DE69932165T2

DE69932165T2 - Ein sensor zum messen einer substrattemperatur

Info

Publication number: DE69932165T2
Application number: DE69932165T
Authority: DE
Inventors: Bruce Portland ADAMS; Aaron Santa Cruz HUNTER; Alex San Jose RUBINCHIK; Mark San Jose Yam; A. Paul San Jose O'BRIEN
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2019-08-07
Also published as: TW399147B; JP2002522759A; US20020139790A1; US20010006530A1; JP4280421B2; US6406179B2; KR20010072316A; KR100630025B1; EP1102970A1; DE69932165D1; US6183130B1; EP1102970B1; ATE331945T1; WO2000008429A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Temperatursensor zum Messen einer Substrattemperatur während einer Wärmebehandlung.
Bei der schnellen Wärmebehandlung (RTP – Rapid Thermal Processing) wird ein Substrat schnell und gleichförmig auf eine hohe Temperatur, beispielsweise 400° Celsius (C) oder mehr erhitzt, um einen Fertigungsschritt auszuführen, beispielsweise eine Glühbehandlung, ein Reinigen, eine chemische Gasphasenabscheidung, eine Oxidation oder eine Nitrierung. Beispielsweise kann ein Wärmebehandlungssystem, wie das von Applied Materials, Inc. unter dem Handelsnamen „Centura^R" erhältliche RTP-Gerät zur Ausführung einer Metallwärmebehandlung bei Temperaturen von 400°C bis 500°C, zur Titansilzid-Bildung bei Temperaturen um 650°C herum oder bei einer Oxidation oder Implantierungswärmebehandlung bei Temperaturen um 1000°C herum verwendet werden.
Die Substrattemperatur muss während dieser Wärmebehandlungsschritte genau gesteuert werden, um hohe Ausbeuten und eine zuverlässige Behandlung, insbesondere bei der Submikron-Abmessung der gegenwärtigen Halbleiterbauelemente zu erhalten. Für die Herstellung einer dielektrischen Schicht mit einer Dicke von 60 bis 80 Angström (Å) bei einer Gleichförmigkeit von +/–2Å darf beispielsweise bei einer typischen Forderung für gegenwärtige Bauelementstrukturen die Temperatur bei aufeinander folgenden Behandlungsabläufen nicht mehr als wenige Grand C gegenüber der Zieltemperatur variieren. Um dieses Niveau der Temperatursteuerung zu erreichen, wird die Temperatur in Ist-Zeit und in situ gemessen.
Die optische Pyrometrie ist eine Technologie, die zum Messen der Substrattemperaturen in RTP-Systemen verwendet wird. Die Pyrometrie nutzt einige generelle Eigenschaften von Gegenständen, nämlich, dass die Gegenstände eine Strahlung mit einem speziellen spektralen Inhalt und einer speziellen spektralen Stärke emittiert, die für ihre Temperatur charakteristisch ist. Somit kann durch Messen der emittierten Strahlung die Temperatur des Gegenstands bestimmt werden. Ein Pyrometer misst die emittierte Strahlungsstärke und führt die geeignete Umwandlung durch, um die Substrattemperatur zu erhalten. Die Beziehung zwischen spektraler Stärke und Temperatur hängt von dem spektralen Emissionsvermögen des Substrats und der Beziehung von Stärke zu Temperatur für den idealen schwarzen Körper nach dem Planck'schen Gesetz ab:
wobei C₁ und C₂ bekannte Konstanten, λ die interessierende Strahlungswellenlänge und T die in ⁰K gemessene Substrattemperatur sind. Das spektrale Emissionsvermögen ε(λ, T) eines Gegenstandes ist das Verhältnis seiner emittierten spektralen Stärke I(λ, T) zu der I_B(λ, T) eines schwarzen Körpers mit der gleichen Temperatur. Das ergibt
Da C₁ und C₂ bei idealen Bedingungen bekannte Konstanten sind, kann die Temperatur des Substrats genau bestimmt werden, wenn ε(λ, T) bekannt ist.
Das Emissionsvermögen eines Substrats hängt von vielen Faktoren ab, zu denen die Eigenschaften des eigentlichen Wafers (beispielsweise Temperatur, Oberflächenrauhigkeit, Dotierpegel verschiedener Verunreinigungen, Materialzusammensetzung und Dicke der Oberflächenschichten), die Eigenschaften der Behandlungskammer und die Behandlungsgeschichte des Wafers gehören. Deshalb kann eine Vorausschätzung des Emissionsvermögens des Substrats keine pyrometrische Temperaturmessfähigkeit für allgemeine Zwecke sein. Demzufolge muss das Emissionsvermögen des Substrats in situ gemessen werden. Außerdem führt jede Unsicherheit bei dem gemessenen Emissionsvermögen eine Unsicherheit in die Temperaturmessung ein.
Um diese Unsicherheit zu reduzieren, wurden mehrere Verfahren zum Verringern der Wirkung des Emissionsvermögens des Substrats auf die Temperaturmessung entwickelt. Zu einem solchen Verfahren gehört das Anordnen einer Reflektorplatte unter der Rückseite eines Zielsubstrats zur Bildung eines reflektierenden Hohlraums. Wenn die Reflektorplatte ein idea ler Reflektor ist, kann gezeigt werden, dass dadurch, dass die gesamte von dem Substrat emittierte Strahlung vom Substrat zurück reflektiert wird, der reflektierende Hohlraum als ein idealer schwarzer Körper wirkt. Das heißt, dass die Strahlungsstärke innerhalb des reflektierenden Hohlraums keine Funktion des Emissionsvermögens der Oberfläche des Substrats ist. Somit erhöht im Idealfall der reflektierende Hohlraum das wirksame Emissionsvermögen des Substrats auf einen Wert gleich 1.
Da jedoch die Reflektorplatte kein idealer Reflektor ist, ist das effektive Emissionsvermögen des Substrats kleiner als 1, auch wenn es größer als das tatsächliche Emissionsvermögen des Substrats ist. Deshalb hängt die von dem Temperatursensor gemessene Strahlungsstärke noch von dem Emissionsvermögen des Substrats ab. Obwohl Änderungen des tatsächlichen Emissionsvermögens des Substrats weniger Einfluss auf die gemessene Temperatur haben, besteht demzufolge eine Unsicherheit bei der Temperaturmessung.
Darüber hinaus können unterschiedliche Teile des Substrats verschiedene Emissionsvermögen haben. Wenn das Emissionsvermögen des Substrats in nur einem Bereich gemessen wird, besteht somit eine Unsicherheit bei den Temperaturmessungen der anderen Bereiche des Substrats.
Zusätzlich trägt die Transparenz des Substrats zur Unsicherheit bei der Temperaturmessung bei. Ein Teil der Strahlung, die das Substrat erhitzen soll, kann stattdessen durch das Substrat in das Pyrometer hindurchgehen. Da das Pyrometer diese hindurchgegangene Strahlung bei der gemessenen Stärke einschließt, führt die durchgelassene Strahlung zu einer künstlich hohen Temperaturmessung. Nimmt man an, dass das Substrat ein Siliziumwafer und das Pyrometer für Infrarotstrahlung empfindlich ist, wird dieses Problem bei einer niedrigeren Behandlungstemperatur (beispielsweise weniger als 600°C), wobei die Durchlässigkeit des Siliziums gegenüber Infrarotstrahlung höher ist, noch gravierender.
Eine weitere Unsicherheitsquelle ist das elektrische Rauschen. Wenn nur eine geringe Lichtmenge in das Pyrometer eintritt, ist das Verhältnis von Signal zu Rauschen niedrig und das elektrische Rauschen erzeugt eine Unsicherheit bei der Temperaturmessung.
Ein anderes Problem besteht darin, dass es viele Wärmebehandlungsschritte gibt, die mit einer stark reflektierenden Reflektorplatte nicht kompatibel sind. Beispielsweise können verschiedene Behandlungsschritte für eine solche Reflektorplatte korrosiv oder zerstörend wirken.
Darüber hinaus kann sogar eine Standardwärmebehandlung dazu führen, dass die Reflektorplatte zu schmutzig wird oder korrodiert und somit weniger reflektierend ist. Wenn das Reflexionsvermögen der Reflektorplatte abnimmt, nimmt auch das effektive Emissionsvermögen des Substrats ab. Diese Änderung des effektiven Emissionsvermögens des Substrats ändert die Stärke der Strahlung, die von dem Pyrometer aufgenommen wird, und kann einen Fehler bei der gemessenen Temperatur erzeugen.
Die EP-A-O 805 342 offenbart ein Verfahren zum Korrigieren einer Temperatursondenablesung in einer Wärmebehandlungskammer zur Erhitzung eines Substrats, wobei das Verfahren die Schritte aufweist, das Substrat auf Behandlungstemperatur zu erhitzen und eine erste, zweite und dritte Sonde zum Messen der Temperatur des Substrats zu verwenden, wobei die erste und die dritte Sonde ein erstes effektives Reflexionsvermögen und die zweite Sonde ein zweites effektives Reflexionsvermögen hat, die erste Sonde eine erste Temperaturanzeige, die zweite Sonde eine zweite Temperaturanzeige und die dritte Sonde eine dritte Temperaturanzeige erzeugt. In dem Fall, in welchem das erste und das zweite effektive Reflexionsvermögen unterschiedlich sind, wird eine korrigierte Temperaturablesung für die erste Sonde aus der ersten und der zweiten Temperaturanzeige abgeleitet. Die korrigiere Temperaturablesung ist eine genauere Anzeige für eine tatsächliche Temperatur des Substrats als eine nicht korrigierte Ablesung, die sowohl von der ersten als auch der zweiten Sonde erzeugt wird. Eine korrigierte Temperaturablesung für die dritte Sonde wird dadurch hergeleitet, dass die Temperaturkorrektur nachjustiert wird, die für die erste Sonde entsprechend der Empfindlichkeit des gemessenen Emissionsvermögens berechnet wird, die der Umgebung der dritten Sonde zugeordnet ist, um eine korrigierte Temperaturablesung zu bilden, die eine genauere Anzeige der tatsächlichen Temperatur des Substrats in der Umgebung der dritten Sonde ist.
