JPH03265152A - ウェーハの温度測定方法 - 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】 ［概要］ ウェーハの温度測定方法に関し、 低温でも非接触でウェーハの温度を計測できる、ウェー
ハの温度測定方法を提供することを目的とし、 被測定物であるつ工−ハの表面の一領域に設けあれた測
定点にイオンを打込むことにより、前記測定点のエネル
ギの透過率をほぼＯにし、前記つ工−ハを加熱するヒー
タ装置に前記ウェーハ裏面を接触させた直後に、前記ヒ
ータ装置に設けられた第１の放射温度計により前記測定
点で反射した放射エネルギを測定し、前記ヒータ装置に
設けられた第２の放射温度計により前記ヒータ装置自身
の放射エネルギを測定することにより、前記ウェーハの
放射率を求め、前記ヒータ装置の加熱により前記ウェー
ハが加熱され、前記第１の放射温度計により前記ウェー
ハの前記測定点での放射エネルギを測定し、前記第２の
放射温度計により前記ヒータ装置自身の放射エネルギを
測定することにより、前記ウェーハの放射エネルギを求
め、前記ウェーハの放射率と前記ウェーハの放射エネル
ギの測定値から、前記ウェーハの温度を非接触で測定す
るように構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は、ウェーハの温度測定方法に関する。

［従来の技術］ ＬＳＩ配線材料として、現在Ａ」又はＡ」系合金等が用
いられている。ウェーハ上にＡｊ等の薄膜を形成する方
法としてはスパッタリング法がある。

近年の素子の高集積化、高密度化に伴い、Ａ」配線を行
うべき下地の段差形状が急峻になり、段差被覆性の良好
なＡＪ膜を形成することが困難になってきている。特に
多層配線構造を有する素子では、何層ものＡ１配線や層
間膜が積まれるため、素子表面の凹凸が大きくなりＡＩ
配線下地はさ毛に急峻な段差を有することになる。

［発明か解決しようとする課題２ 急峻な段差を有する下地に対し、段差被覆性の良好なＡ
」配線を行うために、スパッタリング時にウェーハを加
熱し、ウェーハ温度を高くしてＡｊ膜の形成を行うこと
が多い。

しかし、形成されるＡ」膜の膜質は、膜形成温度に極め
て敏感であることが知られている。膜形成温度が最適温
度よりも高過ぎると下地のＳｉと反応してしまい、低い
と段差被板性が悪くなる。

段差被覆性の不良なＡｊ膜は、断線等の問題が発生しや
すい。

また、ウェーハの鏡面側、即ちＡＪの下地の膜質によっ
て膜形成温度が異なることが知られている。加熱温度が
一定でも膜質が異なるとウェーハの温度も異なる。例え
ば、５５０℃で加熱するとＳｉ（シリコン）ウェーハは
４２０℃になるが、ＳｔウェーハにＡＩＭが形成されて
いるとウェーハ温度は５２０℃になる。従って、現在用
いられているような、ヒータ温度を測定してウェーハ温
度を求めるという間接的な温度測定方法では、ウェーハ
温度は正確に測定できない。

従って、直接ウェーハ温度を測定できるほうがよい。ま
た、ウェーハに温度測定用のセンサを取り付て、ウェー
ハを傷っけたり、ごみを付着させないために非接触で測
定する必要がある。

また、高温でのウェーハ温度測定は確立されつつあるが
低温（２００〜４００℃）での測定法がＮ率されていな
い。

本発明の目的は、低温でも非接触でウェーハの温度を計
測できる、ウェーハの温度測定方法を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、被測定物であるウェーハの表面の一領域に
設けられた測定点にイオンを打込むことにより、１ｉｔ
Ｉ記測定点測定ネルギの透過率をほぼＯにし、前記ウェ
ーハを加熱するヒータ装置に前記ウェーハ裏面を接触さ
せた直後に、前記ヒータ装置に設けられた第１の放射温
度計により前記測定点で反射した放射エネルギを測定し
、前記ヒータ装置に設けられた第２の放射温度計により
前記ヒータ装置自身の放射エネルギを測定することによ
り、前記ウェーハの放射率を求め、前記ヒータ装置の加
熱により前記ウェーハが加熱され、前記第１の放射温度
計により前記ウェーハの前記測定点での放射エネルギを
測定し、前記第２の放射温度計により前記ヒータ装置自
身の放射エネルギを測定することにより、前記ウェーハ
の放射エネルギを求め、前記ウェーハの放射率と前記ウ
ェーハの放射エネルギの測定値から、前記ウェーハの温
度を非接触で測定することを特徴とするウェーハの温度
測定方法によって遠戚される。

