KR102240492B1 - 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

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가쓰이치 아키요시
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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 반도체 웨이퍼를 수용한 챔버(6) 내가 대기압 미만으로 감압되고, 감압 분위기하에서 반도체 웨이퍼에 플래시광이 조사되어 열처리가 행해진다. 리크 판정부(31)는, 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간이 미리 설정된 역치를 초과해도 챔버(6) 내의 압력이 목표 압력에 도달되어 있지 않은 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다. 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간을 감시하여 챔버(6)의 리크를 검출하고 있으며, 새로운 하드웨어 구성을 탑재하지 않고, 간이한 구성으로 챔버(6)의 리크의 유무를 검출할 수 있다.

Description

열처리 장치 및 열처리 방법{HEAT TREATMENT APPARATUS AND HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치 및 열처리 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(수밀리초 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 조사했을 때에는, 투과광이 적고 반도체 웨이퍼를 급속히 승온시키는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온시킬 수 있는 것도 판명되어 있다.
이러한 플래시 램프 어닐링은, 극히 단시간의 가열이 필요로 하게 되는 처리, 예를 들어 전형적으로는 반도체 웨이퍼에 주입된 불순물의 활성화에 이용된다. 이온 주입법에 의해서 불순물이 주입된 반도체 웨이퍼의 표면에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하면, 당해 반도체 웨이퍼의 표면을 극히 단시간만 활성화 온도까지 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 들어, 특허 문헌 1에는, 고유전율 게이트 절연막(high-k막)을 형성한 반도체 웨이퍼를 수용한 챔버 내를 감압 상태로 유지하면서 암모니아 분위기를 형성하고, 당해 반도체 웨이퍼에 대해서 플래시광을 조사하여 가열함으로써, 고유전율 게이트 절연막의 성막 후 열처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 고유전율 게이트 절연막은, 게이트 절연막의 박막화의 진전에 따라 리크 전류가 증대하는 문제를 해결하기 위해서, 게이트 전극에 금속을 이용한 메탈 게이트 전극과 더불어 새로운 전계 효과 트랜지스터의 스택 구조로서 개발이 진행되고 있는 것이다.
일본국 특허 공개 2017-045982호 공보
특허 문헌 1에 개시되는 플래시 램프 어닐링 장치에서는, 챔버 내에 반응성 가스를 공급하기 전에 챔버 내의 분위기를 배기하여 약 100Pa까지 감압하고 있다. 또, 플래시 가열 처리가 종료한 후도, 챔버 내를 감압하여 반응성 가스를 배출하도록 하고 있다. 이러한 챔버 내를 대기압 미만까지 감압하는 장치에서는, 챔버에 리크가 발생되어 있으면 감압할 수 없게 된다고 하는 문제가 생긴다. 특히, 특허 문헌 1에 개시된 장치와 같이, 암모니아 등의 반응성 가스를 취급하는 경우에는, 챔버에 리크가 발생되어 있으면 위험한 반응성 가스가 챔버 외로 누출된다고 하는 문제도 생긴다.
이로 인해, 챔버에 있어서의 리크의 유무를 검출하는 것이 중요해진다. 플래시 램프 어닐링 장치의 챔버에 리크가 발생하는 원인으로는, 챔버에 설치된 석영창의 파손이나 챔버에 급배기를 행하는 배관의 문제점 등을 들 수 있다. 리크의 유무를 검출하는 수법으로서, 예를 들어 석영창에 깨짐 검출을 위한 센서 등의 하드웨어 구성을 탑재하는 것도 생각할 수 있는데, 플래시광 조사에 지장이 생길 우려가 있다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 석영창을 갖고, 상기 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사부와, 상기 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기부와, 상기 챔버에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 챔버 내의 압력을 측정하는 압력계와, 상기 배기부에 의해서 상기 챔버 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간이 미리 설정된 역치를 초과해도 상기 압력계의 측정값이 목표 압력에 도달되어 있지 않은 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 리크 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 석영창을 갖고, 상기 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사부와, 상기 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기부와, 상기 챔버에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 챔버 내의 압력을 측정하는 압력계와, 상기 압력계의 측정값에 의거하여 상기 챔버 내의 압력을 설정값으로 조정하는 압력 조정 밸브와, 상기 챔버 내가 처리 압력까지 감압된 후, 상기 압력계의 측정값과 상기 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 리크 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 석영창을 갖고, 상기 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사부와, 상기 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기부와, 상기 챔버에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 챔버 내의 압력을 측정하는 압력계와, 소정 압력으로 감압되어 있는 상기 챔버에 상기 가스 공급부로부터 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 상기 압력계의 측정값이 대기압이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 리크 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 광조사부는, 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 석영창을 갖는 챔버 내에 상기 기판을 수용하는 수용 공정과, 상기 챔버 내를 대기압 미만까지 감압하는 감압 공정과, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 광조사부로부터 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사 공정을 구비하고, 상기 챔버 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간이 미리 설정된 역치를 초과해도 상기 챔버 내의 압력이 목표 압력에 도달되어 있지 않은 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 석영창을 갖는 챔버 내에 상기 기판을 수용하는 수용 공정과, 상기 챔버 내를 대기압 미만까지 감압하는 감압 공정과, 상기 챔버 내의 압력을 압력계에 의해서 측정한 측정값에 의거하여 상기 챔버 내의 압력을 압력 조정 밸브에 의해서 설정값으로 조정하는 압력 조정 공정과, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 광조사부로부터 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사 공정을 구비하고, 상기 챔버 내가 처리 압력까지 감압된 후, 상기 압력계의 측정값과 상기 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 석영창을 갖는 챔버 내에 상기 기판을 수용하는 수용 공정과, 상기 챔버 내를 대기압 미만까지 감압하는 감압 공정과, 상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 광조사부로부터 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사 공정을 구비하고, 소정 압력으로 감압되어 있는 상기 챔버에 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 상기 챔버 내의 압력이 대기압이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 5 내지 청구항 7 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 광조사 공정에서는, 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1, 4의 발명에 의하면, 배기부에 의해서 챔버 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간이 미리 설정된 역치를 초과해도 압력계의 측정값이 목표 압력에 도달되어 있지 않은 경우에는 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하므로, 감압 개시부터의 경과 시간을 감시하여 리크 발생을 판정하고 있으며, 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
청구항 2, 4의 발명에 의하면, 챔버 내가 처리 압력까지 감압된 후, 압력계의 측정값과 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하므로, 감압 처리 중의 압력 편차를 감시하여 리크 발생을 판정하고 있으며, 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
청구항 3, 4의 발명에 의하면, 소정 압력으로 감압되어 있는 챔버에 가스 공급부로부터 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 압력계의 측정값이 대기압이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하므로, 대기압까지의 복압(復壓) 시간을 감시하여 리크 발생을 판정하고 있으며, 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
청구항 5, 8의 발명에 의하면, 챔버 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간이 미리 설정된 역치를 초과해도 챔버 내의 압력이 목표 압력에 도달되어 있지 않은 경우에는 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하므로, 감압 개시부터의 경과 시간을 감시하여 리크 발생을 판정하고 있으며, 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
청구항 6, 8의 발명에 의하면, 챔버 내가 처리 압력까지 감압된 후, 압력계의 측정값과 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하므로, 감압 처리 중의 압력 편차를 감시하여 리크 발생을 판정하고 있으며, 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
청구항 7, 8의 발명에 의하면, 소정 압력으로 감압되어 있는 챔버에 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 챔버 내의 압력이 대기압이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하므로, 대기압까지의 복압 시간을 감시하여 리크 발생을 판정하고 있으며, 간이한 구성으로 챔버의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치의 구성을 도시한 종단면도이다.
