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WO2021039148A1 - 熱処理方法および熱処理装置 - Google Patents

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WO2021039148A1
WO2021039148A1 PCT/JP2020/026974 JP2020026974W WO2021039148A1 WO 2021039148 A1 WO2021039148 A1 WO 2021039148A1 JP 2020026974 W JP2020026974 W JP 2020026974W WO 2021039148 A1 WO2021039148 A1 WO 2021039148A1
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WO
WIPO (PCT)
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heat treatment
chamber
treatment apparatus
resin film
treatment method
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/026974
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English (en)
French (fr)
Inventor
光 河原▲崎▼
英昭 谷村
加藤　慎一
Original Assignee
株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス filed Critical 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス
Publication of WO2021039148A1 publication Critical patent/WO2021039148A1/ja

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    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction

Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment method and a heat treatment apparatus for heating a substrate on which a resin film such as hemicellulose is formed.
  • a hard mask with excellent resistance may be used for dry etching of semiconductor substrates.
  • amorphous carbon has been used as a material for a hard mask (see Patent Documents 1 and 2).
  • the formation of a hard mask using amorphous carbon has a problem that the larger the aspect ratio, the thicker the lamination of amorphous carbon, the longer the processing time, and the higher the manufacturing cost.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat treatment method and a heat treatment apparatus capable of forming a hard mask at an inexpensive manufacturing cost.
  • the first aspect of the present invention is a heat treatment method for heating a substrate on which a resin film is formed, in which a substrate on which a resin film impregnated with a metal is formed on the surface is housed in a chamber. It includes a storage step and a main heating step of heating the resin film to a temperature higher than the critical temperature for 1 second or less in the chamber.
  • a preheating step of heating the resin film to the critical temperature or lower is further provided before the main heating step.
  • the third aspect further includes a detection step of detecting volatile organic compounds contained in the exhaust gas from the chamber in the heat treatment method according to the second aspect, and a reference value during the execution of the preheating step. When the above volatile organic compounds are detected, the main heating step is stopped.
  • the critical temperature is 200 ° C.
  • the resin film is heated to 500 ° C. or lower.
  • the fifth embodiment is characterized in that, in the heat treatment method according to the first to fourth one embodiment, in the main heating step, 5 J from the flash lamp in the resin film / cm 2 or more 60 J / cm 2 or less irradiation energy Irradiate the flash light with.
  • the seventh aspect further includes a decompression step of depressurizing the inside of the chamber in the heat treatment method according to any one of the first to sixth aspects.
  • the eighth aspect further includes a pressurizing step of pressurizing the inside of the chamber in the heat treatment method according to any one of the first to sixth aspects.
  • the resin film is a film of hemicellulose, phenol resin or fullerene derivative.
  • a chamber for accommodating a substrate on which a resin film impregnated with a metal is formed on the surface and the substrate in the chamber are placed. It includes a supporting stage and a main heating mechanism that heats the resin film to a temperature higher than the critical temperature for 1 second or less in the chamber.
  • the stage is provided with a preheating mechanism for heating the resin film to the critical temperature or lower before heating by the main heating mechanism.
  • a cooling mechanism is further provided in the stage.
  • the exhaust pipe from the chamber is provided with a detector for detecting volatile organic compounds, and heating is performed by the preheating mechanism. Occasionally, when the detector detects a volatile organic compound equal to or higher than the reference value, heating by the main heating mechanism is stopped.
  • the chamber or the exhaust pipe is provided with a safety relief valve.
  • the critical temperature is 200 ° C.
  • the main heating mechanism heats the resin film to 500 ° C. or lower.
  • a sixteenth aspect is the heat treatment apparatus according to any one of the tenth to fifteenth aspects, wherein the main heating mechanism includes a flash lamp, and the flash lamp is connected to the resin film at 5 J / cm 2 or more and 60 J / cm. Irradiate the flash light with an irradiation energy of 2 or less.
  • the chamber in the heat treatment apparatus according to the 16th aspect, includes an irradiation window for transmitting the flash light, and 50 liters / minute or more of an inert gas of 150 liters / minute or more along the irradiation window. It is further equipped with a gas supply unit that allows a flow of less than / minute.
  • the eighteenth aspect further includes a decompression mechanism for depressurizing the inside of the chamber in the heat treatment apparatus according to any one of the tenth to seventeenth aspects.
  • the nineteenth aspect further includes a pressurizing mechanism for pressurizing the inside of the chamber in the heat treatment apparatus according to any one of the tenth to seventeenth aspects.
  • the resin film is a film of hemicellulose, phenol resin or fullerene derivative.
  • a hard mask can be formed by using an inexpensive resin at an inexpensive manufacturing cost. Further, since the resin film impregnated with metal on the surface is heated to a temperature higher than the critical temperature for 1 second or less, the metal is diffused into the resin film without thermally decomposing the resin film, and the resin film is sufficiently cured. be able to.
  • the heat treatment method when a volatile organic compound exceeding a reference value is detected during the execution of the preheating step, the main heating step is stopped, so that heating caused by a defect in the resin film is caused. It is possible to prevent defective processing.
  • the inert gas flows along the irradiation window of the chamber, it is possible to prevent the adhesion of organic substances to the irradiation window.
  • a hard mask can be formed by using an inexpensive resin at an inexpensive manufacturing cost. Further, since the resin film impregnated with metal on the surface is heated to a temperature higher than the critical temperature for 1 second or less, the metal is diffused into the resin film without thermally decomposing the resin film, and the resin film is sufficiently cured. be able to.
  • the stage is further provided with a cooling mechanism, the temperature of the stage can be adjusted to a constant temperature, and the heat history of the substrate to be continuously processed can be made uniform.
  • the heat treatment apparatus when the detector detects a volatile organic compound equal to or higher than the reference value while heating by the preheating mechanism, the heating by the main heating mechanism is stopped. It is possible to prevent defects in heat treatment due to defects in the resin film.
  • the chamber or the exhaust pipe is provided with a safety relief valve, it is possible to prevent the pressure in the chamber from becoming excessive and improve the safety of the heat treatment apparatus.
  • the inert gas flows along the irradiation window of the chamber, it is possible to prevent the adhesion of organic substances to the irradiation window.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of the heat treatment apparatus 1 according to the present invention.
  • the heat treatment device 1 is a device that heats the resin film by irradiating a substrate such as a semiconductor wafer on which the resin film is formed with light.
  • the heat treatment apparatus 1 is heated by irradiating the chamber 10 accommodating the semiconductor wafer W, the stage 20 supporting the semiconductor wafer W in the chamber 10, and the semiconductor wafer W supported by the stage 20 with flash light as main elements.
  • a light source 30 is provided.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a control unit 3 that controls various operation mechanisms provided in the apparatus to advance the process.
  • the dimensions and numbers of each part are exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.
  • the chamber 10 is provided below the heating light source 30, and is composed of a substantially cylindrical chamber side wall 11 and a chamber bottom 12.
  • the chamber bottom 12 covers the lower part of the chamber side wall 11.
  • the space surrounded by the chamber side wall 11 and the chamber bottom 12 is defined as the heat treatment space 15.
  • a chamber window 18 is attached to the upper opening of the chamber 10 and is closed.
  • the chamber window 18 constituting the ceiling of the chamber 10 is a plate-shaped member formed of quartz, and functions as a quartz window that transmits the light emitted from the heating light source 30 to the heat treatment space 15.
  • the chamber side wall 11 and the chamber bottom 12 constituting the main body of the chamber 10 are made of a metal material having excellent strength and heat resistance, such as stainless steel.
  • a transport opening (not shown) for carrying the semiconductor wafer W into and out of the chamber 10 is formed in a part of the side wall 11 of the chamber.
  • the transport opening is opened and closed by a gate valve.
  • the transport opening is open, the semiconductor wafer W can be carried in and out from the transport opening, and when the transport opening is closed, the heat treatment space 15 becomes a closed space.
  • the chamber window 18 and the chamber side wall 11 are sealed by an O-ring (not shown). That is, an O-ring is sandwiched between the chamber window 18 and the chamber side wall 11 to prevent gas from flowing in and out through these gaps.
  • the chamber 10 is pressure-resistant, and the heat treatment space 15 in the chamber 10 can be pressurized to a pressure higher than the atmospheric pressure or reduced to a pressure lower than the atmospheric pressure.
  • a stage 20 is provided inside the chamber 10.
  • the stage 20 is a flat plate-like member made of metal (for example, made of aluminum).
  • the semiconductor wafer W is placed in the chamber 10 and supported in a horizontal posture (a posture in which the normal line of the semiconductor wafer W coincides with the vertical direction).
  • the stage 20 includes a heater 21 and a cooling pipe 22.
  • the heater 21 is composed of a resistance heating wire such as a nichrome wire.
  • the heater 21 receives power supplied from a power supply source (not shown) to generate heat and heats the stage 20.