Diese Erfindung stellt einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur eines Substrats in einer Wärmebehandlungskammer bereit, wobei der Temperatursensor, wie im Anspruch 1 angegeben ist, der eine Hauptausführungsform der Erfindung definiert, eine Sonde mit einem Einlassende, das zum Empfangen von Strahlung aus dem reflektierenden Hohlraum positioniert ist, wobei die in die Sonde eintretende Strahlung eine reflektierte Strahlung und eine nicht reflektierte Strahlung hat, und einen Detektor aufweist, der optisch mit einem Auslassende der Sonde gekoppelt ist, wobei die Kammer einen Reflektor hat, der einen reflektierenden Hohlraum mit einem Substrat bildet, wenn das Substrat in der Kammer angeordnet ist, und wobei ein Teil des Detektors eine Stärke des ersten Teils der Strahlung misst, die in die Sonde eintritt, und ein erstes Stärkesignal erzeugt, während ein weiterer Teil des Detektors eine Stärke eines zweiten Teils der Strahlung misst, die in die Sonde eintritt, und ein zweites Stärkesignal erzeugt, wobei der Detektor so gestaltet ist, dass ein Verhältnis der reflektierten Strahlung zu der nicht reflektierten Strahlung in dem ersten Teil größer als in dem zweiten Teil ist.
Zu den Ausgestaltungen der Erfindung können die folgenden gehören. Mit dem Detektor kann ein Prozessor gekoppelt werden, um eine Substrattemperatur und ein Substratemissionsvermögen aus dem ersten und zweiten Stärkesignal zu berechnen. Der zweite Teil der Strahlung kann einen Anteil der Strahlung, der in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels, beispielsweise zwischen 0 und 10°, einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt, haben, der größer ist, als der erste Teil der Strahlung. Der Detektor kann eine erste Detektorfläche und eine zweite Detektorfläche aufweisen und der erste Teil der Strahlung kann auf die erste Detektorfläche und der zweite Teil der Strahlung kann auf die zweite Detektorfläche auftreffen.
Der Detektor kann so gestaltet sein, dass er die Strahlung, die in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt, vorzugsweise zu der zweiten Detektorfläche richtet, dass er Strahlung, die in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die außerhalb eines Winkels einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt, vorzugsweise zu der ersten Detektorfläche richtet, dass er verhindert, dass ein Teil der Strahlung, der in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels eines zum Reflektor senkrechten Achse liegt, auf die erste Detektorfläche auftrifft, oder dass er verhindert, dass ein Teil der Strahlung, der in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die außerhalb eines Winkels einer zu dem Reflektor senkrechten Achse liegt, auf die zweite Detektorfläche auftrifft.
Der Detektor kann eine Reflexionsfläche haben, die so angeordnet ist, dass sie die Strahlung von der Sonde in einen ersten Strahl, der zu der ersten Detektorfläche gerichtet ist, und einen zweiten Strahl aufteilt, der zu der zweiten Detektorfläche gerichtet ist. In einem Strahlengang zwischen der Sonde und der Reflexionsfläche kann ein Pyrometerfilter angeordnet sein. Die Reflexionsfläche kann in einem zentralen Bereich eines Strahlengangs der Strahlung angeordnet sein, die in die Sonde eintritt. Die Reflexionsfläche kann teilweise reflektierend und teilweise transparent sein und die von der Reflexionsfläche reflektierte Strahlung kann einen Strahl von dem ersten und zweiten Strahl bilden, während von der Reflexionsfläche durchgelassene Strahlung den anderen Strahl des ersten und zweiten Strahls bilden kann. Der Detektor kann ein nicht transparentes optisches Element, das in dem äußeren Bereich des zweiten Strahls angeordnet ist, oder ein nicht transparentes optisches Element aufweisen, das in dem inneren Teil des ersten Strahls angeordnet ist.
Der Detektor kann eine Anordnung von lichtempfindlichen Elementen aufweisen und die Strahlung aus dem zentralen Bereich des Strahlengangs kann auf einen zentralen Bereich der Anordnung treffen, während Strahlung aus dem äußeren Bereich des Strahlengangs auf den äußeren Bereich der Anordnung treffen kann. Der Detektor kann eine Schaltung aufweisen, die so gestaltet ist, dass Signale aus den lichtempfindlichen Elementen, die sich in dem äußeren Bereich befinden, dazu verwendet werden, das erste Stärkesignal zu erzeugen, während Signale von den lichtempfindlichen Elementen, die sich in dem inneren Bereich befinden, dazu dienen, ein zweites Stärkesignal zu erzeugen. Der Detektor kann eine erste Detektorfläche, die für die Aufnahme des zentralen Teils der Strahlung angeordnet ist, und eine zweite Detektorfläche aufweisen, die für die Aufnahme des äußeren Teils der Strahlung angeordnet ist. Beispielsweise kann die erste Detektorfläche im Wesentlichen eine Ringform haben und die zweite Detektorfläche umgeben. Der Detektor kann eine geteilte Lichtleitfaser mit einem ersten Zweig und einem zweiten Zweig aufweisen, wobei die geteilte Lichtleitfaser so gestaltet ist, dass der äußere Teil der Strahlung in den ersten Zweig zur Bildung eines ersten Strahls und der innere Teil der Strahlung in den zweiten Zweig zur Bildung eines zweiten Strahls eintritt.
Bei einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Substrats in einer Wärmebehandlungskammer gerichtet. Die Vorrichtung hat einen Reflektor, der so angeordnet ist, dass er mit einem Substrat einen reflektierenden Hohlraum bildet, wenn das Substrat in der Kammer angeordnet ist, einen Temperatursensor mit einer Sonde und einen Detektor zum Erzeugen eines ersten und zweiten Stärkesignals, sowie einen mit dem Detektor gekoppelten Prozessor zur Berechnung einer Substrattemperatur aus dem ersten und zweiten Stärkesignal. Die Sonde hat ein Einlassende, das für die Aufnahme von Strahlung von dem reflektierenden Hohlraum angeordnet ist, sowie ein Auslassende, das optisch mit dem Detektor gekoppelt ist. Der Detektor misst eine Stärke eines ersten Teils der in die Sonde eintretenden Strahlung zur Erzeugung des ersten Stärkesignals sowie eine Stärke eines zweiten Teils der in die Sonde eintretenden Strahlung zur Erzeugung des zweiten Stärkesignals. Die in die Sonde eintretende Strahlung umfasst reflektierte Strahlung und nicht reflektierte Strahlung und der Temperatursensor ist so gestaltet, dass ein Verhältnis der reflektierten Strahlung zur nicht reflektierten Strahlung in dem ersten Teil größer ist als in dem zweiten Teil.
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Messen der Temperatur eines Substrats in einer Wärmebehandlungskammer gerichtet. Die Vorrichtung hat einen Reflektor, der so angeordnet ist, dass er einen reflektierenden Hohlraum mit einem Substrat bildet, wenn das Substrat in der Kammer angeordnet ist, einen Temperatursensor mit einer Sonde, die ein Einlassende aufweist, das für die Aufnahme von Strahlung aus dem reflektierenden Hohlraum positioniert ist, Einrichtungen zum Richten eines ersten Teils der Strahlung von einem Auslassende der Sonde zu einem ersten Detektor und zum Richten eines zweiten Teils der Strahlung aus dem Auslassende der Sonde zu einem zweiten Detektor sowie einen Prozessor, der mit dem ersten und zweiten Detektor gekoppelt ist, um eine Substrattemperatur aus einem ersten Stärkesignal aus dem ersten Detektor und ein zweites Stärkesignal aus dem Detektor zu berechnen. In die Sonde eintretende Strahlung umfasst reflektierte Strahlung und nicht reflektierte Strahlung und die Richteinrichtung ist so gestaltet, dass ein Verhältnis von reflektierter Strahlung zu nicht reflektierter Strahlung in dem ersten Teil größer als in dem zweiten Teil ist.
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung auf eine Vorrichtung gerichtet, die einen reflektierenden Kollimator mit einer Einlassöffnung für die Aufnahme von Strahlung von einer Sonde, eine reflektierende Fokussiereinrichtung mit einer Einlassöffnung, die für die Aufnahme von Strahlung aus einer Auslassöffnung aus dem reflektierenden Kollimator positioniert ist, einen Filter, der zwischen der Auslassöffnung des reflektierenden Kollimators und der Einlassöffnung der reflektierenden Fokussiereinrichtung angeordnet ist, einen ersten Detektor, der für den Empfang von Strahlung aus einer Auslassöffnung der reflektierenden Fokussiereinrichtung angeordnet ist und ein erstes Stärkesignal erzeugt, einen zweiten Detektor zur Erzeugung eines zweiten Stärkesignals und eine Reflexionsfläche aufweist, die in dem Strahlengang der Strahlung angeordnet ist, die durch die reflektierende Fokussiereinrichtung hindurchgeht, um einen Teil der Strahlung zum zweiten Detektor zu richten.
