(57)【要約】【課題】  遮光性の低い半導体基板の温度が低い状態においても正確な基板温度の測定及び半導体基板に対する高い精度の加熱を可能にする急速熱処理装置及び方法を提供する。【解決手段】  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、処理チェンバ内に配設され基板を支持する基板支持部と、基板支持部に支持された基板の表面側を光照射して加熱するランプ部と、基板の裏面側に配設され基板からの輻射光を受光する温度センサと、温度センサの出力結果に基づいて基板温度を算出する温度算出部と、温度算出部により算出された基板温度に基づいてランプ部の照射強度を制御するランプパワー制御部とを備える。ランプパワー制御部は、ランプ部を間欠的に点灯し、ランプ部を点灯していない時に温度センサの受光した輻射光に基づき算出した基板温度に応じて、ランプ部の照射強度を制御する。【選択図】  図７
2006066452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、前記ランプ部を間欠的に点灯し、前記ランプ部を点灯していない時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき前記温度算出部の算出した基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする急速熱処理装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ランプ部の照射強度を制御する際に、前記ランプ部の点灯時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき算出される基板温度を無視することを特徴とする請求項１記載の急速熱処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ランプ部を点灯している時に前記温度センサの受光した光から算出した基板温度と、前記ランプ部を点灯していない時に前記温度センサの受光した輻射光から算出した基板温度との差が、所定のしきい値以下になった場合に、前記ランプ部の間欠照射を終了し、連続照射に切り換え、前記連続照射において、前記制御部が前記ランプ部の点灯時に前記温度センサから求めた基板温度に応じて前記ランプの照射強度を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の急速熱処理装置。
【請求項４】
基板支持部に支持された半導体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基板温度に基づい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半導体基板を加熱する急速熱処理方法であって、
前記ランプ部を間欠的に点灯する間欠照射手順と、
前記ランプ部を点灯している時の前記温度センサの出力結果に応じて算出される第１の基板温度を取得する第１温度取得手順と、
前記ランプ部を点灯していない時の前記温度センサの出力結果に応じて算出される第２の基板温度を取得する第２温度取得手順と、
前記第１の基板温度と前記第２の基板温度との差が所定のしきい値より大きい場合に、前記第２の基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御する照射強度制御手順と
を含むことを特徴とする急速熱処理方法。
【請求項５】
前記第１の基板温度と前記第２の基板温度との差が前記しきい値以下になるまで、前記間欠照射手順、前記第１温度取得手順及び前記第２温度取得手順を繰り返し実行することを特徴とする請求項４記載の急速熱処理方法。
【請求項６】
前記第１の基板温度と前記第２の基板温度との差が前記しきい値以下になった場合に、前記間欠照射手順を終了して、前記ランプ部を連続的に点灯する連続照射手順をさらに含み、前記連続照射手順において、前記ランプ部の点灯時に前記温度センサから求めた基板温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする請求項４又は５記載の急速熱処理方法。
【請求項７】
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、前記ランプ部の発光出力を間欠的に減衰させ、前記ランプ部の発光出力を減衰させた時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき前記温度算出部の算出した基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする急速熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板を加熱するための急速熱処理装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の１つとして、半導体基板（ウェハ）の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と前記反射板で多重反射した半導体基板からの輻射光を受光する輻射光検出センサと、半導体基板から放射された輻射光を直接検出して前記輻射光検出センサの出力結果と合わせて半導体基板裏面の輻射率（もしくは反射率）を算出する輻射率モニターとを備えている。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。
