DE112013003131T5 - Reduction of radiation thermometry deviation errors in a CVD reactor - Google Patents
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Abstract
Vorrichtungen zur Verringerung von Strahlungsthermometrie-Abweichungsfehlern in Gehäusen wie bspw. CVD-Reaktoren. In einer Ausführungsform verwendet ein Strahlungsthermometer eine nicht fokussierte telezentrische Linsenanordnung. Die nicht fokussierte telezentrische Anordnung ist auf unendlich fokussiert, wird jedoch dazu verwandt, Strahlung von einem relativ nahen Ziel einzufangen (beispielsweise innerhalb von ein paar Meter) das außerhalb des Fokus ist. Das Einfangen kollimierter Strahlung vom Ziel vermindert den Beitrag von Streustrahlung. In einer anderen Ausführungsform kann gestreute Strahlung, die von einem bestimmten Segment eines peripheren Heizelements stammt, lokal durch einen von mehreren Mechanismen, einschließlich der Verringerung der Abstrahlung (beispielsweise Betriebstemperatur) des bestimmten Segments oder des Einfangens oder Umlenkens eines Teils der Strahlung, die von dem bestimmten Segments stammt, reduziert werden. In der Nähe einer Achse, die sich von der Mitte der Wafer-Aufnahme und über das bestimmte Segment erstreckt, befestigte Strahlungsthermometer unterliegen weniger Streustrahlung und bieten damit eine zuverlässigere Temperaturmessung.Devices for reducing radiation thermometry error errors in housings such as CVD reactors. In one embodiment, a radiation thermometer uses a non-focused telecentric lens assembly. The unfocused telecentric array is focused at infinity, but is used to capture radiation from a relatively close target (for example, within a few meters) that is out of focus. The capture of collimated radiation from the target reduces the contribution of scattered radiation. In another embodiment, scattered radiation originating from a particular segment of a peripheral heating element may be localized by one of several mechanisms, including reducing the radiation (eg, operating temperature) of the particular segment, or capturing or deflecting a portion of the radiation from the one specific segment is reduced. Radiation thermometers mounted near an axis extending from the center of the wafer receptacle and over the particular segment are less susceptible to radiation and thus provide a more reliable temperature measurement.
Description
HINTERGRUNDBACKGROUND
Metallorganische Chemische Dampfabscheidung (MOCVD) ist eine chemische Dampfabscheidungstechnik zum Züchten kristalliner Schichten in Prozessen wie der Herstellung von Halbleitern. Der MOCVD-Prozess wird in einer Reaktorkammer in Gang gesetzt, die speziell gestaltete Strömungs-Flansche aufweist, welche einheitliche Reaktorgasströme zur Reaktorkammer erzeugen.Organometallic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) is a chemical vapor deposition technique for growing crystalline layers in processes such as semiconductor fabrication. The MOCVD process is initiated in a reactor chamber having specially designed flow flanges which produce uniform reactor gas streams to the reactor chamber.
Die Temperaturen der kristallinen Schichten während des MOCVD-Prozesses werden typischerweise unter Verwendung von berührungslosen Vorrichtungen wie Strahlungsthermometern oder Pyrometern gemessen. Derartige Materialien zur Erzeugung kristallinen Wachstums umfassen Siliciumcarbid (SiC), Zinkselenid (ZnSe) und Galliumnitrid (GaN) basierte Materialien wie GaN und AlGaN. Bestimmte Substrate der Materialien zur Erzeugung kristallinen Wachstums haben Abstrahlungseigenschaften, die die für die Strahlungsthermometie verwendbare Betriebswellenlänge begrenzen. Zum Beispiel kann auf einem Saphirsubstrat aufgewachsenes GaN bei Prozesstemperaturen, für Wellenlängen von mehr als 450 Nanometer (nm), eine Durchlässigkeit von mehr als 50% aufweisen. Somit stammt bei Wellenlängen von mehr als 450 nm ein wesentlicher Anteil der Strahlung, die die Oberfläche einer GaN-Schicht verlässt, aus der Struktur unter dem Substrat, die in der Sichtlinie des Strahlungsthermometers ist (z. B. eine Wafer-Aufnahme). Die Strahlung, die durch die GaN-Schicht hindurchgeht, liefert keinen Hinweis auf die Temperatur der GaN-Schicht. Dementsprechend wurden Strahlungsthermometer entwickelt, die Strahlung bei Wellenlängen-Längen erfassen, die kürzer als 450 nm sind (etwa entsprechend den blauen, violetten und ultravioletten Wellenlängen). Siehe z. B. US-Patentanmeldung Nr. 2011/0064114 von Zettler et al. (auf die im Folgenden als „Zettler” Bezug genommen wird), die ein Pyrometer offenbart, welches dazu eingerichtet ist, Strahlung im Bereich von 250 nm bis 450 nm zu erfassen.The temperatures of the crystalline layers during the MOCVD process are typically measured using non-contact devices such as radiation thermometers or pyrometers. Such crystalline growth materials include silicon carbide (SiC), zinc selenide (ZnSe) and gallium nitride (GaN) based materials such as GaN and AlGaN. Certain crystalline growth material substrates have radiation properties that limit the operating wavelength that can be used for radiation thermometry. For example, GaN grown on a sapphire substrate may have a transmittance of greater than 50% at process temperatures, for wavelengths greater than 450 nanometers (nm). Thus, at wavelengths greater than 450 nm, a substantial portion of the radiation exiting the surface of a GaN layer originates from the structure under the substrate, which is in the line of sight of the radiation thermometer (eg, a wafer receptacle). The radiation passing through the GaN layer provides no indication of the temperature of the GaN layer. Accordingly, radiation thermometers have been developed which detect radiation at wavelength lengths shorter than 450 nm (approximately corresponding to the blue, violet and ultraviolet wavelengths). See, for example, For example, U.S. Patent Application No. 2011/0064114 to Zettler et al. (hereinafter referred to as "Zettler") which discloses a pyrometer which is adapted to detect radiation in the range of 250 nm to 450 nm.
Ein Problem mit der Verwendung von Strahlungsthermometern ist die Erkennung unerwünschter Strahlung. Eine Quelle unerwünschter Strahlung ist ungefilterte Strahlung, die außerhalb der gewünschten Erfassungsbandbreite erfasst wird. Zettler beschreibt eine Vorrichtung und eine Technik, die den Beitrag ungefilterter Strahlung berücksichtigt. Zettler weist darauf hin, dass Schmalbandpassfilter Infrarotstrahlung nicht völlig blockieren. Die nicht blockierte Infrarotstrahlung kann bei Betriebstemperaturen (etwa 800°C) problematisch sein, da das spektrale Schwarzkörperabstrahlungsvermögen des Ziels im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums um etwa 9 Größenordnungen höher ist, als im primären Bandpass (das ist der gewünschte spektrale Bandpass zum Ableiten der Zieltemperatur) des Schmalbandpassfilters. Das Verfahren nach Zettler beinhaltet die Verwendung eines Detektors, der gegenüber einem breiten Wellenlängenbereich (von Ultraviolett bis Infrarot) empfindlich ist, und das Filtern der ankommenden Strahlung mit einem schmalen Bandpassflter, der um etwa 410 nm zentriert ist. Ein Langpassfilter wird dann verwendet, um den primären Bandpass des Schmalbandpassfilters effektiv zu blockieren, aber zu erlauben, dass die durch den Schmalbandpassfilter im Infrarot- und nahen Infrarot-Bereich des elektromagnetischen Spektrums ungefilterte Strahlung passieren kann. Zettler leitet die Strahlung, die durch den primären Bandpass des Schmalbandpassfilters hindurchgeht, aus dem Unterschied zwischen den beiden Messungen, d. h., zwischen dem nur mit dem Schmalbandpassfilter erlangten Signal und dem mit sowohl dem Schmalbandpassfilter als auch dem Langpassfilter erlangten Signal.A problem with the use of radiation thermometers is the detection of unwanted radiation. One source of unwanted radiation is unfiltered radiation detected outside the desired detection bandwidth. Zettler describes a device and technique that takes into account the contribution of unfiltered radiation. Zettler points out that narrowband pass filters do not completely block infrared radiation. The unblocked infrared radiation can be problematic at operating temperatures (about 800 ° C) because the spectral blackbody radiation capability of the target is about nine orders of magnitude higher in the infrared region of the electromagnetic spectrum than in the primary bandpass (this is the desired spectral bandpass for deriving the target temperature). of the narrow bandpass filter. The Zettler method involves the use of a detector sensitive to a broad range of wavelengths (from ultraviolet to infrared) and filtering the incoming radiation with a narrow bandpass filter centered at about 410 nm. A long-pass filter is then used to effectively block the primary bandpass of the narrow bandpass filter, but to allow the unfiltered radiation to pass through the narrow bandpass filter in the infra-red and near-infrared regions of the electromagnetic spectrum. Zettler derives the radiation passing through the primary bandpass of the narrowband pass filter from the difference between the two measurements, i. h., between the signal obtained only with the narrowband pass filter and the signal obtained with both the narrowband pass filter and the longpass filter.
Eine weitere Quelle unerwünschter Strahlung ist der Beitrag von „Streustrahlung”. Streustrahlung ist reflektierte Strahlung, die durch das Gehäuse oder andere Strukturen mittels Zwischen-Reflexion auf das Ziel umgelenkt und in die Sichtlinie des Strahlungsthermometers reflektiert wird. Man stelle sich eine Wafer-Aufnahme mit GaN-Wafern vor, die auf eine erhöhte Temperatur von 800°C erhitzt werden, beispielsweise einen Mikrowellenerhitzungsprozess. Die bei der erhöhten Temperatur betriebenen Komponenten, wie bspw. die Wafer-Aufnahme und die Wafer, werden in alle Richtungen Strahlung abstrahlen, was bewirkt, dass Strahlung innerhalb der Kammer zwischen-reflektiert wird. Ein Teil der zwischen-reflektierten Strahlung wird auf die Oberfläche einfallen, auf die das Strahlungsthermometer zielt und zu der durch das Strahlungsthermometer detektierten Strahlung beitragen. Für GaN-kristalline Schichten bei 800°C beträgt das Reflexionsvermögen bei 410 nm etwa 0,2. Der Streustrahlungs-Beitrag kann den durch das Strahlungsthermometer angegebenen Temperaturwert deutlich verzerren.Another source of unwanted radiation is the contribution of "scattered radiation". Scattered radiation is reflected radiation that is deflected by the housing or other structures by means of intermediate reflection to the target and reflected in the line of sight of the radiation thermometer. Imagine a wafer shot with GaN wafers heated to an elevated temperature of 800 ° C, for example, a microwave heating process. The components operated at the elevated temperature, such as the wafer receptacle and the wafers, will emit radiation in all directions, causing radiation within the chamber to be inter-reflected. A portion of the inter-reflected radiation will be incident on the surface to which the radiation thermometer targets and contributes to the radiation detected by the radiation thermometer. For GaN crystalline films at 800 ° C, the reflectance at 410 nm is about 0.2. The scattered contribution can significantly distort the temperature value given by the radiation thermometer.
