(57)【要約】 【課題】        異なる特性の半導体基体に対し、半導体基体毎の調整時間を必要とせずに歩留まり良く処理可能で、高い温度制御性を有する半導体製造装置及び半導体製造方法を提供する。【解決手段】    処理室１内に保持された半導体基体１００を加熱する複数のランプ３ａ〜３ｘと、ランプ３ａ〜３ｘの定格の４０％以上且つ１００％以下の試験電圧Ｖ１をランプ３ａ〜３ｘに印加する電圧印加手段７と、試験電圧Ｖ１が印加されたランプ３ａ〜３ｘの光強度Ｉを測定する放射温度計４と、光強度Ｉに基づいて、半導体基体１００を４００℃以上に加熱するために必要な第１加熱時間ｔ１を算出可能な加熱時間算出手段１３とを備える。【選択図】    図１
2007036023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室内に保持された半導体基体を加熱する複数のランプと、
前記ランプの定格の４０％以上且つ１００％以内の試験電圧を前記ランプに印加する電圧印加手段と、
前記試験電圧が印加された前記ランプの光強度を測定する放射温度計と、
前記光強度に基づいて、前記半導体基体を４００℃以上に加熱するために必要な第１加熱時間を算出可能な加熱時間算出手段
とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記半導体基体を回転させるための回転手段を更に備え、
前記加熱時間算出手段は更に、前記光強度に基づいて、前記処理室内で熱泳動現象が発生する温度以上で前記半導体基体を回転させるために必要な第２加熱時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
ランプの定格の４０％以上且つ１００％以内の試験電圧を前記ランプに印加し、半導体基体に照射するステップと、
前記試験電圧を前記ランプに印加した場合の光強度を放射温度計により測定するステップと、
前記光強度に基づいて、前記半導体基体を４００℃以上に加熱するために必要な第１加熱時間を算出するステップと、
前記第１加熱時間に基づいて前記半導体基体を加熱するステップと、
加熱された前記半導体基体を閉ループ制御で熱処理するステップ
とを含むことを特徴とする半導体製造方法。
【請求項４】
前記光強度に基づいて、前記処理室内で熱泳動現象が発生する温度以上で前記半導体基体を回転させるために必要な第２加熱時間を算出するステップと、
前記第２加熱時間に基づいて前記半導体基体を回転させるステップ
とを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造方法。
【請求項５】
前記半導体基体に固定され前記半導体基体の表面温度を測定する熱電対により予め算出された前記光強度と基体温度の関係式に基づいて前記半導体基体を回転させるステップ
とを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に係わり、特に、ランプ光を用いた熱処理に好適な半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子製造工程で用いられる熱処理装置としてランプ光を用いた枚葉熱処理装置が知られている。枚葉熱処理装置は、石英製等の処理室内に載置された半導体基板をハロゲンランプ等を用いて加熱する。半導体基板の裏面側には、半導体基板からの放射光を測定するための放射温度計が配置される。放射温度計で測定される放射光の強度は、測定系を介して半導体基板の温度情報に変換される。そして、変換された半導体基板の温度情報を基に、ハロゲンランプに印加する電圧を調節しながら半導体基板の熱処理を行う。
【０００３】
半導体基板の温度が比較的低温領域、即ち約４００℃〜６００℃未満の領域にある場合は、半導体基板は表面側に照射されたランプ光を裏面側に透過させる性質を持つ。このため、半導体基板の裏面側に設置された放射温度計が、ランプ光の成分を半導体基板からの放射光と誤認識し、実際の基体温度よりも高い温度を検出する。また、半導体基板の基体温度が低い場合は、半導体基板から放出される放射光の強度も弱いため、半導体基板表面及び裏面で反射するランプ光の影響を放射温度計が強く受ける。この結果、放射温度計の誤認識による測定精度の低下が生じ、正確な温度検出が困難となる。
【０００４】
放射温度計の誤認識の影響を避けるために、放射温度計で測定可能な温度に達するまでは、予め定められた条件に基づいてランプ出力を予め設定されている一定値で制御し（開ループ制御）、その後は放射温度計による温度情報に基づいてランプ出力を自動で制御しながら熱処理する方法（閉ループ制御）が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、ランプ光の透過現象や反射現象は、半導体基板の表面構造及び内部構造に深く依存する。このため、半導体基板の表面特性、或いは積層構造に応じて、ランプの出力電圧及び出力時間等の条件を個々に調整する必要があり、この結果、製造に寄与していない調整時間の比率が増大する。調整時間の比率の増大は、少量他品種を前提とするロジック製品の製造ラインにおいてより顕著となる。
【０００６】
