JP7658963B2 - エッジリング温度を測定するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本原理の実施形態は、概して、半導体製造プロセスにおける熱取得に関する。

半導体プロセスは、種々の理由により、ウエハをプロセス温度まで上げるために加熱を使用することがある。いくつかのプロセスでは、ウエハは、処理チャンバの部品と接触する前に加熱される。ウエハと処理チャンバ部品との間の温度の不一致が大きくなると、ウエハを部品に接触させるときに、ウエハに熱衝撃を与える可能性がある。熱衝撃は、ウエハに、反り、及び／又は、ウエハが保持表面から飛び出すなどの望ましくない影響を与える可能性がある。本発明者らは、チャンバ部品及びウエハを同様の温度にすることにより、望ましくない影響を防止又は低減しうることを見出した。しかしながら、放射ランプによって供給される加熱によりチャンバで使用される部品を測定することは、ウエハを加熱するだけでなく、チャンバ部品の温度読み取り値に影響を及ぼすランプ放射のために、いくつかの課題を提起する。

したがって、本発明者らは、半導体処理チャンバ内で使用される部品の温度を得るための改善された方法及び装置を提供した。

本明細書において、半導体処理チャンバの内部アセンブリの熱情報を得るための方法及び装置が提供される。

いくつかの実施形態では、処理チャンバ内部のアセンブリの温度を測定するための装置は、ランプ放射源とアセンブリとの間に配置されるように構成されたランプ放射フィルタリング窓と、ランプ放射フィルタリング窓とアセンブリとの間に配置されるように構成された光パイプであって、アセンブリから放出された赤外線放射を光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、光パイプと、光パイプの第２の端部からの赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、光学アセンブリから出力を受信し、かつ赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路とを備えうる。

いくつかの実施形態では、本装置は、ランプ放射フィルタリング窓が、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンの波長を有する放射を吸収するウェットクォーツ材料で作製され、光パイプが、サファイア材料で作製され、光パイプが、処理チャンバ内でアセンブリの上面に平行に設置されるように構成され、斜面が、約４５度の角度を有し、本装置は、光パイプの第１の端部において、光パイプへの赤外線放射を可能にするように構成される開口部を設けつつ、光パイプを包囲するように構成されたシースであって、光パイプの汚染を低減するために、光パイプを包囲してパージガスを流すように構成されたパージチャネルを有するシースと、光パイプ及び光学アセンブリの少なくとも一部を包囲して、バックグラウンド熱放射を低減するために冷却剤を流すように構成された、液体冷却チャネルを備えるハウジングを更に備え、光学アセンブリが、第１の非球面コンデンサレンズ、光学バンドパスフィルタ、及び第２の非球面コンデンサレンズを含み、及び／又は光学アセンブリが、第１の非球面コンデンサレンズと第２の非球面コンデンサレンズとの間に介在する反射防止コーティングを備えるゲルマニウムレンズを更に含む。

いくつかの実施形態では、処理チャンバ内部のアセンブリの温度を測定するための装置は、ランプ放射フィルタリング窓とアセンブリとの間に配置されるように構成された光パイプであって、アセンブリから放出された赤外線放射を光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、光パイプと、光パイプの第２の端部からの赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、光学アセンブリから出力を受信し、かつ赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路とを備えうる。

いくつかの実施形態では、装置は、光パイプが、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンの波長を有するアセンブリの表面からの放射を検出するように構成され、光パイプが、サファイア材料で作製され、光パイプが、処理チャンバ内でアセンブリの上面に平行に設置されるように構成され、斜面が、約４５度の角度を有し、本装置は、光パイプの第１の端部において、光パイプへの赤外線放射を可能にするように構成される開口部を設けつつ、光パイプを包囲するように構成されたシースであって、光パイプの汚染を低減するために、光パイプを包囲してパージガスを流すように構成されたパージチャネルを有するシースと、光パイプ及び光学アセンブリの少なくとも一部を包囲するハウジングであって、バックグラウンド熱ノイズを低減するために冷却剤を流すための液体冷却チャネルを有するハウジングを更に備え、光学アセンブリが、第１の非球面コンデンサレンズ、光学バンドパスフィルタ、及び第２の非球面コンデンサレンズを含み、及び／又は光学アセンブリが、反射防止コーティングを備えるゲルマニウムフィルタを更に含む。

いくつかの実施形態では、処理チャンバ内部のアセンブリの温度を測定するための装置は、ランプ放射フィルタリング窓とアセンブリとの間に配置されるように構成された光パイプであって、アセンブリから放出された赤外線放射を光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、光パイプと、光パイプの第２の端部からの赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、光学アセンブリから出力を受信し、かつ赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路と、温度値を受信し、温度値に基づいて処理チャンバの１つ又は複数のプロセスを調整するように構成されるコントローラとを備えうる。

