(57)【要約】【課題】  急速熱処理装置において、異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しても、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と基板支持部の温度を等しく保ち、半導体基板の基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差が最小となるよう抑制することを実現にする。【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半導体基板を支持する基板支持部と、基板支持部に支持された半導体基板を光照射して加熱するランプ部と、半導体基板の温度を測定する温度センサと、輻射光センサの出力結果に応じて半導体基板の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半導体基板の温度に応じてランプ部の照射強度を制御する制御部とを備え、制御部が予め測定された半導体基板表面の反射率に基づいてランプ部の照射強度の制御パラメータを補正する。【選択図】  図１
2006093302.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を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の温度を測定する温度センサと、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、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。
【請求項２】
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輻射光センサと、前記輻射光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、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。
【請求項３】
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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記輻射光センサと輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。
【請求項４】
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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部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温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。
【請求項５】
前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度に達する前の段階で、前記基板表面の反射率が前記処理チェンバ内で予め測定され、前記制御部は、前記測定された反射率に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の急速熱処理装置。
【請求項６】
前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度より低い第１の温度で一定時間保持した場合に、前記第１の温度に保つために必要なランプ照射強度値が予め測定され、前記制御部は、前記測定されたランプ照射強度値に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の急速熱処理装置。
【請求項７】
前記制御部は、予め測定された前記基板表面の反射率と最高到達温度誤差の相関関係に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の急速熱処理装置。
【請求項８】
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輻射光センサと、前記輻射光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を用いて前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正する手順を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部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温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、
前記制御部が、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基板用ランプ部の照射強度を制御する手順と、
算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する手順と、
予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正する手順と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
半導体基板の素子活性領域への不純物のイオン注入後に、前記半導体基板の急速熱処理を行って形成される不純物拡散層を含むトランジスタを備えた半導体装置であって、請求項８又は９記載の半導体装置の製造方法を用いて前記半導体基板の急速熱処理が行われ、前記不純物拡散層が形成されることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の高速加熱を行う急速熱処理装置、及び急速熱処理装置を用いて半導体基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法に関する。
【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）の高速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裏面と前記反射板で多重反射した半導体基板裏面からの輻射光を受光する輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率（もしくは反射率）を算出する輻射率算出部とを備えている。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状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。
【０００４】
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、輻射光検出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目標温度まで加熱する。
【０００５】
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。特許文献２には、多数の加熱用ランプをその照射領域が重なるように配列し、あらかじめ設定した加熱シーケンスに従って基板を加熱する方法が提案されている。 また、特許文献３には、半導体基板が基板支持部に支持された状態において、半導体基板の裏面側に、チェンバ底部の最上部に半導体基板裏面と対向するように配設された反射板と、基板支持部と、半導体基板裏面とで囲まれる光学的閉空間が形成され、前記光学的閉空間内に設置された半導体基板の裏面からの輻射光を受光する輻射光センサによって半導体基板の温度を測定する方法及び、測定した温度を基に加熱用ランプの照射強度を制御し半導体基板を所望の温度に加熱する方法が提案されている。
【特許文献１】米国特許第５１５４５１２号公報
【特許文献２】米国特許第５１５５３３６号公報
【特許文献３】米国特許第５６６０４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１３は、上記の急速熱処理装置を用いた従来の急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。図１３の急速熱処理方法において、まず、上記急速熱処理装置は輻射光センサにより半導体基板の温度（Ｔｗａｆｅｒ）を監視（モニター）する（Ｓ１）。
【０００７】
次に、上記急速熱処理装置は、半導体基板の温度（Ｔｗａｆｅｒ）と設定温度（Ｔｓｅｔ）との差分に応じて、半導体基板を加熱するランプ部のランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ２）。
【０００８】
次に、上記急速熱処理装置は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板を加熱するランプ部のランプパワーを制御する（Ｓ３）。そして、ステップＳ３を終了すると、ステップＳ１に戻る。すなわち、リアルタイムで輻射光センサにより半導体基板の温度を監視しながら、周知のＰＩＤ制御に準じてリアルタイムでランプパワーのフィードバック制御を実行し、加熱用ランプにより半導体基板を所望の目標温度（Ｔｓｅｔ）まで加熱する。
【０００９】
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。
【００１０】
従来の急速熱処理装置において、半導体基板を短時間に高速に昇降温する、いわゆるスパイクアニール処理を行う場合、半導体基板の反射率が異なると、ランプパワー（照射強度）に対する半導体基板の温度の応答性が変化するために、ある一定のＰＩＤパラメーターをもつランプパワー制御部で、半導体基板の温度をフィードバックしてランプパワーを制御するだけでは、半導体基板の温度が所望の目標温度から外れてしまう。
【００１１】
また，半導体基板を保持する基板支持部は半導体基板よりも耐熱性のある材質で作成されており、反射率や熱容量(比熱、膜厚)が半導体基板とは異なるので、半導体基板と基板支持部を同じランプパワーでランプ光を照射しても同じ温度にはならない。
【００１２】
一般的に、基板支持部はＳｉＣなどで形成され、熱容量が半導体基板よりも大きいため、同じランプパワーで半導体基板と基板支持部にランプ光を照射しても基板支持部の温度は半導体基板より低くなる。そこで基板支持部へのランプの照射強度を半導体基板への照射強度よりも強めることにより基板支持部の温度を半導体基板の温度に近づけている。
