JP4523181B2 - 熱処理チャンバにおけるパイロメータを較正するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、一般的には請求項１および１６の上位概念に記載された熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正するための装置および方法に関する。本発明は、殊に、半導体ウェハをより精確に処理するために、高速熱処理チャンバにおけるパイロメータを較正する方法および装置に関する。
【０００２】
従来の技術
ここで扱われる熱処理チャンバとは、対象物、例えば半導体ウェハを急速そいに加熱する装置のことである。このような装置には通例、１つまたは複数の半導体ウェハを保持する基板ホルダと、このウェハを加熱する光エネルギーを放出する光源とを有する。加熱処理中、半導体ウェハは、コントロールされた状況の下で、あらかじめ設定された温度パターン（temperature regime）にしたがって加熱される。加熱中にこの熱処理チャンバ内で様々な処理、例えば、急速熱酸化（rapid thermal oxidation）、窒化、 アニール、 シリサイド化シンタリングおよびメタライゼーションを行うことが可能である。
【０００３】
多くの半導体加熱処理ではウェハを高い温度に加熱して、このウェハがデバイスに作製されるのに連れて様々な化学的および物理的変化が行われるようにする必要がある。急速熱処理（rapid thermal processing）中、例えば半導体ウェハは通例、光のアレーによって約３００℃〜約１２００℃の温度に加熱され、ここでこの加熱は通例、数分間よりも短い時間だけ行われる。この処理の間、題意１の目標はウェハをできる限り均一に加熱することである。
【０００４】
半導体ウェハの急速熱処理中、ウェハの温度を監視してコントロールすることが望ましい。殊に、現在および近い将来に関心が寄せられているすべての高温ウェハ処理に対して、ウェハの真の温度を高い精度、再現性および速度で決定することとは重要である。ウェハ温度を高い精度で測定できる能力には、作製される集積回路の品質およびサイズに直接的な見返りがある。例えば、所定の半導体デバイスに必要な最小フィーチャーサイズにより、完成したマイクロチップの計算速度が制限される。その一方このフィーチャーサイズは、処理中のデバイスの温度の測定およびコントロール能力に結びついている。
【０００５】
ウェハ加熱システムにおいて最も重大な課題は、基板の温度を加熱処理中に精確に測定できる能力を備えることである。これまでに様々な手段および装置が、熱処理チャンバにおける基板の温度を測定するために開発されて来ている。このような装置には、例えば、パイロメータ、基板に直接接触するかまたは基板に隣接して配置される熱電対、およびレーザ干渉の使用が含まれる。
【０００６】
現在は上の温度検出装置のうち、一般的にパイロメータが熱処理チャンバでの使用に対して好まれている。パイロメータは、半導体ウェハのような基板に接触せずにこの基板の温度を測定することができる。例えば、非接触のパイロメータを使用することの利点は、加熱処理中に基板をゆっくり回転することができ、これによって均一な温度分布が促進され、かつチャンバを流れる任意のガスと基板との間のより均一な接触が促進されることである。ウェハを回転できることの他のパイロメータを使用することの別の利点は、温度ゲージを基板に取り付ける必要がないため、基板を格段に迅速に処理することができ、これによって半導体作製中の貴重な時間を節約できることである。
【０００７】
パイロメータを熱処理チャンバにおいて使用するためには、一般にこのパイロメータを較正しなければならない。そのために現在様々な較正手法があり、これらの手法によってパイロメータの温度読み取り値が、何らかの絶対かつ精確な温度基準値に揃えられる。熱処理チャンバにおける温度装置、例えばパイロメータを較正するための現在の最新の技術および最も広く使用されている方法では、熱電対がウェハに埋め込まれた半導体ウェハをチャンバに配置する。この熱電対から得られた温度測定値は、温度測定装置から得られた温度読み取り値と比較され、差分があればこれは較正によって除去される。
欧州特許ＥＰ０８０１２９２Ａ２には、処理チャンバにおける基板の温度を測定する自己較正プローブが記載されている。このプローブはライトパイプを含んでおり、その一方の端部が処理チャンバに挿入されている。このライトパイプの他方の端部は分岐光ファイバに接続されている。光源がこの光ファイバの１分岐に光結合されており、パイロメータが別の分岐に光結合されている。このプローブが自己較正されるために、反射の安定した対象体、例えば金プレートウェハがチャンバに挿入され、光源が活性化され、この対象物から反射された光の強度がプローブによって測定される。
【０００８】
温度検出装置、例えば熱処理チャンバ内に含まれるパイロメータの較正に以前使用されていた別の方法では、所定の温度に加熱されると化学的または物理的変化が発生するチャンバ内で基板が加熱される。発生する化学的または物理的変化を観測または測定することによって基板が加熱された温度を精確に決定でき、この温度をこのチャンバ内に含まれる別の温度検出装置の較正に使用することができる。例えばある実施形態では、シリコン基板を加熱することによってこのチャンバ内でシリコン酸化を行うことが可能である。基板が加熱することによって発生した酸化の量または程度は、この基板が曝されている温度の指標である。シリコン酸化の他に、イオン注入活性化、例えばＡｓ+注入またはＢＦ_２＋注入および耐熱金属、例えばチタニウムとコバルトのシリサイド化を含む別の較正方法がある。
