JP6196053B2 - Temperature measuring device and heat treatment device - Google Patents
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Description
本発明は、基材の複数箇所の温度を非接触にて測定する温度測定装置、および、その温度測定装置を組み込んで半導体ウェハーなどの薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）の加熱処理を行う熱処理装置に関する。 The present invention relates to a temperature measuring device that measures the temperature of a plurality of locations on a base material in a non-contact manner, and a thin plate-like precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a semiconductor wafer incorporating the temperature measuring device. ).
従来より半導体デバイス等の製造工程においては半導体ウェハー等の基板に対する種々の熱処理が行われている。半導体ウェハーに対する熱処理方法としては急速加熱処理（ＲＴＰ：Rapid Thermal Process）が広く用いられている。典型的なＲＴＰ装置では、チャンバー内に保持した半導体ウェハーにハロゲンランプから光を照射して数秒程度の短時間で半導体ウェハーを所定の処理温度にまで昇温する。半導体ウェハーを急速昇温することにより、例えばイオン打ち込み法によって注入された不純物の拡散を抑制しつつその活性化を実行することができる。また、ＲＴＰ装置を用いて、半導体ウェハーを処理温度に保持することなく、急速昇温によって半導体ウェハーが処理温度に到達すると同時に急速降温を開始するスパイクアニールも行われている。 Conventionally, various heat treatments have been performed on a substrate such as a semiconductor wafer in a manufacturing process of a semiconductor device or the like. As a heat treatment method for a semiconductor wafer, a rapid thermal process (RTP) is widely used. In a typical RTP apparatus, a semiconductor wafer held in a chamber is irradiated with light from a halogen lamp, and the temperature of the semiconductor wafer is raised to a predetermined processing temperature in a short time of about several seconds. By rapidly raising the temperature of the semiconductor wafer, activation thereof can be performed while suppressing diffusion of impurities implanted by, for example, ion implantation. In addition, spike annealing is also performed in which the semiconductor wafer reaches the processing temperature by the rapid temperature rise and the rapid temperature decrease starts at the same time without holding the semiconductor wafer at the processing temperature using the RTP apparatus.
このようなＲＴＰ装置においては、例えば特許文献１に開示されるように、複数のハロゲンランプを複数のゾーンに分割するとともに、各ゾーンに対応するパイロメータ（放射温度計）を設け、そのパイロメータによって測定されたウェハー温度に基づいてハロゲンランプの出力をゾーン毎に制御している。パイロメータは半導体ウェハーの一部領域の温度しか測定できないため、ＲＴＰ装置では熱処理中に半導体ウェハーを回転させることによって同心円状のゾーンの平均温度を算定し、それに基づいてハロゲンランプのフィードバック制御を行っている。
In such an RTP apparatus, as disclosed in, for example,
パイロメータは、半導体ウェハーから放射された光を受光して強度（光量）を測定し、その強度から測定対象領域の温度を非接触で求めるものである。このような非接触式の温度計であるパイロメータには、測定対象領域からの距離、角度、レンズ系やセンサーの受光効率、および、焦点の大きさなど様々な測定誤差の原因となりうる要素が存在する。特に、パイロメータに設けられた受光センサー自身の温度は熱ノイズとして大きな測定誤差要因となる。 The pyrometer receives light emitted from a semiconductor wafer, measures the intensity (light quantity), and obtains the temperature of the measurement target region in a non-contact manner from the intensity. The pyrometer, which is a non-contact type thermometer, has factors that can cause various measurement errors such as distance from the measurement target area, angle, light receiving efficiency of the lens system and sensor, and the size of the focal point. To do. In particular, the temperature of the light receiving sensor itself provided in the pyrometer causes a large measurement error as thermal noise.
このため、同一仕様のパイロメータを装置の異なる位置に設置し、所定温度に加熱した半導体ウェハーの同じ領域の温度測定を行ったとしても異なる測定結果となることが多い。従って、特許文献１に開示されるように、各ゾーン毎にパイロメータを設けて半導体ウェハーの異なる領域の温度測定を行ったとしても、得られた測定結果は半導体ウェハーの温度分布を正確に示すものなのかパイロメータの機差による測定誤差を含むものなのか判別できないという問題が生じていた。
For this reason, even if pyrometers of the same specification are installed at different positions in the apparatus and the temperature of the same region of the semiconductor wafer heated to a predetermined temperature is measured, different measurement results are often obtained. Therefore, as disclosed in
そこで、各パイロメータについて、出力信号の処理を行う電気回路部分などの調整（校正）を行うことによって、機差による測定誤差を補正することが考えられる。しかしながら、ある温度についてパイロメータの誤差を無くす調整を行ったとしても、測定対象の温度が異なると新たな誤差が生じることとなっていた。その結果、測定対象となる半導体ウェハーの複数箇所を同時に正確に測定することは極めて困難であった。 Therefore, it is conceivable to correct measurement errors due to machine differences by adjusting (calibrating) the electric circuit portion that processes the output signal for each pyrometer. However, even if an adjustment is made to eliminate the pyrometer error for a certain temperature, a new error will occur if the temperature of the measurement object is different. As a result, it has been extremely difficult to accurately measure a plurality of locations on a semiconductor wafer to be measured simultaneously.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基材の複数箇所の温度を正確に測定することができる温度測定装置およびその温度測定装置を組み込んだ熱処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a temperature measuring apparatus capable of accurately measuring temperatures at a plurality of locations on a base material and a heat treatment apparatus incorporating the temperature measuring apparatus. To do.
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基材の複数箇所の温度を非接触にて測定する温度測定装置において、基材から放射される放射光を受光する単一の受光センサーと、基材の複数箇所から放射された放射光を受光して導く単一のレンズ系と、前記複数箇所から放射されて前記単一のレンズ系によって導かれた放射光から前記複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光を選択して前記単一の受光センサーに導く光選択部と、前記光選択部によって選択される放射光が放射される特定箇所を前記複数箇所のいずれかに順次に切り替える切替部と、前記単一の受光センサーが受光した放射光の強度に基づいて前記複数箇所の温度を個別に算定する温度算定部と、を備え、前記光選択部は、放射光に対して不透明な材質にて形成された回転自在な円形の板状部材の一部に放射光が通過する開口を形成した回転窓と、前記回転窓の回転に伴う前記開口の位置の変化に関わらず前記開口を通過した放射光を前記単一の受光センサーに導く反射鏡と、を含み、前記切替部は、前記回転窓を回転させる回転モータを含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
また、請求項２の発明は、請求項１記載の温度測定装置において、前記光選択部は、前記単一のレンズ系と前記回転窓との間に、楕円環状に放射光透過領域を形成したマスクをさらに備えることを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２記載の温度測定装置において、前記受光センサーは前記基材の斜め上方に設けられ、前記マスクは、前記マスクが存在していない場合に温度測定の対象となる前記基材上の楕円環状の測定領域のうち短径端部から放射された放射光が前記放射光透過領域の長径端部を透過する向きとなるように設置されることを特徴とする。
Further, the invention of
The invention according to
また、請求項４の発明は、熱処理装置であって、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバーに収容された基板を加熱する加熱部と、前記加熱部によって加熱された基板の複数箇所の温度を測定する請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る温度測定装置と、を備えることを特徴とする。
The invention of
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記加熱部は、前記チャンバーに収容された基板に光を照射して当該基板を加熱するランプを備えることを特徴とする。
The invention according to
また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記温度測定装置の測定結果に基づいて、前記加熱部によって加熱される基板のうち相対的に温度が低い温度低下領域を加熱する温度補正部をさらに備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the fourth or fifth aspect of the present invention, the temperature of the substrate heated by the heating unit is relatively high based on a measurement result of the temperature measuring apparatus. A temperature correction unit that heats the low temperature drop region is further provided.
