熱処理方法および熱処理装置
【課題】基板に与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行う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】熱処理装置１のチャンバー６内には、表面にレジスト膜を形成した半導体ウェハーＷが搬入され、保持プレート７によって保持される。フィルタ機構２は、当該レジスト膜が感光する波長域の光をカットするフィルタ２０をチャンバー６のチャンバー窓６１とフラッシュ照射部５のフラッシュランプＦＬとの間に挿入する。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光がフィルタ２０を透過するときに当該波長域の光がカットされ、そのカット後のフラッシュ光が半導体ウェハーＷの表面に照射される。当該波長域の光をカットしたフラッシュ光照射によってレジスト膜の感光を抑制しつつ必要なフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【解決手段】熱処理装置１のチャンバー６内には、表面にレジスト膜を形成した半導体ウェハーＷが搬入され、保持プレート７によって保持される。フィルタ機構２は、当該レジスト膜が感光する波長域の光をカットするフィルタ２０をチャンバー６のチャンバー窓６１とフラッシュ照射部５のフラッシュランプＦＬとの間に挿入する。フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光がフィルタ２０を透過するときに当該波長域の光がカットされ、そのカット後のフラッシュ光が半導体ウェハーＷの表面に照射される。当該波長域の光をカットしたフラッシュ光照射によってレジスト膜の感光を抑制しつつ必要なフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【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。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】
しかしながら、タングステンフィラメントを用いたハロゲンランプの放射分光分布が主として比較的長波長の赤外域であるのに対して、キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域までをも含んでいる。従って、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、紫外光も照射されることとなる。シリコンの半導体ウェハーに強い化学的作用を及ぼす紫外光が照射されると、シリコンの結晶に損傷を与えるおそれがある。
【０００８】
また、特許文献２に開示される技術では、現像処理後のレジスト膜にフラッシュ光照射を行っているが、現像処理前のレジスト膜、例えば塗布形成直後または露光直後のレジスト膜にフラッシュ光照射を行っていわゆる塗布後ベーク処理(PAB:Post-Applied-Bake)や露光後ベーク処理(PEB:Post-Exposure-Bake)を行うという応用も考えられる。しかし、キセノンフラッシュランプからのフラッシュ光に含まれる比較的波長の短い可視光および紫外光が現像処理前のレジスト膜に照射されると、レジスト膜の全面が感光されてパターン形成が阻害されるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行う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方法において、基板をチャンバー内に収容して保持手段に保持する収容工程と、前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットしたフラッシュ光を前記基板に照射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、前記保持手段とフラッシュランプとの間に、前記波長域の光をカットするフィルタを設置するフィルタ設置工程をさらに備え、前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュランプからフラッシュ光を出射し、前記フィルタによって当該フラッシュ光から前記波長域の光をカットして前記基板に照射す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、前記フィルタ設置工程では、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを準備し、前記複数のフィルタのうち前記保持手段に保持された基板の種類に応じたフィルタを選択して設置することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記フィルタ設置工程では、紫外光をカットするフィルタを設置し、前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュ光から紫外光をカットして前記基板に照射することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記フィルタ設置工程では、複数枚のフィルタを重ねて設置することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設置されたフィルタを温調するフィルタ温調工程をさらに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２の発明に係る熱処理方法において、前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８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、前記保持手段に保持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられ、前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットするフィルタと、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、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを備え、前記複数のフィルタのうち指定されたフィルタを前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に挿入するフィルタ挿入機構をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記フィルタは紫外光をカットすることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられたフィルタを温調する温調機構をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１２の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１から請求項７の発明によれば、チャンバー内に収容されて保持手段に保持された基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットしたフラッシュ光を当該基板に照射するため、基板には当該波長域の光は照射されずに残余の波長域の光が選択的に照射され、基板に与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００２３】
特に、請求項３の発明によれば、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを準備し、それら複数のフィルタのうち基板の種類に応じたフィルタを選択して設置するため、基板毎に適切な波長域の光をカットしたフラッシュ光を照射することができる。
【００２４】
特に、請求項５の発明によれば、複数枚のフィルタを重ねて設置するため、フラッシュ光からカットする光の波長域のバリエーションを広げることができる。
【００２５】
特に、請求項６の発明によれば、保持手段とフラッシュランプとの間に設置されたフィルタを温調するため、フラッシュ光照射に起因した温度上昇によるフィルタの光学特性の変化を防止することができる。
【００２６】
また、請求項８から請求項１２の発明によれば、保持手段に保持された基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットするフィルタを保持手段とフラッシュランプとの間に設けるため、当該波長域の光がカットされたフラッシュ光が基板に照射されることとなり、基板に与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００２７】
特に、請求項９の発明によれば、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを備え、それら複数のフィルタのうち指定されたフィルタを保持手段とフラッシュランプとの間に挿入するため、基板毎に適切な波長域の光をカットしたフラッシュ光を照射することができる。
【００２８】
特に、請求項１１の発明によれば、保持手段とフラッシュランプとの間に設けられたフィルタを温調する温調機構を備えるため、フラッシュ光照射に起因した温度上昇によるフィルタの光学特性の変化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】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５】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図６】キセノンフラッシュランプの放射分光分布を示す図である。
【図７】複数枚のフィルタを重ねて設置した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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、レジスト膜などの薄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薄膜を加熱する。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。
【００３２】
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照射部５と、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間にフィルタ２０を挿脱するフィルタ機構２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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および反応性ガス供給部８４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。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。なお、不活性ガス供給源８２および反応性ガス供給源８５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。
【００４７】
ここで、「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、反応性ガス供給部８４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供給するようにしても良い。本明細書においては、これら不活性ガスおよび反応性ガスを総称して処理のための「処理ガス」とする。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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８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お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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気が両端電極間の放電によってガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。
