JP5964567B2 - Heat treatment method and heat treatment apparatus - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment for heating a thin plate-shaped precision electronic substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) such as a semiconductor wafer or a glass substrate for a liquid crystal display device by irradiating flash light. Relates to the device.
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。 In the semiconductor device manufacturing process, impurity introduction is an indispensable step for forming a pn junction in a semiconductor wafer. Currently, impurities are generally introduced by ion implantation and subsequent annealing. The ion implantation method is a technique in which impurity elements such as boron (B), arsenic (As), and phosphorus (P) are ionized and collided with a semiconductor wafer at a high acceleration voltage to physically perform impurity implantation. The implanted impurities are activated by annealing. At this time, if the annealing time is about several seconds or more, the implanted impurities are deeply diffused by heat, and as a result, the junction depth becomes deeper than required, and there is a possibility that good device formation may be hindered.
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。 Therefore, in recent years, flash lamp annealing (FLA) has attracted attention as an annealing technique for heating a semiconductor wafer in an extremely short time. Flash lamp annealing is a semiconductor wafer in which impurities are implanted by irradiating the surface of the semiconductor wafer with flash light using a xenon flash lamp (hereinafter, simply referred to as “flash lamp” means xenon flash lamp). Is a heat treatment technique for raising the temperature of only the surface of the material in a very short time (several milliseconds or less).
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。 The radiation spectral distribution of a xenon flash lamp ranges from the ultraviolet region to the near infrared region, has a shorter wavelength than the conventional halogen lamp, and almost coincides with the fundamental absorption band of a silicon semiconductor wafer. Therefore, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, the semiconductor wafer can be rapidly heated with little transmitted light. Further, it has been found that if the flash light irradiation is performed for a very short time of several milliseconds or less, only the vicinity of the surface of the semiconductor wafer can be selectively heated. For this reason, if the temperature is raised for a very short time by the xenon flash lamp, only the impurity activation can be performed without deeply diffusing the impurities.
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。
As a heat treatment apparatus using such a xenon flash lamp,
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。 However, the radiation spectral distribution of a halogen lamp using a tungsten filament is mainly in the infrared region of a relatively long wavelength, whereas the radiation spectral distribution of a xenon flash lamp includes the ultraviolet region. Accordingly, when the semiconductor wafer is irradiated with flash light from the xenon flash lamp, ultraviolet light is also irradiated. When the silicon semiconductor wafer is irradiated with ultraviolet light that exerts a strong chemical action, the silicon crystal may be damaged.
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。
In the technique disclosed in
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of performing flash heat treatment while suppressing adverse effects on a substrate.
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、レジスト膜が形成された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、前記保持手段とフラッシュランプとの間に、前記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を設置するフィルタ設置工程と、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、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ることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
また、請求項2の発明は、請求項1の発明に係る熱処理方法において、前記フ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。
Further, the invention of
また、請求項3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。
The invention of claim 3 is the heat treatment method according to the invention of
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。 According to a fourth aspect of the present invention, in the heat treatment method according to the first aspect of the present invention, in the filter installation step, a plurality of filters are stacked and installed.
また、請求項5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。
The invention according to claim 5 is the heat treatment method according to
また、請求項6の発明は、レジスト膜が形成された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と、を備え、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。 According to a sixth aspect of the present invention, in a heat treatment apparatus for heating a substrate on which a resist film is formed by irradiating flash light, the chamber containing the substrate, and the substrate in the chamber A holding unit for holding, a flash lamp for irradiating the substrate held by the holding unit with flash light, and a light in a wavelength region that is provided between the holding unit and the flash lamp and is exposed to the resist film. And a filter for cutting , wherein the filter is formed by dissolving a metal in quartz glass .
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、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。
The invention of
また、請求項8の発明は、請求項6の発明に係る熱処理装置において、前記フィルタは紫外光をカットすることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the heat treatment apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the filter cuts ultraviolet light.
また、請求項9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。 The ninth aspect of the invention is the heat treatment apparatus according to the sixth aspect of the invention, further comprising a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of the filter provided between the holding means and the flash lamp. .
請求項1から請求項5の発明によれば、レジスト膜が感光する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。 According to the first to fifth aspects of the present invention, the substrate is irradiated with flash light that is obtained by cutting light in the wavelength region that the resist film sensitizes . Light in the wavelength band is selectively irradiated, and flash heat treatment can be performed while suppressing adverse effects on the substrate.
特に、請求項2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。
In particular, according to the invention of
特に、請求項4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。 In particular, according to the fourth aspect of the present invention, since a plurality of filters are installed in an overlapping manner, variations in the wavelength range of the light cut from the flash light can be expanded.
