JP5630379B2 - 温度測定装置、温度測定方法、記憶媒体及び熱処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置に用いられる温度測定装置、温度測定方法、記憶媒体及び熱処理装置に関する。

熱処理装置として、例えば処理容器内に設けられた回転テーブルの回転方向に複数の基板である半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）が載置される装置が知られている。この熱処理装置では、回転する当該回転テーブルの径方向に沿って処理ガスを供給するガス供給部が設けられている。また、ウエハを加熱するヒータが設けられており、ガス供給部からのガスの吐出及びヒータによるウエハの加熱が行われながら、回転テーブルを回転させることでウエハに成膜処理が行われる。

この熱処理装置において、適切な温度にウエハが加熱されるか否か検査が行われる。この検査は熱電対を備えた温度測定用のウエハを用いて行われ、前記熱電対は配線を介して処理容器の外部の検出機器に接続されている。検査の手順として、例えば作業員が回転テーブルのウエハの各載置領域に温度測定用のウエハを載置した後、ヒータの温度を上昇させて、前記熱電対によりウエハの温度を検出する。上記のように温度測定用ウエハには配線が接続されているため、この温度測定時には回転テーブルの回転は停止させておく。

しかし、上記の成膜処理中には回転テーブルが回転する領域において、例えばヒータの配置により温度分布が形成され、そのように温度分布が形成された領域をウエハが通過する場合がある。また、ウエハが吐出されるガスの温度の影響を受ける場合がある。これらの各場合において、上記の検査を行っても成膜時のウエハの温度が正確に分からないという問題があった。また、作業員の安全のために上記の温度測定においては、回転テーブルに温度測定用のウエハを載置した後、ヒータの温度を上昇させるが、実際の処理時には処理を終えたウエハ群を処理容器から搬出後、ヒータにより処理容器内が加熱された状態で、次のウエハ群を当該処理容器に搬入することが考えられる。従って、上記の検出手法では、実際の処理時において、ウエハの温度が上昇する過程を検査することができなかった。

また、ウエハの表面全体において温度分布を検出する場合には、分解能を上げるために熱電対の数を増やす必要がある。しかし、配置スペースが限られることから、温度測定用のウエハに設ける熱電対の数には限界があるため、ウエハの表面全体において、温度分布を精度高く検出することが難しいという問題があった。特許文献１には、基板が載置された回転テーブルの温度を検出する温度測定手法について記載されている。しかし、この特許文献１の手法は、回転テーブルの径方向に沿って温度を検出するものではない。また、検出された温度データをどのように回転テーブルの各部と対応付けてメモリに記憶させ、画面に出力しているか不明確である。従って上記の問題を解決するには不十分である。

特開平１１−１０６２８９

本発明は上記の事情の下になされたものであり、その目的は、処理容器内にて基板が載置されると共に回転する回転テーブルを備えた熱処理装置において、回転中の回転テーブルにおける基板の面内の温度分布の測定を行う技術を提供することである。

本発明の温度測定装置は、処理容器内に設けられた回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置に用いられる温度測定装置において、
前記回転テーブルの回転時にその上方から前記一面側を、当該回転テーブルの径方向に沿って繰り返し走査し、走査中に複数のスポット領域の温度を測定する放射温度測定部と、
前記回転テーブル上における放射温度測定部が走査したスポット領域に割り当てられたアドレスと放射温度測定部の温度測定値とを対応付けた温度データを記憶するための記憶部と、
前記走査の周期及び回転テーブルの回転数に基づいて特定された各スポット領域のアドレスに、スポット領域に対応する温度測定値を書き込むためのデータ作成部と、
前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布を表示する処理を行うデータ処理部と、を備えたことを特徴とする。

本発明の具体的な態様としては例えば下記の通りである。
（１）前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布の表示態様を指定する表示指定部を備えている。
（２）前記表示指定部は、基板の径方向に沿った温度分布を表示するために、回転テーブルの回転方向の位置を指定するように構成されている。
（３）前記表示指定部は、基板の径方向に沿った温度分布の経時変化の表示を指定するように構成されている。
（４）前記表示指定部は、基板の温度分布を含む回転テーブルにおける前記走査領域全体に亘った温度分布の表示を指定するように構成されている。
（５） 前記放射温度測定部は、回転テーブルが１回転する間に径方向に沿って１０回以上走査する。
（６）回転テーブルにおいて前記スポット領域から温度データを取得して当該温度データを記憶部に記憶する温度マッピングを行うために、前記放射温度測定部による走査を例えば繰り返し１００回以上行う。前記記憶部に記憶された温度データに対応する色調の表示スポットが、表示部の当該温度データを取得したスポット領域に対応する表示領域に表示される。この表示部に表示される表示スポットの大きさは前記走査を繰り返し行った回数に応じて変更され、前記回数が大きいほど表示スポットを小さく表示することができる。これによって各表示スポットは回転テーブルにおける回転方向に１ｍｍ〜５ｍｍの長さを持つ各領域に対応するスポットとして表示される。

