JP4864396B2 - 半導体素子の製造方法、及び、半導体素子の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子が配置されたウェーハをランプで加熱する半導体素子の製造方法、及び、半導体素子の製造装置に関する。

半導体素子が配置されたウェーハをランプで加熱する半導体素子の製造装置では、半導体素子が配置されていないウェーハの裏面側にランプが設置され、ウェーハから放射光を測定する為の放射温度計がウェーハの表面側に設置されている（例えば、特許文献１参照。）。放射温度計でウェーハから放射された放射光の放射光強度が測定され、放射光強度からウェーハの温度が求められる。このウェーハの温度を基に、ランプに供給する電力を調整している。

しかしながら、放射温度計を用いても、ウェーハの放射率が面内で不均一であったり、ウェーハを含めて加熱温度を均一にすべき領域内で放射率が不均一であったりする場合があった。これらの場合は、ウェーハ面内で温度が不均一になり、結果として半導体素子特性が面内で不均一となり、半導体素子の歩留まり低下の一因となる場合があった。
特開２００１−２７４１０９号公報

本発明は、ウェーハ面内で均一な温度で加熱可能な半導体素子の製造方法、及び、半導体素子の製造装置を提供する。

本願発明の一態様によれば、ウェーハに近接して配置され前記ウェーハと同時に複数のランプで加熱される基板周辺構造物の周辺反射率を加熱前に測定し、前記ウェーハのウェーハ反射率を前記加熱前に測定し、前記ウェーハ反射率から前記ウェーハのウェーハ放射率を算出し、前記ウェーハから放射される放射光のウェーハ放射光強度を前記加熱中に測定し、前記ウェーハ放射率と前記ウェーハ放射光強度からウェーハのウェーハ温度を算出し、前記ウェーハ温度が設定温度になるような、前記ウェーハ上のウェーハ上光強度の値を算出し、前記周辺反射率と前記ウェーハ反射率の差から、基板周辺構造物に入射する周辺入射光と、ウェーハに入射するウェーハ入射光の光強度が等しくなるように、前記基板周辺構造物上の周辺光強度の値を算出し、ウェーハ上光強度が前記ウェーハ上光強度の値になり、周辺光強度が前記周辺光強度の値になるように、前記ランプの加熱のランプ光強度の値を算出し、ランプ光強度がランプ光強度の値になるようなランプパワーの値を算出し、複数の前記ランプが前記ランプパワーの値のランプパワーを入力し発光することによって前記ウェーハに処理を行うことを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。

本願発明の一態様によれば、ウェーハの表側に配置された複数の表面ランプと前記ウェーハの裏側に配置された複数の裏面ランプにより、同時に加熱される前記ウェーハの裏面の中央部の中央反射率と前記裏面の外周部の外周反射率を前記加熱前に測定し、前記中央反射率から前記ウェーハの中央放射率を算出し、前記中央部から放射される放射光の中央放射光強度を前記加熱中に測定し、前記中央放射率と前記中央放射光強度から前記中央部の中央温度を算出し、前記中央温度が設定温度になるような、前記中央部上の中央光強度の値を算出し、前記外周反射率と前記中央反射率の差から、前記外周部に入射する外周入射光と、前記中央部に入射する中央入射光の光強度が等しくなるように、前記外周部上の外周光強度の値を算出し、中央光強度が前記中央光強度の値になり、外周光強度が前記外周光強度の値になるように、複数の前記裏面ランプ毎の加熱の複数の裏面ランプ光強度の値を算出し、複数の前記裏面ランプ光強度の値の差が小さくなるように、複数の前記表面ランプ毎の加熱の複数の表面ランプ光強度の値を算出し、裏面ランプ光強度が前記裏面ランプ光強度の値になるような裏面ランプパワーの値を算出し、表面ランプ光強度が前記表面ランプ光強度の値になるような表面ランプパワーの値を算出し、複数の前記裏面ランプが、前記裏面ランプパワーの値の裏面ランプパワーを入力し発光し、複数の前記表面ランプが、前記表面ランプパワーの値の表面ランプパワーを入力し発光することによって前記ウェーハに処理を行うことを特徴とする半導体素子の製造方法が提供される。

本願発明の一態様によれば、ランプパワーを入力して発光し、ウェーハを含む加熱温度均一領域を加熱する複数の前記ランプと、前記加熱前に測定された加熱温度均一領域の複数箇所の反射率を入力する入力部と、前記反射率から前記加熱温度均一領域の放射率を算出する放射率算出部と、前記加熱温度均一領域から放射される放射光の放射光強度を前記加熱中に測定する光強度測定部と、前記放射率と前記放射光強度から前記加熱温度均一領域の加熱温度を算出する温度算出部と、前記加熱温度が設定温度になるような、前記加熱温度均一領域上の領域上光強度の値を算出する光強度算出部と、複数箇所の前記反射率の差から、前記加熱温度均一領域に入射する入射光の光強度が均一になるように、前記領域上光強度の値を補正する補正部と、領域上光強度が前記領域上光強度の値になるように、複数の前記ランプの加熱のランプ光強度の値を算出するランプ光強度算出部と、ランプ光強度が前記ランプ光強度の値になるようなランプパワーの値を算出するパワー算出部と、前記ランプパワーの値のランプパワーを前記ランプに供給する電力供給部を有することを特徴とする半導体素子の製造装置が提供される。

