DE60036754T2

DE60036754T2 - Vorrichtung zur Kalibrierung von Temperaturmessungen und zur Messung von elektrischen Strömen

Info

Publication number: DE60036754T2
Application number: DE60036754T
Authority: DE
Inventors: David Cupertino Blau; Elia Forster City Jadushlever
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: EP1067371B1; KR20010015266A; JP2001091361A; JP4531212B2; EP1067371A3; DE60036754D1; TW493064B; US6280081B1; EP1067371A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von Temperaturmessungen, beispielsweise während der schnellen thermischen Verarbeitung von Substraten und zur Messung von Strömen.
Bei der schnellen thermischen Verarbeitung (RTP = rapid thermal processing) wird ein Substrat schnell auf eine Temperatur, beispielsweise 1200°C, aufgeheizt, um einen oder mehrere Herstellungsschritte, beispielsweise das Tempern, dass Reinigen, die chemische Abscheidung aus der Dampfphase, die Oxidation oder die Nitridation durchzuführen. Um hohe Ausbeuten und eine Prozesszuverlässigkeit bei der Herstellung von Submikron-Vorrichtungen zu erhalten, muss die Temperatur des Substrats während der Fabrikationsschritte genau gesteuert werden. Um beispielsweise eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von 60–80 Å und einer Gleichförmigkeit von ± 2 Å herzustellen, sollte die Temperatur in aufeinander folgenden thermischen Verarbeitungsdurchgängen nicht mehr als um wenige Celsiusgrade (°C) von der Zieltemperatur variieren. Um dieses Niveau der Temperaturregelung zu erreichen, sollte die Temperatur des Substrats in Realzeit und in situ gemessen werden.
Die optische Pyrometrie ist eine Technologie, die verwendet wird, um Substrattemperaturen in RTP-Systemen zu messen. Ein optisches Pyrometer, das eine optische Sonde verwendet, nimmt Proben von der emittierten Strahlungsintensität von dem Substrat und berechnet die Temperatur des Substrats auf der Grundlage der Beziehung zwischen der spektralen Emission des Substrats und der Strahlungstemperatur des idealen schwarzen Körpers, die durch das Planck's-Gesetz gegeben ist:
Wobei C₁ und C₂ bekannte Konstanten sind, λ die interessierende Strahlungsquellenlänge ist und T die Substrattemperatur gemessen in Grad Kelvin (°K) ist. Das spektrale Emissionsvermögen ε(λ, T) eines Objektes ist das Verhältnis seiner emittierten, spektralen Intensität ψ(λ, T) zu der spektralen Intensität ψ_B(λ, T) eines schwarzen Körpers mit der gleichen Temperatur.
Da C1 und C2 bekannte Konstanten sind, kann unter idealen Bedingungen die Temperatur des Substrats genau bestimmt werden, Wenn ε(λ, T) bekannt ist.
Wenn das Temperaturmesssystem zum ersten Mal in dem RTP-System installiert wird, muss die optische Sonde kalibriert werden, so dass sie eine genaue Temperaturmessung erzeugt, wenn sie der von dem aufgeheizten Substrat emittierten Strahlung ausgesetzt wird. Das Temperaturmesssystem muss auch periodisch erneut kalibriert werden, weil die von der Sonde abgetastete Temperatur sich über die Zeit verschieben kann. Solche Verschiebungen in der Temperaturmessung können beispielsweise durch eine Verschmutzung oder eine Beschädigung an dem Lichtrohr verursacht werden, das verwendet wird, um von der emittierten Strahlung, die von dem Substrat emittiert wird, Proben zu nehmen, oder durch Drifteffekte in den elektronischen Komponenten des Pyrometers.
Die Erfindung liefert eine erfindungsgemäße Kalibrierungs-Stromquelle zur Kalibrierung der Temperaturmessungen, die beispielsweise während eines RTP-Verfahrens (beispielsweise eines RTP-Verfahrens, wie es in dem US-Patent Nr. 5,660,472 beschrieben ist) gemacht werden. Die Erfindung liefert auch ein RTP-System, das diese erfindungsgemäße Kalibrierungs-Stromquell enthält.
In einem Aspekt liefert die Erfindung eine Vorrichtung, wie sie in Anspruch 1 offenbart ist.
Ausführungsbeispiele können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen.
Die Vorspannungsschaltung umfasst vorzugsweise erste und zweite Bezugsspannungsschaltungen, die jeweilige Eingänge haben, die mit dem Eingang der Vorspannungsschaltung und entsprechenden Ausgängen gekoppelt sind. Die ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen umfassen vorzugsweise jeweils eine Präzisionsstromquelle, die mit einer Transistorstromquelle gekoppelt ist; die Präzisionsstromquellen fixieren im wesentlichen die Spannungsdifferenz zwischen dem Vorspannungsschaltungseingang und den Ausgängen der ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen. Die Spannungen, die an den Ausgängen der ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen erzeugt werden, entsprechen vorzugsweise im wesentlichen der Summe der Spannung, die von der Versatzschaltung erzeugt wird, und der Spannungen, die im wesentlichen durch die Präzisionsstromquellen fixiert sind. Die Transistorstromquellen der ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen können mit einer Ausgangstransistorstromquelle abgestimmt sein. Die Vorspannungsschaltung umfasst vorzugsweise ferner einen Differenzverstärker mit ersten und zweiten Eingängen, die respektive mit den Ausgängen der ersten und zweiten Referenzspannungsschaltungen und einem Ausgang gekoppelt sind, der dem Bezugsspannungsausgang der Vorspannungsschaltung entspricht. Der Vorspannungsausgang kann dem Ausgang der zweiten Bezugsspannungsschaltung entsprechen.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die Versatzschaltung einen Digital-zu-Analog-Umsetzer (DAC), der mit dem Bezugsspannungsausgang gekoppelt ist, und der einen Eingang hat, der konfiguriert ist, um ein Eingangssignal zu empfangen, das die Versatzspannung steuert, die von der Bezugsspannung erzeugt wird. Das DAC-Eingangssignal steuert vorzugsweise den Wert des Ausgangsstromes in einer Eins-zu-Eins-Relation. Eine Log-Integratorschaltung mit einem Eingang, der gekoppelt ist, um den Stromausgang zu empfangen, der durch die Ausgangstransistorstromquelle erzeugt wird, kann vorgesehen sein. Ein Prozessor, der mit einem Eingang der DAC gekoppelt und konfiguriert ist, um eine Kalibrierungstabelle zu erzeugen, die die Log-Integratorausgangsspannung mit dem DAC-Eingangssignalwert in Beziehung setzt, und ein Speicher, der konfiguriert ist, um die von dem Prozessor erzeugte Kalibrierungstabelle zu speichern, können ebenfalls vorgesehen sein. Ein Fotodetektor ist vorzugsweise mit dem Eingang des Log-Integrators gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel sind eine Verarbeitungskammer und ein Licht, das sich in die Verarbeitungskammer erstreckt, vorgesehen. Der Fotodetektor kann direkt mit dem Lichtrohr gekoppelt sein.
