(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体加工室における加工操作によって基板を加工する方法において、
反応室内の保持器の上に基板を支持するステップ、
非接触式温度センサを使用して前記基板近くの温度を検知するステップ、
加工操作における温度上昇中及び加工操作における定常状態中に前記非接触式温度センサによって検知された温度に応答し、接触式温度センサによって検知される前記加工室内の前記基板の温度に応答しない少なくとも１つの温度制御装置を使用して、前記加工室の温度を制御するステップ、
前記接触式温度センサを使用して、前記加工操作における前記定常状態中での前記加工室内の前記基板温度を検知するステップ、
前記接触式温度センサを使用した前記検知とほぼ同時に、前記非接触式温度センサによって前記加工操作における前記定常状態中の基板温度を検知するステップ、
前記接触式温度センサによって検知した温度を前記非接触式温度センサによって検知した温度と比較するステップ、および
前記比較に基づく前記非接触式温度センサの検知温度に対する前記温度制御装置の応答を調節するステップを含み、
前記調節するステップは、前記加工操作の後に実施される加工室の温度制御方法。
【請求項２】
前記制御ステップがＰＩＤ制御装置による制御を含む請求項１に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項３】
前記非接触式温度センサが放射温度計を含む請求項１に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項４】
前記接触式温度センサが熱電対を含む請求項１に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項５】
前記非接触式温度センサによる前記検知ステップが、複数の前記非接触式温度センサを利用して前記加工操作における前記定常状態での前記基板温度を検知することを含む請求項１に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項６】
各非接触式センサに対して１つの接触式温度センサが使用される請求項５に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項７】
前記非接触式温度センサと前記接触式温度センサとを有する各対が、個別の温度制御装置によって制御される請求項６に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項８】
前記加工操作は、化学蒸着を含む請求項１に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項９】
加工室において基板を加工する方法において、
前記加工室の中にウェハを置くこと、
非接触式温度センサからの温度測定値に応答する温度制御装置によって前記基板の温度を上昇させること、
前記ウェハを加工する間の加工操作における定常状態中に接触式温度センサにより測定される温度測定値を参照して、前記非接触式温度センサから受け取った温度に対する前記温度制御装置の応答を前記加工操作の後に調節すること、および
前記ウェハを加工する間の加工操作における温度上昇中及び加工操作における定常状態中に前記非接触式温度センサによって検知された温度に応答し、前記接触式温度センサによって検知される前記加工室内の前記基板の温度に応答しない前記温度制御装置で前記加工室の温度を制御すること、を含む加工室の温度制御方法。
【請求項１０】
温度上昇中に取得される前記接触式温度センサからの温度測定値を参照せずに調節が行われる請求項９に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項１１】
前記ウェハを加工することはエピタキシャル付着を含み、前記ウェハの温度は目標温度の約４℃以内で変化する請求項９に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項１２】
前記ウェハを加工することはポリシリコン付着を含み、前記ウェハの温度は目標温度の約１℃以内で変化する請求項９に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項１３】
