JP2023516623A - 熱処理システムにおけるワークピースの透過ベースの温度測定 - Google Patents

熱処理システムにおけるワークピースの透過ベースの温度測定 Download PDF

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Abstract

熱処理を実行するための熱処理システムは、ワークピースを支持するように構成されたワークピース支持プレートと、ワークピースを加熱するように構成された熱源とを含みうる。熱処理システムは、測定波長範囲内の電磁放射に対して透過性である透過性領域と、測定波長範囲の一部内の電磁放射に対して不透過性である不透過性領域とを有する窓を含みうる。温度測定システムは、赤外放射を放出するように構成された複数の赤外線エミッタと、測定波長範囲内の赤外放射を測定するように構成された複数の赤外線センサとを含むことができ、透過性領域が少なくとも部分的に赤外線センサの視野内にある。コントローラは、ワークピースに関連付けられた透過率測定値および反射率測定値を取得することと、測定値に基づいて、約６００℃未満のワークピースの温度を決定することとを含む動作を実行するように構成されうる。

Description

優先権の主張
本出願は、２０２０年２月２８日付にて出願された“Transmission-Based Temperature Measurement of a Workpiece in a Thermal Processing System”と題する米国仮出願第６２／９８３０６４号の優先権の利益を主張するものであり、この仮出願は参照により本明細書に組み込まれる。
分野
本開示は、全体として、熱処理システム、例えばワークピースの熱処理を実行するように動作可能な熱処理システムに関する。
発明の背景
本明細書で使用される熱処理チャンバは、半導体ワークピース（例えば半導体ワークピース）などのワークピースを加熱するデバイスを指す。こうしたデバイスは、１つ以上のワークピースを支持するための支持プレートと、加熱ランプ、レーザー、または他の熱源などの、ワークピースを加熱するためのエネルギ源とを含みうる。熱処理中、ワークピースは、処理レジームに従って制御された条件下で加熱することができる。
多くの熱処理プロセスでは、ワークピースをデバイスに加工する際に種々の化学的および物理的変換を生じさせることができるよう、ワークピースをある範囲の温度にわたって加熱することが必要となる。例えば、急速熱処理中、ワークピースは、通常数分未満である持続時間にわたって、支持プレートを通してランプのアレイにより、約３００℃～約１２００℃の温度まで加熱されうる。これらのプロセス中、ワークピースの温度を確実かつ正確に測定することが主な目標となりうる。
発明の概要
本開示の実施形態の態様および利点は、以下の説明において部分的に記載され、または説明から教示され、または実施形態の実施を通して教示されうる。
本開示の１つの例示的な態様は、半導体ワークピースの熱処理を実行するための熱処理システムに関する。熱処理システムは、ワークピースを支持するように構成されたワークピース支持プレートを含みうる。熱処理システムは、ワークピースを加熱するように構成された１つ以上の熱源を含みうる。熱処理システムは、ワークピース支持プレートと１つ以上の熱源との間に配設された１つ以上の窓を含みうる。１つ以上の窓は、測定波長範囲内の電磁放射の少なくとも一部に対して透過性である１つ以上の透過性領域と、測定波長範囲の一部内の電磁放射に対して不透過性である１つ以上の不透過性領域とを含みうる。
種々の実施形態のこれらおよび他の特徴、態様および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照してよりよく理解されるであろう。本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成す添付の図面は、本開示の実施形態を示し、説明とともに、関連する原理を説明する役割を果たす。
当業者を対象とする実施形態の詳細な説明は、添付の図面を参照する本明細書に記載されている。
本開示の例示的な態様による例示的な熱処理システムを示す図である。 本開示の例示的な態様による、ワークピースの放射率を測定するように構成された例示的な熱処理システムを示す図である。 本開示の例示的な態様による、ワークピースの温度を測定するように構成された例示的な熱処理システムを示す図である。 本開示の例示的な態様による例示的な温度測定システムを示す図である。 本開示の例示的な態様による例示的な不透過性領域材料の透過率プロットを示す図である。 本開示の例示的態様による例示的な透過性領域材料の透過率プロットを示す図である。 本開示の例示的な態様による例示的なワークピースタイプの透過率プロットを示す図である。 本開示の例示的な態様による例示的な正規化ワークピース透過率の透過率プロットを示す図である。 本開示の例示的な態様による、熱処理システムにおけるワークピースの温度測定のための方法を示す図である。 本開示の例示的な態様による、熱処理システム内のセンサの基準強度を較正する方法を示す図である。
詳細な説明
次に、実施形態を詳細に参照し、その１つ以上の例を図面に示す。各例は、本開示の限定ではなく、実施形態の説明のために提供される。実際に、本開示の範囲または趣旨から逸脱することなく、実施形態に対して種々の修正および変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。例えば、一実施形態の部分として図示または説明される特徴は、別の実施形態とともに使用されて、さらなる実施形態をもたらすことができる。したがって、本開示の態様は、こうした修正および変形を包含することが意図されている。
本開示の例示的な態様は、半導体ワークピース（例えばシリコンワークピース）などのワークピースのための急速熱処理（ＲＴＰ）システムなどの熱処理システムを対象とする。特に、本開示の例示的な態様は、熱処理システム内のワークピースの少なくとも部分の温度を示す温度測定値を取得することを対象とする。例えば、温度測定は、ワークピース上で熱処理が実行されている間にワークピースの温度を監視する際に有用でありうる。
本開示の例示的な態様は、ワークピースが実質的に透過性であり、かつ／または有意な黒体放射を放出しないワークピース温度において温度測定値を取得する際に特に有益でありうる。幾つかのケースでは、これらの温度付近でワークピース温度を測定することは、従来の方法では困難でありうる。特に、非金属化ワークピース（例えば軽度にドープされたシリコンワークピース）などの幾つかのワークピースは、従来の方法で約６００℃未満の温度を測定することが困難でありうる。例えば、ワークピースは、約６００℃未満の温度で従来透過率測定に使用されている多くの波長に対して、実質的に透過性でありうる。さらに、ワークピースが冷たすぎるために、従来の波長で実際に測定可能な黒体放射が放出されないこともある。
したがって、本開示の例示的な態様は、約６００℃未満、例えば約４００℃～６００℃などの低温において、ワークピースの正確な透過率ベースの放射率補償された温度測定を可能にしうる。加えて、約６００℃未満のワークピース温度について透過率ベースの温度測定値を取得する際に使用されるセンサは、再利用することができ、かつ／または該センサを使用して、約６００℃を超えるような、ワークピースが実質的に不透過性であり、かつ／もしくは有意な黒体放射を放出するワークピース温度について、ワークピースのエミッションベースの温度測定を行うこともできる。加えて、測定波長および／または特定の測定の位相ロックを含む他のプロセス態様は、熱処理システムの種々の機能間の干渉を最小限に抑えるように選択することができる。これにより、本開示の例示的な態様によるシステムおよび方法は、従来のシステムおよび方法と比較して、増大した範囲、例えば約６００℃未満の温度を含む増大した範囲にわたって温度を測定することが可能となりうる。加えて、これにより、システムおよび方法が、追加のセンサおよび／またはセンサの再構成を必要とすることなく、ワークピースが実質的に測定可能な黒体放射を放出しない温度（例えば約６００℃未満）についての透過率ベースの温度測定から、ワークピースが測定可能な放射を放出する温度（例えば約６００℃超）についてのエミッションベースの温度測定へ円滑に移行することが可能となりうる。これは、ワークピースがもはや少なくとも部分的に透過性でなくなると、透過率ベースの温度測定に使用される同じセンサを、エミッションベースの温度測定に使用することができるためである。
本開示の例示的な態様によれば、急速熱処理システムなどの熱処理システムは、ワークピースを支持するように構成されたワークピース支持プレートを含みうる。例えば、ワークピースは、熱処理システムによって処理される基板などのワークピースでありうる。ワークピースは、シリコンワークピースなどの半導体ワークピースなどの任意の好適なワークピースであるかまたはこれを含みうる。幾つかの実施形態では、ワークピースは、軽度にドープされたシリコンワークピースであるか、またはこれを含みうる。例えば、軽度にドープされたシリコンワークピースは、シリコンワークピースの抵抗率が約０．１Ωｃｍより大きくなるように、例えば約１Ωｃｍより大きくなるようにドープすることができる。
ワークピース支持プレートは、ワークピースを支持する（例えば、熱処理システムの熱処理チャンバ内でワークピースを支持する）ように構成された任意の適切な支持構造でありうるかまたはこれを含みうる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレートは、熱処理システムによる同時熱処理のために複数のワークピースを支持するように構成することができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレートは、ワークピースが回転ワークピース支持プレートによって支持されている間にワークピースを回転させるように構成された回転ワークピース支持体であるかまたはこれを含みうる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレートは、少なくとも一部の電磁放射がワークピース支持プレートを少なくとも部分的に通過することを可能にするように透過性であってよく、かつ／またはそれ以外の形式で構成されていてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレートの材料は、ワークピースおよび／もしくはエミッタによって放出されかつ／または熱処理システム内のセンサによって測定される電磁放射など、所望の電磁放射がワークピース支持プレートを通過できるように選択することができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレートは石英材料製であるかまたはこれを含みうる。
本開示の例示的な態様によれば、熱処理システムは、ワークピースを加熱するように構成された１つ以上の加熱源（例えば加熱ランプ）を含みうる。例えば、１つ以上の加熱ランプは、ワークピースを加熱するために電磁放射（例えば広帯域電磁放射）を放出することができる。幾つかの実施形態では、１つ以上の加熱ランプは、例えば、アークランプ、タングステンハロゲンランプ、および／または任意の他の好適な加熱ランプ、および／またはこれらの組み合わせでありうるかまたはこれらを含みうる。幾つかの実施形態では、例えばリフレクタ（例えばミラー）などの指向性要素は、１つ以上の加熱ランプからの電磁放射をワークピースおよび／またはワークピース支持プレートに方向付けるように構成することができる。
