CN106319484A - 温度测量方法和热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种温度测量方法和热处理装置。温度测量方法是利用放射温度测量部来测量半导体制造装置中的处理容器内的温度的温度测量方法，其中，该放射温度测量部检测从对象物放射的红外线来测量温度，在该温度测量方法中，利用所述放射温度测量部来检测从室温(20℃)下的电阻率为0.02Ω·cm以下的低电阻硅晶圆放射的红外线。

Description

温度测量方法和热处理装置
本发明基于在2015年6月30日申请的日本专利申请第2015-130756号以及在2016年4月20日申请的日本专利申请第2016-084733号的优先权，该日本申请的全部内容作为参照文献被引入本发明。
技术领域
本发明涉及一种温度测量方法和热处理装置。
背景技术
以往，已知在设置在处理容器内的旋转台的旋转方向上载置多个作为基板的半导体晶圆(以下称作“晶圆”)的热处理装置。该热处理装置具备：气体供给部，其沿旋转台的径向设置，对处理气体进行供给；以及加热器，其设置在旋转台的下部，对晶圆进行加热。而且，一边利用气体供给部进行气体的喷出以及利用加热器进行晶圆的加热，一边使旋转台旋转，由此对晶圆进行成膜处理。
在该热处理装置中，进行用于确认晶圆是否被加热至适当的温度的温度测量。作为温度测量的方法，在将具备热电偶的温度测量用晶圆载置于旋转台后，使加热器的温度上升并利用热电偶对温度测量用晶圆的温度进行测量。在该方法中，由于将热电偶连接于温度测量用晶圆，因此无法在旋转台正在旋转的状态下进行温度测量。
因此，公开了一种具备放射温度测量部的温度测量装置，该放射温度测量部在设置在处理容器内的旋转台正在旋转的状态下对旋转台的一面侧沿径向重复进行扫描，来测量多个点区域的温度(例如参照专利文献1)。在该温度测量装置中，将由SiC(碳化硅)构成的晶圆(以下称作“SiC晶圆”)载置于旋转台，对从SiC晶圆的表面放射的红外线进行检测，由此进行温度测量。
另外，以往，作为由放射温度测量部测量温度时的目标，除了SiC以外，还使用硅、石英等。
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述的装置中，存在如下问题：即使在处理容器内的温度已稳定的状态下对载置于旋转台的多个SiC晶圆的温度进行测量的情况下，多个SiC晶圆各自示出的温度也互不相同，从而难以进行准确的温度测量。可以认为这是由于在多个SiC晶圆分别由互不相同的铸锭制造而成等、晶圆的制造历程互不相同的情况下，各个晶圆的放射率存在偏差。
另外，在使用硅来作为由放射温度测量部测量温度时的目标的情况下，难以在低温区域(例如200℃～400℃的范围)进行详细的温度测量。这是由于在低温区域内硅使红外线透过。另外，SiC及石英与硅的热容量、热行为是不同的，因此难以代替硅而使用SiC和石英来估计硅的温度。
本发明提供一种即使在使用制造历程互不相同的晶圆的情况下也能够以高精度测量晶圆的温度的温度测量方法。
用于解决问题的方案
在一个实施方式中，在温度测量方法中，利用放射温度测量部来测量半导体制造装置中的处理容器内的温度，该放射温度测量部通过检测从对象物放射的红外线来测量温度，其中，利用所述放射温度测量部来检测从室温(20℃)下的电阻率为0.02Ω·cm以下的低电阻硅晶圆放射的红外线。
在一个其它实施方式中，温度测量方法使用于热处理装置，该热处理装置将多个基板载置于设置在处理容器内的旋转台的表面，一边使旋转台旋转一边对多个基板进行热处理，该温度测量方法包括：载置步骤，将室温(20℃)下的电阻率为0.02Ω·cm以下的多个低电阻硅晶圆载置于所述旋转台的表面；旋转步骤，使载置有所述多个低电阻硅晶圆的所述旋转台旋转；以及测量步骤，在所述旋转台正在旋转的状态下，检测从所述多个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶圆的表面放射的红外线，由此测量所述低电阻硅晶圆的温度。
在一个其它实施方式中，在热处理装置中，将多个基板载置于设置在处理容器内的旋转台的表面，一边使旋转台旋转一边对多个基板进行热处理，该热处理装置具备控制部，该控制部按顺序执行以下的步骤：载置步骤，将室温(20℃)下的电阻率为0.02Ω·cm以下的多个低电阻硅晶圆载置于所述旋转台的表面；旋转步骤，使载置有所述多个低电阻硅晶圆的所述旋转台旋转；以及测量步骤，在所述旋转台正在旋转的状态下，检测从所述多个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶圆的表面放射的红外线，由此测量所述低电阻硅晶圆的温度。
附图说明
添加的附图作为本发明的说明书的一部分而被引入，用于表示本发明的实施方式，并与上述的一般的说明和后述的实施方式的详细说明一同说明本发明的概念。
图1是第一实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。
图2是第一实施方式所涉及的热处理装置的概要立体图。
图3是第一实施方式所涉及的热处理装置的概要俯视图。
图4是说明第一实施方式所涉及的热处理装置中的温度测量部的局部截面图。
图5是说明放射温度测量部的动作的图。
图6是说明旋转台与温度测量区域之间的关系的图。
图7是第二实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。
图8是表示第三实施方式所涉及的热处理装置的一例的纵向概要截面图。