前記ウェハを加工することはドーパント活性化を含み、前記ウェハの温度は目標温度の約５０℃以内で変化する請求項９に記載の加工室の温度制御方法。
【請求項１４】
加工室と、
前記加工室内の基板支持体と、
前記加工室内の基板を加熱するために配置された少なくとも１つの加熱素子と、
加工の温度上昇中及び加工の定常状態中に前記加工室内に支持されている前記基板の温度を測定するために配置された非接触式温度センサと、
前記加工室内に支持された前記基板に熱的に結合されるべき接触式温度センサと、
前記基板の温度を制御するために前記少なくとも１つの加熱素子及び前記非接触式温度センサに接続され、更に、前記非接触式温度センサの応答を加工操作の後に調節するために、前記加工における前記定常状態中に前記接触式センサにより取得される温度読み取りと関連付けられた温度制御装置とを含み、
前記温度制御装置は、前記加工における前記温度上昇中及び前記加工における前記定常状態中に前記非接触式温度センサからの読み取りに応答し、前記接触式センサからの読み取り温度への前記温度制御装置の応答を調節しない前記少なくとも１つの加熱素子を制御するように構成される、半導体加工装置。
【請求項１５】
前記加工室は、化学蒸着のために構成された室を含む請求項１４に記載の半導体加工装置。
【請求項１６】
加工室内の非接触式センサを較正する方法であって、
接触式センサを使用して、工程の定常状態における前記加工室内の対象物の温度を測定すること、
前記加工における前記温度上昇中及び前記加工における前記定常状態中に前記非接触式センサを使用して前記対象物の温度を測定すること、
前記加工における前記定常状態中に取得される前記接触式センサからの測定値を前記加工における前記定常状態中に取得される前記非接触式センサからの測定値と比較すること、
前記対象物に対する現行の加工レシピの反復を行った後に、前記比較に基づいて前記非接触式センサの測定値に対する温度制御装置の応答を調節すること、
および
前記加工における前記温度上昇中及び前記加工における前記定常状態中に前記非接触式センサからの読み取りに応答し、前記接触式センサからの読み取りに応答しない前記温度制御装置で前記加熱素子を制御すること、を含むセンサ較正方法。
【請求項１７】
前記の調節が、前記非接触式センサからの読み取りデータの調節によって行われる請求項１６に記載のセンサ較正方法。
【請求項１８】
一連の温度サイクルにおいて複数の被加工物を加工する方法であって、少なくとも１つの温度サイクルは、
少なくとも１つの基板を加工室に装荷すること、
前記温度サイクル中にわたって放射温度計からの信号に応答し、熱電対からの信号に応答しない温度制御装置により前記基板の温度を制御すること、
同時に取得される前記放射温度計からの信号と前記熱電対からの信号とを比較することにより前記放射温度計を較正し、比較された前記信号は、上昇した処理温度において取得されること、
前記基板を上昇した温度において加工すること、および
前記基板を前記加工室から取り出し、前記較正は、前記加工及び取り出しの後に行われることを含む加工方法。
【請求項１９】
前記温度制御装置で前記基板の温度を制御する第１の工程は、温度上昇を含み、前記放射温度計からの前記信号は、比較されない請求項１８に記載の加工方法。
【請求項２０】
前記較正のために比較される信号は、設定値プラトー部の温度において取得される請求項１８に記載の加工方法。
【請求項２１】
前記基板を加工することは、化学蒸着を行うことを含む請求項１８に記載の加工方法。
【請求項２２】
前記放射温度計は複数の放射温度計を含み、前記熱電対は対応する複数の熱電対を含む請求項１８に記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体加工反応器などの加工室における温度制御方法、半導体加工装置及びセンサ較正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板上の集積回路などの細密寸法構造を作り出すために、反応器とよばれる高温炉が使用されている。シリコンウェハなどの数個の基板を反応器内部のウェハ支持台の上に置く。ウェハと支持台の両方を望みの温度にまで加熱する。典型的なウェハ加工ステップでは、加熱されたウェハに反応性ガスを通過させて、ウェハ上に反応性物質の薄い層を化学蒸着（ＣＶＤ）させる。単一のウェハ上における一連のこのような加工ステップをレシピ（ｒｅｃｉｐｅ）と呼ぶ。蒸着された層が下にあるシリコンウェハと同じ結晶学的構造を有する場合には、これをエピタキシアル層と呼ぶ。これはまた１つの結晶構造しか持たないので、単結晶層と呼ぶこともある。連続する蒸着、ドーピング、リソグラフィ、エッチング、およびその他の工程を通じて、これらの層は集積回路に作られ、ウェハの寸法および回路の複雑性に応じて１０〜１０００、または数百万にも達する集積装置を製造する。
