JP2780866B2 - 光照射加熱基板の温度測定装置 - Google Patents

光照射加熱基板の温度測定装置

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    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱処理装置、例えばランプアニール装置
により半導体基板等の各種基板（以下、「ウエハ」とい
う）に対して各種の熱処理を施す場合に、加熱炉内に収
容され熱処理中のウエハの温度を測定する温度測定装置
に関する。
〔従来の技術〕
近年、熱処理装置によりウエハに対し加熱炉内で各種
の熱処理を施して、様々な膜構造や不純物濃度などを有
する半導体装置が製造されており、その製造工程の複雑
化に伴い、熱処理中のウエハの表面温度を正確に測定す
ることが極めて重要になってきている。
ウエハの表面の温度を測定する方法としては、従来、
例えば特開昭63−148623号公報等に開示されているよう
に、ウエハの表面に直接に熱電対を接触させたり耐熱性
接着剤によって固定したりする方法がある。この方法に
よると、熱電対の測温部が被測温体であるウエハに直接
接触するので、ウエハの正確な温度を測定することがで
きる、といった長所を有している。
また、例えば実開昭60−179829号公報等に開示されて
いるように、加熱炉の炉体の内外を貫通して測温用筒体
を配設し、その一端を加熱炉内に収容されたウエハに対
向させ、他端側にレンズを介在させて赤外線放射温度計
を対向配置するなどして、ウエハの表面から放射される
エネルギーをレンズで集めて放射温度計で検知すること
により、ウエハ表面の温度を非接触式で測定する方法が
ある。
〔発明が解決しようとする課題〕
熱電対、例えばシース熱電対を用いて接触式でウエハ
の表面温度を測定する方法では、熱電対がウエハと接触
するためにウエハが金属汚染される。また、加熱炉内に
加熱雰囲気中にウエハと一緒に熱電対線やシース部（SU
S管、インコネル管等）が露出されることにより、それ
らの金属成分によっても、ウエハ表面が汚染されてしま
う。また、熱電対が細長い線状の品物であるため、ウエ
ハと不安定に接触することがないように、耐熱性の接着
剤等で熱電対をウエハへ固定することが必要であり、ウ
エハに接着剤が付着する。
これら不都合を避けるため、実際には、いわゆるダミ
ーウエハを別に用意し、そのダミーウエハの温度を測定
しながらその温度制御を行なって、そのときの制御信号
を経時的に一旦記憶手段に記憶させておき、熱処理すべ
きウエハを加熱する際には、その記憶された信号に基づ
いてオープンループでウエハの温度制御を行なうように
している。従って、熱処理すべきウエハ自体の温度を測
定しているのではないため、信頼性に欠ける。また、様
々な加熱特性をもつウエハの各々についてダミーウエハ
を用意しておく必要がある。また、耐熱性の接着剤等で
熱電対をウエハに固定するのは面倒であり、作業性にも
問題があるなど、様々な問題点があった。
一方、ウエハの表面温度を非接触式で放射温度計によ
り測定する方法にも、以下のような問題点がある。すな
わち、様々な膜構造や不純物濃度をもったウエハにおい
ては、ウエハごとに輻射率が異なり、正確な温度測定を
行なうためには、各ウエハごとの輻射率を予め求めてお
く必要があり、作業が非常に面倒である。また、輻射率
は温度によっても変化するので、広い温度範囲にわたっ
てウエハの正確な温度を測定することは非常に難しい。
さらに、処理温度によって加熱中においても組成変化や
粒径変化等に起因した輻射率の変化を生じるような膜を
有するウエハでは、常時正確な温度を測定することは殆
ど不可能である、といった問題点を有している。
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもの
であり、接触式により測温する検知手段を使用して、光
照射加熱されるウエハの温度測定するのを、熱処理中に
ウエハを汚染したりする心配が無く、検知手段をウエハ
に接着する作業を要することなく、応答性も良好で、信
頼性も高く、また、様々な膜構造や不純物濃度などをも
つウエハに対しても、簡単に常時正確な温度測定をする
ことができ、しかも、必ずしもダミーウエハではなく測
定対象とするウエハそのものの温度を測定できるような
