(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＴＰシステムを使用する反射力を有する表面を有する物体の急速熱処理（ＲＴＰ）法であって、
物体の表面の反射率を測定し、ＲＴＰシステムのシステム・パラメータを、前記の測定された反射率に応じて調節し、
前記反射率を広帯域波長に亘りスペクトル積分し、前記広帯域波長はＲＴＰシステムの加熱波長の範囲に可能な限り広く適合することを特徴とする方法。
【請求項２】
ＲＴＰシステムが、更に、物体とシステムの少なくとも１つの加熱用ランプとの間に補助プレートを備え、システム・パラメータが補助プレートの温度の関数としての物体の温度のファイルから成る、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
システム・パラメータが、光学高温計による物体の温度測定値に対する放射率補正である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
システム・パラメータが、光学高温計による物体の温度測定値を較正する較正ファイルである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
システム・パラメータが、「開ループ」加熱周期のためのランプ出力対時間の設定のファイルである、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
反射率が、ex-situ処理としての処理ラインで測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
反射率が、in-situ処理としての処理ラインで測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ＲＴＰシステムのランプ出力を、前記反射率を測定するために低下させられる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
反射率に基づいて、ＲＴＰシステムが開ループから閉ループ制御システムへ切り換えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ＲＴＰシステムを使用する反射力を有する表面を有する物体の急速熱処理（ＲＴＰ）法であって、順に、以下の工程、
ａ）物体をＲＴＰシステムの反応室の中へ導入する工程、
ｂ）物体に、ＲＴＰシステムの放射線光源からの放射線を照射する工程、
ｃ）物体の表面の反射率を測定する工程、
ｄ）ＲＴＰシステムのシステム・パラメータを、測定された反射率に応じて調節する工程
からなり、前記反射率が広帯域波長に亘りスペクトル積分し、前記広帯域波長は放射線光源からの放射線の波長範囲に適合することを特徴とする方法。
【請求項１１】
更に、
ｅ）物体にＲＴＰシステムの放射線光源からの放射線を更に照射する工程
を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
放射線光源からの放射線が、工程ｃ）の間に低減させられる、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、ＲＴＰ（Rapid Thermal Processing: 急速熱処理）システム内で加熱される物体の温度の測定および制御のための装置および方法に関する。より詳細には、本発明は、干渉作用が温度測定に関わる通常の高温測定法の妨げになる場合での物体の温度の測定方法および制御方法ならびにその装置を開示するものである。本発明は、特に、ウェーハ裏面に物質層が付着させられた半導体ウェーハの場合および急速熱化学蒸着（ＲＴ−ＣＶＤ）の場合に有用である。本発明の出発点は、ウェーハのin situまたはex situインライン広帯域反射率計測定を、装置内または処理フロー内に統合することである。反射率測定の結果に基づいて、該ＲＴＰシステムでは、通常高温計を含む従来技術によるウェーハ温度測定システム用の対応較正ファイルまたは処理中のウェーハに必要な時間に対するランプ出力を決定するための対応開ループ加熱ファイルを選択する。本発明は、従来技術による「放射率に無関係な」加熱制御法の再現性を改善する。ウェーハ放射率に大きな違いがある場合、これらの方法には、温度制御に約±１０℃の誤差がある。本発明では、最大±２℃の誤差を求める産業界の要求に対し、その状況を改善している。
【０００２】
発明の背景
