JPH0442025A - ウェハー温度測定方法とその装置 - Google Patents

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） 本発明は、非接触にてウェハーの表面温度をできる限り
リアルに近い状態で計測する事が出来るウェハー温度測
定方法とその装置に関する。

（従来技術とその問題点） 従来のウェハー温度測定装置は、第３図に示すように、
熱処理室（１°）内のウェハー（２°）を、熱処理室（
１′）の通光窓（６゛）を介して外部熱源（７′）にて
加熱するものであるが、加熱されたウェハー（２′）か
らの赤外線（Ｈｌ）の他、ノイズとなる外部熱源（７′
）からの赤外線（縛２）　（Ｈ３）　（Ｈ４）がウェハ
ー（２°）に反射した反射赤外線（１２）や通光窓（６
′）の窓ガラス板（９′）に反射した反射赤外線（−３
）、放射温度計の反対側に配設された外部熱源（７′）
から放射され、ウェバーを通過して放射温度計に直接入
射する通過赤外線（−４）などが放射温度計（１８’　
）に入射する。これらノイズとなる赤外線（１＋１２）
　（Ｗ３）　（〆４）は、ウェハー　（２’　）から放
射される赤外線（−１）に比べて数百倍から数千倍と大
きいため測定誤差が非常に大きくなり、ウェハー（２′
）の表面温度を正確に測定する事が出来なかった。

（本発明の目的〉 本発明はかかる従来例の問題点に鑑みてなされたもので
その目的とする処は、ウェハーの表面温度を非接触で正
確に測定する事が出来るウェハー温度測定方法とその装
置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のウェハー温度測定方法は、上記問題点を解決す
るために、請求項（１）において、■熱処理室（１）内
のウェハー（２）を、熱処理室（１）の通光窓（６）を
介して外部熱源（７）にて加熱するウェハー処理装置（
＾）において、 ■外部熱源（７）からの赤外線のウェハー温度計測波長
帯を含む長波長帯をカットして残りの短波長帯の赤外線
でウェハー（２）を加熱し、■然る後、ウェハー（２ン
から放射された赤外線（−］）のウェハー温度計測波長
帯を計測する。

；と言う技術的手段を採用しており、 請求項（２）では前記本発明を実施するための装置で、 ■熱処理室（１ン内のウェハー（２〉を、熱処理室（］
）の通光窓（６）を介して外部熱源（７）にて加熱する
ウェハー処理装置く＾）において、 ■外部熱源（７）と通光窓（６）との間に配設され、外
部熱源（７）からの赤外縁のウェハー温度計測波長帯を
含む長波長帯をカットするフィルタ（］４）と、■外部
熱源（７）とフィルタ（１４〉とを通過して受光開口部
（１７ｇ）をウェハー（２）に向け、且つ、通光窓（６
）に臨ませて配設したガイドチューブ（１７）と、■ガ
イドチューブ（１７〉の投光開口部（１７ｂ）に配設さ
れた放射温度計（１８）とで構成されている。

更に、請求項（３）において、加熱による２次赤外線の
発生を防止するために、 ■ガイドチューブ（］７）とフィルタ〈１４）を強制冷
却する。

と言う技術的手段を付加している。

（作　　用） 熱処理室＜１）内のウェハー（２）を、熱処理室（１）
の通光窓（６）を介して外部熱源（７）にて加熱するの
であるが、外部熱源（７）からの赤外線のウェハー温度
計測波長帯を含む長波長帯をフィルタ（１４）でカット
して残りの短波長帯の赤外線でウェハー（２）を加熱し
、然る後、ウェハー（２）から放射された赤外線（−１
）を、フィルタ（１４）と外部熱源（７）とを通過して
受光開口部（１７ａ）をウェハー（２）に向け、且つ、
通光窓（６）に臨ませて配設したガイドチューブ（１７
）を通してガイドチューブ（１７）の投光開口部（１７
ｂ）に配設された放射温度計（１８）に入射してウェハ
ー（２）の表面温度の測定を行う、これにより、外部熱
源（７）から出てウェハー（２）に反射した赤外線（−
２）や、窓ガラス板（９）に反射した赤外線（−４）並
びに放射温度計（１８）の反対側に位置する外部熱源（
７）からウェハー（２〉を透過してきた赤外線（−４）
は、放射温度計（１８）にて計測される波長を含む長波
長領域の波長がフィルタ（１４）にてカッ）・されてし
まうので、ガイドチューブ（１７）に入射する赤外線は
、放射温度計（１８）にて計測されない波長の赤外線の
みということになり、換言すれば、放射温度計（１８）
にて計測される波長を含む赤外線はウェハー（２）から
の赤外線（−１）のみという事になり、加熱用赤外線に
影響される事なく正確なウェハー（２）の測定が可能と
なる。このように加熱用赤外線波長帯と温度計測波長帯
とが分離され、加熱用赤外線波長帯にほとんど影響され
る事なく温度計測波長帯による正確な温度計測を行う事
が出来るものである。