特に、請求項5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。 In particular, according to the invention of claim 5 , since the temperature of the filter installed between the holding means and the flash lamp is controlled, it is possible to prevent the change in the optical characteristics of the filter due to the temperature rise caused by the flash light irradiation. it can.
また、請求項6から請求項9の発明によれば、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。
Further, according to the inventions of
特に、請求項7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。
In particular, according to the invention of
特に、請求項9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。 In particular, according to the ninth aspect of the invention, since the temperature adjusting mechanism for adjusting the temperature of the filter provided between the holding means and the flash lamp is provided, the change in the optical characteristics of the filter due to the temperature rise caused by the flash light irradiation. Can be prevented.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Further, in order to maintain the airtightness of the
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。
The
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。
The holding
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。
Both the
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。
A
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。
A plurality (three in this embodiment) of
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。
The semiconductor wafer W placed on the holding
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。
When the temperature of the semiconductor wafer W held on the holding
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。
In the present embodiment, since both the
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。
Returning to FIG. 1, the holding
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。
A blowing
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ようにしても良い。
The gas supply unit 8 supplies a processing gas to a
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。
Here, the “inert gas” is a gas having poor reactivity with the material of the semiconductor wafer W and the thin film formed on the surface thereof, such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), and helium (He). is there. The “reactive gas” is a gas rich in reactivity with the material of the semiconductor wafer W and the thin film formed on the surface, and oxygen (O 2 ), hydrogen (H 2 ), chlorine (Cl 2 ), water vapor (H 2 O), hydrogen chloride (HCl), ozone (O 3 ), ammonia (NH 3 ) and the like, bromine (Br) -based compound gas and fluorine (F) -based compound gas are applicable. Depending on the purpose of the treatment, nitrogen can also be a reactive gas. Further, the reactive
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。
The processing gas supplied from the gas supply unit 8 to the
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。
The
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。
As the
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。
The flash irradiation unit 5 is provided above the
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。 Each of the plurality of flash lamps FL is a rod-shaped lamp having a long cylindrical shape, and the longitudinal direction of each of the flash lamps FL is along the main surface of the semiconductor wafer W held by the holding plate 7 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel to each other. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
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。 In the present embodiment, a xenon flash lamp is used as the flash lamp FL. The xenon flash lamp FL has a rod-shaped glass tube (discharge tube) in which xenon gas is sealed and an anode and a cathode connected to a capacitor at both ends thereof, and an outer peripheral surface of the glass tube. And a triggered electrode. Since xenon gas is an electrical insulator, electricity does not flow into the glass tube under normal conditions even if electric charges are accumulated in the capacitor. However, when the insulation is broken by applying a high voltage to the trigger electrode, the electricity stored in the capacitor instantaneously flows into the glass tube due to the discharge between the electrodes at both ends, and the excitation of the xenon atoms or molecules at that time Light is emitted. In such a xenon flash lamp FL, the electrostatic energy stored in the capacitor in advance is converted into an extremely short light pulse of 0.1 millisecond to 100 millisecond. It has the feature that it can irradiate strong light.
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。
In addition, the
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。
The
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。
Each of the plurality of
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。
In general, ultraviolet light is an electromagnetic wave having a wavelength of 400 nm or less, and the five
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。
The five filters 20 are individually connected to the advance /
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。
The advance /
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。
A filter insertion mechanism for inserting the
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。
A
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。
The control unit 3 controls the various operation mechanisms provided in the
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。
Next, a processing procedure of the semiconductor wafer W in the
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。
First, a gate valve (not shown) is opened to open the
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。 The resist film is formed, for example, by rotating the semiconductor wafer W, discharging the photoresist coating liquid to the center of rotation, and spreading the coating liquid by centrifugal force to form a photoresist thin film on the surface of the semiconductor wafer W. The so-called spin coating method may be used. In the present embodiment, a chemically amplified resist is used as the photoresist.
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。
The resist film is baked by subjecting the semiconductor wafer W having the resist film formed on the surface to a heat treatment (post-coating bake treatment). Further, pattern exposure processing is performed on the semiconductor wafer W. In this embodiment, since a chemically amplified resist is used, an acid is generated by a photochemical reaction in the exposed portion of the resist film formed on the semiconductor wafer W. These resist coating process, post-coating bake process and pattern exposure process are all performed by an apparatus different from the
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。
The hand of the transfer robot holding the semiconductor wafer W on which the resist film is formed and the pattern exposure process is completed enters the
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。
Next, an
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。 FIG. 6 is a diagram showing a radiation spectral distribution of the xenon flash lamp FL. As shown in the figure, the flash light emitted from the xenon flash lamp FL includes ultraviolet light having a wavelength of 300 nm or less. Therefore, since the resist film is exposed when the semiconductor wafer W is irradiated with flash light as it is, it is desirable to cut light in the ultraviolet region having a wavelength of 300 nm or less from the flash light.
