JP2006078501A - 熱処理システムの赤外パイロメータの校正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パイロメータを正確に校正する。
【解決手段】 本発明の熱処理チャンバのための温度プローブの校正のための装置は、強度が安定した光源を有し、この光源がファイバ光ガイドの第１の端部に光学的に結合して校正中はファイバ光ガイドの第２の端部を通して光を発することを特徴とする。ファイバ光ガイドを温度プローブの入力端に調心するために、調心機構が用いられる。この調心機構は第１の調心構造体を有し、これはチャンバ内の対応する第１の調心部に係合する。
【選択図】 図１

Description

発明の詳細な説明

[発明の属する技術分野]
本発明は、熱処理システムで用いられるパイロメータの校正に関する。

[従来の技術]
急速熱処理法（RTP:rapid thermal processing)においては、アニール、クリーニング、ＣＶＤ、酸化や窒化硬化法のような処理ステップの実行のために、基板は高温に、例えば1200℃に加熱される。特に現在のデバイスのサブミクロンの寸法を与えられて、高い歩どまりと処理加工した信頼性を得るために、基板の温度は精密にこれらの熱処理ステップの間、制御されなければならない。例えば、現在のデバイス構造において要求されるように、誘電体層60-80オングストローム厚の誘電層を±2オングストロームの均一性で組み立てるためには、連続処理運転中の温度は、その標的とする温度から数℃を越えて変化してはならない。温度調節のこのレベルをなしとげるために、その基板の温度は、リアルタイムにかつインシチュウに測定される。

光学を用いる熱測定は、RTPシステムにおいて基板温度を測定するために用いられる技術である。光学プローブを用いる光パイロメータは、基板から発せられた放射の強度をサンプリングし、基板のスペクトル放射率と理想黒体放射-温度関係とに基いて基板の温度を算出する。

そのシステムの最初の設定を行う際は、加熱基板からの放射に対して適正な温度の読み出しを与えるように、光学プローブの調整を行う必要がある。加えて、反復使用中に、プローブによって感知された温度は経時的に変化することがあり、そのため、プローブの再校正する必要が生じ、あるいは少くとも修正動作がとれるように生じた変化を検出する必要がある。例えば、加熱されるべき基板から発せられる放射のサンプリングに用いられる光パイプは汚染されあるいは汚損されることがあり、また、このサンプリング光をパイロメータに伝送する光カラムの接続部が緩くなることがあり、あるいは、パイロメータの電子部品が「ドリフト」することもある。

パイロメータを校正するために一般に用いられる方法は、チャンバの中で特殊な基板ないしウエハを用いることである。市販品で購入可能なこの特殊な基板は、その放射率が測定済みで既知となっており、また、それはセラミック材料と共に基板に取り付けられた埋め込み熱電対を有している。基板の加熱の際、実際の温度が熱電対によって示される。基板の放射率がわかっているため、基板により実際に発される放射は、所定の温度で理想黒体に対して予想される放射の強度に基板の放射率を乗ずることによって容易に計算することができる。これは、パイロメータの光学のプローブによってサンプリングされる放射レベルである。実際の温度に対応する温度読み取りを与えるように、パイロメータは調節される。

[発明が解決しようとする課題]
しかしながら、この方法は、欠点を有している。基板の実際の温度が熱電対で測定された温度とは異なる場合が実際に生じている。第１に、埋め込み電極及びセラミック材料により、熱伝対を有する領域がウエハ以外の部分とは異なる温度を有することが生じ、すなわちこれにより基板温度プロファイルを妨害する。第２に、高温（例えば、ＲＴＰプロセスで一般的に用いられる１０００℃）では、ウエハと熱電対の間のジョイントは劣化し易く、そのため、熱電対を４〜５回用いた後には、読み取りの信頼性がなくなってしまう。これらの短所のため、この校正技術では、１０〜１５℃を越えるパイロメータ精度を真正に保証することは不可能である。

更に、チャンバ内に熱伝対を有する基板を配置することと、熱伝対に電気的接続を与えることは、困難である。

[課題を解決するための手段]
概説的に且つ１つの側面としては、本発明は熱処理チャンバのための温度プローブの校正のための装置である。この装置は、強度が安定した光源を有し、校正中はこの光源がファイバ光ガイドの第１の端部に光学的に結合してファイバ光ガイドの第２の端部を通して光を発することを特徴とする。ファイバ光ガイドを温度プローブの入力端に調心するために、調心機構が用いられる。この調心機構は第１の調心構造体を有し、これはチャンバ内の対応する第１の調心部(alignmentfeature)に係合する。

