JP2894999B2 - 熱処理システムにおける赤外線パイロメータキャリブレーションの方法及び装置 - Google Patents

熱処理システムにおける赤外線パイロメータキャリブレーションの方法及び装置

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    • G01J5/80—Calibration

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は熱処理システムで使用されるパ
イロメータのキャリブレーションに関する。
【０００２】高速熱処理(rapid thermal processing
（ＲＴＰ））において、基板は１２００℃のような高温
に急速に加熱されて、アニーリング、クリーニング、化
学気相堆積、酸化、または窒化のような製造ステップが
実施される。特にサイズがサブミクロンのデバイスの場
合、高い歩留りと処理の信頼性を達成するため、基板の
温度は上記の熱処理ステップ中に厳密に制御されなけれ
ばならない。例えば、デバイス構造では代表的な要求基
準である、均一性が±２Å、厚さが６０−８０Åの誘電
体層を製造するには、連続的な処理の実行時間(runs)プ
ロセスにおける温度は目標温度から数℃以上変動しては
ならない。このレベルの温度制御を達成するために、基
板の温度はリアルタイム(real time)で、且つ現場(in s
itu)で測定される。
【０００３】光学式高温測定はＲＴＰシステムにおいて
基板温度を測定するために利用される技術である。光学
式プローブを使用した光学式パイロメータは基板から放
出される放射光強度をサンプリングし、基板のスペクト
ル放射率と、理想的な黒体放射光と温度の関係とに基づ
いて基板温度を計算する。
【０００４】システムを最初にセットする際に、光学式
プローブは加熱された基板からの放射光に晒された場合
に正しい温度の読みを作成するようにキャリブレーショ
ンされなければならない。さらに、反復使用中に、プロ
ーブによって検出される温度は時間によって変化するこ
とがあるかもしれないので、修正動作がとれるようにプ
ローブを再キャリブレーションするか、また少なくとも
生じた変化を検出することが必要である。例えば、基板
が加熱されるにつれ、基板からの放射光をサンプリング
するために使用される光導管が汚れたり、欠けたりし、
サンプリングされた光線をパイロメータに伝達する光コ
ラムに沿った連結が緩んだり、パイロメータの電子部品
が「ドリフト(drift)」したりすることがある。
【０００５】パイロメータをキャリブレーションするた
めに通常使用される方法は、チャンバ内で特殊な基板ま
たはウェーハを使用することである。市販されている特
殊な基板は予め測定された既知の放出率を有し、セラミ
ック材料で基板に取付けられた「埋め込まれた(embedde
d)」熱電対を有している。基板が加熱されると、その実
際の温度が熱電対によって表示される。基板の放出率は
既知であるので、基板から実際に放出される放射率は、
予め測定された所定の温度における理想的な黒体による
放射光強度と基板の放射率との掛け算により容易に計算
できる。これがパイロメータの光学式プローブによって
サンプルされる放射光レベルである。パイロメータは調
整され、実際の温度に対応する示度を作成する。
【０００６】残念なことには、この方法には欠点があ
る。真の基板温度は熱電対によって測定された温度とは
実際には異なることがある。第１に、埋め込まれた熱電
対とセラミック材料とが存在することにより、熱電対を
有する領域をウェーハの別の部分の温度とは異ならしめ
る。すなわち、基板の温度分布を乱す。第２に、高温
（例えばＲＴＰプロセスでは一般的に見受けられる１０
００℃）では、ウェーハと熱電対との接合部が劣化する
傾向があり、４、５回の使用の後、熱電対の示度は信頼
できなくなる。これらの欠点のため、上記のキャリブレ
ーション技法は１０から１５℃以上のパイロメータの精
度を実際には保証できない。
【０００７】さらに、熱電対の付いた基板をチャンバ内
に配置し、熱電対と電気的に接続することに困難があ
る。
【０００８】
【発明の概要】一般的に、本発明は一側面では温度プロ
ーブ（例えばパイロメータ）をキャリブレーションする
装置を特徴とするものである。本発明では、発光ダイオ
ードがキャリブレーション機器の空洞内に保持され、開
口部を通して温度プローブの入力端部へ光線を放出する
ようにに配置されている。キャリブレーション機器は予
定の強度を有する光線を放出する。キャリブレーション
機器からの光線から黒体温度を表示する目盛りがある。
【０００９】一般的に、本発明は別の側面では温度プロ
ーブをキャリブレーションする方法を特徴とするもので
ある。この方法では、予定強度の安定した光線がキャリ
ブレーション機器から温度プローブの入力端部へと放出
される。この安定した光線が温度Ｔ0における黒体から
の放射光をシミュレートする。温度プローブは光線に応
答して温度の読みＴ1 を作成するために使用される。熱
処理システム内での処理中の温度プローブから修正され
た測定値が作成されるために、Ｔ0 とＴ1 の差が利用さ
れる。
【００１０】一般的に、本発明は別の側面では熱処理チ