本発明の温度測定方法は、処理容器内に設けられた回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
前記回転テーブルの回転時に放射温度測定部により前記一面側を、上方から当該回転テーブルの径方向に沿って繰り返し走査し、走査中に複数のスポット領域の温度を測定する工程と、
前記回転テーブル上における放射温度測定部が走査したスポット領域に割り当てられたアドレスと放射温度測定部の温度測定値とを対応付けた温度データを記憶部に記憶する工程と、
前記走査の周期及び回転テーブルの回転数に基づいて、各スポット領域のアドレスを特定し、そのアドレスにスポット領域に対応する温度測定値を書き込む工程と、
前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布を表示する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、処理容器内に設けられた回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述の温度測定方法を実行するようにステップが組まれていることを特徴とする。

本発明の熱処理装置は、処理容器と、この処理容器内に設けられる回転テーブルとを備え、この回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
前記回転テーブルの回転時にその上方から前記一面側を、当該回転テーブルの径方向に沿って繰り返し走査し、走査中に複数のスポット領域の温度を測定する放射温度測定部と、
前記回転テーブル上における放射温度測定部が走査したスポットに割り当てられたアドレスと放射温度測定部の温度測定値とを対応付けた温度データを記憶するための記憶部と、
前記走査の周期及び回転テーブルの回転数に基づいて特定された各スポット領域のアドレスに、スポット領域に対応する温度測定値を書き込むためのデータ作成部と、
前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布を表示する処理を行うデータ処理部と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の温度測定装置は、前記回転テーブルの回転時に、回転テーブルの径方向に沿って繰り返し走査して、複数のスポット領域の温度を測定する放射温度測定部と、スポット領域に対応する回転テーブルのアドレスに温度測定値とを記憶部に書き込むデータ作成部とを備えることにより、前記記憶部に書き込まれたデータに基づいて、回転中の回転テーブルに載置された基板の温度分布を表示することができる。

本発明の熱処理装置の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。 上記の成膜装置の内部の概略構成を示す斜視図である。 前記成膜装置の真空容器の底部の縦断面図である。 温度測定部の温度測定領域を示す説明図である。 温度測定部の概略図である。 温度測定部の概略図である。 温度測定部の概略図である。 スキャンされるポイントを示した模式図である。 前記成膜装置に設けられる制御部のブロック図である。 スキャンされるポイントと前記制御部のテーブルとの関係を示す模式図である。 前記テーブルの構成を示す説明図である。 移動する温度測定領域の位置を示す平面図である。 前記制御部を構成する表示部に表示される回転テーブルの温度分布をしめした模式図である。 時間と温度測定値との関係を示すグラフ図である。 時間と温度測定値との関係を示すグラフ図である。 時間と温度測定値との関係を示すグラフ図である。 回転テーブルの径方向の位置と温度との関係を示すグラフ図である。 回転テーブルの径方向の位置と温度との関係を示すグラフ図である。 回転テーブルの径方向の位置と温度との関係を示すグラフ図である。

本発明の温度測定装置が組み込まれた熱処理装置の一実施形態であり、基板である半導体ウエハ（以下ウエハと記載する）ＷにＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）及びＭＬＤ（Molecular Layer Deposition）を行う成膜装置１について説明する。図１、図２、図３は夫々成膜装置１の縦断側面図、概略斜視図、横断平面図である。成膜装置１は、概ね円形状の扁平な真空容器１１と、真空容器１１内に水平に設けられた円板状の回転テーブル１２と、を備えている。真空容器１１は大気雰囲気に設けられ、天板１３と、真空容器１１の側壁及び底部をなす容器本体１４とにより構成されている。図１中１１ａは、真空容器１１内を気密に保つためのシール部材であり、１４ａは容器本体１４の中央部を塞ぐカバーである。図中１２ａは回転駆動機構であり、回転テーブル１２を周方向に回転させる。

回転テーブル１２の表面には、当該回転テーブル１２の回転方向に沿って５つの凹部１６が形成されている。図中１７は搬送口である。図３中１８は搬送口１７を開閉自在なシャッタである（図２では省略している）。搬送口１７から搬送機構２ＡがウエハＷを保持した状態で真空容器１１内に進入すると、搬送口１７に臨む位置における凹部１６の孔１６ａから回転テーブル１２上に不図示の昇降ピンが突出してウエハＷを突き上げ、凹部１６と搬送機構２Ａとの間でウエハＷが受け渡される。

このような搬送機構、昇降ピン及び回転テーブル１２による一連の動作が繰り返されて、各凹部１６にウエハＷが受け渡される。真空容器１１からウエハＷが搬出される時には、昇降ピンが凹部１６内のウエハＷを突き上げ、前記搬送機構が突き上げられたウエハＷを受け取り、真空容器１１の外に搬出する。

