KR20200024711A - 열처리 방법 - Google Patents

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가부시키가이샤 스크린 홀딩스
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Abstract

[과제] 챔버 내를 단시간에 감압할 수 있는 열처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 반도체 웨이퍼(W)는, 챔버(6) 내에 형성된 암모니아 분위기 중에서 할로겐 램프(HL) 및 플래시 램프(FL)로부터의 광조사에 의해서 가열 처리된다. 챔버(6) 내에 암모니아 분위기를 형성할 때에는 일단 챔버(6) 내가 감압된다. 또, 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리 후에도 챔버(6) 내가 감압된다. 챔버(6) 내를 배기하여 감압하기 전에, 할로겐 램프(HL)로부터 광조사를 행하여 챔버(6) 내의 분위기를 가열한다. 감압 전에 챔버(6) 내의 분위기를 가열함으로써, 당해 분위기 중의 기체 분자의 열운동이 활성화함과 더불어 가스 밀도가 작아진다. 그 결과, 감압시에는 챔버(6) 내의 기체 분자가 신속하게 배출되게 되어, 챔버(6) 내를 소정의 기압에까지 단시간에 감압할 수 있다.

Description

열처리 방법{HEAT TREATMENT METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 박판형 정밀 전자 기판(이하, 간단히 「기판」이라고 칭한다)에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 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 적어 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 필요해지는 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 온도로까지 승온할 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, 특허문헌 1에는, 고유전율 게이트 절연막(high-k막)을 형성한 반도체 웨이퍼를 수용한 챔버 내에 암모니아 분위기를 형성하고, 당해 반도체 웨이퍼에 대해서 플래시광을 조사하여 가열함으로써, 고유전율 게이트 절연막의 성막 후 열처리를 행하는 것이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 장치에 있어서는, 반도체 웨이퍼를 수용한 챔버 내를 감압한 후에 암모니아를 공급하여 챔버 내에 암모니아 분위기를 형성하도록 하고 있다. 또, 특허문헌 1에 개시된 장치에 있어서는, 암모니아 분위기 중에서 반도체 웨이퍼의 열처리를 행한 후, 챔버 내를 감압하여 유해한 암모니아를 배출해 질소 분위기로 치환하고 나서 반도체 웨이퍼를 반출하도록 하고 있다.
일본국 특허공개 2017-045982호 공보
특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 암모니아 등의 반응성 가스의 분위기를 형성하고 반도체 웨이퍼의 가열 처리를 행하는 경우, 그 가열 처리의 전후로 2회의 감압 처리를 행할 필요가 있다. 즉, 암모니아 분위기를 형성하기 전에 챔버 내를 감압함과 더불어, 가열 처리 후에도 암모니아를 배출하기 위해서 챔버 내를 감압한다. 프로세스의 종류에 의해서는, 복수의 처리 가스의 분위기를 순차적으로 형성하고 반도체 웨이퍼의 처리를 행하기도 하며, 이 경우 감압 처리의 횟수는 더욱 증가하게 된다. 그 결과, 감압 처리에 장시간을 필요로 하면, 1매당 반도체 웨이퍼의 처리 시간이 길어지고 스루풋이 저하된다고 하는 문제가 생긴다.
본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 챔버 내를 단시간에 감압할 수 있는 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 청구항 1의 발명은, 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법에 있어서, 챔버 내에서 서셉터에 유지된 기판에 연속 점등 램프로부터 광조사를 행하여 상기 기판을 예비 가열한 후에, 플래시 램프로부터의 섬광 조사에 의해서 상기 기판을 플래시 가열하는 광조사 공정과, 상기 챔버 내의 분위기를 배출하여 상기 챔버 내를 감압하는 감압 공정과, 상기 감압 공정의 전에, 상기 연속 점등 램프로부터 광조사를 행하여 상기 챔버 내의 분위기를 가열하는 가열 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 가열 공정은, 또한 상기 감압 공정이 개시된 후에도 계속해서 실행되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 3의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 챔버 내에서 상기 서셉터에 상기 기판이 유지된 상태로 실행되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 4의 발명은, 청구항 3의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 광조사 공정의 전 및 후에 실행되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 5의 발명은, 청구항 1의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 챔버 내에 기판이 존재하지 않는 상태로 실행되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 6의 발명은, 청구항 5의 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 챔버의 메인터넌스 전에 실행되는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 7의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 가열 공정에서는, 상기 연속 점등 램프를 일정 전력으로 점등하여 상기 챔버 내의 분위기를 가열하는 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 8의 발명은, 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 발명에 따르는 열처리 방법에 있어서, 상기 가열 공정에서는, 상기 챔버 내의 분위기 온도 또는 상기 서셉터의 온도에 의거하여 상기 연속 점등 램프의 출력을 피드백 제어하는 것을 특징으로 한다.
청구항 1 내지 청구항 8의 발명에 의하면, 챔버 내의 분위기를 배출하여 챔버 내를 감압하기 전에, 연속 점등 램프로부터 광조사를 행하여 챔버 내의 분위기를 가열하기 때문에, 당해 분위기 중의 기체 분자의 열운동이 활성화함과 더불어 가스 밀도가 작아져, 챔버 내를 단시간에 감압할 수 있다.
