(57)【要約】【課題】基板の状態を測定するが、基板状態を常時測定する必要のない測定機構を、副生成物等から有効に保護し、基板状態を誤差が少なく測定できるようにした測定機構を備えた基板処理装置を提供する。【解決手段】反応室１０内にサセプタ１４およびヒータ１６を設け、サセプタ１４上に半導体ウエハ１５を載置する。天井壁１１の穴１７、１８に対応する部分には、エミシビティ測定用放射温度計２１および温度測定用放射温度計２４を、ゲートバルブ２２、２５をそれぞれ介して取り付ける。ゲートバルブ２５は常時開いておき半導体ウエハ１５の温度を測定する。半導体ウエハ１５のエミシビティは、ゲートバルブ２２を開いて測定する。半導体ウエハ１５のエミシビティの測定を行わない場合は、ゲートバルブ２２を閉じておく。【選択図】　　　　図２
2004119823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容して処理する空間を形成する反応室と
前記基板の状態を測定する第１の測定機構であって、測定時には前記反応室に連通する状態で測定する第１の測定機構と、
前記反応室内の雰囲気と前記第１の測定機構とを連通または非連通状態とする仕切部材と、を有し、
前記基板が前記反応室内にある時に、前記仕切部材が連通、非連通動作を行うことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記第１の測定機構が少なくとも前記反応室内の前記基板の状態を測定する時に、前記反応室内の雰囲気と前記第１の測定機構とを連通することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
第２の測定機構をさらに備え、
前記第２の測定機構は、基板の処理中に常時基板の温度を測定している測定機構であって、
前記第１の測定機構は、前記第２の測定機構の測定値を補正するための測定機構であり、
前記第１の測定機構が前記基板の状態を測定する際にのみ前記仕切部材を動作させて、前記反応室内の雰囲気と前記測定機構とを連通状態とすることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記基板の処理中に、前記仕切部材が連通、非連通動作を行うことを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
【請求項５】
基板を収容して処理する空間を形成する反応室と
前記基板の状態を測定する測定機構であって、測定時には前記反応室に連通する状態で測定する測定機構と、
前記反応室内の雰囲気と前記測定機構とを連通または非連通状態とする仕切部材と、を有し、
前記基板が前記反応室内にある時に、前記仕切部材が連通、非連通動作を行う基板処理装置を使用して、前記基板を処理する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体ウエハ等の基板に薄膜の成膜、不純物の拡散、エッチング等の処理を行う基板処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、そのなかでも特に、放射温度計プローブユニットを有した半導体製造装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の放射温度計プローブユニットを有した半導体製造装置においては、例えば、図６に示すように、加熱された半導体ウエハ１５の放射強度を温度測定用放射温度計２４によって測定し温度に関数換算するが、その際、エミシビティ測定用放射温度計２１で測定したエミシビティ（放射率）で補正して半導体ウエハ１５の温度を測定している。
【０００３】
しかしながら、処理の種類によっては反応時に発生する副生成物がエミシビティ測定用放射温度計２１に付着するとエミシビティの測定値に誤差が生じ、それがひいては半導体ウエハ１５の温度測定誤差となってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、エミシビティ測定用放射温度計等の基板の状態を測定する測定機構であって、基板状態を常時測定する必要のない測定機構を、反応時に発生する副生成物等から有効に保護し、それによって基板状態を誤差が少なく測定できるようにした測定機構を備えた基板処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
基板を収容して処理する空間を形成する反応室と
前記基板の状態を測定する第１の測定機構であって、測定時には前記反応室に連通する状態で測定する第１の測定機構と、
前記反応室内の雰囲気と前記第１の測定機構とを連通または非連通状態とする仕切部材と、を有し、
前記基板が前記反応室内にある時に、前記仕切部材が連通、非連通動作を行うことを特徴とする基板処理装置が提供される。
【０００６】
好ましくは、前記第１の測定機構が少なくとも前記反応室内の前記基板の状態を測定する時に、前記反応室内の雰囲気と前記第１の測定機構とを連通する。この場合に、より好ましくは、前記基板の処理中に、前記仕切部材が連通、非連通動作を行う。
【０００７】
また、好ましくは、前記基板処理装置が、第２の測定機構をさらに備え、
前記第２の測定機構は、基板処理中に常時基板の温度を測定している測定機構であって、
前記第１の測定機構は、前記第２の測定機構の測定値を補正するための測定機構であり、
前記第１の測定機構が前記基板の状態を測定する際にのみ前記仕切部材を動作させて、前記反応室内の雰囲気と前記測定機構とを連通状態とする。
【０００８】
なお、上記各基板処理装置において、好ましくは、前記反応室に連接し前記第１の測定機構が設けられている空間の壁は、電磁波吸収材で覆われている。
【０００９】
