TWI640754B - 溫度測定方法及熱處理裝置 - Google Patents

Abstract

一種溫度測定方法，係藉由會檢出對象物所放射出之紅外線來測定溫度的放射溫度測定部，來測定半導體製造裝置中處理容器內之溫度的溫度測定方法，其係藉由該放射溫度測定部，以檢出室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之低阻抗矽晶圓所放射的紅外線。

Description

溫度測定方法及熱處理裝置

本發明係關於一種溫度測定方法及熱處理裝置。

以往，已知有一種在處理容器內所設置之旋轉台的旋轉方向載置有複數為基板之半導體晶圓(以下，稱作「晶圓」)的熱處理裝置。此熱處理裝置係具備有沿著旋轉台徑向所設置來供給處理氣體之氣體供給部，以及設置於旋轉台下部來加熱晶圓之加熱器。然後，會進行氣體供給部之氣體噴出及加熱器之晶圓加熱，並讓旋轉台旋轉來對晶圓進行成膜處理。

此熱處理裝置中，會進行為了確認晶圓是否加熱至適當溫度的溫度測定。溫度測定方法係將具備熱電耦之溫度測定用晶圓載置於旋轉台後，讓加熱器的溫度上升，而藉由熱電耦來測定溫度測定用晶圓之溫度。此方法中，由於熱電耦連接於溫度測定用晶圓，故無法在讓旋轉台旋轉的狀態下進行溫度測定。

於是，被揭示有一種溫度測定裝置，係具備有在讓處理容器內所設置之旋轉台旋轉的狀態下，會沿著徑向重複掃描旋轉台一面側來測定複數點區域之溫度的放射溫度測定部(例如，參照專利文獻1)。此溫度測定裝置中，會在旋轉台載置藉由SiC(碳化矽)所構成之晶圓(以下，稱作「SiC晶圓」)，藉由檢出SiC晶圓表面所放出之紅外線來進行溫度測定。

又，以往作為藉由放射溫度測定部來測定溫度時之標的物，除了SiC外，亦會使用矽，石英等。

但是，上述裝置中，即便在處理容器內溫度安定的狀態下，來測定旋轉台所載置之複數SiC晶圓溫度的情況，仍會有複數SiC晶圓各自顯示不同溫度，而難以正確地溫度測定之問題。這應該是因為複數SiC晶圓各自 係由不同碇塊所製造等，在晶圓製造履歷不同的情況，晶圓各自的放射率便會產生差異之故。

又，藉由放射溫度測定部測定溫度時之標的物係使用矽的情況，會難以在低溫區域(例如，200℃~400℃範圍)做詳細的溫度測定。這次因為低溫區域中，矽會讓紅外線穿透之故。又，SiC及石英由於和矽的熱容量及熱作動有所差異，故難以取代矽而使用SiC及石英來推測矽的溫度。

本發明係提供一種即便在使用製造履歷不同之晶圓的情況，仍可高精度地測定晶圓溫度之溫度測定方法。

一實施形態中，溫度測定方法係藉由會檢出對象物所放射出之紅外線來測定溫度的放射溫度測定部，來測定半導體製造裝置中處理容器內之該對象物的溫度之溫度測定方法，其中該對象物係使用室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之低阻抗矽晶圓。

其他一實施形態中，溫度測定方法係將複數基板載置於處理容器內所設置之旋轉台表面，將旋轉台旋轉並對複數基板進行熱處理之熱處理裝置中的溫度測定方法，其含有下述步驟：載置步驟，係在該旋轉台表面載置有室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之複數低阻抗矽晶圓；旋轉步驟，係讓載置有該複數低阻抗矽晶圓之該旋轉台旋轉；以及測定步驟，係在該旋轉台旋轉狀態下，藉由檢出該複數低阻抗矽晶圓各自表面所放射之紅外線來測定該低阻抗矽晶圓之溫度。

其他一實施形態中，熱處理裝置，將複數基板載置於處理容器內所設置之旋轉台表面，將旋轉台旋轉並對複數基板進行熱處理之熱處理裝置，其具備有控制部，會依序實行下述步驟：載置步驟，係在該旋轉台表面載置有室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之複數低阻抗矽晶圓；旋轉步驟，係讓載置有該複數低阻抗矽晶圓之該旋轉台旋轉；以及測定步驟，係在該旋轉台旋轉狀態下，藉由檢出該複數低阻抗矽晶圓各自表面所放射之紅外線來測定該低阻抗矽晶圓之溫度。

H‧‧‧高度

W‧‧‧晶圓

11a‧‧‧密封構件

12‧‧‧旋轉台

13‧‧‧頂板

16‧‧‧凹部

20‧‧‧加熱器

3‧‧‧放射溫度測定部

31‧‧‧缺槽

32‧‧‧下側窗

33‧‧‧上側窗

34‧‧‧紅外線

35‧‧‧紅外線

添附的圖式係作為本說明書一部分加入來表示本揭示的實施形態，並與上述一般性說明及後述實施形態的細節來一同地說明本揭示之概念。

圖1係第1實施形態相關之熱處理裝置的概略縱剖視圖。

圖2係第1實施形態相關之熱處理裝置的概略立體圖。

圖3係第1實施形態相關之熱處理裝置的概略平面圖。

圖4係說明第1實施形態相關之熱處理裝置中溫度測定部的部分剖視圖。

圖5係說明放射溫度測定部之動作的圖式。

圖6係說明旋轉台與溫度測定區域之關係的圖式。

圖7係第2實施形態相關之熱處理裝置之概略縱剖視圖。

圖8係第3實施形態相關之熱處理裝置一範例之概略縱剖視圖。

圖9係第3實施形態相關之熱處理裝置其他範例之概略縱剖視圖。

圖10係第4實施形態相關之熱處理裝置之概略縱剖視圖。

圖11係第5實施形態相關之熱處理裝置之概略縱剖視圖。

圖12係顯示實施例1中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。

圖13係顯示實施例2中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。

圖14係顯示實施例3中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。

圖15係顯示實施例4中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。

圖16係顯示比較例1中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。

圖17係顯示比較例2中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。

以下，便參照添附圖式就本實施形態來加以說明。另外，本說明書及圖式中，對於實質上具有相同機能構成之構成要素則賦予相同符號來省略重複說明。下述詳細說明中，係以能充分理解本揭示之方式來給予較多的具體性細節。其他範例中，為了避免難以理解各種實施形態，便不就習知之方法、順序、系統或構成要素來詳加表示。

