JPH07201765A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、熱処理時のウエハ温度を被接触で
正確に測定することによって、熱処理装置の温度制御性
の向上を図る。 【構成】 加熱処理を行う処理室11が設けられ、その外
部には加熱手段21，22が設けられている。加熱手段21，
22には、電力量を制御する電力制御部31を介して電源32
が接続されている。また処理室11の上方には第１放射温
度計51が設置され、同下方には第２放射温度計52が設置
されている。さらに、第１，第２放射温度計51，52と電
力制御部31との間には、第１，第２放射温度計51，52で
測定した温度を較正して真の温度を求める温度較正部
（図示せず）と、ここで求めた温度に基づいて加熱手段
21，22に供給する電力量を決定する温度制御部（図示せ
ず）とが接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特には半導体装置製造
における拡散処理、酸化処理、窒化処理、アニール処理
等に用いる熱処理装置および熱処理方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造における熱処理は、被
処理体を短時間に熱処理温度まで加熱するＲＴＡ（Rapi
d Thermal Annealing ）法やレーザアニール法が提案
されている。このような急速加熱処理では、温度測定お
よび熱処理温度の制御が重要になる。上記温度測定に
は、放射温度計を用いた非接触な測定法が採用されてい
る。この測定方法では、腐食性雰囲気のウエハ温度を測
定することが可能になる。

【０００３】半導体製造工程では、各工程においてウエ
ハの裏面に形成される膜の種類、例えば、酸化膜、窒化
膜、その他、および膜厚が異なる。そのようなウエハの
温度を測定するには、ウエハ毎に放射率の補正が必要に
なる。その放射率の補正は、例えば、異なる各ウエハ毎
に熱電対を接触させて、そのウエハの温度を測定する。
そのとき、放射温度計によっても温度を測定する。そし
て両者の測定値を対応させて、真の温度を求める較正グ
ラフを作成する。以降の温度測定は、放射温度計で行
い、その都度、同種のウエハの較正グラフに基づいて、
真の温度を求める。

【０００４】また、いわゆるオープンループ制御とし
て、予め設定したウエハ温度プロファイルになるよう
に、加熱手段の温度を設定して熱処理を行う方法もあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では、異なる各ウエハ毎に熱電対による温度測定を行
うので、１枚ごとに熱電対をウエハに取りつける必要が
ある。このため、熱電対をウエハに取付けるのに手間が
かかり、熱処理のスループットが低下する。さらに腐食
雰囲気での熱処理では、熱電対が腐食されるため、温度
測定ができない。

【０００６】また、予め設定したウエハ温度プロファイ
ルになるように、加熱手段の温度を設定して熱処理を行
う方法の場合には、当該熱処理装置の炉芯管の畜熱作用
やウエハの表面反射率の相違によって、測定した温度に
誤差を生じる。

【０００７】本発明は、被処理ウエハの正確な熱処理温
度を把握して温度制御を行うのに優れた熱処理装置およ
び熱処理方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされた熱処理装置および熱処理方法であ
る。熱処理装置は以下のような構成をなしている。すな
わち、ウエハを収納して加熱処理を行う処理室が設けら
れ、その外部には加熱手段が設けられている。その加熱
手段には、それに電力を供給する電源が接続されてい
る。電源には、それから加熱手段に供給する電力量を制
御する電力制御部が接続されている。また処理室の上方
には第１放射温度計が設置されていて、処理室の下方に
は第２放射温度計が設置されているものである。

【０００９】さらに上記熱処理装置には、第１，第２放
射温度計で測定した温度を較正して被処理ウエハの真の
温度を求める温度較正部が当該第１，第２放射温度計と
に接続されている。この温度較正部で求めた被処理ウエ
ハの温度に基づいて加熱手段に供給する電力量を決定す
る温度制御部が温度較正部と電力制御部とに接続されて
いるものである。

