KR20180126378A - 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

열처리 장치 및 열처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180126378A
KR20180126378A KR1020180055363A KR20180055363A KR20180126378A KR 20180126378 A KR20180126378 A KR 20180126378A KR 1020180055363 A KR1020180055363 A KR 1020180055363A KR 20180055363 A KR20180055363 A KR 20180055363A KR 20180126378 A KR20180126378 A KR 20180126378A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flow rate
gas
reactive gas
chamber
heat treatment
Prior art date
Application number
KR1020180055363A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102098468B1 (ko
Inventor
마오 오모리
다카시 이토
노부히코 니시데
Original Assignee
가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 filed Critical 가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Publication of KR20180126378A publication Critical patent/KR20180126378A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102098468B1 publication Critical patent/KR102098468B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67248—Temperature monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67288—Monitoring of warpage, curvature, damage, defects or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68707—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a robot blade, or gripped by a gripper for conveyance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/6875—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a plurality of individual support members, e.g. support posts or protrusions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Robotics (AREA)

Abstract

[과제] 가스 배관으로부터의 가스 누설을 확실히 검출할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 질소 가스를 송급하는 불활성 가스 배관(91)에는 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)가 설치된다. 암모니아를 송급하는 반응성 가스 배관(92)에는 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)가 설치된다. 불활성 가스 배관(91)과 반응성 가스 배관(92)의 합류 부위와 반도체 웨이퍼를 처리하는 챔버(6)는 합류 배관(93)에 의해서 연통 접속된다. 합류 배관(93)에는 매스 플로우 미터(98)가 설치된다. 검출부(31)는, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)에 의해서 제어된 질소의 유량 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량의 합계값과 매스 플로우 미터(98)에 의해서 얻어진 처리 가스의 유량의 측정값을 비교하여 가스 누설을 검출한다.

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 이 기판을 가열하는 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 극히 단시간에 반도체 웨이퍼를 가열하는 플래시 램프 어닐링(FLA)이 주목되고 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 승온하는 것이 가능하다. 또, 수밀리초 이하의 극히 단시간의 플래시광 조사이면, 반도체 웨이퍼의 표면 근방만을 선택적으로 승온할 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 단시간만으로 활성화 온도에까지 승온할 수 있어, 불순물을 깊게 확산시키지 않고, 불순물 활성화만을 실행할 수 있는 것이다.
또, 플래시 램프 어닐링을 전계 효과 트랜지스터(FET)에 성막된 고유전율 게이트 절연막의 성막 후 열처리(PDA:Post Deposition Anneal)에 적용하는 것도 검토되고 있다. 고유전율 게이트 절연막은, 게이트 절연막의 박막화의 진전에 수반하여 리크 전류가 증대하는 문제를 해결하기 위해서, 게이트 전극에 금속을 이용한 메탈 게이트 전극과 함께 새로운 전계 효과 트랜지스터의 스택 구조로서 개발이 진행되고 있는 것이다.
특허 문헌 1에는, 실리콘의 기재 상에 계면층막을 사이에 끼워 성막된 고유전율 게이트 절연막에 대해서 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하여 극히 단시간 가열 처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 또, 특허 문헌 1에는, 가열 처리를 행하는 챔버 내에 암모니아와 질소의 혼합 가스를 공급하여 암모니아 분위기를 형성하고, 암모니아 분위기 중에서 고유전율 게이트 절연막의 플래시 가열을 행함으로써, 당해 고유전율 게이트 절연막의 질화 처리를 행하는 것도 개시되어 있다.
일본국 특허 공개 2016-127194호 공보
특허 문헌 1에 개시되는 열처리 장치에 있어서는, 챔버에 암모니아를 송급하는 배관과 질소를 송급하는 배관의 각각에 유량 조정 밸브를 설치하고, 암모니아 및 질소의 유량을 개별적으로 조정함으로써 챔버 내에 원하는 암모니아 농도의 분위기가 형성되도록 하고 있다.