しかし、半導体製造工程においては半導体基板表面にはさまざまな膜が成膜され、パターンが形成されるため、基板表面の反射率は半導体製造工程の中で大きく変化する。ある反射率の半導体基板で半導体基板と基板支持部の温度が同じになるように半導体基板加熱用ランプと基板支持部加熱用ランプの照射強度のバランスを最適化しても、最適化した時とは異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しようとした場合、ランプパワーに対する半導体基板の温度の応答性が最適化時とは異なるために、半導体基板と基板支持部の温度差が大きくなり、その結果、基板支持部と接触している半導体基板の周辺部とウェハ中心部との間に温度差が生じてしまう。
【００１３】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、急速熱処理装置及び半導体装置の製造方法において、異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しても、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と基板支持部の温度を等しく保ち、半導体基板の基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差が最小となるよう抑制することを実現にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の温度を測定する温度センサと、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、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする。
【００１５】
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輻射光センサと、前記輻射光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、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする。
【００１６】
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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記輻射光センサと輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする。
【００１７】
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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部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温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする。
【００１８】
上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、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輻射光センサと、前記輻射光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を用いて前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正する手順を有することを特徴とする。
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明の半導体装置の製造方法は、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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部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温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記制御部が、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基板用ランプ部の照射強度を制御する手順と、算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する手順と、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正する手順とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
上述のごとく本発明によれば、半導体基板の反射率を処理チェンバ内または外で予め測定し、その測定された反射率に基づいて、基板加熱用ランプ部と支持部加熱用ランプ部の照射強度の制御を補正することにより、異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しても、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と基板支持部の温度を等しく保ち、基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一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。
【００２３】
図１に示した急速熱処理装置は、半導体基板１を温度制御しながら急速熱処理を行う装置である。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の上端に設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、半導体基板１の裏面側には、チェンバ底部４の最上部に半導体基板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が形成される。この光学的閉空間は、半導体基板１の裏面からの輻射光を受光する輻射光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。
【００２４】
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ランプ（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｅ）からなるランプ群５１と、基板支持部３を加熱するための複数のランプからなる支持部加熱用ランプ群５２とが配置されている。
ここで、上記実施形態の急速熱処理装置では、半導体基板の片面（表面側）からランプ照射する方式の、加熱ランプ群５１と５２を用いているが、本発明による半導体基板の加熱方式はこの実施形態に限定されるものでなく、半導体基板の両面（表面側及び裏面側）からランプ照射する方式も適用可能である。
【００２５】
また、チェンバ底部４には、半導体基板１の裏面と反射板８で多重反射した半導体基板１の裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサ（６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ）からなる輻射光センサ群６１と、半導体基板１の裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサ６１ａ’と、基板支持部３からの輻射光を受光する基板支持部用輻射光センサ６２とが配設されている。輻射光センサ群６１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、各輻射光センサの測定結果（センサ出力信号）を温度算出部９に出力する。輻射率センサ６１ａ’と輻射光センサ６１ａは、測定結果（センサ出力信号）を輻射率算出部１３に出力する。
【００２６】
ここで、上記実施形態の急速熱処理装置では、基板からの輻射光に基づいて温度を測定する方式の、輻射光センサや輻射率センサ（パイロメーター等）を用いているが、本発明による基板温度の測定方法はこの実施形態に限定されるものでなく、熱電対等を利用した温度センサを用いて基板温度を測定するように構成することも可能である。
【００２７】
輻射率算出部１３は、輻射率センサ６１ａ’と輻射光センサ６１ａからの出力信号をモニタして、半導体基板１の裏面の輻射率を算出する。
【００２８】
温度算出部９は、輻射光センサ群６１の各輻射光センサからの出力信号をモニタして、各輻射光センサが受光した半導体基板１の裏面からの輻射光と輻射率算出部１３が算出した半導体基板１の裏面の輻射率に基づき、半導体基板１の基板温度を算出する。また、温度算出部９は、基板支持部用輻射光センサ６２からの出力信号をモニタして、基板支持部用輻射光センサ６２が受光した基板支持部３からの輻射光に基づき、基板支持部３の温度を算出する。
【００２９】
ランプパワー制御部１０は、温度算出部９により算出された半導体基板１の温度に基づいて、半導体基板１の上方に配置されたランプ群５１の各加熱用ランプの照射強度を制御する。また、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支持部３の温度に基づいて、支持部加熱用ランプ群５２の各ランプの照射強度を制御する。
前述した従来の急速熱処理装置の課題を解決するために、本発明の急速熱処理装置におけ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応じて基板用ランプ群５１の照射強度を制御し、温度算出部９により算出された基板支持部３の温度に応じて支持部用ランプ群５２の照射強度を制御し、かつ、予め測定された半導体基板表面の反射率に基づいて、基板用ランプ群５１及び支持部用ランプ群５２の照射強度をそれぞれ補正することを特徴とする。
【００３０】
以下、図２乃至図９を用いて、本発明の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部１０の機能および作用について具体的に説明する。
【００３１】
図２は、従来の急速熱処理装置において、ランプ光を照射する側の反射率が異なる３種類の半導体基板を、短時間に高速に昇降温するいわゆるスパイクアニール処理を行った場合の半導体基板温度の時間推移、いわゆる温度プロファイルを示す。
