JPS60257089A - 赤外線加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 丘、藻」二〇千１月冴１ 本発明は赤外線ランプを加熱源とする加熱装置において
、被加熱物よりの輻射を利用して温度測定を行う技術に
関する。

従未−ｑ技甫 例えば半導体ウェーへのアニールを行う場合としては、
ウェーハにイオン注入技術により素子を形成する時、ウ
ェーハにポリシリコン層を（１） 形成後のアニール、低抵抗化、再結晶化や、半導体ウェ
ーハ表面へアルミニウム等の金属を被着させて、シンタ
ーリングやアロイ化などがある。このようなアニール処
理には、一般にヒータ通電加熱式電気炉が使用されるの
が通説であった。しかしこの電気炉アニール技（Ｙｉで
は、半導体ウェーハに形成中の高濃度不純物領域での不
純物の物性的活性化が充分に得られないこと、また被加
熱物である半導体ウェーハが、大径になると均一な温度
分布で、アニールが行い難くなることなどの欠点があり
、新しいアニール技術の開発が進められている。

そこで新しいアニール技術として、レーデアニール法や
電子ビーム法、ランプアニール法などが実用化検討中で
ある。そしてランプアニール法は、大径の半導体ウェー
への全面を同時に短時間で均一加熱できるという長所が
決め手となり、実用化段階に入っている。そこでランプ
アニール法による赤外線加熱装置の例としては、例えば
、特開昭５８−２６４８２号公報をはじめ多数（２） あるがその一般的なものを第９図を参照しながら説明す
ると、（１）は平シ反状の被加熱物である半導体ウェー
ハ、（２）（２）−は半導体ウェーハ（］）に定距離で
対向する横断面略放物線形の複数の樋状反射鏡、（３）
（３）−は各反射鏡（２）（２Ｌ−の焦点位置に固定さ
れた直管状の赤外線う゛／ブーｒある。

赤外線ランプ（３）は、ハロゲンランプ等であって、こ
れを点灯させると、その光（赤外線）の一部は直接に、
残りは反射ｂｌ　（２）　（２）　−で反射し７、両者
が合成されて、半導体ウェーハ（１）の表面を籟桧方向
に均一４τ；Ｉも射し、半導体ウェーハ（１）を極めて
短時間で高温（５００〜１５００°Ｃ）１′コ加ｒ１ず
４　ｒ２月」決ル１ｊ＝「Ｌを皿瑚点 上記赤外線装置（４）を実際に使用して半導体ウェーハ
（１）等を加熱処理する場合、被加熱物である半導体ウ
ェーハ（１）等の温度を正確にモニターすることが必要
となる。処理条件設定を単に赤外線センサ（２）の点灯
時間及び（３） ランプ供給電力を決める等して間接的に行うと、他の不
安定要素例えば点灯前の赤外線加熱装置の炉内温度等に
よって加熱状態が変動し、実際に半導体ウェーハ（１）
等がどの程度の温度でどれだけの時間加熱されたかを正
確に把握するこ点ができず、アニールを一定の条件で行
うことが困難になるからである。

上記被加熱物の温度モニターとして、第９図ムこ示すよ
うに熱電対（５）を被加熱物である半導体ウェーハに接
触させて温度測定するものがある。しかしながら　この
測定方式には次のような欠点があった。

第１の欠点レオ測定中に熱電対自身が赤外線によって加
熱され半導体ウェーハの温度を正確に検出できなくなる
ことである。第２の欠点は熱電対を半導体ウェーハに接
触させるので、熱電対の接触部に溜った汚れが半導体ウ
ェーハの表面に４１着し１、特性を劣化させることもあ
り有る。第３の欠尚は熱雷対の接触部の表面状態が変化
したり６．接触部が変わったりした場合に、半（４） 導体ウェーハから熱電対への熱の伝導度が変化し、測定
の再現性が失われることである。第４の欠点は温度測定
に用いる熱電対が、例えばアニール処理する場合一枚の
処理毎に１２００°Ｃで２０秒ずつ加熱され冷却される
という温度サイクル下に晒され、これが１時間当り１０
０枚といったような間隔で繰りｉＬ；されるので、熱電
対を形成する金属線か結晶化ｊ−７７胱イン（′り寿命
が短くなることである。