請求項１から請求項３の発明によれば、基材の複数箇所から放射されて単一のレンズ系によって導かれた放射光から複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光を選択して単一の受光センサーに導くとともに、その特定箇所を複数箇所のいずれかに順次に切り替え、単一の受光センサーが受光した放射光の強度に基づいて複数箇所の温度を個別に算定するため、複数の受光センサー間の機差を無くして基材の複数箇所の温度を正確に測定することができる。 According to the first to third aspects of the present invention, the radiated light emitted from a specific portion of the plurality of locations is selected from the radiated light emitted from the plurality of locations of the base material and guided by the single lens system. In order to calculate the temperature at multiple locations individually based on the intensity of the radiated light received by a single light reception sensor It is possible to accurately measure the temperature at a plurality of locations on the substrate without any machine difference between the plurality of light receiving sensors.
また、請求項４から請求項６の発明によれば、加熱部によって加熱された基板の複数箇所の温度を正確に測定することができる。
According to the inventions of
特に、請求項６の発明によれば、温度測定装置の測定結果に基づいて、加熱部によって加熱される基板のうち相対的に温度が低い温度低下領域を加熱する温度補正部を備えるため、基板を均一に加熱することができる。
In particular, according to the invention of
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る熱処理装置１の要部構成を示す図である。この熱処理装置１は、φ３００ｍｍの円形の半導体ウェハーＷの裏面に光を照射することによって半導体ウェハーＷの加熱処理（バックサイドアニール）を行うランプアニール装置である。図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a
熱処理装置１は、主たる構成として、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、チャンバー６内にて半導体ウェハーＷを保持する保持部７と、保持部７に保持された半導体ウェハーＷに光を照射する光照射部４と、光照射される半導体ウェハーＷの温度を検出する温度測定部８と、半導体ウェハーＷの一部領域の温度を補正する温度補正部２と、を備えている。また、熱処理装置１は、これらの各部を制御して半導体ウェハーＷの加熱処理を実行させる制御部３を備える。
The
チャンバー６は、上下が開口された略円筒形状の側壁を有している。チャンバー６は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されている。チャンバー６の下側開口には石英窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の下端に配置された石英窓６４は、石英（ＳｉＯ２）により形成された円板形状部材であり、光照射部４から照射された光をチャンバー６内に透過する。
The
また、チャンバー６の上側開口には赤外透過窓６３が装着されて閉塞されている。チャンバー６の上端に配置された赤外透過窓６３は、シリコン（Ｓｉ）により形成された円板形状部材である。赤外透過窓６３の径は半導体ウェハーＷと同様のφ３００ｍｍである。このような赤外透過窓６３としては、例えば半導体ウェハーＷを切り出すシリコン単結晶のインゴットから所定厚さ（本実施形態では３ｍｍ）の円板を切り出したものを用いるようにすれば安価に製作することができる。後に詳述するように、シリコンは可視光に対しては不透明（可視光を透過しない）であるが、所定の温度以下であれば波長１μｍを超える赤外線を透過する性質を有する。従って、光照射部４からの光照射を受けて昇温した半導体ウェハーＷから放射された赤外線はチャンバー６上端の赤外透過窓６３を透過してチャンバー６の上方に放出される。
An
石英窓６４、赤外透過窓６３およびチャンバー６の側壁によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。熱処理空間６５の気密性を維持するために、石英窓６４および赤外透過窓６３とチャンバー６とは図示省略のＯリングによってそれぞれシールされており、これらの隙間から気体が流出入するのを防いでいる。具体的には、石英窓６４の上面周縁部とチャンバー６との間にＯリングを挟み込み、クランプリング６６を石英窓６４の下面周縁部に当接させ、そのクランプリング６６をチャンバー６にネジ止めすることによって、石英窓６４をＯリングに押し付けている。同様に、赤外透過窓６３の下面周縁部とチャンバー６との間にＯリングを挟み込み、クランプリング６２を赤外透過窓６３の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング６２をチャンバー６にネジ止めすることによって、赤外透過窓６３をＯリングに押し付けている。
A space surrounded by the
また、チャンバー６の側壁には、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部６７が設けられている。搬送開口部６７は、図示を省略するゲートバルブによって開閉可能とされている。搬送開口部６７が開放されると、図外の搬送ロボットによってチャンバー６に対する半導体ウェハーＷの搬入および搬出が可能となる。また、搬送開口部６７が閉鎖されると、熱処理空間６５が外部との通気が遮断された密閉空間となる。
A
保持部７は、チャンバー６の内部に固定設置されており、保持プレート７１および支持ピン７２を備える。保持プレート７１および支持ピン７２を含む保持部７の全体は石英にて形成されている。保持プレート７１は、水平姿勢となるようにチャンバー６の内部に固定設置されている。保持プレート７１の上面には、複数（少なくとも３個）の支持ピン７２が円周上に沿って立設されている。複数の支持ピン７２によって形成される円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干小さい。よって、複数の支持ピン７２によって半導体ウェハーＷを水平姿勢（半導体ウェハーＷの法線が鉛直方向に沿う姿勢）に載置して支持することができる。なお、複数の支持ピン７２に代えて、保持プレート７１の上面に半導体ウェハーＷの径よりも小さい石英のリングを設けるようにしても良い。
The holding
また、チャンバー６の内部には移載機構５が設けられている。移載機構５は、一対の移載アーム５１と、各移載アーム５１の上面に設けられたリフトピン５２とを備える。２本の移載アーム５１のそれぞれには、例えば２本のリフトピン５２が設けられている。２本の移載アーム５１および４本のリフトピン５２はいずれも石英にて形成される。一対の移載アーム５１は、図示省略の昇降駆動部によって鉛直方向に沿って昇降移動される。一対の移載アーム５１が上昇すると、計４本のリフトピン５２が保持プレート７１に穿設された貫通孔を通過し、その上端が保持プレート７１の上面から突き出て支持ピン７２よりも上方にまで到達する。一方、移載アーム５１が下降しているときには、図１に示すように、リフトピン５２の上端が保持プレート７１よりも下方に位置している。なお、移載アーム５１が下降している状態において、開閉機構によって一対の移載アーム５１を水平方向に沿って開閉するようにしても良い。
A
光照射部４は、チャンバー６の下方に設けられている。光照射部４は、複数本のハロゲンランプＨＬおよびリフレクタ４３を備える。本実施形態では、光照射部４に４０本のハロゲンランプＨＬを設けている。複数のハロゲンランプＨＬは、チャンバー６の下方から石英窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行う。図２は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
The
また、図２に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、光照射部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
In addition, as shown in FIG. 2, the arrangement density of the halogen lamps HL in the region facing the peripheral portion is higher than the region facing the central portion of the semiconductor wafer W held by the holding
また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。 Further, the lamp group composed of the upper halogen lamp HL and the lamp group composed of the lower halogen lamp HL are arranged so as to intersect in a lattice pattern. That is, a total of 40 halogen lamps HL are arranged so that the longitudinal direction of the upper halogen lamps HL and the longitudinal direction of the lower halogen lamps HL are orthogonal to each other.
ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。 The halogen lamp HL is a filament-type light source that emits light by making the filament incandescent by energizing the filament disposed inside the glass tube. Inside the glass tube, a gas obtained by introducing a trace amount of a halogen element (iodine, bromine, etc.) into an inert gas such as nitrogen or argon is enclosed. By introducing a halogen element, it is possible to set the filament temperature to a high temperature while suppressing breakage of the filament. Therefore, the halogen lamp HL has a characteristic that it has a longer life than a normal incandescent bulb and can continuously radiate strong light. Further, since the halogen lamp HL is a rod-shaped lamp, it has a long life, and by arranging the halogen lamp HL along the horizontal direction, the radiation efficiency to the upper semiconductor wafer W becomes excellent.
