DE112011102676B4 - Substratwärmebehandlungsgerät, Temperatursteuerungsverfahren für Substratwärmebehandlungsgerät, Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtung, Temperatursteuerprogramm für Substratwärmebehandlungsgerät und Aufzeichnungsträger - Google Patents

Substratwärmebehandlungsgerät, Temperatursteuerungsverfahren für Substratwärmebehandlungsgerät, Herstellungsverfahren für Halbleitervorrichtung, Temperatursteuerprogramm für Substratwärmebehandlungsgerät und Aufzeichnungsträger Download PDF

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Abstract

Temperatursteuerverfahren für ein Substratwärmebehandlungsgerät (1) mit einem leitenden Erwärmungsbehälter (11), der mit einem Glühfaden (14) ausgerüstet und innerhalb eines evakuierbaren Behandlungsbehälters (3) angeordnet ist, wobei eine Beschleunigungsspannung zwischen dem Glühfaden (14) und dem Erwärmungsbehälter (11) angelegt wird, um von dem Glühfaden (14) erzeugte thermische Elektronen zu beschleunigen, und eine Kollision der beschleunigten thermischen Elektronen mit dem Erwärmungsbehälter (11) zum Erwärmen des Erwärmungsbehälters (11) verursacht wird, und wobei eine Ausheilbehandlung auf einem Substrat (21) durch von dem Erwärmungsbehälter (11) erzeugte Wärme durchgeführt wird, wobei das Temperatursteuerverfahren umfasst:Durchführen eines Vorheizvorgangs zum Erwärmen des Inneren des Behandlungsbehälters (3) auf eine höhere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur des Substrates (21) und über eine längere Zeitdauer als die Ausheilbehandlungszeit, und anschließendes Abkühlen des Inneren des Behandlungsbehälters (3) auf eine niedrigere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur vor dem Befördern des Substrates (21) in den Behandlungsbehälter (3); undBefördern des Substrates (21) in den vorgewärmten Behandlungsbehälter (3) und anschließendes Erhöhen der Temperatur des Behandlungsbehälters (3) auf die Ausheilbehandlungstemperatur zum Durchführen der Ausheilbehandlung.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Die Erfindung betrifft ein Substratwärmebehandlungsgerät, das bei einem Wärmebehandlungsvorgang für eine Halbleitervorrichtung verwendet wird, ein Temperatursteuerverfahren für das Substratwärmebehandlungsgerät, ein Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung desselben, ein Temperatursteuerprogramm für das Substratwärmebehandlungsgerät, sowie einen Aufzeichnungsträger mit dem Programm darauf.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Siliziumkarbidsubstrat (SiC) weist einen sehr kleinen Wärmediffusionskoeffizienten für Dotierstoffe auf, und kann einen Wärmediffusionsvorgang für Dotierstoffe praktisch nicht verwenden. Aus diesem Grund müssen zur Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit des Siliziumkarbidsubstrates die Dotierstoffe aktiviert werden, indem eine Ionenimplantation der Dotierstoffe in das Siliziumkarbidsubstrat sowie eine Ausheilbehandlung des Siliziumkarbidsubstrates bei etwa 1500°C bis etwa 2000°C durchgeführt werden.
  • Vor der Durchführung der Aktivierungsausheilbehandlung wird das Innere eines Ofens vorgewärmt, damit das Innere des Ofens auf eine bestimmte Temperatur angehoben wird. Die Patentdruckschrift 1 offenbart beispielsweise eine Technik zum Vorheizen des Inneren eines Ofens, gefolgt von der Beförderung eines behandelten Substrates in einen erwärmenden Ofen und Befördern des behandelten Substrates in dem Ofen, nachdem das Innere des Ofens eine vorbestimmte Temperatur erreichte, im Zusammenhang mit einem Verfahren zur Durchführung einer Ausheilbehandlung auf dem behandelten Substrat mit einer Halogenlampe.
  • Zudem offenbart die Patentdruckschrift 2 eine Technik zum Beenden eines Vorheizvorgangs, wenn eine Aufheizzeit innerhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, in dem der Vorheizvorgang durch Wiederholen einer Reihe von Vorgängen durchgeführt wird, wobei ein Scheinsubstrat durch die tatsächlichen Vorgänge in ein Lampenausheilgerät hinein- und hinausbefördert wird.
  • Darüber hinaus offenbart die Patentdruckschrift 3 ein Substratheizgerät zum Heizen eines Substrates mit einem leitfähigen Heizer, der zur Verbesserung der Temperaturverteilung in dem Substrat ein in dem Heizer umfasstes Filament zur Erzeugung von Thermoelektronen aufweist.
  • STAND DER TECHNIK
  • DRUCKSCHRIFTEN
    • Patentdruckschrift 1: JP S60 - 247 936 A
    • Patentdruckschrift 2: JP H08 - 37 158 A
    • Patentdruckschrift 3: US 2009 / 0 191 724 A1
  • ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Wenn jedoch die Aktivierungsausheilbehandlung auf dem behandelten Substrat bei einer hohen Temperatur mit einem Elektronenstoßheizgerät durchgeführt wird, kann sich die Qualität eines ersten Substrats von der jeweiligen Qualität ab dem zweiten Substrat unterscheiden, obschon das Innere des Ofens auf eine vorbestimmte Temperatur vorgeheizt wird, wenn die behandelten Substrate kontinuierlich in dem Inneren des Ofens befördert werden.
  • Der Unterschied in den Qualitäten der Substrate wird als ein dem Elektronenstoßheizverfahren innewohnendes Problem betrachtet. Genauer wendet das Elektronenstoßheizverfahren eine Beschleunigungsspannung von einer Beschleunigungsenergieversorgung auf von einem Glühfaden innerhalb eines Vakuumerwärmungsbehälters erzeugte thermische Elektronen an, und bewirkt die Kollision der beschleunigten thermischen Elektronen zum Erwärmen des Erwärmungsbehälters, wodurch die behandelten Substrate unter Verwendung der abgestrahlten Wärme erhitzt werden. Wenn die Vorheiztechnologie unter Verwendung des in den Patentdruckschriften 1 und 2 offenbarten Lampenheizverfahrens angewendet wird, wie sie ist, gibt es daher das Problem, dass eine Differenz in den Qualitäten der Substrate auftritt.
  • Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Substratwärmebehandlungsgerät bereitzustellen, das zur äquivalenten Bewahrung der Substratqualitäten befähigt ist, selbst wenn die behandelten Substrate in einem Behandlungsbehälter kontinuierlich bewegt werden, wenn eine Aktivierungsausheilbehandlung durch ein Elektronenstoßheizverfahren durchgeführt wird.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Temperatursteuerverfahrens für ein Substratwärmebehandlungsgerät, das zur Lösung der Aufgabe befähigt ist, eines Herstellungsverfahrens für eine Halbleitervorrichtung, eines Temperatursteuerprogramms für das Substratwärmebehandlungsgerät, und eines Aufzeichnungsträgers mit dem Programm darauf.
