KR100450644B1 - 열처리시스템의적외선고온계교정방법및장치 - Google Patents

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Abstract

고온계와 같은 온도 프로브의 고정을 위한 고정 기구는 광선 방출 다이오드와 같은 안정한 광원을 사용하여 기지 온도의 흑체를 시뮬레이트한다. 광원은 챔버 내에 배치되고 구멍을 통하여 광선을 방사한다. 고정 기구는 열공정 챔버에 삽입될 수 있거나 온도 프로브는 챔버로부터 제거될 수 있다. 정렬 용구는 구멍을 온도 프로브의 입력에 일열로 정렬한다. 고정 기구는 정렬 용구와 통합될 수 있거나 제거될 수 있다.

Description

열처리 시스템의 적외선 고온계 교정 방법 및 장치
발명의 배경
본 발명은 열처리 시스템에서 사용되는 고온계의 교정에 관한 것이다.
가속 열처리(RTP) 경우에는 기판이 1200℃등 높은 온도로 신속하게 가열되어 풀림, 정화, 화학적 증기증착, 산화 또는 질화 같은 공조 단계가 수행된다. 특히 서브미크론 크기의 현행 장치들로 높은 수율과 신빙성 있는 처리를 성취하기 위해서는 이 열처리 단계 동안에 기판의 온도가 정확하게 조절되어야 한다. 예를들어, 현행 장치 구조의 요구조건인 ±2Å 내의 균일한 60-80Å 두께의 절연층을 조립하기 위해서는 뒷따르는 공정 온도가 대음극판 온도로부터 섭씨로 몇도 이상 변화될 수 없다. 이런 수준의 온도 조절을 달성하기 위해서는 기판의 온도가 실제시간에 정상소재에서 측정된다.
광학 고온계 방법은 RTP 시스템에서 기판 온도를 측정하는데 사용되는 기술이다. 광학 프로브를 사용하는 광학 고온계는 기판으로부터 방출된 복사강도의 견본을 채취하고 기판의 스펙트럼 방사율과 이상적인 흑체복사 온도 관계를 바탕으로 기판의 온도를 계산한다.
시스템이 처음 조립되면 광학 프로브를 교정하여 가열된 기판으로부터의 복사에 노출될 때 올바른 온도 표시를 하도록 해야한다. 게다가, 반복해서 사용하는 동안 프로브에 의해 감지되는 온도가 시간에 따라 변화하므로 프로브를 다시 교정하거나 수정조처를 취할 수 있도록 적어도 생긴 변화를 탐지할 필요가 있다. 예를들어, 기판이 가열되는 동안 이로부터 방출되는 복사 견본을 채취하는데 사용되는 광관이 더러워지거나 흠이 생기거나 채취된 견본 복사선이 고온계를 향해 움직이는 광학 원주를 따라 있는 접속들이 느슨해지거나 또는 고온계 내에 있는 전자부품들이 "이동"될 수 있다.
고온계를 교정하는데 흔히 사용되는 방법은 챔버안에서 특별 기판이나 웨이퍼를 사용하는 것이다. 특별 기판은 판매업소로부터 구입할 수 있고 미리 측정되고 알려진 방사율을 가질뿐만 아니라 "봉매된(embedded)" 열전기쌍이 세라믹 재료를 가진 기판에 장착되어 있다. 기판이 가열될 때 이의 실제온도는 열전기쌍에 의해 표시된다. 기판의 방사율을 알고 있으므로 선결된 온도에서 이상 흑채로부터 기대되는 복사 강도를 그 기판의 방사율에 곱하여 기판에서 실제로 방출된 복사를 쉽게 계산할 수 있다. 이는 고온계의 광학 프로브에 의해 견본으로 채취될 복사 수준이다. 고온계를 조절하여 실제 온도에 해당하는 온도를 표시하도록 한다.
하지만 이 방법은 단점들이 있다. 기판의 실제 온도는 열전기쌍에 의해 측정된 온도와 다를 수 있다. 첫째로, 봉매된 열전기쌍과 세라믹 재료로 인해 열전기쌍이 있는 부분의 온도가 웨이퍼의 이외 부분과 다를 수 있다. 즉, 이는 기판 위의 온도 분포를 교환시킨다. 둘째로, 높은 온도에서(예로서, RTP 공정에서 흔히 볼 수 있는 1000℃) 웨이퍼와 열전기쌍의 접합부분이 붕괴되는 경향이 있어 4-5번 사용하면 열전기쌍의 표시를 믿을 수 없게 된다. 이러한 단점들 때문에 이 교정기술은 실제로 10-15℃ 보다 좋은 고온계의 정확도를 보장할 수 없다.
게다가, 열전기쌍이 포함된 기판을 챔버 안에 배치하는데, 그리고 열전기쌍에 전기를 연결시키는데 관련된 어려움이 있다.
발명의 요약
일반적으로 한 면에서 본 발명은 온도 프로브(즉, 고온계)를 교정하는 장치를 특징으로 한다. 본 발명에서는 광선 방출 다이오드를 교정 기구의 공동에 내장하고 구멍을 통하여 온도 프로브의 입력쪽으로 빛을 방사하도록 배치한다. 교정 기구는 선결된 강도의 광선을 방출한다. 교정 기구로부터 나오는 빛이 시뮬레이트하는 흑체 온도를 나타내는 표시가 있다.
