(57)【要約】【課題】ガス配管からのガス漏れを確実に検出することができる熱処理装置および熱処理方法を提供する。【解決手段】窒素ガスを送給する不活性ガス配管９１には第１マスフローコントローラ９４が設けられる。アンモニアを送給する反応性ガス配管９２には第２マスフローコントローラ９５が設けられる。不活性ガス配管９１と反応性ガス配管９２との合流部位と半導体ウェハーを処理するチャンバー６とは合流配管９３によって連通接続される。合流配管９３にはマスフローメータ９８が設けられる。検出部３１は、第１マスフローコントローラ９４によって制御された窒素の流量および第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量の合計値とマスフローメータ９８によって得られた処理ガスの流量の測定値とを比較してガス漏れを検出する。【選択図】図８
2018195689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射部と、
前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給部と、
を備え、
前記ガス供給部は、
不活性ガスを送給する不活性ガス配管と、
反応性ガスを送給する反応性ガス配管と、
前記不活性ガス配管と前記反応性ガス配管との合流部位と前記チャンバーとを連通接続し、前記不活性ガスと前記反応性ガスとが混合された前記処理ガスを前記チャンバーに送給する合流配管と、
前記不活性ガス配管を流れる前記不活性ガスの流量を制御する第１流量制御部と、
前記反応性ガス配管を流れる前記反応性ガスの流量を制御する第２流量制御部と、
前記合流配管を流れる前記処理ガスの流量を測定する流量測定部と、
を備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置において、
前記第１流量制御部によって制御された前記不活性ガスの流量および前記第２流量制御部によって制御された前記反応性ガスの流量の合計値と前記流量測定部によって得られた前記処理ガスの流量の測定値とを比較して前記ガス供給部の異常を検出する検出部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記検出部は、前記合計値と前記測定値との差異が前記第２流量制御部によって制御された前記反応性ガスの流量よりも大きいときには前記ガス供給部に異常が発生していると判定することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムからなる群から選択された１のガスであり、
前記反応性ガスは、アンモニア、水素、亜酸化窒素、三フッ化窒素、酸素からなる群から選択された１のガスであることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記光照射部は、前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
基板を収容するチャンバーに処理ガスを供給するガス供給工程と、
前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射工程と、
を備え、
前記ガス供給工程は、
不活性ガスを送給する不活性ガス配管を流れる前記不活性ガスの流量を制御する第１流量制御工程と、
反応性ガスを送給する反応性ガス配管を流れる前記反応性ガスの流量を制御する第２流量制御工程と、
前記不活性ガス配管と前記反応性ガス配管との合流部位と前記チャンバーとを連通接続し、前記不活性ガスと前記反応性ガスとが混合された前記処理ガスを前記チャンバーに送給する合流配管を流れる前記処理ガスの流量を測定する流量測定工程と、
を備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項７】
請求項６記載の熱処理方法において、
前記第１流量制御工程にて制御された前記不活性ガスの流量および前記第２流量制御工程にて制御された前記反応性ガスの流量の合計値と前記流量測定工程にて得られた前記処理ガスの流量の測定値とを比較して前記不活性ガス配管、前記反応性ガス配管または前記合流配管の異常を検出する異常検出工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
【請求項８】
請求項７記載の熱処理方法において、
前記異常検出工程では、前記合計値と前記測定値との差異が前記第２流量制御工程にて制御された前記反応性ガスの流量よりも大きいときには異常が発生していると判定することを特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
請求項６から請求項８のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムからなる群から選択された１のガスであり、
前記反応性ガスは、アンモニア、水素、亜酸化窒素、三フッ化窒素、酸素からなる群から選択された１のガスであることを特徴とする熱処理方法。
【請求項１０】
請求項６から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
前記光照射工程では、前記基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射することを特徴とする熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハー等の薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するフラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、キセノンフラッシュランプ（以下、単に「フラッシュランプ」とするときにはキセノンフラッシュランプを意味する）を使用して半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射することにより、半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
【０００３】
キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。
【０００４】
このようなフラッシュランプアニールは、極短時間の加熱が必要とされる処理、例えば典型的には半導体ウェハーに注入された不純物の活性化に利用される。イオン注入法によって不純物が注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュランプからフラッシュ光を照射すれば、当該半導体ウェハーの表面を極短時間だけ活性化温度にまで昇温することができ、不純物を深く拡散させることなく、不純物活性化のみを実行することができるのである。