【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】
フィルタ機構２は、チャンバー６およびフラッシュ照射部５の側方に設けられている。フィルタ機構２は、複数枚（本実施形態では５枚）のフィルタ２０と、それら複数のフィルタ２０を個別に進退移動させる進退機構部２１と、進退機構部２１を昇降させる昇降機構部２２と、を備える。フィルタ機構２は、５枚のフィルタ２０のうちのいずれかをチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入する。
【００５６】
複数枚のフィルタ２０のそれぞれは、チャンバー窓６１を覆う板状の光学フィルタである。各フィルタ２０は、石英ガラスにバリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、カドミウム（Ｃｄ）などの金属を溶解させて形成されるものであり、透過光から所定の波長域の光を反射または吸収することによってカットする。より詳細には、石英ガラスにバリウム、ヒ素、アンチモン、カドミウムからなる群より選択された少なくとも１以上の金属を溶解させて含有させる。溶解させる金属の種類に応じて、複数枚のフィルタ２０は異なる波長域の光を遮光する。例えば、本実施形態の５枚のフィルタ２０のそれぞれは３００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、４５０ｎｍ以下、５００ｎｍ以下の波長域の光をカットする。
【００５７】
一般に、紫外光とは波長が４００ｎｍ以下となる電磁波であり、本実施形態の５枚のフィルタ２０は主として紫外光をカットする。すなわち、３００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０は、それぞれ３００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットする。また、４５０ｎｍ以下、５００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０は、それぞれ紫外光に加えて可視光の一部（紫から青）をもカットする。
【００５８】
５枚のフィルタ２０は個別に水平姿勢にて進退機構部２１に連結されている。進退機構部２１は、図示を省略する駆動機構を内蔵しており、その駆動機構によって５枚のフィルタ２０を個別に水平方向に沿って進退移動させる。このような駆動機構としては、伸縮機構またはスライド駆動機構など、一方向に沿って進退移動させる公知の種々の機構を採用することができる。
【００５９】
進退機構部２１は昇降機構部２２に連結されている。昇降機構部２２は、図示を省略する昇降機構を内蔵しており、その昇降機構によって進退機構部２１および５枚のフィルタ２０を一括して昇降移動させる。このような昇降機構としては、送りネジまたはベルトを使用したスライド駆動機構など、鉛直方向に沿って昇降移動させる公知の種々の機構を採用することができる。
【００６０】
進退機構部２１および昇降機構部２２によってフィルタ２０をチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入するフィルタ挿入機構が構成される。フィルタ機構２は、昇降機構部２２によって５枚のフィルタ２０を昇降し、それらのうちのいずれかをチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間と等しい高さ位置に移動させる。そして、フィルタ機構２は、進退機構部２１によって当該フィルタ２０を前進させてチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入する。
【００６１】
また、チャンバー６およびフラッシュ照射部５の側方には、温調機構４０が設けられている。温調機構４０は、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入されたフィルタ２０に温調用ガスを吹き付ける。温調用ガスとしては、例えば所定温度に温調された空気を用いれば良いが、冷却能に優れたヘリウム、アルゴンなどを用いるようにしても良い。
【００６２】
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。
【００６３】
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４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。また、図５は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。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。
【００６４】
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）。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。図５に示す時刻ｔ１は、リフトピン７７が半導体ウェハーＷを受け取った時刻である。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。
【００６８】
次に、フィルタ機構２が有する複数枚のフィルタ２０のうちから適切なフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置する（ステップＳ２）。設置すべき適切なフィルタ２０は、処理対象となる半導体ウェハーＷの種類および熱処理の目的に基づいて規定される。なお、半導体ウェハーＷの種類には、その表面に形成されている膜の相違をも含む。本実施形態では、半導体ウェハーＷの表面に化学増幅型のレジスト膜が形成され、熱処理装置１にて露光後ベーク処理が行われる。化学増幅型レジストは、露光強度が比較的弱いＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）またはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いたパターン露光処理に対応したフォトレジストである。従って、熱処理装置１における露光後ベーク処理時に、フラッシュランプＦＬから波長３００ｎｍ以下の紫外域を含むフラッシュ光が照射されると、レジスト膜がフラッシュ光によって感光され、パターン形成を阻害するおそれがある。
【００６９】
図６は、キセノンフラッシュランプＦＬの放射分光分布を示す図である。同図に示すように、キセノンフラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光には、波長３００ｎｍ以下の紫外光も含まれる。従って、フラッシュ光をそのまま半導体ウェハーＷに照射するとレジスト膜が感光されるため、フラッシュ光から波長３００ｎｍ以下の紫外域の光をカットするのが望ましい。
【００７０】
一方、図６の放射分光分布において、強度が比較的高いのは波長３００ｎｍ以上の波長域であり、特に４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域が最も高い帯域である。従って、フラッシュ光照射による加熱処理効率の観点からは、波長４００ｎｍ以上の波長域の光を利用するのが望ましく、可能であれば３００ｎｍ以上の波長域の光を利用するのが好ましい。
【００７１】
本実施形態においては、これらの点を総合的に考慮し、フィルタ機構２が有する５枚のフィルタ２０のうちから３００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットするフィルタ２０を選択する。具体的には、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３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を予め指定しておく。この指定は、例えば制御部３に設けられた入力部を介して熱処理装置１のオペレータが行えば良い。
【００７２】
制御部３は、レシピの記述に基づいて、指定された３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されるようにフィルタ機構２を制御する。フィルタ機構２は、制御部３の制御下にて、昇降機構部２２によって５枚のフィルタ２０を一括して昇降し、３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０をチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間と等しい高さ位置に移動させる。そして、フィルタ機構２は、進退機構部２１によって当該フィルタ２０を前進させてチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入する。これにより、チャンバー６内の保持プレート７とフラッシュ照射部５のフラッシュランプＦＬとの間に、３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０が設置される。
【００７３】
また、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。なお、ステップＳ１からステップＳ３の順序は必ずしも図４の例に限定されるものではなく、例えば、半導体ウェハーＷの搬入前にフィルタ２０を設置するようにしても良いし、先行してチャンバー６内を加湿空気雰囲気としても良い。
【００７４】
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、図５の時刻ｔ２にて半導体ウェハー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。
【００７５】
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Ｔ１は、半導体ウェハーＷ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。温調温度Ｔ１は、常温であっても良い。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Ｔ１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Ｔ１に維持されることとなる。
【００７６】
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、時刻ｔ２からその半導体ウェハー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Ｓ４）。これにより、半導体ウェハーＷの温度が所定の温調温度Ｔ１に正確に温調されて維持されることとなる。なお、図５では、温調温度Ｔ１を常温（ＲＴ）とは異なる温度として記載しているが、本実施形態のように露光後ベーク処理を行うときには温調温度Ｔ１を常温とし、半導体ウェハーＷを常温に正確に維持するようにしても良い。
【００７７】
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Ｓ５）。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の全体が温度Ｔ１に正確に温調される。そして、時刻ｔ２にリフトピン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刻ｔ３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Ｓ６）。
【００７８】
フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光（リフレクタ５２によって反射されたフラッシュ光を含む）は、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入されたフィルタ２０を透過した後にチャンバー６内に入射する。本実施形態では、３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されているため、フラッシュ光がフィルタ２０を透過するときに３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされる。その結果、チャンバー６内の熱処理空間６５には、３００ｎｍ以下の波長域の紫外光がカットされたフラッシュ光が入射されることとなる。そして、このフラッシュ光が保持プレート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。
【００７９】
フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。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Ｔ２にまで上昇し、その後急速に温調温度Ｔ１にまで下降する。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・重合等の連鎖反応を進行させる。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。なお、フラッシュ光が照射されて半導体ウェハーＷの表面温度が昇温を開始した時刻ｔ３から温調温度Ｔ１にまで降温した時刻ｔ４までの時間は１秒以下である。
【００８０】
また、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光からは３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされている。このため、フラッシュ光照射に起因した化学増幅型レジスト膜の感光を防止することができる。その一方、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光には強度が比較的高い波長３００ｎｍよりも長波長側の光はそのまま含まれている。従って、露光後ベーク処理に必要なエネルギーは確保することができ、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２にまで昇温することができる。
【００８１】
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（ステップＳ７）。この間、ベーク処理後のレジスト膜を含む半導体ウェハーＷの全体が温調温度Ｔ１に維持されている。すなわち、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する前後双方において、半導体ウェハーＷを所定の温調温度Ｔ１に維持するように制御部３が保持プレート７のヒータ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、半導体ウェハーＷが温調温度Ｔ１に正確に維持されつつフラッシュ光照射が行われるため、異な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、フラッシュ光を照射する前後にわたって、チャンバー６内は加湿空気雰囲気とされている。
【００８２】
やがて、所定時間が経過して時刻ｔ５に到達した時点にて、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（ステップＳ８）。半導体ウェハーＷが保持プレート７から離間することによって、保持プレート７による半導体ウェハーＷの温調が終了する。なお、半導体ウェハーＷに対する温調が開始された時刻ｔ２から温調が終了する時刻ｔ５までの時間（温調時間）は数十秒程度である。
【００８３】
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、時刻ｔ６にて半導体ウェハー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Ｓ９）。
【００８４】
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。
【００８５】
本実施形態においては、チャンバー６内の保持プレート７とフラッシュ照射部５のフラッシュランプＦＬとの間に、３００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットするフィルタ２０を設置してフラッシュ光照射を行っている。このため、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光がフィルタ２０を透過するときに３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされる。よって、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光からは３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされており、フラッシュ光によるレジスト膜の感光を防止することができる。
【００８６】
一方、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光には強度が比較的高い波長３００ｎｍよりも長波長側の光はそのまま含まれているため、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を必要な処理温度Ｔ２にまで昇温することができる。すなわち、３００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットするフィルタ２０を設置することによって、半導体ウェハーＷには３００ｎｍ以下の波長域の光は照射されずに残余（３００ｎｍよりも長波長）の波長域の光が選択的に照射され、レジスト膜の不要な感光を防止しつつ必要な処理温度にまでフラッシュ加熱処理を行うことができる。なお、本実施形態では、フラッシュ加熱によって露光後ベーク処理を行う場合を例示して説明したが、塗布後ベーク処理を行う場合であっても同様にしてレジスト膜の不要な感光を防止しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００８７】
ところで、上記の例ではエキシマレーザに対応した典型的な化学増幅型レジストの薄膜を半導体ウェハーＷの表面に形成していたが、フォトリソグラフィに用いるレジスト膜にも多様な種類が存在しており、その種類によって感光する波長域が異なる。従って、種類の異なるレジスト膜を形成した半導体ウェハーＷに対して熱処理装置１にてフラッシュ加熱処理を行う場合には、フィルタ２０も変更する必要がある。例えば、３５０ｎｍ前後の波長域で感光するレジスト膜を使用している場合には、４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を予め指定しておく。制御部３は、指定された４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されるようにフィルタ機構２を制御する。同様に、４５０ｎｍ前後の波長域で感光するレジスト膜を使用している場合には、５００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を予め指定しておく。制御部３は、その５００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を設置するようにフィルタ機構２を制御する。
【００８８】
このように、フィルタ機構２に異なる波長域の光をカットする複数のフィルタ２０を設け、それら複数のフィルタ２０のうち半導体ウェハーＷの種類に応じた最適なフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置する。これによって、レジスト膜の種類に関わらず、不要な感光を防止することができる。なお、レジスト膜の種類に関わらず、一律に例えば５００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を設置するようにしてもレジスト膜の不要な感光を防止することはできる。しかし、このようにすると、フラッシュランプＦＬの放射分光分布において比較的強度の高い３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域の光を使用できなくなるため、十分な加熱処理効率が得られなくなるおそれがある。従って、本実施形態のように、レジスト膜の種類に応じた最適なフィルタ２０を選択して設置するのが好ましい。
【００８９】
また、半導体ウェハーＷの表面にはレジスト膜以外にも、種々の薄膜が形成され得る。例えば、反射防止膜、層間絶縁膜、強誘電体膜などが半導体ウェハーＷの表面には形成される。さらに、金属系の膜が半導体ウェハーＷの表面に形成されることもある。これらの膜種によっては、紫外光を吸収して損傷を受けることもある。このような紫外光によって損傷を受ける薄膜が半導体ウェハーＷの表面に形成されている場合であっても、本発明に係る技術を適用することができる。すなわち、上記実施形態と同様に、半導体ウェハーＷの表面に形成された膜種に応じた最適なフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置してフラッシュ光照射を行うことにより、フラッシュ光から紫外光をカットして薄膜の損傷を防止することができる。
【００９０】
また、半導体ウェハーＷの表面に複数種の薄膜が形成されることも多い。例えば、上記実施形態のレジスト膜は、典型的には反射防止膜の一種であるＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflection Coating）の上に形成されることが多い。このように複数種の薄膜が形成された半導体ウェハーＷにおいては、一部の薄膜のみを加熱して耐熱性の低い他の薄膜については加熱しないようにする処理が望まれることもある。このような場合にも本発明に係る技術を適用してフラッシュ光から特定の波長域の光をカットし、当該一部の薄膜のみを加熱することができる。例えば、半導体ウェハーＷの表面に二種類の薄膜Ａおよび薄膜Ｂが形成されており、薄膜Ａは４００ｎｍ以上の波長域の光を吸収し、薄膜Ｂは４００ｎｍ未満の光しか吸収しないという光吸収特性を有する場合において、薄膜Ａのみを加熱するためには４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を設置する。これにより、半導体ウェハーＷの表面には４００ｎｍ以下の波長域の光がカットされたフラッシュ光が照射され、薄膜Ａのみがフラッシュ光を吸収して選択的に加熱されることとなる。
【００９１】
さらに、薄膜が形成されずにシリコンの基材が露出している半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱する場合にも本発明に係る技術を適用することができる。半導体ウェハーＷの基材を構成するシリコンの結晶に強い紫外光が照射されると、そのシリコンの基材自体に損傷を与えるおそれがある。このため、例えば４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を選択して設置する。これにより、フラッシュ光照射時にも半導体ウェハーＷの表面には４００ｎｍ以下の波長域の紫外光はほとんど照射されなくなるため、シリコンの基材に損傷を与えるのを防止することができる。
【００９２】