일반적으로 다른 면에서 본 발명은 온도 프로브를 교정하기 위한 방법을 특징으로 한다. 이 방법에서 교정 기구로부터 나오는 선결된 강도의 안정 광선을 온도 프로브 입력쪽으로 비춘다. 안정 광선은 온도 T0에서 흑체로부터의 복사를 시뮬레이트한다. 온도 프로브는 광선에 반응하여 온도표시 T1를 발생시키는데 사용된다. T0과 T1사이의 차이는 열처리 시스템내에서 처리하는 동안에 온도 프로브로부터 교정된 온도를 측정하도록 사용된다.
일반적으로 또다른 면에서 본 발명은 열처리 챔버안에 있는 온도 프로브를 교정하기 위한 장치를 특징으로 한다. 이 장치에서 정렬 용구는 안정한 강도를 가지는 광원을 가지고 있다. 광원은 공동에 내장되고 교정시 구멍을 통하여 빛을 방사하도록 배치된다. 정렬 용구의 첫 번째 정렬 구조는 챔버의 해당하는 첫째 정렬 부분에 맞물린다. 교정시 구멍이 온도 프로브의 입력과 정렬되는 위치에 있도록 구멍이 첫 번째 정렬 구조에 대해 배치된다.
본 발명의 실시에 다음 특징들을 포함할 수 있다. 첫 번째 정렬구조는 핀으로 구성될 수 있고 첫 번째 정렬 부분은 챔버내의 반사판에 있고 프로브의 입력쪽에 근접하여 배치된 핀구멍으로 구성될 수 있다. 첫 정렬 구조는 챔버내에 있는 반사판의 리프트 핀구멍에 맞도록 만들어진 돌출부로 구성될 수도 있다. 공동과 구멍은 본체에 설치될 수 있고 본체는 정렬 용구의 해당하는 두 번째 정렬구조에 맞물리는 두 번째 정렬 부분을 포함할 수 있다. 본체는 공동으로부터 제거할 수 있다. 본체는 원통형일 수 있고 두 번째 정렬 부분은 고리모양의 립을 가진 원통형 도관으로 구성될 수 있다. 정렬 용구는 디스크일 수 있고 두 번째 정렬 구조는 디스크를 관통하는 도관으로 구성될 수 있다.
일반적으로 다른 면에서 본 발명은 열처리 챔버 외부에서 온도 프로브를 교정하기 위한 장치를 특징으로 한다. 이 장치는 공동과 이에 이르는 구멍을 가진 정렬 용구를 특징으로 한다. 정렬 용구는 프로브의 입력 끝에 맞물리는 정렬 구조늘 갖는다. 안정한 강도를 가진 광원은 공동에 내장되고 교정하는 동안에 구멍을 통하여 빛을 방사하도록 배치된다. 교정시 구멍이 프로브의 입력쪽과 정렬되는 위치에 있도록 구멍이 정렬 구조에 대하여 배치된다.
일반적으로 다른 면에서 본 발명은 열처리 챔버내에서 온도 프로브를 교정하는 방법을 특징으로 한다. 이 방법에서 공동과 이에 이르는 구멍을 가진 정렬 용구가 챔버에 삽입된다. 정렬 용구의 정렬 구조는 챔버의 정렬 부분에 맞물린다. 안정한 강도를 가진 광선은 공동으로부터 방사되어 구멍을 통하여 프로브의 입력쪽으로 간다.
일반적으로 다른 면에서 본 발명은 열처리 챔버 외부에서 온도 프로브를 교정하는 방법을 특징으로 한다. 이 방법에서 프로브의 입력 쪽은 챔버로부터 제거된다. 정렬 용구의 정렬 구조는 프로브의 입력 쪽에 맞물린다. 안정한 강도를 가진 광선은 공동으로부터 방사되어 구멍을 통하여 프로브의 입력쪽으로 간다.
본 발명의 장점들로는 다음과 같은 것들이 있다. 고온계는 봉매된 열전기쌍이 있는 웨이퍼를 사용하지 않고도 정확하게(즉, 1℃ 이하의 오차) 교정될 수 있다. 더 적은 에너지를 사용하여 더 신속하게 교정을 수행할 수 있다. 교정은 절대 표준품으로 트레이스(trace)될 수 있다. 고온계는 챔버로부터 광관을 제거하지 않고도 교정될 수 있다. 교정기구는 휴대할 수 있고 견고하다.
다른 특징들과 장점들은 하기 설명과 특허청구에서 명백하게 될 것이다.