【０００９】
上記の方法は温度測定装置、例えばパイロメータの較正に適しているが、これらの方法は機器を較正するためにかなりの時間を要する。そのため現在、長い停止期間を生じることなく極めて迅速に熱処理チャンバのパイロメータを較正する方法に対する要求が存在する。殊に、チャンバを開ける必要がない、熱処理チャンバのパイロメータの較正法に対する要求があり、これはこのチャンバの一貫性と純度とが維持されるためである。また熱処理チャンバにおけるパイロメータを較正する簡単な方法に対する要求もあり、ここでこの方法は定期的チェックとして日常的に使用でき、これによって光学的パイロメトリシステムが正常に機能していることがチェックされる。
【００１０】
発明の要約
本発明は、請求項１および１６にしたがい，先行技術の構成および方法の上述の欠点等を認識しかつこれを扱うものである。本発明の付加的な実施形態は従属請求項に記載されている。
【００１１】
したがって本発明の目的は、改良されたシステムと処理とを熱処理チャンバにおける半導体ウェハの温度測定に対して提供することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、熱処理チャンバ内に含まれる温度検出装置を較正する処理を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、熱処理チャンバ内に含まれる放射検出装置、例えばパイロメータを較正するシステムと処理とを提供することである。
【００１４】
本発明のさらに別の目的は、熱処理チャンバの動作が著しく妨げられることのない、熱処理チャンバにおけるパイロメータを較正する方法およびシステムを提供することである。
【００１５】
本発明の上記および別の目的は、熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正する方法を提供することによって達成される。この方法には、少なくとも１つの放射検出装置を含む熱処理チャンバを準備するステップがあり、ここでこの放射検出装置はチャンバに配置された半導体ウェハの温度を監視する。この放射検出装置は、例えば、所定の波長における熱放射を検出する１つまたは複数のパイロメータとすることが可能である。
【００１６】
熱処理チャンバには熱源、例えば複数の光エネルギー源が接続されている。この熱源によってチャンバに含まれる半導体ウェハは加熱される。本発明によればチャンバはさらに較正光源（calibrating light source）を含む。この較正光源は、放射検出装置が動作する波長の光エネルギーを放射する。
【００１７】
熱処理チャンバ内には反射装置が配置されている。この反射装置は、放射検出装置に対向しかつ較正光源が見えるように配置されている。
【００１８】
本発明の方法では、較正光源によって光エネルギーが反射装置に放射される。この反射装置は、プリセット値を有する光エネルギー量を反射する。このプリセット値は、定性的な値でも相対値でも、または定量的な値でもよい。放射検出装置は、反射装置から反射された光エネルギーを検出する。つぎにこの放射検出装置は、検出されたこの光エネルギー量がプリセット値に対して比較されることにより較正される。
【００１９】
種々異なるタイプの反射装置を本発明の処理に使用可能である。一般に、反射装置は、較正光源によって放出された光を反射可能であり、これにより熱処理チャンバに含まれる各パイロメータが同じ強度の光に曝されるようにすべきである。また必須ではないが、反射装置は有利には放射検出装置が動作する波長において高反射性を有し、例えば少なくとも０．９の反射率を有する。
【００２０】
反射装置は、例えば、高反射性の表面を有する基板を含むことができる。この基板は、例えば、水晶、シリコンカーバイド、またステンレス鋼からなることが可能である。これに対して高反射性の表面を、高反射率を有するように設計された誘電体コーティングとすること、または高反射性の金属とすることができる。較正光源によって放出された光を反射装置に表面にわたって散乱または分散させるため、反射装置の表面を粗くするか、または別の形状を有することができ、これにより光エネルギーが分散されるようにする。
【００２１】
１実施形態では、光エネルギーが反射装置に直接放出されるように較正光源を構成可能である。反射装置を構成して、光エネルギーが反射装置の内部全体にわたって分散されるようにすることができ、ここでこの分散は光エネルギーが反射装置の表面を出る前に行われる。例えば、この実施形態では反射装置を、粗いまたはプリズム状の表面を有する水晶プレートとすることができる。この水晶プレートは、開口部または滑らかなスポットを含むことの可能な受光面を有することができ、この開口部または滑らかなスポットにおいて、較正光源によって放出された光がこの装置に配向される。
【００２２】
本発明の１実施形態では、反射装置を設計して、較正が必要な時にこれが熱処理チャンバにロードおよびアンロードされるようにすることできる。例えば、反射装置は半導体ウェハの形状とすることができ、半導体ウェハを保持するために設計された、チャンバに含まれる基板ホルダによってこの反射装置を保持可能である。
【００２３】
本発明の上記および別の目的はまた、熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正するシステムを提供することによって達成される。このシステムは、半導体ウェハを収容しかつ処理するために適合化されたチャンバを含んでいる。チャンバには、ウェハを加熱する熱源が接続されている。チャンバは少なくとも１つの放射検出装置を有しており、これはこのチャンバに含まれている半導体ウェハの温度を監視する。
