JPH0469531A - 放射温度計による温度測定方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、放射温度計による温度測定方法に関する。

（従来の技術） 近年、半導体の進歩は著しいものがあり、これに伴って
半導体を製造する加工プロセスも、複雑かつ精密な制御
が要求されている。特に、加工プロセスを実行している
際のウェハ温度は、加工プロセスの結果に重要な影響を
与える。例えば、ＣＶＤ装置では、半導体ウェハの表面
温度が成膜条件と密接な関係にあり、ウェハ温度を正確
に測定し、これに基づいて温度の正確な制御を行なうこ
とが、緻密な制御を行なうことで不可欠となっている。

このようなウェハ温度の測定について、従来より熱雷対
を用いたものと、放射温度計を用いたものとが知られて
いる。放射温度計を用いた測定方法では、熱電対のよう
に被測定体であるウェハに直接接触させずに温度測定を
行える点と応答が速い点で優れている。

放射温度計の原理は、全ての物体がその温度において赤
外線を放射しており、この放射された赤外線を測定する
ことで被測定体の温度を知るものである。このような放
射温度計の最大の問題点としては、被測定体の放射面の
状態により、放射率か変化するということである。例え
ば半導体ウェハを例に挙げれば、ウェハ裏面の荒さ状態
により、あるいは裏面に形成されている膜厚により、同
一温度の場合でも放射率が変化してしまうということで
ある。従って、放射温度計の出力だけでは正確な温度測
定を行うことが出来ず、被測定体の放射面での状態に応
じて、すなわち放射率に応じて放射温度計の出力を補正
することが必要である。

従来は、例えばリアルタイムで放射率を補正する方法に
、反射率を用いるものがあった。被測定体の放射率が不
明であるとき、放射率εは、ε−１−ρ（ρは反射率） で求められる。

（発明が解決しようとする課題） 上述した従来の方法では、反射強度を正しく求めるのが
困難である。この検出センサには、被測定体以外からの
放射光が入射してしまい、正しく温度計測ができないと
いう問題があった。　本発明では、被測定体の正確な温
度制御を行ない得る測定精度で被測定体の温度測定を可
能とするために、測定誤差の原因となる被測定体の裏面
の情報、すなわち放射面の荒さあるいは放射面への膜付
きの程度などを峻別せず、しかも放射率に応じた補正の
ために特別な構成を要せず、最終的に被測定体を十分な
精度にて温度制御することが可能となる放射温度計によ
る温度測定方法を提供するものである。

「発明の構成Ｊ （課題を解決するための手段） 本発明は、被測定体からの放射に基づき温度を測定する
放射温度計と、上記被測定体の温度またはその周囲温度
を測定する温度測定素子とを用い、放射面の状態が異な
る複数種の参照物体について、予め温度換算データを収
集してテーブル化しておき、 被測定体の温度測定を行なう前に、上記放射温度計のあ
る出力値時の上記被処理体の温度またはその周囲温度を
温度測定素子で検出し、このデータに基づき上記テーブ
ルより該被測定体固有の温度換算データを読み出し、 被測定体の温度測定時には、上記放射温度計の出力と上
記温度換算データとから温度を補正することを特徴とす
る。

（作用） 被測定体の放射率は、放射面の荒さあるいは放射面にお
ける膜付きの程度など、種々の条件により相違しており
、個々の被測定体に関してこれらの放射面の情報を得る
ことは極めて困難である。

本発明は、予め放射面の状態の異なる複数種の参照物体
について、放射温度計及び温度測定素子を用いて温度測
定を行ない、各参照物体ついての温度換算データを収集
してテーブル化し記憶しておく。次に、個々の被測定体
の温度測定を行なう前に、この被測定体がいずれの裏面
放射率に対応しているかを選択している。すなわち、個
々の被測定体について、放射温度計の出力を固定したと
き、その時の被測定体の温度またはその周囲温度を温度
測定素子により測定している。この温度は、必ずしも正
確な被測定体の温度ではないが、被測定体の放射面の状
態に依存する温度として得られる。