本開示の例示的な態様によれば、熱処理システムは、熱処理システム内のワークピースの温度を測定するように構成された温度測定システムを含みうる。例えば、温度測定システムは、熱処理システム内（例えば熱処理チャンバ内）の種々の点で電磁放射を測定するように構成された複数の放射センサ（例えば赤外線センサ）を含みうる。付加的にかつ／または代替的に、温度測定システムは、複数の放射エミッタ（例えば赤外線エミッタ）を含むことができ、該複数の放射エミッタは、ワークピース、チャンバ窓、ワークピース支持プレート、および／または他の適切な構成要素などの熱処理システム内の種々の構成要素を通過する電磁放射を熱処理システム（例えば熱処理チャンバ）内に放出するように構成されている。エミッタによって放出された放射および／またはセンサによって測定された放射に基づいて、温度測定システムは、以下でより詳細に説明するように、ワークピースの温度を決定（例えば推定）することができる。例えば、透過率ベースの温度測定の一例として、ワークピースの部分について決定された透過率を、正規化透過率曲線などの透過率曲線と比較して、ワークピースの部分の温度を決定することができる。エミッションベースの温度測定の一例として、ワークピースの温度Ｔは、次式、すなわち
Figure 2023516623000002
 に従って、ワークピースによって放出される放射Ｉｗａｆｅｒに基づいて決定することができる。
本開示の例示的な態様によれば、熱処理システム（例えば温度測定システム）は、複数の赤外線エミッタを含みうる。赤外線エミッタは、１つ以上の赤外線波長（例えば約７００ナノメートル～約１ミリメートルの波長）で電磁放射を放出するように構成することができる。例えば、赤外線エミッタは、少なくとも部分的にワークピースに方向付けられた赤外放射を放出することができる。ワークピースに方向付けられた赤外放射の少なくとも一部は、ワークピースを透過することができる。さらに、ワークピースに方向付けられた赤外放射の少なくとも一部は、ワークピースで反射されうる。幾つかの実施形態では、赤外線エミッタは、ワークピース処理チャンバの外側に位置決めすることができる。例えば、ワークピース処理チャンバの外側に位置決めされた赤外線エミッタは、放射がワークピースを通過する前に最初にチャンバ側壁（例えばチャンバ窓）を通過するように、放射を放出することができる。幾つかの実施形態では、赤外線エミッタは、加熱要素（例えば加熱ランプ）のアレイと直列に配設されうる。付加的にかつ／または代替的に、赤外線エミッタは、加熱ランプよりもワークピースの近くにおよび／またはワークピースから遠くに配設されうる。
本開示の例示的な態様によれば、熱処理システムは、複数の赤外線センサを含みうる。赤外線センサは、赤外線センサに入射する赤外線波長を有する電磁放射など、電磁放射の測定値を取得するように構成することができる。幾つかの実施形態では、赤外線センサは、パイロメータであるかまたはこれを含みうる。幾つかの実施形態では、パイロメータは、赤外放射の第１の波長を測定するように構成された第１のヘッドと、赤外放射の第２の波長を測定するように構成された第２のヘッドとを含むデュアルヘッドパイロメータであるかまたはこれを含みうる。幾つかの実施形態では、第１の波長および／または第２の波長は、測定波長範囲内でありうる。幾つかの実施形態では、第１の波長は約２．３マイクロメートルであってよく、かつ／または第２の波長は約２．７マイクロメートルであってよい。
本開示の例示的な態様によれば、１つ以上の窓（例えばチャンバ窓）を、ワークピースおよび／またはワークピース支持プレートと１つ以上の加熱ランプとの間に配設することができる。１つ以上のチャンバ窓は、１つ以上の加熱ランプによって放出された電磁放射（例えば、広帯域放射）の少なくとも一部が熱処理チャンバの部分に入る（例えば、ワークピースおよび／またはワークピース支持プレートおよび／または１つ以上のセンサに入射する）ことを選択的に遮断するように構成されうる。例えば、１つ以上のチャンバ窓は、１つ以上の不透過性領域および／または１つ以上の透過性領域を含みうる。本明細書で使用される場合、「不透過性」とは、概して、所与の波長に対して約０．４（４０％）未満の透過率を有することを意味し、「透過性」とは、概して、所与の波長に対して約０．４（４０％）を超える透過率を有することを意味する。
１つ以上の不透過性領域および／または１つ以上の透過性領域は、不透過性領域が加熱ランプからの一部の波長の迷放射を遮断し、透過性領域が例えばエミッタおよびセンサが不透過性領域によって遮断された波長の熱処理チャンバ内の放射と自由に相互作用することを可能にするように位置決めすることができる。このようにして、窓は、エミッタおよびセンサを加熱ランプによる汚染から効果的に遮蔽することができる一方で、依然として加熱ランプがワークピースを加熱することを可能にする。１つ以上の不透過性領域および１つ以上の透過性領域は、概して、特定の波長に対してそれぞれ不透過性および透過性として定義することができる。すなわち、少なくとも特定の波長の電磁放射に対して、不透過性領域は不透過性であり、透過性領域は透過性である。例えば、幾つかの実施形態では、透過性領域は、測定波長範囲内の電磁放射の少なくとも一部に対して透過性でありうる。幾つかの実施形態では、不透過性領域は、測定範囲内の電磁放射の少なくとも一部に対して不透過性でありうる。測定範囲は、熱処理システム内の少なくとも１つのセンサによって電磁放射の強度が測定される波長であるかまたはこれを含みうる。
１つ以上の不透過性領域および／または１つ以上の透過性領域を含む１つ以上のチャンバ窓は、任意の好適な材料および／または構造で形成することができる。幾つかの実施形態では、１つ以上のチャンバ窓は、石英材料製であるかまたはこれを含みうる。さらに、幾つかの実施形態では、１つ以上の不透過性領域は、ヒドロキシルドープ石英（例えばヒドロキシルでドープされた石英）などのヒドロキシル（ＯＨ）含有石英であるかまたはこれを含んでいてよく、かつ／または１つ以上の透過性領域は、ヒドロキシルフリー石英（例えばヒドロキシルでドープされていない石英）であるかまたはこれを含んでいてよい。ヒドロキシルドープ石英およびヒドロキシルフリー石英の利点として、製造の容易さが挙げられる。例えば、ヒドロキシルフリー石英領域をモノリシック石英窓のヒドロキシルドープ中に遮蔽して、モノリシック窓内にヒドロキシルドープ領域（例えば不透過性領域）およびヒドロキシルフリー領域（例えば透過性領域）の両方を生成することができる。加えて、ヒドロキシルドープ石英は、本開示による望ましい波長遮断特性を示すことができる。例えば、ヒドロキシルドープ石英は、熱処理システム内の幾つかのセンサが動作する測定波長に対応しうる約２．７マイクロメートルの波長を有する放射を遮断することができるが、ヒドロキシルフリー石英は、約２．７マイクロメートルの波長を有する放射に対して透過性を有しうる。したがって、ヒドロキシルドープ石英領域は、熱処理システム内の（例えば加熱ランプからの）迷放射からセンサを遮蔽することができ、ヒドロキシルフリー石英領域は、センサの視野（例えばセンサが赤外放射を測定するように構成された領域）内に少なくとも部分的に配設して、センサによる熱処理システム内での測定値の取得を可能にすることができる。加えて、ヒドロキシルドープ石英は、約２．３マイクロメートルの波長を有する放射に対して部分的に不透過性（例えば約０．６または６０％の透過率を有する）とすることができ、これにより、熱処理システムにおける迷放射からの（例えば加熱ランプからの）汚染を少なくとも部分的に低減することができる。
赤外線エミッタによって放出され、かつ／または赤外線センサによって測定される赤外放射は、１つ以上の関連する波長を有することができる。例えば、幾つかの実施形態では、赤外線エミッタは、放出放射の波長範囲が数値の１０％以内などの数値の許容範囲内にあるように放射を放出する狭帯域赤外線エミッタであるかまたはこれを含むことができ、この場合、エミッタは該数値によって参照される。幾つかの実施形態では、これは、広帯域スペクトル（例えばプランクスペクトル）を放出する広帯域エミッタと、広帯域スペクトル内の狭帯域のみを通過させるように構成された光学ノッチフィルタなどの光学フィルタとの組み合わせによって達成することができる。同様に、赤外線センサは、ある数値で（例えばある数値の許容範囲内で）赤外線狭帯域の赤外放射の強度を測定するように構成されうる。例えば、幾つかの実施形態では、パイロメータなどの赤外線センサは、特定の狭帯域波長を測定する（例えば測定のために選択する）ように構成された１つ以上のヘッドを含みうる。
幾つかの実施形態では、赤外線エミッタによって放出され、かつ／または赤外線センサによって測定される赤外放射は、測定波長範囲内であってよく、連続範囲および／または非連続範囲であるかまたはこれらを含んでいてもよい。測定波長範囲は、ワークピースおよび／またはワークピース処理システムの特性に基づいて選択することができる。例えば、測定波長範囲は、ワークピースおよび／または１つ以上のチャンバ窓内の透過性領域が少なくとも約６００℃未満の温度に対して透過性である波長を含みうる。付加的にかつ／または代替的に、測定波長範囲は、１つ以上のチャンバ窓内の不透過性領域が少なくとも約６００℃未満の温度に対して不透過性である波長を含みうる。このようにして、エミッタは、透過性領域を実質的に透過する放射であって、センサに入射する前に加熱ランプによる汚染から不透過性領域によって少なくとも部分的に保護される放射を放出することができる。幾つかの実施形態では、測定波長範囲内の加熱ランプによる汚染を排除することが望ましいとされうるが、にもかかわらず、測定波長範囲は、加熱ランプからの汚染を有する波長（例えば不透過性領域を少なくとも部分的に通過しうる波長）を含むことがある。付加的にかつ／または代替的に、測定波長範囲は、ワークピースが少なくとも約６００℃より高い温度に対して有意な（例えば測定可能な）黒体放射を放出する波長を含みうる。幾つかの実施形態では、測定波長範囲は、約２．３マイクロメートルおよび／または約２．７マイクロメートルを含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、１つ以上の赤外線センサは、約２．３マイクロメートルでセンサの視野内の赤外放射の強度を測定するように構成することができる。同様に、１つ以上の赤外線センサは、約２．７マイクロメートルでセンサの視野内の赤外放射の強度を測定するように構成することができる。
幾つかの実施形態では、温度測定システムは、ワークピースの放射率を測定（例えば推定）するように構成された放射率測定システムを含みうる。ワークピースの放射率を測定する一例として、放射率測定システムは、ワークピースに向けて赤外放射を放出するように構成された赤外線エミッタを含みうる。幾つかの実施形態では、赤外線エミッタは、ワークピースの表面に向かって斜めの角度で（例えばワークピースの表面から９０度未満の角度で）方向付けられた赤外放射を放出することができる。このようにして、放出放射の透過部分はワークピースを透過し、放出放射の反射部分はワークピースの表面で反射されうる。反射部分の反射角は、ワークピース特性に基づいて予測および／または知ることができる。赤外線センサは、透過部分および／または反射部分を測定するように位置決めすることができる。第１の部分および／または第２の部分に少なくとも部分的に基づいて、放射率測定システムは、ワークピースの放射率を決定することができる。幾つかの実施形態では、エミッタおよび／またはセンサなどの放射率測定システムは、測定波長範囲の第１の波長で動作することができる。例えば、第１の波長は、チャンバ窓の透過性領域が透過性を有しかつ／または不透過性領域が不透過性を有する波長でありうる。幾つかの実施形態では、第１の波長は、約２．７マイクロメートルであるか、またはこれを含みうる。