上述した内容を集約すると、本発明に係る技術では、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光をそのまま照射すると半導体ウェハーＷに悪影響（例えば、レジスト膜の感光、シリコン基材の損傷など）を及ぼす波長域の光をカットするフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置する。この状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を出射し、フィルタ２０によって当該波長域の光をフラッシュ光からカットして半導体ウェハーＷに照射する。これにより、半導体ウェハーＷに与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００９３】
半導体ウェハーＷに悪影響を及ぼす波長域は半導体ウェハーＷの種類によって異なる。このため、熱処理装置１には異なる波長域の光をカットする複数のフィルタ２０を準備しておき、処理対象となる半導体ウェハーＷの種類に適合するフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置するのが望ましい。
【００９４】
また、所定の波長域の光をカットするフィルタ２０は、当該波長域の光を吸収することもある。フラッシュ光照射にフィルタ２０が当該波長域の光を吸収すると、フィルタ２０自体の温度が上昇する。そうすると、フィルタ２０の光学特性が変化して、カットする波長域が変化するおそれもある。このため、熱処理装置１に温調機構４０を設け、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されたフィルタ２０に温調機構４０から常温に温調された温調用ガスを吹き付けている。これにより、フィルタ２０の温度を常温近傍に維持して光学特性の変化を防止することができる。なお、温調機構４０による温調用ガスの吹き付けは、フィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に位置しているときに常時行うようにしても良いし、フラッシュ光照射の直後に行うようにしても良い。
【００９５】
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、フィルタ機構２が制御部３の制御下にてレシピに指定されたフィルタ２０をチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置するようにしていたが、これに代えて熱処理装置１のオペレータが手動にてフィルタ２０を設置するようにしても良い。半導体ウェハーＷに悪影響を及ぼす波長域および加熱処理効率を総合的に考慮して使用するフィルタ２０を決定するのはオペレータである。そのオペレータが選択したフィルタ２０をチャンバー６のチャンバー窓６１の上に手動で載置するようにしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様に、フラッシュ光から半導体ウェハーＷに悪影響を及ぼす波長域の光をカットしてフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００９６】
また、上記実施形態においては、複数枚のフィルタ２０のうちから１枚のフィルタ２０を選択して設置するようにしていたが、これに限定されるものではなく、２枚以上のフィルタ２０を組み合わせて設置するようにしても良い。図７は、複数枚のフィルタ２０を重ねて設置した例を示す図である。
【００９７】
図７の例では、チャンバー６のチャンバー窓６１の上に２枚のフィルタ２０を積層して設置している。２枚のフィルタ２０がカットする波長域は同じであっても良いし、異なっていても良いし、或いは一部が重なっていても良い。例えば、特定の波長域の光を完全に遮光したい場合には、その波長域の光をカットする２枚のフィルタ２０を積層して使用する。また、例えば、４００ｎｍ以下および８００ｎｍ以上の波長域の光を遮光したい場合には、４００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０および８００ｎｍ以上の波長域をカットするフィルタ２０を積層して使用する。また、例えば４００ｎｍ以下の波長域において段階的に遮光率を変化させたい場合には、４００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０および３００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０を積層して使用する。このように複数枚のフィルタ２０を重ねて設置すれば、フラッシュ光からカットする光の波長域のバリエーションを広げることができる。
【００９８】
また、上記実施形態においては、フラッシュ光からフィルタ２０によって主として紫外光をカットしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの放射分光分布のうち可視光および／または赤外光をカットするようにしても良い。例えば、ディスプレイ用途などで樹脂膜上にパターンを形成する場合、耐熱性に乏しい樹脂膜の加熱を避けるために赤外光をカットしたフラッシュ光を照射する。また、例えば、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)などによって堆積したhigh-k材料（高誘電率材料）に酸素またはオゾンの酸化雰囲気中にて、フラッシュ光から可視光および赤外光をカットした紫外光のみを照射する。この紫外光のみのフラッシュ加熱処理によって、high-k材料を酸化させて結晶性を持たせることができる。この場合では、フィルタ２０によってフラッシュ光から半導体ウェハーＷの処理に有効な波長域の光を選択して照射している。また、フラッシュ光から紫外光および赤外光の双方をカットして、可視光のみを選択的に透過するようにしても良い。すなわち、フィルタ２０によってフラッシュ光からカットする波長域は、処理対象となる半導体ウェハーＷの種類および加熱処理の目的に応じて適宜に選択することができる。なお、一般的には、レジスト膜などの炭素系化合物を含む薄膜は紫外域から５００ｎｍ程度までの波長域の光を吸収する。
【００９９】
また、上記実施形態においては、石英ガラスにバリウムなどの金属を溶解させてフィルタ２０を形成していたが、石英ガラスの表面に金属または金属酸化物の薄膜を成膜することによってフィルタ２０を形成するようにしても良い。もっともこのような薄膜は、フラッシュ光照射時の急速な昇温によって剥離するおそれがあるため、石英ガラスに金属を溶解させる方が好ましい。
【０１００】
また、熱処理装置１において処理対象となる半導体ウェハーＷの種類が限定されている場合には、カットすべき波長域も特定されるため、チャンバー６のチャンバー窓６１自体をその波長域の光をカットするフィルタとしても良い。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、フラッシュ光からフィルタ２０によって所定の波長域の光をカットするようにしていたが、フラッシュランプＦＬ自体の構成を異なるものとすることによって所定の波長域の光をカットするようにしても良い。具体的には、フラッシュランプＦＬのガラス管内部に封入されているキセノンガスのガス圧を低くすると、図６の放射分光分布が長波長側にシフトする。その結果、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光自体から短波長側の紫外光をカットすることができる。逆に、フラッシュ光から長波長側の赤外光をカットする場合には、封入されているキセノンガスのガス圧を高くすれば良い。もっとも、キセノンガスのガス圧を変化させると、フラッシュ光の強度が低くなったり、或いはフラッシュランプＦＬにダメージを与えることがあるため、上記実施形態のようにフィルタ２０によって所定の波長域の光をカットするのが望ましい。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、保持プレート７に加熱手段たるヒータ７１および冷却手段たる水冷管７２の双方を設けるようにしていたが、ヒータ７１または水冷管７２のいずれか一方のみを保持プレート７に設けるようにしても良い。もっとも、ヒータ７１および水冷管７２の双方を設けた方が、広い温度範囲に渡って適切な半導体ウェハーＷの温調が可能となる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
また、保持プレート７を水平面内にて回転させる回転機構を設け、処理中に保持プレート７を回転させるようにしても良い。これにより、吹き出しプレート６８から流下される処理ガス流をより均一に半導体ウェハーＷの表面に吹き付けることができる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 熱処理装置
２ フィルタ機構
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
２０ フィルタ
２１ 進退機構部
２２ 昇降機構部
４０ 温調機構
６１ チャンバー窓
６５ 熱処理空間
８１ 不活性ガス供給部
８４ 反応性ガス供給部
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。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】
しかしながら、タングステンフィラメントを用いたハロゲンランプの放射分光分布が主として比較的長波長の赤外域であるのに対して、キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域までをも含んでいる。従って、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、紫外光も照射されることとなる。シリコンの半導体ウェハーに強い化学的作用を及ぼす紫外光が照射されると、シリコンの結晶に損傷を与えるおそれがある。
【０００８】
また、特許文献２に開示される技術では、現像処理後のレジスト膜にフラッシュ光照射を行っているが、現像処理前のレジスト膜、例えば塗布形成直後または露光直後のレジスト膜にフラッシュ光照射を行っていわゆる塗布後ベーク処理(PAB:Post-Applied-Bake)や露光後ベーク処理(PEB:Post-Exposure-Bake)を行うという応用も考えられる。しかし、キセノンフラッシュランプからのフラッシュ光に含まれる比較的波長の短い可視光および紫外光が現像処理前のレジスト膜に照射されると、レジスト膜の全面が感光されてパターン形成が阻害されるという問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板に与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行う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方法において、基板をチャンバー内に収容して保持手段に保持する収容工程と、前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットしたフラッシュ光を前記基板に照射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、前記保持手段とフラッシュランプとの間に、前記波長域の光をカットするフィルタを設置するフィルタ設置工程をさらに備え、前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュランプからフラッシュ光を出射し、前記フィルタによって当該フラッシュ光から前記波長域の光をカットして前記基板に照射す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、前記フィルタ設置工程では、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを準備し、前記複数のフィルタのうち前記保持手段に保持された基板の種類に応じたフィルタを選択して設置することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記フィルタ設置工程では、紫外光をカットするフィルタを設置し、前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュ光から紫外光をカットして前記基板に照射することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