도 2는 유지부의 전체 외관을 도시한 사시도이다.
도 3은 서셉터의 평면도이다.
도 4는 서셉터의 단면도이다.
도 5는 이재 기구의 평면도이다.
도 6은 이재 기구의 측면도이다.
도 7은 복수의 할로겐 램프의 배치를 도시한 평면도이다.
도 8은 챔버에 대한 급배기 기구를 도시한 도면이다.
도 9는 챔버 내의 압력 변화를 도시한 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(1)의 구성을 도시한 종단면도이다. 도 1의 열처리 장치(1)는, 기판으로서 원판 형상의 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 플래시광 조사를 행함으로써 그 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 플래시 램프 어닐링 장치이다. 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)의 사이즈는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 φ300mm나 φ450mm이다(본 실시 형태에서는 φ300mm). 열처리 장치(1)에 반입되기 전의 반도체 웨이퍼(W)에는 게이트 절연막으로서 고유전율막(high-k막)이 형성되어 있고, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해서 고유전율막의 성막 후 열처리(PDA:Post Deposition Anneal)가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장하거나 또한 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 대략 통 형상을 갖고 있으며, 상측 개구에는 상측 챔버창(63)이 장착되어 폐색되고, 하측 개구에는 하측 챔버창(64)이 장착되어 폐색되어 있다. 챔버(6)의 천정부를 구성하는 상측 챔버창(63)은, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 플래시 가열부(5)로부터 출사된 플래시광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다. 또, 챔버(6)의 마루부를 구성하는 하측 챔버창(64)도, 석영에 의해 형성된 원판 형상 부재이며, 할로겐 가열부(4)로부터의 광을 챔버(6) 내에 투과하는 석영창으로서 기능한다.
또, 챔버 측부(61)의 내측의 벽면의 상부에는 반사링(68)이 장착되고, 하부에는 반사링(69)이 장착되어 있다. 반사링(68, 69)은, 모두 원환상으로 형성되어 있다. 상측의 반사링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워 넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워 넣어 도시 생략한 나사로 고정시킴으로써 장착된다. 즉, 반사링(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 반사링(68, 69)에 의해서 둘러싸이는 공간이 열처리 공간(65)으로서 규정된다.
챔버 측부(61)에 반사링(68, 69)이 장착됨으로써, 챔버(6)의 내벽면에 오목부(62)가 형성된다. 즉, 챔버 측부(61)의 내벽면 중 반사링(68, 69)이 장착되어 있지 않은 중앙 부분과, 반사링(68)의 하단면과, 반사링(69)의 상단면으로 둘러싸인 오목부(62)가 형성된다. 오목부(62)는, 챔버(6)의 내벽면에 수평 방향을 따라서 원환상으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 위요한다. 챔버 측부(61) 및 반사링(68, 69)은, 강도와 내열성이 뛰어난 금속 재료(예를 들어, 스테인리스 스틸)로 형성되어 있다.
또, 챔버 측부(61)에는, 챔버(6)에 대해서 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 의해서 개폐 가능하게 되어 있다. 반송 개구부(66)는 오목부(62)의 외주면에 연통 접속되어 있다. 이로 인해, 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, 관통 구멍(61a)이 뚫려 있다. 챔버 측부(61)의 외벽면의 관통 구멍(61a)이 형성되어 있는 부위에는 방사 온도계(20)가 부착되어 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통형의 구멍이다. 관통 구멍(61a)은, 그 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하도록, 수평 방향에 대해서 경사져 설치되어 있다. 관통 구멍(61a)의 열처리 공간(65)을 향하는 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 실시 형태에서는 질소 가스(N2) 및 암모니아(NH3))를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있으며, 반사링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원 환상으로 형성된 완충 공간(82)을 통해 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, 질소 가스, 또는, 암모니아와 질소 가스의 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 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)에 송급되는 처리 가스의 유량은 유량 조정 밸브(90)에 의해서 조정된다. 유량 조정 밸브(90)가 규정하는 처리 가스의 유량은 제어부(3)의 제어에 의해서 가변하게 된다. 완충 공간(82)에 유입한 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 처리 가스 공급원(85), 공급 밸브(84) 및 유량 조정 밸브(90)에 의해서 챔버(6) 내에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부(180)가 구성된다. 또한, 처리 가스는 질소 가스, 암모니아에 한정되는 것이 아니며, 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 배기 구멍(86)이 형성되어 있다. 가스 배기 구멍(86)은, 오목부(62)보다 하측 위치에 형성되어 있고, 반사링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환상으로 형성된 완충 공간(87)을 통해 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기부(190)에 접속되어 있다.