付加的にかつ／または代替的に、熱処理システム（例えば温度測定システム）は、透過率測定システムを含みうる。透過率測定システムは、ワークピースの１つ以上の透過率測定値を取得するように構成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、透過率測定システムは、（例えば中央パイロメータなどの中央センサによって）ワークピースの中央部分の中央透過率測定値と、（例えばエッジパイロメータなどのエッジセンサによって）ワークピースのエッジ部分のエッジ透過率測定値とを取得することができる。幾つかの実施形態では、透過率測定システムは、ワークピースの表面に直交して方向付けられた赤外放射を放出するように構成された１つ以上の赤外線エミッタを含みうる。加えて、透過率測定システムは、１つ以上の赤外線エミッタに対向して配設された１つ以上の赤外線センサであって、１つ以上の赤外線エミッタによって放出され、ワークピースを通過する赤外放射の一部を測定するように構成された１つ以上の赤外線センサを含みうる。
ワークピースの透過率に基づいてワークピースの温度を決定することが可能でありうる。しかしながら、ワークピースの透過率は温度のみと相関しているわけではない。例えば、バルクドープレベル、ワークピース表面の反射特性、およびワークピース厚さなどのワークピース特性は全て、透過率に影響を及ぼす可能性がある。このように、温度測定システムは、幾つかの実施形態では、ワークピース温度と相関する正規化透過率測定値を決定することができる。例えば、正規化透過率測定値は、ワークピース特性にかかわらず、０～１の範囲でありうる。
付加的にかつ／または代替的に、ワークピースの透過率を決定するために使用されるセンサ測定値は、チャンバ内の他の構成要素、例えば、ワークピース支持プレート、チャンバ窓、および／または任意の他の構成要素、特に、エミッタによって放出されセンサによって測定される赤外放射を通過させる必要がある構成要素などによって影響を受ける可能性がある。本開示の例示的な態様によれば、熱処理システム（例えば温度測定システム）は、熱処理システム内の１つ以上のセンサの各々について、本明細書ではＩ０として示される基準強度を決定することができる。基準強度は、ワークピースが処理チャンバ内に存在しない場合に、エミッタによって放出された放射および／またはセンサに入射する放射に対応しうる。換言すれば、基準強度は、熱処理システム内のワークピース以外の構成要素からの寄与によってのみ、エミッタが放出する放射の強度から減少させることができる。これは、ワークピースによる１００％の透過率の場合にさらに対応しうる。幾つかの実施形態では、基準強度は、２つのワークピースの熱処理の間など、処理チャンバ内にワークピースを挿入する前に測定することができる。
幾つかの実施形態では、透過率測定システムは、放射率測定システムと同じ波長（例えば第１の波長）で動作することができる。付加的にかつ／または代替的に、透過率測定システムは、第１の波長とは異なる第２の波長で動作することができる。例えば、幾つかの実施形態では、第２の波長は、チャンバ窓の１つ以上の不透過性領域が、第１の波長に対しては不透過性であるが第２の波長に対しては不透過性ではない波長であってよく、その結果、第１の波長の放射は不透過性領域によって遮断され、第２の波長の放射は不透過性領域を少なくとも部分的に通過することができる。例えば、第２の波長における不透過性領域の透過率は、第１の波長における透過率よりも大きくすることができる。幾つかの実施形態では、第２の波長は２．３マイクロメートルでありうる。
幾つかのケースでは、チャンバ窓によって完全に遮蔽されていない第２の波長を透過率測定システムに使用することが望ましく、かつ／または必要でありうる。例えば、空間的な考慮、干渉の考慮、および／または他の要因によって、第１の波長における熱処理システムが望ましくないものとなる可能性がある。一例として、放射率測定システムは、ワークピースの温度に相関しうる放射率を決定するために使用される透過率測定値を含みうるが、ワークピースの複数の領域で温度測定値を取得することが望ましいことがある。例えば、中央部分および／またはエッジ部分などの複数の領域で温度測定値を取得することで、プロセス均一性の監視を改善することが可能となりうる。しかしながら、複数の領域にわたって温度測定値を取得するために追加のセンサが必要となる可能性がある。さらに、透過率測定は、エミッタを追加のセンサに対向して配置する必要がある可能性があり、これは、幾つかのケースでは、透過率測定が第１の波長で機能するように、透過性領域がエミッタの視野内に配設されることも必要となる可能性がある。しかしながら、幾つかの実施形態では、これらの追加のセンサは、透過率測定のために使用されることに加えて、本開示の例示的な態様によるエミッション測定のために使用されうる。これらの透過性領域は、幾つかのケースでは、特にセンサがエミッション測定に使用される場合に、追加のセンサからの測定における加熱ランプからの汚染に寄与する可能性がある。したがって、この問題を解決する１つの方法は、追加の透過性領域を有するチャンバを構成することであるが、以下でより詳細に説明するように、エミッションおよび／またはセンサ測定の位相ロックを含む他の解決策を採用することもできる。
幾つかの実施形態では、複数の赤外線エミッタおよび／または複数の赤外線センサは、位相ロック可能である。例えば、幾つかの実施形態では、１つ以上のエミッタによって放出される放射は、パルス周波数でパルス化することができる。パルス周波数は、熱処理システムにおいて放射成分をほとんどまたは全く有さない周波数であるかまたはこれを含むように選択することができる。例えば、幾つかの実施形態では、パルス周波数は約１３０Ｈｚでありうる。幾つかの実施形態では、１３０Ｈｚのパルス周波数は、加熱ランプが１３０Ｈｚの周波数を有する放射を実質的に放出しないので、特に有利でありうる。１つ以上のエミッタをパルス化する一例として、１つ以上のエミッタからの一定の放射流が間欠的にパルス周波数でチョッパホイールを通過できるように、１つ以上のスリットを有するチョッパホイールを１つ以上のエミッタの視野内で回転させることができる。したがって、一定の放射流は、チョッパホイールの回転によって、パルス周波数のパルス放射流に変換することができる。
付加的にかつ／または代替的に、１つ以上のセンサは、パルス周波数に基づいて位相ロック可能である。例えば、透過率測定システムは、パルス周波数に基づいてセンサから測定値を分離するように構成することができる。一例として、透過率測定システムは、パルス周波数で行われた測定の直前の測定値を差し引いて、パルス周波数での成分からの信号寄与を干渉成分から分離することなどによって、パルス周波数での測定値とパルス周波数以外の箇所での測定値とを比較することができる。換言すれば、パルス周波数に位相ロックされていないセンサ測定値（例えば、パルス周波数に対して同じもしくはこれよりも高い周波数で取得された測定値、および／または位相ロック測定値に対して位相のずれた測定値）は、チャンバ内の迷放射のみを示すことができ、かつ／またはパルス周波数に位相ロックされたセンサ測定値は迷放射とエミッタから放出された放射との和を示すことができる。したがって、放出放射は、位相ロックされていない測定値から既知の量の迷放射を差し引くことによって分離することができる。一例として、パルス周波数が１３０Ｈｚである場合、センサは２６０Ｈｚ以上で測定値を取得することができ、これにより、１つ以上の迷強度測定値が各位相ロック測定値に関連付けられる。このようにして、透過率測定システムは、センサからの測定値における迷放射（例えば迷光）からの干渉を低減することができる。
本開示の例示的態様によるシステムおよび方法は、ワークピースの熱処理に関連する幾つかの技術的効果および利点を提供することができる。一例として、本開示の例示的な態様によるシステムおよび方法は、ワークピースが実質的に透過性であり、かつ／または有意な黒体放射を放出しないワークピース温度で正確な温度測定を提供することができる。例えば、本開示の例示的な態様によるシステムおよび方法は、ワークピースの組成にかかわらず、約６００℃未満の正確な温度測定を可能にしうる。
本開示の別の技術的効果は、温度測定の範囲を改善することでありうる。例えば、本開示の例示的な態様によるシステムは、約６００℃未満、例えば約４００℃～６００℃などの低温でのワークピースの正確な透過率ベースの放射率補償された温度測定を可能にしうる。加えて、約６００℃未満のワークピース温度について透過率ベースの温度測定値を取得する際に使用されるセンサは、再利用することができ、かつ／または該センサを使用して、約６００℃を超えるような、ワークピースが実質的に不透過性であり、かつ／もしくは有意な黒体放射を放出するワークピース温度について、ワークピースのエミッションベースの温度測定を行うこともできる。加えて、測定波長および／または特定の測定の位相ロックを含む他のプロセス態様は、熱処理システムの種々の機能間の干渉を最小限に抑えるように選択することができる。これにより、本開示の例示的な態様によるシステムおよび方法は、従来のシステムおよび方法と比較して、増大した範囲、例えば約６００℃未満の温度を含む増大した範囲にわたって温度を測定することが可能となりうる。加えて、これにより、システムおよび方法が、追加のセンサおよび／またはセンサの再構成を必要とすることなく、ワークピースが実質的に測定可能な黒体放射を放出しない温度（例えば約６００℃未満）についての透過率ベースの温度測定から、ワークピースが測定可能な放射を放出する温度（例えば約６００℃超）についてのエミッションベースの温度測定へ円滑に移行することが可能となりうる。これは、例えばワークピースがもはや少なくとも部分的に透過性でなくなると、透過率ベースの温度測定に使用される同じセンサを、エミッションベースの温度測定に使用することができるためである。
本開示のこれらの例示的な実施形態に対して変形および修正を行うことができる。本明細書で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかにそうでない場合を除き、複数の指示対象を含む。「第１の」、「第２の」、「第３の」などの使用は識別子として使用され、必ずしも暗示される順序付けまたは他の何らかの順序付けを示すものではない。例示的な態様は、例示および説明の目的で、「基板」、「ワークピース」、または「ワークピース」を参照して説明されうる。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の例示的な態様が任意の適切なワークピースとともに使用されうることを理解するであろう。なお、数値に関連する「約」とは、記載された数値の２０％以内を意味する。
図面を参照して、本開示の例示的な実施形態をここで詳細に説明する。図１は、本開示の例示的な実施形態による例示的な急速熱処理（ＲＴＰ）システム１００を示している。図示のように、ＲＴＰシステム１００は、上部１０１および底部１０２を含むＲＴＰチャンバ１０５と、窓１０６、１０８と、ワークピース１１０と、ワークピース支持プレート１２０と、熱源１３０、１４０（例えば加熱ランプ）と、赤外線エミッタ１５０、１５２、１５４と、センサ１６５、１６６、１６７、１６８（例えばデュアルヘッドパイロメータなどのパイロメータ）と、コントローラ１７５と、側壁／ドア１８０と、ガス流コントローラ１８５とを含む。
