JP2022037415A

JP2022037415A - Annealing processing method, fine three-dimensional structure formation method, and fine three-dimensional structure

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Publication number: JP2022037415A
Application number: JP2020141542A
Authority: JP
Inventors: 義明金森; Yoshiaki Kanamori; 吉之中山; Yoshiyuki Nakayama; 貴史千葉; Takashi Chiba; 昌男寺田; Masao Terada; 健吾濱田; Kengo Hamada; 史朗原; Shiro Hara; ソマワンクンプアン; Somawang Kumpuan; 夕起石田; Yuki Ishida; 和重佐藤; Kazue Sato; 宏幸田中; Hiroyuki Tanaka
Original assignee: Tohoku University NUC; Sakaguchi Dennetsu KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: Tohoku University NUC; Sakaguchi Dennetsu KK; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2022-03-09

Abstract

To provide an annealing processing method having a short cycle time, a fine three-dimensional structure whose surface is smoothed by annealing processing, and a forming method thereof.SOLUTION: An annealing processing device 1 can heat a wafer W in a short time by laser heating to a high temperature, for example, 1000°C or higher within one second. Further, since the wafer is intensively heated by laser heating and the heating of a peripheral member such as a chamber 11 is suppressed, a time required for raising and lowering the temperature, particularly the temperature lowering is short, and a cycle time of annealing processing is short. A wafer with a diameter of 4 inches or less has a small volume, such that a time required for raising and lowering the temperature, especially the temperature lowering can be shortened.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザ加熱によるアニール処理方法と、アニール処理による微細立体構造形成方法と微細立体構造に関する。 The present invention relates to an annealing treatment method by laser heating, a fine three-dimensional structure forming method by an annealing treatment, and a fine three-dimensional structure.

高温状態におけるＳｉ結晶表面では、原子の表面自己拡散が活発になる。特に、水素雰囲気下、またはアルゴン（不活性ガス）雰囲気下で高温加熱（水素アニール処理、またはアルゴンアニール処理。以下、アニール処理ともいう）することにより、Ｓｉの融点（１４１４℃）以下の温度でも、Ｓｉ原子は表面エネルギーの高い状態から低い状態へ移動することが知られている。すなわち、アニール処理により、Ｓｉ原子は、表面積を小さくする方向へ移動し、結晶表面は平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）して、面が平坦化（ｆｌａｔｔｅｎｉｎｇ）するとともに、角が丸くなる（ｒｏｕｎｄｉｎｇ）。 On the surface of Si crystals at high temperature, the surface self-diffusion of atoms becomes active. In particular, by high-temperature heating (hydrogen annealing treatment or argon annealing treatment, hereinafter also referred to as annealing treatment) in a hydrogen atmosphere or an argon (inert gas) atmosphere, even at a temperature below the melting point of Si (1414 ° C.). , Si atoms are known to move from a high surface energy state to a low surface energy state. That is, by the annealing treatment, the Si atom moves in the direction of reducing the surface area, the crystal surface is smoothed, the surface is flattened, and the corners are rounded.

アニール処理を施すことにより、表面に無欠陥層を生成したアニールシリコンウエハが知られている。アニール処理は、石英製のチャンバー内に被処理物を載置し、チャンバーの外部に設置したヒータを用いてチャンバーごと加熱することにより行われている。ヒータを利用してチャンバーごと加熱するアニール処理は、昇温、降温に時間がかかるため、チャンバー内にシリコンウエハを載置し、アニール処理を行い、チャンバーからシリコンウエハを取り出すまでのサイクルタイムが長いという問題がある。
さらに、水素ガスは、高温になるほど速い速度で石英をエッチングする作用を有しているため、水素アニール中に石英（チャンバー）がエッチングされ、石英中に含まれる微量の金属不純物が、ウエハを汚染してしまう場合がある。この汚染を防ぐために、例えば、特許文献１には、石英ガラス質熱処理用治具を、使用する前にフッ化水素酸溶液でエッチングする方法、特許文献２には、ウエハ載置部とチャンバーの間に隔壁を設け、水素ガスに運ばれる不純物とウエハとの接触を抑える方法、特許文献３には、１１００～１３００℃で熱処理を行なった後、水素ガス濃度が２５％未満のエッチングが生じない雰囲気下で１０００℃以下の温度まで降温する方法、が提案されている。
しかし、半導体デバイスの微細化が進むにつれて、これらの方法では不純物濃度低減の要求に対応することが困難となっている。 Annealed silicon wafers in which a defect-free layer is formed on the surface by subjecting an annealing treatment are known. The annealing treatment is performed by placing the object to be treated in a quartz chamber and heating the entire chamber using a heater installed outside the chamber. Since it takes time to raise and lower the temperature in the annealing process that heats the entire chamber using a heater, it takes a long cycle time to place the silicon wafer in the chamber, perform the annealing process, and remove the silicon wafer from the chamber. There is a problem.
Furthermore, since hydrogen gas has the effect of etching quartz at a higher speed as the temperature rises, the quartz (chamber) is etched during hydrogen annealing, and trace metal impurities contained in the quartz contaminate the wafer. It may happen. In order to prevent this contamination, for example, Patent Document 1 describes a method of etching a silica glass heat treatment jig with a hydrofluoric acid solution before use, and Patent Document 2 describes a wafer mounting portion and a chamber. A method for suppressing contact between impurities carried by hydrogen gas and a wafer by providing a partition between them, Patent Document 3 states that after heat treatment at 1100 to 1300 ° C., etching with a hydrogen gas concentration of less than 25% does not occur. A method of lowering the temperature to a temperature of 1000 ° C. or lower in an atmosphere has been proposed.
However, as the miniaturization of semiconductor devices progresses, it becomes difficult for these methods to meet the demand for reducing the impurity concentration.

特開平１０－１１４５３２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-114532 特開２００１－００７０３６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-007036 特開２００３－３３２３４３号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-332343

サイクルタイムが短いアニール処理方法と、表面が平滑化した微細立体構造とその形成方法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide an annealing method having a short cycle time, a fine three-dimensional structure having a smoothed surface, and a method for forming the fine three-dimensional structure.

