(57)【要約】【課題】電子衝撃加熱方式において安定した温度制御を行う。【解決手段】内部を排気し得る導電体の部分を有する容器と、該容器の内部に位置するフィラメントと、該フィラメントに電流を流す第一の電源と、該フィラメントに前記容器に対して加速電圧を印加する第二の電源と、該フィラメントの電流を測定する電流計と、該加速電圧を測定する電圧計と、を有する加熱装置の温度制御方法であって、前記容器の内部を真空状態に排気する第一の工程と、前記第一の工程の後、前記フィラメントに前記第一の電源によりフィラメント電流を流す第二の工程と、前記第二の工程の後、前記フィラメントに加速電圧を印加する第三の工程と、前記第三の工程の後、前記第一の電源によりフィラメント電流を一定に維持しつつ、前記容器の表面温度が前記フィラメントの温度よりも低く維持されるように前記加速電圧を制御する第四の工程とを有する。【選択図】図２
2010251718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を排気し得る導電体の部分を有する容器と、該容器の内部に位置するフィラメントと、該フィラメントに電流を流す第一の電源と、該フィラメントに前記容器に対して加速電圧を印加する第二の電源と、該フィラメントの電流を測定する電流計と、該加速電圧を測定する電圧計と、を有する加熱装置の温度制御方法であって、
前記容器の内部を真空状態に排気する第一の工程と、
前記第一の工程の後、前記フィラメントに前記第一の電源によりフィラメント電流を流す第二の工程と、
前記第二の工程の後、前記フィラメントに加速電圧を印加する第三の工程と、
前記第三の工程の後、前記第一の電源によりフィラメント電流を一定に維持しつつ、前記容器の表面温度が前記フィラメントの温度よりも低く維持されるように前記加速電圧を制御する第四の工程とを有することを特徴とする加熱装置の温度制御方法。
【請求項２】
前記第三の工程の後、前記第四の工程の前に、前記第二の電源により前記加速電圧を一定に維持しつつ、前記第一の電源により前記フィラメント電流を制御して、前記フィラメントと前記容器間を流れるエミッション電流を一定に維持する第五の工程を更に有することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置の温度制御方法。
【請求項３】
前記容器は、グラファイトの基材に、前記容器の外面は熱分解カーボン又は炭化タンタルがコーティングされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置の温度制御方法。
【請求項４】
前記加熱装置は、前記容器内に配置されたヒータを備え、
前記加熱装置の温度は、前記ヒータの温度を直接的に測定するか、又は前記ヒータに対向して配置されている基板若しくは基板を載置する基板ステージの温度を測定することにより間接的に測定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の加熱装置の温度制御方法。
【請求項５】
コンピュータに、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱装置の温度制御方法を実行するプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造において、半導体基板を真空中で高温に加熱する電子衝撃加熱方式を用いた加熱装置の温度制御方法及び記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造において、半導体基板を急速に加熱する工程が必要になる。特に、炭化珪素（ＳｉＣ）に代表されるワイドバンドギャップ半導体の活性化アニール処理には、一般に１６００℃以上の高温が必要とされる（非特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、活性化アニール処理では、注入された不純物を１００％電気的に活性化させ、完全な結晶に回復させることが、半導体デバイスの信頼性を高めるうえで極めて重要である。また、活性化アニール処理を工業的なレベルに引き上げるには、短時間で加熱処理を終わらせ、処理装置の処理能力を向上させることが重要である。これらの条件を満たすには、従来の実施温度を超える２０００℃以上の超高温での処理が必要である。
【０００４】