ャンバ内の温度プローブをキャリブレーションする装置
を特徴とするものである。この装置で、位置合わせツー
ルは安定した強度を有する光源を具備している。光源は
空洞内に保持され、キャリブレーション中に開口部を通
して光線を放出する位置に配置されている。位置合わせ
ツールの第１位置合わせ構造は、チャンバの対応してい
る第１位置合わせ機構と係合する。開口部は、第１位置
合わせ構造と関連のある位置に配置されていて、キャリ
ブレーション中に開口部が温度プローブの入力部と位置
合わせされる。
【００１１】本発明の実施態様は下記の特徴を含むこと
ができる。第１位置合わせ構造はピンを含んでもよく、
第１位置合わせ機構はチャンバ内の反射板内のピンホー
ルを含みプローブの入力端部の近傍に位置してもよい。
第１位置合わせ構造はチャンバ内の反射板内のリフトピ
ンホールと嵌合するようにされた突起部を含んでもよ
い。空洞と開口部とはボデー内に配置されてもよく、ボ
デーは位置合わせツールの対応する第２位置合わせ機構
と係合するための第２位置合わせ構造を含んでもよい。
ボデーは空洞から取り外しできてもよい。ボデーは円筒
形であってもよく、第２位置合わせ機構は環状リップを
有する円筒形導管を含んでもよい。位置合わせツールは
ディスクでもよく、第２位置合わせ機構はディスクを貫
通する導管を含んでもよい。
【００１２】一般的に、本発明は別の側面では熱処理チ
ャンバ外部での温度プローブのキャリブレーション装置
を特徴とするものである。この装置は空洞と、この空洞
と連通する開口部とを有する位置合わせツールを特徴と
している。位置合わせツールはプローブの入力端部と係
合するような位置合わせ構造を有している。安定した強
度を有する光源が、空洞内に保持され、キャリブレーシ
ョン中に開口部を通して光線を放出する位置に配置され
ている。開口部は、第１位置合わせ構造と関連した一定
の位置に配置されていて、キャリブレーション中に開口
部が温度プローブの入力部と位置合わせされるようにな
っている。
【００１３】一般的に、本発明は別の側面では熱処理チ
ャンバ内部での温度プローブのキャリブレーション方法
を特徴とするものである。この方法では、空洞と、この
空洞と連通する開口部とを有する位置合わせツールがチ
ャンバ内に挿入される。位置合わせツールの位置合わせ
構造は、チャンバの位置合わせ機構と係合する。安定し
た強度を有する光線が、空洞から開口部を通してプロー
ブの入力端部内へと放出される。
【００１４】一般的に、本発明は別の側面では熱処理チ
ャンバ外部での温度プローブのキャリブレーション方法
を特徴とするものである。この方法では、プローブの入
力端子がチャンバから取り出される。位置合わせツール
の位置合わせ構造がプローブの入力端子と係合する。安
定した強度を有する光線が、空洞から開口部を通して、
プローブの入力端部内へと放出される。
【００１５】本発明の利点は、以下の通りである。パイ
ロメータは、埋め込まれた熱電対を有するウエーハを使
用することなく、正確に（例えば、１℃以下の誤差）キ
ャリブレーションされる可能性がある。キャリブレーシ
ョンは、より迅速に、またより少ないエネルギを用い
て、行なわれることができる。キャリブレーションは完
全に標準的に追従されることができる。パイロメータ
は、チャンバから光導管をじ取り出すことなくキャリブ
レーションされることができる。キャリブレーション機
器は持ち運び可能で、丈夫である。
【００１６】他の特徴と利点は、以下の説明と請求項に
より明らかになるであろう。
【００１７】
【好ましい実施形態の説明】ＲＴＰシステム内でのパイ
ロメータをキャリブレーションするために使用されるパ
イロメータキャリブレーションツールの詳細を説明する
前に、先ずキャリブレーションされるパイロメータを含
むＲＴＰシステムについて説明する。図１及び図２を参
照すると、ＲＴＰは一般的にディスク形の、直径８イン
チ（２００ｍｍ）のシリコン基板１０を処理するための
処理チャンバ６０を含んでいる。基板１０は基板支持構
造６２によってチャンバ６０内に保持され、基板の真上
に位置する加熱素子７０（例えば一連のタングステンハ
ロゲンランプ）によって加熱される。加熱素子７０は基
板１０の約１インチ上方に位置する水冷式クォーツウィ
ンドウ７２を通してチャンバ６０内に入る放射光を発生
する。基板１０の下方にはステンレス鋼製のベース６５
上に実装された反射板２０が備えられている。反射板２
０はアルミニウム製であり、反射率が高い表面被覆２４
（例えば金合金）を有している。基板１０の下面と反射
板２０の上面とが反射空洞３０を形成し、この空洞が基
板をより理想的な黒体に見えるようにする。すなわち、
これが基板の有効放出率を高める。
【００１８】ベース６５の裏面から反射板２０の上面を
貫いて延びる導管３５はサファイア光導管４０を保持
し、この光導管はパイロメータ５０を含む温度プローブ
１５の入力プローブとして機能する。光導管４０の入力
端部２２は反射板２０の上面の近傍（例えば上面と同一
面上）に位置し、反射空洞３０からの放射光をサンプリ
ングする。サンプリングされた放射光は光導管４０を下
り、可撓性のある光ファイバ４５を通してパイロメータ
５０へと伝わる。光ファイバ４５とサファイヤ光導管４
