(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が注入された基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
不純物が注入された基板の表面に不均一な膜厚分布を有する光吸収膜の薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜が形成された基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する光照射工程と、
を備え、
前記薄膜形成工程は、前記基板の表面に中心部から周縁部に向けて膜厚が連続的に徐々に薄くなる薄膜を形成することを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記薄膜の中心部と周縁部との膜厚差は８ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理方法において、
前記薄膜形成工程は、
前記基板の表面に薄膜を堆積する薄膜堆積工程と、
前記基板の表面に堆積された薄膜の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるように加工する薄膜加工工程と、
を有することを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理方法において、
前記薄膜堆積工程は、前記基板の表面に炭素または炭素化合物の薄膜を堆積し、
前記薄膜加工工程は、前記基板を加熱しつつ、中心部よりも周縁部に多量の酸素ガスを供給する工程を有することを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記薄膜形成工程は、前記基板の表面に炭素または炭素化合物の第１薄膜を堆積し、第１薄膜の上に中心部から周縁部に向けて膜厚が薄くなるシリコンナイトライド、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンの第２薄膜を形成することを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
不純物が注入された基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
不純物が注入された後に炭素または炭素化合物の薄膜が表面に形成された基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて前記基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された前記基板を予備加熱する予備加熱手段と、
前記保持手段に保持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記チャンバー内にて前記保持手段に保持された前記基板の周囲から酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記保持手段に保持された前記基板の下方から前記チャンバー内の雰囲気を排気する排気手段と、
前記保持手段に保持した前記基板を前記予備加熱手段によって加熱し、前記酸素ガス供給手段から酸素ガスを供給しつつ前記排気手段が前記チャンバー内の雰囲気を排気することによって前記基板の表面に形成された薄膜の中心部から周縁部に向けて膜厚を薄くした後に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射させる制御手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項６記載の熱処理装置において、
フラッシュ光照射時の前記薄膜の中心部と周縁部との膜厚差は８ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不純物（イオン）が注入された半導体ウェハー、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用基板等の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、不純物注入後の半導体ウェハーの不純物活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーの不純物活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。
【０００３】
一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール装置を使用して半導体ウェハーの不純物活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたボロンやリン等の不純物が熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。
【０００４】
このため、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、不純物が注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリセカンド以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−５５８２１号公報
【特許文献２】特開２００４−８８０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、不純物が打ち込まれた半導体ウェハーの特性を示す代表的な指標としてシート抵抗値Ｒｓが用いられている。不純物の活性化によって半導体ウェハーの表面のシート抵抗値が低下し、一般にはシート抵抗値が低くなっているほど良好な不純物活性化処理がなされたとされる。このため、さらなるシート抵抗値の低下が望まれている。シート抵抗値をより低下させるためには、半導体ウェハーの表面を温度をより高温に昇温すれば良い。
【０００７】
しかしながら、フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面到達温度をより高温に昇温するためには、極めて短時間の間にさらに大きな照射エネルギーにてフラッシュ光を照射する必要があり、フラッシュランプやその駆動回路の負荷も大きなものとならざるを得ない。その結果、フラッシュランプの寿命が短くなるという問題も生じる。
【０００８】