특히, 청구항 2의 발명에 의하면, 감압 공정이 개시된 후에도 계속해서 연속 점등 램프로부터 광조사를 행하여 챔버 내의 분위기를 가열하기 때문에, 챔버 내를 보다 단시간에 감압할 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 제1 실시 형태의 반도체 웨이퍼의 처리 순서를 도시한 플로차트이다.
도 9는 챔버 내의 압력 변화를 도시한 도면이다.
도 10은 제2 실시 형태의 챔버 내 분위기 치환의 처리 순서를 도시한 플로차트이다.
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 각부의 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. 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 통 형상을 가지며, 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 반사 링(68)이 장착되고, 하부에는 반사 링(69)이 장착되어 있다. 반사 링(68, 69)은, 모두 원환형으로 형성되어 있다. 상측의 반사 링(68)은, 챔버 측부(61)의 상측으로부터 끼워넣음으로써 장착된다. 한편, 하측의 반사 링(69)은, 챔버 측부(61)의 하측으로부터 끼워넣고 도시 생략된 비스로 고정함으로써 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 의해서 둘러싸인 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 수평 방향을 따라서 원환형으로 형성되고, 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 유지부(7)를 둘러싼다. 챔버 측부(61) 및 반사 링(68, 69)은, 강도와 내열성이 우수한 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(로(爐) 입구)(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 원통형의 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)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 실시 형태에서는 질소 가스(N2) 및/또는 암모니아(NH3))를 공급하는 가스 공급 구멍(81)이 형성되어 있다. 가스 공급 구멍(81)은, 오목부(62)보다 상측 위치에 형성되어 있고, 반사 링(68)에 설치되어 있어도 된다. 가스 공급 구멍(81)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 형성된 완충 공간(82)을 개재하여 가스 공급관(83)에 연통 접속되어 있다. 가스 공급관(83)은 2갈래로 분기되고, 그 중의 한쪽인 반응성 가스 배관(83a)은 암모니아 공급원(91)에 접속되며, 다른쪽의 불활성 가스 배관(83b)은 질소 공급원(92)에 접속되어 있다. 암모니아 공급원(91)은, 제어부(3)의 제어하에서, 반응성 가스 배관(83a)에 암모니아를 송급한다. 질소 공급원(92)은, 제어부(3)의 제어하에서, 불활성 가스 배관(83b)에 질소 가스를 송급한다.
반응성 가스 배관(83a)의 경로 도중에는, 공급원 밸브(93), 공급 확인 압력계(94), 매스 플로우 컨트롤러(95) 및 공급 밸브(96)가 끼워 넣어진다. 공급원 밸브(93) 및 공급 밸브(96)가 개방되면, 암모니아 공급원(91)으로부터 반응성 가스 배관(83a) 및 가스 공급관(83)을 거쳐 완충 공간(82)에 암모니아가 송급된다. 공급 확인 압력계(94)는, 암모니아 공급원(91)으로부터 반응성 가스 배관(83a)에 미리 정해진 압력으로 암모니아가 공급되고 있는지의 여부를 판정한다. 매스 플로우 컨트롤러(95)는, 반응성 가스 배관(83a)을 흐르는 암모니아의 유량을 미리 정해진 설정값으로 조정한다.
한편, 불활성 가스 배관(83b)의 경로 도중에는, 매스 플로우 컨트롤러(97) 및 공급 밸브(98)가 끼워 넣어진다. 공급 밸브(98)가 개방되면, 질소 공급원(92)으로부터 불활성 가스 배관(83b) 및 가스 공급관(83)을 거쳐 완충 공간(82)에 질소 가스가 송급된다. 매스 플로우 컨트롤러(97)는, 불활성 가스 배관(83b)을 흐르는 질소 가스의 유량을 미리 정해진 설정값으로 조정한다. 공급원 밸브(93), 공급 밸브(96) 및 공급 밸브(98) 전체가 개방되어 있을 때는, 반응성 가스 배관(83a)으로부터 송급된 암모니아와 불활성 가스 배관(83b)으로부터 송급된 질소 가스가 가스 공급관(83)에 합류하여 암모니아와 질소 가스의 혼합 가스가 완충 공간(82)에 송급된다.
또, 반응성 가스 배관(83a)과 불활성 가스 배관(83b)을 연통 접속하는 바이패스 배관(84)이 설치되어 있다. 바이패스 배관(84)은, 반응성 가스 배관(83a)의 공급원 밸브(93)와 공급 확인 압력계(94) 사이의 부위와, 불활성 가스 배관(83b)의 질소 공급원(92)과 매스 플로우 컨트롤러(97) 사이의 부위를 연통 접속한다. 바이패스 배관(84)에는, 바이패스 밸브(85)가 끼워 넣어진다. 바이패스 밸브(85)가 개방되면, 반응성 가스 배관(83a)과 불활성 가스 배관(83b)이 연통 상태가 된다.
가스 공급관(83)으로부터 송급되고 완충 공간(82)에 유입한 처리 가스는, 가스 공급 구멍(81)보다 유체 저항이 작은 완충 공간(82) 내로 퍼지도록 흘러 완충 공간(82)을 채운다. 그리고, 완충 공간(82)을 채운 처리 가스가 가스 공급 구멍(81)으로부터 열처리 공간(65) 내로 공급된다.
