JPH06509638A - 光高温計の較正方法及びそのための装置、並びにこれに用いられる標準的なチップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光高温計の較正方法及びそのための装置、並びにこれに用いられる標準的なチッ プ本発明は、光高温計の較正方法及びそのための装置、並びに、これに用いられ る標準的なチップ（Ｐｌａｑｕｅｔｔｅ）に関するものである。

本発明の用途の１つは、特に、珪素、ゲルマニウム、ガリウム砒素等で構成され る半導体チップの高速熱処理炉に設けられる高温計の較正が挙げられる。

特に、上記のような用途においては、光高温計を用いて炉の内部の支配的な温度 を測定するのが昔通である。このような手段は、物体（被処理チップ）の温度を 測定する際、物体自体と物理的に接触することな（、物体から放射される放射線 を分析することにより温度をめることを可能にする。

しかし、特に測定回数に応じて光高温計に狂い及び／または偏倚が現われてしま う。従来、このような高温計を較正するために、炉内に配置されたチップの上面 に基準熱電対を固定して、熱電対による指示値と高温計による指示値とが一致す るように高温計を再較正する方法が採られてきた。

このような較正方式には幾つかの不都合があり、その最も深刻な不都合は、この 熱電対及び、熱電対と信号処理手段との電気的な接続手段を炉内に設置しなけれ ばならないことである。はとんどいがなる用途においても被処理体（チップ）に 汚染が全くないこと、。

つまり、全く手を加えないことが必須条件である。ところが処理炉に熱電対を導 入して電線を通すことは汚染の要因となってしまう。

しかも、チップの材料とは異なる材料から成る「ハンダ」で熱電対の導線をチッ プに接合しなければならない。その結果、熱電対によって与えられる温度指示値 は、半田の性質及び形状に起因する誤差に影響される。この予測し難い誤差は、 再現可能な形で修正することができない。

そこで本発明の目的は、炉内に異物を導入する必要がなく、光高温自体における 較正を可能にする光高温計の較正方法及び較正装置を提供することにより、上記 一連の不都合を克服することにある。

この目的を達成するために、光高温計を較正するための本発明の方法は、 ａ）既知温度において反射不連続点を有する標準ゾーンを一方の面、即ち、活性 面の少なくとも一部に設けであるチップを炉内に配置し、 ｂ）標準ゾーンにむかって電磁波を放射し、Ｃ）標準ゾーンで反射する電磁波の 強さを測定して記録し、ｄ）較正すべき光高温計によって標準ゾーンの温度を測 定して記録し、 ｅ）炉の温度を上昇させ、 ｆ）電磁波の反射不連続点が観察される瞬間を検出し、ｇ）この瞬間において高 温計によって測定された温度値をマークし、 ｈ）この測定温度値を既知温度値と比較し、ｌ）高温計による測定温度値を既知 温度値と一致させるステップを備えている。

これにより、チップの標準ゾーンにむかって電磁波、特にレーザー波を放射する ことにより、この標準ゾーンによる反射放射線を発生させる。そして、この反射 放射線の強さを測定及び記録することにより、炉の温度上昇過程における標準ゾ ーンの反射係数の動向を追跡することができる。同時に、較正すべき高温計が標 準ゾーンの温度を測定する。そして、反射不連続点が現われる瞬間を検出するこ とにより、その瞬間の高温計による測定温度値をマークすることができる。この 測定温度値と観察された不連続点に対応する既知温度値とを比較することにより 、較正すべき高温計に施すべき補正値がめられる。

したがって炉に異物を導入することなく、特定の炉と連携された光高温計自体に て較正が行われる。

本発明の方法の好ましい実施態様では、固体の状態から液体の状態に移行する時 に反射不連続点を有する活性材料から成る標準ゾーンを有するチップが使用され る。好ましくは、既知温度が活性材料の融点とされることである。

好ましくは、反射放射線の強さの測定を正確にするために、この測定に先立って 色フイルタ処理を施することにより、（例えば炉の加熱素子から発生するような ）あらゆるノイズ電磁波を排除することが望ましい。