また、半導体ウェハーの面内におけるフラッシュ光の強度分布は完全に均一ではなく、チャンバー壁面での反射等の影響によって半導体ウェハーの中心部よりも周縁部における強度が強くなる傾向が認められる。その結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーの面内温度分布にも中心部よりも周縁部の温度が高くなりやすいバラツキが発生していた。しかも、照射時間が極めて短いフラッシュ光の照射による加熱処理では、面内温度分布のバラツキを解消することは極めて困難である。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板表面をより高温かつ均一に昇温してシート抵抗値を低下させることができる熱処理方法および熱処理装置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】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、不純物が注入された基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、不純物が注入された基板の表面に不均一な膜厚分布を有する光吸収膜の薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜が形成された基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射する光照射工程と、を備え、前記薄膜形成工程は、前記基板の表面に中心部から周縁部に向けて膜厚が連続的に徐々に薄くなる薄膜を形成することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記薄膜の中心部と周縁部との膜厚差は８ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記薄膜形成工程は、前記基板の表面に薄膜を堆積する薄膜堆積工程と、前記基板の表面に堆積された薄膜の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるように加工する薄膜加工工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理方法において、前記薄膜堆積工程は、前記基板の表面に炭素または炭素化合物の薄膜を堆積し、前記薄膜加工工程は、前記基板を加熱しつつ、中心部よりも周縁部に多量の酸素ガスを供給する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記薄膜形成工程は、前記基板の表面に炭素または炭素化合物の第１薄膜を堆積し、第１薄膜の上に中心部から周縁部に向けて膜厚が薄くなるシリコンナイトライド、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンの第２薄膜を形成することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、不純物が注入された基板にフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、不純物が注入された後に炭素または炭素化合物の薄膜が表面に形成された基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて前記基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された前記基板を予備加熱する予備加熱手段と、前記保持手段に保持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記チャンバー内にて前記保持手段に保持された前記基板の周囲から酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、前記保持手段に保持された前記基板の下方から前記チャンバー内の雰囲気を排気する排気手段と、前記保持手段に保持した前記基板を前記予備加熱手段によって加熱し、前記酸素ガス供給手段から酸素ガスを供給しつつ前記排気手段が前記チャンバー内の雰囲気を排気することによって前記基板の表面に形成された薄膜の中心部から周縁部に向けて膜厚を薄くした後に前記フラッシュランプからフラッシュ光を照射させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理装置において、フラッシュ光照射時の前記薄膜の中心部と周縁部との膜厚差は８ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１から請求項５の発明によれば、不純物が注入された基板の表面に不均一な膜厚分布を有する光吸収膜の薄膜を形成し、その基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射するため、当該薄膜がフラッシュ光を吸収して昇温し、基板表面をより高温に昇温してシート抵抗値を低下させることができる。また、不均一な膜厚分布を有する薄膜によってフラッシュ光の強度分布のバラツキを解消し、基板表面を均一に昇温することができる。さらに、基板の表面に中心部から周縁部に向けて膜厚が連続的に徐々に薄くなる薄膜を形成するため、中心部よりも周縁部における光強度が強くなるフラッシュ光の強度分布のバラツキを解消して基板表面を均一に昇温することができる。
【００２０】
特に、請求項４の発明によれば、基板の表面に炭素または炭素化合物の薄膜を堆積し、その基板を加熱しつつ、中心部よりも周縁部に多量の酸素ガスを供給しているため、基板の表面に堆積された薄膜の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるような加工を容易に行うことができる。
【００２１】
特に、請求項５の発明によれば、基板の表面に炭素または炭素化合物の第１薄膜を堆積し、第１薄膜の上に中心部から周縁部に向けて膜厚が薄くなるシリコンナイトライド、多結晶シリコンまたは非晶質シリコンの第２薄膜を形成するため、第１薄膜から炭素系の汚染物質が飛散するのを第２薄膜によって抑制することができる。
【００２２】
また、請求項６および請求項７の発明によれば、不純物が注入された後に炭素または炭素化合物の薄膜が表面に形成された基板を予備加熱手段によって加熱し、酸素ガス供給手段から酸素ガスを供給しつつ排気手段がチャンバー内の雰囲気を排気することによって基板の表面に形成された薄膜の中心部から周縁部に向けて膜厚を薄くした後にフラッシュランプからフラッシュ光を照射させるため、当該薄膜がフラッシュ光を吸収して昇温し、基板表面をより高温に昇温してシート抵抗値を低下させることができる。また、中心部から周縁部に向けて膜厚が薄くなる薄膜によって、中心部よりも周縁部における光強度が強くなるフラッシュ光の強度分布のバラツキを解消して基板表面を均一に昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】チャンバーへのガス供給機構を示す部分拡大断面図である。
【図３】チャンバーをガス吐出口の高さ位置で水平面に沿って切断した概略平面図である。
【図４】保持部の構成を示す断面図である。
【図５】ホットプレートを示す平面図である。
【図６】図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】制御部の構成を示すブロック図である。
【図８】半導体ウェハーに対する処理フローの一部を示すフローチャートである。
【図９】図１の熱処理装置における半導体ウェハーの処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】シリコン基板の表面に炭素の薄膜を形成した直後の半導体ウェハーの断面図である。
【図１１】チャンバー内に形成される気流を示す概略図である。