【００２４】
本発明によれば、反射装置もチャンバ内で放射検出装置に対向して配置されている。較正光源が含まれており、これは光エネルギーを反射装置に向かって放出する。上で説明したようにこの反射装置は、この光エネルギーを反射する。反射されたこの光エネルギーは、プリセット値を有しており、かつ放射検出装置によって検出される。このシステムはさらに、放射検出装置に接続されるコントローラを含む。このコントローラは、反射装置から反射された光エネルギーを検出した場合に、放射検出装置から情報を受信する。このコントローラは、放射検出装置を較正し、ここでこの較正は、放射検出装置によって検出された反射光エネルギー量に基づき、プリセット値に対して行われる。このコントローラはプログラム可能な装置、例えばマイクロプロセッサとすることが可能である。
【００２５】
本発明の他の目的、機能および様相を以下に詳しく説明する。
【００２６】
図面の簡単な説明
本明細書の残り部分では、本発明の完全かつ権利を付与する開示をその最も有利な態様を含めて通常の知識を有する当業者向けにより詳細に示す。これは添付の図面を参照しており、ここで
図１は、本発明にしたがって温度検出装置を較正するシステムの１実施形態の側面図であり、
図２は、本発明の処理に使用する較正光源および反射装置の１実施形態の側面図であり、
図３は、本発明の処理に使用し得る較正光源および反射装置の択一的な実施形態の側面図であり、
図４は、図３に示した反射装置の平面図である。
【００２７】
本明細書および図面で繰り返して使用される参照符号は、本発明の同じまたは類似の機能または要素を示している。
【００２８】
有利な実施形態の詳細な説明
通常の知識を有する当業者はつぎのことを理解されたい。すなわちここで示すことは、複数の例示的な実施形態の１つの説明にすぎず、例示的な構成形態において実施される、本発明のより広い複数の様相を制限することを意図したものでないことを理解されたい。
【００２９】
本発明は、熱処理チャンバにおける対象物、殊に半導体ウェハの温度を加熱処理中に精確に決定しかつコントロールする方法とシステムとに関する。本発明は殊に、熱処理チャンバ内に含まれる温度測定装置を較正して、この熱処理チャンバをより精確に動作させる方法およびシステムに関する。例えば、熱処理チャンバに含まれる温度検出装置によって、半導体ウェハの温度が加熱に伴い精確に測定されることは重要である。この点からこの温度検出装置を較正して、これがウェハの温度を精確に監視していることを保証すべきである。この温度検出装置は、定期に監視されるだけでなく、チャンバで行われる処理のタイプが変わる度に較正されるべきである。このような処理には例えば、アニール、 酸化、およびウェハの表面にフィルムを追加または変更する別の処理がある。
【００３０】
一般的には温度検出装置を較正する本発明の方法、殊に放射検出装置、例えばパイロメータを較正する本発明の方法は、熱処理チャンバにおいて反射装置を配置するステップを含む。ここでこの反射装置は放射検出装置に対向して配置されている。ここでは較正光源もチャンバに接続されて配置されている。この較正光源は、光エネルギーを反射装置に放出する。これに対してこの反射装置は、この光エネルギーを反射して各放射検出装置が同じ強度の光に曝されるするように設計されている。反射装置から反射される光量は、定性的または定量的に既知である。この放射検出装置はつぎに、放射検出装置から得られた読み取り値と、反射光に対する既知の値とが比較されることによって較正される。
【００３１】
１実施形態では、コントローラ、例えばマイクロプロセッサを使用することができ、これによってシステムが自動化されかつ放射検出装置が自動的に較正される。必要であれば補正ファクタを組み込むことができ、これによって反射面の物理的配置、その物理的特性、または放射検出装置の物理的配置に起因する任意の変化が補償される。
【００３２】
本発明の方法およびシステムによって様々な利点および利便性が得られる。例えば、本発明によって、放射検出装置を迅速に較正する比較的簡単な方法が提供される。この較正は、所望であれば自動的にウェハまたはウェハロット間で、反射装置を熱処理チャンバに配置することにより行うことができる。例えば、反射装置は、半導体ウェハの形状を有することができ、これによりチャンバ内で半導体ウェハが処理されるのと同じ位置に配置可能である。さらにこの実施形態では、ウェハを移動し搬送するのと同じ機構を使用して、反射装置をロード、熱処理チャンバから取り出すことができる。
【００３３】
本発明により、熱処理チャンバにおける放射検出装置の較正が比較的簡単な方法によって可能になり、ここでこの方法によりチャンバの動作が必然的に著しく妨げられてしまうことはない。本発明は、単一またはマルチポイントのパイロメトリックシステムの較正に使用可能である。さらに本発明の方法およびシステムにより、従来行われていたように熱電対装着ウェハ（thermocouple instrumented wafer）を組み込まなくても較正が可能である。
【００３４】