【０００３】
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、輻射光検出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。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、温度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温度まで加熱する。
【０００４】
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。
【０００５】
図９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９の右側に、加熱用ランプの強度を周期的に変動したときの輻射光検出センサの出力信号の波形を示す。
【０００６】
図９の測定手法では、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ている。
【特許文献１】米国特許第５１５４５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の従来の熱処理方法では、半導体基板の遮光性が十分に高いことが前提条件となっており、キャリア濃度が低い半導体基板を加熱する場合、基板温度が低い状態では、近赤外光領域の遮光性が低いために、加熱用ランプの光が基板を透過し、半導体基板からの輻射光を受光するための温度センサに到達してしまうために、半導体基板の正確な温度が測定できないという問題がある。
【０００８】
図３は、従来の急速熱処理装置においてランプ強度と温度センサが検出する温度の時間的推移を説明するための図である。
【０００９】
図3に示した温度推移（見かけ上の温度）は、基板温度が低い状態で、近赤外領域の遮光性が不十分な半導体基板に対し、従来の急速熱処理装置の加熱用ランプで連続的に照射した時に、温度センサの出力結果に基づいて検出した温度の時間的推移である。
図３の温度推移では、処理チェンバに半導体基板を投入して４秒後にランプ強度（ランプパワー）を上げると同時に、半導体基板の温度が急激に上昇しているように見える。これは、半導体基板を透過した光が温度センサに到達したために、見かけ上温度が高く見えているだけであり、半導体基板の真の温度（図３の点線）を反映していない。
また、７秒後から１２秒後の間、ランプ照射しているにも関わらず、温度があまり上昇していないのは、ランプ照射することにより半導体基板の温度が上がり、半導体基板から輻射される光強度が上昇した分と、半導体基板の温度が上がったことにより半導体基板中のキャリア濃度が上昇し、近赤外領域の遮光性が改善され透過光の強度が低下した分が打ち消し合い、温度センサが受光する光強度の変化が比較的小さくなったためである。
このように、半導体基板の遮光性が不十分な場合には、加熱用ランプの光が基板を透過し、半導体基板からの輻射光を受光するための温度センサに到達してしまうため、半導体基板を透過した透過光と半導体基板からの輻射光を分離しなければ、半導体基板の正確な温度を測定し、また正確に半導体基板の温度を制御することは困難である。
また、特許文献１の手法では、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ために、透過率の相対誤差は、加熱用ランプの照射強度センサの相対誤差と、透過光強度センサの相対誤差との和の２倍となる（図９参照）。さらに、このように算出した透過率に基づいて、透過光と輻射光を分離するために、温度測定の誤差はさらに大きくなってしまう。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、遮光性の低い半導体基板の温度が低い状態においても正確な基板温度の測定及び半導体基板の高い精度の加熱を可能とする急速熱処理装置及び方法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】
【００１０】
