(57)【要約】【課題】フラッシュ加熱処理時における薄膜の過度の加熱を抑制す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。【解決手段】表面に二酸化ケイ素の基材を形成し、さらにその上にアモルファスシリコンの薄膜を形成した半導体ウェハーＷをチャンバー６内に搬入する。フラッシュランプＦＬへの電力供給回路には絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が接続されており、そのＩＧＢＴによってフラッシュランプＦＬへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とすることにより、フラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下としている。顕著に短いフラッシュ光照射時間にてフラッシュ加熱処理を行うため、アモルファスシリコンの薄膜が過度に加熱されることは抑制され、当該薄膜が剥離するなどの弊害が防止される。【選択図】図１
2013084902.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜の加熱処理を行う熱処理方法であって、
薄膜を形成した基材をチャンバー内に収容して保持する収容工程と、
前記薄膜に対して０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射して前記薄膜を加熱するフラッシュ光照射工程と、
を備え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、
前記チャンバーから排気を行う排気工程と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記ガス供給工程では、前記チャンバー内に前記薄膜と反応する反応性ガスと不活性ガスとを混合した混合ガスを供給し、
前記チャンバー内における混合ガス中の反応性ガスの濃度を測定する濃度測定工程と、
前記濃度測定工程での測定結果に基づいて、反応性ガスおよび不活性ガスの少なくともいずれか一方の流量を調整して混合ガス中の反応性ガスの濃度を調整する濃度調整工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
請求項１記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ光照射工程では、二酸化ケイ素の基材上に形成したアモルファスシリコンまたはポリシリコンの薄膜を加熱して当該薄膜の結晶化を促進することを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記フラッシュ光照射工程では、シリコンの基材上に原子層堆積法によって形成した高誘電率膜の薄膜を加熱して結晶性を付与することを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜の加熱処理を行う熱処理装置であって、
薄膜を形成した基材を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にて前記基材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材にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプのフラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とする発光制御手段と、
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、
前記発光制御手段は、前記フラッシュランプへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とする絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含むことを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７記載の熱処理装置において、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給手段と、
前記チャンバーから排気を行う排気手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項９】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記ガス供給手段は、前記チャンバー内に前記薄膜と反応する反応性ガスを不活性ガスとを混合した混合ガスを供給し、
前記チャンバー内における混合ガス中の反応性ガスの濃度を測定する濃度測定手段と、
前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、反応性ガスおよび不活性ガスの少なくともいずれか一方の流量を調整して混合ガス中の反応性ガスの濃度を調整する濃度調整手段と、
をさらに備え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、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等を含む基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜の加熱処理を行う熱処理方法および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、極めて短時間で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、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（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
【０００４】
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、数ミリ秒程度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。
【０００５】