図１を参照すると、ここには本発明にしたがって作製され、一般的に参照符号１０が付されたシステムが図示されている。これは熱処理チャンバにおける放射検出装置を較正して、半導体ウェハの温度をより精確に監視するためのものである。システム１０は処理チャンバ１２を含んでおり、これは半導体ウェハのような基板を収容するように適合化されており、これにより様々な処理が行なわれる。チャンバ１２は、極めて高い速度かつ細心にコントロールされた条件下でウェハを加熱するように設計されている。チャンバ１２は、所定の金属、ガラスおよびセラミックを含む種々の材料から作製可能である。例えば、チャンバ１２は、ステンレス鋼または水晶から作製可能である。
【００３５】
チャンバ１２が熱伝導性材料から作製される場合、このチャンバは有利には冷却システムを有する。例えば、図１に示したようにチャンバ１２は、チャンバの周囲に巻かれた冷却コンジット１６を含む。コンジット１６は、冷却液、例えば水を循環するように適合化されており、この冷却液はチャンバ１２の壁部を一定温度に保つために使用される。
【００３６】
チャンバ１２はまたガスインレット１８およびガスアウトレット２０を含むことができ、これによってガスがチャンバに導入され、および／またはチャンバが所定の圧力レンジ内に維持される。例えば、ガスインレット１８を通してチャンバ１２にガスを導入することができ、これによってウェハとの反応が行われる。処理が行われると、このガスはつぎにガスアウトレット２０を使用してチャンバ１２から排気される。
【００３７】
択一的には不活性ガスをインレット１８を通してチャンバ１２に供給することができ、これによりチャンバ内での所望しないないしは好ましくない副反応の発生が回避される。別の実施形態では、ガスインレット１８およびガスアウトレット２０を使用してチャンバ１２を加圧することができる。所望であれば真空をチャンバ１２に形成することも可能であり、これはガスアウトレット２０、またはウェハのレベルよりも下に配置されたより大きな付加的なアウトレットを使用して行われる。
【００３８】
１実施形態において処理中、チャンバ１２は基板ホルダ１５を含むことができ、ここでこの基板ホルダは、ウェハ回転機構２１を使用してウェハを回転するように設計されている。ウェハを回転することは、ウェハ表面にわたる温度の均一性を大いに促進し、かつウェハとチャンバに導入された任意のガスとの接触を大いに促進する。しかしながらウェハの他に光学部材、フィルム、ファイバ、リボン、および任意の特定の形状を有する基板が処理されるようにチャンバ１２が適合化されることも理解されたい。
【００３９】
一般的に参照符号２２で示される熱源はチャンバ１２に接続されて含まれており、この熱源は処理中にウェハを加熱する。この実施形態では熱源２２は、複数のランプ２４、例えばタングステンハロゲンランプを含んでいる。熱源２２は、１つの反射器または反射器のセットを含むことができ、これにより、この熱源によって放出される熱エネルギーを細心にウェハに配向して、極めて均一はウェハ温度が得られるようにする。図１に示したようにランプ２４はチャンバの上部に配置されている。しかしながらランプ２４は任意の特定の箇所に配置できると理解されたい。さらに所望であれば付加的なランプをシステム１０内に含めることが可能である。
【００４０】
ランプ２４を熱源２２として使用することは一般に有利である。例えば、ランプは、他の加熱装置、例えば電子素子または慣用の炉よりも極めて高い加熱および冷却速度を有する。ランプ２４は急速等温処理システム（rapid isothermal processing system）を形成し、このシステムは瞬時にエネルギーを供給し、通例は極めて短くかつ良好にコントロールされた始動期間しか要しない。ランプ２４からのエネルギーの流れは任意の時点に急峻に停止することも可能である。図に示したように、ランプ２４は段階的なパワーコントローラ２５を備えており、これはランプによって放出される熱エネルギーを増減するために使用可能である。
【００４１】
チャンバ１２には、一般的に参照符号２７で示される複数の放射検出装置も含まれている。放射検出装置２７は、光ファイバまたはライトパイプ２８を含んでおり、これは対応する複数の光検出器３０に接続されている。光ファイバ２８は、チャンバにあるウェハによって放出される、固有の波長の熱エネルギーを受光する。検出された放出の量はつぎに光検出器３０に伝達され、この検出器により、ウェハの温度決定に使用し得る電圧信号が形成される。１実施形態では、各光ファイバ２８は、光検出器３０と共にパイロメータを形成する。
【００４２】
本発明の処理中、システム１０は、光ファイバ２８がウェハ１４によって放出される熱放射だけを検出し、かつランプ２４から放出される放射を検出しないように設計されるべきである。この点について１実施形態においてシステム１０はフィルタまたはウィンドウ３２を有しており、これは、ランプ２４によって放出される、光検出器３０の動作波長を有する熱放射がチャンバ１２に進入するのを阻止する。図１に示したフィルタ３２は、チャンバ１２と熱源２２との間に配置されたウィンドウとすることができる。択一的な実施形態では、各ランプ２４を別個のフィルタによってカバーすることができる。図示の実施形態ではウィンドウ３２はまた、ランプ２４とウェハとを分離するため、およびチャンバの汚染防止のために使用されている。
【００４３】
図１に示したように図示の実施形態では、熱処理チャンバ１２は、反射プレート２６を含んでおり、これは複数の光ファイバまたはライトパイプ２８に接続されている。一般にシステムに反射プレートが設けられる場合、反射プレート２６を設計して、半導体ウェハが加熱される間、この反射プレートがこのウェハによって放射される熱放射を反射するようにする。殊に反射プレート２６を設計して、この反射プレートが、光検出器３８の動作波長を有する熱放射を反射するようにすべきである。反射プレート２６により、ウェハによって放出された放射は、ウェハ表面と反射プレート２６の表面との間で複数回反射する。この結果、光ファイバ２８は、ウェハによって放出された実際の放射よりも多量の熱放射を検出する。
