JP2000012479A - Heat treatment system for substrate - Google Patents
Heat treatment system for substrateInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばランプア
ニール装置やCVD装置などのように、熱処理炉内に基
板を収容し、熱処理炉内へ活性または不活性な処理ガス
を供給し、熱処理炉内の基板を光照射等によって加熱す
ることにより、基板に対しアニール、酸窒化、成膜など
の熱処理を施す基板熱処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for storing a substrate in a heat treatment furnace and supplying an active or inactive processing gas into the heat treatment furnace, such as a lamp annealing apparatus or a CVD apparatus. The present invention relates to a substrate heat treatment apparatus for performing heat treatment such as annealing, oxynitridation, and film formation on a substrate by heating the substrate by light irradiation or the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】この種の基板熱処理装置、例えばランプ
アニール装置においては、石英ガラス等によって扁平状
に形成された熱処理炉内へ開口を通して基板を1枚ずつ
搬入し、開口を閉塞した後、ガス供給ユニットから酸
素、窒素、アルゴン、アンモニア、一酸化窒素などの活
性または不活性な処理ガスを熱処理炉内へ供給し、熱処
理炉内に収容された基板をランプヒータからの光照射に
より加熱して、基板を熱処理するようにしている。この
ような基板の熱処理を行う場合、基板を所望通りの温度
に加熱するためには、基板の表面温度を正確に測定する
ことが極めて重要になる。2. Description of the Related Art In a substrate heat treatment apparatus of this type, for example, a lamp annealing apparatus, substrates are carried one by one through openings into a heat treatment furnace formed flat by quartz glass or the like, and the openings are closed. An active or inactive processing gas such as oxygen, nitrogen, argon, ammonia, or nitric oxide is supplied from the supply unit into the heat treatment furnace, and the substrate accommodated in the heat treatment furnace is heated by light irradiation from a lamp heater. Then, the substrate is heat-treated. In performing such heat treatment of a substrate, it is extremely important to accurately measure the surface temperature of the substrate in order to heat the substrate to a desired temperature.
【0003】熱処理炉内に収容された基板の温度を測定
する方法として、従来は、熱電対を基板に直に接触させ
て基板の温度を検出していた。また、基板と同等の熱特
性を持つ測定用ピースに熱電対を固着しておき、その測
定用ピースを基板と一緒に熱処理炉内に配設し、熱電対
により測定用ピースの温度を検出して、間接的に基板の
温度を測定するようにしていた。Conventionally, as a method of measuring the temperature of a substrate housed in a heat treatment furnace, a temperature of the substrate is detected by bringing a thermocouple into direct contact with the substrate. In addition, a thermocouple is fixed to a measuring piece having the same thermal characteristics as the substrate, and the measuring piece is placed in a heat treatment furnace together with the substrate, and the temperature of the measuring piece is detected by the thermocouple. Thus, the temperature of the substrate is measured indirectly.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、熱処理
炉内に収容された基板に熱電対を直に接触させて基板の
温度を検出する方式では、接触抵抗により、また、基板
への熱電対の接触の仕方によって接触抵抗が変化するこ
とにより、基板の温度を正確に測定することができない
ことが多かった。しかも、ランプヒータによって熱電対
自体も加熱されるため、基板の温度を正確に測定するこ
とが一層困難であった。また、基板に金属体を接触させ
ることになるため、基板に金属汚染を生じることがあ
り、また、熱電対によって基板の表面を傷付けることも
あった。However, in a system in which a thermocouple is directly brought into contact with a substrate housed in a heat treatment furnace to detect the temperature of the substrate, contact between the thermocouple and the substrate is caused by contact resistance. In many cases, the temperature of the substrate cannot be measured accurately because the contact resistance changes depending on the method. Moreover, since the thermocouple itself is also heated by the lamp heater, it has been more difficult to accurately measure the temperature of the substrate. Further, since the metal body comes into contact with the substrate, metal contamination may occur on the substrate, and the surface of the substrate may be damaged by the thermocouple.
【0005】また、熱電対が固着された測定用ピースを
熱処理炉内に配設しておき、熱電対により測定用ピース
の温度を検出して間接的に基板の温度を測定する方式で
は、実際の基板の温度を測定するものではないので、基
板の温度を正確に測定することができなかった。また、
この方式の場合にも、ランプヒータによって熱電対自体
が加熱されるため、基板の温度を正確に測定することが
一層困難であった。さらに、基板の種類によって測定用
ピースの赤外線等の吸収特性が基板と異なっていたり、
熱処理過程での成膜等によって基板の表面状態(放射率
等)が変化したりすると、基板の温度を正確に測定する
ことがさらに困難であった。In a method in which a measuring piece to which a thermocouple is fixed is provided in a heat treatment furnace and the temperature of the measuring piece is detected indirectly by detecting the temperature of the measuring piece by the thermocouple, the actual method is not used. Since the temperature of the substrate was not measured, the temperature of the substrate could not be measured accurately. Also,
Also in this method, since the thermocouple itself is heated by the lamp heater, it has been more difficult to accurately measure the temperature of the substrate. Furthermore, depending on the type of the substrate, the absorption characteristics such as infrared rays of the measuring piece are different from those of the substrate,
If the surface condition (emissivity, etc.) of the substrate changes due to film formation during the heat treatment, it has been more difficult to accurately measure the temperature of the substrate.