도 8은, 챔버(6)에 대한 급배기 기구를 도시한 도면이다. 배기부(190)는, 자동 조정 밸브 압력계(91), 진공 압력계(92), 배기 밸브(93), 압력 자동 조정 밸브(94) 및 진공 펌프(95)를 구비한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 챔버(6)에는 반송 개구부(66)측 및 그 반대측의 2개소에 가스 배기관(88)이 접속되고(도 1에서는 1개만 도시), 그들 2개의 가스 배기관(88)이 합류하여 진공 펌프(95)에 접속된다. 가스 배기관(88)의 경로 도중에 자동 조정 밸브 압력계(91), 진공 압력계(92), 배기 밸브(93) 및 압력 자동 조정 밸브(94)가 설치된다.
진공 펌프(95)는, 가스 배기관(88)을 통해 챔버(6) 내를 적어도 100Pa 이하까지 감압하는 것이 가능한 펌프이다. 배기 밸브(93)는, 예를 들어 전자 밸브 등의 가스 배기관(88)의 경로를 개폐하기 위한 밸브이다. 진공 펌프(95)를 작동시키면서 배기 밸브(93)가 개방되면, 챔버(6) 내의 분위기가 가스 배기 구멍(86)으로부터 흡인되고 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배기된다. 진공 압력계(92)는, 가스 배기관(88)의 압력을 측정함으로써, 챔버(6) 내의 압력을 측정한다.
자동 조정 밸브 압력계(91)와 압력 자동 조정 밸브(94)는 협동하여 챔버(6) 내의 압력을 소정값에 유지한다. 자동 조정 밸브 압력계(91)도, 가스 배기관(88)의 압력을 측정함으로써, 챔버(6) 내의 압력을 측정한다. 압력 자동 조정 밸브(94)에는 제어부(3)로부터 챔버(6) 내의 압력의 설정값(지시값)이 부여된다. 진공 펌프(95)를 작동시키면서 배기 밸브(93)가 개방된 상태에서, 자동 조정 밸브 압력계(91)가 챔버(6) 내의 압력을 측정하고, 그 측정값에 의거하여 압력 자동 조정 밸브(94)가 개도를 제어해 챔버(6) 내의 압력을 상기 설정값으로 조정한다. 즉, 자동 조정 밸브 압력계(91)가 챔버(6) 내의 압력을 측정한 측정 결과에 의거하여, 챔버(6) 내의 압력이 상기 설정값이 되도록 압력 자동 조정 밸브(94)가 그 개도를 피드백 제어하는 것이다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 도시한 사시도이다. 유지부(7)는, 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)를 구비하여 구성된다. 기대링(71), 연결부(72) 및 서셉터(74)는 모두 석영으로 형성되어 있다. 즉, 유지부(7)의 전체가 석영으로 형성되어 있다.
기대링(71)은 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓여짐으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대링(71)의 상면에, 그 원환상의 둘레 방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워져 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대링(71)에 설치된 4개의 연결부(72)에 의해서 지지된다. 도 3은, 서셉터(74)의 평면도이다. 또, 도 4는, 서셉터(74)의 단면도이다. 서셉터(74)는, 유지 플레이트(75), 가이드링(76) 및 복수의 기판 지지핀(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 가이드링(76)이 설치되어 있다. 가이드링(76)은, 반도체 웨이퍼(W)의 직경보다 큰 내경을 갖는 원환 형상의 부재이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해서 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드링(76)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용착하도록 해도 되고, 별도 가공한 핀 등에 의해서 유지 플레이트(75)에 고정하도록 해도 된다. 혹은, 유지 플레이트(75)와 가이드링(76)을 일체의 부재로서 가공하도록 해도 된다.
유지 플레이트(75)의 상면 중 가이드링(76)보다 내측의 영역이 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 평면형의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라서 30° 마다 합계 12개의 기판 지지핀(77)이 세워져 설치되어 있다. 12개의 기판 지지핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지핀(77)간의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 지름보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 돌아와, 기대링(71)에 세워져 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대링(71)은 연결부(72)에 의해서 고정적으로 연결되어 있다. 이러한 유지부(7)의 기대링(71)이 챔버(6)의 벽면에 지지됨으로써, 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된다. 유지부(7)가 챔버(6)에 장착된 상태에 있어서는, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)는 수평 자세(법선이 연직 방향과 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) 위에 수평 자세로 올려놓여져 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되어 서셉터(74)에 유지된다. 보다 엄밀하게는, 12개의 기판 지지핀(77)의 상단부가 반도체 웨이퍼(W)의 하면에 접촉하여 당해 반도체 웨이퍼(W)를 지지한다. 12개의 기판 지지핀(77)의 높이(기판 지지핀(77)의 상단으로부터 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)까지의 거리)는 균일하므로, 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)으로부터 소정의 간격을 두고 지지되게 된다. 기판 지지핀(77)의 높이보다 가이드링(76)의 두께가 크다. 따라서, 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드링(76)에 의해서 방지된다.
또, 도 2 및 도 3에 도시한 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 위해서 설치되어 있다. 즉, 방사 온도계(20)가 개구부(78) 및 챔버 측부(61)의 관통 구멍(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 리프트핀(12)이 반도체 웨이퍼(W)의 수도를 위해서 관통하는 4개의 관통 구멍(79)이 뚫려 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 원환상의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트핀(12)이 세워져 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트핀(12)은 석영으로 형성되어 있다. 각 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 회동 가능하게 되어 있다. 수평 이동 기구(13)는, 한 쌍의 이재 아암(11)을 유지부(7)에 대해서 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 이점쇄선) 사이에서 수평 이동시킨다. 수평 이동 기구(13)로는, 개별의 모터에 의해서 각 이재 아암(11)을 각각 회동시키는 것이어도 되고, 링크 기구를 이용하여 1개의 모터에 의해서 한 쌍의 이재 아암(11)을 연동시켜 회동시키는 것이어도 된다.
또, 한 쌍의 이재 아암(11)은, 승강 기구(14)에 의해서 수평 이동 기구(13)와 함께 승강 이동된다. 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 상승시키면, 합계 4개의 리프트핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하고, 리프트핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 뚫고 나온다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트핀(12)을 관통 구멍(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 기대링(71)의 바로 위쪽이다. 기대링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓여져 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 도시 생략된 배기 기구가 설치되어 있으며, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부로 배출되도록 구성되어 있다.
