JPH10111186A

JPH10111186A - 半導体基板の温度測定装置及びその方法

Info

Publication number: JPH10111186A
Application number: JP8262758A
Authority: JP
Inventors: Miwako Suzuki; 美和子鈴木; Eisuke Nishitani; 英輔西谷; Toshiyuki Arai; 利行荒井; Norihiro Uchida; 憲宏内田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-10-03
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】ノイズ成分を低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させ、低
温度から測定できる放射温度測定方法及びその装置を提
供する。【解決手段】基板からの放射光を検出する検出素子の検
出波長域を限定するためのフィルタと、基板と光源との
間に載置され検知波長領域を吸収または反射するフィル
タとを具備し、検出波長を１.２μｍ以下とし、基板加
工等に用いる光源からの光の波長を検知する波長に含ま
ないようにしてＳ／Ｎ比を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造工程にお
ける半導体基板の温度測定方法及びその装置に係り、特
に基板からの放射エネルギより基板温度を算出する半導
体基板の温度測定装置及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造プロセスではＬＳＩの高集積
化に対応し、品質を決定する重要なパラメータである基
板の温度を管理することが非常に重要となっている。例
えば、基板温度は、成膜プロセスにおいて成膜速度およ
び膜の特性を支配し、また不純物をイオン注入した後の
アニール処理においても、不純物の拡散距離を決定する
重要な因子となる。

【０００３】現在、半導体製造プロセスにおける基板の
温度測定には、熱電対や放射温度計が使用されている。
熱電対を基板に直接接触させて測定する場合、ウエハ汚
染を引き起こす可能性があり、熱電対は基板温度の直接
計測に適さないと考えられている。また、熱電対により
基板を載せるステージ等の温度を計測し間接的に基板温
度を算出する場合、ステージと基板間の熱伝達の悪い状
況ではステージと基板の温度が異なり、正確な基板温度
の計測が非常に困難である。更に電磁障害等の外乱を受
け易く、熱電対を用いて正確に基板温度を測定すること
は困難である。

【０００４】一方、放射温度計は、非接触に直接基板温
度を計測できるという点で優れた計測手段であり、基板
表面から放射される赤外線の強度、及び既知の表面放射
率より基板温度を算出する。しかし半導体基板の放射率
は波長と温度によって大きく変化し、例えば基板材質が
Ｓｉの場合、その放射率は図２に示すようにＳｉの吸収
波長域である１.２μｍ以下では温度に依存しないが、
１.２μｍ以上では基板温度により異なる。従って、温
度検出素子として１.２μｍ以上の波長を検知する素子
を用いた場合、放射率が温度によって変化するため、正
確な温度を算出することが困難である。

【０００５】更に、１.２μｍ以上では光がＳｉ基板を
透過するため、基板表面のパターンや膜質の違いによっ
て検知エネルギ量が異なり、正確な温度表示ができない
という問題点もある。

【０００６】上記問題点を解決するためには、基板の吸
収係数が高い波長域を検知する素子を用い、温度を測定
することが有用である。Ｓｉフォトダイオード放射温度
計は検知波長域が０.５〜１.２μｍであり、Ｓｉ基板の
温度測定波長としては適切である。しかし、通常ＣＶＤ
等で用いられるプロセス温度３００〜５００℃では、そ
の波長域の放射エネルギが極めて少ないため、素子の検
知する量が少なく測定が困難であった。

【０００７】上記に関する従来技術として、特開平4−1
30746 号公報において、基板近傍で放射光を効率良く受
光し検出素子へと伝達させる導光体を設置することによ
り、測定下限の低下を図る方法が開示されている。しか
し、基板をランプ・ヒーター等で加熱する場合、加熱源
からの放射光も素子に検出され、それがノイズとなり測
定時のＳ／Ｎ比が小さくなるという問題がある。

