包括紅外熱電堆探測器的監測系統的製作方法
2023-12-01 07:17:51 1
專利名稱：包括紅外熱電堆探測器的監測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於半導體工藝監測和控制的紅外熱電堆監測系統。
背景技術：
大多數吸收紅外能量的分子是在離散的能級上吸收紅外輻射的，因此當氣體、液體或者固體組合物暴露於寬波長範圍的紅外(IR)輻射時，該組合物中吸收紅外能量的組分將吸收在特定波長的IR光的一部分。通過對具有特定IR吸收組分和不具有特定IR吸收組分的各種已知組合物的能譜進行比較以獲得能夠用於探測在未知的組合物中是否存在特定的IR吸收組分的吸收曲線或圖形，該現象能夠進行基於紅外的探測。另外，組合物中的IR吸收組分的濃度與由該組分吸收的IR光的量直接相關，並且能夠由此檢測其濃度。
傳統的IR氣體分析儀依靠光柵技術或者稜鏡來將IR輻射分解成其各個波長(見圖1A和1B，示出了波長為λ1和λ2的分開的IR光)。然後將通過可移動的狹縫孔徑將各個波長的IR輻射引入氣室，穿過氣室的所選波長的IR輻射將被探測。這種使用電子處理的色散IR分析儀意味著使狹縫孔徑位置與IR能級和來自探測器的信號相關，並且產生能量與吸收率的關係。
上述色散光譜儀的主要缺點在於由於多次反射和折射而導致輻射強度的損失、由於可移動部件的未對準而導致整個系統失效的風險、由於光學元件(例如反射鏡、透鏡和稜鏡)的數量而導致光譜儀裝置的成本和複雜性，以及為容納使用的大量光學元件所需的空間。
與色散光譜儀類似，傅立葉變換IR(FT-IR)光譜儀也使用寬能譜IR源。最初產生的IR光束被分為兩束，通過利用動鏡使兩個光束之一異相，來產生幹涉圖樣。始終使用雷射束監測動鏡的位置。在將雙光束髮送到樣品之後，光譜儀設備的傳感器元件接收卷積的紅外波形和雷射定位光束。然後此信息被發送到計算機，並且利用傅立葉變換算法將其去卷積。由此，能量與反射鏡位移數據被轉換為能量與吸收率的關係。這種FT-IR光譜儀具有與上述傳統色散光譜儀類似的缺點。
因此本發明的一個目的是提供一種IR光度計系統，其能夠最小化IR輻射傳輸期間的輻射強度損失。
本發明的另一個目的是提供一種IR光度計系統，其簡單耐用，並且不易受到未對準的影響。
本發明的又一個目的是提供一種用於清除半導體工藝排放物的淨化系統，其能夠分析進入的排放物的組合物並且因而響應性地調整工作模式。
通過以下公開內容和權利要求，本發明的其他目的和優點將會更加清楚。
發明內容
本發明的一個方面涉及一種適用於在其內對材料進行處理的半導體工藝系統，該系統包括材料的採樣區域；紅外輻射源，其被構造和設置為發射穿過採樣區域的紅外輻射；熱電堆探測器，其被構造和設置為在紅外輻射透射穿過採樣區域之後接收紅外輻射，並且響應性地產生與所述材料的濃度相關的輸出信號；以及工藝控制裝置，其被設置為接收熱電堆探測器的輸出信號，並響應性地控制半導體工藝系統中和/或對半導體工藝系統產生影響的一個或多個工藝條件。
具體地，在本發明的該系統中的紅外(IR)輻射沿著基本為線性的傳輸路徑傳輸，並且紅外輻射源和熱電堆探測器沿著所述紅外輻射的傳輸路徑對準。IR輻射的線性傳輸路徑使得該IR輻射的反射和折射最小化，因而顯著降低傳輸過程中的輻射強度損失。通過熱電堆探測器的集成可獲得該線性傳輸路徑，所述熱電堆探測器包括一個或多個輻射過濾器，用於選擇性地透射特定波長的IR輻射，因此不需要通過分光和分解將IR輻射單色化，而這在傳統的色散和FT-IR光譜儀中是必須的。