本発明の一態様に係る半導体素子の製造方法、及び、半導体素子の製造装置によれば、ウェーハ面内で均一な温度で加熱可能な半導体素子の製造方法、及び、半導体素子の製造装置を提供できる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて説明するが、図解のためだけであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。

図１に示すように、実施例１に係る半導体素子の製造システム１は、反射率（放射率）測定装置２と半導体素子の製造装置３を有している。半導体素子の製造装置３は、制御部４、光強度測定部５、電力供給部６、ハロゲンランプ群Ｕ１〜Ｕ１０、Ｄ１〜Ｄ１０、ウェーハ回転部８と回転制御部９を有している。制御部４は、入力部１１、記憶部１２、放射率（反射率）算出部１３、温度算出部１４、基板上光強度算出部１５、光強度補正部１６、ランプ光強度算出部１７、パワー算出部１８と出力部１９を有している。

実施例１に係る半導体素子の製造方法は、図１の半導体素子の製造システム１を用いて実施される。図２に示すように、実施例１に係る半導体素子の製造方法では、まず、ステップＳ１で、反射率（放射率）測定装置２が、ウェーハ裏面を含む加熱温度均一領域の多点の反射率を測定する。この反射率の測定は、ウェーハの加熱処理前に実施する。この反射率の測定は、２ステップで行われる。まず、最初のステップＳ１−１で、反射率（放射率）測定装置２が、図３（ａ）と（ｂ）に示すように、基板周辺構造物２３の裏面の複数の測定点Ｐ１１〜Ｐ１４の反射率を測定する。測定点Ｐ１１〜Ｐ１４の反射率の測定は、経時変化が無ければ、ウェーハの加熱処理の前に測定しておけば良い。例えば、基板周辺構造物２３を加熱処理室に組み込む前に測定を行えばよい。反射率（放射率）測定装置２は、積分球２１と積分球２１のコントローラ２２を有している。反射率（放射率）測定装置２は、積分球２１を用いて複数の測定点Ｐ１１〜Ｐ１４の反射率を測定する。

基板周辺構造物２３は、ウェーハの熱処理時の温度をウェーハ面内で均一にするために、熱処理時にウェーハと同じ温度に昇温されるものである。ウェーハとこのウェーハと同じ温度に昇温される基板周辺構造物２３を合わせて、加熱温度均一領域と呼んでいる。図３（ａ）と（ｂ）に示すように、ウェーハ２４の外周部の温度が熱処理時に低下するのを防止する目的で、リング状のシリコンカーバイド（ＳｉＣ）板の基板周辺構造物２３を、ウェーハ２３のエッジから数ｍｍ離した位置に配置している、若しくは、ウェーハ２３の裏面の外周部と接する位置にシリコンカーバイドリングの基板周辺構造物２３を配置している。なお、接する場合については、図６と図７の説明においてさらに説明する。

２ステップ目のＳ１−２で、反射率（放射率）測定装置２が、図４の（ａ）と（ｂ）に示すように、ウェーハ２４の裏面の複数の測定点Ｐ１〜Ｐ９の反射率を測定する。測定点Ｐ１〜Ｐ９の反射率の測定は、ランプ加熱の前に、ウェーハ２４毎に毎回測定する。この測定は、ウェーハを加熱処理室への搬送前に行えばよい。反射率（放射率）測定装置２は、ステップＳ１−１と同じ装置を用いることができる。

ウェーハ２４の裏面の反射率は、次に説明する理由からウェーハ面内で不均一な場合がある。第1の理由として半導体基板２５の裏面へ成膜する成膜工程が挙げられる。ウェーハ２４は、図４（ｂ）に示すように、半導体基板２５の裏面に裏面膜２６が設けられている。半導体素子の製造方法における成膜工程の成膜の方法として、化学気相成長（CVD）法、プラズマCVD法、スパッタ法等が適用されている。前者のCVD法では、半導体基板２５の裏面の全面に、均一な膜厚の裏面膜２６が成膜される。後の２者、プラズマCVD法とスパッタ法は、半導体基板２５の裏面の外周には裏面膜２６が成膜されるが、裏面の外周より内側には裏面膜２６が成膜されない。これらのことにより、半導体基板２５の裏面に成膜された裏面膜２６の膜厚がウェーハ２４面内で不均一となり、結果としてウェーハ２４の裏面の反射率がウェーハ面内で不均一になる場合がある。