また、本発明によれば、
基板を収容して処理する空間を形成する反応室と
前記基板の状態を測定する測定機構であって、測定時には前記反応室に連通する状態で測定する測定機構と、
前記反応室内の雰囲気と前記測定機構とを連通または非連通状態とする仕切部材と、を有し、
前記基板が前記反応室内にある時に、前記仕切部材が連通、非連通動作を行う基板処理装置を使用して、前記基板を処理する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置を示す概略横断面図であり、図２、図３は、本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略縦断面図であり、図４は、本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略部分縦断面図であり、図５は、本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールにおける処理方法を説明するためのタイムチャートである。
【００１１】
図１に示すように、本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置１は、プロセスモジュール２と搬送モジュール３と、カセットモジュール５、６と、冷却室８とを備えている。プロセスモジュール２は搬送モジュール３の側壁にゲートバルブ２１を介して取り付けられており、カセットモジュール５、６は搬送モジュール３の側壁にゲートバルブ５１、６１をそれぞれ介して取り付けられており、冷却室８は搬送モジュール３の側壁にゲートバルブ８１を介して取り付けられている。搬送モジュール３にはウエハ移載機３１が設けられている。カセットモジュール５が取り付けられている搬送モジュール３のポート７にはアライナー７１が設けられている。
【００１２】
複数枚の半導体ウエハがカセット等のキャリアに収納された状態でカセットモジュール６に搬入され、アライナー７１で半導体ウエハの位置合わせが行われた後、ウエハ移載機３１によって、１枚の半導体ウエハがプロセスモジュール２に搬入され、そこで前記半導体ウエハに所望の処理が行われ、その後、ウエハ移載機３１によって、冷却室８に運ばれ、そこで冷却された後に、ウエハ移載機３１によって、カセットモジュール６内のカセット等のキャリアに収納され、その後、そのキャリアが基板処理装置１から搬出される。
【００１３】
図２、図３に示すように、プロセスモジュール２においては、反応室１０内にサセプタ１４が設けられ、サセプタ１４の下側にヒータ１６（例えば、ランプなど）が設けられ、サセプタ１４の上には半導体ウエハ１５が載置される。下側のヒータ１６によってサセプタ１４が加熱され、それによってサセプタ１４上に載置された半導体ウエハ１５が加熱される。
【００１４】
プロセスモジュール２の天井壁１１には、穴１７、１８が設けられ、天井壁１１の穴１７、１８に対応する部分には、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３および温度測定用放射温度計用チャンバ２６が、ゲートバルブ（ＧＶ）２２、ゲートバルブ（ＧＶ）２５をそれぞれ介してそれぞれ取り付けられている。エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３にはエミシビティ測定用放射温度計２１が取り付けられ、温度測定用放射温度計用チャンバ２６には、温度測定用放射温度計２４が取り付けられている。
【００１５】
半導体ウエハ１５の温度は、ゲートバルブ２５を開いて測定する。半導体ウエハ１５のエミシビティは、ゲートバルブ２２を開いて測定する。なお、半導体ウエハ１５のエミシビティの測定を行わない場合は、ゲートバルブ２２を閉じておく。このように、エミシビティの測定を行わない場合には、ゲートバルブ２２を閉じておき、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３を反応室１０から隔離することにより、副生成物の付着を抑制し、測定精度を維持することができる。
【００１６】
また、図３に示すように、真空遮断可能なゲートバルブ２２、２５の両方を閉じておくことにより、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３や温度測定用放射温度計用チャンバ２６と反応室１０とを分離することが可能となり、反応室１０を大気開放することなく、図４に示すように、温度測定用放射温度計２４やエミシビティ測定用放射温度計２１を交換することが可能である。
【００１７】
プロセスモジュール２の右側の側壁１２および左側の側壁１３には給排気マニホールド（図示せず）がそれぞれ取り付けられている。これら左右の給排気マニホールドの上部には、それぞれガス供給口（図示せず）が設けられ、反応室１０に反応ガスを供給するようになっている。また、これら左右の給排気マニホールドの下部には、それぞれ排気口（図示せず）が設けられ、反応室１０内の気体を排気するようになっている。
【００１８】
次に、このプロセスモジュール２を用いて、半導体ウエハを処理する動作について説明する。
図１、図２を参照すれば、ゲートバルブ２１を開き、搬送モジュール３内に設置されているウエハ移載機３１により、半導体ウエハ１５を反応室１０内のサセプタ１４上に載置する。次に、ゲートバルブ２１を閉じた後、左側の給排気マニホールドの上部のガス供給口から一定流量の反応ガスを供給し、導入したガスおよび反応生成物を右側の給排気マニホールドの下部の排気口から排気しながら処理を行う。このとき、右側の給排気マニホールドの上部のガス供給口からのガス導入、および左側の給排気マニホールドの下部の排気口からの排気は行わないので、ガスは図２の左側から右側に向かって流れる。この状態では、半導体ウエハ１５の処理状態が偏ってしまうため、プロセス時間が半分経過した時点で、ガスの流れの向きを反対にする。つまり、図２の右側から左側に向かってガスを流す。すなわち、右側の給排気マニホールドの上部のガス供給口から一定流量の反応ガスを供給し、導入したガスおよび反応生成物を左側の給排気マニホールドの下部の排気口から排気しながら処理を行う。このとき、左側の給排気マニホールドの上部のガス供給口からのガス導入、および右側の給排気マニホールドの下部の排気口からの排気は行わない。
