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PRIORITÄTSANSPRUCH
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 62/818,194 mit dem Titel „Thermal Processing System with Temperature Non-Uniformity Control“ (Thermisches Verarbeitungssystem mit Steuerung der Temperaturungleichmäßigkeit) mit Anmeldedatum vom 14. März 2019, die durch Bezugnahme in diese Anmeldung aufgenommen wird, und beansprucht deren Priorität. Die vorliegende Anmeldung basiert auch auf der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 62/841,340 mit dem Titel „Thermal Processing System with Temperature Non-Uniformity Control“ (Thermisches Verarbeitungssystem mit Steuerung der Temperaturungleichmäßigkeit) mit einem Anmeldedatum vom 1. Mai 2019, auf die hierin Bezug genommen wird, und beansprucht deren Priorität.
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FELD
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Wärmeverarbeitungssysteme.
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HINTERGRUND
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Wärmeverarbeitungssysteme können eine Verarbeitungskammer aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie ein Werkstück, z. B. einen Halbleiterwafer, aufnehmen kann. Wärmeverarbeitungssysteme können außerdem eine Wärmequelle (z. B. eine Wärmelampe) enthalten, die das Werkstück erwärmt. Bei der Erwärmung des Werkstücks durch die Wärmequelle kann es jedoch zu Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks kommen, was zu Anomalien im Werkstück führen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Aspekte und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt oder können aus der Beschreibung entnommen werden, oder sie können durch die Praxis der Ausführungsformen erlernt werden.
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In einem Aspekt wird ein thermisches Verarbeitungssystem bereitgestellt. Das Wärmeverarbeitungssystem kann eine Behandlungskammer und ein in der Behandlungskammer angeordnetes Werkstück umfassen. Darüber hinaus kann das Wärmeverarbeitungssystem eine Wärmequelle umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie Licht in Richtung des Werkstücks emittiert. Darüber hinaus kann das Wärmeverarbeitungssystem eine abstimmbare reflektierende Anordnung umfassen, die zwischen dem Werkstück und der Wärmequelle angeordnet ist. Die abstimmbare reflektierende Anordnung kann eine Vielzahl von Pixeln umfassen. Jedes Pixel der Vielzahl von Pixeln kann ein elektrochromatisches Material enthalten, das in einen lichtdurchlässigen oder einen lichtundurchlässigen Zustand konfigurierbar ist. Wenn das elektrochromatische Material eines Pixels im lichtdurchlässigen Zustand konfiguriert ist, geht das Licht zumindest teilweise durch das Pixel. Umgekehrt wird die Lichtdurchlässigkeit eines Pixels verringert, wenn das elektrochromatische Material des Pixels im lichtundurchlässigen Zustand konfiguriert ist.
Ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Wärmeverarbeitungssystems mit einer Wärmequelle und einer abstimmbaren reflektierenden Anordnung, die zwischen der Wärmequelle und einem Werkstück angeordnet ist, das sich in einer Behandlungskammer des Wärmeverarbeitungssystems befindet. Das Verfahren umfasst das Erhalten von Daten, die ein dem Werkstück zugeordnetes Temperaturprofil anzeigen, durch eine Steuerung des Wärmeverarbeitungssystems. Das Verfahren umfasst ferner die Steuerung des Betriebs der reflektierenden Anordnung durch die Steuerung, zumindest teilweise auf der Grundlage der Daten, die das Temperaturprofil anzeigen, um die Ungleichmäßigkeit des Temperaturprofils zu verringern.
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile verschiedener Ausführungsformen werden durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich. Die beigefügten Zeichnungen, die Bestandteil dieser Beschreibung sind, veranschaulichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der zugehörigen Prinzipien.
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Figurenliste
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Ausführliche Erörterungen von Ausführungsformen, die einem Fachmann bekannt sind, werden in der Beschreibung dargelegt, die auf die beigefügten Figuren verweist, in denen:
- 1 ein Wärmeverarbeitungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 2 eine abstimmbare reflektierende Anordnung eines thermischen Verarbeitungssystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 3 eine Vielzahl von Pixeln einer abstimmbaren reflektierenden Anordnung zeigt, das in einem lichtdurchlässigen Zustand gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist;
- 4 eine erste Vielzahl von Pixeln einer abstimmbaren reflektierenden Anordnung, die in einem lichtundurchlässigen Zustand konfiguriert sind, und eine zweite Vielzahl von Pixeln der abstimmbaren reflektierenden Anordnung, die in einem durchsichtigen Zustand konfiguriert sind, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 5 eine abstimmbare reflektierende Anordnung eines Wärmeverarbeitungssystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 6 ein Regelsystem mit geschlossenem Regelkreis gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
- 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebs eines thermischen Verarbeitungssystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
- 8 ein Blockdiagramm der Komponenten eines Steuergeräts gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es wird nun im Detail auf Ausführungsforme verwiesen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel dient der Erläuterung der Ausführungsformen und stellt keine Einschränkung der vorliegenden Offenbarung dar. In der Tat wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang oder Ratio der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, mit einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Es ist daher beabsichtigt, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung solche Modifikationen und Variationen abdecken.
