(57)【要約】【課題】  光を利用した熱処理において、ウェハの熱膨張に起因する変形を抑制することを目的としている。【解決手段】  本発明は、ウェハ１２の表面に照射する光を遮蔽するマスク１０を提供する。マスク１０は、光を遮蔽する光遮蔽領域２８と、その光遮蔽領域２８によって区画されている光透過領域２６を備えている。光透過領域２６は、ウェハ１２の熱処理される領域に対応しており、光を遮蔽する隔壁２９によって複数の光透過孔２２６に区画されていることを特徴としている。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの表面に照射する光を遮蔽する熱処理用マスクであって、
光を遮蔽する光遮蔽領域と、
その光遮蔽領域によって区画されている光透過領域を備えており、
前記光透過領域は、ウェハの熱処理される領域に対応しており、光を遮蔽する隔壁によって複数の光透過孔に区画されていることを特徴とする熱処理用マスク。
【請求項２】
ウェハの表面に照射する光を遮蔽する熱処理用マスクであって、
光を遮蔽する光遮蔽領域と、
その光遮蔽領域によって区画されている複数の光透過領域を備えており、
前記光遮蔽領域が、ダイシングラインに照射される光の少なくとも一部を遮蔽する位置に配置されていることを特徴とする熱処理用マスク。
【請求項３】
前記光透過領域は、
隔壁によって区画されている複数個の光透過孔を有していることを特徴とする請求項２の熱処理用マスク。
【請求項４】
前記隔壁が、光遮蔽性材料で形成されていることを特徴とする請求項３の熱処理用マスク。
【請求項５】
前記隔壁の幅が、光透過領域の間に位置する光遮蔽領域の幅よりも狭いことを特徴とする請求項１又は４の熱処理用マスク。
【請求項６】
前記光遮蔽領域のパターンと前記ダイシングラインのパターンが等しいことを特徴とする請求項２〜５のいずれかの熱処理用マスク。
【請求項７】
前記光透過孔が、光遮蔽性材料で形成されている膜または板の表面から裏面まで貫通する貫通孔であることを特徴とする請求項１、３、４、５、６のいずれかの熱処理用マスク。
【請求項８】
前記貫通孔を光透過性材料が充填していることを特徴とする請求項７の熱処理用のマスク。
【請求項９】
前記光が、キセノンを利用するフラッシュライトであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの熱処理用マスク。
【請求項１０】
光の入射側に形成されている補強層をさらに備えており、
その補強層は、光の照射方向から観測したときに、前記光遮蔽領域内に形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの熱処理用マスク。
【請求項１１】
光遮蔽性材料には、ダイヤモンド、炭化シリコン、又は窒化シリコンが用いられており、
補強層には、単結晶シリコン、サファイア、又は石英が用いられていることを特徴とする請求項１０の熱処理用マスク。
【請求項１２】
光源と、
ウェハを設置する設置台と、
設置台と光源の間に設けられている請求項１〜１１のいずれかの熱処理用マスクと、
を備えているウェハの熱処理装置。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれかの熱処理用マスクを利用してウェハを熱処理する方法。
【請求項１４】
ウェハの表面に照射する光を遮蔽する熱処理用マスクを製造する方法であり、
光遮蔽性材料の膜または板の表面から深部に向けて複数のトレンチを形成する工程と、
そのトレンチ内に光透過性材料を充填する工程と、
そのトレンチ内に充填された光透過性材料が露出するまで前記光遮蔽性材料の膜または板の裏面を研磨する工程と、
を備えていることを特徴とする熱処理用マスク製造方法。
【請求項１５】
光遮蔽性材料の膜または板の表面から深部に向けて複数のトレンチを形成する際に、
隣接するトレンチの間に、幅広な遮蔽用隔壁と幅狭な微細隔壁を形成することを特徴とする請求項１４の熱処理用マスク製造方法。
【請求項１６】
複数個のトレンチを形成した後に、幅狭な微細隔壁の全体を酸化するとともに、幅広な遮蔽用隔壁の一部に未酸化領域を残す工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１５の熱処理用マスク製造方法。
【請求項１７】
ウェハの表面に照射する光を遮蔽する熱処理用マスクを製造する方法であり、
第１層と第２層を積層した積層構造体の第１層を貫通して第２層に達する複数の第１トレンチを形成する工程と、
第２層を貫通して第１層に達するとともに第１トレンチに連通する第２トレンチを形成する工程を備えており、
少なくとも前記第１層は光遮蔽性材料であり、
隣接する第２トレンチを分離する隔壁を、隣接する第１トレンチを分離する隔壁に沿って形成することを特徴とする熱処理用マスク製造方法。
【請求項１８】
隣接する第１トレンチの間に、幅広な遮蔽用隔壁と幅狭な微細隔壁を形成し、
隣接する第２トレンチを分離する隔壁を遮蔽用隔壁に沿って形成することを特徴とする請求項１７の熱処理用マスク製造方法。
【請求項１９】
第１層には、ダイヤモンド、炭化シリコン、又は窒化シリコンが用いられており、
第２層には、単結晶シリコン、サファイア、又は石英が用いられていることを特徴とする請求項１７又は１８の熱処理用マスク製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハの表面に照射する光を遮蔽する熱処理用マスクに関する。本発明はまた、その熱処理用マスクを用いた熱処理装置、その熱処理用マスクを利用してウェハを熱処理する方法、及びその熱処理用マスクの製造方法にも関する。本発明の熱処理用マスクは、例えばスイッチング素子、ダイオード、発光素子、受光素子、又はマイクロマシン等の半導体装置を製造する際の熱処理工程で用いられる。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する工程では、ウェハに対して熱処理を実施する。熱処理は様々な目的で必要とされており、例えば、ウェハに導入されている不純物を活性化させる場合や、ウェハの表面に熱酸化膜を形成する場合等に実施される。この種の熱処理では、ウェハの裏面側を低い温度に維持しながら、ウェハの表面側を高い温度にまで加熱したいという要求が存在する。ウェハの表面側のみを高い温度にまで加熱することによって、ウェハの表面から浅い領域に導入された不純物のみを活性化させることができる。あるいは、ウェハの表面側のみを高い温度にまで加熱することによって、ウェハの表面に薄い酸化膜を形成することができる。これらの要求に応えるために、フラッシュランプやレーザーなどの光源が発生した光を利用する熱処理方法が開発されている。例えば、フラッシュランプを用いた急速熱処理（Rapid Thermal Process、以下、「RTP」という。）は、数m秒のパルス幅の光をウェハの表面に照射することによって、ウェハの裏面側を低い温度に維持しながら、ウェハの表面側を高い温度にまで加熱することができる。
【０００３】
特許文献１は、フラッシュランプを用いたRTPにおいて、ステンシルマスクを利用する技術を提案している。特許文献１には、開口部を有するステンシルマスクを利用して、ウェハの表面の局所領域のみに光を照射し、ウェハの表面の局所領域のみに熱酸化膜を形成する技術を提案している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１９６５０号公報（その公報の図１２参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、光を利用する従来の熱処理方法では、ウェハの表面全体に対して光を照射するのが一般的である。ウェハの表面全体に対して光を照射すると、ウェハの表面の浅い領域がウェハの表面全体に亘って高い温度にまで加熱される。したがって、ウェハの表面全体に亘って高温領域が形成される。一方、ウェハの深い領域は、低い温度に維持されている。このため、ウェハの表面側の熱膨張量とウェハの裏面側の熱膨張量の間に差が生じ、ウェハの表面側と裏面側の間で内部応力が発生する。この結果、ウェハが変形するという事態が発生してしまう。