【０００３】
結果として得られる高品質を保証するために、さまざまな工程パラメータが注意深く制御される。このようなクリティカルパラメータの１つは、各レシピステップ中のウェハ温度である。例えばＣＶＤ中に、蒸着ガスは特定の温度領域内で反応してウェハの上に蒸着する。温度が異なると、蒸着率も異なる。したがって、ウェハ温度を正確に制御して加工を始める前にウェハを望みの温度にすることが重要である。
【０００４】
ＣＶＤ加工反応器の処理能力に決定的に影響する１つの要因は、ウェハ温度上昇速度である。このような温度の上昇は所定のレシピ中においていくつかの時点で必要となる可能性がある。例えば、低温のウェハを適切な加工温度にまで加熱しなければならない。また、異なる処理ステップのためにレシピ中、異なる加工温度が必要な場合もある。レシピの最後では、ウェハは通常はウェハ取扱い装置が許容できるレベルにまで冷却される。加熱ステップと冷却ステップは加工時間の大きなパーセンテージを占める可能性があり、反応器の処理能力を制限する可能性がある。定常状態温度間の時間は本質的に、反応器の処理能力を増加するように最小限に減らすべき時間である。
【０００５】
ウェハ温度がある定常状態から他の定常状態へ変化することのできる速度は、反応器の上昇速度に依存する。反応器の上昇速度は、温度制御装置の形式、温度センサ、エネルギー源、およびその他の工程上の考慮状況に依存する。熱電対は温度を測定するための一種の装置であり、ここでは一対の異種金属（例えば銅と鉄）の導線が接合されて、導線の自由端は、２つの金属の接合部において作り出される電位の差を測定する計器（例えば電圧計）に連結されている。熱電対を使用してウェハ温度を測定するときは、熱電対の熱量は温度変化への応答時間を制限する。したがって上昇中は、熱電対の測定はウェハ温度に有意に遅れる。熱電対を使用する反応器は一般的に、加熱機構が取り扱う速度よりも低い上昇速度で操作されて、ウェハと熱電対との間の温度差を制限する。熱電対の温度がウェハ温度に追いついた時間にウェハが有意にさらに高い温度になっているほど上昇速度が高過ぎる場合には、温度制御装置は、ウェハ温度が目標温度を過ぎた後に反応する。
【０００６】
光放射温度計は、ウェハによって放出される光の量を測定することによってウェハ温度を決定する。光放射温度計は熱電対よりも速く温度変化に反応し、したがってウェハ温度に有意に遅れることはない。したがって、ウェハ温度の変化に急速に応答するための温度制御装置センサ素子として、光放射温度計を使用することができる。急速な応答時間は、目標温度を過ぎることなくより高い上昇速度を可能にし、定常状態温度間の無駄な時間を最小限にすることができる。上昇速度の向上は反応器の処理能力を有意に増加することができる。
【０００７】
光放射温度計は熱電対よりも優れた応答時間の利点を実証するが、放射温度計は較正の読みについては精度が劣る。なかでも、ウェハの放射率はさまざまな温度において、また表面におけるさまざまな構造によって変化するので、温度範囲全体における、および集積回路加工工程のさまざまなステップにおける正確な較正はむずかしく、これを正確に達成することは困難である。さらにまた、放射温度計の計装自体は時間によって読みが変わる傾向があるが、他はすべて同じである。
【０００８】
放射率の差およびドリフトの両方には、熱電対などのより正確な温度測定装置による放射温度計の初期および定期的較正を要する。一般的には、この目的のために計装したまたは犠牲のサンプルウェハが利用される。計装したウェハ自体は高価であるばかりでなく、較正サイクルのために必要な停止時間が反応器の停止時間とウェハ処理能力の低下に反映し、したがって生産コストが高くなる。
【０００９】
