JPH1197371A

JPH1197371A - 熱処理装置

Info

Publication number: JPH1197371A
Application number: JP27207597A
Authority: JP
Inventors: Satoru Osawa; 哲大沢
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1997-09-18
Filing date: 1997-09-18
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理体の表面の特定の狭い部位を加熱し
て、面内の均一な温度分布を得ることができる熱処理装
置を提供する。【解決手段】処理容器４内の載置台１４上に載置され
た被処理体Ｗを、加熱手段２０により加熱して所定の熱
処理を施すようにした熱処理装置において、前記被処理
体の表面の温度分布を測定するための走査式の放射温度
測定手段３８と、この放射温度測定手段にて求めた結果
に基づいて温度の低下している特定の部位を選択的に加
熱する補助加熱手段３６とを備えるように構成する。こ
れにより、放射温度計測手段で得られた温度分布に基づ
いて温度の低い特定の部位に補助加熱手段により光エネ
ルギーを投入し、被処理体の面内温度の均一性を向上さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被処理体を加熱して所定の熱処理を行なう熱処理装置に
関する。特に熱処理にあたり被処理体を１枚ずつ処理す
る形式いわゆる枚葉熱処理装置に有効である。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウエハ等の被処理体を一
枚ずつ加熱して、これに所定の熱処理を施す装置として
枚葉式の熱処理装置が知られている。これは、処理容器
内のウエハを加熱するために、抵抗ヒータを、ウエハを
載置する載置台に組み込んだり、或いは複数の加熱ラン
プを薄い載置台の下方に配置するなどしている。

【０００３】半導体ウエハの熱処理として、一定温度に
規定時間保持するいわゆるアニール、所定の反応ガス雰
囲気におき所定の温度に保って被処理体の面上に所定の
生成物を形成する成膜等が行われる。どちらの熱処理
も、ウエハの面内での温度が均一でないと、例えば、ア
ニールによって得られる結晶の電気伝導度にバラツキを
生じるとか、成膜された膜の厚さにバラツキを生じる等
の問題を引き起こす。このため半導体ウエハの熱処理に
関しては、ウエハ温度の面内均一性を高く維持すること
が非常に重要である。このため、従来の装置にあって
は、例えば載置台の表面に、ウエハの半径上に対応させ
て熱電対を数箇所、例えば２〜３箇所設けて、ウエハの
中心付近、中間付近、外周付近のそれぞれの温度を求
め、これに基づいてその部位におおよそ対応する抵抗ヒ
ータや加熱ランプに与える入力を制御することによっ
て、ウエハ温度の面内均一性を高く維持するようになっ
ている。また、他の方法としては、載置台に多数の熱電
対を設けてウエハ面内のより細かな温度分布を求めるこ
とも行なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に数個或いは多数の熱電対を用いてウエハ面内のある程
度の温度分布が判明したとしても、この温度分布は非常
に大まかなものである。また、ある程度の細かなウエハ
表面の温度分布が判明したとしても、従来の抵抗ヒータ
や加熱ランプの構造では、ヒータのゾーン毎に、或いは
個々のランプ毎に熱の投入量が制御できるようになって
いるといえども、その個々の制御対象エリアはかなり広
く、特定の部位のみの温度制御はできない。

【０００５】以下に、具体的に説明をおこなう。ウエハ
は何らかの方法によって支持されて熱処理を受けるが、
通常ウエハの支持部は、熱が支持部材を経由して流れ出
すため、その周辺と比べて温度が低くなる。このように
して生じる温度の不均一性は、従来の構造、つまり大ま
かにゾーン分けされた熱電対と加熱用のヒータあるいは
ランプの組み合わせによっては対応できない。まず、温
度の検出に関し、熱電対および熱電対の引き出し線の熱
容量を検出すべき領域の温度に影響を与えない程度に小
さくしなければならない。微少な領域の温度計測は非常
に困難であり、この困難な温度計測をウエハ全領域につ
いて行う必要がある。

