JP2912157B2 - 物体の温度測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温の測定分野に関
し、特に高速熱処理用に設計された反応容器あるいは炉
内に配置された放射加熱された半導体ウェーハの温度測
定に関する。
し、特に高速熱処理用に設計された反応容器あるいは炉
内に配置された放射加熱された半導体ウェーハの温度測
定に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速熱処理（rapid thermal processin
g）においては、半導体ウェーハのようなワークピース
は複雑な特定の温度サイクルに曝される。このために、
高速熱処理は集積回路の製造に際し、拡散及びアニール
のような温度依存性のプロセスを実行するのに用いられ
る。このようなプロセスにおいては、その温度範囲は±
１０℃以下に制御する必要がある。このような制御は、
ウェーハの温度を正確に測定して初めて可能である。正
確な温度測定のために、熱電対をウェーハに直接取り付
けているが、このようなウェーハは集積回路を形成する
のには適当ではない。熱電対を各バッチに対し、数枚の
ウェーハのみ搭載しているが、高速熱処理用反応容器内
に配置されたウェーハ間の個別の変動により実際の温度
と熱電対を取り付けているウェーハとの温度のバラ付き
は必ずしも満足のものではない。
g）においては、半導体ウェーハのようなワークピース
は複雑な特定の温度サイクルに曝される。このために、
高速熱処理は集積回路の製造に際し、拡散及びアニール
のような温度依存性のプロセスを実行するのに用いられ
る。このようなプロセスにおいては、その温度範囲は±
１０℃以下に制御する必要がある。このような制御は、
ウェーハの温度を正確に測定して初めて可能である。正
確な温度測定のために、熱電対をウェーハに直接取り付
けているが、このようなウェーハは集積回路を形成する
のには適当ではない。熱電対を各バッチに対し、数枚の
ウェーハのみ搭載しているが、高速熱処理用反応容器内
に配置されたウェーハ間の個別の変動により実際の温度
と熱電対を取り付けているウェーハとの温度のバラ付き
は必ずしも満足のものではない。
【０００３】反応容器内でウェーハの温度を直接測定す
る光学的高温測定方法が米国特許第５１５４５１２号に
開示されている。この特許に開示された方法を図１に示
す。この特許の方法によれば、第１光パイププローブ１
０がウェーハ２０に面する入力開口を有し、第２光パイ
ププローブ３０が対向するランプバンク４０に面する開
口を有する。このランプバンク４０は処理室５０の外側
に配置された水晶−タングステン−ヨー素ランプの線形
のアレイである。第１光パイププローブ１０はウェーハ
２０により放射された電磁放射をサンプルし、このサン
プルされた値を検知装置６０に入力する。第２光パイプ
プローブ３０はランプバンク４０により放射された電磁
放射をサンプルし、このサンプルされた値を検知装置６
０に入力する。この第２光パイププローブ３０はランプ
バンク４０からの直接の電磁放射と反射装置８０から反
射された電磁放射の両方を検知する。ウェーハ２０の反
射率εはプローブ信号から得られ、このウェーハの温度
はウェーハの熱ωとウェーハ反射率εとウェーハ温度Ｔ
が関係するプランクの放射法則から得られる。
る光学的高温測定方法が米国特許第５１５４５１２号に
開示されている。この特許に開示された方法を図１に示
す。この特許の方法によれば、第１光パイププローブ１
０がウェーハ２０に面する入力開口を有し、第２光パイ
ププローブ３０が対向するランプバンク４０に面する開
口を有する。このランプバンク４０は処理室５０の外側
に配置された水晶−タングステン−ヨー素ランプの線形
のアレイである。第１光パイププローブ１０はウェーハ
２０により放射された電磁放射をサンプルし、このサン
プルされた値を検知装置６０に入力する。第２光パイプ
プローブ３０はランプバンク４０により放射された電磁
放射をサンプルし、このサンプルされた値を検知装置６
０に入力する。この第２光パイププローブ３０はランプ
バンク４０からの直接の電磁放射と反射装置８０から反
射された電磁放射の両方を検知する。ウェーハ２０の反
射率εはプローブ信号から得られ、このウェーハの温度
はウェーハの熱ωとウェーハ反射率εとウェーハ温度Ｔ
が関係するプランクの放射法則から得られる。
【０００４】第１光パイププローブ１０からの信号は電
磁放射と反射熱の合計である。放射要素と反射要素を解
くのに必要な情報はランプの放射はＡＣ（交流）（「リ
ップル」と称する）電流により駆動されるランプの放射
から得られるからである。ウェーハ２０からの熱放射は
ＡＣ成分には関係せず、ウェーハの反射率は第１光パイ
ププローブ１０と第２光パイププローブ３０の信号のリ
ップルの振幅の比率で計算できる。この反射率が計算さ
れると、第１光パイププローブ１０の信号を修正して、
ウェーハの熱エミッタンスの値を導出する。
磁放射と反射熱の合計である。放射要素と反射要素を解
くのに必要な情報はランプの放射はＡＣ（交流）（「リ
ップル」と称する）電流により駆動されるランプの放射
から得られるからである。ウェーハ２０からの熱放射は
ＡＣ成分には関係せず、ウェーハの反射率は第１光パイ
ププローブ１０と第２光パイププローブ３０の信号のリ
ップルの振幅の比率で計算できる。この反射率が計算さ
れると、第１光パイププローブ１０の信号を修正して、
ウェーハの熱エミッタンスの値を導出する。
【０００５】この特許の方法は有効ではあるが、いくつ
かのシステマテックな誤差の重大な原因を考慮に入れな
ければならない。このような誤差には、ウェーハの反射
率の決定がある。この理論的な温度計算においては、こ
の反射率はウェーハの半球状反射率であると仮定してい
る。しかし、実際に測定された反射率は半球状反射率か
ら大きくずれている。その理由は、２個のプローブは小
さな領域からの放射フィルードをサンプルしているから
である。
かのシステマテックな誤差の重大な原因を考慮に入れな
ければならない。このような誤差には、ウェーハの反射
率の決定がある。この理論的な温度計算においては、こ
の反射率はウェーハの半球状反射率であると仮定してい
る。しかし、実際に測定された反射率は半球状反射率か
ら大きくずれている。その理由は、２個のプローブは小
さな領域からの放射フィルードをサンプルしているから
である。
【０００６】半球状反射率に対する良好な近似の条件
は、第１光パイププローブ１０はウェーハ２０の小領域
からのウェーハの反射をサンプルし、第２光パイププロ
ーブ３０は半球容量（すなわち、２πステラジアンにな
る立体角にわたって）ランプの電磁放射をサンプルし、
ランプの出力とウェーハの反射率の局部的変動が無視で
きることである。この２番目の条件は完全には満足でき
ない。その理由は、第２光パイププローブ３０により集
められた放射率の大部分は端部表面９０（一般的には平
な表面）を介して第２光パイププローブ３０内に入るか
らである。従って、第２光パイププローブ３０は９０°
以下のビュー角部分の電磁放射のみを集める。
は、第１光パイププローブ１０はウェーハ２０の小領域