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Beispielhafte Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Wärmeverarbeitungssysteme. Ein Wärmeverarbeitungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Behandlungskammer definieren, die zur Aufnahme eines Werkstücks konfiguriert ist. In einigen Ausführungsformen kann das Werkstück ein Halbleiterwafer sein. Der Halbleiterwafer kann jedoch aus jedem geeigneten Halbleitermaterial hergestellt werden. Beispiele für Halbleitermaterialien, aus denen der Halbleiterwafer gebildet wird, sind unter anderem Silizium, Germanium oder III-V-Halbleiter. Es können jedoch auch andere geeignete Werkstücke verwendet werden, ohne dass dies den Rahmen der vorliegenden Offenbarung sprengen würde.
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Das Wärmeverarbeitungssystem kann eine Wärmequelle (z. B. eine Wärmelampe) umfassen, die außerhalb der Behandlungskammer angeordnet ist. Die Wärmequelle kann so konfiguriert sein, dass sie das Werkstück erwärmt. Genauer gesagt kann die Wärmequelle so konfiguriert sein, dass sie Licht in Richtung des Werkstücks emittiert, um eine Temperatur des Werkstücks zu erhöhen. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann das Wärmeverarbeitungssystem so konfiguriert werden, dass es das Werkstück gleichmäßig erwärmt, um Anomalien (z. B. Verzug) im Werkstück zu verringern oder zu beseitigen, die auftreten, wenn das Werkstück ungleichmäßig erwärmt wird.
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Das Wärmeverarbeitungssystem kann einen oder mehrere Sensoren umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie Daten erhalten, die ein Temperaturprofil für das Werkstück anzeigen. Das Temperaturprofil kann eine räumliche Verteilung der Temperatur über das Werkstück anzeigen. So kann das Temperaturprofil beispielsweise eine erste Temperatur an einer ersten Stelle des Werkstücks und eine zweite Temperatur an einer zweiten Stelle des Werkstücks anzeigen, die sich von der ersten Stelle unterscheidet.
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In einigen Ausführungsformen kann der eine oder die mehreren Sensoren eine Wärmebildkamera umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie Wärmebilddaten (z. B. Infrarotbilddaten) erhält, die das mit dem Werkstück verbundene Temperaturprofil anzeigen. Die Wärmebilddaten können Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks anzeigen. So können die Wärmebilddaten beispielsweise anzeigen, dass ein Teil des Werkstücks im Vergleich zum übrigen Teil des Werkstücks wärmer ist. Alternativ können die Wärmebilddaten darauf hinweisen, dass der Teil des Werkstücks kälter als der übrige Teil des Werkstücks ist.
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In einigen Ausführungsformen kann der eine oder die mehreren Sensoren ein Pyrometer umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Temperaturmessungen erhält, die das mit einer Oberfläche des Werkstücks verbundene Temperaturprofil anzeigen. Die Temperaturmessungen können eine Ungleichmäßigkeit im Temperaturprofil der Oberfläche des Werkstücks anzeigen. So können die Temperaturmessungen beispielsweise anzeigen, dass ein Teil der Oberfläche im Vergleich zum restlichen Teil der Oberfläche wärmer ist. Alternativ können die Temperaturmessungen darauf hinweisen, dass der Teil des Werkstücks im Vergleich zum restlichen Teil des Werkstücks kälter ist.
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In einigen Ausführungsformen kann das Wärmeverarbeitungssystem ein Steuergerät umfassen, das mit dem einen oder den mehreren Sensoren (z. B. Kamera, Pyrometer) kommunikativ verbunden ist. Auf diese Weise kann das Steuergerät so konfiguriert werden, dass es die Daten erhält, die das Temperaturprofil des Werkstücks anzeigen. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann die Steuereinheit so konfiguriert werden, dass sie den Betrieb einer abstimmbaren reflektierenden Anordnung (z. B. eines schaltbaren Flüssigkristallspiegels, einer Flüssigkristallanordnung oder einer anderen geeigneten abstimmbaren reflektierenden Anordnung) steuert, um Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil zumindest teilweise auf der Grundlage der von dem einen oder den mehreren Sensoren erhaltenen Daten zu verringern oder zu beseitigen.
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Die abstimmbare reflektierende Anordnung kann zwischen der Wärmequelle und dem Werkstück positioniert werden. Außerdem kann die abstimmbare reflektierende Anordnung eine Vielzahl von Pixeln enthalten. Jedes der mehreren Pixel kann elektrochromatisches Material enthalten. Das elektrochromatische Material kann in einen lichtundurchlässigen und einen durchsichtigen Zustand konfiguriert werden. Wenn das elektrochromatische Material im lichtundurchlässigen Zustand konfiguriert ist, kann das Pixel das von der Wärmequelle emittierte Licht blockieren, absorbieren oder reflektieren. Umgekehrt kann das von der Wärmequelle ausgestrahlte Licht das Pixel zumindest teilweise durchdringen, wenn das elektrochromatische Material im lichtdurchlässigen Zustand konfiguriert ist. Auf diese Weise kann die Steuerung so konfiguriert werden, dass er den Zustand (z. B. lichtundurchlässiger Zustand, lichtdurchlässiger Zustand) des elektrochromatischen Materials eines oder mehrerer Pixel der abstimmbaren reflektierenden Anordnung anpasst, um Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks zu verringern oder zu beseitigen. In einigen Ausführungsformen kann die abstimmbare reflektierende Anordnung ein schaltbarer Flüssigkristallspiegel sein.