急速熱処理の分野は、主に、既知温度までの半導体ウェーハの均一加熱、ならびに種々のプロセスで要求される様々なアニール、化学反応および膜成長技術に関わるウェーハの温度時間プロファイルの測定および制御に関係している。加熱を均一にするため、加熱システムの個々のランプは制御システムを用いて別々に制御されており、リフレクタ・システムは既知パターンでウェーハに照射するように慎重に設計されてきた。
【０００３】
ＲＴＰシステムにおける光学的高温測定では、測定の波長と光学的帯域幅とを選択する必要がある。この選択は、ウェーハ、反応器室、リフレクタおよび放射光源のマテリアル・パラメータに基づいて行われる（例えば米国特許第５１８８４５８号明細書およびドイツ連邦共和国特許第４０１２６１５Ｃ２号明細書参照）。所謂「リップル・テクニック（Ripple Technique）」（米国特許第５１５４５１２号）は、光学的高温測定法の特別な場合である。加熱用ランプ電源 は、５〜１２０Ｈｚの周波数で変調し、ウェーハからの赤外線放射は、第１光ファイバを介して狭帯域で測定し、他方、ランプからの光放射は、同一の狭帯域赤外線領域で、第２光ファイバを介して測定している。通常、ウェーハ温度は、放出された放射線が変調周波数に追随するほど高速で変化することはないが、ランプ・フィラメント、従ってランプ放射線は、変調周波数で変調することがある。第１ファイバを用いて測定した放射線は、該放射線の変化が、ランプから反射した光が原因であるので、ウェーハから反射された放射線を測定するために使用することができる。反射光の変化を測定し、ウェーハの反射係数を導き出す。一旦ウェーハの反射係数が特定波長に関して判ると、その波長でのウェーハの放射率が判るため、ウェーハからの放射線に起因する第１光ファイバで集光された放射線の不変部分を用いて温度を計算することができる。しかし、この方法は温度に極めて敏感であり、光ファイバの必要な機械的調節を行うための装置は極めて高価である。
【０００４】
集光用光ファイバおよび光導体を使用しても、以上に引用した測定の原理は変わらない。
【０００５】
単色光または狭帯域幅高温測定技術を使用して達成できる従来技術による最良の信号対バックグラウンドの比は、約１０００：１（ドイツ連邦共和国特許第４０１２６１５Ｃ２号）であるが、これにより良好な温度測定の再現性が得られる。しかし、上記の単色光または狭帯域幅高温測定は、被測定物表面上の屈折率の異なる物質層による影響を極めて強く受けることがあるし、この方法は、測定するウェーハ表面に光学的な薄層が種々の膜厚で積層されている場合、実際的には使用できない。任意の波長における反射係数、従って表面の放射率（１−反射率）は、種々の層の厚さの変化で大きく変わる。例えば、二酸化珪素の１つの層がシリコン・ウェーハ上の０．２５ミクロンの厚さから成長すると、１．５ミクロン光の反射率は、最小値６％から最大値４２％へ変化する。このような場合、高温計は、測定された放射線の帯域幅が、測定している帯域幅の範囲内で強め合う干渉と弱め合う干渉とが互いに補償し合うのに十分広い場合に限り使用することができる。以上に引用した場合では、波長３ミクロンの光は、１．５ミクロンの波長で反射率が最小になる時に、反射率が最大になる。１．５〜３ミクロンの測定帯域幅（または２．２５±０．７５μｍの測定波長）は、放射率の変化を補償するのに好適である。このような場合、（エネルギー保存の立場から）広帯域波長フィルタでは、バックグラウンドからの放射線をカットすることができず、信号対バックグラウンドの比は極めて小さくなることが分かる。
【０００６】
ＲＴＰに関わる放射率変化の詳細では、波長および波長範囲を定義せずに、放射率係数の範囲（例えば０．３〜０．９）に触れるだけのことが多い。これらの詳細には、明言せずとも、赤外線波長の狭帯域のみに感応する制御高温計の波長が含まれている。しかし、温度測定用高温計が測定している狭帯域だけで測定した放射率は、ウェーハに対する放射エネルギーの結合をうまく説明するものではない。結合は、ＲＴＰシステムのランプからの放射エネルギー移動の全波長範囲における吸収能の放射率の積分に左右される。ウェーハに入射したランプの光は、高温計の感度よりも極めてに広いスペクトル幅を有している。
【０００７】