  • the stage 20 is cooled by circulating and supplying cooling water having a constant temperature to the cooling pipe 22 from a cooling water supply mechanism (not shown).
  • the stage 20 is provided with a temperature sensor (not shown) configured using a thermocouple.
  • the temperature sensor measures the temperature near the upper surface of the stage 20, and the measurement result is transmitted to the control unit 3.
  • the control unit 3 controls the output of the heater 21 and the supply of cooling water to the cooling pipe 22 based on the measurement result by the temperature sensor, and adjusts the temperature of the stage 20 to a predetermined temperature.
  • the semiconductor wafer W supported by the stage 20 is heated to a predetermined temperature by the stage 20.
  • a plurality of support pins for supporting the semiconductor wafer W may be erected on the upper surface of the stage 20 at a minute interval from the upper surface.
  • the heat treatment apparatus 1 includes a first gas supply mechanism 40 that supplies processing gas to the heat treatment space 15 in the chamber 10 and an exhaust mechanism 50 that exhausts the atmosphere from the heat treatment space 15.
  • the first gas supply mechanism 40 includes a processing gas supply source 41, a supply pipe 42, and a supply valve 43.
  • the tip end side of the supply pipe 42 is connected to the heat treatment space 15 in the chamber 10 and the base end side is connected to the processing gas supply source 41.
  • a supply valve 43 is provided in the middle of the path of the supply pipe 42. By opening the supply valve 43, the processing gas is supplied from the processing gas supply source 41 to the heat treatment space 15.
  • the treatment gas supply source 41 can supply an appropriate treatment gas according to the type of the object 8 to be treated and the purpose of treatment, but in the present embodiment, nitrogen gas (N 2 ) is supplied.
  • the exhaust mechanism 50 includes an exhaust device 51, an exhaust pipe 52, an exhaust valve 53, a detector 54, and a relief valve 55.
  • the tip end side of the exhaust pipe 52 is connected to the heat treatment space 15 in the chamber 10 and the base end side is connected to the exhaust device 51.
  • An exhaust valve 53 and a detector 54 are provided in the middle of the path of the exhaust pipe 52.
  • As the exhaust device 51 an exhaust utility of a factory where a vacuum pump or a heat treatment device 1 is installed can be used. By opening the exhaust valve 53 while operating the exhaust device 51, the atmosphere of the heat treatment space 15 can be exhausted to the outside of the device.
  • the detector 54 detects volatile organic compounds (VOC: Volatile Organic Compounds) contained in the gas flowing through the exhaust pipe 52.
  • Volatile organic compounds are a general term for volatile gaseous organic compounds.
  • the exhaust pipe 52 is bifurcated from the middle of the path, and the tip end side of the branch pipe is an open end.
  • the relief valve 55 is provided in the branch pipe of the exhaust pipe 52.
  • the relief valve 55 is a safety relief valve that automatically opens to release the pressure in the chamber 10 when the pressure in the chamber 10 becomes excessive for some reason.
  • the atmosphere of the heat treatment space 15 can be adjusted by the first gas supply mechanism 40 and the exhaust mechanism 50 described above. Further, the inside of the chamber 10 can be depressurized to less than the atmospheric pressure by exhausting the gas in the heat treatment space 15 by the exhaust mechanism 50 without supplying the gas from the first gas supply mechanism 40. On the contrary, the inside of the chamber 10 is pressurized beyond the atmospheric pressure by supplying gas from the first gas supply mechanism 40 to the heat treatment space 15 without closing the exhaust valve 53 and exhausting the gas in the heat treatment space 15. be able to.
  • a second gas supply mechanism 60 for flowing an inert gas along the chamber window 18 is provided.
  • the second gas supply mechanism 60 includes an inert gas supply source 61, a supply pipe 62, and a supply valve 63.
  • the tip end side of the supply pipe 62 is connected to the inside of the chamber 10 and directly below the edge portion of the chamber window 18, and the proximal end side is connected to the inert gas supply source 61.
  • a supply valve 63 is provided in the middle of the path of the supply pipe 62. By opening the supply valve 63, the inert gas is supplied from the inert gas supply source 61 to the heat treatment space 15.
  • the inert gas supplied from the inert gas supply source 61 is, for example, nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), or the like (nitrogen gas in this embodiment).
  • the inert gas supplied from the second gas supply mechanism 60 flows along the lower surface of the chamber window 18 (the surface facing the heat treatment space 15).
  • the heating light source 30 is provided above the chamber 10.
  • the heating light sources 30 include a plurality of flash lamps FL (10 for convenience of illustration in FIG. 1, but not limited to this), a reflector 39 provided so as to cover the entire surface thereof, and a reflector 39. Is configured with.
  • the heating light source 30 irradiates the semiconductor wafer W supported by the stage 20 in the chamber 10 with flash light from the flash lamp FL through the quartz chamber window 18.
  • the plurality of flash lamps FL are rod-shaped lamps, each of which has a long cylindrical shape, and each longitudinal direction is along the main surface of the semiconductor wafer W supported by the stage 20 (that is, along the horizontal direction). They are arranged in a plane so as to be parallel. Therefore, the plane formed by the arrangement of the flash lamps FL is also a horizontal plane.
  • FIG. 2 is a diagram showing a drive circuit of the flash lamp FL.
  • a capacitor 93, a coil 94, a flash lamp FL, and an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 96 are connected in series.
  • the control unit 3 includes a pulse generator 31 and a waveform setting unit 32, and is connected to an input unit 33 and a display unit 34.
  • the input unit 33 various known input devices such as a keyboard and a mouse can be adopted.
  • the display unit 34 a known display device such as a display can be used.
  • the input unit 33 and the display unit 34 may be used as a touch panel having both an input function and a display function.
  • the waveform setting unit 32 sets the waveform of the pulse signal based on the input content from the input unit 33, and the pulse generator 31 generates the pulse signal according to the waveform.
  • the flash lamp FL includes a rod-shaped glass tube (discharge tube) 92 in which xenon gas is sealed inside and anodes and cathodes are arranged at both ends thereof, and a trigger electrode attached on the outer peripheral surface of the glass tube 92. It is equipped with 91. A predetermined voltage is applied to the capacitor 93 by the power supply unit 95, and an electric charge corresponding to the applied voltage (charging voltage) is charged. Further, a high voltage can be applied to the trigger electrode 91 from the trigger circuit 97. The timing at which the trigger circuit 97 applies a voltage to the trigger electrode 91 is controlled by the control unit 3.
  • the IGBT 96 is a bipolar transistor in which a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor) is incorporated in the gate portion, and is a switching element suitable for handling a large amount of electric power.
  • a pulse signal is applied to the gate of the IGBT 96 from the pulse generator 31 of the control unit 3.
  • a voltage equal to or higher than a predetermined value (High voltage) is applied to the gate of the IGBT 96
  • the IGBT 96 is turned on, and when a voltage lower than the predetermined value (Low voltage) is applied, the IGBT 96 is turned off.
  • the drive circuit including the flash lamp FL is turned on and off by the IGBT 96.
  • the IGBT 96 is turned on and off, the connection between the flash lamp FL and the corresponding capacitor 93 is interrupted, and the current flowing through the flash lamp FL is controlled on and off.
  • the xenon gas is electrically an insulator, so that it is glass under normal conditions. No electricity flows through the pipe 92.
  • the trigger circuit 97 applies a high voltage to the trigger electrode 91 to break the insulation, a current instantly flows in the glass tube 92 due to the discharge between the electrodes at both ends, and the excitement of the xenone atom or molecule at that time. Light is emitted by.
  • the drive circuit as shown in FIG. 2 is individually provided for each of the plurality of flash lamps FL provided in the heating light source 30. Therefore, the current flowing through each of the plurality of flash lamps FL is individually on / off controlled by the corresponding IGBT 96.
  • the reflector 39 is provided above the plurality of flash lamps FL so as to cover all of them.
  • the basic function of the reflector 39 is to reflect the flash light emitted from the plurality of flash lamps FL toward the heat treatment space 15.
  • the reflector 39 is made of an aluminum alloy plate, and its surface (the surface facing the flash lamp FL) is roughened by blasting.
  • the control unit 3 controls the above-mentioned various operating mechanisms provided in the heat treatment apparatus 1.
  • the configuration of the control unit 3 as hardware is the same as that of a general computer. That is, the control unit 3 stores a CPU, which is a circuit that performs various arithmetic processes, a ROM, which is a read-only memory for storing basic programs, a RAM, which is a read / write memory for storing various information, and control software and data. It has a magnetic disk to store.
  • the processing in the heat treatment apparatus 1 proceeds when the CPU of the control unit 3 executes a predetermined processing program.
  • control unit 3 includes a pulse generator 31 and a waveform setting unit 32, and the waveform setting unit 32 sets the waveform of the pulse signal based on the input content from the input unit 33, and the pulse is pulsed accordingly.
  • the generator 31 outputs a pulse signal to the gate of the IGBT 96.