【００４４】
ウェハによって放出された放射が複数回反射することによって、反射プレートは、２つの面の間の放射を加算され、またこの放射は、このウェハの温度を有する完全黒体の放射に近似する。これは、通例は未知でありかつ近似が困難な、ウェハの放射率を１に近い値に高める効果があり、これによってより精確な温度測定が可能になる。反射プレートの使用は、米国特許第５８７４７１１号に殊に詳細に記載されており、これをここに文献として援用する。
【００４５】
図１および２を参照すると、本発明によればシステム１０は、放射検出装置２７を較正するためにさらに反射装置１４と較正光源４２とを含んでいる。この実施形態に示したように、反射装置１４は、基板ホルダ１５に配置されており、取り除くことも、放射検出装置を較正することが望ましい場合にチャンバ１２に挿入することも可能である。これに対して較正光源４２は、熱処理チャンバ１２内に取り付けられている。しかしながら較正光源４２は、この光源が位置決めできて、これによって光がチャンバ内に放出されるのであれば、チャンバの外部に配置することも可能であることを理解されたい。
【００４６】
放射検出装置２７を較正することが望ましい場合、較正光源４２によって、所定の量の光エネルギーが反射装置１４に放射される。反射装置１４は、これがこの光エネルギーを散乱および反射して、各放射検出装置が同じ光強度に曝されるように構成されている。本発明にしたがって反射装置１４から反射される光エネルギー量は、前もって計算されており、プリセット値を有する。
【００４７】
放射検出装置２７は、反射された光エネルギーの量を検出するために使用される。この放射検出装置によって記録された光エネルギー量はつぎにプリセット値と比較される。測定した値とプリセット値との間に差があれば、放射検出装置は相応に較正される。
【００４８】
本発明の処理で使用される反射装置１４は様々な形状をとることができ、かつ様々な材料から作製可能である。一般に反射装置１４は、この放射検出装置の動作する波長において実質的に一定の反射率を有する反射面を有するべきである。反射装置１４の反射率は、値が簡単に決定できるのであれば、任意の値とすることができる。しかしながら有利にはこの反射装置は、関心のある波長において高い反射性を有する。例えば、１実施形態において、反射装置の反射率は、放射検出装置の動作波長において少なくとも０．９である。
【００４９】
所望の反射率特性を有する反射装置を作製するために、反射装置１４を様々な材料から作製可能である。例えば、１実施形態において、反射装置１４は、高反射性コーティングを有する基板を含むことができる。高反射性コーティングは、例えば誘電体フィルムから作製可能である。この誘電体フィルムは、所望の波長において適切な反射率を有するように特別に設計された多層光フィルムとすることができる。このようなフィルムは従来技術において公知であり、California, Santa RosaにあるDeposition Sciences, Inc.から入手可能である。
【００５０】
誘電体フィルムの他に、反射装置を、透明保護コーティング、例えば透明誘電体コーティングによってコーティングされた高研磨金属から作製することも可能である。このような金属には金、銀およびニッケルが含まれる。しかしながら所望の特定の波長に対して金属面は通例、上記の誘電体フィルムほど高反射性でない。
【００５１】
これに対して基板は様々な材料から作製可能であり、これには水晶、シリコンカーバイド、ステンレス鋼が含まれる。さらに、択一的な実施形態では、反射装置１４全体を上記の誘電体フィルムから作製可能である。
【００５２】
上に説明しかつ殊に図２において示したように本発明のシステムを構成し、これにより、較正光源４２から放出される光が反射および／または散乱されて各放射検出装置２８が同じ光強度に曝されるようにすべきである。この目的は種々の手法にしたがって達成される。例えば１実施形態において反射装置１４を設計して、これが、較正光源４２によって放出される光を、その表面全体にわたって放射検出装置に向かって散乱させるようにすることができる。この実施形態では、光を散乱させるために反射装置１４は特有の形状または特有の表面構造を有することが可能である。例えば反射装置１４の表面を粗くすることでき、これによってこの表面が、実質的に較正光源４２によって放出された光に対して拡散しているようにする。
【００５３】
択一的な実施形態では、反射装置１４が実質的に拡散しているように設計する代わりに、またはこれに付加的にこのシステムは、図２の点線で示したようにディフューザ５２を含むことができる。ディフューザ５２は、較正光源４２に接続されて配置されており、またこれは、光源によって放出された光を散乱させ、均一かつ拡散的に照射された領域が、反射装置１４の表面に、殊に放射検出装置２８を向いた側の領域に形成されるように構成されている。ディフューザ５２は理想的には均一な等方性の照明を形成する。
【００５４】
理想的な理論的ディフューザは拡散光の均一な光源を形成し、この拡散光は、高い効率で完全に透過して完全にランダムな方向に横断する。しかしながら本発明の実践的な実施形態では、ディフューザ５２はこの理想的な状態を近似するだけでよい。したがってディフューザは横方向の大きさが無限ではなく有限でよく、また完全な拡散ではなく実質的な拡散でよい。