【０００５】
また、フラッシュランプアニールを電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）に成膜された高誘電率ゲート絶縁膜の成膜後熱処理(PDA:Post Deposition Anneal)に適用することも検討されている。高誘電率ゲート絶縁膜は、ゲート絶縁膜の薄膜化の進展にともなってリーク電流が増大する問題を解決するために、ゲート電極に金属を用いたメタルゲート電極とともに新たな電界効果トランジスタのスタック構造として開発が進められているものである。
【０００６】
特許文献１には、シリコンの基材上に界面層膜を挟み込んで成膜された高誘電率ゲート絶縁膜に対してフラッシュランプからフラッシュ光を照射して極短時間加熱処理を行うことが開示されている。また、特許文献１には、加熱処理を行うチャンバー内にアンモニアと窒素との混合ガスを供給してアンモニア雰囲気を形成し、アンモニア雰囲気中にて高誘電率ゲート絶縁膜のフラッシュ加熱を行うことによって、当該高誘電率ゲート絶縁膜の窒化処理を行うことも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１２７１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示される熱処理装置においては、チャンバーにアンモニアを送給する配管と窒素を送給する配管とのそれぞれに流量調整弁を設け、アンモニアおよび窒素の流量を個別に調整することによってチャンバー内に所望のアンモニア濃度の雰囲気が形成されるようにしている。
【０００９】
しかしながら、アンモニアおよび窒素の流量を流量調整弁によって個別に調整するだけでは、ガス配管が外れていたり継手に緩みがあった場合にガスが漏れていたとしても、そのガス漏れを検出することはできない。特に、窒素ガスが漏れていた場合には、チャンバー内のアンモニア濃度が限界以上に高くなって高誘電率ゲート絶縁膜の加熱処理に重大な支障を来すという問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ガス配管からのガス漏れを確実に検出することができる熱処理装置および熱処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射部と、前記チャンバー内に処理ガスを供給するガス供給部と、を備え、前記ガス供給部は、不活性ガスを送給する不活性ガス配管と、反応性ガスを送給する反応性ガス配管と、前記不活性ガス配管と前記反応性ガス配管との合流部位と前記チャンバーとを連通接続し、前記不活性ガスと前記反応性ガスとが混合された前記処理ガスを前記チャンバーに送給する合流配管と、前記不活性ガス配管を流れる前記不活性ガスの流量を制御する第１流量制御部と、前記反応性ガス配管を流れる前記反応性ガスの流量を制御する第２流量制御部と、前記合流配管を流れる前記処理ガスの流量を測定する流量測定部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記第１流量制御部によって制御された前記不活性ガスの流量および前記第２流量制御部によって制御された前記反応性ガスの流量の合計値と前記流量測定部によって得られた前記処理ガスの流量の測定値とを比較して前記ガス供給部の異常を検出する検出部をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記検出部は、前記合計値と前記測定値との差異が前記第２流量制御部によって制御された前記反応性ガスの流量よりも大きいときには前記ガス供給部に異常が発生していると判定することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムからなる群から選択された１のガスであり、前記反応性ガスは、アンモニア、水素、亜酸化窒素、三フッ化窒素、酸素からなる群から選択された１のガスであることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記光照射部は、前記基板にフラッシュ光を照射するフラッシュランプを備えることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、基板に光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、基板を収容するチャンバーに処理ガスを供給するガス供給工程と、前記チャンバーに収容された前記基板に光を照射する光照射工程と、を備え、前記ガス供給工程は、不活性ガスを送給する不活性ガス配管を流れる前記不活性ガスの流量を制御する第１流量制御工程と、反応性ガスを送給する反応性ガス配管を流れる前記反応性ガスの流量を制御する第２流量制御工程と、前記不活性ガス配管と前記反応性ガス配管との合流部位と前記チャンバーとを連通接続し、前記不活性ガスと前記反応性ガスとが混合された前記処理ガスを前記チャンバーに送給する合流配管を流れる前記処理ガスの流量を測定する流量測定工程と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理方法において、前記第１流量制御工程にて制御された前記不活性ガスの流量および前記第２流量制御工程にて制御された前記反応性ガスの流量の合計値と前記流量測定工程にて得られた前記処理ガスの流量の測定値とを比較して前記不活性ガス配管、前記反応性ガス配管または前記合流配管の異常を検出する異常検出工程をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理方法において、前記異常検出工程では、前記合計値と前記測定値との差異が前記第２流量制御工程にて制御された前記反応性ガスの流量よりも大きいときには異常が発生していると判定することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９の発明は、請求項６から請求項８のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記不活性ガスは、窒素、アルゴン、ヘリウムからなる群から選択された１のガスであり、前記反応性ガスは、アンモニア、水素、亜酸化窒素、三フッ化窒素、酸素からなる群から選択された１のガスであることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０の発明は、請求項６から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記光照射工程では、前記基板にフラッシュランプからフラッシュ光を照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１から請求項５の発明によれば、不活性ガス配管を流れる不活性ガスの流量を制御する第１流量制御部と、反応性ガス配管を流れる反応性ガスの流量を制御する第２流量制御部と、合流配管を流れる処理ガスの流量を測定する流量測定部と、を備えるため、不活性ガスと反応性ガスとが合流して混合された処理ガスの流量を測定することにより、ガス配管からのガス漏れを確実に検出することができる。