ここでは、３種類の半導体基板（低反射率基板、シリコン基板、高反射率基板）のそれぞれについて、近赤外領域の波長(λ=0.93μm)の半導体基板全面の平均の反射率Ｒ（シート抵抗Ｒｓｈと相関関係をもつ）を、スパイクアニール処理を行う前に、処理チェンバ２の外で予め測定しておく。図２の例では、低反射率基板の反射率Ｒ＝０．１０、シリコン基板の反射率Ｒ＝０．３０、高反射率基板の反射率Ｒ＝０．４９であった。図２の温度プロファイルから、その半導体基板の反射率が高いほど、スパイクアニール処理を行った場合の温度プロファイルのオーバーシュートが大きいことが分かる。
図３は、従来の急速熱処理装置におけるスパイクアニール処理の最高到達温度と基板反射率との相関を説明するための図である。
【００３２】
図３（ａ）は、半導体基板のランプ照射側表面に異なる膜を成膜して異なる反射率をもたし、ランプ照射側と反対側の面にｐ型のドーパントをイオン注入した３種類のｎ型半導体基板（低反射率基板、シリコン基板、高反射率基板）をスパイクアニール処理した時のランプ照射側表面の反射率と、スパイクアニール処理後のｐ型拡散層の面内の平均のシート抵抗（Ｒｓｈ）との関係を示す。シート抵抗値は温度感度を予め求めておくことにより、スパイクアニール処理の最高到達温度、又はスパイクアニール処理のサーマルバジェットに換算できる。
【００３３】
図３（ｂ）に示したように、ランプ照射側表面の反射率とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係は、単純な関数で表記することが可能である。この関数を用いて、半導体基板加熱用ランプと基板支持部加熱用ランプのランプパワーの制御を、半導体基板のランプ照射側表面の反射率の測定結果に応じて補正することにより、半導体基板の反射率によらずに一定のサーマルバジェット、又は一定の最高到達温度を得ることができる。
より具体的には、反射率が0.10の低反射率基板は、反射率が0.30のシリコン基板よりも最高到達温度が1.5℃低くなることが予想できるので、半導体基板温度の測定結果をランプパワーにフィードバックする際に、目標温度を1.5℃上げることにより、最高到達温度を反射率が0.30のシリコン基板に近づけることができる。また、反射率が0.49の高反射率基板では、最高到達温度が反射率が0.30のシリコン基板よりも最高到達温度が1.3℃高くなることが予想出来るので、半導体基板温度の測定結果をランプパワーにフィードバックする際に、目標温度を1.3℃下げることにより、最高到達温度を反射率が0.30のシリコン基板に近づけることができる。
図３から容易に理解できるように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部１０は、予め測定された半導体基板表面の反射率に基づいて、基板用ランプ群５１及び支持部用ランプ群５２の照射強度をそれぞれ補正することにより、異なる反射率の半導体基板をスパイクアニール処理しても、最高到達温度を一定に保つことができる。
【００３４】
半導体基板のランプ光照射側の反射率は、処理チェンバの内、外のどちらで測定してもかまわないが、アニール処理しようとする半導体基板がアニール処理の最高到達温度に到達する以前に測定する必要がある。
反射率の測定波長はランプ光の発光波長の下限よりも長波長側で、被加熱基板の吸収端よりも短波長側の波長を選ぶことが望ましい。単波長の反射率を用いてもかまわないが、急速熱処理装置で一般的に使用されているタングステン−ハロゲンランプは白色光であり、タングステン−ハロゲンランプの発光波長の下限より、被加熱基板の吸収端までの全波長領域における、ランプ光の発光スペクトルと被加熱基板の反射スペクトルから求めた、被加熱基板に入射したランプ光のエネルギーに対する被加熱基板表面で反射されたランプ光のエネルギーの比を用いることにより、より精度の高い補正が可能となる。
半導体製造工程においては半導体基板表面にはさまざまな膜が成膜され、パターンが形成されるため、微視的には半導体基板表面内でさまざまな反射率が存在する。
反射率の測定領域が小さすぎると前記基板内の反射率のバラツキの影響を受けやすくなるので、測定領域は比較的大きいことが望ましい。例えば、半導体基板上に作られる半導体チップのサイズよりも大きい領域の平均の反射率を用いることが望ましい。
半導体基板の反射率を処理チェンバの中で測定する方法として、特許文献１に開示されるように、加熱用ランプの発光強度に周期的な微小な変動を与え、半導体基板からの反射光と輻射光が入り交じった光からランプ光の変動と連動する成分を抽出することで半導体基板の反射率を算出する方法（図４参照）を採用してもよい。
図４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４の（ａ）に、半導体基板の反射率を測定するための測定装置の構成を示す。図４の（ｂ）に、加熱用ランプの照射強度を周期的に変動したときの光検出センサの出力信号の波形を示す。
【００３５】
図４の測定手法によれば、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ることが知られている。
【００３６】
また、スパイクアニール処理において、半導体基板の温度を所望の温度より低い温度で一定時間保持するステップを設けて、半導体基板の面内温度を均一にしてから、高速に昇降温して最高到達温度の面内温度均一性を改善することが一般的に行われているが、その所望の温度より低い温度に保つ為に必要なランプパワー値は、半導体基板の反射率と単純な関係にあり、反射率の代わりに前記低い温度に保つためのランプパワー値を用いることも可能である。
図５は、従来の急速熱処理装置において半導体基板温度を５５０℃に保持するのに必要なランプパワーと半導体基板の反射率との関係を説明するための図である。図６は、従来の急速熱処理装置において基板温度を５５０℃に保持するのに必要なランプパワーとスパイクアニール処理の最高到達温度との相関を説明するための図である。
【００３７】
図５の例では、反射率の異なる３種類の半導体基板（低反射率基板、シリコン基板、高反射率基板）のそれぞれについて、半導体基板を1050℃に加熱する場合に、半導体基板を最高到達温度1050℃まで加熱する前に、最高到達温度より低い550℃で20秒間保持するステップを設けた時の基板温度とランプパワーの時間的推移と、550℃に保持するのに必要なランプパワーが示されている。図５から容易に理解できるように、半導体基板の反射率が低いほど半導体基板の温度を550℃に保持するのに必要なランプパワーも低いことが分かる。
図６から明らかなように、半導体基板のランプ照射側表面の反射率とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を求めた前記手法と同じ手法を用いれば、半導体基板の温度を550℃に保持するのに必要なランプパワーとスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を単純な相関関数で表記することが可能である。
【００３８】
本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部１０は、この相関関数を用いて、半導体基板を550℃に保持するのに必要なランプ照射強度値に応じて、基板加熱用ランプ群５１と支持部加熱用ランプ群５２のランプパワー制御を補正することにより、半導体基板の反射率によらずに、一定のスパイクアニールのサーマルバジェット、又は一定の最高到達温度を得ることができる。
図７は、従来の急速熱処理装置における半導体基板の面内温度分布の基板反射率依存性を説明するための図である。
【００３９】
図７（ａ）は、半導体基板のランプ照射側表面に異なる膜を成膜して異なる反射率をもたし、ランプ照射側と反対側の面にｐ型のドーパントをイオン注入した２種類のｎ型半導体基板（低反射率基板、シリコン基板）のそれぞれを従来の急速熱処理装置でスパイクアニール処理を行った後のｐ型拡散層のシート抵抗を、シート抵抗値とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係より換算した、最高到達温度の直径方向の分布を示す。図７（ｂ）は２種類の半導体基板（低反射率基板、シリコン基板）の表面反射率を示し、図７（ｃ）は２種類の半導体基板（低反射率基板、シリコン基板）のそれぞれに対する基板加熱用ランプ群５１及び基板支持部等ランプ５２の各加熱ランプの最大ランプパワーとその差分を示す。
【００４０】
急速熱処理中に半導体基板がその基板の中心を軸として回転していて、かつ加熱用ランプ群が同心円状に配列されている場合は、半導体基板の回転方向の温度分布は比較的小さく、直径方向に温度分布が現れる。図７から分かるように、ランプ照射側表面に何も成膜しないシリコン基板（反射率0.30）を用いて基板加熱用ランプ群５１と基板支持部加熱用ランプ群５２のランプパワーバランスを最適化した状態で、ランプ照射側表面に窒化膜を成膜した反射率が0.10の低反射率基板を急速熱処理すると、半導体基板周辺部の温度が10℃以上低下している。
図8は、従来の急速熱処理装置の半導体基板支持部付近の部分拡大断面図である。図８において、参照符号１１１は半導体基板１の裏面からの輻射光、１２１ｄは基板加熱用ランプ５１ｄの照射光、１２２は基板支持部加熱用ランプ５２の照射光をそれぞれ示す。基板支持部加熱用ランプ５２の照射光１２２は基板支持部だけではなく、半導体基板周辺部にも照射される。
【００４１】
半導体基板１を保持する基板支持部３は半導体基板１よりも耐熱性のある材質で作成されており、反射率や熱容量（比熱、膜厚）が半導体基板１とは異なるので、半導体基板１と基板支持部３を同じランプパワーでランプ光を照射しても同じ温度にはならない。
【００４２】
一般的に、基板支持部３はＳｉＣなどで形成され、熱容量が半導体基板よりも大きいため、同じランプパワーで半導体基板１と基板支持部３にランプ光を照射しても基板支持部３の温度は半導体基板１より低くなる。
そこで、基板支持部加熱用ランプ５２の照射強度を半導体基板加熱用ランプ５１ｄの照射強度よりも強めることにより基板支持部の温度を半導体基板の温度に近づけている。通常、基板支持部加熱用ランプ５２と半導体基板加熱用ランプ５１ｄの照射強度のバランスは、ランプ光を照射する側に何も成膜しないシリコン基板(反射率0.30)を用いて最適化されており、例えばランプ光を照射する側に窒化膜を成膜した反射率が0.10の低反射率基板を熱処理すると、基板の反射率が小さくなったことにより、ランプ光が半導体基板に吸収される効率が上がり、同じランプパワーでは、何も成膜しないシリコン基板に比べ低反射率基板の温度が上昇してしまうので、半導体基板の温度をモニタしているセンサの出力をフィードバックして基板加熱用ランプ５１ｄの照射強度が下げられる。