Streustrahlung ist ein ernst zu nehmendes Problem, wenn das Ziel auf oder nahe den maximalen Temperaturen in der Kammer ist, was bei Mikrowellenheizungen der Fall ist. Wenn jedoch Strahlung in oder nahe den kurzen Wellenlängen des sichtbaren Spektrums (das heißt in den blauen, violetten oder ultravioletten Wellenlängen) gemessen wird, wird das Problem noch verschärft, wenn es andere Quellen innerhalb der Kammer gibt, die bei wesentlich höheren Temperaturen betrieben werden, als das Ziel. Eine solche Heizeinrichtung überträgt Wärme in Übereinstimmung mit dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, der erfordert, dass das Widerstandsheizelement bei einer Temperatur betrieben wird, die signifikant höher ist als die der Kristallwachstumsschicht. Ein Vorteil thermischer Strahlungsheizung ist, dass die Strahlungsintensität angepasst werden kann, um über die Wafer-Aufnahme ein Profil einzustellen, das eine Gleichverteilung der Temperatur begünstigt.Scattered radiation is a serious problem when the target is at or near the maximum temperatures in the chamber, which is the case with microwave heaters. However, if radiation is measured in or near the short wavelengths of the visible spectrum (i.e., in the blue, violet, or ultraviolet wavelengths), the problem is exacerbated when there are other sources within the chamber that operate at much higher temperatures, as the goal. Such a heater transfers heat in accordance with the first law of thermodynamics, which requires that the resistance heating element is operated at a temperature which is significantly higher than that of the crystal growth layer. An advantage of thermal radiant heating is that the radiation intensity can be adjusted in order to set a profile via the wafer receptacle, which promotes an equal distribution of the temperature.
Man betrachte zum Beispiel die Schwarzkörperstrahlung einer kristallinen Wachstumsschicht bei 800°C. Nach dem Planckschen Gesetz ist das schwarzkörperspektrale Abstrahlungssvermögen bei 410 nm und 800°C etwa 2,0 × 10–4 Watt/m2·μm. Betrachte man nun eine Heizquelle, wie beispielsweise ein Widerstands-Heizelement, das Wärme durch Strahlung und Konvektion zur kristallinen Wachstumsschicht überträgt, die bei 1800°C betrieben wird. Das schwarzkörperspektrale Emissionsvermögen bei 410 nm und 1800°C ist etwa 1,4 × 10+3 Watt/m2·μm. Das ist eine Steigerung von etwa 7 Größenordnungen verglichen mit dem schwarzkörperspektralen Emissionsvermögen bei 800°C (eine typische Betriebstemperatur für eine Kristallwachstumsschicht während des CVD-Prozesses) bei der Wellenlänge von Interesse (
Zettler sagt jedoch nichts in Bezug auf den Beitrag der Streustrahlung oder die Auswirkungen davon, Strahlungsquellen innerhalb einer Kammer zu haben, die die Strahlung, die vom Ziel abgestrahlt wird, letztendlich überragen können. Vielmehr behandelt Zettler das Ziel, als wenn es frei strahlend wäre (d. h. keinen reflektierten Beitrag aufweisen würde). In der Tat ist ein Ziel in einer CVD-Kammer, das bei den für das Kristallwachstum erforderlichen Temperaturen betrieben wird, jedoch nicht frei strahlend.However, Zettler says nothing about the contribution of scattered radiation or the effects of having radiation sources within a chamber that can ultimately project beyond the radiation emitted by the target. Rather, Zettler treats the target as if it were free-radiant (that is, had no reflected contribution). In fact, however, a target in a CVD chamber operating at temperatures required for crystal growth is not free-radiant.
Ein Strahlungsthermometer, das darauf zugeschnitten wäre, die Auswirkungen unerwünschter Strahlung nicht auf Grund von ungefilterter Strahlung, sondern auch auf Grund von Streustrahlung zu reduzieren, wäre zu begrüßen.A radiation thermometer tailored to reduce the effects of unwanted radiation not due to unfiltered radiation but also due to scattered radiation would be welcome.
ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY
Verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung verwenden eine sogenannte ”telezentrische” optische Anordnung, aber in einem nicht fokussierten Modus, um den Beitrag der reflektierten Streustrahlung hinsichtlich wenigstens dreier verschiedener Aspekte zu begrenzen. Zuerst sind in einer telezentrischen optischen Anordnung die Hauptstrahlen, die vom Ziel eingefangen werden, im Wesentlichen parallel zur optischen Achse, was den Streustrahlungsbeitrag wesentlich begrenzt, insbesondere, wenn das Ziel eine stark spiegelnde Reflexionskomponente aufweist. Zweitens können telezentrische optische Anordnungen auch so zugeschnitten werden, dass der Raumwinkel, den jeder Punkt auf dem Ziel aufspannt, recht klein ist, was ebenfalls den Beitrag der Streustrahlung reduziert. Drittens kann die telezentrische optische Anordnung dazu eingerichtet sein ein kollimiertes Strahlenbündel, das vom Ziel abgestrahlt wird, einzufangen, was den Raumwinkel der vom Strahlungsthermometer erfassten Strahlung weiter verringert und gleichzeitig die Größe des Ziels (und das nachfolgende Signal-Rausch-Verhältnis) auf den effektiven Durchmesser der vorderen optischen Elemente vergrößert. Bei der Erfassung des kollimierten Strahlenbündels wird die telezentrische optische Anordnung in einem „nicht fokussierten” („off-focus”) Modus genutzt, d. h. sie wird nicht für qualitativ hochwertiges Aufnehmen der Oberfläche des Ziels verwendet. Daher müssen die in der telezentrischen optischen Anordnung verwendeten Komponenten nicht von der hervorragenden Qualität sein, die mit im Handel erhältlichen telezentrischen Linsensystemen typischerweise in Verbindung gebracht wird.Various embodiments of the disclosure use a so-called "telecentric" optical arrangement, but in a non-focused mode, to limit the contribution of the reflected scattered radiation with respect to at least three different aspects. First, in a telecentric optical arrangement, the principal rays captured by the target are substantially parallel to the optical axis, which substantially limits the scatter contribution, particularly if the target has a highly reflective reflection component. Second, telecentric optical arrays can also be tailored so that the solid angle that each point spans on the target is quite small, which also reduces the contribution of scattered radiation. Third, the telecentric optical assembly may be configured to capture a collimated beam emitted from the target, further reducing the solid angle of the radiation detected by the radiation thermometer, and at the same time increasing the size of the target (and the subsequent signal-to-noise ratio) to the effective one Diameter of the front optical elements increased. Upon detection of the collimated beam, the telecentric optical assembly is used in an "off-focus" mode, i. H. it is not used for high quality recording of the surface of the target. Therefore, the components used in the telecentric optical arrangement need not be of the excellent quality typically associated with commercially available telecentric lens systems.
Verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung können alternativ oder zusätzlich den Beitrag der Streustrahlung, der von einem Strahlungsthermometer erfasst wird, durch Konfigurieren der Reaktionskammer und des darin befindlichen Zubehörs, reduzieren, so dass weniger Streustrahlung auf das Ziel des Strahlungsthermometers einfällt. Bei der Analyse der Streustrahlung für die vorliegende Arbeit wurde festgestellt, dass von den peripheren Heizelementen in einer Heizelementanordnung der größte Beitrag der von dem Strahlungsthermometer erfassten Streustrahlung ausgeht. Es wurde auch sowohl durch Strahlverfolgungsmodellierung als auch durch Verifizierungsexperimente verifiziert, dass das Bereitstellen einer Diskontinuität in dem Abschnitt des peripheren Heizelements, welcher der Zielfläche des Strahlungsthermometers am nächsten ist, den durch die Streustrahlung verursachten Abweichungs-Fehler signifikant reduziert.Various embodiments of the disclosure may alternatively or additionally reduce the contribution of stray radiation detected by a radiation thermometer to the reaction chamber and the accessories therein, such that less stray radiation is incident on the target of the radiation thermometer. In the analysis of the scattered radiation for the present work, it was found that the largest contribution of the scattered radiation detected by the radiation thermometer emanates from the peripheral heating elements in a heating element arrangement. It has also been verified by both ray tracing modeling and verification experiments that providing a discontinuity in the portion of the peripheral heating element closest to the target surface of the radiation thermometer significantly reduces the drift error caused by scattered radiation.
„Nicht Fokussierte” Telezentrische Optik "Not Focused" Telecentric Optics
Im Handel erhältliche telezentrische Linsensysteme werden beispielsweise bei Bildverarbeitungssystemen eingesetzt um klare, gestochen scharfe Bilder mit hoher Vergrößerung bereitzustellen. Diese telezentrischen Linsensysteme stellen eine gleichmäßige Vergrößerung aller Punkte in einem Bild bereit, unabhängig von der Position des Punktes in diesem Bild. Das heißt, dass in Bildverarbeitungssystemen eingesetzte telezentrische Linsensysteme Bilder bereitstellen, die im Wesentlichen isometrisch sind, im Gegensatz zu perspektivischen Bildern, die mit Standard-Abbildungs-Systemen bereitgestellt werden. Ein Vorteil der im Handel erhältlichen telezentrischen Linsensysteme ist, dass das isometrische Bild die Parallaxe im Bild wesentlich reduzieren kann.Commercially available telecentric lens systems are used, for example, in image processing systems to provide clear, crisp, high-magnification images. These telecentric lens systems provide a uniform magnification of all the points in an image regardless of the position of the point in that image. That is, telecentric lens systems used in image processing systems provide images that are substantially isometric, as opposed to perspective images provided with standard imaging systems. An advantage of the commercially available telecentric lens systems is that the isometric image can significantly reduce the parallax in the image.