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、前記ランプ部を間欠的に点灯し、前記ランプ部を点灯していない時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき前記温度算出部の算出した基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の急速熱処理方法は、基板支持部に支持された半導体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基板温度に基づい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半導体基板を加熱する急速熱処理方法であって、前記ランプ部を間欠的に点灯する間欠照射手順と、前記ランプ部を点灯している時の前記温度センサの出力結果に応じて算出される第１の基板温度を取得する第１温度取得手順と、前記ランプ部を点灯していない時の前記温度センサの出力結果に応じて算出される第２の基板温度を取得する第２温度取得手順と、前記第１の基板温度と前記第２の基板温度との差が所定のしきい値より大きい場合に、前記第２の基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御する照射強度制御手順とを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、上記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、前記ランプ部の発光出力を間欠的に減衰させ、前記ランプ部の発光出力を減衰させた時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき前記温度算出部の算出した基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする急速熱処理装置。
【００１３】
本発明では、半導体基板の一方の側から加熱用ランプを間欠的に点灯又は減衰させて、ランプ光が照射されてない時にもう一方の側に配設した温度センサで検出された光強度より透過光の影響を排した基板温度を求め、その基板温度に応じてランプ強度を制御する。
【発明の効果】
【００１４】
上述のごとく本発明によれば、加熱用ランプを間欠的に点灯又は減衰させることにより、半導体基板の遮光性が不十分である場合にも、ランプ光が照射されていない時に半導体基板に対してランプ部と反対側に配設された温度センサが受光した光強度に応じて基板温度を求めることにより、透過光の影響を排除して基板温度を正確に測定することが可能となり、その基板温度に基づいて加熱用ランプの照射強度を制御することにより、半導体基板の温度が低い時の基板温度を正確に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の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。
【００１７】
図１の急速熱処理装置は、半導体基板１を温度制御しながら熱処理を行う半導体製造装置である。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３１の上端に取り付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、チェンバ底部４の最上部に半導体基板１の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１２が形成される。この光学的閉空間１２は、輻射光の温度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。
【００１８】
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用ランプ（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ）を含むランプ群５１が配設されている。
また、チェンバ底部４には、半導体基板１からの輻射光を受光する複数の温度センサ（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ）を含む温度センサ群６１が配設されている。温度センサ群６１の各温度センサは、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、各温度センサの測定結果（センサ出力信号）を温度算出部９に出力する。
【００１９】
温度算出部９は、温度センサ群６１の各温度センサからの出力信号をモニターして、各温度センサが検出した半導体基板１からの輻射光に基づき、半導体基板１の温度を算出する。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の各ランプの照射強度を制御する。
次に、図２を用いて本発明の急速熱処理装置の動作原理を説明する。
図２は、本発明の急速熱処理装置においてランプ点灯時と消灯時に温度センサが受光する光を説明するための図である。