（実　施　例） 以下、本発明を図示実施例に従って詳述する。

熱処理容器本体（８）には通光窓（６）を形成してあり
、２枚の厚手（本実施例では３０＋１ｍ程度）の耐圧、
耐熱性に優れた（例えば無水合成石英や溶融石英のよう
な）窓用ガラス板（９）が一定の間隔を開けて上下に嵌
め込まれており、熱処理容器（＾）を構成している。溶
融石英は１８０ｎ−〜２μ−の波長の光を９０％程度の
高率で透過させ、無水合成石英の場合は１９０ｎ…〜２
，５μｍの波長の光を９０％程度の高率で透過させる。

ここで窓用ガラス板（９）間が熱処理室（１）となって
いて熱処理容器本体（８）と窓用ガラス板（９）との間
にＯリング（１０）を嵌め込んであり２熱処理室（１）
を高圧にしてもリークが生じないように楕成しである。

熱処理容器本体（８）には熱処理室（１）に通ずるガス
供給路（１１）とガス排出路（１２）とを設けてあり、
それぞれにバルブ（１３）を設けてガスの流量や熱処理
室（１）内の気圧調整を行っている。窓用ガラス板（９
）の外側には外部熱源（ア）となる例えばハロゲンラン
プを配設してあり、更に、窓用ガラス板（９）と外部熱
源（７）との間にフィルタ（１４）が配設しである。外
部熱源（７）にハロゲンランプその他白熱電灯を使用し
た場合には、色温度によって相違するが電圧と分光分布
エネルギとの関係を見るとハロゲンランプの場合では概
ね０．８〜１．１μ−程度の処にピーク値がある。（ビ
ークの波長は２，８９７色温度（Ｋ）によって得られる
。ン外部熱Ｒ（７）は、本実施例では両側各１２本のハ
ロゲンランプを設置し、片側３ゾーンに別けて制御する
ようになっている。

フィルタ（１４）は、外部熱源からの赤外線のウェハー
温度計測波長帯を含む長波長帯をカットする働きを有し
、例えば放射温度計（１８）の計測波長帯域を３．０〜
３．５マイクロメータとした場合、フィルタ（１４）の
カット領域は２．６マイクロメータより長波長帯域であ
り、又、第４図で示すように、放射温度計（１８）の計
測波長帯域を２．０〜２．６マイクロメータとした場合
、フィルタ（１４）のカット領域は２マイクロメータよ
り長波長帯域である。フィルタ（１４）は赤外線反射型
でもよいし、赤外線透過型でもよい、フィルタ（１４）
は、加熱による２次赤外線放射を防ぐため水冷されてい
る。

外部熱源（７）からの赤外線は、前記領域でカットされ
、その残部赤外線がフィルタ（１４〉と窓用ガラス板（
９）とを通って熱処理室（１）内のウェハー（２）を加
熱するようになっている。ウェハー（２）は、表面が酸
化膜、チッ化膜、アルミ蒸着処理されたものなど各種の
ものが適用可能であり、支持台（１５）にて支持されて
いる。

一方の外部熱源（７）とフィルタ（１４）とに通孔（１
６）が穿設されており、この通孔（１６）にガイドチュ
ーブ（１７）が挿通されており、その受光開口部（１７
ａ）がウェハーに向け、且つ、通光窓（６）に出来るだ
け近くに臨ませて配設されている。ガイドチューブ（１
７）の投光開口部（１７ｂ）には放射温度計（１８）が
配設されており、ウェハー（２）からの赤外線（Ｈｌ）
を放射温度計（１８）に入射するようになっている。