このような処理を可能とする装置として、電子衝撃加熱方式の基板加熱処理装置が知られている。この処理装置の真空処理室内には、独立に真空排気可能なカーボン製の加熱容器を備え、該容器内にフィラメントが組み込まれた加熱装置（ヒータ）が配設されている（例えば、特許文献１参照）。この基板加熱処理装置は、フィラメントを加熱すると共に、接地された加熱容器に対してフィラメントを負電位にして熱電子を加熱容器に向けて加速し、加速熱電子を加熱容器に衝突させて加熱プレートを加熱するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許３８６６６８５号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｋｉｍｏｔｏ，Ｎ．Ｉｎｏｕｅ  ａｎｄ  Ｈ．Ｍａｔｓｕｎａｍｉ：Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ａ）  Ｖｏｌ．１６２（１９９７），ｐ．２６３
【非特許文献２】Ｉｒｖｉｎｇ  Ｌａｎｇｍｕｉｒ、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．、１９１６年、ｐ．３０２−３３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献１には、電子衝撃加熱器の温度制御方法も開示されている。この温度制御方法によれば、加熱プレートの昇温時は、エミッション電流調節計によりフィラメントと加熱プレートとの間に流れるエミッション電流を測定しながら、電力調整器によりエミッション電流が予め設定された値になるよう制御している。また、加熱プレートが設定温度に達した後は、温度調節計により加熱プレートの温度を測定しながら、電力調整器により加熱プレートの温度を予め設定された温度に制御している。
【０００８】
下記表１は、特許文献１の温度制御方法を用いた場合の各ヒータ設定温度におけるヒータ温度が安定した時のヒータ温度とφ０．８ｍｍのフィラメントを使用した場合のフィラメント電流値との関係を示している。表１によれば、ヒータ温度が上昇すると、フィラメント自体も加熱容器から加熱されてエミッション電流値が出易くなるので、フィラメント電流値を絞っていることが判る。
【０００９】
【表１】
2010251718.tif 000003
【００１０】
また、上記非特許文献２によれば、下記表２に示すφ０．８ｍｍ径のタングステンフィラメントにおいて、フィラメント電流値とフィメント温度との関係が開示されている。表２によれば、フィラメント電流値を下げると、フィメント温度も下がることが判る。
【００１１】
【表２】
2010251718.tif 000004
【００１２】
上記表１及び表２に基づいて、ヒータ温度とヒータ温度が安定したときのフィラメント温度の関係を下記表３に示す。表３によれば、例えば、ヒータ温度が１７００℃のとき、フィラメント温度は１８３０℃であり、フィラメント温度の方がヒータ温度よりも高いことが判る。
【００１３】
【表３】
2010251718.tif 000005
【００１４】
即ち、ヒータが低温のとき（例えばヒータ温度が１７００℃近傍のとき）に、熱電子の放出量を絞る方向すなわちエミッション電流値を低減させるように、フィラメント電流値を低下させ、且つフィラメントからヒータに向かって輻射で放熱させることで、フィラメント温度を下げて、エミッション電流値を制御している。
【００１５】
更にヒータ温度が上昇すると、上述したように、加熱容器からもフィラメントが加熱されてエミッション電流値が出易くなるので、フィラメント電流値を絞ることとなる。ヒータ温度が１８００℃のとき、フィラメント温度がヒータ温度よりも低くなる。
【００１６】
更にヒータ温度が上昇して２０００℃になると、フィラメント温度が大幅にヒータ温度よりも低くなる。このため、エミッション電流値を抑制して、ヒータ温度を制御しようとしても、もはや加熱容器からの輻射熱によりフィラメントが加熱され、エミッション電流値が制御できなくなり、エミッション電流値が熱暴走してしまう。
【００１７】
このように特許文献１の温度制御方法では、ヒータ温度が２０００℃以上になると、エミッション電流値が暴走してしまい、安定的にヒータ温度を制御できないという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、電子衝撃加熱方式において安定した温度制御を行うことができる加熱装置の温度制御方法及び記憶媒体を提供することを目的とする。
【００１９】