通過提供線性傳輸路徑也可以降低IR輻射強度的損失，該線性傳輸路徑具有足夠光滑和/或反射性的內表面，傳輸路徑的這樣的內表面使IR輻射的吸收和發散最小化。具體地，傳輸路徑的這樣的內表面的特徵在於其粗糙度在從約O.012μm Ra到約1.80μm Ra的範圍內，優選地從約0.10μm Ra到約0.80μm Ra，更優選地從約O.10μm Ra到約O.20μm Ra。該內表面的特徵還可以在於其反射率在約70％到約99％的範圍內，優選地在約92％到約97％的範圍內。
在此使用的「Ra」表示表面拋光的峰和谷之間的平均差異。
當在採樣區域中受到IR輻射的材料是工藝氣體時，該材料可以包含顆粒或者易於形成顆粒，結果導致顆粒在IR輻射源或者熱電堆探測器周圍沉積，從而會顯著降低通過傳輸路徑透射的IR輻射的量或者完全阻塞傳輸路徑。
在這種情況下，本發明可被設置和構造為利用吹掃氣體，來吹掃包含工藝氣體的採樣區域與IR輻射源之間以及採樣區域與熱電堆探測器之間的界面空間。該吹掃氣體可以穿過多孔介質進入界面空間，以形成吹掃氣流，該吹掃氣流將任何顆粒沉積物從IR輻射源和熱電堆探測器移動到採樣區域內。可選地，通過提供外部熱能來加熱IR傳輸路徑的至少一部分，從而產生熱梯度或者熱流，可以減少顆粒沉積物，其中熱梯度或者熱流防止了顆粒進入傳輸路徑的內表面。
本發明的半導體工藝系統可包括用於清除來自上遊工藝單元的半導體工藝排放物的淨化器單元和設置在該淨化器單元的入口附近的採樣區域，從而能夠在排放物進入該淨化器單元之前對排放物進行分析，由此能夠根據工藝氣體的組合物來響應性地操作淨化器單元。
通過以下描述和權利要求，本發明的其他方面、特徵和實施例將會更加清楚。
圖1A和1B示出了用於對IR輻射進行分光和分解的現有單色儀系統。
圖2是根據本發明的一個實施例的包括紅外輻射的線性傳輸路徑的半導體工藝系統的示意圖。
圖3是根據本發明的一個實施例的半導體工藝系統的示意圖，其包括具有IR輻射源和熱電堆探測器的淨化器單元，該熱電堆探測器被構造和設置為用於分析該淨化器單元的入口附近的進入的工藝排放物。
圖4是當對來自上遊等離子體增強型化學汽相澱積腔室的工藝排放物進行測量時，四乙基氧矽烷(TEOS)和四氟化矽(SiF4)的時間-濃度圖，其中所述腔室根據交替的澱積和清潔循環來工作。
圖5是示出了在不同紅外波長處對具有非電解剖光的內表面的第一傳輸路徑、具有中度電解剖光的內表面的第二傳輸路徑、以及具有高度電解剖光的內表面的第三傳輸路徑進行測量的IR信號響應的圖。
圖6和圖7是半導體工藝系統的透視圖，其包括吹掃氣體入口，用於引入吹掃氣體以從採樣區域和IR源區域之間、以及採樣區域和熱電堆探測器之間的界面空間去除顆粒。
圖8是半導體工藝系統的透視圖，其包括吹掃氣體入口，用於在採樣區域內的含有顆粒的工藝排放物周圍形成吹掃氣體的護層。
具體實施例方式
本發明提供了用於半導體工藝監測和控制的紅外熱電堆探測器系統。以Jose I.Arno的名義於2002年5月8日提交的第10/140,848號美國專利申請的全部內容作為參考引進於此。
正如在此使用的，術語「半導體工藝」應被廣泛地理解為包括在半導體產品的製造中涉及的任何以及所有加工和單元操作，以及涉及在半導體製造設備中使用的、或由半導體製造設備生產的材料的處理或加工的所有操作，以及不涉及主動製造(active manufacture)的利用半導體製造設備進行的所有操作(其示例包括工藝設備的條件、在操作準備中對化學傳輸線的吹掃、工藝腔室的刻蝕清洗、從半導體製造設備中產生的排放物中去除有毒或危險氣體等)。
