JP2006093302A - Quick heat treating apparatus and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
Quick heat treating apparatus and manufacturing method of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006093302A JP2006093302A JP2004275191A JP2004275191A JP2006093302A JP 2006093302 A JP2006093302 A JP 2006093302A JP 2004275191 A JP2004275191 A JP 2004275191A JP 2004275191 A JP2004275191 A JP 2004275191A JP 2006093302 A JP2006093302 A JP 2006093302A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- temperature
- lamp
- unit
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、半導体基板の高速加熱を行う急速熱処理装置、及び急速熱処理装置を用いて半導体基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a rapid thermal processing apparatus that performs rapid heating of a semiconductor substrate, and a semiconductor device manufacturing method that performs rapid thermal processing of a semiconductor substrate using the rapid thermal processing apparatus.
半導体製造装置の1つとして、半導体基板(ウェハ)の高速加熱処理を行う急速熱処理装置が知られている。急速熱処理装置は、例えば、処理チェンバと、この処理チェンバ内に配設されて半導体基板を支持する基板支持部と、この基板支持部に支持された半導体基板の表面側に光を照射して加熱するランプ部と、半導体基板裏面側に配設されて半導体基板からの輻射光を反射する反射板と、半導体基板裏面側に配設され半導体基板裏面と前記反射板で多重反射した半導体基板裏面からの輻射光を受光する輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率(もしくは反射率)を算出する輻射率算出部とを備えている。基板支持部としては、処理チェンバの反射板上方に取り付けられた円筒形部材と、この円筒部材の上端に配設されたリング状部材で構成されたものがある。 As one of semiconductor manufacturing apparatuses, a rapid thermal processing apparatus that performs high-speed heat treatment of a semiconductor substrate (wafer) is known. The rapid thermal processing apparatus, for example, heats a processing chamber, a substrate support portion that is disposed in the processing chamber and supports a semiconductor substrate, and irradiates light on the surface side of the semiconductor substrate supported by the substrate support portion. A lamp section that is disposed on the back side of the semiconductor substrate and reflects radiation light from the semiconductor substrate; a back surface of the semiconductor substrate that is disposed on the back side of the semiconductor substrate and the semiconductor substrate that is multiply reflected by the reflector A radiation sensor for receiving the radiation light of the substrate, a radiation sensor for directly receiving the radiation light from the back surface of the substrate, and the radiation rate (or reflection) of the substrate back surface from the output of the radiation light sensor and the output of the radiation sensor. A radiation rate calculating unit that calculates a rate). As the substrate support portion, there is one constituted by a cylindrical member attached above the reflection plate of the processing chamber and a ring-shaped member disposed on the upper end of the cylindrical member.
このような熱処理装置においては、基板支持部の支持用リング状部材に半導体基板が支持された時には、半導体基板の裏面側に、反射板と基板支持部と半導体基板とで囲まれ、輻射光センサによる半導体基板の温度検出のために光学的に閉じられた閉空間が形成されるようになっている。 In such a heat treatment apparatus, when the semiconductor substrate is supported by the supporting ring-shaped member of the substrate support portion, the back surface side of the semiconductor substrate is surrounded by the reflector, the substrate support portion, and the semiconductor substrate, and the radiation light sensor. An optically closed space is formed to detect the temperature of the semiconductor substrate.
上記熱処理装置により半導体基板の熱処理を行う場合は、半導体基板を基板支持部で支持した後、輻射光検出センサにより半導体基板の温度を監視しながら、加熱用ランプにより半導体基板を所望の目標温度まで加熱する。 When performing heat treatment of a semiconductor substrate by the above heat treatment apparatus, after supporting the semiconductor substrate by the substrate support portion, the semiconductor substrate is brought to a desired target temperature by a heating lamp while monitoring the temperature of the semiconductor substrate by a radiation detection sensor. Heat.
従来技術として、特許文献1には、加熱用ランプの強度を周期的に変動して、それに連動して変動する透過光(反射光)との比より、透過率を求め、その透過率を用いて半導体基板からの輻射光と透過光を分離する方法が提案されている。特許文献2には、多数の加熱用ランプをその照射領域が重なるように配列し、あらかじめ設定した加熱シーケンスに従って基板を加熱する方法が提案されている。 また、特許文献3には、半導体基板が基板支持部に支持された状態において、半導体基板の裏面側に、チェンバ底部の最上部に半導体基板裏面と対向するように配設された反射板と、基板支持部と、半導体基板裏面とで囲まれる光学的閉空間が形成され、前記光学的閉空間内に設置された半導体基板の裏面からの輻射光を受光する輻射光センサによって半導体基板の温度を測定する方法及び、測定した温度を基に加熱用ランプの照射強度を制御し半導体基板を所望の温度に加熱する方法が提案されている。
図13は、上記の急速熱処理装置を用いた従来の急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。図13の急速熱処理方法において、まず、上記急速熱処理装置は輻射光センサにより半導体基板の温度(Twafer)を監視(モニター)する(S1)。 FIG. 13 is a flowchart for explaining a conventional rapid thermal processing method using the rapid thermal processing apparatus. In the rapid thermal processing method of FIG. 13, first, the rapid thermal processing apparatus monitors (monitors) the temperature (Twafer) of the semiconductor substrate using a radiation light sensor (S1).
次に、上記急速熱処理装置は、半導体基板の温度(Twafer)と設定温度(Tset)との差分に応じて、半導体基板を加熱するランプ部のランプパワー(照射強度)を算出する(S2)。 Next, the rapid thermal processing apparatus calculates the lamp power (irradiation intensity) of the lamp unit for heating the semiconductor substrate according to the difference between the temperature (Twafer) of the semiconductor substrate and the set temperature (Tset) (S2).
次に、上記急速熱処理装置は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板を加熱するランプ部のランプパワーを制御する(S3)。そして、ステップS3を終了すると、ステップS1に戻る。すなわち、リアルタイムで輻射光センサにより半導体基板の温度を監視しながら、周知のPID制御に準じてリアルタイムでランプパワーのフィードバック制御を実行し、加熱用ランプにより半導体基板を所望の目標温度(Tset)まで加熱する。 Next, the rapid thermal processing apparatus controls the lamp power of the lamp unit for heating the semiconductor substrate according to the calculated lamp power (S3). When step S3 ends, the process returns to step S1. That is, while monitoring the temperature of the semiconductor substrate by the radiation light sensor in real time, feedback control of the lamp power is executed in real time according to the well-known PID control, and the semiconductor substrate is brought to a desired target temperature (Tset) by the heating lamp. Heat.
ここで、PID制御は周知の温度制御技術であり、P(比例)、I(積分)、D(微分)の3つの基本演算を用いて目標値と測定値との差分を制御量(ここでは、ランプに印加する電圧)に変換する方式である。 Here, PID control is a well-known temperature control technique, and the difference between the target value and the measured value is controlled by a control amount (here, P (proportional), I (integral), and D (differential)). , Voltage applied to the lamp).
従来の急速熱処理装置において、半導体基板を短時間に高速に昇降温する、いわゆるスパイクアニール処理を行う場合、半導体基板の反射率が異なると、ランプパワー(照射強度)に対する半導体基板の温度の応答性が変化するために、ある一定のPIDパラメーターをもつランプパワー制御部で、半導体基板の温度をフィードバックしてランプパワーを制御するだけでは、半導体基板の温度が所望の目標温度から外れてしまう。 In a conventional rapid thermal processing apparatus, when performing so-called spike annealing, which raises or lowers the temperature of a semiconductor substrate in a short time, if the reflectivity of the semiconductor substrate is different, the response of the temperature of the semiconductor substrate to lamp power (irradiation intensity) Therefore, if the lamp power control unit having a certain PID parameter feeds back the temperature of the semiconductor substrate to control the lamp power, the temperature of the semiconductor substrate deviates from the desired target temperature.
また,半導体基板を保持する基板支持部は半導体基板よりも耐熱性のある材質で作成されており、反射率や熱容量(比熱、膜厚)が半導体基板とは異なるので、半導体基板と基板支持部を同じランプパワーでランプ光を照射しても同じ温度にはならない。 In addition, the substrate support portion that holds the semiconductor substrate is made of a material that is more heat resistant than the semiconductor substrate, and the reflectance and heat capacity (specific heat, film thickness) are different from the semiconductor substrate. Even if the lamp light is irradiated with the same lamp power, the same temperature is not obtained.
一般的に、基板支持部はSiCなどで形成され、熱容量が半導体基板よりも大きいため、同じランプパワーで半導体基板と基板支持部にランプ光を照射しても基板支持部の温度は半導体基板より低くなる。そこで基板支持部へのランプの照射強度を半導体基板への照射強度よりも強めることにより基板支持部の温度を半導体基板の温度に近づけている。
しかし、半導体製造工程においては半導体基板表面にはさまざまな膜が成膜され、パターンが形成されるため、基板表面の反射率は半導体製造工程の中で大きく変化する。ある反射率の半導体基板で半導体基板と基板支持部の温度が同じになるように半導体基板加熱用ランプと基板支持部加熱用ランプの照射強度のバランスを最適化しても、最適化した時とは異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しようとした場合、ランプパワーに対する半導体基板の温度の応答性が最適化時とは異なるために、半導体基板と基板支持部の温度差が大きくなり、その結果、基板支持部と接触している半導体基板の周辺部とウェハ中心部との間に温度差が生じてしまう。
In general, the substrate support is formed of SiC or the like and has a larger heat capacity than the semiconductor substrate. Therefore, even if the semiconductor substrate and the substrate support are irradiated with lamp light at the same lamp power, the temperature of the substrate support is higher than that of the semiconductor substrate. Lower. Therefore, the temperature of the substrate support unit is made closer to the temperature of the semiconductor substrate by increasing the irradiation intensity of the lamp to the substrate support unit than the irradiation intensity of the semiconductor substrate.
However, in the semiconductor manufacturing process, various films are formed on the surface of the semiconductor substrate and patterns are formed. Therefore, the reflectivity of the substrate surface varies greatly during the semiconductor manufacturing process. Even if the balance of irradiation intensity of the semiconductor substrate heating lamp and the substrate support heating lamp is optimized so that the temperature of the semiconductor substrate and the substrate support is the same in a semiconductor substrate with a certain reflectance, When attempting to spike anneal a semiconductor substrate with different reflectivity, the temperature difference between the semiconductor substrate and the substrate support becomes large because the response of the temperature of the semiconductor substrate to the lamp power is different from that at the time of optimization. A temperature difference occurs between the peripheral portion of the semiconductor substrate that is in contact with the substrate support portion and the central portion of the wafer.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、急速熱処理装置及び半導体装置の製造方法において、異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しても、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と基板支持部の温度を等しく保ち、半導体基板の基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差が最小となるよう抑制することを実現にすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and in a rapid thermal processing apparatus and a method for manufacturing a semiconductor device, even if spike annealing is performed on a semiconductor substrate having different reflectivity, the maximum ultimate temperature is kept constant, and the semiconductor An object of the present invention is to realize that the temperature of the substrate and the substrate support portion are kept equal, and the temperature difference between the periphery of the contact portion of the semiconductor substrate with the substrate support portion and the other portions is minimized.
上記の課題を解決するため、本発明の急速熱処理装置は、半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの出力結果に応じて前記基板の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、前記制御部が、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a rapid thermal processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and supported by the substrate support portion. A lamp unit that irradiates and heats the substrate; a temperature sensor that measures the temperature of the substrate; a temperature calculation unit that calculates a temperature of the substrate according to an output result of the temperature sensor; and the temperature calculation unit. A rapid thermal processing apparatus including a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the control unit, wherein the control unit is based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. The control parameter of the irradiation intensity of the lamp unit is corrected.
上記の課題を解決するため、本発明の急速熱処理装置は、半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板からの輻射光を受光する輻射光センサと、前記輻射光センサの出力結果に応じて前記基板の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、前記制御部が、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a rapid thermal processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and supported by the substrate support portion. According to the output result of the radiation light sensor, a lamp unit that irradiates and heats the front surface side of the substrate, a radiation light sensor that is disposed on the back surface side of the substrate and receives radiation light from the substrate, and A rapid thermal processing apparatus comprising: a temperature calculation unit that calculates a temperature of the substrate; and a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit, wherein the control The unit corrects the control parameter of the irradiation intensity of the lamp unit based on the reflectance of the substrate surface measured in advance.
上記の課題を解決するため、本発明の急速熱処理装置は、半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱する基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記輻射光センサと輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a rapid thermal processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and supported by the substrate support portion. Further, a substrate lamp unit that irradiates and heats the surface side of the substrate, a support lamp unit that irradiates and heats the substrate support unit, and a rear surface side of the substrate that is disposed on the back side of the substrate. A reflection plate that reflects the radiation light of the substrate, a plurality of radiation light sensors that are disposed on the back surface side of the substrate and receive radiation light from the substrate back surface and the substrate back surface that is multiple-reflected by the reflection plate, and the substrate back surface A radiation rate sensor that directly receives radiation from the radiation sensor, a radiation rate calculation unit that calculates a radiation rate of the back surface of the substrate from outputs of the plurality of radiation light sensors and an output of the radiation rate sensor, and the radiation sensor and radiation Output result of rate calculation unit And a controller that controls the irradiation intensity of the lamp part for the substrate and the lamp part for the support part according to the temperature calculated by the temperature calculation part. The control unit controls the irradiation intensity of the lamp unit for the substrate according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit, and sets the temperature of the substrate support unit calculated by the temperature calculation unit. Accordingly, the irradiation intensity of the lamp part for the support part is controlled, and the control parameter of the irradiation intensity of the lamp part for the substrate and the lamp part for the support part is set based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. Each is corrected.
