JPH03216526A - 光の透過率による半導体物質の温度の測定法 - 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】 本発明は全体的には半導体物質の内部温度を精密に測定
する方法に関し、より特定的には、種々の形の迅速な熱
処理を受けつつある半導体ウェハの内部温度を、非侵入
的な光学技術を用いて精密に測定する方法と装置に関す
る。

半導体製造の分野は、固相電子装置技術の連続した進歩
にとって絶対に欠くことのできない、重要で複雑さを増
している技術である。一般的な半導体物質はシリコン、
ゲルマニウム、ガリウムヒ素を含み、それらの中で最も
頻繁に半導体デバイスに用いられているのはシリコンで
ある。半導体の種類の広がりと、個々の半導体物質に伴
ういろいろな電気的性質が、回路設計者に、各種の電気
的性質をもつデバイスを設計する大きな柔軟性を帽１，
τいＡ−７トンつのパッケージに各種の半導体物質を用
いる半導体デバイスを創り出す必要性は、半導体製造に
含まれる主要な課題の一つになってきた。

今日、幾何学的により小さな半導体デバイスへと向かう
傾向は、シリコンを短時間に高温で処理する興味を創り
出している。これらの技術の例は、イオン注入層の迅速
熱焼鈍（ＰＴＡ）や迅速熱処理（ＲＴＰ）を含む。これ
らの技術は、シリコンに熱エネルギーを結合するのに輻
射熱を用いることを含む。これらの技術を進歩させるた
めに、ウェハの温度を時間の経過とともに非常に正確に
測定し、制御することが必要である。今日の最も実用的
なＲＴＰシステムは、ウェハに接触する熱電対か、半導
体処理温度を監視するために熱電対に対して補正された
パイ口メータを用いている。

半導体処理中の試料温度を測定する最も直接的な方法は
、熱電対による方法である。この方法は、ウェハが同じ
温度の周囲で取り囲まれているときは、熱電対が半導体
ウェハ試料と同じ温度なので、良好に働く．第２のよく
知られた技術は光学的又は赤外線による温度測定である
。この技術はある波長領域でウェハから照射された光エ
ネルギーを観察する。このエネルギーは温度に固有であ
る。この方法では、与えられた放射波長についてのウェ
ハの発散率を知ることが必要で、また試料とパイ口メー
タの間のすべての窓が、用いられる波長にとって透明な
ことも必要である。

迅速熱処理では、ウェハを取り囲む周囲は多くの異なる
温度であり、そこで、もしも熱電対をウェハの温度を測
定するのに用いるのであれば、熱電対とウェハとの間は
良好な熱的接触でなければならない。熱電対の使用にこ
だわるなら、問題は熱電対をウェハに結合する方法であ
る。熱的接触が乏しく、応答時間が遅いということは、
遷移状態や場合によっては安定した状態のウェハの温度
の精密な測定を制約しかねない。通常は、熱電対を挿入
するためにウェハに孔をあけて、それがら熱電対をセラ
ミックセメントで孔に封入する。この方法は周囲に不純
物を導入して、温度センサとウェハに作り込まれたデバ
イスに悪影響を及ぼしかねない。そのうえ、セメント孔
を用いては望ましい熱的接触は容易には得られず、熱電
対の安全さは危うくなることがある。

Ｈｏｙｔらの米国特許第４，７８７，５５１号は、ＲＴ
Ｐにおいて温度を監視するためにシリコンウェハに熱電
対を溶接して、それによって前述の問題を避ける方法を
開示している。しかし、この開示された方法は熱電対を
ＴＩＧ溶接及び／又は電子ビーム溶接を用いて溶接する
ことを必要とし、それは多段階のプロセスであって、成
功のうちに完成するには時間と熟練を要する。そのうえ
、熱電対を溶接する各ウェハを駄目にする危険がある。