処理対象のワークピース１１０は、ワークピース支持プレート１２０によってＲＴＰチャンバ１０５（例えば石英ＲＴＰチャンバ）内で支持される。ワークピース支持プレート１２０は、熱処理中にワークピース１１０を支持するように動作可能なワークピース支持体でありうる。ワークピース１１０は、シリコンワークピースなどの半導体ワークピースなどの任意の好適なワークピースであるかまたはこれを含みうる。幾つかの実施形態では、ワークピース１１０は、軽度にドープされたシリコンワークピースであるかまたはこれを含みうる。例えば、軽度にドープされたシリコンワークピースは、シリコンワークピースの抵抗率が約０．１Ωｃｍより大きくなるように、例えば約１Ωｃｍより大きくなるようにドープすることができる。
ワークピース支持プレート１２０は、ＲＴＰチャンバ１０５内でワークピース１１０を支持するなど、ワークピース１１０を支持するように構成された任意の適切な支持構造であるかまたはこれを含みうる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレート１２０は、熱処理システムによる同時熱処理のために複数のワークピース１１０を支持するように構成することができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレート１２０は、熱処理の前、中間、および／または後にワークピース１１０を回転させることができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレート１２０は、少なくとも一部の電磁放射がワークピース支持プレート１２０を少なくとも部分的に通過することを可能にするように透過性であってよく、かつ／またはそれ以外の形式で構成されていてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレート１２０の材料は、ワークピース１１０および／またはエミッタ１５０、１５２、１５４によって放出される電磁放射など、所望の電磁放射がワークピース支持プレート１２０を通過できるように選択することができる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレート１２０は、ヒドロシキルフリー石英材料などの石英材料製であるかまたはこれを含みうる。
ワークピース支持プレート１２０は、ワークピース支持プレート１２０から延在する少なくとも１つの支持ピン１１５を含みうる。幾つかの実施形態では、ワークピース支持プレート１２０は、上部プレート１１６から離間されうる。幾つかの実施形態では、支持ピン１１５および／またはワークピース支持プレート１２０は、熱源１４０から熱を伝達し、かつ／またはワークピース１１０から熱を吸収することができる。幾つかの実施形態では、支持ピン１１５、ガードリング１０９、および上部プレート１１６は、石英で作製することができる。
ガードリング１０９を使用して、ワークピース１１０の１つ以上のエッジによる放射のエッジ効果を低減することができる。側壁／ドア１８０は、ワークピース１１０の進入を可能にし、閉鎖されると、ワークピース１１０上で熱処理が実行可能となるようにチャンバ１０５を密閉することができる。例えば、プロセスガスをＲＴＰチャンバ１０５に導入することができる。ＲＴＰチャンバ１０５内のワークピース１１０を加熱するように動作可能な熱源１３０、１４０（例えばランプまたは他の適切な熱源）の２つのバンクが、ワークピース１１０の両側に示されている。窓１０６、１０８は、以下でより詳細に説明するように、熱源１３０、１４０によって放出される放射の少なくとも一部を遮断するように構成することができる。
ＲＴＰシステム１００は、熱源１３０、１４０を含みうる。幾つかの実施形態では、熱源１３０、１４０は、１つ以上の加熱ランプを含みうる。例えば、１つ以上の加熱ランプを含む熱源１３０、１４０は、ワークピース１１０を加熱するために電磁放射（例えば広帯域電磁放射）を放出することができる。幾つかの実施形態では、例えば、熱源１３０、１４０は、アークランプ、タングステンハロゲンランプ、および／または任意の他の好適な加熱ランプ、および／またはこれらの組み合わせであるかまたはこれらを含みうる。幾つかの実施形態では、例えばリフレクタ（例えばミラー）などの指向性要素（図示せず）は、熱源１３０、１４０からの電磁放射をＲＴＰチャンバ１０５内に方向付けるように構成することができる。
本開示の例示的な態様によれば、窓１０６、１０８は、ワークピース１１０と熱源１３０、１４０との間に配設することができる。窓１０６、１０８は、熱源１３０、１４０によって放出された電磁放射（例えば広帯域放射）の少なくとも一部が急速熱処理チャンバ１０５の部分に入ることを選択的に遮断するように構成することができる。例えば、窓１０６、１０８は、不透過性領域１６０および／または透過性領域１６１を含みうる。本明細書で使用される場合、「不透過性」とは、概して、所与の波長に対して約０．４（４０％）未満の透過率を有することを意味し、「透過性」とは、概して、所与の波長に対して約０．４（４０％）を超える透過率を有することを意味する。
不透過性領域１６０および／または透過性領域１６１は、不透過性領域１６０が熱源１３０、１４０からの一部の波長の迷放射を遮断し、透過性領域１６１が例えばエミッタ１５０、１５２、１５４および／またはセンサ１６５、１６６、１６７、１６８に不透過性領域１６０によって遮断された波長のＲＴＰチャンバ１０５内の放射との自由な相互作用を可能にさせるように位置決めすることができる。このようにして、窓１０６、１０８は、熱源１３０、１４０がワークピース１１０を加熱することを依然として可能にしながら、所与の波長における熱源１３０、１４０による汚染からＲＴＰチャンバ１０５を効果的に遮蔽することができる。不透過性領域１６０および透過性領域１６１は、概して、特定の波長に対してそれぞれ不透過性および透過性として定義することができる。すなわち、少なくとも特定の波長の電磁放射に対して、不透過性領域１６０は不透過性であり、透過性領域１６１は透過性である。
不透過性領域１６０および／または透過性領域１６１を含むチャンバ窓１０６、１０８は、任意の適切な材料および／または構造で形成することができる。幾つかの実施形態では、チャンバ窓１０６、１０８は、石英材料製であるかまたはこれを含みうる。さらに、幾つかの実施形態では、不透過性領域１６０は、ヒドロキシルドープ石英（例えばヒドロキシルでドープされた石英）などのヒドロキシル（ＯＨ）含有石英であるかまたはこれを含んでいてよく、かつ／または透過性領域１６１は、ヒドロキシルフリー石英（例えばヒドロキシルでドープされていない石英）であるかまたはこれを含んでいてよい。ヒドロキシルドープ石英およびヒドロキシルフリー石英の利点として、製造の容易さが挙げられる。例えば、ヒドロキシルフリー石英領域をモノリシック石英窓のヒドロキシルドープ中に遮蔽して、モノリシック窓内にヒドロキシルドープ領域（例えば不透過性領域）およびヒドロキシルフリー領域（例えば透過性領域）の両方を生成することができる。加えて、ヒドロキシルドープ石英は、本開示による望ましい波長遮断特性を示すことができる。例えば、ヒドロキシルドープ石英は、熱処理システム１００内の幾つかのセンサ（例えばセンサ１６５、１６６、１６７、１６８）が動作する測定波長に対応しうる約２．７マイクロメートルの波長を有する放射を遮断することができるが、ヒドロキシルフリー石英は、約２．７マイクロメートルの波長を有する放射に対して透過性でありうる。したがって、ヒドロキシルドープ石英領域は、急速熱処理チャンバ１０５内の（例えば、熱源１３０、１４０からの）迷放射からセンサ（例えばセンサ１６５、１６６、１６７、１６８）を遮蔽することができ、ヒドロキシルフリー石英領域は、センサの視野内に少なくとも部分的に配設して、センサが熱処理システム内で測定値を取得することを可能にすることができる。加えて、ヒドロキシルドープ石英は、約２．３マイクロメートルの波長を有する放射に対して部分的に不透過性（例えば約０．６または６０％の透過率を有する）とすることができ、これにより、急速熱処理システム１００における迷放射からの（例えば熱源１３０、１４０からの）汚染を少なくとも部分的に低減することができる。
ガスコントローラ１８５は、ＲＴＰシステム１００を通るガス流を制御することができ、該ガス流には、ワークピース１１０と反応しない不活性ガス、および／またはワークピース１１０（例えば半導体ワークピースなど）の材料と反応してワークピース１１０上に層を形成する酸素または窒素などの反応性ガスが含まれうる。幾つかの実施形態では、ＲＴＰシステム１００内の雰囲気に電流を流して、ワークピース１１０の表面と反応するイオンを生成し、表面に高エネルギイオンを衝突させることでこの表面に過剰エネルギを付与することができる。
コントローラ１７５は、ＲＴＰチャンバ内の種々の構成要素を制御して、ワークピース１１０の熱処理を指示する。例えば、コントローラ１７５を使用して熱源１３０および１４０を制御することができる。付加的にかつ／または代替的に、コントローラ１７５を使用して、ガス流コントローラ１８５、ドア１８０、および／または例えばエミッタ１５０、１５２、１５４および／またはセンサ１６５、１６６、１６７、１６８を含む温度測定システムを制御することができる。コントローラ１７５は、ワークピースの温度を測定するように構成することができ、これについては、以下の図に関してより詳細に説明する。例えば、図２は、熱処理システム１００の１つ以上の構成要素を含む熱処理システム２００を示しており、該熱処理システム２００は、ワークピースのインサイチュ放射率決定を実行するように構成されている。図３は、熱処理システム１００の１つ以上の構成要素を含む熱処理システム３００を少なくとも示しており、該熱処理システム３００は、ワークピースの透過率ベースおよび／またはエミッションベースの温度測定を実行するように構成されている。同様に、図４は、熱処理システム１００の１つ以上の構成要素を含む温度測定システム４００を示しており、該温度測定システム４００は、ワークピースの透過率ベースおよび／またはエミッションベースの温度測定を実行するように構成されている。
本明細書で使用されるように、コントローラ、制御システム、または類似物は、１つ以上のプロセッサおよび１つ以上のメモリデバイスを含みうる。１つ以上のプロセッサは、１つ以上のメモリデバイスに格納されたコンピュータ可読命令を実行して、本明細書に記載の熱処理システムを制御するための任意の動作などの動作を実行するように構成することができる。
図１は、例示および説明のために例示的な熱処理システム１００を示している。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本開示の態様が、本開示の範囲から逸脱することなく、ワークピースのための他の熱処理システムとともに使用されうることを理解するであろう。