【００２２】
特に、請求項３の発明によれば、第１流量制御部によって制御された不活性ガスの流量および第２流量制御部によって制御された反応性ガスの流量の合計値と流量測定部によって得られた処理ガスの流量の測定値との差異が第２流量制御部によって制御された反応性ガスの流量よりも大きいときにはガス供給部に異常が発生していると判定するため、不活性ガスのガス漏れを確実に検出することができる。
【００２３】
請求項６から請求項１０の発明によれば、不活性ガスを送給する不活性ガス配管を流れる不活性ガスの流量を制御する第１流量制御工程と、反応性ガスを送給する反応性ガス配管を流れる反応性ガスの流量を制御する第２流量制御工程と、合流配管を流れる処理ガスの流量を測定する流量測定工程と、を備えるため、不活性ガスと反応性ガスとが合流して混合された処理ガスの流量を測定することにより、ガス配管からのガス漏れを確実に検出することができる。
【００２４】
特に、請求項８の発明によれば、第１流量制御工程にて制御された不活性ガスの流量および第２流量制御工程にて制御された反応性ガスの流量の合計値と流量測定工程にて得られた処理ガスの流量の測定値との差異が第２流量制御工程にて制御された反応性ガスの流量よりも大きいときには異常が発生していると判定するため、不活性ガスのガス漏れを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図３】サセプタの平面図である。
【図４】サセプタの断面図である。
【図５】移載機構の平面図である。
【図６】移載機構の側面図である。
【図７】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図８】ガス供給部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。図１の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである（本実施形態ではφ３００ｍｍ）。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには高誘電率ゲート絶縁膜(High-k膜)が形成されており、熱処理装置１による加熱処理によって高誘電率ゲート絶縁膜の成膜後熱処理(PDA)が実行される。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
【００２８】
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。熱処理装置１は、チャンバー６内に処理ガスを供給するガス供給部９０を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００２９】
チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
【００３０】
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。
【００３１】
チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。
【００３２】
また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
【００３３】
さらに、チャンバー側部６１には、貫通孔６１ａが穿設されている。チャンバー側部６１の外壁面の貫通孔６１ａが設けられている部位には放射温度計２０が取り付けられている。貫通孔６１ａは、後述するサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を放射温度計２０に導くための円筒状の孔である。貫通孔６１ａは、その貫通方向の軸がサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの主面と交わるように、水平方向に対して傾斜して設けられている。貫通孔６１ａの熱処理空間６５に臨む側の端部には、放射温度計２０が測定可能な波長領域の赤外光を透過させるフッ化バリウム材料からなる透明窓２１が装着されている。放射温度計２０は、半導体ウェハーＷの下面から放射された赤外光を透明窓２１を介して受光し、その赤外光の強度から半導体ウェハーＷの温度を測定する。
【００３４】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガスを供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給部９０の合流配管９３に連通接続されている。ガス供給部９０の構成については後に詳述するが、合流配管９３からチャンバー６に処理ガスを送給する。合流配管９３から送給された処理ガスは緩衝空間８２に流入し、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。なお、本実施形態においては、処理ガスとして窒素とアンモニアとを混合した混合ガスがチャンバー６内に供給される。
【００３５】
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。
【００３６】
また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。
【００３７】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプタ７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
【００３８】
基台リング７１は円環形状から一部が欠落した円弧形状の石英部材である。この欠落部分は、後述する移載機構１０の移載アーム１１と基台リング７１との干渉を防ぐために設けられている。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。基台リング７１の上面に、その円環形状の周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。
【００３９】
サセプタ７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。図３は、サセプタ７４の平面図である。また、図４は、サセプタ７４の断面図である。サセプタ７４は、保持プレート７５、ガイドリング７６および複数の基板支持ピン７７を備える。保持プレート７５は、石英にて形成された略円形の平板状部材である。保持プレート７５の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、保持プレート７５は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。