本實施形態之溫度測定方法係藉由會檢出對象物所放射出之紅外線來測定溫度的放射溫度測定部，來測定半導體製造裝置中處理容器內之溫度的溫度測定方法，其中藉由放射溫度測定部來測定溫度之對象物係使用室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之低阻抗矽晶圓。藉此，即便是低溫區域(例如，200℃~400℃範圍)亦能高精度地測定處理容器內之溫度。又，低 阻抗矽晶圓中，由於各晶圓之放射率差異較小，故即使是晶圓之製造履歷有所差異的情況，也能以高精度來測定處理容器內的溫度。

以下中，雖舉出將本實施形態之溫度測定方法適用於半導體製造裝置一範例的熱處理裝置之情況為範例來加以說明，但不限於此，亦可適用於其他各種半導體製造裝置。

[第1實施形態]

第1實施形態中，係就針對沿著處理容器內所設置之旋轉台的旋轉方向來載置之複數晶圓，藉由供給會相互反應之複數反應氣體來對晶圓進行成膜處理之半批次式熱處理裝置的溫度測定方法來加以說明。

(熱處理裝置的構成)

圖1係第1實施形態相關之熱處理裝置的概略縱剖視圖。圖2係第1實施形態相關之熱處理裝置的概略立體圖。圖3係第1實施形態相關之熱處理裝置的概略平面圖。

本實施形態之熱處理裝置1係具備概略圓形之扁平處理容器11、水平地設置在處理容器11內之圓板狀旋轉台12。處理容器11係設置在大氣氛圍，由頂板13、成為處理容器11之側壁及底部的容器本體14所構成。圖1中的11a係用以氣密地保持處理容器11內之密封構件，14a係封閉容器本體14中央部之蓋體。圖1中之12a係旋轉驅動機構，會讓旋轉台沿周圍方向旋轉。

旋轉台12表面係沿著旋轉台12之旋轉方向形成有5個凹部16。圖中之17為搬送口。圖3中之18為讓搬送口17開閉自如之擋門(圖2中則省略)。搬送機構2A在保持晶圓W之狀態下從搬送口17進入至處理容器11內時，未圖示之升降銷會從面臨搬送口17位置之凹部16的孔洞16a突出至旋轉台12上來將晶圓W頂升，而在凹部16與搬送機構2A之間收授晶圓W。

此般搬送機構2A、升降銷及旋轉台12之一連串動作會加以重複，已將晶圓W收授至各凹部16。從處理容器11將晶圓W搬出時，升降銷會頂升凹部16內之晶圓W，搬送機構2A會收取被頂升後的晶圓W，並搬出至處理容器11外。

旋轉台12上係依序於周圍方向配設有各自從旋轉台12外周朝中心延伸之棒狀第1反應氣體噴嘴21、分離氣體噴嘴22、第2反應氣體噴嘴23 及分離氣體噴嘴24。該等氣體噴嘴21~24係於下方具備開口部，會沿著旋轉台12之半徑來各自供給氣體。第1反應氣體噴嘴21會噴出BTBAS(二(特丁胺基)矽烷)氣體，第2反應氣體噴嘴23會噴出O₃(臭氧)氣體。分離氣體噴嘴22,24會噴出N₂(氮)氣體。

處理容器11之頂板13係具備有突出至下方的扇狀2個突狀部25，突狀部25係隔有間隔地形成在周圍方向。分離氣體噴嘴22,24係設置為會嵌入至各突狀部25，並將突狀部25於周圍方向加以分割。第1反應氣體噴嘴21及第2反應氣體噴嘴23係設置為從各突狀部25加以遠離。

各凹部16載置有晶圓W時，會從容器本體14底面之突狀部25下方的分離區域D1與分離區域D2之間的區域朝旋轉台12徑向外側位置所開口之排氣口26來加以排氣，而讓處理容器11內成為真空氛圍。然後，讓旋轉台12旋轉，並藉由設置於旋轉台12下方之加熱器20而透過旋轉台12來將晶圓W加熱至例如760℃。圖3中之箭頭27係表示旋轉台12之旋轉方向。

接著，從各氣體噴嘴21~24各自供給氣體，晶圓W便會交互地通過第1反應氣體噴嘴21下方之第1處理區域P1及第2反應氣體噴嘴23下方之第2處理區域P2。藉此，晶圓W便會吸附有BTBAS氣體，接著吸附O₃氣體而讓BTBAS氣體氧化而形成1層或複數層之氧化矽的分子層。如此地依序層氧化矽的分子層便會成膜出既定膜厚之矽氧化膜。

此成膜處理時，從分離氣體噴嘴22,24供給至分離區域D1,D2之N₂氣體會在周圍方向擴散於分離區域D1,D2，而在旋轉台12上抑制BTBAS氣體及O₃氣體的混合。又，剩餘的BTBAS氣體及O₃氣體會朝排氣口26推流。又，此成膜處理時，會供給N₂氣體至旋轉台12中心部區域上的空間28。頂板13中，會透過環狀地朝下方突出之突出部29下方，將此N₂氣體供給至旋轉台12之徑向外側，以防止中心部區域C之BTBAS氣體與O₃氣體的混合。圖3中，係以箭頭來表示成膜處理時各氣體的流動。又，雖圖示省略，但蓋體14a內及旋轉台12內面側亦供給有N₂氣體，以吹淨反應氣體。

