(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランプ加熱装置に投入された基板の基板温度を温度測定用基板を用いて測定する温度測定方法であって、
結晶状態で形成された第１の半導体層と、該第１の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第２の半導体層と、該第２の半導体層の上に形成された光吸収膜とを有する温度測定用基板を準備する工程と、
前記温度測定用基板を前記ランプ加熱装置に投入した後、投入された前記温度測定用基板にランプ光を照射することにより、前記光吸収膜を介して前記第２の半導体層を加熱する工程と、
加熱された前記第２の半導体層における前記第１の半導体層との界面が、アモルファス状態から結晶状態に回復する際の回復レートの値を算出する工程と、
前記回復レートの値と該回復レートの値に対する温度との関係から、ランプ光が照射された前記温度測定用基板の温度を測定する工程とを備えていることを特徴とする温度測定方法。
【請求項２】
前記ランプ光の少なくとも一部は、前記第１の半導体層を透過する波長を有していることを特徴とする請求項１に記載の温度測定方法。
【請求項３】
前記ランプ光は、前記第１の半導体層に対する透過率が所定温度帯域で増大する波長を有していることを特徴とする請求項２に記載の温度測定方法。
【請求項４】
前記ランプ光の波長は、約１．０μｍ以上且つ約３．０μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度測定方法。
【請求項５】
前記第１の半導体層及び第２の半導体層はシリコンからなり、
前記光吸収膜は、金属を含む導電膜からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度測定方法。
【請求項６】
前記光吸収膜はシリサイド化が可能な金属からなり、
前記ランプ加熱装置はシリサイド化プロセスに用いることを特徴とする請求項５に記載の温度測定方法。
【請求項７】
前記所定温度帯域は約４５０℃〜約６００℃であることを特徴とする請求項５又は６に記載の温度測定方法。
【請求項８】
前記温度測定用基板は、前記第２の半導体層と前記光吸収膜との間に、前記第２の半導体層と前記光吸収膜とが互いに反応することを防止するバリア膜を有していることを特徴とする請求項５又は６に記載の温度測定方法。
【請求項９】
前記温度測定用基板の径は約３０．５ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１、２、５又は６に記載の温度測定方法。
【請求項１０】
ランプ加熱装置に投入された基板の基板温度を測定するための温度測定用基板であって、
結晶状態で形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第２の半導体層と、
前記第２の半導体層の上に形成された光吸収膜と、
前記第２の半導体層と前記光吸収膜との間に、前記第２の半導体層と前記光吸収膜とが互いに反応することを防止するバリア膜とを備えていることを特徴とする温度測定用基板。
【請求項１１】
径が約３０．５ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１０に記載の温度測定用基板。
【請求項１２】
ランプ加熱装置に投入された基板におけるランプ光の透過の程度により基板温度が影響を受けるか否かを評価するランプ加熱装置の評価方法であって、
結晶状態で形成された第１の半導体層と該第１の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第２の半導体層とを有する第１の温度測定用基板と、結晶状態で形成された第３の半導体層と該第３の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第４の半導体層と該第４の半導体層の上に形成された光吸収膜とを有する第２の温度測定用基板とを準備する工程と、
前記第１の温度測定用基板及び第２の温度測定用基板を前記ランプ加熱装置に投入した後、投入された前記第１の温度測定用基板及び第２の温度測定用基板にそれぞれランプ光を照射することにより、前記第２の半導体層を加熱すると共に、前記光吸収膜を介して前記第４の半導体層を加熱する工程と、
加熱された前記第２の半導体層の厚さの加熱時間に対する第１の変化の程度を求めると共に、加熱された前記第４の半導体層の厚さの加熱時間に対する第２の変化の程度を求める工程と、