Zu den Ausführungen der Erfindung können die folgenden gehören. Mit dem ersten und zweiten Detektor kann ein Prozessor verbunden werden, um eine Tempraturmessung aus den ersten und zweiten Stärkesignalen zu bestimmen. Sowohl der Kollimator als auch die Fokussiereinrichtung oder beide können eine θ_ein/θ_aus-Vorrichtung sein.
Bei einem anderen Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Substrats in einer Wärmebehandlungskammer gerichtet. Bei dem Verfahren, das alle Schritte aufweist, die im Anspruch 29 angegeben sind, der eine weitere Hauptausführungsform der Erfindung definiert, wird ein Substrat in einer Wärmebehandlungskammer zur Bildung eines reflektierenden Hohlraums positioniert, wobei in der Kammer ein Reflektor angeordnet ist. Die Strahlung wird als Probe aus dem Hohlraum mit einer Sonde entnommen und die entnommene Strahlung wird zu einem Detektor gerichtet. Die entnommene Strahlung umfasst reflektierte und nicht reflektierte Strahlung. Für einen ersten Teil der entnommenen Strahlung wird mit dem Detektor ein erstes Stärkesignal erzeugt, während ein zweites Stärkesignal für einen zweiten Teil der entnommenen Strahlung mit dem Detektor erzeugt wird, wobei ein Verhältnis der nicht reflektierten Strahlung zur reflektierten Strahlung in dem ersten Teil größer ist als in dem zweiten Teil. Aus dem ersten und zweiten Stärkesignal wird eine Temperatur des Substrats bestimmt.
Zu den Ausführungen der Erfindung können die folgenden gehören. Aus dem ersten und zweiten Stärkesignal kann ein Emissionsvermögen des Substrats bestimmt werden. Die Strahlung kann in einen ersten Strahl, der zu einer ersten Detektorfläche gerichtet ist, und in einen zweiten Strahl aufgeteilt werden, der zu einer zweiten Detektorfläche gerichtet ist.
Die Erfindung kann die folgenden Vorteile aufweisen. Die Temperatur kann unter Verwendung des gemessenen Emissionsvermögens berechnet werden, um eine genauere Temperaturmessung zu erzeugen. Außerdem können die Messungen des Emissionsvermögens ausgeführt werden, ohne dass zusätzliche Sonden in die Behandlungskammer eingeführt werden. Das tatsächliche Emissionsvermögen des Substrats hat einen geringeren Einfluss auf die von dem Temperatursensor gemessene Temperatur. Das Emissionsvermögen des Substrats kann an mehreren Stellen gemessen werden. Die Wirkung der durch das Substrat durchgelassenen Strahlung wird verringert und das Verhältnis von Signal zu Rauschen erhöht, wodurch die Unsicherheit bei der Temperaturmessung verringert wird. Zur Erzeugung eines Hohlraums als virtueller schwarzer Körper kann eine teilweise reflektierende (beispielsweise mit einem so geringen Reflexionsvermögen wie 50%) Reflektorplatte verwendet werden. Dies ermöglicht die Herstellung der Reflektorplatte aus weniger teuren Materialien. Es ermöglicht auch die Herstellung der Reflektorplatte aus Materialien, die hier mit den stärker zerstörend oder korrosiv wirkenden thermischen Prozessen verträglicher sind.
Andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung einer Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen
1 eine schematische Schnittansicht eines schnellen Wärmebehandlungssystems ist,
2 eine schematische Darstellung eines Hohlraums als virtueller schwarzer Körper ist und Strahlenspuren der Lichtstrahlen zeigt, die in den Temperatursensor eintreten,
3 eine schematische Schnittansicht einer Detektorvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist,
4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Kollimators des Temperatursensors von 3 ist,
5 ein Ablaufdiagramm ist, das die Schritte für die Berechnung einer Substrattemperatur veranschaulicht,
6 eine schematische Schnittansicht der Detektorvorrichtung mit einem Strahlteiler ist,
7 eine schematische Schnittansicht eines Temperatursensors mit einem Fotodetektor ist,
8A eine schematische Seitenansicht der inneren Bauteile eines Pyrometers ist, das einen Fotodetektor mit einer Anordnung von Fotodioden aufweist,
8B eine Ansicht längs der Linie 8B-8B von 8A ist,
9A eine schematische Schnittansicht eines Fotodetektors ist, der innere und äußere Detektorelemente hat,
9B eine Ansicht längs der Linie 9B-9B von 9A ist,
10A eine schematische Schnittansicht eines Fotodetektors mit oberen und unteren Detektorelementen ist,
10B eine Ansicht längs der Linie 10B-10B von 9A ist,
11 eine schematische Ansicht eines Temperatursensors ist, der eine geteilte Lichtleitfaser benutzt, und
12 eine schematische Ansicht eines Temperatursensors ist, der eine geteilte Lichtleitfaser und verschiedene numerische Aperturen benutzt.
Gleiche Bezugszeichen werden in den verschiednen Zeichnungen zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet. Ein mit Apostroph versehenes Bezugszeichen zeigt, dass ein Element eine modifizierte Funktion, Arbeitsweise oder Struktur hat.
In der folgenden Beschreibung deckt der Ausdruck „Substrat" in weitem Umfang jeden Gegenstand ab, der in einer Wärmebehandlungskammer behandelt wird. Der Ausdruck „Substrat" umfasst beispielsweise Halbleiterwafer, Flachbildschirme, Glasplatten oder Scheiben oder Werkstücke aus Kunststoff.
Gemäß 1 hat ein RTP-System 10 eine Behandlungskammer 12, beispielsweise zum Behandeln eines scheibenförmigen Substrats 14 mit einem Durchmesser von 8 Zoll (200 mm) oder 12 Zoll (300 mm). Eine Beschreibung eines solchen RTP-Systems findet man in dem US-Patent 5 660 472, dessen gesamte Offenbarung hier als Referenz eingeschlossen wird.
Das Substrat 14 wird in einer Kammer 12 schnell und gleichförmig auf eine erhöhte Temperatur (beispielsweise zwischen etwa 400 und 1000°C) erhitzt und kann verschiedenen Behandlungsschritten unterworfen werden, beispielsweise einem Glühen, Reinigen, einer chemischen Gasphasenabscheidung, einem Ätzen, einer Oxidation oder einer Nitrierung. Das Substrat 14 wird auf einem rotierenden Trägerring 16 über einem Reflektor 20 gehalten, der an einer Basis 26 angebracht ist. Die Basis kann aus nicht rostendem Stahl hergestellt sein. Durch die Kanäle 28 in der Basis 26 zirkuliert ein Kühlmittel, um die Temperatur der Basis und des Reflektors zu steuern.
Der Reflektor 20 kann einen Aluminiumkörper 22 aufweisen, der mit einer teilweise oder hoch reflektierenden Schicht 24 überzogen ist. Die reflektierende Schicht 24 kann von einem stark reflektierenden Material gebildet werden, wie Gold oder Rhodium. Gold hat ein Refle xionsvermögen von etwa 0,975 im interessierenden Infrarotwellenlängenbereich, d.h. von etwa 900 bis 1000 nm, während Rhodium ein Reflexionsvermögen von etwa 0,8 hat. Um das Reflexionsvermögen des Reflektors weiter zu steigern, kann auf der Goldschicht ein Viertelwellenschichtaufbau ausgebildet werden. Aufgrund des erhöhten effektiven Emissionsvermögens bei den nachstehend beschriebenen Ausgestaltungen kann jedoch ein partiell reflektierender Reflektor verwendet werden. Beispielsweise kann das Reflexionsvermögen des Reflektors 20 für den interessierenden Wellenlängenbereich in dem Bereich von 0,5 bis 0,95 liegen. Dies ermöglicht die Verwendung von anderen Materialien wie Nickel, Aluminium oder Rhodium für die reflektierende Schicht 24. Tatsächlich kann die reflektierende Schicht 24 ganz weg gelassen werden, so dass der Körper 22 als Reflektor wirkt. Dies verringert die Kosten des Reflektors 20 und ermöglicht eine Verwendung des RTP-Systems in einer breiteren Vielfalt von Fertigungsprozessen.
Das Substrat 14 wird durch ein Heizelement 30 erhitzt werden (beispielsweise durch eine wassergekühlte Anordnung von Wolfram-Halogen-Lampen). Strahlungsenergie aus dem Heizelement 30 geht durch ein Fenster 32 hindurch, das direkt über dem Substrat angeordnet ist, um das Substrat schnell und gleichförmig auf eine erhöhte Temperatur aufzuheizen. Das Heizelement und das Fenster können so gebaut werden, wie es in dem US-Patent 5 155 336 beschrieben ist, dessen ganze Offenbarung hier durch Referenz eingeschlossen ist. Die Unterseite des Substrats 14 und die Oberseite des Reflektors 20 bilden einen reflektierenden Hohlraum 34, der das Substrat mehr als idealer schwarzer Körper erscheinen lässt. Das heißt, dass der Reflektor das effektive Emissionsvermögen des Substrats steigert.
