JP3977244B2 - 半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法 - Google Patents

半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体集積装置の製造工程でのランプアニール炉による熱処理における赤外線放射率の測定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、以下に示すようなものがあった。
【0003】
図3はかかる従来の赤外線放射率を測定するための測定治具の平面図、図4は図3のA−A線断面図、図5はそのような測定治具を用いて赤外線放射率を測定する方法の概念図であり、以下に従来の赤外線放射率の測定方法を示す。
【0004】
図3に示すように、赤外線放射率(エミッシビティーε)測定治具100は、グラファイト(黒鉛)製であり、測定するウエハのガイド101と中心部の測定窓102と測定すべき半導体ウエハ(以下、単にウエハという)を固定し、かつ測定治具100からの熱の伝導を促進するための真空チャック溝103及び外部へ真空を導く穴104で構成した測温テーブル105と、これを測温するための熱電対を収納する測温孔107、熱電対からの引き出し線106を有する支持台108で構成されている。
【0005】
図4に示すように、真空チャック溝103は外部へ真空を導く穴104に接続されており、外部の真空ポンプにより測温テーブル105に測温ウエハ109を固定できる構造となっている。
【0006】
図5に示すように、石英製のチャンバー110の上下には、反射鏡111とハロゲンランプ112で構成した加熱部と、ガス導入口113及びガス排出口114があり、チャンバーの蓋体115には測定治具100が支持されており、真空を導く穴(図示なし)に接続された真空パイプ116により真空を引いている。また、測定治具100にはウエハ109の裏面が全面現れるように真空で支持されており、中央部には赤外線放射温度計(以後、ボロメータという)118が配置されている。
【0007】
ボロメータ118は赤外線光学系119と赤外線センサ120及び温度表示計121で構成されており、ウエハ109の実温である測温テーブル105の温度は、熱電対106と温度表示計117に表示される。ボロメータ118の温度表示である放射温度123は熱電対温度122より通常低く、これが赤外線放射率εを表している。
【0008】
Siウエハの場合、赤外線放射率εは0.72であり、反射率=1−ε→28%の赤外線がSiウエハ表面で内部反射しているため、放射温度123が熱電対温度より低く表示されるわけである。
【0009】
一般に、ボロメータ118には赤外線放射率εの補正機能があり、この補正機能に0.72を設定し、実温である熱電対温度と放射温度を等しくしており、これを赤外線放射率測定といっている。
【0010】
しかし、この赤外線放射率εは固定された定数ではなく、例えば、Siウエハ表面に成膜すると、赤外線放射率εは膜厚に周期的に変化することが知られており、熱処理ウエハは必要に応じて赤外線放射率εを測定している。
【0011】
図6はSiウエハ表面へのシリコン酸化膜(SiO2 膜)と多結晶シリコン膜を形成した場合の赤外線放射率εであり、シリコン酸化膜が厚い場合、赤外線放射率εはほぼ1〜0.2まで変化している。そこで測温テーブル105には赤外線放射率εがほぼ1であるグラファイトが使用されている。つまり、その他の材質であると赤外線放射率εは1より小さい値を取り、測定窓102部分の測温ウエハ109が測温テーブル105より高温化する可能性があるため、汎用性を保つため、グラファイトが使用されている。
【0012】
また、測定窓102はボロメータ118の測定波長が3〜10μmであり、この波長ではSiウエハが光学的に透明なため測温テーブル105の赤外線に妨害されることを防止するために設けられたものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の測定治具の構造または測定方法では、
(1)真空チャックによる固定であり、真空中では測温できない。
【0014】
(2)極度に低い赤外線放射率εのウエハの場合、ウエハの裏面が雰囲気ガスにより冷却され、赤外線放射率εがより低く測定される。
【0015】
(3)熱処理は600℃〜1200℃と高温であり、測温テーブルと支持台を別の材質にすることは熱膨張が異なることにより困難であり、熱負荷の大きいグラファイト一体物となり、昇温降温に時間が必要である。
【0016】
(4)測定治具は蓋に支持されており、蓋の気密を保つのが困難であることから、一般にNH3 など毒ガス雰囲気での赤外線放射率εの測定ができない。
【0017】
など生産技術的改善では解決できない問題があり、技術的に満足できるものは得られなかった。
【0018】
本発明は、上記問題を除去し、短時間で、いかなる雰囲気でもパーティクル発生なしで、赤外線放射率εの測定が可能な優れた半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、半導体ウエハの裏面の一部にグラファイト膜を形成し、このグラファイト膜の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする。
【0020】
〔2〕ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着したSiC片を形成し、このSiC片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする。
【0021】