また、半導体素子製造過程における各種プロセスの変動、例えば、堆積膜の膜厚変動やエッチング量の変動等により、ランプ出力及び出力時間の最適値が変動する。一旦設定したランプ出力及び出力時間が、対象とする半導体基板の熱処理条件に適合しない場合には、温度制御性不良等による半導体基板の破損等が生じる。特に、ランプ出力及び出力時間の不適合に起因する熱歪みに対する強度が低下する大口径基体では、半導体基体の破損、もしくは転移ループ導入による半導体素子の特性劣化及び歩留まりの低下を引き起こし易い。熱処理条件の最適化を技術者の経験に基づいて行うことも可能であるが、半導体基板表面又は内部の構造が変化する度に条件を設定し直さなければならなくなるため、ランプ出力及び出力時間の調整時間の増大を招く。
【０００７】
半導体基板の面内温度を一定範囲に保つために、処理室内には、半導体基板を一定速度で回転させるための回転手段が設置されている。しかし、回転手段を駆動させることにより、回転部分から発生するパーティクル等が半導体基板に付着し、歩留まりが低下する。歩留まりの低下を防止するためには、熱泳動現象が発生する程度の温度に加熱した半導体基板を回転させ、パーティクル等の付着を防ぐ対策が取られている。ここで、「熱泳動現象」とは、温度勾配を利用した物質の移動現象をいい、約１００℃程度で発生する。
【０００８】
しかし、放射温度計では、熱泳動現象が発生する低温領域における半導体基板の温度を正確に検出することができない。このため、低温領域における半導体基板の温度特性を調べるためには、半導体基板の表面若しくは裏面に熱電対を直接貼り付けて、半導体基板毎に確認する必要がある。これにより枚葉処理装置の稼働率の低下を招く。また、熱電対の挿入により処理室内が汚染されるため、半導体基板の特性の劣化も招く。
【特許文献１】特開平５−５５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、異なる特性の半導体基体に対し、半導体基体毎の調整時間を必要とせずに歩留まり良く処理可能で、高い温度制御性を有する半導体製造装置及び半導体製造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】
本願発明の一態様によれば、（イ）処理室内に保持された半導体基体を加熱する複数のランプと、（ロ）ランプの定格の４０％以上且つ１００％以内の試験電圧をランプに印加する電圧印加手段と、（ハ）試験電圧が印加されたランプの光強度を測定する放射温度計と、（ニ）光強度に基づいて、半導体基体を４００℃以上に加熱するために必要な第１加熱時間を算出可能な加熱時間算出手段とを備える半導体製造装置が提供される。
【００１１】
本願発明の他の態様によれば、（イ）ランプの定格の４０％以上且つ１００％以内の試験電圧をランプに印加し、半導体基体に照射するステップと、（ロ）試験電圧をランプに印加した場合の光強度を放射温度計により測定するステップと、（ハ）光強度に基づいて、半導体基体を４００℃以上に加熱するために必要な第１加熱時間を算出するステップと、（ニ）第１加熱時間に基づいて半導体基体を加熱するステップと、（ホ）加熱された半導体基体を閉ループ制御で熱処理するステップとを含む半導体製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異なる特性の半導体基体に対し、半導体基体毎の調整時間を必要とせずに歩留まり良く処理可能で、高い温度制御性を有する半導体製造装置及び半導体製造方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各ブロックの寸法等は現実のものとは異なることに留意すべきである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００１４】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る半導体製造装置は、図１示すように、処理室１内に保持された半導体基体１００を加熱する複数のランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・３ｌ，３ｍ，３ｎ，・・・３ｘと、ランプ３ａ〜３ｘの定格の４０％以上且つ１００％以内の試験電圧Ｖ１をランプ３ａ〜３ｘに印加する電圧印加手段７と、ランプ３ａ〜３ｘの光強度Ｉを測定する放射温度計４と、光強度Ｉに基づいて、半導体基体１００を４００℃以上に加熱するために必要な第１加熱時間ｔ１を算出可能な加熱時間算出手段１３とを備える。加熱時間算出手段１３は、ＣＰＵ１０に含まれている。例えば、試験電圧Ｖ１は、ランプ３ａ〜３ｘの定格の約４０〜１００％、好ましくは、４０〜７０％程度が利用可能である。
【００１５】
処理室１は、半導体基体１００に注入された不純物を活性化する、あるいは酸化性雰囲気下で酸化膜を形成する容器であり、ランプ３ａ〜３ｘの光を透過する例えば石英製で形成される。処理室１内には、半導体基体１００を保持する保持手段２及び保持手段２に接続され、保持手段２上の半導体基体１００を回転させる回転手段９が配置されている。保持手段２は、セラミックス、或いは石英等が用いられる。回転手段９は、保持手段２を回転させることにより、半導体基体１００を一定速度で回転させる。
