JP2014045065A

JP2014045065A - 基板処理方法および基板処理装置

Info

Publication number: JP2014045065A
Application number: JP2012186366A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Kiyama; 弘喜樹山; Kazuhiro Honsho; 一大本庄
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-03-13

Abstract

【課題】短い処理時間にて基板表層の極めて浅い領域のみに不純物を導入することができる基板処理方法および基板処理装置を提供する。
【解決手段】回転するシリコンの基板の表面にドーパントを含む塗布液を吐出して、表面全面に当該塗布液を塗布する。次に、その基板を加熱することによって基板表面にドーパントを含む多分子層の薄膜１０１を形成する。そして、多分子層の薄膜１０１が形成された基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、薄膜１０１に含まれるドーパントを基板の表面に拡散させる。フラッシュ光の照射時間は、０．０１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下の極めて短時間であるため、薄膜１０１を含む基板の表面近傍が加熱されている時間は極めて短く、ドーパントの拡散距離も短くなって基板の表層の極めて浅い領域のみに不純物を導入することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、シリコンの半導体ウェハーなどの基板の表面にホウ素などのドーパントを導入する基板処理方法および基板処理装置に関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物（ドーパント）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シリコンの半導体基板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。

不純物導入に際して、従来より広く行われているイオン打ち込み法は不純物の打ち込み深さおよび濃度を制御しやすいという利点を有している。しかし、近年、半導体デバイスのさらなる微細化にともなって基板の表層の極浅い領域（深さ数ｎｍ以下）のみに不純物を導入することが要求されている。このような極浅い表層領域のみに正確に不純物を注入することはイオン打ち込み法では困難である。

また、半導体基板の表面にホウ素などのドーパントを含有する塗布液を塗布して膜形成を行い、続く熱処理によってドーパントを基板に熱拡散させる技術も開発されている（特許文献１）。しかし、特許文献１に開示される技術によっても、熱拡散によってドーパントが深く拡散することとなるため、基板表層の極浅い領域のみへの不純物導入は困難であった。

そこで、湿式処理によってドーパントを含む単分子層をシリコンの基板の表面に形成し、その後の熱処理によってドーパントを基板表層に拡散させることにより、基板表層の極めて浅い領域のみに不純物を導入する技術が研究されている（非特許文献１参照）。単分子層からのドーパント拡散であれば、基板の表層の極浅い領域のみに不純物を導入することができる。

特開平７−１２２５１４号公報

JOHNNY C.HO,ROIE YERUSHALMI,ZACHERY A.JACOBSON,ZHIYONG FAN,ROBERT L.ALLEY and ALI JAVEY、Controlled nanoscale doping of semiconductors via molecular monolayers、nature materials、Nature Publishing Group、vol.7,p62-67、２００７年１１月１１日にオンライン公表

非特許文献１に開示される技術では、フッ酸によって自然酸化膜を除去した後、表面状態を安定させるために水素終端処理が行われる。そして、水素終端されたシリコンの基板の表面にドーパントを含む薬液を供給することによって水素終端をドーパントに置き換え、ドーパントを含む単分子層を形成している。その後、二酸化ケイ素のキャップ膜を形成し、光照射熱処理を行うことによってドーパントを基板表面に拡散させている。