図２は、例示および説明のために例示的な熱処理システム２００を示している。特に、熱処理システムは、図１の熱処理システム１００に関して説明したような１つ以上の構成要素を含む。特に、図２は、少なくともエミッタ１５０ならびにセンサ１６５および１６６を含む、ワークピース１１０のインサイチュ放射率測定値の決定に有用な構成要素を少なくとも示している。図２に示されているように、エミッタ１５０は、ワークピース１１０に対して斜めの角度で方向付けられた赤外放射を放出するように構成することができる。エミッタ１５０によって放出された放出放射の透過部分は、ワークピース１１０を透過し、透過率センサ１６５に入射する。エミッタ１５０によって放出された放出放射の反射部分は、ワークピース１１０で反射され、反射率センサ１６６に入射する。ワークピースの放射率は、透過部分および放射部分によって決定することができる。例えば、ワークピース１１０の透過率は、透過率センサ１６５に入射する放射の強度によって表すことができる。加えて、ワークピース１１０の反射率は、反射率センサ１６６に入射する放射の強度によって表すことができる。透過率および反射率から、透過率τおよび反射率ρは、それぞれ、ワークピースが熱処理システム２００内に存在しない場合のセンサ１６５、１６６における強度を表しうる基準強度Ｉ０に対する透過率および反射率の比として決定することができる。これにより、放射率εは、
ε＝１－（ρ＋τ）
のように計算することができる。
本開示の例示的な態様によれば、１つ以上の透過性領域１６１は、エミッタ１５０および／またはセンサ１６５、１６６の視野内に少なくとも部分的に配設することができる。例えば、エミッタ１５０および／またはセンサ１６５、１６６は、透過性領域１６１が透過する測定波長範囲で動作することができる。例えば、幾つかの実施形態では、エミッタ１５０および／またはセンサ１６５、１６６は、２．７マイクロメートルで動作することができる。図２に示されているように、透過性領域１６１は、放射流（矢印で概ね示される）が窓１０６、１０８（例えば不透過性領域１６０）によって妨害されることなく、エミッタ１５０から透過性領域１６１を通ってセンサ１６５、１６６に流れることができるように位置決めすることができる。同様に、不透過性領域１６０は、ワークピース１１０、特にセンサ１６５、１６６を熱源１３０、１４０からの測定波長範囲の放射から遮蔽するために、放射流の外側にある窓１０６、１０８上の領域に配設することができる。例えば、幾つかの実施形態では、２．７マイクロメートルの波長で動作するセンサおよび／またはエミッタのために、透過性領域１６１が含まれうる。
幾つかの実施形態では、エミッタ１５０および／またはセンサ１６５、１６６は位相ロック可能である。例えば、幾つかの実施形態では、エミッタ１５０および／またはセンサ１６５、１６６は、位相ロックレジームに従って動作することができる。例えば、不透過性領域１６０は、第１の波長で熱源１３０、１４０からのほとんどの迷放射を遮断するように構成することができるが、幾つかのケースでは、それでもなお、上述したように、迷放射がセンサ１６５、１６６によって感受されることがある。位相ロックレジームに従ってエミッタ１５０および／またはセンサ１６５、１６６を動作させることで、迷放射の存在にもかかわらず、強度測定における精度の改善に寄与することができる。
例えば、幾つかの実施形態では、エミッタ１５０によって放出される放射は、パルス周波数でパルス化することができる。パルス周波数は、熱処理システム２００において放射成分をほとんどまたは全く有さない周波数であるかまたはこれを含むように選択することができる。例えば、幾つかの実施形態では、パルス周波数は約１３０Ｈｚでありうる。幾つかの実施形態では、１３０Ｈｚのパルス周波数は、熱源１３０、１４０が１３０Ｈｚの周波数を有する放射を実質的に放出しないので、特に有利でありうる。付加的にかつ／または代替的に、センサ１６５、１６６は、パルス周波数に基づいて位相ロック可能である。例えば、熱処理システム２００（例えば図１のコントローラ１７５などのコントローラ）は、パルス周波数に基づいてセンサ１６５、１６６から測定値（例えば強度測定値）を分離することができる。このようにして、熱処理システム２００は、センサ１６５、１６６からの測定値における迷放射からの干渉を低減することができる。
例示的な位相ロックレジームを、プロット２５０、２５５、２６０に関して説明する。プロット２５０は、エミッタ１５０によって測定波長範囲内で放出された放射ＩＩＲの放射強度を経時的に（例えば、ワークピース１１０上で実行される熱プロセスの持続時間にわたって）示している。プロット２５０に示されているように、エミッタ１５０によって放出される放射強度は、パルス２５１として放出されうる。例えば、エミッタ１５０は、チョッパホイール（図示せず）によってパルス化することができる。チョッパホイールは、１つ以上の遮断部分および／または１つ以上の通過部分を含みうる。チョッパホイールは、エミッタ１５０からの一定の放射流がパルス周波数で遮断部分によって断続的に遮断されかつ通過部分を通して通過するように、エミッタ１５０の視野内で回転させることができる。したがって、エミッタ１５０によって放出される一定の放射流は、チョッパホイールの回転によって、パルス周波数のパルス放射流に変換することができる。
プロット２５５は、透過率センサ１６５によって測定された透過放射強度ＩＴを経時的に示している。同様に、プロット２６０は、反射率センサ１６６によって測定された反射放射強度ＩＲを経時的に示している。プロット２５５および２６０は、経時的に（例えばワークピース１１０の温度が上昇するにつれて）、チャンバ内の迷放射（それぞれ迷放射曲線２５６および２６１によって示される）が増大しうることを示している。これは、例えば、ワークピース１１０の温度の上昇、熱源１３０、１４０の強度の増大、および／またはワークピース１１０の熱処理に関連する種々の他の要因に対して、ワークピース１１０の透過度が低下し、かつ／またはワークピース１１０のエミッションが増大することに起因しうる。
エミッタ１５０が放射を放出していない時点の間、センサ１６５、１６６は、迷放射曲線２５６、２６１にそれぞれ対応する測定値（例えば迷放射測定値）を取得することができる。同様に、エミッタ１５０が放射（例えばパルス２５１）を放出している時点の間、センサ１６５、１６６は、全放射曲線２５７、２６２にそれぞれ対応する測定値（例えば全放射測定値）を取得することができる。したがって、（例えば透過率τに起因する）透過放射強度ＩＴを、時間調整された（例えば後続の）全放射測定値（例えば曲線２５７を表す）と迷放射測定値（例えば曲線２５６を表す）との間の差に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。さらに、透過率τは、基準強度Ｉ０に対する透過放射強度ＩＴの比によって決定することができる。同様に、（例えば反射率ρに起因する）反射放射強度ＩＲを、時間調整された（例えば後続の）全放射測定値（例えば曲線２６２を表す）と迷放射測定値（例えば曲線２６１を表す）との間の差に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。さらに、反射率ρは、基準強度Ｉ０に対する反射放射強度ＩＲの比によって決定することができる。幾つかの実施形態では、基準強度Ｉ０は、ワークピース１１０が熱処理システム２００内に存在しない場合、エミッタ１５０からのパルスおよび／または一定の放射の結果としてセンサ１６５、１６６によって測定することができる。透過率τおよび反射率ρから、放射率εは、
ε＝１－（ρ＋τ）
によって計算することができる。
図３は、本開示の例示的な態様による例示的な熱処理システム３００を示している。熱処理システム３００は、ワークピース１１０に対して熱処理を実行するように、かつ／またはワークピース１１０の温度を測定するように構成することができる。特に、熱処理システムは、図１の熱処理システム１００に関して説明したような１つ以上の構成要素を含みうる。特に、図３は、少なくとも中央エミッタ１５２および中央センサ１６７を含む、ワークピース１１０の透過率ベースおよび／またはエミッションベースの温度測定値の決定に有用な構成要素を少なくとも示している。幾つかの実施形態では、エッジエミッタ１５４および／またはエッジセンサ１６８は、図３に関して説明したように、ワークピース１１０のエッジ部分上の中央エミッタ１５２および／または中央センサ１５４と同様に動作することができるが、説明のために図３には示されていない。これについては、図４に関して以下でさらに説明する。
図３に示されているように、中央エミッタ１５２は、図３の矢印で示されている、ワークピース１１０の表面に対して直交方向に方向付けられた赤外放射を放出するように構成することができる。中央エミッタ１５２によって放出された放射の透過部分は、ワークピース１１０を透過し、中央センサ１６７に入射する。幾つかの実施形態では、窓１０６、１０８の透過性領域１６１は、中央エミッタ１５２および／またはセンサ１６７の視野内に配設されうる。例えば、中央エミッタ１５２および／または中央センサ１６７は、透過性領域１６１が透過性である測定波長範囲で動作することができる。例えば、幾つかの実施形態では、中央エミッタ１５２および／または中央センサ１６７は、２．７マイクロメートルで動作することができる。図３に示されているように、透過性領域１６１は、放射流（おおよそが矢印で示されている）が、窓１０６、１０８（例えば不透過性領域１６０）によって妨害されることなく、中央エミッタ１５２から透過性領域１６１を通って中央センサ１６７に流れることができるように位置決めすることができる。同様に、不透過性領域１６０は、ワークピース１１０、特に中央センサ１６７を熱源１３０、１４０からの測定波長範囲の放射から遮蔽するために、放射流の外側にある窓１０６、１０８上の領域に配設することができる。例えば、幾つかの実施形態では、２．７マイクロメートルの波長で動作するセンサおよび／またはエミッタのために、透過性領域１６１が含まれうる。
しかしながら、幾つかの実施形態では、中央エミッタ１５２の視野内に配設された窓１０６に透過性領域１６１を含めることにより、望ましくないことに、熱源１３０によって放出された放射により、熱処理システム３００内の中央センサ１６７および／または他のセンサ（図示せず）による測定を汚染することが可能となりうる。例えば、幾つかの実施形態では、中央センサ１６７は、透過性領域１６１が透過性である測定波長範囲でワークピース１１０によって放出される熱放射を測定するようにさらに構成されうる。透過性領域１６１が中央エミッタ１５２の視野内に配設される場合、熱源１３０によって放出される放射は、このワークピースエミッション測定を汚染するリスクを増大させる可能性がある。
この問題に対する１つの解決策は、中央エミッタ１５２の視野内の透過性領域１６１を省略し、代わりに不透過性領域１６０を含めることである。加えて、中央エミッタ１５２および／または中央センサ１６７は、不透過性領域１６０が少なくとも部分的に透過性である測定波長範囲内の第２の波長で動作させることができる。例えば、幾つかの実施形態では、第２の波長は２．３マイクロメートルでありうる。このようにして、不透過性領域１６０が存在するにもかかわらず、中央エミッタ１５２によって放出された放射は、潜在的に汚染を生じる透過性領域を含める必要なしに、窓１０６および１０８を通過し、中央センサ１６７によって測定可能となる。さらに、不透過性領域１６０を含めたことにより、（例えば約６００℃を超えるような、ワークピース１１０が放射を放出する温度で）ワークピース１１０によって放出された放出放射の強度を示す中央センサ１６７からの測定値（例えば放出放射測定値）は、迷放射によって汚染されることはない。しかしながら、上述した解決策では新たな問題が発生する可能性がある。中央エミッタ１５２からの第２の波長の放射は不透過性領域１６０を通過することができるので、例えば熱源１３０、１４０からの第２の波長の迷放射も通過してしまう可能性がある。