上記の課題を解決するため、本発明の急速熱処理装置は、半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱する基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a rapid thermal processing apparatus according to the present invention includes a processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and supported by the substrate support portion. Further, a substrate lamp unit that irradiates and heats the surface side of the substrate, a support lamp unit that irradiates and heats the substrate support unit, and a rear surface side of the substrate that is disposed on the back side of the substrate. A reflection plate that reflects the radiation light of the substrate, a plurality of radiation light sensors that are disposed on the back surface side of the substrate and receive radiation light from the substrate back surface and the substrate back surface that is multiple-reflected by the reflection plate, and the substrate back surface A radiation rate sensor that directly receives radiation light from the substrate, a radiation rate calculation unit that calculates a radiation rate of the back surface of the substrate from outputs of the plurality of radiation light sensors and the output of the radiation rate sensor, and Direct reception of radiation The temperature of the substrate is calculated according to the output results of the support portion radiation light sensor, the radiation light sensor and the radiation rate calculation portion, and the substrate support portion according to the output result of the support portion radiation light sensor. A rapid thermal processing apparatus comprising: a temperature calculation unit that calculates a temperature; and a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit for the substrate and the lamp unit for the support unit according to the temperature calculated by the temperature calculation unit. The control unit controls the irradiation intensity of the substrate lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit, and according to the temperature of the substrate support unit calculated by the temperature calculation unit. Control the irradiation intensity of the lamp section for the support section, and compensate the control parameters for the irradiation intensity of the lamp section for the substrate and the lamp section for the support section based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. Characterized in that it.
上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板からの輻射光を受光する輻射光センサと、前記輻射光センサの出力結果に応じて前記基板の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置を用いて前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正する手順を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and the substrate support portion. A lamp unit that irradiates and heats the front side of the substrate that is supported, a radiation sensor that is disposed on the back side of the substrate and receives radiation from the substrate, and an output result of the radiation sensor. Using a rapid thermal processing apparatus comprising: a temperature calculation unit that calculates the temperature of the substrate according to the control unit; and a control unit that controls the irradiation intensity of the lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit. A method of manufacturing a semiconductor device that performs rapid thermal processing of a substrate, comprising a procedure for correcting a control parameter of irradiation intensity of the lamp unit based on a reflectance of the substrate surface measured in advance. To.
上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱する基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置を用いて前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御する手順と、算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する手順と、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正する手順とを有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and the substrate support portion. A substrate lamp unit for irradiating and heating the surface side of the supported substrate, a support unit lamp unit for irradiating and heating the substrate support unit, and the substrate disposed on the back side of the substrate A reflection plate that reflects radiation light from the back surface, a plurality of radiation light sensors that are disposed on the back surface side of the substrate and receive radiation light from the substrate back surface and the substrate back surface that is multiple-reflected by the reflection plate, and A radiation rate sensor that directly receives radiation light from the back surface of the substrate, a radiation rate calculation unit that calculates a radiation rate of the back surface of the substrate from outputs of the plurality of radiation light sensors and outputs of the radiation rate sensors, and the substrate support unit Direct radiation from The support portion radiation light sensor, the substrate temperature is calculated according to the output result of the support portion radiation light sensor, and the substrate temperature is calculated according to the output result of the radiation light sensor and the radiation rate calculation portion. A rapid thermal processing apparatus comprising: a temperature calculation unit that calculates a temperature of the unit; and a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit for the substrate and the lamp unit for the support unit according to the temperature calculated by the temperature calculation unit A method of manufacturing a semiconductor device using the substrate for rapid thermal processing, wherein the control unit controls the irradiation intensity of the substrate lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit And the procedure for controlling the irradiation intensity of the lamp unit for the support unit according to the calculated temperature of the substrate support unit, and based on the reflectance of the substrate surface measured in advance, the lamp unit for the substrate and the support And having a procedure for correcting the control parameter of the irradiation intensity of use the lamp unit, respectively.
上述のごとく本発明によれば、半導体基板の反射率を処理チェンバ内または外で予め測定し、その測定された反射率に基づいて、基板加熱用ランプ部と支持部加熱用ランプ部の照射強度の制御を補正することにより、異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しても、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と基板支持部の温度を等しく保ち、基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差を抑制できる。 As described above, according to the present invention, the reflectance of the semiconductor substrate is measured in advance or inside the processing chamber, and based on the measured reflectance, the irradiation intensity of the substrate heating lamp unit and the support unit heating lamp unit is measured. By correcting the control of the semiconductor substrate, even if spike annealing is performed on semiconductor substrates with different reflectivities, the maximum temperature is kept constant, the temperatures of the semiconductor substrate and the substrate support are kept equal, and the periphery of the contact point with the substrate support is And the temperature difference between other locations can be suppressed.
本発明を実施の形態について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理装置の構成を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a rapid thermal processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示した急速熱処理装置は、半導体基板1を温度制御しながら急速熱処理を行う装置である。この急速熱処理装置は、処理チェンバ2を備え、この処理チェンバ2内に、半導体基板1を支持する基板支持部3が配設されている。
基板支持部3は、チェンバ底部4にベアリング部7を介して回転自在に配設された円筒形シリンダ31と、この円筒形シリンダの上端に設けられたリングプレート32とを備えており、リングプレート32の内周縁部には、半導体基板1のエッジ部を支持するための段差が形成されている。
半導体基板1が基板支持部3のリングプレート32に支持された状態において、半導体基板1の裏面側には、チェンバ底部4の最上部に半導体基板裏面と対向するように配設された反射板8と、基板支持部3と、半導体基板1とで囲まれる光学的閉空間が形成される。この光学的閉空間は、半導体基板1の裏面からの輻射光を受光する輻射光センサによる半導体基板1の温度検出のために設けられた、光学的に閉じられた空間である。
The rapid thermal processing apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus that performs rapid thermal processing while controlling the temperature of the
The
In a state where the
処理チェンバ2の上方には、基板支持部3に支持された半導体基板1を加熱するための複数の加熱ランプ(51a、51b、51c、51d、51e)からなるランプ群51と、基板支持部3を加熱するための複数のランプからなる支持部加熱用ランプ群52とが配置されている。
ここで、上記実施形態の急速熱処理装置では、半導体基板の片面(表面側)からランプ照射する方式の、加熱ランプ群51と52を用いているが、本発明による半導体基板の加熱方式はこの実施形態に限定されるものでなく、半導体基板の両面(表面側及び裏面側)からランプ照射する方式も適用可能である。
Above the
Here, in the rapid thermal processing apparatus of the above embodiment, the
また、チェンバ底部4には、半導体基板1の裏面と反射板8で多重反射した半導体基板1の裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサ(61a、61b、61c、61d、61e)からなる輻射光センサ群61と、半導体基板1の裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサ61a’と、基板支持部3からの輻射光を受光する基板支持部用輻射光センサ62とが配設されている。輻射光センサ群61は、それぞれ半導体基板1の異なる半径位置に対応した位置に配置されており、各輻射光センサの測定結果(センサ出力信号)を温度算出部9に出力する。輻射率センサ61a’と輻射光センサ61aは、測定結果(センサ出力信号)を輻射率算出部13に出力する。
The
ここで、上記実施形態の急速熱処理装置では、基板からの輻射光に基づいて温度を測定する方式の、輻射光センサや輻射率センサ(パイロメーター等)を用いているが、本発明による基板温度の測定方法はこの実施形態に限定されるものでなく、熱電対等を利用した温度センサを用いて基板温度を測定するように構成することも可能である。 Here, in the rapid thermal processing apparatus of the above-described embodiment, a radiation light sensor or a radiation rate sensor (pyrometer or the like) of a method for measuring temperature based on radiation light from the substrate is used. The measurement method is not limited to this embodiment, and the substrate temperature can be measured using a temperature sensor using a thermocouple or the like.
輻射率算出部13は、輻射率センサ61a’と輻射光センサ61aからの出力信号をモニタして、半導体基板1の裏面の輻射率を算出する。
The
温度算出部9は、輻射光センサ群61の各輻射光センサからの出力信号をモニタして、各輻射光センサが受光した半導体基板1の裏面からの輻射光と輻射率算出部13が算出した半導体基板1の裏面の輻射率に基づき、半導体基板1の基板温度を算出する。また、温度算出部9は、基板支持部用輻射光センサ62からの出力信号をモニタして、基板支持部用輻射光センサ62が受光した基板支持部3からの輻射光に基づき、基板支持部3の温度を算出する。
The
ランプパワー制御部10は、温度算出部9により算出された半導体基板1の温度に基づいて、半導体基板1の上方に配置されたランプ群51の各加熱用ランプの照射強度を制御する。また、ランプパワー制御部10は、温度算出部9により算出された基板支持部3の温度に基づいて、支持部加熱用ランプ群52の各ランプの照射強度を制御する。
前述した従来の急速熱処理装置の課題を解決するために、本発明の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部10は、温度算出部9により算出された基板温度に応じて基板用ランプ群51の照射強度を制御し、温度算出部9により算出された基板支持部3の温度に応じて支持部用ランプ群52の照射強度を制御し、かつ、予め測定された半導体基板表面の反射率に基づいて、基板用ランプ群51及び支持部用ランプ群52の照射強度をそれぞれ補正することを特徴とする。
The lamp
In order to solve the above-described problems of the conventional rapid thermal processing apparatus, the lamp
以下、図2乃至図9を用いて、本発明の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部10の機能および作用について具体的に説明する。
Hereinafter, the function and operation of the lamp
図2は、従来の急速熱処理装置において、ランプ光を照射する側の反射率が異なる3種類の半導体基板を、短時間に高速に昇降温するいわゆるスパイクアニール処理を行った場合の半導体基板温度の時間推移、いわゆる温度プロファイルを示す。
ここでは、3種類の半導体基板(低反射率基板、シリコン基板、高反射率基板)のそれぞれについて、近赤外領域の波長(λ=0.93μm)の半導体基板全面の平均の反射率R(シート抵抗Rshと相関関係をもつ)を、スパイクアニール処理を行う前に、処理チェンバ2の外で予め測定しておく。図2の例では、低反射率基板の反射率R=0.10、シリコン基板の反射率R=0.30、高反射率基板の反射率R=0.49であった。図2の温度プロファイルから、その半導体基板の反射率が高いほど、スパイクアニール処理を行った場合の温度プロファイルのオーバーシュートが大きいことが分かる。
図3は、従来の急速熱処理装置におけるスパイクアニール処理の最高到達温度と基板反射率との相関を説明するための図である。
FIG. 2 shows the temperature of a semiconductor substrate when a so-called spike annealing process is performed for three types of semiconductor substrates having different reflectivities on the side irradiated with lamp light in a conventional rapid thermal processing apparatus, which raises and lowers the temperature at high speed in a short time. Time transition, so-called temperature profile is shown.
Here, for each of the three types of semiconductor substrates (low reflectance substrate, silicon substrate, high reflectance substrate), the average reflectance R (sheet) of the entire surface of the semiconductor substrate having a wavelength in the near infrared region (λ = 0.93 μm). (Which has a correlation with the resistance Rsh) is measured in advance outside the
FIG. 3 is a diagram for explaining the correlation between the highest temperature achieved by spike annealing in a conventional rapid thermal processing apparatus and the substrate reflectivity.
図3(a)は、半導体基板のランプ照射側表面に異なる膜を成膜して異なる反射率をもたし、ランプ照射側と反対側の面にp型のドーパントをイオン注入した3種類のn型半導体基板(低反射率基板、シリコン基板、高反射率基板)をスパイクアニール処理した時のランプ照射側表面の反射率と、スパイクアニール処理後のp型拡散層の面内の平均のシート抵抗(Rsh)との関係を示す。シート抵抗値は温度感度を予め求めておくことにより、スパイクアニール処理の最高到達温度、又はスパイクアニール処理のサーマルバジェットに換算できる。 FIG. 3A shows three types of films in which different films are formed on the lamp irradiation side surface of the semiconductor substrate to have different reflectivities, and p-type dopants are ion-implanted on the surface opposite to the lamp irradiation side. The reflectivity of the lamp irradiation side surface when an n-type semiconductor substrate (low reflectivity substrate, silicon substrate, high reflectivity substrate) is spike-annealed and the average sheet in the plane of the p-type diffusion layer after the spike anneal The relationship with resistance (Rsh) is shown. The sheet resistance value can be converted to the highest temperature achieved by spike annealing or the thermal budget of spike annealing by obtaining temperature sensitivity in advance.
図3(b)に示したように、ランプ照射側表面の反射率とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係は、単純な関数で表記することが可能である。この関数を用いて、半導体基板加熱用ランプと基板支持部加熱用ランプのランプパワーの制御を、半導体基板のランプ照射側表面の反射率の測定結果に応じて補正することにより、半導体基板の反射率によらずに一定のサーマルバジェット、又は一定の最高到達温度を得ることができる。
より具体的には、反射率が0.10の低反射率基板は、反射率が0.30のシリコン基板よりも最高到達温度が1.5℃低くなることが予想できるので、半導体基板温度の測定結果をランプパワーにフィードバックする際に、目標温度を1.5℃上げることにより、最高到達温度を反射率が0.30のシリコン基板に近づけることができる。また、反射率が0.49の高反射率基板では、最高到達温度が反射率が0.30のシリコン基板よりも最高到達温度が1.3℃高くなることが予想出来るので、半導体基板温度の測定結果をランプパワーにフィードバックする際に、目標温度を1.3℃下げることにより、最高到達温度を反射率が0.30のシリコン基板に近づけることができる。
図3から容易に理解できるように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部10は、予め測定された半導体基板表面の反射率に基づいて、基板用ランプ群51及び支持部用ランプ群52の照射強度をそれぞれ補正することにより、異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しても、最高到達温度を一定に保つことができる。
As shown in FIG. 3B, the relationship between the reflectance on the lamp irradiation side surface and the highest temperature reached by the spike annealing treatment can be expressed by a simple function. By using this function, the control of the lamp power of the lamp for heating the semiconductor substrate and the lamp for heating the substrate support portion is corrected according to the measurement result of the reflectivity of the surface of the semiconductor substrate on the lamp irradiation side. Regardless of the rate, a constant thermal budget or a constant maximum temperature can be obtained.