からのウェーハの反射をサンプルし、第２光パイププロ
ーブ３０は半球容量（すなわち、２πステラジアンにな
る立体角にわたって）ランプの電磁放射をサンプルし、
ランプの出力とウェーハの反射率の局部的変動が無視で
きることである。この２番目の条件は完全には満足でき
ない。その理由は、第２光パイププローブ３０により集
められた放射率の大部分は端部表面９０（一般的には平
な表面）を介して第２光パイププローブ３０内に入るか
らである。従って、第２光パイププローブ３０は９０°
以下のビュー角部分の電磁放射のみを集める。
【０００７】これは測定された反射率と半球状反射率と
の間に大きな差となる。他のシステマテックな誤差の原
因は、ランプ出力の局部的変動である。第２光パイププ
ローブ３０は小領域のみをサンプルし、これらの変動を
平均化するのには有効ではない。
の間に大きな差となる。他のシステマテックな誤差の原
因は、ランプ出力の局部的変動である。第２光パイププ
ローブ３０は小領域のみをサンプルし、これらの変動を
平均化するのには有効ではない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ウェーハの温度を±１０℃以内に正確に測定する方
法を提供することである。
は、ウェーハの温度を±１０℃以内に正確に測定する方
法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、前記の
特許の改良によるものである。この改良点は第２の光パ
イププローブを用いて、広い領域にわたり、ランプから
の放射フィールドをサンプルするものである。これによ
り、半球状反射率に対し、より近い近似を与え、ランプ
出力を局部的変動を平均化できる。さらに、本発明の改
良点は、処理室内の放射環境のモデル化をより詳細に行
い、第１と第２の光パイププローブからの信号を正確に
処理できるものである。
特許の改良によるものである。この改良点は第２の光パ
イププローブを用いて、広い領域にわたり、ランプから
の放射フィールドをサンプルするものである。これによ
り、半球状反射率に対し、より近い近似を与え、ランプ
出力を局部的変動を平均化できる。さらに、本発明の改
良点は、処理室内の放射環境のモデル化をより詳細に行
い、第１と第２の光パイププローブからの信号を正確に
処理できるものである。
【００１０】
【実施例】図２において、本発明の高速熱処理装置のリ
アクタ内には、ウェーハプローブ１００とランププロー
ブ１１０が配置されている。ウェーハ１２０が水晶製容
器１３０を有する処理室内に配置されている。２個のプ
ローブが水晶製容器１３０の外側に配置されている。別
法として、１つまたは両方のプローブを水晶製容器１３
０内に配置しても良い。ランプ１４０は水晶製容器１３
０の対向側にバンク状に配置されている（別法として、
１個のランプバンクを用いても良い）。ウェーハプロー
ブ１００の入口表面１５０はウェーハ１２０の方向に向
けられている。ウェーハプローブ１００はウェーハ１２
０とランプ１４０の間に配置されている。１個のランプ
バンクのみを有するリアクタにおいては、このウェーハ
プローブ１００はランプの反対側のウェーハの上に配置
しても良い。このウェーハプローブ１００はサファイア
製の光パイププローブで、直径が１．３ｍｍで、光学的
に平面状の入口面を有する。ウェーハプローブ１００は
ウェーハ１２０の表面の比較的小さなスポット（実験値
では１．５ｃｍの直径）からのウェーハの放射を検知す
る。ウェーハ１２０の上にウェーハプローブ１００の影
を最小にするために、このウェーハプローブ１００はウ
ェーハ１２０の面に直交して、ランプバンクの隣合う対
の間のギャップを介して挿入するのが良い。
アクタ内には、ウェーハプローブ１００とランププロー
ブ１１０が配置されている。ウェーハ１２０が水晶製容
器１３０を有する処理室内に配置されている。２個のプ
ローブが水晶製容器１３０の外側に配置されている。別
法として、１つまたは両方のプローブを水晶製容器１３
０内に配置しても良い。ランプ１４０は水晶製容器１３
０の対向側にバンク状に配置されている（別法として、
１個のランプバンクを用いても良い）。ウェーハプロー
ブ１００の入口表面１５０はウェーハ１２０の方向に向
けられている。ウェーハプローブ１００はウェーハ１２
０とランプ１４０の間に配置されている。１個のランプ
バンクのみを有するリアクタにおいては、このウェーハ
プローブ１００はランプの反対側のウェーハの上に配置
しても良い。このウェーハプローブ１００はサファイア
製の光パイププローブで、直径が１．３ｍｍで、光学的
に平面状の入口面を有する。ウェーハプローブ１００は
ウェーハ１２０の表面の比較的小さなスポット（実験値
では１．５ｃｍの直径）からのウェーハの放射を検知す
る。ウェーハ１２０の上にウェーハプローブ１００の影
を最小にするために、このウェーハプローブ１００はウ
ェーハ１２０の面に直交して、ランプバンクの隣合う対
の間のギャップを介して挿入するのが良い。
【００１１】容器１６０は少なくとも部分的に水晶製容
器１３０とランプ１４０を包囲する。この容器１６０は
内部表面１７０を有する。リアクタ内の放射フィールド
を均一にするために、少なくとも内部表面１７０の一部
をランプの波長で放射の反射を拡散するようにする。
器１３０とランプ１４０を包囲する。この容器１６０は
内部表面１７０を有する。リアクタ内の放射フィールド
を均一にするために、少なくとも内部表面１７０の一部
をランプの波長で放射の反射を拡散するようにする。
【００１２】例えば、このリアクタの例としては、カリ
フォニア州 Sunnyvale にある AG Associates 社から市
販されているモデル４１０の Heatpulse リアクタがあ
る。このリアクタの内部表面１７０の大部分は、金でメ
ッキしてある。しかし、内部表面１７０の拡散的反射表
面部分１８０に面する拡散的反射表面部分１８０は Lam
bertian 反射表面が提供できるように白いセラミック材
料でコーティングしてある。この拡散的反射表面部分１
８０は標準の１００ｍｍのウェーハの直径の約８０％を
覆う。
フォニア州 Sunnyvale にある AG Associates 社から市
販されているモデル４１０の Heatpulse リアクタがあ
る。このリアクタの内部表面１７０の大部分は、金でメ
ッキしてある。しかし、内部表面１７０の拡散的反射表
面部分１８０に面する拡散的反射表面部分１８０は Lam
bertian 反射表面が提供できるように白いセラミック材
料でコーティングしてある。この拡散的反射表面部分１
８０は標準の１００ｍｍのウェーハの直径の約８０％を
覆う。
【００１３】ランププローブ１１０は拡散的反射表面部
分１８０に隣接する内部表面１７０とランプ１４０との
間に配置するのが好ましい。入口面１９０は放射が内部
表面１７０から主に集められるように向けられる。従来
技術とは異なって、このランププローブ１１０は内部表
面１７０（ほぼ拡散的反射表面部分１８０に相当する部
分）の表面の領域からの放射を集めるように設計されて
いる。そして、この領域はウェーハプローブ１００によ
りサンプルされるウェーハの領域よりも相当広い。例と
して、ランププローブ１１０を用いると、約１６ｃｍ2