なお、特許文献１のように、ウェハの表面の局所領域のみを加熱する場合は、高温領域がウェハの表面の局所領域に限られるので、ウェハの表面側の熱膨張量が小さい。このため、ウェハの表面側と裏面側の間で発生する内部応力が小さく、ウェハの変形は発生しない。特許文献１のように、ウェハの表面の局所領域のみを加熱する場合は、ウェハの変形は問題にならない。
一方、ウェハの表面の広い範囲を熱処理する場合は、ウェハの表面側の熱膨張域が広い範囲で足し合わされていくので、ウェハの表面側の全体の熱膨張量とウェハの裏面側の全体の熱膨張量の差が大きく、ウェハの表面側と裏面側の間で発生する内部応力によってウェハが大きく変形してしまう。特許文献１の技術は、ウェハの表面の広い範囲を熱処理する場合に用いることができず、上記した問題に対処することができない。
本発明は、光を利用する熱処理において、ウェハに変形が発生するのを抑制するための技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示される技術は、光を利用する熱処理において、マスクを利用することを特徴としている。本明細書で開示される技術は、２種類の熱処理用マスクを提案することができる。いずれの熱処理用マスクも、ウェハの表面の熱膨張域が複数に分断されるという共通の作用効果を提供することができる。なお、２種類の熱処理用マスクに係る技術を組合せることによって、より有用な熱処理用マスクを提供することができる。
第１種類の熱処理用マスクは、光を遮蔽する光遮蔽領域と、その光遮蔽領域によって区画されている光透過領域を備えている。光透過領域は、光を遮蔽する隔壁によって複数の光透過孔に区画されていることを特徴としている。
第２種類の熱処理用マスクは、光を遮蔽する光遮蔽領域と、その光遮蔽領域によって区画されている複数個の光透過領域を備えている。さらに、光遮蔽領域が、ダイシングラインに照射される光の少なくとも一部を遮蔽する位置に配置されているのが好ましい。「ダイシングラインに照射される光」とは、光源とウェハのダイシングラインの間に何も存在していないと仮定したときに、そのウェハのダイシングラインに照射される光のことをいう。
ここで、光透過領域とは、ウェハの表面の光を照射したい領域に対応して熱処理用マスク内に形成されている領域をいう。典型的には、光透過領域は、ウェハの表面に作り込まれている複数個の半導体装置に対応して形成されている。
【０００７】
まず、第１種類の熱処理用マスクと第２種類の熱処理用マスクの特徴を簡単に説明する。
第１種類の熱処理用マスクは、光透過領域内に光遮蔽性の隔壁が設けられ、複数の光透過孔が形成されていることを特徴としている。光遮蔽性の隔壁は、ウェハの表面に光照射量の少ない領域を形成する。この第１種類の熱処理用マスクを利用して光を照射すると、光透過孔を通過した光は回折し、光遮蔽性の隔壁の下方のウェハの表面で重なる。光は光遮蔽性の隔壁の下方で重畳することによって、ウェハの表面に照射される。このとき、ウェハの表面のうちの光遮蔽性の隔壁の下方に位置する範囲では、光の照射量が相対的に少なくなる。この結果、ウェハの表面の熱膨張域が隣接する熱膨張域から分断され、ウェハの変形が抑えられる。なお、第１種類の熱処理用マスクを利用すると、ウェハの表面のうちの光遮蔽性の隔壁の下方に位置する範囲では、照射量は少ないものの光を照射することができるので、必要な熱処理を実施することができる。
第２種類の熱処理用マスクは、光透過領域と光透過領域の間に光遮蔽領域が形成されており、その光遮蔽領域がダイシングラインに照射される光の少なくとも一部を遮蔽する位置に配置されていることを特徴としている。第２種類の熱処理用マスクでは、光透過領域を通過した光が回折して光遮蔽領域の下方のウェハの表面で重なってもよく、あるいは実質的に光が重畳しないような光遮蔽領域が形成されていてもよい。この第２種類の熱処理用マスクを利用して光を照射すると、ウェハの表面のうちの光遮蔽領域の下方に位置する範囲では、光の照射量が相対的に少なくなる（場合によっては光が照射されない）。この結果、ウェハの表面の熱膨張域が隣接する熱膨張域から分断され、ウェハの変形が抑えられる。なお、ウェハの表面のうちの光遮蔽領域の下方では、光の照射量が少なくなり熱処理が不十分になることもあるが、熱処理が不十分であっても、製造する半導体装置の特性に影響を及ぼすことがない。光遮蔽領域をダイシングラインの一部を遮蔽する位置に配置する技術は、極めて有用な結果を提供することができる。
【０００８】
上記したように、第１種類の熱処理用マスクと第２種類の熱処理用マスクはいずれも、ウェハの表面に光の照射量の分布を形成するための形態（光遮蔽性の隔壁と光遮蔽領域）を備えているという技術的特徴を有している。その結果、第１種類の熱処理用マスクと第２種類の熱処理用マスクはいずれも、ウェハの表面の熱膨張域を隣接する熱膨張域から分断し、ウェハの変形を抑えるという先行技術では得られない貢献を提供することができる。
【０００９】
以下、第１種類の熱処理用マスクと第２種類の熱処理用マスクの特徴を詳細する。
第１種類の熱処理用マスクは、光を遮蔽する光遮蔽領域と、その光遮蔽領域によって区画されている光透過領域を備えている。光透過領域は、光を遮蔽する隔壁によって複数の光透過孔に区画されていることを特徴としている。第１種類の熱処理用マスクは、一つの層で構成されていてもよく、複数の層によって構成されていてもよい。熱処理用マスクが複数の層で構成されている場合、光遮蔽領域は、熱処理用マスクの少なくともいずれかの層に形成されていればよく、光遮蔽性の隔壁も熱処理用マスクの少なくともいずれかの層に形成されていればよい。また、光透過孔は、物質が存在しない貫通孔であってもよく、光が透過可能な光透過性材料で形成されていてもよく、貫通孔と光透過性材料が集合して形成されている領域であってもよい。また、光透過孔に光透過性材料が用いられる場合は、光透過領域が単一種類の光透過性材料で形成されていてもよく、複数種類の光透過性材料が集合して形成されていてもよい。光透過孔に光透過性材料が用いられる場合は、用いられる光透過性材料の種類を、光源が発生する光の種類に応じて変更するのが好ましい。