Die Erfindung zeigt auch eine Strommessschaltung (einen „Log-Integrator"), der einen Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang, einen Kondensator, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers angekoppelt ist, und einen Transistor umfasst, der parallel zu dem Kondensator zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers angekoppelt ist.
In einem Ausführungsbeispiel ist ein Schalter parallel zu dem Kondensator und dem Transistor zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers angekoppelt.
In einem anderen Aspekt wird ein Beispiel für ein Verfahren angegeben, in dem eine Kalibrierungstabelle dadurch erzeugt wird, dass eine Vielzahl von Eingangssignalen an eine Kalibrierungsstromquelle angelegt wird, um eine Vielzahl von Ausgangssignalen zu erzeugen. Die Kalibrierungstabelle wird gespeichert. Wenn ein Ausgangssignal des Fotodetektors empfangen wird, wird das Kalibrierungseingangssignal, das dem empfangenen Fotodetektor-Ausgangssignal entspricht, auf der Grundlage der gespeicherten Kalibrierungstabelle bestimmt.
Das empfangene Fotodetektor-Ausgangssignal kann einer Messung der Strahlungsintensität, die von einem unter Verarbeitung befindlichem Substrat emittiert wird, entsprechen. Die Temperatur des Substrats kann auf der Grundlage des Kalibrierungs-Eingangssignals berechnet werden, das bestimmungsgemäß dem empfangenen Fotodetektor-Ausgangssignal entspricht. Die Kalibrierungstabelle kann zwischen Substratverarbeitungsdurchgängen innerhalb einer Verarbeitungskammer erzeugt werden.
Unter den Vorteilen der Erfindung sind die folgenden:
Die Erfindung ermöglicht es, dass Temperaturmessungen leicht über einen weiten dynamischen Bereich hinweg (beispielsweise über 10 Dekaden hinweg) kalibriert werden, ohne dass eine externe Kalibrierungsstromquelle erforderlich ist. Die Kalibrierung kann in einem Zuge zwischen Substratprozessen und, wenn das thermische Verarbeitungssystem anderweitig leer läuft, durchgeführt werden. Dieses Merkmal reduziert die Zeit für die Wartungszyklen für das System. Die Erfindung kann auf der gleichen Schaltungsplatine wie der Fotodetektor integriert sein, und daher kann sie konfiguriert sein, um Temperatur induzierte Änderungen in den Fotodetektormessungen zu kompensieren. Die Erfindung kann auf einer kleinen Grundfläche implementiert werden und daher kann sie direkt auf dem optischen Übertragungskanal (beispielsweise Lichtrohr) montiert werden, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, die von den Substraten emittierte Strahlung über faseroptische Kabel zu übertragen, die Rauschkomponenten in die Temperaturmessungen einführen.
Die Kalibrierungsvorrichtung der Erfindung hat einen sehr breiten dynamischen Bereich. Der Ausgangsstrom der Kalibrierungsvorrichtung kann schnell und leicht einfach dadurch geändert werden, dass ein Steuersignal an den DAC-Eingang der Kalibrierungsvorrichtung gesendet wird. Die Kalibrierungsvorrichtung kann auch viele Schaltungen gleichzeitig kalibrieren. Ferner kann die Kalibrierungsvorrichtung mit der zu kalibrierenden Schaltung verbunden bleiben, weil die Ausgangsimpedanz der Kalibrierungsvorrichtung genügend hoch ist, so dass die Kalibrierungsvorrichtung die Rausch-Charakteristiken der Schaltungen, die mit der Kalibrierungsvorrichtung verbunden sind, nicht verschlechtert.
Die Strommessschaltung der Erfindung erreicht ein niedriges Rauschverhalten und eine Linearität eines Integrators mit einer Rücksetzung bei niedrigen Stromniveaus und den weiten dynamischen Bereichs eines logarithmischen Verstärkers (Log-Verstärker) bei hohen Stromniveaus.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen beansprucht, während weitere, bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und Merkmale davon in den beigefügten Ansprüchen und Unteransprüchen angegeben sind.
Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die die Merkmale von Anspruch 1 umfasst.
Nach einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, in der die Vorspannungsschaltung erste und zweite Bezugsspannungsschaltungen umfasst, die jeweils Eingänge haben, die mit dem Vorspannungsschaltungseingang und entsprechenden Ausgängen gekoppelt sind.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, in der die ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen jeweils eine Präzisionsstromquelle umfassen, die mit einer Transistorstromquelle gekoppelt ist, wobei die Präzisionsstromquellen im wesentlichen die Spannungsdifferenz zwischen dem Vorspannungsschaltungseingang und den Ausgängen der ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen fixieren.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Spannungen, die an den Ausgängen der ersten und zweiten Bezugsspannungsquellen erzeugt werden, im wesentlichen der Summe der Spannung, die an der Versatzschaltung erzeugt wird, und der Spannungen entspricht, die durch die Präzisionsstromquellen im wesentlichen fixiert sind.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Transistorstromquellen der ersten und zweiten Bezugsspannungsquellen auf die Ausgangstransistorstromquelle abgestimmt sind.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Vorspannungsschaltung ferner einen Differenzverstärker umfasst, der erste und zweite Eingänge hat, die jeweils mit den Ausgängen der ersten und zweiten Bezugsspannungsquellen und einem Ausgang gekoppelt sind, der dem Bezugsspannungsausgang der Vorspannungsschaltung entspricht.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der der Vorspannungsausgang dem Ausgang der zweiten Bezugsspannungsquelle entspricht.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Versatzschaltung einen digital-zu-analog Umsetzer (DAC) umfasst, der an den Bezugsspannungsausgang gekoppelt ist und einen Eingang hat, der konfiguriert ist, um ein Eingangssignal zu empfangen, das die von der Bezugsspannung erzeugten Versatzspannung steuert. Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, bei der das DAC-Eingangssignal den Wert des Ausgangsstromes in einer eins-zu-eins-Relation steuert.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ferner einen Schalter umfasst, der parallel zu dem Kondensator und dem Transistor zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers angekoppelt ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ferner einen Prozessor aufweist, der mit einem Eingang der DAC gekoppelt und konfiguriert ist, um eine Kalibrierungstabelle zu erzeugen, die eine Relation zwischen der Log-Integratorausgangsspannung und dem DAC-Eingangssignalwert in Beziehung setzt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ferner einen Speicher umfasst, der konfiguriert ist, um die von dem Prozessor erzeugte Kalibrierungstabelle zu speichern.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ferner einen Fotodetektor aufweist, der mit dem Eingang des Log-Integrators gekoppelt ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ferner eine Verarbeitungskammer und ein Lichtrohr aufweist, das sich in die Verarbeitungskammer erstreckt, wobei der Fotodetektor direkt mit dem Lichtrohr gekoppelt ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die umfasst eine Verarbeitungskammer, einen Reflektor, der in der Verarbeitungskammer angeordnet ist; ein Lichtrohr, das sich durch den Reflektor erstreckt; und eine Schaltungsplatine, die direkt mit dem Lichtrohr gekoppelt ist, wobei die Schaltungsplatine einen Detektor und eine Kalibrierungsstromquelle hat, die eine Vorspannungsschaltung mit einem Eingang umfasst, einen Bezugsspannungsausgang und einen Vorspannungsausgang, eine Ausgangstransistorstromquelle, die mit dem Vorspannungsausgang gekoppelt und konfiguriert ist, um einen Ausgangsstrom zu erzeugen, und eine Versatzschaltung, die mit einer Rückkopplungsschleife zwischen dem Bezugsspannungsausgang und dem Vorspannungsschaltungseingang angekoppelt und konfiguriert ist, um aus dem Bezugsspannungsausgang eine variable Versatzspannung zu erzeugen, um die Vorspannung, an die Ausgangstransistorstromquelle angelegt wird, zu steuern.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die aufweist einen Verstärker mit einem Eingang und einem Ausgang; einen Kondensator, der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers angekoppelt ist; und einen Transistor, der parallel mit dem Kondensator zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers angekoppelt ist.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die ferner einen Schalter umfasst, der parallel zu dem Kondensator und dem Transistor zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers angekoppelt ist.
