JPH06349924A - 半導体ウェハの熱処理制御方法 - Google Patents
半導体ウェハの熱処理制御方法Info
- Publication number
- JPH06349924A JPH06349924A JP13800693A JP13800693A JPH06349924A JP H06349924 A JPH06349924 A JP H06349924A JP 13800693 A JP13800693 A JP 13800693A JP 13800693 A JP13800693 A JP 13800693A JP H06349924 A JPH06349924 A JP H06349924A
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- JP
- Japan
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- heater
- temperature
- heat
- measured
- radiant intensity
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 半導体熱処理装置中の加熱体１０９近傍に放
射温度計１０３を設置し、加熱体が発生する赤外線の波
長領域の光子を検出し、光電変換により熱放射強度を測
定し、熱放射強度によりヒータ電源制御装置１０４がヒ
ータ電源１０５を制御してヒータ１０１の加熱温度を制
御する。 【効果】 本発明により、発熱体が急激な温度変化を示
したとしてもそれに追随し、半導体基板の温度をほぼ正
確に測定して発熱体を制御することができる。
射温度計１０３を設置し、加熱体が発生する赤外線の波
長領域の光子を検出し、光電変換により熱放射強度を測
定し、熱放射強度によりヒータ電源制御装置１０４がヒ
ータ電源１０５を制御してヒータ１０１の加熱温度を制
御する。 【効果】 本発明により、発熱体が急激な温度変化を示
したとしてもそれに追随し、半導体基板の温度をほぼ正
確に測定して発熱体を制御することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体の熱処理制御方
法に関し、特に、加熱体の加熱温度の制御方法に関す
る。
法に関し、特に、加熱体の加熱温度の制御方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体の熱処理制御方法について
図４を用いて説明する。図４に示すように、例えば酸化
炉、拡散炉などの熱処理装置では半導体ウェハ２０７を
複数枚、ボート２０８に載置し、ボート２０８をチュー
ブ２０２内部に設置し、チューブ２０２を取り巻いてい
る加熱体、例えばヒータ２０１で半導体ウェハ２０７を
熱処理する。このヒータ２０１を制御するためにヒータ
２０１の外側の断熱材２０９に孔を開け、その孔に熱電
対２０３を通し、ヒータ２０１近傍に配置してヒータ２
０１の温度を測定し、そして測定温度を電圧変換し、そ
の電圧値に基づいてヒータ電源２０５によってヒータ２
０１の温度を制御するようになっている。
図４を用いて説明する。図４に示すように、例えば酸化
炉、拡散炉などの熱処理装置では半導体ウェハ２０７を
複数枚、ボート２０８に載置し、ボート２０８をチュー
ブ２０２内部に設置し、チューブ２０２を取り巻いてい
る加熱体、例えばヒータ２０１で半導体ウェハ２０７を
熱処理する。このヒータ２０１を制御するためにヒータ
２０１の外側の断熱材２０９に孔を開け、その孔に熱電
対２０３を通し、ヒータ２０１近傍に配置してヒータ２
０１の温度を測定し、そして測定温度を電圧変換し、そ
の電圧値に基づいてヒータ電源２０５によってヒータ２
０１の温度を制御するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】熱電対による温度測定
は温度の時間変化が小さい場合には高い精度がえられ
る。ところが、数１０℃／ｍｉｎ程度の温度変化がある
場合にはヒータ２０１の温度を正確に測定することが困
難になる。その理由として、熱電対の金属、例えば白金
は熱放射吸収係数が０．１〜０．２と小さく、ヒータが
急激に温度変化したときに追従することができない。ま
た、熱電対をセラミックのような比較的熱放射吸収係数
の大きい物質で覆ってやると、熱を吸収しやすくなる
が、今度はセラミック自身の熱容量が小さいため、熱電
対に熱が伝達される時間に遅れが生じる。
は温度の時間変化が小さい場合には高い精度がえられ
る。ところが、数１０℃／ｍｉｎ程度の温度変化がある