記フィルタ設置工程では、複数枚のフィルタを重ねて設置することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６の発明は、請求項２の発明に係る熱処理方法において、前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設置されたフィルタを温調するフィルタ温調工程をさらに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２の発明に係る熱処理方法において、前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８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、前記保持手段に保持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられ、前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットするフィルタと、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、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを備え、前記複数のフィルタのうち指定されたフィルタを前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に挿入するフィルタ挿入機構をさらに備えることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１０の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記フィルタは紫外光をカットすることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１１の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられたフィルタを温調する温調機構をさらに備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１２の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１から請求項７の発明によれば、チャンバー内に収容されて保持手段に保持された基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットしたフラッシュ光を当該基板に照射するため、基板には当該波長域の光は照射されずに残余の波長域の光が選択的に照射され、基板に与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００２３】
特に、請求項３の発明によれば、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを準備し、それら複数のフィルタのうち基板の種類に応じたフィルタを選択して設置するため、基板毎に適切な波長域の光をカットしたフラッシュ光を照射することができる。
【００２４】
特に、請求項５の発明によれば、複数枚のフィルタを重ねて設置するため、フラッシュ光からカットする光の波長域のバリエーションを広げることができる。
【００２５】
特に、請求項６の発明によれば、保持手段とフラッシュランプとの間に設置されたフィルタを温調するため、フラッシュ光照射に起因した温度上昇によるフィルタの光学特性の変化を防止することができる。
【００２６】
また、請求項８から請求項１２の発明によれば、保持手段に保持された基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットするフィルタを保持手段とフラッシュランプとの間に設けるため、当該波長域の光がカットされたフラッシュ光が基板に照射されることとなり、基板に与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００２７】
特に、請求項９の発明によれば、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを備え、それら複数のフィルタのうち指定されたフィルタを保持手段とフラッシュランプとの間に挿入するため、基板毎に適切な波長域の光をカットしたフラッシュ光を照射することができる。
【００２８】
特に、請求項１１の発明によれば、保持手段とフラッシュランプとの間に設けられたフィルタを温調する温調機構を備えるため、フラッシュ光照射に起因した温度上昇によるフィルタの光学特性の変化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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】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５】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図６】キセノンフラッシュランプの放射分光分布を示す図である。
【図７】複数枚のフィルタを重ねて設置した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
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、レジスト膜などの薄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薄膜を加熱する。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。
【００３２】
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照射部５と、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間にフィルタ２０を挿脱するフィルタ機構２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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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および反応性ガス供給部８４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。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。なお、不活性ガス供給源８２および反応性ガス供給源８５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。
【００４７】
ここで、「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、反応性ガス供給部８４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供給するようにしても良い。本明細書においては、これら不活性ガスおよび反応性ガスを総称して処理のための「処理ガス」とする。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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８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お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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気が両端電極間の放電によってガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。
【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】
フィルタ機構２は、チャンバー６およびフラッシュ照射部５の側方に設けられている。フィルタ機構２は、複数枚（本実施形態では５枚）のフィルタ２０と、それら複数のフィルタ２０を個別に進退移動させる進退機構部２１と、進退機構部２１を昇降させる昇降機構部２２と、を備える。フィルタ機構２は、５枚のフィルタ２０のうちのいずれかをチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入する。
【００５６】
複数枚のフィルタ２０のそれぞれは、チャンバー窓６１を覆う板状の光学フィルタである。各フィルタ２０は、石英ガラスにバリウム（Ｂａ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、カドミウム（Ｃｄ）などの金属を溶解させて形成されるものであり、透過光から所定の波長域の光を反射または吸収することによってカットする。より詳細には、石英ガラスにバリウム、ヒ素、アンチモン、カドミウムからなる群より選択された少なくとも１以上の金属を溶解させて含有させる。溶解させる金属の種類に応じて、複数枚のフィルタ２０は異なる波長域の光を遮光する。例えば、本実施形態の５枚のフィルタ２０のそれぞれは３００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下、４５０ｎｍ以下、５００ｎｍ以下の波長域の光をカットする。
【００５７】
一般に、紫外光とは波長が４００ｎｍ以下となる電磁波であり、本実施形態の５枚のフィルタ２０は主として紫外光をカットする。すなわち、３００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０は、それぞれ３００ｎｍ以下、３５０ｎｍ以下、４００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットする。また、４５０ｎｍ以下、５００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０は、それぞれ紫外光に加えて可視光の一部（紫から青）をもカットする。
【００５８】
５枚のフィルタ２０は個別に水平姿勢にて進退機構部２１に連結されている。進退機構部２１は、図示を省略する駆動機構を内蔵しており、その駆動機構によって５枚のフィルタ２０を個別に水平方向に沿って進退移動させる。このような駆動機構としては、伸縮機構またはスライド駆動機構など、一方向に沿って進退移動させる公知の種々の機構を採用することができる。
【００５９】
進退機構部２１は昇降機構部２２に連結されている。昇降機構部２２は、図示を省略する昇降機構を内蔵しており、その昇降機構によって進退機構部２１および５枚のフィルタ２０を一括して昇降移動させる。このような昇降機構としては、送りネジまたはベルトを使用したスライド駆動機構など、鉛直方向に沿って昇降移動させる公知の種々の機構を採用することができる。
【００６０】
進退機構部２１および昇降機構部２２によってフィルタ２０をチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入するフィルタ挿入機構が構成される。フィルタ機構２は、昇降機構部２２によって５枚のフィルタ２０を昇降し、それらのうちのいずれかをチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間と等しい高さ位置に移動させる。そして、フィルタ機構２は、進退機構部２１によって当該フィルタ２０を前進させてチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入する。
【００６１】
また、チャンバー６およびフラッシュ照射部５の側方には、温調機構４０が設けられている。温調機構４０は、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入されたフィルタ２０に温調用ガスを吹き付ける。温調用ガスとしては、例えば所定温度に温調された空気を用いれば良いが、冷却能に優れたヘリウム、アルゴンなどを用いるようにしても良い。