また本発明は、 一既知温度において電磁波の反射不連続点を有する標準ゾーンを含み、この標準 ゾーンが較正すべき高温計の規準軸中に来るように炉内に収容されるチップと、 −このチップの標準ゾーンにむけて電磁波を放射する電磁波放射手段と、 −この標準ゾーンで反射した放射ビームを受け、この放射ビームの強さに比例す る電気信号を出力するように構成した電磁波ピックアップと、 一ピックアップ及び較正すべき高温計からの電気信号を受信し、ピックアップか らの信号中に不連続点が現われる瞬間を検出し、この瞬間に高温計から出力され る１度信号を表わすいわゆる較正温度信号を出力する信号処理手段と、 −この較正温度信号と、上記反射不連続点に対応する既知温度を表わす記憶信号 とを比較して両信号の差を表わす補正信号を出力する比較手段と、 一補正信号を受信し、較正温度値と既知温度値とを一致させるための補正信号を 光高温計に供給する高温計補正手段と、を備えた光高温計の較正装置にも係わる 。

このように構成することにより、一方では、ピックアップが信号処理手段へ電気 信号を送り、標準ゾーンの反射係数の動向追跡を可能にし、他方では、これと同 時に被較正高温計が標準ゾーンの温度動向を追跡し、測定温度値を信号処理手段 へ送ることを可能にする。

信号処理手段が反射不連続点を検出すると、この瞬間に高温計によって測定され たいわゆる較正温度値がマークされる。例えば電子メモリを備えて構成される比 較手段が、較正温度値を既知温度値と比較し、次いで、この２つの値を一致させ るために高温計に施すべき補正量がめられる。

このように高温計の較正は自動的に、かつ炉内に異物を導入することなくその場 で達成される。

好ましい実施態様では、既知温度値が標準ゾーンを形成する活性材料の融解温度 である。

本発明は、活性面、不活性面、及びこの活性面及び不活性面が、はぼ等温となる ような厚さを有することと、活性面の少なくとも一部が融点にて反射不連続点を 有する活性材料層を含む標準ゾーンを具えることを特徴とする光高温計を較正す るための標準チップにも係わる。

このように構成することにより、標準ゾーンの活性材料が融点に達すると、反射 不連続点が観察される。融解温度は極めて正確な既知値であるから、観察された 反射不連続点に基づいて、この既知温度に達した瞬間を正確に検出することがで きる。これにより、このチップと連携する光高温計を較正することが可能になる 。

第１実施態様では、標準ゾーンがチップ活性面の全部を占めている。

また、第２実施態様では、標準ゾーンが活性面の一部だけを占めており、活性面 の残り部分には通常の処理が施されている。

好ましくは、活性材料として純粋結晶体を使用し、チップを複数の材料層で構成 することである。

以上述べた方法及び装置、並びにチップは、温度測定装置をその場で（即ち、炉 内で）、シかも炉に異物を導入せずに較正することを可能にする。

本発明のその他の目的、特徴及び利点は、添付図面に沿って以下に述べる実施例 の説明から明らかになるであろう。

添付図面において、 一部１図は、本発明に係る装置を一部斜視図で示した模式図であり、 一部２図は、本発明に係るチップ及び連携の高温針を模式的に示した拡大断面図 である。

第１図及び第２図に示す実施例において、本発明の較正装置１０は、電磁波放射 手段１１．　ピックアップ１２．信号処理手段３２．比較手段３１゜補正手段３ ３．及びチップ１８を備えている。この装置は、水晶製の容器１７の両側に配置 された複数の加熱素子１６を内蔵する炉１５に連携された光高温計１４の較正を 可能にする。

炉１５は、容器１７へのアクセスを可能にすると共に容器内への被処理素子１８ 、即ち、標準板の配置を可能にする扉（図示せず）によって閉ざされている。

このチップ１８は、その不活性面を下にして細い支柱上（図示せず）に載置され る。その上面、即ち活性面は、例えばその全体か活性材料から成る標準ゾーンに よって構成されている。この活性材料は、その融点において反射不連続点を有す る。（このチップについて詳しくは後述する）。

