DE602004007756T2

DE602004007756T2 - Ein Lichtbestrahlungsverfahren und ein Lichtbestrahlungsapparat

Info

Publication number: DE602004007756T2
Application number: DE602004007756T
Authority: DE
Inventors: Emi Kanazaki; Satoshi Shibata; Fumitoshi Kawase
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: EP1557868B1; JP2005209698A; US20050173386A1; US7103271B2; CN1645575A; DE602004007756D1; JP4024764B2; CN100468654C; EP1557868A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren und eine Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung in einem Herstellungsprozess eines Halbleitergeräts.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Bei einem Halbleiterherstellungsprozess wird eine eine Lampe verwendende Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung für eine Kurzzeitwärmebehandlung bspw. einer Schwellenspannungssteuerung eines MOS-Transistors, einer Störstellenionenaktivierung nach einer Ionenimplantation in Sources, Drains oder dgl., und einem Bilden eines Silizids aus einem Metallfilm mit hohem Schmelzpunkt verwendet, was zu einem niedrigen Widerstand des Metallsilizids oder dgl. führt. Eine typische Konfiguration dieser Art von Wärmebehandlungsvorrichtung stellt sich dergestalt dar, dass ein plattenartiges Werkstück unter Verwendung einer Mehrzahl von Lampen entweder von beiden Seiten oder einer Seite des Werkstücks erwärmt wird. Die Lampe liegt einer Oberfläche des Werkstücks gegenüber, und die Mehrzahl von Lampen wird in einer uniformen Dichte bei einem Abstand nahe der Oberfläche angeordnet. Während das Werkstück, wie ein Halbleitersubstrat, bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur wärmebehandelt wird, wird dann eine Regelung bei einer Lichtbestrahlungsintensität der Lampe durchgeführt, so dass das Werkstück auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten werden kann. In diesem Fall misst die Wärmebehandlungsvorrichtung eine Wellenlänge einer von dem erwärmten Werkstück abgestrahlten elektromagnetischen Welle mit einer Vielzahl von Pyrometern, die in der Umgebung entweder beider Seiten oder einer Seite des Werkstücks vorgesehen sind, und wandelt die elektromagnetische Welle in eine Temperatur um. Wie vorstehend beschrieben, wird ein Prozess, der die gemessene Temperatur durch das Pyrometer rückführt und die Lichtbestrahlungsintensität steuert, als ein Regelkreisprozess bezeichnet. Dieser Regelkreisprozess funktioniert unterhalb einer konstanten Temperatur, bei welcher eine hinreichende Strahlungsintensität von dem Werkstück erhalten wird, nicht wirksam. Diese Temperatur kann typischerweise bei 300°C bis 600°C oder mehr liegen.
Demgegenüber liegt, in einer frühen Phase des Beginns der Wärmebehandlung für das Werkstück, in der Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung ein Schritt des Erwärmens mit einer konstanten Lichtbestrahlungsintensität des Werkstücks bei 300°C bis 600°C oder mehr vor, welche eine durch den Regelkreisprozess steuerbare Temperatur ist, und dieser Prozess wird als ein Steuerungsprozess bezeichnet. Wie vorstehend beschrieben, umfasst eine Lichtbestrahlungswärmebehandlung diesen Steuerungsprozess und den Regelkreisprozess.
Da in einem Lichtbestrahlungswärmebehandlungsprozess ferner die Temperatur innerhalb einer kurzen Zeit auf die vorstehend beschriebene Temperatur ansteigt, wirkt eine Belastung auf das Werkstück, wobei im Gegenzug auch eine Entspannung des Werkstücks betrachtet wird, und der darauf bezogene Stand der Technik bspw. in dem Amtsbericht der japanischen Patentoffenlegung HEI Nr. 11-214323 beschrieben wird.
Jedoch ändert sich in dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik bei dem Steuerungsprozess unmittelbar nach einem Beginn der Lichtbestrahlung in der Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung eine Temperaturanstiegsgeschwindigkeit gemäß Positionen innerhalb der Werkstückoberfläche, wie dem Halbleitersubstrat oder dgl., üblicherweise aufgrund eines kurzfristigen Erwärmens des Werkstücks bei einer konstanten Lichtbestrahlungsintensität, was zu einer Temperaturverteilung führt. Deshalb wirkt eine Belastung auf das Werkstück, so dass Verzerrung, Deformierung, Verzug, Bruch oder dgl. verursacht wird. Ferner liegt, als ein Ergebnis eines in einigen Fällen in das Werkstück eingebrachten Kristalldefekts, ein Problem dahingehend vor, dass eine charakteristische Variation zwischen in das Halbleitersubstrat eingebauten Halbleiterelementen, die das Werkstück bilden, und zusätzlich ein Mangel bei der Zuverlässigkeit oder dgl. verursacht wird.
