JP4689010B2 - 熱処理基板 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、基板の熱処理装置と方法に関する。
【０００２】
ほとんどの熱処理方法と装置では、基板の温度が正確に測定され、広い温度範囲で制御される。例えば、ペウス他（米国特許出願No.5,660,472）は、広帯域の放射源配列によって熱せられた基板からの放射線に基づいて基板の温度を測定する構成をもつ複数の高温計を含む短時間熱処理（ＲＴＰ）システムについて述べている。約３００−３２５℃を越える温度では、１つあるいは複数の高温計から受信した信号に基づいて放射源のパワーを調整するフィードバックコントローラによって、基板の温度を所望の範囲内で制御することができる。しかしながら、３００−３２５℃未満の温度では、高温計の感度が一般的によい波長帯の基板からの放出強度は、高温計が基板の温度を正確に測定するためには不足している。コンタクトプローブ（例えば、熱電対）を使って低温での基板温度を監視することができる。
しかしながら、コンタクトプローブの劣化やプローブと基板間の安定的な熱的接触を維持することに問題があるため、この様な直接的温度測定技術を確実に実践することは難しい。
【０００３】
一般的に、基板は、１つの段階ないしは一連の複数の段階で熱処理される。例えば、ある熱処理では、基板が熱せられて初期温度に達するまでの予熱段階があり、その後、基板を処理チャンバに完全に入れて所定の熱サイクルで処理する。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、基板を効率的に処理するために使える高温計による低温（例えば、４００℃以下）から情報（例えば、基板温度や基板加熱速度）を抽出する基板過熱用放射源付き処理チャンバ内で基板を熱処理する装置と方法を特徴とする。
【０００５】
本発明の１つの形態によれば、基板から放射線を受け、受けた放射線の異なる第１と第２のスペクトル部分をそれぞれ代表する第１と第２の検出システム信号を生成するよう構成された検出システムと、当該検出システムに結合しており、当該第２の検出システム信号に基づいて基板の温度測定値を計算し、計算された当該基板の温度測定値の相対的精度の示値を当該第１の検出システム信号に基づいて計算するよう構成されたプロセッサを特徴とする。
【０００６】
この形態によれば、基板は放射加熱され、当該基板から受けた放射線の異なる第１と第２のスペクトル部分をそれぞれ代表する第１と第２の信号が生成され、当該第２の検出システム信号に基づいて基板の温度測定値を計算し、計算された当該基板の温度測定値の相対的精度の示値が当該第１の検出システム信号に基づいて計算される。
【０００７】
本発明の別の形態によれば、基板を放射線で加熱する工程と、当該基板から放射線を受けて、受けた当該放射線の強度を代表する強度信号を生成する工程と、当該強度信号に基づいて、基板の加熱速度の示値を計算する工程と、計算された当該基板の加熱速度に基づいて、当該基板を処理チャンバ内の基板支持部上に配置する時間を制御する工程を備えることを特徴とする、処理チャンバ内で基板を熱処理する方法を特徴とする。
【０００８】
実施の形態では、次の１つもしくは複数の構成を備えてもよい。
【０００９】
光伝送路に伝送される放射エネルギーの第１と第２のスペクトル部分は、好適には、基板の温度応答性光伝送特性に基づいて選択される。例えば、基板は禁制帯幅エネルギーによって特徴づけられ、また、当該第１のスペクトル部分は当該禁制帯幅エネルギーより小さい第１の小エネルギー・カットオフ値をもち、当該第２のスペクトル部分は当該禁制帯幅エネルギーより大きい第２の小エネルギー・カットオフ値をもつ。当該検出システムは、当該第１と第２の小エネルギー・カットオフ値によってそれぞれ特徴づけられる第１と第２の高域フィルタを備えてもよい。また、その代わりに、当該検出システムは当該第１と第２の小エネルギー・カットオフ値によってそれぞれ特徴づけられる第１と第２の帯域フィルタを備えてもよい。
【００１０】
当該基板を支持するよう構成されたリフトピンによって当該光伝送路を規定してもよい。
【００１１】