本發明的基於熱電堆的紅外監測系統包括紅外(IR)輻射源、用於將感興趣的材料(例如工藝氣體)暴露於IR輻射的採樣區域、以及用於對透射穿過感興趣的材料的IR輻射進行分析的熱電堆探測器。在本發明的廣泛的實踐中，採樣區域可以包括任何合適的艙、通道或者腔室，在其中IR光從被分析的材料穿過，以便利用其確定的IR吸收率輸出來產生用於工藝監測和控制的控制信號。當暴露於IR光(或者在IR光譜段內加熱)時，熱電堆探測器產生微小的電壓。熱電堆探測器的輸出信號與探測器的入射輻射成正比。
在本發明的優選實踐中使用的熱電堆探測器在每個探測器單元中可以具有多個元件陣列。例如，在雙元件探測器中，熱電堆探測器元件中的一個被用作參考，其感測基本上不會產生吸收的範圍內的IR光(例如波長為4.00±0.02μm)。第二個熱電堆探測器元件被覆蓋有過濾器，其對處於感興趣的光譜範圍(例如取決於被監測的特定材料的光譜範圍)內的IR能量進行感測。對由參考熱電堆探測器元件產生的電壓與由熱電堆探測器有效元件產生的電壓的差異進行比較可以提供濃度測量。在商業上可獲得具有多達4個熱電堆探測器元件陣列的探測器。例如，在4元件探測器單元中，一個探測器元件被用作參考，而其他3個探測器元件用於不同光譜區內的測量。
雖然在以下的公開內容中將工藝氣體作為經受IR輻射的材料，但是應該認識到本發明可應用於寬範圍的材料，例如固體、流體(液體和氣體)、多相材料、多組分材料、超臨界介質等。
根據以下公式，IR輻射強度的總損失(這裡稱為LTotal)是由透射導致的IR輻射強度損失(即傳輸路徑和光學元件的吸收，這裡稱為LPath)和由感興趣的IR吸收材料的吸收導致的IR輻射強度損失(這裡稱為LMaterial)決定的LTotal＝LPath+LMaterial熱電堆IR探測器對於IR輻射強度具有最小需求，以便有效地探測該IR輻射。因此，當由IR源產生的IR輻射的強度保持恆定時，LTotal被保持在等於或者小於最大限度L0的水平，從而能夠通過熱電堆IR探測器進行IR輻射的探測。另一方面，由於感興趣的IR吸收材料的濃度與LMaterial直接相關並由LMaterial決定，因此LMaterial的最大化將使測量的信號強度最大化，這對於低濃度的IR吸收材料的探測和分析尤為重要。
根據如下方法，通過降低或者最小化LPath，本發明在保持LTotal等於或小於最大限度L0的情況下實現了LMaterial最大化的目的當IR輻射從IR源透射經過基本線性的傳輸路逕到達熱電堆探測器時，通過使IR源與熱電堆探測器之間的反射和折射量最小化，可以使得輻射強度的損失與如圖1A和1B所示的需要IR輻射的多次反射和折射的非線性的傳輸路徑相比有效地降低。
因此，本發明構造和設置了IR輻射源、採樣區域以及熱電堆探測器，以為IR光提供基本上線性的傳輸路徑，如圖2所示。
具體地，系統1包括採樣區域10，其優選為具有氣體入口12和氣體出口14的氣體採樣區域，並且其組成了使工藝氣體流過的流路的一部分。
IR輻射源20位於該氣體採樣區域10的一側。具體地，IR輻射源20包括IR發射器22和拋物柱面鏡(parabolic mirror)24，用於提供IR光2的平行光束，該紅外光2穿過氣體採樣區域10沿著基本上線性的傳輸路徑透射。
