JPH07211663A

JPH07211663A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH07211663A
Application number: JP742194A
Authority: JP
Inventors: Masaru Matsushima; 勝松島; Yutaka Kaneko; 金子　　豊; Yukihiro Kiyota; 幸弘清田; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田; Masabumi Kanetomo; 正文金友
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-01-27
Filing date: 1994-01-27
Publication date: 1995-08-11

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明はウエハの熱処理において高精度な温
度計測および均一加熱を可能とする半導体製造装置を提
供するものである。【構成】ハロゲンランプ４により加熱されるウエハ２
の裏面側には、遮蔽用のパイプ８が近接しており、石英
ガラス窓３を通して放射温度計６でウエハ２の温度を測
定する。また、保護管９に挿入した熱電対１０をパイプ
８の内側に近接させて温度測定を行う。これらの測定値
はパソコン１１に取り込み、あらかじめ求めておいた補
正関数を用いてウエハ２の実温度をリアルタイムに演算
し、ハロゲンランプ４の出力をコントロールする。【効果】遮蔽治具を用いるので、ハロゲンランプの放
射光による温度測定誤差が生じない。また、この遮蔽治
具はウエハと接触しておらず、ウエハと同等に加熱され
るので、ウエハの温度分布に影響を与えない。また、遮
蔽治具の温度を測定し補正を行うので、遮蔽治具からの
放射光による温度測定誤差を低減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ウエハの加熱処理を行
う半導体製造装置に係り、特に、加熱処理中においても
リアルタイムにウエハの真温度を把握し、正確な温度コ
ントロールを可能とする半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置におけるウエハの温度計
測方法の一つに熱電対を用いる方法がある。しかし、こ
の方法の欠点には、熱電対の温度上昇によりウエハの金
属汚染が生じてしまうことと、ウエハとの接触の具合に
より測定誤差が生じてしまうことが挙げられる。また、
近年ではウエハの急速加熱、急速冷却の必要性も生じて
おり、応答性の悪い熱電対では毎秒100℃以上もの温度
変化に追従することはできない。一方、測定対象の放射
エネルギを測定することでその温度を知ることができる
放射温度計（パイロメータ）は、前述した熱電対の欠点
を持っていないため、多くの半導体製造装置に採用され
てきた。図２に従来の半導体製造装置、例えば化学気相
成長（Chemical Vapor Deposition : CVD）装置におけ
る加熱機構部の概略図を示す。図において、所定の雰囲
気に保たれたプロセスチャンバ内１にはウエハ２が収容
されている。このウエハ２の加熱には、赤外線を透過さ
せる石英ガラス窓３を通して、プロセスチャンバ１の外
からハロゲンランプ４によって加熱を行う。また、ウエ
ハ２の温度を測定するために、沸化カルシウム（CaF2）
や沸化バリウム（BaF2）などの5μm以上の波長域で透過
特性の良い窓５を用いて、プロセスチャンバ１の外から
放射温度計６によって測定を行う。このとき、ハロゲン
ランプ４からの放射光のうち4μm以上のものは、石英ガ
ラス窓３にて吸収もしくは反射してしまい、放射温度計
６にはウエハ２の放射光のみ到達する。よって、5μm以
上の測定波長を持つ放射温度計を用いることにより、ハ
ロゲンランプの影響無しにウエハの温度を測定すること
が可能となる。これらの発明は、特開昭62-113034、特
開平2-264832などに記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、1μm以
上の長波長領域において測定対象であるウエハの放射率
は、そのウエハが持つ温度によって大きく変動をする。
そのため、5μm以上の測定波長を持つ放射温度計を用い
るには、リアルタイムでそのウエハの放射率を測定しつ
つ放射率補正をするという作業を行わなければならな
い。しかし、変動する放射率を正確に測定することは極
めて困難であるため、測定誤差が生じるという問題があ
る。また、プロセス中ではウエハの温度測定面に形成さ
れた膜の影響で、測定面の放射率が微妙に変化し、測定
誤差が生じるという問題がある。

【０００４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的はウエハ温度を正確に測定
することができ、さらにはウエハ面内の温度分布を均一
にすることができる半導体製造装置を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、従来のウエハ熱処理を行う装置で使われていた放射
温度計にかわって、ウエハの放射率が温度によっても変
化を示さない1μm以下の測定波長を持つ放射温度計を用
い、さらに測定対象であるウエハ裏面に遮蔽治具を近接
させて測定を行うことによって、正確な温度測定を可能
とする半導体製造装置を発明した。