したがって、幾つかの実施形態では、中央エミッタ１５２および／または中央センサ１６７は位相ロック可能である。幾つかの実施形態では、中央エミッタ１５２および／または中央センサ１６７は、位相ロックレジームに従って動作することができる。例えば、不透過性領域１６０は、熱源１３０、１４０からの第１の波長の迷放射の大部分を遮断するように構成することができるが、幾つかのケースでは、迷放射、特に第２の波長の迷放射は、それでもなお、上述したように中央センサ１６７によって感受される可能性がある。位相ロックレジームに従って中央エミッタ１５２および／または中央センサ１６７を動作させることで、迷放射の存在にもかかわらず、強度測定における精度の改善に寄与することができる。
例えば、幾つかの実施形態では、中央エミッタ１５２によって放出される放射は、パルス周波数でパルス化することができる。パルス周波数は、熱処理システム３００において放射成分をほとんどまたは全く有さない周波数であるかまたはこれを含むように選択することができる。例えば、幾つかの実施形態では、パルス周波数は約１３０Ｈｚでありうる。幾つかの実施形態では、１３０Ｈｚのパルス周波数は、熱源１３０、１４０が１３０Ｈｚの周波数を有する放射を実質的に放出しないので、特に有利でありうる。付加的にかつ／または代替的に、中央センサ１６７は、パルス周波数に基づいて位相ロック可能である。例えば、熱処理システム３００（例えば図１のコントローラ１７５などのコントローラ）は、パルス周波数に基づいて中央センサ１６７から測定値（例えば強度測定値）を分離することができる。このようにして、熱処理システム３００は、中央センサ１６７からの測定値における迷放射からの干渉を低減することができる。
例示的な位相ロックレジームを、プロット３１０および３２０に関して説明する。プロット３１０は、中央エミッタ１５２によって測定波長範囲内で放出された放射ＩＩＲの放射強度を経時的に（例えばワークピース１１０上で実行される熱プロセスの持続時間にわたって）示している。プロット３２０は、中央センサ１６７によって測定された透過放射強度ＩＴを経時的に示している。プロット３１０に示されているように、中央エミッタ１５２によって放出される放射強度は、パルス３１１として放出されうる。例えば、中央エミッタ１５２は、チョッパホイール３０２によってパルス化することができる。チョッパホイール３０２は、１つ以上の遮断部分３０５および／または１つ以上の通過部分３０６を含みうる。チョッパホイール３０２は、中央エミッタ１５２からの一定の放射流がパルス周波数で遮断部分３０５によって断続的に遮断されかつ通過部分３０６を通して通過するように、中央エミッタ１５２の視野内で回転させることができる。したがって、中央エミッタ１５２によって放出される一定の放射流は、チョッパホイール３０２の回転によって、パルス周波数のパルス放射流に変換することができる。
中央エミッタ１５２が放射を放出していない時点の間、中央センサ１６７は、迷放射曲線３１２に対応する測定値（例えば迷放射測定値）を取得することができる。同様に、中央エミッタ１５２が放射（例えばパルス３１１）を放出している時点の間、中央センサ１６７は、全放射曲線３１３に対応する測定値（例えば全放射測定値）を取得することができる。したがって、（例えば透過率τに起因する）透過放射強度ＩＴを、時間調整された（例えば後続の）全放射測定値（例えば曲線３１３を表す）と迷放射測定値（例えば曲線３１２を表す）との間の差に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。さらに、透過率τは、基準強度Ｉ０に対する透過放射強度ＩＴの比によって決定することができる。例えば、基準強度Ｉ０は、ワークピース１１０が熱処理システム３００内に存在しない場合、中央エミッタ１５２からのパルスおよび／または一定の放射の結果として、中央センサ１６７によって測定することができる。透過率τを、透過率曲線（例えば、特定のワークピース組成に対する図６Ａのワークピース透過率曲線６０２、６０４、６０６、および／または図６Ｂの正規化ワークピース透過率曲線６５２）と比較して、ワークピースの温度を決定することができる。
プロット３２０は、経時的に（例えばワークピース１１０の温度が上昇するにつれて）、チャンバ内の迷放射（迷放射曲線３１２によって示される）が増大しうることを示している。これは、例えば、ワークピース１１０の温度の上昇、熱源１３０、１４０の強度の増大、および／またはワークピース１１０の熱処理に関連する種々の他の要因に対して、ワークピース１１０の透過度が低下し、かつ／またはワークピース１１０のエミッションが増大することに起因しうる。例えば、プロット３２０に見られるように、迷放射曲線３１２および全放射曲線３１３は、時間が経過するにつれて（例えば温度が上昇するにつれて）収束する傾向がある。これは、例えば、温度上昇に対してワークピース１１０の透過度が低下することの結果でありうる。したがって、幾つかのケースでは（例えばシリコンワークピースの場合）、上述したような透過率ベースの温度測定は、ある温度（例えば約６００℃）を超えると信頼性が低下する可能性がある。したがって、本開示の例示的な態様によれば、熱処理システム（例えば熱処理システム１００、２００、３００のいずれか）は、ある温度閾値において、第１の温度測定プロセス（例えば透過率ベースの温度測定プロセス）から第２の温度測定プロセス（例えばエミッションベースの温度測定プロセス）に移行することができる。例えば、この温度閾値は約６００℃でありうる。温度閾値は、ワークピース１１０が中央センサ１６７によって検出されうる波長で実質的な黒体放射を示すワークピース温度に対応しうる。付加的にかつ／または代替的に、温度閾値は、ワークピース１１０が中央エミッタ１５２によって放出される放射に対して不透過性であるワークピース温度に対応しうる。例えば、幾つかの実施形態では、温度閾値は、迷放射曲線３１２および全放射曲線３１３が収束する点、または換言すれば、透過放射強度ＩＴの大きさが大きさ閾値未満となる点に対応しうる。
例えば、幾つかの実施形態では、中央センサ１６７は、測定波長範囲でワークピース１１０によって放出される放射を測定するように構成することができる。例えば、幾つかの実施形態では、中央センサ１６７は、測定波長範囲の第１の波長を測定するように構成された第１のヘッドを有するデュアルヘッドパイロメータでありうる。不透過性領域１６０がヒドロキシルドープ石英を含む実施形態では、第１の波長は、透過性領域１６１が透過性を有しかつ／または不透過性領域１６０が不透過性を有する波長、例えば２．７マイクロメートルなどであるかまたはこれを含みうる。第１の波長はさらに、ワークピース１１０によって放出される黒体放射の波長に対応しうる。加えて、中央センサ１６７は、測定波長範囲の第２の波長を測定するように構成された第２のヘッドを有することができる。不透過性領域１６０がヒドロキシルドープ石英を含む実施形態では、第２の波長は、不透過性領域１６０が不透過性でない波長、例えば２．３マイクロメートルなどであるかまたはこれを含みうる。第２の波長は、さらに、中央エミッタ１５２によって放出される波長に対応しうる。
したがって、本開示の例示的な態様によれば、中央センサ１６７は、温度閾値未満のワークピース１１０の温度についてワークピース１１０の透過率に関連する透過率測定値を取得することができ、加えて、温度閾値を超える温度についてワークピース１１０によって放出される黒体放射の強度に関連するエミッション測定値を取得することができる。したがって、ワークピース１１０の温度は、上述したように、温度閾値未満の温度における透過率測定によって決定することができる。付加的にかつ／または代替的に、ワークピース１１０の温度は、温度閾値を超える温度でのエミッション測定によって決定することができる。例えば、ワークピースの温度は、次式、すなわち
Figure 2023516623000003
 に基づき、エミッション測定によって決定することができる。
図４は、本開示の例示的な態様による例示的な温度測定システム４００を示している。温度測定システム４００は、支持リング１０９によって少なくとも部分的に支持されうるワークピース１１０の温度を測定するように構成することができる。温度測定システム４００は、中央エミッタ１５２およびエッジエミッタ１５４を含みうる。加えて、温度測定システム４００は、中央センサ１６７およびエッジセンサ１６８を含みうる。エミッタ１５２、１５４および／またはセンサ１６７、１６８は、図３の中央エミッタ１５２および／または中央センサ１６７に関して説明したように動作することができる。例えば、中央エミッタ１５２および中央センサ１６７は、中央エミッタ１５２によって放出された放射がワークピース１１０の中央部分１１１を通過し、次いで中央センサ１６７に入射するように配設することができる。同様に、エッジエミッタ１５４およびエッジセンサ１６８は、エッジエミッタ１５４によって放出された放射がワークピース１１０のエッジ部分１１２を通過し、エッジセンサ１６８に入射するように配設することができる。このようにして、中央センサ１６７は中央部分１１１の温度測定値を取得するように構成することができ、かつ／またはエッジセンサ１６８はエッジ部分１１２の温度測定値を取得するように構成することができる。幾つかの実施形態では、中央部分１１１は、ワークピースの半径ｒの約５０％未満、例えば半径ｒの約１０％によって画定されるワークピースの部分を含みうる。幾つかの実施形態では、エッジ部分は、ワークピースの半径ｒの約５０％超、例えば半径ｒの約９０％によって画定されるワークピースの部分を含みうる。
図５Ａは、例示的な不透過性領域を構成する例示的な材料についての例示的な透過率曲線５０２のプロット５００を示している。例えば、透過率曲線５０２は、ヒドロキシルドープ石英などの例示的な材料について示されている。図５Ａに示されているように、例示的な不透過性領域は、一部の波長に対して実質的に不透過性であり、他の波長に対して実質的に透過性でありうる。特に、例示的な透過率曲線５０２は、不透過性範囲５０４および部分的不透過性範囲５０６を含む。本明細書で説明しているように、測定波長範囲は、有利には、不透過性範囲５０４および／または部分的不透過性範囲５０６内の波長を含みうる。例えば、不透過性範囲５０４および／または部分的不透過性範囲５０６内の放射は、例示的な不透過性領域によって少なくとも部分的に遮断することができる。これにより、加熱ランプによって放出された放射が熱処理チャンバに入り、不透過性範囲５０４および／または部分的不透過性範囲５０６を測定するように構成されたセンサの測定を汚染することを防止することができる。
図５Ｂは、例示的な透過性領域を構成する例示的な材料についての例示的な透過率曲線５２２のプロット５２０を示している。例えば、透過率曲線５２２は、ヒドロキシルフリー石英などの例示的な材料について示されている。図５Ｂに示されているように、例示的な透過性領域は、一部の波長にわたって実質的に透過性でありうる。例示的な透過率曲線５２２は、大部分の波長にわたって実質的に透過性であるように示されているが、例示的な透過性領域は、不透過性範囲をさらに含みうる。概して、例示的な透過性領域は、測定範囲において（例えば図５Ａの不透過性範囲５０４および／または部分的不透過性範囲５０６に対応する波長において）透過性であることが望ましい。