の表面領域がサンプルできる。
分１８０に隣接する内部表面１７０とランプ１４０との
間に配置するのが好ましい。入口面１９０は放射が内部
表面１７０から主に集められるように向けられる。従来
技術とは異なって、このランププローブ１１０は内部表
面１７０（ほぼ拡散的反射表面部分１８０に相当する部
分）の表面の領域からの放射を集めるように設計されて
いる。そして、この領域はウェーハプローブ１００によ
りサンプルされるウェーハの領域よりも相当広い。例と
して、ランププローブ１１０を用いると、約１６ｃｍ2
の表面領域がサンプルできる。
【００１４】図２に示すように、ウェーハプローブ１０
０は、ウェーハ１２０の表面で、ウェーハプローブ１０
０に対し、立体角Ω1内に内在する領域をサンプルし、
ランププローブ１１０は、ウェーハ１２０で立体角Ω2
内に内在する内部表面１７０の表面の領域をサンプルす
る。ウェーハ１２０の半球状反射率に許容可能な近似を
得るために、Ω2はΩ1以上、あるいは少なくともΩ1に
等しいのが好ましい。ある場合においては、この条件が
満足される場合は、ランププローブ１１０が内部表面１
７０の表面をサンプルする領域は、ウェーハプローブ１
００がサンプルするウェーハの領域の少なくとも１０倍
であることである。
０は、ウェーハ１２０の表面で、ウェーハプローブ１０
０に対し、立体角Ω1内に内在する領域をサンプルし、
ランププローブ１１０は、ウェーハ１２０で立体角Ω2
内に内在する内部表面１７０の表面の領域をサンプルす
る。ウェーハ１２０の半球状反射率に許容可能な近似を
得るために、Ω2はΩ1以上、あるいは少なくともΩ1に
等しいのが好ましい。ある場合においては、この条件が
満足される場合は、ランププローブ１１０が内部表面１
７０の表面をサンプルする領域は、ウェーハプローブ１
００がサンプルするウェーハの領域の少なくとも１０倍
であることである。
【００１５】この実施例においては、ランププローブ１
１０サファイア製の光パイププローブで、１．３ｍｍの
直径を有する。ランププローブ１１０は最近接のランプ
１４０のランプの面に平行で、ランプの縦軸には斜め方
向に延びる。このランププローブ１１０はランプのフィ
ラメントに沿って集められた放射をランプの間の間隙内
で集められた放射を平均するように配置するのが好まし
い。入口面１９０はランププローブ１１０の端部で規定
され、約４ｃｍの長さである。図３に示すように入口面
１９０はランプとウェーハに面する側のこの部分を白い
拡散反射材料のストライプ２００でもってコーティング
することにより形成される。この同一材料を用いて、ラ
ンププローブ１１０の端面をコーティングし、拡散的反
射表面部分１８０から入る放射を減衰するのが良い。こ
の種の反射材料としては、ニューヨーク州の Ossining
の Aremco Products 社から市販されている Aremco 高
温アルミナセラミックセメントＮｏ．５０３が適当であ
る（塗布後、このセラミックを加熱することにより固化
する）。ストライプ２００の角度は約１２０°である。
このセラミック材料が塗布されていないプローブの表面
の対応する部分は、入口面１９０を形成する。この入口
面１９０から入る放射の大部分はセラミック材料により
散乱し、この散乱した放射の一部は、ランププローブ１
１０により検知される。この入口面１９０は内部表面１
７０から約１ｃｍ離れて配置される。ランププローブ１
１０はランプ１４０に入射する放射に対し影響を及ぼさ
ない。その理由は、ウェーハ１２０ではストライプ２０
０から反射された放射は内部表面１７０の隣接部分から
反射された放射と極めて近い特性を有するからである。
１０サファイア製の光パイププローブで、１．３ｍｍの
直径を有する。ランププローブ１１０は最近接のランプ
１４０のランプの面に平行で、ランプの縦軸には斜め方
向に延びる。このランププローブ１１０はランプのフィ
ラメントに沿って集められた放射をランプの間の間隙内
で集められた放射を平均するように配置するのが好まし
い。入口面１９０はランププローブ１１０の端部で規定
され、約４ｃｍの長さである。図３に示すように入口面
１９０はランプとウェーハに面する側のこの部分を白い
拡散反射材料のストライプ２００でもってコーティング
することにより形成される。この同一材料を用いて、ラ
ンププローブ１１０の端面をコーティングし、拡散的反
射表面部分１８０から入る放射を減衰するのが良い。こ
の種の反射材料としては、ニューヨーク州の Ossining
の Aremco Products 社から市販されている Aremco 高
温アルミナセラミックセメントＮｏ．５０３が適当であ
る（塗布後、このセラミックを加熱することにより固化
する）。ストライプ２００の角度は約１２０°である。
このセラミック材料が塗布されていないプローブの表面
の対応する部分は、入口面１９０を形成する。この入口
面１９０から入る放射の大部分はセラミック材料により
散乱し、この散乱した放射の一部は、ランププローブ１
１０により検知される。この入口面１９０は内部表面１
７０から約１ｃｍ離れて配置される。ランププローブ１
１０はランプ１４０に入射する放射に対し影響を及ぼさ
ない。その理由は、ウェーハ１２０ではストライプ２０
０から反射された放射は内部表面１７０の隣接部分から
反射された放射と極めて近い特性を有するからである。
【００１６】検知パターンは、ランププローブ１１０用
に容易に計算あるいは測定できる。この内部表面１７０
上への検知パターンは、位置の関数として、ランププロ
ーブ１１０の検知効率を表す形状として表すことができ
る。この形状は一般的に楕円形状でそれぞれの主軸がラ
ンププローブ１１０に平行及び直交する。少なくともあ
る場合においては、入口面１９０の長さをこれらの軸を
等しくするよう調整することにより感受性パターンを得
るのが好ましい。実施例ランププローブ１１０において
は、入口面１９０を約４ｃｍの長さにすることにより、
これが達成できる。
に容易に計算あるいは測定できる。この内部表面１７０
上への検知パターンは、位置の関数として、ランププロ
ーブ１１０の検知効率を表す形状として表すことができ
る。この形状は一般的に楕円形状でそれぞれの主軸がラ
ンププローブ１１０に平行及び直交する。少なくともあ
る場合においては、入口面１９０の長さをこれらの軸を
等しくするよう調整することにより感受性パターンを得
るのが好ましい。実施例ランププローブ１１０において
は、入口面１９０を約４ｃｍの長さにすることにより、
これが達成できる。
【００１７】感受性のパターンの空間量の測定は、全部
の集められた放射のある部分に寄与する領域である。従
って、ランププローブ１１０により有効にサンプルされ
た領域は、全収集放射の５０％になる中央領域（すなわ
ち、立体角に対応する）である。
の集められた放射のある部分に寄与する領域である。従
って、ランププローブ１１０により有効にサンプルされ
た領域は、全収集放射の５０％になる中央領域（すなわ
ち、立体角に対応する）である。
【００１８】各ウェーハプローブ１００とランププロー
ブ１１０は逆方向と順方向に対しある感受性を表す（ウ
ェーハプローブ１００の逆方向はウェーハから離れる方
