周辺加熱要素の前記指定の部分の近傍に設けられた放射線トラップ及び放射線偏向器のうちの１つを含む、請求項５１，５２又は５３に記載のシステム。
【請求項５５】
放射温度計が受け取る迷放射線を制限するためのシステムであって、
化学気相蒸着（ＣＶＤ）チャンバと、
回転軸の周りを回転するように構成されたウエハキャリアであって、前記ウエハキャリアは上面、下面及び周辺エッジを有し、前記上面は、前記回転軸と実質的に直交するターゲット面を規定していることと、
前記ウエハキャリアの前記下面の近傍に設けられた加熱要素であって、前記加熱要素は、前記ウエハキャリアの前記周辺エッジの近傍に位置しており、前記加熱要素は、最大動作温度で動作する際に、前記加熱要素のその他の部分よりも少なくとも３００℃だけ低い温度で動作するように構成された低熱流束部分を含むことと、
放射温度計用の観測ポートであって、前記観測ポートは、低減された散乱放射線の軸の近傍にあるターゲットを観測するように設けられており、前記低減された散乱放射線の軸は、前記ターゲット面と同一平面上にあり、且つ、前記回転軸から前記加熱要素の前記低熱流束部分の上方に延びていることと
を備える、システム。
【請求項５６】
前記観測ポートを通じてターゲットを観測するように設けられた放射温度計をさらに備え、前記ターゲットは、前記低減された散乱放射線の軸の近傍に位置している、請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記放射温度計は、電磁スペクトルの可視／ＵＶ部分内の放射線を検出するように構成されている、請求項５６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ＣＶＤ反応器での放射温度測定の偏り誤差の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機金属化学気相蒸着（Metalorganic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）は、半導体製造などのプロセスにおいて結晶質層を成長させるための化学気相蒸着法である。ＭＯＣＶＤプロセスは、反応器チャンバに対して均一な反応器ガス流を供給する特別な設計のフローフランジを有する反応器チャンバ内において実行される。
【０００３】
ＭＯＣＶＤプロセスにおける結晶質層の温度は、通常、放射温度計又はパイロメータなどの非接触型装置を使用して計測される。このような結晶質成長物質は、ＧａＮ及びＡｌＧａＮなどの炭化ケイ素（ＳｉＣ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、及び窒化ガリウム（ＧａＮ）に基づいた物質を含む。特定の基材結晶質成長物質は、放射温度測定の動作波長を制限する放出特性を有する。例えば、サファイア基材上において成長するＧａＮは、プロセス温度において、４５０ナノメートル（ｎｍ）を上回る波長の場合に、５０％を上回る透過率を有しうる。従って、４５０ｎｍを上回る波長においては、ＧａＮ層の表面を離脱する放射線のうちの大部分は、放射温度計の視準線内に位置した基材下方の構造物（例えば、ウエハキャリア）に由来している。ＧａＮ層を通過する放射線は、ＧａＮ層の温度を示してはいない。従って、４５０ｎｍを下回る波長を有する（青色、紫色、及び紫外線の波長にほぼ対応した）放射線を検出する放射温度計が開発されている。例えば、２５０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲の放射線を検出するように適合されたパイロメータを開示するゼトラー（Zettler）らの米国特許出願公開第２０１１／００６４１１４号明細書（以下、「ゼトラー」と呼称する）を参照されたい。
【０００４】
放射温度計の使用に伴う課題は、望ましくない放射線の検出である。望ましくない放射線の１つの供給源は、望ましい検出の通過幅の外から検出される未濾波の放射線である。ゼトラーは、未濾波の放射線の寄与を考慮した装置及び技法について記述している。ゼトラーは、狭い帯域通過フィルタが赤外線放射を完全には遮断しないと指摘している。電磁スペクトルの赤外線部分におけるターゲットのスペクトル黒体射出能は、狭帯域通過フィルタの主通過幅（即ち、ターゲット温度を推定するための望ましいスペクトル通過幅）と比べた場合に約９桁も大きいことから、遮断されない赤外線放射は、動作温度（約８００℃）において問題となる可能性がある。ゼトラーの方法は、広い波長範囲（紫外線から赤外線まで）にわたって感度を有する検出器の使用と、ほぼ４１０ｎｍに中心を有する狭帯域通過フィルタによる到来放射線の濾波とを伴っている。次いで、ロングパスフィルタを使用することにより、狭帯域通過フィルタの主帯通過幅を事実上遮断しているが、依然として、電磁スペクトルの赤外線及び近赤外線部分における狭帯域通過フィルタによる未濾波の放射線の通過を許容している。ゼトラーは、狭帯域通過フィルタの主通過幅を通過する放射線を２つの計測の間、即ち、狭帯域通過フィルタのみによって実現される信号と狭帯域通過フィルタとロングパスフィルタの両方によって実現される信号の間の差として推定している。
【０００５】
望ましくない放射線の別の供給源は、「迷放射線」の寄与である。迷放射線とは、相互反射を介して筐体又はその内部のその他の構造物によってターゲット上にリダイレクトされると共に放射温度計の視準線内に反射される反射放射線である。例えば、マイクロ波加熱プロセスにより、８００℃の高温に加熱されているＧａＮウエハを有するウエハキャリアを考えてみよう。ウエハキャリア及びウエハなどの高温で動作する部品はすべての方向において放射線を放出し、これにより、放射線がチャンバ内において相互反射することになる。相互反射した放射線の一部は、放射温度計がターゲットとしている表面上に入射することになり、従って、放射温度計によって検出される放射線に寄与することになる。８００℃のＧａＮ結晶質層の場合、４１０ｎｍにおける反射率は約０．２である。迷放射線の寄与は、放射温度計が示す温度値を大幅に偏らせる可能性がある。
【０００６】
迷放射線は、ターゲットがチャンバ内において最大温度又はその近傍にある際に、大きな課題となり、これは、マイクロ波加熱システムの場合に該当する。但し、可視スペクトルの短い波長又はその近傍に位置する（即ち、青色、紫色、又は紫外線波長の）放射線を計測する際に、ターゲットよりも格段に高い温度で動作しているその他の供給源がチャンバ内に存在していると問題が悪化することになる。このような加熱構成は熱力学の第１法則に従って熱を伝達し、その結果、結晶質成長層よりも格段に高い温度で抵抗加熱要素が動作することが必要となる。熱放射加熱の利点は、温度の均一性を促進するウエハキャリアにわたるプロファイルを有するように、放射線強度を適合させることができるという点にある。
【０００７】
例えば、８００℃の結晶質成長層の黒体放射を考えてみよう。プランクの法則によれば、４１０ｎｍ及び８００℃の黒体スペクトル射出能は、約２．０×１０−４ワット／ｍ２・μｍである。ここで、放射及び対流を介して結晶質成長層に熱を伝達する１８００℃で動作する抵抗加熱要素などの加熱供給源を考えてみよう。４１０ｎｍ及び１８００℃の黒体スペクトル射出能は、約１．４×１０３ワット／ｍ２・μｍである。これは、対象の波長（図１）における８００℃（ＣＶＤの動作の際の結晶質成長層の通常の動作温度）における黒体スペクトル射出能と比べた場合に約７桁の増大である。従って、４１０ｎｍの波長の放射線のうちの１パーセントの部分のみが放射温度計の検出器上に到達した場合にも、示される温度に対する偏りが大きなものになる可能性がある。従って、抵抗加熱要素を利用したチャンバ内における迷放射線の寄与は、ゼトラーによって識別されている未濾波の放射線の寄与と同一の桁を有しうる。
【０００８】
但し、ゼトラーは、迷放射線の寄与に関しては、或いは、ターゲットから放出される放射線を事実上圧倒しうる放射線供給源をチャンバ内に有することの影響に関しては沈黙している。むしろゼトラーは、ターゲットをあたかも自由放射しているものとして（即ち、反射された寄与を有していないものとして）取り扱っている。実際には、結晶質成長に必要とされる温度において動作しているＣＶＤチャンバ内のターゲットは自由放射してはいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／００６４１１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
未濾波の放射線のみならず、迷放射線にも起因した望ましくない放射線の影響を低減するように適合された放射温度計が歓迎されることになろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の様々な実施形態は、いわゆる「テレセントリック」光学構成（但し、焦点外方式により）を利用することにより、少なくとも３つの異なる態様において、反射された迷放射線の寄与を制限している。第１に、テレセントリック光学構成において、ターゲットから捕捉される主光線は、光軸に対して実質的に平行であり、この結果、特にターゲットが強力な鏡面反射成分を有する場合に、迷放射線の寄与が大幅に制限される。また第２に、ターゲット上のそれぞれの地点によって含まれる立体角が非常に小さくなるようにテレセントリック光学構成を適合させることが可能であり、これによっても、迷放射線の寄与が低減される。第３に、ターゲットから放出される平行化された放射線ビームを捕捉するようにテレセントリック光学構成を構成することが可能であり、この結果、ターゲットのサイズ（そしてその結果、信号対ノイズ比）を前方の光学要素の有効直径に増大させつつ、放射温度計によって捕捉される放射線の立体角がさらに低減される。平行化された放射線ビームを捕捉する際には、テレセントリック光学構成は「焦点外」方式で利用されており、即ち、ターゲットの表面の高品質撮像のためには利用されてはいない。従って、テレセントリック光学構成において利用される部品は通常、市販のテレセントリックレンズシステムと関連する優れた品質を有する必要がない。
【００１２】
その代わりに又はそれに加えて、本開示の様々な実施形態は、放射温度計のターゲット上に入射する迷放射線が少なくなるように、反応器チャンバ及びその内部の付属物を構成することにより、放射温度計によって検出される迷放射線の寄与を低減している。この研究のために迷放射線を分析した際、ヒーターアレイ内の周辺加熱要素は、放射温度計によって検出される迷放射線に対する最大の寄与を構成すると判定された。また、放射温度計のターゲットエリアに最も近接する周辺加熱要素の部分において不連続性を提供することにより、迷放射線によって生成される偏り誤差が大幅に低減されることも光線追跡モデル化と検証実験で検証された。
【００１３】
「焦点外」テレセントリック光学素子
市販のテレセントリックレンズシステムは、例えば、高倍率の明瞭で鮮明な写像を提供するべく、マシンビジョンシステムにおいて利用されている。これらのテレセントリックレンズシステムは、その写像内の地点の位置とは無関係に、写像内のすべての地点の均一な倍率を提供している。即ち、マシンビジョンシステムにおいて使用されているテレセントリックレンズシステムは、標準の写像システムによって提供される斜視像とは異なり、実質的に等角投影像を提供する。市販のテレセントリックレンズシステムの１つの利点は、等角投影像によって写像内の視差を大幅に低減することができるという点にある。
【００１４】
但し、テレセントリックレンズシステムが所与の設定において等角投影像を提供できる有効範囲は極めて限られている。この有効範囲は一般に、「テレセントリック深度」と呼ばれている（ペトロッソ（Petrozzo）ら著、「テレセントリックレンズは、非接触計測を単純化する（Telecentric Lenses Simplify Non-Contact Metrology）」、試験及び計測世界（Test & Measurement World）、２００１年１０月１５日、５頁を参照されたい）。従って、テレセントリックレンズシステムのパラダイムは、対象物面を中心とした狭い範囲にわたって動作可能であるというものである。マシンビジョンテレセントリックレンズシステムの光学部品は、写像の全体にわたって鮮明で明瞭な写像を提供するべく高品質を有する。さらには、市販のテレセントリックレンズシステムは通常、対象物面の焦点深度を調節する能力を提供するべく、高品質の取り付け台（mounting）を利用している。市販のテレセントリックレンズシステムの正確な写像能力は原価を押し上げる。
【００１５】
本開示の様々な実施形態の場合には、テレセントリック概念は、マシンビジョンシステムとは異なる方式によって利用されている。一実施形態においては、テレセントリック光学構成は、ターゲットからわずか数センチメートルのところに配置された状態において無限遠で集束するように構成されている。この構成の利点は、ターゲット上のそれぞれの地点からの放射線が、光学系に進入するときに実質的に同一の角度を有することである。目的が対象物を写像することではなく放射線の収集及び検出であることから、高品質の写像及びこれと関連する高価な光学素子は不要である。即ち、テレセントリック光学構成は、ターゲット表面から放出される平行化された放射線ビームを効果的に捕捉するべく、「焦点はずれ」すなわち「焦点外」方式で利用される。このような構成は、高品質の写像光学素子も、微細に写像をチューニングするための洗練された取り付け台も必要としない。
【００１６】
構造的には、本開示の様々な実施形態において、焦点外テレセントリック光学構成は、開口絞りと、１つ又は複数の光学要素からなる第１すなわち「対象物」光学要素（本明細書においては、「対象物アセンブリ」と呼称される）とを含む。開口絞りと対象物アセンブリは、光軸と、対象物アセンブリ内の基準点との関係で第１の焦点距離とを規定することが可能であり、基準点は光軸上に配置されている。一実施形態において、開口絞りは、対象物アセンブリの第１の焦点距離と実質的に等しい対象物アセンブリの基準点からの距離に配置されている。対象物アセンブリの焦点距離に開口絞りを配置することにより、対象物アセンブリは、対象物アセンブリを通じて焦点外のターゲットから実質的に平行化された放射線を伝達するために、且つ、焦点外のターゲットからの放射線を開口絞り上に集束させるために、事実上無限遠で集束する。
【００１７】