好適には、当該プロセッサは、時間経過に伴う当該第１の検出システム信号の変化に基づいて当該相対的精度の示値を計算するよう構成されている。当該相対的精度の示値は、当該第１の検出システム信号の時間微分値に対応してもよい。当該プロセッサは、計算された当該相対的精度の示値が閾値より小さいとき、当該第１の検出システム信号のピークの後のある時点での基板温度の示値を提供するよう構成されていてもよい。また、当該プロセッサは、時間経過に伴う当該第１の検出システム信号の極大値と極小値を識別するよう構成されていてもよい。
【００１２】
当該プロセッサは、好適には、当該処理チャンバ内での基板の加熱速度の示値を計算するよう構成されている。当該加熱速度の示値は、当該第１の検出信号の極大値と極小値を分離する時間に基づいて計算してもよい。当該加熱速度の示値は、当該第１の検出信号の極大値とその後にくる極小値に基づいて計算してもよい。また、その代りに、当該加熱速度の示値は、当該第１の検出信号の極大値とそれに先行する極小値に基づいて計算してもよい。また、当該基板の加熱速度の示値は、当該第１の検出信号の極大値の後のある時点で計測された第１の検出信号の強度に基づいて確定してもよい。
【００１３】
好適には、当該プロセッサは、当該処理チャンバ内の基板支持部上に基板を配置する時間を制御する制御信号を提供するよう構成されている。当該処理チャンバ内での基板の加熱速度の確定に基づく当該放射源によって供給されるエネルギーを調整するための制御信号を提供するよう当該プロセッサを構成してもよい。所望の温度に当該基板を加熱するのに必要な時間長の確定に基づいて、当該基板支持部上に当該基板を配置するための制御信号を提供するように当該プロセッサを構成してもよい。当該必要な時間長は、あらかじめ計算されたルックアップテーブルから求められる。
【００１４】
その他の特徴と優越性は、図面と請求項を含む以下の記述から明らかにされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１Ａと図１Ｂを参照すると、熱処理装置１０は基板支持部１４と放射熱源１６が入っているチャンバ１２を備える。基板支持部１４は、基板２０（例えば、温度応答性バンド・ギャップ・エネルギーで特徴づけられる半導体ウエハー）の周辺縁と接触する支持リング１８を含む。支持リング１８は基板２０の底面のほんの一部とだけ接触しており、他方、基板の底面の大部分は露出しているため、反射器２１と、検出システム２４に連絡する光伝送路２２（例えば、石英やサファイアから構成された光導体）の方へ放射エネルギーを放射する。基板２０が支持リング１８に支持されているとき、基板２０の下面と反射器２１の上面は基板２０の有効放射率を高める反射空洞を構成する。また、支持リング１８は回転できる軸受けアセンブリ２８によって支持されている支持管２６の上に載せられている。軸受けアセンブリ２８に載せられた磁石３０は、駆動リング３４に載せられた磁石３２と磁気的に結合する。動作中には駆動リング３４は回転し、また、電磁結合によって支持管２６と支持リング１８を回転させる。別の実施形態では、軸受けアセンブリ２８と磁石３０，３２は、密封された駆動アセンブリに置き換え可能である。好適には、チャンバ１２は水冷される。
【００１６】
動作中、放射熱源１６はチャンバ１２内を予熱温度（例えば、約３００−４００℃）まで熱する。続いて、ロボットアームが基板２０をハウジング１２の開口からチャンバ１２内に移動させる。リフトピンアセンブリ３６は基板２０下から持ち上がり、基板２０をロボットアームで持ち上げて離し（そこで、ロボットアームをチャンバ１２から引っ込めることができる）、基板２０を支持リング１８上に下げる。基板２０が予熱された基板支持部１４と接触することによって引き起こされる温度の急激な上昇から起こるかもしれない問題（例えば、基板のひずみやその他の基板の劣化）を避けるために、基板２０の温度が所望の温度範囲（例えば、３００−３５０℃）になるまで、リフトピンアセンブリ３６は基板２０を放射熱源１６近傍の一定位置に固定する。この時点で、基板２０を支持リング１８上に下げることで、基板２０を処理することが可能になる（図１Ｂ）。
【００１７】