【０００６】次に、加熱技術、制御技術としての難しさ
がある。温度を計測した領域のみが加熱できる加熱源及
び制御系が必要である。例えば、ウエハ中心部の温度が
低いからといってウエハの中心に相当するヒータの入力
を上げるとウエハの外周の温度も中心の影響を受けて上
昇する。上昇したウエハ外周の温度を計測してそのまま
制御動作に反映しウエハ外周部への入力を下げると、最
後にはゼロとなり、制御系として成立しなくなる。この
ように、微少な領域の温度計測、温度制御について、な
んらの手段を持たないのが現状である。また、相互に影
響し合う複数の制御系を各々最適に設定することは非常
に難しく、ウエハの中心部の温度を多少低く設定し、制
御動作を多少鈍感に設定しているのが現状である。

【０００７】更に、この種の枚葉熱処理装置は、大きな
温度差を生じた結果処理対象物であるウエハに物理的な
損傷を引き起こす可能性を持っている。枚葉熱処理装置
は、処理対象物であるウエハを１枚ずつ処理容器の処理
を行う位置に搬送した後、処理温度まで昇温し、所定の
時間保持し、ある程度温度を下げ、処置対象物であるウ
エハを搬送フォークで処置容器から取り出す。最大の温
度差は搬送フォークで被処理体であるウエハを取り出す
際に発生し、搬送フォークが通常は室温であることが原
因している。当然、搬送フォークの温度を上げておくこ
とは搬送時に発生する温度差を軽減することに効果的で
あるが、技術的に困難である。また、最終的には室温に
まで温度を下げなければならないため処理容器からの取
り出し時の温度差は下げられても何処かで温度差を生じ
てしまう。

【０００８】図１０は搬送フォークにより半導体ウエハ
を移載した時の温度分布を計測し、温度を濃淡で表した
図である。高温のウエハの下に矢印の方向から搬送フォ
ーク、この場合は室温の２本のガラス管を進入させ、ウ
エハを持ち上げた瞬間のデータである。ウエハとフォー
クの接触部分を中心として、その周辺部に向けて大きな
温度差が生じており、ウエハの周辺から熱が流れて、接
触部で消えている、つまりフォークに熱が流れこんでい
る。図に示すよう、温度差自体も大きいし、温度勾配で
考えた場合はウエハの破損、スリップを心配しなければ
ならないほどの大きさである。

【０００９】図は熱処理が終了した後の工程にあたる
が、処理容器内にウェハを投入する工程でも同様の温度
差を生じ、生じた温度差は装置の温度均一性を大きく阻
害する特に、最近のように高密度、高集積化の要請によ
り、ウエハサイズが８インチや１２インチへと大きくな
ると、従来の加熱手段による温度制御だけでは、ウエハ
面内の温度の不均一性を十分に解消することができな
い。また、発生する温度の不均一性に起因する影響が大
きくなる。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、被処理体の面内の均一な温度分布を得ることが
できる熱処理装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、処理容器内の載置台上に載置された被
処理体を、加熱手段により加熱して所定の熱処理を施す
ようにした熱処理装置において、前記被処理体の表面の
温度分布を測定するための走査式の放射温度測定手段
と、この放射温度測定手段にて求めた結果に基づいて温
度の低下している特定の部位を選択的に加熱する補助加
熱手段とを備えるように構成したものである。これによ
り、処理容器内の載置台上に載置された被処理体は、放
射温度測定手段によりその表面が走査されて細かな温度
分布が測定される。この測定結果に基づいて、補助加熱
手段が、被処理体表面の温度の低い特定の部位に選択的
に熱を投入してこの部位を加熱する。これにより、被処
理体の表面の温度の均一性を非常に高くすることが可能
となる。