熱電堆探測器40位於該氣體採樣區域10的另一側，用於接收和分析透射的IR光束。熱電堆探測器40包括IR探測元件44，該IR探測元件44具有一個或多個IR輻射帶通過濾器，用於選擇性地透射窄波長範圍的IR輻射的一部分，該窄波長範圍包含工藝氣體中感興趣的IR吸收組分的特有吸收波長，從而由這種熱電堆產生的輸出信號的減少與由感興趣的相應組分產生的紅外吸收量直接相關。優選地但並非必須地，在進入IR探測元件44之前，IR光束由聚焦透鏡42聚焦。所述的熱電堆探測器單元還可以包括多種吸收體區域，包括參考(未過濾)吸收體和氣體過濾吸收體區域，後面所述的過濾器是特定氣體過濾器，用於感測感興趣的半導體氣體或氣體組分(例如胂、膦、鍺烷、銻化氫、聯銻化氫(distibine)、矽烷、取代矽烷、氯、溴、有機金屬性前體蒸氣等)。
氣體採樣區域10通過形成IR傳輸路徑的一部分的界面空間32和52與IR輻射源20和熱電堆探測器40分離。優選地，界面空間32與IR輻射源20以密封方式連接，其包括通過間隔物35和O型環36與IR輻射源可拆卸地密封連接的焊接連接器34。類似地，界面空間52與熱電堆探測器40以密封方式連接，其包括通過間隔物55和O型環56與IR輻射源可拆卸地密封連接的焊接連接器54。所述焊接連接器34和54均包括IR透射材料，並因此形成IR傳輸路徑的一部分。
IR輻射的線性傳輸路徑降低了不必要的輻射強度損失。另外，IR源、氣體採樣區域以及熱電堆探測之間的連接簡單且牢固，從而提供了足夠小的佔地面積(footprint)和有效的防不對準能力。
另外，可在熱電堆探測器40的後面設置集成電路板62，用於從熱電堆探測器40直接接收輸出信號，從而進一步減小了佔地面積並且使由於遠程連接導致的信號損失最小化。
在本發明的一個示例性實施例中，熱電堆探測器系統被用作用於處理半導體製造操作或其他工業加工中產生的工藝排放物的清除單元的清除工具控制器。出於這一目的，熱電堆探測器系統有利地安裝在清除單元的入口處，清除裝置在此接收要被處理的排放物。在這種應用中，熱電堆探測器系統用於感測在有效運轉操作中產生排放物的上遊工具是否處於有效工作模式，或者可選地用於感測上遊工具是否處於無排放物產生狀態，例如，經過了吹掃或清洗。作為具體例子，熱電堆探測器單元有用地被用作諸如溼/乾淨化器或者熱淨化器等排放物淨化器的清除工具控制器，由此熱電堆探測器系統的存在使得淨化器轉變為「智能型」淨化器，並且增強了淨化器的效率，從而實現了資源節約(較低的消耗)。
圖3示出了包括淨化器單元140的半導體工藝系統100，淨化器單元140具有氣體入口142和氣體出口144。在該淨化器單元140的氣體入口142附近，IR源120和熱電堆探測器130設置在氣體採樣區域110的兩側，用於分析流入淨化器中的排放物的組合物。由熱電堆探測器130產生的輸出信號通過傳輸線152發送至微控制器150。微控制器150與淨化介質源160連接，並且根據測得的排放物的組合物響應性地調整淨化介質(優選為燃料、水和化學添加劑)162、164和166的輸入量。
排放物中各種可清除的組分，包括但不限於四乙基氧矽烷、矽烷、四氟化矽、含矽的有機化合物、硼烷、胂、膦、氟化氫、氟、六氟化鎢、氯化氫、氯、四氯化鈦、全氟化碳、一氧化二氮、銨、氫、氧、氬以及氦，可由本發明的熱電堆探測器系統進行分析。可以提供其他的傳感器，例如溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、紫外光譜儀、質譜儀以及電化學傳感器，來進一步測量排放物的流速、氣體組合物和濃度、壓力以及溫度，從而對淨化器單元的工作模式進行相應調整。