More specifically, a low reflectivity substrate with a reflectivity of 0.10 can be expected to have a maximum temperature of 1.5 ° C lower than a silicon substrate with a reflectivity of 0.30. At the time of feedback, by raising the target temperature by 1.5 ° C., the highest temperature can be brought close to a silicon substrate having a reflectance of 0.30. In addition, with a high reflectivity substrate with a reflectivity of 0.49, the maximum ultimate temperature can be expected to be 1.3 ° C higher than that of a silicon substrate with a reflectivity of 0.30. At the time of feedback, by reducing the target temperature by 1.3 ° C., the maximum temperature can be brought close to a silicon substrate having a reflectance of 0.30.
As can be easily understood from FIG. 3, the lamp
半導体基板のランプ光照射側の反射率は、処理チェンバの内、外のどちらで測定してもかまわないが、アニール処理しようとする半導体基板がアニール処理の最高到達温度に到達する以前に測定する必要がある。
反射率の測定波長はランプ光の発光波長の下限よりも長波長側で、被加熱基板の吸収端よりも短波長側の波長を選ぶことが望ましい。単波長の反射率を用いてもかまわないが、急速熱処理装置で一般的に使用されているタングステン−ハロゲンランプは白色光であり、タングステン−ハロゲンランプの発光波長の下限より、被加熱基板の吸収端までの全波長領域における、ランプ光の発光スペクトルと被加熱基板の反射スペクトルから求めた、被加熱基板に入射したランプ光のエネルギーに対する被加熱基板表面で反射されたランプ光のエネルギーの比を用いることにより、より精度の高い補正が可能となる。
半導体製造工程においては半導体基板表面にはさまざまな膜が成膜され、パターンが形成されるため、微視的には半導体基板表面内でさまざまな反射率が存在する。
反射率の測定領域が小さすぎると前記基板内の反射率のバラツキの影響を受けやすくなるので、測定領域は比較的大きいことが望ましい。例えば、半導体基板上に作られる半導体チップのサイズよりも大きい領域の平均の反射率を用いることが望ましい。
半導体基板の反射率を処理チェンバの中で測定する方法として、特許文献1に開示されるように、加熱用ランプの発光強度に周期的な微小な変動を与え、半導体基板からの反射光と輻射光が入り交じった光からランプ光の変動と連動する成分を抽出することで半導体基板の反射率を算出する方法(図4参照)を採用してもよい。
図4は、特許文献1に開示される従来の熱処理方法における半導体基板の反射率の測定手法を説明するための図である。図4の(a)に、半導体基板の反射率を測定するための測定装置の構成を示す。図4の(b)に、加熱用ランプの照射強度を周期的に変動したときの光検出センサの出力信号の波形を示す。
The reflectance on the lamp light irradiation side of the semiconductor substrate may be measured either inside or outside the processing chamber, but is measured before the semiconductor substrate to be annealed reaches the maximum temperature of the annealing process. There is a need.
It is desirable to select a wavelength for measuring the reflectance that is longer than the lower limit of the emission wavelength of the lamp light and shorter than the absorption edge of the substrate to be heated. A single-wavelength reflectance may be used, but a tungsten-halogen lamp generally used in rapid thermal processing equipment is white light, and is absorbed by the substrate to be heated from the lower limit of the emission wavelength of the tungsten-halogen lamp. The ratio of the energy of the lamp light reflected on the surface of the heated substrate to the energy of the lamp light incident on the heated substrate, obtained from the emission spectrum of the lamp light and the reflection spectrum of the heated substrate in the entire wavelength region up to the edge. By using this, correction with higher accuracy becomes possible.
In the semiconductor manufacturing process, various films are formed on the surface of the semiconductor substrate and patterns are formed. Therefore, microscopically, various reflectances exist within the surface of the semiconductor substrate.
If the measurement area of the reflectance is too small, the measurement area is likely to be affected by the variation in the reflectance in the substrate. Therefore, it is desirable that the measurement area is relatively large. For example, it is desirable to use an average reflectance of a region larger than the size of a semiconductor chip made on a semiconductor substrate.
As a method for measuring the reflectance of a semiconductor substrate in a processing chamber, as disclosed in
FIG. 4 is a diagram for explaining a method for measuring the reflectance of a semiconductor substrate in the conventional heat treatment method disclosed in
図4の測定手法によれば、半導体基板の反射率(又は透過率)を、加熱用ランプの照射強度の最大値と最小値の差分とそれに連動して変動する透過光(反射光)の最大値と最小値の差分の比より求めることが知られている。 According to the measurement method of FIG. 4, the reflectance (or transmittance) of the semiconductor substrate is the difference between the maximum value and the minimum value of the irradiation intensity of the heating lamp and the maximum of the transmitted light (reflected light) that fluctuates accordingly. It is known to obtain from the ratio of the difference between the value and the minimum value.
また、スパイクアニール処理において、半導体基板の温度を所望の温度より低い温度で一定時間保持するステップを設けて、半導体基板の面内温度を均一にしてから、高速に昇降温して最高到達温度の面内温度均一性を改善することが一般的に行われているが、その所望の温度より低い温度に保つ為に必要なランプパワー値は、半導体基板の反射率と単純な関係にあり、反射率の代わりに前記低い温度に保つためのランプパワー値を用いることも可能である。
図5は、従来の急速熱処理装置において半導体基板温度を550℃に保持するのに必要なランプパワーと半導体基板の反射率との関係を説明するための図である。図6は、従来の急速熱処理装置において基板温度を550℃に保持するのに必要なランプパワーとスパイクアニール処理の最高到達温度との相関を説明するための図である。
In addition, in the spike annealing process, a step of holding the temperature of the semiconductor substrate at a temperature lower than the desired temperature for a certain period of time is provided, and the in-plane temperature of the semiconductor substrate is made uniform, and then the temperature is raised and lowered at a high speed. In-plane temperature uniformity is generally improved, but the lamp power value required to maintain a temperature lower than the desired temperature is simply related to the reflectivity of the semiconductor substrate. It is also possible to use a lamp power value for maintaining the low temperature instead of the rate.
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the lamp power necessary for maintaining the semiconductor substrate temperature at 550 ° C. and the reflectance of the semiconductor substrate in the conventional rapid thermal processing apparatus. FIG. 6 is a diagram for explaining the correlation between the lamp power necessary for maintaining the substrate temperature at 550 ° C. in the conventional rapid thermal processing apparatus and the highest temperature achieved in the spike annealing process.
図5の例では、反射率の異なる3種類の半導体基板(低反射率基板、シリコン基板、高反射率基板)のそれぞれについて、半導体基板を1050℃に加熱する場合に、半導体基板を最高到達温度1050℃まで加熱する前に、最高到達温度より低い550℃で20秒間保持するステップを設けた時の基板温度とランプパワーの時間的推移と、550℃に保持するのに必要なランプパワーが示されている。図5から容易に理解できるように、半導体基板の反射率が低いほど半導体基板の温度を550℃に保持するのに必要なランプパワーも低いことが分かる。
図6から明らかなように、半導体基板のランプ照射側表面の反射率とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を求めた前記手法と同じ手法を用いれば、半導体基板の温度を550℃に保持するのに必要なランプパワーとスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を単純な相関関数で表記することが可能である。
In the example of FIG. 5, for each of three types of semiconductor substrates having different reflectivities (low reflectivity substrate, silicon substrate, and high reflectivity substrate), when the semiconductor substrate is heated to 1050 ° C., the semiconductor substrate is at the highest temperature reached. Before heating to 1050 ° C, shows the temporal transition of the substrate temperature and lamp power when a step of holding at 550 ° C lower than the maximum temperature for 20 seconds is provided, and the lamp power required to hold at 550 ° C. Has been. As can be easily understood from FIG. 5, it can be seen that the lower the reflectivity of the semiconductor substrate, the lower the lamp power required to keep the temperature of the semiconductor substrate at 550 ° C.
As is apparent from FIG. 6, the temperature of the semiconductor substrate is maintained at 550 ° C. by using the same method as the above method for obtaining the relationship between the reflectivity of the surface of the semiconductor substrate on the lamp irradiation side and the maximum temperature at which spike annealing is performed. It is possible to express the relationship between the lamp power necessary for the above and the maximum temperature achieved by the spike annealing process by a simple correlation function.
本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部10は、この相関関数を用いて、半導体基板を550℃に保持するのに必要なランプ照射強度値に応じて、基板加熱用ランプ群51と支持部加熱用ランプ群52のランプパワー制御を補正することにより、半導体基板の反射率によらずに、一定のスパイクアニールのサーマルバジェット、又は一定の最高到達温度を得ることができる。
図7は、従来の急速熱処理装置における半導体基板の面内温度分布の基板反射率依存性を説明するための図である。
The lamp
FIG. 7 is a diagram for explaining the substrate reflectance dependency of the in-plane temperature distribution of the semiconductor substrate in the conventional rapid thermal processing apparatus.
図7(a)は、半導体基板のランプ照射側表面に異なる膜を成膜して異なる反射率をもたし、ランプ照射側と反対側の面にp型のドーパントをイオン注入した2種類のn型半導体基板(低反射率基板、シリコン基板)のそれぞれを従来の急速熱処理装置でスパイクアニール処理を行った後のp型拡散層のシート抵抗を、シート抵抗値とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係より換算した、最高到達温度の直径方向の分布を示す。図7(b)は2種類の半導体基板(低反射率基板、シリコン基板)の表面反射率を示し、図7(c)は2種類の半導体基板(低反射率基板、シリコン基板)のそれぞれに対する基板加熱用ランプ群51及び基板支持部等ランプ52の各加熱ランプの最大ランプパワーとその差分を示す。
FIG. 7A shows two types of films in which different films are formed on the lamp irradiation side surface of the semiconductor substrate and have different reflectivities, and p-type dopants are ion-implanted on the surface opposite to the lamp irradiation side. After each n-type semiconductor substrate (low reflectance substrate, silicon substrate) is spike annealed with a conventional rapid thermal processing apparatus, the sheet resistance of the p-type diffusion layer is determined by the sheet resistance value and the highest temperature reached by the spike anneal process. This shows the distribution in the diameter direction of the maximum temperature achieved, converted from the above relationship. FIG. 7B shows the surface reflectance of two types of semiconductor substrates (low reflectance substrate, silicon substrate), and FIG. 7C shows the respective two types of semiconductor substrates (low reflectance substrate, silicon substrate). The maximum lamp power and the difference between the heating lamps of the substrate
急速熱処理中に半導体基板がその基板の中心を軸として回転していて、かつ加熱用ランプ群が同心円状に配列されている場合は、半導体基板の回転方向の温度分布は比較的小さく、直径方向に温度分布が現れる。図7から分かるように、ランプ照射側表面に何も成膜しないシリコン基板(反射率0.30)を用いて基板加熱用ランプ群51と基板支持部加熱用ランプ群52のランプパワーバランスを最適化した状態で、ランプ照射側表面に窒化膜を成膜した反射率が0.10の低反射率基板を急速熱処理すると、半導体基板周辺部の温度が10℃以上低下している。
図8は、従来の急速熱処理装置の半導体基板支持部付近の部分拡大断面図である。図8において、参照符号111は半導体基板1の裏面からの輻射光、121dは基板加熱用ランプ51dの照射光、122は基板支持部加熱用ランプ52の照射光をそれぞれ示す。基板支持部加熱用ランプ52の照射光122は基板支持部だけではなく、半導体基板周辺部にも照射される。
When the semiconductor substrate is rotated about the center of the substrate during rapid thermal processing and the heating lamp groups are arranged concentrically, the temperature distribution in the rotational direction of the semiconductor substrate is relatively small, and the diameter direction Temperature distribution appears. As can be seen from FIG. 7, the lamp power balance between the substrate
FIG. 8 is a partially enlarged sectional view of the vicinity of a semiconductor substrate support portion of a conventional rapid thermal processing apparatus. In FIG. 8,
半導体基板1を保持する基板支持部3は半導体基板1よりも耐熱性のある材質で作成されており、反射率や熱容量(比熱、膜厚)が半導体基板1とは異なるので、半導体基板1と基板支持部3を同じランプパワーでランプ光を照射しても同じ温度にはならない。
The
一般的に、基板支持部3はSiCなどで形成され、熱容量が半導体基板よりも大きいため、同じランプパワーで半導体基板1と基板支持部3にランプ光を照射しても基板支持部3の温度は半導体基板1より低くなる。
そこで、基板支持部加熱用ランプ52の照射強度を半導体基板加熱用ランプ51dの照射強度よりも強めることにより基板支持部の温度を半導体基板の温度に近づけている。通常、基板支持部加熱用ランプ52と半導体基板加熱用ランプ51dの照射強度のバランスは、ランプ光を照射する側に何も成膜しないシリコン基板(反射率0.30)を用いて最適化されており、例えばランプ光を照射する側に窒化膜を成膜した反射率が0.10の低反射率基板を熱処理すると、基板の反射率が小さくなったことにより、ランプ光が半導体基板に吸収される効率が上がり、同じランプパワーでは、何も成膜しないシリコン基板に比べ低反射率基板の温度が上昇してしまうので、半導体基板の温度をモニタしているセンサの出力をフィードバックして基板加熱用ランプ51dの照射強度が下げられる。
基板支持部加熱用ランプ52と基板加熱用ランプ51dの照射強度のバランスは固定されているので、基板加熱用ランプ51dの照射強度とともに基板支持部加熱用ランプ52の照射強度も下げられ、基板支持部の反射率は一定なので基板支持部3の温度は半導体基板1より低下し、基板支持部3と接触している半導体基板1の周辺部の温度も低くなる。従って、半導体基板1の反射率によらず、半導体基板1の面内温度差を最小に保つためには、半導体基板の反射率に応じて基板加熱用ランプ51dと基板支持部加熱用ランプ52の照射強度のバランスを調整する必要がある。
ランプ光を照射する側に窒化膜を成膜した反射率が0.10の低反射率基板の面内温度差を改善する場合は、基板加熱用ランプの照射強度に引きずられて下がってしまった支持部加熱用ランプの照射強度を上げる方向に調整すればよい。
ただし、図8に示すように基板支持部加熱用ランプ52のランプ光が半導体基板周辺部にも照射されている場合は、基板支持部加熱用ランプ52の照射強度を上げるだけでは、基板支持部用ランプ光が届く領域の基板周辺部の温度が所望の温度よりも上がってしまうので、同時に半導体基板周辺部を加熱している基板加熱用ランプ51dの照射強度を下げる必要がある。
図9は、基板加熱用ランプと基板支持部加熱用ランプの照射強度調整による面内温度分布の改善結果を説明するための図である。
In general, the
Therefore, the temperature of the substrate support portion is brought closer to the temperature of the semiconductor substrate by increasing the irradiation intensity of the substrate support
Since the balance between the irradiation intensities of the substrate supporting
When improving the in-plane temperature difference of a low-reflectance substrate with a reflectivity of 0.10 with a nitride film formed on the lamp-irradiation side, the support has been lowered due to the irradiation intensity of the substrate heating lamp Adjustment may be made in the direction of increasing the irradiation intensity of the heating lamp.