Die Druckschrift US 6,393,210 B1 offenbart ein Verfahren zur kurzfristigen thermischen Verarbeitung zum Tragen eines Wafers in einer Verarbeitungskammer und zum Wärmebehandeln des Wafers mittels einer Wärmequelle, die einer Oberfläche des Wafers gegenübersteht, wobei das Verfahren einen Prozess zum Einstrahlen eines eine flache Intensitätsverteilung aufweisenden Lichts von der Wärmequelle auf den Wafer und zum Erhöhen der Temperatur des Wafers umfasst.
Die Druckschrift US 6,001,175 A offenbart ein Kristallherstellungsverfahren und eine Vorrichtung zum Züchten eines Komponentenelements auf der Oberfläche eines Festkörpersubstrats. Als eine Möglichkeit wird das Substrat durch Infrarotstrahlen vorgeheizt, um eine gleichmäßig verteilte Temperatur auf der Oberfläche des Wafers zu erreichen. In dieser Vorrichtung wird ein Vorheizen durch Anlegen eines Stroms an das Substrat durchgeführt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung liegt im Bereitstellen eines Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahrens und einer Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung, die durch Einstellen einer Verteilung bei einer Lichtbestrahlungsintensität eines Steuerungsprozesses gemäß einem Widerstand, der auf eine thermische Leitfähigkeit eines Bestandteils eines Werkstücks bezogen ist, und durch Verringerung einer Temperaturvariation des Werkstücks während eines Temperaturanstiegs zum Abbau einer auf das Werkstück wirkenden Belastung und zum Herstellen eines hochzuverlässigen Halbleitergeräts ohne Verzerrung, Deformierung, Verzug, Bruch oder dgl. und ohne eine charakteristische Fluktuation in der Lage sind.
Gemäß der Erfindung werden ein Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren gemäß Patentanspruch 1 und eine Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 6 bereitgestellt.
Weiterentwicklungen liegen wie in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen dargelegt vor.
Demgemäß wird bei einem Steuerungsprozess nach einem Beginn der Lichtbestrahlung die Lichtbestrahlungsintensität für jede Vielzahl von Bereichen gesetzt, wodurch ein Verringern einer Temperaturvariation des Werkstücks ermöglicht wird. Es ist deshalb möglich, eine Belastung zu verringern, eine charakteristische Fluktuation des in das Werkstück eingebauten Halbleitergeräts ohne Verzerrung, Deformation, Verzug, Bruch oder dgl. zu unterdrücken und einen Mangel bei der Zuverlässigkeit zu verringern.
Demgemäß ist bei einem Steuerungsprozess nach einem Beginn der Lichtbestrahlung ein Verringern der Temperaturvariation des Werkstücks durch uniformes Setzen der Lichtbestrahlungsintensität möglich. Dies ist dadurch begründet, dass, da ein Ansprechen eines Substrats auf eine Temperaturänderung und eine Temperaturverteilung schnell erfolgt, wenn das Werkstück einen niedrigen Widerstand aufweist, sich die Verteilung direkt auf eine Temperaturverteilung in dem Werkstück niederschlägt, wenn bei der Lichtbestrahlungsintensität eine Verteilung eingestellt wird, so dass ein uniformes Einstellen der Lichtintensität bevorzugt wird.
Außerdem kann ein Regelkreisprozess durchgeführt werden, der eine gemessene Temperatur rückführt und die Lichtbestrahlungsintensität steuert, um eine vorbestimmte Temperatur aufrecht zu erhalten, bei welcher eine hinreichende Strahlungsintensität von dem Werkstück erhalten wird.
Des Weiteren ist das Verfahren bei einer Verringerung einer Belastung des Werkstücks wirksam, die durch einen kurzfristigen Temperaturanstieg des Substrats aufgrund einer Erhöhung einer Temperaturvariation nach einem Beginn der Lichteinstrahlung verursacht wird.
Außerdem ist es bei einem Steuerungsprozess nach einem Beginn der Lichtbestrahlung möglich, das Werkstück gemäß dem Widerstand des Werkstücks weiter in eine Anzahl von Bereichen zu unterteilen, um die Lichtbestrahlungsintensität für jeden Bereich zu steuern.
