TW202336414A - 溫度測定方法及熱處理裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明可正確地測定基板之溫度。
本發明係一種測定藉由光照射被加熱之半導體晶圓W之溫度之溫度測定方法。本發明之溫度測定方法具備以下步驟：輻射溫度測定步驟，其自半導體晶圓W之斜下方檢測半導體晶圓W之亮度溫度；輸入參數算出步驟，其自於輻射溫度測定步驟檢測出之亮度溫度，算出與半導體晶圓W之輻射率比對應之第1輸入參數、及與半導體晶圓W之溫度對應之第2輸入參數之至少2個輸入參數；輸出參數推定步驟，其自第1輸入參數與第2輸入參數，推定輸出參數；及溫度算出步驟，其自於輸出參數推定步驟推定出之輸出參數、與於輻射溫度測定步驟檢測出之亮度溫度，算出半導體晶圓W之溫度。
Description
本發明係關於一種測定藉由光照射加熱之半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下簡稱為「基板」)之溫度之溫度測定方法、及藉由對基板照射光而將該基板加熱之熱處理裝置。
於半導體器件之製造程序中，於極短時間內將半導體晶圓加熱之閃光燈退火(FLA：Flash Lamp Anneal)備受注目。閃光燈退火係如下之熱處理技術：藉由使用氙閃光燈(以下簡稱「閃光燈」時意指氙閃光燈)，對半導體晶圓之表面照射閃光，僅於極短時間內(數毫秒以下)使半導體晶圓之表面升溫。
氙閃光燈之輻射分光分佈為紫外域至近紅外域，波長較先前之鹵素燈短，與矽半導體晶圓之基礎吸收帶大體一致。因此，於自氙閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透射光較少，可使半導體晶圓急速升溫。又，亦判明若為數毫秒以下之極短時間之閃光照射，則可選擇性地僅使半導體晶圓之表面附近升溫。
此種閃光燈退火用於需要極短時間加熱之處理，例如典型而言，用於注入至半導體晶圓之雜質之活性化。若自閃光燈向藉由離子注入法注入有雜質之半導體晶圓之表面照射閃光，則僅該半導體晶圓之表面可於極短時間內升溫至雜質之活性化之溫度。因此，雜質未於半導體晶圓中深度擴散，而僅執行雜質之活性化。
不限於閃光燈退火，於半導體晶圓之熱處理中，晶圓溫度之管理較為重要。於閃光燈退火中，照射閃光時之半導體晶圓之表面之最高到達溫度、與可否正確處理半導體晶圓之表面以外之部分之溫度成為重要之步驟管理指標。因此，一般，藉由非接觸之輻射溫度計測定半導體晶圓之溫度。於輻射溫度計測定溫度時，測定對象物之輻射率為必須，先前設定特定輻射率而測定半導體晶圓之溫度。
然而，已知作為半導體晶圓之材料而採用之矽之紅外光之透過率因溫度而變化。因此種紅外光之透過率之變化，紅外光之輻射率變動。又，於近年之半導體技術中，伴隨3維高密度化之進展，有將各種薄膜積層為多層(例如100層以上)之傾向。亦已知當薄膜積層為多層時，輻射率大幅變動。
因此，於日本專利特開平5-215610號公報中，揭示有一種即使於材料表面之物性變化之情形時，亦可推定接近實測值之溫度之裝置。具體而言，日本專利特開平5-215610號公報所記載之裝置檢測自材料輻射之特定波長之光並將其作為檢測信號輸出，根據輸出之檢測信號求出與輻射率比對應之第1參數，基於與材料表面狀態之物性值對應之第2參數與第1參數之相關性，求出第2參數。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開平5-215610號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，例如矽如上所述，具有因溫度而變色之特性，因溫度變化而變色，輻射率亦變化。於測定此種材料之表面溫度之情形時，即使為如日本特開平5-215610號公報所記載之裝置，有時亦於測定溫度與實際溫度之間產生較大偏差。另一方面，近年之半導體晶圓亦要求日益高精度化，於半導體晶圓之表面需要僅將雜質活性化之高溫，且於半導體晶圓之表面以外之部分維持不使雜質擴散之低溫。因此，對於半導體晶圓之溫度管理，要求前所未有之緻密性。因此，期待用於進一步消除此種測定溫度與實際溫度之偏差之技術。
本發明係鑑於上述問題而完成者，目的在於提供一種正確測定基板之溫度之溫度測定方法及熱處理裝置。
[解決問題之技術手段]
為了解決上述問題，技術方案1之發明之特徵在於，其係一種測定藉由光照射被加熱之基板之溫度之溫度測定方法，且具備以下步驟：輻射溫度測定步驟，其自上述基板之斜上方或斜下方檢測上述基板之亮度溫度；輸入參數算出步驟，其自於上述輻射溫度測定步驟檢測出之上述亮度溫度，算出與上述基板之輻射率之比對應之第1輸入參數、及與上述基板之溫度對應之第2輸入參數之至少2個輸入參數；輸出參數推定步驟，其自上述第1輸入參數與上述第2輸入參數推定輸出參數；及溫度算出步驟，其自於上述輸出參數推定步驟推定出之上述輸出參數、與於上述輻射溫度測定步驟檢測出之上述亮度溫度，算出上述基板之溫度。
又，技術方案2之發明根據技術方案1之溫度測定方法，其中於上述輸出參數推定步驟中，基於由上述第2輸入參數規定之上述第1輸入參數與上述輸出參數之相關關係，推定上述輸出參數。
又，技術方案3之發明根據技術方案1或2之溫度測定方法，其中於上述輻射溫度測定步驟中，藉由接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度互不相同之複數個輻射溫度計，檢測複數個上述亮度溫度。
又，技術方案4之發明根據技術方案1或2之溫度測定方法，其中上述輻射溫度測定步驟檢測接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度相同的相異之2個偏光成分。
又，技術方案5之發明根據技術方案1或2之溫度測定方法，其中上述輻射溫度測定步驟檢測接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度相同的相異之2個波長成分。
又，技術方案6之發明根據技術方案1至5中任一技術方案之溫度測定方法，其中上述第2輸入參數係亮度。
又，技術方案7之發明根據技術方案1至6中任一技術方案之溫度測定方法，其中上述輸出參數係上述輻射率之對數比。
又，技術方案8之發明根據技術方案1至6中任一技術方案之溫度測定方法，其中上述輸出參數係上述輻射率之比。
又，技術方案9之發明根據技術方案1至6中任一技術方案之溫度測定方法，其中上述輸出參數係上述輻射率。
又，技術方案10之發明根據技術方案1至9中任一技術方案之溫度測定方法，其中上述輻射溫度測定步驟自上述基板之斜下方檢測上述基板之上述亮度溫度。
又，技術方案11之發明根據技術方案1至10中任一技術方案之溫度測定方法，其中上述基板於收容於腔室之狀態下被加熱；上述輸入參數算出步驟進一步算出與上述腔室之溫度對應之第3輸入參數；且於上述輸出參數推定步驟中，基於上述第1輸入參數、上述第2輸入參數及上述第3輸入參數，推定上述輸出參數。
又，技術方案12之發明之特徵在於，其係一種藉由對基板照射光而將上述基板加熱之熱處理裝置，且具備：腔室，其收容上述基板；基座，其於上述腔室內載置保持上述基板；輻射溫度計，其設置於上述基座之斜上方或斜下方，檢測上述基板之亮度溫度；輸入參數算出部，其自由上述輻射溫度計檢測出之上述亮度溫度，算出與上述基板之輻射率比對應之第1輸入參數、及與上述基板之溫度對應之第2輸入參數之至少2個輸入參數；輸出參數推定部，其自上述第1輸入參數與上述第2輸入參數，推定輸出參數；及溫度算出部，其自上述輸出參數推定部推定出之上述輸出參數與上述輻射溫度計檢測出之上述亮度溫度，算出上述基板之溫度。
又，技術方案13之發明根據技術方案12之熱處理裝置，其中上述輸出參數推定部基於由上述第2輸入參數規定之上述第1輸入參數與上述輸出參數之相關關係，推定上述輸出參數。
又，技術方案14之發明根據技術方案12或13之熱處理裝置，其中上述輻射溫度計具備接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度互不相同之複數個輻射溫度計。