However, as shown in FIG. 8, when the lamp light of the substrate support
FIG. 9 is a diagram for explaining the improvement result of the in-plane temperature distribution by adjusting the irradiation intensity of the substrate heating lamp and the substrate support portion heating lamp.
図9(a)は、半導体基板のランプ照射側表面に窒化膜を成膜して(反射率が0.10)、ランプ照射側と反対側の面にp型のドーパントをイオン注入したn型半導体基板を、面内温度差を改善するために基板加熱用ランプ51dと支持部加熱用ランプ52の照射強度を最適化する前と後の急速熱処理装置でスパイクアニール処理を行った時のp型拡散層のシート抵抗を、シート抵抗値とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係より換算した、最高到達温度の直径方向の分布が示されている。
図9(b)は、ランプ照射側表面に窒化膜を成膜した反射率が0.10の半導体基板をスパイクアニール処理した時の面内温度差を改善するために基板加熱用ランプ51dと支持部加熱用ランプ52の照射強度を最適化する前と後のそれぞれに対する基板加熱用ランプ群51及び基板支持部用ランプ群52の各加熱ランプ群の最大ランプパワーとその差分、及び基板加熱用ランプ51dと支持部加熱用ランプ52の照射強度を最適化するために各ランプ群が加熱する領域の半導体基板の設定温度を補正した場合の、各領域の設定温度の補正値を示す。
FIG. 9A shows an n-type in which a nitride film is formed on a lamp irradiation side surface of a semiconductor substrate (reflectance is 0.10), and a p-type dopant is ion-implanted on a surface opposite to the lamp irradiation side. P-type when a semiconductor substrate is subjected to spike annealing with a rapid thermal processing apparatus before and after optimizing the irradiation intensity of the
FIG. 9B shows a
図9の例では、支持部加熱用ランプ52の照射強度を3.2%上げて、基板周辺部を加熱する基板加熱用ランプ51dの照射強度を3.6%下げることで、基板面内の温度分布が大幅に改善している。また、支持部加熱用ランプ52により加熱される半導体基板周辺部の設定温度を3.6℃上げて、基板加熱用ランプ51dにより加熱される領域の設定温度を1.3℃下げても、半導体基板面内の温度分布を大幅に改善できる。
In the example of FIG. 9, by increasing the irradiation intensity of the supporting
図9から容易に理解できるように、本実施形態の急速熱処理装置においては、半導体基板のランプ光照射側の反射率に応じた基板加熱用ランプ群51dと支持部加熱用ランプ群52のバランスの最適値を予め求め、補正関数として、ランプパワー制御部10に搭載しておき、ランプパワー制御部10が、予め測定された半導体基板のランプ照射側表面の反射率に基づいて、基板加熱用ランプ群51dと基板支持部加熱用ランプ群52の照射強度のバランスを補正することにより、半導体基板の反射率によらず、半導体基板の面内温度差を一定に保つことができる。
図10は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理装置における基板周辺部の拡大断面図である。図10において、参照符号111は半導体基板1からの輻射光、121dは基板加熱用ランプ51dの照射光、121eは基板加熱用ランプ51eの照射光、122は基板支持部加熱用ランプ52の照射光をそれぞれ示す。
図9で説明した前述の機能に加え、図10に示したように、本実施形態の急速熱処理装置においては、基板支持部3だけを加熱するランプ群52や、基板支持部3の温度を測定する温度モニタ62を搭載し、ランプパワー制御部10は、温度算出部9により算出された基板支持部3の温度測定結果に基づいて基板支持部だけを加熱するランプ群52を制御する機能が搭載されている。
As can be easily understood from FIG. 9, in the rapid thermal processing apparatus of the present embodiment, the balance between the substrate
FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of the periphery of the substrate in the rapid thermal processing apparatus according to one embodiment of the present invention. In FIG. 10,
In addition to the functions described above with reference to FIG. 9, as shown in FIG. 10, in the rapid thermal processing apparatus of the present embodiment, the
従って、本実施形態の急速熱処理装置においては、半導体基板のランプ照射側表面の反射率に応じた基板加熱用ランプ51dと支持部加熱用ランプ51eのバランスの最適値を予め求めた補正関数を用いた補正でも補正しきれない、半導体基板1と基板支持部3の温度差を修正することが可能となり、より半導体基板の面内温度均一性を改善することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態の急速熱処理装置によれば、半導体基板の反射率を処理チェンバ内、又は処理チェンバ外で予め測定しておき、ランプパワー制御部10が、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することを特徴とするスパイクアニール処理を、半導体装置の製造に適用することにより、均一な品質の半導体装置を得ることが可能となる。
次に、図14乃至図21を用いて、本発明の実施形態に係る急速熱処理方法において、図1又は図10の急速熱処理装置のランプパワー制御部10が実行する制御手順を説明する。
Therefore, in the rapid thermal processing apparatus of the present embodiment, a correction function is used in which an optimum value of the balance between the
As described above, according to the rapid thermal processing apparatus of the present embodiment, the reflectance of the semiconductor substrate is measured in advance inside the processing chamber or outside the processing chamber, and the lamp
Next, a control procedure executed by the lamp
図14は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。 FIG. 14 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
図14の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板1の反射率を処理チェンバ2内、又は処理チェンバ2外で予め測定し、ランプパワー制御部10は、その測定された半導体基板1の反射率を保持しておく(S11)。
In the rapid thermal processing method of FIG. 14, first, the reflectance of the
次に、ランプパワー制御部10は、測定された半導体基板1の反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度(Tset)を補正する(S12)。
Next, the lamp
次に、温度算出部9は、輻射光センサ61により検出された半導体基板1からの輻射光より半導体基板1の温度(Twafer)を算出(モニター)する(S13)。
Next, the
次に、ランプパワー制御部10は、半導体基板の温度(Twafer)と補正した設定温度(Tset)との差分に応じて、半導体基板1を加熱するランプ群51のランプパワー(照射強度)を算出する(S14)。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1を加熱するランプ群51のランプパワーを制御する(S15)。そして、ステップS15を終了すると、ステップS13に戻る。すなわち、リアルタイムで輻射光センサより半導体基板の温度を監視しながら、周知のPID制御に準じて加熱用ランプパワーへのフィードバック制御を実行し、加熱用ランプにより半導体基板を所望の目標温度(Tset)まで加熱する。
Next, the lamp
図15は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。 FIG. 15 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
図15において、ステップS21、S23、S25は、それぞれ、図14で説明したステップS11、S13、S15と同様であるので、その説明を省略する。 In FIG. 15, steps S21, S23, and S25 are the same as steps S11, S13, and S15 described with reference to FIG.
図15の急速熱処理方法において、ランプパワー制御部10は、ステップS21で予め測定された半導体基板1の反射率を取得した後、測定された半導体基板1の反射率に基づいて、PIDパラメータを補正する(S22)。
In the rapid thermal processing method of FIG. 15, the lamp
ステップS23で半導体基板1の温度(Twafer)をモニターした後、ランプパワー制御部10は、半導体基板の温度(Twafer)と設定温度(Tset)との差分に応じて、半導体基板1を加熱するランプ群51のランプパワー(照射強度)を、補正したPIDパラメータを用いて算出する(S24)。そして、図14の急速熱処理方法と同様に、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1を加熱するランプ群51のランプパワーが制御される。
After monitoring the temperature (Twafer) of the
このように、予め測定された半導体基板1の反射率に基づいて、設定温度Tsetを補正する代わりに、ランプ群51のランプパワー(照射強度)を制御するためのランプパワー制御部10におけるPIDパラメータを補正しても同様の効果を得ることができる。
As described above, the PID parameter in the lamp
図16は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。 FIG. 16 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
図16において、ステップS33乃至S36は、それぞれ、図14で説明したステップS12乃至S15と同様であるので、その説明を省略する。 In FIG. 16, steps S33 to S36 are the same as steps S12 to S15 described with reference to FIG.
図16の急速熱処理方法において、まず、ランプパワー制御部10は、処理対象の半導体基板1を処理チェンバ2内で加熱し、最高到達温度よりも十分低い第1の温度で一定時間保持するようにランプ群51のランプパワー(照射強度)を制御する(S31)。例えば、アニール処理の最高到達温度が1050℃である場合、第1の温度は最高到達温度より低い550℃とし、このステップS31では半導体基板1を550℃で20秒間保持する。
In the rapid thermal processing method of FIG. 16, first, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、半導体基板1を550℃に保持するのに必要なランプパワー(照射強度)に応じて、予め測定された基板の反射率を算出する(S32)。
Next, the lamp
ステップS32で基板の反射率が算出されると、ランプパワー制御部10は、その反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度(Tset)を補正する(S33)。ここでは、図5及び図6で前述した手法が用いられる。
When the reflectance of the substrate is calculated in step S32, the lamp
以下、ランプパワー制御部10が実行するステップS34乃至S36は、それぞれ、図14で説明したステップS13乃至S15と同様である。
Hereinafter, steps S34 to S36 executed by the lamp
図5及び図6で前述したように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部10は、半導体基板を第1の温度(550℃)に保持するのに必要なランプパワーとスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を表す相関関数を用いて、半導体基板を550℃に保持するのに必要なランプ照射強度値に応じて、基板加熱用ランプ群51のランプパワー制御を補正することにより、半導体基板の反射率によらずに、一定のスパイクアニールのサーマルバジェット、又は一定の最高到達温度を得ることができる。
図17は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
As described above with reference to FIGS. 5 and 6, the lamp
FIG. 17 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
図17において、ステップS43乃至S46は、それぞれ、図15で説明したステップS22乃至S25と同様であるので、その説明を省略する。 In FIG. 17, steps S43 to S46 are the same as steps S22 to S25 described in FIG.