しかしながら、非特許文献１に開示される技術によって単分子層を形成するのには、非常な長時間（例えば、非特許文献１では２．５時間）が必要である。単分子層を形成するプロセスにこのような長時間を要すると、実用的なスループットが得られない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、短い処理時間にて基板表層の極めて浅い領域のみに不純物を導入することができる基板処理方法および基板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、請求項１の発明は、基板の表面にドーパントを導入する基板処理方法において、基板の表面にドーパントを含む塗布液を塗布し、多分子層の薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜を形成した基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、前記薄膜に含まれるドーパントを基板の表面に拡散させるフラッシュ加熱工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る基板処理方法において、前記フラッシュ加熱工程の前に、前記薄膜の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜を基板の表面に残留させる剥離工程をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、基板の表面にドーパントを導入する基板処理装置において、基板の表面にドーパントを含む塗布液を塗布する塗布処理部と、前記塗布液が塗布された基板を加熱し、ドーパントを含む多分子層の薄膜を基板の表面に形成する焼成処理部と、前記薄膜が形成された基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、前記薄膜に含まれるドーパントを基板の表面に拡散させるフラッシュ加熱部と、を備えることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る基板処理装置において、前記フラッシュ光を照射する前に、前記薄膜の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜を基板の表面に残留させる剥離処理部をさらに備えることを特徴とする。

請求項１および請求項２の発明によれば、基板の表面にドーパントを含む塗布液を塗布して多分子層の薄膜を形成し、その薄膜を形成した基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、薄膜に含まれるドーパントを基板の表面に拡散させるため、薄膜を含む基板の表面近傍が加熱されている時間は極めて短く、ドーパントの拡散距離も短くなって基板の表層の極めて浅い領域のみに不純物を短い処理時間にて導入することができる。

特に、請求項２の発明によれば、フラッシュ加熱の前に、薄膜の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜を基板の表面に残留させるため、フラッシュ光照射時の薄膜の厚さは一定となり、基板の表層に均一かつ安定したドーパントの拡散を行うことができる。

また、請求項３および請求項４の発明によれば、ドーパントを含む多分子層の薄膜が形成された基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、薄膜に含まれるドーパントを基板の表面に拡散させるため、薄膜を含む基板の表面近傍が加熱されている時間は極めて短く、ドーパントの拡散距離も短くなって基板の表層の極めて浅い領域のみに不純物を短い処理時間にて導入することができる。

特に、請求項４の発明によれば、フラッシュ光を照射する前に、薄膜の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜を基板の表面に残留させるため、フラッシュ光照射時の薄膜の厚さは一定となり、基板の表層に均一かつ安定したドーパントの拡散を行うことができる。

本発明に係る基板処理装置の全体構成を示す図である。塗布処理ユニットの概略構成を示す図である。ベークユニットの概略構成を示す図である。剥離ユニットの概略構成を示す図である。フラッシュ加熱ユニットの概略構成を示す図である。基板処理装置における処理手順を示すフローチャートである。基板処理にともなう、基板の表面状態の変化を示す図である。第２実施形態における処理手順を示すフローチャートである。

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。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る基板処理装置１の全体構成を示す図である。この基板処理装置１は、シリコンの半導体基板Ｗ（以下、単に基板Ｗ）にドーパントを含む塗布液を塗布して多分子層の薄膜を形成し、その後フラッシュ光を照射してのフラッシュ加熱によってドーパントを基板表層に拡散させる。基板処理装置１は、基板Ｗの搬出入を行うためのインデクサ部ＩＤと、複数の処理ユニットを配置したユニット配置部ＭＰと、を備える。また、基板処理装置１は、装置に設けられた各種動作機構を制御して基板処理を進行させる制御部９を備える。

インデクサ部ＩＤは、装置外から受け取った未処理基板をユニット配置部ＭＰに渡すとともに、ユニット配置部ＭＰから受け取った処理済基板を装置外に搬出する。インデクサ部ＩＤは、キャリアＣを載置する複数のキャリアステージ１１（本実施形態では４個）と、各キャリアＣから未処理の基板Ｗを取り出すとともに、各キャリアＣに処理済みの基板Ｗを収納する移載ロボットＩＲと、を備えている。

各キャリアステージ１１に対しては、未処理の基板Ｗを収納したキャリアＣが装置外部からＡＧＶ(Automated Guided Vehicle)等によって搬入されて載置される。また、装置内での処理が終了した基板Ｗはキャリアステージ１１に載置されたキャリアＣに再度格納される。処理済みの基板Ｗを格納したキャリアＣもＡＧＶ等によって装置外部に搬出される。なお、キャリアＣの形態としては、基板Ｗを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納基板Ｗを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。

