JPH03165514A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法及び製造装置

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JPH03165514A
JPH03165514A JP30631089A JP30631089A JPH03165514A JP H03165514 A JPH03165514 A JP H03165514A JP 30631089 A JP30631089 A JP 30631089A JP 30631089 A JP30631089 A JP 30631089A JP H03165514 A JPH03165514 A JP H03165514A
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JP
Japan
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emissivity
substrate
temperature
heat treatment
semiconductor substrate
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JP30631089A
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Minoru Inoue
実 井上
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 半導体基板を枚葉式に急速加熱するプロセスにおいて、
特に、赤外線放射温度削を用いた温度管理に関し、 各半導体基板の放射率が種々の因子によって変動しても
安定した温度管理を行なうことを目的とし、 半導体基板の放射率を急速熱処理直前に算出し、放射率
を算出された半導体基板を急速熱処理するに際し、該算
出された放射率に基づいて急速熱処理室における半導体
基板の温度を算出し、各半導体基板を所定の温度で熱処
理するよう11111する構成とする。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体基板を枚葉式に急速加熱するプロセス
において、特に、赤外線放射温度計を用いた温度管理に
関する。
半導体基板を枚葉式に急速加熱するプロセスとbてRa
pid−丁hermal−A nnealing (P
 T A )処理やRapid−T hermal−0
xidation (RT O)処理が知られており、
近年の半導体装置の製造工程でよく用いられている。R
TA処理では、急速加熱(例えば10sec>を行なう
ことにより、例えばドレインやソースの浅い拡散接合を
糾御性良く形成したり、又、ドレインやソースのコンタ
クトホールにおける基板面に薄いシリサイド層を形成す
る。一方、8丁0処唾では、急速加熱(例えば数IQs
ec)を行なうことにより、例えば100人〜150人
程度の薄いゲート酸化膜を形成する。このように、PT
A処理及びRTO処理は、従来の炉処理では困難であっ
た浅い拡散接合や薄い酸化シリコン族等の形成を制御性
よく形成できることから、近年に亘って積極的に研究さ
れている。
ところで、半導体基板面に形成された躾の種類やその膜
厚、凹凸状態等により、加熱パワーが同じであっても基
板面温度が異なってくる。このため、前記のような急速
加熱を行なうプロセスでは温度の再現性が正確に確保さ
れているか否かで処理の安定性が決定され、この意味で
温度管理が重要である。
(従来の技術〕 従来、前記の枚葉式急速加熱処理プロセスにおける温度
測定は、熱雷対を被処理物に接触させる方法がとられて
いた。然るにこの方法は熱電対の温度応答性が遅いこと
等から、近年では、赤外線放射温度計を用いて温度測定
を行なうことが多くなってきている。
前述の赤外線放射温度計は被処理物から放射されている
赤外線エネルギ量を検出しているだけであり、被処理物
の放射率が分らないとその温度が求められない、即ち、
赤外線放射温度計の出力である測定値1(赤外線エネル
ギ量)は、放射率εと温度Tを関数にもつエネルギE 
(T)との積(つまり、■=εE (T) )であるの
で、測定値!を求めても被処理物の温度を求めたことに
ならない。そこで、通常、前述のような熱電対によっで
ある人の被処理物に対する飽和温度Tを測定してE([
)を求め、(−εE (T)の式から放射率ε(一定)
を予め求めておき、他の被処理物に対してこの求められ
た放射率εから前記式によってその被処理物の温度を求
めている。
(発明が解決しようとする課題〕 ところで、放射率εは被処理物の材料、構造。
表面状態等多くの因子に依存していることは周知のこと
である。前記従来の方法は、被処理物の放射率εが上記
のような因子によって変動するとその都度放射率の較正
を行なわなければならず、半導体製造装置において適切
な温度管理ができない内題点があった。
本発明は、各半導体基板の放射率が棲々の因子によって
変動しても安定した温度管理を行ない得るマ導体装置の
製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理図を示す。上記問題点は、同図(