【００４０】
保持プレート７５の上面周縁部にガイドリング７６が設置されている。ガイドリング７６は、半導体ウェハーＷの直径よりも大きな内径を有する円環形状の部材である。例えば、半導体ウェハーＷの直径がφ３００ｍｍの場合、ガイドリング７６の内径はφ３２０ｍｍである。ガイドリング７６の内周は、保持プレート７５から上方に向けて広くなるようなテーパ面とされている。ガイドリング７６は、保持プレート７５と同様の石英にて形成される。ガイドリング７６は、保持プレート７５の上面に溶着するようにしても良いし、別途加工したピンなどによって保持プレート７５に固定するようにしても良い。或いは、保持プレート７５とガイドリング７６とを一体の部材として加工するようにしても良い。
【００４１】
保持プレート７５の上面のうちガイドリング７６よりも内側の領域が半導体ウェハーＷを保持する平面状の保持面７５ａとされる。保持プレート７５の保持面７５ａには、複数の基板支持ピン７７が立設されている。本実施形態においては、保持面７５ａの外周円（ガイドリング７６の内周円）と同心円の周上に沿って３０°毎に計１２個の基板支持ピン７７が立設されている。１２個の基板支持ピン７７を配置した円の径（対向する基板支持ピン７７間の距離）は半導体ウェハーＷの径よりも小さく、半導体ウェハーＷの径がφ３００ｍｍであればφ２７０ｍｍ〜φ２８０ｍｍ（本実施形態ではφ２７０ｍｍ）である。それぞれの基板支持ピン７７は石英にて形成されている。複数の基板支持ピン７７は、保持プレート７５の上面に溶接によって設けるようにしても良いし、保持プレート７５と一体に加工するようにしても良い。
【００４２】
図２に戻り、基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプタ７４の保持プレート７５の周縁部とが溶接によって固着される。すなわち、サセプタ７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されている。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、サセプタ７４の保持プレート７５は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。すなわち、保持プレート７５の保持面７５ａは水平面となる。
【００４３】
チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプタ７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。このとき、半導体ウェハーＷは保持プレート７５上に立設された１２個の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。より厳密には、１２個の基板支持ピン７７の上端部が半導体ウェハーＷの下面に接触して当該半導体ウェハーＷを支持する。１２個の基板支持ピン７７の高さ（基板支持ピン７７の上端から保持プレート７５の保持面７５ａまでの距離）は均一であるため、１２個の基板支持ピン７７によって半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持することができる。
【００４４】
また、半導体ウェハーＷは複数の基板支持ピン７７によって保持プレート７５の保持面７５ａから所定の間隔を隔てて支持されることとなる。基板支持ピン７７の高さよりもガイドリング７６の厚さの方が大きい。従って、複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの水平方向の位置ずれはガイドリング７６によって防止される。
【００４５】
また、図２および図３に示すように、サセプタ７４の保持プレート７５には、上下に貫通して開口部７８が形成されている。開口部７８は、放射温度計２０が半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。すなわち、放射温度計２０が開口部７８およびチャンバー側部６１の貫通孔６１ａに装着された透明窓２１を介して半導体ウェハーＷの下面から放射された光を受光して当該半導体ウェハーＷの温度を測定する。さらに、サセプタ７４の保持プレート７５には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
【００４６】
図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。移載アーム１１およびリフトピン１２は石英にて形成されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
【００４７】
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプタ７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプタ７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。なお、移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
【００４８】
図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。フラッシュ加熱部５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。
【００４９】
複数のフラッシュランプＦＬは、それぞれが長尺の円筒形状を有する棒状ランプであり、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように平面状に配列されている。よって、フラッシュランプＦＬの配列によって形成される平面も水平面である。複数のフラッシュランプＦＬが配列される領域は半導体ウェハーＷの平面サイズよりも大きい。
【００５０】
