(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にレジスト膜が形成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、
前記基板をチャンバー内に収容し、前記基板の裏面を上面に向け、冷却プレートに載置された環状部材によって前記基板の周縁部下面を支持する支持工程と、
前記環状部材を載置する前記冷却プレートによって前記基板を冷却しつつ、前記環状部材に支持された前記基板の裏面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射するフラッシュ照射工程と、
を備え、
フラッシュ光に対して不透明な材質にて形成された前記環状部材によって、前記基板の周縁部下面に前記フラッシュランプから照射されるフラッシュ光が回り込むのを防止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、
前記フラッシュランプの放射照度は１×１０８Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス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に関する。
【背景技術】
【０００２】
極めて短時間にて半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、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、その表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。このような極めて短時間の加熱処理は、例えばイオン打ち込み法によって半導体ウェハーに注入された不純物の活性化処理を行うのに好適である。
【０００３】
一方、上記のような極めて短時間の加熱処理よりももう少し長時間（数１０ミリ秒〜数１００ミリ秒）の加熱処理に対する要望も強い。このような要望を満足するため、特許文献１には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いてフラッシュランプに流れる電流をオンオフ制御することにより発光時間を延ばし、加熱処理時間を数１０ミリ秒以上とする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、フラッシュランプを用いて数１０ミリ秒〜数１００ミリ秒程度の加熱処理を行うと、半導体ウェハー表面の周縁部の温度が中央部よりも高くなるという表面温度分布の不均一が生じることが判明した。これは、フラッシュ光照射時に、一部のフラッシュ光が半導体ウェハーの側方を回り込んで周縁部下面に到達することに起因している。加熱処理時間が数ミリ秒以下の極めて短時間であれば、周縁部下面に到達したフラッシュ光による熱影響が上面に伝わる前に加熱処理が完了するのであるが、加熱時間が数１０ミリ秒以上となると、その熱影響が加熱処理中に上面に伝わるために温度分布が不均一となるのである。
【０００６】
また、一般にフラッシュ光が照射される半導体ウェハーの表面にはパターンが形成されていることが多い。パターンが形成されていると、半導体ウェハーの表面における光吸収率が不均一となるため、均一な照度分布にてフラッシュ光を照射したとしても、表面の温度分布に不均一が生じることがあった。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板にフラッシュ光を照射して均一に加熱することができる熱処理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】
【００１５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、表面にレジスト膜が形成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、前記基板をチャンバー内に収容し、前記基板の裏面を上面に向け、冷却プレートに載置された環状部材によって前記基板の周縁部下面を支持する支持工程と、前記環状部材を載置する前記冷却プレートによって前記基板を冷却しつつ、前記環状部材に支持された前記基板の裏面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射するフラッシュ照射工程と、を備え、フラッシュ光に対して不透明な材質にて形成された前記環状部材によって、前記基板の周縁部下面に前記フラッシュランプから照射されるフラッシュ光が回り込むのを防止することを特徴とする。
【００１８】
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、前記フラッシュランプの放射照度は１×１０８Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１および請求項２の発明によれば、フラッシュ光に対して不透明な材質にて形成された環状部材によって基板の周縁部下面を支持し、その基板の上面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射し、基板の周縁部下面にフラッシュ光が回り込むのを防止するため、基板にフラッシュ光を照射して均一に加熱することができる。また、冷却プレートによって基板を冷却しつつフラッシュ光の照射を行うため、複数の基板間での温度履歴を均一にすることができる。また、基板の裏面にフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光吸収に対するパターン依存性を抑制して基板をより均一に加熱することができる。