【０００６】

【作用】遮蔽治具を用いることにより、ハロゲンランプ
の放射光の影響を受けることがない。また、遮蔽治具温
度、もしくは遮蔽治具周囲の雰囲気温度を測定すること
により、遮蔽治具からの放射光と、放射温度計の測定誤
差との関係がわかり、これらをパラメータとする校正関
数を作ることができる。また、この遮蔽治具がウエハ直
径以上の平坦部を持ち、遮蔽治具の吸収率がウエハと同
等あるいはそれ以上のものを用いることで、容易に温度
上昇が可能になり、ウエハから遮蔽治具への放熱を防ぐ
ことができる。また、温度の低いプロセスガスは、遮蔽
治具で加熱されてからウエハへ到達することになり、ウ
エハからプロセスガスへの放熱を防ぐことができる。ま
た、遮蔽治具内にキャリアガスのみを流すことで、温度
測定箇所の放射率がプロセス中においても変化しない。
さらに、これらの温度測定機構を複数個配置すること
で、ウエハ面内において正確かつ均一な温度になるよう
に複数個の加熱源の出力をコントロールすることができ
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を実施例にしたがって説明す
る。

【０００８】図１は本発明の実施例を示す不純物拡散装
置の概略図である。図において、プロセスチャンバ１は
石英ガラスで構成されており、形状は横型円筒チューブ
にウエハ温度測定用のポートを設けたものである。ウエ
ハ２は石英ガラス製のサセプタ７により支持され、プロ
セスチャンバ１の外からハロゲンランプ４により加熱さ
れる。ウエハ２の裏面側にはプロセスチャンバ１のポー
トに沿って遮蔽用のパイプ８が設置されている。このパ
イプ８は、グラファイトに炭化珪素をコーティングした
ものであり、パイプ８の端部はウエハ２と近接してい
る。パイプ８が固定されたフランジには、温度測定用の
石英ガラス窓３を設けておき、この窓を通してプロセス
チャンバ１の外から放射温度計６でウエハ２の温度を測
定する。この放射温度計６の測定波長は0.9μｍ近辺の
ものであり、ウエハの放射率が温度に依存しない領域内
にあるため、放射率の変化による測定誤差が生じない。
また、石英ガラス製の保護管９に挿入した熱電対１０を
パイプ８の内側に近接させて温度測定を行う。測定され
たウエハ２およびパイプ８付近の温度測定値は、一定時
間毎にパソコン１１に取り込み、あらかじめ求めておい
た補正関数を用いてウエハ２の実温度をリアルタイムに
演算する。この補正を用いることで測定精度を±0.5％
以内にすることが可能である。本方法により、正確なウ
エハ温度における不純物の拡散が可能となった。

【０００９】図３は本発明の他の実施例を示す不純物拡
散装置の概略図である。図において、遮蔽用のパイプ８
以外は図１と同じ構成となっている。このパイプ８には
ウエハ２と同一平面上に板状部を有している。この部分
でプロセスガスはウエハ温度近くまで加熱されることに
なり、プロセスガスへの放熱量が減少する。この構成を
用いることでウエハ周囲部の分布改善が可能である。本
方法により、正確かつ面内均一なウエハ温度における不
純物の拡散が可能となった。

【００１０】図４は本発明の他の実施例を示す不純物拡
散装置の概略図である。図において、装置の主要な構成
は図１と同様であるが、ウエハ２の温度測定において中
心および周辺に複数個の放射温度計６を配置している。
ハロゲンランプ４も中心加熱用と周辺加熱用に複数に分
割し、各温度測定点が所望の温度になるようにパソコン
１１によりコントロールされる。この構成を用いること
でウエハ面内温度分布を±5℃にすることが可能であ
る。本方法により、正確かつ面内均一なウエハ温度にお
ける不純物の拡散が可能となった。

【００１１】図５は本発明の他の実施例を示す半導体薄
膜形成装置の概略図である。図において、ステンレス製
のプロセスチャンバ１内に石英ガラス製のライナー１２
が設けられ、そのライナー１２の上にウエハ２がフェイ
スダウンの向きで支持されている。薄膜形成時には、ウ
エハ２の裏面側にあるグラファイトヒータ１３によりベ
ース加熱が行われ、アニール時には、プロセスチャンバ
１の外から石英ガラス窓３を通してハロゲンランプ４に
より加熱が行われる。グラファイトヒータ１３の中央部
には穴が空いており、遮蔽用のパイプ８が貫通してい
る。このパイプ８に集光用の光ファイバ１４を導入し、
ウエハ２の裏面と近接させて温度を測定する。ここで用
いる放射温度計６の測定波長は0.9μｍ近辺のものであ
る。また、パイプ８内側にガス導入ポート１５を設け、
微量の窒素ガスを導入し、ウエハ２の温度測定箇所に薄
膜が形成されないようにしている。これにより、プロセ
ス中に温度測定箇所の放射率が変化せず、正確な温度測
定が可能である。また、導入している窒素はパイプ８内
で加熱されているので、ウエハ２に吹き付けても温度分
布をつけることはない。本方法により、薄膜形成時およ
びアニール時における、正確なウエハ温度の管理が可能
となった。