이상적인 실시예의 설명
RTP 시스템내의 고온계를 교정하는데 사용되는 고온계 교정 용구를 상세히 설명하기 전에 교정되어야 할 고온계를 포함하는 RTP 시스템을 먼저 설명할 것이다. 제 1도와 제 2도를 참조하면, RTP 시스템은 일반적으로 디스크 모양의 8인치(200mm) 직경의 실리콘 기판(10)을 처리하는 처리실(60)를 포함한다. 기판(10)은 기판 지지구조(62)에 의해 챔버(60)에 내장되고 기판 바로 위에 위치한 가염부(70)(즉, 일련의 텅스텐 할로겐 램프들)에 의해서 가열된다. 가열부(70)는 기판(10)으로부터 약 1인치 위에 배치되고 물로 냉각되는 석영창(72)을 통하여 챔버(60)로 들어가게 복사한다. 스테인레스 기저부(65)위에 설치된 반사판(20)은 기판(10) 밑에 있다. 반사판(20)은 알루미늄으로 만들어졌고 높은 반사 표면도금(24)(즉, 금 합금)을 가진다. 기판(10)의 밑면과 반사판(20)의 상면은 기판을 이상적인 흑체와 같이 만드는 반사 공동(30)을 형성한다. 즉, 이는 기판에 증가된 효과적인 방사율을 생기게 한다.
기저부(65)의 뒤쪽에서 나와 반사판(20)의 상단을 관통하여 연장되는 도관(35)에는 고온계(50)를 포함하는 온도 프로브(15)의 입력 프로브로서 작용하는 사파이어 광관(40)이 들어있다. 광관(40)의 입력쪽(22)은 반사판(20)의 상단에 근접하게(즉, 같은 평면에) 설치되어 반사 공동(30)으로부터의 방사선을 채취한다. 채취된 방사선은 광관(40)을 따라 밑으로 내려가 유연한 광학 섬유를 통하여 고온계(50)로 간다. 광학 섬유(45)의 카풀된 끝과 사파이어 광관(40)은 나삿니가 있는 연결기(42)에 의해 서로서로 광학 접촉을 하도록 결합된다. 기판의 다른 반경에서의 발생하는 복사를 채취하기 위해 온도 프로브(15)가 여러개(즉, 8개) 반사판(20)에 배치되어 있다.
언급된 실시예에서 사파이어 광관(40)은 약 0.05-0.125인치의 직경(즉, 0.080)을 가지고 고온계(50)는 Luxtron Accufiber Model 100이다. 시스템의 더 완벽한 설명과 반사 공동이 어떻게 실제 흑체와 같이 착용하는데에 대한 설명은 1994년 12월 19일에 출원된 미국특허 출원 일련번호 08/359,302에서 찾아볼 수 있고 여기에 참고로 언급된다.
고온계(50)내에는 광학 섬유(45)로부터의 복사가 먼저 광학 필터(52)를 지나 실리콘 검출기(54)(즉 광다이오드)에 떨어진다. 검출기(54)로부터 나오는 신호는제어전자부(56)에 입력하여 그 신호를 온도표시된 Tout으로 바꿔 램프 등을 위한 전력 제어 회로(보여주지 않음)에 사용된다. 제어 전자부(56)는 측정된 전류를 출력 온도 표시 Tout으로 바꾸는데 사용되는 참조표(보여주지 않음)를 포함한다. 참조표는 측정된 출력신호에 해당하는 이상적인 흑체의 온도를 보여주고 이는 플랭크의 법칙으로부터 이 분야의 숙련인에 잘 알려진 방법으로 쉽게 유도될 수 있다. 제어 전자부(56)는 또한 이득 제어 단자도 포함하여 제어 전자부의 이득이 교정시 조절되어 고온계의 출력이 정확한 온도를 표시하게 한다.
제 3도를 참조하면 정규 작동시 일련의 램프와 같은 가열부(70)로부터의 복사는 기판(10)으로 향한다. 소정의 복사(즉, 복사(74))는 기판에 의해 흡수되며 다소의 복사(복사(75))는 기판을 투과하여 공동(30)으로 전달된다. 기판도 또한 복사(76)하고 이 복사외 강도는 기판 온도의 함수이다. 전형적으로 실리콘 웨이퍼는 약 1.0 미크론 이상의 파장을 가진 복사를 투과한다. 한편 실리콘 검출기(54)는 최고 1.5미크론 파장까지의 복사에 반응할 수 있다. 투과된 복사가 실리콘 검출기(54)에 도달하는 것이 허용되면 온도를 틀리게 표시한 것이다. 그러므로 투과된 복사가 검출기(54)에 도달하여 온도 측정을 방해하는 것을 방지하기 위해서 대역 특성의 필터(52)를 선정하여 램프로부터의 투과된 복사가 검출기에 도달하는 것을 방지한다. 기술된 실시예에서의 필터(52)는 좁은 영역의 파장(즉, 0.89-0.93미크론)을 가진 빛을 투과하고 1.0미크론 이상을 대부분 거부하는 광학 스택, 즉 4분파 스택으로 도포된 유리이다. 제 4도의 점선(52a)은 필터(52)의 투과율을 파장의 함수로 도시한다.
고온계를 교정하기 위해서 특별한 교정기구가 사용된다(제 9도, 제 11도 및 제 12도 참조). 교정기구는 광선 방졸 다이오드(LED)와 같은 필터(52)에 의해 한정된 협역 스펙트럼을 가진 방사선을 주로 방출하는 안정한 광원을 포함한다. 안정한 광원은 선결된 온도에서 흑체를 시뮬레이트한다. 즉, 이는 선결된 온도까지 가열되면 광심대상의 협역 스펙트럼 내에서는 흑체가 방출하는 것과 같은 양의 방사선을 방출한다. 교정기구는 아래 몇 개의 실시예에서 기술되고 사파이어 광관의 입력 끝을 광원과 일렬로 정렬하여 각 교정 작동시 반복될 수 있는 기지의 방사량이 사파이어 광관에 들어가게 한다.