[發明之效果]
根據技術方案1至技術方案9之發明，因具備根據由輻射溫度測定步驟檢測出之亮度溫度，算出與基板之輻射率之比對應之第1輸入參數、及與基板之溫度對應之第2輸入參數之至少2個輸入參數之輸入參數算出步驟，故可正確地測定基板之溫度。
根據技術方案10之發明，因輻射溫度測定步驟自基板之斜下方檢測亮度溫度，故可正確地測定基板背面之溫度。
根據技術方案11之發明，因輸入參數算出步驟進一步算出與腔室之溫度對應之第3輸入參數，故可正確地測定亦可與腔室之溫度關聯之基板之溫度。
根據技術方案12至14之發明，因具備根據由輻射溫度計檢測出之亮度溫度，算出與基板之輻射率之比對應之第1輸入參數、及與基板之溫度對應之第2輸入參數之至少2個輸入參數之輸入參數算出部，故可正確地測定基板之溫度。
又，與本申請案說明書所揭示之技術關聯之目的、特徵、方面及優點，藉由以下所示之詳細說明與圖式而更明瞭。
以下，一面參照圖式，一面對實施形態進行說明。於以下實施形態中，亦顯示用於說明技術之詳細特徵等，但該等為例示，該等所有之特徵並非為可實施實施形態所必要。
另，圖式係概略性顯示者，為了便於說明而於圖式中適當省略構成、或將構成簡化。又，不同圖式各自所示之構成等之大小及位置之相互關係未必正確記載，可適當變更。又，於俯視圖等而非剖視圖之圖式中，為了容易理解實施形態之內容，有附加陰影線之情形。
又，於以下所示之說明中，對同樣之構成要件標註相同之符號而圖示，該等之名稱與功能亦同樣。因此，有為了避免重複而省略該等之詳細說明之情形。
又，於以下記載之說明中，於記載為「具備」、「包含」或「具有」某構成要件等之情形時，除非另有說明，否則並非排除其他構成要件之存在之排他性表述。
又，於以下記載之說明中，即使有使用「第1」或「第2」等序數之情形，該等用語亦係為了便於容易理解實施形態之內容而使用者，並非限定於可藉由該等序數產生之順序等。
又，以下記載之說明中顯示相對或絕對位置關係之表述，例如「於一方向」、「沿一方向」、「平行」、「正交」、「中心」、「同心」或「同軸」等，除非另有說明，否則包含嚴格顯示該位置關係之情形、及角度或距離於公差或可獲得同程度之功能之範圍內移位之情形。
又，於以下記載之說明中表示相等狀態之表述，例如「同一」、「相等」、「皆一」或「皆質」等，除非另有說明，否則包含顯示嚴格相等之狀態、及於公差或可獲得同程度之功能之範圍內產生差量之情形。
又，於以下記載之說明中，即使有可使用意指「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「正」或「背」等特定位置或方向之用語之情形，該等用語亦係為了便於容易理解實施形態之內容而使用者，與實際實施時之位置或方向無關。
又，於以下記載說明中，記載為「……之上表面」或「……之下表面」等情形，除成為對象之構成要件之上表面自身或下表面自身外，亦包含於成為對象之構成要件之上表面或下表面形成有其他構成要件之狀態。即，例如記載為「乙設置於甲之上表面」之情形時，並不妨礙另一構成要件「丙」介存於甲與乙之間。
＜第1實施形態＞
以下，對本實施形態之熱處理裝置及溫度測定方法進行說明。
圖1係概略性顯示本實施形態之熱處理裝置160之構成之圖。
如圖1所例示，本實施形態之熱處理裝置160係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射，而將該半導體晶圓W加熱之閃光燈退火裝置。
成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸未特別限定，例如為ϕ300 mm或ϕ450 mm(本實施形態中為ϕ300 mm)。
熱處理裝置160具備收容半導體晶圓W之腔室6、內置複數個閃光燈FL之閃光加熱部5、及內置複數個鹵素燈HL之鹵素加熱部4。於腔室6之上側設置閃光加熱部5、且於下側設置鹵素加熱部4。另，於本實施形態中，鹵素加熱部4具備複數個鹵素燈HL，但亦可代替鹵素燈HL而具備氙弧燈或發光二極體(Light Emitting Diode，即LED)。根據上述之構成，半導體晶圓W於收容於腔室6之狀態下被加熱。
複數個閃光燈FL藉由照射閃光而將半導體晶圓W加熱。又，複數個鹵素燈HL將半導體晶圓W連續加熱。
又，熱處理裝置160於腔室6之內部具備：將半導體晶圓W以水平姿勢保持之保持部7、與於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接之移載機構10。
再者，熱處理裝置160具備控制部3，該控制部3控制設置於閃光加熱部5及腔室6之各動作機構，執行半導體晶圓W之熱處理。
於腔室殼體61之上表面安裝石英製之上側腔室窗63而將腔室6封閉。
構成腔室6之頂板部之上側腔室窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之光透過腔室6內之石英窗發揮功能。
又，構成腔室6之底板部之下側腔室窗64亦為由石英形成之圓板形狀構件，作為使來自鹵素加熱部4之光透過腔室6內之石英窗發揮功能。
又，於腔室殼體61之內側之壁面之上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環69。反射環68及反射環69皆形成為圓環狀。
上側之反射環68藉由自腔室殼體61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69藉由自腔室殼體61之下側嵌入且以省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68及反射環69皆自由裝卸地安裝於腔室殼體61。
腔室6之內側空間，即由上側腔室窗63、腔室殼體61、反射環68包圍之空間規定為熱處理空間65。
藉由於腔室殼體61安裝反射環68及反射環69，於腔室6之內壁面形成凹部62。即，形成由腔室殼體61之內壁面中未安裝反射環68及反射環69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面包圍之凹部62。
凹部62於腔室6之內壁面沿水平方向形成為圓環狀，圍繞保持半導體晶圓W之保持部7。腔室殼體61、反射環68及反射環69由強度與耐熱性優異之金屬材料(例如不銹鋼)形成。
又，於腔室殼體61形設有用於對腔室6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66可由閘閥162開閉。搬送開口部66連通連接於凹部62之外周面。
因此，於閘閥162將搬送開口部66開放時，可自搬送開口部66通過凹部62，向熱處理空間65搬入半導體晶圓W、及自熱處理空間65搬出半導體晶圓W。又，當閘閥162將搬送開口部66關閉時，腔室6內之熱處理空間65成為密閉空間。
再者，於腔室殼體61穿設有貫通孔61a及貫通孔61b。於設置有貫通孔61a、61b之各部位分別安裝有第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b。貫通孔61a係用於將自保持於後述之基座74之半導體晶圓W之下表面(背面)放射之紅外光引導至第1輻射溫度計20a之紅外線感測器24a之圓筒狀之孔。又，貫通孔61b係用於將自半導體晶圓W之下表面(背面)放射之紅外光引導至第2輻射溫度計20b之紅外線感測器24b之圓筒狀之孔。貫通孔61a及貫通孔61b以該等貫通方向之軸與保持於基座74之半導體晶圓W之主面相交之方式，相對於水平方向傾斜設置。
紅外線感測器24a及紅外線感測器24b例如係利用熱電效應之熱電感測器、利用塞貝克效應之熱電堆、或利用由熱引起之半導體之電阻變化之熱輻射計等熱型紅外線感測器、或量子型紅外線感測器等。
紅外線感測器24a及紅外線感測器24b具有相對於保持於基座74之半導體晶圓W之主面(正面)傾斜之光軸，接收自半導體晶圓W之下表面(背面)放射之紅外光。
