KR20000029481A - 다중광원을이용한고온계교정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온계와 같은 온도탐침을 교정하는 교정 장치에 관한 것이다. 이러한 교정 장치는 공지된 온도의 흑체를 실험하기 위해 광 방사 다이오드와 같은 적절한 두 개의 광원을 사용한다.

Description

다중 광원을 이용한 고온계 교정 {PYROMETER CALIBRATION USING MULTIPLE LIGHT SOURCES}
급속 열처리(Rapid thermal Processing: RTP)에서는, 가열냉각, 세정, 화학적 기상 증착, 산화, 또는 질화 등과 같은 제조 공정 단계를 수행하기 위하여, 예컨대 1200℃와 같은 고온으로 기판이 급속하게 가열된다. 특히 현재의 장치의 마이크론 이하의 주어진 크기에서, 높은 수율과 공정 안정성을 얻기 위하여 가열 공정 단계가 진행되는 동안에 기판의 온도가 정확하게 제어되어야 한다. 예를 들어서, 오늘날 장치 구조에 통상적인 규격인 ±2 Å의 균일성을 가진 60-80 Å 두께의 유전체층을 제조하기 위해서, 연속적인 공정 진행에서의 온도가 목표 온도로부터 몇 ℃ 이상 변화할 수 없다. 온도 제어의 이러한 레벨을 달성하기 위해서는, 기판의 온도가 실시간으로 그 자리에서(in situ) 현장 측정되어야 한다.
광학 고온계는 RTP 시스템 내의 기판 온도를 측정하는데 사용되는 하나의 기술이다. 광학적 탐침을 이용하는 광학 고온계는 기판으로부터 방출되는 방사 강도를 샘플링하고, 그리고는 기판의 스펙트럼 방사율 및 이상적인 흑체의 방사-온도 관계에 기초하여 기판의 온도를 계산한다.
시스템이 처음 설치될 때, 광학 탐침은 가열된 기판으로부터 나오는 방사에 노출될 때 이것이 정확한 온도 계측을 생성하도록 교정되어야 한다. 덧붙여서, 반복되는 사용 동안에 탐침에 의해 감지되는 온도가 규정 시간을 지나면 변화할 수 있으며, 이리하여 탐침을 다시 교정하거나 또는 적어도 교정 동작이 취해지도록 이미 발생된 변화를 감지하는 것이 필수적이다. 예를 들어서, 기판이 가열되는 동안 기판으로부터 방출되는 방사를 샘플링하는데 사용되는 광 파이프가 더렵혀지거나 깨질 수도 있고, 샘플링된 광선을 고온계로 이송하는 광학적 칼럼이 이완될 수 있으며, 또는 고온계의 전자기적 구성품이 "표류"할 수도 있다.
고온계를 교정하는데 통상적으로 사용되는 방법은 챔버 내의 특정의 기판 또는 웨이퍼를 이용한다. 상업적 소오스로부터 구매 가능한 이 특정의 기판은 사전에 측정되어 방사율을 알고 있는 것이고, 이것은 세라믹 재료와 함께 기판에 도포되는 "매입된" 열전쌍을 가진다. 기판이 가열될 때, 그것의 실제 온도는 열전쌍에 의해 지시된다. 기판의 방사율이 이미 공지되어 있기에, 기판에 의해 실제로 방출되는 방사는 소정의 온도에서이 이상적인 흑체로부터 방출되는 방사 강도에 기판의 방사율을 곱함으로써 쉽게 계산될 수 있다. 이것이 고온계의 광학적 탐침에 의해 샘플링될 방사 레벨이다. 고온계는 실제 온도와 일치하는 온도 읽기를 생성하도록 조정된다.
불행하게도, 이 방법은 다음과 같은 단점을 가지고 있다. 즉, 기판의 실제 온도가 사실상 열전쌍에 의해 측정되는 온도와 다를 수 있다는 점이다. 첫째로, 매입된 열전쌍 및 세라믹 재료의 존재가 열전쌍을 구비한 영역이 웨이퍼 다른 부분과는 상이한 온도를 가지도록 유도하고, 즉 이것이 기판의 온도 프로파일을 교란하게 된다는 점이다. 둘째로, 고온에서는(예컨대, RTP 공정에서 흔히 발견되는 1000℃와 같은 고온에서는), 웨이퍼와 열전쌍 사이의 연결부가 손상을 받기 쉽고, 따라서 열전쌍을 4시간 또는 5시간 정도 사용하고 나면 온도 읽기가 신뢰받기 어려워진다. 이러한 단기적인 수명으로 인하여, 이런 교정 기술은 10 내지 15℃ 이상의 고온계 정확도를 보증할 수 없었다.
이에 덧붙여서, 열전쌍 기판을 챔버 내부에 두는 것 및 열전쌍으로 전기적 연결을 만드는 것에 관련한 문제점도 있다.
따라서, 매입된 열전쌍을 구비한 웨이퍼를 사용하지 않고서 만일 광학적 탐침이 정학하게 교정된다면 매우 유용할 것이다.
본 발명은 열 처리 시스템에 사용되는 고온계(pyrometer)를 교정하는(calibrating) 것에 관한 것이다.
도 1은 급속 열처리 챔버를 도시하는 도면이며,
도 2는 교정 탐침을 도시하는 도면이며,
도 3은 온도감지 탐침을 도시하는 도면이며,
도 4는 파장의 함수로서 나타낸, LED의 정규 광세기와 고온계 필터의 투과율에 대한 그래프이며,
도 5a는 교정 탐침의 횡단면도이며,
도 5b는 도 5a의 확대도이며,
도 6은 교정 탐침의 회로도이며,
도 7은 정렬 기구의 평면도이며,
도 8a 및 도 8b는 도 7에 도시된 정렬 기구를 각각 8A-8A선 및 8B-8B선을 따라 취한 횡단면이며,
도 8c 및 도 8d는 도 8a의 확대도이며,
도 9a는 내부에 장착된 교정탐침을 갖는 도 7의 정렬 기구를 도시하는 도면이며,
도 9b 및 도 9c는 도 9a의 확대도이며,
도 10은 교정탐침으로부터 조사되는 광 비임을 도시하는 도면이며,
도 11은 정렬 기구가 부착되어 있는 교정탐침의 다른 실시예를 도시하는 도면이며,
도 12는 또다른 교정기구를 도시하는 도면이며,
도 13은 교정기구를 사용하는 교정절차를 나타내는 흐름도이며,
도 14는 교정탐침의 또다른 실시예를 도시하는 도면이며,
도 15는 파장의 함수로서 교정필터의 투과율을 나타내는 그래프이며,
도 16은 파장의 함수로서, 약 0.94미크론에서 정규화된 흑체의 방사율을 나타내는 그래프이며,
도 17은 파장의 함수로서 LED의 방사율을 나타내는 그래프이며,
도 18은 교정탐침의 또다른 실시예를 나타내는 도면이며,
도 19는 두 개의 LED를 사용하는 교정탐침을 도시하는 도면이며,
도 20은 파장함수로서, 도 19도의 교정탐침으로부터의 LED의 방사율을 곡선으로 나타내는 그래프이며,
도 21은 두 개의 LED, 흑체, 및 교정 탐침의 방사곡선을 포함하는 도 20의 21 영역의 확대도이다.
본 발명에 대한 다음의 설명에 있어서, 상이한 도면에 도시된 동일한 구조물들은 동일한 도면부호로 나타냈다.