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、特許文献１には、半導体ウェハーをホットプレートに載置して所定の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって所望の処理温度にまで昇温する装置が開示されている。また、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーの表面に形成された膜に対する加熱処理を行うことも試みられており、特許文献２には、現像処理後のレジスト膜にフラッシュ光照射を行ってエッジラフネスを改善することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５５３２号公報
【特許文献２】特開２００１−３３２４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２に開示される技術においては、シリコンの半導体ウェハー上にレジスト膜が形成され、そのレジスト膜に対してフラッシュ加熱処理が行われる。また、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の基材の上にアモルファスシリコン（非晶質シリコン）またはポリシリコン（多結晶シリコン）の薄膜を形成し、その薄膜にフラッシュ加熱処理を行って結晶化を促進する処理も試みられている。
【０００８】
このように、基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜、特に二酸化ケイ素のように熱伝導率が比較的小さい基材の上に形成されたシリコン薄膜のフラッシュ加熱処理を行う場合には、薄膜から基材への熱伝導が生じにくい。このため、数ミリ秒程度の極めて短時間のフラッシュ光照射であっても、薄膜が過度に加熱されて膜の剥離が生じたり、薄膜自体に熱的損傷が発生することもあった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ加熱処理時における薄膜の過度の加熱を抑制す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、基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜の加熱処理を行う熱処理方法において、薄膜を形成した基材をチャンバー内に収容して保持する収容工程と、前記薄膜に対して０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射して前記薄膜を加熱するフラッシュ光照射工程と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
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、前記チャンバーから排気を行う排気工程と、前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給工程と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記ガス供給工程では、前記チャンバー内に前記薄膜と反応する反応性ガスと不活性ガスとを混合した混合ガスを供給し、前記チャンバー内における混合ガス中の反応性ガスの濃度を測定する濃度測定工程と、前記濃度測定工程での測定結果に基づいて、反応性ガスおよび不活性ガスの少なくともいずれか一方の流量を調整して混合ガス中の反応性ガスの濃度を調整する濃度調整工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ光照射工程では、二酸化ケイ素の基材上に形成したアモルファスシリコンまたはポリシリコンの薄膜を加熱して当該薄膜の結晶化を促進することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記フラッシュ光照射工程では、シリコンの基材上に原子層堆積法によって形成した高誘電率膜の薄膜を加熱して結晶性を付与することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜の加熱処理を行う熱処理装置において、薄膜を形成した基材を収容するチャンバーと、前記チャンバー内にて前記基材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材にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプのフラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とする発光制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
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、前記発光制御手段は、前記フラッシュランプへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とする絶縁ゲートバイポーラトランジスタを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８の発明は、請求項６または請求項７の発明に係る熱処理装置において、前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給手段と、前記チャンバーから排気を行う排気手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記ガス供給手段は、前記チャンバー内に前記薄膜と反応する反応性ガスを不活性ガスとを混合した混合ガスを供給し、前記チャンバー内における混合ガス中の反応性ガスの濃度を測定する濃度測定手段と、前記濃度測定手段の測定結果に基づいて、反応性ガスおよび不活性ガスの少なくともいずれか一方の流量を調整して混合ガス中の反応性ガスの濃度を調整する濃度調整手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１から請求項５の発明によれば、基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜に対して０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射するため、フラッシュ光照射時間は極めて短く、フラッシュ加熱処理時における薄膜の過度の加熱を抑制することができる。
【００２０】
また、請求項６から請求項９の発明によれば、基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜の加熱処理を行うときのフラッシュランプのフラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とするため、フラッシュ光照射時間は極めて短く、フラッシュ加熱処理時における薄膜の過度の加熱を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】保持プレートの構成を示す断面図である。
