TW201712756A - 熱處理方法及熱處理裝置 - Google Patents

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加藤慎一
布施和彥
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Abstract

本發明提供一種能夠抑制高介電常數膜之基底之氧化矽膜之膜厚增大的熱處理方法及熱處理裝置。 於矽之半導體晶圓之表面隔著作為界面層膜之氧化矽膜而成膜高介電常數膜。於將該半導體晶圓收容於腔體內後，使腔體內減壓至低於大氣壓之氣壓P1。其後，向腔體內供給氨氣與氮氣之混合氣體而復壓至常壓Ps，對半導體晶圓之表面照射閃光而執行高介電常數膜之成膜後熱處理。由於使腔體內暫時減壓至低於大氣壓之氣壓P1後復壓，故而能夠顯著降低執行成膜後熱處理時之腔體內之氧濃度，而能夠抑制於成膜後熱處理中高介電常數膜之基底之氧化矽膜吸入氧而膜厚增大。

Description

熱處理方法及熱處理裝置
本發明係關於一種藉由對高介電常數膜或於高介電常數膜上形成有金屬閘極之半導體晶圓等薄板狀精密電子基板(以下，簡稱「基板」)照射閃光而對該基板進行加熱之熱處理方法及熱處理裝置。
於半導體元件之製造製程中，於極短時間內將半導體晶圓加熱之閃光燈退火(FLA，Flash Lamp Anneal)受到矚目。閃光燈退火係藉由使用氙閃光燈(以下，於僅記為「閃光燈」時，意指氙閃光燈)對半導體晶圓之表面照射閃光，而於極短時間(數毫秒以下)內僅使半導體晶圓之表面升溫之熱處理技術。
氙閃光燈之放射光譜分佈係紫外區至近紅外區，波長較先前之鹵素燈短，與矽之半導體晶圓之基礎吸收帶大致一致。因此，於自氙閃光燈對半導體晶圓照射閃光時，透過光較少而能夠使半導體晶圓快速地升溫。又，亦判明：數毫秒以下之極短時間之閃光照射即能夠選擇性地僅使半導體晶圓之表面附近升溫。
此種閃光燈退火被用於需要極短時間加熱之處理，典型而言例如被注入半導體晶圓中之雜質之活化。若自閃光燈對藉由離子注入法注入有雜質之半導體晶圓之表面照射閃光，則能夠於極短時間內使該半導體晶圓之表面升溫至活化溫度，而能夠不使雜質較深地擴散而僅 進行雜質活化。
又，對應用使用介電常數高於二氧化矽(SiO2)之材料(高介電常數材料)之高介電常數膜(High-k膜)作為近年來開發之場效電晶體(FET，Field Effect Transistor)之閘極絕緣膜進行了研究。高介電常數膜係為了解決隨著閘極絕緣膜之薄膜化之發展而漏電流增大之問題，而以對閘極電極使用金屬之金屬閘極電極以及新穎之堆疊構造之形式進行開發者。亦對將閃光燈退火應用於形成此種包含高介電常數膜之新穎之堆疊構造之半導體晶圓之熱處理進行了研究。
高介電常數膜係藉由MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機氣相沈積)等方法使高介電常數材料沈積於矽基材上而形成。高介電常數膜雖然與先前之氧化矽膜相比具有較高之介電常數，但剛沈積後之高介電常數膜之結晶性較低，亦包含較多點缺陷等缺陷。因此，必須於高溫下對所沈積之高介電常數膜進行退火，例如專利文獻1中提出對形成有高介電常數膜之半導體晶圓之表面照射閃光而進行短時間之加熱處理。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-73946號公報
然而，如專利文獻1所揭示，已判明：若對形成有高介電常數膜之半導體晶圓僅照射閃光而進行極短時間之閃光加熱處理，則會產生如下問題：形成於高介電常數膜之基底之氧化矽膜之膜厚增大而無法獲得較高之介電常數。氧化矽膜之膜厚增大之原因在於：於存在氧之狀態下進行加熱處理。導致膜厚增大之氧中，主要有腔體內之殘留氧、吸附於半導體晶圓之表面之氧(典型而言，以水分之形式吸附)、 固溶於高介電常數膜本身之氧。尤其，於閃光加熱處理時殘留於腔體內之氧成為氧化矽膜之膜厚增大之一大重要原因。通常，於閃光燈退火裝置中，由於在常壓下將半導體晶圓搬入搬出腔體內，故而，此時流入之大氣中之氧殘留於腔體內而氧濃度增高。
又，於對在高介電常數膜上沈積有金屬閘極之半導體晶圓進行閃光加熱處理之情形時，不僅氧通過金屬閘極及高介電常數膜擴散而基底之氧化矽膜之膜厚增大，亦產生金屬閘極本身被氧化之問題。
本發明係鑒於上述課題而完成者，其目的在於提供一種能夠抑制高介電常數膜之基底之氧化矽膜之膜厚增大的熱處理方法及熱處理裝置。
為了解決上述課題，技術方案1之發明係一種藉由對形成有高介電常數膜之基板照射閃光而對該基板進行加熱之熱處理方法，其特徵在於包括：搬入步驟，將形成有高介電常數膜之基板搬入腔體內；減壓步驟，使上述腔體內減壓至低於大氣壓之第1壓力；復壓步驟，使上述腔體內自第1壓力復壓至高於第1壓力之第2壓力；及照射步驟，一面將上述腔體內維持為第2壓力，一面自閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
又，技術方案2之發明係如技術方案1之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述復壓步驟中，向上述腔體內導入包含氨氣之反應性氣體。
又，技術方案3之發明係如技術方案2之發明之熱處理方法，其特徵在於：第1壓力為第2壓力之百分之一以下。
又，技術方案4之發明係如技術方案2或技術方案3之發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述照射步驟之前進而包括使上述基板升溫至特定之預加熱溫度之預加熱步驟，於上述預加熱步驟中，進行向上 述腔體內之上述反應性氣體之供給，並且於上述照射步驟之後停止向上述腔體內之上述反應性氣體之供給。
又，技術方案5之發明係如技術方案4之發明之熱處理方法，其特徵在於：於停止上述反應性氣體之供給之同時開始上述腔體內之減壓。
又，技術方案6之發明係如技術方案1至技術方案5中任一項發明之熱處理方法，其特徵在於：第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
又，技術方案7之發明係如技術方案1至技術方案5中任一項發明之熱處理方法，其特徵在於：第2壓力為大氣壓。
又，技術方案8之發明係如技術方案1至技術方案5中任一項發明之熱處理方法，其特徵在於：第2壓力高於大氣壓。
又，技術方案9之發明係如技術方案1至技術方案8中任一項發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述減壓步驟中，使自上述腔體之排氣流量隨時間而增加。
又，技術方案10之發明係如技術方案1至技術方案9中任一項發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述復壓步驟中，使向上述腔體之供氣流量隨時間而增加。
又，技術方案11之發明係如技術方案1至技術方案10中任一項發明之熱處理方法，其特徵在於：於上述照射步驟之後，於將上述腔體內之氣體排出後向上述腔體內供給惰性氣體而復壓至大氣壓時，以50升/分鐘以上且100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入上述腔體內。
又，技術方案12之發明係一種藉由對形成有高介電常數膜之基板照射閃光而對該基板進行加熱之熱處理裝置，其特徵在於具備：腔體，其收容上述基板；閃光燈，其對收容於上述腔體之上述基板照射閃光；排氣部，其將上述腔體內之氣體排出；氣體供給部，其向上述腔體供給特定之處理氣體；及控制部，其以於在使上述腔體內減壓至 低於大氣壓之第1壓力後復壓至高於第1壓力之第2壓力之狀態下自上述閃光燈對上述基板之表面照射閃光之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
又，技術方案13之發明係如技術方案12之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述氣體供給部於使上述腔體內自第1壓力復壓至第2壓力時，向上述腔體內供給包含氨氣之反應性氣體。
又，技術方案14之發明係如技術方案13之發明之熱處理裝置，其特徵在於：第1壓力係第2壓力之百分之一以下。
又，技術方案15之發明係如技術方案13或技術方案14之發明之熱處理裝置，其特徵在於：於照射上述閃光之前進而具備使上述基板升溫至特定之預加熱溫度之預加熱部，上述控制部以於藉由上述預加熱部對上述基板進行預加熱時進行向上述腔體內之上述反應性氣體之供給，並且於照射上述閃光之時間點之後停止向上述腔體內之上述反應性氣體之供給之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
又，技術方案16之發明係如技術方案15之發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述控制部以於停止上述反應性氣體之供給之同時開始上述腔體內之減壓之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
