JP2021529313A - 温度を測定するための方法及び装置 - Google Patents

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Abstract

基板温度を測定するための装置および方法が提供される。１以上の実施形態では、温度を推定するための装置が提供され、反射面に向けて電磁放射を放射するように配置された複数の電磁放射源と、複数の電磁放射検出器とを含む。各電磁放射検出器は、複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された電磁放射をサンプリングするように配置されている。また、該装置は、複数の電磁放射源によって放出され、反射面に配置された基板から反射された電磁放射と、基板によって放出された電磁放射と、を受け取るように配置された高温計も含む。該装置は、基板によって放出された電磁放射に基づいて、基板の温度を推定するように構成されたプロセッサを含む。温度を推定する方法も提供される。【選択図】図１

Description

[0001] 本開示の態様は、広くは、温度を測定するための方法及び装置に関する。更に、本開示の態様は、処理チャンバ用の非接触温度測定に関する。
[0002] 半導体デバイスなどの製造に関連する処理中、多数の熱処理動作が基板上で実行される。熱処理は、一般的に、プロセス制御のために温度測定を利用する。不正確な温度測定は、半導体デバイスの性能及び／又は製造歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある不出来なプロセスをもたらし得る。
[0003] 光高温測定（optical pyrometry）を使用して、半導体デバイス製造プロセスにおいて基板の温度を測定することがある。基板表面から放出される電磁放射の強度が、光高温測定センサによって測定され、プランク（Planck）の法則を用いて温度に関連付けられて、基板温度を特定する。典型的な熱処理チャンバでは、光高温計が、チャンバ内部のランプや高温表面などの多くの発生源からの電磁放射に曝露される。チャンバは、基板によって放出される電磁放射をマスクする。チャンバ内の電磁ノイズからの干渉は、実際の基板温度を特定することを困難にする可能性がある。その結果、誤った温度特定を招き、結果として、不出来な処理結果をもたらし得る。
[0004] したがって、基板温度測定用の改善された装置及び方法が必要とされている。
[0005] 基板温度を測定するための装置及び方法が提供される。１以上の実施形態では、温度を推定するための装置が、反射面に向けて電磁放射を放出するように配置された複数の電磁放射源、及び複数の電磁放射検出器を含み、各電磁放射検出器は、複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された電磁放射をサンプリング（sampling）するように配置される。また、装置は、複数の電磁放射源から生じ、反射面から反射された電磁放射を受け取るように配置された高温計、並びに、高温計によって及び電磁放射検出器によって受け取られた電磁放射に基づいて、温度を推定するように構成されたプロセッサも含む。
[0006] 他の実施形態では、温度を推定するための方法が、複数の電磁放射源のそれぞれによって、基板に向けて電磁放射を放出すること、及び、複数の電磁放射検出器のそれぞれによって、複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された電磁放射をサンプリングすることを含む。この方法はまた、高温計によって、基板から反射された電磁放射及び基板によって放出された電磁放射を受け取ること、プロセッサを使用して、基板によって放出された電磁放射に基づいて、基板の温度を推定することも含む。
[0007] 上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、一部が添付の図面に例示されている実施形態を参照しながら、上記に短く要約した本開示をより具体的に説明する。しかし、添付の図面は、本開示の典型的な実施形態のみを示し、したがって、本開示は、他の等しく有効な実施形態を認めることができるので、本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
[0008] 本開示の一態様による、温度測定システムの簡略化された概略図を描く。 [0009] 図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、本開示の一態様によるパルス列信号（pulse train signal）の例を示す。 [0010] 図３Ａ、図３Ｂ、及び図３Ｃは、本開示の一態様によるパルス列信号の他の例を示す。 [0011] 本開示の態様による、図１の温度測定システムが組み込まれた処理チャンバの概略断面を示す。 [0012] 本開示の態様に従ってシーズニングプロセス（seasoning process）の終点を検出するための例示的な一方法のフローチャートである。
[0013] 一実施形態の要素及び特徴は、更なる記載なしに、他の実施形態に有益に組み込まれ得ることが企図される。しかし、図面は、本開示の例示的な実施形態のみを示し、したがって、本開示は、他の有効な実施形態を認めることができるので、図面が本開示の範囲を限定すると見なされるべきではないことに留意されたい。
[0014] １以上の実施形態では、温度を推定するための装置が提供される。装置は、反射面に向けて電磁放射を放出するように配置された複数の電磁放射源、及び複数の電磁放射検出器を含む。各電磁放射検出器は、複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された電磁放射をサンプリングするように配置されている。この装置はまた、複数の電磁放射源によって放出され、反射面に配置された基板から反射された電磁放射、及び基板によって放出された電磁放射を受け取るように配置された高温計も含む。該装置は、基板によって放出された電磁放射に基づいて、基板の温度を推定するように構成されたプロセッサを含む。温度を推定する方法も提供される。図１は、本開示の一態様による、温度測定システム１００の簡略化された概略図である。温度測定システム１００は、基板１０１に隣接して配置された、電磁放射源１０２及び１０６、電磁放射検出器１０３及び１０８、高温計（パイロメータ）１１０、並びにコントローラ１２０を含む。
