JPS62110127A

JPS62110127A - 光加熱処理装置における被加熱処理物温度の測定方法

Info

Publication number: JPS62110127A
Application number: JP60250245A
Authority: JP
Inventors: Tomohiko Matsushita; 松下　朝彦; Junichi Takeoka; 竹岡　順一; Yoshimasa Matsuda; 松田　善雅; Yasushi Nagashima; 靖長嶋
Original assignee: KOYO RINDOBAAGU KK
Current assignee: KOYO RINDOBAAGU KK
Priority date: 1985-11-07
Filing date: 1985-11-07
Publication date: 1987-05-21
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH0640027B2

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】産業上の利用分野この発明は、石英製プロセスチューブ内に入れられた被
加熱処理物、たとえば半導体ウェハを光照射式加熱手段
によって加熱処理する光加熱処理装置において被加熱処
理物の温度を測定する方法に関する。

従来の技術近年、イオン注入した半導体ウェハのアニールに、急速
加熱および冷却が可能なランプアニール装置が使用され
ている。このランプアニール装置は石英製プロセスチュ
ーブ内に入れられたウェハをハロゲンランプの光照射に
より加熱するものであり、被加熱処理物であるウェハの
温度管理が重要であるが、次に説明するように、プロセ
スチューブ内のウェハの温度を処理中に直接測定するこ
とは困難であり、したがって、ウェハの温度を精度良く
管理することも困難である。

温度の測定には熱電対を使用するのが一般的であるが、
熱電対を露出したままプロセスチューブ内に入れること
は、プロセスチューブが汚染されるため、不可能である
。プロセスチューブの汚染を防止するには熱電対を石英
管などで被覆して挿入すればよいが、この場合には、被
覆管の影響を受けて熱電対による測定値が実際のウェハ
の温度よりかなり低くなり、応答性も悪い。一般的に、
ウェハの温度が１０００℃程度の場合、測定値は１００
〜２００℃位低くなる。このように、熱電対では、プロ
セスチューブ内のウェハの温度を処理中に直接測定する
ことは困難である。

温度の測定には、放射温度計も使用される。

ところが、ハロゲンランプの出力波長は０．６〜４．Ｏ
Ｉｍであるから、放射温度計の検出波長が４　）ｍ以下
の場合は、ランプの出力波長の影響を受けて、測定が困
難である。また、温度検出波長が４ｐより長い場合は、
ランプの出力波長の影響はなくなるが、石英製プロセス
チューブによって放射エネルギがほとんど吸収されてし
まうため、プロセスチューブの外から温度を測定するこ
とは不可能である。このように、ｔｌｌｌｌ型計でも、
プロセスチューブ内のウェハの温度を処理中に直接する
ことは困難である。

このため、従来のランプアニール装置では、次のように
してウェハの温度管理を行なっていた。すなわち、まず
、製品となる実ウェハを処理する前に、ダミーウェハを
プロセスチューブに入れて実ウェハの場合と同様の処理
を行なう。

このとき、プロセスチューブ内に挿入した露出状態の熱
電対をダミーウェハの表面に直接接触させて温度を測定
し、ダミーウェハが設定温度になるように温度の測定値
に基いてランプ出力を調整する。このあと、プロセスチ
ューブを洗浄し、これに実ウェハを入れてダミーウェハ
の場合と同じ条件で処理を行なう。このとき、前記のよ
うに処理中の実ウェハの温度を直接測定することは困難
であるから、温度測定を行なわずに、ダミーウェハの場
合と同じ条件で処理を行なうことにより、実ウェハが設
定温度となるようにしている。このため、温度制御が間
ループ制御になり、ランプの劣化による出力低下、ラン
プ反射板の反射率の変化などの外乱の影響により、実ウ
ェハの温度にばらつきが生じ、精度の高い温度管理が困
難である。