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In einigen Ausführungsformen kann das Steuergerät so konfiguriert werden, dass es den Zustand des elektrochromatischen Materials eines oder mehrerer Pixel anpasst, während ein Wärmebehandlungsprozess an dem Werkstück durchgeführt wird. Auf diese Weise können Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks an Ort und Stelle und in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit verringert oder beseitigt werden. In alternativen Implementierungen kann die Steuerung so konfiguriert werden, dass sie den Zustand des elektrochromatischen Materials eines oder mehrerer Pixel nach der Durchführung des Wärmebehandlungsprozesses (z. B. Schnellglühen) am Werkstück anpasst, um die Verarbeitung des nächsten Werkstücks oder späterer Werkstücke zu verbessern.
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In einigen Ausführungsformen können die Wärmequellen eine Anordnung von linearen Lampen sein. Die abstimmbare reflektierende Anordnung kann eine Vielzahl von Pixeln mit einer linearen Form umfassen, die eine lange Abmessung haben, die mindestens fünfmal größer ist als eine kurze Abmessung. Die Vielzahl von Pixeln kann so angeordnet sein, dass die lange Abmessung im Allgemeinen senkrecht zu einer langen Abmessung ist, die mit jeder der linearen Lampen verbunden ist. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „im Allgemeinen senkrecht“ auf einen Abstand von 15° zur Senkrechten. Auf diese Weise kann die Temperaturgleichmäßigkeit des Werkstücks in zwei allgemeinen Richtungen gesteuert werden: eine erste Richtung, die mit der langen Abmessung der linearen Lampen verbunden ist, und eine zweite Richtung, die mit einer langen Abmessung der Pixel verbunden ist.
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Die Wärmebehandlungsvorrichtung gemäß den Beispielen der vorliegenden Offenbarung kann zahlreiche technische Vorteile bieten. Beispielsweise kann das elektrochromatische Material eines oder mehrerer Pixel der abstimmbaren reflektierenden Anordnung im lichtundurchlässigen Zustand oder im lichtdurchlässigen Zustand konfiguriert werden, um Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil eines Werkstücks zu verringern. Auf diese Weise können Anomalien (z. B. Verzug) im Werkstück, die auf Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil zurückzuführen sind, verringert und die Prozessgleichmäßigkeit erhöht werden.
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Die Verwendung des Begriffs „ungefähr“ in Verbindung mit einem numerischen Wert soll sich auf einen Wert innerhalb von 20 % der angegebenen Menge beziehen. Darüber hinaus können die Begriffe „erster“, „zweiter“ und „dritter“ austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sind nicht als Hinweis auf die Lage oder Bedeutung der einzelnen Komponenten gedacht.
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In ist ein Wärmeverarbeitungssystem 100 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Wie dargestellt, kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 eine Behandlungskammer 105 umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungskammer 105 zumindest teilweise durch ein Quarzfenster 107 des Wärmeverarbeitungssystems 100 definiert sein. In einigen Ausführungsformen kann das Quarzfenster 107 mit Hydroxid OH dotiert sein. Es sei darauf hingewiesen, dass die eine oder mehrere Oberflächen, die die Verarbeitungskammer 105 begrenzen, aus jedem geeigneten Material bestehen können. In einigen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Oberflächen, die die Verarbeitungskammer 105 begrenzen, beispielsweise aus Quarz gebildet werden.
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Wie dargestellt, kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 eine Tür 110 umfassen, die zwischen einer offenen Position (1) und einer geschlossenen Position (nicht dargestellt) bewegt werden kann, um einen selektiven Zugang zur Behandlungskammer 105 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann die Tür 110 in die offene Position bewegt werden, um ein Werkstück 120 in der Bearbeitungskammer 105 zu positionieren. In einigen Ausführungsformen kann das Werkstück 120 zumindest teilweise durch Stützstifte 130, 132 abgestützt werden. Auf diese Weise kann die mit der Lichteinstrahlung auf das Quarzfenster 107 verbundene Wärme auf das Werkstück 120 übertragen werden. Darüber hinaus kann die Tür 110 in die geschlossene Position bewegt werden, sobald das Werkstück 120 auf den Stützstiften 130, 132 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen kann die Bearbeitungskammer 105 von der äußeren Umgebung abgeschottet werden, wenn sich die Tür 110 in der geschlossenen Position befindet.