又，技術方案17之發明係如技術方案12至技術方案16中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於：第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
又，技術方案18之發明係如技術方案12至技術方案16中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於：第2壓力為大氣壓。
又，技術方案19之發明係如技術方案12至技術方案16中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於：第2壓力高於大氣壓。
又，技術方案20之發明係如技術方案12至技術方案19中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述控制部以於使上述腔體內減壓 至第1壓力時自上述腔體之排氣流量隨時間而增加之方式控制上述排氣部。
又，技術方案21之發明係如技術方案12至技術方案20中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述控制部以於使上述腔體內自第1壓力復壓至第2壓力時向上述腔體之供氣流量隨時間而增加之方式控制上述氣體供給部。
又，技術方案22之發明係如技術方案12至技術方案21中任一項發明之熱處理裝置，其特徵在於：上述控制部以於上述閃光之照射後，於將上述腔體內之氣體排出後向上述腔體內供給惰性氣體而復壓至大氣壓時以50升/分鐘以上且100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入上述腔體內之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
根據技術方案1至技術方案11之發明，由於使腔體內減壓至低於大氣壓之第1壓力後復壓至高於第1壓力之第2壓力，故而能夠降低照射閃光時之腔體內之氧濃度，而能夠抑制高介電常數膜之基底之氧化矽膜之膜厚增大。
尤其，根據技術方案3之發明，由於第1壓力為第2壓力之百分之一以下，故而能夠減少殘留空氣對反應性氣體之影響。
尤其，根據技術方案4之發明，由於在預加熱步驟中進行向腔體內之反應性氣體之供給，並且於照射步驟之後停止向腔體內之反應性氣體之供給，故而能夠使高介電常數膜一定程度上氮化，並且能夠使進入高介電常數膜之氫脫離。
尤其，根據技術方案6之發明，由於第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓，故而照射閃光時之平均自由行程變長，能夠使高介電常數膜之熱處理反應均勻化。又，由於復壓所需之時間變短，故而能夠提高產能。
尤其，根據技術方案8之發明，由於第2壓力高於大氣壓，故而，即便降低閃光照射時之處理溫度，亦能夠進行高介電常數膜之熱處理反應。
尤其，根據技術方案9之發明，由於使自腔體之排氣流量隨時間而增加，故而能夠防止伴隨自腔體之排氣的微粒之揚起。
尤其，根據技術方案10之發明，由於使向腔體之供氣流量隨時間而增加，故而亦能夠防止伴隨向腔體之供氣的微粒之揚起。
尤其，根據技術方案11之發明，由於在將腔體內之氣體排出後向腔體內供給惰性氣體而復壓至大氣壓時以50升/分鐘以上且100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入腔體內，故而能夠將閃光照射時所產生之微粒沖至腔體外。
根據技術方案12至技術方案22之發明，由於使腔體內減壓至低於大氣壓之第1壓力後復壓至高於第1壓力之第2壓力，故而能夠降低照射閃光時之腔體內之氧濃度，而能夠抑制高介電常數膜之基底之氧化矽膜之膜厚增大。
尤其，根據技術方案14之發明，由於第1壓力為第2壓力之百分之一以下，故而能夠減少殘留空氣對反應性氣體之影響。
尤其，根據技術方案15之發明，由於在對基板進行預加熱時進行向腔體內之反應性氣體之供給，並且於照射閃光之時間點之後停止向腔體內之反應性氣體之供給，故而能夠使高介電常數膜一定程度上氮化，並且能夠使進入高介電常數膜之氫脫離。
尤其，根據技術方案17之發明，由於第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓，故而照射閃光時之平均自由行程變長，能夠使高介電常數膜之熱處理反應均勻化。又，由於復壓所需之時間變短，故而能夠提高產能。
尤其，根據技術方案19之發明，由於第2壓力高於大氣壓，故 而，即便降低閃光照射時之處理溫度，亦能夠進行高介電常數膜之熱處理反應。
尤其，根據技術方案20之發明，由於以於使腔體內減壓至第1壓力時自腔體之排氣流量隨時間而增加之方式控制排氣部，故而能夠防止伴隨自腔體之排氣的微粒之揚起。
尤其，根據技術方案21之發明，由於以於使腔體內自第1壓力復壓至第2壓力時向腔體之供氣流量隨時間而增加之方式控制氣體供給部，故而能夠防止伴隨向腔體之供氣的微粒之揚起。
尤其，根據技術方案22之發明，由於在閃光之照射後，於將腔體內之氣體排出後向腔體內供給惰性氣體而復壓至大氣壓時以50升/分鐘以上且100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入腔體內，故而能夠將閃光照射時所產生之微粒沖至腔體外。
1‧‧‧熱處理裝置
3‧‧‧控制部
4‧‧‧鹵素加熱部
5‧‧‧閃光加熱部
6‧‧‧腔體
7‧‧‧保持部
10‧‧‧移載機構
11‧‧‧移載臂
12‧‧‧頂起銷
13‧‧‧水平移動機構
14‧‧‧升降機構
41‧‧‧殼體
43‧‧‧反射器
51‧‧‧殼體
52‧‧‧反射器
53‧‧‧燈光放射窗
61‧‧‧腔體側部
62‧‧‧凹部
63‧‧‧上側腔體窗
64‧‧‧下側腔體窗
65‧‧‧熱處理空間
66‧‧‧搬送開口部
68‧‧‧反射環
69‧‧‧反射環
71‧‧‧基台環
72‧‧‧連結部
74‧‧‧基座
76‧‧‧導銷
77‧‧‧缺口部
78‧‧‧開口部
79‧‧‧貫通孔
81‧‧‧氣體供給孔
82‧‧‧緩衝空間
83‧‧‧氣體供給管
84‧‧‧閥
85‧‧‧氣體供給源
86‧‧‧氣體排出孔
87‧‧‧緩衝空間
88‧‧‧氣體排出管
89‧‧‧閥
90‧‧‧流量調整閥
101‧‧‧基材
102‧‧‧氧化矽膜
103‧‧‧高介電常數膜
104‧‧‧側壁
120‧‧‧放射溫度計
130‧‧‧接觸式溫度計
180‧‧‧壓力計
185‧‧‧閘閥
190‧‧‧排氣部
191‧‧‧排氣泵
192‧‧‧排氣閥
193‧‧‧排氣閥
194‧‧‧排氣閥
196‧‧‧流量調整閥
197‧‧‧旁路管
198‧‧‧旁路管
199‧‧‧旁路管
FL‧‧‧閃光燈
HL‧‧‧鹵素燈
W‧‧‧半導體晶圓
圖1係表示本發明之熱處理裝置之構成之縱剖面圖。
圖2係表示保持部之整體外觀之立體圖。
圖3係自上表面觀察保持部時之俯視圖。
圖4係自側面觀察保持部時之側視圖。
圖5係移載機構之俯視圖。
圖6係移載機構之側視圖。
圖7係表示複數個鹵素燈之配置之俯視圖。
圖8係表示排氣部之構成之圖。
圖9係表示於半導體晶圓成膜有高介電常數膜之堆疊構造之圖。
圖10係表示第1實施形態中之腔體內之壓力變化之圖。
圖11係表示第2實施形態中之腔體內之壓力變化之圖。
圖12係表示第3實施形態中之腔體內之壓力變化之圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態詳細地進行說明。
<第1實施形態>
圖1係表示本發明之熱處理裝置1之構成之縱剖面圖。本實施形態之熱處理裝置1係藉由對作為基板之圓板形狀之半導體晶圓W進行閃光照射而對該半導體晶圓W進行加熱之閃光燈退火裝置。成為處理對象之半導體晶圓W之尺寸並無特別限定，例如為 300mm或 450mm。於被搬入熱處理裝置1前之半導體晶圓W形成有高介電常數膜，藉由利用熱處理裝置1之加熱處理而執行高介電常數膜之成膜後熱處理(PDA，Post Deposition Annealing)。再者，於圖1及其後之各圖中，為了便於理解，視需要誇張或簡化地描繪各部分之尺寸或數量。
熱處理裝置1具備：腔體6，其收容半導體晶圓W；閃光加熱部5，其內置複數個閃光燈FL；及鹵素加熱部4，其內置複數個鹵素燈HL。於腔體6之上側設置有閃光加熱部5，並且於下側設置有鹵素加熱部4。又，熱處理裝置1具備：保持部7，其於腔體6之內部將半導體晶圓W保持為水平姿態；及移載機構10，其於保持部7與裝置外部之間進行半導體晶圓W之交接。進而，熱處理裝置1具備控制部3，其控制鹵素加熱部4、閃光加熱部5及設置於腔體6之各動作機構而執行半導體晶圓W之熱處理。
腔體6係於筒狀之腔體側部61之上下安裝石英製之腔體窗而構成。腔體側部61具有上下開口之大致筒形狀，於上側開口安裝上側腔體窗63而被封閉，於下側開口安裝下側腔體窗64而被封閉。構成腔體6之頂壁之上側腔體窗63係由石英形成之圓板形狀構件，作為使自閃光加熱部5出射之閃光透過至腔體6內之石英窗發揮功能。又，構成腔體6之地板部之下側腔體窗64亦為由石英形成之圓板形狀構件，作為使來自鹵素加熱部4之光透過至腔體6內之石英窗發揮功能。上側腔體 窗63及下側腔體窗64之厚度例如約為28mm。
