(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス回路入力、基準電圧出力およびバイアス電圧出力を有するバイアス回路であって、該バイアス回路入力に結合された第１入力と第１出力とを有する第１基準電圧回路と、該バイアス回路入力に結合された第２入力と該バイアス電圧出力を形成する第２出力とを有する第２基準電圧回路と、前記第１および第２基準電圧回路の前記第１および第２出力にそれぞれ結合される第１および第２入力、並びに、前記基準電圧出力に対応する出力を有する差動増幅器と、を含む、該バイアス回路と、
前記第２出力に結合され、出力電流を発生するよう構成された出力トランジスタ電流ソースと、
前記基準電圧出力と前記バイアス回路入力の間のフィードバック・ループに結合され、前記出力トランジスタ電流ソースに印加されるバイアス電圧を選択的に制御するように、前記基準電圧出力の電圧から可変オフセット電圧を発生するよう構成されたオフセット回路と、
を備える装置。
【請求項２】
前記第１基準電圧回路は、第１精密電流を出力する第１精密電流ソースであって第１トランジスタ電流ソースに結合された該第１精密電流ソースを含み、前記第２基準電圧回路は、第２精密電流を出力する第２精密電流ソースであって第２トランジスタ電流ソースに結合された該第２精密電流ソースを含み、前記第１精密電流ソースは、前記バイアス回路入力と前記第１基準電圧回路の前記第１出力との間の電位差を固定し、前記第２精密電流ソースは、前記バイアス回路入力と前記第２基準電圧回路の前記第２出力との電位差を固定し、前記第２精密電流は前記第１精密電流より大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１基準電圧回路の前記第１出力で発生される電圧が、前記オフセット回路によって発生される電圧と前記第１精密電流ソースによって固定される電圧の合計に一致し、前記第２基準電圧回路の前記第２出力で発生される電圧が、前記オフセット回路によって発生される前記電圧と前記第２精密電流ソースによって固定される電圧の合計に一致する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１および第２基準電圧回路の前記トランジスタ電流ソースが、前記出力トランジスタ電流ソースに整合されている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記オフセット回路が、前記基準電圧出力に結合されるデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を含み、前記基準電圧出力の前記電圧から発生する前記オフセット電圧を制御する入力信号を受信するよう構成された入力を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記ＤＡＣの前記入力信号が前記出力電流の値を一対一の関係で制御する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記出力トランジスタ電流ソースによって発生する前記出力電流を受信するように結合された入力と、電圧出力とを有するログ積分器回路を、さらに含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ログ積分器回路が、
前記ログ積分器回路の前記入力に対応する入力と前記ログ積分器回路の前記電圧出力に対応する出力とを有する増幅器と、
前記増幅器の前記入力と前記増幅器の前記出力の間に結合されたコンデンサと、
前記増幅器の前記入力と前記増幅器の前記出力の間の前記コンデンサに並列に結合されたトランジスタと、
を含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記増幅器の前記入力と前記増幅器の前記出力の間の前記コンデンサと前記トランジスタに並列に結合されるスイッチをさらに含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ＤＡＣの入力に結合され、前記ログ積分器回路の出力電圧と前記ＤＡＣの前記入力信号の値を関連付ける校正表を生成するよう構成された、処理装置をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理装置によって生成された前記校正表を格納するよう構成されたメモリをさらに備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記ログ積分器回路の入力に結合される光検出器をさらに備える、請求項６に記載の装置。
【請求項１３】