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In einigen Ausführungsformen können die eine oder mehrere Oberflächen, die die Verarbeitungskammer 105 begrenzen, eine Gaseinlassöffnung 140 bilden. Auf diese Weise kann ein Prozessgas, das von einer Gasquelle bereitgestellt wird, über die Gaseinlassöffnung 140 in die Bearbeitungskammer 105 strömen. In einigen Ausführungsformen kann das Prozessgas ein Inertgas enthalten, das nicht mit dem Werkstück 120 reagiert. Alternativ kann das Prozessgas auch ein reaktives Gas enthalten, das mit dem Werkstück 120 reagiert, um eine Materialschicht auf der Oberfläche des Werkstücks 120 abzuscheiden. In einigen Ausführungsformen kann das Prozessgas beispielsweise Wasserstoff H2-Gas enthalten. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass das Prozessgas jedes geeignete reaktive Gas enthalten kann. In alternativen Ausführungsformen kann das reaktive Gas beispielsweise Sauerstoff O2 oder Ammoniak NH3 enthalten. Alternativ kann das Prozessgas auch eine Mischung aus einem oder mehreren Gasen enthalten. So kann das Prozessgas beispielsweise eine Mischung aus Wasserstoff H2 und Sauerstoff O2 enthalten.
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Das Wärmeverarbeitungssystem 100 kann eine oder mehrere Wärmequellen 150 umfassen, die außerhalb der Behandlungskammer 105 angeordnet sind. Die eine oder mehreren Wärmequellen 150 können so konfiguriert sein, dass sie während eines thermischen Behandlungsprozesses, wie z. B. einer schnellen thermischen Behandlung, Licht in Richtung des Werkstücks 120 emittieren. Das von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 ausgestrahlte Licht kann die Temperatur des Werkstücks 120 erhöhen. In einigen Ausführungsformen können die eine oder die mehreren Wärmequellen 150 die Temperatur des Werkstücks 120 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (z. B. Sekunden) um mehr als etwa 1000 °C erhöhen.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die eine oder mehreren Wärmequellen 150 jede geeignete Art von Wärmequelle umfassen können, die Licht ausstrahlt. In einigen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Wärmequellen 150 beispielsweise eine oder mehrere Wärmelampen (z. B. lineare Lampen) umfassen. In alternativen Ausführungsformen können die eine oder mehreren Wärmequellen 150 eine oder mehrere Laserdioden (LED) oder Laserstrahlen zur Beleuchtung des Werkstücks 120 enthalten.
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In einigen Ausführungsformen kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 einen Reflektor 152 umfassen, der so positioniert ist, dass das von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 ausgestrahlte Licht auf die oder in Richtung der Behandlungskammer 105 gerichtet wird. Genauer gesagt kann der Reflektor 152 das von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 ausgestrahlte Licht zu oder in Richtung des Quarzfensters 107 lenken, so dass das Licht durch das Quarzfenster 107 und in die Verarbeitungskammer 105 gelangen kann. Es sollte geschätzt werden, dass zumindest ein Teil des Lichts, das über das Quarzfenster 107 in die Bearbeitungskammer 105 eintritt, auf das Werkstück 120 abgestrahlt werden kann. Auf diese Weise kann das von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 emittierte Licht, wie oben beschrieben, die Temperatur des Werkstücks 120 während eines thermischen Behandlungsprozesses, wie einer schnellen thermischen Behandlung (z. B. einer schnellen thermischen Glühbehandlung), erhöhen. Wie weiter unten noch näher erläutert wird, kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 einen oder mehrere Sensoren umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie Daten erfassen, die ein Temperaturprofil des Werkstücks 120 anzeigen.
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In einigen Ausführungsformen kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 eine Wärmebildkamera 170 umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie Wärmebilddaten (z. B. Infrarotbilddaten) erhält, die ein mit dem Werkstück 120 verbundenes Temperaturprofil anzeigen. Die Wärmebilddaten können eine Ungleichmäßigkeit des Temperaturprofils anzeigen. So können die Wärmebilddaten beispielsweise anzeigen, dass ein Teil des Werkstücks 120 im Vergleich zum restlichen Teil des Werkstücks 120 wärmer ist. Alternativ können die Wärmebilddaten darauf hinweisen, dass der Teil des Werkstücks 120 kälter als der übrige Teil des Werkstücks 120 ist.
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In einigen Ausführungsformen kann die Wärmebildkamera 170 eine CMOS-Kamera (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) sein. Es sollte jedoch anerkannt werden, dass die Kamera jeden geeigneten Kameratyp umfassen kann, der so konfiguriert ist, dass er Wärmebilddaten erhält, die auf eine oder mehrere Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks 120 hinweisen. In einigen Ausführungsformen kann die Wärmebildkamera 170 eine Verschlusszeit von etwa eintausend Bildern pro Sekunde haben. In alternativen Ausführungsformen kann die Wärmebildkamera 170 eine Verschlusszeit von etwa zehntausend Bildern pro Sekunde haben. Ein Objektiv der Wärmebildkamera 170 kann eine beliebige Brennweite haben. In einigen Ausführungen kann die Brennweite des Objektivs beispielsweise weniger als etwa 30 Zentimeter betragen. In alternativen Ausführungsformen kann die Brennweite des Objektivs weniger als etwa 10 Zentimeter betragen.
