(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、
半導体ウエハの裏面の一部にグラファイト膜を形成し、該グラファイト膜の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法。
【請求項２】
ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、
半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着したＳｉＣ片を形成し、該ＳｉＣ片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法。
【請求項３】
ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、
半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着した赤外線放射率が１〜０．９のＳｉウエハ片を形成し、該Ｓｉウエハ片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体集積装置の製造工程でのランプアニール炉による熱処理における赤外線放射率の測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような分野の技術としては、例えば、以下に示すようなものがあった。
【０００３】
図３はかかる従来の赤外線放射率を測定するための測定治具の平面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５はそのような測定治具を用いて赤外線放射率を測定する方法の概念図であり、以下に従来の赤外線放射率の測定方法を示す。
【０００４】
図３に示すように、赤外線放射率（エミッシビティーε）測定治具１００は、グラファイト（黒鉛）製であり、測定するウエハのガイド１０１と中心部の測定窓１０２と測定すべき半導体ウエハ（以下、単にウエハという）を固定し、かつ測定治具１００からの熱の伝導を促進するための真空チャック溝１０３及び外部へ真空を導く穴１０４で構成した測温テーブル１０５と、これを測温するための熱電対を収納する測温孔１０７、熱電対からの引き出し線１０６を有する支持台１０８で構成されている。
【０００５】
図４に示すように、真空チャック溝１０３は外部へ真空を導く穴１０４に接続されており、外部の真空ポンプにより測温テーブル１０５に測温ウエハ１０９を固定できる構造となっている。
【０００６】
図５に示すように、石英製のチャンバー１１０の上下には、反射鏡１１１とハロゲンランプ１１２で構成した加熱部と、ガス導入口１１３及びガス排出口１１４があり、チャンバーの蓋体１１５には測定治具１００が支持されており、真空を導く穴（図示なし）に接続された真空パイプ１１６により真空を引いている。また、測定治具１００にはウエハ１０９の裏面が全面現れるように真空で支持されており、中央部には赤外線放射温度計（以後、ボロメータという）１１８が配置されている。
【０００７】
ボロメータ１１８は赤外線光学系１１９と赤外線センサ１２０及び温度表示計１２１で構成されており、ウエハ１０９の実温である測温テーブル１０５の温度は、熱電対１０６と温度表示計１１７に表示される。ボロメータ１１８の温度表示である放射温度１２３は熱電対温度１２２より通常低く、これが赤外線放射率εを表している。
【０００８】
Ｓｉウエハの場合、赤外線放射率εは０．７２であり、反射率＝１−ε→２８％の赤外線がＳｉウエハ表面で内部反射しているため、放射温度１２３が熱電対温度より低く表示されるわけである。
【０００９】
一般に、ボロメータ１１８には赤外線放射率εの補正機能があり、この補正機能に０．７２を設定し、実温である熱電対温度と放射温度を等しくしており、これを赤外線放射率測定といっている。
【００１０】
しかし、この赤外線放射率εは固定された定数ではなく、例えば、Ｓｉウエハ表面に成膜すると、赤外線放射率εは膜厚に周期的に変化することが知られており、熱処理ウエハは必要に応じて赤外線放射率εを測定している。
【００１１】
図６はＳｉウエハ表面へのシリコン酸化膜（ＳｉＯ2 膜）と多結晶シリコン膜を形成した場合の赤外線放射率εであり、シリコン酸化膜が厚い場合、赤外線放射率εはほぼ１〜０．２まで変化している。そこで測温テーブル１０５には赤外線放射率εがほぼ１であるグラファイトが使用されている。つまり、その他の材質であると赤外線放射率εは１より小さい値を取り、測定窓１０２部分の測温ウエハ１０９が測温テーブル１０５より高温化する可能性があるため、汎用性を保つため、グラファイトが使用されている。