回転テーブル１２上には、夫々回転テーブル１２の外周から中心へ向かって伸びる棒状の第１の反応ガスノズル２１、分離ガスノズル２２、第２の反応ガスノズル２３及び分離ガスノズル２４が、この順で周方向に配設されている。これらのガスノズル２１〜２４は下方に開口部を備え、回転テーブル１２の径に沿って夫々ガスを供給する。第１の反応ガスノズル２１はＢＴＢＡＳ（ビスターシャルブチルアミノシラン）ガスを、第２の反応ガスノズル２３はＯ3（オゾン）ガスを夫々吐出する。分離ガスノズル２２、２４はＮ2（窒素）ガスを吐出する。

真空容器１１の天板１３は、下方に突出する扇状の２つの突状部２５を備え、突状部２５は周方向に間隔をおいて形成されている。前記分離ガスノズル２２、２４は、夫々突状部２５にめり込むと共に、当該突状部２５を周方向に分割するように設けられている。前記第１の反応ガスノズル２１及び第２の反応ガスノズル２３は、各突状部２５から離れて設けられている。

各凹部１６にウエハＷが載置されると、容器本体１４の底面において各突状部２５、２５の下方の分離領域Ｄ、Ｄ間から回転テーブル１２の径方向外側へ向かった位置に開口した排気口２６、２６から排気されて、真空容器１１内が真空雰囲気になる。そして、回転テーブル１２が回転すると共に、回転テーブル１２の下方に設けられるヒータ２０により回転テーブル１２を介してウエハＷが例えば３５０℃に加熱される。図３中の矢印２７は回転テーブル１２の回転方向を示している。

続いて、各ガスノズル２１〜２４からガスが供給され、ウエハＷは第１の反応ガスノズル２１の下方の第１の処理領域Ｐ１と第２の反応ガスノズル２３の下方の第２の処理領域Ｐ２とを交互に通過し、ウエハＷにＢＴＢＡＳガスが吸着し、次いでＯ_３ガスが吸着してＢＴＢＡＳ分子が酸化されて酸化シリコンの分子層が１層あるいは複数層形成される。こうして酸化シリコンの分子層が順次積層されて所定の膜厚のシリコン酸化膜が成膜される。

この成膜処理時に分離ガスノズル２２、２４から前記分離領域Ｄに供給されたＮ2ガスが、当該分離領域Ｄを周方向に広がり、回転テーブル１２上でＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとが混合されることを防ぎ、余剰のＢＴＢＡＳガス及びＯ3ガスを、前記排気口２６へ押し流す。また、この成膜処理時には、回転テーブル１２の中心部領域上の空間２８にＮ2ガスが供給される。天板１３において、リング状に下方に突出した突出部２９の下方を介して、このＮ2ガスが回転テーブル１２の径方向外側に供給され、前記中心部領域ＣでのＢＴＢＡＳガスとＯ3ガスとの混合が防がれる。図３では矢印により成膜処理時の各ガスの流れを示している。また、図示は省略しているが、カバー１４ａ内及び回転テーブル１２の裏面側にもＮ2ガスが供給され、反応ガスがパージされるようになっている。

続いて天板１３及び回転テーブル１２の縦断側面を拡大して示す図４も参照しながら説明する。この図４の天板１３は、ガスノズル２１が設けられる領域と、処理領域Ｐ１の回転方向上流側に隣り合う分離領域Ｄとの間の断面を示している。天板１３には、図３に鎖線で示す位置に、回転テーブル１２の径方向に伸びたスリット３１が開口しており、このスリット３１の上下を覆うように下側窓３２、上側窓３３が設けられている。これら下側窓３２、上側窓３３は回転テーブル１２の表面側から放射される赤外線を透過させて、後述の放射温度測定部３による温度測定ができるように例えばサファイアにより構成されている。なお、回転テーブル１２の表面側とはウエハＷも含む。

スリット３１の上方には非接触温度計である放射温度測定部３が設けられている。図４中の回転テーブル１２の表面から放射温度測定部３の下端までの高さＨは５００ｍｍである。この放射温度測定部３は、回転テーブル１２の温度測定領域から放射される赤外線を後述の検出部３０１に導き、検出部３０１がその赤外線量に応じた温度測定値を取得する。従って、この温度測定値は取得された箇所の温度により異なり、取得された温度測定値は、順次後述の制御部５に送信される。

図５〜図７はこの放射温度測定部３の概略構成と、動作の概略とを示している。放射温度測定部３は、５０Ｈｚで回転するサーボモータからなる回転体３０２を備えている。この回転体３０２は平面視３角形状に構成され、回転体３０２の３つの各側面は反射面３０３〜３０５として構成されている。図５〜図７に示すように回転体３０２が回転軸３０６の周りに回転することで、ウエハＷを含む回転テーブル１２における温度測定領域４０の赤外線を、図中矢印で示すように反射面３０３〜３０５のいずれかで反射させて検出部３０１に導くと共に前記温度測定領域４０の位置を回転テーブル１２の径方向に移動させてスキャン（走査）する。

検出部３０１は１つの反射面から連続して１２８回赤外線を取り込むことにより、前記径方向の１２８箇所の温度を検出できるように構成されている。そして、回転体３０２の回転により反射面３０３〜３０５が順次赤外線の光路上に位置することによりスキャンは回転テーブル１２の内側から外側方向へ向けて繰り返し行うことができ、このスキャン速度は１５０Ｈｚである。つまり放射温度測定部３は、１秒間に１５０回スキャンを行うことができる。また、前記温度測定領域（スポット領域）４０はその径が５ｍｍのスポットである。前記スキャンは、回転テーブル１２においてウエハＷが載置される凹部１６よりもさらに内側よりの位置から、回転テーブルの外周端に至る範囲で行われ、図４中の鎖線３４、３５は回転テーブル１２の最も内周側、最も外周側に夫々移動した温度測定領域４０から放射温度測定部３に向かう赤外線を示している。

放射温度測定部３によるスキャンは、回転テーブル１２の回転中に行われる。回転テーブル１２の回転速度は、この例では２４０回転／分である。図８は、回転テーブル１２と温度測定領域４０との関係を示した平面図であり、図中４１は、前記回転テーブル１２の回転中に、回転テーブル１２の内側から外側へ向かってｎ回目（ｎは整数）にスキャンを行ったときの当該温度測定領域４０の列（スキャンライン）を示している。図中４２はｎ＋１回目（ｎは整数）にスキャンを行ったときのスキャンラインを示している。回転テーブル１２の回転により、当該回転テーブル１２の回転中心Ｐを中心として、スキャンライン４１、４２は回転テーブル１２の回転速度に応じた角度だけ中心角が互いにずれる。このように回転テーブル１２を回転させながらスキャンを繰り返すことで、回転テーブル１２の多数の位置の温度測定値を順次取得する。

続いて、成膜装置１に設けられるコンピュータである制御部５の構成について、図９のブロック図を用いて説明する。図中５１はバスであり、このバス５１には、上記の放射温度測定部３、ＣＰＵ５２、温度マップ記憶部５３、表示部５４及び入力操作部５５が接続されている。温度マップ記憶部５３は、後述するように回転テーブル１２の各アドレスと温度測定値とを対応付けた温度マップデータ（温度データ）を記憶するメモリである。表示部５４は、回転テーブル１２の温度分布を示す画像データや、回転テーブル１２の径方向と温度との関係を示すグラフデータや、前記径方向の温度の平均値と時間との関係を示すグラフデータなどを表示する。入力操作部５５は、温度分布に関するデータの表示態様を指定する表示指定部を兼用し、ユーザが所定の操作を行う部位である。

制御部５にはデータ作成部をなす温度マップ作成プログラム５６と、データ処理部をなす温度データ編集プログラム５７とが設けられている。温度マップ作成プログラム５６は、放射温度測定部３から取り込んだ既述の温度測定値から前記温度マップを作成するプログラムである。温度データ編集プログラム５７は、この例では入力操作部５５により指定された表示態様に基づいて、温度マップデータから回転テーブル５５の一面側におけるスキャン領域全体の温度分布をカラー画像で識別して表示部５４に表示するためのプログラムである。これら温度マップ作成プログラム５６及び温度データ編集プログラム５７には、夫々温度マップの作成、表示部５４への各データの表示を行えるように命令（各ステップ）が組み込まれている。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）メモリーカードなどの記憶媒体に格納されて制御部５にインストールされる。

前記温度マップデータを作成するために、回転テーブル１２の表面に割り振られるアドレスについて説明する。このアドレスは、回転テーブル１２の径方向の位置を特定する座標ｒと回転テーブル１２の周方向の位置を特定するθとにより、極座標で割り振られている。温度マップ作成プログラム５６は、放射温度測定部３により取得された各温度測定領域４０の温度測定値を、当該温度測定領域４０に対応するアドレスに割り振って温度マップデータを作成する。上記のように放射温度測定部３は１回のスキャンで前記径方向の１２８箇所の温度を検出するため、ｒ座標は回転テーブル１２の走査ポイント（スポット領域）から順に各走査ポイントに対応させて１〜１２８までの番地が割り当てられる。ｒ座標の値が小さいほど回転テーブル１２の内側よりの領域となる。θ座標は回転テーブル１２の前記回転中心Ｐを基準とした０．５°刻みの角度で設定され、０〜３５５．５のうちの０．５刻みの番地が割り当てられる。なお、この刻み角度は一例を挙げたに過ぎず、この値に限られるものではない。回転テーブル１２の回転方向上流側に向かうほどθの値が大きくなる。そして、θ＝０のアドレスの回転方向下流側の隣の領域はθ＝３５５．５のアドレスとして設定している。

図１０には、ｒが１〜１２８且つθが１、１．５であるアドレスの分布の一例を示している。この図１０に示すように回転中心Ｐに近づくほど、回転テーブル１２の周方向の長さは短くなるため、ｒが６５〜１２８の範囲では温度測定データをθ＝１、１．５のアドレスに夫々割り振るが、ｒが１〜６４の範囲では温度測定データをθ＝１として取り扱う。他のθ＝０．５〜１の以外の範囲においても、ｒが１〜６４の範囲ではθ＝ｍ＋０．５（ｍは整数）をｍとして取り扱う。なお、図中にＡで示す回転中心Ｐから見て、θ＝１、１．５であるアドレスの概形線と、回転中心Ｐとのなす角は実際には１°であるが、各アドレスの表示が小さくなって見え難くなることを防ぐために１°よりも大きく描いている。

図１１は、温度マップ記憶部５３に記憶される温度マップデータのイメージを表として示している。この温度マップにおいて、放射温度測定部３により検出された温度測定値は、その温度測定値を取得した温度測定領域４０に相当するアドレス（ｒ、θ）に対応する領域に書き込まれる。この温度測定領域４０とアドレス（ｒ、θ）との対応付けについて説明すると、制御部５は、放射温度測定部３から送信される温度測定値が検出開始から何番目に送られた温度測定値かカウントして前記ｒの値を特定する。つまり、１番目に送られた温度測定値であればｒ＝１、１２５番目に送られた温度測定値であればｒ＝１２５、２２５番目に送られた温度測定値であればｒ＝２２５−１２８＝９７である。

温度マップ作成プログラム５６は、温度測定を開始して放射温度測定部３が１回目に行ったスキャンで得られた温度測定値をθ＝０の温度測定値として取り扱う。そして、以降に行われる放射温度測定部３のスキャンにより得られた温度測定値については、制御部５のクロックと回転テーブル１２の回転速度とに基づいて制御部５が演算を行い、θを特定する。即ち、温度マップデータの作成を１分間行ったとすると、回転テーブル１２の回転速度が２４０回転／分であれば０〜３６０°分の温度マップデータ群が２４０個連続して取得され、従って測定開始から経過時間に応じた温度マップデータを取り出すことができる。なお、後述するようにこの例では回転テーブル１２の回転速度に比べて、放射温度測定部３のスキャン速度が十分速いことから、温度測定値のグラフを表示する際には例えば１回のスキャンにより得られた温度測定値は、同じ時間に得られた温度測定値であるものとして取り扱っている。

ここで、回転テーブル１２が回転しながら放射温度測定部３によるスキャンが行われるため、図１２に示すように実際には温度測定領域４０が回転テーブル１２の内側から外側へ向けて移動する間に回転テーブル１２から見ると、温度測定領域４０は、１回のスキャン中に当該回転テーブル１２の回転方向上流側に向かってカーブするように移動する。しかし、この例ではカーブの曲がりの程度が小さいため、図４に示したように１回のスキャンにより、回転テーブル１２の径方向の直線に沿って温度測定領域が移動したものとして取り扱うこととする。つまり、１回のスキャンにおいて得られる温度測定値のｒ＝２〜１２８のθの値は、ｒ＝１のθの値と同じ値であるものとして取り扱われて温度マップデータが作成される。

ところで、温度測定を行うときの回転テーブル１２の回転速度はこの例では２４０回転／分であるため、図８中にθ１で示す連続して行われるスキャンのライン４１、４２のなす角は、下記の式１よりθ１は９．６°である。
θ１＝１秒間の回転テーブル１２の回転速度（回転／秒）×３６０°÷スキャン速度（Ｈｚ）＝（２４０／６０）×３６０×１／１５０＝９．６°・・・（式１）
このようにθ１が９．６°であるとすると、回転テーブル１２を２回回転させると、以降に得られるスキャンは、既にスキャンを行った領域を繰り返しスキャンすることになる。

そこで、温度マップを作成するにあたり、この実際の回転速度に近く且つ上記のスキャンラインの重なりが起こりにくい回転速度、例えば２３７．６回転／分で回転テーブル１２が回転しているものとして取り扱い、表示の不都合を解消するようにしているが、このような処理を行わなくてもよい。この処理について説明を進めると、（１）式よりθ１＝（２３７．６／６０）×３６０×１／１５０＝９．５０４°となる。つまり、１回スキャンを行ったら、次のスキャンでは前回のスキャンに対して９．５０４°だけθがずれたものとして、温度マップデータに温度測定値を書き込む。上記のようにθは０．５°刻みで設定されているため、例えば演算されたθが０．５で割り切れない数値の場合、制御部はθの値をより近い０．５で割り切れる数値に近似し、その近似された数値で温度マップデータに書き込まれる。

このように回転テーブルの実際の回転速度と温度マップデータを作成すると、実際の温度測定領域の位置と、その温度測定領域に対応する温度マップデータ上のアドレスの位置とが回転中心Ｐのまわりに若干回転するようにずれることになるが、実用上問題とはならない。この温度マップデータは、一旦放射温度測定部３のスキャンを停止させて再開すると、新たに作成される。古い温度マップデータはユーザの指示があるまで温度マップ記憶部５３に格納される。

この成膜装置１によるウエハＷの温度測定試験の手順について説明する。成膜処理時と同様に５枚のウエハＷを搬送機構２Ａにより搬送し、凹部１６に載置する。５枚のウエハＷのうち４枚が成膜処理で用いられるウエハＷと同様にＳｉＣ（炭化シリコン）により構成されており、５枚のうち１枚は例えばＳｉ（シリコン）により構成されている。Ｓｉにより構成されたウエハＷは、以降ウエハＷ１と記載する。そして、ＳｉＣにより構成された４枚のウエハＷをウエハＷ２〜ウエハＷ５として記載する。回転テーブル１２の回転を開始し、ヒータ２０の温度を上昇させてウエハＷ１〜ウエハＷ５を加熱する。所定の時間経過し、回転テーブル１２の回転速度が２４０回転／分になると、放射温度測定部３により回転テーブル１２の内側から外側へ向けて繰り返しスキャンが行われ、スキャンされた温度測定領域４０に対応するアドレスに、測定温度値が書き込まれ、制御部５の記憶部５３に温度マップデータが作成されていく。

例えばスキャンを繰り返し４０回行った後、スキャンを終了し、温度マップデータの作成を停止させる。そして、ユーザが入力操作部５５から温度測定を開始してからの経過時間を設定すると、表示部５４にその経過時間におけるウエハＷの表面の温度分布を含む回転テーブル１２の表面の温度分布がカラー画像として表示される。図１３は、実際に表示される画像を若干簡略して示したものである。このカラー画像は、実際には温度勾配に応じたカラーのグラデーションが掛けられた状態で示されるが、この図１３では図示の便宜上、温度差が形成されている領域間を等高線で区画して示している。多数の点により濃いグレーで示した領域＞淡いグレーで示した領域＞斜線を付した領域の順で温度が高い。

この画像は温度データ編集プログラム５７により描かれる。温度データ編集プログラム５７は、温度マップデータを参照してユーザが指定した経過時間及びそれよりも前の時間に取得された温度測定値を特定し、表示部の各アドレスに対応する位置に温度測定値に応じたカラースポットとして表示し、上記のように回転テーブル１２のカラー画像を描く。ただし、検出開始からユーザが指定した時間までの間にアドレスが互いに同じ温度測定値があった場合には、新しく取得された温度測定値がカラースポットとして出力される。

ところで、同じ値のθを持つアドレスの温度測定値において、ｒの値が大きいデータほど回転テーブル１２の周縁部側のカラースポットとして出力されるが、図１２で説明したように回転テーブル１２の回転により、回転テーブル１２の径方向外側に向かうほど、実際に温度を測定した位置が、割り当てられたθの位置よりも回転方向上流側にずれている。そこで温度データ編集プログラム５７は同じ値のθを持つ温度測定値について、回転テーブル１２の径に沿って直線上に配列されたカラーとして出力するのではなく、回転テーブル１２の周縁側に向かうほど回転方向上流側に向かってカーブする曲線上に配列されたカラースポットとして出力する。それによって、回転テーブル１２及び当該回転テーブル１２に載置されたウエハＷの実際の温度分布を精度高く表示部５４に表示することができる。

Ｓｉにより構成されたウエハＷ１は、ＳｉＣにより構成されたウエハＷ２〜ウエハＷ４よりも昇温速度が大きいため、図１３に示すように回転テーブル１２におけるウエハＷ１の位置が特定される。それによってカラー画像におけるウエハＷ２〜ウエハＷ５の位置が特定されて、ユーザは画像からウエハＷ２〜ウエハＷ５の夫々について温度分布を確認することができる。

上記の回転テーブル１２のカラー画像の他に、表示部５４に表示可能なデータの一例について説明する。表示部５４には、回転テーブル１２の径方向に沿った領域の温度変化を表示することができる。例えば上記のようにウエハＷ１〜ウエハＷ５の加熱を行った後、ユーザは入力操作部５５を用いて回転テーブル１２のカラー画像から任意の前記径方向の領域を指定する。温度データ編集プログラム５７は、指定された径方向の領域に対応するθが割り振られているアドレスの温度測定値を温度マップデータから検索し、検索された温度測定値について、同じ時刻に取得された温度測定値毎に平均値を算出する。そして、その平均値の時間による推移を画面上にグラフ表示する。図１３の画像では既述のように回転テーブル１２の径方向の外側に向かうと、異なるθの温度測定値が出力されているが、このようにグラフ表示を行う場合は、例えば画面上でユーザが指定した領域において、最も内側の領域のθで且つｒ＝１〜１２８のアドレスの温度測定値が読み出されて、上記のように平均値が算出され、グラフが表示される。

図１４〜図１６は、例えば図１３に鎖線６１で示すウエハＷ５の直径に沿った径方向の領域を指定して、上記のように温度データ編集プログラム５７が表示したグラフについて示している。この例では、１０回繰り返し行った温度測定試験についての結果を示している。グラフの横軸に時間、縦軸に温度を表すグラフを表示する。グラフの横軸の単位は秒であり、この例では制御部５のクロックにより回転テーブル２の回転を開始した時点から温度測定を開始するまでの時間を算出し、その回転を開始した時刻を０秒に設定してグラフを表示している。縦軸の単位は℃である。