本発明の実施態様には、以下の特徴を含んでいてもよい。ファイバ光ガイドはツイストバンドル（ねじられた束）を有していてもよい。光源は光装置のキャビティー内に配置されていてもよい。ファイバ光ガイドが光装置に接続して、光源がファイバ光ガイドの第１の端部の中に光を向けるように配置されてもよい。調心機構はファイバ光ガイドの第２の端部に接続する第１の調心具(alignment fixture)と、反射板の複数のリフトピンホール（リフトピン穴）にフィットするような複数の突起部を有する第２の調心具（例えばディスク）とを有していてもよい。第１の調心具は、第２の調心構造体（例えば外面のステップ）を有していてもよく、これが第２の調心具の対応する第２の調心部（例えば環状リップを有する導管）に係合する。

概説的に且つまた別の側面としては、本発明は、熱処理システム内で処理中に基板の温度を測定する温度プローブを校正するための装置である。この装置は、表面に光学的に結合し、校正中に係る表面を介して所定の強度の光を発する光源を有していることを特徴とする。この光源と前記の表面との間にフィルタを配置することにより、この表面から所定の波長範囲にわたり発せられる放射スペクトルが、黒体から所定の波長範囲にわたり発せられる放射スペクトルに更に近くなる。また、この装置は、この表面を温度プローブの入力端に調心するための調心機構も有している。

本発明の実施態様には、以下の特徴を含んでいてもよい。光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えていてもよい。上記の所定の波長範囲は、赤外であってもよく、例えばおよそ0.80〜0.94ミクロンであってもよい。係る表面に模擬される所定の温度を指示する標識を有していてもよい。光源は、光装置のキャビティ内に配置されてもよい。フィルタがキャビティ内に配置される。係る表面は、亜パーチャーを、光装置の中又はファイバ光ガイドの端部に有していてもよい。

概説的に、且つまた１つの側面としては、本発明は、熱処理システム内で処理中に基板の温度を測定する温度プローブを校正するための方法である。この方法では、光源から安定した強度で光を発する工程と、この光を表面に向けて、校正中にこの表面から所定の強度の光を発する工程と、この表面を前記の温度プローブの入力端に調心する工程とを有している。光源とこの表面との間に配置されたフィルタによって、この表面から所定の波長範囲にわたり発せられる放射スペクトルが、所定の温度の黒体から所定の波長範囲にわたり発せられる放射スペクトルに更に近くなる。

本発明の利点の中でも、とりわけ以下の利点が挙げられる。埋め込み熱電対を有するウエハを用いずとも、パイロメータを正確（例えば誤差１℃未満）に校正することができる。校正の操作を更に容易に且つエネルギー消費が少なく行うことができる。校正は、絶対的な規準にトレースできる。パイロメータの校正が、チャンバから光パイプを取り出さずにできる。校正装置をポータブルとすることができ、また、丈夫な装置とすることができる。

[発明の実施の形態]
RTPシステム内のパイロメータを校正するために用いられるパイロメータ校正装置の詳細を記述する前に、校正されるべきパイロメータを有するRTPシステムについて説明する。図１及び２に示されるように、RTPシステムは、ディスク形状の直径８インチ（200mm）シリコン基板10の処理のための処理チャンバ60を有している。基板10は、基板支持構造体62によりチャンバ60の内部に保持され、基板の真上に配置される加熱要素70（例えばタングステンハロゲンランプアレイ）により加熱される。加熱要素70により放射が生じ、これが基板10の上約１０インチに配置されるクオーツウインドウ72を介してチャンバ60の中に進入する。ステンレスのベース65の上に設置されている反射板20が、基板10の下にある。反射板20はアルミニウム製であり、反射性の高い表面コーティング24（例えば金合金）を有している。基板10の下側と反射板20の頂部とが、反射キャビティ30を形成し、これにより基板がより理想黒体に近づくようになり、すなわち基板に対する有効放射率を増加させる。

ベース65の後方から反射板20の頂部まで延びている導管35は、パイロメータ50を有する温度プローブ15の入力プローブとして機能するサファイヤ光パイプ40を保持している。光パイプ4の入力端が、反射板20の上部に配置され（例えばフラッシュし）、反射キャビティ30からの放射を収集する。サンプリングされた放射は、光パイプ40を通過し、フレキシブルなオプティカルファイバを介してパイロメータ50へと到達する。オプティカルファイバ45の端部とサファイヤ光パイプ40の端部は結合して、緊密な光学的な接触状態を維持しつつねじ切りコネクタ42によって相互に保持される。複数の温度プローブ15（例えば８本）が、基板の異なる半径で放射をサンプリングするために反射板20に配置される。

