JPS63166241A - Equipment for annealing semiconductor substrate - Google Patents

Equipment for annealing semiconductor substrate

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JPS63166241A
JPS63166241A JP61311611A JP31161186A JPS63166241A JP S63166241 A JPS63166241 A JP S63166241A JP 61311611 A JP61311611 A JP 61311611A JP 31161186 A JP31161186 A JP 31161186A JP S63166241 A JPS63166241 A JP S63166241A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
substrate
temperature
activation
infrared light
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Application number
JP61311611A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Yomoto
与本 雅彦
Makoto Uehara
誠 上原
Hajime Ichikawa
元 市川
Shigeru Kato
茂 加藤
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PURPOSE:To enable monitoring of the activation quantity of implanted impurity ions in a real time by measuring the transmittivity of a semiconductor substrate by keeping the temperature of the substrate constant. CONSTITUTION:Infrared light for measurement is directed onto a semiconductor substrate 102 from irradiation means 103. The quantity of the infrared light is measured from the semiconductor substrate 102 by measurement means 104, annealing the semiconductor substrate 102. The activation state of impurity ions implanted in the semiconductor substrate 102 is detected by measuring the quantity of the infrared light transmitted through the semiconductor substrate 102 by detection means 105. This can appropriately control annealing time to facilitate the activation which minimizes crystal defects without elongating heating time unnecessarily.

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、イオン注入された半導体基板のアニール時に
おける注入不純物の活性化量を検出するアニール装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A. Field of Industrial Application The present invention relates to an annealing apparatus for detecting the activation amount of implanted impurities during annealing of a semiconductor substrate into which ions have been implanted.

B、従来の技術 半導体製造プロセスにおいては、半導体基板に注入され
た不純物イオンをアニールによって電気的に活性化する
工程が不可欠である。不純物イオンの活性化量はアニー
ルの温度2時間に依存しているが、従来はアニール終了
後に半導体基板自身の抵抗を測定することによりこの活
性化量を推定してアニールの有効性を評価している。活
性化を十分に行うためには高温度、長時間のアニールを
行えば良いが、この場合には不純物の拡散が問題となる
。近年、この不純物拡散を抑えるために、短時間で高温
の熱処理ができる光加熱装置が開発されているが1次に
述べる問題点があった。
B. Conventional Technology In the semiconductor manufacturing process, it is essential to electrically activate impurity ions implanted into a semiconductor substrate by annealing. The amount of activation of impurity ions depends on the 2-hour annealing temperature, but conventionally, the effectiveness of annealing was evaluated by estimating this activation amount by measuring the resistance of the semiconductor substrate itself after the annealing was completed. There is. In order to achieve sufficient activation, it is sufficient to perform annealing at a high temperature and for a long time, but in this case, diffusion of impurities becomes a problem. In recent years, in order to suppress this impurity diffusion, optical heating devices that can perform heat treatment at high temperatures in a short time have been developed, but they have the following problems.

C0発明が解決しようとする問題点 光加熱装置による加熱温度、加熱時間が所定以下であれ
ば活性化が十分なされない一方、活性化が十分過ぎるほ
ど高温度、長時間にすると不純物拡散の問題とともに、
半導体基板を入れるチャンバ等の温度が余分に上がるた
め、枚葉処理におけるウェハ交換時間が長くなり、スル
ープットが低下するという問題が生ずる。
Problems to be solved by the C0 invention: If the heating temperature and heating time using the optical heating device are below the predetermined values, activation will not be sufficient. On the other hand, if the temperature and time are too high for activation, problems such as impurity diffusion will occur. ,
Since the temperature of the chamber in which the semiconductor substrates are placed rises excessively, the time required to exchange wafers in single wafer processing increases, resulting in a problem of reduced throughput.