向で、ランププローブ１１０の逆方向はウェーハに向か
う方向である）。順方向のプローブの感受性は順方向半
球にわたる検知パターンを積分し、その積分をユニッ
ト、例えば、１領域パワー密度当たりの光ダイオード検
知電流で表す（校正することによって計算できる）。そ
の結果は、ウェーハプローブ１００に対してはｓ1で、
ランププローブ１１０に対してはｓ2で表す。同様な方
法によって得られた逆方向感受性は、準方向感受性の一
部ｃiとして表す。すなわち、ウェーハプローブ１００
に対してはｉ＝１、プローブ１１０に対してはｉ＝２と
して、ｓiｃiを逆方向感受性として表すことができる。
この係数ｃiは、等方性パラメータと称する。その理由
は、ｃiは完全な等方性プローブに対しては１で、完全
な非等方性に対しては０であるからである。この等方性
パラメータは以下の放射モデルに含まれる（数５）。従
って、正確な温度の測定は等方性の程度が大きく変化す
る検知パターンを有する様々なデザインのプローブを用
いて行われる。例えば、等方性パラメータが約０．２０
−０．３３にもなるようなプローブを用いて、正確な温
度の測定がさらに大きな等方パラメータを用いて行うこ
とができた。
ブ１１０は逆方向と順方向に対しある感受性を表す（ウ
ェーハプローブ１００の逆方向はウェーハから離れる方
向で、ランププローブ１１０の逆方向はウェーハに向か
う方向である）。順方向のプローブの感受性は順方向半
球にわたる検知パターンを積分し、その積分をユニッ
ト、例えば、１領域パワー密度当たりの光ダイオード検
知電流で表す（校正することによって計算できる）。そ
の結果は、ウェーハプローブ１００に対してはｓ1で、
ランププローブ１１０に対してはｓ2で表す。同様な方
法によって得られた逆方向感受性は、準方向感受性の一
部ｃiとして表す。すなわち、ウェーハプローブ１００
に対してはｉ＝１、プローブ１１０に対してはｉ＝２と
して、ｓiｃiを逆方向感受性として表すことができる。
この係数ｃiは、等方性パラメータと称する。その理由
は、ｃiは完全な等方性プローブに対しては１で、完全
な非等方性に対しては０であるからである。この等方性
パラメータは以下の放射モデルに含まれる（数５）。従
って、正確な温度の測定は等方性の程度が大きく変化す
る検知パターンを有する様々なデザインのプローブを用
いて行われる。例えば、等方性パラメータが約０．２０
−０．３３にもなるようなプローブを用いて、正確な温
度の測定がさらに大きな等方パラメータを用いて行うこ
とができた。
【００１９】本発明の範囲には、ランププローブ１１０
の別の形状も含まれる。例えば、図４のランププローブ
１１０の形状は内部表面１７０の方向を向いた細長い円
錐テーパ状の端部を有する。このプローブは例えば、水
晶ロッドまたはサファイアロッドのサファイア製の１．
２７ｍｍの直径から形成される。このテーパは６．４−
１２．７ｍｍの長さを有する。このテーパ部はフロスト
表面２１０を有し、このフロスト表面２１０は入口面と
して機能する。例えば、サファイア製または水晶製のプ
ローブにおいては、この入口面は約１８０°の広さのビ
ュー角の放射を集めることができ、広フィールドのプロ
ーブを形成する。広フィールドプローブはウェーハの一
側面のみランプバンクを有するようなリアクタにおいて
は特に有用で、その結果、ウェーハの他の側は、内部表
面１７０からの反射によって照射される。この種のリア
クタにおいては、両方のプローブを水晶製容器１３０の
外側でウェーハ１２０の間接照射のほうに配置する。こ
のビューの広フィールドは、内部表面１７０の反射特性
が局部的に不完全なことに無関係な平均放射フィールド
（ウェーハの間接的な照射面の上）を検知することにな
る。
の別の形状も含まれる。例えば、図４のランププローブ
１１０の形状は内部表面１７０の方向を向いた細長い円
錐テーパ状の端部を有する。このプローブは例えば、水
晶ロッドまたはサファイアロッドのサファイア製の１．
２７ｍｍの直径から形成される。このテーパは６．４−
１２．７ｍｍの長さを有する。このテーパ部はフロスト
表面２１０を有し、このフロスト表面２１０は入口面と
して機能する。例えば、サファイア製または水晶製のプ
ローブにおいては、この入口面は約１８０°の広さのビ
ュー角の放射を集めることができ、広フィールドのプロ
ーブを形成する。広フィールドプローブはウェーハの一
側面のみランプバンクを有するようなリアクタにおいて
は特に有用で、その結果、ウェーハの他の側は、内部表
面１７０からの反射によって照射される。この種のリア
クタにおいては、両方のプローブを水晶製容器１３０の
外側でウェーハ１２０の間接照射のほうに配置する。こ
のビューの広フィールドは、内部表面１７０の反射特性
が局部的に不完全なことに無関係な平均放射フィールド
（ウェーハの間接的な照射面の上）を検知することにな
る。
【００２０】これとは対照的に、広い領域プローブは、
このプローブがウェーハとランプバンクの間に配置され
た場合に好ましい。その理由は、内部表面１７０からの
散乱は非均一なランプ放射を平均化するのには有効では
ないからである。広領域プローブの一例は図３の水平プ
ローブである。水晶製ロッドのバンドルに基づく、数個
の広領域プローブをテストした（他の導波路材料、例え
ば、サファイアもこの目的のために使用することができ
る）。例えば、図５に示したプローブは、７本のロッド
の端面はランプ（と内部表面１７０）の方向に向けて、
六角形のアレイで配列されている。この端面の間隔は、
それぞれのロッドによりサンプルされる内部表面１７０
の一部の間でオーバーラップするように選択され、その
結果、比較的広く均一な感受性のパターンが得られる。
このプローブがウェーハとランプバンクの間に配置され
た場合に好ましい。その理由は、内部表面１７０からの
散乱は非均一なランプ放射を平均化するのには有効では
ないからである。広領域プローブの一例は図３の水平プ
ローブである。水晶製ロッドのバンドルに基づく、数個
の広領域プローブをテストした（他の導波路材料、例え
ば、サファイアもこの目的のために使用することができ
る）。例えば、図５に示したプローブは、７本のロッド
の端面はランプ（と内部表面１７０）の方向に向けて、
六角形のアレイで配列されている。この端面の間隔は、
それぞれのロッドによりサンプルされる内部表面１７０
の一部の間でオーバーラップするように選択され、その
結果、比較的広く均一な感受性のパターンが得られる。
【００２１】広領域プローブの好ましい特徴は、サンプ
ルされた放射の入力方向とサンプルされた領域の放射の
源点との間での相関が低いことである。すなわち、サン
プルされた領域の各点からプローブによりインターセプ
トされた放射の高温の中央の５０％（電力で）は、プロ
ーブの検知パターンから容易に計算できる。広領域プロ
ーブによりサンプルされた領域は少なくとも２点を有
し、それらは互いに１ｃｍ以上離間し、これらの中央円
錐は同一の方向で、その変換位置が異なるだけである。
この特徴により、プローブは放射フィールドを均一にサ
ンプルできる。
ルされた放射の入力方向とサンプルされた領域の放射の
源点との間での相関が低いことである。すなわち、サン
プルされた領域の各点からプローブによりインターセプ