予めテーブル化された参照物体についての温度、ｌｒ算
データとして、放射温度計出力及びこの時の被測定体の
温度データを有しており、この結果、被測定体より得た
２つのデータに基づき、テーブル上のある１種の放射率
と対応する被測定体であることが特定できる。そして、
個々の被測定体の温度測定を行なう際には、放射温度計
の出力を、温度換算データを用いて演算することで、こ
の被測定体の放射面の状態がいずれの場合にも、被測定
体の正しい温度に換算できる。

（実施例） 以下、本発明を適用した放射温度計による温度測定方法
の一実施例について、図面を参照して具体的に説明する
。

第１図において、半導体ウエノ１１−Ｏは、例えば３本
の支持用ピン１２によって３点支持されている。そして
、このウェハ１０の表面上方に複数の加熱ランプ１４を
設け、この加熱ランプ１４によリウエハ１０を加熱処理
するように構成している。

ウェハ１０の下方には、放射温度計２０が設けられてい
る。この放射温度計２０の出力は、アナログ／デジタル
（Ａ／Ｄ）変換器２２を介して、温度演算回路２４に入
力されるようになっている。

この温度演算回路２４は前記放射温度計２０の出力を入
力し、これを補正データに基づき補正演算し、この温度
情報を前記加熱ランプ１４を駆動するためのランプ駆動
回路２８に出力し、ウェハ１０の温度を所定温度にコン
トロールするものである。

前記温度演算回路２４ての補正演算を行なうために、熱
電対３０及びテーブルメモリ３２を設けている。熱電対
３０は、ウェハ１０の放射面（裏面）の状態により、ウ
ェハ１０の加熱された温度を測定するためのもので、ウ
ェハ１０の熱伝導を測定する如く設けられている。本実
施例ではウェハ１０より離れた箇所に熱電対３０を設け
、その周囲温度を測定するように構成しているが、ウェ
ハ１０に直接接触させても良い。テーブルメモリ３２は
、放射面の状態の異なる複数種の参照物体について、前
記放射温度計２０及び熱電対３０を用いて収集された温
度換算データを記憶したものである。

テーブルメモリ３２に記憶される情報について、第２図
を参照して説明する。

例えば、５枚のダミーウェハを用意し、この５枚のダミ
ーウェハはそれぞれ裏面の荒さ状態、あるいは裏面への
膜付き状態が相違している。この５枚のダミーウェハを
、Ｎ００１〜Ｎｏ、５と称する。ＮＯ，１のダミーウェ
ハを前記支持用ピン１２上に配置し、加熱ランプ１４に
て例えば徐々に温度を上げながら、そのときの放射温度
計２０のｌ力及び熱電対３０の出力を収集する。この結
果、第２図に示すように、放射温度計２０の出力を横軸
にとり、熱電対３０の出力であるウニｌ＼温度を縦軸に
取ることで、例えばリニアに変化するＮＯ１］のダミー
ウェハに関する温度情報を得ることができる。同様に、
ＮＯ，２〜Ｎ０．５のダミーウェハについて、第２図の
ような情報を収集してクラ７を得る。第２図から明らか
なように、Ｔ−５Ｘｔ＋Ｆ ここて、Ｔ；ウェハ温度 Ｓ；傾き ｔ：放射温度計出力 Ｆ；オフセット値 この様に、ＮＯ，１〜Ｎｏ、５のダミーウェハに関して
温度情報を得ることで、各裏面の状態の相違したダミー
ウェハに関する、温度式の傾きＳと、オフセット値Ｆを
得ることができる。

そして、放射温度計２０の出力を例えば第２図中のＡに
固定したときの、熱電対３０の５種類の値Ｔ１〜Ｔ５及
び５種類の傾きＳ、オフセットＦの値に基づき、放射温
度計２０の出力をＡ値に固定したときの熱電対出力Ｔの
関数として、傾き−Ｓ　　（Ｔ） オフセット−Ｆ　（Ｔ） の関係か例えば最小自乗法により近似して求められ、前
記テーブルメモリ３２には、この各関数が記憶されるこ
とになる。