上記の第１種類の熱処理用マスクを利用して光を照射すると、ウェハの表面のうちの光遮蔽性の隔壁の下方に位置する範囲では、光の照射量が相対的に少なくなる。一方、ウェハの表面のうちの光透過孔の下方に位置する範囲では、光の照射量が相対的に多くなる。このため、ウェハの表面に照射される光の照射量には分布が形成され、光の照射量の多い領域が光の照射量の少ない領域によって複数個に分割される。この結果、ウェハの表面の温度の上昇速度にも同様の分布が形成される。本明細書で開示される技術は、温度の上昇速度が大きい高照射領域と上昇速度が小さい低照射領域をウェハの表面に形成することを特徴としている。即ち、高照射領域がウェハの表面全体に亘って連続して形成されず、低照射領域によって複数個に分割される。高照射領域は、ウェハの表面に分散した状態で形成される。図１に、この様子を示す。図１（Ａ）は高照射領域２がウェハ１の表面全体に亘って連続した状態で形成されている場合であり、図１（Ｂ）は高照射領域２がウェハ１の表面に分散した状態で形成されている場合である。高照射領域２がウェハ１の表面全体に亘って連続した状態で形成されていると、ウェハ１の表面側の熱膨張域が広い範囲で足し合わされていくので、高照射領域２の全体の熱膨張量とウェハ１の裏面側の全体の熱膨張量の間の差が大きく、ウェハ１が大きく変形してしまう。一方、高照射領域２がウェハ１の表面に分散した状態で形成されていると、個々の高照射領域２の熱膨張域が隣接する高照射領域２の熱膨張域から分断され、ウェハ１の変形は個々の高照射領域２の範囲内で発生するので、ウェハ１の全体の変形が抑えられる。なお、低照射領域の温度は、最終的に熱処理に必要な高い温度にまで達してもよい。この場合でも、高照射領域２が低照射領域によって分断されていると、個々の高照射領域２の熱膨張域が隣接する高照射領域２の熱膨張域から分断され、ウェハ１の変形は個々の高照射領域２の範囲内で発生するので、ウェハ１の全体の変形が抑えられる。
【００１０】
第２種類の熱処理用マスクは、光を遮蔽する光遮蔽領域と、その光遮蔽領域によって区画されている複数個の光透過領域を備えている。さらに、光遮蔽領域が、ダイシングラインに照射される光の少なくとも一部を遮蔽する位置に配置されているのが好ましい。第２種類の熱処理用マスクは、一つの層で構成されていてもよく、複数の層によって構成されていてもよい。熱処理用マスクが複数の層で構成されている場合、光遮蔽領域は、熱処理用マスクの少なくともいずれかの層に形成されていればよい。また、光透過領域は、物質が存在しない貫通孔であってもよく、光が透過可能な光透過性材料で形成されていてもよく、貫通孔と光透過性材料が集合して形成されている領域であってもよい。また、光透過領域に光透過性材料が用いられる場合は、光透過領域が単一種類の光透過性材料で形成されていてもよく、複数種類の光透過性材料が集合して形成されていてもよい。光透過領域に光透過性材料が用いられる場合は、用いられる光透過性材料の種類を、光源が発生する光の種類に応じて変更するのが好ましい。
上記の第２種類の熱処理用マスクを利用してウェハの表面に光を照射すると、ウェハのダイシングラインに沿った領域の少なくとも一部に光の照射量の少ない領域、即ち低照射領域が形成される。このため、個々の高照射領域の熱膨張域が隣接する高照射領域の熱膨張域から分断され、ウェハの変形は個々の高照射領域の範囲内で発生するので、ウェハの全体の変形が抑えられる。さらに、低照射領域がウェハのダイシングラインに沿った領域の少なくとも一部に形成されるので、この領域の熱処理が不十分であっても、製造する半導体装置の特性に影響を及ぼすことがない。したがって、低照射領域が最終的に達する温度を低く抑えることができる。この結果、個々の高照射領域の熱膨張域が隣接する高照射領域の熱膨張域から分断される現象を良好に得ることができ、ウェハの全体の変形を抑制することができる。
即ち、本明細書で開示される技術によると、製造する半導体装置の特性に悪影響を及ぼすことなく、ウェハの変形を抑制するとともにウェハの表面の広い範囲を熱処理することができる。
【００１１】
本明細書で開示される第２種類の熱処理用マスクでは、光透過領域が隔壁によって区画されている複数個の光透過孔を有しているのが好ましい。
この形態の熱処理用マスクでは、隔壁が光透過領域を横断して形成されている。したがって、隔壁は熱処理用マスクの機械的強度を向上させることができる。
【００１２】
本明細書で開示される第２種類の熱処理用マスクでは、隔壁が光遮蔽性材料で形成されていることが好ましい。この形態の熱処理用マスクは、第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せたものと評価することができる。
この形態の熱処理用マスクによると、製造する半導体装置の特性に悪影響を及ぼすことなく、ウェハの変形を顕著に抑制するとともにウェハの表面の広い範囲を熱処理することができる。
【００１３】
第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せた熱処理用マスクでは、隔壁の幅が、光透過領域の間に位置する光遮蔽領域の幅よりも狭いことが好ましい。
この形態の熱処理用マスクでは、隔壁が幅狭に形成されているので、光透過孔を通過した光は、回折して隔壁の下方のウェハの表面で重なることができる。光は隔壁の下方のウェハの表面で重なるものの、隔壁の下方の光の照射量は光透過孔の下方の照射量よりも少なくなる。このため、隔壁の下方のウェハの表面の温度の上昇速度は、光透過孔の下方のウェハの表面の温度の上昇速度よりも小さい。したがって、光透過孔の下方のウェハの表面温度が先に上昇し、その後に隔壁の下方のウェハの表面温度が上昇する。この結果、光透過孔の下方のウェハの表面の熱膨張が隣接する光透過孔の下方のウェハの表面の熱膨張に伝わる現象が抑制され、ウェハの変形がさらに抑えられる。一方で、光透過孔を通過した光は、回折して隔壁の下方のウェハの表面で重なることができるので、光透過孔の下方のウェハの表面の温度が過度な温度にまで上昇することなく、隔壁の下方のウェハの表面の温度も必要な温度にまで加熱することができる。
【００１４】
本明細書で開示される第２種類の熱処理用マスクでは、光遮蔽領域のパターンとダイシングラインのパターンが等しいことが好ましい。
上記の第２種類の熱処理用マスクを利用してウェハの表面に光を照射すると、ウェハのダイシングラインに沿った領域の全範囲に亘って光の照射量の少ない領域、即ち低照射領域が形成される。このため、ウェハの表面には、高照射領域がより細分化された状態で形成される。この結果、個々の高照射領域の熱膨張域が隣接する高照射領域の熱膨張域から分断され、ウェハの変形は個々の高照射領域の範囲内で発生するので、ウェハの全体の変形が抑えられる。
なお、上記の第２種類の熱処理用マスクを利用してウェハの表面に光を照射すれば、各高照射領域が各半導体装置の存在する範囲に略一致する。したがって、製造する半導体装置に必要とされる熱処理を実施することができる。
【００１５】
本明細書で開示される第１種類又は第２種類の熱処理用マスクでは、光透過孔が、光遮蔽性材料で形成されている膜または板の表面から裏面まで貫通する貫通孔であってもよい。
光源が発生した光は、その貫通孔を介して光遮蔽性材料で形成されている膜または板を通過することができる。
【００１６】
本明細書で開示される第１種類又は第２種類の熱処理用マスクでは、貫通孔を光透過性材料が充填していることが好ましい。
貫通孔を光透過性材料が充填していると、光源が発生した光は、その光透過性材料を介して光遮蔽性材料で形成されている膜または板を通過することができる。さらに、貫通孔を光透過性材料が充填しているので、熱処理用マスクの機械的剛性も高い。
【００１７】
本明細書で開示される熱処理用マスクは、様々な光に対して用いることができる。例えば、光がキセノンを利用するフラッシュライトであってもよい。
【００１８】
本明細書で開示される第１種類又は第２種類の熱処理用マスクは、光の入射側に形成されている補強層をさらに備えているのが好ましい。補強層は、光の照射方向から観測したときに、光遮蔽領域内に形成されていることが好ましい。補強層は、光遮蔽領域の全範囲に形成されている必要はなく、光遮蔽領域の少なくとも一部に形成されていればよい。
補強層が光遮蔽領域に沿って形成されていると、補強層が光を遮蔽したとしても、ウェハの表面の光の照射分布に影響を及ぼさない。その一方で、補強層は、熱処理用マスクの機械的剛性を向上させることができる。即ち、補強層の存在は、ウェハの表面の光の照射分布を阻害することなく、熱処理用マスクの機械的剛性を向上させることができる。熱処理用マスクを積層構造とする技術は、極めて有用である。