キセノンフラッシュランプＦＬは、その内部にキセノンガスが封入されその両端部にコンデンサーに接続された陽極および陰極が配設された円筒形状のガラス管（放電管）と、該ガラス管の外周面上に付設されたトリガー電極とを備える。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサーに電荷が蓄積されていたとしても通常の状態ではガラス管内に電気は流れない。しかしながら、トリガー電極に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサーに蓄えられた電気がガラス管内に瞬時に流れ、そのときのキセノンの原子あるいは分子の励起によって光が放出される。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリセカンドないし１００ミリセカンドという極めて短い光パルスに変換されることから、ハロゲンランプＨＬの如き連続点灯の光源に比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。すなわち、フラッシュランプＦＬは、１秒未満の極めて短い時間で瞬間的に発光するパルス発光ランプである。なお、フラッシュランプＦＬの発光時間は、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うランプ電源のコイル定数によって調整することができる。
【００５１】
また、リフレクタ５２は、複数のフラッシュランプＦＬの上方にそれら全体を覆うように設けられている。リフレクタ５２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を熱処理空間６５の側に反射するというものである。リフレクタ５２はアルミニウム合金板にて形成されており、その表面（フラッシュランプＦＬに臨む側の面）はブラスト処理により粗面化加工が施されている。
【００５２】
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４は、筐体４１の内側に複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬを内蔵している。ハロゲン加熱部４は、複数のハロゲンランプＨＬによってチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行って半導体ウェハーＷを加熱する。
【００５３】
図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。４０本のハロゲンランプＨＬは上下２段に分けて配置されている。保持部７に近い上段に２０本のハロゲンランプＨＬが配設されるとともに、上段よりも保持部７から遠い下段にも２０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、それぞれの長手方向が保持部７に保持される半導体ウェハーＷの主面に沿って（つまり水平方向に沿って）互いに平行となるように配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
【００５４】
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも周縁部の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
【００５５】
また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向と下段に配置された２０本のハロゲンランプＨＬの長手方向とが互いに直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【００５６】
ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。すなわち、ハロゲンランプＨＬは少なくとも１秒以上連続して発光する連続点灯ランプである。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。
【００５７】
また、ハロゲン加熱部４の筐体４１内にも、２段のハロゲンランプＨＬの下側にリフレクタ４３が設けられている（図１）。リフレクタ４３は、複数のハロゲンランプＨＬから出射された光を熱処理空間６５の側に反射する。
【００５８】
図８は、ガス供給部９０の構成を示す図である。ガス供給部９０には、ガスの供給経路として、不活性ガスを送給する不活性ガス配管９１と、反応性ガスを送給する反応性ガス配管９２と、それら双方のガスが混合された処理ガスを送給する合流配管９３とが設けられている。
【００５９】
不活性ガス配管９１の基端側は不活性ガス供給源８４に接続されている。不活性ガス配管９１の先端側は反応性ガス配管９２と合流する。不活性ガス配管９１の経路途中には、第１マスフローコントローラ９４と、第１バルブ９６とが設けられている。第１バルブ９６が開放されると、不活性ガス供給源８４から不活性ガス配管９１に不活性ガスが送り出される。本実施形態では、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）が不活性ガス配管９１に送り出される。
【００６０】
第１マスフローコントローラ９４は、不活性ガス配管９１を流れる不活性ガスの質量流量を計測するとともに、制御部３からの指示に基づいて不活性ガス配管９１を流れる不活性ガスの流量を制御する。すなわち、第１マスフローコントローラ９４は、質量流量計に流量制御の機能を持たせた機器である。
【００６１】
一方、反応性ガス配管９２の基端側は反応性ガス供給源８５に接続されている。反応性ガス配管９２の先端側は不活性ガス配管９１と合流する。反応性ガス配管９２の経路途中には、第２マスフローコントローラ９５と、第２バルブ９７とが設けられている。第２バルブ９７が開放されると、反応性ガス供給源８５から反応性ガス配管９２に反応性ガスが送り出される。本実施形態では、反応性ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）が反応性ガス配管９２に送り出される。
【００６２】
第２マスフローコントローラ９５は、反応性ガス配管９２を流れる反応性ガスの質量流量を計測するとともに、制御部３からの指示に基づいて反応性ガス配管９２を流れる反応性ガスの流量を制御する。すなわち、第２マスフローコントローラ９５も、質量流量計に流量制御の機能を持たせた機器である。
【００６３】
合流配管９３は、不活性ガス配管９１と反応性ガス配管９２との合流部位とチャンバー６とを連通接続する。合流配管９３は、不活性ガス配管９１から送給された窒素と、反応性ガス配管９２から送給されたアンモニアとが混合された混合ガスを処理ガスとしてチャンバー６に送給する。
【００６４】
合流配管９３の経路途中には、マスフローメータ９８が設けられている。マスフローメータ９８は、合流配管９３を流れる処理ガスの質量流量を測定する質量流量計である。
【００６５】
また、制御部３は、熱処理装置１に設けられた上記の種々の動作機構を制御する。制御部３のハードウェアとしての構成は一般的なコンピュータと同様である。すなわち、制御部３は、各種演算処理を行う回路であるＣＰＵ、基本プログラムを記憶する読み出し専用のメモリであるＲＯＭ、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリであるＲＡＭおよび制御用ソフトウェアやデータなどを記憶しておく磁気ディスクを備えている。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。