コーティング済みウェーハでの結合は、未コーティング・ウェーハの場合と極めて異なっている。未コーティング・ウェーハは、１次オーダーで「灰色」体になる。光学における灰色体は、発光定数または吸収定数が変化しない発光スペクトルまたは吸収スペクトルを有している。「黒」体の発光定数は１に等しいが、「灰色」体の発光定数は１未満である。発光係数または吸収係数が広い波長範囲に亘って一定であるため、単一の放射率または吸収係数によって、灰色体または黒体の光吸収特性または発光特性が定義される。様々な層構造により、非「灰色」体となり、発光係数および吸収係数は、ランプの放射スペクトル領域全体に亘って大幅に変化する。しかし、放射率または反射率の広帯域測定を、ウェーハへの放射の結合を予測するのに使用でき、従って、ＲＴＰシステムのシステム・パラメータを設定するのに使用できるので、結果として所望の温度まで均一に加熱することになる。
【０００８】
製品ウェーハの表側面と裏側面の結合は、大きく異なる。表側面には、パターン化された「スポット」層が多数存在し、各スポットではスペクトル積分した反射率および放射率が異なる。ウェーハの裏面は一般に空間的に均一であり、裏面のスペクトル積分放射率は、一般に、該ウェーハ表側面の空間平均放射率およびスペクトル平均放射率とは全く異なっている。スペクトル変化する「非灰色体」の放射率の場合、単色（または狭帯域スペクトル幅）の高温計の信号は、温度とはほとんど関係ない。一方、所定温度でウェーハが異なれば、高温計の信号は異なる。他方では、一定の加熱出力レベルの場合、結合が異なっていれば、結果としてウェーハ温度が異なる。
【０００９】
関連出願
ＲＴＰ原理に基づく反応器では、ウェーハ取扱過程の間に反応器室の一端の全断面を開放することが多い。このような構成が為されたのは、処理が変更される場合や、例えば異なるウェーハ・サイズが使用される場合、ウェーハよりも寸法が著しく大きく、且つウェーハよりも厚いことがある種々のウェーハ・ホルダ、ガード・リング、および気体分散プレートも室内へ導入する必要があり、更に、それらを容易且つ迅速に交換しなければならないからである。反応室の寸法は、これらの補助的構成要素を考慮して設計される。本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５５８０８３０号では、ガス・フローの重要性と、ガス・フローを調節し且つ処理室内の不純物を制御するためのドア開口部の使用を開示している。
【００１０】
スペクトル応答性が極めて広い高温計を使用してウェーハ温度を測定することの重要性は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５６２８５６４号で開示されている。従来型ＲＴＰシステム内で加熱されるウェーハは通常、複数の石英ピンに載置されるが、これらの石英ピンは、同システムのリフレクタ壁に対しウェーハを正確に平行に保持している。従来技術によるシステムでは、ウェーハを、装備されているサスセプタ（susceptor）、通常はシリコン・ウェーハ上に載置していた。本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，８６１，６０９号明細書では、ウェーハから分離されるサスセプタ・プレートの重要性を開示している。III〜IV族半導体の急速熱処理は、シリコンのＲＴＰほどには成功していない。この理由の１つは、表面で、例えば、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）の場合、砒素（Ａｓ）の蒸気圧が相対的に高いことである。表面領域ではＡｓが欠乏するようになり、材料品質が損なわれる。本発明の譲受人に譲渡され、本明細書で引用されている米国特許第５，８３７，５５５号明細書は、この問題を克服する方法および装置を提供するものである。光パルスを用いてウェーハを局所的に加熱することによって、低濃度ドープで相対的に低温のウェーハの放射率を増大させる方法は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，７２７，０１７号明細書で開示されている。上記と同じ米国特許および出願は、本明細書で引用してある。
【００１１】
発明の概要
本発明により、オフラインまたはインラインのin situまたはex situ広帯域反射率測定法が、ＲＴＰシステムにおいて、他のエネルギー移動方法または加熱制御方法と組合せられる。システム・パラメータは、光学高温計による物体の温度測定値に対する放射率補正、前記の温度測定値を較正する較正ファイル、「開ループ」加熱周期のためのランプ出力対時間の設定ファイルである。ＲＴＰシステムは、異なる較正ファイルを作成および保存する手段および／またはランプへ供給される電力を時間の関数として決定する様々な「開ループ」ファイルを作成および保存する手段を有している。これらのファイルは、「ルックアップ」テーブルの形であるが、１つ以上の変数の関数の形にしてもよい。測定する反射率の事前に選択された範囲により、この装置では、処理中、所定のウェーハに対し、対応する較正ファイルまたは開ループ加熱ファイルを自動的に選択し、格納されているタイム・ヒストリまたは温度測定装置較正用の格納数値を使用して処理を実施する。