光学的パイ口メータは比較的長時間にわたる技術的及び
科学的応用に用いられ、その操作と用途は上記の分野で
はよく知られている。光学的パイ口メータは、物体に物
理的に接触することなしに物体の温度を測定するのに大
きな便宜を提供する。しかし、この温度測定法もまた、
それを用いるにあたって一種の確定的な不利益を有し、
実際的でなくしている．光学的温度測定は、いかなる輻
射能を用いるかによって異なる結果を与え、そしてＲＴ
Ｐ又はＲＴＡの装置の用いられる熱源ランプからの照射
を測るのを避けるために極度の注意を払わねばならない
６６００〜７　０　０　’Ｃの低い温度では、３Ｐを越
える長波長の照射を測定し、この長波長は放散された照
射を測定するのに用いる窓によってはなはだしく弱めら
れるので、光学的温度測定はより困難になる。Ｇｉ　ｂ
ｂｏｎｓの米国特許第４．５４４，４１８号の例のよう
に、エビタキシャル成長への応用のために反応性ガス種
を収容するのに石英壁の室を用いるときに、石英が３Ｐ
を越える波長にはかなり不透明なので、このことは深刻
な問題を与える。それに加えて、他の物との間に存在す
る酸化物（ｆ　ｉ　ｅ　１　ｄｏｘｉｄｅ）やポリシリ
コン層は、薄膜干渉効果のためにウェハの輻射効果と透
過率に影響を与える。これらの結果は光学的パイ口メー
タの測定値に５０℃までは簡単に影響を与える。

本発明は４００〜８００℃の範囲の高温で半導体物質の
温度を非侵入的に測定する方法を提供する。このことは
、半導体の迅速熱処理又は焼鈍を含む工程には、とくに
有用である。方法は、あらかじめ定められた波長をもつ
電磁波エネルギーの単色光ビームを発生し：半導体表面
にビームの焦点を作り：ビームが物質を透過後にビーム
の強さを測定して電気信号を発生し、その信号は透過ビ
ームの強さを代表し：半導体の温度を電気信号と半導体
物質の厚さの関数として計算する各段階を含む。

光学的透過を監視することによるこの温度測定方法は、
シリコンウェハの絶対的な温度を正確かつ迅速に測定す
る非侵入的な光学的技術を提供する。この方法は４００
〜ｓ　ｏ　ｏ　’ｃの温度範囲において、１℃の桁の精
度で定型的に温度を監視することを提供する。

この方法はウェハ以外の何ものの温度にも依存しないの
で、ウェハが常に熱源ランプからの照射で加熱されてい
る迅速熱処理（ＲＴＰ）又は迅速熱焼鈍（ＲＴＡ）シス
テムのような、周囲が熱的に平衡でないときにとくに良
く適している。この方法はまた、ＲＴＰシステムがしば
しばシリコンウェハを石英容量に封入することを必要と
するためにＲＴＶシステムにとくに良く適している。本
発明に有用なことが見出された波長に石英が透明なので
、石英容器の壁の外側から光学的に監視することが、今
や可能になった。それに加えて、本発明は二酸化ケイ素
やポリシリコンのようにシリコンの表面に通常形成され
るパターン被膜を補償する方法を提供する。

本発明は高度の精密度が絶対に必要な広範囲の応用をも
つ。本発明によって提供される方法は、休みなく温度を
監視することと、フィードバックによる温度調節閉回路
とによるＲＴＰ又はＲＴＡの運転を可能にする。この方
法はまた他のいかなる環境にも適用できるが、腐食性ガ
スのため、又は半導体を取り囲む温度が一様でないため
に、熱電対が使えない用途に最も有用であろう。本発明
は、ガリウムヒ素、ゲルマニウム、インジウムリンなど
のようなほとんどすべての半導体に適用できる。それぞ
れの半導体が異なる吸収性を有するので、本発明の実行
に用いられる波長は、半導体が異なれば違ってくる。