移載ロボットＩＲは、基板Ｗを下方より支持して保持する搬送アーム１２を備える。移載ロボットＩＲは、キャリアステージ１１の並びの方向と平行に移動可能であるとともに、昇降移動を行う。また、移載ロボットＩＲは、内蔵する駆動機構によって、搬送アーム１２を鉛直方向に沿った軸と中心として旋回駆動させるとともに、その旋回半径方向に沿って進退移動させる。このような構成により、移載ロボットＩＲは、搬送アーム１２を各キャリアステージ１１に載置されたキャリアＣおよび後述のユニット配置部ＭＰに配置された受渡部８０にアクセスさせ、それらとの間で基板Ｗの授受を行う。

ユニット配置部ＭＰは、塗布処理ユニット１０と、ベークユニット２０と、剥離ユニット３０と、フラッシュ加熱ユニット４０と、主搬送ロボットＴＲと、を備える。また、ユニット配置部ＭＰには、受渡部８０が設けられている。

主搬送ロボットＴＲは、ユニット配置部ＭＰの中央部に固定配置されており、基板Ｗを下方より支持して保持する搬送アーム１５を備える。主搬送ロボットＴＲは、内蔵する駆動機構によって、搬送アーム１５を鉛直方向に沿った軸と中心として旋回駆動させるとともに、その旋回半径方向に沿って進退移動させる。また、主搬送ロボットＴＲは、搬送アーム１５を昇降移動させる。このような構成により、主搬送ロボットＴＲは、搬送アーム１５を４つの処理ユニット（塗布処理ユニット１０、ベークユニット２０、剥離ユニット３０、および、フラッシュ加熱ユニット４０）および受渡部８０にアクセスさせ、それらとの間で基板Ｗの授受を行う。なお、主搬送ロボットＴＲは、搬送アーム１５を上下に所定間隔で２本備えていても良い。

受渡部８０は、ユニット配置部ＭＰ内であって、主搬送ロボットＴＲとインデクサ部ＩＤとの間に配置されている。受渡部８０は、基板Ｗを載置することが可能であり、主搬送ロボットＴＲと移載ロボットＩＲとの間で基板Ｗの受け渡しを行うために介在している。すなわち、移載ロボットＩＲがキャリアＣから取り出して受渡部８０に渡した基板Ｗを主搬送ロボットＴＲが受け取って４つの処理ユニットうちの１つ以上に循環搬送する。また、主搬送ロボットＴＲが受渡部８０に渡した処理済みの基板Ｗを移載ロボットＩＲが受け取っていずれかのキャリアＣに格納する。

図２は、塗布処理ユニット１０の概略構成を示す図である。塗布処理ユニット１０は、基板Ｗの表面にドーパントを含む塗布液を塗布する塗布処理部であり、筐体１１の内部に、スピンチャック１２、カップ１５、および、塗布ノズル１６などを備える。筐体１１には図示省略の開口部とシャッター機構とが設けられており、当該シャッター機構が開口部を開放している状態にて、主搬送ロボットＴＲによって塗布処理ユニット１０に対する基板Ｗの搬出入が行われる。

スピンチャック１２は、基板Ｗの下面を吸着して基板Ｗを略水平姿勢（基板Ｗの法線が鉛直方向に沿う姿勢）にて保持する。スピンチャック１２は、図外の回転駆動機構によって鉛直方向に沿った軸と中心として矢印ＡＲ２にて示すように回転される。スピンチャック１２が基板Ｗを保持しつつ回転することにより、その基板Ｗも水平面内にて回転する。