本發明的IR熱電堆探測器系統可用於分析從等離子體增強型化學氣相澱積(PECVD)腔室發射的排放氣體種類，其中在所述腔室中利用四乙基氧矽烷(TEOS)進行SiO2膜澱積，並且在每個澱積循環之後用SiF4進行腔室的清洗。因此，在澱積循環期間，IR探測器系統可測量澱積排放物中TEOS的實時濃度。在改變清洗循環期間，IR探測器系統測量SiF4濃度。圖4中提供了在改變澱積/清洗循環期間，由IR探測器系統獲得的測量。由IR光度計收集的信息可用於調整用於清除TEOS和SiF4的下遊淨化器單元的設置。
為了進一步降低傳輸期間IR輻射損失(LPath)，提供了具有光滑的反射內表面的傳輸路徑，其使得由該傳輸路徑引起的IR輻射的吸收和分散最小化。
當提供這樣的光滑的反射傳輸路徑時，可以提供更長的路徑，以最大化感興趣的紅外吸收組分對IR輻射的吸收(即LGas)，這一點在對於有效進行低濃度的IR吸收組分的測量尤其重要。
優選地，傳輸路徑的該內表面的特徵在於粗糙度在從約0.012μmRa到約1.80μm Ra的範圍內，更優選為從約0.10μm Ra到約0.80μm Ra，最優選為從約0.10μm Ra到約0.20μm Ra。該內表面的特徵還可以在於反射率在約70％到約99％的範圍內，優選地從約92％到約97％。該光滑的反射內表面可由電解拋光或者高級(super)拋光技術來提供。
圖5示出了在不同IR波長處(通道2＝3.88μm、通道4＝4.65μm、通道5＝4.2μm)，對具有未電解拋光的內表面的第一傳輸路徑、具有中度電解拋光的內表面的第二傳輸路徑、以及具有高度電解拋光的內表面的第三傳輸路徑測得的IR信號響應。每個傳輸路徑的路徑長度相同，並且使用相同的IR源和熱電堆探測器。測量結果表明高度拋光的傳輸路徑提供比中度拋光和未拋光的傳輸路徑更強的信號強度。
含有顆粒或者易於形成顆粒的工藝氣體可沿著IR輻射的傳輸路徑形成顆粒沉積物，其將吸收IR輻射並顯著降低透射的IR輻射的輻射強度。
因此，本發明在氣體採樣區域與IR源之間、以及氣體採樣區域與熱電堆探測器之間的界面空間附近提供吹掃氣體。吹掃氣流提供了足以將顆粒沉積物從IR源和熱電堆探測器去除的力，從而防止這樣的顆粒幹擾探測過程。
圖6示出了具有入口212和出口214的氣體採樣區域210，用於使含有顆粒的工藝氣體202由其流過。IR源220設置在該氣體採樣區域210的一側，並且通過界面空間232與氣體採樣區域210隔離，而熱電堆探測器240設置在該氣體採樣區域210的另一側，並且通過界面空間252與氣體採樣區域210隔離。從吹掃氣源(未示出)將吹掃氣體262引入所述界面空間232和252，優選地通過多孔介質264，以形成從IR源220和熱電堆探測器240朝著氣體採樣區域210移動的均勻的吹掃氣流。該吹掃氣流進一步在IR源220和熱電堆探測器240附近的閉塞端產生真空，從而將顆粒沉積物強制在該閉塞端之外，並且將其排放到氣體採樣空間210的工藝氣流中。
吹掃氣體可沿著與工藝氣流基本平行的方向被引入到界面空間232和252中，如圖6所示，其隨後沿著與工藝氣流基本垂直的方向穿過所述界面空間進入氣體採樣區域210。
圖7示出了本發明的一個可選實施例，其中吹掃氣體沿著與工藝氣流基本垂直的方向被引入到界面空間332和352中，並且沿著相同的方向穿過所述界面空間流入氣體採樣區域210。
另外，可以提供吹掃氣體以形成包圍工藝氣流的氣體護層，從而防止顆粒從氣體採樣區域逸出。具體地，圖8示出了在含有顆粒的工藝氣流周圍形成環形護層466的吹掃氣體362。該吹掃氣體在與工藝氣流匯合的方向上遊動，因此與工藝氣體一起從氣體採樣區域410排放。