【００１１】この場合、処理容器の天井部には、補助加
熱手段からの加熱用の光を透過するために例えば石英製
の透過窓を設ける。また、補助加熱手段には、より狭い
範囲の特定の部位を選択的に加熱できるようにするため
に、放電により実質的に点状の輝点を発生する放電ラン
プを用いるのが好ましく、これより放射された光を、集
光ミラー部により集め、これを走査ミラー部により走査
して被処理体表面の特定の部位に照射する。この場合、
集光ミラー部は、光照射方向に沿った断面が楕円形状の
部分よりなる部分楕円反射ミラーと、この反射ミラーか
らの光を集光させるために略円錐状になされた円錐反射
ミラーとを組み合わせたものを用いるのがよい。また、
走査ミラー部は、対向して配置されて相互に直交する異
なる回転軸に対して回転及び／または揺動可能に支持さ
れた平板状の一対の平板反射ミラーとにより構成すれば
よい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る熱処理装置
の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発
明の熱処理装置を示す構成図、図２は図１に示す装置の
集光ミラー部を示す斜視図、図３は集光ミラー部の光の
反射を説明するための説明図、図４は図１中の装置の走
査ミラー部を示す概略構成図である。図示するように、
この熱処理装置２は、例えばアルミニウム等により円筒
体状に成形された処理容器４を有しており、この処理容
器４の底部には、Ｏリング等のシール部材６を介して底
板９が気密に設けられ、天井部には同じくＯリング等の
シール部材１０を介して天井板１２が気密に設けられて
いる。この処理容器４内に被処理体としての例えば半導
体ウエハＷを載置するための載置台１４が設けられる。

【００１３】この載置台１４は、下部の基台１４Ａとこ
の上に設置される載置台本体１４Ｂとよりなり、この載
置台本体１４Ｂの少なくとも上面には、光透過性の石英
ガラスよりなる覆い部材１６がクランプ１８により着脱
可能に設けられる。この載置台本体１４Ｂ内には、例え
ばハロゲンランプ等よりなる主加熱用の加熱手段とし
て、例えば加熱ランプ２０が複数個設けられており、ウ
エハＷをその裏面側より主に加熱し得るようになってい
る。各加熱ランプ２０は、個々に投入電力量が制御可能
になされている。各加熱ランプ２０の下方には、断面が
略楕円形状或いは放物線形状に類似した曲面形状になさ
れた反射ミラー２２が設けられており、ランプ２０から
の放射光を効率的にウエハ裏面に投入できるようになっ
ている。

【００１４】この場合、上記反射ミラー２２の反射面
は、通常使われる楕円反射ミラーや放物線反射ミラーと
は異なり、ウエハ裏面に到達する光線が略均一に分散す
るような曲面形状になされている。尚、この加熱ランプ
２０に替えて、例えば同心円状に複数に分割されて、ゾ
ーン毎に制御可能な抵抗発熱ヒータを設けるようにして
もよい。この処理容器４の底板８には、図示しない真空
排気系に接続された排気口２４が設けられて処理容器４
内を真空引き可能としており、また、側壁にはウエハＷ
を搬出入する時に開閉されるゲートバルブ２６及び処理
容器４内へ所定の処理ガスを導入するガス導入ノズル２
８が設けられている。尚、ウエハの搬送系として、必要
であればウエハＷを上下動するリフタピンも設けられ
る。また、上記ガス導入ノズル２８に替えて、例えば光
を透過する石英製のシャワーヘッドを設けるようにして
もよい。

【００１５】また、処理容器４の天井板１２には、ウエ
ハ径よりも大きな所定の大きさの開口３０が形成されて
おり、この開口３０にＯリング等のシール部材３２を介
して例えば石英製の透過窓３４が気密に設けられてい
る。そして、この透過窓３４の上方に、ウエハＷの表面
の特定の部位を加熱するために、本発明の特徴とする補
助加熱手段３６と、ウエハ表面の温度分布を測定する走
査式の放射温度計測手段３８とが設けられる。

【００１６】上記走査式の放射温度計測手段３８は、例
えば相互に直交するＸ方向とＹ方向の軸回りに回転する
一対のスキャンミラー４０と、光検出器４２とを有して
おり、これらのスキャンミラー４０を走査しつつ、ウエ
ハ面上の各点からの光を光検出器４２に取り込むことに
より、ウエハ表面全体の温度分布を２次元的に且つ細か
に測定することができる。先の図１０に示した温度分布
は、このような放射計測手段３８を用いて得られたもの
である。このような放射温度計測手段３８は、例えばサ
ーモビュワーやサーモトレーサー等の商品名で市販され
ており、２５６点×２５６点の計測を１秒間に２０回行
いその結果を図１０に示すような温度分布図として連続
的に表示する性能を持っている。以降の説明において、
温度計測手段３８は高速に温度分布のデータを与えるい
わゆるブラックボックスとしてあつかい、その計測方
法、走査方法については詳述しない。