以下に他の実施形態及び更なる実施形態が開示される。

上記で簡潔に要約され、以下でより詳細に論じられる本原理の実施形態は、添付図面に示された原理の例示的な実施形態を参照することによって理解することができる。しかし、本原理は他の等しく有効な実施形態を許容しうることから、添付図面は、本原理の典型的な実施形態のみを例示しており、ゆえに、範囲を限定するものと見なすべきではない。

本原理のいくつかの実施形態による急速熱処理チャンバの断面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、ウエハアウトオブポケット（ｗａｆｅｒ ｏｕｔ ｏｆ ｐｏｃｋｅｔ）の断面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、光パイプ高温計アセンブリを備えた急速熱処理チャンバの断面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、光パイプ高温計アセンブリの断面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による光学アセンブリの側面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、コントローラとインターフェースで接続する光パイプ高温計アセンブリを備えた急速熱処理チャンバの上面図を示す。 本原理のいくつかの実施形態による、パージガスチャネルを備えた光パイプ高温計アセンブリの断面図である。 本原理のいくつかの実施形態による、パージガス流を示す光パイプ高温計アセンブリの断面図である。 本原理のいくつかの実施形態による、ビューポートのための光パイプ高温計アセンブリの等角図である。 本原理のいくつかの実施形態による、冷却チャネルを備えた光パイプ高温計アセンブリの等角図である。 本原理のいくつかの実施形態による、冷却チャネルを備えた光パイプ高温計アセンブリの等角図である。 本原理のいくつかの実施形態による、処理チャンバ内のアセンブリの温度を検出する方法である。

理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために同一の参照番号を使用した。図面は縮尺どおりには描かれておらず、明確化するために簡略化されうる。１つの実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込まれうる。

本方法及び装置は、例えば、ウエハ予熱中のエッジリングのような内部プロセスチャンバアセンブリの測定を可能にする。本方法及び装置は、有利には、例えば、急速熱処理（ＲＴＰ）チャンバなどにおける、例えば、ウエハとエッジリングとの間の、温度の不一致を最小限に抑える。ＲＴＰチャンバにおけるウエハアウトオブポケット（Ｗａｆｅｒ Ｏｕｔ Ｏｆ Ｐｏｃｋｅｔ：ＷＯＯＰ）問題に対する解決策を有益に提供するために、処理中の温度の不一致の低減が利用されうる。また、本方法及び装置は、処理チャンバに高価で時間のかかるチャンバ底部の変更を要求することなく、既存のチャンバを改造するための費用効果のある方法を提供する。

いくつかの実施形態では、処理チャンバの内部アセンブリからの赤外線放射を集めるために、光パイプ高温計アセンブリが使用される。光パイプ高温計アセンブリは、ウエハ及び／又はプロセスキットの漏れに対して完全に耐性があり、安価で簡単な設置のために既存の処理チャンバビューポートを利用することができ、高価で時間のかかる処理チャンバ底部を修正する必要がなくなる。光パイプ高温計アセンブリはまた、フィードバックループの設定点を調整するのを容易にし、処理チャンバ内の温度を一致させるのを補助するために使用されうる。いくつかの実施形態では、光パイプ高温計アセンブリは、カリフォルニア州サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＲａｄｉａｎｃｅ（登録商標）チャンバなどのＲＴＰチャンバのエッジリング温度を測定するために使用される。エッジリングの上面は、処理チャンバの上部領域に設置された加熱ランプから強い放射を受け取る。ランプ放射は、温度測定値及び／又は高温計読み取り値の飽和に大きな誤差をもたらす可能性がある。本原理の方法及び装置は、ランプ放射に反応せず、かつウエハの温度を制御し、エッジリングの温度に一致させることができるように、ウエハ予熱のための設定点を調整するためにも使用できる光パイプ高温計アセンブリを提供する。

以下の例は、ＲＴＰチャンバ及びエッジリングを利用するが、本原理の方法及び装置は、ＲＴＰチャンバのみに限定されず、エッジリング温度の測定のみに限定されない。本原理の方法及び装置は、他の処理チャンバ、及び処理チャンバ内部のアセンブリの他の温度測定に利用されうる。図１は、チャンバ本体１０６に向かってランプ放射１０４を生成する加熱ランプ１０２を備えたＲＴＰチャンバ１００を示す。チャンバ本体１０６は、エッジリング１０８及びウエハ高温計１１０を含む。ウエハ高温計１１０は、ウエハ１１２の下からウエハ１１２の温度を決定するために使用される。ウエハ１１２及びエッジリング１０８は、上方からランプ放射１０４に曝露される。図２の断面図２００Ａは、ウエハ１１２がリフトピン２０２によってエッジリング１０８から浮き上がった予熱状態のウエハ１１２を示す。図２の断面図２００Ｂでは、ウエハ１１２とエッジリング１０８の温度が不一致であるため、ウエハ１１２がエッジリング１０８上まで下降すると、ウエハ１１２がエッジリング１０８から飛び落ちる（ＷＯＯＰ条件）。本発明者らは、ウエハ１１２の予熱温度とエッジリング１０８の温度が類似していれば、ウエハ１１２の反りとＷＯＯＰ条件が排除又は低減されうることを見出した。エッジリング１０８の温度が、ウエハ１１２の予熱中に分かる場合、エッジリング１０８の温度は、ウエハ１１２の予熱温度の設定点として使用することができ、温度の不一致が解消される。

