JPH02298829A - 熱処理装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体製造装置などに用いられる熱処理装
置の温度測定、制御方法に係る。

〔従来の技術〕

この種熱処理装置において、被加熱物の温度制御は最大
の技術課題である。この温度制御のための温度測定方法
の１つに熱電対を用いる方法があるが、この方法には以
下の欠点がある。すなわち、（１１被加熱物が密閉容器
内で加熱されるため、熱電対からの放出ガスにより被加
熱物が汚染される。

（２）被加熱物表面の温度分布測定のために複数の熱電
対を被加熱物に接触させると温度分布が変化する。

（３）高周波電源を用いて高周波加熱を行う場合には、
高周波に基づく電磁波ノイズにより測定が不可能になる
。

などである、一方、放射温度計は、熱電対のように、セ
ンサを被加熱物に接触させないため、前述した熱電対の
欠点が克服されている。このため、現在、温度測定は放
射温度計で行う方向に移行してきている。なお、放射温
度計では、通常５μ程度の波長領域の赤外線強度を測定
している。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、放射温度計では、前述した熱電対の欠点が
克服されている一方、次に述べるような欠点を有してい
る。

周知のように、放射温度計は、波長帯域を限定して測定
された物体の放射輝度が物体の温度と放射率とによって
決まる現象を利用したものであり、この放射率（物体表
面から放射される熱放射の輝度と、この物体と同一温度
にある黒体の表面から放射される熱放射の輝度との比）
は物体の材質のほか、表面の研摩状態や、表面に形成さ
れている酸化膜、ドーピングの状態などにより強く影響
され、物体自体の温度は同一でも測定された温度は表面
状態により大きく変動する。このため、赤外放射温度計
を用いた閉ループ制御により温度制御を行なっている装
置において、１００℃程度もの温度変動が見られる場合
がある。このため、比較的新しい装置では、加熱時間に
よる被加熱物表面状態の変化を予め測定しておき、加熱
時間により測定温度を補正するなどの機能を持つものも
現れてきている。しかし、酸化膜などの表面状態が幅を
もって時々刻々に変化するプロセスなどへの対応や、表
面処理の異なる工程中にあるウェーハあるいは異物質か
らなるウェーハなどに対応して高精度の温度制御を行う
ことは極めて困難である。

この発明の目的は、熱電対、放射温度針それぞれの欠点
が克服された。複雑化されない測温系を有する熱処理装
置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、この発明においては、被加
熱物表面の温度分布を測定しつつ該被加熱物表面の温度
制御を行う熱処理装置を、該被加熱物の温度測定を放射
温度計などの非接触式温度計により被加熱物表面の複数
個所について行うとともに該被測温個所中の少なくとも
１個所は熱電対のような接触式温度針により同時に測定
し、非接触式温度計の測温誤差を接触式温度針による測
温値を用いて補正しつつ非接触式温度計による温度制御
を行う構成とするものとする。

〔作用〕

この発明は、熱電対、放射温度計それぞれに前述のよう
な欠点を有する一方、熱電対は被加熱体の表面状態に関
係な（被加熱体の温度を精度高く測定することができ、
放射温度計は非接触に測温可能なことから被加熱体の温
度分布に影響を与えることなく被加熱体表面の複数個所
の温度を測定することができるという、それぞれの長所
を巧みに組み合わせることにより、前述の欠点が除去さ
れた。高精度の温度制御が可能となる点に着目したもの
である０本発明は特に半導体装置の製造に用いられる加
熱装置を対象としており、この場合の被加熱体はサセプ
タに載置される。厚さの薄い半導体ウェーハであり、か
つこの半導体ウェーハはサセプタとともに加熱されるた
め、ウェーハ表面の温度と裏面の温度とは実質的に等し
く、従って、熱電対をサセプタを貫通して放射温度計に
よるいずれか１つの測温点のウェーハ表面側に接触させ
てこの接触点の温度を測定することにより、ウェーハの
温度分布を変化させることなくこの接触点の温度すなわ
ち放射温度計の測温点の温度を精度よく測定することが
できる。従うてこの温度により放射温度針による測温値
を補正するとともに、同一補正係数をほかの放射温度計
による測温値に乗することにより、ウェーハ全表面の温
度分布を精度高く求めることができるとともに、それぞ
れの放射温度計からの補正された温度を用いてウェーハ
表面の温度を高精度に制御することができる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例による熱処理装置本体の構成
を示す、第１図において、被加熱体であるシリコンウェ
ーハ　（以下単にウェーハと記す）１はサセプタ２に載
置され、透明な石英チャンバ３内に配置されている０石
英チャンバ３内は、成膜原料ガスの供給と図示されない
真空排気系による排気とにより所定の圧力に保持されて
いる１石英チャンバ３の下方には、タングステンランプ
４と反射板５とからなる加熱体本体が配されており、サ
セプタ２ごとウェーハ１を加熱する。タングステンラン
プ４はウェーハ面の温度分布により、ランプ１本づつの
光量を制御することが可能となっている。