〔3〕ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着した赤外線放射率が1〜0.9のSiウエハ片を形成し、このSiウエハ片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする。
【0022】
【作用】
本発明によれば、
〔1〕上記〔1〕記載の半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法によれば、
(1)半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率εが既知でほぼ1のグラファイト膜を被覆しただけであるので、真空中での測温が可能である。
(2)極度に低い赤外線放射率εのウエハの場合でも、ほぼ全面が被覆されておらず、雰囲気ガスによる冷却効果は全面で発生し、測温誤差を無視できるレベルにすることができる。
(3)測定治具は事実上なく、支持台は別に製作することができ、熱負荷を極めて小さくすることができるので、昇温降温レートは通常の熱処理での値(高レート100℃/秒)で実施可能である。
(4)測定治具が事実上必要でなく、しかも小型軽量の治具が製作可能であるためNH3 ガス雰囲気で測温できる。
(5)半導体ウエハの測温において、熱電対を外部から挿入する必要がなく、測温作業が単純である。
【0023】
〔2〕上記〔2〕記載の半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法によれば、半導体ウエハの裏面の一部にSiC片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【0024】
〔3〕上記〔3〕記載の半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法によれば、半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率が1〜0.9であるSiウエハ片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【0025】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0026】
図1は本発明の第1実施例を示す測定治具の構成図であり、図1(a)はその測温治具の上面図、図1(b)はその測定治具の一部破断側面図である。図2はその測定治具を用いた赤外線放射率の測定方法の概念図である。なお、従来例と同一部分については、同じ符号を付与している。
【0027】
図1に示すように、測定治具10は、測温窓13が開口している測定治具本体11と、開口14を有している治具蓋12とで構成されており、開口寸法は、測温エリアの倍程度で10〜20mmφである。材質はグラファイトであり、治具蓋12の板厚は1〜2mmである。
【0028】
測定治具本体11の内部は、半導体ウエハ(測温ウエハ)109が収納できる大きさで、底板には実温測定のための熱電対収納用の測温孔15が設けられている。治具蓋12と測定治具本体11は嵌め合い構造とし、互いにずれない構造にしている。
【0029】
図2に示すように、石英製のチャンバー110の上下には、反射鏡111とハロゲンランプ112で構成した加熱部と、ガス導入口113及びガス排出口114が設けられ、チャンバーの蓋体115には測定治具10が支持される支持台17が固定されている。
【0030】
また、測温ウエハ109の裏面が測定治具本体11の底板に接するように収納されている。
【0031】
更に、中央部には赤外線放射温度計(ボロメータ)118が配置されている。ボロメータ118は赤外線光学系119と赤外線センサ120及び温度表示計121で構成されており、測温ウエハ109の実際の温度である測定治具10の温度は、測温孔15に収納される熱電対(図示なし)からの引き出し線106に接続される温度表示計117によって表示される。ボロメータ118の温度表示計121に表示される放射温度123は、前記した温度表示計117による温度122より、通常低くなり、赤外線放射率εが測定できる。
【0032】
次に、本発明の第2実施例として、図7に示すように、グラファイト製の測定治具本体11と治具蓋12の表面に、CVD法により、SiC膜16を0.1〜1μm被覆させるようにしている。
【0033】
次いで、本発明の第3実施例として、図8に示すように、多結晶シリコン製の測定治具本体21の表面に4500ÅのSiO2 膜(以下、単に、シリコン酸化膜)23を生成し、その後、200〜300Åまたは4800Åの多結晶シリコン膜24をCVD法にて生成させ、被覆するようにしている。同様に、多結晶シリコン製の治具蓋22の表面に4500Åのシリコン酸化膜23を生成し、その後、200〜300Åまたは4800Åの多結晶シリコン膜24をCVD法にて生成させ、被覆するようにしている。
【0034】
次に、本発明の第4実施例として、図9に示すように、石英製の測定治具本体31の表面に、0.5μm以上の多結晶シリコン膜33をCVD法にて生成し、その後、表面に4500Åのシリコン酸化膜及び200〜300Åまたは4800Åの多結晶シリコン膜からなる被膜34をCVD法にて生成させ、被覆する。同様に、石英製の治具蓋32の表面に、0.5μm以上の多結晶シリコン膜33をCVD法にて生成し、その表面に4500Åのシリコン酸化膜及び200〜300Åまたは4800Åの多結晶シリコン膜からなる被膜34をCVD法にて生成させ、被覆するようにしている。
【0035】
次に、本発明の第5実施例として、図10を用いて説明する。
【0036】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【0037】