한 관점에서, 본발명은 온도 탐침을 교정하기 위한 장치를 지향한다. 이 장치는 제 1대역폭을 가진 광선을 방출하는 제 1광원 및 제 2대역폭을 가진 광선을 방출하는 제 2광원을 포함한다. 상기 제 2대역폭은 상기 제 1대역폭과 상이하다. 광선 방출 영역은 제 1 및 제 2광원에 광학적으로 연결되고, 그리고 제 1 및 제 2광원의 상대적 강도는 광선 방출 영역으로부터 방출되는 총 방사가 소정의 파장 영역을 걸쳐서 소정의 온도에서 대체로 흑체를 모의하도록 선택된다.
본 발명의 실시예에서는 아래와 같은 것을 포함할 수 있다. 상기 장치는 광선 방출 영역을 온도 탐침의 입력단과 정렬시키기 위하여, 예컨대 열 처리 챔버의 대응하는 정렬 특징에 맞물리도록 하거나 또는 온도 탐침의 입력단을 맞물리게 하는 정렬 구조와 같은 정렬 매커니즘을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2광원으로부터 광선을 수용하고 결합된 광선이 광선 방출 영역을 지향하도록 광선 결합기가 배치될 수 있다. 상기 제 1 및 제 2광원은 각각 근사적인 가우시안 강도 분포와 함께 광선을 방출하고 상이한 파장에서 강도 피크를 가진다. 제 1 및 제 2광원은 LEDs가 될 수 있고, 소정의 파장 범위는 적외선의 범위가 될 수 있다. 광선 방출 영역은 광 파이버(Optical Fiber)의 표면 또는 제 1 및 제 2광원을 둘러싸고 있는 구조물의 구멍이 될 수 있다.
다른 관점에서, 본 발명은 온도 탐침을 교정하기 위한 방법을 지향한다. 제 1광원은 제 1대역폭을 가지는 광선을 만들어내고, 제 2광원은 제 2대역폭을 가지는 광선을 만들어낸다. 상기 제 2대역폭은 상기 제 1대역폭과 상이하다. 제 1 및 제 2광원으로부터의 광선은 결합되어 광선 방출 영역을 지향하게 된다. 제 1 및 제 2광원의 상대적 강도는 광선 방출 영역으로부터 방출되는 방사 스펙트럼이 소정의 파장 영역을 걸쳐서 소정의 온도에서 대체로 흑체의 방사 스펙트럼을 모의하도록 선택된다.
또 다른 관점에서, 본 발명은 교정 장치를 교정하는 방법을 지향할 수 있다. 제 1대역폭을 가지는 광선이 교정 장치에서 제 1광원으로부터 생성되고, 제 2대역폭을 가지는 광선이 교정 장치에서 제 2광원으로부터 생성된다. 상기 제 2대역폭은 상기 제 1대역폭과 상이하다. 제 1 및 제 2광원으로부터의 광선은 결합되고, 그리고 결합된 광선의 강도가 제 1파장 및 제 2파장에서 측정된다. 제 1 및 제 2광원의 상대적 강도는 제 2파장에서의 강도에 대한 제 1파장에서의 강도의 비율이 소정의 온도에서 흑체의 경우에 예상되는 강도의 비율과 대체로 동일하도록 선택된다.
본 발명의 실시예는 다음의 것을 포함한다. 만일 제 1대역폭이 제 2대역폭의 일부와 중첩된다면, 제 1파장이 그 중첩 부분 내부에 있고 제 2파장은 제 1대역폭의 외측에 있을 수 있다. 만일 제 1대역폭 및 제 2대역폭이 중첩하지 않는다면, 제 1파장은 제 1 및 제 2광원이 제 1파장에서 대체로 동일한 정규화된 강도를 가지도록 선택될 수 있다.
본 발명의 장점으로는 다음과 같은 것들이 있다. 교정 장치의 스펙트럼 출력이 특정 온도에서 흑체와 거의 유사하다. 흑체 방사가 교정 필터를 사용하지 않고서도 모사될 수 있다. 고온계는 매입된 열전쌍 없이도 (예컨대 1℃ 미만의) 정확도로써 교정될 수 있다. 교정은 보다 빠르게 그리고 보다 작은 에너지를 사용하여 수행될 수 있다. 교정은 절대적 기준으로 추척될 수 있다. 고온계는 챔버로부터 광 파이프를 제거하지 않고서도 교정될 수 있다. 교정 장치는 휴대용으로 튼튼하게 만들어질 수 잇다.
본 발명의 다른 특징과 장점은 첨부된 청구의 범위 및 도면을 포함한 후술하는 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.
RTP 시스템의 교정 고온계에 사용되는 고온계 교정 기구를 상세히 설명하기 전에, 교정될 고온계를 포함하는 RTP 시스템에 대해 먼저 설명한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 RTP 시스템은 8인치(200mm) 직경의 디스크형 실리콘 기판(10)을 처리하기 위한 프로세싱 챔버(60)를 포함한다. 상기 기판(10)은 기판 지지 구조물(62)에 의해 챔버 내측에 유지되어 있고 상기 기판의 바로위에 위치된 가열소자(예를들어, 일렬의 텅스텐 할로겐 램프)(70)에 의해 가열된다. 가열소자(70)는 기판(10)의 대락 1인치 위에 위치된 수냉식 석영 윈도우(72)를 통해서 챔버(60)로 진입하는 방사열을 발생시킨다. 기판(10) 아래에는 스텐레스 스틸 기저부(65)상에 장착된 반사판(65)이 위치된다. 반사판(20)은 알루미늄으로 제조되고 높은 반사율을 갖는 코팅(24)(예를들어, 금 합금)을 가진다. 기판(10)의 하측과 반사판(20)의 상부는 보다 이상적인 흑체를 형성하는(즉, 기판에 대한 증대된 방사율을 제공하는) 반사공동(30)을 형성한다.
기저부(65)의 후면으로부터 반사판(20)의 상부를 통해 연장하는 도관(35)은 고온계(50)를 포함하는 온도탐침(15)의 입력 탐침으로서 작용하는 사파이어 광파이프를 유지한다. 광 파이프(40)의 입력 단부는 반사판(20)의 상부 근처에(예를들어, 반사판의 상부와 일직선이 되게) 위치되며 반사공동(30)으로부터의 방사비임을 수집한다. 수집된 방사비임은 광 파이프(40)로 통과하여 가요성 광섬유(45)를 거쳐 고온계(50)로 진행한다. 광 섬유(45)와 사파이어 광파이프(40)의 결합단부는 치형 커넥터(42)에 의해 서로 밀접하게 광접촉하도록 유지되어 있다. 기판의 상이한 위치에 도달하는 방사비임을 수집하는 반사판(20)내에 위치된 복수(예를들어, 8개)의 온도 탐침(15)도 제공되어 있다.
전술한 실시예에서, 사파이어 광파이프(40)는 약 0.05 내지 0.125인치(예를들어, 0.080)의 직경을 가지며 고온계(50)는 미국 캘리포니아 산타 클라라 소재의 럭스트론 코포레이션사에 의해 판매되는 럭스트론 애큐파이버 모델 100일 수 있다. 상기 반사공동이 실제 흑체를 생성하도록 어떻게 작용하는가를 포함한 상기 반사공동에 대한 더욱 상세한 설명은 1994년 12월 19일자로 출원되어 본 발명의 양수인에게 양도되고 본 발명에 참조된 발명의 명칭이 기판온도를 측정하기 위한 방법 및 장치인 미국 출원번호 08/359,302호를 참조하면 된다.