ここに記載された具体例では、サファイヤ光パイプ40は直径 0.05〜0.125インチ（例えば0.080インチ）であり、パイロメータ50は、Luxtron Accufiber Model 100である。反射キャビティが仮想的な黒体を生み出す仕組みを説明する、RTPシステムのより完全な説明が、1994年12月19日提出の米国特許出願No.08/359302に記載されている。パイロメータ50の内側では、オプティカルファイバー45からの放射はシリコン検波器54（例えばフォトダイオード）に至る前にまず、光パイロメータフィルタ52を通過する。検出器54からの信号は制御電子回路56へ入力され、そこで、ランプのための電源制御装置回路（示されない）に用いられる温度読み出しToutに変換される。制御電子回路56は、測定電力を出力温度読み出し信号Toutに変換するために用いられるルックアップテーブル（図示せず）を有している。ルックアップテーブルは、測定出力信号を対応する黒体温度マッピングするものであり、当業者によく知られる方法でプランクの法則から用意に導き出すことができる。また、制御電子回路56はゲイン制御端子を有し、これによって校正中に、制御電子回路のゲインを調節し、パイロメータが正確な温度読み取りを出力するようにできる。

図3に示されるように、通常操作においては、ランプアレイ等の加熱要素70は放射を基板10に向ける。放射の一部（例えば放射74）が基板に吸収され、またその一部（例えば放射75）が基板を介してキャビティ30へと伝達される。また、基板も放射76を発し、その強度は基板の温度の関数である。典型的には、シリコンウエハはおよそ1.0ミクロンより長い波長の放射を伝達し、シリコン検波器54は、最高1.5ミクロンまでの波長の放射に応答する。この伝達された放射がシリコン検波器54に届く場合は、誤っている温度読み取りを生じさせる。したがって、この伝達放射が検出器54に到達して温度測定を妨げることを防止するためには、パイロメータフィルタ52のバンドパス特性は、ランプからの放射の透過が検出器に到達しないように選ばれる。ここに記載される具体例では、パイロメータフィルタ52は、光スタック、例えばクオータウエーブスタックでコーティングされたガラスであり、これは狭い範囲の波長（例えば0.89〜0.93ミクロン）の光しか通さず、また、1.0ミクロン以上の非常に高い阻止帯域を有している。波長の関数としてのパイロメータフィルタ52の透過は、一点鎖線52aによって図4の中で示される。

パイロメータを校正するために、特殊な校正装置が用いられる（図9、11及び12参照）。この校正装置は、パイロメータフィルタ52によって与えられた狭いスペクトルで放射を発する、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の安定な光源を有している。この安定な光源は、所定の温度で完全黒体に疑似する。すなわち、着目するスペクトル全体の放射量について、所定の温度に加熱された黒体からの量と同じ量を発する。この校正装置についての具体例をいくつか以下に記載するが、この装置は、校正中に既知且つ反復的な量の放射がサファイア光パイプに入るように、光源をサファイア光パイプの入力端部に調心する。

この光源は、パイロメータフィルタ52に適合するように構成され且つ／あるいは選択される。すなわち、その最大出力及びスペクトル範囲は、パイロメータフィルタ52のバンドパス領域と一致する。図4に示されるように、前述のパイロメータフィルタ52と共に用いられるＬＥＤの特性は、実線115aによって示される。このＬＥＤは、幅約0.2ミクロンで最大強度を0.89ミクロンに有するガウス分光分布を有している。

図14に示されるように、校正プローブ100が黒体に疑似するよう、校正フィルタ220をＬＥＤ115とアパーチャー110の間に配置してもよい。すなわち、この校正フィルタ220によって、校正プローブから発された光が波長の関数として、所定の温度の黒体と同じ相対強度を有するようになる。校正フィルタは、ＬＥＤのシェル222の内側に、例えばレンズ224とダイオード要素115の間に配置されてもよい。あるいは、校正フィルタ220は、校正プローブ100の中のキャビティー104の中でレンズ224とアパーチャー110の間に配置してもよい。

校正フィルタ220の透過特性は、以下に記載される如く、ＬＥＤ 115と理想黒体の間の差を補償するように選択される。図15に示されるように、校正フィルタ220の透過曲線、すなわち波長の関数としての透過が、実線230によって示される。校正フィルタ220のうちの伝送曲線230はほぼ放物線であり、、約0.87ミクロンの波長での最小の透過率（例えば、約0.15）を有している。特定の伝達曲線を有する校正フィルタをフィルタ製造者に注文してもよい。ＬＥＤ115からの光が校正フィルタ220を通過する場合は、通過後の光強度は、ＬＥＤのスペクトル発光範囲の大部分、例えば0.80〜0.94ミクロンの範囲で、所定の温度、例えば９５０℃における黒体に疑似する。

校正フィルタ220の透過曲線は、黒体とＬＥＤの発光曲線、すなわち波長の関数としての光の強度に由来する。特に、校正フィルタ220の透過曲線は、ＬＥＤ115の放射カーブで黒体の放射カーブを除することによって計算される。所定の温度での黒体の放射カーブは、プランクの法則に由来してもよい。図16では、９５０℃の温度での黒体の放射曲線は実線232によって示され、１０５０℃の温度での黒体の放射曲線は実線234によって示される。発光曲線232と234は、0.94ミクロンで規準化された。すなわち、0.94ミクロンより小さい波長での光の強度は、0.94ミクロンでの光の強度の百分率として示される。ＬＥＤ115の発光曲線は、分光器によって測定されてもよい。図17に示されるように、一つのＬＥＤ、具体的には３０ワットで駆動するＯＤ８８ＦＨＴの発光曲線が、実線236によって示される。校正プローブ100内の校正フィルタ220の透過曲線230を所定の温度９５０℃に疑似させるため、黒体発光曲線232をＬＥＤ発光曲線236で除す。