又，於腔體側部61之內側之壁面之上部安裝有反射環68，於下部安裝有反射環69。反射環68、69均形成為圓環狀。上側之反射環68係藉由自腔體側部61之上側嵌入而安裝。另一方面，下側之反射環69係藉由自腔體側部61之下側嵌入並由省略圖示之螺釘固定而安裝。即，反射環68、69均為裝卸自由地安裝於腔體側部61者。腔體6之內側空間、即由上側腔體窗63、下側腔體窗64、腔體側部61及反射環68、69所包圍之空間被界定為熱處理空間65。
藉由於腔體側部61安裝反射環68、69，而於腔體6之內壁面形成凹部62。即，形成由腔體側部61之內壁面中未安裝反射環68、69之中央部分、反射環68之下端面、及反射環69之上端面所包圍之凹部62。凹部62於腔體6之內壁面沿水平方向形成為圓環狀，圍繞保持半導體晶圓W之保持部7。
腔體側部61及反射環68、69係由強度與耐熱性優異之金屬材料(例如不鏽鋼)形成。又，反射環68、69之內周面藉由電解鍍鎳被製成鏡面。
又，於腔體側部61形設有用以對腔體6進行半導體晶圓W之搬入及搬出之搬送開口部(爐口)66。搬送開口部66能夠藉由閘閥185而開閉。搬送開口部66與凹部62之外周面連通連接。因此，於閘閥185將搬送開口部66打開時，能夠自搬送開口部66通過凹部62進行向熱處理空間65之半導體晶圓W之搬入及自熱處理空間65之半導體晶圓W之搬出。又，若閘閥185將搬送開口部66封閉，則腔體6內之熱處理空間65成為密閉空間。
又，於腔體6之內壁上部形設有向熱處理空間65供給處理氣體(於本實施形態中為氮氣(N2)及氨氣(NH3))之氣體供給孔81。氣體供給孔81形設於較凹部62更上側之位置，亦可設置於反射環68。氣體供給孔 81經由圓環狀地形成於腔體6之側壁內部之緩衝空間82與氣體供給管83連通連接。氣體供給管83與氣體供給源85連接。氣體供給源85於控制部3之控制下將氮氣、或氨氣與氮氣之混合氣體作為處理氣體送給至氣體供給管83。又，於氣體供給管83之路徑中途介插有閥84及流量調整閥90。若將閥84打開，則處理氣體自氣體供給源85被送給至緩衝空間82。於氣體供給管83中流動而被送給至緩衝空間82之處理氣體之流量係藉由流量調整閥90進行調整。流量調整閥90所規定之處理氣體之流量可藉由控制部3之控制而改變。流入至緩衝空間82之處理氣體以於流體阻力小於氣體供給孔81之緩衝空間82內擴張之方式流動而自氣體供給孔81被供給至熱處理空間65內。再者，處理氣體不限定於氮氣、氨氣，亦可為氬氣(Ar)、氦氣(He)等惰性氣體、或氧氣(O2)、氫氣(H2)、氯氣(Cl2)、氯化氫(HCl)、臭氧(O3)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)等反應性氣體。
另一方面，於腔體6之內壁下部形設有將熱處理空間65內之氣體排出之氣體排出孔86。氣體排出孔86形設於較凹部62更下側之位置，亦可設置於反射環69。氣體排出孔86經由圓環狀地形成於腔體6之側壁內部之緩衝空間87與氣體排出管88連通連接。氣體排出管88與排氣部190連接。又，於氣體排出管88之路徑中途介插有閥89。若將閥89打開，則熱處理空間65之氣體自氣體排出孔86經緩衝空間87被排出至氣體排出管88。再者，氣體供給孔81及氣體排出孔86亦可沿腔體6之圓周方向設置複數個，亦可為狹縫狀者。
圖8係表示排氣部190之構成之圖。排氣部190具備排氣泵191、流量調整閥196、3條旁路管197、198、199、及3個排氣閥192、193、194。引導自腔體6之排氣之氣體排出管88與排氣泵191藉由3條旁路管197、198、199而連接。3條旁路管197、198、199係並列地設置。3條旁路管197、198、199之配管徑互不相同。旁路管197之直徑最小，旁 路管199之直徑最大，旁路管198之直徑處於其等之間。因此，能夠通過之氣體之流量依旁路管197、198、199之順序增大。
3個排氣閥192、193、194分別設置於3條旁路管197、198、199。即，於旁路管197介插有排氣閥192，於旁路管198介插有排氣閥193，於旁路管199介插有排氣閥194。若一面使排氣泵191作動，一面將3個排氣閥192、193、194打開，則藉由氣體排出管88所引導之自腔體6之排氣通過對應之旁路管197、198、199被抽吸至排氣泵191。
3條旁路管197、198、199由於配管徑不同，故而排氣能力不同。配管徑越大，排氣能力亦越大，旁路管197、198、199之排氣能力依次增大。因此，能夠藉由開閉3個排氣閥192、193、194中之哪一個而控制自腔體6之排氣流量。可僅打開3個排氣閥192、193、194中之任一個，亦可打開2個或3個。例如，於關閉排氣閥193、194而僅打開排氣閥192之情形時，進行最小排氣流量下之排氣。又，於將3個排氣閥192、193、194全部打開之情形時，進行最大排氣流量下之排氣。
又，於3條旁路管197、198、199之合流部分與排氣泵191之間介插有流量調整閥196。氣體排出管88之排氣流量亦可藉由流量調整閥196進行調整。流量調整閥196所規定之排氣流量藉由控制部3之控制而可改變。3條旁路管197、198、199係不連續且分多級地調整排氣流量之機構，相對於此，流量調整閥196係連續不分級地調整排氣流量之機構。
氣體供給管83、氣體排出管88、及3條旁路管197、198、199係由強度與耐蝕性優異之不鏽鋼構成。又，於腔體6內設置有測定熱處理空間65之壓力之壓力計180。作為壓力計180，較佳為將約5Pa~0.2MPa設為測定範圍者。
圖2係表示保持部7之整體外觀之立體圖。又，圖3係自上表面觀 察保持部7時之俯視圖，圖4係自側面觀察保持部7時之側視圖。保持部7構成為具備基台環71、連結部72及基座74。基台環71、連結部72及基座74均由石英形成。即，保持部7之整體係由石英形成。
基台環71係圓環形狀之石英構件。基台環71藉由被載置於凹部62之底面，而被腔體6之壁面支持(參照圖1)。於具有圓環形狀之基台環71之上表面，沿其圓周方向立設有複數個連結部72(於本實施形態中為4個)。連結部72亦為石英之構件，藉由焊接固著於基台環71。再者，基台環71之形狀亦可為圓環形狀欠缺一部分而成之圓弧狀。
平板狀之基座74係由設置於基台環71之4個連結部72支持。基座74係由石英形成之大致圓形之平板狀構件。基座74之直徑大於半導體晶圓W之直徑。即，基座74具有大於半導體晶圓W之平面尺寸。於基座74之上表面立設有複數個(於本實施形態中為5個)導銷76。5個導銷76係沿基座74之與外周圓同心之圓周上設置。配置有5個導銷76之圓之直徑略微大於半導體晶圓W之直徑。各導銷76亦由石英形成。再者，導銷76可與基座74一體地由石英塊進行加工，亦可藉由焊接等將另外所加工者安裝於基座74。
立設於基台環71之4個連結部72與基座74之周緣部之下表面藉由焊接而固著。即，基座74與基台環71藉由連結部72而固定地連結，保持部7成為石英之一體成形構件。藉由此種保持部7之基台環71被腔體6之壁面支持，而保持部7被安裝於腔體6。於保持部7被安裝於腔體6之狀態下，大致圓板形狀之基座74成為水平姿態(法線與鉛垂方向一致之姿態)。被搬入腔體6中之半導體晶圓W以水平姿態被載置於安裝於腔體6中之保持部7之基座74上而保持。藉由將半導體晶圓W載置於由5個導銷76所形成之圓之內側，而防止水平方向之位置偏移。再者，導銷76之個數不限定於5個，只要為能夠防止半導體晶圓W之位置偏移之數量即可。
又，如圖2及圖3所示，於基座74上下貫通地形成有開口部78及缺口部77。缺口部77係為了供使用熱電偶之接觸式溫度計130之探針前端部通過而設置。另一方面，開口部78係為了使放射溫度計120接收自保持於基座74之半導體晶圓W之下表面所放射之放射光(紅外光)而設置。進而，於基座74，穿設有4個貫通孔79供下述移載機構10之頂起銷12貫通以進行半導體晶圓W之交接。
圖5係移載機構10之俯視圖。又，圖6係移載機構10之側視圖。移載機構10具備2根移載臂11。移載臂11大致設為沿圓環狀之凹部62般之圓弧形狀。於各移載臂11立設有2根頂起銷12。各移載臂11可藉由水平移動機構13而旋動。水平移動機構13使一對移載臂11於對保持部7進行半導體晶圓W之移載之移載動作位置(圖5之實線位置)與於俯視時不與被保持部7保持之半導體晶圓W重合之退避位置(圖5之二點鏈線位置)之間水平移動。作為水平移動機構13，可為藉由分開之馬達分別使各移載臂11旋動者，亦可為使用連桿機構藉由1個馬達使一對移載臂11連動地旋動者。