그러나, 암모니아 및 질소의 유량을 유량 조정 밸브에 의해서 개별적으로 조정하는 것만으로는, 가스 배관이 빠져 있거나 이음매에 헐거워짐이 있었던 경우에 가스가 새고 있었다고 해도, 그 가스 누설을 검출할 수는 없다. 특히, 질소 가스가 새고 있는 경우에는, 챔버 내의 암모니아 농도가 한계 이상으로 높아져 고유전율 게이트 절연막의 가열 처리에 중대한 지장을 초래한다고 하는 문제가 발생한다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 가스 배관으로부터의 가스 누설을 확실히 검출할 수 있는 열처리 장치 및 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 이 기판을 가열하는 열처리 장치에 있어서, 기판을 수용하는 챔버와, 상기 챔버에 수용된 상기 기판에 광을 조사하는 광조사부와, 상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고, 상기 가스 공급부는, 불활성 가스를 송급하는 불활성 가스 배관과, 반응성 가스를 송급하는 반응성 가스 배관과, 상기 불활성 가스 배관과 상기 반응성 가스 배관의 합류 부위와 상기 챔버를 연통 접속하며, 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스가 혼합된 상기 처리 가스를 상기 챔버에 송급하는 합류 배관과, 상기 불활성 가스 배관을 흐르는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1 유량 제어부와, 상기 반응성 가스 배관을 흐르는 상기 반응성 가스의 유량을 제어하는 제2 유량 제어부와, 상기 합류 배관을 흐르는 상기 처리 가스의 유량을 측정하는 유량 측정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 제1 유량 제어부에 의해서 제어된 상기 불활성 가스의 유량 및 상기 제2 유량 제어부에 의해서 제어된 상기 반응성 가스의 유량의 합계값과 상기 유량 측정부에 의해서 얻어진 상기 처리 가스의 유량의 측정값을 비교하여 상기 가스 공급부의 이상을 검출하는 검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 2의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 검출부는, 상기 합계값과 상기 측정값의 차이가 상기 제2 유량 제어부에 의해서 제어된 상기 반응성 가스의 유량보다 클 때에는 상기 가스 공급부에 이상이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 불활성 가스는, 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스이며, 상기 반응성 가스는, 암모니아, 수소, 아산화질소, 삼불화질소, 산소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 장치에 있어서, 상기 광조사부는, 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 이 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 기판을 수용하는 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 공정과, 상기 챔버에 수용된 상기 기판에 광을 조사하는 광조사 공정을 구비하고, 상기 가스 공급 공정은, 불활성 가스를 송급하는 불활성 가스 배관을 흐르는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1 유량 제어 공정과, 반응성 가스를 송급하는 반응성 가스 배관을 흐르는 상기 반응성 가스의 유량을 제어하는 제2 유량 제어 공정과, 상기 불활성 가스 배관과 상기 반응성 가스 배관의 합류 부위와 상기 챔버를 연통 접속하며, 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스가 혼합된 상기 처리 가스를 상기 챔버에 송급하는 합류 배관을 흐르는 상기 처리 가스의 유량을 측정하는 유량 측정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 6의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 제1 유량 제어 공정에서 제어된 상기 불활성 가스의 유량 및 상기 제2 유량 제어 공정에서 제어된 상기 반응성 가스의 유량의 합계값과 상기 유량 측정 공정에서 얻어진 상기 처리 가스의 유량의 측정값을 비교하여 상기 불활성 가스 배관, 상기 반응성 가스 배관 또는 상기 합류 배관의 이상을 검출하는 이상 검출 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 7의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 이상 검출 공정에서는, 상기 합계값과 상기 측정값의 차이가 상기 제2 유량 제어 공정에서 제어된 상기 반응성 가스의 유량보다 클 때에는 이상이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 9의 발명은, 청구항 6의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 불활성 가스는, 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스이며, 상기 반응성 가스는, 암모니아, 수소, 아산화질소, 삼불화질소, 산소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 10의 발명은, 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 광조사 공정에서는, 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 5의 발명에 의하면, 불활성 가스 배관을 흐르는 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1 유량 제어부와, 반응성 가스 배관을 흐르는 반응성 가스의 유량을 제어하는 제2 유량 제어부와, 합류 배관을 흐르는 처리 가스의 유량을 측정하는 유량 측정부를 구비하기 때문에, 불활성 가스와 반응성 가스가 합류하여 혼합된 처리 가스의 유량을 측정함으로써, 가스 배관으로부터의 가스 누설을 확실히 검출할 수 있다.
특히, 청구항 3의 발명에 의하면, 제1 유량 제어부에 의해서 제어된 불활성 가스의 유량 및 제2 유량 제어부에 의해서 제어된 반응성 가스의 유량의 합계값과 유량 측정부에 의해서 얻어진 처리 가스의 유량의 측정값의 차이가 제2 유량 제어부에 의해서 제어된 반응성 가스의 유량보다 클 때에는 가스 공급부에 이상이 발생했다고 판정하기 때문에, 불활성 가스의 가스 누설을 확실히 검출할 수 있다.
청구항 6 내지 청구항 10의 발명에 의하면, 불활성 가스를 송급하는 불활성 가스 배관을 흐르는 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1 유량 제어 공정과, 반응성 가스를 송급하는 반응성 가스 배관을 흐르는 반응성 가스의 유량을 제어하는 제2 유량 제어 공정과, 합류 배관을 흐르는 처리 가스의 유량을 측정하는 유량 측정 공정을 구비하기 때문에, 불활성 가스와 반응성 가스가 합류하여 혼합된 처리 가스의 유량을 측정함으로써, 가스 배관으로부터의 가스 누설을 확실히 검출할 수 있다.
특히, 청구항 8의 발명에 의하면, 제1 유량 제어 공정에서 제어된 불활성 가스의 유량 및 제2 유량 제어 공정에서 제어된 반응성 가스의 유량의 합계값과 유량 측정 공정에서 얻어진 처리 가스의 유량의 측정값의 차이가 제2 유량 제어 공정에서 제어된 반응성 가스의 유량보다 클 때에는 이상이 발생했다고 판정하기 때문에, 불활성 가스의 가스 누설을 확실히 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 열처리 장치의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 유지부의 전체 외관을 도시하는 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 도시하는 평면도이다.