图9是表示第三实施方式所涉及的热处理装置的其它例的纵向概要截面图。
图10是第四实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。
图11是第五实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。
图12是表示实施例1中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。
图13是表示实施例2中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。
图14是表示实施例3中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。
图15是表示实施例4中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。
图16是表示比较例1中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。
图17是表示比较例2中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。
具体实施方式
下面，参照添加的附图来说明本实施方式。此外，在本发明的说明书和附图中，通过对实质上具有相同的功能结构的结构要素附加相同的标记来省略重复的说明。在下述的详细的说明中，为了能够充分地理解本发明而给出大量的具体的详细说明。然而，显而易见的是，即使没有这样的详细的说明，本领域技术人员也能够完成本发明。在其它例中，未详细地示出公知的方法、过程、系统以及结构要素，以避免难以理解各种各样的实施方式。
本实施方式的温度测量方法利用检测从对象物放射的红外线来测量温度的放射温度测量部，来对半导体制造装置中的处理容器内的温度进行测量，在该温度测量方法中，作为由放射温度测量部测量温度的对象物，使用室温(20℃)下的电阻率为0.02Ω·cm以下的低电阻硅晶圆。由此，即使在低温区域(例如200℃至400℃的范围)，也能够以高精度测量处理容器内的温度。另外，关于低电阻硅晶圆，各个晶圆的放射率的偏差小，因此即使在晶圆的制造历程互不相同的情况下，也能够以高精度测量处理容器内的温度。
下面，以将本实施方式的温度测量方法应用于作为半导体制造装置的一例的热处理装置的情况为例来进行说明，但是不限定于此，还能够应用于其它各种半导体制造装置。
〔第一实施方式〕
在第一实施方式中，对半批量式的热处理装置的温度测量方法进行说明，该半批量式的热处理装置通过对在设置在处理容器内的旋转台的旋转方向上载置的多个晶圆供给相互反应的多种反应气体，来对晶圆进行成膜处理。
(热处理装置的结构)
图1是第一实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。图2是第一实施方式所涉及的热处理装置的概要立体图。图3是第一实施方式所涉及的热处理装置的概要俯视图。
本实施方式的热处理装置1具备：大致圆形的扁平的处理容器11；以及水平地设置在处理容器11内的圆板状的旋转台12。处理容器11被设置在大气环境中，由顶板13和处理容器11的容器主体14构成，该容器主体14包括侧壁和底部。图1中的11a为用于将处理容器11内保持气密性的密封构件，14a为堵住容器主体14的中央部的罩体。图1中的12a为旋转驱动机构，使旋转台12沿周向旋转。
在旋转台12的表面上，沿旋转台12的旋转方向形成有五个凹部16。图中的17为输送口。图3中的18为自如地开闭输送口17的闸板(在图2中省略)。当输送机构2A以保持着晶圆W的状态从输送口17进入处理容器11内时，未图示的升降销从面对输送口17的位置处的凹部16的孔16a突出到旋转台12之上来将晶圆W顶起，来在凹部16与输送机构2A之间交接晶圆W。
重复进行这样的由输送机构2A、升降销以及旋转台12进行的一系列的动作，来将晶圆W交接到各凹部16。在从处理容器11搬出晶圆W时，升降销将凹部16内的晶圆W顶起，输送机构2A接受被顶起的晶圆W，并将该晶圆W搬出到处理容器11外。
在旋转台12上，分别从旋转台12的外周朝向中心延伸的棒状的第一反应气体喷嘴21、分离气体喷嘴22、第二反应气体喷嘴23以及分离气体喷嘴24按该顺序沿周向配设。这些气体喷嘴21～24在下方具备开口部，沿旋转台12的直径供给各气体。第一反应气体喷嘴21喷出BTBAS(双(叔丁基氨基)硅烷)气体，第二反应气体喷嘴23喷出O3(臭氧)气体。分离气体喷嘴22、24喷出N2(氮气)气体。
处理容器11的顶板13具备两个向下方突出的扇形的突状部25，突状部25在周向上隔开间隔地形成。分离气体喷嘴22、24均设置为嵌入突状部25并且将突状部25在周向上分割。第一反应气体喷嘴21和第二反应气体喷嘴23设置为远离各突状部25。
当将晶圆W载置于各凹部16时，从排气口26进行排气来使处理容器11内变为真空环境，该排气口26在容器主体14的底面且从突状部25的下方的分离区域D1与分离区域D2之间的区域趋向旋转台12的径向外侧的位置处开口。而且，旋转台12旋转，并且由设置在旋转台12的下方的加热器20经由旋转台12将晶圆W加热至例如760℃。图3中的箭头27表示旋转台12的旋转方向。
