熱処理装置
【課題】基板上の照度分布の不均一を容易に是正することができる熱処理装置を提供する。
【解決手段】チャンバー６内にて保持プレート７によって半導体ウェハーＷが保持される。チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ光照射部５には複数の点光源のフラッシュランプＦＬがハニカム状に配列されている。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は、光を拡散するディフューザ５５を透過した後にチャンバー６内に入射して半導体ウェハーＷの表面に照射される。点光源のフラッシュランプＦＬであれば、半導体ウェハーＷの表面に照度分布の不均一が生じていたとしても、その不均一箇所に対応するフラッシュランプＦＬのみの強度を調整して照度分布の不均一を容易に是正することができる。
【解決手段】チャンバー６内にて保持プレート７によって半導体ウェハーＷが保持される。チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ光照射部５には複数の点光源のフラッシュランプＦＬがハニカム状に配列されている。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は、光を拡散するディフューザ５５を透過した後にチャンバー６内に入射して半導体ウェハーＷの表面に照射される。点光源のフラッシュランプＦＬであれば、半導体ウェハーＷの表面に照度分布の不均一が生じていたとしても、その不均一箇所に対応するフラッシュランプＦＬのみの強度を調整して照度分布の不均一を容易に是正することができる。
【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）に対して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。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５５３２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１に開示されるような従来のフラッシュランプは長尺の棒状ランプであった。このような棒状ランプは、長手方向に沿って発光する線状の光源であり、処理対象となる半導体ウェハー上に照度分布の不均一が生じているときに、その不均一を是正するのが困難であった。すなわち、例えば、半導体ウェハー上の１箇所のみの照度が低いときに、当該箇所の直上に位置するフラッシュランプの発光強度を高めると、その棒状フラッシュランプの下方に位置する他の箇所の照度が高くなり、結果として新たな照度分布の不均一が生じることとなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板上の照度分布の不均一を容易に是正することができる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】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して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、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、複数の点光源フラッシュランプを配列し、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光照射手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュ光照射手段に前記複数の点光源フラッシュランプをハニカム状に配列することを特徴とする。
【００１１】
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装置において、前記複数の点光源フラッシュランプのそれぞれに個別に発光回路を接続することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４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装置において、前記フラッシュ光照射手段と前記保持手段との間に、入射した光を拡散させる光拡散板を設けることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記保持手段は、前記基板を載置して保持する非加熱式プレートであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から請求項５の発明によれば、フラッシュ光照射手段に複数の点光源フラッシュランプを配列しているため、基板上に照度分布の不均一が生じていたとしても、その不均一箇所に対応するフラッシュランプのみの強度を調整して照度分布の不均一を容易に是正することができる。
【００１５】
特に、請求項２の発明によれば、複数の点光源フラッシュランプをハニカム状に配列するため、点光源フラッシュランプの配置密度は均一となり、基板上の照度分布を均一にすることができる。
【００１６】
特に、請求項３の発明によれば、複数の点光源フラッシュランプのそれぞれに個別に発光回路を接続するため、複数の点光源フラッシュランプ毎に強度の調整を行うことができる。
【００１７】
特に、請求項４の発明によれば、フラッシュ光照射手段と保持手段との間に、入射した光を拡散させる光拡散板を設けるため、点光源のフラッシュランプを配列した場合であっても、そのランプ配列に起因した照度分布の不均一を解消して基板上に均一な照度分布にてフラッシュ光照射を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】吹き出しプレートの平面図である。
【図３】フラッシュ光照射部における複数のフラッシュランプの平面配列の一例を示す平面図である。
【図４】各フラッシュランプを発光させるための発光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】ディフューザによって拡散されるフラッシュ光を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。本実施形態の熱処理装置１では、レジスト膜が表面に形成された半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行ってそのレジスト膜を加熱する。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。
【００２１】
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、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射部５と、を備えている。また、熱処理装置１は、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。さらに、熱処理装置１は、これらの各部を制御してフラッシュ光照射処理を実行させる制御部３を備える。
【００２２】
チャンバー６は、フラッシュ光照射部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。
【００２３】
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、フラッシュ光照射部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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。本実施形態の保持プレート７は、特段の温調機構（加熱機構および／または冷却機構）を有さない非加熱式のプレートである。