【００６６】
図８に点線で示すように、制御部３は、第１マスフローコントローラ９４、第２マスフローコントローラ９５、および、マスフローメータ９８と電気的に接続されており、それらとの間で電気信号の送受信を行う。制御部３の検出部３１は、制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって実現される機能処理部である。なお、検出部３１の処理内容についてはさらに後述する。
【００６７】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００６８】
次に、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理手順について説明する。ここで処理対象となる半導体ウェハーＷは高誘電率ゲート絶縁膜が成膜された半導体基板である。その高誘電率ゲート絶縁膜の成膜後熱処理が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部３が熱処理装置１の各動作機構を制御することにより進行する。
【００６９】
まず、ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、装置外部の搬送ロボットにより搬送開口部６６を介して半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。このときに、第１バルブ９６を開放してチャンバー６内に窒素ガスを供給し、搬送開口部６６から窒素ガスを流出させて半導体ウェハーＷの搬入にともなう外部雰囲気の巻き込みを最小限に抑制するようにしても良い。
【００７０】
搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプタ７４の保持プレート７５の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。このとき、リフトピン１２は基板支持ピン７７の上端よりも上方にまで上昇する。
【００７１】
半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプタ７４に受け渡されて水平姿勢にて下方より保持される。半導体ウェハーＷは、保持プレート７５上に立設された複数の基板支持ピン７７によって支持されてサセプタ７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、高誘電率ゲート絶縁膜が形成された表面を上面として保持部７に保持される。複数の基板支持ピン７７によって支持された半導体ウェハーＷの裏面（表面とは反対側の主面）と保持プレート７５の保持面７５ａとの間には所定の間隔が形成される。サセプタ７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
【００７２】
また、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖されて熱処理空間６５が密閉空間とされた後、チャンバー６内の雰囲気調整が行われる。具体的には、第１バルブ９６を開放することによって不活性ガス配管９１から送給された窒素と、第２バルブ９７を開放することによって反応性ガス配管９２から送給されたアンモニアとが合流配管９３にて合流して混合される。そして、アンモニアに希釈ガスとしての窒素が混合された混合ガスが処理ガスとして合流配管９３からチャンバー６内の熱処理空間６５に供給される。また、排気用のバルブ８９を開放することによって、ガス排気孔８６から熱処理空間６５内の気体が排気される。さらに、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からも熱処理空間６５内の気体が排気される。これにより、熱処理空間６５内の雰囲気置換が進行し、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周辺にはアンモニア雰囲気が形成される。アンモニア雰囲気中におけるアンモニアの濃度（つまり、アンモニアと窒素ガスとの混合比）は、制御部３の制御下にて第１マスフローコントローラ９４および第２マスフローコントローラ９５によってそれぞれ窒素およびアンモニアの流量を制御することにより所定値に調整される。なお、アンモニア雰囲気中におけるアンモニア濃度は、特に限定されるものではなく、適宜の値に設定することが可能である。
【００７３】
半導体ウェハーＷが保持部７のサセプタ７４によって水平姿勢にて下方より保持され、チャンバー６内の熱処理空間６５がアンモニア雰囲気に置換された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプタ７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷが予備加熱されて温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００７４】
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が放射温度計２０によって測定されている。すなわち、サセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から開口部７８を介して放射された赤外光を透明窓２１を通して放射温度計２０が受光して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、放射温度計２０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御する。予備加熱温度Ｔ１は３００℃以上６００℃以下であり、本実施形態では４５０℃である。
【００７５】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、放射温度計２０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時点にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を調整し、半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
【００７６】
このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、基板Ｗの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。