【００１０】上記熱処理方法としては、第１手順で、放
射率が既知の基準ウエハに被処理ウエハを重ねた状態
で、かつ当該基準ウエハの温度が熱処理の設定温度にな
るようにして熱処理を行う。その際に、第１放射温度計
で当該基準ウエハの温度を測定して真の温度を求める。
同時に、第２放射温度計で被処理ウエハの温度を測定す
る。さらに、被処理ウエハの測定温度と基準ウエハの測
定から求めた真の温度との対応関係を求める。そして熱
処理が終了した後、基準ウエハと被処理ウエハとを処理
室から搬出する。次いで第２手順で、次の被処理ウエハ
を処理室内に搬入して熱処理を行う。そのときに、第２
放射温度計で被処理ウエハの温度を測定する。さらに被
処理ウエハの測定温度と基準ウエハの測定から求めた真
の温度との対応関係に基づいて、被処理ウエハの測定温
度から真の温度を求める。そして熱処理を終了した後、
被処理ウエハを処理室から搬出する。続いて第３手順
で、上記第２手順で求めた被処理ウエハの真の温度と熱
処理の設定温度とに差が有る場合には、その差が０にな
るように加熱手段に供給する電力量を調節して、第２手
順以降を繰り返す。一方、その差が無い場合には、加熱
手段に供給する電力量の変更を行わないで、第２手順以
降を繰り返す。

【００１１】

【作用】上記熱処理装置では、処理室の上方に第１放射
温度計が設置され、同下方に第２放射温度計が設置され
ていることから、例えば第１放射温度計で基準ウエハの
温度が測定され、その真の温度が求まる。また第２放射
温度計で被処理ウエハの温度が測定される。したがっ
て、被処理ウエハの測定温度と基準ウエハの測定温度と
の関係から、当該被処理ウエハの測定温度と真の温度と
の関係が求まる。このため、上記被処理ウエハとほぼ同
等の別の被処理ウエハを熱処理する際には、上記第２放
射温度計で温度測定することで、上記被処理ウエハの測
定温度と真の温度との関係から、被処理ウエハの真の温
度が求まる。

【００１２】さらに上記熱処理装置では、第１，第２放
射温度計とに接続する温度較正部を設けたことから、第
１，第２放射温度計を用いて予め測定した被処理ウエハ
の温度とそれから求めた真の温度との関係が記憶され
る。そして上記関係に基づいて、被処理ウエハとほぼ同
等の別の被処理ウエハを熱処理する際の当該被処理ウエ
ハの真の温度が求められる。さらに温度較正部と電力制
御部とに接続される温度制御部を設けたことから、温度
較正部で求めた熱処理時における被処理ウエハの真の温
度に基づいて、加熱手段に供給する電力量が決定され
る。したがって、加熱手段の発熱量の制御が行えるの
で、熱処理温度の管理が行える。

【００１３】上記熱処理方法では、第１放射温度計で放
射率が既知の基準ウエハの温度を測定して真の温度を求
め、このときに第２放射温度計で基準ウエハに重ねた被
処理ウエハの温度を測定することから、被処理ウエハの
測定温度と真の温度との対応関係が導かれる。そして次
の被処理ウエハの熱処理時に、第２放射温度計で当該被
処理ウエハの温度を測定することで、上記被処理ウエハ
の測定温度と真の温度との対応関係によって、熱処理し
ている被処理ウエハの真の温度が求まる。さらに熱処理
における被処理ウエハの真の温度と熱処理の設定温度と
に差が有る場合には、その差を０にするように、加熱手
段に供給する電力量を調節することから、被処理ウエハ
の熱処理温度は常に設定温度になる。

【００１４】

【実施例】本発明の第１実施例を図１の概略構成図によ
り説明する。

【００１５】図１に示すように、熱処理装置１には、試
料５１を収納して加熱処理を行う処理室１１が設けられ
ている。この処理室１１は、例えば透明な石英管からな
り、その内部には、基準ウエハ１０１と被処理ウエハ１
０２を載置するステージ１２が設けられている。

【００１６】上記処理室１１の外部上方には加熱手段２
１が設けられていて、上記処理室１１の外部下方には加
熱手段２２が設けられている。両加熱手段２１，２２
は、例えば、発光波長が１μｍ程度の複数のタングステ
ンハロゲンランプからなる。さらに上記加熱手段２１，
２２に対して上記処理室１１とは反対側に反射鏡２３，
２４が設けられている。また上記各加熱手段２１，２２
には、電力制御部３１を介して電源３２が接続されてい
る。

【００１７】さらに上記処理室１１の上方には、上記反
射鏡２３および上記加熱手段２１によって基準ウエハ１
０１から放射される熱線Ｒ１が遮られない位置に第１放
射温度計５１が設けられている。また上記処理室１１の
下方には、上記反射鏡２４および上記加熱手段２２によ
って被処理ウエハ１０２から放射される熱線Ｒ２が遮ら
れない位置に第２放射温度計５２が設けられている。