０との結合された端部は、ねじ付きコネクタ４２によっ
て互いに光学的に密接状態に保たれる。異なる半径の基
板で放射光をサンプリングするために反射板２０内には
複数個の温度プローブ１５（例えば８個）が配置されて
いる。
【００１９】この実施例では、サファイア光導管４０の
直径は約０．０５から０．１２５インチ（例えば０．０
８０インチ）であり、パイロメータ５０はラクストロン
アキュファイバ モデル １００(Luxtron Accufiber 10
0)である。仮想の黒体を製造するために反射空洞がどの
ように作用するかという説明と伴に、ＲＴＰシステムの
より完全な説明は、本明細書に参考文献として参照され
ている１９９４年１２月１９日に出願された出願の米国
特許出願シリアルナンバー第０８／３５９，３０２号に
記載されている。
【００２０】パイロメータ５０内部で、光ファイバ４５
から伝わる放射光はシリコン検出器５４（例えばフォト
ダイオード）に入射する前に先ず光ファイバ５２を通過
する。検出器５４からの信号が制御用電子回路５６に入
力され、これが前記信号を温度示度Ｔout へと変換す
る。そして示度はランプ用の電力制御回路（図示せず）
へ利用される。制御用電子回路５６は測定された電流を
出力温度示度Ｔoutへと変換するために使用される参照
用テーブル（図示せず）を含んでいる。測定された出力
信号を理想的な黒体の対応する温度へと移行(map)する
参照用テーブルは、当業者には公知の方法でプランク(P
lanck)の法則から簡単に導出することができる。制御用
電子回路５６は更に利得制御端子を含んでおり、これに
よってキャリブレーション中にパイロメータが正確な温
度示度を出力するように、制御用電子回路の利得が調整
され得る。
【００２１】図３を参照すると、通常の動作では、一連
のランプなどの加熱素子７０が放射光を基板１０へと放
射する。このような放射光の一部は（すなわち放射光７
４）は基板によって吸収され、別の部分（すなわち放射
光７５）は基板を通りぬけて空洞３０内に透過される。
基板は更に放射光７６を放出し、その強度は基板の温度
の関数である。典型的に、シリコンウェーハは約１．０
ミクロンより長い波長の放射光を透過する。一方、シリ
コン検出器５４は１．５ミクロンまでの波長を有する放
射光に応答する。透過した放射光がシリコン検出器５４
に到達し得たとすると、温度示度に誤差を生じる。従っ
て、透過した放射光が検出器５４に到達して温度測定に
干渉することを防止するために、ランプから透過した放
射光が検出器に到達することを防止するようにフィルタ
５２の通過幅特性が選択される。この実施例では、フィ
ルタ５２は例えば１／４ 波長スタック(stack)のような
光学スタックでガラス被覆され、これは狭い範囲の波長
（例えば０．８９ないし０．９３ミクロン）の光線を透
過し、１．０ミクロン以上には極めて高い光反射率を有
している。波長の関数としてのフィルタ５２の透過率は
図４の点線５２ａによって示されている。
【００２２】パイロメータをキャリブレーションするた
めには、特殊なキャリブレーション機器が使用される
（図９、図１０及び図１２を参照）。キャリブレーショ
ン機器は発光ダイオード（ＬＥＤ）などの安定した光源
を含み、これは主としてフィルタ５２によって限定され
る狭いスペクトルの放射光を放出する。安定した光源は
所定の温度での黒体をシミュレートする。すなわち、光
源は、予定の温度に加熱された黒体が放出するであろ
う、関係あるスペクトルに関して同じ量の放射光を放出
する。幾つかの実施例を後述するが、そのキャリブレー
ション機器は、各キャリブレーションプロセス中に、既
知で、且つ反復性がある量の放射光がサファイヤの光導
管に入るように、サファイヤ光導管の入力端部と光源を
位置合わせする。
【００２３】光源はフィルタ５２と「整合(match)」す
るように構成され且つ／又は選択される。すなわち、そ
の最大出力とそのスペクトル範囲はフィルタ５２の通過
幅範囲と一致する。図４を参照すると、前述のフィルタ
５２とともに使用されるＬＥＤの特性が実線１１５ａで
示されている。ＬＥＤは、幅が約０．２ミクロンで最大
強度が約０．８９ミクロンの、ほぼガウススペクトル分
布を有している。
【００２４】図５を参照すると、既知の温度で黒体をシ
ミュレートするキャリブレーションプローブ１００は内
部空洞１０４を有する一般的に円筒形のボデー１０２を
含んでいる。円筒形ボデー１０２の一端は、光線がそこ
を通って空洞１０４から出ることができる開口部を形成
する小さい管路１１０を除いて閉鎖されている。空洞１
０４内に位置する発光ダイオード（ＬＥＤ）１１５が管
路１１０を通して外部へと通過する光線を放出する。
【００２５】本実施例では、ボデー１０２は直径が０．
３７４５インチ、長さが２．０インチの機械加工された
アルミニウム製円筒管である。ボデー１０２の底面１３
０と空洞１０４との間に広がっている管路１１０は直径
が約０．０２インチ、長さが約０．０２インチであり、
円筒形ボデー１０２の軸上に中心がある。管路１１０の
位置するボデー１０２の端部には、直径が約０．３０イ
ンチで、長さが約０．１０インチのより狭い円筒形領域
１３２がある。円筒形ボデー１０２の円形の外縁部１３