도 8은 가스 공급부의 구성을 도시하는 도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명에 따르는 열처리 장치(1)의 구성을 도시하는 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 고유전율 게이트 절연막(High-k막)이 형성되어 있고, 열처리 장치(1)에 의한 가열 처리에 의해서 고유전율 게이트 절연막의 성막 후 열처리(PDA)가 실행된다. 또한, 도 1 및 이후의 각 도면에 있어서는, 이해의 용이를 위해, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장하거나 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. 열처리 장치(1)는, 챔버(6) 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부(90)를 구비한다. 또, 열처리 장치(1)는, 챔버(6)의 내부에, 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 유지하는 유지부(7)와, 유지부(7)와 장치 외부의 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, 통형상의 챔버 측부(61)의 상하에 석영제의 챔버창을 장착하여 구성되어 있다. 챔버 측부(61)는 상하가 개구된 개략 통 형상을 갖고 있고, 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 원환형상으로 형성되어 있다. 상측의 반사링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣고 도시 생략된 비스로 고정함으로써 장착된다. 즉, 반사링(68, 69)은, 모두 착탈 자유롭게 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 원환형상으로 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(로구)(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 설치되어 있는 부위에는 방사 온도계(20)가 장착되어 있다. 관통 구멍(61a)은, 후술하는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 방사 온도계(20)로 이끌기 위한 원통형상의 구멍이다. 관통 구멍(61a)은, 그 관통 방향의 축이 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주면과 교차하도록, 수평 방향에 대해서 경사져서 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. 방사 온도계(20)는, 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 방사된 적외광을 투명창(21)을 통해 수광하고, 그 적외광의 강도로부터 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 측정한다.
또, 챔버(6)의 내벽 상부에는 열처리 공간(65)에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있고, 반사링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형상으로 형성된 완충 공간(82)을 통해 가스 공급부(90)의 합류 배관(93)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급부(90)의 구성에 대해서는 후에 상술하나, 합류 배관(93)으로부터 챔버(6)에 처리 가스를 송급한다. 합류 배관(93)으로부터 송급된 처리 가스는 완충 공간(82)에 유입하고, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내를 퍼지도록 흘러 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 처리 가스로서 질소와 암모니아를 혼합한 혼합 가스가 챔버(6) 내에 공급된다.
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 원환형상으로 형성된 완충 공간(87)을 통해 가스 배기관(88)에 연통 접속되어 있다. 가스 배기관(88)은 배기부(190)에 접속되어 있다. 또, 가스 배기관(88)의 경로 도중에는 밸브(89)가 끼워져 있다. 밸브(89)가 개방되면, 열처리 공간(65)의 기체가 가스 배기 구멍(86)으로부터 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배출된다. 또한, 가스 공급 구멍(81) 및 가스 배기 구멍(86)은, 챔버(6)의 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형상인 것이어도 된다.
또, 반송 개구부(66)의 선단에도 열처리 공간(65) 내의 기체를 배출하는 가스 배기관(191)이 접속되어 있다. 가스 배기관(191)은 밸브(192)를 통해 배기부(190)에 접속되어 있다. 밸브(192)를 개방함으로써, 반송 개구부(66)를 통해 챔버(6) 내의 기체가 배기된다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 도시하는 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 결락한 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대링(71)의 간섭을 방지하기 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 원환 형상의 둘레 방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워서 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 평판형상 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 평면형상의 유지면(75a)이 된다. 유지 플레이트(75)의 유지면(75a)에는, 복수의 기판 지지핀(77)이 세워서 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 세워서 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 세워서 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 세워서 설치된 12개의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고, 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 균일하기 때문에, 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 도시하는 바와 같이, 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)에는, 상하에 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 원환형상의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트핀(12)이 세워서 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 위치)의 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 빼내고, 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 위이다. 기대링(71)은 오목부(62)의 저면에 올려놓여져 있기 때문에, 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 있어서, 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 평면형상으로 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 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 원통 형상의 유리관(방전관)과, 이 유리관의 외주면 상에 부설된 트리거 전극을 구비한다. 크세논 가스는 전기적으로는 절연체이기 때문에, 콘덴서에 전하가 축적되어 있었다고 해도 통상의 상태에서는 유리관 내에 전기는 흐르지 않는다. 그러나, 트리거 전극에 고전압을 인가하여 절연을 파괴한 경우에는, 콘덴서에 축적된 전기가 유리관 내에 순식간에 흘러, 그때의 크세논의 원자 혹은 분자의 여기에 의해서 광이 방출된다. 이러한 크세논 플래시 램프(FL)에 있어서는, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 0.1밀리세컨드 내지 100밀리세컨드라고 하는 매우 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 할로겐 램프(HL)와 같은 연속 점등의 광원에 비해 매우 강한 광을 조사할 수 있다고 하는 특징을 갖는다. 즉, 플래시 램프(FL)는, 1초 미만의 매우 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 도시하는 평면도이다. 40개의 할로겐 램프(HL)는 상하 2단으로 나누어서 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 도시하는 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 발생하기 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 격자형상으로 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 램프이기 때문에 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.
도 8은, 가스 공급부(90)의 구성을 도시하는 도이다. 가스 공급부(90)에는, 가스의 공급 경로로서, 불활성 가스를 송급하는 불활성 가스 배관(91)과, 반응성 가스를 송급하는 반응성 가스 배관(92)과, 그들 양방의 가스가 혼합된 처리 가스를 송급하는 합류 배관(93)이 설치되어 있다.
불활성 가스 배관(91)의 기단측은 불활성 가스 공급원(84)에 접속되어 있다. 불활성 가스 배관(91)의 선단측은 반응성 가스 배관(92)과 합류한다. 불활성 가스 배관(91)의 경로 도중에는, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)와, 제1 밸브(96)가 설치되어 있다. 제1 밸브(96)가 개방되면, 불활성 가스 공급원(84)으로부터 불활성 가스 배관(91)에 불활성 가스가 내보내 진다. 본 실시 형태에서는, 불활성 가스로서 질소(N2)가 불활성 가스 배관(91)에 내보내 진다.