より具体的には、電子衝撃加熱方式において、２０００℃以上の高温領域でもエミッション電流の暴走によりヒータ温度の制御ができない状態を回避できる加熱装置の温度制御方法及び記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の加熱装置の温度制御方法は、内部を排気し得る導電体の部分を有する容器と、該容器の内部に位置するフィラメントと、該フィラメントに電流を流す第一の電源と、該フィラメントに前記容器に対して加速電圧を印加する第二の電源と、該フィラメントの電流を測定する電流計と、該加速電圧を測定する電圧計と、を有する加熱装置の温度制御方法であって、前記容器の内部を真空状態に排気する第一の工程と、前記第一の工程の後、前記フィラメントに前記第一の電源によりフィラメント電流を流す第二の工程と、前記第二の工程の後、前記フィラメントに加速電圧を印加する第三の工程と、前記第三の工程の後、前記第一の電源によりフィラメント電流を一定に維持しつつ、前記容器の表面温度が前記フィラメントの温度よりも低く維持されるように前記加速電圧を制御する第四の工程とを有する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電子衝撃加熱方式において、加熱容器の表面温度をフィラメント温度よりも低く維持するので、２０００℃以上の超高温にしてもエミッション電流が暴走してヒータ温度の制御ができない状態にならない。よって、電子衝撃加熱方式において安定した温度制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る一実施形態の電子衝撃加熱装置の全体構成を模式的に示す概略図である。
【図２】本実施形態の電子衝撃加熱装置の制御系を示す概略図である。
【図３】ＳｉＣ−ｐウエルにおける活性化率の温度依存性を示す説明図である。
【図４】本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ１を示す説明図である。
【図５】本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ２を示す説明図である。
【図６】本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ３を示す説明図である。
【図７】本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ４を示す説明図である。
【図８】ヒータ温度２０５０℃にて、１分間保持するときの昇温曲線を示す説明図である。
【図９】サンプルの活性化率と処理温度の関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
まず、図１を参照して、本発明に係る電子衝撃加熱方式を利用した基板加熱処理装置（以下、「電子衝撃加熱装置」という。）の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態の電子衝撃加熱装置の全体構成を模式的に示す概略図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態の電子衝撃加熱装置１は、処理基板２１を熱処理する領域を区画形成する真空排気可能な真空容器３を備え、この真空容器３の内部には、フィラメント１４が組み込まれたヒータ１０を備えている。
【００２６】
ヒータ１０は、一端が閉塞された円筒体状の加熱容器１１、その内部に収納されたフィラメントベース１２、支柱１３及びフィラメント１４から構成されている。
【００２７】
フィラメント１４は、例えば、炭素繊維強化複合材料（以下、「ＣＣコンボジット」という。）製のフィラメントベース１２上に起立された直径φ２ｍｍのタンタル製の支柱１３によって、加熱容器１１の閉塞端面（加熱プレート）１１ａに略平行に張設されている。
【００２８】
フィラメント１４としては、例えば、タングステン・レニウム線が採用され、直径φ０．８ｍｍ、長さ９００ｍｍのものが使用される。
【００２９】
加熱容器１１は、導電体により形成されている。具体的には、熱応力にも耐えられる材料として、グラファイトを基材とし、加熱容器１１の外面または内面のどちらか一面は、放出ガスが少なくなるように、例えば、熱分解カーボンがコーティングされている。反応性ガスを用いる場合は、熱分解カーボンの替わりに炭化タンタル（ＴａＣ）をコーティング材として用いることも可能である。この加熱容器１１は、不図示の真空排気機構に接続され、内部が上記真空容器３と独立に真空排気可能となっている。
【００３０】
また、加熱容器１１の閉塞端面の加熱プレート１１ａに対向するようにＣＣコンポジット製のウェーハステージ２０が配置されている。このウェーハステージ２０上には、上記ヒータ１０に臨ませて処理基板（ウェーハ）２１が配置される。本実施形態では、処理基板２１としては、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）ウェーハが採用される。