ウエハの温度測定装置を提供することを技術的課題とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
この発明では、上記課題を解決するための手段とし
て、加熱炉内に収容されて、その加熱炉内で複数の支持
部によって裏面側から支持され、加熱手段からの光照射
によって加熱されるウエハの温度を、接触式に測温する
検出手段で測定する光照射加熱基板の温度測定装置にお
いて、前記複数の支持部のうちの少なくとも１つを、前
記検出手段を被覆部材に内挿しその被覆部材の少なくと
も一部を平坦面に形成して構成するともに、前記被覆部
材の平坦面で少なくとも基板の一部を支持することを要
旨とする。
〔作用〕
上記構成の温度測定装置においては、ウエハの温度を
接触式に測定する検出手段で測定するため、ウエハの温
度が正確に測定される。そして、この場合、検出手段は
被覆部材で被覆されているため、ウエハとの接触が被覆
部材を介在した状態となり、また、被覆部材によって加
熱炉内の加熱雰囲気が隔絶されるので、熱電対の金属成
分がウエハ表面の汚染源となる心配は無い。従って、従
来のようにダミーウエハを別に用意しそれを用いて予め
制御データを得ておいたりしなくても、熱処理すべきウ
エハ自体の表面温度を直接に測定しながらクローズドに
温度制御を行なうことも可能であるので、温度制御の信
頼性が保障され、またダミーウエハを用いる場合のよう
な面倒さもない。
さらにまた、この発明に係る装置は、被覆部材の少な
くとも一部が平坦面に形成され、その平坦面でウエハを
支持するので、被覆部材は、ウエハに対して面接触の状
態にあり、ウエハからの熱伝導は効率が良く、ウエハの
温度に極めて忠実に追随しており、ウエハと極めて高い
精度で近似した温度にある。一方、被覆部材と検出手段
との関係は、検出手段が被覆部材に挿入されていて、つ
まり全周が被覆部材に囲まれているから、被覆部材の温
度を極めて高い精度で検出する。このように、ウエハと
検出手段との間に被覆部材が介在することにより、直接
に検出しているのは被覆部材の温度であるが、高精度で
ウエハを測温することができる。
また、被覆部材の平坦面が、加熱炉内にて光照射加熱
される基板を支持するから、前記した従来技術のように
検出手段をウエハに接着する手作業をしなくても、加熱
炉内の光照射する所定位置へ基板を搬入することで、検
出手段は被覆部材を介してウエハと接触した状態とな
る。尚、かかる被覆部材を介在させての接触は前記した
ように高精度に温度測定できる状態にあるから、精度良
くウエハの温度測定ができる。
〔実 施 例〕
以下、この発明の好適な実施例について図面を参照し
ながら説明する。
最初に、第５図により、この発明に係る温度測定装置
が使用される光照射型熱処理装置の概略構成について説
明しておく。第５図は、光照射型熱処理装置の構成の１
例を示し、一部を縦断面で示した要部正面図である。図
において、10は、ウエハの挿入及び取出し用の開口12を
備えた加熱炉であり、この加熱炉10は、赤外線透過性を
有する石英ガラスによって形成されている。また、加熱
炉10の開口12に連接するように、筒状に形成された前室
14が設けられている。この前室14の前端開口面は、蓋体
16によって閉塞されるようになっており、前室14の前端
面と蓋体16との当接面には樹脂製のパッキン18が装着さ
れていて、蓋体16による加熱炉10の密閉時に加熱炉10内
を気密に保持できるような構造となっている。また、加
熱炉10の上下方向にはそれぞれ、加熱炉10の上壁面及び
下壁面に対向してハロゲンランプ、キセノンアークラン
プ等の光照射用光源20が複数個列設されている。また、
各光源20の背後には、反射板22がそれぞれ配設されてい
る。
蓋体16の内面側には、石英製のサセプタ（ウエハ支持
器）36が固設されており、サセプタ36のウエハ支持部28
にウエハ30が載置されて支持されている。また、蓋体16
の外面側は支持ブロック32に固着されており、図示しな
い駆動機構により支持ブロック32を矢印方向に直線移動
させることにより、蓋体16を開閉させるとともに、開口
12を通して加熱炉10内へウエハ30を搬入し、また加熱炉
10内からウエハ30を搬出する構成となっている。
第１図及び第２図は、この発明の１実施例を示し、そ
れぞれ、温度測定装置の測温部を光照射型熱処理装置の
ウエハ支持部の一部及びウエハと共に示した平面図及び
正面図である。