接著，亦參照將頂板13及旋轉台12之縱剖視放大顯示之圖4來加以說明。圖4係說明第1實施形態相關之熱處理裝置中溫度測定部的部分剖 視圖。具體而言，圖4係顯示設有第1反應氣體噴嘴21之第1處理區域P1及鄰接於第1處理區域P1旋轉方向上游側之分離區域D2之間的剖面。

頂板13在圖3以鏈線表示之位置係開口有延伸於旋轉台12徑向之缺槽31，並以覆蓋此缺槽31上下之方式設置有下側窗32、上側窗33。該等下側窗32、上側窗33會讓旋轉台12表面側所放射之紅外線穿透，並以可讓後述放射溫度測定部3做溫度測定之方式而由例如藍寶石所構成。另外，所謂旋轉台12表面側亦包含晶圓W表面側。

缺槽31上方設置有非接觸溫度計一範例之放射溫度測定部3。圖4中的旋轉台12表面至放射溫度測定部3下端的高度H為例如500mm。此放射溫度測定部3會將旋轉台12之溫度側定區域所放射之紅外線引導至後述檢出部301，檢出部301會取得對應於其紅外線量之溫度測定值。從而，此溫度測定值會因所取得位置之溫度而有所差異，所取得之溫度測定值會依序傳送至後述控制部5。

接著，參照圖5來就放射溫度測定部3來加以說明。圖5係說明放射溫度測定部之動作的圖式。

如圖5所示，放射溫度測定部3係具備有以50Hz來旋轉之伺服馬達所構成之旋轉體302。此旋轉體302在俯視觀之係構成三角形狀，旋轉體302之3個側面會各自構成反射面303~305。如圖5所示，藉由讓旋轉體302繞旋轉軸306旋轉，含晶圓W之旋轉台12的溫度測定區域40之紅外線便會以圖中箭頭所示之方式藉由反射面303~305之任一者來加以反射後，引導至檢出部301，並將溫度測定區域40之位置移動於旋轉台12之徑向來加以SCAN(掃描)。

檢出部301會從單一反射面藉由連續讀取既定次數(例如128次)的紅外線，而構成為能檢出旋轉台12徑向之既定位置(例如128處)的溫度。然後，藉由旋轉體302的旋轉，反射面303~305會依序位在紅外線的光線路徑上，掃描便可從旋轉台12內側朝外側方向重複進行，此掃描速度為150Hz。亦即，放射溫度測定部3可在1秒期間進行150次的掃描。又，溫度測定區域40係其直徑為5mm的點。掃描會從較旋轉台12載置有晶圓W之凹部16要更內側之位置進行至旋轉台12外周端的範圍。另外，圖4中的鏈線34,35係顯示各自移動於旋轉台12最內周側、最外周側的溫度測定區域40 朝向放射溫度測定部3的紅外線。

放射溫度測定部3之掃描會在旋轉台12旋轉的狀態下進行。旋轉台12的轉速在此範例中為240轉/分鐘。圖6係顯示旋轉台12與溫度測定區域40之關係的平面圖。另外，圖中41係顯示在旋轉台12旋轉狀態下，從旋轉台12內側朝外側進行n次(n為整數)掃描時之溫度測定區域40的列(掃描線)。圖中的42係顯示進行n+1次(n為整數)掃描時之掃描線。藉由旋轉台12之旋轉，以旋轉台12之旋轉中心P為中心，掃描線41,42會以對應於旋轉台12之轉速的角度θ1來讓中心角相互偏移。如此般讓旋轉台12旋轉並重複掃描，便能依序取得旋轉台12之多數位置的溫度測定值。

又，熱處理裝置1係設置有由用以進行裝置整體動作之控制的電腦所構成之控制部5。此控制部5之記憶體內係收納有用以進行後述溫度測定之程式。此程式係以實行裝置各種動作之方式來組成步驟群，並從硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體來安裝至控制部5內。

(溫度測定方法)

就本實施形態之熱處理裝置1的溫度測定方法一範例來加以說明。

本實施形態之溫度測定方法係一種前述熱處理裝置之溫度測定方法，係含有下述步驟：載置步驟，係在旋轉台表面載置有室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之複數低阻抗矽晶圓；旋轉步驟，係讓載置有複數低阻抗矽晶圓之旋轉台旋轉；以及測定步驟，係在旋轉台旋轉狀態下，藉由檢出複數低阻抗矽晶圓各自表面所放射之紅外線來測定低阻抗矽晶圓之溫度。

以下，便就各步驟來加以說明。

載置步驟係在旋轉台12表面載置有室溫中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之複數低阻抗矽晶圓的步驟。

具體而言，首先，係開啟搬送口17所設置之擋門18，藉由搬送機構2A透過搬送口17將低阻抗矽晶圓從處理容器11外部收授至旋轉台12之凹部16內。此收授係在凹部16停止於面向搬送口17位置時，藉由讓未圖示之升降銷透過凹部16底面的貫穿孔而從處理容器11底部側升降來加以進行。間歇性地讓旋轉台12旋轉，以進行此般低阻抗矽晶圓之收授，讓各低阻抗矽晶圓載置於旋轉台12之5個凹部16內。