【0006】以上のように、従来の基板の温度測定方式
では、基板の温度を正確に測定することが困難であっ
た。このため、温度測定器からの基板温度の検出信号に
基づいて温度コントローラによりランプヒータへの供給
電力を制御して、基板を所望通りの温度に加熱しようと
しても、正確に基板の温度を調節することができず、こ
の結果、基板の熱処理品質が低下することになった。As described above, it is difficult to accurately measure the temperature of the substrate by the conventional substrate temperature measuring method. For this reason, the power supply to the lamp heater is controlled by the temperature controller based on the detection signal of the substrate temperature from the temperature measuring device, and even if the substrate is heated to a desired temperature, the temperature of the substrate is accurately adjusted. As a result, the heat treatment quality of the substrate was reduced.
【0007】この発明は、上述したような事情に鑑みて
なされたものであり、熱処理炉内に収容されて熱処理さ
れる基板の温度を正確に測定することができて、基板を
所望通りの温度に加熱することが可能になり、また、基
板に金属汚染を生じさせたり基板の表面を傷付けたりす
ることがなく、さらに、基板の種類や熱処理過程での基
板の表面状態の変化に関係無く基板の温度を正確に測定
することができる基板熱処理装置を提供することを目的
とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to accurately measure the temperature of a substrate accommodated in a heat treatment furnace and to be heat-treated. It is possible to heat the substrate without causing metal contamination on the substrate or damaging the surface of the substrate, and furthermore, regardless of the type of the substrate or the change in the surface state of the substrate during the heat treatment process. It is an object of the present invention to provide a substrate heat treatment apparatus capable of accurately measuring the temperature of a substrate.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項1および請求項2
に係る各発明は、それぞれ、基板を収容する熱処理炉
と、この熱処理炉内へ処理ガスを供給するガス供給手段
と、前記熱処理炉内に収容された基板を加熱する加熱手
段と、前記熱処理炉内に収容された基板の温度を測定す
る温度測定手段と、この温度測定手段によって測定され
た基板の温度に基づいて、基板が所定温度となるように
前記加熱手段を制御する温度制御手段とを備えた基板熱
処理装置であって、請求項1に係る発明では、前記温度
測定手段は、前記熱処理炉の周辺部の一方側に配設さ
れ、熱処理炉内に収容された基板の表面に接近してかつ
基板の表面と平行に測温用レーザ光を投射する投光部
と、前記熱処理炉の周辺部の他方側に前記投光部と対向
するように配設され、投光部から投射された測温用レー
ザ光が入射する受光部と、前記投光部から投射されるレ
ーザ光の強さと前記受光部へ入射するレーザ光の強さと
から求められる、測温用レーザ光が基板の表面の近傍の
ガス中を通過するときの光の吸収データより、基板の表
面の近傍のガス温度を計測する計測部と、を備え、請求
項2に係る発明では、前記温度測定手段は、前記熱処理
炉の周辺部に配設され、熱処理炉内に収容された基板の
表面に接近してかつ基板の表面と平行に測温用レーザ光
を投射する投光部と、前記熱処理炉の周辺部に前記投光
部と対向する位置から外れるように配設され、投光部か
ら投射された測温用レーザ光が入射する受光部と、前記
投光部から投射されるレーザ光の強さと前記受光部へ入
射するレーザ光の強さとから求められる、測温用レーザ
光が基板の表面の近傍のガス中を通過するときの光の散
乱データより、基板の表面の近傍のガス温度を計測する
計測部と、を備えたことをそれぞれ特徴とする。Means for Solving the Problems Claims 1 and 2
According to the inventions described above, a heat treatment furnace for accommodating a substrate, gas supply means for supplying a treatment gas into the heat treatment furnace, a heating means for heating a substrate accommodated in the heat treatment furnace, and a heat treatment furnace Temperature measuring means for measuring the temperature of the substrate housed therein, and, based on the temperature of the substrate measured by the temperature measuring means, a temperature control means for controlling the heating means so that the substrate has a predetermined temperature. In the invention according to claim 1, the temperature measuring means is disposed on one side of a peripheral portion of the heat treatment furnace, and is close to a surface of a substrate housed in the heat treatment furnace. And a light projecting unit for projecting the laser beam for temperature measurement in parallel with the surface of the substrate, and disposed on the other side of the peripheral part of the heat treatment furnace so as to face the light projecting unit, and projected from the light projecting unit. Light receiving part where the temperature measuring laser beam Absorption of light when the laser beam for temperature measurement passes through a gas near the surface of the substrate, which is obtained from the intensity of the laser light projected from the light emitting part and the intensity of the laser light incident on the light receiving part. A measurement unit for measuring a gas temperature in the vicinity of the surface of the substrate from the data, wherein in the invention according to claim 2, the temperature measurement means is provided in a peripheral portion of the heat treatment furnace, and is provided in the heat treatment furnace. A light projecting unit for projecting the laser beam for temperature measurement close to the surface of the accommodated substrate and parallel to the surface of the substrate; and a light emitting unit arranged around the heat treatment furnace so as to be deviated from a position facing the light emitting unit. Is provided, the light receiving unit to which the laser beam for temperature measurement projected from the light projecting unit is incident, and is obtained from the intensity of the laser light projected from the light projecting unit and the intensity of the laser light incident on the light receiving unit, Laser beam for temperature measurement passes through gas near substrate surface From scattering data of the Kino light, respectively, characterized in that and a measuring unit for measuring the gas temperature in the vicinity of the surface of the substrate.