【図１２】炭素の薄膜に加工が施された後の半導体ウェハーの断面図である。
【図１３】シリコン基板の表面に複数層の薄膜を形成した半導体ウェハーの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。熱処理装置１は基板として略円形の半導体ウェハーＷにフラッシュ光（閃光）を照射してその半導体ウェハーＷを加熱するランプアニール装置である。
【００２６】
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６およびランプハウス５に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００２７】
チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１が装着されて閉塞されている。
【００２８】
チャンバー６の天井部を構成するチャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。
【００２９】
また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。
【００３０】
チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（ランプハウス５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。
【００３１】
チャンバー側部６３は、半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉塞することによって熱処理空間６５は密閉空間となる。ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放すると熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および搬出が可能となる。
【００３２】
また、チャンバー側部６３には熱処理空間６５に処理ガスを導入するガス導入路８１が接続されている。ガス導入路８１の先端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続され、基端はガス供給源８８に連通接続されている。ガス導入路８１の経路途中にはガスバルブ８２および流量調整弁８５が介挿されている。ガス供給源８８は、窒素ガス（Ｎ2）、ヘリウムガス（Ｈｅ）、アルゴンガス（Ａｒ）等の不活性ガス、または、酸素ガス（Ｏ2）、アンモニアガス（ＮＨ3）、オゾンガス（Ｏ3）等の反応性ガスをガス導入路８１に送給する。ガス供給源８８は、これらのガスを択一的に、または、混合して処理ガスとして供給する。
【００３３】
図２は、チャンバー６へのガス供給機構を示す部分拡大断面図である。なお、同図においては、支持ピン７０は省略している。上述したように、ステンレススチール製のチャンバー側部６３の内側面上部には耐フラッシュ特性に優れたアルミニウム合金製のリング６３１が嵌め込まれている。リング６３１をチャンバー側部６３に嵌め込むことによって、図２に示すように、リング６３１の下端とチャンバー側部６３との間にガス吐出口８９が形成されることとなる。図３は、チャンバー６をガス吐出口８９の高さ位置で水平面に沿って切断した概略平面図である。リング６３１とチャンバー側部６３との間に形成されたガス吐出口８９は水平方向に沿って円環状に形成されたスリットである。円環スリット状のガス吐出口８９はチャンバー側部６３の内部に形成されたガス導入バッファ８３に連通している。そして、ガス導入バッファ８３には３本のガス導入路８１が連通接続されている。すなわち、ガス導入路８１の先端は３本に分岐されてガス導入バッファ８３に接続されているのである。３本に分岐されたガス導入路８１の先端はチャンバー側部６３の円筒周方向に沿って等間隔で（つまり、１２０°毎に）ガス導入バッファ８３に接続される。
【００３４】
ガスバルブ８２を開放することによって処理ガスはガス供給源８８からガス導入路８１に送給され、３方向からガス導入バッファ８３へと導かれる。処理ガスの供給流量は流量調整弁８５によって定められる。ガス導入バッファ８３に流入した処理ガスは、図３に示すように、ガス吐出口８９よりも流路抵抗の小さいガス導入バッファ８３内を拡がるように流れつつガス吐出口８９から熱処理空間６５内へと均一に吐出される。
【００３５】
図１に戻り、熱処理装置１は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて載置して保持しつつフラッシュ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図１に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。
【００３６】
移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。
【００３７】
モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図６に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。
【００３８】
移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。
【００３９】
また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。
【００４０】
チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材（図示省略）によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。
【００４１】
ベローズ下端板４７１には熱処理空間６５内の気体を排出するためのガス排気口４７２が形成されている。ガス排気口４７２は、下部開口６４の直下に、すなわちチャンバー６の底部中心近傍に設けられているものである。ガス排気口４７２はガスバルブ４７３および流量調整弁４７５を介して排気ポンプ４７４と連通接続されている。排気ポンプ４７４を作動させつつガスバルブ４７３を開放すると、チャンバー６内の気体は下部開口６４からガス排気口４７２を介してチャンバー外に排出される。また、搬送開口部６６にも熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、ガスバルブ８７を介して図示省略の排気機構に接続される。この排気機構は上記の排気ポンプ４７４と共通のものであっても良い。
【００４２】
ガス吐出口８９からチャンバー６内の熱処理空間６５へ処理ガスを吐出しつつ、ガス排気口４７２からチャンバー６内の雰囲気を排気すると、チャンバー側部６３の内側から吐出された処理ガスがチャンバー底部６２の中心部に向かうようなガス流が熱処理空間６５に形成される。
【００４３】
図４は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷよりも大きな径の略円板状を有する。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に設置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。