[0015] 基板１０１は、その上に材料を堆積させることができるウエハ又はパネル基板であってよい。１以上の実施例では、基板１０１が、シリコン（ドープされた又はドープされていない)、結晶シリコン、酸化ケイ素、ドープされた又はドープされていないポリシリコンなど、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム（SiGe）基板、ヒ化ガリウム基板などの第III‐V族化合物の基板、炭化ケイ素（SiC）基板、パターニングされた又はパターニングされていない半導体オン絶縁体（SOI）基板、カーボンドープされた酸化物、窒化ケイ素、ソーラーアレイ、ソーラーパネル、発光ダイオード（LED）基板、又は金属や金属合金などの任意の他の材料、及び他の導電性材料であってよい。幾つかの実施例では、基板１０１が、基板ホルダ又は基板ペデスタル、チャッキングプレートなどであってもよい。また、基板１０１は、半絶縁性材料及び半導体材料などの複数の層を含んでもよく、半絶縁性材料は、半導体材料よりも高い抵抗を有する。基板１０１は、如何なる特定のサイズ又は形状にも限定されない。基板１０１は、基板１０１の表面近傍の基板材料の電気抵抗に従って、約５０μmから約１００cmの波長を有する入射電磁放射を反射する。
[0016] 温度測定システム１００はまた、信号生成器１０４及び１０７も含む。信号生成器１０４及び１０７は、それぞれ、電磁放射源１０２及び１０６に時変電力（time-varying power）を印加する。１以上の実施形態では、各信号生成器１０４、１０７が、異なる周期性、形状（例えば、正弦パルス又は三角パルス）、パターン、及び／又は振幅を有する様々な波形を生成し得る。幾つか場合では、信号生成器１０４及び１０７が、電磁放射源１０２及び１０６に対して電力をパルス発振させてよい。信号生成器１０４及び１０７の使用により、電磁放射の短いバーストが電磁放射源１０２及び１０６から放出されてよく、基板１０１からの反射率を特定することが可能になる。
[0017] 電磁放射源１０２は、信号生成器１０４によって提供される信号に従って、基板１０１に向けて時変強度を有する電磁放射L1を放出する。電磁放射源１０６は、信号生成器１０７によって提供される信号に従って、基板１０１に向けて時変強度を有する電磁放射L2を放出する。１以上の実施形態では、電磁放射源１０２及び１０６のそれぞれが、基板１０１の温度を上昇させるために熱エネルギーを基板１０１に提供する熱源（例えば、加熱ランプ）であってよい。
[0018] 電磁放射検出器１０３は、電磁放射源１０２に隣接して配置されたプローブヘッド（probe head）１４１を有し、電磁放射源１０２の放出コーン１３１の部分からの電磁放射L3を検出する。電磁放射L3は、電磁放射L1であって、基板１０１から反射され、電磁放射R1として高温計１１０によって検出される電磁放射L1に対応する。検出器１０３のプローブヘッド１４１は、電磁放射源１０２の放出要素（emitting element）１４２に対して見通し線（line-of-sight）内に配置される。放出コーン１３１における電磁放射は、放出コーン１３１内の全ての放出角において実質的に同じ強度を有する。１以上の実施形態では、検出器１０３のプローブヘッド１４１が、電磁放射源１０２の放出コーン１３１の円錐面と整列する。１以上の実施形態では、検出器１０３が、検出器１０３のサンプリングレートを決定するために、サンプリング回路１０５に結合される。
[0019] 検出器１０８は、電磁放射源１０６の放出要素１４４に対して見通し線内に配置される。電磁放射源１０６は、リフレクタ１４６内に配置された光放出要素１４４を含む。検出器１０８は、発生源１０６に隣接して配置されたプローブヘッド１４３を含み、電磁放射L2に対応する発生源１０６の放出コーン１３２からの電磁放射L4を検出する。１以上の実施形態では、検出器１０８のプローブヘッド１４３が、電磁放射源１０６の放出コーン１３２の円錐面と整列する。１以上の実施形態では、検出器１０８が、検出器１０８のサンプリングレートを決定するために、サンプリング回路１０９に結合される。温度測定システム１００は、より高いサンプリングレートでより高い温度分解能を得ることができる。
[0020] １以上の実施形態では、検出器１０３及び１０８が、光ファイバから作製される。他の実施形態では、検出器１０３及び１０８が、それぞれ、放射ビームL3及びL4と整列するようにそれぞれの角度で湾曲したプローブヘッド１４１、１４３を含む。他の実施形態では、電磁放射源１０２内のリフレクタ１４５内に開口部１０２ａが形成される。開口部１０２ａは、開口部１０２ａを通して電磁放射L5を検出器１０３などの検出器に渡す位置に配置され、検出器は、開口部１０２ａを通して電磁放射L5を受け取るように配置される。図示されていないが、電磁放射源１０６もまた、開口部１０２ａと同様の開口部を含んでよい。
[0021] それぞれの電磁放射源１０２及び１０６の放出要素１４２、１４４は、全ての方向において概ね同様の強度を有する電磁放射を放出する。したがって、電磁放射L3は、対応する電磁放射L1と実質的に同じ強度を有する。同様に、電磁放射L4は、電磁放射L2と実質的に同じ強度を有する。動作では、コントローラ１２０が、対応する電磁放射L3の強度から電磁放射L1の強度を推定する。また、コントローラ１２０は、対応する電磁放射L4の強度から電磁放射L2の強度も推定することができる。
[0022] 高温計１１０は、基板１０１から放出及び／又は反射された電磁放射を検出する。高温計１１０で受け取られる電磁放射は、基板１０１から放出される電磁放射T1と、基板１０１から反射されるL1及びL2などの電磁放射とを含む。１以上の実施形態では、高温計１１０が、９５０nm未満の波長、すなわち、約１．１eV（約１．１μm）のシリコンバンドギャップより上の光子エネルギーで、約２０nmの帯域通過（bandpass）を有する光学狭帯域フィルタ（optical narrow-band filter）を含む。帯域通過は、基板１０１のバンドギャップ波長未満の光子波長として交互に表すことができる。狭帯域機能を持つ高温計を使用すると、他のスペクトルバンド内の他の発生源からのノイズが低減され、それによって測定精度が向上する。