実際の画面では、各温度測定試験の結果をグラフ線のカラーを変えて１つのグラフ中に表示している。この図１４〜図１６ではグラフ線を見やすくするために、３つのグラフに分けて表示しており、１回目〜４回目の試験のグラフ線が図１４に、５回目〜８回目の試験のグラフ線が図１５に、９、１０回目の試験のグラフ線が図１６に示されている。なお、得られたグラフより、例えば試験開始６０秒後に最も温度が低かった７回目の試験の温度と、試験開始１４０秒後に最も温度が高かった８回目の試験の温度差は１５℃である。試験開始９０秒後の試験７の温度と試験８の試験開始１４０秒後の温度差は８℃である。このようにグラフから回転テーブル１２の所定の径方向の領域において温度の上昇について検証することができる。

また、その他に表示部５４には、時間と回転テーブル１２の径方向の温度分布との関係をグラフ表示することができる。例えば上記のようにウエハＷ１〜ウエハＷ５の加熱を行った後、ユーザは例えば回転テーブル１２のカラー画像から任意の前記径方向の領域と、温度測定開始時刻からの経過時間とを指定する。制御部５は、指定された径方向の領域に対応するθが割り振られているアドレスに記憶され、且つ指定した経過時間に最も近い時間に取得された温度測定値を温度マップデータから検索して、検索された温度測定値についてグラフ表示する。このグラフについても、図１４〜図１６のグラフと同様に、例えば画面上でユーザが指定した領域において、最も内側の領域のθで且つｒ＝１〜１２８のアドレスの温度測定値が読み出されることにより作成される。

図１７〜図１９は、例えば前記図１０の鎖線６１で示す領域の温度分布を設定時間毎にグラフ表示したものである。グラフの横軸の数値は回転テーブル１２の回転中心Ｐからの距離（ｍｍ）を示しており、前記アドレスのｒの値に対応する。縦軸は温度（℃）である。これらの図１７〜図１９の各グラフ線も、実際には一つのグラフの枠内に異なるカラーで示されたものを、図示の便宜上各図に分けて表示している。

図１７には測定開始から夫々１０秒、２０秒、３０秒、４０秒経過したときの回転テーブル１２の径方向の温度分布を示している。図１８には測定開始から夫々５０秒、６０秒、７０秒、８０秒経過したときのウエハＷを含む回転テーブル１２の径方向の温度分布を示している。図１９には測定開始から夫々９０秒、１０５秒経過したときの回転テーブル１２の径方向のウエハＷを含む温度分布を示している。これら回転テーブル１２の温度分布にはウエハＷの径方向の温度分布が含まれる。各グラフ線からユーザは、前記径方向に沿った領域における温度の上昇について検証することができる。

本発明によれば、回転中の回転テーブル１２の径方向に沿って繰り返しスキャンしてその径方向の温度を測定する放射温度測定部３と、回転テーブル１２の各アドレスと取得された温度測定値とを対応付けて温度マップデータとして記憶する温度マップ記憶部５３と、温度マップデータに基づいて回転テーブル１２の温度分布を表示する表示部５４が設けられている。このような構成により、回転中のウエハＷの温度分布についてユーザが容易に把握することができる。

上記の実施形態では、温度マップデータから図１３の回転テーブル１２のカラー画像を表示するにあたり、上記のように同じθの温度測定値についてｒが大きくなるほど回転方向上流側にカーブするカラースポットとして表示しているが、径方向に直線状に配列されたカラースポットとして表示してもよい。また、図１４〜図１６の時間と回転テーブル１２の径方向の温度分布とを示すグラフについては、図１２で説明したように温度が実測された場所と、温度測定値が格納されるアドレスの場所とがずれていることを考慮して、プログラム５７が、ｒが小さい範囲ではユーザが画像上で指定した領域に対応するθの温度測定値を用い、ｒが大きくなるにつれて、前記θよりも回転方向上流側に向かってずれたθのアドレスの温度測定値を用いてグラフを作成してもよい。図１７〜図１９の径方向の温度分布を示すグラフについても同様に、ｒが大きくなるにつれて、前記θよりも回転方向上流側に向かってずれたθの温度測定値を用いてグラフを作成してもよい。

また、上記の実施形態において、回転テーブル１２が２３７．６回転／分で回転テーブル１２が回転しているものとして、スキャンラインのずれを演算して温度マップを作成しているが、実際の回転速度である２４０回転／分で回転しているものとして温度マップデータを作成してもよい。また、回転テーブル１２の実際の回転速度を演算に用いた回転速度と同じ２３７．６回転／分に設定して温度測定をおこなってもよい。