Zum Messen der Substrattemperatur an verschiedenen Substratradien während des Behandlungsvorgangs ist eine Vielzahl von Temperatursensoren oder Pyrometern 40 (beispielsweise acht, obwohl nur drei in 1 gezeigt sind) angeordnet. Jeder Temperatursensor 40 hat eine Sonde 42 für die Entnahme von Strahlung aus dem Hohlraum sowie eine Detektorvorrichtung 50 zum Messen der Stärke der entnommenen Strahlung und zum Umwandeln der gemessenen Stärke in eine Temperaturmessung.
Gemäß 2 befindet sich das Einlassende der Sonde 42 nahe (beispielsweise bündig zu) der Oberseite des Reflektors 20, um Strahlung aus dem reflektierenden Hohlraum 34 zu entnehmen. Die in die Sonde 42 eintretende Strahlung besteht aus vielen Komponenten, zu denen die Komponenten, die direkt von dem Substrat emittiert werden, und reflektierte Komponen ten gehören. Beispielsweise hat die durch den Strahl R angezeigte Strahlung eine Komponente, die direkt von dem Substrat (vom Punkt A) emittiert wird und keine Reflexionen erfahren hat, eine zweite Komponente (vom Punkt B und reflektiert am Punkt A), die eine Reflexion vom Reflektor 20 und der Rückseite des Substrats 12 weg erfahren hat, eine dritte Komponente (vom Punkt C und reflektiert an den Punkten A und B), die zwei Reflexionen vom Reflektor 20 und der Rückseite des Substrats weg erfahren hat, usw. Somit ergibt sich die gesamte Stärke I_χ der durch die Sonde 42 erfassten Strahlung durch Summieren über eine unendliche Reihe von Komponenten auftreffender Strahlung wie folgt:
reduzieren lässt (wenn n nach unendlich geht), wobei R das Reflexionsvermögen des Reflektors, ε_s das tatsächliche Emissionsvermögen des Substrats und I_b die Strahlung von einem idealen schwarzen Körper aus bei dem interessierenden Wellenlängenbereich ist.
Die Stärke I_D der direkt von dem Substrat emittierten Strahlung, d.h. die keine reflektierten Komponenten einschließt, kann durch folgende Gleichung wiedergegeben werden ID = εSIb (5)wobei I_D und ε_s die für Gleichung (4) angegebenen Bedeutungen haben. Im Gegensatz dazu steigert der Reflektor 20 das effektive Emissionsvermögen ε_A des Substrats derart, dass Iχ = ελIb (6)wird, wobei
und I_b und ε_s wiederum die für Gleichung (4) angegebenen Bedeutungen haben. Nimmt man an, dass das Reflexionsvermögen des Reflektors gleich 1 (R = 1) ist, lässt sich Gleichung (4) zurückführen auf Iχ = Ib (8)welche die Strahlungsstärke I_χ unabhängig vom Emissionsvermögen an der Rückseite des Substrats ist. Somit kann in einem idealen System die von dem Pyrometer erfasste Strahlungsstärke I_χ in eine gemessene Temperatur durch Verwendung von Gleichung (1) umgewandelt werden.
Unglücklicherweise führt das Vorhandensein der Sonde 42 eine örtliche Störung in den tatsächlichen Effekt des schwarzen Körpers im Reflektorhohlraum 36 ein. Die Größe der Störung tendiert zur Zunahme mit steigender Größe (D) der Öffnung in dem Reflektor, die die Sonde aufnimmt. Diese Störung wirkt dem das Emissionsvermögen steigernden Effekt entgegen, der von dem Reflektor erzeugt wird. Somit verringert diese örtliche Störung des virtuellen, einen schwarzen Körper bildenden Hohlraums das effektive Emissionsvermögen des Substrats 12 in einem Bereich direkt über der Sonde. Im Gegensatz dazu bleibt das effektive Emissionsvermögen des restlichen Substrats im Wesentlichen von der Störung unbeeinflusst.
Ohne dass eine Begrenzung auf irgendeine spezielle Theorie erfolgen soll, ist eine mögliche Ursache der Störung, dass die Sondenöffnung als Energiesenke wirkt. Die Wirkung kann erklärt werden, wenn man annimmt, dass das Substrat perfekt spiegelt, dass die Strahlung in Betracht gezogen wird, die in die Sonde an einem speziellen Punkt (beispielsweise am Punkt P) eintritt. Der Teil dieser Strahlung, der in die Sonde innerhalb eines Winkels Φ eintritt, besteht gänzlich aus Strahlung, die direkt von dem Substrat (beispielsweise vom Punkt A') emittiert wird. Dieser Teil enthält keine reflektierten Komponenten. Der Grund dafür besteht darin, dass die Strahlung, die ansonsten eine der reflektierten Komponenten bilden würden (beispielsweise Strahlung vom Punkt B') in die Sonde 42 eintritt anstatt vom Reflektor 20 weg reflektiert zu werden. Da die Strahlung in dem Winkel Φ gänzlich aus Strahlung besteht, die direkt von dem Substrat ohne irgendwelche Reflexionen emittiert wird, gibt es keinen das Emissionsvermögen steigernden Effekt in dem Bereich des Substrats direkt über der Sonde. Kurz gesagt, die Sonde selbst erzeugt einen Bereich, wo keine Strahlung reflektiert wird, und somit das effektive Emissionsvermögen des Substrats abgesenkt wird. Obwohl die örtliche Störung für ein spiegelndes Substrat einfach erklärbar ist, tritt der Effekt auch bei diffusen Substraten auf.
Wie nachstehend näher erläutert wird, kompensiert jeder Temperatursensor 40 die Tatsache, dass der Reflektor nicht perfekt reflektiert, und die lokale Störung bei dem Effekt des tatsächlichen schwarzen Körpers, der von der Sonde verursacht wird. Insbesondere kann der Temperatursensor zwei Stärkemessungen ausführen. Eine Messung verwendet proportional stärker reflektierte Strahlung und weniger direkte Strahlung als die andere. Das heißt, dass das Verhältnis von reflektierter zu nicht reflektierter Strahlung in dem Teil der Strahlung, der für die erste Stärkemessung verwendet wird, größer ist als in dem Teil der Strahlung, der für die zweite Stärkemessung verwendet wird. Der Temperatursensor 40 verwendet die beiden Stärkemessungen zur Bestimmung des Emissionsvermögens und der Temperatur des Substrats.
Der Temperatursensor kann die Menge von nicht reflektiertem Licht, die bei einer der Stärkemessungen verwendet wird, verringern, indem im Wesentlichen Strahlung ausgeschlossen oder ignoriert wird, die in die Sonde aus Winkeln eintritt, die nahezu senkrecht zum Reflektor sind. Entweder dadurch, dass die Strahlung innerhalb eines zentralen Winkels α (gemessen als Winkel zwischen der Fortpflanzungsachse der Strahlung und einer Achse senkrecht zum Reflektor) daran gehindert wird, den Fotodetektor in den Temperatursensor zu erreichen, oder dass diese Strahlung nicht verarbeitet wird, kann der Temperatursensor mehr reflektierte Strahlung nutzen. Deshalb hat das Substrat aufgrund der tatsächlichen Wirkung des Hohlraums als schwarzer Körper ein höheres effektives Emissionsvermögen für wenigstens eine der Stärkemessungen. Der zentrale Winkel α kann etwa der gleiche wie der Winkel Φ sein. Der zentrale Winkel α kann zwischen etwa 0° und 10°, beispielsweise zwischen etwa 3° und 8° liegen und beispielsweise etwa 5° betragen. Nimmt man an, dass der zentrale Winkel α ziemlich klein ist, beispielsweise weniger als 10°, kann die Strahlung innerhalb dieses Winkels als im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche angesehen werden. Dies entspricht dem Bereich eines abgesenkten effektiven Emissionsvermögens direkt über der Sonde.
Gemäß 1 und 3 kann die Sonde ein Lichtleitkabel 42 sein, das sich durch eine Leitung 44 von der Rückseite der Basis 26 und in eine Öffnung im Reflektor 20 erstreckt. Das Lichtleit kabel kann ein Quarz- oder Saphirrohr mit einem Durchmesser von etwa 0,05 bis 0,20 Zoll, beispielsweise von etwa 4 mm sein. Ein Teil des Lichtleitkabels 42, beispielsweise ein Teil, der sich durch die Leitung 44 zur Detektorvorrichtung 50 erstreckt, kann von einem Schutzmantel 45 umgeben sein. Zur Befestigung des Lichtleitkabels und des Mantels an der Basis kann ein Halter 46, der mit Gewinde versehene zylindrische Oberflächen 47 hat, in einen Gewindeaufnahmeabschnitt der Leitung geschraubt sein. Zwischen dem Schutzmantel 45 und der Basis 26 kann zur Abdichtung der Behandlungskammer 12 gegenüber der Außenatmosphäre ein O-Ring 48 zusammengedrückt sein.
Das Auslassende des Lichtleitkabels 42 ist optisch mit der Detektorvorrichtung 50 gekoppelt. Die Detektorvorrichtung 50 hat ein Gehäuse 52, das einen Kollimator 54, ein Pyrometerfilter 56, eine Fokussiereinrichtung 58, zwei Fotodetektoren mit einem primären Fotodetektor 60 und einem sekundären Fotodetektor 62 und einen Reflektor 64 enthält. Die Ausgangssignale aus dem primären und sekundären Fotodetektor werden einer Pyrometerelektronik 94 eingegeben, beispielsweise einem programmierbaren Mikroprozessor, der die Ausgangssignale in eine Temperaturablesung umwandelt. Die Temperaturablesung aus der Pyrometerelektronik 94 kann von einer Steuerung (nicht gezeigt) dazu verwendet werden, die Leistung für das Heizelement 30 dynamisch zu steuern, um alle Abweichungen von einem vorgegebenen Temperaturzyklus zu korrigieren.