광원은 필터(52)에 "대응"할 수 있도록 구성되고/또는 선택된다. 즉, 이의 최고 출력과 스펙트럼 구역은 필터(52)의 대역 부분과 일치하여야 한다. 제 4도를 참조하면 상기 필터(52)와 함께 사용된 LED의 특징은 선(115a)으로 보여준다. LED는 약 0.89미크론에서 최고 강도를 가지고 폭이 약 0.2미크론인 대략적으로 가우스 스펙트럼 분포를 갖는다.
제 5도를 참조하면 소정의 온도에서 흑체를 시뮬레이트하는 교정 프로브(100)는 일반적으로 공동(104)에 내장되는 원통형 본체(102)를 포함한다. 원통형 본체(102)의 한쪽 끝은 광선이 공동(104) 밖으로 나갈 수 있는 구멍으로 한정된 좁은 채널(110)를 제외하고 닫혀 있다. 공동(104)안에 배치된 광선 방출 다이오드(LED)(115)는 채널(110)을 통과하여 나가는 빛을 방출한다.
언급된 실시예에서의 본체(102)는 기계로 만들어진 알루미늄 원통형관으로직경은 0.3745인치이고, 길이는 2.0인치이다. 본체(102)의 바닥면(13)과 공동(104) 사이를 연장하는 채널(110)은 직경이 약 0.02인치이고 길이는 약 0.02인치로 원통형 본체(102)의 축 위에 중심이 놓여있다. 채널(110)이 위치한 본체(102)의 끝에는 약 0.30인치의 직경과 약 0.10인치의 길이를 가진 더 좁은 원통형 구간(132)이 있다. 원통형 본체(102)의 원형 외부 가장자리(134)는 45° 각도로 경사져서 교정 프로브를 아래에 설명될 정렬 용구에 삽입하기 쉽게 만든다.
LED(115)의 광선 출력은 온도의 함수로 변하기 때문에 LED의 온도를 안정화하는 수단도 또한 제공된다. 특히, 교정 프로브(100)는 또한 50Ω 저항과 같은 소형 가열저항(122), 그리고 K형 열전기쌍과 같은 열전기쌍(124)을 포함하고 LED(115)에 근접하여 배치된다. 저항(122)은 예상되는 상온보다 약간 더 높은 약 80°F까지 LED를 가열하는데 사용되어진다. 대신에 LED를 상온이하의 온도로 식힐 수 있다. 그러나 냉각은 더 어렵고 비용이 드는 대안이다.
세 개의 부품들(즉, LED(115), 열전기쌍(124) 및 저항(122)) 모두가 아젬코(Azemco) 세라믹 주조물(583)과 같은 열전도성 세라믹(117)에 의해 제자리에 안전하게 장착된다. 세라믹(117)은 가열기(122)로부터 나오는 열이 LED(115)와 열전기쌍(124)에 효율적으로 전달되는 것을 보장한다. 세라믹(117)은 또한 LED(115)의 위치를 채널(110)로부터 일정한 긋에 유지시켜 공동(104) 내부에 있는 LED(115)의 이동이나 회전으로 인한 광선의 강도의 변화를 막는다.
제 6도를 참조하면 전원(120)은 일정한 전류를 LED(115)에 제공된다. 언급된 실시예에서의 전원(120)은 이 기술에 숙련된 자에게 잘알려진 방법으로 레이저 다이오드(보여주지 않음)를 사용하여 LED(115)를 통과하는 전류를 안정화하므로 LED(115)의 광선출력도 안정시킨다. 대신에 LED(115)의 광선 출력의 전온을 채취하도록 배치된 광다이오드(보여주지 않음)를 사용하여 LED(115)의 출력을 안정화할 수 있다. 이 경우에 광다이오드는 피이드백 회로를 통하여 전원(120)에 연결되어 LED(115)로부터 일정한 광선 출력을 제공한다.
열전기쌍(124)과 가열기(122)는 피이드백 전류를 형성하도록 비례 집적장치(PID) 제어기(126)에 연결되어 LED(115)의 온도를 안정화한다. LED(115)의 온도와 LED(115)를 통과하는 전류를 모두 일정하게 유지시킴으로서 LED(115)는 매우 안정한 강도의 방사선을 발생한다.
교정시 정렬 용구는 교정 프로브(100)를 교정될 온도 프로브의 광관에 일렬로 정렬하는데 사용된다. 이 정렬 용구의 2가지 디자인형에 대한 예를 제공할 것이다. 한 디자인 종류는 정상소재에서 사용된다. 즉, 이는 광관을 시스템으로부터 제거하지 않고 교정 프로브(100)를 광관(40)에 정렬한다. 다른 디자인형은 교정을 멀리 떨어진 곳에서 수행하는데 사용된다. 즉, 광관(40)이 RTP 챔버로부터 제거되어 정렬 용구에 삽입된다.