[0023] 幾つかの実施形態では、電磁放射源１０２及び１０６が、異なる波長で動作してもよい。この実施形態では、高温計１１０が、個々の電磁放射源からの放射をスペクトル的に分離するために、異なる波長向けの検出要素を含み得る。このような場合、温度測定システム１００は、電磁放射源を同時に動作させながら、基板１０１の反射率を特定することができる。このような例では、電磁放射源１０２及び１０６が、例えば、赤外線から紫外線までの複数の波長を有する放射のスペクトルを放出するように構成される。１以上の実施形態では、高速フーリエ変換（FFT）解析器１１１が、高温計１１０に結合され、波長に従って高温計１１０によって受け取られた反射された放射を分離する。幾つかの実施形態では、ロックイン増幅器（lock-in amplifier）を高温計１１０に結合して、受け取った反射された放射を分離することができる。他の実施形態では、電磁放射源１０２及び１０６が、同じ波長又は異なる波長の何れかで一度に１つずつ動作する。
[0024] 温度測定システム１００は、処理中に温度測定システム１００の態様を制御するためのコントローラ１２０に接続される。コントローラ１２０は、中央処理装置（CPU）１２１、メモリ１２２、ストレージ１２４、及びCPU１２１用のサポート回路（support circuit）１２３を含む。コントローラ１２０は、温度測定システム１００の構成要素、及び温度測定システム１００が内部で使用される装置の潜在的に他の構成要素の制御を容易にする。コントローラ１２０は、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するための産業環境において使用され得る汎用コンピュータであってよい。メモリ１２２は、本明細書で説明されるやり方で温度測定システム１００の全体的な動作を制御するために実行又は呼び出され得るソフトウェア（ソース又はオブジェクトコード）を記憶する。コントローラ１２０は、温度測定システム１００内の制御可能な構成要素のそれぞれの動作を操作する。コントローラ１２０は、温度測定システム１００の構成要素向けの電源を含んでよい。
[0025] コントローラ１２０は、複数の信号生成器１０４及び１０７に結合され、それぞれの信号生成器１０４及び１０７から電磁放射源１０２及び１０６に印加される信号を制御する。コントローラ１０５はまた、高温計１１０及び／又はそれに対応する回路、例えばFFT解析器（又はロックイン増幅器）１１１からも、放射データを受け取る。コントローラ１０５は、高温計１１０によって受け取られた放射データを処理して、以下で説明されるように、基板１０１の温度を推定する。
[0026] 図１では、電磁放射源１０２及び１０６、検出器１０３及び１０８、並びに高温計１１０が、基板１０１の下方に位置付けられるように示されている。しかし、これらの構成要素は、基板１０１の上方の箇所などの任意の都合がよい箇所、又は基板１０１が垂直に方向付けられたときの基板１０１の片側に配置されてよい。また、任意の数の発生源１０２、１０６及び検出器１０３、１０８が使用されてもよい。更に、２つ以上の高温計を使用して、基板１０１の複数の位置又は異なる区域内の温度を測定することができる。複数の発生源、検出器、及び高温計は、信号対ノイズ比を改善することができる。
[0027] 基板１０１の温度をモニタしている動作中、信号生成器１０４及び１０７は、時変信号を電磁放射源１０２及び１０６の中に入力する。電磁放射源１０２及び１０６は、時変信号を受信し、入力された時変信号に基づいて、基板１０１に向けてそれぞれ電磁放射L1及びL2を放出する。放射L1は、入射角Θ1で基板１０１を照射し、部分的に吸収され、部分的に透過され、及び／又は部分的に反射される。同様に、放射L2は、入射角Θ2で基板１０１を照射し、部分的に吸収され、部分的に透過され、及び／又は部分的に反射される。反射された放射R1及びR2は、高温計１１０に向けて進む。
[0028] 検出器１０３及び１０８は、それぞれ、放射L1及びL2に対応する放射L3及びL4を検出する。放射L3は、対応する放射L1と実質的に同じ強度を有するか、又は２つの放射成分の強度は、規定された関連性を有するので、放射L3の強度（検出器１０３によって測定される）を使用して、放射L1の強度を特定することができる。放射L4及び放射L2は、同様な関係を共有し、検出器１０８を用いた放射L2の特定を容易にする。
[0029] 高温計１１０は、放射T1、R1、及びR2を組み合わせた合計強度である、電磁放射の合計強度を検出する。したがって、高温計１１０によって検出される組み合わされた電磁放射の強度（I_SPで示される）は、放射T1の強度I_T1に放射R1の強度I_R1を加えたものに放射R2の強度I_R2を加えたものである。したがって、組み合わされた電磁放射の強度I_SPは、以下のように表される。すなわち、
Figure 2021529313
[0030] 基板１０１の反射率ρは、反射ビーム（例えば、R1）と入射ビーム（例えば、L1）との比として定義される。したがって、基板１０１の反射率ρは、次のように表される。すなわち、
Figure 2021529313
ここで、ΔL1は、放射L1の最大強度（例えば、図２Ａのピーク２０１）から放射L1の最小強度（例えば、図２Ａの２０２）を減算したものである。同様に、ΔR1は、反射された放射R1の最大強度から反射された放射R1の最小強度を減算したものである。同様に、ΔL2は、放射L2の最大強度（例えば、図２Ｂのピーク２１１）から放射L2の最小強度（例えば、図２Ｂの２１２）を減算したものである。同様に、ΔR２は、反射された放射R２の最大強度から反射された放射R２の最小強度を減算したものである。
[0031] １以上の実施形態では、反射率ρを特定するために、温度測定システム１００が、電磁放射源１０２、１０６のうちの１つのみを有効にして、電磁放射を放出し、反射された放射を測定することができる。反射率ρは基板１０１の温度に依存し、基板１０１の温度の特定を容易にする。
[0032] 放出された放射T1の強度（I_T1）は、以下の式によって表される。すなわち、
Figure 2021529313