測温ウエハ109の裏面の一部に、グラファイトペースト「商品名 ヒタゾルAB M 日立粉末冶金(株)製」51を被覆させ、チャンバーの蓋体41に固定された支持台42に、少なくとも3箇所に形成された石英の突起43を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー110に挿入する。
【0038】
図10に示すように、ボロメータ52は測温ウエハ109の裏面を走査できる構造とし、グラファイトペースト51の表面と測温ウエハ109の裏面の測温を行い、温度表示計121に表示する。
【0039】
次に、本発明の第6実施例として、図11を用いて説明する。
【0040】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【0041】
図11に示すように、測温ウエハ109の裏面の一部に、グラファイトペースト「商品名 ヒタゾルAB M 日立粉末冶金(株)製」51を被覆させ、チャンバーの蓋体41に固定された支持台42に石英の突起43を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー110に挿入する。
【0042】
そこで、ボロメータ61には2個の赤外線センサ62,63を配置し、赤外線センサ62はグラファイトペースト51の測温を行い、赤外線センサ63は測温ウエハ109の裏面の測温を行い、温度表示計64はグラファイトペースト51の、また、温度表示計65は測温ウエハ109の温度をそれぞれ表示する。
【0043】
次に、本発明の第7実施例として、図12を用いて説明する。
【0044】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【0045】
図12に示すように、測温ウエハ109の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名 ヒタゾルAB M 日立粉末冶金(株)製」53を被覆させ、さらにその上に板厚100〜600μmのSiC片54を接着させ(A部拡大図参照)、チャンバーの蓋体41に固定された支持台42に石英の突起43を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー110に挿入する。
【0046】
そこで、ボロメータ52は測温ウエハ109の裏面を走査できる構造とし、グラファイトペースト53で接着したSiC片54の表面と測温ウエハ109の裏面の測温を行う。
【0047】
次に、本発明の第8実施例として、図13を用いて説明する。
【0048】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【0049】
図13に示すように、測温ウエハ109の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名 ヒタゾルAB M 日立粉末冶金(株)」53を被覆させ、板厚100〜600μmのSiC片54を接着させ(B部拡大図参照)、チャンバーの蓋体41に固定された支持台42に石英の突起43を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー110に挿入する。
【0050】
そこで、ボロメータ61は2個の赤外線センサ62,63を配置し、赤外線センサ62はグラファイトペースト53で接着したSiC片54の測温を行い、赤外線センサ63は測温ウエハ109の裏面の測温を行い、温度表示計64はSiC片54の温度を表示し、温度表示計65は測温ウエハ109の温度をそれぞれ表示する。
【0051】
次に、本発明の第9実施例として、図14を用いて説明する。
【0052】
図14に示すように、測温ウエハ109の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名 ヒタゾルAB M 日立粉末冶金(株)」55を被着し、そこに赤外線放射率εが1〜0.9であるSiウエハ片56を接着させる(C部拡大図参照)。その測温ウエハ109を、チャンバーの蓋体41に固定された支持台42に石英の突起43を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー110に挿入する。ここで、Siウエハ片56はシリコン酸化膜を4500Å、多結晶シリコン膜を200〜300Åまたは4800ÅCVD法にて生成したものである。
【0053】
そこで、ボロメータ52は測温ウエハ109の裏面を走査できる構造とし、グラファイトペースト55で接着したSiウエハ片56の表面と測温ウエハ109の裏面の測温を行い、温度表示計121に表示する。
【0054】
次に、本発明の第10実施例として、図15を用いて説明する。
【0055】
図15に示すように、測温ウエハ109の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名 ヒタゾルAB M 日立粉末冶金(株)」55を被着し、そこに赤外線放射率が1〜0.9であるSiウエハ片56を接着させる(D部拡大図参照)。その測温ウエハ109をチャンバーの蓋体41に固定された支持台42に石英の突起43を介して点接触状態で載置して、石英製のチャンバー110に挿入する。ここで、Siウエハ片56はシリコン酸化膜を4500Å、多結晶シリコン膜を200〜300Åまたは4800ÅCVD法にて生成したものである。
【0056】
そこで、ボロメータ61には2個の赤外線センサ62,63を配置し、赤外線センサ62はグラファイトペースト55で接着したSiウエハ片56の測温を行い、赤外線センサ63は測温ウエハ109の裏面の測温を行い、温度表示計64はSiウエハ片56の温度を表示し、温度表示計65は測温ウエハ109の温度をそれぞれ表示する。