又，一對移載臂11係藉由升降機構14而與水平移動機構13一併被升降移動。若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置上升，則共計4根頂起銷12通過穿設於基座74之貫通孔79(參照圖2、3)，頂起銷12之上端自基座74之上表面突出。另一方面，若升降機構14使一對移載臂11於移載動作位置下降而將頂起銷12自貫通孔79拔出，且水平移動機構13使一對移載臂11以打開之方式移動，則各移載臂11移動至退避位置。一對移載臂11之退避位置為保持部7之基台環71之正上方。由於基台環71被載置於凹部62之底面，故而移載臂11之退避位置為凹部62之內側。
返回至圖1，設置於腔體6之上方之閃光加熱部5構成為於殼體51之內側具備包含複數根(於本實施形態中為30根)氙閃光燈FL之光源、 及以覆蓋該光源之上方之方式設置之反射器52。又，於閃光加熱部5之殼體51之底部安裝有燈光放射窗53。構成閃光加熱部5之地板部之燈光放射窗53係由石英形成之板狀之石英窗。藉由將閃光加熱部5設置於腔體6之上方，而燈光放射窗53與上側腔體窗63相對向。閃光燈FL自腔體6之上方經由燈光放射窗53及上側腔體窗63對熱處理空間65照射閃光。
複數個閃光燈FL各者為具有長條之圓筒形狀之棒狀燈，以各者之長度方向沿被保持部7保持之半導體晶圓W之主面(即，沿水平方向)相互平行之方式平面狀地排列。因此，由閃光燈FL之排列所形成之平面亦為水平面。
氙閃光燈FL具備：棒狀之玻璃管(放電管)，於其內部封入有氙氣，於其兩端部配設有與電容器連接之陽極及陰極；及觸發電極，其附設於該玻璃管之外周面上。由於氙氣為電絕緣體，故而，即便電容器中儲存有電荷，於通常之狀態下電亦不會流至玻璃管內。然而，於對觸發電極施加高電壓而將絕緣破壞之情形時，儲存於電容器中之電會瞬時流至玻璃管內，藉由此時之氙原子或分子之激發而發出光。於此種氙閃光燈FL中，由於預先儲存於電容器中之靜電能量轉換為0.1毫秒至100毫秒之極短之光脈衝，故而具有能夠照射與鹵素燈HL般之連續亮燈之光源相比極強之光之特徵。即，閃光燈FL為於未達1秒之極短之時間內瞬間發光之脈衝發光燈。再者，閃光燈FL之發光時間可藉由對閃光燈FL進行電力供給之燈電源之線圈常數而進行調整。
又，反射器52係以覆蓋複數個閃光燈FL整體之方式設置於其等之上方。反射器52之基本功能係將自複數個閃光燈FL出射之閃光向熱處理空間65側反射。反射器52係由鋁合金板形成，其表面(面向閃光燈FL之側之面)藉由噴砂處理實施有粗面化加工。
設置於腔體6之下方之鹵素加熱部4於殼體41之內側內置有複數 根(於本實施形態中為40根)鹵素燈HL。鹵素加熱部4係藉由複數個鹵素燈HL自腔體6之下方經由下側腔體窗64進行對熱處理空間65之光照射而對半導體晶圓W進行加熱之光照射部。
圖7係表示複數個鹵素燈HL之配置之俯視圖。40根鹵素燈HL分上下兩段配置。於靠近保持部7之上段配置有20根鹵素燈HL，並且於較上段遠離保持部7之下段亦配置有20根鹵素燈HL。各鹵素燈HL係具有長條之圓筒形狀之棒狀燈。上段、下段均為20根鹵素燈HL以各者之長度方向沿被保持部7保持之半導體晶圓W之主面(即，沿水平方向)相互平行之方式排列。因此，上段、下段均為由鹵素燈HL之排列所形成之平面為水平面。
又，如圖7所示，上段、下段均為與被保持部7保持之半導體晶圓W之周緣部對向之區域中之鹵素燈HL之配設密度高於與中央部對向之區域。即，上下段均為燈排列之周緣部較中央部鹵素燈HL之配設間距短。因此，於藉由來自鹵素加熱部4之光照射進行加熱時，能夠對溫度容易降低之半導體晶圓W之周緣部進行更多光量之照射。
又，包含上段之鹵素燈HL之燈群與包含下段之鹵素燈HL之燈群係以格子狀地交叉之方式排列。即，以配置於上段之20根鹵素燈HL之長度方向與配置於下段之20根鹵素燈HL之長度方向相互正交之方式配設有共計40根之鹵素燈HL。
鹵素燈HL係藉由對配設於玻璃管內部之燈絲進行通電而使燈絲白熱化而使其發光之燈絲方式之光源。於玻璃管之內部，封入有向氮氣或氬氣等惰性氣體中導入微量鹵素(碘、溴等)而成之氣體。藉由導入鹵素，能夠抑制燈絲之折損，並且能夠將燈絲之溫度設定為高溫。因此，鹵素燈HL具有與通常之白熾燈泡相比壽命較長且能夠連續照射強光之特性。即，鹵素燈HL係連續發光至少1秒以上之連續照明燈。又，鹵素燈HL由於為棒狀燈故而壽命較長，且藉由將鹵素燈HL 沿水平方向配置而對上方之半導體晶圓W之放射效率變得優異。
又，於鹵素加熱部4之殼體41內，亦於兩段之鹵素燈HL之下側設置有反射器43(圖1)。反射器43將自複數個鹵素燈HL出射之光向熱處理空間65側反射。
控制部3控制設置於熱處理裝置1之上述各種動作機構。作為控制部3之硬體之構成與通常之電腦相同。即，控制部3具備：作為進行各種運算處理之電路之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、作為記憶基本程式之讀出專用之記憶體之ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、作為記憶各種資訊之讀寫自如之記憶體之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)、及預先記憶控制用軟體或資料等之磁碟。藉由控制部3之CPU執行特定之處理程式，而進行熱處理裝置1中之處理。又，控制部3控制閥84、閥89、流量調整閥90、流量調整閥196、排氣泵191、及3個排氣閥192、193、194而對腔體6內之熱處理空間65之壓力、供氣流量及排氣速率進行調整。
除上述構成以外，熱處理裝置1亦具備各種冷卻用之構造，以防止於半導體晶圓W之熱處理時自鹵素燈HL及閃光燈FL產生之熱能所導致之鹵素加熱部4、閃光加熱部5及腔體6之過度之溫度上升。例如，於腔體6之壁體設置有水冷管(省略圖示)。又，鹵素加熱部4及閃光加熱部5被設為於內部形成氣流而進行排熱之空冷構造。又，亦對上側腔體窗63與燈光放射窗53之間隙供給空氣，而對閃光加熱部5及上側腔體窗63進行冷卻。
繼而，對熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序進行說明。此處成為處理對象之半導體晶圓W係形成有高介電常數膜作為閘極絕緣膜之半導體基板。藉由熱處理裝置1於氨氣氛中對該半導體晶圓W照射閃光而進行成膜後熱處理(PDA)，而消除高介電常數膜中之缺陷，並且進行氮化處理。
圖9係表示於半導體晶圓W成膜有高介電常數膜之堆疊構造之圖。於半導體晶圓W之矽基材101上形成有氧化矽膜(SiO2)102。氧化矽膜102係作為矽基材101與高介電常數膜103之間之界面層膜而必需之層。氧化矽膜102之膜厚極薄，例如約為1nm。作為形成氧化矽膜102之方法，例如可採用熱氧化法等公知之各種方法。
並且，於氧化矽膜102上形成有作為閘極絕緣膜之高介電常數膜103。作為高介電常數膜103，例如可使用HfO2、ZrO2、Al2O3、La2O3等高介電常數材料(於本實施形態中為HfO2)。高介電常數膜103例如藉由利用ALD(Atomic Layer Deposition，原子層沈積)使高介電常數材料沈積於氧化矽膜102上而成膜。沈積於氧化矽膜102上之高介電常數膜103之膜厚為數奈米，其氧化矽膜換算膜厚(EOT，Equivalent oxide thickness)為1nm左右。高介電常數膜103之形成方法不限定於ALD，例如可採用MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等公知之方法。無論為哪種方法，保持沈積之狀態而未受到特別處理之高介電常數膜103中均存在大量點缺陷等缺陷。再者，圖9所示之構造中，於高介電常數膜103之兩側面形成有SiN之側壁104，該側壁104於例如後閘極製程中先於高介電常數膜103而形成。又，於利用熱處理裝置1進行之加熱處理結束後，於高介電常數膜103上沈積鈦(Ti)或鈦之氮化物(TiN)作為金屬閘極。
對如圖9所示之於矽基材101上隔著氧化矽膜102成膜有高介電常數膜103之半導體晶圓W的熱處理係藉由熱處理裝置1而進行。以下，對熱處理裝置1中之動作順序進行說明。熱處理裝置1中之動作順序係藉由控制部3控制熱處理裝置1之各動作機構而進行。
首先，將於作為界面層膜之氧化矽膜102之上形成有高介電常數膜103之半導體晶圓W搬入熱處理裝置1之腔體6中。於半導體晶圓W搬入時，閘閥185打開而將搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送 機器人經由搬送開口部66將形成有高介電常數膜103之半導體晶圓W搬入腔體6內之熱處理空間65中。此時，由於腔體6之內外均為大氣壓，故而空氣伴隨半導體晶圓W之搬入被夾帶入腔體6內之熱處理空間65。因此，亦可藉由將閥84打開而自氣體供給源85對腔體6內持續供給氮氣而使氮氣流自搬送開口部66流出，從而將裝置外部之氣體向腔體6內之流入抑制為最小限度。又，較佳為，於打開閘閥185時使氮氣之供給流量較半導體晶圓W之熱處理時增大(例如，若熱處理時通常為30升/分鐘，則於打開閘閥185時設為120升/分鐘)。進而，較佳為，使氮氣之供給流量增大，並且將閥89關閉而停止自腔體6之排氣。藉此，被供給至腔體6內之氮氣僅自搬送開口部66流出，故而能夠更加有效地防止外部空氣之流入。