図６Ａは、３つの例示的なワークピースタイプについての例示的な透過率曲線６０２、６０４、６０６のプロット６００を示している。例えば、曲線６０２は、より低い反射率を有するワークピースに関連付けられ、曲線６０４は、中程度の反射率を有するワークピース（例えばベアのワークピース）に関連付けられ、曲線６０６は、より高い反射率を有するワークピースに関連付けられている。図６Ａに示されているように、曲線６０２、６０４、６０６の各々は一般的な傾向に従うが、各ワークピースの透過率の値は、ワークピースの表面特性（例えば反射率）に基づいて変化しうる。そのため、図６Ｂは、例示的な正規化または公称ワークピース透過率曲線６５２のプロット６５０を示している。図６Ｂに示されているように、正規化ワークピース透過率曲線６５２は、特定のワークピースについての最大１から最小０までの透過率を表しているが、ワークピースの特定の透過率値とは無関係である。換言すれば、正規化ワークピース透過率曲線６５２は、低反射ワークピース、ベアワークピース、および／または高反射ワークピースの各々に対して類似および／または同一でありうる。したがって、ワークピースについて取得された正規化透過率測定値は、正規化ワークピース透過率曲線６５２と比較することができ、その結果、ワークピースの表面特性に関係なく、透過率を温度に直接に相関させることができる。
図７は、例えば、図１～図３の熱処理システム１００、２００または３００などの熱処理システム内のワークピースの温度を測定するための例示的な方法７００のフローチャートを示している。図７は、例示および説明のために特定の順序で実行されるステップを示している。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本明細書で説明される方法のいずれかの種々のステップが、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の方法で、省略、拡張、同時に実行、再配置、および／または修正されうることを理解するであろう。さらに、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の追加のステップ（図示せず）を実行することができる。
方法７００は、７０２において、１つ以上の赤外線エミッタによって、ワークピースの１つ以上の表面に方向付けられた赤外放射を放出することを含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、１つ以上の赤外線エミッタが第１の波長を有する放射を放出することができ、１つ以上の赤外線エミッタが第２の波長を有する放射を放出することができる。
方法７００は、７０４において、１つ以上の窓によって、ワークピースを加熱するように構成された１つ以上の加熱ランプによって放出された広帯域放射の少なくとも一部が１つ以上の赤外線センサに入射することを遮断することを含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、１つ以上の窓は、測定範囲の少なくとも一部内にある広帯域放射の少なくとも一部を遮断することができる。
方法７００は、７０６において、１つ以上の赤外線センサによって、１つ以上の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つによって放出されてワークピースの１つ以上の表面を通過する赤外放射の透過部分を測定することを含みうる。例えば、透過部分の第１の部分を第１の透過率センサに入射させて、第１の透過率測定値を取得することができる。第１の透過部分は、放射率測定システムのエミッタおよび／またはセンサに対応しうる。第１の透過部分は、幾つかの実施形態では、関連する第１の波長を有することができる。付加的にかつ／または代替的に、透過部分の第２の部分を少なくとも１つの第２の透過率センサに入射させて、少なくとも１つの第２の透過率測定値を取得することができる。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの第２の透過率センサは、ワークピースによって放出される放射を測定するようにさらに構成することができる。幾つかの実施形態では、第２の透過部分は、関連する第２の波長を有することができる。幾つかの実施形態では、第１の波長は１つ以上の窓によって遮断することができ、かつ／または第２の波長を１つ以上の窓によって少なくとも部分的に通過させることができる。例えば、幾つかの実施形態では、第１の透過部分は測定波長範囲の第１の波長に関連付けられ、第２の透過部分は測定波長範囲の第２の波長に関連付けられ、１つ以上の窓は第１の波長の放射を遮断し、第２の波長の放射を透過させる。
方法７００は、７０８において、１つ以上の赤外線センサにより、１つ以上の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つによって放出されてワークピースの１つ以上の表面で反射された赤外放射の反射部分を測定することを含みうる。例えば、反射部分を反射率センサに入射させて、反射率測定値を取得することができる。幾つかの実施形態では、反射率センサは、放射率測定システムの部分でありうる。
幾つかの実施形態では、１つ以上の赤外線センサにより、１つ以上の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つによって放出された赤外放射の一部（例えば透過部分および／または反射部分）を測定することは、１つ以上の赤外線センサおよび／または１つ以上の赤外線エミッタを位相ロックすることを含みうる。例えば、１つ以上の赤外線センサおよび／または１つ以上の赤外線エミッタを位相ロックすることは、パルス周波数で１つ以上の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つをパルス化することを含みうる。１つ以上のエミッタをパルス化する一例として、１つ以上のエミッタからの一定の放射流が間欠的にパルス周波数でチョッパホイールを通過できるように、１つ以上のスリットを有するチョッパホイールを１つ以上のエミッタの視野内で回転させることができる。したがって、一定の放射流は、チョッパホイールの回転によって、パルス周波数のパルス放射流に変換することができる。
付加的にかつ／または代替的に、１つ以上の赤外線センサおよび／または１つ以上の赤外線エミッタを位相ロックすることは、パルス周波数に少なくとも部分的に基づいて、１つ以上の赤外線センサから少なくとも１つの測定値を分離することを含みうる。一例として、パルス周波数にあるおよび／またはパルス周波数と同相である１つ以上の赤外線センサからの測定値（例えば１つ以上の赤外線センサに入射する放射の強度を示す測定値）は、２倍のパルス周波数での後続の測定値を差し引くことなどによって、パルス周波数にない測定値および／またはパルス周波数と同相である測定値と位相ずれしている測定値と比較することができる。したがって、パルス周波数の構成要素（例えばエミッタ）からの信号寄与は、干渉構成要素（例えば加熱ランプなどの迷放射）から分離することができる。換言すれば、パルス周波数に位相ロックされていないセンサ測定値（例えば、パルス周波数と同じまたはこれよりも高い周波数で取得された測定値、および／または位相ロック測定値に対して位相のずれた測定値）は、チャンバ内の迷放射のみを示すことができ、かつ／またはパルス周波数に位相ロックされたセンサ測定値は、迷放射とエミッタから放出された放射との和を示すことができる。したがって、エミッタによって放出された放出放射を示す測定値は、位相ロックされていない測定値によって示される迷放射の量を差し引くことによって分離することができる。一例として、パルス周波数が１３０Ｈｚである場合、センサは２６０Ｈｚ以上で測定値を取得することができ、これにより、１つ以上の迷強度測定値が各位相ロック測定値に対応する。このようにして、熱処理システムは、センサからの測定値における迷放射（例えば迷光）からの干渉を低減することができる。
方法７００は、７１０において、透過部分および反射部分に少なくとも部分的に基づいて、ワークピースの温度を決定することを含みうる。７１０におけるワークピースの温度は、約６００℃未満でありうる。例えば、幾つかの実施形態では、ワークピースの温度を決定することは、透過部分および反射部分に少なくとも部分的に基づいて、ワークピースの放射率を決定することと、透過部分およびワークピースの放射率に少なくとも部分的に基づいて、ワークピースの温度を決定することとを含みうる。例えば、幾つかの実施形態では、ワークピースの放射率は、第１の透過率測定値および反射率測定値に少なくとも部分的に基づいて決定することができる。
方法７００は、７１２において、１つ以上の赤外線センサにより、ワークピースによって放出された赤外放射を示す放出放射測定値を測定することを含みうる。例えば、放出放射測定値は、ワークピースによって放出され、１つ以上のセンサに入射する赤外放射の強度を示すことができる。本開示の例示的な態様によれば、ワークピースの温度が十分に高くなって、ワークピースがエミッタからの赤外放射に対して透過性でなくなり、かつ／または１つ以上の赤外線センサにより測定されるように構成された波長において（例えば測定波長範囲の少なくとも一部の範囲内で）有意な黒体放射を放出し始めると、放出放射測定値を取得することができる。
幾つかの実施形態では、放出放射測定値は、１つ以上の窓によって遮断される赤外放射の波長に対応しうる。例えば、放出放射測定値は、測定波長範囲の一部であり、かつ／またはその一部に含まれる波長に対応しうる。例えば、幾つかの実施形態では、放出放射測定値は、２．７マイクロメートルの波長を有する赤外放射の強度に対応しうる。
方法７００は、７１４において、放出放射測定値に少なくとも部分的に基づいて、ワークピースの温度を決定することを含みうる。７１４におけるワークピースの温度は、約６００℃超でありうる。例えば、約６００℃よりも高いワークピースの温度を決定することは、放出放射測定値をワークピースに関連付けられた黒体放射曲線と比較することを含みうる。黒体放射曲線は、測定された強度（例えば放出放射測定値）に基づいて温度を決定することができるように、放出された黒体放射の強度を温度に相関させることができる。
方法７００を実装するシステムは、ワークピースの温度が測定されうる温度範囲を増大させることができる。例えば、方法７００は、透過部分および反射部分に少なくとも部分的に基づいて、放出放射測定値を実際に取得することができない温度（例えば約６００℃未満）について、例えば、ステップ７０２～７１０に従ってワークピースの温度を決定することを含みうる。加えて、方法７００は、放出放射測定値に少なくとも部分的に基づいて、放出放射測定値を実際に取得することができる温度（例えば約６００℃超）について、例えば、ステップ７１２～７１４に従ってワークピースの温度を決定することを含みうる。
図８は、例えば、図１～３の熱処理システム１００、２００、または３００などの熱処理システム内のセンサの基準強度を較正するための例示的な方法８００のフローチャートを示している。図８は、例示および説明のために特定の順序で実行されるステップを示している。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本明細書で説明される方法のいずれかの種々のステップが、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の方法で、省略、拡張、同時に実行、再配置、および／または修正されうることを理解するであろう。さらに、本開示の範囲から逸脱することなく、種々の追加のステップ（図示せず）を実行することができる。