本発明はまた、４００〜８００℃の範囲において、１℃
の桁の精度で高温を測定する高精密温度測定デバイスを
包含する。この温度測定デバイスは単色光電磁波エネル
ギーのビームと光子検出手段の間に位置するシリコンウ
ェハを用いる。光子検出手段は透過したビームの強さを
測定する。表示手段はシリコンウェハの温度を、ウェハ
の厚さと透過したビームの強さの関数として指示する． 一般理論 光学的な透過監視によるシリコンウェハの温度を測定す
る方法は、シリコンウェハを通るある波長の光の透過率
を観測することに基づく。シリコンウェハは可視光には
不透明であるが、ある種の赤外線の波長では透明である
。選択された波長の光子がシリコンウェハに向けられた
とき、禁止帯域の幅のエネルギーＥｇよりも小さいエネ
ルギーをもつ光子がほとんど透過するのに対して、Ｅｇ
よりも大きいエネルギーをもつ光子はほとんど吸収され
る。光子のエネルギーは半導体の空の帯域に位置する電
子を励起して、これらの励起された電子は半導体の導電
帯域の空の状態に゛ジャンプ゜するので、Ｅｇよりもエ
ネルギーの大きい光子はほとんど半導体によって吸収さ
れる．Ｅｇよりもエネルギーの小さい光子は、その含有
するエネルギーが電子を励起できないので、ほとんど半
導体を通過ないし透過する。しかしシリコンでは、音子
もまたしばしばこの吸収プロセスを要するので、Ｅｇの
前後の光子のエネルギーの変化による吸収の変化は、非
常にシャープというほどではない。音子は格子の振動で
ある。一般に、Ｅｇに対して光子のエネルギーが大きい
ほど、吸収も大きい。これは照射エネルギーが吸収され
るという、２つの物理的機構の１つであり、第２の機構
は自由担体による吸収である。あらゆる半導体物質には
、ある数の自由担体が存在し、これらの自由担体はひと
つの帯域から他への゜゛ジャンプ゜゛なしにエネルギー
を吸収できる。半導体の温度が上昇するにつれて、自由
担体の数は増加し、このようにして高温での吸収が増加
する。

シリコンはほとんどの他の半導体と同様に、温度に直接
依存するＥｇを有する。シリコンウェハの温度が上昇す
るにつれて、禁止帯域の幅のエネルギーは減少し、自由
担体の数は増加する。そしてシリコンの温度が下がると
禁止帯域の幅のエネルギーは増加し、自由担体の数は減
少する。それゆえ、シリコンウェハの温度が上昇するに
つれて、Ｅｇが減少し、それは光子のエネルギーがＥｇ
に対して増加することを意味し、しかも得られる担体が
より自由になることをも意味して、その両方が吸収を増
すために、より少量の光子がウェハを透過する。逆に、
シリコンウェハの温度が下がると、Ｅｇが減少し、それ
は光子のエネルギーが透過するＥｇに対して小さくなる
ことを意味し、また得られる自由担体が少なくなること
も意味しており、その双方が吸収を減少する傾向にある
ために、より多量の光子がウェハを透過する。

数学的には、シリコンウェハの光学的透過率工は、式 Ｉ　＝　ｉ　Ｉｉ　２　ｅ−ａ（Ｔ”　　・＝・（１　
）（式中、ｉ＋はシリコン上面の透過率を表し、■２は
シリコン下面の透過率を表し、α（Ｔ）は温度Ｔにおけ
る、用いられた特定の波長の照射に対する半導体の吸収
係数を表し、ｄはウェハの厚さを表す）で与えられる。

粗い表面に起因する散乱とビームの発散により、本発明
の実行に当たっては、ウェハを通る多重の反射や干渉効
果は無視できる。そのうえ、１１と１２はｅ−ａ（Ｔ）
ｄ　　項に比べてウェハの温度には僅がしか影響されな
いので、透過率は近似的にｅ　−’　（Ｔ）　ｄ　　に
等しい。

吸収係数α（Ｔ）は温度の関数であり、すなわち、温度
が上昇するにつれてα（Ｔ）は増加し、温度が下がるに
つれてα（Ｔ）は減少する。それに加えて、ウェハの厚
さが増すにつれて透過率は減少し、厚さが減るにつれて
透過率は増加する。