Jedoch ist der effektive Bereich, über den ein telezentrisches Linsensystem bei einer gegebenen Einstellung ein isometrisches Bild bereitstellen kann, recht begrenzt. Dieser effektive Bereich wird allgemein als die „telezentrische Tiefe” (siehe z. B. Petrozzo et al., ”Telecentric Lenses Simplify Non-Contact Metrology,” Test & Measurement World, 15. Oktober 2001, S. 5) bezeichnet. Somit ist ein Paradigma der telezentrischen Linsensysteme, dass sie in einem engen Bereich, der um die Objektebene zentriert ist, betreibbar sind. Die optischen Komponenten eines Bildverarbeitungs-telezentrischen Linsen-System sind von hoher Qualität, um gestochen scharfe Abbildungen über das ganze Bild zu liefern. Ferner nutzen im Handel erhältliche telezentrische Linsen-Systeme typischerweise hochwertige Stative, um die Möglichkeit zu schaffen, die Tiefenschärfe der Objektebene anzupassen. Die genauen Abbildungs-Fähigkeiten von kommerziell verfügbaren telezentrischen Linsen-Systemen treiben die Kosten in die Höhe.However, the effective range over which a telecentric lens system can provide an isometric image at a given setting is quite limited. This effective range is commonly referred to as the "telecentric depth" (see, e.g., Petrozzo et al., "Telecentric Lenses Simplify Non-Contact Metrology," Test & Measurement World, October 15, 2001, p.5). Thus, a paradigm of telecentric lens systems is that they are operable in a narrow area centered around the object plane. The optical components of an image processing telecentric lens system are of high quality to provide crisp images throughout the image. Furthermore, commercially available telecentric lens systems typically utilize high quality tripods to provide the ability to adjust the depth of focus of the object plane. The exact imaging capabilities of commercially available telecentric lens systems drive up costs.
Bei verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung wird das telezentrische Konzept in einer Weise verwendet, auf die Bildverarbeitungssysteme nicht verwendet werden. In einer Ausführungsform ist die telezentrische optische Anordnung dazu eingerichtet auf unendlich zu fokussieren, während sie nur wenige Zentimeter von dem Ziel entfernt angeordnet ist Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Strahlung von jedem der Punkte auf dem Ziel mit im Wesentlichen dem gleichen Winkel in das optische System eintritt. Hohe Bildqualität und die damit verbundene kostspielige Optik ist nicht erforderlich, weil das Ziel anstatt Objektabbildung eher Strahlungs-Sammlung und -Erfassung ist. Das heißt, dass die telezentrische optische Anordnung in einem nicht fokussierten oder „off-focus” Modus genutzt wird, um ein kollimiertes Strahlenbündel von Strahlung, das von der Zieloberfläche abgestrahlt wird, effektiv zu erfassen. Eine solche Anordnung erfordert weder qualitativ hochwertige Abbildungsoptik noch anspruchsvolle Halterungen zum Feinabstimmen eines Bildes.In various embodiments of the disclosure, the telecentric concept is used in a manner that does not use image processing systems. In one embodiment, the telecentric optical assembly is configured to focus at infinity while being located only a few centimeters from the target. The advantage of this arrangement is that the radiation from each of the points on the target is at substantially the same angle into the target optical system enters. High image quality and the associated costly optics is not required because the goal rather than object imaging is rather radiation collection and detection. That is, the telecentric optical device is used in an unfocused or "off-focus" mode to effectively detect a collimated beam of radiation emitted from the target surface. Such an arrangement does not require high quality imaging optics nor sophisticated mounts for fine tuning an image.
Strukturell umfasst eine nicht fokussierte telezentrische optische Anordnung, in verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung, eine Aperturblende und eine erste oder „Objekt”-optische Komponente (hier als die „Objektanordnung” bezeichnet) aus einer oder mehreren optischen Komponenten. Die Aperturblende und die Objektanordnung können eine optische Achse und eine erste Brennweite relativ zu einem Bezugspunkt innerhalb der Objektanordnung definieren, wobei der Bezugspunkt auf der optischen Achse angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die Aperturblende in einem Abstand vom Bezugspunkt der Objektanordnung angeordnet, der im Wesentlichen gleich der ersten Brennweite der Objektanordnung ist. Durch Anordnen der Aperturblende in der Brennweite der Objektanordnung wird die Objektanordnung effektiv auf unendlich fokussiert, zur Übertragung von im Wesentlichen kollimierter Strahlung von einem nicht fokussierten Ziel durch die Objektanordnung und zum Fokussieren der Strahlung von dem nicht-fokussierten Ziel auf die Aperturblende.Structurally, an unfocused telecentric optical assembly, in various embodiments of the disclosure, includes an aperture stop and a first or "object" optical component (referred to herein as the "object assembly") of one or more optical components. The aperture stop and the object arrangement may define an optical axis and a first focal length relative to a reference point within the object arrangement, the reference point being disposed on the optical axis. In one embodiment, the aperture stop is located at a distance from the reference point of the object assembly that is substantially equal to the first focal length of the object assembly. By placing the aperture stop in the focal length of the object assembly, the object assembly is effectively focused to infinity, transmitting substantially collimated radiation from a non-focused target through the object assembly, and focusing the radiation from the non-focused target onto the aperture stop.
In einigen Ausführungsformen kann eine zweite oder „Bild”-optische Komponentenanordnung (hier als „Bildanordnung” bezeichnet) aus einer oder mehreren optischen Komponenten gegenüber der Objektanordnung von der Aperturblende angeordnet sein und dazu eingerichtet sein, von der Objektanordnung durch die Aperturblende auf der optischen Achse übertragene Strahlung, zu empfangen, wobei die Bildanordnung eine zweite Brennweite in Bezug auf einen zweiten Bezugspunkt in der Bildanordnung definiert, wobei der zweite Bezugspunkt auf der optischen Achse angeordnet ist.In some embodiments, a second or "image" optical component assembly (referred to herein as "image arrangement") of one or more optical components may be disposed opposite the object assembly from the aperture stop and configured to move from the object assembly through the aperture stop on the optical axis transmitted radiation, wherein the image arrangement defines a second focal length with respect to a second reference point in the image arrangement, wherein the second reference point is arranged on the optical axis.
In einer Ausführungsform wird eine „bilaterale” telezentrische optische Anordnung implementiert, in der die Hauptstrahlen sowohl des Ziels als auch des Bildes parallel zur optischen Achse sind. In der bilateralen Anordnung definiert die Brennweite der Objektanordnung ungefähr den Zielabstand, wobei die Blende im Wesentlichen in der hinteren Brennebene der Objektanordnung und in der vorderen Brennebene der Bildanordnung angeordnet ist. In einer bilateralen telezentrischen Anordnung ist nicht nur die durch die Objektoptische Komponentenanordnung gesammelte Strahlung im Wesentlichen kollimiert, sondern auch die von der Bild-optischen Komponentenanordnung an den Detektor übertragene Strahlung ist im Wesentlichen kollimiert. Ein Vorteil der Kollimation der Strahlung zwischen der Bild-optischen Komponentenanordnung und dem Detektor ist die zusätzliche Unterdrückung von Streulicht.In one embodiment, a "bilateral" telecentric optical arrangement is implemented in which the principal rays of both the target and the image are parallel to the optical axis. In the bilateral arrangement, the focal length of the object assembly defines approximately the target distance, with the aperture disposed substantially in the back focal plane of the object assembly and in the front focal plane of the image assembly. In a bilateral telecentric arrangement, not only is the radiation collected by the object optical component array substantially collimated, but also the radiation transmitted from the image-optical component array to the detector is substantially collimated. An advantage of the collimation of the radiation between the image-optical component arrangement and the detector is the additional suppression of scattered light.
In verschiedenen Ausführungsformen wird die nicht fokussierte telezentrische optische Anordnung als Ausrüstung (”kit”) für die Implementierung mit einem neuen oder einem bestehenden Strahlungsthermometer in chemischen Dampfabscheidungssystemen bereitgestellt. In einer Ausführungsform wird eine telezentrische Linsenanordnung bereitgestellt, die eine Aperturblende und eine vordere optische Komponentenanordnung zum Sammeln von Strahlung von einem Ziel umfasst, wobei die telezentrische Linsenanordnung dazu eingerichtet ist, die Aperturblende in der Brennweite der vorderen optischen Komponentenanordnung zu positionieren. Ferner sind Hersteller-seitige Instruktionen vorgesehen, die den Benutzer anleiten, die vordere optische Komponentenanordnung auszurichten, die von einem Ziel in einer chemischen Dampfabscheidungskammer ausgesendete Strahlung abzufangen. In einer Ausführungsform wird das Koppeln der telezentrischen Linsenanordnung mit einem Strahlungsdetektor und/oder das Positionieren der Aperturblende in der Brennweite der vorderen optischen Baugruppe vom Hersteller durchgeführt; in anderen Ausführungsformen wird der Schritt des Positionierens der Aperturblende in der Brennweite der vorderen optischen Baugruppe und/oder das Positionieren der Aperturblende in den vom Hersteller gelieferten Instruktionen bereitgestellt. In various embodiments, the unfocused telecentric optical assembly is provided as a kit for implementation with a new or existing radiation thermometer in chemical vapor deposition systems. In one embodiment, a telecentric lens assembly is provided that includes an aperture stop and a front optical component assembly for collecting radiation from a target, wherein the telecentric lens assembly is configured to position the aperture stop in the focal length of the front optical component assembly. Further, manufacturer-side instructions are provided which direct the user to align the front optical component assembly to intercept the radiation emitted by a target in a chemical vapor deposition chamber. In one embodiment, the coupling of the telecentric lens assembly to a radiation detector and / or the positioning of the aperture stop in the focal length of the front optical assembly is performed by the manufacturer; In other embodiments, the step of positioning the aperture stop in the focal length of the front optical assembly and / or positioning the aperture stop in the instructions provided by the manufacturer is provided.
