JP2019106462A - 気相成長装置及び温度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの外周側の温度を精度よく測定する。【解決手段】成長装置は、ウエハ上に気相成長反応により成膜を行う反応室と、反応室の上方に配置され、反応室に原料ガスを供給する原料供給部と、原料供給部の上方に配置され、ウエハの中心から所定距離の温度を測定する放射温度計と、ウエハを載置する保持部と、保持部の中心を軸として保持部を自転させる回転部と、保持部のウエハの載置面とは反対の面側に配置され、ウエハを加熱する加熱器と、ウエハを回転させながら放射温度計にて測定された温度が入力され、所定期間毎に最低の温度を保持する温度保持部と、保持された温度に基づいて、加熱器を制御する制御部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、気相成長装置及び温度測定方法に関する。

気相中でのエピタキシャル成長技術を利用する成膜装置（気相成長装置）では、常圧または減圧に保持されたチャンバの内部にウエハを載置する。そして、ウエハを加熱しながらチャンバ内に成膜のための原料となるガスを供給すると、ウエハの表面で原料ガスの熱分解反応および水素還元反応が起こり、ウエハ上にエピタキシャル膜が成膜される。

ウエハ上に高品質で、均一な膜厚で、良好な膜質の膜を堆積させるためには、ウエハの温度を正確に制御する必要がある。このため、放射温度計を用いてウエハの温度を測定し、放射温度計の測定結果に基づいて加熱手段の出力を制御する（例えば、特許文献１参照）。

また、気相成長装置の中で枚葉式と呼ばれる１枚のウエハを処理する装置（以下枚葉式成膜装置）は、高い面内均一性を実現するために好適であることが知られている。さらに一般に枚葉式の気相成長装置では、ウエハをウエハの中心を回転中心として自転させながら、異なる半径位置に複数の温度モニタを設置して温度制御することで、高い半径方向の温度均一性が実現できる。とくにウエハの最外周でウエハの温度を計測することは、ウエハの最外周の位置まで均一な成膜を行うために重要である。

温度モニタとしては熱輻射光強度により温度を計測する放射温度計（パイロメータ）が非接触、高速な計測、精度、取り扱いの容易さなどの点からよく用いられている。なお、放射温度計から計測対象の正確な温度を測るためには、計測対象の放射率により熱輻射光強度の補正を行う必要がある。

一方、６インチ以下のウエハには、多くの場合、結晶方位を識別するためのオリエンテーション・フラット（以下、オリフラ）が設けられている。オリフラは、ウエハの外周面の一部を直線状に切り取って形成される。

ウエハにオリフラがあると、枚葉式成膜装置でウエハを自転させながら温度を測る場合に、外周側のオリフラがかかる位置ではウエハの温度を計測できなくなる。例えば、６インチウエハにオリフラを設けると、オリフラ形成前のウエハの外周位置からオリフラ位置までの径方向長さは最大５ｍｍ程度となり、この範囲内では、温度モニタはウエハ部分とオリフラにより切り取られた部分との両方の温度を計測することになる。このためこの部分での温度のモニタはウエハ部分とオリフラ部分と見ることになり、正確なウエハの温度を計測できなくなる。

この状況を詳しく見ると、外周部のオリフラにより切り取られた部分では、放射温度計は、サセプタからの熱輻射光強度を検出して温度を測定することになる。サセプタとウエハは同じ温度であるとは限らない。さらにサセプタは、ウエハとは異なる材料で形成されており、サセプタとウエハでは放射率も異なっている。よって、サセプタからの熱輻射光強度では、ウエハの温度を正確に把握することはできない。このように、オリフラを有するウエハでは、外周側の温度を精度よく測定できないおそれがある。

特開２００７−９５８８９号公報

本発明が解決しようとする課題は、オリフラを有するウエハの外周側の温度を精度よく測定可能な気相成長装置及び温度測定方法を提供するものである。

本実施形態によれば、ウエハ上に気相成長反応により成膜を行う反応室と、
前記反応室の上方に配置され、前記反応室に原料ガスを供給する原料供給部と、
前記原料供給部の上方に配置され、前記ウエハの中心から所定距離の温度を測定する放射温度計と、
前記ウエハを載置する保持部と、
前記保持部の中心を軸として前記保持部を自転させる回転部と、
前記保持部の前記ウエハの載置面とは反対の面側に配置され、前記ウエハを加熱する加熱器と、
前記ウエハを回転させながら前記放射温度計にて測定された前記温度が入力され、所定期間毎に最低の温度を保持する温度保持部と、
前記保持された温度に基づいて、前記加熱器を制御する制御部と、を備える気相成長装置が提供される。