Eine Eintrittsöffnung 66 des Kollimators 54 hat den gleichen Durchmesser wie das Auslassende des Lichtleitkabels 42 und ist fluchtend dazu ausgerichtet, während eine Auslassöffnung 68 des Kollimators 54 angrenzend an den Filter 56 angeordnet ist. Strahlung aus dem Lichtleitkabel 42 geht durch den Kollimator 54 so hindurch, dass sie im Wesentlichen kollimiert wird (beispielsweise innerhalb eines Akzeptanzwinkels von etwa 15°), wenn sie durch den Filter 56 hindurch geht.
Der Kollimator 54 sollte eine reflektierende Vorrichtung mit hohem Wirkungsgrad sein, beispielsweise eine θ_ein/θ_aus-Vorrichtung. Gemäß 4 hat eine θ_ein/θ_aus-Vorrichtung eine stark reflektierende Innenfläche 70, die in einen konischen Abschnitt 72, der sich angrenzend an das Auslassende des Lichtleitkabels 42 befindet, und in einen parabolischen Abschnitt 74 unterteilt ist, der zwischen dem konischen Abschnitt und dem Filter angeordnet ist. Auf die Einlassöffnung der Fokussiereinrichtung in Winkeln einfallende Strahlung, die kleiner als ein Eintrittswinkel sind, treten aus der Auslassöffnung mit Winkeln aus, die kleiner als ein Aus trittswinkel sind. Die Eintritts- und Austrittswinkel werden bezüglich der Hauptachse der Fokussiereinrichtung gemessen.
Es kann ein anderer Kollimatortyp verwendet werden, beispielsweise ein Verbundparabolkonus (CPC – Compound Parabolic Cone) oder ein Linsensystem. Alternativ kann der Kollimator 54 vollständig weggelassen werden, wenn der Filter 56 einen genügend großen Eintrittswinkel hat. Wenn jedoch ein Kollimator verwendet wird, wird eine θ_ein/θ_aus-Vorrichtung bevorzugt, weil sie einen hohen Wirkungsgrad und eine gute Raumgleichförmigkeit hat.
Zurückgreifend auf 3 kann der Filter 56 eine schmale Bandbreite, beispielsweise etwa 40 nm haben, die gänzlich unter der Bandlücke von Silizium liegt, d.h. weniger als etwa 950 nm beträgt. Beispielsweise kann die Bandbreite des Filters bei etwa 900 nm zentriert werden. Zusätzlich sollte der Filter eine extrem niedrige Durchlässigkeit bei Wellenlängen innerhalb der Bandlücke von Silizium haben. Es verhindert, dass durch das Substrat durchgelassene Strahlung die Temperaturmessung beeinträchtigt.
Der Filter 56 ist quer über einer Eintrittsöffnung 76 der Fokussiereinrichtung 58 angeordnet und der primäre Fotodetektor 60 ist angrenzend an eine Auslassöffnung der Fokussiereinrichtung angeordnet. Die filtrierte Strahlung wird von der Fokussiereinrichtung 58 auf einen kleinen Bereich auf dem primären Fotodetektor 60 fokussiert. Vorzugsweise ist die Fokussiereinrichtung 58 ebenfalls eine θ_ein/θ_aus-Vorrichtung, obwohl sie auch ein CPC oder ein Linsensystem sein kann.
Wenn die Fokussiereinrichtung eine θ_ein/θ_aus-Vorrichtung ist, kann sie einen Eintrittswinkel, also der Winkel von einer Achse senkrecht zur Reflektoroberfläche haben, innerhalb dessen sie die Strahlung konzentriert. In das Lichtleitkabel 42 innerhalb des Eintrittswinkels eintretende Strahlung geht durch die Fokussiereinrichtung hindurch, während das Lichtleitrohr 42 von außerhalb des Eintrittswinkels eintretende Strahlung reflektiert wird. Der Eintrittswinkel sollte so gewählt werden, dass verhindert wird, dass die Temperatursonden von dem gleichen Bereich des Substrats Proben erfassen, während soviel wie möglich Strahlung gesammelt wird. Der Eintrittswinkel kann etwa 40° betragen.
Durch eine Öffnung 84 in der Seite der Fokussiereinrichtung und in den Strahlengang zwischen dem Filter 56 und dem primären Fotodetektor 60 kann sich ein mit Gold plattierter Stift 80 erstrecken. Eine planare Oberfläche am Ende des Stifts 80 bildet den Reflektor 64. An der Seite der Fokussiereinrichtung 58 gegenüber dem Stift 80 kann eine zweite Öffnung 86 ausgebildet werden. Der Reflektor 64 ist so positioniert, dass er einen zentralen Teil 90 (durch gestrichelte Linien veranschaulicht) der Strahlung aus dem Lichtleitkabel 42 durch die zweite Öffnung 86 ablenkt, so dass er auf den sekundären Fotodetektor 62 trifft. Der Rest der Strahlung, d.h. der äußere Teil 92, der vom Reflektor 64 nicht reflektiert wird, geht um den Stift 80 herum und wird durch die Fokussiereinrichtung 58 auf den primären Fotodetektor 60 gerichtet. Die Fotodetektoren 60 und 62 können an der Fokussiereinrichtung 58 durch Schrauben 88 befestigt sein.
Da von dem Substrat nicht reflektierte Strahlung in das Lichtleitkabel 42 mit geringeren Einfallswinkeln eintritt, bildet diese Strahlung einen Anteil des zentralen Strahlungsteils 90, der höher ist als der des äußeren Strahlungsteils 92. Als Folge enthält die auf den sekundären Fotodetektor 62 auftreffende Strahlung einen Anteil an nicht reflektiertem Licht, der größer ist als die Strahlung, die auf den primären Fotodetektor 60 auftrifft. Da die Anteile von reflektiertem und nicht reflektiertem Licht für den primären Fotodetektor 60 und den sekundären Fotodetektor 62 unterschiedlich sind, hat das Substrat für die Detektoren unterschiedliche effektive Emissionsvermögen und die Detektoren erzeugen unterschiedliche Stärkemessungen. Da die auf die beiden Detektoren treffende Strahlung jedoch mehrere Komponenten enthält, bleibt der Ausdruck für die gemessene Stärke, wie sie Gleichung (7) angibt, insgesamt genau. Somit lässt sich die Stärke I₁, die von dem primären Fotodetektor gemessen wird, durch die folgende Gleichung angeben:
während die Stärke I₂, die von dem sekundären Fotodetektor gemessen wird, durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:
wobei ε₁ und ε₂ die effektiven Emissionsvermögen des primären und sekundären Fotodetektors und P₁ und P₂ die effektiven Reflexionsvermögen der Reflektorplatte zu dem ersten und zweiten Detektor darstellen.
Die effektiven Reflexionsvermögen P₁ und P₂ sind Systemkonstante, die von der Ausgestaltung des Temperatursensors 40 (beispielsweise der Größe des Reflektors 64), dem tatsächlichen Reflexionsvermögen des Reflektors 20 und der Ausgestaltung des reflektierenden Hohlraums 34 (beispielsweise im Abstand zwischen dem Reflektor und der Unterseite des Substrats) bestimmt werden. Zur Kalibrierung der Temperatursensoren und zur Bestimmung der effektiven Reflexionsvermögen P₁ und P₂ kann ein Substrat mit einem bekannten Emissionsvermögen in dem RTP-System 10 behandelt werden. Die Ergebnisse der Wärmebehandlung stehen in einer gut definierten Beziehung zu der Substrattemperatur. Beispielsweise kann, wie in dem erwähnten US-Patent 5 660 472 erörtert wird, die Temperatur T eines Substrats aus der Dicke einer Oxydschicht abgeleitet werden, die darauf während der Wärmebehandlung gebildet wird. Die effektiven Reflexionsvermögen P₁ und P₂ können dann aus den gemessenen Stärken I₁ und I₂, dem tatsächlichen Emissionsvermögen εs des Substrats, der Substrattemperatur T und der Beziehung für den schwarzen Körper berechnet werden.
Wenn die effektiven Reflexionsvermögen P₁ und P₂ bekannt sind, kann der Temperatursensor 40 dazu verwendet werden, die Temperatur eines Substrats zu bestimmen, das ein willkürliches Emissionsvermögen hat. Insbesondere können, wenn die gemessenen Werte I₁ und I₂ und die bekannten effektiven Reflexionsvermögen P₁ und P₂ vorliegen, die Gleichungen (9) und (10) zur Berechnung des Emissionsvermögens εs des Substrats und der Stärke I_S gelöst werden. Schließlich kann eine genaue Lösung für die Substrattemperatur T aus der Stärke I_S für den schwarzen Körper nach der idealen Beziehung für den schwarzen Körper von Gleichung (1) berechnet werden.