プロセスチャンバと前記プロセスチャンバ内に延びる光パイプをさらに備え、前記光検出器が前記光パイプへ直接結合されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
バイアス回路入力、基準電圧出力、バイアス電圧出力、該バイアス回路入力に結合された第１入力と第１出力とを有する第１基準電圧回路、該バイアス回路入力に結合された第２入力と該バイアス電圧出力を形成する第２出力とを有する第２基準電圧回路、および、前記第１基準電圧回路の出力電圧と前記第２基準電圧回路の出力電圧を受け前記基準電圧出力を形成する差動増幅器を有するバイアス回路手段と、
前記バイアス電圧出力に結合され、出力電流を発生するよう構成された出力電流ソース手段と、
前記差動増幅器の出力と前記バイアス回路入力の間のフィードバック・ループに結合され、前記出力電流ソース手段に印加されるバイアス電圧が選択的に制御されるように、前記基準電圧出力の電圧から可変オフセット電圧を発生するよう構成されたオフセット回路手段と、
を備える装置。
【請求項１５】
プロセスチャンバと、
前記プロセスチャンバ内部に配置された反射器と、
前記反射器を通して延びる光パイプと、
前記光パイプに直接結合される回路基板であって、光検出器と校正電流ソースとを有し、該校正電流ソースは、
バイアス回路入力、基準電圧出力およびバイアス電圧出力を有するバイアス回路であって、該バイアス回路入力に結合された第１入力と第１出力とを有する第１基準電圧回路と、該バイアス回路入力に結合された第２入力と該バイアス電圧出力を形成する第２出力とを有する第２基準電圧回路と、前記第１および第２基準電圧回路の前記第１および第２出力にそれぞれ結合される第１および第２入力、並びに、前記基準電圧出力に対応する出力を有する差動増幅器と、を含む、該バイアス回路と、
前記第２出力に結合され、出力電流を発生するよう構成された出力トランジスタ電流ソースと、
前記基準電圧出力と前記バイアス回路入力の間のフィードバック・ループに結合され、前記出力トランジスタ電流ソースに印加されるバイアス電圧が選択的に制御されるように、前記基準電圧出力の電圧から可変オフセット電圧を発生するよう構成されたオフセット回路と、
を含む、該回路基板と、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば基板の急速な熱処理中での温度測定の校正と、電流測定の方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
急速な熱処理（ＲＴＰ）では、アニール、洗浄、化学気相堆積、酸化または窒化などの１つ以上の製造ステップを実施するため、基板はすばやく１２００℃などの高温に加熱される。サブミクロンのデバイス製造において高い歩留まりとプロセスの信頼性を得るため、このような製造ステップ中の基板温度は正確に制御されなければならない。たとえば、厚さ６０〜８０Åで±２Åの均一性をもつ誘電層を製造するためには、連続熱処理実行温度が目標とする温度から２〜３℃程度よりも多く変化してはならない。この温度制御レベルを達成するには、基板温度をリアルタイム及びin situで測定しなければならない。
【０００３】
光高温測定はＲＴＰ装置で基板温度の測定に使用される技術である。光プローブを使用する光高温計は、基板から放出される熱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、プランクの法則によって与えられる理想的な黒体の放射と温度の関係に基づいて基板温度を計算する。
【数１】
0004531212.tif 000002
ここでＣ1、Ｃ2は既知の定数、λは関心ある熱放射の波長、およびＴはケルビン単位で測定される基板温度（°Ｋ）である。物体のスペクトル放射率ε（λ，Ｔ）は、同じ温度における黒体のスペクトル強度ΨB（λ，Ｔ）に対する、放射されたスペクトル強度Ψ（λ，Ｔ）の比である。すなわち、
【数２】
0004531212.tif 000003
Ｃ1、Ｃ2は既知の定数であるため、理想的な条件のもとでは、ε（λ，Ｔ）が既知であれば基板温度を正確に決定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＲＴＰ装置に初めて温度測定システムを導入する場合、加熱された基板から放射される熱放射に晒されたときに正確な温度の読み出しが実現できるよう、光プローブを校正しなければならない。プローブに感知される温度は時間が経つにつれ変化することから、温度測定装置はまた定期的に再校正されなければならない。そのような温度測定の変化は、たとえば基板から放射される熱放射のサンプリングに使用される光パイプの汚れや損傷によって、あるいは、高温計の電子部品におけるドリフトなどによってもたらされる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、独自の校正電流ソースと、たとえばＲＴＰプロセス（米国特許番号５，６６０，４７２に記載されたＲＴＰプロセスなど）中に行われる温度測定の校正方法とを特徴とする。本発明はまた、これら独自の校正電流ソースと温度測定校正方法とを含むＲＴＰ装置を特徴とする。
