KR102061973B1 - 열처리 장치의 배기 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 챔버 내에서 기판의 깨짐이 발생한 경우여도, 기판의 파편의 진공 펌프로의 말려들어감을 억제하면서 챔버 내를 배기할 수 있는 열처리 장치의 배기 방법을 제공한다.
[해결수단] 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(6) 내에 암모니아 분위기를 형성한 상태로 플래시 램프(FL)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광을 조사하여 가열 처리를 행한다. 플래시 가열 시에 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에는, 일단 챔버(6)로의 급배기(給排氣)를 정지한 후, 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행한다. 정상 배기 유량이란, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해지고 있을 때의 배기 유량이다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 파편의 진공 펌프로의 말려들어감을 억제하면서 챔버(6) 내를 배기하여 암모니아를 배출할 수 있다.

Description

열처리 장치의 배기 방법{EXHAUST METHOD OF HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은, 챔버 내에서 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)의 가열 처리를 행하는 열처리 장치에 있어서 당해 기판의 깨짐이 발생하였을 때의 당해 열처리 장치의 배기 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목받고 있다. 플래시 램프 어닐링은, 크세논 플래시 램프(이하, 간단히 「플래시 램프」라고 할 때에는 크세논 플래시 램프를 의미한다)를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시광을 조사함으로써, 반도체 웨이퍼의 표면만을 극히 단시간(수 밀리초 이하)에 승온시키는 열처리 기술이다.
크세논 플래시 램프의 방사 분광 분포는 자외역으로부터 근적외역이며, 종래의 할로겐 램프보다 파장이 짧고, 실리콘의 반도체 웨이퍼의 기초 흡수대와 거의 일치하고 있다. 따라서, 크세논 플래시 램프로부터 반도체 웨이퍼에 플래시광을 조사하였을 때에는, 투과광이 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수 밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요한 처리, 예를 들면 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도로까지 승온시킬 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
한편, 플래시 램프 어닐링을 암모니아 등의 반응성 가스의 분위기 중에서 행하는 것도 시도되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 가열 처리를 행하는 챔버 내에 암모니아와 질소의 혼합 가스를 공급하여 암모니아 분위기를 형성하고, 고유전율 게이트 절연막을 형성한 기판에 대해 암모니아 분위기 중에서 플래시광을 조사하여 가열함으로써, 당해 고유전율 게이트 절연막의 질화 처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 고유전율 게이트 절연막(high-k막)은, 게이트 절연막의 박막화의 진전에 따라 리크 전류가 증대되는 문제를 해결하기 위해, 게이트 전극에 금속을 이용한 메탈 게이트 전극과 함께 새로운 전계 효과 트랜지스터의 스택 구조로서 개발이 진행되고 있는 것이다.
일본국 특허공개 2016-127194호 공보
그런데, 플래시 램프 어닐링에서는, 극히 조사 시간이 짧고 또한 강한 에너지를 갖는 플래시광을 조사하여 극히 단시간에 반도체 웨이퍼의 표면을 승온시키므로, 표면 근방에만 급격한 열팽창이 발생하여 챔버 내에서 반도체 웨이퍼가 깨지는 경우가 있다. 반도체 웨이퍼의 깨짐이 발생한 경우에는, 챔버를 개방하여 깨진 반도체 웨이퍼의 파편을 회수하여 챔버 내를 청소할 필요가 있다.
그러나, 챔버 내에 암모니아 등의 반응성 가스의 분위기를 형성하고 있는 경우에는, 그대로 챔버를 개방하면 유해한 반응성 가스가 클린룸 중으로 방출되게 된다. 이 때문에, 챔버 내의 반응성 가스의 분위기를 진공 펌프 등에 의해 일단 배기하여, 챔버 내를 질소 등의 불활성 가스의 분위기로 치환한 후에 챔버를 개방하지 않으면 안 된다.
그러나, 챔버 내에 깨진 반도체 웨이퍼의 파편이 존재하고 있는 상태로 챔버 내를 배기하면, 그 파편이 진공 펌프에 말려들어가 진공 펌프의 고장의 원인이 되는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 챔버 내에서 기판의 깨짐이 발생한 경우여도, 기판의 파편의 진공 펌프로의 말려들어감을 억제하면서 챔버 내를 배기할 수 있는 열처리 장치의 배기 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 챔버 내에서 기판의 가열 처리를 행하는 열처리 장치의 배기 방법에 있어서, 기판을 수용한 상기 챔버 내에 소정의 처리 가스를 공급함과 더불어, 진공 펌프에 의해 상기 챔버로부터 제1 배기 유량으로 배기를 행하면서, 상기 기판의 가열 처리를 행하는 열처리 공정과, 상기 챔버 내에서 가열 처리 중인 상기 기판의 깨짐이 검출되었을 때에, 상기 챔버로의 상기 처리 가스의 공급 및 상기 챔버로부터의 배기를 정지하는 급배기(給排氣) 정지 공정과, 상기 급배기 정지 공정 후, 상기 진공 펌프에 의해 상기 챔버로부터 상기 제1 배기 유량보다 작은 제2 배기 유량으로 배기를 행하여 상기 챔버 내를 감압하는 감압 공정과, 상기 챔버 내가 소정의 기압으로까지 감압된 후, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 공급하여 상기 챔버 내를 대기압으로 복압(復壓)하는 복압 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따른 열처리 장치의 배기 방법에 있어서, 상기 감압 공정에서는, 상기 챔버로부터의 배기 유량을 상기 제1 배기 유량보다 작은 범위에서 증가시키는 것을 특징으로 한다.
또 청구항 3의 발명은, 청구항 2의 발명에 따른 열처리 장치의 배기 방법에 있어서, 상기 진공 펌프와 상기 챔버를 연통 접속하는 배기 라인에 필터가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따른 열처리 장치의 배기 방법에 있어서, 상기 배기 라인은 직경이 다른 복수개의 바이패스 라인으로 분기되고, 상기 복수개의 바이패스 라인의 각각의 개폐에 의해 상기 챔버로부터의 배기 유량을 조정하는 것을 특징으로 한다.
또 청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 발명에 따른 열처리 장치의 배기 방법에 있어서, 상기 열처리 공정에서는, 상기 챔버 내에 반응성 가스를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또 청구항 6의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 발명에 따른 열처리 장치의 배기 방법에 있어서, 상기 열처리 공정에서는, 플래시 램프로부터 상기 기판에 플래시광을 조사하여 가열 처리를 행하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 6의 발명에 의하면, 챔버 내에서 가열 처리 중인 기판의 깨짐이 검출되었을 때에, 진공 펌프에 의해 챔버로부터 가열 처리 중의 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 배기를 행하여 챔버 내를 감압하므로, 챔버 내에 강한 배기류는 형성되지 않으며, 기판의 파편의 진공 펌프로의 말려들어감을 억제하면서 챔버 내를 배기할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 감압 공정에서 챔버로부터의 배기 유량을 증가시키므로, 신속하게 챔버 내를 배기할 수 있다.