於貫通孔61a之面向熱處理空間65側之端部安裝有透明窗21a，該透明窗21a包含使第1輻射溫度計20a可測定之波長區域之紅外光透過之氟化鋇材料。同樣，於貫通孔61b之面向熱處理空間65側之端部安裝有透明窗21b，該透明窗21b包含使第2輻射溫度計20b可測定之波長區域之紅外光透過之氟化鋇材料。另，透明窗21a及透明窗21b例如亦可由石英形成。
又，於腔室6之內壁上部形設有向熱處理空間65供給處理氣體之氣體供給孔81。氣體供給孔81形設於較凹部62更上側之位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔81經由圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間82，連通連接於氣體供給管83。
氣體供給管83連接於處理氣體供給源85。又，於氣體供給管83之路徑中途介插閥84。當閥84開放時，自處理氣體供給源85向緩衝空間82輸送處理氣體。
流入緩衝空間82之處理氣體，以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴散之方式流動，而自氣體供給孔81供給至熱處理空間65內。作為處理氣體，例如可使用氮氣(N
2)等惰性氣體，或氫氣(H
2)、氨氣(NH
3)等反應性氣體，或將其等混合之混合氣體(本實施形態中為氮氣)。
另一方面，於腔室6之內壁下部設置有對熱處理空間65內之氣體進行排氣之氣體排出孔86。氣體排出孔86形設於較凹部62更下側之位置，亦可設置於反射環69。氣體排出孔86經由圓環狀形成於腔室6之側壁內部之緩衝空間87，連通連接於氣體排出管88。氣體排出管88連接於排氣部190。又，於氣體排出管88之路徑中途介插閥89。當閥89開放時，熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經由緩衝空間87排出至氣體排出管88。
另，氣體供給孔81及氣體排出孔86可沿腔室6之周向設置複數個，亦可為狹縫狀。又，處理氣體供給源85及排氣部190可為設置於熱處理裝置160之機構，亦可為設置熱處理裝置160之工廠之設施。
又，於搬送開口部66之前端亦連接有排出熱處理空間65內之氣體之氣體排出管191。氣體排出管191經由閥192連接於排氣部190。藉由將閥192開放，經由搬送開口66排出腔室6內之氣體。
圖2係顯示保持部7之全體外觀之立體圖。保持部7具備基台環71、連結部72及基座74而構成。基台環71、連結部72及基座74皆由石英形成。即，保持部7全體由石英形成。
基台環71係一部分自圓環形狀缺失之圓弧形狀之石英構件。上述缺失部分為了防止後述之移載機構10之移載臂11與基台環71之干擾而設置。基台環71藉由載置於凹部62之底面，而支持於腔室6之壁面(參照圖3)。於基台環71之上表面，沿該圓環形狀之周向立設複數個連結部72(本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英構件，藉由熔接固定於基台環71。
基座74由設置於基台環71之4個連結部72自下側支持。圖3係基座74之俯視圖。又，圖4係基座74之剖視圖。
基座74具備保持板75、引導環76及複數根支持銷77。保持板75係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。保持板75之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，保持板75具有大於半導體晶圓W之平面尺寸。
於保持板75之上表面周緣部設置有引導環76。引導環76係具有較半導體晶圓W之直徑大之內徑之圓環形狀之構件。例如，於半導體晶圓W之直徑為ϕ300 mm之情形時，引導環76之內徑為ϕ320 mm。
引導環76之內周為如自保持板75朝向上方變寬之錐形面。引導環76由與保持板75同樣之石英形成。
引導環76可熔接於保持板75之上表面，亦可藉由另外加工之銷等固定於保持板75。或，亦可將保持板75與引導環76作為一體構件加工。
保持板75之上表面中較引導環76更內側之區域為保持半導體晶圓W之平面狀之保持面75a。於保持板75之保持面75a設置有複數根支持銷77。於本實施形態中，沿與保持面75a之外周圓(引導環76之內周圓)同心圓之圓周上，每隔30°環狀立設有合計12根支持銷77。
配置有12根支持銷77之圓之直徑(對向之支持銷77間之距離)小於半導體晶圓W之直徑，若半導體晶圓W之直徑為ϕ300 mm，則其為ϕ210 mm～ϕ280 mm。支持銷77設置3根以上。各支持銷77由石英形成。
複數根支持銷77可藉由熔接設置於保持板75之上表面，亦可與保持板75一體加工。
返回至圖2，立設於基台環71之4個連結部72與基座74之保持板75之周緣部藉由熔接固定。即，基座74與基台環71藉由連結部72固定連結。藉由此種保持部7之基台環71支持於腔室6之壁面，將保持部7安裝於腔室6。於保持部7安裝於腔室6之狀態下，基座74之保持板75為水平姿勢(法線與鉛直方向一致之姿勢)。即，保持板75之保持面75a為水平面。
搬入腔室6之半導體晶圓W以水平姿勢載置保持於安裝於腔室6之保持部7之基座74之上側。此時，半導體晶圓W由立設於保持板75上之12根支持銷77支持，而自下側由基座74支持。更嚴格而言，12根支持銷77之上端部與半導體晶圓W之下表面(背面)接觸並支持該半導體晶圓W。
因12根支持銷77之高度(自支持銷77之上端至保持板75之保持面75a之距離)均一，故可藉由12根支持銷77將半導體晶圓W以水平姿勢支持。
又，半導體晶圓W由複數根支持銷77與保持板75之保持面75a隔開特定間隔地受支持。引導環76之厚度大於支持銷77之高度。因此，由引導環76防止由複數根支持銷77支持之半導體晶圓W之水平方向之位置偏移。
又，如圖2及圖3所示，於基座74之保持板75上下貫通地形成有開口部78。開口部78為了使第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b接收自半導體晶圓W之下表面(背面)放射之輻射光(紅外光)而設置。即，第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b經由開口部78及腔室殼體61之透明窗21a(安裝於貫通孔61a)及透明窗21b(安裝於貫通孔61b)，接收自半導體晶圓W之下表面(背面)放射之光而測定該半導體晶圓W之溫度。
再者，於基座74之保持板75穿設有供後述之移載機構10之升降銷12為了交接半導體晶圓W而貫通之4個貫通孔79。
圖5係移載機構10之俯視圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2根移載臂11。移載臂11為如依循大致圓環狀之凹部62之圓弧形狀。
於各個移載臂11立設有2根升降銷12。移載臂11及升降銷12由石英形成。各個移載臂11可藉由水平移動機構13轉動。水平移動機構13使一對移載臂11於相對於保持部7進行半導體晶圓W之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)、與俯視時不與保持7之於保持部半導體晶圓W重疊之退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。
作為水平移動機構13，可由個別之馬達使各移載臂11分別轉動，亦可使用連桿機構由1個馬達使一對移載臂11連動而轉動。
又，一對移載臂11藉由升降機構14與水平移動機構13一起升降移動。當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升時，合計4根升降銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖2及圖3)，升降銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，當升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降，自貫通孔79拔出升降銷12，水平移動機構13以打開一對移載臂11之方式移動時，各移載臂11移動至退避位置。