前記ウエハはオリエンテーション・フラットを有し、前記温度保持部は、前記ウエハの前記オリエンテーション・フラット以外の外周部分を測定した温度を保持してもよい。

前記所定期間は、前記所定期間内に前記放射温度計が測定した前記ウエハのオリエンテーション・フラット以外の外周部分の温度が前記温度保持部に少なくとも1回入力されるように設定してもよい。

前記所定期間は、前記回転部の回転速度に基づいて設定してもよい。

本実施形態によれば、気相成長反応により成膜されるウエハを、前記ウエハ中心を軸として自転させ、上方に配置される放射温度計により前記ウエハの中心から所定距離の温度を測定し、
測定された前記温度について、所定期間毎に最低の温度を保持し、保持された温度を前記ウエハの中心から所定距離の温度として出力する、温度測定方法が提供される。

一実施形態による気相成長装置の概略構成を示す図。 第１放射温度計の内部構成を示す図。 ウエハをサセプタ上に載置した状態の平面図。 ウエハの回転角と第１放射温度計による測定温度の関係を示すグラフ。 温度保持部の動作を説明する図。 オリフラ部分の通過時間を説明する図。 ピークホルダの概略的なブロック図。 温度保持部が行う保持動作を示すフローチャート。 ウエハの他の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態では、気相成長装置内の特徴的な構成および動作を中心に説明するが、気相成長装置には以下の説明で省略した構成および動作が存在しうる。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。

図１は一実施形態による気相成長装置１の概略構成を示す図である。図１の気相成長装置１は、枚葉式であり、ウエハＷごとに成膜処理が行われる。本実施形態では、成膜処理を行う基板としてシリコン基板、具体的にはシリコンウエハ（以下、単にウエハと呼ぶ）Ｗを用い、このウエハＷ上に単一の膜を、あるいは複数の薄膜を積層して、成膜する例を説明する。以下では、気相成長方法としてＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を例に取って、具体的に説明する。なお、本実施形態は、シリコン基板以外の基板に成膜する場合にも適用可能である。また、基板の表面に複数の薄膜を積層する製法は、ＭＯＣＶＤ以外の製法でもよい。

図１の気相成長装置１は、ウエハＷに成膜を行うチャンバ２と、このチャンバ２内のウエハＷに原料ガスを供給するガス供給部３と、チャンバ２の上部に位置する原料供給部４と、チャンバ２内でウエハＷを支持するサセプタ５と、このサセプタ５を保持して回転させる回転部６と、ウエハＷを加熱するヒータ７と、チャンバ２内のガスを排出するガス排出部８と、このガス排出部８からガスを排気する排気機構９と、ウエハＷの外周側の温度を測定する第１放射温度計１０と、ウエハＷの内周側の温度を測定する第２放射温度計１１と、温度保持部１２と、各部を制御する制御部１３とを備えている。

チャンバ２は、成膜対象のウエハＷを収納可能な形状（例えば、円筒形状）であり、チャンバ２の内部に、サセプタ５、ヒータ７、回転部６の一部などが収容されている。

ガス供給部３は、複数のガスを個別に貯留する複数のガス貯留部３ａと、これらガス貯留部３ａと原料供給部４とを接続する複数のガス管３ｂと、これらガス管３ｂを流れるガスの流量を調整する複数のガスバルブ３ｃとを有する。各ガスバルブ３ｃは、対応するガス管３ｂに接続されている。複数のガスバルブ３ｃは、制御部１３により制御される。実際の配管は、複数のガス管を結合したり、１本のガス管を複数のガス管に分岐したり、ガス管の分岐や結合を組み合わせるなどの複数の構成を取りうる。