【００７７】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時点にてフラッシュ加熱部５のフラッシュランプＦＬがサセプタ７４に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光照射を行う。このとき、フラッシュランプＦＬから放射されるフラッシュ光の一部は直接にチャンバー６内へと向かい、他の一部は一旦リフレクタ５２により反射されてからチャンバー６内へと向かい、これらのフラッシュ光の照射により半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱が行われる。
【００７８】
フラッシュ加熱は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光（閃光）照射により行われるため、半導体ウェハーＷの表面温度を短時間で上昇することができる。すなわち、フラッシュランプＦＬから照射されるフラッシュ光は、予めコンデンサーに蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の極めて短く強い閃光である。そして、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によりフラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの表面温度は、瞬間的に処理温度Ｔ２まで昇温した後急速に下降する。フラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面が到達する最高温度（ピーク温度）である処理温度Ｔ２は６００℃以上１２００℃以下であり、本実施形態では１０００℃である。アンモニア雰囲気中にて半導体ウェハーＷの表面が処理温度Ｔ２にまで昇温すると、高誘電率ゲート絶縁膜の成膜後熱処理が行われるとともに、その窒化が促進されることとなる。なお、フラッシュランプＦＬからの照射時間は１秒以下の短時間であるため、基板Ｗの表面温度が予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまで昇温するのに要する時間も１秒未満の極めて短時間である。
【００７９】
フラッシュ加熱処理が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から急速に降温する。また、第２バルブ９７のみが閉止されて、チャンバー６には窒素のみが供給され、熱処理空間６５内が窒素雰囲気に置換される。降温中の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計２０によって測定され、その測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、放射温度計２０の測定結果より半導体ウェハーＷの温度が所定温度まで降温したか否かを監視する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプタ７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプタ７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
【００８０】
ところで、本実施形態の熱処理装置１においては、不活性ガス配管９１から送給された窒素と反応性ガス配管９２から送給されたアンモニアとを合流配管９３にて混合した混合ガスを処理ガスとしてチャンバー６内の熱処理空間６５に供給し、チャンバー６内にアンモニア雰囲気を形成している。そして、第１マスフローコントローラ９４および第２マスフローコントローラ９５によってそれぞれ窒素およびアンモニアの流量を設定値に制御することにより、チャンバー６内のアンモニア濃度を調整している。窒素およびアンモニアの流量の設定値は制御部３から第１マスフローコントローラ９４および第２マスフローコントローラ９５にそれぞれ与えられる。第１マスフローコントローラ９４および第２マスフローコントローラ９５は、それぞれ窒素およびアンモニアの流量を制御部３から指示された設定値に制御する。例えば、本実施形態においては、制御部３から指示された設定値に従って、第１マスフローコントローラ９４は不活性ガス配管９１から送給される窒素の流量を１００リットル／分に制御するとともに、第２マスフローコントローラ９５は反応性ガス配管９２から送給されるアンモニアの流量を５．５リットル／分に制御している。よって、合流配管９３を流れる窒素とアンモニアとの混合ガスの総流量は１０５．５リットル／分となる。
【００８１】
ここで、仮に、不活性ガス配管９１および／または反応性ガス配管９２と合流配管９３との継手に緩みがあったり、配管が外れていたりした場合にはガス漏れが生じて合流配管９３を流れる処理ガスの総流量が１０５．５リットル／分よりも少なくなる。また、チャンバー６内に形成されるアンモニア雰囲気中のアンモニア濃度が目標値とは異なるものとなる。特に、窒素のガス漏れが生じていた場合には、チャンバー６内のアンモニア濃度が目標値よりも高くなって高誘電率ゲート絶縁膜の成膜後熱処理に重大な支障を来すという問題が生じるため、窒素のガス漏れは確実に検出しなければならない。
【００８２】
このため、本実施形態においては、合流配管９３を流れる処理ガスの流量を測定するマフフローメータ９８を設けるとともに、検出部３１によってガス供給部９０の異常を検出するようにしている。ガス供給部９０の異常には、不活性ガス配管９１、反応性ガス配管９２または合流配管９３の配管継手の緩みや配管の外れが含まれる。具体的には、検出部３１は、第１マスフローコントローラ９４によって制御された窒素の流量および第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量の合計値とマスフローメータ９８によって得られた処理ガスの流量の測定値とを比較してガス供給部９０の異常を検出する。上記の例であれば、第１マスフローコントローラ９４によって制御された窒素の流量（１００リットル／分）と第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量（５．５リットル／分）との合計値は１０５．５リットル／分である。検出部３１は、その合計値である１０５．５リットル／分とマスフローメータ９８の測定値とを比較する。ガス漏れが生じていなければ、マスフローメータ９８によって測定された処理ガスの流量は１０５．５リットル／分となり、上記の合計値とマスフローメータ９８の測定値とは一致する。また、ガス漏れが生じていた場合には、マスフローメータ９８によって測定された処理ガスの流量は１０５．５リットル／分よりも少なくなり、当該合計値とマスフローメータ９８の測定値とに差異が生じる。