電磁波放射手段１１は、通常、レーザー装置（例えばｒ　５ｐｅｃｔｒａＰｈｙ ｓｉｃｓ　１５５　Ｊの商品名で市販されている）である。

このような放射手段と連携する光学的ピックアップ１２は、例えばフォトダイオ ード（ｒＯｃＬＹ　ｌｌ０ＣＪの商品名で市販されている）である。この光学的 ピンクアップは、０．６３２８μｍを中心とする通常帯域がＩｎＩＩの光学フィ ルタのような色フィルタ１９（例えばＦＯＲＩＥＬ」の商品名で市販されている ）、及びダイヤプラム２０を具えている。

光学的ピックアップは、信号処理手段３２と接続されており、ピックアップする 放射線の強さに比例する電気信号を上記信号処理手段に供給する。

高温計１４は、較正アセンブリを備えており、ここでは調整電位差計２５を具え ている。このような光高温計は、商品名ｒ　ＩＲｃＯＮ　Ｊで市販されているよ うな光高温計、またはこれと同等な光高温計である。

この高温計は、上記炉１５の外部にあって当該炉に形成された開口部２６に対向 し、チップの不活性面に向けて配置されている。高温計には信号処理手段３２が 接続されており、高温計が規準する物体の温度に比例する信号を上記信号処理手 段３２に供給する。

上記炉には、入射光Ａ及び反射光Ｒを通過させるための開口部２７及び２８（た だし、この炉のすぐれた断熱性を損なうことなく）が設けられている。

信号処理手段３２は、ピックアップ及び高温計と接続されており、電子メモリー アセンブリで構成されている。

比較手段３１は、信号処理手段３２と接続されており、中央演算ユニットで構成 されている。

また、補正手段３３は、比較手段３１と接続されており、較正アセンブリ２５に 制御信号を供給する。

本発明の装置は、以下に述べるように作用する。

放射手段１１からチップ１８に向けて、正確にはこのチップの標準ゾーンに向け てレーザー入射ビームＡが放射される。これにより入射ビームＡは、炉の開口部 ２７を通過してからチップ１８のゾーン■に接触する。そして反射ビームＲがは ね返えり、炉の開口部２８を通過した後、フィルタ１９を介してピックアップ１ ２に捕捉される。このピックアップは、捕捉した光の強さに比例する電気信号を 信号処理手段３２に供給する。従ってこの信号は、標準ゾーンの反射係数による 関数である。

これと同時に、被較正高温計１４がゾーンＩの下方に位置するチップ１８の不活 性面を規準し、チップ１８の温度を測定する。後述するようにチップ１８の活性 面及び不活性面の１度は、はぼ同じである。

炉１５の罪を閉じると加熱素子１６が作動し、容器内部の温度が上昇する。容器 内の温度がチップ１８の活性層を融解させるレベルに達すると、標準ゾーンＩに よる反射の強さが、著しく且つ瞬間的に変化する。信号処理手段は、反射不連続 点が観察された瞬間に高温計によって測定された温度、いわゆる較正温度を検出 する。

比較手段３１は、較正温度値と、活性材料の融点に相当する既知温度（１，）を 表わす記憶信号とを比較する。この比較からこれらの信号の差を表わす補正信号 が得られる。この補正信号が補正手段３３に供給されると、補正手段は、高温計 の較正アセンブリ２５に指令信号を送る。その結果、較正温度値により既知融解 温度Ｃｔｅ）に一致させる。