【００２９】
特に、請求項２の発明によれば、フラッシュランプの放射照度は１×１０８Ｗ／ｍ２以下であるため、基板の跳躍を防止してフラッシュ光の回り込みを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る熱処理装置の要部構成を示す図である。
【図２】支持リングの斜視図である。
【図３】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【図４】保持部に保持された半導体ウェハーをフラッシュ加熱する状態を示す図である。
【図５】第２実施形態の熱処理装置の要部構成を示す図である。
【図６】第２実施形態の半導体ウェハーをフラッシュ加熱する状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る熱処理装置１の要部構成を示す図である。この熱処理装置１は、基板としての略円形の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して加熱処理を行うフラッシュランプアニール装置である。第１実施形態では、フォトレジストが塗布された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射してレジスト膜の焼成処理（塗布後ベーク処理）や露光後の加熱処理（ポストエクスポージャーベーク）を行う。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００３３】
熱処理装置１は、主たる構成として、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、チャンバー６内にて半導体ウェハーＷを保持する保持部７と、保持部７に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載部４と、チャンバー６内の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射するフラッシュ照射部５と、チャンバー６内に処理ガスを供給するガス供給部８と、チャンバー６から排気を行う排気部２と、を備えている。また、熱処理装置１は、これらの各部を制御して半導体ウェハーＷの加熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００３４】
チャンバー６は、フラッシュ照射部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。チャンバー６の上部開口にはチャンバー窓６１が装着されて閉塞されている。
【００３５】
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、フラッシュ照射部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いる。
【００３６】
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とは図示省略の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リングを挟み込み、これらの隙間から気体が流出入するのを防いでいる。
【００３７】
チャンバー側部６３には、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が設けられている。搬送開口部６６は、図示を省略するゲートバルブによって開閉可能とされている。搬送開口部６６が開放されると、図外の搬送ロボットによってチャンバー６に対する半導体ウェハーＷの搬入および搬出が可能となる。また、搬送開口部６６が閉鎖されると、熱処理空間６５が外部との通気が遮断された密閉空間となる。
【００３８】
第１実施形態において、チャンバー６内に設けられた保持部７は、支持リング７１および冷却プレート７２を備える。図２は、支持リング７１の斜視図である。同図に示すように、支持リング７１は円環形状（リング状）の板状部材である。円環形状の支持リング７１の外径は半導体ウェハーＷの直径（本実施形態ではφ３００ｍｍ）よりも大きい。すなわち、支持リング７１の外周形状は、半導体ウェハーＷの周縁形状よりも大きい。また、支持リング７１の内径は半導体ウェハーＷの直径よりも若干小さい。このため、支持リング７１は、その内周部分にて半導体ウェハーＷの周縁部下面を全周にわたって支持することができる。
【００３９】
支持リング７１は、フラッシュ照射部５のフラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光に対して不透明な材質、つまりフラッシュ光を透過しない材質にて形成される。このようなフラッシュ光に対して不透明な材質としては、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）などを採用することができる。また、焼結体であれば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）もフラッシュ光に対して不透明な材質として用いることができる。
【００４０】
図１に戻り、冷却プレート７２は、金属製（例えば、アルミニウム）の略円板形状の部材であり、チャンバー６内に設けられて支持リング７１を載置する。冷却プレート７２の直径は、支持リング７１の外径と概ね等しい。冷却プレート７２は、図示を省略する冷却機構（例えば、水冷管やペルチェ素子など）を内蔵しており、該冷却機構によって冷却プレート７２が冷却される。また、冷却プレート７２の内部には図示省略の温度センサも配設されている。温度センサは、冷却プレート７２の温度を測定し、その測定結果を制御部３に伝達する。