【００２７】
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（例えば３個）の図示省略のプロキシミティボールが配設されている。複数個のプロキシミティボールは、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、プロキシミティボール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。
【００２８】
また、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。
【００２９】
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２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２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。
【００３０】
図１に戻り、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。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ガス溜め空間６７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」は、不活性ガスおよび反応性ガスの総称である。「不活性ガス」は、半導体ウェハーＷの材質およびその表面に形成された薄膜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、半導体ウェハーＷの材質および表面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。また、処理の目的によっては、窒素は反応性ガスにもなり得る。さらに、ガス供給部８からは、温度と湿度とが調節され、かつ、アンモニア成分が除去された加湿空気を処理ガスとして供給するようにしても良い。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。
【００３１】
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。
【００３２】
排気部９は、排気装置９１およびバルブ９２を備えており、バルブ９２を開放することによって排気口９３からチャンバー６内の雰囲気を排気する。排気口９３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９３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９３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。
【００３３】
排気装置９１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９１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９１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。
【００３４】
フラッシュ光照射部５は、チャンバー６の上方に設けられている。フラッシュ光照射部５は、複数のフラッシュランプＦＬを水平方向に沿って平面状に配列して備える。各フラッシュランプＦＬは、点光源のランプである。フラッシュ光照射部５には、複数の点光源のフラッシュランプＦＬが均一な配置密度となる幾何学状に配列されている。なお、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は水平面（すなわち、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷと平行）である。
【００３５】
図３は、フラッシュ光照射部５における複数のフラッシュランプＦＬの平面配列の一例を示す平面図である。同図に示すように、本実施形態における複数のフラッシュランプＦＬの平面配列は、ハニカム状のランプ配列であり、１つのフラッシュランプＦＬの周囲に正六角形を描くように６つのフラッシュランプＦＬを配置して設ける平面配列である。フラッシュ光照射部５には、このようなフラッシュランプＦＬによって形成される正六角形が隙間無く並べられている。
【００３６】
図４は、各フラッシュランプＦＬを発光させるための発光回路を示す図である。同図に示すように、フラッシュランプＦＬには、コンデンサ２３と、コイル２４と、スイッチ２６とが直列に接続されている。本実施形態の点光源のフラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプである。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るとともに陽極および陰極が配設された放電管２２と、該放電管２２の外周面上に付設されたトリガー電極２１とを備える。コンデンサ２３には、電源ユニット２５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２１にはトリガー回路２７から高電圧を印加することができる。スイッチ２６が発光回路を開閉するタイミングおよびトリガー回路２７がトリガー電極２１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。
【００３７】
コンデンサ２３が充電された状態でスイッチ２６が閉じて放電管２２の電極間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、通常の状態では放電管２２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路２７がトリガー電極２１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２３に蓄えられた電荷が陽極および陰極間の放電によって放電管２２内に瞬時に電流として流れ、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のフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサ２３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。
【００３８】
図４の発光回路において、コンデンサ２３の静電容量、コイル２４のインダクタンス、電源ユニット２５の充電電圧などを調節することによって、フラッシュランプＦＬの発光特性（発光強度、発光時間など）を調整することができる。これらの調節を容易にするために、コンデンサ２３およびコイル２４をそれぞれ可変コンデンサおよび可変コイルとしても良い。フラッシュ光照射部５にハニカム状に配列された複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に図４に示す如き発光回路が接続されている。従って、フラッシュ光照射部５に配置された複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれについて個別に発光特性を調整することができる。
【００３９】
図１に戻り、チャンバー窓６１の上面には、ディフューザ５５が設置されている。ディフューザ５５は、入射した光をランダムに拡散させる光拡散板であり、例えば石英のすりガラスを用いて構成される。ディフューザ５５は、チャンバー窓６１の上面、すなわちフラッシュ光照射部５とチャンバー６内の保持プレート７との間に設けられている。フラッシュ光照射部５のフラッシュランプＦＬ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に対してディフューザ５５、チャンバー窓６１および吹き出しプレート６８を介してフラッシュ光を照射する。このときに、フラッシュ光はディフューザ５５によって拡散されることとなる。なお、ディフューザ５５は、石英ガラスの内部に多数の気泡を含ませたものであっても良い。