第2の理由として、半導体素子の製造方法における加工工程が挙げられる。加工工程としては、異方性ドライエッチング法、等方性ドライエッチング法、バッチ式ウエットエッチング法、枚葉式ウエットエッチング法が挙げられる。第１者の異方性ドライエッチング法は、裏面膜２６のエッチングは行われず、第３者のバッチ式ウエットエッチング法は、裏面膜２６を均一にエッチングする点で、ウェーハ２４の裏面における反射率の面内不均一を発生しない。それに対し、第2者の等方性ドライエッチング法、及び、第４者の枚葉式ウエットエッチング法は、プラズマまたは薬液が半導体基板２５の裏面の外周部に回り込んで、外周部の裏面膜２６がエッチングされる。このことにより、ウェーハ２４の裏面の反射率が面内で不均一となる。更に、第１の理由と第２の理由が組み合わさってウェーハ２４の裏面の反射率の面内不均一が大きくなる場合がある。

図２のステップＳ２で、図１の入力部１１が、熱処理の際のウェーハ２４の設定温度、又は、設定温度プロファイルを入力する。

ステップＳ３で、記憶部１２が、設定温度、設定温度プロファイルを記憶する。

ステップＳ４で、入力部１１が、測定された加熱温度均一領域の（基板周辺構造物２３とウェーハ２４の裏面の）多点の反射率を入力する。このことにより、図５（ａ）と（ｂ）に示すように、加熱温度均一領域２７の測定点Ｐ１〜Ｐ９、Ｐ１１〜Ｐ１４の反射率を平準化等、滑らかに接続して、加熱温度均一領域２７の反射率の面内分布である反射率プロファイル３０を生成する。

なお、図６に示すように、基板周辺構造物２３は、ウェーハ２４を支持するウェーハ支持体であってもよい。ウェーハ支持体２３もウェーハ２４の熱処理時の温度をウェーハ面内で均一にするために、熱処理時にウェーハ２４と同じ温度に昇温される。ウェーハ支持体２３は、ウェーハ支持ピン２８を有し、このウェーハ支持ピン２８がウェーハ２４に接している。ウェーハ支持体２３の温度がウェーハ２４の温度より低いと、ウェーハ支持ピン２８を介して熱がウェーハ２４からウェーハ支持体２３に流れ、ウェーハ２４の面内の温度の均一性が達成できないからである。ウェーハ２４と同じ温度に昇温されるウェーハ支持体の基板周辺構造物２３と、ウェーハ２４が、加熱温度均一領域２７になる。反射率（放射率）測定装置２は、積分球２１を用いてウェーハ支持体２３の裏面上の複数の測定点Ｐ１１〜Ｐ１８、Ｐ２１〜Ｐ２８の反射率を測定する。入力部１１が、図７（ａ）に示すような測定された加熱温度均一領域２７の複数の測定点Ｐ１〜Ｐ９、Ｐ１１〜Ｐ１８、Ｐ２１〜Ｐ２８の反射率を入力する。このことにより、図７（ｂ）に示すように、加熱温度均一領域２７の測定点Ｐ１〜Ｐ５、Ｐ１１、Ｐ１３、Ｐ２１、Ｐ２３を含めた測定点全てのＰ１〜Ｐ９、Ｐ１１〜Ｐ１８、Ｐ２１〜Ｐ２８の反射率を平準化等、滑らかに接続して、加熱温度均一領域２７の反射率の面内分布である反射率プロファイル３０を生成する。

次に、図２のステップＳ５で、図１の記憶部が、基板周辺構造物２３の測定点Ｐ１１〜Ｐ１８、Ｐ２１〜Ｐ２８の反射率を記憶する。

ステップＳ６で、放射率（反射率）算出部１３が、反射率プロファイル３０を用いて、次のステップＳ７で測定する放射光強度の複数又は１点の放射光強度測定点毎の放射率を算出する。放射率の算出は、ウェーハ２４毎に１回行われる。なお、ステップＳ１で、反射率（放射率）測定装置２により放射率が測定できる場合は、ステップＳ６では、ステップＳ４で生成される放射率プロファイル３０を用いて、反射率が算出され、反射率プロファイルが生成される。また、半導体基板２５がシリコン（Ｓｉ）基板である場合は、４００℃以上のような熱処理温度においては、反射率と放射率の和が１である関係式が成り立っているので、反射率と放射率の一方が測定できれば、他方の反射率か放射率は関係式から容易に算出することはできる。