【００１２】
また、測定窓１０２はボロメータ１１８の測定波長が３〜１０μｍであり、この波長ではＳｉウエハが光学的に透明なため測温テーブル１０５の赤外線に妨害されることを防止するために設けられたものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の測定治具の構造または測定方法では、
（１）真空チャックによる固定であり、真空中では測温できない。
【００１４】
（２）極度に低い赤外線放射率εのウエハの場合、ウエハの裏面が雰囲気ガスにより冷却され、赤外線放射率εがより低く測定される。
【００１５】
（３）熱処理は６００℃〜１２００℃と高温であり、測温テーブルと支持台を別の材質にすることは熱膨張が異なることにより困難であり、熱負荷の大きいグラファイト一体物となり、昇温降温に時間が必要である。
【００１６】
（４）測定治具は蓋に支持されており、蓋の気密を保つのが困難であることから、一般にＮＨ3 など毒ガス雰囲気での赤外線放射率εの測定ができない。
【００１７】
など生産技術的改善では解決できない問題があり、技術的に満足できるものは得られなかった。
【００１８】
本発明は、上記問題を除去し、短時間で、いかなる雰囲気でもパーティクル発生なしで、赤外線放射率εの測定が可能な優れた半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、半導体ウエハの裏面の一部にグラファイト膜を形成し、このグラファイト膜の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする。
【００２０】
〔２〕ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着したＳｉＣ片を形成し、このＳｉＣ片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする。
【００２１】
〔３〕ランプによる加熱にて熱処理を行う半導体集積回路装置の製造装置における半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法において、半導体ウエハの裏面の一部にグラファイトペーストで接着した赤外線放射率が１〜０．９のＳｉウエハ片を形成し、このＳｉウエハ片の表面の温度と、前記半導体ウエハの裏面の温度とを赤外線放射温度計で測定することによって、前記半導体ウエハの赤外線放射率を求めることを特徴とする。
【００２２】
【作用】
本発明によれば、
〔１〕上記〔１〕記載の半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法によれば、
（１）半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率εが既知でほぼ１のグラファイト膜を被覆しただけであるので、真空中での測温が可能である。
（２）極度に低い赤外線放射率εのウエハの場合でも、ほぼ全面が被覆されておらず、雰囲気ガスによる冷却効果は全面で発生し、測温誤差を無視できるレベルにすることができる。
（３）測定治具は事実上なく、支持台は別に製作することができ、熱負荷を極めて小さくすることができるので、昇温降温レートは通常の熱処理での値（高レート１００℃／秒）で実施可能である。
（４）測定治具が事実上必要でなく、しかも小型軽量の治具が製作可能であるためＮＨ3 ガス雰囲気で測温できる。
（５）半導体ウエハの測温において、熱電対を外部から挿入する必要がなく、測温作業が単純である。
【００２３】
〔２〕上記〔２〕記載の半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法によれば、半導体ウエハの裏面の一部にＳｉＣ片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【００２４】
〔３〕上記〔３〕記載の半導体ウエハの赤外線放射率の測定方法によれば、半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率が１〜０．９であるＳｉウエハ片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は本発明の第１実施例を示す測定治具の構成図であり、図１（ａ）はその測温治具の上面図、図１（ｂ）はその測定治具の一部破断側面図である。図２はその測定治具を用いた赤外線放射率の測定方法の概念図である。なお、従来例と同一部分については、同じ符号を付与している。