前記第１の変化の程度と前記第２の変化の程度とを比較して、互いの変化の程度がほぼ等しい場合には、前記第１の温度測定用基板の基板温度が該第１の温度測定用基板を透過するランプ光の影響を受けにくいと評価し、前記第１の変化の程度が前記第２の変化の程度よりも小さい場合には、前記第１の温度測定用基板の基板温度が該第１の温度測定用基板を透過するランプ光の影響を受けやすいと評価する工程とを備えていることを特徴とするランプ加熱装置の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランプ加熱装置に投入された基板の温度及び温度分布をより正確に測定することができる温度測定方法及びそれに用いる温度測定用基板、並びに該温度測定用基板を用いたランプ加熱装置の評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいて、ウェハが熱にさらされる熱装置に投入されたウェハの実際の温度（実温度）を測定する方法が、国際公開ＷＯ９８／５７１４６号公報に開示されている。
【０００３】
該公報には、シリコンウェハの上部にイオン注入によりアモルファス層を形成し、アモルファス層が形成されたシリコンウェハを装置に投入して熱処理を行なうことにより、シリコンウェハの実温度を測定する方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者らは、前記従来の温度測定方法を種々検討した結果、後述するように、ランプ加熱装置を用いる場合には基板の実温度を正確に測定することができないという問題点を見出している。
【０００５】
前記従来の問題を解決するため、本発明は、ランプ加熱装置に投入された半導体基板の実温度及び温度分布を誤差なく測定することができるようにすることを第１の目的とする。さらに、ランプ加熱装置が、ウェハの成膜状態によりランプ光のウェハに対する透過光の影響を受ける装置か受けない装置かを評価できるようにすることを第２の目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記第１の目的を達成するため、本発明に係る温度測定方法は、ランプ加熱装置に投入された基板の基板温度を温度測定用基板を用いて測定する温度測定方法を対象とし、結晶状態で形成された第１の半導体層と、該第１の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第２の半導体層と、該第２の半導体層の上に形成された光吸収膜とを有する温度測定用基板を準備する工程と、温度測定用基板をランプ加熱装置に投入した後、投入された温度測定用基板にランプ光を照射することにより、光吸収膜を介して第２の半導体層を加熱する工程と、加熱された第２の半導体層における第１の半導体層との界面が、アモルファス状態から結晶状態に回復する際の回復レートの値を算出する工程と、回復レートの値と該回復レートの値に対する温度との関係から、ランプ光が照射された温度測定用基板の温度を測定する工程とを備えている。
【０００７】
本発明の温度測定方法によると、温度測定用基板がアモルファス状態の第２の半導体層の上に形成された光吸収膜を有しているため、第１の半導体層及び第２の半導体層を透過してこれら半導体層の加熱に寄与しないランプ光が、光吸収膜により吸収される。このため、第２の半導体層の熱処理後の厚さから算出する温度換算用の回復レートの値をより正確に求めることができる。
【０００８】
本発明の温度測定方法において、ランプ光の少なくとも一部が、第１の半導体層を透過する波長を有していることが好ましい。このような場合に、本発明の効果を確実に得ることができる。
【０００９】
この場合に、ランプ光が、第１の半導体層に対する透過率が所定温度帯域で増大する波長を有していることが好ましい。このような場合に、本発明の効果を確実に得ることができる。
【００１０】
本発明の温度測定方法において、ランプ光の波長が約１．０μｍ以上且つ約３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の温度測定方法において、第１の半導体層及び第２の半導体層がシリコンからなり、光吸収膜が金属を含む導電膜からなることが好ましい。
【００１２】
この場合に、光吸収膜がシリサイド化が可能な金属からなり、ランプ加熱装置をシリサイド化プロセスに用いることが好ましい。このようにすると、光吸収膜がシリサイドプロセスの金属膜に相当するため、シリサイドプロセスと同一条件で基板温度の測定を行なうことができる。
【００１３】