これにより高温計は正しく較正された状態となる。

なお、以上に述べた装置は、商品名を挙げたちの以外の放射手段。

ピンクアップ等を装備することができる。これらの商品名は、本発明の説明を明 確にするための参考として挙げたに過ぎない。

なお、使用するレーザー装置は、連続レーザーでも同期検波と連携する脈動レー ザーでもよい。

連続レーザーが使用される場合、連携のピックアップ１１にノイズ電磁波を除去 するためのダイヤフラム２０が設けられる。

変更例と１７では、上記信号処理手段３２．比較手段３１．及び補正手段３３を プロット及び適用装置に置き換えることができる。この場合、信号処理手段はプ ロッターを備えて構成される。このブロック−は、経時的な反射光の強さ、及び 経時的な温度の曲線を記録する。適用装置は、比較手段３１及び補正手段３３の 代りをする。反射光の強度曲線が！、激な変化を示すと、上記変化が観察された 瞬間として検出される。適用装置は、測定温度曲線を基に、上記瞬間に測定され た較正温度の値を読取る。適用装置は、この較正温度値を標準ゾーンの活性材料 の融解１度に相当する既知温度値（ｔ、）と比較する。これにより適用装置は、 較正温度と既知温度との差をめる。そして、この差をゼロにするように利用装置 が較正電位差計２５を動作させる。

したがって高温計は正しく較正された状態となる。

上述のようにチップ１８は標準ゾーンを備えている。好ましくは、このチップが 以下に述べるように構成されることである。

チップ１８は略円板状を呈している。チップは、薄層状に重ねられた複数の材料 で構成されており、活性面２９及び不活性面３０を含んでいる。活性面から不活 性面へ保護層２４．活性層２１．分離層２２゜及び支持層２３が順次重なってい る。

保護層２４は、場合によっては省いてもよい。この保護層の融解温度は活性層の 融解１度よりも高い。

活性層２１は、その融解温度において反射不連続点を有する純粋な結晶体で構成 されている。分離層は、活性層が融解状萼となったときに活性層と支持層との混 合を防止するための層である。この分離層は優れた熱伝導率を有する。

活性層の融解温度が、これを囲む層（即ち、分離層及び保護層と支持層）の融解 温度よりも低いことが極めて重要である。このため保護層２４は、代表的には、 化学蒸着した窒化珪素ｃｓ１ｊＮ＜）をベースとされ、活性層はゲルマニウム（ Ｇｅ）をベースとされ、分離層は酸化珪素（Ｓｉｎｇ）をベースとされ、そして 支持層は珪素（Ｓｉ）をベースとされる。

以上に挙げた材料は、あくまでも例示的なものである。したがって上記必要条件 を満たす限り、全く別の材料を使用することも可能である。

活性層２１が純粋な結晶体で形成されているということは、その融解温度が極め て高い精度で既知であることを意味する。従って、度またはそれ以下の精度で高 温計の較正を行うことができる。

なお、保護層２４は省いてもよい。ただし、この場合には融解した活性材料が炉 １５の水晶製容器１７上に沈着しないおそれがある。用途によっては、このよう な沈着が支障とならないと考えられる。

注目すべきことは、チップを薄層状の材料で構成したために、その厚さが極めて 薄くなったことである。

好ましくは、約２５０μｍの極めて薄い珪素の層に、酸化珪素から成る厚さ５０ ００人の分離層、ゲルマニウムから成る厚さ５０００人の活性層、さらに窒化珪 素から成る厚さ約１０００人の保護層がそれぞれ重なったものになる。即ち、チ ップの総厚は約２５０μｍであり、それ以下に抑えることもできる。

壬ツブ及び薄層状を呈するその積層体を構成する材料集合体は、熱伝導率が高い ので、垂直方向に熱平衡性のあるチ・ツブが得られる。

従って、チップの活性面上のレーザービーム衝撃ゾーンとレーザービーム衝撃ゾ ーンの下方の不活性面上に配置された高温計の規準ゾーンとが、はぼ等温の２つ の面を構成する。

活性面全体が標準ゾーンから成るこのようなチ・ツブは、チ・ツブを炉へ導入す るためのロボットを利用して正しく炉内に配置される。

これは、この炉と連携する高温計を較正するためである。同一のチップを少なく とも１０回は再利用することができる。

従うで、チン１１枚ずつで自動較正サイクルを設定することが容易である。

他の実施態様では、チップの活性面にその一部だけを占める標準ゾーンが設けら れてもよい。この場合、活性面の残り部分には任意に適切な処理を施すことがで きる。このチップの利点は、特殊なチップを炉に導入することなく１枚または数 枚のチップで高温計の較正を行うことができることにある。即ち、処理すべきチ ップは、その活性面に、ただし処理ゾーンの外側に、標準ゾーンを有するクラシ ックなチップである。