場合にはヒータ２０１の温度を正確に測定することが困
難になる。その理由として、熱電対の金属、例えば白金
は熱放射吸収係数が０．１〜０．２と小さく、ヒータが
急激に温度変化したときに追従することができない。ま
た、熱電対をセラミックのような比較的熱放射吸収係数
の大きい物質で覆ってやると、熱を吸収しやすくなる
が、今度はセラミック自身の熱容量が小さいため、熱電
対に熱が伝達される時間に遅れが生じる。
【０００４】従って、熱電対では急激な温度変化に対し
て追従することができない。一方、半導体ウェハの方は
シリコンであるので、熱放射吸収係数は、不純物濃度に
もよるが、１０００℃近傍で０．６〜０．７程度である
ので、ヒータ２０１が急激な温度変化を示したとして
も、半導体ウェハの表面温度はヒータの温度に追従して
いく。従って、ヒータの温度が急上昇した場合、半導体
基板表面の温度の方が熱電対による温度よりも速く上昇
するので、半導体基板表面の温度を正確に知ることが難
しい。
て追従することができない。一方、半導体ウェハの方は
シリコンであるので、熱放射吸収係数は、不純物濃度に
もよるが、１０００℃近傍で０．６〜０．７程度である
ので、ヒータ２０１が急激な温度変化を示したとして
も、半導体ウェハの表面温度はヒータの温度に追従して
いく。従って、ヒータの温度が急上昇した場合、半導体
基板表面の温度の方が熱電対による温度よりも速く上昇
するので、半導体基板表面の温度を正確に知ることが難
しい。
【０００５】図４のグラフの白ぬきの丸は、急激に加熱
温度を上げて酸化膜形成の時、熱電対により半導体基板
表面温度を測定することでヒータの制御を行ったときの
膜厚をロットごとに表したものである。これから明らか
なように熱電対では半導体基板表面の温度を正確に知る
ことが難しいため、同じ条件であってもロットごとに酸
化膜厚にばらつきがでてしまう。本発明では上記問題点
に鑑み、急激な温度変化に追随できるような半導体ウェ
ハの熱処理制御方法を提供することを目的とする。
温度を上げて酸化膜形成の時、熱電対により半導体基板
表面温度を測定することでヒータの制御を行ったときの
膜厚をロットごとに表したものである。これから明らか
なように熱電対では半導体基板表面の温度を正確に知る
ことが難しいため、同じ条件であってもロットごとに酸
化膜厚にばらつきがでてしまう。本発明では上記問題点
に鑑み、急激な温度変化に追随できるような半導体ウェ
ハの熱処理制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体の熱処理制御方法では、半導体熱処
理装置中の加熱体近傍に放射温度計を設置し、光電変換
により加熱体の熱放射強度を測定し、それにより、加熱
体に伝導するエネルギーを制御することを特徴とする。
に、本発明の半導体の熱処理制御方法では、半導体熱処
理装置中の加熱体近傍に放射温度計を設置し、光電変換
により加熱体の熱放射強度を測定し、それにより、加熱
体に伝導するエネルギーを制御することを特徴とする。
【０００７】
【作用】本発明により、放射温度計は熱起電力によって
ではなく、光電変換により熱放射強度を測定するので、
発熱体が急激な温度変化を示したとしてもそれに追随
し、半導体基板の温度をほぼ正確に測定して発熱体を制
御することができる。
ではなく、光電変換により熱放射強度を測定するので、
発熱体が急激な温度変化を示したとしてもそれに追随
し、半導体基板の温度をほぼ正確に測定して発熱体を制
御することができる。
【０００８】
【実施例】本発明の実施例である半導体の熱処理制御方
法について図１を用いて説明する。半導体ウェハ１０７
はボート（保持治具）１０８により保持されてチューブ
１０２内に保持されて、プロセスチューブ１０２外部を
取り巻いている加熱体であるヒータ１０１で熱処理を行
う。通常、ヒータ１０１の周囲は断熱材１０９で覆われ
ていて、周囲への熱の逃げを防いでいる。この断熱材１
０９に孔を開け、その孔に測定窓１０６として赤外線の
透過率の良い石英ガラスをはめ込む。
法について図１を用いて説明する。半導体ウェハ１０７
はボート（保持治具）１０８により保持されてチューブ
１０２内に保持されて、プロセスチューブ１０２外部を
取り巻いている加熱体であるヒータ１０１で熱処理を行
う。通常、ヒータ１０１の周囲は断熱材１０９で覆われ
ていて、周囲への熱の逃げを防いでいる。この断熱材１
０９に孔を開け、その孔に測定窓１０６として赤外線の
透過率の良い石英ガラスをはめ込む。
【０００９】ヒータ１０１から発生し、石英ガラス１０
６に隣接させてＳｉ−Ｃｅｌｌなどの電流変化素子を検