【００４４】
ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成される。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。
【００４５】
図５は、ホットプレート７１を示す平面図である。図５に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。
【００４６】
６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。
【００４７】
ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。
【００４８】
６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介してプレート電源９８（図７参照）に接続されている。プレート電源９８から各ゾーンに至る経路途中において、プレート電源９８からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。
【００４９】
次に、ランプハウス５は、チャンバー６の上方に設けられている。ランプハウス５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、ランプハウス５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。ランプハウス５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状部材である。ランプハウス５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。
【００５０】
複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。複数のフラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面の平面エリアは少なくとも保持部７に保持される半導体ウェハーＷよりも大きい。
【００５１】
キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源９９（図７参照）のコイル定数によって調整することができる。
【００５２】
また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を保持部７の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されて梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。
【００５３】
制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。図７は、制御部３の構成を示すブロック図である。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行うＣＰＵ３１、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ３２、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ３３および制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスク３４をバスライン３９に接続して構成されている。
【００５４】
また、バスライン３９には、チャンバー６内にて保持部７を昇降させる保持部昇降機構４のモータ４０、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源９９、チャンバー６内への処理ガスの給排を行うガスバルブ８２，８７，４７３、流量調整弁８５，４７５、搬送開口部６６を開閉するゲートバルブ１８５、ホットプレート７１のゾーン７１１〜７１６への電力供給を行うプレート電源９８および排気ポンプ４７４等が電気的に接続されている。制御部３のＣＰＵ３１は、磁気ディスク３４に格納された制御用ソフトウェアを実行することにより、これらの各動作機構を制御して、半導体ウェハーＷの加熱処理を進行する。
【００５５】
さらに、バスライン３９には、表示部３５および入力部３６が電気的に接続されている。表示部３５は、例えば液晶ディスプレイ等を用いて構成されており、処理結果やレシピ内容等の種々の情報を表示する。入力部３６は、例えばキーボードやマウス等を用いて構成されており、コマンドやパラメータ等の入力を受け付ける。装置のオペレータは、表示部３５に表示された内容を確認しつつ入力部３６からコマンドやパラメータ等の入力を行うことができる。なお、表示部３５と入力部３６とを一体化してタッチパネルとして構成するようにしても良い。
【００５６】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図１，６参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。
【００５７】
次に、半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。図８は、半導体ウェハーＷに対する処理フローの一部を示すフローチャートである。まず、シリコン基板１１（図１０参照）の表面にフォトリソグラフィー技術を用いてパターンを形成し、ソース・ドレイン領域にボロン（Ｂ）やヒ素（Ａｓ）等の不純物（イオン）を注入する（ステップＳ１０１）。不純物の注入はイオン打ち込み法によって実行される。
【００５８】
次に、不純物が注入されたシリコン基板１１の表面に炭素（Ｃ）の薄膜１２を形成する（ステップＳ１０２）。炭素の薄膜１２の形成には公知の種々の手法を採用することができ、例えばプラズマ蒸着によって炭素を堆積して薄膜１２を製膜するようにすれば良い。図１０は、シリコン基板１１の表面に炭素の薄膜１２を形成した直後の半導体ウェハーＷの断面図である。本実施形態においては、イオン打ち込み法によって不純物が注入されたシリコン基板１１の表面にプラズマ蒸着によってアモルファス炭素の薄膜１２を堆積・形成している。プラズマ蒸着によって堆積された直後の薄膜１２の膜厚はシリコン基板１１の面内において概ね均一であり、本実施形態においては、シリコン基板１１の表面に堆積させるアモルファス炭素の薄膜１２の膜厚（膜厚の初期値）を１００ｎｍ以上としている。なお、図１０に示すように、炭素の薄膜１２はシリコン基板１１の側端部にも若干回り込んで形成されている。
【００５９】
次に、炭素の薄膜１２が堆積された半導体ウェハーＷを熱処理装置１に搬入し、炭素薄膜１２の加工（ステップＳ１０３）および半導体ウェハーＷに対する光照射熱処理（ステップＳ１０４）が実行される。炭素薄膜加工処理および光照射熱処理についてはさらに後述する。
【００６０】