塗布ノズル１６は、スピンチャック１２の上方に設けられている。塗布ノズル１６は、図外の塗布液供給源から送給されたドーパントを含む塗布液をスピンチャック１２に保持された基板Ｗの上面中心部に吐出する。ここで「ドーパントを含む塗布液」とは、基板Ｗに導入すべき不純物であるドーパントを含有する薬液であり、基板Ｗの表面に塗布されて溶剤が揮発することによってドーパントを含む薄膜を形成する。本実施形態においては、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と有機バインダーと溶剤との混合液を、ドーパントとしてのホウ素を含む塗布液として用いている。

カップ１５は、スピンチャック１２およびそれに保持される基板Ｗの周囲を取り囲むように設けられている。スピンチャック１２によって回転される基板Ｗの上面中心部に吐出された塗布液は、回転の遠心力によって基板Ｗの上面全面に拡がり、一部は基板Ｗの端縁部から周囲へと飛散される。カップ１５は、回転する基板Ｗから飛散した塗布液を回収する。

図３は、ベークユニット２０の概略構成を示す図である。ベークユニット２０は、塗布液が塗布された基板Ｗを加熱してドーパントを含む薄膜を焼成する焼成処理部であり、筐体２１の内部に、ホットプレート２２およびカバー２３などを備える。筐体２１には図示省略の開口部とシャッター機構とが設けられており、当該シャッター機構が開口部を開放している状態にて、主搬送ロボットＴＲによってベークユニット２０に対する基板Ｗの搬出入が行われる。

ホットプレート２２は、基板Ｗを載置して所定温度に加熱する。カバー２３は、ホットプレート２２の上方にて昇降するように設けられており、ホットプレート２２によって加熱される基板Ｗを覆う。ドーパントを含む塗布液が塗布された基板Ｗがホットプレート２２に載置されて加熱されることにより、塗布液の溶剤が蒸発して基板Ｗの表面にはドーパントを含む薄膜が形成される。

図４は、剥離ユニット３０の概略構成を示す図である。剥離ユニット３０は、ドーパントを含む薄膜の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜を基板Ｗの表面に残留させる剥離処理部であり、筐体３１の内部に、スピンチャック３２、カップ３５、および、吐出ノズル３６などを備える。上記と同様に、筐体３１には図示省略の開口部とシャッター機構とが設けられており、当該シャッター機構が開口部を開放している状態にて、主搬送ロボットＴＲによって剥離ユニット３０に対する基板Ｗの搬出入が行われる。

スピンチャック３２は、基板Ｗの下面端縁部を把持することによって基板Ｗを略水平姿勢にて保持する。スピンチャック３２は、図外の回転駆動機構によって鉛直方向に沿った軸と中心として矢印ＡＲ４にて示すように回転される。スピンチャック３２が基板Ｗを保持しつつ回転することにより、その基板Ｗも水平面内にて回転する。

吐出ノズル３６は、スピンチャック３２の上方に設けられている。吐出ノズル３６は、図外の剥離液供給源から送給された剥離液をスピンチャック３２に保持された基板Ｗの上面中心部に吐出する。剥離液は、上記のドーパントを含む薄膜に対して腐食作用を有する薬液であり、本実施形態ではフッ酸（ＨＦ）を用いている。

カップ３５は、スピンチャック３２およびそれに保持される基板Ｗの周囲を取り囲むように設けられている。スピンチャック３２によって回転される基板Ｗの端縁部から飛散した剥離液はカップ３５によって回収される。

図５は、フラッシュ加熱ユニット４０の概略構成を示す図である。フラッシュ加熱ユニット４０は、薄膜が形成された基板Ｗの表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、薄膜に含まれるドーパントを基板Ｗの表面に拡散させるフラッシュ加熱部である。フラッシュ加熱ユニット４０は、筐体４１の内部に、載置台４４と、複数のフラッシュランプＦＬと、リフレクタ４５と、を備える。筐体４１には図示省略の開口部とシャッター機構とが設けられており、当該シャッター機構が開口部を開放している状態にて、主搬送ロボットＴＲによってフラッシュ加熱ユニット４０に対する基板Ｗの搬出入が行われる。

載置台４４は、筐体４１内にて基板Ｗを載置して保持する。載置台４４は、ヒータを内蔵しており、載置した基板Ｗを所定温度に加熱することができる。

複数のフラッシュランプＦＬは、載置台４４の上方に設けられている。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、載置台４４に保持される基板Ｗと平行となるように平面上に配列されている。各フラッシュランプ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０．０１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。フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行う電源回路のコイル定数によって調整することができる。

また、リフレクタ４５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４５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載置台４４の側に反射するというものである。

制御部９は、基板処理装置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９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９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９のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって基板処理装置１における処理が進行する。なお、図１においては、制御部９をインデクサ部ＩＤ内に示しているが、これに限定されるものではなく、基板処理装置１内の任意の位置に制御部９を設けることができる。

以上、基板処理装置１の全体概略構成について説明したが、基板処理装置１は他の種々の構成を備えていても良い。例えば、４つの処理ユニットを含む基板処理装置１の全体に窒素ガス（Ｎ_２）などの不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気を形成する雰囲気形成機構を備えるようにしても良い。このようにすれば、基板Ｗの表面酸化やドーパントを含む塗布液の変質を抑制することができる。また、薄膜焼成後またはフラッシュ加熱後の基板Ｗを冷却するための冷却ユニットを基板処理装置１に設けるようにしても良い。

次に、上記の構成を有する第１実施形態の基板処理装置１における基板処理動作について説明する。図６は、基板処理装置１における処理手順を示すフローチャートである。また、図７は、基板処理にともなう、基板Ｗの表面状態の変化を示す図である。以下に示す処理手順は、制御部９が基板処理装置１の各動作機構を制御することによって進行される。

まず、インデクサ部ＩＤの移載ロボットＩＲがキャリアＣから未処理の基板Ｗを取り出して受渡部８０に渡す。主搬送ロボットＴＲは、その基板Ｗを受渡部８０から受け取って塗布処理ユニット１０に搬入する。なお、キャリアＣに収納されている未処理の基板Ｗは、予め基板処理装置１の外部にて自然酸化膜（ＳｉＯ_２）が除去されて表面にシリコンが露出した半導体基板である。

塗布処理ユニット１０に搬入された基板Ｗはスピンチャック１２によって略水平姿勢にて保持される。基板Ｗは表面を上面に向けてスピンチャック１２に保持される。なお、基板Ｗの表面とは、デバイスパターンが形成される主面であり、裏面とはその反対側の主面である。

続いて、スピンチャック１２が回転を開始し、基板Ｗも水平面内にて所定の回転数にて回転する。次に、塗布ノズル１６から回転する基板Ｗの上面中心部にドーパントを含む塗布液を所定量吐出する。上述の通り、本実施形態ではドーパントを含む塗布液として、酸化ホウ素と有機バインダーと溶剤との混合液を用いており、その混合液が塗布ノズル１６から吐出される。基板Ｗの上面中心部に着液した塗布液は、基板Ｗの回転にともなう遠心力によって基板Ｗの周縁部へと拡がる。これにより、基板Ｗの表面全面にドーパントを含む塗布液が塗布されることとなる（ステップＳ１１）。基板Ｗの表面に塗布液が塗布された後、基板Ｗの回転が停止される。

次に、主搬送ロボットＴＲが塗布処理ユニット１０から基板Ｗを搬出してベークユニット２０に搬入する。ベークユニット２０に搬入された基板Ｗは、ホットプレート２２の上面に載置される。ホットプレート２２は予め所定温度に昇温されており、ホットプレート２２に載置された基板Ｗは当該所定温度に加熱される。また、基板Ｗの加熱中は、カバー２３が基板Ｗの上方を覆う。ドーパントを含む塗布液が塗布された基板Ｗが加熱されることによって塗布液中の溶剤が蒸発し、図７（ａ）に示すように、基板Ｗの表面にはドーパントを含む薄膜１０１が焼成される（ステップＳ１２）。