제1 매스 플로우 컨트롤러(94)는, 불활성 가스 배관(91)을 흐르는 불활성 가스의 질량 유량을 계측함과 더불어, 제어부(3)로부터의 지시에 의거하여 불활성 가스 배관(91)을 흐르는 불활성 가스의 유량을 제어한다. 즉, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)는, 질량 유량계에 유량 제어의 기능을 갖게 한 기기이다.
한편, 반응성 가스 배관(92)의 기단측은 반응성 가스 공급원(85)에 접속되어 있다. 반응성 가스 배관(92)의 선단측은 불활성 가스 배관(91)과 합류한다. 반응성 가스 배관(92)의 경로 도중에는, 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)와, 제2 밸브(97)가 설치되어 있다. 제2 밸브(97)가 개방되면, 반응성 가스 공급원(85)으로부터 반응성 가스 배관(92)에 반응성 가스가 내보내 진다. 본 실시 형태에서는, 반응성 가스로서 암모니아(NH3)가 반응성 가스 배관(92)에 내보내 진다.
제2 매스 플로우 컨트롤러(95)는, 반응성 가스 배관(92)을 흐르는 반응성 가스의 질량 유량을 계측함과 더불어, 제어부(3)로부터의 지시에 의거하여 반응성 가스 배관(92)을 흐르는 반응성 가스의 유량을 제어한다. 즉, 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)도, 질량 유량계에 유량 제어의 기능을 갖게 한 기기이다.
합류 배관(93)은, 불활성 가스 배관(91)과 반응성 가스 배관(92)의 합류 부위와 챔버(6)를 연통 접속한다. 합류 배관(93)은, 불활성 가스 배관(91)으로부터 송급된 질소와, 반응성 가스 배관(92)으로부터 송급된 암모니아가 혼합된 혼합 가스를 처리 가스로서 챔버(6)에 송급한다.
합류 배관(93)의 경로 도중에는, 매스 플로우 미터(98)가 설치되어 있다. 매스 플로우 미터(98)는, 합류 배관(93)을 흐르는 처리 가스의 질량 유량을 측정하는 질량 유량계이다.
또, 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 판독 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 자유로운 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.
도 8에 점선으로 도시하는 바와 같이, 제어부(3)는, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94), 제2 매스 플로우 컨트롤러(95), 및, 매스 플로우 미터(98)와 전기적으로 접속되어 있고, 그들의 사이에서 전기 신호의 송수신을 행한다. 제어부(3)의 검출부(31)는, 제어부(3)의 CPU가 소정의 처리 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 처리부이다. 또한, 검출부(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, 여러가지 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 형성하고 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 고유전율 게이트 절연막이 성막된 반도체 기판이다. 그 고유전율 게이트 절연막의 성막 후 열처리가 열처리 장치(1)에 의한 플래시광 조사 가열 처리(어닐링)에 의해 실행된다. 이하에 설명하는 열처리 장치(1)의 처리 순서는, 제어부(3)가 열처리 장치(1)의 각 동작 기구를 제어함으로써 진행한다.
우선, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 통해 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 이때에, 제1 밸브(96)를 개방하여 챔버(6) 내에 질소 가스를 공급하고, 반송 개구부(66)로부터 질소 가스를 유출시켜 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 수반하는 외부 분위기의 말려듬을 최소한으로 억제하도록 해도 된다.
반송 로봇에 의해서 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 위 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 상단보다 상방에까지 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 세워서 설치된 복수의 기판 지지핀(77)에 의해서 지지되고 서셉터(74)에 유지된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)는, 고유전율 게이트 절연막이 형성된 표면을 상면으로 하여 유지부(7)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 하방에까지 하강한 한 쌍의 이재 아암(11)은 수평 이동 기구(13)에 의해서 퇴피 위치, 즉 오목부(62)의 내측에 퇴피한다.
또, 게이트 밸브(185)에 의해서 반송 개구부(66)가 폐쇄되어 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된 후, 챔버(6) 내의 분위기 조정이 행해진다. 구체적으로는, 제1 밸브(96)를 개방함으로써 불활성 가스 배관(91)으로부터 송급된 질소와, 제2 밸브(97)를 개방함으로써 반응성 가스 배관(92)으로부터 송급된 암모니아가 합류 배관(93)에서 합류하여 혼합된다. 그리고, 암모니아에 희석 가스로서의 질소가 혼합된 혼합 가스가 처리 가스로서 합류 배관(93)으로부터 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 공급된다. 또, 배기용의 밸브(89)를 개방함으로써, 가스 배기 구멍(86)으로부터 열처리 공간(65) 내의 기체가 배기된다. 또한, 밸브(192)가 개방됨으로써, 반송 개구부(66)로부터도 열처리 공간(65) 내의 기체가 배기된다. 이것에 의해, 열처리 공간(65) 내의 분위기 치환이 진행되고, 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주변에는 암모니아 분위기가 형성된다. 암모니아 분위기 중에 있어서의 암모니아의 농도(즉, 암모니아와 질소 가스의 혼합비)는, 제어부(3)의 제어하에서 제1 매스 플로우 컨트롤러(94) 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 각각 질소 및 암모니아의 유량을 제어함으로써 소정값으로 조정된다. 또한, 암모니아 분위기 중에 있어서의 암모니아 농도는, 특별히 한정되는 것이 아니며, 적당한 값으로 설정하는 것이 가능하다.