【０００６】
１つの様態では、本発明はバイアス回路、出力トランジスタ電流ソース、およびオフセット回路を含む装置を特徴とする。バイアス回路は入力、基準電圧出力およびバイアス電圧出力を有する。出力トランジスタ電流ソースはバイアス電圧出力に結合されて、出力電流を生むよう構成される。オフセット回路は、基準電圧出力とバイアス回路入力間のフィードバック・ループに結合され、基準電圧出力から、出力トランジスタ電流ソースへ印加されるバイアス電圧を選択的に制御する可変オフセット電圧を発生するよう構成される。
【０００７】
実施の形態には、以下の１つ以上の特徴が含まれて良い。
【０００８】
バイアス回路は、好ましくは、バイアス回路入力に結合される入力と、出力をそれぞれ有する、第１および第２基準電圧回路を含んでいる。第１および第２基準電圧回路はそれぞれ、好ましくはトランジスタ電流ソースに結合される精密電流ソースを含む。精密電流ソースは、バイアス回路入力と第１および第２基準電圧回路の出力間の電位差をほぼ固定する。第１および第２基準電圧回路の出力から発生する電圧は、好ましくはオフセット回路から生じる電圧と精密電流ソースによってほぼ固定された電圧の合計にほぼ一致する。第１および第２基準電圧回路のトランジスタ電流ソースは、出力トランジスタ電流ソースと整合されている。バイアス回路は、好ましくは、それぞれ第１および第２基準電圧回路の出力に結合される、第１および第２入力を有する差動増幅器と、バイアス回路の基準電圧出力に対応する出力とをさらに含む。バイアス電圧出力は第２基準電圧回路の出力に対応してよい。
【０００９】
１実施形態で、オフセット回路はデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を含み、このＤＡＣは基準電圧出力に結合されており、基準電圧から発生したオフセット電圧を制御する入力信号を受信するよう構成された入力を有する。ＤＡＣ入力信号は、好ましくは出力電流の値を一対一の関係で制御する。出力トランジスタ電流ソースによって発生される電流出力を受け取るために、入力を結合されたログ積分器回路が備えられる。ＤＡＣの入力に結合され、ログ積分器の出力電圧をＤＡＣ入力信号値と関連付ける校正表を生成するよう構成された処理装置と、この処理装置によって生成される校正表を記憶するよう構成されたメモリもまた備えられる。好ましくは、光検出器がログ積分器の入力に結合される。１実施の形態では、プロセスチャンバとプロセスチャンバに延伸する光パイプが備えられる。光検出器は、光パイプに直接結合されてもよい。
【００１０】
本発明はまた、電流測定回路（ログ積分器）を特徴としており、該電流測定回路には入出力を有する増幅器、増幅器の入出力間に結合されるコンデンサ、および増幅器の入出力間のコンデンサに並列に結合されるトランジスタが含まれる。
【００１１】
１実施の形態ではスイッチが、コンデンサと、増幅器の入出力間のトランジスタとに並列に結合される。
【００１２】
別の様態では、本発明は、校正電流ソースに複数の入力信号を印加して複数の出力信号を生成することにより校正表を生成する方法を特徴とする。校正表は格納される。光検出器の出力信号が受信されると、格納された校正表を基に、受信した光検出器出力信号に対応する校正入力信号が決定される。
【００１３】
受信した光検出器出力信号は、処理された基板から発生する熱放射強度の程度に対応する。受信した光検出器出力信号に対応するよう決定された校正入力信号に基づき、基板温度が計算される。校正表はプロセスチャンバ内での基板処理実行の間に生成可能である。
【００１４】
本発明の利点として以下がある。
【００１５】
本発明により、外部校正電流ソースを必要とせずに、温度測定を広いダイナミック・レンジにわたり（例えば１０デケード以上）容易に校正できる。校正は基板の処理と処理の間にオンザフライで実施されるか、さもなければ熱処理装置のアイドリング中に行われる。この特徴によって装置の保全サイクル時間が減少される。本発明は光検出器と同一の回路基板上に統合することができ、それによって、光検出器測定における温度誘発された変化を補正するよう構成することができる。本発明は小さなフットプリントと共に実施され、それによって光伝送チャンネル（たとえば光パイプ）に直接実装することができ、基板から放出された熱放射を、温度測定にノイズをもたらす光ファイバケーブル上で伝送する必要が避けられる。