また、この場合に、所定温度帯域が約４５０℃〜約６００℃であることが好ましい。
【００１４】
この場合に、温度測定用基板が、第２の半導体層と光吸収膜との間に、第２の半導体層と光吸収膜とが互いに反応することを防止するバリア膜を有していることが好ましい。
【００１５】
本発明の温度測定方法において、温度測定用基板の径が約３０．５ｃｍ（約１２インチ）以上であることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る温度測定用基板は、ランプ加熱装置に投入された基板の基板温度を測定するための温度測定用基板を対象とし、結晶状態で形成された第１の半導体層と、第１の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第２の半導体層と、第２の半導体層の上に形成された光吸収膜とを備えている。
【００１７】
本発明の温度測定用基板において、第２の半導体層と光吸収膜との間に、第２の半導体層と光吸収膜とが互いに反応することを防止するバリア膜をさらに備えている。
【００１８】
本発明の温度測定用基板において、その径が約３０．５ｃｍ（約１２インチ）以上であることが好ましい。
【００１９】
前記第２の目的を達成するため、本発明に係るランプ加熱装置の評価方法は、ランプ加熱装置に投入された基板におけるランプ光の透過の程度により基板温度が影響を受けるか否かを評価するランプ加熱装置の評価方法を対象とし、結晶状態で形成された第１の半導体層と該第１の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第２の半導体層とを有する第１の温度測定用基板と、結晶状態で形成された第３の半導体層と該第３の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第４の半導体層と該第４の半導体層の上に形成された光吸収膜とを有する第２の温度測定用基板とを準備する工程と、第１の温度測定用基板及び第２の温度測定用基板をランプ加熱装置に投入した後、投入された第１の温度測定用基板及び第２の温度測定用基板にそれぞれランプ光を照射することにより、第２の半導体層を加熱すると共に、光吸収膜を介して第４の半導体層を加熱する工程と、加熱された第２の半導体層の厚さの加熱時間に対する第１の変化の程度を求めると共に、加熱された第４の半導体層の厚さの加熱時間に対する第２の変化の程度を求める工程と、第１の変化の程度と第２の変化の程度とを比較して、互いの変化の程度がほぼ等しい場合には、第１の温度測定用基板の基板温度が該第１の温度測定用基板を透過するランプ光の影響を受けにくいと評価し、第１の変化の程度が第２の変化の程度よりも小さい場合には、第１の温度測定用基板の基板温度が該第１の温度測定用基板を透過するランプ光の影響を受けやすいと評価する工程とを備えている。
【００２０】
本発明のランプ加熱装置の評価方法によると、吸収膜を設けない第１の温度測定用基板における第２の半導体層（アモルファス層）の厚さの変化の程度と、光吸収膜を設けた第２の温度測定用基板における第４の半導体層（アモルファス層）の厚さの変化の程度とを比較することにより、半導体基板を透過するランプ光の影響を受けやすい加熱装置であるか否かを評価することができる。
【００２１】
ここで、ランプ光の透過の影響を受けやすい装置とは、ランプ光が第１の温度測定用基板を相対的に多く透過することにより、その基板温度が装置に設けられた熱電対温度計等からなる温度計の指示値と異なるような装置をいう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
まず、国際公開ＷＯ９８／５７１４６号公報に記載されている、結晶状態で形成された第１の半導体層と、該第１の半導体層の上にアモルファス状態で形成された第２の半導体層とを有する従来の温度測定用ウェハを用いた温度測定方法の原理を説明する。
【００２３】
まず、分光エリプソメータにより、温度測定用ウェハにおける第２の半導体層の厚さを初期値ｔ０として測定しておき、続いて、温度測定用ウェハを熱装置、例えば熱処理装置に投入してａ秒間の熱処理を行なう。その後、第２の半導体層の熱処理後の厚さｔ１を分光エリプソメータにより測定する。ここで、アモルファス状態の第２の半導体層の厚さがｔ０からｔ１に減少するのは、第２の半導体層における第１の半導体層との界面がエピタキシャル成長するためである。
【００２４】