도 1로 돌아와, 챔버(6)의 상방에 설치된 플래시 가열부(5)는, 하우징(51)의 내측에, 복수 개(본 실시 형태에서는 30개)의 크세논 플래시 램프(FL)로 이루어지는 광원과, 그 광원의 상방을 덮도록 설치된 리플렉터(52)를 구비하여 구성된다. 또, 플래시 가열부(5)의 하우징(51)의 저부에는 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 상방에 설치됨으로써, 램프광 방사창(53)이 상측 챔버창(63)과 서로 대향하게 된다. 플래시 램프(FL)는 챔버(6)의 상방으로부터 램프광 방사창(53) 및 상측 챔버창(63)을 통해 열처리 공간(65)에 플래시광을 조사한다.
복수의 플래시 램프(FL)는, 각각이 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이며, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행이 되도록 평면형으로 배열되어 있다. 따라서, 플래시 램프(FL)의 배열에 의해서 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 봉형의 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 내에 순간적으로 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 비축된 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라고 하는 극히 짧은 광펄스로 변환되므로, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 극히 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 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 의해서 조정할 수 있다.
또, 리플렉터(52)는, 복수의 플래시 램프(FL)의 상방에 그들 전체를 덮도록 설치되어 있다. 리플렉터(52)의 기본적인 기능은, 복수의 플래시 램프(FL)로부터 출사된 플래시광을 열처리 공간(65)측에 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)를 향하는 측의 면)은 블라스트 처리에 의해 조면화 가공이 실시되어 있다.
챔버(6)의 하방에 설치된 할로겐 가열부(4)는, 하우징(41)의 내측에 복수 개(본 실시 형태에서는 40개)의 할로겐 램프(HL)를 내장하고 있다. 할로겐 가열부(4)는, 복수의 할로겐 램프(HL)에 의해서 챔버(6)의 하방으로부터 하측 챔버창(64)을 통해 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행하여 반도체 웨이퍼(W)를 가열한다.
도 7은, 복수의 할로겐 램프(HL)의 배치를 도시한 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)로부터 먼 하단에도 20개의 할로겐 램프(HL)가 배치되어 있다. 각 할로겐 램프(HL)는, 길이가 긴 원통 형상을 갖는 봉형 램프이다. 상단, 하단 모두 20개의 할로겐 램프(HL)는, 각각의 길이 방향이 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 주면을 따라서(즉 수평 방향을 따라서) 서로 평행이 되도록 배열되어 있다. 따라서, 상단, 하단 모두 할로겐 램프(HL)의 배열에 의해서 형성되는 평면은 수평면이다.
또, 도 7에 도시한 바와 같이, 상단, 하단 모두 유지부(7)에 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도가 높아지고 있다. 즉, 상하단 모두, 램프 배열의 중앙부보다 주연부가 할로겐 램프(HL)의 배치 피치가 짧다. 이로 인해, 할로겐 가열부(4)로부터의 광조사에 의한 가열시에 온도 저하가 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 의해 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 길이 방향과 하단에 배치된 20개의 할로겐 램프(HL)의 길이 방향이 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 백열 전구에 비해 수명이 길고 또한 강한 광을 연속적으로 조사할 수 있다고 하는 특성을 갖는다. 즉, 할로겐 램프(HL)는 적어도 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프이다. 또, 할로겐 램프(HL)는 봉형 램프이므로 장수명이며, 할로겐 램프(HL)를 수평 방향을 따르게 하여 배치함으로써 상방의 반도체 웨이퍼(W)로의 방사 효율이 뛰어난 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)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)측에 반사한다.
제어부(3)는, 열처리 장치(1)에 설치된 상기의 여러 가지의 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)에 있어서의 처리가 진행된다. 또, 도 8에 도시한 바와 같이, 제어부(3)는 리크 판정부(31) 및 타이머(32)를 구비한다. 리크 판정부(31)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 타이머(32)는 계시 기능을 갖는다. 또한, 리크 판정부(31)의 처리 내용에 대해서는 추가로 후술한다.
상기의 구성 이외에도 열처리 장치(1)는, 반도체 웨이퍼(W)의 열처리시에 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터 발생하는 열에너지에 의한 할로겐 가열부(4), 플래시 가열부(5) 및 챔버(6)의 과잉 온도 상승을 방지하기 위해, 다양한 냉각용의 구조를 구비하고 있다. 예를 들어, 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 공급되고, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음으로, 열처리 장치(1)에 있어서의 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 들어 ALD(Atomic Layer Deposition)나 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 등의 수법에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 퇴적되어 성막되어 있다. 그 반도체 웨이퍼(W)에 대해서 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 진행된다.
우선, 고유전율막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 열처리 장치(1)의 챔버(6)에 반입된다. 반도체 웨이퍼(W)의 반입시에는, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통해 고유전율막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 이때에, 챔버(6)의 내외는 모두 대기압이므로, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 따라 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 장치 바깥 분위기가 말려 들어간다. 그래서, 공급 밸브(84)를 개방하여 처리 가스 공급원(85)으로부터 챔버(6) 내에 질소 가스를 계속 공급함으로써 반송 개구부(66)로부터 질소 가스류를 유출시켜, 장치 외부의 분위기가 챔버(6) 내에 유입하는 것을 최소한으로 억제하도록 해도 된다. 또한, 게이트 밸브(185)의 개방시에는, 배기 밸브(93)를 폐지하여 챔버(6)로부터의 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 챔버(6) 내에 공급된 질소 가스는 반송 개구부(66)만으로부터 유출하게 되므로, 외부 분위기의 유입을 보다 효과적으로 막을 수 있다.
반송 로봇에 의해서 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 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 관통 구멍(79)을 지나 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 뚫고 나와 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트핀(12)은 기판 지지핀(77)의 상단보다도 상방까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트핀(12)에 올려놓여진 후, 반송 로봇이 열처리 공간(65)으로부터 퇴출하고, 게이트 밸브(185)에 의해서 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 수도되고 수평 자세로 하방으로부터 유지된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 유지 플레이트(75) 상에 세워져 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 고유전율막이 성막된 표면을 상면으로 하여 서셉터(74)에 유지된다. 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)의 사이에는 소정의 간격이 형성된다. 서셉터(74)의 하방까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측에 퇴피한다.