旋轉步驟係讓載置有複數低阻抗矽晶圓之旋轉台12旋轉之步驟。

具體而言，在將各低阻抗矽晶圓載置於旋轉台12之5個凹部16內後，關閉擋門18，藉由排氣口26所連接的未圖示之真空泵來讓處理容器11內成為吸引狀態。接著，以既定流量從分離氣體噴嘴22,24噴出為分離氣體之N₂氣體，並以既定流量供給N₂氣體至旋轉台12之中心部區域上。伴隨於此，藉由排氣口26所連接之未圖示的壓力調整機構來將處理容器11內調整至預設壓力(例如與對晶圓W進行熱處理時之相同壓力)。接著，讓旋轉台12繞順時針旋轉，並藉由加熱器20來將低阻抗矽晶圓加熱至例如既定溫度(例如760℃)。

測定步驟係在讓旋轉台12旋轉狀態下，藉由檢出從複述低阻抗矽晶圓個表面所放出的紅外線來測定低阻抗矽晶圓溫度之步驟。

具體而言，在旋轉台12旋轉的狀態下，放射溫度測定部3之旋轉體302會繞旋轉軸306旋轉，將含低阻抗矽晶圓之旋轉台12的溫度測定區域40之紅外線以反射面303~305之任一者來反射而引導至檢出部301，並讓溫度測定部40位置移動於旋轉台12徑向之步驟。此時，藉由檢出部301從單一反射面來連續地讀取既定次數(例如128次)之紅外線，便能檢出旋轉台12徑向既定位置(例如128處)之溫度。如此般，讓旋轉台12旋轉，並藉由放射溫度測定部3重複掃描，便能檢出從旋轉台12所載置之複述低阻抗矽晶圓各表面所放射的紅外線，來依序測定複數低阻抗矽晶圓之溫度。

另外，第1實施形態中，雖係就放射溫度測定部3會讓溫度測定區域40的位置移動於旋轉台12徑向而做掃描，以測定溫度的形態來做說明，但不限於此。例如，亦可不使放射溫度測定部3讓溫度測定區域40之位置移動於旋轉台12徑向，而是測定旋轉台12徑向任1點溫度之形態。又，放射溫度測定部3亦可使用習知之紅外線放射溫度計、熱影像暨測裝置(熱成像裝置)。

[第2實施形態]

第2實施形態中，係就晶舟所載置之多數片晶圓來構成一個批次，以批次單位來在處理容器內進行成膜處理的批次式熱處理裝置之溫度測定方法來加以說明。

(熱處理裝置之構成)

圖7係第2實施形態的熱處理裝置之概略縱剖視圖。

如圖7所示，第2實施形態之熱處理裝置係具有長邊方向為鉛直方向之略圓筒形處理容器104。處理容器104係具有具備圓筒體內筒106以及具有同心地配置在內筒106外側之頂部的外筒108的雙重管構造。內筒106及外筒108係由例如石英等耐熱性材料所形成。

內筒106及外筒108係藉由不鏽鋼所形成之保持具110來保持其下端部。保持具110係固定在例如未圖示之基座板。另外，保持具110由於會與內筒106及外筒108一同地形成略圓筒形的內部空間，故係形成處理容器104之一部分者。亦即，處理容器104係具有例如以石英等之耐熱性材料所形成的內筒106及外筒108，以及以不鏽鋼等所形成之保持具110，保持具110係以從下方保持內筒106及外筒108之方式，來設置於處理容器104的側面下部。

保持具110具有將成膜處理所使用之成膜氣體、添加氣體等之處理氣體、以及吹淨處理所使用之吹淨氣體等之各種氣體導入至處理容器104內之氣體導入部120。圖7中，雖顯示設置有1個氣體導入部120之形態，但不限於此，只要對應於所使用之氣體種類等，來複數設置氣體導入部120即可。

處理氣體種類沒有特別限制，可對應於所成膜之膜種類來適當選擇。吹淨氣體種類沒有特別限制，可使用例如氮(N₂)氣等之非活性氣體。

氣體導入部120係連接有用以將各種氣體導入至處理容器104內之導入配管122。另外，導入配管122係介設有用以調整氣體流量之質流控制器等的流量調整部124及未圖示之閥等。

又，保持具110係具有將處理容器104內排氣之氣體排氣部130。氣體排氣部130係連接有含可將處理容器104內減壓控制之真空泵132、開合度可變閥134等之排氣配管136。

保持具110下端係形成有爐口140，爐口140係設置有例如由不鏽鋼等所形成之圓盤狀蓋體142。蓋體140係設置為可藉由作為例如舟升降機功能升降機構144來做升降，以將爐口140構成為可氣密地密封。

蓋體142上設置有例如石英製之保溫筒146。保溫筒146上係在水平狀態以既定間隔多段地保持有例如50片至175片左右的晶圓W，而載置有由例如石英製之晶舟148。晶舟148係構成為可藉由蓋體142上所設置之未圖 示的旋轉機構而透過保溫筒146來加以旋轉。

晶舟148係使用升降機構144而藉由將蓋體142上升來搬入至處理容器104內，以對晶舟148內所保持之晶圓W進行各種成膜處理。進行各種成膜處理後，會使用升降機構144將蓋體142下降，讓晶舟148從處理容器104內朝下方之裝載區域搬出。晶舟148所載置之多數片晶圓W會構成1個批次，並以批次單位來進行各種成膜處理。

處理容器104外周側係設置有可將處理容器104加熱控制至既定溫度之例如圓筒形狀的加熱器160。加熱器160係分割為7個區域，從鉛直方向上側朝下側設置有加熱器160a~160g。加熱器160a~160g係構成為藉由分別的電力控制機162a~162g而可獨立地控制發熱量。又，內筒106內壁及/或外筒108外壁係對應於加熱器160a~160g而設置有未圖示之溫度感應器。另外，圖7中，雖顯示將加熱器160分割為7個區域的情況，但加熱器160之區域分割數並未限定於此，可為例如6個以下，亦可為8個以上。又，加熱器160亦可不分割為複數區域。