一對移載臂11之退避位置為保持部7之基台環71之正上。因基台環71載置於凹部62之底面，故移載臂11之退避位置為凹部62之內側。另，於設置有移載機構10之驅動部(水平移動機構13及升降機構14)之部位附近，亦設置有省略圖示之排氣機構，構成為將移載機構10之驅動部周邊之氣氛排出至腔室6之外部。
返回至圖1，設置於腔室6上方之閃光加熱部5於殼體51之內側具備包含複數根(本實施形態中為30根)氙閃光燈FL之光源、與以覆蓋該光源上方之方式設置之反射器52。
又，於閃光加熱部5之殼體51之底部安裝有燈光輻射窗53。構成閃光加熱部5之底板部之燈光輻射窗53係由石英形成之板狀石英窗。藉由將閃光加熱部5設置於腔室6之上方，燈光輻射窗53與上側腔室窗63相互對向。閃光燈FL自腔室6之上方經由燈光輻射窗53及上側腔室窗63對熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL係各自具有長條圓筒形狀之棒狀燈，以各自之長度方向沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(正面)(即沿水平方向)相互平行之方式平面狀排列。因此，由閃光燈FL之排列形成之平面亦為水平面。
閃光燈FL具備於其內部封入氙氣，且於其兩端部配設有連接於電容器之陽極及陰極之棒狀之玻璃管(放電管)、與附設於該玻璃管之外周面上之觸發電極。
因氙氣係電性絕緣體，故即使於電容器蓄積電荷，於通常狀態下電亦不會流過玻璃管內。然而，於對觸發電極施加高電壓而破壞絕緣之情形時，蓄積於電容器之電瞬時流過玻璃管內，激發此時之氙原子或分子，由此放出光。
於此種閃光燈FL中，因預先蓄積於電容器之靜電能被轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故與鹵素燈HL等連續點亮之光源相比，具有可照射極強之光之特徵。即，閃光燈FL係於不足1秒之極短時間內瞬間發光之脈衝發光燈。
另，閃光燈FL之發光時間可藉由對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數進行調整。
又，反射器52以覆蓋複數個閃光燈FL全體之方式設置於其上方。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光反射至熱處理空間65側。反射器52由鋁合金板形成，其上表面(面向閃光燈FL側之面)藉由噴砂處理實施粗面化加工。
設置於腔室6下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數根(於本實施形態中為40根)鹵素燈HL。鹵素加熱部4藉由複數個鹵素燈HL，自腔室6之下方經由下側腔室窗64向熱處理空間65進行光照射，而將半導體晶圓W加熱。
圖7係顯示鹵素加熱部4中之複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40根鹵素燈HL分為上下2層而配置。於靠近保持部7之上層配設20根鹵素燈HL，且於較上段離保持部7更遠之下段亦配設有20根鹵素燈HL。
各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上層、下層之20根鹵素燈HL皆以各自之長度方向沿保持於保持部7之半導體晶圓W之主面(表面)(即沿水平方向)相互平行之方式排列。因此，上層、下層中，由鹵素燈HL之排列形成之平面皆為水平面。
又，如圖7所示，上層、下層中，相較於與保持於保持部7之半導體晶圓W之中央部對向之區域，與周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度變高。即，上下層中，周緣部之鹵素燈HL之配設間距短於燈排列之中央部。因此，可對利用自鹵素加熱部4之光照射加熱時容易產生溫度下降之半導體晶圓W之周緣部，進行更多光量之照射。
又，包含上層鹵素燈HL之燈群與包含下層鹵素燈HL之燈群以格柵狀交叉之方式排列。即，以配置於上層之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下層之20根鹵素燈HL之長度方向相互正交之方式，配設有合計40根鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲通電，使燈絲白熱化而發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入向氮氣、氬氣等惰性氣體導入有微量鹵元素(碘、溴等)之氣體。藉由導入鹵元素，可抑制燈絲之折損，且將燈絲之溫度設定為高溫。
因此，鹵素燈HL與通常之白熾燈泡相比，具有壽命長且可連續照射強光之特性。即，鹵素燈HL係連續至少1秒以上發光之連續點亮燈。又，因鹵素燈HL係棒狀燈，故壽命長，藉由沿水平方向配置鹵素燈HL，向上方半導體晶圓W之輻射效率優異。
如圖1所示，於腔室6設置有第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b之2個輻射溫度計(本實施形態中為高溫計)。第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b設置於保持於基座74之半導體晶圓W之斜下方。
藉由此種配置，第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b自半導體晶圓W之斜下方，檢測半導體晶圓W之亮度溫度。另，亮度溫度係表示電磁波之輻射強度之物理量。於電磁輻射為黑體輻射之情形時，亮度溫度與溫度相等。
圖8係圖1之局部放大圖。圖8詳細顯示熱處理裝置160中之第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b及半導體晶圓W之配置關係。
如圖8所示，第1輻射溫度計20a接收之光之路徑Xa與半導體晶圓W之背面之法線O之間所成之角度為α。又，第2輻射溫度計20b接收之光之路徑Xb與半導體晶圓W之背面之法線O之間所成之角度為β。該等之角度α與角β互不相同。優選為角度α為80°以上(未達90°)，角度β為80°以下。又，角度α與角β之差較佳為2.5°以上。認為角度α與角β之差越大，越可正確地測定半導體晶圓W之溫度。
圖9係顯示第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b及控制部3之關係之圖。
如上所述，熱處理裝置160包含控制設置於鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔室6之各動作機構之控制部3。控制部3可具有個人電腦(FA個人電腦)之形態，包含記憶部32與CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)等運算處理裝置。記憶部32包含固體記憶體器件及硬碟驅動器等記憶裝置。又，控制部3連接於輸入部31與顯示部33。輸入部31包含鍵盤、指向器件及觸控面板等輸入機器。再者，輸入部31包含用於與主機電腦通信之通信模組。顯示部33例如包含液晶顯示器，與控制部3協作顯示各種資訊。作為顯示部33，例如採用液晶顯示器。藉由控制部3之CPU執行特定處理程式，進行熱處理裝置160之處理。
如圖9所示，控制部3具備輸入參數算出部34、輸出參數推定部35及溫度算出部36。輸入參數算出部34、輸出參數推定部35及溫度算出部36係藉由控制部3之CPU執行特定處理程式而實現之功能處理部。稍後進一步描述輸入參數算出部34、輸出參數推定部35及溫度算出部36之處理內容。
