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公開番号2024059644
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-01
出願番号2024014082,2020557112
出願日2024-02-01,2018-12-19
発明の名称無接触温度制御用の装置、電磁放射波面の生成方法、及び温度場プロファイルを生成するための装置の使用
出願人ゲノムテック・エス・アー
代理人個人,個人,個人
主分類G01J 5/10 20060101AFI20240423BHJP(測定;試験)
要約【課題】温度制御用の装置を提供する。
【解決手段】装置は、レーザーやダイオード等の電磁波源(1)又は超音波発生器を備え、電磁波源(1)はマイクロプロセッサを備えた専用コントローラ(3)に有線で接続され、専用コントローラ(3)は焦電検出器や熱電対検出器等の熱放射検出器(2)に有線で接続され、電磁波源と熱放射検出器が互いに0°から180°の間の角度αで配置されることを特徴とする。放射の波面プロファイルを生成するための方法と、その波面プロファイルを用いて温度場プロファイルを生成するための装置の使用も提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
温度制御用の装置であって、レーザーやダイオード等の電磁波源（１）又は超音波発生器を備え、前記電磁波源（１）又は超音波発生器はマイクロプロセッサを備えた専用コントローラ（３）に有線で接続され、前記専用コントローラ（３）は焦電検出器や熱電対検出器等の熱放射検出器（２）に有線で接続され、前記電磁波源と前記熱放射検出器が互いに０°から１８０°の間の角度αで配置されることを特徴とする装置。
続きを表示（約 270 文字）【請求項２】
電磁放射波面プロファイルを生成するための方法であって、複数の電磁放射源を用いて、電磁放射が重ね合わさるように前記複数の電磁放射源を配置することによって、前記電磁放射源に伝えられる電力を最大電力を超えずに変更することによって、又は、前記電磁放射源の前方に一つ又は複数のレンズを配置することによって、波面プロファイルの形状が生成されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法を用いて生成された波面プロファイルを用いて温度場プロファイルを生成するための請求項１に記載の装置の使用。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、無接触温度制御用の装置、電磁放射波面プロファイルの生成方法、そして、波面プロファイル、物質表面上の二次元的温度場プロファイル、物質内部の三次元的温度場プロファイルを時間の関数として用いて、温度場プロファイルを生成、成形及び制御するための装置の使用である。本発明は、産業プロセス、生物学的プロセス、化学的プロセス、物質検査、又は、時間経過と共に温度が一定又は可変であることと無接触方式で温度が得られることを要する他の産業に適用可能である。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
現在の技術的プロセスでは多くの研究領域において、所与の点における温度や温度分布の情報が非常に重要な要素となっている。温度測定方式は一般的に接触型と無接触型に分類される。接触型測定では、温度を知りたい所与の物質又は点に測定媒体を直接接触させる必要がある。無接触方法では、測定対象は、放出される赤外線の波長であり、測定される媒体に測定デバイスを接触させる必要が無い。その測定は、プランクの法則とウィーンの法則に基づいて進められる。プランクの法則は、理想黒体によって放射されるエネルギー量を記述する。他方、ウィーンの法則は、温度変化に対する波長変化に関する。
【０００３】
測定方式にかかわらず、従来技術において温度測定方法が大いに報告及び開発されてきた。それら温度測定方法は用いられる物理現象が主に異なる。それにもかかわらず、新規温度決定方法が測定システムの構築に関して依然として追求されている。その精度は温度決定に関する非常に重要な事項である。現状で用いられている無接触方法は、所与の点における高精度測定を特徴とするものではない。また、温度測定を可能にするために研究対象を動かす必要がある。更に、最大限の量の放出赤外線を収集して、温度の適切な読み取りを可能にする物理現象の閾値を超えるためには、温度センサを測定対象に可能な限り近付けなければならない。
【０００４】