【００５５】
図２に示したディフューザ５２は様々な構造形態をとることができる。有利にはディフューザ５２は板状であり、較正光源４２によって放出された光に対して実質的に透過であり、また光をランダムな方向に散乱させる。１実施形態においてディフューザ５２を透明な耐熱性材料、例えば水晶、ガラスまたはサファイアからなる薄いシートとすることができ、ここでこのシートの少なくとも１つの面は粗くされている。択一的な実施形態ではディフューザ５２は、小さな透明かつ離散的な粒子からなる材料の層とすることができ、ここでこれは、放射検出装置の動作波長の光を散乱させる。この小さな離船的粒子は、例えば、水晶、ガラス、サファイアまたは非晶質アルミニウム酸化物から作製可能である。
【００５６】
別の択一的な実施形態ではディフューザ５２は、光を散乱させる多数の微視的気泡を含む透明な材料からなるシートとすることができる。この実施形態においても、ディフューザを水晶、ガラスまたはサファイアから作製することができる。
【００５７】
本発明のさらに別の実施形態では、ディフューザ５２を１つまたは複数のミラーまたは別の類似の装置とすることができ、これは較正光源４２によって放出された光を分割し、この分割された光を各放射検出装置２８に向いた位置で収束させる。
【００５８】
較正光源４２は、放射検出装置２８を本発明にしたがって較正する場合、所定の量の光エネルギーを放出する。図１に示したように、較正光源４２は、光チャネル４４に接続することができ、ここでこれは光エネルギーを反射装置１４の特定の箇所に配向する。しかしながら択一的には光チャネル４４を使用せずに較正光源４２を反射装置１４の比較的に近くに位置付けることが可能である。
【００５９】
本発明のシステムに使用される光源４２は一般的に、決定可能な光エネルギー量を放出し得る任意の装置とすることができる。
【００６０】
光源４２は、例えば白熱電球、レーザダイオードや発光ダイオードのような半導体装置、ガスレーザ、アークランプのような非干渉性ガス源、ならびに他の種々の装置とすることができる。
【００６１】
放射検出装置２８を本発明にしたがって較正するため、較正光源４２によって光エネルギーを放出し、これを反射装置１４によって反射する。反射装置１４によって反射される、放射検出装置の動作波長を有する光エネルギーの量は、プリセット値を有する。放射検出装置２８はつぎに、反射装置１４で反射放出される光エネルギー量を測定するのに使用される。測定値は、プリセット値と比較され、必要があれば、放射検出装置は相応に調整または較正される。
【００６２】
反射装置１４で反射放出される光エネルギーに対するプリセット値は、定量的に直接決定することができるか、または定性的に何らかの相対的基準にしたがって決定することができる。このプリセット値は、較正光源４２によって放出される光エネルギー量を知ることによって直接決定することができ、また反射装置１４で反射放出される光エネルギーのパーセンテージを知ることによって、例えば反射装置の反射率を知ることによって決定することができる。これらの変数が分かれば、放射検出装置２８によって記録されるべき光エネルギー量を簡単に計算して測定値と比較することができる。
【００６３】
しかしながら択一的な実施形態では反射装置１４で反射放出される実際の光エネルギー量は、未知のままであるが、相対的な基準を決定するために使用され、この相対的な基準によって放射検出装置を較正可能である。例えばこの実施形態では、放射検出装置２８をはじめは、反射装置１４で反射放出される光エネルギー量を測定するために使用することができる。つぎにこの測定値は、チャンバ内での処理実行に対する基準点になる。周期的なインターバルで反射装置１４をチャンバに配置することができ、また放射検出装置２８を使用して、較正光源４２によって放出される光に基づき、反射装置で反射放出される光エネルギー量を測定することができる。つぎにこの測定値を、前に測定した基準値と比較することができる。必要があれば、放射検出装置を調整することができ、この検出装置により再度基準値が検出され、さらなる処理がチャンバで実行される場合、この基準値によって不整合性が取り除かれる。
【００６４】
本発明によれば、チャンバ内にある放射検出装置を較正する場合、有利には、実際の処理条件にできる限り接近して較正が行われる。これによって放射検出装置２８は、精確かつ信頼性の高い測定値を形成し、この測定値によって処理条件をチャンバ内で精確にコントロールすることができる。
【００６５】
図１を参照すると、システム１０はさらにシステムコントローラ５０を含んでおり、ここでこれは例えばマイクロプロセッサとすることできる。コントローラ５０は、種々異なる箇所でサンプリングされた放射量を表す電圧信号を光検出器３０から受信する。受信したこの信号に基づいてコントローラ５０は、チャンバに含まれるウェハの温度を計算する。
【００６６】
図１に示したシステムコントローラ５０はまた、ランプパワーコントローラ２５に接続可能である。この装置においてコントローラ５０は、ウェハの温度を計算することができ、また計算したこの情報に基づいて、ランプ２４によって放出される熱エネルギー量をコントロールすることができる。このようにして瞬時の調整が、ウェハの処理に対するリアクタ１２内での条件に関して、細心にコントロールされた制限内で行われる。
【００６７】