【００１８】上記の如くに、熱処理装置１は構成されて
いる。

【００１９】上記熱処理装置１では、処理室１１の上方
に第１放射温度計５１が設置され、同下方に第２放射温
度計５２が設置されていることから、例えば第１放射温
度計５１で基準ウエハ１０１の温度が測定され、その真
の温度が求まる。また第２放射温度計５２で被処理ウエ
ハ１０２の温度が測定される。したがって、被処理ウエ
ハ１０２の測定温度と基準ウエハ１０１の測定温度との
関係から、当該被処理ウエハ１０２の測定温度と真の温
度との関係が求まる。このため、上記被処理ウエハ１０
２とほぼ同等の次の被処理ウエハ（図示せず）を熱処理
する際には、上記第２放射温度計５２で温度測定するこ
とで、上記被処理ウエハ１０２の測定温度と真の温度と
の関係から、上記次の被処理ウエハの真の温度が求ま
る。

【００２０】次に第２実施例を図２の概略構成図によっ
て説明する。なお、図では上記第１実施例で説明したの
と同様の構成部品には同一符号を付す。

【００２１】図に示すように、熱処理装置２は、上記第
１実施例で説明した熱処理装置（１）に温度構成部６１
と温度制御部６２とを付加したものである。したがって
熱処理装置（１）と同様の構成に関しての説明は、ここ
では省略する。

【００２２】上記温度構成部６１は、第１放射温度計５
１と第２放射温度計５２とに接続されている。上記温度
較正部６１は、第１放射温度計５１と第２放射温度計５
２とで測定した温度を真の温度に較正するものである。
すなわち、上記被処理ウエハ１０２の測定温度と基準ウ
エハ１０１の測定温度から求めた真の温度とを対応させ
て、当該被処理ウエハ１０２の測定温度と真の温度との
対応関係を求める。そして上記対応関係は、当該温度較
正部６１に記憶される。

【００２３】さらに上記温度制御部６２は、上記温度較
正部６１と電力制御部３１との間に接続されている。こ
の温度制御部６２には、熱処理の設定温度が入力されて
記憶されている。そして上記温度較正部６１で求めた温
度と上記設定温度とに基づいて上記加熱手段２１，２２
に供給する電力量を決定し、その電力量を電力制御部３
１に指令するものである。

【００２４】上記熱処理装置２では、第１，第２放射温
度計５１，５２とに接続する温度較正部６１を設けたこ
とから、第１，第２放射温度計５１，５２を用いて予め
測定した被処理ウエハ１０２の温度とそれから求めた真
の温度との関係が記憶される。そして上記関係に基づい
て、上記被処理ウエハ１０２とほぼ同等の別の被処理ウ
エハ（図示せず）を熱処理する際の当該被処理ウエハの
真の温度が求められる。さらに温度較正部６１と電力制
御部３１とに接続される温度制御部６２を設けたことか
ら、温度較正部６１で求めた熱処理時における被処理ウ
エハ１０２の真の温度に基づいて、加熱手段２１，２２
に供給する電力量が決定される。したがって、加熱手段
２１，２２の発熱量の制御が行えるので、熱処理温度の
管理が行える。そして、決定した電力量が電力制御部３
１に伝えられ、加熱手段２１，２２に供給される電力量
が制御される。

【００２５】次に、上記熱処理装置による熱処理方法の
第１実施例を、図３の流れ図によって説明する。なお、
以下の説明では、構成部品に上記図２によって説明した
のと同様の構成部品には同一符号を付して説明する。

【００２６】図に示すように、第１手順では、放射率が
既知の基準ウエハ１０１に被処理ウエハ１０２を重ねた
状態で、かつ当該基準ウエハ１０１の温度が熱処理の設
定温度になるようにして熱処理を行う。その際に、第１
放射温度計５１で当該基準ウエハ１０１の温度を測定し
て、真の温度を求める。同時に、第２放射温度計５２で
被処理ウエハ１０２の温度を測定する。さらに、当該被
処理ウエハ１０２の測定温度と当該基準ウエハ１０１の
測定温度から求めた真の温度とを対応させて、当該被処
理ウエハ１０２の測定温度と真の温度との対応関係を求
める。なお、上記被処理ウエハ１０２の測定温度と基準
ウエハ１０１の測定温度から求めた真の温度とを対応さ
せて、当該被処理ウエハ１０２の測定温度と真の温度と
の対応関係は温度較正部６１によって求められる。そし
て上記対応関係は、当該温度較正部６１に記憶される。
そして上記熱処理が終了した後、上記基準ウエハ１０１
と上記被処理ウエハ１０２とを処理室１１から搬出す
る。