［作中］ 本発明によれぽ、低温でも非接触でウェーハの温度を計
測できる。

［実施例］ 本発明の一実施例によるウェーハの温度測定方法を第１
図を用いて説明する。

第１図は、ウェーハを枚葉処理するガスアシストステー
ジを示す図である。

ガスアシストステージは、スパッタリング装置（図示せ
ず）内に設けられ、スパッタリング時にウェーハ６を加
熱するために用いられる。ガスアシストステージの本体
部はヒータブロック４である。ヒータブロック４は、そ
れ自体が加熱されることにより、ヒータブロック４上部
に固定されたウェーハ６そ加熱する。

ウェーハ６が均一に加熱されるように、ヒータブロック
４とウェーハ６の間にはＡｒガスがウェーハ６裏面に一
様に接触するように隙間１４が設けられている。隙間１
４にＡｒガスを供給さぜる孔１２がヒータブロック４内
を貫通している。

さらにヒータブロック４にはウェーハ６の温度を測定す
るために隙間１４からヒータブロック４端部に貫通する
孔１０が設けられ放射温度計１が取り付けられている。

ヒータブロック４自体の温度を測定するためにヒータブ
ロック４内に空間８が設けられ、ヒータブロック４端面
に放射温度計２が空間８に放射されたヒータブロック４
の放射エネルギを計測するために取り付けられている。

次に測定方法を説明する。

ヒータブロック４裏面から２つの放射温度計１．２を用
いてヒータブロック４の放射エネルギ及びウェーハ６の
放射エネルギを測定する。

まず、ウェーハ６の放射率εと反射率γと透過率τの関
係を示す。

放射率εはウェーハ６に蓄積されたエネルギが、ウェー
ハ６外に放射される放射エネルギの率であり、反射率γ
はヒータブロック４の放射エネルギがウェーハ６で反射
されるエネルギの率であり、透過率τはヒータブロック
４の放射エネルギがウェーハ６を透過するエネルギの率
であり、ε＋γ＋τ＝１の関係がある。

ウェーハ６を高温で加熱する場合を考えると、ヒータブ
ロック４の放射エネルギの測定波長が０９μｍとなる。

放射エネルギの波長が０．９μｍの場合は、ウェーハ６
を透過する成分が殆ど生じない。従って、ウェーハ６の
放射率εと反射率γと透過率τの関係はτ＝Ｏとなるの
で、ε〒γ１となる。

放射温度計１で測定されるエネルギ（Ｅｍ）は、ウェー
ハ６の放射エネルギ（ε・ＥＴ１４）とヒータブロック
４の放射エネルギがウェーハで反射されたエネルギ（（
１−ε）・ＥＴＨ）の和となる。

放射温度計２で測定されるエネルギ（ＥＴＨ）は、ヒー
タプロ・ツク４の放射エネルギである。放射温度計１で
測定されるエネルギを式で表すと、Ｅｍ＝ε−ＥＴＷ＝
　（１−ε）　−ＥＴＨ−＝　（１）ここで、εはウェ
ーハ６の放射率、ε・Ｅ１１４はウェーハ６の放射エネ
ルギである。

ヒータブロック４を加熱し、ウェーハ６をヒータブロッ
ク４にのせる。

ウェーハ６をヒータブロック４にのせた瞬間に放射温度
計１で測定されるエネルギは、ＴＷ＜　＜　ＴＨである
から、ヒータブロック４の放射エネルギがウェーハ６で
反射されたエネルギだけしか測定されないと考えられる
。つまり、（１−ε）・ＥＴＨのエネルギだけを測定し
たと考えられる。よって、（１）式の第１項は無視でき
、 Ｅｍｏ　＝　＜１−Ｅ）　・ＥＴＨｏ　−（２）となり
、（２）式からウェーハ６の放射率は、Ｅｍ１−Ｅｍ０
／ＥＴＨ０−（３） となる。

従って、ウェーハ６が加熱された後のＢｍとＥＴＨから
、 ＥＴＷ＝　［Ｅｍ−（１−ε）　　・ＥＴＨ］　／ｌ＝
　（４）となり、ウェーハ６自体の放射エネルギＥＴ−
が求まる。

（４）式から求めたＥＴＷから、ウェーハ温度１−が求
まる。

以上は、加熱温度が高い場合、即ち透過率τ＝Ｏが無視
できる場合に適応できる。しかし、測定波長２μｍ程度
の比較的低温度（２００〜４００℃）の加熱の場合、透
過率τが無視できない値になるので、上記方法で正確な
ウェーハ温度を求めることができない。

しかし、加熱温度が低い場合でも透過率τを０にするこ
とができれζ２、上記方法で計測が可能である。ウェー
ハ６の一領域に例えばガリウム（Ｇａ）でイオン打込み
を行うと、そのイオン打ち込み領域の比抵抗が下がる。