【０００８】Ｓ／Ｎ比を向上させるための従来技術とし
て、１）特開平1−83124号公報，２）特開平4−42025号
公報，３）特開平4−355911 号公報において、加熱源と
なるヒーターと基板の間にフィルタを載置し、温度計の
検出波長をカットすることにより、基板を処理する雰囲
気内に光源より導入される波長が検知する波長を含ま
ず、加熱された基板からの放射光のみを検出することを
可能とする測定方法が示されている。しかし、低温度領
域の測定やＳ／Ｎ比の向上が困難であること、フィルタ
の耐熱性を向上させる必要があること、基板温度や基板
に形成されたパターンの違いにより基板の放射率が異な
り、測定精度が低い等の様々な問題点があり、実際の半
導体製造プロセスに適用するに至っていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】正確な基板温度を測定
するために、基板の吸収波長域（短波長域）の放射エネ
ルギを検出する場合、３００℃から８００℃程度の低温
領域では放射エネルギ量が少ない。温度Ｔにおける黒体
の放射エネルギ密度ρ（λ）は数１に示すプランク（Pl
anck）の輻射式に従い、図３に示すようになる。

【００１０】

【数１】

【００１１】ここでλは放射光波長であり、ｃは光の速
度、ｈはPlanck定数、ｋはボルツマン(Boltzmann）定数
である。

【００１２】放射面の温度が高いほど発光波長分布のピ
ークは短波長側へシフトし、その放射エネルギ密度は大
きくなる。例えば４００℃では、発光波長のピークは
４.５μｍでありその放射輝度は２×１０⁸Ｗ／ｓｒ・ｍ
³ であるが、１.０μｍでの放射輝度は約２×１０⁴Ｗ／
ｓｒ・ｍ³ であり、非常に少ない。

【００１３】基板の放射率が０.６３、基板は完全拡散
面であると仮定し、１.０〜１.１μｍを温度測定波長と
して図４に示した系で温度測定をした場合、温度計内の
素子が検知する基板からの放射量は基板温度４００℃に
おいて５×１０~⁹Ｗとなる。これに対し、例えばランプ
からの放射光で基板を加熱する場合、ランプ放射光が基
板表面で反射し、その反射光も素子が検出することにな
る。基板表面より反射した光の放射量は加熱ランプとし
てハロゲンランプを用いた場合２×１０~⁴Ｗ，メタルハ
ライドランプを用いた場合４×１０~⁵Ｗ程度となる。こ
れらの光はノイズとなり、シグナルはノイズ成分の１／
１０⁵〜１／１０⁴であるため、事実上測定が不可能とな
る。よって、測定に際し充分なノイズ対策が必要であ
る。更に、基板からの放射量をできるだけ取り込むこと
が可能となる集光系を構成することが必要である。

【００１４】一般的に、光源から放射される特定の波長
をカットするためにはフィルタを用いる。しかし、加熱
源と基板との間にフィルタを載置した場合、フィルタに
はランプからの放射光により大きな熱負荷がかかるた
め、フィルタ自体の割れや反射型フィルタにコーティン
グされている表面膜の剥がれ等の問題がある。

【００１５】また、フィルタとして反射型フィルタを使
用した場合には、熱負荷量は若干小さくなるが、光がフ
ィルタに入射する時の角度によってフィルタの透過特性
が異なる。垂直入射以外の入射角度では、薄膜の見掛け
の厚さが１／cosθ倍(θ：入射面と光のなす角）とな
り、入射角度の減少と共に透過分光特性がブルーシフト
する。さらに入射角度が小さくなるにつれ透過率が上昇
し、温度測定波長の光のカット量が減少する。よって反
射型フィルタを用いた場合、ランダムな角度で入射する
光から温度測定波長のみをカットすることは非常に難し
い。

【００１６】一方吸収型フィルタを用いた場合、吸収し
た光がフィルタに対し多大な熱負荷を与える。よって基
板温度測定においてノイズの低減は非常に難しい課題で
ある。