如圖8及圖9所示，第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b設置於半導體晶圓W之下方。第1輻射溫度計20a具備測定半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度之紅外線感測器24a及溫度測量單元22a。同樣地，第2輻射溫度計20b具備測定半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度之紅外線感測器24b及溫度測量單元22b。
紅外線感測器24a與溫度測定單元22a電性連接，將響應於受光而產生之檢測信號傳遞至溫度測定單元22a。溫度測量單元22a自所傳遞之檢測信號算出溫度。即，溫度測定單元22a基於紅外線感測器24a接收到之光之強度，算出溫度。同樣地，紅外線感測器24b與溫度測定單元22b電性連接，將響應於受光而產生之檢測信號傳遞至溫度測定單元22b。溫度測量單元22b自所傳遞之檢測信號算出溫度。即，溫度測定單元22b基於紅外線感測器24b接收到之光之強度，算出溫度。
除上述構成以外，熱處理裝置160為了防止於半導體晶圓W之熱處理時，因自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能引起之閃光加熱部5、鹵素加熱部4及腔室6之過度升溫，而具備各種冷卻用構造。
例如，於腔室6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，閃光加熱部5及鹵素加熱部4為於內部形成氣體流進行排熱之空冷構造。又，亦向上側腔室窗63與燈光輻射窗53之間隙供給空氣，將閃光加熱部5及上側腔室窗63冷卻。
＜關於熱處理裝置之動作＞
其次，對熱處理裝置160中之半導體晶圓W之處理順序進行說明。圖10係顯示半導體晶圓W之處理順序之流程圖。以下說明之熱處理裝置160之處理順序由控制部3控制熱處理裝置160之各動作機構而進行。
首先，將用於供氣之閥84開放，且將排氣用之閥89及閥192開放，開始對腔室6內給排氣。當開放閥84時，自氣體供給孔81向熱處理空間65供給氮氣。又，當開放閥89時，腔室6內之氣體自氣體排出孔86排出。藉此，自腔室6內之熱處理空間65之上部供給之氮氣向下方流動，並自熱處理空間65之下部排出。
又，藉由開放閥192，亦自搬送開口部66排出腔室6內之氣體。再者，移載機構10之驅動部周邊之氣氛亦藉由省略圖示之排氣機構而排出。另，熱處理裝置160中，於半導體晶源W之熱處理時，持續向熱處理空間65供給氮氣，其供給量根據處理步驟適當變更。
接著，打開閘閥162將搬送開口部66開放，由裝置外部之搬送機器人經由搬送開口部66，將成為處理對象之半導體晶圓W搬入腔室6內之熱處理空間65(步驟S1)。此時，隨著半導體晶圓W之搬入，有帶入裝置外部之氣氛之虞，但因持續向腔室6供給氮氣，故氮氣自搬送開口部66流出，可將此種外部氣氛之帶入抑制為最小限度。
由搬送機器人搬入之半導體晶圓W前進至保持部7之正上方位置並停止。且，藉由使移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動上升至移載動作位置，升降銷12通過貫通孔79，自基座74之保持板75之上表面突出而接收半導體晶圓W。此時，升降銷12上升至較支持銷77之上端更上方。
將半導體晶圓W載置於升降銷12之後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥162將搬送開口部66閉鎖。且，藉由一對移載臂11下降，半導體晶圓W自移載機構10交接至保持部7之基座74，並以水平姿勢自下方受保持。半導體晶圓W由圖2至圖4所示之立設於保持板75上之複數根支持銷77支持而保持於基座74。於由複數根支持銷77支持之半導體晶圓W之下表面(背面)、與保持板75之保持面75a之間形成特定間隔。下降至基座74下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置，即凹部62之內側。
將半導體晶圓W搬入至腔室6內並保持於基座74之後，鹵素加熱部4之鹵素燈HL一齊點亮開始預備加熱(輔助加熱)(步驟S2)。自鹵素燈HL射出之鹵素光透過由石英形成之下側腔室窗64照射至半導體晶圓W之下表面(背面)。藉由接收自鹵素燈HL之光照射，半導體晶圓W被預備加熱，溫度上升。另，因移載機構10之移載臂11退避至凹部62之內側，故不會阻礙鹵素燈HL之加熱。預備加熱溫度較佳為無需擔心添加至半導體晶圓W之雜質因熱擴散之500℃至600℃左右。當預備加熱溫度為800℃以上之高溫時，添加至半導體晶圓W之雜質擴散，因此要求溫度管理之正確性。
藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度由第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b測定(步驟S3)。更詳細而言，自由第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b檢測出之檢測信號，算出半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度。另，亦可於開始鹵素燈HL之預備加熱之前，開始第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b之溫度測定。
此處，對本實施形態中算出半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度之理由，進行說明。一般於半導體晶圓W之上表面(正面)形成各種膜。因近年之半導體晶圓W之高性能化，故膜種、膜厚、膜層數、膜構造等之條件較先前多樣化。另一方面，有於半導體晶圓W之下表面(背面)不積極形成膜之傾向。與需要應對多樣化之膜種、膜厚、膜層數、膜構造之半導體晶圓W之上表面(正面)相比，不積極形成膜之下表面(背面)之溫度測定更容易。因此，本實施形態中，第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b配置於半導體晶圓W之斜下方，測定半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度。
圖11係顯示本實施形態中之溫度測定方法之順序之流程圖。
圖10中之半導體晶圓W之溫度測定按圖11之流程進行。首先，由第1輻射溫度計20a檢測半導體晶圓W之背面之亮度溫度S
a(步驟S11)。又，由第2輻射溫度計20b檢測半導體晶圓W之背面之亮度溫度S
b(步驟S12)。另，步驟S11與步驟S12亦可同時進行。
將步驟S11及S12中檢測出之亮度溫度S
a及亮度溫度S
b記憶於記憶部32。基於亮度溫度S
a及亮度溫度S
b算出輸入參數(步驟S13)。輸入參數之算出於圖9中之輸入參數算出部34中進行。輸入參數算出部34根據由第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b檢測出之亮度溫度，算出與半導體晶圓W之輻射率比Ku對應之第1輸入參數、及與半導體晶圓W之溫度對應之第2輸入參數。
更具體而言，基於亮度溫度S
a及亮度溫度S
b，算出作為第1輸入參數之輻射率比Ku。輻射率比Ku由下述數1公式算出。另，λ係測量波長[μm]、ε
a係測定波長之第1輻射溫度計20a之分光輻射率[μm]、ε
b係測定波長之第2輻射溫度計20b之分光輻射率[μm]、C
2係普朗克輻射定律中之輻射第2常數，S
a係測定波長之第1輻射溫度計20a檢測出之亮度溫度[K]，S
b係測定波長之第2輻射溫度計20b檢測出之亮度溫度[K]。
[數1]
藉由利用上述數1公式，即使輻射率ε
a及輻射率ε
