JPH09126889A - 半導体基板の温度測定方法および装置 - Google Patents

半導体基板の温度測定方法および装置

Info

Publication number
JPH09126889A
JPH09126889A JP31008495A JP31008495A JPH09126889A JP H09126889 A JPH09126889 A JP H09126889A JP 31008495 A JP31008495 A JP 31008495A JP 31008495 A JP31008495 A JP 31008495A JP H09126889 A JPH09126889 A JP H09126889A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
semiconductor substrate
light
substrate
photodetector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31008495A
Other languages
English (en)
Inventor
Masanao Sasaki
正直 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokai Carbon Co Ltd
Original Assignee
Tokai Carbon Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokai Carbon Co Ltd filed Critical Tokai Carbon Co Ltd
Priority to JP31008495A priority Critical patent/JPH09126889A/ja
Publication of JPH09126889A publication Critical patent/JPH09126889A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 非接触状態で220℃未満の低温度域を精度
よく計測できる半導体基板の測定方法と小型で簡易構造
の測定装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板のエネルギーバンドギャップ
に近似するエネルギーを含む光を半導体基板に照射し、
その透過光を半導体基板の基礎吸収スルクトル端と同様
の分光感度特性を有する光検出器で検出し、検出出力を
温度に変換する半導体基板の温度測定方法。測定対象と
なる半導体基板4に該半導体基板のエネルギーギャップ
に近似するエネルギーを含む光を照射するための光源部
1と、半導体基板4を透過した光を検知するための半導
体基板の基礎吸収スペクトル端と同様の分光感度特性を
有する光検出器2と、検知された検出出力を温度に変換
する演算器3とからなる半導体基板の温度測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の温
度、とくに非接触状態で220℃未満の半導体ウエハ温
度を精度よく計測するために有効な半導体基板の温度測
定方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスを製造する段階には、半
導体基板を低温から高温域に加熱する各種の処理工程が
あるが、これら処理操作においては温度管理が製品性能
に大きな影響を与えるため半導体基板の精確な温度変化
を測定する必要がある。このため、従来から半導体基板
の裏面に熱電対を接触させて測温する方法や放射温度計
を用いて測温する方法によって、加熱処理中の基板温度
が測定されている。
【0003】このうち、後者の放射温度計を用いる方法
は、半導体基板と非接触の状態で測温できる利点がある
ため熱電対法に比べて実用性に優れており、とくに半導
体基板が高温に加熱されている場合の温度測定に有効で
ある。ところが、250℃以下の低温域を測定するとき
には、通常使用される1.5μm より長い波長域におい
て代表的な半導体基板であるシリコンは光線を透過する
ため、シリコン基板の裏側から透過する光線の影響を受
けて測温精度が低下する問題がある。したがって、例え
ば加熱処理された半導体基板を所定の温度段階まで冷却
する際の低温度域を管理する等の制御操作に適用するこ
とがきない。
【0004】比較的低温域の半導体基板温度を測定する
手段として、特開平2−14543号公報には、GaA
s層からなる半導体ウエハにそのバンドギャップエネル
ギーよりも大きな光エネルギーをもつスペクトル成分を
有する光源から光を照射し、光源の放射光および半導体
ウエハの透過光をバンドエッジ付近の狭い波長帯域で検
出して透過率を求め、予め検知されている透過率の温度
特性から前記半導体ウエハー温度を計測する装置および
方法が開示されている。しかし、このシステムにおいて
は透過光の検出波長帯域を選択するためのバンドパスフ
ィルタを設置することが必須の要件となるため、装置構
造が複雑化する問題がある。
【0005】また、特開平6−213728号公報に
は、900〜0°Kまでの半導体ウエハの温度を遠隔監
視するのに有効な手段として、半導体ウエハの周知の波
長光を照射し、その反射光あるいは透過光を検出して反
射率あるいは透過率を求め、光学的吸収端のスペクトル
位置の偏位を測定し、予め検知してある偏位と温度の関
係から半導体ウエハの温度を測定する方法および装置が
提案されている。しかしながら、このシルテムでは光学
的吸収端のスペクトル位置を求めるために検出光を分光
するための回折格子が必要となるため、装置が高価、複
雑となる欠点がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】半導体基板のエネルギ
ーバンドギャップは、温度上昇に伴って減少することが
知られている。このエネルギーバンドギャップは半導体
基板の透過、吸収スペクトルと密接な関係を持ち、エネ
ルギーバンドギャップよりエネルギーの高い(波長の短
い)光は吸収され、エネルギーの低い(波長の長い)光
は透過する。すなわち透過あるいは吸収スペクトル端の
波長を観察するとエネルギーギャップの変化を検知する
ことができる。本発明者は、この点に着目して鋭意研究
を重ねた結果、半導体基板の透過光をその半導体基板の
基礎吸収スペクトル端と同様の分光感度特性端を持つ光
検出器で検出することによって半導体基板の透過スペク
トル端の変化を測定すると、検出素子の波長帯域を選択
するためのフィルタや検出光スペクトルを測定する分光
装置を必要とせずに低温域の半導体基板を精度よく測温
し得ることを確認した。
【0007】本発明は上記の知見に基づいて開発された
もので、その解決課題となる目的は、非接触状態で22
0℃未満の温度を精度よく計測するために有効な半導体