도 3에 도시한 바와같이, 고온계(50) 내측의 광 섬유(45)로부터 방사비임은 실리콘 검출기(54)(예를들어, 포토다이오드)상에 떨어지기 전에 광 고온계 필터(52)를 먼저 통과한다. 검출기(54)로부터의 신호는 램프용 동력 제어회로(도시않음)에 의해 사용되는 온도 판독값(Tout)에 신호되는 제어장치(56)에 입력된다. 제어장치(56)는 측정된 전류를 출력온도 판독값(Tout)으로 전환시키는데 사용되는 검사테이블을 포함한다. 상기 검사테이블은 본 기술분야에 공지된 플랭크 법칙으로부터 용이하게 유도될 수 있는 이상적인 흑체의 대응온도값에 대한 측정 출력신호를 작성한다. 또한 제어장치(56)는 제어장치의 이득을 교정중에 조절하여 고온계가 정확한 온도 판독값을 출력할 수 있게 하는 이득제어 터미널을 포함한다.
정상상태에서, 램프와 같은 가열소자(70)는 방사비임을 기판(10)에 조사시킨다. 일부의 방사비임(즉, 방사비임(74))은 기판을 통해 공동(30)으로 전달된다. 또한, 상기 기판은 방사비임(76)을 방사하는데 상기 방사비임의 세기는 기판온도의 함수이다. 통상적으로, 실리콘 웨이퍼는 약 1.0미크론 이상의 파장을 갖는 방사비임을 전달하는 반면에, 실리콘 검출기(54)는 1.5미크론 이하의 파장을 갖는 방사비임과 반응한다. 전달된 방사비임이 실리콘 검출기(54)에 도달하면, 잘못된 온도 판독값을 생성한다. 그로므로, 방사비임이 검출기에 도달하여 온도측정에 간섭되는 것을 방지하기 위해서, 고온계(52)의 대역 특성은 램프로부터 전달된 방사비임이 검출기에 도달하는 것이 방지되도록 선택된다. 전술한 실시예에서, 고온계 필터(52)는 광 스택, 예를들어 석영-웨이브 스택으로 피복된 유리이며, 이는 좁은 범위의 파장을 갖는 광을 투과하며 1.0미크론 이상의 매우 높은 제거율을 가진다. 파장함수로서의 고온계 필터(52)의 투과율이 도 4에 파선(52)으로 도시되어 있다.
고온계를 교정하기 위해, 특정한 교정기구가 사용된다(도 9a-9c, 도 11 및 도 12 참조). 상기 교정기구는 고온계 필터(52)에 의해 여과되는 주로 좁은 스펙트럼의 방사비임을 방출하는 광 방출 다이오드(LED)와 같은 안정한 광원을 포함한다. 안정한 광원은 예정된 온도에서 흑체를 조사한다. 즉, 예정된 파장 범위에 걸쳐서, 예정된 온도로 가열된 흑체와 동일한 양의 방사비임을 스펙트럼위에 방출한다. 예정된 파장범위는 적외선 범위내에 있을 수 있다. 이후의 여러 실시예에서 설명하는 교정기구는 광원과 사파이어 광파이프의 입력단부를 정렬시켜 공지되고 반복적인 방사비임량이 각각의 교정공정중에 사파이어 광파이프로 진입되게 한다.
광원은 고온계 필터(52)를 정합하도록 구성 및/또는 선택된다. 즉, 최대 출력과 스펙트럼 범위는 고온계 필터(52)의 대역과 일치한다. 도 4를 참조하면, 전술한 고온계 필터(52)에 사용되는 LED의 특성이 실선(115a)으로 표시되어 있다. 상기 LED는 0.88 내지 0.90미크론의 최대 크기를 갖는 약 0.2폭의 가우스 스펙트럼 분포를 가진다.
도 14를 참조하면, 교정필터(220)는 LED(115)와 구멍(110) 사이에 위치되어 교정기구(100)가 흑체를 시뮬레이트한다. 즉, 교정필터(220)는 교정기구로부터 방출된 광이 예정된 온도의 흑체와 동일한 파장함수로서의 상대세기를 갖게 한다. 교정필터는 상기 LED의 외피(222) 내측, 예를들어 렌즈(224)와 다이오드 소자(115) 사이에 위치될 수 있다. 이와는 달리, 교정필터(220)는 렌즈(224)와 구멍(110) 사이의 교정기구(100)내에 있는 공동(104)내에 위치될 수 있다.
교정 필터(220)의 이송 특징은 LED(115) 및 이상 흑체(ideal blackbody)사이의 차이를 보상하기 위해 하기에 기술되는 바와 같이 선택된다. 도 15를 참조하면, 전송곡선, 예를들어 교정 필터(220)의 파장의 전송은 실선 230으로 도시되어 있다. 교정 필터(220)의 전송 곡선은 약 0.87미크론의 파장에서 최소 전송(예를들어, 약 0.15)으로 거의 포물선 형상으로 이루어진다. 특정한 전송 곡선을 갖는 교정 필터는 필터 제조업자로부터 주문을 받을수 있다. LED(115)로부터 나온 광선이 교정 필터(220)를 통과할때, 최종광선의 세기는 예를들어 0.80 내지 0.94미크론으로부터 LED(115)의 스펙트럼 방사 영역을 넘어 소정의 온도 예를들어 950℃로 흑체를 시뮬레이트한다.
교정 필터(220)의 이송 곡선은 광체 및 LED를 파장의 함수로서 방사곡선 예를들어 광선 세기로부터 유도된다. 특별히, 교정 필터(220)의 이송 곡선은 LED (115)의 방사곡선으로 흑체의 방사곡선을 분류하므로서 계산이 된다. 소정의 온도에서 흑체의 방사곡선은 플랭크 법칙(Plank's law)으로부터 유도된다. 도 16을 참조하면, 950℃의 온도에서 흑체를 위한 방사 곡선은 실선 232로 도시되어 있으며, 1050℃의 온도에서 흑체를 위한 방사 곡선은 실선 234로 도시되어 있다. 방사 곡선(232,234)은 약 0.94미크론으로 표준화 된다. 예를들어, 0.94미크론 이하의 파동에서 광선의 세기는 0.94미크론에서 광선의 세기의 백분율로 도시되어 있다. LED(115)의 방사곡선은 스펙트로그래프로 측정된다. 도 17을 참조하면, 하나의 LED의 방사곡선, 특히 교정 기구(100)에서 30와트로 구동되는 OD88FHT는 실선 236으로 도시되어 있다. 950℃의 소정의 온도를 시뮬레이터하도록 교정기구(100)에서 교정필터(220)용 이송곡선(230)을 발생시키기 위해, 흑체 방사 곡선(232)은 LED 방사 곡선(236)으로 분류된다.
교정 필터(220)는 상이한 고온 필터(52)들로 구성된 상이한 고온계를 동일한 교정기구로 정확하게 교정한다. 고온계 필터(52)들의 전송곡선들은 고온계로부터 고온계로 차이가 있다. 예를들어, 하나의 고온계 필터가 0.92 및 0.93미크론사이의 파동을 갖는 광선을 전송하는 반면에, 다른 고온계 필터는 0.87 및 0.88미크론사이의 파동을 갖는 광선을 전송하게 된다. 교정 필터(220)는 교정기구(100)로 LED의 방사영역의 대부분을 넘어 유익한 모든 파장에서 동일온도로 시뮬레이트 된다.
