JPH0448724A - Semiconductor heat treatment device - Google Patents

Semiconductor heat treatment device

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Publication number
JPH0448724A
JPH0448724A JP15516590A JP15516590A JPH0448724A JP H0448724 A JPH0448724 A JP H0448724A JP 15516590 A JP15516590 A JP 15516590A JP 15516590 A JP15516590 A JP 15516590A JP H0448724 A JPH0448724 A JP H0448724A
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JP
Japan
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wafer
temperature
emissivity
lamp
heat
Prior art date
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Pending
Application number
JP15516590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Hirasawa
茂樹 平澤
Tomoji Watanabe
智司 渡辺
Mitsuru Honma
満 本間
Tetsuya Takagaki
哲也 高垣
Yukio Uchikoshi
打越 幸男
Yoji Tsuchiyama
洋史 土山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0448724A publication Critical patent/JPH0448724A/en
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Abstract

PURPOSE:To get a wafer temperature measuring device which can determine real wafer temperature by calculating the emissivity of a semiconductor wafer from the measurment result of the transient change of the radiation energy intensity at the start of the heating of the semiconductor wafer so as to calculate the wafer temperature. CONSTITUTION:Wafer temperature can be measured with a radiation thermometer 11. The radiation thermometer 11 takes in only parallel beams, and further, since it measures the mirror face side of a wafer 1, the lost beam from a lamp, and others do not enter it, either, so it can measure the intensity of the radiation energy from the wafer accurately. To calculate the wafer temperature from the radiation energy intensity, it is desirable to measure the emissivity separately for each wafer, and the larger the emissivity is, the more the wafer absorbs heat and the higher the temperature rise speed is. By measuring the rise speed of the intensity of the radiation energy from the wafer, making use of that phenomena, the emissivity can be sought. If the emissivity is sought, the wafer temperature in heat treatment can be calculated, and the quantity of the heat generated by a lamp can be controlled so that the wafer temperature may be heat treatment temperature.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造用の酸化・拡散装置などの熱処理装
置に係り、特に、ウェハ温度測定方法や装置構造に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a heat treatment apparatus such as an oxidation/diffusion apparatus for semiconductor manufacturing, and particularly to a wafer temperature measuring method and apparatus structure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の装置は、特開昭60−131430号公報に記載
のように、ウェハ温度を赤外放射温度計で測定してラン
プ加熱量を制御し、またランプの外側に凹面状の反射板
を設けていた。
As described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 131430/1983, the conventional device measures the wafer temperature with an infrared radiation thermometer to control the amount of lamp heating, and also provides a concave reflecting plate on the outside of the lamp. was.

また、特開昭62−128525号公報に記載のように
、ウェハ周囲に薄い環状板を設けて熱応力欠陥発生の防
止を図っていた。
Furthermore, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-128525, a thin annular plate was provided around the wafer to prevent the occurrence of thermal stress defects.

また、特開昭61−67115号公報に記載のように、
棒状のランプ群を直交するように二層に配列して熱処理
制御を行っていた。
Also, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-67115,
Heat treatment was controlled by arranging rod-shaped lamp groups in two layers orthogonally.

また、特開昭64−71118号公報に記載のように。Also, as described in JP-A-64-71118.

平板状電気ヒータで加熱するウェハの下部のみを石英治
具で支持しており、また、プリズムの反射を利用してウ
ェハ温度を測定していた。
Only the lower part of the wafer heated by a flat electric heater was supported by a quartz jig, and the wafer temperature was measured using reflection from a prism.

(発明が解決しようとする課題〕 特開昭60−131430号公報は、ウェハの表面状態
によって放射率が変化する点について考慮がされておら
ず、放射温度計の指示値が真のウェハ温度と異なるとい
う°問題があった。また、ランプ外側の反射板の経時変
化について考慮がされておらず、次第に酸化して反射効
率が低下するという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) Japanese Patent Application Laid-Open No. 131430/1982 does not take into consideration the fact that the emissivity changes depending on the surface condition of the wafer, and the indicated value of the radiation thermometer is not the true wafer temperature. In addition, there was a problem that the reflector on the outside of the lamp did not take into consideration the change over time, so it gradually oxidized and the reflection efficiency decreased.

特開昭62−128525号公報は、加熱時にウェハが
熱変形する点に考慮がされておらず、ウェハが熱変形し
た場合にはウェハと環状板の位置ずれてしまい、環状板
の効果がなくなってしまうという問題があった。
JP-A No. 62-128525 does not take into consideration the fact that the wafer is thermally deformed during heating, and when the wafer is thermally deformed, the position of the wafer and the annular plate is shifted, and the effect of the annular plate is lost. There was a problem with this.

特開昭61−67115号公報は、ランプ群を直交する
方向の二層にする必要があり、消費電力の増大と装置の
大形化という問題があった。
In Japanese Patent Application Laid-open No. 61-67115, it is necessary to form the lamp group into two layers in orthogonal directions, resulting in problems of increased power consumption and increased size of the device.

特開昭64−71118号公報は、大直径ウェハの場合
ウェハ下部に大きな力がかかるという問題があった。ま
た、プリズムの組立時の位置調整に手間がかかるという
問題があった。
Japanese Patent Application Laid-open No. 64-71118 has a problem in that in the case of a large diameter wafer, a large force is applied to the lower part of the wafer. Further, there is a problem in that it takes time and effort to adjust the position of the prism when assembling it.