ガイドチューブ（１７）は、例えば、光ファイバのよう
なもので強制冷却されており、ガイドチューブ（１７）
が加熱されることにより発生する２次赤外線による測定
誤差の発生を防止している。

而して、熱処理室（１）内の空気を不活性ガスなどと置
換し、更には必要に応じて不活性ガスにて希釈された反
応性ガスを供給する。この場合熱処理室（１）内の気圧
は８〜１２気圧（好まし、くは１ｏ気圧）程度に保持さ
れる０次いで外部熱源（７）であるハロゲンランプに通
電点灯し、フィルタ（１４）　（１４）にてカットされ
なかった長波長帯域の残部赤外線でウェハー（２）の表
裏両面を急速に加熱してアニールする。

この場合における赤外線の放射関係を説明すれば、外部
熱源（７）から出た赤外線はフィルタ（１４）を通過す
る際に、放射温度計（１８）にて計゛測される波長を含
む長波長領域が遮断乃至反射されてウェハー（２）に到
達せず、ウェハー（２）は前記赤外線の残部（即ち、短
波長領域の赤外！＞によって加熱される事になる。外部
熱源（７ンからの赤外線で、放射温度計にて計測される
波長を含む長波長領域の波長の赤外線（即ち、短波長側
赤外線）は、フィルタ（１４）を通過する事はないので
、フィルタ（１４）を貫通し、且つ、窓ガラス板（９）
に極めて隣接するように配設されたガイドチューブ（１
７）には前記放射温度計（１８）にて計測される波長を
含む長波長領域の波長の赤外線は入射しない、換言すれ
ば、ガイドチューブ（，１７）に入射する赤外線は、放
射温度計にて計測されない短波長側の赤外線のみという
ことになる。又、反対側の外部熱源（７）から向こう側
のフィルタ（１４）、向こう側窓ガラス板（９）、ウェ
ハー（２）、手前側の窓ガラス板（９）を通ってウェハ
ー（２）を透通せる赤外線がガイドチューブ（１７）に
入射するが、この場合も向こう側のフィルタ（１４）に
て放射温度計（１７）にて計測される波長を含む長波長
領域の波長の赤外線がカットされて入射しない、一方、
加熱されたウェハー（２）がらは全波長の赤外線（−１
）が放射され、これがガイドチューブ（１７）に入射す
る。即ち、ガイドチューブ（１７）に入射する赤外線の
内、温度計測に関係する波長を有するのはウェハー（２
）がら出た赤外線（−１）のみである、そして、ガイド
チューブ（１７）に入射した赤外線の内、ウェハー（２
）から出た計測領域の波長の赤外線成分の強さに合わせ
てか電気信号が放射温度計（１８）から出力され、アン
プ（２ｏ）にて増幅されてプログマブル温度調節回路（
２１）に入力する。

この増幅出力は、主制御ユニット（２２）にてアンプ（
２０）に放射率補正がかけられて出力されている。

主制御ユニット（２２）からはウェハー温度の設定値が
７０グモ 前記補正出力と比較してその差分を検出し、サイリスタ
（２３〉を制御してウェハー（２）の温度が設定温度に
なるように外部熱源（７）の温度をゾーン制御するよう
になっている。

（効　　果） 本発明方法は請求項＜１）に示すように、熱処理室内の
ウェハーを、熱処理室の通光窓を介して外部熱源にて加
熱するウェハー処理装置において、外部熱源からの赤外
線のウェハー温度計測波長帯を含む長波長帯をカットし
て残りの短波長帯の赤外線でウェハーを加熱し、然る後
、ウェハーから放射された赤外線のウェハー温度計測波
長帯を計測するのであるから、加熱用赤外線波長帯と温
度計測波長帯とが分離され、加熱用赤外線波長帯にほと
んど影響される事なく温度計測波長帯による正確な温度
計測を行う事が出来るという利点がある。又、加熱用赤
外線波長帯と温度計測波長帯とが分離されているので、
ウェハーの加熱速度を低下させるという事もない。