ステップＳ７で、図８に示すように、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３を、半導体素子の製造装置３の熱処理室２９に搬入する。ウェーハ２４と基板周辺構造物２３の表面側の熱処理室２９の上方には、表面ランプＵ１〜Ｕ１０が配置されている。表面ランプＵ１〜Ｕ１０は、図９に示すように、同心円状の領域、上中央ゾーン３１、上内周ゾーン３２、上外周ゾーン３３に分けられて配置され、表面ランプＵ１〜Ｕ１０にゾーン３１〜３３毎の異なった値の電力を給電することができる。もちろん、場合によっては、表面ランプＵ１〜Ｕ１０毎に異なった値の電力を給電してもよい。また、図８に示すように、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３の裏面側の熱処理室２９の下方には、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０が配置されている。裏面ランプＤ１〜Ｄ１０は、図１０に示すように、同心円状の領域、下中央ゾーン３４、下内周ゾーン３５、下外周ゾーン３６に分けられて配置され、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０にゾーン３４〜３６毎の異なった値の電力を給電することができる。もちろん、場合によっては、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０毎に異なった値の電力を給電してもよい。また、繰り返しになるが、図８に示すように、制御部４には多点の反射率ｄ１と設定温度ｄ２が入力されている。上中央ゾーン３１、上内周ゾーン３２、上外周ゾーン３３と下中央ゾーン３４、下内周ゾーン３５、下外周ゾーン３６による領域分けは、同心円状に限られるわけではなく、図５（ｂ）や図７（ｂ）の反射率プロファイル３０での高い領域と低い領域のように反射率の大きさで分ければよい。

表面ランプＵ１〜Ｕ１０と裏面ランプＤ１〜Ｄ１０が発光し、ランプ光がウェーハ２４と基板周辺構造物２３に照射される。ウェーハ２４と基板周辺構造物２３は加熱され、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３から放射光が放射される。図８に示すように、光強度測定部５ｃは、下中央ゾーン３４に配置されている。光強度測定部５ｍは、下内周ゾーン３５に配置されている。光強度測定部５ｅは、下外周ゾーン３６に配置されている。光強度測定部５ｃ、５ｍ、５ｅが、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３の裏面の多点の放射光強度測定点での放射光強度ｄ３ｃ、ｄ３ｍ、ｄ３ｅを測定する。

なお、図１１に示すように、光強度測定部５は、１つの光強度測定部５ｃであっても良い。１つの放射光強度測定点での放射光強度ｄ３ｃからは、１つの放射光強度測定点での温度を算出することができる。

また、図１２と図１３に示すように、表面ランプＵ１〜Ｕ１０と裏面ランプＤ１〜Ｄ１０が、図９と図１０のように点光源ではなく、線光源であってもよい。表面ランプＵ１〜Ｕ１０の線光源は縦方向に配置され、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０の線光源は、縦方向とは直角の横方法に配置される。表面ランプＵ１〜Ｕ１０と裏面ランプＤ１〜Ｄ１０が線光源の場合、半導体素子の製造装置３は、さらに、回転部８と回転制御部９を有する。回転部８と回転制御部９により、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３を、ウェーハ２４の中心を通りウェーハ２４の裏面に垂直な直線を回転軸として回転させることができる。このことにより、ウェーハ２４の半径方向に、表面ランプＵ１〜Ｕ１０と裏面ランプＤ１〜Ｄ１０によるウェーハ２４と基板周辺構造物２３に照射される光強度を増減することが可能になる。

図２のステップＳ８で、図１の入力部１１が、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３の裏面の多点の放射光強度ｄ３ｃ、ｄ３ｍ、ｄ３ｅを光強度測定部５ｃ、５ｍ、５ｅから入力する。

ステップＳ９で、回転部８と回転制御部９が、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３を回転させてもよい。回転は、表面ランプＵ１〜Ｕ１０と裏面ランプＤ１〜Ｄ１０が線光源である場合だけでなく、ウェーハ２４の温度分布を向上させるために、点光源である場合でも実施してもよい。

ステップＳ１０で、温度算出部１４が、算出した放射率あるいは放射率プロファイルと、測定した放射光強度ｄ３ｃ、ｄ３ｍ、ｄ３ｅを用いて、一点又は多点の放射光強度測定点毎の裏面温度を算出する。あるいは、温度算出部１４が、算出した放射率プロファイルと、測定した放射光強度ｄ３ｃ、ｄ３ｍ、ｄ３ｅを用いて、図１４（ｂ）に示すような、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０の照射点毎の裏面温度、さらには、裏面温度のプロファイルを算出する。

ステップＳ１１で、基板上光強度算出部１５が、一点又は多点の放射光強度測定点毎の温度が均一な設定温度になるように、一点又は多点の放射光強度測定点での基板上光強度の値を算出する。

ステップＳ１２で、光強度補正部１６が、加熱温度均一領域２７内で、反射率変動して反射率が上下動していても、加熱温度均一領域２７に入射する入射光が均一になるように、多点の放射光強度測定点あるいはランプの基板上照射点での基板上光強度の値を補正する。

