JP4091815B2

JP4091815B2 - Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP4091815B2
Application number: JP2002283334A
Authority: JP
Inventors: 光朗田辺
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP2004119823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体ウエハ等の基板に薄膜の成膜、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法に関し、そのなかでも特に、放射温度計プローブユニットを有した半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放射温度計プローブユニットを有した半導体製造装置においては、例えば、図６に示すように、加熱された半導体ウエハ１５の放射強度を温度測定用放射温度計２４によって測定し温度に関数換算するが、その際、エミシビティ測定用放射温度計２１で測定したエミシビティ（放射率）で補正して半導体ウエハ１５の温度を測定している。
【０００３】
しかしながら、処理の種類によっては反応時に発生する副生成物がエミシビティ測定用放射温度計２１に付着するとエミシビティの測定値に誤差が生じ、それがひいては半導体ウエハ１５の温度測定誤差となってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、エミシビティ測定用放射温度計等の基板の状態を測定する測定機構であって、基板状態を常時測定する必要のない測定機構を、反応時に発生する副生成物等から有効に保護し、それによって基板状態を誤差が少なく測定できるようにした測定機構を備えた基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
基板を処理する反応室において前記基板を所定の温度に昇温させる工程と、
前記基板の温度を前記所定の温度に維持する工程と、
を有し、
前記所定の温度に昇温させる工程の前および前記各工程中において、前記反応室内の雰囲気と前記基板のエミシビティを測定する第１の測定機構とを連通または非連通状態とする仕切部材が前記非連通状態から連通動作を行い、前記第１の測定機構を一時的に前記反応室内の雰囲気と連通させて、前記第１の測定機構により前記基板のエミシビティを測定し、その測定ごとに、前記第１の測定機構による測定値を用いて、前記基板の温度を常時測定する第２の測定機構による測定値を補正することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
好ましくは、前記温度維持工程では、前記反応室に反応ガスを流して前記基板を成膜処理する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置を示す概略横断面図であり、図２、図３は、本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略縦断面図であり、図４は、本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略部分縦断面図であり、図５は、本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールにおける処理方法を説明するためのタイムチャートである。
【００１１】
図１に示すように、本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置１は、プロセスモジュール２と搬送モジュール３と、カセットモジュール５、６と、冷却室８とを備えている。プロセスモジュール２は搬送モジュール３の側壁にゲートバルブ２１を介して取り付けられており、カセットモジュール５、６は搬送モジュール３の側壁にゲートバルブ５１、６１をそれぞれ介して取り付けられており、冷却室８は搬送モジュール３の側壁にゲートバルブ８１を介して取り付けられている。搬送モジュール３にはウエハ移載機３１が設けられている。カセットモジュール５が取り付けられている搬送モジュール３のポート７にはアライナー７１が設けられている。
【００１２】
複数枚の半導体ウエハがカセット等のキャリアに収納された状態でカセットモジュール６に搬入され、アライナー７１で半導体ウエハの位置合わせが行われた後、ウエハ移載機３１によって、１枚の半導体ウエハがプロセスモジュール２に搬入され、そこで前記半導体ウエハに所望の処理が行われ、その後、ウエハ移載機３１によって、冷却室８に運ばれ、そこで冷却された後に、ウエハ移載機３１によって、カセットモジュール６内のカセット等のキャリアに収納され、その後、そのキャリアが基板処理装置１から搬出される。
【００１３】
図２、図３に示すように、プロセスモジュール２においては、反応室１０内にサセプタ１４が設けられ、サセプタ１４の下側にヒータ１６（例えば、ランプなど）が設けられ、サセプタ１４の上には半導体ウエハ１５が載置される。下側のヒータ１６によってサセプタ１４が加熱され、それによってサセプタ１４上に載置された半導体ウエハ１５が加熱される。
【００１４】
プロセスモジュール２の天井壁１１には、穴１７、１８が設けられ、天井壁１１の穴１７、１８に対応する部分には、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３および温度測定用放射温度計用チャンバ２６が、ゲートバルブ（ＧＶ）２２、ゲートバルブ（ＧＶ）２５をそれぞれ介してそれぞれ取り付けられている。エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３にはエミシビティ測定用放射温度計２１が取り付けられ、温度測定用放射温度計用チャンバ２６には、温度測定用放射温度計２４が取り付けられている。
【００１５】
半導体ウエハ１５の温度は、ゲートバルブ２５を開いて測定する。半導体ウエハ１５のエミシビティは、ゲートバルブ２２を開いて測定する。なお、半導体ウエハ１５のエミシビティの測定を行わない場合は、ゲートバルブ２２を閉じておく。このように、エミシビティの測定を行わない場合には、ゲートバルブ２２を閉じておき、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３を反応室１０から隔離することにより、副生成物の付着を抑制し、測定精度を維持することができる。