A)に示す如く、搬入された半導体基板に急速熱処理を
施すプロセスにおいて、 半導体基板の放射率を急速熱処理直前に算出する工程と
、該放射率を算出された半導体基板を急速熱処理するに
際し、該算出された放射率に基づいて急速熱処理室にお
ける半導体基板の温度を算出し、各半導体基板を所定の
温度で熱処理するよう!1lJIIする工程とを含むこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法によって解決され
る。そこで、本発明は、同図(B)に示す如く、半導体
基板の放射率を算出する放射率算出手段40と、該算出
された放射率に基づいて急速熱処理室における半導体基
板の温度を算出し、各半導体基板を所定の瀧度で熱処理
するように統御する急速熱処理手段41とを設けた構成
とする。
〔作用〕
半導体基板の放射率εを急速熱処理直前に算出し、次に
、急速熱処理室における半導体基板の放射率エネルギI
を求め、I−εE (T)から上記算出された放射率ε
に基づいて急速熱処理室における半導体基板の温度Tを
求める。そして、この温度rに基づき、°8半導体基板
を所定の一度で熱処理するように13111する。本発
明によれば、各半導体基板の夫々の放射率に基づいて各
半導体基板を一定温度を熱処理するようにしているので
、種々の因Tに依存して各半導体基板の放射率が夫々異
なっていてもこれに左右されずに適正な温度管理を行な
い得、急速熱処理を安定にできる。
〔実施例〕
第2図は本発明によるプロセスを説明する図を示す。処
理される半導体基板は入口側カセット室1から搬入され
て入口側ロードロック2.仕切弁3aを介して放射率算
出モジュール4(第3図)に入り、ここで後述の如く放
射率εが算出される。
放射率εを算出された基板は仕切弁3b、中間ロード0
ツク5.仕切弁3Cを介して枚葉式の急速熱処理室(第
5図)に入り、ここで、放射率篩用モジ1−ル4にて求
められた放射率εを用いて補正された温度にて急速熱処
理を施される。急速熱処理を施された基板は仕切弁3d
、出ロ側O−ド0ツク7を介して出口側カセット室8に
入り、ここから外部に搬出される。
放射率篩用モジュール4は第3図に示す構成とされてお
り、大略、真空チャンバ10、クライオポンプ11、ヒ
ータブロック12、放射温度計131.132、演算部
14(例えばマイクロコンピュータにて構成されている
)、温度帽■115等からなる。ヒータブロック12は
第4図に示す如く、加熱ステージ20にヒータ21a。
21bを埋設されており、又、貫通孔201、貫通して
いない補助孔202が設けれられている。
貫通孔201には放射温度計13+の集光部221゜補
助孔202には放射温度計132の集光部222が夫々
対向設置されている。ヒートブロック218゜21bの
温度は、集光部222を介して接続されている放射温度
F1132(第3図)にて検出された温度に基づいて温
度調節計15により所定温度に1IlIWJされている
。又、加熱ステージ20にはアルゴン等の不活性ガス導
入口23が設けられている。半導体基板24は加熱ステ
ージ20の前面に当接され、その裏面と加熱ステージ2
0の前面凹部20aとの間に形成された微小な空隙にガ
ス導入口23から貫通孔203を経て導入して充満され
る不活性ガスの介在により熱エネルギを伝達され、効率
的に警部される。第4図に示すヒータブロック12の構
造は、基本的には特開平1−114727号公報(発明
の名称「放射温度測定装置」)に記載されている加熱ブ
ロックと同じものである。
次に、本発明における基板の放射率算出手段及び温度管
理について説明する。
まず、基板24は膜の形成されている面を下側にされて
放射率算出モジュール4の真空チャンバ10内に水平方
向に搬送され、ヒータブロック12の直前位置で停止さ
れる。次に、基板24は垂直に立てられ、第4図に示す
如く、加熱ステージ20の前面に、躾の形成されている
面と反対面が対向するように当接される。
ここで、基板24を加熱ステージ20前面に当接したと
き、貫通孔201に対応して設けられた放射温度計13
+の出力1は、 I=εE (Tw)+RE (TH)      (1
)となる。ここに、εは基板24の放射率、Rは基板2
4の裏面での反射率、E(1w)は基板24の温度[W
を関数にもつ放射エネルギ、E(TH)は加熱ステージ
20の温度THを関数にもつ放射1ネルギを示す。即ち
、(1)式の第1項は基板24からの放射エネルギの寄
与分、第2項は加熱ステージ20の貫通孔20+の内壁
からの放射エネルギが基板24の裏面で反射したものの
寄与分である。
この場合、基板24をヒータブロック12に当接した直
後、基板24はまだ加熱されていないため、基板24の
温度Twは加熱ステージ20の温度THに比して十分小
さいため、放射エネルギE (rw)、E (TH)は
、E (Tw ) <E(TH)となる。一方、基板2
4の透過率をμ0とすると、一般に、ε+R十μ。−1
なる関係にあるが、測定測長として基板24を透過しな
い波長(例えば0.9μ園)を選べば透過率μ0saQ
となり、R−1−εとなる。従って、基板24を加熱ス
テージ20前面に当接した直後の放射温度計13+の出