図２を参照すると、リフトピンアセンブリ３６は、内部光伝送路３７（例えば、石英やサファイアで作られた光管）を囲む（例えば、約２ｍｍ厚のシリコンで作られた）外部鞘１０２から形成されるリフトピンアセンブリ１００を備える。光学ファイバー結合器１０４は、光伝送路３７と、この経路３７で受けられた放射線を検出器２４に伝送する一対の光学ファイバーケーブル（即ち、光学ファイバー管束）１０６，１０８を光学的に結合させる。光学伝送路３７に近接する末端部１１０，１１２は、その経路での伝送を改善するために磨かれている。図示されているように、外部鞘１０２は光学伝送路３７の末端部１１２を越えてある距離だけ（例えば、５０−１００μｍ）延びているので、光学伝送路３７の末端部１１２は基盤２０に接触しない。このように、外部鞘１０２が光学伝送路３７を保護することで、基板２０を通じて伝送されない、即ち、基板２０から放射されないリーク放射光を受信しないようにする。
【００１８】
以下で詳細に説明するが、検出システム２４は、光学伝送路３７に伝送される放射線の異なるスペクトラム部分を代表する信号を生成するよう構成される。伝送された放射線の異なるスペクトラム部分が基板２０の温度応答性放射光伝送特性に基づいて選択される。例えば、もし、基板２０が半導体ウエハー（例えば、シリコンウエハー）ならば、それは、ウエハーの温度の上昇に伴い低下する禁制帯幅エネルギーによって（直接的に、あるいは、間接的に）特徴づけることができる。一般的経験則に基づく方法では、禁制帯幅エネルギーより大きな放射エネルギーはウエハーで吸収され、他方、より小さなエネルギーの放射線がウエハーを通して送られる。プロセッサ３８は、検出システムの信号から基板の温度値と、基板２０がチャンバ１２内で熱せられる速度値を計算するように構成される。プロセッサ３８は、この情報を用いて、基板２０を支持リング１８上に下げる時間を制御する信号４０を生成する。このように、間接的高温測定法による温度測定を行って、熱処理での低温予熱段階を制御することができる。
【００１９】
図３を参照すると、半導体基板を処理するよう設計された一実施形態では、検出システム２４は、フィルター４４と検出器４６を含む第１の経路４２（経路１）と、フィルタ５０と検出器５２を含む第２の経路４８（経路２）を備える。フィルタ４４は、基板２０の禁制帯幅エネルギー（Ｅｇ）より小さい低エネルギー・カットオフ値（Ｅ1）による伝送応答によって特徴づけられ、また、フィルター５０は、Ｅｇより大きい低エネルギー・カットオフ値（Ｅ2）による伝送応答によって特徴づけられる。チャンバの予熱温度が４００℃の場合、約２００℃までの温度で検出器４６が検出する放射熱源からの放射エネルギーに対して十分な量だけＥ2値より低いＥ1値が選択されるので、動作中には、検出器４６の出力信号は、約３００℃の温度で極小値を通る。室温で基板２０に送られる放射熱源からの全放射エネルギーを概ね遮断するのに十分な量だけＥg値より高いＥ2値が選択される。フィルター４４，５０は帯域フィルター、即ち、低カットオフエネルギー値Ｅ1、Ｅ2をそれぞれもつ高域フィルタでよい。検出器４６、５２は、フィルタ４４，５０をそれぞれ通過する放射線の強度を代表する信号を生成するように構成される。一実施形態では、検出器４６はシリコン・フォトダイオードで、また、検出器５２はインジウム・ガリウム砒素（InGaAs）フォトダイオードである。
【００２０】
また、検出システム２４は、光学フィルタ５４と光検出器５６（例えば、シリコン・フォトダイオード）を備える。基板の処理中に、プロセッサ３８は、検出器５６からの信号を放射熱源１６を制御するために使う基板温度値に変換する。
【００２１】
図４−図８Ｂを参照すると、光伝送路３７の理想的な放射エネルギー伝送特性が示されており、放射熱源１６は、図４で示される特徴的なスペクトラム・プロファイルを有する広域の放射線を生成することができる。始めに、基板２０がチャンバ１２に（温度が２５℃でｔ0時点に）入れられると、基板２０はＥgより大きい放射エネルギーを吸収し、Ｅgより小さな放射エネルギーを伝送する。従って、光伝送路３７に送られる放射エネルギーは、図５Ａに示されるプロファイルをもつことがある。（Ｅgより小さな低カットオフエネルギー値Ｅ1をもつ）放射エネルギーがフィルタ４４を通過後、放射エネルギーは図６Ａに示されるプロファイルをもつ。この放射エネルギー・プロファイルが検出器４６によって受けられる。同時に、図５Ａのプロファイルの結果として生成されたプロファイルが（Ｅgより大きな低カットオフエネルギー値Ｅ2をもつ）フィルタ５０を通過すると、検出器５２は図７Ｂの放射エネルギー・プロファイルを受ける。