【００１７】本発明の目的は、基板からの微小な放射光
をノイズの影響なしに検知し、低温度から高温度まで幅
広い範囲の高精度な温度測定を可能とする半導体基板の
温度測定方法及びその装置を提供することにある。ま
た、本発明の目的はフィルタへの熱負荷を低減または分
散させること等により長期に亘る連続的な基板の温度測
定を可能とし、量産装置に適用できる基板温度測定方法
・装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成させる
ため、本発明に係る基板温度測定装置の構成として、隔
離された雰囲気内に設置され、光源によって加熱された
半導体基板の温度を、基板からの放射光を効率良く取り
込む導光体と、取り込んだ光を輸送するための光輸送媒
体と、光輸送媒体より出射される光を検出する検出素子
と、素子検出波長域を限定するためのフィルタによって
測定する装置において、検出波長を1.2μｍ以下とする
と共に、その検出波長を吸収または反射するフィルタを
具備したことを特徴とするものである。

【００１９】同様に前記の目的を達成させるため、本発
明に係る基板温度測定方法の構成は、検出波長を１.２
μｍ以下とし、その検出波長を吸収または反射するフ
ィルタを上記基板と上記光源との間に載置することによ
り、光源から雰囲気内に入射される検出波長成分を遮蔽
してＳ／Ｎ比を向上させたことを特徴とするものであ
る。また、基板からの放射量の取り込み効率・輸送効率
を向上させ測定感度を向上させることを特徴とするもの
である。更に、測定感度の向上により素子検出波長域を
狭めることが可能となり、フィルタへの熱負荷を低減さ
せることを特徴とするものである。また、冷却手段によ
りフィルタの冷却を行うこと、あるいはフィルタを数枚
用い、フィルタへの熱負荷を低減させることを特徴とす
るものである。

【００２０】更に前記の目的を達成させるため、本発明
に係る基板温度測定方法の構成は、基板からの放射光を
効率良く取り込む導光体を数本用い、基板面内の温度分
布を測定すること、あるいは基板面から放射される光の
相対強度分布を測定し、上記基板温度測定装置により測
定した絶対測定温度より、基板面内の温度分布を算出す
ることを特徴とするものである。また、本発明に係る基
板温度測定方法及び装置として、温度測定以前に個々の
基板により異なる放射率を測定することにより、各基板
に対して較正を行うことも特徴とするものである。

【００２１】本発明に係る基板温度測定装置の構成によ
れば、隔離された雰囲気内に設置された半導体基板と、
基板を加熱するための光源と、基板と光源との間に載置
され検知波長領域を吸収または反射させるフィルタと、
１.２μｍ以下の放射光を検出する素子と、素子検出波
長を限定するためのフィルタとを備えているので、光源
より雰囲気内に導入される波長が検知する波長を含ま
ず、ノイズ量が低減しＳ／Ｎ比を向上させ、基板の温度
・種類に依存しない高精度な温度測定を可能にする。

【００２２】更に、基板からの放射光を効率良く取り込
む導光体と、取り込んだ光を検出素子まで高効率に輸送
するための光輸送媒体と、光輸送媒体から出射される光
のほとんどを検出することが可能な検出素子及び光学系
を具備しているので、基板からの放射光が少ない低温度
領域においても検知波長領域を狭めることができ、フィ
ルタへの熱負荷を低減させ、長期に亘る基板温度測定を
可能にする。

【００２３】同様にフィルタを冷却手段により冷却し、
フィルタあるいは光遮蔽板への熱負荷を低減させ、長期
に亘る基板温度測定を可能にすることができる。

【００２４】また、導光体を数本用いることにより、あ
るいは本基板温度測定装置と基板面内の放射光の相対強
度分布を同時に測定することにより、基板面内の温度分
布の測定を可能とする。

【００２５】更に本発明に係る基板温度測定方法及び装
置として、基板の温度測定以前に個々の基板の放射率を
測定し、各基板に対して較正を行うことにより、基板の
工程来歴や基板自体の質が異なるため、基板により放射
率に差異がある場合においても、高精度な温度測定を可
能とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例に係る
基板温度測定装置を用いたＣＶＤ装置の断面図である。