図17の急速熱処理方法において、まず、ランプパワー制御部10は、処理対象の半導体基板1を処理チェンバ2内で加熱し、最高到達温度よりも十分低い第1の温度で一定時間保持するようにランプ群51のランプパワー(照射強度)を制御する(S41)。例えば、アニール処理の最高到達温度が1050℃である場合、第1の温度は最高到達温度より低い550℃とし、このステップS31では半導体基板1を550℃で20秒間保持する。
In the rapid thermal processing method of FIG. 17, first, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、半導体基板1を550℃に保持するのに必要なランプパワー(照射強度)に応じて、予め測定された基板の反射率を算出する(S42)。
Next, the lamp
ステップS42で基板の反射率が算出されると、ランプパワー制御部10は、測定された半導体基板1の反射率に基づいて、PIDパラメータを補正する(S43)。
When the substrate reflectivity is calculated in step S42, the lamp
以下、ランプパワー制御部10が実行するステップS44乃至S46は、それぞれ、図15で説明したステップS23乃至S25と同様である。
Hereinafter, steps S44 to S46 executed by the lamp
図18は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。 FIG. 18 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
図18の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板1の反射率を処理チェンバ2内、又は処理チェンバ2外で予め測定し、ランプパワー制御部10は、その測定された半導体基板1の反射率を保持しておく(S51)。
In the rapid thermal processing method of FIG. 18, first, the reflectance of the
次に、ランプパワー制御部10は、測定された半導体基板1の反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度(Tset)を補正し、かつ、補正した設定温度(Tset)に基づいて、基板中心部の設定温度(Tset_c)、基板周辺部内側の設定温度(Tset_m)、基板周辺部及び基板支持部の設定温度(Tset_e)をそれぞれ算出する(S52)。
Next, the lamp
以下の制御手順で、ランプパワー制御部10は、基板加熱用ランプ群51の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板1の基板中心部、基板周辺部内側、及び基板周辺部に係る加熱ランプ群の3つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。
In the following control procedure, the lamp
すなわち、ランプパワー制御部10は、半導体基板1の基板中心部の輻射光センサ61a−61cにより、基板中心部の温度(Tc)を監視(モニター)する(S53a)。
That is, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、基板中心部の温度(Tc)と補正した設定温度(Tset_c)との差分に応じて、半導体基板1の中心部を加熱するランプ群51a−51cのランプパワー(照射強度)を算出する(S54a)。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1の中心部を加熱するランプ群51a−51cのランプパワーを制御する(S55a)。
Next, the lamp
そして、ステップS55aを実行すると、ステップS53aに戻る。すなわち、PID制御に準じて、輻射光センサ群61a−61cにより半導体基板1の中心部の温度を監視しながら、基板加熱用ランプ群51a−51cにより半導体基板1の中心部を補正した目標温度(Tset_c)まで加熱する。
And if step S55a is performed, it will return to step S53a. That is, according to PID control, while monitoring the temperature of the central part of the
上記基板中心部の制御と並行して、ランプパワー制御部10は、半導体基板1の基板周辺部内側の輻射光センサ61dにより、基板周辺部内側の温度(Tm)を監視(モニター)する(S53b)。
In parallel with the control of the central portion of the substrate, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、基板周辺部内側の温度(Tm)と補正した設定温度(Tset_m)との差分に応じて、半導体基板1の基板周辺部内側を加熱するランプ群51dのランプパワー(照射強度)を算出する(S54b)。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1の基板周辺部内側を加熱するランプ群51dのランプパワーを制御する(S55b)。
Next, the lamp
そして、ステップS55bを終了すると、ステップS53bに戻る。すなわち、PID制御に準じて、輻射光センサ61dにより半導体基板1の基板周辺部内側の温度を監視しながら、基板加熱用ランプ群51dにより半導体基板1の基板周辺部内側を補正した目標温度(Tset_m)まで加熱する。
When step S55b ends, the process returns to step S53b. That is, in accordance with the PID control, the target temperature (Tset_m) in which the substrate peripheral portion inside of the
更に、上記基板中心部及び基板周辺部内側の制御と並行して、ランプパワー制御部10は、半導体基板1の基板周辺部の輻射光センサ61eにより、基板周辺部の温度(Te)を監視(モニター)する(S53c)。
Further, in parallel with the control of the substrate central portion and the substrate peripheral portion inside, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、基板周辺部の温度(Te)と補正した設定温度(Tset_e)との差分に応じて、半導体基板1の基板周辺部を加熱するランプ群51eのランプパワー(照射強度)を算出する(S54c)。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1の基板周辺部を加熱するランプ群51eのランプパワーを制御する(S55c)。
Next, the lamp
そして、ステップS55cを実行すると、ステップS53cに戻る。すなわち、PID制御に準じて、輻射光センサ61eにより半導体基板1の基板周辺部の温度を監視しながら、基板加熱用ランプ群51eにより半導体基板1の基板周辺部を所望の目標温度(Tset_e)まで加熱する。
And if step S55c is performed, it will return to step S53c. That is, according to the PID control, the substrate peripheral portion of the
図7及び図9で前述したように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部10は、半導体基板のランプ光照射側の反射率に応じた基板加熱用ランプ群51と支持部加熱用ランプ群52の照射強度のバランスの最適値を予め求め、補正関数として、ランプパワー制御部10に搭載しておき、ランプパワー制御部10が、予め測定された半導体基板のランプ照射側表面の反射率に基づいて、基板加熱用ランプ群51と基板支持部加熱用ランプ群52の照射強度のバランスを補正することにより、半導体基板の反射率によらず、半導体基板の面内温度差を一定に保つことができる。
図19は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
As described above with reference to FIGS. 7 and 9, the lamp
FIG. 19 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の急速熱処理方法は、通常より低い反射率の半導体基板をスパイクアニール処理する場合に適用される手法である。 The rapid thermal processing method of the present embodiment is a method applied when spike annealing is performed on a semiconductor substrate having a reflectance lower than usual.
図19の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板1の反射率を処理チェンバ2内、又は処理チェンバ2外で予め測定し、ランプパワー制御部10は、その測定された半導体基板1の反射率を保持しておく(S61)。
In the rapid thermal processing method of FIG. 19, first, the reflectance of the
次に、ランプパワー制御部10は、測定された反射率が通常の半導体基板(例えば、シリコン基板)の反射率より低いことを判定する(S62)。例えば、処理対象の半導体基板1がランプ照射面側表面に適当な厚さの窒化膜を成膜した低反射率基板である場合、その反射率Rは0.10であり、シリコン基板の反射率R=0.30より低いことを判定する。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、測定された半導体基板1の反射率Rに基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度(Tset)を補正する(S63)。例えば、反射率R=0.10の場合、図3(b)に示すランプ照射側表面の反射率とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を用いて、補正後の設定温度Tset’=Tset+1.5℃とする。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、補正した設定温度(Tset’)及び測定された半導体基板1の反射率Rに基づいて、基板中心部の設定温度(Tset_c)、基板周辺部内側の設定温度(Tset_m)、基板周辺部の設定温度(Tset_e)をそれぞれ補正する(S64)。例えば、反射率R=0.10の場合、図9(b)に示すランプ照射側表面に窒化膜を成膜した反射率が0.10の半導体基板をスパイクアニール処理した時の面内温度差を改善するために各ランプ群が加熱する領域の半導体基板の設定温度を補正した場合の各領域の設定温度の補正値を用いて、Tset_c=Tset’、Tset_m=Tset’−1.3℃、Tset_e=Tset’+3.6℃とする。
Next, based on the corrected set temperature (Tset ′) and the measured reflectance R of the
以下の制御手順において、ランプパワー制御部10は、基板加熱用ランプ群51の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板1の基板中心部、基板周辺部内側、及び基板周辺部に係る加熱ランプ群の3つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。
In the following control procedure, the lamp
図19において、ステップS65a−S67a、ステップS65b−S67b、及びステップS65c−S67cは、それぞれ、図18で説明したステップS53a−S55a、ステップS53b−S55b、及びステップS53c−S55cと同様であるので、その説明を省略する。 In FIG. 19, steps S65a-S67a, steps S65b-S67b, and steps S65c-S67c are the same as steps S53a-S55a, S53b-S55b, and steps S53c-S55c described in FIG. Description is omitted.
図20は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。 FIG. 20 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
図20の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板1の反射率を処理チェンバ2内、又は処理チェンバ2外で予め測定し、ランプパワー制御部10は、その測定された半導体基板1の反射率を保持しておく(S71)。
In the rapid thermal processing method of FIG. 20, first, the reflectance of the
次に、ランプパワー制御部10は、測定された半導体基板1の反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度(Tset)を補正し、かつ、補正した設定温度(Tset)に基づいて、基板中心部の設定温度(Tset_c)、基板周辺部の設定温度(Tset_e)、基板支持部の設定温度(Tset_s)をそれぞれ算出する(S72)。
Next, the lamp
以下の制御手順で、ランプパワー制御部10は、基板加熱用ランプ群51及び基板支持部加熱用ランプ群52の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板1の基板中心部、基板周辺部、及び基板支持部3に係る加熱ランプ群の3つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。
In the following control procedure, the lamp
すなわち、ランプパワー制御部10は、半導体基板1の基板中心部の輻射光センサ61a−61dにより、基板中心部の温度(Tc)を監視(モニター)する(S73a)。
That is, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、基板中心部の温度(Tc)と補正した設定温度(Tset_c)との差分に応じて、半導体基板1の中心部を加熱するランプ群51a−51dのランプパワー(照射強度)を算出する(S74a)。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1の中心部を加熱するランプ群51a−51dのランプパワーを制御する(S75a)。
Next, the lamp
そして、ステップS75aを実行すると、ステップS73aに戻る。すなわち、輻射光センサ群61a−61dにより半導体基板1の温度を監視しながら、PID制御に準じて、基板加熱用ランプ群51a−51dのランプパワーへのフィードバック制御を実行し、半導体基板1の中心部を補正した目標温度(Tset_c)まで加熱する。
And if step S75a is performed, it will return to step S73a. That is, while monitoring the temperature of the
上記基板中心部の制御と並行して、ランプパワー制御部10は、半導体基板1の基板周辺部の輻射光センサ61eにより、基板周辺部の温度(Te)を監視(モニター)する(S73b)。
In parallel with the control of the central portion of the substrate, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、基板周辺部の温度(Te)と補正した設定温度(Tset_e)との差分に応じて、半導体基板1の基板周辺部を加熱するランプ群51d−51eのランプパワー(照射強度)を算出する(S74b)。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1の基板周辺部を加熱するランプ群51d−51eのランプパワーを制御する(S75b)。
Next, the lamp
そして、ステップS75bを終了すると、ステップS73bに戻る。すなわち、輻射光センサ61eにより半導体基板1の温度を監視しながら、PID制御に準じて、基板加熱用ランプ群51eのランプパワーへのフィードバック制御を実行し、半導体基板1の基板周辺部を補正した目標温度(Tset_e)まで加熱する。
When step S75b ends, the process returns to step S73b. That is, while monitoring the temperature of the
更に、上記基板中心部及び基板周辺部の制御と並行して、ランプパワー制御部10は、基板支持部3の温度モニタ62により、基板支持部3の温度(Ts)を監視(モニター)する(S73c)。
Further, in parallel with the control of the central part and the peripheral part of the substrate, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、基板支持部3の温度(Ts)と補正した設定温度(Tset_s)との差分に応じて、基板支持部3を加熱するランプ群52のランプパワー(照射強度)を算出する(S74c)。
Next, the lamp
次に、ランプパワー制御部10は、算出されたランプパワーに応じて、基板支持部3を加熱するランプ群52のランプパワーを制御する(S75c)。
Next, the lamp
そして、ステップS75cを実行すると、ステップS73cに戻る。すなわち、PID制御に準じて、基板支持部加熱用ランプ群52のランプパワーへのフィードバック制御を実行し、半導体基板支持部を補正した目標温度(Tset_s)まで加熱する。
And if step S75c is performed, it will return to step S73c. That is, according to PID control, feedback control to the lamp power of the substrate support portion
図7及び図9で前述したように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部10は、半導体基板のランプ光照射側の反射率に応じた基板加熱用ランプ群51と支持部加熱用ランプ群52のバランスの最適値を予め求め、補正関数として、ランプパワー制御部10に搭載しておき、ランプパワー制御部10が、予め測定された半導体基板のランプ照射側表面の反射率に基づいて、基板加熱用ランプ群51と基板支持部加熱用ランプ群52の照射強度のバランスを補正することにより、半導体基板の反射率によらず、半導体基板の面内温度差を一定に保つことができる。
図21は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
As described above with reference to FIGS. 7 and 9, the lamp
FIG. 21 is a flowchart for explaining a rapid thermal processing method according to an embodiment of the present invention.
図21において、ステップS81、S83a、S85a、S83b、S85b、S83c、S85cは、それぞれ、図20で説明したステップS71、S73a、S75a、S73b、S75b、S73c、S75cと同様であるので、その説明を省略する。 In FIG. 21, steps S81, S83a, S85a, S83b, S85b, S83c, and S85c are the same as steps S71, S73a, S75a, S73b, S75b, S73c, and S75c described in FIG. 20, respectively. Omitted.
図21の急速熱処理方法において、ランプパワー制御部10は、ステップS81で予め測定された半導体基板1の反射率を取得した後、測定された半導体基板1の反射率に基づいて、基板中心部、基板周辺部、及び基板支持部3のPIDパラメータをそれぞれ補正する(S82)。
In the rapid thermal processing method of FIG. 21, the lamp
以下の制御手順で、ランプパワー制御部10は、基板加熱用ランプ群51及び基板支持部加熱用ランプ群52の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板1の基板中心部、基板周辺部、及び基板支持部3に係る加熱ランプ群の3つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。説明の重複を避けるため、半導体基板1の基板中心部に係るランプパワー制御のみ、以下に説明する。図21に示したように、半導体基板1の基板周辺部、及び基板支持部3のランプパワー制御も同様に実行される。
In the following control procedure, the lamp
ステップS83aで半導体基板1の中心部の温度(Tc)をモニターした後、ランプパワー制御部10は、基板中心部の温度(Tc)と設定温度(Tset)との差分に応じて、半導体基板1の中心部を加熱するランプ群51a−51dのランプパワー(照射強度)を、補正したPIDパラメータを用いて算出する(S84a)。そして、図14の急速熱処理方法と同様に、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板1の中心部を加熱するランプ群51a−51dのランプパワーが制御される。
After monitoring the temperature (Tc) of the central portion of the
このように、予め測定された半導体基板1の反射率に基づいて、設定温度Tsetを補正する代わりに、基板加熱用ランプ群51及び基板支持部加熱用ランプ群52のランプパワー(照射強度)を制御するためのランプパワー制御部10におけるPIDパラメータを補正しても同様の効果を得ることができる。
Thus, instead of correcting the set temperature Tset based on the reflectance of the
次に、図11は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法によるスパイクアニール処理を半導体装置の製造に適用した一例を示す。 Next, FIG. 11 shows an example in which spike annealing processing by the rapid thermal processing method according to one embodiment of the present invention is applied to the manufacture of a semiconductor device.