반도체 웨이퍼(W)가 유지부(7)의 서셉터(74)에 의해서 수평 자세로 하방으로부터 유지되고, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 암모니아 분위기로 치환된 후, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)가 일제히 점등하여 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 이면으로부터 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 있기 때문에, 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 측정되고 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 승온하는 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정의 예비 가열 온도(T1)에 도달했는지 아닌지를 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)로 균일하게 승온하고 있다. 할로겐 램프(HL)에 의한 예비 가열의 단계에 있어서는, 보다 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부의 온도가 중앙부보다 저하하는 경향이 있는데, 할로겐 가열부(4)에 있어서의 할로겐 램프(HL)의 배치 밀도는, 기판(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아지고 있다. 이로 인해, 방열이 발생하기 쉬운 반도체 웨이퍼(W)의 주연부에 조사되는 광량이 많아지고, 예비 가열 단계에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 면내 온도 분포를 균일한 것으로 할 수 있다.
반도체 웨이퍼(W)의 온도가 예비 가열 온도(T1)에 도달하고 소정 시간이 경과한 시점에서 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 행해지기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도를 단시간에 상승시킬 수 있다. 즉, 플래시 램프(FL)로부터 조사되는 플래시광은, 미리 콘덴서에 축적되어 있던 정전 에너지가 매우 짧은 광펄스로 변환된, 조사 시간이 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 매우 짧고 강한 섬광이다. 그리고, 플래시 램프(FL)로부터의 플래시광 조사에 의해 플래시 가열되는 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도는, 순간적으로 처리 온도(T2)까지 승온한 후 급속히 하강한다. 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)에까지 승온하면, 고유전율 게이트 절연막의 성막 후 열처리가 행해짐과 더불어, 그 질화가 촉진되게 된다. 또한, 플래시 램프(FL)로부터의 조사 시간은 1초 이하의 단시간이기 때문에, 기판(W)의 표면 온도가 예비 가열 온도(T1)로부터 처리 온도(T2)에까지 승온하는데 필요로 하는 시간도 1초 미만의 극히 단시간이다.
플래시 가열 처리가 종료한 후, 소정 시간 경과 후에 할로겐 램프(HL)가 소등한다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)가 예비 가열 온도(T1)로부터 급속히 강온한다. 또, 제2 밸브(97)만이 폐지되고, 챔버(6)에는 질소만이 공급되어, 열처리 공간(65) 내가 질소 분위기로 치환된다. 강온 중의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 방사 온도계(20)에 의해서 측정되며, 그 측정 결과는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 방사 온도계(20)의 측정 결과보다 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 온도까지 강온했는지 아닌지를 감시한다. 그리고, 반도체 웨이퍼(W)의 온도가 소정 이하에까지 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 완료한다.
그런데, 본 실시 형태의 열처리 장치(1)에 있어서는, 불활성 가스 배관(91)으로부터 송급된 질소와 반응성 가스 배관(92)으로부터 송급된 암모니아를 합류 배관(93)에서 혼합한 혼합 가스를 처리 가스로서 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 공급하고, 챔버(6) 내에 암모니아 분위기를 형성하고 있다. 그리고, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94) 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 각각 질소 및 암모니아의 유량을 설정값으로 제어함으로써, 챔버(6) 내의 암모니아 농도를 조정하고 있다. 질소 및 암모니아의 유량의 설정값은 제어부(3)로부터 제1 매스 플로우 컨트롤러(94) 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 각각 주어진다. 제1 매스 플로우 컨트롤러(94) 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)는, 각각 질소 및 암모니아의 유량을 제어부(3)로부터 지시받은 설정값으로 제어한다. 예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는, 제어부(3)로부터 지시받은 설정값에 따라서, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)는 불활성 가스 배관(91)으로부터 송급되는 질소의 유량을 100리터/분으로 제어함과 더불어, 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)는 반응성 가스 배관(92)으로부터 송급되는 암모니아의 유량을 5.5리터/분으로 제어하고 있다. 따라서, 합류 배관(93)을 흐르는 질소와 암모니아의 혼합 가스의 총 유량은 105.5리터/분이 된다.
여기서, 만일, 불활성 가스 배관(91) 및/또는 반응성 가스 배관(92)과 합류 배관(93)의 이음매에 헐거워짐이 있거나, 배관이 빠져 있는 경우에는 가스 누설이 발생하여 합류 배관(93)을 흐르는 처리 가스의 총 유량이 105.5리터/분보다 적어진다. 또, 챔버(6) 내에 형성되는 암모니아 분위기 중의 암모니아 농도가 목표값과는 상이한 것이 된다. 특히, 질소의 가스 누설이 발생하고 있는 경우에는, 챔버(6) 내의 암모니아 농도가 목표값보다 높아져 고유전율 게이트 절연막의 성막 후 열처리에 중대한 지장을 초래한다고 하는 문제가 발생하기 때문에, 질소의 가스 누설은 확실히 검출해야만 한다.