[0033] 上述のように、電磁放射L1及びL2は、それぞれ、対応する電磁放射L3及びL4（例えば、I_L3、I_L4)（それぞれ、電磁放射検出器１０３、１０８によってサンプリングされ測定される）と実質的に同じ強度（I_L1、I_L2）を有する。したがって、この等価性により、数式３は次のように書き換えることができる。すなわち、
Figure 2021529313
[0034] サンプルの絶対温度Tは、プランクの法則（Plank’s Law）を適用することによって計算され、プランクの法則は、放出された放射T1=Bv（v，T）であり、ここで、絶対温度Tにおける本体からの周波数νのスペクトル放射は、次式によって与えられる。すなわち、
Figure 2021529313
ここで、kBはボルツマン定数であり、hはプランク定数であり、cは物質内であれ真空中であれ媒体中の光速であり、Tは基板１０１の絶対温度である。プランクの法則の遵守は、一般的に、プランクの法則による理論出力に対する実際の熱放射出力の比として定義される物体の放射率によって媒介される。したがって、プランクの法則を使用して、基板１０１などの物体の温度を推定することができる。
[0035] 上述の一連の方程式は、２つの放射サンプルに基づいて基板１０１の温度を推定する方法を記述している。しかし、これらの方程式は、以下で更に説明するように、高温計が任意の個数の放射サンプルを受け取る任意の実施形態に拡張することができる。
[0036] 図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、本開示の一態様によるパルス列信号の例を示している。時変電力信号の例が、図２Ａ及び図２Ｂで示されている。時変電力信号（例えば、パルス信号）を使用して、それぞれの新しい基板で実行される較正プロセス中に、図１で示されている基板１０１などの基板の反射率を測定することができる。内部に温度測定システム（図１に関連して記載された温度測定システムなど）を有する装置に新たな基板が導入されると、各電磁放射源が複数回（例えば、１０回）パルス化されて、基板の反射率を特定する。１以上の実施形態では、温度測定システムが、反射率が基板の表面全体にわたり変動する場合に、電磁放射源をパルス化しながら基板を回転させることができる。他の実施形態では、温度測定システムが、パルス化を回転に同期させることができるので、システムは、異なる検出器１０３及び１０８を使用して反射率を二重サンプリング（double-sample）する。
[0037] 図２Ａは、電磁放射源１０２に印加される信号２００を示しており、今度は、電子放射源１０２が、信号２００に従って時変強度を有する電磁放射L1を放出する。図２Ｂは、電磁放射源１０６に印加される信号２１０を示しており、今度は、電磁放射源１０６が、信号２１０に従って時変強度を有する電磁放射L2を放出する。信号２００は、時間t1の期間においてピーク電圧VL1を有するピーク２０１を有する時変電圧である。信号２１０は、それぞれが時間t2の期間においてピーク電圧VL2を有する２つのピーク２１１を有する時変電圧である。この実施形態では、ピーク２０１及び２１１は、時間的に重複しない。図２Cは、電磁放射源１０２及び１０６が、それぞれ、信号２００及び２１０に従って動作するときに、高温計１１０によって受信される例示的な信号２２０を示している。高温計１１０は、それぞれの電磁放射源１０２及び１０６から生じた反射された放射R1及びR2並びに放出された放射T1を受け取り、T1は、基板１０１の熱エネルギーによって基板１０１から生じたものである。受信された信号２２０は、３つのパルス、すなわち、信号２００のピーク２０１に対応する第１のパルス２２１、並びに、信号２１０のピーク２１１に対応する第２及び第３のパルス２２２及び２２３を有する。
[0038] 時変電力信号の種々の例が、図３Ａ及び図３Ｂに示されている。図３Ａは、電磁放射源１０２に印加される信号３００を示し、図３Ｂは、電磁放射源１０６に供給される信号３１０を示している。信号３００は、時間t1の期間においてピーク電圧VL1を有するピーク３０１を有する時変電圧である。信号３１０は、それぞれが時間t2の期間においてピーク電圧VL2を有する2つのピーク３１１、３１２を有する時変電圧である。ここで、１つのピーク３０１は、ピーク３１１と時間的に重複している。
[0039] 図３Ｃは、電磁放射源１０２及び１０６が、それぞれ、信号３００及び３１０に従って動作するときに、高温計１１０によって受信される例示的な信号３２０を示している。受信された信号３２０は、２つのパルス、すなわち、重複したピーク３０１及び３１１に対応する第１のパルス３２１、並びにピーク３１２に対応する第２のパルス３２２を有する。第１のパルス３２１は、高温計１１０によって同時に受け取られる電磁放射源１０２及び１０６の両方からの反射された電磁放射によって生成される。
[0040] 再び図１を参照すると、電磁放射源１０２及び１０６は、基板１０１に向けて、それぞれの放出コーン１３１及び１３２内の全ての方位角において電磁放射を放出する。電磁放射は、基板１０１を照射し、対応する反射コーンにおいて異なる波長で変動する量だけ、部分的に吸収され、部分的に透過され、部分的に反射される。特定の範囲の反射角で反射された電磁放射は、高温計１１０に向けて進み、高温計１１０によって検出され得る。例えば、明瞭さのために光線追跡手法を使用して、電磁放射源１０２及び１０６から対応する放出コーン１３１及び１３２において放出された放射L1及びL2は、それぞれ、入射角度Θ1及びΘ2で基板１０１に入射し、基板１０１で部分的に反射する。反射された放射R1及びR2は、図１で示されているように、反射エリア１３３内を高温計１１０に向けて進み、高温計１１０によって検出される。高温計１１０によってサンプリングされる反射エリア１３３は、それぞれの放出コーン１３１及び１３２から基板１０１によって反射される放射の帯の、高温計１１０によって見られる方位角によって画定される一部分を含む。入射角Θ1及びΘ2が特定の範囲内にあるとき、反射された放射は、高温計１１０によって見られる方位角にわたり高温計１１０によって検出される。