次に、第２の半導体層の厚さの初期値ｔ０及び熱処理後の厚さｔ１から、第２の半導体層の単位時間当たりの減少量、すなわち第２の半導体層の下部がアモルファス状態から結晶状態に回復する回復レートＲの値を算出する。ここで、回復レートＲは以下の式（１）により表わされる。
【００２５】
Ｒ＝｜ｔ１−ｔ０｜／ａ    …（１）
但し、０≦ｔ１≦ｔ０である。
【００２６】
式（１）から得られた回復レートＲを、図１３に示すグラフ（回復レートＲと温度Ｔとの関係：Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．４８，  Ｎｏ．１０  （１９９７）  ｐ．４２３４により作成）に適用すると、シリコンウェハ１０１の実温度を測定することができる。なお、ここでは、アモルファス化された第２の半導体層はヒ素（Ａｓ）イオンが注入されることにより形成されている。
【００２７】
本願発明者らは、図１に示す従来の構成を持つ温度測定用ウェハ１０Ａを用いて、図２（ａ）に示すランプ加熱装置１及び図２（ｂ）に示すヒータ加熱装置２におけるそれぞれのウェハ温度を測定する実験を行なった。
【００２８】
図１に示すように、温度測定用ウェハ１０Ａは、結晶シリコンからなる第１の半導体層１１ａと該第１の半導体層１１ａの上に形成されたアモルファスシリコンからなる第２の半導体層１１ｂとを有している。
【００２９】
ランプ加熱装置１は、図２（ａ）に示すように、チャンバ３内の上部に設けられ、１μｍ以上の発光波長を持つハロゲンランプ４を備えている。一方、ヒータ加熱装置２は、チャンバ３の上方に設けられたヒータ５を備えている。なお、図示はしていないが、加熱装置１、２に温度測定用ウェハ１０Ａをそれぞれ投入した後、各ウェハ１０Ａの下面には熱電対温度計が接触される。
【００３０】
図３は温度測定用ウェハ１０Ａの熱処理時間と第２の半導体層（アモルファス層）１１ｂの厚さとの関係を表わしている。図３において、縦軸はアモルファス層の厚さを示し、横軸は熱処理時間を示している。ここでは、各加熱装置１、２に投入した温度測定用ウェハ１０Ａに対して、それぞれ、温度が５５０℃で３０秒間及び６０秒間の２回ずつの加熱処理を行なった後の、各第２の半導体層（アモルファス層）１１ｂの厚さを測定している。なお、各ウェハ１０Ａの温度の測定には、各加熱装置１、２に設けられた熱電対温度計を用いている。
【００３１】
図３に示すように、ランプ加熱装置１とヒータ加熱装置２とにおける各アモルファス層の減少率を比較すると、ランプ加熱装置１を用いた場合の減少率はヒータ加熱装置２を用いた場合の減少率と比べて、熱処理時間に対するアモルファス層の回復レートが小さいことが分かる。
【００３２】
さらに、この回復レートと図１３に示したグラフから、ヒータ加熱装置２の熱電対温度計はウェハ１０Ａの実温度を表わしているものの、ランプ加熱装置１における熱電対温度計の指示値はウェハ１０Ａの実温度を表わしていないことを確認している。
【００３３】
本願発明者らは、このような温度測定用ウェハ１０Ａの加熱方式の相違により第２の半導体層１１ｂの減少量が大きく異なる原因について種々検討した結果、以下のような結論を得ている。
【００３４】
すなわち、図４に示すように、シリコンからなる温度測定用ウェハ１０Ａは、その実温度が約４５０℃〜６００℃の温度帯域で且つ１μｍ〜３μｍの波長帯域においてランプ光のウェハ１０Ａに対する吸収率が小さくなる。言い換えると、ランプ光のウェハ１０Ａに対する透過率が大きくなるため、熱電対温度計が示す温度はランプ光により上昇したとしても、温度測定用ウェハ１０Ａの温度は熱電対温度計が示す温度にまでは達していない。その結果、ランプ加熱装置１の熱電対温度計が示す温度と温度測定用ウェハ１０Ａの回復レートによる実温度とに誤差が生じる。
【００３５】
以上のことから、本願発明者らは、ランプ加熱装置１のウェハ温度を温度測定用ウェハ１０Ａを用いて測定する場合に、測定温度帯域が約４５０℃〜６００℃で且つ構成がシリコンからなる第１の半導体層１１ａの上部にアモルファスシリコンからなる第２の半導体層１１ｂを持つ温度測定用ウェハ１０Ａでは、ウェハの実温度を正確に測定することができないという知見を得ている。
【００３６】
この知見に基づいて、本発明は温度測定用ウェハの表面にランプ光を吸収する光吸収膜を設ける構成とする。
【００３７】
さらに、光吸収膜を設けない構成の温度測定用ウェハと、光吸収膜を設けた構成の温度測定用ウェハとを用いて、各アモルファス層の減少率からランプ加熱装置におけるウェハの実温度がランプ光の影響を受けるか否かを評価することが可能となる。
【００３８】
なお、温度測定用ウェハ１０Ａの第２の半導体層１１ｂを、例えばヒ素イオンの注入により形成した場合には、測定可能な温度範囲は、注入条件にも依るが、ほぼ４７５℃〜５７５℃である。
