(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記光吸収手段は、前記半導体基板までの最近接距離が前記温度測定手段における前記半導体基板までの最近接距離より短いと共に、所定の溝を有する突設体からなることを特徴とする半導体基板熱処理装置。
【請求項２】
半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記温度測定手段は石英ロッドを有し、
前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、
前記空腔の開口半径は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をｓｉｎθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をＤとしたとき、Ｄｔａｎθ以上の値とされることを特徴とする半導体基板熱処理装置。
【請求項３】
半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記温度測定手段は石英ロッドを有し、
前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、
前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をｓｉｎθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をＤとしたとき、前記温度測定手段からＤｔａｎθの２ｎ倍（ｎは自然数）の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置。
【請求項４】
半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、
前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、
前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、
前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、
前記温度測定手段は石英ロッドを有し、
前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、
前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をｓｉｎθとし、前記温度測定手段における前記光の取り込み口の半径をｒとしたとき、前記半導体基板からｒ／ｔａｎθ以下の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、半導体集積回路を製造するためのＣＶＤ装置やアニール装置として使用される急速加熱熱処理（Rapid Thermal Process）装置の構成を示す図である。図１に示されるように、急速加熱熱処理装置はハロゲンランプを含む加熱源１と、加熱処理の対象とされるウェーハ３を支持するガードリング５と、ボトムプレート８に取り付けられた石英ロッド７と、石英ロッド７で検出されたウェーハ３からの放射光を伝送する光ファイバ９と、光ファイバに接続された放射温度計１１とを備える。
【０００３】
上記のような構成を有する急速加熱熱処理装置は、装着されたウェーハ３を上記ハロゲンランプからの放射光により、室温から例えば１００℃／ｓｅｃの速さで、例えば１０００℃まで加熱する。
【０００４】
また、上記放射温度計１１は、ウェーハ３から放射された光を石英ロッド７で検出し、該検出された光に応じてウェーハ３の温度を検出する。
【０００５】
しかしながら、上記のような構成を有する急速加熱熱処理装置においては、ウェーハ３の温度は石英ロッド７で検出された光に応じて計測されるため、図１に示されるように加熱源１から放射された光の一部からなる迷光１０がウェーハ３とボトムプレート８との間を多重反射して石英ロッド７に入射されると、ウェーハ３から放射された光以外の光をも検出することになるため、正確にウェーハ３の温度を計測することができないという問題がある。
【０００６】
なお、上記のような迷光においては、その多重反射が生じる範囲は不確定であるため、正確な放射率の補正式を作ることもできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述の問題を解消するためになされたもので、精度の高い温度測定を実現する熱処理装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記光吸収手段は、前記半導体基板までの最近接距離が前記温度測定手段における前記半導体基板までの最近接距離より短いと共に、所定の溝を有する突設体からなることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【０００９】
また、上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記温度測定手段は石英ロッドを有し、前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、前記空腔の開口半径は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をｓｉｎθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をＤとしたとき、Ｄｔａｎθ以上の値とされることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【００１０】
また、上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記温度測定手段は石英ロッドを有し、前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をｓｉｎθとし、前記空腔の前記半導体基板からの距離をＤとしたとき、前記温度測定手段からＤｔａｎθの２ｎ倍（ｎは自然数）の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【００１１】