可選地，能夠設置外部的加熱設備，用於對IR傳輸路徑(包括IR傳輸窗口)的至少一部分進行加熱，從而產生熱梯度或熱流，以防止顆粒進入並沉積到IR傳輸路徑的內表面上。
雖然在此已經參照示例性實施例和附圖多方面地公開了本發明，但是應該意識到以上所述的實施例和附圖並非意在限制本發明，並且本領域普通技術人員可以想到其他的變型、修改和其他實施例。因此本發明被與權利要求一致地廣泛地解釋。
權利要求
1.一種適用於在其內對材料進行處理的半導體工藝系統，所述系統包括材料的採樣區域；紅外輻射源，其被構造和設置為穿過採樣區域透射紅外輻射；熱電堆探測器，其被構造和設置為在紅外輻射傳輸穿過採樣區域之後接收紅外輻射，並且響應性地產生與所述材料相關的輸出信號；以及工藝控制裝置，其被設置為接收熱電堆探測器的輸出信號，並且響應性地控制半導體工藝系統中和/或對半導體工藝系統產生影響的一個或多個工藝條件，其中所述紅外輻射沿著基本上為線性的傳輸路徑透射，並且其中所述紅外輻射源和所述熱電堆探測器沿著所述紅外輻射的傳輸路徑對準。
2.如權利要求1所述的半導體工藝系統，其中熱電堆探測器包括紅外輻射帶通過濾器，所述過濾器選擇性地透射以預定波長範圍為特徵的紅外輻射的至少一部分，並且其中所述預定波長範圍包含所述材料特有的吸收波長。
3.如權利要求1所述的半導體工藝系統，其中所述紅外輻射源包括拋物柱面鏡，用於提供基本上平行的紅外輻射光束。
4.如權利要求3所述的半導體工藝系統，其中所述熱電堆探測器包括聚焦透鏡，用於在所述基本上平行的紅外輻射光束傳輸穿過採樣區域之後對其進行聚焦。
5.如權利要求1所述的半導體工藝系統，其中所述採樣區域與所述紅外輻射源和所述熱電堆探測器基本上隔離。
6.如權利要求1所述的半導體工藝系統，其中所述採樣區域包括工藝氣體流過的流路的一部分。
7.如權利要求6所述的半導體工藝系統，其中紅外輻射在與工藝氣體流過的方向基本上垂直的方向上透射穿過所述採樣區域。
8.如權利要求1所述的半導體工藝系統，其中所述工藝控制裝置包括集成電路板，所述電路板被設置與所述熱電堆探測器具有直接接收信號的關係，用於使信號傳輸期間的信號損失最小。
9.如權利要求8所述的半導體工藝系統，其中所述集成電路板被設置為與所述熱電堆探測器相鄰。
10.如權利要求6所述的半導體工藝系統，包括清除單元，用於當所述工藝氣體在系統的上遊單元使用之後清除所述工藝氣體的至少一種組分，並且其中所述採樣區域被構造和設置為在所述工藝氣體進入清除單元之前獲得所述工藝氣體的採樣。
11.如權利要求10所述的半導體工藝系統，其中所述清除單元包括從乾淨化器、溼淨化器以及熱淨化器構成的組中選擇的一個或多個淨化器。
12.如權利要求10所述的半導體工藝系統，其中所述工藝氣體包括從以下組分構成的組中選擇的一種或多種組分四乙基氧矽烷、矽烷、四氟化矽、含矽的有機化合物、硼烷、胂、膦、六氟化氫、氟、氟化鎢、氯化氫、氯、四氯化鈦、全氟化碳、一氧化二氮、銨、氫、氧、氬以及氦。
13.如權利要求10所述的半導體工藝系統，還包括一個或多個溫度傳感器、流量傳感器以及化學傳感器，用於在工藝氣體進入所述清除單元之前對其進行測量。
14.如權利要求13所述的半導體工藝系統，包括從紫外光譜儀、質譜儀以及電化學傳感器構成的組中選擇的一種或多種化學傳感器。
15.如權利要求10所述的半導體工藝系統，其中上遊工藝單元包括化學氣相澱積腔室。
