JP3631921B2 - 非接触式温度計の較正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触式温度計の較正方法に係り、特に、回転している円板状の測定対象物の径方向の温度分布を測定するために、測定対象物の中心点からの距離が異なる複数箇所にそれぞれ対応する位置に配置された非接触式温度計の較正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２及び図３に、半導体素子の製造に使用される枚葉式のＣＶＤ装置の一例を示す。この装置は、ウエーハの表面にエピタキシャル成長によってシリコン薄膜を堆積させる際に使用される。
【０００３】
反応室１１の内部には、リング状のサセプタ１２が配置され、ウエーハ１０は、その周縁部でサセプタ１２の上に支持される。サセプタ１２は、その周縁部で円筒形のドラム１３によって支持され、ドラム１３を介して回転駆動機構（図示せず）に取り付けられている。サセプタ１２の回転に伴い、その上に保持されているウエーハ１０が回転する。
【０００４】
ドラム１３の内部には、ウエーハ１０の下面に対向する位置に第一ヒータ２１が、第一ヒータ２１の周囲を取り囲む様にリング状の第二ヒータ２２が、更に、第二ヒータ２２の周囲を取り囲む様にリング状の第三ヒータ２３が、それぞれ配置されている。第一ヒータ２１は、ウエーハ１０の加熱に使用され、第二ヒータ２２は、主としてウエーハ１０の周縁部の加熱に使用され、第三ヒータ２３は、主としてサセプタ１２の加熱に使用される。なお、第一ヒータ２１、第二ヒータ２２及び第三ヒータ２３は、いずれも回転しない。
【０００５】
反応室１１の天井部１４には、図３に示す様に、各ヒータ２１、２２、２３に対応して、放射温度計３１、３２、３３が取り付けられている。各放射温度計３１、３２、３３を用いて、ウエーハ１０の中心付近の表面温度、ウエーハ１０の周縁部の表面温度、及びサセプタ１２の表面温度を測定することによって、第一ヒータ２１、第二ヒータ２２及び第三ヒータ２３の出力のフィードバック制御（ＰＩＤ制御）が、それぞれ個別に行われる。
【０００６】
更に、反応室１１の天井部１４には、反応ガスの吹出し口１５が設けられている。ここからシリコン化合物を含んだ反応ガスを吹き出すことによって、加熱されたウエーハ１０の上でシリコン薄膜の堆積が行われる。ウエーハ１０が回転することによって、シリコン薄膜の成長が促進される。また、形成されるシリコン薄膜の厚さの均一性も高まる。
【０００７】
形成されるシリコン薄膜の厚さを均一にするためには、ウエーハ１０の面内で温度差が生じない様にウエーハ１０を加熱する必要がある。形成されたシリコン薄膜の厚さの不均一性が大きい場合には、そのウエーハ１０を用いて製造される半導体素子の品質及び歩留まりに悪い影響を与える。
【０００８】
近年、ウエーハの単位面積当たりの半導体素子の収率を改善するため、ウエーハの直径が、１２５ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍと、次第に大口径化しつつある。大口径のウエーハでは、ウエーハを面内で均一に加熱することが、ますます困難になっている。
【０００９】
なお、このＣＶＤ装置は枚葉式の装置であって、ウエーハ１０の処理は、下記の様に一枚づつ行われる。即ち、ウエーハ１０は、搬送ロボット（図示せず）によって反応室１１内に搬入され、サセプタ１２の上に置かれる。次いで、ウエーハ１０の表面へのシリコン薄膜の堆積が行われる。シリコン薄膜の堆積が終了した後、処理済のウエーハ１０は、搬送ロボットによって反応室１１内から搬出される。次いで、新しいウエーハが反応室１１内に搬入され、再び、薄膜の堆積が行われる。
【００１０】
（従来技術の問題点）
図２に示した様な半導体製造装置において、ウエーハの温度分布の均一性を高い精度で実現するためには、各放射温度計の精度が正確に維持されていなければならない。このため、各放射温度計の較正を定期的に実施することが必要となる。
【００１１】
従来、放射温度計の較正を行う際には、放射温度計を装置から取り外し、外部の較正装置を用いて、標準温度計の指示との比較を行っていた。しかし、その様な較正方法には、時間及び費用が掛かる。また、放射温度計の較正を行っている間にも、装置を稼動させるためには、予備の放射温度計を用意して置かなければならない。
【００１２】
なお、簡易な方法として、次の様な方法が行われている。即ち、較正済の放射温度計を一台用意し、装置に取り付けられている放射温度計を取り外してこれと取り替え、両者の測定値を比較し、その結果に基づいて、装置から取り外された放射温度計の出力を調整する。しかし、この方法では、同時に同一の測定対象を用いて温度測定を行っていないので、較正の精度に限界がある。また、放射温度計の出力がフィードバック制御に使用されているので、実操業中には、放射温度計を取り外すことができず、従って、較正作業を行うことができない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の様な従来の非接触式温度計の較正方法の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、回転している円板状の測定対象物の径方向の温度分布を測定するために、測定対象物の中心点からの距離が異なる複数箇所にそれぞれ対応する位置に配置された非接触式温度計の較正を、精度良く且つ効率良く行うことができる較正方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の非接触式温度計の較正方法は、