図３は、本原理のいくつかの実施形態を含む処理チャンバ３００の断面図である。加熱ランプ１０２とチャンバ本体１０６との間に、ランプ放射フィルタリング窓３０２が配置される。ランプ放射フィルタリング窓３０２は、波長の特定のバンドにわたってランプ放射を遮断し、フィルタリングされたランプ放射３０４を生成する。いくつかの実施形態では、ランプ放射フィルタリング窓３０２は、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンの波長バンド内のランプ放射を遮断するように構成されたＯＨ含有量の高いクォーツ（石英）、すなわち「ウェットクォーツ（ｗｅｔ ｑｕａｒｔｚ）」で作製されうる。いくつかの実施形態では、クォーツのＯＨ含有量は、約１０００百万分率（ｐｐｍ）以上である。いくつかの実施形態では、クォーツのＯＨ含有量は、約１０００ｐｐｍから約１２００ｐｐｍである。本発明者らは、フィルタリングされたバンド内のランプ放射電力損失が使用可能な加熱電力に及ぼす影響は低いことを見出した。影響が低いのは、ランプ放射電力がより短い波長のスペクトル範囲に集中していることによるものであり、その波長スペクトル範囲は、フィルタリングされたバンドがランプ放射のスペクトル放射ピークの約１５％を表しているにすぎず、シリコンウエハ吸収は、ウエハが約５００℃未満の場合、フィルタリングされたバンドにおいて非常に低い。ランプ放射フィルタリング窓３０２とエッジリング１０８との間に、遮断された波長バンドに感応する光パイプ高温計アセンブリ３０６が配置される。光パイプ高温計アセンブリ３０６は、ウエハ１１２を加熱するために使用されるフィルタリングされたランプ放射３０４に反応せず、フィルタリングされた波長バンドのエッジリング放射３０８を検出する。本発明者らは、フィルタリングされたスペクトル範囲で機能する高温計を使用することにより、温度測定において高温計がランプ放射の影響を受けないことを見出した。

図４は、いくつかの実施形態による、光パイプ高温計アセンブリ４０２の断面図４００を示す。光パイプ高温計アセンブリ４０２は、光パイプ４０４と、光学アセンブリ４０８と、検出器アセンブリ４１０とを含む。光パイプ４０４は、斜面４０６を備えた第１の端部４１４と、光学アセンブリ４０８とインターフェースで接続する第１の端部４１４の遠位にある第２の端部４１６とを含む。いくつかの実施態様において、光パイプ４０４は、切断端又は斜角端を有するサファイアロッドでありうる。斜角端は、内部で赤外線放射を反射するように研磨される。いくつかの実施形態では、斜面４０６は、約４５度の角度で切断される。いくつかの実施形態では、光パイプ４０４は、約２ミリメートルの直径を有しうる。いくつかの実施形態では、光学アセンブリ４０８は、１つ又は複数の非球面コンデンサレンズ及び光学バンドパスフィルタ（例えば、図５参照）を含みうる。光学アセンブリ４０８は、波長選択を提供し、バックグラウンド放射を最小化する。光学アセンブリ４０８は、検出器アセンブリ４１０とインターフェースで接続する。

検出器アセンブリ４１０は、光学情報を、温度処理回路４１２によって受信することができる少なくとも１つの信号に変換する。本発明者らは、ウエハ処理のためのフィードバックループにおいてエッジリング温度を使用するためには、検出速度を速くしなければならない（例えば、約１００Ｈｚ以上）ことを見出した。最も典型的なサーモパイル検出器は、フィードバック処理で使用するには遅すぎる。本発明者らは、光起電検出器を使用することにより、高速の温度取得が可能になることを見出した。検出器が、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンのフィルタリングされたバンドで機能するように選択される場合、シリコンフォトダイオード又はヒ化ガリウムインジウム（ＩｎＧａＡｓ）ダイオードのような典型的な光起電力検出器は、フィルタリングされたバンドの範囲には適さない。本発明者らは、冷却されていないヒ化インジウムアンチモン化物（ＩｎＡｓＳｂ）又はヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）光起電検出器が使用できることを見出した。ＩｎＡｓＳｂ検出器は、通常、約３ミクロンから約５ミクロンの範囲で利用される。非冷却検出器によって、より単純な高温計設計（コンパクトで、電力供給不要など）が可能になるが、冷却された検出器によって、より低い範囲の温度検出が可能になる。ＩｎＧａＡｓ検出器は、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンのフィルタリングされたバンドにおいて、なおも満足な応答範囲を有しうる。ＩｎＡｓ検出器は、約１ミクロンから約３．５ミクロンのスペクトル応答を有する。焦電検出器もまた、利用されうる。