出素子とした光電型の放射温度計１０３を配置し、ヒー
タ１０１から発生した赤外線の波長領域の光子を放射温
度計１０３内の検出素子（図示せず）で検出し、光電効
果による光電変換により電流に変換し、放射強度を測定
する。それと共に、その放射強度に基づいた放射強度を
電気信号としてヒータ電源制御装置１０４に転送し、転
送された信号をもとにヒータ電源制御装置１０４はヒー
タ電源１０５を制御してヒータ１０１の加熱温度を制御
する。
６に隣接させてＳｉ−Ｃｅｌｌなどの電流変化素子を検
出素子とした光電型の放射温度計１０３を配置し、ヒー
タ１０１から発生した赤外線の波長領域の光子を放射温
度計１０３内の検出素子（図示せず）で検出し、光電効
果による光電変換により電流に変換し、放射強度を測定
する。それと共に、その放射強度に基づいた放射強度を
電気信号としてヒータ電源制御装置１０４に転送し、転
送された信号をもとにヒータ電源制御装置１０４はヒー
タ電源１０５を制御してヒータ１０１の加熱温度を制御
する。
【００１０】Ｓｉ−Ｃｅｌｌなどの電流変化素子は応答
が速く、しかも検出能が高いため、温度の急激な変化、
即ち赤外線の波長領域の光子数の急激な変化に追随して
いくことが可能である。
が速く、しかも検出能が高いため、温度の急激な変化、
即ち赤外線の波長領域の光子数の急激な変化に追随して
いくことが可能である。
【００１１】実際に半導体基板の熱処理を制御する時
は、まず、半導体基板１０７に熱電対の端子を取り付け
て半導体基板１０７表面の温度を測定する。熱電対は半
導体基板の急激な温度変化に追随することは難しいが、
半導体基板に直接接触させているので、熱電対の温度が
半導体基板１０７表面の温度であるとしてよい。それと
同時に、放射温度計によりヒータ１０１の放射強度を測
定する。この二つの結果をもとに半導体基板１０７表面
温度に対するヒータ１０１の放射強度のキャリブレーシ
ョンを行う。その後、半導体基板１０７から熱電対の端
子を取り外し、ヒータ１０１の放射強度から前記キャリ
ブレーションより半導体表面の温度を推定し熱処理制御
を行う。
は、まず、半導体基板１０７に熱電対の端子を取り付け
て半導体基板１０７表面の温度を測定する。熱電対は半
導体基板の急激な温度変化に追随することは難しいが、
半導体基板に直接接触させているので、熱電対の温度が
半導体基板１０７表面の温度であるとしてよい。それと
同時に、放射温度計によりヒータ１０１の放射強度を測
定する。この二つの結果をもとに半導体基板１０７表面
温度に対するヒータ１０１の放射強度のキャリブレーシ
ョンを行う。その後、半導体基板１０７から熱電対の端
子を取り外し、ヒータ１０１の放射強度から前記キャリ
ブレーションより半導体表面の温度を推定し熱処理制御
を行う。
【００１２】図２はモリブデンシリサイドをヒータの材
質としたとき、放射温度計で計った半導体基板の温度と
熱電対で計った半導体基板の温度との比較である。図
中、曲線１は本発明の場合の放射温度計で放射強度を測
定し、温度に換算した値、曲線２はヒータ近傍に設置し
たアルミナ被覆のＪＩＳ Ｒ型（白金−ロジウム）熱電
対による場合の測定温度、曲線３は従来のアルミナ非被
覆のＪＩＳ Ｒ型（白金−ロジウム）熱電対による場合
の測定温度をそれぞれ示している。これから明らかなよ
うに従来の曲線３では白金の熱放射吸収が少ないため、
ヒータの温度変化に追随できていないことがわかる。ま
た、従来の曲線２では従来の曲線３よりはヒータの温度
変化に追随できているが、急激な昇温に対して時間遅れ
が生じ、温度がオーバーシュート（過上昇）してもそれ
を測定できていないことがわかる。それに対し、本発明
の曲線１は半導体基板の温度変化に良く追随しているこ
とがわかる。
質としたとき、放射温度計で計った半導体基板の温度と
熱電対で計った半導体基板の温度との比較である。図
中、曲線１は本発明の場合の放射温度計で放射強度を測
定し、温度に換算した値、曲線２はヒータ近傍に設置し
たアルミナ被覆のＪＩＳ Ｒ型（白金−ロジウム）熱電
対による場合の測定温度、曲線３は従来のアルミナ非被
覆のＪＩＳ Ｒ型（白金−ロジウム）熱電対による場合
の測定温度をそれぞれ示している。これから明らかなよ
うに従来の曲線３では白金の熱放射吸収が少ないため、
ヒータの温度変化に追随できていないことがわかる。ま
た、従来の曲線２では従来の曲線３よりはヒータの温度
変化に追随できているが、急激な昇温に対して時間遅れ
が生じ、温度がオーバーシュート（過上昇）してもそれ
を測定できていないことがわかる。それに対し、本発明
の曲線１は半導体基板の温度変化に良く追随しているこ
とがわかる。