제 7도, 제 8A도, 제 8B도, 그리고 제 9도를 참조하면, 정상소재 교정을 위해서 사용된 실시예에 의거하여 정렬 용구(149)는 반사판 위에 있는 RTP 챔버에 맞도록 만든다. RTP 챔버에 삽입되었을 때 정렬 용구(149)는 광관으로부터 고정된 위치에 교정 프로브를 유지한다. 더 특별하게 정렬 용구(149)는 교정 프로브(100) 개체가 삽입될 수 있는 일련의 구멍들(154)을 가진 원형 디스크(150)이다. 구멍(154)수는 반사판에 있는 열프로브의 수와 일치한다. 구멍(154)들은 디스크(150)의 중심으로부터 다른 반경에 배치되어 정렬용구(149)가 챔버내에 제자리에 삽입되면 반사판(20)내의 도관(35) 위치와 일치하고 이에 일렬로 정렬된다. 제 9A도에서 가장 명백하게 도시되듯이 각각의 작은 구멍(154)의 밑바닥에는 더 작은 직경의 구멍(155)을 가진 고리모양의 립(158)이 있다. 구멍(155)의 직경은 교정 프로브(102) 밑바닥에 있는 더 좁은 원통형 구간(132)의 직경보다 약간 더 크고 립(158)의 두께는 교정 프로브(102)가 구멍(154)에 삽입될 때 립(158)에 닿게 놓이고 이 밑바닥면(130)의 대부분은 디스크(150)의 표면과 정면한다(즉, 교정시 RTP 챔버내에 설치될 때 반사판에 가까운 디스크(150)의 표면과 정면함).
언급된 실시예에서 정렬 용구(149)는 플라스틱이나 나일론, 즉 데를린(Delrine)으로 만들어진다. 이는 약 1.0인치 두껍고 8.9인치의 직경을 갖는다. 각각의 구멍(154)들은 내경이 약 0.375인치이고 이는 원통형 본체(102)의 외경보다 약간 더 커서 교정 프로브(100)가 구멍에 쉽게 삽입될 수 있다. 고리모양의 립(158)은 약 0.11인치 두께로 0.047인치만큼 내부를 향하여 돌출하므로 고리모양의 립(158)에 의해 한정된 더 작은 구멍의 내경은 약 0.328인치가 된다.
제 8도로 돌아가서 세 개의 돌출부(156)가 디스크(150)의 밑면에 있다. 이 돌출부(156)들은 디스크(150)의 중심에 해당하는 중심을 가진 원주위에 서로서로부터 같은 거리에 떨어져 있고 정렬 용구(149)가 RTP 챔버에 삽입될 때 이 돌출부들이 RTP 챔버내의 반사판에 있는 리프트 핀구멍들과 일직선에 있도록 배치된다. 제 9A도에서 도시된 바와같이 각 돌출부(156)는 첫 번째 직경을 가진 원통형하부(161)와 더 큰 두 번째 직경의 원통형 상부(165)로 되어 있어 하부(161)에서 상부(165)로 전환하는 점에서는 고리모양의 계단(162)를 형성한다. 첫 번째 직경은 반사판에 있는 리프트 핀구멍의 직경보다 약간 작고 두 번째 직경은 리프트 핀구멍의 직경보다 크다. 고리모양의 계단(162)은 디스크(150)의 밑바닥 면으로부터 0.01-0.04(즉, 0.03)인치 떨어져 있다. 고로 정렬 용구(149)가 RTP 챔버에 삽입될 때 아래 부분(161)은 반사판 위에 있는 해당하는 리프트 핀 구멍들로 미끄러져 들어가고 고리모양의 계단들(162)은 디스크(150)의 밑바닥 면이 반사판의 표면위에 약 0.03 인치의 거리에 있게 유지된다.
디스크(150)는 또한 세 개의 더 큰 구멍(152)을 가지고 각각은 해당하는 돌출부(156)로부터 내부쪽으로 짧은 거리에 있고 반경위에 배치된다. 약 0.75 인치의 직경을 가진 이 구멍들(152)은 사용자가 정렬 용구를 챔버에 삽입할 때 반사판에 있는 리프트 핀구멍들의 위치를 볼 수 있게 한다. 디스크(150)의 상부면 위에는 기술자가 디스크를 RTP 챔버안에 삽입할 때 이를 들어올리고 취급할 수 있는 손잡이(160)도 있다.
제 10도에서 도시된 바와같이 교정 프로브(100)는 작은 구멍(154)에 삽입된다. 정렬 용구가 RTP 챔버에 완전히 조립되면 각각의 작은 구멍(154)과 이에 들어있는 교정 프로브(100)는 해당하는 사파이어 광관(40)과 일렬로 정렬될 것이다. 각각의 8개 구멍들(154)을 교정 프로브(100)에 삽입함으로서 8개의 고온계들(50)이 동시에 교정될 수 있다. 대신에 한 교정 프로브(100)가 사용될 수 있고 이 경우에는 한 구멍에서 다음 구멍으로 프로브를 옮겨 각각이 교정된다.