また活性化率と半導体の結晶欠陥の間には密接な関係が
あり、加熱条件がデバイス特性にも影響を及ぼす。従っ
て、加熱条件には不純物の活性化量によって決まる最適
値が存在するが、従来はアニール中に活性化量を実時間
でモニターできないため、アニールする際に各半導体基
板ごとにアニールの温度2時間設定に条件出しが必要で
あった。
Furthermore, there is a close relationship between activation rate and crystal defects in semiconductors, and heating conditions also affect device characteristics. Therefore, there is an optimal value for the heating conditions determined by the amount of activation of impurities, but conventionally, since the amount of activation cannot be monitored in real time during annealing, the annealing temperature is set for 2 hours for each semiconductor substrate during annealing. Conditions needed to be set.

本発明の目的は、アニール中に不純物イオンの活性化状
態を実時間でモニターして加熱制御が容易に行えるアニ
ール装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an annealing apparatus that can monitor the activation state of impurity ions in real time during annealing and easily control heating.

D0問題点を解決するための手段 半導体の赤外光吸収として、基礎吸収と自由キャリア吸
収とが知られている。基礎吸収は結晶のバンドギャップ
によるもので、シリコンの場合、第7図に示すように、
その波長域はほぼ1.1μm以下であり、吸収係数はシ
リコン中のキャリア濃度Pに依存しない。一方、自由キ
ャリア吸収は主として波長域1μm以上で、その吸収係
数はキャリア濃度P、波長と共に増加する。すなわち半
導体基板に不純物イオンを注入した時、そのままの状態
では基礎吸収のみが存在し、これをアニールすると活性
化によって自由キャリアが生成され、自由キャリア吸収
が現れる。従って、■不純物イオンの活性化量と自由キ
ャリア吸収との間には密接な関係があることがわかる。
Means for Solving the D0 Problem Fundamental absorption and free carrier absorption are known as infrared light absorption by semiconductors. Fundamental absorption is due to the band gap of the crystal, and in the case of silicon, as shown in Figure 7,
Its wavelength range is approximately 1.1 μm or less, and its absorption coefficient does not depend on the carrier concentration P in silicon. On the other hand, free carrier absorption mainly occurs in a wavelength range of 1 μm or more, and its absorption coefficient increases with carrier concentration P and wavelength. That is, when impurity ions are implanted into a semiconductor substrate, only basic absorption exists in that state, but when this is annealed, free carriers are generated due to activation, and free carrier absorption appears. Therefore, it can be seen that there is a close relationship between the activation amount of impurity ions and free carrier absorption.

一方、第8図は、注入された不純物イオンの活性化状態
をパラメータとして、横軸に波長、縦軸に半導体基板の
分光透過率をとったものである。
On the other hand, in FIG. 8, the activation state of the implanted impurity ions is used as a parameter, and the horizontal axis represents the wavelength and the vertical axis represents the spectral transmittance of the semiconductor substrate.

実線Aは活性化前の半導体基板の分光透過率、一点鎖線
Bはある程度までアニールして活性化させた場合、破線
Cは更にアニールして活性化させた場合を示している。
The solid line A shows the spectral transmittance of the semiconductor substrate before activation, the dashed line B shows the case where the semiconductor substrate is activated by annealing to a certain extent, and the broken line C shows the case where the semiconductor substrate is activated by further annealing.

■この図から、不純物イオンの活性化に伴い自由キャリ
ア濃度が高まると赤外光吸収係数が大きくなり透過率が
低下することがわかる。
■This figure shows that as the free carrier concentration increases with the activation of impurity ions, the infrared absorption coefficient increases and the transmittance decreases.

本発明者等は上記■および■の事実に着目し、半導体基
板をアニールしつつその赤外光に対する透過率を測定す
れば不純物イオンの活性化状態をリアルタイムで検出で
きることを見出した。
The present inventors paid attention to the above facts (1) and (2) and found that the activation state of impurity ions could be detected in real time by measuring the transmittance of the semiconductor substrate to infrared light while annealing the semiconductor substrate.

本発明装置は第1図のクレーム対応図に示すとおり、加
熱手段101により温度が一定に保持された半導体基板
102に測定用赤外光を照射する照射手段103と、半
導体基板102からの赤外光量を測定するために、半導
体基板102に関して照射手段103と反対側に設けら
れた測定手段104と、半導体基板102を透過する赤
外光量を測定することによって、半導体基板102に注
入された不純物イオンの活性化状態を検出する検出手段
105とを備える。
As shown in the diagram corresponding to the claims in FIG. In order to measure the amount of light, impurity ions implanted into the semiconductor substrate 102 are measured using a measurement means 104 provided on the opposite side of the semiconductor substrate 102 from the irradiation means 103 and the amount of infrared light transmitted through the semiconductor substrate 102. and detection means 105 for detecting the activation state of.