【００２７】
図１に示すように、測定治具１０は、測温窓１３が開口している測定治具本体１１と、開口１４を有している治具蓋１２とで構成されており、開口寸法は、測温エリアの倍程度で１０〜２０ｍｍφである。材質はグラファイトであり、治具蓋１２の板厚は１〜２ｍｍである。
【００２８】
測定治具本体１１の内部は、半導体ウエハ（測温ウエハ）１０９が収納できる大きさで、底板には実温測定のための熱電対収納用の測温孔１５が設けられている。治具蓋１２と測定治具本体１１は嵌め合い構造とし、互いにずれない構造にしている。
【００２９】
図２に示すように、石英製のチャンバー１１０の上下には、反射鏡１１１とハロゲンランプ１１２で構成した加熱部と、ガス導入口１１３及びガス排出口１１４が設けられ、チャンバーの蓋体１１５には測定治具１０が支持される支持台１７が固定されている。
【００３０】
また、測温ウエハ１０９の裏面が測定治具本体１１の底板に接するように収納されている。
【００３１】
更に、中央部には赤外線放射温度計（ボロメータ）１１８が配置されている。ボロメータ１１８は赤外線光学系１１９と赤外線センサ１２０及び温度表示計１２１で構成されており、測温ウエハ１０９の実際の温度である測定治具１０の温度は、測温孔１５に収納される熱電対（図示なし）からの引き出し線１０６に接続される温度表示計１１７によって表示される。ボロメータ１１８の温度表示計１２１に表示される放射温度１２３は、前記した温度表示計１１７による温度１２２より、通常低くなり、赤外線放射率εが測定できる。
【００３２】
次に、本発明の第２実施例として、図７に示すように、グラファイト製の測定治具本体１１と治具蓋１２の表面に、ＣＶＤ法により、ＳｉＣ膜１６を０．１〜１μｍ被覆させるようにしている。
【００３３】
次いで、本発明の第３実施例として、図８に示すように、多結晶シリコン製の測定治具本体２１の表面に４５００ÅのＳｉＯ2 膜（以下、単に、シリコン酸化膜）２３を生成し、その後、２００〜３００Åまたは４８００Åの多結晶シリコン膜２４をＣＶＤ法にて生成させ、被覆するようにしている。同様に、多結晶シリコン製の治具蓋２２の表面に４５００Åのシリコン酸化膜２３を生成し、その後、２００〜３００Åまたは４８００Åの多結晶シリコン膜２４をＣＶＤ法にて生成させ、被覆するようにしている。
【００３４】
次に、本発明の第４実施例として、図９に示すように、石英製の測定治具本体３１の表面に、０．５μｍ以上の多結晶シリコン膜３３をＣＶＤ法にて生成し、その後、表面に４５００Åのシリコン酸化膜及び２００〜３００Åまたは４８００Åの多結晶シリコン膜からなる被膜３４をＣＶＤ法にて生成させ、被覆する。同様に、石英製の治具蓋３２の表面に、０．５μｍ以上の多結晶シリコン膜３３をＣＶＤ法にて生成し、その表面に４５００Åのシリコン酸化膜及び２００〜３００Åまたは４８００Åの多結晶シリコン膜からなる被膜３４をＣＶＤ法にて生成させ、被覆するようにしている。
【００３５】
次に、本発明の第５実施例として、図１０を用いて説明する。
【００３６】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【００３７】
測温ウエハ１０９の裏面の一部に、グラファイトペースト「商品名  ヒタゾルＡＢ  Ｍ  日立粉末冶金（株）製」５１を被覆させ、チャンバーの蓋体４１に固定された支持台４２に、少なくとも３箇所に形成された石英の突起４３を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー１１０に挿入する。
【００３８】
図１０に示すように、ボロメータ５２は測温ウエハ１０９の裏面を走査できる構造とし、グラファイトペースト５１の表面と測温ウエハ１０９の裏面の測温を行い、温度表示計１２１に表示する。
【００３９】
次に、本発明の第６実施例として、図１１を用いて説明する。
【００４０】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【００４１】
図１１に示すように、測温ウエハ１０９の裏面の一部に、グラファイトペースト「商品名  ヒタゾルＡＢ  Ｍ  日立粉末冶金（株）製」５１を被覆させ、チャンバーの蓋体４１に固定された支持台４２に石英の突起４３を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー１１０に挿入する。
【００４２】
そこで、ボロメータ６１には２個の赤外線センサ６２，６３を配置し、赤外線センサ６２はグラファイトペースト５１の測温を行い、赤外線センサ６３は測温ウエハ１０９の裏面の測温を行い、温度表示計６４はグラファイトペースト５１の、また、温度表示計６５は測温ウエハ１０９の温度をそれぞれ表示する。