Gemäß 5 kann anstatt einer exakten Lösung die Substrattemperatur durch eine vereinfachte Annäherung berechnet werden, wie sie im Wesentlichen in dem erwähnten US-Patent 5 660 472 dargelegt ist. Zuerst werden die Stärkemessungen I₁ und I₂ in Temperaturmessungen T₁ bzw. T₂ (Schritt 102) umgewandelt. Unter der Annahme, dass die Emissionsvermögenskorrektur ausgeführt worden ist (Schritt 104) und dass die erste Temperaturmessung T₁ größer als ein Auslöseniveau (Schritt 106) ist, wird die Differenz zwischen den beiden Temperaturmessungen berechnet, d.h. dT = T₁ – T₂ (Schritt 108). Eine laufende Mittelung der Tempera turdifferenz dT kann beispielsweise aus den fünf vorhergehenden Datenpunkten berechnet werden (Schritt 110). Diese laufende Mittelung reduziert die Auswirkungen von elektrischem Rauschen und Störsignalen auf die Temperaturmessung. Als nächstes wird ein anfängliches Emissionsvermögen E_i eines Wafers berechnet (Schritt 112), und zwar nach der folgenden Gleichung:
wobei K₁ ein Verhältnis des Emissionsvermögens zu dT ist, das für die Kammer spezifisch ist, und et₁ ein Emissionsvermögens-Temperaturkoeffizient ist, der für das System spezifisch ist. Die Systemkonstante K₁ und et₁ können auf die gleiche Weise wie die effektiven Reflexionsvermögen P₁ und P₂ bestimmt werden, d.h. es wird ein Substrat mit bekanntem Emissionsvermögen behandelt und die Substrattemperatur aus den Behandlungsergebnissen abgeleitet. Wenn das anfängliche Emissionsvermögen E_i des Wafers größer als 1,0 (Schritt 114) ist, kann es auf 1,0 gesetzt werden (Schritt 116), während, wenn E_i kleiner als 0,1 (Schritt 118) ist, es auf 0,1 gesetzt werden kann (Schritt 120). Als nächstes kann ein erhöhtes Emissionsvermögen E_A des Wafers aus der folgenden Gleichung berechnet werden (Schritt 122):
wobei P_c ein Emissionsdatenerhöhungsvervielfacher ist, der für die Kammer spezifisch ist. Wenn das erhöhte Emissionsvermögen E_A größer als 1,0 (Schritt 124) ist, kann es auf 1,0 gesetzt werden (Schritt 126), während, wenn E_A kleiner als 0,5 (Schritt 128) ist, es dann auf 0,5 gesetzt werden kann (Schritt 130). Schließlich wird eine korrigierte Temperatur T_C nach der folgenden Gleichung berechnet werden (Schritt 132):
wobei λ die Strahlungswellenlänge und c₂ eine bekannte physikalische Konstante sind.
Da jeder Temperatursensor 40 für das Substratemissionsvermögen korrigiert, wird die Unsicherheit bei der Temperaturmessung, die durch Änderungen des Emissionsvermögens über dem Substrat erzeugt wird, verringert. Zusätzlich kann die Korrektur des Emissionsvermögens von jeder Sonde ausgeführt werden, ohne dass zusätzliche Sonden in die Behandlungskammer eingeführt werden. Da die für den Kollimator und die Fokussiereinrichtung verwendeten θ_ein/θ_aus-Vorrichtungen einen sehr hohen Wirkungsgrad haben, geht in dem Strahlengang zwischen der Kammer und dem Detektor wenig Licht verloren, wodurch die Signalstärke erhöht und das Verhältnis von Signal zu Rauschen verringert wird. Da der Pyrometerfilter Strahlung mit Wellenlängen ausschließt, bei denen das Siliziumsubstrat transparent ist, stört Strahlung aus dem Heizelement die Temperaturmessung nicht. Da zusätzlich der Reflektor 64 verhindert, dass ein beträchtlicher Teil der nicht reflektierten Strahlung den primären Fotodetektor erreicht, hat das Substrat zum primären Fotodetektor ein höheres effektives Emissionsvermögen. Deshalb kann der primäre Fotodetektor eine genauere Temperaturmessung auch bei niedrigeren Behandlungstemperaturen erzeugen.
Für die Detektorvorrichtung sind auch andere Ausgestaltungen und Anordnungen möglich. Gemäß 6 hat beispielsweise die Detektorvorrichtung 50' einen optischen Strahlungsteiler 140 zur Teilung der Strahlung aus dem Filter 56 in einen primären Strahl 142 und einen sekundären Strahl 144. Der optische Strahlenteiler 140 kann eine geteilte Lichtleitfaser oder eine Vorrichtung sein, die teilweise reflektierend und teilweise durchlässig ist (worauf gelegentlich auch vereinfacht als „teilweise reflektierend" Bezug genommen wird), beispielsweise ein teilweise verspiegelter Spiegel oder ein polarisierender Strahlungsteiler. Der primäre Strahl 142 wird zu dem primären Fotodetektor 60' gerichtet, während der sekundäre Strahl 144 zum sekundären Fotodetektor 62' gerichtet wird. Vor dem sekundären Fotodetektor 62' ist ein lichtundurchlässiges Element 146 mit einer Öffnung 148 angeordnet, so dass nur der zentrale Teil des sekundären Strahls auf den sekundären Fotodetektor auftrifft. Im Gegensatz dazu kann der ganze primäre Strahl 142 auf den primären Fotodetektor auftreffen oder es kann alternativ ein lichtundurchlässiges Element 149 vor dem primären Fotodetektor so positioniert werden, dass nur der ringförmige äußere Teil des primären Strahls auf den primären Fotodetektor trifft. Da die Strahlung, die auf den sekundären Fotodetektor 62 trifft, einen Anteil an nicht reflektiertem Licht hat, der größer ist als der der Strahlung, die auf den primären Fotodetektor 60' trifft, zeigt das Substrat unterschiedliche effektive Emissionsvermögen an den zwei Detektoren.
Demzufolge erzeugen der primäre und der sekundäre Fotodetektor Stärkesignale I₁ und I₂, die zur Berechnung des Emissionsvermögens und der Temperatur des Substrats, wie vorstehend erörtert, verwendet werden können. Ein ähnliches Ergebnis kann man dadurch erhalten, dass einfach unterschiedliche numerische Aperturen vor dem primären und sekundären Fotodetektor verwendet werden. Zusätzlich verhindert das fakultative lichtundurchlässige optische Element 149, dass ein wesentlicher Teil der nicht reflektierten Strahlung in den primären Fotodetektor eintritt und demzufolge der primäre Fotodetektor eine genauere Temperaturmessung erzeugt.
Gemäß 7 ist bei einer anderen Ausführungsform das Auslassende des Lichtleitkabels optisch mit (beispielsweise in engem Kontakt damit gehalten) einer flexiblen faseroptischen Führung 152 gekoppelt. Die faseroptische Führung 152 und das Lichtleitkabel 142 können durch einen Gewindeanschluss 154 gekoppelt werden. Erfasste Strahlung geht in dem Lichtleitkabel 142 nach unten durch die faseroptische Führung 152 und in die Detektorvorrichtung 150 beispielsweise ein Pyrometer. Das Pyrometer berechnet die Temperatur des Substrats 14 aus der Stärke der durch das Lichtleitkabel 42 erfassten Strahlung.
Innerhalb eines Pyrometergehäuses 150 geht Strahlung aus der faseroptischen Führung 152 durch eine Kollimierlinse 146 zur Bildung eines Strahls 158. Der Strahl 158 geht durch einen optischen Pyrometerfilter 160 hindurch, bevor er auf einen Fotodetektor 162 trifft. Das Signal aus dem Fotodetektor 162 wird in eine Steuerelektronik 164 eingegeben, welche das Signal in eine Temperaturablesung umwandelt.
Wie vorher erörtert, geht gemäß 8A die von der faseroptischen Führung 152 durchgelassene Strahlung durch die Linse 156, bevor sie den Fotodetektor 162 erreicht. Da die faseroptische Führung und das Strahlungsrohr mit totaler innerer Reflexion arbeiten, wird die Verteilung der Eingangswinkel am Eingangsende des Strahlungsrohrs an seinem Ausgangsende erhalten. Deshalb tritt die Strahlung, die in das Lichtleitkabel 142 innerhalb eines zentrale Winkels α eingetreten ist, aus der faseroptischen Führung 152 innerhalb des gleichen Winkels α aus. Diese Strahlung wird durch die Linse 156 zur Bildung eines zentralen Teils 166 des Strahls 158 kollimiert. Die in das Lichtleitkabel 142 mit einem Winkel zwischen einem Eintrittswinkel (definiert durch die numerische Apertur der Linse 156) und dem zentralen Winkel α eintretende Strahlung bildet einen äußeren Teil 168 des Strahls 158. Der zentrale Teil 166 des Strahls 158 trifft auf einen zentralen Bereich 170 des Fotodetektors, während ein äußerer Teil 168 des Strahls 158 auf einen äußeren Bereich 172 des Fotodetektors trifft.
Bei einer Ausführung ist der Fotodetektor 162 ein ladungsgekoppeltes Bauelement (CCD Charge-Coupled-Device) oder ein ähnlicher Mehrelementdetektor. Gemäß 8B hat der Fotodetektor 162 einige Detektorelemente 174a, beispielsweise Fotodioden, die dem zentralen Bereich 170 zugeordnet sind, und einige Detektorelemente 174b, gegebenenfalls ebenfalls Fotodioden, die einem äußeren Bereich 172 zugeordnet sind. Die Steuerelektronik 164 kann so gestaltet sein (beispielsweise durch eine Softwaresteuerung), dass die Ausgangssignale der Detektorelemente 174b zur Berechnung eines primären Stärkesignals I₁ und die Ausgangssignale der inneren Detektorelemente 174a zur Berechnung eines sekundären Stärkesignals I₂ verwendet werden. Die beiden Stärkesignale I₁ und I₂ können, wie vorstehend anhand von 3 bis 5 beschrieben, zur Berechnung des Emissionsvermögens und der Temperatur des Substrats verwendet werden.