Außerdem ist es möglich, eine Lichtintensitätsverteilung zu bilden, die einem Abstand von einem Zentrum des Werkstücks entspricht.
Demgemäß wird die Lichtbestrahlungsintensität für jede Vielzahl von Bereichen durch die Lichtbestrahlungsintensitätssteuereinrichtung gesetzt, so dass ein Verringern einer Temperaturvariation des Werkstücks ermöglicht wird. Es ist deshalb möglich, eine Belastung zu verringern, eine charakteristische Fluktuation des in das Werkstück eingebauten Halbleitergeräts ohne Verzerrung, Deformierung, Verzug, Bruch oder dgl. zu unterdrücken und einen Mangel bei der Zuverlässigkeit zu verringern.
In diesem Zusammenhang ist es möglich, die Lichtbestrahlungsintensität auf das Werkstück in eine Vielzahl von Bereichen zu unterteilen, und diese automatisch gemäß dem durch die Widerstandsmesseinrichtung gemessenen Widerstand zu setzen.
Demgemäß ist es möglich, die für jeden Gruppenbereich der Lampen einzustrahlende Lichtintensität automatisch zu setzen, um bei der Lichtbestrahlungsintensität der Gruppe einer Mehrzahl der Lampen eine Verteilung einzustellen.
Außerdem ist es möglich, eine Temperaturvariation des Werkstücks nach einem Beginn der Lichteinstrahlung gemäß dem Widerstand des Werkstücks zu verringern. Dies ist mit anderen Worten dadurch begründet, dass, falls der Widerstand des Werkstücks nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, ein Einstellen der Verteilung bei der Lichtbestrahlungsintensität einen Temperaturgradienten innerhalb des Werkstücks verringern kann, und dass, falls der Widerstand nicht mehr als 1 Ohm-cm beträgt, falls dann bei der Lichtbestrahlungsintensität die Verteilung eingestellt wird, sich dann die Verteilung direkt auf die Temperatur innerhalb des Werkstücks niederschlägt, so dass ein uniformes Einstellen der Lichtintensität bevorzugt wird.
Schließlich ist es möglich, die Lichtintensitätsverteilung entsprechend einem Abstand von dem Zentrum des Werkstücks zu bilden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Draufsicht einer Lampenanordnung der Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 eine Ansicht eines Lichtintensitätssteuerbereichs der Lampe in der Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 eine Ansicht einer Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung der Lampe in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 einen Graph einer Änderung einer Temperatur eines Werkstücks hinsichtlich der Zeit gemäß der herkömmlichen Wärmebehandlung,
6 eine Ansicht eines relativen Orts eines Pyrometers zur Temperaturmessung hinsichtlich der Lampe und des Werkstücks,
7 eine Ansicht eines Verzugs des Werkstücks, wenn eine Lichtbestrahlung unter Verwendung einer Lampe in einer herkömmlichen Wärmebehandlung durchgeführt wird,
8 einen Graph einer Änderung einer Temperatur des Werkstücks hinsichtlich der Zeit durch ein Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
9 eine Ansicht einer Beziehung zwischen einem Widerstand des Werkstücks und der maximalen Temperaturdifferenz.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung auf der Grundlage von 1 bis 7 beschrieben. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer lampenartigen Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, umfasst diese Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung ein Trageelement 102 zum Tragen eines in einem Hochofen bereitgestellten Werkstücks 103, eine ebenenförmige Lichtbestrahlungsheizvorrichtung 101, die bereitgestellt ist, um einer Oberfläche des durch das Trageelement 102 getragenen Werkstücks 103 gegenüber zu liegen, eine Temperaturmesseinrichtung 104, die bereitgestellt ist, um der anderen Oberfläche bei der anderen Seite hinsichtlich der einen Seite des Werkstücks 103 gegenüber zu liegen, eine Steuereinrichtung der Lichtbestrahlungsintensität zum Steuern einer Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung in einer Ebene der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung 101, so dass eine durch. die Temperaturmesseinrichtung 104 gemessene Temperatur auf der Grundlage eines Widerstands des Werkstücks 103 eine vorbestimmte Temperatur werden kann.