  • the heat treatment apparatus 1 is appropriately provided with various components.
  • a water cooling tube may be provided on the side wall 11 of the chamber.
  • the stage 20 is provided with a lift pin that moves up and down to transfer the semiconductor wafer W to and from the transfer robot outside the apparatus.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure of the semiconductor wafer W in the heat treatment apparatus 1.
  • the processing procedure of the heat treatment apparatus 1 described below proceeds by the control unit 3 controlling each operation mechanism of the heat treatment apparatus 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of the semiconductor wafer W carried into the heat treatment apparatus 1.
  • a lower layer film 102 of silicon dioxide (SiO 2 ) is formed on the silicon base material 101.
  • a patterned hemicellulose film 103 is formed on the lower layer film 102.
  • the hemicellulose film 103 is formed by, for example, spin coating, and then patterned by reactive ion etching (RIE: Reactive Ion Etching) using a resist as a mask.
  • RIE reactive ion etching
  • the surface of the patterned hemicellulose membrane 103 is impregnated with a metal such as aluminum (Al).
  • the hemicellulose film 103 whose surface is impregnated with metal is cured by heat treatment by the heat treatment apparatus 1 to form a hard mask.
  • reactive ion etching of the lower layer film 102 is performed using the hemicellulose film 103 as a mask.
  • the semiconductor wafer W having the structure as shown in FIG. 4 is carried into the chamber 10 of the heat treatment apparatus 1 (step S1). Specifically, the semiconductor wafer W is carried into the chamber 10 through a transfer opening (not shown) by a transfer robot outside the heat treatment apparatus 1, and is placed and supported on the stage 20 (step S2).
  • the heat treatment space 15 in the chamber 10 becomes a closed space. Then, nitrogen gas is supplied into the chamber 10 from the first gas supply mechanism 40, and the atmosphere in the chamber 10 is exhausted by the exhaust mechanism 50. As a result, the inside of the chamber 10 is replaced with a nitrogen atmosphere. In this embodiment, the inside of the chamber 10 is maintained at atmospheric pressure.
  • FIG. 5 is a diagram showing a temperature change of the semiconductor wafer W.
  • FIG. 5 shows the temperature of the surface of the semiconductor wafer W including the hemicellulose film 103.
  • the semiconductor wafer W having the structure shown in FIG. 4 is carried into the chamber 10 and supported on the stage 20.
  • the stage 20 is temperature-controlled to a predetermined temperature (100 ° C. in this embodiment) by a built-in heater 21.
  • a predetermined temperature 100 ° C. in this embodiment
  • the semiconductor wafer W is preheated to the preheating temperature T1 by the heater 21.
  • the preheating temperature T1 is 200 ° C. or lower, and in this embodiment, 100 ° C.
  • the hemicellulose film 103 is also heated to the preheating temperature T1 in a nitrogen atmosphere.
  • the hemicellulose film 103 contains an organic solvent at the time of film formation (for example, propylene glycol monomethyl ether acetate (PGMEA), etc.).
  • PMEA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • the detector 54 will detect the volatile organic compounds released from the hemicellulose membrane 103.
  • the control unit 3 stops the heating by the subsequent flash light irradiation, stops the heat treatment device 1, and displays the display unit 34. Fire an alarm.
  • Step S4 when a predetermined time elapses after the temperature of the semiconductor wafer W reaches the preheating temperature T1, the flash lamp FL of the heating light source 30 irradiates the surface of the semiconductor wafer W supported by the stage 20 with flash light ( Step S4). At this time, a part of the flash light radiated from the flash lamp FL goes directly into the chamber 10, and a part of the other part is once reflected by the reflector 39 and then goes into the chamber 10, and these flash lights The semiconductor wafer W is flash-heated by irradiation.
  • the power supply unit 95 stores the electric charge in the capacitor 93 in advance. Then, in a state where the electric charge is accumulated in the capacitor 93, a pulse signal is output from the pulse generator 31 of the control unit 3 to the IGBT 96 to drive the IGBT 96 on and off.
  • the waveform of the pulse signal can be defined by inputting a recipe in which the pulse width time (on time) and the pulse interval time (off time) are sequentially set as parameters from the input unit 33.
  • the waveform setting unit 32 of the control unit 3 sets a pulse waveform that repeats on / off accordingly.
  • the pulse generator 31 outputs a pulse signal according to the pulse waveform set by the waveform setting unit 32.
  • a pulse signal that repeats on / off is applied to the gate of the IGBT 96, and the on / off drive of the IGBT 96 is controlled. Specifically, when the pulse signal input to the gate of the IGBT 96 is on, the IGBT 96 is turned on, and when the pulse signal is off, the IGBT 96 is turned off.
  • control unit 3 controls the trigger circuit 97 and applies a high voltage (trigger voltage) to the trigger electrode 91 in synchronization with the timing when the pulse signal output from the pulse generator 31 is turned on.
  • a pulse signal is input to the gate of the IGBT 96 with an electric charge accumulated in the capacitor 93, and a high voltage is applied to the trigger electrode 91 in synchronization with the timing when the pulse signal is turned on, so that the pulse signal is signaled.
  • a current flows between the electrodes at both ends in the glass tube 92, and light is emitted by the excitation of xenone atoms or molecules at that time.
  • the plurality of flash lamps FL of the heating light source 30 emit light, and the surface of the semiconductor wafer W supported by the stage 20 is irradiated with the flash light.
  • the flash lamp FL is made to emit light without using the IGBT 96
  • the electric charge accumulated in the capacitor 93 is consumed in one light emission, and the output waveform from the flash lamp FL has a width of 0.1. It becomes a simple single pulse of about millisecond to 10 milliseconds.
  • the IGBT 96 which is a switching element, is connected in the circuit and a pulse signal is output to the gate, whereby the supply of electric charge from the capacitor 93 to the flash lamp FL is interrupted by the IGBT 96.
  • the current flowing through the flash lamp FL is controlled on and off.
  • the light emission of the flash lamp FL is controlled by the chopper, the electric charge accumulated in the capacitor 93 is divided and consumed, and the flash lamp FL repeatedly blinks in an extremely short time. Since the next pulse is applied to the gate of the IGBT 96 and the current value increases again before the current value flowing through the circuit becomes completely "0", the light emission output is output even while the flash lamp FL is repeatedly blinking. It is not completely "0".
  • the light emission pattern (time waveform of the light emission output) of the flash lamp FL can be freely defined, and the light emission time and the light emission intensity can be freely adjusted. ..
  • the ON / OFF drive pattern of the IGBT 96 is defined by the time of the pulse width input from the input unit 33 and the time of the pulse interval. That is, by incorporating the IGBT 96 in the drive circuit of the flash lamp FL, the light emission pattern of the flash lamp FL can be freely defined only by appropriately setting the pulse width time and the pulse interval time input from the input unit 33. You can do it.
  • the ratio of the pulse width time to the pulse interval time input from the input unit 33 when the ratio of the pulse width time to the pulse interval time input from the input unit 33 is increased, the current flowing through the flash lamp FL increases and the light emission intensity becomes stronger. On the contrary, if the ratio of the pulse width time to the pulse interval time input from the input unit 33 is reduced, the current flowing through the flash lamp FL is reduced and the light emission intensity is weakened. Further, if the ratio of the pulse interval time and the pulse width time input from the input unit 33 is appropriately adjusted, the light emission intensity of the flash lamp FL is kept constant. Further, by lengthening the total time of the combination of the pulse width time input from the input unit 33 and the pulse interval time, the current continues to flow through the flash lamp FL for a relatively long time, and the flash lamp FL emits light. The time will be longer.
  • the light emission time of the flash lamp FL is appropriately set between 0.1 ms and 100 ms (0.8 ms in this embodiment).
  • the irradiation energy of the flash light applied to the surface of the semiconductor wafer W is 5 J / cm 2 or more 60 J / cm 2 or less.
  • the surface of the semiconductor wafer W is irradiated with flash light from the flash lamp FL for an irradiation time of 0.1 ms or more and 100 ms or less, and the surface of the semiconductor wafer W including the hemicellulose film 103 is flash-heated. ..
  • the maximum temperature T2 reached by the surface of the semiconductor wafer W including the hemicellulose film 103 by flash light irradiation is 500 ° C. or lower (500 ° C. in this embodiment). Since the irradiation time of the flash light is extremely short, the time during which the surface of the semiconductor wafer W is heated to a temperature higher than the preheating temperature T1 is 1 second or less.
  • the metal impregnated on the surface of the hemicellulose membrane 103 diffuses into the membrane and the entire hemicellulose membrane 103 is cured. Further, when the hemicellulose membrane 103 is heated to the maximum temperature T2, mainly hydrogen-based impurities are desorbed from the hemicellulose membrane 103 and the hemicellulose membrane 103 is densified. As the hemicellulose film 103 becomes densified and hardened, the etching resistance of the hemicellulose film 103 is improved, and the hemicellulose film 103 acquires the characteristics required as a hard mask (high etching selectivity, etc.).