【００１６】
本発明のキャリブレータは、非常に広いダイナミック・レンジを特徴としている。キャリブレータの出力電流は、制御信号をキャリブレータのＤＡＣ入力に送るだけで、簡単迅速に変化させられる。また、キャリブレータは多くの回路を同時に校正する。さらにキャリブレータの出力インピーダンスが充分に高く、キャリブレータが該キャリブレータに接続された回路のノイズ特性を低下させることがないため、キャリブレータは、校正される回路に接続されたままでよい。
【００１７】
本発明の電流測定回路は、低電流レベルにおいてリセットした積分器の低ノイズ性能と線形性を実現しており、高電流レベルにおいて対数増幅器（ログアンプ）の広いダイナミック・レンジを実現している。
【００１８】
その他の特徴と利点は、図面と特許請求の範囲を含む以下の記述から明らかとなろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、熱処理装置１０には基板支持体１４と放射熱源１６を含むチャンバ１２が含まれる。基板支持体１４は支持リング１８を含み、支持リング１８は基板２０（たとえば、半導体ウェーハ、フラット・パネル・ディスプレイ、ガラス板またはガラスディスク、プラスチックワークピースなど）の周縁端に接する。支持リング１８は基板２０の下表面のわずかな部分にのみ接し、基板の下表面の大部分が、反射器２１と、検出装置２４に結合される光伝送チャンネル２２（たとえば石英やサファイアから形成された光パイプ）とに向けられ、放射された熱放射にさらされる。基板２０が支持リング１８に支持されると、基板２０の裏面と反射器２１の上面によって反射空洞２５が形成され（図１Ｂ）基板２０の有効放射率が高まる。支持リング１８は支持チューブ２６に取りつけられ、次に支持チューブ２６はベアリング・アセンブリ２８によって回転可能に支持される。ベアリング・アセンブリ２８上に取りつけられた磁石３０が、駆動リング３４上に取りつけられた磁石３２と磁気的に結合する。運転中、駆動リング３４が回転し、磁気的結合により支持チューブ２６と支持リング１８を回転させる。別の実施の形態では、ベアリング・アセンブリ２８と磁石３０、３２を、シールされた駆動アセンブリに置換え可能である。チャンバ１２、放射熱源１６、および反射器２１は、好ましくは水冷されている。
【００２０】
運転中、放射熱源１６がチャンバ１２内部を予熱温度まで加熱する（例：約２００℃〜４００℃）。続いてロボットアームが、基板２０を、ハウジング１２の開口部を通してチャンバ１２内に移動する。リフトピン・アセンブリ３６が基板２０の下から上昇して基板２０をロボットアームから引き離し（この時点でロボットアームをチャンバ１２から引き出してよい）、基板２０を支持リング１８上に下ろす。基板２０と予熱された基板支持体１４との接触による、急激な温度上昇から生じ得る諸問題（基板の反り、その他の基板劣化等）を避けるために、リフトピン・アセンブリ３６は基板２０の温度が所望の温度範囲（例えば、約２００℃〜４００℃）以内になるまで、基板２０を放射熱源１６に隣接する固定位置で保持する。この時点で、基板２０は支持リング１８上に下ろされ、処理されてもよい（図１Ｂ）。たとえば基板２０は、指示された加熱予定にしたがって約７００℃〜１３００℃の温度まで加熱することにより処理されてもよい。
【００２１】
図２に示すように、検出装置２４は光伝送チャンネル２２に物理的に取りつけられる。検出装置２４はフィルター５０（たとえば、０．８９〜０．９３μｍのパスバンドを有する１／４波長スタックでコーティングされたガラス板から形成されるバンドパス・フィルタ）と光検出器５２（たとえばシリコン・フォトダイオード）を含む。基板温度の測定中、フィルター５０は基板２０を通って伝達される放射熱源の熱放射をさえぎり、光検出器５２は基板２０によって放射される熱放射の強度にほぼ対応する電流信号を生成する。光検出器５２の電流出力が電流測定回路（ログ積分器）５４に加えられ、ここで光検出器の電流が電圧出力に変換され、マルチプレクサ５６に伝送される。マルチプレクサ５６はアナログ電圧信号をデジタル電圧信号へ変換するために、アナログ電圧信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器５８へ選択的に渡す。変換結果のデジタル信号はコントローラ６０へ送られ、該コントローラ６０は検出装置２４の操作の振り付けをする。１実現例では、コントローラ６０はタイミング回路、フラッシュ・デジタル信号処理装置（ＴＭＳ  ３２０Ｃ２０６など）、およびＲＳ４８５トランシーバを含む。温度センサー６２が検出装置２４の温度を測定する。温度センサー信号がＡ／Ｄ変換器５８とコントローラ６０に選択的に送信される。以下に詳述されるように、コントローラ６０はＡ／Ｄ変換機５８から受信したデジタル光検出器の信号を校正し、デジタル温度センサー信号と同様に、該校正信号を温度測定値に変換するために処理装置３８へ送信する。