【００３９】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図５は本発明の第１の実施形態に係る温度測定方法に用いる温度測定用ウェハの断面構成を示している。
【００４１】
図５に示すように、第１の実施形態に係る温度測定用ウェハ１０Ｂは、例えば、単結晶シリコンからなる第１の半導体層１１ａと、該第１の半導体層１１ａの上部に形成された厚さが４１ｎｍのアモルファスシリコンからなる第２の半導体層１１ｂと、該第２の半導体層１１ｂの上に形成された厚さが約３ｎｍの酸化シリコンからなるバリア膜１２と、該バリア膜１２の上に形成された、厚さが約２０ｎｍの、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）からなる光吸収膜１３とにより構成されている。
【００４２】
以下、前記のように構成された温度測定用ウェハ１０Ｂの形成方法を図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて説明する。
【００４３】
まず、図６（ａ）に示すように、シリコンウェハ１１Ａを一酸化二窒素（Ｎ２  Ｏ）雰囲気で熱酸化処理を行なって、シリコンウェハ１１Ａの上部に厚さが約３ｎｍの酸化シリコンからなるバリア膜１２を形成する。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示すように、シリコンウェハ１１Ａに、加速エネルギーが約３０ｋｅＶ及びドーズ量が約３×１０１４ｃｍ−２の注入条件でバリア膜１２を介してヒ素イオンを注入することにより、シリコンウェハ１１Ａにアモルファスシリコンからなる第２の半導体層１１ｂを形成する。これにより、シリコンウェハ１１Ａの第２の半導体層１１ｂを除く部分は単結晶シリコンからなる第１の半導体層１１ａとなる。
【００４５】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えば、窒素雰囲気でターゲット材に金属チタンを用いたスパッタ法により、バリア膜１２上に窒化チタンからなる光吸収膜１３を成膜する。
【００４６】
第１の実施形態に係る温度測定用ウェハ１０Ｂをランプ加熱装置に適用すると、ランプ光の波長帯域が約１．０μｍ〜３．０μｍ以下であり、且つウェハの実温度が約４５０℃〜６００℃となった場合でも、ランプ光が温度測定用ウェハ１０Ｂの上部に設けた光吸収膜１３により吸収されるため、温度測定用ウェハ１０Ｂに対するランプ光の透過率が変わらない。
【００４７】
前述したように、ランプ加熱装置のなかには、ランプ光のうちの大部分がシリコンウェハを透過してしまうような波長帯域及び加熱温度帯域を含むランプ光を用いる装置が存在するため、アモルファスシリコンからなる第２の半導体層１１ｂのみを有する温度測定用ウェハ１０Ａを用いた温度測定では、ウェハの実温度を正確に測定できない。
【００４８】
一方、第１の実施形態に係る温度測定用ウェハ１０Ｂを用いると、光源と対向する上面に形成された光吸収膜１３によりランプ光が吸収されるため、ウェハの実温度を正確に測定することができる。
【００４９】
なお、第１の実施形態においては、光吸収膜１３に窒化チタン（ＴｉＮ）を用いたが、これに限られない。すなわち、ランプ光のシリコンに対する透過率がシリコンの温度によって変化したとしても、ランプ光を吸収できる材料であれば良い。例えば、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）又は白金（Ｐｔ）等の金属又は金属化合物を用いれば良い。
【００５０】
さらに、温度測定用ウェハ１０Ｂの光吸収膜１３として、チタン、コバルト、ニッケル又は白金等のシリサイド化が可能な金属を用いる場合には、温度測定用ウェハ１０Ｂによる温度測定を、シリコンウェハ上に金属膜を堆積するプロセスに適用すると良い。とりわけ、シリサイドプロセス用の加熱装置に適用すると良い。なぜなら、温度測定用基板１０Ｂが実際のプロセスと同等の状態で測定することができるからである。
【００５１】
第１の実施形態に係る温度測定用ウェハ１０Ｂは、光吸収膜１３と第２の半導体層１１ｂとの間に酸化シリコンからなるバリア膜１２を設けている。このバリア膜１２は必ずしも設ける必要はないが、第２の半導体層１１ｂが光吸収膜１３によりシリサイド化されるような場合には、バリア膜１２が第２の半導体層１１ｂのシリサイド化防止膜として機能するため好ましい。
【００５２】