【図３】吹き出しプレートの平面図である。
【図４】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【図５】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６】処理対象となる半導体ウェハーの断面構造を示す図である。
【図７】フラッシュランプの発光時間制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
＜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、略円形の半導体ウェハーＷの表面に形成された二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の膜上にアモルファスシリコンの薄膜を形成したものにフラッシュ光を照射してその薄膜の加熱処理を行うフラッシュランプアニール装置である。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。
【００２４】
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を保持する保持プレート７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９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薄膜焼成処理を実行させる制御部３を備える。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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との間には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。
【００２８】
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。
【００２９】
保持プレート７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内にて半導体ウェハーＷを載置して水平姿勢（主面の法線方向が鉛直方向に沿う姿勢）に保持する。図２は、保持プレート７の構成を示す断面図である。保持プレート７は、ヒータ７１および水冷管７２を内蔵する。ヒータ７１は、ニクロム線などの抵抗加熱線で構成されており、図外の電力供給源からの電力供給を受けて発熱し、保持プレート７を加熱する。水冷管７２は、図外の冷却水供給源から供給された冷却水が流れることによって、保持プレート７を冷却する。
【００３０】
ヒータ７１および水冷管７２はともに保持プレート７の内部に周回するように設けられている。ヒータ７１および水冷管７２は、少なくとも保持プレート７のうちの載置する半導体ウェハーＷに対向する領域には均一な配設密度にて設けられている。このためヒータ７１および水冷管７２は、それぞれ当該領域を均一に加熱および冷却することができる。ヒータ７１への電力供給量および水冷管７２への冷却水供給量は制御部３によって制御される。
【００３１】
また、保持プレート７の内部には熱電対を用いて構成された温度センサ７３が配設されている。温度センサ７３は保持プレート７の上面近傍の温度を測定する。温度センサ７３による測定結果は制御部３に伝達される。なお、温度センサ７３は、保持プレート７が載置する半導体ウェハーＷに対向する領域に複数設けるようにしても良い。
【００３２】
保持プレート７の上面には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等の部材から構成された複数個（本実施の形態では３個）のプロキシミティボール７５が配設されている。３個のプロキシミティボール７５は、その上端が保持プレート７の上面から微少量だけ突出する状態で配設されている。このため、３個のプロキシミティボール７５によって半導体ウェハーＷを支持したときには、半導体ウェハーＷの裏面と保持プレート７の上面との間にいわゆるプロキシミティギャップと称される微小間隔が形成される。なお、保持プレート７の上面にサセプタを設置し、そのサセプタにて半導体ウェハーＷを支持するようにしても良い。
【００３３】
３個のプロキシミティボール７５を介して保持プレート７に載置された半導体ウェハーＷは、ヒータ７１および水冷管７２によって所定温度に温調される。すなわち、ヒータ７１は保持プレート７に保持される半導体ウェハーＷを加熱し、水冷管７２は当該半導体ウェハーＷを冷却し、その結果として半導体ウェハーＷが所定温度に温調されることとなる。
【００３４】
保持プレート７に保持した半導体ウェハーＷを温調する際には、温度センサ７３により計測される保持プレート７の温度が予め設定された所定の温度となるように、ヒータ７１への電力供給量および水冷管７２への冷却水供給量が制御部３によって制御される。すなわち、制御部３による保持プレート７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。
【００３５】
本実施形態においては、加熱手段たるヒータ７１および冷却手段たる水冷管７２の双方を保持プレート７に設けているため、これらの協働によって保持プレート７に保持する半導体ウェハーＷを室温から５００℃程度までの広い範囲の温度に温調することができる。
【００３６】
図１に戻り、保持プレート７には、その上面に出没する複数本（本実施の形態では３本）のリフトピン７７が設けられている。３本のリフトピン７７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７７はエアシリンダ７８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７７は、保持プレート７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７８が３本のリフトピン７７を上昇させると、各リフトピン７７の先端が保持プレート７の上面から突出する。また、エアシリンダ７８が３本のリフトピン７７を下降させると、各リフトピン７７の先端が保持プレート７の挿通孔の内部に埋入する。
【００３７】