温度処理回路４１２は、少なくとも１つの信号を、プロセスコントローラ（例えば、図６を参照）によって利用されうる温度値に変換する。温度処理回路４１２は、光パイプ高温計アセンブリ４０２の一部であり、及び／又はコントローラ６０６（図６を参照）の一部でありうる。エッジリング１０８の表面４２０からの赤外線４１８は、光パイプ４０４の第１の端部４１４によって受け取られ、斜面４０６によって反射され、光パイプ４０４の長さを下って光学アセンブリ４０８に方向転換され、検出器アセンブリ４１０上にフォーカスされる前に、赤外線放射がコリメートされ、フィルタリングされる。

図５は、いくつかの実施形態による光学アセンブリ４０８の側面図５００を示す。赤外線４１８は、光パイプ４０４を下って光パイプ４０４の第２の端部４１６に方向付けられ、そこで赤外線４１８は、第１の非球面コンデンサレンズ５０２上に発散する。使用されるのは、非球面コンデンサレンズであるが、これは、非球面コンデンサレンズが、通常のレンズより多くの光を集め、より広い発散ビームで機能し、より短い焦点距離を有するため、よりコンパクトな設計が可能になるためである。第１の非球面コンデンサレンズ５０２は、サファイア又は成形材料で作製されうる。本発明者らは、Ｐｌａｎｃｋの方程式によって計算することができるゼロでない（ケルビン）周囲温度のために、高温計内部の部品が発生する熱放射が常に少量であることを見出した。計算された値は、作動波長周囲のかなりの量のバックグラウンド放射と等価であり、温度精度を低下させる。検出器のスペクトル範囲よりも広いスペクトル範囲にわたって透明なレンズ材料を使用することによって、温度精度が高められうる。

光パイプ４０４は、広い受け入れ角度を有し、検出器アセンブリ４１０に直接結合される場合、光パイプ４０４の第２の端部４１６における大きな円錐角５１２のために、バンドパスフィルタにおいて著しいバンドシフトが生じるであろう。第１の非球面コンデンサレンズ５０２は、光パイプ４０４から広く発散する赤外線放射をコリメートするために使用される。コリメートされた赤外線放射は、非変動入射角で、光学バンドパスフィルタ５０４内に赤外線放射を送り、シフトを低減し、光学バンドパスフィルタ５０４のフィルタリング精度を高める。第１の非球面コンデンサレンズ５０２は、より高い開孔数（ＮＡ）を有し、赤外線放射収集力（ｉｎｆｒａｒｅｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｐｏｗｅｒ）を高める。光学バンドパスフィルタ５０４は、ある範囲の波長へのシフトを最小限に抑えて、赤外線４１８をフィルタリングする。いくつかの実施形態では、光バンドパスフィルタ５０４を通過する波長の範囲は、約２．７ミクロンと約２．８ミクロンとの間でありうる。

いくつかの実施形態では、ＩｎＡｓタイプの検出器が使用される場合、バックグラウンドランプ放射を更に抑制するために、反射防止コーティング５１０を備えたオプションのシリコン又はゲルマニウムフィルタ５０６が使用されうる。本発明者らは、バンドパスフィルタが、バンドパス領域の外側の波長の理想的な遮断を有していないことを見出した。ゲルマニウムは、約１．６ミクロンから約１．７ミクロンの吸収エッジを有し、シリコンは、約１．１ミクロンの吸収エッジを有しており、これは、シリコンが１．１ミクロン未満で不透明となり、ゲルマニウムが１．６～１．７ミクロン未満で不透明となることを意味している。オプションのシリコン又はゲルマニウムフィルタ５０６は、望ましくないランプ放射波長を更に抑制するために使用することができ、検出器アセンブリ４１０が更に保護される。シリコン及びゲルマニウムは、高反射性であり、著しい光損失を引き起こす。反射防止コーティング５１０は、バンドパス波長（例えば、約２．７ミクロンから約２．８ミクロン）での反射を低減する。次いで、赤外線４１８は、第２の非球面コンデンサレンズ５０８によって検出器アセンブリ４１０上にフォーカスされる。第２の非球面コンデンサレンズ５０８は、サファイア又は成形材料で作製されうる。本発明者らは、より長い波長の検出器について、ハウジングからの熱放射を減少させ、温度精度を高めるために、内部が研磨されたアルミニウム合金を有するハウジングが使用されうることを見出した。