교정필터(220) 없는 교정기구는 광선의 모든 온도에서 단일 온도로 시뮬레이트될수 없다. 도 17에 도시된바와 같이, 광원(115)의 방사곡선은 흑체곡선에 일치되지 않는다. 특히, 두개의 다른 파장영역에서 광원(115)의 상대 세기는 흑체의 상대세기와 일치하지 않는다. 도 16에 도시된바와 같이, 예를들어 흑체는 0.875미크론의 파장세기보다 높은 0.925미크론의 파장의 세기를 구비하는 반면에, 도 17에 도시된바와 같이, 광원(115)은 0.875미크론의 파장의 세기보다 낮은 0.925미크론의 파장의 세기를 구비한다. 그러므로, 광원(115)이 일정한 파장영역 예를들어 0.87 내지 0.88미크론에서 950℃의 소정의 온도로 흑체를 시뮬레이트 하기 위해 정확한 방사량을 발생시킨다면, 광원은 다른 두 파장영역, 예를들어 0.92 내지 0.93미크론에서 동일온도의 흑체를 시뮬레이트 하지 못한다.
고온계 필터(52)들이 상이한 전송영역을 갖고 있기 때문에, 하나의 고온계를 위한 소정의 온도로 시뮬레이트 되는 광원은 상이한 고온계 필터로 다른 고온계를 위해 동일온도로 시뮬레이트 되지 못한다. 그러나, 부가된 교정 필터(220)는 유익한 모든 파장에서 단일 온도의 흑체를 시뮬레이트하기 위해 광선의 정확한 상대세기를 교정기구로 발생시키며, 그러므로서 고온계 필터(52)의 전송영역과 무관하게 시뮬레이트되는 온도를 설정한다. 이것은 상이한 고온계 필터들을 갖는 고온계로 동일한 교정기구를 정확히 교정하도록 한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 공지된 온도에서 흑체를 시뮬레이트 하는 교정기구(100)는 내부 캐비티(45)를 갖는 통상의 원통형 바디(102)를 포함한다. 원통형 바디(102)의 한단부는 광선을 캐비티(104) 밖으로 통과할수 있게 하는 구멍을 한정하는 소형 채널(110)를 제외하고 밀폐된다. 캐비티(104)내에 위치된 광선 방사 다이오드(LED)는 채널(110)를 통해 통과하는 광선을 방사한다.
상술된 실시예에서, 상기 바디(102)는 직경이 0.3745인치이고 길이가 2.0인치인 알류미늄 원통형 튜브(102)로 가공된다. 캐비티(114) 및 바디(102)의 하부면(130)사이로 연장되는 채널(110)은 약 0.2인치의 길이 및 0.02의 직경으로 구성되며, 원통형 바디(102)의 축선상에 중심을 이룬다. 채널(110)이 위치되는 바디(102)의 단부에는 약 0.10인치의 길이 및 0.30인치의 직경을 갖는 좁은 원통형 영역(132)이 제공되어 있다. 상기 원통형 바디(102)의 원형 외측 에지(134)는 리세스된 환형 림(136)을 둘러쌓다. 외측에지(134)는 하기에 기술되는 정확한 교정도구속으로 교정기구를 삽입하기 위해 45℃ 각도로 베벨된다.
LED(115)의 광선 출력이 온도의 함수로서 변화되기 때문에, LED의 온도를 안정화하는 수단이 제공된다. 특히, 교정 기구(100)는 LED(115)에 매우 인접하게 위치되는 K-형 열전쌍과 같은 열전쌍(124)및, 50오옴(Ω)의 저항기와 같은 소형 열 저항기(122)를 또한 포함한다. 상기 저항기(122)는 LED를 약 80℉까지, 예를들어 예상된 주변 온도보다 조금 높게 가열하는 사용된다. 선택적으로, LED는 주변보다 낮은 온도로 냉각될수 있다. 그러나, 냉각은 상당히 상이하며 비용이 많이든다.
3개의 모든 구성요소(예를들어, LED(115), 열전쌍(124) 및 저항기(122))들은 아좀코 세라믹캐스트 583(Azemco ceramiccast 583)과 같은 연 유도 세라믹(117)으로 고정된다. 상기 세라믹(117)은 히터(122)로부터의 열을 LED(115) 및 열전쌍 (124)에 효율적으로 전달시킨다. 상기 세라믹(117)이 채널(110)에 대해 LED(115)의 위치를 일정하게 유지하므로, 캐비티(104)내측의 LED(115)의 회전 및 변위로 인하여 발생되는 광선 세기의 변화는 일어나지 않는다.
도 6을 참조하면, 전원(120)은 LED(115)에 일정한 전류를 공급한다. 상술된 실시에에서, 전원(120)은 본 기술분야의 통상의 전문가들에게 공지된 방식으로 레이저 다이오드(도시되지 않음)를 사용하여 LED(115)를 통하는 전류를 안정화시키고, 그러므로서 광선 출력을 안정화시킨다. 선택적으로, LED(115)의 출력 전원은 LED(115)의 광선 출력을 심플하게 하기 위해 위치된 포토다이오드(도시되지 않음)를 사용하므로서 안정된다. 이러한 경우에, 포토다이오드는 LED(115)로부터 일정한 광선 출력을 생산하기 위해 전원(120)에 피이드백 회로를 통해 연결된다.
열전쌍(124)와 히터(122)는 LED(115)의 온도를 안정화시키는 피드백 회로를 형성하도록 비례 집적 장치(PID)에 연결된다. LED(115)의 온도와 LED(115)를 통과하는 전류 모두를 일정하게 유지함으로서, LED(115)는 매우 안정한 강도의 방사선을 발생한다.
변경적으로, 도 14에 도시한 바와 같이, LED(115)의 광 출력은 포토다이오드(242)와 열전쌍(244)과 연관해서 레이저 드라이버(240)를 사용함으로서 안정될 수 있다. 레이저 드라이버(240)의 구동 출력부는 LED(115)의 입력부에 연결된다. 포토다이오드(242)는 그것의 광 강도를 채취하고 강도 신호를 발생하도록 LED의 케이싱 내측에 위치설정된다. 포토다이오드로부터 나온 강도 세기는 피드백 루프를 형성하는 레이저 드라이버(240)으로 피드백되므로 교정 기구(100)의 광출력은 매우 안정하다.
상술한 바와 같이, LED의 광출력은 온도의 함수로서 변한다. 특히, LED(115)의 온도가 증가함에 따라, 이것의 광출력은 떨어진다. 열전쌍(244)로부터 나온 출력 신호는 커플러(246)를 통해서 레이저 드라이버(240)의 모듈레이션 입력부에 연결될 수 있다. 커플러(246)는 강도의 신호 x를 방정식 y = a - bx에 따라서 강도 신호 y로 변환된다. 기울기 b와 커플러(246)의 오프셋 a는 당업자에게 잘알려진 방법으로 설정되므로 LED의 온도가 하강하면, 레이저 드라이버(240)의 전압 출력은 증가하고, LED의 광출력은 일정하게 유지한다.