  • the semiconductor wafer W is carried out from the chamber 10 of the heat treatment apparatus 1 (step S5). Specifically, the semiconductor wafer W is carried out of the chamber 10 by a transfer robot outside the heat treatment apparatus 1 through a transfer opening (not shown). The semiconductor wafer W carried out from the heat treatment apparatus 1 is transported to a subsequent process, and reactive ion etching of the lower layer film 102 is performed using the hemicellulose film 103 as a mask. Such a series of processes is suitably used for manufacturing, for example, a 3D-NAND flash memory.
  • the hemicellulose film 103 formed on the surface of the semiconductor wafer W is preheated at a preheating temperature T1 of 200 ° C. or lower, and then the hemicellulose film 103 is heated to a temperature higher than the preheating temperature T1 by flash light irradiation. It is heated to 500 ° C. or lower for 1 second or less.
  • a hard mask can be formed by using an inexpensive resin at an inexpensive manufacturing cost.
  • Hemicellulose which is a resin, has a property of thermally decomposing when heated to a temperature higher than 200 ° C.
  • the metal hardly diffuses and the hemicellulose membrane 103 cannot be cured.
  • the hemicellulose membrane 103 is heated to a temperature higher than 200 ° C. and 500 ° C. or lower for 1 second or less by irradiation with flash light.
  • the hemicellulose film 103 which is a resin film
  • the "critical temperature” is a temperature at which the resin film is altered by heat (200 ° C. if the resin film is a hemicellulose film 103). Even if the hemicellulose membrane 103 is heated to a temperature higher than the critical temperature, the heating time is as short as 1 second or less, so that thermal decomposition of the hemicellulose membrane 103 can be prevented.
  • the metal is diffused in the film to sufficiently cure the hemicellulose film 103, and the etching resistance of the hemicellulose film 103 is improved. be able to. That is, by heating the hemicellulose membrane 103 to a temperature higher than the critical temperature for an extremely short time of 1 second or less by flash light irradiation, both prevention of thermal decomposition of the hemicellulose membrane 103 and diffusion of metal are achieved.
  • the preheating temperature T1 is equal to or lower than the critical temperature, thermal decomposition of the hemicellulose membrane 103 during preheating is also prevented. However, the metal impregnated on the surface of the hemicellulose membrane 103 does not diffuse due to the preheating.
  • the light emission pattern of the flash lamp FL can be freely defined only by appropriately setting the pulse width time and the pulse interval time. be able to. Therefore, the irradiation time of the flash light can be appropriately adjusted to perform flash heating under suitable conditions capable of diffusing the metal without thermally decomposing the hemicellulose membrane 103.
  • the control unit 3 stops the main heating by flash light irradiation and the heat treatment apparatus 1 Is stopped. This makes it possible to prevent the abnormal hemicellulose membrane 103 from being heated by irradiating it with flash light.
  • 50 liters / minute or more and 150 liters / minute or less of the inert gas is flowed from the second gas supply mechanism 60 along the lower surface of the chamber window 18 at the time of preheating and flash heating.
  • the components of the organic solvent are released into the heat treatment space 15 as volatile organic compounds.
  • a relief valve 55 is provided in the exhaust pipe 52 from the chamber 10.
  • a large amount of organic solvent components may be released into the heat treatment space 15 and the pressure in the chamber 10 may rise sharply.
  • the relief valve 55 automatically opens to release the gas in the chamber 10 to reduce the pressure.
  • the stage 20 is provided with a cooling pipe 22 in addition to the heater 21.
  • the temperature inside the stage 20 and the chamber 10 may gradually become high due to heat storage due to continuous processing of the semiconductor wafer W.
  • the temperature of the stage 20 can be adjusted to a constant temperature.
  • the temperature of the stage 20 is controlled by the control unit 3 feedback-controlling the output of the heater 21 and the supply of cooling water to the cooling pipe 22 based on the measurement results of a temperature sensor (not shown) provided on the stage 20. Is temperature-controlled to a constant temperature.
  • a temperature sensor not shown
  • the present invention can be modified in various ways other than those described above without departing from the spirit of the present invention.
  • the heat treatment of the semiconductor wafer W on which the hemicellulose film 103 is formed has been performed, but the present invention is not limited to this, and the semiconductor wafer W on which another resin film is formed is not limited to this.
  • Heat treatment may be performed.
  • the same heat treatment as in the above embodiment may be performed on the semiconductor wafer W on which the resin film such as the phenol resin or the fullerene derivative is formed.
  • the metal is contained in the film without thermally decomposing the resin film.
  • the resin film can be cured by diffusing it.
  • the semiconductor wafer W on which the hemicellulose film 103 is formed is preheated and then irradiated with flash light, but the preheating for processing below the critical temperature of the resin film is not always necessary. It is not an essential process. If the hemicellulose film 103 can be heated to a temperature higher than the critical temperature by irradiating the semiconductor wafer W at room temperature with flash light, preheating is not always necessary.
  • the hemicellulose membrane 103 is heated to a temperature higher than the critical temperature for 1 second or less by irradiation with flash light, but the present invention is not limited to this, and the hemicellulose membrane 103 is heated by another heating mechanism. It may be heated for a short time of 1 second or less.
  • another heating mechanism for example, laser annealing or microwave can be used. By heating the hemicellulose membrane 103 to a temperature higher than the critical temperature for 1 second or less by laser annealing or microwave, the same effect as that of the above embodiment can be obtained.
  • the semiconductor wafer W is heat-treated at normal pressure, but the inside of the chamber 10 may be depressurized during preheating and flash heating.
  • the gas in the heat treatment space 15 is exhausted by the exhaust mechanism 50 without supplying gas from the first gas supply mechanism 40 and the second gas supply mechanism 60, so that the inside of the chamber 10 is reduced to less than the atmospheric pressure.
  • Preheating and flash heating are performed in this state.
  • degassing from the hemicellulose membrane 103 can be promoted to desorb unnecessary components, and the hemicellulose membrane 103 can be made more compact. it can.
  • the inside of the chamber 10 may be pressurized during preheating and flash heating. Specifically, by supplying gas from the first gas supply mechanism 40 to the heat treatment space 15 without closing the exhaust valve 53 and exhausting the gas in the heat treatment space 15, the inside of the chamber 10 exceeds the atmospheric pressure. Preheat and flash heat under pressure. By performing preheating and flash heating while the inside of the chamber 10 is pressurized, the thermal decomposition of the hemicellulose membrane 103 can be suppressed more effectively.
  • the metal impregnated in the hemicellulose film 103 is not limited to aluminum, and may be chromium (Cr), titanium (Ti), iron (Fe), molybdenum (Mo), or the like.
  • the material of the base material 101 of the semiconductor wafer W is not limited to silicon, and may be SiC, GaN, Ge, GaAs, or the like.
  • the relief valve 55 is provided in the exhaust pipe 52, but the present invention is not limited to this, and the relief valve 55 may be directly attached to the chamber 10. Even in this way, when the pressure in the chamber 10 becomes excessive, the relief valve 55 can be opened to reduce the pressure in the chamber 10.
  • stage 20 may be cooled by providing a Peltier element instead of the cooling pipe 22.