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In einigen Ausführungsformen kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 ein Pyrometer 180 umfassen, das so konfiguriert ist, dass es Daten erhält, die ein Temperaturprofil anzeigen, das mit einer Oberfläche des Werkstücks 120 verbunden ist. Die über das Pyrometer 180 erhaltenen Daten können eine Vielzahl von Temperaturmessungen umfassen. Darüber hinaus kann jede Temperaturmessung der Vielzahl von Temperaturmessungen mit einer anderen Stelle entlang der Oberfläche des Werkstücks 120 verbunden sein. In Verbindung mit einer Waferrotation können die mit dem stationären Pyrometer 180 gewonnenen Daten auf eine Ungleichmäßigkeit des Temperaturprofils auf der Oberfläche des Werkstücks 120 hinweisen. Beispielsweise können die Daten darauf hinweisen, dass ein Teil der Oberfläche im Vergleich zum übrigen Teil der Oberfläche wärmer ist. Alternativ können die Temperaturmessungen darauf hinweisen, dass der Teil des Werkstücks kälter als der übrige Teil des Werkstücks ist.
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In einigen Ausführungsformen kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 eine Vorrichtung zur Bestimmung des Reflexionsvermögens des Werkstücks 120 umfassen. Wie dargestellt, kann die Vorrichtung einen Sender 182 und einen Empfänger 184 umfassen. Der Sender 182 kann so konfiguriert sein, dass er ein Signal 186 aussendet, das von dem Werkstück 120 reflektiert wird. Das reflektierte Signal 188 kann über den Empfänger 184 der Vorrichtung empfangen werden. Es sollte gewürdigt werden, dass eine Steuerung 190 des Wärmeverarbeitungssystems 100 so konfiguriert werden kann, dass er die Reflektivität des Werkstücks zumindest teilweise auf der Grundlage einer Differenz zwischen einem oder mehreren Parametern (z. B. Phase, Amplitude) des Signals 186 und des reflektierten Signals 188 bestimmt.
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In einigen Ausführungsformen kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 eine Steuerung 190 umfassen. Wie weiter unten näher erläutert wird, kann die Steuerung 190 so konfiguriert sein, dass sie den Betrieb einer abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 des Wärmeverarbeitungssystems 100 steuert, um Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks 120 zu verringern oder zu beseitigen. Auf diese Weise kann das Wärmeverarbeitungssystem 100 Anomalien (z. B. Verzug) in dem Werkstück 120 reduzieren, die auf Ungleichmäßigkeiten in dem mit dem Werkstück 120 verbundenen Temperaturprofil zurückzuführen sind.
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Wie dargestellt, kann die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 zwischen dem Werkstück 120 und der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 angeordnet werden. Genauer gesagt kann die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 zwischen dem Quarzfenster 107 und der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 angeordnet werden. Auf diese Weise kann die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 außerhalb der Bearbeitungskammer 105 positioniert werden. Die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 kann eine Vielzahl von Pixeln umfassen. Jedes Pixel der Vielzahl von Pixeln kann aus elektrochromem Material gebildet werden. Beispiele für das elektrochrome Material können Metalloxide, wie Wolframoxid WO3, sein. Es sollte jedoch beachtet werden, dass jedes Pixel aus jeder geeigneten Art von elektrochromem Material gebildet werden kann. In einigen Ausführungsformen kann die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 beispielsweise ein reflektierender Flüssigkristallspiegel sein, bei dem die Flüssigkristalle so ausgerichtet sind, dass sie in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal, das einem Teil (z. B. einem Pixel) der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 zugeführt wird, entweder reflektierend oder durchlässig sind.
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In einigen Implementierungen kann das elektrochromatische Material in einen lichtundurchlässigen und einen durchsichtigen Zustand konfiguriert werden. Wenn das elektrochromatische Material eines Pixels im lichtundurchlässigen Zustand konfiguriert ist, kann das Pixel das von der Wärmequelle emittierte Licht reflektieren. Umgekehrt kann das von der Wärmequelle ausgestrahlte Licht das Pixel zumindest teilweise durchdringen, wenn das elektrochromatische Material in den lichtdurchlässigen Zustand versetzt ist. Auf diese Weise kann die Steuereinheit 190 so konfiguriert werden, dass sie den Zustand (z. B. lichtundurchlässiger Zustand, lichtdurchlässiger Zustand) des elektrochromatischen Materials eines oder mehrerer Pixel der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 einstellt, um Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks 120 zu verringern oder zu beseitigen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit 190 so konfiguriert werden, dass sie den Zustand (z. B. lichtundurchlässiger Zustand, lichtdurchlässiger Zustand) des elektrochromatischen Materials eines oder mehrerer Pixel der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 anpasst, während ein Wärmebehandlungsprozess an dem Werkstück 120 durchgeführt wird. Auf diese Weise können Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil des Werkstücks 120 in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit verringert oder beseitigt werden. In alternativen Implementierungen kann die Steuerung 190 so konfiguriert sein, dass sie den Zustand des elektrochromatischen Materials des einen oder der mehreren Pixel nach der Durchführung des Wärmebehandlungsprozesses am Werkstück 120 anpasst. Auf diese Weise kann die Ungleichmäßigkeit des Temperaturprofils in Verbindung mit nachfolgend bearbeiteten Werkstücken verringert oder beseitigt werden.