16.如權利要求10所述的半導體工藝系統，其中上遊工藝單元包括等離子體增強型化學氣相澱積腔室。
17.如權利要求10所述的半導體工藝系統，其中所述工藝控制裝置根據由熱電堆探測器產生的輸出信號來控制清除單元。
18.一種適用於在其內對材料進行處理的半導體工藝系統，所述系統包括材料的採樣區域；紅外輻射源，其被構造和設置為穿過採樣區域透射紅外輻射；熱電堆探測器，其被構造和設置為在紅外輻射傳輸穿過採樣區域之後接收紅外輻射，並且響應性地產生與所述材料相關的輸出信號；以及工藝控制裝置，其被設置為接收熱電堆探測器的輸出信號，並且響應性地控制半導體工藝系統中和/或對半導體工藝系統產生影響的一個或多個工藝條件，其中所述紅外輻射沿著包含內表面的傳輸路徑進行透射，所述內表面的特徵在於粗糙度在從約0.012μm Ra到約1.80μm Ra的範圍內。
19.如權利要求18所述的半導體工藝系統，其中所述內表面的特徵在於粗糙度在從約0.10μm Ra到約0.80μm Ra的範圍內。
20.如權利要求18所述的半導體工藝系統，其中所述內表面的特徵在於其粗糙度在從約0.10μm Ra到約0.20μm Ra的範圍內。
21.如權利要求18所述的半導體工藝系統，其中所述內表面的特徵還在於反射率在從約70％到約99％的範圍內。
22.如權利要求18所述的半導體工藝系統，其中所述內表面的特徵還在於反射率在從約92％到約97％的範圍內。
23.一種包括流路、用於在其內對材料進行處理的半導體工藝系統，所述系統包括材料的採樣區域；紅外輻射源，其被構造和設置為穿過採樣區域透射紅外輻射；熱電堆探測器，其被構造和設置為在紅外輻射傳輸穿過採樣區域之後接收紅外輻射，並且響應性地產生與所述材料相關的輸出信號；以及工藝控制裝置，其被設置為接收熱電堆探測器的輸出信號，並且響應性地控制半導體工藝系統中和/或對半導體工藝系統產生影響的一個或多個工藝條件，其中所述採樣區域通過其間的界面空間與所述紅外輻射源和所述熱電堆探測器分離，並且其中在所述界面空間處提供吹掃氣體，用於去除所述材料包含的顆粒並防止顆粒在此沉積。
24.如權利要求23所述的半導體工藝系統，還包括一個或多個吹掃氣源，所述吹掃氣源被設置為與所述界面空間流動連通，用於使吹掃氣體穿過所述界面空間流入氣體採樣區域。
25.如權利要求24所述的半導體工藝系統，其中所述一個或多個吹掃氣源包括一個或多個多孔介質，所述吹掃氣體在進入界面空間之前穿過所述多孔介質。
26.如權利要求24所述的半導體工藝系統，其中所述採樣區域包括工藝氣體流過的流路的一部分，並且其中所述工藝氣體包含顆粒或者易於形成顆粒。
27.如權利要求26所述的半導體工藝系統，其中所述吹掃氣體在遠離紅外輻射源或熱電堆探測器的方向上穿過所述界面空間流入所述採樣區域，並且隨後從所述採樣區域排放到工藝氣體流路中。
28.如權利要求27所述的半導體工藝系統，其中所述吹掃氣體在與工藝氣流的方向基本上平行的方向上進入所述界面空間，並且在與工藝氣流的方向基本上垂直的方向上穿過所述界面空間流入所述採樣區域。
29.如權利要求27所述的半導體工藝系統，其中所述吹掃氣體在與工藝氣流的方向基本上垂直的方向上進入並流過所述界面空間。
30.如權利要求23所述的半導體工藝系統，還包括一個或多個吹掃氣源，所述吹掃氣源被設置為與所述界面空間流動連通，用於提供包圍採樣區域並防止顆粒進入界面空間的吹掃氣體的一個或多個護層。
31.如權利要求30所述的半導體工藝系統，其中所述採樣區域包括工藝氣體流過的流路的一部分，並且其中吹掃氣體在與工藝氣流匯合的方向上流動，並形成包圍所述工藝氣流的環形吹掃氣流。