【００３１】
ウェーハステージ２０は円筒体状の支柱４により支持されており、この支柱４の貫通孔５の先端には、石英製のビューイングポート６を介して２色式放射温度計７が接続されている。ビューイングポート６は、真空空間を閉塞して真空状態と大気状態とを画している。このビューイングポート６を通じて、ウェーハステージ２０からの放射光が２色式放射温度計７に到達する。
【００３２】
２色式放射温度計７は、例えば、集光部８と検出器９とからなり、ＣＣコンポジット製のウェーハステージ２０を介して、間接的にヒータ１０の温度を測定するようになっている。なお、加熱容器１１の表面温度は、ヒータ１０の温度を直接的に測定したり、ウェーハステージ２０に孔を開けるなどしてヒータ１０に対向配置されるウェーハ２１の温度を測定することにより間接的に測定してもよい。
【００３３】
なお、支柱４の下端には支持板３１が固定され、この支持板３１と真空容器３との間にはベローズ３２が介設されている。さらに、支持板３１には不図示の挿通孔の形成された延出片３３が固定され、この延出片３３の挿通孔にはガイドロッド３４が挿通されている。即ち、延出片３３はガイドロッド３４に沿って移動可能となっている。
【００３４】
次に、図２を参照して、本実施形態の電子衝撃加熱装置に備えられた制御系の構成について説明する。図２は、本実施形態の電子衝撃加熱装置の制御系を示す概略図である。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態の制御系４０は、上記フィラメント電源４１、加速電源４２、温調計４３、切替器４４、及びＰＬＣ（Programｍable Logic Controller；以下、ＰＬＣと略称する。）４８を備える。制御系４０には、２色式放射温度計７からの温度測定値（入力信号２）が入力される。
【００３６】
フィラメント電源４１は、フィラメント１４の加熱用に電力供給する交流電源であって、例えば、最大５０アンペアまで可変的に印加可能である。フィラメント１４の接続回路にはフィラメント電流計４５が接続され、フィラメント１４の電流値が計測される。
【００３７】
加速電源４２は、接地された加熱容器１１とフィラメント１４との間に加速電圧を印加する直流電源であって、例えば、フィラメント１４に対し０ボルトから−３．０キロボルトまで可変的に加速電圧を印加可能となっている。加速電源４２の接続回路には、加速電圧を計測する加速電圧計４６と、エミッション電流値を計測するエミッション電流計４７が接続されている。
【００３８】
切替器４４は、温調計４３に接続されている。温調計と切替器が一体となったものもあり、そのようなものとしては例えば山武社製のＳＤＣ−４６Ａがある。この温調計４３は、切替器４４を介してエミッション電流計４７からの入力信号１及び２色式放射温度計７からの入力信号２を入力すると共に、フィラメント電源サイリスタ４１ａを介してフィラメント電源４１への出力信号１及び加速電源サイリスタ４２ａを介して加速電源４２への出力信号２を出力する。
【００３９】
ＰＬＣ４８は、フィラメント電源４１のサイリスタ４１ａを介してフィラメント電源４１に出力すべき加速電圧値を示す出力信号３を出力する。また、ＰＬＣ４８は、加速電源４２のサイリスタ４２ａを介して加速電源４２に出力すべき加速電圧値を示す出力信号４を出力可能である。
【００４０】
次に、図３から図６を参照して、上記のように構成された電子衝撃加熱装置１の作用と共に、本発明に係る実施形態の温度制御方法について説明する。
【００４１】
電子衝撃加熱装置１のヒータ１０を作動させるには、フィラメント電源４１からフィラメント１４に電力を供給する。このフィラメント１４は、直流の加速電源４２により負電位にバイアスされている。一方、加熱容器１１は、例えば、少なくとも一部がカーボン等の導電体で作製されており、地絡電位となっている。全体が導電体で構成されていても良い。
【００４２】
したがって、フィラメント１４を加熱容器１１に対して負電位とし、熱電子に対して加熱容器に向かう加速電圧を印加することにより、フィラメント１４から発生した熱電子が加熱容器１１へ向かって加速され、加速熱電子が加熱容器１１に衝突することにより、加熱容器１１が加熱される。この加熱された加熱容器１１の閉塞端の加熱プレート１１ａからの輻射熱で、この加熱プレート１１ａに対向配置されたＳｉＣウェーハ２１が加熱されることになる。
【００４３】
ここで、半導体基板の活性化アニール処理では、半導体デバイスの信頼性を高めるため、注入不純物を１００％電気的に活性化させ、完全な結晶に回復させることが重要である。また、工業的な観点から活性化アニール処理の処理時間を短時間にすることが重要である。