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In 2 ist ein Beispiel für eine abstimmbare reflektierende Anordnung 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 kann ein Koordinatensystem definieren, das eine laterale Richtung L, eine transversale Richtung T und eine vertikale Richtung V umfasst. In einigen Ausführungsformen kann das Substrat 210 aus Glas gebildet werden. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das Substrat 210 aus jedem geeigneten lichtdurchlässigen Material gebildet werden kann.
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In einigen Ausführungsformen kann die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 eine Vielzahl von leitenden Elektroden 220 umfassen. Jede Elektrode der Vielzahl von Elektroden 220 kann elektrisch mit dem Steuergerät 190 gekoppelt sein (8). Auf diese Weise kann das Steuergerät 190 eine an jede der mehreren Elektroden 220 angelegte Spannung steuern. In einigen Ausführungsformen kann die an eine oder mehrere der mehreren Elektroden 220 angelegte Spannung einen Zustand des elektrochromatischen Materials eines oder mehrerer Pixel einer Vielzahl von Pixeln 230 beeinflussen, die in der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 enthalten sind. Beispielsweise kann eine Spannung an eine oder mehrere der mehreren Elektroden 220 angelegt werden, so dass das elektrochromatische Material mindestens eines Pixels 231 der mehreren Pixel 230 in den lichtundurchlässigen Zustand (z. B. den reflektierenden Zustand) versetzt wird. Auf diese Weise kann das mindestens eine Pixel 231 das von der einen oder mehreren Wärmequellen 150 emittierte Licht reflektieren (1). In einigen Ausführungsformen kann das elektrochromatische Material des mindestens einen Pixels 231 in den lichtdurchlässigen oder transparenten Zustand zurückkehren, wenn die Spannung nicht mehr an die eine oder mehrere der mehreren Elektroden 220 angelegt wird. Alternativ kann die Steuereinheit 190 so konfiguriert werden, dass sie eine andere Spannung an die eine oder mehrere der mehreren Elektroden 220 anlegt, so dass das elektrochromatische Material des mindestens einen Pixels 231 in den lichtdurchlässigen Zustand versetzt wird. Es sollte gewürdigt werden, dass zumindest ein Teil des Lichts, das von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 emittiert wird, durch das mindestens eine Pixel 231 hindurchgehen kann, wenn das elektrochromatische Material des mindestens einen Pixels 231 im lichtdurchlässigen Zustand oder im transparenten Zustand konfiguriert ist.
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Die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 kann ein erstes Pixel 232, ein zweites Pixel 234, ein drittes Pixel 236, ein viertes Pixel 238 und ein fünftes Pixel 240 umfassen (siehe ). Es sollte jedoch beachtet werden, dass die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 mehr oder weniger Pixel enthalten kann. In einigen Ausführungsformen kann das elektrochromatische Material des ersten Pixels 232, des zweiten Pixels 234, des dritten Pixels 236, des vierten Pixels 238 und des fünften Pixels 240 in einem lichtdurchlässigen Zustand konfiguriert sein. Auf diese Weise kann das von der einen oder mehreren Wärmequellen 150 emittierte Licht (durch Pfeile gekennzeichnet) zumindest teilweise durch die Pixel 232, 234, 236, 238, 240 und auf das Werkstück 120 gelangen.
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In einigen Implementierungen kann sich eine Ungleichmäßigkeit im Temperaturprofil des Werkstücks 120 entwickeln, wenn die eine oder mehreren Wärmequellen 150 das Werkstück 120 erwärmen. Zum Beispiel können die eine oder die mehreren Wärmequellen 150 das Werkstück 120 so erwärmen, dass die Temperatur eines ersten Abschnitts 122 des Werkstücks 120 schneller ansteigt als die Temperatur eines zweiten Abschnitts 124 des Werkstücks 120. Wie weiter unten näher erläutert wird, kann das elektrochromatische Material des ersten Pixels 232, des zweiten Pixels 234 oder des dritten Pixels 236 in den lichtundurchlässigen Zustand versetzt werden, um die auf den ersten Abschnitt 122 des Werkstücks 120 abgestrahlte Lichtmenge zu verringern.