[0041] 図４は、図１の温度測定システム１００を組み込んだ処理チャンバ４００の概略断面を示している。処理チャンバ４００は、筐体４０２、筐体４０２内に配置された基板支持体４０４、筐体４０２に結合された処理モジュール４０３、複数の電磁放射源４０５（４０５‐１、４０５‐２、４０５‐３、４０５‐４、４０５‐５、及び４０５‐６）、複数の電磁放射源４０５に結合された信号生成器４０７（４０７‐１、４０７‐２、４０７‐３、４０７‐４、４０７‐５、及び４０７‐６）、複数の検出器４０６（４０６‐１、４０６‐２、４０６‐３、４０６‐４、４０６‐５、及び４０６‐６）、並びに高温計４０８を特徴として備えている。
[0042] 処理モジュール４０３は、筐体４０２の中に材料を導入するための１以上の導管４１１（２つが示されている）を含む。導管４１１は、ガス又は液体を導入するために使用されてよく、図４で示されているように真っ直ぐであっても、又は任意の所望の程度に曲がりくねっていてもよい。２つの導管４１１が図４で示されているが、任意の個数を使用することができる。例えば、処理モジュール４０３は、複数の区域又は経路を有することができるシャワーヘッドを含んでよい。処理モジュール４０３は、適切な導管を介して、ガスボックス、蒸発器、アンプルなどの任意の所望の供給装置に連結されてよい。
[0043] 基板支持体４０４は、基板支持体４０４内に埋め込まれた加熱ランプによって加熱される。基板支持体４０４はまた、基板支持体４０４上での基板４０１の静電固定（electrostatic immobilization）を提供するために、例えば、バイアス要素を使用して帯電されてもよい。回転駆動器（図示せず）を基板支持体４０４に連結して、処理中、処理サイクルの間、又はそれらの両方の間に、回転運動を提供してもよい。基板４０１が処理中に回転される実施形態では、温度均一性が制御され得るように、基板４０１が、基板４０１上の種々の箇所の温度をモニタするために、選択された間隔で精査されてよい。
[0044] 各信号生成器４０７‐１から４０７‐６は、それぞれの電磁放射源４０５に結合されている。信号生成器４０７‐１から４０７‐６は、それぞれ、時変信号を生成し、その時変信号をそれぞれの電磁放射源４０５に印加する。電磁放射源４０５‐１から４０５‐６は、基板４０１に向けて電磁放射L1からL6を放出する。複数の電磁放射源４０５‐１から４０５‐６は、基板４０１に熱エネルギーを提供するための熱源であってよい。
[0045] 各検出器４０６‐１から４０６‐６は、電磁放射L1からL6に対応する電磁放射L1aからL6aを検出するために、それぞれの電磁放射源４０５‐１から４０５‐６に隣接して配置され、L1からL6は、基板４０１で部分的に反射され、高温計４０８によって受け取られる。各電磁放射検出器４０６‐１から４０６‐６の一部分は、それぞれの電磁放射源４０５‐１から４０５‐６の放出要素に対して見通し線内に配置される。電磁放射検出器４０６‐１から４０６‐６は、それぞれのサンプリングレートで放射ビームL1aからL6aをサンプリングするためのサポート回路を含む。
[0046] 処理チャンバ４００は、それぞれが対応する信号生成器４０７及び電磁放射検出器４０６を有する任意の数の発生源４０５を含んでよい。
[0047] 高温計４０８は、基板４０１から高温計４０８に向けて伝播する電磁放射を検出する。高温計４０８によって検出される放射は、基板４０１から放出された放射T1と、反射された放射R1〜R6とを含む。
[0048] 動作では、処理チャンバ４００が、図１に関して上述されたのと同様のやり方で基板４０１の温度を推定する。ここで、処理チャンバ４００は、六（６）つの電磁放射源４０５‐１〜４０５‐６及び検出器４０６‐１〜４０６‐６を含むが、任意の数の発生源及び検出器を使用することができる。かかる実施形態では、高温計４０８が、放射の強度I_SPを以下のように返す。I_SPは、任意の数の電磁放射源から生じ、基板４０１から反射された電磁放射、及び基板４０１から放出された電磁放射T1を含む。すなわち、
Figure 2021529313
[0049] 図２Ａ〜図３Ｃに関連して上述したように特定され得る反射率ρの定義に基づいて、数式６は次のように書き換えることができる。すなわち、
Figure 2021529313
[0050] 各電磁放射L1、L2、L3、… Lnは、電磁放射検出器４０６によってサンプリングされる対応する電磁放射L1a、L2a、L3a、… Lnaと実質的に同じ強度を有する。したがって、数式７は、次のように書き換えることができる。すなわち、
Figure 2021529313
したがって、放出された電磁放射の強度I_T1は、高温計４０８によって返された全放射の強度I_SPから、特定された反射率ρ及び検出器４０６によって検出された入射電磁放射I_Liaに基づいて、反射された放射の強度
Figure 2021529313
を減算することによって計算される。次いで、基板４０１の温度は、図１に関連して説明されたように、放出された電磁放射T1の強度I_T1にプランクの法則を適用することによって推定される。
[0051] 電磁放射源、検出器、及び高温計は、基板４０１の下方に設置されるように図４で示されている。しかし、これらの構成要素は、基板４０１の上方の箇所などの、処理チャンバ４００内の任意の都合のよい箇所に配置することができる。
[0052] 処理チャンバ４００は、プラズマCVDチャンバ、高密度プラズマCVDチャンバ、低圧CVDチャンバ、減圧CVDチャンバ、又は大気圧CVDチャンバのような化学気相堆積（CVD）チャンバであってよい。他の実施形態では、処理チャンバ４００はまた、PVDチャンバ、エッチングチャンバ（熱又はプラズマ）、エピタキシチャンバ、アニールチャンバ、又は温度モニタが有用であり得る任意の他の処理チャンバであってよい。処理チャンバ４００の例としては、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から市販されているAKT（登録商標）PECVDチャンバ、PRODUCER（商標）チャンバ、及びPRECISION 5000（登録商標）チャンバなどのCVDチャンバを挙げることができる。
[0053] コントローラ４２０は、図１のコントローラと実質的に同一であってよい。コントローラ４２０は、高温計４０８及びその関連回路に結合されてよく、高温計４０８によって受け取られたデータをモニタし、そのデータを処理して基板４０１の温度を推定することができる。