【００１６】
また、図３に示すように、真空遮断可能なゲートバルブ２２、２５の両方を閉じておくことにより、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３や温度測定用放射温度計用チャンバ２６と反応室１０とを分離することが可能となり、反応室１０を大気開放することなく、図４に示すように、温度測定用放射温度計２４やエミシビティ測定用放射温度計２１を交換することが可能である。
【００１７】
プロセスモジュール２の右側の側壁１２および左側の側壁１３には給排気マニホールド（図示せず）がそれぞれ取り付けられている。これら左右の給排気マニホールドの上部には、それぞれガス供給口（図示せず）が設けられ、反応室１０に反応ガスを供給するようになっている。また、これら左右の給排気マニホールドの下部には、それぞれ排気口（図示せず）が設けられ、反応室１０内の気体を排気するようになっている。
【００１８】
次に、このプロセスモジュール２を用いて、半導体ウエハを処理する動作について説明する。
図１、図２を参照すれば、ゲートバルブ２１を開き、搬送モジュール３内に設置されているウエハ移載機３１により、半導体ウエハ１５を反応室１０内のサセプタ１４上に載置する。次に、ゲートバルブ２１を閉じた後、左側の給排気マニホールドの上部のガス供給口から一定流量の反応ガスを供給し、導入したガスおよび反応生成物を右側の給排気マニホールドの下部の排気口から排気しながら処理を行う。このとき、右側の給排気マニホールドの上部のガス供給口からのガス導入、および左側の給排気マニホールドの下部の排気口からの排気は行わないので、ガスは図２の左側から右側に向かって流れる。この状態では、半導体ウエハ１５の処理状態が偏ってしまうため、プロセス時間が半分経過した時点で、ガスの流れの向きを反対にする。つまり、図２の右側から左側に向かってガスを流す。すなわち、右側の給排気マニホールドの上部のガス供給口から一定流量の反応ガスを供給し、導入したガスおよび反応生成物を左側の給排気マニホールドの下部の排気口から排気しながら処理を行う。このとき、左側の給排気マニホールドの上部のガス供給口からのガス導入、および右側の給排気マニホールドの下部の排気口からの排気は行わない。
【００１９】
半導体ウエハ１５の温度は、温度測定用放射温度計２４によって測定する。しかし、半導体ウエハ１５のエミシビティはその表面の膜種や膜厚等に依存するので、温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値を、エミシビティ測定用放射温度計２１で求めたエミシビティで補正することによって、実際の半導体ウエハ１５の温度を求めることができる。
【００２０】
エミシビティ測定用放射温度計２１で半導体ウエハ１５のエミシビティを求めるには、まずエミシビティ測定用放射温度計２１の上側にあるエミシビティランプ（図示せず）を点灯した状態でエミシビティ測定用放射温度計２１の先端部２１１のセンサ（図示せず）を回転させ、真上のエミシビティランプに向くようにしてエミシビティランプの放射強度Ａを測定する。次に、エミシビティランプを点灯した状態で、エミシビティ測定用放射温度計２１の先端部２１１のセンサ（図示せず）を回転させ、真下の半導体ウエハ１５に向くようにし、半導体ウエハ１５からの放射強度Ｂを測定する。次に、エミシビティランプを消灯した状態で、半導体ウエハ１５からの放射強度Ｃを測定する。エミシビティランプを点灯した状態での半導体ウエハ１５からの放射強度Ｂには、半導体ウエハ１５からの放射強度Ｃが含まれているので、（Ｃ−Ｂ）がエミシビティランプからの光の半導体ウエハ１５による反射光の強度となり、その結果エミシビティランプからの光の半導体ウエハ１５による反射率αは
α＝（Ｃ−Ｂ）／Ａ
となる。
【００２１】
半導体ウエハ１５に対するエミシビティランプの光の反射率、吸収率および、透過率の関係は、
反射率＋吸収率＋透過率＝１
であり、エミシビティランプの光は、０．９μｍの光を最大強度として放射する白色光であり、半導体シリコンウエハ１５はこの０．９μｍの光を透過させないので、透過率は０となる。
【００２２】
従って、
反射率＋吸収率＝１
であり、任意の物体表面の吸収率と放射率は相等しいので、
放射率＝１−反射率＝１−（Ｃ−Ｂ）／Ａ
となる。このようにして求めた放射率で温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値を、補正することによって実際の半導体ウエハ１５の温度を求めることができる。
【００２３】
次に、本発明が適用される基板処理装置を用いた処理の一例を示す。例えばシリコンよりなる半導体ウエハ１５に反応ガスとしてＮＨ_３を流して半導体ウエハ１５の表面にＳｉＮ膜を成膜する場合について説明する。半導体ウエハ１５の加熱前にのみゲートバルブ２２を開放して半導体ウエハ１５のエミシビティを測定し、そのエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値を補正する場合（第１の実施の形態）と半導体ウエハ１５の加熱前のみならず、昇温時や一定温度に保持している時にも、ゲートバルブ２２を開放して半導体ウエハ１５のエミシビティをその都度測定し、そのエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値をその都度補正する場合（第２の実施の形態）について説明する。なお、半導体ウエハ１５のエミシビティはその表面の膜種や膜厚等に依存するので、加熱前のみならず、昇温時や一定温度に保持している時にも、エミシビティを測定し、それに応じて温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値をその都度補正する方がより正確な温度が測定できる。
【００２４】
図５は、本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置における成膜方法を説明するためのタイムチャートである。
【００２５】
まず、第１の実施の形態について説明する。
まず、ゲートバルブ２５は常時開放しておき、温度測定用放射温度計２４によって常時温度が測定できるようにしておく。そして、反応室１０内に半導体ウエハ１５をロードし（時間Ｔ１）、次に、サセプタ１４上に半導体ウエハ１５を載置する。その後、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ２）半導体シリコンウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定する。第１の実施の形態では、ここで測定したエミシビティによって、温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を最後まで行う。