いくつかの実施形態において、１つ又は複数の光学要素からなる第２すなわち「写像」光学要素アセンブリ（本明細書においては、「写像アセンブリ」と呼称される）を開口絞りとは対象物アセンブリの反対側に設けることが可能であり、光軸に沿って開口絞りを通じて対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように構成することが可能であり、写像アセンブリは、写像アセンブリ内の第２の基準点との関係で第２の焦点距離を規定しており、第２の基準点は光軸上に配置されている。
【００１８】
一実施形態において、「両側型」のテレセントリック光学構成が実装されており、この場合、ターゲットと写像の両方の主光線が光軸に対して平行である。両側型の構成においては、対象物アセンブリの焦点距離がターゲット距離をほぼ規定しており、開口絞りは基本的に、対象物アセンブリの後方焦点面、且つ、写像アセンブリの前方局所面に配置されている。両側型のテレセントリック構成においては、対象物光学要素アセンブリを通じて収集される放射線が実質的に平行化されているのみならず、写像光学要素アセンブリから検出器に伝達される放射線も実質的に平行化されている。写像光学要素アセンブリと検出器の間で放射線を平行化させる利点は、更なる迷光の除去である。
【００１９】
様々な実施形態において、焦点外テレセントリック光学構成は、化学気相蒸着システムにおける新しい又は既存の放射温度計を伴う実装用のキットとして提供されている。一実施形態においては、ターゲットからの放射線を収集するための開口絞り及び前方光学要素アセンブリを含むテレセントリックレンズ構成が提供され、テレセントリックレンズ構成は、前方光学要素アセンブリの焦点距離に開口絞りを位置決めするように適合されている。また、化学気相蒸着チャンバ内でターゲットから放出される放射線を遮るために前方光学要素アセンブリを配向させるようユーザーに指示する製造者から与えられる命令も提供される。一実施形態において、テレセントリックレンズ構成を放射線検出器と結合すると共に／又は前方光学要素アセンブリの焦点距離に開口絞りを位置決めすることは製造者によって実行され、その他の実施形態において、前方光学要素アセンブリの焦点距離に開口絞りを位置決めすると共に／又は開口を位置決めするステップは製造者から与えられる命令に基づいて提供される。
【００２０】
二波長パイロメータ
開示されている様々な実施形態は、焦点外テレセントリック概念を利用して可視／紫外線又は「可視／ＵＶ」スペクトル及び赤外線スペクトルの放射線を計測する二波長パイロメータもまた含む（本開示の目的で、「光学」スペクトルとも呼ばれる「可視／ＵＶ」スペクトルは３００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を含み、「可視」スペクトルは４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長を含み、「赤外線」スペクトルは、７００ｎｍ〜約１０，０００ｎｍを上回る波長を含む）。放射線の計測から温度を推定するための一般的な解決法は、いわゆる「比率」パイロメータである。比率パイロメータは、２つの別個の波長通過幅においてターゲットから放射された放射線を計測し、得られた信号の比率を温度に相関させるという原理に基づいて動作する。灰色体エミッタ（即ち、別個の波長通過幅の両方にわたって同一の放射率を有するターゲット）の場合、放射率の効果は、信号比率対温度が黒体較正において同一となるように、比率の商により事実上相殺される。また、観測されているターゲットが灰色体ではない場合、比率パイロメータの示す温度を補正するための仕組みも開発されている。
【００２１】
互いに近接した波長通過幅は、遠く離れた波長通過幅と比べた場合に、同一の放射率を有する可能性が高いという一般的な仮定の下に、標準比率パイロメータの別個の波長通過幅は、電磁スペクトル上において互いに相対的に近接する（即ち、灰色体の振る舞いを示す）傾向を有する。但し、特定のプロセスの場合には、プロセスを適切に制御するべく、波長スペクトルの異なる部分から情報を得ることが望ましい。例えば、ＭＯＣＶＤ反応器内でサファイア基材上にＧａＮを堆積させる場合、プロセスを制御するための１つの方法は、第１の温度制御用に赤外線パイロメータを使用してウエハキャリアの温度を推定し、第２の制御用に光パイロメータを使用してウエハのＧａＮ層の温度を推定するというものである。従来の比率パイロメータは、両方の波長通過幅が通常、光領域又は赤外線領域のいずれかである同一の電磁領域内にあることから、この目的に適してはいない。
【００２２】
本開示の二波長パイロメータの実施形態によれば、一対の放射温度計によって、異なる波長通過幅において同様に観測されているターゲットから放射線が計測される。波長通過幅のうちの第１のものは可視／ＵＶスペクトル内にあり、波長通過幅のうちの第２のものは赤外線スペクトル内にあるというように、通過幅の中心波長は電磁スペクトルの異なる部分にあってもよい。一実施形態において、赤外線及び光波長通過幅の中心波長は、それぞれほぼ９００ｎｍ及び４００ｎｍ（例えば、９３０ｎｍ及び４０５ｎｍ）である。本開示の二波長パイロメータは、両方の計測が共通の観測ポートを通じて実施されるように、光（即ち、可視／ＵＶスペクトル）検出器及び赤外線検出器を単一のパッケージ内において組み合わせている。従って、光と赤外線放射の両方の計測のための設備は、２つの観測ポートの使用を必要としない。更なる利点は、光と赤外線の両方の計測において捕捉される放射線が同一のターゲットから観測ポートウィンドウ上の同じの場所を通じて同時に捕捉され、従って、異なる観測ポートウィンドウを通じて異なるターゲットから取得される非同時計測で生じうる特定の不一致を除去することができるという点にある。焦点外テレセントリック光学素子を内蔵することにより、散乱放射線の寄与がさらに低減され、この結果、温度計測の偏り誤差が低減される。
【００２３】
本明細書に開示されている二波長パイロメータ構成のいくつかは、放射率補償のための反射率計構成を必要に応じて含む。放射信号からの温度の推定は、ターゲットの放射率の知識又はその補償を必要とする。ＣＶＤチャンバ内のウエハは、ウエハ上に層が蓄積されるのに伴って、大きくて単調ではない放射率の変化を経験する可能性があり、その結果、間欠的な破壊的干渉が異なるウエハ層から反射することにより、反射率及び放射率が周期的に変動するという結果になる。本開示の特定の実施形態は、放射温度計に統合された反射率計を含み、この放射温度計には、二波長パイロメータの放射温度計のうちの１つ又は両方が含まれる。反射率計は、ターゲットの放射率を推定すると共に、示される温度に対する補正を提供するように実装することができる。焦点外テレセントリック光学素子を内蔵することにより、散乱放射線の寄与がさらに低減され、その結果、放射率判定の偏り誤差が低減される。
【００２４】
構造的には、開示されているテレセントリック二波長パイロメータは、焦点外のターゲットからの放射線を伝達するために１つ又は複数の光学要素からなる対象物アセンブリを有することが可能であり、対象物アセンブリは、対象物アセンブリ内の基準点との関係で焦点距離を規定している。この実施形態において、第１の開口絞りは、対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように構成されており、対象物アセンブリ及び第１の開口絞りは、基準点を通過する第１の光軸を規定しており、第１の開口絞りは、第１の開口絞り上に放射線の第１の検出部分を集束させるために、対象物アセンブリの焦点距離と実質的に等しい基準点からの距離に配置されている。また、この実施形態において、第２の開口絞りは、対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように構成されており、対象物アセンブリ及び第２の開口絞りは、基準点を通過する第２の光軸を規定しており、第２の開口絞りは、第２の開口絞り上に放射線の第２の検出部分を集束させるために、対象物アセンブリの焦点距離と実質的に等しい基準点からの距離に配置されている。第１の電磁放射線検出器は、第１の開口絞りを通じて対象物アセンブリから伝達される放射線の第１の検出部分を検出するように構成することができる。同様に、第２の電磁放射線検出器は、第２の開口絞りを通じて対象物アセンブリから伝達される放射線の第２の検出部分を検出するように構成することが可能であり、第１の電磁放射線検出器及び第２の電磁放射線検出器は、焦点外のターゲットの温度を推定するために、それぞれ第１の信号及び第２の信号を生成する。
【００２５】
テレセントリック二波長パイロメータは、電磁放射線からなる第１のビームを生成するための第１の放射線源と、第１のビームスプリッタとを備える第１の反射率計サブアセンブリをさらに備えることが可能であり、第１のビームスプリッタは、焦点外のターゲットを照射するために、第１の光軸に沿って第１のビームの一部を伝播させるように構成されている。また、電磁放射線からなる第２のビームを生成するための第２の放射線源と、第２のビームスプリッタとを備える第２の反射率計サブアセンブリもまた備えており、第２のビームスプリッタは、焦点外のターゲットを照射するために、第２の光軸に沿って第２のビームの一部を伝播させるように構成されている。
【００２６】
一実施形態において、放射線の第１の検出部分は、電磁放射線の赤外線スペクトル内にあり、放射線の第２の検出部分は、電磁放射線の可視スペクトル内にある。放射線の第２の検出部分は、４００ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の波長に中心を有する波長通過幅を規定することができる。放射線の第１の検出部分は、９３０ｎｍの波長を含んだ波長通過幅を規定することができる。また、第１の電磁放射線検出器によって検出される放射線の第１の検出部分及び第２の電磁放射線検出器によって検出される放射線の第２の検出部分のうちの１つを選択的に減少させるように減少開口アセンブリを構成することができる。
【００２７】
マルチチャネルパイロメータ
本開示の実施形態は、製造の際にウエハの温度プロファイルを判定するべく複数の焦点外テレセントリック放射温度計を提供する空間温度分布を推定するための「マルチチャネル」パイロメータシステムをさらに含む。ウエハの歩留まりを増大させるためには、均一なウエハ温度が望ましい。ウエハキャリア及びウエハのバルク温度が加熱要素によって制御されている状態において、操作者は、ウエハ間の温度の均一性のみならず、ウエハ内の温度の均一性を改善するべく、様々な二次的パラメータを入手可能である。本開示は、ウエハ温度の均一性を計測するための構成を含む。複数の放射温度計はそれぞれ、所与のウエハ上の異なる場所で異なるターゲットを観測するように配向されており、各ターゲットからのデータが同時に取得される。ウエハを横切る温度分布を推定するために、ターゲットのサイズを適合させることによって対象のウエハのほぼ全範囲を提供することができる。温度均一性マップを生成することが可能であり、選択された時間間隔（例えば１分）にわたる同期化されたデータの統計的平均値を利用することにより、それらの精度を改善することができる。焦点外テレセントリック光学素子を内蔵することにより、ウエハ上のターゲットの場所に伴って大幅に変化しうるチャンバ内において散乱する放射線の寄与がさらに低減される。散乱放射線の寄与の低減により、個々の温度計測及びその結果として得られる温度プロファイルの偏り誤差が低減される。
【００２８】
本開示のさらにその他の実施形態において、マルチチャネル構成と（必要に応じて反射率計測能を有する）二波長概念の両方を同一のシステムにおいて組み合わせることができる。この構成によれば、温度プロファイルは、二波長及び／又は放射率補償構成によって提供される改善された精度を有することができる。
【００２９】
構造的には、対応する複数の隣接した焦点外のターゲットを観測するように構成された複数の放射温度計を有する空間温度分布を推定するためのマルチチャネルパイロメータシステムが開示され、複数の放射温度計のそれぞれは、第１のテレセントリック光学構成を含む。第１のテレセントリック光学構成は、放射線を伝達するための１つ又は複数の光学要素からなる対象物アセンブリを含み、対象物アセンブリは、対象物アセンブリ内の基準点との関係で焦点距離を規定している。複数の放射温度計のそれぞれは、対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように構成された第１の開口絞りをさらに含み、対象物アセンブリ及び第１の開口絞りは、基準点を通過する第１の光軸を規定し、第１の開口絞りは、対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットからの放射線の第１の検出部分を第１の開口絞り上に集束させるために、対象物アセンブリの焦点距離と実質的に等しい基準点からの距離に配置されている。複数の放射温度計のそれぞれは、第１の開口絞りを通じて対象物アセンブリから伝達される放射線の第１の検出部分を検出するように構成された第１の電磁放射線検出器をさらに含み、第１の電磁放射線検出器は第１の信号を生成し、その信号から対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットの温度が推定される。複数の放射温度計は、ウエハキャリア上のウエハを観測するように構成することが可能であり、ウエハキャリアは、化学気相蒸着チャンバ内に配置され、複数の隣接した焦点外のターゲットは、ウエハによって完全に包含されている。ウエハによる焦点外のターゲットの包含は、ウエハキャリアの回転に起因して周期性を有する。
【００３０】
複数の放射温度計のうちの少なくとも１つは第１の反射率計サブアセンブリを備え、第１の反射率計サブアセンブリは、第１のビームスプリッタと、電磁放射線からなる第１のビームを生成するための第１の放射線源とを備えることができる。第１のビームスプリッタは、対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットを照射するために、第１の光軸に沿って第１のビームの一部を伝播させるように構成することができる。また、第２のビームスプリッタと、電磁放射線からなる第２のビームを生成するための第２の放射線源とを備える第２の反射率計サブアセンブリを備えることも可能であり、第２のビームスプリッタは、対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットを照射するために、第２の光軸に沿って第２のビームの一部を伝播させるように構成されている。いくつかの実施形態において、第１及び第２の反射率計サブアセンブリの１つ又は両方は、第１のビームをチョッパーによって変調している。また、複数の放射温度計のうちの少なくとも１つは、第１の電磁放射線検出器によって検出される放射線の第１の検出部分を選択的に減少するように構成された減少開口アセンブリを含むことができる。