80作用 照射手段103から測定用赤外光を半導体基板102上
に照射する。半導体基板102をアニールしつつ半導体
基板′102からの赤外光の光量を測定手段104で測
定する。そして、検出手段105において、半導体基板
102を透過する赤外光量を測定することにより半導体
基板102に注入された不純物イオンの活性化状態を検
出する。
80 action irradiation means 103 irradiates the semiconductor substrate 102 with infrared light for measurement. While the semiconductor substrate 102 is being annealed, the amount of infrared light from the semiconductor substrate '102 is measured by the measuring means 104. Then, the detection means 105 detects the activation state of the impurity ions implanted into the semiconductor substrate 102 by measuring the amount of infrared light transmitted through the semiconductor substrate 102.

F、実施例 光加熱装置に本発明を適用した実施例につき第2図〜第
6図に基づいて説明する。
F. Embodiment An embodiment in which the present invention is applied to an optical heating device will be described based on FIGS. 2 to 6.

第2図(a)において、石英から成るチャンバ1内の基
台2上に半導体基板3が載置される。チャンバ1の上壁
1a、下壁1bには、第2図(b)に示すように、半径
が異なりそれぞれ同心円状に配置された3本の加熱用赤
外ランプ4a、4b+4c及び5’a、’5b、5cが
設置され、半導体基板3を加熱する。上壁Fa、下壁1
bの中心にはそれぞれ対向する貫通孔1c、1dがあけ
られ、それら孔の上方には、aIIl定用赤外用赤外ラ
ンプ6られその出射光がレンズ7で平行光とされる。そ
の平行光の光路を開閉するチョ゛ツバ8が軸9の回りに
回動可能に軸支され、図示しない駆動装置によって光路
が開閉される。また、チャンバ1を挟んで測定用赤外ラ
ンプ6と対向した位置に赤外検出器10が設けられ、そ
の前方に基板の放射率測定波長と基板からの放射光測定
波長とを一致させる波長フィルタ11と、平行光を集光
するレンズ12とが設置される。
In FIG. 2(a), a semiconductor substrate 3 is placed on a base 2 in a chamber 1 made of quartz. As shown in FIG. 2(b), on the upper wall 1a and lower wall 1b of the chamber 1, three heating infrared lamps 4a, 4b+4c and 5'a, each having a different radius and arranged concentrically, are provided. '5b and 5c are installed to heat the semiconductor substrate 3. Upper wall Fa, lower wall 1
Opposed through holes 1c and 1d are formed in the center of b, and above these holes is an infrared lamp 6 for a IIl standard use, and the emitted light is converted into parallel light by a lens 7. A choker 8 that opens and closes the optical path of the parallel light is rotatably supported around a shaft 9, and the optical path is opened and closed by a drive device (not shown). Further, an infrared detector 10 is provided at a position facing the measurement infrared lamp 6 with the chamber 1 in between, and in front of the infrared detector 10 is a wavelength filter that matches the emissivity measurement wavelength of the substrate and the radiation measurement wavelength from the substrate. 11, and a lens 12 for condensing parallel light.

第3図にこの装置の制御部を示す。赤外検出器10がマ
イクロコンピュータ22と接続されている。マイクロコ
ンピュータ22には、チョッパ8の駆動回路23と、測
定用赤外ランプ6の点灯制御回路24と、加熱用赤外ラ
ンプ4a〜4c。
FIG. 3 shows the control section of this device. An infrared detector 10 is connected to a microcomputer 22. The microcomputer 22 includes a drive circuit 23 for the chopper 8, a lighting control circuit 24 for the measurement infrared lamp 6, and heating infrared lamps 4a to 4c.