Zweiwellenlängen-PyrometerTwo wavelength pyrometer
Verschiedene der offenbarten Ausführungsformen umfassen auch ein Zweiwellenlängen-Pyrometer, welches das nicht fokussierte telezentrische Konzept nutzt, um Strahlung im sichtbaren/ultravioletten oder „sichtbaren/UV” Spektrum und im Infrarotspektrum zu messen. (Für die Zwecke dieser Offenbarung umfasst das „sichtbare/UV” Spektrum, alternativ als „optisches” Spektrum bezeichnet, die Wellenlängen von einschließlich 300 nm bis 700 nm, das „sichtbare” Spektrum die Wellenlängen von einschließlich 400 nm bis 700 nm und das „Infrarot”-Spektrum die Wellenlängen von einschließlich größer als 700 nm bis etwa 10.000 nm.) Eine übliche Lösung zum Ableiten von Temperatur von einer Strahlungsmessung ist das sogenannte „Quotienten”-Pyrometer. Ein Quotienten-Pyrometer misst die von einem Ziel abgestrahlte Strahlung in zwei unterschiedlichen Wellenlängenbandpässen und arbeitet nach dem Prinzip des Korrelierens des Verhältnisses der erhaltenen Signale mit der Temperatur. Für einen Graukörperstrahler (d. h. ein Ziel mit demselben Abstrahlungsvermögen über beide der unterschiedlichen Wellenlängenbandpässe) wird der Effekt des Abstrahlungsvermögens durch den Quotienten des Verhältnisses effektiv aufgehoben, so dass die Signalverhältnisse in Abhängigkeit von der Temperatur genauso sind, wie bei einer Schwarzkörperkalibrierung. Auch wurden Schemata entwickelt, die angegebene Temperatur eines Quotienten-Pyrometers zu korrigieren, wenn das betrachtete Ziel kein Graukörper ist.Various of the disclosed embodiments also include a two-wavelength pyrometer that utilizes the unfocused telecentric concept to measure radiation in the visible / ultraviolet or "visible / UV" spectrum and in the infrared spectrum. (For purposes of this disclosure, the "visible / UV" spectrum, alternatively referred to as the "optical" spectrum, includes the wavelengths including 300 nm to 700 nm, the "visible" spectrum, the wavelengths including 400 nm to 700 nm and the " Infrared spectrum, including wavelengths of greater than 700 nm to about 10,000 nm.) A common solution for deriving temperature from a radiation measurement is the so-called "quotient" pyrometer. A quotient pyrometer measures the radiation emitted by a target in two different wavelength bandpasses and operates on the principle of correlating the ratio of the received signals with the temperature. For a gray body radiator (i.e., a target having the same radiating power over both the different wavelength bandpasses), the effect of radiating power is effectively canceled by the quotient of the ratio, so that the signal ratios are temperature dependent, as in blackbody calibration. Also, schemes have been developed to correct the indicated temperature of a quotient pyrometer if the target being considered is not a gray body.
Die unterschiedlichen Wellenlängenbandpässe von gewöhnlichen Quotienten-Pyrometern neigen dazu, auf dem elektromagnetischen Spektrum relativ nahe beieinander zu sein, was der allgemeinen Annahme geschuldet ist, dass Wellenlängenbandpässe, die nahe beieinander sind, eine bessere Chance haben, das gleiche Abstrahlungsvermögen zu besitzen (d. h. Graukörperverhalten zu zeigen) verglichen mit Wellenlängenbandpässen, die weiter voneinander entfernt sind. Bei bestimmten Verfahren ist es jedoch wünschenswert, Informationen über verschiedene Abschnitte des Wellenlängenspektrums zu erhalten, um den Prozess richtig zu steuern. Zum Beispiel ist beim Abscheiden von GaN auf Saphir-Substraten in einem MOCVD-Reaktor ein Weg den Prozess zu steuern, die Temperatur der Wafer-Aufnahme für die primäre Temperaturregelung mit einem Infrarot-Pyrometer abzuleiten und die Temperatur der GaN-Schicht des Wafers mit einem optischen Pyrometer zur Sekundärregelung abzuleiten. Konventionelle Quotienten-Pyrometer sind für diesen Zweck nicht geeignet, weil beide Wellenlängenbandpässe in der Regel im gleichen elektromagnetischen Bereich sind – entweder im optischen oder im infraroten.The different wavelength bandpasses of ordinary quotient pyrometers tend to be relatively close to one another on the electromagnetic spectrum, which is due to the general belief that wavelength bandpasses that are close together have a better chance of having the same radiating power (ie graybody behavior) show) compared to wavelength bandpasses farther apart. However, in certain methods it is desirable to obtain information about different portions of the wavelength spectrum to properly control the process. For example, in depositing GaN on sapphire substrates in a MOCVD reactor, one way to control the process is to derive the temperature of the wafer receptacle for primary temperature control with an infrared pyrometer and the temperature of the GaN layer of the wafer derive optical pyrometer for secondary control. Conventional quotient pyrometers are not suitable for this purpose because both wavelength bandpasses are typically in the same electromagnetic range - either in the optical or in the infrared.
In den Zweiwellenlängen-Pyrometer-Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung misst ein Paar von Strahlungsthermometern Strahlung von identisch inspizierten Zielen in unterschiedlichen Wellenlängenbandpässen. Die Zentralwellenlängen der Bandpässe können in verschiedenen Teilen des elektromagnetischen Spektrums sein, wobei der erste der Wellenlängenbandpässe im sichtbaren/UV-Spektrum liegt und der zweite der Wellenlängenbandpässe im Infrarotspektrum liegt. In einer Ausführungsform sind die Zentralwellenlängen für die Infrarot- und die optischen Wellenlängenbandpässe ungefähr 900 nm bzw. 400 nm (beispielsweise 930 nm und 405 nm). Das Zweiwellenlängen-Pyrometer der vorliegenden Offenbarung kombiniert die optischen (d. h. sichtbar/UV-Spektrum) und Infrarot-Detektoren in einer Einheit, so dass beide Messungen durch eine gemeinsame Sichtöffnung gemacht werden. Dementsprechend erfordert das Vorsehen einer optischen und einer Infrarot-Strahlungsmessung nicht die Verwendung von zwei Sichtöffnungen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die sowohl für die optische als auch die Infrarot-Messung eingefangene Strahlung gleichzeitig von dem gleichen identischen Ziel durch die gleiche Stelle auf dem Sichtöffnungs-Fensters eingefangen werden kann, wodurch bestimmte Unterschiede, die sich aus nicht-gleichzeitigen Messungen, die von verschiedenen Zielen durch verschiedene Sichtöffnungs-Fenster erlangt wurden, ergeben, vermieden werden können. Einbeziehen der nicht fokussierten telezentrischen Optik verringert den Beitrag der Streustrahlung weiter, was den Abweichungsfehler der Temperaturmessungen verringert.In the two-wavelength pyrometer embodiments of the present disclosure, a pair of radiation thermometers measure radiation from identically inspected targets in different wavelength bandpasses. The central wavelengths of the bandpasses may be in different parts of the electromagnetic spectrum, with the first of the wavelength bandpasses in the visible / UV spectrum and the second of the wavelength bandpasses in the infrared spectrum. In one embodiment, the center wavelengths for the infrared and optical wavelength bandpasses are about 900 nm and 400 nm, respectively (for example, 930 nm and 405 nm). The two-wavelength pyrometer of the present disclosure combines the optical (ie visible / UV spectrum) and infrared detectors in one unit so that both measurements are made through a common viewing port. Accordingly, the provision of optical and infrared radiation measurement does not require the use of two viewing ports. A further advantage is that the radiation captured for both the optical and the infrared measurement can be simultaneously captured by the same identical target through the same location on the viewing port window, whereby certain differences resulting from non-simultaneous measurements, which have been obtained from different targets through different viewing aperture windows, can be avoided. Including the unfocused telecentric optics further reduces the contribution of the scattered radiation, which reduces the error of deviation of the temperature measurements.
Einige der hier offenbarten Zweiwellenlängen-Pyrometer-Anordnungen umfassen optional eine Reflektometeranordnung zur Kompensation des Abstrahlungsvermögens. Das Ableiten der Temperatur von einem Strahlungssignal erfordert entweder Kenntnis oder Kompensation des Abstrahlungsvermögens des Zieles. Ein Wafer in einer CVD-Kammer kann erheblichen und nicht monotonen Änderungen im Abstrahlungsvermögen ausgesetzt sein, wenn die Schichten auf dem Wafer aufgebaut werden, was zeitweise destruktive Interferenz der verschiedenen reflektierenden Waferschichten bedingen kann, was zu einer periodischen Änderung der Reflektivität und des Emissionsvermögens führen kann. Bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen ein in das Strahlungsthermometer integriertes Reflektometer, umfassend eines oder beide der Strahlungsthermometer des Zweiwellenlängen-Pyrometers. Der Reflektometerwert kann implementiert sein, um das Emissionsvermögen des Zieles abzuleiten und eine Korrektur für die angegebene Temperatur bereitzustellen. Einbeziehen der nicht fokussierten telezentrischen Optik verringert den Betrag gestreuter Strahlung weiter, was den Abweichungsfehler der Emissionsvermögensbestimmung verringert.Some of the two-wavelength pyrometer arrangements disclosed herein optionally include a reflectometer arrangement to compensate for radiation. Deriving the temperature from a radiation signal requires either knowledge or compensation of the radiation ability of the target. A wafer in a CVD chamber may experience significant and non-monotonic changes in emissivity as the layers are built on the wafer, which may cause intermittent destructive interference of the various reflective wafer layers, which may result in a periodic change in reflectivity and emissivity , Certain embodiments of the present disclosure include a reflectometer integrated into the radiation thermometer, comprising one or both of the radiation thermometers of the two-wavelength pyrometer. The reflectometer value may be implemented to derive the emissivity of the target and to provide a correction for the indicated temperature. Including the unfocused telecentric optics further reduces the amount of scattered radiation, which reduces the error of deviation of the emissivity determination.
Strukturell kann das offenbarte telezentrische Zweiwellenlängen-Pyrometer eine Objektanordnung aus einer oder mehreren optischen Komponenten zur Übertragung von Strahlung eines nicht fokussierten Zieles umfassen, wobei die Objektanordnung eine Brennweite in Bezug auf einen ersten Bezugspunkt in der Objektanordnung definiert. In dieser Ausführungsform ist eine erste Aperturblende dazu angeordnet, Strahlung, die von der Objektanordnung übertragen wurde, zu empfangen, wobei die Objektanordnung und die erste Aperturblende eine erste optische Achse definieren, die durch den Bezugspunkt verläuft, wobei die erste Aperturblende in einem Abstand vom Bezugspunkt angeordnet ist, der im Wesentlichen gleich zur Brennweite der Objektanordnung ist, zum Fokussieren eines ersten erfassten Teils der Strahlung auf die erste Aperturblende. In dieser Ausführungsform ist eine zweite Aperturblende dazu angeordnet, Strahlung, die von der Objektanordnung übertragen wurde, zu empfangen, wobei die Objektanordnung und die zweite Aperturblende eine zweite optische Achse definieren, die durch den Bezugspunkt verläuft, wobei die zweite Aperturblende in einem Abstand von dem Bezugspunkt angeordnet ist, der im Wesentlichen gleich zur Brennweite der Objektanordnung ist, zum Fokussieren eines zweiten erfassten Teils der Strahlung auf die zweite Aperturblende. Ein zweiter Detektor elektromagnetischer Strahlung kann dazu angeordnet sein, den ersten erfassten Teil der von der Objektanordnung durch die erste Aperturblende übertragen Strahlung zu detektieren. Ebenso kann ein zweiter Detektor elektromagnetischer Strahlung zum Detektieren des zweiten erfassten Teils der von der Objektanordnung durch die zweite Aperturblende übertragenen Strahlung angeordnet sein, wobei der erste Detektor elektromagnetischer Strahlung und der zweite Detektor elektromagnetischer Strahlung ein erstes Signal bzw. ein zweites Signal erzeugen, zum Ableiten einer Temperatur des nicht fokussierten Ziels.Structurally, the disclosed two-wavelength telecentric pyrometer may comprise an object array of one or more optical components for transmitting radiation of a non-focused target, the object array defining a focal length with respect to a first reference point in the object array. In this embodiment, a first aperture stop is arranged to receive radiation transmitted from the object assembly, the object assembly and the first aperture stop defining a first optical axis passing through the reference point, the first aperture stop being spaced from the reference point substantially equal to the focal length of the object array, for focusing a first detected portion of the radiation onto the first aperture stop. In this embodiment, a second aperture stop is arranged to receive radiation transmitted from the object assembly, wherein the object assembly and the second aperture stop define a second optical axis passing through the reference point, the second aperture stop spaced apart from the second aperture stop Reference point is arranged, which is substantially equal to the focal length of the object arrangement, for focusing a second detected part of the radiation on the second aperture diaphragm. A second detector of electromagnetic radiation may be arranged to detect the first detected part of the radiation transmitted by the object arrangement through the first aperture stop. Likewise, a second detector of electromagnetic radiation for detecting the second detected part of the radiation transmitted by the object arrangement through the second aperture stop can be arranged, the first detector of electromagnetic radiation and the second detector of electromagnetic radiation generating a first signal or a second signal for deriving a temperature of the unfocused target.