【００１２】図６は本発明の他の実施例を示す半導体薄
膜形成装置の概略図である。図において、装置の主要な
構成は図５と同様であるが、ウエハ２の温度測定におい
て、中心およびウエハの周辺位置に放射温度計６を配置
している。ハロゲンランプ４とグラファイトヒータ１３
も同様に中心加熱用と周辺加熱用に分割し、各温度測定
点が所望の温度になるようにパソコン１１によりコント
ロールされる。この構成を用いると、グラファイトヒー
タによるベース加熱時にはウエハ面内温度分布を±1℃
にすることが可能である。本方法により、薄膜形成時お
よびアニール時における、正確かつ面内均一なウエハ温
度の管理が可能となった。

【００１３】

【発明の効果】本発明の半導体製造装置では、放射温度
計を用いてウエハ温度を測定する際に、ウエハと近接し
た遮蔽治具を用いるので、ウエハの温度分布に影響を与
えることなく、加熱源からの放射光による温度測定誤差
をなくし、正確なウエハ温度の管理が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す不純物拡散装置の加熱機
構部の概略図である。

【図２】従来の温度計測方法を実施した半導体製造装置
の概略図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す不純物拡散装置の加
熱機構部の概略図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す不純物拡散装置の加
熱機構部の概略図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す半導体薄膜形成装置
の加熱機構部の概略図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す半導体薄膜形成装置
の加熱機構部の概略図である。

【符号の説明】

１…プロセスチャンバ、２…ウエハ、３…石英ガラス
窓、４…ハロゲンランプ、５…長波長透過窓、６…放射
温度計、７…サセプタ、８…遮光用パイプ、９…石英ガ
ラス製保護管、１０…熱電対、１１…パソコン、１２…
石英ライナー、１３…グラファイトヒータ、１４…光フ
ァイバ、１５…ガス導入ポート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｔ 7630−4Ｍ (72)発明者宮田敏光東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者金友正文東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加熱手段と、前記加熱手段によって加熱さ
れるウエハと、前記ウエハの温度を測定する放射温度計
とによって構成される半導体製造装置において、前記加
熱手段の放射光が透過しない遮蔽治具を前記ウエハの温
度測定部に近接させ、前記遮蔽治具を通して温度測定を
行うことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】前記遮蔽治具の温度を測定する温度測定手
段と、前記温度測定手段の測定値に基づいて前記放射温
度計によるウエハ温度測定値からウエハ真温度を演算す
る手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の半導
体製造装置。
【請求項３】前記遮蔽治具近傍の雰囲気温度を測定する
温度測定手段と、前記温度測定手段の測定値に基づいて
前記放射温度計によるウエハ温度測定値からウエハ真温
度を演算する手段とを備えたことを特徴とする請求項１
記載の半導体製造装置。
【請求項４】前記放射温度計の測定波長領域は、前記ウ
エハの放射率が温度依存性を示さない波長領域内である
ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体製造
装置。
【請求項５】前記放射温度計の測定対象面は、前記ウエ
ハの裏面とし、プロセス時に前記測定対象面の放射率が
変化しないよう、前記遮蔽治具と前記測定対象面の間に
材料を含まないガスを充填もしくは流入し、前記測定対
象面の状態を変化させないことを特徴とする請求項１、
２、３又は４記載の半導体製造装置。
【請求項６】前記放射温度計を複数個用いて前記ウエハ
の温度分布を測定し、温度が均一になるように複数個に
分割した加熱源の出力を制御する手段を備えたことを特
徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の半導体製造
装置。
【請求項７】前記遮蔽治具の材質は、高温時においても
前記ウエハを汚染しないSi系セラミックスであることを
特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の半導
体製造装置。
【請求項８】前記遮蔽治具の形状は、前記ウエハの直径
以上の大きさの平坦部を有することを特徴とする請求項
１、２、３、４、５、６又は７記載の半導体製造装置。
【請求項９】前記遮蔽治具は、前記ウエハと同等あるい
はそれ以上の吸収率を持つことを特徴とする請求項１、
２、３、４、５、６、７又は８記載の半導体製造装置。
【請求項１０】前記加熱源は、ハロゲンランプであるこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８
又は９記載の半導体製造装置。