Ein Verfahren wird beschrieben umfassend das Erzeugen einer Kalibrierungstabelle, in dem eine Vielzahl von Eingangssignalen an eine Kalibrierungsstromquelle angelegt werden, um eine Vielzahl von Ausgangssignalen zu erzeugen; die Speicherung der Kalibrierungstabelle; das Empfangen eines Ausgangssignals von einem Fotodetektor und die Bestimmung des Kalibrierungseingangssignals entsprechend dem Fotodetektorausgangssignal auf der Grundlage der gespeicherten Kalibrierungstabelle.
Ferner wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem das empfangene Fotodetektorausgangssignal einer Messung der Strahlungsintensität entspricht, das von einem unter Verarbeitung befindlichem Substrat emittiert wird.
Ferner wird ein Verfahren bereitgestellt, das ferner das Berechnen der Temperatur des Substrats auf der Grundlage des Kalibrierungseingangssignals umfasst, das bestimmt wird, so dass es dem empfangenen Fotodetektorausgangssignal entspricht.
Ferner wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die Kalibrierungstabelle zwischen Substratverarbeitungsläufen innerhalb einer Verarbeitungskammer erzeugt wird.
Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nur typische Ausführungsbei spiele dieser Erfindung zeigen und daher nicht als einschränkend für den Schutzumfang zu betrachten sind, da die Erfindung auch andere gleichermaßen effektive Ausführungsbeispiele gestattet.
1A ist eine schematische Darstellung eines Substrats, das in einer thermischen Verarbeitungskammer geladen ist, die eine Strahlungsheizquelle, ein Detektorsystem und einen Prozessor umfasst.
1B ist eine schematische Darstellung des Substrats, das durch einen Umfangskantenring innerhalb der thermischen Verarbeitungskammer von 1A gelagert ist.
2 ist eine schematische Darstellung des Detektorsystems der 1A und 1B.
3A ist ein Blockdiagramm einer Kalibrierungsstromquelle.
3B ist ein Schaltungsdiagramm der Kalibrierungsstromquelle von 3A.
4 ist ein Schaltungsdiagramm eines Log-Integrators.
5A–5C sind Kurven von Zuordnungen, die dem Kalibrierungsquelleneingang mit dem Kalibrierungsquellenausgang, den Kalibrierungsquellenausgang mit dem Log-Integratorausgang bzw. den Fotodetektorausgang mit dem Log-Integratorausgang in Beziehung setzen.
6 ist eine schematische Darstellung einer thermischen Verarbeitungskammer, die zwei optische Übertragungskanäle umfasst.
7A ist ein Blockdiagramm einer Kalibrierungsstromquelle, die die zwei optischen Übertragungskanäle von 6 aufnimmt.
7B ist ein Schaltungsdiagramm der Kalibrierungsstromquelle von 7A.
Bezug nehmend auf die 1A und 1B umfasst eine thermische Verarbeitungsvorrichtung 10 eine Kammer 12, die einen Substrathalter 14 und eine Strahlungsheizquelle 16 enthält. Der Substrathalter 14 umfasst einen Lagerring 18, der mit einem Umfangsrand eines Substrats 20 in Kontakt steht (beispielsweise einem Halbleiterwaver, einem Flachschirmdisplay, einer Glasplatte oder einer Scheibe oder einem Kunststoffwerkstück). Der Lagerring 18 steht nur mit einem geringen Teil der unteren Oberfläche des Substrats 20 in Kontakt, wobei ein hauptsächlicher Teil der unteren Substratoberfläche frei gelassen wird, so dass sie Strahlung zu einem Reflektor 21 und einem optischen Übertragungskanal 22 (beispielsweise ein Lichtrohr, das aus Quarz oder Saphir ausgebildet ist) zu emittieren, der mit einem Detektorsystem 24 gekoppelt ist. Wenn das Substrat 20 von dem Lagerring 18 getragen wird, bildet die Unterseite des Substrats und die untere Oberfläche des Reflektors 21 eine reflektierende Kammer 25 (1B), um den wirksamen Emissionswirkungsgrad des Substrats 20 zu verbessern. Der Lagerring 18 ist auf einem Lagerrohr 23 montiert, das seinerseits drehbar durch eine Lagereinheit 28 gelagert ist. Magnete 30, die auf der Lagereinheit 28 montiert sind, sind magnetisch mit Magneten 32 gekoppelt, die auf einem Antriebsring 34 montiert sind. Im Betrieb dreht sich der Antriebsring 34 und bewirkt durch die magnetische Kopplung, dass das Lagerrohr 26 und der Lagerring 18 sich drehen. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Lagereinheit 28 und die Magnete 30, 32 durch eine abgedichtete Antriebseinheit ersetzt werden. Die Kammer 20, die Strahlungswärmequelle 16 und der Reflektor 21 sind vorzugsweise wassergekühlt.