接着，从各气体喷嘴21～24供给气体，晶圆W交替地通过第一反应气体喷嘴21的下方的第一处理区域P1和第二反应气体喷嘴23的下方的第二处理区域P2。由此，BTBAS气体吸附于晶圆W，接着O3气体吸附于晶圆W而使BTBAS分子氧化，从而形成一层或者多层的氧化硅的分子层。这样，氧化硅的分子层依次层叠而形成规定膜厚的氧化硅膜。
在进行该成膜处理时，从分离气体喷嘴22、24被供给到分离区域D1、D2的N2气体在分离区域D1、D2沿周向扩散，来抑制BTBAS气体与O3气体在旋转台12上混合。另外，将剩余的BTBAS气体和O3气体冲向排气口26。另外，在进行该成膜处理时，向旋转台12的中心部区域处的空间28供给N2气体。该N2气体经由在顶板13处以环状向下方突出的突出部29的下方来向旋转台12的径向外侧供给，由此防止BTBAS气体与O3气体在中心部区域C混合。在图3中，通过箭头示出进行成膜处理时的各气体的流动。另外，虽然省略了图示，但是对罩体14a内和旋转台12的背面侧也供给N2气体来对反应气体进行吹扫。
接着，还参照将顶板13和旋转台12的纵向截面放大地表示的图4来进行说明。图4是说明第一实施方式所涉及的热处理装置中的温度测量部的局部截面图。具体地说，图4表示设置有第一反应气体喷嘴21的第一处理区域P1与在第一处理区域P1的旋转方向上游侧与该第一处理区域P1相邻的分离区域D2之间的截面。
在顶板13上在图3中用点划线表示的位置处开口有沿旋转台12的径向延伸的狭缝31，以覆盖该狭缝31的上下的方式设置有下侧窗32、上侧窗33。该下侧窗32、上侧窗33使从旋转台12的表面侧放射的红外线透过，例如由蓝宝石构成以使后述的放射温度测量部3能够进行温度测量。此外，旋转台12的表面侧也包括晶圆W的表面侧。
在狭缝31的上方设置有作为非接触式温度计的一例的放射温度测量部3。图4中的从旋转台12的表面至放射温度测量部3的下端为止的高度H例如为500mm。关于该放射温度测量部3，将从旋转台12的温度测量区域放射的红外线引导到后述的检测部301，检测部301获取与该红外线的量相应的温度测量值。因而，该温度测量值由于获取到红外线的位置的温度的不同而不同，获取到的温度测量值依次被发送到后述的控制部5。
接着，参照图5来说明放射温度测量部3。图5是说明放射温度测量部的动作的图。
如图5所示，放射温度测量部3具备旋转体302，该旋转体302包括以50Hz进行旋转的伺服电动机。该旋转体302在俯视观察时构成为三角形状，旋转体302的三个侧面分别构成为反射面303～305。如图5所示，旋转体302绕旋转轴306进行旋转，由此如图中用箭头表示的那样通过反射面303～305中的任一个反射面对旋转台12上的包括晶圆W的温度测量区域40的红外线进行反射来将该红外线引导到检测部301，并且使温度测量区域40的位置在旋转台12的径向上移动来进行扫描(scan)。
检测部301构成为通过从一个反射面连续规定次数(例如128次)地取入红外线，能够对旋转台12的径向上的规定位置(例如128个位置)处的温度进行检测。而且，通过旋转体302的旋转使反射面303～305依次位于红外线的光路上，由此能够从旋转台12的内侧朝向外侧方向重复地进行扫描，该扫描的速度为150Hz。即，放射温度测量部3能够在1秒内进行150次扫描。另外，温度测量区域40是其直径为5mm的斑点。扫描是在旋转台12上且从比用于载置晶圆W的凹部16靠内侧的位置起至旋转台12的外周端的范围内进行的。此外，图4中的点划线34、35表示从分别移动到旋转台12的最内周侧、最外周侧的温度测量区域40朝向放射温度测量部3的红外线。
由放射温度测量部3进行的扫描是在旋转台12正在旋转的状态下进行的。旋转台12的旋转速度在该例中为240转/分。图6是表示旋转台12与温度测量区域40之间的关系的俯视图。此外，图中的41表示在旋转台12正在旋转的状态下从旋转台12的内侧朝向外侧进行第n次(n为整数)扫描时的温度测量区域40的列(扫描线)。图中的42表示进行第n+1次(n为整数)扫描时的扫描线。由于旋转台12的旋转，以旋转台12的旋转中心P为中心，扫描线41、42相互错开与旋转台12的旋转速度相应的角度为θ1的中心角。通过像这样一边使旋转台12旋转一边重复进行扫描，来依次获取旋转台12的多个位置的温度测量值。
另外，热处理装置1中设置有包括用于对装置整体的动作进行控制的计算机的控制部5。在该控制部5的存储器内保存有用于进行后述的温度测量的程序。关于该程序，编入步骤群以执行装置的各种动作，从硬盘、压缩磁盘、磁光盘、存储卡、软盘等存储介质安装到控制部5内。
(温度测量方法)
说明本实施方式的热处理装置1的温度测量方法的一例。
本实施方式的温度测量方法使用于前述的热处理装置，该温度测量方法包括：载置步骤，将室温(20℃)下的电阻率为0.02Ω·cm以下的多个低电阻硅晶圆载置于旋转台的表面；旋转步骤，使载置有多个低电阻硅晶圆的旋转台旋转；以及测量步骤，在旋转台正在旋转的状态下，检测从多个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶圆的表面放射的红外线，由此测量低电阻硅晶圆的温度。
下面，对各个步骤进行说明。
载置步骤是将室温下的电阻率为0.02Ω·cm以下的多个低电阻硅晶圆载置于旋转台12的表面的步骤。
具体地说，首先，打开设置于输送口17的闸板18，通过输送机构2A将低电阻硅晶圆从处理容器11的外部经由输送口17交接到旋转台12的凹部16内。该交接是通过在凹部16停止于面对输送口17的位置处时、未图示的升降销经由凹部16的底面的贯通孔从处理容器11的底部侧进行升降来进行的。使旋转台12间歇性地旋转来进行这样的低电阻硅晶圆的交接，将低电阻硅晶圆分别载置在旋转台12的五个凹部16内。