【００２２】
検出装置２４には、温度補償校正電流ソース７０が含まれており、これによって外部校正電流ソースを必要とせずに、温度測定を広いダイナミック・レンジにわたり（例えば１０デケード以上）容易に校正できる。校正は基板の処理と処理の間にオンザフライで実施されるか、さもなければ熱処理装置１０のアイドリング中に行われる。この特徴によって装置の保全サイクル時間が減少される。校正電流ソース７０は光検出器と同一の回路基板上に統合することができ、それによって光検出器測定における温度誘発変化を補正するよう構成することができる。校正電流ソースは小さなフットプリントを有し、光伝送チャンネル２２に直接取付けることができ、基板から放出された熱放射を、温度測定にノイズをもたらす光ファイバケーブル上で伝送する必要が避けられる。
【００２３】
コントローラ６０から受信される一連の入力値に応じて、校正電流ソース７０はログ積分器５４に印加される一連の校正電流値を発生し、ログ積分器５４の対数電圧出力値は、マルチプレクサ５６によってＡ／Ｄ変換器５８へ選択的に送られる。変換結果の電圧出力値はコントローラ６０に校正表として保管され、この表から校正された信号が得られる。
【００２４】
【校正電流ソースの実現】
図３Ａを参照すると、校正電流ソース７０は回路基板上に実現され、バイアス回路７２、出力トランジスタ電流ソース７４、およびオフセット回路７６を含む。バイアス回路７２は入力７８、基準電圧出力８０、およびバイアス電圧出力８２を有する。バイアス回路７２はまた、第１および第２基準電圧回路８４、８６と差動増幅器８８（たとえば、片口出力、高入力インピーダンスおよび高同相除去比を有する、高利得の直流結合された差動増幅器）を含む。第１および第２基準電圧回路８４、８６は、バイアス回路入力７８に結合する入力と、差動増幅器８８の入力に結合する出力をそれぞれ有している。第２基準電圧回路８６の出力はバイアス電圧出力８２を形成する。差動増幅器８８の出力はバイアス回路出力８０を形成する。第１および第２基準電圧回路８４、８６はそれぞれ正確な出力電圧を発生するよう構成され、差動増幅器８８は、出力８０で、利得因子（例：１０〜４０、より好ましくは２０）によって増加された第１および第２基準電圧回路８４、８６の出力電圧間の電位差に対応する電圧を発生するよう構成される。オフセット回路７６は、出力トランジスタ電流ソース７４に印加されたバイアス電圧を制御するために、基準電圧出力８０からオフセット電圧を発生するよう構成される。コントローラ６０から受信された入力信号が、オフセット回路７６によって発生されたオフセット電圧の値を制御する。オフセット回路７６に異なる一連の入力信号を加えることで、異なる一連の出力電流が出力トランジスタ電流ソース７４によって生成される。オフセット電圧は基準電圧回路８４、８６両方の入力に対して印加されるため、差動増幅器８８は同相オフセット電圧を除去し、基準電圧出力８０で発生した電圧はほぼ一定を保ち、基準電圧として使用可能となる。
【００２５】
図３Ｂを参照すると、１実施の形態では、第１および第２基準電圧回路８４、８６はそれぞれトランジスタ９４、９６（Ｑ1、Ｑ2）に結合される電流ソース９０、９２を含む。電流ソース９０、９２は自然に固定電流（Ｉ1、Ｉ2）を発生するよう構成された従来の精密電流ソース回路であってよい（例：Ｉ1＝１μＡ、Ｉ2＝１００μＡ）。そのような電流は、トランジスタ９４、９６のベースおよびエミッタをはさんで発生する電圧（Ｖbe,1、Ｖbe,2）を、以下の方程式にしたがって固定する。
【数３】
Ｖbe,1＝Ｖt,1ｌｎ（Ｉ1／ＩS）
Ｖbe,2＝Ｖt,2ｌｎ（Ｉ2／ＩS）
Ｖt,1;2はｋＴ／ｑであり、ｋ＝１．３８１×１０-23Ｊ／°Ｋ、Ｔは°Ｋで表されるトランジスタ温度、ｑ＝１．６０２×１０-19Ｃである。ＩSはトランジスタの逆飽和電流である。トランジスタ電流ソース９４、９６が一致する場合、Ｖt,1＝Ｖt,2である。これらの値に基づき、グラウンドを基準とする基準電圧回路８４、８６の出力電圧（Ｖ1、Ｖ2）が次式によって与えられる。
【数４】
Ｖ1＝Ｖoffset−Ｖbe,1
Ｖ2＝Ｖoffset−Ｖbe,2
したがって、基準電圧出力８０（Ｖref）は、
【数５】
Ｖref＝Ｖbe,1−Ｖbe,2＝Ｖtｌｎ（Ｉ1／Ｉ2）