ウエハ30は、石英製のサセプタ36の先端の円環部38に
突出形成された２本の突出支持部40、40と、温度測定装
置の測温部42の先端部分との３点で水平に支持されてい
る。尚、サセプタ36及び測温部42は、図示しない部分で
固定されて水平に保持されている。測温部42は、第４図
に部分拡大縦断面図を示すように、シース熱電対44を細
管状の被覆部材46に内挿して、シース熱電対44の全身を
被覆部材46で被覆した構造を有している。
被覆部材46は、第３図に拡大斜視図を示すように、先
端が閉塞された細長い円管状に形成されており、例えば
外径が0.8mm、内径が0.4mm、長さが200mm程度のもので
ある。また、被覆部材46の先端部は、例えば幅が0.5m
m、長さが15mm程度の平坦面48に加工形成されており、
被覆部材46は、第２図に示すように、その先端部の平坦
面48でウエハ30の表面と面接触するように配置される。
この被覆部材46は、全体がCVD法（化学気相成長法）
によって製造された高純度SiC（シリコンカーバイド）
から形成されている。このCVD法によるSiCは、高耐熱
性、高熱伝導性を有し、またその製造法の特性から、上
記したような薄肉で中空の細管も比較的容易に製作する
ことができる、といったような種々の特徴を有してい
る。このようなCVD法による高純度SiCによって上記した
ような寸法の細管状に形成された被覆部材46は、ウエハ
30に比べ熱容量が極めて小さく、また、ウエハ30表面に
対する汚染源となるような不純物質を含有していないた
め、ウエハ30に対して汚染性を有しない。
一方、シース熱電対44は、例えばシース部の外径が0.
3mm、長さが200mm程度であり、細管状被覆部材46の先端
付近まで深く挿入されており、被覆部材46によって全身
が被覆されている。
上記したような構成を有する測温部42は、その被覆部
材46の先端部の平坦面48で先端から10mm程度にわたって
ウエハ30を支持していて、常にウエハ30の表面と面接触
している。そして、第５図に示したような光照射型熱処
理装置によりウエハが熱処理される過程で、ウエハ30が
加熱されてその表面温度が上昇すると、熱伝導により被
覆部材46も加熱されて温度が上昇する。このとき、被覆
部材46は、ウエハ30に比べて熱容量が極めて小さく、ま
たウエハ30の表面と面接触しているので、熱伝導効率が
極めて高いため、被覆部材46は、熱伝導により加熱され
て速やかにウエハ30の温度と同一温度になる。そして、
被覆部材46には、その先端付近までシース熱電対44のシ
ース部が内挿されているため、シース熱電対44によって
被覆部材46の先端部の温度が正確に測定される。また、
この場合、シース熱電対44のシース部は、被覆部材46に
よって加熱炉内の加熱雰囲気から隔絶されるため、シー
ス部の金属成分がウエハ30の表面を汚染する心配は全く
無く、また、被覆部材46は、上記した通りCVD法による
高純度SiCから成るので、被覆部材46がウエハ30の表面
を汚染する恐れも無い。
この発明の温度測定装置は上記したような構成を有し
ているが、この発明の範囲は、上記説明並びに図面の内
容によって限定されるものではなく、要旨を逸脱しない
範囲で種々の変形例を包含し得る。例えば、測温部の被
覆部材の形状は、円管状である必要は無く、断面が多角
形の筒状であってもよいし、また、内部が中空の、細長
い扁平板状に被覆部材を成形しても差し支えない。ま
た、被覆部材先端部の平坦面の形成態様も、図示例のも
のに限定されない。また、被覆部材の形成材料として
は、CVD法による高純度SiC以外に、ウエハの表面を汚染
する恐れの無い他の高純度セラミックス、例えばPBN（P
yrolytic Boron Nitride）を用いるようにしてもよい。
また、この発明は、前記実施例のようにサセプタを加熱
炉内へ出し入れするのではなくて、サセプタ及び温度測
定装置の測温部を加熱炉内に常時固定しておき、ウエハ
を搬送アームで加熱炉に出し入れして、ウエハを炉内に
設置されたサセプタと搬送アームとの間で移載する構成
の熱処理装置についても、もちろん同様に適用し得る。
さらにまた、上記実施例では、熱電対としてシース熱電
対を例示したが、一般的に使用されている通常の熱電対
を使用してもよいことは言うまでもない。
また、熱電対に限らず白金測温抵抗体やその他でもよ
く、本発明の構成にいう「検出手段」は、被覆部材と接