トされた放射の高温の中央の５０％（電力で）は、プロ
ーブの検知パターンから容易に計算できる。広領域プロ
ーブによりサンプルされた領域は少なくとも２点を有
し、それらは互いに１ｃｍ以上離間し、これらの中央円
錐は同一の方向で、その変換位置が異なるだけである。
この特徴により、プローブは放射フィールドを均一にサ
ンプルできる。
【００２２】別の実施例として、図６は４本のロッドか
らなるプローブを表し、このロッドは平行なアレイで形
成され、フォークの先に類似している。散乱表面を形成
するために、各歯のウェーハの面はフロストされてい
る。この実施例では、表面を僅かに剥離、あるいは表面
を粗くしている。散乱表面を透明にするのが好ましい
が、その理由は、ウェーハ上に影を形成させない（非均
一な加熱の原因となる）ためである（このような影がウ
ェーハの直接照射面に形成される傾向がある。その理由
は、直接的照射は大きな方向性成分を有し、このランプ
により課される形状の制限はプローブをウェーハに近付
けるようにさせるからである）。従って、フロストを形
成することはオーバーコーティングよりも好ましい（し
かし、オーバーコーティングは十分に薄く半透明のもの
であれば許容できる）。半透明の裏面を有するプローブ
の逆方向感受性は、放射モデルの等方性パラメータによ
り計算可能である。図６のプローブの検知部分は約３．
２ｃｍの長さで、約２．５−３．２ｃｍの幅である。こ
の歯状の突起部の端部ではテーパが形成されて、この端
部を通した放射の伝搬を抑制する（散乱表面はプローブ
が一面照射では、ランプの対向するウェーハの側面に配
置しているときには半透明であり、この場合プローブの
端部は、テーパよりもオーバーコートしても良い）。
らなるプローブを表し、このロッドは平行なアレイで形
成され、フォークの先に類似している。散乱表面を形成
するために、各歯のウェーハの面はフロストされてい
る。この実施例では、表面を僅かに剥離、あるいは表面
を粗くしている。散乱表面を透明にするのが好ましい
が、その理由は、ウェーハ上に影を形成させない（非均
一な加熱の原因となる）ためである（このような影がウ
ェーハの直接照射面に形成される傾向がある。その理由
は、直接的照射は大きな方向性成分を有し、このランプ
により課される形状の制限はプローブをウェーハに近付
けるようにさせるからである）。従って、フロストを形
成することはオーバーコーティングよりも好ましい（し
かし、オーバーコーティングは十分に薄く半透明のもの
であれば許容できる）。半透明の裏面を有するプローブ
の逆方向感受性は、放射モデルの等方性パラメータによ
り計算可能である。図６のプローブの検知部分は約３．
２ｃｍの長さで、約２．５−３．２ｃｍの幅である。こ
の歯状の突起部の端部ではテーパが形成されて、この端
部を通した放射の伝搬を抑制する（散乱表面はプローブ
が一面照射では、ランプの対向するウェーハの側面に配
置しているときには半透明であり、この場合プローブの
端部は、テーパよりもオーバーコートしても良い）。
【００２３】図７はさらに別のプローブの形状を示し、
２本の長いロッドが曲げられて、パドル形状のループが
検知間として形成されている。このループは検知部分が
３個の部分セクタ２２０−２４０に分割されるようにオ
ーバーラップしている。これらの部分は、ロッドに直交
する方向で等しい幅を有する。この検知領域は約３．２
ｃｍの最大軸方向と横方向を有する。図６のプローブの
ようにウェーハに面する表面はフロスト処理されてい
る。この設計の利点は、ロッドの端部表面を介しての伝
搬の問題がないことである。
２本の長いロッドが曲げられて、パドル形状のループが
検知間として形成されている。このループは検知部分が
３個の部分セクタ２２０−２４０に分割されるようにオ
ーバーラップしている。これらの部分は、ロッドに直交
する方向で等しい幅を有する。この検知領域は約３．２
ｃｍの最大軸方向と横方向を有する。図６のプローブの
ようにウェーハに面する表面はフロスト処理されてい
る。この設計の利点は、ロッドの端部表面を介しての伝
搬の問題がないことである。
【００２４】図２に戻って、精度を改善した温度の干渉
を行うのに有効なリアクタ内の放射フィールドのモデル
について検討する。数個の放射エミッタンスが以下のよ
うに定義する。内部表面１７０からのエミッタンスは
ａ、ランプから内部表面１７０方向へのエミッタンスは
ｂ、ランプからウェーハ方向へのエミッタンスはｃ、水
晶製容器１３０からランプへのエミッタンスはｄ、水晶
製容器１３０からウェーハ方向へのエミッタンスはｅ、
ウェーハからのエミッタンスをｆと定義する。水晶製容
器１３０に対するトランスミッタンスをτQ、ランプに
対するトランスミッタンスをτLとする。内部表面１７
０に対するリフレクタンスをρC、水晶製容器１３０に
対するリフレクタンスρQ、ランプに対するリフレクタ
ンスρLと定義する。ウェーハの半球状反射率をρWと定
義する。ウェーハの熱エミッタンスをωで、ランプの熱
エミッタンスをιと定義する。ウェーハプローブ１００
は等しい距離に対し感受性を有し、ランププローブ１１
０はラジアンスａに対し感受性を有する。放射モデルは
以下のように表すことができる。
を行うのに有効なリアクタ内の放射フィールドのモデル
について検討する。数個の放射エミッタンスが以下のよ
うに定義する。内部表面１７０からのエミッタンスは
ａ、ランプから内部表面１７０方向へのエミッタンスは
ｂ、ランプからウェーハ方向へのエミッタンスはｃ、水
晶製容器１３０からランプへのエミッタンスはｄ、水晶
製容器１３０からウェーハ方向へのエミッタンスはｅ、
ウェーハからのエミッタンスをｆと定義する。水晶製容
器１３０に対するトランスミッタンスをτQ、ランプに
対するトランスミッタンスをτLとする。内部表面１７
０に対するリフレクタンスをρC、水晶製容器１３０に
対するリフレクタンスρQ、ランプに対するリフレクタ
ンスρLと定義する。ウェーハの半球状反射率をρWと定
義する。ウェーハの熱エミッタンスをωで、ランプの熱
エミッタンスをιと定義する。ウェーハプローブ１００
は等しい距離に対し感受性を有し、ランププローブ１１
０はラジアンスａに対し感受性を有する。放射モデルは
以下のように表すことができる。
【数１】
【００２５】これらの式を組み合わせて、ラジアンスフ
ァクタｄ−ｒａからウェーハエミッタンスωを表す。係
数ｒを以下のように定義する。
ァクタｄ−ｒａからウェーハエミッタンスωを表す。係
数ｒを以下のように定義する。
【数２】 ラジアンスファクタの第２個は反射による放射の全ウェ
ーハのエミッタンスに対する寄与を表す。このラジアン
スファクタからこのウェーハの熱エミッタンスは次式で
表すことができる。
ーハのエミッタンスに対する寄与を表す。このラジアン
スファクタからこのウェーハの熱エミッタンスは次式で
表すことができる。
【数３】 そして、ウェーハの半球状反射率は次式
【数４】 で表すことができる。
【００２６】このウェーハの反射率ρWは直ちに公知で
はない。代わりに、ｄ−ｒａとｒの値はプローブ信号か
ら得られ、これらを用いて、ωとρWとを計算する。ρW
のある値に対して、ウェーハの放射率εは、ε＝１−ρ
Wの関係式から得られる。その後、このウェーハの温度