によって与えられる。したがって、常温（２５℃）では、Ｉ1＝１μＡ、Ｉ2＝１００μＡ、増幅器８８の利得が２０のとき、Ｖref＝２．３８Ｖである。トランジスタ電流ソース９０、９２はトランジスタ電流ソース７４（Ｑ3）と整合されているので、Ｖrefの温度誘発変化は、トランジスタ電流ソース７４の入力をはさんで印加されるバイアス電圧の温度誘発変化をたどる。
【００２６】
図３Ｂに示されるように、オフセット回路７６はデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）９８を含み、ＤＡＣ９８はバイアス回路出力８０で発生するＶrefの制御可能部分である可変出力電圧を発生するように構成されている。１実現例においてＤＡＣ９８は、Ｖrefを０からＶref間で、６５，５３５の異なる電圧値へ選択的に分割するために、コントローラ６０から制御信号を受信するよう構成された、１６ビット入力を有する。出力トランジスタ電流ソース７４のベースとエミッタをはさんで印加されるバイアス電圧における各６０ｍＶの増加が出力電流におけるデケード増加に一致すると仮定したとき、２．３８ＶのＶref値は４０デケードのダイナミック電流レンジとほぼ一致する。しがたって、ＤＡＣ９８は４０デケードを越えて変化する出力電流を発生する電圧レンジを越えて、オフセット電圧を変化させる。２００℃から約１３００℃の温度測定のために設計された実現例では、光検出器５２によって発生された電流のレンジが約１０ｐＡ（１０-11Ａ）から約１ｍＡ（１０-3Ａ）まで延びる。この電流値レンジの校正表を生成するために、オフセット電圧に必要なのは、８デケードの電流レンジに一致する電圧レンジを測ることのみである。したがって本実施の形態では、オフセット回路７６が分割器回路１００を含み、分割器回路１００が５の因子で（つまり０〜０．２×Ｖref）オフセット電圧レンジを縮小し、所望の８デケードのダイナミック電流レンジを達成する。
【００２７】
単一利得増幅器１０２を通過後、分割器回路１００の出力で発生するオフセット電圧は、第１および第２基準電圧回路８４、８６両方の入力に対して印加される。上に説明されたように、精密電流ソース９２は、ほぼ固定した電流（例：１００μＡ）をトランジスタ電流ソース９６（Ｑ2）のコントローラに供給し、トランジスタ電流ソース９６（Ｑ2）のベースとエミッタをはさむ電圧（Ｖbe,2）をほぼ固定する。バイアス電圧出力８２で発生する、結果として生ずる電圧（Ｖ2）は、したがって、
【数６】
Ｖ2＝Ｖoffset−Ｖbe,2
によって与えられる。その結果、出力トランジスタ電流ソース７４へ印加されたベース−エミッタ電圧（Ｖbe,output）は、
【数７】
Ｖbe,output＝０−Ｖ2＝Ｖbe,2−Ｖoffset
によって与えられる。ここでＶoffsetは、０〜０．２×Ｖrefの間で１６ビット分解能で変化する。電流ソーストランジスタ９４、９６（Ｑ1、Ｑ2）は出力トランジスタ電流ソース７４（Ｑ3）と整合しているため、出力電流は実質的に温度補償されていると仮定して、温度誘発されたＱ1およびＱ2の変化はＱ3で反映される。
【００２８】
校正電流ソース７０の補正は、熱処理装置１０への導入前に調整される。特に、校正電流ソース７０は、ＤＡＣ９８に加えられた特定の入力値が特定の出力電流と一致するように調整される。１実施の形態において、校正電流（Ｉcal）とＤＡＣ入力値（ＩｎDAC）は以下のように関連付けられる。
【数８】
0004531212.tif 000004
ここでＩＦＳはＩcalの最大値であり、Ｒ0は電流ソース７４のベース−エミッタ抵抗である。１実現例では、ＩＦＳ＝１ｍＡ、Ｒ0＝０．４ｏｈｍｓ、およびＩｎDACは０〜６５，５３５の間で変化する。この実現例では、０〜３００ｐＡのＩcal値はＤＡＣ入力値（ＩｎDAC）に対し線形に描かれ、３００ｐＡよりも大きいＩcal値は上に確認した指数方程式から得られる。つまりこのアプローチによって、出力トランジスタ電流ソース７４からの電流値を、ＤＡＣ９８に印加される入力値に対しマップすることができる。このマッピングによって精密校正電流値が決定され、温度測定値へ変換するため処理装置３８に送られる。ＤＡＣ９８入力値と校正電流値の間のマッピングはコントローラ６０に格納される。
【００２９】
校正電流ソース７０は非常に広いダイナミックレンジ（たとえば１６ビットＤＡＣで１０規模）を特徴としている。校正電流レンジの上端は、少なくとも一部分は、ベース−エミッタ抵抗（Ｒσ）を測定する精度で決められている。Ｒσに近似値を使用すると電流ソース７４の上限電流値は数ｍＡに制限され、Ｒσを正確に測定すると約２０ｍＡまで拡大する。校正電流ソース７０の低端は１０-17Ａより低い値まで達してよい。