基板の温度測定方法と小型で簡易構造の温度測定装置を
提供するところにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的と達成するた
めの本発明による半導体基板の温度測定方法は、半導体
基板のエネルギーバンドギャップが温度に依存して変化
する特性を利用して半導体基板の温度を測定する方法に
おいて、半導体基板のエネルギーバンドギャップに近似
するエネルギーを含む光を前記半導体基板に照射し、そ
の透過光を前記半導体基板の基礎吸収スペクトル端と同
様の分光感度特性端を有する光検出器で検出し、該検出
出力を温度に変換することを構成上の特徴とする。
【0009】また、本発明に係る半導体基板の測定装置
は、測定対象の半導体基板に該半導体基板のエネルギー
バンドギャップに近似するエネルギーを含む光を照射す
るための光源部と、半導体基板を透過した光を検知する
ための前記半導体基板の基礎吸収スペクトル端と同様の
分光感度特性端を有する光検出器と、前記光検出器によ
り検知された検出出力を温度に変換する演算器とからな
ることを構造上の特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の態様】以下、本発明に係る測温の方法と
装置につき図面に基づいて詳しく説明する。図1は本発
明による半導体基板の温度測定装置を示した説明図で、
1は光源、2は光検出器、3は検出出力を温度に変換す
る演算器、そして4は測定対象となる半導体基板であ
る。光源1は測定対象となる半導体基板4にそのエネル
ギーバンドギャップに近似するエネルギーを含む光を照
射する部位で、例えばハロゲンランプ等の一般的な電球
を使用することができる。電球には一定電力を与えて常
に安定した強度の光を半導体基板4に照射する必要があ
るが、実用上はフィラメントの劣化による光強度の変化
が生じることを考慮して、別に光源の発光強度をモニタ
ーする光検出器を設け、この出力によりランプ電力制御
を行うことが好ましい。また、光源1の発光強度のモニ
ター出力から光源の発光強度を制御するのでなく、検出
出力に補正を加えるようにすると、半導体基板をランプ
加熱するような装置の場合、ランプ自身を光源および加
熱源として兼用することもできる。
【0011】光検出器2は半導体基板4を透過した光を
検知するための計器で、半導体基板4の基礎吸収スペク
トル端と同様の分光感度特性端を有する構成に設計され
る。ここに半導体基板の基礎吸収スペクトル端とは、半
導体基板のエネルギーバンドギャップEg [eV] と同等
のエネルギーを有する波長λ [μm]を指し、λ=hc/
Eg(但し、λは波長、hはプランク定数、cは光速で
ある)の関係にある。それと同様の分光感度特性端と
は、検知器(センサ)における長波長側の感度限界波長
が前記の半導体基板の基礎吸収スペクトル端と同程度で
あることを意味する。実用上は、半導体基板4を透過し
た光を受光する前面に集光レンズ5を設置し、測定対象
となる半導体基板4と同材質の光検出用基板6を介して
透過光を検出素子7で受ける構造とすることが好まし
く、このように設計することでランプ放射光のうち実際
に使用する成分のモニターが可能となる。
【0012】演算器3は、光検出器2からの検出出力を
温度に変換する装置で、予め半導体基板温度と検出出力
の関係を測定して記憶させておき、実測時には得られた
検出出力から温度を逆算して表示・出力させる装置であ
る。具体的な構成例としては、光検出器2の出力をアン
プ増幅したのちA/D変換してCPUに取り込み、ここ
で予めROM等に記憶させておいた半導体基板温度と検
出出力の関係から温度を求めて表示器に表示するか、も
しくはA/D変換したアナログ信号を出力する機構に設
計する。この際、温度補償用の回路を組み込んで補償演
算させることが好ましい設計態様となる。
【0013】図2は、ノンドープSiウエハを半導体基
板とした際の透過特性と、Siフォトダイオードを光検
出器とした場合の分光感度特性の関係を模式的に示した
グラフである。両スペクトル特性のうち、Si検出器の
分光感度特性を一定にするとスペクトル波長の特性端の
状態は変化しないが、これに対しSiウエハの透過特性
はエネルギーバンドギャップに応じて基礎吸収スペクト
ル端の透過波長に変動が生じ、温度上昇に伴ってエネル
ギーバンドギャップが減少するため透過特性の立ち上が
り波長部分が図2の点線で示したように長波長側へシフ
トする。したがって、図1に示した構成で光源1からの
透過光を検出する場合には、半導体基板4の透過特性と
光検出器2の分光感度特性が重なる部分(図2の斜線区
画部)の面積に応じた出力が検知されるが、半導体基板
4の温度が上昇すると図2の傾斜区画部の面積も相対的
に減少し、出力も減少するから、予め検出出力の温度特
性を測定しておき、演算器3にインプットしておけば、
半導体基板4の220℃未満の低温度を精確に測定する
ことができる。
【0014】
【実施例】図3に示した温度測定装置において、光源1
として加熱源としても機能する黒体炉を用い、測定対象
となる半導体基板4として比抵抗1〜5ΩcmのN型Si
ウエハを用いた。黒体炉を1000℃の一定に保持し、
Siウエハの設置位置を黒体炉との距離を変えることに
よりウエハ温度を変動させた。このようにして、Siウ
エハの75〜151℃の温度範囲における透過光を光検
出器2で検知した。同時に、Siウエハ面と光検出器の
間をK熱電対8で接続し、温度を測定した。得られた検
出器出力とSiウエハ温度の関係図を、図4に示した。
図4から明らかなように、検出器出力(V)はウエハ温
度が高まるに従って直線的に逓減しており、半導体Si
ウエハの低温域を高精度で測定することが可能となるこ
とが認められる。
【0015】
【発明の効果】以上のとおり、本発明に係る半導体基板
の測定方法に従えば、半導体基板の温度変化に応じて透
過スペクトル端の波長がシフトする特性を利用し、エネ
ルギーバンドギャップの変動に対応した検出出力を温度
に変換することにより、非接触状態で常に精度よく22
0℃未満の低温度域を測定することができる。また、本
発明の装置によれば、検出波長帯域を制限するフィルタ
やスペクトル測定用の分光器が不要となるから、小型で
簡易構造の装置として設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体基板の温度測定装置を示し
た説明図である。
【図2】Siウエハを半導体基板とした際の透過特性
と、Siフォトダイオードを光検出器とした場合の分光
感度特性の関係を模式的に示したグラフである。
【図3】実施例で用いた半導体基板の温度測定装置を示
した説明図である。
【図4】実施例で得られた検出器出力とSiウエハ温度
の関係図である。
【符号の説明】 1 光源 2 光検出器 3 演算器 4 半導体基板 5 集光レンズ 6 光検出用基板 7 検出素子 8 K熱電対