米国特許第４８５４７２７号（’７２７特許）は、半導体ウェハ温度測定素子の放射率特性を較正するための例示的な方法を開示している。’７２７特許は、同様なウェハのバッチを加工する前に、ウェハ中心近くのサセプタの内部で測定された温度を、サンプルウェハを使用して輻射放射温度計によって測定された温度と比較することを開示している。バッチにおけるウェハのための温度測定は、サンプルウェハを使用してとられた測定値を参照して訂正される。
【００１０】
したがって、熱電対の緩慢な応答時間および光放射温度計に関連する不正確さと較正のための停止時間をなくする、ウェハ温度を制御するための機器と方法が必要である。しかしながら、従来技術ではそのような要件を満たした機器と方法が存在しない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、熱電対の緩慢な応答時間および光放射温度計に関連する不正確さと較正のための停止時間をなくする、ウェハ温度を制御するための加工室の温度制御方法、半導体加工装置及びセンサ較正方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、以下に説明する温度制御装置によって達成される。
【００１３】
ＣＶＤ反応器温度制御装置は、反応器の処理能力を増加するために放射温度計などの非接触センサを使用する。素子の加熱に依存する熱電対などのセンサは、放射温度計のドリフトを調節するために放射温度計と共に使用される。放射温度計の読みは、レシピの定常状態の間に放射温度計の測定値と熱電対の測定値とを比較することによって調節される。両測定値間の差の変化はドリフトの変化を示すものである。制御装置は、放射温度計からの読みを受け取るとドリフトを補償する。ウェハが反応器から除去されると放射温度計の測定値は調節され、温度測定値におけるいかなる不意の変化も防止し、それからレシピが達成される。したがって調節は停止時間を全く生じさせない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態について、以下に図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、石英反応室１２を含む例示的なＣＶＤ反応器１０を図示する。反応室１２の外側には複数の放射熱源が支持されて、反応室１２に熱エネルギーを提供し、石英室の壁によってかなりの熱が吸収されることはない。好ましい実施形態は半導体ウェハを加工するための「冷壁」ＣＶＤ反応器に関連して説明されるが、ここに説明する加工方法は別の反応器形式に関する効用を有する。特に、当業者は、ここに説明する方法を、半導体基板が制御された温度で処理されるべき他の加工設備のために適用することを見出すことができる。さらに、当業者は、誘導過熱または抵抗過熱を使用するような他の加熱／冷却システムと共に本発明を実行することもできる。さらにまた、正確な温度制御は、ガラスまたはその他の基板の上に光学薄膜を付着させることを含め、これに限定されることなく他の基板処理においても必要になることが多い。
【００１６】
図示した放射熱源は、細長い管形式の放射加熱素子１３の上部加熱アセンブリを含む。上部加熱素子は、離間されて互いに平行に、また下にある反応室１２を通る反応性ガスの流路ともほぼ平行に配置されることが好ましい。下部加熱アセンブリは、上部加熱アセンブリ１３を横切って配列されていることが好ましい反応室１２の下の同様な細長い管形式の放射加熱素子１４を含む。これに加えて、複数のスポットランプ１５がウェハ支持構造物の下側へ集中熱を供給して、反応室１２の底を通って拡がる冷たい支持構造物によって作り出されるヒートシンク効果を打ち消す。
【００１７】
放射熱の一部分が、上部加熱ランプと下部加熱ランプ１３、１４のそれぞれ上と下の粗い鏡状の反射板によって、室１２の内部に乱反射されることが望ましい。加熱アセンブリが、加熱素子からの放射エネルギーを集束するために彎曲した集束反射器を含むことがある配置も存在する。例えば、上部加熱室における周辺加熱素子からエネルギーは下向きに温度補償リングの上に集束され、ウェハ縁部における周辺熱損失を補償するが、中央加熱素子はウェハを拡散的に加熱する。Ｒｏｂｉｎｓｏｎに特許付与された米国特許第４９７５５６１号は、このような放射熱集束素子を開示している。その他の反射器を反応室１２の外側に配置することができる。
【００１８】