【0009】請求項3に係る発明は、請求項1または請
求項2記載の基板熱処理装置において、前記加熱手段
は、前記熱処理炉内に収容された基板と平行な方向に設
けられた複数本のランプヒータを備えるとともに、前記
熱処理炉内に収容された基板の、半径方向において異な
る複数点の温度を測定する複数の放射温度計を設置し、
それぞれの放射温度計の測定結果に基づいて、前記温度
制御手段から前記複数本のランプヒータのそれぞれへ出
力される制御信号を補正するようにしたことを特徴とす
る。According to a third aspect of the present invention, in the substrate heat treatment apparatus according to the first or second aspect, the heating means includes a plurality of heating means provided in a direction parallel to the substrate housed in the heat treatment furnace. With a lamp heater, a plurality of radiation thermometers for measuring the temperature of a plurality of different points in the radial direction of the substrate housed in the heat treatment furnace,
A control signal output from the temperature control means to each of the plurality of lamp heaters is corrected based on a measurement result of each radiation thermometer.
【0010】上記した構成の請求項1に係る発明の基板
熱処理装置では、熱処理炉の周辺部の一方側に配設され
た投光部から測温用レーザ光が投射され、その投射され
たレーザ光は、熱処理炉内の基板の表面に接近してかつ
基板の表面と平行に基板の近傍のガス中を通過して、熱
処理炉の周辺部の他方側に投光部と対向するように配設
された受光部へ入射する。そして、計測部において、投
光部から投射されるレーザ光の強さと受光部へ入射する
レーザ光の強さとから、測温用レーザ光が基板の表面の
近傍のガス中を通過するときの光の吸収データが求めら
れ、その光の吸収データより、基板の表面の近傍のガス
温度が計測される。[0010] In the substrate heat treatment apparatus according to the first aspect of the present invention, a laser beam for temperature measurement is projected from a light projecting portion provided on one side of a peripheral portion of the heat treatment furnace, and the projected laser beam is emitted. The light passes through the gas near the substrate in close proximity to and in parallel with the surface of the substrate in the heat treatment furnace, and is distributed on the other side of the periphery of the heat treatment furnace so as to face the light projecting portion. The light enters the installed light receiving unit. Then, in the measuring unit, the intensity of the laser beam projected from the light projecting unit and the intensity of the laser beam incident on the light receiving unit are determined based on the intensity of the laser beam for temperature measurement passing through the gas near the surface of the substrate. Is obtained, and the gas temperature near the surface of the substrate is measured from the light absorption data.
【0011】また、請求項2に係る発明の基板熱処理装
置では、熱処理炉の周辺部に配設された投光部から測温
用レーザ光が投射され、その投射されたレーザ光は、熱
処理炉内の基板の表面に接近してかつ基板の表面と平行
に基板の近傍のガス中を通過して、熱処理炉の周辺部に
投光部と対向する位置から外れるように配設された受光
部へ入射する。そして、計測部において、投光部から投
射されるレーザ光の強さと受光部へ入射するレーザ光の
強さとから、測温用レーザ光が基板の表面の近傍のガス
中を通過するときの光の散乱データが求められ、その光
の散乱データより、基板の表面の近傍のガス温度が計測
される。Further, in the substrate heat treatment apparatus according to the second aspect of the present invention, a laser beam for temperature measurement is projected from a light projecting portion provided in a peripheral portion of the heat treatment furnace, and the projected laser light is emitted from the heat treatment furnace. A light-receiving unit disposed close to the surface of the substrate inside and in parallel with the surface of the substrate, passing through the gas in the vicinity of the substrate, and being arranged at a periphery of the heat treatment furnace so as to deviate from a position facing the light-emitting unit. Incident on. Then, in the measuring unit, the intensity of the laser beam projected from the light projecting unit and the intensity of the laser beam incident on the light receiving unit are determined based on the intensity of the laser beam for temperature measurement passing through the gas near the surface of the substrate. Is obtained, and the gas temperature near the surface of the substrate is measured from the light scattering data.
【0012】このように、請求項1および請求項2に係
る各発明の基板処理装置では、温度測定手段により、熱
処理炉内に収容された基板の温度が非接触で測定され、
基板に熱電対を直に接触させて基板の温度を検出したり
基板と一緒に熱処理炉内に配設された測定用ピースの温
度を検出して間接的に基板の温度を測定したりするので
はないため、基板の温度を正確に測定することができ
る。また、測温用レーザ光が基板の表面の近傍のガス中
を通過するときの光の吸収データや散乱データから基板
の表面の近傍のガス温度を計測して基板の温度を測定す
るので、加熱手段によって温度測定手段の構成要素自体
が加熱されるようなことはなく、このため、基板の温度
を正確に測定することが可能になる。また、基板に金属
体を接触させることがないので、基板に金属汚染を生じ
る恐れが無く、また、基板の表面が傷付けられる心配も
無い。さらに、互いに赤外線等の吸収特性が異なる複数
種類の基板についても、また、熱処理過程での成膜等に
よって基板の表面状態(放射率等)が変化しても、基板
の表面の近傍のガス温度を計測していることから、基板
の表面状態に関係なく、基板の温度を正確に測定するこ
とが可能になる。このようにして、温度測定手段により
熱処理炉内の基板の温度を正確に測定することが可能に
なるため、温度測定手段からの基板温度の検出信号に基
づいて温度制御手段により加熱手段を制御して、基板を
所望通りの温度に加熱することができることとなる。As described above, in the substrate processing apparatus according to the first and second aspects of the present invention, the temperature of the substrate accommodated in the heat treatment furnace is measured by the temperature measuring means in a non-contact manner.