이로 인해, 본 실시 형태에 있어서는, 합류 배관(93)을 흐르는 처리 가스의 유량을 측정하는 매스 플로우 미터(98)를 설치함과 더불어, 검출부(31)에 의해서 가스 공급부(90)의 이상을 검출하도록 하고 있다. 가스 공급부(90)의 이상에는, 불활성 가스 배관(91), 반응성 가스 배관(92) 또는 합류 배관(93)의 배관 이음매의 헐거워짐이나 배관의 빠짐이 포함된다. 구체적으로는, 검출부(31)는, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)에 의해서 제어된 질소의 유량 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량의 합계값과 매스 플로우 미터(98)에 의해서 얻어진 처리 가스의 유량의 측정값을 비교하여 가스 공급부(90)의 이상을 검출한다. 상기의 예이면, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)에 의해서 제어된 질소의 유량(100리터/분)과 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량(5.5리터/분)의 합계값은 105.5리터/분이다. 검출부(31)는, 그 합계값인 105.5리터/분과 매스 플로우 미터(98)의 측정값을 비교한다. 가스 누설이 발생하지 않으면, 매스 플로우 미터(98)에 의해서 측정된 처리 가스의 유량은 105.5리터/분이 되고, 상기의 합계값과 매스 플로우 미터(98)의 측정값은 일치한다. 또, 가스 누설이 발생하고 있는 경우에는, 매스 플로우 미터(98)에 의해서 측정된 처리 가스의 유량은 105.5리터/분보다 적어지고, 당해 합계값과 매스 플로우 미터(98)의 측정값에 차이가 발생한다.
그리고, 본 실시 형태에서는 검출부(31)는, 상기의 합계값과 매스 플로우 미터(98)의 측정값의 차이가 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량(5.5리터/분)보다 클 때에는 가스 공급부(90)에 이상이 발생했다고 판정한다. 즉, 매스 플로우 미터(98)의 측정값이 100리터/분 미만일 때에는, 검출부(31)는 가스 공급부(90)에 이상이 발생했다고 판정한다. 암모니아의 가스 누설이 발생하고 있는 경우에는, 상기의 합계값과 매스 플로우 미터(98)의 측정값의 차이가 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량 이하가 될 것이다. 따라서, 상기의 합계값과 매스 플로우 미터(98)의 측정값의 차이가 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량보다 크다고 하는 것은, 질소의 가스 누설이 발생하고 있는 것을 나타내고 있다. 이로 인해, 검출부(31)는, 상기의 합계값과 매스 플로우 미터(98)의 측정값의 차이가 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량보다 클 때에는 가스 공급부(90)에 이상이 발생했다고 판정하는 것이다.
검출부(31)에 의해서 가스 공급부(90)에 이상이 발생했다고 판정되었을 때에는, 제어부(3)가 제1 밸브(96) 및 제2 밸브(97)를 폐지하여 가스 공급부(90)로부터의 가스 공급을 정지함과 더불어, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 중단한다. 또, 제어부(3)가 가스 누설의 알람을 발보하도록 해도 된다. 이것에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 불량을 방지할 수 있다.
이와 같이 본 실시 형태에 있어서는, 합류 배관(93)에 매스 플로우 미터(98)를 설치하고, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)에 의해서 제어된 질소의 유량 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량의 합계값과 매스 플로우 미터(98)에 의해서 얻어진 처리 가스의 유량의 측정값을 비교함으로써, 가스 배관으로부터의 가스 누설을 확실히 검출할 수 있다. 또한, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94) 및/또는 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)의 유량 제어가 정상이지 않기 때문에, 상기의 합계값과 매스 플로우 미터(98)의 측정값이 일치하지 않는 경우도 생각할 수 있다. 이로 인해, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)는 불활성 가스 배관(91)을 흐르는 질소의 유량을 계측하여 제어해야 할 유량과 일치하고 있는지 아닌지를 확인함과 더불어, 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)는 반응성 가스 배관(92)을 흐르는 암모니아의 유량을 계측하여 제어해야 할 유량과 일치하고 있는지 아닌지를 확인한다. 이것에 의해, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94) 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)의 유량 제어의 이상은 검출되게 된다. 즉, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94) 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)와 매스 플로우 미터(98)에 의해서, 가스 공급부(90)의 이상을 이중으로 판정하고 있는 것이다.
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, 검출부(31)는, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)에 의해서 제어된 질소의 유량 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량의 합계값과 매스 플로우 미터(98)에 의해서 얻어진 처리 가스의 유량의 측정값이 일치하고 있지 않으면 이상이 발생했다고 판정하도록 해도 된다. 당해 합계값과 측정값이 일치하고 있지 않는 것은, 불활성 가스 배관(91), 반응성 가스 배관(92) 및 합류 배관(93)의 어느 한쪽에 배관의 빠짐이나 이음매의 헐거워짐이 발생하여 가스 누설이 발생하고 있는 것을 나타내고 있다. 따라서, 당해 합계값과 측정값이 일치하고 있지 않은 경우에, 검출부(31)가 가스 공급부(90)에 이상이 발생했다고 판정하도록 해도 된다. 이 경우, 암모니아의 가스 누설이 발생하고 있는 경우에도 이상으로서 검출되게 된다.
또, 검출부(31)는, 제1 매스 플로우 컨트롤러(94)에 의해서 제어된 질소의 유량 및 제2 매스 플로우 컨트롤러(95)에 의해서 제어된 암모니아의 유량의 합계값과 매스 플로우 미터(98)에 의해서 얻어진 처리 가스의 유량의 측정값의 차이가 소정의 역치 이상이면 이상이 발생했다고 판정하도록 해도 된다. 역치는, 측정 오차나 기차(機差)에 의거하여 결정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 측정 오차나 기차를 고려하여 이상의 판정을 행할 수 있다.