32.一種包括流路、用於在其內對材料進行處理的半導體工藝系統，所述系統包括材料的採樣區域；紅外輻射源，其被構造和設置為穿過採樣區域透射紅外輻射；熱電堆探測器，其被構造和設置為在紅外輻射傳輸穿過採樣區域之後接收紅外輻射，並且響應性地產生與所述材料相關的輸出信號；以及工藝控制裝置，其被設置為接收熱電堆探測器的輸出信號，並且響應性地控制半導體工藝系統中和/或對半導體工藝系統產生影響的一個或多個工藝條件，其中紅外輻射沿著傳輸路徑從紅外輻射源透射到熱電堆探測器，並且其中為了加熱紅外傳輸路徑的至少一部分而提供熱能。
33.一種操作半導體工藝的方法，所述半導體工藝包括處理材料或者利用材料進行處理，所述方法包括使由紅外輻射源產生的紅外輻射透射穿過包含所述材料的採樣區域，用熱電堆探測器接收透射的紅外輻射，從所述熱電堆探測器產生指示所述材料的期望組分的濃度的輸出，以及響應所述輸出來控制半導體工藝中和/或對半導體工藝產生影響的一個或多個條件，其中所述紅外輻射沿著基本上為線性的傳輸路徑透射，並且其中所述紅外輻射源和所述熱電堆探測器沿著傳輸路徑對準。
34.一種操作半導體工藝的方法，所述半導體工藝包括處理材料或者利用材料進行處理，所述方法包括使由紅外輻射源產生的紅外輻射透射穿過包含所述材料的採樣區域，用熱電堆探測器接收透射的紅外輻射，從所述熱電堆探測器產生指示所述材料的期望組分的濃度的輸出，以及響應所述輸出來控制半導體工藝中和/或對半導體工藝產生影響的一個或多個條件，其中所述紅外輻射沿著包含內表面的傳輸路徑進行透射，所述內表面的特徵在於粗糙度在從約0.012μm Ra到約1.80μm Ra的範圍內。
35.一種操作半導體工藝的方法，所述半導體工藝包括處理材料或者利用材料進行處理，所述方法包括使由紅外輻射源產生的紅外輻射透射穿過包含所述材料的採樣區域，用熱電堆探測器接收透射的紅外輻射，從所述熱電堆探測器產生指示所述材料的期望組分的濃度的輸出，以及響應所述輸出來控制半導體工藝中和/或對半導體工藝產生影響的一個或多個條件，其中所述採樣區域通過其間的界面空間與所述紅外輻射和所述熱電堆探測器分離，並且其中在所述界面空間處提供吹掃氣體，以去除所述材料包含的顆粒並防止顆粒在此沉積。
36.一種操作半導體工藝的方法，所述半導體工藝包括處理材料或者利用材料進行處理，所述方法包括使由紅外輻射源產生的紅外輻射透射穿過包含所述材料的採樣區域，用熱電堆探測器接收透射的紅外輻射，從所述熱電堆探測器產生指示所述材料的期望組分的濃度的輸出，以及響應所述輸出來控制半導體工藝中和/或對半導體工藝產生影響的一個或多個條件，其中紅外輻射沿著傳輸路徑從紅外輻射源透射到熱電堆探測器，並且其中為了加熱紅外傳輸路徑的至少一部分而提供熱能。
全文摘要
本發明涉及一種半導體工藝系統，其基於感興趣的材料對特徵波長的紅外光的吸收，通過對所述材料進行分析，來利用基於紅外的熱電堆探測器進行工藝控制。具體地，紅外光束通過線性傳輸路徑進行透射，所述線性傳輸路徑從紅外光源經過包含感興趣的材料的採樣區域進入熱電堆探測器。線性傳輸路徑降低了紅外光傳輸期間的信號損失的危險。紅外光的傳輸路徑可包括高度光滑且反射的內表面，用於使得傳輸期間的該信號損失最小化。
文檔編號G01N21/35GK1871691SQ200480031229
公開日2006年11月29日 申請日期2004年9月10日 優先權日2003年9月23日
發明者喬斯·I·阿爾諾 申請人:高級技術材料公司