  • Heat treatment device 3 Control unit 10 Chamber 15 Heat treatment space 18 Chamber window 20 Stage 21 Heater 22 Cooling pipe 30 Heating light source 40 First gas supply mechanism 50 Exhaust mechanism 52 Exhaust pipe 54 Detector 55 Relief valve 60 Second gas supply mechanism 33 Input Part 96 IGBT 103 Hemicellulose Membrane FL Flash Lamp W Semiconductor Wafer

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Abstract

表面に金属が含浸されたヘミセルロース膜が形成された半導体ウェハーがチャンバー内に収容されてステージに支持される。ヘミセルロース膜はステージによって２００℃以下で予備加熱された後、フラッシュランプからのフラッシュ光照射によって２００℃よりも高温に１秒以下加熱される。ヘミセルロースは２００℃以上で熱分解するものの、ヘミセルロース膜を２００℃よりも高温に加熱している時間は１秒以下の極めて短時間であるため、ヘミセルロース膜の熱分解を防止することができる。また、ヘミセルロース膜を２００℃よりも高温に加熱することにより、金属を膜中に拡散させてヘミセルロース膜を十分に硬化させることができる。

Description

熱処理方法および熱処理装置
　本発明は、ヘミセルロース等の樹脂膜が形成された基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。
　半導体基板のドライエッチングのために耐性に優れたハードマスクが使用されることがある。従来、ハードマスクの材料としては例えばアモルファスカーボンが用いられていた（特許文献１，２参照）。
特開２００９－１３５４３９号公報 特表２０１３－５４３２８１号公報
　しかし、アモルファスカーボンを用いたハードマスクの形成には、アスペクト比が大きくなるほどアモルファスカーボンの積層も厚くなって処理時間が長くなり、製造コストが大きくなる問題を有している。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、安価な製造コストでハードマスクを形成することができる熱処理方法および熱処理装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、この発明の第１の態様は、樹脂膜が形成された基板を加熱する熱処理方法において、表面に金属が含浸された樹脂膜が形成された基板をチャンバー内に収容する収容工程と、前記チャンバー内にて前記樹脂膜を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱する主加熱工程と、を備える。
　また、第２の態様は、第１の態様に係る熱処理方法において、前記主加熱工程の前に、前記樹脂膜を前記臨界温度以下に加熱する予備加熱工程をさらに備える。
　また、第３の態様は、第２の態様に係る熱処理方法において、前記チャンバーからの排気中に含まれる揮発性有機化合物を検出する検出工程をさらに備え、前記予備加熱工程の実行中に基準値以上の揮発性有機化合物が検出されたときには前記主加熱工程を中止する。
　また、第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記臨界温度は２００℃であり、前記主加熱工程では、前記樹脂膜を５００℃以下に加熱する。
　また、第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記主加熱工程では、フラッシュランプから前記樹脂膜に５Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下の照射エネルギーにてフラッシュ光を照射する。
　また、第６の態様は、第５の態様に係る熱処理方法において、前記チャンバーの照射窓に沿って不活性ガスを５０リットル／分以上１５０リットル／分以下流す。
　また、第７の態様は、第１から第６のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記チャンバー内を減圧する減圧工程をさらに備える。
　また、第８の態様は、第１から第６のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記チャンバー内を加圧する加圧工程をさらに備える。
　また、第９の態様は、第１から第８のいずれかの態様に係る熱処理方法において、前記樹脂膜は、ヘミセルロース、フェノール樹脂またはフラーレン誘導体の膜である。
　また、第１０の態様は、樹脂膜が形成された基板を加熱する熱処理装置において、表面に金属が含浸された樹脂膜が形成された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支持するステージと、前記チャンバー内にて前記樹脂膜を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱する主加熱機構と、を備える。
　また、第１１の態様は、第１０の態様に係る熱処理装置において、前記ステージ内に、前記主加熱機構による加熱の前に前記樹脂膜を前記臨界温度以下に加熱する予備加熱機構を備える。
　また、第１２の態様は、第１１の態様に係る熱処理装置において、前記ステージ内に冷却機構をさらに備える。
　また、第１３の態様は、第１１または第１２の態様に係る熱処理装置において、前記チャンバーからの排気配管に揮発性有機化合物を検出する検出器を備え、前記予備加熱機構による加熱を行っているときに前記検出器が基準値以上の揮発性有機化合物を検出したときには前記主加熱機構による加熱を中止する。
　また、第１４の態様は、第１３の態様に係る熱処理装置において、前記チャンバーまたは前記排気配管に安全逃がし弁を備える。
　また、第１５の態様は、第１０から第１４のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記臨界温度は２００℃であり、前記主加熱機構は前記樹脂膜を５００℃以下に加熱する。
　また、第１６の態様は、第１０から第１５のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記主加熱機構はフラッシュランプを備え、前記フラッシュランプから前記樹脂膜に５Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下の照射エネルギーにてフラッシュ光を照射する。
　また、第１７の態様は、第１６の態様に係る熱処理装置において、前記チャンバーは、前記フラッシュ光を透過する照射窓を備え、前記照射窓に沿って不活性ガスを５０リットル／分以上１５０リットル／分以下流すガス供給部をさらに備える。
　また、第１８の態様は、第１０から第１７のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記チャンバー内を減圧する減圧機構をさらに備える。
　また、第１９の態様は、第１０から第１７のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記チャンバー内を加圧する加圧機構をさらに備える。
　また、第２０の態様は、第１０から第１９のいずれかの態様に係る熱処理装置において、前記樹脂膜は、ヘミセルロース、フェノール樹脂またはフラーレン誘導体の膜である。
　第１から第９の態様に係る熱処理方法によれば、安価な樹脂を用いて安価な製造コストでハードマスクを形成することができる。また、表面に金属が含浸された樹脂膜を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱するため、樹脂膜を熱分解させることなく金属を樹脂膜中に拡散させて樹脂膜を十分に硬化させることができる。
　特に、第３の態様に係る熱処理方法によれば、予備加熱工程の実行中に基準値以上の揮発性有機化合物が検出されたときには主加熱工程を中止するため、樹脂膜の不具合に起因した加熱処理の不良を未然に防止することができる。
　特に、第６の態様に係る熱処理方法によれば、チャンバーの照射窓に沿って不活性ガスを流すため、照射窓への有機物の付着を防止することができる。
　第１０から第２０の態様に係る熱処理装置によれば、安価な樹脂を用いて安価な製造コストでハードマスクを形成することができる。また、表面に金属が含浸された樹脂膜を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱するため、樹脂膜を熱分解させることなく金属を樹脂膜中に拡散させて樹脂膜を十分に硬化させることができる。
　特に、第１２の態様に係る熱処理装置によれば、ステージ内に冷却機構をさらに備えるため、ステージを一定温度に温調でき、連続処理する基板の熱履歴を均一にすることができる。
　特に、第１３の態様に係る熱処理装置によれば、予備加熱機構による加熱を行っているときに検出器が基準値以上の揮発性有機化合物を検出したときには主加熱機構による加熱を中止するため、樹脂膜の不具合に起因した加熱処理の不良を未然に防止することができる。
　特に、第１４の態様に係る熱処理装置によれば、チャンバーまたは排気配管に安全逃がし弁を備えるため、チャンバー内の圧力が過大となるのを防いで熱処理装置の安全性を向上させることができる。
　特に、第１７の態様に係る熱処理装置によれば、チャンバーの照射窓に沿って不活性ガスを流すため、照射窓への有機物の付着を防止することができる。
本発明に係る熱処理装置の要部構成を示す図である。 フラッシュランプの駆動回路を示す図である。 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。 熱処理装置に搬入される半導体ウェハーの断面構造を示す図である。 半導体ウェハーの温度変化を示す図である。
　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。
　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、樹脂膜が形成された半導体ウェハー等の基板に光を照射することによって、その樹脂膜を加熱する装置である。熱処理装置１は、主たる要素として、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー１０と、チャンバー１０内にて半導体ウェハーＷを支持するステージ２０と、ステージ２０に支持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射する加熱光源３０と、を備える。また、熱処理装置１は、装置に設けられた各種動作機構を制御して処理を進行させる制御部３を備える。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。
　チャンバー１０は、加熱光源３０の下方に設けられており、略円筒形状のチャンバー側壁１１およびチャンバー底部１２によって構成される。チャンバー底部１２は、チャンバー側壁１１の下部を覆う。チャンバー側壁１１およびチャンバー底部１２によって囲まれる空間が熱処理空間１５として規定される。また、チャンバー１０の上部開口にはチャンバー窓１８が装着されて閉塞されている。
　チャンバー１０の天井部を構成するチャンバー窓１８は、石英により形成された板状部材であり、加熱光源３０から照射された光を熱処理空間１５に透過する石英窓として機能する。チャンバー１０の本体を構成するチャンバー側壁１１およびチャンバー底部１２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。