基板支持部加熱用ランプ５２と基板加熱用ランプ５１ｄの照射強度のバランスは固定されているので、基板加熱用ランプ５１ｄの照射強度とともに基板支持部加熱用ランプ５２の照射強度も下げられ、基板支持部の反射率は一定なので基板支持部３の温度は半導体基板１より低下し、基板支持部３と接触している半導体基板１の周辺部の温度も低くなる。従って、半導体基板１の反射率によらず、半導体基板１の面内温度差を最小に保つためには、半導体基板の反射率に応じて基板加熱用ランプ５１ｄと基板支持部加熱用ランプ５２の照射強度のバランスを調整する必要がある。
ランプ光を照射する側に窒化膜を成膜した反射率が0.10の低反射率基板の面内温度差を改善する場合は、基板加熱用ランプの照射強度に引きずられて下がってしまった支持部加熱用ランプの照射強度を上げる方向に調整すればよい。
ただし、図８に示すように基板支持部加熱用ランプ５２のランプ光が半導体基板周辺部にも照射されている場合は、基板支持部加熱用ランプ５２の照射強度を上げるだけでは、基板支持部用ランプ光が届く領域の基板周辺部の温度が所望の温度よりも上がってしまうので、同時に半導体基板周辺部を加熱している基板加熱用ランプ５１ｄの照射強度を下げる必要がある。
図９は、基板加熱用ランプと基板支持部加熱用ランプの照射強度調整による面内温度分布の改善結果を説明するための図である。
【００４３】
図９（ａ）は、半導体基板のランプ照射側表面に窒化膜を成膜して（反射率が０．１０）、ランプ照射側と反対側の面にｐ型のドーパントをイオン注入したｎ型半導体基板を、面内温度差を改善するために基板加熱用ランプ５１ｄと支持部加熱用ランプ５２の照射強度を最適化する前と後の急速熱処理装置でスパイクアニール処理を行った時のｐ型拡散層のシート抵抗を、シート抵抗値とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係より換算した、最高到達温度の直径方向の分布が示されている。
図９（ｂ）は、ランプ照射側表面に窒化膜を成膜した反射率が０．１０の半導体基板をスパイクアニール処理した時の面内温度差を改善するために基板加熱用ランプ５１ｄと支持部加熱用ランプ５２の照射強度を最適化する前と後のそれぞれに対する基板加熱用ランプ群５１及び基板支持部用ランプ群５２の各加熱ランプ群の最大ランプパワーとその差分、及び基板加熱用ランプ５１ｄと支持部加熱用ランプ５２の照射強度を最適化するために各ランプ群が加熱する領域の半導体基板の設定温度を補正した場合の、各領域の設定温度の補正値を示す。
【００４４】
図９の例では、支持部加熱用ランプ５２の照射強度を3.2%上げて、基板周辺部を加熱する基板加熱用ランプ５１ｄの照射強度を3.6%下げることで、基板面内の温度分布が大幅に改善している。また、支持部加熱用ランプ５２により加熱される半導体基板周辺部の設定温度を３．６℃上げて、基板加熱用ランプ５１ｄにより加熱される領域の設定温度を１．３℃下げても、半導体基板面内の温度分布を大幅に改善できる。
【００４５】
図９から容易に理解できるように、本実施形態の急速熱処理装置においては、半導体基板のランプ光照射側の反射率に応じた基板加熱用ランプ群５１ｄと支持部加熱用ランプ群５２のバランスの最適値を予め求め、補正関数として、ランプパワー制御部１０に搭載しておき、ランプパワー制御部１０が、予め測定された半導体基板のランプ照射側表面の反射率に基づいて、基板加熱用ランプ群５１ｄと基板支持部加熱用ランプ群５２の照射強度のバランスを補正することにより、半導体基板の反射率によらず、半導体基板の面内温度差を一定に保つことができる。
図１０は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理装置における基板周辺部の拡大断面図である。図１０において、参照符号１１１は半導体基板１からの輻射光、１２１ｄは基板加熱用ランプ５１ｄの照射光、１２１ｅは基板加熱用ランプ５１ｅの照射光、１２２は基板支持部加熱用ランプ５２の照射光をそれぞれ示す。
図９で説明した前述の機能に加え、図１０に示したように、本実施形態の急速熱処理装置においては、基板支持部３だけを加熱するランプ群５２や、基板支持部３の温度を測定する温度モニタ６２を搭載し、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支持部３の温度測定結果に基づいて基板支持部だけを加熱するランプ群５２を制御する機能が搭載されている。
【００４６】
従って、本実施形態の急速熱処理装置においては、半導体基板のランプ照射側表面の反射率に応じた基板加熱用ランプ５１ｄと支持部加熱用ランプ５１ｅのバランスの最適値を予め求めた補正関数を用いた補正でも補正しきれない、半導体基板１と基板支持部３の温度差を修正することが可能となり、より半導体基板の面内温度均一性を改善することが可能となる。
以上説明したように、本実施形態の急速熱処理装置によれば、半導体基板の反射率を処理チェンバ内、又は処理チェンバ外で予め測定しておき、ランプパワー制御部１０が、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することを特徴とするスパイクアニール処理を、半導体装置の製造に適用することにより、均一な品質の半導体装置を得ることが可能となる。
次に、図１４乃至図２１を用いて、本発明の実施形態に係る急速熱処理方法において、図１又は図１０の急速熱処理装置のランプパワー制御部１０が実行する制御手順を説明する。
【００４７】
図１４は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【００４８】
図１４の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板１の反射率を処理チェンバ２内、又は処理チェンバ２外で予め測定し、ランプパワー制御部１０は、その測定された半導体基板１の反射率を保持しておく（Ｓ１１）。
【００４９】
次に、ランプパワー制御部１０は、測定された半導体基板１の反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度（Ｔｓｅｔ）を補正する（Ｓ１２）。
【００５０】
次に、温度算出部９は、輻射光センサ６１により検出された半導体基板１からの輻射光より半導体基板１の温度（Ｔｗａｆｅｒ）を算出（モニター）する（Ｓ１３）。
【００５１】
次に、ランプパワー制御部１０は、半導体基板の温度（Ｔｗａｆｅｒ）と補正した設定温度（Ｔｓｅｔ）との差分に応じて、半導体基板１を加熱するランプ群５１のランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ１４）。
【００５２】
次に、ランプパワー制御部１０は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１を加熱するランプ群５１のランプパワーを制御する（Ｓ１５）。そして、ステップＳ１５を終了すると、ステップＳ１３に戻る。すなわち、リアルタイムで輻射光センサより半導体基板の温度を監視しながら、周知のＰＩＤ制御に準じて加熱用ランプパワーへのフィードバック制御を実行し、加熱用ランプにより半導体基板を所望の目標温度（Ｔｓｅｔ）まで加熱する。
【００５３】
図１５は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【００５４】
図１５において、ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２５は、それぞれ、図１４で説明したステップＳ１１、Ｓ１３、Ｓ１５と同様であるので、その説明を省略する。
【００５５】
図１５の急速熱処理方法において、ランプパワー制御部１０は、ステップＳ２１で予め測定された半導体基板１の反射率を取得した後、測定された半導体基板１の反射率に基づいて、ＰＩＤパラメータを補正する（Ｓ２２）。
【００５６】
ステップＳ２３で半導体基板１の温度（Ｔｗａｆｅｒ）をモニターした後、ランプパワー制御部１０は、半導体基板の温度（Ｔｗａｆｅｒ）と設定温度（Ｔｓｅｔ）との差分に応じて、半導体基板１を加熱するランプ群５１のランプパワー（照射強度）を、補正したＰＩＤパラメータを用いて算出する（Ｓ２４）。そして、図１４の急速熱処理方法と同様に、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１を加熱するランプ群５１のランプパワーが制御される。
【００５７】
このように、予め測定された半導体基板１の反射率に基づいて、設定温度Ｔｓｅｔを補正する代わりに、ランプ群５１のランプパワー（照射強度）を制御するためのランプパワー制御部１０におけるＰＩＤパラメータを補正しても同様の効果を得ることができる。
【００５８】
図１６は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【００５９】
図１６において、ステップＳ３３乃至Ｓ３６は、それぞれ、図１４で説明したステップＳ１２乃至Ｓ１５と同様であるので、その説明を省略する。
【００６０】
図１６の急速熱処理方法において、まず、ランプパワー制御部１０は、処理対象の半導体基板１を処理チェンバ２内で加熱し、最高到達温度よりも十分低い第１の温度で一定時間保持するようにランプ群５１のランプパワー（照射強度）を制御する（Ｓ３１）。例えば、アニール処理の最高到達温度が1050℃である場合、第１の温度は最高到達温度より低い550℃とし、このステップＳ３１では半導体基板１を550℃で20秒間保持する。
【００６１】
次に、ランプパワー制御部１０は、半導体基板１を550℃に保持するのに必要なランプパワー（照射強度）に応じて、予め測定された基板の反射率を算出する（Ｓ３２）。
【００６２】
ステップＳ３２で基板の反射率が算出されると、ランプパワー制御部１０は、その反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度（Ｔｓｅｔ）を補正する（Ｓ３３）。ここでは、図５及び図６で前述した手法が用いられる。
【００６３】
以下、ランプパワー制御部１０が実行するステップＳ３４乃至Ｓ３６は、それぞれ、図１４で説明したステップＳ１３乃至Ｓ１５と同様である。
【００６４】
図５及び図６で前述したように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部１０は、半導体基板を第１の温度（550℃）に保持するのに必要なランプパワーとスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を表す相関関数を用いて、半導体基板を550℃に保持するのに必要なランプ照射強度値に応じて、基板加熱用ランプ群５１のランプパワー制御を補正することにより、半導体基板の反射率によらずに、一定のスパイクアニールのサーマルバジェット、又は一定の最高到達温度を得ることができる。