本発明の目的は熱処理するウェハごとに放射率を求め、
放射温度計の指示値を補正して真のウェハ温度を求める
ことができるウェハ温度測定装置を提供することにある
The purpose of the present invention is to determine the emissivity of each wafer to be heat treated,
It is an object of the present invention to provide a wafer temperature measuring device capable of determining the true wafer temperature by correcting the indicated value of a radiation thermometer.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記目的を達成するために、本発明はウェハ加熱開始時
のウェハ温度上昇特性を測定して放射率を算出し、求め
た放射率を用いて放射温度計の指示値を補正し、真のウ
ェハ温度を求める。
In order to achieve the above object, the present invention measures the wafer temperature rise characteristics at the start of wafer heating, calculates the emissivity, corrects the indicated value of the radiation thermometer using the calculated emissivity, and calculates the true wafer temperature. Find the temperature.

〔作用〕[Effect]

本発明の目的について、同一のヒータ加熱条件でウェハ
を加熱した時、ウェハの放射率が大きいほど温度上昇速
度が大きくなる。また、放射率が大きいほど放射エネル
ギ強度が大きくなる。従って、加熱開始時のウェハ放射
エネルギ強度の増加速度を測定することにより、放射率
を算出することができる。それを用いて放射エネルギ強
度から真のウェハ温度を求めることができる。
For the purpose of the present invention, when a wafer is heated under the same heater heating conditions, the higher the emissivity of the wafer, the higher the rate of temperature rise. Furthermore, the higher the emissivity, the higher the radiant energy intensity. Therefore, the emissivity can be calculated by measuring the rate of increase in the wafer radiant energy intensity at the start of heating. Using this, the true wafer temperature can be determined from the radiant energy intensity.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第1図から第5図により説明
する。第1図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図で
ある。水平に支持したウェハlの上、下に棒状の加熱用
ハロゲンランプ2a、2bが並置されている。上方のラ
ンプ2aと下方のランプ2bは並びに方向が直交してい
る。第2図はランプ配列を示す水平断面図である。ウェ
ハ1は反応管3(石英ガラス製など)に収納され、反応
管3の内部には処理ガス(窒素、a素など)が供給され
ている。ランプ2a、2bの外側には反射板4がある。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a diffusion device to which the present invention is applied. Rod-shaped heating halogen lamps 2a and 2b are juxtaposed above and below the horizontally supported wafer l. The directions of the upper lamp 2a and the lower lamp 2b are perpendicular to each other. FIG. 2 is a horizontal sectional view showing the lamp array. The wafer 1 is housed in a reaction tube 3 (made of quartz glass, etc.), and a processing gas (nitrogen, atom, etc.) is supplied to the inside of the reaction tube 3. A reflector plate 4 is provided on the outside of the lamps 2a, 2b.

ランプ2a、2bや反射板4を冷却するため冷却空気が
反応管3の外側に流している。
Cooling air flows outside the reaction tube 3 to cool the lamps 2a, 2b and the reflector 4.

装置の側面にも反射板7が設けられている。ウェハ1は
支持治具8(石英ガラス製など)に乗せられており、支
持治具8と一体になったキャップ9にも反射板10が設
けられている。ウェハ1の温度を測定するため放射温度
計11が設けられている。放射温度計11はウェハ1の
鏡面側に面している。ウェハ1の鏡面側を上向きにする
場合には、放射温度計11を装置の上方に設けるものと
する。
A reflecting plate 7 is also provided on the side of the device. The wafer 1 is placed on a support jig 8 (made of quartz glass, etc.), and a cap 9 integrated with the support jig 8 is also provided with a reflective plate 10. A radiation thermometer 11 is provided to measure the temperature of the wafer 1. The radiation thermometer 11 faces the mirror side of the wafer 1. When the mirror side of the wafer 1 is facing upward, the radiation thermometer 11 is provided above the apparatus.

ウェハの支持治具8の斜視図を第3図に示す。A perspective view of the wafer support jig 8 is shown in FIG.

ウェハの周囲に帯状のリング12が設けられている。破
線はウェハを乗せる位置を示しており、帯状リング12
の、はぼ、中央位置である。
A band-shaped ring 12 is provided around the wafer. The broken line indicates the position where the wafer is placed, and the strip ring 12
, is at the center position.

反射板4の斜視図を第4図に示す、第1図の断面図のよ
うに、反射率の大きな薄い板13(アルミ、銅、金、高
い不純物濃度のシリコンなど)を二枚のガラス板14a
、14bではさみ、不活性ガス(窒素など)を封入して
、周囲14cを密閉しである0反射板7,10も同様の
構造をしている。
A perspective view of the reflection plate 4 is shown in FIG. 4, and as shown in the cross-sectional view of FIG. 14a
, 14b, and an inert gas (nitrogen, etc.) is filled in, and the periphery 14c is hermetically sealed.The zero reflection plates 7 and 10 have a similar structure.