[0054] １以上の実施形態では、処理チャンバ４００が、基板４０１の複数の位置で温度を検出するための複数の高温計４０８を含んでよい。複数の高温計４０８からの温度表示を用いることにより、基板４０１の温度不均一性を検出することができ、基板４０１の温度均一性を向上させることができる。
[0055] 他の実施形態では、複数の基板が、処理チャンバ４００内で同時に処理されるように基板支持体４０４上に配置され、複数の高温計が設けられて、１以上の高温計が各基板に対応してもよい。
[0056] 図５は、本発明の態様に従って基板温度を推定する例示的な一方法のフローチャート５００である。
[0057] 動作５０２では、信号生成器を使用して、電磁放射源向けに時変電力のパルス信号を生成する。信号生成器は、種々の周期性、パルス形状（例えば、正弦波パルス又は三角波パルス）、パルスパターン、及び／又は振幅を有する様々な波形を生成することができる。２つ以上の電磁放射源を使用することができ、各電磁放射源は、それぞれの信号生成器を含む。
[0058] 動作５０４では、電磁放射源が、信号生成器からの信号に従って基板に向けて電磁放射を放出する。複数の電磁放射源が使用される事例では、各発生源が、対応する信号生成器からの信号に従って放出する。
[0059] 動作５０６では、検出器が、電磁放射源によって放出される放射を含む電磁放射を検出する。１以上の実施形態では、各検出器のプローブヘッドが、対応する電磁放射源の放出要素に対して見通し線内に配置される。放出された電磁放射は、全ての角度において実質的に一定の強度を有する。１以上の実施形態では、検出器のプローブヘッドを、電磁放射源の放出コーンの円錐面に整列させることができる。複数の電磁放射源が使用される事例では、各発生源が、対応する検出器を有する。
[0060] 動作５０８では、高温計が、基板から放出及び／又は反射された電磁放射の強度を検出する。高温計で受け取られる電磁放射には、基板から放出された熱電磁放射、及び基板から反射された電磁放射が含まれる。
[0061] 動作５１０では、コントローラが、高温計によって受け取られた電磁放射の全強度から、サンプリングされた電磁放射の強度の合計を減算して、放出された強度を得ることによって、放出された電磁放射（図１のT1）の強度を特定する。コントローラは、更に、上述のように特定された放出された電磁放射の強度にプランクの法則を適用することによって、基板の温度Tを推定する。
[0062] 本開示の実施形態は、以下の段落のうちの任意の１以上に更に関する。
[0063] 1.温度を推定するための装置であって、反射面に向けて電磁放射を放出するように配置された複数の電磁放射源、複数の電磁放射検出器であって、各電磁放射検出器が、複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された電磁放射をサンプリングするように配置された、複数の電磁放射検出器、複数の電磁放射源から生じ、反射面から反射された電磁放射を受け取るように配置された高温計、及び、高温計によって及び電磁放射検出器によって受け取られた電磁放射に基づいて、温度を推定するように構成されたプロセッサを備える、装置。
[0064] 2.温度を推定するための装置であって、反射面に向けて電磁放射を放出するように配置された複数の電磁放射源であって、各電磁放射源が、放出コーンにおいて電磁放射を放出するように構成された、複数の電磁放射源、複数の電磁放射検出器であって、各電磁放射検出器が、複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された電磁放射をサンプリングするように配置された、複数の電磁放射検出器、複数の電磁放射源から生じ、反射面から反射された電磁放射を受け取るように配置された高温計、及び、高温計によって及び電磁放射検出器によって受け取られた電磁放射に基づいて、温度を推定するように構成されたプロセッサを備える、装置。
[0065] 3.温度を推定する方法であって、複数の電磁放射源のそれぞれによって、基板に向けて電磁放射を放出すること、複数の電磁放射検出器のそれぞれによって、複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された電磁放射をサンプリングすること、高温計によって、基板から反射された電磁放射及び基板によって放出された電磁放射を受け取ること、並びに、プロセッサを使用して、基板によって放出された電磁放射に基づいて、基板の温度を推定することを含む、方法。
[0066] 4.各電磁放射検出器が、対応する電磁放射源の放出要素に対して見通し線内に配置されたプローブヘッドを含む、段落１から３のいずれか１つに記載の装置又は方法。
[0067] 5.各電磁放射源が、反射面に向けて放出コーンにおいて電磁放射を放出するように構成され、放出コーンにおいて第１の角度にある電磁放射の一部分が、反射面から反射され、次いで、高温計によって受け取られる、段落４に記載の装置又は方法。
[0068] 6.各電磁放射検出器のプローブヘッドが、放出コーンの円錐面に整列するように湾曲しており、放出コーンにおいて第２の角度にある電磁放射をサンプリングするように構成されている、段落５に記載の装置又は方法。
[0069] 7.放出コーンにおいて第１の角度にある電磁放射の一部分は、放出コーンにおいて第２の角度にある電磁放射の別の一部分と実質的に同じ強度を有する、段落６に記載の装置又は方法。
[0070] 8.プロセッサは、高温計によって受け取られた電磁放射の強度、及び、電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の強度を受け取り、電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の強度から反射面から反射された放射の強度を特定し、高温計によって受け取られた電磁放射から反射された放射の強度を減算して、温度を推定するように構成されている、段落１から７のいずれか１つに記載の装置又は方法。
[0071] 9.反射面から反射された放射の強度は、電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の強度に、反射面における既知の反射率を適用することによって特定される、段落８に記載の装置又は方法。