触して接触式に測温する手段であればよい。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように構成されかつ作用する
ので、熱処理装置により半導体基板等の各種基板に対し
て各種の熱処理を施す場合に、加熱炉内に収容され熱処
理中の被熱処理基板の温度をこの発明に係る温度測定装
置を使用して測定すると、被覆部材は、その平坦面がウ
エハと面接触するため、ウエハからの熱伝導の効率が良
いので、ウエハの温度に極めて高い精度で同じ温度にあ
り、検出手段は被覆部材に挿入されて全周が被覆部材に
囲まれているから、被覆部材の温度を極めて高い精度で
検出する。このように、ウエハと検出手段との間に被覆
部材が介在することにより、直接検出するのは被覆部材
の温度であるが、高精度でウエハを測温することができ
る。
また、皮膚部材の平坦面が、加熱炉内にて光照射加熱
される基板を支持するから、前記した従来技術のように
検出手段をウエハに接着する手作業をしなくても、加熱
炉内の光照射する所定位置へ基板を搬入することで、検
出手段は被覆部材を介してウエハと接触した状態とな
り、かかる被覆部材を介在させての接触は前記したよう
に高精度に温度測定できる状態にあるから、従って、簡
単に測定できるにもかかわらず、精度良くウエハの温度
測定ができる。
また、検出手段は、被覆部材で覆われているため、被
覆部材を介してウエハと接触するので、ウエハを金属汚
染することがなく、加熱炉内の加熱雰囲気とも隔絶され
ているので、ウエハを汚染することがなく、従って、前
記従来技術のようにダミーウエハを別に用意しておい
て、それを測定するようなことは必要でなく、直接に熱
処理すべきウエハを対象に温度測定できる。このため、
この発明に係る装置を利用する熱処理の温度制御は信頼
性が高い。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の１実施例に係る温度測定装置の測
温部を光照射型熱処理装置のウエハ支持部の一部及びウ
エハと共に示した平面図、第２図はその正面図、第３図
は、この温度測定装置の測温部の外観形状の１例を示す
拡大斜視図、第４図は、その測温部の部分拡大縦断面
図、第５図は、この発明に係る温度測定装置が使用され
る光照射型熱処理装置の概略構成の１例を示す一部縦断
面要部正面図である。 10……加熱炉、16……蓋体、 20……光照射用光源、26、36……サセプタ、 28……ウエハ支持部、30……ウエハ、 40……突出支持部、 42……温度測定装置の測温部、 44……シース熱電対、46……被覆部材、 48……平坦面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 千葉 隆俊 京都府京都市伏見区羽束師古川町322番 地 大日本スクリーン製造株式会社洛西 工場内 (72)発明者 西井 清文 京都府京都市伏見区羽束師古川町322番 地 大日本スクリーン製造株式会社洛西 工場内 (56)参考文献 特開 昭62−165325（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−270840（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−169547（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−49154（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/66

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】加熱炉内に収容されて、その加熱炉内で複
    数の支持部によって裏面側から支持され、加熱手段から
    の光照射によって加熱される基板の温度を、接触式に測
    温する検出手段で測定する光照射加熱基板の温度測定装
    置において、 前記複数の支持部のうちの少なくとも１つを、前記検出
    手段を被覆部材に内挿しその被覆部材の少なくとも一部
    を平坦面に形成して構成するともに、前記被覆部材の平
    坦面で少なくとも基板の一部を支持することを特徴とす
    る光照射加熱基板の温度測定装置。
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