この校正フィルタ220により、異なるパイロメータ、特に、異なるパイロメータフィルタ52を有するパイロメータを同じ校正装置で正確に校正することが可能になる。パイロメータフィルタ52の透過曲線は、パイロメータ間で異なる。例えば、一つのパイロメータフィルタが0.92〜0.93ミクロンの波長を有する光を透過してもよく、他方のパイロメータフィルタが0.87〜0.88ミクロンの波長を有する光を透過してもよい。校正フィルタ220によって、着目する波長すべてにわたり、すなわちＬＥＤの発光範囲の大部分にわたって同じ温度をシミュレーションできるようになる。

校正フィルタ220を有しない校正装置では、光の全ての波長において一つの温度を疑似することができない。図17によって示されるように、光源115の発光曲線は黒体曲線に適合しない。具体的には、２つの異なる波長範囲での光源115の相対的な強度は、黒体の相対的な強度に適合しない。例えば、図16の中で示されるように、黒体は、0.925ミクロンの波長では0.875ミクロンの波長でよりも高い強度を有し、他方、図17に示されるように、光源115は、0.925ミクロンの波長では0.875ミクロンの波長でよりも低い強度を有する。したがって、ある波長範囲（例えば0.87〜0.88ミクロン）で所定の温度（例えば９５０℃）で黒体を疑似するための適正な量ないし放射量を光源115が発する場合は、光源は、これとは異なる波長範囲（例えば0.92〜0.93ミクロン）では、同じ温度で黒体の疑似をすることができない。

パイロメータフィルタ52が異なる透過範囲を有するので、一方のパイロメータのために所定の温度で黒体を疑似する光源は、パイロメータフィルタを有するパイロメータに対して同じ温度を疑似しない。しかし、校正フィルタ220を加えることによって、着目するすべての波長で単一の温度の黒体を疑似するための適正な相対的な強度の光を校正装置100が生じることが可能になり、そのため、疑似温度がパイロメータフィルタ52の透過範囲から独立するようになる。これによって、別々のパイロメータフィルタを用いるパイロメータに対して同じ校正装置を用いて適正に校正できるようになる。

図5に示されるように、黒体を既知の温度で疑似する校正プローブ100は内部キャビティー10を有する略円筒状の本体102を有する。光がキャビティー104から通過することができるアパーチャーを画成している小さいみぞ110を除いて、円筒状の本体102の一つの端部は閉じている。キャビティー104の中に配置した発光ダイオード（ＬＥＤ）115は光を発し、この光はチャンネル110を通過して外へと出ていく。

ここに記載された具体例では、本体102は、直径0.3745インチ、長さ2.0インチの機械加工されたアルミニウムの円筒状の管である。本体102の表面130とキャビティー104の間に延びているチャンネル110は、長さ約0.02インチで直径が約0.02インチであり、円筒本体102の軸上で中心合わせがされる。本体102のチャンネル110が配置する方の端部には、直径約0.30インチ、長さ約0.10インチの更に狭い円筒状の領域が存在する。円形外側円筒本体102のエッジ134は、45゜の角で斜角がつけられているため、調心装置に校正プローブをより容易に挿入できるようになる。ＬＥＤ115の光出力が温度の関数として変化するので、ＬＥＤの温度を安定させるための手段も提供される。特に、校正プローブ100も、50Ω抵抗器等の小型の加熱抵抗器122と、ＬＥＤ115に近接して配置されるＫ−タイプ熱電対等の熱電対124とを有している。すなわち、抵抗器122は、ＬＥＤを約８０゜Ｆに、すなわち予想される雰囲気温度に加熱するために用いられる。あるいは、ＬＥＤは雰囲気温度よりも低くなるように冷却されてもよい。しかし、冷却はより困難で且つ高価な選択肢である。

３つの構成要素（すなわちＬＥＤ 115、熱電対124、抵抗器122）の全てが、「Azemco ceramiccast 583」などの熱伝導性を有するセラミック117で適所に固定されている。このセラミック117は、加熱器122からの熱が能率的にＬＥＤ115と熱電対124に送られることを確保する。セラミック117はまた、キャビティー104の内側でＬＥＤ 115がシフトまたは回転することによるＬＥＤ 115の光強度の変化が生じないよう、チャンネル110に対して一定の位置を保持する。