なお熱電対をモニター用の小径う／リコン板内に埋め込
んでおき、実際にアニール処理される半導体ウェーハに
接触さ一１！・なくても済むようにして、−上記第２の
欠点及び第３の欠点を解決した温度測定方法もある。し
かしこの場合はモニター用の小ｉ￥シリコン扱と、実際
にアニール処理される半導体ウェーハとの、加熱直前の
温度の相違、熱容量の相違等により加熱時の温度上昇特
性が異なり、この点において測定誤差が生じる。

龍−藤奎解訣ｍｐη医ｆ段 （５） 本発明は熱電対を用いた上記温度測定方法の欠点を解消
するためになされたもので、被加熱物からの輻射を用い
る輻射温度計の原理を応用している。まず本発明を適用
する赤外線加熱装置において、被加熱物は、赤外線照射
を受けると同時に、被加熱物より赤外線を輻射も行って
いるので、照射赤外線と輻射赤外線とを区別して）灸知
しなければならないという困難さがある。

本発明は、上記技術的課題を次の手段によって解決した
。

すなわち本発明は被加熱物を加熱する赤外線加熱源と、
赤外線加熱源と反対側に被加熱物と対向して設けられた
赤外線センサと、赤外線センサを覆い被測定物側に開孔
を有するフードと、赤外線センサの光軸で且つ被加熱物
の赤外線加熱源側に設けられた赤外！ｊ１遮光体とを其
備した赤外線加熱装置である。

実施−例 本発明の一実施例を第１図を参照しながら説明する。第
１図において、（６）は薄い平板状（６） の被加熱物である半導体ウニ／＼、（７）（７）−は横
断面略放物線形の樋状反射鏡、（８）（８）−一は各反
射鏡（７）（７）−・の焦点位置に固定された赤夕）線
加熱源である直管状の赤外線ランプ、（９）は赤外線加
熱源と反対側に被加熱物である半導体ウェーッ＼（６）
と対向して設けられた赤外線センサ、（１０）は赤外線
セン号（９）を覆い被加熱物側に開口を有するフード、
（１１）は赤外線センサ（９）の受光軸上で被加熱物で
ある半導体うニーム（６）の赤外線加熱源側に設けられ
た赤外線遮光体である。

上記赤外線加熱装置（１２）にわいて、赤外線加熱源で
ある赤外線ランプ（８）（８）−の発生ずる光（赤外線
）の一部は直接に、残りは反射鏡（Ｈ（７）−で反射し
、被加熱物である半導体ウェーハ（６）の表面へ向い、
両者が合成されて均一に照射し、半導体ウェーッ＼（６
）を極めて短時間で高温に加熱する。

ここで赤外線センサ（９）を覆う上記フード（１０）は
、赤外線センサ（９）に赤外線センサ（７） 置（１２）で発生した不要な散乱光は減衰させて、被加
熱物である半導体ウェーハ（６）から輻射した光のみを
入射さセるものである。ずなわら第２図に示すようにフ
ード（１０）の内部空胴形状を工夫することにより先端
の開口（１３）から侵入しようとした散乱光Ｓ（赤外線
センサ（υ）の受光軸と一致しないもの）を、内壁面で
何回も反射させることにより減衰させ赤外線センサ（９
）には到達しないようにしている。

したがって先端の開口（１３）からフード（１０）の内
部４見ると、黒体として機能しているのである。フード
の開口（１３）を黒体とするための内部空胴形状として
は、この他にも例えば第３図、第４図及Ｏ第５図に示す
ものなどが考えられる。上記ツーＦ’　（１０）の内部
壁面は光を吸収しやすい黒体塗料等を処理して侵入して
きた光を数回の反射でほとんどを吸収するようにし、ま
たフード（１０）内には図示しないが、冷却水通路が設
りられて、散乱光Ｓの吸収等による温度上昇を防止して
いる。上記フード（１０）の最（８） 奥部に埋め込まれた赤外線センサ（９）の前部に被加熱
物である半導体ウェーハ（６）の位置に焦点を合わせた
集光レンス（１４）か取イ１けられ、半導体ウェーハ（
６）の表面から輻射する光のみを選択的に入射させてい
る。赤夕（線センサ（９）が感応する光の波には、測定
しようとする被加熱物（６）の温度における輻射光のエ
ネルギー分布の高い領域内で選択されろか、特にその中
でも被加熱物である半導体ウヱーハ（６）を透過しにく
い波長を選択して、透過光の影響を少なくする。この検
出波長の選択は、被加熱物が半導体ウェーハ（６）のよ
うに薄肉で特定の波長の光を透過する性質のものである
場合に重要である。