また、石英チャンバ３の上方には、ウェーハｌの面積範
囲内に複数の放射温度針のセンサ６．８．９・・・が分
散配置され、一方、ウェーハ１が載置されたサセプタ２
の支柱を貫通して外部から熱電対７が挿入され、放射セ
ンサ６．８．９・・・のうちの１つ。

ここでは６の測温点と対向するウェーハ裏面上の点に熱
電対の測温部を接触させて測温系が構成されている。

このような熱処理装置の構成でサセプタ２ごと加熱され
たウェーハ１の表面温度は放射センサ６゜８．９・・・
により測定されるが、ウェーハ表面の放射率は表面状態
の変化により時々刻々変化するため、測定値はずれて行
（、一方、ウェーハ裏面に接触している熱電対の測温部
により、裏面の温度すなわちこの接触点と対向する表面
の温度が表面状態の変化に関係なく精度高く測定される
から、この熱電対による測温値と放射センサ６による測
温値とを比較し、この誤差率を補正率としてほかの放射
センサ８．９・・・による測温値に乗じて正しい温度を
導り、タングステンランプ４１本１本の光量制御は、補
正された放射センサによる測温値により行う。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、被加熱物表面の
温度分布を測定しつつ該被加熱物表面の温度制御を行う
熱処理装置を、該被加熱物の温度測定を放射温度計など
の非接触式温度計により被加熱物表面の複数個所につい
て行うとともに該被測温個所中の少な（とも１個所は熱
電対のような接触式温度計により同時に測定し、非接触
式温度針の測温誤差を接触式温度針による測温値を用い
て補正しつつ非接触式温度計による温度制御を行う構成
としたので、放射温度計の欠点であった。

被加熱物の温度と表面状態に依存する放射率とに基因す
る測定値の誤差を、表面状態と関係なく被加熱物の温度
を高精度に測定可能な熱電対による測定値によりリアル
タイムで修正することができるようになった。しかも、
この補正のための熱電対の測定は測定点１点のみの、あ
るいは温度分布に影響を与えない最少限の測定点の測定
ですむから、被加熱物の温度制御を、測温系をさほど複
雑化することなく高精度で行うことができる。

Ｌ図面の簡単な説明 第１図は本発明の一実施例による熱処理装置本体の構成
を示す断面図である。

１：ウェーハ　（被加熱体）　、６．８．９　：放射セ
ンサ　（放射温度計）、７：熱電対。

数例で）＋７ ’ｉｆ　閉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）被加熱物表面の温度分布を測定しつつ該被加熱物表
   面の温度制御を行う熱処理装置において、該被加熱物の
   温度測定を放射温度計などの非接触式温度計により被加
   熱物表面の複数個所について行うとともに該被測温個所
   中の少なくとも１個所は熱電対のような接触式温度計に
   より同時に測定し、非接触式温度計の測温誤差を接触式
   温度計による測温値を用いて補正しつつ非接触式温度計
   による温度制御を行うことを特徴とする熱処理装置。