【００４４】
図３に示すように、本発明者等は、注入不純物を１００％電気的に活性化させ、結晶欠陥を完全に回復させるには、２０００℃レベルの高温で１０分間アニールすることで実現できることを見出した。図３は、１０分間アニールした場合のＳｉＣ−ｐウエルにおける活性化率の温度依存性を示す説明図である。図３では、電子衝撃加熱方式において、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴのｐウエルを形成するため、アルミニウム注入サンプルを用いている。なお、ＭＯＳＦＥＴとは、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｅｉｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒである。
【００４５】
一方、これまでのＳｉＣに窒素を注入しｎ+コンタクト領域を形成するアニール処理の研究から、ＳｉＣの活性化アニールにおいて、より高い活性化率を得るには、より高温で加熱処理することにより、短時間で処理可能なことを見出した（下記文献参照）。文献；Ｍ．Ｓｈｉｂａｇａｋｉ，Ｙ．Ｋｕｒｅｍａｔｓｕ，Ｆ．Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｓ．Ｈａｇａ，Ｋ．Ｍｉｕｒａ，Ｔ．Ｓｕｚｕｋｉ  ａｎｄ  Ｍ．Ｓａｔｏｈ：Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ  Ｆｏｒｕｍ  Ｖｏｌ．４８３−４８５，６０９（２００５）
そこで、本実施形態の温度制御方法では、２０００℃以上の超高温で半導体基板の活性化アニール処理を行う。その際、制御系４０が、直流の加速電源４２の加速電圧とフィラメント電流値を制御して、フィラメント温度が加熱容器１１の表面温度（以下、「ヒータ温度」とも称する。）がよりも高くなるように制御している。
【００４６】
具体的には、制御系４０は、図４から図７の４つのステップで温度制御を行う。図４は、本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ１を示す説明図である。図５は、本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ２を示す説明図である。図６は、本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ３を示す説明図である。図７は、本実施形態の温度制御方法における温度制御シーケンスのステップ４を示す説明図である。
【００４７】
なお、制御系４０は、２色式放射温度計７によりヒータ温度を間接的にモニタしている。さらに、フィラメント電流計４５によりフィラメント電流値をモニタし、エミッション電流計４７によりエミッション電流値をモニタし、加速電圧計４６により加速電圧をモニタしている。
【００４８】
以下に、ヒータ温度が２０５０℃になるように、本発明の温度制御方法を適用して加熱する実施形態について、図４〜７を参照して詳細に説明する。ここで、ヒータ温度、切替温度、エミッション電流値、加速電圧などの設定値は、任意に変更可能であり、本実施形態に限定されるものではない。
【００４９】
図４のステップ１では、フィラメント１４の吸着ガスの脱ガスを行い、異常放電を防止するために、加速電圧を印加することなくフィラメント１４の加熱を行う。フィラメント電流を５秒間に１アンペアづつ増大させ、２５アンペアまで上昇させたところで、５秒間保持させる。このときＰＬＣ４８は、直接フィラメント電源４１のサイリスタ４１ａを介してフィラメント１４に出力すべき電流値を示す出力信号３を出力し、フィラメント電源４１のサイリスタ４１ａを介して該電流値の電流がフィラメント電源４１より出力される。上述したステップ１は、図８のステップ１に対応する。
【００５０】
図５のステップ２では、ステップ１と同様に異常放電を防止するために、エミッション電流を引き出す加速電圧を徐々に印加する。フィラメント電流値は２５アンペアで保持させておき、加速電圧を、−２．７キロボルトまで５秒間に−４００ボルトづつ上昇させる。このときＰＬＣ４８は、直接フィラメント電源４１のサイリスタ４１ａへフィラメント電流値が２５アンペアの一定値となるように、出力信号３を出力し、フィラメント電源４１のサイリスタ４１ａは、出力信号３に応じた出力信号をフィラメント電源へ出力し、フィラメント電流値を出力・制御する。その一方で、ＰＬＣ４８は、直接加速電源４２のサイリスタ４２ａへ加速電圧値の出力信号４を出力し、加速電源４２より該加速電圧がフィラメント１４に出力される。このステップ２は、図８のステップ２に対応する。