図6に示されるように、電源装置120はＬＥＤ 115に一定の電流を供給する。ここに記載された具体例においては、電源装置120は、当業者に周知のレーザーダイオード（図示せず）を用いて、ＬＥＤ115を安定させて、それによって光出力を安定させる。あるいは、ＬＥＤ 115の出力パワーは、ＬＥＤ 115の光出力をサンプリングするように配置されたフォトダイオード（図示せず）を用いることによって安定化させることができる。その場合、ＬＥＤ115から一定の光出力を生じさせるために、フォトダイオードが帰還回路を介して電流源120に接続される。

熱電対124とヒーター122は比例積分デバイス（PID）制御装置126に接続され、帰還回路を形成し、ＬＥＤ115の温度を安定させる。

ＬＥＤ 115の温度とＬＥＤ 115を通る電流を一定に保持することによって、ＬＥＤ 115は非常に安定な強度で放射を生じる。

あるいは、図14に示されるように、ＬＥＤ 115の光出力は、フォトダイオード242と熱電対244と共にレーザドライバー240を用いることによって安定させることができる。レーザドライバー240の駆動電力出力は、ＬＥＤ115の電力入力に接続される。フォトダイオード242はＬＥＤのケーシングの内側に配置され、その光の強さをサンプリングして、強度信号を発生する。校正装置100の光出力が非常に安定するように、フォトダイオードからの強度信号はレーザドライバー240に帰還され、フィードバックループを形成する。

上記に指摘の如く、ＬＥＤの光出力は温度の関数として変化する。特に、ＬＥＤ115の温度が増加すれば、その光出力は降下する。熱電対244からの出力信号は、カップラー246を介してレーザドライバー240の変調入力に接続されてもよい。カップラー246は強度ｙの信号に対し方程式ｙ＝ａ−ｂｘ の式に従って、強度ｘの信号を変化させる。ＬＥＤ温度が低下しレーザードライバー240の出力電力が上昇しＬＥＤの光出力が一定に維持されるように、カップラー246の勾配ｂと切片ａを、当業者に既知の方法により設定する。

校正の間、調心装置を用いて、校正プローブ100を、校正しようとする温度プローブの光パイプに調心する。この調心装置のために2つのタイプのデザインの例を与える。デザインタイプの一方は、インシチュウで用いるものである。すなわち、システムから光パイプ40を取り除く必要なく、校正プローブ100を光パイプ40に調心する。他方のデザインタイプは、遠隔的に校正を行なうために用いるものである。すなわち、光パイプ40はRTPチャンバから取り出され、調心装置に挿入される。図7、8(a)、8(b)及び9に示されるように、インシチュウ校正のために用いられる具体例に従った調心ツール149は、RTPチャンバ内で反射板の上方にフィットすることに適している。RTPチャンバに挿入された場合は、調心ツール149は光パイプと相対的な固定位置で校正プローブを保持する。より具体的には、調心ツール149は、ホール（穴）154の配列を有する円形ディスク150であり、これらホールに個々の校正プローブ100が挿入される。ホール154の数は、反射板にある熱プローブの数と一致する。これらホール154は、円板150の中心からのそれぞれ異なる半径の場所に配置され、調心ツール149がチャンバ内部に適所に挿入されているときに、これらが一致して反射板20の導管35に調心されるような位置が与えられる。図9ので更に明確に示されるように、それぞれの小さいホール154の底部には小さい直径のホール155を自身に有する環状リップ158が存在している。ホール155は、校正プローブ102の底の円筒状の領域132の直径よりわずかに大きい直径を有しており、リップ158は、ある厚さをよりせまいものの長さに校正プローブ102の上の円筒状の領域132の長さに等しい厚さを有している。このように、校正プローブ102は、ホール154に挿入される際、リップ158に対して載置され、その底表面130がディスク150の底面と同高（すなわち、校正中にRTPチャンバの内部に設置された際に反射板に近接する円板150の表面に同高である）になる。

ここに記載した具体例では、調心ツール149は、プラスチックまたはナイロン（例えばDelrine）製である。それは、厚さ約1.0インチ、直径8.9インチである。ホール154の各々は、約0.375インチの校正プローブ100をホールに容易に挿入できるよう、内径約0.375インチ、すなわち、円筒状の本体102の外径よりわずかに大きい内径を有する。環状のリップ158は厚さ約0.11インチであり、中へ0.047インチだけ突出するので、環状のリップ158によって画成されるより小さいホールの内の直径は約0.328インチである。

図8に戻って、3つの突起156はディスク150の下側に配置される。これらの突起156は、互いに間隔をおいて、ディスク150の中心と一致する中心を有する円の周囲を互いから等距離の間隔で配置され、調心ツール149がRTPチャンバに挿入されるときは、それらは、RTPチャンバ内の反射板内に配置されるリフトピンホールに調心するように配置される。図8(a)に示されるように、それぞれの突起156は、第１の直径を有する円筒下側の部分161と、これよりも大きな第２の直径を有する円筒上側部分165とを有しているため、下側部分161から上側部分165へ移行する地点で環状のステップが形成される。この第１の直径は、反射板の対応するリフトピンホールの直径よりもわずかに小さく、第２の直径はリフトピンホールの直径よりも大きい。この環状のステップは、ディスク150の底面から約0.01〜0.04インチ（例えば0.03インチ）離れている。このように、調心ツール149がRTPチャンバに挿入されるとき、下側の部分161は反射板の対応するリフトピンホール内にスライドし、環状のステップ162は反射板の表面の上方約0.03インチの距離に、ディスク150の底面を保持する。