【００１２】
発明の詳細な説明
図１は、本発明の最も好適な実施態様のフローチャートを示しており、広帯域反射率のインラインex-situ測定である。処理を行うウェーハのカセットが装置内に装填され、そこからロボット・アームでウェーハを回収し、同時にこのウェーハをウェーハ・アライメント・ツールへ搬送するが、このツールにおいてウェーハは工程１２で位置調整される。ウェーハ上の平坦部が正しい姿勢になり且つウェーハの中心が正しく位置調整されるようにウェーハの位置調整を行った後、ロボット・アームで、ウェーハを再度持ち上げて、そのウェーハを工程１４で広帯域反射率を測定する広帯域反射率測定ツールへ搬送する。スペクトル積分反射率を工程１４で測定してもよいし、或いはまたスペクトル分解反射率を分光計またはその他の当業界で公知の装置を使用して測定してもよい。ロボット・アームにより反射率測定ツールからウェーハを取り出して、そのウェーハを工程１６でＲＴＰシステムの室内へ搬入する。工程１６とは別に、システム・コンピュータが工程１４での測定結果を受け取り、工程１７でシステム・パラメータを調節するので、このシステムは工程１８でウェーハを処理することができる。工程１９において、処理済みウェーハは、ＲＴＰ室から取り出され、この処理済みウェーハを収納するためのカセットへ移される。
【００１３】
図２は、「閉ループ」処理フローのフローチャートを示している。閉ループ処理は、高温計により、測定対象物体の温度に対する再現性があり且つ信頼できる測定値が得られる場合に使用されており、標準的な処理である。しかし、物体温度が極めて低い場合、または、物体が高温計で測定する波長で部分的に透明である場合は、図３に示したような開ループ処理を使用する必要がある。
【００１４】
ウェーハの広帯域反射率は工程２２で測定され、この測定結果、即ち測定値は、システムを制御してシステム・パラメータを調節するためにコンピュータで使用される。図２で示されている場合では、コンピュータは、工程２４で、高温計の表示値の関数としてのウェーハ温度を表示する８個のファイルの中の１つを選択する。次に、工程２６で、ウェーハを標準的な方法で処理するが、この工程では高温計の表示値を使用して、工程２４で選択した「ルックアップ」ファイルからウェーハ温度を表示している。次に、このシステムでは、ウェーハ温度を処理委に必要な温度と比較し、ランプ出力を上下に調節して、標準的帰還ループ処理でウェーハ温度を必要な温度にしている。
【００１５】
広帯域反射率は、図１で詳述されているex situ配置のように一度だけ測定してもよいし、あるいはウェーハの反射率を複数回測定する反復配置をin situ測定で使用してもよく、システム・パラメータは測定結果として変化した。判断工程２８では、ウェーハ処理が完了したか否かを判定し、完了している場合は、工程２９で処理を終了する。ウェーハ処理が完了していない場合、システムは、工程２２へ戻り、広帯域反射率を再度測定する。
【００１６】
in situ反射率測定は、加熱用ランプからの迷光が反射率測定に使用される光学系によって遮断される場合、実施が極めて困難である。この場合、広帯域反射率の測定に必要な１０００分の１秒足らずの間、ランプ出力を減少させることがある。
【００１７】
従来技術による電力制御開ループ処理では、高温計の波長における単色放射率におけるあらゆる変化の影響を除去しているが、これは、高温計が、加熱用ランプの制御に基本的には使用されていないからである。しかし、開ループ・モードでシステムを稼働させると、ウェーハ間の結合の違いのため、ウェーハ温度が大きく変化する。図３の処理工程３２で示すように、ウェーハの広帯域反射係数の測定により、この変化を大幅に低減することができる。前と同様に、このシステムではパラメータを調節するが、この場合、システムは、工程３４でランプ出力対時間のファイルを選択して、工程３６で略述したＲＴＰプロセスを実施する。また前と同様に、in situ測定を使用して、ウェーハ処理が工程３８で完了したか否かを判定し、完了していない場合は、工程３２へ戻り、反射率を再度測定する。尚、この場合の選択肢の１つは、このシステムで、反射率に基づいて開ループから閉ループ制御システムへの切換えを判定するということである。