The temperature of the substrate is detected by directly contacting the thermocouple with the substrate, or the temperature of the measuring piece placed in the heat treatment furnace together with the substrate is measured indirectly to measure the temperature of the substrate. Therefore, the temperature of the substrate can be accurately measured. In addition, since the temperature of the substrate is measured by measuring the gas temperature near the surface of the substrate from the absorption or scattering data of the light when the laser beam for temperature measurement passes through the gas near the surface of the substrate, The means does not heat the components of the temperature measuring means themselves, which makes it possible to accurately measure the temperature of the substrate. Further, since the metal body is not brought into contact with the substrate, there is no risk of causing metal contamination on the substrate, and there is no fear that the surface of the substrate is damaged. Furthermore, even with respect to a plurality of types of substrates having different absorption characteristics such as infrared rays, even if the surface state (emissivity, etc.) of the substrate changes due to film formation in a heat treatment process, the gas temperature in the vicinity of the substrate surface is changed. Is measured, the temperature of the substrate can be accurately measured irrespective of the surface condition of the substrate. In this manner, since the temperature of the substrate in the heat treatment furnace can be accurately measured by the temperature measuring unit, the heating unit is controlled by the temperature control unit based on the substrate temperature detection signal from the temperature measuring unit. Thus, the substrate can be heated to a desired temperature.
【0013】請求項3に係る発明の基板熱処理装置で
は、複数の放射温度計により、熱処理炉内に収容された
基板の、半径方向において異なる複数点の温度が測定さ
れ、基板の全面における温度分布が測定される。そし
て、それぞれの放射温度計の測定結果に基づいて、温度
制御手段から熱処理炉内の基板と平行な方向に列設され
た複数本のランプヒータのそれぞれへ出力される制御信
号が、基板面内の温度分布を無くすように補正されるの
で、基板の全面における温度の均一性が向上することと
なる。[0013] In the substrate heat treatment apparatus according to the third aspect of the present invention, the plurality of radiation thermometers measure the temperature of a plurality of points in the radial direction of the substrate housed in the heat treatment furnace, and the temperature distribution over the entire surface of the substrate is measured. Is measured. Then, based on the measurement results of the respective radiation thermometers, a control signal output from the temperature control means to each of the plurality of lamp heaters arranged in a direction parallel to the substrate in the heat treatment furnace is output from the substrate surface. Is corrected so as to eliminate the temperature distribution described above, so that the temperature uniformity over the entire surface of the substrate is improved.
【0014】[0014]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好適な実施形態
について図面を参照しながら説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0015】図1は、この発明の実施形態の1例を示
し、基板熱処理装置の一種であるランプアニール装置の
概略構成を示す模式的断面図である。熱処理炉10は、
石英ガラス等によって扁平状に形成され、紙面と垂直方
向に設けられているために図示を省略したが、基板Wの
搬出入用の開口を有しており、その開口を閉塞すること
により密閉することが可能であり、また、ガス排出口を
有している。熱処理炉10の内部には、ガス供給管12
が挿入されており、その先端のガス吹出し口14が熱処
理炉10内の基板Wの中心部に対向するように配置され
ている。ガス供給管12は、電磁開閉弁18、マスフロ
ーコントローラ(図示せず)などが介在して設けられた
ガス供給路16に接続され、ガス供給路16が処理ガス
のガス供給ユニット(図示せず)に接続されている。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of the present invention and showing a schematic configuration of a lamp annealing apparatus which is a kind of a substrate heat treatment apparatus. The heat treatment furnace 10
Although not shown because it is formed in a flat shape with quartz glass or the like and provided in a direction perpendicular to the paper surface, it has an opening for loading and unloading the substrate W, and the opening is closed by closing the opening. And has a gas outlet. Inside the heat treatment furnace 10, a gas supply pipe 12 is provided.
And the gas outlet 14 at the tip thereof is arranged so as to face the center of the substrate W in the heat treatment furnace 10. The gas supply pipe 12 is connected to a gas supply path 16 provided with an electromagnetic on-off valve 18, a mass flow controller (not shown), and the like, and the gas supply path 16 is connected to a gas supply unit (not shown) for processing gas. It is connected to the.
【0016】基板Wは、1枚ずつサセプタ20によって
支持され、熱処理炉10内へ搬入され熱処理中は水平姿
勢に保持され熱処理炉10内から搬出される。熱処理炉
10の外側には、熱処理炉10の上壁面に近接して複数
本の基板加熱用のランプヒータ22a、22b、22c
が互いに平行にかつ熱処理炉10内の基板Wと平行な方
向に設けられており、図示を省略したが、ランプヒータ
22a、22b、22cの背面側(上方側)には水冷反
射板が配設されている。The substrates W are supported one by one by the susceptor 20, are carried into the heat treatment furnace 10, are kept in a horizontal posture during the heat treatment, and are carried out of the heat treatment furnace 10. Outside the heat treatment furnace 10, a plurality of substrate heating lamp heaters 22 a, 22 b, and 22 c are provided near the upper wall surface of the heat treatment furnace 10.
Are provided in parallel with each other and in a direction parallel to the substrate W in the heat treatment furnace 10, and although not shown, a water-cooled reflector is provided on the back side (upper side) of the lamp heaters 22a, 22b, 22c. Have been.