回転している測定対象物の径方向の温度分布を測定するために、測定対象物の中心点からの距離が異なる複数箇所にそれぞれ対応する位置に配置され、各箇所の温度を検出する非接触式温度計の較正方法であって、
測定対象物の径方向に沿って移動させることができる標準温度計を用意し、
この標準温度計を上記方向に沿って移動させながら、前記中心点から標準温度計による測定点までの距離が、前記中心点から前記非接触式温度計のいずれかによる測定点までの距離に一致したときに、その非接触式温度計による測定値が標準温度計による測定値と一致する様に、順次、前記各非接触式温度計の出力を較正することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、本発明の非接触式温度計の較正方法は、
標準温度計及びこの標準温度計を測定対象物の径方向に沿って自動的に移動させる移動機構を用意し、
標準温度計による測定点を前記中心点付近から径方向に移動させながら、前記中心点から標準温度計による測定点までの距離が、前記中心点から前記非接触式温度計のいずれかによる測定点までの距離に一致したときに、標準温度計の移動を停止し、その状態で、その非接触式温度計による測定値が標準温度計による測定値と一致する様に、その各非接触式温度計の出力を較正し、
その非接触式温度計の出力を較正した後、再び、標準温度計の径方向の移動を開始し、上記操作を前記非接触式温度計の数に応じて繰り返すことによって、順次、前記各非接触式温度計の出力を較正することを特徴とする。
【００１６】
本発明の較正方法によれば、測定対象物の中心点からの距離が異なる複数箇所にそれぞれ対応する位置に配置された非接触式温度計の全ての較正を、短時間で行うことができる。
【００１７】
また、上記の方法が適用される半導体製造装置は、
ウエーハを回転させながら処理する半導体製造装置であって、
ウエーハを収容し、天井部に径方向に伸びる窓が形成された反応室と、
ウエーハの中心点からの距離が異なる複数箇所の温度を検出するため、反応室の天井部のそれぞれ対応する位置に配置された放射温度計と、
前記窓の上方に配置され、前記各放射温度計の較正に使用される標準温度計と、
この標準温度計を前記窓に沿って径方向に移動させる移動機構と、
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１を用いて、本発明に基づく非接触式温度計の較正方法の例について説明する。図１は、この較正方法が使用される枚様式のＣＶＤ装置の上面図である。図中、３１、３２、３３は放射温度計（非接触式温度計）、４１は標準温度計、４５はボールネジ（移動機構）、１４は反応室の天井部を表す。なお、この装置の反応室の構成は、標準温度計４１に関係する部分を除いて、先に図２で示したＣＶＤ装置と同様なので、その説明は省略する。
【００１９】
反応室の天井部１４には、その中心に反応ガスの吹出し口１５が設けられ、更に、半径方向に沿って放射温度計３１、３２、３３が配置されている。放射温度計３１はウエーハ（１０；図２）の中心付近の表面温度を、放射温度計３２はウエーハの周縁部の表面温度を、放射温度計３３はサセプタ（１２；図２）の表面温度を、それぞれ測定する。これらの放射温度計３１、３２、３３によって、各ヒータ（２１、２２、２３；図２）の出力のフィードバック制御が行われる、
反応室の天井部１４には、その中心付近から半径方向に伸びるスリット状の窓４３が設けられ、この窓４３の上に、標準温度計４１が配置されている。標準温度計４１は、較正済みの放射温度計であって、スライド台４４に取り付けられている。このスライド台４４はボールネジ４５により支持され、このボールネジ４５はパルスモータ４６により駆動される。パルスモータ４６を駆動することにより、標準温度計４１を、窓４３に沿って反応室の半径方向に移動させることができる。なお、パルスモータ４６はコントローラ（図示せず）よって制御される。この様にして、標準温度計４１は、窓４３を介して、反応室内にあるウエーハ及びサセプタの温度を順次、測定することができる。
【００２０】
なお、上記の標準温度計４１は、定期的に装置から取り外され、外部の黒体炉において較正が行われる。従って、この標準温度計４１は、高い精度で管理されている。
【００２１】