정렬 용구로 교정 프로브(100)를 광학 프로브위에 놓을 때 보편적으로 교정 프로브(100)의 밑바닥(130)과 광관(40)의 상부 사이에 약 0.03인치 틈새가 있다. 광관(40)은 제 11도에서 두 배열로 도시된다. 한 배열에서는 상부면(41')이 교정 프로브(100)에 근접해있고 다른 배열은 상부면(41")이 교정 프로브(100)로부터 더 멀리 있는 것이다. 빛은 약 90°의 전개 각도 α를 가지고 채널(110)로부터 광속(140)으로 나타난다. 물론 정확한 각도 α는 채널(11)의 길이와 직경에 따라 다르고 공동(104)내에 있는 LED(115)의 위치에 따라 다르다. 광관(40)에 도달될 때 광속(140)의 범위가 광관의 상부면보다 큰 면적으로 확장되지 않도록 교정 프로브(100)의 밑바닥(130)이 표면(41')에 충분히 가까이 있는 것이 바람직하다. 즉, 교정 프로브(100)로부터 나오는 모든 광선이 광관(40)에 잡힐 수 있기에 충분하게 교정 프로브(100)가 광관(40)에 가까이 있어야만 한다. 이 조건이 만족되면 온도 프로브는 교정 프로브(100) 채널과 광관(40) 사이의 거리와 정렬상태의 작은 변화에 대해 비교적 민감하지 않을 것이다. 반대로, 표면(40")에 의해 표시된 바와같이 교정 프로브(100)가 광관(40)으로부터 너무 멀리 떨어져 있으면(즉, 기술된 실시예의 경우에는 약 0.1인치 이상) 광속(140)의 범위는 광관(40")의 직경보다 커서 그 결과로 광속(140)의 일부분만이 광관에 포착될 것이다. 광관에 의해 포착된 부분은 교정 프로브(100)와 반사판 사이의 정렬 상태와 거리에 매우 민감할 것이다.
고온계(50)를 교정하기 위해 디스크(150)를 손잡이(160)로 들어올려서 돌출부들(156)이 리프트 핀 구멍(67)에 맞물리도록 챔버(60)안에 배치된다. 교정 프로브들(100)을 작은 구멍들(154)에 맞추면 LED(115)가 커져 고온계들(50)에 의해 견본으로 채취된 온도가 기록된다. 교정되지 않은 측정치들은 기구(100)가 시뮬레이트하는 것으로 알려진 흑체 온도 기구(100)에 비교된다.
정상소재 교정을 위해서 또한 사용되는 정렬 용구의 다른 실시예는 제 12도에 도시된다. 정렬 용구(200)는 이미 언급된 교정 프로브와는 약간 다른 디자인을 가진 교정 프로브(180)와 일부 통합되어 있다. 이 경우에 교정 프로브(180)는 계속 균등한 직경을 가진 원통형 관이다(즉, 제 5도에서 도시된 더 좁은 폭의 원통형 구간(132)이 없음). 두 개의 정렬 핀(185)은 밑바닥 면(130)으로부터 돌출한다. 핀들(185)은 광관(40)의 양면에 있는 반사판(20) 표면에 배치된 해당하는 구멍들(187)에 미끄러져 들어간다. 핀들(185)이 해당 구멍들(187)에 삽입될 때 채널(110)은 광관(40)에 대해 일렬로 정렬된다. 이 실시예에서는 교정 프로브(180)가 약 1.5인치 길이와 0.5인치 직경을 가지고 핀들(185)은 각각 0.3인치 길이와 0.024인치 직경을 갖는다.
RTP 시스템으로부터 제거되어 온도 프로브들의 교정에 사용되는 실시예는 제 13도에 도시된다. 이 실시예에서는 교정 프로브는 LED(115)가 장착된 공동(191)을 가진 정착물(190)로 대체된다. 정착물(190)은 또한 공동(191) 축을 따라 일렬로 정렬되고 교정시 광관(40)을 접수할 수 있는 크기를 가진 도관(192)을 포함한다. 폭이 좁은 구멍(197)을 가진 벽(195)은 공동(191)을 도관(192)을 포함한다. 폭이 좁은 구멍(197)을 가진 벽(195)은 공동(191)을 도관(192)로부터 분리한다. 이미 언급된 실시예에서의 채널(110)과 같은 구멍(197)은 LED(115)로부터 나오는 빛을 통과시켜 교정되는 광관이 설치된 도관(192)속으로 들어가게 한다. 전자부와 온도 안정화 회로를 포함하는 교정 프로브의 나머지 부분은 이미 언급된 것과 같다.
상기 실시예를 사용한 고온계(50)의 교정법은 제 14도에서 도시된다. 첫째로, 기준 고온계는 흑체 온도를 올바르게 읽도록 교정된다(제 200 단계). 예를들어, 주어진 온도에서 정확히 알려진 흑체 복사 스펙트럼을 제공하는 교정된 재료를 구입할 수 있는 표준기술 국립연구소와 같은 표준규격기관의 도움으로 이를 이행할 수 있다. 기준 고온계는 흑체 표준품으로부터의 정확한 온도표시를 하도록 교정된다.