図１７は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【００６５】
図１７において、ステップＳ４３乃至Ｓ４６は、それぞれ、図１５で説明したステップＳ２２乃至Ｓ２５と同様であるので、その説明を省略する。
【００６６】
図１７の急速熱処理方法において、まず、ランプパワー制御部１０は、処理対象の半導体基板１を処理チェンバ２内で加熱し、最高到達温度よりも十分低い第１の温度で一定時間保持するようにランプ群５１のランプパワー（照射強度）を制御する（Ｓ４１）。例えば、アニール処理の最高到達温度が1050℃である場合、第１の温度は最高到達温度より低い550℃とし、このステップＳ３１では半導体基板１を550℃で20秒間保持する。
【００６７】
次に、ランプパワー制御部１０は、半導体基板１を550℃に保持するのに必要なランプパワー（照射強度）に応じて、予め測定された基板の反射率を算出する（Ｓ４２）。
【００６８】
ステップＳ４２で基板の反射率が算出されると、ランプパワー制御部１０は、測定された半導体基板１の反射率に基づいて、ＰＩＤパラメータを補正する（Ｓ４３）。
【００６９】
以下、ランプパワー制御部１０が実行するステップＳ４４乃至Ｓ４６は、それぞれ、図１５で説明したステップＳ２３乃至Ｓ２５と同様である。
【００７０】
図１８は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【００７１】
図１８の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板１の反射率を処理チェンバ２内、又は処理チェンバ２外で予め測定し、ランプパワー制御部１０は、その測定された半導体基板１の反射率を保持しておく（Ｓ５１）。
【００７２】
次に、ランプパワー制御部１０は、測定された半導体基板１の反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度（Ｔｓｅｔ）を補正し、かつ、補正した設定温度（Ｔｓｅｔ）に基づいて、基板中心部の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｃ）、基板周辺部内側の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｍ）、基板周辺部及び基板支持部の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｅ）をそれぞれ算出する（Ｓ５２）。
【００７３】
以下の制御手順で、ランプパワー制御部１０は、基板加熱用ランプ群５１の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板１の基板中心部、基板周辺部内側、及び基板周辺部に係る加熱ランプ群の３つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。
【００７４】
すなわち、ランプパワー制御部１０は、半導体基板１の基板中心部の輻射光センサ６１ａ−６１ｃにより、基板中心部の温度（Ｔｃ）を監視（モニター）する（Ｓ５３ａ）。
【００７５】
次に、ランプパワー制御部１０は、基板中心部の温度（Ｔｃ）と補正した設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｃ）との差分に応じて、半導体基板１の中心部を加熱するランプ群５１ａ−５１ｃのランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ５４ａ）。
【００７６】
次に、ランプパワー制御部１０は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１の中心部を加熱するランプ群５１ａ−５１ｃのランプパワーを制御する（Ｓ５５ａ）。
【００７７】
そして、ステップＳ５５ａを実行すると、ステップＳ５３ａに戻る。すなわち、ＰＩＤ制御に準じて、輻射光センサ群６１ａ−６１ｃにより半導体基板１の中心部の温度を監視しながら、基板加熱用ランプ群５１ａ−５１ｃにより半導体基板１の中心部を補正した目標温度（Ｔｓｅｔ＿ｃ）まで加熱する。
【００７８】
上記基板中心部の制御と並行して、ランプパワー制御部１０は、半導体基板１の基板周辺部内側の輻射光センサ６１ｄにより、基板周辺部内側の温度（Ｔｍ）を監視（モニター）する（Ｓ５３ｂ）。
【００７９】
次に、ランプパワー制御部１０は、基板周辺部内側の温度（Ｔｍ）と補正した設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｍ）との差分に応じて、半導体基板１の基板周辺部内側を加熱するランプ群５１ｄのランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ５４ｂ）。
【００８０】
次に、ランプパワー制御部１０は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１の基板周辺部内側を加熱するランプ群５１ｄのランプパワーを制御する（Ｓ５５ｂ）。
【００８１】
そして、ステップＳ５５ｂを終了すると、ステップＳ５３ｂに戻る。すなわち、ＰＩＤ制御に準じて、輻射光センサ６１ｄにより半導体基板１の基板周辺部内側の温度を監視しながら、基板加熱用ランプ群５１ｄにより半導体基板１の基板周辺部内側を補正した目標温度（Ｔｓｅｔ＿ｍ）まで加熱する。
【００８２】
更に、上記基板中心部及び基板周辺部内側の制御と並行して、ランプパワー制御部１０は、半導体基板１の基板周辺部の輻射光センサ６１ｅにより、基板周辺部の温度（Ｔｅ）を監視（モニター）する（Ｓ５３ｃ）。
【００８３】
次に、ランプパワー制御部１０は、基板周辺部の温度（Ｔｅ）と補正した設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｅ）との差分に応じて、半導体基板１の基板周辺部を加熱するランプ群５１ｅのランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ５４ｃ）。
【００８４】
次に、ランプパワー制御部１０は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１の基板周辺部を加熱するランプ群５１ｅのランプパワーを制御する（Ｓ５５ｃ）。
【００８５】
そして、ステップＳ５５ｃを実行すると、ステップＳ５３ｃに戻る。すなわち、ＰＩＤ制御に準じて、輻射光センサ６１ｅにより半導体基板１の基板周辺部の温度を監視しながら、基板加熱用ランプ群５１ｅにより半導体基板１の基板周辺部を所望の目標温度（Ｔｓｅｔ＿ｅ）まで加熱する。
【００８６】
図７及び図９で前述したように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部１０は、半導体基板のランプ光照射側の反射率に応じた基板加熱用ランプ群５１と支持部加熱用ランプ群５２の照射強度のバランスの最適値を予め求め、補正関数として、ランプパワー制御部１０に搭載しておき、ランプパワー制御部１０が、予め測定された半導体基板のランプ照射側表面の反射率に基づいて、基板加熱用ランプ群５１と基板支持部加熱用ランプ群５２の照射強度のバランスを補正することにより、半導体基板の反射率によらず、半導体基板の面内温度差を一定に保つことができる。
図１９は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【００８７】
本実施形態の急速熱処理方法は、通常より低い反射率の半導体基板をスパイクアニール処理する場合に適用される手法である。
【００８８】
図１９の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板１の反射率を処理チェンバ２内、又は処理チェンバ２外で予め測定し、ランプパワー制御部１０は、その測定された半導体基板１の反射率を保持しておく（Ｓ６１）。
【００８９】
次に、ランプパワー制御部１０は、測定された反射率が通常の半導体基板（例えば、シリコン基板）の反射率より低いことを判定する（Ｓ６２）。例えば、処理対象の半導体基板１がランプ照射面側表面に適当な厚さの窒化膜を成膜した低反射率基板である場合、その反射率Ｒは０．１０であり、シリコン基板の反射率Ｒ＝０．３０より低いことを判定する。
【００９０】
次に、ランプパワー制御部１０は、測定された半導体基板１の反射率Ｒに基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度（Ｔｓｅｔ）を補正する（Ｓ６３）。例えば、反射率Ｒ＝０．１０の場合、図３（ｂ）に示すランプ照射側表面の反射率とスパイクアニール処理の最高到達温度の関係を用いて、補正後の設定温度Ｔｓｅｔ’＝Ｔｓｅｔ＋１．５℃とする。
【００９１】
次に、ランプパワー制御部１０は、補正した設定温度（Ｔｓｅｔ’）及び測定された半導体基板１の反射率Ｒに基づいて、基板中心部の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｃ）、基板周辺部内側の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｍ）、基板周辺部の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｅ）をそれぞれ補正する（Ｓ６４）。例えば、反射率Ｒ＝０．１０の場合、図９（ｂ）に示すランプ照射側表面に窒化膜を成膜した反射率が０．１０の半導体基板をスパイクアニール処理した時の面内温度差を改善するために各ランプ群が加熱する領域の半導体基板の設定温度を補正した場合の各領域の設定温度の補正値を用いて、Ｔｓｅｔ＿ｃ＝Ｔｓｅｔ’、Ｔｓｅｔ＿ｍ＝Ｔｓｅｔ’−１．３℃、Ｔｓｅｔ＿ｅ＝Ｔｓｅｔ’＋３．６℃とする。
【００９２】
以下の制御手順において、ランプパワー制御部１０は、基板加熱用ランプ群５１の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板１の基板中心部、基板周辺部内側、及び基板周辺部に係る加熱ランプ群の３つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。
【００９３】
図１９において、ステップＳ６５ａ−Ｓ６７ａ、ステップＳ６５ｂ−Ｓ６７ｂ、及びステップＳ６５ｃ−Ｓ６７ｃは、それぞれ、図１８で説明したステップＳ５３ａ−Ｓ５５ａ、ステップＳ５３ｂ−Ｓ５５ｂ、及びステップＳ５３ｃ−Ｓ５５ｃと同様であるので、その説明を省略する。