通常、CMOSトランジスタの形成において、スパイクアニール処理はソース/ドレイン領域へのイオン注入後にドーパントの活性化のために高温・短時間の加熱処理が行われる。ここでは、半導体装置として0.1μm以下の微細化されたCMOSトランジスタを例示するが、本発明は0.1μm以下の微細化されたCMOSトランジスタに限定されることなく、ゲート、ソース/ドレインを有するトランジスタ構造の半導体装置に適用が可能である。
図11(a)に示したように、STI(shallow trench isolation)素子分離構造102を有する半導体基板(ここでは、シリコン基板)101に、通常のCMOSプロセスにより素子活性領域103、104を形成する。n型素子活性領域103にはp型不純物を、p型素子活性領域104にはn型不純物をそれぞれイオン注入し、pウェル103a及びnウェル104aを形成する。続いて、それぞれの素子活性領域に熱酸化によりゲート絶縁膜105を形成し、次いでCVD法等により多結晶シリコン膜を堆積した後、これら多結晶シリコン膜及びゲート絶縁膜をフォトリソグラフィー及びドライエッチングにより電極形状にパターニングし、素子活性領域上にゲート絶縁膜を介してなるゲート電極106を形成する。
続いて、図11(b)及び(c)に示したように、n型素子活性領域103のみを露出させるレジストマスク107を形成し、n型素子活性領域103のみに、まず、ポケット領域111を形成するためにp型不純物(ここでは、インジウム(In))のイオン注入を行う。
Inのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを30〜100keV、ドーズ量を5E12/cm2〜2E13/cm2とし、半導体基板101の表面に垂直な方向から傾斜させてイオン注入する。傾斜角(チルト角)は、基板表面に垂直な方向を0°として0°〜45°とする。この場合、上記加速エネルギー及びドーズ量で基板表面に対して各々対称な4方向からイオン注入することになる。以下の説明では、チルト角を付与する場合には、同様に4方向注入するものとして説明を省略する。
なお、不純物としてはInの代りにホウ素(B)を用いても良い。その場合には加速エネルギーを3keV〜10keVとする。
続いて、図11(d)に示したように、エクステンション領域113を形成するために、n型不純物(ここでは砒素(As))のイオン注入を行う。この場合、Asの代りに燐(P)やアンチモン(Sb)を用いても好適である。
Asのイオン注入条件としては、加速エネルギーを1〜5keV、ドーズ量を1E14〜3E15/cm2とし、チルト角を0〜10°とする。
続いて、図11(e)に示したように、レジストマスク107を灰化処理等により除去した後、アニール処理を行う。アニール条件としては900℃〜1025℃で保持時間はほぼ0秒とし、窒素等の不活性ガス雰囲気中、或いは1000ppm以下の酸素と不活性ガスを混合した雰囲気中で行う。
このアニール処理において、半導体基板の反射率を処理チェンバ内、又は処理チェンバ外で予め測定しておき、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と、支持部に光照射して支持部を加熱する支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することを特徴とする本発明の急速熱処理方法によるスパイクアニール処理を適用することにより、素子分離構造及びゲート電極のサイズ、パターン、構成する各種膜の光学的物性等に左右されることなく、所望の温度まで正確に加熱し、基板面内の温度差も最小にすることが可能となり、安定した品質の半導体装置を得ることができる。
なお、このアニール処理では、特にポケット領域111の形成のためにイオン注入したInの電気的活性を向上させることを考慮しており、以降の熱処理及び熱工程の調整によっては省略することも可能である。
Normally, in the formation of a CMOS transistor, spike annealing is performed at a high temperature and for a short time in order to activate the dopant after ion implantation into the source / drain regions. Here, a miniaturized CMOS transistor of 0.1 μm or less is illustrated as a semiconductor device, but the present invention is not limited to a miniaturized CMOS transistor of 0.1 μm or less, and a transistor structure having a gate and a source / drain It can be applied to the semiconductor device.
As shown in FIG. 11A, element active regions 103 and 104 are formed on a semiconductor substrate (here, a silicon substrate) 101 having an STI (shallow trench isolation) element isolation structure 102 by a normal CMOS process. A p-type impurity is ion-implanted into the n-type element active region 103 and an n-type impurity is ion-implanted into the p-type element active region 104 to form a p-well 103a and an n-well 104a. Subsequently, a gate insulating film 105 is formed in each element active region by thermal oxidation, and then a polycrystalline silicon film is deposited by a CVD method or the like. Then, the polycrystalline silicon film and the gate insulating film are formed by photolithography and dry etching. By patterning into an electrode shape, a gate electrode 106 is formed on the element active region via a gate insulating film.
Subsequently, as shown in FIGS. 11B and 11C, a resist mask 107 that exposes only the n-type element active region 103 is formed. First, the
As the conditions for the ion implantation of In, the acceleration energy is set to 30 to 100 keV, the dose amount is set to 5E12 /
Note that boron (B) may be used as an impurity instead of In. In that case, the acceleration energy is set to 3 keV to 10 keV.
Subsequently, as shown in FIG. 11D, ion implantation of an n-type impurity (here, arsenic (As)) is performed in order to form the extension region 113. In this case, it is also preferable to use phosphorus (P) or antimony (Sb) instead of As.
As ion implantation conditions, the acceleration energy is 1 to 5 keV, the dose is 1E14 to 3E15 / cm2, and the tilt angle is 0 to 10 °.
Subsequently, as shown in FIG. 11E, after the resist mask 107 is removed by ashing or the like, an annealing process is performed. The annealing conditions are 900 ° C. to 1025 ° C., the holding time is approximately 0 seconds, and the reaction is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or in an atmosphere in which 1000 ppm or less of oxygen and an inert gas are mixed.
In this annealing process, the reflectance of the semiconductor substrate is measured in advance inside the processing chamber or outside the processing chamber, and based on the measurement result, the substrate heating lamp unit and the support unit are irradiated with light to support the support unit. By applying the spike annealing process according to the rapid heat treatment method of the present invention, which corrects the lamp power control of the heating part heating lamp part, the element isolation structure and the size, pattern and various types of the gate electrode are constituted. Regardless of the optical properties of the film and the like, it is possible to accurately heat the film to a desired temperature and minimize the temperature difference in the substrate surface, and a stable quality semiconductor device can be obtained.
Note that this annealing treatment particularly considers improving the electrical activity of ion-implanted In for forming the
なお、本実施形態では、上記の各注入工程において、ゲート電極106の側壁にサイドウォールを形成しない場合について例示したが、エクステンション領域113とゲート電極106との最適なオーバーラップを得るために、ゲート電極106の両側面に膜厚5nm〜20nm程度の薄いサイドウォール109(図11(i)参照)を形成しておき、この状態で上記の各注入を行うようにしても良い。この場合、サイドウォール109の膜構成や形状には特に条件を設ける必要はなく、スペーサ(マスク)としての機能を持つものであれば良い。 In the present embodiment, the case where a sidewall is not formed on the sidewall of the gate electrode 106 in each of the above implantation steps is illustrated. However, in order to obtain an optimal overlap between the extension region 113 and the gate electrode 106, the gate Thin sidewalls 109 (see FIG. 11 (i)) having a film thickness of about 5 nm to 20 nm may be formed on both side surfaces of the electrode 106, and the above-described implantations may be performed in this state. In this case, the film configuration and shape of the sidewall 109 do not need to be particularly set, and may have any function as a spacer (mask).
続いて、図11(f)及び(g)に示したように、p型素子活性領域104のみを露出するレジストマスク108を形成して、ポケット領域114を形成するためにn型不純物(ここではアンチモン(Sb))をイオン注入する。
Sbのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを30keV〜100keV、ドーズ量を5E12/cm2〜2E13/cm2とし、チルト角を0°〜45°とする。なお、この場合、Sbの代りに他のn型不純物、例えばAsやPを用いてイオン注入しても良い。
Subsequently, as shown in FIGS. 11 (f) and 11 (g), a resist mask 108 that exposes only the p-type element active region 104 is formed, and an n-type impurity (here, Antimony (Sb)) is ion-implanted.
The conditions for ion implantation of Sb are an acceleration energy of 30 keV to 100 keV, a dose of 5E12 / cm2 to 2E13 / cm2, and a tilt angle of 0 ° to 45 °. In this case, ion implantation may be performed using another n-type impurity such as As or P instead of Sb.
続いて、図11(h)に示したように、エクステンション領域116を形成するために、p型不純物(ここではホウ素(B))をイオン注入する。
Bのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを0.5keV以下、ドーズ量を1E14〜3E15/cm2とし、チルト角を0°〜10°とする。ここで、注入イオン種にBF2+を用いる場合には、加速エネルギーを2.5keV以下、ドーズ量は同一とすることで最適となる。この最適条件はサイドウォール109の有無やその厚みによって変化する。図11(i)に示したように、サイドウォール109がある場合には、ポケット領域114形成のイオン注入ではエネルギーを高めに、エクステンション領域116形成のイオン注入ではドーズ量を高めに誘導し、最適な条件とする必要がある。
Subsequently, as shown in FIG. 11H, p-type impurities (here, boron (B)) are ion-implanted to form the extension region 116.
B ion implantation conditions include an acceleration energy of 0.5 keV or less, a dose of 1E14 to 3E15 / cm2, and a tilt angle of 0 ° to 10 °. Here, when BF2 + is used as the implanted ion species, it is optimum that the acceleration energy is 2.5 keV or less and the dose is the same. This optimum condition varies depending on the presence or absence of the sidewall 109 and its thickness. As shown in FIG. 11 (i), when there is a sidewall 109, the energy is increased in the ion implantation for forming the pocket region 114, and the dose is increased in the ion implantation for forming the extension region 116. It is necessary to make it a proper condition.
続いて、図11(j)に示したように、素子活性領域103及び104に深いソース/ドレイン領域(ディープS/D領域)117及び118をそれぞれ形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 11J, deep source / drain regions (deep S / D regions) 117 and 118 are formed in the device active regions 103 and 104, respectively.
具体的には、まずレジストマスク108を灰化処理等により除去した後、CVD法等により全面にシリコン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜の全面を異方性エッチング(エッチバック)することによりシリコン酸化膜を各ゲート電極106の側面にのみ残し、サイドウォール109を形成する。そして、n型素子活性領域103のみを露出するレジストマスクを形成する。このレジストマスクから露出するn型素子活性領域103に、ゲート電極106及びサイドウォール109をマスクとして、ゲート電極の両側における半導体基板の表層にn型不純物(ここではリン(P))をイオン注入して、ディープS/D領域117を形成する。 Specifically, after removing the resist mask 108 by ashing or the like, a silicon oxide film is deposited on the entire surface by a CVD method or the like, and the entire surface of the silicon oxide film is anisotropically etched (etched back). Sidewalls 109 are formed by leaving the silicon oxide film only on the side surfaces of the gate electrodes 106. Then, a resist mask exposing only the n-type element active region 103 is formed. An n-type impurity (phosphorus (P) in this case) is ion-implanted into the surface layer of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, using the gate electrode 106 and the sidewall 109 as a mask, in the n-type element active region 103 exposed from the resist mask. Thus, the deep S / D region 117 is formed.
Pのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを5〜20keV、ドーズ量を2E15/cm2〜1E16/cm2とし、チルト角を0°〜10°とする。なお、Pの代りに砒素(As)をイオン注入するようにしても良い。 The conditions for ion implantation of P are an acceleration energy of 5 to 20 keV, a dose of 2E15 / cm2 to 1E16 / cm2, and a tilt angle of 0 ° to 10 °. Instead of P, arsenic (As) may be ion-implanted.
続いて同様に、前記レジストマスクを灰化処理等により除去した後、今度はp型素子活性領域104のみを露出するレジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクから露出するp型素子活性領域104に、ゲート電極106及びサイドウォール109をマスクとして、ゲート電極の両側における半導体基板の表層にp型不純物(ここでは、B)をイオン注入して、ディープS/D領域118を形成する。 Subsequently, similarly, after removing the resist mask by ashing or the like, a resist mask exposing only the p-type element active region 104 is formed. Then, a p-type impurity (in this case, B) is ion-implanted into the surface layer of the semiconductor substrate on both sides of the gate electrode, using the gate electrode 106 and the sidewall 109 as a mask, in the p-type element active region 104 exposed from the resist mask. Thus, the deep S / D region 118 is formed.
Bのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを2〜5keV、ドーズ量を2E15/cm2〜1E16/cm2とし、チルト角を0°〜10°とする。ここで、Bのイオン注入には、BF2などのBを含有するイオンであれば良い。 The conditions for B ion implantation are acceleration energy of 2 to 5 keV, dose amount of 2E15 / cm2 to 1E16 / cm2, and tilt angle of 0 ° to 10 °. Here, the ion implantation of B may be any ion containing B such as BF2.
そして、目標温度が900℃〜1050℃、保持時間がほぼ0秒のアニール処理を行い、各不純物を活性化させる。このアニール処理において、半導体基板の反射率を処理チェンバ内、又は処理チェンバ外で予め測定しておき、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と、支持部に光照射して支持部を加熱する支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することを特徴とする本発明の急速熱処理方法によるスパイクアニール処理を適用することにより、素子分離構造及びゲート電極のサイズ、パターン、構成する各種膜の光学的物性等に左右されることなく、所望の温度まで正確に加熱し、基板面内の温度差も最小にすることが可能となり、安定した品質の半導体装置を得ることができる。
以上のように、図11(j)の半導体装置においては、ポケット領域111及び114、エクステンション領域113及び116、ディープS/D領域117及び118が半導体基板100に形成され、ポケット領域111、N拡散領域112、エクステンション領域113、及びディープS/D領域117がn型不純物拡散層121を構成し、ポケット領域114、N拡散領域115、エクステンション領域116、及びディープS/D領域がp型不純物拡散層122を構成している。
Then, annealing is performed at a target temperature of 900 ° C. to 1050 ° C. and a holding time of approximately 0 seconds to activate each impurity. In this annealing process, the reflectance of the semiconductor substrate is measured in advance inside the processing chamber or outside the processing chamber, and based on the measurement result, the substrate heating lamp unit and the support unit are irradiated with light to support the support unit. By applying the spike annealing process according to the rapid heat treatment method of the present invention, which corrects the lamp power control of the heating part heating lamp part, the element isolation structure and the size, pattern and various types of the gate electrode are constituted. Regardless of the optical properties of the film and the like, it is possible to accurately heat the film to a desired temperature and minimize the temperature difference in the substrate surface, and a stable quality semiconductor device can be obtained.
As described above, in the semiconductor device of FIG. 11J, the
しかる後に、層間絶縁膜やコンタクト孔、各種配線層等の形成工程を経て、n型素子活性領域103にnMOSトランジスタが、p型素子活性領域104にpMOSトランジスタがそれぞれ形成される。 Thereafter, an nMOS transistor is formed in the n-type element active region 103 and a pMOS transistor is formed in the p-type element active region 104 through processes for forming an interlayer insulating film, contact holes, various wiring layers, and the like.