旋转步骤是使载置有多个低电阻硅晶圆的旋转台12旋转的步骤。
具体地说，在将低电阻硅晶圆分别载置在旋转台12的五个凹部16内之后，关闭闸板18，通过与排气口26连接的未图示的真空泵将处理容器11内抽吸为真空(日语：引き切り)的状态。接着，从分离气体喷嘴22、24将作为分离气体的N2气体以规定流量喷出，将N2气体以规定流量供给到旋转台12的中心部区域处的空间28。伴随于此，通过与排气口26连接的未图示的压力调整单元将处理容器11内调整为预先设定的压力(例如，与对晶圆W进行热处理时的压力同样的压力)。接着，一边使旋转台12顺时针地旋转一边利用加热器20将低电阻硅晶圆加热至例如规定温度(例如760℃)。
测量步骤是在旋转台12正在旋转的状态下检测从多个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶圆的表面放射的红外线、由此测量低电阻硅晶圆的温度的步骤。
具体地说，在旋转台12正在旋转的状态下，使放射温度测量部3的旋转体302绕旋转轴306进行旋转，由此通过反射面303～305中的任一个反射面对旋转台12上的包括低电阻硅晶圆的温度测量区域40的红外线进行反射来将该红外线引导到检测部301，并使温度测量区域40的位置在旋转台12的径向上移动来进行扫描。此时，利用检测部301从一个反射面连续规定次数(例如128次)地取入红外线，由此来对旋转台12的径向上的规定位置(例如128个位置)处的温度进行检测。通过像这样一边使旋转台12旋转一边利用放射温度测量部3重复进行扫描，来对从载置于旋转台12的多个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶圆的表面放射的红外线进行检测，由此对多个低电阻硅晶圆的温度依次进行测量。
此外，在第一实施方式中，对放射温度测量部3使温度测量区域40的位置在旋转台12的径向上移动来进行扫描、由此测量温度的方式进行了说明，但是不限定于此。例如，也可以是如下方式：放射温度测量部3不使温度测量区域40的位置在旋转台12的径向上移动，而是放射温度测量部3对旋转台12的径向上的任意一点的温度进行测量。另外，作为放射温度测量部3，也可以使用公知的红外线放射温度计、热像计测装置(热像仪)。
〔第二实施方式〕
在第二实施方式中，对批量式的热处理装置的温度测量方法进行说明，在该批量式的热处理装置中，由载置于晶圆舟的多个晶圆构成一个批量，在处理容器内以批量单位进行成膜处理。
(热处理装置的结构)
图7是第二实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。
如图7所示，第二实施方式的热处理装置具有长度方向为铅垂方向的大致圆筒形的处理容器104。处理容器104具有作为圆筒体的内筒106和在内筒106的外侧与内筒106同心状地配置的、具有顶板的外筒108的二重管构造。内筒106和外筒108例如由石英等耐热性材料形成。
内筒106和外筒108的下端部被由不锈钢等形成的歧管110保持。歧管110例如固定于未图示的底板。此外，歧管110与内筒106、外筒108一同形成大致圆筒形的内部空间，因此歧管110形成处理容器104的一部分。即，处理容器104具备例如由石英等耐热性材料形成的内筒106和外筒108、以及由不锈钢等形成的歧管110，歧管110设置于处理容器104的侧面下部，以从下方保持内筒106和外筒108。
歧管110具有气体导入部120，该气体导入部120将成膜处理中使用的成膜气体、掺入气体等处理气体、吹扫处理中使用的吹扫气体等各种气体导入到处理容器104内。在图7中，示出了设置有一个气体导入部120的方式，但是不限定于此，也可以根据所使用的气体的种类等设置多个气体导入部120。
作为处理气体的种类，不特别地进行限定，能够根据形成的膜的种类等适当地选择。作为吹扫气体的种类，不特别地进行限定，例如能够使用氮气(N2)等非活性气体。
在气体导入部120上连接有用于将各种气体导入到处理容器104内的导入配管122。此外，在导入配管122处插入设置有用于调整气体流量的质量流量控制器等流量调整部124、未图示的阀等。
另外，歧管110具有对处理容器104内进行排气的气体排出部130。在气体排出部130上连接有包括能够对处理容器104内进行减压控制的真空泵132、开度可变阀134等的排气配管136。
在歧管110的下端部形成有炉口140，在炉口140处设置有例如由不锈钢等形成的圆盘状的盖体142。盖体142例如设置为能够通过作为晶圆舟升降机发挥功能的升降机构144进行升降，构成为能够将炉口140气密性地密封。
在盖体142上设置有例如由石英制成的保温筒146。在保温筒146上载置有例如由石英制成的晶圆舟148，该晶圆舟148例如将50个至175个左右的晶圆W以水平状态且以规定的间隔多层地保持。晶圆舟148构成为能够通过设置于盖体142的未图示的旋转机构借助保温筒146进行旋转。
通过使用升降机构144使盖体142上升来向处理容器104内搬入晶圆舟148，针对保持在晶圆舟148内的晶圆W进行各种成膜处理。在进行各种成膜处理之后，使用升降机构144使盖体142下降，由此从处理容器104内向下方的装载区域搬出晶圆舟148。载置于晶圆舟148的多个晶圆W构成一个批量，以批量单位进行各种成膜处理。