ガス供給部３から供給される原料ガスは、原料供給部４を通って、チャンバ２内に放出される。チャンバ２内に放出された原料ガス（プロセスガス）は、ウエハＷ上に供給され、これにより、ウエハＷ上に所望の膜が形成されることになる。なお、使用する原料ガスの種類は、特に限定されない。

原料供給部４の底面側には、シャワープレート４ａが設けられている。このシャワープレート４ａは、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いて構成することができる。複数のガス管３ｂからのガスは、原料供給部４内で混合されて、シャワープレート４ａのガス噴出口４ｂを通ってチャンバ２内に供給される。なお、シャワープレート４ａにガス流路を複数設け、複数種類のガスを分離したままチャンバ２内のウエハＷに供給してもよい。

原料供給部４の構造は、成膜された膜の均一性、原料効率、再現性、製作コストなどを勘案して選定されるべきであるが、これらの要求を満たすものであれば特に限定されるものではなく、公知の構造のものを適宜用いることもできる。

サセプタ５は、回転部６の上部に設けられており、サセプタ５の内周側に設けられた座ぐり内にウエハＷを載置して支持する構造になっている。なお、図１の例では、サセプタ５は、その中央に開口部を有する環状形状であるが、開口部のない略平板形状でもよい。

ヒータ７は、サセプタ５および／またはウエハＷを加熱する加熱部である。加熱対象を所望の温度および温度分布に加熱する能力、耐久性などの要求を満たすものであれば、特に限定されない。具体的には、抵抗加熱、ランプ加熱、誘導加熱などが挙げられる。ヒータ７は、ウエハＷの反応室に対向する面とは反対の面側、すなわちサセプタ５の下方に配置されている。ヒータ７は、少なくとも、ウエハＷの外周側を加熱する第１加熱部と、ウエハＷの内周側を加熱する第２加熱部と、を有する。制御部１３は、第１加熱部と第２加熱部を個別に制御する。より具体的には、制御部１３は、第１放射温度計１０の測定結果に基づいて第１加熱部を制御し、第２放射温度計１１の測定結果に基づいて第２加熱部を制御する。

排気機構９は、ガス排出部８を介してチャンバ２の内部から反応後の原料ガスを排気し、排気バルブ９ｂと真空ポンプ９ｃの作用により、チャンバ２内を所望の圧力に制御する。

第１放射温度計１０と第２放射温度計１１は、原料供給部４の上面に設けられている。第１放射温度計１０と第２放射温度計１１は、ウエハＷの膜成長面Ｗａからの熱輻射光を受光して、熱輻射光強度を測定する。第１放射温度計１０と第２放射温度計１１は、その内部にデータ演算部を有してもよい。このデータ演算部は、熱輻射光強度とあらかじめ設定された測定対象の放射率から、ウエハＷの温度を求める。データ演算部は、例えば、汎用のコンピュータにより構成可能である。

第１放射温度計１０はウエハＷの外周側の温度を測定するために設けられ、第２放射温度計１１はウエハＷの内周側の温度を測定するために設けられている。なお、一つの放射温度計をウエハＷの径方向に動かしてウエハＷの外周側と内周側の温度を測定してもよい。

温度保持部１２は、第１放射温度計１０で測定され所定期間内に複数回取得された温度が入力され、入力された所定期間内の温度のうち、最低の温度を保持する。すなわち、所定期間は保持（ホールド）周期となる。オリフラ部の温度はウエハＷの温度より高くなるため、温度保持部１２は、ウエハＷのオリフラ以外の外周部分で測定した温度を保持する。ここで「オリフラ以外の部分」とは、ウエハＷの外周部分でオリフラにより切り取られた部分以外の部分、つまりウエハＷが存在する部分を意味する。

本実施形態では、放射温度計の応答速度を考慮して、所定の回転速度で、所定期間内に少なくとも1回は第１放射温度計１０がウエハＷのオリフラ以外の外周部分の温度を測定するように、所定期間が設定される。また、ウエハＷが１周する間に第１放射温度計１０により、複数回、温度が測定され、そのうち少なくとも１回は第１放射温度計１０がウエハＷのオリフラ以外の外周部分の温度を測定して温度保持部１２に入力できるような応答速度の放射温度計を選定する。または、制御部１３はウエハＷの回転速度により、上記の所定期間、あるいは、上記の放射温度計の応答速度が上記の条件を満たさないような場合、その旨の注意を促すアラーム信号を出してもよい。