Im Betrieb heizt die Strahlungswärmequelle 16 das Innere der Kammer 12 auf eine Vorheiztemperatur (beispielsweise etwa 200–400°C) auf. Danach bewegt ein Roboterarm das Substrat 20 in die Kammer 12 durch eine Öffnung in dem Gehäuse 12. Eine Lift-Zapfeneinheit 36 bewegt sich von unterhalb des Substrats 20 nach oben, hebt das Substrat 20 von dem Roboterarm ab, wobei zu diesem Zeitpunkt der Roboterarm aus der Kammer 12 abgezogen werden kann, und senkt das Substrat 20 auf den Lagerring 18 ab. Um Probleme (beispielsweise ein Verziehen des Substrats und andere Substratbeschädigungen) zu vermeiden, die sich aus einem schnellen Anstieg der Temperatur ergeben können, die durch den Kontakt des Substrats 20 mit der vorgeheizten Substrathalterung 14 verursacht wird, hält die Lift-Stifteinheit 36 das Substrat an einer festen Position neben der Strahlungswärmequelle 16, bis die Temperatur des Substrats 20 in dem gewünschten Temperaturbereich (beispielsweise 200–400°C) ist. An diesem Punkt kann das Substrat 20 auf den Lagerring 18 abgesenkt werden, und das Substrat 20 kann verarbeitet werden (1B). Beispielsweise kann das Substrat 20 dadurch verarbeitet werden, dass es auf eine Temperatur von etwa 700–1300°C entsprechend einem vorgeschriebenen Aufheizungszeitplan aufgeheizt wird.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das Detektorsystem 24 körperlich an dem optischen Übertragungskanal 22 befestigt. Das Detektorsystem 24 umfasst einen Filter (beispielsweise einen Bandpassfilter, der aus einer Glasplatte gebildet ist, die mit einem Viertel-Wellen-Stapel mit einem Durchlassband von 0,89–0,93 Mikron beschichtet ist) und einen Fotodetektor 52 (beispielsweise eine Siliziumfotodiode). Während der Substrattemperaturmessungen blockiert der Filter 50 die Strahlunswärmequellen-Abstrahlung, die durch das Substrat 20 übertragen wird, und der Fotodetektor 52 erzeugt ein Stromsignal, welches im wesentlichen der Intensität der von dem Substrat 20 emittierten Strahlung entspricht. Der Stromausgang des Fotodetektors 52 wird an eine Strommessschaltung (Log-Integrator) 54 angelegt, die den Fotodetektorstrom in einen Spannungsausgang umsetzt, der zu einem Multiplexer 56 übertragen wird. Der Multiplexer 56 lässt selektiv das analoge Spannungssignal zu einem analog-zu-digital (A/D) Umsetzer 58 zur Umsetzung in ein digitales Spannungssignal hindurch. Das resultierende, digitale Signal wird zu einem Controller 60 weitergegeben, der den Betrieb des Detektorsystems 24 steuert. In einer Implementierung umfasst der Controller 60 eine Taktschaltung, einen digitalen Flash-Signalprozessor (beispielsweise einen TMS 320C206) und einen RS485-Transceiver. Ein Temperatursensor 62 mißt die Temperatur des Detektorsystems 24. Die Temperatursensorsignale werden selektiv an den A/D-Umsetzer 58 und den Controller 60 übertragen. Wie im Detail unten beschrieben ist, kalibriert der Controller 60 die digitalen Fotodetektorsignale, die von dem A/D-Umsetzer 58 erhalten werden, und überträgt die kalibrierten Signale und auch die digitalen Temperatursensorsignale an den Prozessor 38 zur Umsetzung in einen Temperaturmesswert.
Das Detektorsystem 24 umfasst eine die Temperatur kompensierende Kalibrierungsstromquelle 70, die es ermöglicht, dass die Temperaturmessungen leicht über einen weiten dynamischen Bereich hinweg (beispielsweise über 10 Dekaden hinweg) kalibriert werden können, ohne dass eine externe Kalibrierungsstromquelle erforderlich ist. Die Kalibrierung kann im Durchlauf zwischen Substratprozessen und dann durchgeführt werden, wenn das thermische Verarbeitungssystem 10 anderweitig leer läuft. Dieses Merkmal reduziert die Zeit für Wartungszyklen für das System. Die Kalibrierungsstromquelle 70 ist auf der gleichen Schaltungsplatine wie der Fotodetektor integriert, und daher kann sie konfiguriert werden, um durch die Temperatur hervorgerufene Änderungen in den Fotodetektormessungen zu kompensieren. Die Kalibrierungsstromquelle hat eine kleine Grundfläche und kann direkt auf dem optischen Übertragungskanal 22 montiert werden, wobei die Notwendigkeit vermieden wird, die von den Substraten emittierte Strahlung über faseroptische Kabel zu übertragen, die Rauschsignale in die Temperaturmessungen einführen.
In Antwort auf eine Reihe von Eingabewerten, die von dem Controller 60 empfangen werden, erzeugt die Kalibrierungsstromquelle 70 eine Reihe von Kalibrierungsstromwerten, die an den Log-Integrator 54 angelegt werden, dessen logarithmischer Spannungsausgang se lektiv durch einen Multiplexer 56 zu dem A/D-Umsetzer 58 durchgegeben wird. Die resultierenden Spannungsausgangswerte werden in dem Controller 60 als Kalibrierungstabelle gespeichert, von der kalibrierte Signale erhalten werden können.
Implementierung einer Kalibrierungsstromquelle
Bezug nehmend auf 3A ist eine Kalibrierungsstromquelle 70 auf einer Schaltungsplatine implementiert und umfasst eine Vorspannungsschaltung 72, eine Ausgangstransistorstromquelle 74 und eine Versatzschaltung 76. Die Vorspannungsschaltung 72 hat einen Eingang 78, einen Bezugsspannungsausgang 80 und einen Vorspannungsausgang 82. Die Vorspannungsschaltung 72 umfasst auch erste und zweite Bezugsspannungsschaltungen 84, 86 und einen Differenzverstärker 88 (beispielsweise einen Gleichstrom gekoppelten Differenzverstärker mit hohem Verstärkungsgrad mit einem ein-endigen Ausgang, einer hohen Eingangsimpedanz und einem hohen Zurückweisungsebehältnis für den gemein-samen Modus (common mode rejection ratio)). Die ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen 84, 86 haben jeweils Eingänge, die mit dem Vorspannungsschaltungseingang 78 gekoppelt sind, und jeweilige Ausgänge, die mit den Eingängen des Differenzverstärkers 88 gekoppelt sind. Der Ausgang der zweiten Bezugsspannungsschaltung 86 bildet den Vorspannungsausgang 82. Der Ausgang des Differenzverstärkers 88 bildet den Vorspannungsschaltungsausgang 80. Die ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen 84, 86 sind konfiguriert, um entsprechende Präzisionsausgangsspannungen zu erzeugen und der Differenzverstärker 88 ist konfiguriert, um eine Spannung an dem Ausgang 80 zu erzeugen, die der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen 84, 86 multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor (beispielsweise 10–40 und mehr bevorzugt 20) entspricht. Die Versatzschaltung 76 ist konfiguriert, um von einem Bezugsspannungsausgang 80 eine Versatzspannung zu erzeugen, um die Vorspannung, die an die Ausgangstransistorstromquelle 74 angelegt wird, zu steuern; das von dem Controller 60 empfangene Eingangssignal steuert den Wert der Versatzspannung, die durch die Versatzschaltung 76 erzeugt wird. Indem eine Reihe unterschiedlicher Eingangssignale an die Versatzschaltung 76 angelegt wird, können eine Reihe von unterschiedlichen Ausgangsströmen durch die Ausgangstransistorstromquelle 74 erzeugt werden. Weil die Versatzspannung an die Eingänge von beiden Bezugsspannungsschaltungen 84, 86 angelegt wird, weist der Differenzverstärker 88 die Versatzspannung des gemeinsamen Modus zurück, und die an dem Bezugsspannungsausgang 80 erzeugte Spannung bleibt im Wesentlichen konstant, was ihre Verwendung als Bezugsspannung ermöglicht.