次に、上記の構成の温度測定装置の作用について説明す
る。被測定体であるウェハ１ｏを支持用ピン１２上に載
置し、このウェハ１０を処理する前に、次のような動作
を行なう。すなわち、加熱ランプ１４によってウェハｌ
Ｏを加熱することで、その放射温度射２０が第２図に示
す出力Ａを得る値にて加熱状態を維持する。例えば、ウ
ェハ１゜を３５０℃で３５秒間加熱処理する。そして、
この加熱処理を行なった後に、熱電対３ｏの出力をモニ
タする。

この熱電対３０の温度は、ウェハ１ｏの裏面状態により
、ウェハ１０の温度を反映するものである。従って、第
２図において、測定された熱電対３０の温度を縦軸上に
プロットし、このウェハ温度と前記放射温度計２０の出
力である固定値Ａとの交点を得る。換言すれば、この交
点よリウェハ裏面に固有な傾きＳ及びオフセット値Ｆを
知ることができる。すなわち、テーブルメモリ３２に記
憶されている傾きＳ及びオフセットＦに関する関数に、
前記熱電対２０で検出された温度を人力することで、ウ
ェハ裏面に固有な傾きＳ及びオフセット値Ｆを知ること
ができる。

この様な作業により、測定体であるウェハ１ｏの裏面状
態による放射率を特定することができる。

上記実施例によれば、熱電対３０はウェハ１゜の温度測
定時には、必要となるものでなく、ダミーウェハに関す
る温度換算データの収集及び被測定体であるウェハ１０
が設置された際に、その裏面状態を特定するためだけに
用いられる。従って、この熱電対３０は、その後被測定
体であるウェハ１０をある処理条件下において処理する
際には必ずしも要しない。従って、従来の熱電対による
直接接触方式による温度測定を行なう必要なく、少なく
とも熱電対による直接接触方式での温度精度と同一の精
度にて、非接触型の放射温度計２０を用いた精度の良い
温度測定を行うことが可能となる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく
、本発明の要旨の範囲内で、種々の変形実施か可能であ
る。例えば、参照物体についての温度換算データの測定
、及び、被測定体と近似した参照物体と特定するために
用いられる温度測定素子としては、上述した熱電対３０
に限定されるものではない。また、熱電対３０を上記の
機能として用いる場合には、被測定体に直接接触させて
その被測定体の温度測定を行なうようにしても良い。こ
の様な場合にも、被測定体の処理時にあっては、この熱
電対を処理中に亘って被接触体と直接接触させる必要が
ないので、従来の熱電対のみによる温度測定方法と比較
すれば、熱電対３０の持つ熱容量に起因した測定誤差を
低減することが可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、被測定体の処理
時にあっては、放射温度計により、被接触で温度測定を
可能とし、しかも、被測定体の放射面の状態にかかわら
ず、この被測定体の温度を比較的正確に測定できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法を実施するための温度測定装置の
実施例を示す概略説明図、 第２図は、第１図中テーブルメモリに記憶されるための
特性図である。 １０・・・被測定体 ２０・・・放射温度計 ２４・・・温度演算回路 ３０・・・温度測定素子（熱電対） ３２・・・テーブルメモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定体からの放射に基づき温度を測定する放射
   温度計と、上記被測定体の温度またはその周囲温度を測
   定する温度測定素子とを用い、放射面の状態が異なる複
   数種の参照物体について、予め温度換算データを収集し
   てテーブル化しておき、被測定体の温度測定を行なう前
   に、上記放射温度計のある出力値時の上記被処理体の温
   度またはその周囲温度を温度測定素子で検出し、このデ
   ータに基づき上記テーブルより該被測定体固有の温度換
   算データを読み出し、 被測定体の温度測定時には、上記放射温度計の出力と上
   記温度換算データとから温度を補正することを特徴とす
   る放射温度計を用いた温度測定方法。