【００１６】
ランプ３ａ〜３ｘは、半導体基体１００の第１主面及び第２主面にそれぞれ対向している。ランプ３ａ〜３ｘは、半導体基体１００の第１及び第２主面のいずれか一方にのみ配置されても良い。ランプ３ａ〜３ｘとしては、ハロゲンランプ等の赤外線ランプが好適である。半導体基体１００の裏面側には、半導体基体１００からの放射光の強度を測定するための放射温度計４が配置されている。放射温度計４の出力は、ＣＰＵ１０に接続されている。
【００１７】
処理室１は、ガス供給手段５及び搬送手段６に接続されている。ガス供給手段５は、処理室１内で熱処理を行うために必要な雰囲気ガス、例えば窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、酸素(Ｏ2)、水素(Ｈ2)等のガスを供給する。搬送手段６は、搬送アーム等により、半導体基体１００を１枚ずつ処理室１内に搬送する。電圧印加手段７は、ランプ３ａ〜３ｘに電圧を印加するように、ランプ３ａ〜３ｘに接続されている。ガス供給手段５、搬送手段６、及び電圧印加手段７は、それぞれＣＰＵ１０に接続されている。
【００１８】
ＣＰＵ１０は、図１に示す半導体製造装置を制御する。ＣＰＵ１０は、光強度検出手段１１、電圧制御手段１２、加熱時間算出手段１３、熱処理制御手段１４、及び関係式導出手段１５を備える。光強度検出手段１１は、放射温度計４が測定した光強度を半導体基体１００の基体温度として検出する。電圧制御手段１２は、電圧印加手段７がランプ３ａ〜３ｘに印加する電圧を制御する。
【００１９】
加熱時間算出手段１３は、図２に示すように、放射温度計４の測定結果に基づいて、半導体基体１００を温度Ｔ１まで加熱するために必要な第１加熱時間ｔ１を算出する。ここで、温度Ｔ１とは、図１の半導体製造装置を放射温度計４の測定結果に基づいて閉ループ制御しながら半導体基体１００を熱処理するのに好適な温度であり、例えば約４００〜６００℃である。熱処理制御手段１４は、ガス供給手段５、搬送手段６、及び電圧印加手段７を制御し、半導体基体１００の加熱、或いは熱処理を制御する。関係式導出手段１５は、例えば、半導体基体１００の第１加熱時間ｔ１を自動的に算出するための関係式を導出する（後述する式（１）〜（３）参照。）。
【００２０】
図２に、光強度検出手段１１が検出した基体温度（モニタ温度）と、現実の半導体基体１００の基体温度Ｔとの関係の一例を示す。搬送手段６により、処理室１に半導体基体１００を搬入した後に、電圧印加手段７がランプ３ａ〜３ｘの定格の４０％以上の試験電圧Ｖ１を１秒以下でランプ３ａ〜３ｘに印加する。試験電圧Ｖ１としては、例えばランプ３ａ〜３ｘの定格の約４０〜１００％、好ましくは、４０〜７０％程度が利用可能である。
【００２１】
処理室１に搬入された直後の半導体基体１００は、未だ十分に加熱されていないため、放射温度計４はランプ３ａ〜３ｘからの光の影響を強く受ける。この結果、光強度検出手段１１は、図２に示すようなモニタ温度のピーク曲線を検出する。その後、半導体基体１００を一定条件で徐々に加熱していくと、モニタ温度と基体温度とがほぼ同一の挙動を示し始める。そして、第１加熱時間ｔ１において、処理室１内が温度Ｔ１へ達すると、熱処理制御手段１４は、予め設定された条件に基づいて、ガス供給、搬送、電圧印加等を制御する。
【００２２】
図２に示すピーク曲線は、半導体基体１００上に形成された薄膜等の光の反射率、透過率等の違いによって変化する。このため、図３に示すように、それぞれ反射率の異なる複数のウエハＡ，Ｂ，Ｃに対し、それぞれ一定の試験電圧Ｖ１をｔ秒間印加した場合のモニタ温度のピーク強度（波形強度ＩA，ＩB，ＩC）と試験電圧Ｖ１との関係を予め確認する。更に、モニタ温度の波形強度ＩA，ＩB，ＩCと予め熱処理装置以外の測定装置を用いて算出したウエハＡ，Ｂ，Ｃの反射率ＲA，ＲB，ＲCの関係から、図４に示すように、波形強度Ｉと反射率Ｒとの関係式（１）を導出する；
Ｒ＝ｆ（Ｉ）      ・・・（１）
関係式（１）により、反射率Ｒが未知の半導体基体１００であっても、試験電圧Ｖ１を印加することにより得られた波形強度Ｉを用いて反射率Ｒを導出できる。
【００２３】
一方、ウエハＡ，Ｂ，Ｃの反射率がそれぞれ異なれば、ウエハＡ，Ｂ，Ｃを加熱した場合の加熱挙動もそれぞれ異なる。図５に示すように、関係式導出手段１５は、ランプ３ａ〜３ｘにそれぞれ一定の電圧Ｖを印加しながらウエハＡ，Ｂ，Ｃのそれぞれを徐々に加熱していった場合に、温度Ｔ１に達するまでの第１加熱時間ｔ１を、予めそれぞれウエハＡ，Ｂ，Ｃ毎に求める。図５においては、ウエハＡの第１加熱時間ｔ１はｔA1、ウエハＢの第１加熱時間ｔ１はｔB1、ウエハＣの第１加熱時間ｔ１はｔC1である。図５に示す関係に基づいて、図６に示すように、ランプ３ａ〜３ｘに電圧Ｖを印加してウエハＡ，Ｂ，Ｃを加熱した場合の第１加熱時間ｔ１と反射率Ｒとの関係式（２）を求める；
ｔ１＝ｇ（Ｖ，Ｒ）            ・・・（２）
更に、関係式（１）及び（２）に基づいて、第１加熱時間ｔ１、電圧Ｖ及び波形強度Ｉの関係を示す以下の関係式（３）を求める；
ｔ１＝ｇ（Ｖ，ｆ（Ｉ））      ・・・（３）