なお、バリア膜１２は、酸化シリコンに限られず、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを用いてもよい。
【００５３】
また、温度測定用ウェハ１０Ｂにおける第１の半導体層１１ａ及第２の半導体層１１ｂはシリコンに限らず、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）又はリン化インジウム（ＩｎＰ）等を用いてもよい。
【００５４】
以下、第１の実施形態に係る温度測定用ウェハ１０Ｂを用いて、ウェハの実温度を測定する方法を説明する。
【００５５】
まず、図７に示すように、第２の半導体層１１ｂの厚さの初期値ｔ０が４１ｎｍである温度測定用ウェハ１０Ｂを、上部にハロゲンランプ４が設けられたウェハ加熱用のＲＴＡ（急速熱処理）装置２Ａのチャンバ３に投入する。
【００５６】
次に、温度測定用ウェハ１０Ｂを５５０℃で３０秒間加熱する。このときの温度の設定はＲＴＡ装置２Ａに設けられた熱電対等からなる温度計（図示せず）により行なう。
【００５７】
次に、図８（ａ）に示すように、温度測定用ウェハ１０Ｂをチャンバ３から取り出した後、図８（ｂ）に示すように、温度測定用ウェハ１０Ｂの光吸収膜１３を塩素ガス等によりエッチングして除去する。ここで、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す第１の半導体層１１ａにおける破線は、熱処理前の第１の半導体層１１ａと第２の半導体層１１ｂと界面の位置を表わしている。また、光吸収膜１３を除去するのは、分光エリプソメータにより、第２の半導体層１１ｂの加熱後の厚さｔ１を測定できるようにするためである。続いて、分光エリプソメータを用いて、温度測定用ウェハ１０Ｂの全面にわたって複数の測定ポイントにおける第２の半導体層１１ｂの加熱後の厚さｔ１をバリア膜１２を介して測定する。
【００５８】
続いて、第２の半導体層（アモルファス層）１１ｂの膜厚の初期値ｔ０と加熱後の厚さｔ１との差を算出し、単位時間当たりの回復レートＲを下記の式（２）により算出する。
【００５９】
Ｒ＝｜ｔ１−ｔ０｜／ａ    …（２）
但し、０≦ｔ１≦ｔ０である。
【００６０】
算出した回復レートＲを図１３に適用して温度に換算する。
【００６１】
また、温度測定用ウェハ１０Ｂは、半導体チップを形成するシリコンウェハからなるため、加熱装置に投入されたウェハの実温度を測定できるだけでなく、図９に示すように、ウェハの面内における温度分布をウェハの中心部のみならず周辺部をも含めてより正確に測定することができる。従って、面内の温度分布にばらつきが生じやすい、径が３０．５ｃｍ（１２インチ）以上のウェハであっても、その温度管理を確実に且つ容易に行なうことができる。
【００６２】
その上、ＲＴＡ装置２Ａに設けられた温度計により設定した設定温度とウェハの実温度との差を検出することができる。
【００６３】
なお、ランプ加熱装置として、光源にハロゲンランプを用いるＲＴＡ装置を例に挙げたが、ランプ光を熱源とする加熱装置であればよい。なかでも、ランプ光が所定の温度帯域においてウェハを透過してしまうため、ウェハ温度が設定値にまで到達しない装置に、第１の実施形態に係る温度測定用ウェハ１０Ｂを用いると、熱電対温度計に頼ることなく、ウェハの実温度を測定することができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６５】
図１０は本発明の第２の実施形態に係るランプ加熱装置の評価方法のフローを示している。
【００６６】
第２の実施形態においては、互いに構成が異なる２種類の温度測定用ウェハを用いて同一条件で温度測定を行なうことにより、ランプ加熱装置に設けられた温度計の指示値が、ランプ光のウェハに対する透過量により、すなわちウェハの成膜状態により、測定温度に影響を受けるか否かを評価する。
【００６７】
具体的には、絶縁膜又は導電膜が形成された状態のウェハと、これらの膜が形成されていない状態のウェハとにおいて、ランプ加熱装置に設けられている温度計の指示値が相異するか否かを判定することができる。なお、ウェハに照射されるランプ光は、ウェハを加熱するだけでなく、加熱中のウェハ温度を測定する場合にも用いられる。
【００６８】
第２の実施形態においては、２種類の温度測定用ウェハに、図１に示した第２の半導体層１１ｂが露出した温度測定用ウェハ１０Ａを第１のウェハとし、図５に示した第２の半導体層１１ｂがバリア膜１２及び光吸収膜１３により覆われた温度測定用ウェハ１０Ｂを第２のウェハとして用いる。