ステップＳ１１およびステップＳ１２の一連の薄膜形成工程によって基板Ｗの表面に形成される薄膜１０１の膜厚は、ドーパントを含む塗布液の粘度および塗布処理時の基板Ｗの回転数に依存しており、１００ｎｍから数１００ｎｍである。この膜厚は、ドーパントを含む分子が多数積層されていることによるものであり（単分子層であれば数ｎｍ）、上述の薄膜形成工程によって基板Ｗの表面にはドーパントを含む多分子層の薄膜１０１が形成されるのである。

所定時間の加熱処理によって基板Ｗの表面に薄膜１０１が焼成された後、第１実施形態では、主搬送ロボットＴＲがベークユニット２０から基板Ｗを搬出してフラッシュ加熱ユニット４０に搬入する。フラッシュ加熱ユニット４０に搬入された基板Ｗは、載置台４４の上面に載置される。載置台４４は、内蔵するヒータによって予め所定温度に昇温されており、載置台４４に載置された基板Ｗは当該所定温度に予備加熱（アシスト加熱）される。

そして、基板Ｗが所定の予備加熱温度に到達して所定時間が経過した時点にて、フラッシュランプＦＬから基板Ｗへ向けてフラッシュ光が照射されてフラッシュ加熱が実行される（ステップＳ１３）。フラッシュランプＦＬから照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０．０１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。このフラッシュ光照射によって、薄膜１０１を含む基板Ｗの表面は瞬間的に目標とする処理温度にまで上昇し、その後急速に上記の予備加熱温度にまで降温する。目標とする処理温度は、形成された薄膜の種類に依存しており、数１００℃から１２００℃である。

図７（ｂ）に示すように、矢印ＡＲ７１にて示す照射時間が極めて短く強度の強いフラッシュ光照射を受光して基板Ｗの表面が処理温度にまで上昇することによって、ドーパントを含む多分子層の薄膜１０１から基板Ｗの表層に向けてドーパントの拡散が生じる（矢印ＡＲ７２）。ここで、フラッシュ光の照射時間は、０．０１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下であるため、基板Ｗの表面におけるシリコンと薄膜１０１との界面が処理温度にまで上昇されている時間も極めて短い。このため、ドーパントの拡散距離も極めて短く、基板Ｗの表層の極めて浅い領域のみにドーパントを拡散させることができる。また、フラッシュ加熱によって、拡散したドーパントの活性化も行われる。

フラッシュ加熱処理が終了した後、主搬送ロボットＴＲがフラッシュ加熱ユニット４０から基板Ｗを搬出して受渡部８０に渡す。その後、移載ロボットＩＲが受渡部８０から処理済みの基板Ｗを受け取って所定のキャリアＣに格納する。このようにして、一連の不純物導入処理が完了する。

第１実施形態においては、基板Ｗの表面にドーパントを含む塗布液を塗布し、その基板Ｗを加熱することによって基板Ｗの表面にドーパントを含む多分子層の薄膜１０１を形成している。そして、多分子層の薄膜１０１が形成された基板Ｗの表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、薄膜１０１に含まれるドーパントを基板Ｗの表面に拡散させている。フラッシュ光の照射時間は、０．０１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下の極めて短時間であるため、薄膜１０１を含む基板Ｗの表面近傍が加熱されている時間は極めて短く、ドーパントの拡散距離も短くなって基板Ｗの表層の極めて浅い領域のみにドーパントを拡散させることができる。

また、照射時間の極めて短いフラッシュ光の照射によって加熱するようにすれば、薄膜１０１の膜厚にバラツキがあったとしても、シリコンとの界面近傍のドーパントのみが基板Ｗの表層に拡散することとなるため、ドーパントを均一に拡散させることができる。