【００４０】
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。
【００４１】
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（ステップＳ１を除く）。
【００４２】
まず、半導体ウェハーＷの処理に先立って、フラッシュランプＦＬの発光回路の調整を行う（ステップＳ１）。上述したように、フラッシュ光照射部５に配置された複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に発光回路が設けられており、本実施形態では複数のフラッシュランプＦＬ毎に発光回路の調整を行うことができる。
【００４３】
発光回路の調整は、例えば以前に処理された半導体ウェハーＷの処理結果（シート抵抗値など）に基づいて行えば良い。例えば、以前に処理された半導体ウェハーＷの処理結果からウェハー面内の一部にのみ相対的に低温となっている領域があることが判明していれば、当該領域のフラッシュ光照度が他の領域よりも低くなっているものと考えられる。そこで、当該領域の上方に位置するフラッシュランプＦＬの発光回路を調整して当該フラッシュランプＦＬの発光強度を高め、半導体ウェハーＷ上の照度分布が均一となるようにする。この場合であれば、例えば当該フラッシュランプＦＬの発光回路における電源ユニット２５の充電電圧を高くしてフラッシュランプＦＬの発光強度を高めるようにする。電源ユニット２５の充電電圧の変更は、当該電源ユニット２５自体にオペレータが機械的な調整を加えるようにしても良いし、熱処理装置１における処理のフローおよび条件を記述したレシピにて充電電圧を指定し、それに従って制御部３が設定するようにしても良い。
【００４４】
このようにしてフラッシュランプＦＬの発光回路の調整を行って照度分布を均一とした後、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Ｓ２）。ここで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の薄膜（レジスト膜）が形成されてパターン露光処理が行われた直後の半導体基板である。
【００４５】
レジスト膜の形成は、例えば半導体ウェハーＷを回転させつつ、その回転中心にフォトレジストの塗布液を吐出し、遠心力によって塗布液を拡布することによって半導体ウェハーＷの表面にフォトレジストの薄膜を形成するいわゆるスピンコート法によって行えば良い。なお、本実施形態では、フォトレジストとしては化学増幅型レジストを用いる。
【００４６】
表面にレジスト膜が形成された半導体ウェハーＷに加熱処理（塗布後ベーク処理）を行うことによってレジスト膜が焼成される。さらに、その半導体ウェハーＷに対してパターン露光処理が行われる。本実施形態では、化学増幅型レジストを使用しているため、半導体ウェハーＷ上に形成されたレジスト膜のうち露光された部分では光化学反応によって酸が生成する。これらのレジスト塗布処理、塗布後ベーク処理およびパターン露光処理は、いずれも本発明に係る熱処理装置１とは別の装置にて行われる。そして、パターン露光処理が終了した直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。
【００４７】
表面にレジスト膜が形成されてパターン露光処理が終了した半導体ウェハー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。
【００４８】
熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内の雰囲気が調整される（ステップＳ３）。本実施形態においては、ガス供給部８からチャンバー６内に加湿された空気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。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５が加湿空気雰囲気となる。
【００４９】
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。半導体ウェハーＷが保持プレート７に載置・保持された後、制御部３の制御によりフラッシュ光照射部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Ｓ４）。
【００５０】
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２５によってコンデンサ２３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ２３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３がスイッチ２６を閉じるとともにトリガー回路２７を制御してトリガー電極２１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。これにより、フラッシュランプＦＬの放電管２２内の電極間で瞬時に電流が流れ、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フラッシュ光が放出される。
【００５１】
フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は、フラッシュ光照射部５と保持プレート７との間に設けられディフューザ５５を透過した後にチャンバー６内に入射する。図６は、ディフューザ５５によって拡散されるフラッシュ光を説明する図である。フラッシュランプＦＬから出射されてディフューザ５５に入射したフラッシュ光は、図６の矢印ＡＲ６にて示すように、ランダムに拡散されて下方のチャンバー窓６１へと向かう。そして、ディフューザ５５によって拡散されたフラッシュ光がチャンバー６内の熱処理空間６５に入射し、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷの表面に照射され、当該表面に形成されたレジスト膜が加熱される。
【００５２】
本実施形態のように、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬを配列した場合には、フラッシュランプＦＬの直下に比較してランプ間の直下では照度が低くなり易い傾向が認められる。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光をディフューザ５５によってランダムに拡散した後に半導体ウェハーＷに照射すれば、複数の点光源のフラッシュランプＦＬを配列したことに起因した照度分布の不均一を解消し、半導体ウェハーＷの表面に均一な照度分布にてフラッシュ光照射を行うことができる。
【００５３】
フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光は、コンデンサ２３に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。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の表面温度は、瞬間的に処理温度にまで上昇し、その後急速に下降する。
【００５４】