放射温度計11の構成を第5図に示す、レンズ15、絞
り16.干渉フィルタ171点孔板18゜ホト・センサ
(シリコン・ホト・ダイオードなど)19、ケース20
で構成されている0点孔板18をレンズ15の焦点位置
に設定することにより。
The configuration of the radiation thermometer 11 is shown in FIG. 5, including a lens 15, an aperture 16. Interference filter 171-point hole plate 18° Photo sensor (silicon photo diode, etc.) 19, case 20
By setting the zero point aperture plate 18, which is composed of

入射光のうち平行光線のみをセンサ19に導く。Only parallel rays of the incident light are guided to the sensor 19.

絞り16は入射光量を調整するものであり、干渉フィル
タ17は測定波長を規定するものである。
The aperture 16 is for adjusting the amount of incident light, and the interference filter 17 is for defining the measurement wavelength.

本実施例では測定波長として、シリコンの放射率の温度
変化が小さいように0.6〜0.9μmを用いである。
In this embodiment, the measurement wavelength is 0.6 to 0.9 μm so that the temperature change in the emissivity of silicon is small.

放射温度計11の出力は演算器21に導かれ、ウェハ温
度を算出し、温度制御器22に信号を伝えてランプの発
熱量が制御される。
The output of the radiation thermometer 11 is led to a computing unit 21, which calculates the wafer temperature, and transmits a signal to a temperature controller 22 to control the amount of heat generated by the lamp.

本実施例の動作と効果を次に示す、支持治具8が外部に
取り出され、ウェハ1が乗せられて装置内に挿入される
。ランプ2a、2bの発熱によりたとえば約10秒でウ
ェハ1が熱処理温度(たとえば1000℃)に達し、所
定時間(たとえば30秒)熱処理され、冷却されて次の
ウェハと交換される。
The operation and effects of this embodiment will be described below. The support jig 8 is taken out, the wafer 1 is placed thereon, and the support jig 8 is inserted into the apparatus. Due to the heat generated by the lamps 2a and 2b, the wafer 1 reaches a heat treatment temperature (for example, 1000° C.) in about 10 seconds, is heat treated for a predetermined time (for example, 30 seconds), is cooled, and is replaced with the next wafer.

ウェハ温度は放射温度計11で測定される。放射温度計
11は平行光線のみを入力し、また、ウェハ1の鏡面側
を測定するため、ランプからの迷光などが放射温度計1
1に入ることがなく、精度よくウェハからの放射エネル
ギ強度を測定することができる。ウェハからの放射エネ
ルギ強度はウェハの放射率に比例するため、放射エネル
ギ強度からウェハ温度を算出するには放射率を与える必
要がある。放射率はウェハの表面状態によって異なるた
め、ウェハごとに放射率を測定するのが望ましく、その
測定方法を次に示す、ウェハを室温から熱処理温度まで
加熱する約10秒間にランプの発熱量を一定とすれば、
ウェハの温度上昇速度はウェハの放射率によって異なる
。第7図はウェハの温度変化を示す、放射率が大きいウ
ェハはと(第7図の破線)吸熱がよく、温度上昇速度が
大きい、その現象を利用しウェハからの放射エネルギ強
度の上昇速度を測定することにより放射率を求めること
ができる。その際に放射率と放射エネルギ強度の上昇速
度との関係はあらかじめ実験で求めておくものとする。
The wafer temperature is measured by a radiation thermometer 11. Since the radiation thermometer 11 inputs only parallel light beams and measures the mirror side of the wafer 1, stray light from the lamp may be input to the radiation thermometer 1.
1, and the intensity of radiant energy from the wafer can be measured with high accuracy. Since the radiant energy intensity from the wafer is proportional to the wafer's emissivity, it is necessary to provide the emissivity in order to calculate the wafer temperature from the radiant energy intensity. Since the emissivity varies depending on the surface condition of the wafer, it is desirable to measure the emissivity for each wafer.The measurement method is as follows. given that,
The rate of temperature rise of the wafer varies depending on the emissivity of the wafer. Figure 7 shows the temperature change of a wafer.A wafer with a high emissivity (broken line in Figure 7) absorbs heat well and has a high rate of temperature rise.Using this phenomenon, we can calculate the rate of increase in the intensity of radiant energy from the wafer. Emissivity can be determined by measurement. At that time, the relationship between emissivity and the rate of increase in radiant energy intensity shall be determined in advance through experiments.

放射率が求まれば熱処理中(約10秒以降)のウェハ温
度を算出することができ、ウェハ温度が熱処理温度にな
るようにランプ発熱量を制御することができる。
Once the emissivity is determined, the wafer temperature during the heat treatment (after about 10 seconds) can be calculated, and the amount of heat generated by the lamp can be controlled so that the wafer temperature reaches the heat treatment temperature.

ウェハ支持治具8に設けた帯状のリング12はウェハ面
内温度分布を均一にし、熱応力欠陥の発生を防止するの
に効果がある。加熱用ランプ2a。
The band-shaped ring 12 provided on the wafer support jig 8 is effective in making the temperature distribution within the wafer surface uniform and preventing the occurrence of thermal stress defects. Heating lamp 2a.

2bはウェハ1の上方と下方にしかない、従ってウェハ
1が高温になった時側面方向に放熱し、ウェハ1の周辺
温度が中心温度より下がってしまう。
2b are located above and below the wafer 1. Therefore, when the wafer 1 reaches a high temperature, heat is radiated toward the sides, causing the peripheral temperature of the wafer 1 to drop below the center temperature.