【００４３】
次に、本発明の第７実施例として、図１２を用いて説明する。
【００４４】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【００４５】
図１２に示すように、測温ウエハ１０９の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名  ヒタゾルＡＢ  Ｍ  日立粉末冶金（株）製」５３を被覆させ、さらにその上に板厚１００〜６００μｍのＳｉＣ片５４を接着させ（Ａ部拡大図参照）、チャンバーの蓋体４１に固定された支持台４２に石英の突起４３を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー１１０に挿入する。
【００４６】
そこで、ボロメータ５２は測温ウエハ１０９の裏面を走査できる構造とし、グラファイトペースト５３で接着したＳｉＣ片５４の表面と測温ウエハ１０９の裏面の測温を行う。
【００４７】
次に、本発明の第８実施例として、図１３を用いて説明する。
【００４８】
なお、従来例と同一の部分については、同じ番号を付して、その説明は省略する。
【００４９】
図１３に示すように、測温ウエハ１０９の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名  ヒタゾルＡＢ  Ｍ  日立粉末冶金（株）」５３を被覆させ、板厚１００〜６００μｍのＳｉＣ片５４を接着させ（Ｂ部拡大図参照）、チャンバーの蓋体４１に固定された支持台４２に石英の突起４３を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー１１０に挿入する。
【００５０】
そこで、ボロメータ６１は２個の赤外線センサ６２，６３を配置し、赤外線センサ６２はグラファイトペースト５３で接着したＳｉＣ片５４の測温を行い、赤外線センサ６３は測温ウエハ１０９の裏面の測温を行い、温度表示計６４はＳｉＣ片５４の温度を表示し、温度表示計６５は測温ウエハ１０９の温度をそれぞれ表示する。
【００５１】
次に、本発明の第９実施例として、図１４を用いて説明する。
【００５２】
図１４に示すように、測温ウエハ１０９の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名  ヒタゾルＡＢ  Ｍ  日立粉末冶金（株）」５５を被着し、そこに赤外線放射率εが１〜０．９であるＳｉウエハ片５６を接着させる（Ｃ部拡大図参照）。その測温ウエハ１０９を、チャンバーの蓋体４１に固定された支持台４２に石英の突起４３を介して点接触状態で載置して石英製のチャンバー１１０に挿入する。ここで、Ｓｉウエハ片５６はシリコン酸化膜を４５００Å、多結晶シリコン膜を２００〜３００Åまたは４８００ÅＣＶＤ法にて生成したものである。
【００５３】
そこで、ボロメータ５２は測温ウエハ１０９の裏面を走査できる構造とし、グラファイトペースト５５で接着したＳｉウエハ片５６の表面と測温ウエハ１０９の裏面の測温を行い、温度表示計１２１に表示する。
【００５４】
次に、本発明の第１０実施例として、図１５を用いて説明する。
【００５５】
図１５に示すように、測温ウエハ１０９の裏面の一部にグラファイトペースト「商品名  ヒタゾルＡＢ  Ｍ  日立粉末冶金（株）」５５を被着し、そこに赤外線放射率が１〜０．９であるＳｉウエハ片５６を接着させる（Ｄ部拡大図参照）。その測温ウエハ１０９をチャンバーの蓋体４１に固定された支持台４２に石英の突起４３を介して点接触状態で載置して、石英製のチャンバー１１０に挿入する。ここで、Ｓｉウエハ片５６はシリコン酸化膜を４５００Å、多結晶シリコン膜を２００〜３００Åまたは４８００ÅＣＶＤ法にて生成したものである。
【００５６】
そこで、ボロメータ６１には２個の赤外線センサ６２，６３を配置し、赤外線センサ６２はグラファイトペースト５５で接着したＳｉウエハ片５６の測温を行い、赤外線センサ６３は測温ウエハ１０９の裏面の測温を行い、温度表示計６４はＳｉウエハ片５６の温度を表示し、温度表示計６５は測温ウエハ１０９の温度をそれぞれ表示する。
【００５７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００５８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５９】
（１）請求項１記載の発明によれば、
（１）半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率εが既知でほぼ１のグラファイトを被覆しただけであるので、真空中での測温が可能である。