方法８００は、８０２において、複数の赤外線エミッタのそれぞれのエミッタから第１の量の赤外放射を放出することを含みうる。方法８００は、８０４において、複数の赤外線センサのそれぞれのセンサに入射する第２の量の赤外放射を決定することを含みうる。方法８００は、８０６において、第１の量と第２の量との間の変動に少なくとも部分的に基づいて、それぞれのエミッタおよびそれぞれのセンサに関連付けられた基準強度を決定することを含みうる。
本開示の例示的な態様によれば、本明細書においてＩ０として示される基準強度は、熱処理システム内の１つ以上のセンサの各々について決定することができる。基準強度は、ワークピースが処理チャンバ内に存在しない場合に、エミッタによって放出された放射および／またはセンサに入射する放射に対応しうる。換言すれば、基準強度は、熱処理システム内のワークピース以外の構成要素からの寄与によってのみ、エミッタが放出する放射の強度から減少させることができる。これは、ワークピースによる１００％の透過率の場合にさらに対応しうる。幾つかの実施形態では、基準強度は、２つのワークピースの熱処理の間など、処理チャンバ内にワークピースを挿入する前に測定することができる。
本主題を、その特定の例示的な実施形態に関して詳細に説明してきたが、当業者であれば、前述の内容を理解すると、こうした実施形態の変更形態、変形形態、および等価物を容易に生み出すことができることが理解されよう。したがって、本開示の範囲は、限定としてではなく例としてのものであり、本開示は、当業者に容易に明らかになるように、本主題に対するこうした修正、変形および／または追加の包含を排除するものではない。

Claims (20)

  1. 半導体ワークピースの熱処理を実行するための熱処理システムであって、前記熱処理システムは、
    ワークピースを支持するように構成されたワークピース支持プレートと、
    前記ワークピースを加熱するように構成された１つ以上の熱源と、
    前記ワークピース支持プレートと前記１つ以上の熱源との間に配設されており、測定波長範囲内の電磁放射の少なくとも一部に対して透過性である１つ以上の透過性領域と、前記測定波長範囲の前記一部内の電磁放射に対して不透過性である１つ以上の不透過性領域とを含む、１つ以上の窓と、
    前記ワークピースの温度を示す温度測定値を取得するように構成された温度測定システムと
    を含み、前記温度測定システムは、
    赤外放射を放出するように構成された複数の赤外線エミッタと、
    各赤外線センサが前記複数の赤外線エミッタのうちの１つに対応する複数の赤外線センサであって、該複数の赤外線センサの各々が、前記測定波長範囲内の赤外放射を測定するように構成されており、かつ前記１つ以上の透過性領域のうちの少なくとも１つが該複数の赤外線センサのうちの少なくとも１つの視野内に少なくとも部分的にあるように配設されている、複数の赤外線センサと、
    コントローラであって、
    前記複数の赤外線センサから、前記ワークピースに関連付けられた少なくとも１つの第１の透過率測定値、少なくとも１つの第２の透過率測定値、および少なくとも１つの反射率測定値を取得することと、
    前記ワークピースの温度が約６００℃未満であるときに、前記少なくとも１つの第１の透過率測定値、前記少なくとも１つの第２の透過率測定値、および前記少なくとも１つの反射率測定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークピースの温度を決定することと
    を含む動作を実行するように構成されたコントローラと
    を備える、熱処理システム。
  2. 前記動作は、
    前記複数の赤外線センサから、前記ワークピースによって放出された放出放射の強度を示す１つ以上のエミッション測定値を取得することと、
    前記ワークピースの温度が約６００℃よりも高いときに、前記１つ以上のエミッション測定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークピースの温度を決定することと
    をさらに含む、請求項１記載の熱処理システム。
  3. 前記１つ以上の赤外線エミッタは、前記ワークピースの中央部分に向かって放射を放出するように動作可能な中央エミッタと、前記ワークピースのエッジ部分に向かって放射を放出するように動作可能なエッジエミッタとを含み、
    前記１つ以上の赤外線センサは、前記中央エミッタに対応する中央センサと、前記エッジエミッタに対応するエッジセンサとを含む、
    請求項２記載の熱処理システム。
  4. 前記１つ以上の熱源は、前記ワークピースを加熱するために広帯域放射を放出するように構成されている、請求項１記載の熱処理システム。
  5. 前記１つ以上の不透過性領域は、前記熱源によって放出され、前記測定波長範囲内にある広帯域放射の少なくとも一部を遮断するように構成されている、請求項４記載の熱処理システム。
  6. 前記１つ以上の不透過性領域はヒドロキシルドープ石英を含み、前記１つ以上の透過性領域はヒドロキシルフリー石英を含む、請求項５記載の熱処理システム。
  7. 前記複数の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つは、パルス周波数でパルス化される、請求項１記載の熱処理システム。
  8. 前記少なくとも１つの第１の透過率測定値、前記少なくとも１つの第２の透過率測定値、または前記少なくとも１つの反射率測定値のうちの少なくとも１つは、前記パルス周波数に少なくとも部分的に基づいて前記複数の赤外線センサから分離されている、請求項７記載の熱処理システム。
  9. 前記パルス周波数は１３０Ｈｚである、請求項７記載の熱処理システム。
  10. 前記測定波長範囲は、２．３マイクロメートルまたは２．７マイクロメートルのうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の熱処理システム。
  11. 前記熱処理システムは、前記複数の赤外線センサのうちの少なくとも１つの視野内に少なくとも部分的に配設された少なくとも１つの光学ノッチフィルタを含み、前記光学ノッチフィルタは、前記複数の赤外線センサのうちの前記少なくとも１つによって測定可能な波長の範囲から前記測定波長範囲の少なくとも一部を選択するように構成されている、請求項１記載の熱処理システム。
  12. 前記複数の赤外線センサは１つ以上のパイロメータを含む、請求項１記載の熱処理システム。
  13. 前記ワークピースの温度が約６００℃未満であるときに、前記少なくとも１つの第１の透過率測定値、前記少なくとも１つの第２の透過率測定値、および前記少なくとも１つの反射率測定値に少なくとも部分的に基づいて前記ワークピースの温度を決定することが、
    前記少なくとも１つの第１の透過率測定値および前記少なくとも１つの反射率測定値に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークピースの放射率を決定することと、
    前記少なくとも１つの第２の透過率測定値および前記ワークピースの前記放射率に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークピースの温度を決定することと
    を含む、請求項１記載の熱処理システム。
  14. 前記少なくとも１つの第１の透過率測定値および前記少なくとも１つの反射率測定値は、前記測定波長範囲の第１の波長に関連付けられており、前記少なくとも１つの第２の透過率測定値は、前記測定波長範囲の第２の波長に関連付けられており、前記１つ以上の不透過性領域は前記第１の波長に対して不透過性でありかつ前記第２の波長に対して透過性である、請求項１記載の熱処理システム。
  15. 前記コントローラは、ワークピース処理システム内にワークピースが存在しない場合に、前記複数の赤外線センサのうちの少なくとも１つの基準強度を、
    前記複数の赤外線エミッタのそれぞれのエミッタから第１の量の赤外放射を放出することと、
    前記複数の赤外線センサのそれぞれのセンサに入射する第２の量の赤外放射を決定することと、
    前記第１の量と前記第２の量との間の変動に少なくとも部分的に基づいて、前記それぞれのエミッタおよび前記それぞれのセンサに関連付けられた前記基準強度を決定することと
    によって決定するように構成されている、請求項１記載の熱処理システム。
  16. 熱処理システム内のワークピースの温度を測定する方法であって、前記方法は、
    １つ以上の赤外線エミッタにより、ワークピースの１つ以上の表面に方向付けられた赤外放射を放出することと、
    １つ以上の窓により、前記ワークピースを加熱するように構成された１つ以上の加熱ランプによって放出された広帯域放射の少なくとも一部が１つ以上の赤外線センサに入射することを遮断することと、
    前記１つ以上の赤外線センサにより、前記１つ以上の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つによって放出されて前記ワークピースの前記１つ以上の表面を通過する赤外放射の透過部分を測定することと、
    前記１つ以上の赤外線センサにより、前記１つ以上の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つによって放出されて前記ワークピースの前記１つ以上の表面で反射された赤外放射の反射部分を測定することと、
    前記透過部分および前記反射部分に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークピースの温度を示す第１の温度測定値を決定することであって、前記ワークピースの温度は約６００℃未満である、ことと、
    を含む、方法。
  17. 前記方法が、
    前記１つ以上の赤外線センサにより、前記ワークピースによって放出された赤外放射を示す放出放射測定値を測定することと、
    前記放出放射測定値に少なくとも部分的に基づいて前記ワークピースの温度を示す第２の温度測定値を決定することであって、前記ワークピースの温度は約６００℃よりも高い、ことと
    をさらに含む、請求項１６記載の方法。
  18. 前記放出放射測定値に少なくとも部分的に基づいて前記ワークピースの温度を示す第２の温度測定値を決定することであって、前記ワークピースの温度は約６００℃よりも高い、ことが、
    前記放出放射測定値を前記ワークピースに関連付けられた黒体放射曲線と比較すること
    を含む、請求項１７記載の方法。
  19. 前記透過部分および前記反射部分に少なくとも部分的に基づいて前記ワークピースの温度を決定することであって、前記ワークピースの温度は約６００℃未満である、ことが、
    前記透過部分および前記反射部分に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークピースの放射率を決定することと、
    前記透過部分および前記ワークピースの前記放射率に少なくとも部分的に基づいて、前記ワークピースの温度を決定することと
    を含む、請求項１６記載の方法。
  20. 前記方法が、
    前記１つ以上の赤外線エミッタのうちの少なくとも１つをパルス周波数でパルス化することと、
    前記パルス周波数に少なくとも部分的に基づいて、前記１つ以上の赤外線センサから少なくとも１つの測定値を分離することと
    をさらに含む、請求項１６記載の方法。
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