発明が解決しようとする問題点上記のように、従来の加熱処理装置では、熱電対や放射
温度計を使用しても、プロセスチューブ内の被加熱処理
物の温度を加熱処理中に直接測定することは困難であり
、したがって、被加熱処理物の温度を精度良く管理する
ことが困難である。

この発明は、このような問題を解決し、プロセスチュー
ブ内の被加熱処理物の温度を加熱処理中に直接にかつ正
確に測定できる方法を提供することを目的とする。

問題点を解決するための手段この発明の方法は、石英製プロレスチューブ内に入れら
れた被加熱処理物を光照射式加熱手段によって加熱処理
する光加熱処理装置において、プロセスチューブの壁に
あけられた穴の外側に石英製赤外線導出管を設け、赤外
線の導出管の内部および穴を通してプロセスチューブ内
の被加熱処理物に面するように検出部が配置される放射
温度計によって被加熱処理物の温度を測定する方法であ
って、上記故ＤＡ渇度計として検出波長が光照射式加熱手段の
出力光の波長よりも長いものを用い、上記加熱処理装置
または上記加熱処理装置と温度測定環境が等価な加熱装
置に上記検出部を取り付け、内部に上記被加熱処理物と
同種のダミー被加熱処理物を入れるとともに、上記ダミ
ー被加熱処理物の温度を測定するための熱電対を設け、
上記放！８温度計に設定される放射率をパラメータとし
て、上記放射温度計の指示温度に対する上記熱電対によ
って測定した実温度の温度較正用データを少なくとも一
種類あらかじめ作成しておぎ、上記被加熱処理物を上記光加熱処理装置内で加熱すると
きに、上記赤外線検出部を上記光加熱装置に取り付ける
とともにあらかじめ作成された温度較正用データのパラ
メータの値に上記放射温度計の放射率を設定し、上記放
射温度計に設定された放射率をパラメータとしてあらか
じめ作成された温度較正用データとにもとづいて上記放
射温度計の指示温度から実温度を求めることを特徴とす
る。

実　　施　　例第１図は光加熱処理装置を示している。この光加熱処理
装置（１０）は、横断面矩形のケーシング（１１）と、
ケーシング（１１）内に設けられた横断面矩形の石英製
プロセスチューブ（１２）と、プロセスチューブ（１２
）とケーシング（１１）との間に設けられた複数のハロ
ゲンランプ（１３）と、プロセスチューブ（１２）の下
壁中央部にあけられた穴（１４）に一端が接続されかつ
他端がケーシング（１１）の下方までのびた石英製赤外
線導出管（１５）と、ケーシング（１１）の下壁外面に
取り付けられかつ赤外線導出管（１５）と同心の貫通孔
（１６）が形成された取付台（１７）と、プロセスチュ
ーブ（１２）内に設けられた石英製サセプタ（１８）上
に穴（１４）に面するように載せられた半導体ウェハ（
１９）からの赤外線を、穴（１４）および赤外線導出管
（１５）を介して受光しうるように取付台（１７）に取
付けられた検出部（２０）を有する放射温度計とを備え
ている。

ケーシング（１１）の土壁および下壁は、内部に冷水通
路（図示路）が形成されている水冷式の反射板（２１）
で形成されている。ケーシング（１１）およびプロセス
チューブ（１２）の前端は開口している。そしてプロセ
スチューブ（１２）の前端部はケーシング（１１）の前
端開口から前方に突出しており、プロセスチューブ（１
２）の前端開口は蓋（２２）によって閉鎖されている。

プロセスチューブ（１２）の後端壁には、ガス供給口（
２３）とガス排出口（２４）とが設けられている。

プロセスチューブ（１２）の穴（１４）の内がわに筒状
の導出管接続部（２５）が設けられている。導出管接続
部（２５）の内周面は、上方にいくほど径が小さくなる
テーパ面（２５ａ）に形成されている。