熱処理空間６５の上部であって、チャンバー窓６１の直下には、吹き出しプレート６８が設けられている。図３は、吹き出しプレート６８の平面図である。吹き出しプレート６８は、石英にて形成された円板形状部材であり、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷの表面に対向するように水平姿勢に設置されている。図３に示すように、吹き出しプレート６８には、多数の吐出孔６９が穿設されている。具体的には、少なくとも保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷの表面に対向する吹き出しプレート６８の領域には均一な密度にて複数の吐出孔６９が穿設されている。
【００３８】
ガス供給部８は、チャンバー窓６１と吹き出しプレート６８との間に形成されたガス溜め空間６７に処理ガスを供給する。本実施形態のガス供給部８は、不活性ガス供給部８１、反応性ガス供給部８４およびクリーニングガス供給部８７を有する。不活性ガス供給部８１は、不活性ガス供給源８２とバルブ８３と流量調整バルブ１８３とを備えており、バルブ８３を開放することによってガス溜め空間６７に不活性ガスを供給する。不活性ガス供給部８１が供給する不活性ガスの流量は流量調整バルブ１８３によって調整される。
【００３９】
また、反応性ガス供給部８４は、反応性ガス供給源８５とバルブ８６と流量調整バルブ１８６とを備えており、バルブ８６を開放することによってガス溜め空間６７に反応性ガスを供給する。反応性ガス供給部８４が供給する反応性ガスの流量は流量調整バルブ１８６によって調整される。
【００４０】
同様に、クリーニングガス供給部８７は、クリーニングガス供給源８８とバルブ８９と流量調整バルブ１８９を備えており、バルブ８９を開放することによってガス溜め空間６７にクリーニングガスを供給する。クリーニングガス供給部８７が供給するクリーニングガスの流量は流量調整バルブ１８９によって調整される。なお、不活性ガス供給源８２、反応性ガス供給源８５、クリーニングガス供給源８８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。
【００４１】
ガス供給部８は、３つのバルブ８３，８６，８９のうちの２つ以上を開放することによって、チャンバー６のガス溜め空間６７に混合ガスを供給することができる。例えば、ガス供給部８は、バルブ８３およびバルブ８６の双方を開放することによって、チャンバー６内に反応性ガスと不活性ガスとを混合した混合ガスを供給することができる。
【００４２】
ここで、「不活性ガス」は、薄膜および半導体ウェハーＷの材質（本実施形態ではシリコン）との反応性に乏しいガスであり、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などである。「反応性ガス」は、基材上に形成された薄膜との反応性に富むガスであり、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）などの他に臭素（Ｂｒ）系化合物ガスやフッ素（Ｆ）系化合物ガスが該当する。但し、熱処理装置１における熱処理の目的によっては、窒素は不活性ガスとしてのみならず反応性ガスともなり得る。
【００４３】
また、「クリーニングガス」は、後述するようなチャンバー６内に付着した汚染物質と反応するガスであり、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、水蒸気（Ｈ２Ｏ）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、フッ素系（Ｆ）化合物ガスなどが該当する。本明細書においては、これら不活性ガス、反応性ガスおよびクリーニングガスを総称して処理のための「処理ガス」とする。なお、反応性ガスとクリーニングガスとは共通するガス種を含むものであり、反応性ガス供給部８４とクリーニングガス供給部８７とを兼用するようにしても良い。
【００４４】
ガス供給部８からガス溜め空間６７に供給された処理ガスは吹き出しプレート６８に穿設された複数の吐出孔６９から下方に向けて吐出される。このときに、ガス溜め空間６７における流体の通過抵抗は吐出孔６９の通過抵抗よりも小さいため、ガス供給部８から供給された処理ガスは一旦ガス溜め空間６７内を拡がるように流れてから複数の吐出孔６９から均一に吐出されることとなる。また、複数の吐出孔６９は、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷに対向する領域には均一な密度にて設けられている。従って、吹き出しプレート６８からは保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷの表面全面に均等に処理ガスが吹き付けられることとなる。
【００４５】
排気部９は、排気装置１９１およびバルブ１９２を備えており、バルブ１９２を開放することによって排気口１９３からチャンバー６内の雰囲気を排気する。排気口１９３は、保持プレート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１９３が形成される高さ位置は、保持プレート７に保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。保持プレート７を取り囲むように形成されたスリット状の排気口１９３から排気部９が排気を行うことによって、保持プレート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１９１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１９１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１９１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】
また、熱処理装置１のチャンバー６には、濃度センサ１８０が設けられている。濃度センサ１８０は、チャンバー６内に不活性ガスと反応性ガスとの混合ガスが供給されたときに、熱処理空間６５における混合ガス中の反応性ガスの濃度を測定する。
【００４８】
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９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内にて保持プレート７に保持される半導体ウェハーＷに石英のチャンバー窓６１よび吹き出しプレート６８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。
【００４９】
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プレート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。
【００５０】