【００１７】一方、上記補助加熱手段３６は、放電ラン
プ４４と、この放電ランプ４４からの光を集光させる集
光ミラー部４６と、この集光ミラー部４６からの光をウ
エハＷの表面上に走査させる走査ミラー部４８とにより
主に構成されている。具体的には、この放電ランプ４４
としては、アーク放電により光を発する放電ランプ、例
えばキセノンランプや高圧水銀ランプ等を用いることが
できる。このアーク放電によって発生する点状の輝点５
０（図３参照）の断面直径は、０．３ｍｍ程度であり、
非常に小さくて実質的に点と見なせることができ、後述
するように集光した時の角度誤差或いは拡がり角が小さ
くなる。

【００１８】また、この放電ランプ４４から放射された
光を集光する集光ミラー部４６は、通常の断面が楕円形
状の反射ミラーではなく、光照射方向に沿った断面が楕
円形状の部分よりなる部分楕円反射ミラー５２と、この
反射ミラー５２からの光を集光させる断面がくの字状の
直線状になって全体が傘状或いは円錐状になった円錐反
射ミラー５４とにより構成され、これにより後述するよ
うに反射光の拡がり角を抑制して多くの光を焦点上の一
点に集光させることが可能となる。具体的には、この集
光ミラー部４６は、本発明者が先に開示した特願平９−
１４３２９４号における反射ミラーと同一のものを用い
る。すなわち、図２及び図３に示すように部分楕円反射
ミラー５２は、光照射方向における断面が楕円形状の部
分となるように例えばドーム状に形成され、その先端に
は、円形の比較的小口径の放射口５５が開口して設けら
れている。

【００１９】これに対して、円錐反射ミラー５４は、光
照射方向における断面がくの字状の直線状となるように
全体が回転円錐体の一部を構成するように、いわば傘状
に形成されている。そして、放電ランプ４４の輝点５０
が、上記部分楕円反射ミラー５２の部分楕円円弧の焦点
Ｆ１上に配置されている。従って、この放電ランプ４４
から放射された光は、部分楕円反射ミラー５２にて反射
された後に、後方の円錐反射ミラー５４に向かい、更
に、ここで反射された後に前方に向かって放射口５５か
ら出射し、集光点５６に集光されることになる。ここで
注意する点は、図２において上下に位置する楕円の一
部、すなわち上側楕円弧５２Ａと下側楕円弧５２Ｂとは
連続する１つの楕円の一部を形成してはいないという点
である。すなわち、上側楕円弧５２Ａを形成する楕円の
一方の焦点は、Ｆ２に位置して下側楕円弧５２Ｂの一方
の焦点と同じ点に位置するが、他方の焦点Ｆ３は中心線
５８よりも下方に位置している。

【００２０】また、下側楕円弧５２Ｂを形成する楕円の
一方の焦点は、上述のように点Ｆ２に位置するが、他方
の焦点Ｆ４は中心線５８よりも上方に位置し、中心線５
８を対称軸として上記焦点Ｆ３に対して対称となってい
る。そして、円錐反射ミラー５４の中心線５８に対する
傾斜角度θ１は、それぞれの楕円弧５２Ａ、５２Ｂの他
方の焦点Ｆ３、Ｆ４の対応する側の円錐反射ミラー５４
の断面直線を対称軸とする虚像の位置が同一ポイントで
ある集光点５６に位置するように設定されている。図２
においては、中心線５８を通る１つの断面について説明
したが、任意の方向から中心線５８を通るように切断し
た切断面について、全て上述したような関係が成立する
ようになっている。この場合、集光点５６が半導体ウエ
ハＷの表面となるように両者間の距離が設定される。