なお、本実施形態では、ゲート電極を形成した後にソース/ドレインとなる一対の不純物拡散層を形成する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの形成順序を適宜変更することも考えられる。 In this embodiment, the case where a pair of impurity diffusion layers to be a source / drain is formed after the gate electrode is formed is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the formation order of these is appropriately determined. It can be changed.
図12は、図11で説明したようにnMOSトランジスタを形成する際に、本発明の一実施形態に係る急速熱処理装置で処理する場合に、ランプの照射強度調整による補正を行う前後のnMOSトランジスタのオン電流特性の円板状の半導体基板の半径方向の分布を示す。 FIG. 12 shows the nMOS transistor before and after the correction by adjusting the irradiation intensity of the lamp when the nMOS transistor is formed as described in FIG. 2 shows a radial distribution of a disk-shaped semiconductor substrate having on-current characteristics.
図12(a)及び(b)に示したように、補正前のnMOSトランジスタのオン電流特性の直径方向の分布が−40〜+10%であったのに対し、ランプの照射強度調整による補正後におけるnMOSトランジスタのオン電流特性の円板状の半導体基板の半径方向の分布は略−15〜+12%程度に抑制されることが分かる。このことからも、本発明の急速熱処理装置によれば、異なる反射率の半導体基板に対しスパイクアニール処理を行った場合に、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と半導体基板支持部の温度を等しく保ち、基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差を抑制する効果が得られることが分かる。 As shown in FIGS. 12A and 12B, the distribution in the diameter direction of the on-current characteristic of the nMOS transistor before correction was −40 to + 10%, but after correction by adjusting the irradiation intensity of the lamp. It can be seen that the radial distribution of the disk-shaped semiconductor substrate of the on-current characteristics of the nMOS transistor is suppressed to about −15 to + 12%. Also from this, according to the rapid thermal processing apparatus of the present invention, when spike annealing is performed on a semiconductor substrate having different reflectivity, the maximum temperature is kept constant, and the temperature of the semiconductor substrate and the semiconductor substrate support portion is kept constant. It can be seen that the effect of suppressing the temperature difference between the vicinity of the contact portion with the substrate support portion and the other portions can be obtained by maintaining the same.
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板の反射率を処理チェンバ内又は処理チェンバ外で予め測定しておき、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と、支持部に光照射して支持部を加熱する支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することにより、異なる反射率の半導体基板に対しスパイクアニール処理を行った場合に、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と半導体基板支持部の温度を等しく保ち、基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差を抑制できる。 As described above, according to the present invention, the reflectance of the semiconductor substrate is measured in advance in the processing chamber or outside the processing chamber, and light is applied to the substrate heating lamp unit and the support unit based on the measurement result. By correcting the lamp power control of the lamp part for heating the support part by irradiating the support part, when the spike annealing treatment is performed on the semiconductor substrate with different reflectivity, the maximum temperature reached is kept constant, and the semiconductor The temperature of a board | substrate and a semiconductor substrate support part can be kept equal, and the temperature difference of the contact location periphery with a board | substrate support part and other places can be suppressed.
(付記1)半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の温度を測定する温度センサと、前記温度センサの出力結果に応じて前記基板の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、前記制御部が、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。 (Additional remark 1) The processing chamber which heats a semiconductor substrate, the board | substrate support part which is arrange | positioned in the said processing chamber and supports the said board | substrate, and the lamp | ramp part which irradiates and heats the said board | substrate supported by the said board | substrate support part A temperature sensor that measures the temperature of the substrate, a temperature calculation unit that calculates the temperature of the substrate according to an output result of the temperature sensor, and the temperature according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit A rapid thermal processing apparatus including a control unit for controlling the irradiation intensity of the lamp unit, wherein the control unit corrects a control parameter for the irradiation intensity of the lamp unit based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. A rapid thermal processing apparatus characterized by:
(付記2)半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板からの輻射光を受光する輻射光センサと、前記輻射光センサの出力結果に応じて前記基板の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、前記制御部が、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。 (Additional remark 2) The processing chamber which heats a semiconductor substrate, the board | substrate support part which is arrange | positioned in the said processing chamber and supports the said board | substrate, and light-irradiates and heats the surface side of the said board | substrate supported by the said board | substrate support part A lamp unit, a radiation sensor disposed on the back side of the substrate and receiving radiation light from the substrate, a temperature calculation unit that calculates the temperature of the substrate according to an output result of the radiation light sensor, A rapid thermal processing apparatus including a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit, wherein the control unit reflects the substrate surface measured in advance. A rapid heat treatment apparatus that corrects a control parameter of irradiation intensity of the lamp unit based on a rate.
(付記3)半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱する基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記輻射光センサと輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、 前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。
(付記4)半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱する基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置であって、前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。
(付記5)前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度に達する前の段階で、前記基板表面の反射率が前記処理チェンバ内で予め測定され、前記制御部は、前記測定された反射率に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の急速熱処理装置。
(付記6)前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度より低い第1の温度で一定時間保持した場合に、前記第1の温度に保つために必要なランプ照射強度値が予め測定され、前記制御部は、前記測定されたランプ照射強度値に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の急速熱処理装置。
(Supplementary Note 3) A processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support part disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and heating the surface side of the substrate supported by the substrate support part by light irradiation A lamp part for the substrate, a lamp part for the support part that irradiates and heats the substrate support part, a reflector that is disposed on the back side of the board and reflects radiation light from the back side of the board, and the board A plurality of radiation light sensors disposed on the back surface side of the substrate and receiving radiation light from the back surface of the substrate that has been multiple-reflected by the substrate back surface and the reflecting plate; and a radiation rate sensor that directly receives radiation light from the substrate back surface; A radiation rate calculating unit that calculates a radiation rate of the back surface of the substrate from outputs of the plurality of radiation light sensors and the output of the radiation rate sensor; and according to output results of the radiation light sensor and the radiation rate calculating unit. Calculate the temperature, the temperature A rapid thermal processing apparatus including a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit for the substrate and the lamp unit for the support unit according to the temperature calculated by the exit unit, wherein the control unit is configured by the temperature calculation unit. The irradiation intensity of the lamp part for the substrate is controlled according to the calculated temperature of the substrate, and the irradiation intensity of the lamp part for the support part is controlled according to the temperature of the substrate support part calculated by the temperature calculation part. And a rapid thermal processing apparatus that corrects control parameters of irradiation intensity of the lamp part for the substrate and the lamp part for the support part, respectively, based on the reflectance of the substrate surface measured in advance.
(Additional remark 4) The processing chamber which heats a semiconductor substrate, the board | substrate support part which is arrange | positioned in the said processing chamber and supports the said board | substrate, and the surface side of the said board | substrate supported by the said board | substrate support part is irradiated with light, and is heated A lamp part for the substrate, a lamp part for the support part that irradiates and heats the substrate support part, a reflector that is disposed on the back side of the board and reflects radiation light from the back side of the board, and the board A plurality of radiation light sensors disposed on the back surface side of the substrate and receiving radiation light from the back surface of the substrate that has been multiple-reflected by the substrate back surface and the reflecting plate; and a radiation rate sensor that directly receives radiation light from the substrate back surface; A radiation rate calculating unit for calculating a radiation rate on the back surface of the substrate from outputs of the plurality of radiation light sensors and an output of the radiation rate sensor; and a radiation sensor for supporting unit that directly receives radiation light from the substrate supporting unit. And the radiation light sensor A temperature calculation unit that calculates a temperature of the substrate according to an output result of the emissivity calculation unit, and calculates a temperature of the substrate support unit according to an output result of the radiation light sensor for the support unit; and the temperature calculation unit A rapid thermal processing apparatus including a control unit that controls irradiation intensity of the substrate lamp unit and the support unit lamp unit according to the temperature calculated by the temperature calculation unit, wherein the control unit is calculated by the temperature calculation unit. Controlling the irradiation intensity of the lamp part for the substrate according to the temperature of the substrate, controlling the irradiation intensity of the lamp part for the support part according to the temperature of the substrate support part calculated by the temperature calculation part, And the rapid thermal processing apparatus which corrects the control parameter of the irradiation intensity | strength of the said lamp | ramp part for a board | substrate and the said lamp | ramp part for a support part respectively based on the reflectance of the said substrate surface measured beforehand.
(Supplementary Note 5) Before the substrate is heated in the processing chamber to reach a desired target temperature, the reflectance of the substrate surface is measured in the processing chamber in advance, and the control unit performs the measurement. The rapid thermal processing apparatus according to any one of
(Supplementary Note 6) When the substrate is heated in the processing chamber and held at a first temperature lower than a desired target temperature for a certain period of time, a lamp irradiation intensity value necessary for maintaining the first temperature is measured in advance. The rapid heat treatment apparatus according to any one of
(付記7)前記制御部は、予め測定された前記基板表面の反射率と最高到達温度誤差の相関関係に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の急速熱処理装置。
(Additional remark 7) The said control part correct | amends lamp irradiation intensity | strength based on the correlation of the reflectance of the said substrate surface measured in advance, and maximum temperature error, Any one of
(付記8)前記制御部は、予め測定された前記基板表面の反射率と、前記基板と前記基板支持部の温度差が最小になる前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスとの相関関係に基づいて、前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスを補正することを特徴とする付記3又は4記載の急速熱処理装置。
(Additional remark 8) The said control part is the irradiation intensity | strength of the said lamp | ramp part for a board | substrate and the said support part lamp | ramp part from which the reflectance of the said substrate surface measured beforehand and the temperature difference of the said board | substrate and the said board | substrate support part become the minimum The rapid thermal processing apparatus according to
(付記9)前記基板表面の反射率は前記処理チェンバ外において予め測定されることを特徴とする付記1乃至4のいずれかに記載の急速熱処理装置。
(付記10)半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板からの輻射光を受光する輻射光センサと、前記輻射光センサの出力結果に応じて前記基板の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置を用いて前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度をそれぞれ補正する手順を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 9) The rapid thermal processing apparatus according to any one of
(Additional remark 10) The processing chamber which heats a semiconductor substrate, the board | substrate support part which is arrange | positioned in the said processing chamber and supports the said board | substrate, and light-irradiates and heats the surface side of the said board | substrate supported by the said board | substrate support part A lamp unit, a radiation sensor disposed on the back side of the substrate and receiving radiation light from the substrate, a temperature calculation unit that calculates the temperature of the substrate according to an output result of the radiation light sensor, A method of manufacturing a semiconductor device that performs rapid thermal processing of the substrate using a rapid thermal processing apparatus including a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit. And a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: correcting each irradiation intensity of the lamp part for the substrate and the lamp part for the support part based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. .
(付記11)半導体基板を加熱する処理チェンバと、前記処理チェンバ内に配設され前記基板を支持する基板支持部と、前記基板支持部に支持された前記基板の表面側を光照射して加熱する基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部の温度を算出する温度算出部と、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する制御部とを備える急速熱処理装置を用いて前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御する手順と、算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する手順と、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正する手順とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 (Additional remark 11) The processing chamber which heats a semiconductor substrate, the board | substrate support part which is arrange | positioned in the said processing chamber and supports the said board | substrate, and light-irradiates and heats the surface side of the said board | substrate supported by the said board | substrate support part A lamp part for the substrate, a lamp part for the support part that irradiates and heats the substrate support part, a reflector that is disposed on the back side of the board and reflects radiation light from the back side of the board, and the board A plurality of radiation light sensors disposed on the back surface side of the substrate and receiving radiation light from the back surface of the substrate that has been multiple-reflected by the substrate back surface and the reflecting plate; and a radiation rate sensor that directly receives radiation light from the back surface of the substrate; A radiation rate calculating unit for calculating a radiation rate on the back surface of the substrate from outputs of the plurality of radiation light sensors and an output of the radiation rate sensor; and a radiation sensor for supporting unit that directly receives radiation light from the substrate supporting unit. And the radiation sensor A temperature calculation unit that calculates a temperature of the substrate according to an output result of the emissivity calculation unit, and calculates a temperature of the substrate support unit according to an output result of the radiation light sensor for the support unit, and the temperature calculation Semiconductor device manufacturing method for performing rapid thermal processing of the substrate using a rapid thermal processing apparatus comprising a control unit that controls irradiation intensity of the substrate lamp unit and the support unit lamp unit according to the temperature calculated by the unit The control unit controls the irradiation intensity of the lamp unit for the substrate according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit, and according to the calculated temperature of the substrate support unit. Based on the procedure for controlling the irradiation intensity of the lamp section for the support section and the reflectance of the substrate surface measured in advance, the control parameters for the irradiation intensity of the lamp section for the substrate and the lamp section for the support section are respectively set. The method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a step of correcting.
(付記12)半導体基板の素子活性領域への不純物のイオン注入後に、前記半導体基板の急速熱処理を行って形成される不純物拡散層を含むトランジスタを備えた半導体装置であって、付記10又は11記載の半導体装置の製造方法を用いて前記半導体基板の急速熱処理が行われ、前記不純物拡散層が形成されることを特徴とする半導体装置。 (Supplementary note 12) A semiconductor device including a transistor including an impurity diffusion layer formed by performing rapid thermal processing of the semiconductor substrate after ion implantation of impurities into an element active region of the semiconductor substrate, A semiconductor device, wherein the semiconductor substrate is subjected to rapid thermal processing using the method for manufacturing a semiconductor device to form the impurity diffusion layer.