【００２７】図１において、１００はＣＶＤリアクタ、
１０１はガスシャワー、１０２は半導体基板、１０３は
光源ユニット、１０４は光源ランプ、１０５は反射鏡、
106は光透過窓、１０７は吸収型フィルタ、１０８は反
射型フィルタ、１０９は水冷用チューブ、１１０は光伝
送ロッド、１１１は干渉フィルタ、１１２はＳｉフォト
ダイオード、１１３はアンプ、１１４は光伝送媒体とな
る光ファイバである。

【００２８】図１に示すように、ＣＶＤリアクタ１００
はその内部に半導体基板１０２を載置し、上部入り口か
ら導入したＣＶＤガスをガスシャワー１０１を介し、こ
の半導体基板１０２に均一かつ局所化して流す構成とな
っている。前記ＣＶＤリアクタの両側面には、圧力をコ
ントロールするための排気口が設けられている。

【００２９】また図１に示すように、光源ユニット１０
３には、同心円上に複数個の光源ランプ１０４が配置さ
れている。光源ランプ１０４は、その発光分布が半導体
基板１０２の光吸収域に属するメタルハライドランプ，
キセノンランプあるいは高圧水銀ランプ等の高圧放電ラ
ンプ、または光量制御が簡易であるハロゲンランプであ
る。半導体基板１０２の温度分布均一性を得るため、ま
た効率良く光を基板に照射させるために、基板１０２に
光を反射させるための反射鏡１０５も配設している。こ
のように構成された光源ランプより照射された光は、リ
アクタ内部の気密性を保持するための石英製あるいはサ
ファイア製の光窓１０６及び特定の波長を吸収する吸収
型フィルタ１０７または反射型フィルタ１０８を介し
て、前記半導体基板１０２を加熱する。また吸収型フィ
ルタは水冷チューブ１０９より導入された水により冷却
される。

【００３０】更に、半導体基板１０２からの放射光を取
り込む石英製の光伝送ロッド１１０は、基板１０２の裏
面近傍に載置され、ロッド１１０に導かれた光はフレキ
シブルな光伝送媒体である光ファイバ１１４により、温
度測定波長域のみ透過する干渉フィルタ１１１を介し検
出素子のＳｉフォトダイオード１１２に入射される。Ｓ
ｉフォトダイオード１１２により検出された光はアンプ
１１３により増幅され、入力した放射率により温度に換
算された値が表示される。

【００３１】半導体基板の温度測定に関する本実施例の
機能を説明する。

【００３２】従来用いられてきた光伝送ロッドと光ファ
イバの組み合わせでは、３００℃から５００℃程度の低
温領域を測定する場合、基板からの放射量が少ないため
測定波長領域を広域化する必要があり、検出素子が感知
できる量を取り込むためには、基板の吸収波長域，放射
光量を考慮し、温度測定波長として少なくとも４００ｎ
ｍの波長領域を検出しなければならなかった。更に光伝
送ロッドへの迷光入射を防ぐため、ロッド側面に金属製
のロッドカバーを設ける等の物理的に迷光をカットする
手段を用いる必要があった。

【００３３】本実施例では口径が１.５mm であり、かつ
装置構成上１回曲げたロッド１１０と、口径１.４mm，
Ｎ.Ａ.０.５３，透過率９９.８％／ｍである光ファイ
バを用い、従来の２０倍以上の光を透過させることがで
きる。これは、第一に、ロッドの曲げ半径ｄは、曲げ部
において全反射条件を保持できるようｄ＞３.６mm と
し、第二に、一般的に用いられる光ファイバに比べ、本
来光ファイバは口径かつＮ.Ａ.が大きく透過率が高いこ
とに起因する。

【００３４】上記の構成によって、基板からの放射量が
少なくても、光伝送途中での損失量を少なくでき、温度
測定波長域を最小の場合で５０ｎｍと狭域化させること
ができる。温度測定波長域を狭域化することにより、光
源より基板が設置された雰囲気内に入射される温度測定
波長成分、すなわちノイズ成分をカットするためのフィ
ルタあるいは光遮蔽板のカット領域も狭域化でき、フィ
ルタあるいは光遮蔽板の熱負荷を減少させることができ
る。