5a〜5cの点灯制御回路25と、温度表示計26、活
性化量表示計27とが後続している。
A lighting control circuit 25 of 5a to 5c, a temperature display meter 26, and an activation amount display meter 27 follow.

以上の構成において、測定用赤外ランプ6が照射手段1
03を、赤外検出器10が測定手段104を、マイクロ
コンピュータ22が検出手段105をそれぞれ構成して
いる。
In the above configuration, the measurement infrared lamp 6 is used as the irradiation means 1.
03, the infrared detector 10 constitutes the measuring means 104, and the microcomputer 22 constitutes the detecting means 105, respectively.

次に第4図の処理手順と第5図および第6図のグラフに
したがってこの装置の動作を説明する。
Next, the operation of this apparatus will be explained according to the processing procedure shown in FIG. 4 and the graphs shown in FIGS. 5 and 6.

処理手順を説明する前に赤外検出器10による半導体基
板3の温度測定原理について説明する。
Before explaining the processing procedure, the principle of temperature measurement of the semiconductor substrate 3 using the infrared detector 10 will be explained.

赤外検出器10で測定される基板3の分光放射輝度N(
λ、T)は、 N(λ、T)=tλ(T)・Wλ(T)       
   ・・・(1)ただし、Eλ(T):基板の放射率 Wλ(T):黒体の分光放射輝度 と表せる。また、黒体の分光放射輝度Wλ(T)は、 ただし、C1,C,:定数 λ:放射光波長 T:黒体温度 と表せる。したがって、基板3の放射率ελ(T)を与
えれば、赤外検出器10の測定値から求まるN(λ、T
)に基づき(1)式から黒体の分光放射輝度Wλ(T)
が求まり、更に(2)式から黒体温度Tを求めれば、こ
の値が基板3の温度を示す。
The spectral radiance N(
λ, T) is N(λ, T)=tλ(T)・Wλ(T)
...(1) However, it can be expressed as Eλ(T): emissivity of the substrate Wλ(T): spectral radiance of a black body. Further, the spectral radiance Wλ(T) of a black body can be expressed as C1, C,: constant λ: wavelength of emitted light T: black body temperature. Therefore, if the emissivity ελ(T) of the substrate 3 is given, N(λ, T
), and from equation (1), the spectral radiance Wλ(T) of the black body
is determined, and then the black body temperature T is determined from equation (2), and this value indicates the temperature of the substrate 3.

一方、基板3の放射率Eλ(T)は、 ελ(T)=1−(τλ(T)+ρλ(T))    
  ・・・(3)ただし、Eλ(T)二基板の放射率 ρλ(T)二基板の反射率 τλ(T):基板の透過率 と表せる。ρλ(T)は基板3の屈折率に関係する固有
の値でありほぼ一定の値である。したがって。
On the other hand, the emissivity Eλ(T) of the substrate 3 is ελ(T)=1−(τλ(T)+ρλ(T))
(3) However, Eλ(T) is the emissivity of two substrates, ρλ(T), and the reflectance of two substrates, τλ(T): can be expressed as the transmittance of the substrates. ρλ(T) is a unique value related to the refractive index of the substrate 3 and is a substantially constant value. therefore.

測定対象の基板3についてτλ(T)を測定すれば。If τλ(T) is measured for the substrate 3 to be measured.

(3)式から容易にEλ(T)が計算でき、上述した如
く基板温度を求めることができる。
Eλ(T) can be easily calculated from equation (3), and the substrate temperature can be determined as described above.

次に温度測定および不純物イオンの活性化状態を検出す
る手順について説明する。
Next, a procedure for measuring temperature and detecting the activation state of impurity ions will be explained.

まず、測定用赤外ランプ6を点灯し、基板3を基台2上
に載置しない状態で、赤外検出器10に入射される赤外
ランプ6からの赤外光の光量の出力データNOを測定し
、そのデータNoをマイクロコンピュータ22に記憶す
る。尚、測定用赤外ランプ6から供給される光量は制御
回路24によ、り少なくとも測定中は一定と成るように
制御されている そして、マイクロコンピュータ22によって。
First, the measurement infrared lamp 6 is turned on, and the output data NO. of the amount of infrared light from the infrared lamp 6 is input to the infrared detector 10 without the substrate 3 being placed on the base 2. is measured and its data number is stored in the microcomputer 22. The amount of light supplied from the measuring infrared lamp 6 is controlled by a control circuit 24 so as to be constant at least during measurement, and by a microcomputer 22.