【００２１】一方、走査ミラー部４８は、図４に示すよ
うに２枚一対の平板状の平板反射ミラー６０、６２を有
しており、これらの反射ミラー６０、６２は互いに向き
合わせて、いわば平行四辺形を形成するように平行に配
置されている。一方の平板反射ミラー６０は、例えば放
電ランプ４４からの光を受けて、これを他方の平板反射
ミラー６２に向けて反射するものである。この平板反射
ミラー６０は、例えばＸ方向に沿って設けたＸ回転軸６
４に固定されており、このＸ回転軸６４に連結される例
えばステップモータよりなるＸモータ６６を正逆回転す
ることによって上記平板反射ミラー６０を、Ｘ回転軸６
４を回転中心として任意の角度で正逆回転し、回転及び
／または揺動できるようになっている。

【００２２】また、他方の平板反射ミラー６２は、上記
Ｘ方向と直交するＹ方向（図示例では紙面垂直方向）に
沿って設けたＹ回転軸６８に固定されており、このＹ回
転軸６８に連結される例えばステップモータよりなるＹ
モータ７０を正逆回転することによって上記平板反射ミ
ラーを６２を、Ｙ回転軸６８を回転中心として任意の角
度で正逆回転し、揺動できるようになっている。従っ
て、これらの２枚の平板反射ミラー６０、６２を用いる
ことによって、放電ランプ４４からの放射光を走査し
て、ウエハ表面上の任意の特定の部位に集光させること
ができる。この場合、放電ランプ４４に替えてフィラメ
ントを用いた例えばハロゲンランプを用いることもでき
るが、この場合には発光する輝点の断面直径が例えば数
ｍｍ〜十数ｍｍになってアーク放電の場合よりもかなり
大きくなるので、その分、集光点５６における光のスポ
ットが大きくなり、ウエハの表面を大きくなったスポッ
ト径でゾーン分けすることになる。

【００２３】次に、以上のように構成された装置の動作
について図５及び図６も参照して説明する。まず、ゲー
トバルブ２６を開いて図示しない搬送フォークにより未
処理の半導体ウエハＷを処理容器４内へ導入し、これを
載置台１４上に載置する。処理容器４内を密閉した後、
処理容器４内を真空引きして所定の圧力に維持し所定の
時間が経過すると、ガス導入ノズル２８より所定の処理
ガスを導入する。これらと並行して、載置台本体１４Ｂ
内に設けた主加熱用の加熱ランプ２０は、動作されてお
り、ウエハＷの裏面側に光を投入してこれを所定のプロ
セス温度に昇温し一定に維持すべく制御がなされてい
る。

【００２４】この場合、載置台１４の表面に組み込まれ
ている図示しない数本、例えば３〜４本程度の熱電対に
より、ウエハの温度は検出されて各熱電対の検出値がプ
ロセス温度にて一定になるように各加熱ランプ２０の出
力が制御されるが、これだけの制御では、前述したよう
にウエハ面内の温度を均一化させるのが困難であり、ウ
エハ面内にある程度の温度差が生ずることは避けられな
い。そこで、本装置例においては、まず、走査式の放射
温度計測手段３８によってウエハ面全体に亘って走査す
ることにより、ウエハ表面の温度分布を求める。そし
て、この温度分布より温度の低い特定の部位、或いは箇
所を検出する（図１０参照）。

【００２５】そして、この温度の低い特定の部位を求め
たならば、その特定の部位に向けて補助加熱手段３６よ
り光を集光させて照射し、この特定の部位の温度をウエ
ハ面の平均温度値になるように加熱する。尚、放射温度
計測手段３８による、ウエハ表面の２次元的な温度分布
の計測は、ウエハの局部的な加熱の為の走査とは別のタ
イミングで独立してかつ連続的に行う。温度計測手段３
８からデータを転送する手段を補助加熱手段３６を制御
する系統以外に別途設けておけば、例えば、装置の稼働
状態における処理対象であるウエハの温度分布のデータ
が得られる。