【００６９】
以下、具体的な評価方法を説明する。
【００７０】
まず、図１０が示す第１の工程ＳＴ１において、図１１に示す第１のランプ加熱装置２１及び第２のランプ加熱装置２２の各チャンバ３に、第１のウェハ１０Ａ及び第２のウェハ１０Ｂをそれぞれ投入する。但し、ここでは、第１のウェハ１０Ａにおける第２の半導体層１１ｂの厚さを４４ｎｍとし、第２のウェハ１０Ｂにおける第２の半導体層１１ｂの厚さを４１ｎｍとしている。
【００７１】
次に、図１０が示す第２の工程ＳＴ２において、第１のランプ加熱装置２１に投入された１組目の第１ウェハ１０Ａ及び第２のウェハ１０Ｂに対して５５０℃で３０秒間の熱処理を行なう。続いて、２組目の第１ウェハ１０Ａ及び第２のウェハ１０Ｂと交換して、今度は５５０℃で６０秒間の熱処理を行なう。同様に、第２のランプ加熱装置２２に対しても、１組目のウェハ１０Ａ、１０Ｂに対して５５０℃で３０秒間の熱処理を行ない、続いて、２組目のウェハ１０Ａ、１０Ｂに対して５５０℃で６０秒間の熱処理を行なう。
【００７２】
次に、第３の工程ＳＴ３において、それぞれ取り出した２組ずつのウェハ１０Ａ、１０Ｂを室温にまで冷却し、その後、第４の工程ＳＴ４において、第２の半導体層（アモルファス層）１１ｂの厚さをそれぞれ分光エリプソメータにより測定する。なお、前述したように、光吸収膜１３が形成されている第２のウェハ１０Ｂの場合は、該光吸収膜１３を除去してからアモルファス層の厚さを測定する。
【００７３】
次に、第５の工程ＳＴ５において、例えば、第１のウェハ１０Ａにおけるアモルファス層の減少率（第１の減少率）と、第２のウェハ１０Ｂにおけるアモルファス層の減少率（第２の減少率）とをそれぞれ算出する。ここで、減少率とは、アモルファス層の厚さにおける単位時間当たりの減少量をいう。
【００７４】
図１２（ａ）は第１のランプ加熱装置２１における第１のウェハ１０Ａの第１の減少率と第２のウェハ１０Ｂの第２の減少率とを表わしている。同様に、図１２（ｂ）は第２のランプ加熱装置２２における第１のウェハ１０Ａの第１の減少率と第２のウェハ１０Ｂの第２の減少率とを表わしている。なお、第２の実施形態においては、第１のウェハ１０Ａ及び第２のウェハ１０Ｂにおける各アモルファス層の厚さの変化を減少率を用いて比較したが、これに限られない。すなわち、温度測定用ウェハ１０Ａ、１０Ｂの各アモルファス層における厚さｔ１のそれぞれの変化の程度が分かればよい。
【００７５】
次に、第６の工程ＳＴ６において、加熱装置２１、２２ごとに、各グラフに基づいて、装置の温度計がウェハの成膜状態の影響を受けるか否かを判定する。
【００７６】
すなわち、図１２（ａ）が示すグラフから、光吸収膜１３を有さない第１のウェハ１０Ａにおける第１の減少率は、光吸収膜１３を有する第２のウェハ１０Ｂにおける第２の減少率と比べて、その値が小さいことが分かる。このことは、第１のウェハ１０Ａにおける第２の半導体層１１ｂが、第２のウェハ１０Ｂにおける第２の半導体層１１ｂと同程度に加熱されていないことを表わしている。言い換えれば、第１のランプ加熱装置２１のランプ光の少なくとも一部が第１のウェハ１０Ａを透過してしまい、ウェハの実温度が第２のウェハ１０Ｂと同等に上昇していないことを表わしている。これにより、第１のランプ加熱装置２１は、ウェハの成膜状態の影響を受ける装置であることが分かる。
【００７７】
一方、図１２（ｂ）に示すグラフから、第１のウェハ１０Ａにおける第１の減少率と第２のウェハ１０Ｂにおける第２の減少率とは同等であることが分かる。すなわち、第２のランプ加熱装置２２におけるランプ光は、第１のウェハ１０Ａをほとんど透過せず、該ウェハの実温度が第２のウェハ１０Ｂと同等に上昇していることを表わしている。従って、第２のランプ加熱装置２２は、ウェハの成膜状態の影響を受けない装置であることが分かる。
【００７８】
以上のことから、ランプ加熱装置に設けられている温度計の指示値がウェハの成膜状態により影響を受けるか否かを評価することができる。
【００７９】
その上、ランプ加熱装置の評価結果を用いると、温度測定用ウェハを用いてウェハ温度を測定するには、第１のランプ加熱装置２１のような、ウェハの成膜状態の影響を受ける装置の場合には、ウェハに対するランプ光の透過率が変化しない第２のウェハ１０Ｂを用いれば良いことが分かる。
【００８０】
逆に、第２のランプ加熱装置２２のような、ウェハの成膜状態の影響を受けない装置でウェハの実温度を測定するには、第１のウェハ１０Ａ及び第２のウェハ１０Ｂのいずれを用いても良い。但し、温度測定用ウェハの製造コストの面からは、光吸収膜を持たない第１のウェハ１０Ａを用いることが好ましい。