다른 실시예에서, 교정 기구는 두 개 이상의 광원을 포함한다. 광원에서 나온 광선은 예정 파장영역에서 예정 온도에서 블랙바디를 시뮬레이트하도록 조합된다. 예정 파장 영역은 적외선내에 있을 수 있다. 양 광원은 거의 가우스 스펙트라 분포로 방사선을 방출한다. 그러나, 광원은 다른 대역폭을 가지며 강도는 다른 파장에서 피크한다. 두 광원의 전체 스펙트라 출력R(Υ)은 다음 함수에 의해 정의될 수 있다;
R(Υ) = R1(Υ) + K* R2(Υ)
여기서, R1(Υ) 및 R2(Υ)는 제각기 두 광원의 스펙트라 응답이고, Υ는 파장이고 K는 강도계수이다. 적절한 K값을 선택함으로서, 교정 기구의 스펙트라 출력은 특정 온도에서 블랙바디를 시뮬레이트할 수 있다.
도 19를 참조하면, 두 광원을 사용하는 교정 기구(300)는 도 5a - 도 5b 및 도 14에 도시한 교정 기구와 유사한 방법으로 구성되어 있다. 교정 기구(300)는 내부 공동(304)을 가지는 전체적으로 원통형인 바디(302)를 포함한다. 원통형 바디의 한 단부는 광선을 통과시키는 구멍(306)을 가진다.
여기에 형성된 두 다이(312a, 312b)를 가진 칩(310)은 내부 공동(304)내에 매달려 있다. 각각의 다이(312a, 312b)는 LED(315a, 315b)와 포토다이오드(318a, 318b)를 포함한다. 미국 캘리포니아 산타 클라라소재의 내셔널 세미컨턱터 코포레이션으로부터 이용가능한 "LM-34" 센서와 같은 온도 센서(320)이 칩(312)에 내장되어 있다. LED(315a, 315b)와 포토다이오드(318a, 318b)를 포함하는 칩(310)은 통상적으로 미국 특허 제 5,525,539 호와 제 5,448,082 호에 기술된 바와 같이 구성될 수 있으며, 이들의 전체 명세서는 여기서 참조로 사용된다. 이런 칩은 미국 캘리포니아 뉴버리 파크소재의 옵토 다이오드 코포레이션으로부터 주문받을 수 있다. 칩(310)과 온도 센서(312)는 나사(도시 생략)를 조정함으로서 공동(304)내의 제 위치에 유지시킬 수 있다.
LED(315a, 315b)는 조합기(322)와 확산기(324)를 통과하는 광선을 구멍(306)을 나오도록 방출한다. 조합기(322)는 LED로부터 방출된 광선을 조합하여 구멍으로 안내한다. 조합기(322)는 구멍을 통과한 광선의 파장 분포가 공간적으로 균일하도록 LED(315a, 315b)로부터 나온 광선을 조합하는 조합기일 수 있다. 혼합기는 석영 광섬유의 비틀린 묶음체일 수 있다. 조합기는 또한 부분적인 거울, 렌즈, 빔 스프리터일 수 있다. 확산기(324)는 조합기(322)로부터 나온 광을 전달적으로 뿌린다. 확산기(324)는 확산 유리 필터일 수 있다.
도 20을 참조하면, LED(315a, 315b)용 대략적이고 이상적인 방출 곡선은 제각기 실선(330, 332)로 도시되어 있다. 방출 곡선(330, 332)은 표준화되어 있다; 즉, 파장의 함수로서 광 강도는 피크 강도의 퍼센테이지로 도시되어 있다. LED(315a)는 부드러운, 일반적으로 880나노메터에서 최대 강도를 가진 가우스 스펙트라 분포와 약 840부터지 920 나노메터로 연장하는 약 80나노메터의 대역폭(이 경우에 표준화 강도가 0.5보다 큰 곳에서의 파장으로서 정의 됨)을 가진 광선을 방출한다. LED(315b)는 또한 부드러운, 가우스 스펙트라 분포를 가지만, 930나노메터에서 최대강도와 약 905부터 955나노메터로 연장하는 약 50나노메터의 대역폭을 가진다.
도 21을 참조하면, 1,000℃의 온도에서 블랙바디에 대해서 약 870 내지 930마이크론의 파장내의 방출 곡선은 실선 334로 도시되어 있다. LED(315a, 315b)용 방출 곡선은 실선(330)과 점선(332)로 제각기 도시되어 있다. LED(315a, 315b)의 조합된 광출력으로서 교정 기구의 방출 곡선은 실선(336)으로 도시되어 있다. 도시한 바와 같이, 방출 곡선(336)은 도시한 파장 영역에서 블랙바디 방사선 곡선(334)을 거의 시뮬레이트하다.
도 19를 참조하면, LED(315a)와 포토다이오드(318a)는 레이저 다이오드 드라이버(340a)에 연결된다. 유사하게, LED(315b)와 포토다이오드(318b)는 레이저 다이오드 드라이버(340b)에 연결된다. 각 포토다이오드는 관련 LED의 출력을 안정화하는 피드백 루프를 형성한다. 온도 센서(320)는 또한 커플러(342)에 의해 레이저 드라이버(340a, 340b)의 모듈레이션 입력부에 연결될 수 있다.
레이저 다이오드 드라이버(340a, 340b)는 LED로 흐르는 전류를 인접하게 함으로서 두 LED의 상대 강도(즉, 강도 계수 K)를 제어하느데 사용될 수 있다. 적절한 K값을 선택함으로서, 블랙바디 곡선(334)을 거의 시뮬레이션하는 방출 곡선(336)은 발생될 수 있다. 적절한 K값을 선택을 선택하기 위해서, 교정 기구는 스펙트로메터에 연결되고 두 광원의 조합된 광선의 상대 강도는 두개의 다른 파장에서 측정된다. 파장중 하나는 LED의 하나의 대역폭의 거의 외측이 되도록 선택되어야 한다. 대역폭이 오버랩하면, 다른 파장은 LED의 대역폭의 오버랩핑 영역내에 있도록 선택되어져야 한다. 대역폭이 오버랩하지 않으면, 다른 파장이 선택되어져야 하므로, 두 LED의 표준화 강도는 거의 그 파장에서 동일하다. 예를 들면, 한 파장이 870나노메터일 수 있으며 다른 파장은 910나노메터일 수 있다. 레이저 다이오드 드라이버중 하나의 게인은 두 파장에서의 측정 강도의 비가 예정 온도에서 블랙바디에 대해서 예견된 비와 동일하도록 조정된다. 그리고 나서, 강도 계수 K가 설정된다. 이렇게 해서 스펙트라 분포는 블랙바디에서 나온 방사선을 시뮬레이트한다.
두 광원을 사용하는 장점은 블랙바디가 교정 필터의 사용없이 시뮬레이트될 수 있다는 것이다. 각 교정 필터는 약간의 다른 변동 곡선을 가지는 경향이 있으며, 이것은 LED의 방출 곡선과 정확하게 일치하지 않을 수 있다. 이와 대조로, 광원의 강도 계수 K는 블랙바디가 시뮬레이트되는 것을 보장하도록 교정 기구의 구성동안 선택될 수 있다.
교정동안, 정렬 기구는 교정되어질 온도 탐지지의 광파이프로 교정 기구(100 또는 300)를 정렬하는데 사용된다. 우리는 정렬 기구에 맞는 두개의 디자인 형태를 예로서 나타낼 것이다. 한 디자인 형태는 원래 위치에 사용된다. 즉, 시스템으로부터 광파이프를 제거하지 않고 광파이프(40)으로 교정 기구(100)을 정렬한다. 다른 디자인 형태는 원격으로 교정을 수행하는데 사용된다. 즉, 광파이프(40)는 RTP 챔버로부터 제거되고 정렬 기구로 삽입된다.