また、リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬの下方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ４３の基本的な機能は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光をチャンバー６内の熱処理空間６５に反射するというものである。リフレクタ４３は例えばアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（ハロゲンランプＨＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。
Further, the
また、チャンバー６の下方には温度補正部２も設けられている。図３は、温度補正部２の構成を示す図である。図３においては、図示の便宜上、光照射部４およびチャンバー６の構成を簡略化して描いている。温度補正部２は、レーザユニット２１、レーザ光出射部２５および回転モータ２４を備える。本実施形態のレーザユニット２１は、出力が５００Ｗの非常に高出力の半導体レーザであり、波長が８００ｎｍ〜８２０ｎｍの可視光レーザを放出する。レーザユニット２１から放出されたレーザ光は光ファイバー２２によってコリメータレンズ２３へと導かれる。コリメータレンズ２３から出射された平行なレーザ光はレーザ光出射部２５に入射する。
A
図４は、レーザ光出射部２５の縦断面図である。レーザ光出射部２５は、石英によって形成された略棒状の光学部材である。レーザ光出射部２５は、上端に位置する投光部２５ａと、その下側に鉛直方向に沿って設けられた導光部２５ｂと、を備えて構成される。導光部２５ｂは円柱形状を有しており、本実施形態ではその径がφ１５ｍｍとされている。投光部２５ａには、反射面２５ｃおよび出射面２５ｄが形成されている。本実施形態においては、出射面２５ｄは鉛直方向に沿って形成され、反射面２５ｃと水平面とのなす角度は例えば５６．７°とされている。なお、レーザ光出射部２５は、１本の円柱状石英ロッドから反射面２５ｃおよび出射面２５ｄを切り出して作製するようにしても良いし、投光部２５ａと導光部２５ｂとを別体の石英部材として接着するようにしても良い。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the laser
レーザ光出射部２５は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿うようにウェハー中心の直下に配置されている。具体的には、保持部７が水平姿勢にて保持する半導体ウェハーＷの中心を鉛直方向に貫く中心軸ＣＸ（図３）と円柱形状の導光部２５ｂの中心軸とが一致するようにレーザ光出射部２５が設けられている。
The laser
図３に示すように、レーザ光出射部２５は、回転モータ２４によって導光部２５ｂの中心軸（つまり、半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸ）を回転中心として回転可能とされている。本実施形態の回転モータ２４は、モータ軸が中空となっている中空モータであり、その中空部分に導光部２５ｂの下端が挿通されている。そして、導光部２５ｂの下端面に対向する位置にコリメータレンズ２３が配置されている。回転モータ２４にはエンコーダ２４ａが付設されており、そのエンコーダ２４ａによってレーザ光出射部２５の回転角度を検出することができる。
As shown in FIG. 3, the laser
また、レーザ光出射部２５は、スライド駆動部２６によって半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸに沿って往復移動可能とされている。スライド駆動部２６としては、例えば、導光部２５ｂに連結された部材に螺合されたボールネジを回転させるパルスモータを用いることができる。スライド駆動部２６にはエンコーダ２６ａが付設されており、そのエンコーダ２６ａによってレーザ光出射部２５の高さ位置を検出することができる。
Further, the laser
導光部２５ｂの上端側は、光照射部４のリフレクタ４３を貫通している。導光部２５ｂがリフレクタ４３を貫通する部位にはベアリングを設けるようにしても良い。導光部２５ｂは、さらにハロゲンランプＨＬの配置の隙間を通り抜け（図２参照）、その上端が少なくとも上段のハロゲンランプＨＬよりも上側に位置するように設けられる。そして、導光部２５ｂの上端に投光部２５ａが連設される。このため、レーザ光出射部２５が回転したときにも、レーザ光出射部２５とハロゲンランプＨＬとの接触が防止される。
The upper end side of the
図４に示すように、レーザユニット２１から放出されてコリメータレンズ２３からレーザ光出射部２５の導光部２５ｂの下端面に垂直に入射したレーザ光は、鉛直方向に沿って設けられた導光部２５ｂの長手方向に沿って直進する。すなわち、入射したレーザ光は導光部２５ｂの中心軸と平行に上方の投光部２５ａに向けて導かれる。そして、導光部２５ｂ内を導かれたレーザ光は投光部２５ａの反射面２５ｃにて出射面２５ｄに向けて全反射され、出射面２５ｄから保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部に向けて出射される。レーザ光は石英の投光部２５ａから大気中に出射される際に若干屈折される。その結果、レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光と水平面とのなす角度は約３５°となる。本実施形態ではこの角度を約３５°としているが、熱処理装置１の配置構成（レーザ光出射部２５と半導体ウェハーＷとの位置関係等）に応じて適宜の値とすることができ、具体的には反射面２５ｃと水平面とのなす角度によって調整することができる。
As shown in FIG. 4, the laser light emitted from the
レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光は、半導体ウェハーＷの裏面周縁部の一部領域に照射される。レーザ光出射部２５からレーザ光を出射しつつ、回転モータ２４が中心軸ＣＸを回転中心としてレーザ光出射部２５を回転させることにより、レーザ光の照射スポットが半導体ウェハーＷの裏面周縁部で旋回することとなる。また、スライド駆動部２６がレーザ光出射部２５を中心軸ＣＸに沿って昇降させると、レーザ光の照射スポットが旋回する径が拡縮することとなる。なお、温度補正部２による半導体ウェハーＷの周縁部へのレーザ光照射についてはさらに後述する。
The laser beam emitted from the laser
図１に戻り、チャンバー６の上方には温度測定部８が設けられている。温度測定部８はパイロメータ８１を備える。図５は、第１実施形態のパイロメータ８１の構造を示す図である。パイロメータ８１は、広角レンズ系８２と受光部８３とを備える。広角レンズ系８２は、先頭から順に凹凸凸凹凸の５枚のレンズを接合して形成されている。第２レンズ（先頭から２番目の凸レンズ）中には図示省略の絞りが設けられている。広角レンズ系８２は、無限遠方の物体に対する結像位置が受光部８３の受光センサー８４となるように構成されている。なお、広角レンズ系８２としては、図３に例示するものに限定されず、公知の種々のレンズ系を採用することができる。
Returning to FIG. 1, a
受光部８３は、１個の受光センサー８４と、一対の反射板８５と、回転窓８６と、を備える。受光センサー８４は、広角レンズ系８２によって導かれた光を受光してその強度に応じたレベルの電気信号を出力する。本実施形態のパイロメータ８１においては、単一の受光センサー８４に対して単一の広角レンズ系８２を設けており、半導体ウェハーＷからの放射光（赤外線）が広角レンズ系８２によって受光センサー８４に導かれる。受光センサー８４は、広角レンズ系８２の中心軸に沿った線上に設置されている。
The
また、回転窓８６および一対の反射板８５は、半導体ウェハーＷの異なる複数箇所から放射されて広角レンズ系８２によって導かれた放射光から当該複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光を選択して受光センサー８４に導く光選択部として機能するものである。図６は、第１実施形態の回転窓８６を示す平面図である。回転窓８６は、半導体ウェハーＷから放射される赤外線に対して不透明な材質（例えば、アルミニウムなどの金属）にて形成された回転自在な円形の板状部材である。回転窓８６の一部には半導体ウェハーＷからの放射光が通過する開口８６ａが形設されている。開口８６ａは、回転窓８６の回転中心に対して偏心して設けられている。
Further, the
回転窓８６は、表面が広角レンズ系８２に対向するように設置されている。回転窓８６は回転モータ８７によって回転される。また、回転窓８６は、その回転中心を広角レンズ系８２の中心軸が貫くように設けられている。回転モータ８７が回転窓８６を回転させることによって、偏心して設けられた開口８６ａも回転窓８６の回転中心の周りで旋回することとなる。開口８６ａがいずれの位置であったとしても、広角レンズ系８２と対向している。
The
一対の反射板８５は、回転窓８６の裏面に固設されている。各反射板８５は、一方面が鏡面の反射鏡である。一対の反射板８５は、鏡面を相対向させつつ、回転窓８６の主面に対して４５°をなすように設けられている。一対の反射板８５は、開口８６ａを挟む位置に設けられており、そのうちの一方は広角レンズ系８２の中心軸に沿って設けられた受光センサー８４に対向する位置に設けられている。これにより、図５に示すように、回転窓８６の回転に伴う開口８６ａの位置の変化に関わらず、開口８６ａを通過した光は一対の反射板８５によって多重反射されて受光センサー８４に導かれる。なお、回転窓８６に固設された一対の反射板８５は、回転窓８６に回転に連動して回転するが、受光センサー８４は回転窓８６の回転に連動しても良いし、しなくても良い。
The pair of reflecting
パイロメータ８１は、チャンバー６の上方において、広角レンズ系８２の先頭の凹レンズ（受光部８３が設けられている側と反対側のレンズ）が赤外透過窓６３に対向するように設置されている。また、パイロメータ８１は、保持部７によって保持される半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸ（図３参照）と広角レンズ系８２の中心軸とが一致するように設けられている。パイロメータ８１の受光センサー８４は波長１μｍ以上の赤外線を検知する。シリコンにて形成された赤外透過窓６３は波長１μｍ以上の赤外線を透過する。すなわち、チャンバー６内の熱処理空間６５から放射された波長１μｍ以上の赤外線は赤外透過窓６３を透過してパイロメータ８１によって検出されることとなり、パイロメータ８１は赤外透過窓６３よりも下側の半導体ウェハーＷから放射された放射光を検知することができるのである。
