JPH06331455A - 半導体装置の温度計測方法および温度計測装置ならびに半導体製造装置 - Google Patents

半導体装置の温度計測方法および温度計測装置ならびに半導体製造装置

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JPH06331455A
JPH06331455A JP11965093A JP11965093A JPH06331455A JP H06331455 A JPH06331455 A JP H06331455A JP 11965093 A JP11965093 A JP 11965093A JP 11965093 A JP11965093 A JP 11965093A JP H06331455 A JPH06331455 A JP H06331455A
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JP
Japan
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temperature
substance
semiconductor device
crystal plane
substrate
Prior art date
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Application number
JP11965093A
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English (en)
Inventor
Koji Kimura
幸治 木村
Tatsuichi Ko
辰一 高
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体ウエハの履歴に影響されず常に正確に基
板の温度計測が可能になり、さらに、ウエハ上に形成さ
れている各種膜の温度をモニターすることも可能になる
半導体装置の温度計測方法および温度計測装置を提供す
る。 【構成】半導体ウエハ2の基板あるいは基板上に形成さ
れた膜の所望の測定箇所の物質の結晶面間隔をX線回折
法を利用して計測し、この結晶面間隔に基づいて上記測
定物質の温度を計測することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の温度計測
方法およびこの温度計測方法を採用した温度計測装置な
らびに半導体製造装置半導体製造装置に係り、特に半導
体装置の製造工程でランプ加熱などによる加熱処理の対
象となる半導体ウエハの温度計測技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程で使用され
るランプアニール装置などのRTP( Rapid Thermal P
rocess)装置や化学気相成長(CVD)装置、エピタキ
シャル気相成長装置では、半導体ウエハのランプ加熱処
理を行っている。
【0003】RTP装置は、ランプ光の吸収により物質
自体が発熱することを利用してウエハ自体の加熱処理を
行うものであり、ウエハの温度を正確に計測することは
非常に重要であるが困難でもある。
【0004】従来、ウエハの温度計測の最も一般的な方
法は、ウエハ裏面から放射される赤外線をパイロメータ
により計測し、その出力を温度に換算する方法である。
しかし、この方法は、ウエハの赤外線放出効率に強く依
存する。ウエハの赤外線放出効率は、ウエハ裏面のラフ
ネス、ドーピング、異種物質の付着等の裏面状態の変化
により大きく変動し、さらには、ウエハ表面のパターン
変化によっても変動する。このような要因により温度計
測誤差は数十〜200℃にも及ぶ。
【0005】このため、上記方法は様々な温度校正を頻
繁に行う必要があり、ウエハ裏面状態を一定とするべく
半導体製造プロセス自体を改良する必要があった。しか
し、このような努力をもってしても、ロット間、ウエハ
間のウエハ履歴の僅かな変動により温度計測誤差が生
じ、計測値の再現性が悪い。
【0006】また、ウエハの温度計測の他の方法とし
て、熱電対をウエハに接触させて温度計測する方法があ
る。この方法は、ウエハ状態に依存せず比較的正確な温
度を計測可能であるが、熱電対の熱容量が大きいので、
ウエハの急速な温度上昇/下降に対する追従性が悪く、
急速な温度変化には対応できない。RTP装置は250
℃/秒程度の昇温特性を持っているが、熱電対は、上記
RTP装置内のウエハの急速な温度上昇に追従できず、
温度誤差を生じる。
【0007】また、極く最近、ウエハの温度計測のさら
に他の方法として、ウエハの熱膨張によりウエハ外径が
