JP3093239B2 - 半導体ウェハの熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents
半導体ウェハの熱処理装置及び熱処理方法Info
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- JP3093239B2 JP3093239B2 JP02132193A JP13219390A JP3093239B2 JP 3093239 B2 JP3093239 B2 JP 3093239B2 JP 02132193 A JP02132193 A JP 02132193A JP 13219390 A JP13219390 A JP 13219390A JP 3093239 B2 JP3093239 B2 JP 3093239B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体ウエハの熱処理装置及び熱処理方法
に関する。
に関する。
（従来の技術） 一般に、被測定体の温度を測定する温度測定装置とし
ては、従来から熱電対等の温度センサーを被測定体に接
触させて測定する温度測定装置と、例えば被測定体から
放射される赤外線等を測定してその放射量から被測定体
の温度を算出する温度測定装置とがある。
ては、従来から熱電対等の温度センサーを被測定体に接
触させて測定する温度測定装置と、例えば被測定体から
放射される赤外線等を測定してその放射量から被測定体
の温度を算出する温度測定装置とがある。
これらの装置のうち、後者の装置は、ステファン・ボ
ルツマンの法則を利用したもので、温度Ｔと射出能Ｅお
よび放射率εとの関係を表わす次式、 Ｔ＝（E/ρ０ε）1/4 を用いて被測定体の温度を算出するものであるが、実際
の測定においては、射出能Ｅおよび放射率εを正確に知
る手段がないためこれらの推定値Ｅ′、ε′を用いて、
次式によって温度Ｔ′を推定する。
ルツマンの法則を利用したもので、温度Ｔと射出能Ｅお
よび放射率εとの関係を表わす次式、 Ｔ＝（E/ρ０ε）1/4 を用いて被測定体の温度を算出するものであるが、実際
の測定においては、射出能Ｅおよび放射率εを正確に知
る手段がないためこれらの推定値Ｅ′、ε′を用いて、
次式によって温度Ｔ′を推定する。
Ｔ′＝（Ｅ′／ρ０ε′）1/4 なお、これらの式において、σ０はステファン・ボル
ツマン定数［4.88X10-8（Kcal/m2hK4）］を示してい
る。
ツマン定数［4.88X10-8（Kcal/m2hK4）］を示してい
る。
この温度測定装置によれば、被測定体に非接触で温度
を測定することができる。
を測定することができる。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記説明の従来の温度測定装置のう
ち、熱電対等の温度センサーを被測定体に接触させて測
定する温度測定装置では、温度センサーを接触させるこ
とができない部位の温度を測定することができないとい
う問題がある。
ち、熱電対等の温度センサーを被測定体に接触させて測
定する温度測定装置では、温度センサーを接触させるこ
とができない部位の温度を測定することができないとい
う問題がある。
例えば加熱板上に半導体ウエハを載置して、この半導
体ウエハ表面に塗布されたフォトレジストのベーキング
を行うベーキンク装置では、フォトレジストの温度を検
出して加熱温度を制御することが好ましい。
体ウエハ表面に塗布されたフォトレジストのベーキング
を行うベーキンク装置では、フォトレジストの温度を検
出して加熱温度を制御することが好ましい。
しかしながら、半導体ウエハ表面に塗布されたフォト
レジストに温度センサーを接触させることができない
（フォトレジスト膜を破損させてしまう）ため、例えば
加熱板内に熱電対等の温度センサーを埋設しておき加熱
板の温度からフォトレジストの温度を推定している。と
ころが、このような方法では正確なフォトレジストの温
度を検知することができないという問題がある。
レジストに温度センサーを接触させることができない
（フォトレジスト膜を破損させてしまう）ため、例えば
加熱板内に熱電対等の温度センサーを埋設しておき加熱
板の温度からフォトレジストの温度を推定している。と
ころが、このような方法では正確なフォトレジストの温
度を検知することができないという問題がある。
また、被測定体から放射される赤外線等を測定し、そ
の放射量からステファン・ボルツマンの法則を利用して
被測定体の温度を算出する従来の温度測定装置では、被
測定体に非接触で温度を測定することができるので、上
述したベーキンク装置の場合でも直接フォトレジストの
温度を測定することができる。
の放射量からステファン・ボルツマンの法則を利用して
被測定体の温度を算出する従来の温度測定装置では、被
測定体に非接触で温度を測定することができるので、上
述したベーキンク装置の場合でも直接フォトレジストの
温度を測定することができる。
しかしながら、この場合例えばシリコンウエハおよび
フォトレジストは、赤外線に対する透過率が高いので、
加熱板からの赤外線を主として測定し、この加熱板の温
度を測定することになり、正確なシリコンウエハおよび
フォトレジストの温度は測定することができないという
問題がある。また、この装置では正確に知ることのでき
ない放射率の設定を行う必要が有るという問題もある。
フォトレジストは、赤外線に対する透過率が高いので、