The
図７は、温度算定部９１の構成を示すブロック図である。温度算定部９１は、Ａ／Ｄコンバータ９２および演算部９３を備える。Ａ／Ｄコンバータ９２は、受光センサー８４から伝達された電気信号（アナログ）をデジタル信号に変換する。演算部９３は、Ａ／Ｄコンバータ９２から出力されたデジタル信号に基づいて演算処理を行うことによって温度を算定する。演算部９３は、例えば１つのＩＣチップ上にＣＰＵ、メモリ、タイマなどを搭載したワンチップマイコンによって実現するようにすれば良い。ワンチップマイコンであれば、汎用処理を行うことはできないが、特定の処理を高速で行うことができる。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration of the
温度算定部９１と制御部３とは通信回線を介して接続されている。制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えて構成される。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、制御部３には温度算定部９１による半導体ウェハーＷの温度算定結果が伝達されるとともに、それに基づいて制御部３は温度補正部２および光照射部４を制御する。なお、温度算定部９１と制御部３とを接続する通信回線は、シリアル通信であっても良いし、パラレル通信であっても良い。
The
また、図１に戻り、熱処理装置１には赤外透過窓６３を冷却する冷却部６９が設けられている。本実施形態では、冷却部６９として送風機を用いている。冷却部６９は、チャンバー６の外部に設けられており、赤外透過窓６３の上面に向けて送風することにより赤外透過窓６３を空冷する。冷却部６９は、送風する風を温調するための温調機構を備えていても良い。
Returning to FIG. 1, the
上記の構成以外にも熱処理装置１は、熱処理空間６５の雰囲気調整を行う機構、例えば窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、アンモニア（ＮＨ３）などの処理ガスを熱処理空間６５に供給する給気機構および熱処理空間６５内の雰囲気を装置外に排気する排気機構を備えていても良い。また、光照射部４からの光照射によるチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するための水冷管をチャンバー６の側壁に設けるようにしても良い。
In addition to the above configuration, the
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
Next, a processing procedure for the semiconductor wafer W in the
まず、図示省略のゲートバルブが開いて搬送開口部６７が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６７を介して処理対象となるシリコンの半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構５の一対の移載アーム５１が上昇することにより、計４本のリフトピン５２が保持プレート７１の貫通孔を通過して支持ピン７２よりも上方に突き出て搬送ロボットから半導体ウェハーＷを受け取る。
First, a gate valve (not shown) is opened to open the
半導体ウェハーＷがリフトピン５２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出して搬送開口部６７が閉鎖されることにより熱処理空間６５が密閉空間とされる。そして、一対の移載アーム５１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構５から保持部７に受け渡され、支持ピン７２によって下方より水平姿勢にて保持される。半導体ウェハーＷは、パターン形成がなされた表面を上面として保持部７に保持される。つまり、パターン形成がなされていない裏面が下面となっている。
After the semiconductor wafer W is placed on the lift pins 52, the transfer robot moves out of the
半導体ウェハーＷが石英にて形成された保持部７によって水平姿勢にて下方より保持された後、光照射部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して光照射加熱（ランプアニール）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された石英窓６４および保持プレート７１を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。
After the semiconductor wafer W is held horizontally from below by the holding
ハロゲンランプＨＬから出射されて石英の石英窓６４および保持プレート７１を透過した光は保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面に照射され、それによって半導体ウェハーＷが加熱されて目標とする処理温度にまで昇温する。本実施形態においては、パターンの形成されていない半導体ウェハーＷの裏面に光が照射されるため、均一な光照射加熱を行うことができる（いわゆるバックサイドアニール）。すなわち、パターン形成がなされていない半導体ウェハーＷの裏面には光吸収率のパターン依存性が存在しないため、裏面全面にわたって光吸収率は均一であり、その結果ハロゲンランプＨＬの光が均一に吸収されるのである。なお、移載機構５の移載アーム５１およびリフトピン５２も石英にて形成されているため、ハロゲンランプＨＬによる光照射加熱の障害となることは無い。
The light emitted from the halogen lamp HL and transmitted through the
ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱によって昇温した半導体ウェハーＷからは、その温度に応じた強度（エネルギー）の赤外線が放射される。半導体ウェハーＷから放射される赤外線の強度は温度（絶対温度）の４乗に比例することが知られている（シュテファン＝ボルツマンの法則）。そして、昇温した半導体ウェハーＷの表面から放射された赤外線はチャンバー６の上端に設けられたシリコンの赤外透過窓６３を透過する。
From the semiconductor wafer W that has been heated by light irradiation heating from the halogen lamp HL, infrared rays having an intensity (energy) corresponding to the temperature are emitted. It is known that the intensity of infrared rays emitted from the semiconductor wafer W is proportional to the fourth power of the temperature (absolute temperature) (Stephan-Boltzmann law). Then, the infrared rays radiated from the surface of the semiconductor wafer W whose temperature has been raised pass through a silicon
図８は、厚さ３ｍｍのシリコンの分光透過率を示す図である。同図に示すように、可視光を含む波長１μｍ以下の光はシリコンを全く透過しないのに対して、波長１μｍを超える赤外線はある程度シリコンを透過する。そして、本実施形態のパイロメータ８１は波長１μｍ以上の赤外線を検知する。従って、昇温した半導体ウェハーＷの表面から放射された波長１μｍ以上の赤外線はシリコンの赤外透過窓６３を透過してパイロメータ８１によって検出されることとなる。
FIG. 8 is a diagram showing the spectral transmittance of silicon having a thickness of 3 mm. As shown in the figure, light having a wavelength of 1 μm or less including visible light does not pass through silicon at all, whereas infrared light having a wavelength of 1 μm or more passes through silicon to some extent. And the
半導体ウェハーＷの表面から放射され、赤外透過窓６３を透過した放射光（赤外線）は、パイロメータ８１の広角レンズ系８２によって受光部８３に導かれる。このときに、半導体ウェハーＷの表面の異なる複数の箇所から放射された放射光が広角レンズ系８２によって受光部８３に導かれる。パイロメータ８１は広角レンズ系８２を備えるため、半導体ウェハーＷの広い範囲の異なる箇所からの放射光を受光部８３に導くことができる。広角レンズ系８２によって導かれた放射光の一部は回転窓８６の開口８６ａを通過する。開口８６ａを通過した放射光は一対の反射板８５によって受光センサー８４に導かれる。
Radiated light (infrared light) emitted from the surface of the semiconductor wafer W and transmitted through the
半導体ウェハーＷの複数箇所から放射された放射光が広角レンズ系８２によって受光部８３に導かれるのであるが、それらのうち開口８６ａを通過するのは特定箇所から放射された放射光のみである。半導体ウェハーＷの特定箇所以外から放射された放射光は回転窓８６によって遮光され、受光センサー８４には到達しない。すなわち、開口８６ａを形成した回転窓８６は半導体ウェハーＷの特定箇所から放射された放射光のみを選択し、その放射光が一対の反射板８５によって受光センサー８４に導かれるのである。
The radiated light radiated from a plurality of locations on the semiconductor wafer W is guided to the
