JP4698807B2 - 半導体基板熱処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図1は、半導体集積回路を製造するためのCVD装置やアニール装置として使用される急速加熱熱処理(Rapid Thermal Process)装置の構成を示す図である。図1に示されるように、急速加熱熱処理装置はハロゲンランプを含む加熱源1と、加熱処理の対象とされるウェーハ3を支持するガードリング5と、ボトムプレート8に取り付けられた石英ロッド7と、石英ロッド7で検出されたウェーハ3からの放射光を伝送する光ファイバ9と、光ファイバに接続された放射温度計11とを備える。
【0003】
上記のような構成を有する急速加熱熱処理装置は、装着されたウェーハ3を上記ハロゲンランプからの放射光により、室温から例えば100℃/secの速さで、例えば1000℃まで加熱する。
【0004】
また、上記放射温度計11は、ウェーハ3から放射された光を石英ロッド7で検出し、該検出された光に応じてウェーハ3の温度を検出する。
【0005】
しかしながら、上記のような構成を有する急速加熱熱処理装置においては、ウェーハ3の温度は石英ロッド7で検出された光に応じて計測されるため、図1に示されるように加熱源1から放射された光の一部からなる迷光10がウェーハ3とボトムプレート8との間を多重反射して石英ロッド7に入射されると、ウェーハ3から放射された光以外の光をも検出することになるため、正確にウェーハ3の温度を計測することができないという問題がある。
【0006】
なお、上記のような迷光においては、その多重反射が生じる範囲は不確定であるため、正確な放射率の補正式を作ることもできない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解消するためになされたもので、精度の高い温度測定を実現する熱処理装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記光吸収手段は、前記半導体基板までの最近接距離が前記温度測定手段における前記半導体基板までの最近接距離より短いと共に、所定の溝を有する突設体からなることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【0009】
また、上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記温度測定手段は石英ロッドを有し、前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、前記空腔の開口半径は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をsinθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をDとしたとき、Dtanθ以上の値とされることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【0010】
また、上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記温度測定手段は石英ロッドを有し、前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をsinθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をDとしたとき、前記温度測定手段からDtanθの2n倍(nは自然数)の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【0011】
また、上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記温度測定手段は石英ロッドを有し、前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をsinθとし、前記温度測定手段における前記光の取り込み口の半径をrとしたとき、前記半導体基板からr/tanθ以下の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
[実施の形態1]
図2は、本発明の実施の形態1に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。図2に示されるように、本実施の形態1に係る急速加熱熱処理装置は、ハロゲンランプ14に供給する電力を調整するハロゲンランプハウス13と、ハロゲンランプ14と、ウェーハ3を熱処理するチャンバ20と、放射温度計11とを備える。なお、ウェーハ3を加熱する手段として、上記のようなランプの代わりに、抵抗へ電流を流すことによる発熱を利用する抵抗加熱源を備えることとしても良い。
【0013】
ここで、チャンパ20はウェーハ3を支持すると共にSiCからなるガードリング5と、ウェーハ3が装着されたガードリング5を回転させるためのベアリング15と、ボトムプレート8と、ボトムプレート8に具設されると共にウェーハ3から放射された光を検出する石英ロッド7と、ボトムプレート8を冷却するための水冷部19と、ボトムプレート8に埋設された空腔17とを含む。なお、上記石英ロッド7は放射温度計11に光ファイバ9により接続され、上記チャンバ20の内部は真空状態とされる。
【0014】
上記のように、本発明の実施の形態1に係る急速加熱熱処理装置においては、石英ロッド7の周辺に空腔17を設け、あらゆる隙間からウェーハ3とボトムプレート8との間で多重反射しつつ石英ロッド7へ向かって侵入する迷光10を吸収させる。すなわち、ウェーハ3の正確な温度を測定するためには、石英ロッド7には上記のようにウェーハ3から放射される光だけが入射されることが望ましい。従って、上記のような空腔17によりハロゲンランプ14から放射された光などに起因する迷光10を吸収させることによって、ウェーハ3の温度測定の精度を向上させることができる。