在处理容器104的外周侧设置有例如圆筒形状的加热器160，该加热器160能够对处理容器104进行加热控制使之成为规定的温度。加热器160被分割为七个区带，从铅垂方向上的上侧朝向下侧地设置有加热器160a～160g。加热器160a～160g构成为能够被电力控制器162a～162g分别独立地控制发热量。另外，在内筒106的内壁和/或外筒108的外壁上，与加热器160a～160g对应地设置有未图示的温度传感器。此外，在图7中，示出了加热器160被分割为七个区带的情况，但是关于加热器160的区带的分割数，不限定于此，例如也可以是六个以下，还可以是八个以上。另外，也可以不将加热器160分割为多个区带。
在处理容器104的上方设置有作为非接触式温度计的一例的放射温度测量部3A。放射温度测量部3A对从保持在晶圆舟148内的低电阻硅晶圆放射的红外线进行检测，由此测量低电阻硅晶圆的温度。作为放射温度测量部3A，例如可以是与在第一实施方式中说明过的放射温度测量部3同样的结构，也可以是公知的红外线放射温度计、热像仪。
热处理装置中设置有包括用于对装置整体的动作进行控制的计算机的控制部190。在控制部190的存储器内保存有用于进行温度测量的程序。关于程序，编入步骤群以执行装置的各种动作，从硬盘、压缩磁盘、磁光盘、存储卡、软盘等存储介质安装到控制部190内。
另外，控制部190也可以基于由放射温度测量部3A测量出的低电阻硅晶圆的温度来对加热器160进行反馈控制。此外，在设置有低电阻硅晶圆的位置的温度与处理容器104内的温度之差大的情况下，也可以校正低电阻硅晶圆的温度，基于校正后的温度来对加热器160进行反馈控制。
(温度测量方法)
说明第二实施方式的热处理装置的温度测量方法的一例。
第二实施方式的温度测量方法使用于前述的热处理装置，该温度测量方法包括：载置步骤、搬入步骤、旋转步骤以及测量步骤。
下面，对各个步骤进行说明。
在载置步骤中，将室温(20℃)下的电阻率为0.02Ω·cm以下的低电阻硅晶圆载置在晶圆舟148内。优选的是，晶圆舟148内的载置低电阻硅晶圆的位置为晶圆舟148的最上层的位置(图7的位置A1)。由此，即使在将产品晶圆、虚拟晶圆等保持于晶圆舟148内的其它位置的状态下，也能够利用放射温度测量部3A来检测从低电阻硅晶圆放射的红外线。此外，关于载置低电阻硅晶圆的位置，只要是放射温度测量部3A能够检测从低电阻硅晶圆放射的红外线的位置即可，也可以是其它位置。
在搬入步骤中，将载置有低电阻硅晶圆的晶圆舟148搬入到处理容器104内。
在旋转步骤中，通过旋转机构使被搬入到处理容器104内的晶圆舟148旋转，通过加热器160将低电阻硅晶圆加热至规定温度。
在测量步骤中，在晶圆舟148正在旋转的状态下，利用放射温度测量部3A来检测从低电阻硅晶圆的表面放射的红外线，由此测量低电阻硅晶圆的温度。
〔第三实施方式〕
在第三实施方式中，对批量式的热处理装置的测量处理容器内的温度的温度测量方法的其它例进行说明，在该批量式的热处理装置中，由载置于晶圆舟的多个晶圆构成一个批量，在处理容器内以批量单位进行成膜处理。
在第三实施方式的热处理装置中，放射温度测量部设置于处理容器的下方，这一点与第二实施方式的热处理装置不同。此外，关于其它结构，能够设为与第二实施方式的热处理装置相同。
图8是表示第三实施方式所涉及的热处理装置的一例的纵向概要截面图。
如图8所示，放射温度测量部3B安装于处理容器104的下方、例如升降机构144的上表面。在盖体142上在与设置有放射温度测量部3B的位置对应的位置处开口有狭缝150，以覆盖狭缝150上下的方式设置有下侧窗152、上侧窗154。下侧窗152、上侧窗154使从低电阻硅晶圆的表面放射的红外线透过，例如由蓝宝石构成以使放射温度测量部3B能够进行温度测量。
在如本实施方式这样将放射温度测量部3B设置于处理容器104的下方的情况下，优选的是，载置低电阻硅晶圆的位置为晶圆舟148的最下层的位置(图8的位置A2)。由此，即使在将产品晶圆、虚拟晶圆等保持于晶圆舟148内的其它位置的状态下，也能够利用放射温度测量部3B来检测从低电阻硅晶圆放射的红外线。此外，关于载置低电阻硅晶圆的位置，只要是放射温度测量部3B能够检测从低电阻硅晶圆放射的红外线的位置即可，也可以是其它位置。
图9是表示第三实施方式所涉及的热处理装置的其它例的纵向概要截面图。
如图9所示，放射温度测量部3C安装于处理容器104的下方、例如升降机构144的上表面。在放射温度测量部3C的上方设置有管状构件156，该管状构件156从盖体142的下方贯通盖体142并插入到处理容器104的内部，该管状构件156的前端部配置于晶圆舟148的外周侧。管状构件156作为用于传输红外线的传输路径发挥功能。
在如本实施方式这样将放射温度测量部3C设置于处理容器104的下方并且设置有管状构件156的情况下，优选的是，载置低电阻硅晶圆的位置为管状构件156内部的前端部的附近(图9的位置A3)。此时，低电阻硅晶圆被加工为能够收容于管状构件156内部的大小，并被安装于管状构件156的前端部的内部。此外，也可以设置多个管状构件156，与多个管状构件156分别对应地设置多个放射温度测量部3C。在该情况下，优选设置为各管状构件156的前端部的位置在铅垂方向上互不相同。由此，能够测量铅垂方向上的互不相同的位置处的温度。
〔第四实施方式〕
在第四实施方式中，对批量式的热处理装置中的测量处理容器内的温度的温度测量方法的其它例进行说明，在该批量式的热处理装置中，由载置于晶圆舟的多个晶圆构成一个批量，在处理容器内以批量单位进行成膜处理。
在第四实施方式的热处理装置中，将放射温度测量部设置于处理容器的侧方，这一点与第二实施方式的热处理装置不同。此外，关于其它结构，能够设为与第二实施方式的热处理装置相同。