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板のエネルギーバンドギャップ
    が温度に依存して変化する特性を利用して半導体基板の
    温度を測定する方法において、半導体基板のエネルギー
    バンドギャップに近似するエネルギーを含む光を前記半
    導体基板に照射し、その透過光を前記半導体基板の基礎
    吸収スペクトル端と同様の分光感度特性端を有する光検
    出器で検出し、該検出出力を温度に変換することを特徴
    とする半導体基板の温度測定方法。
  2. 【請求項2】 測定対象の半導体基板に該半導体基板の
    エネルギーバンドギャップに近似するエネルギーを含む
    光を照射するための光源部と、半導体基板を透過した光
    を検知するための前記半導体基板の基礎吸収スペクトル
    端と同様の分光感度特性端を有する光検出器と、前記光
    検出器により検知された検出出力を温度に変換する演算
    器とからなることを特徴とする半導体基板の温度測定装
    置。
JP31008495A 1995-11-02 1995-11-02 半導体基板の温度測定方法および装置 Pending JPH09126889A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31008495A JPH09126889A (ja) 1995-11-02 1995-11-02 半導体基板の温度測定方法および装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31008495A JPH09126889A (ja) 1995-11-02 1995-11-02 半導体基板の温度測定方法および装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09126889A true JPH09126889A (ja) 1997-05-16