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。 On the other hand, in the radiation spectral distribution of FIG. 6, the intensity is relatively high in the wavelength region having a wavelength of 300 nm or more, and particularly in the wavelength region of 400 nm to 500 nm. Therefore, from the viewpoint of heat treatment efficiency by flash light irradiation, it is desirable to use light having a wavelength range of 400 nm or more, and it is preferable to use light having a wavelength range of 300 nm or more if possible.
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。
In the present embodiment, considering these points comprehensively, the
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。
Based on the description of the recipe, the control unit 3 controls the
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。
Further, after the
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。
Next, the three
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。
The holding
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。
The lift pins 77 are lowered and the semiconductor wafer W is placed on the holding
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)。
After the semiconductor wafer W is placed and held on the holding
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。
Flash light (including flash light reflected by the reflector 52) emitted from the flash lamp FL passes through the
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。 The flash light emitted from the flash lamp FL is an extremely short and strong flash light whose irradiation time is about 0.1 milliseconds or more and 100 milliseconds or less, in which electrostatic energy stored in advance is converted into an extremely short light pulse. . The surface temperature of the semiconductor wafer W irradiated with flash light from the flash lamp FL instantaneously increases to the processing temperature T2, and then rapidly decreases to the temperature control temperature T1. By such flash heating, a chain reaction such as cross-linking / polymerization of the resist resin proceeds using the active species generated in the film of the chemically amplified resist by the photochemical reaction during pattern exposure as an acid catalyst. Thereby, post-exposure baking is performed in which the solubility of the resist film in the developer is locally changed only in the exposed portion. That is, in the present embodiment, post-exposure baking is performed by instantaneously raising the surface temperature of the semiconductor wafer W by flash light irradiation. Note that the time from time t3 when the surface temperature of the semiconductor wafer W starts to be increased by irradiation with flash light to time t4 when the temperature is decreased to the temperature control temperature T1 is 1 second or less.
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。 Further, light of a wavelength region of 300 nm or less is cut from the flash light irradiated on the surface of the semiconductor wafer W. For this reason, it is possible to prevent the chemically amplified resist film from being exposed to light caused by flash light irradiation. On the other hand, the flash light irradiated on the surface of the semiconductor wafer W includes light having a relatively high intensity on the longer wavelength side than the wavelength of 300 nm. Therefore, energy necessary for the post-exposure baking process can be secured, and the surface temperature of the semiconductor wafer W can be raised to the processing temperature T2 by flash light irradiation.
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。
After the post-exposure bake process by flash light irradiation is completed, the semiconductor wafer W is held on the holding
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。
Eventually, when the predetermined time elapses and time t5 is reached, the three
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)。
Thereafter, the
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。
A developing solution is supplied to the surface of the semiconductor wafer W carried out of the
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。
In this embodiment, a
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。
On the other hand, since the flash light irradiated on the surface of the semiconductor wafer W includes light having a wavelength longer than the wavelength of 300 nm, which has a relatively high intensity, the surface temperature of the semiconductor wafer W is required by flash light irradiation. The temperature can be raised to the processing temperature T2. That is, by installing the
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。
By the way, in the above example, a typical chemically amplified resist thin film corresponding to the excimer laser was formed on the surface of the semiconductor wafer W, but there are various types of resist films used for photolithography, The wavelength range to be exposed varies depending on the type. Therefore, when the flash heat treatment is performed by the
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。
As described above, the
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。
In addition to the resist film, various thin films can be formed on the surface of the semiconductor wafer W. For example, an antireflection film, an interlayer insulating film, a ferroelectric film, and the like are formed on the surface of the semiconductor wafer W. Further, a metal film may be formed on the surface of the semiconductor wafer W. Some film types may be damaged by absorbing ultraviolet light. Even if such a thin film damaged by ultraviolet light is formed on the surface of the semiconductor wafer W, the technology according to the present invention can be applied. That is, as in the above embodiment, the
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。
In addition, a plurality of types of thin films are often formed on the surface of the semiconductor wafer W. For example, the resist film of the above embodiment is typically formed on a BARC (Bottom Anti-Reflection Coating) which is typically a kind of antireflection film. In the semiconductor wafer W on which a plurality of types of thin films are formed in this way, there is a case where it is desired to perform a process in which only a part of the thin films is heated and the other thin films having low heat resistance are not heated. Even in such a case, by applying the technique according to the present invention, light in a specific wavelength region can be cut from the flash light, and only the part of the thin film can be heated. For example, two types of thin film A and thin film B are formed on the surface of the semiconductor wafer W, the thin film A absorbs light in a wavelength region of 400 nm or more, and the thin film B absorbs light of less than 400 nm. In order to heat only the thin film A, a