【００１８】
米国特許第５，８６１，６０９号明細書で詳述されているホットライナ（HotLiner）（登録商標）技術では、製品ウェーハの下に吸光性の熱的にも光学的にも安定なプレートを使用している。このプレートの温度は正確に測定することができるため、このシステムでは、ウェーハ上の僅かな結合変化から中程度の結合変化まで許容することができる。結合の違いがより大きな場合、適切な較正ファイルを選択する必要があるが、これは、測定されたプレート温度が、結合または広帯域反射率の測定値に応じて、異なるウェーハ温度を示すためである。ホットライナ（登録商標）技術では、このプレートの温度を、従来の（単色）高温測定法によって測定している。こうして測定された温度は、ランプ出力を設定するシステムへフィードバックされて、ホットライナ・プレートの必要な温度対時間のプロファイルを作成する。適切な較正ファイルでは、ウェーハとプレートと間の相互エネルギー結合を制御するために、独立した上部及び底部ヒータ・バンク制御モードで、温度および／または両面加熱を決定しているので、測定されたホットライナ（登録商標）の温度により、製品ウェーハの温度を正確に制御される。
【００１９】
「高温計波長における全反射率」の方法では、高温計波長でのウェーハ放射率を黒体放射曲線の上方に人為的にシフトさせる。ウェーハの下の加熱室の底部に、反射率の高いシールド・ゴールド・コーティングを使用して、ウェーハの有効放射率を赤外線範囲で「１．０」付近まで増大させることができる。更なる改善として、このコーティングを、高温計波長における全反射率用に設計してもよい。この方法は、単色光の放射率の僅かな変化から中程度の変化までの場合に、正確なものとなる。単色光放射率の値がこれより低い場合（０．９μｍで０．３まで）、テレンス・Ｆ・ライリー（Terrence F. Riley）、アラン・Ｋ・ナンダ（Arun K. Nanda）、Ｇ・マイナー（G. Miner）等は、ラピッド・サーマル・アンド・インテグレーテッド・プロセッシング・カンファレンスＭＲＳスプリング・ミーティング’９６（カリフォルニア州サンフランシスコ）（the Rapid Thermal and Integrated Processing Conference. MRS Spring Meeting '96, San Francisco CA.）での発表「エバルエーション・オブ・アプライド・マテリアルズ・ラピッド・サーマル・プロセッサ・ユージング・セマテック・メソドロジーズ・フォー０．２５μｍテクノロジー・サーマル・アプリケーションズ  パートＩ（"Evaluation of Applied Materials Rapid Thermal Processor Using SEMATECH Methodologies for 0,25 μm Technology Thermal Applications" Part I.）」で、有効放射率の値は「１」の値に十分に接近させることができずに、誤差が大きくなることを示している。
【００２０】
この方法では、放射率が小さくなる原因が部分的な透明性ではない場合に限り、結合の違いが大きくなってもこれを許容することができる。これは、バルク・シリコン材料で、高温計波長がバンドギャップ・エネルギー（例えば、Ｓｉで０．９μｍｍ）より下である場合である。また、アラン・Ｋ・ナンダ（Arun K. Nanda）、テレンス・Ｊ・ライリー（Terrence J. Riley）、Ｇ・マイナー（G. Miner）等による、前と同一のカンファレンスにおける「エバルエーション・オブ・アプライド・マテリアルズ・ラピッド・サーマル・プロセッサ・ユージング・セマテック・メトロロジーズ・フォー０．２５μｍテクノロジー・サーマル・アプリケーションズ  パートII（"Evaluation of Applied Materials Rapid Thermal Processor Using SEMATECH Metrologies for 0,25 μm Technology Thermal Applications" Part II）」と題されたレポートでは、この方法の主な欠点が、「２つの完全反射面の仮定による僅かな誤差によって有効放射率が著しく減少し、その結果、温度誤差が大きくなることである」ということが示されている。リフレクタが冷たく且つウェーハの裏側面付近にある場合、ウェーハの気体放出による堆積が容易に起こることがある。
【００２１】