【0017】また、熱処理炉10の外側には、複数のパ
イロメータ(放射温度計)24a、24b、24cが設
けられている。そして、それら複数のパイロメータ24
a、24b、24cにより、熱処理炉10内に収容され
て熱処理される基板Wの温度を、基板Wの半径方向にお
いて異なる複数点でそれぞれ測定するように構成されて
いる。A plurality of pyrometers (radiation thermometers) 24a, 24b, 24c are provided outside the heat treatment furnace 10. And the plurality of pyrometers 24
The temperature of the substrate W accommodated in the heat treatment furnace 10 and subjected to the heat treatment is measured at a plurality of different points in the radial direction of the substrate W by a, 24b, and 24c.
【0018】さらに、このランプアニール装置には、熱
処理炉10の周辺部の一方側に投光部26が設けられ、
熱処理炉の周辺部の他方側には、投光部26と対向する
ように受光部28が配設されている。投光部26および
受光部28にはそれぞれ、光ファイバ30、32の一端
が配置されて取着されており、それぞれの光ファイバ3
0、32の他端が発光・受光装置部34に挿入されてい
る。発光・受光装置部34は、図示していないが、発光
素子、例えば半導体レーザおよび受光素子を内蔵してお
り、発光・受光装置部34の発光素子と投光部26とが
光ファイバ30によって光接続され、また、発光・受光
装置部34の受光素子と受光部28とが光ファイバ32
によって光接続されている。そして、投光部26から
は、熱処理炉10内に収容された基板Wの表面に接近し
てかつ基板Wの表面と平行に、例えば単一波長の測温用
レーザ光Lが投射され、投光部26から投射された測温
用レーザ光が、基板Wの表面の近傍のガス中を通過して
受光部28へ入射するようになっている。また、投光部
26および受光部28には、図2に部分拡大断面図を示
しているように(図2では、投光部26について図示し
ているが、受光部28についても同様である)、電磁開
閉弁38等が介在して設けられたパージガス供給管36
が連通されている。そして、図示しないパージガス供給
ユニットからパージガス、たとえば窒素ガスがパージガ
ス供給管36を通して投光部26および受光部28へ供
給され、光ファイバ30の出射端面および光ファイバ3
2の入射端面にアニール処理などに際して膜形成物質が
堆積するのを防止するようにしている。Further, in this lamp annealing apparatus, a light projecting part 26 is provided on one side of a peripheral part of the heat treatment furnace 10,
On the other side of the periphery of the heat treatment furnace, a light receiving unit 28 is provided so as to face the light emitting unit 26. One ends of optical fibers 30 and 32 are arranged and attached to the light projecting unit 26 and the light receiving unit 28, respectively.
The other ends of the light emitting devices 0 and 32 are inserted into the light emitting / receiving device unit 34. Although not shown, the light-emitting / light-receiving unit 34 includes a light-emitting element, for example, a semiconductor laser and a light-receiving element. In addition, the light receiving element of the light emitting / receiving device unit 34 and the light receiving unit 28 are connected to the optical fiber 32.
Is optically connected by Then, from the light projecting unit 26, for example, a single-wavelength laser beam L for temperature measurement is projected in a direction approaching the surface of the substrate W accommodated in the heat treatment furnace 10 and in parallel with the surface of the substrate W. The laser beam for temperature measurement projected from the light unit 26 passes through the gas near the surface of the substrate W and enters the light receiving unit 28. Further, as shown in the partially enlarged sectional view of FIG. 2 in the light projecting unit 26 and the light receiving unit 28 (FIG. ), A purge gas supply pipe 36 provided with an electromagnetic on-off valve 38 and the like.
Is communicated. Then, a purge gas, for example, a nitrogen gas is supplied from a purge gas supply unit (not shown) to the light projecting unit 26 and the light receiving unit 28 through the purge gas supply pipe 36, and the emission end face of the optical fiber 30 and the optical fiber 3
The film forming material is prevented from depositing on the incident end face 2 during annealing or the like.
【0019】発光・受光装置部34は、基板温度演算部
40に接続されている。この基板温度演算部40におい
て、投光部26から投射されるレーザ光の強さと受光部
28へ入射するレーザ光の強さとから、測温用レーザ光
が基板Wの表面の近傍のガス中を通過する際の光の吸収
データが求められる。そして、ガスの吸光度は、ガスの
種類およびガスの濃度が一定であれば温度の関数である
ことから、光の吸収データ(吸光度)より基板Wの表面
の近傍のガス温度が演算され、基板Wの温度が求められ
る。このように吸光度から基板Wの表面の近傍のガス温
度を演算するために、前もって、特定種類のガスについ
て所定濃度におけるときのガス温度と吸光度との検量線
データを作成しておき、その検量線データを基板温度演
算部40のメモリに記憶させておくようにする。The light emitting / receiving device 34 is connected to the substrate temperature calculating section 40. In the substrate temperature calculation unit 40, the laser beam for temperature measurement passes through the gas near the surface of the substrate W based on the intensity of the laser beam projected from the light projecting unit 26 and the intensity of the laser beam incident on the light receiving unit 28. Data on the absorption of light as it passes is determined. Since the gas absorbance is a function of temperature if the gas type and gas concentration are constant, the gas temperature near the surface of the substrate W is calculated from the light absorption data (absorbance), and the substrate W Is required. In order to calculate the gas temperature near the surface of the substrate W from the absorbance as described above, calibration curve data of the gas temperature and the absorbance at a predetermined concentration for a specific type of gas is created in advance, and the calibration curve is calculated. The data is stored in the memory of the substrate temperature calculator 40.