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。
Furthermore, the technique according to the present invention can also be applied to flash heating of a semiconductor wafer W in which a silicon base material is exposed without forming a thin film. When strong ultraviolet light is irradiated to the silicon crystal constituting the base material of the semiconductor wafer W, the silicon base material itself may be damaged. For this reason, for example, the
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。
Summarizing the above contents, in the technology according to the present invention, the wavelength that adversely affects the semiconductor wafer W (for example, resist film sensitivity, silicon substrate damage, etc.) when irradiated with the flash light emitted from the flash lamp FL as it is. A
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。
The wavelength range that adversely affects the semiconductor wafer W varies depending on the type of the semiconductor wafer W. For this reason, a plurality of
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。
In addition, the
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。
While the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, the
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。
In the above embodiment, one
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。
In the example of FIG. 7, two
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。
In the above embodiment, the ultraviolet light is mainly cut from the flash light by the
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。
In the above embodiment, the
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。
Further, when the types of semiconductor wafers W to be processed in the
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。
In the above embodiment, the light of the predetermined wavelength range is cut from the flash light by the
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。
In the above embodiment, both the
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。
In the above embodiment, the
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。
In addition, a rotation mechanism that rotates the holding
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。 In the above embodiment, the flash irradiation unit 5 is provided with 30 flash lamps FL. However, the present invention is not limited to this, and the number of flash lamps FL can be any number. .
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。 The substrate to be processed by the heat treatment technique according to the present invention is not limited to a semiconductor wafer, and may be a glass substrate or a solar cell substrate used for a liquid crystal display device or the like.
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
DESCRIPTION OF
Claims (9)
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、
前記保持手段とフラッシュランプとの間に、前記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を設置するフィルタ設置工程と、
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、
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。 A heat treatment method for heating a substrate on which a resist film is formed by irradiating the substrate with flash light,
An accommodating step of accommodating the substrate in the chamber and holding it in the holding means;
A filter installation step of installing a filter that cuts light in a wavelength range that the resist film is exposed between the holding unit and the flash lamp;
A flash light irradiation step of emitting flash light from the flash lamp and irradiating the substrate with flash light obtained by cutting light in the wavelength region from the flash light by the filter ;
Equipped with a,
The filter is formed by dissolving a metal in quartz glass .
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。 The heat treatment method according to claim 1,
In the filter installation step, a plurality of filters for cutting light in different wavelength ranges are prepared, and a filter corresponding to the type of substrate held by the holding unit is selected and installed from the plurality of filters. A heat treatment method.
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。 The heat treatment method according to claim 1 ,
In the filter installation process, a filter for cutting ultraviolet light is installed,
In the flash light irradiation step, ultraviolet light is cut from the flash light and irradiated to the substrate .
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。 The heat treatment method according to claim 1 ,
In the filter installation step, a plurality of filters are installed in a stacked manner.
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。 The heat treatment method according to claim 1 ,
A heat treatment method , further comprising a filter temperature adjustment step of adjusting the temperature of a filter installed between the holding means and the flash lamp .
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と、
を備え、
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。 A heat treatment apparatus for heating a substrate on which a resist film is formed by irradiating flash light on the substrate,
A chamber for housing the substrate;
Holding means for holding the substrate in the chamber;
A flash lamp for irradiating the substrate held by the holding means with flash light;
A filter that is provided between the holding means and the flash lamp, and cuts light in a wavelength region that the resist film is exposed to;
With
The said filter is formed by melt | dissolving a metal in quartz glass, The heat processing apparatus characterized by the above-mentioned .
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。 The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein
With multiple filters that cut light in different wavelength ranges,
A heat treatment apparatus, further comprising: a filter insertion mechanism for inserting a specified filter among the plurality of filters between the holding unit and the flash lamp .
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。 The heat treatment apparatus according to claim 6, wherein
The heat treatment apparatus characterized in that the filter cuts ultraviolet light .
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。 The heat treatment apparatus according to claim 6 , wherein
A heat treatment apparatus , further comprising a temperature adjustment mechanism for adjusting the temperature of a filter provided between the holding unit and the flash lamp .
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