帯状のリング12はウェハ1から側面方向への放熱を遮
断するため、ウェハ1に温度分布を生じることがない、
ウェハ温度上昇時にウェハが変形する場合もあるが、帯
状のリング12の幅はウェハの変形量よりも大きいため
、ウェハ1が帯状のリング12から外れることがなく、
常に帯状のリング12の効果がある。
Since the band-shaped ring 12 blocks heat radiation from the wafer 1 in the side direction, no temperature distribution occurs on the wafer 1.
Although the wafer may be deformed when the wafer temperature rises, since the width of the band-shaped ring 12 is larger than the amount of deformation of the wafer, the wafer 1 does not come off from the band-shaped ring 12.
There is always an effect of the band-shaped ring 12.

反射板4,7.10は反射率の大きな薄い板13を熱膨
張率の小さなガラス板14a、14bではさんだサンド
イッチ構造にしているため1反射板が熱変形することが
なく、反射効率が良い。
Since the reflectors 4, 7, and 10 have a sandwich structure in which a thin plate 13 with a high reflectance is sandwiched between glass plates 14a and 14b with a low coefficient of thermal expansion, each reflector does not undergo thermal deformation and has good reflection efficiency.

また、薄い板13が密閉されているため、酸化等の経時
変化がなく、いつまでも高い反射効率を保つことができ
る。
Further, since the thin plate 13 is sealed, there is no change over time such as oxidation, and high reflection efficiency can be maintained forever.

第6図は複数の棒状ランプが平面的に並んだランプ・フ
ィラメントからの距離Xと空間温度分布との関係を示す
、ランプのピッチは25閣とした。
Figure 6 shows the relationship between the distance X from the lamp filament and the spatial temperature distribution in which a plurality of rod-shaped lamps are arranged in a plane, and the pitch of the lamps is set to 25.

ランプからの距離Xが小さい場合、ランプ直下で高温と
なりランプ間で低温となる。ランプからの距離がピッチ
以上になった場合には(望ましくはピッチの二倍以上層
れた場合には)、空間温度分布がほとんどなくなる。従
って、ウェハ1とランプ2a、2bとの距離はランプの
ピッチ以上に離しておくものとする。但し、必要以上に
離すと装置が大形化するため、ランプのピッチの二倍程
度が望ましい。
If the distance X from the lamp is small, the temperature will be high just below the lamp and the temperature will be low between the lamps. If the distance from the lamp is equal to or greater than the pitch (preferably, if the layers are twice the pitch or more), there will be almost no spatial temperature distribution. Therefore, the distance between the wafer 1 and the lamps 2a, 2b is set to be greater than the pitch of the lamps. However, if the distance is more than necessary, the device will become larger, so it is desirable that the pitch be about twice the pitch of the lamps.

第6図では棒状ランプについて説明したが、点状ランプ
が基盤目状に配列される場合についても同様に、ウェハ
とランプとの距離はランプのピッチ以上にすることが望
ましい。
In FIG. 6, a description has been given of the rod-shaped lamps, but in the case where the dot-shaped lamps are arranged in a matrix pattern, it is also desirable that the distance between the wafer and the lamps be equal to or greater than the pitch of the lamps.

本実施例によれば、各種表面状態のウェハに熱処理する
場合でも、放射温度計で精度よくウェハ温度で求めるこ
とができるため、ウェハごとの差がなく精度よく所定の
熱処理をすることができる。
According to this embodiment, even when heat-treating wafers with various surface conditions, the wafer temperature can be determined with high accuracy using a radiation thermometer, so that the predetermined heat treatment can be performed with high precision without any difference between wafers.

また1反射板の熱変形や経時変化がないため、いつまで
も精度よく熱処理ができる。また、ウェハに熱応力欠陥
が発生することなく、生産効率が向上する。また、ウェ
ハ全面を均一に熱処理することができる。
Furthermore, since there is no thermal deformation or aging of the reflector, heat treatment can be performed with high precision for a long time. Furthermore, production efficiency is improved without generating thermal stress defects on the wafer. Further, the entire surface of the wafer can be uniformly heat-treated.

本発明の他の実施例を第8図と第9図より説明する。第
9図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図であり、第
8図はランプと反射板の配列を示す水平断面図である。
Another embodiment of the present invention will be explained with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 9 is a longitudinal sectional view of a diffusion device to which the present invention is applied, and FIG. 8 is a horizontal sectional view showing the arrangement of lamps and reflectors.

加熱用ハロゲンランプ2がウェハ1の下方のみですべて
同じ方向で並列している6反射板23が複数の板に分割
されており、その方向がランプ2の方向と直交している
。複数の反射板23はランプ2との距離(すなわち、つ
エバ1との81)が個々に独立に調整できるようになっ
ている。また、ランプ2の端子部に冷却流体(水、空気
など)を流す流路24が設けられている。冷却流体の流
れ方向は、矢印25のように左右が逆方向となっている
。他は第一の実施例と同じである。
The heating halogen lamps 2 are arranged in parallel in the same direction only below the wafer 1. Six reflecting plates 23 are divided into a plurality of plates, and the direction thereof is perpendicular to the direction of the lamps 2. The distances between the plurality of reflectors 23 and the lamps 2 (that is, the distances 81 from the reflectors 1) can be adjusted individually. Further, a flow path 24 through which a cooling fluid (water, air, etc.) flows is provided at the terminal portion of the lamp 2. The flow direction of the cooling fluid is opposite to the left and right as shown by arrow 25. The rest is the same as the first embodiment.