정확히 교정된 기준 고온계로서 교정 기구가 내놓는 실효 특체 온도 Teff가 측정된다(제 205 단계). 각 교정 프로브는 전자부와 챔버(104)내의 (115)의 위치등으로 인해 흑체 온도를 약간 다르게 시뮬레이트할 가능성이 있으니 주의할 것. 고로 각 교정 프로브는 개개로 측정되어야 하며 시뮬레이트하는 온도로 표시되어야 한다. 예를들어, 한 교정 프로브(100)는 843℃를 시뮬레이트할 수 있는 반면 다른 교정 프로브는 852℃를 시뮬레이트할 수 있다.
교정 프로브는 여러 방법으로 표시될 수 있다. 시뮬레이트된 온도 라벨은 프로브에 직접 장착될 수 있다. 대신에, 부품 번호, 코드, 또는 확인표를 프로브에 장착할 수 있다. 이 경우에는 부품 번호, 코드, 확인표를 별도 목록서에 기재할 수도 있다.
이 후에 교정기구는 교정되지 않은 열프로브를 교정하는데 사용될 수 있다(제 210 단계). 특히 정렬용구를 사용하여 교정 프로브는 광관(40)에 일렬로 정렬되고, LED(115)가 켜지고, 고온계(50)에 의해 제공되는 온도 Tm을 표시한다.
마지막으로, 교정 프로브에 의해 시뮬레이트된 흑체 온도 Teff와 같은 측정온도 Tm를 제공하도록 고온계의 이득을 조절한다(제 215 단계).
요약하면, 기준 고온계는 NIST의 표준품에 대해 교정되고, 교정 프로브는 기준 고온계에 대해 교정되고, 고온계는 교정 프로브에 맞추어 교정된다. 그러므로 고온계의 교정은 표준품으로 트레이스된다. 표준품이 정확한 흑체 온도의 줄처이기 때문에 고온계 온도의 측정도 또한 정확하다.
정상소재 고정의 경우에는 챔버내의 열 프로브가 입자 오염 또는 전자부의 변화등으로 인해 교정이 언제 필요한지 검출하는데 교정기구를 또한 사용할 수도 있다. 교정 프로브로부터 얻은 측정 온도 Tm은 교정 프로브의 기지 실효온도 Teff에 비교되어질 수 있다. 차이 Teff-Tm가 선결된 임계치를 초과하면 열프로브는 정화되거나, 다시 교정되거나, 또는 단순히 대체될 수 있다.
다른 실시예들은 다음 특허청구의 범위내에 있다. 예를들어, 상기 실시예는 LED를 광원으로 사용했더라도 적절한 안정화 제어회로를 가진 레이저 다이오드와 같은 다른 안정한 광원들이 사용될 수 있다.
제 1도는 가속 열처리 챔버를 도시한다.
제 2도는 교정 프로브를 도시한다.
제 3도는 온도 감지 프로브를 도시한다.
제 4도는 필터의 투과율과 LED의 표준화된 광선 강도를 모두 파장의 함수로 나타낸 그래프이다.
제 5도는 교정 프로브의 단면을 도시한다.
제 6도는 교정 프로브의 회로도이다.
제 7도는 정렬 용구의 상면도이다.
제 8A도와 제 8B도는 각각 제 7도의 A선과 B선을 따라 도시된 정렬 용구의 단면도이다.
제 9도는 교정 프로브가 설치된 제 8도의 정렬 용구를 도시한다.
제 10도는 교정 프로브로부터의 광선을 도시한다.
제 11도는 정렬 용구에 장착된 교정 프로브의 다른 실시예를 도시한다.
제 12도는 교정 기구의 또다른 실시예를 도시한다.
제 13도는 교정 기구를 사용한 교정 절차의 흐름도이다.

Claims (20)

  1. 열처리 챔버내에 있는 온도 프로브의 교정을 위한 장치로서,
    (a) 공동과 이에 이르는 구멍을 포함하며, 상기 챔버의 해당하는 첫째 정렬 부분에 맞물리는 첫째 정렬 구조를 포함하는 상기 정렬 용구, 및
    (b) 상기 공동에 내장되고 교정시 상기 구멍을 통하여 빛을 방사하도록 배치된 안정한 강도를 가진 광원으로 구성되고,
    교정시 상기 구멍이 상기 프로브의 입력과 일렬로 정렬되도록 상기 구멍이 상기 첫째 정렬 구조에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 첫째 정렬 구조는 상기 챔버내에 있는 반사판의 핀구멍에 맞도록 만들어진 핀으로 상기 핀구멍을 상기 프로브의 상기 입력 끝에 근접하여 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 첫째 정렬 구조는 상기 챔버내에 있는 반사판의 핀구멍에 맞도록 만들어진 돌출부인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 공동과 구멍은 본체에 설치되고, 상기 본체는 상기 정렬 용구에 해당하는 둘째 정렬 구조에 맞물리는 둘째 정렬 부분을 포함하고, 교정시 상기 구멍이 상기 프로브의 입력과 일렬로 정렬되도록 상기 구멍이 상기 둘째정렬 구조에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 본체는 상기 첫째 공동으로부터 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 본체는 원통형이고, 상기 둘째 정렬 구조는 고리모양의 립을 가지는 원통형 도관이고, 상기 둘째 정렬 구조는 상기 고리모양의 립에 닿아 포착하는 상기 원통의 밑바닥 면인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 정렬 용구는 디스크이고 상기 둘째 정렬 부분은 상기 디스크를 관통하는 도관으로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 첫째 정렬 구조는 상기 챔버내에 있는 반사판의 여러개의 리프트 핀구멍에 맞도록 만들어진 여러개의 돌출부인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 열처리 챔버 외부에서 온도 프로브를 교정하는 장치로서,