　チャンバー側壁１１の一部には、半導体ウェハーＷをチャンバー１０内に搬入およびチャンバー１０から搬出するための図示省略の搬送開口部が形成されている。当該搬送開口部は、ゲートバルブによって開閉される。当該搬送開口部が開放されているときには当該搬送開口部から半導体ウェハーＷの搬入および搬出が可能で有り、当該搬送開口部が閉鎖されているときには熱処理空間１５が密閉空間となる。
　また、熱処理空間１５の機密性を維持するために、チャンバー窓１８とチャンバー側壁１１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１８とチャンバー側壁１１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。チャンバー１０は、耐圧使用とされており、チャンバー１０内の熱処理空間１５を大気圧よりも大きな気圧に加圧、または、大気圧未満の気圧に減圧することも可能である。
　チャンバー１０の内部にはステージ２０が設けられている。ステージ２０は、金属製（例えば、アルミニウム製）の平坦な板状部材である。ステージ２０は、チャンバー１０内にて半導体ウェハーＷを載置して水平姿勢（半導体ウェハーＷの法線が鉛直方向と一致する姿勢）に支持する。また、ステージ２０はヒータ２１および冷却配管２２を内蔵する。ヒータ２１は、ニクロム線などの抵抗加熱線で構成されている。ヒータ２１は、図外の電力供給源からの電力供給を受けて発熱し、ステージ２０を加熱する。一方、冷却配管２２に図外の冷却水供給機構から一定温度の冷却水が循環供給されることによって、ステージ２０が冷却される。
　ステージ２０には、熱電対を用いて構成された図示省略の温度センサが設けられている。温度センサはステージ２０の上面近傍の温度を測定し、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、温度センサによる測定結果に基づいて、ヒータ２１の出力および冷却配管２２への冷却水供給を制御し、ステージ２０の温度を所定温度に温調する。ステージ２０に支持された半導体ウェハーＷは、ステージ２０によって所定の温度に加熱されることとなる。なお、ステージ２０の上面には、当該上面から微小間隔を隔てて半導体ウェハーＷを支持するための複数の支持ピンが立設されていても良い。
　また、熱処理装置１は、チャンバー１０内の熱処理空間１５に処理ガスを供給する第１ガス供給機構４０および熱処理空間１５から雰囲気の排気を行う排気機構５０を備える。第１ガス供給機構４０は、処理ガス供給源４１、供給配管４２および供給バルブ４３を備える。供給配管４２の先端側はチャンバー１０内の熱処理空間１５に連通接続され、基端側は処理ガス供給源４１に接続される。供給配管４２の経路途中に供給バルブ４３が設けられる。供給バルブ４３を開放することによって、処理ガス供給源４１から熱処理空間１５に処理ガスが供給される。処理ガス供給源４１は、被処理体８の種類や処理目的に応じた適宜の処理ガスを供給することが可能であるが、本実施形態では窒素ガス（Ｎ２）を供給する。
　排気機構５０は、排気装置５１、排気配管５２、排気バルブ５３、検出器５４およびリリーフ弁５５を備える。排気配管５２の先端側はチャンバー１０内の熱処理空間１５に連通接続され、基端側は排気装置５１に接続される。排気配管５２の経路途中に排気バルブ５３および検出器５４が設けられる。排気装置５１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５１を作動させつつ、排気バルブ５３を開放することによって、熱処理空間１５の雰囲気を装置外に排出することができる。
　検出器５４は、排気配管５２を流れる気体に含まれる揮発性有機化合物(VOC:Volatile Organic Compounds)を検出する。揮発性有機化合物は、揮発性を有する気体状の有機化合物の総称である。
　さらに、排気配管５２は、その経路途中から二叉に分岐され、その分岐配管の先端側は開放端となっている。リリーフ弁５５は排気配管５２の分岐配管に設けられる。リリーフ弁５５は、何らかの要因によってチャンバー１０内の圧力が過大になったときに、自動的に開いてチャンバー１０内の圧力を逃がす安全逃がし弁である。
　上記の第１ガス供給機構４０および排気機構５０によって、熱処理空間１５の雰囲気を調整することができる。また、第１ガス供給機構４０からガス供給を行うことなく、排気機構５０によって熱処理空間１５の気体を排気することにより、チャンバー１０内を大気圧未満に減圧することができる。逆に、排気バルブ５３を閉止して熱処理空間１５の気体を排気することなく、第１ガス供給機構４０から熱処理空間１５にガス供給を行うことにより、チャンバー１０内を大気圧を超えて加圧することができる。
　また、熱処理装置１には、第１ガス供給機構４０に加えて、チャンバー窓１８に沿って不活性ガスを流す第２ガス供給機構６０が設けられている。第２ガス供給機構６０は、不活性ガス供給源６１、供給配管６２および供給バルブ６３を備える。供給配管６２の先端側はチャンバー１０内であってチャンバー窓１８の端縁部直下に連通接続され、基端側は不活性ガス供給源６１に接続される。供給配管６２の経路途中に供給バルブ６３が設けられる。供給バルブ６３を開放することによって、不活性ガス供給源６１から熱処理空間１５に不活性ガスが供給される。不活性ガス供給源６１から供給される不活性ガスは、例えば窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等である（本実施形態では窒素ガス）。第２ガス供給機構６０から供給された不活性ガスは、チャンバー窓１８の下面（熱処理空間１５に臨む面）に沿って流れる。
　加熱光源３０は、チャンバー１０の上方に設けられている。加熱光源３０は、複数本（図１では図示の便宜上１０本としているが、これに限定されるものではない）のフラッシュランプＦＬと、それら全体の上方を覆うように設けられたリフレクタ３９と、を備えて構成される。加熱光源３０は、チャンバー１０内にてステージ２０に支持される半導体ウェハーＷに対して石英のチャンバー窓１８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。
　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ステージ２０に支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。
　図２は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図２に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３および表示部３４に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス等の種々の公知の入力機器を採用することができる。表示部３４としては、ディスプレイ等の公知の表示機器を用いることができる。入力部３３および表示部３４を入力機能と表示機能とを併せ持つタッチパネルとしても良い。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。
　フラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部に陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から高電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。
　ＩＧＢＴ９６は、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。ＩＧＢＴ９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続され、フラッシュランプＦＬに流れる電流がオンオフ制御される。
　コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。
　図２に示すような駆動回路は、加熱光源３０に設けられた複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに個別に設けられている。よって、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれに流れる電流が対応するＩＧＢＴ９６によって個別にオンオフ制御されることとなる。
　また、リフレクタ３９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３９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熱処理空間１５の側に反射するというものである。リフレクタ３９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いる。
　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回路である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いる。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、上述のように制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備え、入力部３３からの入力内容に基づいて、波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。
　上記の構成以外にも熱処理装置１には、種々の構成要素が適宜設けられる。例えば、フラッシュランプＦＬからの光照射による過剰な温度上昇を防止するために、チャンバー側壁１１に水冷管を設けるようにしても良い。また、ステージ２０には、装置外部の搬送ロボットとの間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行うために昇降するリフトピンが設けられる。
　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３は、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順を示すフローチャートである。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
　熱処理装置１における処理に先立って半導体ウェハーＷにはヘミセルロースの樹脂膜が形成されている。図４は、熱処理装置１に搬入される半導体ウェハーＷの断面構造を示す図である。シリコンの基材１０１上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の下層膜１０２が成膜されている。そして、下層膜１０２上にパターニングされたヘミセルロース膜１０３が形成されている。ヘミセルロース膜１０３は、例えばスピンコートによって成膜された後、レジストをマスクとした反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)によってパターニングされる。パターニングされたヘミセルロース膜１０３の表面にはアルミニウム（Ａｌ）等の金属が含浸されている。表面に金属が含浸されたヘミセルロース膜１０３が熱処理装置１による熱処理によって硬化されてハードマスクとなる。熱処理装置１における処理の後工程では、ヘミセルロース膜１０３をマスクとして下層膜１０２の反応性イオンエッチングが行われる。
　本発明に係る熱処理方法においては、まず図４に示すような構造を有する半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー１０内に搬入される（ステップＳ１）。具体的には、熱処理装置１外部の搬送ロボットによって半導体ウェハーＷが図示省略の搬送開口部を介してチャンバー１０内に搬入され、ステージ２０上に載置・支持される（ステップＳ２）。