１実施形態ではコントローラ５０を使用して、このシステム内の別の要素を自動的にコントロールすることも可能である。例えばコントローラ５０を使用して、ガスインレット１８を通ってチャンバ１２に入るガスの流速をコントロールすることができる。図示のようにコントローラ５０はさらに、チャンバ内でウェハ１４が回転する速度をコントロールするために使用可能である。
【００６８】
本発明によればシステムコントローラ５０を使用して、放射検出装置２７を自動的に較正することも可能である。殊にプリセット値をコントローラ５０内に格納することができる。この場合にこのコントローラを構成して、このプリセット値と測定値とが比較され、必要に応じて調整が行われるようにすることができる。
【００６９】
さらに１実施形態においてコントローラ５０を較正光源４２に接続することも可能である。これにより較正光源４２が光を放出する場合に、コントローラ５０を使用して、放出される光量をコントロールすることができる。例えば、１実施形態において、較正光源４２によって放出される光エネルギー量を監視するシステムに放射検出装置を含めることができる。この情報はシステムコントローラ５０に供給可能である。この場合、システムコントローラ５０は構成用光源４２に供給される電力量を調整することができ、これにより較正光源によって放出される光エネルギー量が一定に維持されるようにする。
【００７０】
図３および４を参照すると、本発明による較正光源４２および反射装置１４の択一的な実施形態が示されている。上記のように反射装置１４は、較正光源４２によって放出された光エネルギーを反射して、各放射検出装置が動作波長において同じ光量に曝されるようにすべきである。図３および４に示した実施形態では、較正光源４２によって放出された光は、反射装置１４の内部に配向されている。反射装置１４は、光がこの装置を出る前にこれを分散させる。殊に反射装置１４は、これがこの光を分散および散乱させて、反射装置１４を出る光エネルギーが放射検出装置に曝された面にわたって一定であるように構成されている。
【００７１】
この実施形態では、反射装置１４を薄い半透明のプレート、例えば水晶またはサファイア製のプレートから作製することができる。このプレートの表面は粗くまたはプリズム状にすることができ、これによってこのプレートに進入する光エネルギーを分散させる。光エネルギーがこのプレートに配向されるようにするため、このプレートはまさに光源を向いたところに小部分を含むことができ、ここでこの小部分は研磨されておりかつプレートへの光エネルギーの進入を可能にする。択一的には、反射装置１４は、位置が較正光源４２に揃えられた小さな開口部を含むことができる。
【００７２】
この実施形態では較正光源４２を、この光源によって放出された光エネルギーが反射装置に配向されるの容易にする任意の箇所に配置することが可能である。例えば図３に示した構成の他に較正光源４２を反射装置１４の側面に沿って、または反射装置１４の先端部に配置することも可能である。
【００７３】
種々の実施形態の様相は全体的にも部分的にも交替し得ると理解されたい。さらに通常の知識を有する当業者には、上の説明は単なる例であり、本発明をさらに限定するものではないことが了解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にしたがって温度検出装置を較正するシステムの１実施形態の側面図である。
【図２】 本発明の処理に使用する較正光源および反射装置の１実施形態の側面図である。
【図３】 発明の処理に使用し得る較正光源および反射装置の択一的な実施形態の側面図である。
【図４】 図３に示した反射装置の平面図である。

Claims (26)

1. 熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正する方法であって、
   熱処理チャンバを準備し、ここで該熱処理チャンバは、当該チャンバに配置された半導体ウェハの温度を監視する複数の放射検出装置を含み、該チャンバはさらに１つの較正光源を含み、
   前記熱処理チャンバ内に反射装置を配置し、ここで該反射装置は、前記の複数の放射検出装置に対向して配置されており、
   前記較正光源からの光エネルギーを反射装置に放出し、該反射装置は、プリセット値を有する光エネルギー量を反射する形式の、熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正する方法において、
   前記の反射装置を構成して、該反射装置が、較正光源から放出される光エネルギーを散乱および反射して、前記の各放射検出装置が同じ光強度に曝されるようにし、
   前記の反射装置から反射された光エネルギーを、前記の複数の放射検出装置によって検出し、
   該複数の放射検出装置を、当該複数の放射検出装置によって検出した光エネルギー量に基づき、前記プリセット値に対して較正することを特徴とする、
   熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正する方法。
2. 前記の少なくとも１つの放射検出装置はパイロメータを含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記放射検出装置は、光エネルギーを所定の波長にて検出する、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記反射装置は、反射面を有する基板を含み、
   該反射面は、少なくとも０．９の反射率を前記の所定の波長にて有する、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記反射装置は、反射面を有する基板を含み、