  • PROBLEMLÖSUNG
  • Eine erfindungsgemäße Konfiguration zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgaben ist wie folgt.
  • Im Einzelnen stellt die Erfindung ein Temperatursteuerverfahren für ein Substratwärmebehandlungsgerät mit einem mit einem Glühfaden ausgestatteten leitenden Erwärmungsbehälter innerhalb eines evakuierbaren Behandlungsbehälters, das eine Beschleunigungsspannung zwischen dem Glühfaden und dem Erwärmungsbehälter zur Beschleunigung von aus dem Glühfaden erzeugten thermischen Elektronen anlegt, und eine Kollision der beschleunigten thermischen Elektronen mit dem Erwärmungsbehälter zum Erwärmen des Erwärmungsbehälters erzeugt, und das eine Ausheilbehandlung auf dem Substrat durch die von dem Erwärmungsbehälter erzeugte Wärme durchführt, das Temperatursteuerverfahren beinhaltet: Durchführen eines Vorheizvorgangs zum Erwärmen des Behandlungsbehälters auf eine höhere Temperatur als eine Ausheilbehandlungstemperatur des Substrates und über eine längere Zeitdauer als eine Ausheilbehandlungszeit, und anschließendes Abkühlen des Inneren des Behandlungsbehälters auf eine niedrigere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur vor einem Befördern des Substrates in den Behandlungsbehälter; und Befördern des Substrates in den vorgeheizten Behandlungsbehälter und anschließendes Erhöhen der Temperatur des Behandlungsbehälters auf die Ausheilbehandlungstemperatur zum Durchführen der Ausheilbehandlung.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Wenn erfindungsgemäß die Aktivierungsausheilbehandlung bei der hohen Temperatur unter Verwendung des Elektronenstoßerwärmungsgerätes durchgeführt wird, ist es möglich, die Qualität bei den Substraten äquivalent aufrechtzuerhalten, selbst wenn die behandelten Substrate in dem Behandlungsbehälter kontinuierlich befördert werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt ein Schaubild zur Darstellung der Gesamtkonfiguration eines Elektronenstoßheizgerätes, bei dem das erfindungsgemäße Temperatursteuerungsverfahren angewendet wird.
    • 2 zeigt ein Schaubild zur Darstellung eines Zustands, bei dem ein Substrathalter des Elektronenstoßheizgerätes nach 1 absinkt.
    • 3 zeigt ein Schaubild zur Darstellung eines Steuersystems für das Elektronenstoßheizgerät nach 1.
    • 4 zeigt ein Schaubild zur Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einer Rückoberflächentemperatur und einer Behandlungszeit des vorgeheizten Substrathalters bei dem Temperatursteuerverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
    • 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht von 4.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • Zunächst ist eine Ausgestaltung eines Substratwärmebehandlungsgerätes (was nachstehend als „Elektronenstoßheizgerät“ in Bezug genommen ist) unter Verwendung eines Elektronenstoßheizverfahrens, auf das die Erfindung angewendet wird, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 zeigt ein Schaubild zur Darstellung der Gesamtkonfiguration eines Elektronenstoßheizgerätes.
  • Ein Elektronenstoßheizgerät 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Gerät, das eine Beschleunigungsspannung von einer Beschleunigungsenergiezufuhr 42 auf von einem Glühfaden 14 erzeugte thermische Elektronen anlegt, eine Kollision der beschleunigten thermischen Elektronen mit einem Erwärmungsbehälter 11 zum Erwärmen des Erwärmungsbehälters 11 erzeugt, und eine Wärmebehandlung auf einem behandelten Substrat 21 durchführt, das einer Abstrahloberfläche 11a zugewandt angeordnet ist. Das Elektronenstoßheizgerät 1 beinhaltet einen evakuierbaren Behandlungsbehälter 3, der durch vertikales Kombinieren einer Behandlungskammer 2a, in der das behandelte Substrat 21 wärmebehandelt wird, und einer Wartekammer 2b unterteilt ist. Das Innere der Behandlungskammer 2a auf einem oberen Abschnitt des Elektronenstoßheizgerätes 1 ist mit einem Erwärmungsgerät (das nachstehend als „Heizelement“ in Bezug genommen ist) 10 versehen, welches mit dem Glühfaden 14 ausgestattet ist.
  • Das Heizelement 10 ist aus den zylindrischen Erwärmungsbehälter 11, von dem ein Ende geschlossen ist, einer darin aufgenommenen Glühfadenbasis 12, einer Stützsäule 13 und dem Glühfaden 14 konfiguriert.
  • Der Glühfaden 14 ist annähernd parallel zu einem geschlossenen Abschnitt (Abstrahloberfläche) 11a des Erwärmungsbehälters 11 durch die Stützsäule 13 aus Tantal mit einem Durchmesser von 2 mm ausgedehnt angeordnet, wobei die Stützsäule auf der Glühfadenbasis 12 beispielsweise aus einem karbonfaserverstärkten Verbund (was nachstehend als „CC-Verbund“ in Bezug genommen ist) steht.
  • Für den Glühfaden 14 werden beispielsweise eine Wolfram-Rheniumleitung oder eine Wolframleitung verwendet, der Kalium oder seltene Erden wie etwa Lanthan oder dergleichen hinzugefügt sind, und für den Glühfaden werden ein Durchmesser von 0,8 mm und eine Länge von 900 mm verwendet.
  • Der Erwärmungsbehälter 11 ist aus einem Leiter ausgebildet. Im Einzelnen ist eine äußere Oberfläche des Erwärmungsbehälters 11 beispielsweise mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet, um Emissionsgase zu reduzieren. Der Erwärmungsbehälter 11 ist mit einer (nicht dargestellten) Evakuierungseinheit verbunden, und sein Inneres ist dazu eingerichtet, eine Evakuierung unabhängig von dem Behandlungsbehälter 3 durchzuführen.
  • Ferner ist ein Substrathalter 20 aus dem CC-Verbund der Erwärmungsplatte (Abstrahlungsoberfläche) 11a des geschlossenen Abschnitts des Erwärmungsbehälters 11 zugewandt angeordnet. Ein behandeltes Substrat (Wafer) 21 ist auf dem Substrathalter 20 angebracht, sodass es dem Heizelement 10 zugewandt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als das behandelte Substrat 21 beispielsweise ein Siliziumkarbidsubstrat (SiC) verwendet, aber das vorliegende Ausführungsbeispiel ist nicht darauf beschränkt.