Bei einer anderen Ausführungsform hat gemäß 9A und 9B der Fotodetektor 162' einen zentralen inneren Detektor 180 und einen ringförmigen äußeren Detektor 182. Der zentrale Teil 166 des Strahls 158 trifft auf den inneren Detektor 180, während der äußere Teil 168 des Strahls auf den äußeren Detektor 182 trifft. Der äußere Detektor 182 kann als primärer Fotodetektor verwendet werden, um ein erstes Stärkesignal I₁ zu erzeugen, während der innere Detektor 180 als sekundärer Fotodetektor zur Erzeugung eines zweiten Stärkesignals I₂ eingesetzt werden kann. Die beiden Stärkesignale können zur Berechnung des Emissionsvermögens und der Temperatur des Substrats benutzt werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung kann gemäß 10A und 10B der Fotodetektor 162'' von einem oberen Detektor 184 mit einer Öffnung 186 und einem unteren Detektor 188 gebildet werden. Der äußere Teil 168 des Strahls 158 trifft auf den oberen Detektor 184, während der zentrale Teil 166 des Strahls durch die Öffnung 186 hindurchgeht und auf den unteren Detektor 188 trifft. Der obere Detektor 184 kann als primärer Fotodetektor zur Erzeugung eines ersten Stärkesignals I₁ verwendet werden, während der untere Detektor 188 als sekundärer Fotodetektor zur Erzeugung eines zweiten Stärkesignals I₂ eingesetzt werden kann. Die Ausgangssignale der beiden Detektoren können zur Berechnung des Emissionsvermögens und der Temperatur des Substrats verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann gemäß 11 eine faseroptische Führung 152' ein geteiltes faseroptisches Bündel mit einem ersten Zweig 194 und einem zweiten Zweig 196 sein. Der an das Auslassende des Lichtleitkabels 142 angrenzende Teil der faseroptischen Führung 152' hat einen zentralen Teil 190 und einen äußeren Teil 192. Der erste Zweig 194 umfasst die Lichtleitfasern von einem äußeren Teil 192, während der zweite Zweig die Lichtleitfasern von einem zentralen Teil 190 umfasst. Der erste Zweig 194 ist zum primären Fotodetektor 60'' gerichtet, während der zweite Zweig 196 zu einem sekundären Fotodetektor 62'' gerichtet ist. Deshalb tritt Strahlung innerhalb eines Winkels α in den ersten Zweig ein, während Strahlung außerhalb des Winkels α in den zweiten Zweig eintritt. Als Folge erreicht die Strahlung innerhalb des Winkels α den primären Fotodetektor nicht und das effektive Emissionsvermögen des Substrats wird für diesen Detektor erhöht. Die Ausgangssignale aus dem primären und sekundären Fotodetektor können zur Berechnung des Emissionsvermögens und der Temperatur des Substrats verwendet werden.
Bei einer weiteren Ausgestaltung kann gemäß 12 eine faseroptische Führung 152'' in ein geteiltes Lichtleitfaserbündel mit einem ersten Zweig 194' und einem zweiten Zweig 196' aufgeteilt werden. Die beiden Zweige 194' und 196' können Teile der Strahlung entnehmen, die im Wesentlichen radiale Verteilungen haben. Strahlung aus dem ersten Zweig 194 wird durch eine erste numerische Apertur 198 zu einem primären Fotodetektor 60'' geleitet, während Strahlung aus dem zweiten Zweig 196 durch eine zweite kleinere numerische Apertur 199 zu einem zweiten Fotodetektor 62'' gerichtet wird. Da die numerischen Aperturen unterschiedlich sind, haben die beiden Fotodetektoren verschiedene Eintrittswinkel. Insbesondere hat der sekundäre Fotodetektor 62'' einen schmaleren Eintrittswinkel als der primäre Fotodetektor 60''. Als Folge sammelt der sekundäre Fotodetektor mehr Strahlung von dem Bereich des Substrats direkt über der Sonde. Deshalb verwendet der zweite Fotodetektor mehr nicht reflektierte Strahlung als der primäre Fotodetektor und das effektive Emissionsvermögen des Substrats ist für die beiden Detektoren unterschiedlich. Die Ausgangssignale aus dem primären und sekundären Fotodetektor können zur Berechnung des Emissionsvermögens und der Temperatur des Substrats verwendet werden.
Die Temperaturberechnung kann ohne Emissionsvermögenskorrektur ausgeführt werden. Beispielsweise kann die Steuerelektronik nur mit dem Fotodetektorelement oder den Fotodetektorelementen (beispielsweise primärer Fotodetektor 60, Detektorelemente 174b, innerer Detektor 180, unterer Detektor 188 oder primärer Fotodetektor 60'') verbunden werden, das/die die Stärke des äußeren Teils des Strahls misst/messen. Alternativ kann die Steuerelektronik so gestaltet sein, dass sie das Auslasssignal des Fotodetektorelements oder der Fotodetektorelemente (beispielsweise sekundärer Fotodetektor 62, Detektorelemente 174a, äußerer Detektor 182, oberer Detektor 184 oder sekundärer Fotodetektor 62'') ignoriert, das/die die Stärke der inneren Teils des Strahls misst/messen. In jedem Fall benutzt der Temperatursensor weniger direkte Strahlung und mehr reflektierte Strahlung und das effektive Emissionsvermögen des Substrats wird erhöht, wodurch eine genauere Temperaturmessung bereitgestellt wird. Bei der Ausgestaltung von 11 kann, wenn keine Emissionsvermögenskorrektur ausgeführt wird, der sekundäre Fotodetektor 62'' durch einen Reflektor ausgetauscht werden.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Stattdessen ist der Umfang der Erfindung durch die beiliegenden Ansprüche definiert.

Claims

Temperatursensor zum Messen einer Temperatur eines Substrats (14) in einer Wärmebehandlungskammer (12), wobei der Temperatursensor eine Sonde (42) mit einem Einlassende zum Empfangen von Strahlung aus einem reflektierenden Hohlraum, wenn der Sensor in der Kammer (12) angeordnet ist, wobei die Kammer einen Reflektor (20) hat, der den reflektierenden Hohlraum (34) mit dem Substrat bildet, wenn das Substrat in der Kammer angeordnet ist, und wobei die in die Sonde eintretende Strahlung eine reflektierte Strahlung und eine nicht reflektierte Strahlung aufweist, und – einen Detektor (50) aufweist, der optisch mit einem Auslassende der Sonde gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (50) so angeordnet ist, – dass ein Teil des Detektors zum Messen einer Stärke eines ersten Teils der Strahlung dient, die in die Sonde eintritt, um ein erstes Stärkesignal zu erzeugen, und – dass ein weiterer Teil (62) des Detektors zum Messen einer Stärke eines zweiten Teils der Strahlung dient, die in die Sonde eintritt, um ein zweites Stärkesignal zu erzeugen, – wobei der Detektor weiterhin so gestaltet ist, dass, wenn der Sensor in der Kammer angeordnet ist, ein Verhältnis der in dem Hohlraum reflektierten Strahlung zu der nicht reflektierten Strahlung bei dem ersten Teil größer ist als bei dem zweiten Teil.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Detektor (50) ein Prozessor (94) gekoppelt ist, um eine Substrattemperatur aus dem ersten und zweiten Stärkesignal zu berechnen.
Temperatursensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (94) so gestaltet ist, dass er ein Emissionsvermögen des Substrats aus dem ersten und zweiten Stärkesignal berechnet.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (50) so gestaltet ist, dass der zweite Teil der Strahlung einen größeren Anteil an der Strahlung, die in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt, als der erste Teil der Strahlung hat.
Temperatursensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen etwa 0 und 10 Grad liegt.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (50) eine erste Detektorfläche (60) und eine zweite Detektorfläche (62) aufweist, und dass der erste Teil der Strahlung auf die erste Detektorfläche und der zweite Teil der Strahlung auf die zweite Detektorfläche auftrifft.
Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (50) so gestaltet ist, dass er Strahlung, die in die Sonde (42) mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt, vorzugsweise zu der zweiten Detektorfläche richtet.
Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (50) so gestaltet ist, dass er Strahlung, die in die Sonde (42) mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die außerhalb eines Winkels einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt, vorzugsweise zu der ersten Detektorfläche richtet.
Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor so gestaltet ist, dass verhindert wird, dass ein Teil der Strahlung, der in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels einer zu dem Reflektor senkrechten Achse liegt, auf die erste Detektorfläche auftrifft.
Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (50) so gestaltet ist, dass verhindert wird, dass ein Teil der Strahlung, der in die Sonde (42) mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die außerhalb eines Winkels einer zu dem Reflektor senkrechten Achse liegt, auf die zweite Detektorfläche auftrifft.
Temperatursensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (50) eine Reflexionsfläche (82) hat, die so angeordnet ist, dass sie die Strahlung von der Sonde (42) in einen ersten Strahl, der zu der ersten Detektorfläche (60) gerichtet ist, und in einen zweiten Strahl aufteilt, der zu der zweiten Detektorfläche (62) gerichtet ist.
Temperatursensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor ein Pyrometerfilter (52) aufweist, das in einem Strahlengang zwischen der Sonde (42) und der Reflexionsfläche (82) angeordnet ist.
Temperatursensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche (82) in einem zentralen Bereich eines Strahlengangs der Strahlung angeordnet ist, die in die Sonde (42) eintritt, und dass ein Verhältnis der reflektierten Strahlung zur nicht reflektierten Strahlung im zentralen Bereich kleiner als in einem äußeren Bereich des Strahlengangs ist, der den zentralen Bereich umgibt.
Temperatursensors nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsfläche teilweise reflektierend und teilweise transparent ist und dass die von der Reflexionsfläche reflektierte Strahlung einen Strahl von dem ersten und zweiten Strahl bildet und die von der Reflexionsfläche durchgelassene Strahlung den anderen Strahl des ersten und zweiten Strahls bildet.
Temperatursensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strahl einen zentralen Bereich und einen äußeren Bereich hat, wobei der zentrale Bereich einen größeren Anteil der Strahlung, die in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels einer zum Reflektor (64) senkrechten Achse liegt, als der äußere Bereich hat, und dass der Detektor ein nicht transparentes optisches Element aufweist, das in dem äußeren Teil angeordnet ist.
Temperatursensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strahl einen zentralen und einen äußeren Bereich hat, wobei der zentrale Bereich, einen größeren Anteil der Strahlung, die in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels mit einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt, als der äu ßere Bereich hat, und dass der Detektor ein nicht transparentes optisches Element aufweist, das in dem inneren Teil angeordnet ist.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlengang der Strahlung von der Sonde aus einen zentralen Bereich und einen äußeren Bereich hat, wobei der zentrale Bereich einen größeren Anteil der Strahlung, die in die Sonde mit einer Fortpflanzungsachse eintritt, die innerhalb eines Winkels einer zum Reflektor senkrechten Achse liegt als der äußere Bereich hat.
Temperatursensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, – dass der Detektor (50) eine Anordnung von lichtempfindlichen Elementen aufweist, – dass Strahlung aus dem zentralen Bereich des Strahlengangs auf einen zentralen Bereich der Anordnung und Strahlung aus dem äußeren Bereich des Strahlengangs auf einen äußeren Bereich der Anordnung trifft, und – dass der Detektor eine Schaltung aufweist, die so gestaltet ist, dass sie Signale von dem in dem äußeren Bereich angeordneten lichtempfindlichen Elementen zur Erzeugung des ersten Stärkesignals und Signale aus den in dem inneren Bereich angeordneten lichtempfindlichen Elementen zur Erzeugung des zweiten Stärkesignals verwendet.
Temperatursensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor eine erste Detektorfläche, die so angeordnet ist, dass sie den zentralen Teil der Strahlung empfängt, und eine zweite Detektorfläche aufweist, die so angeordnet ist, dass sie den äußeren Teil der Strahlung empfängt.
Temperatursensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Detektorfläche im Wesentlichen eine Ringform hat und die zweite Detektorfläche umgibt.
Temperatursensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor eine geteilte Lichtleitfaser mit einem ersten Zweig und einem zweiten Zweig aufweist, wobei die geteilte Lichtleitfaser so gestaltet ist, dass der äußere Teil der Strahlung in den ersten Zweig zur Bildung eines ersten Strahls eintritt, während der zentrale Teil der Strahlung in den zweiten Zweig zur Bildung eines zweiten Strahls eintritt.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die aus dem Auslassende der Sonde austretende Strahlung einen zentralen Teil und einen äußeren Teil hat, – dass die Reflexionsfläche so angeordnet ist, dass sie die Strahlung aus dem Auslassende der Sonde in einen ersten Strahl, der den äußeren Teil der Strahlung enthält und einen zweiten Strahl aufteilt, der den zentralen Teil der Strahlung enthält, wobei ein Verhältnis der reflektierten Strahlung zur nicht reflektierten Strahlung in dem ersten Strahl größer als in dem zweiten Strahl ist, – dass ein erster Detektor vorgesehen ist, um eine Stärke des ersten Strahls zu messen und ein erstes Stärkesignal zu erzeugen, und – dass ein zweiter Detektor vorgesehen ist, um eine Stärke des zweiten Strahls zu messen und ein zweites Stärkesignal zu erzeugen.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor so angeordnet ist, dass ein reflektierender Hohlraum mit einem Substrat gebildet wird, wenn das Substrat in der Kammer angeordnet ist, und dass der Temperatursensor eine Sonde und einen Detektor aufweist, – wobei die Sonde ein Einlassende, das so angeordnet ist, dass es Strahlung von dem reflektierenden Hohlraum empfängt, und ein Auslassende hat, das optisch mit dem Detektor gekoppelt ist, – wobei der Detektor eine Stärke eines ersten Teils der Strahlung misst, die in die Sonde eintritt, um ein erstes Stärkesignal zu erzeugen, und eine Stärke eines zweiten Teils der Strahlung misst, die in die Sonde eintritt, um ein zweites Stärkesignal zu erzeugen, – wobei die in die Sonde eintretende Strahlung reflektierte Strahlung und nicht reflektierte Strahlung aufweist, – wobei der Temperatursensor so gestaltet ist, dass ein Verhältnis der reflektierten Strahlung zu der nicht reflektierten Strahlung in dem ersten Teil größer ist als in dem zweiten Teil, und – wobei ein Prozessor mit dem Detektor gekoppelt ist, um eine Substrattemperatur aus dem ersten und zweiten Stärkesignal zu berechnen.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass ein Reflektor so angeordnet ist, dass er mit einem Substrat einen reflektierenden Hohlraum bildet, wenn das Substrat in der Kammer angeordnet ist, – dass der Temperatursensor eine Sonde mit einem Einlassende hat, das so angeordnet ist, dass es Strahlung aus dem reflektierenden Hohlraum empfängt, – dass die in die Sonde eintretende Strahlung eine reflektierte Strahlung eine nicht reflektierte Strahlung aufweist, – dass Einrichtungen zum Richten eines ersten Teils der Strahlung aus einem Auslassende der Sonde zu einem ersten Detektor und zum Richten eines zweiten Teils der Strahlung aus dem Auslassende der Sonde zu einem zweiten Detektor vorgesehen sind, wobei die Richteinrichtungen so gestaltet sind, dass ein Verhältnis von reflektierter Strahlung zu nicht reflektierter Strahlung in dem ersten Teil größer ist als in dem zweiten Teil, und – dass ein Prozessor mit dem ersten und zweite Detektor gekoppelt ist, um eine Substrattemperatur aus einem ersten Stärkesignal aus dem ersten Detektor und aus einem zweiten Stärkesignal aus dem zweiten Detektor zu berechnen.
Temperatursensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass ein reflektierender Kollimator (54) vorgesehen ist, der eine Einlassöffnung (66) für die Aufnahme von Strahlung aus der Sonde hat, – dass eine reflektierende Fokussiereinrichtung mit einer Einlassöffnung so angeordnet ist, dass sie Strahlung von einer Auslassöffnung des reflektierenden Kollimators empfängt, – dass ein Filter zwischen der Auslassöffnung des reflektierenden Kollimators und der Einlassöffnung der reflektierenden Fokussiereinrichtung angeordnet ist, – dass ein erster Detektor angeordnet ist, um Strahlung von einer Auslassöffnung der reflektierenden Fokussiereinrichtung angeordnet ist und ein erstes Stärkesignal erzeugt, – dass ein zweiter Detektor vorgesehen ist, um ein zweites Stärkesignal zu erzeugen, und – dass eine Reflexionsfläche in dem Strahlengang der Strahlung angeordnet ist, die durch die reflektierende Fokussiereinrichtung hindurchgeht, um einen Teil der Strahlung zum zweiten Detektor zu richten.
Temperatursensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem ersten und zweiten Detektor ein Prozessor verbunden ist, um eine Temperaturmessung aus dem ersten und zweiten Stärkesignal zu bestimmen.
Temperatursensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollimator eine θ_ein/θ_aus-Vorrichtung ist.
Temperatursensor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Fokussiereinrichtung eine θ_ein/θ_aus-Einrichtung ist.
Verfahren zum Messen der Temperatur eines Substrats (14) in einer Wärmebehandlungskammer (12), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Positionieren eines Substrats (14) in einer Wärmebehandlungskammer (12) zur Bildung eines reflektierenden Hohlraums mit einem Reflektor (20), der sich in der Kammer befindet, – Probenehmen von Strahlung aus dem Hohlraum mit einer Sonde (42) und Richten der entnommenen Strahlung zu einen Detektor (50), wobei die entnommene Strahlung eine reflektierte und eine nicht reflektierte Strahlung aufweist, – Erzeugen eines ersten Stärkesignals für einen ersten Teil der entnommenen Strahlung mit dem Detektor (50), – Erzeugen eines zweiten Stärkesignals für einen zweiten Teil der entnommenen Strahlung mit dem Detektor (50), wobei der Detektor so angeordnet ist, dass ein Verhältnis der nicht reflektierten Strahlung zu der reflektierten Strahlung in dem ersten Teil größer als in dem zweiten Teil ist, und – Bestimmen einer Temperatur des Substrats (14) aus dem ersten und zweiten Stärkesignal.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass ein Emissionsvermögen des Substrats aus dem ersten und dem zweiten Stärkesignal bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor eine erste Detektorfläche, die zum Empfangen des ersten Teils der Strahlung angeordnet ist, und eine zweite Detektorfläche aufweist, die zum Empfangen des zweiten Teils der Strahlung angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungen in einen ersten Strahl, der zu der ersten Detektorfläche gerichtet wird, und in einen zweiten Strahl aufgeteilt wird, der zu der zweiten Detektorfläche gerichtet wird.