由搬送機器人搬入之半導體晶圓W行至保持部7之正上方位置而停止。之後，藉由移載機構10之一對移載臂11自退避位置水平移動地上升至移載動作位置，而頂起銷12通過貫通孔79而自基座74之上表面突出而接收半導體晶圓W。
半導體晶圓W被載置於頂起銷12之後，搬送機器人自熱處理空間65退出，藉由閘閥185將搬送開口部66封閉。之後，藉由一對移載臂11下降，而半導體晶圓W自移載機構10被交接至保持部7之基座74而呈水平姿態地被保持。半導體晶圓W係將形成有高介電常數膜103之表面設為上表面而保持於基座74。又，半導體晶圓W於基座74之上表面保持於5個導銷76之內側。下降至基座74之下方之一對移載臂11藉由水平移動機構13退避至退避位置、即凹部62之內側。
半導體晶圓W被收容於腔體6，藉由閘閥185將搬送開口部66封閉之後，將腔體6內減壓至低於大氣壓之氣壓。具體而言，藉由將搬送開口部66封閉，而腔體6內之熱處理空間65成為密閉空間。於此狀態下，將用於供氣之閥84關閉，並且將用於排氣之閥89打開。又，控制 部3使排氣泵191作動，並且將設置於3條旁路管197、198、199中配管徑最小之旁路管197之排氣閥192打開。將其餘之排氣閥193、194關閉。藉此，不對腔體6內進行氣體供給地進行排氣，使腔體6內之熱處理空間65減壓。
圖10係表示第1實施形態中之腔體6內之壓力變化之圖。該圖之橫軸表示時刻，縱軸表示腔體6內之壓力。於將半導體晶圓W收容於腔體6並將搬送開口部66封閉之時間點，腔體6內之壓力為常壓Ps(=大氣壓=約101325Pa)。之後，於時刻t1開始腔體6內之減壓。於減壓之初期階段，由於僅使用3條旁路管197、198、199中配管徑最小之旁路管197，故而排氣流量較小而排氣速度亦相對較慢。
繼而，於時刻t2，控制部3將3個排氣閥192、193、194全部打開。藉此，自腔體6之排氣流量增大，排氣速度亦變快。之後，於時刻t3，腔體6之壓力(真空度)達到氣壓P1。氣壓P1例如約為100Pa。即，於在減壓之初期階段以較小之排氣流量進行排氣之後，切換為大於其之排氣流量進行排氣。再者，於第1實施形態中，流量調整閥196之流量為固定。
若自減壓開始時以較大之排氣流量快速地進行排氣，則有腔體6內產生較大之氣流變化而附著於腔體6之構造物(例如，下側腔體窗64)之微粒被揚起而再附著於半導體晶圓W而引起污染之虞。若於減壓之初期階段以較小之排氣流量平穩地進行排氣，其後切換為較大之排氣流量進行排氣，則能夠防止如上所述之腔體6內之微粒之揚起。
又，排氣部190具備使氨氣等反應性氣體無毒化之除害裝置(省略圖示)，但若自減壓開始時以較大之排氣流量進行排氣，則有大量氣體流入該除害裝置而過載之虞。若如本實施形態般於減壓之初期階段以較小之排氣流量進行排氣，其後切換為較大之排氣流量進行排氣，則能夠防止對除害裝置施加過度負載。再者，於腔體6內之壓力一定 程度上降低後，即便進行較大之排氣流量下之排氣，流入排氣部190之氣體量亦相對較少。
於腔體6內之壓力達到氣壓P1之時刻t3，將用於排氣之閥89關閉並將用於供氣之閥84打開，而自氣體供給源85向腔體6內之熱處理空間65供給氨氣與作為稀釋氣體之氮氣之混合氣體。其結果，於在腔體6內被保持部7保持之半導體晶圓W之周邊形成氨氣氛。氨氣氛中之氨氣之濃度(即，氨氣與氮氣之混合比)並無特別限定，可設為適當之值，例如為10vol.%以下即可(於本實施形態中約為2.5vol.%)。再者，於向腔體6供給氨、氮混合氣體之期間，亦可僅使用配管徑最小之旁路管197進行自腔體6之排氣。於此情形時，混合氣體之供給流量當然大於排氣流量。
藉由向腔體6內供給混合氣體，而腔體6內之壓力自氣壓P1上升而於時刻t4復壓至常壓Ps。於第1實施形態中，由於使腔體6內暫時減壓至氣壓P1後復壓至常壓Ps，故而能夠使復壓至常壓Ps後之腔體6內之氨氣氛中之氧濃度成為約200ppb以下。
於腔體6內之壓力復壓至常壓Ps之時刻t4之後，使對腔體6之氨、氮混合氣體之供給流量與自腔體6之排氣流量相等而將腔體6內之壓力維持為常壓Ps。
又，於腔體6內之壓力復壓至常壓Ps之時刻t4，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL一齊亮燈而開始半導體晶圓W之預加熱(輔助加熱)。自鹵素燈HL出射之鹵素光透過由石英所形成之下側腔體窗64及基座74而自半導體晶圓W之背面照射。所謂半導體晶圓W之背面，係指與形成有高介電常數膜103之表面相反側之主面。藉由受到來自鹵素燈HL之光照射，而半導體晶圓W之溫度上升。再者，移載機構10之移載臂11由於退避至凹部62之內側，故而不會阻礙利用鹵素燈HL之加熱。
於進行利用鹵素燈HL之預加熱時，半導體晶圓W之溫度係利用 接觸式溫度計130進行測定。即，內置熱電偶之接觸式溫度計130經由缺口部77與保持於基座74之半導體晶圓W之下表面接觸而測定升溫中之晶圓溫度。所測得之半導體晶圓W之溫度被傳輸至控制部3。控制部3監視藉由來自鹵素燈HL之光照射而升溫之半導體晶圓W之溫度是否達到特定之預加熱溫度T1，並且控制鹵素燈HL之輸出。即，控制部3基於接觸式溫度計130之測定值，對鹵素燈HL之輸出進行反饋控制以使半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1。預加熱溫度T1為300℃以上且600℃以下，於本實施形態中為450℃。再者，於藉由來自鹵素燈HL之光照射使半導體晶圓W升溫時，不進行利用放射溫度計120之溫度測定。其原因在於：自鹵素燈HL照射之鹵素光會以環境光之形式入射至放射溫度計120，無法進行準確之溫度測定。
於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1後，控制部3將半導體晶圓W暫時維持為其預加熱溫度T1。具體而言，於藉由接觸式溫度計130所測得之半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1之時間點，控制部3調整鹵素燈HL之輸出，將半導體晶圓W之溫度大致維持為預加熱溫度T1。
藉由進行此種利用鹵素燈HL之預加熱，使包含高介電常數膜103之半導體晶圓W之整體均勻地升溫至預加熱溫度T1。於利用鹵素燈HL之預加熱之階段，有更容易散熱之半導體晶圓W之周緣部之溫度較中央部降低之傾向，但鹵素加熱部4中之鹵素燈HL之配設密度係與半導體晶圓W之周緣部對向之區域高於與中央部對向之區域。因此，對容易散熱之半導體晶圓W之周緣部照射之光量增多，能夠使預加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈變得均勻。進而，由於安裝於腔體側部61之反射環69之內周面被製成鏡面，故而藉由該反射環69之內周面而朝向半導體晶圓W之周緣部反射之光量增多，能夠使預加熱階段中之半導體晶圓W之面內溫度分佈變得更加均勻。再者，預加熱 時之腔體6內之壓力被維持為常壓Ps。
繼而，於半導體晶圓W之溫度達到預加熱溫度T1並經過特定時間後之時刻t5，藉由自閃光燈FL照射閃光而執行閃光加熱處理。此時，自閃光燈FL放射之閃光之一部分直接朝向腔體6內，另外一部分暫時藉由反射器52被反射後朝向腔體6內，藉由該等閃光之照射而進行半導體晶圓W之閃光加熱。
由於閃光加熱係藉由來自閃光燈FL之閃光(flash light)照射而進行，故而能夠於短時間內使半導體晶圓W之表面溫度上升。即，自閃光燈FL照射之閃光係將預先儲存於電容器之靜電能量轉換為極短之光脈衝而成之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下之程度之極短且較強之閃光。藉由自閃光燈FL對在基材101上隔著氧化矽膜102成膜有高介電常數膜103之半導體晶圓W之表面照射閃光，而使包含高介電常數膜103之半導體晶圓W之表面瞬間升溫至處理溫度T2而執行成膜後熱處理。作為半導體晶圓W之表面藉由閃光照射而達到之最高溫度(峰值溫度)之處理溫度T2為600℃以上且1200℃以下，於本實施形態中為1000℃。
若於氨氣氛中使半導體晶圓W之表面升溫至處理溫度T2而執行成膜後熱處理，則能夠促進高介電常數膜103之氮化，並且能夠消除高介電常數膜103中存在之點缺陷等缺陷。再者，由於自閃光燈FL之照射時間為0.1毫秒以上且100毫秒以下之程度之短時間，故而半導體晶圓W之表面溫度自預加熱溫度T1升溫至處理溫度T2所需之時間亦為未達1秒之極短時間。閃光照射後之半導體晶圓W之表面溫度立刻自處理溫度T2快速地下降。
閃光加熱處理結束後，將用於供氣之閥84關閉而再次使腔體6內減壓。此時之減壓之模式與上述之時刻t1至時刻t3之減壓之模式相同。即，於減壓之初期階段，僅使用3條旁路管197、198、199中配管 徑最小之旁路管197而使排氣流量相對較小。其後，將3個排氣閥192、193、194全部打開而使排氣流量增大。即，於在減壓之初期階段以較小之排氣流量進行排氣之後，切換為大於其之排氣流量進行排氣。以此方式分兩個階段切換排氣流量而進行排氣之理由同上。