赤外線導出管（１５）の一端部の外周面は導出管接続部
（２５）の内周テーパ面（２５ａ）と合致するテーパ面
（１５ａ）に形成されており、赤外線導出管（１５）の
一端部が導出管接続部（２５）に嵌入されている。

プロセスチューブ（１２）の土壁とケーシング（１１）
の土壁との間の空間部およびプロセスチューブ（１２）
の下壁とケーシング（１１）の下壁との間の空間部内に
、前後方向に等間隔おきにかつ互いに平行に複数のハロ
ゲンランプ（１３）が配置されているとともに左右方向
に等間隔おきかつ互いに平行に複数のハロゲンランプ（
１３）が配置されている。

放射温度計としては、赤外線検出波長がハロゲンランプ
（１３）の出力波長０．６〜４．０切よりも長いもの、
この例では赤外線検出波長が５〜８切のもが用いられて
いる。放射温度計の検出部（２０）は、横断面円形の外
ケース（２０ａ）と、外ケース（２０ａ）内から前端部
が突出しかつ対物レンズ、赤外線検出素子（図示路）等
が内蔵された横断面円形の内ケース（２０ｂ）と、内ケ
ース（２０ｂ）の前端部の基部に嵌め合わされかつ外ケ
ース（２０ａ）の前面に固定された検出部取付ねじ（２
０ｃ）とを備えている。

取付台（１７）としては、内部に冷水通路（図示路）を
有する水冷式の°ｂのが用いられている。

取付台（１７）の貫通孔（１６）は、ケーシング（１１
）がわの一端面からあけられかつ赤外線導出管（１５）
の他端部が挿入された導出管挿入部（１６ａ）と、取付
台（１７）の他端部がわにあけられかつ内径が検出部（
２０）の取付けねしく２０ｃ）の外径とほぼ等しいねじ
孔部（１６Ｃ）と、導出管挿入部（１６ａ）とねじ孔部
（１６Ｃ）との間に形成されかつ内径が導出管挿入部（
１６ａ）の内方端よりも大きくてねじ孔部（１６ｃ）よ
りも小さいフィルタ収納部（１６ｂ）とからなる。

導出管挿入部（１６ａ）の内周面と赤外線導出管（１５
）との間にはＯリング（２６）が介在している。

フィルタ収納部（１６ｂ）には、０リング（２７）、赤
外線透過フィルタ（２８）および環状の不透明テフロン
製フィルタ押え（２９）が順次底め込まれている。そし
てねじ孔部（１６ｃ）に環状のフィルタ押え押付部材（
３０）がねじ込まれることによって、赤外線透過フィル
タ（２８）がＯリング（２７）をフィルタ収納部（１６
ｂ）と導出管挿入部（１６ａ）との間の環状段部に押し
付けた状態で固定されている。

赤外線透過フィルタ（２８）としては、ハロゲンランプ
（１３）から出力される赤外線を遮光しかつ放射温度計
の検出波長の赤外線を透過するもの、この例では５〜８
ＩＩＩ１１の波長の赤外線を透過するものが用いられて
いる。

検出部（２０）は、取付ねじ（２０ｃ）がねじ孔部（１
６ｃ）にねじ込まれることによって取付台（１７）に取
り付けられている。この状態においては、検出部（２０
）の内ケース（２０ｂ）の前端部がフィルタ押え押付は
部材（３０）に嵌まり込んでいる。

上記光加熱処理装置（１０）は次のような利点を有して
いる。検出部（２０）に入射する赤外線は、穴（１４）
および枝管（１５）の内部を通るため、プロセスチュー
ブ（１２）や赤外線導出管（１５）によって吸収される
ことはない。また、放射温度計の検出波長が５〜８／Ｉ
ＩＩであるから、ハロゲンランプ（１３）の出力光（波
長０．６〜４．０切）の影響を受けることがない。また
、赤外線透過フィルタ（２８）によってハロゲンランプ
の出力光のほとんどが遮光されるとともに、ハロゲンラ
ンプ（３）からの出力光のうちフィルタ（２８）を通過
した光のほとんどは第１図に鎖線で示すようにフィルタ
押え（２９）によって遮光されるので、検出部（２０）
にハロゲンランプ（１３）の出力光が直接入射されるの
を防止できる。このためハロゲンランプ（１３）の出力
光によって検出部（２０）が故障するといったことがな
い。