특히, 청구항 3의 발명에 의하면, 배기 라인에 필터가 설치되므로, 약간 배기 라인으로 인입된 기판의 파편은 필터에 의해 제거되며, 당해 파편이 진공 펌프에 말려들어가는 것은 확실하게 방지된다.
도 1은, 열처리 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다.
도 2는, 유지부의 전체 외관을 나타내는 사시도이다.
도 3은, 서셉터의 평면도이다.
도 4는, 서셉터의 단면도이다.
도 5는, 이재(移載) 기구의 평면도이다.
도 6은, 이재 기구의 측면도이다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 8은, 배기부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는, 웨이퍼 깨짐 발생 후의 챔버에 대한 급배기를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 10은, 웨이퍼 깨짐 발생 후의 챔버 내의 압력 변화를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명에 따른 배기 방법의 대상이 되는 열처리 장치의 구성에 대해 설명한다. 도 1은, 열처리 장치(1)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 도 1의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해 플래시광 조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 φ300mm나 φ450mm이다(본 실시형태에서는 φ300mm). 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 게이트 절연막으로서 고유전율막(high-k막)이 형성되어 있으며, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해 고유전율막의 성막 후 열처리(PDA : Post Deposition Anneal)가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다.
열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 챔버(6)와, 복수의 플래시 램프(FL)를 내장하는 플래시 가열부(5)와, 복수의 할로겐 램프(HL)를 내장하는 할로겐 가열부(4)를 구비한다. 챔버(6)의 상측에 플래시 가열부(5)가 설치됨과 더불어, 하측에 할로겐 가열부(4)가 설치되어 있다. 또 열처리 장치(1)는, 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 장치 외부 사이에서 반도체 웨이퍼(W)의 수도(受渡)를 행하는 이재 기구(10)를 구비한다. 또한 열처리 장치(1)는, 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)에 설치된 각 동작 기구를 제어하여 반도체 웨이퍼(W)의 열처리를 실행시키는 제어부(3)를 구비한다.
챔버(6)는, 통형의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통형상을 가지고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천장부를 구성하는 상측 챔버창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 플래시 가열부(5)에서 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 마루부를 구성하는 하측 챔버창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측 벽면의 상부에는 반사 링(68)이 장착되며, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 모두 원환상으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워 넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워 넣어 도시를 생략한 비스로 고정시킴으로써 장착된다. 즉, 반사 링(68, 69)은, 모두 착탈 가능하게 챔버 측부(61)에 장착되는 것이다. 챔버(6)의 내측 공간, 즉 상측 챔버창(63), 하측 챔버창(64), 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)에 의해 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사 링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사 링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사 링(68)의 하단면과, 반사 링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 챔버(6)의 내벽면에 수평방향을 따라 원환상으로 형성되며, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 금속재료(예를 들면, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 반출을 행하기 위한 반송 개구부(노구(爐口))(66)가 형성되어 있다. 반송 개구부(66)는, 게이트 밸브(185)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이 때문에, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 개방하고 있을 때에는, 반송 개구부(66)로부터 오목부(62)를 통과하여 열처리 공간(65)으로의 반도체 웨이퍼(W)의 반입 및 열처리 공간(65)으로부터의 반도체 웨이퍼(W)의 반출을 행할 수 있다. 또, 게이트 밸브(185)가 반송 개구부(66)를 폐쇄하면 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다.
또한, 챔버 측부(61)에는 관통구멍(61a)이 형성되어 있다. 챔버 측부(61)의 외벽면의 관통구멍(61a)이 형성되어 있는 부위에는 방사 온도계(20)가 부착되어 있다. 관통구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통형의 구멍이다. 관통구멍(61a)은, 그 관통방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하도록, 수평방향에 대해 경사져 설치되어 있다. 관통구멍(61a)의 열처리 공간(65)에 면하는 측의 단부에는, 방사 온도계(20)가 측정 가능한 파장 영역의 적외광을 투과시키는 불화바륨 재료로 이루어지는 투명창(21)이 장착되어 있다.
또, 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스(본 실시형태에서는 질소가스(N2) 및 암모니아(NH3))를 공급하는 가스 공급구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있으며, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환상으로 형성된 완충 공간(82)을 개재하여 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 처리 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(85)은, 제어부(3)의 제어 하에서, 질소가스, 또는, 암모니아와 질소가스의 혼합 가스를 처리 가스로서 가스 공급관(83)에 송급한다. 또, 가스 공급관(83)의 경로 도중에는 공급 밸브(84) 및 유량 조정 밸브(90)가 끼워져 삽입되어 있다. 공급 밸브(84)가 개방되면, 처리 가스 공급원(85)으로부터 완충 공간(82)으로 처리 가스가 송급된다. 가스 공급관(83)을 흘러 완충 공간(82)으로 송급되는 처리 가스의 유량은 유량 조정 밸브(90)에 의해 조정된다. 유량 조정 밸브(90)가 규정하는 처리 가스의 유량은 제어부(3)의 제어에 의해 가변하게 된다. 완충 공간(82)에 유입된 처리 가스는, 가스 공급구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내에 확산되도록 흘러 가스 공급구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 또한, 처리 가스는 질소가스, 암모니아에 한정되는 것이 아니라, 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 불활성 가스, 또는, 산소(O2), 수소(H2), 염소(Cl2), 염화수소(HCl), 오존(O3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2) 등의 반응성 가스여도 된다.
한편, 챔버(6)의 내벽 하부에는 열처리 공간(65) 내의 기체를 배기하는 가스 배기구멍(86)이 형성되어 있다. 가스 배기구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 형성되어 있으며, 반사 링(69)에 형성되어 있어도 된다. 가스 배기구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환상으로 형성된 완충 공간(87)을 개재하여 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기부(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 배기 밸브(89)가 끼워져 삽입되어 있다. 배기 밸브(89)가 개방되면, 열처리 공간(65)의 기체가 가스 배기구멍(86)으로부터 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배출된다. 또한, 가스 공급구멍(81) 및 가스 배기구멍(86)은, 챔버(6)의 둘레방향을 따라 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다.
도 8은, 배기부(190)의 구성을 나타내는 도면이다. 배기부(190)는, 진공 펌프(191), 유량 조정 밸브(196), 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199), 및 3개의 배기 밸브(192, 193, 194)를 구비한다. 가스 배기관(88)은 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)으로 분기된다. 가스 배기관(88) 및 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)에 의해 챔버(6)로부터의 배기를 이끄는 배기 라인이 구성된다. 챔버(6)와 진공 펌프(191)는 가스 배기관(88) 및 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)을 개재하여 연통 접속된다. 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)은 병렬로 설치되어 있다. 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)은, 그 배관직경이 서로 다르다. 바이패스 라인(199)의 직경이 가장 작으며, 예를 들면 가스 배기관(88)의 직경의 4분의 1이다. 한편, 바이패스 라인(197)의 직경이 가장 크며, 예를 들면 가스 배기관(88)의 직경과 동일하다. 바이패스 라인(198)의 직경은 그 사이이며, 예를 들면 가스 배기관(88)의 직경의 8분의 3이다. 따라서, 통과 가능한 기체의 유량은 바이패스 라인(197, 198, 199)의 순으로 작아진다.