【００３０】
校正精度は極めて高く、出力は、唯一、固定普遍定数の関数である。運転中、１０規模を越して、約０．１％の完全な出力電流精度が極めて容易に達成される。上述の実現例で０．１％の出力電流精度は、検出装置２４の温度測定において０．１℃よりも少ないエラーに該当する。
【００３１】
トランジスタ電流ソース７４の出力インピーダンスは充分に高いため、校正電流ソース７０は接続された回路に対するノイズの原因とならない。このため校正電流ソース７０は、非常に低い電流レベル（例：１ｆＡ）においても、ノイズ特性を低下させることなく電流測定回路（ログ積分器）５４に接続したままにしておける。したがって、このキャリブレータのさらなる利点は不使用時に取り外す必要がないことである。
【００３２】
【電流測定回路（ログ積分器）の実現】
図４を参照すると、ログ積分器５４はバイポーラ・トランジスタ１１０から形成されるログ増幅器回路を含み、バイポーラ・トランジスタ１１０は演算増幅器１１１の出力と負端子をはさんでフィードバック・ループに結合されている。ログ増幅器は光検出器５２または校正電流ソース７０のいずれかから入力電流を受け取り、ログ積分器出力１１２で電圧を発生する。ログ積分器５４はまた、演算増幅器１１１とコンデンサ１１４から形成される積分器回路を含み、コンデンサ１１４は演算増幅器１１１の出力と負端子をはさんでフィードバック・ループに結合されている。コントローラ６０によって制御されるスイッチ１１５によって、トランジスタ１１０およびコンデンサ１１４にわたって制御可能なバイパスが選択的に提供される。１６ビットオフセット制御ＤＡＣ１１６はログ積分器入力１１２でオフセット電圧を調整し、光検出器５２における漏れ電流により生じるノイズを補正する。
【００３３】
ログ積分器出力１１２で発生した電圧は、光検出器の低電流値に対する初期線形関係と、より高い電流値に対する対数関係によって特徴付けられる。積分器回路は光検出器５２からの低電流値を、非常に小さいノイズと広いダイナミックレンジによって測定する。トランジスタ１１０に関する静電容量がフィードバック・ループの静電容量を増加させ、低電流レベルにおける積分器のダイナミックレンジが増大する。高電流レベルではトランジスタ１１０の静電容量はログ積分器５４にバンド幅を設定しない。バイポーラ・トランジスタ１１０をフィードバック・ループで使用することにより、ログ積分器５４は広いダイナミックレンジにわたり光検出器の高電流レベルを測定することが出来るようになる。約５００ｐＡの光検出器の電流レベルにおいて、積分器回路とログ増幅器回路はミックス・モードで動作する。ワイドレンジの精密電流ソースは、ログ積分器５４を、ミックス・モードの電流レンジだけでなく、積分器およびログ増幅器の電流レンジを通じて校正するのに使用可能である。
【００３４】
すなわちログ積分器５４は、低電流レベルでリセットした積分器の低ノイズ性能と線形性、および高電流レベルにおけるログ増幅器の広いダイナミックレンジをもって、電流を測定できる。
【００３５】
【温度測定の校正方法】
図５Ａ〜５Ｃに示すように、校正中に複数の入力値がＤＡＣ９８に加えられて複数の出力電流値（Ｉout；図５Ａ）が発生する。ログ積分器５４はこれら電流値を複数の校正電圧値（Ｖcal；図５Ｂ）に変換する。入力ＤＡＣ値とログ積分器出力値間の関係は、校正表としてコントローラ６０のメモリに格納される。この情報をもとに、以下のフォームの表が生成される。
【表１】
0004531212.tif 000005
ここでＩcalの値は、コントローラ６０に格納された、事前に決められている校正電流値に対応している。基板処理中、ログ積分器５４は光検出器５２（Ｉphoto）からの電流値を複数の測定電圧値（Ｖmeas；図５Ｃ）に変換する。格納された校正表に含まれるＶcalとＤＡＣ入力値との関係に基づき、コントローラ６０は、測定電圧値（Ｖmeas）を対応するＤＡＣ入力値に変換し（たとえば、内挿法、またはその他の既知の方法により）、該ＤＡＣ入力値から校正電流値（Ｉcal）が決定され、温度測定値に変換するため処理装置３８に送信される。
【００３６】
校正電流値は１つの光検出器から受信した信号に基づいて、プランクの法則を用い、温度測定値に変換可能である（たとえば、Ｐｅｕｓｅらによる米国特許５，６６０，４７２を参照）。１９９８年８月６日に表題「基板温度測定のためのセンサー」として出願され、ここに参照として具体化される米国特許出願番号０９／１３０，２５３に記載されるように、２つの光検出器信号にもとづき温度測定値を計算することによって、より良い結果を得ることができる。図６に示すように、そのようなデュアル検出器装置は第１光検出器プローブ２２と第２検出器プローブ１２２を含んでよい。第１光検出器によって測定される強度Ψ1は次の方程式から与えられる。