原料供給部４の上面には、光透過窓２ａが設けられており、第１放射温度計１０と第２放射温度計１１の光源からの光と、ウエハＷからの反射光および熱輻射光は、この光透過窓２ａを通過する。光透過窓２ａは、スリット形状や矩形状、円形状などの任意の形状を取り得る。窓には、放射温度計１０で計測する光の波長範囲で透明な部材を用いる。室温から１５００℃程度の温度を測定する場合には、可視領域から近赤外領域の光の波長を計測するのが好ましく、その場合には窓の部材としては石英ガラスなどが好適に用いられる。

制御部１３は、気相成長装置１内の各部を集中的に制御するコンピュータと、成膜処理に関する成膜処理情報や各種プログラムなどを記憶する記憶部とを備えている。制御部１３は、成膜処理情報や各種プログラムに基づいて、ガス供給部３や回転部６の回転機構、排気機構９などを制御し、ヒータ７によるウエハＷの加熱などを制御する。
また、制御部１３には、第１放射温度計１０で測定されて、温度保持部１２で保持された温度が入力されるとともに、第２放射温度計１１で測定された温度が入力される。制御部１３は、これらの温度に基づいて、ウエハＷの温度が全面にわたって均一になるようにヒータ７を制御する。

第１の放射温度計１０及び第２の放射温度計１１は測定対象からの熱輻射光強度を測定し、この熱輻射光強度から測定対象の温度を計算する。その原理はプランクの熱輻射式から、ある波長での熱輻射光強度と測定対象の放射率から測定対象の温度が計算できることによる。放射率は測定対象と同じ温度の黒体の熱輻射光強度で、測定対象の熱輻射光強度を除したものである。一般に放射率は測定対象に応じて放射温度計にあらかじめ入力されるパラメータである。

一方、放射率は測定対象の材料が同じでも、表面の性状、表面への薄膜の形成、等により変化する場合があり、測定された熱輻射光強度とあらかじめ決められた放射率を用いて温度を計算すると誤差を生じる場合がある。ただし、放射温度計で測定する熱輻射光強度の波長に対して、測定対象の表面が鏡面で、測定対象が上記の波長の光に対して不透明で、外部から光を測定対象に照射して測定対象の反射率を測定できる場合には、測定対象の実際の放射率を求めることができる。これは上記のような条件においては測定対象の反射率と放射率の和が１になることによる。上記の方法により測定対象の放射率と温度を同時に計測する方法は放射率補正パイロメトリ（ＥＣＰ：Emissivity Correcting Pyrometry）として知られている。

図２はＥＣＰ方式を用いた場合の第１放射温度計１０の内部構成例を示す図である。

第１放射温度計１０は、光源１０ａと、ハーフミラー１０ｂと、焦点調整用レンズ１０ｃと、波長選択フィルタ１０ｄと、絞り１０ｅと、受光部１０ｆと、温度計制御部１０ｇとを有する。

光源１０ａは、ウエハＷに照射するための照明光Ｌ１を発光する。ハーフミラー１０ｂは、照明光Ｌ１を反射させてウエハＷに向けるとともに、ウエハＷからの光を透過させる。焦点調整用レンズ１０ｃは、ハーフミラー１０ｂを透過した照明光Ｌ１をウエハＷ上に結像させる。また、焦点調整用レンズ１０ｃは、ウエハＷからの反射光Ｌ１ａと熱輻射光Ｌ２を受光部１０ｆの受光面Ｍ１上に結像させる。波長選択フィルタ１０ｄは、ハーフミラー１０ｂを透過した光のうち、所定の波長範囲の反射光Ｌ１ａと熱輻射光Ｌ２を透過させる。絞り１０ｅは、ウエハＷ上の測定に必要な部分からの光のみを透過させる。受光部１０ｆは、絞り１０ｅを透過した反射光Ｌ１ａと熱輻射光Ｌ２を受光する。温度計制御部１０ｇは、受光部１０ｆで受光された反射光Ｌ１ａの強度（反射光強度）と熱輻射光Ｌ２の強度（熱輻射光強度）とに基づいて、ウエハＷの温度を求める。