熱処理装置１での光照射熱処理が終了した半導体ウェハーＷには洗浄処理が行われる（ステップＳ１０５）。ここでの洗浄処理は、いわゆるＳＰＭ洗浄（硫酸と過酸化水素水との混合液を用いた洗浄）およびＡＰＭ洗浄（アンモニア水と過酸化水素水との混合液を用いた洗浄）である。この洗浄処理によってシリコン基板１１の表面から炭素の薄膜１２を完全に除去する。なお、本明細書において「半導体ウェハーＷ」は、表面に薄膜形成がなされていないシリコン基板１１および表面に薄膜１２が形成されたシリコン基板１１の双方を含む。
【００６１】
図９は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。本実施形態においては、熱処理装置１にて炭素薄膜１２の加工とそれに続く光照射熱処理の双方を行っている。図９に示す半導体ウェハーＷの処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することによって実行される。
【００６２】
まず、保持部７が図６に示す処理位置から図１に示す受渡位置に下降する（ステップＳ１１１）。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図６に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図１に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。熱処理装置１における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。
【００６３】
保持部７はチャンバー６に固定設置された支持ピン７０に対して昇降するものであり、図１に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。
【００６４】
次に、保持部７が受渡位置に下降した後、ガスバルブ８２が開かれてガス供給源８８からチャンバー６の熱処理空間６５内に不活性ガス（本実施形態では、窒素ガス）が供給される。それと同時に、ガスバルブ８７，４７３が開かれて熱処理空間６５内の気体が排気される（ステップＳ１１２）。ガス吐出口８９からチャンバー６内に供給された窒素ガスは、熱処理空間６５においてチャンバー底部６２の中心に位置する下部開口６４に向かって下方へと流れ、ガス排気口４７２からチャンバー外に排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、排出路８６からも排気される。
【００６５】
続いて、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して表面に炭素の薄膜１２が形成された半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される（ステップＳ１１３）。半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する（ステップＳ１１４）。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。処理位置に保持された半導体ウェハーＷはガス吐出口８９よりも若干上方に位置している。
【００６６】
ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する（ステップＳ１１５）。
【００６７】
この予備加熱によって半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散するおそれのない、２００℃ないし６００℃程度、好ましくは３５０℃ないし５５０℃程度とされる（本実施形態では５００℃）。また、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。
【００６８】
また、処理位置にて半導体ウェハーＷの予備加熱が行われるのと並行して、チャンバー６の熱処理空間６５に酸素ガスが導入される（ステップＳ１１６）。すなわち、ガス供給源８８からガス導入路８１を経由して熱処理空間６５に酸素ガスが供給される。このときに、酸素ガスのみを供給しても良いし、酸素ガスを窒素ガスに混合した混合ガスとして供給するようにしても良い。ガス供給源８８から熱処理空間６５に供給される酸素ガスの流量は制御部３が流量調整弁８５を制御することによって調整される。
【００６９】
また、熱処理空間６５に酸素ガスが供給されるとともに、チャンバー６内の雰囲気の排気も継続して行われている（ステップＳ１１７）。すなわち、ガスバルブ４７３が開かれて熱処理空間６５内の気体がガス排気口４７２から排気されている。ガス排気口４７２からの排気流量は制御部３が流量調整弁４７５を制御することによって調整される。チャンバー６内の雰囲気の一部は排出路８６からも排気されている。なお、排出路８６から排気される排気流量よりもガス排気口４７２からの排気流量の方が顕著に多量である。
【００７０】
図１１は、チャンバー６内に形成される気流を示す概略図である。ガス吐出口８９は処理位置の保持部７よりも若干下方にてチャンバー側部６３に（正確にはチャンバー側部６３とリング６３１との間に）水平方向に沿って円環状に形成されたスリットである。よって、ガス吐出口８９は処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周囲を取り囲むようにスリット状に形成されており、当該半導体ウェハーＷの周囲から酸素ガスを含む気体が均一に供給されることとなる。一方、チャンバー６内の雰囲気はチャンバー底部６２の中心、つまり保持部７の中心近傍直下に位置する下部開口６４を経てガス排気口４７２から排気される。従って、チャンバー６内の雰囲気は処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷの下方から排気されることとなる。
【００７１】
上述のような給排気が行われた結果、チャンバー６の内部には図１１に示すような酸素ガスを含む気流が形成される。スリット状のガス吐出口８９から吐出された酸素ガスを含む気流の多くは処理位置の保持部７の下側から下部開口６４に向けて流れるものの、一部は保持部７の上側（つまり半導体ウェハーＷの表面側）にも流れ込む。チャンバー６の内部においては、下部開口６４の周辺が負圧となっているため、保持部７の上側に流れ込んだ気流もやがては保持部７の側方を通過して下部開口６４に向けて流れる。その結果、酸素ガスを含む気流は、半導体ウェハーＷの周縁部にはある程度供給され続けるものの、中心部近傍にはほとんど到達しない。すなわち、処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中心部よりも周縁部により多量の酸素ガスが供給されることとなる。
【００７２】
予備加熱温度Ｔ１にまで昇温された半導体ウェハーＷの表面に酸素ガスが供給されると、薄膜１２の炭素と酸素とが反応して二酸化炭素（ＣＯ2）または一酸化炭素（ＣＯ）が生成される。これによって薄膜１２の炭素が気化されて消費され、薄膜１２の膜厚が低下する。すなわち、予備加熱されている半導体ウェハーＷに酸素ガスを供給することによって炭素の薄膜１２がエッチングされるのである。なお、生成した炭素の酸化物は気体であるため、チャンバー６内の雰囲気とともにガス排気口４７２および排出路８６から熱処理装置１の外部へと排気される。
【００７３】
このときに、半導体ウェハーＷの中心部よりも周縁部により多量の酸素ガスが供給されているため、中心部よりも周縁部の方が炭素の消費速度（つまり薄膜１２のエッチングレート）が次第に大きくなる。その結果、シリコン基板１１の表面に堆積されたアモルファス炭素の薄膜１２の膜厚が中心部から周縁部に向けて連続的に（アナログ的に）徐々に薄くなるような加工が施されることとなり、これが図８のステップＳ１０３の炭素薄膜加工である。
【００７４】
処理位置の保持部７に保持されて予備加熱されている半導体ウェハーＷに上述の如く酸素ガスを供給した状態にて所定時間待機する（ステップＳ１１８）。待機時間は予備加熱温度Ｔ１によって異なり、予備加熱温度Ｔ１が低いほど長くする必要がある。本実施形態においては、予備加熱温度Ｔ１が５００℃であり、この場合待機時間は２分〜３分とする。これによって炭素の薄膜１２の膜厚が中心部から周縁部に連続的に向けて漸次薄くなるような加工が進行し、中心部と周縁部との膜厚差が所定値以上となる。
【００７５】
図１２は、炭素の薄膜１２に加工が施された後の半導体ウェハーＷの断面図である。予備加熱されている半導体ウェハーＷの表面に中心部よりも周縁部に多量の酸素ガスを供給することによって、薄膜１２の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるような加工が施され、シリコン基板１１の表面には中心部から周縁部に向けて膜厚が連続的に徐々に薄くなる薄膜１２（凸レンズ状の薄膜）が形成される。ステップＳ１１８の所定の待機時間が経過した時点において、炭素の薄膜１２の中心部の膜厚ｔcと周縁部の膜厚ｔeとの膜厚差ｔdが８ｎｍ以上３０ｎｍ以下となるようにしている。本実施形態では、薄膜１２の中心部の膜厚ｔcが約８０ｎｍであり、周縁部の膜厚ｔeが約７０ｎｍである。
【００７６】
ステップＳ１１８の所定の待機時間が経過した時点にて、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ１１９）。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内の保持部７へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからの閃光照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。
【００７７】
すなわち、ランプハウス５のフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからの閃光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度（正確には炭素の薄膜１２の表面温度）は、瞬間的に処理温度Ｔ２まで上昇し、半導体ウェハーＷに注入された不純物が活性化された後、表面温度が急速に下降する。このように、熱処理装置１では、半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短時間で昇降することができるため、半導体ウェハーＷに注入された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。なお、不純物の活性化に必要な時間はその熱拡散に必要な時間に比較して極めて短いため、０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンド程度の拡散が生じない短時間であっても活性化は完了する。この処理が、図８のステップＳ１０４の光照射熱処理である。
【００７８】
また、処理対象となる半導体ウェハーＷの表面には炭素の薄膜１２が形成されている。このような炭素の薄膜１２の膜厚が厚くなるにしたがって半導体ウェハーＷの表面反射率が低下し、膜厚７０ｎｍでは約６０％程度となる。表面反射率の低下は、半導体ウェハーＷのフラッシュ光吸収率の上昇、より具体的には炭素の薄膜１２のフラッシュ光吸収率が増大していることを意味している。なお、キセノンフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光の放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、シリコン基板１１をほとんど透過しない。
【００７９】
炭素の薄膜１２の膜厚増加に伴う半導体ウェハーＷの表面反射率の低下は、膜厚が厚くなるにしたがって薄膜１２自体のフラッシュ光吸収率が高まることによるものである。すなわち、炭素の薄膜１２がある程度以上に厚くなると、照射されたフラッシュ光の一部が薄膜１２に吸収される。その吸収率は薄膜１２の膜厚が厚くなるほど大きくなる。フラッシュ光を吸収した炭素の薄膜１２の表面では熱が発生し、その熱がシリコン基板１１の表面に伝導する。
【００８０】
このように、ある一定以上の膜厚を有する炭素の薄膜１２は光吸収膜として機能し、半導体ウェハーＷのフラッシュ光吸収率を高める。そして、半導体ウェハーＷのフラッシュ光吸収率が高まった結果、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの表面到達温度（厳密には不純物が注入されているシリコン基板１１の表面到達温度）は薄膜１２が形成されていないときよりも上昇し、より良好な不純物の活性化処理が行われることとなる。
【００８１】
特に、本実施形態においては、半導体ウェハーＷの中心部から周縁部に向けて膜厚が連続的に徐々に薄くなる薄膜１２を形成している。このため、半導体ウェハーＷの周縁部よりも中心部の方がフラッシュ光の吸収率は高くなる。その一方、既述したように、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内におけるフラッシュ光の強度分布は完全に均一ではなく、チャンバー側部６３での反射等の影響によって半導体ウェハーＷの中心部よりも周縁部における光強度が強くなる傾向が存在する。すなわち、フラッシュ光照射時における光強度が強くなる半導体ウェハーＷの周縁部ではフラッシュ光の吸収率が低く、逆に光強度が弱くなる半導体ウェハーＷの中心部ではフラッシュ光の吸収率が高くなる。その結果、光吸収膜としての薄膜１２による昇温の程度は半導体ウェハーＷの面内において概ね均一となり、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。このように、半導体ウェハーＷの中心部から周縁部に向けて膜厚が連続的に徐々に薄くなる薄膜１２を形成することにより、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの表面をより高温かつ均一に昇温して良好な不純物の活性化処理を行うことができ、シート抵抗値も均一に低下させることができる。
【００８２】