【００２６】また、図２に示すように放電ランプ４４か
ら放射された光は、まず、前方に設けてある部分楕円反
射ミラー５２で反射されて、後方の円錐反射ミラー５４
に向かい、ここで再度前方に向けて反射され、この後、
放射口５５を通って集光点５６にて集光される。この光
は、集光点５６に至るまでの間に走査ミラー部４８を通
り、その方向付けが行なわれる。この集光点５６は、当
然のこととしてウエハＷの表面上に設定されており、走
査ミラー部４８の２枚の平板反射ミラー６０、６２を適
宜回転及び／または揺動させることにより選択されたウ
エハＷの表面上の特定の部位を加熱することになる。集
光点５６に集光される光は、放電ランプ４４から広い角
度範囲に亘って出た光が集光されており、特に、放電ラ
ンプ４４から前方に向かった光の内、放射口５５に向か
う光を除いて有効に集光して利用されており、放射光の
利用効率を高めることができる。尚、放電ランプ４４か
ら後方に向かう光は記載されていないが、通常、放電ラ
ンプ４４の裏面側は光源自体の影になり、また、この部
分の光は集光誤差も大きくなるのであまり利用すること
ができない。

【００２７】更に、ここでは輝点５０の断面直径が例え
ば０．３ｍｍ程度の非常に小さい、すなわち、実質的に
点とみなせることができる放電ランプを用いているの
で、集光点５６上における直径が微小な点スポットとし
て高いエネルギー密度の光とすることができる。従っ
て、温度が低く、しかも面積の小さい特定の部位のみに
選択的に光を照射してこの部位における温度を瞬時に上
昇させることができる。補助加熱源の走査は、特定の部
位における光スポットの照射時間が、ウエハの平均温度
とその部位における温度との差に比例して滞留時間が長
くなるように制御して行う。これにより、ウエハ面内の
温度が低い部位のみに選択的に光スポットを照射してこ
の部位の温度を昇温することができ、結果的に、ウエハ
面内に亘って均一な温度分布を得ることが可能となる。

【００２８】例えば、放電ランプ４４として、その輝点
５０の断面直径が０．３ｍｍ程度のキセノンランプを用
いた場合、９００ｍｍはなれたウエハの表面上に直径が
略４ｍｍ程度の光スポットを形成することができる。こ
の場合、放電ランプ４４への入力を７５Ｗ（ワット）と
すると、その内、２０Ｗ程度のエネルギーを上記光スポ
ットに集中させて到達させることができ、１／１０００
秒間の照射で１．０６℃の温度上昇を引き起こすことが
できる。

【００２９】図１においては、走査ミラー部４８の２つ
の平板反射ミラー６０、６２を走査して、ウエハＷの表
面上の中央部分に光スポットを照射している場合を示し
ている。尚、ここでは主な加熱源である加熱ランプ２０
からの光は記載していない。図５は２つの平板反射ミラ
ー６０、６２の内の一方の平板反射ミラー６２を走査し
てウエハ表面の右端に光スポットを照射している場合を
示し、また、図６は平板反射ミラー６２を走査してウエ
ハ表面の左端に光スポットを照射している場合を示して
いる。尚、図面中において、紙面垂直方向へ光スポット
を移動させる場合には、他方の平板反射ミラー６０を走
査すればよく、従って、両平板反射ミラー６０、６２を
適切に走査することにより、ウエハ表面中の任意の部位
を光スポットで照射することができる。また、図５及び
図６における処理容器側の構成に関しては、図１に示す
場合と同様な構成なので、簡略して記載してある。

【００３０】以上説明したような両平板反射ミラー６
０、６２の走査は、上記走査式の放射温度計測手段３８
にて得られた温度分布（熱画像データ）に基づいて図示
しない制御系により行なわれ、特定の部位における光ス
ポットの照射時間が、ウエハの平均温度とその部位にお
ける温度との差に比例して滞留時間が長くなるように制
御されればよく、次にその制御方法の一例について説明
する。図７は制御方法を説明するために、測定値のテー
ブルの変換の過程を模式的に示した図である。放射温度
計測手段３８がウエハＷの表面全面をスキャンして温度
分布を求める速度及びその解像度と、走査式の補助加熱
手段３６がウエハ面をスキャンして加熱する時の速度及
びその照射スポットエリアの大きさは異なるのが一般的
であるので、両者の整合を図る必要がある。例えば走査
式の放射温度計測手段３８は、１／２０ｓｅｃ毎に、２
５６×２５６点のウエハ全面の熱画像データ、つまり計
測された各点の温度値をその座標に従った順序でデータ
転送するものとし、また、補助加熱手段３６は、５２×
５２点（スポット）を約１ｓｅｃで走査して加熱できる
ものとする。

【００３１】図７において、熱画像データは２５６×２
５６点の温度が書き込まれた、パソコン等におけるファ
イルと考えてよい。また、２０セットのデータテーブ
ル、ウエハータイムスケジュールも同じく、ファイルと
して考えてよいが、ウエハタイムスケジュールは実際の
補助加熱手段３６を走査するミラーの電気的な駆動系に
インターフェイスされている。より具体的には、走査ミ
ラー６２、走査ミラー６０を駆動するモータのコントロ
ーラはウエハタイムスケジュールの値を図の（Ｘ１、Ｙ
１），（Ｘ２，Ｙ１）・・（Ｘ５２、Ｙ１）（Ｘ
１、Ｙ２），（Ｘ２，Ｙ２）・・（Ｘ５２、Ｙ２）
・・・・（Ｘ１、Ｙ５２），（Ｘ２，Ｙ５２）・・（Ｘ
５２、Ｙ５２）の順に読み込み、書き込まれている滞留
時間に対応する時間が経過した時点で次の読み込みを行
うものとし、読み込むデータのＸ座標が増加する毎に走
査ミラー６２を駆動するモータを所定の角度分回転させ
る信号あるいはパルスを発生するものとし、読み込むデ
ータのＹ座標が増加する毎に走査ミラー６０を駆動する
モータを所定の角度分回転させる信号あるいはパルスを
発生するものとする。この例の場合は、所定の位置をタ
イムスケジュールの所定の座標に書き込まれた０を含む
滞留時間に対応する時間照射しウエハ全面を走査する。

【００３２】１／２０秒毎に発生する２５６×２５６点
の熱画像データから、５２×５２点で約１秒に１回参照
されるウエハタイムスケジュールを計算するアルゴリズ
ムの例を説明する。実際の加熱にあたっては、部位毎に
光軸が傾くので滞留時間を変えなければならないし、ウ
エハの中心部と周辺部とでは照射する領域が異なる。実
動作の前に、図に示していない換算テーブルを用意す
る。ウエハタイムスケジュールの特定の座標にのみ所定
の値を書き込み、補助加熱源にて特定の座標のみを加熱
し、対応する熱画像データを得る。このデータ採取を全
ての座標についておこない、特定の座標の照射が走査式
放射温度計の座標のどの範囲にどのくらい影響するかを
解析し、換算テーブルを得る。内容は、走査式放射温度
計の各座標の温度値にいくつの値を掛けてデータテーブ
ルの座標の何処に書き込むかを示すものになる。

【００３３】実動作中は、走査式放射温度計から得られ
るデータから平均値を求め各データの平均値からの差を
換算テーブルに従って、２０あるデータテーブルにデー
タを書き込む動作と、補助加熱源の走査に同期してウエ
ハタイムスケジュールをリセットし２０あるデータテー
ブルにデータの全てを加算する動作とを並行して行う。

【００３４】こうして得られる、ウエハタイムスケジュ
ールには、一定値以上の大きな値と平均温度より高いこ
とを意味するマイナスの値とが混在する。一定値より大
きな数値は、過熱を防止するために一定値とする、また
マイナスは０とする。なお、ウエハータイムスケジュー
ルの５２番目のデータは、ウエハから離れた位置に割り
付け、光スポットの退避位置とする。

【００３５】このように、温度が平均値よりも低い部位
にのみ、選択的に光スポットを照射し、しかも、温度が
低い度合に応じて光スポットの滞留時間も制御するよう
にして加熱したので、ウエハ面内の温度の均一性を大幅
に向上させることが可能となる。尚、ここで説明した制
御方法は、単に一例を示したに過ぎず、これに限定され
ないのは勿論である。

【００３６】また、空間的な制約から図１に示したよう
な位置に放射温度計測手段３８や補助加熱手段３６を設
置できない場合もあるが、そのような時には、例えば図
８に示すように透過窓３４の斜め上方に平板状の方向変
換反射ミラー７２を傾斜させて設けて放射温度計測手段
３８を図１に示す場合とは異なる位置に配置するように
してもよいし、また、図９に示すように透過窓３４の真
上に、大型の平板状の方向変換反射ミラー７４を略４５
度に傾斜させて設けて、放射温度計測手段３８と補助加
熱手段３６を横の方に設置するようにしてもよい。ま
た、熱処理としては、アニール処理、成膜処理、酸化処
理、熱拡散処理等を行なうことができる。更に、被処理
体としては、半導体ウエハに限定されず、ガラス基板、
ＬＣＤ基板等にも本発明を適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の熱処理装
置によれば、次のように優れた作用効果を発揮すること
ができる。処理容器内の被処理体の温度分布を放射温度
計測手段により測定し、この結果に基づいて補助加熱手
段により温度の低い特定の部位に選択的に光を照射して
昇温することができる。従って、被処理体の面内温度の
均一性を非常に高くすることができ、また、被処理体に
温度差に起因するせん断応力が発生することを防止する
ことができる。

【００３８】特に、補助加熱手段の光源として、放電ラ
ンプを用いることにより、光スポットの拡散角度を抑制
して集光エネルギーを特に高めることができ、より狭い
特定の部位を選択的に照射することができる。更に、集
光ミラー部に、部分楕円反射ミラーと円錐反射ミラーを
用いることにより、拡がり角を抑制すると共に光エネル
ギーを有効に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の熱処理装置を示す構成図である。

【図２】図１に示す装置の集光ミラー部を示す斜視図で
ある。

【図３】集光ミラー部の光の反射を説明するための説明
図である。

【図４】図１中の装置の走査ミラー部を示す概略構成図
である。

【図５】２つの平板反射ミラーの内の一方の平板反射ミ
ラーを走査してウエハ表面の右端に光スポットを照射し
ている場合を示す図である。

【図６】平板反射ミラーを走査してウエハ表面の左端に
光スポットを照射している場合を示す図である。

【図７】制御方法を説明するために測定値のテーブルの
変換の過程を模式的に示した図である。

【図８】本発明装置の変形例を示す図である。

【図９】本発明装置の他の変形例を示す図である。

【図１０】搬送フォークにより半導体ウエハを移載した
時の温度分布を示している図である。

【符号の説明】

２熱処理装置４処理容器１４載置台２０加熱ランプ（加熱手段）３４透過窓３６補助加熱手段３８走査式の放射温度計測手段４０スキャンミラー４２光検出器４４放電ランプ４６集光ミラー部４８走査ミラー部５０輝点５２部分楕円反射ミラー５４円錐反射ミラー６０，６２平板反射ミラー６６Ｘモータ７０ＹモータＷ半導体ウエハ（被処理体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理容器内の載置台上に載置された被処
理体を、加熱手段により加熱して所定の熱処理を施すよ
うにした熱処理装置において、前記被処理体の表面の温
度分布を測定するための走査式の放射温度測定手段と、
この放射温度測定手段にて求めた結果に基づいて温度の
低下している特定の部位を選択的に加熱する補助加熱手
段とを備えたことを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】前記処理容器の天井部には、前記補助加
熱手段からの光を透過するための透過窓が設けられてい
ることを特徴とする請求項１記載の熱処理装置。
【請求項３】前記補助加熱手段は、放電により実質的
に点状の輝点を発生する放電ランプと、この放電ランプ
からの光を集光させる集光ミラー部と、この集光ミラー
部からの光を前記被処理体の表面の任意の場所に走査す
るための走査ミラー部とよりなることを特徴とする請求
項１または２記載の熱処理装置。
【請求項４】前記集光ミラー部は、光照射方向に沿っ
た断面が楕円形状の部分よりなる部分楕円反射ミラー
と、この反射ミラーからの光を集光させるために略円錐
状になされた円錐反射ミラーとよりなることを特徴とす
る請求項３記載の熱処理装置。
【請求項５】前記走査ミラー部は、対向して配置され
て相互に直交する異なる回転軸に対して回転及び／また
は揺動可能に支持された平板状の一対の平板反射ミラー
とよりなることを特徴とする請求項３または４記載の熱
処理装置。