図４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４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。
【００５１】
本実施形態では、フラッシュランプＦＬとしてキセノンフラッシュランプを用いている。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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プレート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。
【００５５】
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４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。
【００５６】
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。図５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。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。
【００５７】
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（ステップＳ１）。図６は、処理対象となる半導体ウェハーＷの断面構造を示す図である。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では、シリコンの基板１０１の表面に二酸化ケイ素の基材１０２を形成し、その基材１０２の上にアモルファスシリコンの薄膜１０３を形成している。すなわち、二酸化ケイ素の基材１０２の上に、当該基材１０２とは異なる材質であるアモルファスシリコンの薄膜１０３が形成されている。二酸化ケイ素の基材１０２およびアモルファスシリコンの薄膜１０３は、熱処理装置１とは別体の装置にて形成され、その成膜処理後の半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー６に搬入される。
【００５８】
二酸化ケイ素の基材１０２の上にアモルファスシリコンの薄膜１０３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、保持プレート７の直上にて停止する。続いて、３本のリフトピン７７が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。
【００５９】
熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内の雰囲気調整が実行される（ステップＳ２）。本実施形態においては、アモルファスシリコンの薄膜１０３を加熱して結晶化させる処理を行うため、ガス供給部８からチャンバー６内に窒素を供給するとともに、排気部９がチャンバー６からの排気を行う。ガス供給部８からガス溜め空間６７に供給された窒素は、吹き出しプレート６８の複数の吐出孔６９から下方の半導体ウェハーＷに向けて流下する。そして、上方から流下した窒素が排気部９によって半導体ウェハーＷの周囲から排出されるという気流がチャンバー６内に形成される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５が窒素雰囲気となる。なお、熱処理空間６５における空気雰囲気から窒素雰囲気への置換効率を高めるために、ガス供給部８から窒素を供給することなく排気部９が熱処理空間６５から排気を行うことによって、一旦チャンバー６内を大気圧よりも低い気圧に減圧するようにしても良い。
【００６０】
次に、半導体ウェハーＷを支持する３本のリフトピン７７が下降して保持プレート７の挿通孔の内部に埋入する。リフトピン７７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７７から保持プレート７の上面に渡され、その上面に載置・保持される。
【００６１】
保持プレート７は、ヒータ７１および水冷管７２によって予め所定温度に温調されている。保持プレート７の温調温度は、薄膜１０３の種類および熱処理の目的に応じて適宜の温度とすることができる。制御部３は、温度センサ７３の測定結果に基づいて、保持プレート７の温度がその温調温度となるようにヒータ７１への電力供給量および水冷管７２への冷却水供給量を制御する。これにより、保持プレート７の上面の温度も当該温調温度に維持されることとなる。
【００６２】
リフトピン７７が下降して半導体ウェハーＷが所定温度に温調された保持プレート７に載置されることにより、半導体ウェハーＷに対する保持プレート７（厳密にはヒータ７１および水冷管７２）による温調が開始される（ステップＳ３）。これにより、半導体ウェハーＷの温度が室温から上記の温調温度にまで次第に上昇され、当該温調温度に維持されることとなる。
【００６３】
半導体ウェハーＷが保持プレート７に載置・保持されてから所定時間待機する（ステップＳ４）。この間に二酸化ケイ素の基材１０２およびアモルファスシリコンの薄膜１０３を含む半導体ウェハーＷの全体が保持プレート７の温調温度に正確に温調される。そして、リフトピン７７が下降して半導体ウェハーＷの温調が開始されてから所定時間が経過した時点にて、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から保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される（ステップＳ５）。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。
【００６４】
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。本実施形態においては、０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下のオン時間とその後の任意のオフ時間とを設定、つまり幅が０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の１パルスを設定したレシピを装置のオペレータが入力部３３から入力する。このようなレシピを入力部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は幅が０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下となる１パルス分の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のゲートには幅が０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下となる１パルス分の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。本実施形態では、ＩＧＢＴ９６のゲートに幅が０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下となる１パルス分のパルス信号が印加されるため、ＩＧＢＴ９６は０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下オン状態となった後にオフ状態となる。