ディスク150はまた、３つのより大きなホール152を有しており、これらのそれぞれは、対応する１つの突起156から放射方向内向きに短い距離をもって配置される。これらのホール152は直径約0.75インチであり、調心装置がRTPチャンバに挿入されている際に、反射板の中でのリフトピンホールの配置をユーザーが見ることができるようになる。ディスク150の上側では、ディスクがRTPチャンバに挿入中に技術者がディスクを上昇及び操作することができるハンドル160が、RTPチャンバに与えられている。

図9に示されるように、校正プローブ100は小型のホール154に挿入される。調心装置がRTPチャンバに完全に組上がったとき、内包される小型のホール154のそれぞれと校正プローブ100は、サファイヤ光パイプ40の対応するものに調心される。8つのホール154の各々に、校正プローブ100を挿入することによって、8つのパイロメータ50を同時に校正してもよい。あるいは、校正プローブ100を１つだけ用いて、これを、ホールからホールへとそれぞれ校正するように移動させてもよい。

校正プローブ100が調心装置によって光プローブの上方に配置される場合は、校正プローブ100の底部130と光パイプ40の頂部の間に、典型に約0.03のインチのクリアランスが存在する。光パイプ40は、図10の中で2つのポジションで示される。一方のポジションは、校正プローブ100に近接してその頂部表面41を有し、そして、他方のポジションは、校正プローブ100からより離れてその頂部表面41を有する。光は、約90゜の展開角αで、ビーム140としてチャンネル110から発せられる。無論、正確な角αは、チャンネル110の長さと直径並びにキャビティー104の内側のＬＥＤ115の位置に依存する。光パイプ40に到達する時点までに光パイプの頂部表面より大きい区域にビーム140のカバーする範囲が広がらないように、校正プローブ100の底部130が表面41に十分近接することが望ましい。換言すれば、光パイプ40が校正プローブ100からの光の実質的に全てを捕捉するためには、校正プローブ100が光パイプ40に十分近接すべきである。その状態が満たされるならば、温度プローブは校正プローブ100のチャンネルと光パイプ40の間の距離や調心の小さな変化に対してに比較的敏感ではなくなる。これとは対称的に、表面40によって示されるように、校正プローブ100が光パイプ40から非常に遠すぎる（例えばここに記載の具体例では約0.1インチ以上）場合は、ビーム140のカバーする範囲は光パイプ40の直径より大きくなり、従って、ビーム140の一部しか捕捉しないだろう。捕捉される部分は、校正プローブ100と反射板の間の距離と調心に非常に敏感である。

パイロメータ50を校正するために、突起156がリフトピンホール67にフィットするように、ディスク150はハンドル160で上昇し、チャンバ60に置かれる。校正プローブ100は小型のホール154にフィットし、ＬＥＤ115にはエネルギーが与えられ、そして、パイロメータ50でサンプリングされた温度が記録される。校正を行わない測定を行い、装置100が疑似することがわかっている黒体温度と比較する。

また、インシチュウ校正のために用いられる調心装置のまた別の具体例が、図11に示される。調心装置200が、校正プローブ180で部分的に一体になっておりされ、これは前述の校正プローブとはわずかに異なるデザインである。この場合、校正プローブ180は、どこでも直径が均一である円筒状の管である（すなわち、図5の中で示された狭い円筒状の領域132を有していない）。2つの調心ピン185は、底面130から離れるように突き出している。ピン185は、光パイプ40の両面の上で反射板20の表面に位置する対応するホール187にスライドする。ピン185がマッチングホール187に挿入されるとき、チャンネル110は光パイプ40に調心される。この具体例では、校正プローブ180は長さ約1.5インチで直径は0.5インチであり、ピン185はそれぞれ、長さ0.30で直径0.024インチである。

RTPシステムから取りはずされた温度プローブを校正するために用いられる具体例が、図12の中で示される。この具体例の中では、校正プローブは、ＬＥＤ115が載置されるキャビティー191を有する器具190と交換される。装置190はまた、キャビティー191の軸に沿って調心して、校正のために光パイプ40を受容する導管192を有している。狭いアパーチャー197を有する壁195は、キャビティー191を導管192から分離させる。アパーチャー197は、前述の具体例におけるチャンネル110の如く、校正されている光パイプが位置するところを通過するＬＥＤ115からの光が、校正される光パイプが内部に配置される導管192の中を通過できるようにする。電子回路及び温度安定化回路を含めた校正プローブのその他の事項は、前述の通りである。