【００２２】
基板２０の温度が（時点ｔ1で）約２００℃まで上昇したとき、Ｅgは低エネルギーレベルまで遷移し、また、光伝送路２２に送られた放射エネルギーは図５Ｂに示されたプロファイルをもつことがある。フィルタ４４を通過後の放射エネルギーは図６Ｂに示されたプロファイルをもつ。この放射エネルギープロファイルが検出器４６によって受けられる。同時に、図５Ｂのプロファイルの結果として生成されたプロファイルがフィルタ５０を通過すると、検出器５２は図７Ｂの放射エネルギー・プロファイルを受ける。
【００２３】
時間の関数としてプロットされ、検出器４６（経路１）によって生成された出力信号は、第１の上昇部分６２、第２の降下部分６４、第３の上昇部分６６（図８Ａ）を含むプロファイル６０で特徴づけられる。放射熱源１６からの放射エネルギーがそのシステムを通過して検出器４６に送られた結果、第１の部分６２は急に上昇する。しかしながら、基板２０の禁制帯幅エネルギー（Ｅg）は低下するので、結局、第１の部分６２は（時点ｔmax,1に）ピークに到達する。基板２０から出された放射エネルギー量が（時点ｔmin,1に）フィルタ４４を通過する放射熱源の放射エネルギー量を越えるまで、第２の部分６４は延びる。
【００２４】
同様に、時間の関数としてプロットされているように、検出器５２（経路２）によって生成された出力信号は、第１の上昇部分７２、第２の下降部分７４、第３の上昇部分７６（図８Ｂ）を含むプロファイル７０によって特徴づけられる。放射熱源１６からの放射エネルギーがそのシステムを通過して検出器４６に送られた結果、第１の部分７２は急激に上昇する。図７Ａと７Ｂの理想化された図では、フィルター５０の出力の放射強度は非現実的に示されている。フィルタの不完全さ、その他の非理想的効果、基板２０を通過する放射エネルギーの性質が原因で、熱源１６からの放射線の一部が検出器５２によって検出される。しかしながら、基板２０の禁制帯幅エネルギー（Ｅg）は、検出器５２に対して基板２０を不伝導性にする十分な量分低下するので、結局、第１の部分７２は（時点ｔmax,2に）ピークに到達する。基板２０から出された放射エネルギー量が（時点ｔmin,2に）フィルタ５０を通過する放射熱源の放射線量を越えるまで、第２の部分７４は延びる。
【００２５】
基板温度の測定
フィルタ４４（経路１）の上位エネルギーカットオフ値（Ｅ1）は、フィルタ５０（経路２）の上位エネルギーカットオフ値（Ｅ2）より小さいので、検出器５２（経路２）で生成された強度ー時間プロファイルは、検出器４６（経路１）で生成された強度ー時間プロファイルと異なる。この特徴により、プロセッサ３８は検出器４６（経路１）の信号に基づいて基板の温度測定値の相対的な精度の示値を計算することができる。例えば、一実施形態では、プロセッサ３８は、検出器４６の出力信号の始めのピーク（図８Ａの時点ｔmax,1）後の極小（図８Ａの時点ｔmin,1）を識別するよう構成される。検出器４６の出力信号の時間微分値（δICH1/δt）を閾値（Δth）と比較することによって、始めのピークと極小を識別することができる。ここで、極大（最大値）と極小は、δICH1/δt＜Δthのときの出力信号値に対応する。Δth値は実験的に求めることができ、これは強度ー時間のプロットの縮尺に依存する。Δth値は約０である。
【００２６】
時点ｔmin,1後は、基板２０からの放射によって検出器５２（経路２）の出力信号の重要な部分が作られ、また、その信号のわずかな部分が放射熱源１６から出力された放射線に対応すると仮定できる。そのため、プロセッサ３８は、時点ｔmin,1後に生成された検出器５２（経路２）の出力信号に基づいて基板の温度測定値を計算できる。プロセッサ３８は、従来の高温計測技術を用いて温度測定値を計算できる。本実施形態では、基板２０の温度が所望の範囲（例えば、約３５０−３７５℃）に入ることをプロセッサ３８が確認した後、プロセッサ３８が制御信号を与えることにより、リフトピンアセンブリ３６は基板を支持リング１８上に下げる。
【００２７】
基板２０が支持リング１８上に下げられた後、プロセッサ３８は、光伝送路２２から受信した信号を使って基板２０の温度を計算する。
【００２８】
基板の加熱速度の測定
処理チャンバ１２内の支持リング１８上に基板を下げる時間を制御する制御信号４０を算定する為に、プロセッサ３８は検出器４６（経路１）の出力信号を様々な方法で分析する。