加熱板からの赤外線を主として測定し、この加熱板の温
度を測定することになり、正確なシリコンウエハおよび
フォトレジストの温度は測定することができないという
問題がある。また、この装置では正確に知ることのでき
ない放射率の設定を行う必要が有るという問題もある。
本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもの
で、放射率の設定が不要で、かつ、非接触でより正確に
被測定体の温度を測定することができ良好な処理を行う
ことのできる半導体ウエハの熱処理装置及び熱処理方法
を提供しようとするものである。
で、放射率の設定が不要で、かつ、非接触でより正確に
被測定体の温度を測定することができ良好な処理を行う
ことのできる半導体ウエハの熱処理装置及び熱処理方法
を提供しようとするものである。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） すなわち本発明は、半導体ウエハを載置可能とされた
熱板と、 前記熱板を加熱する加熱手段と、 前記熱板に載置された前記半導体ウエハからの放射の
うち、前記半導体ウエハ自体の吸収特性又は前記半導体
ウエハ表面の被着物の吸収特性から求めた複数の吸収ピ
ーク波長における放射量を測定する測定手段と、 前記測定手段に入射する放射を前記半導体ウエハから
の放射と、放射率既知のリファレンスからの放射とに切
替る手段と、 前記吸収ピーク波長における前記半導体ウエハからの
放射量と、前記リファレンスからの放射量との差から前
記半導体ウエハ自体の温度又は前記被着物の温度を算出
する算出手段と、 前記算出手段によって算出された温度に基づいて、前
記加熱手段の制御を行う制御手段と を具備したことを特徴とする。
熱板と、 前記熱板を加熱する加熱手段と、 前記熱板に載置された前記半導体ウエハからの放射の
うち、前記半導体ウエハ自体の吸収特性又は前記半導体
ウエハ表面の被着物の吸収特性から求めた複数の吸収ピ
ーク波長における放射量を測定する測定手段と、 前記測定手段に入射する放射を前記半導体ウエハから
の放射と、放射率既知のリファレンスからの放射とに切
替る手段と、 前記吸収ピーク波長における前記半導体ウエハからの
放射量と、前記リファレンスからの放射量との差から前
記半導体ウエハ自体の温度又は前記被着物の温度を算出
する算出手段と、 前記算出手段によって算出された温度に基づいて、前
記加熱手段の制御を行う制御手段と を具備したことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載の半導体ウエハの熱
処理装置において、 前記吸収ピーク波長の放射を選択的に透過させる複数
のフィルタを有する開閉板と、この開閉板を回転させる
手段を具備し、前記開閉板の回転に同期させて複数の前
記ピーク波長の放射を測定するよう構成されたことを特
徴とする。
処理装置において、 前記吸収ピーク波長の放射を選択的に透過させる複数
のフィルタを有する開閉板と、この開閉板を回転させる
手段を具備し、前記開閉板の回転に同期させて複数の前
記ピーク波長の放射を測定するよう構成されたことを特
徴とする。
請求項３の発明は、加熱手段を具備した熱板上に、半
導体ウエハを載置して熱処理するにあたり、 前記熱板に載置された前記半導体ウエハからの放射の
うち、前記半導体ウエハ自体の吸収特性又は前記半導体
ウエハ表面の被着物の吸収特性から求めた複数の吸収ピ
ーク波長における放射量を測定するとともに、放射率既
知のリファレンスからの放射を測定し、前記吸収ピーク
波長における前記半導体ウエハからの放射量と、前記リ
ファレンスからの放射量との差から前記半導体ウエハ自
体の温度又は前記被着物の温度を算出し、この算出され
た温度に基づいて、前記加熱手段の制御を行うことを特
徴とする （作 用） 上記構成の本発明の半導体ウエハの熱処理装置及び熱
処理方法では、被測定体の吸収特性から求めた複数の吸
収ピーク波長において放射量の測定を行う。すなわち、
被測定体の放射率と吸収率は等しいので、吸収率の高い
波長（吸収ピーク波長）、すなわち放射率の高い波長に
おいて放射量を測定する。
導体ウエハを載置して熱処理するにあたり、 前記熱板に載置された前記半導体ウエハからの放射の
うち、前記半導体ウエハ自体の吸収特性又は前記半導体
ウエハ表面の被着物の吸収特性から求めた複数の吸収ピ
ーク波長における放射量を測定するとともに、放射率既
知のリファレンスからの放射を測定し、前記吸収ピーク
波長における前記半導体ウエハからの放射量と、前記リ
ファレンスからの放射量との差から前記半導体ウエハ自
体の温度又は前記被着物の温度を算出し、この算出され
た温度に基づいて、前記加熱手段の制御を行うことを特
徴とする （作 用） 上記構成の本発明の半導体ウエハの熱処理装置及び熱
処理方法では、被測定体の吸収特性から求めた複数の吸
収ピーク波長において放射量の測定を行う。すなわち、
被測定体の放射率と吸収率は等しいので、吸収率の高い
波長（吸収ピーク波長）、すなわち放射率の高い波長に
おいて放射量を測定する。
また、被測定体からの放射量と放射率既知のリファレ
ンスからの放射量とを切替えて測定し、これらの放射量
の差から被測定体の温度を算出する。
ンスからの放射量とを切替えて測定し、これらの放射量
の差から被測定体の温度を算出する。
したがって、非接触で正確に被測定体の温度を測定す
ることができ、かつ、放射率の設定も不要とすることが