【００１９】
本明細書で開示される第１種類又は第２種類の熱処理用マスクでは、光遮蔽性材料にはダイヤモンド、炭化シリコン又は窒化シリコンが用いられているのが好ましい。さらに、補強層の材料には単結晶シリコン、サファイア、又は石英が用いられていることが好ましい。
【００２０】
本明細書で開示される熱処理用マスクを利用した熱処理装置は極めて有用なものである。本明細書で開示される熱処理装置は、光源と、ウェハを設置する設置台と、設置台と光源の間に設けられている上記の熱処理用マスクを備えている。
【００２１】
本明細書で開示される技術によると、上記の第１種類又は第２種類の熱処理用マスクを製造する方法も提供することができる。本明細書で開示される熱処理用マスクの一つの製造方法は、光遮蔽材料の膜または板の表面から深部に向けて複数のトレンチを形成する工程と、そのトレンチ内に光透過性材料を充填する工程と、そのトレンチ内に充填された光透過性材料が露出するまで前記光遮蔽性材料の膜または板の裏面を研磨する工程を備えている。
【００２２】
本明細書で開示される第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せた熱処理用マスクの一つの製造方法では、光遮蔽性材料の膜または板の表面から深部に向けて複数のトレンチを形成する際に、隣接するトレンチの間に、幅広な遮蔽用隔壁と幅狭な微細隔壁を形成することが好ましい。より好ましくは、光遮蔽性材料の膜または板の表面から深部に向けて複数のトレンチを形成する際に、光の照射方向から観測したときにウェハのダイシングラインと重複する領域内に形成する光遮蔽領域以外の領域内に、複数個のトレンチを分散して形成することが好ましい。
【００２３】
本明細書で開示される第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せた熱処理用マスクの一つの製造方法は、複数のトレンチを形成した後に、幅狭な微細隔壁の全体を酸化するとともに、幅広な遮蔽用隔壁の一部に未酸化領域を残す工程をさらに備えていることが好ましい。より好ましくは、複数のトレンチを形成した後に、光透過領域内において隣接するトレンチ同士を分離している隔壁の全体を酸化するとともに、光遮蔽領域を形成する隔壁の一部に未酸化領域を残す工程をさらに備えているのが好ましい。
【００２４】
本明細書で開示される第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せた熱処理用マスクの他の一つの製造方法は、第１層と第２層を積層した積層構造体の第１層を貫通して第２層に達する複数の第１トレンチを形成する工程と、第２層を貫通して第１層に達するとともに第１トレンチに連通する第２トレンチを形成する工程を備えている。本明細書で開示される熱処理用マスクの他の一つの製造方法では、少なくとも前記第１層は光遮蔽性材料である。さらに、隣接する第２トレンチを分離する隔壁を、隣接する第１トレンチを分離する隔壁に沿って形成することを特徴としている。
【００２５】
本明細書で開示される第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せた熱処理用マスクの他の一つの製造方法では、隣接する第１トレンチの間に、幅広な遮蔽用隔壁と幅狭な微細隔壁を形成することが好ましい。この場合、隣接する第２トレンチを分離する隔壁を遮蔽用隔壁に沿って形成することを特徴としている。
【００２６】
本明細書で開示される第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せた熱処理用マスクの他の一つの製造方法では、第１層の材料にダイヤモンド、炭化シリコン、又は窒化シリコンが用いられており、第２層の材料に単結晶シリコン、サファイア、又は石英が用いられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本明細書で開示される技術によると、製造する半導体装置の特性に影響を及ぼさないで、ウェハの変形を抑制するとともに、ウェハの表面の広い範囲を熱処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本明細書で開示される技術の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）  熱処理用マスクは、急速熱処理（Rapid Thermal Process：RTP）の処理工程で用いられるのが好ましい。
（第２特徴）  光源には、キセノンのフラッシュランプ光源、ハロゲンランプ光源、又は水素ランプ光源を用いることが好ましい。
（第３特徴）  キセノンのフラッシュランプ光源を用いる場合は、光不透過性材料に単結晶シリコン、ダイヤモンド、窒化シリコンを用いるのが好ましい。キセノンのフラッシュランプ光源を用いる場合は、光透過性材料に酸化シリコン、シルセスキオキサンを用いるのが好ましい。
【実施例】
【００２９】
（第１実施例）
以下、図２〜図４を参照して、熱処理用のマスク１０の形態及び使用方法を説明する。マスク１０は、厚みが約400μm以下のウェハ１２を急速熱処理（Rapid Thermal Process：RTP）する際に用いられる。マスク１０は、ウェハ１２の裏面の温度を約700℃以下に維持しながら、ウェハ１２の表面の処理範囲の温度を少なくとも約1000℃以上に加熱し、その処理範囲の表面部に導入されている不純物を活性化する際に用いられる。より好ましくは、マスク１０は、ウェハ１２の裏面の温度を約500℃以下に維持しながら、ウェハ１２の表面の処理範囲の温度を約1300℃以上に加熱する際に用いられる。図２に、マスク１０の平面図を示す。図３に、図２のIII-III線に対応したマスク１０の縦断面図を示す。図３では、マスク１０の他に、サセプタ１４（設置台の一例）とウェハ１２（シリコンウェハ）も図示されている。図４に、マスク１０とウェハ１２の間の要部拡大断面図を模式的に示す。
図３及び図４は、マスク１０を使用している状態を表している。マスク１０は、フラッシュランプ光源１８が発生した光をウェハ１２の表面上の位置に応じて選択的に遮蔽する。図３に示すように、ウェハ１２は、処理室に設けられているサセプタ１４上に載置されている。マスク１０は、フラッシュランプ光源１８とウェハ１２の間に配置され、フラッシュランプ光源１８が発生した光を選択的に遮蔽し、透過した光をウェハ１２の表面に照射させる。図３及び図４に図示されているドットは、フラッシュランプ光源１８が発生した光を示す。
【００３０】
図２及び図３に示すように、マスク１０は、単結晶シリコンのマスク層２２を備えている。マスク層２２は、マスク１０を横断して伸びている単結晶シリコンの光遮蔽領域２８を備えている。マスク層２２はさらに、光遮蔽領域２８によって区画されている複数個の光透過領域２６を備えている。光透過領域２６は、複数個が集合して照射領域２４を構成している。照射領域２４は、ウェハ１２の表面に対して垂直方向から見たときに、ウェハ１２の表面に作り込まれている複数の半導体装置が存在している範囲に略一致している。ここでいう半導体装置の範囲とは、後にチップに分割される範囲のことをいう。光遮蔽領域２８は、その照射領域２４を縦横方向に横断している。
光透過領域２６のそれぞれには、マスク層２２の表面から裏面まで貫通する貫通孔が形成されている。光透過領域２６の貫通孔は、平面視したときに略矩形の平面形状を有している。光透過領域２６の貫通孔の幅Ｗ２６は、約5〜10mmである。光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８は、約0.1〜0.2mmである。