ここで、薄膜１２の中心部の膜厚ｔcと周縁部の膜厚ｔeとの膜厚差ｔdを８ｎｍ以上３０ｎｍ以下としているのは、以下の理由による。膜厚差ｔdが８ｎｍ未満であると、上述したような周縁部よりも中心部のフラッシュ光吸収率を高める効果がほとんど得られず、フラッシュ光照射時に光強度の強い半導体ウェハーＷの周縁部の方が中心部よりも高温となる。逆に、膜厚差ｔdが３０ｎｍより大きいと、周縁部よりも中心部のフラッシュ光吸収率が高くなりすぎ、フラッシュ光照射時に半導体ウェハーＷの中心部の方が周縁部よりも高温となる。すなわち、薄膜１２の中心部と周縁部との膜厚差ｔdが８ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲から外れると、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることが困難となるのである。
【００８３】
また、フラッシュランプＦＬから照射されたフラッシュ光は炭素の薄膜１２に一旦吸収されて薄膜１２にて熱が発生し、その熱がシリコン基板１１の表面に伝導することとなる。このため、シリコン基板１１の表面にパターン形成にともなう吸収率のバラツキが存在していたとしても、薄膜１２が形成されていない場合と比較して吸収率のバラツキは緩和され、不純物が注入されているシリコン基板１１の表面は均一に加熱されることとなる。
【００８４】
また、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する時点においても、ガス吐出口８９からチャンバー６内に酸素ガスが供給されるとともに、ガス排気口４７２からチャンバー６内の雰囲気が排気され続けている。このため、フラッシュ光照射によって加熱された薄膜１２の炭素と酸素とが反応して二酸化炭素（ＣＯ2）または一酸化炭素（ＣＯ）が生成される。これによって薄膜１２の炭素が気化されて消費され、薄膜１２の膜厚が低下する。すなわち、フラッシュ光照射時に炭素の薄膜１２を光吸収膜として機能させると同時に、チャンバー６内に酸素を導入することによって炭素の薄膜１２の剥離処理をも行っているのである。なお、生成した炭素の酸化物は気体であるため、チャンバー６内の雰囲気とともにガス排気口４７２および排出路８６から熱処理装置１の外部へと排気される。
【００８５】
上述のようなフラッシュ加熱が終了して所定時間（数秒）が経過した時点で再びガス供給源８８から熱処理空間６５に窒素ガスを供給するとともに、ガス排気口４７２および排出路８６から熱処理空間６５内の酸素ガスを含む気体を排気する。これによって、チャンバー６内の雰囲気が窒素ガスに置換される（ステップＳ１２０）。
【００８６】
その後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される（ステップＳ１２１）。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理（アニール処理）が完了する（ステップＳ１２２）。
【００８７】
以上のように、本実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面に炭素の薄膜１２を形成することによってその炭素薄膜１２にフラッシュ光を吸収させている。フラッシュ光を吸収することによって炭素の薄膜１２が昇温し、薄膜１２が形成されていない場合に比較して不純物が注入されているシリコン基板１１の表面をより高温に昇温してシート抵抗値を低下させることができる。
【００８８】
特に、本実施形態においては、半導体ウェハーＷを予備加熱しつつ、その表面に中心部よりも周縁部に多量の酸素ガスを供給することによって、炭素の薄膜１２の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるような加工を行っている。このため、半導体ウェハーＷの表面にはフラッシュ光強度が弱くなる中心部からフラッシュ光強度が強くなる周縁部に向けて膜厚が連続的に徐々に薄くなる薄膜１２が形成される。これにより、フラッシュ光の強度分布のバラツキが補償され、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができ、半導体ウェハーＷの表面をより高温かつ均一に昇温してシート抵抗値を低下させることができる。また、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることによって、半導体ウェハーＷの割れを抑制することもできる。さらに、薄膜１２の膜厚は連続的に薄くなるため、半導体ウェハーＷの面内において光吸収率が急激に変化することは無く、半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一にすることができる。
【００８９】
また、チャンバー６内に酸素ガスを供給しつつ、炭素の薄膜１２が形成された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射しているため、加熱された薄膜１２の炭素が酸化されて気化することにより消費される。これによって、フラッシュ加熱時に炭素の薄膜１２の剥離処理が進行することとなり、続く洗浄処理工程（図８のステップＳ１０５）において通常のＳＰＭ洗浄およびＡＰＭ洗浄のみによって炭素の残膜を除去することができる。チャンバー６内が窒素ガス等の不活性ガス雰囲気のままフラッシュ光を照射した場合には、薄膜１２の炭素が消費されないためフラッシュ加熱後も当初の膜厚が概ねそのまま維持される。この場合、通常のＳＰＭ洗浄やＡＰＭ洗浄のみでは十分に薄膜１２を除去することができず、ステップＳ１０５の洗浄処理工程の前に別途アッシング処理工程を行う必要がある。本実施形態のように、チャンバー６内に酸素ガスを供給しつつフラッシュ光照射を行えば、フラッシュ加熱時に薄膜１２の剥離処理をも同時に行うことができ、アッシング処理工程を省略して通常の洗浄処理のみによって残膜を確実に除去することができる。なお、フラッシュ光照射時に炭素の薄膜１２の全てが気化することは無く、残膜はシリコン基板１１の表面の酸化防止膜としても機能することとなる。
【００９０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態においては、薄膜１２の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュ光の強度分布のバラツキを補償する薄膜１２の膜厚分布とすれば良い。例えば、半導体ウェハーＷの周縁部よりも中心部における光強度が強くなるような強度分布が存在するのであれば、上記実施形態とは逆に、薄膜１２の膜厚が周縁部から中心部に向けて薄くなるように（凹レンズ状に）すれば良い。すなわち、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内におけるフラッシュ光の強度分布のバラツキを補償するように、より具体的にはフラッシュ光強度が強くなる位置における膜厚が薄くなるような不均一な膜厚分布を有する薄膜を形成すれば良い。