このようなフラッシュ加熱によって、パターン露光時の光化学反応によって化学増幅型レジストの膜中に生じた活性種を酸触媒としてレジスト樹脂の架橋・分解または脱保護等の化学反応を進行させる。これにより、レジスト膜の現像液に対する溶解度を露光部分のみ局所的に変化させる露光後ベーク処理が行われる。すなわち、本実施形態においては、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を瞬間的に昇温して露光後ベーク処理を行っている。
【００５５】
フラッシュ光照射による露光後ベーク処理が終了した後、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。所定時間経過後、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における露光後ベーク処理が完了する（ステップＳ５）。
【００５６】
熱処理装置１から搬出された半導体ウェハーＷの表面には現像液が供給されて現像処理が行われる。現像処理は、例えば静止状態の半導体ウェハーＷの表面に現像液を一定時間留めるいわゆるパドル現像によって行えば良い。このような現像処理も熱処理装置１とは別の装置にて行われる。
【００５７】
本実施形態においては、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬをハニカム状に配列している。複数の点光源フラッシュランプＦＬを配列しているため、フラッシュ光照射部５全体としての照度の微調整が容易である。すなわち、例えば半導体ウェハーＷの表面において１箇所のみの照度が低いというような照度分布の不均一が生じていたとしても、棒状のフラッシュランプＦＬであれば照射範囲が線状となるため、当該箇所のみの照度を調整することは困難であった。点光源のフラッシュランプＦＬであれば、当該箇所の上方に位置するフラッシュランプＦＬのみの発光強度を高めることによって当該箇所のみの照度を高め、半導体ウェハーＷ上の照度分布の不均一を容易に是正することができるのである。
【００５８】
特に、本実施形態のように半導体ウェハーＷの表面に形成されたレジスト膜の露光後ベーク処理を行う場合には、処理温度が比較的低い（百数十℃程度）。処理温度が１０００℃以上にもなる場合には、特許文献１に開示されるように、半導体ウェハーをホットプレートに載置して予備加熱を行った後にフラッシュ光を照射するため、ホットプレートによって半導体ウェハーの温度分布をある程度調整できる。しかし、処理温度が比較的低い本実施形態のような場合には、保持プレート７に加熱機構を備えておらず、保持プレート７によってフラッシュ光照射前の半導体ウェハーＷの予備加熱を行わない。このため、予備加熱時に半導体ウェハーＷの温度分布を調整することはできず、フラッシュ光照射部５によってフラッシュ光の照度分布を均一にして半導体ウェハーＷの温度分布を均一にする技術的意義が大きい。
【００５９】
また、複数の点光源のフラッシュランプＦＬはハニカム状に配列されているため、その配置密度は均一であり、フラッシュ光照射部５から放射されるフラッシュ光の強度分布を均一なものとすることができる。
【００６０】
また、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に発光回路が設けられているため、複数のフラッシュランプＦＬ毎に発光特性を調整することができる。これにより、フラッシュ光照射部５全体としての微調整を確実なものとして半導体ウェハーＷ上の照度分布の不均一を容易に是正することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では入射した光をランダムに拡散させるディフューザ５５をフラッシュ光照射部５と保持プレート７との間に設けているため、点光源のフラッシュランプＦＬを配列した場合であっても、ランプ配列に起因した照度分布の不均一を解消して半導体ウェハーＷの表面に均一な照度分布にてフラッシュ光照射を行うことができる。
【００６２】
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、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬをハニカム状に配列していたが、配列パターンはハニカム状に限定されるものではなく、配設密度が均一となる配列であれば良い。例えば、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬを正方格子状に配列するようにしても良い。
【００６３】
また、上記実施形態においては、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に発光回路を設け、複数のフラッシュランプＦＬ毎に発光特性の調整を行うようにしていたが、これに代えて、フラッシュ光照射部５の複数のフラッシュランプＦＬを幾つかのゾーンに区分けし、それらのゾーン毎にフラッシュランプＦＬの発光特性の調整を行うようにしても良い。
【００６４】
また、フラッシュランプＦＬの発光回路の調整工程（図５のステップＳ１）は、半導体ウェハーＷの搬入前に行うことに限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの搬出後にその処理結果に基づいて行うようにしても良い。
【００６５】
また、上記実施形態においては、熱処理装置１にて半導体ウェハーＷの表面に形成されたレジスト膜の露光後ベーク処理を行っていたが、これに限定されるものではなく、本発明に係る技術によって他の加熱処理、例えばレジスト膜の塗布後ベーク処理を行うようにしても良いし、シリサイドの形成処理を行うようにしても良い。特に、本発明に係る技術は保持プレート７によって予備加熱を行わない比較的低温のフラッシュ加熱処理を行う場合に好適である。
【００６６】
また、不純物の活性化など比較的高温のフラッシュ加熱処理を行う場合であっても、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬを配列した本発明に係る熱処理技術を適用することができる。但し、高温のフラッシュ加熱処理を行う場合には、保持プレート７に加熱機構を設け、フラッシュ光照射前に半導体ウェハーＷの予備加熱を行うのが好ましい。或いは、高温の加熱処理を行う場合、石英等の光透過性材料で形成された保持プレートにて半導体ウェハーＷを保持し、フラッシュ光照射前に半導体ウェハーＷの裏面側からハロゲンランプ等の光照射源を使用して半導体ウェハーＷの予備加熱を行うようにしても良い。
【００６７】
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。これらの基板に形成された膜に比較的低温のフラッシュ加熱処理を行う場合に、本発明に係る熱処理技術は好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 熱処理装置
３ 制御部
５ フラッシュ光照射部
６ チャンバー
７ 保持プレート
８ ガス供給部
９ 排気部
２３ コンデンサ
２４ コイル
２５ 電源ユニット
２６ スイッチ
５５ ディフューザ
６１ チャンバー窓
６５ 熱処理空間
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー
【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）に対して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。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−５５３２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１に開示されるような従来のフラッシュランプは長尺の棒状ランプであった。このような棒状ランプは、長手方向に沿って発光する線状の光源であり、処理対象となる半導体ウェハー上に照度分布の不均一が生じているときに、その不均一を是正するのが困難であった。すなわち、例えば、半導体ウェハー上の１箇所のみの照度が低いときに、当該箇所の直上に位置するフラッシュランプの発光強度を高めると、その棒状フラッシュランプの下方に位置する他の箇所の照度が高くなり、結果として新たな照度分布の不均一が生じることとなる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板上の照度分布の不均一を容易に是正することができる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】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して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、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、複数の点光源フラッシュランプを配列し、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光照射手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュ光照射手段に前記複数の点光源フラッシュランプをハニカム状に配列することを特徴とする。
【００１１】
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装置において、前記複数の点光源フラッシュランプのそれぞれに個別に発光回路を接続することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４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装置において、前記フラッシュ光照射手段と前記保持手段との間に、入射した光を拡散させる光拡散板を設けることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記保持手段は、前記基板を載置して保持する非加熱式プレートであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１から請求項５の発明によれば、フラッシュ光照射手段に複数の点光源フラッシュランプを配列しているため、基板上に照度分布の不均一が生じていたとしても、その不均一箇所に対応するフラッシュランプのみの強度を調整して照度分布の不均一を容易に是正することができる。
【００１５】
特に、請求項２の発明によれば、複数の点光源フラッシュランプをハニカム状に配列するため、点光源フラッシュランプの配置密度は均一となり、基板上の照度分布を均一にすることができる。
【００１６】
特に、請求項３の発明によれば、複数の点光源フラッシュランプのそれぞれに個別に発光回路を接続するため、複数の点光源フラッシュランプ毎に強度の調整を行うことができる。
【００１７】
特に、請求項４の発明によれば、フラッシュ光照射手段と保持手段との間に、入射した光を拡散させる光拡散板を設けるため、点光源のフラッシュランプを配列した場合であっても、そのランプ配列に起因した照度分布の不均一を解消して基板上に均一な照度分布にてフラッシュ光照射を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】吹き出しプレートの平面図である。
【図３】フラッシュ光照射部における複数のフラッシュランプの平面配列の一例を示す平面図である。
【図４】各フラッシュランプを発光させるための発光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】ディフューザによって拡散されるフラッシュ光を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。本実施形態の熱処理装置１では、レジスト膜が表面に形成された半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射を行ってそのレジスト膜を加熱する。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。
【００２１】
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、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射するフラッシュ光照射部５と、を備えている。また、熱処理装置１は、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。さらに、熱処理装置１は、これらの各部を制御してフラッシュ光照射処理を実行させる制御部３を備える。
【００２２】
チャンバー６は、フラッシュ光照射部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。
【００２３】
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、フラッシュ光照射部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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。本実施形態の保持プレート７は、特段の温調機構（加熱機構および／または冷却機構）を有さない非加熱式のプレートである。
【００２７】
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（例えば３個）の図示省略のプロキシミティボールが配設されている。複数個のプロキシミティボールは、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、プロキシミティボール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。
【００２８】
また、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。
【００２９】
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２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２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。
【００３０】
図１に戻り、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。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ガス溜め空間６７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」は、不活性ガスおよび反応性ガスの総称である。「不活性ガス」は、半導体ウェハーＷの材質およびその表面に形成された薄膜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、半導体ウェハーＷの材質および表面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。また、処理の目的によっては、窒素は反応性ガスにもなり得る。さらに、ガス供給部８からは、温度と湿度とが調節され、かつ、アンモニア成分が除去された加湿空気を処理ガスとして供給するようにしても良い。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。
【００３１】
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。