さらに、赤外線導出管（１５）に連通している貫通孔（
１６）が、Ｏリング（２６）（２７）および赤外線透過
フィルタ（２８）によって密封されているので、プロセ
スチューブ（１２）内の気体が導出管（１５）および貫
通孔（１６）を通って外部に漏れてしまうのを防止でき
る。このため、プロセスチューブ（１２）内に所定の気
体を閉じ込めた状態やプロセスチューブ（１２）内を真
空にした状態で、半導体ウェハ（１９）の加熱処理を行
なうことができるようになる。

第２図は湿度較正装置を示している。温度較正装置（４
０）は、前面が間口した横断面矩形のケーシング（４１
）と、ケーシング（４１）内に収められかつ前面が開口
した横断面略矩形の恒温槽（４３）と、恒温槽（４３）
内に設けられかつ前面が開口した横断面矩形の石英製プ
ロセスチューブ（４４）と、ケーシング（４１）の開口
端に嵌め込まれかつ着脱可能にケーシング（４１）に取
り付けられた枠部材（４５）と、枠部材（４５）に嵌め
込まれかつ固定された反射板（４６）と、反射板（４６
）の中央部を貫通した水平状の赤外線導出管（４７）と
、反射板（４６）の外面に取り付けられかつ赤外線導出
管（４７）と同心の貫通孔（４８）を有する取付台（４
９）とを備えている。

プロセスチューブ（４４）の後端壁には気体供給口（５
０）および排出口（５０）　（一方のみ図示されている
）が設けられている。プロセスチューブ（４４）内には
反射板（４６）に支持された石英製ウェハ支持部材（５
１）が配置されている。この支持部材（５１）には、後
述するようにダミー・ウェハ（５２）が前向きにかつ垂
直に取り付けられる。

反射板（４６）は、光加熱処理装置（１０）に用いられ
る反射板（２１）と同じ構造の水冷式のものである。赤
外線導出管（４７）の内端は、反射板（４６）の内面と
ほぼ面一となっており、赤外線導出管（４７）の外端部
は反射板（４６）から外方に突出している。取付台（４
９）は、光加熱処理装置（１０）に用いられている取付
台（１７）と同じものである。したがって、貫通孔（４
８）は、導出管挿入部（４８ａ）、フィルタ収納部（４
８ｂ）およびねじ孔部（４８ｃ）とからなる。導出管挿
入部（４８ａ）には赤外線導出管（４７）の外端部が挿
入されており、導出管挿入部（４８ａ）の内周面と赤外
線導出管（４１）との間にＯリング（５３）が介在して
いる。またフィルタ収納部（４８ｂ）にはＯリング（５
４）、光加熱処理装置（１０）に用いられているものと
同じ赤外線透過フィルタ（５５）およびフィルタ押え（
５６）が順次嵌め込まれかつねじ孔部（４８ｃ）にねじ
込まれたフィルタ押え押付部材（５７）によって固定さ
れている。

取付台（４９）には、後述するように光加熱処理袋＠（
１０）に用いられるべき放射温度計の検出部（２０）が
取り付けられる。検出部（２０）が取り付けられた際に
、検出部（２０）の前端面とダミー・ウェハ（５２）と
の間隔ｌが、光加熱処理装置（１０）の取付台（１７）
に検出部（２０）が取り付けられている状態における検
出部（２０）の前端面とウェハ（４９）との間隔Ｌ（第
１図参照）に等しくなるようにダミー・ウェハ（５２）
の取付位置等が設定されている。