関係式（３）により、表面構造が未知である半導体基体１００に試験電圧を印加して得られた波形強度Ｉに基づいて、放射温度計４による閉ループ制御に好適な温度Ｔ１に加熱するために必要な第１加熱時間ｔ１を算出できる。
【００２４】
ＣＰＵ１０に接続されたデータ記憶装置８は、関係式記憶部８１及び熱処理情報記憶部８２を備える。関係式記憶部８１は、関係式（１）〜（３）を記憶する。熱処理情報記憶部８２は、半導体基体１００の熱処理工程に必要な各種条件を記憶する。
【００２５】
図１の半導体製造装置においては、予め電圧Ｖ、反射率Ｒ、第１加熱時間ｔ１との関係を示す関係式（１）〜（３）を関係式記憶部８１に記憶させておく。表面構造が明らかでない半導体基体１００を熱処理する場合には、まず、ランプ３ａ〜３ｘに試験電圧Ｖ１を印加して、放射温度計４が測定したランプ光の光強度から得られた波形強度Ｉを得る。波形強度Ｉと試験電圧Ｖ１の関係から、関係式（３）を用いることにより、閉ループ制御に好適な温度Ｔ１まで加熱するために必要な第１加熱時間ｔ１を自動的に導出できる。この結果、表面構造が未知の複数の半導体基体１００を熱処理する場合においても、半導体基体１００の特性に応じた熱処理条件の最適化を技術者により行う必要がないため、製造の阻害となる調整時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００２６】
図７〜図９に示すフローチャートを用いて、図１に示す半導体製造装置を用いた半導体製造方法を説明する。
【００２７】
図７のステップＳ１０において、第１加熱時間ｔ１を自動的に算出するための関係式を導出する。Ｓ１０の導出工程については後述する。ステップＳ２０において、搬送手段６が特定の処理が施された半導体基体１００を処理室１に搬入させる。ステップＳ３０において、ガス供給手段５が、熱処理情報記憶部８２に記憶された熱処理情報に基づいて、Ｎ2，Ａｒ等のガスを処理室１内に供給し、処理室１内の雰囲気を置換する。
【００２８】
ステップＳ４０において、電圧制御手段１２の制御に基づいて、電圧印加手段７がランプ３ａ〜３ｘに例えばランプの定格の４０％以上の試験電圧Ｖ１を１秒以下で印加する。ランプ３ａ〜３ｘに供給する試験電圧Ｖ１は、比較的高い電圧を短時間で印加するのが好ましい。例えば、試験電圧Ｖ１は、ランプ３ａ〜３ｘの定格の約４０〜１００％、好ましくは、４０〜７０％程度が利用可能である。試験電圧Ｖ１の印加時間は、高電圧を長時間印加することにより半導体基体１００の特性等に影響を及ぼす場合が考えられるため、例えば０．１秒〜１秒程度が好ましい。
【００２９】
ステップＳ５０において、加熱時間算出手段１３は、放射温度計４の測定結果に基づいて、光強度検出手段１１が検出した光強度及び関係式記憶部８１に記憶された関係式（１）〜（３）を読み出す。加熱時間算出手段１３は、検出された光強度に基づいて、関係式（１）〜（３）を用いて第１加熱時間ｔ１を算出する。熱処理制御手段１４は、第１加熱時間ｔ１になるまで加熱する。第１加熱時間ｔ１の経過後は、ステップＳ６０において、熱処理制御手段１４が熱処理情報記憶部８２に記憶された熱処理情報と、放射温度計４による光強度の測定結果に基づいて、図１の半導体製造装置を閉ループ制御しながら半導体基体１００の熱処理を実施する。
【００３０】
半導体基体１００の熱処理終了後は、ステップＳ７０において、搬送手段６が、熱処理が完了した半導体基体１００を処理室１に搬出させる。ステップＳ８０において、熱処理すべき次の半導体基体１００が存在する場合は、ステップＳ２０へ進み、搬送手段６が次の半導体基体１００を処理室１に搬入させる。次の半導体基体１００が存在しない場合は、作業を終了する。
【００３１】
Ｓ１０の関係式の導出工程について、図８及び図９に示すフローチャートを用いて説明する。まず、表面特性のそれぞれ異なる半導体基体１００を準備する。例えば、表面、裏面若しくは両面に１０ｎｍ〜１０００ｎｍの熱酸化膜若しくはプラズマ酸化膜、１０ｎｍ〜５００ｎｍのシリコン酸化膜、１０ｎｍ〜５００ｎｍの熱酸化膜及び１０ｎｍ〜５００ｎｍのポリシリコンの積層膜等をそれぞれ形成した複数の半導体基体１００を用意する。半導体基体１００内部には、イオン注入により１×１０10ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2程度のドナー若しくはアクセプタをドープした不純物拡散層を形成したもの、形成しないものをそれぞれ準備しておく。
【００３２】
図８のステップＳ１０１において、準備した複数の半導体基体１００のうちの１枚を、搬送手段６を用いて処理室１内に導入する。ステップＳ１０３において、ガス供給手段５が、Ｎ2，Ａｒ等のガスを処理室１内に供給し、処理室１内の雰囲気を置換する。ステップＳ１０５において、電圧制御手段１２が電圧を制御しながら、電圧印加手段７を介してランプ３ａ〜３ｘに、例えばランプ３ａ〜３ｘの定格の４０％以上の試験電圧Ｖ１を１秒以下で供給する。
【００３３】
電圧印加手段７から試験電圧Ｖ１が供給されると、ランプ３ａ〜３ｘからの光は、半導体基体１００に照射される。ランプ３ａ〜３ｘから照射された光の強度は、ステップＳ１０７において放射温度計４により測定され、光強度検出手段１１により図２のモニタ温度のピーク曲線で示すような波形として検出される。検出結果は、データ記憶装置８に記憶される。ステップＳ１０９において、搬送手段６が、搬入した半導体基体１００とは異なる表面特性を有する次の半導体基体１００を搬入し、再びステップＳ１０１〜Ｓ１０７に示す工程を繰り返す。