細長い管形式の加熱素子１３、１４の各々は、ヨウ素などのハロゲンガスを入れた透明な石英エンベロープを有する高輝度タングステンフィラメントランプであることが好ましい。このようなランプは、顕著な吸収はなくて反応室１２の壁を通過する全スペクトル放射熱エネルギーを発生する。半導体加工設備の技術においては周知のように、さまざまなランプ１３、１４、１５の出力を、温度制御システムに関してさらに詳細に説明するように、温度センサに応答して個別にまたはグループ化ゾーンで制御することができる。
【００１９】
図示された反応器１０では、上部加熱アセンブリは、最大出力６ｋＷの上部加熱素子１３を９個含む。下部加熱アセンブリは、最大出力６ｋＷの下部加熱ランプ１４を８個、ならびに最大出力１ｋＷのスポットランプ１５を４個含む。したがって、図示した単一ウェハ加工反応器１０の最大出力は約１０６ｋＷである。その他の反応器がこれより高いか低い出力容量を有することもあることは理解されよう。特にバッチ加工器は通常、複数のウェハの塊を同時に加熱するためにかなり大きな容量を有する。
【００２０】
ウェハ１６は、ウェハ支持構造物１８上における反応室１２の内部に支持された状態で示されている。図示された支持構造物１８は、ウェハ１６を上に載せるウェハ保持器２０と、支持スパイダ２２とを含む。スパイダ２２は、室１２の下壁から垂下している管２６を通じて下向きに延びている軸２４に取り付けられている。
【００２１】
放射温度計などの非接触温度センサ２１は、反応室１２の近くに支持されて、ウェハ支持構造物１８上における反応室１２の内部に置かれたウェハ１６の温度を監視する。放射温度計２１は、反応室加熱素子１３、１４、１５の動作を制御する温度制御装置（図２）に結合されている。熱電対２８が、室１２の下壁から垂下している管２６の内部に置かれている。
【００２２】
図２は、温度制御装置８０、放射温度計２１、熱電対２８、および加熱素子１３、１４、１５の配置を図示する。温度制御装置８０は、操作者または主要制御ユニットからの命令に応じて反応器１０の温度を制御するように構成された回路であることが好ましい。温度制御装置８０は放射温度計２１からの温度の読みに反応する。ある代替実施形態では、温度制御装置８０は、レシピの第１部分の間に放射温度計２１からの温度の読みに反応し、レシピの第２部分の間に熱電対２８からの温度の読みに反応する。熱電対２８の読みは、後で論ずるように放射温度計２１を定期的に較正するために温度制御装置８０によって使用される。
【００２３】
温度制御装置８０は、放射温度計２１の読みを使用してウェハ１６の温度を推定する。放射温度計２１からの読みに応答して、温度制御装置は所望のウェハ温度を提供するように加熱素子１３、１４、１５を調節する。上向き上昇中（すなわち低い温度から高い温度へ）は、放射温度計からの温度の読みが所望の上昇最高値を超過すると、温度制御装置８０は加熱素子１３、１４、１５の出力を低下させる。
【００２４】
レシピステップのためにウェハを準備するため、技師は「設定値」（すなわち、ウェハ１６が理想的にたどる温度−時間曲線）を選択する。設定値は一般に、加工が行われるべき安定時間において平坦な温度のプラトー部（ｐｌａｔｅａｕ）を含む。このようなプラトー部をここでは「設定点処理温度」と呼ぶ。コンピュータのソフトウェアまたは技師が、温度曲線の勾配を調節するために温度制御装置のパラメータを選択して、システムを効率的に所望の処理温度に達するようにクリティカルに調節する。例えば、設定値は第１温度、第２温度、および第２温度における残りの持続時間を含むことができる。温度制御装置のＰ、Ｉ、およびＤ変数を設定することによって設定点にしたがって温度を制御するために使用されるものとして、ＰＩＤ制御装置が周知である。温度制御装置は、放射温度計の読みを使用して加熱素子を制御し、設定点と測定値との間の温度差を減らす。
【００２５】
図３（ａ）を参照すると、温度制御装置の温度センサとして熱電対を使用する例示的な温度の上昇と処理が図示されている。設定点、ウェハ、および熱電対の温度−時間曲線が示されている。ここで認識できるように、熱電対の読みの遅れが原因で、ウェハ温度は設定点から大きく隔たっている。熱電対の温度がプラトー部の温度に達すると、ウェハ温度は熱電対の読みを大きく超過する。ウェハ１６は、熱電対が安定した平行な温度に達するかなり前に、安定温度または設定点の近くに達する。ウェハ温度が処理用の所望のレベルに確実にあるように、処理の開始時点は一般的に、ウェハ温度が同じ安定温度に達することができるように、熱電対温度が所望のレベルに達した時点から遅延される。