【００２６】
その後、ゲートバルブ２２を閉じ、ヒータ１６により昇温を開始すると共に反応室１０内にＮ_２を流し始め、反応室内の圧力も上昇させ始める（時間Ｔ３）。半導体ウエハ１５の温度が６００℃になると（時間Ｔ６）この温度（６００℃）で維持し、その後再び昇温を始める（時間Ｔ９）。そして、半導体ウエハ１５の温度が１０００℃になると（時間Ｔ１２）、この温度で維持すると共に、ＮＨ_３を流し始めて、半導体ウエハ１５の表面にＳｉＮ膜を形成する。なお、反応室１０内の圧力は１００Ｔｏｒｒに維持する。
【００２７】
その後、時間Ｔ１５になると、ヒータ１６をオフにして半導体ウエハ１５の温度を降下させると共に、ＮＨ_３の供給も停止する。そして、希釈Ｎ_２を流しながら、反応室１０内の排気を行う。
【００２８】
次に、第２の実施の形態について説明する。
まず、ゲートバルブ２５は常時開放しておき、温度測定用放射温度計２４によって常時温度が測定できるようにしておく。そして、反応室１０内に半導体ウエハ１５をロードし（時間Ｔ１）、次に、サセプタ１４上に半導体ウエハ１５を載置する。その後、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ２）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定する。ここで測定したエミシビティを用いて、温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００２９】
その後、ゲートバルブ２２を閉じ、ヒータ１６により昇温を開始すると共に反応室１０内にＮ_２を流し始め、反応室内の圧力も上昇させ始める（時間Ｔ３）。昇温途中でゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ４）半導体シリコンウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ５）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３０】
半導体ウエハ１５の温度が６００℃になると（時間Ｔ６）この温度（６００℃）で維持する。６００℃で維持されている間に、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ７）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ８）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３１】
その後、再び昇温を始める（時間Ｔ９）。昇温途中でゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ１０）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ１１）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３２】
そして、半導体ウエハ１５の温度が１０００℃になると（時間Ｔ１２）、この温度で維持すると共に、ＮＨ_３を流し始めて、半導体ウエハ１５の表面にＳｉＮ膜を形成する。なお、反応室１０内の圧力は１００Ｔｏｒｒに維持する。１０００℃で維持されている間に、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ１３）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ１４）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３３】
その後、時間Ｔ１５になると、ヒータ１６をオフにして半導体ウエハ１５の温度を降下させると共に、ＮＨ_３の供給も停止する。そして、希釈Ｎ_２を流しながら、反応室１０内の排気を行う。
【００３４】
なお、上記第１および第２の実施の形態では、ゲートバルブ２２、２５を設けたがゲートバルブ２２、２５に代えてシャッターを設けてもよい。
【００３５】
また、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３の壁と温度測定用放射温度計用チャンバ２６の壁は、電磁波吸収材で覆われており、チャンバ内の反射が抑制され、迷光の影響が軽減される。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、エミシビティ測定用放射温度計等の基板の状態を測定する測定機構であって、基板状態を常時測定する必要のない測定機構を、反応時に発生する副生成物等から有効に保護し、それによって基板状態を誤差が少なく測定できるようにした測定機構を備えた基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置を示す概略横断面図である。
【図２】本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略縦断面図である。
【図４】本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略部分縦断面図である。
【図５】本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置における成膜方法を説明するためのタイムチャートである。
【図６】従来のプロセスモジュールを示す概略部分縦断面図である。
【符号の説明】
１…基板処理装置
２…プロセスモジュール
３…搬送モジュール
５、６…カセットモジュール
７…ポート
８…冷却室
１０…反応室
１１…天井壁
１２、１３…側壁
１４…サセプタ
１５…半導体ウエハ
１７、１８…穴
２１…エミシビティ測定用放射温度計
２１、５１、６１、８１…ゲートバルブ
２２、２５…ゲートバルブ
２３…エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ
２４…温度測定用放射温度計
２６…温度測定用放射温度計
３１…ウエハ移載機