また上記赤外線遮光体（１１）は、上記のように赤外線
センサ（９）の検出波長の選択のみによっては、透過光
の影響を完全に除去できないので使用される。すなわち
赤外線遮光体は、加熱源である赤外線ランプ（８）から
被加熱物である半導体ウェーハ（６）を透過して赤外線
セ（９） ンサ（９）に入射する光を遮光するように、必要最小限
度の大きさのものとして、反射鏡（７）の一部に取付け
られる。この際に、取付位置を半導体ウェーハ（６）に
近接させると、半導体ウェーハ（６）の熱を奪うのであ
る程度離隔させる必要がある。この赤外線遮光体（１１
）は、図示しない冷却水通路を流れる冷却水によって冷
却する。冷却するのは赤外線遮光体（１１）が赤外線に
よって過熱されて、それ目高が不都合なことに新たな加
熱源となるのを防止するためである。

以上のような赤外線加熱装置（１２）において、一定の
時間（例えば２０秒間）だり赤外線加熱された被加熱物
の温度変化を、上記赤外線センサ（９）を用いて測定し
たときの出力電圧と、試験のため特に設げた熱電対（１
５）で測定したときの出力電圧とＨ：較し７たものにつ
いて次に説明する。

第６図は、第１図に示す赤外・線加熱装置（１２）にお
いてフード（１０）と赤外線遮光体（１１）を（１０） 取り外した状態で赤外線センサ（９）を用いて測定し−
Ｃ得た出力特性曲線ａ　ｆｌと、半導体ウェーハ（６）
に接触させた熱電対（１５）によっ゛Ｃ測定して得た出
力特性曲線ｂｏとを同一時間軸上に表わしたものである
。なお各出力特性は出力電圧レベルが違うので、ここで
！Ｊその波形変化のみ着目】゛る。第６図の出力特性曲
線ａＯ１ｂｏを比較すると、赤外線センサ（９）による
測定データａｏは、赤外線ランプ（８）の点灯直後に、
半導体ウェーハ（６）が実際には低温度であるにもかか
わらずピークＰを示す。上記ピークＰが表われる原因は
、半導体ウェーハ（６）が低温度のときには、赤外線セ
ンサ（９）の検出している波ｉＴｃの尤の透過率が高く
、しかも赤外線センサ（９）に、赤外線ランプ（８）か
ら半導体ウェーハ（６）全面を透過して散乱光が侵入し
て来るからである。

また第７図Ｇ１＠１図に示す赤外線加熱装置（１２）に
おいて赤外線遮光体（１１）のみを取り外した状態で赤
外線センサ（９）を用いて検出（１１） した出力特性曲線ａ１と比較のため半導体ウェーハ（６
）に取４１けた熱電対（１５）によって測定した出力特
性曲線ｂｌとを同一時間軸Ｊ−に表したものである。第
７０の赤外線センサ（９）による検出出力特性曲線ａｌ
ば、第６図に示した検出出力特性曲線ａｏに比べるとピ
ークＰがかなり低下している。こ１′１番オフード（１
０）によって計乱光が赤外線センサ（９）に侵入しない
ようにされているので、半導体ウェーハの低温度領域に
おいて、半導体ウェーハ（６）を透過する光が多くなっ
たとしても、実際に赤外線センサｌ’　９　）に侵入す
るのムよその受光軸に沿うもののみであるからである。