In diesem Fall wird eine Mehrzahl von zylindrischen Lampen (Lichtbestrahlungsheizeinrichtung) 101 zum Erwärmen des Werkstücks, insbesondere eines plattenförmigen Substrats, um die Temperatur des Werkstücks zu erhöhen, in der Vorrichtung flach angeordnet, und wird das Werkstück 103 durch das Werkstücktrageelement 102 getragen und liegt der Mehrzahl von Lampen 101 gegenüber. Dieses Trageelement 102 trägt das Werkstück 103 lediglich bei einem sehr kleinen peripheren Abschnitt, und eine rückwärtige Oberfläche des Werkstücks 103 befindet sich in einem Expositionszustand.
Eine Vielzahl von Pyrometern (Temperaturmesseinrichtung) 104 zum Messen einer Temperatur ist vorgesehen, um der Lampe 101 auf der hinsichtlich des Werkstücks 103 gegenüber liegenden Seite gegenüber zu liegen. Das Pyrometer 104 misst eine Wellenlänge, die das Werkstück 103 abstrahlt, und bestimmt eine Temperatur des Werkstücks 103 auf der Grundlage eines Werts der gemessenen Wellenlänge. Außerdem ist die Vorrichtung derart gebildet, dass Schutzgas entlang einer Oberfläche des Werkstücks 103 von einem Schutzgaseinlass 105 strömen und aus einem Schutzgasauslassanschluss 106 ausgestoßen werden kann, und eine Auslassgaspumpe 107 ist mit dem Ende verbunden. Des Weiteren wird dem Werkstück 103 ein Mechanismus zum Drehen des Tragelements 102 während einer Lichtbestrahlungswärmebehandlung bereitgestellt.
2 zeigt eine Draufsicht der Anordnung der Lampe in der Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung in 1. In 2 zeigt eine Vielzahl von kleinen Kreisen eine Anordnung der Lampe an, und in den Kreisen beschriebene Nummern 1 bis 12 zeigen an, dass insgesamt 12 Bereiche vorliegen, die eine der Lampe 101 zugeführte elektrische Energie (Energie) unabhängig steuern können. Die Lampe 101 in der Wärmebehandlungsvorrichtung des Ausführungsbeispiels der Erfindung ist mit anderen Worten derart ausgebildet, dass die elektrische Energie in 12 Bereichen unabhängig gesteuert werden kann. Außerdem zeigt ein Kreis 108 eine Position des Werkstücks 103 in einem Fall an, in welchem ein Halbleitersubstrat mit einem Durchmesser von 8 Zoll als das Werkstück 103 verwendet wird, das angeordnet wird, um der Lampe 101 gegenüber zu liegen, und zeigt ein Kreis 109 eine Außenkantenposition des Werkstücktrageelements 102 an.
Nachstehend wird ein Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren des Ausführungsbeispiels der Erfindung beschrieben, das die Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung verwendet, die die vorstehende Konfiguration aufweist. Das heißt, das Verfahren enthält einen Steuerungsprozess zum Erhöhen der Temperatur des Werkstücks 103 mit einer konstanten Lichtverteilungsintensität bis hin zu einer steuerbaren Temperatur des Pyrometers 104, und einen Regelkreisprozess, der eine von dem Werkstück 103 abgestrahlte Wellenlänge durch das Pyrometer 104 misst, die Temperatur des Werkstücks 103 auf der Grundlage des Werts der Wellenlänge bestimmt und die Lichtbestrahlungsintensität der Lampe 101 einstellt.
Es wird insbesondere in einem Fall, in welchem ein Halbleitersubstrat als das Werkstück 103 verwendet wird, ein unabhängiger Energiesteuerbereich der Lampe zum Erwärmen in die in 3 gezeigten drei Bereiche unterteilt. Die Lichtbestrahlungsintensität der Lampe wird mit anderen Worten in drei Bereiche unterteilt. Diese Bereiche sind ein Kreisbereich 203, der innerhalb einer gegenüber liegenden Substratperipherie vorliegt, und sein Radius ist gleich einem Abstand 201 von einem Substratzentrum (etwa 80% des Substratradius mit einem Durchmesser von acht Zoll), ein Bereich 204, der innerhalb der Substratperipherie mit Ausnahme des Bereichs 203 vorliegt, und ein externer Bereich 205 des Substrats. Zufälligerweise ist ein Radius 202 fast gleich einem Umfang des Substrats mit einem Durchmesser von acht Zoll. Wie vorstehend beschrieben, weist das Werkstück 103 eine Kreisform auf, und eine flache Lichtintensitätsverteilung von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung weist eine Verteilung von konzentrischer Kreisform auf.