【００５１】
図６のステップ３では、エミッション電流値を８アンペアの一定値として昇温速度を高くし、ヒータ１０を高速に加熱する。加熱初期段階は、ヒータ１０が冷えているためエミッション電流が引き出されにくい、このためフィラメント電流値を徐々に上昇させて、ヒータ温度が１７５０℃（図８のＡ点）まで、エミッション電流値が８アンペアとなるように制御する。エミッション電流値が８アンペアに到達し、ヒータ１０が暖められてくると、エミッション電流が引き出されやすくなるため、フィラメント電流値を徐々に減少させながら、エミッション電流値が８アンペアに維持されるように制御し、ヒータ１０を加熱していく。ＰＬＣ４８は、加速電源４２のサイリスタ４２ａへ加速電圧−２．７キロボルトの一定値になるように、出力信号４を出力する。加速電源４２のサイリスタ４２ａから加速電源４２へ出力信号４に応じた電圧が出力され、加速電圧から−２．７キロボルトの一定値に維持する。
【００５２】
一方、切替器４４により温調計４３での制御ループがフィラメント電流を制御することによるエミッション電流を一定に維持する温度制御に切り替えられる。ＰＬＣ４８からは温調計４３にエミッション電流値が８アンペアの一定値となるような設定値の出力信号が出力され、エミッション電流計４７により測定されたエミッション電流値との比較を温調計４３で行い、所望のエミッション電流値に維持されるようフィラメント電流値をフィラメント電源４１のサイリスタ４１ａを介して制御する。フィラメント電源４１のサイリスタ４１ａにより前述のようなフィラメント電流になるような電流をフィラメント電源から出力させ、エミッション電流値を制御することで、エミッション電流値が一定となるように維持しつつ、加速電圧を一定に維持して加熱する。
【００５３】
このステップ３は、図８のステップ３に対応する。
なお、このステップ３は、本発明の技術的課題を解決するために必須の構成ではないため、上述したステップ２の後、ステップ３をスキップして、以下のステップ４へ移行してもよい。
【００５４】
図７のステップ４では、ヒータ温度が１７５０℃（図８でＡと表記されている点）に到達すると、切替器４４が作動して温調計４３での制御ループが加速電圧（エミッション電圧）を用いた温度制御に切り替えられる。温度制御が切り替えられたときのフィラメント電流値をＰＬＣ４８に記憶させ、その値を出力信号３として、ＰＬＣ４８でフィラメント電源４１のサイリスタ４１ａを直接制御して、フィラメント電流値が２８アンペアの一定値となるようにする。ヒータ温度を検出した検出器９からの温度測定値（入力信号２）が温調計４３に入力される。温調計４３で、ヒータ温度の設定値２０５０℃と比較し、オーバーシュートやアンダーシュートすることなく、ヒータ温度が上昇し、設定値２０５０℃となるように、加速電源４２のサイリスタ４２ａへ温調計４３から出力信号２を出力し、加速電源４２のサイリスタ４２ａを介して該加速電源４２から設定値を実現するような加速電圧が出力される。加速電圧は、予め設定されたＰＩＤ（Ｐ：比例、Ｉ：積分、Ｄ：微分）値に基づき制御される。本実施携帯における加速電圧制御時のフィラメント１４への印加電流値は２８アンペアであり、温度が最終的に安定したときのフィラメント温度は、非特許文献２からおよそ２２００℃と算出される。よって、ヒータ温度を２０５０℃に昇温させても、フィラメント温度の方がヒータ１０を含む周囲の温度よりも高く、エミッション電流の熱暴走を抑え、安定した温度制御が可能であった。
【００５５】
最後に、ヒータ温度が２０５０℃に到達してから１分間加熱保持した後、フィラメント電流と加速電圧をオフして、冷却を行う。
【００５６】
ステップ４は、図８のステップ４に対応する。
【００５７】
ここで、フィラメント電流値を一定に維持する設定値は、フィラメント１４を流れる電流でフィラメント自体が加熱される温度が、ヒータ温度と一致するかそれ以上であることが必要である。なお、本実施形態において、フィラメント温度とヒータ温度が一致する温度は、上記表３及び後述の図８のＡ点に示す１７５０℃である。この設定温度は、予め表３に相当するデータを取得し、フィラメント温度とヒータ温度が一致する温度を求めておき、上記温度に相当するフィラント電流値を決定しておくことが望ましい。
【００５８】
上記温度制御方法の温度制御シーケンスのアルゴリズムは、例えば、上記制御系４０に備えられた不図示のハードディスクやＲＯＭ等の記録装置に温度制御プログラムとしてインストールされており、不図示のＣＰＵによってＲＡＭに読み出されて実行される。
【００５９】