【００６５】
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ガラス管９２内の両端電極間で電流が流れ、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。
【００６６】
このように、制御部３からＩＧＢＴ９６のゲートに幅が０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下となる１パルス分のパルス信号を出力するとともに、該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に高電圧を印加することにより、フラッシュランプＦＬに電流が流れてフラッシュ光が放射される。そして、該パルス信号がオフになると、ＩＧＢＴ９６もオフ状態となり、フラッシュランプＦＬに流れる電流が遮断されてフラッシュ光の放射も停止される。このようにして、フラッシュランプＦＬに０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の通電時間にて電流を流し、フラッシュランプＦＬの発光時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒としてるのである。
【００６７】
図７は、フラッシュランプＦＬの発光時間制御を説明する図である。ＩＧＢＴ９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷のほとんどが一時に消費され、フラッシュランプＦＬの発光強度の波形は図７の点線にて示すようなものとなる。この場合のフラッシュランプＦＬの発光時間は、コイル９４のインダクタンスに依存しているが、概ね数ミリ秒程度である。
【００６８】
本実施形態においては、フラッシュランプＦＬを含む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幅が０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下となる１パルス分のパルス信号を出力している。これにより、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、フラッシュランプＦＬに電流が流れる時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下に制御している。フラッシュランプＦＬは、両端電極間で電流が流れているときのみ発光する。すなわち、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とすることにより、フラッシュランプＦＬの発光強度の波形は図７の実線にて示すようなものとなり、その発光時間も０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下となるのである。
【００６９】
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内の保持プレート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。このような照射時間が０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下となるフラッシュ光の照射によって、二酸化ケイ素の基材１０２の上に形成されたアモルファスシリコンの薄膜１０３がフラッシュ加熱され、その温度が処理温度にまで上昇される。このフラッシュ加熱により、アモルファスシリコンの薄膜１０３の結晶化が促進される。
【００７０】
フラッシュ加熱が終了した後、半導体ウェハーＷが保持プレート７に保持されたまま所定時間待機する。続いて、３本のリフトピン７７が上昇し、保持プレート７に載置されていた半導体ウェハーＷを突き上げて保持プレート７から離間させる。その後、搬送開口部６６が再び開放され、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内に進入して半導体ウェハーＷの直下で停止する。続いて、リフトピン７７が下降することによって、半導体ウェハーＷがリフトピン７７から搬送ロボットに渡される。そして、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がチャンバー６から搬出され、熱処理装置１における薄膜１０３の加熱処理が完了する（ステップＳ６）。
【００７１】
第１実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面に形成した二酸化ケイ素の基材１０２の上に形成したアモルファスシリコンの薄膜１０３に対してフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱処理を行っている。このとき、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とすることにより、フラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下としている。
【００７２】
フラッシュ光照射時間を従来（図７の点線）よりも顕著に短い０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下としているため、アモルファスシリコンの薄膜１０３が過度に加熱されることは抑制される。その結果、特に第１実施形態のように熱伝導率の比較的小さい二酸化ケイ素の基材１０２の上に形成されたアモルファスシリコンの薄膜１０３をフラッシュ加熱する場合であっても、薄膜１０３の過度の温度上昇を抑制し、薄膜１０３が基材１０２から剥離するのを防止するとともに、アモルファスシリコンの結晶化の促進が阻害されるのを防止することができる。特に、近年は薄膜１０３の厚さを極めて薄くする（数ｎｍ〜数十ｎｍ）ことが試みられており、そのような極めて薄い薄膜１０３の過度の温度上昇を抑制するためには、フラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒〜０．１ミリ秒とするのが好ましい。
【００７３】
＜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。第２実施形態の熱処理装置の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第２実施形態の熱処理装置における処理手順についても第１実施形態と概ね同様である。
【００７４】
第２実施形態においては、シリコンの半導体ウェハーＷの表面にハフニウム（Ｈｆ）系化合物などのhigh-k材料（高誘電率材料）の薄膜を形成している。第２実施形態では、シリコンの半導体ウェハーＷ自体が薄膜形成のための基材となる。すなわち、シリコンの基材たる半導体ウェハーＷの上に、当該基材とは異なる材質であるハフニウム系化合物の薄膜を形成している。ハフニウム系化合物の薄膜は、熱処理装置１とは別体の装置にて原子層堆積法（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）によって形成される。そして、原子層堆積法によって１原子層相当レベルの膜厚のハフニウム系化合物の薄膜が形成された半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー６に搬入される。
【００７５】
ハフニウム系化合物の薄膜が形成された半導体ウェハーＷに対して第１実施形態と同様にして０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光照射を行う。すなわち、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とすることにより、フラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下としている。このフラッシュ加熱処理によってhigh-k材料の薄膜に結晶性を付与する。このような原子層堆積法による堆積と熱処理装置１でのフラッシュ加熱とを繰り返すことによって、半導体ウェハーＷの表面に所定厚のhigh-k材料の薄膜を形成する。
【００７６】
第２実施形態では、high-k材料のフラッシュ加熱処理を行う際に、熱処理空間６５の雰囲気によってhigh-k材料の電気特性（静電容量）が異なる。このため、high-k材料に所望の電気特性を付与すべく、図５のステップＳ２において、フラッシュ加熱処理を行うときの熱処理空間６５の窒素濃度および酸素濃度をコントロールしている。
【００７７】
より詳細には、high-k材料の膜厚が比較的薄いときには、窒素にヘリウムまたはアルゴンを混合した混合ガス中にてフラッシュ加熱処理を行う。具体的には、反応性ガス供給部８４がバルブ８６を開放してチャンバー６内に窒素を反応性ガスとして供給するとともに、不活性ガス供給部８１がバルブ８３を開放してチャンバー６内にヘリウムまたはアルゴンを不活性ガスとして供給する。バルブ８３およびバルブ８６の双方が開放されることによって、チャンバー６内の熱処理空間６５には反応性ガスとしての窒素に不活性ガスとしてのヘリウムまたはアルゴンを混合した混合ガスが供給されることとなる。
【００７８】
チャンバー６内の熱処理空間６５における混合ガス中の窒素濃度は濃度センサ１８０によって測定されている。濃度センサ１８０の測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、濃度センサ１８０の測定結果に基づいて、熱処理空間６５における混合ガス中の窒素濃度が予め設定された所定値となるように反応性ガスの濃度調整を行う。具体的には、濃度センサ１８０による窒素濃度の測定結果が所定値より低い場合には、制御部３が流量調整バルブ１８６を制御して窒素の流量を増加する。逆に、濃度センサ１８０による窒素濃度の測定結果が所定値より高い場合には、制御部３が流量調整バルブ１８６を制御して窒素の流量を減少する。このようにして、濃度センサ１８０による窒素濃度の測定結果が所定値に近づくように、制御部３が流量調整バルブ１８６を制御して反応性ガスとしての窒素の流量を調整する。
【００７９】
反応性ガスとしての窒素の流量を調整するのに代えて、不活性ガスとしてのヘリウムまたはアルゴンの流量を調整することによって、熱処理空間６５における混合ガス中の窒素濃度を調整するようにしても良い。また、反応性ガスおよび不活性ガスの双方の流量を調整することによって、混合ガス中の窒素濃度を調整するようにしても良い。
【００８０】
このようにして窒素濃度を調整し、熱処理空間６５における混合ガス中の窒素濃度が予め設定された所定値となっている状態にて、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面に０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光が照射されてhigh-k材料の薄膜のフラッシュ加熱が行われる。所定濃度の窒素／ヘリウムまたはアルゴンの雰囲気中にてフラッシュ加熱処理が行われることによって、半導体ウェハーＷの表面上のhigh-k材料に結晶性が付与される。
【００８１】
次に、high-k材料の膜厚が比較的厚くなってきたときには、酸素に窒素を混合した混合ガス中にてフラッシュ加熱処理を行う。具体的には、反応性ガス供給部８４がバルブ８６を開放してチャンバー６内に酸素を反応性ガスとして供給するとともに、不活性ガス供給部８１がバルブ８３を開放してチャンバー６内に窒素を不活性ガスとして供給する。バルブ８３およびバルブ８６の双方が開放されることによって、チャンバー６内の熱処理空間６５には反応性ガスとしての酸素に不活性ガスとしての窒素を混合した混合ガスが供給されることとなる。なお、反応性ガスとしては酸素に代えてオゾンを供給するようにしても良いし、不活性ガスとしては窒素に代えてヘリウムまたはアルゴンを供給するようにしても良い。
【００８２】
チャンバー６内の熱処理空間６５における混合ガス中の酸素濃度は濃度センサ１８０によって測定されて制御部３に伝達される。制御部３は、濃度センサ１８０の測定結果に基づいて、熱処理空間６５における混合ガス中の酸素濃度が予め設定された所定値となるように反応性ガスの濃度調整を行う。具体的には、濃度センサ１８０による酸素濃度の測定結果が所定値より低い場合には、制御部３が流量調整バルブ１８６を制御して酸素の流量を増加する。逆に、濃度センサ１８０による酸素濃度の測定結果が所定値より高い場合には、制御部３が流量調整バルブ１８６を制御して酸素の流量を減少する。このようにして、濃度センサ１８０による酸素濃度の測定結果が所定値に近づくように、制御部３が流量調整バルブ１８６を制御して反応性ガスとしての酸素の流量を調整する。なお、上記と同様に、不活性ガスの流量を調整することによって、熱処理空間６５における混合ガス中の酸素濃度を調整するようにしても良い。また、反応性ガスおよび不活性ガスの双方の流量を調整することによって、混合ガス中の酸素濃度を調整するようにしても良い。
【００８３】
このようにして酸素濃度を調整し、熱処理空間６５における混合ガス中の酸素濃度が予め設定された所定値となっている状態にて、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面に０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光が照射されてhigh-k材料のフラッシュ加熱が行われる。所定濃度の酸素／窒素の雰囲気中にてフラッシュ加熱処理が行われることによって、半導体ウェハーＷの表面上のhigh-k材料に結晶性が付与されるとともに、high-k材料が酸化される。そして、窒素濃度および酸素濃度が所定値に管理された雰囲気中にてhigh-k材料のフラッシュ加熱処理が行われることにより、high-k材料に所望の電気特性を付与することができる。
【００８４】
また、第１実施形態と同様に、フラッシュ光照射時間を従来よりも顕著に短い０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下としているため、high-k材料の薄膜が過度に加熱されることは抑制される。その結果、high-k材料の薄膜の過度の温度上昇が抑制され、薄膜が基材から剥離するのを防止することができる。特に、原子層堆積法によって形成されたhigh-k材料の薄膜の膜厚は１原子層相当の極めて薄いものであるため、フラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒〜１ミリ秒の極めて短時間とするのが好適である。
【００８５】
＜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、上記第１実施形態においては、二酸化ケイ素の基材１０２の上にアモルファスシリコンの薄膜１０３を形成するようにしていたが、これに代えて二酸化ケイ素の基材１０２の上にポリシリコンの薄膜を形成するようにしても良い。二酸化ケイ素の基材１０２の上に形成したポリシリコンの薄膜に対して、第１実施形態と同様にフラッシュランプＦＬから０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射することにより、当該薄膜の過度の加熱を抑制しつつ結晶化を促進することができる。
【００８６】
また、上記各実施形態においては、ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下としていたが、これに限定されるものではなく他の手法によってフラッシュ光照射時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下に規定するようにしても良い。例えば、回路中にＩＧＢＴ９６を設けることなく、コイル９４のインダクタンスおよびコンデンサ９３の静電容量を調整することによってフラッシュランプＦＬへの通電時間を０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下とするようにしても良い。
【００８７】
また、上記各実施形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ９６を用いていたが、これに代えてゲートに入力された信号レベルに応じて回路をオンオフできる他のトランジスタを用いるようにしても良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子として採用するのが好ましい。
【００８８】
また、第１実施形態では二酸化ケイ素の基材１０２の上にアモルファスシリコンの薄膜１０３を形成し、第２実施形態ではシリコンの基材の上にハフニウム系化合物の薄膜を形成していたが、本発明に係る熱処理技術の処理対象となるのはこれらに限定されるものではない。例えば、シリコンの基材の上に形成したフォトレジストの薄膜に対して０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射するようにしても良い。特に、極めて薄いフォトレジストの薄膜を形成した場合には、フラッシュ光の照射時間を０．０１ミリ秒〜０．１ミリ秒とするのが好ましい。また、二酸化ケイ素を素材とする液晶表示装置用などのガラス基板の上にアモルファスシリコンまたはポリシリコンの薄膜を形成し、その薄膜に対して０．０１ミリ秒以上１ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光を照射するようにしても良い。すなわち、基材の上に当該基材とは異なる材質にて形成された薄膜の加熱処理を行うのに本発明に係る熱処理技術を適用することができる。
【００８９】
また、上記実施形態においては、加熱手段たるヒータ７１を抵抗発熱体にて構成していたが、これ代えてハロゲンランプなどによる光照射加熱、誘導加熱、高温ガスの吹き付けなどによって半導体ウェハーＷを温調するようにしても良い。
【００９０】
また、流量調整バルブ１８３，１８６，１８９に代えて、マスフローコントローラなどの気体の流量を制御できる他の機構を用いるようにしても良い。
【００９１】
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。
【符号の説明】
【００９２】
１  熱処理装置
３  制御部
５  フラッシュ照射部
６  チャンバー
７  保持プレート
８  ガス供給部
９  排気部
３１  パルス発生器
３２  波形設定部
６５  熱処理空間
６８  吹き出しプレート
６９  吐出孔
７１  ヒータ
７２  水冷管
７３  温度センサ
８１  不活性ガス供給部
８３，８６，８９  バルブ
８４  反応性ガス供給部
８７  クリーニングガス供給部
９３  コンデンサ
９４  コイル
９６  ＩＧＢＴ
１８０  濃度センサ
１８３，１８６，１８９  流量調整バルブ
ＦＬ  フラッシュランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2013084902.tif 000003
【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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