Bezugnehmend auf 3B umfassen in einem Ausführungsbeispiel die ersten und zweiten Bezugsspannungsschaltungen 84, 86 respektive Stromquellen 90, 92, die mit Transistoren 94, 96 (Q₁, Q₂) gekoppelt sind. Die Stromquellen 90, 92 können herkömmliche Präzisionsstromquellenschaltungen sein, die konfiguriert sind, um festgelegte Ströme (I₁, I₂) über die Zeit zu erzeugen (beispielsweise I₁ = 1 μA und I₂ = 100 μA). Solche Ströme fixieren die Spannungen (V_be,1 V_be,2), die über den Basis- und Emitteranschlüssen der Transistoren 94, 96 erzeugt werden, entsprechend den folgenden Gleichungen: Vbe,1 = Vt,1 In(I1/Is) Vbe,2 = Vt,2 In(I2/Is).
V_1,1;2 = kT/q, wobei k = 1,381 × 10^–23 J/°K, T die Transistortemperatur ausgedrückt in °K und q = 1,602 × 10^–19 C; I_s der Sättigungsstrom in Rückwärtsrichtung des Transistors ist. Wenn die Transistorstromquellen 94, 96 abgestimmt sind, ist V_t,1 = V_t,2. Auf der Grundlage dieser Werte sind die Ausgangsspannungen (V₁, V₂) der Bezugsspannungsschaltungen 84, 86 bezogen auf ihr Niveau gegeben durch: V1 = Voffset – Vbe,1 V2 = Voffset – Vb,2
Entsprechend ist der Bezugsspannungsausgang 80 (V_ref) gegeben durch: Vref = Vbe,1 – Vbe,2 = VtIn(I1/I2)
Bei Zimmertemperatur (25°C) ist somit V_ref = 2,38 V, wenn I₁ = 1 μA, I₂ = 100 μA ist und wenn der Verstärkungsgrad des Verstärkers 88 gleich 20 ist. Die Transistorstromquellen 90, 92 werden auf die Transistorstromquelle 74 (Q₃) so abgestimmt, dass die durch die Temperatur verursachten Änderungen in V_ref den durch Temperatur verursachten Änderungen in der Vorspannung folgen, die über den Eingang der Transistorstromquelle 74 angelegt wird.
Wie in 3B gezeigt ist, umfasst die Versatzschaltung 76 einen Digital-zu-Analog-Umsetzer (DAC) 98, der konfiguriert ist, um eine variable Ausgangsspannung zu erzeugen, die einen steuerbaren Teil von V_ref darstellt, was an dem Vorspannungsschaltungsausgang 40 erzeugt wird. In einer Implementierung hat der DAC 98 einen 16-Bit-Eingang, der konfiguriert ist, um Steuersignale von dem Controller 60 zu erhalten, um V_ref in 65,535 unterschiedliche Spannungswerte zwischen 0 und V_ref selektiv aufzuteilen. Unter der Annahme, dass jeweils ein 60 mV Anstieg in der Vorspannung, die über der Basis und dem Emitter der Ausgangstransistorstromquelle 74 angelegt wird, einer Erhöhung in dem Ausgangsstrom um eine Dekade entspricht, entspricht der V_ref-Wert von 2,38 V in etwa einem dynamischen Strombereich von 40 Dekaden. Daher kann der DAC 98 die Versatzspannung über einem Spannungsbereich variieren, der einen Ausgangsstrom erzeugt, der über 40 Dekaden variieren kann. In einer Implementierung, die für Messung von Temperaturen von 200°C bis etwa 1300°C ausgelegt ist, erstreckt sich der Bereich der von dem Fotodetektor 52 erzeugten Ströme von etwa 10 pA (10^–11 A) bis etwa 1 mA (10^–3 A). Um eine Kalibrierungstabelle für diesen Bereich der Stromwerte zu erzeugen, muss die Versatzspannung nur einen Spannungsbereich überdecken, der einem 8-Dekaden-Strombereich entspricht. Entsprechend umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die Versatzschaltung 76 eine Treiberschaltung 100, die den Versatzspannungsbereich um einen Faktor 5 (beispielsweise Von 0 bis 0,2 × V_ref) reduziert, um den erwünschten, dynamischen 8-Dekaden-Strombereich zu erreichen.
Nach dem Durchtritt durch einen Verstärker 102 mit Einheitsverstärkungsgrad wird die an dem Ausgang der Teilerschaltung 100 erzeugte Versatzspannung an die Eingänge von beiden ersten und zweiten Spannungsbezugsschaltungen 84, 86 angelegt. Wie oben erläutert wurde, liefert die Präzisionsstromquelle 92 einen im Wesentlichen festgelegten Strom (beispielsweise 100 μA) an den Kollektor der Transistorstromquelle 96 (Q2), wobei die Spannung über der Basis und dem Emitter (V_be,2) der Transistorstromquelle 96 (Q2) im Wesentlichen fixiert wird. Die resultierende Spannung (V₂) erzeugt einen Vorspannungsausgang 92, der daher gegeben ist durch: V2 = Voffest – Vbe,2
Als Ergebnis ist die Basis-Emitter-Spannung (_Vbe,Ausgang), die an die Ausgangs- Transistor-Stromquelle 74 angelegt wird, gegeben durch: Vbe,Ausgang = 0 – V2 = Vbe,2 – Vversatz wobei V_Versatz sich von 0 bis 0,2 × V_ref mit einer 16-Bit-Auflösung variiert. Weil die Stromquellentransistoren 94, 96 (Q₁, Q₂) auf die Ausgangs-Transistor-Stromquelle 74 (Q₃) abgestimmt sind, werden durch Temperatur verursachte Änderungen in Q₁ und Q₂ in Q₃ wiedergegeben, wodurch sichergestellt wird, dass der Ausgangsstrom im Wesentlichen in Bezug auf Temperatur kompensiert ist.