Das telezentrische Zweiwellenlängen-Pyrometer kann des Weiteren eine erste Reflektometerbaugruppe umfassen, die eine erste Strahlungsquelle zur Erzeugung eines ersten Strahlenbündels elektromagnetischer Strahlung und einen ersten Strahlteiler umfasst, wobei der erste Strahlteiler zur Ausbreitung eines Teils des ersten Strahlenbündels entlang der ersten optischen Achse angeordnet ist, zur Bestrahlung des nicht fokussierten Zieles. Ferner kann auch eine zweite Reflektometerbaugruppe, umfassend eine zweite Strahlungsquelle zur Erzeugung eines zweiten Strahlenbündels elektromagnetischer Strahlung und einen zweiten Strahlteiler, beinhaltet sein, wobei der zweite Strahlteiler zur Ausbreitung eines Teils des zweiten Strahlenbündels entlang der zweiten optischen Achse angeordnet ist, zur Bestrahlung des nicht fokussierten Zieles.The two-wavelength telecentric pyrometer may further comprise a first reflectometer assembly including a first radiation source for generating a first beam of electromagnetic radiation and a first beam splitter, the first beam splitter being arranged to propagate a portion of the first beam along the first optical axis Irradiation of the unfocused target. Furthermore, a second reflectometer module, comprising a second radiation source for generating a second beam of electromagnetic radiation and a second beam splitter, may be included, the second beam splitter being arranged to propagate a portion of the second beam along the second optical axis for irradiating the unfocused beam target.
In einer Ausführungsform liegt der erste erfasste Teil der Strahlung im Infrarot-Spektrum elektromagnetischer Strahlung und der zweite erfasste Teil der Strahlung liegt im sichtbaren Spektrum elektromagnetischer Strahlung. Der zweite erfasste Teil der Strahlung kann einen Wellenlängenbandpass definieren, der um eine Wellenlänge, die größer oder gleich 400 nm und kleiner oder gleich 410 nm ist, zentriert ist. Der erste erfasste Teil der Strahlung kann einen Wellenlängenbandpass definieren, der die 930 nm Wellenlänge aufweist. Auch kam eine reduzierte Öffnungsanordnung zum selektiven Reduzieren eines des ersten erfassten Teils der Strahlung, der durch den ersten Detektor elektromagnetischer Strahlung detektiert wird, und des zweiten erfassten Teils der Strahlung, der durch den zweiten Detektor elektromagnetischer Strahlung detektiert wird, angeordnet sein.In one embodiment, the first detected portion of the radiation is in the infrared spectrum of electromagnetic radiation and the second detected portion of the radiation is in the visible spectrum of electromagnetic radiation. The second detected portion of the radiation may define a wavelength bandpass centered at a wavelength greater than or equal to 400 nm and less than or equal to 410 nm. The first detected portion of the radiation may define a wavelength bandpass having the 930 nm wavelength. Also included was a reduced aperture arrangement for selectively reducing one of the first detected portion of the radiation detected by the first electromagnetic radiation detector and the second detected portion of the radiation detected by the second electromagnetic radiation detector.
Mehrkanal PyrometerMulti-channel pyrometer
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen des Weiteren ein „Mehrkanal”-Pyrometersystem zum Ableiten einer räumlichen Temperaturverteilung, das eine Vielzahl von nicht fokussierten telezentrischen Strahlungsthermometern zur Bestimmung des Temperaturprofils des Wafers während der Herstellung bereitstellen. Gleichmäßige Wafer-Temperaturen sind wünschenswert, um die Waferausbeute zu erhöhen. Während der Großteil der Temperatur der Wafer-Aufnahme und des Wafers durch die Heizelemente gesteuert wird, stehen dem Bediener verschiedene sekundäre Parameter zur Verfügung, um die Gleichförmigkeit der Temperatur zwischen Wafern als auch die Temperaturgleichverteilung innerhalb eines Wafers zu verbessern. Die vorliegende Erfindung umfasst eine Anordnung zum Messen der Gleichförmigkeit der Wafertemperatur. Die Vielzahl von Strahlungsthermometern ist jeweils dazu ausgerichtet, ein anderes Ziel an einer anderen Position auf einem gegebenen Wafer zu inspizieren, wobei die Daten von jedem Ziel gleichzeitig erfasst werden. Die Zielgrößen können angepasst werden, um eine fast vollständige Abdeckung des inspizierten Wafers zu erreichen, zum Ableiten einer Temperaturverteilung über den Wafer. Temperaturgleichförmigkeitskarten können erzeugt werden und ihre Genauigkeit kann durch die Verwendung statistischer Durchschnitte synchronisierter Daten über eine ausgewählte Zeitdauer (z. B. 1 Minute) verbessert werden. Einbeziehen der nicht fokussierten telezentrischen Optik verringert den Beitrag der Streustrahlung in der Kammer, die im Wesentlichen mit der Position des Ziels auf dem Wafer variiert. Die Reduktion des Streustrahlungsbeitrags verringert den Abweichungsfehler der einzelnen Temperaturmessungen und des resultierenden Temperaturprofils.Embodiments of the present invention further include a "multi-channel" pyrometer system for deriving a spatial temperature distribution comprising a plurality of unfocused telecentric radiation thermometers for determining the temperature profile of the wafer during manufacture provide. Uniform wafer temperatures are desirable to increase wafer yield. While most of the temperature of the wafer receiver and wafer is controlled by the heating elements, various secondary parameters are available to the operator to improve the uniformity of the temperature between wafers as well as the uniform temperature distribution within a wafer. The present invention includes an arrangement for measuring the uniformity of the wafer temperature. The plurality of radiation thermometers are each designed to inspect another target at a different position on a given wafer, with the data from each target detected simultaneously. The target sizes can be adjusted to achieve almost complete coverage of the inspected wafer for deriving a temperature distribution across the wafer. Temperature uniformity maps can be generated and their accuracy can be improved by using statistical averages of synchronized data over a selected period of time (eg, 1 minute). Including the unfocused telecentric optic reduces the contribution of stray radiation in the chamber which varies substantially with the position of the target on the wafer. The reduction of the stray radiation contribution reduces the error of deviation of the individual temperature measurements and the resulting temperature profile.
In noch weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind sowohl die Mehrkanal-Anordnung als auch die Zweiwellenlängen-Konzepte (mit optionalen Reflexionsmessfähigkeiten) im gleichen System kombiniert. Durch diese Anordnung können die Temperaturprofile die durch die Zweiwellenlängen und/oder die Abstrahlungsvermögenausgleichsanordnungen bereitgestellte verbesserte Genauigkeit beinhalten.In yet other embodiments of the present disclosure, both the multi-channel arrangement and the dual-wavelength concepts (with optional reflectivity capabilities) are combined in the same system. By this arrangement, the temperature profiles may include the improved accuracy provided by the dual wavelengths and / or the radiator balance arrangements.
Strukturell ist ein Mehrkanal-Pyrometersystem zum Ableiten einer räumlichen Temperaturverteilung offenbart, umfassend eine Vielzahl von Strahlungsthermometern, die angeordnet sind, eine entsprechende Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen zu inspizieren, wobei jedes der Vielzahl von Strahlungsthermometern eine erste telezentrische optische Anordnung umfasst. Die erste telezentrische optische Anordnung umfasst eine Objektanordnung aus einer oder mehreren optischen Komponenten zur Übertragung von Strahlung, wobei die Objektanordnung eine Brennweite in Bezug auf einen Bezugspunkt in der Objektanordnung definiert. Jedes der Vielzahl von Strahlungsthermometern umfasst des Weiteren eine erste Aperturblende, angeordnet zum Empfangen von Strahlung, die von der Objektanordnung übertragen wurde, wobei die Objektanordnung und die erste Aperturblende eine erste optische Achse definieren, die durch den Bezugspunkt verläuft, wobei die erste Aperturblende in einem Abstand vom Bezugspunkt angeordnet ist, der im Wesentlichen gleich der Brennweite der Objektanordnung ist, zum Fokussieren eines ersten erfassten Teils der Strahlung von dem entsprechenden der entsprechenden Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen auf die erste Aperturblende. Jedes der Vielzahl von Strahlungsthermometern umfasst des Weiteren einen erster Detektor elektromagnetischer Strahlung, der zum Detektieren des ersten erfassten Teils der von der Objektanordnung durch die erste Aperturblende übertragen Strahlung angeordnet ist, wobei der erste Detektor elektromagnetischer Strahlung ein erstes Signal erzeugt, aus dem eine Temperatur des entsprechenden der entsprechenden Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen abgeleitet wird. Die Vielzahl von Strahlungsthermometern können zum Inspizieren eines Wafers auf einer Wafer-Aufnahme angeordnet sein, wobei die Wafer-Aufnahme innerhalb einer chemischen Dampfabscheidungskammer angeordnet ist und wobei die Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen dem Wafer vollständig gegenübergelegt ist. Das Gegenüberlegen der nicht fokussierten Ziele durch den Wafer ist aufgrund der Drehung der Wafer-Aufnahme periodisch.Structurally, a multichannel pyrometer system for deriving a spatial temperature distribution is disclosed, comprising a plurality of radiation thermometers arranged to inspect a corresponding plurality of adjacent unfocused targets, each of the plurality of radiation thermometers comprising a first telecentric optical assembly. The first telecentric optical arrangement comprises an object arrangement of one or more optical components for transmitting radiation, the object arrangement defining a focal length with respect to a reference point in the object arrangement. Each of the plurality of radiation thermometers further comprises a first aperture stop arranged to receive radiation transmitted from the object array, the object array and the first aperture stop defining a first optical axis passing through the reference point, the first aperture stop being in one Distance from the reference point is arranged, which is substantially equal to the focal length of the object arrangement, for focusing a first detected part of the radiation from the corresponding one of the corresponding plurality of adjacent unfocused targets on the first aperture diaphragm. Each of the plurality of radiation thermometers further comprises a first electromagnetic radiation detector arranged to detect the first detected portion of radiation transmitted by the object assembly through the first aperture diaphragm, the first electromagnetic radiation detector producing a first signal indicative of a temperature of the first detector derived from the corresponding plurality of adjacent non-focused targets. The plurality of radiation thermometers may be arranged to inspect a wafer on a wafer receptacle, wherein the wafer receptacle is disposed within a chemical vapor deposition chamber, and wherein the plurality of adjacent unfocused targets are completely opposed to the wafer. Opposing the unfocused targets by the wafer is periodic due to the rotation of the wafer receiver.