반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6)에 수용되고, 게이트 밸브(185)에 의해서 반송 개구부(66)가 폐쇄된 후, 챔버(6) 내를 대기압보다 낮은 기압으로 감압한다. 도 9는, 챔버(6) 내의 압력 변화를 도시한 도면이다. 시각(t1)에 반도체 웨이퍼(W)가 대기압(Ps)(=약 101325Pa)의 챔버(6) 내에 반입된 후, 게이트 밸브(185)에 의해서 반송 개구부(66)가 폐쇄됨으로써, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다. 이 상태에서, 시각(t2)에 제어부(3)가 진공 펌프(95)를 작동시킴과 더불어, 배기 밸브(93)를 개방함으로써, 챔버(6) 내의 분위기가 가스 배기 구멍(86)으로부터 흡인되고 가스 배기관(88)으로 배기된다. 또, 제어부(3)는 급기를 위한 공급 밸브(84)를 폐지한다. 이것에 의해, 챔버(6) 내에 대해서는 가스 공급이 행해지지 않고 배기가 행해지게 되어, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 감압된다.
또, 제어부(3)는, 압력 자동 조정 밸브(94)를 제어하여 시각(t2)으로부터 시각(t3)까지는 비교적 작은 배기 유량으로 기압(P1)(예를 들어 약 20000Pa)까지 배기를 행한 후, 시각(t3)에 배기 유량을 증대시킨다. 즉, 감압의 초기 단계에서는 작은 배기 유량으로 배기를 행한 후에, 그것보다 큰 배기 유량으로 전환하여 배기를 행하고 있는 것이다. 감압의 개시시부터 큰 배기 유량으로 급속히 배기를 행하면, 챔버(6) 내에 큰 기류 변화가 생겨 챔버(6)의 구조물(예를 들어, 하측 챔버창(64))에 부착되어 있던 파티클이 감아올려져 반도체 웨이퍼(W)에 재부착하여 오염될 우려가 있다. 감압의 초기 단계에서는 작은 배기 유량으로 조용하게 배기를 행한 후에, 큰 배기 유량으로 전환하여 배기를 행하도록 하면, 그들 챔버(6) 내의 파티클의 감아올림을 방지할 수 있다.
이윽고 시각(t4)에 챔버(6)의 압력(진공도)이 기압(P2)에 도달한다. 기압(P2)은, 예를 들어 약 100Pa이다. 챔버(6) 내의 압력이 기압(P2)에 도달한 시각(t4)에, 급기를 위한 공급 밸브(84)를 개방하고, 처리 가스 공급원(85)으로부터 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 암모니아와 희석 가스로서의 질소 가스의 혼합 가스를 공급한다. 그 결과, 챔버(6) 내에서 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주변에는 암모니아 분위기가 형성된다. 암모니아 분위기 중에 있어서의 암모니아의 농도(즉, 암모니아와 질소 가스의 혼합비)는, 특별히 한정되는 것은 아니며 적당한 값으로 할 수 있는데, 예를 들어 10vol.% 이하이면 된다(본 실시 형태에서는 약 2.5vol.%).
챔버(6) 내에 혼합 가스가 공급됨으로써, 챔버(6) 내의 압력이 기압(P2)으로부터 상승하여 시각(t5)에 기압(P3)까지 복압하고 있다. 반도체 웨이퍼(W)의 처리 압력인 기압(P3)은, 기압(P2)보다 높고, 또한, 대기압(Ps)보다 낮으며, 예를 들어 약 5000Pa이다. 챔버(6) 내를 일단 기압(P2)까지 감압하고 나서 기압(P3)으로 복압하고 있으므로, 복압 후의 챔버(6) 내의 암모니아 분위기 중에 있어서의 산소 농도를 약 200ppb 이하로 할 수 있다.
챔버(6) 내의 압력이 기압(P3)으로 복압한 시각(t5) 이후는, 챔버(6)에 대한 암모니아·질소 혼합 가스의 공급 유량과 챔버(6)로부터의 배기 유량을 대체로 동일하게 하여 챔버(6) 내의 압력을 기압(P3)에 유지한다. 또, 챔버(6) 내의 압력을 대기압 미만의 기압(P3)에 유지할 때(시각(t5)~시각(t7))에는, 압력 자동 조정 밸브(94)에 제어부(3)로부터 챔버(6) 내의 압력의 설정값(지시값)으로서 기압(P3)이 부여된다. 압력 자동 조정 밸브(94)는, 자동 조정 밸브 압력계(91)가 챔버(6) 내의 압력을 측정한 측정 결과에 의거하여, 챔버(6) 내의 압력이 상기 설정값(기압(P3))이 되도록 개도를 피드백 제어한다.
또, 챔버(6) 내의 압력이 기압(P3)으로 복압한 시각(t5) 이후에 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열(어시스트 가열)이 개시된다. 할로겐 램프(HL)로부터 출사된 할로겐광은, 석영으로 형성된 하측 챔버창(64) 및 서셉터(74)를 투과하여 반도체 웨이퍼(W)의 이면에 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 내측에 퇴피하고 있으므로, 할로겐 램프(HL)에 의한 가열의 장해가 될 일은 없다.
할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행할 때에는, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 방사 온도계(20)에 의해서 측정되어 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 통해 방사된 적외광을 투명창(21)을 통해 방사 온도계(20)가 수광하여 승온 중의 웨이퍼 온도를 측정한다. 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 승온시키는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지의 여부를 감시하면서, 할로겐 램프(HL)의 출력을 제어한다. 즉, 제어부(3)는, 방사 온도계(20)에 의한 측정값에 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 실시 형태에서는 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)에 잠시 유지한다. 구체적으로는, 방사 온도계(20)에 의해서 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)에 유지하고 있다.
이러한 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열을 행함으로써, 반도체 웨이퍼(W)의 전체를 예비 가열 온도(T1)에 균일하게 승온시키고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있으나, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 기판 W의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아져 있다. 이로 인해, 방열이 생기기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아지며, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다. 또한, 예비 가열시의 챔버(6) 내의 압력은 기압(P3)에 유지되어 있다.
다음으로, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하여 소정 시간이 경과한 시각(t6)에 플래시 가열부(5)의 플래시 램프(FL)가 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 플래시광 조사를 행한다. 이때, 플래시 램프(FL)로부터 방사되는 플래시광의 일부는 직접 챔버(6) 내를 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 챔버(6) 내를 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)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 비축되어 있던 정전 에너지가 극히 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 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)까지 승온하여 성막 후 열처리가 실행된다. 플래시광 조사에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 도달하는 최고 온도(피크 온도)인 처리 온도(T2)는 600℃ 이상 1200℃ 이하이며, 본 실시 형태에서는 1000℃이다.