第4図のプログラムがスタートし、ステップS1でチョ
ッパ駆動回路23を駆動してチョッパ8により測定用赤
外光の光路を閉じる。赤外ランプ6からの出射光はレン
ズ7で平行光とされるがチョッパ8で遮られ基板3上に
は達しない。このとき加熱用赤外ランプ4a〜4c、5
a〜5cにより基板3が加熱されており、基板3の表面
温度等に依存する赤外光が放射される。その放射赤外光
は波長フィルタ11でろ波された後、集光レンズ12で
集光されて赤外検出器10に入射される。
The program shown in FIG. 4 starts, and in step S1, the chopper drive circuit 23 is driven to close the optical path of the measurement infrared light by the chopper 8. The light emitted from the infrared lamp 6 is converted into parallel light by a lens 7, but is blocked by a chopper 8 and does not reach the substrate 3. At this time, heating infrared lamps 4a to 4c, 5
The substrate 3 is heated by a to 5c, and infrared light that depends on the surface temperature of the substrate 3 and the like is emitted. The emitted infrared light is filtered by a wavelength filter 11, then condensed by a condensing lens 12, and then incident on an infrared detector 10.

そして基板3の分光放射輝度に対応した赤外検出器10
の出力Niを記憶する(ステップS2)。
And an infrared detector 10 corresponding to the spectral radiance of the substrate 3
The output Ni is stored (step S2).

次いでチョッパ駆動回路23を駆動してチョッパ8によ
り測定用赤外光の光路を開く(ステップS3)。これに
より、測定用赤外ランプ6からの赤外光が基板3上に照
射される。この赤外光は基板3に注入したイオンの活、
性化状態および温度に依存した割り合いで基板3を透過
する。したがって、その透過光と上述した基板3からの
放射光とが赤外検出器10に入射され、両者の合成出力
Ni′が出力される。マイクロコンピュータ22はこの
データNi′を記憶する(ステップS4)。
Next, the chopper drive circuit 23 is driven to open the optical path of the measuring infrared light using the chopper 8 (step S3). As a result, the substrate 3 is irradiated with infrared light from the measurement infrared lamp 6. This infrared light activates the ions implanted into the substrate 3.
It passes through the substrate 3 at a rate that depends on the state of sexualization and the temperature. Therefore, the transmitted light and the emitted light from the substrate 3 described above are incident on the infrared detector 10, and a combined output Ni' of both is outputted. The microcomputer 22 stores this data Ni' (step S4).

次いでステップS5において、予め測定された測定用赤
外ランプ6からの赤外光が基板3を介さずに直接入射し
たときの赤外検出器10の出力データN0と、上述した
データN i 、 N x ’ とにより、 (Ni’ −Ni) /No=τi         
・・・(4)を計算し、測定時点tiの透過率でiをも
とめる。
Next, in step S5, the output data N0 of the infrared detector 10 when the infrared light from the measurement infrared lamp 6 directly enters without going through the substrate 3, which has been measured in advance, and the above-mentioned data N i , N x', (Ni' - Ni) /No=τi
...(4) is calculated, and i is determined from the transmittance at measurement time ti.