【００３２】
排気部９は、排気装置９１およびバルブ９２を備えており、バルブ９２を開放することによって排気口９３からチャンバー６内の雰囲気を排気する。排気口９３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９３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９３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。
【００３３】
排気装置９１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９１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９１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。
【００３４】
フラッシュ光照射部５は、チャンバー６の上方に設けられている。フラッシュ光照射部５は、複数のフラッシュランプＦＬを水平方向に沿って平面状に配列して備える。各フラッシュランプＦＬは、点光源のランプである。フラッシュ光照射部５には、複数の点光源のフラッシュランプＦＬが均一な配置密度となる幾何学状に配列されている。なお、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は水平面（すなわち、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷと平行）である。
【００３５】
図３は、フラッシュ光照射部５における複数のフラッシュランプＦＬの平面配列の一例を示す平面図である。同図に示すように、本実施形態における複数のフラッシュランプＦＬの平面配列は、ハニカム状のランプ配列であり、１つのフラッシュランプＦＬの周囲に正六角形を描くように６つのフラッシュランプＦＬを配置して設ける平面配列である。フラッシュ光照射部５には、このようなフラッシュランプＦＬによって形成される正六角形が隙間無く並べられている。
【００３６】
図４は、各フラッシュランプＦＬを発光させるための発光回路を示す図である。同図に示すように、フラッシュランプＦＬには、コンデンサ２３と、コイル２４と、スイッチ２６とが直列に接続されている。本実施形態の点光源のフラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプである。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るとともに陽極および陰極が配設された放電管２２と、該放電管２２の外周面上に付設されたトリガー電極２１とを備える。コンデンサ２３には、電源ユニット２５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２１にはトリガー回路２７から高電圧を印加することができる。スイッチ２６が発光回路を開閉するタイミングおよびトリガー回路２７がトリガー電極２１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。
【００３７】
コンデンサ２３が充電された状態でスイッチ２６が閉じて放電管２２の電極間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、通常の状態では放電管２２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路２７がトリガー電極２１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２３に蓄えられた電荷が陽極および陰極間の放電によって放電管２２内に瞬時に電流として流れ、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のフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサ２３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。
【００３８】
図４の発光回路において、コンデンサ２３の静電容量、コイル２４のインダクタンス、電源ユニット２５の充電電圧などを調節することによって、フラッシュランプＦＬの発光特性（発光強度、発光時間など）を調整することができる。これらの調節を容易にするために、コンデンサ２３およびコイル２４をそれぞれ可変コンデンサおよび可変コイルとしても良い。フラッシュ光照射部５にハニカム状に配列された複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に図４に示す如き発光回路が接続されている。従って、フラッシュ光照射部５に配置された複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれについて個別に発光特性を調整することができる。
【００３９】
図１に戻り、チャンバー窓６１の上面には、ディフューザ５５が設置されている。ディフューザ５５は、入射した光をランダムに拡散させる光拡散板であり、例えば石英のすりガラスを用いて構成される。ディフューザ５５は、チャンバー窓６１の上面、すなわちフラッシュ光照射部５とチャンバー６内の保持プレート７との間に設けられている。フラッシュ光照射部５のフラッシュランプＦＬ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に対してディフューザ５５、チャンバー窓６１および吹き出しプレート６８を介してフラッシュ光を照射する。このときに、フラッシュ光はディフューザ５５によって拡散されることとなる。なお、ディフューザ５５は、石英ガラスの内部に多数の気泡を含ませたものであっても良い。
【００４０】
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。
【００４１】
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（ステップＳ１を除く）。
【００４２】
まず、半導体ウェハーＷの処理に先立って、フラッシュランプＦＬの発光回路の調整を行う（ステップＳ１）。上述したように、フラッシュ光照射部５に配置された複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に発光回路が設けられており、本実施形態では複数のフラッシュランプＦＬ毎に発光回路の調整を行うことができる。
【００４３】
発光回路の調整は、例えば以前に処理された半導体ウェハーＷの処理結果（シート抵抗値など）に基づいて行えば良い。例えば、以前に処理された半導体ウェハーＷの処理結果からウェハー面内の一部にのみ相対的に低温となっている領域があることが判明していれば、当該領域のフラッシュ光照度が他の領域よりも低くなっているものと考えられる。そこで、当該領域の上方に位置するフラッシュランプＦＬの発光回路を調整して当該フラッシュランプＦＬの発光強度を高め、半導体ウェハーＷ上の照度分布が均一となるようにする。この場合であれば、例えば当該フラッシュランプＦＬの発光回路における電源ユニット２５の充電電圧を高くしてフラッシュランプＦＬの発光強度を高めるようにする。電源ユニット２５の充電電圧の変更は、当該電源ユニット２５自体にオペレータが機械的な調整を加えるようにしても良いし、熱処理装置１における処理のフローおよび条件を記述したレシピにて充電電圧を指定し、それに従って制御部３が設定するようにしても良い。
【００４４】