處理容器104上方係設置有為非接觸溫度計一範例之放射溫度測定部3A。放射溫度測定部3A係藉由檢出晶舟148內所保持的低阻抗矽晶圓所放射之紅外線，來測定低阻抗矽晶圓之溫度。放射溫度測定部3A可構成為與例如第1實施形態所說明之放射溫度測定部3為相同構成，亦可為習知之紅外線放射溫度計、熱成像器。

熱處理裝置係設有由用以進行裝置整體動作控制之電腦所構成的控制部190。控制部190的記憶體內係儲存有用以進行溫度測定之程式。程式係以實行裝置各種動作之方式來組成步驟群，能由硬碟、光碟、磁光碟、記憶卡、軟碟等記憶媒體來安裝至控制部190內。

又，控制部190可基於放射溫度測定部3A所測定之低阻抗矽晶圓的溫度，來反饋控制加熱器160。另外，在設有低阻抗矽晶圓之位置的溫度與處理容器104內之溫度的差異較大的情況，亦可修正低阻抗矽晶圓之溫度，並基於修正後之溫度，來反饋控制加熱器160。

(溫度測定方法)

就第2實施形態之熱處理裝置的溫度測定方法一範例來加以說明。

第2實施形態之溫度測定方法係前述熱處理裝置之溫度測定方法，含 有載置步驟、搬入步驟、旋轉步驟、測定步驟。

以下，就各步驟來加以說明。

載置步驟中，晶舟148內係載置有在室溫(20℃)之阻抗率為0.2Ω‧cm以下的低阻抗矽晶圓。晶舟148內載置低阻抗矽晶圓之位置較佳係晶舟148最上段的位置(圖7的位置A1)。藉此，晶舟148內其他位置即便為保持有製品晶圓、仿晶圓等之狀態，仍可藉由放射溫度測定部3A來檢出低阻抗矽晶圓所放射之紅外線。另外，載置低阻抗矽晶圓之位置只要是能讓放射溫度測定部3A檢出低阻抗矽晶圓所放射之紅外線的位置，亦可為其他位置。

搬入步驟中，會將載置有低阻抗矽晶圓之晶舟148搬入至處理容器104內。

旋轉步驟中，會藉由旋轉機構來讓被搬入至處理容器104內之晶舟148旋轉，並藉由加熱器160來將低阻抗矽晶圓加熱至既定溫度。

測定步驟中，係在讓晶舟148旋轉的狀態下，藉由放射溫度測定部3A來檢出低阻抗矽晶圓表面所設之紅外線，以測定低阻抗矽晶圓之溫度。

[第3實施形態]

第3實施形態中，係就晶舟所載置之多數片晶圓會構成1個批次，以批次單位來在處理容器內進行成膜處理之批次式熱處理裝置，而測定處理容器內溫度之溫度測定方法其他範例來加以說明。

第3實施形態之熱處理裝置係在讓放射溫度測定部設置在處理容器下方這點，與第2實施形態之熱處理裝置有所不同。另外，關於其他構成，則可與第2實施形態之熱處理裝置相同。

圖8係顯示第3實施形態相關之熱處理裝置一範例的概略縱剖視圖。

如圖8所示，放射溫度測定部3B係組裝在處理容器104下方，例如升降機構144上面。蓋體142係在對應於設置有放射溫度測定部3B之位置的位置開口有缺槽150，並以覆蓋缺槽150上下之方式設有下側窗152、上側窗154。下側窗152、上側窗154會讓低阻抗矽晶圓表面所放射之紅外線穿過，以可以放射溫度測定部3B來做溫度測定之方式而由例如藍寶石所構成。

本實施形態般在將放射溫度測定部3B設置於處理容器104下方的情況，載置有低阻抗矽晶圓之位置較佳係晶舟148最下段之位置(圖8的位置A2)。 藉此，晶舟148內其他位置即便為保持有製品晶圓、仿晶圓等之狀態，仍可藉由放射溫度測定部3B來檢出低阻抗矽晶圓所放射之紅外線。另外，載置低阻抗矽晶圓之位置只要是能讓放射溫度測定部3B檢出低阻抗矽晶圓所放射之紅外線的位置，亦可為其他位置。

圖9係顯示第3實施形態相關之熱處理裝置其他範例的概略縱剖視圖。

如圖9所示，放射溫度測定部3C係組裝在處理容器104下方，例如升降機構144上面。放射溫度測定部3C上方係設置有從蓋體142下方貫穿蓋體142而插入至處理容器104內部，且其前端部係配置在晶舟148外周側之管狀構件156。管狀構件156係具有傳送紅外線之傳送路徑功能。

本實施形態般在將放射溫度測定部3C設置於處理容器104下方，並設有管狀構件156的情況，載置有低阻抗矽晶圓之位置較佳係管狀構件156內部之前端部附近(圖9的A3)。此時，低阻抗矽晶圓係被加工成可收納於管狀構件156內部之大小而組裝在管狀構件156內部之前端部。另外，亦可設有複數管狀構件156，並對應於各複數管狀構件156來設置複數放射溫度測定部3C。此情況，管狀構件156前端部位置較佳地係設置為在鉛直方向有所不同。藉此，便可測定鉛直方向之不同位置的溫度。

[第4實施形態]

第4實施形態中，係就晶舟所載置之多數片晶圓會構成1個批次，以批次單位來在處理容器內進行成膜處理之批次式熱處理裝置，而測定處理容器內溫度之溫度測定方法其他範例來加以說明。