フラッシュランプ光源１８はキセノン（Xe）を利用しており、発生する光の波長域が約400nmである。単結晶シリコンは、この光の波長域に対して不透明な特性を有している。したがって、フラッシュランプ光源１８が発生した光は、光遮蔽領域２８で遮蔽され、光透過領域２６の貫通孔を介してマスク層２２を通過し、ウェハ１２の表面に照射される。
【００３１】
マスク１０では、光透過領域２６の貫通孔の範囲とウェハ１２の表面に形成されている複数の半導体装置のうちの一つの範囲が、光の照射方向から観測したときに、略一致して形成されている。ウェハ１２の表面に形成されている半導体装置と半導体装置の間の領域は、ダイシングラインである。即ち、マスク１０の光遮蔽領域２８は、ダイシングラインに照射される光を遮蔽する位置に配置されている。マスク１０の光遮蔽領域２８のパターンとウェハ１２のダイシングラインのパターンが等しい。
【００３２】
図３及び図４に示すように、フラッシュランプ光源１８が発生した光は、マスク１０の光透過領域２６の貫通孔を通過し、ウェハ１２の表面に照射される。このため、ウェハ１２の表面のうちの光透過領域２６の下方に位置する範囲では、光の照射量が相対的に多くなる。一方、ウェハ１２の表面のうちの光遮蔽領域２８の下方に位置する範囲では、光の照射量が相対的に少なくなる。なお、図４に示すように、マスク１０のマスク層２２とウェハ１２の間の距離Ｇ１０が小さい場合は、光遮蔽領域２８の下方に光が実質的に照射されないこともある。しかし、距離Ｇ１０によっては、光透過領域２６の貫通孔を通過した光が回折してウェハ１２の表面に到達するまでに光遮蔽領域２８の下方で重畳する。光が回折して重畳したとしても、光遮蔽領域２８の下方には光の照射量の少ない遮蔽パターンが形成される。なお、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８を大きくすることによって、光遮蔽領域２８は、ウェハ１２の表面に光の照射量がさらに少ない遮蔽パターンを形成し、ウェハ１２の表面に光の照射量がさらに少ない領域を形成することができる。なお、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８の決定方法に関しては、後に説明する。
【００３３】
このため、ウェハ１２の表面に照射される光の照射量には分布が形成され、光の照射量の多い領域が光の照射量の少ない領域によって複数個に分割される。この結果、ウェハ１２の表面の温度の上昇速度にも同様の分布が形成される。即ち、ウェハ１２の表面の温度の上昇速度が大きい高照射領域１６と温度の上昇速度が小さい低照射領域が形成される。高照射領域１６がウェハ１２の表面全体に亘って連続して形成されず、ウェハ１２の表面に分散した状態で形成される。高照射領域１６がウェハ１２の表面に分散した状態で形成されていると、個々の高照射領域１６の熱膨張域が隣接する高照射領域１６の熱膨張域から分断され、ウェハ１２の変形は個々の高照射領域１６の範囲内で発生するので、ウェハ１２の全体の変形が抑えられる。
【００３４】
なお、光の照射量の少ない領域、即ち低照射領域では、高照射領域１６に比して温度の増加が抑えられるので、熱処理が不十分になってしまう。しかし、光の照射量の少ない領域がウェハ１２のダイシングラインに沿って形成されているので、熱処理が不十分であっても、製造する半導体装置の特性に悪影響を及ぼすことがない。半導体装置には、十分な熱処理が施される。
マスク１０を利用して熱処理を実施すると、製造する半導体装置の特性に悪影響を及ぼすことなく、ウェハ１２の変形を抑制するとともにウェハ１２の表面の広い範囲を熱処理することができる。
【００３５】
（光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８の設定方法）
マスク１０では、光遮蔽領域２８がウェハ１２のダイシングラインに沿って形成されていた。本明細書で開示される技術によると、ウェハ１２の全体の変形を抑制するためには、光遮蔽領域２８がウェハ１２のダイシングラインに沿って形成されていなくてもよい。本明細書で開示される技術は、ウェハ１２の表面に温度の上昇速度が大きい高照射領域１６と上昇速度が小さい低照射領域が形成され、高照射領域１６が低照射領域によって分割された状態であれば、ウェハ１２の全体の変形が抑制されることを提案するものである。即ち、仮に低照射領域の温度が最終的に熱処理に必要な高い温度にまで達したとしても、高照射領域１６が低照射領域によって分断されていると、個々の高照射領域１６の熱膨張域が隣接する高照射領域１６の熱膨張域から分断され、ウェハ１２の変形は個々の高照射領域１６の範囲内で発生するので、ウェハ１２の全体の変形が抑えられる。したがって、マスク１０は、光透過領域２６を分割する光遮蔽領域２８を有していることが重要であり、光遮蔽領域２８が形成されていれば、ウェハ１２の表面に光の照射量の分布を形成することができ、ウェハ１２の表面に高照射領域１６と低照射領域を形成することができる。したがって、ウェハ１２の全体の変形を抑えるという効果を得るためには、光遮蔽領域２８がウェハ１２のダイシングラインに沿って形成されていることは必須の要件ではない。
例えば、光遮蔽領域２８が、光透過領域２６内を伸びていてもよい。換言すると、マスク層２２の照射領域２４内に、ダイシングラインとは無関係に縦横方向に伸びている光遮蔽領域が形成されていてもよい。この形態のマスクは、照射領域２４を光透過領域と評価し、照射領域２４の周囲のマスク層２２を光遮蔽領域と評価し、光遮蔽領域を光遮蔽性の隔壁と評価し、光遮蔽性の隔壁で区画される領域を光透過孔と評価すると、本明細書で開示される第１種類の熱処理用マスクと観念することができる。この形態のマスクであっても、前記したように、ウェハ１２の表面に高照射領域１６と低照射領域を形成することができ、ウェハ１２の全体の変形を抑えることができる。
なお、本明細書で開示される技術では、高照射領域１６の熱膨張域が隣接する高照射領域１６の熱膨張域から分断されることが望ましい。このためには、低照射領域の温度の上昇速度が約200℃/msec以下であるのが望ましい。あるいは、低照射領域の温度の上昇速度が、高照射領域１６の上昇速度に対して約30％以下であるのが望ましい。この条件を満たす領域が高照射領域１６間に存在していると、個々の高照射領域１６の熱膨張域が隣接する高照射領域１６の熱膨張域から良好に分断され、ウェハ１２の変形が個々の高照射領域１６の範囲内で発生するという現象が良好に得られる。
低照射領域は、温度の照射に代えて、照射エネルギ密度で定義することもできる。この場合、低照射領域の温度の照射エネルギ密度が約10J/cm2以下であるのが望ましい。あるいは、低照射領域が、高照射領域１６の照射エネルギ密度に対して約30％以下であるのが望ましい。
より好ましくは、低照射領域の温度が実質的に上昇しないように、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８が設定されているのがよい。ウェハ１２の表面に実質的に温度が上昇しない低照射領域が形成されると、ウェハ１２の変形は個々の高照射領域１６の範囲内に完全に収まるので、ウェハ１２の破損をより効果的に防止することができる。そのための光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８は、以下の数式を利用して求めることができる。
フラッシュランプ光源１８による照射時間とウェハ１２中の熱伝達距離の間の関係は、以下の式によって近似的に表すことができる。
【００３６】
【数１】
2008130693.tif 000003
【００３７】
ここで、ρはウェハ１２の密度であり、Cpはウェハ１２の比熱であり、δは熱伝達距離であり、F0はフーリエ数（本実施例では「１」とする）であり、kはウェハ１２の熱伝達率である。
【００３８】
マスク１０のマスク層２２とウェハ１２の間の距離Ｇ１０が十分に小さく、ウェハ１２の表面において光が照射される領域と光透過領域２６の貫通孔の範囲が完全に一致すると仮定した場合、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８を熱伝達距離δの２倍以上に設定することで、光遮蔽領域２８の下方のウェハ１２の表面に実質的に温度が上昇しない領域を形成することができる。なお、実際には、光透過領域２６の貫通孔を通過した光が回折することも考慮する必要があり、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８は、熱伝達距離δの２倍よりも十分に大きくすることが望ましい。ウェハ１２の表面に実質的に温度が上昇しない領域が形成されると、ウェハ１２の変形は個々の高照射領域１６の範囲内に完全に収まるので、ウェハ１２の破損をより効果的に防止することができる。
なお、キセノンのフラッシュランプ光源１８による照射時間は約1〜3msec程度であるので、熱伝達距離δは約20〜50μmとなる。したがって、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８は、約40μm以上であるのが好ましい。より好ましくは、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８は、100μm以上である。
【００３９】
（第１実施例の変形例）
図５に、第１実施例の変形例のマスク１００の断面図を模式的に示す。なお、第１実施例のマスク１０と同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略することがある。
図５に示すように、マスク１００では、光透過領域の貫通孔２６ａが、光が通過可能な光透過性材料で充填されている。光透過性材料には、酸化シリコンが用いられている。酸化シリコンに代えて、シルセスキオキサン等を用いてもよい。
貫通孔２６ａが光透過性材料で形成されていると、フラッシュランプ光源１８が発生した光は、その光透過性材料を介してマスク層２２を通過することができる。
貫通孔２６ａが光透過性材料で充填されていると、貫通孔に物質が存在しない場合に比してマスク層２２の機械的剛性が向上する。
【００４０】
図６を参照して、変形例のマスク１００を製造する方法を説明する。
まず、図６（Ａ）に示すように、シリコン単結晶のマスク層２２（シリコン基板）を用意し、フォトレジスト技術を利用して、マスク層２２の表面にフォトレジスト３２をパターニングする。フォトレジスト３２が除去された範囲は、マスク１００の貫通孔２６ａが形成される範囲に対応している。
次に、図６（Ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング技術を利用して、マスク層２２の表面から深部に向けて複数のトレンチ２６ｂを形成する。隣接するトレンチ２６ｂの間には、光遮蔽領域２８が形成される。
次に、図６（Ｃ）に示すように、インクジェット又はスクリーン印刷法を利用して、シルセスキオキサン、酸化シリコンの液体材料又はSOD等の充填材をトレンチ２６ｂ内に充填し、貫通孔２６ａを形成する。このとき、充填材に用いられていた溶剤を揮発させるためのベーキングを行ってもよい。シルセスキオキサン、酸化シリコンの液体材料又はSOD等の充填材は、Xeのフラッシュランプ光源１８が発生する光を通過させることができる。
次に、図６（Ｄ）に示すように、マスク層２２の表面側と裏面側から破線の位置まで研磨する。これらの工程を経て、図５に示すマスク１００を得ることができる。
【００４１】
（第２実施例）
図７〜図９を参照して、第１種類の熱処理用マスクの技術と第２種類の熱処理用マスクの技術を組合せたマスク２００の形態及び使用方法を説明する。図７に、マスク２００の平面図を示す。図８に、図７のVIII-VIII線に対応したマスク２００の縦断面図を示す。図８に、マスク２００とウェハ１２の間の要部拡大断面図を模式的に示す。なお、図８及び図９の縦断面図において、光遮蔽領域２８及び微細な隔壁２９の幅や微細な隔壁２９の本数等が図７の平面図と一致しないが、これは図の明瞭化のために簡単化したためである。また、第１実施例のマスク１０と同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略することがある。
【００４２】
図７〜図９に示すように、マスク２００では、光透過領域２６に複数個の光透過孔２２６が分散して形成されている。複数個の光透過孔２２６は、隣接する光透過孔２２６の間の隔壁２９によって区画されている。隔壁２９は、単結晶シリコンで形成されている。隣接する光透過孔２２６の間の隔壁２９の幅Ｗ２９は、光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８よりも狭い。隣接する光透過孔２２６の間の隔壁２９は、光透過領域２６内を縦横方向に伸びている。光透過孔２２６は、マスク層２２の表面から裏面まで貫通する貫通孔である。光遮蔽領域２８の幅Ｗ２８は約0.1〜0.2mmである。隣接する光透過孔２２６の間の隔壁２９の幅Ｗ２９は、約10μmである。
【００４３】
図９に示すように、フラッシュランプ光源（図示しない）が発生した光は、マスク２００の光透過孔２２６を通過し、ウェハ１２の表面に照射される。一方、光遮蔽領域２８は光を遮蔽する。さらに、隣接する光透過孔２２６の間の隔壁２９も光を遮蔽する。隔壁２９が幅狭に形成されているので、光透過孔２２６を通過した光は、回折して隔壁２９の下方のウェハ１２の表面で重なることができる。光は隔壁２９の下方のウェハ１２の表面で重なるものの、隔壁２９の下方の光の照射量は光透過孔２２６の下方の照射量よりも少なくなる。このため、隔壁２９の下方のウェハ１２の表面の温度の上昇速度は、光透過孔２２６の下方のウェハ１２の表面温度の上昇速度よりも小さい。したがって、光透過孔２２６の下方のウェハ１２の表面温度が先に上昇し、その後に隔壁２９の下方のウェハ１２の表面温度が上昇する。この結果、光透過孔２２６の下方のウェハ１２の表面の熱膨張域が隣接する光透過孔２２６の下方のウェハ１２の表面に伝わる現象が抑制され、ウェハ１２の変形がさらに抑えられる。
【００４４】
さらに、マスク２００では、隣接する光透過孔２２６の間の隔壁２９が設けられていることによって、マスク層２２の機械的剛性を向上させることができる。即ち、幅狭な隔壁２９を利用すると、ウェハの表面に光の照射量の分布を形成するとともに、マスク層２２の機械的剛性を向上させることができる。
【００４５】
なお、幅広な光遮蔽領域２８は、ウェハ１２の表面に光の照射量の少ない領域を形成する。同様に、幅狭な隔壁２９も、ウェハ１２の表面に光の照射量の少ない領域を形成する。しかし、隔壁２９の幅は光遮蔽領域２８の幅よりも狭く形成されているので、隔壁２９による光の照射量の低下は、光遮蔽領域２８による光の照射量の低下よりも小さい。したがって、隔壁２９の下方のウェハ１２の表面の温度は、光遮蔽領域２８の下方のウェハ１２の表面の温度よりも高くなる。さらに、隔壁２９の幅が狭いので、隔壁２９の下方のウェハ１２の表面の温度は、周囲から熱伝導によっても上昇する。したがって、隔壁２９の下方のウェハ１２の表面の温度は、必要な温度にまで加温される。この結果、ウェハ１２に形成されている各半導体装置には、十分な熱処理を実施することができる。
なお、隔壁２９の幅は、上記の数式１を利用して設定するのが望ましい。マスク２００のマスク層２２とウェハ１２の間の距離Ｇ２００が十分に小さく、ウェハ１２の表面の光が照射される領域と光透過孔２２６の貫通孔の範囲が完全に一致すると仮定した場合、隔壁２９の幅Ｗ２９を熱伝達距離δの２倍以下に設定することで、隔壁２９の下方のウェハ１２の表面の温度を上昇させることができる。実際には、光透過孔２２６の貫通孔を通過した光が回折することも考慮すれば、隔壁２９の下方のウェハ１２の表面の温度を熱処理に必要な温度にまで上昇させることができる。
なお、幅広な光遮蔽領域２８の下方のウェハ１２の表面は、光の照射量が少なく、さらに周囲からの熱伝導も少ないので、熱処理が不十分な領域が形成される。しかし、光遮蔽領域２８の下方のウェハ１２の表面は、ダイシングラインに一致するので、熱処理が不十分であっても、製造する半導体装置の特性に悪影響を及ぼすことがない。
マスク２００を利用して熱処理を実施すると、製造する半導体装置の特性に悪影響を及ぼすことなく、ウェハ１２の変形を抑制するとともにウェハ１２の表面の広い範囲を熱処理することができる。
【００４６】
なお、マスク２００では、幅広な光遮蔽領域２８を形成しないで、幅狭な隔壁２９のみで構成してもよい。この形態のマスクは、本明細書で開示される第１種類の熱処理用マスクと観念することができる。この形態のマスクであっても、ウェハの表面に光の照射量の少ない低照射領域を形成することができ、ウェハの全体の変形を抑えることができる。この形態のマスクでは、ウェハの表面のうちのダイシングラインも熱処理されるが、ダイシングラインが熱処理されても問題となることはない。
【００４７】
（第２実施例の変形例１）
図１０に、第２実施例の変形例のマスク３００の断面図を模式的に示す。なお、第２実施例のマスク２００と同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略することがある。
図１０に示すように、マスク３００では、光透過孔２２６ａが、光が透過可能な光透過性材料で形成されている。光透過性材料には、酸化シリコンが用いられている。酸化シリコンに代えて、シルセスキオキサン等を用いてもよい。
光透過孔２２６ａが光透過性材料で形成されていると、フラッシュランプ光源（図示しない）が発生した光は、その光透過性材料を介してマスク層２２を通過することができる。
光透過孔２２６ａが光透過性材料で充填されていると、光透過孔に物質が存在しない場合に比してマスク層２２の機械的剛性が向上する
【００４８】
（第２実施例の変形例２）
図１１に、第２実施例の変形例のマスク４００の断面図を模式的に示す。なお、第２実施例のマスク２００と同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略することがある。
図１１に示すように、マスク４００では、光透過孔２２６ａと幅狭な隔壁２９ａが、光が透過可能な光透過性材料で形成されている。光透過性材料には、酸化シリコンが用いられている。酸化シリコンに代えて、シルセスキオキサン等を用いてもよい。
この場合、光透過領域内に材料の異なる光透過性材料の組み合わせ（光透過孔２２６ａと幅狭な隔壁２９ａ）の構造が形成されていると観念することができる。
光透過孔２２６ａと幅狭な隔壁２９ａが光通過材料で形成されていると、フラッシュランプ光源（図示しない）が発生した光は、その光通過材料を介してマスク層２２を通過することができる。
【００４９】
図１２を参照して、変形例のマスク４００を製造する方法を説明する。
まず、図１２（Ａ）に示すように、シリコン単結晶のマスク層２２（シリコン基板）を用意し、フォトレジスト技術を利用して、マスク層２２の表面にフォトレジスト３４をパターニングする。フォトレジスト３４が除去された範囲は、マスク４００の光透過孔２２６ａが形成される範囲に対応している。
次に、図１２（Ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング技術を利用して、マスク層２２の表面から深部に向けて複数のトレンチ２２６ｂを形成する。隣接するトレンチ２２６ｂの間には、幅広な遮蔽用隔壁２８ｂと、幅狭な微細隔壁２９ｂが形成される。
次に、図１２（Ｃ）に示すように、マスク層２２を熱酸化する。このときの熱酸化は、幅広な遮蔽用隔壁２８ｂには未酸化な部分が残るとともに、幅狭な微細隔壁２９ｂの全体が酸化される条件で実施する。これにより、幅広な遮蔽用隔壁２８ｂの内部にはシリコン単結晶の一部が残り、幅狭な微細隔壁２９ｂの単結晶シリコンは完全に酸化シリコンに変質する。この結果、幅広な遮蔽用隔壁２８ｂは光遮蔽領域２８となり、幅狭な微細隔壁２９ｂは光が透過可能な隔壁２９ａとなる。なお、光遮蔽領域２８の表面にも酸化シリコンの薄い層が形成されている。この酸化シリコンの薄い層は、図１１の断面図に表されていないが、ほとんど無視できるほどの厚みなので図１１では省略して図示されている。なお、酸化シリコンの薄い層が形成されることも考慮して、光遮蔽領域２８に必要な幅が得られるように、幅広な遮蔽用隔壁２８ｂの幅を設定してもよい。
次に、図１２（Ｄ）に示すように、インクジェット又はスクリーン印刷法を利用して、シルセスキオキサン、酸化シリコンの液体材料又はSOD等の充填材をトレンチ２２６ｂ内に充填し、光透過孔２２６ａを形成する。このとき、充填材に用いられていた溶剤を揮発させるためのベーキングを行ってもよい。シルセスキオキサン、酸化シリコンの液体材料又はSOD等の充填材は、Xeのフラッシュランプ光源が発生する光を通過する材料である。
次に、図１２（Ｅ）に示すように、マスク層２２の表面側と裏面側から破線の位置まで研磨する。これらの工程を経て、図１１に示すマスク４００を得ることができる。
【００５０】
マスク４００の製造方法は、以下の特徴を備えている。
（１）マスク４００の製造方法では、光透過領域に対応する範囲に複数のトレンチ２２６ｂを形成し、そのトレンチ２２６ｂ内にシルセスキオキサン、酸化シリコンの液体材料又はSOD等の充填材を充填する。一般的に、シルセスキオキサン、酸化シリコンの液体材料又はSOD等の充填材は、液体材料の場合は収縮が発生し易く、熱酸化の場合は高い応力が発生し易い。このため、例えば、光透過領域に対応する範囲に１つの溝を形成し、その溝内に上記の充填材を充填すると、充填材が収縮したときや熱酸化されたときにマスクが破損するという事態が発生することがある。しかし、マスク４００の製造方法では、光透過領域に対応する範囲に複数のトレンチ２２６ｂを形成し、そのトレンチ２２６ｂ内に上記の充填材を充填する。したがって、個々の充填材の容積が減少するので、マスクが破損するという事態を回避することができる。
（２）マスク４００の製造方法では、光透過領域に対応する範囲に複数のトレンチ２２６ｂを形成する。例えば、光透過領域に対応する範囲に１つの溝を形成すると、その溝の深さがその溝内の位置によって変動するという問題がある。この現象は、反応性イオンエッチングを実施したときに、マイクロローディング効果によってエッチングパターンの境界部でエッチングレートが低下することが主な原因である。しかし、マスク４００の製造方法では、光透過領域に対応する範囲に複数のトレンチ２２６ｂを形成する。この結果、反応性イオンエッチングを実施したときの深さのバラツキが改善される。
（３）マスク４００の製造方法では、上記の充填材を充填する際に、スクリーン印刷法を利用するのが好ましい。スクリーン印刷法を利用すれば、充填材の充填を複数回に分けるとともに、乾燥の工程も複数回に分けて行うことができる。即ち、スクリーン印刷法を利用すれば、充填材の充填と乾燥のサイクルを繰返し行うことができ、マスクの破損や充填材の破損を回避することができる。