　半導体ウェハーＷがステージ２０に支持された後、チャンバー１０内の熱処理空間１５が密閉空間とされる。そして、チャンバー１０内には第１ガス供給機構４０から窒素ガスが供給されるとともに、チャンバー１０内の雰囲気は排気機構５０によって排気される。これにより、チャンバー１０内は窒素雰囲気に置換される。なお、本実施形態においては、チャンバー１０内は大気圧に維持されている。
　図５は、半導体ウェハーＷの温度変化を示す図である。図５には、ヘミセルロース膜１０３を含む半導体ウェハーＷの表面の温度を示している。時刻ｔ１に、図４に示す構造を有する半導体ウェハーＷがチャンバー１０内に搬入されてステージ２０上に支持される。ステージ２０は内蔵するヒータ２１によって所定温度（本実施形態では１００℃）に温調されている。温調されたステージ２０に半導体ウェハーＷが支持されることによって、ヘミセルロース膜１０３を含む半導体ウェハーＷの全体が予備加熱される（ステップＳ３）。
　ヒータ２１によって半導体ウェハーＷは予備加熱温度Ｔ１に予備加熱される。予備加熱温度Ｔ１は２００℃以下であり、本実施形態では１００℃である。半導体ウェハーＷが予備加熱されることによって、ヘミセルロース膜１０３も窒素雰囲気中で予備加熱温度Ｔ１に加熱されることとなる。
　半導体ウェハーＷが予備加熱されている間も第１ガス供給機構４０からチャンバー１０内に窒素ガスが供給されるとともに、排気機構５０によってチャンバー１０内の雰囲気が排気され続けている。チャンバー１０から排気配管５２に流れ込んだ排気気流に含まれる揮発性有機化合物が検出器５４によって検出される。ヘミセルロース膜１０３には、成膜時の有機溶剤（例えば、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)等）が含まれている。ヘミセルロース膜１０３が加熱されると、そのような有機溶剤の成分が揮発性有機化合物として熱処理空間１５に放出され、さらに排気配管５２へと排出される。検出器５４は、ヘミセルロース膜１０３から放出された揮発性有機化合物を検出することとなる。
　予備加熱中に検出器５４が予め設定されている基準値以上の揮発性有機化合物を検出したときには、半導体ウェハーＷに形成されているヘミセルロース膜１０３が異常である可能性が高い。例えば、ヘミセルロース膜１０３に多量の有機溶剤が残留している可能性がある。このため、予備加熱時に検出器５４が基準値以上の揮発性有機化合物を検出したときには、制御部３が後続のフラッシュ光照射による加熱を中止して熱処理装置１を停止するとともに、表示部３４にアラームを発報する。
　半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達してから所定時間が経過した時刻ｔ２に、加熱光源３０のフラッシュランプＦＬがステージ２０に支持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射する（ステップＳ４）。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー１０内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ３９により反射されてからチャンバー１０内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。
　フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。
　パルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、それに従って制御部３の波形設定部３２はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。ＩＧＢＴ９６のゲートにはオンオフを繰り返すパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。
　また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で電流が流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。
　このようにして加熱光源３０の複数本のフラッシュランプＦＬが発光し、ステージ２０に支持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光が照射される。ここで、ＩＧＢＴ９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は幅が０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の単純なシングルパルスとなる。これに対して、本実施の形態では、回路中にスイッチング素子たるＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにパルス信号を出力することにより、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬへの電荷の供給をＩＧＢＴ９６によって断続してフラッシュランプＦＬに流れる電流をオンオフ制御している。その結果、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。なお、回路を流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがＩＧＢＴ９６のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”０”になるものではない。
　ＩＧＢＴ９６によってフラッシュランプＦＬに流れる電流をオンオフ制御することにより、フラッシュランプＦＬの発光パターン（発光出力の時間波形）を自在に規定することができ、発光時間および発光強度を自由に調整することができる。ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動のパターンは、入力部３３から入力するパルス幅の時間とパルス間隔の時間とによって規定される。すなわち、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴ９６を組み込むことによって、入力部３３から入力するパルス幅の時間とパルス間隔の時間とを適宜に設定するだけで、フラッシュランプＦＬの発光パターンを自在に規定することができるのである。
　具体的には、例えば、入力部３３から入力するパルス間隔の時間に対するパルス幅の時間の比率を大きくすると、フラッシュランプＦＬに流れる電流が増大して発光強度が強くなる。逆に、入力部３３から入力するパルス間隔の時間に対するパルス幅の時間の比率を小さくすると、フラッシュランプＦＬに流れる電流が減少して発光強度が弱くなる。また、入力部３３から入力するパルス間隔の時間とパルス幅の時間の比率を適切に調整すれば、フラッシュランプＦＬの発光強度が一定に維持される。さらに、入力部３３から入力するパルス幅の時間とパルス間隔の時間との組み合わせの総時間を長くすることによって、フラッシュランプＦＬに比較的長時間にわたって電流が流れ続けることとなり、フラッシュランプＦＬの発光時間が長くなる。フラッシュランプＦＬの発光時間は０．１ミリ秒～１００ミリ秒の間で適宜に設定される（本実施形態では０．８ミリ秒）。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の照射エネルギーは５Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下である。
　このようにしてフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面に０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下の照射時間にてフラッシュ光が照射され、ヘミセルロース膜１０３を含む半導体ウェハーＷの表面がフラッシュ加熱される。フラッシュ光照射によってヘミセルロース膜１０３を含む半導体ウェハーＷの表面が到達する最高温度Ｔ２は５００℃以下である（本実施形態では５００℃）。フラッシュ光の照射時間は極めて短時間であるため、半導体ウェハーＷの表面が予備加熱温度Ｔ１よりも高い温度に加熱されている時間は１秒以下である。
　ヘミセルロース膜１０３が最高温度Ｔ２にまで加熱されることによって、ヘミセルロース膜１０３の表面に含浸されていた金属が膜中に拡散してヘミセルロース膜１０３の全体が硬化する。また、ヘミセルロース膜１０３が最高温度Ｔ２にまで加熱されることによって、主に水素系の不純物がヘミセルロース膜１０３から脱離してヘミセルロース膜１０３が緻密化する。ヘミセルロース膜１０３が緻密化するとともに硬化することにより、ヘミセルロース膜１０３のエッチング耐性が向上し、ヘミセルロース膜１０３がハードマスクとして必要な特性（高いエッチング選択比等）を獲得することとなる。
　ヘミセルロース膜１０３を含む半導体ウェハーＷの表面のフラッシュ加熱が終了した後、半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー１０から搬出される（ステップＳ５）。具体的には、熱処理装置１外部の搬送ロボットによって半導体ウェハーＷが図示省略の搬送開口部を介してチャンバー１０から搬出される。熱処理装置１から搬出された半導体ウェハーＷは後工程に搬送され、ヘミセルロース膜１０３をマスクとして下層膜１０２の反応性イオンエッチングが行われる。このような一連のプロセスは、例えば３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリの製造に好適に用いられる。
　本実施形態においては、半導体ウェハーＷの表面に形成されたヘミセルロース膜１０３を２００℃以下の予備加熱温度Ｔ１で予備加熱した後、フラッシュ光照射によって当該ヘミセルロース膜１０３を予備加熱温度Ｔ１よりも高温かつ５００℃以下に１秒以下加熱している。本実施形態のようにすれば、安価な樹脂を用いて安価な製造コストでハードマスクを形成することができる。樹脂であるヘミセルロースは、２００℃よりも高温に加熱されると熱分解するという性質を有している。その一方、表面に金属が含浸されているヘミセルロース膜１０３を２００℃以下で加熱しても金属がほとんど拡散せず、ヘミセルロース膜１０３を硬化させることができない。
　そこで、本実施形態においては、フラッシュ光照射によってヘミセルロース膜１０３を２００℃よりも高温かつ５００℃以下に１秒以下加熱している。換言すれば、樹脂膜であるヘミセルロース膜１０３を臨界温度よりも高い温度に１秒以下の極短時間だけ加熱しているのである。「臨界温度」とは、樹脂膜が熱によって変質する温度である（樹脂膜がヘミセルロース膜１０３であれば２００℃）。ヘミセルロース膜１０３を臨界温度よりも高い温度に加熱したとしても、その加熱時間は１秒以下の極短時間であるため、ヘミセルロース膜１０３の熱分解を防止することができる。また、表面に金属が含浸されたヘミセルロース膜１０３を臨界温度よりも高温に加熱することによって、金属を膜中に拡散させてヘミセルロース膜１０３を十分に硬化し、ヘミセルロース膜１０３のエッチング耐性を向上させることができる。すなわち、フラッシュ光照射によってヘミセルロース膜１０３を臨界温度よりも高い温度に１秒以下の極短時間だけ加熱することにより、ヘミセルロース膜１０３の熱分解防止と金属の拡散とを両立させているのである。
　また、予備加熱温度Ｔ１は臨界温度以下であるため、予備加熱中にヘミセルロース膜１０３が熱分解することも防止される。ただし、予備加熱によってはヘミセルロース膜１０３の表面に含浸された金属が拡散することもない。
　また、本実施形態においては、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴ９６を組み込むことによって、パルス幅の時間とパルス間隔の時間とを適宜に設定するだけで、フラッシュランプＦＬの発光パターンを自在に規定することができる。よって、フラッシュ光の照射時間を適宜に調整して、ヘミセルロース膜１０３を熱分解させることなく、金属を拡散させることができる好適な条件のフラッシュ加熱を行うことができる。