また第８Ｗば第１図に示す赤外線加熱装置（１２）の全
ての構成、要素を用い、赤夕４綿センサ（９）を用い゛
ζ検出した出力特性曲線ａ２と、比較のため半導体ウェ
ーハ（６）に取付りた熱電対（１５）によって測定した
出力特性曲線ｂ２とを同一・時間軸トに表したものであ
る。この出力特性曲線ａ２は、赤外線ランプ（８）の点
灯（１２） 直後のピークか生じない、これはフード（１０）及び赤
外線遮光体（１１）の作用によって、半導体ウェーハ（
６）を透過した光が赤夕１線センサ（９）に入射しない
からである。この第８図に示す赤外線センサ（９）によ
って測定した出力特性曲線：ｒ２１．’Ｊ、熱電対（１
５）によっ”ζ測定した出力特性曲線ｂ２と略同−の変
化特性を示す。

上記第８図に示す出力特性曲線ａ２によって、本発明の
温度測定方法が実用化できることが明らかにされたが、
本発明装置において半導体ウェーへの絶対温度を測定し
ようとするには、なお次のことを考慮する必要がある。

すなわち被加熱物の輻射率は被加熱物の種類、その表面
状態その温度等によって変化する。

従って赤外線センサ・（９）の出力電圧を、その時の輻
射率で補正したものが、半導体ウェーハの絶対温度を表
すのである。そこで半導体ウェーハの各温度における輻
射率の違いを利用して、赤外線センサの出力電圧を半導
体ウェーへの絶対温度に変換するための補正テーブルを
予め（１３） 作成する。これによって赤外線センサの出力電圧を補正
して半導体ウェーハき絶対温度を算出して表示すること
ができる。なお上記赤外線加熱装置（１２）において、
半導体ウェーハ（６）がある設定温度に達しＩこときに
のみ赤外線ランプ（８）等の制御信号を得ればよい場合
は、特に上記補正テーブルのよう２（ものを作成する必
要はない。その設定温度における赤外線センサ（９）の
出力電圧を知れば充分だからである。

向上記した実施例は、反射鏡を被加熱物に対して片面側
に設けた場合を示したが、本発明はこれに限らず、例え
ば、両面側にともに設ける場合も含むものである。

亮朋見−タη罪 オ；発明は赤外線力計（）装置によって加熱される被加
熱物の輻射光を、赤外線加熱装置内の散乱光及び被加熱
物の透過光とは区別しζ、赤外線センサによって検出す
るごとによって、被加熱物の絶対温度を時間遅れなしに
測定することができる。従って従来使用されていた熱電
対の持（１４） つ欠点、すなわち熱電対が直接赤外線で加熱されて温度
上昇することによる測定誤差、熱電対を被加熱物に接触
させることによる弊害、及び熱電対が高低温の温度す・
イクル下るこ晒されることよる短寿命等の欠点を除去し
て、この種赤外線加熱装置における熱処理を適確に行う
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す赤外線加熱装置の構成
図、第２図は赤り１−線センサをｉ’、フードの一実施
例を示す断面図、第３図乃至第５図は夫々ツーＩＳの他
の形状例を示す断面図、第６図乃至第８図は本発明に係
る赤外線加熱装置において、赤外線センサによって得た
測定データによりめられた出力特性曲線ａＯ１ａ１、ａ
２を一熱電対によって得た出力特性曲線ｂＯ１ｂｌ　、
ｂ２と比較して示す時間−一−出力電圧の特性図で、第
６図はフード及び赤外線遮光体を取り外して測定し、た
場合、第７図は赤外線遮光体を取り外して測定した場合
、第８図はフード（１５） 及び赤外線遮光体を共に取付けて測定した場合を夫々示
す６第９図は従来の赤外線１「熱装置の従来例を示す構
成図である。 （６）−−一被加熱物〔半導体ウェーハ〕、（７）−反
射鏡、（８）−赤外線加熱源〔赤外線ランプ〕、（９）
　−赤外線センサ、（１（１）　−フード、（１１）、
−赤外線遮光体、（１２）　−赤外線加熱装置、（１３
）　−フードの開口。 特許出願人　二チデン機械株式会社 代　理　人　江　原　省　吾 〃　江　原　秀 （１６）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加熱物を加熱する赤外線加熱源と、被加熱物と
   対向して設けられた赤外線センサと、赤外線センサを覆
   い被加熱物側に開孔を有するフードと、赤外線センサの
   受光軸上で且つ被加熱物の赤外線加熱源側に設けられた
   赤外線遮光体とを具備したことを特徴とする赤外線加熱
   装置。