【００５１】
（第３実施例）
図１３に、マスク５００の縦断面図を模式的に示す。図１３に示すように、マスク５００は、マスク層２２と、光の入射側に設けられている補強層５２を備えていることを特徴としている。マスク層２２は、図８に示すマスク２００のマスク層２２と実質的に同一の形態を有している。
補強層５２は、表面から裏面まで貫通している複数個の第２透過孔５６を備えている。第２透過孔５６は、マスク層２２の光透過孔２２６に臨んでいる。第２透過孔５６は、補強層５２の表面から裏面まで貫通する貫通孔である。隣接する第２透過孔５６の間の部分５４は、光の照射方向から観測したときに、マスク層２２の幅広な光遮蔽領域２８内に形成されている。
隣接する第２透過孔５６の間の部分５４が、マスク層２２の幅広な光遮蔽領域２８に沿って形成されていると、隣接する第２透過孔５６の間の部分５４が光を遮蔽したとしても、マスク層２２によって形成されるウェハ１２の表面の光の照射分布に影響を及ぼさない。その一方で、隣接する第２透過孔５６の間の部分５４は、マスク５００の機械的剛性を向上させることができる。即ち、補強層５２の存在は、マスク層２２によって形成されるウェハ１２の表面の光の照射量の分布を阻害することなく、マスク５００の機械的剛性を向上させることができる。
【００５２】
補強層５２がマスク５００の機械的剛性を向上させることによって、マスク層２２の厚みを薄くすることができる。一般的に、マスク５００は、反応性イオンエッチング技術を利用して作製するが、反応性イオンエッチング技術のアスペクト比は約２０前後である。したがって、マスク層２２に幅の狭い光透過孔２２６を形成しようとすると、マスク層２２の厚みを薄くしなければならない。このため、マスク層２２の機械的剛性が低下してしまう。
マスク５００では、補強層５２によってマスク層２２を補強し、マスク５００の機械的剛性を向上させることができる。この結果、マスク層２２の厚みを薄くすることができ、マスク層２２に幅の狭い光透過孔２２６を形成することが可能になる。
【００５３】
マスク５００において、マスク層２２の熱伝導率が補強層５２の熱伝導率よりも大きく、マスク層２２の熱容量が補強層５２の熱容量よりも小さくなるように、マスク層２２と補強層５２の材料を選択すると、極めて有用な結果を得るこができる。具体的には、マスク層２２の材料にダイヤモンド又は炭化シリコンを選択し、補強層５２の材料に単結晶シリコンを選択する。
【００５４】
マスク５００を用いてウェハ１２の表面に向けて光を照射すると、マスク５００にも光が照射されマスク５００の温度が上昇する。マスク５００では、マスク層２２に熱伝導率の大きい材料が用いられている。このため、マスク５００で発生した熱は、マスク層２２を介してマスク５００の周辺側に効率的に熱伝導することができる。しかし、補強層５２にも熱伝導率の大きな材料を用いると、マスク５００の熱容量が小さくなり、熱を周辺側に熱伝導させるよりも先に、マスク５００が高温に達し、ひいてはマスク５００が破損されてしまう。
マスク５００では、補強層５２の熱容量がマスク層２２よりも大きく形成されている。このため、マスク５００の温度が急激に上昇するのを抑制することができる。なお、マスク層２２と補強層５２いずれも熱容量の大きい材料で構成すると、マスク５００の周辺側への熱伝導が低下し、マスク５００の冷却効果が低下する。
マスク５００では、マスク層２２と補強層５２を異なる材料で構成することによって、マスク５００の急激な温度上昇を抑えるとともに、マスク５００で発生した熱を周辺側に向けて効率的に熱伝導させることができる。マスク５００によると、マスク５００が使用時に達する最高温度が顕著に低下する。マスク５００の変形が顕著に抑制される。
【００５５】
図１４を参照して、マスク５００の製造方法を説明する。
まず、図１４（Ａ）に示すように、シリコン単結晶の補強層５２を用意し、CVD（Chemical Vapor Deposition）法を利用して、補強層５２の表面にCVDダイヤモンドのマスク層２２を結晶成長する。次に、フォトレジスト技術を利用して、マスク層２２の表面にフォトレジスト３６をパターニングする。フォトレジスト３６が除去された範囲は、光透過孔２２６が形成される範囲に対応している。
次に、図１４（Ｂ）に示すように、反応性イオンエッチング技術を利用して、マスク層２２を貫通して補強層５２まで達する複数の光透過孔２２６（第１トレンチである）を形成する。隣接する光透過孔２２６の間には、幅広な光遮蔽領域２８（遮蔽用隔壁である）と、幅狭な隔壁２９（微細隔壁）が形成される。
次に、図１４（Ｃ）に示すように、フォトレジスト技術を利用して、補強層５２の裏面にフォトレジスト３８をパターニングする。フォトレジスト３８が除去された範囲は、第２光透過孔５６が形成される範囲に対応している。
次に、図１４（Ｄ）に示すように、補強層５２を貫通してマスク層２２に達するとともに光透過孔２２６に連通する複数の第２光透過孔５６（第２トレンチである）を形成する。このとき、隣接する第２光透過孔５６の間の部分５４を、マスク層２２の光遮蔽領域２８に沿って形成する。これらの工程を経て、図１３に示すマスク５００を得ることができる。
【００５６】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】（Ａ）ウェハの表面全体に高温領域が連続した状態で形成された場合を示す。（Ｂ）ウェハの表面に高温領域が分散した状態で形成された場合を示す。
【図２】第１実施例のマスクの平面図を模式的に示す。
【図３】図２のIII-III線に対応した縦断面図を示す。
【図４】マスクとウェハの間の要部拡大断面図を模式的に示す。
【図５】第１実施例の変形例のマスクの縦断面図を示す。
【図６】（Ａ）第１実施例の変形例のマスクの第１の製造工程を示す。（Ｂ）第１実施例の変形例のマスクの第２の製造工程を示す。（Ｃ）第１実施例の変形例のマスクの第３の製造工程を示す。（Ｄ）第１実施例の変形例のマスクの第４の製造工程を示す。
【図７】第２実施例のマスクの平面図を模式的に示す。
【図８】図７のVIII-VIII線に対応した縦断面図を示す。
【図９】マスクとウェハの間の要部拡大断面図を模式的に示す。
【図１０】第２実施例の変形例1のマスクの縦断面図を示す。
【図１１】第２実施例の変形例２のマスクの縦断面図を示す。
【図１２】（Ａ）第２実施例の変形例２のマスクの第１の製造工程を示す。（Ｂ）第２実施例の変形例２のマスクの第２の製造工程を示す。（Ｃ）第２実施例の変形例２のマスクの第３の製造工程を示す。（Ｄ）第２実施例の変形例２のマスクの第４の製造工程を示す。（Ｅ）第２実施例の変形例２のマスクの第５の製造工程を示す。
【図１３】第３実施例のマスクの縦断面図を示す。
【図１４】（Ａ）第３実施例のマスクの第１の製造工程を示す。（Ｂ）第３実施例のマスクの第２の製造工程を示す。（Ｃ）第３実施例のマスクの第３の製造工程を示す。（Ｄ）第３実施例のマスクの第４の製造工程を示す。
【符号の説明】
【００５８】
１０、１００、２００、３００、４００、５００：マスク
１２：ウェハ
１４：サセプタ
１８：フラッシュランプ光源
２２：マスク層
２４：照射領域
２６：光透過領域
２２６、２２６ａ：光透過孔
２８：光遮蔽領域
２９：隔壁
【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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