【0057】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0058】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0059】
(1)請求項1記載の発明によれば、
(1)半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率εが既知でほぼ1のグラファイトを被覆しただけであるので、真空中での測温が可能である。
(2)極度に低い赤外線放射率εのウエハの場合でも、ほぼ全面が被覆されておらず、雰囲気ガスによる冷却効果は全面で発生し、測温誤差を無視できるレベルにすることができる。
(3)測定治具は事実上なく、支持台は別に製作することができ、熱負荷を極めて小さくすることができるので、昇温降温レートは通常の熱処理での値(高レート100℃/秒)で実施可能である。
(4)測定治具が事実上必要でなく、しかも小型軽量の治具が製作可能であるためNH3 ガス雰囲気で測温できる。
(5)半導体ウエハの測温において、熱電対を外部から挿入する必要がなく、測温作業が単純である。
【0060】
(2)請求項2記載の発明によれば、半導体ウエハの裏面の一部にSiC片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【0061】
(3)請求項3記載の発明によれば、半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率が1〜0.9であるSiウエハ片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示す測定治具の構成図である。
【図2】 本発明の第1実施例を示す測定治具を用いた赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図3】 従来の赤外線放射率を測定するための測定治具の平面図である。
【図4】 図3のA−A線の断面図である。
【図5】 従来の測定治具を用いて赤外線放射率を測定する方法の概念図である。
【図6】 測温ウエハ上にシリコン酸化膜と多結晶シリコン膜を形成した場合の、多結晶シリコン膜の膜厚と赤外線放射率との関係を示す図である。
【図7】 本発明の第2実施例を示す測定治具の構成図である。
【図8】 本発明の第3実施例を示す測定治具の構成図である。
【図9】 本発明の第4実施例を示す測定治具の構成図である。
【図10】 本発明の第5実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図11】 本発明の第6実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図12】 本発明の第7実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図13】 本発明の第8実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図14】 本発明の第9実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図15】 本発明の第10実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【符号の説明】
10 測定治具
11 測定治具本体
12 治具蓋
13 測温窓
14 開口
15 測温孔
16 SiC膜
17,42 支持台
21 多結晶シリコン製の測定治具本体
22 多結晶シリコン製の治具蓋
23 シリコン酸化膜
24,33 多結晶シリコン膜
31 石英製の測定治具本体
32 石英製の治具蓋
34 被膜(シリコン酸化膜及び多結晶シリコン膜)
41,115 チャンバーの蓋体
43 石英の突起
51,53,55 グラファイトペースト
52,61,118 赤外線放射温度計(ボロメータ)
54 SiC片
56 Siウエハ片(シリコン酸化膜及び多結晶シリコン膜)
62,63 赤外線センサ
64,65,117,121 温度表示計
109 半導体ウエハ(測温ウエハ)
110 石英製のチャンバー
111 反射鏡
112 ハロゲンランプ
113 ガス導入口
114 ガス排出口
119 赤外線光学系
120 赤外線センサ
122 熱電対温度
123 放射温度

Claims (3)

  1. ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、
    半導体ウエハの裏面の一部にグラファイト膜を形成し、該グラファイト膜の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法。
  2. ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、
    半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着したSiC片を形成し、該SiC片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法。
  3. ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、
    半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着した赤外線放射率が1〜0.9のSiウエハ片を形成し、該Siウエハ片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法。
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