【００８１】
なお、第２の実施形態においては、第２の半導体層１１ｂの結晶層への回復レートを算出していない。それは、ランプ加熱装置自体がウェハの成膜状態の影響を受けるか否かを判定すれば十分だからであり、回復レートを算出して、わざわざウェハの温度までを求める必要がないからである。
【００８２】
【発明の効果】
本発明に係る温度測定方法によると、第１の半導体層及び第２の半導体層を透過してこれら半導体層の加熱に寄与しないランプ光が、光吸収膜により吸収されるため、第２の半導体層の熱処理後の厚さから算出する温度換算用の回復レートの値をより正確に求めることができるので、ランプ加熱装置に投入された半導体基板の実温度を測定することができる。
【００８３】
また、本発明に係るランプ加熱装置の評価方法によると、吸収膜を設けない第１の温度測定用基板における第２の半導体層の厚さの変化の程度と、光吸収膜を設けた第２の温度測定用基板における第４の半導体層の厚さの変化の程度とを比較することにより、半導体基板を透過するランプ光の影響を受けやすい加熱装置であるか否かを評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の温度測定用ウェハを示す構成断面図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は従来の温度測定用ウェハを用いてウェハ温度を測定する様子を模式的に示し、（ｂ）はランプ加熱装置の構成断面図であり、（ｂ）はヒータ加熱装置の構成断面図である。
【図３】図２の測定結果であって、温度測定用ウェハの熱処理時間と第２の半導体層（アモルファス層）の厚さとの関係を表わすグラフである。
【図４】シリコンウェハによる光の吸収率の波長及び温度依存性を表わすグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る温度測定用ウェハを示す構成断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る温度測定用ウェハの形成方法を示す工程順の構成断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る温度測定用ウェハを用いてウェハ温度を測定するランプ加熱装置の模式的な構成断面図である。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る温度測定方法における温度測定用ウェハの工程順の構成断面図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る温度測定方法により求めたウェハの面内の温度分布を示す平面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るランプ加熱装置の評価方法を示すフロー図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るランプ加熱装置の評価方法における加熱方法を示す２種類のランプ加熱装置の模式的な構成断面図である。
【図１２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係るランプ加熱装置の評価方法における温度測定用ウェハのアモルファス層の減少率を表わし、（ａ）はウェハの成膜状態の影響を受ける加熱装置のグラフであり、（ｂ）はウェハの成膜状態の影響を受けない加熱装置のグラフである。
【図１３】アモルファス層の回復レートと温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
２Ａ      ＲＴＡ装置
２１      第１のランプ加熱装置
２２      第２のランプ加熱装置
３        チャンバ
４        ハロゲンランプ
１０Ａ    （第１の）温度測定用ウェハ
１０Ｂ    （第２の）温度測定用ウェハ
１１ａ    第１の半導体層
１１ｂ    第２の半導体層
１１Ａ    シリコンウェハ
１２      バリア膜
１３      光吸収膜
【図１】
0003593080.tif 000002
【図２】
0003593080.tif 000003
【図３】
0003593080.tif 000004
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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