藉由再次使腔體6內減壓至氣壓P1，而能夠自腔體6內之熱處理空間65排出有害之氨氣。繼而，將用於排氣之閥89關閉並將用於供氣之閥84打開，自氣體供給源85向腔體6內供給氮氣而復壓至常壓Ps。此時之氮氣之供給流量為50升/分鐘以上。又，鹵素燈HL亦熄滅，藉此，半導體晶圓W亦自預加熱溫度T1降溫。降溫中之半導體晶圓W之溫度係利用接觸式溫度計130或放射溫度計120進行測定，其測定結果被傳輸至控制部3。控制部3根據測定結果監視半導體晶圓W之溫度是否降溫至特定溫度。之後，於半導體晶圓W之溫度降溫至特定以下後，藉由移載機構10之一對移載臂11再次自退避位置水平移動至移載動作位置並上升，而頂起銷12自基座74之上表面突出而自基座74接收熱處理後之半導體晶圓W。繼而，將被閘閥185封閉之搬送開口部66打開，藉由裝置外部之搬送機器人將載置於頂起銷12上之半導體晶圓W搬出，熱處理裝置1中之半導體晶圓W之加熱處理結束。
於第1實施形態中，由於使腔體6內暫時減壓至低於大氣壓之氣壓P1後供給氨、氮混合氣體而復壓至常壓Ps，故而能夠使復壓後之腔體6內之氧濃度成為約200ppb以下。於不使腔體6內減壓而於維持為常壓之狀態下進行自大氣向氨、氮混合氣體之氣氛置換之情形時，能夠使腔體6內之氧濃度降低之極限約為2ppm。即，藉由如本實施形態般使腔體6內暫時減壓至氣壓P1後復壓至常壓Ps，能夠使腔體6內之氧濃度降低至未進行減壓之情形時之十分之一左右。
如上所述，由於保持沈積之狀態而未受到特別處理之高介電常數膜103中存在大量點缺陷等缺陷，故而必須藉由成膜後熱處理 (PDA)消除上述缺陷。若於執行成膜後熱處理時存在氧，則高介電常數膜103之基底之氧化矽膜102會擷取該氧而成長，從而膜厚增大，無法獲得較高之介電常數。作為此種膜厚增大之原因，尤其會造成問題的是殘留於腔體6內之氧。於如本實施形態般於常壓下將半導體晶圓W搬入腔體6內之情形時，來自外部之空氣之夾帶嚴重，其會導致腔體6之殘留氧濃度增高。因此，較佳為儘可能地降低執行高介電常數膜103之成膜後熱處理時之氣氛中之氧濃度，尤其，於近年來之高介電常數閘極絕緣膜之形成中，要求將氧濃度設為1ppm以下。
於第1實施形態中，藉由使腔體6內暫時減壓至低於大氣壓之氣壓P1後復壓至常壓Ps，而使執行高介電常數膜103之成膜後熱處理時之腔體6內之熱處理空間65之氧濃度降低至約200ppb以下。因此，能夠抑制於成膜後熱處理中高介電常數膜103之基底之氧化矽膜102自熱處理空間65擷取氧而膜厚增大。
又，剛沈積後之高介電常數膜103中亦包含氧，若成膜後熱處理之處理時間為數秒之程度以上，則該氧會擴散而亦導致氧化矽膜102之膜厚增大。於第1實施形態中，由於自閃光燈FL以未達1秒之照射時間對半導體晶圓W之表面照射閃光而於極短時間內使晶圓表面升溫至處理溫度T2，故而成膜後熱處理之處理時間極短，無氧擴散之時間裕度，因此能夠抑制高介電常數膜103之基底之氧化矽膜102之膜厚增大。
又，於第1實施形態中，於使腔體6內復壓時導入氨、氮混合氣體，於氨氣氛中自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行成膜後熱處理。藉由於氨氣氛中將高介電常數膜103加熱至處理溫度T2，而進行高介電常數膜103之氮化處理，使沈積後高介電常數膜103中存在之缺陷減少，能夠抑制此種缺陷所導致之漏電流。
又，藉由於氨氣氛中執行閃光加熱處理，亦能夠使基底之氧化 矽膜102氮化。藉由使氧化矽膜102氮化，能夠更加有效地抑制氧化矽膜102因氧化而導致膜厚增大。又，氧化矽膜102之氮化會使氧化矽膜102之介電常數略微上升。藉此，能夠抑制氧化矽膜102之物理膜厚增大，並且能夠使電性膜厚減小。再者，由於閃光照射時間為未達1秒之極短時間，故而，即便氧化矽膜102被氮化，亦能夠抑制氮擴散至通道側。
又，如上所述，於使腔體6內減壓時，於減壓開始時以較小之排氣流量進行排氣，其後切換為較大之排氣流量進行排氣，故而能夠防止腔體6內之微粒之揚起，並且亦能夠防止對排氣部190之除害裝置施加過度負載。
<第2實施形態>
繼而，對本發明之第2實施形態進行說明。第2實施形態之熱處理裝置1之構成與第1實施形態完全相同。又，第2實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第2實施形態與第1實施形態之差異在於使腔體6內暫時減壓後進行復壓時之壓力。
圖11係表示第2實施形態中之腔體6內之壓力變化之圖。圖11中，亦與圖10同樣地，橫軸表示時刻，縱軸表示腔體6內之壓力。又，圖11中虛線表示第1實施形態中使腔體6內復壓至常壓Ps時之壓力變化模式(圖10之模式)。
與第1實施形態同樣地，於將形成有高介電常數膜103之半導體晶圓W收容於腔體6並將搬送開口部66封閉之時間點，腔體6內之壓力為常壓Ps(=大氣壓=約101325Pa)。之後，於時刻t1開始腔體6內之減壓。與第1實施形態同樣地，於在減壓之初期階段以較小之排氣流量進行排氣之後，於時刻t2切換為大於初期之排氣流量進行排氣。藉此，能夠防止腔體6內之微粒之揚起，並且亦能夠防止對排氣部190之 除害裝置施加過度負載。
於腔體6內之壓力達到氣壓P1之時刻t3，將用於排氣之閥89關閉並將用於供氣之閥84打開，自氣體供給源85向腔體6內之熱處理空間65供給氨氣與作為稀釋氣體之氮氣之混合氣體。至此，與第1實施形態相同。再者，氣壓P1例如約為100Pa。
於第2實施形態中，不使腔體6內之壓力復壓至常壓Ps，而藉由供給混合氣體而於時刻t6使腔體6內之壓力復壓至氣壓P2。氣壓P2高於氣壓P1，且低於常壓Ps，例如約為5000Pa。於第2實施形態中，亦由於使腔體6內暫時減壓至氣壓P1後復壓至高於其之氣壓P2，故而能夠使復壓後之腔體6內之氧濃度成為約200ppb以下。
於腔體6內之壓力復壓至氣壓P2之時刻t6之後，使對腔體6之氨、氮混合氣體之供給流量與自腔體6之排氣流量相等而將腔體6內之壓力維持為氣壓P2。並且，一面將腔體6內之壓力維持為氣壓P2，一面進行利用鹵素燈HL之半導體晶圓W之預加熱，繼而，其後，於時刻t7自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行閃光加熱。預加熱及閃光加熱處理之內容與第1實施形態相同。於氨氣氛中，半導體晶圓W之表面藉由閃光照射而升溫至處理溫度T2，藉此執行高介電常數膜103之成膜後熱處理。
閃光加熱處理結束後，將用於供氣之閥84關閉而再次使腔體6內減壓至氣壓P1，藉此自腔體6內之熱處理空間65排出有害之氨氣。繼而，將用於排氣之閥89關閉並將用於供氣之閥84打開，自氣體供給源85向腔體6內供給氮氣而復壓至常壓Ps。又，鹵素燈HL亦熄滅，藉此，半導體晶圓W亦自預加熱溫度T1降溫。其後，將降溫至特定溫度之半導體晶圓W自熱處理裝置1之腔體6搬出之順序與第1實施形態相同。
於第2實施形態中，由於使腔體6內暫時減壓至低於大氣壓之氣 壓P1後供給氨、氮混合氣體而使其復壓至氣壓P2，故而能夠與第1實施形態同樣地使執行高介電常數膜103之成膜後熱處理時之腔體6內之熱處理空間65之氧濃度成為約200ppb以下。因此，能夠抑制於成膜後熱處理中高介電常數膜103之基底之氧化矽膜102自熱處理空間65擷取氧而膜厚增大。
又，由於與第1實施形態同樣地自閃光燈FL以未達1秒之照射時間對半導體晶圓W之表面照射閃光而於極短時間內使晶圓表面升溫至處理溫度T2，故而成膜後熱處理之處理時間極短，無氧擴散之時間裕度，因此能夠抑制高介電常數膜103之基底之氧化矽膜102之膜厚增大。
又，於第2實施形態中，於腔體6內之壓力為低於大氣壓之氣壓P2之狀態下，即，於減壓下對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行高介電常數膜103之成膜後熱處理。由於在減壓下氣體分子之密度較小，故而平均自由行程變長。其結果，若於減壓下進行高介電常數膜103之成膜後熱處理，則由於氨氣之平均自由行程變長，故而能夠使氨氣與高介電常數膜103之熱處理反應變得均勻。但是，若於減壓下進行高介電常數膜103之成膜後熱處理，則與如第1實施形態般於常壓下進行處理之情形相比，氨氣之分壓本身會顯著降低。因此，如第1實施形態般於常壓下進行高介電常數膜103之成膜後熱處理時能夠程度更高地進行高介電常數膜103之氮化處理。
又，若於減壓下進行高介電常數膜103之成膜後熱處理，則能夠促進沈積後之高介電常數膜103中所含之雜質(例如碳(C))之脫離。藉由將此種脫離之雜質元素自腔體6排出，能夠防止該雜質再附著於半導體晶圓W之表面而引起污染。其結果，能夠防止元件性能之劣化及良率之降低。
又，由於腔體6內之氣氛氣體之鹵素燈光及閃光之吸光減少，故 而，能夠提高預加熱時及閃光加熱時之升溫效率。其結果，亦能夠提高閃光加熱時之半導體晶圓W之表面達到溫度。
又，藉由於減壓下進行半導體晶圓W之加熱處理，能夠降低腔體6內之對流之影響，而能夠提高半導體晶圓W之面內溫度分佈之均勻性。