それゆえ、容易に測定できるウェハの厚さが判れば、光
の透過率Ｉをシリコンウェハの温度に直接関係づけるこ
とができる。

検出信号は、投射した光の強さ、光学的調整及び他の合
成力に依存する。測定からこれらの要素を取除くために
、標準状態に換算した透過度の比又は値が用いられる。

標準状態に換算した透過率Ｉ　（Ｔ，ｄ）は温度Ｔにお
ける透過光と室温Ｔｏ、又は他の繰返し用いられる固定
した温度における透過光との比として定義される。標準
状態に換算した透過率１　　（Ｔ．ｄ）はまた、存在す
る酸化物又はポリシリコンのような表面層によって影響
されるであろう表面反射率にも影響を受けない。それゆ
え、標準状態に換算した透過率は、次式で表わされる。

（２） Ｂ１−，ｄ）＝ｅ［ａ（ＴＯ］一ａ（Ｔｌｌｄ　　　　
（３）レーザや光の力のような常数は、式（３）で与え
られる■の表現には入ってこない． 発展 高温における半導体の光学的性質に関する良いデータが
不足しているために、以下に説明する方法は、第１に、
既知の温度を決定するために熱電対を用いることもでき
る加熱炉の環境の中で、透過率と温度の関係を測定する
という公知の方法に対する較正である。いったん、特定
の半導体について、温度に対する透過率の関係が得られ
ると、シリコンが測定すべき半導体であれば４００〜８
００℃の範囲の測定したい温度で、他の操作環境にもこ
の系を用いることができる。透過率は試料の厚さｄに依
存するので、試料の厚さが異なる場合は、その厚さにつ
いての較正曲線を用いるか、異なる厚さについて既知の
ｅ−ａ（Ｔ）ｄ　　の関係を用いなければならない。式
（３）で知られた結果を利用して、２つの厚さｄ，及び
ｄ２に対する標準状態に換算した。透過率Ｉ　（Ｔ，ｄ
）は次式で与えられる。

ｄ．／ｄ． ■　（”ｒ，ａ．）＝　［■　（”ｒ．ｄ＋）］　　　
　　　（４）このようにして、与えられた波長と厚さに
対して唯一の較正曲線が作られると、式（４）を用いる
ことによって、同じ波長の照射を用いて異なる厚さのウ
ェハについて、■を計算することができる。

たとえば、厚さ２００Ｐのウェハが、ある温度と波長で
０．８に等しい標準状態に換算した透過率を有するなら
ば、４００Ｊｆｍの厚さの同じ物質のウェハは、同じ温
度の波長で、次式で与えられる標準状態に換算した透過
率を有する。

■　（”ｒ．ｄｚ）＝［ｏ．ｓ］”””’　　　（５）
又は　Ｉ　（Ｔ．ｄ２）＝０．６４　　　　　（６）前
述のように、この偏移は、温度が変化してもウェハ表面
の反射は非常に大きくは変化しないという事実に基づく
。シリコンについては、１．３〜１．５−の波長の範囲
では、室温から７００℃の間の反射率の変化は僅か２％
しか変化しないことが予期され、反射率は温度によって
変化しないことが良い近似で推定される。

４５０＋ｌのシリコンについて、２つの異なる波長の照
射、すなわち１．５５Ｆ及びｌ．３０Ｐについて、この
方法による較正を行った。較正は、米国特許第４．７８
．７．５５１号に記載されたような、ウェハに溶接され
た熱電対を用いて、迅速熱処理反応器の中で行った．結
果を図１に示す。

これは標準状態に換算した透過率が既知のウェハの温度
を決定するのに用いることができる。

図１にはまた、通常の炉の環境で炉の管に挿入した熱電
対によってウェハの温度を測定した、同様の厚さのウェ
ハの，標準状態に換算した透過率を示す。図１に見られ
るように、測定の間には良い一致がある。本発明の方法
についての以下の記述で、どのようにして透過率の値が
標準状態に換算されるかを完全に記述する。