図６は、いくつかの実施形態による、コントローラ６０６とインターフェースで接続する光パイプ高温計アセンブリ６０４を備えたＲＴＰチャンバ６０２の上面図６００を示す。ＲＴＰチャンバ６０２は、ウエハ６１８を挿入及び除去するためのスリットポート６０８と、ウエハ処理中にガスを除去するためのガス排気口６１０と、ウエハ６１８を観察するために使用される第１のビューポート６１２と、光パイプ高温計アセンブリ６０４と共に使用するために変換された第２のビューポート６１４とを有する。光パイプ高温計アセンブリ６０４は、第２のビューポート６１４内に容易に後付けすることができる。光パイプ高温計アセンブリ６０４は、エッジリング６１６の温度を読み取るための高価なチャンバ底部の修正を必要としない。光パイプ高温計アセンブリ６０４は、温度処理回路６２０を介してコントローラ６０６とインターフェースで接続し、かつ／又はコントローラ６０６と直接インターフェースで接続しうる（図示せず）。いくつかの実施形態では、光パイプ高温計アセンブリ６０４はまた、光パイプの周囲から汚染物質を洗い流すためにパージガスを供給するパージガス供給部６２２とインターフェースで接続しうる。いくつかの実施形態では、光パイプ高温計アセンブリ６０４はまた、赤外線放射の光パイプ透過を妨害する光パイプ高温計アセンブリ６０４からの迷熱放射（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔｒａｙ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）を低減するのを助けるために、液体冷却剤供給部６２４とインターフェースで接続しうる。いくつかの実施形態では、液体冷却剤は、水などでありうる。

コントローラ６０６は、ＲＴＰチャンバ６０２の直接制御を使用して、又は代替的には、ＲＴＰチャンバ６０２に関連するリモートコンピュータ（又はコントローラ）を制御することによって、ＲＴＰチャンバ６０２の動作を制御する。動作中に、コントローラ６０６により、ＲＴＰチャンバ６０２及び／又は他のシステムからのデータ収集及びフィードバックが可能になり、ＲＴＰチャンバ６０２の性能を最適化する。コントローラ６０６は、一般に、中央処理装置（ＣＰＵ）６２６と、メモリ６２８と、サポート回路６３０とを含む。ＣＰＵ６２６は、工業的な設定で使用可能な汎用コンピュータプロセッサの任意の形態でありうる。サポート回路６３０は、従来通りにＣＰＵ６２６に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源などを備えうる。上述のような方法のようなソフトウェアルーチンは、メモリ６２８に記憶され、ＣＰＵ６２６によって実行されると、ＣＰＵ６２６を特定目的のコンピュータ（コントローラ６０６）に変換する。ソフトウェアルーチンはまた、ＲＴＰチャンバ６０２から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）によって記憶及び／又は実行されうる。

メモリ６２８は、ＣＰＵ６２６によって実行されると、半導体プロセス及び機器の動作を容易にするための命令を含むコンピュータ可読記憶媒体の形態である。メモリ６２８内の命令は、本原理の方法を実施するプログラムなどのプログラム製品の形態である。プログラムコードは、多数の異なるプログラミング言語のいずれか１つに従いうる。一例では、本開示は、コンピュータシステムと共に使用されるコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたプログラム製品として、実装されうる。プログラム製品のプログラムは、（本明細書に記載の方法を含む）諸態様の機能を規定する。例示的なコンピュータ可読記憶媒体には、情報が永久的に記憶される書込み不能な記憶媒体（例えば、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、フラッシュメモリ、ＲＯＭチップ、又は任意の種類のソリッドステート不揮発性半導体メモリによって読み出し可能なＣＤ－ＲＯＭディスクなどのコンピュータ内の読出し専用メモリデバイス）、及び変更可能な情報が記憶される書き込み可能な記憶媒体（例えば、ディスケットドライブ若しくはハードディスクドライブ内のフロッピーディスク又は任意の種類のソリッドステートランダムアクセス半導体メモリ）が含まれるが、これらに限定されない。そのようなコンピュータ可読記憶媒体は、本明細書で説明される方法の機能を指示するコンピュータ可読命令を搬送する際には、本原理の態様である。

温度測定において良好な精度を有するために、本発明者らは、光パイプを清潔に保つ必要があることを見出した。特定の用途では、ガス放出が行われ、その結果、温度測定に影響を与える光パイプ表面上に堆積することがある。本発明者らは、赤外線放射を受け取るためにシースの底部側に小さな開口部を有する閉鎖端シースを用いることにより、使用中に光パイプを清浄に保つために、光パイプをパージガスでパージできることを見出した。図７は、いくつかの実施態様による、光パイプ７１４を囲むシース７１２内にパージガスポート７３０を備えたパージガスチャネル７０４を有する、光パイプ高温計アセンブリ７０２の断面図７００である。いくつかの実施形態では、シース７１２は、例えば６０６１などのアルミニウム合金で形成される。機械加工後に、シース７１２の表面上に形成される保護自然酸化物層の損傷を回避するために、シース７１２は注意深く取り扱われる。次に、シース７１２の外面がマスクされ、その一方で、内面が硬質陽極酸化される。外面は低い放射率を有するので、熱吸収は低い。内面は、より低い反射率を有するので、バックグラウンドの迷光放射は減少し、温度精度が向上する。