[0072] 10.反射率は、電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の最大強度から電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の最小強度を減算することによって第１の量を計算すること、高温計によって検出された電磁放射の最大強度から高温計によって検出された電磁放射の最小強度を減算することによって第２の量を計算すること、及び第１の量と第２の量との比を計算することによって特定される、段落９に記載の装置又は方法。
[0073] 11.温度は、高温計によって受け取られた電磁放射の強度と反射面から反射された電磁放射の強度との差にプランクの法則を適用することによって推定される、段落１から１０のいずれか１つに記載の装置又は方法。
[0074] 12.各電磁放射検出器は、対応する電磁放射源の放出要素に対して見通し線内に配置されたプローブヘッドを含む、段落１１に記載の装置又は方法。
[0075] 13.各電磁放射源は、基板に向けて放出コーンにおいて電磁放射を放出し、放出コーンにおいて第１の角度にある電磁放射の一部分が、反射面から反射され、次いで、高温計によって受け取られる、段落１２に記載の装置又は方法。
[0076] 14.各電磁放射検出器のプローブヘッドは、放出コーンの円錐面に整列するように湾曲しており、放出コーンにおいて第２の角度にある電磁放射をサンプリングするように構成されている、段落１３に記載の装置又は方法。
[0077] 15.放出コーンにおいて第１の角度にある電磁放射は、放出コーンにおいて第２の角度にある電磁放射と実質的に同じ強度を有する、段落１４に記載の装置又は方法。
[0078] 16.高温計によって受け取られた電磁放射から、基板から反射された電磁放射を減算することによって、基板によって放出された電磁放射を特定することを更に含む、段落１５に記載の装置又は方法。
[0079] 17.各電磁放射源によってサンプリングされた電磁放射の強度に、基板の既知の反射率を乗算すること、その結果を合計すること、及びその合計を高温計によって受け取られた電磁放射の強度から減算することによって、基板によって放出された電磁放射の強度を計算することを更に含む、段落１６に記載の装置又は方法。
[0080] 18.基板の反射率が、反射された電磁放射の強度と入射電磁放射の強度との比である、段落１７に記載の装置又は方法。
[0081] 19.基板の反射率は、電磁放射源によって放出された電磁放射の最大強度マイナス最小強度を、電磁放射源によって放出され、反射面から反射された電磁放射の最大強度マイナス最小強度で除算することによって計算される、段落１７に記載の装置又は方法。
[0082] 20.基板によって放出された電磁放射にプランクの法則を適用することによって、基板の温度を推定することを更に含む、段落１から１９のいずれか１つに記載の装置又は方法。
[0083] 前述の説明は、当業者が本明細書で説明された様々な実施形態を実施することを可能にするために提供されている。これらの実施形態に対する様々な修正は、当業者には容易に明らかであり、本明細書で規定される一般的な原理は、他の実施形態に適用されてもよい。例えば、開示の範囲から逸脱することなく、説明された要素の機能及び配置に変更を加えることができる。様々な例は、必要に応じて、様々な手順若しくは構成要素を省略、置換、又は追加することができる。また、幾つかの例に関して説明した特徴は、幾つかの他の例において組み合わせることができる。例えば、ここに述べられた態様を幾らでも使用して、装置が実装されてよく又は方法が実施されてよい。加えて、本開示の範囲は、本明細書で説明される本開示の様々な態様に加えて、又はそれ以外の、他の構造、機能、若しくは構造及び機能を使用して実施されるそのような装置又は方法をカバーすることが意図されている。本明細書で開示された開示の任意の態様は、請求項の１以上の要素によって実施され得ることを理解されたい。
[0084] 本明細書で使用される「例示的な（exemplary）」という語は、「実施例、実例、又は例示として役立つ」ことを意味する。「例示的な」として本明細書で説明される任意の態様は、必ずしも他の態様よりも好ましい又は有利であると解釈されるべきではない。
[0085] 本明細書で使用されるように、「特定すること、決定すること（determining）」という用語は、多種多様な活動を包含する。例えば、「特定すること、決定すること」は、計算すること、算出すること、処理すること、導出すること、調査すること、調べること（例えば、表、データベース、又は別のデータ構造を調べること)、確認することなどを含んでよい。また、「特定すること、決定すること」は、受け取ること（例えば、情報を受け取ること)、アクセスすること（例えば、メモリ内のデータにアクセスすること）なども含んでよい。また、「特定すること、決定すること」は、解決すること、選択すること、選ぶこと、規定することなども含んでよい。
[0086] 本明細書で開示される方法は、方法を実現するための１以上の動作又は活動を含む。方法の動作及び／又は活動は、特許請求の範囲又は開示の範囲から逸脱することなく、相互に交換することができる。言い換えると、具体的な動作又は活動の順序が特定されない限り、特定の動作及び／又は活動の順序及び／又は使用は、特許請求の範囲から逸脱することなく変更することができる。
[0087] 以下の特許請求の範囲は、本明細書で示されている実施形態に限定されることを意図するものではなく、特許請求の範囲の言語と一貫する完全な範囲が与えられるべきである。請求項において、単数形の要素への言及は、具体的に言及されない限り、「１個のみ」を意味することを意図するものではなく、むしろ「１個以上」を意味するものである。特に言及されない限り、「幾つかの（some）」という用語は、１個以上を意味する。当業者に知られている、又は後に知られるようになる、本開示全体にわたって説明される様々な態様の要素に対する全ての構造的及び機能的均等物は、参照によって本明細書に明示的に組み込まれ、特許請求の範囲によって包含されることが意図される。更に、本明細書に開示されたものは、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に列挙されているかどうかにかかわらず、一般向け専用であることを意図するものではない。