どのようなタイプのチップを使用するにしても、高温計の較正時に異物が炉に導 入されることがないのは注目すべき点である。従って汚染物質ぐ塵埃）が導入さ れることはない。しかも、反射不連続へを検出することにより行われる基準温度 の測定は、チ・ンプとの接触（接合）を必要としない。

いうまでもなく、本発明は以上に述べた種々の実施態様に制限されるものではな く、当業者が考え得るすべての実施態様を包含する。

即ち、チップの形状及び寸法は上記実施例と同じでなくてもよい。

また、利用する電磁波ビームは、いかなる種類であってもよい。更に、活性材料 は、必ずしもゲルマニウムとは限らない。同様に、高温計と連携する炉は、高速 熱処理炉に限らず、ごくクラシックな炉でもよい。

フロントページの続き （７２）発明者　ルツセ、ベルナール フランス国、エフ−３１２００トウルス、アブニュ　デュ　ジェネラル−ジロー 、８

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）既知温度において反射不連続点を有する標準ゾーンを一方の面、即ち、 活性面の少なくとも一部に設けてあるチップを炉内に配置し、 ｂ）前記標準ゾーンにむかって電磁波を放射し、ｃ）該標準ゾーンで反射する電 磁波の強さを測定して記録し、ｄ）較正すべき光高温計によって該標準ゾーンの 温度を測定して記録し、 ｅ）炉の温度を上昇させ、 ｆ）前記電磁波の反射不連続点が観察される瞬間を検出し、ｇ）この瞬間にて高 温計で測定された温度値をマークし、ｈ）この測定温度値を既知温度値と比較し 、ｉ）高温計による測定温度値を既知温度値と一致させるステップを備えること を特徴とする光高温計の較正方法。
2. ２．前記標準ゾーンが、固体の状態から液体の状態に移行するときに反射不連続 点を有する活性材料を用いて構成されたチップに形成され、前記既知温度値が、 前記活性材料の融点であることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。
3. ３．前記標準ゾーンに向けて放射された電磁波の反射とは無関係なノイズ電磁波 を排除するために、前記反射電磁波の強さを測定する前に色フィルタ処理を行う ことを特徴とする、請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法。
4. ４．前記チップの活性面の反対側の面にあって、前記標準ゾーンの真下に位置す るゾーンを視準するように較正すべき光高温計を配置することを特徴とする、請 求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の方法。
5. ５．前記標準ゾーンが前記活性面の全部を占めているチップを使用することを特 徴とする、請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の方法。
6. ６．前記標準ゾーンが前記活性面の一部だけを占めているチップを使用すること を特徴とする、請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の方法。
7. ７．温度を表わす電気信号を出力するように炉と連携させた光高温計の較正装置 において、 −既知温度（ｔｃ）にて電磁波の反射不連続点を有する標準ゾーンを含み、該標 準ゾーンが較正すべき高温計の視準軸中に来るように前記炉内に収容されたチッ プ（１８）と、−該チップの標準ゾーンに向けて電磁波を放射する電磁波放射手 段（１１）と、 −前記標準ゾーンで反射した放射ビームを受け、該放射ビームの強さに比例する 電気信号を出力するように構成した電磁波ピックアップ（１２）と、 −前記ピックアップ（１２）及び較正すべき高温計（１４）からの電気信号を受 信し、前記ピックアップ（１２）からの信号中の不連続点が現われる瞬間を検出 し、この瞬間に前記高温計から出力される温度信号を表わす、いわゆる較正温度 信号を出力する信号処理手段と、−前記較正温度信号と、前記反射不連続点に対 応する既知温度（ｔｃ）を表わす記憶信号とを比較して両信号の差を表わす補正 信号を出力する比較手段（３１）と、 −前記補正信号を受信して、較正温度値と既知温度値（ｔｃ）を一致させる補正 信号を高温計に供給する高温計補正手段と、を設けたことを特徴とする光高温計 補正装置。