各ヒータの出力のフィードバック制御用の放射温度計３１、３２、３３の較正は、以下の様に行われる。オペレータが、コントローラを介して、温度較正開始の指令を与えると、パルスモータ４６が駆動され、先ず、標準温度計４１が反応室の中心付近まで移動する。次いで、反応室の径方向に沿って標準温度計４１の移動を開始し、測定対象物（ウエーハ）の中心点から標準温度計４１による測定点までの距離が、同中心点から放射温度計３１による測定点までの距離に一致したときに、一旦、標準温度計４１の移動を停止する。その状態で、放射温度計３１による測定値が標準温度計４１による測定値と一致する様に、その放射温度計３１の出力を較正する。次いで、再び反応室の径方向に沿って標準温度計４１を移動をさせ、同様な方法によって、順次、放射温度計３２及び放射温度計３３の出力の較正を行う。
【００２２】
なお、測定対象物が高速で回転しているので、中心点から測定点までの距離が等しければ、周方向の位置が異なっていても、放射温度計と標準温度計は、同時に同一の温度を測定していることになる。
【００２３】
放射温度計では、測定対象物から放射される赤外線量を測定し、測定された赤外線量に基づいて測定対象物の温度を求めている。この演算の際、換算式が用いられる。従って、上述の放射温度計の較正の際には、具体的には、放射温度計による測定値が標準温度計による測定値と一致する様に、この換算式の係数が書き換えられる。
【００２４】
なお、上記の例では、標準温度計の移動にパルスモータを用いたが、サーボモータ等の他のアクチュエータを用いることもできる。
【００２５】
また、上記の例では、標準温度計をボールネジを用いた専用の駆動装置に搭載して移動させているが、手動によって移動させてもかまわない。なお、その時には、位置決めが正確にできるように、停止位置にストッパを設けることが効果的である。
【００２６】
また、上記の例では、各放射温度計の較正を連続的に行っているが、特定の放射温度計のみの較正を行うこともできる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の非接触式温度計の較正方法によれば、測定対象物の中心点からの距離が異なる複数箇所にそれぞれ対応する位置に配置された非接触式温度計の全ての較正を、短時間で行うことができる。この結果、測定対象物の温度分布の均一性を、高い精度で維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく放射温度計の較正方法が適用される枚葉式のＣＶＤ装置の上面図。
【図２】従来の枚葉式のＣＶＤ装置の概略構成図。
【図３】図２に示したＣＶＤ装置の上面図。
【符号の説明】
１０・・・ウエーハ、
１１・・・反応室、
１２・・・サセプタ、
１３・・・ドラム、
１４・・・天井部、
１５・・・反応ガスの吹出し口、
２１・・・第一ヒータ、
２２・・・第二ヒータ、
２３・・・第三ヒータ、
３１、３２、３３・・・放射温度計、
４１・・・標準温度計、
４３・・・窓、
４４・・・スライド台、
４５・・・ボールネジ、
４６・・・パルスモータ。

Claims (3)

1. 回転している測定対象物の径方向の温度分布を測定するために、測定対象物の中心点からの距離が異なる複数箇所にそれぞれ対応する位置に配置され、各箇所の温度を検出する非接触式温度計の較正方法であって、
   測定対象物の径方向に沿って移動させることができる標準温度計を用意し、
   この標準温度計を上記方向に沿って移動させながら、前記中心点から標準温度計による測定点までの距離が、前記中心点から前記非接触式温度計のいずれかによる測定点までの距離に一致したときに、その非接触式温度計による測定値が標準温度計による測定値と一致する様に、順次、前記各非接触式温度計の出力を較正することを特徴とする非接触式温度計の較正方法。
2. 回転している測定対象物の径方向の温度分布を測定するために、測定対象物の中心点からの距離が異なる複数箇所にそれぞれ対応する位置に配置され、各箇所の温度を検出する非接触式温度計の較正方法であって、
   標準温度計及びこの標準温度計を測定対象物の径方向に沿って自動的に移動させる移動機構を用意し、
   標準温度計による測定点を前記中心点付近から径方向に移動させながら、前記中心点から標準温度計による測定点までの距離が、前記中心点から前記非接触式温度計のいずれかによる測定点までの距離に一致したときに、標準温度計の移動を停止し、その状態で、その非接触式温度計による測定値が標準温度計による測定値と一致する様に、その各非接触式温度計の出力を較正し、
   その非接触式温度計の出力を較正した後、再び、標準温度計の径方向の移動を開始し、上記操作を前記非接触式温度計の数に応じて繰り返すことによって、順次、前記各非接触式温度計の出力を較正することを特徴とする非接触式温度計の較正方法。
3. ウエーハを回転させながら処理する半導体製造装置であって、
   ウエーハを収容し、天井部に径方向に伸びる窓が形成された反応室と、
   ウエーハの中心点からの距離が異なる複数箇所の温度を検出するため、反応室の天井部のそれぞれ対応する位置に配置された放射温度計と、
   前記窓の上方に配置され、前記各放射温度計の較正に使用される標準温度計と、
   この標準温度計を前記窓に沿って径方向に移動させる移動機構と、
   を備えたことを特徴とする半導体製造装置。

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