【００３１】
一実施形態において、パイロメータシステムの複数の放射温度計のうちの少なくとも１つは、対象物アセンブリからの放射線を受け取るように構成された第２の開口絞りであって、対象物アセンブリ及び第２の開口絞りは、基準点を通過する第２の光軸を規定し、第２の開口絞りは、対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットから第２の開口絞り上に放射線の第２の検出部分を集束させるために、対象物アセンブリの焦点距離と実質的に等しい基準点からの距離に配置されていることと、第２の開口絞りを通じて対象物アセンブリから伝達される放射線の第２の検出部分を検出するように構成された第２の電磁放射線検出器であって、第２の電磁放射線検出器は第２の信号を生成してその信号から対応する複数の隣接した焦点外のターゲットのうちの個々のターゲットの温度が推定されることとを備える第２のテレセントリック光学構成をさらに含む。放射線の第１の検出部分は電磁放射線の赤外線スペクトラム内にあってもよく、放射線の第２の検出部分は電磁放射線の可視スペクトル内にある。一実施形態においては、第１の光軸及び第２の光軸に沿ってコールドミラーが配設されており、コールドミラーは、放射線の第１の検出部分を透過し、且つ、放射線の第２の検出部分を反射する。放射線の第２の検出部分は、４００ｎｍ以上４１０ｎｍ以下の波長に中心を有する波長通過幅を規定することが可能であり、放射線の第１の検出部分は、９３０ｎｍの波長を含んだ波長通過幅を規定することができる。
【００３２】
迷放射線の制御
様々な実施形態の動作原理は、放射温度計のターゲットの近傍で周辺加熱要素からの放射線の寄与を局所的に低減するというものである。一実施形態において、この放射線寄与の局所的な低減は、放射温度計の動作波長において１つ又は複数の周辺加熱要素から放出される放射熱が、それら周辺加熱要素のその他の部分からの放射熱よりも格段に小さくなるように（例えば、２桁超だけ小さくなるように）、周辺加熱要素上に低熱流束部分を含むことによって実現されている。低熱流束部分は、周辺加熱要素が放射温度計の動作波長において迷放射線に対して局所的に寄与しないように、動作波長における（例えば、可視／ＵＶスペクトルにおける）放射線の放出を除去する。本研究のための分析及び実験によれば、この方式によって放射温度計のターゲットエリア近傍でスペクトル放射線の寄与を低減することにより、迷放射線に起因した偏り誤差が大幅に低減されることが明らかになっている。
【００３３】
別の実施形態において、迷放射線の寄与の局所的低減は、周辺加熱要素の近傍に位置決めされた放射線トラップによって実現される。その結果、放射線トラップの近傍のセグメントからの周辺加熱要素に由来する放射線の多くが捕捉され、従って、迷放射線の寄与に寄与しない。
【００３４】
別の実施形態において、迷放射線の寄与の局所的低減は、周辺加熱要素のセグメントに由来する放射線をリダイレクトすることによって実現されている。この実施形態において、周辺加熱要素の近傍には、周辺加熱要素の一部に由来する放射線を放射温度計のターゲットエリアから離れるように偏向させる偏向面が位置決めされている。その結果、迷放射線の寄与が局所的に低減される。
【００３５】
一実施形態において、化学気相蒸着（ＣＶＤ）チャンバと、回転軸の周りを回転するように構成されたウエハキャリアとを備える、放射温度計が受け取る迷放射線を制限するためのシステムが提示され、ウエハキャリアは、上面、下面及び外側エッジを有し、上面は実質的に平坦で且つターゲット面を規定している。複数の加熱要素がウエハキャリアの下方に配設されており、複数の加熱要素は、ウエハキャリアの下面を照射するように構成されている。複数の加熱要素は、ウエハキャリアの外側エッジの近傍にある周辺加熱要素を含むことができる。周辺加熱要素は、複数の加熱要素のうちのその他の加熱要素を実質的に取り囲むことが可能であり、即ち、その他の加熱要素を取り囲む２つ以上の加熱要素を含む。周辺加熱要素は、周辺加熱要素の指定された部分に沿って低熱流束部分を有することが可能であり、低熱流束部分は、周辺加熱要素のその他の部分と比べて実質的に低い温度で動作する。一実施形態において、低熱流束部分は、最大動作温度で動作する際に、加熱要素のその他の部分よりも少なくとも３００℃だけ低い温度で動作するように構成されている。
【００３６】
一実施形態において、放射温度計は、「低減された散乱放射線の軸」の近傍に位置するターゲットを観測するように構成されており、低減された散乱放射線の軸は、ターゲット面と同一平面上にあり、且つ、回転軸から加熱要素の低熱流束部分の上方に延びている。周辺加熱要素の低熱流束部分は、電気コネクタを含むことができる。
【００３７】
一実施形態においては、ターゲットは、低減された散乱放射線の軸の一部を含んだウエハ面上の矩形領域内にあり、矩形領域は、スピンドルからウエハキャリアの外側エッジまで延びており、矩形領域は、周辺加熱要素の指定された部分の接線寸法とほぼ同じ幅を有する。
【００３８】
システムは、ＣＶＤチャンバ内に配置されたシリンダをさらに備えることが可能であり、シリンダは、回転軸と実質的に同心状であるシリンダ軸を規定しており、シリンダは内面及び外面を有し、内面はシリンダ内径を規定し、外面はシリンダ外径を規定し、シリンダは、シリンダ軸に対して実質的に垂直な上面を規定する上側エッジを有する。ウエハキャリアは、シリンダのシリンダ内径よりも大きいキャリア外径を規定することができる。また、システムは、ＣＶＤチャンバ内に配置されたスピンドルを備えることが可能であり、スピンドルは、回転軸と同心状であり、且つ、ウエハキャリアと結合するように適合された先端部分を有する。一実施形態において、放射温度計は、電磁スペクトルの可視／ＵＶ部分内の放射線を検出するように構成されている。
【００３９】
本開示の様々な実施形態においては、周辺加熱要素の指定の部分から放出される散乱放射線を低減するための様々なメカニズムが提示されている。一実施形態において、そのメカニズムは、周辺加熱要素の指定の部分の近傍に配置された放射線トラップ及び放射線偏向器のうちの１つを含む。
【００４０】
その他の実施形態において、化学気相蒸着チャンバ内でターゲットを観測する放射温度計が受け取る迷放射線を制限するための方法が提示され、その方法は、化学気相蒸着チャンバ内で動作するように構成されたウエハキャリア及びヒーターアレイを提供するステップを有し、ウエハキャリアは、回転軸の周りを回転するように構成されており、且つ、下面と実質的に平坦な上面とを有し、上面はターゲット面を規定しており、ヒーターアレイは周辺加熱要素を含み、周辺加熱要素は、周辺加熱要素の指定の部分に沿って低熱流束部分を有する。また、有形媒体上の命令も与えられ、その命令は、
・化学気相蒸着チャンバ内にヒーターアレイを配置することと、
・ヒーターアレイの上方で且つ上面が上を向いた状態で化学気相蒸着チャンバ内にウエハキャリアを配置することと、
・低減された散乱放射線の軸の近傍のターゲットを観測するように放射温度計を調整することとを含み、低減された散乱放射線の軸は、ターゲット面と同一平面上にあり、且つ、回転軸から加熱要素の低熱流束部分の上方に延びている。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】様々な温度におけるプランクの法則によるスペクトル黒体射出能のグラフである。
【図２】開示されている一実施形態におけるＭＯＣＶＤチャンバに対して動作可能に結合された焦点外テレセントリック放射温度計の断面図である。
【図３】開示されている一実施形態におけるＭＯＣＶＤチャンバに対して動作可能に結合された焦点外テレセントリック放射温度計及び光トラップの断面図である。
【図４】開示されている一実施形態における焦点外テレセントリック光学構成である。
【図５】開示されている一実施形態におけるフローエクステンダを利用してＭＯＣＶＤチャンバに対して動作可能に結合された焦点外テレセントリック放射温度計の断面図である。
【図５Ａ】図５のＭＯＣＶＤチャンバ及びフローエクステンダの拡大部分断面図である。
【図６Ａ】開示されている一実施形態におけるウエハの空間温度分布を取得するためのマルチチャネル構成を示す。
【図６Ｂ】開示されている一実施形態におけるウエハの空間温度分布を取得するためのマルチチャネル構成を示す。
【図６Ｃ】開示されている一実施形態におけるウエハの空間温度分布を取得するためのマルチチャネル構成を示す。
【図７Ａ】放射温度計を有するＭＯＣＶＤチャンバの断面図である。
【図７Ｂ】開示されている一実施形態における散乱する放射線をモデル化するための様々な付属物を有する図７ＡのＭＯＣＶＤの三次元切り取り図である。
【図８】図７Ａの周辺加熱要素の一部分から放出される放射線の概略図である。
【図９】開示されている一実施形態における（ウエハキャリアが除去された）反応器チャンバ内の加熱要素構成の平面図である。
【図１０】ヒーターアレイの加熱サイクルにおいていずれもウエハキャリアを観測している赤外線放射温度計と光放射温度計の応答を比較するグラフである。
【図１１】開示されている一実施形態における迷放射線検出実験用のヒーターアレイとの関係におけるターゲットの調整を示す図９の平面図である。
【図１２Ａ】開示されている一実施形態における、周辺加熱要素の高熱流束部分の近傍で且つ周辺加熱要素の低熱流束部分の近傍において、ウエハキャリアの外側半径方向部分を観測するように構成された放射温度計の応答を比較するグラフである。
【図１２Ｂ】開示されている一実施形態における、周辺加熱要素の高熱流束部分の近傍で且つ周辺加熱要素の低熱流束部分の近傍において、ウエハキャリアの半径方向中間位置を観測するように構成された放射温度計の応答を比較するグラフである。
【図１３Ａ】反応器チャンバ内のウエハキャリアの部分平面図であり、反応器チャンバは、開示されている一実施形態においては局所的放射線トラップを含む。
【図１３Ｂ】図１３Ａの局所的放射線トラップの断面図である。
【図１４】開示されている一実施形態における局所的放射線偏向器を利用するチャンバの概略図である。
【図１５】開示されている一実施形態における観測ポートを通じてウエハを観測する二波長パイロメータの概略図である。
【図１６Ａ】開示されている一実施形態における反射率計サブアセンブリを利用するパイロメータが受け取る複合信号の代表図である。
【図１６Ｂ】開示されている一実施形態における反射率計サブアセンブリを利用するパイロメータが受け取る複合信号の代表図である。
【図１７】開示されている一実施形態におけるウエハの空間温度分布を取得するための二波長パイロメータを利用したマルチチャネル構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１を参照すれば、様々な温度におけるプランクの法則によるスペクトル黒体射出能を示す曲線の組１０が提示されている。図１には、ほぼ４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域に一致する可視スペクトル領域１２も識別されている。４１０ｎｍにおける黒体射出能に対する温度の影響に関する以前の説明に関して、図１においては、第１及び第２の基準点１４及び１６が、それぞれ１０７３Ｋ及び２０７３Ｋ（それぞれ８００℃及び１８００℃に対応する）として識別されている。
【００４３】
図２及び図３を参照すれば、焦点外テレセントリック光学構成２４を有する放射温度計２２を利用したＭＯＣＶＤ反応器システム２０が、開示されている実施形態において示されている。ＭＯＣＶＤ反応器システム２０は、筐体３０を規定するようにフローフランジ２８と動作可能に結合された反応器チャンバ２６を含む。フローフランジ２８は、ＭＯＣＶＤプロセス用のガスがそれを通じて反応器チャンバ２６内に導入されるラミナーフロープレート３１を含む。反応器チャンバ２６内には、ウエハキャリア３２も配設されており、ウエハキャリア３２は、ウエハポケット３５を規定する上面３４及び下面３６を有し、且つ、回転軸４０を規定するスピンドル３８と動作可能に結合されている。ウエハポケット３５のそれぞれは、その内部におけるウエハ４１の配設のために構成されている。ボディシャッタ４２を反応器チャンバ２６の内部壁に隣接した状態において着脱自在に挿入することが可能であり、ボディシャッタ４２は、ウエハキャリア３２を取り囲んでいる。
【００４４】
抵抗加熱アレイ４４は、ウエハキャリア３２の下面３６との放射線結合のためにウエハキャリア３２の下方に配設されている。抵抗加熱アレイ４４は、周辺加熱要素４５を含むことが可能であり、抵抗加熱アレイ４４は、抵抗加熱アレイ４４とウエハキャリア３２の間の放射線結合を改善するべく、シリンダ４６によって取り囲むことが可能であり、且つ、反射器プレート４８により、下方においてその境界を画定することができる。
【００４５】
放射温度計２２は、フローフランジ２８の上部に取り付けられており、且つ、観測ポートウィンドウ５２を通じてウエハキャリア３２の上面３４を観測するように配向されている。一実施形態において、観測ポートウィンドウ５２は、能動冷却可能な凹部５４内に配設されている。
【００４６】
焦点外テレセントリック光学構成２４は、第１又は前方光学要素アセンブリ６２（本明細書においては、「対象物アセンブリ」６２と呼称される）と、第２又は後方光学要素アセンブリ６４（本明細書においては、「写像アセンブリ」６４と呼称される）とを含む。対象物アセンブリ６２は、有効半径方向寸法６５（図４）を、即ち、対象物アセンブリ６２が開口絞り６６上に放射線を有効に伝達する最大半径方向寸法を有するものとして特徴付けられている。
【００４７】
