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

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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
Authority
JP
Japan
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heater
temperature
heat
measured
radiant intensity
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Pending
Application number
JP13800693A
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English (en)
Inventor
Akito Yamamoto
明人 山本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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
【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
【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
【図4】従来の半導体の熱処理制御方法の概念図
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP13800693A 1993-06-10 1993-06-10 半導体ウェハの熱処理制御方法 Pending JPH06349924A (ja)

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JP13800693A JPH06349924A (ja) 1993-06-10 1993-06-10 半導体ウェハの熱処理制御方法

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JP13800693A JPH06349924A (ja) 1993-06-10 1993-06-10 半導体ウェハの熱処理制御方法

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JPH06349924A true JPH06349924A (ja) 1994-12-22

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