  • Der Substrathalter 20 ist durch die zylindrische Stützsäule 4 gestützt, und die Spitze eines durchgehenden Lochs 5 der Stützsäule 4 ist mit einem dichroitischen Abstrahlungsthermometer 7 verbunden, wobei eine Sichtöffnung aus Quarz dazwischen angeordnet ist. Die Sichtöffnung 6 schließt einen Vakuumraum, damit der Vakuumzustand von einem Atmosphärenzustand unterteilt wird. Von dem Substrathalter 20 oder dem SiC-Substrat 21 abgestrahltes Licht erreicht das dichroitische Abstrahlungsthermometer 7 über die Sichtöffnung 6.
  • Das dichroitische Abstrahlungsthermometer 7 ist beispielsweise aus einem Lichtkollektor 8 und einem Detektor 9 konfiguriert, und zur indirekten Messung einer Temperatur des Heizelementes 10 eingerichtet, wobei der aus dem CC-Verbund ausgebildete Substrathalter 20 dazwischen angeordnet ist. Die Temperaturmessung ist nicht auf die Temperaturmessung des Substrathalters 20 beschränkt, und es kann die Temperatur der Abstrahlungsoberfläche 11a oder des Erwärmungsbehälters 11 gemessen werden.
  • Ein unteres Ende der Stützsäule 4 ist mit einer Stützplatte 31 fixiert, und ein Ausgleichselement 32 ist zwischen der Stützplatte 31 und dem Behandlungsbehälter 3 angeordnet. Ferner ist die Stützplatte 31 mit einem mit einem (nicht dargestellten) Schraubenloch ausgebildeten Hebearm 33 fixiert, und in das Schraubenloch des Hebearms 33 ist eine Kugelrollspindel 34 eingepasst, die mit einer Rotationsansteuerungsvorrichtung 35 verbunden ist. Genauer dreht die Rotationsansteuerungsvorrichtung 35 die Kugelrollspindel 34 derart, dass der Hebearm 33 entlang der Kugelrollspindel 34 angehoben werden kann, und der mit dem Hebearm 33 verbundene Substrathalter 20 kann mit der dazwischen angeordneten Stützsäule 4 und dergleichen angehoben werden. Genauer bilden das Ausgleichselement 32, der Hebearm 33, die Kugelrollspindel 34 und die Rotationsansteuerungsvorrichtung 35 die Hauptbestandteile der Substrathalterhebevorrichtung zum Annähern und Entfernen des Substrathalters 20 an die Abstrahlungsoberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 bzw. davon weg. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann der Substrathalter 20 angehoben werden, aber es ist beliebig, ob der Substrathalter 20 oder das Heizelement 10 angehoben wird.
  • Das Innere des Behandlungsbehälters 3 wird durch eine (nicht dargestellte) Evakuierungsvorrichtung evakuiert, die mit einer Evakuierungsöffnung 25 verbunden ist. Zudem ist eine Seitenwand der Wartekammer 2b des Behandlungsbehälters 3 mit einem Schlitzventil 22 versehen, und das Schlitzventil 22 wird geöffnet, sodass das Substrat 21 in den Behandlungsbehälter 3 hineinbewegt oder aus dem Behandlungsbehälter hinausbewegt wird, was jeweils durch einen (nicht dargestellten) Beförderungsroboter erfolgt. Ferner ist ein Wasserkühlungsverschlussmechanismus (der nachfolgend als „Verschluss“ in Bezug genommen ist) 24, der mit der Rotationsvorrichtung 23 verbunden ist, in horizontaler Richtung in der Wartekammer 2b des Behandlungsbehälters 3 drehbar angebracht. Der Verschluss 24 ist zwischen dem Substrathalter 20 und der Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 eingefügt, wenn der Substrathalter 20 in die Wartekammer 2b zurückgezogen wird, um das Substrat 21 gegenüber der Abstrahloberfläche 11a zu blockieren.
  • Nachstehend ist eine Ausgestaltung einer Konfiguration eines in dem Elektronenstoßheizgerät nach 1 enthaltenen Steuersystems unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 zeigt ein Schaubild zur Darstellung einer Konfiguration eines Steuersystems eines Elektronenstoßheizgerätes.
  • Gemäß 3 beinhaltet ein Steuersystem 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Glühfadenenergieversorgung, eine Beschleunigungsenergieversorgung, ein Beschleunigungsvoltmeter, ein Glühfadenamperemeter, ein Emissionsamperemeter, eine Heizenergieversorgung mit einem Thyristor, ein multifunktionales Temperatursteuersystem, eine Ablaufsteuerung, einen Hitzemesser-Lichtkollektor und einen Hitzemesselementkörper.
  • Die Glühfadenenergieversorgung 41 ist eine Wechselstromenergieversorgung, die Energie zum Erwärmen des Glühfadens 14 zuführt, und beispielsweise einen Strom von maximal 50 A variabel zuführen kann. Eine Verbindungsschaltung des Glühfadens 14 ist mit dem Glühfadenamperemeter 45 zur Messung eines Stromwertes des Glühfadens 14 verbunden.
  • Die Beschleunigungsenergieversorgung (Hochspannungsenergieversorgung) 42 ist eine Gleichspannungsenergieversorgung, welche die Beschleunigungsspannung zwischen dem geerdeten Erwärmungsbehälter 11 und dem Glühfaden 14 anlegt, und die die Beschleunigungsspannung an den Glühfaden 14 beispielsweise von 0 V bis -3 KV variabel anlegen kann. Die Verbindungsschaltung der Beschleunigungsenergieversorgung 42 ist mit einem Beschleunigungsvoltmeter (Hochspannungsvoltmeter) 46 verbunden, das die Beschleunigungsspannung misst, sowie mit einem Emissionsamperemeter 47, das einen Emissionsstromwert misst.
  • Für das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 wird beispielsweise das von dem Unternehmen Sanbu angebotene Gerät mit der Bezeichnung SDC-46A verwendet. Das Temperatursteuersystem 43 empfängt ein Eingangssignal von dem Glühfadenamperemeter 45, ein Eingangssignal von dem Emissionsamperemeter 47 sowie ein Eingangssignal von dem Beschleunigungsvoltmeter 46, und empfängt einen Einstellwert von der Ablaufsteuerung 49. Der Einstellwert der Ablaufsteuerung 49 wird außerdem in einen Thyristor 48 eingegeben. Außerdem ist das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 zur Übertragung eines Ausgangssignals an die Glühfadenenergieversorgung 41 über den Thyristor 48 eingerichtet.
  • Nachstehend ist ein Temperatursteuerverfahren mit einem Vorheizvorgang gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben, das auf das Elektronenstoßheizgerät 1 angewendet wird. 2 zeigt ein Schaubild zur Darstellung eines Zustands, bei dem der Substrathalter des Elektronenstoßheizgerätes nach 1 absinkt. 4 zeigt ein Schaubild zur Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einer Rückoberflächentemperatur und einer Behandlungszeit des Substrathalters bei dem Vorheizvorgang des Temperatursteuerverfahrens nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Ein Algorithmus des erfindungsgemäßen Temperatursteuerverfahrens mit dem Vorheizvorgang wird in einer Speichereinheit einer mit dem Steuersystem 40 verbundenen Steuervorrichtung (PC) als ein Temperatursteuerprogramm gespeichert, und zum Startzeitpunkt des Vorheizvorgangs durch eine CPU gelesen und ausgeführt.
