Si半導体ウエハーの温度計測法の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13650468
• 研究機関: 東洋大学
• 研究代表者: 井内 徹 東洋大学, 工学部, 教授 (20232142)
• キーワード: シリコン半導体 / 温度計測 / 放射率 / 偏光 / 光学定数 / 薄膜成長 / 酸化 / 放射測温

研究概要

研究実績項目を(1)〜(5)に列記する.
(1)シリコンウエハを均一加熱する高温加熱炉(〜1100K)を設計し,特注製作した.本装置を用いて3インチ径,0.5mm厚のウエハを大気中で約1100Kの高温に加熱できるようになった.本装置を用いて放射測温の諸実験を開始した.
(2)常温付近のシリコンウエハを均一加熱する装置を開発した.本装置で(1)と同様に常温付近(〜373K)でのシリコンウエハの放射測温実験を開始した.
(3)市販の薄膜測定装置(常温使用)を改良し,シリコンウエハを約1100Kまでの高温状態で酸化膜の光学定数を測定できる装置(波長400〜1100nm)を開発した.本装置はこれから具体的な熱間オンライン実験を開始する.
(4)シリコンウエハには熱電対を溶接できないので,表面温度をモニターすることが困難である.これを克服するためにハイブリッド型表面温度計の発想を得て,瞬時に表面温度を測定するオリジナルな計測手法を編み出した.この基礎実験を進めてきたが,今後実用化を目指して開発を展開する.
(5)上記諸実験と並行して理論解析により放射率モデリングを試み,シリコンウエハ表面に酸化薄膜が成長するプロセスにおいて分光放射率が変化する様子をシミュレーションできるようになった.酸化膜厚が変化しても放射率が変化しない(emissivity-invariant condition)条件を見出した.実験との対応が今後なすべき課題である.
以上のような研究実績の一部は,Applied Optics, Trans. of SICEなどの学術誌に投稿し,受理された.また国際会議,国内学会の学術会議で12件発表した.また,数件の新しい知見(たとえばハイブリッド表面温度計,emissivity-invariant condition)に対しては応用展開が見込まれるので,特許出願予定である.本研究はこれまでの研究実績をベースにして今後さらに大きな進展を遂げると予想される.

研究成果

• [文献書誌] T.Iuchi, T.Furukawa, S.Wada: "Emissivity modeling of metals during the growth of oxide film and comparison of the model with experimental results"Applied Optics. 42・13(in print). 10 (2003)
• [文献書誌] T.Iuchi, T.Tsurukawaya, A.Tazoe: "Emissivity compensated radiation thermometry using directional radiance"Trans. of the Society of Instrument and Control Engineers. E-1・1. 305-311 (2001)
• [文献書誌] T.Iuchi, T.Furukawa, N.Sato: "Radiation thermometry of metal in high temperature furnace"Proc. of 17^<th> IMEKO World Congress. (in print). 6 (2003)
• [文献書誌] T.Iuchi: "Modeling of emissivities of metals and their behaviors during the growth of the oxide film"8^<th> TEMPERATURE Symposium. (in print). 6 (2002)
• [文献書誌] T.Iuchi, S.Wada: "Simultaneous measurement system of emissivity and temperature for glossy metals near room temperature"8^<th> TEMPERATURE Symposium. (in print). 6 (2002)
• [文献書誌] T.Furukawa, T.Iuchi: "Experimental apparatuses for radiometric emissivity measurements and their applications"Proc. of 8^<th> International Symposium on Temperature. 1・. 271-276 (2001)
• [文献書誌] S.Wada, T.Iuchi: "Simultaneous measurement of emissivity and temperature for glossy metals near room temperature"計測自動制御学会学術講演会(SICE2002). TM01-1. 6 (2002)
• [文献書誌] 福島忠和, 大久保智裕, 井内徹: "Si半導体ウエハの放射率測定"第63回応用物理学会学術講演会. 25a-S-7. (2002)
• [文献書誌] 福島忠和, 大久保智裕, 井内徹: "Si半導体ウエハの放射率挙動の測定"第19回センシングフォーラム. 347-350 (2002)
• [文献書誌] 井内 徹: "酸化被膜成長時の放射率特性のモデリングと放射測温への応用"赤外線応用温度,熱画像計測技術の最新動向(計測自動制御学会). 25-32 (2001)
• [文献書誌] 和田重信, 佐藤伸治, 古川徹, 井内徹: "酸化中の金属放射率挙動と酸化表面の評価法"計測自動制御学会学術講演会(SICE2001). 101D-7. (2001)
• [文献書誌] 佐藤伸治, 古川徹, 和田重信, 福島忠和, 井内徹: "酸化膜生成過程における金属の偏光放射率変化"第62回応用物理学会学術講演会. p-za-2. (2001)
• [文献書誌] 佐藤伸治, 古川徹, 井内徹: "ステンレス鋼板に関する放射率補正技術の研究"第18回センシングフォーラム. 65-70 (2001)
• [文献書誌] 和田重信, 井内徹: "常温付近における金属の放射率と温度の同時測定装置"第18回センシングフォーラム. 71-76 (2001)