この温度較正装置（４０）には、恒温槽（４３）の温度
制御のために用いられる恒温槽温度検出用熱電対（５８
）と、ダミー・ウェハ温度検出用熱電対（５９）とが設
けられている。

光加熱処理装置（１０）で半導体ウェハ（１９）を加熱
処理する前に、較正装置（４０）を用いて次のようにし
て温度較正用データを作成する。まず、光加熱処理装置
（１０）で加熱処理しようとする半導体ウェハ（１９）
と同じ材質のダミー・ウェハ（５２）を支持部材（５１
）に取り付ける。次に、取付台（４９）に、光加熱処理
装置（１０）で使用する放射温度計の検出部（２０）を
取り付ける。そして、放射温度計に付いている放射率調
整用つまみによって放射率εを適当な値に設定する。こ
ののち、恒温槽（４３）の温度を段階的に上げていき、
各段階ごとに、各段階で温度が安定したのちに放射温度
計の指示温度とダミー・ウェハ温度検出用熱電対（５９
）によって測定された実温度とをそれぞれ求める。そし
て、放射温度計の指示温度に対する熱電対（５９）によ
って測定された実温度の温度較正用データを作成する。

放射率設定値を変えて、上記と同様な方法でデータを作
成する。

そして放射温度計に設定される放射率をパラメータとし
て複数の温度較正用データを作成する。

第３図および第４図は上記のようにして作成された温度
較正用データを示している。第３図はダミー・ウェハ（
５２）としてシリコンが用いられた場合のものを、第４
図はダミー・ウェハ（５２）としてガリウム砒素が用い
られた場合のものをそれぞれ示している。

以上のようにして、温度較正用データを作成したのちに
、光加熱処理装置（１ｏ）による半導体ウェハ（１９）
の加熱処理を次のようにして行なう。

まず、加熱処理しようとする半導体ウェハ（１９）を光
加熱処理装置（１ｏ）のサセプタ（１８）にレットする
。温度較正装置（４０）に取付けられていた検出部（２
０）を光加熱処理装置（１ｏ）の取付台（１７）に取り
付ける。

つぎに、温度較正用データから、放射温度計の指示温度
と実温度とがほぼ１：１に対応している場合の放射率を
求め、放射温度計にその放射率を設定する。たとえば、
加熱処理しようとするウェハがシリコンである場合には
、放射率を０．７に設定し、加熱処理しようとするつ工
ハがガリウム砒素である場合には、放射率を０゜６５に
設定する。

こののち、ハロゲンランプ（１３）によって半導体ウェ
ハ（１９）を加熱する。この際、放射温度計によって半
導体ウェハ（１９）の温度を管理する。

この場合、放ｇＡ温度計の指示温度は、実温度となる。

上記実施例では、放射温度計の指示温度と実温度とがほ
ぼ１：１に対応している温度較正用データのパラメータ
の値（放射率）に、放射温度計の放射率を設定している
が、他の温度較正用データのパラメータの値（放射率）
に放射温度計の放射率を設定するようにしてもよい。こ
の場合には、ウェハ（１９）の加熱処理時において、放
射温度計に設定された放射率をパラメータとする温度較
正用データにもとづいて放射温度計の指示温度から、ウ
ェハ（１９）の実温度を求めるようにする。

また、一般に、放射温度計では、４００℃以下の低温域
の温度を測定することは困難である。

しかしながら、作成された温度較正用データのうちのパ
ラメータ（放射率）の比較的小さい較正用データのパラ
メータ（放射率）に、放射温度計の放射率を設定し、ウ
ェハ（１９）の加熱処理時において、放射温度計に設定
された放射率をパラメータとする温度較正用データにも
とづいて放射温度計の指示温度から実温度を求めるよう
にすると、４００℃以下の低温域の温度をも設定するこ
とが可能となる。たとえば、第３図を参照して、ウェハ
（１９）としてシリコンが用いられている場合に、放射
温度計に放射率０．３を設定し、ウェハ（１９）の加熱
処理時に上記のようにして実温度を求めると、３００〜
４００”Ｃの低温域の温度をも測定することが可能とな
る。