はプランクの放射法則とωとεの値から得られる。
はない。代わりに、ｄ−ｒａとｒの値はプローブ信号か
ら得られ、これらを用いて、ωとρWとを計算する。ρW
のある値に対して、ウェーハの放射率εは、ε＝１−ρ
Wの関係式から得られる。その後、このウェーハの温度
はプランクの放射法則とωとεの値から得られる。
【００２７】プローブ信号とｄ−ｒａとｒとの有益な近
似においては、ランプは完全に透明とする。従って、プ
ローブの信号はラジアンスａとｄにのみ依存し、ｂとｃ
への依存は無視する。ウェーハプローブ１００からの信
号をＳ1で、ランププローブ１１０からの信号をＳ2とす
ると、上記したようにウェーハプローブ１００は感受性
ｓ1を、ランププローブ１１０は感受性ｓ2を有する。等
方性パラメータｃ1とｃ2はウェーハプローブ１００とラ
ンププローブ１１０に対し、それぞれその検知パターン
を測定、あるいは計算することによって得られる。これ
らのパラメータは次式でプローブ信号に関連付けられ
る。
似においては、ランプは完全に透明とする。従って、プ
ローブの信号はラジアンスａとｄにのみ依存し、ｂとｃ
への依存は無視する。ウェーハプローブ１００からの信
号をＳ1で、ランププローブ１１０からの信号をＳ2とす
ると、上記したようにウェーハプローブ１００は感受性
ｓ1を、ランププローブ１１０は感受性ｓ2を有する。等
方性パラメータｃ1とｃ2はウェーハプローブ１００とラ
ンププローブ１１０に対し、それぞれその検知パターン
を測定、あるいは計算することによって得られる。これ
らのパラメータは次式でプローブ信号に関連付けられ
る。
【数５】
【００２８】ここで、各プローブ信号はａｃ成分を有す
る。これらの成分の振幅はそれぞれΔＳ1とΔＳ2で表さ
れ、その関係はＲとなる。
る。これらの成分の振幅はそれぞれΔＳ1とΔＳ2で表さ
れ、その関係はＲとなる。
【数６】 図２の校正において、この測定可能な量は次式による係
数ｒに関係している。
数ｒに関係している。
【数７】 さらに、また次式でラジアンスファクタｄ−ｒａに関係
する。
する。
【数８】 感受性係数ｓ1とｓ2は処理される特定のウェーハから独
立している。従って、それらは経験的に評価でき、例え
ば、熱電対を付けたウェーハを用いて、校正を行うこと
により得られる。
立している。従って、それらは経験的に評価でき、例え
ば、熱電対を付けたウェーハを用いて、校正を行うこと
により得られる。
【００２９】リアクタ内のランプ放射の揺らぎは電力線
の周波数の２倍での単一リップル以上に複雑である。こ
の周波数の高調波の揺らぎに加えて、非高調波の揺らぎ
がウェーハの温度制御するフィードバック回路により起
こされるランプパワーの変動及びランプ有限時間応答に
加わる。検知が高調波揺らぎにのみ制限されると、（式
８）Ｓ1−ＲＳ2の引き算はウェーハ熱エミッタンスωの
評価から時間依存性の反射性放射成分を除去することが
できない。そのことは温度の測定において不正確とな
る。
の周波数の２倍での単一リップル以上に複雑である。こ
の周波数の高調波の揺らぎに加えて、非高調波の揺らぎ
がウェーハの温度制御するフィードバック回路により起
こされるランプパワーの変動及びランプ有限時間応答に
加わる。検知が高調波揺らぎにのみ制限されると、（式
８）Ｓ1−ＲＳ2の引き算はウェーハ熱エミッタンスωの
評価から時間依存性の反射性放射成分を除去することが
できない。そのことは温度の測定において不正確とな
る。
【００３０】その結果、時間依存性の第１モーメントと
第２モーメントから信号ＳiとΔＳi（ｉ＝１、２）を計
算するのが良い。すなわち、プローブからの光信号を光
ダイオードの増幅器に接続し、この増幅器の出力はＡＤ
変換器（アナログ変換器）に入れ、デジタル化信号Ｖ1
（ｔ）とＶ2（ｔ）を導き、これらはそれぞれウェーハ
プローブ１００とランププローブ１１０に対応してい
る。このサンプリング時間ｔは、間隔δ1だけ離間し
て、例えば、０．２ｍｓである。この増幅器はデジタル
誤差ノイズを抑制する約１ｍｓのアナログフィルタを有
する。ＶiとＶi 2（ｉ＝１、２）の時間的平均は、以下
の式によるデジタル巡回フィルタにより計算される。
第２モーメントから信号ＳiとΔＳi（ｉ＝１、２）を計
算するのが良い。すなわち、プローブからの光信号を光
ダイオードの増幅器に接続し、この増幅器の出力はＡＤ
変換器（アナログ変換器）に入れ、デジタル化信号Ｖ1
（ｔ）とＶ2（ｔ）を導き、これらはそれぞれウェーハ
プローブ１００とランププローブ１１０に対応してい
る。このサンプリング時間ｔは、間隔δ1だけ離間し
て、例えば、０．２ｍｓである。この増幅器はデジタル
誤差ノイズを抑制する約１ｍｓのアナログフィルタを有
する。ＶiとＶi 2（ｉ＝１、２）の時間的平均は、以下
の式によるデジタル巡回フィルタにより計算される。
【数９】 ここで、線形平均に対してはｎ＝１で、直交平均に対し
てはｎ＝２で、時定数τ1は１０ｍｓの近傍で、これに
より、よりゆっくり変化する温度変動に対しては追跡が
できる。リフレクタンスとラジアンス用の信号はより長
い時間間隔δ2（一般的には、１００δ1）で決定され、
第１モーメントと第２モーメントは次式から計算でき
る。
てはｎ＝２で、時定数τ1は１０ｍｓの近傍で、これに
より、よりゆっくり変化する温度変動に対しては追跡が
できる。リフレクタンスとラジアンス用の信号はより長
い時間間隔δ2（一般的には、１００δ1）で決定され、
第１モーメントと第２モーメントは次式から計算でき
る。
【数１０】 ここで、巡回型フィルタ常数τ2は約６０ｍｓで、高温
計応答の時定数を決定する。ｄｃプローブとａｃプロー
ブの信号の振幅はそれぞれ以下のように決定される。
計応答の時定数を決定する。ｄｃプローブとａｃプロー
ブの信号の振幅はそれぞれ以下のように決定される。
【数１１】 項Ｍi (n)（０）はランプがオフ（ウェーハの処理前）の
時に計算されたｄｃとａｃの背景ノイズである。
時に計算されたｄｃとａｃの背景ノイズである。
【００３１】実験例 本発明のシステムを用いて１０ｃｍと１２．５ｃｍのシ
リコンウェーハのグループの温度を測定した。表面の鏡
面状態またはパターン状態の変動により影響される測定
の程度を評価するために、ウェーハプローブ１００の方
向に向けられたウェーハの研磨面とウェーハプローブ１
００の方向に向けられたのと反対の面を測定した。この
テストされたウェーハは、広い範囲にわたって、ウェー
ハの放射率を変えるようにフィルムまたはパターンでコ
ーティングされた。これらのパターンは１μｍの特徴物
からなる回路を有する。実験したウェーハの表面の裏面
はピラミッド状のエッチピットを有し、このピットは放
射を散乱させる。ウェーハの軸方向に回転させて変化さ
せた。
リコンウェーハのグループの温度を測定した。表面の鏡
面状態またはパターン状態の変動により影響される測定
の程度を評価するために、ウェーハプローブ１００の方
向に向けられたウェーハの研磨面とウェーハプローブ１
００の方向に向けられたのと反対の面を測定した。この
テストされたウェーハは、広い範囲にわたって、ウェー
ハの放射率を変えるようにフィルムまたはパターンでコ
ーティングされた。これらのパターンは１μｍの特徴物