【００２７】次いで第２手順を行う。この手順では、上
記被処理ウエハ（１０２）とほぼ同等の次の被処理ウエ
ハ（図示せず）を処理室１１の内部に搬入して熱処理を
行う。その際に、上記第２放射温度計５２で当該被処理
ウエハの温度を測定する。さらに、上記第１手順で求め
た被処理ウエハ（１０２）の測定温度と真の温度との対
応関係から、当該熱処理している被処理ウエハの真の温
度を求める。そして上記熱処理が終了した後、当該被処
理ウエハを処理室１１から搬出する。

【００２８】ここで、全被処理ウエハの熱処理が完了し
た否かを判定する。全被処理ウエハの熱処理が完了した
場合には、上記第２手順で終了する。全被処理ウエハの
熱処理が完了していない場合には、第３手順に進む。

【００２９】さらに第３手順を行う。この手順では、温
度制御部６２によって、上記第２手順で求めた被処理ウ
エハの真の温度と熱処理の設定温度との差を調べる。そ
して差が有る場合に、その差が０になるように加熱手段
２１，２２に供給する電力量を調節する。なお温度制御
部６２には、予め熱処理の設定温度が入力されて記憶さ
れている。そして上記第２手順以降を繰り返す。

【００３０】一方、上記第２手順で求めた被処理ウエハ
の真の温度と熱処理の設定温度とに差が無い場合には、
上記温度制御部６２によって、加熱手段２１，２２に供
給する電力量の変更は行わないで、上記第２手順以降を
繰り返す。

【００３１】上記熱処理方法では、第１放射温度計５１
で放射率が既知の基準ウエハ１０１の温度を測定して真
の温度を求め、同時に第２放射温度計５２で基準ウエハ
１０１に重ねた被処理ウエハ１０２の温度を測定するこ
とから、被処理ウエハ１０２の測定温度と真の温度との
対応関係が導かれる。そして次の被処理ウエハ（図示せ
ず）の熱処理時に、第２放射温度計５２で当該被処理ウ
エハの温度を測定することで、上記被処理ウエハ（１０
２）の測定温度と真の温度との対応関係によって、熱処
理している被処理ウエハの真の温度が求まる。さらに熱
処理における被処理ウエハの真の温度と熱処理の設定温
度とに差が有る場合には、その差を０にするように、加
熱手段２１，２２に供給する電力量を調節することか
ら、被処理ウエハの熱処理温度は常に設定温度になる。

【００３２】なお、放射率が既知の基準ウエハと放射率
が未知の被処理ウエハとを重ねて同時に熱処理を行う場
合には、放射率が既知のウエハの温度を放射温度計で測
定することによって、放射率が未知の被処理ウエハの真
の温度が求まる。この場合には、上記熱処理方法で説明
した第１手順は不必要になる。さらに、第２手順では、
放射率が既知のウエハの温度を放射温度計で測定する。
そして上記第３手順で説明したと同様に、測定した温度
と熱処理の設定温度との差を比較して、差が有る場合に
は、その差を解消すべく加熱手段に供給する電力量を調
節する。この方法では、第１手順は不要になるが、２枚
のウエハを重ね合わせた状態で熱処理を行うので熱処理
されるウエハの熱容量は大きくなる。このため、急速加
熱処理の場合には、時定数が大きくなるため、実温度と
測定温度とに差が生じる可能性がある。それを解消する
ためには、時定数を見込んだ温度制御を行う。

【００３３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
処理室の上下方向に第１，第２放射温度計が設置されて
いるので、放射率が既知の基準ウエハの温度と放射率が
未知の被処理ウエハの温度とを同時に測定して、当該被
処理ウエハの測定温度と真の温度との関係を求めること
ができる。このため、放射率の異なる被処理ウエハの温
度補正が簡単になる。また上記被処理ウエハとほぼ同等
の次の被処理ウエハを熱処理する際には、上記被処理ウ
エハを測定した第２放射温度計で温度測定することで、
上記被処理ウエハの測定温度と真の温度との関係から、
次の被処理ウエハの真の温度を容易に求めることができ
る。