第4實施形態之熱處理裝置係在讓放射溫度測定部設置在處理容器側邊這點，與第2實施形態之熱處理裝置有所不同。另外，關於其他構成，則可與第2實施形態之熱處理裝置相同。

圖10係顯示第4實施形態相關之熱處理裝置的概略縱剖視圖。

如圖10所示，放射溫度測定部3D係設在處理容器104的側邊。具體而言，複數放射溫度定部3D-a~3D-g係以分別從加熱器160a~160g外部貫穿加熱器160a~160g之方式來朝處理容器104插入，其前端部(溫度檢測部)係配置在外筒108的外壁附近。另外，放射溫度測定部3D可為1個。

本實施形態般在將放射溫度測定部3D前端部配置在外筒108之外壁附 近的情況，載置低阻抗矽晶圓之位置較佳係對應於外筒108外壁之設有放射溫度測定部3D之位置的位置。亦即，如圖10所示，低阻抗矽晶圓較佳係組裝在對應於設置有放射溫度測定部3D-a~3D-g之位置的位置A4-a~A4-g。藉此，便可測定鉛直方向不同位置之溫度。將低阻抗矽晶圓組裝在外筒108外壁之方法並無特別限定，可為例如在將低阻抗矽晶圓保持於保持具的狀態下來組裝在外筒108的外壁。另外，載置低阻抗矽晶圓之位置亦可為對應於晶舟148內設置有放射溫度測定部3D之位置的位置。

[第5實施形態]

第5實施形態中，係就晶舟所載置之多數片晶圓會構成1個批次，以批次單位來在處理容器內進行成膜處理之批次式熱處理裝置，而測定處理容器內溫度之溫度測定方法其他範例來加以說明。

第5實施形態之熱處理裝置係在讓放射溫度測定部之前端部(溫度檢測部)設置在處理容器內部這點，與第2實施形態之熱處理裝置有所不同。另外，關於其他構成，則可與第2實施形態之熱處理裝置相同。

圖11係顯示第5實施形態相關之熱處理裝置的概略縱剖視圖。

如圖11所示，放射溫度測定部3E其前端部係設在處理容器104內部。具體而言，放射溫度測定部3E係具有從蓋體142下方貫穿蓋體142而插入至處理容器104內部，其前端部會配置在晶舟148最下段位置附近之光纖部3E1。放射溫度測定部3E係構成為可檢出從光纖部3E1前端部所入射之紅外線。

本實施形態般在將放射溫度測定部3E之前端部配置在晶舟148最下段位置附近的情況，載置低阻抗矽晶圓之位置較佳係晶舟148之最下段位置(圖10之位置A5)。

【實施例】

以下，雖在實施例中具體地說明本發明，但本發明並不被解釋為限定於該等實施例。

[實施例1]

實施例1中，係藉由前述第1實施形態之溫度測定方法來進行溫度測定。另外，本實施例中，係使用於沿著旋轉台12之旋轉方向形成有6個凹部16(Slot1、Slot2、Slot3、Slot4、Slot5、Slot6)之旋轉台12。

首先，於旋轉台12之6個凹部16各自載置低阻抗矽晶圓。本實施例中，低阻抗矽晶圓係使用添加有B(硼)來做為雜質，而室溫之阻抗率為未達0.02Ω‧cm之6片P型矽晶圓。又，6片矽晶圓係使用不同碇塊所製造者。

接著，讓載置有複數低阻抗矽晶圓之旋轉台12旋轉，並藉由加熱器20來加熱低阻抗矽晶圓。本實施例中，係讓旋轉台12以20rpm的轉速繞順時針旋轉，讓加熱器20之設定溫度為760℃來進行低阻抗矽晶圓之加熱。

接著，在處理容器11內溫度穩定的狀態下，藉由檢出6片低阻抗矽晶圓各表面所放射之紅外線，來測定6片低阻抗矽晶圓的溫度。

圖12係顯示實施例1中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。圖12之圖表中，橫軸係起自旋轉台12旋轉中心P的距離(mm)，縱軸係溫度(℃)。 又，載置有低阻抗矽晶圓之範圍(晶圓範圍)係起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為160mm以上，460mm以下的範圍。

具體而言，圖12係顯示在旋轉台12之6個凹部16各自載置低阻抗矽晶圓時之旋轉台12徑向的6片低阻抗矽晶圓之溫度分布。另外，圖中之實線、點線、虛線、一點鏈線、長破線及二點鏈線係各自顯示Slot1、Slot2、Slot3、Slot4、Slot5及Slot6所載置之低阻抗矽晶圓起自旋轉台12之旋轉中心P的距離與溫度的關係。

如圖12所示，6片低阻抗矽晶圓即便在旋轉台12徑向之任一位置，亦幾乎為相同溫度，即使最大溫差的位置(圖中，約420mm的位置)，其溫差乃是1.2℃。

[實施例2]

實施例2中，除了讓加熱器20之設定溫度為620℃來進行低阻抗矽晶圓之加熱以外，係藉由與實施例1同樣的溫度測定方法來進行溫度測定。

圖13係顯示實施例2中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。圖13之圖表中，橫軸為起自旋轉台12旋轉中心P的距離(mm)，縱軸為溫度(℃)。又，載置有低阻抗矽晶圓之範圍係起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為160mm以上，460mm以下的範圍。

具體而言，圖13係顯示旋轉台12之6個凹部16各自載置低阻抗矽晶圓時之旋轉台12徑向的6片低阻抗矽晶圓之溫度分布。另外，圖中之實線、點線、虛線、一點鏈線、長破線及二點鏈線係各自顯示Slotl、Slot2、Slot3、 Slot4、Slot5及Slot6所載置之低阻抗矽晶圓起自旋轉台12之旋轉中心P的距離與溫度的關係。