【0015】
そして、上記のような構成を有する急速加熱熱処理装置においては、測定されたウェーハ3の温度に応じてハロゲンランプハウス13がハロゲンランプ14へ供給する電力を調整し、ウェーハ3に対する加熱の度合いを制御するため、上記のようにウェーハ3に対する温度測定の精度が高められることにより、急速加熱熱処理装置における該熱処理の温度に関する精度を向上させることができる。
【0016】
以下において、上記空腔17についてより詳しく説明する。図3は、図1に示された空腔17の構成を示す図である。図3に示されるように、空腔17の内曲面18aは黒色硬質アルマイト処理がなされ、溝面18bは研磨処理がなされる。なお、ボトムプレート8の面21は研磨される。
【0017】
また、図3においてrは石英ロッド7の半径を示し、θは石英ロッド7の臨界角(石英ロッド7の開口数がsinθ)、Dはウェーハ3とボトムプレート8との距離、Rは石英ロッド7と空腔17との中心間距離、Lは空腔17の開口部の幅(開口幅)をそれぞれ示す。
【0018】
なお、上記のような空腔17は、図4に示されるように石英ロッド7の周囲に点在させても良いし、断面が図2及び図3に示されるような形状を有し、図5に示されるように石英ロッド7を囲むようなドーナツ型のものとしても良い。
【0019】
上記において、該迷光10の吸収を有効なものとするためには、まず距離Dが石英ロッド7の半径rと上記θとにより求められるr/tanθ以下の値とされる。そして次に、Rは図3に示されたr’の自然数倍、すなわちnを自然数とするときn・r’(=n・D・tanθ)により求められる値とされる。なお、Rは(r+L/2)より大きな値とされる。そしてさらに、上記Lは2Dtanθ以上の値とされる。
【0020】
また、上記においてLを2Dtanθより大きな値とすれば、Rの値によらず多重反射により侵入する迷光10を空腔17内に吸収することができる。なお、Lを2Dtanθの値とするときには、Rは上記のようにn・D・tanθにより求められる値とするのが最も有効である。ここで、nが小さいほど、すなわち空腔17が石英ロッド7に近い位置に配設されるほど、石英ロッド7の採光による温度測定の精度を高めることができる。
【0021】
以上より、本発明の実施の形態1に係る急速加熱熱処理装置によれば、石英ロッド7へ入射する一種のノイズとしての迷光が、入射前に空腔17により吸収されるため、放射温度計11による温度測定の精度を高めることができる。
[実施の形態2]
図6は、本発明の実施の形態2に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。図6に示されるように、本実施の形態2に係る急速加熱熱処理装置は、上記実施の形態1に係る急速加熱熱処理装置と同様に、ランプあるいは抵抗などを含む加熱源1と、ウェーハ3を支持するガードリング5と、ボトムプレート12と、ボトムプレート12に具設された石英ロッド7と、放射温度計11と、石英ロッド7と放射温度計11とを接続する光ファイバ9とを備える。
【0022】
そして、本実施の形態2に係る急速加熱熱処理装置においては、ボトムプレート12における石英ロッド7の周辺に、所定の開口幅と深さを有する溝22が形成される。ここで、溝22の開口幅と位置は、上記実施の形態1における空腔17と同様に決定される。
【0023】
すなわち、溝22の開口幅を図3における2Dtanθより大きな値とする場合には、溝22が形成される位置によらず多重反射により侵入する迷光10を溝22内に閉じ込めることができる。なお、該開口幅を上記2Dtanθの値とするときには、溝22を石英ロッド7からn・D・tanθだけ離れた位置に形成するのが最も有効である。ここで、nが小さいほど、すなわち溝22が石英ロッド7に近い位置に形成されるほど、石英ロッド7の採光による温度測定の精度を高めることができ、溝22の深さは深いほど迷光10を確実に閉じ込めることができる。
【0024】
また、上記溝22の代わりに、図7(a)に示された凹部23を設けても良い。ここで、凹部23は黒色アルマイト処理された内曲面18aを有する空腔と、該空腔の上部における反射率を高めるためのアルミウム反射板27とにより構成され、空腔に導かれた迷光が効果的に吸収される。
【0025】
また、上記溝22の代わりに、図7に示されたV字型の溝29をボトムプレートに形成することとしても良い。なお上記における溝22及び溝29は、加工が容易であるというメリットがある。
[実施の形態3]
図8は、本発明の実施の形態3に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。図8に示されるように、本実施の形態3に係る急速加熱熱処理装置は、図6に示された実施の形態2に係る急速加熱熱処理装置と同様な構成を有するが、ボトムプレート30に溝32が形成された土手状の突設体31が、石英ロッド7の周辺に設けられる点で相違するものである。ここで、図8に示されるように、突設体31とウェーハ3との最近接距離をD1、ガードリング5とボトムプレート30との最近接距離をD2とすれば、D1はD2より小さな値とされる。
【0026】
上記のような構成によれば、突設体31を設けることにより、図3に示された距離Dを実質的に小さくすることができるため、2Dtanθにより算出される開口部の幅Lの下限もより小さな値とすることができる。従って、図8に示されるように、該突設体31に該下限以上の幅を有する溝32を形成することによって、図3に示された実施の形態1に係る空腔17と同様な効果を得ることができる。なお、上記溝32の深さは深いほど迷光10の閉じ込めに有効であることは、上記溝22と同様である。また、上記のような構造を有する突設体31は、石英ロッド7の周辺のみならず、ガードリング5の下部に形成しても有効である。