【００１３】図３は酸化膜形成の時、放射温度計で放射
強度を測定し、それを温度に換算することでヒータの制
御を行ったときの膜厚をプロセスごとに表したものであ
る。放射温度計で放射強度を測定する方法では半導体基
板表面の温度をほぼ正確にしることができるため、同じ
条件であればプロセスごとでもほぼ一定の膜厚になる。
強度を測定し、それを温度に換算することでヒータの制
御を行ったときの膜厚をプロセスごとに表したものであ
る。放射温度計で放射強度を測定する方法では半導体基
板表面の温度をほぼ正確にしることができるため、同じ
条件であればプロセスごとでもほぼ一定の膜厚になる。
【００１４】なお、上記実施例においては、測定窓１０
６を石英ガラス１０６で形成しているが、ヒータ１０１
の温度が１０００℃前後になったときの赤外線放射強度
が最も大きい波長である１〜３μｍの赤外線を透過する
材料、例えばフッ化カルシウムで形成しても良い。
６を石英ガラス１０６で形成しているが、ヒータ１０１
の温度が１０００℃前後になったときの赤外線放射強度
が最も大きい波長である１〜３μｍの赤外線を透過する
材料、例えばフッ化カルシウムで形成しても良い。
【００１５】
【発明の効果】本発明により、発熱体が急激な温度変化
を示したとしてもそれに追随し、半導体基板の温度をほ
ぼ正確に測定して発熱体を制御することができる。
を示したとしてもそれに追随し、半導体基板の温度をほ
ぼ正確に測定して発熱体を制御することができる。
【図１】本発明の実施例である半導体の熱処理制御方法
の概念図
の概念図
【図２】モリブデンシリサイドをヒータの材質としたと
き、本発明の放射温度計で計った半導体基板の温度、従
来の熱電対で計った半導体基板の温度の時間変化を示す
グラフ
き、本発明の放射温度計で計った半導体基板の温度、従
来の熱電対で計った半導体基板の温度の時間変化を示す
グラフ
【図３】放射温度計で放射強度を測定し、それを温度に
換算することでヒータの制御を行ったとき、及び熱電対
により熱起電力を測定することでヒータの制御を行った
ときのプロセスごとの酸化膜厚のグラフ
換算することでヒータの制御を行ったとき、及び熱電対
により熱起電力を測定することでヒータの制御を行った
ときのプロセスごとの酸化膜厚のグラフ
【図４】従来の半導体の熱処理制御方法の概念図
１０１、２０１ ヒータ １０２、２０２ プロセスチューブ １０３ 放射温度計 ２０３ 熱電対 １０４、２０４ ヒータ電源制御装置 １０５、２０５ ヒータ電源 １０６ 測定窓 １０７、２０７ 半導体ウェハ １０８、２０８ ボート １０９、２０９ 断熱材 ２１２ デジタルボルトメータ
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体熱処理装置中の加熱体近傍に放射
温度計を設置し、光電変換により加熱体の赤外線放射強
度を測定し、赤外線放射強度に基づき加熱体の温度を制
御することを特徴とする半導体ウェハの熱処理制御方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13800693A JPH06349924A (ja) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | 半導体ウェハの熱処理制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13800693A JPH06349924A (ja) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | 半導体ウェハの熱処理制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06349924A true JPH06349924A (ja) | 1994-12-22 |
Family
ID=15211862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13800693A Pending JPH06349924A (ja) | 1993-06-10 | 1993-06-10 | 半導体ウェハの熱処理制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06349924A (ja) |
-
1993
- 1993-06-10 JP JP13800693A patent/JPH06349924A/ja active Pending
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