【００３５】本実施例では、温度測定波長域をＳｉの吸
収波長域である１０００ｎｍから１１００ｎｍとした。
図５は検出波長を限定するために検出素子の直前に載置
された温度計用反射型フィルタＡ，Ａ′，Ｂ及び温度計
用吸収型フィルタＣの透過特性を表わしたものである。
また、図６はノイズ成分をカットするための光源と基板
との間に載置された反射型フィルタＤ及び吸収型フィル
タＥの透過特性を表わしたものである。

【００３６】反射型フィルタＡ，Ａ′，Ｂ，Ｄは基材に
ＭｇＦ₂ などの膜が多層蒸着されたものであり、吸収型
フィルタＣ，Ｅは、ほうけい酸ガラス等を基材として、
これにイオンまたはコロイドの状態で発色する着色材を
入れたものである。

【００３７】まず、温度計内部の検出素子側について説
明する。図７にフィルタＡ,Ａ′,Ｂ及びＣを使用した場
合の温度計の内部構成を示す。７００は光ファイバ、７
０１は検出素子、７０２，７０２′は光学レンズ、７０
３はフィルタＡ、７０４はフィルタＡ′、７０５はフィ
ルタＢである。反射型フィルタＡを用いた場合、前記に
示したように透過特性の入射角依存性があるため、同図
（ａ）の様に、入射光がフィルタに対して垂直入射とな
るようレンズ７０２により光を平行光とし、レンズ７０
２′により再び集光する構成とした。また同図（ｂ）の
様に、フィルタ７０４の表面形状を球面とする光学系
（フィルタＡ′）を形成しても良い。一方フィルタ７０
５（Ｃ）を使用した場合、このフィルタは吸収型フィル
タであるため、透過特性の入射角依存性がなく、同図
（ｃ）の様に特別な光学系を組む必要がない。

【００３８】上記温度計の構成により、検出素子は１０
００ｎｍから１１００ｎｍの波長域のみを検出すること
ができる。

【００３９】次に、光源と基板との間に載置されたノイ
ズ成分をカットするためのフィルタについて説明する。
反射型フィルタＤは前述したように透過特性の入射角依
存性があり、図８に示すように、その特性の変化が著し
い。光源であるランプ数本から放射した光は、反射鏡に
より反射し、フィルタにはあらゆる角度から入射され
る。よって温度検出波長である１０００ｎｍから１１０
０ｎｍの光のみをカットし、この領域の透過率を１０~⁵
から１０~⁴程度にするためには、１）反射型フィルタと透過特性の入射角依存性のない吸
収型フィルタを組み合わせて使用する、２）吸収型フィルタのみを用いてカットする、３）反射型フィルタを用いる場合、透過特性がブルーシ
フトする分を予め考慮し、１０００ｎｍから１３００ｎ
ｍ付近までカット領域を広域化する、４）反射鏡を放物面とし光源からの光をフィルタに垂直
入射させる、等が必要である。

【００４０】ここで、前記図１の実施例は上記１）の場
合を示している。吸収型フィルタはフィルタ自身が光を
吸収するため、吸収型フィルタのみを用いた場合には、
吸収光によるフィルタへの熱負荷が大きくなることが予
想される。そこで、予め反射型フィルタで一部分をカッ
トし、反射型フィルタでカットできなかった光を吸収型
フィルタでカットする構成とした。よって、吸収型フィ
ルタへの熱負荷を軽減させかつ光源より入射される１０
００ｎｍから１１００ｎｍの光を１／１０⁴ 以下にカッ
トすることができる。

【００４１】上記２）の吸収型フィルタのみを用いた場
合、フィルタに大きな熱負荷がかかるため、水冷または
空冷により冷却をする必要があるが、フィルタ数を減少
させることができるという利点がある。

【００４２】上記１），２）に示した方法及び装置によ
り、放射温度計の表示温度とウエハに張り付けた熱電対
の表示温度との比較を行った。但し、基板の放射率を0.
63とし放射量より基板温度を算出した。図９に比較結果
を示す。温度は３００℃から測定可能であり、誤差はそ
れぞれσ＝４％，６％であった。