７１…アライナー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device using a substrate processing equipment, in particular, a semiconductor device using formation of the thin film on a substrate such as a semiconductor wafer, diffusion of impurities, the substrate processing equipment to perform processing such as etching it relates to a method of manufacturing, particularly among them, a method of manufacturing a semiconductor device using a semiconductor manufacturing equipment having a radiation thermometer probe unit.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor manufacturing apparatus having a conventional radiation thermometer probe unit, for example, as shown in FIG. 6, the radiation intensity of a heated semiconductor wafer 15 is measured by a temperature measurement radiation thermometer 24 and converted into a function. However, at this time, the temperature of the semiconductor wafer 15 is measured by correcting with the emissivity (emissivity) measured by the emissivity measuring radiation thermometer 21.
[0003]
However, depending on the type of processing, if a by-product generated during the reaction adheres to the radiation measurement radiation thermometer 21, an error occurs in the measured value of the emittance, which in turn results in a temperature measurement error of the semiconductor wafer 15.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, a main object of the present invention is a measurement mechanism for measuring the state of a substrate such as a radiation thermometer for measuring emissivity, and a measurement mechanism that does not need to always measure the substrate state is a by-product generated during the reaction. effectively protected from such is to provide a method of manufacturing a semiconductor device using the substrate processing equipment having a measurement mechanism by it so as substrate state can measurement error is small.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention,
Raising the temperature of the substrate to a predetermined temperature in a reaction chamber for processing the substrate;
Maintaining the temperature of the substrate at the predetermined temperature;
Have
Before the step of raising the temperature to the predetermined temperature and during each step, the partition member that makes the atmosphere in the reaction chamber communicate with the first measurement mechanism that measures the substrate emissivity is in the non-communication state. The communication operation is performed from the communication state, the first measurement mechanism is temporarily communicated with the atmosphere in the reaction chamber, and the emissivity of the substrate is measured by the first measurement mechanism. A method of manufacturing a semiconductor device is provided, wherein the measurement value obtained by the second measurement mechanism that constantly measures the temperature of the substrate is corrected using the measurement value obtained by the first measurement mechanism.