からなる回路を有する。実験したウェーハの表面の裏面
はピラミッド状のエッチピットを有し、このピットは放
射を散乱させる。ウェーハの軸方向に回転させて変化さ
せた。
【００３２】ランププローブ１１０は４ｃｍで、部分的
に被覆した端部を有する水平方向に配置されたプローブ
である。このプローブの信号はフレキシブルな光ファイ
バケーブルを介して、市販の高温計に接続された。検知
する前に、これらの信号は９６０−１０４０ｎｍのパス
バンドを有する光フィルタを介して送られる。このフィ
ルタリングを行うことにより、ランプの放射の干渉を減
少させ、ウェーハの反射率の波長の分散に対する感度を
減少させる。
に被覆した端部を有する水平方向に配置されたプローブ
である。このプローブの信号はフレキシブルな光ファイ
バケーブルを介して、市販の高温計に接続された。検知
する前に、これらの信号は９６０−１０４０ｎｍのパス
バンドを有する光フィルタを介して送られる。このフィ
ルタリングを行うことにより、ランプの放射の干渉を減
少させ、ウェーハの反射率の波長の分散に対する感度を
減少させる。
【００３３】この温度テストは６５０℃−１０００℃の
範囲で行われた。このプローブの信号を上記の理論式に
よって解析した。このモデルパラメータの値を表１に上
げた。パラメータｓ1とｓ2は熱電対を結合されたウェー
ハによって得られたデータに合うように最小二乗法で決
定された。等方性パラメータｃ1とｃ2は実験的にプロー
ブのパターンをマッピングすることによって決定され
た。水晶製容器１３０を規定するパラメータをセットす
るために、クリーンなスペキュラ表面をτQ＋ρQ＝１と
仮定した。
範囲で行われた。このプローブの信号を上記の理論式に
よって解析した。このモデルパラメータの値を表１に上
げた。パラメータｓ1とｓ2は熱電対を結合されたウェー
ハによって得られたデータに合うように最小二乗法で決
定された。等方性パラメータｃ1とｃ2は実験的にプロー
ブのパターンをマッピングすることによって決定され
た。水晶製容器１３０を規定するパラメータをセットす
るために、クリーンなスペキュラ表面をτQ＋ρQ＝１と
仮定した。
【００３４】図８は測定温度の誤差をモデルから計算さ
れたウェーハの放射率εmodelの関数として表したもの
である。この温度誤差は前述のアレモコジルコニアとア
ルミナセメントで塗布したテストウェーハの上部表面に
結合したクロメル−アルメル（Ｋ型）の７５μｍの熱電
対によって測定されたものに対するものである。
れたウェーハの放射率εmodelの関数として表したもの
である。この温度誤差は前述のアレモコジルコニアとア
ルミナセメントで塗布したテストウェーハの上部表面に
結合したクロメル−アルメル（Ｋ型）の７５μｍの熱電
対によって測定されたものに対するものである。
【００３５】放射率εmodelは、等方性パラメータとチ
ェンバパラメータに対する精度に依存することは明かで
あるが、これらの不確定性の幾つかは、温度計算の際に
取り除かれている。例えば、これらのエラーの幾つか
は、ｓ1とｓ2が経験的に決定されることにより補償する
ことができる。その結果、正確な温度を与えるεmodel
を計算する際も、実際のウェーハの放射率からずれてい
る。
ェンバパラメータに対する精度に依存することは明かで
あるが、これらの不確定性の幾つかは、温度計算の際に
取り除かれている。例えば、これらのエラーの幾つか
は、ｓ1とｓ2が経験的に決定されることにより補償する
ことができる。その結果、正確な温度を与えるεmodel
を計算する際も、実際のウェーハの放射率からずれてい
る。
【００３６】温度誤差とεmodelとの間の大きな相関は
ないことは分かった。但し、本発明の方法の感受性のし
きい値の近傍の温度を除いては、温度誤差とεmodelと
の間の大きな相関はなかった。裸のシリコンウェーハで
は、このしきい値は６００℃に近い。
ないことは分かった。但し、本発明の方法の感受性のし
きい値の近傍の温度を除いては、温度誤差とεmodelと
の間の大きな相関はなかった。裸のシリコンウェーハで
は、このしきい値は６００℃に近い。
【００３７】
【発明の効果】図９は温度誤差のヒストグラムを表す図
で、この分布の標準的な偏差は約４℃である。ウェーハ
表面のパターンに起因する不均一なウェーハの加熱のよ
うなシステマテックな影響に対し、大きな誤差はないこ
とを発見した。その結果、熱電対の接点がいらなくな
る。
で、この分布の標準的な偏差は約４℃である。ウェーハ
表面のパターンに起因する不均一なウェーハの加熱のよ
うなシステマテックな影響に対し、大きな誤差はないこ
とを発見した。その結果、熱電対の接点がいらなくな
る。
【表１】 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ ｓ1／ｓ2 ｃ1 ｃ2 ρC τQ ρQ τL ρL ──────────────────────────────── 2.1 0.006 0.32 0.98 0.95 0.05 0.92 0.05 ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
【図１】従来の高速熱処理（ＲＴＰ）システムのブロッ
ク図。
ク図。
【図２】本発明の放射検知プローブを有する高速熱処理
システムのブロック図。
システムのブロック図。
【図３】本発明の一実施例によるウェーハ上に入射され
る電磁放射をサンプリングするプローブの第１実施例。
る電磁放射をサンプリングするプローブの第１実施例。
【図４】本発明の一実施例によるウェーハ上に入射され
る電磁放射をサンプリングするプローブの第２実施例。
る電磁放射をサンプリングするプローブの第２実施例。
【図５】本発明の一実施例によるウェーハ上に入射され
る電磁放射をサンプリングするプローブの第３実施例。
る電磁放射をサンプリングするプローブの第３実施例。
【図６】本発明の一実施例によるウェーハ上に入射され
る電磁放射をサンプリングするプローブの第４実施例。
る電磁放射をサンプリングするプローブの第４実施例。
【図７】本発明の一実施例によるウェーハ上に入射され
る電磁放射をサンプリングするプローブの第５実施例。
る電磁放射をサンプリングするプローブの第５実施例。
【図８】本発明により測定された温度とウェーハの放射
率の計算値との間の誤差を表す図。
率の計算値との間の誤差を表す図。
【図９】本発明により測定された温度とウェーハの温度
に直接熱電対により測定した温度と試行実験により決定
した温度誤差を表すヒストグラムである。
に直接熱電対により測定した温度と試行実験により決定
した温度誤差を表すヒストグラムである。
【符号の説明】 １０ 第１光パイププローブ ２０ ウェーハ ３０ 第２光パイププローブ ４０ ランプバンク ５０ 処理室 ６０ 検知装置 ８０ 反射装置 ９０ 端部表面 １００ ウェーハプローブ １１０ ランププローブ １２０ ウェーハ １３０ 水晶製容器 １４０ ランプ １５０ 入口表面 １６０ 容器 １７０ 内部表面 １８０ 拡散的反射表面部分 １９０ 入口面 ２００ ストライプ ２１０ フロスト表面 ２２０、２３０、２４０ セクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01J 5/10 H05B 3/62