校正装置のまた別の具体例が、図18に示される。この具体例の中で、校正プローブ250は、光装置252と、調心装置254及び光装置を調心装置に接続する光ファイバーガイド256とを有している。光装置252は、内部キャビティー262を有する略円筒状の本体260である。ケーシング222内のＬＥＤ115等の光源が、キャビティー262の中に配置される。入力面266がＬＥＤから光を受けるように配置されるよう、光ファイバーガイド256の入力端部は円筒本体の開講264に挿入される。光ファイバーガイド256は、止めねじ267または何らかの機械的コネクタや粘着コネクタにより、キャビティーに取り付けられる。その他の光学部品、例えば校正フィルタ220やレンズ224を、ＬＥＤと光ファイバーガイドの間に配置してもよい。それに加えて、光を透過的に散乱させる拡散ガラスフィルタ268を、ＬＥＤ115と面266の間に挿入してもよい。ＬＥＤ115の電子制御は、図14について前述した如きである。

ＬＥＤ 115によって放射された光は入力面266を通して光ファイバガイド256に進入し、光ファイバガイドを通して出力面268へと移動する。光ファイバガイド256は、クォーツオプティカルファイバのツイストバンドル（ねじられた束）である。このツイストバンドルは全体として、直径約３〜４ミリメートルであり、また、個々のクォーツオプティカルファイバは直径約50ミクロンである。ファイバのツイストバンドルにおいては、個々のクォーツファイバはもつれ合っており、そのため、入力面266でのファイバの相対位置が出力面268で同じクォーツファイバの相対的な位置に適合する必要はない。このように、出力面268では、入力面266を介してバンドルに進入した光はランダム化され、すなわち再分散する。従って、ＬＥＤ115から非均一に分配された光が光ファイバガイド256を通過した後、出力面268全体の光の強度は均一に分配される。

光ファイバガイド256の出力端部は、調心器具254に止めねじ270によって固定されてもよいが、他の機械的または粘着的な接続手段を用いてもよい。調心器具254は、長さ約２インチ、直径１／３インチの機械加工されたアルミニウム円筒管である。円筒管の両方の端部は開いており、また、出力面268が下側のアパーチャーと同高となるように、光ファイバガイド256は管の中を伸びる。その他の点では、調心器具は、その構造においては図5について説明した校正プローブと同様である。具体例には、調心器具254の外側面の下側端部は、せまい円筒状領域272と環状のステップ274としている。

環状の調心器具のステップ274が調心装置のリップ158に対して載置され且つ光ファイバガイドの出力面268が実質的にディスク150の底部と同高となるように、調心器具254は調心ツール149の小さなホール154に挿入される。この構成では、光ファイバガイドの出口面は、サファイヤ光パイプ40の上に配置されこれに調心される。ＬＥＤ115からの光は、光ファイバガイドを通過し、光パイプ40によってサンプリングされる。

光ファイバガイドの出力面は、光パイプの前に配置される黒体基板を疑似する。黒体基板は、光パイプ40のサンプリング領域と比較して大きい表面積を有し、また、この基板の表面は全ての方向に光を放射する。同じように、光ファイバーガイド256の出力面268は、光パイプのサンプリング領域と比べて比較的広い領域にわたって放射を発し、また、出力面268から放出される放射は広角の拡がりを有する。更に、校正プローブ250が所定の温度に加熱された黒体が放射すると同じ量の放射を発するように、ＬＥＤ115の強度を設定する。したがって、この校正装置250は、黒体基板を所定の温度で疑似する。

上記の具体例を用いているパイロメータ50を校正するための方法が、図13に示される。第一に、参照パイロメータが、黒体温度を読みとるために正しく校正される（ステップ２００）。これは、例えば所定の温度に対して正確にわかっている黒体放射スペクトルを発生する入手可能な校正ソースを有している米国国立規準技術研究所（NIST:National Institute of Standards and Technology）などの規準団体の助力を得て行うことができる。参照パイロメータは、黒体標準ゲージから正確な温度読み取りを生じるように校正される。

正確に校正された参照パイロメータを用い、校正装置によって発生する有効黒体温度Ｔｅｆｆを正確に計測する（ステップ２０５）。校正プローブのそれぞれが、電子回路、やチャンバ内のＬＥＤ115の位置等にしたがってわずかに黒体温度が異なっている可能性があることに注意すべきである。このように、各校正プローブは、各個に測定されるべきであり、それぞれ疑似する温度によってラベリングするべきである。例えば、一つの校正プローブ100は、８４３℃を疑似し；他方の量プローブは、８５２℃を疑似してもよい。

校正プローブのラベリングは、様々な方法で行うことが可能である。疑似温度を付けたラベルを、直接にプローブに取り付けてもよい。あるいは、プローブは部品番号、コードやその他の識別標識で特定してもよい。この場合、部品番号（コード）や識別標識により、別のリストで疑似温度を割り出してもよい。