また、半導体ウェハーＷの温度測定時には、受光部８３の回転窓８６が回転モータ８７によって一定速度（例えば、１回転／秒）で回転されている。これに伴って、回転窓８６の中心に対して偏心して設けられた開口８６ａも回転する（図６参照）。このため、回転窓８６の回転にともなって、開口８６ａを通過する放射光が放射される半導体ウェハーＷの特定箇所が順次に切り替えられることとなる。換言すれば、回転モータ８７は、回転窓８６によって選択される放射光が放射される半導体ウェハーＷの特定箇所を順次に切り替える切替部として機能するものである。
At the time of measuring the temperature of the semiconductor wafer W, the rotating
図９は、第１実施形態のパイロメータ８１によって測定対象となる半導体ウェハーＷの領域を示す図である。第１実施形態においては、パイロメータ８１が保持部７によって保持される半導体ウェハーＷの中心部上方に設けられ、かつ、特定箇所を選択する開口８６ａを形成した回転窓８６が一定速度で回転している。このため、パイロメータ８１による測定対象となる領域は、図９に斜線で示した半導体ウェハーＷ表面の円環形状の領域となる。図９の斜線で示す円環形状の領域に含まれる複数箇所から放射された放射光が赤外透過窓６３を透過してパイロメータ８１に入射し、広角レンズ系８２によって受光部８３に導かれる。それら複数箇所のうち特定箇所から放射された放射光のみが開口８６ａを通過して一対の反射板８５によって受光センサー８４に導かれる。回転窓８６が回転することにより、開口８６ａを通過する放射光が放射される特定箇所が図９の円環形状領域に含まれる複数箇所のいずれかに順次に切り替えられる。その結果、図９に斜線で示す円環形状の領域がパイロメータ８１による温度測定の対象となるのである。
FIG. 9 is a diagram illustrating a region of the semiconductor wafer W to be measured by the
受光部８３の受光センサー８４は、図９に示す円環形状領域に含まれるいずれかの特定箇所から放射された放射光を受光し、その放射光の強度を検出する。特定箇所からの放射光を受光した受光センサー８４は、受光した放射光の強度に応じたレベルの電気信号を出力する。受光センサー８４から出力された電気信号は温度算定部９１に伝達される（図７参照）。温度算定部９１では、受光センサー８４から出力された信号がＡ／Ｄコンバータ９２によってデジタル信号に変換される。そして、そのデジタル信号に基づいて演算部９３が演算処理を行うことにより、半導体ウェハーＷの上記特定箇所の温度が算定される。半導体ウェハーＷの放射光の強度から温度を算定するには、黒体輻射についてのプランクの法則或いはそれから導かれるステファン・ボルツマンの法則を利用した公知の演算手法用いることができる。或いは、半導体ウェハーＷの表面温度と受光センサー８４が出力する信号レベルとを予め対応付けたテーブルを作成して制御部３が備える記憶部に格納しておき、そのテーブルに基づいて特定箇所の温度を求めるようにしても良い。
The
回転モータ８７が回転窓８６を回転させることにより、温度測定の対象となる特定箇所が図９の円環形状領域に含まれる複数箇所のいずれかに順次に切り替えられる。演算部９３は、受光センサー８４からの信号を順次に処理し、受光センサー８４が受光した放射光の強度に基づいて図９の円環形状領域に含まれる複数箇所の温度を順次に個別に算定する。これにより、図９に示す半導体ウェハーＷの円環形状領域の温度が測定される。なお、例えば、回転窓８６が１回転／秒で回転し、演算部９３が１０ミリ秒間隔で演算処理を行う場合には、図９の円環形状領域に含まれる１００箇所の温度が個別に算定されることとなる。
When the
このようにして、第１実施形態では、単一のパイロメータ８１によって半導体ウェハーＷの表面の異なる複数箇所の温度を測定している。温度算定部９１にて算定された半導体ウェハーＷの複数箇所の温度は制御部３に伝達される。制御部３は、温度算定部９１による算定結果に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が所定の目標温度となるように光照射部４のハロゲンランプＨＬへの電力供給を制御するようにしても良い。また、制御部３は、温度算定部９１による温度算定結果をディスプレイ等に表示するようにしても良い。
Thus, in the first embodiment, the temperature of a plurality of different locations on the surface of the semiconductor wafer W is measured by the
さらに、制御部３は、温度算定部９１による算定結果に基づいて、図９の円環形状領域の一部を選択的に加熱するように温度補正部２を制御するようにしても良い。図１０は、温度測定部８による温度測定結果に基づいて半導体ウェハーＷの温度の補正を行う様子を概念的に示す図である。上述したように、ハロゲンランプＨＬから出射された光は石英窓６４および石英の保持プレート７１（図１０では省略）を透過して半導体ウェハーＷの裏面に照射され、それによって半導体ウェハーＷが加熱されて処理温度にまで昇温する。昇温した半導体ウェハーＷからはその温度に応じた強度の赤外線が放射される。半導体ウェハーＷの表面から放射された放射光は赤外透過窓６３を透過して温度測定部８のパイロメータ８１によって検出され、図９に示した半導体ウェハーＷの円環形状領域に含まれる複数箇所の温度が測定される。
Further, the
ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱によって昇温した半導体ウェハーＷには、周辺の他の領域よりも相対的に温度が低い温度低下領域（コールドスポット）が局所的に現出することがある。このような温度低下領域は、半導体ウェハーＷと支持ピン７２との接触やチャンバー６内に形成される気流などによって生じる。本実施形態の温度測定部８は、半導体ウェハーＷの円環形状領域に含まれる複数箇所の温度を個別に測定するため、そのような温度低下領域を検出することができる。ハロゲンランプＨＬへの電力供給制御では、半導体ウェハーＷ全面の温度は調整することができても、局所的な温度低下領域を加熱して解消することは困難である。
In the semiconductor wafer W that has been heated by light irradiation heating from the halogen lamp HL, a temperature drop region (cold spot) having a relatively lower temperature than other peripheral regions may locally appear. Such a temperature drop region is generated by contact between the semiconductor wafer W and the support pins 72, an airflow formed in the
そこで、制御部３は、温度測定部８による温度低下領域の検出結果に基づいて、半導体ウェハーＷの温度低下領域を選択的に加熱するように温度補正部２を制御する。温度補正部２においては、レーザユニット２１から放出されたレーザ光がコリメータレンズ２３からレーザ光出射部２５の導光部２５ｂに入射される。入射されたレーザ光はレーザ光出射部２５の投光部２５ａから石英窓６４を介して保持部７に保持された半導体ウェハーＷの裏面周縁部に照射される。このときには、回転モータ２４が半導体ウェハーＷの中心軸ＣＸを回転中心としてレーザ光出射部２５を回転させる。これにより、レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光の照射スポットは半導体ウェハーＷの裏面周縁部に沿って旋回する。レーザ光の照射スポットは円形の軌道を描くこととなるが、この円軌道が図９の円環形状領域と一致するようにスライド駆動部２６がレーザ光出射部２５の高さを調整している。従って、レーザ光出射部２５から出射されたレーザ光の照射スポットは図９の円環形状領域に沿って旋回する。
Therefore, the
温度算定部９１による算定の結果、図９の円環形状領域の一部に温度低下領域が現出していた場合には、制御部３の制御下にてレーザユニット２１がレーザ光出力の変調を行う。具体的には、レーザ光出射部２５の回転角度がレーザ光の照射スポットが温度低下領域に位置する角度となっているときには、制御部３の制御によってレーザユニット２１のレーザ光出力を高める。また、レーザ光の照射スポットが温度低下領域から外れているときには、レーザユニット２１のレーザ光出力を低くする。レーザユニット２１は、レーザ光出力を０％から１００％の範囲で高速に制御することができる。なお、レーザ光出射部２５の回転角度はエンコーダ２４ａによって検出することができる。
As a result of the calculation by the
このようにすれば、ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱の結果として半導体ウェハーＷの一部に温度低下領域が生じたとしても、その温度低下領域のみにレーザ光出射部２５から強いレーザ光を照射して加熱することができる。その結果、温度低下領域を解消して半導体ウェハーＷの全面を均一に処理温度に加熱することができる。
In this way, even if a temperature drop region occurs in a part of the semiconductor wafer W as a result of light irradiation and heating from the halogen lamp HL, only the temperature drop region is irradiated with strong laser light from the laser
ところで、上記のような温度測定部８による温度測定時に、半導体ウェハーＷから放射された光の一部は赤外透過窓６３を透過するものの、残部は赤外透過窓６３に吸収され、赤外透過窓６３自体が加熱される。すなわち、光照射加熱によって昇温した半導体ウェハーＷからの輻射熱によって、半導体ウェハーＷと同じ材質（シリコン）の赤外透過窓６３が加熱されるのである。シリコンは、常温のときには図８に示すような分光透過率特性を示すが、加熱されて昇温するとほとんど赤外線を透過しなくなるという性質を有する。従って、半導体ウェハーＷが昇温してからの経過時間が長くなるにつれて赤外透過窓６３も昇温し、半導体ウェハーＷから放射された赤外線が赤外透過窓６３を透過しにくくなってパイロメータ８１による検出が困難となる。
By the way, at the time of the temperature measurement by the