このようにしてフラッシュランプＦＬの発光回路の調整を行って照度分布を均一とした後、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Ｓ２）。ここで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の薄膜（レジスト膜）が形成されてパターン露光処理が行われた直後の半導体基板である。
【００４５】
レジスト膜の形成は、例えば半導体ウェハーＷを回転させつつ、その回転中心にフォトレジストの塗布液を吐出し、遠心力によって塗布液を拡布することによって半導体ウェハーＷの表面にフォトレジストの薄膜を形成するいわゆるスピンコート法によって行えば良い。なお、本実施形態では、フォトレジストとしては化学増幅型レジストを用いる。
【００４６】
表面にレジスト膜が形成された半導体ウェハーＷに加熱処理（塗布後ベーク処理）を行うことによってレジスト膜が焼成される。さらに、その半導体ウェハーＷに対してパターン露光処理が行われる。本実施形態では、化学増幅型レジストを使用しているため、半導体ウェハーＷ上に形成されたレジスト膜のうち露光された部分では光化学反応によって酸が生成する。これらのレジスト塗布処理、塗布後ベーク処理およびパターン露光処理は、いずれも本発明に係る熱処理装置１とは別の装置にて行われる。そして、パターン露光処理が終了した直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。
【００４７】
表面にレジスト膜が形成されてパターン露光処理が終了した半導体ウェハー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。
【００４８】
熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内の雰囲気が調整される（ステップＳ３）。本実施形態においては、ガス供給部８からチャンバー６内に加湿された空気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。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５が加湿空気雰囲気となる。
【００４９】
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。半導体ウェハーＷが保持プレート７に載置・保持された後、制御部３の制御によりフラッシュ光照射部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Ｓ４）。
【００５０】
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２５によってコンデンサ２３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ２３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３がスイッチ２６を閉じるとともにトリガー回路２７を制御してトリガー電極２１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。これにより、フラッシュランプＦＬの放電管２２内の電極間で瞬時に電流が流れ、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フラッシュ光が放出される。
【００５１】
フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光は、フラッシュ光照射部５と保持プレート７との間に設けられディフューザ５５を透過した後にチャンバー６内に入射する。図６は、ディフューザ５５によって拡散されるフラッシュ光を説明する図である。フラッシュランプＦＬから出射されてディフューザ５５に入射したフラッシュ光は、図６の矢印ＡＲ６にて示すように、ランダムに拡散されて下方のチャンバー窓６１へと向かう。そして、ディフューザ５５によって拡散されたフラッシュ光がチャンバー６内の熱処理空間６５に入射し、保持プレート７に保持された半導体ウェハーＷの表面に照射され、当該表面に形成されたレジスト膜が加熱される。
【００５２】
本実施形態のように、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬを配列した場合には、フラッシュランプＦＬの直下に比較してランプ間の直下では照度が低くなり易い傾向が認められる。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光をディフューザ５５によってランダムに拡散した後に半導体ウェハーＷに照射すれば、複数の点光源のフラッシュランプＦＬを配列したことに起因した照度分布の不均一を解消し、半導体ウェハーＷの表面に均一な照度分布にてフラッシュ光照射を行うことができる。
【００５３】
フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光は、コンデンサ２３に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。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の表面温度は、瞬間的に処理温度にまで上昇し、その後急速に下降する。
【００５４】
このようなフラッシュ加熱によって、パターン露光時の光化学反応によって化学増幅型レジストの膜中に生じた活性種を酸触媒としてレジスト樹脂の架橋・分解または脱保護等の化学反応を進行させる。これにより、レジスト膜の現像液に対する溶解度を露光部分のみ局所的に変化させる露光後ベーク処理が行われる。すなわち、本実施形態においては、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を瞬間的に昇温して露光後ベーク処理を行っている。
【００５５】
フラッシュ光照射による露光後ベーク処理が終了した後、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。所定時間経過後、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における露光後ベーク処理が完了する（ステップＳ５）。
【００５６】
熱処理装置１から搬出された半導体ウェハーＷの表面には現像液が供給されて現像処理が行われる。現像処理は、例えば静止状態の半導体ウェハーＷの表面に現像液を一定時間留めるいわゆるパドル現像によって行えば良い。このような現像処理も熱処理装置１とは別の装置にて行われる。
【００５７】
本実施形態においては、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬをハニカム状に配列している。複数の点光源フラッシュランプＦＬを配列しているため、フラッシュ光照射部５全体としての照度の微調整が容易である。すなわち、例えば半導体ウェハーＷの表面において１箇所のみの照度が低いというような照度分布の不均一が生じていたとしても、棒状のフラッシュランプＦＬであれば照射範囲が線状となるため、当該箇所のみの照度を調整することは困難であった。点光源のフラッシュランプＦＬであれば、当該箇所の上方に位置するフラッシュランプＦＬのみの発光強度を高めることによって当該箇所のみの照度を高め、半導体ウェハーＷ上の照度分布の不均一を容易に是正することができるのである。
【００５８】
特に、本実施形態のように半導体ウェハーＷの表面に形成されたレジスト膜の露光後ベーク処理を行う場合には、処理温度が比較的低い（百数十℃程度）。処理温度が１０００℃以上にもなる場合には、特許文献１に開示されるように、半導体ウェハーをホットプレートに載置して予備加熱を行った後にフラッシュ光を照射するため、ホットプレートによって半導体ウェハーの温度分布をある程度調整できる。しかし、処理温度が比較的低い本実施形態のような場合には、保持プレート７に加熱機構を備えておらず、保持プレート７によってフラッシュ光照射前の半導体ウェハーＷの予備加熱を行わない。このため、予備加熱時に半導体ウェハーＷの温度分布を調整することはできず、フラッシュ光照射部５によってフラッシュ光の照度分布を均一にして半導体ウェハーＷの温度分布を均一にする技術的意義が大きい。