【００６２】
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。
【００６３】
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４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。また、図５は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。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。
【００６４】
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）。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。図５に示す時刻ｔ１は、リフトピン７７が半導体ウェハーＷを受け取った時刻である。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。
【００６８】
次に、フィルタ機構２が有する複数枚のフィルタ２０のうちから適切なフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置する（ステップＳ２）。設置すべき適切なフィルタ２０は、処理対象となる半導体ウェハーＷの種類および熱処理の目的に基づいて規定される。なお、半導体ウェハーＷの種類には、その表面に形成されている膜の相違をも含む。本実施形態では、半導体ウェハーＷの表面に化学増幅型のレジスト膜が形成され、熱処理装置１にて露光後ベーク処理が行われる。化学増幅型レジストは、露光強度が比較的弱いＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）またはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いたパターン露光処理に対応したフォトレジストである。従って、熱処理装置１における露光後ベーク処理時に、フラッシュランプＦＬから波長３００ｎｍ以下の紫外域を含むフラッシュ光が照射されると、レジスト膜がフラッシュ光によって感光され、パターン形成を阻害するおそれがある。
【００６９】
図６は、キセノンフラッシュランプＦＬの放射分光分布を示す図である。同図に示すように、キセノンフラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光には、波長３００ｎｍ以下の紫外光も含まれる。従って、フラッシュ光をそのまま半導体ウェハーＷに照射するとレジスト膜が感光されるため、フラッシュ光から波長３００ｎｍ以下の紫外域の光をカットするのが望ましい。
【００７０】
一方、図６の放射分光分布において、強度が比較的高いのは波長３００ｎｍ以上の波長域であり、特に４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域が最も高い帯域である。従って、フラッシュ光照射による加熱処理効率の観点からは、波長４００ｎｍ以上の波長域の光を利用するのが望ましく、可能であれば３００ｎｍ以上の波長域の光を利用するのが好ましい。
【００７１】
本実施形態においては、これらの点を総合的に考慮し、フィルタ機構２が有する５枚のフィルタ２０のうちから３００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットするフィルタ２０を選択する。具体的には、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３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を予め指定しておく。この指定は、例えば制御部３に設けられた入力部を介して熱処理装置１のオペレータが行えば良い。
【００７２】
制御部３は、レシピの記述に基づいて、指定された３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されるようにフィルタ機構２を制御する。フィルタ機構２は、制御部３の制御下にて、昇降機構部２２によって５枚のフィルタ２０を一括して昇降し、３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０をチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間と等しい高さ位置に移動させる。そして、フィルタ機構２は、進退機構部２１によって当該フィルタ２０を前進させてチャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入する。これにより、チャンバー６内の保持プレート７とフラッシュ照射部５のフラッシュランプＦＬとの間に、３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０が設置される。
【００７３】
また、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。なお、ステップＳ１からステップＳ３の順序は必ずしも図４の例に限定されるものではなく、例えば、半導体ウェハーＷの搬入前にフィルタ２０を設置するようにしても良いし、先行してチャンバー６内を加湿空気雰囲気としても良い。
【００７４】
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、図５の時刻ｔ２にて半導体ウェハー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。
【００７５】
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Ｔ１は、半導体ウェハーＷ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。温調温度Ｔ１は、常温であっても良い。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Ｔ１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Ｔ１に維持されることとなる。
【００７６】
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、時刻ｔ２からその半導体ウェハー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Ｓ４）。これにより、半導体ウェハーＷの温度が所定の温調温度Ｔ１に正確に温調されて維持されることとなる。なお、図５では、温調温度Ｔ１を常温（ＲＴ）とは異なる温度として記載しているが、本実施形態のように露光後ベーク処理を行うときには温調温度Ｔ１を常温とし、半導体ウェハーＷを常温に正確に維持するようにしても良い。
【００７７】
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Ｓ５）。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の全体が温度Ｔ１に正確に温調される。そして、時刻ｔ２にリフトピン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刻ｔ３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Ｓ６）。
【００７８】
フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光（リフレクタ５２によって反射されたフラッシュ光を含む）は、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間の空間に挿入されたフィルタ２０を透過した後にチャンバー６内に入射する。本実施形態では、３００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されているため、フラッシュ光がフィルタ２０を透過するときに３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされる。その結果、チャンバー６内の熱処理空間６５には、３００ｎｍ以下の波長域の紫外光がカットされたフラッシュ光が入射されることとなる。そして、このフラッシュ光が保持プレート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。
【００７９】
フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光は、予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。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Ｔ２にまで上昇し、その後急速に温調温度Ｔ１にまで下降する。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・重合等の連鎖反応を進行させる。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。なお、フラッシュ光が照射されて半導体ウェハーＷの表面温度が昇温を開始した時刻ｔ３から温調温度Ｔ１にまで降温した時刻ｔ４までの時間は１秒以下である。
【００８０】
また、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光からは３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされている。このため、フラッシュ光照射に起因した化学増幅型レジスト膜の感光を防止することができる。その一方、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光には強度が比較的高い波長３００ｎｍよりも長波長側の光はそのまま含まれている。従って、露光後ベーク処理に必要なエネルギーは確保することができ、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２にまで昇温することができる。
【００８１】
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（ステップＳ７）。この間、ベーク処理後のレジスト膜を含む半導体ウェハーＷの全体が温調温度Ｔ１に維持されている。すなわち、フラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射する前後双方において、半導体ウェハーＷを所定の温調温度Ｔ１に維持するように制御部３が保持プレート７のヒータ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、半導体ウェハーＷが温調温度Ｔ１に正確に維持されつつフラッシュ光照射が行われるため、異な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、フラッシュ光を照射する前後にわたって、チャンバー６内は加湿空気雰囲気とされている。
【００８２】
やがて、所定時間が経過して時刻ｔ５に到達した時点にて、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（ステップＳ８）。半導体ウェハーＷが保持プレート７から離間することによって、保持プレート７による半導体ウェハーＷの温調が終了する。なお、半導体ウェハーＷに対する温調が開始された時刻ｔ２から温調が終了する時刻ｔ５までの時間（温調時間）は数十秒程度である。
【００８３】
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、時刻ｔ６にて半導体ウェハー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Ｓ９）。