【００１９】
半導体ウエハ１５の温度は、温度測定用放射温度計２４によって測定する。しかし、半導体ウエハ１５のエミシビティはその表面の膜種や膜厚等に依存するので、温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値を、エミシビティ測定用放射温度計２１で求めたエミシビティで補正することによって、実際の半導体ウエハ１５の温度を求めることができる。
【００２０】
エミシビティ測定用放射温度計２１で半導体ウエハ１５のエミシビティを求めるには、まずエミシビティ測定用放射温度計２１の上側にあるエミシビティランプ（図示せず）を点灯した状態でエミシビティ測定用放射温度計２１の先端部２１１のセンサ（図示せず）を回転させ、真上のエミシビティランプに向くようにしてエミシビティランプの放射強度Ａを測定する。次に、エミシビティランプを点灯した状態で、エミシビティ測定用放射温度計２１の先端部２１１のセンサ（図示せず）を回転させ、真下の半導体ウエハ１５に向くようにし、半導体ウエハ１５からの放射強度Ｂを測定する。次に、エミシビティランプを消灯した状態で、半導体ウエハ１５からの放射強度Ｃを測定する。エミシビティランプを点灯した状態での半導体ウエハ１５からの放射強度Ｂには、半導体ウエハ１５からの放射強度Ｃが含まれているので、（Ｃ−Ｂ）がエミシビティランプからの光の半導体ウエハ１５による反射光の強度となり、その結果エミシビティランプからの光の半導体ウエハ１５による反射率αは
α＝（Ｃ−Ｂ）／Ａ
となる。
【００２１】
半導体ウエハ１５に対するエミシビティランプの光の反射率、吸収率および、透過率の関係は、
反射率＋吸収率＋透過率＝１
であり、エミシビティランプの光は、０．９μｍの光を最大強度として放射する白色光であり、半導体シリコンウエハ１５はこの０．９μｍの光を透過させないので、透過率は０となる。
【００２２】
従って、
反射率＋吸収率＝１
であり、任意の物体表面の吸収率と放射率は相等しいので、
放射率＝１−反射率＝１−（Ｃ−Ｂ）／Ａ
となる。このようにして求めた放射率で温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値を、補正することによって実際の半導体ウエハ１５の温度を求めることができる。
【００２３】
次に、本発明が適用される基板処理装置を用いた処理の一例を示す。例えばシリコンよりなる半導体ウエハ１５に反応ガスとしてＮＨ３を流して半導体ウエハ１５の表面にＳｉＮ膜を成膜する場合について説明する。半導体ウエハ１５の加熱前にのみゲートバルブ２２を開放して半導体ウエハ１５のエミシビティを測定し、そのエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値を補正する場合（第１の実施の形態）と半導体ウエハ１５の加熱前のみならず、昇温時や一定温度に保持している時にも、ゲートバルブ２２を開放して半導体ウエハ１５のエミシビティをその都度測定し、そのエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値をその都度補正する場合（第２の実施の形態）について説明する。なお、半導体ウエハ１５のエミシビティはその表面の膜種や膜厚等に依存するので、加熱前のみならず、昇温時や一定温度に保持している時にも、エミシビティを測定し、それに応じて温度測定用放射温度計２４によって測定された測定値をその都度補正する方がより正確な温度が測定できる。
【００２４】
図５は、本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置における成膜方法を説明するためのタイムチャートである。
【００２５】
まず、第１の実施の形態について説明する。
まず、ゲートバルブ２５は常時開放しておき、温度測定用放射温度計２４によって常時温度が測定できるようにしておく。そして、反応室１０内に半導体ウエハ１５をロードし（時間Ｔ１）、次に、サセプタ１４上に半導体ウエハ１５を載置する。その後、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ２）半導体シリコンウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定する。第１の実施の形態では、ここで測定したエミシビティによって、温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を最後まで行う。
【００２６】
その後、ゲートバルブ２２を閉じ、ヒータ１６により昇温を開始すると共に反応室１０内にＮ２を流し始め、反応室内の圧力も上昇させ始める（時間Ｔ３）。半導体ウエハ１５の温度が６００℃になると（時間Ｔ６）この温度（６００℃）で維持し、その後再び昇温を始める（時間Ｔ９）。そして、半導体ウエハ１５の温度が１０００℃になると（時間Ｔ１２）、この温度で維持すると共に、ＮＨ３を流し始めて、半導体ウエハ１５の表面にＳｉＮ膜を形成する。なお、反応室１０内の圧力は１００Ｔｏｒｒに維持する。
【００２７】