いくつかの実施形態では、光パイプ高温計アセンブリ７０２は、ＲＴＰチャンバ７０６のビューポート内に後付けされ、チャンバ本体アセンブリ７１０上のエッジリング７０８上を延びるように構成される。シース７１２は、エッジリング７０８からの赤外線放射７２０が光パイプ７１４の第１の端部７１８に到達できるようにする開口部７１６を含む。シース７１２は、光パイプ７１４の第１の端部７１８を覆い、光パイプ７１４内への前方への光漏れを防ぎ、温度測定の精度を高める。光パイプ７１４の第１の端部７１８上の斜面７２２は、光パイプ７１４の第１の端部７１８から遠位の、光パイプ７１４の第２の端部７２６において、赤外線７２０を光学アセンブリ７２４に方向転換する。次いで、赤外線７２０は、光学アセンブリ７２４から検出器アセンブリ７２８まで通過する。次いで、検出器アセンブリ７２８は、赤外線７２０を表す少なくとも１つの信号を温度プロセス回路（図示せず、例えば、図４、温度処理回路４１２、及び図６、温度処理回路６２０を参照）に送る。いくつかの実施形態では、パージガスチャネル７０４は、パージガスポート７３０から光パイプ７１４の第１の端部７１８の開口部７１６まで延びる。いくつかの実施形態では、パージガスチャネル７０４は、第１の端部７１８から第２の端部７２６まで光パイプ７１４の全長を完全に取り囲むように延びる。パージガスチャネル７０４により、パージガス、例えば、限定されないが、乾燥窒素などの不活性ガスが、光パイプ７１４上を流れることができるようになり、光パイプ高温計アセンブリ７０２の精度を低下させることになる光パイプ７１４の周囲からの汚染物質を除去する際の助けとなる。

図８は、いくつかの実施形態による、パージガス流８０２を示す、光パイプ高温計アセンブリ７０２の断面図８００である。パージガスがパージガスポート７３０に入ると、パージガスは、パージガスチャネル７４０を通って光パイプ７１４の周囲を流れ、次いで開口部７１６を通ってＲＴＰチャンバ（図示せず）に流入する。パージガス流８０２は、シース７１２の開口部７１６を出る際に、エッジリング７０８の表面８０４の部分８０６上にわずかな温度降下をもたらしうる。いくつかの実施形態では、エッジリング７０８は回転しているので、エッジリング７０８に対する冷却効果は最小であり、局所化されない。パージガス流８０２は、エッジリング７０８に対する望ましくない冷却効果を低減するために、例えば、約１０から約１０００のような低いｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）速度に保たれる。

図９は、いくつかの実施形態による、ＲＴＰチャンバアセンブリ９０６のビューポート９０４のための、光パイプ高温計アセンブリ９０２の等角図９００である。光パイプ高温計アセンブリ９０２は、光パイプ、パージガスチャネル、及びパージガスを排出し、またエッジリングから赤外線放射を受け取るための開口部を収納するシース延長部９０８を有する。シース本体９１０は、光パイプ及びパージチャネルを更に包含し、フランジ９１２内のパージガスポート９１４からパージガスを分配する。また、シース本体９１０は、フランジ９１２内の冷却剤ポート９１６で供給される液体冷却で光パイプ高温計アセンブリ９０２を冷却するための内部冷却チャネルを提供することができる。光パイプ高温計アセンブリ９０２は、接続点９１８を含み、光パイプ高温計アセンブリ９０２が、エッジリングから受信した温度情報を中継するために、他の部品とインターフェースで接続できるようにする。図１０は、いくつかの実施態様による、冷却剤チャネル１００８を備えた光パイプ高温計アセンブリ９０２の等角図１０００である。いくつかの実施形態では、冷却剤チャネル１００８は、第１のパージガスチャネル部分１００６とともにシース本体９１０の下部１０１０に形成されうる。シース本体９１０の上部１００２は、冷却剤チャネル１００８を密閉するために下部１０１０にカバーを提供する。

図１１は、いくつかの実施形態による、第１の冷却剤チャネル１１０２、第２の冷却剤チャネル１１０４、及び第３の冷却剤チャネル１１０６を有する、光パイプ高温計アセンブリ９０２の等角図１１００である。いくつかの実施態様において、第１の冷却剤チャネル１１０２及び第２の冷却剤チャネル１１０４は、シース本体９１０を通り、フランジ９１２を通って、長手方向に穿孔することによって形成され、フランジ９１２内の冷却剤ポート９１６に接続する長手方向の冷却剤チャネルを形成しうる。第３の冷却剤チャネル１１０６は、第１の冷却剤チャネル１１０２及び第２の冷却剤チャネル１１０４に直角にシース本体９１０を穿孔することにより形成され、第３の冷却剤チャネル１１０６が第１の冷却剤チャネル１１０２及び第２の冷却剤チャネル１１０４と交差して、冷却剤ポート９１６Ａ、９１６Ｂの間に単一の冷却剤経路を形成する。第１のプラグ１１０８は、冷却剤ポート９１６Ａから遠位の第１の冷却剤チャネル１１０２の端部１１２０に挿入される。第２のプラグ１１１０は、冷却剤ポート９１６Ｂから遠位の第２の冷却剤チャネル１１０４の端部１１２２に挿入される。第３のプラグ１１１２は、第３の冷却剤チャネル１１０６の第１の端部１１１６に挿入され、第４のプラグ１１１４は、第３の冷却剤チャネル１１０６の第２の端部１１１８に挿入される。パージガスチャネルの第１の部分１１２６は、フランジ９１２の一部を通って垂直に穿孔することによって形成される。パージガスチャネルの第２の部分１１２４は、第２の部分１１２４がパージガスポート９１４の遠位の第１の部分１１２６の端部１１２８と交差するまで、シース本体９１０を通って水平に穿孔することによって形成される。