Mindestens eines der Vielzahl von Strahlungsthermometern kann eine erste Reflektometerbaugruppe, umfassend einen ersten Strahlteiler und eine erste Strahlungsquelle zur Erzeugung eines ersten Strahls elektromagnetischer Strahlung, umfassen. Der erste Strahlteiler kann zur Ausbreitung eines Teils des ersten Strahls entlang der ersten optischen Achse angeordnet sein, zur Bestrahlung des entsprechenden der entsprechenden Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen. Eine zweite Reflektometerbaugruppe umfassend einen zweiten Strahlteiler und eine zweite Strahlungsquelle zur Erzeugung eines zweiten Strahls elektromagnetischer Strahlung, wobei der zweite Strahlteiler zur Ausbreitung eines Teils des zweiten Strahls entlang der zweiten optischen Achse angeordnet ist, kann ebenfalls beinhaltet sein, zur Bestrahlung des entsprechenden der entsprechenden Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen. In einigen Ausführungsformen moduliert eine oder beide der ersten und zweiten Reflektometerbaugruppe oder Reflektometerbaugruppen den ersten Strahl mit einem Chopper. Wenigstens eines der Vielzahl von Strahlungsthermometern kann eine reduzierte Öffnungsanordnung, angeordnet zum selektiven Reduzieren des ersten erfassten Teils der Strahlung, der durch den ersten Detektor elektromagnetischer Strahlung detektiert wird, beinhalten.At least one of the plurality of radiation thermometers may comprise a first reflectometer assembly comprising a first beam splitter and a first radiation source for generating a first beam of electromagnetic radiation. The first beam splitter may be arranged to propagate a portion of the first beam along the first optical axis for irradiating the corresponding one of the corresponding plurality of adjacent non-focused targets. A second reflectometer assembly comprising a second beam splitter and a second radiation source for generating a second beam of electromagnetic radiation, the second beam splitter being arranged to propagate a portion of the second beam along the second optical axis may also be included for irradiating the corresponding one of the corresponding plurality from neighboring unfocused targets. In some embodiments, one or both of the first and second reflectometer assemblies or reflectometer assemblies modulates the first beam with a chopper. At least one of the plurality of radiation thermometers may include a reduced aperture arrangement arranged to selectively reduce the first detected portion of the radiation detected by the first detector of electromagnetic radiation.
In einer Ausführungsform umfasst zumindest eines der Vielzahl von Strahlungsthermometern des Weiteren eine zweite telezentrische optische Anordnung, die eine zweite Aperturblende, angeordnet zum Empfangen von Strahlung von der Objektanordnung, umfasst, wobei die Objektanordnung und die zweite Aperturblende eine zweite optische Achse definieren, die durch den Bezugspunkt verläuft, wobei die zweite Aperturblende in einem Abstand vom Bezugspunkt angeordnet ist, der im Wesentlichen gleich zur Brennweite der Objektanordnung ist, zum Fokussieren des zweiten erfassten Teils von dem entsprechenden der entsprechenden Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen auf die zweite Aperturblende; und einen zweiter Detektor elektromagnetischer Strahlung, der zum Detektieren des zweiten erfassten Teils der von der Objektanordnung durch die zweite Aperturblende übertragen Strahlung angeordnet ist, wobei der zweite Detektor elektromagnetischer Strahlung ein zweites Signal erzeugt, aus dem die Temperatur des entsprechenden der entsprechenden Vielzahl von benachbarten nicht fokussierten Zielen abgeleitet wird. Der erste erfasste Teil der Strahlung kann im Infrarot-Spektrum der elektromagnetischen Strahlung liegen und der zweite erfasste Teil der Strahlung liegt im sichtbaren Spektrum der elektromagnetischen Strahlung. In einer Ausführungsform ist entlang der ersten optischen Achse und der zweiten optischen Achse ein Kaltlichtspiegel angeordnet, wobei der Kaltlichtspiegel den ersten erfassten Teil der Strahlung transmittiert und den zweiten erfassten Teil der Strahlung reflektiert. Der zweite erfasste Teil der Strahlung kann einen Wellenlängenbandpass definieren, der um eine Wellenlänge, die größer oder gleich 400 nm und kleiner oder gleich 410 nm ist, zentriert ist und der erste erfasste Teil der Strahlung kann einen Wellenlängenbandpass definieren, der die 930 nm Wellenlänge aufweist.In one embodiment, at least one of the plurality of radiation thermometers further comprises a second telecentric optical array including a second aperture stop arranged to receive radiation from the object array, the object array and the second aperture stop defining a second optical axis defined by the Reference point runs, with the second Aperture stop is arranged at a distance from the reference point, which is substantially equal to the focal length of the object arrangement, for focusing the second detected part of the corresponding one of the corresponding plurality of adjacent unfocused targets on the second aperture stop; and a second detector of electromagnetic radiation arranged to detect the second detected portion of the radiation transmitted from the object assembly through the second aperture stop, the second detector of electromagnetic radiation generating a second signal from which the temperature of the corresponding one of the corresponding plurality of adjacent ones does not derived from focused goals. The first detected part of the radiation may be in the infrared spectrum of the electromagnetic radiation and the second detected part of the radiation is in the visible spectrum of the electromagnetic radiation. In one embodiment, a cold light mirror is arranged along the first optical axis and the second optical axis, wherein the cold light mirror transmits the first detected part of the radiation and reflects the second detected part of the radiation. The second detected portion of the radiation may define a wavelength bandpass centered at a wavelength greater than or equal to 400 nm and less than or equal to 410 nm, and the first detected portion of the radiation may define a wavelength bandpass having the 930 nm wavelength ,
StreustrahlungssteuerungScattered radiation control
Ein Betriebsprinzip der verschiedenen Ausführungsformen ist es, den Beitrag der Strahlung des peripheren Heizelements in der Nähe des Ziels des Strahlungsthermometers lokal zu reduzieren. In einer Ausführungsform wird die lokale Reduktion des Strahlungsbeitrags durch Umfassen eines Abschnitts mit geringem Wärmefluss in dem peripheren Heizelement erreicht, so dass die von diesem bei einer Betriebswellenlänge des Strahlungsthermometers abgestrahlte Strahlungswärme deutlich geringer ist, als von anderen Abschnitten des peripheren Heizelements oder der peripheren Heizelemente (beispielsweise mehr als zwei Größenordnungen niedriger). Der Abschnitt mit geringem Wärmefluss eliminiert die Abstrahlung von Strahlung bei der Betriebswellenlänge (beispielsweise im sichtbaren/UV-Spektrum), so dass, lokal, das periphere Heizelement nicht zur Streustrahlung bei der Betriebswellenlänge des Strahlungsthermometers beiträgt. Analyse und Experimentieren für diese Arbeit haben gezeigt, dass das Reduzieren des spektralen Strahlungsbeitrags in der Nähe der Zielfläche des Strahlungsthermometers auf diese Weise den Abweichungsfehler aufgrund von Streustrahlung signifikant reduziert.An operating principle of the various embodiments is to locally reduce the contribution of the radiation of the peripheral heating element in the vicinity of the target of the radiation thermometer. In one embodiment, the local reduction of the radiation contribution is achieved by including a portion of low heat flux in the peripheral heating element so that the radiant heat radiated therefrom at an operating wavelength of the radiation thermometer is significantly less than that of other portions of the peripheral heating element or elements ( for example, more than two orders of magnitude lower). The low heat flux section eliminates the radiation of radiation at the operating wavelength (for example in the visible / UV spectrum), so that, locally, the peripheral heating element does not contribute to stray radiation at the operating wavelength of the radiation thermometer. Analysis and experimentation for this work have shown that reducing the spectral contribution of radiation in the vicinity of the target surface of the radiation thermometer in this way significantly reduces the deviation error due to stray radiation.
In einer anderen Ausführungsform wird die lokale Reduktion des Streustrahlungsbeitrags durch eine Strahlungsfalle, die in der Nähe des peripheren Heizelements positioniert ist, erreicht. Ein Großteil der von dem peripheren Heizelement stammenden Strahlung, von dem Segment in der Nähe der Strahlungsfalle, wird dadurch eingefangen und leistet keinen Beitrag zum Streustrahlungsbeitrag.In another embodiment, the local reduction of the stray radiation contribution is achieved by a radiation trap positioned in the vicinity of the peripheral heating element. A large part of the radiation originating from the peripheral heating element, of the segment in the vicinity of the radiation trap, is thereby captured and makes no contribution to the scattered radiation contribution.
In einer anderen Ausführungsform wird die lokale Reduktion des Streustrahlungsbeitrags durch Ablenken der von einem Segment des peripheren Elements stammenden Strahlung erreicht. In dieser Ausführungsform ist eine Ablenkfläche in der Nähe des peripheren Heizelements positioniert, die die von einem Abschnitt des peripheren Heizelementes ausgehende Strahlung vom Zielbereich des Strahlungsthermometers weg ablenkt. Auf diese Weise wird der Streustrahlungsbeitrag lokal reduziert.In another embodiment, the local reduction of the scattered radiation contribution is achieved by deflecting the radiation originating from a segment of the peripheral element. In this embodiment, a baffle is positioned near the peripheral heating element which deflects the radiation emanating from a portion of the peripheral heating element away from the target area of the radiation thermometer. In this way, the scattered contribution is reduced locally.