【００９４】
図２０は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【００９５】
図２０の急速熱処理方法において、まず、処理対象の半導体基板１の反射率を処理チェンバ２内、又は処理チェンバ２外で予め測定し、ランプパワー制御部１０は、その測定された半導体基板１の反射率を保持しておく（Ｓ７１）。
【００９６】
次に、ランプパワー制御部１０は、測定された半導体基板１の反射率に基づいて、スパイクアニール処理の目標温度である、設定温度（Ｔｓｅｔ）を補正し、かつ、補正した設定温度（Ｔｓｅｔ）に基づいて、基板中心部の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｃ）、基板周辺部の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｅ）、基板支持部の設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｓ）をそれぞれ算出する（Ｓ７２）。
【００９７】
以下の制御手順で、ランプパワー制御部１０は、基板加熱用ランプ群５１及び基板支持部加熱用ランプ群５２の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板１の基板中心部、基板周辺部、及び基板支持部３に係る加熱ランプ群の３つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。
【００９８】
すなわち、ランプパワー制御部１０は、半導体基板１の基板中心部の輻射光センサ６１ａ−６１ｄにより、基板中心部の温度（Ｔｃ）を監視（モニター）する（Ｓ７３ａ）。
【００９９】
次に、ランプパワー制御部１０は、基板中心部の温度（Ｔｃ）と補正した設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｃ）との差分に応じて、半導体基板１の中心部を加熱するランプ群５１ａ−５１ｄのランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ７４ａ）。
【０１００】
次に、ランプパワー制御部１０は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１の中心部を加熱するランプ群５１ａ−５１ｄのランプパワーを制御する（Ｓ７５ａ）。
【０１０１】
そして、ステップＳ７５ａを実行すると、ステップＳ７３ａに戻る。すなわち、輻射光センサ群６１ａ−６１ｄにより半導体基板１の温度を監視しながら、ＰＩＤ制御に準じて、基板加熱用ランプ群５１ａ−５１ｄのランプパワーへのフィードバック制御を実行し、半導体基板１の中心部を補正した目標温度（Ｔｓｅｔ＿ｃ）まで加熱する。
【０１０２】
上記基板中心部の制御と並行して、ランプパワー制御部１０は、半導体基板１の基板周辺部の輻射光センサ６１ｅにより、基板周辺部の温度（Ｔｅ）を監視（モニター）する（Ｓ７３ｂ）。
【０１０３】
次に、ランプパワー制御部１０は、基板周辺部の温度（Ｔｅ）と補正した設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｅ）との差分に応じて、半導体基板１の基板周辺部を加熱するランプ群５１ｄ−５１ｅのランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ７４ｂ）。
【０１０４】
次に、ランプパワー制御部１０は、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１の基板周辺部を加熱するランプ群５１ｄ−５１ｅのランプパワーを制御する（Ｓ７５ｂ）。
【０１０５】
そして、ステップＳ７５ｂを終了すると、ステップＳ７３ｂに戻る。すなわち、輻射光センサ６１ｅにより半導体基板１の温度を監視しながら、ＰＩＤ制御に準じて、基板加熱用ランプ群５１ｅのランプパワーへのフィードバック制御を実行し、半導体基板１の基板周辺部を補正した目標温度（Ｔｓｅｔ＿ｅ）まで加熱する。
【０１０６】
更に、上記基板中心部及び基板周辺部の制御と並行して、ランプパワー制御部１０は、基板支持部３の温度モニタ６２により、基板支持部３の温度（Ｔｓ）を監視（モニター）する（Ｓ７３ｃ）。
【０１０７】
次に、ランプパワー制御部１０は、基板支持部３の温度（Ｔｓ）と補正した設定温度（Ｔｓｅｔ＿ｓ）との差分に応じて、基板支持部３を加熱するランプ群５２のランプパワー（照射強度）を算出する（Ｓ７４ｃ）。
【０１０８】
次に、ランプパワー制御部１０は、算出されたランプパワーに応じて、基板支持部３を加熱するランプ群５２のランプパワーを制御する（Ｓ７５ｃ）。
【０１０９】
そして、ステップＳ７５ｃを実行すると、ステップＳ７３ｃに戻る。すなわち、ＰＩＤ制御に準じて、基板支持部加熱用ランプ群５２のランプパワーへのフィードバック制御を実行し、半導体基板支持部を補正した目標温度（Ｔｓｅｔ＿ｓ）まで加熱する。
【０１１０】
図７及び図９で前述したように、本実施形態の急速熱処理装置におけるランプパワー制御部１０は、半導体基板のランプ光照射側の反射率に応じた基板加熱用ランプ群５１と支持部加熱用ランプ群５２のバランスの最適値を予め求め、補正関数として、ランプパワー制御部１０に搭載しておき、ランプパワー制御部１０が、予め測定された半導体基板のランプ照射側表面の反射率に基づいて、基板加熱用ランプ群５１と基板支持部加熱用ランプ群５２の照射強度のバランスを補正することにより、半導体基板の反射率によらず、半導体基板の面内温度差を一定に保つことができる。
図２１は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【０１１１】
図２１において、ステップＳ８１、Ｓ８３ａ、Ｓ８５ａ、Ｓ８３ｂ、Ｓ８５ｂ、Ｓ８３ｃ、Ｓ８５ｃは、それぞれ、図２０で説明したステップＳ７１、Ｓ７３ａ、Ｓ７５ａ、Ｓ７３ｂ、Ｓ７５ｂ、Ｓ７３ｃ、Ｓ７５ｃと同様であるので、その説明を省略する。
【０１１２】
図２１の急速熱処理方法において、ランプパワー制御部１０は、ステップＳ８１で予め測定された半導体基板１の反射率を取得した後、測定された半導体基板１の反射率に基づいて、基板中心部、基板周辺部、及び基板支持部３のＰＩＤパラメータをそれぞれ補正する（Ｓ８２）。
【０１１３】
以下の制御手順で、ランプパワー制御部１０は、基板加熱用ランプ群５１及び基板支持部加熱用ランプ群５２の複数の加熱ランプのランプパワー制御を、半導体基板１の基板中心部、基板周辺部、及び基板支持部３に係る加熱ランプ群の３つのグループに分けて、各グループごとに並列的に行う。説明の重複を避けるため、半導体基板１の基板中心部に係るランプパワー制御のみ、以下に説明する。図２１に示したように、半導体基板１の基板周辺部、及び基板支持部３のランプパワー制御も同様に実行される。
【０１１４】
ステップＳ８３ａで半導体基板１の中心部の温度（Ｔｃ）をモニターした後、ランプパワー制御部１０は、基板中心部の温度（Ｔｃ）と設定温度（Ｔｓｅｔ）との差分に応じて、半導体基板１の中心部を加熱するランプ群５１ａ−５１ｄのランプパワー（照射強度）を、補正したＰＩＤパラメータを用いて算出する（Ｓ８４ａ）。そして、図１４の急速熱処理方法と同様に、算出されたランプパワーに応じて、半導体基板１の中心部を加熱するランプ群５１ａ−５１ｄのランプパワーが制御される。
【０１１５】
このように、予め測定された半導体基板１の反射率に基づいて、設定温度Ｔｓｅｔを補正する代わりに、基板加熱用ランプ群５１及び基板支持部加熱用ランプ群５２のランプパワー（照射強度）を制御するためのランプパワー制御部１０におけるＰＩＤパラメータを補正しても同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
次に、図１１は、本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法によるスパイクアニール処理を半導体装置の製造に適用した一例を示す。
【０１１７】
通常、ＣＭＯＳトランジスタの形成において、スパイクアニール処理はソース／ドレイン領域へのイオン注入後にドーパントの活性化のために高温・短時間の加熱処理が行われる。ここでは、半導体装置として0.1μm以下の微細化されたＣＭＯＳトランジスタを例示するが、本発明は0.1μm以下の微細化されたＣＭＯＳトランジスタに限定されることなく、ゲート、ソース／ドレインを有するトランジスタ構造の半導体装置に適用が可能である。
図１１（ａ）に示したように、ＳＴＩ（shallow trench isolation）素子分離構造１０２を有する半導体基板（ここでは、シリコン基板）１０１に、通常のＣＭＯＳプロセスにより素子活性領域１０３、１０４を形成する。n型素子活性領域１０３にはp型不純物を、p型素子活性領域１０４にはn型不純物をそれぞれイオン注入し、pウェル１０３ａ及びnウェル１０４ａを形成する。続いて、それぞれの素子活性領域に熱酸化によりゲート絶縁膜１０５を形成し、次いでＣＶＤ法等により多結晶シリコン膜を堆積した後、これら多結晶シリコン膜及びゲート絶縁膜をフォトリソグラフィー及びドライエッチングにより電極形状にパターニングし、素子活性領域上にゲート絶縁膜を介してなるゲート電極１０６を形成する。
続いて、図１１（ｂ）及び（ｃ）に示したように、n型素子活性領域１０３のみを露出させるレジストマスク１０７を形成し、n型素子活性領域１０３のみに、まず、ポケット領域１１１を形成するためにp型不純物（ここでは、インジウム（In））のイオン注入を行う。
Inのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを30〜100keV、ドーズ量を5E12/cm2〜2E13/cm2とし、半導体基板１０１の表面に垂直な方向から傾斜させてイオン注入する。傾斜角(チルト角)は、基板表面に垂直な方向を0°として0°〜45°とする。この場合、上記加速エネルギー及びドーズ量で基板表面に対して各々対称な４方向からイオン注入することになる。以下の説明では、チルト角を付与する場合には、同様に４方向注入するものとして説明を省略する。
なお、不純物としてはInの代りにホウ素(B)を用いても良い。その場合には加速エネルギーを3keV〜10keVとする。
続いて、図１１（ｄ）に示したように、エクステンション領域１１３を形成するために、n型不純物（ここでは砒素(As)）のイオン注入を行う。この場合、Asの代りに燐(P)やアンチモン(Sb)を用いても好適である。
Asのイオン注入条件としては、加速エネルギーを1〜5keV、ドーズ量を1E14〜3E15/cm2とし、チルト角を0〜10°とする。