【００３４】さらに上記熱処理装置では、第１，第２放
射温度計に接続する温度較正部と、それと電力制御部と
に接続する温度制御部を設けたので、予め測定した被処
理ウエハの温度と真の温度との関係に基づいて、次の被
処理ウエハを熱処理する際の真の温度を求めることがで
きる。そして真の温度に基づいて、加熱手段に供給する
電力量を決定することができる。したがって、加熱手段
の発熱量を制御することが可能になるので、熱処理温度
を設定温度に制御することが正確にできる。

【００３５】上記熱処理方法では、放射率が既知の基準
ウエハの温度と放射率が未知の被処理ウエハの温度とを
同時に測定するので、被処理ウエハの測定温度と真の温
度との対応関係を導くことができる。そして次の被処理
ウエハの熱処理時には、導いた対応関係に基づいて、第
２放射温度計で次の被処理ウエハの温度を測定するだけ
で真の温度を求めることができる。さらに求めた真の温
度と熱処理の設定温度との差を比較して、その差を０に
するように加熱手段に供給する電力量を調節すること
で、被処理ウエハの熱処理温度は常に設定温度に保つこ
とができる。よって、正確な温度で熱処理を行うことが
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の概略構成図である。

【図２】本発明の第２実施例の概略構成図である。

【図３】本発明の温度制御方法の流れ図である。

【符号の説明】

１ 熱処理装置 １１ 処理室 ２１ 加熱手段 ２２ 加熱手段 ３１ 電源 ３２ 電力制御部 ５１ 第１放射温度計 ５２ 第２放射温
度計 ６１ 温度較正部 ６２ 温度制御部 １０１ 基準ウエハ １０２ 被処理ウ
エハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/31 21/324 Ｄ 21/66 Ｔ 7630−4Ｍ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハを収納して加熱処理を行う処理室
   と、 前記処理室の外部に設けた加熱手段と、 前記加熱手段に電力を供給する電源と、 前記電源から前記加熱手段に供給する電力量を制御する
   電力制御部と、 前記処理室の上方に設けた第１放射温度計と、 前記処理室の下方に設けた第２放射温度計とからなるこ
   とを特徴とする熱処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱処理装置において、 前記第１放射温度計と前記第２放射温度計とで測定した
   温度を較正して被処理ウエハの真の温度を求めるもの
   で、当該第１放射温度計と当該第２放射温度計とに接続
   した温度較正部と、 前記温度較正部で求めた被処理ウエハの温度に基づいて
   前記加熱手段に供給する電力量を決定するもので、前記
   温度較正部と前記電力制御部とに接続されている温度制
   御部とを設けたことを特徴とする熱処理装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の熱処理装
   置による熱処理方法であって、 放射率が既知の基準ウエハに被処理ウエハを重ねた状態
   で、かつ当該基準ウエハの温度が熱処理の設定温度にな
   るようにして熱処理を行い、その際に、第１放射温度計
   で当該基準ウエハの温度を測定して真の温度を求め、同
   時に第２放射温度計で被処理ウエハの温度を測定して、
   当該被処理ウエハの測定温度と当該基準ウエハの測定か
   ら求めた真の温度との対応関係を求め、当該熱処理が終
   了した後、当該基準ウエハと被処理ウエハとを処理室か
   ら搬出する第１手順と、 次の被処理ウエハを処理室内に搬入してその熱処理を行
   っているときに、第２放射温度計で当該次の被処理ウエ
   ハの温度を測定して、前記被処理ウエハの測定温度と前
   記基準ウエハの測定から求めた真の温度との対応関係に
   基づいて、当該次の被処理ウエハの測定温度から真の温
   度を求め、当該熱処理を終了した後、当該被処理ウエハ
   を処理室から搬出する第２手順と、 前記第２手順で求めた被処理ウエハの真の温度と熱処理
   の設定温度とに差が有る場合には、前記差が０になるよ
   うに加熱手段に供給する電力量を調節して、前記第２手
   順以降を繰り返し、一方、前記差が無い場合には、加熱
   手段に供給する電力量の変更を行わないで、前記第２手
   順以降を繰り返す第３手順とからなることを特徴とする
   熱処理方法。