通常のパイロメータを用いたとき、ウエハＷ上に薄膜を形成する際、薄膜干渉で測定対象の反射率および放射率が大きく変化し、温度測定の誤差が大きくなる場合がある。このような場合でも、パイロメータで測定する熱輻射光強度の波長範囲を広く設定することで薄膜干渉の影響を小さくすることができる。具体的には、測定する熱輻射光強度の波長範囲の中心に対して波長範囲を５％以上にすることが好ましい。より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは２０％以上である。例えば、通常のパイロメータを用いて中心波長１μｍで熱輻射光強度を測定する場合、測定波長範囲を５０ｎｍ以上にすることで、ウエハＷ上に薄膜を形成する場合の反射率の変化の影響を低減することができる。この方法はとくに測定波長程度の膜厚以上の薄膜を成長する場合に効果がある。

第１および第２の放射温度計１０，１１は、必要に応じて通常のパイロメータあるいはＥＣＰ方式のパイロメータを適宜選択して用いることができる。

図３Ａと図３ＢはウエハＷのオリフラ１４を説明する図である。図３Ａは、ウエハＷをサセプタ５上に載置した状態の平面図である。６インチ以下のウエハＷには、４５度の角度範囲で直線状のオリフラ１４が設けられている。４５度の角度範囲とは、１／８回転に相当する。５６インチウエハＷの場合、オリフラ１４のない真円形状のウエハＷの外周縁とオリフラ１４の位置との間の径方向長さは最大５ｍｍ程度である。この間に第１放射温度計１０の測定点が配置されると、第１放射温度計１０は、ウエハＷではなく、サセプタ５の反射率や熱輻射光強度を測定することになる。

図３Ｂの横軸はウエハＷの回転角、縦軸は第１放射温度計１０により測定される温度である。この図では第１放射温度計に通常のパイロメータを用いた場合を示してある。図３Ｂに示すように、第１放射温度計１０がオリフラ１４とウエハＷの外周縁との間に対向して配置された場合には高い温度として測定される。これは、サセプタ５の材料であるグラファイトやＳｉＣなどは、シリコンウエハＷに比べて放射率が高く、そのためサセプタ５のオリフラ部１４が測定対象であるシリコンウエハＷと同じ温度であったとしても高い温度として測定されるためさらに、シリコンウエハＷの外周部はサセプタ５からの熱伝導で加熱されるため、実際にサセプタ５のオリフラ部１４の温度はその近傍のシリコンウエハＷの温度よりも高い。したがって、第１の放射温度計が通常のパイロメータではなくＥＣＰ方式のパイロメータであっても、図３（ｂ）に示した状況は同じである。また以上の状況はシリコンウエハに限らず一般的な半導体のウエハを用いる場合でも同様である。

図４は温度保持部１２の動作を説明する図である。図４の横軸は時間、縦軸は第１放射温度計１０で測定される温度である。図４は、ウエハＷを所定の回転速度で回転させながら、第１放射温度計１０でウエハＷの外周側の温度を測定した結果を示す曲線である。図４の曲線は、全体的な傾向としてウエハＷの温度が時間に応じて徐々に高くなる例を示している。図３Ｂでも説明したように、オリフラ１４の位置とウエハＷの外周面との間に第１放射温度計１０が対向配置された場合には、高い温度が測定されるため、ウエハＷの測定温度は、周期的にヒゲ状に高くなる。

図４の下側には、図４の曲線の破線の四角で囲まれた部分を拡大した曲線が示されている。温度保持部１２は、所定期間内に連続又は断続して測定した第１放射温度計１０の温度のうち、最低の温度を保持する。よって、所定期間ｔ内に温度が急上昇するヒゲ部分１５があっても、このヒゲ部分１５の温度が保持されるおそれはない。温度保持部１２は、所定期間ｔ内にヒゲ部分１５があったとしても、ヒゲ部分１５でない時間帯の最低温度を保持する。図４の下側の階段状に増加する太線は、温度保持部１２が保持する温度を示している。なお、後述するように、所定期間ｔが短すぎると、ヒゲ部分１５の温度を保持してしまうおそれがある。逆に、所定期間が長すぎると、温度を粗くしか測定できなくなり、温度の追随性が悪くなる。