[0088] 以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱せずに本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (15)

  1. 温度を推定するための装置であって、
    反射面に向けて電磁放射を放出するように配置された複数の電磁放射源、
    複数の電磁放射検出器であって、各電磁放射検出器が、前記複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された前記電磁放射をサンプリングするように配置された、複数の電磁放射検出器、
    前記複数の電磁放射源から生じ、前記反射面から反射された電磁放射を受け取るように配置された高温計、及び
    前記高温計によって及び前記電磁放射検出器によって受け取られた前記電磁放射に基づいて、温度を推定するように構成されたプロセッサを備える、装置。
  2. 各電磁放射検出器が、前記対応する電磁放射源の放出要素に対して見通し線内に配置されたプローブヘッドを含む、請求項１に記載の装置。
  3. 各電磁放射源が、前記反射面に向けて放出コーンにおいて電磁放射を放出するように構成され、前記放出コーンにおいて第１の角度にある前記電磁放射の一部分が、前記反射面から反射され、次いで、前記高温計によって受け取られる、請求項２に記載の装置。
  4. 各電磁放射検出器のプローブヘッドが、前記放出コーンの円錐面に整列するように湾曲しており、前記放出コーンにおいて第２の角度にある前記電磁放射をサンプリングするように構成されている、請求項３に記載の装置。
  5. 前記放出コーンにおいて前記第１の角度にある前記電磁放射の一部分は、前記放出コーンにおいて前記第２の角度にある電磁放射の別の一部分と実質的に同じ強度を有する、請求項４に記載の装置。
  6. 前記プロセッサは、前記高温計によって受け取られた電磁放射の強度、及び、前記電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の強度を受け取り、前記電磁放射検出器によってサンプリングされた前記電磁放射の強度から前記反射面から反射された放射の強度を特定し、前記高温計によって受け取られた前記電磁放射から前記反射された放射の強度を減算して、前記温度を推定するように構成されている、請求項１に記載の装置。
  7. 前記反射面から反射された放射の強度は、前記電磁放射検出器によってサンプリングされた前記電磁放射の強度に、前記反射面における既知の反射率を適用することによって特定される、請求項６に記載の装置。
  8. 前記反射率は、前記電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の最大強度から前記電磁放射検出器によってサンプリングされた電磁放射の最小強度を減算することによって第１の量を計算すること、
    前記高温計によって検出された電磁放射の最大強度から前記高温計によって検出された電磁放射の最小強度を減算することによって第２の量を計算すること、及び
    前記第１の量と前記第２の量との比を計算することによって特定される、請求項７に記載の装置。
  9. 前記温度は、前記高温計によって受け取られた電磁放射の強度と前記反射面から反射された電磁放射の強度との差にプランクの法則を適用することによって推定される、請求項１に記載の装置。
  10. 温度を推定する方法であって、
    複数の電磁放射源のそれぞれによって、基板に向けて電磁放射を放出すること、
    複数の電磁放射検出器のそれぞれによって、前記複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された前記電磁放射をサンプリングすること、
    高温計によって、前記基板から反射された電磁放射及び前記基板によって放出された電磁放射を受け取ること、並びに
    プロセッサを使用して、前記基板によって放出された前記電磁放射に基づいて、前記基板の温度を推定することを含む、方法。
  11. 各電磁放射検出器は、前記対応する電磁放射源の放出要素に対して見通し線内に配置されたプローブヘッドを含む、請求項１０に記載の方法。
  12. 各電磁放射源は、前記基板に向けて放出コーンにおいて電磁放射を放出し、前記放出コーンにおいて第１の角度にある前記電磁放射の一部分が、前記反射面から反射され、次いで、前記高温計によって受け取られる、請求項１１に記載の方法。
  13. 各電磁放射検出器のプローブヘッドは、前記放出コーンの円錐面に整列するように湾曲しており、前記放出コーンにおいて第２の角度にある前記電磁放射をサンプリングするように構成されている、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記放出コーンにおいて前記第１の角度にある電磁放射は、前記放出コーンにおいて前記第２の角度にある電磁放射と実質的に同じ強度を有し、前記方法は、前記高温計によって受け取られた電磁放射から、前記基板から反射された電磁放射を減算することによって、前記基板によって放出された電磁放射を特定することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 温度を推定するための装置であって、
    反射面に向けて電磁放射を放出するように配置された複数の電磁放射源であって、各電磁放射源が、放出コーンにおいて電磁放射を放出するように構成された、複数の電磁放射源、
    複数の電磁放射検出器であって、各電磁放射検出器が、前記複数の電磁放射源のうちの対応する電磁放射源によって放出された前記電磁放射をサンプリングするように配置された、複数の電磁放射検出器、
    前記複数の電磁放射源から生じ、前記反射面から反射された電磁放射を受け取るように配置された高温計、及び
    前記高温計によって及び前記電磁放射検出器によって受け取られた前記電磁放射に基づいて、温度を推定するように構成されたプロセッサを備える、装置。
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