图10是第四实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。
如图10所示，放射温度测量部3D设置于处理容器104的侧方。具体地说，多个放射温度测量部3D-a～3D-g分别以从加热器160a～160g的外部贯通加热器160a～160g的方式朝向处理容器104被插入，该放射温度测量部3D-a～3D-g的前端部(温度探测部)配置于外筒108的外壁附近。此外，放射温度测量部3D也可以为一个。
在如本实施方式这样将放射温度测量部3D的前端部配置于外筒108的外壁附近的情况下，优选的是，载置低电阻硅晶圆的位置为外筒108的外壁处的与设置有放射温度测量部3D的位置对应的位置。即，如图10所示，优选的是，低电阻硅晶圆安装于与设置有放射温度测量部3D-a～3D-g的位置对应的位置A4-a～A4-g。由此，能够测量铅垂方向上的互不相同的位置处的温度。关于将低电阻硅晶圆安装于外筒108的外壁的方法，不特别地进行限定，例如能够将低电阻硅晶圆以被保持于保持件的状态安装于外筒108的外壁。此外，载置低电阻硅晶圆的位置也可以为晶圆舟148内的与设置放射温度测量部3D的位置对应的位置。
〔第五实施方式〕
在第五实施方式中，对批量式的热处理装置中的测量处理容器内的温度的温度测量方法的其它例进行说明，在该批量式的热处理装置中，由载置于晶圆舟的多个晶圆构成一个批量，在处理容器内以批量单位进行成膜处理。
在第五实施方式的热处理装置中，将放射温度测量部的前端部(温度探测部)设置于处理容器的内部，这一点与第二实施方式的热处理装置不同。此外，关于其它结构，能够设为与第二实施方式的热处理装置相同。
图11是第五实施方式所涉及的热处理装置的纵向概要截面图。
如图11所示，放射温度测量部3E的前端部设置于处理容器104的内部。具体地说，放射温度测量部3E具有光纤部3E1，该光纤部3E1从盖体142的下方贯通盖体14并被插入到处理容器104内部，该光纤部3E1的前端部配置于晶圆舟148的最下层的位置附近。放射温度测量部3E构成为能够检测从光纤部3E1的前端部入射的红外线。
在如本实施方式这样将放射温度测量部3E的前端部配置于晶圆舟148的最下层的位置附近的情况下，优选的是，载置低电阻硅晶圆的位置为晶圆舟148的最下层的位置(图11的位置A5)。
[实施例]
下面，在实施例中具体地说明本发明，但是本发明并非限定于这些实施例来进行解释。
[实施例1]
在实施例1中，通过前述的第一实施方式的温度测量方法进行温度测量。此外，在本实施例中，使用沿旋转台12的旋转方向形成有六个凹部16(槽1、槽2、槽3、槽4、槽5、槽6)的旋转台12。
首先，将低电阻硅晶圆载置于旋转台12的六个凹部16中的每个凹部16。在本实施例中，作为低电阻硅晶圆，使用六个掺入B(硼)来作为杂质且室温下的电阻率小于0.02Ω·cm的P型硅晶圆。另外，关于六个硅晶圆，使用由互不相同的铸锭制造而成的硅晶圆。
接着，一边使载置有多个低电阻硅晶圆的旋转台12旋转一边利用加热器20对低电阻硅晶圆进行加热。在本实施例中，使旋转台12以20rpm的旋转速度顺时针地旋转，将加热器20的设定温度设为760℃来进行低电阻硅晶圆的加热。
接着，在处理容器11内的温度已稳定的状态下，检测从六个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶的表面放射的红外线，由此测量六个低电阻硅晶圆的温度。
图12是表示实施例1中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。在图12的曲线图中，横轴为相对于旋转台12的旋转中心P的距离(mm)，纵轴为温度(℃)。另外，载置有低电阻硅晶圆的范围(晶圆范围)是相对于旋转台12的旋转中心P的距离为160mm以上460mm以下的范围。
具体地说，在图12中示出了将低电阻硅晶圆分别载置于旋转台12的六个凹部16后的六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的温度分布。此外，在图中，实线、点线、虚线、点划线、长虚线以及双点划线分别表示载置于槽1、槽2、槽3、槽4、槽5以及槽6的低电阻硅晶圆的相对于旋转台12的旋转中心P的距离与温度之间的关系。
如图12所示，六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的任意位置处，均为大致相同的温度，即使在温度差最大的位置(图中约420mm的位置)处，该温度差也仅为1.2℃。
[实施例2]
在实施例2中，除了将加热器20的设定温度设为620℃来进行低电阻硅晶圆的加热这一点以外，通过与实施例1同样的温度测量方法进行温度测量。
图13是表示实施例2中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。在图13的曲线图中，横轴为相对于旋转台12的旋转中心P的距离(mm)，纵轴为温度(℃)。另外，载置有低电阻硅晶圆的范围是相对于旋转台12的旋转中心P的距离为160mm以上460mm以下的范围。
具体地说，在图13中示出了将低电阻硅晶圆分别载置于旋转台12的六个凹部16后的六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的温度分布。此外，在图中，实线、点线、虚线、点划线、长虚线以及双点划线分别表示载置于槽1、槽2、槽3、槽4、槽5以及槽6的低电阻硅晶圆的相对于旋转台12的旋转中心P的距离与温度之间的关系。