図２において、１１１は半導体基板１からの輻射光、１１２は半導体基板１を透過して半導体基板裏面側の光学的閉空間１２に到達した透過光、１１３は半導体基板１の表面で反射された反射光、１２１は半導体基板加熱用ランプ群５１の照射光をそれぞれ示す。
図２の（ａ）は急速熱処理装置のランプ点灯（ＯＮ）時に温度センサ６１が受光する光を示し、図２の（ｂ）は急速熱処理装置のランプ消灯（ＯＦＦ）時に温度センサ６１が受光する光を示す。
【００２０】
上述のごとく、本発明の急速熱処理装置では、温度算出部９及びランプパワー制御部１０により、温度センサ群６１の測定結果に基づいて、ランプ群５１の各ランプの照射強度が制御される。図２（ａ）に示したように、ランプ点灯（ＯＮ）時に温度センサ６１が受光する光は、半導体基板１からの輻射光１１１及び透過光１１２である。
【００２１】
例えば、キャリア濃度が低い半導体基板（基板抵抗：1mΩcm〜1kΩcm、直径200mmのウェハ厚さ：700〜750μm、又は直径300mmのウェハ厚さ：750〜800μm）を加熱する場合、基板温度が低い状態では、近赤外光領域の遮光性が低いために、加熱用ランプからの光が半導体基板１を透過して、半導体基板からの輻射光を受光するための温度センサに到達してしまう。このため、半導体基板の正確な温度が測定できない。したがって、このような場合、温度算出部９及びランプパワー制御部１０による各ランプの照射強度の制御は不正確なものとなってしまう。
【００２２】
図３で説明した従来の急速熱処理装置の問題点を解消するために、本発明の急速熱処理装置では、半導体基板を加熱するための加熱用ランプを間欠的に点灯して、ランプ消灯時に温度センサで受光した光強度に基づいてランプ群５１の各ランプの照射強度が制御される。図２（ｂ）に示したように、ランプ消灯（ＯＦＦ）時に温度センサ６１が受光する光は、半導体基板１からの輻射光１１１のみであり、このときの温度センサ６１の出力信号には半導体基板１からの透過光１１２の影響がほとんど無視できるため、半導体基板の高精度な加熱が可能となる。
【００２３】
図７は、本発明の実施形態に係る急速熱処理方法の制御手順を説明するためのフロー図である。図８は、図７の急速熱処理方法におけるランプ強度と温度センサ出力の時間的推移を説明するための図である。
【００２４】
本実施形態の急速熱処理方法は、図１の急速熱処理装置のランプパワー制御部１０が図７の制御手順を実行することにより、遮光性の低い半導体基板の温度が低い状態においても正確な基板温度の測定及び半導体基板の高い精度の加熱を可能にする。
【００２５】
以下、図７及び図８を用いて本実施形態の急速熱処理方法を説明するが、説明の便宜上、図１の急速熱処理装置の加熱用ランプ５１と温度センサ６１が一対のみであるものとして説明する。但し、図１の急速熱処理装置のように、複数の加熱用ランプ５１と複数の温度センサ６１からなる複数の対を備える場合であっても、図７と同様の制御手順を、複数の加熱用ランプ５１のそれぞれについて繰り返し実行すればよい。
【００２６】
図７の制御手順は、ランプパワー制御部１０が通常実行する、加熱用ランプ５１を連続的に照射する連続照射モードとは別に設けられた、加熱用ランプ５１を間欠的に点灯する間欠照射モードを実行するための制御手順である。この間欠照射モードが開始されると、まず、ランプパワー制御部１０は、加熱用ランプ５１に印加する電圧の初期値として適当なランプ強度を設定する（Ｓ１）。
【００２７】
次に、ランプパワー制御部１０は一定時間加熱用ランプ５１を点灯（ＯＮ）し、このとき温度センサ６１から出力される出力信号Ｔｏｎに基づき温度算出部９が算出する基板温度を取得（モニター）する（Ｓ２）。但し、このときの温度センサ６１の出力信号Ｔｏｎはランプパワー制御に使用されずに無視される。
【００２８】
次に、ランプパワー制御部１０は加熱用ランプ５１を消灯（ＯＦＦ）する（Ｓ３）。
【００２９】
そして、ランプパワー制御部１０は、所定の時間ｄｔ（加熱用ランプ５１を消灯してから半導体基板１を透過した透過光が温度センサ６１に到達しなくなるまでの時間）が経過するまで温度センサ６１からの出力信号を無視する（Ｓ４）。
【００３０】
図８に示したように、ステップＳ２におけるランプ点灯の時点はランプパワー制御用のパルス波形の立上りの時点に相当し、ステップＳ３におけるランプ消灯の時点はランプパワー制御用のパルス波形の立下りの時点に相当する。温度センサ６１の出力は、ランプ点灯の時点から急激に増加して、ランプ消灯の時点から急激に減少する。ステップＳ４においては、所定の時間ｄｔが経過する間、ランプパワー制御部１０は温度センサ６１からの出力信号を無視する。すなわち、所定の時間ｄｔにおいて急激に減少している状態の温度センサ６１の出力が無視される。
【００３１】
次に、ランプパワー制御部１０は、所定の時間ｄｔの経過後に温度センサ６１から出力される出力信号Ｔｏｆｆに基づき温度算出部９が算出する基板温度を取得（モニター）する（Ｓ５）。
【００３２】