ウエハＷの回転速度が遅い場合には、温度保持部１２は、オリフラ１４部分の通過時間よりも長くなるように所定期間を設定する。例えば、回転速度が５０ｒｐｍの場合、ウエハＷの１回転当たり、６０／５０＝１．２秒かかる。よって、オリフラ１４部分の通過時間は、図５に示すように、１．２×１／８＝０．１５秒（１５０ミリ秒）である。第１放射温度計１０の応答速度を１０ミリ秒とすると、所定期間がオリフラ１４部分の前後の応答時間を合わせた１０＋１５０＋１０＝１７０ミリ秒以上あれば、オリフラ１４部分以外で温度測定が行われることになる。

余裕を見て、所定期間を０．２秒以上に設定すれば、オリフラ１４部分以外の外周部分の温度を５０ミリ秒以上測定するため、オリフラ１４部分での温度上昇に影響されずに、最低温度を保持できる。

一方、ウエハＷの回転速度が速い場合には、温度保持部１２は、ウエハＷの１回転に最低２回温度保持を行い、かつウエハＷの１回転ごとに、温度保持中（所定期間内）にオリフラ１４部分を通過しない場合があるようにする。例えば、第１放射温度計１０の応答速度を１０ミリ秒とすると、連続して２回温度測定を行う場合の最小時間は２０ミリ秒である。２０ミリ秒でウエハＷが１回転するのがウエハＷの最大回転速度である。よって、ウエハＷの最大回転速度は、６０秒／２０ミリ秒＝３０００ｒｐｍとなる。

温度保持部１２は、汎用のピークホルダを用いて構成可能である。ピークホルダは、所定期間内に入力された入力信号の最大値又は最小値を保持して出力する機能を持っている。ピークホルダには、アナログ信号を出力するタイプとデジタル信号を出力するタイプがあるが、本実施形態の温度保持部１２は、どちらのタイプでも適用可能である。

図６はピークホルダ２０の概略的なブロック図である。図６のピークホルダ２０は、入力部２１と、比較部２２と、ボトム検出部２３と、保持部２４と、出力部２５と、タイマ２６と、リセット部２７とを有する。入力部２１は、保持対象の入力信号を入力する。本実施形態では、第１放射温度計１０で測定された温度信号が入力部２１に入力される。比較部２２は、入力部２１に入力された温度信号を、ボトム検出部２３で検出された最低温度信号と比較する。ボトム検出部２３は、比較部２２にて、入力部２１に入力された温度信号の方が低いことがわかると、入力部２１に入力された温度信号を最低温度信号とする。ボトム検出部２３で更新された最低温度信号は比較部２２と保持部２４に送られる。保持部２４は、ボトム検出部２３で更新された最低温度信号を保持する。タイマ２６は、所定期間の長さを計測する。タイマ２６は、所定時間に達したことを示すタイムアップ信号をリセット部２７に送る。リセット部２７は、タイムアップ信号が入力されると、ボトム検出部２３の最低温度信号を初期化し、保持部２４は保持信号を初期化する。出力部２５は、保持部２４で保持されている信号を出力する。

温度保持部１２は、ソフトウェア処理にて温度の保持動作を行うことも可能である。図７は温度保持部１２が行う保持動作を示すフローチャートである。図７の保持動作では、所定期間内の期間εごとに断続的に第１放射温度計１０にて温度計測を行う。

まず、ある時刻に第１放射温度計１０で測定された温度Ｔobsを変数Ｔminに代入する（ステップＳ１）。次に、予め定めた期間εの間、待機する（ステップＳ２）。次に、期間ε経過後の時刻に第１放射温度計１０で測定された温度Ｔobsが変数Ｔminより大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。温度Ｔobsが変数Ｔmin以下であれば、変数Ｔminを温度Ｔobsに更新する（ステップＳ４）。

ステップＳ４の処理が終わった場合、又はステップＳ３で変数Ｔobsが温度Ｔminより大きいと判定された場合は、予め定めた期間εの間待機する（ステップＳ５）。次に、リセット信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ６）。所定期間毎に入力されるリセット信号が入力された場合には、その時点での変数Ｔminの値を出力し（ステップＳ７）、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。リセット信号は、所定期間が経過するたびに入力される。