但し、基板内に設けられたパターンによる回折等の原因
で基板を透過した測定用赤外光の一部が赤外検出器10
からはずれる場合には、Ni2に補正が必要となる。次
いでステップS6に進み、この透過率でiと予め設定し
た反射率ρCとから、(3)式に基づいて放射率εiを
もとめる。そしてステップS7において、この放射率t
iと、チ目ツバ8を閉じたときの赤外検出器10の出力
データNiとを用いて、(1)式、(2)式により基板
3の温度Tiを求め、ステップS8でこの温度Tiを温
度表示計26に出力する。また、図示はしていないが、
予め基板加熱設定温度Tsをマイクロコンピュータ22
に入力し、測定された温度Tiと比較して設定温度Ts
になるまでランプ駆動制御回路25に制御信号を供給し
て加熱用赤外ランプ4a〜4c、5a〜5cを点灯する
However, some of the infrared light for measurement that has passed through the substrate due to diffraction due to the pattern provided in the substrate may be transmitted to the infrared detector 10.
If it deviates from the range, Ni2 needs to be corrected. Next, the process proceeds to step S6, and from this transmittance i and the preset reflectance ρC, the emissivity εi is determined based on equation (3). Then, in step S7, this emissivity t
i and the output data Ni of the infrared detector 10 when the eyelid brim 8 is closed, the temperature Ti of the substrate 3 is determined by equations (1) and (2), and this temperature Ti is determined in step S8. is output to the temperature display meter 26. Also, although not shown,
The substrate heating set temperature Ts is set in advance by the microcomputer 22.
and compare it with the measured temperature Ti to determine the set temperature Ts.
A control signal is supplied to the lamp drive control circuit 25 until the heating infrared lamps 4a to 4c and 5a to 5c are turned on.

次にステップS9において基板温度が一定か否か(Ti
=Ts)を判定する。基板温度が一定ならば、ステップ
S5で求めた透過率τiを決定する自由キャリアの濃度
に対して温度による寄与分が一定になり、不純物イオン
の活性化量の寄与分のみが残るので、ステップS10に
おいて、透過率τiを不純物イオンの活性化量を表わす
値に変換して出力する。否定判定されるとステップS9
をスキップする。
Next, in step S9, whether or not the substrate temperature is constant (Ti
=Ts). If the substrate temperature is constant, the contribution due to temperature to the concentration of free carriers that determines the transmittance τi determined in step S5 will be constant, and only the contribution of the activation amount of impurity ions will remain, so step S10 , the transmittance τi is converted into a value representing the amount of activation of impurity ions and output. If a negative determination is made, step S9
Skip.

以上の手順(ステップ81〜5IO)を、基板温度上昇
中には第5図の時点t1o+ t2゜l t、。・・・
のように、および基板温度が一定の場合には第6図の時
点t5゜t ts。+ tto* teo・・・のよう
に順次に所定時間隔で繰り返して行なうことにより、基
板のアニーリング温度を実時間で精度よく測定でき、そ
の結果にもとづき加熱用赤外ランプ4a〜4c、5a〜
5cを制御して精度のよい温度制御が可能となる。また
、基板温度が一定のときに検出された透過率τiに基づ
き不純物イオンの活性化量を精度よく知ることができ、
所望の活性化状態にて加熱用赤外ランプ4a〜4c、5
a〜5cを減光または消灯することにより効率のよいア
ニールが可能となる。なお、実際には透過率から換算し
た活性化量が所望の値になったとき、あるいはその変化
量が所望の値になったときにアニールを終了すればよい
The above procedure (steps 81 to 5IO) is carried out at time t1o+t2°lt in FIG. 5 while the substrate temperature is rising. ...
and when the substrate temperature is constant, the time t5°t ts in FIG. + tto * teo... By repeating this sequentially at predetermined time intervals, the annealing temperature of the substrate can be accurately measured in real time, and based on the results, the heating infrared lamps 4a to 4c, 5a to
5c, accurate temperature control is possible. In addition, the activation amount of impurity ions can be accurately determined based on the transmittance τi detected when the substrate temperature is constant.
Heating infrared lamps 4a to 4c, 5 in a desired activated state
Efficient annealing becomes possible by reducing or extinguishing lights a to 5c. In fact, the annealing may be completed when the activation amount calculated from the transmittance reaches a desired value, or when the amount of change thereof reaches a desired value.