In einer Ausführungsform ist ein System zum Begrenzen einer von einem Strahlungsthermometer empfangenen Streustrahlung beschrieben, umfassend eine chemische Dampfabscheidungskammer (CVD) und eine Wafer-Aufnahme, eingerichtet zum Drehen um eine Drehachse, wobei die Wafer-Aufnahme eine obere Oberfläche, eine untere Oberfläche und einen äußeren Rand umfasst, wobei die obere Oberfläche im Wesentlichen planar ist und eine Zielebene definiert. Eine Vielzahl von Heizelementen ist unterhalb der Wafer-Aufnahme angeordnet, wobei die Vielzahl von Heizelementen dazu eingerichtet ist, die untere Oberfläche der Wafer-Aufnahme zu bestrahlen. Die Vielzahl von Heizelementen kann ein peripheres Heizelement in der Nähe des äußeren Randes der Wafer-Aufnahme umfassen. Das periphere Heizelement kann die anderen Heiz der Vielzahl von Heizelementen umgeben, oder aus zwei oder mehreren Heizelementen bestehen, die die anderen Heizelemente umgeben. Das periphere Heizelement kann entlang eines bestimmten Abschnitts des periphere Heizelements einen Abschnitt mit einem geringen Wärmefluss beinhalten, wobei der Abschnitt mit einem geringen Wärmefluss relativ zu anderen Abschnitten des peripheren Heizelements mit einer deutlich reduzierten Temperatur betrieben wird. In einer Ausführungsform ist der Abschnitt mit einem geringen Wärmefluss dazu eingerichtet, bei einer Temperatur von mindestens 300°C unter der Temperatur eines beliebigen anderen Abschnitts des Heizelements betrieben zu werden, wenn mit einer maximalen Betriebstemperatur gearbeitet wird.In one embodiment, a system is described for limiting stray radiation received from a radiation thermometer, comprising a chemical vapor deposition chamber (CVD) and a wafer receptacle configured to rotate about an axis of rotation, the wafer receptacle having a top surface, a bottom surface, and a wafer surface outer edge, wherein the upper surface is substantially planar and defines a target plane. A plurality of heating elements are disposed beneath the wafer receptacle, wherein the plurality of heating elements are configured to irradiate the lower surface of the wafer receptacle. The plurality of heating elements may include a peripheral heating element proximate the outer edge of the wafer receptacle. The peripheral heating element may surround the other heating elements of the plurality of heating elements, or may consist of two or more heating elements surrounding the other heating elements. The peripheral heating element may include a portion of low heat flow along a particular portion of the peripheral heating element, wherein the portion of low heat flux is operated at a significantly reduced temperature relative to other portions of the peripheral heating element. In one embodiment, the low heat flow portion is configured to operate at a temperature of at least 300 ° C below the temperature of any other portion of the heating element when operating at a maximum operating temperature.
In einer Ausführungsform ist ein Strahlungsthermometer zum Inspizieren eines Zieles angeordnet, das in der Nähe einer „Achse reduzierter gestreuter Strahlung” angeordnet ist, wobei die Achse reduzierter gestreuter Strahlung koplanar mit der Zielebene ist und sich von der Drehachse und über den Abschnitt des Heizelements mit einem geringen Wärmefluss erstreckt. Der Abschnitt des peripheren Heizelements mit einem geringen Wärmefluss kann einen elektrischen Anschluss umfassen.In one embodiment, a radiation thermometer is arranged to inspect a target located proximate to a "reduced scattered radiation axis", the reduced scattered radiation axis being coplanar with the target plane and extending from the axis of rotation and over the portion of the beam Heating element with a low heat flux extends. The portion of the low heat flux peripheral heating element may include an electrical connection.
In einer Ausführungsform liegt das Ziel in einem rechteckigen Bereich auf der Wafer-Ebene, der einen Abschnitt der Achse reduzierter gestreuter Strahlung umfasst, wobei der rechteckige Bereich sich von der Spindel zu einer äußeren Kante der Wafer-Aufnahme erstreckt, wobei der rechteckige Bereich eine Breite aufweist, die ungefähr die gleiche Breite ist, wie die tangentiale Abmessung des bestimmten Abschnitts des peripheren Heizelements.In one embodiment, the target is in a rectangular area on the wafer plane that includes a portion of the reduced scattered radiation axis, the rectangular area extending from the spindle to an outer edge of the wafer receptacle, the rectangular area having a width which is approximately the same width as the tangential dimension of the specific portion of the peripheral heating element.
Das System kann des Weiteren einen innerhalb der CVD-Kammer angeordneten Zylinder umfassen, wobei der Zylinder eine Zylinderachse definiert, die im Wesentlichen konzentrisch mit der Drehachse ist, wobei der Zylinder eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist, wobei die Innenfläche einen inneren Zylinderdurchmesser definiert, die Außenfläche einen äußeren Zylinderdurchmesser definiert, wobei der Zylinder einen oberen Rand aufweist, der eine obere Ebene definiert, die im Wesentlichen lotrecht zur Zylinderachse ist. Die Wafer-Aufnahme kann einen Aufnahmeaußendurchmesser definieren, der größer als der Zylinderinnendurchmesser des Zylinders ist. Das System kann des Weiteren eine innerhalb der CVD-Kammer angeordnete Spindel umfassen, wobei die Spindel konzentrisch zur Drehachse ist und einen distalen Abschnitt aufweist, der zum Koppeln mit der Wafer-Aufnahme angepasst ist. In einer Ausführungsform kann das Strahlungsthermometer dazu eingerichtet sein, Strahlung im sichtbaren/UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums zu erfassen.The system may further include a cylinder disposed within the CVD chamber, the cylinder defining a cylinder axis substantially concentric with the axis of rotation, the cylinder having an inner surface and an outer surface, the inner surface defining an inner cylinder diameter Outside surface defines an outer cylinder diameter, wherein the cylinder has an upper edge defining an upper plane which is substantially perpendicular to the cylinder axis. The wafer receiver may define a receiver outside diameter that is larger than the cylinder inside diameter of the cylinder. The system may further include a spindle disposed within the CVD chamber, the spindle being concentric with the axis of rotation and having a distal portion adapted for coupling to the wafer receptacle. In one embodiment, the radiation thermometer may be configured to detect radiation in the visible / UV region of the electromagnetic spectrum.
In verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung werden verschiedene Mechanismen zur Verringerung von Streustrahlung, die von einem bestimmten Abschnitt eines peripheren Heizelements emittiert wird, vorgestellt. In einer Ausführungsform beinhaltet der Mechanismus eines von einer Strahlungsfalle und einem Strahlungs-Deflektor, angeordnet in der Nähe des bestimmten Abschnitts des peripheren Heizelements.In various embodiments of the disclosure, various mechanisms for reducing stray radiation emitted by a particular portion of a peripheral heating element are presented. In one embodiment, the mechanism includes one of a radiation trap and a radiation deflector disposed proximate the particular portion of the peripheral heating element.
In weiteren Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Begrenzung einer von einem Strahlungsthermometer, welches ein Ziel in einer chemischen Dampfabscheidungskammer inspiziert, empfangenen Streustrahlung vorgestellt, wobei das Verfahren das Bereitstellen einer Wafer-Aufnahme und einer Heizelementanordnung umfasst, die für den Betrieb in der chemischen Dampfabscheidungskammer eingerichtet sind, wobei die Wafer-Aufnahme zur Drehung um eine Drehachse eingerichtet ist und eine untere Oberfläche und eine im Wesentlichen planare obere Fläche aufweist, wobei die obere Oberfläche eine Zielebene definiert, wobei die Heizelementanordnung ein peripheres Heizelement umfasst, das einen Abschnitt mit einem geringen Wärmefluss entlang eines bestimmten Abschnitts des peripheren Heizelements umfasst. Anweisungen auf einem greifbaren Medium werden ebenfalls bereitgestellt, umfassend die Schritte:
- • Anordnen der Heizelementanordnung in der chemischen Dampfabscheidungskammer;
- • Anordnen der Wafer-Aufnahme in der chemischen Dampfabscheidungskammer oberhalb der Heizelementanordnung und mit der oberen Oberfläche nach oben;
- • Ausrichten eines Strahlungsthermometers zum Inspizieren eines Zieles, das in der Nähe einer Achse reduzierter gestreuter Strahlung angeordnet ist, wobei die Achse reduzierter gestreuter Strahlung koplanar mit der Zielebene ist und sich von der Drehachse und über den Abschnitt des Heizelements mit einem geringen Wärmefluss erstreckt.
- Arranging the heater assembly in the chemical vapor deposition chamber;
- Placing the wafer receiver in the chemical vapor deposition chamber above the heater assembly and with the upper surface up;
- Aligning a radiation thermometer to inspect a target disposed proximate an axis of reduced scattered radiation, wherein the reduced scattered radiation axis is coplanar with the target plane and extends from the axis of rotation and over the portion of the low heat flux heating element.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Bezugnehmend auf
Bezugnehmend auf die
Eine Widerstandheizelementanordnung
Das Strahlungsthermometer
Die nicht-fokussierte telezentrische optische Anordnung
Die Aperturblende
Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne dieser Offenbarung eine „optische Komponentenanordnung” eine Vielzahl von optischen Komponenten (wie dargestellt) oder eine einzelne optische Komponente, wie eine einzelne Linse, aufweisen kann. Während die hier dargestellten optischen Komponenten Linsen umfassen, versteht es sich, dass andere optische Komponenten, wie Fokussierspiegel und auch Glasfaserbündel verwendet werden können, um die Strahlungsübertragung zu erreichen.It should be understood that for purposes of this disclosure, an "optical component assembly" may include a plurality of optical components (as shown) or a single optical component, such as a single lens. While the optical components illustrated herein include lenses, it will be understood that other optical components such as focusing mirrors and fiber optic bundles may be used to achieve radiation transmission.