図１２は、いくつかの実施形態による、処理チャンバ内のアセンブリの温度を検出する方法１２００である。ブロック１２０２において、ランプ放射は、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンの波長を遮断するようにフィルタリングされる。いくつかの実施形態では、約１０００ｐｐｍから約１２００ｐｐｍ以上のＯＨ含有量を有するウェットクォーツが、ランプ放射をフィルタリングするために使用されうる。ブロック１２０４では、赤外線放射が、光パイプを介して、クォーツ吸収バンドにおいて処理チャンバ内部のアセンブリの表面から検出される。いくつかの実施態様では、光パイプは、サファイアで作製される。いくつかの実施形態では、赤外線放射は、赤外線放射が光パイプによって検出できるようにする開口端を有するシースで覆われた光パイプによって検出される。いくつかの実施形態では、光パイプは、赤外線放射を光パイプの長さを下って方向転換する斜面を一端に有しうる。ブロック１２０６では、アセンブリからの赤外線放射の吸収中に、光パイプ上及び光パイプ周囲にパージガスを流すことによって、光パイプ周囲の汚染物質が除去される。ブロック１２０８では、光パイプハウジングが液体冷却剤で冷却され、光パイプハウジングからの熱放射によって生じる迷熱放射を低減するのを容易にする。ブロック１２１０では、光パイプからの赤外線放射は、第１の非球面コンデンサレンズを使用してコリメートされる。いくつかの実施形態では、第１の非球面コンデンサレンズは、サファイアから又は成形材料から作製されうる。ブロック１２１２では、次いで、赤外線放射は、光学バンドパスフィルタでフィルタリングされる。いくつかの実施形態では、光バンドパスフィルタは、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンまでの波長を通過させる。ブロック１２１４では、オプションで、不要な波長を更にフィルタリングするために、反射防止コーティングを有するゲルマニウムフィルタを使用することによって、赤外線放射がフィルタリングされる。ブロック１２１６では、赤外線放射は、第２の非球面コンデンサレンズで光学検出器上にフォーカスされる。いくつかの実施態様では、第２の非球面コンデンサレンズは、サファイアから又は成形材料から作製されうる。ブロック１２１８では、赤外線放射から温度値が生成される。いくつかの実施形態では、光学検出器は、赤外線放射を赤外線放射を表す少なくとも１つの信号に変換しうる。次いで、少なくとも１つの信号は、温度処理回路によって処理されて、少なくとも１つの信号を温度値に変換しうる。次いで、温度値は、処理チャンバ内のプロセス等を制御する際に使用するためのコントローラに渡されうる。

本原理による実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はこれらの任意の組み合わせで実装されうる。実施形態はまた、１つ又は複数のコンピュータ可読媒体を使用して記憶された命令として実施され、これは、１つ又は複数のプロセッサによって読み取られ、実行されうる。コンピュータ可読媒体は、マシン（例えば、１つ又は複数のコンピューティングプラットフォーム上で実行されるコンピューティングプラットフォーム又は「仮想マシン」）によって、可読形式で情報を記憶又は送信するための任意のメカニズムを含みうる。例えば、コンピュータ可読媒体は、任意の適切な形態の揮発性又は不揮発性メモリを含みうる。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、非一過性のコンピュータ可読媒体を含みうる。

上記は、本原理の実施形態を対象としているが、本原理の基本的な範囲から逸脱することなく、本原理の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されうる。

Claims (18)