そして、ランプパワー制御部１０は、上記ステップＳ２と上記ステップＳ５でモニターした基板温度（ＴｏｎとＴｏｆｆ）の温度差が所定のしきい値より小さいか否かを判定する（Ｓ６）。この基板温度（ＴｏｎとＴｏｆｆ）の温度差が、加熱用ランプ５１を消灯したことによる半導体基板の冷却分と等しい。すなわち、ステップＳ６の判定は、半導体基板１を透過した透過光が半導体基板１からの輻射光に対して十分小さくなったか否かを判断している。また、後述するように、このしきい値は、急速熱処理装置を用いた測定結果により予め求めておく必要がある。
【００３３】
ステップＳ６で基板温度（ＴｏｎとＴｏｆｆ）の温度差が所定のしきい値より小さい、又はほぼ等しいと判定した場合、ランプパワー制御部１０は間欠照射モードを終了し、連続照射モードに移行する（Ｓ７）。この時点では、半導体基板１を透過した透過光が半導体基板１からの輻射光に対して十分小さくなったと判断される。連続照射モードにおいて、ランプパワー制御部１０は周知のＰＩＤ制御に従いリアルタイムでランプパワー制御を実行する。
【００３４】
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。
【００３５】
ステップＳ６で基板温度（ＴｏｎとＴｏｆｆ）の温度差が所定のしきい値よりまだ大きいと判定した場合、ランプパワー制御部１０は、基板温度（Ｔｏｆｆ）と設定温度（Ｔｓｅｔ）の差分に基づいて、次回の加熱用ランプの照射時のランプ強度を設定する（Ｓ８）。設定温度（Ｔｓｅｔ）は、半導体基板１を加熱するための所定の目標温度であり、ランプパワー制御部１０は、ステップＳ８において、ステップＳ５で取得した基板温度（Ｔｏｆｆ）に応じてランプ部５１の照射強度を制御する。
【００３６】
ステップＳ８が完了すると、ランプパワー制御部１０は、上記の制御手順（Ｓ２−Ｓ６）を繰り返し実行する（図８参照）。ここで、設定温度（Ｔｓｅｔ）は、ある時間における被加熱基板の目標温度である。
【００３７】
もともと透過率の低い半導体基板（キャリア濃度の高い基板）の場合、図８の時間推移における１サイクル目で基板温度（ＴｏｎとＴｏｆｆ）の温度差が十分小さければ、たとえ基板温度（Ｔｏｆｆ）が設定温度（Ｔｓｅｔ）を大きく越えていたとしても、次のサイクルからは連続照射モードに移行して基板温度（Ｔ）と設定温度（Ｔｓｅｔ）の差分に基づいてランプパワーを制御する必要がある。一方、透過率の高い半導体基板（キャリア濃度の低い基板）の場合には、たとえ基板温度（Ｔｏｆｆ）が設定温度（Ｔｓｅｔ）を越えていたとしても、基板温度（ＴｏｎとＴｏｆｆ）の温度差がしきい値よりも大きいのであれば、間欠照射モードを継続して、基板温度（Ｔｏｆｆ）のみに基づいてランプパワーを制御する必要がある。
【００３８】
本実施形態の急速熱処理装置によれば、加熱用ランプを間欠的に点灯することにより、加熱用ランプが消灯している間は半導体基板を透過する透過光を無視でき、温度センサは半導体基板からの輻射光だけを受光することができる。従って、このときの温度センサの出力結果に応じて温度算出を行うことにより、本実施形態の急速熱処理装置では半導体基板の温度測定を正確に行うことができる。この場合、加熱用ランプの消灯時における半導体基板からの輻射光だけを直接検出しているので、温度センサ自体の誤差しか生じない。このため、従来の急速熱処理装置よりも高精度な温度測定が可能となる。
図４及び図５は、近赤外領域の遮光性が低い半導体基板に対し、基板温度が低い状態で、本実施形態の急速熱処理装置の間欠照射モードを試験的に実行し、加熱ランプの点灯と消灯を繰り返した場合に、各温度センサが検出した温度の平均値の時間的推移、及び各温度センサが個々に検出した温度の時間的推移を示す。
【００３９】
図４と図５の例で使用した半導体基板の抵抗率は10Ωcm、厚さは725μmである。また、急速熱処理装置に配設されたランプ群５１の加熱用ランプとして、タングステン−ハロゲンランプを使用した。
【００４０】
図４と図５に示すように、間欠照射モードにおいて、加熱ランプの点灯時には２秒間最大照射強度の３０％での光照射と、加熱ランプの消灯時には１秒間最大照射強度の５％での光照射とを複数回繰り返している。最大照射強度の５％の光照射では、加熱用ランプからの光が抵抗率10Ωcmの半導体基板を透過して温度センサに到達することがないことが確認されている。
図４の例には、半導体基板の裏面側に配設された５個の温度センサが検出した温度の平均値の時間推移が示されている。加熱用ランプの照射強度を５％に落としても、すぐには透過光が消えていないのは、加熱用ランプとしてタングステン−ハロゲンランプを使用しており、加熱用ランプに印加する電圧を下げてもフィラメントの温度が下がり照射強度が十分に下がるまでに、ある程度時間がかかるためである。従って、加熱用ランプを間欠的に点灯する時の消灯時間は、加熱用ランプに印加する電圧を下げてから、実際の照射強度が十分に低下するまでにかかる時間よりも長くすることが必要である。