ステップＳ１３で、ランプ光強度算出部１７が、補正された基板上光強度の値になるように、ランプの発光のランプ光強度の値を算出する。

ステップＳ１４で、パワー算出部１８が、図１４（ｂ）に示すような、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０毎に、ランプ光強度の値になるようなランプパワーの値（図８等のｄ４）、あるいは、ランプパワーの値のプロファイルを算出する。

ステップＳ１５で、出力部１９が、ランプパワーの値ｄ４を電力供給部６へ出力する。

ステップＳ１６で、電力供給部６が、ランプパワーの値ｄ４に相当するランプパワーを裏面ランプＤ１〜Ｄ１０毎に供給する。

ステップＳ１７で、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０が、ランプパワーを入力し、図１４（ａ）に示すような、放射光４０を放射させる。ウェーハ２４において、裏面膜２６は、中央部では均一であるが、外周部では、外側ほど薄くなっている。このことにより、図１４（ｂ）に示すように、ウェーハ２４の裏面の外周部の放射率が中央部より低く、ウェーハ２４の裏面の外周部の反射率が中央部より高く、外周部の温度は中央部より低くなりやすい。これに応じてウェーハ２４の外周部に相当する位置に照射するハロゲンランプＤ１、Ｄ２、Ｄ９、Ｄ１０へのランプパワーの供給量を増加させ、光強度も増加させている。このように、ウェーハ２４の反射率と放射率の光学特性の不均一に応じて、ランプ加熱の条件を最適に変更でき、ウェーハ２４の面内の温度不均一を防止し均一温度を達成でき、半導体素子の素子特性の面内不均一に伴う歩留まり低下を防止することができる。

以上のように、実施例１では、ウェーハ２４を熱処理室２９に搬入する前に、ウェーハ２４の裏面の反射率を、多点で測定している。このことにより、ウェーハ面内で均一な温度での加熱が可能になっている。なお、実施例１では、積分球２１を用いる例を示しているが、他の方法を用いて反射率を測定してもよい。積分球２１に搬送されたウェーハ２４は、反射率を測定後に別の位置に移動されて、新たな位置での反射率が測定される。反射率の測定が、ウェーハ２４の直径上の複数点で実施される例を記述しているが、格子状または同心円状に複数点測定される場合も同様である。熱処理室２９にウェーハ２４が搬入された後は、搬送する前に測定された面内複数点の反射率の情報を用いて、ランプパワーの値が算出されている。すなわち、熱処理中の、ウェーハ２４の裏面からの放射光強度を、熱処理室に搬送する前に測定された面内複数点の反射率の情報と併せて、ウェーハ２４の裏面の温度の情報を生成している。そして、ランプ例えば、ハロゲンランプへ供給する電力分布すなわちランプパワーのプロファイルとして、ランプにフィードバックしている。なお、ランプとしては、ハロゲンランプを用いることができる他、キセノン（Ｘｅ）ランプによるフラッシュランプも用いることができる。また、ランプではないかもしれないが、ランプを熱源と考えれば、ランプの替わりの熱源として、レーザと赤外線ヒータを用いることができる。

図１５（ａ）に示すように、実施例２では、ウェーハ２４の加熱処理の際に、ウェーハ２４の周囲に、基板周辺構造物２３が配置されている場合について説明する。実施例２で用いる半導体素子の製造システムと半導体素子の製造方法は、実施例１の半導体素子の製造システムと半導体素子の製造方法と同じである。基板周辺構造物２３としては、ウェーハ２４の外周部の温度低下を抑制する目的で、ウェーハ２４の周囲にシリコンカーバイド板のリングを用いている。そして、ウェーハ２４の熱処理処理中に行われるハロゲンランプＵ１〜Ｕ１０、Ｄ１〜Ｄ１０への電力供給の制御に、ウェーハ２４の裏面内の１点の放射率と反射率のみを参考するのではなく、図１５（ｂ）に示すように、基板周辺構造物２３の放射率と反射率についても併せて参照して温度制御を行っている。ウェーハ２４と基板周辺構造物２３の放射率と反射率の差異に応じて、基板周辺構造物２３に照射光を照射する位置にあるハロゲンランプへのランプパワーを調整する。基板周辺構造物２３よりウェーハ２４の放射率の方が高い場合を示している。このことにより、基板周辺構造物２３よりウェーハ２４の反射率の方が低くなり、基板周辺構造物２３の温度はウェーハ２４の温度より低くなりやすい。これに応じて基板周辺構造物２３に照射する裏面ランプＤ１、Ｄ２、Ｄ９、Ｄ１０へのランプパワーの供給量を増加させ、図１５（ａ）に示すように、基板周辺構造物２３に照射する照射光４０の光強度も増加させた照射光４０を照射している。このように、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３からなる加熱温度均一領域２７の反射率と放射率の光学特性の不均一に応じて、ランプ加熱の条件を最適に変更でき、加熱温度均一領域２７の均一温度を達成でき、ウェーハ２４の面内の温度不均一を防止し均一温度を達成でき、半導体素子の素子特性の面内不均一に伴う歩留まり低下を防止することができる。なお、表面ランプＵ１〜Ｕ１０は、任意の光強度の照射光４０を照射することができる。例えば、図１５（ａ）に示すように、表面ランプＵ１〜Ｕ１０の照射光４０の光強度を等しくしても良い。