【0020】基板温度演算部40は、温度コントローラ
42に接続されており、基板温度演算部40から温度コ
ントローラ42へ基板Wの温度の検出信号が送られるよ
うになっている。また、温度コントローラ42には、温
度分布補正演算部44が接続されており、温度分布補正
演算部44には、複数のパイロメータ24a、24b、
24cにより熱処理炉10内の基板Wの、半径方向にお
いて異なる複数点でそれぞれ測定された温度の検出信号
が入力するようになっている。The substrate temperature calculating section 40 is connected to a temperature controller 42, and a detection signal of the temperature of the substrate W is sent from the substrate temperature calculating section 40 to the temperature controller 42. The temperature controller 42 is connected to a temperature distribution correction operation unit 44. The temperature distribution correction operation unit 44 includes a plurality of pyrometers 24a, 24b,
24c allows detection signals of temperatures measured at a plurality of different points in the radial direction of the substrate W in the heat treatment furnace 10 to be input.
【0021】上記した構成のランプアニール装置では、
熱処理炉10の周辺部に配設された投光部26から測温
用レーザ光が投射され、その投射されたレーザ光が、熱
処理炉10内に収容されて熱処理されている基板Wの表
面に接近して基板Wの表面と平行に基板Wの近傍のガス
中を通過し、熱処理炉10の周辺部に投光部26と対向
するように配設された受光部28へ入射する。そして、
発光・受光装置部34から基板温度演算部40へそれぞ
れ送られた投射レーザ光の強さと入射レーザ光の強さと
から、基板温度演算部40において、上記したように測
温用レーザ光が基板の表面の近傍のガス中を通過すると
きの光の吸収データが求められ、その光の吸収データよ
り基板Wの表面の近傍のガス温度が演算されて、基板W
の温度が求められる。基板温度演算部40において求め
られた基板Wの温度の検出信号は、温度コントローラ4
2へ送られ、一方、温度分布補正演算部44からは、複
数のパイロメータ24a、24b、24cによって検出
された基板Wの複数点の温度に基づいた補正信号が温度
コントローラ42へ送られる。そして、温度コントロー
ラ42からランプヒータ22a、ランプヒータ22bお
よびランプヒータ22cのそれぞれへ、パイロメータ2
4a、パイロメータ24bおよびパイロメータ24cに
よって検出された基板Wの温度分布を無くすように補正
された制御信号が出力され、それぞれのランプヒータ2
2a、22b、22cへ供給される電力が別々に調節さ
れる。In the lamp annealing apparatus having the above structure,
A laser beam for temperature measurement is projected from a light projecting unit 26 provided around the heat treatment furnace 10, and the projected laser light is applied to the surface of the substrate W which is housed in the heat treatment furnace 10 and is heat-treated. The light passes through the gas near the substrate W in parallel with the surface of the substrate W, and enters the light receiving unit 28 disposed around the heat treatment furnace 10 so as to face the light projecting unit 26. And
From the intensity of the projection laser light and the intensity of the incident laser light sent from the light emitting / receiving device unit 34 to the substrate temperature calculating unit 40, the substrate temperature calculating unit 40 outputs the temperature measuring laser light to the substrate as described above. Data on the absorption of light when passing through the gas near the surface is obtained, and the temperature of the gas near the surface of the substrate W is calculated from the data on the absorption of light, and
Is required. The detection signal of the temperature of the substrate W obtained by the substrate temperature calculating section 40 is transmitted to the temperature controller 4.
The correction signal based on the temperatures of the plurality of points on the substrate W detected by the plurality of pyrometers 24a, 24b, 24c is sent from the temperature distribution correction calculation unit 44 to the temperature controller 42. Then, the pyrometer 2 is sent from the temperature controller 42 to each of the lamp heaters 22a, 22b and 22c.
4a, a control signal corrected so as to eliminate the temperature distribution of the substrate W detected by the pyrometer 24b and the pyrometer 24c is output, and the lamp heater 2
The power supplied to 2a, 22b, 22c is adjusted separately.
【0022】この装置における制御アルゴリズムの1例
を示すと、基板温度演算部40で求められた基板Wの温
度をTとした場合、その温度Tに基づいたPID制御値
Pは、P=PID(T)である。また、パイロメータ2
4a、パイロメータ24bおよびパイロメータ24cに
よってそれぞれ測定された基板Wの各点における温度を
T1、T2およびT3とした場合、それらの温度分布を
補正するようにランプヒータ22a、ランプヒータ22
bおよびランプヒータ22cのそれぞれへ出力すべきP
ID制御値P1、P2およびP3は、P1=P+ΔP
1、P2=P+ΔP2、P3=P+ΔP3となり、それ
らの式中、ΔP1=PID(T−T1)、ΔP2=PI
D(T−T2)、ΔP3=PID(T−T3)である。As an example of a control algorithm in this apparatus, when the temperature of the substrate W obtained by the substrate temperature calculating section 40 is T, a PID control value P based on the temperature T is P = PID ( T). In addition, pyrometer 2
4a, T1, T2, and T3 at the respective points of the substrate W measured by the pyrometer 24b and the pyrometer 24c, respectively, the lamp heaters 22a, 22a and 22b are used to correct their temperature distribution.
b and P to be output to each of the lamp heaters 22c.
The ID control values P1, P2 and P3 are P1 = P + ΔP
1, P2 = P + ΔP2, P3 = P + ΔP3, where ΔP1 = PID (T−T1), ΔP2 = PI
D (T−T2), ΔP3 = PID (T−T3).