できる。
ることができ、かつ、放射率の設定も不要とすることが
できる。
（実施例） 以下、本発明の半導体ウエハの熱処理装置及び熱処理
方法を実施例を図面を参照して説明する。
方法を実施例を図面を参照して説明する。
ベーキング装置１には、上面に半導体ウエハ２を載置
可能に構成された発熱板３が設けられている。この発熱
板３には、加熱手段として例えば抵抗加熱ヒータ４が設
けられており、この抵抗加熱ヒータ４には、温度制御器
５によって抵抗加熱ヒータ４に供給する電力を制御可能
に構成された電源６が接続されている。
可能に構成された発熱板３が設けられている。この発熱
板３には、加熱手段として例えば抵抗加熱ヒータ４が設
けられており、この抵抗加熱ヒータ４には、温度制御器
５によって抵抗加熱ヒータ４に供給する電力を制御可能
に構成された電源６が接続されている。
上記発熱板３は、断熱材７を有する筐体８内に収容さ
れている。また、後述する温度測定装置10で半導体ウエ
ハ２からの放射を測定するために、例えばこの筐体８の
天井部には、温度測定装置10によって測定する波長領域
の電磁波（例えば赤外線）の透過度の高い材質からなる
ウインド９が設けられている。
れている。また、後述する温度測定装置10で半導体ウエ
ハ２からの放射を測定するために、例えばこの筐体８の
天井部には、温度測定装置10によって測定する波長領域
の電磁波（例えば赤外線）の透過度の高い材質からなる
ウインド９が設けられている。
なお、発熱板３の半導体ウエハ２載置面には、例えば
スパッタリング等で金属薄膜を形成する等により、鏡面
仕上を施してある。これは、発熱板３からの赤外線が後
述する温度測定に与える影響を軽減するためである。こ
のように発熱板３表面から放射される赤外線を減少させ
ても、半導体ウエハ２は赤外線の透過率が高く、もとも
と放射による加熱ではなく主として熱伝導による加熱が
行われているので、半導体ウエハ２の加熱効率の減少は
僅かである。
スパッタリング等で金属薄膜を形成する等により、鏡面
仕上を施してある。これは、発熱板３からの赤外線が後
述する温度測定に与える影響を軽減するためである。こ
のように発熱板３表面から放射される赤外線を減少させ
ても、半導体ウエハ２は赤外線の透過率が高く、もとも
と放射による加熱ではなく主として熱伝導による加熱が
行われているので、半導体ウエハ２の加熱効率の減少は
僅かである。
上記ベーキング装置１のウインド９の上部には、温度
測定装置10が設けられている。この温度測定装置10に
は、発熱板３の上に載置された半導体ウエハ２の表面に
被着されたフォトレジスト2aあるいは半導体ウエハ２自
身から放射される電磁波例えば赤外線を検出可能に構成
された赤外線検出器11として例えば波長依存性のないサ
ーモパイル型受光素子が設けられている。
測定装置10が設けられている。この温度測定装置10に
は、発熱板３の上に載置された半導体ウエハ２の表面に
被着されたフォトレジスト2aあるいは半導体ウエハ２自
身から放射される電磁波例えば赤外線を検出可能に構成
された赤外線検出器11として例えば波長依存性のないサ
ーモパイル型受光素子が設けられている。
また、この赤外線検出器11とウインド９との間には、
上記赤外線を収束させて赤外線検出器11に入射させるた
めの光学系12が設けられている。この光学系12は、例え
ば鏡筒13内の天井部に下向きに設けられた凸面鏡14と、
この凸面鏡14に対向する如く設けられた中央部に開口を
有する凹面鏡15、およびこの凹面鏡15の下部に設けられ
た環状の遮光板16等から構成されている。
上記赤外線を収束させて赤外線検出器11に入射させるた
めの光学系12が設けられている。この光学系12は、例え
ば鏡筒13内の天井部に下向きに設けられた凸面鏡14と、
この凸面鏡14に対向する如く設けられた中央部に開口を
有する凹面鏡15、およびこの凹面鏡15の下部に設けられ
た環状の遮光板16等から構成されている。
なお、遮光板16は複数設けられ、ラビリンス構造によ
り、静止空気層を形成し、空気の対流によるごみの付着
や温度変動を防止するよう構成されている。
り、静止空気層を形成し、空気の対流によるごみの付着
や温度変動を防止するよう構成されている。
そして、図示矢印で示す如く、ウインド９を通して鏡
筒13内に入射する赤外線から、遮光板16によって迷光成
分を除去し、この赤外線を凹面鏡15の開口を通過させた
後凸面鏡14で凹面鏡15へ反射し、凹面鏡15で赤外線検出
器11に収束させる。
筒13内に入射する赤外線から、遮光板16によって迷光成
分を除去し、この赤外線を凹面鏡15の開口を通過させた
後凸面鏡14で凹面鏡15へ反射し、凹面鏡15で赤外線検出
器11に収束させる。
上記光学系12とウインド９との間には、例えばロータ
リーソレノイド17によって回動するリファレンス板18に
よって、ウインド９から光学系12（したがって赤外線検
出器11）に入射する赤外線を断続的に遮断（チョッピン
グ）する第１の開閉機構19が設けられている。
リーソレノイド17によって回動するリファレンス板18に
よって、ウインド９から光学系12（したがって赤外線検
出器11）に入射する赤外線を断続的に遮断（チョッピン
グ）する第１の開閉機構19が設けられている。
この第１の開閉機構19のリファレンス板18は、少なく
とも光学系12側の面18aが放射率既知の材料から構成さ
れている。つまり、この第１の開閉機構19が閉じている