図１は既知のシリコンウェハの透過率の値を示すもので
ある。この値は、冷たい状態での透過率の値に標準化し
たものである。ウェハ中の溶接熱電対を較正のために用
いた。光源の周波数は１．５５戸と１．３Ｆの波長であ
る。１．３Ｐの高エネルギー光子は１．５Ｐの光子と比
較して、与えられた温度においてより高い吸収を示す。

温度測定にとって一番高い精度が得られるのは、相対透
過度が温度の強力な関数である場合である。

たとえば、７５０℃周辺で１．５５Ｐレーザの透過の４
％の変化は温度変化においておよそ１℃の変化に対応す
るに過ぎない。しかし、６００℃周辺で１　’Ｃの精度
を得るためには、１％以下の変化が１．５５ｐｍでの信
号において検知されなければならないであろう。これは
、きわめて単純な電気工学によって実施できるが、低温
域において１，３胛での透過を用いることに基本的な利
点がある。６００℃において、透過信号における５％の
変化は１　’Ｃの変化に相当し、１．５５Ｆでのその温
度における信号よりも５倍正確である。このことは、精
度についていえば、検知可能な透過信号でも受け取られ
る、最も高い光子エネルギーを選択すべきであるという
ことを示す。加えて、５００℃以下では、温度による１
．５５Ｆの透過の閾値以下の温度の測定に不適当にして
いる。しかし、４　０　０　’Ｃを下限とする温度にお
いては、１．３−での透過は渥度の強力な関数である。

実際的観点から見れば、１，３戸と１．５５Ｆの組み合
わせは４００℃からｓ　ｏ　ｏ　’ｃまでのいかなる温
度においても、何度かの範囲内で日毎の絶対的精度をも
たらして、大変有用であると判った。調整すべき唯一の
パラメータとしてはウェハの厚さがあるが、これはもち
ろん、きわめて簡単に測定できる。

操作 図２は本願発明を基本的なＲＴＰシステムに適用した例
を示すものである。図示したように、ランプ加熱された
迅速熱処理システムが、米国特許第４，５４４．４１８
号に開示された方法の記述に用いられた、ガス封じ込め
のための石英壁を有している。この構成は限定反応処理
システムとして知られている。点線内に示された機器は
、温度測定プロセスを実施する手段であり、一方、残り
／Ｉ’ｌ驚石享Ｊ斗９品立ｊ）こコ：由ｂトｈｎ　旧　
Ｓノ　７；トＪ、マ１　七、又　　　宙倉４ボのとおり
、図１に示されている透過率の値は標準状態に換算した
透過率の値である。周囲光線及び電気的騒音の影響を除
去するために、室温及び冷ウェハの温度測定は最初に行
われるべきであり、それによって高い温度の測定が標準
状態に換算できるのである。

迅速熱処理システムは、石英チューブ１６中に囲いこま
れたシリコンウェハ１４の均一な可熱のために備えつけ
られた第１及び第２の水冷反応器１０及び１２からなる
。この工程のための加熱エネルギーは一連の加熱用ラン
プ１８によって供給される。この説明の目的のためには
ウェハはある一定の温度まで加熱され、この温度は正確
に監視され、調節されるべきであろう。本願発明の温度
検出手段はウェハ１４の温度を監視し、加熱ランプ１８
の出力を調整することによってウェハの漉度を調節する
ために用いられる。

この工程は、半導体レーザ２０からの光エネルギーを、
水冷反応器１０中に開口部２１を通してシリコンウェハ
１４の上に照射することにより開始される．図１に示さ
れた値を発生するために用いる実施態様においては、供
給される電磁エネルギーは、波長１．５５Ｆ又は１．３
０Ｆであり、また、レーザ以外のたとえば発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）又は白色光源のような他の光源から供給さ
れても良い。しかしいかなる光源が用いられても、光線
は単色、一般的には０．０ＩＦの帯域幅を有するもので
なければならない。いかなる照射源を用いるにしても、
透過信号の検出を容易にするために何らかの形の変調が
用いられるべきである。照射の変調の一般的な範囲は１
００Ｈｚと１００ｋＨｚのあいだである。加えて、もし
白色光源が用いられる場合、単色回折格子もしくは類似
のものによって一定の帯域幅内に炉光されるべきである
。半導体レーザ２０からの光エネルギーは光ファイバ素
子２２を通してレンズ２４上に照射される．光ファイバ
素子２２は、もし、レーザ２０が直接にウェハ１４に連
結されている場合は不要である。光ファイバ素子２２は
光源を装着する便宜上用いられているのみである。−レ
ンズ２４は光エネルギーを直接にウェハ１４上に集める
のに用いられている．再言するが、レンズ２４は絶対的
に必要ではないが、ウェハ１４上への照射衝突量を最大
にすることを確実にする。