In einer Ausführungsform wird das Strahlungsthermometer
Bezugnehmend auf
Die nicht fokussierte telezentrische optische Anordnung
In einer Ausführungsform ist der Abstand L1 im Wesentlichen gleich der Brennweite der Bildanordnung
In einer Ausführungsform kann der Abstand L2 auch im Wesentlichen gleich der Brennweite der Bildanordnung
Ein Strahlenbündel
Der Raumwinkel
Gegebenenfalls kann das Strahlungsthermometer
Im Betrieb können die Platten
Funktionell kann die größenreduzierte Öffnungsanordnung
Der/die dargestellte(n) Aktuator(en)
Es versteht sich für den Fachmann, dass es eine Abwägung zwischen der Größe des erforderlichen Raumwinkels
In bestimmten nicht einschränkenden Ausführungsformen beträgt die Hauptabmessung
Für ein typisches Ziel aus kristallinem Wachstumsmaterial hat zwischen-reflektierte Strahlung, die von dem Ziel
Man betrachte die Orientierung des Strahlungsthermometers
Man betrachte die Orientierung des Strahlungsthermometers
Um die Theorie der Arbeitsweise der nicht fokussierten telezentrischen optischen Anordnung
Das Strahlungsthermometer
Das ASAP-Modell sagte vorher, dass bei einem Strahlungsthermometer unter Verwendung von Standard-Optik, etwa 70% des Strahlungsflusses zum Detektor bei der Wellenlänge von 405 nm auf Streustrahlung zurückzuführen sind. Benutzung der nicht fokussierten telezentrischen optischen Anordnung
Bezugnehmend auf die
Die Messergebnisse zeigen, dass bei einem Strahlungsthermometer unter Verwendung von Standard-Optik, etwa 64% des Strahlungsflusses zum Detektor bei der Wellenlänge von 405 nm auf Streustrahlung zurückzuführen sind. Benutzung der nicht fokussierten telezentrischen optischen Anordnung
In einer Ausführungsform umfasst der Detektor
Ein weiterer Vorteil der PMT ist die schnelle Zeitantwort, die sie bereitstellt, was für CVD-Kammern, die hohe Drehgeschwindigkeiten der Wafer-Aufnahme verwenden, wie beispielsweise den von Veeco Instruments of Somerset, New Jersey, USA, hergestellten TURBODISC-Systemen, ein Faktor ist. Das TURBODISC-System ist allgemein bei Mitrovic, et. al., ”Reactor Design Optimization Based an 3D CFD Modeling of Nitrides Deposition in MOCVD Vertical Rotating Disc Reactors”, Juni 2005 (erhältlich unter http://www.wpi.edu/academics/che/HMTL/CFD_in_CRE_IV/Mitrovic.pdf, zuletzt besucht am 16. Juni 2012) beschrieben. Die hohen Drehzahlen derartiger Systeme können von dem Strahlungsdetektor
Nicht einschränkende Beispiele der durch die Filtereinrichtung übertragen Spektren umfassen eine Zentralwellenlänge im Bereich von 380 nm bis 420 nm und eine Bandbreite (Halbwertsbreite) im Bereich von 10 nm bis 70 nm. In einer Ausführungsform umfasst die Filtereinrichtung
In einer Ausführungsform umfasst ein nicht-einschränkendes Beispiel der Komponentenanpassung und des Layouts für die nicht fokussierte telezentrische optische Anordnung
Die Linsen in den oben genannten Beispielen können jedes zur Übertragung von Strahlung im sichtbaren/UV-Bereich des elektromagnetischen Spektrums geeignete Material, wie beispielsweise Borosilikatglas, Bariumfluorid und Quarzglas aufweisen. Sie können auch mit Antireflexionsbeschichtungen beschichtet sein.The lenses in the above examples may comprise any material suitable for transmission of visible / UV radiation of the electromagnetic spectrum, such as borosilicate glass, barium fluoride and quartz glass. They can also be coated with antireflection coatings.
Alternativ können andere Filtereinrichtungen und Techniken in Verbindung mit der hierin dargestellten nicht fokussierten telezentrischen optischen Anordnung
Im Betrieb wird die Wafer-Aufnahme um die Drehachse
Das Strahlungsthermometer
Bezugnehmend auf die
In einer Ausführungsform ist die Vielzahl von Strahlungsthermometern
Bezugnehmend auf
Die verschiedenen in den
Die Ausgangssignale der Strahlungsthermometer
Das Datenerfassungssystem
Bezugnehmend auf die
Eine Heizelementanordnung
Das Strahlungsthermometer
Die Heizelementanordnung
Um eine gleichmäßige Erwärmung zu begünstigen, ist das periphere Heizelement
Bezugnehmend auf
Im Betrieb können die Wafertaschen
Die Betriebsbedingungen des Gehäuses
Das Strahlungsthermometer
Das Strahlverfolgungsmodell sagte vorher, dass bei einem peripheren Heizelement
Bezugnehmend auf
Die Anschlussverbindung
Das innere Heizelement
Es wurde ein Experiment durchgeführt, um den relativen Beitrag des peripheren Heizelements
Es wurde eine Theorie entwickelt, dass, da ein so großer Anteil der Streustrahlung von dem peripheren Heizelement
Ein Streustrahlungserfassungs-Experiment wurde durchgeführt, um diese Theorie zu testen. Das Strahlungsthermometer
Daher basiert das Streustrahlungserfassungs-Experiment auf einem Vergleich der von einem Detektor, der sehr empfindlich hinsichtlich Streustrahlung ist (das Strahlungsthermometer
Bezugnehmend auf
Für das Streustrahlungserfassungsexperiment wurde das MOCVD-Reaktor-System
Der Infrarot-Temperatursignal
Das optische Temperatursignal
Daher kann man qualitativ bestimmen, ob die von dem Strahlungsthermometer
Bezugnehmend auf
Um die Theorie zu prüfen, dass die Streustrahlung in der Nähe eines Abschnitts des peripheren Heizelements
Bezugnehmend auf die
Mit Bezug auf
Dementsprechend ist eine Achse reduzierter gestreuter Strahlung
Bezugnehmend auf die
Im Betrieb wird ein Teil der von dem bestimmten Abschnitt
Bezugnehmend auf
Im Betrieb wird ein Teil der von dem bestimmten Abschnitt
In einer offenbarten Ausführungsform ist das Heizelement mit Hardware zum Implementieren mindestens einer der hier dargestellten Techniken zum lokalen Reduzieren von Streustrahlung ausgerüstet. Ein Satz von Befehlen wird auch auf einem greifbaren Medium bereitgestellt (z. B. beschriebene Papierkopie oder computerzugreifbar), wobei die Befehle beschreiben, wie ein Strahlungsthermometer relativ zur Orientierung des Heizelements für eine reduzierten Streustrahlungskomponente, wie hierin beschrieben, auszurichten ist. Eine solche Kombination kann beispielsweise zur Nachrüstung vorhandener CVD-Reaktor-Systeme verwendet werden.In a disclosed embodiment, the heating element is equipped with hardware for implementing at least one of the techniques for locally reducing stray radiation described herein. A set of instructions is also provided on a tangible medium (eg, paper copy described or computer-accessible), which instructions describe how to align a radiation thermometer relative to the orientation of the heater for a reduced stray radiation component as described herein. Such a combination can be used, for example, to retrofit existing CVD reactor systems.
Bezugnehmend auf
In einer Ausführungsform teilen sich die Strahlungsthermometer
Funktionell ermöglicht das Zweiwellenlängen-Pyrometer
In verschiedenen Ausführungsformen können eines oder beide der Strahlungsthermometer
In bestimmten Ausführungsformen kann die Reflektometerbaugruppe
Im Betrieb wird das Strahlenbündel
In einer Ausführungsform sind das Layout und die Komponenten der Reflektometerbaugruppe oder Baugruppen
Funktionell stellt die Unterfüllung des Ziels
Während die Darstellung der
Bezugnehmend auf die
Das zusammengesetzte Signal
Die Reflektometerbaugruppe
Der Anteil des zweiten Teils
In der dargestellten Anordnung des Zweiwellenlängen-Pyrometers
Bezugnehmend auf
Die Strahlungsthermometer
In einer alternativen Ausführungsform ist nur eines der Pyrometer einer Mehrkanal-Anordnung ein Zweiwellenlängen-Pyrometer. In dieser Anordnung wird eine Annahme gemacht, dass die Temperaturkorrektur und/oder die von dem einzigen Zweiwellenlängen-Pyrometer abgeleitete Abstrahlungsvermögens-Kompensation für den gesamten Wafer und damit alle Ziele gilt.In an alternative embodiment, only one of the pyrometers of a multi-channel arrangement is a two-wavelength pyrometer. In this arrangement, an assumption is made that the temperature correction and / or the emissivity compensation derived from the single two-wavelength pyrometer applies to the entire wafer and hence all targets.
Dementsprechend kann das kombinierte Mehrkanal-, Zweiwellenlängen-System
Während die Beschreibung hierin sich in erster Linie auf eine Anwendung in MOCVD-Reaktor-Systemen konzentriert wird angemerkt, dass die hierin erläuterten Prinzipien auf andere Arten von CVD-Kammern zutreffen können, sowie allgemein auf Kammern, die Strahlungsthermometer verwenden. Ebenso sind für Zwecke dieser Offenbarung die Begriffe „Pyrometer” und „Strahlungsthermometer” synonym, ein „Detektor” ist ein Detektor elektromagnetischer Strahlung und ein „Strahlenbündel” ist ein Strahlenbündel elektromagnetischer Strahlung.While the description herein focuses primarily on application in MOCVD reactor systems, it is noted that the principles discussed herein may apply to other types of CVD chambers, as well as generally to chambers using radiation thermometers. Also, for purposes of this disclosure, the terms "pyrometer" and "radiation thermometer" are synonymous, a "detector" is a detector of electromagnetic radiation and a "beam" is a beam of electromagnetic radiation.
Bezugnahmen auf relative Begriffe wie oben und unten, vorne und hinten, links und rechts, oder dergleichen, sind dazu gedacht zur Vereinfachung der Beschreibung zu dienen und schränken nicht auf irgendeine spezielle Orientierung ein. Alle in den Figuren dargestellten Abmessungen können sich mit einem potenziellen Design und der beabsichtigten Verwendung einer spezifischen Ausführungsform ändern, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen.References to relative terms such as top and bottom, front and back, left and right, or the like, are intended to simplify the description and are not limited to any particular orientation. All dimensions shown in the figures may vary with a potential design and intended use of a specific embodiment without departing from its scope.
Jede(s) der zusätzlichen Figuren und Verfahren, die hierin offenbart sind, können separat oder in Verbindung mit anderen Merkmalen und Verfahren verwendet werden, um verbesserte Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben bereitzustellen. Daher können Kombinationen von Merkmalen und Verfahren, die hierin offenbart sind, nicht erforderlich sein, um die offenbarten Ausführungsformen im weitesten Sinne auszuführen und werden stattdessen lediglich offenbart, um insbesondere repräsentative Ausführungsformen zu beschreiben.Any of the additional figures and methods disclosed herein may be used separately or in conjunction with other features and methods to provide improved apparatus, systems and methods for making and using the same. Therefore, combinations of features and methods disclosed herein may not be required to broadly embody the disclosed embodiments, and instead are merely disclosed to specifically describe representative embodiments.
Für die Zwecke der Auslegung der Ansprüche der vorliegenden Anmeldung ist es ausdrücklich beabsichtigt, dass die Bestimmungen des § 112, sechster Absatz 35 USC nicht angewendet werden, es sei denn die spezifischen Begriffe ”Mittel zum” oder ”Schritt zum” werden in dem betroffenen Anspruch verwendet.For the purposes of interpreting the claims of the present application, it is expressly intended that the provisions of
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