암모니아 분위기 중에서 반도체 웨이퍼(W)의 표면이 처리 온도(T2)까지 승온하여 성막 후 열처리가 실행되면, 고유전율막의 질화가 촉진됨과 더불어, 고유전율막 중에 존재하고 있던 점 결함 등의 결함이 소멸한다. 또한, 플래시 램프(FL)로부터의 조사 시간은 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 단시간이므로, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 예비 가열 온도(T1)로부터 처리 온도(T2)까지 승온시키는데 필요로 하는 시간도 1초 미만의 극히 단시간이다. 플래시광 조사 후의 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는 처리 온도(T2)로부터 즉각 급속하게 하강한다.
플래시 가열 처리가 종료하고 소정 시간이 경과한 시각(t7)에, 제어부(3)가 공급 밸브(84)를 폐지하여 챔버(6) 내를 다시 기압(P2)까지 감압한다. 이것에 의해, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)으로부터 유해한 암모니아를 배출할 수 있다. 계속해서, 챔버(6) 내가 기압(P2)까지 도달한 시각(t8)에, 제어부(3)가 배기 밸브(93)를 폐지하고 공급 밸브(84)를 개방하여, 처리 가스 공급원(85)으로부터 챔버(6) 내에 불활성 가스인 질소 가스를 공급하여 대기압(Ps)까지 복압한다. 또, 할로겐 램프(HL)도 소등하고, 이것에 의해서 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터도 강온한다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해서 측정되고, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 측정 결과보다 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지의 여부를 감시한다. 그리고, 챔버(6)가 질소 분위기로 치환되고 대기압(Ps)까지 복압하며, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하까지 강온한 후, 이재 기구(10)의 한 쌍의 이재 아암(11)이 다시 퇴피 위치로부터 이재 동작 위치에 수평 이동하여 상승함으로써, 리프트핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 뚫고 나와 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트핀(12) 상에 올려놓여진 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반출되며, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료된다.
그런데, 본 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서는, 분위기 치환을 위해서 챔버(6) 내를 기압(P2)(약 100Pa)까지 감압함과 더불어, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리도 기압(P3)(약 5000Pa)의 감압 분위기에서 실행하고 있다. 또, 챔버(6) 내에는 반응성 가스인 암모니아가 공급된다. 이로 인해, 챔버(6)에 리크가 발생되어 있으면, 챔버(6) 내가 소정 기압까지 감압할 수 없게 될 뿐만 아니라, 유해한 암모니아가 누출될 우려가 있다. 그래서, 챔버(6)에 있어서의 리크의 유무를 검출하는 것이 중요해진다.
제1 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간을 감시하여 리크의 유무를 검출하고 있다. 구체적으로는, 리크 판정부(31)는, 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간이 미리 설정된 역치를 초과해도 챔버(6) 내의 압력이 목표 압력에 도달되어 있지 않은 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다. 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간은 타이머(32)에 의해서 계시된다. 리크 판정을 위한 역치는, 미리 제어부(3)에 설정되어 있다(예를 들어, 제1 실시 형태에서는 50초). 또, 챔버(6) 내의 압력은 진공 압력계(92)에 의해서 측정된다.
예를 들어, 상기의 예에서는, 시각(t2)에 챔버(6) 내의 감압을 개시하여, 리크가 없으면 약 18초 후의 시각(t3)에 최초의 목표 압력인 기압(P1)에 도달한다. 그러나, 챔버(6)에 리크가 발생되어 있는 경우에는, 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서 목표 압력에 도달하기까지 장시간을 필요로 하게 된다. 혹은, 배기 유량보다 리크량이 많은 경우에는 처음부터 챔버(6) 내의 압력이 목표 압력에 도달하지 않는 경우도 있다. 그래서, 리크 판정부(31)는, 챔버(6) 내의 감압을 개시하는 시각(t2)으로부터의 경과 시간이 미리 설정된 역치(예를 들어 50초)를 초과해도 또한 진공 압력계(92)에 의해서 측정되는 챔버(6) 내의 압력이 목표 압력인 기압(P1)에 도달되어 있지 않은 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다.
또, 상기의 예에서는 배기 유량을 전환하여 2단계로 감압을 행하고 있고, 시각(t3)에 제2 단계의 챔버(6) 내의 감압을 개시하며, 리크가 없으면 약 14초 후의 시각(t4)에 최종의 목표 압력인 기압(P2)에 도달한다. 리크 판정부(31)는, 상기와 마찬가지로, 챔버(6) 내의 감압을 개시하는 시각(t3)으로부터의 경과 시간이 미리 설정된 역치(예를 들어 50초)를 초과해도 진공 압력계(92)에 의해서 측정되는 챔버(6) 내의 압력이 목표 압력인 기압(P2)에 도달되어 있지 않은 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다.
챔버(6)에 리크가 발생하는 원인으로는, 예를 들어 상측 챔버창(63) 및/또는 하측 챔버창(64)의 파손(예를 들어, 크랙이나 금), 상측 챔버창(63) 및/또는 하측 챔버창(64)과 챔버 측부(61)의 실링 부분의 열화, 챔버(6)에 접속된 급배기 배관의 이음매의 헐거워짐 등을 생각할 수 있다. 리크 판정부(31)에 의해서 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정된 경우에는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 정지시킨다. 그리고, 열처리 장치(1)의 메인테넌스를 행하여, 리크 원인을 해소한다.
제1 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간이 미리 설정된 역치를 초과해도 챔버(6) 내의 압력이 목표 압력에 도달되어 있지 않은 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정하고 있다. 즉, 챔버(6) 내의 감압을 개시하고 나서의 경과 시간을 감시하여 챔버(6)의 리크를 검출하고 있으며, 새로운 하드웨어 구성을 탑재하지 않고, 간이한 구성으로 챔버(6)의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 또, 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제2 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 것은, 챔버(6)에 있어서의 리크의 유무의 검출 수법이다.