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, 반사 링(69)에 설치되어 있어도 된다. 가스 배기 구멍(86)은 챔버(6)의 측벽 내부에 원환형으로 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) 및 진공 압력계(191)가 끼워 넣어져 있다. 배기 밸브(89)가 개방되면, 열처리 공간(65)의 기체가 가스 배기 구멍(86)으로부터 완충 공간(87)을 거쳐 가스 배기관(88)으로 배출된다. 진공 압력계(191)는, 직접적으로는 가스 배기관(88)의 압력을 측정한다. 가스 배기관(88)의 진공 압력계(191)가 설치되어 있는 부위의 압력은 챔버(6) 내의 압력과 거의 동일하기 때문에, 진공 압력계(191)에 의해서 측정된 압력은, 챔버(6) 내의 압력이기도 하다. 또한, 가스 공급 구멍(81) 및 가스 배기 구멍(86)은, 챔버(6)의 둘레 방향을 따라서 복수 설치되어 있어도 되고, 슬릿형의 것이어도 된다.
배기부(190)로는, 진공 펌프나 열처리 장치(1)가 설치되는 공장의 배기 유틸리티를 이용할 수 있다. 배기부(190)로서 진공 펌프를 채용하고, 가스 공급 구멍(81)으로부터 아무런 가스 공급을 행하지 않고 밀폐 공간인 열처리 공간(65)의 분위기를 배기하면, 챔버(6) 내를 진공 분위기에까지 감압할 수 있다. 또, 배기부(190)로서 진공 펌프를 이용하지 않는 경우에도, 가스 공급 구멍(81)으로부터 가스 공급을 행하지 않고 배기를 행함으로써, 챔버(6) 내를 대기압 미만의 기압으로 감압할 수 있다. 감압되어 있는 챔버(6) 내의 압력은 진공 압력계(191)에 의해서 측정된다.
도 2는, 유지부(7)의 전체 외관을 도시한 사시도이다. 유지부(7)는, 기대 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 원환 형상으로부터 일부가 결락된 원호 형상의 석영 부재이다. 이 결락 부분은, 후술하는 이재 기구(10)의 이재 아암(11)과 기대 링(71)의 간섭을 막기 위해서 설치되어 있다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓아짐으로써, 챔버(6)의 벽면에 지지되게 된다(도 1 참조). 기대 링(71)의 상면에, 그 원환 형상의 둘레 방향을 따라서 복수의 연결부(72)(본 실시 형태에서는 4개)가 세워 설치된다. 연결부(72)도 석영의 부재이며, 용접에 의해서 기대 링(71)에 고착된다.
서셉터(74)는 기대 링(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), 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 원환형의 부재이다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(W)의 직경이 φ300mm인 경우, 가이드 링(76)의 내경은 φ320mm이다. 가이드 링(76)의 내주는, 유지 플레이트(75)로부터 상방을 향해서 넓어지는 테이퍼면으로 되어 있다. 가이드 링(76)은, 유지 플레이트(75)와 동일한 석영으로 형성된다. 가이드 링(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 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 세워 설치되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 유지면(75a)의 외주원(가이드 링(76)의 내주원)과 동심원의 둘레 상을 따라서 30°마다 합계 12개의 기판 지지 핀(77)이 세워 설치되어 있다. 12개의 기판 지지 핀(77)을 배치한 원의 지름(대향하는 기판 지지 핀(77) 사이의 거리)은 반도체 웨이퍼(W)의 지름보다 작고, 반도체 웨이퍼(W)의 지름이 φ300mm이면 φ270mm~φ280mm(본 실시 형태에서는 φ270mm)이다. 각각의 기판 지지 핀(77)은 석영으로 형성되어 있다. 복수의 기판 지지 핀(77)은, 유지 플레이트(75)의 상면에 용접에 의해서 설치하도록 해도 되고, 유지 플레이트(75)와 일체로 가공하도록 해도 된다.
도 2로 돌아와, 기대 링(71)에 세워 설치된 4개의 연결부(72)와 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 주연부가 용접에 의해서 고착된다. 즉, 서셉터(74)와 기대 링(71)은 연결부(72)에 의해서 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 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 올려놓아져 유지된다. 이때, 반도체 웨이퍼(W)는 유지 플레이트(75) 상에 세워 설치된 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해서 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 균일하기 때문에, 12개의 기판 지지 핀(77)에 의해서 반도체 웨이퍼(W)를 수평 자세로 지지할 수 있다.
또, 반도체 웨이퍼(W)는 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 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 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 수평 방향의 위치 어긋남은 가이드 링(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 개재하여 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 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 원환형의 오목부(62)를 따르는 원호 형상으로 되어 있다. 각각의 이재 아암(11)에는 2개의 리프트 핀(12)이 세워 설치되어 있다. 이재 아암(11) 및 리프트 핀(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 리프트 핀(12)이 서셉터(74)에 뚫린 관통 구멍(79)(도 2, 3 참조)을 통과하여, 리프트 핀(12)의 상단이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출한다. 한편, 승강 기구(14)가 한 쌍의 이재 아암(11)을 이재 동작 위치에서 하강시켜 리프트 핀(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 기대 링(71)의 바로 위이다. 기대 링(71)은 오목부(62)의 바닥면에 올려놓아져 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 있고, 이재 기구(10)의 구동부 주변의 분위기가 챔버(6)의 외부에 배출되도록 구성되어 있다.