【００９１】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷを予備加熱しつつ、その表面に中心部よりも周縁部に多量の酸素ガスを供給することによって、炭素の薄膜１２の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるような加工を行っていたが、炭素薄膜１２の加工方法はこれに限定されるものではない。例えば、径の異なる複数のフラッシュランプを同心円状にランプハウス５に配置し、半導体ウェハーＷの表面に酸素ガスを供給しつつ、その周縁部のみに弱いフラッシュ光照射を行って膜厚差をつけるようにしても良い。この場合、炭素の薄膜１２を加工するための弱いフラッシュ光照射を行った後、図９のステップＳ１１９と同様の不純物活性化のためのフラッシュ光照射を行う。或いは、半導体ウェハーＷを予備加熱する保持部７のホットプレート７１は、同心円状に配置された複数のゾーンに分割されているため（図５参照）、半導体ウェハーＷの表面に酸素ガスを供給しつつ、その中心部よりも周縁部の方が高温となるような予備加熱を行って膜厚差をつけるようにしても良い。具体的には、予備加熱において、ゾーン７１１よりもゾーン７１２が高温となり、ゾーン７１２よりもゾーン７１３〜７１６が高温となるように制御部３がプレート電源９８を制御する。
【００９２】
また、炭素の薄膜１２が堆積された半導体ウェハーＷ（図１０の状態のウェハー）を熱処理装置１に搬入する前に炭素薄膜加工を別途行うようにしても良い。例えば、炭素の薄膜１２が堆積された半導体ウェハーＷをベベルエッチングを行う装置に搬入し、半導体ウェハーＷの周縁部のみをフッ酸等を用いてエッチングするようにしても良い。また、シリコン基板１１の表面にプラズマ蒸着を行う段階にて半導体ウェハーＷの中心部から周縁部に向けて膜厚が徐々に薄くなる薄膜１２を堆積するようにしても良い。
【００９３】
また、上記実施形態においては、不純物が注入されたシリコン基板１１の表面にアモルファス炭素の薄膜１２を形成していたが、アモルファス炭素に代えて結晶構造を有する炭素（例えば、グラファイト）にて薄膜１２を形成するようにしても良い。結晶構造を有する炭素にて薄膜１２を形成するようにしても上記実施形態と同様の効果を得ることができる。もっとも、アモルファス炭素にて薄膜１２を形成するようにした方がフラッシュ加熱時に酸化されやすく薄膜１２の剥離処理が進行しやすい。
【００９４】
また、炭素化合物にて薄膜１２を形成するようにしても良い。光吸収膜としての薄膜１２を形成するのに適した炭素化合物としては、特に有機化合物が挙げられ、炭素と水素、或いはそれらに加えて酸素を含む化合物が好適である。すなわち、不純物が注入されたシリコン基板１１の表面に炭素または炭素化合物の薄膜１２を形成する形態であれば良い。
【００９５】
また、シリコン基板１１の表面に形成する薄膜１２の材質は炭素に限定されるものではなく、フラッシュ光を吸収する物性を有するものであれば良い。例えば、薄膜１２をシリコンナイトライド（ＳｉＮ）にて形成するようにしても良いし、メタル系反射膜・吸収膜にて形成するようにしても良い。メタル系の反射膜としては、多結晶シリコン＋ゲルマニウム（Ｇｅ）、多結晶シリコン＋ヒ素（Ａｓ）、ＭｇＦ2、ＣａＦ2、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｉ、ＬａとＯ，ＮまたはＣとの化合物、ＡｌＮを用いることができる。また、メタル系の吸収膜としては、結晶化したＣにＨまたはＯが含まれるＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、Ｓｉ3Ｎ4を用いることができる。薄膜１２をこれらの材質にて形成したとしても、半導体ウェハーＷの中心部から周縁部に向けて膜厚が徐々に薄くなる薄膜１２を形成すれば、半導体ウェハーＷの周縁部よりも中心部の方がフラッシュ光の吸収率は高くなる。その結果、上記実施形態と同様に、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。もっとも、薄膜１２をシリコンナイトライドまたはメタル系反射膜にて形成した場合、加熱と酸素ガス供給とによって薄膜１２の加工を行うことはできないため、熱処理装置１に搬入する前にフッ酸を用いたベベルエッチング等によって膜厚差をつける加工を行っておく必要がある。
【００９６】
また、シリコン基板１１の表面に複数層の薄膜を形成するようにしても良い。図１３は、シリコン基板１１の表面に２層の薄膜を形成した半導体ウェハーＷの断面図である。上記実施形態と同様に、イオン打ち込み法によって不純物が注入されたシリコン基板１１の表面にプラズマ蒸着によって炭素または炭素化合物の薄膜１２ａ（第１薄膜）を堆積して製膜し、さらにその上に中心部から周縁部に向けて膜厚が薄くなる多結晶シリコン（polysilicon）の薄膜１２ｂ（第２薄膜）を形成している。多結晶シリコンの膜厚加工はフッ酸を用いたベベルエッチング等によって行うことができる。このようにしても、半導体ウェハーＷの周縁部よりも中心部の方がフラッシュ光の吸収率は高くなり、フラッシュ光照射時の半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。さらに、フラッシュ光照射時に、下層の薄膜１２ａから炭素系の汚染物質が飛散するのを上層の薄膜１２ｂによって抑制することができ、そのような汚染物質がチャンバー６内の構造物に付着するのを防止することができる。図１３において、薄膜１２ｂを非晶質シリコン（amorphous silicon）またはシリコンナイトライドにて形成しても同様の効果を得ることができる。
【００９７】
また、上記実施形態においては、ランプハウス５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。
【００９８】
また、上記実施形態においては、ホットプレート７１を含む保持部７からの伝熱によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、チャンバー６の底部にハロゲンランプを設け、そのハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーＷの予備加熱を行うようにしても良い。ハロゲンランプからの光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱しつつ、その表面に中心部よりも周縁部に多量の酸素ガスを供給することによって、炭素の薄膜１２の膜厚が中心部から周縁部に向けて薄くなるような加工を行うようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９９】
また、本発明に係る技術は、シリコン膜が形成されたガラス基板に対して適用することもできる。
【符号の説明】
【０１００】
１  熱処理装置
３  制御部
４  保持部昇降機構
５  ランプハウス
６  チャンバー
７  保持部
１１  シリコン基板
１２，１２ａ，１２ｂ  薄膜
６０  上部開口
６１  チャンバー窓
６５  熱処理空間
７１  ホットプレート
７２  サセプタ
８１  ガス導入路
８２，８７，４７３  ガスバルブ
８５，４７５  流量調整弁
８８  ガス供給源
８９  ガス吐出口
９９  ランプ電源
４７２  ガス排気口
４７４  排気ポンプ
ＦＬ  フラッシュランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【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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