【００８４】
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。
【００８５】
本実施形態においては、チャンバー６内の保持プレート７とフラッシュ照射部５のフラッシュランプＦＬとの間に、３００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットするフィルタ２０を設置してフラッシュ光照射を行っている。このため、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光がフィルタ２０を透過するときに３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされる。よって、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光からは３００ｎｍ以下の波長域の光がカットされており、フラッシュ光によるレジスト膜の感光を防止することができる。
【００８６】
一方、半導体ウェハーＷの表面に照射されるフラッシュ光には強度が比較的高い波長３００ｎｍよりも長波長側の光はそのまま含まれているため、フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面温度を必要な処理温度Ｔ２にまで昇温することができる。すなわち、３００ｎｍ以下の波長域の紫外光をカットするフィルタ２０を設置することによって、半導体ウェハーＷには３００ｎｍ以下の波長域の光は照射されずに残余（３００ｎｍよりも長波長）の波長域の光が選択的に照射され、レジスト膜の不要な感光を防止しつつ必要な処理温度にまでフラッシュ加熱処理を行うことができる。なお、本実施形態では、フラッシュ加熱によって露光後ベーク処理を行う場合を例示して説明したが、塗布後ベーク処理を行う場合であっても同様にしてレジスト膜の不要な感光を防止しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００８７】
ところで、上記の例ではエキシマレーザに対応した典型的な化学増幅型レジストの薄膜を半導体ウェハーＷの表面に形成していたが、フォトリソグラフィに用いるレジスト膜にも多様な種類が存在しており、その種類によって感光する波長域が異なる。従って、種類の異なるレジスト膜を形成した半導体ウェハーＷに対して熱処理装置１にてフラッシュ加熱処理を行う場合には、フィルタ２０も変更する必要がある。例えば、３５０ｎｍ前後の波長域で感光するレジスト膜を使用している場合には、４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を予め指定しておく。制御部３は、指定された４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されるようにフィルタ機構２を制御する。同様に、４５０ｎｍ前後の波長域で感光するレジスト膜を使用している場合には、５００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を予め指定しておく。制御部３は、その５００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を設置するようにフィルタ機構２を制御する。
【００８８】
このように、フィルタ機構２に異なる波長域の光をカットする複数のフィルタ２０を設け、それら複数のフィルタ２０のうち半導体ウェハーＷの種類に応じた最適なフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置する。これによって、レジスト膜の種類に関わらず、不要な感光を防止することができる。なお、レジスト膜の種類に関わらず、一律に例えば５００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を設置するようにしてもレジスト膜の不要な感光を防止することはできる。しかし、このようにすると、フラッシュランプＦＬの放射分光分布において比較的強度の高い３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域の光を使用できなくなるため、十分な加熱処理効率が得られなくなるおそれがある。従って、本実施形態のように、レジスト膜の種類に応じた最適なフィルタ２０を選択して設置するのが好ましい。
【００８９】
また、半導体ウェハーＷの表面にはレジスト膜以外にも、種々の薄膜が形成され得る。例えば、反射防止膜、層間絶縁膜、強誘電体膜などが半導体ウェハーＷの表面には形成される。さらに、金属系の膜が半導体ウェハーＷの表面に形成されることもある。これらの膜種によっては、紫外光を吸収して損傷を受けることもある。このような紫外光によって損傷を受ける薄膜が半導体ウェハーＷの表面に形成されている場合であっても、本発明に係る技術を適用することができる。すなわち、上記実施形態と同様に、半導体ウェハーＷの表面に形成された膜種に応じた最適なフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置してフラッシュ光照射を行うことにより、フラッシュ光から紫外光をカットして薄膜の損傷を防止することができる。
【００９０】
また、半導体ウェハーＷの表面に複数種の薄膜が形成されることも多い。例えば、上記実施形態のレジスト膜は、典型的には反射防止膜の一種であるＢＡＲＣ（Bottom Anti-Reflection Coating）の上に形成されることが多い。このように複数種の薄膜が形成された半導体ウェハーＷにおいては、一部の薄膜のみを加熱して耐熱性の低い他の薄膜については加熱しないようにする処理が望まれることもある。このような場合にも本発明に係る技術を適用してフラッシュ光から特定の波長域の光をカットし、当該一部の薄膜のみを加熱することができる。例えば、半導体ウェハーＷの表面に二種類の薄膜Ａおよび薄膜Ｂが形成されており、薄膜Ａは４００ｎｍ以上の波長域の光を吸収し、薄膜Ｂは４００ｎｍ未満の光しか吸収しないという光吸収特性を有する場合において、薄膜Ａのみを加熱するためには４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を設置する。これにより、半導体ウェハーＷの表面には４００ｎｍ以下の波長域の光がカットされたフラッシュ光が照射され、薄膜Ａのみがフラッシュ光を吸収して選択的に加熱されることとなる。
【００９１】
さらに、薄膜が形成されずにシリコンの基材が露出している半導体ウェハーＷをフラッシュ加熱する場合にも本発明に係る技術を適用することができる。半導体ウェハーＷの基材を構成するシリコンの結晶に強い紫外光が照射されると、そのシリコンの基材自体に損傷を与えるおそれがある。このため、例えば４００ｎｍ以下の波長域の光をカットするフィルタ２０を選択して設置する。これにより、フラッシュ光照射時にも半導体ウェハーＷの表面には４００ｎｍ以下の波長域の紫外光はほとんど照射されなくなるため、シリコンの基材に損傷を与えるのを防止することができる。
【００９２】
上述した内容を集約すると、本発明に係る技術では、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光をそのまま照射すると半導体ウェハーＷに悪影響（例えば、レジスト膜の感光、シリコン基材の損傷など）を及ぼす波長域の光をカットするフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置する。この状態にてフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を出射し、フィルタ２０によって当該波長域の光をフラッシュ光からカットして半導体ウェハーＷに照射する。これにより、半導体ウェハーＷに与える悪影響を抑制しつつフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００９３】
半導体ウェハーＷに悪影響を及ぼす波長域は半導体ウェハーＷの種類によって異なる。このため、熱処理装置１には異なる波長域の光をカットする複数のフィルタ２０を準備しておき、処理対象となる半導体ウェハーＷの種類に適合するフィルタ２０を選択してチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置するのが望ましい。
【００９４】
また、所定の波長域の光をカットするフィルタ２０は、当該波長域の光を吸収することもある。フラッシュ光照射にフィルタ２０が当該波長域の光を吸収すると、フィルタ２０自体の温度が上昇する。そうすると、フィルタ２０の光学特性が変化して、カットする波長域が変化するおそれもある。このため、熱処理装置１に温調機構４０を設け、チャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置されたフィルタ２０に温調機構４０から常温に温調された温調用ガスを吹き付けている。これにより、フィルタ２０の温度を常温近傍に維持して光学特性の変化を防止することができる。なお、温調機構４０による温調用ガスの吹き付けは、フィルタ２０がチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に位置しているときに常時行うようにしても良いし、フラッシュ光照射の直後に行うようにしても良い。
【００９５】
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、フィルタ機構２が制御部３の制御下にてレシピに指定されたフィルタ２０をチャンバー６とフラッシュ照射部５との間に設置するようにしていたが、これに代えて熱処理装置１のオペレータが手動にてフィルタ２０を設置するようにしても良い。半導体ウェハーＷに悪影響を及ぼす波長域および加熱処理効率を総合的に考慮して使用するフィルタ２０を決定するのはオペレータである。そのオペレータが選択したフィルタ２０をチャンバー６のチャンバー窓６１の上に手動で載置するようにしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様に、フラッシュ光から半導体ウェハーＷに悪影響を及ぼす波長域の光をカットしてフラッシュ加熱処理を行うことができる。
【００９６】
また、上記実施形態においては、複数枚のフィルタ２０のうちから１枚のフィルタ２０を選択して設置するようにしていたが、これに限定されるものではなく、２枚以上のフィルタ２０を組み合わせて設置するようにしても良い。図７は、複数枚のフィルタ２０を重ねて設置した例を示す図である。
【００９７】
図７の例では、チャンバー６のチャンバー窓６１の上に２枚のフィルタ２０を積層して設置している。２枚のフィルタ２０がカットする波長域は同じであっても良いし、異なっていても良いし、或いは一部が重なっていても良い。例えば、特定の波長域の光を完全に遮光したい場合には、その波長域の光をカットする２枚のフィルタ２０を積層して使用する。また、例えば、４００ｎｍ以下および８００ｎｍ以上の波長域の光を遮光したい場合には、４００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０および８００ｎｍ以上の波長域をカットするフィルタ２０を積層して使用する。また、例えば４００ｎｍ以下の波長域において段階的に遮光率を変化させたい場合には、４００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０および３００ｎｍ以下の波長域をカットするフィルタ２０を積層して使用する。このように複数枚のフィルタ２０を重ねて設置すれば、フラッシュ光からカットする光の波長域のバリエーションを広げることができる。
【００９８】