또, 열처리 장치(1)는, 챔버(6) 내의 분위기 온도를 측정하는 분위기 온도계(28) 및 서셉터(74)의 온도를 측정하는 방사 온도계(29)를 구비한다. 분위기 온도계(28)는, 예를 들어 열전대를 이용하여 구성된다. 방사 온도계(29)는, 석영의 서셉터(74)로부터 방사된 적외광을 수광하여, 그 적외광의 강도로부터 서셉터(74)의 온도를 측정한다.
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 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 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 개재하여 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 평행하게 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 봉입되고 그 양단부에 콘덴서에 접속된 양극 및 음극이 배치된 봉형의 유리관(방전관)과, 당해 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 축적되어 있던 전기가 유리관 내에 순간적으로 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 극히 짧은 광펄스로 변환되기 때문에, 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)의 측으로 반사한다고 하는 것이다. 리플렉터(52)는 알루미늄 합금판으로 형성되어 있고, 그 표면(플래시 램프(FL)에 면하는 측의 면)은 블러스트 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 개재하여 열처리 공간(65)으로의 광조사를 행해 반도체 웨이퍼(W)를 가열하는 광조사부이다.
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 평행하게 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 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 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)에 대한 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)로부터 출사된 광을 열처리 공간(65)의 측으로 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 독출 전용의 메모리인 ROM, 각종 정보를 기억하는 읽고 쓰기 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 진행한다.
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 공급되어, 플래시 가열부(5) 및 상측 챔버창(63)을 냉각한다.
다음으로, 열처리 장치(1)에 있어서의 처리 동작에 대해 설명한다. 도 8은, 제1 실시 형태의 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서를 도시한 플로차트이다. 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 진행한다.
우선, 고유전율막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 열처리 장치(1)의 챔버(6)에 반입된다(단계 S11). 반도체 웨이퍼(W)의 반입시에는, 게이트 밸브(185)가 열려 반송 개구부(66)가 개방되고, 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반송 개구부(66)를 개재하여 고유전율막이 형성된 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 반입된다. 이때에, 챔버(6)의 내외는 모두 대기압이기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 반입에 수반하여 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 장치 외 분위기가 말려 들어간다. 그래서, 공급 밸브(98)를 개방하여 질소 공급원(92)으로부터 챔버(6) 내에 질소 가스를 계속 공급함으로써 반송 개구부(66)로부터 질소 가스류를 유출시키고, 장치 외부의 분위기가 챔버(6) 내에 유입하는 것을 최소한으로 억제하도록 해도 된다. 또한, 게이트 밸브(185)의 개방시에는, 배기 밸브(89)를 폐지하여 챔버(6)로부터의 배기를 정지하는 것이 바람직하다. 이로써, 챔버(6) 내에 공급된 질소 가스는 반송 개구부(66)만으로부터 유출하게 되기 때문에, 외부 분위기의 유입을 보다 효과적으로 막을 수 있다.
반송 로봇에 의해서 반입된 반도체 웨이퍼(W)는 유지부(7)의 바로 위의 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 관통 구멍(79)을 지나 서셉터(74)의 유지 플레이트(75)의 상면으로부터 돌출하여 반도체 웨이퍼(W)를 수취한다. 이때, 리프트 핀(12)은 기판 지지 핀(77)의 상단보다 상방에까지 상승한다.
반도체 웨이퍼(W)가 리프트 핀(12)에 올려놓아진 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 세워 설치된 복수의 기판 지지 핀(77)에 의해서 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 의해서 지지된 반도체 웨이퍼(W)의 이면(표면과는 반대측의 주면)과 유지 플레이트(75)의 유지면(75a) 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 내측으로 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. 동일 도면의 횡축에는 시각을 나타내고, 종축에는 챔버(6) 내의 압력을 나타낸다. 반도체 웨이퍼(W)가 챔버(6)에 수용되고 반송 개구부(66)가 폐쇄된 시각(t1)의 시점에서는, 챔버(6) 내의 압력은 상압(Ps)(=대기압= 약 101325Pa)이다.
제1 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내를 감압하기 전의 시각(t2)에 할로겐 가열부(4)의 할로겐 램프(HL)로부터 광조사를 행하여 챔버(6) 내의 분위기를 가열하고 있다(단계 S12). 할로겐 램프(HL)로부터 조사된 광의 일부는 직접 챔버(6) 내의 분위기의 기체 분자에 의해서 흡수되어, 당해 분위기가 승온한다. 또, 할로겐 램프(HL)로부터 조사된 광의 일부는 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)에 의해서 흡수되고, 가열된 반도체 웨이퍼(W)로부터의 열전도에 의해서도 챔버(6) 내의 분위기가 승온한다.
할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기를 가열할 때에는, 챔버(6) 내의 분위기의 온도가 분위기 온도계(28)에 의해서 측정되고 있다. 분위기 온도계(28)에 의해서 측정된 챔버(6) 내의 분위기 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제어부(3)는, 분위기 온도계(28)에 의한 측정값에 의거하여, 챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다. 챔버(6) 내의 분위기 온도의 승온 레이트 및 목표 온도(TP)는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 승온 레이트는 20℃/초로 목표 온도(TP)는 250℃이다. 즉, 제어부(3)는, 분위기 온도계(28)에 의한 측정값이 20℃/초의 승온 레이트로 250℃가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어하는 것이다.
챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)에 도달한 후의 시각(t3)에 챔버(6) 내의 감압이 개시된다(단계 S13). 구체적으로는, 반송 개구부(66)가 폐쇄됨으로써, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 밀폐 공간이 된다. 이 상태에서, 급기를 위한 공급 밸브(96) 및 공급 밸브(98)를 폐지하면서, 배기 밸브(89)를 개방한다. 이로써, 챔버(6) 내에 대해서는 가스 공급이 행해지지 않고 배기가 행해지게 되어, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)이 대기압 미만으로 감압된다. 감압의 초기 단계에서는, 배기부(190)가 비교적 작은 배기 유량으로 챔버(6) 내의 분위기를 배출하여 챔버(6) 내를 감압한다.
다음으로, 진공 압력계(191)에 의해서 측정되는 챔버(6) 내의 압력이 기압(P1)에까지 감압된 시각(t4)에 배기부(190)에 의한 배기 유량이 증대하여, 배기 속도도 빨라진다. 기압(P1)은, 예를 들어 약 20000Pa이다. 그리고, 시각(t5)에 챔버(6) 내의 압력(진공도)이 기압(P2)에 도달한다. 기압(P2)은, 예를 들어 약 100Pa이다. 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 감아 올려져 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 감아올림을 방지할 수 있다.
챔버(6) 내의 압력이 기압(P2)에 도달한 시각(t5)에, 챔버(6) 내로의 처리 가스의 공급이 개시된다(단계 S14). 구체적으로는, 배기 밸브(89)를 개방하면서, 공급원 밸브(93), 공급 밸브(96) 및 공급 밸브(98)를 개방한다. 공급원 밸브(93) 및 공급 밸브(96)가 개방됨으로써, 반응성 가스 배관(83a)으로부터 암모니아가 송급된다. 또, 공급 밸브(98)가 개방됨으로써, 불활성 가스 배관(83b)으로부터 질소 가스가 송급된다. 송급된 암모니아와 질소 가스는 가스 공급관(83)으로 합류한다. 그리고, 암모니아와 질소 가스의 혼합 가스가 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 공급된다. 그 결과, 챔버(6) 내에서 유지부(7)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 주변에는 감압 상태에서 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.%). 암모니아의 농도는, 매스 플로우 컨트롤러(95) 및 매스 플로우 컨트롤러(97)에 의해서 각각 암모니아 및 질소 가스의 공급 유량을 제어함으로써 조정할 수 있다.
챔버(6) 내에 암모니아와 질소 가스의 혼합 가스가 공급됨으로써, 챔버(6) 내의 압력이 기압(P2)으로부터 상승하여 시각(t6)에 기압(P3)에까지 승압한다. 기압(P3)은, 예를 들어 약 5000Pa이다. 챔버(6) 내를 일단 기압(P2)에까지 감압하고 나서 기압(P3)에 승압하고 있기 때문에, 챔버(6) 내에 형성된 암모니아 분위기 중에 있어서의 산소 농도를 극히 낮게 할 수 있다. 챔버(6) 내의 압력이 기압(P3)에 승압한 시각(t6) 이후는, 챔버(6)에 대한 암모니아·질소 혼합 가스의 공급 유량과 챔버(6)로부터의 배기 유량을 동일하게 하여 챔버(6) 내의 압력을 기압(P3)에 유지한다.
다음으로, 챔버(6) 내의 압력이 기압(P3)에 승압한 시각(t6) 이후에 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 행해진다(단계 S15). 우선, 할로겐 가열부(4)의 40개의 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 예비 가열(어시스트 가열)이 행해진다. 할로겐 램프(HL)로부터 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 퇴피하고 있기 때문에, 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 의해서 측정되고 있다. 즉, 서셉터(74)에 유지된 반도체 웨이퍼(W)의 하면으로부터 개구부(78)를 개재하여 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 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 승온하고 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, 반도체 웨이퍼(W)의 중앙부에 대향하는 영역보다 주연부에 대향하는 영역이 높아지고 있다. 이로 인해, 방열이 생기기 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 도달하여 소정 시간이 경과한 시각(t7)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 직접적으로 챔버(6) 내로 향하고, 다른 일부는 일단 리플렉터(52)에 의해 반사되고 나서 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 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 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)에까지 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)에까지 승온하여 성막 후 열처리가 실행되면, 고유전율막의 질화가 촉진됨과 더불어, 고유전율막 중에 존재하고 있던 점결함 등의 결함이 소멸한다. 또한, 플래시 램프(FL)로부터의 조사 시간은 0.1밀리세컨드 이상 100밀리세컨드 이하 정도의 단시간이기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 표면 온도가 예비 가열 온도(T1)로부터 처리 온도(T2)에까지 승온하는데 필요로 하는 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, 시각(t8)에 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기를 재차 가열한다(단계 S16). 단계 S12와 동일하게, 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기가 직접 가열됨과 더불어, 그것에 더해 승온한 반도체 웨이퍼(W)로부터의 열 전도에 의해서도 챔버(6) 내의 분위기가 간접적으로 가열된다. 또, 제어부(3)는, 분위기 온도계(28)에 의한 측정값에 의거하여, 챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어한다.
챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)에 도달한 후의 시각(t9)에 챔버(6) 내의 감압이 개시된다(단계 S17). 즉, 공급 밸브(96) 및 공급 밸브(98)를 폐지하면서 배기 밸브(89)를 개방하여 챔버(6) 내의 분위기를 배출하고 챔버(6) 내를 다시 감압한다. 챔버(6) 내의 압력은 시각(t10)에 기압(P2)에 도달한다. 챔버(6) 내가 배기되어 기압(P2)에까지 재차 감압됨으로써, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)으로부터 유해한 암모니아를 배출할 수 있다.
계속해서, 배기 밸브(89)를 폐지하고 공급 밸브(98)를 개방하여, 질소 공급원(92)으로부터 챔버(6) 내에 불활성 가스로서 질소 가스를 공급하여 챔버(6) 내를 상압(Ps)에까지 복압한다(단계 S18). 이로써, 챔버(6) 내가 질소 분위기에 치환된다. 또, 할로겐 램프(HL)도 소등하여, 이로써 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, 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, 리프트 핀(12)이 서셉터(74)의 상면으로부터 돌출하여 열처리 후의 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)로부터 수취한다. 계속해서, 게이트 밸브(185)에 의해 폐쇄되어 있던 반송 개구부(66)가 개방되고, 리프트 핀(12) 상에 올려놓아진 반도체 웨이퍼(W)가 장치 외부의 반송 로봇에 의해 반출되며, 열처리 장치(1)에 있어서의 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리가 완료한다(단계 S19).
제1 실시 형태에 있어서는, 반도체 웨이퍼(W)의 처리 중에 챔버(6) 내를 배기하여 감압하기 전에, 할로겐 램프(HL)로부터 광조사를 행하여 챔버(6) 내의 분위기를 가열하고 있다(단계 S12 및 단계 S16). 감압 전에 챔버(6) 내의 분위기를 가열함으로써, 당해 분위기 중의 기체 분자의 열운동이 활성화함과 더불어 가스 밀도가 작아진다. 그 결과, 감압시에는 챔버(6) 내의 기체 분자가 신속하게 배출되게 되어, 챔버(6) 내를 소정의 기압에까지 단시간에 감압할 수 있다. 이로써, 감압 처리를 수반하는 반도체 웨이퍼(W)의 처리 시간이 길어지는 것을 억제하여 스루풋의 저하를 방지하는 것이 가능해진다.
또, 제1 실시 형태에서는 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼(W)가 존재하고 있는 상태로 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기를 가열하고 있으나, 챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)가 될 때의 반도체 웨이퍼(W)의 온도는 상기의 예비 가열 온도(T1) 미만이다. 따라서, 감압 처리를 위한 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 반도체 웨이퍼(W)의 열처리 이력에 중대한 영향을 미칠 우려는 없다.
＜제2 실시 형태＞
다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태의 열처리 장치(1)의 구성 및 반도체 웨이퍼(W)의 처리 순서는 제1 실시 형태와 동일하다. 제1 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(W)의 처리시에, 즉 처리 대상이 되는 반도체 웨이퍼(W)를 서셉터(74)에 유지한 상태로 플래시 가열의 전후에 챔버(6) 내의 분위기를 가열하고 나서 감압 처리를 행하고 있었다. 이에 비해, 제2 실시 형태에 있어서는, 열처리 장치(1)의 메인터넌스를 행할 때에, 챔버(6) 내의 분위기를 가열하고 나서 감압 처리를 행하고 있다.
상기의 열처리 장치(1)에 대해서는 정기적으로 혹은 부정기적으로 메인터넌스가 행해진다. 부정기적으로 메인터넌스가 행해지는 것은, 열처리 장치(1)에 어떠한 장해가 발생한 경우이다. 정기적인지 부정기적인지에 관계없이, 열처리 장치(1)의 메인터넌스를 행할 때에는, 챔버(6)의 내부를 개방하여 각종 배관을 제외하게 된다. 따라서, 메인터넌스 전에 챔버(6) 내의 열처리 공간(65) 및 각종 배관을 포함하는 열처리 장치(1)의 전체로부터 유해한 암모니아를 완전히 배출해 둘 필요가 있다. 이로 인해, 공급 밸브(96)를 개방하여, 챔버(6) 내의 열처리 공간(65)에 더해 반응성 가스 배관(83a)으로부터도 암모니아를 배출한다.
도 10은, 제2 실시 형태의 챔버(6) 내 분위기 치환의 처리 순서를 도시한 플로차트이다. 우선, 메인터넌스를 행하기 전의 챔버(6) 내에 반도체 웨이퍼(W)가 존재하고 있지 않은 상태로 할로겐 램프(HL)로부터 광조사를 행하여 챔버(6) 내의 분위기를 가열한다(단계 S21). 할로겐 램프(HL)로부터 조사된 광의 일부는 직접적으로 챔버(6) 내의 분위기의 기체 분자에 의해서 흡수되어, 당해 분위기가 직접적으로 가열된다. 또, 할로겐 램프(HL)가 조사된 광의 일부는 서셉터(74) 등의 챔버(6) 내 구조물에 의해서 흡수되어, 당해 구조물로부터의 열전도에 의해서도 챔버(6) 내의 분위기가 간접적으로 가열된다.