【００３４】
ステップＳ１１０において、図３に示すように、関係式導出手段１５は、半導体基体１００（図３ではウエハＡ，Ｂ，Ｃ）の波形強度ＩA，ＩB，ＩCと試験電圧Ｖ１との関係を抽出する。次に、図４に示すように、波形強度Ｉと反射率Ｒとの関係式（１）を求める。得られた関係式（１）を、関係式記憶部８１に記憶させる。
【００３５】
図９のステップＳ１２１において、複数の半導体基体１００のうちの１枚を、搬送手段６を用いて処理室１内に導入する。ステップＳ１２３において、ガス供給手段５が、Ｎ2，Ａｒ等のガスを処理室１内に供給し、処理室１内の雰囲気を置換する。ステップＳ１２５において、電圧制御手段１２が電圧を制御しながら、電圧印加手段７を介してランプ３ａ〜３ｘに一定電圧を印加して半導体基体１００を加熱する。ステップＳ１２７において、放射温度計４により、温度Ｔ１に達するまでに必要な第１加熱時間ｔ１を測定する。測定結果は、データ記憶装置８に記憶させる。ステップＳ１２９において、搬送手段６が、搬入した半導体基体１００とは異なる表面特性を有する次の半導体基体１００を搬入し、ステップＳ１２１〜Ｓ１２７に示す工程を繰り返す。このようにして、準備した半導体基体１００の第１加熱時間ｔ１を測定する。
【００３６】
ステップＳ１３０において、図５に示すように、ウエハＡ，Ｂ，Ｃの第１加熱時間ｔA1，ｔB1，ｔC1と温度Ｔ１との関係をデータ記憶装置８から抽出する。図５に示す関係から、図６に示すように、第１加熱時間ｔ１と反射率Ｒとの関係式（２）を求める。得られた関係式（２）を関係式記憶部８１に記憶させる。関係式（１）及び関係式（２）の関係から第１加熱時間ｔ１、電圧Ｖ及び波形強度Ｉの関係を示す関係式（３）を導出し、関係式記憶部８１に記憶させる。
【００３７】
第１の実施の形態に係る半導体製造装置の製造方法によれば、表面構造のそれぞれ異なる半導体基体１００にランプ光を照射し、得られた波形強度Ｉから半導体基体１００を温度Ｔ１に達するまでの第１加熱時間ｔ１を自動的に算出する。このため、表面構造が未知の半導体基体に熱処理する場合においても、技術者等が熱処理条件の最適化を行う必要がなく、最適化のための時間を省略できるので、図１の半導体製造装置の稼働率が向上する。また、半導体プロセス変動に伴う半導体基体１００の光学的性質の変動による温度制御性不良や、半導体基体１００の破壊なども防止でき、歩留まりが向上する。
【００３８】
（第１の実施の形態の変形例）
第１の実施の形態の変形例に係る半導体製造装置は、図１０に示すように、保持手段２に対向し、それぞれ離間して配置された複数の放射温度計４ａ，４ｂ，・・・４ｋを有する点が、図１に示す半導体製造装置と異なる。
【００３９】
図１０の半導体基体１００は、半導体基体１００表面の中心領域に膜１０１が形成されている。膜１０１は、半導体基体１００の周辺領域には形成されていない。このため、半導体基体１００の反射率・透過率は位置によって異なる。図１０に示す半導体製造装置においては、それぞれ異なる位置に離間して配置された複数の放射温度計４ａ，４ｂ，・・・４ｋが、放射光の強度をそれぞれ測定するため、放射光の局所的な強度分布が得られる。このため、例えば、電圧印加手段７により一定の試験電圧Ｖ１を印加した場合に、放射温度計４ａ，４ｂ，・・・４ｋにより測定された波形強度Ｉに基づいて、半導体基体１００の局所的な反射率・透過率を算出できる。得られた特性に基づいて、ランプ３ａ，３ｂ，・・・，３ｌの電圧を電圧制御手段１２によってそれぞれ制御しながら加熱、或いは熱処理することにより、温度制御性の高い熱処理が実現できる。この結果、表面にそれぞれ反射率の異なる複数の膜が形成され、更に大口径化した半導体基体１００を処理する場合においても、素子の破壊を防止できる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る半導体製造装置は、図１１に示すように、処理室１内に載置された回転手段９を制御するための回転制御手段１６をＣＰＵ１０内に含む点が、図１に示す半導体製造装置と異なる。加熱時間算出手段１３は、回転手段９が保持手段２を介して半導体基体１００を回転させるための第２加熱時間τを算出する。
【００４１】
図１２は、時間ｔに対する半導体基体１００の実際の基体温度Ｔと回転手段９の回転数ｎとの関係の一例を示している。例えば、加熱により半導体基体１００が温度Ｔτまで加熱されると、処理室１内の基体中にある物体が温度勾配とは逆方向の力を受けて、高温側から低温側方向へ移動する熱泳動現象が発生する。例えば、回転手段９の回転により微細なゴミ等が発生した場合において、半導体基体１００付近に熱泳動現象が発生していれば、半導体基体１００へのゴミ等の付着を防止できる。このため、図１２においては、熱泳動現象により効果が得られる温度Ｔτになった場合に、回転制御手段１６が回転手段９を回転させ始める。温度Ｔτは、約１００℃程度である。
【００４２】
加熱時間算出手段１３は、例えば、図１２に示す関係から以下に示す関係式（４）を用いて、半導体基体１００が温度Ｔτまで加熱されるため必要な第２加熱時間τを算出する；