【００２９】
例１
図８Ａを参照すると、極大値（時点ｔmax,1）とその次の極小値（時点ｔmin,1）間の時間差（ΔｔCH1,Fall）に基づいて、プロセッサ３８は基板２０をチャンバ内で加熱する速さを計算することができる。熱処理を行うあるチャンバを使うと、ΔｔCH1,Fallは、約３００−４００℃の予熱温度に対して約１−３秒のオーダになる。
【００３０】
ΔｔCH1,Fall値を使って、放射熱源１６によって供給される放射パワーを調整することができる。例えば、所定時間内に所望の基板温度（例えば、４００℃のチャンバ予熱温度に対して３００−３５０℃）に到達させるために、プロセッサ３８は以下のルックアップ・テーブルを参照して、放射熱源のエネルギー（ΔＰ）を調整することができる。
Figure 0004689010
【００３１】
Δ1、Δ2の値と上のテーブルの粒度は実験的に確定することができる。例えば、複数の基板についての、ピーク強度（時点ｔmax,1）に合わせて正規化された検出器４６の出力強度ー時間のプロットに基づいてエネルギーの調整値Δ1、Δ2を確定することができる。基板を所定時間内（例えば、約１０秒）に所望の温度（例えば、３００−３５０℃）まで予熱するようにΔ1、Δ2値を選択することができる。
【００３２】
別の実施形態では、所定時間内に（例えば、１０秒）所望の基板温度まで上げる為に必要な熱源１６の出力エネルギーをΔｔCH1,Fallの写像とする実験的に得られた方程式にΔｔCH1,Fall値を代入してもよい。
Figure 0004689010
【００３３】
ここで、ａ，ｂ，ｃは実験的に求められた定数である。
【００３４】
例２
図８Ａで示されているように、極大値（時点ｔmax,1）とそれに続く極小値（時点ｔmin,1）の時間差（ΔｔCH1,Fall）に基づいて、プロセッサ３８は基板２０をチャンバ１２内で加熱する速さを計算することができる。ある熱処理チャンバを使う場合、ΔｔCH1,Fallは約３００−４００℃の予熱温度に対して１−３秒のオーダとなる。
【００３５】
支持リング１８上に下げられる前に、ΔｔCH1,Fall値を使って一定のパワーで動作する放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）を確定することができる。例えば、基板温度が所望の範囲（例えば、４００℃のチャンバ予熱温度に対して３００−３５０℃）に入る前に、プロセッサ３８は以下のルックアップ・テーブルを参照して、放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）を確定することができる。
Figure 0004689010
【００３６】
Δ1、Δ2、Δ3値と上のテーブルの粒度は実験的に確定することができる。例えば、複数の基板についての、ピーク強度（時点ｔmax,1）に合わせて正規化された検出器４６の出力強度ー時間のプロットに基づいて予熱時間Δ1、Δ2、Δ3を確定することができる。
【００３７】
別の実施形態では、支持リング１８上に下ろされる前に、一定のエネルギーで動作する放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）をΔｔCH1,Fallの写像とする実験的に得られた方程式にΔｔCH1,Fall値を代入することができる。一つの実施形態では、その方程式は、
Figure 0004689010
【００３８】
であり、ここで、ａ，ｂ，ｃは実験的に求められた定数である。
【００３９】
例３
図８Ａで示されているように、極大値（時点ｔmax,1）とｔmax,1に続く所定時間での検出器４６の出力の差（ΔＩCH1,Fall）に基づいて、プロセッサ３８は基板２０をチャンバ１２内で加熱する速さを計算することができる。
【００４０】
ΔＩCH1,Fall値を使って、放射熱源１６が供給する放射エネルギーを調整することができる。例えば、所望の基板温度（例えば、４００℃のチャンバ予熱温度に対して３００−３５０℃）に到達させるために、プロセッサ３８は以下のルックアップ・テーブルを参照して、放射熱源のエネルギーの調整量（ΔＰ）を求めることができる。
Figure 0004689010
【００４１】