開口絞り６６が、対象物アセンブリ６２と写像アセンブリ６４の間に配設されている。一実施形態においては、対象物アセンブリ６２及び写像アセンブリ６４と開口絞り６６は、光軸６８に沿って同心状に配置されている。光軸６８とは、放射温度計２２によって検出される放射線がそれを中心として伝播する軸である。光軸６８は、図示されているように、まっすぐであってもよく、或いは、例えば、平坦又は集束ミラーが放射線の伝達のために実装される際には、曲がりくねっていてもよい。光軸６８は、焦点外のターゲットエリア７４を有するものとして特徴付けられる焦点外のターゲット７２を中心としてセンタリングされてもよい。また、放射温度計２２は、電磁放射線を検出するための検出器７６もまた含む。
【００４８】
本開示を目的として、「光学要素アセンブリ」は、（図示されているように）複数の光学要素を有することも可能であり、或いは、単一のレンズなどの単一の光学要素を有することもできることに留意されたい。本明細書に示されている光学要素は、レンズを有しているが、集束ミラー及び光ファイバ束などのその他の光学要素を利用して放射線の伝達を実現することもできることを理解されたい。
【００４９】
一実施形態において、放射温度計２２は、光軸６８がウエハキャリア３２の上面３４に対して実質的に垂直になるように配向されている（図２）。別の実施形態において、放射温度計２２は、ウエハキャリア３２の上面３４に対して垂直の方向との関係で光軸６８が鋭角７８を有するように配向されている（図３）。一実施形態においては、光トラップ８２が、三次元空間において光軸６８（図３）と鏡像の関係にある角度を有するように配置されている。即ち、光トラップ８２は、ウエハキャリア３２の上面３４における仮想的な鏡像関係の表面からの光軸６８の反射を含むように、構成されている。
【００５０】
図４を参照することにより、放射温度計２２の焦点外テレセントリック光学構成２４についてさらに詳細に説明する。対象物アセンブリ６２は、対象物アセンブリ６２の上部又は内部の光軸上の基準点８４から計測される焦点距離Ｆ１を有するものとして特徴付けられている。「焦点距離」とは、対象物アセンブリ６２を通過する光軸６８に対して平行な光線が集束する基準点８４からの距離である。焦点外テレセントリック光学構成２４の場合には、開口絞り６６が、この収束点において、即ち、対象物アセンブリの焦点距離Ｆ１において、位置決めされている。
【００５１】
焦点外テレセントリック光学構成２４は、写像アセンブリと開口絞りの間の距離Ｌ１と、写像アセンブリ６４と検出器７６の間の距離Ｌ２とを有するものとしてさらに示されている。また、開口絞り６６は、主寸法８６を有するものとして特徴付けられている。本明細書においては、「主寸法」８６とは、円形開口の直径であるか、又は非円形開口の最大寸法（例えば、矩形開口の対角線）である。
【００５２】
一実施形態においては、写像アセンブリ６４によって検出器７６まで伝達される放射線が実質的に平行化されるように、距離Ｌ１は、写像アセンブリ６４の焦点距離と実質的に等しい。この構成は、本明細書においては、「両側型」テレセントリック光学構成と呼称される。両側型テレセントリック構成においては、対象物アセンブリ６２を通じて収集される放射線が実質的に平行化されるのみならず、写像アセンブリ６４から検出器７６に伝達される放射線もまた（図に示されているように）実質的に平行化されている。写像アセンブリ６４から検出器７６まで伝達される放射線を平行化させることの利点は、更なる迷光の除去にある。このような散乱放射線は、システム内の様々な光学要素の表面上のみならず、放射温度計２２に進入する軸外放射線に由来する可能性がある。写像アセンブリ６４と検出器７６の間での放射線の平行化により、更なる放射線が光軸６８に対して平行ではない角度で写像アセンブリ６４に進入することが排除される。
【００５３】
また、一実施形態においては、距離Ｌ２は、写像アセンブリ６４の焦点距離と実質的に等しくてもよい。但し、Ｌ２は、両側型テレセントリック光学構成においては、任意の特定の寸法に制約されるものではない。
【００５４】
光線束８８は、すべてがターゲット７２上の極小点９４に由来する中心又は「主」光線９２を含む光線のクラスタとして特徴付けられている。光線束８８は、主光線９２を中心とした立体角９６内にある極小点９４に由来するすべての光線を有する。主光線９２は、光軸６８と平行であるが、これからオフセットされている。ターゲットエリア７４内のそれぞれの極小点９４は、対象物アセンブリ６２によって収集される類似の光線の束を放出する。
【００５５】
立体角９６は、主寸法８６及びターゲット距離Ｌ３の関数であり、Ｌ３は、対象物アセンブリ６２の最前方表面９５からターゲット７２までの距離である。光線束８８の立体角９６が小さいほど、光線束８８内の光線が光軸６８と平行になって近接することになり、且つ、迷光がさらに排除されることになる。所与のターゲット距離Ｌ３において、主寸法８６が小さいほど、立体角９６は小さくなる。また、開口絞り６６の所与の主寸法８６において、ターゲット距離Ｌ３が大きいほど、小さな立体角９６が得られ、迷光の排除が強化されることになる。一般に、ターゲット距離Ｌ３は、焦点外平行光線の収集に起因し、規定の寸法を有してはいない。ＭＯＣＶＤチャンバ用のターゲット距離Ｌ３の非限定的な例は、２メートルを下回る。一実施形態においては、ターゲット距離Ｌ３は、実質的に、図４に示されているように、所与の光線束８８の光線が開口絞り６６を通過するのに伴って、それらの光線を実質的に集束させるように機能する対象物アセンブリ６２の焦点距離である。一実施形態においては、ターゲット距離Ｌ３は、（例えば、２５０ｍｍなどのように）２００ｍｍ〜３００ｍｍのレベルである。
【００５６】
任意選択により、放射温度計２２は、縮小サイズの開口アセンブリ９７及び／又はシャッターアセンブリ９８を装備することができる。一実施形態においては、縮小サイズの開口アセンブリ９７及びシャッターアセンブリ９８は、それぞれ、アクチュエータ１００に取り付けられたプレート９９を含む。縮小サイズの開口アセンブリ９７の場合には、プレート９９は、開口絞り６６の開口と比べて縮小したサイズを有する開口１０１を含み、これにより、少なくとも開口絞り６６の主寸法８６と干渉している。その一方で、シャッターアセンブリ９８のプレート９９は、開口を有していない。
【００５７】
動作の際には、プレート９９は、開口絞り６６を通過する放射線を邪魔しない状態で位置するように、或いは、開口絞り６６を通過する放射線を部分的又は完全に妨害するように、独立的に位置決めすることができる。縮小サイズの開口アセンブリ９７の場合には、開口１０１は、配備位置にある際に、光軸６８を中心としてセンタリングされ、これにより、放射線を部分的に妨害すると共に放射温度計２２の有効口径を減少させることができる。シャッターアセンブリ９８の場合には、スタンバイ位置から配備位置にプレート９９を位置決めすることにより、検出器７６へのターゲット放射線の到達が完全に遮断される。図４には、縮小サイズの開口アセンブリ９７とシャッターアセンブリ９８の両方が、配備位置において示されている。一実施形態においては、開口１０１は、１〜１２ｍｍの範囲の直径を有する。
【００５８】
機能的には、縮小サイズの開口アセンブリ９７は、温度の増大に伴う検出器の飽和を防止するように実装することができる。上述のように、黒体スペクトル射出能は、特に可視／ＵＶスペクトルにおいては、数桁だけ、増大する可能性がある。縮小サイズの開口アセンブリ９７を利用して放射線が検出器７６に到達するレベルを低減することにより、飽和を防止することができる。同様に、シャッターアセンブリ９８を使用することにより、検出器７６を極端な放射条件における損傷から保護することができる。
【００５９】
図示されているアクチュエータ１００は、配備位置にある際に、プレート９９を光軸６８内に回転させ、且つ、スタンバイ位置にある際には、プレート１００を光軸から離れるように回転させる回転タイプのものである。プレート９９を光路内へ且つこれから外へ線形平行運動させる平行運動構成又は開口サイズの能動的制御のための調節自在の虹彩装置を含むいくつかのアクチュエータ構成のうちのいずれかを実装可能であることから、この構成に限定されるものではないことを理解されたい。
【００６０】
当業者であれば、必要とされる立体角９６の大きさと所与の信号対ノイズ比の実現のために必要とされるターゲットエリア７４の大きさの間にトレードオフが存在することを認識するであろう。即ち、所与のターゲット距離Ｌ３において、より小さな立体角９６（例えば、より小さな主寸法８６）をより大きなターゲットエリア７４に利用することにより、迷放射線の排除を全般的に強化することが可能であり、より小さなターゲットエリア７４には、より大きな立体角９６（例えば、より大きな主寸法８６）が必要とされる。ターゲットサイズは、観測ポートウィンドウ５２の寸法、写像アセンブリ６４の有効半径方向寸法、ウエハキャリア３２上のターゲット７２の望ましい視界を含むその他の要因によって制限される。従って、より大きな主寸法８６の開口絞り６６を必要とするより小さなターゲットエリア７４の場合で、且つ、より短いターゲット距離Ｌ３においては、焦点外テレセントリック光学構成２４の迷光の排除が無効になる可能性がある。
【００６１】
特定の非限定的な実施形態においては、開口絞り６６の主寸法８６は、対象物アセンブリ６２の有効半径方向寸法６５の約１／３以下である。一実施形態において、開口絞り６６の主寸法８６は１ｍｍ〜２０ｍｍの範囲である。
【００６２】
結晶質成長物質からなる通常のターゲットの場合には、ターゲット７２から反射された相互反射放射線は、強力な鏡面反射成分を有する。即ち、結晶質成長構造の表面上に入射する放射線の大部分が入射角と同一の角度で反射されることになる。従って、標準的な放射温度計（即ち、テレセントリック光学構成を有していない放射温度計）に進入する不釣り合いな量の迷放射線が、光軸６８に対して平行ではない角度においてターゲット７２から反射される。従って、光線束８８の立体角９６を低減することにより、迷放射線の寄与も大幅に低減される。
【００６３】
図２の放射温度計２２の向きを考えてみよう。ターゲット７２から放射温度計２２内に鏡面反射される放射線はまず、観測ポートウィンドウ５２から相互反射又は放出されたものであるはずである。観測ポートは、観測ポートウィンドウ５２上に入射する放射線の量を制限するべく、例えば、反射防止被覆を使用することにより、且つ／又は、能動冷却可能な凹部５４内に観測ポートウィンドウ５２を配設することにより、それからの反射放射線の量を低減するように構成することができる。
【００６４】
図３の放射温度計２２の向きを考えてみよう。一般的に説明されていると共に図３に示されているように構成された光トラップ８２は、光軸６８の鏡面反射角度においてターゲット７２にさもなければ入射することになる放射線をトラップするように機能する。また、光トラップ８２は、ターゲット７２上への相互反射放射線の伝達を制限するべく、上述のように―例えば、凹部５４内に反射防止ウィンドウを有するように―構成することもできる。
【００６５】
焦点外テレセントリック光学構成２４の動作理論を検証するべく、米国アリゾナ州タクソンに所在するブレオーリサーチオーガニゼーション社（Breault Research Organization, Inc.）が提供している三次元光線追跡プログラムである高性能システム分析プログラム（Advanced System Analysis Program：ＡＳＡＰ）を使用することにより、図２に実質的に示されていると共に本明細書において説明されている筐体３０の形状及び動作条件をモデル化した。このＡＳＡＰモデルを実行することにより、迷放射線の経路を識別し、且つ、観測ポートウィンドウ５２に進入する迷放射線を分析した。周辺加熱要素４５を１８００℃の温度において動作する放射線源として設定した。（ウエハポケット３５内にウエハを含むものとしてモデル化された）ウエハキャリア３２を８００℃の放射線源として、且つ、散乱媒体としてモデル化した。ウエハポケット３５が対象波長において０．８の放射率を有するウエハ４１を担持するものと仮定した。放射線源の黒体射出能を４０５ｎｍの波長においてプランクの法則に基づいて設定した。また、筐体３０の内部壁（ボディシャッタ４２、ラミナーフロープレート３１、及び観測ポートウィンドウ５２を含む）を散乱媒体としてモデル化した。
【００６６】
１：１倍で１０ｍｍのターゲット直径を有する「標準」光学構成と約３０ｍｍのターゲット直径を有する本明細書において図示及び記述されている焦点外テレセントリック光学構成という２つの異なる収集光学素子について、放射温度計２２をモデル化した。それぞれの光学構成ごとに、ターゲット２４から放出されると共に放射温度計２２に直接的に進入する４０５ｎｍの放射線（「信号放射線」）の量を筐体３０内において相互反射されると共に放射温度計２２に進入する４０５ｎｍの放射線（「迷放射線」）の量と比較した。結果が表１に示されている。
【００６７】
【表１】
2015528106.tif 000003
ＡＳＡＰモデルは、標準の光学素子を利用した放射温度計の場合には、検出器上の４０５ｎｍの波長の放射線束の約７０％が迷放射線に寄与するものと予測した。但し、焦点外テレセントリック光学構成２４の利用により、迷放射線の寄与が３９％に低減された。これらの迷光の寄与は、それぞれ、約４１℃及び１６℃の温度偏り誤差を生成する。即ち、焦点外テレセントリック光学構成２４における温度計測の偏り誤差は、標準レンズシステムの場合よりも、軸外しテレセントリック光学構成の場合に、ほとんど２／３だけに、小さくなっている。
【００６８】
また、図５及び図５Ａを参照すれば、焦点外テレセントリック光学構成２４の性能を実験的に検証した。この実験のために、ＭＯＣＶＤ反応器システムは、フローエクステンダ１０４を利用した。フローエクステンダ１０４は、ウエハキャリア３２の上面３４の上方に延びると共にコネクタ１０８を使用してボディシャッタ４２に装着された上部端部１０６を含む。フローエクステンダは、結晶質成長環境の流れ及び熱特性を改善するべく利用されているが、ウエハキャリア３２及びウエハ４１を観測する放射温度計が受け取る迷放射線信号を劇的に増大させる傾向をも有する。筐体内の熱環境が準安定状態となるように（即ち、ＭＯＣＶＤ反応器システムの部品が熱的に飽和するように）、（ウエハポケット内のウエハ上にＧａＮ結晶質成長物質を含む）ウエハキャリアにより、約８００℃において、長時間にわたって、反応器システムを動作させた。抵抗加熱アレイにエネルギー供給されている状態において、放射温度計による計測を実施した。次いで、抵抗加熱アレイに対する電力を切断し、且つ、第２の計測を１０秒の期間内において放射温度計によって実施した。４０５ｎｍの波長において、抵抗加熱アレイからの迷放射線は、電力が切断された際に、ほとんど即座に終了するのに対して、ターゲットは、ターゲットの熱容量に起因し、電力の終了の直前と基本的に同一の射出能において放射線の放出を継続する。従って、第１の計測は、４０５ｎｍの波長における抵抗加熱アレイからの迷放射線成分を含むが、第２の計測は、これを含まないものと仮定した。標準の集束光学構成を利用した標準の光学パイロメータのみならず、焦点外テレセントリック光学構成２４を利用した放射温度計についても、実験を実施した。両方の放射温度計を公称４０５ｎｍの波長において動作させた。結果が表２に示されている。