続いて、図１１（ｅ）に示したように、レジストマスク１０７を灰化処理等により除去した後、アニール処理を行う。アニール条件としては900℃〜1025℃で保持時間はほぼ0秒とし、窒素等の不活性ガス雰囲気中、或いは1000ppm以下の酸素と不活性ガスを混合した雰囲気中で行う。
このアニール処理において、半導体基板の反射率を処理チェンバ内、又は処理チェンバ外で予め測定しておき、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と、支持部に光照射して支持部を加熱する支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することを特徴とする本発明の急速熱処理方法によるスパイクアニール処理を適用することにより、素子分離構造及びゲート電極のサイズ、パターン、構成する各種膜の光学的物性等に左右されることなく、所望の温度まで正確に加熱し、基板面内の温度差も最小にすることが可能となり、安定した品質の半導体装置を得ることができる。
なお、このアニール処理では、特にポケット領域１１１の形成のためにイオン注入したＩｎの電気的活性を向上させることを考慮しており、以降の熱処理及び熱工程の調整によっては省略することも可能である。
【０１１８】
なお、本実施形態では、上記の各注入工程において、ゲート電極１０６の側壁にサイドウォールを形成しない場合について例示したが、エクステンション領域１１３とゲート電極１０６との最適なオーバーラップを得るために、ゲート電極１０６の両側面に膜厚5nm〜20nm程度の薄いサイドウォール１０９（図１１（ｉ）参照）を形成しておき、この状態で上記の各注入を行うようにしても良い。この場合、サイドウォール１０９の膜構成や形状には特に条件を設ける必要はなく、スペーサ（マスク）としての機能を持つものであれば良い。
【０１１９】
続いて、図１１（ｆ）及び（ｇ）に示したように、p型素子活性領域１０４のみを露出するレジストマスク１０８を形成して、ポケット領域１１４を形成するためにn型不純物（ここではアンチモン(Sb)）をイオン注入する。
Sbのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを30keV〜100keV、ドーズ量を5E12/cm2〜2E13/cm2とし、チルト角を0°〜45°とする。なお、この場合、Sbの代りに他のn型不純物、例えばAsやPを用いてイオン注入しても良い。
【０１２０】
続いて、図１１（ｈ）に示したように、エクステンション領域１１６を形成するために、p型不純物（ここではホウ素(B)）をイオン注入する。
Bのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを0.5keV以下、ドーズ量を1E14〜3E15/cm2とし、チルト角を0°〜10°とする。ここで、注入イオン種にBF2+を用いる場合には、加速エネルギーを2.5keV以下、ドーズ量は同一とすることで最適となる。この最適条件はサイドウォール１０９の有無やその厚みによって変化する。図１１（ｉ）に示したように、サイドウォール１０９がある場合には、ポケット領域１１４形成のイオン注入ではエネルギーを高めに、エクステンション領域１１６形成のイオン注入ではドーズ量を高めに誘導し、最適な条件とする必要がある。
【０１２１】
続いて、図１１（ｊ）に示したように、素子活性領域１０３及び１０４に深いソース／ドレイン領域（ディープＳ／Ｄ領域）１１７及び１１８をそれぞれ形成する。
【０１２２】
具体的には、まずレジストマスク１０８を灰化処理等により除去した後、ＣＶＤ法等により全面にシリコン酸化膜を堆積し、このシリコン酸化膜の全面を異方性エッチング（エッチバック）することによりシリコン酸化膜を各ゲート電極１０６の側面にのみ残し、サイドウォール１０９を形成する。そして、n型素子活性領域１０３のみを露出するレジストマスクを形成する。このレジストマスクから露出するｎ型素子活性領域１０３に、ゲート電極１０６及びサイドウォール１０９をマスクとして、ゲート電極の両側における半導体基板の表層にn型不純物（ここではリン(P)）をイオン注入して、ディープＳ／Ｄ領域１１７を形成する。
【０１２３】
Pのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを5〜20keV、ドーズ量を2E15/cm2〜1E16/cm2とし、チルト角を0°〜10°とする。なお、Pの代りに砒素(As)をイオン注入するようにしても良い。
【０１２４】
続いて同様に、前記レジストマスクを灰化処理等により除去した後、今度はｐ型素子活性領域１０４のみを露出するレジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクから露出するｐ型素子活性領域１０４に、ゲート電極１０６及びサイドウォール１０９をマスクとして、ゲート電極の両側における半導体基板の表層にｐ型不純物（ここでは、B）をイオン注入して、ディープＳ／Ｄ領域１１８を形成する。
【０１２５】
Bのイオン注入の条件としては、加速エネルギーを2〜5keV、ドーズ量を2E15/cm2〜1E16/cm2とし、チルト角を0°〜10°とする。ここで、Bのイオン注入には、BF2などのBを含有するイオンであれば良い。
【０１２６】
そして、目標温度が900℃〜1050℃、保持時間がほぼ0秒のアニール処理を行い、各不純物を活性化させる。このアニール処理において、半導体基板の反射率を処理チェンバ内、又は処理チェンバ外で予め測定しておき、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と、支持部に光照射して支持部を加熱する支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することを特徴とする本発明の急速熱処理方法によるスパイクアニール処理を適用することにより、素子分離構造及びゲート電極のサイズ、パターン、構成する各種膜の光学的物性等に左右されることなく、所望の温度まで正確に加熱し、基板面内の温度差も最小にすることが可能となり、安定した品質の半導体装置を得ることができる。
以上のように、図１１（ｊ）の半導体装置においては、ポケット領域１１１及び１１４、エクステンション領域１１３及び１１６、ディープＳ／Ｄ領域１１７及び１１８が半導体基板１００に形成され、ポケット領域１１１、Ｎ拡散領域１１２、エクステンション領域１１３、及びディープＳ／Ｄ領域１１７がｎ型不純物拡散層１２１を構成し、ポケット領域１１４、Ｎ拡散領域１１５、エクステンション領域１１６、及びディープＳ／Ｄ領域がｐ型不純物拡散層１２２を構成している。
【０１２７】
しかる後に、層間絶縁膜やコンタクト孔、各種配線層等の形成工程を経て、ｎ型素子活性領域１０３にｎＭＯＳトランジスタが、ｐ型素子活性領域１０４にｐＭＯＳトランジスタがそれぞれ形成される。
【０１２８】
なお、本実施形態では、ゲート電極を形成した後にソース／ドレインとなる一対の不純物拡散層を形成する場合を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの形成順序を適宜変更することも考えられる。
【０１２９】
図１２は、図１１で説明したようにｎＭＯＳトランジスタを形成する際に、本発明の一実施形態に係る急速熱処理装置で処理する場合に、ランプの照射強度調整による補正を行う前後のnＭＯＳトランジスタのオン電流特性の円板状の半導体基板の半径方向の分布を示す。
【０１３０】
図１２（ａ）及び（ｂ）に示したように、補正前のnＭＯＳトランジスタのオン電流特性の直径方向の分布が−４０〜＋１０％であったのに対し、ランプの照射強度調整による補正後におけるnＭＯＳトランジスタのオン電流特性の円板状の半導体基板の半径方向の分布は略−１５〜＋１２％程度に抑制されることが分かる。このことからも、本発明の急速熱処理装置によれば、異なる反射率の半導体基板に対しスパイクアニール処理を行った場合に、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と半導体基板支持部の温度を等しく保ち、基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差を抑制する効果が得られることが分かる。
【０１３１】
以上説明したように、本発明によれば、半導体基板の反射率を処理チェンバ内又は処理チェンバ外で予め測定しておき、その測定結果に基づいて、基板加熱用ランプ部と、支持部に光照射して支持部を加熱する支持部加熱用ランプ部のランプパワー制御を補正することにより、異なる反射率の半導体基板に対しスパイクアニール処理を行った場合に、最高到達温度を一定に保ち、半導体基板と半導体基板支持部の温度を等しく保ち、基板支持部との接触箇所周辺とそれ以外の箇所との温度差を抑制できる。
【０１３２】
（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を光照射して加熱するランプ部と、前記基板の温度を測定する温度センサと、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、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。
【０１３３】
（付記２）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輻射光センサと、前記輻射光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、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記ランプ部の照射強度の制御パラメータを補正することを特徴とする急速熱処理装置。
【０１３４】
（付記３）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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記輻射光センサと輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記温度算出部により算出された温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。