　また、上述したように、予備加熱中に検出器５４が予め設定されている基準値以上の揮発性有機化合物を検出したときには、制御部３がフラッシュ光照射による主加熱を中止して熱処理装置１を停止している。これにより、異常なヘミセルロース膜１０３にフラッシュ光を照射して加熱することを未然に防止することができる。
　また、本実施形態においては、予備加熱時およびフラッシュ加熱時に第２ガス供給機構６０からチャンバー窓１８の下面に沿って不活性ガスを５０リットル／分以上１５０リットル／分以下流している。ヘミセルロース膜１０３が加熱されているときには、有機溶剤の成分が揮発性有機化合物として熱処理空間１５に放出されている。チャンバー窓１８の下面に沿って不活性ガスを流すことにより、そのような有機化合物がチャンバー窓１８の下面に付着するのを防止することができる。その結果、熱処理装置１のメンテナンス性を向上させることができる。
　また、チャンバー１０からの排気配管５２にはリリーフ弁５５が設けられている。ヘミセルロース膜１０３が加熱されると、有機溶剤の成分が熱処理空間１５に大量に放出されてチャンバー１０内の圧力が急上昇することがある。チャンバー１０内の圧力が所定値を超えて過大となったときに、リリーフ弁５５が自動的に開いてチャンバー１０内の気体を放出して圧力を低下させる。これにより、チャンバー１０内の圧力上昇に起因したチャンバー窓１８の破損を防止することができ、熱処理装置１の安全性を向上させることができる。
　また、ステージ２０には、ヒータ２１に加えて冷却配管２２が設けられている。ステージ２０にヒータ２１のみを設けた場合には、半導体ウェハーＷを連続処理することによって蓄熱によりステージ２０およびチャンバー１０内が徐々に高温となるおそれがある。ステージ２０にヒータ２１および冷却配管２２を設けることにより、ステージ２０を一定温度に温調することができる。具体的には、ステージ２０に設けられた図示省略の温度センサの測定結果に基づいて制御部３がヒータ２１の出力および冷却配管２２への冷却水供給をフィードバック制御することにより、ステージ２０の温度を一定温度に温調している。これにより、連続処理の対象となる複数の半導体ウェハーＷの熱履歴を均一にすることができ、安定した連続処理が可能となる。
　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、ヘミセルロース膜１０３が形成された半導体ウェハーＷの熱処理を行っていたが、これに限定されるものではなく、他の樹脂膜が成膜された半導体ウェハーＷに対して熱処理を行うようにしても良い。例えば、フェノール樹脂やフラーレン誘導体等の樹脂膜が形成された半導体ウェハーＷに対して上記実施形態と同様の熱処理を行うようにしても良い。これらの樹脂膜であっても、表面に金属が含浸された樹脂膜を臨界温度よりも高い温度に１秒以下の短時間加熱することにより、樹脂膜を熱分解させることなく、金属を膜中に拡散させて樹脂膜を硬化することができる。
　また、上記実施形態においては、ヘミセルロース膜１０３が形成された半導体ウェハーＷに予備加熱を行った後に、フラッシュ光照射を行うようにしていたが、樹脂膜の臨界温度以下で処理する予備加熱は必ずしも必須の工程ではない。常温の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射してヘミセルロース膜１０３を臨界温度よりも高い温度に加熱することができるのであれば、予備加熱は必ずしも行う必要はない。
　また、上記実施形態においては、フラッシュ光照射によってヘミセルロース膜１０３を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱していたが、これに限定されるものではなく、他の加熱機構によってヘミセルロース膜１０３を１秒以下の短時間加熱するようにしても良い。他の加熱機構としては、例えば、レーザアニールやマイクロウェイブ等を用いることができる。レーザアニールやマイクロウェイブによってヘミセルロース膜１０３を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱することより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
　また、上記実施形態においては、常圧で半導体ウェハーＷの熱処理を行っていたが、予備加熱時およびフラッシュ加熱時にチャンバー１０内を減圧するようにしても良い。具体的には、第１ガス供給機構４０および第２ガス供給機構６０からガス供給を行うことなく、排気機構５０によって熱処理空間１５の気体を排気することにより、チャンバー１０内を大気圧未満に減圧した状態で予備加熱およびフラッシュ加熱を行う。チャンバー１０内を減圧した状態で予備加熱およびフラッシュ加熱を行うことにより、ヘミセルロース膜１０３からの脱ガスを促進して不要な成分を脱離させることができ、ヘミセルロース膜１０３をより緻密化することができる。
　或いは、予備加熱時およびフラッシュ加熱時にチャンバー１０内を加圧するようにしても良い。具体的には、排気バルブ５３を閉止して熱処理空間１５の気体を排気することなく、第１ガス供給機構４０から熱処理空間１５にガス供給を行うことにより、チャンバー１０内を大気圧を超えて加圧した状態で予備加熱およびフラッシュ加熱を行う。チャンバー１０内を加圧した状態で予備加熱およびフラッシュ加熱を行うことにより、ヘミセルロース膜１０３の熱分解をより効果的に抑制することができる。
　また、ヘミセルロース膜１０３に含浸される金属はアルミニウムに限定されるものではなく、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、モリブデン（Ｍｏ）等であっても良い。
　また、半導体ウェハーＷの基材１０１の材質もシリコンに限定されるものではなく、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｇｅ、ＧａＡｓ等であっても良い。
　また、上記実施形態においては、排気配管５２にリリーフ弁５５が設けられていたが、これに限定されるものではなく、リリーフ弁５５はチャンバー１０に直接取り付けられていても良い。このようにしてもチャンバー１０内の圧力が過大となったときには、リリーフ弁５５が開いてチャンバー１０内の圧力を低下させることができる。
　また、冷却配管２２に代えてペルチェ素子を設けてステージ２０を冷却するようにしても良い。
　１　熱処理装置
　３　制御部
　１０　チャンバー
　１５　熱処理空間
　１８　チャンバー窓
　２０　ステージ
　２１　ヒータ
　２２　冷却配管
　３０　加熱光源
　４０　第１ガス供給機構
　５０　排気機構
　５２　排気配管
　５４　検出器
　５５　リリーフ弁
　６０　第２ガス供給機構
　３３　入力部
　９６　ＩＧＢＴ
　１０３　ヘミセルロース膜
　ＦＬ　フラッシュランプ
　Ｗ　半導体ウェハー

Claims (20)

  1. 　樹脂膜が形成された基板を加熱する熱処理方法であって、
    　表面に金属が含浸された樹脂膜が形成された基板をチャンバー内に収容する収容工程と、
    　前記チャンバー内にて前記樹脂膜を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱する主加熱工程と、
    を備える熱処理方法。
  2. 　請求項１記載の熱処理方法において、
    　前記主加熱工程の前に、前記樹脂膜を前記臨界温度以下に加熱する予備加熱工程をさらに備える熱処理方法。
  3. 　請求項２記載の熱処理方法において、
    　前記チャンバーからの排気中に含まれる揮発性有機化合物を検出する検出工程をさらに備え、
    　前記予備加熱工程の実行中に基準値以上の揮発性有機化合物が検出されたときには前記主加熱工程を中止する熱処理方法。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理方法において、
    　前記臨界温度は２００℃であり、
    　前記主加熱工程では、前記樹脂膜を５００℃以下に加熱する熱処理方法。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理方法において、
    　前記主加熱工程では、フラッシュランプから前記樹脂膜に５Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下の照射エネルギーにてフラッシュ光を照射する熱処理方法。
  6. 　請求項５記載の熱処理方法において、
    　前記チャンバーの照射窓に沿って不活性ガスを５０リットル／分以上１５０リットル／分以下流す熱処理方法。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理方法において、
    　前記チャンバー内を減圧する減圧工程をさらに備える熱処理方法。
  8. 　請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理方法において、
    　前記チャンバー内を加圧する加圧工程をさらに備える熱処理方法。
  9. 　請求項１から請求項８のいずれかに記載の熱処理方法において、
    　前記樹脂膜は、ヘミセルロース、フェノール樹脂またはフラーレン誘導体の膜である熱処理方法。
  10. 　樹脂膜が形成された基板を加熱する熱処理装置であって、
    　表面に金属が含浸された樹脂膜が形成された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支持するステージと、
    　前記チャンバー内にて前記樹脂膜を臨界温度よりも高い温度に１秒以下加熱する主加熱機構と、
    を備える熱処理装置。
  11. 　請求項１０記載の熱処理装置において、
    　前記ステージ内に、前記主加熱機構による加熱の前に前記樹脂膜を前記臨界温度以下に加熱する予備加熱機構を備える熱処理装置。
  12. 　請求項１１記載の熱処理装置において、
    　前記ステージ内に冷却機構をさらに備える熱処理装置。
  13. 　請求項１１または請求項１２記載の熱処理装置において、
    　前記チャンバーからの排気配管に揮発性有機化合物を検出する検出器を備え、
    　前記予備加熱機構による加熱を行っているときに前記検出器が基準値以上の揮発性有機化合物を検出したときには前記主加熱機構による加熱を中止する熱処理装置。
  14. 　請求項１３記載の熱処理装置において、
    　前記チャンバーまたは前記排気配管に安全逃がし弁を備える熱処理装置。
  15. 　請求項１０から請求項１４のいずれかに記載の熱処理装置において、
    　前記臨界温度は２００℃であり、
    　前記主加熱機構は前記樹脂膜を５００℃以下に加熱する熱処理装置。
  16. 　請求項１０から請求項１５のいずれかに記載の熱処理装置において、
    　前記主加熱機構はフラッシュランプを備え、
    　前記フラッシュランプから前記樹脂膜に５Ｊ／ｃｍ２以上６０Ｊ／ｃｍ２以下の照射エネルギーにてフラッシュ光を照射する熱処理装置。
  17. 　請求項１６記載の熱処理装置において、
    　前記チャンバーは、前記フラッシュ光を透過する照射窓を備え、
    　前記照射窓に沿って不活性ガスを５０リットル／分以上１５０リットル／分以下流すガス供給部をさらに備える熱処理装置。
  18. 　請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の熱処理装置において、
    　前記チャンバー内を減圧する減圧機構をさらに備える熱処理装置。
  19. 　請求項１０から請求項１７のいずれかに記載の熱処理装置において、
    　前記チャンバー内を加圧する加圧機構をさらに備える熱処理装置。
  20. 　請求項１０から請求項１９のいずれかに記載の熱処理装置において、
    　前記樹脂膜は、ヘミセルロース、フェノール樹脂またはフラーレン誘導体の膜である熱処理装置。
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