また、比抵抗が下がると透過率τが減少する。

第２図は、ウェーハの比抵抗に対する透過率τの変化を
示すグラフである。ウェーハの比抵抗が１Ω・ｃｍ以下
に下がると透過率τも下がることがわかる。特に比抵抗
が０．０１Ω・ｃｍ程度になると透過率τが殆ど０％に
近くなり、ヒータブロック４の放射エネルギはウェーハ
６を殆ど透過しなくなる。

従って、あらかじめウェーハ６の、放射温度計１でエネ
ルギを計測する領域にイオン打ち込みを行い、イオン打
ち込み領域２０を形成してこれを測定点とする。こうす
ることにより、ウェーハ６の一部分のイオン打ち込み領
域２０のエネルギの透過率τをほぼＯにすることができ
る。

ヒータブロック４の放射エネルギが、イオン打ち込み領
域２０で反射されたエネルギ、及びウェーハ６加熱後の
イオン打ち込み領域２０でのエネルギを放射温度計１で
測定すれは、２００〜４００°Ｃの低温領域でのウェー
ハ温度ＴＷの測定が可能になる。

第３図は、ウェーハの比抵抗の変化に対する熱電対での
測定値と本実施例の測定値の差を示すグラフである。熱
雷対（図示せず）は、ウェーハ６表面の温度を測定する
ため、ウェーハ６表面に取っ付けなものである。横軸は
ウェーハの比抵抗、縦軸は熱電対（ＴＣ−Ｒ）とガスア
ンス１〜ステージ（第１図）で測定したウェーハ温度（
ＩＲ）との差である。ヒータプロ・ツク温度は、２５０
℃〜４００°Ｃの間を５０℃間隔で計測した。○はヒー
タブロック温度が４００℃、口はヒータブロック温度が
３５０°Ｃ１・はヒータブロック温度が３００℃、△は
ヒータブロック温度が２５０℃の場合である。

ヒータブロック温度が２５０℃〜４００　’Ｃの間にお
いて、ウェーハの比抵抗が０．０１Ω・ｃｍ以下で、熱
電対（ＴＣ−Ｒ）とガスアシストステージで測定したウ
ェーハ温度（ＩＲ）との差が殆ど無くなり特に顕著な効
果がある。このようにして、ウェーハの比抵抗が０．０
１Ω・ｃｍ以下の場合、誤差±１０″Ｃ以内で測定でき
る。

本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である。

例えば、スパッタリング時に加熱しながらスパッタする
配線材料であれば、Ａ！Ｊに限らすＴｉ、ＴｉＮなどに
も適用できる。

本実施例では測定波長が２μｍの場合について説明した
が、測定波長が３μｍ以下のについても本実施例を適用
することができる。

また、イオン打ち込みに使用される不純物はガリ今ム（
Ｇａ）以外の、例えばインジウム（Ｉｎ）リン（Ｐ）、
ひ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等でもよい。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれぽ、Ａ１を加熱スパッタする
時のウェーハ温度をモニタすることにより、予備加熱時
間、デボ開始温度を設定でき、良好な段差被接性を有す
る優れた膜質を持つ−ＡＪＩＷＡを再現性良く形成する
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で用いるガスアシストステー
ジの断面図、 第２図は比抵抗に対する透過率の変化を示すグラフ、 第３図は比抵抗に対する熱雷対と本発明の測定値との差
を示すグラフ である。 図において、 １・・・放射温度計 ２・・・放射温度計 ４・・・ヒータブロック ６・・・ウェーハ ８・・・空間 １０・・・孔 １２・・・孔 １４・・・隙間 ２０・・・イオン打ち込み領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定物であるウェーハの表面の一領域に設けられ
   た測定点にイオンを打込むことにより、前記測定点のエ
   ネルギの透過率をほぼ０にし、前記ウェーハを加熱する
   ヒータ装置に前記ウエーハ裏面を接触させた直後に、前
   記ヒータ装置に設けられた第１の放射温度計により前記
   測定点で反射した放射エネルギを測定し、前記ヒータ装
   置に設けられた第２の放射温度計により前記ヒータ装置
   自身の放射エネルギを測定することにより、前記ウェー
   ハの放射率を求め、 前記ヒータ装置の加熱により前記ウェーハが加熱され、
   前記第１の放射温度計により前記ウェーハの前記測定点
   での放射エネルギを測定し、前記第２の放射温度計によ
   り前記ヒータ装置自身の放射エネルギを測定することに
   より、前記ウェーハの放射エネルギを求め、 前記ウェーハの放射率と前記ウェーハの放射エネルギの
   測定値から、前記ウェーハの温度を非接触で測定するこ
   とを特徴とするウェーハの温度測定方法。