8. ８．前記チップの標準ゾーンを含む面の反対面と対向し、該標準ゾーンの下に位 置するゾーンを視準するように較正すべき高温計（１４）が配置されていること を特徴とする、請求の範囲第７項に記載の装置。
9. ９．前記チップが、固体の状態から液体の状態へ移行するときに反射不連続点を 有する活性材料を備えて構成された標準ゾーンを含み、前記既知温度（ｔｃ）が 、該活性材料の融解温度であることを特徴とする、請求の範囲第７項又は第８項 に記載の装置。
10. １０．前記放射手段（１１）が、脈動レーザー又は連続レーザーであることを特 徴とする、請求の範囲第７項乃至第９項のいずれか１項に記載の装置。
11. １１．前記ピックアップ（１２）が、前記放射手段（１１）とは関係なく標準ゾ ーンで反射したノイズ波を反射電磁波から排除する色フィルタ（１９）を含むこ とを特徴とする、請求の範囲第７項乃至第１０項のいずれかの１項に記載の装置 。
12. １２．前記信号処理手段（３２）が電子メモリーでを備えて構成され、前記比較 手段（３１）が中央演算ユニットを備えて構成されることを特徴とする、請求の 範囲第７項乃至第１１項のいずれか１項に記載の方法。
13. １３．前記信号処理手段がプロッタを備えて構成されることを特徴とする、請求 の範囲第７項乃至第１１項のいずれか１項に記載の装置。
14. １４．前記標準ゾーンが、前記チップ（１８）の一方の面の全部を占めているこ とを特徴とする、請求の範囲第７項乃至第１３項のいずれか１項に記載の装置。
15. １５．前記標準ゾーンが、前記チップ（１８）の一方の面の一部だけを占めてい ることを特徴とする、請求の範囲第７項乃至第１４項のいずれか１項に記載の装 置。
16. １６．光高温計を較正するための標準チップにおいて、その活性面（２９）及び 不活性面（３０）がほぼ等温となるような原さを有しており、活性面の少なくと も一部に融点にて反射不連続点が存在する活性材料層を含む標準ゾーンを設けた ことを特徴とする標準チップ。
17. １７．前記標準ゾーンが、積層状に配置された複数の材料で構成されていること を特徴とする請求の範囲第１６項に記載の標準ゾーン。
18. １８．前記標準ゾーンが、活性面から不活性に向けて活性材料層（２１）、熱伝 導率の高い分離層（２２）及び支持層（２３）で順次形成されており、前記活性 材料層の融解温度が前記分離層の融解温度よりも低く、該分離層の融解温度が前 記支持層の融解温度よりも低いことを特徴とする、請求の範囲第１６項及び第１ ７項のいずれかに記載の標準チップ。
19. １９．前記標準ゾーンが、前記活性材料層（２１）の融解温度よりも高い融解温 度を有する保護層（２４）を前記活性材料層の直ぐ上に含むことを特徴とする、 請求の範囲第１６項乃至第１８項のいずれか１項に記載の標準チップ。
20. ２０．前記活性材料が純粋結晶体であることを特徴とする、請求の範囲第１６項 乃至第１９項のいずれか１項に記載の標準チップ。
21. ２１．前記標準ゾーンが、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）をベースとする保護層，ゲル マニウムをベースとする活性材料層，酸化珪素（ＳｉＯ２）をベースとする分離 層，及び珪素（Ｓｉ）をベースとする支持層で構成されていることを特徴とする 、請求の範囲第１６項乃至第２０項のいずれか１項に記載の標準チップ。
22. ２２．前記標準ゾーンが、前記チップ活性面の全部を占めていることを特徴とす る、請求の範囲第１６項乃至第２１項のいずれか１項に記載の標準チップ。
23. ２３．前記標準ゾーンが、前記チップ活性面の一部だけを占めていることを特徴 とする、請求の範囲第１６項乃至第２１項のいずれか１項に記載の標準チップ。