このため、赤外透過窓６３を冷却するための冷却部６９が設けられている。冷却部６９は、少なくともハロゲンランプＨＬが点灯している間は赤外透過窓６３の上面に向けて継続して送風する。これにより、ハロゲンランプＨＬからに光照射加熱によって半導体ウェハーＷが昇温しても、赤外透過窓６３の温度は冷却部６９によって１５０℃以下に維持されることとなる。１５０℃以下であれば赤外透過窓６３は波長１μｍ以上の赤外線を透過することができる。なお、より確実に赤外線を透過するためには、冷却部６９によって赤外透過窓６３を１００℃以下に冷却しておくのが好ましい。
Therefore, a cooling
所定時間の光照射加熱が終了した後、ハロゲンランプＨＬが消灯して半導体ウェハーＷの降温が開始される。ハロゲンランプＨＬが消灯して所定時間が経過し、半導体ウェハーＷが十分に降温した後、移載機構５の一対の移載アーム５１が上昇し、リフトピン５２が保持プレート７１に保持されていた半導体ウェハーＷを突き上げて支持ピン７２から離間させる。その後、搬送開口部６７が再び開放され、装置外部の搬送ロボットのハンドが搬送開口部６７からチャンバー６内に進入して半導体ウェハーＷの直下で停止する。続いて、移載アーム５１が下降することによって、半導体ウェハーＷがリフトピン５２から搬送ロボットに渡される。そして、半導体ウェハーＷを受け取った搬送ロボットのハンドがチャンバー６から退出することにより、半導体ウェハーＷがチャンバー６から搬出され、熱処理装置１における光照射加熱処理が完了する。
After the light irradiation heating for a predetermined time is completed, the halogen lamp HL is turned off and the temperature lowering of the semiconductor wafer W is started. After the halogen lamp HL is turned off and a predetermined time has passed and the semiconductor wafer W has sufficiently cooled down, the pair of
第１実施形態においては、１つのパイロメータ８１に単一の受光センサー８４および単一の広角レンズ系８２を設けている。そして、開口８６ａを形成した回転窓８６を設けることにより、半導体ウェハーＷの複数箇所から放射されて単一の広角レンズ系８２によって導かれた放射光から複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光のみを選択している。回転窓８６によって選択された特定箇所からの放射光は一対の反射板８５によって受光センサー８４に導かれ、その特定箇所の温度が求められる。回転モータ８７によって回転窓８６が回転することにより、温度測定される特定箇所が図９の円環形状領域に含まれる複数箇所のいずれかに順次に切り替えられる。その結果、図９の円環形状領域に含まれる複数箇所の温度が非接触にて測定されることとなる。
In the first embodiment, a single
単一の受光センサー８４に単一の広角レンズ系８２を設けた１個のパイロメータ８１によって複数箇所の温度を測定しているため、パイロメータを複数設けた場合における測定対象領域からのパイロメータまで距離、パイロメータの設置角度、および、パイロメータが備えるレンズ系等に起因した機差を解消することができ（そもそも機差が存在しない）、半導体ウェハーＷの異なる複数箇所の温度を非接触にて正確に測定することができる。
Since the temperature of a plurality of locations is measured by a
このように、本実施形態においては、パイロメータの機差を無くすことによって半導体ウェハーＷの異なる複数箇所の温度を正確に測定することができる。そして、従来は繁雑な作業となっていたパイロメータの機差の解消に要する負担を最小限のものとすることができる。 Thus, in this embodiment, the temperature of several different places of the semiconductor wafer W can be measured accurately by eliminating the machine difference of the pyrometer. In addition, it is possible to minimize the burden required to eliminate the difference between the pyrometers, which has conventionally been a complicated operation.
また、パイロメータ８１による測定の結果、半導体ウェハーＷの一部に温度低下領域が現出していることが判明した場合には、温度補正部２によってその温度低下領域を選択的に加熱することにより、温度低下領域を解消して半導体ウェハーＷの全面を均一に加熱することができる。
Further, as a result of measurement by the
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では保持部７によって保持される半導体ウェハーＷの中心部直上に温度測定部８のパイロメータ８１を設けていたのに対して、第２実施形態においては半導体ウェハーＷの斜め上方にパイロメータ８１を設けている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the
図１１は、第２実施形態における半導体ウェハーＷとパイロメータ８１との位置関係を示す図である。第２実施形態においては、例えばチャンバー６の側壁にパイロメータ８１を取り付けることにより、保持部７に保持される半導体ウェハーＷの斜め上方にパイロメータ８１が設けられる。パイロメータ８１の設置位置を除く第２実施形態の残余の点は第１実施形態と同じである。
FIG. 11 is a diagram showing a positional relationship between the semiconductor wafer W and the
また、第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と同様である。第２実施形態においても、ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱によって昇温した半導体ウェハーＷの表面から放射された放射光をパイロメータ８１の単一の広角レンズ系８２が受光部８３に導く。開口８６ａを形設した回転窓８６は、単一の広角レンズ系８２によって導かれた放射光から半導体ウェハーＷの複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光のみを選択する。回転窓８６によって選択された放射光は一対の反射板８５によって受光センサー８４に導かれ、半導体ウェハーＷの特定箇所の温度が算定される。
The processing procedure for the semiconductor wafer W in the second embodiment is the same as that in the first embodiment. Also in the second embodiment, the single wide-
また、回転モータ８７が回転窓８６を回転させることによって、温度測定される特定箇所が順次に切り替わる。但し、第２実施形態では、パイロメータ８１が半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられているため、測定対象領域は楕円の環状となる。図１２は、第２実施形態のパイロメータ８１によって測定対象となる半導体ウェハーＷの領域を示す図である。第２実施形態においては、パイロメータ８１が保持部７によって保持される半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられ、かつ、特定箇所を選択する開口８６ａを形成した回転窓８６が一定速度で回転している。このため、パイロメータ８１による測定対象となる領域は、図１２に斜線で示した半導体ウェハーＷ表面の楕円環形状の領域となる。
Further, when the
図１２の斜線で示す楕円環形状の領域に含まれる複数箇所から放射された放射光が赤外透過窓６３を透過してパイロメータ８１に入射し、広角レンズ系８２によって受光部８３に導かれる。それら複数箇所のうち特定箇所から放射された放射光のみが開口８６ａを通過して一対の反射板８５によって受光センサー８４に導かれる。回転窓８６が回転することにより、開口８６ａを通過する放射光が放射される特定箇所が図１２の楕円環形状領域に含まれる複数箇所のいずれかに順次に切り替えられる。その結果、図１２に斜線で示す楕円環形状の領域がパイロメータ８１による温度測定の対象となるのである。
The radiated light emitted from a plurality of locations included in the elliptical ring-shaped region indicated by the oblique lines in FIG. 12 is transmitted through the
このようにしても、単一の受光センサー８４に単一の広角レンズ系８２を設けた１個のパイロメータ８１によって複数箇所の温度を個別に測定しているため、パイロメータの機差を無くすことができことができ、半導体ウェハーＷの異なる複数箇所の温度を非接触にて正確に測定することができる。
Even in this case, the temperature of a plurality of locations is individually measured by a
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１３は、第３実施形態のパイロメータ１８１の構造を示す図である。図１３において、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付している。パイロメータ１８１は、広角レンズ系８２と受光部１８３とを備える。広角レンズ系８２は、第１実施形態と同様のものである。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a diagram illustrating a structure of a
受光部１８３は、１個の受光センサー８４と、凹面鏡１８５と、回転窓１８６と、楕円マスク１８７と、を備える。受光センサー８４は、広角レンズ系８２によって導かれた光を受光してその強度に応じたレベルの電気信号を出力する。第３実施形態のパイロメータ１８１においても、単一の受光センサー８４に対して単一の広角レンズ系８２を設けており、半導体ウェハーＷからの放射光が広角レンズ系８２によって受光センサー８４に導かれる。受光センサー８４は、広角レンズ系８２の中心軸に沿った線上に設置されている。