Preferably, in the temperature maintaining step, a film of the substrate is formed by flowing a reaction gas into the reaction chamber.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to first and second embodiments of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show processes according to the first and second embodiments of the present invention. FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view showing a module, FIG. 4 is a schematic partial vertical cross-sectional view showing a process module of the first and second embodiments of the present invention, and FIG. It is a time chart for demonstrating the processing method in the process module of 2 embodiment.
[0011]
As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus 1 according to the first and second embodiments of the present invention includes a process module 2, a transfer module 3, cassette modules 5 and 6, and a cooling chamber 8. . The process module 2 is attached to the side wall of the transfer module 3 via a gate valve 21, and the cassette modules 5 and 6 are attached to the side wall of the transfer module 3 via gate valves 51 and 61, respectively. Is attached to the side wall of the transfer module 3 via a gate valve 81. The transfer module 3 is provided with a wafer transfer device 31. An aligner 71 is provided at the port 7 of the transfer module 3 to which the cassette module 5 is attached.
[0012]
A plurality of semiconductor wafers are loaded into the cassette module 6 in a state where they are accommodated in a carrier such as a cassette, and after aligning the semiconductor wafers by the aligner 71, the wafer transfer machine 31 allows one semiconductor wafer to be placed. The semiconductor wafer is loaded into the process module 2 where desired processing is performed on the semiconductor wafer. Thereafter, the wafer is transferred to the cooling chamber 8 by the wafer transfer device 31 and cooled there. 6 is stored in a carrier such as a cassette in the substrate 6 and then the carrier is unloaded from the substrate processing apparatus 1.
[0013]
As shown in FIGS. 2 and 3, in the process module 2, a susceptor 14 is provided in the reaction chamber 10, and a heater 16 (for example, a lamp) is provided below the susceptor 14. A semiconductor wafer 15 is placed. The susceptor 14 is heated by the lower heater 16, whereby the semiconductor wafer 15 placed on the susceptor 14 is heated.
[0014]
Holes 17 and 18 are provided in the ceiling wall 11 of the process module 2, and a portion 23 corresponding to the holes 17 and 18 of the ceiling wall 11 is used for the radiation measurement thermometer chamber 23 and the temperature measurement radiation thermometer. The chambers 26 are respectively attached via a gate valve (GV) 22 and a gate valve (GV) 25. A radiation thermometer 21 for emissivity measurement is attached to the radiation thermometer chamber 23 for emissivity measurement, and a temperature measurement radiation thermometer 24 is attached to the temperature measurement radiation thermometer chamber 26.
[0015]
The temperature of the semiconductor wafer 15 is measured by opening the gate valve 25. The emissivity of the semiconductor wafer 15 is measured by opening the gate valve 22. Note that the gate valve 22 is closed when the emissivity of the semiconductor wafer 15 is not measured. Thus, when the emissivity measurement is not performed, the gate valve 22 is closed and the emissivity measurement radiation thermometer chamber 23 is isolated from the reaction chamber 10 to suppress the adhesion of by-products, Measurement accuracy can be maintained.
[0016]
Also, as shown in FIG. 3, by closing both the vacuum shut-off gate valves 22 and 25, the emission measurement thermometer chamber 23, the temperature measurement radio thermometer chamber 26, and the reaction chamber 10 As shown in FIG. 4, the temperature measurement radiation thermometer 24 and the emissivity measurement radiation thermometer 21 can be exchanged without opening the reaction chamber 10 to the atmosphere.