如圖13所示，6片低阻抗矽晶圓即便在旋轉台12徑向之任一位置，亦幾乎為相同溫度，即使最大溫差的位置(圖中，約420mm的位置)，其溫差乃是0.9℃。

[實施例3]

實施例3中，除了讓加熱器20之設定溫度為155℃來進行低阻抗矽晶圓之加熱以外，係藉由與實施例1同樣的溫度測定方法來進行溫度測定。

圖14係顯示實施例3中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。圖14之圖表中，橫軸為起自旋轉台12旋轉中心P的距離(mm)，縱軸為溫度(℃)。又，載置有低阻抗矽晶圓之範圍係起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為160mm以上，460mm以下的範圍。

具體而言，圖14係顯示旋轉台12之6個凹部16各自載置低阻抗矽晶圓時之旋轉台12徑向的6片低阻抗矽晶圓之溫度分布。另外，圖中之實線、點線、虛線、一點鏈線、長破線及二點鏈線係各自顯示Slot1、Slot2、Slot3、Slot4、Slot5及Slot6所載置之低阻抗矽晶圓起自旋轉台12之旋轉中心P的距離與溫度的關係。

如圖14所示，6片低阻抗矽晶圓即便在旋轉台12徑向之任一位置，亦幾乎為相同溫度，即使最大溫差的位置(圖中，約340mm的位置)，其溫差乃是0.5℃。

[實施例4]

實施例4中，除了低阻抗矽晶圓係使用添加有Sb(銻)來做為雜質，在室溫之阻抗率為0.02Ω‧cm的6片N型矽晶圓這點外，係藉由與實施例3同樣的溫度測定方法來進行溫度測定。另外，6片矽晶圓係使用不同碇塊所製造者。

圖15係顯示實施例4中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。圖15之圖表中，橫軸為起自旋轉台12旋轉中心P的距離(mm)，縱軸為溫度(℃)。又，載置有低阻抗矽晶圓之範圍係起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為160mm以上，460mm以下的範圍。

具體而言，圖15係顯示旋轉台12之6個凹部16各自載置低阻抗矽晶 圓時之旋轉台12徑向的6片低阻抗矽晶圓之溫度分布。另外，圖中之實線、點線、虛線、一點鏈線、長破線及二點鏈線係各自顯示Slot1、Slot2、Slot3、Slot4、Slot5及Slot6所載置之低阻抗矽晶圓起自旋轉台12之旋轉中心P的距離與溫度的關係。

如圖15所示，6片低阻抗矽晶圓即便在旋轉台12徑向之任一位置，亦幾乎為相同溫度，即使最大溫差的位置(圖中，約440mm的位置)，其溫差乃是0.7℃。

又，如圖15所示，在起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為370mm之位置(圖中)中，確認到在圖14所未見到的溫度變動。這是應該是因為添加有Sb作為雜質之低阻抗矽晶圓在低溫下會讓些許紅外線穿過，而讓低阻抗矽晶圓下部所配置之升降銷、加熱器20等所放射之紅外線少量穿過低阻抗矽晶圓而入射至放射溫度測定部3之故。

[比較例1]

比較例1中，除了取代低阻抗矽晶圓，而使用SiC晶圓這點以外，係藉由與實施例2同樣的溫度測定方法來進行溫度測定。另外，6片SiC晶圓係使用不同碇塊所製造者。圖16係顯示比較例1中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。圖16之圖表中，橫軸為起自旋轉台12旋轉中心P的距離(mm)，縱軸為溫度(℃)。又，載置有SiC晶圓之範圍係起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為160mm以上，460mm以下的範圍。

具體而言，圖16係顯示旋轉台12之6個凹部16各自載置SiC晶圓時之旋轉台12徑向的6片SiC晶圓之溫度分布。另外，圖中之實線、點線、虛線、一點鏈線、長破線及二點鏈線係各自顯示Slot1、Slot2、Slot3、Slot4、Slot5及Slot6所載置之SiC晶圓起自旋轉台12之旋轉中心P的距離與溫度的關係。

如圖16所示，幾乎在旋轉台12徑向的所有位置中，6片SiC晶圓所測定之溫差會較大，在起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為420mm之位置，其溫差為12℃。此溫差相較於實施例2之0.9℃係大上10倍以上之數值。

[比較例2]

比較例2中，除了取代低阻抗矽晶圓，而使用高阻抗矽晶圓這點以外，係藉由與實施例3同樣的溫度測定方法來進行溫度測定。高阻抗矽晶圓係 使用添加有B，在室溫的阻抗率為1Ω‧cm以上，50Ω‧cm以下之6片P型矽晶圓。另外，6片矽晶圓係使用不同碇塊所製造者。

圖17係顯示比較例2中旋轉台徑向位置與溫度之關係的圖表。圖17之圖表中，橫軸為起自旋轉台12旋轉中心P的距離(mm)，縱軸為溫度(℃)。又，載置有高阻抗矽晶圓之範圍係起自旋轉台12之旋轉中心P的距離為160mm以上，460mm以下的範圍。

具體而言，圖17係顯示旋轉台12之6個凹部16各自載置高阻抗矽晶圓時之旋轉台12徑向的6片高阻抗矽晶圓之溫度分布。另外，圖中之實線、點線、虛線、一點鏈線、長破線及二點鏈線係各自顯示Slot1、Slot2、Slot3、Slot4、Slot5及Slot6所載置之高阻抗矽晶圓起自旋轉台12之旋轉中心P的距離與溫度的關係。