The
第３実施形態においては、楕円マスク１８７、回転窓１８６および凹面鏡１８５が、半導体ウェハーＷの異なる複数箇所から放射されて広角レンズ系８２によって導かれた放射光から当該複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光を選択して受光センサー８４に導く光選択部として機能する。図１４は、第３実施形態の回転窓１８６を示す平面図である。回転窓１８６は、半導体ウェハーＷからの放射光に対して不透明な材質にて形成された回転自在な円形の板状部材である。回転窓１８６の一部には半導体ウェハーＷからの放射光が通過する開口１８６ａが形設されている。開口１８６ａは、回転窓１８６の回転中心に対して偏心して設けられている。第３実施形態の開口１８６ａは、第１実施形態の開口８６ａよりも大きい。
In the third embodiment, the
回転窓１８６と広角レンズ系８２との間には楕円マスク１８７が設けられている。図１５は、第３実施形態の楕円マスク１８７を示す図である。楕円マスク１８７は、赤外線を透過する材質（例えば、シリコン）にて形成された円形の板状部材である。楕円マスク１８７は、固定設置されており、回転しない。楕円マスク１８７の一方面のうち図１５の斜線で示す領域には、赤外線に対して不透明な金属板が貼着されている。その結果、楕円マスク１８７には、楕円環状の放射光透過領域１８７ａが形成されることとなる。広角レンズ系８２によって楕円マスク１８７に導かれた放射光のうち放射光透過領域１８７ａに到達した光のみが楕円マスク１８７を通過する。
An
楕円マスク１８７は、表面が広角レンズ系８２に対向するように設置されている。回転窓１８６は、広角レンズ系８２との間に楕円マスク１８７を挟み込み、表面が楕円マスク１８７に対向するように設置されている。回転窓１８６は回転モータ８７によって回転される。また、回転窓１８６は、その回転中心を広角レンズ系８２の中心軸が貫くように設けられている。回転モータ８７が回転窓１８６を回転させることによって、偏心して設けられた開口１８６ａも回転窓１８６の回転中心の周りで旋回することとなる。開口１８６ａがいずれの位置であったとしても、楕円マスク１８７の放射光透過領域１８７ａの一部と対向している。
The
凹面鏡１８５は、回転窓１８６を挟んで楕円マスク１８７と反対側に設けられている。凹面鏡１８５は、内面に金メッキが施された半楕円体（楕円体を半分に切断した形状）の反射鏡である。受光センサー８４は、凹面鏡１８５の半楕円体の頂上部近傍に設けられている。図１３に示すように、回転窓１８６の回転に伴う開口１８６ａの位置の変化に関わらず、開口１８６ａを通過した光は凹面鏡１８５の内面にて反射されて受光センサー８４に導かれる。なお、凹面鏡１８５および受光センサー８４は、回転窓１８６の回転に連動して回転しなくても良い。
The
第３実施形態においては、第２実施形態と同様に、保持部７に保持される半導体ウェハーＷの斜め上方にパイロメータ１８１が設けられる（図１１参照）。パイロメータ１８１の構造および設置位置を除く第３実施形態の残余の点は第１実施形態と同じである。
In the third embodiment, as in the second embodiment, a
また、第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても第１実施形態と同様である。第３実施形態においても、ハロゲンランプＨＬからの光照射加熱によって昇温した半導体ウェハーＷの表面から放射された放射光は、パイロメータ１８１に入射し、単一の広角レンズ系８２によって受光部１８３に導かれる。単一の広角レンズ系８２によって導かれた放射光のうち、楕円マスク１８７の放射光透過領域１８７ａに到達した光は楕円マスク１８７を透過し、残りの光は楕円マスク１８７によって遮光される。楕円マスク１８７を透過した放射光のうち半導体ウェハーＷの特定箇所から放射された光のみが回転窓１８６の開口１８６ａを通過する。すなわち、開口１８６ａを形設した回転窓１８６は、半導体ウェハーＷの複数箇所から放射されて単一の広角レンズ系８２によって導かれた放射光から当該複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光のみを選択する。回転窓１８６によって選択された特定箇所からの放射光は凹面鏡１８５によって受光センサー８４に導かれ、その特定箇所の温度が求められる。
The processing procedure for the semiconductor wafer W in the third embodiment is the same as that in the first embodiment. Also in the third embodiment, the radiated light emitted from the surface of the semiconductor wafer W heated by the light irradiation and heating from the halogen lamp HL enters the
第３実施形態においても、回転モータ８７によって回転窓１８６が回転される。これによって、温度測定される半導体ウェハーＷの特定箇所が順次に切り替わる。但し、第３実施形態では、パイロメータ１８１が半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられるとともに、楕円環状の放射光透過領域１８７ａを有する楕円マスク１８７が設けられている。パイロメータ１８１が半導体ウェハーＷの斜め上方に設けられ、かつ、楕円マスク１８７が存在していない場合には、第２実施形態の図１２に示したように、温度測定の対象となる領域が楕円環状となる。楕円マスク１８７は、図１２の楕円環状領域のうち短径端部に位置する特定箇所から放射された放射光が透過する放射光透過領域１８７ａの部位が放射光透過領域１８７ａの長径端部となる向きに設置されている。これにより、第３実施形態のパイロメータ１８１によって測定領域となる半導体ウェハーＷの領域は、図１２に示した楕円環状の測定領域の短径が長径に比較して相対的に拡張されたものとなり、第１実施形態と同様の円環形状の領域となる（図９参照）。
Also in the third embodiment, the
半導体ウェハーＷの円環形状の領域に含まれる複数箇所から放射された放射光が赤外透過窓６３を透過してパイロメータ１８１に入射し、広角レンズ系８２によって受光部１８３に導かれる。それら複数箇所のうち特定箇所から放射された放射光のみが放射光透過領域１８７ａおよび開口１８６ａを通過して凹面鏡１８５によって受光センサー８４に導かれる。回転窓１８６が回転することにより、開口１８６ａを通過する放射光が放射される特定箇所が上記円環形状の領域に含まれる複数箇所のいずれかに順次に切り替えられる。その結果、図９に示す如き円環形状の領域がパイロメータ１８１による温度測定の対象となるのである。
Radiated light emitted from a plurality of locations included in the annular region of the semiconductor wafer W passes through the
このようにしても、単一の受光センサー８４に単一の広角レンズ系８２を設けた１個のパイロメータ１８１によって複数箇所の温度を個別に測定しているため、パイロメータの機差を無くすことができ、半導体ウェハーＷの異なる複数箇所の温度を非接触にて正確に測定することができる。
Even in this case, since the temperature at a plurality of locations is individually measured by one
＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記各実施形態においては、チャンバー６の下方に光照射部４を設け、半導体ウェハーＷの裏面に光を照射して加熱するバックサイドアニールを行っていたが、チャンバー６の上方に光照射部４を設け、パターン形成がなされた半導体ウェハーＷの表面に光照射を行うようにしても良い。また、チャンバー６の下方にハロゲンランプＨＬを備えた光照射部４を設け、チャンバー６の上方にフラッシュランプを設けたフラッシュランプアニール装置に本発明に係る温度測定部８を設けるようにしても良い。チャンバー６の上方にランプを設ける場合には、第２実施形態および第３実施形態のように半導体ウェハーＷの斜め上方にパイロメータを設けるのが好適である。
<Modification>
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態においては、赤外透過窓６３をシリコンにて形成していたが、これに限定されるものではなく、パイロメータ８１，１８１の検出波長域の赤外線を透過する素材であれば良く、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）またはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）にて形成するようにしても良い。もっとも、シリコンの円板は比較的容易に入手できるため、製造コストの観点からはシリコンを用いるのが好ましい。また、光照射部４からの光照射が外乱とならなければ、赤外透過窓６３を石英ガラスにて形成するようにしても良い。
In each of the above embodiments, the
また、赤外透過窓６３を空冷するの代えて、水冷によって冷却するようにしても良い。水冷によって赤外透過窓６３を冷却する場合にも、半導体ウェハーＷから放射された赤外線が透過する１５０℃以下に冷却する。
Further, the
また、パイロメータ８１，１８１を半導体ウェハーＷの下方または斜め下方に設置し、半導体ウェハーＷの裏面の異なる複数箇所の温度を測定するようにしても良い。
Further, the
また、温度補正部２において、棒状の光学部材であるレーザ光出射部２５を回転させるのに代えて、レーザ光を２次元面内で（ＸＹ方向に）走査させる機構を用いるようにしても良い。このような機構としては、例えばガルバノミラーを用いることができる。ガルバノミラーを用いれば、半導体ウェハーＷの全面の任意の箇所について温度補正を行うことができる。もっとも、上記各実施形態のレーザ光出射部２５は、ハロゲンランプＨＬの配列の隙間を貫通するように設けられ、上段のハロゲンランプＨＬよりも上方からレーザ光を出射するため、ハロゲンランプＨＬと干渉するおそれがない。
Further, in the