本実施例の動作と効果を次に示す。加熱用ランプ2はウ
ェハ1下方にしかなく、ウェハ1の周辺温度が中心温度
より下がってしまう。そこで、ランプ2の並列方向につ
いて、複数のランプ2のうち周辺部のランプの発熱量を
中心部のランプの発熱量より大きく11周辺部の加熱量
を増す。またランプの軸方向について反射板23とラン
プ2との距離を調整してウェハ温度が均一となるように
制御する。すなわち1周辺部で反射板23とランプ2と
の距離を小さくすれば、多くの反射光がウェハの周辺部
に当たるようになる。ランプごとの発熱量調整や反射板
の位置調整はウェハの直径によって変化させることが望
ましく、変化できるようになっている。本実施例によれ
ばすべてのランプの並列方向が同一であり、ウェハの下
方のみであり電気配線が容易で装置を小形にすることが
でき、消費電力を低減することができる。なお、ランプ
2をウェハの上方のみに設けても効果は同じである。
The operation and effects of this embodiment will be described below. The heating lamp 2 is located only below the wafer 1, and the peripheral temperature of the wafer 1 drops below the center temperature. Therefore, in the parallel direction of the lamps 2, the amount of heat generated by the lamps in the peripheral portion of the plurality of lamps 2 is increased to be greater than the amount of heat generated by the lamp in the center 11. Further, the distance between the reflection plate 23 and the lamp 2 is adjusted in the axial direction of the lamp to control the wafer temperature to be uniform. In other words, if the distance between the reflector plate 23 and the lamp 2 is reduced in one peripheral area, more reflected light will hit the peripheral area of the wafer. It is desirable that the amount of heat generated by each lamp and the position of the reflector be changed depending on the diameter of the wafer, and these can be changed. According to this embodiment, all the lamps are paralleled in the same direction, and only below the wafer, so electrical wiring is easy, the device can be made compact, and power consumption can be reduced. Note that the effect is the same even if the lamp 2 is provided only above the wafer.

反射板23の断面形状を第10図に示す。両側に折り返
し26のある平板とした。折り返し26は反射板の位置
を変化させた時に、反射板間の隙間をなくすためのもの
である1反射板形状の他の実施例を第11図ないし第1
4図に示す、凸面状。
The cross-sectional shape of the reflection plate 23 is shown in FIG. It was made into a flat plate with folds 26 on both sides. The folds 26 are used to eliminate gaps between the reflectors when the positions of the reflectors are changed.1 Other embodiments of the shape of the reflectors are shown in Figs.
Convex shape shown in Figure 4.

円弧状、凹面状のものである。第11図あるいは第12
図の凸面状の場合、反射光が広がり、ウェハへの加熱量
を平均化する効果がある。第13図あるいは第14図の
凹面状の場合、反射光が集まり、局所的に加熱する効果
がある。複数の反射板23において、ウェハ中心部の反
射板の形状を凸面状にし、周辺部の反射板の形状を凹面
状にすると、ウェハ温度均一化の効果が大きい。
It is arcuate and concave. Figure 11 or 12
In the case of the convex shape shown in the figure, the reflected light spreads out and has the effect of equalizing the amount of heating to the wafer. In the case of the concave shape shown in FIG. 13 or 14, reflected light gathers and has the effect of locally heating. In the plurality of reflectors 23, if the shape of the reflector at the center of the wafer is convex and the shape of the reflector at the periphery is concave, the effect of making the wafer temperature uniform is large.

ランプ端子部の冷却によって、冷却流体が流れ方向に温
度上昇する。装置内壁の温度も冷却流体の温度につれて
変化するため、これがウェハに温度分布が発生する原因
となる。左右の流れ方向を逆方向とすることにより、左
右の平均値をほぼ合わせることができるため、ウェハの
温度分布を小さくすることができる。
Cooling of the lamp terminal portion increases the temperature of the cooling fluid in the flow direction. The temperature of the inner wall of the device also changes with the temperature of the cooling fluid, which causes a temperature distribution on the wafer. By setting the left and right flow directions in opposite directions, the average values of the left and right sides can be approximately matched, so that the temperature distribution of the wafer can be reduced.

本実施例によれば、装置を小形化することができ、消費
電力を低減することができる。また、ウェハ面内の熱処
理量を均一にすることができる。
According to this embodiment, the device can be downsized and power consumption can be reduced. Further, the amount of heat treatment within the wafer surface can be made uniform.