Die Komponenten der Kalibrierungsstromquelle 70 werden vor der Installation in dem thermischen Verarbeitungssystem 10 eingestellt. Insbesondere wird die Kalibrierungsstromquelle 70 so eingestellt, dass ein bestimmter Eingangswert, der an den DAC 98 angelegt wird, einem speziellen Ausgangswert entspricht. In einem Ausführungsbeispiel dient der Kalibrierungsstrom (I_kal) und der DAC-Eingangswert (In_DAC) in Beziehung durch:
wobei IFS der maximale Wert für I_kal und R₀ der Basisemitterwiderstand der Stromquelle 74 ist. In einer Implementierung ist IFS = 1 mA, R₀ = 0,4 Ohm und In_DAC kann zwischen 0 und 65,535 variieren. In dieser Implementierung sind die Werte I_kal, die zwischen 0 und 300 pA liegen, linear auf die DAC-Eingangswerte (in_DAC) bezogen oder angeknüpft; I_kal-Werte, die größer als 300 pA sind, werden von der oben angegebenen Expondentialgleichung abgeleitet. In der Summe ermöglicht dieser Ansatz, dass Stromwerte von der Ausgangs-Transistor-Stromquelle 74 auf die Eingangswerte, die an den DAC 98 angelegt werden, bezogen werden. Aus dieser Zuordnung können genaue Kalibrierungsstromwerte bestimmt und an den Prozessor 38 zur Umsetzung in Temperaturmesswerte gesendet werden. Die Beziehung zwischen den DAC-98-Eingangswerten und den Kalibrierungsstromwerten wird in dem Controller 60 gespeichert.
Die Kalibrierungsstromquelle 70 ist durch einen sehr breiten, dynamischen Bereich (beispielsweise 10 Größenordnungen bei einem 16-Bit-DAC) charakterisiert. Das obere Ende des Kalibrierungsstrombereiches ist wenigstens teilweise durch die Genauigkeit bestimmt, mit der der Basis-Emitter-Widerstand (R₀) gemessen wird. Der obere Stromwert der Stromquelle 74 ist auf einige mA begrenzt, wenn eine Näherung für R₀ verwendet wird; diese Grenze kann auf etwa 20 mA ausgedehnt werden, wenn R₀ genau gemessen wird. Das untere Ende der Kalibrierungsstromquelle 70 kann hinunter bis unterhalb 10^–17 A ausgedehnt werden.
Die Genauigkeit der Kalibrierung ist sehr hoch, und der Ausgang ist nur eine Funktion von feststehenden universellen Konstanten. Im Betrieb wird eine absolute Ausgangs-Strom-Genauigkeit von etwa 0,1% über 10 Größenordnungen relativ leicht erreichbar. In den oben beschriebenen Implementierungen entspricht eine 0,1%-Ausgangs-Strom-Genauigkeit einem Fehler von weniger als 0,1°C in den Temperaturmessungen des Detektorsystems 24.
Die Ausgangsimpedanz der Transistorstromquelle 74 ist genügend hoch, so dass die Kalibrierungsstromquelle 70 nicht zu dem Rauschen bei angeschlossenen Schaltungen beiträgt. Aus diesem Grund kann die Kalibrierungsstromquelle 70 mit der Strom-Mess-Schaltung (Log-Integrator) 74 verbunden bleiben, ohne dass ihre Rauschcharatkeristiken verschlechtert werden selbst bei sehr niedrigen Stromniveaus (beispielsweisel fA). Daher ist ein weiterer Vorteil dieser Kalibrierungsvorrichtung, dass sie im Einsatz nicht abgeklemmt werden muss.
Implementierung einer Strom-Meßschaltung (Log-Integrator)
Bezug nehmend auf 4 umfasst der Log-Integrator 54 eine Log-Verstärkerschaltung, die aus einem bipolaren Transistor 110 gebildet ist, der in einer Rückkopplungsschleife über dem Ausgang und dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers 111 angekoppelt ist. Der Log-Verstärker empfängt einen Stromeingang von entweder dem Fotodetektor 52 oder der Kalibrierungsstromquelle 70, um eine Spannung an dem Log-Integratorausgang 112 zu erzeugen. Der Log-Integrator 54 umfasst eine Integratorschaltung, die aus dem Operationsverstärker 111 und einem Kondensator 114 gebildet ist, der in der Rückkopplungsschleife zwischen dem Ausgang und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 113 angekoppelt sind. Ein Schalter 115, der durch den Controller 60 gesteuert wird, liefert eine selektiv steuerbare Umleitung über dem Transistor 110 und dem Kondensator 114. Ein 16-Bit-Versatz-Steuerungs-DAC 116 hält die Versatzspannung an dem Log-Integratoreingang 112 ein, um ein Rauschen, das durch Leckströme in dem Fotodetektor 52 erzeugt wird, zu kompensieren.
Die an dem Log-Integratorausgang 112 erzeugte Spannung ist durch eine anfängliche, lineare Beziehung für niedrige Fotodetektor-Stromwerte und eine logarithmische Beziehung für höhere Stromwerte charakterisiert. Die Integratorschaltung mißt niedrige Stromwerte von dem Fotodetektor 52 mit einem geringen Rauschanteil und einem breiten dynamischen Bereich. Die Kapazität, die dem Transistor 110 zuzuordnen ist, erhöht die Kapazität der Rückkopplungsschleife, wodurch der dynamische Bereich der Integratorschaltung bei niedrigen Stromniveaus erhöht wird; bei hohen Stromniveaus setzt die Kapazität des Transistors 110 nicht die Bandbreite des Log-Integrators 54. Die Verwendung des bipolaren Transistors 110 in der Rückkopplungsschleife ermöglicht es, dass der Log-Integrator 54 hohe Fotodetektor-Stromniveaus über einen weiten dynamischen Bereich messen kann. Bei einem Fotodetektor-Stromniveau von etwa 500 pA arbeiten die Integratorschaltung und die Log-Verstärkerschaltung in einem gemischten Modus. Eine Präzisionsstromquelle mit hohem Bereich kann verwendet werden, um den Log-Integrator 54 über den Bereichen des Integrators und des Log-Verstärkerstroms zu kalibrieren und auch in dem Strombereich des gemischten Modus.
In der Summe kann der Log-Integrator 54 Ströme mit einem niedrigen Rauschverhalten und einer Linearität eines Integrators mit einer Rücksetzung bei niedrigen Stromniveaus und dem weiten dynamischen Bereich eines Log-Verstärkers bei hohen Stromniveaus messen.