【００６９】
【表２】
2015528106.tif 000004
計測結果は、標準の光学素子を利用した放射温度計の場合には、検出器上の４０５ｎｍの波長における放射線束の約６４％が迷放射線に寄与することを示している。その一方にで、焦点外テレセントリック光学構成２４の利用により、迷放射線の寄与が約３１％に低減された。これらの迷光の寄与は、それぞれ、約３４℃及び１２℃の温度偏り誤差を生成する。この場合にも、焦点外テレセントリック光学構成２４における温度計測の偏り誤差は、軸外しテレセントリック光学構成の場合には、標準レンズシステムの場合よりも、約２／３だけ、小さくなっている。
【００７０】
一実施形態においては、検出器７６は、光子カウンタ（即ち、光電倍増管又はＰＭＴ）を有しており、この光子カウンタは、７００ｎｍのカットオフ波長を有し、且つ、従って、赤外線放射に対する感度を有していない。従って、検出器としてＰＭＴを使用することにより、ゼトラーにおいて識別されているスペクトルの赤外線部分における不十分な濾波の懸念がほぼ除去される。濾波装置１０２を使用することにより、主に青色、紫色、又は紫外光における波長のみが検出されるように、ＰＭＴを濾波することができる。
【００７１】
ＰＭＴの別の利点は、提供される高速時間応答にあり、これは、米国ニュージャージー州サマセットに所在するビーコインスツルメンツ社（Veeco Instruments of Somerset, New Jersey, U.S.A.）が製造しているターボディスクシステムなどのウエハキャリアの高回転速度を利用したＣＶＤチャンバ用の要件の１つである。ターボディスクシステムについては、ミトロビック（Mitrovic）ら著、「ＭＯＣＶＤ垂直回転ディスク反応器内における窒化物堆積の三次元ＣＶＤモデル化に基づいた反応器設計の最適化（Reactor Design Optimization Based on 3D CFD Modeling of Nitrides Deposition in MOCVD Vertical Rotating Disc Reactors)」、２００５年６月（http://www.wpi.edu/academics/che/HMTL/ CFD in CRE IV/Mitrovic.pdfにおいて入手可能であり、最終訪問日は、２０１２年６月１６日である）において全般的に記述されている。このようなシステムの高回転速度は、放射線検出器７６からの１０ｋＨｚのレベルのデータ取得速度を必要とする可能性があり、ＰＭＴは、これを提供することができる。
【００７２】
濾波装置によって透過されるスペクトルの非限定的な例は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲の中心波長と、１０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲の帯域幅（半値幅）とを含む。一実施形態においては、濾波装置１０２は、有色ガラスフィルタとの組合せにおける帯域通過フィルタをさらに有する。フィルタの組合せの非限定的な例は、ソーラボ社（Thorlabs）のＦＧＢ２５有色ガラスフィルタ（４００ｎｍの局所的カットオフ波長）とニューポート社（Newport）からの１０ＢＰＦ２５−４００帯域通過フィルタ（４００±３．５ｎｍの中心波長、２５±３．５ｎｍの半値幅）であり、これらは、組み合わせられることにより、公称３９０ｎｍ〜４２０ｎｍの通過幅において放射線を通過させる主通過幅を規定する。
【００７３】
一実施形態において、焦点外テレセントリック光学構成２４用の部品のサイズ設定及びレイアウトの非限定的な例は、開口絞り６６から２４９．２ｍｍの距離Ｆ１に配置された５０．８ｍｍの直径及び２４９．２ｍｍの焦点距離を有する平凸レンズを有する対象物アセンブリ６２（例えば、ソーラボ社のＬＡ１３０１−Ａ）と、開口絞り６６から７５ｍｍの距離Ｌ１及び検出器から７５ｍｍの距離Ｌ３に配置された２５．４ｍｍの直径及び７５．０ｍｍの焦点距離を有する平凸レンズ（例えば、ソーラボ社のＬＡ１６０８−Ａ）を有する写像アセンブリ６４とを含む。別の実施形態においては、対象物アセンブリ６２は、対象物アセンブリの焦点距離Ｆ１を約８７ｍｍに短縮するべく、且つ、アセンブリの全体長を短縮するべく、上述の平凸レンズとの組合せにおける５０．８ｍｍの直径及び１００ｍｍの焦点距離を有する色消し二重レンズ（例えば、ソーラボ社のＡＣ５０８−１００−Ａ）をさらに有する。この後者の構成においては、より短い焦点距離（例えば、３０ｍｍ）を有する色消し二重レンズは、例えば、開口に対してより近接するための写像アセンブリ６４として利用することができる（例えば、ソーラボ社のＡＣ２５４−０３０−Ａ）。
【００７４】
先程参照した例のレンズは、ホウケイ酸ガラス、フッ化バリウム、及び溶融シリカなどの電磁スペクトルの可視／ＵＶスペクトル内の放射線を透過するのに適した任意の物質を有することができる。またこれは、反射防止被覆によって被覆することもできる。
【００７５】
或いは、この代わりに、本明細書において提示されている焦点外テレセントリック光学構成２４との組合せにおいて、その他の濾波装置及び技法を実装することもできる。例えば、ゼトラーの検出器及び濾波構成を実装することができる。いくつかの実施形態においては、水冷型ＣＣＤ又はアバランシェフォトダイオードなどの半導体検出器を利用することができる。
【００７６】
動作の際に、ウエハキャリアは、加熱アレイ４４によって放射加熱される状態で、回転軸４０を中心として回転する。回転軸４０を中心としたウエハキャリア３２の回転速度は、ＭＯＣＶＤ反応器システム２０の動作パラメータ及び設計基準に応じて大幅に変化する可能性がある。
【００７７】
放射温度計２２及び焦点外テレセントリック光学構成２４は、抵抗タイプのヒーター以外の加熱源を実装するシステムに制限されるものではない。本開示の様々な実施形態を利用することが可能であり、例えば、いくつのＣＶＤ反応器システムは、マイクロ波加熱源を利用している。
【００７８】
図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、ウエハ４１上の空間温度変動の検出のためのマルチチャネル構成１１０及び１１１が、本開示の一実施形態において示されている。示されている実施形態においては、焦点外テレセントリック光学構成２４をそれぞれが実装している複数の放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃが、ウエハ４１が観測ポート５２を通過するように回転するのに伴って、ウエハ４１上の個々のターゲット７２ａ、７２ｂ、及び７２ｃを同時に観測するように、位置している。複数の放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃは、ウエハキャリア３２が回転軸４０を中心とした所与の回転方向にある際に、ターゲット７２ａ、７２ｂ、及び７２ｃのすべてがウエハ４１によって含まれるように、構成及び配置することができる。
【００７９】
一実施形態においては、回転軸４０から外向きに半径方向に延びると共にウエハ４１の中心を通過する半径方向座標Ｒに実質的に沿って延びるライン１１２に沿ってターゲット７２ａ、７２ｂ、及び７２ｃがセンタリングされるように、複数の放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃが配列されている（図６Ａ）。別の実施形態においては、ターゲット７２ａ、７２ｂ、及び７２ｃが、半径方向座標ｒに対して垂直であると共にウエハ４１の中心を通じたライン１１４に沿ってセンタリングされるように、複数の放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃが配列されている（図６Ｂ）。さらにその他の実施形態は、非線形パターンを形成する又は半径方向座標ｒとの関係で鋭角を規定するラインに沿って位置したターゲットなどのその他のパターンを規定することができる。
【００８０】
図６Ｃを参照すれば、放射温度計２２ａ〜２２ｅのマルチチャネルクラスタ１２０が、ターゲット７２ａ〜７２ｅの所定のパターンの計測のために、開示されている一実施形態において示されている。マルチチャネルクラスタ１２０は、例えば、ライン１１２及び１１４に沿ったウエハ４１の温度分布に関する二次元情報を提供することができる。
【００８１】
図６Ａ〜図６Ｃに示されている様々な実施形態は、例えば、４００ｎｍ〜４１０ｎｍの波長範囲に含まれる波長（例えば、４０５ｎｍ）において中心を有する「青色光」の波長を実装することができる。一実施形態においては、複数の放射線検出器（例えば、図６Ａの放射線検出器２２ａ〜２２ｃ）は、放射線収集レンズ、シャッタ／絞り、フィルタ、及び検出器レンズ用の単一のホルダを利用することにより、より良好な空間分解能のためのより小型の設計を提供している。非限定的な一実施形態においては、ターゲット７２（例えば、図６Ｃの７２ａ〜７２ｅ）のサイズは、１１ｍｍ×２２ｍｍにすることが可能であり、且つ、依然として、十分な信号対ノイズ比を提供することができる。このような構成によれば、ターゲットの間に１．５ｍｍ〜１０ｍｍのスペースを許容することにより、ウエハ４１の直径のほぼ１インチごとに１つの放射温度計２２以下という密度を有する放射温度計２２の列の使用が可能になる（即ち、３インチウエハの場合に、３つの温度計の列であり、６インチウエハの場合に、６つの温度計の列であり、８インチのウエハの場合に、８つの温度計の列である）。
【００８２】
放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃからの出力信号は、データ取得システム１１５上において取得及び保存することができる。一実施形態においては、データ取得システムは、放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃからの信号を調整及びデジタル化する信号プロセッサ１１６と、デジタル化されたデータを保存するメモリ装置１１７と、コンピュータなどのコントローラ１１８とを有する。放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃのそれぞれからの時間対信号データは、メモリ装置１１７内において取得及び保存することができる。また、コントローラ１１８は、リアルタイムで、信号データの温度への変換、平均値及び標準偏差の算出、及びウエハ４１及び／又はウエハキャリア３２の温度プロファイルのプロットなどのタスクを実行することもできる。データ取得システム１１５は、図６Ａの構成において使用されるべく示されているが、本明細書において示されている放射温度計の任意のものと共に使用することができる。また、当業者が入手可能な様々なシステムも、データの取得に適している。
【００８３】
また、データ取得システム１１５は、所与のウエハ４１が放射温度計の観点において適切に配向された際に取得されるデータの処理のためのデータストリームを同期化させるように構成することもできる。同期化により、例えば、ターゲット７２ａ、７２ｂ、及び７２ｃを観測した際に受け取った信号に対応するデータストリームの関連する部分の抽出が可能になる。データストリームのこれらの関連する部分は、統計的処理のために時間に伴って平均化することができる。一実施形態においては、同期化のみならず、データの統計的処理も、リアルタイムで実行されている。例示用の同期化ルーチンは、グレアリ（Gurary）らの米国特許第６，３４９，２７０号明細書（「グレアリ」）に開示されている。
【００８４】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、ＭＯＣＶＤ反応器システム２２０においてターゲット２２４を観測するように構成された放射温度計２２２を利用したＭＯＣＶＤ反応器システム２２０が示されている。ＭＯＣＶＤ反応器システム２２０は、筐体２３０を規定するべくフローフランジ２２８と動作可能に結合された反応器チャンバ２２６を含む。フローフランジ２２８は、ＭＯＣＶＤプロセス用のガスがそれを通じて反応器チャンバ２２６に導入されるラミナーフロープレート２３１を含む。反応器チャンバ２２６内には、ウエハキャリア２３２が配設されており、ウエハキャリア２３２は、放射温度計のターゲット２２４がその上部において実質的に固定されるターゲット面２３３を規定する上面２３４を有する。また、上面は、基材又はウエハ２３７を保持するためのウエハポケット２３５をも規定している。また、ウエハキャリア２３２は、下面２３６をも含み、且つ、回転軸２４０を規定するスピンドル２３８と動作可能に結合されている。ボディシャッタ２４２を反応器チャンバ２２６の内部壁に隣接した状態で着脱自在に挿入することが可能であり、ボディシャッタ２４２は、ウエハキャリア２３２を取り囲んでいる。
【００８５】
ヒーターアレイ２４４は、ウエハキャリア２３２の下面２３６との放射線結合のために、ウエハキャリア２３２の下方に配設されている。ヒーターアレイ２４４は、シリンダ２４６によって取り囲むことが可能であり、ヒーターアレイ２４４は、ヒーターアレイ２４４とウエハキャリア２３２の間の放射線結合を強化するべく、フィラメント取付プレート２４８により、下方にその境界を画定することができる。シリンダ２４６は、回転軸２４０と実質的に同心状であるシリンダ軸２５０を規定している。
【００８６】