Δ1、Δ2の値と上のテーブルの粒度は実験的に確定することができる。例えば、複数の基板についての、ピーク強度（時点ｔmax,1）に合わせて正規化された検出器４６の出力強度ー時間のプロットに基づいてエネルギーの調整値Δ1、Δ2を確定することができる。基板を所定時間内（例えば、約１０秒）に所望の温度（例えば、３００−３５０℃）まで予熱するようにΔ1、Δ2値を選択することができる。
【００４２】
別の実施形態では、所定時間内に（例えば、１０秒）所望の基板温度まで上げるために必要な熱源１６の出力エネルギー（Ｐ）をΔＩCH1,Fallの写像とする実験的に得られた方程式にΔＩCH1,Fall値を代入してもよい。一実施形態では、その方程式は、
Figure 0004689010
【００４３】
ここで、ａ，ｂ，ｃは実験的に求められた定数である。
【００４４】
例４
図８Ａを参照すると、極大値（時点ｔmax,1）と、ｔmax,1に続く一定時点（Δｔfixed）での検出器４６の出力値との差（ΔICH1,Fall）に基づいて、プロセッサ３８は基板２０をチャンバ内で過熱する速さを計算することができる。
【００４５】
支持リング１８上に下げる前に、ΔICH1,Fall値を使って一定のパワーで動作する放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）を確定することができる。例えば、基板温度が所望の範囲（例えば、４００℃のチャンバ予熱温度に対して３００−３５０℃）に入る前に、プロセッサ３８は以下のルックアップ・テーブルを参照して、放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）を確定することができる。
Figure 0004689010
【００４６】
Δ1、Δ2、Δ3の値と上のテーブルの粒度は実験的に確定することができる。
【００４７】
別の実施形態では、支持リング１８上に下ろされる前に、一定のエネルギーで動作する放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）をΔICH1,Fallの写像とする実験的に得られた方程式にΔICH1,Fall値を代入することができる。一つの実施形態では、その方程式は、
Figure 0004689010
【００４８】
であり、ここで、ａ，ｂ，ｃは実験的に求められた定数である。
【００４９】
例５
図８Ａで示されているように、初期時点（時点ｔ0；基板２０がリフトピンと接触する時点、即ち、ロボットアーム３６が処理チャンバ１２内で停止する時点）と次の極大（時点ｔmax,1）間の時間差（ΔｔCH1,Rise）に基づいて、プロセッサ３８は基板２０をチャンバ１２内で加熱する速さを計算することができる。ある形態の熱処理チャンバでは、ΔｔCH1,Riseは約３００−４００℃の予熱温度で約１−２秒のオーダとなる。
【００５０】
ΔＩCH1,Rise値を使って、放射熱源１６から供給される放射パワーを調整することができる。例えば、所望の基板温度（例えば、４００℃のチャンバ予熱温度に対して３００−３５０℃）に到達させるために、プロセッサ３８は以下のルックアップ・テーブルを参照して、放射熱源のエネルギーの調整量（ΔＰ）を求めることができる。
Figure 0004689010
【００５１】
Δ1、Δ2の値と上のテーブルの粒度は実験的に確定することができる。例えば、複数の基板についての、ピーク強度（時点ｔmax,1）に合わせて正規化された検出器４６の出力強度ー時間のプロットに基づいてエネルギーの調整値Δ1、Δ2を確定することができる。基板を所定時間内（例えば、約１０秒）に所望の温度（例えば、３００−３５０℃）まで予熱するようにΔ1、Δ2値を選択することができる。
【００５２】
別の実施形態では、所定時間（例えば、１０秒）内に所望の基板温度まで上げるために必要な熱源１６の出力エネルギー（Ｐ）をΔｔCH1,Fallの写像とする実験的に得られた方程式にΔｔCH1,Fall値を代入してもよい。一実施形態では、その方程式は、
Figure 0004689010
【００５３】
ここで、ａ，ｂ，ｃは実験的に求められた定数である。
【００５４】
例６