変化するのをレーザで読み取って温度計測する方法が実
用化されようとしている。
【0008】この方法は、前記したような2つの方法の
ような問題点は存在しないが、ウエハ面内の温度バラツ
キの影響を受け易くなる。特に、ウエハの昇温/降温時
にはウエハエッジの温度が大きく変化し、この影響を受
けて計測誤差が生じる。
【0009】さらに、RTP装置はランプ光の吸収によ
り物質自体が発熱することを利用しているので、RTP
による処理に際して、ウエハの基板と基板上に形成され
てい各種膜とは過渡的に温度差を生じる。しかし、前記
した3つの方法は、いずれも、ウエハの基板自体の温度
計測を行うことは可能であるが、基板上に形成された各
種膜の温度計測は不能である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
半導体装置の温度計測方法は、温度計測の精度、再現性
が必ずしも十分には得られず、しかも、基板上に形成さ
れた各種膜の温度計測が不能であるという問題があっ
た。
【0011】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、半導体ウエハの履歴に影響されず常に正確に
基板の温度計測が可能になり、さらに、ウエハ上に形成
されている各種膜の温度をモニターすることも可能にな
る半導体装置の温度計測方法および温度計測装置ならび
に半導体製造装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の温
度計測方法は、半導体装置の基板あるいは基板上に形成
された膜の所望の測定箇所の物質の結晶面間隔をX線回
折法を利用して計測し、この結晶面間隔に基づいて上記
測定物質の温度を計測することを特徴とする。
【0013】また、本発明の半導体装置の温度計測装置
は、半導体装置の基板あるいは基板上に形成された膜の
所望の測定箇所に所望の入射角でX線を入射させるX線
源と、上記測定箇所で回折されたX線を検出するX線検
出器と、前記測定箇所の物質の結晶面のX線回折角度に
依存する特定の結晶面回折波ピーク位置に合わせるよう
に上記X線検出器を移動させる制御装置と、前記X線検
出器の位置に基づいて前記測定物質の特定結晶面間隔を
算出してその温度に換算する演算装置とを具備すること
を特徴とする。
【0014】また、本発明の半導体製造装置は、加熱処
理の対象となる半導体装置を収容する容器と、上記半導
体装置の基板あるいは基板上に形成された膜の所望の測
定箇所の物質の結晶面間隔をX線回折法を利用して計測
し、この結晶面間隔に基づいて上記測定物質の温度を計
測する手段とを具備することを特徴とする。
【0015】
【作用】半導体ウエハの基板あるいは基板上に形成され
た膜の所望の測定箇所の物質の結晶面間隔は、物質が決
まれば温度のみの関数となることに着目し、上記測定箇
所の物質の結晶面間隔をX線回折法を利用して計測し、
この結晶面間隔に基づいて上記測定物質の温度を計測す
ることが可能になる。
【0016】例えばRTP装置のチャンバ内にウエハを
配置し、このウエハ上の所望の測定箇所にX線を入射さ
せ、上記測定箇所(X線回折位置)の物質の結晶面のX
線回折角度に依存する特定の結晶面回折波ピーク位置に
合わせるようにX線検出器を配置する。そして、この検
出器の位置に基づいてX線の回折角を求め、前記測定物
質の特定結晶面間隔を算出し、これを温度に換算するこ
とにより、ウエハ温度を計測することが可能になる。
【0017】この結晶面間隔は、温度のみの関数となる
ので、ウエハ履歴による影響をうけず再現性ある温度制
御が可能となる。また、測定箇所の物質(測定物質)の
熱膨張係数を入力しておくことにより、基板の温度のみ
ではなく、基板上に形成されている各種膜の温度計測が
可能になる。
【0018】また、ウエハの温度変化に同期して移動す
るピーク位置に合わせて検出器出力が最大になるよう
に、検出器をX線回折位置から等距離の円周上を移動さ
せる(つまり、検出器の感度を一定に保持しつつ検出器
位置を制御する)ことにより、ウエハの温度変化を計測
することが可能になる。
【0019】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は、本発明の半導体装置の温度計測方
法一実施例で使用される温度計測装置の一例とRTP装
置の一例を示している。
【0020】1はRTP装置のチャンバ(ウエハ収容容
器)、2はチャンバ1内に配置されたウエハである。3
はRTP装置外部に設置されたX線源、4は上記X線源
からのX線が前記ウエハ上の測定希望箇所に所望の入射
角で入射する経路に該当するチャンバ側壁部に設けられ
たX線入射口である。5は上記測定箇所で回折するX線
