JPH03105223A - 温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、温度測定方法に関する。

（従来の技術） 一般に、被処理物例えば半導体ウエノ＼を加熱して処理
する装置では、処理温度によって半導体ウエハの処理状
態が変化するため、処理中の半導体ウエハの温度を正確
に知る必要がある。

このため、従来は、例えば半導体ウエハが配置されるプ
ラテンに熱電対等からなる接触型の温度計を配置する方
法等により、半導体ウエハの温度測定を行っていた。し
かしながら、このような熱電対を用いた方法では、半導
体ウエハとプラテンとの間の温度差のため、半導体ウエ
ハの正確な温度をＡｌｌ定することができない。また、
半導体ウエハとプラテンとを接触させると、半導体ウエ
ハのプラテンとの接触面と、非接触面の温度が差が大き
くなるため、例えば複数のビン等で半導体ウェハをプラ
テンとの間に間隔を設けて保持する装置があるが、この
ような装置では、上述したような方法で半導体ウエハの
温度を測定することは困難である。

そこで、半導体ウエハ等をプラテンとの間に間隔を設け
て保持する装置では、半導体ウエハから放射される波長
例えば５μｍ程度の赤外線をａｐｌ定して温度を検出す
る非接触型の温度計を配置して半導体ウエハ温度を測定
する方法が採用されている。

（発明が解決しようとする課８） 上記従来の温度測定方法では、被測定体の放射率を設定
する必要がある。しかしながら、被測定体の放射率を正
確に知ることは困難であり、また、場合によっては表面
状態の変化に伴って被測定体の放射率が変化する場合等
がある。このため、上記従来の温度測定方法では、披測
定体の正確な温度を測定することができないという問題
があった。

本発明は、かかる従来の事情に対処してなされたもので
、従来に較べて被測定体の正確な温度を測定することが
でき、所望の処理を確実に実行可能とする温度測定方法
を堤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、被測定体からの放射線を測定し、こ
の測定結果から前記被測定体の温度を求めるに際し、前
記被測定体近傍に反射体を配設し、上記被測定体からの
放射線および前記反射体と前記被測定体との間で多重反
射した放射線を測定し、このａｌｌ１定結果から前記披
測定体の温度を求めることを特徴とする。

（作　用） 上記構成の本発明の温度測定方法では、被測定体近傍に
反射体を配設し、被測定体の測定部位から放射される放
射線および反射体と被測定体との間で多重反射した放射
線をｉｌｌ定し、この測定結果から被測定体の温度を求
める。

このように、測定部位から放射される放射線例えば赤外
線および反射体と被測定体との間で多重反射した赤外線
を測定した場合、被測定体を黒体と同様にみなすことが
できる。

したがって、従来に較べて披ａ１１１定休の正確な温度
を測定することができる。

（実施例） 以下、本発明の温度測定方法を、半導体ウエハを加熱処
理するランブアニール装置における処理中の半導体ウエ
ハの温度測定に適用した実施例を図面を参照して説明す
る。

チャンバ１は、上面に例えば石英等からなる窓２が形成
された横断面ほぼ円形の筒状体３と、この筒状体３の下
側開口を気密的に閉塞する如く設けられた円板状のプラ
テン４とから構成されている。また、プラテン４の上面
には、複数例えば３本のピン５が、これらのビン５上に
半導体ウエハ６を支持する如く配置されており、これら
のビン５は、プラテン４の上面と半導体ウエハ６下面と
の間隔Ｄが２０〜ＩＯ＋ｇｖ、例えば１５ｍ−となるよ
う構或されている。

なお、筒状体３およびプラテン４の内側面は、反射効率
を高めて半導体ウエハ６が均一かつ効率的に加熱される
よう鏡面状に形成されている。また、これらの壁部には
、図示しない冷却機構例えば冷却水循環機構が設けられ
ており、後述するランブ１２の照射を受けてもこれらの
壁部の温度が上昇することを防止し、所定温度に保つこ
とができるよう構成されている。