進而，於第2實施形態中，於使腔體6內之壓力自氣壓P1復壓時，不復壓至常壓Ps，而復壓至低於大氣壓之氣壓P2。因此，與如第1實施形態般使腔體6內之壓力復壓至常壓Ps之情形相比，若如第2實施形態般復壓至氣壓P2，則能夠縮短復壓所需之時間。並且，能夠使閃光照射之時機提前復壓所需之時間縮短之量(如圖11所示，第2實施形態中之閃光照射之時刻t7早於第1實施形態中之閃光照射之時刻t5)。其結果，如第2實施形態般使腔體6內之壓力復壓至低於大氣壓之氣壓P2能夠提高熱處理裝置1中之產能。
<第3實施形態>
繼而，對本發明之第3實施形態進行說明。第3實施形態之熱處理裝置1之構成與第1實施形態完全相同。又，第3實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第3實施形態與第1實施形態之差異在於腔體6內之壓力變化。
圖12係表示第3實施形態中之腔體6內之壓力變化之圖。於圖12中，亦與圖10同樣地，橫軸表示時刻，縱軸表示腔體6內之壓力。
與第1實施形態同樣地，於將形成有高介電常數膜103之半導體晶圓W收容於腔體6並將搬送開口部66封閉之時間點，腔體6內之壓力為常壓Ps(=大氣壓=約101325Pa)。之後，於時刻t1開始腔體6內之減壓。於第3實施形態中，使3條旁路管197、198、199之排氣流量為固定，並且藉由流量調整閥196使自腔體6之排氣流量隨時間連續地增加。即，於減壓之初期階段，以相對較小之排氣流量開始排氣，並使 排氣流量連續緩慢地增加。如此，能夠與第1實施形態同樣地防止腔體6內之微粒之揚起，並且亦能夠防止對排氣部190之除害裝置施加過度負載。又，藉由使排氣流量不分級地連續增加，亦能夠防止排氣流量之急遽之變化所引起之微粒之揚起。
於腔體6內之壓力達到氣壓P1之時刻t3，將用於排氣之閥89關閉並將用於供氣之閥84打開，自氣體供給源85向腔體6內之熱處理空間65供給氨氣與作為稀釋氣體之氮氣之混合氣體而使腔體6內復壓。再者，氣壓P1例如約為100Pa。
於第3實施形態中，藉由流量調整閥90使對腔體6之處理氣體之供氣流量隨時間連續地增加。即，於復壓之初期階段，以相對較小之供氣流量開始供氣，並使供氣流量連續緩慢地增加。與減壓時同樣地，若自開始復壓時起以較大之供氣流量快速地進行供氣，則有附著於腔體6之構造物之微粒被揚起之虞。藉由於復壓之初期階段以較小之供氣流量平穩地開始供氣，並緩慢地增大排氣流量，能夠防止此種腔體6內之微粒之揚起。又，藉由使供氣流量不分級地連續增加，亦能夠防止供氣流量之急遽之變化所引起之微粒之揚起。
又，於第3實施形態中，藉由向腔體6供給混合氣體而於時刻t8使腔體6內之壓力復壓至超過常壓Ps之氣壓P3。氣壓P3高於大氣壓，例如約為0.15MPa。於第3實施形態中，亦由於使腔體6內暫時減壓至氣壓P1後復壓至高於其之氣壓P3，故而能夠使復壓後之腔體6內之氧濃度成為約200ppb以下。
於腔體6內之壓力復壓至氣壓P3之時刻t8之後，使對腔體6之氨、氮混合氣體之供給流量與自腔體6之排氣流量相等而將腔體6內之壓力維持為氣壓P3。並且，一面將腔體6內之壓力維持為氣壓P3，一面進行利用鹵素燈HL之半導體晶圓W之預加熱，繼而，其後，於時刻t9自閃光燈FL對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行閃光加熱。預加熱及 閃光加熱處理之內容與第1實施形態相同。於氨氣氛中，半導體晶圓W之表面藉由閃光照射被加熱，藉此執行高介電常數膜103之成膜後熱處理。
閃光加熱處理結束後，將用於供氣之閥84關閉而再次使腔體6內減壓至氣壓P1，藉此自腔體6內之熱處理空間65排出有害之氨氣。此時，亦藉由流量調整閥196使自腔體6之排氣流量隨時間連續地增加，藉此防止排氣所引起之微粒之揚起。
繼而，將用於排氣之閥89關閉並將用於供氣之閥84打開，自氣體供給源85向腔體6內供給氮氣而復壓至常壓Ps。此時，亦藉由流量調整閥90使對腔體6之供氣流量隨時間連續地增加，藉此防止供氣所引起之微粒之揚起。
又，鹵素燈HL亦熄滅，藉此，半導體晶圓W亦自預加熱溫度T1降溫。其後，將降溫至特定溫度之半導體晶圓W自熱處理裝置1之腔體6搬出之順序與第1實施形態相同。
且說，作為於腔體6內微粒揚起之重要原因，除對腔體6之供氣排氣以外，亦存在閃光照射。於來自閃光燈FL之閃光照射時，半導體晶圓W之正面瞬間升溫，另一方面，背面不會自預加熱溫度T1迅速升溫，故而於正面背面產生較大之溫度差，僅正面熱膨脹而半導體晶圓W急遽地變形。其結果，因半導體晶圓W於基座74上振動而產生微粒且於腔體6內揚起。
為了將此種由閃光照射所引起之微粒有效地自腔體6排出，於第3實施形態中，於在閃光加熱處理結束將氨氣排出後向腔體6內供給氮氣而復壓至常壓Ps時，亦以50升/分鐘以上且100升/分鐘以下之流量使氮氣流入腔體6內，藉此將閃光照射所引起之微粒沖走。藉此，能夠防止閃光照射所引起之微粒附著於半導體晶圓W而引起污染。
再者，於在將氨氣排出後向腔體6內供給氮氣而復壓至常壓Ps 時，亦可於將用於排氣之閥89打開之狀態下亦將用於供氣之閥84打開而向腔體6內供給氮氣。如此，能夠更加有效地將閃光照射所引起之微粒自腔體6排出。
於第3實施形態中，由於使腔體6內暫時減壓至低於大氣壓之氣壓P1後供給氨、氮混合氣體而使其復壓至氣壓P3，故而能夠與第1實施形態同樣地使執行高介電常數膜103之成膜後熱處理時之腔體6內之熱處理空間65之氧濃度成為約200ppb以下。因此，能夠抑制於成膜後熱處理中高介電常數膜103之基底之氧化矽膜102自熱處理空間65擷取氧而膜厚增大。
又，由於與第1實施形態同樣地自閃光燈FL以未達1秒之照射時間對半導體晶圓W之表面照射閃光而於極短時間內使晶圓表面升溫，故而成膜後熱處理之處理時間極短，無氧擴散之時間裕度，因此能夠抑制高介電常數膜103之基底之氧化矽膜102之膜厚增大。
又，於第3實施形態中，於腔體6內之壓力為高於大氣壓之氣壓P3之狀態下，即，於加壓下對半導體晶圓W之表面照射閃光而進行高介電常數膜103之成膜後熱處理。於加壓下氨氣之分壓亦變高，即便於低於第1實施形態之處理溫度T2之溫度下，亦能夠促進氮化處理。即，能夠使閃光照射時之處理溫度進一步低溫化。
進而，於第3實施形態中，於腔體6內之減壓時及復壓時，使排氣流量及供氣流量不分級地連續變化。藉此，能夠防止供氣排氣之急遽之變化所引起之微粒之揚起。
<第4實施形態>
繼而，對本發明之第4實施形態進行說明。第4實施形態之熱處理裝置1之構成與第1實施形態完全相同。又，第4實施形態之熱處理裝置1中之半導體晶圓W之處理順序亦與第1實施形態大致相同。第4實施形態與第1實施形態之差異在於半導體晶圓W之熱處理時之氣氛 控制。
於第1實施形態中，半導體晶圓W之預加熱及閃光加熱均於氨氣氛中進行，但於第4實施形態中，於閃光加熱處理時停止氨氣之供給。具體而言，與第1實施形態同樣地，將形成有高介電常數膜103之半導體晶圓W收容於腔體6之後，使腔體6內之壓力暫時減壓至氣壓P1後向腔體6內之熱處理空間65供給氨氣與作為稀釋氣體之氮氣之混合氣體而復壓至常壓Ps。
於腔體6內之壓力復壓至常壓Ps後，鹵素加熱部4之40根鹵素燈HL亮燈而開始半導體晶圓W之預加熱。於該預加熱之階段，對腔體6供給氨、氮混合氣體，並且亦進行自腔體6之排氣而將腔體6內之壓力維持為常壓Ps。即，於預加熱步驟中，向腔體6內供給氨、氮混合氣體而形成氨氣氛。藉由於氨氣氛中進行使半導體晶圓W升溫至預加熱溫度T1之預加熱，而進行一定程度之高介電常數膜103之氮化。
繼而，於第4實施形態中，於進行來自閃光燈FL之閃光照射之前，停止向腔體6內之氨氣之供給。於停止氨氣供給時，可增加相當於減少之氨氣供給流量之流量之氮氣供給，或者，亦可減少排氣流量。無論為哪種情況，均於停止氨氣之供給後亦將腔體6內之壓力維持為常壓Ps。
藉由一面繼續進行自腔體6之排氣一面停止氨氣之供給，而腔體6內之氨濃度降低。之後，於腔體6內之氨濃度成為停止氨氣供給前之十分之一以下之時間點，藉由自閃光燈FL照射閃光而執行閃光加熱處理。再者，為了進行該發光控制，可於腔體6內設置測定氨氣之氣體中濃度之濃度計，亦可預先藉由實驗等求出氨濃度成為十分之一以下所花之時間，並於在停止氨氣供給後經過該時間之時間點進行閃光照射。
藉由於停止對腔體6之氨氣供給之狀態下對半導體晶圓W照射閃 光，可抑制高介電常數膜103之氮化，並且能夠使於預加熱步驟中與氨氣進行反應而進入高介電常數膜103之氫脫離。
閃光加熱處理後之順序亦與第1實施形態相同。具體而言，於閃光加熱處理結束後，再次使腔體6內減壓至氣壓P1，繼而，對腔體6內供給氮氣而復壓至常壓Ps。又，鹵素燈HL亦熄滅，將降溫至特定溫度之半導體晶圓W自熱處理裝置1之腔體6搬出。
於第4實施形態中，藉由於預加熱步驟中進行向腔體6內之氨氣供給，並且於閃光照射時停止向腔體6內之氨氣之供給，能夠使高介電常數膜103一定程度上氮化，並且能夠使進入高介電常數膜103之氫脫離。
<變化例>