b為未知數，亦導出輻射率比Ku。被考慮為半導體晶圓W之材料之一之矽(Si)之輻射率因溫度而變化。即，矽(Si)或矽化合物之顏色根據溫度而變化。伴隨於此，輻射率變動。因此，於採用矽(Si)作為半導體晶圓W之材料之情形、或於半導體晶圓W形成有矽化合物之膜之情形時，本實施形態之溫度測定方法尤其有效。又，矽(Si)中，於600℃以下之低溫域，輻射率之變動傾向尤其顯著。
又，算出亮度溫度S
a與亮度溫度S
b之平均值即亮度溫度Save作為第2輸入參數。另，亦可採用亮度溫度S
a或亮度溫度S
b之任一者作為第2輸入參數。
當如上所述般算出輸入參數時，基於第1輸入參數及第2輸入參數，推定輸出參數(對數比Ld)(步驟S14)。輸出參數(對數比Ld)之推定由圖9中之輸出參數推定部35進行。輸出參數推定部35自第1輸入參數與第2輸入參數推定輸出參數。此處，作為第1輸入參數之輻射率比Ku、作為第2輸入參數之亮度溫度Save、及作為輸出參數之對數比Ld之間之相關關係預先記憶於記憶部32。該等之相關關係可自藉由實驗測量出之值而得，亦可自藉由理論計算運算出之值而得。
圖12係顯示第1輸入參數及輸出參數之關係之相關圖。於圖12中，縱軸係第1輸入參數(輻射率比Ku)，橫軸係輸出參數(對數比Ld)。又，實線以測定值之近似線顯示亮度溫度Save之值為600℃(攝氏溫度換算)下之值，虛線以測定值之近似線顯示亮度溫度Save之值為500℃(攝氏溫度換算)下之值，一點鏈線以測定值之近似線顯示亮度溫度Save之值為400℃(攝氏溫度換算)下之值、二點鏈線以測定值之近似線顯示亮度溫度Save之值為300℃(攝氏溫度換算)下之值、粗實線以測定值之近似線顯示亮度溫度Save之值為200℃(攝氏溫度換算)下之值、粗虛線以測定值之近似線顯示亮度溫度Save之值為100℃(攝氏溫度換算)下之值。另，於圖12中，顯示出對無膜之矽之半導體晶圓W、將200 nm之SiN膜成膜後之半導體晶圓W、將500 nm之SiN膜成膜後之半導體晶圓W、將1000 nm之SiN膜成膜後之半導體晶圓W、將100 nm之SiO
2膜成膜後之半導體晶圓W、將200 nm之SiO
2膜成膜後之半導體晶圓W、將500 nm之SiO
2膜成膜後之半導體晶圓W、將1000 nm之SiO
2膜成膜後之半導體晶圓W進行實驗之結果。
於步驟S14中，自圖12之相關圖所示之相關關係，推定作為輸出參數之輻射率之對數比Ld。另，對數比Ld由數2公式定義。
[數2]
基於步驟S14中推定出之對數比Ld，測定半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度T(步驟S15)。測定半導體晶圓W之溫度T並結束處理。另，溫度T之算出由圖9中之溫度算出部36進行。溫度算出部36自輸出參數推定部35推定出之輸出參數(對數比Ld)、與第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b檢測出之各亮度溫度S
a及亮度溫度S
b，算出半導體晶圓W之溫度。步驟S15中，溫度T由數3公式算出。
[數3]
圖13係顯示溫度T之推定值與實測值之關係之圖。圖13中，粗虛線顯示藉由本實施形態中之溫度測定方法算出溫度T之值之近似線，一點鏈線顯示藉由日本專利特開平5-215610號公報所記載之方法算出溫度T之值之近似線。又，於圖13中，縱軸表示實測值，橫軸表示推定值。另，圖13中顯示出實測值為800℃以下之情形。
如圖13所示，與藉由日本專利特開平5-215610號公報所記載之方法算出溫度T之情形相比，藉由本實施形態之溫度測定方法算出溫度T之情形更接近理想線。即，可知於藉由本實施形態之溫度測定方法算出溫度T之情形時，推定值更接近實測值。尤其於實測值為400℃以上之情形時更為明顯。
返回至圖10，當半導體晶圓W之溫度達到特定溫度時，閃光加熱部5之閃光燈FL對保持於基座74之半導體晶圓W之上表面進行閃光照射(步驟S4)。此時，自閃光燈FL輻射之閃光之一部分直接朝向腔室6內，其他部分暫時由反射器52反射後朝向腔室6內，藉由該等閃光之照射進行半導體晶圓W之閃光加熱。
因藉由來自閃光燈FL之閃光(flashlight)照射進行閃光加熱，故可於短時間內使半導體晶圓W之上表面之溫度上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係預先積蓄於電容器之靜電能被轉換為極短之光脈衝，且照射時間為0.1毫秒以上100毫秒以下之程度之極短且強之閃光。且，藉由來自閃光燈FL之閃光照射，半導體晶圓W之上表面之溫度於極短時間內急劇上升。另，亦可繼續進行步驟S3之溫度測定，而監視半導體晶圓W之溫度。
閃光照射結束後，鹵素燈HL熄滅。藉此，半導體晶圓W急速降溫。亦可繼續進行上述步驟S3之溫度測定，而測定降溫中之半導體晶圓W之溫度。該測定結果傳遞至控制部3，可監視半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。然後，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下之後，移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動並上升至移載動作位置，藉此，升降銷12自基座74之上表面突出，自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。接著，將由閘閥162封閉之搬送開口部66開放，載置於升降銷12上之半導體晶圓W由裝置外部之搬送機器人自腔室6搬出(步驟S5)。
如上所述，根據本實施形態中作為熱處理裝置之熱處理裝置160及溫度測定方法，可正確地測定半導體晶圓W之溫度。又，本實施形態中，因自半導體晶圓W之斜下方檢測亮度溫度，故尤其可正確地測定半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度。
＜第2實施形態＞
以下，對本發明之第2實施形態進行說明。圖14係概略性顯示第2實施形態中之熱處理裝置260之構成之剖視圖。
第2實施形態中，於熱處理裝置260之設置有貫通孔61a之部位，安裝輻射溫度計220。偏光濾光器模組225可旋轉地設置於貫通孔61a之內部。又，輻射溫度計220具備測定半導體晶圓W之下表面(背面)之溫度之紅外線感測器224。
圖15係圖14之局部放大圖。圖15詳細顯示熱處理裝置260中輻射溫度計220及半導體晶圓W之配置關係。又，圖16係顯示偏光濾光器模組225之俯視圖。
偏光濾光器模組225配置於紅外線感測器224接收之光之路徑Xf之中途。偏光濾光器模組225具備偏光濾光器225a與偏光濾光器225b。偏光濾光器225a係S偏光濾光器，偏光濾光器225b係P偏光濾光器。偏光濾光器模組225藉由未圖示之馬達，以旋轉軸Cf為中心旋轉。
藉此，紅外線感測器224所接收之光被切換為通過偏光濾光器225a之光、與通過偏光濾光器225b之光。即，紅外線感測器224檢測接收之光之路徑Xf與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度相同的相異之2個偏光成分。因此，第2實施形態之熱處理裝置260可藉由一個紅外線感測器224獲得兩個亮度溫度。
＜第3實施形態＞
以下，對本發明之第3實施形態進行說明。第3實施形態之熱處理裝置360之構成亦由圖14及圖15顯示。
第3實施形態中，分光濾光器模組325可旋轉地設置於貫通孔61a之內部。圖17係顯示分光濾光器模組325之俯視圖。
分光濾光器模組325配置於紅外線感測器324接收之光之路徑Xf之中途。分光濾光器模組325具備分光濾光器325a與分光濾光器325b。分光濾光器325a係獲得特定波長之濾光器。又，分光濾光器325b係獲得與分光濾光器325a不同之特定波長之濾光器。分光濾光器模組325藉由未圖示之馬達，以旋轉軸Cf為中心旋轉。