할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기를 가열할 때에는, 챔버(6) 내의 분위기의 온도가 분위기 온도계(28)에 의해서 측정되고 있다. 분위기 온도계(28)에 의해서 측정된 챔버(6) 내의 분위기 온도는 제어부(3)에 전달된다. 제2 실시 형태에서는, 할로겐 램프(HL)를 일정 전력(예를 들어 최대 전력의 30% 고정)으로 점등하여 챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)가 될 때까지 챔버(6) 내의 분위기를 가열한다. 즉, 제1 실시 형태에서는 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어하고 있던 것에 비해, 제2 실시 형태에서는 정출력 제어하고 있는 것이다. 챔버(6) 내의 분위기 온도의 목표 온도(TP)는 제1 실시 형태와 동일하게 예를 들어 250℃이다.
챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)에 도달한 후에 챔버(6) 내의 감압이 개시된다(단계 S22). 구체적으로는, 공급원 밸브(93), 바이패스 밸브(85) 및 공급 밸브(98)는 폐지됨과 더불어, 공급 밸브(96) 및 배기 밸브(89)가 개방된다. 이로써, 가스 배기관(88)으로부터 챔버(6) 내 및 매스 플로우 컨트롤러(95)를 포함하는 반응성 가스 배관(83a)(정확하게는, 공급원 밸브(93)보다 하류측의 부위)의 배기가 행해져, 챔버(6) 내뿐만 아니라 반응성 가스 배관(83a) 내도 감압된다. 그 결과, 반응성 가스 배관(83a) 내에 잔류하고 있던 암모니아도 배출되게 된다.
다음으로, 진공 압력계(191)에 의해서 측정되는 챔버(6) 내의 압력이 소정압에까지 감압된 후, 감압을 정지하여 반응성 가스 배관(83a) 및 챔버(6) 내로의 질소 가스 공급을 실행한다(단계 S23). 이때에는, 공급원 밸브(93) 및 배기 밸브(89)가 폐지되고, 공급 밸브(96), 공급 밸브(98) 및 바이패스 밸브(85)가 개방된다. 이로써, 질소 공급원(92)으로부터 송급된 질소 가스의 일부가 바이패스 배관(84)를 지나 매스 플로우 컨트롤러(95)를 포함하는 반응성 가스 배관(83a)(정확하게는, 공급원 밸브(93)와 공급 밸브(96) 사이의 부위)에 충전되게 된다. 또, 질소 공급원(92)으로부터 송급된 질소 가스는 챔버(6) 내에도 충전된다.
챔버(6) 내 및 반응성 가스 배관(83a)에 질소 가스가 충전된 후, 단계 S24로 진행되어, 상기의 감압 처리와 질소 가스 공급을 설정 횟수 반복했는지의 여부가 제어부(3)에 의해서 판정된다. 제어부(3)에는, 반복의 설정 횟수가 예를 들어 GUI(Graphical User Interface)를 이용하여 미리 설정되어 있다. 감압 처리와 질소 가스 공급이 설정 횟수 반복되어 있지 않은 경우에는, 재차 단계 S22의 감압 처리와 단계 S23의 질소 가스 공급이 반복된다. 예를 들어, 반복의 설정 횟수로서 "10"으로 설정되어 있는 경우에는, 상술한 감압 처리와 질소 가스 공급이 10회 반복되게 된다. 이로써, 반응성 가스 배관(83a) 및 챔버(6) 내로부터는 확실히 암모니아가 배출되어 질소 가스가 충전되게 된다.
제2 실시 형태에 있어서는, 열처리 장치(1)의 메인터넌스 전에, 할로겐 램프(HL)로부터 광조사를 행하고 챔버(6) 내의 분위기를 가열하고 나서 챔버(6) 내를 배기하여 감압하고 있다. 감압 전에 챔버(6) 내의 분위기를 가열함으로써, 당해 분위기 중의 기체 분자의 열 운동이 활성화함과 더불어 가스 밀도가 작아진다. 그 결과, 제1 실시 형태와 동일하게, 감압시에는 챔버(6) 내의 기체 분자가 신속하게 배출되게 되어, 챔버(6) 내를 소정의 기압에까지 단시간에 감압할 수 있다. 이로써, 메인터넌스 전의 질소 가스 퍼지에 필요로 하는 시간을 단축하는 것이 가능해진다.
＜변형예＞
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했으나, 이 발명은 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상술한 것 이외에 다양한 변경을 행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 제1, 제2 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내를 감압하기 전에 챔버(6) 내의 분위기를 가열하고 있었으나, 그것에 더하여 챔버(6) 내의 감압이 개시된 후에도 계속해서 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기를 가열하도록 해도 된다. 챔버(6) 내의 감압이 개시된 후에도 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기를 가열함으로써, 챔버(6) 내를 보다 단시간에 감압할 수 있다. 혹은, 챔버(6) 내의 감압이 개시된 후에 할로겐 램프(HL)로부터의 광조사에 의한 챔버(6) 내의 분위기 가열을 개시하도록 해도 된다.