【００５９】
また、複数の点光源のフラッシュランプＦＬはハニカム状に配列されているため、その配置密度は均一であり、フラッシュ光照射部５から放射されるフラッシュ光の強度分布を均一なものとすることができる。
【００６０】
また、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に発光回路が設けられているため、複数のフラッシュランプＦＬ毎に発光特性を調整することができる。これにより、フラッシュ光照射部５全体としての微調整を確実なものとして半導体ウェハーＷ上の照度分布の不均一を容易に是正することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では入射した光をランダムに拡散させるディフューザ５５をフラッシュ光照射部５と保持プレート７との間に設けているため、点光源のフラッシュランプＦＬを配列した場合であっても、ランプ配列に起因した照度分布の不均一を解消して半導体ウェハーＷの表面に均一な照度分布にてフラッシュ光照射を行うことができる。
【００６２】
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、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬをハニカム状に配列していたが、配列パターンはハニカム状に限定されるものではなく、配設密度が均一となる配列であれば良い。例えば、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬを正方格子状に配列するようにしても良い。
【００６３】
また、上記実施形態においては、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に発光回路を設け、複数のフラッシュランプＦＬ毎に発光特性の調整を行うようにしていたが、これに代えて、フラッシュ光照射部５の複数のフラッシュランプＦＬを幾つかのゾーンに区分けし、それらのゾーン毎にフラッシュランプＦＬの発光特性の調整を行うようにしても良い。
【００６４】
また、フラッシュランプＦＬの発光回路の調整工程（図５のステップＳ１）は、半導体ウェハーＷの搬入前に行うことに限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの搬出後にその処理結果に基づいて行うようにしても良い。
【００６５】
また、上記実施形態においては、熱処理装置１にて半導体ウェハーＷの表面に形成されたレジスト膜の露光後ベーク処理を行っていたが、これに限定されるものではなく、本発明に係る技術によって他の加熱処理、例えばレジスト膜の塗布後ベーク処理を行うようにしても良いし、シリサイドの形成処理を行うようにしても良い。特に、本発明に係る技術は保持プレート７によって予備加熱を行わない比較的低温のフラッシュ加熱処理を行う場合に好適である。
【００６６】
また、不純物の活性化など比較的高温のフラッシュ加熱処理を行う場合であっても、フラッシュ光照射部５に複数の点光源のフラッシュランプＦＬを配列した本発明に係る熱処理技術を適用することができる。但し、高温のフラッシュ加熱処理を行う場合には、保持プレート７に加熱機構を設け、フラッシュ光照射前に半導体ウェハーＷの予備加熱を行うのが好ましい。或いは、高温の加熱処理を行う場合、石英等の光透過性材料で形成された保持プレートにて半導体ウェハーＷを保持し、フラッシュ光照射前に半導体ウェハーＷの裏面側からハロゲンランプ等の光照射源を使用して半導体ウェハーＷの予備加熱を行うようにしても良い。
【００６７】
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。これらの基板に形成された膜に比較的低温のフラッシュ加熱処理を行う場合に、本発明に係る熱処理技術は好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 熱処理装置
３ 制御部
５ フラッシュ光照射部
６ チャンバー
７ 保持プレート
８ ガス供給部
９ 排気部
２３ コンデンサ
２４ コイル
２５ 電源ユニット
２６ スイッチ
５５ ディフューザ
６１ チャンバー窓
６５ 熱処理空間
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して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、
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、
複数の点光源フラッシュランプを配列し、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光照射手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記フラッシュ光照射手段に前記複数の点光源フラッシュランプをハニカム状に配列することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記複数の点光源フラッシュランプのそれぞれに個別に発光回路を接続することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記フラッシュ光照射手段と前記保持手段との間に、入射した光を拡散させる光拡散板を設けることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持手段は、前記基板を載置して保持する非加熱式プレートであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１】
基板に対して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、
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、
複数の点光源フラッシュランプを配列し、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光照射手段と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記フラッシュ光照射手段に前記複数の点光源フラッシュランプをハニカム状に配列することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記複数の点光源フラッシュランプのそれぞれに個別に発光回路を接続することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記フラッシュ光照射手段と前記保持手段との間に、入射した光を拡散させる光拡散板を設けることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記保持手段は、前記基板を載置して保持する非加熱式プレートであることを特徴とする熱処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７４２１７（Ｐ２０１３−７４２１７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１３６５５（Ｐ２０１１−２１３６５５）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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