また、上記の目的は、半導体基板を熱処理する半導体基板熱処理装置であって、前記半導体基板の一方の面に光を照射して前記半導体基板を加熱する加熱手段と、前記半導体基板の他方の面との間で反射キャビティを形成するよう前記半導体基板に対向して配設された反射プレートと、前記反射プレートに設けられ、前記加熱手段により加熱された前記半導体基板から放射される光を取り込むことによって前記半導体基板の温度を測定する温度測定手段と、前記温度測定手段に対して周設され、前記反射キャビティ内に生じた乱反射光を吸収する光吸収手段とを備え、前記温度測定手段は石英ロッドを有し、前記光吸収手段は、内面が黒色の空腔からなり、前記空腔は、前記石英ロッドの臨界角をθとし、前記温度測定手段が前記光を取り込むときにおける真空中での開口数をｓｉｎθとし、前記温度測定手段における前記光の取り込み口の半径をｒとしたとき、前記半導体基板からｒ／ｔａｎθ以下の距離だけ離れた位置に配設されることを特徴とする半導体基板熱処理装置を提供することにより達成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下において、本発明の実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
［実施の形態１］
図２は、本発明の実施の形態１に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。図２に示されるように、本実施の形態１に係る急速加熱熱処理装置は、ハロゲンランプ１４に供給する電力を調整するハロゲンランプハウス１３と、ハロゲンランプ１４と、ウェーハ３を熱処理するチャンバ２０と、放射温度計１１とを備える。なお、ウェーハ３を加熱する手段として、上記のようなランプの代わりに、抵抗へ電流を流すことによる発熱を利用する抵抗加熱源を備えることとしても良い。
【００１３】
ここで、チャンパ２０はウェーハ３を支持すると共にＳｉＣからなるガードリング５と、ウェーハ３が装着されたガードリング５を回転させるためのベアリング１５と、ボトムプレート８と、ボトムプレート８に具設されると共にウェーハ３から放射された光を検出する石英ロッド７と、ボトムプレート８を冷却するための水冷部１９と、ボトムプレート８に埋設された空腔１７とを含む。なお、上記石英ロッド７は放射温度計１１に光ファイバ９により接続され、上記チャンバ２０の内部は真空状態とされる。
【００１４】
上記のように、本発明の実施の形態１に係る急速加熱熱処理装置においては、石英ロッド７の周辺に空腔１７を設け、あらゆる隙間からウェーハ３とボトムプレート８との間で多重反射しつつ石英ロッド７へ向かって侵入する迷光１０を吸収させる。すなわち、ウェーハ３の正確な温度を測定するためには、石英ロッド７には上記のようにウェーハ３から放射される光だけが入射されることが望ましい。従って、上記のような空腔１７によりハロゲンランプ１４から放射された光などに起因する迷光１０を吸収させることによって、ウェーハ３の温度測定の精度を向上させることができる。
【００１５】
そして、上記のような構成を有する急速加熱熱処理装置においては、測定されたウェーハ３の温度に応じてハロゲンランプハウス１３がハロゲンランプ１４へ供給する電力を調整し、ウェーハ３に対する加熱の度合いを制御するため、上記のようにウェーハ３に対する温度測定の精度が高められることにより、急速加熱熱処理装置における該熱処理の温度に関する精度を向上させることができる。
【００１６】
以下において、上記空腔１７についてより詳しく説明する。図３は、図１に示された空腔１７の構成を示す図である。図３に示されるように、空腔１７の内曲面１８ａは黒色硬質アルマイト処理がなされ、溝面１８ｂは研磨処理がなされる。なお、ボトムプレート８の面２１は研磨される。
【００１７】
また、図３においてｒは石英ロッド７の半径を示し、θは石英ロッド７の臨界角（石英ロッド７の開口数がｓｉｎθ）、Ｄはウェーハ３とボトムプレート８との距離、Ｒは石英ロッド７と空腔１７との中心間距離、Ｌは空腔１７の開口部の幅（開口幅）をそれぞれ示す。
【００１８】
なお、上記のような空腔１７は、図４に示されるように石英ロッド７の周囲に点在させても良いし、断面が図２及び図３に示されるような形状を有し、図５に示されるように石英ロッド７を囲むようなドーナツ型のものとしても良い。
【００１９】
上記において、該迷光１０の吸収を有効なものとするためには、まず距離Ｄが石英ロッド７の半径ｒと上記θとにより求められるｒ／ｔａｎθ以下の値とされる。そして次に、Ｒは図３に示されたｒ’の自然数倍、すなわちｎを自然数とするときｎ・ｒ’（＝ｎ・Ｄ・ｔａｎθ）により求められる値とされる。なお、Ｒは（ｒ＋Ｌ／２）より大きな値とされる。そしてさらに、上記Ｌは２Ｄｔａｎθ以上の値とされる。
【００２０】
また、上記においてＬを２Ｄｔａｎθより大きな値とすれば、Ｒの値によらず多重反射により侵入する迷光１０を空腔１７内に吸収することができる。なお、Ｌを２Ｄｔａｎθの値とするときには、Ｒは上記のようにｎ・Ｄ・ｔａｎθにより求められる値とするのが最も有効である。ここで、ｎが小さいほど、すなわち空腔１７が石英ロッド７に近い位置に配設されるほど、石英ロッド７の採光による温度測定の精度を高めることができる。
【００２１】
以上より、本発明の実施の形態１に係る急速加熱熱処理装置によれば、石英ロッド７へ入射する一種のノイズとしての迷光が、入射前に空腔１７により吸収されるため、放射温度計１１による温度測定の精度を高めることができる。
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。図６に示されるように、本実施の形態２に係る急速加熱熱処理装置は、上記実施の形態１に係る急速加熱熱処理装置と同様に、ランプあるいは抵抗などを含む加熱源１と、ウェーハ３を支持するガードリング５と、ボトムプレート１２と、ボトムプレート１２に具設された石英ロッド７と、放射温度計１１と、石英ロッド７と放射温度計１１とを接続する光ファイバ９とを備える。