また、第１実施形態のようにすれば、塗布および焼成処理によって基板Ｗの表面に比較的厚い薄膜１０１を形成しているため、非特許文献１に開示される如き単分子層を形成した場合に必要なＳｉＯ_２のキャップ層を形成せずとも、ドーパントの基板Ｗとは反対側への抜けを防止することができる。

また、図６に示したステップＳ１１からステップＳ１３の各工程の処理時間は、長くても数分程度であり、非特許文献１に開示の技術（２．５時間）に比較して顕著に短い処理時間にてドーパントを基板Ｗの表層に拡散させることができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の基板処理装置の構成は第１実施形態と全く同じである。図８は、第２実施形態における処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態が第１実施形態と相違するのは、基板Ｗの表面にドーパントを含む薄膜１０１を形成した後に、その薄膜１０１の一部を剥離する処理を行う点である。以下に示す処理手順は、制御部９が基板処理装置１の各動作機構を制御することによって進行される。

まず、ステップＳ２１の塗布処理およびステップＳ２２の焼成処理は第１実施形態のステップＳ１１およびステップＳ１２と同じである。すなわち、移載ロボットＩＲがキャリアＣから取り出した未処理の基板Ｗを受渡部８０を介して主搬送ロボットＴＲが受け取り、塗布処理ユニット１０に搬入する。塗布処理ユニット１０では、回転する基板Ｗの表面にドーパントを含む塗布液を吐出して拡布し、基板Ｗの表面全面に塗布液を塗布する。

次に、主搬送ロボットＴＲが塗布処理ユニット１０からベークユニット２０に基板Ｗを搬送する。ベークユニット２０では、基板Ｗを加熱して塗布液中の溶剤を蒸発させ、基板Ｗの表面にドーパントを含む多分子層の薄膜１０１を焼成する。

第２実施形態では、基板Ｗの表面に薄膜１０１が形成された後、主搬送ロボットＴＲがベークユニット２０から基板Ｗを搬出して剥離ユニット３０に搬入する。剥離ユニット３０に搬入された基板Ｗはスピンチャック３２によって表面を上面に向けて保持される。続いて、スピンチャック３２が回転を開始し、基板Ｗも水平面内にて所定の回転数にて回転する。

次に、吐出ノズル３６から回転する基板Ｗの上面中心部に剥離液を吐出する。剥離液としては例えばフッ酸を用いる。基板Ｗの上面中心部に着液した剥離液は、基板Ｗの回転にともなう遠心力によって基板Ｗの周縁部へと拡がる。これにより、基板Ｗの表面全面が剥離液によって覆われることとなる。そして、剥離液によって薄膜１０１の表層側（基板Ｗとの界面との反対側）のエッチングが進行し、腐食部分が除去される。

回転する基板Ｗの表面への剥離液の吐出を開始してから所定時間が経過した時点で、剥離液の吐出を停止するとともに基板Ｗの回転も停止する。これにより、薄膜１０１の表層側の一部が剥離されて所定厚さの薄膜１０１が基板Ｗの表面に残留することとなる（ステップＳ２３）。基板Ｗの表面に残留させる薄膜１０１の厚さは数１０ｎｍとすればよい。なお、剥離処理が終了した後に、純水によって基板Ｗの表面から剥離液を洗い流すリンス処理を実行するようにしても良い。

第２実施形態においては、上述の剥離処理が終了した後、主搬送ロボットＴＲが剥離ユニット３０から基板Ｗを搬出してフラッシュ加熱ユニット４０に搬入する。フラッシュ加熱ユニット４０では、第１実施形態と同様のフラッシュ加熱処理が行われる。すなわち、基板Ｗの表面に照射時間が０．０１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下の強度の強いフラッシュ光を照射することにより、ドーパントを含む多分子層の薄膜１０１から基板Ｗの表層に向けてドーパントを拡散させる（ステップＳ２４）。