도 7, 도 8a-8d, 및 도9a-9c를 참조하면, 측정에 사용되는 실시예에 따른 정렬 기구(149)는 반사기 플레이트 위의 RTP챔버 내부로 끼워맞춤된다. RTP 챔버 내부로 삽입될 때, 정렬 기구(149)는 도광관에 대해 고정된 위치에서 측정 기구를 고정시킨다. 특히, 정렬 기구(149)는 구멍(154) 조립체를 갖는 원형 디스크(150)이며, 이러한 구멍 내부로 각각의 측정 기구(100)가 삽입될 수 있다. 구멍(154)의 수는 반사기 판 내에 위치하는 온도 탐침의 수와 일치한다. 구멍(154)은 디스크(150)의 중심으로부터 다른 반경에 위치되며, 정렬 기구(149)가 챔버 내의 위치로 삽입될 때 반사기 판(20) 내의 도관(35)의 위치와 일치하여 정렬하도록 위치된다. 도 8d 및 도9c 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각각의 소형 구멍(154)의 바닥에, 소직경의 구멍(155)을 한정하는 환형의 립(158)이다. 구멍(155)은 측정 기구(100)의 바닥에 보다 좁은 원형 영역(132)의 직경보다 조금 더 큰 직경을 가지며, 립(158)은 측정 기구(100) 상에 보다 좁은 원형 영역(132)의 길이와 동일한 두께를 갖는다. 따라서, 측정 기구(100)가 구멍(154) 내부로 삽입될 때, 디스크(150)의 바닥과 동일평면의 바닥면(130)으로 립(158)에 대해 정지되어 있다(즉, 교정 기구가 교정 중에 RTP챔버 내에 설치될 때, 반사기 플레이트에 근접한 디스크(150)의 표면과 동일 평면이다).
전술한 실시예에서, 정열 기구(149)는 플라스틱 또는 델라인(delrine)등의 나일론으로 제조된다. 이는 2.54cm(1 inch)의 두께와 22.6cm(8.9 inch)의 직경을 갖는다. 각각의 구멍(154)은 측정 기구(100)가 구멍 내부로 용이하게 삽입되도록 원형 몸체(102)의 외부 직경보다 조금 더 큰 대략 0.95 cm(0.375 inch)의 내부 직경을 갖는다. 환형의 립(158)은 대략 0.28 cm( 0.11 inch) 의 두께를 가지며 대략 0.12cm(0.047 inch)까지 내부로 돌출하여, 환형의 립(158)에 의해 한정된 소형 구멍(155)의 내부 직경은 대략 0.83cm(0.328 inch)이다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 디스크(150)의 하면에 위치된 돌출부(156)가 존재한다. 이러한 돌출부(156)는 디스크(150)의 중심과 일치하는 줌심을 갖는 원 둘레로 서로 동일 거리로 이격되어 있으며, 정렬 기구(149)가 RTP 챔버 내부로 삽입될 때 RTP 챔버 내의 반사기 판 내에 위치된 리프트 핀 구멍(67)으로 정렬되도록 위치되낟. (도시되지 않은) 리프트 핀은 지지 구조물(62) 상에 기판을 상승 또는 하강시키기 위해 리프트 핀 구멍을 통해 통과되도록 작동된다(도 1 참조).
도 8c에 도시되어진 것처럼, 각각의 돌출부(156)는 제 1 직경 및 바닥면(163)을 갖는 원형 하부(161)을 갖는다. 각각의 돌출부(156)는 하부(161)로부터 상부(165)까지 전이점에서 환형의 단계(162)를 형성하기 위해 보다 큰 제 2 직경을 갖는 원형 상부(165)를 또환 갖는다. 제 1 직경은 반사기 판 내의 대응 리프트 핀 구멍의 직경보다 약간 더 작으며, 제 2 직경은 리프트 핀 구멍의 직경보다 더 크다. 환형의 단계(162)는 디스크(150)의 바닥면으로부터 0.025 내지 0.10 cm (0.01 내지 0.04(예를 들어, 0.03) inch) 이격되어 있다.
도 8a에 도시되어진 것처럼, 디스크(150)는 3개의 대형 구멍(152)을 또한 포함하고 있으며, 각각 돌출부(156)중의 대응 돌출부로부터 내부로 반경 방향으로 단거리에 위치된다. 직경이 대략 1.9 cm(0.75 inch)인 구멍(152)은 정렬 기구가 RTP 챔버 내부로 삽입될 때 사용자가 반사기 판 내의 리프트 핀 구멍의 위치에서 볼수 있도록 한다. 디스크(150) 상층면 상에서, 디스크가 RTP 챔버 내부로 삽입될 때기술자들이 디스크를 상승시킬 수 있고 조종할 수 있는 핸들(160)이 또한 존재한다.
도 9a 내지 도 9c 에 도시되어진 것처럼, 측정 기구(100)가 소형의 구멍(154) 내부로 삽입된다. 정렬 기구가 RTP 챔버 내부로 완전하게 조립될 때, 각각의 소형 구멍(154) 및 측정 기구(100)는 사파이어 도광관(40)의 대응 관과 정열되어 있다. 각각의 8개의 구멍(154) 내부로 측정 기구(100)를 삽입함으로서, 각각의 고온계(50)는 동시에 측정된다. 택일적으로, 단일 측정 기구(100)가 사용되며, 각각 측정을 위해 하나의 구멍으로부터 다음의 구멍에 이르기까지 이동된다.
측정 기구(100)가 정렬 기구에 의해 광 탐침 위에 위치될 때, 측정 기구(100)의 바닥(130)과 도광관(40)의 상부 사이의 간극은 대략 0.076 cm(0.03 inch)이다. 도광관(40)은 도 10에 두 위치로 도시되어 있다. (허상으로 도시된)한 위치는 측정 기구(100)에 근접한 상층면(41')을 가지며, 다른 한 위치는 측정 기구(100)로부터 떨어진 상층면(41")을 갖는다. 광은 대략 90°의 각 α을 갖는 채널(110)로부터 비임(140) 내에 나타난다. 물론 정확한 각도 α는 채널의 길이 및 직경 또는 구경(110), 및 공동(104) 내부의 LED(115)의 위치에 따라 달라진다.
측정 기구(100)의 바닥(130)은 비임(140)의 적용범위가 도광관에 도달할때까지 도광관의 상층면보다 더 큰 영역으로 확장되지 않도록 표면 위치(41')에 충분하게 근접하는 것이 바람직하다. 즉, 측정 기구(100)은 도광관(40)이 측정 기구(100)로부터 발생하는 모든 광을 포착하도록 도광관(40)에 충분하게 근접하여야 한다. 전술한 조건이 만족되면, 온도 탐침은 거리와 측정 기구(100) 채널 및 도광관(40) 사이의 정렬의 소량의 변화에 반응을 보이지 않는다. 반대로, 측정기구(100)가 표면 위치(40")에 의해 나타난 것처럼 도광관(40)으로부터 멀리 이격되어 있다면(예를 들어, 전술한 실시예보다 0.25 cm(0.1 inch)이상 떨어져 있다면), 비임(140)의 적용범위는 도광관의 직경보다 더 클 것이며, 결과적으로 비임의 일부만을 포착할 것이다. 포착된 비임의 일부는 측정 기구(100)와 반사기 판 사이의 정렬 및 거리에 민감하다.
고온계(50)를 측정하기 위해서는, 디스크(150)는 돌출부(156)가 리프트 핀 구멍(67) 내부에 끼워맞춤되도록 핸들(160)에 의해 상승되며 챔버(60) 내에 위치된다. 측정 기구(100)는 소형의 구멍(154)과 끼워맞춤되며, LED(115)는 활성화되며, 미측정된 측정물은 시뮬레이션으로 공지된 흑체 온도와 비교된다.