４は４５°の傾斜が付けてあり、キャリブレーションプ
ローブを後述する位置合わせツールに挿入し易くしてあ
る。
【００２６】ＬＥＤ１１５の光出力は温度の関数として
変化するので、ＬＥＤの温度を安定化させる手段も備え
られている。特に、キャリブレーションプローブ１００
は５０Ω抵抗などの小型加熱抵抗１２２と、Ｋ型熱電対
などの熱電対１２４とを含んおり、これらはＬＥＤ１１
５に密接して配置してある。抵抗１２２はＬＥＤを約８
０°Ｆまで、すなわち予測される周囲温度よりもやや高
い温度まで加熱するために使用される。代わりに、ＬＥ
Ｄを周囲の温度以下に冷却することもできる。しかし、
冷却はより困難でコストがかかる代案である。
【００２７】上記の３つの部品（すなわちＬＥＤ１１
５、熱電対１２４、及び抵抗１２２）はアゼムコセラミ
ックカスト５８３(Azemco ceramiccast 583）のなどの
熱伝達セラミック１１７によって所定位置に固定されて
いる。セラミック１１７は、ヒータ１２２からの熱がＬ
ＥＤ１１５及び熱電対１２４に効率よく伝達されること
が保証する。セラミック１１７は更に、空洞１０４内の
ＬＥＤ１１５のずれ又は回転により光の強度の変化が生
じないように、管路１１０に対するＬＥＤ１１５の位置
を一定に保持する。
【００２８】図６を参照すると、電源１２０はＬＥＤ１
１５に定電流を供給する。本実施例では、ＬＥＤ１１５
を通過する電流を安定化させ、もって光出力を安定化さ
せるように当業者には公知の方法で電源１２０はレーザ
ー・ダイオード（図示せず）を使用している。あるい
は、ＬＥＤ１１５の光出力をサンプリングするように取
り付けたフォトダイオード（図示せず）を使用してＬＥ
Ｄ１１５の出力電力を安定化させることもできる。その
場合は、ＬＥＤ１１５からの一定の光出力を得るため
に、フォトダイオードはフィードバック回路を通して電
源１２０に接続される。熱電対１２４及びヒーター１２
２は比例積分素子（ＰＩＤ）制御装置１２６に接続され
て、ＬＥＤ１１５の温度を安定させるフィードバック回
路を形成する。ＬＥＤ１１５の温度とＬＥＤ１１５を導
通する電流の双方を一定に保つことによって、ＬＥＤ１
１５は極めて安定した強度の放射光を発する。
【００２９】キャリブレーション中位置合わせツール
は、キャリブレーションプローブ１００をキャリブレー
ション中の温度プローブの光導管と位置合わせするため
に使用される。この位置合わせツールの２種類の設計例
をここに示す。一方の設計例は現場(in situ)で使用さ
れる。すなわち、光導管をシステムから取り外されるこ
となく、キャリブレーションプローブ１００を光導管４
０と位置合わせする。もう一方の設計例はキャリブレー
ションを遠隔的に実施するために使用される。すなわ
ち、光導管４０はＲＴＰチャンバから取り外され、位置
合わせツール内に挿入される。
【００３０】図７、８Ａ、８Ｂ、及び９を参照すると、
現場(in situ)でのキャリブレーション用に使用される
実施例による位置合わせツール１４９は、反射板の上方
のＲＴＰチャンバ内に嵌合するようになっている。ＲＴ
Ｐチャンバ内に挿入されると、位置合わせツール１４９
は、キャリブレーションプローブを光導管に対して固定
された位置で保持する。より詳細に述べると、位置合わ
せツール１４９は個々のキャリブレーションプローブ１
００をそこに挿入できる穴１５４の配列を有する円形の
ディスク１５０である。穴１５４の数は反射板内にある
温度プローブの数と一致する。穴１５４は、それぞれデ
ィスク１５０の中心から異なる半径で位置しており、位
置合わせツール１４９がチャンバ内の所定の位置に挿入
されたとき一致し、反射板２０内の導管３５の位置と合
うように置かれている。図９Ａに最も明解に示すよう
に、各々の子穴１５４の底部には、より小さい直径の穴
１５５を設けた環状リップ１５８がある。穴１５５は、
キャリブレーションプローブ１０２の底部のより狭い円
筒状領域１３２の直径よりもやや大きく、リップ１５８
の厚さはキャリブレーションプローブ１０２状のより狭
い円筒状領域１３２の長さに等しい直径を有する。従っ
て、キャリブレーションプローブ１０２が穴１５４に挿
入されると、キャリブレーションプローブはその底面１
３０がディスク１５０の底部と実質的に同一面上に位置
するように（すなわち、キャリブレーション中にＲＴＰ
チャンバに据付けられると反射板の近傍のディスク１５
０の表面と同一面上に位置するように）リップ１５８に
載置される。
【００３１】本実施例では、位置合わせツール１４９は
プラスチックまたは例えばデルリン(Delrine)などのナ
イロン製である。それは厚さが約１．０インチ、直径は
約８．９インチである。各々の穴１５４は内径約０．３
７５インチであり、これは円筒形ボデー１０２の外径よ
りもやや大きいので、キャリブレーションプローブ１０
０を容易に穴に挿入することができる。環状リップ１５
８の厚さは約０．１１インチであり、また０．０４７イ
ンチだけ内側に突起しているので、環状リップ１５８に
よって画成されるより小さい穴の内径は約０．３２８イ
ンチである。
【００３２】再び図８を参照すると、３つの突起部１５
６がディスク１５０の下側に位置している。これらの突
起部１５６は円に沿って互いに等間隔を隔て位置してお