【００２６】
図３（ｂ）は、温度制御装置のセンサとして放射温度計が使用されるときの例示的な温度の上昇と処理を示す。設定点、ウェハ、および放射温度計の温度−時間曲線が示されている。ウェハ温度は、放射温度計の読みとウェハ温度との間の遅れを除去した結果として、設定点に近接して追随している。ウェハ温度はほとんど設定点と共に処理温度における定常レベルに到達する。したがって、処理開始時点は実質的に促進される。図３（ｂ）から認識できるように、温度制御装置のセンサとして放射温度計を使用することは、ウェハ温度を望みの処理レベルに上昇させるために必要な時間を大幅に短縮する。したがって、放射温度計を使用することにより、処理能力が向上する。
【００２７】
温度制御システムでは、熱電対は、温度が検知されるべき物品と接触して置かれることが多いので、接触式センサと呼ばれることもある。しかし、これは物品から僅かに間隔を置いて位置付けられる。もちろん熱電対は、測定されるべき物品との熱伝達によって温度を検知する。この形式のセンサは本明細書では接触式センサと呼ぶべきであるが、ここで使用されるものとしての用語は、検知されるべき物品の近くに位置するが実際には接触していない熱電対を含む意図がある。さらに「接触式センサ」は、たとえ熱電対でなくても熱伝達によって動作する温度センサを含む意図がある。
【００２８】
対照的に、放射温度計は、通常は検知される物品からかなり間隔を置いており、ウェハによって放出される放射熱を測定するので、非接触式センサと呼ばれることが多い。本明細書の目的では、非接触センサは放射温度計のみならず、温度を遠隔的に検知することができる他のセンサも含むものとする。
【００２９】
図３（ａ）、図３（ｂ）は実際のデータを反映するものであるが、このグラフは、上昇の大きさ（温度差）または方向（加熱または冷却）に関係なく、設定点、ウェハ、熱電対、および放射温度計の曲線の概括的関係を示していることは理解されよう。
【００３０】
本出願の意味における用語「処理」は、安定した制御された温度で行われるべきあらゆるステップまたはステップのセットを指すものである。温度レベルに関する用語「安定」、「制御された」または「定常状態」は処理に依存し、しばしば温度範囲を指すことができることは、当業者には理解されよう。例えば、エピタキシャル付着処理は目標温度の約３〜４℃以内で十分に行うことができる。他方、ポリシリコン付着は約１℃以内で安定すべきである。注入活性化は、目標温度から２０〜５０℃の範囲内またはそれ以上の偏差でも十分に実施することができる。半導体加工の当業者は、所定の各処理のために所望の温度安定度を決定することができる。
【００３１】
安定温度における処理は用語「レシピ」と対照されるべきであり、「レシピ」はここで使用されるように、ウェハまたはウェハのバッチを反応器室の中に装荷することからウェハまたはバッチの取出しまでのすべての設定点および手順および関連手順のすべてを含む。一般の場合を仮説ＣＶＤ処理に関して論ずるが、処理は多くの異なるレシピのいずれかにおける、安定した制御された温度を必要とするステップであってもよいことは理解されよう。例えば、処理は簡単に元の不活性環境（例えばＨ2ガス）における焼きなましから成ることができ、この場合に、ウェハ１６は所定の期間にわたって望みの温度で安定でなければならない。このような場合には、処理の開始は反応性ガスの導入によっては定義されず、焼きなましのために予め決定された期間のタイミングを技師が開始する時点によってのみ定義される。
【００３２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）のデータは、上昇期間中のウェハ温度を直接測定するために任意の適当な方式で作られた計装されたウェハ（図示せず）を使用して得られたもので、同時にもちろん熱電対の温度と放射温度計の温度が直接測定された。計装されたウェハは一般に周知であり、過去においては低温でさまざまな較正ステップのために使用されてきた。例えば、制御装置への入力のための温度オフセットは、低温の定常状態においてウェハ１６と様々な熱電対２８との間の温度差を直接測定することによって得ることができる。
【００３３】
しかしながらこのような計装されたウェハは、約１０５０℃以上の温度では使用することができない。さらにまた、これらは、集積回路またはその他の構造が基板の上に作り出されるときの実際の生産中には使用することができない。加工中は、制御装置は熱電対の設定点と温度とを知るだけである。加工中、実際のウェハの温度は直接測定されることはない。
【００３４】
したがって、温度上昇の終端は通常は、１つまたは複数の遠隔温度センサ（例えば熱電対）がこれらの温度が安定したことを示す時点によって定義されてきた。反応器制御コンピュータまたは技師のいずれかが、熱電対をこれらが安定温度に達するまで監視した。この時点で望みの処理を始めることができた。
【００３５】
放射温度計の読みの補償は、熱電対２８からの測定値を放射温度計２１からの測定値と比較することによって達成される。温度の読みは反応器１０の同じ区域から、またほぼ同じ時点において取るべきである。異なる区域からの読みは計器の性能に関する信頼できる情報を提供しないことがある。異なる時点からの読みもやはり比較のための信頼できる情報を提供しないことがある。熱電対は正確な測定値を提供する前に定常状態を必要とする熱量を有するので、熱電対の温度の読みは一般に、これが監視する対象物の温度から遅れる。熱電対２８の温度が絶えず変化しているときは、測定値が対象物の温度の正確な反映であったときを決定するのは困難である。したがって、熱電対の温度は通常は、対象物の温度がある期間にわたって変化しないときに周辺温度の信頼できる指標としてのみ役立つことができる。ウェハ１６の温度は、レシピの定常状態の間は変化しない。レシピの定常状態の間は、熱電対２８の読みは一般にウェハ温度の正確な反映である。さらに、熱電対２８はドリフトまたは放射率変動のいずれかからの影響も受けないので、熱電対の温度は放射温度計２１の温度よりも信頼性の高い温度指標である。より信頼性の高い測定値を使用して、温度制御装置８０は放射温度計の測定値を熱電対の測定値と比較することによって、放射温度計２１によって蒙るドリフトの量を決定することができる。
【００３６】
定常状態の熱電対の測定値と放射温度計の測定値との間には、これら２つのセンサは異なる機構を使用して温度を測定するので常にいくらかの差がある。２つの測定値間の差が変化すると、変化したと思われる一方の測定値はドリフトに影響された放射温度計の読みである。したがって、読みの現行の差を以前の読みの差と比較することによって、ドリフトの量を推定することができる。温度制御装置は、両読み間の差の変化量から導かれた係数によって放射温度計２１からの読みを調節する。放射温度計の読みの調節は、即時変化が望ましからぬウェハ温度のジャンプを招くことがあるので即時ではない。そうではなく、調節は個別ウェハの加工の合間に行われる。ドリフトは、一般に多くのウェハを加工した後にのみ大きくなる累積効果であるから、個別ウェハの加工の合間における調節はドリフト調節の効力を損なうことはない。
【００３７】
図４は、反応器１０の温度を制御し、放射温度計のドリフトを調節するために、温度制御装置８０によってとられる工程を示す。制御装置８０は、先に論じたように設定点を選択すること（ステップ１０８）によって開始される。温度制御装置８０のセンサとして放射温度計２１を使用して、設定点上昇を制御する（ステップ１１０）。反応器の温度が従来の技術において一般に必要であった期間だけ所望のレベルにあって、これにより熱電対がウェハ温度に追いつくと、制御装置８０は熱電対の温度を読む（ステップ１１２）。それから制御装置８０は放射温度計の温度を熱電対の温度と比較する（ステップ１１４）。両測定値間の差が変化していた場合には、制御装置は、反応器の温度を制御したときの放射温度計の読みに割り当てられた重みを調節する。放射温度計の読みに対する調節は、先に論じたように反応器の温度の急激な変化を防ぐように、現行のレシピが完了した後に行われる（ステップ１１６）。
【００３８】
図５は、温度制御装置８０のセンサとして放射温度計を使用したときの、レシピの上昇部分におけるウェハ１６、熱伝対２８、放射温度計２１、および設定点の温度を図示する。熱電対２８の温度はウェハ１６と放射温度計２１の両方の温度から遅れている。約５０秒の時点において、温度制御装置８０は設定点にしたがって反応器の温度の上昇を開始する。熱電対の温度だけは約６０秒の時点で上昇を開始する。熱電対の温度は設定点またはウェハの温度のように速くは変化しない。ウェハ１６が時点（１０２）において処理温度に達したときに、熱電対２８はほとんど２０度低い温度にある。一方、放射温度計２１は時点（１０２）においてほとんど設定点にある。図５は、放射温度計の読みが設定点に近いときには制御装置８０によって調節された読みが設定点と同じになるように、放射温度計の読みは制御装置８０によって既に調節されていると想定する。したがって、温度制御装置８０は加熱素子１３、１４、１５を制御して、ウェハに供給される熱を減少し、放射温度計の読みが時点（１０２）のレベルにあるときには設定点に追随する。
【００３９】
時点（１００）において始まるレシピの定常状態部分において、熱電対の温度はウェハの温度に追いつく。熱電対の温度は、時点（１０４）においてウェハの温度の非常に信頼できる指標である。時点（１０４）における熱電対の温度は、放射温度計の温度よりももっと信頼できるウェハ温度の指標である。したがって、時点（１０４）における熱電対の温度が、図４を参照して論じたように温度制御装置に対して放射温度計の読みを較正するために使用される。
【００４０】
図５からさらに認識できるように、放射温度計の温度は、遅れが小さいので熱電対の温度よりも優れた上昇中のウェハ温度の指標として役立つ。ウェハ１６が定常状態の温度にあるときには、熱電対の温度は、熱電対２８がドリフトまたは放射率効果のいずれからも害を受けないので、放射温度計の読みよりも優れたウェハ温度の指標となることもある。したがって、温度制御装置８０を、放射温度計２１を上昇中にセンサとして使用し、熱電対２８をレシピの定常状態中のセンサとして使用するように設定することができる。この方式で、ウェハ温度のより優れた指標がレシピのすべての部分において使用される。温度制御装置のセンサとして放射温度計と熱電対の両方を使用するその他の組合せも、本発明の意図から逸脱することなく使用することができる。
【００４１】
ある代替実施形態では、数個の放射温度計が温度制御装置のセンサとして使用される。複数の放射温度計をウェハの周りに配置して、反応器の内部における温度分布に関する情報を得ることもできる。各放射温度計は、放射温度計が計装されたウェハ部分の近くにある熱電対に接続することもできる。こうして、各放射温度計に接続された熱電対の熱電対温度を使用して、各放射温度計のドリフトを調節する。
【００４２】
本発明をあるいくつかの好ましい実施形態に関して説明したが、本明細書に述べた特色および利点をすべては提供しない実施形態を含めて、当業者には明白である他の実施形態も本発明の範囲内にある。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって定義されるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は、工程全体を通じてウェハ温度を正確に測定することを可能にする。本発明は、放射温度計の欠点をこうむることなく放射温度計の利点を使用する。放射温度計の使用は高い上昇速度によるレシピを可能にし、これによって加工の質を落とすことなく反応器の処理能力を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】例示的な反応室の概略断面図である。
【図２】温度センサと温度制御装置に関連して示すウェハの概略平面図である。
【図３】（ａ）温度制御装置の温度センサとして熱電対を使用した温度上昇のモデルプロット図であり、（ｂ）温度制御装置の温度センサとして放射温度計を使用した温度上昇のモデルプロット図である。
【図４】好ましい方法にしたがって放射温度計を較正するためのステップを全体的に示す流れ図である。
【図５】横軸を時間とし縦軸を温度としてプロットした、好ましい方法にしたがって行われた温度上昇のグラフである。
【符号の説明】
１０  ＣＶＤ反応器
１２  反応室
１３  上部加熱素子（ランプ）
１４  下部加熱素子（ランプ）
１５  スポットランプ
１６  ウェハ
１８  ウェハ支持構造
２０  ウェハ保持器
２１  非接触温度センサ（放射温度計）
２２  支持スパイダ
２８  熱電対
８０  温度制御装置
【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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