2017 Fiscal Year Annual Research Report

Metal-carbon eutectic temperature indicator for measuring temperature distribution at high temperature

Research Project

Project/Area Number	15K04729
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	笹嶋尚彦国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70357127)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山田善郎国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 首席研究員 (60358265)
Project Period (FY)	2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords	高温測定 / 温度定点 / 共晶 / SiC半導体 / 放射温度計 / 温度標準
Outline of Annual Research Achievements	放射温度計や熱電対による温度分布測定が困難なSiCパワー半導体ウェハの高温処理装置内で、ウェハ面内の温度分布を測定するため、溶融合金と試料表面の状態から到達温度を判断するこれまでに無い高温温度履歴モニターの開発を行った。具体的には、白金とグラファイトの共晶合金（融点：1738 ℃）を利用し、共晶点温度を挟む温度域やそれ以上の温度において金属とグラファイトの反応、及び溶融合金と表面状態の変化を詳細に評価することにより、共晶点以外の温度においても到達温度を読み取ることができる温度履歴モニターの開発を行った。最初に、白金箔とグラファイト基板を用いた到達温度判別技術の開発を行い、共晶点温度±5 ℃の違いを目で見て確認することができる技術開発に成功した。さらに、白金を蒸着したグラファイト基板を用いて様々な温度で焼鈍実験を行い、その試料の表面及び断面をSEMで観察することにより、共晶点温度を挟む温度のみならず、共晶点温度より高温においても溶融合金の拡散や表面状態の違いから到達温度の違いをある程度定性的に判別できる技術を世界で初めて実証した。一方、到達温度の違いを定量的に判断するため、分散型分光器を用いた反射率測定による到達温度判別方法の実験も実施した。その結果、焼鈍した試料としていない試料の間には明確な差が見られたが、焼鈍温度の違いによる反射率の差は小さかった。しかし、融点+200 ℃で焼鈍した試料は反射率に明確な差が見られ、SEMによる観察結果と併せて、ある程度定量的な判別ができることを実証した。これら開発した技術を用いれば、当初の目的である高温処理装置内で1500 ℃を超える超高温環境において、面内温度分布が測定できる可能性を実証した。さらに、金属－金属共晶試料を用いた新たな温度履歴モニターの実験も実施するなど、今後、Pt-C共晶合金以外への適用も期待できる。