り、その中心はディスク１５０の中心と一致し、位置合
わせツール１４９がＲＴＰチャンバ内に挿入されるとＲ
ＴＰチャンバ内の反射板内に位置するリフトピンホール
と位置合わせされるように置かれる。図９Ａに示すよう
に、各突起部１５６は第１の直径を持つ円筒形の下部１
６１と、より大きい第２の直径を持つ円筒形の上部１６
５とを有し、もって下部１６１から上部１６５へと移行
するポイントで環状段１６２を形成している。第１の直
径は反射板内の対応するリフトピンホールの直径よりも
やや小さく、第２の直径はリフト・ピンホールの直径よ
りも大きい。環状段１６２はディスク１５０の底面から
約０．０１から０．０４（例えば０．０３）インチだけ
離れている。このように、位置合わせツール１４９がＲ
ＴＰチャンバ内に挿入されると、下部１６１は反射板内
の対応するリフトピンホール内に慴動し、環状段１６２
が反射板の表面から約０．０３インチ上方の距離でディ
スク１５０の底面を保持する。
【００３３】ディスク１５０は更に３つのより大きい穴
１５２を設け、各々が、対応する１つの突起部１５６か
ら半径方向内側に短い間隔を隔てて位置する。これらの
穴１５２は、直径が約０．７５インチであって、ユーザ
ーが、位置合わせツールがＲＴＰチャンバ内に挿入され
ている際に反射板のリフトピンホールの位置を確認する
ことができるようにしている。ディスク１５０の上側に
はハンドル１６０も設けられていて、これにより技術者
は、ディスクがＲＴＰチャンバ内に挿入される際にディ
スクを持ち上げ操作することができる。
【００３４】図１０に示すように、キャリブレーション
プローブ１００は小穴１５４内に挿入される。位置合わ
せツールがＲＴＰチャンバ内に完全に組立てられると、
各々の小穴１５４と、これに挿入されたキャリブレーシ
ョンプローブ１００はサファイヤ光導管４０の対応する
一つと位置合わせされる。キャリブレーションプローブ
１００を８つの穴１５４の各々に挿入することによっ
て、８個のパイロメータ５０は同時にキャリブレーショ
ンされることができる。あるいは、単一のキャリブレー
ションプローブ１００が使用され、キャリブレーション
毎に一つの穴から別の穴へ移動させてもよい。
【００３５】キャリブレーションプローブ１００が位置
合わせツールによって光プローブ上方に位置決めされた
場合、キャリブレーションプローブ１００の底部１３０
と光導管４０との間には一般に約０．０３インチの隙間
が生ずる。光導管４０は図１１に２つの位置で示されて
いる。一つの位置はキャリブレーションプローブ１００
に近接している上面４１′、別の位置はキャリブレーシ
ョンプローブ１００から離れている上面４１″を有す
る。光は、約９０°の拡がり角度αをもって、光線１４
０の状態で管路１１０から出てくる。勿論正確な角度α
は管路１１０の長さと直径、及び空洞１０４の内側のＬ
ＥＤ１１５の位置によって左右される。キャリブレーシ
ョンプローブ１００の底部１３０が表面４１′と充分に
近接していて、ビーム１４０が光導管４０に到達する時
点でビーム１４０の有効範囲が光導管の上面よりも大き
い領域に拡散しないようにすることが望ましい。言い換
えると、光導管４０がキャリブレーションプローブ１０
０から来る光線のほぼ全てを捕捉するように、キャリブ
レーションプローブ１００は光導管４０と充分に近接し
ていることが必要である。このような条件が満たされる
と、温度プローブはキャリブレーションプローブ１００
の管路と光導管４０との距離、及び位置合わせの僅かな
変化には比較的影響されない。これに対して、表面４
０″で示すように、キャリブレーションプローブ１００
が光導管４０から遠すぎると（例えば本実施例では約
０．１インチ以上）、ビーム１４０の有効範囲は光導管
４０″の直径よりも大きくなり、その結果ビーム１４０
の一部のみ捕捉することになる。捕捉するビームの割合
は、キャリブレーションプローブ１００と反射板との位
置合わせ及び距離の双方に大きく左右される。
【００３６】パイロメータ５０をキャリブレーションす
るには、ディスク１５０はハンドル１６０によって持ち
上げられ、突起部１５６がリフトピンホール６７内に嵌
合するようにチャンバ６０内に配置される。キャリブレ
ーションプローブ１００を小穴１５４内に嵌め込まれ、
ＬＥＤ１１５が起動され、パイロメータ５０によってサ
ンプリングされた温度が記録される。キャリブレーショ
ンされていない測定値が、シミュレートすることが分っ
ている黒体温度計器１００と比較される。
【００３７】これも現場(in situ)でのキャリブレーシ
ョン用に使用される位置合わせツールの別の実施例が図
１２に示されている。位置合わせツール２００は上述の
キャリブレーションプローブとは設計がやや異なるキャ
リブレーションプローブ１８０と部分的に一体化されて
いる。この場合は、キャリブレーションプローブ１８０
は直径が全体に均一な（すなわち図５に示すようなより
狭い円筒状領域１３２がない）円筒管である。２つの位
置合わせピン１８５が底面１３０から外側に突起してい
る。ピン１８５は光導管４０の両側の反射板２０の表面
に位置する対応する穴１８７内へと慴動する。ピン１８
５が適合穴１８７に挿入されると、管路１１０が光導管
４０と位置合わせされる。本実施例では、キャリブレー