記録媒体は、コンピュータによる読み取り可能な可搬性の記録媒体であり、記録媒体に記録された温度制御プログラムは上記記憶装置にインストールされる。記録媒体としては、コンパクトフラッシュ（登録商標）、スマートメディア（登録商標）、メモリースティック（登録商標）、マルチメディアカード、ＳＤメモリカード等のフラッシュメモリ系が挙げられる。また、マイクロドライブ（登録商標）等のリムーバブルハードディスク系、フロッピー（登録商標）ディスク等の磁気記録系が挙げられる。さらに、ＭＯ等の光磁気記録系、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ＋ＲＷ（登録商標）、ブルーレイ等の光ディスク等が挙げられる。
【００６０】
上記のような制御により、本発明ではフィラメント温度を常にヒータ温度よりも高い状態を維持しつつヒータを昇温させることができるので、エミッション電流値の熱暴走を防ぎ、２０００℃以上の超高温領域でも再現性よくヒータ温度を制御可能である。
【００６１】
即ち、本実施形態によれば、フィラメント温度を常に加熱容器１１の表面温度よりも高温に保ち、フィラメント１４から加熱容器１１へ常に放熱できる状態になるようにフィラメント電流値を制御し、加速電圧を制御する。これにより、加熱容器１１に衝突する熱電子のエネルギーを変化させてヒータ温度を制御し、イオン注入されたＳｉＣ半導体基板の活性化アニールにおいて、２０００℃以上の超高温領域でも安定した温度制御が可能となる。さらに、ＳｉＣ半導体基板の製造において、イオン注入した不純物を１００％の電気的活性化と完全な結晶欠陥の消失を工業的に実現させることができ、信頼性の高い半導体デバイスを高い生産性を持って製造できる。
【実施例】
【００６２】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００６３】
本実施例では、上記電子衝撃加熱装置１を用いて、本発明に係る温度制御方法により実際にヒータ温度の制御実験を行った。
【００６４】
図８は、ヒータ温度２０５０℃（ウェーハステージ温度１９００℃）にて、１分間保持したときの温度プロファイル曲線を示す説明図である。
【００６５】
次に、ＳｉＣにイオン注入を施した基板の活性化アニールについて説明する。
【００６６】
処理基板２１として、４度オフ角を有するｎ型４Ｈ−ＳｉＣ（０００１）板に、ドーパントとして窒素を注入してｎ+型炭化ケイ素（ＳｉＣ）エピ層を化学気相成長法（ＣＶＤ法）にて１０μｍ成長させたものを用いた。
【００６７】
処理基板２１は、ＲＣＡ洗浄、犠牲酸化、フッ酸処理を行い、イオン注入用の保護酸化膜を１０ｎｍ成膜して、サンプルとした。このサンプルを基板温度を昇温可能なイオン注入機にて５００℃に加熱し、アルミニウムの注入エネルギーレンジを４０ｋｅＶから７００ｋｅＶにて、注入濃度２．０×１０18／ｃｍ3、深さ０．８μｍになるように、多段でボックスプロファイル状に注入した。
【００６８】
保護酸化膜をフッ酸処理にて除去した後、本発明に係る電子衝撃加熱装置１にて本サンプルを活性化処理し、ＣＶ測定にて測定したキャリア濃度を注入濃度で除した活性化率の温度・時間依存性を評価した。
【００６９】
図９は、サンプルの活性化率と処理温度の関係を示す説明図である。図９に示すように、活性化アニール処理温度が２０００℃のとき、活性化率が１００％になるには１０分間掛かったが、２０５０℃のときは１分間で活性化率が１００％にできることが判った。
【００７０】
よって、本発明を用いることで、２０００℃を超える超高温でも安定性よく温度制御でき、短時間でのアニール処理が可能となる。即ち、炭化ケイ素（ＳｉＣ）に注入された不純物の電気的活性化を１００％にし、残留結晶欠陥を完全に消失させ、信頼性の高い炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた半導体基板の製作を可能となった。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これは本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態とは異なる種々の態様で実施することができる。
【００７２】
上記実施例では、例えば、ＳｉＣにＡｌを不純物として注入した場合の半導体基板の熱処理について説明したが、上記以外の不純物含有半導体基板の熱処理にも適用することができることは言うまでもない。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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