[0017]
A supply / exhaust manifold (not shown) is respectively attached to the right side wall 12 and the left side wall 13 of the process module 2. Gas supply ports (not shown) are provided in the upper portions of the left and right supply / exhaust manifolds, respectively, so that the reaction gas is supplied to the reaction chamber 10. In addition, exhaust ports (not shown) are provided at the lower portions of the left and right supply / exhaust manifolds, respectively, so that the gas in the reaction chamber 10 is exhausted.
[0018]
Next, an operation for processing a semiconductor wafer using the process module 2 will be described.
Referring to FIGS. 1 and 2, the gate valve 21 is opened, and the semiconductor wafer 15 is placed on the susceptor 14 in the reaction chamber 10 by the wafer transfer device 31 installed in the transfer module 3. Next, after the gate valve 21 is closed, a constant flow of reaction gas is supplied from the upper gas supply port of the left supply / exhaust manifold, and the introduced gas and reaction products are supplied to the lower exhaust port of the right supply / exhaust manifold. Process while exhausting from At this time, no gas is introduced from the upper gas supply port of the right supply / exhaust manifold and no exhaust is performed from the lower exhaust port of the left supply / exhaust manifold, so that the gas flows from the left side to the right side in FIG. . In this state, since the processing state of the semiconductor wafer 15 is biased, the gas flow direction is reversed at the time when the process time has passed by half. That is, gas flows from the right side to the left side in FIG. That is, the reaction gas is supplied at a constant flow rate from the upper gas supply port of the right supply / exhaust manifold, and the introduced gas and reaction products are processed while being exhausted from the lower exhaust port of the left supply / exhaust manifold. At this time, no gas is introduced from the gas supply port at the upper part of the left supply / exhaust manifold, and no exhaust is performed from the exhaust port at the lower part of the right supply / exhaust manifold.
[0019]
The temperature of the semiconductor wafer 15 is measured by a temperature measurement radiation thermometer 24. However, since the emissivity of the semiconductor wafer 15 depends on the film type and film thickness of the surface, the measured value measured by the temperature measuring radiation thermometer 24 is corrected by the emissivity obtained by the emissivity measuring radiation thermometer 21. By doing so, the actual temperature of the semiconductor wafer 15 can be obtained.
[0020]
In order to obtain the emissivity of the semiconductor wafer 15 with the emissivity measuring radiation thermometer 21, first, the emissivity measuring radiation thermometer 21 is turned on with an emissivity lamp (not shown) on the upper side of the emissivity measuring radiation thermometer 21 turned on. Rotate a sensor (not shown) at the tip portion 211 of the lamp and measure the radiation intensity A of the emittance lamp so that it faces the emittance lamp directly above. Next, in a state where the emittance lamp is turned on, a sensor (not shown) at the tip end portion 211 of the emittance measurement radiation thermometer 21 is rotated so as to face the semiconductor wafer 15 directly below, and radiation from the semiconductor wafer 15 is achieved. Measure strength B. Next, the radiation intensity C from the semiconductor wafer 15 is measured with the emissivity lamp turned off. Since the radiation intensity B from the semiconductor wafer 15 in the state where the emittance lamp is lit includes the radiation intensity C from the semiconductor wafer 15, (C−B) is the semiconductor wafer of light from the emittance lamp. As a result, the reflectance α of the light from the emissivity lamp by the semiconductor wafer 15 is α = (C−B) / A.
It becomes.
[0021]
The relationship between the reflectance, absorption rate, and transmittance of the emissivity lamp with respect to the semiconductor wafer 15 is as follows.
Reflectivity + absorbance + transmittance = 1
The light of the emissivity lamp is white light that emits light having a maximum intensity of 0.9 μm, and the semiconductor silicon wafer 15 does not transmit this light of 0.9 μm, so the transmittance is zero.
[0022]
Therefore,
Reflectance + Absorptance = 1
Because the absorptivity and emissivity of any object surface are the same,
Emissivity = 1−Reflectivity = 1− (C−B) / A
It becomes. The actual temperature of the semiconductor wafer 15 can be obtained by correcting the measurement value measured by the temperature measurement radiation thermometer 24 with the emissivity thus obtained.