また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。さらに、本発明に係る温度測定装置である温度測定部８によって測定対象となるのは半導体ウェハーやガラス基板に限定されるものではなく、従来より放射温度計によって非接触にて温度測定される基材（例えば、高温の金属板やセラミックスなど）であっても良い。
The substrate to be processed by the heat treatment apparatus according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a flat panel display such as a liquid crystal display device. Further, the object to be measured by the
１ 熱処理装置
２ 温度補正部
３ 制御部
４ 光照射部
５ 移載機構
６ チャンバー
７ 保持部
８ 温度測定部
２５ レーザ光出射部
６３ 赤外透過窓
６４ 石英窓
６５ 熱処理空間
６９ 冷却部
７１ 保持プレート
７２ 支持ピン
８１，１８１ パイロメータ
８２ 広角レンズ系
８３，１８３ 受光部
８４ 受光センサー
８５ 反射板
８６，１８６ 回転窓
８６ａ，１８６ａ 開口
８７ 回転モータ
９１ 温度算定部
９２ Ａ／Ｄコンバータ
９３ 演算部
１８５ 凹面鏡
１８７ 楕円マスク
１８７ａ 放射光透過領域
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー
DESCRIPTION OF
Claims (6)
基材から放射される放射光を受光する単一の受光センサーと、
基材の複数箇所から放射された放射光を受光して導く単一のレンズ系と、
前記複数箇所から放射されて前記単一のレンズ系によって導かれた放射光から前記複数箇所のうちの特定箇所から放射された放射光を選択して前記単一の受光センサーに導く光選択部と、
前記光選択部によって選択される放射光が放射される特定箇所を前記複数箇所のいずれかに順次に切り替える切替部と、
前記単一の受光センサーが受光した放射光の強度に基づいて前記複数箇所の温度を個別に算定する温度算定部と、
を備え、
前記光選択部は、
放射光に対して不透明な材質にて形成された回転自在な円形の板状部材の一部に放射光が通過する開口を形成した回転窓と、
前記回転窓の回転に伴う前記開口の位置の変化に関わらず前記開口を通過した放射光を前記単一の受光センサーに導く反射鏡と、
を含み、
前記切替部は、前記回転窓を回転させる回転モータを含むことを特徴とする温度測定装置。 A temperature measuring device that measures the temperature of a plurality of locations of a substrate in a non-contact manner,
A single light receiving sensor for receiving the radiation emitted from the substrate;
A single lens system that receives and guides radiation emitted from a plurality of locations on the substrate;
A light selection unit that selects radiation light emitted from a specific part of the plurality of parts from radiation light emitted from the plurality of parts and guided by the single lens system, and guides the light to the single light receiving sensor; ,
A switching unit for sequentially switching a specific location where the radiated light selected by the light selection unit is emitted to any of the plurality of locations;
A temperature calculating unit that individually calculates the temperatures of the plurality of locations based on the intensity of radiated light received by the single light receiving sensor;
Equipped with a,
The light selector is
A rotating window in which an opening through which the radiated light passes is formed in a part of a rotatable circular plate-shaped member formed of a material opaque to the radiated light;
A reflecting mirror for guiding the radiated light that has passed through the opening to the single light receiving sensor regardless of a change in the position of the opening accompanying rotation of the rotating window;
Including
The temperature measuring device , wherein the switching unit includes a rotary motor that rotates the rotary window .
前記光選択部は、前記単一のレンズ系と前記回転窓との間に、楕円環状に放射光透過領域を形成したマスクをさらに備えることを特徴とする温度測定装置。 The temperature measuring device according to claim 1 ,
The temperature measuring device, wherein the light selection unit further includes a mask in which a radiated light transmission region is formed in an elliptical ring shape between the single lens system and the rotating window.
前記受光センサーは前記基材の斜め上方に設けられ、The light receiving sensor is provided obliquely above the base material,
前記マスクは、前記マスクが存在していない場合に温度測定の対象となる前記基材上の楕円環状の測定領域のうち短径端部から放射された放射光が前記放射光透過領域の長径端部を透過する向きとなるように設置されることを特徴とする温度測定装置。The mask is configured such that, when the mask is not present, the emitted light emitted from the short-diameter end of the elliptical annular measurement region on the base material on which the temperature is measured is the long-diameter end of the radiated light transmitting region. A temperature measuring device, wherein the temperature measuring device is installed so as to pass through the part.
前記チャンバーに収容された基板を加熱する加熱部と、
前記加熱部によって加熱された基板の複数箇所の温度を測定する請求項１から請求項３のいずれかに記載の温度測定装置と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。 A chamber for housing the substrate;
A heating unit for heating the substrate accommodated in the chamber;
The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 3, which measures the temperature of a plurality of locations on the substrate heated by the heating unit,
A heat treatment apparatus comprising:
前記加熱部は、前記チャンバーに収容された基板に光を照射して当該基板を加熱するランプを備えることを特徴とする熱処理装置。 The heat treatment apparatus according to claim 4, wherein
The heating unit includes a lamp that irradiates light to a substrate accommodated in the chamber to heat the substrate.
前記温度測定装置の測定結果に基づいて、前記加熱部によって加熱される基板のうち相対的に温度が低い温度低下領域を加熱する温度補正部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。 In the heat treatment apparatus according to claim 4 or 5,
A heat treatment apparatus, further comprising a temperature correction unit that heats a temperature-lowering region having a relatively low temperature among the substrates heated by the heating unit based on a measurement result of the temperature measurement device.
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