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Bezug nehmend auf 4 kann das elektrochromatische Material des ersten Pixels 232, des zweiten Pixels 234 und des dritten Pixels 236 der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 im lichtundurchlässigen Zustand konfiguriert werden. Auf diese Weise können das erste Bildelement 232, das zweite Bildelement 234 und das dritte Bildelement 236 Licht reflektieren, das von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 ausgesendet wird. Umgekehrt kann das elektrochromatische Material des vierten Pixels 238 und des fünften Pixels 240 in einem lichtdurchlässigen Zustand bleiben. Auf diese Weise kann das von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 ausgestrahlte Licht weiterhin zumindest teilweise durch das vierte Bildelement 238 und das fünfte Bildelement 240 dringen. Wie dargestellt, wird das Licht von der einen oder den mehreren Wärmequellen 150 nur noch auf den zweiten Teil 124 des Werkstücks 120 abgestrahlt. Das elektrochromatische Material des ersten Pixels 232, des zweiten Pixels 234 und des dritten Pixels 236 kann in einem lichtundurchlässigen Zustand verbleiben, bis die Temperatur des ersten Abschnitts 122 des Werkstücks 120 ungefähr gleich der Temperatur des zweiten Abschnitts 124 des Werkstücks 120 ist.
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine abstimmbare reflektierende Anordnung 200, das relativ zu einer Vielzahl von Wärmequellen 150 (z. B. linearen Lampen) angeordnet ist. Die mehreren Wärmequellen 150 haben jeweils eine lange Abmessung 1. Die abstimmbare reflektierende Anordnung 200 hat mehrere Pixel, z. B. Pixel 230. Jedes Pixel (z. B. Pixel 230) hat eine lange Abmessung L, die größer ist als eine kurze Abmessung W, z. B. etwa fünfmal größer als die kurze Abmessung W. Die Pixel der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 können so angeordnet werden, dass die lange Abmessung L im Allgemeinen senkrecht zur langen Abmessung 1 jeder der Wärmequellen 150 ist.
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zeigt ein Blockdiagramm eines geschlossenen Regelsystems 400 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie gezeigt, kann die Steuereinheit 190 so konfiguriert werden, dass sie den Betrieb der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 so steuert, dass das tatsächliche Temperaturprofil des Werkstücks 120, wie es von der Wärmekamera 170 gemessen wird, einem gewünschten Temperaturprofil des Werkstücks 120 entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 190 so konfiguriert werden, dass sie den Betrieb der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 so steuert, dass das tatsächliche Temperaturprofil einer Oberfläche des Werkstücks, wie es von dem Pyrometer 180 (1) gemessen wird, einem gewünschten Temperaturprofil der Oberfläche entspricht. In einigen Ausführungsformen kann das gewünschte Temperaturprofil einem gleichmäßigen Temperaturprofil entsprechen, das erforderlich ist, um thermische Spannungen auf dem Werkstück 120 während eines Wärmebehandlungsprozesses, z. B. einer schnellen Wärmebehandlung, zu verringern oder zu beseitigen. Auf diese Weise können Anomalien (z. B. Verzug) im Werkstück 120, die auf ein ungleichmäßiges Temperaturprofil des Werkstücks 120 während eines Wärmebehandlungsprozesses zurückzuführen sind, verringert oder beseitigt werden.
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zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Steuerung des Betriebs eines schnellen thermischen Verarbeitungssystems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Es ist zu beachten, dass das Verfahren 500 unter Verwendung des oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Wärmeverarbeitungssystems 100 implementiert werden kann. In 6 sind die Schritte in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, die der Veranschaulichung und Diskussion dient. Fachleute, die sich mit den hierin enthaltenen Offenbarungen auskennen, werden verstehen, dass verschiedene Schritte des Verfahrens 500 angepasst, modifiziert, neu angeordnet, gleichzeitig ausgeführt oder auf verschiedene Weise verändert werden können, ohne dass dies den Rahmen der vorliegenden Offenbarung sprengen würde.
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Bei (502) kann das Verfahren 500 das Erhalten von Daten durch eine Steuerung eines Wärmeverarbeitungssystems umfassen, die ein Temperaturprofil anzeigen, das mit einem Werkstück verbunden ist, das in einer Behandlungskammer eines Wärmeverarbeitungssystems angeordnet ist. In Ausführungsformen können die Daten von einer Wärmebildkamera erhalten werden, die so konfiguriert ist, dass sie Wärmebilddaten (z. B. Infrarotbilddaten) erhält, die ein mit dem Werkstück verbundenes Temperaturprofil anzeigen. Alternativ oder zusätzlich können die Daten von einem Pyrometer erhalten werden, das so konfiguriert ist, dass es Daten erhält, die ein Temperaturprofil für eine Oberfläche des Werkstücks anzeigen.
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Bei (504) kann das Verfahren 500 die Steuerung des Betriebs einer abstimmbaren reflektierenden Anordnung des Wärmeverarbeitungssystems durch die Steuereinheit umfassen, die zumindest teilweise auf den bei (502) erhaltenen Daten basiert, um die Ungleichmäßigkeit des Temperaturprofils in Verbindung mit dem Werkstück zu verringern.