1. 処理チャンバ内部の温度を測定するための装置であって、
   ランプ放射源と光パイプとの間に配置されるように構成されたランプ放射フィルタリング窓であって、前記ランプ放射フィルタリング窓と前記ランプ放射源と前記光パイプが前記処理チャンバ内部にある、ランプ放射フィルタリング窓と、
   赤外線放射を前記光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ前記第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、前記光パイプと、
   前記光パイプの前記第２の端部からの前記赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、
   前記光パイプ及び前記光学アセンブリの少なくとも一部を包囲するハウジングであって、バックグラウンド熱放射を低減するために冷却剤を流すように構成された液体冷却チャネルを備えるハウジングと、
   前記光学アセンブリから出力を受信し、かつ前記赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、
   前記少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路と
   を備える、装置。
2. 処理チャンバ内部の温度を測定するための装置であって、
   ランプ放射源と光パイプとの間に配置されるように構成されたランプ放射フィルタリング窓であって、前記ランプ放射フィルタリング窓と前記ランプ放射源と前記光パイプが前記処理チャンバ内部にある、ランプ放射フィルタリング窓と、
   赤外線放射を前記光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ前記第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、前記光パイプと、
   前記光パイプの前記第２の端部からの前記赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、
   前記光学アセンブリから出力を受信し、かつ前記赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、
   前記少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路と
   を備え、
   前記ランプ放射フィルタリング窓は、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンの波長を有する放射を吸収するウェットクォーツ材料で作製される、装置。
3. 前記ウェットクォーツが、約１０００百万分率（ｐｐｍ）から約１２００ｐｐｍのＯＨ含有量を有する、請求項２に記載の装置。
4. 前記光パイプは、サファイア材料で作製される、請求項１に記載の装置。
5. 前記斜面は、約４５度の角度を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記光パイプの前記第１の端部において、前記光パイプへの赤外線放射を可能にするように構成される開口部を設けつつ、前記光パイプを包囲するように構成されたシースであって、前記光パイプの汚染を低減するために、前記光パイプを包囲してパージガスを流すように構成されたパージチャネルが設けられたシース
   を更に備える、請求項１に記載の装置。
7. 前記光学アセンブリは、第１の非球面コンデンサレンズ、光学バンドパスフィルタ、及び第２の非球面コンデンサレンズを含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記光学アセンブリが、前記第１の非球面コンデンサレンズと前記第２の非球面コンデンサレンズとの間に介在する反射防止コーティングを備えるゲルマニウムレンズを更に含む、請求項７に記載の装置。
9. 処理チャンバ内部の温度を測定するための装置であって、
   前記処理チャンバ内部に配置されるように構成された光パイプであって、前記処理チャンバ内部のランプ放射フィルタリング窓が、前記光パイプと前記処理チャンバ内部のランプ放射源の間に配置され、前記光パイプが、赤外線放射を前記光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ前記第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、光パイプと、
   前記光パイプの前記第２の端部からの前記赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、
   前記光パイプ及び前記光学アセンブリの少なくとも一部を包囲するハウジングであって、バックグラウンド熱ノイズを低減するために冷却剤を流すための液体冷却チャネルを有するハウジングと、
   前記光学アセンブリから出力を受信し、かつ前記赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、
   前記少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路と
   を備える、装置。
10. 処理チャンバ内部の温度を測定するための装置であって、
    前記処理チャンバ内部に配置されるように構成された光パイプであって、前記処理チャンバ内部のランプ放射フィルタリング窓が、前記光パイプと前記処理チャンバ内部のランプ放射源の間に配置され、前記光パイプが、赤外線放射を前記光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ前記第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、光パイプと、
    前記光パイプの前記第２の端部からの前記赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、
    前記光学アセンブリから出力を受信し、かつ前記赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、
    前記少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路と
    を備え、
    前記光パイプは、約２．７ミクロンから約２．８ミクロンの波長を有する放射を検出するように構成される、装置。
11. 前記光パイプは、サファイア材料で作製される、請求項９に記載の装置。
12. 前記光パイプは、約２ミリメートルの直径を有する、請求項９に記載の装置。
13. 前記斜面は、約４５度の角度を有する、請求項９に記載の装置。
14. 前記光パイプの前記第１の端部において、前記光パイプへの赤外線放射を可能にするように構成される開口部を設けつつ、前記光パイプを包囲するように構成されたシース
    を更に備える、請求項９に記載の装置。
15. 前記シースは、前記光パイプの汚染を低減するために、前記光パイプを包囲してパージガスを流すように構成されたパージチャネルを有する、請求項１４に記載の装置。
16. 前記光学アセンブリは、第１の非球面コンデンサレンズ、光学バンドパスフィルタ、及び第２の非球面コンデンサレンズを含む、請求項９に記載の装置。
17. 前記光学アセンブリは、反射防止コーティングを備えるゲルマニウムフィルタを更に含む、請求項１６に記載の装置。
18. 処理チャンバ内部の温度を測定するための装置であって、
    前記処理チャンバ内部に配置されるように構成された光パイプであって、前記処理チャンバ内部のランプ放射フィルタリング窓が、前記光パイプと前記処理チャンバ内部のランプ放射源の間に配置され、前記光パイプが、赤外線放射を前記光パイプを通すように方向転換するように構成された斜面を備える第１の端部を有し、かつ前記第１の端部に対して遠位の第２の端部を有する、光パイプと、
    前記光パイプの前記第２の端部からの前記赤外線放射をコリメートし、フィルタリングし、かつフォーカスするように構成された光学アセンブリと、
    前記光パイプ及び前記光学アセンブリの少なくとも一部を包囲するハウジングであって、バックグラウンド熱放射を低減するために冷却剤を流すように構成された液体冷却チャネルを備えるハウジングと、
    前記光学アセンブリから出力を受信し、かつ前記赤外線放射を表す少なくとも１つの信号を生成するように構成された光学検出器と、
    前記少なくとも１つの信号を温度値に変換する温度回路と、
    前記温度値を受信し、前記温度値に基づいて前記処理チャンバの１つ又は複数のプロセスを調整するように構成されるコントローラと
    を備える、装置。

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