Family

ID=18000998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31008495A Pending JPH09126889A (ja) 1995-11-02 1995-11-02 半導体基板の温度測定方法および装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09126889A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011122886A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 温度測定装置および温度測定方法
CN106840410A (zh) * 2017-01-23 2017-06-13 京东方科技集团股份有限公司 一种温度传感器及其温度检测方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011122886A (ja) * 2009-12-09 2011-06-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 温度測定装置および温度測定方法
CN106840410A (zh) * 2017-01-23 2017-06-13 京东方科技集团股份有限公司 一种温度传感器及其温度检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5326173A (en) Apparatus and method for remote temperature measurement
KR960013995B1 (ko) 반도체 웨이퍼 기판의 표면온도 측정 방법 및 열처리 장치
US5029117A (en) Method and apparatus for active pyrometry
US5154512A (en) Non-contact techniques for measuring temperature or radiation-heated objects
CA1158887A (en) Surface temperature measuring apparatus for object within furnace
US5310260A (en) Non-contact optical techniques for measuring surface conditions
US5597237A (en) Apparatus for measuring the emissivity of a semiconductor wafer
EP0539984B1 (en) Method and apparatus for precise temperature measurement
WO1992019944A1 (en) Non-contact optical techniques for measuring surface conditions
US6682216B1 (en) Single-fiber multi-color pyrometry
JPH02221823A (ja) 光度計
JPH09126889A (ja) 半導体基板の温度測定方法および装置
US2844032A (en) Radiant energy measurement system
US20220268635A1 (en) Method and device for monitoring radiation
JP2000002597A (ja) シリコンワ―クピ―スを処理する装置
JPS61175534A (ja) 放射率測定装置
KR100985341B1 (ko) 반도체 레이저를 이용한 강재의 온도 측정장치
Farries Spontaneous Raman temperature sensor
JPS63198837A (ja) 半導体基板の温度測定方法および装置
JPH10104084A (ja) 多色温度計
CN108267240B (zh) 一种激光辅助辐射温度测量装置及测量方法
JP2642767B2 (ja) 白色干渉光の利用による赤外線検出器の分光応答度測定方法
JPS6138806B2 (ja)
Guilino et al. Ratio Pyrometer for Use in Q‐Machines
CN111238661A (zh) 一种基于荧光余辉的非接触式测温方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040330

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20040401

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040513

A02 Decision of refusal

Effective date: 20041027

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02