上記実施例では、温度較正装置（４０）を用いて温度較
正用データを作成しているが、光加熱処理装置（１０）
に、ダミー・ウェハ（５２）を入れるとともにダミー・
ウェハ温度測定用熱電対（５９）を設け、加熱処理装置
（１０）によりダミー・ウェハ（５２）を加熱して温度
較正用データを作成してもよい。

発明の効果この発明による光加熱処理装置における被加熱処理物温
度の測定方法では、被加熱処理物からの赤外線がプロセ
スチューブに吸収されることがない。また、放射温度計
の検出波長は光照射式加熱手段の出力光の波長よりも長
いから、放射温度計の指示温度に被加熱処理物を加熱す
るための赤外光の影響が表われない。そして、放射温度
計の指示温度と、温度較正用データとにもとづいて実湿
度を求めているから、正確な温度測定を行なうことがで
きるようになる。また、比較的小さい放射率をパラメー
タとする温度構成用データを作成しておき、放射温度計
にその放射率を設定し、被加熱処理物の加熱処理時に、
上記温度較正用データとにもとづいて放射温度計の指示
温度から実温度を求めるようにすると、放Ｃ）４４度計
の温度測定範囲以下の低温度をも測定することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光加熱処理装置を示す縦断面図、第２図は温度
較正装置を示す縦断面図、第３図はダミー・ウェハとし
てシリコンが用いられた揚合における温度較正用データ
を示すグラフ、第４図はダミー・ウェハとしてガリウム
砒素が用いられた場合における温度較正用データを示す
グラフである。（１０）・・・光加熱処理装置、（１２）・・・プロセ
スチューブ、（１３）・・・ハロゲンランプ、（１４）
・・・穴、（１５）・・・赤外線導出管、（１９）・・
・半導体ウェハ、（２０）・・・放ｃＡ渇度計の検出部
、（４０）・・・温度較正装置、（５２）・・・ダミー
・ウェハ、（５９）・・・ダミー・ウェハ温度測定用熱
電対。以　　上放射温度祈の指示温度（０Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】石英製プロセスチューブ内に入れられた被加熱処理物を
光照射式加熱手段によって加熱処理する光加熱処理装置
において、プロセスチューブの壁にあけられた穴の外側
に石英製赤外線導出管を設け、赤外線の導出管の内部お
よび穴を通してプロセスチューブ内の被加熱処理物に面
するように検出部が配置される放射温度計によって被加
熱処理物の温度を測定する方法であって、上記放射温度計として検出波長が光照射式加熱手段の出
力光の波長よりも長いものを用い、上記加熱処理装置ま
たは上記加熱処理装置と温度測定環境が等価な加熱装置
に上記検出部を取り付け、内部に上記被加熱処理物と同
種のダミー被加熱処理物を入れるとともに、上記ダミー
被加熱処理物の温度を測定するための熱電対を設け、上
記放射温度計に設定される放射率をパラメータとして、
上記放射温度計の指示温度に対する上記熱電対によって
測定した実温度の温度較正用データを少なくとも一種類
あらかじめ作成しておき、上記被加熱処理物を上記光加熱処理装置内で加熱すると
きに、上記赤外線検出部を上記光加熱装置に取り付ける
とともにあらかじめ作成された温度較正用データのパラ
メータの値に上記放射温度計の放射率を設定し、上記放
射温度計に設定された放射率をパラメータとしてあらか
じめ作成された温度較正用データとにもとづいて上記放
射温度計の指示温度から実温度を求める光加熱処理装置
における被加熱処理物の測定方法。