図８Ａを参照すると、初期時間（時点ｔ0；基板２０がリフトピンと接触するとき、即ち、ロボットアーム３６が処理チャンバ１２内で停止するとき）と次にくる極小（ｔmin,1）間の時間差（ΔｔCH1,Rise）に基づいて、プロセッサ３８は基板２０をチャンバ内で過熱する速さを計算することができる。ある形態の熱処理チャンバでは、ΔｔCH1,Riseは約３００−４００℃の予熱温度に対して約１−２秒のオーダとなる。
【００５５】
支持リング１８上に下げる前に、ΔｔCH1,Rise値を使って、一定のエネルギーで動作する放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）を確定することができる。例えば、基板温度が所望の範囲（例えば、４００℃のチャンバ予熱温度に対して３００−３５０℃）に入る前に、プロセッサ３８は以下のルックアップ・テーブルを参照して、放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）を確定することができる。
Figure 0004689010
【００５６】
Δ1、Δ2、Δ3の値と上のテーブルの粒度は実験的に確定することができる。例えば、複数の基板についての、ピーク強度（時点ｔmax,1）に合わせて正規化された検出器４６の出力強度ー時間のプロットに基づいて予熱時間Δ1、Δ2、Δ3を確定することができる。
【００５７】
別の実施形態では、支持リング１８上に下ろされる前に、一定のエネルギーで動作する放射熱源１６の近傍に基板２０が置かれるべき時間長（ｔpreheat）をΔｔCH1,Fallの写像とする実験的に得られた方程式にΔｔCH1,Fall値を代入することができる。一つの実施形態では、その方程式は、
Figure 0004689010
【００５８】
であり、ここで、ａ，ｂ，ｃは実験的に求められた定数である。
【００５９】
その他の実施形態も請求項の範囲内にある。例えば、上述の実施形態では１つの光伝送路だけが示されているが、別の光伝送路を追加してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１Ａは、放射熱源、検出システム、プロセッサを含む熱処理チャンバ内に載置する基板の概略図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの熱処理チャンバ内の端リングによって支持される基板の概略図である。
【図２】図2は、光伝送路を規定するリフトピンの断面図である。
【図３】図３は、経路１と２のためのフィルタと検出器を備える、図１Ａの検出システムの構成要素の概略図である。
【図４】図４は、図１Ａの放射熱源によって作られた放射エネルギーの強度をエネルギーの関数としてプロットしたグラフである。
【図５Ａ】図５Ａは、図１Ａの検出器システムが入力する放射エネルギーの強度対エネルギーの関係を時点ｔ0でプロットしたグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図１Ａの検出器システムが入力する放射エネルギーの強度対エネルギーの関係を時点ｔ1でプロットしたグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、経路１のフィルタが出力する放射エネルギーの強度対エネルギーの関係を時点ｔ0でプロットしたグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、経路１のフィルタが出力する放射エネルギーの強度対エネルギーの関係を時点ｔ1でプロットしたグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、経路２のフィルタが出力する放射エネルギーの強度対エネルギーの関係を時点ｔ0でプロットしたグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、経路２のフィルタが出力する放射エネルギーの強度対エネルギーの関係を時点ｔ1でプロットしたグラフである。
【図８Ａ】図８Ａは、経路１の検出器が生成する信号の強度対時間の関係をプロットしたグラフである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、経路２の検出器が生成する信号の強度対時間の関係をプロットしたグラフである。
【符号の簡単な説明】