또, 불활성 가스 배관(91)으로부터 송급하는 불활성 가스는 질소에 한정되는 것이 아니며, 질소, 아르곤(Ar), 헬륨(He)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스이면 된다. 마찬가지로, 반응성 가스 배관(92)으로부터 송급하는 반응성 가스도 암모니아에 한정되는 것이 아니며, 암모니아, 수소(H2), 아산화질소(N2O), 삼불화질소(NF3), 산소(O2)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스이면 된다. 수소는 가연성 가스이며, 아산화질소, 삼불화질소 및 산소는 지연성 가스(조연성 가스)이다.
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 이용하여 예비 가열을 행하도록 해도 된다.
또, 본 발명에 따르는 열처리 장치에 의해서 처리 대상이 되는 기판은 반도체 웨이퍼에 한정되는 것이 아니며, 액정 표시 장치 등의 플랫 패널 디스플레이에 이용하는 유리 기판이나 태양 전지용의 기판이어도 된다.
1: 열처리 장치 3: 제어부
4: 할로겐 가열부 5: 플래시 가열부
6: 챔버 7: 유지부
10: 이재 기구 31: 검출부
65: 열처리 공간 74: 서셉터
75: 유지 플레이트 77: 기판 지지핀
90: 가스 공급부 91: 불활성 가스 배관
92: 반응성 가스 배관 93: 합류 배관
94: 제1 매스 플로우 컨트롤러 95: 제2 매스 플로우 컨트롤러
96: 제1 밸브 97: 제2 밸브
98: 매스 플로우 미터 FL: 플래시 램프
HL: 할로겐 램프 W: 반도체 웨이퍼

Claims (10)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 이 기판을 가열하는 열처리 장치로서,
    기판을 수용하는 챔버와,
    상기 챔버에 수용된 상기 기판에 광을 조사하는 광조사부와,
    상기 챔버 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 구비하고,
    상기 가스 공급부는,
    불활성 가스를 송급하는 불활성 가스 배관과,
    반응성 가스를 송급하는 반응성 가스 배관과,
    상기 불활성 가스 배관과 상기 반응성 가스 배관의 합류 부위와 상기 챔버를 연통 접속하며, 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스가 혼합된 상기 처리 가스를 상기 챔버에 송급하는 합류 배관과,
    상기 불활성 가스 배관을 흐르는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1 유량 제어부와,
    상기 반응성 가스 배관을 흐르는 상기 반응성 가스의 유량을 제어하는 제2 유량 제어부와,
    상기 합류 배관을 흐르는 상기 처리 가스의 유량을 측정하는 유량 측정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 유량 제어부에 의해서 제어된 상기 불활성 가스의 유량 및 상기 제2 유량 제어부에 의해서 제어된 상기 반응성 가스의 유량의 합계값과 상기 유량 측정부에 의해서 얻어진 상기 처리 가스의 유량의 측정값을 비교하여 상기 가스 공급부의 이상을 검출하는 검출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 검출부는, 상기 합계값과 상기 측정값의 차이가 상기 제2 유량 제어부에 의해서 제어된 상기 반응성 가스의 유량보다 클 때에는 상기 가스 공급부에 이상이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 불활성 가스는, 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스이며,
    상기 반응성 가스는, 암모니아, 수소, 아산화질소, 삼불화질소, 산소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스인 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광조사부는, 상기 기판에 플래시광을 조사하는 플래시 램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  6. 기판에 광을 조사함으로써 이 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    기판을 수용하는 챔버에 처리 가스를 공급하는 가스 공급 공정과,
    상기 챔버에 수용된 상기 기판에 광을 조사하는 광조사 공정을 구비하고,
    상기 가스 공급 공정은,
    불활성 가스를 송급하는 불활성 가스 배관을 흐르는 상기 불활성 가스의 유량을 제어하는 제1 유량 제어 공정과,
    반응성 가스를 송급하는 반응성 가스 배관을 흐르는 상기 반응성 가스의 유량을 제어하는 제2 유량 제어 공정과,
    상기 불활성 가스 배관과 상기 반응성 가스 배관의 합류 부위와 상기 챔버를 연통 접속하며, 상기 불활성 가스와 상기 반응성 가스가 혼합된 상기 처리 가스를 상기 챔버에 송급하는 합류 배관을 흐르는 상기 처리 가스의 유량을 측정하는 유량 측정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 유량 제어 공정에서 제어된 상기 불활성 가스의 유량 및 상기 제2 유량 제어 공정에서 제어된 상기 반응성 가스의 유량의 합계값과 상기 유량 측정 공정에서 얻어진 상기 처리 가스의 유량의 측정값을 비교하여 상기 불활성 가스 배관, 상기 반응성 가스 배관 또는 상기 합류 배관의 이상을 검출하는 이상 검출 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이상 검출 공정에서는, 상기 합계값과 상기 측정값의 차이가 상기 제2 유량 제어 공정에서 제어된 상기 반응성 가스의 유량보다 클 때에는 이상이 발생했다고 판정하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 불활성 가스는, 질소, 아르곤, 헬륨으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스이며,
    상기 반응성 가스는, 암모니아, 수소, 아산화질소, 삼불화질소, 산소로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개의 가스인 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광조사 공정에서는, 상기 기판에 플래시 램프로부터 플래시광을 조사하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
KR1020180055363A 2017-05-17 2018-05-15 열처리 장치 및 열처리 방법 KR102098468B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2017-097969 2017-05-17
JP2017097969A JP6864552B2 (ja) 2017-05-17 2017-05-17 熱処理装置および熱処理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180126378A true KR20180126378A (ko) 2018-11-27
KR102098468B1 KR102098468B1 (ko) 2020-04-07

Family

ID=64270187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180055363A KR102098468B1 (ko) 2017-05-17 2018-05-15 열처리 장치 및 열처리 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11081409B2 (ko)
JP (1) JP6864552B2 (ko)
KR (1) KR102098468B1 (ko)
TW (1) TWI698934B (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6847610B2 (ja) * 2016-09-14 2021-03-24 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
JP6960344B2 (ja) * 2018-01-26 2021-11-05 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7169212B2 (ja) * 2019-01-29 2022-11-10 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置