τ＝（Ｔτ−Ｔ０）／（Ｔ１−Ｔ０）×ｔ１  ・・・（４）
ここで、Ｔ０は処理室１に搬入した際の半導体基体１００の基板温度、Ｔ１は、ランプ光の透過現象が低下し放射温度計４による温度測定が可能な温度、即ち４００〜６００℃を示す。ｔ１は、第１加熱時間を示す。なお、関係式（４）は線形近似を用いているが、多項式近似を用いることもできる。関係式（４）は、関係式記憶部８１に記憶される。
【００４３】
第２の実施の形態に係る半導体製造装置によれば、ランプ３ａ〜３ｘに試験電圧Ｖ１を印加することにより得られた波形強度Ｉに基づいて、処理室１内に熱泳動現象を発生させるために十分な温度Ｔτに加熱するための第２加熱時間τを、加熱時間算出手段１３が自動的に算出する。回転制御手段１６は、第２加熱時間τの算出結果に基づいて、熱泳動現象が発生する温度以上で回転手段９を自動的に回転させるため、回転手段９の回転により発生するパーティクル等の半導体基体１００への付着を防止できる。なお、一般的な半導体製造装置においては、温度Ｔτが約１００℃程度の低温領域の放射温度計４による温度測定の信頼性が低く、放射温度計４の測定結果を用いて第２加熱時間τを算出することが困難なため、熱電対等を貼り付けた半導体基体にてその都度温度特性を調査する必要がある。図１１に示す半導体製造装置においては、最初に関係式（１）〜（４）を求めておくことにより、それ以降は処理室１内に熱電対を挿入する必要がない。このため、熱電対の挿入による処理室１の汚染及び半導体基体１００の汚染を防止でき、半導体素子の特性劣化による歩留まりの低下を防止できる。
【００４４】
図１３に示すフローチャートを用いて、第２の実施の形態に係る半導体製造方法を説明する。
【００４５】
ステップＳ１１において、第１加熱時間ｔ及び第２加熱時間τを算出するための関係式を導出する。Ｓ１０の解析工程については、図８及び図９のステップＳ１０１〜Ｓ１１０及びＳ１２１〜Ｓ１３０と実質的に同様であるので、説明を省略する。ステップＳ２１において、搬送手段６が、特定の処理が施された半導体基体１００を処理室１に搬入させる。ステップＳ３１において、ガス供給手段５が、熱処理情報記憶部８２に記憶された熱処理情報に基づいて、Ｎ2，Ａｒ等のガスを処理室１内に供給し、処理室１内の雰囲気を置換する。
【００４６】
ステップＳ４１において、電圧制御手段１２が、ランプ３ａ〜３ｘに印加する電圧を制御しながら、電圧印加手段７によりランプ３ａ〜３ｘに例えばランプの定格の４０％以上の試験電圧Ｖ１を１秒以下で印加する。ステップＳ５１において、加熱時間算出手段１３は、光強度検出手段１１が検出した波形強度Ｉ、及び関係式記憶部８１に記憶された関係式（１）〜（４）を読み出す。加熱時間算出手段１３は、波形強度Ｉと試験電圧Ｖ１の値に基づいて、関係式（３）を用いて第１加熱時間ｔ１を算出する。更に加熱時間算出手段１３は（４）式を用いて第２加熱時間τを算出する。
【００４７】
ステップＳ５３において、回転制御手段１６は、第２加熱時間τの算出結果に基づいて、回転手段９を一定の回転数ｎ１で回転させる。ステップＳ６１において、熱処理制御手段１４は、第１加熱時間ｔ１の算出結果に基づいて、熱処理情報記憶部８２に記憶された熱処理情報に基づいて、図１１の半導体製造装置を閉ループ制御しながら半導体基体１００の熱処理を制御する。
【００４８】
ステップＳ７１において、搬送手段６が、熱処理が完了した半導体基体１００を処理室１に搬出させる。ステップＳ８１において、熱処理すべき次の半導体基体１００が存在する場合は、ステップＳ２１へ進み、搬送手段６が次の半導体基体１００を処理室１に搬入させる。次の半導体基体１００が存在しない場合は、作業を終了する。
【００４９】
第２の実施の形態に係る半導体製造方法によれば、半導体基体１００が一定温度Ｔτに加熱された場合に、回転制御手段１６が回転手段９を回転させる。これにより、回転手段９の回転によるゴミ等が熱泳動現象により半導体基体１００に付着しなくなるため、半導体基体１００中の素子の特性劣化による歩留まり低下を防止できる。また、半導体基体１００に試験電圧Ｖ１を照射し、得られた波形強度Ｉから関係式（１）〜（４）を用いて第１加熱時間ｔ１及び第２加熱時間τを自動的に導出できるため、熱処理対象とする半導体基板表面又は内部の構造を変更した場合においても、技術者により手動で熱処理条件の最適化を行う必要がなく、処理時間が短縮化する。また、処理室１内に熱電対を挿入する必要がないため、熱電対の挿入による処理室１、半導体基体１００の汚染が発生せず、短時間で高い歩留まりで半導体基体１００を熱処理できる。
【００５０】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る半導体製造装置は、図１４に示すように、半導体基体１００の表面に固定された熱電対２０と、熱電対２０の測定結果を検出する熱電対検出手段１７を有する。熱電対検出手段１７は、ＣＰＵ１０に含まれている。
【００５１】
熱電対２０は、半導体基体１００の表面に貼り付けられている。熱電対２０による温度測定に好適な温度範囲は、例えば０℃〜１００℃程度である。
【００５２】
図１５は、反射率Ｒの異なるウエハＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ同じ電圧Ｖを印加して温度Ｔτまで加熱した際の加熱挙動を、熱電対２０により測定した場合の検出結果の一例を示す。図１５の例では、ウエハＡを温度Ｔτまで加熱するために必要な第２加熱時間τはτA、ウエハＢを温度Ｔτまで加熱するために必要な第２加熱時間τはτB、ウエハＣを温度Ｔτまで加熱するために必要な第２加熱時間τはτCとなる。更に、関係式導出手段１５は、図１５に示す関係に基づいて、第２加熱時間τ、電圧Ｖ及び反射率Ｒの関係式（５）を求める；
τ＝ｍ（Ｖ，Ｒ）        ・・・（５）
関係式（５）により、半導体基体１００の反射率Ｒと電圧Ｖに基づいて、半導体基体１００を温度Ｔτまで加熱するために必要な第２加熱時間τが算出できる。
【００５３】
また、関係式導出手段１５は、関係式（１）及び（５）に基づいて、第２加熱時間τ、電圧Ｖ、及び波形強度Ｉの関係を示す以下の関係式（３）を求める；
τ＝ｍ（Ｖ，ｆ（Ｉ））  ・・・（６）
この結果、関係式（６）により、得られた波形強度Ｉと電圧Ｖに基づいて第２加熱時間τが導出できる。関係式（５）及び関係式（６）は、関係式記憶部８１に記憶させる。
【００５４】
図１４に示す半導体製造装置によれば、関係式導出手段１５が、関係式（１），（５），（６）を導出し、関係式記憶部８１に記憶させておく。このため、表面構造が明らかでない半導体基体１００を熱処理する場合に、試験電圧Ｖ１をランプ３ａ〜３ｘに印加し、波形強度Ｉを得ることで、半導体基体１００の反射率Ｒ、第１加熱時間ｔ１、及び第２加熱時間τを自動的に算出できる。よって、技術者により熱処理条件の最適化を行う必要がなく、プロセス時間の短縮化が図れる。また、図１４に示す半導体製造装置では、放射温度計４の誤認識の可能性のある低温領域の温度測定を熱電対２０により行うため、図１１に示す半導体製造装置に比べて、検出温度の精度が高くなる。更に、熱電対２０による半導体基体１００の測定は、半導体基体１００を熱処理する前段階として、関係式（５），（６）を導出するためにのみ用いられ、実際に半導体基体１００を熱処理する場合には挿入されないので、熱処理中の処理室１の汚染に起因する半導体基体１００の汚染を防止できるとともに、処理室１のクリーニング等の手間を省略できる。
【００５５】
第３の実施の形態に係る半導体製造方法を説明する。なお、第３の実施の形態に係る半導体製造方法は、図１３のＳ２１〜Ｓ８１に示す各工程と実質的に同様であるため、図１３のステップＳ１１の詳細について図８及び図１６のフローチャートを用いて説明する。
【００５６】
ステップＳ１１において、表面特性のそれぞれ異なる複数の半導体基体１００を準備する。半導体基体１００内部には、イオン注入により１×１０10ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2程度のドナー若しくはアクセプタをドープした不純物拡散層を形成したもの、形成しないものをそれぞれ準備しておく。図８のステップＳ１０１において、準備した複数の半導体基体１００のうちの１枚を、搬送手段６を用いて処理室１内に導入し、ステップＳ１０３〜Ｓ１１０に示す工程に従って、関係式導出手段１５により、関係式（１）を導出する。関係式（１）は、関係式記憶部８１に記憶させる。
【００５７】
図１６のステップＳ１３１において、複数の半導体基体１００のうちの１枚を、搬送手段６を用いて処理室１内に導入する。ステップＳ１３２において、半導体基体１００表面に熱電対２０を固定する。ステップＳ１３３において、ガス供給手段５が、Ｎ2，Ａｒ等の不活性ガスを処理室１内に供給し、処理室１内の雰囲気を不活性ガスで置換する。ステップＳ１３５において、電圧制御手段１２が電圧を制御しながら、電圧印加手段７を介してランプ３ａ〜３ｘに一定電圧を印加して加熱する。ステップＳ１３７において、熱電対検出手段１７により、熱電対２０による半導体基体１００の基体温度の測定結果を検出し、図１５に示すように、温度Ｔτに達するまでの第２加熱時間τを測定する。測定結果は、データ記憶装置８に記憶させる。ステップＳ１３９において、搬送手段６が搬入した半導体基体１００とは異なる表面特性を有する次の半導体基体１００がある場合には、次の半導体基体１００を搬入し、ステップＳ１３１〜Ｓ１３７に示す工程を繰り返す。このようにして、準備した複数の半導体基体１００の第２加熱時間τを測定する。
【００５８】
ステップＳ１４０において、関係式導出手段１５は、測定した複数の半導体基体１００の第２加熱時間τと温度Ｔτとの関係式（５）を求める。関係式導出手段１５は、関係式（５）を関係式記憶部８１に記憶させる。更に、関係式導出手段１５は、関係式（１）及び（５）の関係から関係式（６）を導出し、関係式記憶部８１に記憶させる。
【００５９】
第３の実施の形態に係る半導体製造装置の製造方法によれば、表面構造のそれぞれ異なる半導体基体１００にランプ光を照射し、得られた波形強度Ｉから半導体基体１００の反射率Ｒを解析し、半導体基体１００を放射温度計４を用いて閉ループ制御しながら熱処理可能な温度Ｔ１に達するまでの第１加熱時間ｔ１と、回転手段９を回転させるのに好適な第２加熱時間τを自動的に算出する。このため、表面特性を変化させた半導体基体１００を熱処理する場合においても、短時間で歩留まりの高い半導体製造装置が製造できる。表面特性が未知である半導体基体１００に対しても、搬入から熱処理工程まで全て自動化でき、温度制御性を高く保つこともできる。処理室１の汚染の原因となる熱電対２０の挿入は、ステップＳ１１の解析式導出工程において、関係式（５）及び（６）を導出する場合にのみ用いられるので、実際に半導体基体１００を熱処理する場合には挿入されない。このため、熱処理中の処理室１の汚染に起因する半導体基体１００の汚染を防止することが可能となるため、半導体素子の特性劣化による歩留まりの低下を防止できる。
【００６０】
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６１】
図１、図１０、図１１及び図１４に示す半導体製造装置では、ＣＰＵ１０に含まれる関係式導出手段１５が関係式（１）〜（６）を導出する方法を示しているが、これは一例であり、この構成に限定されるものではない。例えば、技術者又はコンピュータ等が予め関係式（１）〜（６）を導出し、データ記憶装置８に予め記憶させておく場合には、関係式導出手段１５は不要となる。
【００６２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置を用いて熱処理を行う場合の半導体基体の基体温度の径時変化を示すグラフの一例である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置を用いて半導体基体にランプ光を照射した場合の波形強度Ｉと電圧Ｖとの関係を示すグラフの一例である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置に利用される第１の関係式の導出方法の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置に利用される第２の関係式の導出方法の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造装置に利用される第２の関係式の導出方法の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造方法に用いる第１の関係式の導出方法の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る半導体製造方法に用いる第２の関係式の導出方法の一例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の変形例に係る半導体製造装置の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置の一例を示す概略図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造装置を用いて熱処理を行う場合の半導体基体の基体温度の径時変化を示すグラフの一例である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体製造方法を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置の一例を示す概略図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造装置に搬入された複数の半導体基体の温度特性の一例を示すグラフである。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る半導体製造方法に用いる第５の関係式の導出方法の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１…処理室
２…保持手段
３ａ〜３ｘ…ランプ
４，４ａ〜４ｋ…放射温度計
５…ガス供給手段
６…搬送手段
７…電圧印加手段
８…データ記憶装置
９…回転手段
１０…ＣＰＵ
１１…光強度検出手段
１２…電圧制御手段
１３…加熱時間算出手段
１４…熱処理制御手段
１５…関係式導出手段
１６…回転制御手段
１７…熱電対検出手段
２０…熱電対
１００…半導体基体
【図１】
2007036023.tif 000003
【図２】
2007036023.tif 000004
【図３】
2007036023.tif 000005
【図４】
2007036023.tif 000006
【図５】
2007036023.tif 000007
【図６】
2007036023.tif 000008
【図７】
2007036023.tif 000009
【図８】
2007036023.tif 000010
【図９】
2007036023.tif 000011
【図１０】
2007036023.tif 000012
【図１１】
2007036023.tif 000013
【図１２】
2007036023.tif 000014
【図１３】
2007036023.tif 000015
【図１４】
2007036023.tif 000016
【図１５】
2007036023.tif 000017
【図１６】
2007036023.tif 000018