  • Dabei ist das Temperatursteuerprogramm ein Programm, das der Steuervorrichtung das Ausführen der Temperatursteuerung des Heizelementes 10 basierend auf einem Erfassungssignal der Rückoberflächentemperatur des Substrathalters erlaubt. Genauer umfasst das Temperatursteuerprogramm nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Befehl zum Durchführen des Vorheizvorgangs zum Erwärmen des Inneren des Behandlungsbehälters auf eine höhere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur des Substrates und über eine längere Zeitdauer als die Ausheilbehandlungszeitdauer, und zum anschließenden Abkühlen des Inneren des Behandlungsbehälters auf eine niedrigere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur vor dem Befördern des Substrates in den Behandlungsbehälter. Zudem umfasst das Temperatursteuerprogramm einen Befehl zum Befördern des Substrates in den vorgeheizten Behandlungsbehälter und anschließendes Erhöhen der Temperatur des Behandlungsbehälters auf die Ausheilbehandlungstemperatur zum Durchführen der Ausheilbehandlung.
  • Das Temperatursteuerprogramm ist auf einem Aufzeichnungsträger aufgezeichnet, der durch eine Steuervorrichtung wie etwa einem Computer (PC) und dergleichen gelesen werden kann, und ist in der Speichereinheit des PCs installiert.
  • Ein Beispiel für den Aufzeichnungsträger beinhaltet eine Floppydisk, (eingetragene Marke), einen magnetischen Aufzeichnungsträger wie etwa ZIP (eingetragene Marke) und dergleichen, einen magneto-optischen Aufzeichnungsträger wie etwa MO und dergleichen und eine optische Disk wie etwa CD-R, DVD-R, DVD+R, DVD-RAM, DVD+RW (eingetragene Marke), PD und dergleichen. Ferner kann ein Beispiel für den Aufzeichnungsträger ein Flashspeichersystem wie etwa CompactFlash (eingetragene Marke), Smart Media (eingetragene Marke), Memory Stick (eingetragene Marke), eine SD-Karte und dergleichen, eine Wechseldisk wie etwa Micro Drive (eingetragene Marke), JAZ (eingetragene Marke) und dergleichen beinhalten.
  • Das erfindungsgemäße Temperatursteuerverfahren beinhaltet einen Vorgang zum Erwärmen des Inneren des Behandlungsbehälters auf eine höhere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur des Substrates und über eine längere Zeitdauer als die Ausheilbehandlungszeitdauer und anschließendes Abkühlen des Inneren des Behandlungsbehälters auf eine niedrigere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur vor dem Befördern des Substrates in den Behandlungsbehälter.
  • Dabei wird bei der „Ausheilbehandlungstemperatur“, dem „Erwärmen des Inneren des Behandlungsbehälters auf eine höhere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur“, und dem „Abkühlen des Inneren des Behandlungsbehälters auf eine niedrigere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur“ jede Temperatur als eine Temperatur am selben Messort innerhalb des Behandlungsbehälters bestimmt. Genauer wird jede Temperatur durch Messen der Rückoberflächentemperatur des Substrathalters oder der Temperatur des Erwärmungsbehälters bestimmt, und es wird bevorzugt, die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters an einem Punkt näher am Substrat zu messen.
  • Gemäß vorstehender Beschreibung führt das Temperatursteuerverfahren nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Vorheizvorgang auf der Innenseite des Behandlungsbehälters mit dem Heizelement 10 und dem Substrathalter 20 bei einer höheren Temperatur als der tatsächlichen Ausheilbehandlungstemperatur und über eine längere Zeitdauer als der Behandlungszeitdauer durch, bevor das behandelte Substrat 21 in den Behandlungsbehälter 3 befördert wird. Zudem ist das Temperatursteuerverfahren ein Verfahren zum Befördern des behandelten Substrates 21 in den Behandlungsbehälter 3 durch den Beförderungsroboter sowie zum Durchführen des tatsächlichen Ausheilbehandlungsvorgangs, nachdem der Vorheizvorgang beendet ist. Im Einzelnen steigt der Substrathalter 20 ohne Anbringung eines Scheinsubstrates auf dem Substrathalter 20 zur Reduktion eines Abstandes (beispielsweise bis zu 5 mm) zwischen einer oberen Oberfläche des Halters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des geschlossenen Endes des Behandlungsbehälters 11. Ferner wird das Vorheizen durch Steuern der Rückoberflächentemperatur des Substrathalters durchgeführt, sodass eine höhere Temperatur (von beispielsweise 1700°C) als die tatsächliche Ausheilbehandlungstemperatur (von beispielsweise 1575°C) vorliegt, und Halten des Behandlungsbehälters über eine längere Zeitdauer (von beispielsweise 4 Minuten) als der Ausheilbehandlungszeit (von beispielsweise 1 Minute).
  • Das Temperatursteuerverfahren mit dem Vorheizvorgang gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
  • Zunächst wird ein Absorptionsgas auf den Glühfaden 14 durch Erhitzen des Glühfadens emittiert, und eine Verschlechterung bei dem Glühfaden 14 wird vermieden. Im Einzelnen wird in das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 ein Signal von der Ablaufsteuerung 49 eingegeben, und der Glühfadenstromwert wird langsam erhöht, bis der Stromwert des Glühfadenamperemeters 45 den Einstellwert (von beispielsweise 30 A) erreicht. Das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 vergleicht das Signal von der Ablaufsteuerung 49 mit einem Rücksignal von dem Glühfadenamperemeter 45 für die Ausgabe des Signals an den Thyristor 48. Die Glühfadenenergieversorgung 41 erhöht langsam die Ausgabe des Glühfadenstromwerts gemäß der Eingabe von dem Thyristor 48 und erhitzt den Glühfaden 14 bis der Stromwert des Glühfadenamperemeters 45 30 A erreicht.
  • Danach wird die Spannung durch Anlegen der Beschleunigungsspannung (Hochspannung) von der Beschleunigungsenergieversorgung 42 an den Glühfaden 14 langsam erhöht, damit ein plötzlicher Anstieg des Emissionsstromwertes und eine unnormale Entladung vermieden werden. Im Einzelnen wird das Signal von der Ablaufssteuerung 49 an den Thyristor 48 ausgegeben, und die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) der Einstellspannung (von beispielsweise -500 V) wird in einem Zustand angelegt, bei dem der Glühfadenstromwert als der Einstellwert (von beispielsweise 30 A) fixiert ist. Die Beschleunigungsenergieversorgung 42 legt die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) von -500 V an den Glühfaden 14 gemäß der Eingabe von dem Thyristor 48 an. Zudem gibt die Ablaufsteuerung 49 das Signal an den Thyristor 48 aus, und erhöht langsam die Beschleunigungsspannung (Hochspannung), sodass die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) die Einstellspannung (von beispielsweise -1800 V) ist. Die Beschleunigungsenergieversorgung 42 steigert langsam die Ausgabe der Beschleunigungsspannung (Hochspannung) gemäß der Eingabe von dem Thyristor 48 und erzeugt den Emissionsstrom, sodass die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) -1800 V beträgt.
  • Weiterhin wird das Signal von der Ablaufsteuerung 49 an das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 eingegeben, sodass der Emissionsstromwert der Einstellwert (von beispielsweise 10,7 A) ist. Im Einzelnen vergleicht das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 das Signal von der Ablaufsteuerung 49 mit dem Ausgabesignal von dem Emissionsamperemeter in einem Zustand, bei dem die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) auf -1800 V fixiert ist. Ferner gibt das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 das Signal zum Steuern des Glühfadenstromwertes an den Thyristor 48 ein, sodass der Emissionsstromwert 10,7 A beträgt. Die Glühfadenenergieversorgung 41 steuert den Emissionsstromwert auf 10,7 A durch das Eingangssignal von dem Thyristor 48. Ferner wird die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters erhöht, sodass sie der Einstelltemperatur (von beispielsweise 1590°C) entspricht, wobei der Emissionsstromwert von 10,7 A über eine kurze Zeitdauer verwendet wird.
  • Wenn zudem die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters 1590°C wird, vergleicht die Glühfadenenergieversorgung 41 mit dem Stromwert des Emissionsamperemeters 47 durch das Eingangssignal, das durch die Ablaufsteuerung 49, das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 und den Thyristor 48 läuft. Außerdem steuert die Glühfadenenergieversorgung 41 den Glühfadenstromwert, sodass der Emissionsstromwert der Einstellwert (von beispielsweise 9,8 A) ist, um die Temperatur bis auf die Einstelltemperatur (von beispielsweise 1640°C) zu erhöhen. Dabei wird die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) konstant bei -1800 V gehalten, wie sie ist.
  • Danach wird der Emissionsstromwert auf dem Einstellwert (von beispielsweise 7,7 A) gehalten, um den Heizvorgang für die eingestellte Zeitdauer (von beispielsweise 3 Minuten) durchzuführen. Zudem wird der Emissionsstromwert auf dem eingestellten Wert (von beispielsweise 7,5 A) gehalten, damit der Erwärmungsvorgang für die eingestellte Zeitdauer (von beispielsweise 2 Minuten) durchgeführt wird. Dabei betrug die höchste Temperatur 1710°C.
  • In dem Zustand, bei dem der Glühfadenstromwert auf den Einstellwert (von beispielsweise bis zu 20 A) beschränkt ist, sodass der Emissionsstrom nicht entladen wird, wird sodann der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 erweitert, um den Abkühlvorgang durchzuführen.
  • Wenn die gemessene Temperatur der Seite des Heizelementes die Einstelltemperatur von beispielsweise 1200°C des dichroitischen Abstrahlungsthermometers 7 erreicht, wird der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 weiter erhöht. Zudem werden die obere Oberfläche des Substrathalters 20 und die Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 durch den Wasserkühlungsverschluss 24 getrennt. Die Abstrahlwärme des Heizelementes 10 als solche beeinflusst nicht den Arm des Beförderungsroboters zur Durchführung der Ein- und Ausbeförderung des behandelten Substrates 21.
  • Währenddessen unterliegt die Eingangsleistung einer PID-Regelung, sodass die Seitentemperatur des Heizelementes 1200°C durch Erwärmung im Bereitschaftszustand erreicht. Wenn dabei die Heizelementleistung zum Zeitpunkt des Abkühlvorgangs abgeschaltet wird, wird der Aufheizbeginn zum Zeitpunkt der nächsten Bereitschaftszustandserwärmung bedeutend verzögert, wodurch eine Verschlechterung bei der Temperaturreproduzierbarkeit oder eine Verschlechterung im Durchsatz verursacht werden.
  • Sodann wird der Ausheilverarbeitungsablauf zur Aktivierung der durch Ionenimplantation in das Substrat (Siliziumkarbidsubstrat) eingebrachten Dotierstoffe und anschließendes Ausheilbehandeln des Substrates durchgeführt. Die Energieversorgungsleistung wird so gesteuert, dass das behandelte Substrat 21 auf dem Substrathalter 20 befestigt ist, und dann der Emissionsstromwert der vorbestimmte Wert (von beispielsweise 3 A) ist, um die Gasemission des Substrates 21 durchzuführen, bis die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters die Einstelltemperatur (von beispielsweise 1200°C) erreicht, und um eine Verschlechterung der Oberflächenebenheit zu vermeiden.
  • Das Aufheizen erfolgt ferner durch den Emissionsstromwert auf den Einstellwert (von beispielsweise 10,2 A), der Emissionsstromwert wird stufenweise reduziert, und das Heizelement wird auf dem vorbestimmten Wert (von beispielsweise 7,1 A) gehalten.
  • Nachdem die Ausheilhaltezeit (von beispielsweise 1 Minute) endet, wird der Glühfadenstromwert auf den Einstellwert (von beispielsweise 20 A) beschränkt, und der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 wird erhöht, um das behandelte Substrat 21 abzukühlen. Wenn die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters die Einstelltemperatur (von beispielsweise 1200°C) erreicht, sinkt der Substrathalter 20 ab, und der Wasserkühlverschluss 24 wird geschlossen. Das Schlitzventil 22 wird außerdem geöffnet, das behandelte Substrat 21 wird durch den Beförderungsroboter herausbewegt, und das nächste behandelte Substrat 21 wird hineinbewegt. Die Vielzahl von behandelten Substraten wird durch Wiederholen der vorstehend beschriebenen Vorgangsreihe sequentiell behandelt.
  • Selbst wenn die Ausheilbehandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt wird, ist es erfindungsgemäß möglich, äquivalente Qualitäten von Substraten auf der ersten Substratschicht und der nächsten Substratschicht sicherzustellen. Das äquivalente Bewahren der Qualitäten der Substrate wird folgenden Gründen zugerechnet.
  • Im Einzelnen erfolgt erfindungsgemäß bei dem Vorheizvorgang das Erwärmen bei einer höheren Temperatur als der Ausheilbehandlungstemperatur, sodass die von der Innenwand des Behandlungsbehälters emittierte Gasmenge oder die internen Bestandteile zum Zeitpunkt der Ausheilbehandlung reduziert werden können. Der Grund hierfür ist, dass die Gasemission von der Temperatur abhängt, sodass Gas bei einer hohen Temperatur leichter emittiert werden kann.
  • Das Innere des Erwärmungsbehälters 11 des Elektronenstoßheizgerätes 1 wird in einem Hochvakuumzustand gehalten, sodass bei Gasemission in den Erwärmungsbehälter 11 der Evakuierungsgrad innerhalb des Erwärmungsbehälters 11 zeitweise absinken kann, und die Elektronenemission von dem Glühfaden 14 nicht gesteuert werden kann, wobei ein Funken auftreten kann. Folglich ändert sich die Heizelementtemperatur, oder in schweren Fällen stoppt der Erwärmungsvorgang.
  • Demgegenüber wird erfindungsgemäß die Temperatur des Vorheizvorgangs auf eine höhere Temperatur als die tatsächliche Ausheilbehandlungstemperatur im Voraus eingestellt, sodass die Gasemission aus dem Erwärmungsbehälter 11 während des Vorheizvorgangs auftritt. Daher kann bei dem Ausheilbehandlungsvorgang das Auftreten einer Gasemission reduziert werden, und bei der Ausheilbehandlung ist die Aufheizgeschwindigkeit hoch und kann innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gesteuert werden.
  • Weiterhin kann die Produktivität der Siliziumkarbidvorrichtung durch Erhöhen der Reproduzierbarkeit der Ausheilbehandlungstemperatur und bedeutende Verbesserung des Durchsatzes bei der Ausheilbehandlung durch das Elektronenstoßheizgerät 1 bedeutend verbessert werden.
  • Vorstehend ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, und kann innerhalb des in den Patentansprüchen definierten Bereichs mannigfaltig verändert werden.
  • BEISPIELE
  • Nachstehend ist das erfindungsgemäße Temperatursteuerverfahren für das Substratwärmebehandlungsgerät unter Bezugnahme auf Beispiele näher beschrieben, aber die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.
  • [Beispiel 1]
  • Beispiel 1 beschreibt einen Fall zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Temperatursteuerverfahrens mit dem Vorheizvorgang unter Verwendung des Elektronenstoßheizgerätes 1 nach den 1 und 2.
  • Das erfindungsgemäße Elektronenstoßheizgerät 1 ist mit einer eine Kassette aufnehmenden (nicht dargestellten) Beschickungskammer, in der eine Vielzahl von behandelten Substraten 21 aufgenommen werden, sowie einer die Beschickungskammer mit dem Elektronenstoßheizgerät 1 verbindenden (nicht dargestellten) Transferkammer versehen.
  • Zunächst empfängt die aus Quarz ausgebildete Kassette zehn Siliziumkarbidsubstrate und wird in die Beschickungskammer verbracht, und das Innere der Beschickungskammer wird evakuiert. Das Evakuieren der Beschickungskammer beginnt und der Vorheizvorgang startet. Außerdem endet die Grobreinigung der Beschickungskammer, während der Vorheizvorgang durchgeführt wird.
  • Dann wird das Schlitzventil, welches eine Absperrlamelle zwischen der Transferkammer und der Beschickungskammer ist, geöffnet, und die Beschickungskammer wird durch eine Turbomolekularpumpe (TMP) der Transferkammer evakuiert, bis der Druck in der Transferkammer 1 × 10-3 Pa oder weniger beträgt.
  • Gemäß vorstehender Beschreibung ist der Vorheizvorgang (der Scheinausheilvorgang) ein Vorgang zur Erhöhung der Temperatur innerhalb des Behandlungsbehälters mit dem Heizelement 10 und dem Substrathalter 20 im Voraus. Genauer steigt der Substrathalter 20 ohne Verwendung des Scheinsubstrates, sodass der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Halters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des geschlossenen Endes des Erwärmungsbehälters 11 5 mm beträgt, sodass beide einander annähern. Zudem wird die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters 20 auf 1710°C eingestellt, was eine höhere Temperatur als die tatsächliche Ausheiltemperatur von 1575°C ist, und der Substrathalter wird über eine längere Zeitdauer (4 Minuten) als die tatsächliche Behandlungszeitdauer (1 Minute) erwärmt und gehalten.
  • Nachfolgend ist der Vorheizvorgang nach dem vorliegenden Beispiel unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben.
  • Zunächst wird das Absorptionsgas auf den Glühfaden 14 emittiert, indem der Glühfadenheizvorgang zur Vermeidung einer Verschlechterung an dem Glühfaden 14 durchgeführt wird. Im Einzelnen wird das Signal von der Ablaufsteuerung 49 an das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 eingegeben, und der Glühfadenstromwert wird für jede Sekunde um 1 A erhöht, bis der Stromwert des Glühfadenamperemeters 45 30 A beträgt. Das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 vergleicht das Signal von der Ablaufsteuerung 49 mit dem Rücksignal von dem Glühfadenamperemeter 45 und gibt das Signal an den Thyristor 48 aus. Die Glühfadenenergieversorgung 41 erhöht langsam die Ausgabe von dem Glühfadenstromwert gemäß der Eingabe von dem Thyristor 48 und erwärmt den Glühfaden 14, bis der Stromwert des Glühfadenamperemeters 45 30 A erreicht.
  • Danach legt die Beschleunigungsenergieversorgung 42 die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) an den Glühfaden 14 an, um die Spannung langsam derart zu erhöhen, dass ein plötzlicher Anstieg im Emissionsstromwert vermieden wird, und eine unnormale Entladung verhindert ist. Das Signal wird von der Ablaufsteuerung 49 an den Thyristor 48 ausgegeben, und eine Beschleunigungsspannung (Hochspannung) von -500 V wird in einem Zustand angelegt, bei dem der Glühfadenstromwert auf 30 A fixiert ist. Die Beschleunigungsenergieversorgung 42 legt die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) von beispielsweise -500 V an den Glühfaden 14 gemäß der Eingabe von dem Thyristor 48 an. Zudem gibt die Ablaufsteuerung 49 das Signal an den Thyristor 48 aus, und erhöht die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) mit -100 V für jede Sekunde, sodass die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) -1800 V erreicht. Die Beschleunigungsenergieversorgung 42 erhöht langsam die Ausgabe der Beschleunigungsspannung (Hochspannung) gemäß der Eingabe von dem Thyristor 48 und erzeugt den Emissionsstrom, sodass die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) -1800 V erreicht.
  • Im Weiteren wird das Signal, bei dem der Emissionsstromwert 10,7 A beträgt, von der Ablaufsteuerung 49 an das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 eingegeben. Das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 vergleicht mit dem Ausgangssignal von dem Emissionsamperemeter in einem Zustand, bei dem die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) konstant auf -1800 V gehalten wird, und gibt das Signal zum Steuern des Glühfadenstromwerts an den Thyristor 48 aus, sodass der Emissionsstromwert 10,7 A erreicht. Die Glühfadenenergieversorgung 41 steuert den Emissionsstromwert auf 10,7 A durch das Eingangssignal von dem Thyristor 48. Außerdem wird die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters 20 auf 1590°C unter Verwendung des Emissionsstromwertes von 10,7 A über eine kurze Zeitdauer erhöht.