【0027】
以上より、溝32を有する突設体31が形成された本実施の形態3に係る急速加熱熱処理装置は、上記実施の形態1及び2に係る急速加熱熱処理装置と同様な効果を奏するが、さらに該突設体31は図3に示された空腔17に比して、ボトムプレート30において形成し易いというメリットがある。
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る半導体基板熱処理装置によれば、温度測定手段に入射する乱反射光を事前に光吸収手段によって吸収し、または、該乱反射光の反射を抑制することにより、該乱反射光の温度測定手段への入射を回避して温度測定手段による半導体基板に対する温度測定の精度を高め、温度に関して精度の高い半導体基板に対する熱処理を実行することができる。
【0028】
そして、上記光吸収手段を例えば黒体を構成する空腔からなるものとすれば、乱反射光を効果的に吸収することができる。また、上記光吸収手段を所定の開口半径と深さを有する溝からなるものとすることによっても、該溝に上記乱反射光を閉じ込めることにより該乱反射光の温度測定手段への入射を回避することができるため、温度測定手段による温度測定の精度を高め、精度の高い熱処理を半導体基板に対して施すことができる。
【0029】
また、上記光吸収手段を、半導体基板までの最近接距離が温度測定手段における半導体基板までの最近接距離より短いと共に、所定の溝を有する突設体からなるものとすれば、上記乱反射光を効果的に閉じ込めることができると共に、製造がし易い半導体基板熱処理装置を得ることができるため、さらに製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の急速加熱熱処理(Rapid Thermal Process)装置の構成を示す図である。
【図2】本発明の実施の形態1に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。
【図3】図2に示された空腔の構成を示す図である。
【図4】図2に示された空腔の配置を示す第一の平面図である。
【図5】図2に示された空腔の配置を示す第二の平面図である。
【図6】本発明の実施の形態2に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。
【図7】図6に示された溝における他の構成例を示す図である。
【図8】本発明の実施の形態3に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
1 加熱源
3 ウェーハ
5 ガードリング
7 石英ロッド
8,12,30 ボトムプレート
9 光ファイバ
10 迷光
11 放射温度計
13 ハロゲンランプハウス
14 ハロゲンランプ
15 ベアリング
17 空腔
18a 内曲面
18b 溝面
19 水冷部
20 チャンバ
21 面
22,29,32 溝
23 凹部
27 アルミニウム
31 突設体
Claims (4)
- 半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記光吸収手段は、前記半導体基板までの最近接距離が前記温度測定手段における前記半導体基板までの最近接距離より短いと共に、所定の溝を有する突設体からなることを特徴とする半導体基板熱処理装置。 - 半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記温度測定手段は石英ロッドを有し、
前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、
前記空腔の開口半径は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をsinθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をDとしたとき、Dtanθ以上の値とされることを特徴とする半導体基板熱処理装置。 - 半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記温度測定手段は石英ロッドを有し、
前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、
前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をsinθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をDとしたとき、前記温度測定手段からDtanθの2n倍(nは自然数)の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置。 - 半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記温度測定手段は石英ロッドを有し、
前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、
前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をsinθとし、前記温度測定手段における前記光の取り込み口の半径をrとしたとき、前記半導体基板からr/tanθ以下の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置。
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