また、上記プラテン４は、例えばシリンダ等からなる駆
動機構（図示せず）に接続されて上下動可能とされてい
る。すなわち、この駆動機構による上昇位置ではプラテ
ン４により筒状体３の下側開口を閉塞し、下降位置では
ピン５上に半導体ウエハ６をロード・アンロード可能と
する如く構成されている。

さらに、このプラテン４内には、半導体ウエハ６の裏面
ほぼ中央に向けて、かつ、垂直方向に対して角度θを持
って斜めに光学ヘッド８が設けられている。この光学ヘ
ッド８は、光を集束するレンズ等から構成されており、
光ファイバー９を介して温度測定装置本体１０に接続さ
れている。そして、図中矢印で示すように、半導体ウエ
ハ６の裏面ほぼ中央から放射される赤外線と、半導体ウ
エハ６とプラテン４上面との間で多重反射した赤外線を
この光学ヘッド８で受光できるよう構成されている。

一方、チャンバ１の上面側に形威された窓２の上部には
、反射ｖ１１１を備えたランプ１２が配置されており、
窓２を介してチャンバ１内のピン５上に配置された半導
体ウエハ６に光を照射し、この半導体ウエハ６を加熱可
能に構威されている。

すなわち、上記構成のこの実施例のランプアニール装置
では、まずプラテン４を下降させておき、図示しない搬
送装置等でビン５上に半導体ウエハ６を配置し、次に、
プラテン４を上昇させ、チャンバ１内を密閉状態とし、
図示しない排気機構およびガス供給機構によりチャンバ
１内を所望圧力の処理ガス雰囲気とするとともに、窓２
を介してランプ１２から光を照射し、半導体ウエハ６を
加熱してアニール処理を行うよう構威されている。

そして、この時、半導体ウエハ６の裏面ほぼ中央から放
射される赤外線と、半導体ウエハ６とプラテン４上面と
の間で多重反対した赤外線を、光学ヘッド８で受光し、
この赤外線のうち所定波長例えば波長０．９μｍの赤外
線を例えばフィルタにより選択し、その強度から温度ｉ
’ｌｌｌｌ定装置本体１０により、次のようにして温度
を求める。

すなわち、被測定体（半導体ウエハ６）の放射率をε（
λ）、反射率をρ（λ）として、被測定体が透過しない
測定波長を用いると、 ε　（λ）＋ρ　（λ）−１　　　　・・・・・・■な
る関係が成立するが、半導体ウェハ６の温度をＴ１半導
体ウエハ６と同じ温度の黒体からの放射をＩｅ　　（λ
、Ｔ）とすると、半導体ウェハ６からの放射は、 ε（λ）Ｉｅ（λ、Ｔ） となる。

また、半導体ウエハ６に平行する如く近接して鏡面状に
形成された反射体（プラテン４）が設けられ、このプラ
テン４と半導体ウェハ６この間で多重反射が生じるよう
に構成した場合、半導体ウエハ６のほぼ中央部に向けて
斜めに配設された光学ヘッド８に入射する放射■０は、
プラテン４の反射率をｒ（λ）として、 ＩＯ−ε（λ）　Ｉｅ　　（λ、Ｔ） 十ｒ（λ）ρ（λ）ε（λ）　Ｉｅ　（λ、Ｔ）＋　　
｛　ｒ　　（　λ　）　ρ　（　λ　）｝２×ε　（λ
）　　Ｉｅ　　（λ、Ｔ）十・・・・・・・・・一ε（
λ）Ｉｅ（λ、Ｔ） ／（１−ｒ（λ）ρ（λ）｝　・・・・・・■となる。

ここで、ｒ（λ）−Ｆｌであるから■式は、ＩＯ：ε　
（λ）Ｉｅ（λ、Ｔ）／（１−ρ（λ）｝また、■から
、 ■０−ε（λ）　　Ｉｃ　　（λ、Ｔ）／ε（λ）−Ｉ
ｃ（λ、Ｔ）　　　　　　　　・・・・・・■となり、
多重反射の効果により、黒体を測定する場合と同等とな
る。したがって、予めＩＯと温度の関係を求めておけば
、ＩＯのＡｌｌ定を行うことにより、正確な温度を知る
ことができる。