図１６（ｂ）に示すように、実施例３でも、ウェーハ２４の加熱処理の際に、ウェーハ２４の周囲に、基板周辺構造物２３が配置されている場合について説明する。実施例３で用いる半導体素子の製造システムと半導体素子の製造方法は、実施例１の半導体素子の製造システムと半導体素子の製造方法と同じである。基板周辺構造物２３としては、ウェーハ２４の外周部の温度低下を抑制する目的で、ウェーハ２４の周囲にシリコンカーバイド板のリングを用いている。実施例３では、表面ハロゲンランプＵ１〜Ｕ１０と裏面ハロゲンランプＤ１〜Ｄ１０に線光源を用いている。また、ウェーハ２４の熱処理処理中に、裏面ハロゲンランプＤ１〜Ｄ１０への電力供給の制御だけでなく、表面ハロゲンランプＵ１〜Ｕ１０への電力供給の制御も行われる。

そして、ウェーハ２４の熱処理処理中に行われるハロゲンランプＵ１〜Ｕ１０、Ｄ１〜Ｄ１０への電力供給の制御に、ウェーハ２４の裏面内の１点の放射率と反射率のみを参考するのではなく、図１６（ｃ）に示すように、基板周辺構造物２３の放射率と反射率についても併せて参照して温度制御を行っている。ウェーハ２４と基板周辺構造物２３の放射率と反射率の差異に応じて、基板周辺構造物２３に照射光を照射する位置にあるハロゲンランプＵ１〜Ｕ１０、Ｄ１〜Ｄ１０へのランプパワーを調整する。なお、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３は回転させるので、この回転を考慮してランプパワーを調整するハロゲンランプＵ１〜Ｕ１０、Ｄ１〜Ｄ１０は選択されるべきである。実施例２と同様に、基板周辺構造物２３よりウェーハ２４の放射率の方が高い場合を示している。このことにより、基板周辺構造物２３よりウェーハ２４の反射率の方が低くなり、基板周辺構造物２３の温度はウェーハ２４の温度より低くなりやすい。これに応じて、図１６（ａ）に示すように、基板周辺構造物２３に照射するハロゲンランプＵ１、Ｕ２、Ｕ９、Ｕ１０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ９、Ｄ１０へのランプパワーの供給量を増加させ、図１６（ｂ）に示すように、基板周辺構造物２３に照射する照射光４０の光強度も増加させた照射光４０を照射している。このように、ウェーハ２４と基板周辺構造物２３からなる加熱温度均一領域２７の反射率と放射率の光学特性の不均一に応じて、ランプ加熱の条件を最適に変更でき、加熱温度均一領域２７の均一温度を達成でき、ウェーハ２４の面内の温度不均一を防止し均一温度を達成でき、半導体素子の素子特性の面内不均一に伴う歩留まり低下を防止することができる。

図１７（ｂ）に示すように、実施例４でも、図１４（ａ）の実施例１と同様に、ウェーハ２４は、半導体基板２５と半導体基板２５の裏面上に配置される裏面膜２６を有している場合について説明する。実施例４で用いる半導体素子の製造システムと半導体素子の製造方法は、実施例１の半導体素子の製造システムと半導体素子の製造方法と同じである。裏面膜２６は、中央部では均一であるが、外周部では、外側ほど薄くなっている。このことにより、図１７（ｃ）に示すように、ウェーハ２４の裏面の外周部の放射率が中央部より低く、ウェーハ２４の裏面の外周部の反射率が中央部より高く、外周部の温度は中央部より低くなりやすい。これに応じてウェーハ２４の外周部に相当する位置に照射する裏面ハロゲンランプＤ１、Ｄ２、Ｄ９、Ｄ１０へのランプパワーの供給量を増加させるように、調整前の裏面ランプＤ１〜Ｄ１０のランプパワープロファイル４１から、下段調整実施後の裏面ランプＤ１〜Ｄ１０のランプパワープロファイル４３に変更される。そして、裏面ハロゲンランプＤ１、Ｄ２、Ｄ９、Ｄ１０の照射光４０の光強度が増加される。このように、ウェーハ２４の反射率と放射率の光学特性の不均一に応じて、裏面ランプＤ１〜Ｄ１０のランプ加熱の条件を最適に変更でき、ウェーハ２４の面内の温度不均一を防止し均一温度を達成でき、半導体素子の素子特性の面内不均一に伴う歩留まり低下を防止することができる。