(付記13)前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度に達する前の段階で、前記基板表面の反射率を前記処理チェンバ内で測定し、前記測定された反射率に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記11記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 13) Before the substrate is heated in the processing chamber to reach a desired target temperature, the reflectance of the substrate surface is measured in the processing chamber, and based on the measured reflectance, The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記14)前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望のより低い第1の温度で一定時間保持した場合に、前記第1の温度に保つために必要なランプ照射強度値を算出し、前記算出されたランプ照射強度値に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記11記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 14) When the substrate is heated in the processing chamber and held at a lower first temperature for a certain time, a lamp irradiation intensity value necessary for maintaining the first temperature is calculated, 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記15)予め測定された前記基板表面の反射率と最高到達温度誤差の相関関係に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記11記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 15) The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記16)予め測定された前記基板表面の反射率と、前記基板と前記基板支持部の温度差が最小になる前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスとの相関関係に基づいて、前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスを補正することを特徴とする付記11記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 16) Correlation between the reflectance of the substrate surface measured in advance and the irradiation intensity balance of the lamp part for the substrate and the lamp part for the support part that minimizes the temperature difference between the substrate and the
(付記17)前記基板表面の反射率は前記処理チェンバ外において予め測定されることを特徴とする付記11記載の半導体装置の製造方法。
(Supplementary note 17) The method of manufacturing a semiconductor device according to
1 半導体基板
2 処理チャンバ
3 基板支持部
31 円筒形シリンダ
32 リングプレート
4 チャンバ底部
51 基板加熱用ランプ群
51a−51e 加熱ランプ
52 基板支持部加熱用ランプ群
61 基板用輻射光センサ群
61a−61e 輻射光センサ
61a’ 輻射率センサ
62 基板支持部用輻射光センサ
7 ベアリング部
8 反射板
9 温度算出部
10 ランプパワー制御部
13 輻射率算出部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記制御部が、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。 A processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, a lamp portion for heating the substrate supported by the substrate support by light irradiation, and the substrate A temperature sensor that measures the temperature of the substrate, a temperature calculation unit that calculates the temperature of the substrate according to an output result of the temperature sensor, and irradiation of the lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit A rapid thermal processing apparatus comprising a control unit for controlling strength,
The rapid thermal processing apparatus, wherein the control unit corrects a control parameter of irradiation intensity of the lamp unit based on a reflectance of the substrate surface measured in advance.
前記制御部が、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。 A processing chamber for heating a semiconductor substrate; a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate; and a lamp portion for irradiating and heating the surface side of the substrate supported by the substrate support portion; A radiation light sensor disposed on the back side of the substrate for receiving radiation light from the substrate, a temperature calculation unit for calculating the temperature of the substrate according to an output result of the radiation light sensor, and the temperature calculation unit A rapid thermal processing apparatus comprising a control unit that controls the irradiation intensity of the lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by:
The rapid thermal processing apparatus, wherein the control unit corrects a control parameter of irradiation intensity of the lamp unit based on a reflectance of the substrate surface measured in advance.
前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。 A processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and a substrate lamp for heating the surface side of the substrate supported by the substrate support portion by light irradiation A support portion lamp portion that irradiates and heats the substrate support portion with light, a reflector that is disposed on the back surface side of the substrate and reflects radiation light from the back surface of the substrate, and on the back surface side of the substrate A plurality of radiation sensors that receive radiation light from the back surface of the substrate that is disposed and multiple-reflected by the reflector, and a radiation rate sensor that directly receives radiation light from the back surface of the substrate; A radiation rate calculation unit that calculates the radiation rate of the back surface of the substrate from the output of the radiation light sensor and the output of the radiation rate sensor, and the temperature of the substrate is calculated according to the output results of the radiation light sensor and the radiation rate calculation unit. The temperature calculation unit A according to the calculated temperature rapid thermal processing system and a control unit for controlling the illumination intensity of the substrate lamp unit and the supporting unit for the lamp unit,
The control unit controls the irradiation intensity of the substrate lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit, and the control unit controls the irradiation intensity of the substrate support unit calculated by the temperature calculation unit. Control the irradiation intensity of the lamp section for the support section, and correct the control parameters of the irradiation intensity of the lamp section for the substrate and the lamp section for the support section based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. A rapid thermal processing apparatus characterized by that.
前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。 A processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and a substrate lamp for heating the surface side of the substrate supported by the substrate support portion by light irradiation A support portion lamp portion that irradiates and heats the substrate support portion with light, a reflector that is disposed on the back surface side of the substrate and reflects radiation light from the back surface of the substrate, and on the back surface side of the substrate A plurality of radiation sensors that receive radiation light from the back surface of the substrate that is disposed and multiple-reflected by the reflector, and a radiation rate sensor that directly receives radiation light from the back surface of the substrate; A radiation rate calculation unit that calculates a radiation rate of the back surface of the substrate from an output of the radiation sensor and the output of the radiation rate sensor, a radiation sensor for the support unit that directly receives radiation light from the substrate support unit, and the radiation Optical sensor and radiation The temperature of the substrate is calculated according to the output result of the calculation unit, the temperature calculation unit calculates the temperature of the substrate support unit according to the output result of the radiation light sensor for the support unit, and is calculated by the temperature calculation unit. A rapid thermal processing apparatus comprising a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit for the substrate and the lamp unit for the support unit according to the temperature,
The control unit controls the irradiation intensity of the substrate lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit, and the control unit controls the irradiation intensity of the substrate support unit calculated by the temperature calculation unit. Control the irradiation intensity of the lamp section for the support section, and correct the control parameters of the irradiation intensity of the lamp section for the substrate and the lamp section for the support section based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. A rapid thermal processing apparatus characterized by that.
前記制御部が、前記温度算出部により算出された前記基板の温度に応じて前記基板用ランプ部の照射強度を制御する手順と、
算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する手順と、
予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正する手順と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A processing chamber for heating a semiconductor substrate, a substrate support portion disposed in the processing chamber for supporting the substrate, and a substrate lamp for heating the surface side of the substrate supported by the substrate support portion by light irradiation A support portion lamp portion that irradiates and heats the substrate support portion with light, a reflector that is disposed on the back surface side of the substrate and reflects radiation light from the back surface of the substrate, and on the back surface side of the substrate A plurality of radiation sensors that receive radiation light from the back surface of the substrate that is disposed and multiple-reflected by the reflector, and a radiation rate sensor that directly receives radiation light from the back surface of the substrate; A radiation rate calculation unit that calculates a radiation rate of the back surface of the substrate from an output of the radiation sensor and the output of the radiation rate sensor, a radiation sensor for the support unit that directly receives radiation light from the substrate support unit, and the radiation Optical sensor and radiation The temperature of the substrate is calculated according to the output result of the calculation unit, the temperature calculation unit calculates the temperature of the substrate support unit according to the output result of the radiation light sensor for the support unit, and is calculated by the temperature calculation unit. A method of manufacturing a semiconductor device that performs rapid thermal processing of the substrate using a rapid thermal processing apparatus including a control unit that controls irradiation intensity of the lamp unit for the substrate and the lamp unit for the support unit according to a temperature,
The control unit controls the irradiation intensity of the substrate lamp unit according to the temperature of the substrate calculated by the temperature calculation unit;
A procedure for controlling the irradiation intensity of the lamp unit for the support unit according to the calculated temperature of the substrate support unit;
A method of correcting each of the irradiation intensity control parameters of the substrate lamp unit and the support lamp unit based on the reflectance of the substrate surface measured in advance. .
10. A semiconductor device comprising a transistor including an impurity diffusion layer formed by performing rapid thermal processing of the semiconductor substrate after ion implantation of impurities into an element active region of the semiconductor substrate, The semiconductor device is characterized in that the semiconductor substrate is subjected to rapid thermal processing using the manufacturing method, and the impurity diffusion layer is formed.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004275191A JP2006093302A (en) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | Quick heat treating apparatus and manufacturing method of semiconductor device |
US11/032,087 US7283734B2 (en) | 2004-08-24 | 2005-01-11 | Rapid thermal processing apparatus and method of manufacture of semiconductor device |
US11/898,115 US7844171B2 (en) | 2004-08-24 | 2007-09-10 | Rapid thermal processing apparatus and method of manufacture of semiconductor device |
US12/923,591 US8457479B2 (en) | 2004-08-24 | 2010-09-29 | Rapid thermal processing apparatus and method of manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004275191A JP2006093302A (en) | 2004-09-22 | 2004-09-22 | Quick heat treating apparatus and manufacturing method of semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006093302A true JP2006093302A (en) | 2006-04-06 |
Family
ID=36233996
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004275191A Pending JP2006093302A (en) | 2004-08-24 | 2004-09-22 | Quick heat treating apparatus and manufacturing method of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006093302A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007081062A (en) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Toshiba Corp | Method and apparatus of manufacturing semiconductor element |
JP2008066643A (en) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | Temperature distribution measurement method and adjusting method for heat treatment equipment |
JP2008182228A (en) * | 2007-01-15 | 2008-08-07 | Applied Materials Inc | Temperature measurement and control of wafer support in thermal processing chamber |
JP2009094301A (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Fujitsu Microelectronics Ltd | Thermal treatment apparatus, thermal treatment method, and method of manufacturing semiconductor device |
WO2013163056A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Applied Materials, Inc. | Direct current lamp driver for substrate processing |
WO2022145930A1 (en) * | 2020-12-29 | 2022-07-07 | 주식회사 비아트론 | Substrate heat treatment device using laser light emitter |
WO2023022817A1 (en) * | 2021-08-16 | 2023-02-23 | Applied Materials, Inc. | Pyrometry error detection sensor for rtp temperature control system |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60727A (en) * | 1983-06-17 | 1985-01-05 | Fujitsu Ltd | Inflared ray heat treatment device |
JPS60137027A (en) * | 1983-12-26 | 1985-07-20 | Ushio Inc | Optical irradiation heating method |
JPH03278524A (en) * | 1990-03-28 | 1991-12-10 | Nec Corp | Heating apparatus of semiconductor device |
JPH09246202A (en) * | 1996-03-07 | 1997-09-19 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Heat treatment and semiconductor single crystal substrate |
JPH11281487A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Temperature measuring device and base board heat treatment device |
JP2001514441A (en) * | 1997-08-27 | 2001-09-11 | シュテアク エルテーペー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method and apparatus for improved temperature control in rapid thermal processing (RTP) systems |
JP2003234303A (en) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Heat treatment device |
-
2004
- 2004-09-22 JP JP2004275191A patent/JP2006093302A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS60727A (en) * | 1983-06-17 | 1985-01-05 | Fujitsu Ltd | Inflared ray heat treatment device |
JPS60137027A (en) * | 1983-12-26 | 1985-07-20 | Ushio Inc | Optical irradiation heating method |
JPH03278524A (en) * | 1990-03-28 | 1991-12-10 | Nec Corp | Heating apparatus of semiconductor device |
JPH09246202A (en) * | 1996-03-07 | 1997-09-19 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Heat treatment and semiconductor single crystal substrate |
JP2001514441A (en) * | 1997-08-27 | 2001-09-11 | シュテアク エルテーペー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method and apparatus for improved temperature control in rapid thermal processing (RTP) systems |
JPH11281487A (en) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Temperature measuring device and base board heat treatment device |
JP2003234303A (en) * | 2002-02-07 | 2003-08-22 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | Heat treatment device |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007081062A (en) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Toshiba Corp | Method and apparatus of manufacturing semiconductor element |
JP2008066643A (en) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Fujitsu Ltd | Temperature distribution measurement method and adjusting method for heat treatment equipment |
JP2008182228A (en) * | 2007-01-15 | 2008-08-07 | Applied Materials Inc | Temperature measurement and control of wafer support in thermal processing chamber |
JP2009094301A (en) * | 2007-10-09 | 2009-04-30 | Fujitsu Microelectronics Ltd | Thermal treatment apparatus, thermal treatment method, and method of manufacturing semiconductor device |
WO2013163056A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Applied Materials, Inc. | Direct current lamp driver for substrate processing |
WO2022145930A1 (en) * | 2020-12-29 | 2022-07-07 | 주식회사 비아트론 | Substrate heat treatment device using laser light emitter |
WO2023022817A1 (en) * | 2021-08-16 | 2023-02-23 | Applied Materials, Inc. | Pyrometry error detection sensor for rtp temperature control system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7283734B2 (en) | Rapid thermal processing apparatus and method of manufacture of semiconductor device | |
US20110034015A1 (en) | Heat treatment apparatus and method for manufacturing semiconductor device | |
US7745334B2 (en) | Technique for locally adapting transistor characteristics by using advanced laser/flash anneal techniques | |
US10128197B2 (en) | Bottom processing | |
US10020204B2 (en) | Bottom processing | |
US9386632B2 (en) | Apparatus for substrate treatment and method for operating the same | |
US20060216875A1 (en) | Method for annealing and method for manufacturing a semiconductor device | |
US20060183290A1 (en) | Manufacturing method for semiconductor device and rapid thermal annealing apparatus | |
US7643736B2 (en) | Apparatus and method for manufacturing semiconductor devices | |
Fiory | Recent developments in rapid thermal processing | |
JP2007535174A (en) | Bonding apparatus and method using optical irradiation | |
KR20120084807A (en) | Apparatus and method for enhancing the cool down of radiatively heated substrates | |
US7402444B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing a semiconductor device | |
JP2006093302A (en) | Quick heat treating apparatus and manufacturing method of semiconductor device | |
KR20060093025A (en) | Apparatus and method for thermal processing | |
US6875623B2 (en) | Method for fabricating semiconductor device | |
KR20030084571A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
KR20080014612A (en) | Apparatus and method for processing a substrate | |
JP5214347B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device manufacturing apparatus | |
JP4636844B2 (en) | Manufacturing method of electronic device | |
US6426277B1 (en) | Methods and a device for heat treating a semiconductor wafer having different kinds of impurities | |
JP2005534172A (en) | Alignment mark misalignment prevention method during rapid heat treatment | |
JP4712371B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP2008153592A (en) | Substrate processing system, and substrate processing method | |
Fiory | Methods in microelectronics for rapid thermal annealing of implanted dopants |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060222 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20080728 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090910 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20091020 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091218 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100803 |