本発明の他の実施例を第15図により説明する。Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

第15図は本発明を適用した拡散装置の縦断面図である
。平行した二枚の平板状の電気ヒータ27a〜27iで
内部に高温空間を形成している。第16図は電気ヒータ
の配列を示す斜視透過図である。装置は直方体をしてい
る。ヒータの内部に均熱管28(シリコン・カーバイト
製など)と反応管3(石英ガラス製など)が設けられ1
周囲に断熱材29がある。ウェハ1は支持治具8によっ
て、鉛直方向より少し傾斜した姿勢で高温空間に挿入さ
れている。支持治具8は上下搬送台34に取り付けてお
り、その先端部が二つに分けており、二枚のウェハ1を
同時に挿入できるようになっている。二枚のウェハの間
には反応管3に固定された仕切板30(石英ガラス製な
ど)が入るようになっている。支持治具8の先端部の斜
視図を第18回に示す。支持治具8の縦断面図を第19
図に示す、ウェハ1を乗せる位置を破線で示す、ウェハ
1に接する部分は下方が溝付板31、上方が突起32と
なっている。ウェハは少し傾斜して乗せられ、溝付板3
1や突起32と点接触になる1本実施例ではウェハの傾
斜角を5°としている。ウェハ1の周囲には帯状のリン
グ12が設けられている。ウェハlの温度を測定するた
め、石英ロッド33の一端がウェハlに対向しており、
他端が放射温度計11に導かれている。ウェハ1からの
放射エネルギが石英ロッド33に入れ、石英ロンドが光
ファイバのような働きをして放射エネルギを放射温度計
11に伝える6石英ロッド33の断面図を第17図に示
す0石英ロッドはコア37.レンズ38.ホルダ39で
構成されている0本実施例ではどれも材質は石英ガラス
であり、コア37の直径は1閣である。ホルダ39は数
ケ所にしぼり部40がありコア37を保持している。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view of a diffusion device to which the present invention is applied. A high-temperature space is formed inside by two parallel flat electric heaters 27a to 27i. FIG. 16 is a perspective transparent view showing the arrangement of electric heaters. The device is rectangular. A soaking tube 28 (made of silicon carbide, etc.) and a reaction tube 3 (made of quartz glass, etc.) are provided inside the heater.
There is a heat insulating material 29 around it. The wafer 1 is inserted into the high temperature space by a support jig 8 in an attitude slightly inclined from the vertical direction. The support jig 8 is attached to the upper and lower transport tables 34, and its tip is divided into two parts so that two wafers 1 can be inserted at the same time. A partition plate 30 (made of quartz glass or the like) fixed to the reaction tube 3 is inserted between the two wafers. A perspective view of the tip of the support jig 8 is shown in the 18th article. The longitudinal cross-sectional view of the support jig 8 is shown in FIG.
In the figure, the position where the wafer 1 is placed is indicated by a broken line, and the portion in contact with the wafer 1 has a grooved plate 31 on the lower side and a protrusion 32 on the upper side. The wafer is placed on the grooved plate 3 at a slight angle.
In this embodiment, the inclination angle of the wafer is 5°. A band-shaped ring 12 is provided around the wafer 1 . In order to measure the temperature of the wafer l, one end of the quartz rod 33 faces the wafer l;
The other end is led to a radiation thermometer 11. The radiant energy from the wafer 1 enters the quartz rod 33, and the quartz rod acts like an optical fiber to transmit the radiant energy to the radiation thermometer 11. A cross-sectional view of the quartz rod 33 is shown in FIG. is core 37. Lens 38. In all of the embodiments in which the holder 39 is constructed, the material is quartz glass, and the diameter of the core 37 is 1 mm. The holder 39 has squeezed portions 40 at several places and holds the core 37.

本実施例の動作と効果を次に示す、装置の内部は複数に
分割されたヒータ27a〜27iの発熱制御により均一
な高温空間となっている。装置の下方でウエハ二枚が支
持治具8に乗せられ、上下搬送台34の作用で高温空間
に挿入される。所定時間だけ熱処理が行われ、次のウェ
ハと交換される。
The operation and effects of this embodiment will be described below.The inside of the apparatus is a uniform high temperature space by controlling the heat generation of the plurality of divided heaters 27a to 27i. Two wafers are placed on a support jig 8 below the apparatus, and are inserted into a high temperature space by the action of the upper and lower transport tables 34. The wafer is heat-treated for a predetermined time and then replaced with the next wafer.

石英ロッド33について、ウェハ1からの放射エネルギ
はレンズ38で集光されコア37に入る。
Regarding the quartz rod 33, the radiant energy from the wafer 1 is focused by the lens 38 and enters the core 37.

コア37の内部を全反射で伝わる。コア37の曲げ半径
はコア直径の1倍以上とする。ホルダ39には図に示し
ていないが装置への取付機構が設けられている1石英ロ
ッド33は装置の形状に合わせて成形でき、ヒータから
外して調整することもできるため1組立時の調整が容易
である。
The light is transmitted inside the core 37 by total reflection. The bending radius of the core 37 is at least one time the core diameter. The holder 39 is provided with a mechanism for attaching it to the device (not shown in the figure).1 The quartz rod 33 can be molded to match the shape of the device, and can also be removed from the heater for adjustment. It's easy.

二枚の低温ウェハlがヒータ内に挿入された時、ウェハ
1の外側面がヒータによって加熱され、二枚のウェハ1
のすきまに入る仕切板30の熱容量によってウェハ1の
内側面が加熱されるため、ウェハ1はすみやかに熱処理
温度まで温度上昇する。
When two low-temperature wafers l are inserted into the heater, the outer surface of the wafer 1 is heated by the heater, and the two wafers 1
Since the inner surface of the wafer 1 is heated by the heat capacity of the partition plate 30 that enters the gap, the temperature of the wafer 1 quickly rises to the heat treatment temperature.