【００４３】上記３）の場合、反射型フィルタＤではカ
ット範囲が広がるため基板に蒸着される多層膜の層数が
多くなり、各層の熱膨張係数が異なることによる膜剥が
れが生じやすい。よってフィルタＤの特性を１枚のフィ
ルタのみでなく２枚のフィルタにより生じさせた。これ
によりフィルタ１表面あたりの多層膜の層数を減少させ
ることができ、膜剥がれは発生しなかった。更にこれら
２枚のフィルタの間に圧縮空気を流して空冷することに
より、図１に示した装置を用いてＷ−ＣＶＤ処理（反応
温度：４５０℃）を２０００枚に亘り連続処理を行った
場合でも膜剥がれが発生せず、温度は４００℃から測定
可能であった。

【００４４】上記４）の場合、光源と一体となっている
反射鏡の形状を放物面とするかまたはレンズ等を用いる
ことにより、光はフィルタに対して垂直入射するため、
反射型フィルタＤを用いることができる。カット領域が
狭いためフィルタの特性を２枚に分散させる必要はない
が、膜剥がれ防止のため、フィルタの下部に反射防止膜
付きの石英板を載置し、これら２枚のフィルタ，石英板
の間を空冷した。この場合もＷ−ＣＶＤ処理を２０００
枚に亘り連続処理を行ったが、膜剥がれは発生しなかっ
た。前記と同様に温度計表示と熱伝達の温度表示との比
較した結果を図９に示す。温度は４００℃より測定可能
であり、誤差はσ＝７％であった。但し、放物面鏡を使
用する場合、光源からの光がウエハに均一に照射されな
いため、膜厚均一性を得ることが難しい。フィルタ透過
後に分散板等を用いて光を分散させ、見掛け上の点光源
を複数作成し、ウエハに均一に照射させることも可能で
ある。

【００４５】上記により、基板への汚染源となり得るロ
ッドにロッドカバー等を設けることなく３００℃という
低温度からの放射温度測定を可能とした。

【００４６】また、上記温度測定波長を用いたことによ
り、ウエハの種類によらず３００℃から５００℃の範囲
において±５℃の誤差範囲内での温度計測が可能であっ
た。

【００４７】更に基板内の温度分布を測定する場合に
は、上記ロッドを数本使用することにより、同時に数箇
所の温度を測定することができる。また、本基板温度測
定装置より少なくとも基板内一点の絶対温度を把握する
と同時に、本基板温度測定装置と基板面内の放射光の相
対強度分布を測定することにより、基板面内の温度分布
の測定ができ、面内の加熱制御を可能とし、基板内の膜
厚分布及び膜質均一性を向上することができる。

【００４８】以上、実施例では、本発明の半導体基板の
温度測定方法及びその装置を半導体製造プロセスの中の
ＣＶＤプロセスに適用した例を説明したが、これに限定
されるものではなく、ランプアニールプロセス，熱酸化
プロセス，プラズマＣＶＤプロセス等の工程における基
板温度測定装置として適用することができ、顕著な効果
を奏する。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、第一に、半導体製造プ
ロセスにおける基板加熱中の基板放射温度測定におい
て、ノイズ成分を低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させ、低温度
より測定することができる半導体基板の温度測定方法及
びその装置を提供することができる。

【００５０】第二に、カットフィルタへの熱負荷量を低
減し、長期に亘る測定を可能とすることにより、本発明
の半導体基板温度測定方法及びその装置を量産装置に適
用することができる。

【００５１】第三に、本発明の半導体基板温度測定方法
及びその装置を用いることにより、再現性の良い基板処
理が可能となる。

【００５２】第四に、本発明の半導体基板温度測定方法
及びその装置を用いることにより、基板内の膜厚及び膜
質均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の半導体基板温度測定装置の
全体構成図。