ウェハ１４の温度に依存してある一定量の光エネルギー
がウェハを通して透過しうる。ウェハの厚さは既知であ
り、それ故、この工程において変わることはない。いか
なる光エネルギーがウェハ１４を通って透過しても、光
学的検知器２６に捕捉される。光学的検知器２６は透過
してきた光エネルギーを電気的信号に変換し、これを通
常どおり電圧で測定する。電圧信号は透過光線に比例的
であり、ロックイン型増幅器に供給される。入ってきた
信号を増幅した後、ロックイン型増幅器２８を用いて、
たとえば加熱光源１８から出て、検知器２６に衝突した
光のような、他の周囲の光の干渉による迷信号から、問
題の信号を識別する。迅速加熱処理が最初に開始される
場合、ロックイン型増幅器２８の出力はＴがＴ０に等し
いか、又は室温である場合の透過光Ｉ　（Ｔ．ｄ）の最
初の信号を表わす。この工程が稼動中のロックイン型増
幅器の出力は、最初の信号、つまりＴがウェハ１４の、
上昇したいかなる温度であれ、それに等しい時の透過光
Ｉ　　（Ｔ，ｄ）を表わす。このようにして室温におけ
る、もしくは操作温度における値は式（２）中に置き換
えられて、図１の縦目盛りから標準値が読み取れ、操作
温度が決定される。ウェハの厚さが図１に示す厚さと異
なる場合、式（４）を用いて、透過時の差を埋めること
ができる。ロックイン型増幅器２８の信号出力は出力表
示器３２に供給される。

出力表示器３２は式（３）及び式（４）を自動的に実施
するようにプログラムされているコンピュータであって
もよく、又は操作温度を示す較正目盛上に最初の信号の
値を表示する表示ユニットであってもよい。簡単な電圧
計タイプの機器とともに、それぞれの厚みのそれぞれの
型の半導体のために、別の較正目盛りが必要であろう。

温度がいったんわかれば、本願発明をフィードバックル
ーブに用いる自動制御システムを通じて、加熱ランプを
手動もしくは自動的に調整する。

図３は２つのレーザシステムをもつ本願発明を図示した
ものである。前述のとおり、２つの異なる波長の光を用
いた方が本本法は効率がよい。図に示すように、２つの
レーザ２０と３４は２つの別々の異なる駆動周波数ｆ，
及びｆ２を生じる２つの変調器３０と３６とともに２つ
のレーザ２０と３４が用いられる。２つのロックイン型
増幅器２８と３８もまた、透過の後にｆ１とｆ２の値を
分離するために用いられる。感度の点からは多くの周波
数が有利であるが、実施上の観点からいえば、光線の径
路の数をはじめとする、必要な光学的ハードウェアを最
少にすることが望ましい。それゆえ、光学的結合器４０
を用い、これにより、−４Ｑ的ビームの通路上に多くの
レーザな用いることができる。単一の検知器２６は結合
した信号を検８するのに用いられ、ロックイン型増幅器
２８、３８の一揃は異なる透過信号を分離するのに用い
られる。レーザ源２０及び３４は異なる周波数ｆ１、ｆ
２に変調され、結合器４０を通じて通常のファイバ２２
上に結合される。この単一のファイバ２２は光学的信号
をウェハを通して投射するのに用いられ、単一の検知器
２６は、結合した又は重畳した第１及び第２の信号を発
生するために用いられる。２つの異なる波長における透
過値の代理としての第１及び第２の信号は、ロツクィン
型増幅器２８及び３８を用いて分離することができ、調
整ルーブ４６及び４８上の信号に準じて望ましい変調周
波数に同期される。