なお、光学ヘッド８を半導体ウエハ６に向けて垂直に配
置すると、被７１１１１定休が鏡面の場合には、光学ヘ
ッド８に測定部からの放射光のみが入射し、多重反対し
た赤外線を測定することができないので、前述したよう
に角度θを設けて光学ヘッド８を斜めに配設する必要が
ある。

また、大際には半導体ウエハ６の大きさは有限であり、
半導体ウエハ６の測定部位（裏面側）の鏡面性の度合に
よる影響もあるため、半導体ウエハ６とプラテン４との
間隔Ｄによって実際に光学ヘッド８に入射する放射Ｉ２
に変化が生じる。すなわち、半導体ウエハ６の半径をＲ
１半導体ウエハ６の鏡面性の度合をｐ（０≦ｐ≦　１）
とすると、光学ヘッド８に入射する放射Ｉ２は近似的に
、Ｉ２−ε◆Ｉｅ ／　［１−ρ　［ｐ＋（１−ｐ）／　ｌ１＋（２Ｄ／Ｒ
）　２　１　］コ・・・・・・■ と表すことができる。

したがって、例えば半導体ウエハ６の半径Ｒが７８４５
ｍｍ　ｓ放射率εが０．７、反射率ρが０．３、半導体
ウエハ６の実際の温度が１０００℃、測定波長が０，９
μｍの場合、求められる温度は半導体ウェハ６の鏡面性
の度合ｐと、間隔Ｄによって表１に示すように変化する
。

すなわち、温度測定という観点からは間隔Ｄは、できる
だけ狭くすることが好ましいが、半導体ウエハ６を均一
に加熱するためには、間隔Ｄをある程度拡くする必要が
ある。このため、間隔Ｄは、例えば２０〜ｌＯＩＩＩ１
程度とすることが好ましい。

次に、背景放射の影響について考察する。

本装置では、ランプ１２からの放射が半導体ウエハ６と
プラテン４との間を反射しながら光学ヘッド８に入射す
る。しかし、半導体ウエハ６をプラテン４に充分近接さ
せておけば（Ｄ／Ｒ＜＜　　１）ランプ１２からの放射
は回り込んでこず、その影響は除去できる。あるいは、
窓２が吸収または反射する波長を用いれば、その波長で
はランプ１２からの反射は筒状体内には入らないため、
その影響は無視することができる。

（以下余白） 表１ （以下余白） そして、上述のようにして求めた温度測定結果をフィー
ドバック信号として、例えばランブ１２に電力を供給す
るランプ電源（図示せず）を制御し、ランブ１２の光強
度調節して、半導体ウエハ６を所定温度に制御する。

したがって、例えば放射率が未知の半導体ウエハ６等で
も半導体ウエハの正確な温度を測定することができ、所
望の処理を確尖に行うことができる。上記実施例では被
測定体からの放射線として赤外線を測定したが、測定波
長は必要に応じて選択することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の温度測定方法によれば、
従来に較べて被測定体の正確な温度を測定することがで
き、所望の処理を確実に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例方法を説明するためのランプ
アニール装置の構成図である。 ｌ・・・・・・チャンバ、２・・・・・・窓、３・・・
・・・筒状体、４・・・・・・プラテン、５・・・・・
・ピン、６・・・・・・半導体ウエハ、８・・・・・・
光学ヘッド、９・・・・・・光ファイバー　１０・・・
・・・温度測定装置本体、１１・・・・・・反財鏡、１
２・・・・・・ランプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体からの放射線を測定し、この測定結果か
   ら前記被測定体の温度を求めるに際し、前記被測定体近
   傍に反射体を配設し、上記被測定体からの放射線および
   前記反射体と前記被測定体との間で多重反射した放射線
   を測定し、この測定結果から前記被測定体の温度を求め
   ることを特徴とする温度測定方法。