제2 실시 형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼(W)의 감압 처리 중의 압력 편차를 감시하여 리크의 유무를 검출하고 있다. 구체적으로는, 리크 판정부(31)는, 챔버(6) 내가 처리 압력까지 감압된 후, 자동 조정 밸브 압력계(91)의 측정값과 압력 자동 조정 밸브(94)로의 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다.
도 9에 있어서, 시각(t5)으로부터 시각(t7)까지는, 가스 공급부(180)로부터 챔버(6)에 암모니아·질소 혼합 가스를 공급함과 더불어, 배기부(190)에 의해서 챔버(6) 내의 분위기를 배기함으로써, 챔버(6) 내의 압력을 반도체 웨이퍼(W)의 처리 압력인 기압(P3)에 유지하고 있다. 챔버(6) 내가 처리 압력(기압(P3))까지 감압된 후(즉 시각(t5) 이후)는, 챔버(6)에 대한 처리 가스의 공급 유량과 챔버(6)로부터의 배기 유량을 대체로 동일하게 함과 더불어, 압력 자동 조정 밸브(94)에는 제어부(3)로부터 챔버(6) 내의 압력의 설정값(지시값)으로서 기압(P3)이 부여된다. 압력 자동 조정 밸브(94)는, 자동 조정 밸브 압력계(91)가 챔버(6) 내의 압력을 측정한 측정 결과에 의거하여, 챔버(6) 내의 압력이 상기 설정값(기압(P3))이 되도록 개도를 피드백 제어한다.
제2 실시 형태에서는, 시각(t5) 이후는 리크 판정부(31)가 자동 조정 밸브 압력계(91)에 의해서 얻어진 측정값(Px)과 압력 자동 조정 밸브(94)에 대한 설정값(Pc)의 차분을 압력 편차(Pd)로서 취득하고 있다. 엄밀하게는 압력 편차(Pd)는, 다음의 식 (1)에 의해서 표시되도록, 자동 조정 밸브 압력계(91)의 측정값(Px)으로부터 압력 자동 조정 밸브(94)로의 설정값(Pc)을 감산한 값이다.
Pd=Px-Pc …(1)
챔버(6)에 리크가 없으면, 압력 편차(Pd)는 거의 0이 되어야 할 값이다. 예를 들어, 상기의 예에서는 압력 자동 조정 밸브(94)에 대한 설정값(Pc)이 5000Pa이며, 챔버(6)에 리크가 없으면, 자동 조정 밸브 압력계(91)의 측정값(Px)은 5000Pa에 가까워져 압력 편차(Pd)는 거의 0이 될 것이다. 그러나, 챔버(6)에 리크가 발생되어 있는 경우에는, 자동 조정 밸브 압력계(91)의 측정값(Px)이 끊임없이 설정값(Pc)보다 커져 압력 편차(Pd)가 0이 되지 않는다. 예를 들어, 자동 조정 밸브 압력계(91)에 의해서 얻어진 측정값(Px)이 7000Pa이었다고 하면, 리크 판정부(31)는 압력 편차(Pd)를 2000Pa로 산정하게 된다.
계속해서, 리크 판정부(31)는 다음의 식 (2)를 계속해서 만족하는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다. 식 (2)에 있어서, "a"는 리크 검출을 위한 판정 계수이며, 미리 제어부(3)에 설정되어 있다. 이 판정 계수 a가 작을수록, 엄격한 판정이 이루어지게 된다. 식 (2)를 계속해서 만족하는 시간은 타이머(32)에 의해서 계시된다. 또, 리크 판정을 위한 역치는, 미리 제어부(3)에 설정되어 있다(예를 들어, 제2 실시 형태에서는 5초).
Pd＞a·Pc …(2)
식 (2)는, 자동 조정 밸브 압력계(91)의 측정값(Px)과 압력 자동 조정 밸브(94)로의 설정값(Pc)의 압력 편차(Pd)가 일정 이상인 것을 의미하고 있다. 즉, 리크 판정부(31)는, 자동 조정 밸브 압력계(91)의 측정값(Px)과 압력 자동 조정 밸브(94)로의 설정값(Pc)의 압력 편차(Pd)가 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 것이다.
예를 들어, 판정 계수 a가 0.2로 설정되어 있었다고 하면, 압력 자동 조정 밸브(94)에 대한 설정값(Pc)이 5000Pa이므로, 리크 판정부(31)는 압력 편차(Pd)가 계속해서 1000Pa 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치(예를 들어 5초)를 초과한 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다. 예를 들어, 자동 조정 밸브 압력계(91)에 의해서 얻어진 측정값(Px)이 5초를 초과하여 7000Pa를 계속해서 나타낸 경우에는, 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정되는 것이다.
제2 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내가 처리 압력까지 감압된 후, 자동 조정 밸브 압력계(91)의 측정값과 압력 자동 조정 밸브(94)로의 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정하고 있다. 즉, 반도체 웨이퍼(W)의 감압 처리 중의 압력 편차를 감시하여 챔버(6)의 리크를 검출하고 있으며, 새로운 하드웨어 구성을 탑재하지 않고, 간이한 구성으로 챔버(6)의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
＜제3 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 제3 실시 형태에 대해 설명한다. 제3 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 완전히 동일하다. 또, 제3 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서도 제1 실시 형태와 대체로 동일하다. 제3 실시 형태가 제1 실시 형태와 다른 것은, 챔버(6)에 있어서의 리크의 유무의 검출 수법이다.
제3 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내의 대기압까지의 복압 시간을 감시하여 리크의 유무를 검출하고 있다. 구체적으로는, 리크 판정부(31)는, 소정 압력으로 감압되어 있는 챔버(6)에 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 챔버(6) 내의 압력이 대기압(Ps)이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다. 감압 상태의 챔버(6)에 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 챔버(6) 내의 압력이 대기압(Ps)이 되기까지 필요로 하는 시간은 타이머(32)에 의해서 계시된다. 리크 판정을 위한 역치는, 미리 제어부(3)에 설정되어 있다(예를 들어, 제3 실시 형태에서는 3초). 또, 챔버(6) 내의 압력은 진공 압력계(92)에 의해서 측정된다.