さらに、図１７（ｃ）に示すように、ウェーハ２４の裏面の裏面温度の面内で均一に維持したまま、ウェーハ２４の外周部の裏面に相当する位置に照射する裏面ハロゲンランプＤ１、Ｄ２、Ｄ９、Ｄ１０への増加したランプパワーの供給量を増加分を超えない範囲で減少させ、ウェーハ２４の外周部の表面に相当する位置に照射する表面ハロゲンランプＵ１、Ｕ２、Ｕ９、Ｕ１０へのランプパワーの供給量を裏面ハロゲンランプＤ１、Ｄ２、Ｄ９、Ｄ１０での増加分を超えない範囲で増加させる。具体的には、図１７（ｃ）に示すように、下段調整実施後の裏面ランプＤ１〜Ｄ１０のランプパワープロファイル４３から、両段調整実施後の裏面ランプＤ１〜Ｄ１０のランプパワープロファイル４２に変更される。また、図１７（ａ）に示すように、実施前および下段調整実施後の表面ランプＵ１〜Ｕ１０のランプパワープロファイル４４から、両段調整実施後の表面ランプＵ１〜Ｕ１０のランプパワープロファイル４５に変更される。このことによれば、ランプパワーの最大値を低下させることができ、ランプの寿命が短くなりにくい。

実施例１乃至４は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、実施例１乃至４によって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。本発明は、その技術的思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。すなわち、本発明の特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、変更・改良や一部転用などが可能であり、これらすべて本発明の請求範囲内に包含されるものである。

本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造システムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造方法のフローチャートである。 基板周辺構造物の反射率の測定点を示す下面図（ａ）と断面図（ｂ）（その１）である。 ウェーハの反射率の測定点を示す下面図（ａ）と断面図（ｂ）である。 加熱温度均一領域（ａ）における反射率プロファイル（ｂ）（その１）である。 基板周辺構造物の反射率の測定点を示す下面図（ａ）と断面図（ｂ）（その２）である。 加熱温度均一領域（ａ）における反射率プロファイル（ｂ）（その２）である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の配置図（その１）である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の上段のハロゲンランプの配置図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の下段のハロゲンランプの配置図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の配置図（その２）である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の配置図（その３）である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の上段と下段のハロゲンランプの配置図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の下段のハロゲンランプの放射光の強度分布図（ａ）と裏面温度プロファイル、放射率プロファイル、反射率プロファイルとランプパワープロファイル（ｂ）である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の上段と下段のハロゲンランプの放射光の強度分布図（ａ）と、裏面温度プロファイル、放射率プロファイル、反射率プロファイルと下段のハロゲンランプのランプパワープロファイル（ｂ）である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の上段のハロゲンランプのランプパワープロファイル（ａ）、上段と下段のハロゲンランプの放射光の強度分布図（ｂ）と、裏面温度プロファイル、放射率プロファイルと反射率プロファイル（ｃ）である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子の製造装置の上段のハロゲンランプのランプパワープロファイル（ａ）、上段と下段のハロゲンランプの放射光の強度分布図（ｂ）と、裏面温度プロファイル、放射率プロファイル、反射率プロファイルと下段のハロゲンランプのランプパワープロファイル（ｃ）である。

符号の説明

１ 半導体素子の製造システム
２ 反射率（放射率）測定装置
３ 半導体素子の製造装置
４ 制御部
５ 光強度測定部
６ 電力供給部
Ｕ１〜Ｕ１０、Ｄ１〜Ｄ１０ ハロゲンランプ群
８ ウェーハ回転部
９ 回転制御部
１１ 入力部
１２ 記憶部
１３ 放射率（反射率）算出部
１４ 温度算出部
１５ 基板上光強度算出部
１６ 光強度補正部
１７ ランプ光強度算出部
１８ パワー算出部
１９ 出力部
２１ 積分球
２２ コントローラ
２３ 基板周辺構造物
２４ ウェーハ
２５ 基板
２６ 裏面膜
２７ 加熱温度均一領域
２８ ウェーハ支持ピン
３０ 反射率プロファイル
３１ 上段中央ゾーン
３２ 上段内周ゾーン
３３ 上段外周ゾーン
３４ 下段中央ゾーン
３５ 下段内周ゾーン
３６ 下段外周ゾーン
４０ 照射光
４１ 実施前の下段のランプパワープロファイル
４２ 両段調整実施後の下段のランプパワープロファイル
４３ 下段調整実施後の下段のランプパワープロファイル
４４ 実施前および下段調整実施後の上段のランプパワープロファイル
４５ 両段調整実施後の上段のランプパワープロファイル

Claims (5)