存在する酸化物（ｆｉｅｌｄ　　ｏｘｉｄｅ）、ポリシ
リコン層などは、薄膜干渉効果によりウェハの発散率及
び透過率に影響を及ぼす。これらの効果は光学的パイ口
メータによる測定に５０℃程度の影響を及ぼす。それら
の層はまた、温度の因子ではない、光学的透過率にも影
響する。それゆえ、これらの層の影響は実施温度の信号
を室温の信号に標準化することにより、自動的に管理さ
れる。

近頃、異質接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）のよ
うなデバイス用として、シリコン上のシリコンーゲルマ
ニウムのエビタキシャル層に大きな関心が寄せられてい
る。これらの層は、シリコンの層よりもより禁止帯域の
幅が狭く、透過率に強く影響を与え、シリコン基板のパ
ラメータを用いる光学的透過を基にした温度測定を不可
能にする．しかし、ＨＥＴの関連する厚さ及びゲルマニ
ウム濃度は、おそら＜５０ｍｍの層中にざっと２０％の
ゲルマニウムを含むであろう。

そのような層の影響を本発明の精度で決定するには、シ
リコンウェハ上にシリコンーゲルマニウムエビタキシャ
ル層を形成して、ウェハの温度を、本発明及び溶接した
熱電対でテストした。

図４は１．３Ｐ及び１．５５Ｆ＋における透過率を、シ
リコンーゲルマニウム層形成の前後において示したもの
である。中央部の、点の入った正方形は、ＲＴＰ法にお
ける溶接熱電対による１．５５Ｐ波長の透過を示し、黒
い菱形は加熱炉較正による１．５５Ｐ波長の透過を示し
、黒く塗りつぶした正方形はＲＴＰ法における溶接熱電
対による１．３Ｐ波長の透過を示す。図４において見ら
れるように、（シリコンーゲルマニウム層形成の）前後
における透過率の値は、実質上は同一であり、共に現在
の機器の精度の範囲内である。

それゆえ、興味を集めている技術的に関連性のある層と
して、本願発明は、機器又は方法をまったく変化させず
に、シリコンーゲルマニウム層を共に用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

図１は４５０Ｐ厚さのシリコンウェハの、温度に対する
標準状態に換算した透過率の値を図示したものである。 図２は単一波長の光源を用いた、光透過率監視によるウ
ェハ温度測定機器の概略的構成図である。 図３は多数の波長の光源を用いた、光透過率監視による
ウェハ温度測定機器の概略的構成図である。 図４はシリコンーゲルマニウムエビタキシャル層を適用
した前と後での、温度に対する標準状態に換算した透過
率の値を図示したものである。 １　０、 １　４ １　６ １　８ ２０、 ２１ ２２ ２４ ２６ ２８、 ３０、 ３２ ４０ ４６、 １２ ３４ ３８ ３６ ４８ 反応器 シリコンウェハ 石英壁 ランプ レーザ 開口部 光ファイバ レンズ 検知器 ロックイン型増幅器 変調器 表示器 結合器 調整ループ （方式） 手続補正書 平成 ３年 ３月１９日