【0023】なお、上記した実施形態では、複数のパイ
ロメータ24a、24b、24cを設け、それらによっ
て検出される基板Wの温度分布を補正するようにランプ
ヒータ22a、ランプヒータ22bおよびランプヒータ
22cへ供給される電力を別々に調節するようにしてい
るが、基板Wに温度分布がほとんど無いような場合に
は、パイロメータ24a、24b、24cを設けずに、
基板温度演算部40で求められた基板Wの温度に基づい
て温度コントローラ42によりランプヒータ22a、2
2b、22cを一元的に制御するようにしてもよい。In the above-described embodiment, a plurality of pyrometers 24a, 24b and 24c are provided and supplied to the lamp heaters 22a, 22b and 22c so as to correct the temperature distribution of the substrate W detected by the pyrometers. However, when the substrate W has almost no temperature distribution, the pyrometers 24a, 24b, and 24c are not provided, and
The temperature controller 42 controls the lamp heaters 22a, 22a,
2b and 22c may be integrally controlled.
【0024】また、上記した実施形態では、投光部26
と対向するように受光部28を配置し、投光部26から
投射された測温用レーザ光が基板Wの表面の近傍のガス
中を通過する際の光の吸収データを求めて、その光の吸
収データより基板Wの温度を計測するようにしたが、投
光部と対向する位置から外れるように受光部を配置し、
投光部から投射された測温用レーザ光が基板の表面の近
傍のガス中を通過する際の光の散乱(ラマン散乱)のデ
ータを求めて、その光の散乱データより、基板表面の近
傍のガス温度を計測するようにすることもできる。In the above embodiment, the light projecting section 26
The light receiving unit 28 is disposed so as to face the substrate W, and data for absorption of light when the temperature-measuring laser beam projected from the light projecting unit 26 passes through the gas near the surface of the substrate W is obtained. Although the temperature of the substrate W was measured from the absorption data of the above, the light-receiving unit was arranged so as to deviate from the position facing the light-emitting unit,
Obtain data of light scattering (Raman scattering) when the temperature-measuring laser light projected from the light projecting part passes through the gas near the surface of the substrate, and obtain the data of the vicinity of the substrate surface from the light scattering data. Can be measured.
【0025】[0025]
【発明の効果】請求項1および請求項2に係る各発明の
基板熱処理装置を使用すると、熱処理炉内に収容されて
熱処理される基板の温度を正確に測定することができる
ので、基板を所望通りの温度に加熱することが可能にな
り、このため、基板の熱処理品質を向上させることがで
きる。また、基板に金属汚染を生じさせたり基板の表面
を傷付けたりすることがなく、さらに、基板の種類や熱
処理過程での基板の表面状態の変化に関係無く基板の温
度を正確に測定することができる。According to the first and second aspects of the present invention, it is possible to accurately measure the temperature of a substrate housed in a heat treatment furnace and subjected to a heat treatment. Thus, the substrate can be heated to the same temperature, and thus the heat treatment quality of the substrate can be improved. In addition, it does not cause metal contamination on the substrate or damages the surface of the substrate, and can accurately measure the temperature of the substrate regardless of the type of the substrate or the change in the surface state of the substrate during the heat treatment process. it can.
【0026】請求項3に係る発明の基板熱処理装置で
は、基板の全面における温度分布が測定されて、その温
度分布を無くすように複数本のランプヒータが制御され
るので、基板の全面における温度の均一性を向上させる
ことができる。In the substrate heat treatment apparatus according to the third aspect of the present invention, the temperature distribution over the entire surface of the substrate is measured and a plurality of lamp heaters are controlled so as to eliminate the temperature distribution. Uniformity can be improved.
【図1】この発明の実施形態の1例を示し、ランプアニ
ール装置の概略構成を示す模式的断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of the present invention and showing a schematic configuration of a lamp annealing apparatus.
【図2】図1に示したランプアニール装置における熱処
理炉に設けられた投光部の部分拡大断面図である。FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a light projecting unit provided in a heat treatment furnace in the lamp annealing apparatus shown in FIG.
W 基板 10 熱処理炉 12 ガス供給管 14 ガス吹出し口 16 ガス供給路 20 サセプタ 22a、22b、22c ランプヒータ 24a、24b、24c パイロメータ 26 投光部 28 受光部 30、32 光ファイバ 34 発光・受光装置部34 36 パージガス供給管 40 基板温度演算部 42 温度コントローラ 44 温度分布補正演算部 W substrate 10 heat treatment furnace 12 gas supply pipe 14 gas outlet 16 gas supply path 20 susceptor 22a, 22b, 22c lamp heater 24a, 24b, 24c pyrometer 26 light emitting part 28 light receiving part 30, 32 optical fiber 34 light emitting / receiving part 34 36 Purge gas supply pipe 40 Substrate temperature calculator 42 Temperature controller 44 Temperature distribution correction calculator
Claims (3)
と、 前記熱処理炉内に収容された基板の温度を測定する温度
測定手段と、 この温度測定手段によって測定された基板の温度に基づ
いて、基板が所定温度となるように前記加熱手段を制御
する温度制御手段とを備えた基板熱処理装置であって、 前記温度測定手段は、 前記熱処理炉の周辺部の一方側に配設され、熱処理炉内
に収容された基板の表面に接近してかつ基板の表面と平
行に測温用レーザ光を投射する投光部と、 前記熱処理炉の周辺部の他方側に前記投光部と対向する
ように配設され、投光部から投射された測温用レーザ光
が入射する受光部と、 前記投光部から投射されるレーザ光の強さと前記受光部
へ入射するレーザ光の強さとから求められる、測温用レ
ーザ光が基板の表面の近傍のガス中を通過する際の光の
吸収データより、基板の表面の近傍のガス温度を計測す
る計測部と、を備えたことを特徴とする基板熱処理装
置。A heat treatment furnace for accommodating a substrate; a gas supply unit for supplying a treatment gas into the heat treatment furnace; a heating unit for heating a substrate accommodated in the heat treatment furnace; A temperature measuring means for measuring the temperature of the substrate, and a temperature control means for controlling the heating means such that the substrate has a predetermined temperature based on the temperature of the substrate measured by the temperature measuring means. A heat treatment apparatus, wherein the temperature measurement means is disposed on one side of a peripheral portion of the heat treatment furnace, and measures temperature in close proximity to and parallel to the surface of the substrate housed in the heat treatment furnace. A light projecting unit that projects a laser beam, and a light receiving unit that is disposed on the other side of the peripheral part of the heat treatment furnace so as to face the light projecting unit, and into which the laser beam for temperature measurement projected from the light projecting unit enters. And a laser projected from the light projecting unit From the data of light absorption when the temperature-measuring laser light passes through the gas near the surface of the substrate, which is obtained from the intensity of the laser light incident on the light-receiving portion, the gas near the surface of the substrate is obtained. A substrate heat treatment apparatus comprising: a measurement unit for measuring a temperature.