ションプローブ１８０の長さは約１．５インチであり、
直径が０．５インチであり、ピン１８５は各々長さ０．
３０インチ、直径が０．０２４インチである。
【００３８】ＲＴＰシステムから取り外した温度プロー
ブをキャリブレーションするために使用される実施例を
図１３に示してある。本実施例では、キャリブレーショ
ンプローブが、ＬＥＤ１１５を実装した空洞１９１を有
する取付け具１９０により置き換えられている。取付け
具１９０も、空洞１９１の軸に沿って位置合わせされ、
キャリブレーション用に光導管４０を受容するようなサ
イズの導管１９２を備えている。狭い穴１９７を設けた
壁１９５が空洞１９１を導管１９２から隔離している。
前述の実施例の管路１１０と同様に穴１９７は、ＬＥＤ
１１５からの光線がキャリブレーション中の光導管が位
置している導管１９２内に通過することを許容する。電
子回路及び温度安定回路を含むキャリブレーションプロ
ーブのその他の部品は上述のとおりである。
【００３９】上述の実施例を使用したパイロメータ５０
のキャリブレーション方法を図１４に示してある。第１
に、黒体温度を正しく読み取るために基準パイロメータ
がキャリブレーションされる（ステップ２００）。これ
は、所与の温度に対し正確に既知の黒体放射光スペクト
ルを発生する市販のキャリブレーション済みソースを有
する、例えば国立規格及び技術協会（ＮＩＳＴ）といっ
た規格機関の手助けにより実施されることができる。基
準パイロメータはキャリブレーションされ、黒体基準規
格から正確な示度を作成する。
【００４０】正確にキャリブレーションされた基準パイ
ロメータを使用して、キャリブレーション機器によって
発生された有効黒体温度Ｔeff が次に測定される（ステ
ップ２０５）。電子回路、チャンバ１０４内でのＬＥＤ
１１５の位置等の相違により、各キャリブレーションプ
ローブが僅かに異なる黒体温度をシミュレートする可能
性があることに留意されたい。このように、各キャリブ
レーションプローブは個々に測定され、シミュレートす
る温度によりラベル付けされるべきである。例えば、一
方のキャリブレーションプローブ１００が８４３℃をシ
ミュレートし、他方のキャリブレーションプローブが８
５２℃をシミュレートする場合もある。
【００４１】キャリブレーションプローブには多くの方
法でラベル付けすることができる。シミュレートされた
温度を記入したラベルをプローブに直接貼ってもよい。
あるいは、プローブは部品番号、コード、またはその他
の識別マーカを取付けられてもよい。この場合、部品番
号、コード、または識別マーカは、個別のリストでシミ
ュレートされた温度別に索引付けされる。
【００４２】次に未キャリブレーションの温度プローブ
をキャリブレーションするためにキャリブレーション機
器が使用される（ステップ２１０）。詳しく述べると、
位置合わせツールを使用して、キャリブレーションプロ
ーブが光導管４０と位置合わせされ、ＬＥＤ１１５が起
動され、パイロメータ５０によって計測された温度Ｔm
が読み取られる。
【００４３】最後に、Ｔeff 、すなわちキャリブレーシ
ョンプローブによってシミュレートされた黒体温度と等
しい測定温度Ｔm を作成するようにパイロメータの利得
が調整される（ステップ２１５）。
【００４４】要約すると、基準パイロメータがＮＩＳＴ
の規格に対してキャリブレーションされ、キャリブレー
ションプローブが基準パイロメータに対してキャリブレ
ーションされ、パイロメータがキャリブレーションプロ
ーブに対してキャリブレーションされる。従って、パイ
ロメータのキャリブレーションは規格を起源としている
かもしれない。規格は、正確な黒体温度源であるので、
パイロメータの温度測定も正確である。
【００４５】現場(in situ)キャリブレーションの場合
は、粒子汚染、電子回路のドリフトやその他に起因して
チャンバ内の温度プローブがキャリブレーション不能に
いつなったかということを検知するためにもキャリブレ
ーション機器は使用されることができる。キャリブレー
ションプローブからの測定温度Ｔm をキャリブレーショ
ンプローブの既知の有効温度Ｔeff と比較することがで
きる。Ｔeff −Ｔm の差が予め測定されたしきい値を超
えた場合は、温度プローブはクリーニングされ、再びキ
ャリブレーションされ、または単に交換されることがで
きる。
【００４６】その他の実施例も特許請求の範囲に含まれ
る。例えば、上記の実施例は光源としてＬＥＤを使用し
ているが、適宜の安定化制御回路を備えたレーザー・ダ
イオードのようなその他の適宜の光源を使用されること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高速熱処理チャンバを示す。
【図２】キャリブレーションプローブを示す。
【図３】温度検出プローブを示す。
【図４】フィルタの透過性と、ＬＥＤの基準化された光
強度のグラフであり、双方とも波長の関数である。
【図５】キャリブレーションプローブの断面図である。
【図６】キャリブレーションプローブの回路図である。
【図７】位置合わせツールの上面図である。
【図８Ａ】図７の線Ａに沿った位置合わせツールの横断
面図である。
【図８Ｂ】図７の線Ｂに沿った位置合わせツールの横断