１０ 熱処理装置、１２ チャンバ、１４ 基板支持部、１６ 放射熱源、１８支持リング、２０ 基板、２１ 反射器、２２ 光伝送路、２４ 検出システム、２６ 支持管、２８ 軸受けアセンブリ、３０、３２ 磁石、３４ 駆動リング。

Claims (15)

  1. 半導体ウエハを熱処理する装置において、
    当該半導体ウエハから光伝送路を介して放射線を受け、受けた当該放射線の異なる第１と第２のスペクトル部分をそれぞれ代表する第１と第２の検出システム信号を生成するよう構成された検出システムであって、当該第１のスペクトル部分は当該半導体ウエハの禁制帯幅エネルギーより小さい第１の低エネルギー・カットオフ値を有し、当該第２のスペクトル部分は当該禁制帯幅エネルギーより大きい第２の低エネルギー・カットオフ値を有する、当該検出システムと、
    当該検出システムに結合しており、当該第２の検出システム信号に基づいてウエハの温度測定値を計算し、計算されたウエハの温度測定値の相対的精度の示値を当該第１の検出システム信号に基づいて計算するよう構成されたプロセッサと、
    を備える、当該装置。
  2. 当該光伝送路を介して伝送された放射線の第１と第２のスペクトル部分は、当該半導体ウエハの温度応答性光伝送特性に基づいて選択される、請求項１の装置。
  3. 当該検出システムは、当該第１と第２の低エネルギー・カットオフ値によってそれぞれ特徴づけられる第１と第２の高域フィルタ又は第１と第２の帯域フィルタを含む、請求項１の装置。
  4. 当該光伝送路は、当該半導体ウエハを支持するよう構成されたリフトピンによって規定される、請求項１の装置。
  5. 当該プロセッサは、計算された当該相対的精度の示値が閾値より低いとき、当該第１の検出システム信号のピーク後のある時点でのウエハ温度の示値を提供するよう構成されている、請求項１の装置。
  6. 当該プロセッサは、処理チャンバ内の基板支持部上に半導体ウエハを配置する時間を制御する制御信号を提供するよう構成されている、請求項１の装置。
  7. 当該プロセッサは、処理チャンバ内での半導体ウエハの加熱速度の確定に基づく放射源によって供給されるパワーを調整するための制御信号を提供するよう構成されている、請求項６の装置。
  8. 当該プロセッサは、所望の温度に当該半導体ウエハを加熱するのに必要な時間長の確定に基づいて、当該基板支持部上に当該半導体ウエハを配置するための制御信号を提供するように構成されている、請求項６の装置。
  9. 処理チャンバ内で半導体ウエハを熱処理する方法において、
    当該半導体ウエハを放射加熱する工程と、
    当該半導体ウエハから受けた放射線の異なる第１と第２のスペクトル部分を代表する第１と第２の信号を生成する工程であって、当該第１のスペクトル部分は当該半導体ウエハの禁制帯幅エネルギーより小さい第１の低エネルギー・カットオフ値を有し、当該第２のスペクトル部分は当該禁制帯幅エネルギーより大きい第２の低エネルギー・カットオフ値を有する、当該工程と、
    当該第２の検出システム信号に基づいてウエハ温度の測定値を計算する工程と、
    計算されたウエハ温度の測定値の相対的精度の示値を当該第１の検出システム信号に基づいて計算する工程と、
    を備える、当該方法。
  10. 当該処理チャンバ内の基板支持部上に当該半導体ウエハを配置する時間を制御する制御信号を提供する工程をさらに備える、請求項９の方法。
  11. 提供された当該制御信号は、当該放射源によって供給されるパワーを調整し、当該処理チャンバ内での半導体ウエハの加熱速度の確定に基づく、請求項１０の方法。
  12. 当該ウエハの加熱速度は、当該第１の検出信号の極大値と極小値を分離する時間に基づいて確定される、請求項１１の方法。
  13. 当該ウエハの加熱速度は、当該第１の検出信号の極大値の後のある時点で測定された第１の検出信号の強度に基づいて確定される、請求項１１の方法。
  14. 当該ウエハの加熱速度は、当該第１の検出信号の初期時点と極大値を分離する時間に基づいて確定される、請求項１１の方法。
  15. 提供された当該制御信号は、当該基板支持部上に当該半導体ウエハを配置させ、所望の温度に当該半導体ウエハを加熱するのに必要な時間長の確定に基づく、請求項１０の方法。
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