また、上記実施形態においては、フラッシュ光からフィルタ２０によって主として紫外光をカットしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの放射分光分布のうち可視光および／または赤外光をカットするようにしても良い。例えば、ディスプレイ用途などで樹脂膜上にパターンを形成する場合、耐熱性に乏しい樹脂膜の加熱を避けるために赤外光をカットしたフラッシュ光を照射する。また、例えば、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)などによって堆積したhigh-k材料（高誘電率材料）に酸素またはオゾンの酸化雰囲気中にて、フラッシュ光から可視光および赤外光をカットした紫外光のみを照射する。この紫外光のみのフラッシュ加熱処理によって、high-k材料を酸化させて結晶性を持たせることができる。この場合では、フィルタ２０によってフラッシュ光から半導体ウェハーＷの処理に有効な波長域の光を選択して照射している。また、フラッシュ光から紫外光および赤外光の双方をカットして、可視光のみを選択的に透過するようにしても良い。すなわち、フィルタ２０によってフラッシュ光からカットする波長域は、処理対象となる半導体ウェハーＷの種類および加熱処理の目的に応じて適宜に選択することができる。なお、一般的には、レジスト膜などの炭素系化合物を含む薄膜は紫外域から５００ｎｍ程度までの波長域の光を吸収する。
【００９９】
また、上記実施形態においては、石英ガラスにバリウムなどの金属を溶解させてフィルタ２０を形成していたが、石英ガラスの表面に金属または金属酸化物の薄膜を成膜することによってフィルタ２０を形成するようにしても良い。もっともこのような薄膜は、フラッシュ光照射時の急速な昇温によって剥離するおそれがあるため、石英ガラスに金属を溶解させる方が好ましい。
【０１００】
また、熱処理装置１において処理対象となる半導体ウェハーＷの種類が限定されている場合には、カットすべき波長域も特定されるため、チャンバー６のチャンバー窓６１自体をその波長域の光をカットするフィルタとしても良い。
【０１０１】
また、上記実施形態においては、フラッシュ光からフィルタ２０によって所定の波長域の光をカットするようにしていたが、フラッシュランプＦＬ自体の構成を異なるものとすることによって所定の波長域の光をカットするようにしても良い。具体的には、フラッシュランプＦＬのガラス管内部に封入されているキセノンガスのガス圧を低くすると、図６の放射分光分布が長波長側にシフトする。その結果、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光自体から短波長側の紫外光をカットすることができる。逆に、フラッシュ光から長波長側の赤外光をカットする場合には、封入されているキセノンガスのガス圧を高くすれば良い。もっとも、キセノンガスのガス圧を変化させると、フラッシュ光の強度が低くなったり、或いはフラッシュランプＦＬにダメージを与えることがあるため、上記実施形態のようにフィルタ２０によって所定の波長域の光をカットするのが望ましい。
【０１０２】
また、上記実施形態においては、保持プレート７に加熱手段たるヒータ７１および冷却手段たる水冷管７２の双方を設けるようにしていたが、ヒータ７１または水冷管７２のいずれか一方のみを保持プレート７に設けるようにしても良い。もっとも、ヒータ７１および水冷管７２の双方を設けた方が、広い温度範囲に渡って適切な半導体ウェハーＷの温調が可能となる。
【０１０３】
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。
【０１０４】
また、保持プレート７を水平面内にて回転させる回転機構を設け、処理中に保持プレート７を回転させるようにしても良い。これにより、吹き出しプレート６８から流下される処理ガス流をより均一に半導体ウェハーＷの表面に吹き付けることができる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 熱処理装置
２ フィルタ機構
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
２０ フィルタ
２１ 進退機構部
２２ 昇降機構部
４０ 温調機構
６１ チャンバー窓
６５ 熱処理空間
８１ 不活性ガス供給部
８４ 反応性ガス供給部
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方法であって、
基板をチャンバー内に収容して保持手段に保持する収容工程と、
前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットしたフラッシュ光を前記基板に照射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、
前記保持手段とフラッシュランプとの間に、前記波長域の光をカットするフィルタを設置するフィルタ設置工程をさらに備え、
前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュランプからフラッシュ光を出射し、前記フィルタによって当該フラッシュ光から前記波長域の光をカットして前記基板に照射す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、
前記フィルタ設置工程では、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを準備し、前記複数のフィルタのうち前記保持手段に保持された基板の種類に応じたフィルタを選択して設置することを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記フィルタ設置工程では、紫外光をカットするフィルタを設置し、
前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュ光から紫外光をカットして前記基板に照射することを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記フィルタ設置工程では、複数枚のフィルタを重ねて設置することを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設置されたフィルタを温調するフィルタ温調工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
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、
前記保持手段に保持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられ、前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットするフィルタと、
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、
異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを備え、
前記複数のフィルタのうち指定されたフィルタを前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に挿入するフィルタ挿入機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記フィルタは紫外光をカットすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられたフィルタを温調する温調機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成され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方法であって、
基板をチャンバー内に収容して保持手段に保持する収容工程と、
前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットしたフラッシュ光を前記基板に照射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、
前記保持手段とフラッシュランプとの間に、前記波長域の光をカットするフィルタを設置するフィルタ設置工程をさらに備え、
前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュランプからフラッシュ光を出射し、前記フィルタによって当該フラッシュ光から前記波長域の光をカットして前記基板に照射す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、
前記フィルタ設置工程では、異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを準備し、前記複数のフィルタのうち前記保持手段に保持された基板の種類に応じたフィルタを選択して設置することを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記フィルタ設置工程では、紫外光をカットするフィルタを設置し、
前記フラッシュ光照射工程では、前記フラッシュ光から紫外光をカットして前記基板に照射することを特徴とする熱処理方法。
【請求項５】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記フィルタ設置工程では、複数枚のフィルタを重ねて設置することを特徴とする熱処理方法。
【請求項６】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設置されたフィルタを温調するフィルタ温調工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
請求項２記載の熱処理方法において、
前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成されることを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
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、
前記保持手段に保持された前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられ、前記保持手段に保持された前記基板に悪影響を及ぼす波長域の光をカットするフィルタと、
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、
異なる波長域の光をカットする複数のフィルタを備え、
前記複数のフィルタのうち指定されたフィルタを前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に挿入するフィルタ挿入機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記フィルタは紫外光をカットすることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１１】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記保持手段と前記フラッシュランプとの間に設けられたフィルタを温調する温調機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項１２】
請求項８記載の熱処理装置において、
前記フィルタは、石英ガラスに金属を溶解させて形成され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７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−６９９６２（Ｐ２０１３−６９９６２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８６４４（Ｐ２０１１−２０８６４４）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【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１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【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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