本発明の課題を解決するための手段は、以下の通りである。
１．シリコンウエハに対し、水素雰囲気下、またはアルゴン雰囲気下で、内接円の直径が前記シリコンウエハの直径の１．０倍以上１．２倍以下であるレーザを照射してアニール処理を施すことを特徴とするアニール処理方法。
２．前記シリコンウエハ上面の表面粗さ（ＲＭＳ）を１．５ｎｍ以下とすることを特徴とする１．に記載のアニール処理方法。
３．前記シリコンウエハを１０００℃以上に加熱することを特徴とする１．または２．に記載のアニール処理方法。
４．水素ガス圧力が１０ｋＰａ以上の条件下で行うことを特徴とする１．～３．のいずれかに記載のアニール処理方法。
５．前記シリコンウエハの直径が、４インチ以下であることを特徴とする１．～４．のいずれかに記載のアニール処理方法。
６．金属製のチャンバー内で行うことを特徴とする１．～５．のいずれかに記載のアニール処理方法。
７．ガス流量が、チャンバーの体積（Ｖ）に対して０．１Ｖ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする１．～６．のいずれかに記載のアニール処理方法。
８．微細凹部が形成されたシリコンウエハに対し、１．～７．のいずれかに記載のアニール処理方法を施し、
前記微細凹部壁面の表面粗さ（ＲＭＳ）を、１．５ｎｍ以下とすることを特徴とする微細立体構造形成方法。
９．前記微細凹部の上縁角の曲率半径を、０．９μｍ以上とすることを特徴とする８．に記載の微細立体構造形成方法。
１０．前記微細凹部の底縁角の曲率半径を、１．４μｍ以上とすることを特徴とする８．または９．に記載の微細立体構造形成方法。
１１．前記微細凹部が、前記シリコンウエハを貫通していることを特徴とする８．または９．に記載の微細立体構造形成方法。
１２．シリコンウエハ上に微細凹部が形成されており、
前記微細凹部壁面の表面粗さ（ＲＭＳ）が、１．５ｎｍ以下であることを特徴とする微細立体構造。
１３．前記微細凹部の上縁角が、曲率半径０．９μｍ以上であることを特徴とする１２．に記載の微細立体構造。
１４．前記微細凹部の底縁角が、曲率半径１．４μｍ以上であることを特徴とする１２．または１３．に記載の微細立体構造。
１５．前記微細凹部が、前記シリコンウエハを貫通していることを特徴とする１２．または１３．に記載の微細立体構造。 The means for solving the problem of the present invention is as follows.
1. 1. The silicon wafer is annealed by irradiating the silicon wafer with a laser having an inscribed circle diameter of 1.0 times or more and 1.2 times or less the diameter of the silicon wafer under a hydrogen atmosphere or an argon atmosphere. Characterized annealing method.
2. 2. 1. The surface roughness (RMS) of the upper surface of the silicon wafer is 1.5 nm or less. The annealing treatment method described in 1.
3. 3. 1. The silicon wafer is heated to 1000 ° C. or higher. Or 2. The annealing treatment method described in 1.
4. 1. The hydrogen gas pressure is 10 kPa or more. ~ 3. The annealing treatment method according to any one of.
5. 1. The diameter of the silicon wafer is 4 inches or less. ~ 4. The annealing treatment method according to any one of.
6. It is characterized by performing in a metal chamber. ~ 5. The annealing treatment method according to any one of.
7. 1. The gas flow rate is 0.1 V / min or less with respect to the volume (V) of the chamber. ~ 6. The annealing treatment method according to any one of.
8. For a silicon wafer on which fine recesses are formed, 1. ~ 7. Apply the annealing treatment method described in any of
A method for forming a fine three-dimensional structure, characterized in that the surface roughness (RMS) of the wall surface of the fine recess is 1.5 nm or less.
9. 8. The radius of curvature of the upper edge angle of the fine recess is 0.9 μm or more. The method for forming a fine three-dimensional structure according to the above.
10. 8. The radius of curvature of the bottom edge angle of the fine recess is 1.4 μm or more. Or 9. The method for forming a fine three-dimensional structure according to the above.
11. 8. The fine recess penetrates the silicon wafer. Or 9. The method for forming a fine three-dimensional structure according to the above.
12. Fine recesses are formed on the silicon wafer,
A fine three-dimensional structure characterized in that the surface roughness (RMS) of the fine concave wall surface is 1.5 nm or less.
13. 12. The upper edge angle of the fine recess has a radius of curvature of 0.9 μm or more. The fine three-dimensional structure described in.
14. 12. The bottom edge angle of the fine recess is 1.4 μm or more in radius of curvature. Or 13. The fine three-dimensional structure described in.
15. 12. The fine recess penetrates the silicon wafer. Or 13. The fine three-dimensional structure described in.

本発明のアニール処理方法は、レーザ加熱によりウエハを短時間で高温に、例えば、１秒以内で１０００℃以上に加熱することができる。また、本発明のアニール処理方法は、レーザ加熱によりウエハを集中的に加熱し、チャンバー等の周辺部材の加熱が抑えられるため、昇温と降温、特に、降温にかかる時間が短く、アニール処理のサイクルタイムが短い。直径が４インチ以下のウエハは、体積が小さいため、昇温と降温、特に、降温にかかる時間を短くすることができる。
本発明のアニール処理方法は、チャンバー等の加熱が抑えられているため、汚染物質の放出が少なく、ウエハの汚染を抑えることができる。また、本発明のアニール処理方法は、汚染物質の放出が抑えられているため、金属製のチャンバー内でも行うことができる。
本発明のアニール処理方法により、表面が平滑化した、面が平坦で、角が丸みを帯びている微細立体構造を形成することができる。 In the annealing treatment method of the present invention, the wafer can be heated to a high temperature in a short time by laser heating, for example, to 1000 ° C. or higher within 1 second. Further, in the annealing treatment method of the present invention, the wafer is intensively heated by laser heating, and the heating of peripheral members such as a chamber is suppressed. The cycle time is short. Since a wafer having a diameter of 4 inches or less has a small volume, it is possible to shorten the time required for raising and lowering the temperature, particularly, lowering the temperature.
In the annealing treatment method of the present invention, since the heating of the chamber and the like is suppressed, the emission of contaminants is small, and the contamination of the wafer can be suppressed. Further, since the annealing treatment method of the present invention suppresses the release of contaminants, it can also be performed in a metal chamber.
By the annealing treatment method of the present invention, it is possible to form a fine three-dimensional structure having a smooth surface, a flat surface, and rounded corners.

アニール処理装置の一例の概略図。The schematic diagram of an example of an annealing processing apparatus. アニール処理装置によるウエハ下面への赤外線レーザ照射時の状態を（Ａ）下方から（Ｂ）側方から見た一例の模式図。FIG. 6 is a schematic view of an example of a state when an infrared laser is irradiated to the lower surface of a wafer by an annealing treatment device (A) from below (B) from the side. 水素アニール処理前の微細凹部の上縁角の電子顕微鏡画像。An electron microscope image of the upper edge angle of the fine recess before hydrogen annealing. 標準条件での水素アニール処理後の微細凹部の上縁角の電子顕微鏡画像。Electron micrograph of the upper edge angle of the fine recess after hydrogen annealing under standard conditions. 水素アニール処理の温度に対する、表面粗さ（ＲＭＳ）と上縁角の曲率半径の値を示す図。The figure which shows the value of the surface roughness (RMS) and the radius of curvature of the upper edge angle with respect to the temperature of a hydrogen annealing treatment. 水素アニール処理の水素圧力に対する、表面粗さ（ＲＭＳ）と上縁角の曲率半径の値を示す図。The figure which shows the value of the surface roughness (RMS) and the radius of curvature of the upper edge angle with respect to the hydrogen pressure of a hydrogen annealing process.

・アニール処理方法
本発明のアニール処理方法は、シリコンウエハに対し、水素雰囲気下、またはアルゴン雰囲気下で、内接円の直径がシリコンウエハの直径の１．０倍以上１．２倍以下であるレーザを照射してアニール処理を施すことを特徴とする。
本発明のアニール処理方法は、レーザを、シリコンウエハ（以下、ウエハともいう）に照射することにより、ウエハを短時間で高温に、例えば、１秒以内で１０００℃以上に加熱することができるため、昇温にかかる時間を大幅に短くすることができ、サイクルタイムを短縮することができる。また、本発明のアニール処理方法は、ウエハを集中的に加熱し、チャンバー等の周辺部材が高温となることを抑えられるため、特に、降温にかかる時間が短く、サイクルタイムを短縮することができる。 Annealing method In the annealing method of the present invention, the diameter of the inscribed circle is 1.0 times or more and 1.2 times or less the diameter of the silicon wafer in a hydrogen atmosphere or an argon atmosphere with respect to the silicon wafer. It is characterized in that it is irradiated with a laser and subjected to annealing treatment.
In the annealing treatment method of the present invention, a silicon wafer (hereinafter, also referred to as a wafer) is irradiated with a laser, so that the wafer can be heated to a high temperature in a short time, for example, 1000 ° C. or higher within 1 second. , The time required for temperature rise can be significantly shortened, and the cycle time can be shortened. Further, in the annealing treatment method of the present invention, the wafer is heated intensively and the temperature of peripheral members such as a chamber can be suppressed from becoming high, so that the time required for lowering the temperature is particularly short and the cycle time can be shortened. ..

以下、本発明のアニール処理方法を、ミニマルファブ装置を用いて説明する。なお、ミニマルファブ装置とは、直径０．５インチ（１２．５ｍｍ）のウエハを用いる局所クリーン化した超小型デバイス生産システム（ミニマルファブ：特許第５３６１００２号公報、特許第５７８０５３１号公報等参照）を構成する装置である。
ミニマルファブ装置は、直径が０．５インチ（１２．５ｍｍ）のウエハを取り扱うものであるが、本発明のアニール処理方法が処理するウエハの直径は０．５インチに限定されず、直径が１０ｍｍのものから４５０ｍｍ、もしくはそれ以上のものまでを対象とすることができる。ただし、ウエハの直径は１０ｍｍ以上４インチ以下であることが好ましく、３インチ以下であることがより好ましく、２インチ以下であることが更に好ましい。ウエハの直径が小さいと、ウエハの体積が小さくなるため、昇温と降温、特に降温にかかる時間が短くなり、サイクルタイムを短くすることができる。なお、ウエハの直径が４インチを超えても、アニール処理後にクリーン化した窒素ガスを大量に流す等により、降温にかかる時間を短くすることができる。 Hereinafter, the annealing treatment method of the present invention will be described using a minimal fab apparatus. The minimal fab device is a locally cleaned ultra-small device production system using a wafer having a diameter of 0.5 inch (12.5 mm) (see Minimal Fab: Japanese Patent No. 5361002, Japanese Patent No. 5780531 etc.). It is a constituent device.
The minimal fab device handles a wafer having a diameter of 0.5 inch (12.5 mm), but the diameter of the wafer processed by the annealing treatment method of the present invention is not limited to 0.5 inch, and the diameter is 10 mm. It is possible to target from one to 450 mm or more. However, the diameter of the wafer is preferably 10 mm or more and 4 inches or less, more preferably 3 inches or less, and further preferably 2 inches or less. When the diameter of the wafer is small, the volume of the wafer is small, so that the time required for raising and lowering the temperature, particularly the temperature lowering, is shortened, and the cycle time can be shortened. Even if the diameter of the wafer exceeds 4 inches, the time required for lowering the temperature can be shortened by flowing a large amount of nitrogen gas cleaned after the annealing treatment.

図１に、ミニマルファブ装置であるアニール処理装置１の一例の概略図を示す。
アニール処理装置１は、レーザ加熱処理を行うチャンバー１１を有し、このチャンバー１１内にホルダ１２が固定されている。ホルダ１２は、等間隔に設けられた６本のアーム１３を備え、このアーム１３がハーフインチサイズのシリコンウエハＷを支持している。
チャンバー１１には、給気ライン１４、排気ライン１５が接続されている。給気ライン１４は、その上流に図示せぬ流量計を備え、水素とアルゴンとを、任意の量、任意の比率で給気することができる。チャンバー１１には、圧力測定センサ（図示せず）が接続されている。また、チャンバー１１には、窒素ガス供給ライン、ウエハＷの表面状態を視認または撮影するための窓、ウエハ表面の温度を測定するための放射温度計の熱線透過窓等を設けることができる。 FIG. 1 shows a schematic view of an example of an annealing processing device 1 which is a minimal fab device.
The annealing treatment device 1 has a chamber 11 for performing laser heat treatment, and a holder 12 is fixed in the chamber 11. The holder 12 includes six arms 13 provided at equal intervals, and the arms 13 support a half-inch size silicon wafer W.
An air supply line 14 and an exhaust line 15 are connected to the chamber 11. The air supply line 14 is provided with a flow meter (not shown) upstream of the air supply line 14, and can supply hydrogen and argon in an arbitrary amount and at an arbitrary ratio. A pressure measurement sensor (not shown) is connected to the chamber 11. Further, the chamber 11 may be provided with a nitrogen gas supply line, a window for visually recognizing or photographing the surface state of the wafer W, a heat ray transmitting window of a radiation thermometer for measuring the temperature of the wafer surface, and the like.

チャンバー１１は、ステンレス製であり、ウエハＷを出し入れするためのゲート（図示せず）と、石英製の透過窓１１１を有する。透過窓の材質としては、使用するレーザの波長に対する透過率が９０％以上の材質であれば特に限定されず、石英のほかに、ＢａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、サファイア、ＺｎＳｅ、ガラス等を用いることができる。 The chamber 11 is made of stainless steel and has a gate (not shown) for loading and unloading the wafer W and a transparent window 111 made of quartz. The material of the transmission window is not particularly limited as long as it has a transmittance of 90% or more with respect to the wavelength of the laser used, and in addition to quartz, BaF ₂ , MgF ₂ , CaF ₂ , sapphire, ZnSe, glass, etc. are used. Can be used.

本発明のアニール処理方法は、レーザでウエハを集中的、効率的に加熱するものであり、チャンバー等の周辺部材の加熱が抑えられる。例えば、図１に示すアニール処理装置を用いて、レーザを照射し続け、ウエハを１時間１０００℃以上に加熱した後であっても、チャンバーの温度は１００℃程度である。本発明のアニール処理方法は、チャンバーの加熱が抑えられているため、ステンレス製チャンバーからの金属原子等の汚染物質の放出が抑制される。また、石英製チャンバーを利用した場合も、石英のエッチングによる汚染物質の放出を抑えることができる。そのため、本発明のアニール処理方法において、チャンバーの材質は特に制限されず、ステンレス、アルミニウム等の金属、石英、ガラス等を用いることができ、これらの中で安価で加工が容易であり、大型のチャンバーも作製することができるため、ステンレス、アルミニウム等の金属が好ましい。また、本発明のアニール処理方法は、チャンバーの加熱が抑えられるため、必要に応じてチャンバーに放熱板を設ける程度で十分であり、水冷や空冷等の冷却装置を設ける必要性は小さい。 In the annealing treatment method of the present invention, the wafer is intensively and efficiently heated by a laser, and heating of peripheral members such as a chamber can be suppressed. For example, even after the wafer is heated to 1000 ° C. or higher for 1 hour by continuously irradiating the laser using the annealing treatment device shown in FIG. 1, the temperature of the chamber is about 100 ° C. In the annealing treatment method of the present invention, the heating of the chamber is suppressed, so that the release of contaminants such as metal atoms from the stainless steel chamber is suppressed. Further, even when a quartz chamber is used, it is possible to suppress the release of pollutants due to the etching of quartz. Therefore, in the annealing treatment method of the present invention, the material of the chamber is not particularly limited, and metals such as stainless steel and aluminum, quartz, glass and the like can be used. Since a chamber can also be manufactured, a metal such as stainless steel or aluminum is preferable. Further, in the annealing treatment method of the present invention, since the heating of the chamber is suppressed, it is sufficient to provide a heat sink in the chamber as needed, and it is not necessary to provide a cooling device such as water cooling or air cooling.

ここで、従来、アニール処理は、加熱されたチャンバー等から放出された汚染物質をチャンバー内から取り除くために、大量のガスを流しながら行われていた。本発明のアニール処理方法は、チャンバー等の周辺部材から放出される汚染物質の量が非常に少ないため、ガス流量を少なくすることができる。本発明のアニール処理において、ガス流量は、チャンバーの体積をＶとして、０．１Ｖ／ｍｉｎ以下であることが好ましく、０．０５Ｖ／ｍｉｎ以下であることがより好ましく、０．０３Ｖ／ｍｉｎ以下であることが更に好ましく、０．０１Ｖ／ｍｉｎ以下であることが最も好ましい。なお、ウエハＷを支持するアーム１３は、アニール処理時にウエハＷから熱が伝わり高温となってしまう場合がある。アーム１３から放出されるおそれのある汚染物質が、ウエハＷに到達することを防ぐために、ウエハＷは、ガスの給気箇所と排気箇所の間に位置することが好ましい。 Here, conventionally, the annealing treatment has been performed while flowing a large amount of gas in order to remove the contaminants released from the heated chamber or the like from the inside of the chamber. In the annealing treatment method of the present invention, the amount of pollutants released from peripheral members such as chambers is very small, so that the gas flow rate can be reduced. In the annealing treatment of the present invention, the gas flow rate is preferably 0.1 V / min or less, more preferably 0.05 V / min or less, and 0.03 V / min or less, where V is the volume of the chamber. It is more preferably present, and most preferably 0.01 V / min or less. The arm 13 that supports the wafer W may receive heat from the wafer W during the annealing process and become hot. The wafer W is preferably located between the gas supply and exhaust points in order to prevent contaminants that may be released from the arm 13 from reaching the wafer W.

アニール処理装置１は、その頂点位置がアーム１３の下面に位置する正六角形のレーザ光Ｌａを照射するレーザ光照射装置１６ａと、ウエハＷの外周縁部のみを照射する円環状（リング状）のレーザ光Ｌｂを照射するレーザ光照射装置１６ｂを有する。
レーザ光照射装置１６ａ、ｂは、少なくとも半導体レーザ発振器と、レーザ光の形状を調整する光学系を備える。半導体レーザ発振器は、連続発振高出力半導体レーザ発振器やパルス発振する公知の半導体レーザ発振器等を採用することができる。レーザ光の波長は、ウエハを加熱できる波長であれば特に限定されず、例えば、４００ｎｍ～１６００ｎｍ（可視光～赤外線）が好ましく、７８０ｎｍ～１２００ｎｍ（赤外線）であることがより好ましく、８００ｎｍ～１０００ｎｍがさらに好ましい。
半導体レーザ発振器にて発生したレーザ光は、非球面レンズやロッドレンズ等の各種レンズ、ホモジナイザ、エキスパンダ等の複数の光学素子を備える光学系により、所定の形状に整形された均一なレーザ光Ｌａ、Ｌｂに調整される。また、カメラでウエハＷの位置を確認し、ウエハＷの位置に合わせてレーザの照射位置を、光学系または駆動系（図示せず）により調整することもできる。 The annealing treatment device 1 includes a laser beam irradiation device 16a that irradiates a regular hexagonal laser beam La whose apex position is located on the lower surface of the arm 13, and an annular shape (ring shape) that irradiates only the outer peripheral edge portion of the wafer W. It has a laser beam irradiating device 16b that irradiates the laser beam Lb.
The laser beam irradiation devices 16a and 16b include at least a semiconductor laser oscillator and an optical system for adjusting the shape of the laser beam. As the semiconductor laser oscillator, a continuously oscillating high-power semiconductor laser oscillator, a known semiconductor laser oscillator that oscillates in a pulse, or the like can be adopted. The wavelength of the laser beam is not particularly limited as long as it can heat the wafer, and is preferably 400 nm to 1600 nm (visible light to infrared rays), more preferably 780 nm to 1200 nm (infrared rays), and 800 nm to 1000 nm. More preferred.
The laser beam generated by the semiconductor laser oscillator is a uniform laser beam La shaped into a predetermined shape by an optical system equipped with various lenses such as aspherical lenses and rod lenses, and a plurality of optical elements such as homogenizers and expanders. , Lb is adjusted. Further, it is also possible to confirm the position of the wafer W with a camera and adjust the laser irradiation position according to the position of the wafer W by an optical system or a drive system (not shown).

レーザ光照射装置１６ａ、ｂのそれぞれから出射した２つのレーザ光ＬａとＬｂは、バンドパスフィルター１７により１つのレーザ光として重ね合わせられて、透過窓１１１を通してウエハＷの下面に照射される。この１つのレーザ光は、ウエハＷの下面に対して垂直に照射することが好ましいが、均一に照射可能な範囲において、ウエハＷの下面に対して斜めに照射することもできる。
バンドパスフィルター１７によって２つのレーザ光を１つのレーザ光とする場合、一方のレーザ光の波長と他方のレーザ光の波長とは３０ｎｍ以上異なることが好ましい。なお、バンドパスフィルターと同様の作用を示す材料として、ダイクロイックミラー、ショートパスフィルター等を使用することもできる。また、１つのレーザ光源からのレーザ光を、ビームスプリッター等で分割した後、別々の光学系で形状を整えた後に、１つのレーザ光に重ね合わせることもできる。 The two laser beams La and Lb emitted from each of the laser beam irradiation devices 16a and b are superposed as one laser beam by the bandpass filter 17, and are irradiated on the lower surface of the wafer W through the transmission window 111. It is preferable that this one laser beam irradiates the lower surface of the wafer W perpendicularly, but it is also possible to irradiate the lower surface of the wafer W diagonally within a range in which uniform irradiation is possible.
When two laser beams are combined into one laser beam by the bandpass filter 17, it is preferable that the wavelength of one laser beam and the wavelength of the other laser beam differ by 30 nm or more. A dichroic mirror, a short pass filter, or the like can also be used as a material having the same effect as the band pass filter. Further, it is also possible to split the laser beam from one laser light source by a beam splitter or the like, adjust the shape by separate optical systems, and then superimpose the laser beam on one laser beam.

チャンバー１１の外部には、ウエハＷの下面に対して斜方から向けられた、ウエハの中央部の温度を測定する放射温度計１８ａと、ウエハの外周縁部の温度を測定する放射温度計１８ｂが設けられている。放射温度計１８ａ、ｂは、透過窓１１１を通してウエハＷ下面の温度を測定しているが、透過窓１１１とは別の熱線透過窓を設けることもできる。放射温度計１８ａ、ｂは、公知のものを用いることができる。なお、放射温度計は、ウエハＷの上面の温度を測定するように設けることもでき、ウエハＷの下面と上面の両方の温度を測定するように設けることもできる。
アニール処理装置１は、この放射温度計１８ａと１８ｂにより、ウエハＷ下面の中央部と外周縁部の温度を同時に測定しながら、放射温度計１８ａと１８ｂのいずれか、または両方における測定値と目標とする温度を基にして、ウエハＷ下面の温度が均一、かつ目標とする温度になるように、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行い、赤外線レーザ光Ｌａ、Ｌｂのいずれか、または両方の強度を調整することができる。アニール処理装置１は、２本のレーザ光の強度を調整することにより、より厳密な温度制御が可能である。 Outside the chamber 11, a radiation thermometer 18a for measuring the temperature at the center of the wafer and a radiation thermometer 18b for measuring the temperature at the outer peripheral edge of the wafer, which are directed obliquely with respect to the lower surface of the wafer W. Is provided. Although the radiation thermometers 18a and b measure the temperature of the lower surface of the wafer W through the transmission window 111, a heat ray transmission window different from the transmission window 111 may be provided. As the radiation thermometers 18a and b, known ones can be used. The radiation thermometer may be provided so as to measure the temperature of the upper surface of the wafer W, or may be provided so as to measure the temperature of both the lower surface and the upper surface of the wafer W.
The annealing treatment device 1 simultaneously measures the temperature of the central portion and the outer peripheral edge portion of the lower surface of the wafer W by the radiation thermometers 18a and 18b, and the measured values and targets of the radiation thermometers 18a and 18b, or both. Based on the temperature, feedback control such as PID control is performed so that the temperature of the lower surface of the wafer W is uniform and becomes the target temperature, and the intensity of either or both of the infrared laser beams La and Lb is adjusted. Can be adjusted. The annealing treatment device 1 can control the temperature more strictly by adjusting the intensities of the two laser beams.

アニール処理装置１による、アーム１３に支持されたウエハＷ下面へレーザ光ＬａとＬｂ照射時の状態を、図２を用いて説明する。図２（Ａ）は下方から、図２（Ｂ）は側方から見た一例の模式図である。 The state at the time of irradiation of the laser beam La and Lb to the lower surface of the wafer W supported by the arm 13 by the annealing treatment device 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 (A) is a schematic view of an example viewed from below and FIG. 2 (B) is viewed from the side.

アーム１３は、先端にウエハＷを支持する平坦部と、平坦部から連続して外方に向かって上方に傾斜した傾斜部を備える。アーム１３が傾斜部を備えることにより、ウエハＷが多少ずれた位置に載置されても、ウエハＷは傾斜部を滑り落ちてアームの所定位置（平坦部）に正確に支持される。
ホルダ１２は、石英製であり、アーム１３と一体に形成されている。なお、ホルダとアームは、別体で形成した後、溶接等でホルダに固定することもできる。別体で形成する場合、アームとホルダは同一の材質であることが好ましい。ホルダとアームの材質は、熱膨張しにくく、耐熱性、耐熱衝撃性に優れることが好ましい。このような材質としては、例えば、石英、サファイア、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリコン、ＳｉＣコートグラファイト等を用いることができ、石英が好ましい。 The arm 13 includes a flat portion that supports the wafer W at its tip, and an inclined portion that is continuously inclined outward from the flat portion. Since the arm 13 is provided with the inclined portion, even if the wafer W is placed at a position slightly displaced, the wafer W slides down the inclined portion and is accurately supported at a predetermined position (flat portion) of the arm.
The holder 12 is made of quartz and is integrally formed with the arm 13. The holder and the arm may be formed separately and then fixed to the holder by welding or the like. When formed separately, it is preferable that the arm and the holder are made of the same material. It is preferable that the materials of the holder and the arm are resistant to thermal expansion and have excellent heat resistance and heat impact resistance. As such a material, for example, quartz, sapphire, alumina, zirconia, silicon nitride, silicon carbide, silicon, SiC coated graphite and the like can be used, and quartz is preferable.

レーザ光Ｌａは、その照射域にわたり強度が均一な正六角形であり、その内接円の直径がウエハの直径と等しい。レーザ光ＬｂはウエハＷの外周縁部に相当する範囲に対応した円環状である。
アニール処理装置１は、等間隔に配置された６本のアーム１３に支持されたウエハＷの下面に、レーザ光Ｌａとレーザ光Ｌｂを合成して得られた１本のビームであるレーザ光を照射する。 The laser beam La is a regular hexagon having a uniform intensity over the irradiation area, and the diameter of its inscribed circle is equal to the diameter of the wafer. The laser beam Lb is an annular shape corresponding to a range corresponding to the outer peripheral edge portion of the wafer W.
The annealing treatment device 1 applies a laser beam, which is a single beam obtained by synthesizing a laser beam La and a laser beam Lb, onto the lower surface of a wafer W supported by six arms 13 arranged at equal intervals. Irradiate.

レーザは、その内接円の直径がウエハの直径の１．０倍以上１．２倍以下であればよく、その外形は円形、多角形等とすることができる。なお、レーザが円形のとき、レーザの直径が内接円の直径に等しい。これらの中で、円形、または、図２（Ａ）に示すように、ウエハを支持するアームの下面に頂点が位置する多角形とすることが好ましい。円形のレーザは、ウエハに照射されない部分の面積を小さくすることができ、チャンバー等の周辺部材の加熱を抑えることができる。アームの下面に頂点が位置する多角形のレーザは、アームのウエハ近傍部も加熱されるため、ウエハとアームとの温度差が小さくなり、ウエハからアームへの熱逃げを少なくすることができ、ウエハ温度の面内均一性を高くすることができる。多角形の場合は、頂点の数は４以上８以下であることが好ましく、６であることがさらに好ましい。また、正多角形であることが好ましい。 The diameter of the inscribed circle of the laser may be 1.0 times or more and 1.2 times or less the diameter of the wafer, and the outer shape of the laser can be circular, polygonal, or the like. When the laser is circular, the diameter of the laser is equal to the diameter of the inscribed circle. Among these, it is preferable to use a circular shape or a polygonal shape in which the apex is located on the lower surface of the arm supporting the wafer, as shown in FIG. 2 (A). The circular laser can reduce the area of the portion not irradiated to the wafer, and can suppress the heating of peripheral members such as a chamber. Since the polygonal laser whose apex is located on the lower surface of the arm also heats the vicinity of the wafer of the arm, the temperature difference between the wafer and the arm becomes small, and the heat escape from the wafer to the arm can be reduced. The in-plane uniformity of the wafer temperature can be increased. In the case of a polygon, the number of vertices is preferably 4 or more and 8 or less, and more preferably 6. Further, it is preferably a regular polygon.

本発明のアニール処理方法は、レーザの内接円の直径がウエハの直径の１．０倍以上１．２倍以下であるため、レーザの大部分がウエハに照射される。本発明のアニール処理方法は、ウエハ以外の周辺部材に照射されるレーザが少ないため、チャンバー等の周辺部材が加熱されにくく、周辺部材から金属原子等の汚染物質の放出を抑えることができ、ウエハの汚染を防止することができる。また、本発明のアニール処理方法は、照射されるレーザのエネルギーの大部分がウエハの加熱に利用されるため、エネルギーの無駄が少ない。レーザは、その内接円の直径が、ウエハ直径の１．１倍以下であることが好ましく、１．０５倍以下であることがより好ましく、１．０１倍以下であることがさらに好ましく、１倍であることが最も好ましい。 In the annealing treatment method of the present invention, since the diameter of the inscribed circle of the laser is 1.0 times or more and 1.2 times or less the diameter of the wafer, most of the laser is irradiated on the wafer. In the annealing treatment method of the present invention, since the amount of laser irradiated to the peripheral members other than the wafer is small, the peripheral members such as the chamber are less likely to be heated, and the emission of contaminants such as metal atoms from the peripheral members can be suppressed, and the wafer can be obtained. Can prevent contamination. Further, in the annealing treatment method of the present invention, most of the energy of the irradiated laser is used for heating the wafer, so that there is little waste of energy. The diameter of the inscribed circle of the laser is preferably 1.1 times or less, more preferably 1.05 times or less, still more preferably 1.01 times or less of the wafer diameter. Most preferably, it is doubled.

ここで、ウエハＷは、中央部は上下面のみが露出しているが、外周縁部は上下面に加えて側面も露出している。そのため、ウエハＷは、中央から外周縁部に向かうほど、温度が低くなりやすい。加熱温度が高温となるほど、また、ガス給気量（排気量）が多くなるほど、この傾向が顕著となる。そのため、ガス雰囲気下で高温に加熱するアニール処理時には、外周縁部は中央部よりも低温になりやすい。 Here, in the wafer W, only the upper and lower surfaces are exposed in the central portion, but the side surfaces of the outer peripheral edge portion are exposed in addition to the upper and lower surfaces. Therefore, the temperature of the wafer W tends to decrease from the center toward the outer peripheral edge. The higher the heating temperature and the larger the gas supply amount (exhaust amount), the more remarkable this tendency becomes. Therefore, during the annealing treatment of heating to a high temperature in a gas atmosphere, the outer peripheral edge portion tends to have a lower temperature than the central portion.

レーザ光Ｌａは、その照射域にわたり強度が均一である。レーザ光Ｌｂは、レーザ光Ｌａと一体となって、ウエハＷの中央部よりも外周縁部に照射されるレーザ光の強度を強くする。ウエハＷの外周縁部のみを照射する円環状（リング状）のレーザ光Ｌｂを照射することにより、ウエハＷの外周縁部の温度が中央部の温度よりも低くなることを防止できる。すなわち、レーザ光Ｌｂは、レーザ光Ｌａのみを照射した際に、ウエハＷの外周縁部が、ウエハの中央部よりも多く放熱する熱量に相当する熱量を供給するものであり、ウエハＷの全面を均一に照射するレーザ光Ｌａに、ウエハＷの外周縁部のみを照射する円環状のレーザ光Ｌｂを重ね合わせることにより、ウエハＷの外周縁部から放熱される熱を補い、結果的に均一に加熱することができる。 The intensity of the laser beam La is uniform over the irradiation range. The laser light Lb is integrated with the laser light La to increase the intensity of the laser light radiated to the outer peripheral edge portion rather than the central portion of the wafer W. By irradiating the annular (ring-shaped) laser beam Lb that irradiates only the outer peripheral edge portion of the wafer W, it is possible to prevent the temperature of the outer peripheral edge portion of the wafer W from becoming lower than the temperature of the central portion. That is, the laser light Lb supplies a heat amount corresponding to a heat amount radiated by the outer peripheral edge portion of the wafer W more than the central portion of the wafer when only the laser light La is irradiated, and the entire surface of the wafer W. By superimposing the annular laser beam Lb that irradiates only the outer peripheral edge portion of the wafer W on the laser beam La that uniformly irradiates the wafer W, the heat radiated from the outer peripheral edge portion of the wafer W is supplemented, and as a result, it is uniform. Can be heated to.

水素雰囲気下、またはアルゴン雰囲気下でのアニール処理により、Ｓｉ原子は表面積を小さくする方向へ移動する。なお、この表面積を小さくするように働く張力が、表面張力である。表面張力は、シリコン１２４０ｍＮ／ｍ、水銀４７６ｍＮ／ｍであり、シリコン結晶は、水素雰囲気下、またはアルゴン雰囲気下でのアニール処理時に、水銀液滴のよう振る舞う。そのため、本発明のアニール処理により、ウエハは、結晶表面が平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）して滑らかになり、面が平坦化（ｆｌａｔｔｅｎｉｎｇ）して凹凸が小さくなり、角が丸みをおびる（ｒｏｕｎｄｉｎｇ）。 By annealing under a hydrogen atmosphere or an argon atmosphere, Si atoms move in the direction of reducing the surface area. The tension that works to reduce this surface area is the surface tension. The surface tension is 1240 mN / m for silicon and 476 mN / m for mercury, and the silicon crystal behaves like mercury droplets during the annealing treatment in a hydrogen atmosphere or an argon atmosphere. Therefore, by the annealing treatment of the present invention, the crystal surface of the wafer is smoothed and smoothed, the surface is flattened, the unevenness is reduced, and the corners are rounded.

アニール処理の条件は、処理後に求めるウエハ表面の平滑さや、角の丸さ、無欠陥層の清純度等に応じて調整することができる。
ウエハの加熱温度は、１０００℃以上であることが好ましく、１０２０℃以上であることがより好ましく、１０５０℃以上であることがさらに好ましい。１０００℃以上に加熱することで、Ｓｉ原子の移動が促進され、サイクルタイムを短くすることができる。また、短い処理時間で、面が平坦となるとともに、角が丸くなる。
ガス圧力は、１０ｋＰａ以上であることが好ましく、１２ｋＰａ以上であることがより好ましく、１５ｋＰａ以上であることが更に好ましい。また、６０ｋＰａ以下であることが好ましく、５５ｋＰａ以下であることがより好ましい。このような圧力条件下でアニール処理を施すことにより、Ｓｉ原子の移動が促進され、サイクルタイムを短くすることができる。また、短い処理時間で、面が平坦となるとともに、角が丸くなる。
アニール処理後のシリコンウエハ上面の表面粗さ（ＲＭＳ）は、１．５ｎｍ以下であることが好ましく、１．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。なお、アニール処理時にウエハが不純物で汚染されると、吸着した汚染物質が離脱する際にシリコン表面が荒れて、面が曇ってしまう。本発明のアニール処理は、汚染物質の放出が少ないため、アニール処理前の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．０ｎｍ以下程度と平滑であっても、アニール処理によりさらに表面粗さ（ＲＭＳ）の小さい、極めて平滑で曇りのない鏡面状の表面を得ることができる。 The conditions for the annealing treatment can be adjusted according to the smoothness of the wafer surface obtained after the treatment, the roundness of the corners, the purity of the defect-free layer, and the like.
The heating temperature of the wafer is preferably 1000 ° C. or higher, more preferably 1020 ° C. or higher, and even more preferably 1050 ° C. or higher. By heating to 1000 ° C. or higher, the movement of Si atoms is promoted and the cycle time can be shortened. Further, in a short processing time, the surface becomes flat and the corners become rounded.
The gas pressure is preferably 10 kPa or more, more preferably 12 kPa or more, and even more preferably 15 kPa or more. Further, it is preferably 60 kPa or less, and more preferably 55 kPa or less. By performing the annealing treatment under such pressure conditions, the movement of Si atoms is promoted and the cycle time can be shortened. Further, in a short processing time, the surface becomes flat and the corners become rounded.
The surface roughness (RMS) of the upper surface of the silicon wafer after the annealing treatment is preferably 1.5 nm or less, preferably 1.0 nm or less, and further preferably 0.5 nm or less. If the wafer is contaminated with impurities during the annealing treatment, the silicon surface becomes rough and the surface becomes cloudy when the adsorbed contaminants are removed. Since the annealing treatment of the present invention releases less contaminants, even if the surface roughness (RMS) before the annealing treatment is as smooth as about 1.0 nm or less, the surface roughness (RMS) is further reduced by the annealing treatment. It is possible to obtain a mirror-like surface that is extremely smooth and has no fogging.

・微細立体構造
アニール処理により、面が平坦化し、角が丸くなった微細立体構造を形成することができる。面の平坦化は、上面のみならず、壁面でも発生する。例えば、ボッシュプロセスで深掘りエッチングを行うと、形成された微細凹部の壁面には、スキャロップと呼ばれる凹凸が形成される。この微細凹部が形成されたウエハにアニール処理を施すと、壁面は、凹凸（スキャロップ）が均されて平坦化する。なお、本発明の微細立体構造形成方法により、アニール処理を施す被処理物は、微細凹部が形成されているものであればよく、微細凹部の形成方法は限定されず、また、微細凹部は、ウエハを貫通していてもよい。・ Fine three-dimensional structure By annealing, it is possible to form a fine three-dimensional structure with flattened surfaces and rounded corners. Surface flattening occurs not only on the top surface but also on the wall surface. For example, when deep etching is performed in the Bosch process, unevenness called scallops is formed on the wall surface of the formed fine recesses. When the wafer on which the fine recesses are formed is annealed, the wall surface is flattened by smoothing the unevenness (scallop). According to the method for forming a fine three-dimensional structure of the present invention, the object to be annealed may be any as long as it has fine recesses, and the method for forming the fine recesses is not limited. It may penetrate the wafer.

微細凹部が形成されたシリコンウエハに、アニール処理を施す場合、処理後の微細凹部の壁面の表面粗さ（ＲＭＳ）は、１．５ｎｍ以下であることが好ましく、１．０ｎｍ以下であることが好ましく、０．５ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
微細立体構造の壁面の表面粗さが小さく、すなわち平坦になると、加工精度が高まるとともに、歩留まりが改善する。また、この微細立体構造をデバイスに用いると、ＭＥＭＳでは機械特性、微小光学部品や微小光回路では光学特性、Ｘ線用光学素子では各種特性、ナノインプリントでは離型性が向上する。さらに、ＳＯＮ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＮｏｔｈｉｎｇ）のような新規微細加工技術の開発が期待できる。 When an annealing treatment is applied to a silicon wafer on which fine recesses are formed, the surface roughness (RMS) of the wall surface of the fine recesses after the treatment is preferably 1.5 nm or less, and preferably 1.0 nm or less. It is preferably 0.5 nm or less, and more preferably 0.5 nm or less.
When the surface roughness of the wall surface of the fine three-dimensional structure is small, that is, flat, the processing accuracy is improved and the yield is improved. Further, when this fine three-dimensional structure is used for a device, mechanical characteristics are improved in MEMS, optical characteristics in micro optical components and micro optical circuits, various characteristics in X-ray optical elements, and releasability in nanoimprint. Furthermore, the development of new microfabrication technology such as SON (Silicon On Nothing) can be expected.

微細凹部が形成されたシリコンウエハに、アニール処理を施す場合、処理後の微細凹部の上縁角の曲率半径は、０．９μｍ以上であることが好ましく、１．２μｍ以上であることがより好ましく、１．５μｍ以上であることがさらに好ましい。また、微細凹部が貫通しておらず底面を備える場合は、その底縁角の曲率半径は、１．４μｍ以上であることが好ましく、１．７μｍ以上であることがより好ましく、２．０μｍ以上であることがさらに好ましい。なお、上縁角の曲率半径とは、シリコンウエハの上面と微細凹部の上部壁面の間の丸みを帯びている部分の曲率半径であり、底縁角の曲率半径とは、微細凹部の底面と微細凹部の下部壁面との間の丸みを帯びている部分の曲率半径である。
微細立体構造において、角の曲率半径が大きくなると、電解集中による断線、短絡等の故障が起こりにくくなる。また、ＭＥＭＳの場合は変形可能範囲が大きくなり、ＭＯＳＦＥＴの場合は耐圧や信頼性が向上し、光共振器の場合はＱ値が向上する。 When annealing a silicon wafer on which fine recesses are formed, the radius of curvature of the upper edge angle of the fine recesses after the treatment is preferably 0.9 μm or more, and more preferably 1.2 μm or more. , 1.5 μm or more is more preferable. When the micro-recess does not penetrate and the bottom surface is provided, the radius of curvature of the bottom edge angle is preferably 1.4 μm or more, more preferably 1.7 μm or more, and 2.0 μm or more. Is more preferable. The radius of curvature of the upper edge angle is the radius of curvature of the rounded portion between the upper surface of the silicon wafer and the upper wall surface of the fine recess, and the radius of curvature of the bottom edge angle is the bottom surface of the fine recess. It is the radius of curvature of the rounded portion between the lower wall surface of the fine recess.
In the fine three-dimensional structure, when the radius of curvature of the corner is large, failures such as disconnection and short circuit due to electrolytic concentration are less likely to occur. Further, in the case of MEMS, the deformable range becomes large, in the case of MOSFET, the withstand voltage and reliability are improved, and in the case of an optical resonator, the Q value is improved.

「実験１」
国際公開第２０１７／１５０６２８号を参考にして、ミニマルファブ装置を利用して、ハーフインチサイズ（１２．５ｍｍ）のウエハに、レジストパターンを形成した後、下記条件でサイクルタイム１０秒のボッシュプロセスを１８０サイクル行い、深さ５０μｍの微細凹部を形成した。
プラズマデポジション工程：４．０秒
インターバル：１．０秒
除去工程：２．０秒
等方性エッチング工程：２．０秒
インターバル：１．０秒
サイクル数：１８０回
圧力：１０Ｐａ
高周波電力の周波数：１００Ｈｚ
高周波電力の大きさ：４０Ｗ
バイアス電力：２Ｗ(Ｖ_ＰＰ４００Ｖ、Ｄｕｔｙ比２０％)
エッチング：ＳＦ_６、８ｍｌ／ｍｉｎ
プラズマデポジション：Ｃ_４Ｆ_８、８ｍｌ／ｍｉｎ
その後、アッシャー装置を用いてレジストパターンを除去し、微細凹部を形成した。 "Experiment 1"
After forming a resist pattern on a half-inch size (12.5 mm) wafer using a minimal fab device with reference to International Publication No. 2017/150628, a Bosch process with a cycle time of 10 seconds is performed under the following conditions. After 180 cycles, a fine recess with a depth of 50 μm was formed.
Plasma deposition process: 4.0 seconds Interval: 1.0 seconds Removal process: 2.0 seconds Isotropic etching process: 2.0 seconds Interval: 1.0 seconds Number of cycles: 180 times Pressure: 10Pa
Frequency of high frequency power: 100Hz
Size of high frequency power: 40W
Bias power: 2W ( _{VPP 400V} , duty ratio 20%)
Etching: SF ₆ , 8 ml / min
Plasma deposition: C ₄ F ₈ , 8 ml / min
Then, the resist pattern was removed using an asher device to form fine recesses.

得られた微細凹部の壁面について、分子間力顕微鏡（株式会社日立ハイテクサイエンス、Ｎａｎｏｃｕｔｅ）を用いて表面形状を測定した。測定条件は以下の通りである。
解析ソフトウエア：ＡＦＭ５０００
カンチレバー：センサー内蔵型ＰＲＣ－ＤＦ４０Ｐ
測定エリア：１０μｍ×１０μｍ
解像度：２５６×２５６
画像処理：フラット（Ｘ，Ｙ１次）等の傾き補正
微細凹部壁面のＲＭＳは２０．３ｎｍであった。また、壁面に形成されたスキャロップの周期は３００ｎｍ、深さは４５ｎｍであった。 The surface shape of the wall surface of the obtained fine recess was measured using an atomic force microscope (Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., Nanocute). The measurement conditions are as follows.
Analysis software: AFM5000
Cantilever: PRC-DF40P with built-in sensor
Measurement area: 10 μm x 10 μm
Resolution: 256 x 256
Image processing: Tilt correction of flat (X, Y primary), etc. The RMS of the wall surface of the fine recess was 20.3 nm. The period of the scallop formed on the wall surface was 300 nm, and the depth was 45 nm.

ウエハを破断し、露出した微細凹部の断面を電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、上縁角の曲率半径と底縁角の曲率半径とを算出した。上縁角の曲率半径は０．２７μｍ、底縁角の曲率半径は１．０μｍであった。上縁角の電子顕微鏡画像を、図３に示す。 The wafer was broken, and the cross section of the exposed fine recess was observed using an electron microscope (SEM), and the radius of curvature of the upper edge angle and the radius of curvature of the bottom edge angle were calculated. The radius of curvature of the upper edge angle was 0.27 μm, and the radius of curvature of the bottom edge angle was 1.0 μm. An electron microscope image of the upper edge angle is shown in FIG.

この微細凹部が形成されたシリコンウエハに対し、図１に示すミニマルファブ装置であるアニール処理装置を用いて、正六角形のレーザ（８８０ｎｍ、１３０Ｗ）と、円環状のレーザ（９４０ｎｍ、８０Ｗ）をウエハの下面に照射し、水素アニール処理を行い、微細立体構造を形成した。なお、このアニール処理装置のチャンバーの体積は、４６７ｃｃである。 A regular hexagonal laser (880 nm, 130 W) and an annular laser (940 nm, 80 W) are applied to the silicon wafer on which the fine recesses are formed by using the annealing treatment device which is the minimal fab device shown in FIG. The lower surface of the wafer was irradiated with hydrogen annealing to form a fine three-dimensional structure. The volume of the chamber of this annealing treatment device is 467 cc.

水素アニール処理は、１１００℃、３０分、水素圧力２０ｋＰａ、水素流量３０ｃｃ／ｍｉｎを標準条件として、各条件を変化させて行った。
ウエハを入れて２０ｋＰａに昇圧するのに４分程度を要した。次にウエハの所定温度（７５０℃～１１００℃）への加熱は、１秒以内に終わり、水素アニール処理後の降温に１分程度、更に排気に１分程度を要した。図１に示すミニマルファブ装置であるアニール処理装置では、ウエハの出し入れにそれぞれ１分程度かかるため、ウエハを装置に入れ、アニール処理し、装置から取り出すまでのサイクルタイムを、アニール処理時間＋８分程度（２０ｋＰａの場合）とすることができた。 The hydrogen annealing treatment was carried out by changing each condition under the standard conditions of 1100 ° C., 30 minutes, hydrogen pressure 20 kPa, and hydrogen flow rate 30 cc / min.
It took about 4 minutes to insert the wafer and boost the voltage to 20 kPa. Next, heating of the wafer to a predetermined temperature (750 ° C. to 1100 ° C.) was completed within 1 second, and it took about 1 minute to lower the temperature after the hydrogen annealing treatment and about 1 minute to exhaust the wafer. In the annealing treatment device, which is the minimal fab device shown in FIG. 1, it takes about 1 minute for each of the wafers to be taken in and out. (In the case of 20 kPa).

水素アニール処理後のウエハは、いずれも微細凹部の間に残存する上面は荒れておらず、鏡面状であった。水素アニール処理後に、上記と同様にして、微細凹部壁面の表面粗さ（ＲＭＳ）と、上縁角の曲率半径を求めた。また、処理後のウエハの一部について、底縁角の曲率半径を求めた。結果を表１に示す。
また、標準条件の上縁角の電子顕微鏡画像を図４に、水素アニール処理の温度、または水素圧力に対する、表面粗さ（ＲＭＳ）と上縁角の曲率半径の値を、それぞれ図５、６に示す。 In each of the wafers after the hydrogen annealing treatment, the upper surface remaining between the fine recesses was not rough and was mirror-like. After the hydrogen annealing treatment, the surface roughness (RMS) of the wall surface of the fine recess and the radius of curvature of the upper edge angle were obtained in the same manner as described above. In addition, the radius of curvature of the bottom edge angle was obtained for a part of the processed wafer. The results are shown in Table 1.
In addition, the electron microscope image of the upper edge angle under the standard conditions is shown in FIG. 4, and the values of the surface roughness (RMS) and the radius of curvature of the upper edge angle with respect to the temperature of the hydrogen annealing treatment or the hydrogen pressure are shown in FIGS. Shown in.