1. ウェーハに近接して配置され前記ウェーハと同時に複数のランプで加熱される基板周辺構造物の周辺反射率を加熱前に測定し、
   前記ウェーハのウェーハ反射率を前記加熱前に測定し、
   前記ウェーハ反射率から前記ウェーハのウェーハ放射率を算出し、
   前記ウェーハから放射される放射光のウェーハ放射光強度を前記加熱中に測定し、
   前記ウェーハ放射率と前記ウェーハ放射光強度からウェーハのウェーハ温度を算出し、
   前記ウェーハ温度が設定温度になるような、前記ウェーハ上のウェーハ上光強度の値を算出し、
   前記周辺反射率と前記ウェーハ反射率の差から、基板周辺構造物に入射する周辺入射光と、ウェーハに入射するウェーハ入射光の光強度が等しくなるように、前記基板周辺構造物上の周辺光強度の値を算出し、
   ウェーハ上光強度が前記ウェーハ上光強度の値になり、周辺光強度が前記周辺光強度の値になるように、前記ランプの加熱のランプ光強度の値を算出し、
   ランプ光強度がランプ光強度の値になるようなランプパワーの値を算出し、
   複数の前記ランプが、前記ランプパワーの値のランプパワーを入力し発光することによって前記ウェーハに処理を行うことを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 前記周辺反射率から前記基板周辺構造物の周辺放射率を算出し、
   前記基板周辺構造物から放射される放射光の周辺放射光強度を前記加熱中に測定し、
   前記周辺放射率と前記周辺放射光強度から基板周辺構造物の周辺温度を算出し、
   前記周辺温度が前記設定温度になるように、前記周辺光強度の値を補正することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
3. ウェーハの表側に配置された複数の表面ランプと前記ウェーハの裏側に配置された複数の裏面ランプにより、同時に加熱される前記ウェーハの裏面の中央部の中央反射率と前記裏面の外周部の外周反射率を前記加熱前に測定し、
   前記中央反射率から前記ウェーハの中央放射率を算出し、
   前記中央部から放射される放射光の中央放射光強度を前記加熱中に測定し、
   前記中央放射率と前記中央放射光強度から前記中央部の中央温度を算出し、
   前記中央温度が設定温度になるような、前記中央部上の中央光強度の値を算出し、
   前記外周反射率と前記中央反射率の差から、前記外周部に入射する外周入射光と、前記中央部に入射する中央入射光の光強度が等しくなるように、前記外周部上の外周光強度の値を算出し、
   中央光強度が前記中央光強度の値になり、外周光強度が前記外周光強度の値になるように、複数の前記裏面ランプ毎の加熱の複数の裏面ランプ光強度の値を算出し、
   複数の前記裏面ランプ光強度の値の差が小さくなるように、複数の前記表面ランプ毎の加熱の複数の表面ランプ光強度の値を算出し、
   裏面ランプ光強度が前記裏面ランプ光強度の値になるような裏面ランプパワーの値を算出し、
   表面ランプ光強度が前記表面ランプ光強度の値になるような表面ランプパワーの値を算出し、
   複数の前記裏面ランプが、前記裏面ランプパワーの値の裏面ランプパワーを入力し発光し、
   複数の前記表面ランプが、前記表面ランプパワーの値の表面ランプパワーを入力し発光することによって前記ウェーハに処理を行うことを特徴とする半導体素子の製造方法。
4. 前記外周反射率から前記外周部の外周放射率を算出し、
   前記外周部から放射される放射光の外周放射光強度を前記加熱中に測定し、
   前記外周放射率と前記外周放射光強度から前記外周部の外周温度を算出し、
   前記外周温度が前記設定温度になるように、前記外周光強度の値を補正することを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
5. ランプパワーを入力して発光し、ウェーハを含む加熱温度均一領域を加熱し、前記加熱温度均一領域の表面側に配置された表面ランプ及び前記加熱温度均一領域の裏面側に配置された裏面ランプを有する複数のランプと、
   前記加熱前に測定された加熱温度均一領域の複数箇所の反射率を入力する入力部と、
   前記反射率から前記加熱温度均一領域の放射率を算出する放射率算出部と、
   前記加熱温度均一領域から放射される放射光の放射光強度を前記加熱中に測定する光強度測定部と、
   前記放射率と前記放射光強度から前記加熱温度均一領域の加熱温度を算出する温度算出部と、
   前記加熱温度が設定温度になるような、前記加熱温度均一領域上の領域上光強度の値を算出する光強度算出部と、
   複数箇所の前記反射率の差から、前記加熱温度均一領域に入射する入射光の光強度が均一になるように、前記領域上光強度の値を補正する補正部と、
   領域上光強度が前記領域上光強度の値になるように、複数の前記ランプの加熱のランプ光強度の値を算出するランプ光強度算出部と、
   ランプ光強度が前記ランプ光強度の値になるようなランプパワーの値を算出するパワー算出部と、
   前記ランプパワーの値のランプパワーを前記ランプに供給する電力供給部を有することを特徴とする半導体素子の製造装置。

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