Wird das Substrat wirksam wärmebehandelt, dann wird, falls ein Widerstand des Substrats (Silizium) nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, bei dem Steuerungsprozess nach einem Beginn der Lichteinstrahlung, wie in 4A gezeigt, den Lampen sowohl in dem Bereich 204 als auch in dem Bereich 205 die gleiche Energie zugeführt, um die gleiche Lichtbestrahlungsintensität aufzuweisen, und eine Lichtbestrahlungsintensität des Bereichs 203 wird höher als jene des Bereichs 204 und des Bereichs 205 eingestellt. Beträgt demgegenüber der Widerstand des Substrats (Silizium) weniger als 1 Ohm-cm, dann wird bei dem Steuerungsprozess nach einem Beginn der Lichteinstrahlung, wie gemäß 4B gezeigt, einer jeden Lampe die gleiche Energie zugeführt, so dass die Lichtbestrahlungsintensität in allen Bereichen des Bereichs 203, des Bereichs 204 und des Bereichs 205 konstant werden kann.
5 zeigt einen Graph einer Änderung einer Temperatur des Werkstücks hinsichtlich der Zeit gemäß der Wärmebehandlung im Stand der Technik. Es ist eine Änderung einer Temperatur des Substrats hinsichtlich der Zeit gezeigt, die durch Zuführen der gleichen Energie zu allen der Mehrzahl von Lampen 101 in 1 in einer dem Stand der Technik ähnlichen Weise, und durch Einstellen der Energie in eine uniforme Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung, wie in 4B gezeigt, um die Lichtbestrahlung zum Erwärmen des Substrats durchzuführen, erhalten wird. Eine horizontale Achse des Graphen zeigt die Lichtbestrahlungswärmebehandlungszeit an, und eine erste vertikale Achse zeigt eine Temperatur des Substrats an, die durch Messen einer Wellenlänge der Strahlung des erwärmten Substrats durch das in 1 gezeigte Pyrometer 104 und durch Umwandlung der Wellenlänge in eine Temperatur erhalten wird; und T1 und T6 sind Symbole, die die Pyrometer anzeigen, die bei Positionen angeordnet sind, die einem Zentrum bzw. einer Peripherie des Substrats gegenüberliegen. Diese Messpositionen von T1 und T6 sind in 6 gezeigt. T1 entspricht einer Temperatur bei dem Zentrum des Substrats, und T6 entspricht einer Temperatur bei dem peripheren Abschnitt. Schwarze Punkte in der Zeichnung zeigen Positionen der an die Vorrichtung angebrachten Pyrometer an, und T1 bis T6 zeigen Symbole der Pyrometer an. Außerdem ist eine zweite vertikale Achse eine Temperaturdifferenz zwischen einem die höchste Temperatur aufweisenden Abschnitt und einem die niedrigste Temperatur aufweisenden Abschnitt innerhalb der Substratoberfläche, und die Temperaturdifferenz wird als Delta angezeigt. Zufälligerweise ist ein verwendetes Material ein CZ-Si-Substrat (Widerstand 1-10 Ohm-cm) und wird typischerweise weithin zum Herstellen eines Halbleitergeräts verwendet.
In dem Steuerungsprozess wird die Temperaturvariation nach einem Beginn der Lichteinstrahlung groß, wenn die in 4B gezeigte Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung in einer dem Stand der Technik ähnlichen Art verwendet wird, wie gemessene Temperaturen während des Erwärmens von 0 bis 15 Sekunden in 5 zeigen. Dies ist dadurch begründet, dass das Substrat durch eine auf das Substrat wirkende mechanische Belastung verzerrt wird, die durch einen kurzfristigen Temperaturanstieg verursacht wird, und deshalb biegt sich das Substrat auf dem Trageelement 102 in 1, so dass ein Lampenlicht des oberen Teils durch eine Lücke zwischen der Substratperipherie und dem Trageelement 102 austritt und direkt in das Pyrometer 104 eintritt, wodurch eine Peripherietemperatur als hoch gemessen wird (T6). In diesem Fall wird ein Lichtaustreten bei einem Zeitpunkt von vier Sekunden nach einem Beginn der Lichtbestrahlung erzeugt.
Eine schematische Blockdarstellung in einem Fall, in welchem ein derartiger Lichtaustritt erzeugt wird, ist in 7 gezeigt. Bezugszeichen 501 bezeichnet eine Mehrzahl vom Lampen, Bezugszeichen 502 ein Werkstücktrageelement, Bezugszeichen 503 eine Vielzahl von Pyrometern, Bezugszeichen 504 ein Werkstück einer normalen Position, Bezugszeichen 505 ein Werkstück, das sich aufgrund eines Vorkommens einer Verzerrung gebogen hat, und Bezugszei chen 506 ein Lampenlicht des oberen Teils, das aus einer Lücke zwischen dem Substrat und dem Trageelement ausgetreten ist. Auf diese Weise tritt das Licht 506 in das Pyrometer T6 ein, das bei der Peripherie befindlich ist, so dass eine Temperatur gemessen wird, die höher als jene eines Zentrums ist.
Demgemäß ist die hier gemessene Temperatur keine wirkliche Temperatur des Substrats, sondern die aufgrund eines Austritts des Lampenlichts unrichtig gemessene Temperatur, so dass in diesem Zustand die gemessene Temperatur nicht richtig zu einer Eingabeenergiesteuerung zu der Lampe rückgeführt werden kann. Da diese Temperaturvariation durch die Verzerrung des Werkstücks verursacht wird, kann sie ebenso als ein Indikator zum Beurteilen eines Vorliegens einer Belastung verwendet werden.
Demgegenüber zeigt 8 einen Graph einer Änderung einer Temperatur des Werkstücks hinsichtlich der Zeit gemäß der Wärmebehandlung des Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es ist eine Substrattemperaturänderung gezeigt, wenn das Wärmebehandlungsverfahren des Substrats gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird, mit anderen Worten, bei dem Steuerungsprozess nach dem Beginn der Lichtbestrahlung, wenn eine Energiesteuerung bei der Mehrzahl von Lampen 101 in der Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung in 1 durchgeführt wird, um die in 4A gezeigte Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung zu erhalten. Ein für ein Experiment in 8 verwendetes Halbleitersubstrat weist einen Widerstand von 1 bis 10 Ohm-cm ähnlich dem Widerstand in 5 auf. Es ist gezeigt, dass, falls die Lichtbestrahlungsintensität des zentralen Abschnitts höher als jene des peripheren Abschnitts in der Anordnung von Lampen eingestellt wird, dann eine Temperaturdifferenz zwischen der Peripherie (T6) und dem Zentrum (T1) des Substrats, wie in 8 gezeigt (für etwa 0 bis 20 Sekunden in 8), verringert werden kann, und es ist ersichtlich, dass eine Belastung aufgrund eines kurzfristigen Substrattemperaturanstiegs, der in der Lichtbestrahlungserwärmung im Stand der Technik ermittelt wurde, verringert wird, dass der Verzug des Substrats oder dgl. kaum auftritt, und dass das Lampenlicht zum Erwärmen nicht direkt in das Pyrometer eintritt.
In einem Substratwärmebehandlungsverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Substrat erwärmt und dessen Temperatur auf der Grundlage der in 4A gezeigten Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung bei dem Steuerungsprozess nach einem ersten Beginn der Lichtbestrahlung erhöht, und, nachdem die Substrattemperatur auf nicht weniger als eine bestimmte Temperatur erhöht wurde oder die Erwärmungszeit seit einer bestimmten Zeitspanne verstrichen ist, wird der Regelkreisprozess auf der Grundlage einer in 4B gezeigten uniformen Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung durchgeführt.
9 zeigt einen Graph einer Beziehung zwischen einem Widerstand des Werkstücks und der maximalen Temperaturdifferenz in dem Werkstück. Der Graph zeigt ein Ergebnis, das durch Anwenden des Steuerungsprozesses der Lichtbestrahlungskurzzeitwärmebehandlung bei Substratmaterialien, die verschiedene Widerstandsgrößen bzw. Widerstände aufweisen, unter Verwendung der in 4A gezeigten Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung erhalten wird. Die maximale Temperaturdifferenz des Graphen zeigt eine Differenz zwischen den Temperaturen an, die durch die bei T1 und T6 in 6 befindlichen Pyrometer gemessen werden. Der Durchmesser des Substrats beträgt acht Zoll, thermisches SiO₂ wird durch Bilden eines thermischen Oxidfilms auf einem Siliziumsubstrat erhalten, SiN wird durch Bilden eines SiN-Films auf dem Siliziumsubstrat erhalten, P^–/P_epi-Si wird durch Züchten einer P-Typ-Epitaxialschicht erhalten, die eine mittlere Konzentration auf dem Siliziumsubstrat aufweist, P⁺/P_epi-Si wird durch Bilden einer P-Typ-Epitaxialzuchtschicht erhalten, die eine mittlere Konzentration auf dem hochkonzentrierten Siliziumsubstrat aufweist, und dotiertes Poly-Si wird durch Bilden eines Polysiliziumfilms, in welchen Phosphor, Bor, Arsen oder dgl. dotiert ist, auf dem Siliziumsubstrat erhalten.
Gemäß diesem Ergebnis ist es, falls der Widerstand nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, zur Belastungsverringerung des Werkstücks wirksam, die wie gemäß 4A gezeigte Verteilung der Lichtbestrahlungsintensität zum Erwärmen bei dem Steuerungsprozess nach einem Beginn der Lichtbestrahlung einzustellen. Beträgt die maximale Temperaturdifferenz in dem Werkstück nicht weniger als 70°C, dann tritt ein unerwünschter Einfluss deutlich bei einer Eigenschaft und Zuverlässigkeit eines typischen Halbleitergeräts auf, so dass die maximale Temperaturdifferenz, die nicht mehr als 70°C beträgt, und ein Widerstand, der als das ganze Substrat nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, ein Kriterium zum Beurteilen werden, um den Steuerungsprozess mit der Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung durchzuführen.
Als nächstes kann, wenn der Widerstand in dem Substrat nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, die maximale Temperaturdifferenz durch Durchführen des wie in 4A gezeigten Steuerungsprozesses womöglich nicht weniger als 70°C betragen; und es ist ersichtlich, dass, da ein Ansprechen des Substrats auf eine Temperaturänderung und eine Temperaturverteilung schnell erfolgt, wenn das Werkstück einen niedrigen Widerstand aufweist, sich die Verteilung direkt auf die Temperaturverteilung innerhalb des Substrats niederschlagen, wenn die Verteilung bei der Lichtbestrahlungsintensität der Lampe eingestellt wird. Deshalb wird in dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn der Widerstand in den meisten Substraten nicht mehr als 1 Ohm-cm beträgt, die Lichtbestrahlungsintensität der Lampe der Wärmebehandlungsvorrichtung uniform eingestellt, um dann den Steuerungsprozess durchzuführen.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird, wenn der Widerstand des Substrats nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, die Lichtbestrahlungsintensität der Lampe in zwei Bereiche, den Bereich 203 und den Bereich 204 zzgl. Bereich 205, wie gemäß 4A gezeigt, unterteilt, aber die Lichtbestrahlungsintensität der Lampe kann derart konfiguriert werden, dass sie gemäß dem Widerstand des Werkstücks, wie einem Halbleitersubstrat, weiter in mehr Bereiche unterteilt wird, und dass eine eingegebene elektrische Energie und die Lichtbestrahlungsintensität für jeden Bereich gesteuert werden, um die Intensitätsverteilung zu bilden.
Obwohl die Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung in 1 gezeigt ist; und aus dem in 9 gezeigten experimentellen Ergebnis oder dgl. hinsichtlich des Steuerungsprozesses der Wärmebehandlung, kann die Vorrichtung derart konfiguriert werden, dass vor einem Durchführen der Lichtbestrahlungswärmebehandlung eine Einrichtung (Widerstandsmesseinrichtung) zum Messen des Widerstands des Werkstücks und eine Einrichtung (Steuereinrichtung der Lichtbestrahlungsintensität) zum automatischen Setzen der Lichtintensität hinzugefügt werden, die für jeden Gruppenbereich der Lampe einzustrahlen ist, so dass die Verteilung bei der Lichtbestrahlungsintensität der Gruppe der Mehrzahl von Lampen auf der Grundlage des gemessenen Widerstands des Werkstücks erzeugt werden kann, die flach bereitgestellt wird, um dem Werkstück gegenüber zu liegen. Wird eine Beziehung zwischen dem Widerstand des Werkstücks und der Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung der Gruppe der Lampen bestimmt, so dass die maximale Temperaturdifferenz in dem Werkstück bei dem Steuerungsprozess bei der Wärmebehandlung womöglich nicht mehr als 70°C betragen kann, und wird die Beziehung der vorstehend beschriebenen automatischen Einstelleinrichtung der Lichtintensitätsverteilung zugeführt, wird es möglich, die vorstehend beschriebene Vorrichtung zu verwirklichen.