  • Wenn zudem die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters 20 1590°C erreicht, vergleicht die Glühfadenenergieversorgung 41 durch das durch die Ablaufsteuerung 49, das multifunktionale Temperatursteuersystem 43 und den Thyristor 48 passierende Eingangssignal mit dem Stromwert des Emissionsamperemeters 47. Sodann steuert die Glühfadenenergieversorgung 41 den Glühfadenstromwert, sodass der Emissionsstromwert 9,8 A beträgt, wodurch die Temperatur bis auf 1640°C erhöht wird. Dabei wird die Beschleunigungsspannung (Hochspannung) konstant auf -1800 V gehalten, wie sie ist.
  • Danach erfolgt der Erwärmungsvorgang für 3 Minuten bei einem Emissionsstromwert von 7,7 A. Zudem erfolgt der Erwärmungsvorgang für 2 Minuten bei einem Emissionsstromwert 7,5 A. Da die höchste Einsatztemperatur durch die Temperatur des Heizelementes 10 oder des Substrathalters 20 bei dem anfänglichen Erwärmungsvorgang verändert wird, löst dessen Erwärmungssteuerung nicht die Temperatur aus, sondern es erfolgt eine Leistungssteuerung mit fixierter Zeit. Daher kann ungeachtet der Temperatur der Anfangsstufe der Scheinausheilvorgang mit guter Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Dabei lag die höchste Temperatur bei 1710°C.
  • Dann wird in einem Zustand, bei dem der Glühfadenstromwert auf 20 A beschränkt wird, damit der Emissionsstrom nicht entladen wird, der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahlungsoberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 auf 72 mm eingestellt, um den Abkühlvorgang durchzuführen.
  • Wenn die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters 20 durch das dichroitische Abstrahlungsthermometer 7 1200°C erreicht, wird der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 auf bis zu 198 mm erweitert. Außerdem schließt sich der Wasserkühlverschluss 24 zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahlungsoberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11, und die Abstrahlwärme von dem Heizelement 10 beeinflusst den Beförderungsroboterarm zum Durchführen der Ein- und Ausbeförderung des Siliziumkarbidsubstrates nicht.
  • Währenddessen unterliegt die Eingangsleistung der PID-Regelung, sodass die Seitentemperatur des Erwärmungsbehälters durch die Erwärmung im Bereitschaftszustand 1200°C erreicht. Wenn dabei die Heizelementleistung zum Zeitpunkt des Abkühlvorgangs abgeschaltet wird, wird der Aufheizbeginn zum Zeitpunkt des nächsten Bereitschaftszustandserwärmungsvorgangs bedeutend verzögert, wodurch eine Verschlechterung bei der Temperaturreproduzierbarkeit oder eine Verminderung im Durchsatz verursacht wird.
  • Außerdem kann bei der Bereitschaftszustandserwärmung die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters nicht durch den Wasserkühlverschluss derart gemessen werden, dass die Seitentemperatur des Heizelementes gemessen wird.
  • Nachdem das Siliziumkarbidsubstrat auf dem Substrathalter 20 angebracht ist, wird die Energieversorgungsleistung gesteuert, sodass der Emissionsstromwert 3 A beträgt, damit die Gasemission durchgeführt wird, bis die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters 20 für 90 Sekunden etwa 1200°C erreicht, und eine Verschlechterung bei der Oberflächenebenheit vermeidet. Danach erfolgt das Aufheizen abrupt bei einem Emissionsstromwert von 10,2 A und wird bei einem Emissionsstromwert von 9,5 A zwischen 1515°C und 1535°C als den Rückoberflächentemperaturen des Substrathalters sowie bei einem Emissionsstromwert von 8,4 A zwischen 1535°C und 1555°C als den Rückoberflächentemperaturen des Substrathalters durchgeführt. Weiterhin erfolgt das Aufheizen bei einem Emissionsstrom von 7,3 A zwischen 1555°C und 1575°C als den Rückoberflächentemperaturen des Substrathalters, und der Erwärmungsvorgang erfolgt und wird gehalten bei einem Emissionsstromwert 7,1 A für 1 Minute bei 1575°C. Dabei wird unter Verwendung der Rückoberflächentemperaturen des Substrathalters als Kontakt der Emissionsstromwert derart stufenweise reduziert, dass die hohe Temperatur selbst bei einem großformatigen Heizelement mit einem Durchmesser von 200 mm schnell und stabil gesteuert werden kann.
  • Nachdem die Ausheilhaltezeit von 1 Minute endet, wird der Glühfadenstromwert auf 20 A beschränkt, und der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 wird bis auf 72 mm erweitert, um das Siliziumkarbidsubstrat abzukühlen. Wenn die Rückoberflächentemperatur des Substrathalters 1200°C erreicht, sinkt der Substrathalter 20 ab, sodass der Abstand zwischen der oberen Oberfläche des Substrathalters 20 und der Abstrahloberfläche 11a des Erwärmungsbehälters 11 198 mm beträgt. Dann wird der Wasserkühlverschluss 24 geschlossen, das Schlitzventil 22 geöffnet, das Siliziumkarbidsubstrat durch den Beförderungsroboter herausbewegt, und das nächste Siliziumkarbidsubstrat hineinbefördert. Währenddessen wird die Seitentemperatur des Heizelementes 10 durch das Abstrahlthermometer gemessen, und die Heizelementtemperatur wird durch Steuern der Leistung gehalten, sodass die Seitentemperatur des Heizelementes 10 über die Bereitschaftszustandserwärmung 1200°C beträgt.
  • Die Vielzahl von Siliziumkarbidsubstraten wird durch denselben Ablauf sequentiell behandelt, und nachdem die Behandlung des zehnten und letzten Substratstücks abgeschlossen ist, werden die Substrate zurück in die Beschickungskammer verbracht, wodurch die Bereitschaftszustandserwärmung beendet wird, und eine Verarbeitungsserie abgeschlossen ist.
  • Dabei ist der Zusammenhang zwischen der Rückoberflächentemperatur und der Behandlungszeit des Substrathalters in 4 dargestellt, und eine vergrößerte Ansicht davon ist in 5 dargestellt. Gemäß dem vorliegenden Beispiel beträgt die Behandlungszeit eine Stunde und 47 Minuten, und es kann ein Durchsatz von 5 Stück/Stunde oder mehr erzielt werden. Dabei beträgt die höchste Temperaturdifferenz +3°C und die niedrigste Temperaturdifferenz beträgt -4°C bei der Ausheilhaltetemperatur von 1575°C bei allen 10 Siliziumkarbidsubstraten, woraus ersichtlich ist, dass die Temperaturreproduzierbarkeit ausreichend sichergestellt ist, und die Substratqualitäten beibehalten werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Substratwärmebehandlungsgerät (Elektronenstoßheizgerät)
    3
    Behandlungsbehälter
    10
    Erwärmungsgerät
    11
    Erwärmungsbehälter
    14
    Glühfaden
    21
    Behandeltes Substrat
    24
    Verschlussmechanismus
    42
    Beschleunigungsenergieversorgung

Claims (7)

  1. Temperatursteuerverfahren für ein Substratwärmebehandlungsgerät (1) mit einem leitenden Erwärmungsbehälter (11), der mit einem Glühfaden (14) ausgerüstet und innerhalb eines evakuierbaren Behandlungsbehälters (3) angeordnet ist, wobei eine Beschleunigungsspannung zwischen dem Glühfaden (14) und dem Erwärmungsbehälter (11) angelegt wird, um von dem Glühfaden (14) erzeugte thermische Elektronen zu beschleunigen, und eine Kollision der beschleunigten thermischen Elektronen mit dem Erwärmungsbehälter (11) zum Erwärmen des Erwärmungsbehälters (11) verursacht wird, und wobei eine Ausheilbehandlung auf einem Substrat (21) durch von dem Erwärmungsbehälter (11) erzeugte Wärme durchgeführt wird, wobei das Temperatursteuerverfahren umfasst: Durchführen eines Vorheizvorgangs zum Erwärmen des Inneren des Behandlungsbehälters (3) auf eine höhere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur des Substrates (21) und über eine längere Zeitdauer als die Ausheilbehandlungszeit, und anschließendes Abkühlen des Inneren des Behandlungsbehälters (3) auf eine niedrigere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur vor dem Befördern des Substrates (21) in den Behandlungsbehälter (3); und Befördern des Substrates (21) in den vorgewärmten Behandlungsbehälter (3) und anschließendes Erhöhen der Temperatur des Behandlungsbehälters (3) auf die Ausheilbehandlungstemperatur zum Durchführen der Ausheilbehandlung.
  2. Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung mit einer Ionenimplantation von Dotierstoffen in ein Siliziumkarbidsubstrat und einer Ausheilbehandlung auf das Siliziumkarbidsubstrat zum Aktivieren der Dotierstoffe, wobei das Verfahren umfasst: Steuern der Temperatur durch das Temperatursteuerverfahren mit dem Vorheizvorgang nach Anspruch 1 zum Durchführen der Ausheilbehandlung.
  3. Temperatursteuerprogramm für ein Substratwärmebehandlungsgerät (1) mit einem leitenden Erwärmungsbehälter (11), der mit einem Glühfaden (14) ausgerüstet und innerhalb eines evakuierbaren Behandlungsbehälters (3) angeordnet ist, wobei eine Beschleunigungsspannung zwischen dem Glühfaden (14) und dem Erwärmungsbehälter (11) zum Beschleunigen von aus dem Glühfaden (14) erzeugten thermischen Elektronen angelegt wird, und eine Kollision der beschleunigten thermischen Elektronen mit dem Erwärmungsbehälter (11) zum Erwärmen des Erwärmungsbehälters (11) verursacht wird, und wobei eine Ausheilbehandlung auf dem Substrat (21) durch von dem Erwärmungsbehälter (11) erzeugter Wärme durchgeführt wird, das Temperatursteuerprogramm ermöglicht dabei einer Steuervorrichtung eines Substratwärmebehandlungsgerätes (1) das Ausführen von: einem Befehl zum Durchführen eines Vorheizvorgangs zum Erwärmen des Inneren des Behandlungsbehälters (3) auf eine höhere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur des Substrates (21) und über eine längere Zeitdauer als die Ausheilbehandlungszeit, und anschließendes Abkühlen des Inneren des Behandlungsbehälters (3) auf eine niedrigere Temperatur als die Ausheilbehandlungstemperatur vor dem Befördern des Substrates (21) in den Behandlungsbehälter (3); und einem Befehl zum Befördern des Substrates (21) in den vorgeheizten Behandlungsbehälter (3) und anschließendes Erhöhen der Temperatur des Behandlungsbehälters (3) auf die Ausheilbehandlungstemperatur zum Durchführen der Ausheilbehandlung.
  4. Substratwärmebehandlungsgerät (1), mit: einem evakuierbaren Behandlungsbehälter (3); einem Erwärmungsgerät (10) mit einem leitenden Erwärmungsbehälter (11) mit einem darin ausgerüsteten Glühfaden (14), das dazu eingerichtet ist, eine Beschleunigungsspannung zwischen dem Glühfaden (14) und dem Erwärmungsbehälter (11) zum Beschleunigen von aus dem Glühfaden (14) erzeugten thermischen Elektronen anzulegen, und eine Kollision der beschleunigten thermischen Elektronen mit dem Erwärmungsbehälter (11) zum Erwärmen des Erwärmungsbehälters (11) zu verursachen, sowie eine Wärmebehandlung auf dem Substrat (21) durch von einer Abstrahlungsoberfläche (11a) des Erwärmungsbehälters (11) erzeugten Wärme durchzuführen; einem Substrathalter (20), auf dem das Substrat (21) befestigt wird; einer Anhebungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, zumindest den Substrathalter (20) oder das Erwärmungsgerät (10) anzuheben, sodass der Substrathalter (20) an die Abstrahlungsoberfläche (11a) des Erwärmungsbehälters (11) innerhalb des Behandlungsbehälters (3) angenähert und davon wegbewegt werden kann; und einem Steuersystem (40), das zumindest eine die Bestandteile und eine Ablaufsteuerung steuernde Steuervorrichtung beinhaltet, wobei das Temperatursteuerprogramm nach Anspruch 3 in der Steuervorrichtung installiert ist.
  5. Substratwärmebehandlungsgerät (1) nach Anspruch 4, ferner mit: einem Verschlussmechanismus (24), der den Substrathalter (20) und die Abstrahloberfläche (11a) des Erwärmungsbehälters (11) durch einen Verschluss (24) unterteilt, wobei in der Steuervorrichtung ein Temperatursteuerprogramm zur Bereitschaftszustandserwärmung installiert ist, das die Temperatur des Erwärmungsbehälters (11) durch ein Abstrahlthermometer (7) in einem Zustand misst, bei dem der Substrathalter (20) und die Abstrahloberfläche (11a) des Erwärmungsbehälters (11) voneinander durch den Verschluss (24) getrennt sind, wenn das Substrat (21) befördert wird, und das eine Temperatur basierend auf der gemessenen Temperatur steuert.
  6. Substratwärmebehandlungsgerät (1) nach Anspruch 5, wobei der Verschluss (24) ein Wasserkühlverschluss (24) ist.
  7. Aufzeichnungsträger, der von einem Computer gelesen werden kann, auf dem das Temperatursteuerprogramm nach Anspruch 3 aufgezeichnet ist.
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