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）（ａ）あらかじめ定められた波長をもつ電磁波エ
   ネルギーの第１のビームを発生 し； （ｂ）既知の厚さを有する半導体物質の表面に照射し； （ｃ）該半導体物質を透過後の該第１のビームの強さを
   測定して第１の信号を発生し、該第１の信号は該透過ビ
   ームの強さを代表し； （ｄ）該信号と該既知の厚さとの関数として半導体物質
   の温度を計算する ことを含む高温における半導体物質の温度を測定する方
   法。
2. （２）さらに室温又は固定した温度のような反覆しうる
   温度で、前記の温度を上げる前に前記の第１の信号を標
   準状態に換算することを含む請求項１記載の半導体物質
   の温度を測定する方法。
3. （３）前記のあらかじめ定められた波長がシリコン半導
   体に対して１．１〜１．９μｍである請求項１記載の半
   導体物質の温度を測定する方法。
4. （４）さらに、 （ａ）第２のあらかじめ定められた波長をもつ電磁波エ
   ネルギーの第２のビームを発生 し； （ｂ）第１と第２のビームを単一のビームに結合し； （ｃ）結合されたビームの強さを測定して、第１と第２
   の信号を第１と第２のロックイン型増幅器から得る ことを含む請求項１記載の半導体物質の温度を測定する
   方法。
5. （５）前記の第１のビームのあらかじめ定められた波長
   が１．３μｍで、前記の第２のビームのあらかじめ定め
   られた波長が１．５５μｍであり、該第１のビームが４
   ００と６５０℃の間の温度の計算、該第２のビームが６
   ５０℃と８００℃の間の温度の計算に用いられる請求項
   ４記載の半導体物質の温度を測定する方法。
6. （６）さらに、前記の第１及び第２のビームをそれぞれ
   発生するレーザが駆動するのに用いる一対の変調器とと
   もに、第１と第２のロックイン型増幅器を同期する段階
   を含む請求項４記載の半導体物質の温度を測定する方法
   。
7. （７）（ａ）あらかじめ定められた波長をもつ電磁波エ
   ネルギーの単色光ビームを発生する手段； （ｂ）該ビームがその表面に衝突するように該ビームを
   横断して位置し、既知の厚さを有する半導電性のウェハ
   ； （ｃ）該ウェハの該ビームと反対側に隣接する、該ウェ
   ハを透過後のビームの強さを測定する光子検出手段；及
   び （ｄ）透過ビームの強さとウェハの厚さに応答して半導
   体ウェハの温度を支持する表示手段を含む温度測定装置
   。
8. （８）前記の電磁波エネルギーの単色光ビームを発生す
   る前記の手段がレーザ又は発光ダイオードである請求項
   ７記載の温度測定装置。
9. （９）前記の半導体ウェハがシリコンウェハ、ゲルマニ
   ウムウェハ、ガリウムヒ素ウェハ又はインジウムアンチ
   モンウェハである請求項７記載の温度測定装置。
10. （１０）該光子検出手段が （ａ）前記のウェハを透過後の前記のビームを電圧信号
    に変換し、該電圧信号は半導体ウェハの透過率に直接関
    連する光子検出器；及 び （ｂ）該電圧信号を増幅して、該信号を該光子検出器に
    衝突する妨害信号から区別する増幅手段 を含む請求項７記載の温度測定装置。
11. （１１）前記の表示手段が前記の電圧信号を受けて、該
    信号をＣＲＴモニタに表示する請求項１０記載の温度測
    定装置。
12. （１２）前記の表示手段が、さらに前記の半導体ウェハ
    の温度を前記の電圧信号と該ウェハの厚さの関数として
    計算する請求項１１記載の温度測定装置。
13. （１３）さらに第２のあらかじめ定められた波長をもつ
    電磁波エネルギーの第２の単光色ビームを発生する第２
    の手段を含む請求項７記載の温度測定装置。
14. （１４）前記の光子検出手段が、 （ａ）前記のウェハを透過後の前記のビームを電圧信号
    に変換し、該電圧信号が半導体ウェハの透過率に直接関
    連する光子検出器； （ｂ）該電子信号を増幅して、第１の周波数の信号を該
    電圧信号から区別する第１の増幅 器；及び （ｃ）該電圧信号を増幅して、第２の周波数の信号を該
    電圧信号から区別する第２の増幅 器 を含む請求項１３記載の温度測定装置。
15. （１５）前記の表示手段が前記の第１及び第２の周波数
    信号を受けて、該信号の関数としてＣＲＴモニタに表示
    する請求項１２記載の温度測定装置。
16. （１６）前記の表示手段がさらに前記の半導体ウェハの
    温度を前記の第１及び第２の周波数信号及び該ウェハの
    厚さの関数として計算する請求項１５記載の温度測定装
    置。