Claims

Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren zum Tragen eines Werkstücks (103) in einem Brennofen und Wärmebehandeln des Werkstücks (103) mittels einer ebenenförmigen Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101), die bereitgestellt ist, um einer Oberfläche des Werkstücks (103) gegenüberzuliegen, wobei das Verfahren umfasst einen Prozess zum Bestimmen einer Intensitätsverteilung eines von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) eingestrahlten Lichtes auf der Grundlage einer gemessenen Widerstandsgröße des Werkstücks (103), und einen Prozess zum Einstrahlen eines die bestimmte Lichtintensitätsverteilung aufweisenden Lichtes auf das Werkstück (103) von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101), wenn sich die Temperatur des Werkstücks (103) erhöht.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Werkstück (103) ein Siliziumsubstrat enthält, und, wenn eine Widerstandsgröße des Siliziumsubstrats weniger als 1 Ohm-cm beträgt, dann die Intensitätsverteilung des von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) eingestrahlten Lichtes auf eine uniforme Intensitätsverteilung gesetzt wird.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Werkstück (103) ein Siliziumsubstrat enthält, und, wenn eine Widerstandsgröße des Siliziumsubstrats nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, dann das von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) eingestrahlte Licht derart gesetzt wird, dass eine Intensitätsverteilung in einem zentralen Bereich (203) kleiner als jene in einem peripheren Bereich (205) sein kann.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner einen Prozess zum Einstrahlen eines eine uniforme Intensität aufweisenden Lichtes auf das Werkstück (103) von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) und zum Wärmebehandeln von jenem nach dem Prozess zum Erhöhen der Temperatur des Werkstücks (103) enthält.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsverfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Widerstandsgröße des Siliziumsubstrats nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, das Siliziumsubstrat eine Kreisform aufweist, und die Lichtintensitätsverteilung von der Wärmebestrahlungsheizeinrichtung (101) eine Verteilung konzentrischer Kreisform ist.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung, mit einem Trageelement (102) zum Tragen eines Werkstücks (103), das in einem Brennofen bereitgestellt ist, einer ebenenförmigen Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101), die bereitgestellt ist, um einer Oberfläche des Werkstücks (103) gegenüberzuliegen, das durch das Trageelement (102) getragen ist, einer Temperaturmesseinrichtung (104), die bereitgestellt ist, der anderen Oberfläche auf der anderen Seite hinsichtlich der einen Oberfläche des Werkstücks (103) gegenüberzuliegen, und einer Lichtbestrahlungsintensitätssteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtbestrahlungsintensitätssteuereinrichtung zum Steuern einer Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung in einer Ebene der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) auf der Grundlage einer gemessenen Widerstandsgröße des Werkstücks (103), wenn sich eine Temperatur des Werkstücks (103) erhöht, eingerichtet ist.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, ferner mit einer Widerstandsgrößenmesseinrichtung zum Messen der Widerstandsgröße des Werkstücks (103), wobei die Lichtbestrahlungsintensitätssteuereinrichtung die Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung in einer Ebene der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) auf der Grundlage der durch die Widerstandsgrößenmesseinrichtung gemessenen Widerstandsgröße des Werkstücks (103) steuert, wenn sich die Temperatur des Werkstücks (103) erhöht.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) aus einer Gruppe besteht, in der eine Mehrzahl von Wärmelampen flach angeordnet sind, die Gruppe der Wärmelampen in eine Vielzahl von flachen Bereichen (1 bis 12) aufgeteilt ist, und eine voneinander unabhängige Lichtbestrahlungsintensität für jeden Bereich (1 bis 12) gesetzt werden kann.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Lichtbestrahlungsintensitätssteuereinrichtung derart steuert, um ein Licht, das eine Lichtbestrahlungsintensitätsverteilung aufweist, die sich in einer Ebene der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) ändert, von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) einzustrahlen, wenn das Werkstück (103) ein Siliziumsubstrat ist und die Widerstandsgröße des Werkstücks (103) nicht weniger als 1 Ohm-cm beträgt, und steuert, um ein Licht, das eine uniforme Lichtbestrahlungsintensität in der Ebene der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) aufweist, von der Lichtbestrahlungsheizeinrichtung (101) einzustrahlen, wenn die Widerstandsgröße des Siliziumsubstrats weniger als 1 Ohm-cm beträgt.
Lichtbestrahlungswärmebehandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei das Werkstück (103) ein Halbleitersubstrat ist und die Gruppe der Wärmelampen in eine Vielzahl von Bereichen (1 bis 12) in einer Form eines flachkonzentrischen Kreise aufgeteilt ist.