（２）極度に低い赤外線放射率εのウエハの場合でも、ほぼ全面が被覆されておらず、雰囲気ガスによる冷却効果は全面で発生し、測温誤差を無視できるレベルにすることができる。
（３）測定治具は事実上なく、支持台は別に製作することができ、熱負荷を極めて小さくすることができるので、昇温降温レートは通常の熱処理での値（高レート１００℃／秒）で実施可能である。
（４）測定治具が事実上必要でなく、しかも小型軽量の治具が製作可能であるためＮＨ3 ガス雰囲気で測温できる。
（５）半導体ウエハの測温において、熱電対を外部から挿入する必要がなく、測温作業が単純である。
【００６０】
（２）請求項２記載の発明によれば、半導体ウエハの裏面の一部にＳｉＣ片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【００６１】
（３）請求項３記載の発明によれば、半導体ウエハの裏面の一部に赤外線放射率が１〜０．９であるＳｉウエハ片をグラファイトペーストで接着したので、パーティクルの発生を皆無にでき、酸化雰囲気中でも測温が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示す測定治具の構成図である。
【図２】  本発明の第１実施例を示す測定治具を用いた赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図３】  従来の赤外線放射率を測定するための測定治具の平面図である。
【図４】  図３のＡ−Ａ線の断面図である。
【図５】  従来の測定治具を用いて赤外線放射率を測定する方法の概念図である。
【図６】  測温ウエハ上にシリコン酸化膜と多結晶シリコン膜を形成した場合の、多結晶シリコン膜の膜厚と赤外線放射率との関係を示す図である。
【図７】  本発明の第２実施例を示す測定治具の構成図である。
【図８】  本発明の第３実施例を示す測定治具の構成図である。
【図９】  本発明の第４実施例を示す測定治具の構成図である。
【図１０】  本発明の第５実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図１１】  本発明の第６実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図１２】  本発明の第７実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図１３】  本発明の第８実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図１４】  本発明の第９実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【図１５】  本発明の第１０実施例を示す赤外線放射率の測定方法の概念図である。
【符号の説明】
１０    測定治具
１１    測定治具本体
１２    治具蓋
１３    測温窓
１４    開口
１５    測温孔
１６    ＳｉＣ膜
１７，４２    支持台
２１    多結晶シリコン製の測定治具本体
２２    多結晶シリコン製の治具蓋
２３    シリコン酸化膜
２４，３３    多結晶シリコン膜
３１    石英製の測定治具本体
３２    石英製の治具蓋
３４    被膜（シリコン酸化膜及び多結晶シリコン膜）
４１，１１５    チャンバーの蓋体
４３    石英の突起
５１，５３，５５    グラファイトペースト
５２，６１，１１８    赤外線放射温度計（ボロメータ）
５４    ＳｉＣ片
５６    Ｓｉウエハ片（シリコン酸化膜及び多結晶シリコン膜）
６２，６３    赤外線センサ
６４，６５，１１７，１２１    温度表示計
１０９    半導体ウエハ（測温ウエハ）
１１０    石英製のチャンバー
１１１    反射鏡
１１２    ハロゲンランプ
１１３    ガス導入口
１１４    ガス排出口
１１９    赤外線光学系
１２０    赤外線センサ
１２２    熱電対温度
１２３    放射温度
【図１】
0003977244.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003977244.tif 000011
【図１１】
0003977244.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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