図５の例には、半導体基板裏面側に配設された５個の温度センサが検出した温度値を個別に示す（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５）。図５に示したように、加熱用ランプが点灯している時の見かけ上の温度では、半導体基板の面内の異なる５点の温度差が30℃以内であるように見えるが、加熱用ランプの消灯時の温度では、面内温度差が60℃以上にも達している。透過光を分離して算出した基板温度を取得し、その基板温度に応じて加熱用ランプの照射強度を制御することにより、始めて、半導体基板の面内温度分布の制御も可能になることを示している。
図６は、ランプ消灯時から処理チェンバ内で自然冷却した時の半導体基板の温度的推移を説明するための図である。
図６の（ａ）は、図５の間欠照射モードの実行開始から２５秒間に各温度センサが個々に検出した温度の時間的推移を示し、図６の（ｂ）は、330℃〜340℃の半導体基板を処理チェンバ内で、加熱用ランプの照射強度を５％に設定した状態で２５秒間冷却した時の各温度センサが個々に検出した温度の時間的推移を示す。
【００４１】
図６（ａ）の基板温度が300℃以下の温度範囲における、加熱用ランプの消灯時の見かけ上の温度の低下は、半導体基板を加熱用ランプの照射強度を５％に設定した状態で冷却した時の温度低下に比べ非常に速いことより、大部分が透過光の影響がなくなった結果であることがわかる。
【００４２】
図６（ａ）の間欠照射モードの実行開始から２１秒後に加熱用ランプの照射強度を最大照射強度の５％に落とした際の基板温度の低下速度は、半導体基板を加熱用ランプの照射強度を５％に設定した状態で冷却した時の基板温度の低下速度とほぼ同等になっており、この時点で半導体基板の遮光性は、半導体基板からの輻射光に対して十分小さくなり、無視出来る状態になったことを意味している。従ってこの時点以降は、加熱用ランプを間欠的に点灯しなくても、正確に半導体基板の温度を測定することは可能なので、これ以降は加熱用ランプを連続的に照射することが望ましい。
上述した図７の制御手順のステップＳ６で用いたしきい値は、図６（ｂ）の例のように、急速熱処理装置を用いて半導体基板を処理チェンバ内で加熱用ランプの照射強度を十分に下げた、若しくは完全に消灯した状態で基板温度の時間推移を実験的に求め、その結果を基に、加熱用ランプを消灯してから半導体基板を透過した光が温度センサに到達しなくなるまでの時間（ｄｔ）での半導体基板の温度の低下速度を基板温度の関数として求め、上記のしきい値として設定しておけばよい。
【００４３】
以上説明したように、本発明によれば、加熱用ランプを間欠的に点灯することにより、半導体基板の遮光性が不十分である場合にも、ランプ光が照射されていない時に半導体基板に対してランプ部と反対側に配設された温度センサが受光した光強度に応じて基板温度を求めることにより、透過光の影響を排除して基板温度を正確に測定することが可能となり、その基板温度に基づいて加熱用ランプの照射強度を制御することにより、半導体基板の温度が低い時の基板温度を正確に制御することが可能となる。
【００４４】
（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、前記ランプ部を間欠的に点灯し、前記ランプ部を点灯していない時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき前記温度算出部の算出した基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする急速熱処理装置。
【００４５】
（付記２）前記制御部は、前記ランプ部の照射強度を制御する際に、前記ランプ部の点灯時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき算出される基板温度を無視することを特徴とする付記１記載の急速熱処理装置。
【００４６】
（付記３）前記制御部は、前記ランプ部を点灯している時に前記温度センサの受光した光から算出した基板温度と、前記ランプ部を点灯していない時に前記温度センサの受光した輻射光から算出した基板温度との差が、所定のしきい値以下になった場合に、前記ランプ部の間欠照射を終了し、連続照射に切り換え、前記連続照射において、前記制御部が前記ランプ部の点灯時に前記温度センサから求めた基板温度に応じて前記ランプの照射強度を制御することを特徴とする付記１又は２記載の急速熱処理装置。
（付記４）基板支持部に支持された半導体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基板温度に基づい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半導体基板を加熱する急速熱処理方法であって、前記ランプ部を間欠的に点灯する間欠照射手順と、前記ランプ部を点灯している時の前記温度センサの出力結果に応じて算出される第１の基板温度を取得する第１温度取得手順と、前記ランプ部を点灯していない時の前記温度センサの出力結果に応じて算出される第２の基板温度を取得する第２温度取得手順と、前記第１の基板温度と前記第２の基板温度との差が所定のしきい値より大きい場合に、前記第２の基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御する照射強度制御手順とを含むことを特徴とする急速熱処理方法。
