JPH04148545A - 光照射加熱基板の温度測定装置 - Google Patents

光照射加熱基板の温度測定装置

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JPH04148545A JP2274989A JP27498990A JPH04148545A JP H04148545 A JPH04148545 A JP H04148545A JP 2274989 A JP2274989 A JP 2274989A JP 27498990 A JP27498990 A JP 27498990A JP H04148545 A JPH04148545 A JP H04148545A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱処理装置、例えばランプアニール装置に
より半導体基板等の各種基板(以下。
[ウェハ」という)に対して各種の熱処理を施す場合に
、加熱炉内に収容され熱処理中のウェハの温度を測定す
る温度測定装置に関する。
〔従来の技術〕
近年、熱処理装置によりウェハに対し加熱炉内で各種の
熱処理を施して、様々な膜構造や不純物濃度などを有す
る半導体装置が製造されており、その製造工程の複雑化
に伴い、熱処理中のウェハの表面温度を正確に測定する
ことが極めて重要になってきている。
ウェハの表面の温度を測定する方法としては、従来、例
えば特開昭63−148623号公報等に開示されてい
るように、ウェハの表面に直接に熱電対を接触させたり
耐熱性接着剤によって固定したりする方法がある。この
方法によると、熱電対の測温部が被測温体であるウェハ
に直接接触するので、ウェハの正確な温度を測定するこ
とができる。といった長所を有している。
また、例えば実開昭60−179829号公報等に開示
されているように、加熱炉の炉体の内外を貫通して測温
用筒体を配設し、その一端を加熱炉内に収容されたウェ
ハに対向させ、他端側にレンズを介在させて赤外線放射
温度計を対向配置するなどして、ウェハの表面から放射
されるエネルギーをレンズで集めて放射温度計で検知す
ることにより、ウェハ表面の温度を非接触式で測定する
方法がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
熱電対、例えばシース熱電対を用いて接触式でウェハの
表面温度を測定する方法では、熱電対がウェハと接触す
るためにウェハが金属汚染される。また、加熱炉内の加
熱雰囲気中にウェハと一緒に熱電対線やシース部(SU
S管、インコネル管等)が露出されることにより、それ
らの金属成分によっても、ウェハ表面が汚染されてしま
う、また、熱電対が細長い線状の品物であるため、ウェ
ハと不安定に接触することがないように、耐熱性の接着
剤等で熱電対をウェハへ固定することが必要であり、ウ
ェハに接着剤が付着する。
これら不都合を避けるため、実際には、いわゆるダミー
ウェハを別に用意し、そのダミーウェハの温度を測定し
ながらその温度制御を行なって、そのときの制御信号を
経時的に一旦記憶手段に記憶させておき、熱処理すべき
ウェハを加熱する際には、その記憶された信号に基づい
てオープンループでウェハの温度制御を行なうようにし
ている。従って、熱処理すべきウェハ自体の温度を測定
しているのではないため、信頼性に欠ける。また、様々
な加熱特性をもつウェハの各々についてダミーウェハを
用意しておく必要がある。また、耐熱性の接着剤等で熱
電対をウェハを固定するのは面倒であり、作業性にも問
題があるなど1種々な問題点があった。
一方、ウェハの表面温度を非接触式で放射温度計により
測定する方法にも、以下のような問題点がある。すなわ
ち、様々な膜構造や不純物濃度をもったウェハにおいて
は、ウェハごとに輻射率が異なり、正確な温度測定を行
なうためには、各ウェハごとの輻射率を予め求めておく
必要があり、作業が非常に面倒である。また、輻射率は
温度によっても変化するので、広い温度範囲にわたって
ウェハの正確な温度を測定することは非常に難しい、さ
らに、処理温度によって加熱中においても組成変化や粒
径変化等に起因した輻射率の変化を生じるような膜を有
するウェハでは、常時正確な温度を測定することは殆ど
不可能である、といった問題点を有している。
この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので
あり、接触式により測温する検知手段を使用して、光照
射加熱されるウェハの温度測定するのを、熱処理中にウ
ェハを汚染したりする心配が無く、検知手段をウェハに
接着する作業を要することなく、応答性も良好で、信頼
性も高く、また、様々な膜構造や不純物濃度などをもつ
ウェハに対しても、簡単に常時正確な温度測定をするこ
とができ、しかも、必ずしもダミーウェハではなくて測
定対象とするウェハそのものの温度を測定できるような
ウェハの温度測定装置を提供することを技術的課題とす
る。
〔課題を解決するための手段〕
この発明では、上記課題を解決するための手段として、
ウェハの温度を、接触式に測温する検出手段を使用し、
その場合において、前記検出手段を、被覆部材に内挿し
て被覆し、その被覆部材の少なくとも一部を平坦面に形
成するとともに、前記被覆部材の平坦面で少なくともウ
ェハの一部を支持することにより温度測定装置を構成し
たことを要旨とする。
〔作  用〕
上記構成の温度測定装置においては、ウェハの温度を接
触式に測定する検出手段で測゛定するため、ウェハの温
度が正確に測定される。そして、この場合、検出手段は
被覆部材で被覆されているため、ウェハとの接触が被覆
部材を介在した状態となり、また、被覆部材によって加
熱炉内の加熱雰囲気が隔絶されるので、熱電対の金属成
分がウェハ表面の汚染源となる心配は無い、従って、従
来のようにダミーウェハを別に用意しそれを用いて予め
制御データを得ておいたりしなくても、熱処理すべきウ
ェハ自体の表面温度を直接に測定しながらクローズドに
温度制御を行なうことも可能であるので、温度制御の信
頼性が保障され、またダミーウェハを用いる場合のよう
な面倒さもない。
さらにまた、この発明に係る装置は、被覆部材の少なく
とも一部が平坦面に形成され、その平坦面でウェハを支
持するので、被覆部材は、ウェハに対して面接触の状態
にあり、ウェハからの熱伝導は効率が良く、ウェハの温
度に極めて忠実に追随しており、ウェハと極めて高い精
度で近似した温度にある。一方、被覆部材と検出手段と
の関係は、検出手段が被覆部材に挿入されていて、つま
り全周が被覆部材に囲まれているから、被覆部材の温度
を極めて高い精度で検出する。このように、ウェハと検
出手段との間に被覆部材が介在することにより、直接に
検出しているのは被覆部材の温度であるが、高精度でウ
ェハを測温することができる。
また、被覆部材の平坦面が、加熱炉内にて光照射加熱さ
れる基板を支持するから、前記した従来技術のように検
出手段をウェハに接着する手作業をしなくても、加熱炉
内の光照射する所定位置へ基板を搬入することで、検出
手段は被覆部材を介してウェハと接触した状態となる。
尚、かかる被覆部材を介在させての接触は前記したよう
に高精度に温度測定できる状態にあるから、精度良くウ
ェハの温度測定ができる。
〔実施例〕
以下、この発明の好適な実施例について図面を参照しな
がら説明する。
最初に、第5図により、この発明に係る温度測定装置が
使用される光照射型熱処理装置の概略構成について説明
しておく、第5図は、光照射型熱処理装置の構成の1例
を示し、一部を縦断面で示した要部正面図である0図に
おいて。
10は、ウェハの挿入及び取出し用の開口12を備えた
加熱炉であり、この加熱炉10は、赤外線透過性を有す
る石英ガラスによって形成されている。また、加熱炉l
Oの開口12に連接するように、筒状に形成された前室
14が設けられている。この前室14の前端開口面は、
蓋体16によって閉塞されるようになっており、前室1
4の前端面と蓋体16との当接面には樹脂製のパツキン
18が装着されていて、蓋体16による加熱炉10の密
閉時に加熱炉10内を気密に保持できるような構造とな
っている。また、加熱炉10の上下方向にはそれぞれ、
加熱炉lOの上壁面及び下壁面に対向してハロゲンラン
プ、キセノンアークランプ等の光照射用光源20が複数
個列設されている。また、各光源20の背後には、反射
板22がそれぞれ配設されている。
蓋体16の内面側には、石英製のサセプタ(ウェハ支持
器)36が固設されており、サセプタ36のウェハ支持
部28にウェハ30が載置されて支持されている。また
、蓋体16の外面側は支持ブロック32に固着されてお
り、図示しない駆動機構により支持ブロック32を矢印
方向に直線移動させることにより、蓋体16を開閉させ
るとともに、開口12を通して加熱炉lO内へウェハ3
0を搬入し、また加熱炉10内からウェハ30を搬出す
る構成となっている。
第1図及び第2図は、この発明の1実施例を示し、それ
ぞれ、温度測定装置の測温部を光照射型熱処理装置のウ
ェハ支持部の一部及びウェハと共に示した平面図及び正
面図である。
ウェハ30は、石英製のサセプタ36の先端の円環部3
8に突出形成された2本の突出支持部40゜40と、温
度測定装置の測温部42の先端部分との3点で水平に支
持されている。尚、サセプタ36及び測温部42は1図
示しない部分で固定されて水平に保持されている。測温
部42は、第4図に部分拡大縦断面図を示すように、シ
ース熱電対44を細管状の被覆部材46に内挿して、シ
ース熱電対44の全身を被覆部材46で被覆した構造を
有している。
被覆部材46は、第3図に拡大斜視図を示すように、先
端が閉塞された細長い円管状に形成されており、例えば
外径が0.8■、内径が0゜4閣、長さが200−程度
のものである。また、被覆部材46の先端部は、例えば
幅が0.5閣、長さが15−程度の平坦面48に加工形
成されており、被覆部材46は、第2図に示すように、
その先端部の平坦面48でウェハ30の表面と面接触す
るように配置される。
この被覆部材46は、全体がCVD法(化学気相成長法
)によって製造された高純度5iC(シリコンカーバイ
ド)から形成されている。
このCVD法によるSiCは、高耐熱性、高熱伝導性を
有し、またその製造法の特性から、上記したような薄肉
で中空の細管も比較的容易に製作することができる、と
いったような種々の特徴を有している。このようなCV
D法による高純度SiCによって上記したような寸法の
細管状に形成された被覆部材46は、ウェハ30に比べ
て熱容量が極めて小さく、また、ウェハ3o表面に対す
る汚染源となるような不純物質を含有していないため、
ウェハ30に対して汚染性を有しない。
一方、シース熱電対44は、例えばシース部の外径が0
.3閣、長さが200−程度であり、細管状被覆部材4
6の先端付近まで深く挿入されており、被覆部材46に
よって全身が被覆されている。
上記したような構成を有する測温部42は、その被覆部
材46の先端部の平坦面48で先端から101程度にわ
たってウェハ30を支持していて、常にウェハ30の表
面と面接触している。そして、第5図に示したような光
照射型熱処理装置によリウエハが熱処理される過程で、
ウェハ30が加熱されてその表面温度が上昇すると、熱
伝導により被覆部材46も加熱されて温度が上昇する。
このとき、被覆部材46は、ウェハ30に比べて熱容量
が極めて小さく、またウェハ30の表面と面接触してい
るので、熱伝導効率が極めて高いため、被覆部材46は
、熱伝導により加熱されて速やかにウェハ30の温度と
同一温度になる。そして、被覆部材46には、その先端
付近までシース熱電対44のシース部が内挿されている
ため、シース熱電対44によって被覆部材46の先端部
の温度が正確に測定される。また、この場合、シース熱
電対44のシース部は、被覆部材46によって加熱炉内
の加熱雰囲気から隔絶されるため、シー入部の金属成分
がウェハ30の表面を汚染する心配は全く無く、また、
被覆部材46は、上記した通りCVD法による高純度S
iCから成るので、被覆部材46がウェハ30の表面を
汚染する恐れも無い。
この発明の温度測定装置は上記したような構成を有して
いるが、この発明の範囲は、上記説明並びに図面の内容
によって限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範
囲で種々の変形例を包含し得る6例えば、8@温部の被
覆部材の形状は1円管状である必要は無く、断面が多角
形の筒状であってもよいし、また、内部が中空の、細長
い扁平板状に被覆部材を成形しても差し支えない、また
、被覆部材先端部の平坦面の形成態様も1図示例のもの
に限定されない、また、被覆部材の形成材料としては、
CVD法による高純度SiC以外に、ウェハの表面を汚
染する恐れの無い他の高純度セラミックス、例えばPB
 N (Pyrolytic Boron N1tri
de)を用いるようにしてもよい。また、この発明は、
前記実施例のようにサセプタを加熱炉内へ出し入れする
のではなくて、サセプタ及び温度測定装置の測温部を加
熱炉内に常時固定しておき、ウェハを搬送アームで加熱
炉に出し入れして、ウェハを炉内に設置されたサセプタ
と搬送アームとの間で移載する構成の熱処理装置につい
ても、もちろん同様に適用し得る。さらにまた、上記実
施例では、熱電対としてシース熱電対を例示したが、−
船釣に使用されている通常の熱電対を使用してもよいこ
とは言うまでもない。
また、熱電対に限らず白金測温抵抗体やその他でもよく
1本発明の構成にいう「検出手段」は、被覆部材と接触
して接触式に測温する手段であればよい。
〔発明の効果〕
この発明は以上説明したように構成されかつ作用するの
で、熱処理装置により半導体基板等の各種基板に対して
各種の熱処理を施す場合に、加熱炉内に収容され熱処理
中の被熱処理基板の温度をこの発明に係る温度測定装置
を使用して測定すると、被覆部材は、その平坦面がウェ
ハと面接触するため、ウェハからの熱伝導の効率が良い
ので、ウェハの温度に極めて高い精度で同じ温度にあり
、検出手段は被覆部材に挿入されて全周が被覆部材に囲
まれているから、被覆部材の温度を極めて高い精度で検
出する。このように、ウェハと検出手段との間に被覆部
材が介在することにより、直接検出するのは被覆部材の
温度であるが、高精度でウェハを測温することができる
また、被覆部材の平坦面が、加熱炉内にて光照射加熱さ
れる基板を支持するから、前記した従来技術のように検
出手段をウェハに接着する手作業をしなくても、加熱炉
内の光照射する所定位置へ基板を搬入することで、検出
手段は被覆部材を介してウェハと接触した状態となり、
かかる被覆部材を介在させての接触は前記したように高
精度に温度測定できる状態にあるから。
従って、簡単に測定できるにもかかわらず、精度良くウ
ェハの温度測定ができる。
また、検出手段は、被覆部材で覆われているため、被覆
部材を介してウェハと接触するので、ウェハを金属汚染
することがなく、加熱炉内の加熱雰囲気とも隔絶されて
いるので、ウェハを汚染することがなく、従って、前記
従来技術のようにダミーウェハを別に用意しておいて、
それを測定するようなことは必要でなく、直接に熱処理
すべきウェハを対象に温度測定できる。
このため、この発明に係る装置を利用する熱処理の温度
制御は信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の1実施例に係る温度測定装置の測
温部を光照射型熱処理装置のウェハ支持部の一部及びウ
ェハと共に示した平面図、第2図はその正面図、第3図
は、この温度測定装置の測温部の外観形状の1例を示す
拡大斜視図、第4図は、その測温部の部分拡大縦断面図
、第5図は、この発明に係る温度測定装置が使用される
光照射型熱処理装置の概略構成の1例を示す一部縦断面
要部正面図である。 10・・・加熱炉、     16・・・蓋体、20・
・・光照射用光源、  26.36・・・サセプタ、2
8・・・ウェハ支持部、30・・・ウェハ、40・・・
突出支持部、 42・・・温度測定装置の測温部、 44・・・シース熱電対、  46・・・被覆部材、4
8・・・平坦面。 代理人 弁理士 間 宮 武 雄 第 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、加熱炉内に収容され、加熱手段からの光照射によっ
    て加熱される基板の温度を、接触式に測温する検知手段
    で測定する光照射加熱基板の温度測定装置において、 前記検出手段を、被覆部材に内挿して被覆し、その被覆
    部材の少なくとも一部を平坦面に形成するとともに、 前記被覆部材の平坦面で、少なくとも基板の一部を支持
    することを特徴とする光照射加熱基板の温度測定装置。
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