ステップＳ６でリセット信号が入力されなかったと判定された場合は、ストップ信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ８）。ストップ信号が入力された場合には処理を終了し、ストップ信号が入力されなかった場合には、ステップＳ３以降の処理を繰り返す。

なお、所定期間に応じて、温度保持部１２がウエハＷのオリフラ１４部分以外の温度を保持するためのウエハＷの回転速度は制限される。ここで、ウエハＷの回転速度をω［ｒｐｍ］、第１放射温度計１０の応答時間をτ［秒］、第１放射温度計１０が連続または断続して温度測定を行う保持（ホールド）周期となる所定期間をｔ［秒］、オリフラ１４部分の長さが４５度（１周の１／８）とする。

所定期間ｔは、温度の制御系の応答速度と同程度かそれ以下の時間にするのが一般的である。ここで温度制御系の応答速度とは、おおよそヒータパワーの変化がウエハＷの温度変化に現れるまでの時間である。温度制御系の応答速度は、ヒータ電源の時定数、ヒータ７の温度変化の時定数、ヒータ７からサセプタ５やウエハＷへの熱伝達の時定数、ヒータ７やサセプタ５の熱容量などにより決まる。図１に示したような気相成長装置１の場合、温度制御系の時定数は数秒程度であるため、所定期間ｔは１秒以下程度であれば十分である。温度制御系の時定数が上記のような場合には、所定期間ｔが長すぎる（例えば１０秒以上）と温度の安定に要する時間が必要以上に長くなる。また所定期間ｔが短すぎる（例えば０．１秒以下）と、加熱装置の出力が短い時間の間に細かく変動することがあり、加熱装置やヒータの寿命に悪影響を与える場合がある。なお、所定期間は、所定期間内に第１放射温度計１０が測定したウエハＷのオリフラ以外の外周部分の温度が温度保持部１２に少なくとも１回入力されるように設定されるのが望ましい。また、所定期間は、回転部６の回転速度に基づいて設定されるのが望ましい。

なお、温度制御系の時定数は反応炉内の構成によっても変化する。例えば図１に示したような環状のサセプタ５を用いた場合、ウエハＷはもっぱらヒータ７からの熱輻射により直接加熱されるため、時定数は短くなる傾向があり、温度変化に要する時間は短く、プロセス時間の短縮に好適に用いることができる。一方、サセプタ５が環状ではなく略平板上である場合、一旦ヒータ７からの熱輻射でサセプタ５が加熱されたのち、さらにサセプタ５からの熱伝導でウエハＷが加熱される。このため、ウエハＷがヒータ７から間接的に加熱されることおよびサセプタ５による熱容量の増加などの影響により温度制御系の時定数は長くなる傾向がある。

オリフラ１４部分の温度測定時間は、６０／ω×１／８［秒」である。第１放射温度計１０でオリフラ１４部分の温度を測定するのに要する時間は、６０／ω×１／８＋２τ［秒］である。

オリフラ１４部分が含まれていても、ウエハＷの温度を測定できる最低時間は、６０／ω×１／８＋３τ［秒］である。よって、以下の（１）式が得られる。
ｔ≧６０／ω×１／８＋３τ …（１）

（１）式を変形すると、以下の（２）式が得られる。
ω≧６０／{８(ｔ−３τ)} …（２）

この（２）式から、温度制御に必要な最低回転速度ωminは、６０／{８(ｔ−３τ)}となる。ｔ＝０．５［秒］、τ＝０．０１［秒］とすると、ωminは約１６［ｒｐｍ］となる。

オリフラ１４部分以外の温度測定時間は、６０／ω×７／８［秒］である。ウエハＷの回転速度が速く、オリフラ１４部分以外の温度測定時間がτより短くなると、測定時間内に必ずオリフラ１４部分が含まれることになり、ウエハＷの正確な温度を測定できなくなる。

ウエハＷの正確な温度を測定するための回転速度の上限をωmax、ウエハＷが１周する間に２回の温度測定を行い、そのうちの少なくとも一回はオリフラ１４部分を計測しないためには、以下の（３）式を満たす必要がある。
２τ＝６０／ωmax×７／８ …（３）