放射温度計２２２は、フローフランジ２２８の上部において取り付けられており、且つ、観測ポートウィンドウ２５２を通じてウエハキャリア２３２の上面２３４を観測するように配向されている。一実施形態においては、観測ポートウィンドウ２５２は、能動冷却可能な凹部２５４内において配設されている。
【００８７】
ヒーターアレイ２４４は、周辺加熱要素２６４を含むことができる。周辺加熱要素２６４は、ヒーターアレイ２４４の外周を規定していることから、このように命名されている。本明細書において示されている周辺加熱要素２６４は、単一の加熱要素であるが、周辺（即ち、最外側）加熱要素が２つ以上の加熱要素から構成されるヒーター構成も想定される。
【００８８】
均一な加熱を促進するべく、図示の実施形態における周辺加熱要素２６４は、シリンダ２４６の内面２６６の近傍において配置されている。複数の光線２’が、周辺加熱要素２６４から放出され、筐体２３０内において相互反射され、且つ、放射温度計２２２に進入するものとして、示されている。
【００８９】
図８を参照すれば、シリンダ２４６の上部エッジ２７２及びウエハキャリア２３２の外側エッジ２７４の近傍の領域が、開示されている一実施形態において示されている。ウエハキャリア２３２の自由回転を可能にするべく、ギャップ２７６が、外側エッジ２７４と上部エッジ２７２の間に規定されている。周辺加熱要素２６４から放出されるものとして表されている光線２６８ａ、２６８ｂ、及び２６８ｃは、ギャップ２７６を離脱する３種類の光線を表しており、光線２６８ａは、反射されることなしにギャップ２７６を離脱する直接的な放射線を表しており、光線２６８ｂは、シリンダ２４６の内面２６６及びウエハキャリア２３２の外側エッジ２７４から散乱する放射線を表しており、且つ、光線２６８ｃは、ウエハキャリア２３２の下面２３６及びフィラメント取付プレート２４８から散乱する放射線を表している。
【００９０】
動作の際に、ウエハポケット２３５には、基材２３７（例えば、サファイア）を装填することができる。ウエハキャリア２３２を回転軸２４０を中心として回転させ、且つ、ヒーターアレイ２４４に対して、約１８００℃の温度まで、エネルギーを供給する。ガスをラミナーフロープレート２３１を通じて導入することにより、ウエハポケット２３５及びその内部に収容された任意の基材２３７を含むウエハキャリア２３２上において結晶質成長物質（例えば、ＧａＮ）を形成する。動作の際の結晶質成長物質の温度は、８００℃のレベルである。
【００９１】
三次元光線追跡プログラムを使用することにより、図７Ａ及び図７Ｂにおいて実質的に示されている筐体２３０の動作条件をモデル化した。光線追跡モデルを実行することにより、迷放射線の経路を識別し、且つ、観測ポートウィンドウ２５２に進入する迷放射線を分析した。周辺加熱要素２６４を連続的なものとして仮定すると共に１８００度の温度において動作する放射線源として設定した。（ウエハポケット２３５内にウエハ２３７を含むものとしてモデル化された）ウエハキャリア２３２を８００℃の放射線源として、且つ、散乱媒体としてモデル化した。放射線源の黒体射出能を４０５ｎｍの波長においてプランクの法則に基づいて設定した。また、筐体２３０の内部壁（ボディシャッタ２４２、ラミナーフロープレート２３１、及び観測ポート２５２を含む）を散乱媒体としてモデル化した。
【００９２】
最外側ウエハポケット２３５の中心近傍の半径Ｒにおける（図７Ａに示された）「外側」位置と外側位置と回転軸２４０の間のほぼ２／３Ｒにおいてセンタリングされた「中間」位置という２つの異なる位置において、放射温度計２２２をモデル化した。ターゲット２２４から放出されると共に放射温度計２２２に直接的に進入する４０５ｎｍの放射線（「信号放射線」）の量を筐体２３０内において相互反射されると共に放射温度計２２２に進入する４０５ｎｍの放射線（「迷放射線」）の量と比較した。結果が表３に示されている。
【００９３】
【表３】
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光線追跡モデルは、連続的なリングを形成する周辺加熱要素２６４の場合には、且つ、外側位置においてセンタリングされた放射温度計２２２の場合には、標準の放射温度計の検出器上の４０５ｎｍの波長の放射線束の約９７％が迷放射線に寄与するものと予測した。中間位置においては、迷放射線は、合計信号の約７０％を占めるものと予測された。これらの迷放射線の寄与は、それぞれ約１２７℃及び４１℃の温度偏り誤差を生成する。さらには、光線追跡モデルの結果は、放射温度計の検出器に到達する迷放射線の約９２％が、（図８の光線２６８ｃによって表されている）ウエハキャリア２３２の下面２３６及びフィラメント取付プレート２４８から散乱した放射線に由来することを示している。
【００９４】
図９を参照すれば、内部加熱要素３０４と、周辺加熱要素２６４ａとを含むヒーターレイ２４４ａが、開示されている一実施形態において示されている。ヒーターアレイ２４４ａのレイアウトを明瞭に示すべく、フローフランジ２２８及びウエハキャリア２３２は、この図から除去されている。また、この図においては、スピンドル２３８、ボディシャッタ２４２、及びフィラメント取付プレート２４８が可視状態にある。加熱要素２６４ａ及び３０４は、それぞれ電気コネクタ３０６及び３０８を含む。
【００９５】
端子接続３０６は、周辺加熱要素２６４ａの円弧セグメント３１０を占有しており、この場合に、電気抵抗値は、等しい長さの周辺加熱要素のその他の円弧セグメントと比較した場合に、大幅に低減されている。即ち、円弧セグメント３１０は、周辺加熱要素２６４ａの低熱流束部分３１２を構成している。端子接続３０６は、周辺加熱要素２６４ａの高抵抗値部分から格段に低減された温度で動作する。例えば、非限定的な一実施形態において、周辺加熱要素２６４ａは、公称２０００℃の最大動作温度で動作する。この動作条件において、端子接続３０６は、約１５００℃において動作し、且つ、円弧セグメント３１０を横切る公称温度は、１７００℃以下において、即ち、周辺加熱要素２６４ａの高抵抗値部分の動作温度よりも少なくとも３００℃だけ低い温度において、動作するものと考えられる。従って、動作温度の観点において、周辺加熱要素２６４ａの低熱流束部分３１２（即ち、電気コネクタ３０６）は、４０５ｎｍにおける低熱流束部分３１２の放射線寄与が、周辺加熱要素２６４ａの高抵抗値部分よりも、約２桁だけ、小さくなるように、周辺加熱要素２６４ａの残りの部分よりも格段に低い温度において動作する（図１を参照されたい）。
【００９６】
ヒーターアレイ２４４ａの内部加熱要素３０４は、第１の半分の長さ３１４が第１の半円内に収まり、且つ、第２の半分の長さ３１６が第２の半円内に収まるように構成されている。従って、スピンドル２３８及び電気コネクタ３０８近傍の１つの場所においてのみ橋絡された第１及び第２の半分３１４及び３１６の間に位置する不連続ライン３１８が存在している。
【００９７】
実験を実施することにより、ヒーターアレイ２４４ａと比べた場合の４０５ｎｍの波長における迷放射線の寄与に対する周辺加熱要素２６４ａの相対的な寄与を全体として判定した。通常の結晶質成長工程において実行されているように、内部加熱要素３０４及び周辺加熱要素２６４ａに対して十分なエネルギーを供給し、且つ、これらを制御することにより、８００℃近傍の安定状態温度においてウエハキャリア２３２を維持した。次いで、周辺加熱要素２６４ａが、ウエハキャリア２３２を８００℃温度又はその近傍において加熱するようにシステムを依然として制御しつつ、約半分の能力においてのみ動作することができるように、周辺加熱要素２６４ａに対する電力の上限を定めた。この結果、ウエハキャリア２３２が基本的にこの温度において留まると共に、内部加熱要素３０４が、周辺加熱要素２６４ａからの低減された熱入力を補うべく多少高い温度において実際に動作している状態で、４０５ｎｍの波長における周辺加熱要素２６４ａの放射線の寄与が無視可能なものに低減された。次いで、内部加熱要素３０４に対する電力の上限も、ほぼ半分の能力において定めた。放射温度計２２２により、計測をすべての３つの動作条件において実施し、第３の条件（周辺加熱要素２６４ａと内部加熱要素３０４の両方が半分の能力レベルにある）は、内部加熱要素３０４の能力の上限を定めた直後に実現した。これらの計測に基づいて、周辺加熱要素２６４ａは、放射温度計２２２が受け取る迷放射線の８０％〜９０％に寄与するものと判定された。この結果、図７Ａのヒーターアレイ２４４の全体の代わりに周辺加熱要素２６４に由来する放射線のみをモデル化することの単純化が検証された。
【００９８】
このような迷放射線の大きな割合が周辺加熱要素２６４に由来していることから、周辺加熱要素の放出を局所的に制限することにより、迷放射線を局所的に制御してもよいという理論が導き出された。即ち、放射温度計２２２のターゲット２２４が、その放出放射線のほとんどが低減されるか、捕捉されるか、又は取り去られる周辺加熱要素２６４のゾーン近傍のターゲット面２３３の領域上において固定される場合には、放射温度計が受け取る迷放射線を低減する必要がある。
【００９９】
この理論を試験するべく、迷放射線の検出実験を実施した。公称４０５ｎｍに中心を有する狭い通過幅にわたる電磁放射線を検出するように、放射温度計２２２を構成した。公称９００ｎｍに中心を有する通過幅にわたる電磁放射線を検出するように、第２の赤外線放射温度計３２０（図７Ａ）を構成した。上述のように、スペクトル黒体射出能の変化は、４０５ｎｍにおいて温度の変化の影響を極めて受け易いことを思い出して頂きたい（図１の参照符号１４及び１６）。従って、公称４０５ｎｍにおいて放射線を検出するように構成された放射温度計２２２は、周辺加熱要素２６４に由来する迷放射線の影響を非常に受け易い。但し、（図１及びプランクの法則を再度参照すれば）９００ｎｍ波長においては、対象の温度領域（公称２１００Ｋ）においては、スペクトル黒体射出能の変化は、９００ｎｍにおいて温度変化の影響を非常に受けにくい（図１の参照符号３２２を参照されたい）。従って、９００ｎｍにおいて動作する赤外線放射温度計３２０は、周辺加熱要素２６４に由来する迷放射線の影響を実質的に受けにくく、且つ、その代わりに、（公称１１００Ｋである）ウエハキャリア２３２の温度の変化の影響を相対的に受け易い（図１の参照符号３２４を参照されたい）。
【０１００】
従って、迷放射線の検出実験は、迷放射線の影響を非常に受け易い検出器からの通知温度（放射温度２２２）と迷放射線の影響を受けにくい基準装置（赤外線放射温度計３２０）からの通知温度の間の比較に基づいている。
【０１０１】
図１０を参照すれば、通常の迷放射線シグネチャ３３０が示されている。迷放射線シグネチャ３３０は、赤外線放射温度計３２０によって生成される赤外線温度信号３３２と公称４０５ｎｍにおいて放射線を検出する放射温度計２２２によって生成される光又は「青色光」温度信号３３４の比較に基づいている。図１０に示されているデータの場合には、放射温度計２２２と赤外線放射温度計３２０の両方が、同様に位置している（即ち、回転軸２４０からの類似の半径に位置している）ターゲット面２３３上のターゲット場所を観測した。また、図１０のデータは、初期冷却の際（図１０の第１のゾーン）に示される初期温度が同一の軌跡を辿るように正規化されている。
【０１０２】
迷放射線の検出実験の場合には、ウエハキャリアを第１の制御温度とするように、ＭＯＣＶＤ反応器システム２２０を動作させた。次いで、制御温度を第１の上昇温度よりもさらに低い設定点温度にまで下方に調節した。迷放射線シグネチャ３３０の第１のゾーンＩは、ウエハキャリア２３２の冷却を温度信号３３２及び３３４の安定した降下として示している。迷放射線シグネチャ３３０の第２のゾーンＩＩは、ＭＯＣＶＤシステム２２０の温度コントローラがより低い設定点温度において制御された均衡状態を確立するのに伴う温度信号３３２及び３３４の回復を示している。
【０１０３】
赤外線温度信号３３２は、上述のプロセスにおけるウエハキャリアの真の温度プロファイルを実質的に辿っている。即ち、ウエハキャリア２３２の真の温度は、迷放射線シグネチャ３３０のゾーンＩＩの部分における温度の実質的に単調な上昇３３８によって後続される漸進的な屈折３３６を経験している。漸進的な屈折３３６及び温度の単調な上昇３３８は、ウエハキャリア２３２の熱質量の結果である。
【０１０４】
但し、光温度信号３３４は、制御された均衡温度３４８において安定する前の迷放射線シグネチャ３３０のゾーンＩＩ部分における大きなオーバーシュート３４４及びわずかなアンダーシュート３４６によって後続される鋭い屈折３４２によって特徴付けられている。光温度信号３３４は、ウエハキャリア２３２からの放出信号とターゲット面２３３のターゲット２２４上に入射すると共に放射温度計２２２内に反射される迷放射線の畳み込みである。オーバーシュート３４４及びアンダーシュート３４６は、新しい設定点に応答する際にヒーターアレイ２４４が経験する比例利得温度プロファイルの特徴を示している。光温度信号３３４は、光線追跡モデルによって予測されているように、迷放射線成分によって支配されていることから、光温度信号３３４は、ヒーターアレイ２４４の制御温度プロファイルを厳格に辿っているものと考えられる。
【０１０５】
従って、放射温度計２２２が受け取る放射線が強力な散乱放射線成分を有しているかどうかを定性的に判定することができる。赤外線放射信号３３２（単調な上昇を伴う漸進的な屈折）に類似したプロファイルを辿る温度信号は、散乱放射線によって支配されておらず、光放射線信号３３２に類似したプロファイルを辿る温度信号（大きなオーバーシュートを伴う鋭い屈折）は、散乱放射線によって支配されている。
【０１０６】
図１１を参照すれば、この場合にも４０５ｎｍの公称波長において放射線を検出するように構成された放射温度計２２２により、ターゲット面２３３上のいくつかの異なる場所においてターゲット２２４ａ、２２４ｂ、２２４ｃ、及び２２４ｄを観測することにより、迷放射線の検出実験を反復した。図１１は、露出したヒーターアレイ２４４ａを示しているが、迷放射線の検出実験の際には、ウエハキャリア２３２は、定位置にあり、且つ、回転モードにおいて動作していたことを理解されたい。従って、図１１は、ターゲット２２４ａ〜２２４ｄが、ヒーターアレイ２４４ａの上方に位置したターゲット面２３３上において位置する場所との関係におけるヒーターアレイ２４４ａの向きを示している。
【０１０７】