本発明により、インライン広帯域反射率測定を用いて既存の「放射率に無関係な」方法を終了させ、ソフトウェアによって、処理中ウェーハに対する好適な較正ファイルまたは開ループ加熱ファイルを選択する。１つの有利な組合せは、広帯域反射率測定法と電力制御開ループ処理とである。また、別の好適な組合せには、広帯域反射率測定法とホットライナ適用または波動ベクトル選択高温測定との組み合わせがある。ホットライナ適用の場合、ホットライナの温度制御は、任意の既存の単色光または狭帯域高温測定によっても行うことができる。
【００２２】
図４は、インラインin situ広帯域反射測定システムを付設した従来技術によるＲＴＰシステムの略図を示すものである。穴４９がＲＴＰシステムの反射壁４１の中に貫通しているため、ウェーハ４２を測定システムで見ることができる。測定用の光を得るために石英エンベロープの中のタングステン・ランプのような広帯域光源４３を使用する。レンズ系４４を用いて、ウェーハ４２へ入射したり、該ウェーハから反射した光を平行化したり集束させる。ランプ４３からの光の一部を反射するミラー４１０を、ウェーハ４２から反射した光を広帯域検出器４５へ向けて偏向させるために使用する。広帯域光源４３は、コンピューター４６を用いて制御することが可能であり、更に、広帯域検出器４５による反射光の測定値は、ＲＴＰ処理用にパラメータを調節するためにコンピューターによって使用することができる。幾つかの光学高温計４７が閉ループ処理用に示してある。コンピュータ４６では、開ループ処理用にランプ４１１の出力を制御する。
【００２３】
図５は、ＲＴＰシステムの床配置図を示している。処理を行うウェーハと共にカセットを、カセット・ホルダ５１の中へ装填する。はさみ状のロボット・アーム５２の端部にある真空パン（図示なし）によって、ウェーハ４２をカセットから持ち上げたり、ウェーハ４２をカセット・ホルダ５１から引き出したりする。ロボット・アーム５２は軸５３の周りを旋回して、ウェーハ４２をアライメント・ツール５４の中へ挿入する。アライメント・ツール５４は、ウェーハ平坦部が正しく位置調整されて、ウェーハの中心を位置合わせするまで、このウェーハを回転させる。ロボット・アームはウェーハ４２をアライメント・ツール５４から取り出して、広帯域反射率測定ツール５５へ移動させる。ウェーハは、ここで、ロボット・アームに対して正確に位置調整される。広帯域反射率の測定後、ロボット・アームはウェーハを広帯域反射率測定ツール５５から取り出し、ＲＴＰシステムの処理室５６の中へ挿入する。処理後、ロボット・アームはウェーハ４２を処理室５６から取り出し、レシーバ５８に収容されているカセットの中へ移動させる。本発明者等は、床面積を節約するために、位置調整用のステーション５４と広帯域反射測定システム５５とを１つのツールの中に組み合わせることができると期待する。
【００２４】
図６は、in situ広帯域反射測定配置の詳細を示しており、この配置では、ウェーハ４２を、ＲＴＰシステムの室（図示なし）内側の、補助プレート６１上に保持する。また、ガード・リング６２も図示している。広帯域放射線源４３からの放射線は、レンズ６３で平行化されて放射線の平行ビームになり、この光線は、広帯域反射ミラー６４に当てられている。このミラーでは、光源４３からの放射線の５０％を広帯域検出器６５へ反射することができる。広帯域検出器６５からの信号により、光源４３からの光の強度が得られる。光源４３およびレンズ６３からの平行光線の約半分は、一直線で連続し、ウェーハ４２で反射する。反射光はミラー６４に達して、一部が検出器６６に向けて反射する。１つの好適な実施態様では、検出器６６はボロメータである。また、別の実施態様では、検出器６６は、分光計とボロメータの組み合わせのようなスペクトル分解機能を有する検出器である。
【００２５】
通常のＲＴＰ装置では、主に０．４〜４μｍの波長範囲で半導体ウェーハを加熱する。広帯域反射率計は、この範囲に可能な限り広く適合するものでなければならない。１つの好適な実施態様では、適切な較正ファイルまたは開ループ・ファイルを選択するために、全スペクトル範囲とウェーハの全表面領域に亘って積分したウェーハの反射率を入力パラメータとして使用する。
【００２６】
本発明者等の応用例では、感応範囲は、約０．４〜３μｍである。１つの好適な実施態様では、反射率計は熱電センサ（ボロメータ）を有する。ボロメータは、適切なスペクトル領域の全体に亘る放射線に対して完全に均一なスペクトル応答性を有するものである。反射率計内の光源は、タングステン・ハロゲン・ランプである。
【００２７】