【図２】Ｓｉ分光放射率の温度依存性を示す特性図。

【図３】Planckの黒体放射の式に基づいて算出される各
温度における放射エネルギ密度の波長依存特性図。

【図４】従来の温度測定装置の構成図。

【図５】検出素子の直前に載置する温度計用フィルタの
透過特性図。

【図６】光源と基板との間に載置するフィルタの透過特
性図。

【図７】温度計内部の光検出部の構成図。

【図８】反射型フィルタにおける透過特性の入射角依存
性を表わす特性図。

【図９】本温度測定装置を用いた時のウエハ温度の計測
値と熱電対表値の比較を示す線図。

【符号の説明】

１００…ＣＶＤリアクタ、１０１…ガスシャワー、１０
２…半導体基板、103…光源ユニット、１０４…光源ラ
ンプ、１０５…反射鏡、１０６…光透過窓、１０７…吸
収型フィルタ、１０８…反射型フィルタ、１０９…水冷
用チューブ、１１０…光伝送ロッド、１１１…干渉フィ
ルタ、１１２…Ｓｉフォトダイオード、１１３…アン
プ、１１４…光ファイバ、４００…石英製光透過窓、７
００…光ファイバ、７０１…検出素子、７０２…レン
ズ、７０２′…レンズ、７０３…反射型フィルタ、７０
４…球面状反射型フィルタ、７０５…吸収型フィルタ。