面図である。
【図９】キャリブレーションプローブを実装した図８の
位置合わせツールである。
【図１０】キャリブレーションプローブからの光ビーム
を示す。
【図１１】位置合わせツールを取付けたキャリブレーシ
ョンプローブの別の実施例である。
【図１２】キャリブレーション機器の更に別の実施例で
ある。
【図１３】キャリブレーション機器を使用するキャリブ
レーション手順のフローチャートである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−117938（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11823（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−201178（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 5/02 G01K 15/00 H01L 21/66

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱処理チャンバ内部で温度プローブをキ
    ャリブレーションする装置であって、 （ａ）位置合せツールであって、空洞と、該空洞に連通
    する開口部とを含み、更に熱処理チャンバの対応する第
    １位置合わせ機構と係合する第１位置合わせ構造を含む
    位置合わせツールと、 （ｂ）光源であって、安定した強度を有し、前記空洞内
    に保持され、キャリブレーション中に前記開口部を通し
    て光線を放出する位置に配置された光源と、を含み、 前記開口部が、前記第１位置合わせ構造に関して、キャ
    リブレーション中に前記開口部が前記プローブの入力部
    と位置合わせされるような位置に配置されている装置。
  2. 【請求項２】 前記第１位置合わせ構造が前記チャンバ
    内の反射板内のピンホールに嵌合するようにされたピン
    であり、前記ピンホールが前記プローブの前記入力端の
    近傍に位置する請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記第１位置合わせ構造が前記チャンバ
    内の反射板内のリフトピンホールと嵌合するようにされ
    た突起部である請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記空洞と開口部とがボデー内に位置
    し、該ボデーが前記位置合わせツールの対応する第２位
    置合わせ機構と係合する第２位置合わせ構造を含み、前
    記開口部が、前記第２位置合わせ構造に関して、キャリ
    ブレーション中に前記開口部が前記プローブの入力部と
    位置合わせされるような位置に配置されている請求項１
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ボデーが前記第１空洞から取り外し
    可能であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ボデーが円筒形であって、前記第２
    位置合わせ機構が環状リップを有する円筒形導管であ
    り、前記第２位置合わせ構造が前記環状リップを捕捉す
    るために前記円筒の底面である請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記位置合わせツールが円盤であり、前
    記第２位置合わせ機構が前記ディスクを貫通する導管を
    含む請求項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記第１位置合わせ構造が前記チャンバ
    内の反射板内の複数個のリフトピンホールと嵌合するよ
    うにされた複数個の突起である請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 熱処理チャンバ外部での温度プローブを
    キャリブレーションする装置であって、 （ａ）空洞と、該空洞に連通する開口部とを含む位置合
    せツールであって、前記プローブの入力端部と係合する
    位置合わせ構造を含む前記位置合わせツールと、 （ｂ）安定した強度を有し、前記空洞内に保持され、キ
    ャリブレーション中に前記開口部を通して光線を放出す
    る位置に配置された光源と、を含み、 前記開口部が、前記位置合わせ構造に対して、キャリブ
    レーション中に前記開口部が前記プローブの入力端部と
    位置合わせされるような位置に配置されている装置。
  10. 【請求項１０】 空洞と、該空洞に連通する開口部とを
    有する位置合わせツールを前記チャンバ内に挿入するこ
    と、 前記開口部が前記プローブの入力端部と位置合わせされ
    るように、前記位置合わせツールの位置合わせ構造を前
    記チャンバの位置合わせ機構と係合させることと、及
    び、 安定した強度を有する光線を前記開口部を通して放出す
    ること、を含む熱処理チャンバ内部で温度プローブをキ
    ャリブレーションする方法。