Beispiel für ein Verfahren zur Kalibrierung von Temperaturmessungen
Wie in den 5A–5C gezeigt ist, werden während der Kalibrierung eine Vielzahl von Eingangswerten an den DAC 98 angelegt, um eine Vielzahl von Ausgangsstromwerten (I_aus; 5A) zu erzeugen. Der Log-Integrator 54 setzt diese Stromwerte in eine Vielzahl von Kalibrierungs-Spannungswerte (V_kal; 5B) um. Diese Beziehung zwischen den Eingangs-DAC-Werten und den Log-Integrator-Ausgangswerten werden als Kalibrierungstabelle in dem Speicher des Controllers 60 gespeichert. Auf der Grundlage dieser Information kann eine Tabelle der folgenden Form erzeugt werden:

V_kal DAC-Eingabewert I_kal

V_kal,1 In_DAC,1 I_kal,1

V_kal,2 In_DAC,2 I_kal,2

Kalibrierungstabelle wobei die Werte von I_kal den vorherbestimmten Kalibrierungsstromwerten entsprechen, die in dem Controller 60 gespeichert sind. Während der Substratverarbeitung setzt der Log-Integrator 54 die Stromwerte von dem Fotodetektor 52 (I_foto) in eine Vielzahl von Mess-Spannungswerte (V_mess; 5C) um. Auf der Grundlage der Beziehungen zwischen V_kal und den DAC-Eingabewerten, die in der gespeicherten Kalibrierungstabelle enthalten sind, kann der Controller 60 die Mess-Spannungswerte (V_mess) in entsprechende DAC-Eingabewerte umsetzen (beispielsweise durch Interpolation oder andere bekannte Techniken), von denen die Kalibrierungsstromwerte (I_kal) bestimmt und an den Prozessor 38 zur Umsetzung in Temperaturmesswerte übertragen werden.
Die Kalibrierungsstromwerte können in Temperaturmesswerte auf der Grundlage von Signalen umgesetzt werden, die von einem einzigen Fotodetektor empfangen werden, wobei das Plank-Gesetz verwendet wird (siehe beispielsweise Peuse et al U.S. 5,660,472 ). Verbesserte Resultate können dadurch erreicht werden, dass die Temperaturmesswerte auf der Grundlage von zwei Fotodetektorsignalen berechnet werden, wie in der U.S.-Anmeldung, Aktenzeichen 09/130,253, eingerichtet am 06. August 1998 mit dem Titel „A Sensor For Measuring A Substrate Temperature" beschrieben ist, die durch Bezugnahme einbezogen wird. Wie in 6 gezeigt ist, kann solch ein duales Detektorsystem eine primäre Fotodetektorsonde 22 und eine sekundäre Fotodetektorsonde 122 umfassen. Die Intensität ψ₁, die durch den primären Fotodetektor gemessen wird, ist gegeben durch die folgende Gleichung:
und die Intensität ψ₂, die in dem sekundären Fotodetektor gemessen wird, ist gegeben durch die folgende Gleichung:
wobei ε₁ und ε₂ die effektiven Emissionsvermögen der primären und sekundären Fotodetektoren 120, 122 und P₁ und P₂ die effektiven Reflexionsgrade der Reflektorplatte 21 zu den ers ten und zweiten Detektoren darstellen.
Die effektiven Reflexionsgrade P₁ und P₂ sind Systemkonstanten, die durch die Form des Reflektors 21, das tatsächliche Reflexionsvermögen des Reflektors 21 und die Form der reflektierenden Kammer 25 (beispielsweise den Abstand zwischen dem Reflektor und der Unterseite des Substrats) bestimmt sind. Um die Temperatursensoren zu kalibrieren und die effektiven Reflexionsgrade P₁ und P₂ zu bestimmen, kann ein Substrat mit einer bekannten Emissionsfähigkeit in dem RTP-System 10 verarbeitet werden. Wie in dem oben erwähnten U.S.-Patent Nr. 5,660,472 diskutiert ist, kann beispielsweise die Temperatur T eines Substrats aus der Dicke einer Oxidschicht, die sich darauf während der thermischen Bearbeitung ausbildet, abgeleitet werden. Die effektiven Reflexionsgrade P₁ und P₂ können dann aus den gemessenen Intensitäten ψ₁ und ψ₂, der tatsächlichen Emissionsfähigkeit ε_s des Substrats, der Substrattemperatur T und der Beziehung zu dem schwarzen Körper berechnet werden.
Wenn die effektiven Reflexionsgrade P₁ und P₂ erst bekannt sind, kann das Detektorsystem 124 verwendet werden, um die Temperatur eines Substrats mit einem beliebigen Emissionsgrad zu bestimmen. Insbesondere können bei vorgegebenen Messwerten ψ₁ und ψ₂ und bekannten effektiven Reflexionsgraden P₁ und P₂ die Gleichungen für ψ₁ und ψ₂ gelöst werden, um den Substrat-Emissionsgrad ε_s und die Intensität ψ_B des schwarzen Körpers zu berechnen. Schließlich kann eine genaue Lösung für die Substrattemperatur T aus der Intensität ψ_B des schwarzen Körpers gemäß der Beziehung für den idealen schwarzen Körper berechnet werden, die oben angegeben ist.
Die anderen Verfahren, die in der U.S.-Patentanmeldung, Aktenzeichen 09/130,253 zum Umsetzen der zwei kalibrierten Fotodetektorsignale in Temperaturmesswerte beschrieben sind, können ebenfalls verwendet werden.
Bezug nehmend auf 7A hat ein Detektorsystem 124, das zum Umsetzen der emittierten Strahlung, die von den Fotodetektorsonden 22, 122 empfangen werden, in kalibrierte Fotodetektorsignale verwendet werden kann, die selben grundlegenden Merkmale des Detektorsystems 24 (2) und umfasst ferner einen sekundären Filter 130, einen sekundären Fotodetektor 132 und einen sekundären Log-Integrator 134 zum Umsetzen der Strahlung, die von der sekundären Fotodetektorsonde 122 empfangen wird, in sekundäre Spannungsmess-Signale. Der Log-Integrator 134 kann implementiert sein, wie in 4 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Controller 60 konfiguriert, um die Signale separat zu kalibrieren, die von den Fotodetektoren 52 und 132 empfangen werden, wobei das oben beschriebene Verfahren verwendet wird. Die separat kalibrierten Messwerte und auch die Signale von dem Temperatursensor 62 werden an den Prozessor 38 zur Umsetzung in Temperaturmesswerte übertragen.
Ein Schaltungsdiagramm einer Kalibrierungsstromquelle 136 zur Verwendung in dem Detektorsystem 124 ist in 7D gezeigt. Die Kalibrierungsstromquelle 136 hat einen ähnlichen Aufbau wie die Kalibrierungsstromquelle 70 (3B), mit der Ausnahme, dass die Kalibrierungsstromquelle 136 eine sekundäre Transistorstromquelle 138 (Q₄) mit einem Emitter umfasst, der mit dem Vorspannungsausgang 82 gekoppelt ist. Die Transistorstromquelle 138 ist auf die Transistorstromquellen 72, 94 und 96 abgestimmt, um sicherzustellen, dass der Ausgangsstrom (I_{aus,sekundär}) im Wesentlichen in Bezug auf die Temperatur kompensiert ist.

DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
PROZESSGAS
STRAHLUNGSHEIZQUELLE
ABGAS
STEUERSIGNAL 40
DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
PROZESSGAS
STRAHLUNGSHEIZQUELLE
ABGAS
STEUERSIGNAL 40
FILTER PHOTDETEKTOR
KALIBRIERUNGS-STROMQUELLE
TEMPERATURSENSOR
LOG-INTEGRATOR
COTROLLER
MULTIPLEXER
A/D-UMSETZER
ZU PROZESSOR 38
AUSGANGSTRANSISTOR-STROMQUELLE
AUSGANGSSTROMZU LOG-INTEGRATOR
REFERENZSPANNUNGSSCHLTUNG 2
REFERENZSPANNUNGSSCHLTUNG 1
VERSATZSCHALTUNG
EINGAGSSIGNAL VON CONTROLLER 60
VON PHOTODETEKTOR 52
ZU MULTIPLEXER 56
16-BIT-STEUER-DAC
CONTROLLER 60
VON KALIBRIRUNGS-STROMQUELLE 40
DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
PROZESSGAS
STRAHLUNGSHEIZQUELLE
ABGAS
STEUERSIGNAL 40
DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
I_aus
V_kal
V_mess
DAC INPUT
I_aus
I_photo
PRIMÄRER FILTER
PRIMÄRER PHOTODETEKTOR
KALIBRIERUNGS-STROMQUELLE
SEKUNDÄRER PHOTODETEKTOR
SEKUNDÄRER FILTER
TEMPERATURSENSOR
PRIMÄRER LOG-INTEGRATOR
CONTROLLER
SEKUNDÄRER LOG-INTEGRATOR
MULTIPLEXER
A/D UMSETZER
ZU PROZESSOR 38
I_aus,primär
I_{aus,sekundär}
DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
PROZESSGAS
STRAHLUNGSHEIZQUELLE
ABGAS
STEUERSIGNAL 40
DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
PROZESSGAS
STRAHLUNGSHEIZQUELLE
ABGAS
STEUERSIGNAL 40
FILTER PHOTDETEKTOR
KALIBRIERUNGS-STROMQUELLE
TEMPERATURSENSOR
LOG-INTEGRATOR
COTROLLER
MULTIPLEXER
A/D-UMSETZER
ZU PROZESSOR 38
AUSGANGSTRANSISTOR-STROMQUELLE
AUSGANGSSTROMZU LOG-INTEGRATOR
REFERENZSPANNUNGSSCHLTUNG 2
REFERENZSPANNUNGSSCHLTUNG 1
VERSATZSCHALTUNG
EINGAGSSIGNAL VON CONTROLLER 60
VON PHOTODETEKTOR 52
ZU MULTIPLEXER 56
BIT-STEUER-DAC
CONTROLLER 60
VON KALIBRIRUNGS-STROMQUELLE 40
DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
PROZESSGAS
STRAHLUNGSHEIZQUELLE
ABGAS
STEUERSIGNAL 40
DETEKTORSYSTEM
PROZESSOR
I_aus
V_kal
V_mess
DAC INPUT
I_aus
I_photo
PRIMÄRER FILTER
PRIMÄRER PHOTODETEKTOR
KALIBRIERUNGS-STROMQUELLE
SEKUNDÄRER PHOTODETEKTOR
SEKUNDÄRER FILTER
TEMPERATURSENSOR
PRIMÄRER LOG-INTEGRATOR
CONTROLLER
SEKUNDÄRER LOG-INTEGRATOR
MULTIPLEXER
A/D UMSETZER
ZU PROZESSOR 38
I_aus,primär
I_{aus,sekundär}

Claims

Vorrichtung zur Kalibrierung von Temperaturmessungen umfassend: eine Vorspannungsschaltung (72) mit einem Eingang, einem Bezugsspannungsausgang und einem Vorspannungsausgang; eine Transistor-Ausgangsstromquelle (74); und eine Versatzschaltung (76), die in einer Rückkopplungsschleife zwischen dem Bezugsspannungsausgang und dem Vorspannungsschaltungseingang angekoppelt ist und konfiguriert ist, um aus dem Bezugsspannungsausgang eine variable Versatzspannung zu erzeugen, um die Vorspannung, die an die Transistorausgangsstromquelle angelegt wird, selektiv zu steuern; dadurch gekennzeichnet, dass die Transistorausgangsstromquelle (74) mit dem Vorspannungsausgang gekoppelt ist und konfiguriert ist, um einen Ausgangsstrom zu erzeugen; eine log-Integrationsschaltung (74) vorgesehen ist, die mit einem Eingang angekoppelt ist, um den Stromausgang, der von der Transistorausgangsstromquelle (74) erzeugt wird, zu empfangen, und einen Spannungsausgang hat, wobei der log-Integrator (54) umfasst: einen Verstärker (111) mit einem dem log-Integratoreingang entsprechenden Eingang und einem dem log-Integratorspannungsausgang entsprechenden Ausgang; einen Kondensator (114), der zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers (111) angekoppelt ist; und einen Transistor (110), der parallel zu dem Kondensator (114) zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers (111) angekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Vorspannungsschaltung (72) erste und zweite Bezugsspannungsschaltungen (84, 86) aufweist, deren jeweilige Eingänge mit dem Vorspannungs-Schaltungseingang und entsprechenden Ausgängen gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Versatzschaltung (76) einen Digital-zu-Analog-Umsetzer DAC (98) aufweist, der mit dem Bezugsspannungsausgang gekoppelt ist, und der einen Eingang hat, der konfiguriert ist, um ein Eingangssignal zu empfangen, das die Versatzspannung steuert, die von der Bezugsspannung erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Fotodetektor (52), der mit dem Eingang des log-Integrators (54) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend eine Verarbeitungskammer (12) und ein Lichtrohr (22), das sich in die Verarbeitungskammer (12) erstreckt, wobei der Fotodetektor (52) direkt mit dem Lichtrohr (22) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Reflektor (21), der in der Verarbeitungskammer (12) angeordnet ist, und eine Schaltungsplatine, die direkt mit dem Lichtrohr (22) gekoppelt ist, wobei das Lichtrohr (22) sich durch den Reflektor (21) hindurch erstreckt, und wobei die Schaltungsplatine den Fotodetektor (52) und eine Kalibrierungsstromquelle (70) hat, die die Vorspannungsschaltung (72), die Transistorausangsstromquelle (74), die Versatzschaltung (76) und die log-Integratorschaltung (54) umfasst.