예를 들어, 도 9에 도시한 예에서는, 기압(P2)까지 감압되어 있는 챔버(6)에 대해서 시각(t8)에 가스 공급부(180)가 일정 유량(예를 들어 95리터/분)으로 불활성 가스로서의 질소 가스의 공급을 개시하고, 리크가 없으면 약 13.5초 후에 챔버(6) 내의 압력이 대기압(Ps)으로 복압한다. 그러나, 챔버(6)에 리크가 발생되어 있는 경우에는, 극히 급속하게 챔버(6) 내가 대기압(Ps)으로 돌아오게 된다. 리크 판정부(31)는, 챔버(6)에 대해서 불활성 가스의 공급을 개시하는 시각(t8)으로부터 챔버(6) 내의 압력이 대기압(Ps)이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치(예를 들어 3초) 미만인 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정한다.
제3 실시 형태에 있어서는, 소정 압력으로 감압되어 있는 챔버(6)에 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 챔버(6) 내의 압력이 대기압(Ps)이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 챔버(6)에 리크가 발생되어 있다고 판정하고 있다. 즉, 챔버(6) 내의 대기압까지의 복압 시간을 감시하여 챔버(6)의 리크를 검출하고 있으며, 새로운 하드웨어 구성을 탑재하지 않고, 간이한 구성으로 챔버(6)의 리크의 유무를 검출할 수 있다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했는데, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 여러 가지의 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 각 실시 형태에 있어서 리크 판정을 위해서 설정되어 있는 각 역치는 장치의 구성이나 사양에 따른 적당한 값으로 할 수 있다.
또, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내에 암모니아 분위기를 형성하고 있었는데, 챔버(6) 내에 암모니아 등의 반응성 가스의 분위기를 형성하지 않는 경우(예를 들어, 챔버(6) 내가 질소 분위기로 되어 있는 경우)에도, 본 발명에 따르는 기술을 적용하는 것은 가능하다. 무엇보다, 누출되면 유해한 반응성 가스의 분위기를 챔버(6) 내에 형성하는 경우가 본 발명에 따르는 기술을 적절하게 적용할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 플래시 가열부(5)에 30개의 플래시 램프(FL)를 구비하도록 하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 플래시 램프(FL)의 개수는 임의의 수로 할 수 있다. 또, 플래시 램프(FL)는 크세논 플래시 램프에 한정되는 것이 아니며, 크립톤 플래시 램프여도 된다. 또, 할로겐 가열부(4)에 구비하는 할로겐 램프(HL)의 개수도 40개에 한정되는 것이 아니며, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 1초 이상 연속하여 발광하는 연속 점등 램프로서 필라멘트 방식의 할로겐 램프(HL)를 이용하여 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열을 행하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 할로겐 램프(HL)를 대신하여 방전형의 아크 램프(예를 들어, 크세논 아크 램프)를 연속 점등 램프로서 이용해 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 열처리 장치(1)에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다.
또, 본 발명에 따르는 기술은, 플래시 램프 어닐링 장치뿐만 아니라, 챔버 내를 감압하는 장치이면, 할로겐 램프를 사용한 매엽식의 램프 어닐링 장치나 레이저 어닐링 장치 등의 다른 광원을 이용한 열처리 장치에 적용하는 것도 가능하다. 또, 본 발명에 따르는 기술은, 챔버 내를 감압하는 장치이면, 핫 플레이트를 이용하여 열처리를 행하는 장치 등 광조사 이외의 열원을 이용한 열처리 장치에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명에 따르는 기술은, 열처리 장치에 한정되지 않으며, 챔버 내를 감압하여 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 행하는 장치에 널리 적용하는 것이 가능하다.
1: 열처리 장치 3: 제어부
4: 할로겐 가열부 5: 플래시 가열부
6: 챔버 7: 유지부
10: 이재 기구 31: 리크 판정부
32: 타이머 65: 열처리 공간
74: 서셉터 75: 유지 플레이트
77: 기판 지지핀 84: 공급 밸브
85: 처리 가스 공급원 88: 가스 배기관
91: 자동 조정 밸브 압력계 92: 진공 압력계
93: 배기 밸브 94: 압력 자동 조정 밸브
95: 진공 펌프 180: 가스 공급부
190: 배기부 FL: 플래시 램프
HL: 할로겐 램프 W: 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    석영창을 갖고, 상기 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사부와,
    상기 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기부와,
    상기 챔버에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 챔버 내의 압력을 측정하는 압력계와,
    상기 압력계의 측정값에 의거하여 상기 챔버 내의 압력을 설정값으로 조정하는 압력 조정 밸브와,
    상기 챔버 내가 처리 압력까지 감압된 후, 상기 압력계의 측정값과 상기 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 리크 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    석영창을 갖고, 상기 기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사부와,
    상기 챔버 내의 분위기를 배기하는 배기부와,
    상기 챔버에 소정의 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
    상기 챔버 내의 압력을 측정하는 압력계와,
    소정 압력으로 감압되어 있는 상기 챔버에 상기 가스 공급부로부터 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 상기 압력계의 측정값이 대기압이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 리크 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광조사부는, 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    석영창을 갖는 챔버 내에 상기 기판을 수용하는 수용 공정과,
    상기 챔버 내를 대기압 미만까지 감압하는 감압 공정과,
    상기 챔버 내의 압력을 압력계에 의해서 측정한 측정값에 의거하여 상기 챔버 내의 압력을 압력 조정 밸브에 의해서 설정값으로 조정하는 압력 조정 공정과,
    상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 광조사부로부터 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사 공정을 구비하고,
    상기 챔버 내가 처리 압력까지 감압된 후, 상기 압력계의 측정값과 상기 설정값의 차분이 일정 이상이 되는 시간이 미리 설정된 역치를 초과한 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 기판에 광을 조사함으로써 그 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    석영창을 갖는 챔버 내에 상기 기판을 수용하는 수용 공정과,
    상기 챔버 내를 대기압 미만까지 감압하는 감압 공정과,
    상기 챔버 내에 수용된 상기 기판에 광조사부로부터 상기 석영창을 통해 광을 조사하는 광조사 공정을 구비하고,
    소정 압력으로 감압되어 있는 상기 챔버에 불활성 가스의 공급을 개시하고 나서 상기 챔버 내의 압력이 대기압이 되기까지 필요로 하는 시간이 미리 설정된 역치 미만인 경우에는 상기 챔버에 리크가 발생되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 광조사 공정에서는, 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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