以上，已對本發明之實施形態進行說明，但該發明除上述實施形態以外能夠於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。例如，於上述各實施形態中，將作為使腔體6內減壓時之達到壓力之氣壓P1設為約100Pa，但不限定於此，可設為適當之值。為了使腔體6內之達到氧濃度降至十分之一左右，將作為使腔體6內減壓時之達到壓力之氣壓P1設為大氣壓之約十分之一(約10000Pa)即足夠。若使氣壓P1更低(即，若減壓至更高真空)，則雖然能夠使復壓後腔體6內殘留之氧濃度更低，但達到氣壓P1所花之減壓時間變長。因此，較佳為根據執行成膜後熱處理時所需之氧濃度與產能之平衡設定氣壓P1。
又，作為使腔體6內減壓時之達到壓力之氣壓P1，較佳為設為半導體晶圓W之熱處理時之腔體6內之氣壓、即復壓時之目標氣壓(於第1實施形態中為常壓Ps，於第2實施形態中為氣壓P2，於第3實施形態中為氣壓P3)之百分之一以下。如此，能夠減少殘留空氣對半導體晶圓W之熱處理時之氨氣氛之影響。
又，於上述各實施形態中，藉由設置3條旁路管197、198、199 而控制自腔體6之排氣流量，但旁路管之條數為2條以上即可。又，亦可藉由設置節流閥或氣鎮裝置代替複數條旁路管197、198、199而控制自腔體6之排氣流量。又，亦可使用質量流量控制器代替流量調整閥90、196。
於第1及第2實施形態中，分兩級切換減壓時自腔體6之排氣流量，於第3實施形態中，使排氣流量不分級地連續增加，但不限定於該等，例如亦可分多級切換排氣流量。即，使腔體6內減壓時之排氣流量只要為隨時間而增加之形態即可。
同樣地，關於復壓時之向腔體6之供氣流量，於第3實施形態中亦使供氣流量不分級地連續增加，但亦可分兩級或多級切換供氣流量而使其增加。即，使腔體6內復壓時之供氣流量亦為隨時間而增加之形態即可。
又，於進行腔體6內之減壓及復壓時，控制部3可基於自減壓開始時(時刻t1)之經過時間而控制各種閥等，亦可基於壓力計180之熱處理空間65之壓力之測定結果而對各種閥等進行反饋控制。於基於經過時間進行控制之情形時，預先藉由實驗或模擬求出經過時間與腔體6內之壓力之關係即可。
又，於上述各實施形態中向腔體6內供給氨氣與氮氣之混合氣體，但不限定於此，作為與氨氣混合之稀釋氣體，可使用氫氣(H2)、氬氣(Ar)、氦氣(He)、氙氣(Xe)等。可向熱處理空間65供給該等中之任一種氣體與氨氣之混合氣體而於腔體6內形成氨氣氛。尤其，氦氣係奪熱之能力較高而亦可用作冷卻氣體者，若使用氨氣與氦氣之混合氣體，則能夠提高閃光加熱處理後之半導體晶圓W之冷卻速度。
又，作為處理氣體，亦可使用氮氧化物或氧氣、臭氧等氧系之反應性氣體。例如，有導入微量之臭氧而進行高介電常數膜之熱處理之情形。於此種情形時，若不預先使成為背景之腔體6內之殘留氧濃 度充分地降低，則臭氧等氧系氣體之濃度之控制性降低。藉由與上述實施形態同樣地預先使腔體6內之熱處理空間65之氧濃度降低，能夠提高氧系氣體之濃度之控制性，而即便於使用氧系之反應性氣體之情形時本發明之技術亦有意義。
又，於第4實施形態中，亦可於停止氨氣供給之同時開始腔體6內之減壓。於此情形時，半導體晶圓W之預加熱係於常壓之氨氣氛中進行，閃光加熱係一面進行減壓一面進行。
又，於上述各實施形態中，對在作為界面層膜之氧化矽膜102之上形成有作為閘極絕緣膜之高介電常數膜103之半導體晶圓W(圖9)進行熱處理，但亦可對在高介電常數膜103上進而沈積有金屬閘極之狀態之半導體晶圓W進行熱處理。作為金屬閘極之素材，例如可使用氮化鈦(TiN)、鈦鋁(TiAl)、鎢(W)等。以與上述各實施形態相同之順序對在高介電常數膜103上形成有金屬閘極之半導體晶圓W進行預加熱及閃光加熱處理。藉此，能夠進行消除成膜後之高介電常數膜103上存在之大量缺陷的成膜後熱處理。
於對形成有金屬閘極之狀態之半導體晶圓W進行熱處理之情形時，有金屬閘極本身被氧化之情形。又，亦有氧通過金屬閘極及高介電常數膜103擴散而氧化矽膜102之膜厚增大之情形。若如上述各實施形態般藉由使腔體6內暫時減壓至氣壓P1後復壓而使腔體6內成為極低氧濃度並對半導體晶圓W進行預加熱及閃光加熱處理，則能夠抑制氧化矽膜102之膜厚增大，並且亦能夠防止金屬閘極本身之氧化。
又，基材101之材質不限定於矽，亦可為鍺(Ge)或矽鍺。於採用矽以外之物質作為基材101之材質之情形時，有形成於高介電常數膜103之基底之界面層膜亦成為二氧化矽以外者之情形。

Claims (22)

  1. 一種熱處理方法，其特徵在於：其係藉由對形成有高介電常數膜之基板照射閃光而對該基板進行加熱者，且其包括：搬入步驟，將形成有高介電常數膜之基板搬入腔體內；減壓步驟，使上述腔體內減壓至低於大氣壓之第1壓力；復壓步驟，使上述腔體內自第1壓力復壓至高於第1壓力之第2壓力；及照射步驟，一面將上述腔體內維持為第2壓力，一面自閃光燈對上述基板之表面照射閃光。
  2. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述復壓步驟中，向上述腔體內導入包含氨氣之反應性氣體。
  3. 如請求項2之熱處理方法，其中第1壓力為第2壓力之百分之一以下。
  4. 如請求項2之熱處理方法，其進而包括：預加熱步驟，於上述照射步驟之前使上述基板升溫至特定之預加熱溫度；且於上述預加熱步驟中，進行向上述腔體內之上述反應性氣體之供給，並且於上述照射步驟之後停止向上述腔體內之上述反應性氣體之供給。
  5. 如請求項4之熱處理方法，其中於停止上述反應性氣體之供給之同時開始上述腔體內之減壓。
  6. 如請求項1之熱處理方法，其中第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
  7. 如請求項1之熱處理方法，其中第2壓力為大氣壓。
  8. 如請求項1之熱處理方法，其中第2壓力高於大氣壓。
  9. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述減壓步驟中，使自上述腔體之排氣流量隨時間而增加。
  10. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述復壓步驟中，使向上述腔體之供氣流量隨時間而增加。
  11. 如請求項1之熱處理方法，其中於上述照射步驟之後，於將上述腔體內之氣體排出後向上述腔體內供給惰性氣體而復壓至大氣壓時，以50升/分鐘以上且100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入上述腔體內。
  12. 一種熱處理裝置，其特徵在於：其係藉由對形成有高介電常數膜之基板照射閃光而對該基板進行加熱者，且其具備：腔體，其收容上述基板；閃光燈，其對收容於上述腔體之上述基板照射閃光；排氣部，其將上述腔體內之氣體排出；氣體供給部，其向上述腔體供給特定之處理氣體；及控制部，其以於在使上述腔體內減壓至低於大氣壓之第1壓力後復壓至高於第1壓力之第2壓力之狀態下自上述閃光燈對上述基板之表面照射閃光之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
  13. 如請求項12之熱處理裝置，其中上述氣體供給部於使上述腔體內自第1壓力復壓至第2壓力 時，向上述腔體內供給包含氨氣之反應性氣體。
  14. 如請求項13之熱處理裝置，其中第1壓力為第2壓力之百分之一以下。
  15. 如請求項13之熱處理裝置，其進而具備預加熱部，其於照射上述閃光之前使上述基板升溫至特定之預加熱溫度；且上述控制部以於藉由上述預加熱部對上述基板進行預加熱時進行向上述腔體內之上述反應性氣體之供給，並且於照射上述閃光之時間點之後停止向上述腔體內之上述反應性氣體之供給之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
  16. 如請求項15之熱處理裝置，其中上述控制部以於停止上述反應性氣體之供給之同時開始上述腔體內之減壓之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
  17. 如請求項12之熱處理裝置，其中第2壓力高於第1壓力且低於大氣壓。
  18. 如請求項12之熱處理裝置，其中第2壓力為大氣壓。
  19. 如請求項12之熱處理裝置，其中第2壓力高於大氣壓。
  20. 如請求項12之熱處理裝置，其中上述控制部以於使上述腔體內減壓至第1壓力時自上述腔體之排氣流量隨時間而增加之方式控制上述排氣部。
  21. 如請求項12之熱處理裝置，其中上述控制部以於使上述腔體內自第1壓力復壓至第2壓力時向上述腔體之供氣流量隨時間而增加之方式控制上述氣體供給部。
  22. 如請求項12之熱處理裝置，其中 上述控制部以於上述閃光之照射後，於將上述腔體內之氣體排出後向上述腔體內供給惰性氣體而復壓至大氣壓時以50升/分鐘以上且100升/分鐘以下之流量使惰性氣體流入上述腔體內之方式控制上述排氣部及上述氣體供給部。
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