第２実施形態においても、多分子層の薄膜１０１が形成された基板Ｗの表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、薄膜１０１に含まれるドーパントを基板Ｗの表面に拡散させている。フラッシュ光の照射時間は、０．０１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下の極めて短時間であるため、薄膜１０１を含む基板Ｗの表面近傍が加熱されている時間は極めて短く、ドーパントの拡散距離も短くなって基板Ｗの表層の極めて浅い領域のみにドーパントを拡散させることができる。

特に、第２実施形態においては、ドーパントを含む多分子層の薄膜１０１の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜１０１を基板Ｗの表面に残留させた状態にてフラッシュ加熱を行っている。このため、フラッシュ光照射時の薄膜１０１の厚さは一定となり、フラッシュランプＦＬの発光条件を一定にすれば、基板Ｗの表層に均一かつ安定したドーパントの拡散を行うことができる。

また、図８に示したステップＳ２１からステップＳ２４の各工程の処理時間は、長くても数分程度であり、非特許文献１に開示の技術に比較して顕著に短い処理時間にてドーパントを基板Ｗの表層に拡散させることができる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、基板処理装置１の構成は図１に限定されるものではなく、少なくとも薄膜形成およびフラッシュ加熱を行うユニットを備えた構成であれば良い。

また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。

また、フラッシュ加熱に代えて、１秒未満の短時間の加熱が行える熱処理、例えばレーザアニールを用いるようにしても良い。１秒未満の短時間の加熱であれば、上記各実施形態と同様に、ドーパントの拡散距離が短くなって基板Ｗの表層の極めて浅い領域のみにドーパントを拡散させることができる。

また、フラッシュランプＦＬに電力供給を行う回路にＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を組み込み、フラッシュランプＦＬに供給する電流を断続することによってフラッシュ光の照射時間を自在に調整するようにしても良い。フラッシュ光の照射時間を調整することにより、ドーパントの拡散を制御することができる。

また、フラッシュ加熱ユニット４０における基板Ｗの予備加熱は載置台４４に内蔵されたヒータによるものに限定されず、例えばハロゲンランプから光照射によって行うようにしても良い。或いは、目標とする処理温度が低い場合であれば、予備加熱は必ずしも必須ではない。

また、ドーパントを含む塗布液としては、酸化ホウ素と有機バインダーと溶剤との混合液に限定されるものではなく、導入するドーパントの種類（例えば、リン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ））に応じて適宜のものを選択することができる。

１基板処理装置
９制御部
１０塗布処理ユニット
２０ベークユニット
３０剥離ユニット
４０フラッシュ加熱ユニット
８０受渡部
ＦＬフラッシュランプ
ＩＤインデクサ部
ＩＲ移載ロボット
ＭＰユニット配置部
ＴＲ主搬送ロボット
Ｗ基板

Claims

基板の表面にドーパントを導入する基板処理方法であって、
基板の表面にドーパントを含む塗布液を塗布し、多分子層の薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜を形成した基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、前記薄膜に含まれるドーパントを基板の表面に拡散させるフラッシュ加熱工程と、
を備えることを特徴とする基板処理方法。
請求項１記載の基板処理方法において、
前記フラッシュ加熱工程の前に、前記薄膜の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜を基板の表面に残留させる剥離工程をさらに備えることを特徴とする基板処理方法。
基板の表面にドーパントを導入する基板処理装置であって、
基板の表面にドーパントを含む塗布液を塗布する塗布処理部と、
前記塗布液が塗布された基板を加熱し、ドーパントを含む多分子層の薄膜を基板の表面に形成する焼成処理部と、
前記薄膜が形成された基板の表面にフラッシュ光を照射して加熱することにより、前記薄膜に含まれるドーパントを基板の表面に拡散させるフラッシュ加熱部と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
請求項３記載の基板処理装置において、
前記フラッシュ光を照射する前に、前記薄膜の一部を剥離することによって所定厚さの薄膜を基板の表面に残留させる剥離処理部をさらに備えることを特徴とする基板処理装置。