   該反射面は、誘電体組成物を含む材料または金属からなる、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記反射装置は、反射面を有する基板を含み、
   該反射面は実質的に拡散性である、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記チャンバは、該チャンバに含まれている半導体ウェハを加熱する複数の光源に接続されている、
   請求項１に記載の方法。
8. 前記の較正光源によって放出された光エネルギーを前記反射装置に配向し、
   該反射装置は、当該光エネルギーを当該反射装置全体に分散させ、ここで当該分散は、該光エネルギーが出射して複数の放射検出装置によって検出される前に行われる、
   請求項１に記載の方法。
9. 前記反射装置は、粗い表面を有する水晶プレートを含んでおり、
   該粗い表面は、複数の放射検出装置に対向して配置されている、
   請求項８に記載の方法。
10. 前記の同じ光強度はプリセット値を有しており、
    反射された光を、複数の放射検出装置により所定の波長にて検出する、
    請求項１に記載の方法。
11. 前記の所定の波長は、約０．９ミクロン〜約５ミクロンである、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記較正光源は赤外線光を放出する、
    請求項１０に記載の方法。
13. 前記反射装置は、反射面を有する基板を含み、
    該反射面は、較正光源によって放出された光エネルギーを散乱させるために粗い、
    請求項１０に記載の方法。
14. 前記反射装置は、ウェハのような形状を有する、
    請求項１０に記載の方法。
15. 前記の反射装置は、水晶とシリコンカーバイドとからなるグループから選択された材料から作製される基板を含み、
    前記反射面は、前記基板に塗布された、誘電体組成物からなるコーティングを含む、
    請求項１０に記載の方法。
16. 熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正する装置であって、
    半導体ウェハを収容するように適合化されたチャンバと、
    半導体ウェハが含まれている場合に当該半導体ウェハを加熱する、チャンバに接続された熱源と、
    チャンバに含まれている半導体ウェハの温度を監視する少なくとも１つの放射検出装置と、
    該少なくとも１つの放射検出装置に対向して配置された反射装置と、
    該反射装置に向かって光エネルギーを放出する１つの較正光源とを有しており、
    前記反射装置は、前記光エネルギーを反射するように構成されており、
    当該反射された光エネルギーはプリセット値を有している形式の、熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正する装置において、
    前記較正電源によって放出された光は、反射装置の内部に配向されており、
    前記の反射装置を構成して、該反射装置が光エネルギーを散乱および反射して前記の各放射検出装置が同じ光強度に曝されるようにしたことを特徴とする、
    熱処理チャンバにおける温度検出装置を較正する装置。
17. 前記反射装置は、光が当該反射装置を出射する前に当該光を分散および散乱させる、
    請求項１６に記載の装置。
18. 前記反射装置は、粗い表面を有する水晶プレートを含んでいる、
    請求項１６に記載の装置。
19. 前記チャンバはさらに、半導体ウェハを保持する基板ホルダを含んでおり、
    前記反射装置は、ウェハのような形状を有しており、かつ前記の少なくとも１つの放射検出装置を較正する場合に前記基板ホルダに載置されるように構成されている、
    請求項１６に記載の装置。
20. 前記熱源は、複数の光エネルギー源を含む、
    請求項１６に記載の装置。
21. 前記熱源は、１つのパイロメータを含む、
    請求項１６に記載の装置。
22. 前記装置は、少なくとも１つの放射検出装置に接続されているコントローラを含んでおり、
    該コントローラは、反射装置から反射された光エネルギーを検出した場合に放射検出装置から情報を受信するように構成されており、
    前記コントローラは、少なくとも１つの放射検出装置を、当該少なくとも１つの放射検出装置によって検出された反射光エネルギー量に基づいて、前記プリセット値に対して較正するように構成されている、
    請求項１６に記載の装置。
23. 前記の少なくとも１つの放射検出装置は、複数のパイロメータを含み、
    該パイロメータは、熱放射を所定の波長にて検出するように構成されている、
    請求項１６に記載の装置。
24. 前記反射装置は、反射面を有する基板を含み、
    該反射面は、少なくとも０．９の反射率を前記の所定の波長にて有する、
    請求項１６に記載の装置。
25. 前記反射装置は、反射面を有する基板を含み、
    該反射面は、誘電体組成物を含む材料からなる、
    請求項１６に記載の装置。
26. 前記反射装置は、反射面を有する基板を含み、
    該反射面は、当該反射面が較正光源によって放出された光エネルギーを散乱させ、これにより各パイロメータが実質的に同じ強度の光に曝されるように構成されている、
    請求項２４に記載の装置。

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