Claims (11)
- 【請求項１】 時間変動する電流源に接続されるランプ
（１４０）から制御可能な電磁放射フラックスを物体
（１２０）に当てるステップと、 前記物体の表面温度を測定するステップと、 この測定温度に応じて電磁放射フラックスを制御するス
テップと、 からなる物体の熱処理方法において、 前記測定ステップは、 ａ） 前記物体（１２０）からの発射及び反射による電
磁放射をウエーハプローブ（１００）に集め、前記電磁
放射を検知し、第１プローブ信号Ｓ1を得るステップ
と、 ｂ） 前記物体（１２０）の方向に伝搬する電磁放射の
一部をランププローブ（１１０）に集め、前記電磁放射
の一部は、拡散性反射表面（１８０）からの反射による
電磁放射を含み、前記電磁放射を検知し、第２プローブ
信号Ｓ2を得るステップと、 ｃ） Ｓ1とＳ2の時間変動成分の大きさΔＳ1とΔＳ2を
決定するステップと、 ｄ） 前記物体の表面温度を、Ｓ1、Ｓ2、ΔＳ1、ΔＳ2
から計算するステップと、 からなり、 ｅ） 前記ａ）のステップにおいて、ウエーハプローブ
（１００）は、その端部からの立体角Ω1内に内在する
物体の表面からの電磁放射を有効にサンプルし、 ｆ） 前記ｂ）のステップにおいて、前記物体の最近接
の表面からの立体角Ω2内に内在する拡散性反射表面の
領域から電磁放射を有効にサンプルし、 ｇ） 立体角Ω2は、立体角Ω1にほぼ等しいかそれ以上
であることを特徴とする物体の温度測定方法。 - 【請求項２】 前記ランププローブ（１１０）は、前記
ウエーハプローブ（１００）に有効にサンプルされた物
体の領域の少なくとも１０倍の拡散反射表面の領域から
の電磁放射を有効にサンプルすることを特徴とする請求
項１の方法。 - 【請求項３】 前記ｂ）のステップの電磁放射の一部
は、ランプ（１４０）から前記ランププローブ（１０
０）に直接入射する電磁放射を含むことを特徴とする請
求項１の方法。 - 【請求項４】 前記物体（１２０）は、対向する第１と
第２の主表面を有し、前記物体に制御可能なフラックス
を当てるステップにおいて、 ランプ（１４０）の電磁放射は、直接第１主表面にのみ
入射し、 前記拡散反射表面（１８０）は、前記第２主表面に隣接
して配置され、 前記ランププローブ（１１０）は、拡散反射表面と第２
の主表面に隣接して配置されることを特徴とする請求項
１の方法。 - 【請求項５】 前記ランププローブは、前記拡散反射表
面に対向する円錐端部を有し（図４）、 前記円錐端部は、フロスト表面（２１０）を有し、 前記ｂ）のステップは、全方位角方向から前記フロスト
表面上に入射し、前記フロスト表面により散乱される電
磁放射を集めることを特徴とする請求項４の方法。 - 【請求項６】 前記ランププローブは、第２の主表面に
平行に延びる少なくとも１つの水平方向のセグメントを
有し、 この水平方向セグメントは、少なくとも部分的に拡散性
反射性である第２の主表面に面する表面部分（２００）
を有し、 前記ｂ）のステップは、前記拡散反射表面部分（２０
０）から散乱した電磁放射を集めることを特徴とする請
求項４の方法。 - 【請求項７】 前記物体は少なくとも第１の主表面を有
し、 前記物体をフラックスに露出するステップにおいて、 ランプの電磁放射は、前記第１主表面に直接入射し、 前記拡散反射表面は、前記第１主表面に隣接して配置さ
れ、 前記ランプは、拡散反射表面と第１主表面に隣接する面
内に配置され、前記ランププローブは、ランプ面と第１
主表面に隣接して配置されることを特徴とする請求項１
の方法。 - 【請求項８】 前記ランププローブは、前記第２主表面
に平行に延びる少なくとも１つの水平方向セグメントを
有し、 前記水平方向セグメントは、少なくとも部分的に拡散反
射性である第１主表面に面する表面部分を有し、 前記ｂ）のステップは、前記拡散反射表面部分により散
乱した電磁放射を集めることを特徴とする請求項７の方
法。 - 【請求項９】 前記ウエーハプローブとランププローブ
は、順方向性の半球感受性と逆方向性の半球感受性とを
有し、この準方向性と逆方向性の感受性の比率によって
規定される等方性パラメータを有し、 前記ｄ）のステップは、Ｒ＝ΔＳ1／ΔＳ2によって規定
される比Ｒに依存する物体の有効反射率Ｒを計算し、 前記ｄ）のステップは、少なくとも１つの等方性パラメ
ータが存在するように比Ｒを修正することを特徴とする
請求項１の方法。 - 【請求項１０】 前記ｃ）のステップは、Ｓ1とＳ2の時
間依存性の時間モーメントを計算し、それぞれΔＳ1と
ΔＳ2を計算することを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項１１】 前記ランププローブは、少なくとも１
ｃｍ離れた２点を含む拡散反射表面の領域からの電磁放
射を有効にサンプルし、 前記ランププローブは、前記の点から出たそれぞれの円
錐からの電磁放射を集め、 前記各円錐は、高温内に放射される全パワーの５０％を
含む中央コアを有する前記中央コアは、同一方向を有
し、その変換された位置のみで異なることを特徴とする
請求項１の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/042,028 US5305416A (en) | 1993-04-02 | 1993-04-02 | Semiconductor processing technique, including pyrometric measurement of radiantly heated bodies |
| US042028 | 1993-04-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06323915A JPH06323915A (ja) | 1994-11-25 |
| JP2912157B2 true JP2912157B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=21919656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6085332A Expired - Lifetime JP2912157B2 (ja) | 1993-04-02 | 1994-04-01 | 物体の温度測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US5305416A (ja) |
| EP (1) | EP0618430B1 (ja) |
| JP (1) | JP2912157B2 (ja) |
| DE (1) | DE69419801T2 (ja) |
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- 1994-04-14 US US08/227,844 patent/US5442727A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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