【００４７】
（付記５）前記第１の基板温度と前記第２の基板温度との差が前記しきい値以下になるまで、前記間欠照射手順、前記第１温度取得手順及び前記第２温度取得手順を繰り返し実行することを特徴とする付記４記載の急速熱処理方法。
【００４８】
（付記６）前記第１の基板温度と前記第２の基板温度との差が前記しきい値以下になった場合に、前記間欠照射手順を終了して、前記ランプ部を連続的に点灯する連続照射手順をさらに含み、前記連続照射手順において、前記ランプ部の点灯時に前記温度センサから求めた基板温度に応じて前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする付記４又は５記載の急速熱処理方法。
【００４９】
（付記７）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、前記ランプ部の発光出力を間欠的に減衰させ、前記ランプ部の発光出力を減衰させた時に前記温度センサの受光した輻射光に基づき前記温度算出部の算出した基板温度に応じて、前記ランプ部の照射強度を制御することを特徴とする急速熱処理装置。
【００５０】
（付記８）前記ランプ部が前記半導体基板を光照射して加熱する複数の加熱用ランプからなり、かつ、前記温度センサが前記複数の加熱用ランプに対応して配設された複数の温度センサからなることを特徴とする付記１記載の急速熱処理装置。
【００５１】
（付記９）前記制御部は、前記複数の加熱ランプのそれぞれについて照射強度を制御することを特徴とする付記８記載の急速熱処理装置。
【００５２】
（付記１０）前記ランプ部が前記半導体基板を光照射して加熱する複数の加熱用ランプからなり、かつ、前記温度センサが前記複数の加熱用ランプに対応して配設された複数の温度センサからなることを特徴とする付記４記載の急速熱処理方法。
【００５３】
（付記１１）前記照射強度制御手順を前記複数の加熱ランプのそれぞれについて行うことを特徴とする付記１０記載の急速熱処理方法。
【００５４】
（付記１２）前記ランプ部が前記半導体基板を光照射して加熱する複数の加熱用ランプからなり、かつ、前記温度センサが前記複数の加熱用ランプに対応して配設された複数の温度センサからなることを特徴とする付記７記載の急速熱処理装置。
【００５５】
（付記１３）前記制御部は、前記複数の加熱ランプのそれぞれについて照射強度を制御することを特徴とする付記１２記載の急速熱処理装置。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の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。
【図２】本発明の急速熱処理装置においてランプ点灯時と消灯時に温度センサが受光する光を説明するための図である。
【図３】従来の急速熱処理装置においてランプ強度と温度センサが検出する温度の時間的推移を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態の急速熱処理装置においてランプ点灯と消灯を繰り返した場合の各温度センサが検出した温度の平均値の時間推移を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の急速熱処理装置においてランプ点灯と消灯を繰り返した場合の各温度センサが検出したそれぞれ温度の時間推移を示す図である。
【図６】ランプの消灯時から処理チェンバ内で自然冷却した時の半導体基板の温度的推移を説明するための図である。
【図７】本発明の実施形態に係る急速熱処理方法の制御手順を説明するためのフロー図である。
【図８】図７の急速熱処理方法におけるランプ強度と温度センサ出力の時間的推移を説明するための図である。
【図９】従来の熱処理方法における半導体基板反射率の測定手法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  半導体基板
２  処理チャンバ
３  基板支持部
４  チャンバ底部
５１  ランプ群
６１  温度センサ群
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
１２  光学的閉空間
３１  円筒形シリンダ
３２  リングプレート
【図１】
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【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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