如图13所示，六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的任意位置处，均为大致相同的温度，即使在温度差最大的位置(图中420mm的位置)处，该温度差也仅为0.9℃。
[实施例3]
在实施例3中，除了将加热器20的设定温度设为155℃来进行低电阻硅晶圆的加热这一点以外，通过与实施例1同样的温度测量方法进行温度测量。
图14是表示实施例3中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。在图14的曲线图中，横轴为相对于旋转台12的旋转中心P的距离(mm)，纵轴为温度(℃)。另外，载置有低电阻硅晶圆的范围是相对于旋转台12的旋转中心P的距离为160mm以上460mm以下的范围。
具体地说，在图14中示出了将低电阻硅晶圆分别载置于旋转台12的六个凹部16后的六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的温度分布。此外，在图中，实线、点线、虚线、点划线、长虚线以及双点划线分别表示载置于槽1、槽2、槽3、槽4、槽5以及槽6的低电阻硅晶圆的相对于旋转台12的旋转中心P的距离与温度之间的关系。
如图14所示，六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的任意位置处，均为大致相同的温度，即使在温度差最大的位置(图中约340mm的位置)处，该温度差也仅为0.5℃。
[实施例4]
在实施例4中，除了将六个掺入Sb(锑)来作为杂质且室温下的电阻率为0.02Ω·cm的N型硅晶圆用作低电阻硅晶圆这一点以外，通过与实施例3同样的温度测量方法进行温度测量。此外，关于六个硅晶圆，使用了由互不相同的铸锭制造而成的硅晶圆。
图15是表示实施例4中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。在图15的曲线图中，横轴为相对于旋转台12的旋转中心P的距离(mm)，纵轴为温度(℃)。另外，载置有低电阻硅晶圆的范围是相对于旋转台12的旋转中心P的距离为160mm以上460mm以下的范围。
具体地说，在图15中示出了将低电阻硅晶圆分别载置于旋转台12的六个凹部16后的六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的温度分布。此外，在图中，实线、点线、虚线、点划线、长虚线以及双点划线分别表示载置于槽1、槽2、槽3、槽4、槽5以及槽6的低电阻硅晶圆的相对于旋转台12的旋转中心P的距离与温度之间的关系。
如图15所示，六个低电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的任意位置处，均为大致相同的温度，即使在温度差最大的位置(图中约440mm的位置)处，该温度差也仅为0.7℃。
另外，如图15所示，在相对于旋转台12的旋转中心P的距离为370mm的位置(图中)处，确认出在图14中没有看到的温度的变动。可以认为这是因为：在低温下仅有少量红外线透过掺入Sb来作为杂质的低电阻硅晶圆，因此从配置于低电阻硅晶圆的下部的升降销、加热器20等放射的红外线少量地透过低电阻硅晶圆并入射到放射温度测量部3。
[比较例1]
在比较例1中，除了代替低电阻硅晶圆而使用SiC晶圆这一点以外，通过与实施例2同样的温度测量方法进行温度测量。此外，关于六个SiC晶圆，使用了由互不相同的铸锭制造而成的晶圆。
图16是表示比较例1中的旋转台的径向上的位置与温度之间的关系的曲线图。在图16的曲线图中，横轴为相对于旋转台12的旋转中心P的距离(mm)，纵轴为温度(℃)。另外，载置有SiC晶圆的范围是相对于旋转台12的旋转中心P的距离为160mm以上460mm以下的范围。
具体地说，在图16中示出了将SiC晶圆分别载置于旋转台12的六个凹部16后的六个SiC晶圆在旋转台12的径向上的温度分布。此外，在图中，实线、点线、虚线、点划线、长虚线以及双点划线分别表示载置于槽1、槽2、槽3、槽4、槽5以及槽6的SiC晶圆的相对于旋转台12的旋转中心P的距离与温度之间的关系。
如图16所示，在旋转台12的径向上的几乎全部的位置处，对六个SiC晶圆测量出的温度差大，在相对于旋转台12的旋转中心P的距离为420mm的位置处，该温度差为12℃。该温度差为比实施例2的0.9℃大10倍以上的值。
[比较例2]
在比较例2中，除了代替低电阻硅晶圆而使用高电阻硅晶圆这一点以外，通过与实施例3同样的温度测量方法进行温度测量。作为高电阻硅晶圆，使用了六个掺入有B且室温下的电阻率为1Ω·cm以上50Ω·cm以下的P型硅晶圆。此外，关于六个高电阻硅晶圆，使用了由互不相同的铸锭制造而成的高电阻硅晶圆。
图17是表示比较例2中的旋转台上的径向的位置与温度之间的关系的曲线图。在图17的曲线图中，横轴为相对于旋转台12的旋转中心P的距离(mm)，纵轴为温度(℃)。另外，载置有高电阻硅晶圆的范围是相对于旋转台12的旋转中心P的距离为160mm以上460mm以下的范围。
具体地说，在图17中示出了将高电阻硅晶圆分别载置于旋转台12的六个凹部16后的六个高电阻硅晶圆在旋转台12的径向上的温度分布。此外，在图中，实线、点线、虚线、点划线、长虚线以及双点划线分别表示载置于槽1、槽2、槽3、槽4、槽5以及槽6的高电阻硅晶圆的相对于旋转台12的旋转中心P的距离与温度之间的关系。