この（３）式から、ωmax＝２６．２５／τ［ｒｐｍ］となる。τ＝０．０１［秒］とすると、ωmax＝２６２５［ｒｐｍ］である。

以下、さらに一般的な場合についてωmaxとωminについて述べる。図８はオリフラが２つあるウエハを示している。図８中、１−βはウエハＷの外周部がオリフラに影響されることなくウエハＷの温度を測ることができる割合を示している。図８では温度が正確に測れない要因として２つのオリフラの例を示しているが、温度が正確に測れない要因としては、そのほかノッチ、欠陥、などを挙げることができる。図８の場合、所定期間ｔは、
ｔ≧６０／ω×β＋３τ …（４）

したがって、ωminは
ωmin＝６０×β／（ｔ−３τ） …（５）
となる。ウエハＷの外周部で上記のように温度が正確に測れない割合β＝０．５、ｔ＝０．５[秒]、τ＝０．０１[秒]とするとωminは約６４[ｒｐｍ]となる。

ωmaxに対してはウエハＷの外周部で温度が正確に測れる時間６０／ω×（１−β）に少なくとも２回の測定ができることが必要であるので
２τ≦６０／ω×（１−β） …（６）
となり、
ωmax＝３０×（１−β）／τ …（７）
である。上記と同様にβ＝０．５、τ＝０．０１[秒]とするとωmax＝１５００[ｒｐｍ]となる。

このように、本実施形態では、オリフラ１４を有するウエハＷを回転させながら、ウエハＷの外周側の温度を第１放射温度計１０で測定する際、第１放射温度計１０より所定期間内に測定した温度のうち、最低の温度を保持するため、オリフラ１４部分の温度を誤って選択するおそれがなくなり、ウエハＷの外周側の温度を精度よく測定できる。

なお、本実施形態においては、オリフラ１４を有するウエハＷにおける最低温度の保持による測定精度の向上について説明したが、オリフラを有していないウエハであっても、例えば温度の特異点を有しているウエハについても、適用することが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 気相成長装置、２ チャンバ、３ ガス供給部、４ 原料供給部、５ サセプタ、６ 回転部、７ ヒータ、８ ガス排出部、９ 排気機構、１０ 第１放射温度計、１１ 第２放射温度計、１３ 制御部、１４ オリフラ、２０ ピークホルダ、２１ 入力部、２２ 比較部、２３ ボトム検出部、２４ 保持部、２５ 出力部、２６ タイマ、２７ リセット部

Claims (5)

1. ウエハ上に気相成長反応により成膜を行う反応室と、
   前記反応室の上方に配置され、前記反応室に原料ガスを供給する原料供給部と、
   前記原料供給部の上方に配置され、前記ウエハの中心から所定距離の温度を測定する放射温度計と、
   前記ウエハを載置する保持部と、
   前記保持部の中心を軸として前記保持部を自転させる回転部と、
   前記保持部の前記ウエハの載置面とは反対の面側に配置され、前記ウエハを加熱する加熱器と、
   前記ウエハを回転させながら前記放射温度計にて測定された前記温度が入力され、所定期間毎に最低の温度を保持する温度保持部と、
   前記保持された温度に基づいて、前記加熱器を制御する制御部と、を備える気相成長装置。
2. 前記ウエハはオリエンテーション・フラットを有し、前記温度保持部は、前記ウエハの前記オリエンテーション・フラット以外の外周部分を測定した温度を保持する、請求項１に記載の気相成長装置。
3. 前記所定期間は、前記所定期間内に前記放射温度計が測定した前記ウエハのオリエンテーション・フラット以外の外周部分の温度が前記温度保持部に少なくとも1回入力されるように設定される、請求項２に記載の気相成長装置。
4. 前記所定期間は、前記回転部の回転速度に基づいて設定される、請求項２または３に記載の気相成長装置。
5. 気相成長反応により成膜されるウエハを、前記ウエハ中心を軸として自転させ、上方に配置される放射温度計により前記ウエハの中心から所定距離の温度を測定し、
   測定された前記温度について、所定期間毎に最低の温度を保持し、保持された温度を前記ウエハの中心から所定距離の温度として出力する温度測定方法。

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