力ioは、E (Tw ) <E(TH)より巾式の第
1項を無視して、 1゜〜(1−ε)E(TH) となり、放射率εは、 ε−1(Io/E(TH))       ■となる。
0式の右辺中、10は放射温度計13+の出力、E(T
H)は加熱ステージ20の補助孔202に対応した放射
温度計132による測定温度°丁Hから求められるので
、放射率εを算出できる。これらの演算は演算部14に
て行なわれる。
放射率εは第6図(A) (酸化シリコン膜(PSGl
l)の場合)、(B) (窒化シリコン膜の場合)に示
す如く、基板24の表面に形成された躾の種類やその膜
厚によって大幅に変化する。
このようにして放射率εを求められた基板24は放射率
篩用モジュール4から取出され、中間ロード0ツク5を
介して急速熱処理室6に入れられる。急速熱処理室6は
第5図に示す構成とされており、基板24はチャンバ3
0内に設置され、ランプ光源31からの放射熱によって
急速熱処理される。このとき、放射温度計32にて基板
24の放射エネルギが測定され、この測定値IT+は第
3Nに示すモジュール4で算出された放射率εと共に演
算部33(例えばマイクロコンピュータで構成されてい
る)に入れられ、演算部33では、放射率ε、測定値1
1をもとに、ITl=εE (T)から温度[が算出さ
れる。これにより、急速熱処理を行なう基板24に対し
て適切な温度(例えば1000℃)となるようにランプ
電源34を制御する。
前述のように放射率εは各基板表面の凹凸状態。
膜質、膜厚等によって異なるが、これを無視して放射率
εが例えば0.6〜0.9にばらつ0て(′%る基板を
例えば0.6の値に固定して1000℃で急速熱処理を
行なうと第7図に破線で示すように基板温度に大ぎなば
らつきを示す。然るに、本発明のように各基板に夫々対
応した放射率に基づいて適正な温度管理を行なった場合
は、同図に実線で示すように基板温度のばらつきが大幅
に減少する。このように、各基板の因子に依存する放射
率に左右されずに各基板の温度管理を適正に行なってい
るので、急速熱処理を安定に行なうことができる。
〔発明の効果〕
以上説明した如く、本発明によれば、急速熱処理の前に
各基板の放射率を求めてこれに基づいて各基板に対して
所定温度になるように熱処理しているので、各基板の放
射率が種々の因子により変動しても適正な温度管理がで
き、急速熱処理を安定に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明によるプロセスを説明する図、第3図は
放射率算出モジュールの構成図、第4図はヒータブロッ
クの構成図、 第5図は急速熱処理室の構成図、 第6図は膜厚、膜質の違いによる放射率の違いを説明す
る図、 第7図は従来及び本発明における処理基板温度のばらつ
きを示す因である。 図において、 1は入口側カセット室、 4は放射率算出モジュール、 6は急速熱処理室、 8は出口側カセット室、 10は貴空チャンバ、 12はヒータブロック、 13+ 、132.32は放射温度計、14.33は演
算部、 20は加熱ステージ、 201は貫通孔、 202は補助孔、 23はガス導入口、 24は半導体基板、 30はチャンバ、 31はランプ光源、 34はランプ電源、 40は放射率算出手段、 41は急速熱処理手段 をホす。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板に急速熱処理を施すプロセスにおいて
    、 該半導体基板の放射率を該急速熱処理直前に算出する工
    程と、 該放射率を算出された半導体基板を急速熱処理するに際
    し、該算出された放射率に基づいて急速熱処理室におけ
    る半導体基板の温度を算出し、各半導体基板を所定の温
    度で熱処理するよう制御する工程とを含むことを特徴と
    する半導体装置の製造方法。
  2. (2)半導体基板に急速熱処理を施すプロセスにおいて
    、 該半導体基板の放射率を算出する放射率算出手段(40
    )と、 該算出された放射率に基づいて急速熱処理室における半
    導体基板の温度を算出し、各半導体基板を所定の温度で
    熱処理するように制御する急速熱処理手段(41)とを
    設けてなることを特徴とする半導体装置の製造装置。
JP30631089A 1989-11-24 1989-11-24 半導体装置の製造方法及び製造装置 Pending JPH03165514A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04297054A (ja) * 1990-04-09 1992-10-21 Anelva Corp 半導体ウエハーの処理方法および装置
WO1997034318A1 (fr) * 1996-03-12 1997-09-18 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Procede de traitement thermique et dispositif de chauffage a rayonnement

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