藉此，紅外線感測器324所接收之光被切換為通過分光濾光器325a之光、與通過分光濾光器325b之光。即，紅外線感測器324檢測接收之光之路徑Xf與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度相同的相異之2個波長成分。因此，第3實施形態之熱處理裝置360可藉由一個紅外線感測器324獲得兩個亮度溫度。
另，於自可由紅外線感測器324獲得之兩個亮度溫度測定半導體晶圓W之溫度之情形時，代替上述數1公式而採用下述數4公式，代替上述之數3公式而採用下述數5公式。
[數4]
[數5]
＜第4實施形態＞
以下，對本發明之第4實施形態進行說明。圖18係概略性顯示第4實施形態之熱處理裝置460之構成之剖視圖。
第4實施形態之熱處理裝置460，除第1實施形態之熱處理裝置160之構成外，亦具備測定腔室6之溫度之腔室溫度計426。腔室溫度計426例如安裝於腔室6之凹部62。藉此，第4實施形態之熱處理裝置460可藉由腔室溫度計426獲得腔室6內部之溫度。第4實施形態之輸入參數算出部亦進而算出與腔室6之溫度對應之第3輸入參數。且，於輸出參數推定步驟中，基於第1輸入參數、第2輸入參數及第3輸入參數推定輸出參數。
因第4實施形態之熱處理裝置460亦進而算出與腔室6之溫度對應之第3輸入參數，故可更正確地測定亦可與腔室6之溫度關聯之半導體晶圓W之溫度。
＜第5實施形態＞
以下，對本發明之第5實施形態進行說明。圖19係概略性顯示第5實施形態之熱處理裝置560之構成之剖視圖。又，圖20係圖19之局部放大圖。圖20詳細顯示熱處理裝置560之輻射溫度計520、第1鏡面525、第2鏡面526及半導體晶圓W之配置關係。
第5實施形態中，於熱處理裝置560之設置有貫通孔61a之部位，安裝輻射溫度計520。又，熱處理裝置560進而具備用於朝向輻射溫度計520反射光之第1鏡面525及第2鏡面526。
第1鏡面525配置於光之路徑Xm之中途。又，第2鏡面526將由第1鏡525反射之光進一步朝向紅外線感測器524反射。
由此，紅外線感測器524接收自半導體晶圓W直接朝向紅外線感測器524之光、與經由第1鏡面525及第2鏡面526朝向紅外線感測器524之光。即，紅外線感測器524檢測於路徑Xc、Xm與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度α2、β2互不相同之位置處檢測出之複數個亮度溫度。因此，第5實施形態之熱處理裝置560可藉由一個紅外線感測器524獲得兩個亮度溫度。
＜關於藉由以上記載之實施形態產生之效果＞
其次，顯示藉由以上記載之實施形態產生之效果之例子。另，於以下之說明中，基於以上記載之實施形態所例示之具體構成，記載該效果，但於產生同樣效果之範圍內，亦可置換為本申請案說明書所例示之其他具體構成。
又，該置換亦可跨及複數個實施形態進行。即，亦可為組合不同實施形態中例示之各構成而產生同樣效果之情形。
根據以上記載之實施形態之溫度測定方法，具備以下步驟：輻射溫度測定步驟，其係自半導體晶圓W之斜下方檢測半導體晶圓W之亮度溫度；輸入參數算出步驟，其係自由輻射溫度測定步驟檢測出之亮度溫度，算出與半導體晶圓W之輻射率之比對應之第1輸入參數、及與半導體晶圓W之溫度對應之第2輸入參數之2個輸入參數；輸出參數推定步驟，其係自第1輸入參數與第2輸入參數推定輸出參數；及溫度算出步驟，其係自於輸出參數推定步驟推定出之輸出參數、與於輻射溫度測定步驟檢測出之亮度溫度，算出半導體晶圓W之溫度。
又，於輸出參數推定步驟中，基於由第2輸入參數規定之第1輸入參數與輸出參數之相關關係，推定上述輸出參數。
又，根據第1及第4實施形態之溫度測定方法，輻射溫度測定步驟藉由第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b，檢測於接收之光之路徑Xa、Xb與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度α、β互不相同之位置處檢測出之複數個亮度溫度。
又，根據第2實施形態之溫度測定方法，輻射溫度測定步驟檢測接收之光之路徑Xf與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度相同的相異之2個偏光成分。
又，根據第3實施形態之溫度測定方法，輻射溫度測定步驟檢測接收之光之路徑Xf與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度相同的相異之2個波長成分。
又，根據第4實施形態之溫度測定方法，半導體晶圓W於收容於腔室6之狀態下被加熱，輸入參數算出步驟進一步算出與腔室6之溫度對應之第3輸入參數，於輸出參數推定步驟中，基於第1輸入參數、第2輸入參數及第3輸入參數推定輸出參數。
根據此種構成，即使於輻射率為未知數之情形時，亦可正確地測定半導體晶圓W之溫度。又，因輻射溫度測定步驟中，自半導體晶圓W之斜下方檢測亮度溫度，故可正確地測定半導體晶圓W之背面之溫度。又，根據第4實施形態之構成，因輸入參數算出步驟進一步算出與腔室6之溫度對應之第3輸入參數，故可正確地測定亦可與腔室6之溫度關聯之半導體晶圓W之溫度。
又，根據以上記載之實施形態之熱處理裝置160、260、360、460、560，係藉由對半導體晶圓W照射光而將半導體晶圓W加熱之熱處理裝置160、260、360、460、560，且具備：腔室6，其收容半導體晶圓W；基座74，其於腔室6內載置並保持半導體晶圓W；第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b(或輻射溫度計220、320、520)，其等設置於基座74之斜下方，檢測半導體晶圓W之亮度溫度；輸入參數算出部34，其自由第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b(或輻射溫度計220、320、520)檢測出之亮度溫度，算出與半導體晶圓W之輻射率比對應之第1輸入參數、及與半導體晶圓W之溫度對應之第2輸入參數這2個輸入參數；輸出參數推定部35，其自第1輸入參數與第2輸入參數推定輸出參數；及溫度算出部36，其自輸出參數推定部35推定出之輸出參數、與第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b(或輻射溫度計220、320、520)檢測出之亮度溫度，算出半導體晶圓W之溫度。又，輸出參數推定部35基於由第2輸入參數規定之第1輸入參數與輸出參數之間之相關關係，推定輸出參數。
又，根據第1、第4及第5實施形態之熱處理裝置160、460、560，具備接收之光之路徑與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度α、β(或角度α2、β2)互不相同之2個第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b。
根據此種構成，即使於輻射率為未知數之情形時，亦可正確地測定半導體晶圓W之溫度。
另，即使於對上述構成適當追加有本申請案說明書所例示之其他構成之情形時，即，於適當追加有未作為上述構成提及之本申請案說明書中之其他構成之情形時，亦可產生同樣之效果。
＜關於以上記載之實施形態之變化例＞
於以上記載之實施形態中，雖亦有記載各構成要件之材質、材料、尺寸、形狀、相對配置關係或實施條件等之情形，但該等係所有方面中之一例，不限於本申請案說明書記載者。
因此，於本申請案說明書所揭示之技術範圍內設想未例示之無數變化例及均等物。例如，包含以下情形：將至少1個構成要件進行變化、追加或省略，以及提取至少1個實施形態中之至少1個構成要件，與其他實施形態中之構成要件組合。
另，於上述之實施形態中，雖採用亮度溫度作為第2輸入參數，但並不限定於此。第2輸入參數亦可為亮度。
又，於上述之實施形態中，雖採用作為輸出參數之輻射率之對數比Ld，但並不限定於此。輸出參數可為輻射率之比，亦可為輻射率。另，輻射率由下述之數6公式及數7公式表示。
[數6]
[數7]