が通過する経路に該当するチャンバ側壁部(上記入射口
4の対面側)に設けられたX線検出口、6は上記X線検
出口5を通過するX線を受けて検出するようにRTP装
置外部に設置されたX線検出器である。7はRTP装置
の加熱源であるランプ、8はランプ光をウエハ2側に反
射させるための反射板である。
【0021】また、ウエハ2の温度変化に同期して移動
するピーク位置に合わせて検出器出力が最大になるよう
に、検出器6をX線回折位置から等距離の円周上を移動
させる(つまり、検出器位置を制御する)ための制御装
置11を設けている。
【0022】さらに、上記制御装置11により制御され
るX線検出器6の位置情報に基づいて測定物質の特定結
晶面間隔を算出してその温度に換算する演算装置12を
設けている。
【0023】上記したように検出器6をX線回折位置か
ら等距離の円周上を移動させる制御装置11の一例とし
ては、例えば図2に示すように、X線経路を含む平面に
おける前記測定箇所(X線回折位置)を中心軸Oとして
回動自在なアーム21上に前記検出器6を固定するよう
な機構を設ければよい。
【0024】前記X線源3、X線検出器6、制御装置1
1および演算装置12は、温度計測装置を構成してい
る。次に、上記温度計測装置によるウエハの温度計測方
法について説明する。
【0025】本発明の温度計測方法は、半導体ウエハの
基板あるいは基板上に形成された膜の所望の測定箇所の
物質の結晶面間隔は、物質が決まれば温度のみの関数と
なることに着目し、上記測定箇所の物質の結晶面間隔を
X線回折法を利用して計測し、この結晶面間隔に基づい
て上記測定物質の温度を計測するものである。
【0026】即ち、上記したように例えばRTP装置の
チャンバ1内にウエハ2を配置し、このウエハの裏面の
所望の測定箇所にX線を入射させ、上記測定箇所(X線
回折位置)の物質の結晶面のX線回折角度θに依存する
特定の結晶面回折波ピーク位置に合わせるようにX線検
出器6の位置を制御装置11により制御する。
【0027】そして、上記検出器6の位置情報(制御装
置11により判明している)に基づいてX線の回折角θ
を演算装置12により求め、前記測定物質の特定結晶面
間隔を算出し、これを温度に換算することにより、ウエ
ハ温度を計測することが可能になる。
【0028】この結晶面間隔は、温度のみの関数となる
ので、ウエハ履歴による影響をうけず再現性ある温度制
御が可能となる。また、ウエハ2の温度変化に同期して
移動するピーク位置に合わせて検出器出力が最大になる
ように、検出器6をX線回折位置から等距離の円周上を
移動させる(つまり、検出器6の感度を一定に保持しつ
つ検出器位置を制御装置11により制御する)ことによ
り、ウエハ2の温度変化を計測することが可能になる。
【0029】なお、前記ウエハ2上の測定箇所を変更さ
せる際には、温度計測装置を固定したままでチャンバ1
を移動させることによりウエハ2の位置をずらせばよ
い。なお、ウエハ表面側にもその温度計測を行うために
上記したような温度計測装置を設けておき、ウエハ表面
上に形成されている各種膜(測定物質)の熱膨張係数を
演算装置に入力しておき、この熱膨張係数を考慮した演
算処理を行うことにより、各種膜の温度計測が可能にな
る。
【0030】また、本発明は、上記したようなX線回折
法を利用するウエハ温度計測方法を採用した半導体製造
装置を実現することも可能である。即ち、本発明の半導
体製造装置は、加熱処理の対象となる半導体装置を収容
する容器と、上記半導体装置の基板あるいは基板上に形
成された膜の所望の測定箇所の物質の結晶面間隔をX線
回折法を利用して計測し、この結晶面間隔に基づいて上
記測定物質の温度を計測する手段とを具備することを特
徴とする。
【0031】この半導体製造装置の具体例としては、ラ
ンプアニール装置、あるいはランプ加熱を用いる枚葉式
のCVD装置、あるいはランプ加熱を用いる枚葉式のエ
ピタキシャル気相成長装置などが挙げられる。
【0032】
【発明の効果】上述したように本発明の半導体装置の温
度計測方法および温度計測装置ならびに半導体製造装置
によれば、半導体ウエハの履歴に影響されず常に正確に
基板の温度計測が可能になり、従来のような煩雑な温度
校正をする必要がなく、温度計測の再現性を向上させる
ことができる。さらに、ウエハ上に形成されている各種
膜の温度をモニターすることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の温度計測方法の一実施例
で使用される温度計測装置の一例とRTP装置の一例を
示す構成説明図。
【図2】図1中のX線検出器をX線回折位置から等距離
の円周上を移動させる制御装置の一例を示す構成説明
図。
【符号の説明】