迷放射線は、周辺加熱要素２６４ａの低熱流束部分近傍において低減されるという理論を試験するべく、ターゲット２２４ｃ及び２２４ｄ近傍における周辺加熱要素２６４ａの部分が、連続的な部分３５０であり、且つ、高熱流束を有している状態で、低熱流束部分３１２がターゲット２２４ａ及び２２４ｂの近傍に位置するように、ヒーターアレイ２４４ａを配置した。ターゲット２２４ａ及び２２４ｄは、正反対に位置しているが、いずれも、回転軸２４０から約１９５ｍｍ（７．６８インチ）の半径方向距離においてセンタリングさせた。同様に、ターゲット２２４ｂ及び２２４ｃも、正反対に位置しているが、いずれも、回転軸２４０から約１４２ｍｍ（５．６インチ）の半径方向距離においてセンタリングさせた。
【０１０８】
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照すれば、試験の結果が提示されている。図１２Ａの光温度信号３５２及び３５４は、ターゲット２２４ａ及び２２４ｄから、即ち、外側半径方向位置において、取得されたものである。周辺加熱要素２６４ａの連続的な高熱流束部分の近傍において取得された光学温度信号３５４は、大きな迷放射線成分の特徴を示す温度プロファイル（強力なオーバーシュート３４４ａを伴う鋭い屈折３４２ａ）を有していることに留意されたい。但し、周辺加熱要素２６４ａの低熱流束ゾーン３１２の近傍において取得された光温度信号３５２は、図１０の赤外線放射信号３３２と同一の温度プロファイル特性（温度の単調な上昇３３８ａを伴う漸進的な屈折３３６ａ）を有している。
【０１０９】
図１２Ｂに関して、光温度信号３５６及び３５８はそれぞれ、ターゲット２２４ｂ及び２２４ｃから、即ち中間位置において取得されたものである。また、周辺加熱要素２６４ａの連続的な高熱流束部分の近傍における中間位置において取得された光学温度信号３５８も、大きな迷放射線成分の特徴を示す温度プロファイル（強力なオーバーシュート１４４ｂを伴う鋭い屈折３４２ｂ）を有している。但し、周辺加熱要素２６４ａの低熱流束ゾーン３１２の近傍における中間位置において取得された光温度信号３５６は、図１０の赤外線放射信号３３２と同一の温度プロファイル特性（温度の単調な上昇３３８ｂを伴う漸進的な屈折３３６ｂ）を有している。
【０１１０】
従って、低減された散乱放射線の軸３６２（図１１）が、回転軸２４０から半径方向において、且つ、低熱流束ゾーン３１２の中心の上方に延びるものとして、ターゲット面２３３上において規定される。軸３６２の近傍におけるターゲット面２３３上のターゲット２２４は、低減された迷放射線成分を有し、これにより、ターゲット面２３３上の別の場所において得られるターゲットと比べた場合に、温度判定において低減された偏りを被ることになる。一実施形態においては、ターゲット２２４は、軸３６２に沿ってセンタリングされているか、さもなければ、これに接触しており、或いは、これとオーバーラップしている。別の実施形態においては、ターゲット２２４は、（図１１には示されていない）回転軸２４０からウエハキャリア２３２の外側エッジ２７４まで延びる長さ３６６を有し、且つ、円弧セグメント３１０の弦によって規定される概略幅３６８を有するものとして規定された低減された迷放射線の矩形ゾーン３６４内において位置している。
【０１１１】
図１３Ａ及び図１３Ｂを参照すれば、周辺加熱要素２６４の指定の部分３７４から放出される放射線の一部分を捕捉するための放射線トラップ３７２が、開示されている一実施形態において示されている。一実施形態においては、放射線トラップ３７２は、接線寸法３７８を有するボディシャッタ２４２内において規定された空洞３７６を有する。一実施形態においては、周辺加熱要素２６４の指定の部分３７４は、放射線トラップ３７２に直接的に隣接すると共に同一の接線寸法３７８を有する円弧セグメントとして規定されている。
【０１１２】
動作の際に、指定の部分３７４から放出された放射線３８０の一部は、直接的放射により、或いは、放射線トラップ３７２の近傍における様々な表面からの反射により、空洞３７６内に伝達される。従って、放射線トラップ３７２は、放射線３８０を捕捉することにより、放射線の伝播を局所的に制限している。この実施形態において、低減された散乱放射線の軸３６２は、ターゲット面２３３上において規定され、且つ、回転軸２４０から空洞３７６の接線中心を通って延びている。低減された迷放射線の矩形ゾーン３６４の幅３６８は、接線寸法３７８の弦によって規定されている。
【０１１３】
図１４を参照すれば、周辺加熱要素２６４の指定の部分３９４から放出された放射線の一部を偏向させるための放射線偏向器３９２が、開示されている一実施形態において示されている。一実施形態においては、放射線偏向器３９２は、ウエハキャリア２３２の外側エッジ２７４近傍において半径方向を内向きに突出する凸形状３９６を有する。凸形状３９６は、接線寸法３９８を有するものとして特徴付けることができる。一実施形態においては、周辺加熱要素２６４の指定の部分３９４は、放射線偏向器３９２に直接的に隣接すると共に凸形状３９６の同一の接線寸法３９８を有する円弧セグメントとして規定されている。
【０１１４】
動作の際に、指定の部分３７４から放出された放射線４０２の一部は、直接的放射により、或いは、放射線偏向器３９２の近傍における様々な表面からの反射により、凸形状３９６内に伝達される。従って、放射線偏向器３９２は、回転軸２４０によって規定されると共に凸形状３９６を通過する面４０４から離れるように放射線４０２を散乱させることにより、放射線の入射を局所的に制限している。この実施形態においては、低減された散乱放射線の軸３６２が、ターゲット面２３３と面４０４の合流点によって規定され、且つ、回転軸２４０から放射線偏向器３９２を通じて延びている。低減された迷放射線の矩形ゾーン３６４の幅３６８は、放射線偏向器３９２の接線寸法３９８の弦によって規定されている。
【０１１５】
開示されている一実施形態においては、加熱要素には、本明細書において提示されている迷放射線を局所的に低減するための技法のうちの少なくとも１つを実装するためのハードウェアが提供されている。また、命令の組も、有形媒体（例えば、記入済みの書面又はコンピュータアクセス可能なもの）上において提供され、命令は、本明細書に記述されているように、迷放射線成分の低減のために加熱要素の向きとの関係で放射温度計を調整する方法を表している。このような組合せは、例えば、既存のＣＶＤ反応器システムを改良するのに利用することができる。
【０１１６】
図１５を参照すれば、二波長パイロメータ４２０が、開示されている一実施形態において示されている。二波長パイロメータ４２０は、例えば、それぞれ、９３０ｎｍ及び４０５ｎｍの波長などの―異なる中心波長を観測するようにそれぞれが構成された２つの放射温度計４２２及び４２４を有する。また、放射温度計４２２及び４２４のそれぞれは、その部品が先程提示したものと同一の参照符号によって図１５において識別されている焦点外テレセントリック光学構成２４を含むこともできる。
【０１１７】
一実施形態においては、二波長パイロメータ４２０の放射温度計４２２及び４２４は、共通の対象物アセンブリ６２を共有している。コールドミラー４２６を利用することにより、赤外線放射ビーム４３２を放射温度計４２２に透過させつつ、可視／ＵＶスペクトル放射ビーム４３４を放射温度計４２４に伝達（反射）することができる。或いは、これに代えて、コールドミラー４２６の代わりに、ビームスプリッタ（図示されてはいない）を利用することもできる。
【０１１８】
機能的には、図示の二波長パイロメータ４２０は、共通ターゲット７２から放出される放射線信号の同時計測を可能にしている。コールドミラー４２６は、放射温度計４２２を通じて赤外線放射の大部分を通過させつつ、可視／ＵＶスペクトル放射線の大部分が放射温度計４２４へ伝達するのを可能にしている。例えば、８００ｎｍ超の波長において８３％という最小透過率を維持しつつ、可視又は可視／ＵＶスペクトルの放射線の９０％超を反射するコールドミラーが入手可能である。ダイクロテックシンフィルム社（DichroTec Thin Films LLC）の「コールドミラー」（http://www.dtthinfilms.com/cold-mirrors.htmlにおいて入手可能であり、最新訪問日は、２０１３年５月３０日である）を参照されたい。両方の放射温度計４２２及び４２４の濾波済みの波長が可視／ＵＶであるか又は赤外線スペクトルである実施形態の場合には、代わりに、適切なビームスプリッタを利用することができる。また、上述のように、且つ、１つ又は両方の放射温度計４２２、４２４について、図１５の放射温度計４２４について示されているように、縮小サイズの開口アセンブリ９７を利用することもできる。
【０１１９】
様々な実施形態において、放射温度計４２２、４２４のうちの１つ又は両方は、反射率計サブアセンブリ４４２を装備することができる。反射率計サブアセンブリ４４２は、放射線源４４４（それぞれ、放射温度計４２２及び４２４用の放射線源４４４ａ及び４４４ｂとして表記されている）と、検出器４４６と、ビームスプリッタ４４８とを有することができる。放射線源４４４ａ及び４４４ｂは、個々の放射温度計４２２又は４２４の個々の濾波装置１０２ａ及び１０２ｂが通過させる波長帯域内のスペクトル放出を含むビーム４５２を放出するように、適合又は選択されている。図１５には、それぞれ、放射温度計４２２及び４２４用のビーム４５２ａ及び４５２ｂ並びに光軸６８ａ及び６８ｂとして、ビーム４５２のみならず、光軸６８も、互いに弁別されている。ビーム４５２ａ及び４５２ｂは、以下においては、全体的にビーム４５２として、且つ、集合的に複数のビーム４５２として、参照することとする。検出器４４６（それぞれ、放射温度計４２２及び４２４用の検出器４４６ａ及び４４６ｂとして表記されている）は、個々の放射温度計４２２又は４２４の濾波装置１０２が通過させると共に個々の放射線源４４４ａ又は４４４ｂによって放出される帯域内の波長に対して応答するように、選択されている。一実施形態においては、反射率計サブアセンブリ４４２は、ビーム４５２が放射線源４４４を離脱するのに伴ってビーム４５２を変調するためのチョッパー４５８を含む。
【０１２０】
また、特定の実施形態において、反射率計サブアセンブリ４４２は、ビーム４５２を集束又は平行化するレンズ又は球状ミラーなどの１つ又は複数の集束要素４５４、４５６を含むこともできる。一実施形態においては、集束要素４５４は、テレセントリック動作のための対象物アセンブリ６２又は写像アセンブリ６４に似たレンズクラスタを有することができる。
【０１２１】
動作の際には、反射率計サブアセンブリ４４２の放射線源４４４からのビーム４５２は、ビームスプリッタ４４８を通過する。一実施形態においては、ビーム４５２の第１の部分４６２ａ又は４６２ｂは、ビームスプリッタ４４８を通過し、且つ、検出器４４６上に入射する。検出器４４６によって生成された信号は、ビーム４５２の強度の通知を提供する。ビームスプリッタ４４８の向きに起因し、検出器４４６は、事実上、ターゲット７２に由来する又はこれから反射された放射線を観測しない。ビーム４５２の第２の部分４６４（それぞれ、放射温度計４２２及び４２４用の４６４ａ及び４６４ｂとして参照され、且つ、全体的に４６４として参照される）は、個々の光軸６８ａ又は６８ｂに実質的に沿って、且つ、コールドミラー４２６を介してターゲット７２上に、伝播するべく、ビームスプリッタ４４８によって反射され、且つ、導かれる。次いで、ビーム４５２の第２の部分４６４の一部分が、ターゲット７２から反射され、これにより、コールドミラー４２６を介して個々の放射温度計４２２又は４２４の個々の光軸６８ａ又は６８ｂに沿って戻り、放射温度計４２２又は４２４の個々の検出器７６ａ、７６ｂによる検出のためにビームスプリッタ４４８及び濾波装置１０２を通過する。
【０１２２】
一実施形態において、１つ又は複数の反射率計サブアセンブリ４４２のレイアウト及び構成要素は、対象物アセンブリ６２を通じた２つの経路及び個々の写像アセンブリ６４ａ又は６４ｂを通じた経路との組合せにおいて、ビーム４５２の第２の部分４６４が、個々の検出器７６ａ、７６ｂの写像面上において集束することになるように規定されている。また、反射率計サブアセンブリ４４２は、反射率計の照射によってターゲット７２が「アンダーフィル」されるように、規定することもできる。即ち、反射率計サブアセンブリ４４２からの放射線によって照射されるターゲット７２のエリアは、ターゲット７２内に含まれているもの全体よりも小さい。
【０１２３】
機能的には、ターゲット７２をアンダーフィルすることにより、反射率計測の際に発生しうるミスアライメントに対する空間的耐性が得られる。要すれば、ＣＶＤプロセスにおいては、ウエハ４１は、ウエハ４１内の熱勾配の存在に起因し、変形又は「反り」が生じる可能性がある。反りは、特に、ターゲットが高度な鏡面反射性を有している際には、ターゲット７２から反射されると共に検出器７６ａ又は７６ｂが受け取るビーム４５２の第２の部分４６４の一部分のリダイレクトを引き起こす可能性がある。この反射された部分のリダイレクトにより、反射された放射線が検出器７６ａ又は７６ｂの写像面において横方向に移動することになる。ターゲット７２をアンダーフィルすることにより、反射された部分は、ある程度、横方向に移動する可能性はあるが、依然として十分に含まれることが可能であり、従って、検出器７６ａ又は７６ｂによって十分に検出することが可能である。
【０１２４】
図１５の図は、両方の放射温度計４２２及び４２４内において反射率計サブアセンブリ４４２を示しているが、反射率計供給源４４２は任意選択であり、両方の放射温度計４２２及び４２４によって実装することも可能であり、１つの放射温度計４２２又は４２４のみによって実装することも可能であり、或いは、いずれの放射温度計もこれを実装しないことも可能であることを理解されたい。また同様に、チョッパー４５８又はその他のビーム変調装置の使用も任意選択であるものと考えられ、反射率計サブアセンブリ又は供給源４４２と共に実装することは必須ではない。
【０１２５】
図１６Ａ及び図１６Ｂを参照すれば、反射率計サブアセンブリ４４２によって照射される放出ターゲットを観測している検出器７６ａ又は７６ｂによって生成された個々の複合信号４７２ａ及び４７２ｂが、開示されている一実施形態において示されている。複合信号４７２ａは、任意選択のチョッパー４５８又はその他の変調手段を実装する反射率計サブアセンブリ４４２によって生成される信号の特徴を示している。複合信号４７２ａは、ベースライン信号４７６上に載った変調済みの信号４７４を有するものとして特徴付けすることができる。ベースライン信号４７６のベースラインの大きさ４７８は、ターゲット７２の射出能を示している。変調済みの信号４７４の谷−ピーク振幅４８２は、ターゲット７２から反射されたビーム４５２の第２の部分４６４の部分を示している。