【００８３】
そして、本実施形態では検出部３１は、上記の合計値とマスフローメータ９８の測定値との差異が第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量（５．５リットル／分）よりも大きいときにはガス供給部９０に異常が発生していると判定する。すなわち、マスフローメータ９８の測定値が１００リットル／分未満であるときには、検出部３１はガス供給部９０に異常が発生していると判定する。アンモニアのガス漏れが生じていた場合には、上記の合計値とマスフローメータ９８の測定値との差異が第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量以下となるはずである。従って、上記の合計値とマスフローメータ９８の測定値との差異が第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量よりも大きいということは、窒素のガス漏れが生じていることを示している。このため、検出部３１は、上記の合計値とマスフローメータ９８の測定値との差異が第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量よりも大きいときにはガス供給部９０に異常が発生していると判定するのである。
【００８４】
検出部３１によってガス供給部９０に異常が発生していると判定されたときには、制御部３が第１バルブ９６および第２バルブ９７を閉止してガス供給部９０からのガス供給を停止するとともに、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの処理を中断する。また、制御部３がガス漏れのアラームを発報するようにしても良い。これにより、半導体ウェハーＷの処理不良を防止することができる。
【００８５】
このように本実施形態においては、合流配管９３にマスフローメータ９８を設け、第１マスフローコントローラ９４によって制御された窒素の流量および第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量の合計値とマスフローメータ９８によって得られた処理ガスの流量の測定値とを比較することにより、ガス配管からのガス漏れを確実に検出することができる。なお、第１マスフローコントローラ９４および／または第２マスフローコントローラ９５の流量制御が正常でないために、上記の合計値とマスフローメータ９８の測定値とが一致しないことも考えられる。このため、第１マスフローコントローラ９４は不活性ガス配管９１を流れる窒素の流量を計測して制御すべき流量と一致しているか否かを確認するとともに、第２マスフローコントローラ９５は反応性ガス配管９２を流れるアンモニアの流量を計測して制御すべき流量と一致しているか否かを確認する。これにより、第１マスフローコントローラ９４および第２マスフローコントローラ９５の流量制御の異常は検出されることとなる。すなわち、第１マスフローコントローラ９４および第２マスフローコントローラ９５とマスフローメータ９８とによって、ガス供給部９０の異常を二重に判定しているのである。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、検出部３１は、第１マスフローコントローラ９４によって制御された窒素の流量および第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量の合計値とマスフローメータ９８によって得られた処理ガスの流量の測定値とが一致していなければ異常が発生していると判定するようにしても良い。当該合計値と測定値とが一致していないことは、不活性ガス配管９１、反応性ガス配管９２および合流配管９３のいずれかに配管の外れや継手の緩みが生じてガス漏れが生じていることを示している。よって、当該合計値と測定値とが一致していない場合に、検出部３１がガス供給部９０に異常が発生していると判定するようにしても良い。この場合、アンモニアのガス漏れが生じていた場合にも異常として検出されることとなる。
【００８７】
また、検出部３１は、第１マスフローコントローラ９４によって制御された窒素の流量および第２マスフローコントローラ９５によって制御されたアンモニアの流量の合計値とマスフローメータ９８によって得られた処理ガスの流量の測定値との差異が所定の閾値以上であれば異常が発生していると判定するようにしても良い。閾値は、測定誤差や機差に基づいて決定するのが好ましい。このようにすれば、測定誤差や機差を考慮して異常の判定を行うことができる。
【００８８】
また、不活性ガス配管９１から送給する不活性ガスは窒素に限定されるものではなく、窒素、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）からなる群から選択された１のガスであれば良い。同様に、反応性ガス配管９２から送給する反応性ガスもアンモニアに限定されるものではなく、アンモニア、水素（Ｈ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、酸素（Ｏ２）からなる群から選択された１のガスであれば良い。水素は可燃性ガスであり、亜酸化窒素、三フッ化窒素および酸素は支燃性ガス（助燃性ガス）である。
【００８９】
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【００９０】
また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイに用いるガラス基板や太陽電池用の基板であっても良い。
【符号の説明】
【００９１】
１  熱処理装置
３  制御部
４  ハロゲン加熱部
５  フラッシュ加熱部
６  チャンバー
７  保持部
１０  移載機構
３１  検出部
６５  熱処理空間
７４  サセプタ
７５  保持プレート
７７  基板支持ピン
９０  ガス供給部
９１  不活性ガス配管
９２  反応性ガス配管
９３  合流配管
９４  第１マスフローコントローラ
９５  第２マスフローコントローラ
９６  第１バルブ
９７  第２バルブ
９８  マスフローメータ
ＦＬ  フラッシュランプ
ＨＬ  ハロゲンランプ
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2018195689.tif 000003
【図２】
2018195689.tif 000004
【図３】
2018195689.tif 000005
【図４】
2018195689.tif 000006
【図５】
2018195689.tif 000007
【図６】
2018195689.tif 000008
【図７】
2018195689.tif 000009
【図８】
2018195689.tif 000010