【００２２】
そして、本実施の形態２に係る急速加熱熱処理装置においては、ボトムプレート１２における石英ロッド７の周辺に、所定の開口幅と深さを有する溝２２が形成される。ここで、溝２２の開口幅と位置は、上記実施の形態１における空腔１７と同様に決定される。
【００２３】
すなわち、溝２２の開口幅を図３における２Ｄｔａｎθより大きな値とする場合には、溝２２が形成される位置によらず多重反射により侵入する迷光１０を溝２２内に閉じ込めることができる。なお、該開口幅を上記２Ｄｔａｎθの値とするときには、溝２２を石英ロッド７からｎ・Ｄ・ｔａｎθだけ離れた位置に形成するのが最も有効である。ここで、ｎが小さいほど、すなわち溝２２が石英ロッド７に近い位置に形成されるほど、石英ロッド７の採光による温度測定の精度を高めることができ、溝２２の深さは深いほど迷光１０を確実に閉じ込めることができる。
【００２４】
また、上記溝２２の代わりに、図７（ａ）に示された凹部２３を設けても良い。ここで、凹部２３は黒色アルマイト処理された内曲面１８ａを有する空腔と、該空腔の上部における反射率を高めるためのアルミウム反射板２７とにより構成され、空腔に導かれた迷光が効果的に吸収される。
【００２５】
また、上記溝２２の代わりに、図７に示されたＶ字型の溝２９をボトムプレートに形成することとしても良い。なお上記における溝２２及び溝２９は、加工が容易であるというメリットがある。
［実施の形態３］
図８は、本発明の実施の形態３に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。図８に示されるように、本実施の形態３に係る急速加熱熱処理装置は、図６に示された実施の形態２に係る急速加熱熱処理装置と同様な構成を有するが、ボトムプレート３０に溝３２が形成された土手状の突設体３１が、石英ロッド７の周辺に設けられる点で相違するものである。ここで、図８に示されるように、突設体３１とウェーハ３との最近接距離をＤ１、ガードリング５とボトムプレート３０との最近接距離をＤ２とすれば、Ｄ１はＤ２より小さな値とされる。
【００２６】
上記のような構成によれば、突設体３１を設けることにより、図３に示された距離Ｄを実質的に小さくすることができるため、２Ｄｔａｎθにより算出される開口部の幅Ｌの下限もより小さな値とすることができる。従って、図８に示されるように、該突設体３１に該下限以上の幅を有する溝３２を形成することによって、図３に示された実施の形態１に係る空腔１７と同様な効果を得ることができる。なお、上記溝３２の深さは深いほど迷光１０の閉じ込めに有効であることは、上記溝２２と同様である。また、上記のような構造を有する突設体３１は、石英ロッド７の周辺のみならず、ガードリング５の下部に形成しても有効である。
【００２７】
以上より、溝３２を有する突設体３１が形成された本実施の形態３に係る急速加熱熱処理装置は、上記実施の形態１及び２に係る急速加熱熱処理装置と同様な効果を奏するが、さらに該突設体３１は図３に示された空腔１７に比して、ボトムプレート３０において形成し易いというメリットがある。
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る半導体基板熱処理装置によれば、温度測定手段に入射する乱反射光を事前に光吸収手段によって吸収し、または、該乱反射光の反射を抑制することにより、該乱反射光の温度測定手段への入射を回避して温度測定手段による半導体基板に対する温度測定の精度を高め、温度に関して精度の高い半導体基板に対する熱処理を実行することができる。
【００２８】
そして、上記光吸収手段を例えば黒体を構成する空腔からなるものとすれば、乱反射光を効果的に吸収することができる。また、上記光吸収手段を所定の開口半径と深さを有する溝からなるものとすることによっても、該溝に上記乱反射光を閉じ込めることにより該乱反射光の温度測定手段への入射を回避することができるため、温度測定手段による温度測定の精度を高め、精度の高い熱処理を半導体基板に対して施すことができる。
【００２９】
また、上記光吸収手段を、半導体基板までの最近接距離が温度測定手段における半導体基板までの最近接距離より短いと共に、所定の溝を有する突設体からなるものとすれば、上記乱反射光を効果的に閉じ込めることができると共に、製造がし易い半導体基板熱処理装置を得ることができるため、さらに製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の急速加熱熱処理（Rapid Thermal Process）装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。
【図３】図２に示された空腔の構成を示す図である。
【図４】図２に示された空腔の配置を示す第一の平面図である。
【図５】図２に示された空腔の配置を示す第二の平面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。
【図７】図６に示された溝における他の構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る急速加熱熱処理装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  加熱源
３  ウェーハ
５  ガードリング
７  石英ロッド
８，１２，３０  ボトムプレート
９  光ファイバ
１０  迷光
１１  放射温度計
１３  ハロゲンランプハウス
１４  ハロゲンランプ
１５  ベアリング
１７  空腔
１８ａ  内曲面
１８ｂ  溝面
１９  水冷部
２０  チャンバ
２１  面
２２，２９，３２  溝
２３  凹部
２７  アルミニウム
３１  突設体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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