JPH1026557A - 熱処理システムの赤外パイロメータの校正方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】急速熱処理法（RTP:rapid thermal proc
essing)においては、アニール、クリーニング、ＣＶ
Ｄ、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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】

【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。

【０００７】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。

【０００８】

【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(a
lignmentfeature)に係合する。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】

【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
（200 mm）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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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（ＬＥ
Ｄ）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。

【００１９】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。

【００２０】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ＬＥＤ 115
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2
20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。

【００２１】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。

【００２２】校正フィルタ220の透過曲線は、黒体とＬ
ＥＤ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、Ｌ
ＥＤ115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、９５
０℃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。ＬＥＤ 115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Ｌ
ＥＤ、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。

【００２３】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。

【００２４】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0.87
5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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。ＬＥＤ 115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、50
Ω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。

【００２８】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ＬＥＤ 115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Ｌ
ＥＤ 115の光強度の変化が生じないよう、チャンネル11
0に対して一定の位置を保持する。

【００２９】図6に示されるように、電源装置120はＬＥ
Ｄ 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、ＬＥＤ 115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、ＬＥＤ 115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。

【００３０】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、
ＬＥＤ 115の温度を安定させる。

【００３１】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。

【００３２】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、ＬＥＤ 115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。

【００３３】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。

【００３４】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4
0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1
55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10
2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15
0の表面に同高である）になる。

【００３５】ここに記載した具体例では、調心ツール14
9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。

【００３６】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、RT
P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14
9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。

【００３７】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。

【００３８】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4
0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。

【００３９】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ＬＥＤ 115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10
0と反射板の間の距離と調心に非常に敏感である。

【００４０】パイロメータ50を校正するために、突起15
6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、ＬＥ
Ｄ 115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。

【００４１】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。

【００４２】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、ＬＥ
Ｄ 115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ＬＥＤ 115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。

【００４３】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2
52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ＬＥＤ 115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、ＬＥＤ 115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。

【００４４】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、ＬＥＤ 115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。

【００４５】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。

【００４６】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。ＬＥＤ 115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。

【００４７】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。

【００４８】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 a
nd 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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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、Ｌ
ＥＤ115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。

【００５２】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）。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＲＴＰチャンバの構成図である。

【図２】図2は、校正プローブの構成図である。

【図３】図3は、温度検知プローブの図である。

【図４】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。

【図５】校正プローブの側断面図である。

【図６】校正プローブの回路図である。

【図７】調心ツールの上面図である。

【図８】（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。

【図９】校正プローブを装着した図８の調心ツールの図
である。

【図１０】校正プローブからの光ビームを示す図であ
る。

【図１１】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。

【図１２】校正装置の別の具体例の図である。

【図１３】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。

【図１４】校正プローブのもう一つの具体例の図であ
る。

【図１５】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。

【図１６】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。

【図１７】ＬＥＤの発光を波長の関数として表すグラフ
である。

【図１８】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 (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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の端部を通して光りを発す
   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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
9. 【請求項９】 熱処理システムの内部で処理中に基板の
   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
   って、 ａ）表面に光学的に結合し、校正中に前記表面を通して
   所定の強度の光を発する光源と、 ｂ）前記光源と前記表面との間に配置されるフィルタで
   あって、前記表面から発せられる所定の波長範囲にわた
   る放射スペクトルを、所定の温度の黒体から発せられる
   前記所定の波長範囲にわたる放射スペクトルに近接させ
   る、前記フィルタと、 ｃ）前記表面を前記温度プローブの入力端に調心するた
   めの調心機構とを備える装置。
10. 【請求項１０】 前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）
    を備える請求項９に記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記所定の波長範囲が赤外にある請求
    項９に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記所定の波長範囲が、約0.80〜0.94
    ミクロンである請求項９に記載の装置。
13. 【請求項１３】 前記表面に模擬される所定の温度を示
    す標識を更に備える請求項９に記載の装置。
14. 【請求項１４】 キャビティを有する光装置を更に備
    え、前記光源が前記キャビティ内に配置される請求項９
    に記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記フィルタが前記キャビティ内に配
    置される請求項１４に記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記表面が前記光装置内にアパーチャ
    ーを備える請求項１４に記載の装置。
17. 【請求項１７】 ファイバ光ガイドを更に備え、前記光
    源は前記ファイバ光ガイドの第１の端部に光学的に結合
    し、前記表面は前記ファイバ光ガイドの第２の端部を備
    える請求項１４に記載の装置。
18. 【請求項１８】 熱処理システムの内部で処理中に基板
    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
    あって、 ａ）光源から安定した強度の光を発生させるステップ
    と、 ｂ）前記光を表面に向けて、校正中に前記表面から所定
    の強度の光を放出させるステップと、 ｃ）前記光源と前記表面の間に配置されたフィルタによ
    って前記光をフィルタして、前記表面から放出される所
    定の波長範囲にわたる放射スペクトルを、所定の温度の
    黒体から放出される前記所定の波長範囲にわたる放射ス
    ペクトル近接させるステップと、 ｄ）前記表面を前記温度プローブの入力端に調心するス
    テップとを有する方法。