JP7446836B2 (ja) * 2020-02-03 2024-03-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
KR102511756B1 (ko) * 2020-05-15 2023-03-20 주식회사 히타치하이테크 플라스마 처리 장치의 검사 방법
JP2022077278A (ja) * 2020-11-11 2022-05-23 株式会社堀場エステック 濃度制御システム、濃度制御方法、及び、濃度制御システム用プログラム
JP7487084B2 (ja) * 2020-12-07 2024-05-20 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理装置
CN115193277A (zh) * 2022-06-17 2022-10-18 深圳市德明利光电有限公司 一种用于氧化制程的气体混合装置及处理设备
CN115852280B (zh) * 2022-11-21 2024-03-12 中国石油化工股份有限公司 一种高压氢气用科氏力质量流量计的热处理方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0955369A (ja) * 1995-08-16 1997-02-25 Nec Corp 真空処理装置及び真空処理装置への大気混入の検知方法
JP2005328063A (ja) * 2005-05-13 2005-11-24 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理装置
KR20120001788A (ko) * 2009-04-03 2012-01-04 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드 불소 가스의 ｉｎ-ｓｉｔｕ 가스 혼합 및 희석 시스템
JP2014183247A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理装置
JP2016127194A (ja) 2015-01-07 2016-07-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08153685A (ja) * 1994-11-25 1996-06-11 Mitsubishi Corp 半導体用特殊材料ガス供給装置
US5810928A (en) * 1994-11-21 1998-09-22 Mitsubishi Corporation Method of measuring gas component concentrations of special material gases for semiconductor, a semiconductor equipment, and an apparatus for supplying special material gases for semiconductor
JP3715824B2 (ja) * 1999-04-19 2005-11-16 大日本スクリーン製造株式会社 基板処理装置
US20030000471A1 (en) * 2001-06-18 2003-01-02 Soo-Sik Yoon Method and apparatus for manufacturing semiconductor devices
US7915179B2 (en) * 2004-11-04 2011-03-29 Tokyo Electron Limited Insulating film forming method and substrate processing method
JP2012104808A (ja) * 2010-10-14 2012-05-31 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置および熱処理方法
US9449825B2 (en) * 2012-02-03 2016-09-20 SCREEN Holdings Co., Ltd. Heat treatment apparatus for heating substrate by irradiation with flashes of light, and heat treatment method
US20140261703A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Applied Materials, Inc. Method to detect valve deviation
CN103590879B (zh) * 2013-11-29 2016-01-27 长城汽车股份有限公司 排气后处理测试系统和方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0955369A (ja) * 1995-08-16 1997-02-25 Nec Corp 真空処理装置及び真空処理装置への大気混入の検知方法
JP2005328063A (ja) * 2005-05-13 2005-11-24 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理装置
KR20120001788A (ko) * 2009-04-03 2012-01-04 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드 불소 가스의 ｉｎ-ｓｉｔｕ 가스 혼합 및 희석 시스템
JP2014183247A (ja) * 2013-03-21 2014-09-29 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 基板処理装置
JP2016127194A (ja) 2015-01-07 2016-07-11 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 熱処理方法および熱処理装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018195689A (ja) 2018-12-06
TW201901809A (zh) 2019-01-01
KR102098468B1 (ko) 2020-04-07
JP6864552B2 (ja) 2021-04-28
TWI698934B (zh) 2020-07-11
US11081409B2 (en) 2021-08-03
US20180337103A1 (en) 2018-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20180126378A (ko) 열처리 장치 및 열처리 방법
US20200266084A1 (en) Light irradiation type heat treatment apparatus, and heat treatment method
US10998206B2 (en) Light irradiation type heat treatment apparatus
KR20180103702A (ko) 열처리 방법
US10319616B2 (en) Heat treatment method and heat treatment apparatus of light irradiation type
KR20190051859A (ko) 열처리 장치 및 열처리 방법
US10679874B2 (en) Light irradiation type heat treatment apparatus and heat treatment method
US20190237355A1 (en) Heat treatment susceptor and heat treatment apparatus
US10446415B2 (en) Exhaust method of heat treatment apparatus
JP6720033B2 (ja) 熱処理装置
US11764073B2 (en) Light irradiation type heat treatment method
US11430676B2 (en) Heat treatment method of light irradiation type
TWI740133B (zh) 熱處理裝置及熱處理裝置之氣體環境取代方法
US20190393055A1 (en) Heat treatment susceptor and heat treatment apparatus
US11189506B2 (en) Rod-shaped lamp and heat treatment apparatus
JP7011980B2 (ja) 熱処理装置
KR20240035342A (ko) 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 리크 판정 방법
JP2021068780A (ja) 熱処理装置
JP2021044372A (ja) 熱処理方法および熱処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant