JP2008218698A - 熱処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ウエハの温度を放射温度計によって正確に測定する。
【解決手段】ウエハ1を処理する処理室21を減圧状態に維持する筐体22と、ウエハ1を加熱する上側ランプ41および下側ランプ42と、上側ランプ41および下側ランプ42の光71の波長と異なる波長の光72でウエハ1の温度を測定する放射温度計61と、処理室21に連通する窓孔62に設けられた対物フィルタ63と、放射温度計61に連通する導波管64にシールリング66を介して設けられた接眼フィルタ67とを有し、対物フィルタ63を上側ランプ41および下側ランプ42の光71を遮り放射温度計61が測定する光72を透過するように構成する。放射温度計の温度上昇を防止できるので処理室内の温度を適正に測定できる。
【選択図】図2
【解決手段】ウエハ1を処理する処理室21を減圧状態に維持する筐体22と、ウエハ1を加熱する上側ランプ41および下側ランプ42と、上側ランプ41および下側ランプ42の光71の波長と異なる波長の光72でウエハ1の温度を測定する放射温度計61と、処理室21に連通する窓孔62に設けられた対物フィルタ63と、放射温度計61に連通する導波管64にシールリング66を介して設けられた接眼フィルタ67とを有し、対物フィルタ63を上側ランプ41および下側ランプ42の光71を遮り放射温度計61が測定する光72を透過するように構成する。放射温度計の温度上昇を防止できるので処理室内の温度を適正に測定できる。
【選択図】図2
Description
本発明は、熱処理装置に関し、特に、被処理基板の温度を測定する技術に係り、例えば、半導体集積回路装置(以下、ICという。)の製造方法において、半導体素子を含む集積回路が作り込まれる半導体ウエハ(以下、ウエハという。)に成膜やアニール、酸化膜成長および拡散等の各種の熱処理(thermal treatment )を施すのに利用して有効なものに関する。
ICの製造方法において成膜やアニール、酸化膜成長および拡散等の各種の熱処理を施す熱処理装置としては、加熱源にタングステン−ハロゲン直線ランプ(以下、加熱ランプという。)を使用したRTP(Rapid Thermal Processing)装置がある。
このRTP装置は、被処理基板としてのウエハを収容する処理室と、この処理室においてウエハを保持する保持部材(以下、サセプタという。)と、サセプタの上のウエハをサセプタの下方から加熱する複数本の加熱ランプと、サセプタの上方に設置されてウエハの温度を測定する温度測定装置と、処理室を大気圧よりも若干低めに排気する排気口と、ウエハを保持したサセプタを回転させるサセプタ回転装置とを備えている。
そして、従来のこの種のRTP装置としては、温度測定装置に放射温度計を使用したものがある(例えば、特許文献1参照)。
このRTP装置は、被処理基板としてのウエハを収容する処理室と、この処理室においてウエハを保持する保持部材(以下、サセプタという。)と、サセプタの上のウエハをサセプタの下方から加熱する複数本の加熱ランプと、サセプタの上方に設置されてウエハの温度を測定する温度測定装置と、処理室を大気圧よりも若干低めに排気する排気口と、ウエハを保持したサセプタを回転させるサセプタ回転装置とを備えている。
そして、従来のこの種のRTP装置としては、温度測定装置に放射温度計を使用したものがある(例えば、特許文献1参照)。
前記した放射温度計を使用したRTP装置においては、減圧中に、ウエハ裏面からピーク波長が0.9μm程度の光(電磁波)を使用して熱処理する場合であって、測定波長が10μm程度の長波長の放射温度計を使用してウエハの温度を測定する場合には、減圧に耐え、かつ、測定波長を透過させる測定用窓(ウインドシールド)が必要である。
ところが、測定波長を透過させる材質のウインドシールドを設置しても、ウエハの加熱用の光の波長0.9μmを透過させてしまう場合には、放射温度計自体が加熱されてしまうので、放射温度計を冷却する必要があり、その結果、使用環境が限定されてしまう。
他方、測定用ウインドシールドがウエハの加熱用の光の波長を吸収する場合には、ウインドシールド自体の耐熱温度よりも、気密シール部材の材料による制約が発生してしまう。すなわち、ウインドシールドの温度は気密シール部材の耐熱温度以下に設定する必要がある。
ところが、ウインドシールドはウエハの加熱用の光の波長を直接吸収することにより、迅速に加熱されてしまうため、他の冷却媒体を用いて冷却しても冷却しきれず、気密シール部材を劣化させてしまう要因の一つとなっていた。
ところが、測定波長を透過させる材質のウインドシールドを設置しても、ウエハの加熱用の光の波長0.9μmを透過させてしまう場合には、放射温度計自体が加熱されてしまうので、放射温度計を冷却する必要があり、その結果、使用環境が限定されてしまう。
他方、測定用ウインドシールドがウエハの加熱用の光の波長を吸収する場合には、ウインドシールド自体の耐熱温度よりも、気密シール部材の材料による制約が発生してしまう。すなわち、ウインドシールドの温度は気密シール部材の耐熱温度以下に設定する必要がある。
ところが、ウインドシールドはウエハの加熱用の光の波長を直接吸収することにより、迅速に加熱されてしまうため、他の冷却媒体を用いて冷却しても冷却しきれず、気密シール部材を劣化させてしまう要因の一つとなっていた。
本発明の目的は、従来技術の問題点である長波長を使用する放射温度計を設置する場合のウインドシールドの材質による放射温度計または気密シール部材の温度が上昇してしまう問題点を回避しつつ、基板の温度を放射温度計によって正確に測定することができる熱処理装置を提供することにある。
前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
(1)基板を処理する処理室を形成し、この処理室を減圧状態に維持可能な筐体と、
該処理室の前記基板を加熱する加熱手段と、
該加熱手段が前記基板を加熱する光の波長と異なる波長で前記基板の温度を測定する放射温度計と、
前記筐体に連設され、前記放射温度計と前記処理室とを連通する連通部と、
該連通部に設けられ、前記処理室内を密閉する密閉部材を介して取り付けられる接眼フィルタと、
前記接眼フィルタから間隔を置いて前記処理室側に密閉部材を設けずに取り付けられ、前記加熱手段の前記基板を加熱する光の波長を遮り前記放射温度計が測定する光の波長を透過する対物フィルタと、
を備えている熱処理装置。
(2)基板を処理する処理室を形成し、この処理室を減圧状態に維持可能な筐体と、
該処理室の前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板の温度を測定する放射温度計と、
前記筐体の隔壁に設けられる開口部と、
該開口部で前記処理室内外を隔離するように密閉部材を介して前記放射温度計により前記基板の温度を測定するために設けられる接眼フィルタと、
前記放射温度計および前記接眼フィルタを前記加熱手段からの加熱から保護するために前記開口部に設けられる対物フィルタと、
を備えている熱処理装置。
(3)前記基板を加熱する光のピーク波長は0.9μm程度であり、前記放射温度計が前記処理室内の温度を測定する光の波長は10μm程度である前記(1)ないし(2)の熱処理装置。
(1)基板を処理する処理室を形成し、この処理室を減圧状態に維持可能な筐体と、
該処理室の前記基板を加熱する加熱手段と、
該加熱手段が前記基板を加熱する光の波長と異なる波長で前記基板の温度を測定する放射温度計と、
前記筐体に連設され、前記放射温度計と前記処理室とを連通する連通部と、
該連通部に設けられ、前記処理室内を密閉する密閉部材を介して取り付けられる接眼フィルタと、
前記接眼フィルタから間隔を置いて前記処理室側に密閉部材を設けずに取り付けられ、前記加熱手段の前記基板を加熱する光の波長を遮り前記放射温度計が測定する光の波長を透過する対物フィルタと、
を備えている熱処理装置。
(2)基板を処理する処理室を形成し、この処理室を減圧状態に維持可能な筐体と、
該処理室の前記基板を加熱する加熱手段と、
前記基板の温度を測定する放射温度計と、
前記筐体の隔壁に設けられる開口部と、
該開口部で前記処理室内外を隔離するように密閉部材を介して前記放射温度計により前記基板の温度を測定するために設けられる接眼フィルタと、
前記放射温度計および前記接眼フィルタを前記加熱手段からの加熱から保護するために前記開口部に設けられる対物フィルタと、
を備えている熱処理装置。
(3)前記基板を加熱する光のピーク波長は0.9μm程度であり、前記放射温度計が前記処理室内の温度を測定する光の波長は10μm程度である前記(1)ないし(2)の熱処理装置。
前記した手段によれば、密閉部材を溶融させることなく、放射温度計を保護することができ、適正に処理室内の温度を測定することができる。
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
本実施の形態において、本発明に係る熱処理装置は、図1に示されているように、ウエハ1に様々な熱処理を施すのに適した枚葉式の熱処理装置2として構成されている。
こうした熱処理の例としては、ICの製造方法におけるウエハの熱アニール、ホウ素−リンから成るガラスの熱リフロー、高温酸化膜、低温酸化膜、高温窒化膜、ドープポリシリコン、ノンドープポリシリコン、シリコンエピタキシャル、タングステン金属またはケイ化タングステン等の薄膜を形成するための化学蒸着が挙げられる。
なお、本実施の形態で好適に用いられる熱処理装置2は、図1に示されているように、メインコントローラとしての主制御部10を備えており、主制御部10により熱処理装置2を構成する各部の動作等が制御される。
また、主制御部10は、主制御部10に支配される温度検出部11、駆動制御部12、加熱制御部13、ガス制御部14から主に構成される。
また、主制御部10は、主制御部10に支配される温度検出部11、駆動制御部12、加熱制御部13、ガス制御部14から主に構成される。
熱処理装置2は処理室21を形成した筐体22を備えている。筐体22は本体23、蓋体24および底板25から構成されている。
本体23は様々な金属材料から形成することができる。
例えば、幾つかのアプリケーションではアルミニウムが適しており、他のアプリケーションではステンレス鋼が適している。
材料の選択は、アニールや化学蒸着等の処理に用いられる化学物質の種類および選択された金属に対するこれら化学物質の反応性に左右される。
通常、筐体22の壁は、本技術分野において周知の循環式冷水フローシステム(図2参照)により華氏約45〜47度まで水冷される。
本体23は様々な金属材料から形成することができる。
例えば、幾つかのアプリケーションではアルミニウムが適しており、他のアプリケーションではステンレス鋼が適している。
材料の選択は、アニールや化学蒸着等の処理に用いられる化学物質の種類および選択された金属に対するこれら化学物質の反応性に左右される。
通常、筐体22の壁は、本技術分野において周知の循環式冷水フローシステム(図2参照)により華氏約45〜47度まで水冷される。
蓋体24には処理ガス26を供給するガス供給管27が貫通して設けられており、ガス供給管27は処理室21に処理ガス26を供給し得るようになっている。
ガス供給管27は開閉バルブ28、28および流量制御手段であるマスフローコントローラ(以下、MFCという。)29、29を介し、第一ガス供給源30Aおよび第二ガス供給源30Bに接続されている。
第一ガス供給源30Aおよび第二ガス供給源30Bで使用されるガスは、アルゴンや窒素等の不活性ガスや水素、六フッ化タングステン等の所望のガスである。
また、開閉バルブ28およびMFC29は、ガス制御部14にて制御され、ガスの供給や停止およびガスの流量が制御される。
ガス供給管27は開閉バルブ28、28および流量制御手段であるマスフローコントローラ(以下、MFCという。)29、29を介し、第一ガス供給源30Aおよび第二ガス供給源30Bに接続されている。
第一ガス供給源30Aおよび第二ガス供給源30Bで使用されるガスは、アルゴンや窒素等の不活性ガスや水素、六フッ化タングステン等の所望のガスである。
また、開閉バルブ28およびMFC29は、ガス制御部14にて制御され、ガスの供給や停止およびガスの流量が制御される。
筐体22の本体23の上部には排気口31が開設されており、ガスは排気口31には真空ポンプ等からなる排気装置(図示せず)が接続されている。
ガス供給管27から供給された処理ガス26は処理室21内にてウエハ1への所望の処理に用いられ、残余ガスは排気口31から図示しない真空ポンプ等からなる排気装置を介し、処理室21外へ排出される。
ガス供給管27から供給された処理ガス26は処理室21内にてウエハ1への所望の処理に用いられ、残余ガスは排気口31から図示しない真空ポンプ等からなる排気装置を介し、処理室21外へ排出される。
本体23の排気口31と反対側にはウエハ搬入搬出口32が開設されており、ウエハ搬入搬出口32はゲートバルブ33によって開閉されるように構成されている。ゲートバルブ33によって開かれた状態で、ウエハ1がウエハ搬入搬出口32から処理室21に搬入搬出し得るように構成されている。
底板25の下面の中心線上には駆動機構34が設置されており、駆動機構34は支持ピン35を回転させるように構成されている。支持ピン35は底板25を上下方向に挿通されて回転自在に支持されており、支持ピン35の上端にはサセプタ36が水平に設置されている。
処理室21内の支持ピン35周りには、複数本の突き上げピン37が配置されており、突き上げピン37は駆動機構34によって昇降されるように構成されている。突き上げピン37は上昇した状態で、サセプタ36の上方に突き出てウエハ1を持ち上げるように構成されている。
駆動機構34は駆動制御部12にて制御されるように構成されている。
なお、支持ピン35の回転速度は、個々の処理に応じて適切な速度に設定されるが、5〜60rpm程度であることが好ましい。
底板25の下面の中心線上には駆動機構34が設置されており、駆動機構34は支持ピン35を回転させるように構成されている。支持ピン35は底板25を上下方向に挿通されて回転自在に支持されており、支持ピン35の上端にはサセプタ36が水平に設置されている。
処理室21内の支持ピン35周りには、複数本の突き上げピン37が配置されており、突き上げピン37は駆動機構34によって昇降されるように構成されている。突き上げピン37は上昇した状態で、サセプタ36の上方に突き出てウエハ1を持ち上げるように構成されている。
駆動機構34は駆動制御部12にて制御されるように構成されている。
なお、支持ピン35の回転速度は、個々の処理に応じて適切な速度に設定されるが、5〜60rpm程度であることが好ましい。
サセプタ36はウエハ1の外側において円形リング形状の均熱リング38を支持しており、均熱リング38はウエハ1の外周に近接して取り囲むようになっている。
例えば、均熱リング38は炭化ケイ素で被覆したグラファイト、クォーツ、純炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウムまたは鋼等の好適な材料によって形成されている。
均熱リング38の外周側には、ドーナッツ形の平板形状に形成された遮光プレート39が均熱リング38の上面を覆うように配置されており、遮光プレート39は本体23によって下から支持されている。
遮光プレート39は、例えば、炭化ケイ素によって形成されている。
例えば、均熱リング38は炭化ケイ素で被覆したグラファイト、クォーツ、純炭化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、アルミニウムまたは鋼等の好適な材料によって形成されている。
均熱リング38の外周側には、ドーナッツ形の平板形状に形成された遮光プレート39が均熱リング38の上面を覆うように配置されており、遮光プレート39は本体23によって下から支持されている。
遮光プレート39は、例えば、炭化ケイ素によって形成されている。
熱処理装置2は複数の上側ランプ41および下側ランプ42から成るヒータアッセンブリを備えている。このヒータアッセンブリはウエハ温度がほぼ均一になるように放射熱をウエハ1に供給する。
好ましい形態においては、ヒータアッセンブリは放射ピーク値が0.95μmで照射し、複数の加熱ゾーンを形成して、ウエハ1の中心部より多くの熱をウエハ1の周辺部に加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタングステン−ハロゲン直線ランプ等の加熱要素を、含む。
上側ランプ41および下側ランプ42には電力を供給する電極43がそれぞれ接続されており、上側ランプ41および下側ランプ42の加熱具合は、加熱制御部13によって制御される。
好ましい形態においては、ヒータアッセンブリは放射ピーク値が0.95μmで照射し、複数の加熱ゾーンを形成して、ウエハ1の中心部より多くの熱をウエハ1の周辺部に加える集中的加熱プロファイルを提供する一連のタングステン−ハロゲン直線ランプ等の加熱要素を、含む。
上側ランプ41および下側ランプ42には電力を供給する電極43がそれぞれ接続されており、上側ランプ41および下側ランプ42の加熱具合は、加熱制御部13によって制御される。
上側ランプ41および下側ランプ42のそれぞれのランプは、石英管44にてそれぞれ覆われており、石英管44はOリング等のシールリング45により、本体23に対して気密に固定されている。
また、石英管44と各ランプ41、42との間の空間には、駆動制御部12によって制御される空冷ガス用ブロア46から空冷ガスが供給され、各ランプ41、42の外側の温度上昇を抑え、所定の温度に保っている。
また、石英管44と各ランプ41、42との間の空間には、駆動制御部12によって制御される空冷ガス用ブロア46から空冷ガスが供給され、各ランプ41、42の外側の温度上昇を抑え、所定の温度に保っている。
熱処理装置2は様々な製造工程においてウエハ1の放射率(エミシビティ)を測定し、その温度を計算するための非接触式の放射率測定装置(放射率測定手段)も含む。
この放射率測定手段は、主として放射率測定用プローブ51、放射率測定用リファレンスランプ(参照光)52、温度検出部11、プローブ51と温度検出部11とを結ぶ光ファイバー通信ケーブル53を含む。
このケーブル53はサファイア製の光ファイバー通信ケーブルによって構成することが好ましい。
プローブ51はプローブ回転機構54により回転自在に設けられ、プローブ51の先端をウエハ1または参照光であるリファレンスランプ52の方向に方向付けることが可能となっている。
また、プローブ51は光ファイバー通信ケーブル53とスリップ結合にて結合されているので、前述したようにプローブ51が回転しても接続状態は維持される。
この放射率測定手段は、主として放射率測定用プローブ51、放射率測定用リファレンスランプ(参照光)52、温度検出部11、プローブ51と温度検出部11とを結ぶ光ファイバー通信ケーブル53を含む。
このケーブル53はサファイア製の光ファイバー通信ケーブルによって構成することが好ましい。
プローブ51はプローブ回転機構54により回転自在に設けられ、プローブ51の先端をウエハ1または参照光であるリファレンスランプ52の方向に方向付けることが可能となっている。
また、プローブ51は光ファイバー通信ケーブル53とスリップ結合にて結合されているので、前述したようにプローブ51が回転しても接続状態は維持される。
プローブ回転機構54は放射率測定用プローブ51を回転させ、プローブ51の先端がほぼ上側(すなわち放射率測定用リファレンスランプ52側)に向けられる第一ポジションと、プローブ51の先端がほぼ下側(すなわちウエハ1側)に向けられる第二ポジションとの間でプローブ51の向きを変えることができるように構成されている。
したがって、プローブ51の先端は、プローブ51の回転軸に対し直角方向に向けられていることが好ましい。
このようにして、プローブ51はリファレンスランプ52から放射された光子の密度と、ウエハ1から反射された光子の密度とを検知することができる。
リファレンスランプ52は、ウエハ1における光の透過率が最小となる波長、好ましくは0.95μmの波長の光を放射する白色光源から構成するとよい。
つまり、放射率測定手段は、リファレンスランプ52からの放射とウエハ1からの放射を比較することにより、ウエハ1の温度を測定する。
したがって、プローブ51の先端は、プローブ51の回転軸に対し直角方向に向けられていることが好ましい。
このようにして、プローブ51はリファレンスランプ52から放射された光子の密度と、ウエハ1から反射された光子の密度とを検知することができる。
リファレンスランプ52は、ウエハ1における光の透過率が最小となる波長、好ましくは0.95μmの波長の光を放射する白色光源から構成するとよい。
つまり、放射率測定手段は、リファレンスランプ52からの放射とウエハ1からの放射を比較することにより、ウエハ1の温度を測定する。
ヒータアッセンブリと放射率測定用プローブ51との間には、遮光プレート39、均熱リング38およびウエハ1が設けられているので、ヒータアッセンブリによる放射率測定用プローブ51の読み取り誤差の影響を抑制することができる。
熱処理装置2は温度検出装置(温度検出手段)である複数の温度測定用プローブ(以下、プローブという。)60を含む。これらのプローブ60は蓋体24に固定され、すべての処理条件においてウエハ1のデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。
好ましくは、ウエハ1の異なる部分の温度を測定するために位置決めされた3個のプローブ60を含む。これによって処理サイクル中の温度の均一性が確保される。
プローブ60によって測定された光子密度に基づき温度検出部11にてウエハ温度に算出され、主制御部10にて設定温度と比較される。主制御部10は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部13を介してヒータアッセンブリ内の加熱装置(加熱手段)である上側ランプ41、下側ランプ42の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。
なお、温度測定用プローブ60によって算出されたウエハ温度は、放射率測定用プローブ51によって算出されたウエハ温度と比較され、補正されることでより正確なウエハ温度の検出を可能としている。
好ましくは、ウエハ1の異なる部分の温度を測定するために位置決めされた3個のプローブ60を含む。これによって処理サイクル中の温度の均一性が確保される。
プローブ60によって測定された光子密度に基づき温度検出部11にてウエハ温度に算出され、主制御部10にて設定温度と比較される。主制御部10は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部13を介してヒータアッセンブリ内の加熱装置(加熱手段)である上側ランプ41、下側ランプ42の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。
なお、温度測定用プローブ60によって算出されたウエハ温度は、放射率測定用プローブ51によって算出されたウエハ温度と比較され、補正されることでより正確なウエハ温度の検出を可能としている。
本実施の形態において、プローブ60は加熱手段である上側ランプ41および下側ランプ42の光(電磁波)のピーク波長と異なる波長の光(電磁波)によってウエハ1の温度を測定する放射温度計61を備えており、図2に示されているように構成されている。
プローブ60は放射温度計61と処理室21とを連通する連通部の一部である開口部を構成する窓孔62を備えており、窓孔62は蓋体24に処理室21内外を連通させるように開設されている。
窓孔62内の下端部には対物フィルタ63が処理室21内と窓孔62内とを遮断するように取り付けられている。対物フィルタ63は放射温度計61が測定する波長の光を透過し、かつ、上側ランプ41および下側ランプ42のピーク波長の光を吸収する材料が使用されて、窓孔62の内径よりも大きめの円板形状に形成されている。
例えば、放射温度計61が測定する光の波長が10μmであり、上側ランプ41および下側ランプ42の光のピーク波長が0.9μmである場合の対物フィルタ63の材料としては、ゲルマニウム(原子記号Ge)がある。
プローブ60は放射温度計61と処理室21とを連通する連通部の一部である開口部を構成する窓孔62を備えており、窓孔62は蓋体24に処理室21内外を連通させるように開設されている。
窓孔62内の下端部には対物フィルタ63が処理室21内と窓孔62内とを遮断するように取り付けられている。対物フィルタ63は放射温度計61が測定する波長の光を透過し、かつ、上側ランプ41および下側ランプ42のピーク波長の光を吸収する材料が使用されて、窓孔62の内径よりも大きめの円板形状に形成されている。
例えば、放射温度計61が測定する光の波長が10μmであり、上側ランプ41および下側ランプ42の光のピーク波長が0.9μmである場合の対物フィルタ63の材料としては、ゲルマニウム(原子記号Ge)がある。
窓孔62の上端には連通部の一部を構成する導波管64が光軸に一致されて接続されている。導波管64は二重管構造に形成されている。
導波管64の上端にはフランジ65が水平に固定されており、フランジ65の上面には密閉部材としてのシールリング66を介して、測定する波長(例えば、10μm)の光だけを透過させる接眼フィルタ67が同心的に配置されている。接眼フィルタ67はカップリング68によってフランジ65に固定されている。
カップリング68の上面には放射温度計61が、光軸が接眼フィルタ67および対物フィルタ63と一致するように配置されて固定されている。放射温度計61は温度検出部11に光学的に接続されている。
なお、蓋体24の内部には循環式冷水フローシステム70が敷設されている。
導波管64の上端にはフランジ65が水平に固定されており、フランジ65の上面には密閉部材としてのシールリング66を介して、測定する波長(例えば、10μm)の光だけを透過させる接眼フィルタ67が同心的に配置されている。接眼フィルタ67はカップリング68によってフランジ65に固定されている。
カップリング68の上面には放射温度計61が、光軸が接眼フィルタ67および対物フィルタ63と一致するように配置されて固定されている。放射温度計61は温度検出部11に光学的に接続されている。
なお、蓋体24の内部には循環式冷水フローシステム70が敷設されている。
次に、以上の構成に係る熱処理装置2を用いて、ICの製造方法の一工程(プロセス)としてウエハ1に処理を施す方法について説明する。
なお、以下の説明において、熱処理装置2を構成する各部の動作は主制御部10により制御される。
なお、以下の説明において、熱処理装置2を構成する各部の動作は主制御部10により制御される。
仕切弁であるゲートバルブ33を開放し、本体23に設けられたウエハ搬入搬出口32を通ってウエハ(ウエハ)1を処理室21内に搬入する。
搬入されたウエハ1は駆動機構(昇降手段)34により上昇された突き上げピン37上に載置される。
その後、駆動機構34により突き上げピン37を下降させて、ウエハ1を支持ピン35に載置する。
ウエハ1を支持ピン35上に載置後、駆動機構(回転手段)34によって処理中に支持ピン35とウエハ1を回転させる。
搬入されたウエハ1は駆動機構(昇降手段)34により上昇された突き上げピン37上に載置される。
その後、駆動機構34により突き上げピン37を下降させて、ウエハ1を支持ピン35に載置する。
ウエハ1を支持ピン35上に載置後、駆動機構(回転手段)34によって処理中に支持ピン35とウエハ1を回転させる。
ウエハ1の放射率の測定時には、プローブ51の先端はウエハ1の真上のリファレンスランプ52に向くように回転し(第一ポジション)、リファレンスランプ52が点灯する。そして、プローブ51はリファレンスランプ52からの入射光子密度を測定する。
リファレンスランプ52が点灯している間、プローブ51は第一ポジションから第二ポジションへと回転し、回転している間にリファレンスランプ52真下のウエハ1に向く。このポジションにおいて、プローブ51はウエハ1のデバイス面(ウエハ1の表面)の反射光子密度を測定する。
続いて、リファレンスランプ52が消灯される。プローブ51の先端がウエハ1に直接向いている間、プローブ51は、加熱されたウエハ1からの放射光子を測定する。
リファレンスランプ52が点灯している間、プローブ51は第一ポジションから第二ポジションへと回転し、回転している間にリファレンスランプ52真下のウエハ1に向く。このポジションにおいて、プローブ51はウエハ1のデバイス面(ウエハ1の表面)の反射光子密度を測定する。
続いて、リファレンスランプ52が消灯される。プローブ51の先端がウエハ1に直接向いている間、プローブ51は、加熱されたウエハ1からの放射光子を測定する。
プランクの法則によれば、特定の表面に放出されたエネルギーは表面温度の四乗に関係する。その比例定数はシュテファン・ボルツマン定数と表面放射率との積から成る。
したがって、非接触法における表面温度の決定時には、表面放射率を使用するのが好ましい。
以下の式を用いてウエハ1のデバイス面の全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホッフの法則により放射率が得られる。
(1)ウエハ反射率=反射光強度/入射光強度
(2)放射率=(1−ウエハ反射率)
一旦、ウエハの放射率が得られると、プランクの式からウエハ温度が得られる。
この技法は、ウエハが高温で、かつ、このような適用において前述した計算の実行前に基本熱放射が減算される場合にも用いられる。
したがって、非接触法における表面温度の決定時には、表面放射率を使用するのが好ましい。
以下の式を用いてウエハ1のデバイス面の全半球反射率を計算し、引き続きキルヒホッフの法則により放射率が得られる。
(1)ウエハ反射率=反射光強度/入射光強度
(2)放射率=(1−ウエハ反射率)
一旦、ウエハの放射率が得られると、プランクの式からウエハ温度が得られる。
この技法は、ウエハが高温で、かつ、このような適用において前述した計算の実行前に基本熱放射が減算される場合にも用いられる。
プローブ51は第二ポジションすなわちウエハに向けられるポジションに留まって、リファレンスランプ52の点灯時には常に放射率データを提供し続けることが好ましい。
ウエハ1は回転しているので、プローブ51は、その回転中にウエハ1のデバイス面から反射される光子密度を測定し、ウエハ1にリトグラフされるであろう変化するデバイス構造の平均表面トポロジーからの反射を測定する。
また、放射率測定は薄膜蒸着過程を含む処理サイクルにわたって行われるので、放射率の瞬時の変化がモニターされ、温度補正が動的、かつ、連続的に行われる。
ウエハ1は回転しているので、プローブ51は、その回転中にウエハ1のデバイス面から反射される光子密度を測定し、ウエハ1にリトグラフされるであろう変化するデバイス構造の平均表面トポロジーからの反射を測定する。
また、放射率測定は薄膜蒸着過程を含む処理サイクルにわたって行われるので、放射率の瞬時の変化がモニターされ、温度補正が動的、かつ、連続的に行われる。
蓋体24に固定された3本のプローブ60は、すべての処理条件においてウエハ1のデバイス面から放射される光子密度を常に測定する。
プローブ60によって測定された光子密度に基づき温度検出部11にてウエハ温度が算出され、主制御部10にて設定温度と比較される。
主制御部10は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部13を介してヒータアッセンブリ内の加熱装置(加熱手段)である上側ランプ41、下側ランプ42の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。
3本のプローブ60は、ウエハ1の異なる部分の温度を測定するため、処理サイクル中の温度の均一性を確保することができる。
なお、温度測定用プローブ60にて算出されたウエハ温度は放射率測定用プローブ51にて算出されたウエハ温度と比較されて補正されることで、より正確なウエハ温度の検出を可能としている。
プローブ60によって測定された光子密度に基づき温度検出部11にてウエハ温度が算出され、主制御部10にて設定温度と比較される。
主制御部10は比較の結果、あらゆる偏差を計算し、加熱制御部13を介してヒータアッセンブリ内の加熱装置(加熱手段)である上側ランプ41、下側ランプ42の複数のゾーンへの電力供給量を制御する。
3本のプローブ60は、ウエハ1の異なる部分の温度を測定するため、処理サイクル中の温度の均一性を確保することができる。
なお、温度測定用プローブ60にて算出されたウエハ温度は放射率測定用プローブ51にて算出されたウエハ温度と比較されて補正されることで、より正確なウエハ温度の検出を可能としている。
そして、所望の処理ガス26をガス供給管27から処理室21内に供給しつつ、排気口31から排出して、ウエハ1に所望の処理を施す。
ウエハ1の処理後、ウエハ1は、複数の突き上げピン37により支持ピン35から持ち上げられ、熱処理装置2内でウエハ1を自動的にアンローディングできるようにするために、ウエハ1の下に空間を形成する。突き上げピン37は駆動制御部12の制御のもと、駆動機構34によって上下する。
ところで、上側ランプ41および下側ランプ42の光が放射温度計61に達してしまうと、放射温度計61自体が加熱されることにより、放射温度計61が損傷してしまう危惧がある。そのため、放射温度計61自体を冷却する必要がある。換言すれば、放射温度計61の使用環境が限定されてしまう。
しかし、本実施の形態においては、上側ランプ41および下側ランプ42のピーク波長0.9μm程度の光71を吸収する対物フィルタ63が設置されていることにより、上側ランプ41および下側ランプ42の光71は対物フィルタ63によって遮られるために、放射温度計61に達することはない。
したがって、下側ランプ41および下側ランプ42の光71によって放射温度計61自体が加熱されることはないので、加熱によって放射温度計61が損傷してしまう危惧はない。そのため、放射温度計61を冷却する必要はなく、使用環境が限定されてしまうこともない。
しかし、本実施の形態においては、上側ランプ41および下側ランプ42のピーク波長0.9μm程度の光71を吸収する対物フィルタ63が設置されていることにより、上側ランプ41および下側ランプ42の光71は対物フィルタ63によって遮られるために、放射温度計61に達することはない。
したがって、下側ランプ41および下側ランプ42の光71によって放射温度計61自体が加熱されることはないので、加熱によって放射温度計61が損傷してしまう危惧はない。そのため、放射温度計61を冷却する必要はなく、使用環境が限定されてしまうこともない。
ここで、対物フィルタ63は上側ランプ41および下側ランプ42のピーク波長0.9μm程度の光71を吸収するために、加熱されてしまう。
しかし、対物フィルタ63にはシールリングが敷設されていないので、対物フィルタ63の温度上昇をシールリングの耐熱温度以下に制限する必要はない。
しかし、対物フィルタ63にはシールリングが敷設されていないので、対物フィルタ63の温度上昇をシールリングの耐熱温度以下に制限する必要はない。
しかし、対物フィルタ63にシールリングが敷設されていないことにより、放射温度計61と処理室21とを連通する連通部を構成した窓孔62および導波管64の気密性能が低下するために、処理室21の気密性能が低下する。
本実施の形態においては、接眼フィルタ67にシールリング66が敷設されていることにより、放射温度計61と処理室21とを連通する連通部を構成した窓孔62および導波管64の気密性能が確保されているので、処理室21の気密性能が低下するのを未然に防止することができる。
他方、上側ランプ41および下側ランプ42の光71は対物フィルタ63によって遮られることにより、接眼フィルタ67には上側ランプ41および下側ランプ42のウエハを加熱する光のピーク波長は照射しないので、接眼フィルタ67の温度の上昇は抑止ないしは抑制することができる。
つまり、接眼フィルタ67の材料はシールリング66の耐熱温度を深く配慮する必要はなくなるために、熱衝撃に弱い材料等を含めた選択余地が広がる。
本実施の形態においては、接眼フィルタ67にシールリング66が敷設されていることにより、放射温度計61と処理室21とを連通する連通部を構成した窓孔62および導波管64の気密性能が確保されているので、処理室21の気密性能が低下するのを未然に防止することができる。
他方、上側ランプ41および下側ランプ42の光71は対物フィルタ63によって遮られることにより、接眼フィルタ67には上側ランプ41および下側ランプ42のウエハを加熱する光のピーク波長は照射しないので、接眼フィルタ67の温度の上昇は抑止ないしは抑制することができる。
つまり、接眼フィルタ67の材料はシールリング66の耐熱温度を深く配慮する必要はなくなるために、熱衝撃に弱い材料等を含めた選択余地が広がる。
以上のようにして、放射温度計61にはウエハ1からの光のうち10μm程度の波長の測定光72だけが入射するので、放射温度計61はウエハ1の温度を適正に測定することができる。
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
(1)上側ランプおよび下側ランプのピーク波長0.9μm程度の光を遮る対物フィルタを設置することにより、上側ランプおよび下側ランプの光が放射温度計に入射するのを防止することができるので、放射温度計自体が温度上昇して損傷してしまう危惧を未然に防止することができる。
(2)放射温度計が温度上昇するのを防止することにより、放射温度計自体を冷却しなくても済むので、放射温度計の使用環境の制約を軽減することができる。
(3)接眼フィルタにシールリングを敷設することにより、放射温度計と処理室とを連通する連通部の気密性能が確保することができるので、処理室の気密性能が低下するのを未然に防止することができる。
(4)上側ランプおよび下側ランプの光は対物フィルタによって遮ることにより、接眼フィルタに上側ランプおよび下側ランプの光が照射するのを阻止することができるので、接眼フィルタの温度の上昇は抑止ないしは抑制することができる。
(5)接眼フィルタの温度上昇を防止することにより、接眼フィルタの材料はシールリングの耐熱温度を深く配慮する必要はなくなるために、熱衝撃に弱い材料等を含めて選択余地を拡大することができる。
(6)放射温度計にはウエハからの光のうち測定のための光だけを入射させることにより、放射温度計はウエハの温度を適正に測定することができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。
導波管は省略してもよい。
加熱手段としては、加熱ランプを使用するに限らず、抵抗線式ヒータ等を使用してもよい。換言すれば、放射温度計の測定波長が加熱手段からの光(電磁波)の波長と異なればよい。
基板はウエハに限らず、LCD装置(液晶表示装置)の製造工程におけるガラス基板やアレイ基板等の基板であってもよい。
前記実施の形態においては枚葉式減圧RTP装置に構成した場合について説明したが、本発明は、アニール装置やリフロー装置、酸化膜形成装置等の熱処理装置全般に適用することができる。
1・・・ウエハ、2・・・熱処理装置、
10・・・主制御部、11・・・温度検出部、12・・・駆動制御部、13・・・加熱制御部、14・・・ガス制御部、
21・・・処理室、22・・・筐体、23・・・本体、24・・・蓋体、25・・・底板、
26・・・処理ガス、27・・・ガス供給管、28・・・開閉バルブ、29・・・MFC(マスフローコントローラ)、30A・・・第一ガス供給源、30B・・・第二ガス供給源、31・・・排気口、
32・・・ウエハ搬入搬出口、33・・・ゲートバルブ、
34・・・駆動機構、35・・・支持ピン、36・・・サセプタ、37・・・突き上げピン、38・・・均熱リング、39・・・遮光プレート、
41・・・上側ランプ、42・・・下側ランプ、43・・・電極、44・・・石英管、45・・・シールリング、46・・・空冷ガス用ブロア、
51・・・放射率測定用プローブ、52・・・放射率測定用リファレンスランプ(参照光)、53・・・光ファイバー通信ケーブル、54・・・プローブ回転機構、
60・・・プローブ温度測定用プローブ、61・・・放射温度計、62・・・窓孔(連通部)、63・・・対物フィルタ、64・・・導波管(連通部)、65・・・フランジ、66・・・シールリング、67・・・接眼フィルタ、68・・・カップリング、
71・・・加熱のための光、72・・・測定のための光。
10・・・主制御部、11・・・温度検出部、12・・・駆動制御部、13・・・加熱制御部、14・・・ガス制御部、
21・・・処理室、22・・・筐体、23・・・本体、24・・・蓋体、25・・・底板、
26・・・処理ガス、27・・・ガス供給管、28・・・開閉バルブ、29・・・MFC(マスフローコントローラ)、30A・・・第一ガス供給源、30B・・・第二ガス供給源、31・・・排気口、
32・・・ウエハ搬入搬出口、33・・・ゲートバルブ、
34・・・駆動機構、35・・・支持ピン、36・・・サセプタ、37・・・突き上げピン、38・・・均熱リング、39・・・遮光プレート、
41・・・上側ランプ、42・・・下側ランプ、43・・・電極、44・・・石英管、45・・・シールリング、46・・・空冷ガス用ブロア、
51・・・放射率測定用プローブ、52・・・放射率測定用リファレンスランプ(参照光)、53・・・光ファイバー通信ケーブル、54・・・プローブ回転機構、
60・・・プローブ温度測定用プローブ、61・・・放射温度計、62・・・窓孔(連通部)、63・・・対物フィルタ、64・・・導波管(連通部)、65・・・フランジ、66・・・シールリング、67・・・接眼フィルタ、68・・・カップリング、
71・・・加熱のための光、72・・・測定のための光。
Claims (1)
- 基板を処理する処理室を形成し、この処理室を減圧状態に維持可能な筐体と、
該処理室の前記基板を加熱する加熱手段と、
該加熱手段が前記基板を加熱する光のピーク波長と異なる波長で前記基板の温度を測定する放射温度計と、
前記筐体に連設され、前記放射温度計と前記処理室とを連通する連通部と、
該連通部に設けられ、前記処理室内を密閉する密閉部材を介して取り付けられる接眼フィルタと、
前記接眼フィルタから間隔を置いて前記処理室側に密閉部材を設けずに取り付けられ、前記加熱手段の前記基板を加熱する光のピーク波長を遮り前記放射温度計が測定する波長を透過する対物フィルタと、
を備えている熱処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007053952A JP2008218698A (ja) | 2007-03-05 | 2007-03-05 | 熱処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007053952A JP2008218698A (ja) | 2007-03-05 | 2007-03-05 | 熱処理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008218698A true JP2008218698A (ja) | 2008-09-18 |
Family
ID=39838389
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007053952A Pending JP2008218698A (ja) | 2007-03-05 | 2007-03-05 | 熱処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008218698A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014181527A1 (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-13 | 国立大学法人徳島大学 | 原料流体濃度検出器 |
WO2014181522A1 (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-13 | 株式会社フジキン | 脆性破壊性板材の固定構造及びこれを用いた脆性破壊性板材から成る光透過窓板の固定方法 |
-
2007
- 2007-03-05 JP JP2007053952A patent/JP2008218698A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014181527A1 (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-13 | 国立大学法人徳島大学 | 原料流体濃度検出器 |
WO2014181522A1 (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-13 | 株式会社フジキン | 脆性破壊性板材の固定構造及びこれを用いた脆性破壊性板材から成る光透過窓板の固定方法 |
JP2014219294A (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-20 | 株式会社フジキン | 脆性破壊性板材の固定構造及びこれを用いた脆性破壊性板材から成る光透過窓板の固定方法 |
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