フロントページの続き (72)発明者内田憲宏東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】隔離された雰囲気内に設置され、光源によ
って加熱された半導体基板の温度を、上記基板からの放
射光を効率良く取り込む導光体と、取り込んだ光を輸送
するための光輸送媒体と、光輸送媒体より出射される光
を検出する検出素子と、素子検出波長域を限定するため
のフィルタによって測定する装置において、検出波長を
１.２μｍ以下とすると共に、その検出波長を吸収また
は反射するフィルタを上記基板と上記光源との間に載置
することにより、光源から雰囲気内に入射される検出波
長成分を遮蔽してＳ／Ｎ比を向上させることを特徴とす
る半導体基板の温度測定装置。
【請求項２】請求項１記載の半導体基板の温度測定装置
において、前記基板と光源との間に載置するフィルタと
して、吸収型フィルタと反射型フィルタの双方を有する
ことを特徴とする半導体基板の温度測定装置。
【請求項３】請求項１記載の半導体基板の温度測定装置
において、前記基板と光源との間に載置するフィルタへ
の熱負荷を分散させるため、フィルタを２枚以上用いる
ことを特徴とする半導体基板の温度測定装置。
【請求項４】請求項１記載の半導体基板の温度測定装置
において、前記基板と光源との間に載置するフィルタに
は、光源からの光が斜め入射したことにより生じる波長
シフト分に応じてカット波長域を広域化させた反射型フ
ィルタを用いたことを特徴とする半導体基板の温度測定
装置。
【請求項５】請求項１記載の半導体基板の温度測定装置
において、前記基板と光源との間に載置するフィルタを
水冷あるいは空冷する冷却機構を有し、フィルタへの熱
負荷を低減させることを特徴とする半導体基板の温度測
定装置。
【請求項６】請求項１記載の半導体基板の温度測定装置
において、光輸送媒体のＮ.Ａ.を０.５以上，透過率を
９５％／ｍ，径を０.５mm以上とし、光の輸送効率を向
上させることにより、検出素子の検出量を増大させ、測
定感度を向上させることを特徴とする半導体基板の温度
測定装置。
【請求項７】請求項１記載の半導体基板の温度測定装置
において、光輸送媒体のＮ.Ａ.より算出される開口角を
２θ，光輸送媒体と検出素子との距離をｒとすると、検
出素子の径ｄをｄ＞２ｒtanθ とすることにより、上記
光輸送媒体からの出射光全てを検出素子に受光させ、測
定感度を向上させたことを特徴とする半導体基板の温度
測定装置。
【請求項８】請求項１及び６または７記載の半導体基板
の温度測定装置において、測定感度を向上させたことに
より、温度測定波長幅域を２００ｎｍ以下とし、即ちフ
ィルタのカット幅を短くし、フィルタへの熱負荷を低減
させたことを特徴とする半導体基板の温度測定装置。
【請求項９】請求項１記載の半導体基板の温度測定装置
において、前記素子検出波長域を限定するための反射型
フィルタに対して、光輸送媒体より出射される光を垂直
に入射させ、上記フィルタへの斜め入射による波長シフ
トを回避したことを特徴とする半導体基板の温度測定装
置。
【請求項１０】隔離された雰囲気内に設置され、光源に
よって加熱された半導体基板の温度を、基板からの放射
光を効率良く取り込む導光体と、取り込んだ光を輸送す
るための光輸送媒体と、光輸送媒体より出射される光を
検出する検出素子と、素子検出波長域を限定するための
フィルタとを用いて測定する温度測定方法において、検
出波長を１.２μｍ以下とすると共に、その検出波長を
吸収または反射するフィルタを上記基板と上記光源との
間に載置することにより、光源から雰囲気内に導入され
る検出波長成分を遮蔽してＳ／Ｎ比を向上させることを
特徴とする半導体基板の温度測定方法。
【請求項１１】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、前記基板と光源との間に載置するフィル
タとして、吸収型フィルタと反射型フィルタを組み合わ
せることにより、光源からの光がフィルタに入射する時
の入射角に依らず、Ｓ／Ｎ比を向上させることを特徴と
する半導体基板の温度測定方法。
【請求項１２】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、前記基板と光源との間に載置するフィル
タを２枚以上用い、フィルタへの熱負荷を分散させるこ
とにより、長期に亘る基板の温度測定を可能とすること
を特徴とする半導体基板の温度測定方法。
【請求項１３】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、前記基板と光源との間に載置するフィル
タには、光源からの光が斜め入射したことにより生じる
波長シフト分に応じてカット波長域を広域化させた反射
型フィルタを用い、Ｓ／Ｎ比を向上させることを特徴と
する半導体基板の温度測定方法。
【請求項１４】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、前記基板と光源との間に載置するフィル
タを水冷あるいは空冷する冷却機構を有し、フィルタへ
の熱負荷を低減させ、長期に亘る基板の温度測定を可能
とすることを特徴とする半導体基板の温度測定方法。
【請求項１５】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、光輸送媒体のＮ.Ａ.を０.５以上，透過
率を９５％／ｍ，径を０.５mm以上とし、光の輸送効率
を向上させることにより、検出素子の検出量を増大さ
せ、測定感度を向上させたことを特徴とする半導体基板
の温度測定方法。
【請求項１６】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、光輸送媒体のＮ.Ａ.より算出される開口
角を２θ，光輸送媒体と検出素子との距離をｒとする
と、検出素子の径ｄをｄ＞２ｒtanθ とすることによ
り、上記光輸送媒体からの出射光全てを検出素子に受光
させ、測定感度を向上させたことを特徴とする半導体基
板の温度測定方法。
【請求項１７】請求項１０及び１５または１６記載の半
導体基板の温度測定方法において、測定感度を向上させ
たことにより、温度測定波長幅域を２００ｎｍ以下と
し、即ちフィルタのカット幅を短くし、フィルタへの熱
負荷を低減させ、長期に亘る温度測定を可能とすること
を特徴とする半導体基板の温度測定方法。
【請求項１８】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、前記素子検出波長域を限定するための反
射型フィルタに対して、光輸送媒体より出射される光を
垂直に入射させ、上記フィルタへの斜め入射による波長
シフトを回避し、Ｓ／Ｎ比を向上させることを特徴とす
る半導体基板の温度測定方法。
【請求項１９】請求項１に記載の半導体基板の温度測定
箇所を２箇所で行い、基板面内の温度分布を測定するこ
とを特徴とする半導体基板の温度測定方法。
【請求項２０】請求項１に記載の半導体基板の温度測定
装置より測定した絶対温度と、基板面から放射される光
の相対強度分布測定値より、基板面内の温度分布を測定
することを特徴とする半導体基板の温度測定方法。
【請求項２１】請求項１０記載の半導体基板の温度測定
方法において、個々の基板の放射率を測定し、その測定
値と検出光量より各基板の温度を算出し、温度測定精度
を向上させることを特徴とする半導体基板の温度測定方
法。