高温空間にウェハを挿入した場合、ウェハのエツジ部へ
の伝熱によって周辺部が中心部より高温となってしまう
(第一実施例のランプ加熱の場合と逆の温度分布になる
)。帯状のリング12はウェハのエツジ部への加熱を遮
断するため、ウェハ1は全面が均一な温度となる。
When a wafer is inserted into a high-temperature space, heat transfer to the edges of the wafer causes the peripheral portion to become hotter than the central portion (temperature distribution is opposite to that in the case of lamp heating in the first embodiment). Since the band-shaped ring 12 blocks heating to the edge portion of the wafer, the entire surface of the wafer 1 is kept at a uniform temperature.

ウェハ1はほぼ垂直の姿勢でその上方と下方を点接触で
支持されているため、大直径のウェハでもウェハに局部
的な力がかからず、また、治具接触による熱的な影響が
小さいため、ウェハに熱応力欠陥が発生することはない
Since the wafer 1 is supported in an almost vertical position with point contact above and below, no local force is applied to the wafer even with large diameter wafers, and there is little thermal influence due to jig contact. Therefore, thermal stress defects do not occur on the wafer.

支持治具の他の実施例を第20図ないし第23図により
説明する。第20図は二枚のウェハ1の傾斜を反対にし
たものである。このようにするとウェハを乗せる時に突
起32にひっかからず動作が容易である。
Another embodiment of the support jig will be described with reference to FIGS. 20 to 23. FIG. 20 shows two wafers 1 with opposite inclinations. In this way, when the wafer is placed, it does not get caught on the protrusion 32 and the operation is easy.

第21図は支持治具8がリング部41と支柱部42に分
かれる構造のものである。装置外部でウェハを乗せたリ
ング部41をあらがしめ用意しておき、リング部41と
ウェハを一体として熱処理を行う方式のものである。こ
のようにすると、二つのリング部41を離してウェハを
乗せることができ動作が容易である。
FIG. 21 shows a structure in which the support jig 8 is divided into a ring part 41 and a support part 42. In this method, a ring portion 41 on which a wafer is placed is prepared and prepared outside the apparatus, and the ring portion 41 and the wafer are heat-treated as one unit. In this way, the wafer can be placed with the two ring parts 41 separated from each other, and the operation is easy.

第22図および第23図はウェハ1に接する部分が三ケ
所の溝付板31によっている。ウェハ1は下方と側方で
点接触で支持される。このようにすると、ウェハを乗せ
る時の動作が容易である。
In FIGS. 22 and 23, the portion in contact with the wafer 1 is provided by grooved plates 31 at three locations. The wafer 1 is supported in point contact below and on the sides. In this way, the operation when placing a wafer is easy.

第24図はウェハの温度変化を示す、ウェハの放射率が
大きいほど(第24図の破線)、速く温度上昇する。電
気ヒータによる高温空間にウェハを挿入した場合、ウェ
ハの放射率によらずに最終的には(30分以上加熱した
時には)ウェハ温度は空間温度になる。ところが約−分
以下の短時間熱処理を行う場合には、低温のウェハ挿入
によって空間温度が変動するため、ウェハ温度を測定し
ヒータ発熱量を制御する必要がある。第25図は第24
図のウェハ温度に対応さ、せた放射温度計の出力を示す
、ウェハの放射率が大きいほど出方の上昇速度が大きい
ことがわかる。すなわち、ウェハ温度上昇時の放射温度
計の8力の上昇速度を測定することによりウェハの放射
率を求めることができる。放射率が求まれば、放射温度
計の出力がらウェハ温度を算出することができる。
FIG. 24 shows the temperature change of the wafer. The higher the emissivity of the wafer (broken line in FIG. 24), the faster the temperature rises. When a wafer is inserted into a high-temperature space created by an electric heater, the wafer temperature eventually reaches the space temperature (when heated for 30 minutes or more), regardless of the emissivity of the wafer. However, when performing heat treatment for a short time of about - minutes or less, the space temperature fluctuates due to the insertion of a low-temperature wafer, so it is necessary to measure the wafer temperature and control the amount of heat generated by the heater. Figure 25 is the 24th
The output of the radiation thermometer shown in the figure corresponds to the wafer temperature, and it can be seen that the higher the wafer's emissivity, the faster the rising speed of the wafer. That is, the emissivity of the wafer can be determined by measuring the rate of increase in the 8 forces of the radiation thermometer when the wafer temperature rises. Once the emissivity is determined, the wafer temperature can be calculated from the output of the radiation thermometer.

本実施例によれば電気ヒータで加熱するため、ランプ加
熱より消費電力を低減できる。また、放射温度計の組立
、調整が容易である。また、大直径ウェハでも熱応力欠
陥が発生することなく生産効率が向上する。
According to this embodiment, since heating is performed using an electric heater, power consumption can be reduced compared to lamp heating. Furthermore, the radiation thermometer is easy to assemble and adjust. Further, even with large diameter wafers, thermal stress defects do not occur and production efficiency is improved.

本発明の他の実施例を第26図により説明する。Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 26.

第26図は本発明を適用した拡散装置の斜視断面図であ
る0円筒形の電気ヒータ27により内部に高温空間を形
成している。ヒータの内部に均熱管28と反応管3が設
けられている。多数のウェハ1はボート43(石英ガラ
ス製など)に並べられ。
FIG. 26 is a perspective sectional view of a diffusion device to which the present invention is applied. A high temperature space is formed inside by a cylindrical electric heater 27. A soaking tube 28 and a reaction tube 3 are provided inside the heater. A large number of wafers 1 are arranged in a boat 43 (made of quartz glass, etc.).