    (a) 공동과 이에 이르는 구멍을 포함하며, 상기 프로브의 입력 끝에 맞물리는 정렬 구조를 갖는 정렬 용구, 그리고
    (b) 상기 공동에 내장되고 교정시 상기 구멍을 통하여 빛을 방사하도록 배치된 안정한 강도를 가진 광원으로 구성되고,
    교정시 상기 구멍이 상기 프로브의 입력과 일렬로 정렬되도록 상기 구멍이 상기 정렬 구조에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 열처리 챔버내에서 온도 프로브의 교정 방법으로서,
    상기 챔버에 공동과 이에 이르는 구멍을 가지는 정렬 용구를 삽입하는 단계;
    상기 구멍을 상기 프로브의 입력 끝에 일렬로 정렬하도록 상기 정렬 용구의 정렬 구조를 상기 챔버의 정렬 부분에 맞물리는 단계; 및
    상기 구멍을 통과하고 안정한 강도를 가진 광선을 방사하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 열처리 챔버 외부에서의 온도 프로브의 교정 방법으로서,
    상기 챔버로부터 상기 프로브의 입력쪽을 제거하는 단계;
    상기 구멍을 상기 프로브의 입력쪽에 일렬로 정렬되도록 공동과 이에 이르는 구멍을 가지는 상기 정렬 용구의 정렬 구조를 상기 프로브의 입력쪽에 맞물리는 단계; 및
    상기 구멍을 통과하고 안정한 강도를 가진 광선을 방사하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 열처리 챔버내에 있는 온도 프로브의 교정을 위한 장치로서,
    (a) 공동과 이에 이르는 구멍을 포함하고, 상기 공동에 내장되는 안정한 강도를 가지고 교정시 상기 구멍을 통하여 빛을 방사하도록 설치된 광원을 포함하는 교정 프로브, 및
    (b) 상기 교정 프로브의 정렬을 위해, 상기 챔버의 해당하는 첫째 정렬 부분에 맞물리는 첫째 정렬 구조를 포함하는 정렬 용구로 구성되고,
    교정시 상기 구멍이 상기 온도 프로브의 입력과 일렬로 정렬되도록 상기 구멍이 상기 첫째 정렬 구조에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 프로브는 상기 정렬 용구로부터 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 정렬 용구는 상기 교정 프로브와 함께 통합된 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 열처리 챔버 외부에 온도 프로브의 교정을 위한 장치로서,
    (a) 공동과 이에 이르는 구멍을 포함하고, 상기 공동에 내장된 안정한 강도를 가지고 교정시 상기 구멍을 통하여 빛을 방사하도록 설치된 광원을 포함하는 교정 프로브, 및
    (b) 상기 온도 프로브의 입력쪽에 맞물리는 정렬 구조를 가지는 정렬 용구로 구성되고,
    교정시 상기 구멍이 상기 온도 프로브의 입력과 일렬로 정렬되도록 상기 구멍이 상기 정렬 구조에 대해 배치된 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 열처리 시스템내에서 처리시 기판의 온도를 측정하는 온도 프로브의 교정을 위한 장치로서,
    공동과 이에 이르는 구멍을 가진 교정 용구,
    상기 공동에 내장되고 안정한 강도를 가지고 교정시 상기 구멍을 통하여 빛을 방사하도록 배치된 광원, 그리고
    교정시 상기 구멍을 상기 프로브의 입력 끝에 일렬로 정렬하는 정렬 기구로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 광원은 광선 방출 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 LED 의 광선 출력을 안정화하기 위한 피이드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 열처리 시스템내에서 처리시 기판의 온도를 측정하는 온도 프로브의 교정 장치로서,
    안정한 강도를 가지고 교정시 구멍을 통하여 상기 온도 프로브의 입력끝으로광선을 방출하도록 배치된 다이오드를 공동에 내장하고, 선결된 강도의 빛을 방사하는 교정기구, 및
    상기 교정기구에 의해 방사되는 상기의 선결된 강도를 가진 광선이 시뮬레이트하는 흑체로부터의 온도를 알리는 표시로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 열처리 시스템내에서 처리시 기판의 온도를 측정하는 온도 프로브이 교정 방법으로서,
    온도 T0에서 흑체로부터의 복사를 시뮬레이트하는 선결된 강도를 갖는 광선을 방출하는 광선 방출 다이오드를 포함한 교정 기구를 사용하는 단계;
    상기 교정 기구가 선결된 상기 강도를 가지는 상기 광선을 방사하는 동안 상기 광선을 상기 온도 프로브의 입력 끝에 비치는 단계;
    상기 선결된 강도를 가지는 상기 광선에 반응하여 온도표시 T1을 제공하는 상기 온도 프로브를 사용하는 단계; 및
    상기 열공정 시스템 내에서 처리시 상기 온도 프로브로부터 교정된 측정을 제공하기 위해 T0과 T1사이의 차를 이용하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
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