1…RTP装置のチャンバ、2…ウエハ、3…X線源、
4…チャンバ側壁部の入射口、5…チャンバ側壁部のX
線検出口、6…X線検出器、7…ランプ、8…反射板、
11…制御装置、12…演算装置、21…アーム。
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/324 Z 8617−4M

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置の基板あるいは基板上に形成
    された膜の所望の測定箇所の物質の結晶面間隔をX線回
    折法を利用して計測し、この結晶面間隔に基づいて上記
    測定物質の温度を計測することを特徴とする半導体装置
    の温度計測方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置の温度計測方
    法において、 前記半導体装置上の所望の測定箇所に所望の入射角でX
    線を入射させ、上記測定箇所の物質の結晶面のX線回折
    角度に依存する特定の結晶面回折波ピーク位置に合わせ
    るようにX線検出器を移動させ、このX線検出器の位置
    に基づいて前記測定物質の特定結晶面間隔を算出してそ
    の温度に換算することを特徴とする半導体装置の温度計
    測方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の半導体装置の温度計測方
    法において、 前記測定物質の温度変化に同期して移動する前記結晶面
    回折波ピーク位置に合わせるようにX線検出器を前記測
    定箇所におけるX線回折位置から等距離の円周上を移動
    させることを特徴とする半導体装置の温度計測方法。
  4. 【請求項4】 半導体装置の基板あるいは基板上に形成
    された膜の所望の測定箇所に所望の入射角でX線を入射
    させるX線源と、 上記測定箇所で回折されたX線を検出するX線検出器
    と、 前記測定箇所の物質の結晶面のX線回折角度に依存する
    特定の結晶面回折波ピーク位置に合わせるように上記X
    線検出器を移動させる制御装置と、 前記X線検出器の位置に基づいて前記測定物質の特定結
    晶面間隔を算出してその温度に換算する演算装置とを具
    備することを特徴とする半導体装置の温度計測装置。
  5. 【請求項5】 加熱処理の対象となる半導体装置を収容
    する容器と、 上記半導体装置の基板あるいは基板上に形成された膜の
    所望の測定箇所の物質の結晶面間隔をX線回折法を利用
    して計測し、この結晶面間隔に基づいて上記測定物質の
    温度を計測する手段とを具備することを特徴とする半導
    体製造装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の半導体製造装置は、 ランプアニール装置、あるいはランプ加熱を用いる枚葉
    式の化学気相成長装置、あるいはランプ加熱を用いる枚
    葉式のエピタキシャル気相成長装置であることを特徴と
    する半導体製造装置。
JP11965093A 1993-05-21 1993-05-21 半導体装置の温度計測方法および温度計測装置ならびに半導体製造装置 Pending JPH06331455A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0772032A2 (en) * 1995-10-24 1997-05-07 Siemens Aktiengesellschaft In-situ temperature measurement using X-ray diffraction

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0772032A2 (en) * 1995-10-24 1997-05-07 Siemens Aktiengesellschaft In-situ temperature measurement using X-ray diffraction
JPH09189622A (ja) * 1995-10-24 1997-07-22 Siemens Ag X線拡散を使用した原位置温度測定装置
EP0772032A3 (en) * 1995-10-24 1998-09-23 Siemens Aktiengesellschaft In-situ temperature measurement using X-ray diffraction

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