如圖17所示，使用高阻抗矽晶圓的情況，在旋轉台12徑向之幾乎所有位置中，均確認到相對於加熱器20之設定溫度(155℃)，所測定之溫度會整體性地變低。這應該是因為高阻抗矽晶圓不會在低溫放射紅外線，故從高阻抗矽晶圓所放射而入射至放射溫度測定部3的紅外線量較少之故。又，如圖17所示，依起自旋轉台12之旋轉中心P的距離，確認到所測定之溫度會有較大差異。這應該是因為高阻抗矽晶圓在低溫會讓紅外線穿過，使得高阻抗矽晶圓下部所配置之升降銷、加熱器20等所放射之紅外線會穿過高阻抗矽晶圓而入射至放射溫度測定部3之故。

藉由以上所說明之實施例2及比較例1之結果，以及實施例3、實施例4及比較例2之結果，確認到在使用具有充分低阻抗率之低阻抗矽晶圓下，即便使用由不同碇塊所製造的晶圓的情況，亦可抑制複數晶圓各自所測定的溫度差異。亦即，即使是使用製造履歷有所不同的晶圓之情況，仍可高精度地來測定晶圓溫度。

又，依實施例1~3的結果，在低溫(例如155℃)至高溫(例如760℃)的溫度範圍中，確認到可抑制複數晶圓各自所測定之溫度的差異。亦即，在低溫至高溫的溫度範圍中，可以高精度地來測定晶圓的溫度。

如以上所說明，依本實施形態之溫度測定方法及熱處理裝置，即使是使用製造履歷有所不同之晶圓的情況，仍可高精度地測定晶圓的溫度。

另外，上述各實施形態中，晶圓乃是基板的一範例，晶舟乃是基板保 持具的一範例。

以上，所以藉由實施例來說明溫度測定方法及熱處理裝置，但本發明不限於上述實施例，在本發明之範圍內可做各種變形及改良。

上述各實施形態中，雖係就添加有B為雜質之P型矽晶圓、添加有Sb為雜質之N型矽晶圓來作為低阻抗矽晶圓而進行說明，但本發明不限於此。低阻抗矽晶圓只要是添加三價元素或五價元素來作為雜質之矽晶圓即可。三價元素可使用例如Al(鋁)，五價元素可使用例如P(磷)、As(砷)。

又，上述第2實施形態至第5實施形態中，雖係就設有放射溫度測定部之位置有所不同的情況來加以說明，但不限於第2實施形態至第5實施形態之構成，亦可組合該等實施形態之放射溫度測定部。

依本實施形態，便能提供一種可高精度地測定晶圓溫度之溫度測定方法。

本次揭示的實施形態所有的要點乃應為例示而並非限制。事實上，上述實施形態得以多樣的形態來具體實現。又，上述實施形態在不脫離添附之申請專利範圍及其主旨下，亦可以各種形態來加以省略、置換、變更。本發明之範圍應該包含添附之申請專利範圍及其均等含意以及範圍內之所有變更。

本揭示係基於2015年6月30日所申請之日本特願第2015-130756號及2016年4月20日所申請之日本特願2016-084733號之優先權利益，將該日本申請案的所有內容作為參照文獻而加入至此。

Claims (10)

1. 一種溫度測定方法，係藉由會檢出對象物所放射出之紅外線來測定溫度的放射溫度測定部，來測定半導體製造裝置中處理容器內之該對象物的溫度之溫度測定方法，其中該對象物係使用室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之低阻抗矽晶圓。
2. 如申請專利範圍第1項之溫度測定方法，其中該低阻抗矽晶圓係添加有三價元素或五價元素來作為雜質之矽晶圓。
3. 如申請專利範圍第1項之溫度測定方法，其中該低阻抗矽晶圓係被保持在於該處理容器內保持已施以處理之基板的基板保持具。
4. 如申請專利範圍第3項之溫度測定方法，其中該基板保持具係以既定間隔於鉛直方向保持該基板者；該低阻抗矽晶圓係配置在該基板保持具之鉛直方向的最上段或最下段。
5. 如申請專利範圍第1項之溫度測定方法，其中該低阻抗矽晶圓係被固定在該處理容器之外壁。
6. 一種溫度測定方法，係將複數基板載置於處理容器內所設置之旋轉台表面，將旋轉台旋轉並對複數基板進行熱處理之熱處理裝置中的溫度測定方法，其含有下述步驟：載置步驟，係在該旋轉台表面載置有室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之複數低阻抗矽晶圓；旋轉步驟，係讓載置有該複數低阻抗矽晶圓之該旋轉台旋轉；以及測定步驟，係在該旋轉台旋轉狀態下，藉由檢出該複數低阻抗矽晶圓各自表面所放射之紅外線來測定該低阻抗矽晶圓之溫度。
7. 如申請專利範圍第6項之溫度測定方法，其中該測定步驟係測定沿該旋轉台徑向之方向的複數區域之溫度。
8. 如申請專利範圍第6項之溫度測定方法，其中該低阻抗矽晶圓係添加有三價元素或五價元素來作為雜質之矽晶圓。
9. 如申請專利範圍第6項之溫度測定方法，其中該測定步驟係在藉由加熱器來加熱該低阻抗矽晶圓之溫度的狀態下，來測定該低阻抗矽晶圓之溫度。
10. 一種熱處理裝置，將複數基板載置於處理容器內所設置之旋轉台表面，將旋轉台旋轉並對複數基板進行熱處理之熱處理裝置，其具備有控制部，會依序實行下述步驟：載置步驟，係在該旋轉台表面載置有室溫(20℃)中阻抗率為0.02Ω‧cm以下之複數低阻抗矽晶圓；旋轉步驟，係讓載置有該複數低阻抗矽晶圓之該旋轉台旋轉；以及測定步驟，係在該旋轉台旋轉狀態下，藉由檢出該複數低阻抗矽晶圓各自表面所放射之紅外線來測定該低阻抗矽晶圓之溫度。