又、請求項（２）のウェハー温度測定装置は、前記方法
を実現するためのもので、外部熱源と通光窓との間に配
設され、外部熱源からの赤外線のウェハー温度計測波長
帯を含む長波長帯をカットするフィルタと、外部熱源と
フィルタとを通過して受光開口部をウェハーに向け、且
つ、通光窓に臨ませて配設したガイドチューブと、ガイ
ドチューブの投光開口部に配設された放射温度計とを有
するので、外部熱源からの赤外線のウェハー温度計測波
長帯を含む長波長帯をフィルタでカットして残りの短波
長帯の赤外線でウェハーを加熱し、ウェハーから放射さ
れた赤外線をガイドチューブを通して放射温度計に入射
する事が出来、それ故、外部熱源から出てウェハーに反
射した赤外線やフィルタに反射した赤外線並びに放射温
度計の反対側に位置する外部熱源がらウェハーを透過し
てきた赤外線は、放射温度計にて計測される波長を含む
長波長領域の波長がフィルタにてカットされてしまい、
ガイドチューブに入射する赤外線は、放射温度計にて計
測されない波長の赤外線のみということになり、加熱用
赤外線に影響される事なく正確なウェハーの測定が可能
となる。

又、請求項（３）では、ガイドチューブ並びにフィルタ
を強制冷却するので、フィルタやガイドチューブの加熱
による２次赤外線の発生がなく、測定対象の波長を有す
る赤外線はウェハーからのものだけとなり、極めて高精
度のウェハー表面温度測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図・・本発明の熱処理室部分の概略断面図第２図・
・本発明の制御回路のブロック回路図第３図・従来例の
熱処理室部分の概略断面図第４図・・ハロゲンランプの
電圧と分光分布エネルギの関係を示すグラフ （＾）・・熱処理容器 （−１）・・・加熱されたウェハーから放射される赤外
線（１１１２＞・・・外部熱源からの赤外線で、ウェハ
ーに反射された赤外線 （ｉｌ１３）・・・外部熱源からの赤外線で、窓ガラス
板に反射された赤外線 （Ｍ４）・・・反対側の外部熱源から放射され、ウェハ
ーを透過して放射温度計に達した赤外線 （１）・・・熱処理室　　　（２）・・・ウェハー（６
）・・・通光窓　　　　（７）・・・外部熱源（８）・
・熱処理容器本体（９）・・・窓用ガラス板（１０）・
・・０リング　　　（１１）・・・ガス供給路（１２）
・・・ガス排出路　　（１４）・・・フィルタ（１６）
・・・通孔　　　　　（１７）・・・ガイドチューブ（
１７ａ）・・・受光開口部　（１７ｂ）・・・投光開口
部（１８）・・・放射温度計　　（２０）・・・アンプ
（２０）（２１）・・・ブログマブル温度調節回路（２
２）・・・主制御ユニット（２３）・・・サイリスタ。 １）・熱処理室　　　（２）・ウェハー６）・通光窓　
　　　（７）・・外部熱源８）熱処理容器本＃　（９）
・・窓用ガラス板１０）・Ｏリング　　　　１１）・・
ガス供給路１２）ガス排出路　　（１４）　　フィルタ
１６）・通孔　　　　　（１７）・ガイドチューブ１７
ａ）・受光開口部　（１７ｂ）　　投光開口部１８）・
・放射温度計　　（２０）・・アンプ２１）・プログマ
ブル温度調節回路 ２２）主制御ユニット（２３）サイリスク。 第１ Ｃｎ 看ｇ頼梗さ 之。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱処理室内のウェハーを、熱処理室の通光窓を介
   して外部熱源にて加熱するウェハー処理装置において、
   外部熱源からの赤外線のウェハー温度計測波長帯を含む
   長波長帯をカットして残りの短波長帯の赤外線でウェハ
   ーを加熱し、然る後、ウハーから放射された赤外線のウ
   ェハー温度計測波長帯を計測する事を特徴とするウェハ
   ー温度測定方法。
2. （２）熱処理室内のウェハーを、熱処理室の通光窓を介
   して外部熱源にて加熱するウェハー処理装置において、
   外部熱源と通光窓との間に配設され、外部熱源からの赤
   外線のウェハー温度計測波長帯を含む長波長帯をカット
   するフィルタと、外部熱源とフィルタとを通過して受光
   開口部をウェハーに向け、且つ、通光窓に臨ませて配設
   したガイドチューブと、ガイドチューブの投光開口部に
   配設された放射温度計とで構成された事を特徴とするウ
   ェハー温度測定装置。
3. （３）ガイドチューブ並びにフィルタを強制冷却する事
   を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
   ウェハー温度測定装置。