上記の実施形態において、径方向のデータを表示するときには、１回の走査に要する時間内では回転テーブル１２が静止しているとみなしている。このように１回の走査に要する時間内で回転テーブル１２の回転方向の位置が大きく変わらない場合には、回転テーブル１２の速度を考慮せずに各温度測定領域４０に対応するアドレスを決定するようにしてもよい。前記放射温度測定部３は、できるだけリアルタイムで回転テーブルの径方向の温度分布を把握するために、回転テーブルが１回転する間に径方向に沿って１０回以上走査することが好ましい。
ところで、このように温度マップを作成するにあたって、スキャンの回数は上記の例に限られず、例えば１００回以上行ってもよい。また、上記のように各アドレスの温度測定値が表示部５４にカラースポットとして表示されて、回転テーブル１２のグラデーション画像が表示されるが、このカラースポットの大きさは、スキャンを繰り返し行った回数に応じて変更され、前記回数が大きいほど、温度測定領域４０の数が多くなるので測定される表示されるカラースポットの大きさは小さくなり、ウエハＷの温度分布を詳細に表示することができるようにしてもよい。例えばカラースポットは、回転テーブルの回転方向に１ｍｍ〜５ｍｍの長さを持つ領域に対応するスポットとして表示されるようにしてもよい。

Ｗ ウエハ
Ｄ 分離領域
１ 成膜装置
１２ 回転テーブル
１４ 容器本体
２１ 反応ガスノズル
３ 放射温度検出部
４０ 温度測定領域
５ 制御部
５３ 温度マップ記憶部

Claims (12)

1. 処理容器内に設けられた回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置に用いられる温度測定装置において、
   前記回転テーブルの回転時にその上方から前記一面側を、当該回転テーブルの径方向に沿って繰り返し走査し、走査中に複数のスポット領域の温度を測定する放射温度測定部と、
   前記回転テーブル上における放射温度測定部が走査したスポット領域に割り当てられたアドレスと放射温度測定部の温度測定値とを対応付けた温度データを記憶するための記憶部と、
   前記走査の周期及び回転テーブルの回転数に基づいて特定された各スポット領域のアドレスに、スポット領域に対応する温度測定値を書き込むためのデータ作成部と、
   前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布を表示する処理を行うデータ処理部と、を備えたことを特徴とする温度測定装置。
2. 前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布の表示態様を指定する表示指定部を備えたことを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
3. 前記表示指定部は、基板の径方向に沿った温度分布を表示するために、回転テーブルの回転方向の位置を指定するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の温度測定装置。
4. 前記表示指定部は、基板の径方向に沿った温度分布の経時変化の表示を指定するように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の温度測定装置。
5. 前記表示指定部は、基板の温度分布を含む回転テーブルにおける前記走査領域全体に亘った温度分布の表示を指定するように構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の温度測定装置。
6. 前記放射温度測定部は、回転テーブルが１回転する間に径方向に沿って１０回以上走査することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の温度測定装置。
7. 処理容器内に設けられた回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
   前記回転テーブルの回転時に放射温度測定部により前記一面側を、上方から当該回転テーブルの径方向に沿って繰り返し走査し、走査中に複数のスポット領域の温度を測定する工程と、
   前記回転テーブル上における放射温度測定部が走査したスポット領域に割り当てられたアドレスと放射温度測定部の温度測定値とを対応付けた温度データを記憶部に記憶する工程と、
   前記走査の周期及び回転テーブルの回転数に基づいて、各スポット領域のアドレスを特定し、そのアドレスにスポット領域に対応する温度測定値を書き込む工程と、
   前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布を表示する工程と、を備えたことを特徴とする温度測定方法。
8. 前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布の表示態様を指定する工程を含むことを特徴とする請求項７記載の温度測定方法。
9. 前記温度分布を表示する工程は、基板の径方向に沿った温度分布の表示及び基板の温度分布を含む回転テーブルにおける前記走査領域全体に亘った温度分布の表示の少なくとも一方であることを特徴とする請求項７または８記載の温度測定方法。
10. 前記温度分布を表示する工程は、基板の径方向に沿った温度分布の経時変化の表示であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載の温度測定方法。
11. 処理容器内に設けられた回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶する記憶媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、請求項７から１０のいずれか一項に記載の温度測定方法を実行するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
12. 処理容器と、この処理容器内に設けられる回転テーブルとを備え、この回転テーブル上の一面側に基板を載置し、この回転テーブルを回転させることにより基板を公転させながら基板に対して熱処理を行う熱処理装置において、
    前記回転テーブルの回転時にその上方から前記一面側を、当該回転テーブルの径方向に沿って繰り返し走査し、走査中に複数のスポット領域の温度を測定する放射温度測定部と、
    前記回転テーブル上における放射温度測定部が走査したスポット領域に割り当てられたアドレスと放射温度測定部の温度測定値とを対応付けた温度データを記憶するための記憶部と、
    前記走査の周期及び回転テーブルの回転数に基づいて特定された各スポット領域のアドレスに、スポット領域に対応する温度測定値を書き込むためのデータ作成部と、
    前記記憶部に書き込まれた温度データに基づいて、基板の温度分布を表示する処理を行うデータ処理部と、
    を備えたことを特徴とする熱処理装置。

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