교정에도 사용되는 정렬기구의 다른 실시예가 도 11에 도시되어 있다. 정렬기구(200)는 전술한 교정기구와는 약간 상이한 디자인으로 되어 있는 교정기구와 부분적으로 통합되어 있다. 이 경우에 있어서, 교정기구(180)는 전체적으로 균일한 직경을 갖는 원통형 튜브로 되어 있다(즉, 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 좁은 원통형 구역이 없다). 두 개의 정렬핀(185)이 교정기구의 표면(183)으로부터 돌출해있다. 핀(185)은 도광관(40)의 양측에서 반사기 판(20)의 표면 내에 위치한 상응 구멍(187) 내로 활주한다. 핀(185)이 각자의 구멍(187) 내로 삽입될 때, 채널(110)이 도광관(40)과 정렬된다. 예를 들면, 이 실시예에서 교정기구(180)는 약 3.81cm(1.5inch)의 길이와 약 1.27cm(0.5inch)의 직경을 가지며, 핀(185)은 각각 약 0.76cm(0.30inch)의 길이와 약 0.061cm(0.024nch)의 직경을 갖는다.
RTP 시스템으로부터 제거된 교정 온도 탐침으로 사용되는 실시예가 도 12에 도시되어 있다. 이 실시예에서는, 교정기구가 고정물(190)로 대체되고, 이 고정물(190)은 공동(191)을 갖고 있으며 이 공동(191) 내에는 LED(115)가 장착되어 있다. 또한 고정물(190)은 도관(192)을 포함하고 있는데, 이 도관(192)은 공동(191)의 축선을 따라 정렬되어 있으며 교정을 위한 도광관(40)을 수용할 수 있는 크기로 되어 있다. 좁은 개구(197)를 갖춘 벽(195)이 도관(192)으로부터 개구(191)를 분리시킨다. 전술한 실시예에서의 채널(110)과 유사하게, 개구(110)는 LED(115)로부터의 빛을 도관(192) 내로 통과시며, 여기에 교정되어질 도광관이 위치된다. 전자 및 온도 안정화 회로를 포함하는 교정기구의 나머지는 전술한 바와 같다.
교정기구의 또 다른 실시예가 도 18에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 교정기구(250)는 조명 고정물(152), 정렬 고정물(254), 및 정렬 고정물에 조명 고정물을 연결시키는 광섬유 유도체(256)를 포함하고 있다. 조명 고정물(252)은 내부 공동(262)을 갖춘 원통체(260)로 되어 있다. 케이스(222) 내의 LED(115)와 같은 광원은 공동(262) 내에 위치된다. 광섬유 유도체(256)의 입력단부는 입력면(266)이 LED로부터의 빛을 수용할 수 있게 위치되도록 원통체 내의 개구부(264) 내로 삽입된다. 광섬유 유도체(256)는 나사(267) 등의 기계적 연결구나 접착제에 의하여 공동 내에 고정된다. 교정 필터(220) 또는 렌즈(224)와 같은 다른 광학 부품들이 LED와 광섬유 유도체 사이에 위치될 수도 있다. 또한, 빛을 산란시키는 방산 유리 필터(269)가 LED(115)와 입력면(266) 사이에 삽입시킬 수도 있다. LED(115)의 전자 제어는 도 14와 관련하여 전술한 바와 같다.
LED(115)에 의해 방사되는 빛이 입력면(166)을 통해 광섬유 유도체로 진입하고 이 광섬유 유도체를 통해 출력면(168)으로 이동된다. 광섬유 유도체(256)는 석영 광섬유로 된 꼬인 다발이다. 전체 다발은 약 3 내지 4밀리미터의 직경을 가질 수 있으며 개개의 석영 광섬유는 약 50미크론의 직경을 가질 수 있다. 섬유 다발에 있어서, 개개의 석영 섬유가 "얽혀"있어서(즉, 교차되어 있어서), 입력면(266)에서의 섬유의 상대 위치가 출력면(268)에서의 동일 석영 섬유의 상대 위치와 일치될 필요는 없다. 따라서, 입력면(266)을 통해 다발로 진입하는 빛은 출력면(268)에서 "무작위화(randomized)", 즉 재분배된다. 결국, LED(115)로부터의 고르게 분배된 빛이 광섬유 유도체(256)를 통과한 후에, 출력면(268)에 걸친 광도가 고르게 분배된다.
광섬유 유도체(256)의 출력단부가 고정 나사(270) 또는 다른 기계적 연결방법이나 접착방법에 의해 정력 고정물(254) 내에 고정된다. 정렬 고정물(254)은 약 5.08cm(2inch)의 길이와 0.847cm(1/3inch)의 직경을 갖는 기계가공된 알루미늄 원통형 튜브(255)로 이루어질 수도 있다. 원통형 튜브(255)의 양단부는 개방되어 있고 광섬유 유도체(256)는 출력면(268)이 디스크(150)의 저면과 동일 평면에 놓이도록 튜브를 통해 연장된다. 다른 관점에서, 정렬 고정물의 외부 물리적 형태는 도 5a 및 5b를 참조하여 기술된 교정기구와 유사하다. 특히, 정렬 고정물(254)의 외면의 하단부는 좁은 원통형 지역과 환형 계단(274)을 포함하고 있다.
정렬 고정물(254)이 정렬기구(149)의 좁은 구멍(154) 내로 삽입되어, 정렬 고정물의 환형 계단(274)이 정렬 기구의 립(158)에 얹혀지고 광섬유 유도체의 출력면(268)이 디스크(150)의 바닥과 거의 동일 평면에 있게 된다. 이러한 형상에 있어서, 광섬유 유도체의 출구면은 사파이어 도광관(40)의 위에서 정렬된다. LED(115)로부터의 빛은 광섬유 유도체를 통과하여 도광관(40)에 의해 시험된다.
광섬유 유도체(256)의 출력면(268)은 도광관의 전방에 놓여지는 흑체 물질을 가장한다. 흑체 물질은 도광관(40)의 시험 면적에 비해 큰 표면적을 가지며, 이 물질의 표면은 모든 방향으로 빛을 방사한다. 유사하게, 광섬유 유도체(256)의 출력면(268)은 도광관의 시럼 면적에 비해 비교적 넓은 면적에 걸쳐서 방사선을 방사하며, 출력면(268)에서 나온 방사선은 넓은 분무 각도를 갖는다. 또한, LED(115)의 강도는 교정기구(250)가 흑체와 동일한 양의 방사선을 방사하도록 설정, 즉 소정의 온도로 가열된다. 그러므로, 교정기구(250)는 소정의 온도에서 흑체 물질을 대신한다.
전술한 실시예를 사용하여 고온계(50)를 교정하는 방법은 도 13에 도시되어 있다. 먼저, 참조 고온계가 흑체 온도를 정확하게 판독하도록 교정된다(단계 200). 이것은 소정의 온도를 위한 정확하게 알려진 흑체 방사선 스펙트럼을 발생시키는 유효한 교정된 소스를 갖고 있는 표준 및 공학 국립협회(National Institute of Standards and Technology(NIST))와 같은 표준 기구의 도움으로 이루어질 수 있다. 참조 고온계는 흑체 관련 표준으로부터 판독된 정확한 온도를 생성하도록 교정된다.