[0023]
Next, an example of processing using the substrate processing apparatus to which the present invention is applied will be described. For example, a case where an SiN film is formed on the surface of the semiconductor wafer 15 by flowing NH ₃ as a reaction gas through the semiconductor wafer 15 made of silicon will be described. In the case where the gate valve 22 is opened only before the semiconductor wafer 15 is heated to measure the emissivity of the semiconductor wafer 15, and the measured value measured by the temperature measuring radiation thermometer 24 is corrected using the emissivity (first step). Embodiment) and before heating the semiconductor wafer 15, the gate valve 22 is opened to measure the emissivity of the semiconductor wafer 15 each time when the temperature is raised or kept constant, and the emissivity is measured. A case where the measured value measured by the radiation thermometer 24 for temperature measurement is corrected each time (second embodiment) will be described. In addition, since the emissivity of the semiconductor wafer 15 depends on the film type, film thickness, etc. of the surface, the emissivity is measured not only before the heating but also when the temperature is raised or kept at a constant temperature. A more accurate temperature can be measured by correcting the measurement value measured by the temperature measurement radiation thermometer 24 each time.
[0024]
FIG. 5 is a time chart for explaining a film forming method in the substrate processing apparatus according to the first and second embodiments of the present invention.
[0025]
First, the first embodiment will be described.
First, the gate valve 25 is always opened so that the temperature can be constantly measured by the temperature measuring radiation thermometer 24. Then, the semiconductor wafer 15 is loaded into the reaction chamber 10 (time T1), and then the semiconductor wafer 15 is placed on the susceptor 14. Thereafter, the gate valve 22 is opened (time T2), and the emissivity of the semiconductor silicon wafer 15 is measured by the emissivity measuring radiation thermometer 21. In the first embodiment, the radiation intensity measured by the temperature measurement radiation thermometer 24 is corrected to the end by the emissivity measured here.
[0026]
Thereafter, the gate valve 22 is closed, the temperature rise is started by the heater 16, N ₂ starts to flow into the reaction chamber 10, and the pressure in the reaction chamber also starts to increase (time T3). When the temperature of the semiconductor wafer 15 reaches 600 ° C. (time T6), the temperature is maintained at this temperature (600 ° C.), and then the temperature rise is started again (time T9). When the temperature of the semiconductor wafer 15 reaches 1000 ° C. (time T12), the temperature is maintained at this temperature, and NH ₃ starts to flow, and a SiN film is formed on the surface of the semiconductor wafer 15. The pressure in the reaction chamber 10 is maintained at 100 Torr.
[0027]
Thereafter, at time T15, the heater 16 is turned off to lower the temperature of the semiconductor wafer 15, and the supply of NH ₃ is also stopped. Then, while flowing diluting N _2, to evacuate the reaction chamber 10.
[0028]
Next, a second embodiment will be described.
First, the gate valve 25 is always opened so that the temperature can be constantly measured by the temperature measuring radiation thermometer 24. Then, the semiconductor wafer 15 is loaded into the reaction chamber 10 (time T1), and then the semiconductor wafer 15 is placed on the susceptor 14. Thereafter, the gate valve 22 is opened (time T2), and the emissivity of the semiconductor wafer 15 is measured by the emissivity measuring radiation thermometer 21. And we have use the Emishibite I measured here corrects the radiation intensity measured by the temperature measuring radiation thermometer 24.
[0029]
Thereafter, the gate valve 22 is closed, the temperature rise is started by the heater 16, N ₂ starts to flow into the reaction chamber 10, and the pressure in the reaction chamber also starts to increase (time T3). During the temperature rise, the gate valve 22 is opened (time T4), and the emissivity of the semiconductor silicon wafer 15 is measured by the radiation measurement radiation thermometer 21. When the measurement is completed, the gate valve 22 is closed (time T5). Thereafter, the radiation intensity measured by the temperature measurement radiation thermometer 24 is corrected using the emissibility obtained at this time.
[0030]
When the temperature of the semiconductor wafer 15 reaches 600 ° C. (time T6), the temperature is maintained at this temperature (600 ° C.). While the temperature is maintained at 600 ° C., the gate valve 22 is opened (time T7), and the emissivity of the semiconductor wafer 15 is measured by the radiation measuring radiation thermometer 21. When the measurement is completed, the gate valve 22 is closed (time T8). ). Thereafter, the radiation intensity measured by the temperature measurement radiation thermometer 24 is corrected using the emissibility obtained at this time.