又，於上述實施形態中，雖採用第1輻射溫度計20a、第2輻射溫度計20b、輻射溫度計220、320、520皆自半導體晶圓W之斜下方檢測半導體晶圓W之亮度溫度之構成，但並不限定於此。亦可為輻射溫度計自半導體晶圓W之斜上方檢測半導體晶圓W之亮度溫度之構成。
又，於上述第1及第4實施形態中，雖採用藉由第1輻射溫度計20a及第2輻射溫度計20b，檢測於接收之光之各個路徑Xa、Xb與半導體晶圓W之背面之法線O所成之角度α、β互不相同之位置處檢測出之2個亮度溫度之構成，但並不限定於此。亦可採用藉由3個以上之複數個輻射溫度計檢測互不相同之複數個信號之構成。
又，於上述第4實施形態中，雖採用輸入參數算出部34進而算出與腔室6之溫度對應之第3輸入參數，於輸出參數推定步驟中，基於第1輸入參數、第2輸入參數及第3輸入參數推定輸出參數之構成，但並不限定於此。第3輸入參數亦可為腔室6內部之氣氛之溫度。
又，於以上記載之實施形態中，於未特別指定而記載有材料名等之情形時，只要不產生矛盾，則包含該材料中含有其他添加物之例如合金等。
3:控制部
4:鹵素加熱部
5:閃光加熱部
6:腔室
7:保持部
10:移載機構
11:移載臂
12:升降銷
13:水平移動機構
14:升降機構
20a:第1輻射溫度計
20b:第2輻射溫度計
21a,21b:透明窗
22a,22b:溫度測定單元
24a,24b:紅外線感測器
31:輸入部
32:記憶部
33:顯示部
34:輸入參數算出部
35:輸出參數推定部
36:溫度算出部
41:殼體
51:殼體
52:反射器
53:燈光輻射窗
61:腔室殼體
61a,61b:貫通孔
62:凹部
63:上側腔室窗
64:下側腔室窗
65:熱處理空間
66:搬送開口部
68:反射環
69:反射環
71:基台環
72:連結部
74:基座
75:保持板
75a:保持面
76:引導環
77:支持銷
78:開口部
79:貫通孔
81:氣體供給孔
82:緩衝空間
83:氣體供給管
84:閥
85:處理氣體供給源
86:氣體排出孔
87:緩衝空間
88:氣體排出管
89,192:閥
160,260,360,460,560:熱處理裝置
162:閘閥
190:排氣部
191:氣體排出管
220,320,520:輻射溫度計
224,324,524:紅外線感測器
225:偏光濾光器模組
225a,225b:偏光濾光器
260,360,460,560:熱處理裝置
325:分光濾光器模組
325a,325b:分光濾光器
426:腔室溫度計
520:輻射溫度計
524:紅外線感測器
525:第1鏡面
526:第2鏡面
Cf:旋轉軸
FL:閃光燈
HL:鹵素燈
Ku:輻射率比
Ld:對數比
O:法線
S1~S5,S11~S15:步驟
Sa,Save,Sb:亮度溫度
T:溫度
W:半導體晶圓
Xa,Xb,Xc,Xf,Xm:路徑
α,β:角度
α2,β2:角度
圖1係概略性顯示熱處理裝置之構成之剖視圖。
圖2係顯示保持部之全體外觀之立體圖。
圖3係基座之平面圖。
圖4係基座之剖視圖。
圖5係移載機構之俯視圖。
圖6係移載機構之側視圖。
圖7係顯示鹵素加熱部中之複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。
圖8係圖1之局部放大圖。
圖9係顯示第1輻射溫度計、第2輻射溫度計及控制部之關係之圖。
圖10係顯示半導體晶圓W之處理順序之流程圖。
圖11係顯示溫度測定方法之順序之流程圖。
圖12係顯示第1輸入參數及輸出參數之關係之相關圖。
圖13係顯示溫度之推定值與實測值之關係之圖。
圖14係概略性顯示第2實施形態之熱處理裝置之構成之剖視圖。
圖15係圖14之局部放大圖。
圖16係顯示偏光濾光器模組之俯視圖。
圖17係顯示分光濾光器模組之俯視圖。
圖18係概略性顯示第4實施形態之熱處理裝置之構成之剖視圖。
圖19係概略性顯示第5實施形態之熱處理裝置之構成之剖視圖。
圖20係圖19之局部放大圖。
Claims (14)
- 一種溫度測定方法，其測定藉由光照射被加熱之基板之溫度，且具備以下步驟： 輻射溫度測定步驟，其自上述基板之斜上方或斜下方檢測上述基板之亮度溫度； 輸入參數算出步驟，其自於上述輻射溫度測定步驟檢測出之上述亮度溫度，算出與上述基板之輻射率之比對應之第1輸入參數、及與上述基板之溫度對應之第2輸入參數之至少2個輸入參數； 輸出參數推定步驟，其自上述第1輸入參數與上述第2輸入參數推定輸出參數；及 溫度算出步驟，其自於上述輸出參數推定步驟推定出之上述輸出參數、與於上述輻射溫度測定步驟檢測出之上述亮度溫度，算出上述基板之溫度。
- 如請求項1之溫度測定方法，其中 於上述輸出參數推定步驟中，基於由上述第2輸入參數規定之上述第1輸入參數與上述輸出參數之相關關係，推定上述輸出參數。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 於上述輻射溫度測定步驟中，藉由接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度互不相同之複數個輻射溫度計，檢測複數個上述亮度溫度。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述輻射溫度測定步驟檢測接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度相同的相異之2個偏光成分。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述輻射溫度測定步驟檢測接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度相同的相異之2個波長成分。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述第2輸入參數係亮度。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述輸出參數係上述輻射率之對數比。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述輸出參數係上述輻射率之比。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述輸出參數係上述輻射率。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述輻射溫度測定步驟自上述基板之斜下方檢測上述基板之上述亮度溫度。
- 如請求項1或2之溫度測定方法，其中 上述基板於收容於腔室之狀態下被加熱； 上述輸入參數算出步驟進一步算出與上述腔室之溫度對應之第3輸入參數；且 於上述輸出參數推定步驟中，基於上述第1輸入參數、上述第2輸入參數及上述第3輸入參數，推定上述輸出參數。
- 一種熱處理裝置，其藉由對基板照射光而將該基板加熱，且具備： 腔室，其收容上述基板； 基座，其於上述腔室內載置保持上述基板； 輻射溫度計，其設置於上述基座之斜上方或斜下方，檢測上述基板之亮度溫度； 輸入參數算出部，其自由上述輻射溫度計檢測出之上述亮度溫度，算出與上述基板之輻射率比對應之第1輸入參數、及與上述基板之溫度對應之第2輸入參數之至少2個輸入參數； 輸出參數推定部，其自上述第1輸入參數與上述第2輸入參數，推定輸出參數；及 溫度算出部，其自上述輸出參數推定部推定出之上述輸出參數與上述輻射溫度計檢測出之上述亮度溫度，算出上述基板之溫度。
- 如請求項12之熱處理裝置，其中 上述輸出參數推定部基於由上述第2輸入參數規定之上述第1輸入參數與上述輸出參數之相關關係，推定上述輸出參數。
- 如請求項12或13之熱處理裝置，其中 上述輻射溫度計具備接收之光之路徑與上述基板之正面或背面之法線所成之角度互不相同之複數個輻射溫度計。
Applications Claiming Priority (2)
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