【数９】
0004531212.tif 000006
また第２検出器によって測定される強度Ψ2は次の方程式から与えられる。
【数１０】
0004531212.tif 000007
ここでε1とε2は、第１および第２光検出器１２０、１２２の有効放射率を表し、Ｐ1とＰ2は反射板２１の第１および第２検出器への有効反射率を表す。
【００３７】
有効反射率Ｐ1およびＰ2は、反射器２１の構成、反射器２１の実際の反射率、および反射空洞２５の構成（たとえば反射器と基板裏面間の距離）により決定される系統定数である。温度センサーを校正し有効反射率Ｐ1およびＰ2を決定するために、既知の放射率を有する基板がＲＴＰ装置１０内で処理される。たとえば、前述の米国特許番号５，６６０，４７２に記述されるように、熱処理中に基板上に形成される酸化層の厚さから、基板温度Ｔが推論される。すると有効反射率Ｐ1とＰ2は、測定された強度Ψ1およびΨ2、基板の実際の放射率εS、基板温度Ｔ、および黒体の関係から計算される。
【００３８】
一旦有効反射率Ｐ1とＰ2がわかると、検出装置１２４は、任意の放射率を有する基板温度を決定するのに使用可能である。具体的には、測定値Ψ1およびΨ2と、既知の有効反射率Ｐ1およびＰ2が与えられると、Ψ1およびΨ2に対する方程式が解かれ、基板放射率εSと黒体強度ΨBが計算される。最後に、以上で与えられた黒体の理想的な関係にもとづき、黒体強度ΨBから基板温度Ｔに対する正確な解が計算される。
【００３９】
米国特許出願番号０９／１３０，２５３に記載された、２つの校正された光検出器信号を温度測定値に変換する他の方法もまた使用できる。
【００４０】
図７Ａを参照すると、光検出器プローブ２２、１２２によって受け取られた熱放射を、校正された光検出器信号へ変換するために使用される検出装置１２４は、検出装置２４（図２）と同じ基本特徴を有し、さらに第２フィルター１３０、第２光検出器１３２、第２光検出器プローブ１２２から受け取った熱放射を第２電圧測定信号へ変換するための第２ログ積分器１３４を含んでいる。ログ積分器１３４は図４に示すように実現される。本実施の形態では、コントローラ６０が光検出器５２と１３２から受信した信号を、上述の方法を用いて別々に校正するよう構成されている。別々に校正された測定値は温度センサー６２からの信号同様、温度測定値への変換のため処理装置３８へ送信される。
【００４１】
検出装置１２４で使用する校正電流ソース１３６の回路図を、図７Ｂに示す。校正電流ソース１３６は校正電流ソース７０（図３Ｂ）と同様の構造をしており、校正電流ソース１３６にはバイアス電圧出力８２に結合するエミッタを有する第２トランジスタ電流ソース１３８（Ｑ4）が含まれる点のみ異なる。トランジスタ電流ソース１３８はトランジスタ電流ソース７４、９４、および９６に整合しており、出力電流（Ｉout,secondary）がほぼ温度補償されていることが保証される。
【００４２】
その他の実施の形態が請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは、放射熱源、検出装置、および処理装置を含む熱プロセスチャンバに取り付けられた、基板の図である。
Ｂは、図１Ａの熱プロセスチャンバ内にエッジリングによって支持された基板の図である。
【図２】図１Ａと図１Ｂの検出装置の図である。
【図３Ａ】校正電流ソースのブロック図である。
【図３Ｂ】図３Ａの校正電流ソースの回路図である。
【図４】ログ積分器の回路図である。
【図５】Ａは、校正ソース入力を校正ソース出力に関連付けるマッピングのプロットである。
Ｂは、校正ソース出力をログ積分器出力に関連付けるマッピングのプロットである。
Ｃは、光検出器出力をログ積分器出力に関連付けるマッピングのプロットである。
【図６】２つの光伝送チャンネルを含む、熱プロセスチャンバの図である。
【図７Ａ】図６の、２つの光伝送チャンネルを提供する校正電流ソースのブロック図である。
【図７Ｂ】図７Ａの校正電流ソースの回路図である。
【図１】
0004531212.tif 000008
【図２】
0004531212.tif 000009
【図３Ａ】
0004531212.tif 000010
【図３Ｂ】
0004531212.tif 000011
【図４】
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【図５】
0004531212.tif 000013
【図６】
0004531212.tif 000014
【図７Ａ】
0004531212.tif 000015
【図７Ｂ】
0004531212.tif 000016