ヒータ内に挿入されて熱処理が行われる。ウェハ温度を
測定するための複数の石英ロッド33がボート43に取
り付けである0石英ロッド33の一端はウェハ1に向い
ており、他端はコネクタ35゜フレキシブル・光ファイ
バ36を紅で放射温度計11につながれている。
It is inserted into a heater and heat treated. A plurality of quartz rods 33 are attached to a boat 43 for measuring wafer temperature. One end of the quartz rods 33 is facing the wafer 1, and the other end is connected to a connector 35° with a flexible optical fiber 36 connected to a radiation thermometer. It is connected to 11.

複数の石英ロッド33を用いて、複数の位置のウェハ温
度を測定するため、すべてのウェハを均一に熱処理する
ことができる。
Since the wafer temperatures at multiple positions are measured using multiple quartz rods 33, all wafers can be uniformly heat-treated.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、熱処理するウェハごとに放射率を求め
ウェハ温度を非接触で測定するためウェハを高精度に熱
処理することができる。また、反射板の熱変形や経年変
化を防ぐことができるため、装置の特性の劣化を防ぎ、
生産効率が向上する。
According to the present invention, the emissivity is determined for each wafer to be heat-treated and the wafer temperature is measured without contact, so that the wafer can be heat-treated with high precision. In addition, it can prevent thermal deformation and aging of the reflector, preventing deterioration of the characteristics of the device.
Production efficiency improves.

また、大直径ウェハでもウェハに熱応力欠陥が発生する
ことがなく、生産効率が向上する。また、装置を小形化
することができ、消費電力を低減することができる。
Further, even with large diameter wafers, thermal stress defects do not occur on the wafers, improving production efficiency. Furthermore, the device can be made smaller and power consumption can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の拡散装置の縦断面図、第2
図はランプの配置を示す水平断面図、第3図はウェハ支
持治具の斜視図、第4図は反射板の斜視図、第5図は放
射温度計の断面図、第6図はランプからの距離と空間温
度分布図、第7図はウェハ温度変化図、第8図と第9図
は本発明の他の実施例を示す水平断面図と縦断面図、第
10図ないし第14図は反射板の断面図、第15図は本
発明の他の実施例を示す縦断面図、第16図はヒータ配
置を示す斜視図、第17図は石英ロッドの断面図、第1
8図ないし第23図はウェハ挿入治具の斜視図と断面図
、第24図はウェハ温度変化を示す説明図、第25図は
放射温度計の出力を示す説明図、第26図は本発明の他
の実施例を示す縦断面図である。 1・・・ウェハ、2,27・・・ヒータ、4,7,10
゜23・・・反射板、8・・・支持治具、11・・・放
射温度計、12・・・帯状リング、13・・・薄板、1
4・・・ガラス板、24・・・冷却流体の流路、30・
・・仕切板、31・・・溝付板、32・・・突起、33
・・・石英ロッド。
Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a diffusion device according to an embodiment of the present invention;
The figure is a horizontal cross-sectional view showing the arrangement of the lamps, Figure 3 is a perspective view of the wafer support jig, Figure 4 is a perspective view of the reflector, Figure 5 is a cross-sectional view of the radiation thermometer, and Figure 6 is a view from the lamp. 7 is a wafer temperature change diagram, FIGS. 8 and 9 are horizontal and vertical sectional views showing other embodiments of the present invention, and FIGS. 10 to 14 are 15 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention, FIG. 16 is a perspective view showing the heater arrangement, and FIG. 17 is a sectional view of the quartz rod.
Figures 8 to 23 are perspective views and cross-sectional views of the wafer insertion jig, Figure 24 is an explanatory diagram showing wafer temperature changes, Figure 25 is an explanatory diagram showing the output of a radiation thermometer, and Figure 26 is an illustration of the present invention. It is a longitudinal cross-sectional view which shows another Example. 1... Wafer, 2, 27... Heater, 4, 7, 10
゜23...Reflector plate, 8...Support jig, 11...Radiation thermometer, 12...Striped ring, 13...Thin plate, 1
4...Glass plate, 24...Cooling fluid flow path, 30.
...Partition plate, 31...Grooved plate, 32...Protrusion, 33
...Quartz rod.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1. ランプやヒータなどの発熱源によつて形成される
加熱空間に半導体ウエハを挿入して熱処理する装置にお
いて、 前記半導体ウエハからの放射エネルギ強度を測定してウ
エハ温度を算出するウエハ温度計測系をもち、前記半導
体ウエハの加熱開始時の放射エネルギ強度の過渡変化の
測定結果から前記半導体ウエハの放射率を算出し、ウエ
ハ温度を算出することを特徴とする半導体熱処理装置。
1. An apparatus for heat-treating a semiconductor wafer by inserting it into a heating space formed by a heat source such as a lamp or a heater, which has a wafer temperature measurement system that measures the intensity of radiant energy from the semiconductor wafer and calculates the wafer temperature. . A semiconductor heat treatment apparatus, characterized in that the emissivity of the semiconductor wafer is calculated from the measurement result of a transient change in radiant energy intensity at the start of heating of the semiconductor wafer, and the wafer temperature is calculated.
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