如图17所示，能够确认：在使用高电阻硅晶圆的情况下，在旋转台12的径向上的几乎全部的位置处测量出的温度整体低于加热器20的设定温度(155℃)。可以认为这是因为：高电阻硅晶圆在低温下不放射红外线，因此从高电阻硅晶圆放射且入射到放射温度测量部3的红外线的量少。另外，如图17所示，能够确认测量出的温度根据相对于旋转台12的旋转中心P的距离的不同而大不相同。可以认为这是因为：高电阻硅晶圆在低温下使红外线透过，因此从配置于高电阻硅晶圆下部的升降销、加热器20等放射的红外线透过高电阻硅晶圆并入射到放射温度测量部3。
根据以上所说明的实施例2和比较例1的结果以及实施例3、实施例4及比较例2的结果能够确认：通过使用具有足够低的电阻率的低电阻硅晶圆，即使在使用了由互不相同的铸锭制造而成的晶圆的情况下，也能够抑制对多个晶圆分别测量出的温度的偏差。即，即使在使用制造历程互不相同的晶圆的情况下，也能够以高精度测量晶圆的温度。
另外，根据实施例1～3的结果确认了能够在从低温(例如155℃)至高温(例如760℃)的温度范围内抑制对多个晶圆分别测量出的温度的偏差。即，能够在从低温至高温的温度范围内以高精度测量晶圆的温度。
如以上所说明那样，根据本实施方式的温度测量方法和热处理装置，即使在使用制造历程互不相同的晶圆的情况下，也能够以高精度测量晶圆的温度。
此外，在上述的各实施方式中，晶圆为基板的一例，晶圆舟为基板保持器具的一例。
以上，通过实施例对温度测量方法和热处理装置进行了说明，但是本发明不限定于上述实施例，能够在本发明的范围内进行各种变形和改进。
在上述的各实施方式中，作为低电阻硅晶圆，对掺入B来作为杂质的P型硅晶圆、掺入Sb来作为杂质的N型硅晶圆进行了说明，但是本发明不限定于此。作为低电阻硅晶圆，只要是掺入三价元素或者五价元素来作为杂质的硅晶圆即可。作为三价元素，例如能够使用Al(铝)，作为五价元素，例如能够使用P(磷)、As(砷)。
另外，在上述的第二实施方式至第五实施方式中，说明了设置放射温度测量部的位置等互不相同的情况，但是本发明不限定于第二实施方式至第五实施方式的结构，也可以对这些实施方式的放射温度测量部进行组合。
根据本实施方式，能够提供一种能够以高精度测量晶圆的温度的温度测量方法。
本次公开的实施方式在所有方面均为例示，不应该认为对发明进行了限制。实际上，上述的实施方式能够通过多种方式来实现。另外，上述的实施方式只要不脱离所附的权利要求书的范围及其主旨，就能够通过各种方式进行省略、替换、变更。本发明的范围包括所附的权利要求书的范围及其同等的意思以及范围内的全部变更。

Claims (10)

1.一种温度测量方法，利用放射温度测量部来测量半导体制造装置中的处理容器内的温度，该放射温度测量部检测从对象物放射的红外线来测量温度，
其中，利用所述放射温度测量部来检测从20℃下的电阻率为0.02Ω·cm以下的低电阻硅晶圆放射的红外线。
2.根据权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，
所述低电阻硅晶圆是掺入有三价元素或者五价元素来作为杂质的硅晶圆。
3.根据权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，
所述低电阻硅晶圆被保持于基板保持器具，该基板保持器具用于保持在所述处理容器内被施加处理的基板。
4.根据权利要求3所述的温度测量方法，其特征在于，
所述基板保持器具用于将所述基板在铅垂方向上隔开规定的间隔地保持，
所述低电阻硅晶圆配置于所述基板保持器具的铅垂方向上的最上层或者最下层。
5.根据权利要求1所述的温度测量方法，其特征在于，
所述低电阻硅晶圆固定于所述处理容器的外壁。
6.一种温度测量方法，使用于热处理装置，该热处理装置将多个基板载置于设置在处理容器内的旋转台的表面，一边使旋转台旋转一边对多个基板进行热处理，该温度测量方法包括：
载置步骤，将20℃下的电阻率为0.02Ω·cm以下的多个低电阻硅晶圆载置于所述旋转台的表面；
旋转步骤，使载置有所述多个低电阻硅晶圆的所述旋转台旋转；以及
测量步骤，在所述旋转台正在旋转的状态下，检测从所述多个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶圆的表面放射的红外线，由此测量所述低电阻硅晶圆的温度。
7.根据权利要求6所述的温度测量方法，其特征在于，
在所述测量步骤中，对沿着所述旋转台的径向的方向上的多个区域内的温度进行测量。
8.根据权利要求6所述的温度测量方法，其特征在于，
所述低电阻硅晶圆是掺入有三价元素或者五价元素来作为杂质的硅晶圆。
9.根据权利要求6所述的温度测量方法，其特征在于，
在所述测量步骤中，在利用加热器对所述低电阻硅晶圆进行了加热的状态下，测量所述低电阻硅晶圆的温度。
10.一种热处理装置，将多个基板载置于设置在处理容器内的旋转台的表面，一边使旋转台旋转一边对多个基板进行热处理，该热处理装置具备控制部，该控制部按顺序执行以下步骤：
载置步骤，将20℃下的电阻率为0.02Ω·cm以下的多个低电阻硅晶圆载置于所述旋转台的表面；
旋转步骤，使载置有所述多个低电阻硅晶圆的所述旋转台旋转；以及
测量步骤，在所述旋转台正在旋转的状态下，检测从所述多个低电阻硅晶圆中的每个低电阻硅晶圆的表面放射的红外线，由此测量所述低电阻硅晶圆的温度。
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