第6図中、N、、 NG、 N、、 N、は基板3から
の放射光の強度であり、基板3の温度が一定であるのに
もかかわらずその大きさが増加しているのは、不純物イ
オンの活性化量が増加して基板の放射率が増加している
ためである。また、ΔN6.ΔN6゜ΔN7.ΔN、が
測定用赤外ランプ6の光量が一定であるのにかかわらず
時間の経過と共に減少しているのも、基板3の不純物イ
オンの活性化量が時間と共に増加していることを示して
いる。
In Figure 6, N,, NG, N,, N are the intensity of the emitted light from the substrate 3, and the reason why its magnitude increases even though the temperature of the substrate 3 is constant is This is because the activation amount of impurity ions increases and the emissivity of the substrate increases. Also, ΔN6. ΔN6゜ΔN7. The fact that ΔN decreases over time even though the light intensity of the measurement infrared lamp 6 remains constant indicates that the amount of activated impurity ions in the substrate 3 increases over time. There is.

また、加熱用赤外光としては、石英チャンバを透過し得
る4μm以下の波長を用いることが望ましく、測定精度
の向上のためには、測定用赤外光と加熱用赤外光とで波
長域を分離することが必要であり、しかも自由キャリア
吸収は波長1μm以上で波長の2乗に比例して増加する
ので、測定用赤外光として5μm程度の波長を用いるの
が好ましい。
In addition, it is desirable to use a wavelength of 4 μm or less that can pass through the quartz chamber as the heating infrared light, and in order to improve measurement accuracy, it is necessary to use the wavelength range of the measurement infrared light and the heating infrared light. Moreover, since free carrier absorption increases in proportion to the square of the wavelength at a wavelength of 1 μm or more, it is preferable to use a wavelength of about 5 μm as the infrared light for measurement.

なお、チョッパ8で測定用赤外光の光路を開閉する代り
に、光変調器や偏光素子等をその光路中に設け、半導体
基板3上に照射される測定用赤外光の光量を制御するよ
うにしてもよい。この場合、半導体基板3を透過した測
定用赤外光が赤外検出器の出力にあまり影響を与えない
程度の光量であれば、完全に零にしなくてもよい。
Note that instead of opening and closing the optical path of the measurement infrared light using the chopper 8, an optical modulator, a polarizing element, etc. is provided in the optical path to control the amount of measurement infrared light irradiated onto the semiconductor substrate 3. You can do it like this. In this case, as long as the amount of measurement infrared light transmitted through the semiconductor substrate 3 does not significantly affect the output of the infrared detector, it is not necessary to reduce the amount to completely zero.

なお、本実施例では基板の放射率補正を含む温度計測を
活性化状態を検出するのと同一の光学系にて行うことと
したが、これを熱雷対などの他の温度検出装置を用いて
行ってもよい。すなわち、例えば熱電対を被処理基板近
傍に置かれたダミー鋸板に取付けてこれに基づいて被処
理基板の温度が一定か否かを判定したり、またあらかじ
め被処理基板と同一種類の基板に熱雷対を取付けて加熱
用赤外ランプに対して被処理基板の加熱温度が一定とな
るような点灯条件を求めておいて、これと同じ点灯条件
によって被処理基板を加熱するようにしてもよい。
In this example, temperature measurement including substrate emissivity correction was performed using the same optical system used to detect the activation state, but this could be done using other temperature detection devices such as a thermal lightning pair. You can go. In other words, for example, a thermocouple may be attached to a dummy saw board placed near the substrate to be processed, and based on this it may be determined whether or not the temperature of the substrate to be processed is constant. Even if you install a thermal lightning pair and find lighting conditions for the heating infrared lamp that will keep the heating temperature of the substrate to be constant, and then heat the substrate under the same lighting conditions. good.