[0031]
Thereafter, the temperature rise is started again (time T9). The gate valve 22 is opened during the temperature increase (time T10), and the emissivity of the semiconductor wafer 15 is measured with the radiation thermometer 21 for measuring the emissivity, and when the measurement is completed, the gate valve 22 is closed (time T11). Thereafter, the radiation intensity measured by the temperature measurement radiation thermometer 24 is corrected using the emissibility obtained at this time.
[0032]
When the temperature of the semiconductor wafer 15 reaches 1000 ° C. (time T12), the temperature is maintained at this temperature, and NH ₃ starts to flow, and a SiN film is formed on the surface of the semiconductor wafer 15. The pressure in the reaction chamber 10 is maintained at 100 Torr. While the temperature is maintained at 1000 ° C., the gate valve 22 is opened (time T13), and the emissivity of the semiconductor wafer 15 is measured by the radiation measuring radiation thermometer 21. When the measurement is completed, the gate valve 22 is closed (time T14). ). Thereafter, the radiation intensity measured by the temperature measurement radiation thermometer 24 is corrected using the emissibility obtained at this time.
[0033]
Thereafter, at the time T15, along with lowering the temperature of the semiconductor wafer 15 by turning off the heater 16, it is also stopped supply of NH _3. Then, while flowing diluting N _2, to evacuate the reaction chamber 10.
[0034]
In the first and second embodiments, the gate valves 22 and 25 are provided, but a shutter may be provided instead of the gate valves 22 and 25.
[0035]
Further, the wall of the radiation measurement thermometer chamber 23 and the wall of the temperature measurement radiation thermometer chamber 26 are covered with an electromagnetic wave absorber, so that reflection in the chamber is suppressed and the influence of stray light is reduced. The
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, a measurement mechanism for measuring the state of a substrate such as a radiation thermometer for measuring emissivity, which does not need to always measure the substrate state, can be effectively used from by-products generated during the reaction. protected, thereby manufacturing a semiconductor device using the substrate processing equipment having a measurement mechanism which is adapted to the substrate state can the measurement error is small is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a substrate processing apparatus according to first and second embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing a process module according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing a process module according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 4 is a schematic partial longitudinal sectional view showing a process module according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 5 is a time chart for explaining a film forming method in the substrate processing apparatus according to the first and second embodiments of the present invention.
FIG. 6 is a schematic partial longitudinal sectional view showing a conventional process module.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate processing apparatus 2 ... Process module 3 ... Transfer module 5, 6 ... Cassette module 7 ... Port 8 ... Cooling chamber 10 ... Reaction chamber 11 ... Ceiling wall 12, 13 ... Side wall 14 ... Susceptor 15 ... Semiconductor wafers 17, 18 ... Hole 21 ... Radiation thermometer 21, 51, 61, 81 ... Gate valve 22, 25 ... Gate valve 23 ... Radiation thermometer chamber 24 for temperature measurement ... Radiation thermometer 26 for temperature measurement ... Radiation temperature for temperature measurement Total 31 ... Wafer transfer machine 71 ... Aligner

Claims

Raising the temperature of the substrate to a predetermined temperature in a reaction chamber for processing the substrate;
Maintaining the temperature of the substrate at the predetermined temperature;
Have
Before the step of raising the temperature to the predetermined temperature and during each step, the partition member that makes the atmosphere in the reaction chamber communicate with the first measurement mechanism that measures the substrate emissivity is in the non-communication state. The communication operation is performed from the communication state, the first measurement mechanism is temporarily communicated with the atmosphere in the reaction chamber, and the emissivity of the substrate is measured by the first measurement mechanism. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: correcting a measurement value obtained by a second measurement mechanism that constantly measures the temperature of the substrate, using a measurement value obtained by one measurement mechanism.

The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the temperature maintaining step, a film of the substrate is formed by flowing a reaction gas into the reaction chamber.