（付記４）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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部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温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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基板用ランプ部の照射強度を制御し、前記温度算出部により算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御し、かつ、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正することを特徴とする急速熱処理装置。
（付記５）前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度に達する前の段階で、前記基板表面の反射率が前記処理チェンバ内で予め測定され、前記制御部は、前記測定された反射率に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の急速熱処理装置。
（付記６）前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度より低い第１の温度で一定時間保持した場合に、前記第１の温度に保つために必要なランプ照射強度値が予め測定され、前記制御部は、前記測定されたランプ照射強度値に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の急速熱処理装置。
【０１３５】
（付記７）前記制御部は、予め測定された前記基板表面の反射率と最高到達温度誤差の相関関係に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の急速熱処理装置。
【０１３６】
（付記８）前記制御部は、予め測定された前記基板表面の反射率と、前記基板と前記基板支持部の温度差が最小になる前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスとの相関関係に基づいて、前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスを補正することを特徴とする付記３又は４記載の急速熱処理装置。
【０１３７】
（付記９）前記基板表面の反射率は前記処理チェンバ外において予め測定されることを特徴とする付記１乃至４のいずれかに記載の急速熱処理装置。
（付記１０）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輻射光センサと、前記輻射光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を用いて前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度をそれぞれ補正する手順を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１３８】
（付記１１）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基板用ランプ部と、前記基板支持部に光照射して加熱する支持部用ランプ部と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面からの輻射光を反射する反射板と、前記基板の裏面側に配設され前記基板裏面と前記反射板で多重反射した前記基板裏面からの輻射光を受光する複数の輻射光センサと、前記基板裏面からの輻射光を直接受光する輻射率センサと、前記複数の輻射光センサの出力と前記輻射率センサの出力より前記基板裏面の輻射率を算出する輻射率算出部と、前記基板支持部からの輻射光を直接受光する支持部用輻射光センサと、前記輻射光センサと前記輻射率算出部の出力結果に応じて前記基板の温度を算出し、前記支持部用輻射光センサの出力結果に応じて前記基板支持部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温度に応じて前記基板用ランプ部及び前記支持部用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前記基板の急速熱処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記制御部が、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基板用ランプ部の照射強度を制御する手順と、算出された前記基板支持部の温度に応じて前記支持部用ランプ部の照射強度を制御する手順と、予め測定された前記基板表面の反射率に基づいて、前記基板用ランプ部及び前記支持部用ランプ部の照射強度の制御パラメータをそれぞれ補正する手順とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１３９】
（付記１２）半導体基板の素子活性領域への不純物のイオン注入後に、前記半導体基板の急速熱処理を行って形成される不純物拡散層を含むトランジスタを備えた半導体装置であって、付記１０又は１１記載の半導体装置の製造方法を用いて前記半導体基板の急速熱処理が行われ、前記不純物拡散層が形成されることを特徴とする半導体装置。
【０１４０】
（付記１３）前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望の目標温度に達する前の段階で、前記基板表面の反射率を前記処理チェンバ内で測定し、前記測定された反射率に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【０１４１】
（付記１４）前記基板を前記処理チェンバ内で加熱し所望のより低い第１の温度で一定時間保持した場合に、前記第１の温度に保つために必要なランプ照射強度値を算出し、前記算出されたランプ照射強度値に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【０１４２】
（付記１５）予め測定された前記基板表面の反射率と最高到達温度誤差の相関関係に基づいて、ランプ照射強度を補正することを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【０１４３】
（付記１６）予め測定された前記基板表面の反射率と、前記基板と前記基板支持部の温度差が最小になる前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスとの相関関係に基づいて、前記基板用ランプ部と前記支持部用ランプ部の照射強度バランスを補正することを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【０１４４】
（付記１７）前記基板表面の反射率は前記処理チェンバ外において予め測定されることを特徴とする付記１１記載の半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【０１４５】
【図１】本発明の一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】従来の急速熱処理装置における半導体基板の温度プロファイルのランプ照射側の基板表面の反射率依存性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けるスパイクアニール処理の最高到達温度とランプ照射側の基板表面の反射率との相関を説明するための図である。
【図４】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５】従来の急速熱処理装置において基板温度を５５０℃に保持するのに必要なランプパワーとランプ照射側の基板表面の反射率との関係を説明するための図である。
【図６】従来の急速熱処理装置において基板温度を５５０℃に保持するのに必要なランプパワーとスパイクアニール処理の最高到達温度との相関を説明するための図である。
【図７】従来の急速熱処理装置における半導体基板の面内温度分布のランプ照射側の基板表面の反射率依存性を説明するための図である。
【図８】従来の急速熱処理装置における基板周辺部を拡大して示す断面図である。
【図９】基板加熱用ランプと基板支持部加熱用ランプの照射強度調整による面内温度分布の改善結果を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る急速熱処理装置における基板周辺部を拡大して示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法によるスパイクアニール処理を半導体装置の製造方法に適用した一例を説明するための図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る急速熱処理装置で処理する場合にランプの照射強度調整による補正を行う前後のＮＭＯＳトランジスタのオン電流特性の円板状の半導体基板の半径方向の分布を示す図である。
【図１３】従来の急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図１６】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図１７】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図１８】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図１９】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図２０】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【図２１】本発明の一実施形態に係る急速熱処理方法を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
【０１４６】
１  半導体基板
２  処理チャンバ
３  基板支持部
３１  円筒形シリンダ
３２  リングプレート
４  チャンバ底部
５１  基板加熱用ランプ群
５１ａ−５１ｅ  加熱ランプ
５２  基板支持部加熱用ランプ群
６１  基板用輻射光センサ群
６１ａ−６１ｅ  輻射光センサ
６１ａ’  輻射率センサ
６２  基板支持部用輻射光センサ
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
１３  輻射率算出部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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