その後、時間Ｔ１５になると、ヒータ１６をオフにして半導体ウエハ１５の温度を降下させると共に、ＮＨ３の供給も停止する。そして、希釈Ｎ２を流しながら、反応室１０内の排気を行う。
【００２８】
次に、第２の実施の形態について説明する。
まず、ゲートバルブ２５は常時開放しておき、温度測定用放射温度計２４によって常時温度が測定できるようにしておく。そして、反応室１０内に半導体ウエハ１５をロードし（時間Ｔ１）、次に、サセプタ１４上に半導体ウエハ１５を載置する。その後、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ２）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定する。ここで測定したエミシビティにを用いて、温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００２９】
その後、ゲートバルブ２２を閉じ、ヒータ１６により昇温を開始すると共に反応室１０内にＮ２を流し始め、反応室内の圧力も上昇させ始める（時間Ｔ３）。昇温途中でゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ４）半導体シリコンウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ５）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３０】
半導体ウエハ１５の温度が６００℃になると（時間Ｔ６）この温度（６００℃）で維持する。６００℃で維持されている間に、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ７）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ８）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３１】
その後、再び昇温を始める（時間Ｔ９）。昇温途中でゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ１０）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ１１）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３２】
そして、半導体ウエハ１５の温度が１０００℃になると（時間Ｔ１２）、この温度で維持すると共に、ＮＨ３を流し始めて、半導体ウエハ１５の表面にＳｉＮ膜を形成する。なお、反応室１０内の圧力は１００Ｔｏｒｒに維持する。１０００℃で維持されている間に、ゲートバルブ２２を開放して（時間Ｔ１３）半導体ウエハ１５のエミシビティをエミシビティ測定用放射温度計２１で測定し、測定が終了するとゲートバルブ２２を閉じる（時間Ｔ１４）。その後は、この時点で得られたエミシビティを用いて温度測定用放射温度計２４によって測定された放射強度の補正を行う。
【００３３】
その後、時間Ｔ１５になると、ヒータ１６をオフにして半導体ウエハ１５の温度を効果させると共に、ＮＨ３の供給も停止する。そして、希釈Ｎ２を流しながら、反応室１０内の排気を行う。
【００３４】
なお、上記第１および第２の実施の形態では、ゲートバルブ２２、２５を設けたがゲートバルブ２２、２５に代えてシャッターを設けてもよい。
【００３５】
また、エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ２３の壁と温度測定用放射温度計用チャンバ２６の壁は、電磁波吸収材で覆われており、チャンバ内の反射が抑制され、迷光の影響が軽減される。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、エミシビティ測定用放射温度計等の基板の状態を測定する測定機構であって、基板状態を常時測定する必要のない測定機構を、反応時に発生する副生成物等から有効に保護し、それによって基板状態を誤差が少なく測定できるようにした測定機構を備えた基板処理装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置を示す概略横断面図である。
【図２】本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略縦断面図である。
【図３】本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略縦断面図である。
【図４】本発明の第１および第２の実施の形態のプロセスモジュールを示す概略部分縦断面図である。
【図５】本発明の第１および第２の実施の形態の基板処理装置における成膜方法を説明するためのタイムチャートである。
【図６】従来のプロセスモジュールを示す概略部分縦断面図である。
【符号の説明】
１…基板処理装置
２…プロセスモジュール
３…搬送モジュール
５、６…カセットモジュール
７…ポート
８…冷却室
１０…反応室
１１…天井壁
１２、１３…側壁
１４…サセプタ
１５…半導体ウエハ
１７、１８…穴
２１…エミシビティ測定用放射温度計
２１、５１、６１、８１…ゲートバルブ
２２、２５…ゲートバルブ
２３…エミシビティ測定用放射温度計用チャンバ
２４…温度測定用放射温度計
２６…温度測定用放射温度計
３１…ウエハ移載機
７１…アライナー
【図１】
2004119823.tif 000003
【図２】
2004119823.tif 000004
【図３】
2004119823.tif 000005
【図４】
2004119823.tif 000006
【図５】
2004119823.tif 000007
【図６】
2004119823.tif 000008