【００４１】
冷却プレート７２の上面周縁部に支持リング７１が載置され、その支持リング７１によって半導体ウェハーＷが水平姿勢（主面の法線方向が鉛直方向に沿う姿勢）に支持される。半導体ウェハーＷは、その中心軸が支持リング７１の中心軸と一致するように支持される。円環形状の支持リング７１は、半導体ウェハーＷの周縁部下面を支持するため、半導体ウェハーＷの内側領域下面と冷却プレート７２の上面との間には所定間隔のギャップが形成される。このギャップの間隔は支持リング７１の厚さと等しい。なお、半導体ウェハーＷの内側領域とは、半導体ウェハーＷの主面のうち周縁部を除く領域である。
【００４２】
冷却プレート７２に載置された支持リング７１によって支持される半導体ウェハーＷは、冷却プレート７２によって所定温度に冷却され、その温度に維持される。支持リング７１に支持された半導体ウェハーＷを温調する際には、上記の温度センサにより計測される冷却プレート７２の温度が予め設定された所定の温度となるように、冷却プレート７２に内蔵された冷却機構が制御部３によって制御される。すなわち、制御部３による冷却プレート７２の温度制御はフィードバック制御であり、より具体的にはＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。
【００４３】
保持部７の冷却プレート７２よりも下方には移載部４が設けられている。移載部４は、複数本（本実施の形態では３本）のリフトピン４４と、リフトピン４４を昇降するエアシリンダ４５と、を備える。３本のリフトピン４４の上端高さ位置は同一水平面内に含まれる。３本のリフトピン４４はエアシリンダ４５によって一括して鉛直方向に沿って昇降される。各リフトピン４４は、冷却プレート７２に上下に貫通して設けられた挿通孔の内側に沿って昇降する。エアシリンダ４５が３本のリフトピン４４を上昇させると、各リフトピン４４の先端が冷却プレート７２の上面から突出し、支持リング７１の上面よりも高い位置にまで上昇する。また、エアシリンダ４５が３本のリフトピン４４を下降させると、各リフトピン４４の先端が冷却プレート７２の挿通孔の内部に埋入し、冷却プレート７２の下面よりも下方に下降する。
【００４４】
ガス供給部８は、チャンバー６内の熱処理空間６５に処理ガスを供給する。ガス供給部８は、処理ガス供給源８１とバルブ８２とを備えており、バルブ８２を開放することによって熱処理空間６５に処理ガスを供給する。ガス供給部８が供給する処理ガスとしては、窒素（Ｎ2）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ2）、水素（Ｈ2）、塩素（ｃｌ2）、水蒸気（Ｈ2Ｏ）、塩化水素（Ｈｃｌ）、オゾン（Ｏ3）、アンモニア（ＮＨ3）などの反応性ガスを用いることができる。なお、処理ガス供給源８１としては、熱処理装置１内に設けられた気体タンクと送給ポンプとで構成するようにしても良いし、熱処理装置１が設置される工場の用力を用いるにようにしても良い。
【００４５】
排気部２は、排気装置２１およびバルブ２２を備えており、バルブ２２を開放することによって排気口２３からチャンバー６内の雰囲気を排気する。排気口２３は、保持部７を囲繞するようにチャンバー側部６３に形成されたスリットである。排気口２３が形成される高さ位置は、支持リング７１に支持される半導体ウェハーＷと同じ高さ位置以下であり、半導体ウェハーＷよりもやや下方が好ましい。保持部７を取り囲むように形成されたスリット状の排気口２３から排気部２が排気を行うことによって、保持部７に保持される半導体ウェハーＷの周囲から均等に気体の排出が行われることとなる。
【００４６】
排気装置２１としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気装置２１として真空ポンプを採用し、ガス供給部８から処理ガスを供給することなく密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、チャンバー６内を真空雰囲気にまで減圧することができる。また、排気装置２１として真空ポンプを用いていない場合であっても、ガス供給部８から処理ガスを供給することなく排気を行うことにより、チャンバー６内を大気圧よりも低い気圧に減圧することができる。
【００４７】
フラッシュ照射部５は、チャンバー６の上方に設けられている。フラッシュ照射部５は、複数本（本実施形態では３０本であるが、図１では図示の便宜上１１本のみ記載）のフラッシュランプ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。フラッシュ照射部５は、チャンバー６内にて支持リング７１に支持される半導体ウェハーＷに石英のチャンバー窓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。
【００４８】
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支持リング７１に支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。
【００４９】
図３は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図３に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。
【００５０】
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陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。
【００５１】
ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続される。
【００５２】
コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。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ＣＰＵ、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ＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭ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を備えて構成される。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、図３に示したように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備える。上述のように、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。
【００５５】
次に、上記構成を有する熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。以下に説明する熱処理装置１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り進行する。
【００５６】
まず、図示省略のゲートバルブ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を介して処理対象となる半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される。第１実施形態において、処理対象となる半導体ウェハーＷは、表面にフォトレジストが塗布されてレジスト膜が形成された半導体基板である。フォトレジストの塗布は、例えば、熱処理装置１とは別に設置されたスピンコータを用いて回転塗布によって行えば良い。
【００５７】
表面にレジスト膜が形成された半導体ウェハーＷを保持した搬送ロボットのハンドが搬送開口部６６からチャンバー６内に進入し、保持部７の直上（正確には、半導体ウェハーＷの中心軸と支持リング７１の中心軸とが一致する位置）にて停止する。続いて、３本のリフトピン４４が冷却プレート７２の貫通孔よりもさらに上昇してハンドから半導体ウェハーＷを受け取る。その後、搬送ロボットのハンドがチャンバー６から退出するとともに、搬送開口部６６が閉鎖されることによりチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。そして、半導体ウェハーＷを支持する３本のリフトピン４４が下降して冷却プレート７２の挿通孔の内部に埋入する。リフトピン４４が下降する過程において、半導体ウェハーＷはリフトピン４４から支持リング７１に渡されて支持される。半導体ウェハーＷは、その中心軸が支持リング７１の中心軸と一致するように支持される。よって、支持リング７１は、半導体ウェハーＷの全周にわたって周縁部下面を支持する。
【００５８】
ここで、半導体ウェハーＷの表面とはデバイスが形成される主面であり、裏面とはその反対側の面である。デバイスが形成される半導体ウェハーＷの表面には、レジスト膜などの種々の薄膜が形成されるとともに露光処理によってパターン形成もなされる。半導体ウェハーＷの裏面には、通常は膜形成もパターン形成もなされない（但し、表面に膜形成がなされた結果として不可避的に裏面にも膜形成がなされることはある）。一方、半導体ウェハーＷの下面とは鉛直方向の下側を向いている面であり、上面とは上側を向いている面である。よって、半導体ウェハーＷの表面が上面を向いていることもあり、下面を向いていることもある。
【００５９】
第１実施形態においては、半導体ウェハーＷの裏面が上面を向いた状態でチャンバー６内に搬入される。従って、半導体ウェハーＷの裏面が上面を向いた状態（つまり、レジスト膜が下面を向いた状態）にて支持リング７１によって支持される。レジスト膜が形成された半導体ウェハーＷの表面においては、予めエッジ部除去処理によって周縁部のレジスト膜が剥離されている。よって、支持リング７１の内周部分はレジスト膜が除去された半導体ウェハーＷの表面周縁部と当接し、レジスト膜とは直接には接触しない。また、半導体ウェハーＷが支持リング７１に支持された状態において、半導体ウェハーＷの内側領域下面と冷却プレート７２の上面との間には所定間隔のギャップが形成されるため、その内側領域に形成されたレジスト膜は冷却プレート７２とも接触しない。従って、レジスト膜と何らかの部材との接触による発塵が防止される。
【００６０】
また、搬送開口部６６が閉鎖されて熱処理空間６５が密閉空間とされた後、バルブ８２が開放されてガス供給部８から熱処理空間６５に処理ガス（本実施形態では窒素ガス）を供給する。これとともに、バルブ２２が開放されて排気部２が熱処理空間６５から排気を行う。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５に窒素ガスの気流が形成され、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周辺は窒素雰囲気とされる。なお、チャンバー６内の雰囲気置換効率を高める観点からは、処理ガスを供給することなく排気部２が熱処理空間６５の排気を行って一旦大気圧よりも低い減圧雰囲気とした後に、ガス供給部８から処理ガスを供給するようにするのが好ましい。
【００６１】
冷却プレート７２は、制御部３によって予め所定温度に温調されている。半導体ウェハーＷが支持リング７１に支持されて冷却プレート７２に近接保持されることにより、半導体ウェハーＷに対する冷却プレート７２による温調が開始され、半導体ウェハーＷの温度が冷却プレート７２の温調温度に近づく。
【００６２】
半導体ウェハーＷが支持リング７１に支持されてから所定時間待機する。この間に表面に形成されたレジスト膜を含む半導体ウェハーＷの全体が冷却プレート７２の温度に温調される。そして、所定時間が経過した後に、制御部３の制御によりフラッシュ照射部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。フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。
【００６３】
パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、それに従って制御部３の波形設定部３２はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、ＩＧＢＴ９６のゲートにはオンオフを繰り返すパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。
【００６４】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、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。
【００６５】
このように、回路中にスイッチング素子たるＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにオンオフを繰り返すパルス信号を出力することにより、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬへの電荷の供給をＩＧＢＴ９６によって断続してフラッシュランプＦＬに流れる電流を制御している。その結果、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。但し、フラッシュランプＦＬに流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがＩＧＢＴ９６のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”０”になるものではない。従って、比較的間隔の短いパルス信号がＩＧＢＴ９６に出力されているときには、その間フラッシュランプＦＬが連続して発光していることとなる。
【００６６】
パルス信号の波形は、パルス幅の時間およびパルス間隔の時間を規定することによって任意に設定することができる。このため、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動も任意に制御することができ、比較的パルス間隔の短いパルス信号を多数設定することにより、フラッシュランプＦＬの発光時間を１０ミリ秒〜１０００ミリ秒にまで延ばすことができる。また、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光の照射エネルギーは１Ｊ／ｃｍ2〜１００Ｊ／ｃｍ2である。
【００６７】
第１実施形態においては、フラッシュランプＦＬの発光時間を数１０ミリ秒としている。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内へと向かう。このようなフラッシュ光の照射によって、半導体ウェハーＷが加熱される。
【００６８】
図４は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱する状態を示す図である。半導体ウェハーＷの表面にはレジスト膜１１が形成されている。半導体ウェハーＷは、レジスト膜１１が形成された表面を下面に向けて支持リング７１に支持されている。その半導体ウェハーＷの上面（第１実施形態では裏面）にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射される。フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、照射時間が極めて短く強度の強い閃光である。フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された半導体ウェハーＷの裏面の温度は瞬間的に急上昇する。そして、急激に昇温した半導体ウェハーＷの裏面から表面に向けて熱伝導が生じ、表面に形成されているレジスト膜１１が加熱されるのである。
【００６９】
このようにして、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光が照射されることにより、レジスト膜１１が形成された半導体ウェハーＷの表面の温度も急上昇し、その後急速に下降する。半導体ウェハーＷの表面温度が上昇することによって、レジスト膜１１から溶媒が蒸発し、レジスト膜１１の焼成処理が実行される。なお、レジスト膜１１の厚さは１００ｎｍ以下と極めて薄いため、半導体ウェハーＷの表面温度が短時間上昇するだけで焼成処理を完了させることができる。
【００７０】
第１実施形態においては、半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光を照射している。半導体ウェハーＷの裏面にはパターン形成がなされていない。このため、半導体ウェハーＷの裏面における光吸収率は均一であり、フラッシュ光の吸収にパターン依存性が無く、均一な照度分布にてフラッシュ光を照射すれば半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。なお、シリコンの半導体ウェハーＷは１．１μｍよりも短い波長の光はほぼ吸収するため、キセノンフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光は半導体ウェハーＷ自体によってほとんど吸収される。従って、半導体ウェハーＷの表面にパターンが形成されていたとしても、それによってフラッシュ光の吸収が影響を受けることは無い。また、フラッシュ光の紫外光成分が半導体ウェハーＷを透過してレジスト膜１１を感光するおそれも無い。
【００７１】
また、フラッシュ光に対して不透明な円環形状の支持リング７１によって半導体ウェハーＷの周縁部下面が全周にわたって支持される。従って、半導体ウェハーＷの側方を回り込もうとするフラッシュ光は支持リング７１によって遮光されることとなり、そのような迷光が半導体ウェハーＷの周縁部下面に到達することは無い。その結果、半導体ウェハーＷの側方を回り込んで周縁部下面に到達したフラッシュ光がその周縁部下面を加熱することは無く、周縁部の温度が内側領域よりも高くなることは防がれ、半導体ウェハーＷの表面の面内温度分布を均一にすることができる。
【００７２】
半導体ウェハーＷの裏面からのフラッシュ光照射によるレジスト膜１１の焼成処理が終了した後においても、半導体ウェハーＷは冷却プレート７２によって冷却され続け、所定の温調温度に維持される。これにより、焼成処理後の半導体ウェハーＷの降温速度を高めることができる。やがて、所定時間が経過した時点にて、３本のリフトピン４４が上昇して処理後の半導体ウェハーＷを持ち上げて支持リング７１から離間させる。そして、搬送開口部６６が開放されて搬送ロボットのハンドがチャンバー６内に進入し、半導体ウェハーＷの直下にて停止する。続いて、３本のリフトピン４４が下降して搬送ロボットのハンドに半導体ウェハーＷを渡す。その後、半導体ウェハーＷを受け取った搬送ロボットのハンドがチャンバー６から退出することにより半導体ウェハーＷが搬出され、熱処理装置１におけるレジスト膜１１の焼成処理が完了する。なお、搬送開口部６６を開放する前に、チャンバー６内の熱処理空間６５を大気雰囲気に置換するようにしても良い。
【００７３】
第１実施形態においては、レジスト膜１１が形成された半導体ウェハーＷの表面の周縁部をフラッシュ光に対して不透明な支持リング７１によって支持し、その半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光を照射している。パターン形成がなされていない裏面にフラッシュ光を照射することによって、フラッシュ光吸収のパターン依存性を無くして半導体ウェハーＷを均一に加熱するとともに、フラッシュ光の紫外光成分によるレジスト膜１１の感光も防止している。また、半導体ウェハーＷの表面の周縁部を全周にわたって支持リング７１にて支持しているため、フラッシュランプＦＬから照射されたフラッシュ光が半導体ウェハーＷの表面の周縁部に回り込むのを防止することができ、半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。また、半導体ウェハーＷの側方を回り込んだ迷光によってレジスト膜１１が感光するのを防止することができる。
【００７４】
ここで、フラッシュランプＦＬの発光時間が数ミリ秒程度であるときには、半導体ウェハーＷの周縁部下面（第１実施形態では表面）にフラッシュ光が回り込んで到達したとしても、その熱影響が上面に伝わる前にフラッシュ加熱が終了するため、迷光の影響は少ない。第１実施形態のように、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬに流れる電流を断続することによりフラッシュランプＦＬの発光時間を１０ミリ秒以上１秒以下としたときには、周縁部下面に回り込んだフラッシュ光による熱影響がフラッシュ加熱が終了する前に上面に現れるため、不透明な支持リング７１によって遮光する技術的意義は大きくなる。
【００７５】
また、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光の放射照度が強すぎると、半導体ウェハーＷの上面のみが急激に大きく昇温されて熱膨張する結果、半導体ウェハーＷが上面を凸とするように反って支持リング７１から飛び跳ねる可能性がある。半導体ウェハーＷが支持リング７１から飛び跳ねると、半導体ウェハーＷの周縁部下面と支持リング７１との間に隙間が生じるため、その隙間からフラッシュ光が入射し、当該周縁部下面に到達して温度分布均一性を損なうおそれがある。また、半導体ウェハーＷは、上面を凸とするように反った後、その反りが戻る反動で逆に下面を凸とするように反る。このときに、半導体ウェハーＷの表面に形成されたレジスト膜１１が冷却プレート７２に接触する可能性があり、レジスト膜１１が汚染されるおそれもある。
【００７６】
このため、フラッシュランプＦＬから照射するフラッシュ光の放射照度を１×１０8Ｗ／ｍ2以下としている。フラッシュ光の放射照度が１×１０8Ｗ／ｍ2以下であれば、半導体ウェハーＷの上面が急激に熱膨張することに起因した跳躍を防止することができ、その結果迷光の入射を防止して半導体ウェハーＷを均一にフラッシュ加熱することができるとともに、レジスト膜１１の汚染も防止することができる。
【００７７】
また、第１実施形態では、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面に形成されたレジスト膜１１の焼成処理を行っている。フラッシュ光照射による加熱処理時間は１秒以下の極めて短時間である。ホットプレートに載置して加熱する従来の塗布後ベーク処理は、半導体ウェハーＷが目標温度に到達するまでに少なくとも３０秒以上を要していた。これと比較して、フラッシュ光照射による塗布後ベーク処理に要する時間は顕著に短時間であり、その結果として熱処理装置１におけるスループットを向上させることができる。
【００７８】
さらに、第１実施形態においては、冷却プレート７２に載置された支持リング７１によって半導体ウェハーＷを支持しており、その冷却プレート７２によってフラッシュ光照射前後の半導体ウェハーＷを所定温度に温調している。すなわち、冷却プレート７２によって半導体ウェハーＷを冷却しつつフラッシュ光照射を行っている。このため、連続して処理する複数の半導体ウェハーＷ間での温度履歴を均一にすることができる。また、フラッシュ加熱による保持部７およびチャンバー６への蓄熱を防止することができる。
【００７９】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態の熱処理装置１ａの要部構成を示す図である。図５において、第１実施形態と同一の要素については図１と同一の符号を付している。この熱処理装置１ａも基板としての略円形の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して加熱処理を行うフラッシュランプアニール装置である。第２実施形態では、イオン打ち込み法によって不純物が注入された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射して不純物の活性化を行う。
【００８０】
第１実施形態においては半導体ウェハーＷを保持する保持部７に冷却プレート７２を備えていたが、第２実施形態においては保持部７に半導体ウェハーＷを加熱する加熱プレート７４を備える。加熱プレート７４は、金属製（例えば、アルミニウム）の略円板形状の部材であり、チャンバー６内に設けられて支持リング７１を載置する。加熱プレート７４は、図示を省略する加熱機構（例えば、ニクロム線などの抵抗発熱体）を内蔵しており、該加熱機構によって加熱プレート７４が昇温される。また、加熱プレート７４の内部には図示省略の温度センサも配設されている。温度センサは、加熱プレート７４の温度を測定し、その測定結果を制御部３に伝達する。
【００８１】
第２実施形態では、加熱プレート７４の上面周縁部に支持リング７１が載置され、その支持リング７１によって半導体ウェハーＷが水平姿勢に支持される。円環形状の支持リング７１は、半導体ウェハーＷの周縁部下面を支持するため、半導体ウェハーＷの内側領域下面と加熱プレート７４の上面との間には所定間隔のギャップが形成される。加熱プレート７４に載置された支持リング７１によって支持される半導体ウェハーＷは、加熱プレート７４によって所定温度に加熱され、その温度に維持される。
【００８２】
第２実施形態の熱処理装置１ａにおける残余の構成は第１実施形態の熱処理装置１と同じである。また、第２実施形態の熱処理装置１ａにおける半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同様である。但し、第２実施形態においては、処理対象となる半導体ウェハーＷは、イオン打ち込み法によって表面に不純物が注入された半導体基板である。そのような表面に不純物が注入された半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入される。
【００８３】
また、第２実施形態においては、第１実施形態とは逆に、半導体ウェハーＷの表面が上面を向いた状態でチャンバー６内に搬入される。従って、不純物が注入された表面が上面を向いた状態にて半導体ウェハーＷが支持リング７１によって支持される。支持リング７１は、半導体ウェハーＷの裏面の周縁部に当接して支持する。
【００８４】
加熱プレート７４は、制御部３によって予め所定温度に温調されている。半導体ウェハーＷは支持リング７１に支持されて加熱プレート７４に近接保持されることにより、所定温度（２００℃ないし８００℃程度）にまで予備加熱される。そして、所定時間が経過して半導体ウェハーＷが所定温度にまで加熱された後、制御部３の制御によりフラッシュ照射部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。フラッシュ光の照射については第１実施形態と同様であり、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの電荷の供給を断続することにより、フラッシュランプＦＬの発光時間を数１０ミリ秒にまで延ばしている。
【００８５】
図６は、第２実施形態の半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱する状態を示す図である。半導体ウェハーＷの表面にはパターン１２が形成され、そのパターン１２の例えばソース・ドレイン領域に不純物が注入されている。半導体ウェハーＷは、パターン１２が形成された表面を上面に向けて支持リング７１に支持されている。その半導体ウェハーＷを加熱プレート７４によって加熱しつつ、半導体ウェハーＷの上面（第２実施形態では表面）にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する。フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、照射時間が極めて短く強度の強い閃光である。フラッシュランプＦＬからフラッシュ光が照射された半導体ウェハーＷの表面の温度は瞬間的に処理温度（１０００℃以上）にまで急上昇し、それによって不純物の活性化処理が実行される。なお、フラッシュ光の照射時間は極めて短いため、不純物の熱による拡散は抑制することができる。
【００８６】
第２実施形態においては、パターン１２が形成された半導体ウェハーＷの表面を上面に向けて支持リング７１によって支持し、その半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射している。フラッシュ光に対して不透明な円環形状の支持リング７１によって半導体ウェハーＷの周縁部下面が全周にわたって支持される。従って、半導体ウェハーＷの側方を回り込もうとするフラッシュ光は支持リング７１によって遮光されることとなり、そのような迷光が半導体ウェハーＷの周縁部下面に到達することは無い。その結果、半導体ウェハーＷの側方を回り込んで周縁部下面に到達したフラッシュ光がその周縁部下面を加熱することは無く、周縁部の温度が内側領域よりも高くなることは防がれ、半導体ウェハーＷの表面の面内温度分布を均一にすることができる。よって、半導体ウェハーＷの表面を均一に加熱することができる。
【００８７】
＜変形例＞
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、第１実施形態では、半導体ウェハーＷの表面に形成されたレジスト膜１１の焼成処理を行っていたが、これに代えて半導体ウェハーＷの表面に金属膜を形成し、フラッシュ加熱によってシリサイド（例えば、ニッケルシリサイド）を形成するようにしても良い。また、第２実施形態では、半導体ウェハーＷの表面に注入された不純物の活性化を行っていたが、これに代えてイオン注入時に導入された欠陥をフラッシュ加熱によって回復するようにしても良い。
【００８８】
また、フラッシュ加熱の目的によっては、冷却プレート７２に載置された支持リング７１によって半導体ウェハーＷの表面を上面に向けて支持するようにしても良いし、加熱プレート７４に載置された支持リング７１によって半導体ウェハーＷの裏面を上面に向けて支持するようにしても良い。いずれのようにしても、フラッシュ光に対して不透明な円環形状の支持リング７１によって半導体ウェハーＷの周縁部下面を全周にわたって支持するため、フラッシュ光の回り込みを防止して半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。
【００８９】
もっとも、レジスト膜の焼成処理やシリサイド形成のように、処理温度が比較的低温で足りる場合には半導体ウェハーＷの裏面を上面に向けて支持リング７１によって支持し、半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光を照射するのが好ましい。パターン形成がなされていない裏面にフラッシュ光を照射すれば、フラッシュ光吸収のパターン依存性を無くして半導体ウェハーＷを均一に加熱することができる。一方、不純物の活性化や欠陥回復のように、処理温度に比較的高温を必要とする場合には半導体ウェハーＷの表面を上面に向けて支持リング７１によって支持し、半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射する必要がある。これは、半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光を照射したときの表面への熱伝導では、表面に直接フラッシュ光を照射するのに比較して高温に昇温するのが困難であるためである。
【００９０】
また、保持部７に、加熱機構および冷却機構を備えた温調プレートを設け、その温調プレートに支持リング７１を載置するようにしても良い。温調プレートは、フラッシュ加熱の目的に応じて、半導体ウェハーＷの加熱または冷却を行う。
【００９１】
また、支持リング７１を冷却プレート７２または加熱プレート７４と同じ材質にて形成するようにしても良い。このようにすれば、支持リング７１と冷却プレート７２または加熱プレート７４との温度均一性を向上させることができ、半導体ウェハーＷをより均一に温調することができる。但し、支持リング７１は少なくともフラッシュ光に対して不透明な材質でなければならない。同じ材質を使用するの場合には、支持リング７１と冷却プレート７２または加熱プレート７４とを一体成型するようにしても良いし、別体としたものを積層するようにしても良い。
【００９２】
また、第１実施形態のように、半導体ウェハーＷの裏面にフラッシュ光を照射する場合、当該裏面に不可避的に形成されている膜（例えば、シリコン窒化膜）を剥離してから半導体ウェハーＷをチャンバー６に搬入するようにしても良い。そのような膜を剥離することによって、半導体ウェハーＷをより均一に加熱することができる。
【００９３】
また、上記実施形態においては、フラッシュ照射部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。
【００９４】
また、本発明に係る熱処理技術によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。ガラス基板のように矩形形状の基板であれば、支持リング７１もそれに対応する四角形の環状部材とすれば良い。
【符号の説明】
【００９５】
１，１ａ  熱処理装置
２  排気部
３  制御部
４  移載部
５  フラッシュ照射部
６  チャンバー
７  保持部
８  ガス供給部
１１  レジスト膜
１２  パターン
６５  熱処理空間
７１  支持リング
７２  冷却プレート
７４  加熱プレート
９６  ＩＧＢＴ
ＦＬ  フラッシュランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
0005951209.tif 000002
【図２】
0005951209.tif 000003
【図３】
0005951209.tif 000004
【図４】
0005951209.tif 000005
【図５】
0005951209.tif 000006
【図６】
0005951209.tif 000007