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In einigen Implementierungen können die bei (502) erhaltenen Daten anzeigen, dass ein erster Teil des Werkstücks relativ zu einem zweiten Teil des Werkstücks wärmer ist. In solchen Implementierungen kann die Steuerung des Betriebs der reflektierenden Anordnung bei (504) das Konfigurieren des elektrochromatischen Materials eines oder mehrerer Pixel der abstimmbaren reflektierenden Anordnung in einem lichtundurchlässigen Zustand durch die Steuerung beinhalten, so dass das eine oder die mehreren Pixel das von der einen oder den mehreren Wärmequellen emittierte Licht reflektieren. Auf diese Weise kann die Menge des auf den ersten Teil des Werkstücks abgestrahlten Lichts reduziert werden.
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In einigen Implementierungen können die bei (502) erhaltenen Daten anzeigen, dass ein erster Abschnitt des Werkstücks kälter ist als ein zweiter Abschnitt des Werkstücks. In solchen Implementierungen kann die Steuerung des Betriebs der reflektierenden Anordnung bei (504) das Konfigurieren eines oder mehrerer Pixel der reflektierenden Anordnung in einem lichtundurchlässigen Zustand durch die Steuerung beinhalten, so dass von der Wärmequelle emittiertes Licht nicht auf den zweiten Abschnitt des Werkstücks emittiert wird.
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zeigt ein Blockdiagramm der Komponenten des Steuergeräts 190 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie dargestellt, kann das Steuergerät 190 einen oder mehrere Prozessoren 192 enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie eine Vielzahl von computerimplementierten Funktionen ausführen (z. B. die hierin offengelegten Verfahren, Schritte, Berechnungen und dergleichen). Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Prozessor“ nicht nur auf integrierte Schaltungen, die im Fachjargon als in einem Computer enthalten bezeichnet werden, sondern auch auf einen Controller, Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine programmierbare logische Steuerung (PLC), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein Field Programmable Gate Array (FPGA) und andere programmierbare Schaltungen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 190 eine oder mehrere Speichervorrichtungen 194 enthalten. Beispiele für die Speichervorrichtung 194 können computerlesbare Medien umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf nichttransitorische computerlesbare Medien, wie RAM, ROM, Festplatten, Flash-Laufwerke oder andere geeignete Speichervorrichtungen. Die eine oder mehreren Speichervorrichtungen 194 können Informationen speichern, auf die der eine oder die mehreren Prozessoren 192 zugreifen können, einschließlich computerlesbarer Anweisungen, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren 192 ausgeführt werden können. Bei den computerlesbaren Anweisungen kann es sich um einen beliebigen Satz von Anweisungen handeln, die, wenn sie von dem einen oder den mehreren Prozessoren 192 ausgeführt werden, den einen oder die mehreren Prozessoren 192 veranlassen, Operationen durchzuführen, wie z. B. den Betrieb der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 zumindest teilweise auf der Grundlage von Daten zu steuern, die ein dem Werkstück 120 zugeordnetes Temperaturprofil anzeigen ( 1). Bei den computerlesbaren Anweisungen kann es sich um Software handeln, die in einer beliebigen geeigneten Programmiersprache geschrieben wurde, oder sie können in Hardware implementiert werden.
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In einigen Ausführungsformen kann das Steuergerät 190 ein Kommunikationsmodul 196 enthalten, um die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 190 und verschiedenen Komponenten des Wärmeverarbeitungssystems 100 (1) zu erleichtern. Zum Beispiel kann das Steuergerät 190 Steuersignale senden, um den Betrieb der abstimmbaren reflektierenden Anordnung 200 zu steuern. Alternativ oder zusätzlich kann das Steuergerät 190 Steuersignale senden, um den Betrieb des Senders 182 der Vorrichtung zu steuern, die zur Bestimmung des Reflexionsvermögens des Werkstücks 120 verwendet wird (1).
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Darüber hinaus kann das Kommunikationsmodul 196 eine Sensorschnittstelle 198 enthalten, damit Signale, die von einem oder mehreren Sensoren des Wärmeverarbeitungssystems 100 übertragen werden, in Signale umgewandelt werden können, die von der Steuerung 190 verstanden und verarbeitet werden können. Beispielsweise können die Wärmebildkamera 170, das Pyrometer 180 und der Empfänger 184 der Vorrichtung zur Bestimmung des Reflexionsvermögens des Werkstücks 120 (1) über eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung mit der Sensorschnittstelle 198 verbunden werden. Auf diese Weise kann das Steuergerät 190 Daten empfangen, die mit dem einen oder mehreren Sensoren verbunden sind.
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Obwohl der vorliegende Gegenstand im Hinblick auf spezifische Ausführungsforme detailliert beschrieben wurde, kann der Fachmann, wenn er das Vorstehende verstanden hat, ohne weiteres Änderungen, Variationen und Äquivalente zu diesen Ausführungsformen entwickeln. Dementsprechend ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung eher beispielhaft als einschränkend, und die vorliegende Offenbarung schließt die Einbeziehung solcher Modifikationen, Variationen und/oder Ergänzungen des vorliegenden Gegenstands nicht aus, die für einen Fachmann ohne weiteres ersichtlich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 62818194 [0001]
- US 62841340 [0001]