時には、赤外線検出器11にリファレンス板18の面18a
（放射率既知の材料）からの赤外線および光学系12の各
部位、例えば凸面鏡14、凹面鏡15、遮光板16等からの赤
外線が入射し、一方、第１の開閉機構19が開いている時
には、赤外線検出器11にウインド９を通過した被測定体
（半導体ウエハ２およびフォトレジスト2a）からの赤外
線および光学系12の各部位、例えば凸面鏡14、凹面鏡1
5、遮光板16等からの赤外線が入射するよう構成されて
いる。
とも光学系12側の面18aが放射率既知の材料から構成さ
れている。つまり、この第１の開閉機構19が閉じている
時には、赤外線検出器11にリファレンス板18の面18a
（放射率既知の材料）からの赤外線および光学系12の各
部位、例えば凸面鏡14、凹面鏡15、遮光板16等からの赤
外線が入射し、一方、第１の開閉機構19が開いている時
には、赤外線検出器11にウインド９を通過した被測定体
（半導体ウエハ２およびフォトレジスト2a）からの赤外
線および光学系12の各部位、例えば凸面鏡14、凹面鏡1
5、遮光板16等からの赤外線が入射するよう構成されて
いる。
したがって、後述する温度算出時には、上記第１の開
閉機構19が開いている時の赤外線測定信号から、閉じて
いる時の赤外線測定信号を差し引くことにより、例えば
光学系12等からの雑音成分を除去し、精度良く温度測定
を行うことができるよう構成されている。
閉機構19が開いている時の赤外線測定信号から、閉じて
いる時の赤外線測定信号を差し引くことにより、例えば
光学系12等からの雑音成分を除去し、精度良く温度測定
を行うことができるよう構成されている。
なお、リファレンス板18の面18aを構成する放射率既
知の材料としては、放射率が経時的に変化しにくく、か
つ、赤外線の放射量ができる限り少ないものが好まし
い。したがって、リファレンス板18の面18aは、例えば
金めっき等により鏡面仕上げすることが好ましいが、例
えばアルミニウム面等とすることもできる。
知の材料としては、放射率が経時的に変化しにくく、か
つ、赤外線の放射量ができる限り少ないものが好まし
い。したがって、リファレンス板18の面18aは、例えば
金めっき等により鏡面仕上げすることが好ましいが、例
えばアルミニウム面等とすることもできる。
また、上述した如く、例えば金めっき等による鏡面仕
上げを実施すれば、通常の測定では、このリファレンス
板18の面18aからの放射は無視できる程度に小さくする
ことができる。したがって、第１の開閉機構19が開いて
いる時の赤外線測定信号から、閉じている時の赤外線測
定信号を差し引いた信号をそのまま用いて被測定体の温
度を算出することもできる。また、このリファレンス板
18に熱電対等の接触型の温度検出器を設け、この温度検
出器によって測定された温度と既知の放射率から、リフ
ァレンス板18の面18aからの放射量を算出し、上記信号
の差に加算して補正するようにすれば、さらに測定精度
を向上させることができる。
上げを実施すれば、通常の測定では、このリファレンス
板18の面18aからの放射は無視できる程度に小さくする
ことができる。したがって、第１の開閉機構19が開いて
いる時の赤外線測定信号から、閉じている時の赤外線測
定信号を差し引いた信号をそのまま用いて被測定体の温
度を算出することもできる。また、このリファレンス板
18に熱電対等の接触型の温度検出器を設け、この温度検
出器によって測定された温度と既知の放射率から、リフ
ァレンス板18の面18aからの放射量を算出し、上記信号
の差に加算して補正するようにすれば、さらに測定精度
を向上させることができる。
さらに、上記光学系12と赤外線検出器11との間には、
光学系12から赤外線検出器11に入射する赤外線を断続的
に遮断（チョッピング）する第２の開閉機構20が設けら
れている。この第２の開閉機構20は、例えばモータ21
と、このモータ21によって回動する円板状の開閉板22
と、この開閉板22の対称位置に設けられ、それぞれ異な
った波長（後述するλ１とλ２）の赤外線を選択的に透
過する複数例えば２つの狭帯域バンドパスフィルタ23、
24等から構成されている。
光学系12から赤外線検出器11に入射する赤外線を断続的
に遮断（チョッピング）する第２の開閉機構20が設けら
れている。この第２の開閉機構20は、例えばモータ21
と、このモータ21によって回動する円板状の開閉板22
と、この開閉板22の対称位置に設けられ、それぞれ異な
った波長（後述するλ１とλ２）の赤外線を選択的に透
過する複数例えば２つの狭帯域バンドパスフィルタ23、
24等から構成されている。
つまり、この第２の開閉機構20の開閉板22を回転させ
ることにより、赤外線検出器11には、チョッピングされ
たλ１の波長の赤外線と、チョッピングされたλ２の波
長の赤外線とが交互に入射するよう構成されている。し
たがって、赤外線検出器11の出力信号はパルス状の信号
となり、後述する温度算出時には、例えばこれらのパル
ス状の信号の平均をとることにより、電気的な雑音の低
減を図るよう構成されている。
ることにより、赤外線検出器11には、チョッピングされ
たλ１の波長の赤外線と、チョッピングされたλ２の波
長の赤外線とが交互に入射するよう構成されている。し
たがって、赤外線検出器11の出力信号はパルス状の信号
となり、後述する温度算出時には、例えばこれらのパル
ス状の信号の平均をとることにより、電気的な雑音の低
減を図るよう構成されている。
そして、赤外線検出器11の出力を、増幅器25によって
増幅し、この増幅された信号に基いて温度算出器26によ
って被測定体（半導体ウエハ２およびフォトレジスト2
a）の温度を算出するよう構成されている。なお、この
温度算出器26によって算出された温度信号は、温度制御
器５にフィードバックされるよう構成されており、この
温度測定結果に基づいて温度制御器５により電源６を制
御し、半導体ウエハ２あるいはフォトレジスト2aが所定
温度となるように抵抗加熱ヒータ４に供給する電力を調
節する。
増幅し、この増幅された信号に基いて温度算出器26によ
って被測定体（半導体ウエハ２およびフォトレジスト2
a）の温度を算出するよう構成されている。なお、この
温度算出器26によって算出された温度信号は、温度制御
器５にフィードバックされるよう構成されており、この
温度測定結果に基づいて温度制御器５により電源６を制
御し、半導体ウエハ２あるいはフォトレジスト2aが所定
温度となるように抵抗加熱ヒータ４に供給する電力を調
節する。
上記構成の温度測定装置10では、次のようにしてフォ
トレジスト2aあるいは半導体ウエハ２の温度の測定を行
う。
トレジスト2aあるいは半導体ウエハ２の温度の測定を行
う。
すなわち、まず第１の開閉機構19のロータリーソレノ
イド17を所定の速度で駆動し、リファレンス板18を所定
の速度で回転させることにより、光学系12の入口部分で
赤外線をチョッピングするとともに、第２の開閉機構20
のモータ21により開閉板22を上記第１の開閉機構19と例
えば同期させて回転し、光学系12の出口部分で赤外線を
チョッピングする。
イド17を所定の速度で駆動し、リファレンス板18を所定
の速度で回転させることにより、光学系12の入口部分で
赤外線をチョッピングするとともに、第２の開閉機構20
のモータ21により開閉板22を上記第１の開閉機構19と例
えば同期させて回転し、光学系12の出口部分で赤外線を
チョッピングする。
そして、前述した如く、第１の開閉機構19の開閉時の
信号の差をとることにより、光学的な雑音成分の影響を
除去するとともに、第２の開閉機構20の開閉により得ら
れたパルス状の信号の平均をとることにより、電気的な
雑音を低減した被測定体（半導体ウエハ２およびフォト
レジスト2a）からの赤外線の測定信号を波長λ１、λ２
について得、この信号に基いて次のようにして温度を算
出する。
信号の差をとることにより、光学的な雑音成分の影響を
除去するとともに、第２の開閉機構20の開閉により得ら
れたパルス状の信号の平均をとることにより、電気的な
雑音を低減した被測定体（半導体ウエハ２およびフォト
レジスト2a）からの赤外線の測定信号を波長λ１、λ２
について得、この信号に基いて次のようにして温度を算
出する。
周知のように、プランクの法則では、黒体からの電磁
波（主に赤外線）の単色放射能Ｅｂλは、 Ｅｂλ＝C1・λ-5/［exp（C2/λＴ）−１］ ただし λ：波長（ｍ） T :ケルビン温度（Ｋ） C1 :定数＝3.2179×10-16（Kcal・m2/h） C2 :定数＝1.4388×10-2（ｍ・Ｋ） と表すことができる。
波（主に赤外線）の単色放射能Ｅｂλは、 Ｅｂλ＝C1・λ-5/［exp（C2/λＴ）−１］ ただし λ：波長（ｍ） T :ケルビン温度（Ｋ） C1 :定数＝3.2179×10-16（Kcal・m2/h） C2 :定数＝1.4388×10-2（ｍ・Ｋ） と表すことができる。
そこで、上記プランクの法則を用いて波長λ１、λ２
における単色射出能の推定値Ｅλ１′およびＥλ２′を
表すと、η１とη２をそれぞれ赤外線検出器11の波長λ
１、λ２に対する効率、K1、K2を波長λ１、λ２に対す
るゲインとして、 Ｅλ１′＝ελ１・K1・η１・C1・λ1 -5 ／［exp（C2/λ1T）−１］ ＝ελ１・K1・ｆ（λ1,T） Ｅλ２′＝ελ２・K2・η２・C1・λ2 -5 ／［exp（C2/λ2T）−１］ ＝ελ２・K2・ｆ（λ2,T） となる。ここで、 ελ１・K1・η１＝ελ２・K2・η２ となるように増幅器25のゲインK1、K2を較正しておき、
両式の比をとると、 Ｅλ１′/Eλ２′＝ｆ（λ1,T） /f（λ2,T） となる。
における単色射出能の推定値Ｅλ１′およびＥλ２′を
表すと、η１とη２をそれぞれ赤外線検出器11の波長λ
１、λ２に対する効率、K1、K2を波長λ１、λ２に対す
るゲインとして、 Ｅλ１′＝ελ１・K1・η１・C1・λ1 -5 ／［exp（C2/λ1T）−１］ ＝ελ１・K1・ｆ（λ1,T） Ｅλ２′＝ελ２・K2・η２・C1・λ2 -5 ／［exp（C2/λ2T）−１］ ＝ελ２・K2・ｆ（λ2,T） となる。ここで、 ελ１・K1・η１＝ελ２・K2・η２ となるように増幅器25のゲインK1、K2を較正しておき、
両式の比をとると、 Ｅλ１′/Eλ２′＝ｆ（λ1,T） /f（λ2,T） となる。
温度算出器26は、例えばNEWTON・RAPHSON法等の数値
解析によって上式から温度Ｔを算出する。
解析によって上式から温度Ｔを算出する。
上記のゲインK1、K2の較正は以下のようにして容易に
達成することができる。
達成することができる。
例えば、まず実用上測定対象とする放射の波長範囲に
おいてη１≒η２なるような、すなわち赤外線検出器11
の効率に波長依存性がなく、効率η１とη２とが十分の
精度で等しくなるようなもの例えばサーモパイル型受光
素子を選択する。
おいてη１≒η２なるような、すなわち赤外線検出器11
の効率に波長依存性がなく、効率η１とη２とが十分の
精度で等しくなるようなもの例えばサーモパイル型受光
素子を選択する。
次に、予め測定した被測定体の吸収スペクトルから波
長λ１、λ２における単色放射率ελ１、ελ２を求め
る。これらのελ１、ελ２を用いてゲインK1とK2の比
が、 K1/K2≒ελ２／ελ１ となるようにK1とK2を設定する。この場合K1とK2の比は
赤外線検出器11の種類とは無関係に被測定体の光物性の
みから定まるという大きなメリットがある。
長λ１、λ２における単色放射率ελ１、ελ２を求め
る。これらのελ１、ελ２を用いてゲインK1とK2の比
が、 K1/K2≒ελ２／ελ１ となるようにK1とK2を設定する。この場合K1とK2の比は
赤外線検出器11の種類とは無関係に被測定体の光物性の
みから定まるという大きなメリットがある。
また、効率η１、η２がともに既知の場合には、 K1/K2＝ελ２η2/ελ１η１ のように、K1とK2を設定してもよい。
一方、キルヒホッフの法則によれば、全ての物体の射
出能と吸収率の比は等しく、その値は黒体の射出能に等
しい。すなわち、いろいろな物体の射出能をE1,E2,……
En、吸収率をφ1,φ2,……φｎとし、黒体の射出能を
Ｅ、吸収率をφとすると、次式が成立つ。
出能と吸収率の比は等しく、その値は黒体の射出能に等
しい。すなわち、いろいろな物体の射出能をE1,E2,……
En、吸収率をφ1,φ2,……φｎとし、黒体の射出能を
Ｅ、吸収率をφとすると、次式が成立つ。
E1/φ１＝E2/φ２＝………＝E/φ＝Ｅ これを変形すると、 E1/E＝φ1,E2/E＝φ2,……,En/E＝φｎ となるが、 En/E＝εｎ（放射率） であるから、 ε１＝φ1,ε２＝φ2,……，εｎ＝φｎ となり、全ての物体の放射率は同物体の吸収率に等しい
事が導出される。したがって、温度測定を行う場合は、
被測定体の放射率の高い、すなわち吸収率の高い波長
（吸収ピーク波長）の赤外線を測定することにより、被
測定体の背景からの赤外線放射の影響の少ない精度の良
い温度測定を実現することができる。
事が導出される。したがって、温度測定を行う場合は、
被測定体の放射率の高い、すなわち吸収率の高い波長
（吸収ピーク波長）の赤外線を測定することにより、被
測定体の背景からの赤外線放射の影響の少ない精度の良
い温度測定を実現することができる。
ここで、縦軸を透過率、横軸を波長とした第２図のグ
ラフおよび第３図のグラフは、それぞれシリコンウエハ
およびシリコンウエハ上に厚さ約５μｍのフォトレジス
ト膜を形成した場合の赤外線に対する吸収特性を示して
いる。第２図のグラフに示されるように、シリコンウエ
ハは、波長約９μｍと約16μｍに吸収ピークを有し、第
３図のグラフに示されるように、この場合のフォトレジ
スト膜（フォトレジストの種類によって異なる）は、例
えば波長約３μｍと約７μｍ等に幾つかの吸収ピークを
有する。
ラフおよび第３図のグラフは、それぞれシリコンウエハ
およびシリコンウエハ上に厚さ約５μｍのフォトレジス
ト膜を形成した場合の赤外線に対する吸収特性を示して
いる。第２図のグラフに示されるように、シリコンウエ
ハは、波長約９μｍと約16μｍに吸収ピークを有し、第
３図のグラフに示されるように、この場合のフォトレジ
スト膜（フォトレジストの種類によって異なる）は、例
えば波長約３μｍと約７μｍ等に幾つかの吸収ピークを
有する。
そこで、この実施例では、半導体ウエハ（シリコンウ
エハ）２の温度を測定する場合は、λ１およびλ２を波
長９μｍおよび16μｍとして温度測定を行う。また、フ
ォトレジスト2aの温度を測定する場合は、λ１およびλ
２を３μｍおよび７μｍとして温度測定を行う。
エハ）２の温度を測定する場合は、λ１およびλ２を波
長９μｍおよび16μｍとして温度測定を行う。また、フ
ォトレジスト2aの温度を測定する場合は、λ１およびλ
２を３μｍおよび７μｍとして温度測定を行う。
なお、前述した増幅器25のゲインK1、K2の較正は、予
め半導体ウエハ２の温度を測定する場合と、フォトレジ
スト2aの温度を測定する場合とで、それぞれ別々に行っ
ておく必要がある。
め半導体ウエハ２の温度を測定する場合と、フォトレジ
スト2aの温度を測定する場合とで、それぞれ別々に行っ
ておく必要がある。
すなわち、この実施例では、被測定体（半導体ウエハ
２またはフォトレジスト2a）の赤外線吸収ピーク波長に
対応する２種類の波長λ１、λ２の赤外線の放射量をそ
れぞれ測定し、これらの測定値から温度を算出するの
で、放射率の高い波長における放射量を測定することに
より、測定精度の向上を図ることができるとともに、第
１の開閉機構19および第２の開閉機構20によって、光学
的な雑音および電気的な雑音を低減した精度の高い測定
信号を得ることができるので、被測定体の温度を非接触
で正確に測定することができる。また、従来のように、
放射率の設定を行う必要もない。
２またはフォトレジスト2a）の赤外線吸収ピーク波長に
対応する２種類の波長λ１、λ２の赤外線の放射量をそ
れぞれ測定し、これらの測定値から温度を算出するの
で、放射率の高い波長における放射量を測定することに
より、測定精度の向上を図ることができるとともに、第
１の開閉機構19および第２の開閉機構20によって、光学
的な雑音および電気的な雑音を低減した精度の高い測定
信号を得ることができるので、被測定体の温度を非接触
で正確に測定することができる。また、従来のように、
放射率の設定を行う必要もない。
さらに、加熱板３に鏡面仕上が施してあるので、加熱
板３から赤外線検出器11、に入射する赤外線量を減少さ
せることができ、半導体ウエハ２およびフォトレジスト
2aのより正確な温度を測定することができる。
板３から赤外線検出器11、に入射する赤外線量を減少さ
せることができ、半導体ウエハ２およびフォトレジスト
2aのより正確な温度を測定することができる。
したがって、フォトレジスト2aあるいは半導体ウエハ
２の正確な温度に基いて、電源６から抵抗加熱ヒータ４
に供給する電力の制御を行うことができ、フォトレジス
ト2aの温度を所望の温度に保持して良好なベーキング処
理を行うことができる。
２の正確な温度に基いて、電源６から抵抗加熱ヒータ４
に供給する電力の制御を行うことができ、フォトレジス
ト2aの温度を所望の温度に保持して良好なベーキング処
理を行うことができる。
なお、上記実施例では、半導体ウエハ２のベーキング
工程におけるシリコンウェハ、フォトレジストの温度測
定を行う場合の例について説明したが、本発明の温度測
定装置は、他の被測定体の温度測定にも応用可能で例え
ば、ポリイミド系およびシリコン系絶縁膜、絶縁用ワニ
ス、イオン感応用ポリ塩化ビニル膜、およびエポキシ、
アクリル、ポリウレタン樹脂等、吸収ピーク波長を有す
るものであればいずれにも適用が可能である。
工程におけるシリコンウェハ、フォトレジストの温度測
定を行う場合の例について説明したが、本発明の温度測
定装置は、他の被測定体の温度測定にも応用可能で例え
ば、ポリイミド系およびシリコン系絶縁膜、絶縁用ワニ
ス、イオン感応用ポリ塩化ビニル膜、およびエポキシ、
アクリル、ポリウレタン樹脂等、吸収ピーク波長を有す
るものであればいずれにも適用が可能である。
［発明の効果］ 上述のように、本発明の半導体ウエハの熱処理装置及
び熱処理方法によれば、放射率の設定が不要で、かつ、
非接触で正確に半導体ウエハの温度を測定することがで
き、良好な処理を行うことができる。
び熱処理方法によれば、放射率の設定が不要で、かつ、
非接触で正確に半導体ウエハの温度を測定することがで
き、良好な処理を行うことができる。
第１図は本発明の一実施例の温度測定装置の構成を示す
図、第２図はシリコンウエハの赤外線に対する吸収特性
を示すグラフ、第３図はシリコンウエハ上に厚さ約５μ
ｍのフォトレジスト膜を形成した場合の赤外線に対する
吸収特性を示すグラフである。 １……ベーキンク装置、２……半導体ウエハ、2a……フ
ォトレジスト、３……加熱板、４……抵抗加熱ヒータ、
５……温度制御器、６……電源、７……断熱材、８……
筐体、９……ウインド、10……温度測定装置、11……赤
外線検出器、112……光学系、13……鏡筒、14……凸面
鏡、15……凹面鏡、16……遮光板、17……ロータリーソ
レノイド、18……リファレンス板、19……第１の開閉機
構、20……第２の開閉機構、21……モータ、22……開閉
板、23、24……フィルター、25……増幅器、26……温度
算出器。
図、第２図はシリコンウエハの赤外線に対する吸収特性
を示すグラフ、第３図はシリコンウエハ上に厚さ約５μ
ｍのフォトレジスト膜を形成した場合の赤外線に対する
吸収特性を示すグラフである。 １……ベーキンク装置、２……半導体ウエハ、2a……フ
ォトレジスト、３……加熱板、４……抵抗加熱ヒータ、
５……温度制御器、６……電源、７……断熱材、８……
筐体、９……ウインド、10……温度測定装置、11……赤
外線検出器、112……光学系、13……鏡筒、14……凸面
鏡、15……凹面鏡、16……遮光板、17……ロータリーソ
レノイド、18……リファレンス板、19……第１の開閉機
構、20……第２の開閉機構、21……モータ、22……開閉
板、23、24……フィルター、25……増幅器、26……温度
算出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−129626（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−249020（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−105530（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−198837（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−259535（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256254（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−212725（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−94248（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01J 5/00 H01L 21/027
Claims (3)
- 【請求項１】半導体ウエハを載置可能とされた熱板と、 前記熱板を加熱する加熱手段と、 前記熱板に載置された前記半導体ウエハからの放射のう
ち、前記半導体ウエハ自体の吸収特性又は前記半導体ウ
エハ表面の被着物の吸収特性から求めた複数の吸収ピー
ク波長における放射量を測定する測定手段と、 前記測定手段に入射する放射を前記半導体ウエハからの
放射と、放射率既知のリファレンスからの放射とに切替
る手段と、 前記吸収ピーク波長における前記半導体ウエハからの放
射量と、前記リファレンスからの放射量との差から前記
半導体ウエハ自体の温度又は前記被着物の温度を算出す
る算出手段と、 前記算出手段によって算出された温度に基づいて、前記
加熱手段の制御を行う制御手段と を具備したことを特徴とする半導体ウエハの熱処理装
置。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体ウエハの熱処理装置
において、 前記吸収ピーク波長の放射を選択的に透過させる複数の
フィルタを有する開閉板と、この開閉板を回転させる手
段を具備し、前記開閉板の回転に同期させて複数の前記
ピーク波長の放射を測定するよう構成されたことを特徴
とする半導体ウエハの熱処理装置。 - 【請求項３】加熱手段を具備した熱板上に、半導体ウエ
ハを載置して熱処理するにあたり、 前記熱板に載置された前記半導体ウエハからの放射のう
ち、前記半導体ウエハ自体の吸収特性又は前記半導体ウ
エハ表面の被着物の吸収特性から求めた複数の吸収ピー
ク波長における放射量を測定するとともに、放射率既知
のリファレンスからの放射を測定し、前記吸収ピーク波
長における前記半導体ウエハからの放射量と、前記リフ
ァレンスからの放射量との差から前記半導体ウエハ自体
の温度又は前記被着物の温度を算出し、この算出された
温度に基づいて、前記加熱手段の制御を行うことを特徴
とする半導体ウエハの熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02132193A JP3093239B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 半導体ウェハの熱処理装置及び熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02132193A JP3093239B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 半導体ウェハの熱処理装置及び熱処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0425729A JPH0425729A (ja) | 1992-01-29 |
| JP3093239B2 true JP3093239B2 (ja) | 2000-10-03 |
Family
ID=15075575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02132193A Expired - Fee Related JP3093239B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 半導体ウェハの熱処理装置及び熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3093239B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140140105A (ko) * | 2012-03-30 | 2014-12-08 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 투과 검온에서의 레이저 잡음 제거 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10115557A (ja) * | 1996-10-15 | 1998-05-06 | Nippon Avionics Co Ltd | 赤外線センサー温度補正方法及び装置並びに２次元赤外線センサーを用いた赤外線サーモグラフィー |
| TWI320951B (en) * | 2002-08-13 | 2010-02-21 | Lam Res Corp | Methods for in situ substrate temperature monitoring by electromagnetic radiation emission |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP02132193A patent/JP3093239B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140140105A (ko) * | 2012-03-30 | 2014-12-08 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 투과 검온에서의 레이저 잡음 제거 |
| KR102086692B1 (ko) | 2012-03-30 | 2020-03-09 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 투과 검온에서의 레이저 잡음 제거 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0425729A (ja) | 1992-01-29 |
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