実際の応用が直面している他の重要な問題は、対象の温度変化、つまり加熱である。加熱は、対象を熱源に直接近付けるか又は実際に接触させないと不可能であることが多い。これは、加熱器とサンプルとの間の物質適合性の問題を生じさせ得る。接触型の加熱に関する他の問題として、例えば生体サンプル（ウイルス、バクテリア）の場合に、対象を外部環境から隔離する必要性が挙げられる。接触型の加熱方法では、温度測定（熱を温度計に伝えること）の他に、熱を対象に伝える方法が重要な役割を果たす。これは、対象の過大加熱又は過小加熱を生じさせ得る。また、供給管を介して失われる熱が、温度測定システムの不正確さに繋がり、測定環境と測定デバイスの追加的な隔離を要する。
【０００５】
物理量の測定と対象の加熱という行為は、それが技術的プロセスであるか研究プロセスのものであるかにかかわらず、不十分となることが多い。測定に加えて、所与の温度プロファイルの差を局所的に均すことを離散的な場合と二次元表面の両方で可能にすると共に、正確に定められた範囲内で一定の温度値を維持する必要もある。これが、この種のシステム（温度センサと加熱器）がフィードバックループで設計される理由であるが、加熱対象についての温度場プロファイルを選択的に生成及び修正することはできない。
【０００６】
従来技術において、無接触での温度測定と温度分布の制御を可能にする方法が知られている。特許文献１に開示されている発明の対象は遠隔表面温度測定用のデバイスと方法である。そのデバイスは、放射源と、放射線に対して基板を回転させるテーブルと、制御ユニットと、温度測定ユニットで構成される。テーブル上に配置される基板、例えばシリコンウェーハが放射線での処理を受ける。処理を受ける箇所の温度は、光学システムを用いて遠隔測定される。温度測定は、光学システムを用いて処理の箇所近くで放出された赤外線を収集することによって進められる。次いで、赤外線が、偏光され、光ファイバ（又は光ファイバの束）を用いて、その波長を測定する分光計に伝えられる。温度はその波長とプランクの法則に基づいて決定される。アナログ温度信号がデジタル信号に変換され、次いで、ウェーハを処理するビームのパワーを制御するコントローラに伝えられる。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている発明は、複数の列状に分布するダイオード／レーザーのシステムが発生させるレーザー放射を用いる温度制御方式の表面処理方法に関する。放射を処理対象の表面に集中させ、その処理対象の温度を、赤外線に敏感なダイオードを用いて監視し、レーザー放射の強度分布を所要の温度プロファイルに調整する。レーザー放射の強度分布を所要の温度プロファイルに調整することは、処理されている表面から放出される波長をダイオードが測定してフィードバックループで各列のダイオード又はレーザーを制御及び／又は作動と作動停止させることによって達成される。
【０００８】
特許文献３には、シリコンウェーハの高速熱処理用のデバイスが開示されている。開示されている解決策の特徴は、ディスク形状の多領域熱放射源に基づいた加熱システムである。その熱放射源は、中心に位置する一つのランプ及び同心円状の二つの円に配置されたランプで構成される。各ランプは個別に電力供給される。処理されるシリコン材は、熱放射源の全面で照らされる。温度測定は、ランプのコントローラに結合されたセンサを用いて進められる。コントローラは、ウェーハ表面に伝えられる熱エネルギーの量を調べ、所与の温度からの逸脱を示す場合には、所与の領域のランプのパワーを変更（減少又は増大）させることによって、ウェーハ表面の温度プロフィルを変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
米国特許第７７４４２７４号明細書
欧州特許第０８３６９０５号明細書
米国特許第６１２２４４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明が取り組む技術的課題には、所与の点において一定値の電磁波束を提供するように遠隔方式で、つまり、対象を電磁波源（加熱器）及び温度計（検出器）に直接接触させずに、その点に適切な量の熱エネルギーを伝えることを可能にする温度制御方法を提供することが含まれる。また、照射面上又は所与の空間内の温度プロファイルの成形を可能にするように選択的に複数源からなるシステムから伝えられるエネルギーの量を制御することが可能となる。加熱器とセンサは、対象に局所的に入射する放射の振幅を変更することを可能にするようにフィードバックループで配置構成される。本発明は上述の技術的要求を驚異的に解決する。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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