センサは、直接反射光および間接反射光を石英フィルタを介して受光する。本発明のインラインex situ式の実施態様内においては、１つの好適な反射率計は、球面鏡によって反射した直接光および間接光を集光する。このような構成は、ウェーハの片面の反射率を測定するのに好適である。上述の光学コンポーネントにより、測定感応範囲は０．４〜３μｍとなる。低濃度ドープのシリコン・ウェーハは１．１〜１．３μｍを上回り、半透明である。これが測定誤差の原因である。この誤差を低減または除去するために、光源と反対側のウェーハの片側でミラーを使用してもよい。このミラーは、球面鏡であってもよい。この場合、絶対反射率を測定することが可能である。その他の改善の可能性は、測定箇所で、局所的に自由キャリヤを発生させることである。これは、測定用光線自体を強く集束させた信号を用いるかまたは更にローカル・レーザを導入することによって実現することができる。また、全ウェーハの放射前加熱も可能である。
【００２８】
実験結果
１５０ｍｍ［１００］Ｎ型５〜１０Ω−ｃｍの製造品質のＳｉウェーハを、４グループ準備した。１つのグループはコーティングせずに比較用とした。他の３グループは、下記の層の組み合わせで、裏側面にコーティングを行った：
ａ）  １９ｎｍ  ＳｉＯ2  ＋  １００ｎｍ  Ｓｉ3Ｎ4
ｂ）２００ｎｍ  ＳｉＯ2  ＋  １１０ｎｍ  多結晶Ｓｉ（無ドープ）
ｃ）５８０ｎｍ  ＳｉＯ2  ＋  １６０ｎｍ  多結晶Ｓｉ（無ドープ）
【００２９】
ウェーハ表側面は、エッチングして酸化の準備を行った。裏側面の組合せ層は、本発明者等のＲＴＰ装置での積分放射率が極端に異なっていることが公知である。このＲＴＰ装置は、タングステン・ハロゲン・ランプを有しており、加熱室は金でコーティングしてある。両面加熱を行った。
【００３０】
各バッチのウェーハからの広帯域反射率の典型的測定値を、図７にプロットしてある。
【００３１】
１１３０℃で４５秒間、種々の処理モードで急速熱酸化を行った。全ての実験にホットライナを使用した。較正ファイルまたは開ループ加熱ファイルを１つだけ使用して、酸化の再現性は約１０〜１１．２ｎｍの範囲であった。この範囲は、１５℃の全温度変化に相当する。反射率の測定結果を使用して、対応する較正ファイルを自動的に選択した場合、酸化の再現性は、０．２ｎｍ以内であった。これは、３℃の温度変化に相当する。種々の加熱法の場合における酸化の結果の比較を、図８に示してある。広帯域反射率測定に基づく、本開示内容にて列挙したもの以外のシステム・パラメータ制御を行う本発明の拡大は、本発明者等により予想されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の最も好適な方法のフローチャートである。
【図２】  図２は、閉ループ処理フローのフローチャートである。
【図３】  図３は、開ループ処理フローのフローチャートである。
【図４】  図４は、本発明のin situでの実施に関わるＲＴＰシステムの略図である。
【図５】  図５は、本発明の実施に関わる装置の配置に関する平面図である。
【図６】  図６は、in situ測定方法の展開図である。
【図７】  図７は、ウェーハの種々のバッチについて、測定された広帯域反射率を示す図である。
【図８】  図８は、従来技術による種々のプロセスに従い処理されたものと、本発明のプロセスにより処理された図７のウェーハの酸化物の厚さを示す図である。
【符号の説明】
４１  反射壁、  ４２  ウェーハ、  ４３  光源、  ４４  レンズ、  ４５  広帯域検出器、  ４６  コンピューター、  ４７  光学高温計、  ４９  穴、  ４１０  ミラー、  ４１１  ランプ、  ５１  カセット・ホルダ、  ５２  ロボット・アーム、  ５３  軸、  ５４  広帯域反射率測定ツール、  ５５  処理室、  ５８  レシーバ、  ６１  補助プレート、  ６２  ガード・リング、  ６３  レンズ、  ６４  広帯域反射ミラー、  ６５  広帯域検出器、  ６６  検出器
【図１】
0004054526.tif 000002
【図２】
0004054526.tif 000003
【図３】
0004054526.tif 000004
【図４】
0004054526.tif 000005
【図５】
0004054526.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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