또, 제1 실시 형태에 있어서는 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어하고 있었으나, 이것을 대신하여 제2 실시 형태와 같이 할로겐 램프(HL)를 일정 전력으로 점등하여 챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)가 될 때까지 챔버(6) 내의 분위기를 가열하도록 해도 된다. 반대로, 제2 실시 형태에 있어서, 분위기 온도계(28)에 의한 측정값에 의거하여, 챔버(6) 내의 분위기 온도가 목표 온도(TP)가 되도록 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어하도록 해도 된다. 즉, 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어할지 정출력 제어할지는 적당히 선택할 수 있다. 혹은, 피드백 제어와 정출력 제어를 조합하도록 해도 된다. 예를 들어, 챔버(6) 내의 분위기 온도가 비교적 저온인 동안은 할로겐 램프(HL)의 출력을 정출력 제어하도록 하고, 분위기 온도가 목표 온도(TP)에 가까워진 후에 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어하도록 해도 된다.
또, 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어할 때에는, 챔버(6) 내의 분위기 온도를 대신하여, 방사 온도계(29)에 의해서 측정된 서셉터(74)의 온도 또는 방사 온도계(20)에 의해서 측정된 반도체 웨이퍼(W)의 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어하도록 해도 된다. 무엇보다, 제1 실시 형태와 같이, 분위기 온도계(28)에 의해서 측정된 챔버(6) 내의 분위기 온도에 의거하여 할로겐 램프(HL)의 출력을 피드백 제어하도록 하는 것이 보다 직접적으로 챔버(6) 내의 분위기 온도를 목표 온도(TP)로 할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에 있어서는, 반응성 가스 배관(83a)으로부터 암모니아를 공급하고 있었는데, 이것에 한정되는 것이 아니며, 반응성 가스 배관(83a)으로부터 산소(O2), 수소(H2), 염소(Cl2), 염화수소(HCl), 오존(O3), 일산화질소(NO), 아산화질소(N2O), 이산화질소(NO2), 삼불화질소(NF3) 등을 반응성 가스로서 공급하도록 해도 된다. 또, 불활성 가스 배관(83b)으로부터 공급되는 가스도 질소 가스에 한정되는 것이 아니며, 불활성 가스 배관(83b)으로부터 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등을 불활성 가스로서 공급하도록 해도 된다.
또, 제1 실시 형태에 있어서는, 챔버(6) 내에 암모니아 분위기를 형성하여 반도체 웨이퍼(W)의 가열 처리를 행하고 있었는데, 챔버(6) 내에 복수 종의 상이한 분위기를 순차적으로 형성하여 반도체 웨이퍼(W)의 처리를 행하도록 해도 된다. 이 경우, 1매의 반도체 웨이퍼(W)를 처리하는 동안에 챔버(6) 내를 복수 회 감압하게 되기 때문에, 본 발명에 따르는 기술을 적절하게 적용하여 챔버(6) 내를 매회 단시간에 감압함으로써, 처리 시간을 짧게 할 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. 이 경우, 감압 처리 전에 아크 램프로부터의 광조사에 의해서 챔버(6) 내의 분위기가 가열된다.
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, 열처리 장치(1)에서는, 주입된 불순물의 활성화, 금속과 실리콘의 접합, 혹은 폴리실리콘의 결정화를 행하도록 해도 된다.
1 열처리 장치
3 제어부
4 할로겐 가열부
5 플래시 가열부
6 챔버
7 유지부
10 이재 기구
20, 29 방사 온도계
28 분위기 온도계
65 열처리 공간
74 서셉터
75 유지 플레이트
77 기판 지지 핀
83 가스 공급관
83a 반응성 가스 배관
83b 불활성 가스 배관
84 바이패스 배관
85 바이패스 밸브
88 가스 배기관
89 배기 밸브
91 암모니아 공급원
92 질소 공급원
93 공급원 밸브
96, 98 공급 밸브
190 배기부
191 진공 압력계
FL 플래시 램프
HL 할로겐 램프
W 반도체 웨이퍼

Claims (8)

  1. 기판에 광을 조사함으로써 당해 기판을 가열하는 열처리 방법으로서,
    챔버 내에서 서셉터에 유지된 기판에 연속 점등 램프로부터 광조사를 행하여상기 기판을 예비 가열한 후에, 플래시 램프로부터의 섬광 조사에 의해서 상기 기판을 플래시 가열하는 광조사 공정과,
    상기 챔버 내의 분위기를 배출하여 상기 챔버 내를 감압하는 감압 공정과,
    상기 감압 공정의 전에, 상기 연속 점등 램프로부터 광조사를 행하여 상기 챔버 내의 분위기를 가열하는 가열 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열 공정은, 또한 상기 감압 공정이 개시된 후에도 계속해서 실행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 챔버 내에서 상기 서셉터에 상기 기판이 유지된 상태로 실행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 광조사 공정의 전 및 후에 실행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 챔버 내에 기판이 존재하지 않는 상태로 실행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 감압 공정 및 상기 가열 공정은, 상기 챔버의 메인터넌스 전에 실행되는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 공정에서는, 상기 연속 점등 램프를 일정 전력으로 점등하여 상기 챔버 내의 분위기를 가열하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 공정에서는, 상기 챔버 내의 분위기 온도 또는 상기 서셉터의 온도에 의거하여 상기 연속 점등 램프의 출력을 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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