3개의 배기 밸브(192, 193, 194)는, 각각 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)에 설치된다. 즉, 가장 굵은 바이패스 라인(197)에는 배기 밸브(192)가 끼워져 삽입되고, 중간의 바이패스 라인(198)에는 배기 밸브(193)가 끼워져 삽입되며, 가장 가는 바이패스 라인(199)에는 배기 밸브(194)가 끼워져 삽입된다. 진공 펌프(191)를 작동시키면서, 3개의 배기 밸브(192, 193, 194)를 개방하면, 가스 배기관(88)에 의해 이끌려진 챔버(6)로부터의 배기가 대응하는 바이패스 라인(197, 198, 199)을 통과하여 진공 펌프(191)에 흡인된다.
3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)은 배관직경이 다르므로, 배기 능력이 다르다. 배관직경이 클수록 배기 능력도 커지며, 바이패스 라인(199, 198, 197)의 순으로 배기 능력은 커진다. 따라서, 3개의 배기 밸브(192, 193, 194) 중 어느 것을 개폐하는지에 따라 챔버(6)로부터의 배기 유량을 제어할 수 있다. 3개의 배기 밸브(192, 193, 194) 중 어느 하나만을 개방해도 되고, 2개 또는 3개를 개방해도 된다. 예를 들면, 배기 밸브(192, 193)를 폐지하고 배기 밸브(194)만을 개방한 경우에는, 가장 작은 배기 유량으로의 배기가 행해진다. 또, 3개의 배기 밸브(192, 193, 194)를 모두 개방한 경우에는, 가장 큰 배기 유량으로의 배기가 행해진다. 즉, 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)의 각각의 개폐에 의해 챔버(6)로부터의 배기 유량을 조정할 수 있는 것이다.
또, 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)의 합류 부분과 배기 펌프(191) 사이에 유량 조정 밸브(196)가 끼워져 삽입되어 있다. 배기 라인에 의한 챔버(6)로부터의 배기 유량은 유량 조정 밸브(196)에 의해서도 조정 가능하다. 유량 조정 밸브(196)가 규정하는 배기 유량은 제어부(3)의 제어에 의해 가변하게 된다. 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)이 불연속 또한 다단으로 배기 유량을 조정하는 기구인 것에 반해, 유량 조정 밸브(196)는 연속적으로 무단계로 배기 유량을 조정하는 기구라고 할 수 있다.
또, 가스 배기관(88)에는 필터(93)가 설치되어 있다. 필터(93)는, 가스 배기관(88)을 흐르는 배기류로부터 비교적 큰 분진 등을 제거한다.
가스 공급관(83), 가스 배기관(88), 및 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199)은 강도와 내식성이 우수한 스테인리스 스틸에 의해 구성되어 있다. 또, 챔버(6) 내에는 열처리 공간(65)의 압력을 측정하는 압력계(180)가 설치되어 있다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 나타내는 사시도이다. 유지부(7)는, 기대(基臺) 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대 링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대 링(71)은 원환형상으로부터 일부가 결락된 원호형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 방지하기 위해 형성되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 재치(載置)됨으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환형상의 둘레방향을 따라 복수의 연결부(72)(본 실시형태에서는 4개)가 세워져 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해 지지된다. 도 3은, 서셉터(74)의 평면도이다. 또 도 4는, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드 링(76) 및 복수의 기판 지지 핀(77)을 구비한다. 유지 플레이트(75)는, 석영으로 형성된 대략 원형의 평판형 부재이다. 유지 플레이트(75)의 직경은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 크다. 즉, 유지 플레이트(75)는, 반도체 웨이퍼(W)보다 큰 평면 사이즈를 갖는다.
유지 플레이트(75)의 상면 주연부에 가이드 링(76)이 설치되어 있다. 가이드 링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환형상의 부재이다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 위쪽을 향해 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착되도록 해도 되고, 별도로 가공한 핀 등에 의해 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드 링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드 링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지 핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 유지면(75a)의 외주 원(가이드 링(76)의 내주 원)과 동심원의 둘레 상을 따라 30°마다 합계 12개의 기판 지지 핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 직경(대향하는 기판 지지 핀(77)간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 되돌아가, 기대 링(71)에 세워져 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대 링(71)이 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된 상태에서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직방향과 일치하는 자세)가 된다. 즉, 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)은 수평면이 된다.
챔버(6)에 반입된 반도체 웨이퍼(W)는, 챔버(6)에 장착된 유지부(7)의 서셉터(74) 상에 수평 자세로 재치되어 유지된다. 이 때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지 핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지 핀(77)의 높이(기판 지지 핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하므로, 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지 핀(77)의 높이보다 가이드 링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평방향의 위치 어긋남은 가이드 링(76)에 의해 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하로 관통하여 개구부(78)가 형성되어 있다. 개구부(78)는, 방사 온도계(20)가 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사되는 방사광(적외광)을 수광하기 위해 형성되어 있다. 즉, 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 챔버 측부(61)의 관통구멍(61a)에 장착된 투명창(21)을 통해 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 광을 수광하여 당해 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다. 또한, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 후술하는 이재 기구(10)의 리프트 핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해 관통하는 4개의 관통구멍(79)이 형성되어 있다.
도 5는, 이재 기구(10)의 평면도이다. 또, 도 6은, 이재 기구(10)의 측면도이다. 이재 기구(10)는, 2개의 이재 아암(11)을 구비한다. 이재 아암(11)은, 대체로 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워져 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트 핀(12)은 석영으로 형성되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 회동(回動) 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 이재를 행하는 이재 동작 위치(도 5의 실선 위치)와 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)와 평면에서 봤을 때 겹치지 않는 퇴피 위치(도 5의 2점 쇄선 위치)의 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로서는, 개별의 모터에 의해 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 형성된 관통구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출된다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(12)을 관통구멍(79)으로부터 빼내어, 수평 이동 기구(13)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 열도록 이동시키면 각 이재 아암(11)이 퇴피 위치로 이동한다. 한 쌍의 이재 아암(11)의 퇴피 위치는, 유지부(7)의 기대 링(71)의 바로 위쪽이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 재치되어 있으므로, 이재 아암(11)의 퇴피 위치는 오목부(62)의 내측이 된다. 또한, 이재 기구(10)의 구동부(수평 이동 기구(13) 및 승강 기구(14))가 설치되어 있는 부위의 근방에도 도시를 생략한 배기 기구가 설치되어 있으며, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 1로 되돌아가, 챔버(6)의 위쪽에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수개(본 실시형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 위쪽을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 가열부(5)의 하우징(51)의 바닥부에는 램프광 방사창(53)이 장착되어 있다. 플래시 가열부(5)의 마루부를 구성하는 램프광 방사창(53)은, 석영에 의해 형성된 판형의 석영창이다. 플래시 가열부(5)가 챔버(6)의 위쪽에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 위쪽으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 통해 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 장척의 원통형상을 갖는 막대형 램프이며, 각각의 길이방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평방향을 따라) 서로 평행해지도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해 형성되는 평면도 수평면이다. 복수의 플래시 램프(FL)가 배열되는 영역은 반도체 웨이퍼(W)의 평면 사이즈보다 크다.
크세논 플래시 램프(FL)는, 그 내부에 크세논 가스가 봉입되며 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 막대형의 유리관(방전관)과, 그 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이므로, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 비축된 전기가 유리관 내로 순간적으로 흐르며, 그 때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에서는, 미리 콘덴서에 비축되어 있었던 정전 에너지가 0.1밀리초 내지 100밀리초와 같은 극히 짧은 광펄스로 변환되므로, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 극히 짧은 시간에 순간적으로 발광하는 펄스 발광 램프이다. 또한, 플래시 램프(FL)의 발광 시간은, 플래시 램프(FL)에 전력 공급을 행하는 램프 전원의 코일 상수에 의해 조정할 수 있다.
또 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 위쪽에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)에서 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)측으로 반사한다는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있으며, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블라스트 처리에 의해 조면화(粗面化) 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 아래쪽에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수개(본 실시형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해 챔버(6)의 아래쪽으로부터 하측 챔버창(64)을 통해 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 나타내는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어 배치되어 있다. 유지부(7)에 가까운 상단에 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치됨과 더불어, 상단보다 유지부(7)에서 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 장척의 원통형상을 갖는 막대형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라(즉 수평방향을 따라) 서로 평행해지도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해 형성되는 평면은 수평면이다.
또 도 7에 나타내는 바와 같이, 상단, 하단 모두 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도가 높아지고 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부 쪽이 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이 때문에, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열 시에 온도 저하가 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 보다 많은 광량의 조사를 행할 수 있다.
또, 상단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군과 하단의 할로겐 램프(HL)로 이루어지는 램프군이 격자형으로 교차하도록 배열되어 있다. 즉, 상단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이방향과 하단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이방향이 서로 직교하도록 합계 40개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다.
할로겐 램프(HL)는, 유리관 내부에 배치된 필라멘트에 통전함으로써 필라멘트를 백열화시켜 발광시키는 필라멘트 방식의 광원이다. 유리관의 내부에는, 질소나 아르곤 등의 불활성 가스에 할로겐 원소(요오드, 브롬 등)를 미량 도입한 기체가 봉입되어 있다. 할로겐 원소를 도입함으로써, 필라멘트의 파손을 억제하면서 필라멘트의 온도를 고온으로 설정하는 것이 가능해진다. 따라서, 할로겐 램프(HL)는, 통상의 백열전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 막대형 램프이므로 장수명이고, 할로겐 램프(HL)를 수평방향을 따르게 하여 배치함으로써 위쪽의 반도체 웨이퍼(W)로의 방사 효율이 우수한 것이 된다.
또, 할로겐 가열부(4)의 하우징(41) 내에도, 2단의 할로겐 램프(HL)의 하측에 리플렉터(43)가 설치되어 있다(도 1). 리플렉터(43)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에서 출사된 광을 열처리 공간(65)측으로 반사한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 여러 가지 동작 기구를 제어한다. 제어부(3)의 하드웨어로서의 구성은 일반적인 컴퓨터와 동일하다. 즉, 제어부(3)는, 각종 연산 처리를 행하는 회로인 CPU, 기본 프로그램을 기억하는 읽기 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기가 가능한 메모리인 RAM 및 제어용 소프트웨어나 데이터 등을 기억해 두는 자기 디스크를 구비하고 있다. 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 열처리 장치(1)에서의 처리가 진행된다. 또 제어부(3)는, 공급 밸브(84), 배기 밸브(89), 유량 조정 밸브(90), 유량 조정 밸브(196), 진공 펌프(191), 및 3개의 배기 밸브(192, 193, 194)를 제어하여 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)의 압력, 급기 유량 및 배기 유량을 조정한다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)에서 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉의 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들면, 챔버(6)의 벽체에는 수냉관(도시 생략)이 설치되어 있다. 또, 할로겐 가열부(4) 및 플래시 가열부(5)는, 내부에 기체류를 형성하여 배열하는 공랭 구조로 되어 있다. 또, 상측 챔버창(63)과 램프광 방사창(53)의 간극에도 공기가 공급되며, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음으로, 열처리 장치(1)에서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서에 대해 설명한다. 여기서 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)는, 게이트 절연막으로서 고유전율막이 형성된 실리콘의 반도체 기판이다. 고유전율막은, 예를 들면 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등의 수법에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적되어 성막되어 있다. 그 반도체 웨이퍼(W)에 대해 열처리 장치(1)가 암모니아 분위기 중에서 플래시광을 조사하여 성막 후 열처리(PDA)를 행함으로써, 성막 후의 고유전율막 중의 결함을 소멸시킨다. 이하에 설명하는 열처리 장치(1)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행한다.
우선, 고유전율막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 열처리 장치(1)의 챔버(6)에 반입된다. 반도체 웨이퍼(W)의 반입 시에는, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구 부(66)가 개방되어, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통해 고유전율막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)으로 반입된다. 이 때에, 챔버(6)의 내외는 모두 대기압이므로, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 장치 바깥 분위기가 말려들어간다. 그래서, 공급 밸브(84)를 개방하여 처리 가스 공급원(85)으로부터 챔버(6) 내에 질소가스를 계속 공급함으로써 반송 개구부(66)로부터 질소가스류를 유출시켜, 장치 외부의 분위기가 챔버(6) 내로 유입되는 것을 최소한으로 억제하도록 해도 된다. 또한, 게이트 밸브(185)의 개방 시에는, 배기 밸브(89)를 폐지하여 챔버(6)로부터의 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 챔버(6) 내에 공급된 질소가스는 반송 개구부(66)로부터만 유출되게 되므로, 외부 분위기의 유입을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
반송 로봇에 의해 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 위쪽 위치까지 진출하여 정지한다. 그리고, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 관통구멍(79)을 통과하여 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이 때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 위쪽으로까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 재치된 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출되어, 게이트 밸브(185)에 의해 반송 개구부(66)가 폐쇄된다. 그리고, 한 쌍의 이재 아암(11)이 하강함으로써, 반도체 웨이퍼(W)는 이재 기구(10)로부터 유지부(7)의 서셉터(74)에 수도되어 수평 자세로 아래쪽으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 또 반도체 웨이퍼(W)는, 고유전율막이 성막된 표면을 상면으로 하여 서셉터(74)에 유지된다. 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)의 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 아래쪽으로까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측으로 퇴피된다.
반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6)에 수용되고, 게이트 밸브(185)에 의해 반송 개구부(66)가 폐쇄된 후, 챔버(6) 내를 대기압보다 낮은 기압으로 감압한다. 구체적으로는, 반송 개구부(66)가 폐쇄됨으로써, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다. 이 상태로, 급기를 위한 공급 밸브(84)를 폐지하면서, 배기 밸브(89)를 개방한다. 또 제어부(3)는, 진공 펌프(191)를 작동시키면서, 3개의 바이패스 라인(197, 198, 199) 중 가장 배관 직경이 작은 바이패스 라인(199)에 설치된 배기 밸브(194)를 개방한다. 다른 배기 밸브(192, 193)는 폐지되어 있다. 이에 따라, 챔버(6) 내에 대해서는 가스 공급이 행해지지 않고 배기가 행해지게 되어, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 감압된다.
이어서, 챔버(6) 내가 소정의 압력으로까지 감압된 시점에서 제어부(3)가 3개의 배기 밸브(192, 193, 194)를 모두 개방한다. 이에 따라, 챔버(6)로부터의 배기 유량이 증대하며, 배기 속도도 빨라진다. 즉, 감압의 초기 단계에서는 작은 배기 유량으로 배기를 행한 후에, 그보다 큰 배기 유량으로 전환하여 배기를 행하고 있는 것이다. 감압의 개시 시로부터 큰 배기 유량으로 급속히 배기를 행하면, 챔버(6) 내에 큰 기류 변화가 발생하여 챔버(6)의 구조물(예를 들면, 하측 챔버창(64))에 부착되어 있었던 파티클이 말려올라가 반도체 웨이퍼(W)에 재부착되어 오염될 우려가 있다. 감압의 초기 단계에서는 작은 배기 유량으로 조용히 배기를 행한 후에, 큰 배기 유량으로 전환하여 배기를 행하도록 하면, 그러한 챔버(6) 내의 파티클의 말려올라감을 방지할 수 있다. 또한 본 실시형태에서는, 유량 조정 밸브(196)의 유량은 일정하다.
다음으로, 배기 밸브(89) 및 배기 밸브(192, 193, 194)를 개방하면서, 처리 가스 공급원(85)으로부터 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)으로 암모니아와 희석 가스로서의 질소가스의 혼합 가스를 공급한다. 그 결과, 챔버(6) 내에서 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주변에는 감압 상태로 암모니아 분위기가 형성된다. 암모니아 분위기 중에서의 암모니아의 농도(즉, 암모니아와 질소가스의 혼합비)는, 특별히 한정되는 것이 아니라 적절한 값으로 할 수 있지만, 예를 들면 10vol.% 이하이면 된다(본 실시형태에서는 약 2.5vol.%).
다음으로, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)에서 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 조사된다. 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사를 받음으로써 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열되어 온도가 상승한다. 또한, 이재 기구(10)의 이재 아암(11)은 오목부(62)의 내측으로 퇴피되어 있으므로, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 되는 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(20)에 의해 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통해 방사된 적외광을 투명창(21)을 통과시켜 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중인 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달하였는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(20)에 의한 측정치에 의거하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 예비 가열 온도(T1)는 300℃ 이상 600℃ 이하이며, 본 실시형태에서는 450℃이다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 후, 제어부(3)는 반도체 웨이퍼(W)를 그 예비 가열 온도(T1)로 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(20)에 의해 측정되는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달한 시점에서 제어부(3)가 할로겐 램프(HL)의 출력을 조정하여, 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 거의 예비 가열 온도(T1)로 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도(T1)로 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있는데, 할로겐 가열부(4)에서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역 쪽이 높아지고 있다. 이 때문에, 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아져, 예비 가열 단계에서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하여 소정 시간이 경과한 시점에서 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다. 이 때, 플래시 램프(FL)에서 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사된 후에 챔버(6) 내로 향하며, 이들 플래시광의 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 플래시 가열이 행해진다.
플래시 가열은, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광(섬광) 조사에 의해 행해지므로, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)에서 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 비축되어 있었던 정전 에너지가 극히 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리초 이상 100밀리초 이하 정도의 극히 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 고유전율막이 성막된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시 램프(FL)로부터 플래시광을 조사함으로써, 고유전율막을 포함하는 반도체 웨이퍼(W)의 표면은 순간적으로 처리 온도(T2)로까지 승온하여 성막 후 열처리가 실행된다. 플래시광 조사에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 도달하는 최고 온도(피크 온도)인 처리 온도(T2)는 600℃ 이상 1200℃ 이하이며, 본 실시형태에서는 1000℃이다.
암모니아 분위기 중에서 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 처리 온도(T2)로까지 승온하여 성막 후 열처리가 실행되면, 고유전율막의 질화가 촉진됨과 더불어, 고유전율막 중에 존재하고 있었던 점 결함 등의 결함이 소멸된다. 또한, 플래시 램프(FL)로부터의 조사 시간은 0.1밀리초 이상 100밀리초 이하 정도의 단시간이므로, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 예비 가열 온도(T1)로부터 처리 온도(T2)로까지 승온하는데 요하는 시간도 1초 미만의 극히 단시간이다. 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는 처리 온도(T2)로부터 즉시 급속히 하강한다.
플래시 가열 처리의 종료 후, 공급 밸브(84)를 폐지하여 챔버(6) 내를 다시 감압한다. 이에 따라, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)으로부터 유해한 암모니아를 배출할 수 있다. 이어서, 배기 밸브(89)를 폐지하고 급기를 위한 공급 밸브(84)를 개방하여, 처리 가스 공급원(85)으로부터 챔버(6) 내로 질소가스를 공급하여 상압(대기압)으로까지 복압한다. 또, 할로겐 램프(HL)도 소등하고, 이에 따라 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터도 강온한다. 강온 중인 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해 측정되며, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 측정 결과로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온하였는지의 여부를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하로까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치로 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 이어서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있었던 반송 개구부(66)가 개방되며, 리프트 핀(12) 상에 재치된 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반출되어, 열처리 장치(1)에서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
그런데, 전술한 바와 같이, 플래시 가열 시에는, 극히 조사 시간이 짧고 또한 강한 에너지를 갖는 플래시광을 조사하여 극히 단시간에 반도체 웨이퍼(W)의 표면을 승온시키므로, 표면 근방에만 급격한 열팽창이 발생하여 챔버(6) 내에서 반도체 웨이퍼(W)가 깨지는 경우가 있다. 플래시 가열 시에 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생한 경우에는, 챔버(6) 내의 유해한 암모니아를 배출하여 질소 분위기로 치환한 후에, 챔버(6)를 개방하여 깨진 반도체 웨이퍼(W)의 파편을 회수할 필요가 있다. 이하, 플래시 가열 시에 챔버(6) 내에서 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때의 챔버(6)에 대한 급배기 프로세스에 대해 설명을 계속한다.
도 9는, 웨이퍼 깨짐 발생 후의 챔버(6)에 대한 급배기를 나타내는 타이밍 차트이다. 또, 도 10은, 웨이퍼 깨짐 발생 후의 챔버(6) 내의 압력 변화를 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 “굵은 라인”, “중간 라인”, “가는 라인”의 개폐란, 각각 바이패스 라인(197, 198, 199)에 설치된 배기 밸브(192, 193, 194)의 개폐 상태를 나타내는 것이다. 즉, 굵은 라인이 ‘개’란, 가장 굵은 바이패스 라인(197)에 설치된 배기 밸브(192)가 개방되어 있는 상태이다. 동일하게, 중간 라인이 ‘개’란, 중간의 바이패스 라인(198)에 설치된 배기 밸브(193)가 개방되어 있는 상태이며, 가는 라인이 ‘개’란, 가장 가는 바이패스 라인(199)에 설치된 배기 밸브(194)가 개방되어 있는 상태이다. 또, 도 9에 나타내는 “공급 라인”의 개폐란, 가스 공급관(83)에 설치된 공급 밸브(84)의 개폐 상태를 나타내는 것이다.
열처리 장치(1)의 챔버(6) 내에 수용된 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리를 행하고 있을 때에는, 공급 라인(가스 공급관(83))이 개방되어 챔버(6) 내에 처리 가스(암모니아와 질소가스의 혼합 가스)가 공급됨과 더불어, 굵은 라인(바이패스 라인(197)), 중간 라인(바이패스 라인(198)), 가는 라인(바이패스 라인(199))이 모두 개방되어 진공 펌프(191)에 의해 챔버(6)로부터 배기가 행해지고 있다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리를 행하고 있을 때에는, 굵은 라인, 중간 라인, 가는 라인이 모두 개방되어 최대 배기 유량으로 챔버(6)로부터의 배기가 행해지고 있는 것이다. 이후, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해지고 있을 때의 굵은 라인, 중간 라인, 가는 라인이 모두 개방되어 있을 때의 챔버(6)로부터의 배기 유량을 「정상(定常) 배기 유량(제1 배기 유량)」이라고 한다.
플래시 램프(FL)로부터 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광을 조사하여, 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 순간적으로 승온하여 급격하게 열팽창되어, 시각 t1에 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생한 것으로 한다. 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐은, 열처리 장치(1)에 설치된 깨짐 검지 센서에 의해 검지된다. 깨짐 검지 센서로서는, 예를 들면 방사 온도계(20)를 이용할 수 있다. 구체적으로는, 플래시광 조사 직후에 급격히 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 표면으로부터의 열전도에 의해 이면의 온도도 조금 상승하는데, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에는, 그러한 온도 상승을 방사 온도계(20)가 검출할 수 없다. 따라서, 플래시광 조사 직후에 방사 온도계(20)의 온도 측정치가 상승하지 않는 경우에는, 제어부(3)는 웨이퍼 깨짐이 발생한 것으로 판정한다. 또한 깨짐 검지 센서는, 방사 온도계(20)에 한정되는 것이 아니라, 그 밖의 수단에 의해도 된다.
시각 t1에 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 검출되면, 제어부(3)는 열처리 장치(1)에서의 가열 처리를 즉시 정지하고, 굵은 라인, 중간 라인, 가는 라인 및 공급 라인을 모두 폐지한다. 이에 따라, 챔버(6)로의 가스 공급이 정지됨과 더불어, 챔버(6)로부터의 배기도 정지되며, 챔버(6) 내에 깨진 반도체 웨이퍼의 파편과 함께 암모니아 분위기가 봉쇄되게 된다. 또, 열처리 장치(1)에서의 가열 처리가 정지된 후, 열처리 장치(1)의 오퍼레이터가 챔버(6)의 내부를 육안으로 확인한다. 구체적으로는, 오퍼레이터가 챔버(6)의 상측에 설치되어 있는 플래시 가열부(5)를 이동시켜, 상측 챔버창(63)을 통해 챔버(6)의 내부를 육안으로 확인하는 것이다.
오퍼레이터는, 챔버(6) 내에서의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐의 유무 및 깨짐 상태를 확인한다. 깨짐 검지 센서에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 검출되었지만, 오검출(즉, 실제로는 반도체 웨이퍼(W)는 깨져 있지 않다)인 경우도 있다. 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있지 않은 경우에는, 오퍼레이터가 열처리 장치(1)의 동작을 재개시킨다. 한편, 반도체 웨이퍼(W)가 깨져 있는 경우에는, 오퍼레이터는 그 깨짐 상태를 확인한다. 전형적으로는, 실리콘의 반도체 웨이퍼(W)가 깨질 때에는, 몇 개의 큰 파편으로 깨지는 경우(클리빙)와, 미세한 분말상의 파편으로 깨지는 경우(셔터링)가 있다. 오퍼레이터는, 반도체 웨이퍼(W)가 어떻게 깨져 있는지도 확인하는 것이다.
다음으로, 시각 t2에 오퍼레이터의 조작에 의해 가는 라인(바이패스 라인199))이 개방된다. 시각 t2의 시점에서는, 가는 라인만이 개방되고 굵은 라인, 중간 라인 및 공급 라인은 폐지된 상태이다. 가는 라인이 개방되면, 진공 펌프(191)에 의해 챔버(6) 내로부터의 배기가 행해진다. 이 시점에서는, 가는 라인만이 개방되어 있으므로, 챔버(6)로부터의 배기 유량은 상기의 정상 배기 유량(반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해지고 있을 때의 배기 유량)보다 작다. 그리고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 시각 t2로부터 챔버(6) 내에 가스 공급을 행하지 않고, 가는 라인에 의한 배기를 개시함으로써, 챔버(6) 내의 압력이 서서히 감압된다. 또한, 시각 t1에 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 검출되어 굵은 라인, 중간 라인, 가는 라인 및 공급 라인이 모두 폐지된 후에는, 배기가 개시되는 시각 t2까지 챔버(6) 내의 압력은 일정하게 유지되어 있다.
가는 라인에 의한 배기가 개시됨으로써, 챔버(6) 내로부터 암모니아가 배출된다. 또, 챔버(6) 내에는 깨진 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 존재하고 있는데, 가는 라인만에 의해 정상 배기 유량보다 현저히 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행함으로써, 챔버(6) 내에 강한 배기류는 형성되지 않으며, 그러한 파편이 챔버(6)로부터 가스 배기관(88)으로 들어가는 것은 억제된다. 약간의 파편이 가스 배기관(88)으로 들어가는 경우는 있지만, 그 파편은 필터(93)에 의해 제거된다. 즉, 챔버(6) 내에 존재하고 있는 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 필터(93)를 통과하지 않을 정도의 배기 유량으로 배기가 행해지고 있는 것이다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 진공 펌프(191)로 들어가는 것을 막아 진공 펌프(191)의 고장을 방지할 수 있다.
가는 라인에 의해 챔버(6) 내의 분위기가 배기되며, 챔버(6) 내의 압력이 기압 P1로까지 감압된 시각 t3에 오퍼레이터의 조작 또는 제어부(3)의 제어에 의해 가는 라인에 더하여 중간 라인(바이패스 라인(198))이 개방된다. 챔버(6) 내의 압력은 압력계(180)에 의해 측정되고 있다. 가는 라인 및 중간 라인이 개방되면, 챔버(6)로부터의 배기 유량은 가는 라인만일 때(시각 t2로부터 시각 t3까지의 사이)보다 증가한다. 단, 시각 t3 이후의 가는 라인 및 중간 라인이 개방되어 있을 때의 챔버(6)로부터의 배기 유량도 정상 배기 유량보다는 작다. 그리고, 시각 t3으로부터 챔버(6) 내에 가스 공급을 행하지 않고, 가는 라인 및 중간 라인에 의한 배기를 개시함으로써, 챔버(6) 내의 압력이 더욱 감압된다. 또한, 기압 P1은, 예를 들면 약 20kPa이다.
가는 라인 및 중간 라인에 의한 배기를 행함으로써, 챔버(6) 내로부터 더욱 암모니아가 배출된다. 또, 보다 작은 배기 유량으로 배기를 행하고 나서 배기 유량을 증가시킴으로써, 챔버(6) 내에 큰 기류 변화가 생기는 것을 방지하여 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 가스 배기관(88)으로 들어가는 것을 최소한으로 억제하고 있다. 가스 배기관(88)으로 들어간 약간의 파편은 필터(93)에 의해 제거된다. 즉, 시각 t3 이후에서도, 챔버(6) 내에 존재하고 있는 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 필터(93)를 통과하지 않을 정도의 배기 유량으로 배기가 행해지고 있는 것이다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 진공 펌프(191)에 말려들어가는 것을 방지할 수 있다.
가는 라인 및 중간 라인에 의해 챔버(6) 내의 분위기가 더욱 배기되며, 챔버(6) 내의 압력이 기압 P2로까지 감압된 시각 t4에 오퍼레이터의 조작 또는 제어부(3)의 제어에 의해 가는 라인 및 중간 라인이 폐지된다. 그와 동시에, 공급 라인이 개방되어 처리 가스 공급원(85)으로부터 챔버(6) 내에 질소가스를 공급한다. 굵은 라인, 중간 라인 및 가는 라인이 모두 폐지되어 챔버(6)로부터 배기를 정지한 상태로 챔버(6) 내에 질소가스를 공급함으로써 챔버(6) 내는 대기압(약 101325Pa)으로까지 복압된다. 또한 기압 P2는, 예를 들면 약 100Pa이다.
챔버(6) 내가 기압 P2로까지 감압됨으로써, 챔버(6) 내의 암모니아는 챔버(6)를 개방해도 문제가 없는 레벨로까지 배출되게 된다. 그 상태로부터 질소가스를 공급하여 챔버(6) 내를 대기압으로까지 복압함으로써, 챔버(6)를 암모니아 분위기로부터 질소 분위기로 치환하고 있는 것이다. 또한, 이러한 챔버(6) 내의 감압과 복압을 여러 차례 반복하도록 해도 된다. 그리고, 챔버(6) 내가 대기압으로까지 복압되어 질소 분위기로 치환된 후, 오퍼레이터가 챔버(6)를 개방하여 깨진 반도체 웨이퍼(W)의 파편을 회수하여, 챔버(6) 내를 청소한다.
이와 같이 본 실시형태에서는, 플래시 가열에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에, 일단 챔버(6)로의 급배기를 정지한 후, 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행한 후에, 챔버(6) 내에 질소가스를 공급하여 대기압으로까지 복압하고 나서 챔버(6)를 개방하여 반도체 웨이퍼(W)의 파편을 회수하고 있다.
정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 파편을 가스 배기관(88)으로 인입하는 것을 억제하면서, 챔버(6) 내로부터 유해한 암모니아를 배출할 수 있다. 즉, 챔버(6) 내에서 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생한 경우여도, 반도체 웨이퍼(W)의 파편의 진공 펌프(191)로의 말려들어감을 억제하면서 챔버(6) 내를 배기할 수 있는 것이다. 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 약간 가스 배기관(88)으로 인입되었다고 해도, 그 파편은 필터(93)에 의해 제거되므로, 진공 펌프(191)에 파편이 말려들어가 고장나는 것은 방지된다.
또, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐 발생 후에 챔버(6)로부터 배기를 행할 때에는, 가는 라인만에 의해 배기를 행한 후에, 가는 라인 및 중간 라인에 의해 배기를 행함으로써 배기 유량을 증가시키고 있다. 가는 라인만의 작은 배기 유량으로 챔버(6) 내를 기압 P2로까지 감압하는데는 상당한 장시간을 요한다. 한편, 처음부터 가는 라인 및 중간 라인에 의해 비교적 큰 배기 유량으로 배기를 행하면, 챔버(6) 내에 큰 기류 변화가 생겨 깨진 반도체 웨이퍼의 파편이 가스 배기관(88)으로 인입되기 쉬워진다. 본 실시형태와 같이, 초기 단계에서는 챔버(6)로부터 작은 배기 유량으로 배기를 행하고 나서 배기 유량을 증가시키면, 챔버(6) 내에 큰 기류 변화를 발생시키지 않고, 챔버(6) 내를 비교적 단시간에 기압 P2로까지 감압할 수 있다. 이에 따라, 반도체 웨이퍼(W)의 파편의 진공 펌프(191)로의 말려들어감을 효과적으로 억제하면서 챔버(6) 내를 비교적 단시간에 배기할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 그 취지를 벗어나지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 여러 가지 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에, 챔버(6)로부터 가는 라인(바이패스 라인(199))만에 의해 배기를 행한 후에, 가는 라인 및 중간 라인(바이패스 라인(198))에 의해 배기를 행하여 배기 유량을 증가시키도록 하고 있었지만, 웨이퍼 깨짐 발생 시의 배기 형태는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 굵은 라인(바이패스 라인(197))에 의해 배기를 행하도록 해도 되고, 굵은 라인 및 중간 라인에 의해 배기를 행하도록 해도 된다. 또, 배기의 도중에 배기 유량을 증가시킬 필요는 반드시 없으며, 초기 단계로부터 일정한 배기 유량으로 챔버(6) 내를 기압 P2로까지 감압하도록 해도 된다.
요컨대, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에는, 적어도 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행하도록 하면 된다. 구체적으로는, 3개의 굵은 라인, 중간 라인, 가는 라인 중 1개 또는 2개의 라인을 개방하여 챔버(6)로부터 배기를 행하도록 하면 된다. 굵은 라인, 중간 라인 및 가는 라인 중 어느 것을 개방할지는, 챔버(6) 내에서의 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐 상태에 따라 결정하는 것이 바람직하고, 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 필터(93)를 통과하지 않을 정도의 배기 유량으로 배기를 행하도록 하면 된다. 예를 들면, 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 비교적 크고, 챔버(6) 내에 다소 강한 배기류가 형성되어도 당해 파편이 가스 배기관(88)으로 인입될 우려가 없는 경우에는, 비교적 큰 배기 유량(예를 들면, 굵은 라인 및 중간 라인을 개방)으로 챔버(6)로부터 배기를 행하도록 하면 신속하게 암모니아를 배출할 수 있다. 반대로, 반도체 웨이퍼(W)의 파편이 비교적 작고, 당해 파편이 가스 배기관(88)으로 용이하게 인입될 우려가 있는 경우에는, 비교적 작은 배기 유량(예를 들면, 가는 라인만 개방)으로 챔버(6)로부터 배기를 행하는 것이 바람직하다.
또, 상기 실시형태에서는, 3개의 굵은 라인, 중간 라인, 가는 라인의 개폐의 조합에 의해 챔버(6)로부터의 배기 유량을 조정하도록 하고 있었지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 유량 조정 밸브(196)에 의해 배기 유량을 조정하도록 해도 된다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에, 굵은 라인, 중간 라인 및 가는 라인을 모두 개방한 상태로, 유량 조정 밸브(196)에 의해 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행하도록 해도 된다. 유량 조정 밸브(196)이면, 보다 미세한 배기 유량의 조정을 행하는 것이 가능하다.
또 상기 실시형태에서는, 가스 배기관(88)에 파편을 제거하기 위한 필터(93)를 설치하고 있었지만, 필터(93)는 반드시 필수의 요소는 아니다. 필터(93)를 설치하고 있지 않은 경우여도, 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 파편의 진공 펌프(191)로의 말려들어감을 억제할 수는 있다. 전형적으로는, 진공 펌프(191)는, 다소의 미세한 분진을 흡인해도 문제는 없는 설계로 되어 있다. 따라서, 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 비교적 큰 파편의 진공 펌프(191)로의 말려들어감을 억제할 수 있으면, 다소의 분말상의 파편이 진공 펌프(191)에 흡인되었다고 해도 진공 펌프(191)가 고장나는 것은 방지된다.
또, 상기 실시형태에서는, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리 시에 챔버(6) 내에 암모니아의 분위기를 형성하고 있었지만, 수소, 일산화질소, 아산화질소, 이산화질소 등의 다른 반응성 가스의 분위기를 챔버(6) 내에 형성하고 있는 경우여도, 본 발명에 따른 기술을 적합하게 적용할 수 있다. 반응성 가스의 분위기가 형성되어 있는 챔버(6) 내에서 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에, 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 파편의 진공 펌프(191)로의 말려들어감을 억제하면서, 챔버(6) 내로부터 유해한 반응성 가스를 배출할 수 있다.
또한, 챔버(6) 내에 반응성 가스의 분위기가 형성되어 있지 않은 경우(예를 들면, 챔버(6) 내가 질소 분위기로 되어 있는 경우)여도, 본 발명에 따른 기술을 적용하는 것은 가능하다. 질소 분위기의 챔버(6) 내에서 반도체 웨이퍼(W)의 깨짐이 발생하였을 때에, 정상 배기 유량보다 작은 배기 유량으로 챔버(6)로부터 배기를 행하도록 하면, 비교적 큰 반도체 웨이퍼(W)의 파편을 가스 배기관(88)으로 인입하는 일없이, 미세한 분말상의 파편만을 챔버(6)로부터 배출할 수 있다. 이에 따라, 챔버(6)를 개방했을 때의 반도체 웨이퍼(W)의 파편의 회수 작업을 용이하게 할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니라, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것이 아니라, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시형태에서는, 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형의 아크 램프(예를 들면, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니라, 액정표시장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양전지용의 기판이어도 된다.
또 열처리 장치(1)는, 플래시 램프 어닐링 장치에 한정되는 것이 아니라, 할로겐 램프를 사용한 매엽식의 램프 어닐링 장치나 레이저 어닐링 장치 등의 플래시 램프 이외의 열원의 장치여도 된다. 특히, 가열 처리 시에 반도체 웨이퍼가 깨질 가능성이 있는 장치에 본 발명에 따른 기술을 적합하게 적용할 수 있다.
1 : 열처리 장치
3 : 제어부
4 : 할로겐 가열부
5 : 플래시 가열부
6 : 챔버
7 : 유지부
10 : 이재 기구
65 : 열처리 공간
74 : 서셉터
75 : 유지 플레이트
77 : 기판 지지 핀
84 : 공급 밸브
85 : 처리 가스 공급원
88 : 가스 배기관
89 : 배기 밸브
93 : 필터
180 : 압력계
190 : 배기부
191 : 진공 펌프
192, 193, 194 : 배기 밸브
196 : 유량 조정 밸브
197, 198, 199 : 바이패스 라인
FL : 플래시 램프
HL : 할로겐 램프
W : 반도체 웨이퍼

Claims (6)

  1. 챔버 내에서 기판의 가열 처리를 행하는 열처리 장치의 배기 방법으로서,
    기판을 수용한 상기 챔버 내에 소정의 처리 가스를 공급함과 더불어, 진공 펌프에 의해 상기 챔버로부터 제1 배기 유량으로 배기를 행하면서, 상기 기판의 가열 처리를 행하는 열처리 공정과,
    상기 챔버 내에서 가열 처리 중인 상기 기판의 깨짐이 검출되었을 때에, 상기 챔버로의 상기 처리 가스의 공급 및 상기 챔버로부터의 배기를 정지하는 급배기(給排氣) 정지 공정과,
    상기 급배기 정지 공정 후, 상기 진공 펌프에 의해 상기 챔버로부터 상기 제1 배기 유량보다 작은 제2 배기 유량으로 배기를 행하여 상기 챔버 내를 감압하는 감압 공정과,
    상기 챔버 내가 소정의 기압으로까지 감압된 후, 상기 챔버 내에 불활성 가스를 공급하여 상기 챔버 내를 대기압으로 복압(復壓)하는 복압 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 배기 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 감압 공정에서는, 상기 챔버로부터의 배기 유량을 상기 제1 배기 유량보다 작은 범위에서 증가시키는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 배기 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 진공 펌프와 상기 챔버를 연통 접속하는 배기 라인에 필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 배기 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 배기 라인은 직경이 다른 복수개의 바이패스 라인으로 분기되고,
    상기 복수개의 바이패스 라인의 각각의 개폐에 의해 상기 챔버로부터의 배기 유량을 조정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 배기 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리 공정에서는, 상기 챔버 내에 반응성 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 배기 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리 공정에서는, 플래시 램프로부터 상기 기판에 플래시광을 조사하여 가열 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치의 배기 방법.
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