G6発明の効果 本発明によれば、基板温度を一定にして半導体基板の透
過率を測定するようにしたので、半導体内の注入不純物
イオンの活性化状態にのみ依存した透過率を測定でき、
注入不純物イオンの活性化量を実時間でモニターするこ
とができる。この結果、アニール時間を適切に管理でき
加熱時間を不必要に長くすることがなく、枚葉処理によ
るウェハ交換時間の短縮化に寄与し、スループットの低
下が抑制されると共に、結晶欠陥を最小限に抑えた活性
化が容易となる。
G6 Effects of the Invention According to the present invention, since the transmittance of the semiconductor substrate is measured while keeping the substrate temperature constant, it is possible to measure the transmittance that depends only on the activation state of the implanted impurity ions in the semiconductor.
The activation amount of implanted impurity ions can be monitored in real time. As a result, the annealing time can be appropriately managed without unnecessarily lengthening the heating time, which contributes to shortening the wafer exchange time due to single wafer processing, suppressing the decrease in throughput, and minimizing crystal defects. This makes it easy to suppress activation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はクレーム対応図、第2図〜第6図は本発明を光
加熱装置に適用した場合の実施例を説明する図であり、
第2図(a)は全体構成図、第2図(b)は加熱ランプ
の平面図、第3図は制御部を示すブロック図、第4図は
処理手順例を示すフ、ローチャート、第5図は基板温度
上昇中における赤外検出器の出力の時間変化を示すグラ
フ、第6図は基板温度一定時における赤外検出器の出力
の時間変化を示すグラフである。 第7図はシリコンにおける照射光の各波長に対する赤外
光吸収係数を示すグラフ、第8図はアニール活性化によ
る半導体基板の分光透過率の変化を示すグラフである。 1:チャンバ     3:半導体基板4a〜4c、5
a〜5c:加熱用赤外ランプ6:測定用赤外ランプ 8
:チョッパ 10:赤外検出器   11:波長フィルタ101:加
熱手段   102:半導体躯板103:照射手段  
 104:測定手段105:検出手段 特許出願人  日本光学工業株式会社 代理人弁理士   永 井 冬 紀 jO熱乎Iσ。 第1図 第8図 J≧ −へ 瀝 tπttt  tstzt  taθt3f時同を 第5図 弁面を 第6図 第7図
FIG. 1 is a diagram corresponding to claims, and FIGS. 2 to 6 are diagrams illustrating embodiments in which the present invention is applied to a light heating device.
FIG. 2(a) is an overall configuration diagram, FIG. 2(b) is a plan view of the heat lamp, FIG. 3 is a block diagram showing the control section, and FIG. 4 is a flowchart showing an example of the processing procedure. FIG. 5 is a graph showing the time change in the output of the infrared detector while the substrate temperature is rising, and FIG. 6 is a graph showing the time change in the output of the infrared detector when the substrate temperature is constant. FIG. 7 is a graph showing the infrared absorption coefficient for each wavelength of irradiation light in silicon, and FIG. 8 is a graph showing changes in the spectral transmittance of a semiconductor substrate due to annealing activation. 1: Chamber 3: Semiconductor substrates 4a to 4c, 5
a to 5c: Infrared lamp for heating 6: Infrared lamp for measurement 8
: Chopper 10: Infrared detector 11: Wavelength filter 101: Heating means 102: Semiconductor board 103: Irradiation means
104: Measuring means 105: Detecting means Patent applicant: Nippon Kogaku Kogyo Co., Ltd. Representative Patent Attorney Fuyuki Nagai JO Netsu Iσ. Fig. 1 Fig. 8 J≧ - to tπttt tstzt taθt3f Fig. 5 Valve surface Fig. 6 Fig. 7

Claims (1)

【特許請求の範囲】 イオン注入された半導体基板の温度を加熱手段により一
定に加熱制御してアニールする装置において、 前記半導体基板に測定用赤外光を照射する照射手段と、 前記半導体基板からの赤外光量を測定するために、前記
半導体基板に関して前記照射手段と反対側に配置された
測定手段と、 前記半導体基板を透過する赤外光量を測定することによ
って、前記半導体基板に注入された不純物イオンの活性
化状態を検出する検出手段と、を具備することを特徴と
する半導体基板のアニール装置。
[Scope of Claims] An apparatus for annealing a semiconductor substrate into which ions have been implanted by controlling its temperature to a constant temperature using a heating means, comprising: an irradiation means for irradiating the semiconductor substrate with infrared light for measurement; a measuring means arranged on the opposite side of the irradiation means with respect to the semiconductor substrate to measure the amount of infrared light; and a measuring means disposed on the opposite side of the semiconductor substrate to the irradiation means; An annealing apparatus for a semiconductor substrate, comprising: a detection means for detecting an activated state of ions.
JP61311611A 1986-09-22 1986-12-27 Equipment for annealing semiconductor substrate Pending JPS63166241A (en)

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