【０１２６】
複合信号４７２ｂは、ビーム４５２を変調しない反射率計供給源４４２によって生成される信号の特徴を示している。むしろ、複合信号４７２ｂは、ベースライン信号４７６から延びる大きさ４８５のパルス又はステップ信号４８４を有する。ステップ信号４８４は、放射線源４４４の電源を投入することにより生成することが可能であり、この場合、ステップ信号４８４は、ステップ信号４８４の持続時間においてドリフトする場合がある。ドリフトを補償するべく、ステップ信号４８４をビーム４５２の強度を追跡する検出器４４６からの信号に照らして正規化することにより、正規化済みの信号４８６を得ることができる。正規化済みの信号４８６の振幅は、ターゲット７２の反射率を示している。
【０１２７】
反射率計サブアセンブリ４４２は、例えば、ターゲット７２の放射率の変化を補償するように、実装することができる。ターゲットの放射率は、例えば、グレアリらの米国特許第６，３４９，２７０号明細書（「グレアリ」）に記述されているように、反射率の計測から推定することが可能であり、この特許文献は、ＣＶＤプロセスにおいてウエハキャリア上のウエハの環境において反射率の計測から放射率を推定する方法を開示している。ターゲットの放射率の通知を利用して温度判定の精度を改善することができる。
【０１２８】
検出器７６ａ又は７６ｂによって検知されるビーム４５２の第２の部分４６４には、図４に伴う説明において上述したターゲット７２から放出される放射線と同一の平行化が適用される。即ち、まずターゲット７２又は観測ポート５２から散乱された放射線からの寄与がほとんど存在しないように、主光線９２（図４）に対して実質的に平行に反射された第２の部分からの反射放射線のみが検出器７６ａ又は７６ｂによって検出される。従って、ビーム４５２の第２の部分４６４に由来する散乱放射線の寄与は、ターゲット７２がウエハ４１上にあるかどうかとは無関係にわずかである。散乱放射線成分を本質的に除去することにより、結果的に得られるターゲットの間の反射率特性の通知が、さらに一貫性を有するものになろう。
【０１２９】
図示されている二波長パイロメータ４２０の構成においては、ビーム４５２ａ及び４５２ｂの第２の部分４６４は、個々の検出器７６ａ、７６ｂに到達する前に、ビームスプリッタ４４８、コールドミラー４２６、対象物アセンブリ６２、及び観測ポート５２により、２回にわたって、減衰し、且つ、ターゲット７２、濾波装置１０２、及び写像アセンブリ６４により１回だけ減衰している。従って、ビーム４５２の第２の部分４６４は、大きな減衰を経験する可能性があり、その結果、検出可能な反射率信号を提供するには、放射線源４４４は十分な出力を有する必要がある。十分な出力を有する放射線源の非限定的な例は、約１ｍＷ〜約１０ｍＷの範囲において動作する発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光ダイオードは、個々の放射線検出器４２２又は４２４の濾波装置１０２を通過する狭いスペクトル範囲内のエネルギーを供給するように適合することができる。例えば、約４０５ｎｍの中心周波数と２５ｎｍのレベルの通過幅を有する濾波装置１０２の場合には、ＬＥＤ放射線源の非限定的な例は、米国ニュージャージー州ニュートンに所在するソーラボ社によって製造されているＬＥＤ４０５Ｅであり、これは、４０５ｎｍ±１０ｎｍの中心波長と、約１５ｎｍのスペクトル通過幅（半値幅）とを有する。約９３０ｎｍの中心波長と１０ｎｍのレベルの通過幅を有する濾波装置１０２の場合には、ＬＥＤ放射線源の非限定的な例は、米国カリフォルニア州ニューベリーパークに所在するオプトダイオード社（Opto Diode Corp.）によって製造されているＯＤ−１３９０であり、これは、約９４３ｎｍの中心波長と、約６０ｎｍのスペクトル通過幅（半値幅）とを有する。
【０１３０】
図１７を参照すれば、合成型マルチチャネル二波長システム４９０が、開示されている一実施形態において示されている。図示の実施形態においては、複数の二波長パイロメータ４２０ａ、４２０ｂ、及び４２０ｃが、ライン１１４に沿ってターゲット７２ａ、７２ｂ、及び７２ｃを観測するように、構成されている。それぞれの二波長パイロメータ４２０ａ、４２０ｂ、４２０ｃは、放射温度計の個々のペア４２２ａ／４２４ａ、４２２ｂ／４２４ｂ、４２２ｃ／４２４ｃを含み、所与のペアのそれぞれのメンバは、図１５を参照して説明したように、選択された波長通過幅を観測するように構成されている。
【０１３１】
二波長パイロメータ４２０の放射温度計４２２及び４２４は、光成分の伝播軸が共通の面（例えば、図１７の放射温度計４２２ｃ及び４２４ｃの長手軸を通過するものとして示されている面４９２）上に位置するように、構成することができる。また、放射温度計４２２及び４２４の内部要素は、共通の面４９２と直交する幅４９４が図６Ａ及び図６Ｂの放射温度計２２ａ、２２ｂ、及び２２ｃの幅と同一になるように、構成することもできる。このような構成は、二波長パイロメータ４２０に対して放射温度計２２と同一の横方向フットプリントを提供し、この結果、図６Ａ及び図６Ｂに関して上述したもの及び図１７に示されているものと同一の方式により、任意のラインに沿って又はその他のパターンにおいてターゲットを観測するように、二波長パイロメータ４２０ａ、４２０ｂ、及び４２０ｃを構成することが可能になる。
【０１３２】
代替実施形態においては、マルチチャネル構成のパイロメータのうちの１つのみが二波長である。この構成においては、単一の二波長パイロメータから導出される温度補正及び／又は放射率補償が、ウエハの全体に対して、且つ、従って、ターゲットのすべてに対して適用されるということを前提としている。
【０１３３】
従って、合成型マルチチャネル二波長システム４９０は、空間的温度均一性の情報を提供しつつ、二波長焦点外テレセントリック構成の改善された精度を与えることができる。
本明細書における説明は、主にＭＯＣＶＤ反応器システムにおける用途に焦点をおいているが、本明細書において説明されている原理は、その他のタイプのＣＶＤチャンバのみならず、放射温度計を利用するチャンバ全般に対して適用可能であることに留意されたい。また、本開示の目的で、「パイロメータ」及び「放射温度計」という用語は同義語であり、「検出器」は電磁放射線検出器であり、「ビーム」は電磁放射線のビームである。
【０１３４】
上部及び下部、前面及び背面、左及び右、或いは、これらに類似したものなどの関係を示す用語の参照は、説明の利便を目的としたものであり、任意の特定の向きに限定するものではない。図に示されているすべての寸法は、その範囲を逸脱することなしに、特定の実施形態の潜在的な設計及び意図されている使用に伴って変化することになろう。
【０１３５】
本明細書に開示されている追加の図及び方法のそれぞれは、改善された装置、システム、及び方法を実施又は使用するために改善された装置、システム、及び方法を提供するべく、別個に、或いは、その他の特徴及び方法との関連において、使用されてもよい。従って、本明細書に開示されている特徴及び方法の組合せは、最も広範な意味において、開示されている実施形態を実施するために必須のものではなく、且つ、その代わりに、代表的な実施形態について具体的に説明するために開示されたものに過ぎない。
【０１３６】
本出願の請求項の解釈を目的として、米国特許法第１１２条第６段落の条文は、「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」又は「ｓｔｅｐ  ｆｏｒ」という特定の用語が主題である請求項において記述されていない限り、有効ではないことが明示的に意図されている。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１】
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【図１０】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月30日(2015.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口絞りと、
放射線を前記開口絞りに伝達するために設けられた１つ又は複数の光学要素からなる対象物アセンブリであって、前記対象物アセンブリ及び前記開口絞りは光軸を規定し、前記対象物アセンブリは、前記対象物アセンブリ内の第１の基準点との関係で第１の焦点距離を規定し、前記第１の基準点は、前記放射線をターゲットから前記対象物アセンブリを通じて伝達するために、且つ、前記ターゲットからの前記放射線を前記開口絞り上に集束させるために、前記対象物アセンブリの前記第１の焦点距離と実質的に等しい前記開口絞りからの距離において前記光軸上に配置されていることと、
前記開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される前記放射線の少なくとも一部を検出するように設けられた電磁放射線検出器であって、前記電磁放射線検出器は信号を生成してその信号から前記ターゲットの温度が推定されることと
を備える、放射温度計用のテレセントリック光学構成。
【請求項２】
前記開口絞りとは前記対象物アセンブリの反対側に設けられた１つ又は複数の光学要素からなる写像アセンブリをさらに備え、前記写像アセンブリの前記光学要素は、前記光軸に沿って前記開口絞りを通じて前記対象物アセンブリから伝達される放射線を受け取るように設けられており、前記写像アセンブリは、前記写像アセンブリ内の第２の基準点との関係で第２の焦点距離を規定し、前記第２の基準点は前記光軸上に配置されている、請求項１に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項３】
前記写像アセンブリの前記第２の基準点は、前記写像アセンブリの前記第２の焦点距離と実質的に等しい前記開口絞りからの距離に配置されている、請求項２に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項４】
前記開口絞りは、前記対象物アセンブリの有効半径方向寸法の約１／３以下である主寸法を規定している、請求項１，２又は３に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項５】
前記電磁放射線検出器は、約７００ｎｍのカットオフ波長を有する光子カウンタである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項６】
４５０ｎｍ未満の波長において主通過幅を有する濾波装置をさらに備え、前記濾波装置は、前記電磁放射線検出器の検知領域上に入射する放射線を濾波するように設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項７】
前記濾波装置の前記主通過幅は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲に中心波長を有し、且つ、２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の帯域幅を有する、請求項６に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項８】
前記濾波装置は帯域通過フィルタを有する、請求項６に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項９】
前記ターゲットと前記対象物アセンブリの間の距離は２メートル未満である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項１０】
前記対象物アセンブリは少なくとも１つのレンズを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載のテレセントリック光学構成。
【請求項１１】
化学気相蒸着チャンバで利用される放射温度計における迷放射線の偏りを低減する方法であって、その方法は、
ターゲットからの放射線を収集するために開口絞り及び第１の光学要素アセンブリを備えるテレセントリックレンズ構成を提供するステップであって、前記テレセントリックレンズ構成は、前記ターゲットから放出される平行化された放射線を捕捉するために、前記第１の光学要素アセンブリの焦点距離に前記開口絞りを位置決めするように適合されていることと、
有形媒体上の命令を与えるステップと
を含み、前記命令は、前記化学気相蒸着チャンバ内でターゲットから放出される放射線を遮るように前記第１の光学要素アセンブリを配向することを含む、方法。
【請求項１２】
前記命令を与えるステップにおいて与えられる前記命令は、前記第１の光学要素アセンブリの焦点距離に前記開口絞りを位置決めすることをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記命令を与えるステップにおいて与えられる前記命令は、前記テレセントリックレンズ構成を電磁放射線検出器と動作可能に結合することをさらに含む、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の光学要素アセンブリの焦点距離に前記開口絞りを位置決めすることをさらに含む、請求項１１，１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記テレセントリックレンズ構成を電磁放射線検出器と動作可能に結合することをさらに含む、請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
化学気相蒸着チャンバ内でターゲットの温度を計測するシステムであって、
前記化学気相蒸着チャンバと動作可能に結合された放射温度計を備え、前記放射温度計は、前記化学気相蒸着チャンバ内で前記ターゲットを規定する手段を有する、システム。
【国際調査報告】
2015528106.tif 000030
2015528106.tif 000031
2015528106.tif 000032
2015528106.tif 000033