と、 前記熱処理炉内に収容された基板の温度を測定する温度
測定手段と、 この温度測定手段によって測定された基板の温度に基づ
いて、基板が所定温度となるように前記加熱手段を制御
する温度制御手段とを備えた基板熱処理装置であって、 前記温度測定手段は、 前記熱処理炉の周辺部に配設され、熱処理炉内に収容さ
れた基板の表面に接近してかつ基板の表面と平行に測温
用レーザ光を投射する投光部と、 前記熱処理炉の周辺部に前記投光部と対向する位置から
外れるように配設され、投光部から投射された測温用レ
ーザ光が入射する受光部と、 前記投光部から投射されるレーザ光の強さと前記受光部
へ入射するレーザ光の強さとから求められる、測温用レ
ーザ光が基板の表面の近傍のガス中を通過する際の光の
散乱データより、基板の表面の近傍のガス温度を計測す
る計測部と、を備えたことを特徴とする基板熱処理装
置。2. A heat treatment furnace for accommodating a substrate, a gas supply means for supplying a processing gas into the heat treatment furnace, a heating means for heating a substrate contained in the heat treatment furnace, and a heat treatment furnace contained in the heat treatment furnace. A temperature measuring means for measuring the temperature of the substrate, and a temperature control means for controlling the heating means such that the substrate has a predetermined temperature based on the temperature of the substrate measured by the temperature measuring means. A heat treatment apparatus, wherein the temperature measuring means is disposed in a peripheral part of the heat treatment furnace, and emits a laser beam for temperature measurement in parallel with and parallel to the surface of the substrate accommodated in the heat treatment furnace. A light-emitting unit for projecting, a light-receiving unit disposed in a peripheral part of the heat treatment furnace so as to be deviated from a position facing the light-emitting unit, and receiving a laser beam for temperature measurement projected from the light-emitting unit, Laser light projected from the light emitting part From the scattering data of light when the temperature-measuring laser light passes through the gas near the surface of the substrate, determined from the intensity and the intensity of the laser light incident on the light-receiving portion, the gas temperature near the surface of the substrate is obtained. A substrate heat treatment apparatus, comprising:
された基板と平行な方向に設けられた複数本のランプヒ
ータを備えるとともに、前記熱処理炉内に収容された基
板の、半径方向において異なる複数点の温度を測定する
複数の放射温度計が設置され、それぞれの放射温度計の
測定結果に基づいて、前記温度制御手段から前記複数本
のランプヒータのそれぞれへ出力される制御信号が補正
されるようにした請求項1または請求項2記載の基板熱
処理装置。3. The heating means includes a plurality of lamp heaters provided in a direction parallel to a substrate housed in the heat treatment furnace, and a plurality of lamp heaters provided in a radial direction of the substrate housed in the heat treatment furnace. A plurality of radiation thermometers for measuring a plurality of different temperatures are installed, and a control signal output from the temperature control unit to each of the plurality of lamp heaters is corrected based on a measurement result of each radiation thermometer. The substrate heat treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein the heat treatment is performed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10170937A JP2000012479A (en) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Heat treatment system for substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10170937A JP2000012479A (en) | 1998-06-18 | 1998-06-18 | Heat treatment system for substrate |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000012479A true JP2000012479A (en) | 2000-01-14 |
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ID=15914144
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JP (1) | JP2000012479A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002534803A (en) * | 1999-01-06 | 2002-10-15 | ステアーグ アール ティ ピー システムズ インコーポレイテッド | Heating device for heating semiconductor wafer in heat treatment chamber |
JP2007258734A (en) * | 2002-02-28 | 2007-10-04 | Tokyo Electron Ltd | Shower head structure, and deposition equipment |
-
1998
- 1998-06-18 JP JP10170937A patent/JP2000012479A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002534803A (en) * | 1999-01-06 | 2002-10-15 | ステアーグ アール ティ ピー システムズ インコーポレイテッド | Heating device for heating semiconductor wafer in heat treatment chamber |
JP2007258734A (en) * | 2002-02-28 | 2007-10-04 | Tokyo Electron Ltd | Shower head structure, and deposition equipment |
JP4544265B2 (en) * | 2002-02-28 | 2010-09-15 | 東京エレクトロン株式会社 | Shower head structure and film forming apparatus |
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