水素アニール処理の温度が高くなるほど、微細凹部の壁面は平坦となり、上縁角も丸くなった。条件１－１～７と標準条件において、１０００℃以上で加熱することで、壁面のＲＭＳを１．５ｎｍ以下、上縁角の曲率半径が０．９μｍ以上とすることができた。
条件３－１～７と標準条件において、水素ガス圧力１０ｋＰａ以上で水素アニール処理することで、壁面を平坦に、角を丸くすることができた。１５ｋＰａ～５０ｋＰａでは、壁面のＲＭＳは０．４１ｎｍ以下、上縁角の曲率半径は１μｍ以上となった。水素ガス圧力の１５ｋＰａ～５０ｋＰａの範囲では、圧力の値が変化しても、壁面のＲＭＳ、上縁角の曲率半径の値は、あまり変わらなかった。 The higher the temperature of the hydrogen annealing treatment, the flatter the wall surface of the fine recess and the rounder the upper edge angle. By heating at 1000 ° C. or higher under conditions 1-1 to 7 and standard conditions, the RMS of the wall surface could be 1.5 nm or less, and the radius of curvature of the upper edge angle could be 0.9 μm or more.
Under conditions 3-1 to 7 and standard conditions, hydrogen annealing treatment was performed at a hydrogen gas pressure of 10 kPa or more, so that the wall surface could be flattened and the corners could be rounded. At 15 kPa to 50 kPa, the RMS of the wall surface was 0.41 nm or less, and the radius of curvature of the upper edge angle was 1 μm or more. In the range of hydrogen gas pressure of 15 kPa to 50 kPa, the values of the RMS of the wall surface and the radius of curvature of the upper edge angle did not change much even if the pressure value changed.

「実験２」
実験１と同様にして、未処理のウエハに対して水素アニール処理を行い、ウエハ上面について、分子間力顕微鏡（株式会社日立ハイテクサイエンス、Ｎａｎｏｃｕｔｅ）を用いて表面形状を測定した。
また、ウエハの上面を目視で観察し、その状態を下記基準に従って評価した。
〇：鏡面状である。
×：曇っている。
結果を表２に示す。 "Experiment 2"
In the same manner as in Experiment 1, the untreated wafer was subjected to hydrogen annealing treatment, and the surface shape of the upper surface of the wafer was measured using an atomic force microscope (Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., Nanocute).
Further, the upper surface of the wafer was visually observed and the state was evaluated according to the following criteria.
〇: It is mirror-shaped.
×: It is cloudy.
The results are shown in Table 2.

条件５－１～３、実験１における条件４－１～７と標準条件が示すとおり、本発明により、１分当たりの水素ガス流量が、チャンバーの体積（Ｖ＝４６７ｃｃ）の１０分の１（０．１Ｖ／ｍｉｎ）以下、さらには、流量０であっても、処理後のウエハの上面は鏡面状であり、ウエハが汚染されることなくアニール処理ができた。 As the standard conditions indicate conditions 5-1 to 3 and conditions 4-1 to 7 in Experiment 1, the hydrogen gas flow rate per minute is 1/10 of the volume of the chamber (V = 467 cc) according to the present invention (V = 467 cc). Even if the flow rate was 0.1 V / min) or less and the flow rate was 0, the upper surface of the treated wafer was mirror-shaped, and the annealing treatment could be performed without contaminating the chamber.

Ｗウエハ

１アニール処理装置
１１チャンバー
１１１透過窓
１２ホルダ
１３アーム
１４給気ライン
１５排気ライン
１６ａ、ｂ赤外線レーザ光照射装置
Ｌａ正六角形の赤外線レーザ光
Ｌｂ円環状の赤外線レーザ光
１７バンドパスフィルター
１８ａ、ｂ放射温度計 W wafer

1 Annealing treatment device 11 Chamber 111 Transmission window 12 Holder 13 Arm 14 Air supply line 15 Exhaust line 16a, b Infrared laser light irradiation device La Regular hexagonal infrared laser light Lb Circular infrared laser light 17 Band pass filter 18a, b Radiation thermometer

Claims

シリコンウエハに対し、水素雰囲気下、またはアルゴン雰囲気下で、内接円の直径が前記シリコンウエハの直径の１．０倍以上１．２倍以下であるレーザを照射してアニール処理を施すことを特徴とするアニール処理方法。 The silicon wafer is annealed by irradiating the silicon wafer with a laser having an inscribed circle diameter of 1.0 times or more and 1.2 times or less the diameter of the silicon wafer under a hydrogen atmosphere or an argon atmosphere. Characterized annealing method.

前記シリコンウエハ上面の表面粗さ（ＲＭＳ）を１．５ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１に記載のアニール処理方法。 The annealing treatment method according to claim 1, wherein the surface roughness (RMS) of the upper surface of the silicon wafer is 1.5 nm or less.

前記シリコンウエハを１０００℃以上に加熱することを特徴とする請求項１または２に記載のアニール処理方法。 The annealing treatment method according to claim 1 or 2, wherein the silicon wafer is heated to 1000 ° C. or higher.

水素ガス圧力が１０ｋＰａ以上の条件下で行うことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のアニール処理方法。 The annealing treatment method according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrogen gas pressure is 10 kPa or more.

前記シリコンウエハの直径が、４インチ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のアニール処理方法。 The annealing treatment method according to any one of claims 1 to 4, wherein the silicon wafer has a diameter of 4 inches or less.

金属製のチャンバー内で行うことを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載のアニール処理方法。 The annealing treatment method according to any one of claims 1 to 5, wherein the annealing is performed in a metal chamber.

ガス流量が、チャンバーの体積（Ｖ）に対して０．１Ｖ／ｍｉｎ以下であることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のアニール処理方法。 The annealing treatment method according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas flow rate is 0.1 V / min or less with respect to the volume (V) of the chamber.

微細凹部が形成されたシリコンウエハに対し、請求項１～７のいずれかに記載のアニール処理方法を施し、
前記微細凹部壁面の表面粗さ（ＲＭＳ）を、１．５ｎｍ以下とすることを特徴とする微細立体構造形成方法。 The annealing treatment method according to any one of claims 1 to 7 is applied to a silicon wafer on which fine recesses are formed.
A method for forming a fine three-dimensional structure, characterized in that the surface roughness (RMS) of the wall surface of the fine recess is 1.5 nm or less.

前記微細凹部の上縁角の曲率半径を、０．９μｍ以上とすることを特徴とする請求項８に記載の微細立体構造形成方法。 The method for forming a fine three-dimensional structure according to claim 8, wherein the radius of curvature of the upper edge angle of the fine recess is 0.9 μm or more.

前記微細凹部の底縁角の曲率半径を、１．４μｍ以上とすることを特徴とする請求項８または９に記載の微細立体構造形成方法。 The method for forming a fine three-dimensional structure according to claim 8 or 9, wherein the radius of curvature of the bottom edge angle of the fine recess is 1.4 μm or more.

前記微細凹部が、前記シリコンウエハを貫通していることを特徴とする請求項８または９に記載の微細立体構造形成方法。 The method for forming a fine three-dimensional structure according to claim 8 or 9, wherein the fine recess penetrates the silicon wafer.

シリコンウエハ上に微細凹部が形成されており、
前記微細凹部壁面の表面粗さ（ＲＭＳ）が、１．５ｎｍ以下であることを特徴とする微細立体構造。 Fine recesses are formed on the silicon wafer,
A fine three-dimensional structure characterized in that the surface roughness (RMS) of the fine concave wall surface is 1.5 nm or less.

前記微細凹部の上縁角が、曲率半径０．９μｍ以上であることを特徴とする請求項１２に記載の微細立体構造。 The fine three-dimensional structure according to claim 12, wherein the upper edge angle of the fine concave portion has a radius of curvature of 0.9 μm or more.

前記微細凹部の底縁角が、曲率半径１．４μｍ以上であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の微細立体構造。 The fine three-dimensional structure according to claim 12, wherein the bottom edge angle of the fine concave portion has a radius of curvature of 1.4 μm or more.

前記微細凹部が、前記シリコンウエハを貫通していることを特徴とする請求項１２または１３に記載の微細立体構造。 The fine three-dimensional structure according to claim 12, wherein the fine recess penetrates the silicon wafer.