정밀 교정된 참조 고온계에 의해, 교정기구에 의해 발생된 유효 흑체 온도(Teff)가 측정된다(단계 205). 각각의 교정기구가 전자공학상, 챔버(104) 내부의 LED(115)의 위치 등의 차이에서 기인하는 약간 상이한 흑체 온도를 가장한다. 따라서, 각각의 교정기구는 개별적으로 측정되어야 하고 대신하는 온도에 따라서 분류되어야 한다. 예를 들면, 한 교정기구(100)가 843℃를 가장한다면, 다른 교정기구는 852℃를 가장한다.
교정기구는 다수의 방법으로 분류될 수 있다. 가장 온도에 의한 분류표는 탐침에 직접 부착될 수도 있다. 또는, 탐침에 부품번호, 코드, 또는 다른 식별 기호가 부착될 수도 있다. 이러한 경우에, 이들 부품번호, 코드, 또는 다른 식별 기호는 분류 목록 내에 가장 온도를 색인해 놓을 수도 있다.
그 다음에 교정기구는 비교정된 열탐침을 교정하는데 사용된다(단계 210). 특히, 정렬기구를 사용하여 교정기구가 도광관(40)과 정렬괴고, LED(115)가 활성화되고, 그리고 고온계(50)에 의해 생성된 온도(Tm)가 판독된다.
마지막으로, 고온계의 이득(gain)이 흑체 온도(Teff)와 동일한 측정 온도(Tm)를 산출하도록 조절된다. 즉, 교정기구에 의해 가장된다(단계 215).
요약하면, 참조 고온계가 NIST에서 표준으로 교정되고, 교정기구가 참조 고온계로 교정되고, 그리고 고온계가 교정기구로 교정된다. 그러므로, 고온계의 교정은 표준으로 되돌아갈 수 있게 된다. 표준이 정확한 흑체 온도 소스이기 때문에, 고온계 온도 측정치 또한 정확하다.
교정의 경우에 있어서, 교정기구는 챔버 내부의 열탐침이 미립자 오염, 전자의 표류 등에 기인하여 교정에서 벗어나는지의 여부를 탐지하는데도 사용된다. 교정기구로부터의 측정 온도(Tm)가 교정기구의 알려진 유효 온도(Teff)와 비교될 수 있다. 만일 온도의 차(Teff-Tm)가 소정의 제한치를 초과한다면, 열탐침은 청소되거나, 재교정되거나, 또는 단순하게 교체될 수도 있다.
다른 실시예도 다음 범위내에 해당된다. 예를들어, 광원으로서 LED를 사용하는 상술한 실시예에 의해 예컨데, 적절한 안정화 제어 회로를 갖춘 레이저 다이어오드와 같은 광원이 사용될수있다.

Claims (16)

  1. 기판의 온도를 측정하는 온도 탐침을 교정하는 장치로서,
    a) 제 1 대역폭을 갖는 광을 방사하는 제 1 광원과,
    b) 상기 제 1 대역폭과는 상이한 제 2 대역폭을 갖는 광을 방사하는 제 2 광원과, 그리고
    c) 상기 제 1 및 제 2 광원에 광학적으로 연결되어 있는 광 방사 영역을 포함하고 있으며,
    상기 광 방사 영역으로 부터 방사되는 전체 방사선이 예정된 파장 범위에 대한 예정된 온도에서 흑체를 실질적으로 시뮬레이팅하도록 상기 제 1 및 제 2 광원의 상대 강도가 선택되는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 탐침의 입력 단부를 갖는 상기 광 방사 영역을 정렬하도록 하는 정렬 장치를 더 포함하고 있는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 정렬 장치가 열 처리 챔버의 대응 정렬 특성과 결합하도록 하는 정렬 구조물을 포함하고 있는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 정렬 장치가 상기 온도 탐침의 입력 단부와 결합하도록 되어 있는 정렬 구조물을 포함하고 있는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광원을 수용하고 조합된 광을 상기 광 방사 영역으로 향하도록 위치된 광 조합기를 더 포함하고 있는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광원이 각각 적절한 가우스 강도 분포를 갖는 광을 방사하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광원이 다른 파장에서의 강도 피크를 갖추고 있는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 광원이 광 방사 다이오드(LEDs)를 포함하고 있는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 예정된 파장의 범위가 적외선 범위에 있는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 광 방사 영역이 광섬유의 표면인 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 광 방사 영역이 상기 제 1 및 제 2 광원을 밀봉하는 구조물내의 구멍인 장치.
  12. 기판의 온도를 측정하는 온도 탐침을 교정하는 장치로서,
    a) 제 1 대역폭을 갖는 광을 방사하는 제 1 광원과,
    b) 상기 제 1 대역폭과는 상이한 제 2 대역폭을 갖는 광을 방사하는 제 2 광원과, 그리고
    c) 상기 제 1 및 제 2 광원으로부터의 광을 조합하고 상기 조합된 광을 광 방사 영역으로 향하도록 하는 수단을 포함하고 있으며,
    상기 광 방사 영역으로 부터 방사되는 방사선의 스펙트럼이 예정된 파장 범위에 걸쳐 예정된 온도에서 흑체의 방사선 스팩트럼을 시뮬레이팅하도록 상기 제 1 및 제 2 광원의 상대 강도가 선택되는 장치.
  13. 기판의 온도를 측정하는 온도 탐침을 교정하는 방법으로서,
    a) 제 1 대역폭을 갖는 제 1 광원으로부터 광을 생성하는 단계와,
    b) 상기 제 1 대역폭과는 다른 제 2 대역폭을 갖는 제 2 광원으로부터 광을 생성하는 단계와,
    c) 상기 제 1 및 제 2 광원으로부터 광을 조합하는 단계와,
    d) 조합된 상기 광원을 광 방사 영역으로 향하게 하는 단계와, 그리고
    e) 상기 광 방사 영역으로 부터 방사되는 방사선의 스펙트럼이 예정된 파장 범위에 대한 예정된 온도에서 흑체의 방사선 스펙트럼을 시뮬레이팅하도록 상기 제 1 및 제 2 광원의 상대 강도를 선택하는 단계를 포함하는 방법.
  14. 기판의 온도를 측정하는 온도 탐침을 교정하는 방법으로서,
    a) 교정 기구 내의 제 1 대역폭을 갖는 제 1 광원으로부터 광을 생성하는 단계와,
    b) 상기 교정 기구 내의 상기 제 1 대역폭과는 상이한 제 2 대역폭을 갖는 제 2 광원으로부터 광을 생성하는 단계와,
    c) 상기 제 1 및 제 2 광원으로부터 광을 조합하는 단계와,
    d) 제 1 파장에서 상기 조합된 광의 강도를 측정하는 단계와,
    e) 제 2 파장에서 상기 조합된 광의 강도를 측정하는 단계와, 그리고
    f) 상기 제 1 파장에서의 강도와 상기 제 2 파장에서의 강도의 비가 예정된 온도에서 흑체에 대해 예측된 강도 비와 동일하도록 상기 제 1 및 제 2 광원의 상대 강도를 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 대역폭이 상기 제 2 대역폭의 일부분과 겹쳐지고, 상기 제 1 파장이 겹침 부분 내에 있으며, 상기 제 2 파장이 상기 제 1 대역폭의 외부에 있는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 대역폭이 겹쳐지지 않으며, 상기 제 1 및 제 2 광원이 상기 제 1 파장에서 표준 강도와 거의 동일하도록 상기 제 1 파장이 선택되는 방법.
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