  11. 【請求項１１】 前記プローブの入力端部を前記チャン
    バから取り出すこと、前記開口部が前記プローブの入力
    端部と位置合わせされるように、空洞と、該空洞に連通
    する開口部とを有する位置合わせツールの位置合わせ構
    造を前記プローブの前記入力端部と係合させること、及
    び安定した強度を有する光線を前記開口部を通して放出
    すること、を含む熱処理チャンバ外部で温度プローブを
    キャリブレーションする方法。
  12. 【請求項１２】 熱処理チャンバ内での温度プローブキ
    ャリブレーション装置であって、 （ａ）空洞と、該空洞に連通する開口部とを含む、キャ
    リブレーションプローブであって、更に前記空洞内に保
    持され、キャリブレーション中に前記開口部を通して光
    線を放出する位置に配置された安定した強度を有する光
    源を含むキャリブレーションプローブと、 （ｂ）前記キャリブレーションプローブを位置合せする
    ための位置合せツールであって、前記チャンバの対応す
    る第１位置合わせ機構と係合する第１位置合わせ構造を
    含む、前記キャリブレーションプローブを位置合わせす
    るための位置合わせツールと、を含み、 前記開口部が、前記第１位置合わせ構造に関して、キャ
    リブレーション中に前記開口部が前記プローブの入力部
    と位置合わせされるような位置に配置されている装置。
  13. 【請求項１３】 前記プローブが、前記位置合わせツー
    ルから取り外し可能である請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記位置合わせツールが、前記キャリ
    ブレーションプローブと一体形成されている請求項１２
    に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 熱処理チャンバ外部で温度プローブを
    キャリブレーションする装置であって、 （ａ）空洞と、該空洞に連通する開口部とを含む、キャ
    リブレーションプローブであって、更に前記空洞内に保
    持され、キャリブレーション中に前記開口部を通して光
    線を放出する位置に配置された安定した強度を有する光
    源を含むキャリブレーションプローブと、 （ｂ）前記温度プローブの入力端部と係合する位置合わ
    せ構造を有する前記位置合わせツールと、を含み、 前記開口部が、前記位置合わせ構造に関して、キャリブ
    レーション中に前記開口部が前記温度プローブの入力部
    と位置合わせされるような位置に配置されている装置。
  16. 【請求項１６】 熱処理システム内での処理中に基板の
    温度を測定する温度プローブをキャリブレーションする
    装置であって、 空洞と、該空洞に連通する開口部とを含むキャリブレー
    ションツールと、 前記空洞内に保持され、キャリブレーション中に前記開
    口部を通して光線を放出する位置に配置された安定した
    強度を有する光源と、 キャリブレーション中に前記プローブの入力端に前記開
    口部を位置合わせするための位置合わせ機構と、を備え
    た装置。
  17. 【請求項１７】 前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）
    である請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記ＬＥＤの光出力を安定させるため
    のフィードバック回路を更に含む請求項１７に記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】 熱処理システム内での処理中に基板の
    温度を測定する温度プローブをキャリブレーションする
    装置であって、 空洞内に保持され、キャリブレーション中に開口部を通
    して前記温度プローブの入力端部へと光線を放出する位
    置に配置された安定した強度を有する発光ダイーオドを
    含むキャリブレーション機器と、 前記キャリブレーション機器によって放出された前記所
    定強度を有する前記光線がシミュレートする黒体からの
    温度を表示する目盛りと、を備えた装置。
  20. 【請求項２０】 熱処理システム内での処理中に基板の
    温度を測定する温度プローブをキャリブレーションする
    方法であって、 温度Ｔ0 における黒体からの放射光をシミュレートする
    所定強度を有する光線を放出する発光ダイオードを含む
    キャリブレーション機器を使用することと、 前記キャリブレーション機器が前記所定強度を有する前
    記光線を放出中に、前記光線を前記温度プローブの入力
    端へと照射することと、 前記温度プローブを利用して、前記所定強度を有する前
    記光線に応答して温度の読みＴ1 を作成することと、 前記熱処理システム内での処理中に前記温度プローブか
    ら修正測定値を作成するために、Ｔ0 とＴ1 の差を利用
    すること、を含む方法。
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