次いで、校正装置を用いて、未校正の熱プローブを校正する（ステップ２１０）。具体的には、調心装置を用いて、校正プローブを光パイプに調心し、ＬＥＤ115にエネルギーを与え、パイロメータ50によって生じる温度Ｔｍを読みとる。

最後に、パイロメータのゲインを調節し、測定温度ＴｍをＴｅｆｆ（すなわち、校正プローブにより疑似される黒体温度）と等しくなるようにする（ステップ２１５）。

以上をまとめれば、参照パイロメータを前出のNISTでの規準で校正し、校正プローブを参照パイロメータで校正し、パイロメータを校正プローブで校正する。したがって、パイロメータの校正は、規準にまでさかのぼることができる。ここで規準としているのが正確な黒体温度ソースであるので、パイロメータ温度の測定も正確になる。インシチュウ校正の場合、チャンバ内の熱プローブが粒子汚染や漂流電子により校正から外れる時を検出するためにも、校正装置を用いることができる。

校正プローブからの正確に計った温度Ｔｍを、校正プローブの既知の有効温度Ｔｅｆｆと比較することができる。差（Ｔｅｆｆ−Ｔｍ）が所定の閾値を超えれば、熱プローブをクリーニングし、再校正し、あるいは交換すればよい。

他の具体例についても本発明の範囲に含まれる。例えば、上記の具体例では光源としてＬＥＤを用いているが、これとは別に、適切な安定化制御回路を有するレーザーダイオード等の安定な光源を用いてもよい。

[発明の効果]
以上詳細に説明したように、本発明により、埋め込み熱電対を有するウエハを用いずとも、パイロメータを正確に校正することができ、また、校正の操作を更に容易に且つエネルギー消費が少なく行うことができる。

ＲＴＰチャンバの構成図である。 図2は、校正プローブの構成図である。 図3は、温度検知プローブの図である。 パイロメータフィルタの透過率とＬＥＤの規格化光の強度を波長の関数として表すグラフである。 校正プローブの側断面図である。 校正プローブの回路図である。 調心ツールの上面図である。 （ａ）と（ｂ）はそれぞれ、図７に示される調心ツールの断面図であり、線AとBに沿う断面図である。 校正プローブを装着した図８の調心ツールの図である。 校正プローブからの光ビームを示す図である。 図11は、調心ツールを取り付けた校正プローブのまた別の具体例の図である。 校正装置の別の具体例の図である。 この校正装置を用いる校正手順のフローチャートである。 校正プローブのもう一つの具体例の図である。 波長の関数としての校正フィルタの透過率のグラフである。 0.94ミクロンで規準化される黒体の放射率を波長の関数として表すグラフである。 ＬＥＤの発光を波長の関数として表すグラフである。 校正プローブのまた別の具体例の図である。

符号の説明

１０…基板、１５…温度プローブ、２０…反射板、３０…キャビティ、３５…導管、４０…パイロメータ、４５…光ファイバ、５０…パイロメータ、５２…パイロメータフィルタ、６０…チャンバ、７０…加熱要素。

Claims (8)

1. 熱処理チャンバの温度プローブを校正するための装置であって、
   ａ）安定した強度を有する光源と、
   ｂ）ファイバ光ガイドであって、校正中に前記光源が前記ファイバ光ガイドの第１の端部に光学的に結合して前記ファイバ光ガイドの第２の端部を通して光を発する、前記ファイバ光ガイドと、
   ｃ）前記ファイバ光ガイドの前記第２の端部を前記温度プローブの入力端に調心するための調心機構であって、前記調心機構は、前記チャンバの対応する第１の調心部に係合する第１の調心構造体を有する、前記調心機構と、
   を備える装置。
2. 前記ファイバ光ガイドがツイストファイババンドルを有する、請求項１に記載の装置。
3. 更にキャビティ内に光装置を備え、前記光源が前記キャビティ内に配置される、請求項１に記載の装置。
4. 前記ファイバ光ガイドが前記光装置に接続し、前記光源が前記キャビティ内に配置され前記ファイバ光ガイドの第１の端部を通して光を発する、請求項３に記載の装置。
5. 前記調心機構が、前記ファイバ光ガイドの第２の端部に接続する第１の調心具と、前記第１の調心構造体を有する第２の調心具とを有し、前記第１の調心具は、前記第２の調心具の対応する第２の調心部に係合する第２の調心構造体を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記第２の調心部が環状リップを有する導管を備え、前記第２の調心構造体が前記環状リップを把持するステップを前記第１の調心部の外面に備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の調心具がディスクを備え、前記第２の調心具が前記ディスクの中を通る導管を備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記第１の調心構造体が前記ディスクの底部から複数の突出部を備え、前記突出部は前記チャンバ内で反射板の複数のリフトピン穴にフィットするようになる、請求項７に記載の装置。
   

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