(57)【要約】【課題】チャンバー内で基板の割れが発生した場合であっても、基板の破片の真空ポンプへの巻き込みを抑制しつつチャンバー内を排気することができる熱処理装置の排気方法を提供する。【解決手段】半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６内にアンモニア雰囲気を形成した状態にてフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射して加熱処理を行う。フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷの割れが発生したときには、一旦チャンバー６への給排気を停止した後、定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行う。定常排気流量とは、半導体ウェハーＷの加熱処理が行われているときの排気流量である。これにより、半導体ウェハーＷの破片の真空ポンプへの巻き込みを抑制しつつチャンバー６内を排気してアンモニアを排出することができる。【選択図】図１
2019029444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内にて基板の加熱処理を行う熱処理装置の排気方法であって、
基板を収容した前記チャンバー内に所定の処理ガスを供給するとともに、真空ポンプによって前記チャンバーから第１の排気流量にて排気を行いつつ、前記基板の加熱処理を行う熱処理工程と、
前記チャンバー内にて加熱処理中の前記基板の割れが検出されたときに、前記チャンバーへの前記処理ガスの供給および前記チャンバーからの排気を停止する給排気停止工程と、
前記給排気停止工程の後、前記真空ポンプによって前記チャンバーから前記第１の排気流量よりも小さい第２の排気流量にて排気を行って前記チャンバー内を減圧する減圧工程と、
前記チャンバー内が所定の気圧にまで減圧された後、前記チャンバー内に不活性ガスを供給して前記チャンバー内を大気圧に復圧する復圧工程と、
を備えることを特徴とする熱処理装置の排気方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理装置の排気方法において、
前記減圧工程では、前記チャンバーからの排気流量を前記第１の排気流量よりも小さい範囲で増加させることを特徴とする熱処理装置の排気方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理装置の排気方法において、
前記真空ポンプと前記チャンバーとを連通接続する排気ラインにフィルターが設けられることを特徴とする熱処理装置の排気方法。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理装置の排気方法において、
前記排気ラインは径の異なる複数本のバイパスラインに分岐され、
前記複数本のバイパスラインのそれぞれの開閉によって前記チャンバーからの排気流量を調整することを特徴とする熱処理装置の排気方法。
【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の排気方法において、
前記熱処理工程では、前記チャンバー内に反応性ガスを供給することを特徴とする熱処理装置の排気方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置の排気方法において、
前記熱処理工程では、フラッシュランプから前記基板にフラッシュ光を照射して加熱処理を行うことを特徴とする熱処理装置の排気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー内にて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）の加熱処理を行う熱処理装置において当該基板の割れが発生したときの当該熱処理装置の排気方法に関する。
【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】
一方、フラッシュランプアニールをアンモニア等の反応性ガスの雰囲気中にて行うことも試みられている。例えば、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、高誘電率ゲート絶縁膜を形成した基板に対してアンモニア雰囲気中にてフラッシュ光を照射して加熱することにより、当該高誘電率ゲート絶縁膜の窒化処理を行うことが開示されている。高誘電率ゲート絶縁膜(high-k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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【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】
【０００７】
ところで、フラッシュランプアニールでは、極めて照射時間が短くかつ強いエネルギーを有するフラッシュ光を照射して極短時間で半導体ウェハーの表面を昇温するため、表面近傍のみに急激な熱膨張が生じてチャンバー内で半導体ウェハーが割れることがある。半導体ウェハーの割れが発生した場合には、チャンバーを開放して割れた半導体ウェハーの破片を回収してチャンバー内を清掃する必要がある。
【０００８】
しかしながら、チャンバー内にアンモニア等の反応性ガスの雰囲気を形成している場合には、そのままチャンバーを開放すると有害な反応性ガスがクリーンルーム中に放出されることとなる。このため、チャンバー内の反応性ガスの雰囲気を真空ポンプ等によって一旦排気し、チャンバー内を窒素等の不活性ガスの雰囲気に置換してからチャンバーを開放しなければならない。
【０００９】
ところが、チャンバー内に割れた半導体ウェハーの破片が存在している状態でチャンバー内を排気すると、その破片が真空ポンプに巻き込まれて真空ポンプの故障の原因となる問題がある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバー内で基板の割れが発生した場合であっても、基板の破片の真空ポンプへの巻き込みを抑制しつつチャンバー内を排気することができる熱処理装置の排気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、チャンバー内にて基板の加熱処理を行う熱処理装置の排気方法において、基板を収容した前記チャンバー内に所定の処理ガスを供給するとともに、真空ポンプによって前記チャンバーから第１の排気流量にて排気を行いつつ、前記基板の加熱処理を行う熱処理工程と、前記チャンバー内にて加熱処理中の前記基板の割れが検出されたときに、前記チャンバーへの前記処理ガスの供給および前記チャンバーからの排気を停止する給排気停止工程と、前記給排気停止工程の後、前記真空ポンプによって前記チャンバーから前記第１の排気流量よりも小さい第２の排気流量にて排気を行って前記チャンバー内を減圧する減圧工程と、前記チャンバー内が所定の気圧にまで減圧された後、前記チャンバー内に不活性ガスを供給して前記チャンバー内を大気圧に復圧する復圧工程と、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の排気方法において、前記減圧工程では、前記チャンバーからの排気流量を前記第１の排気流量よりも小さい範囲で増加させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理装置の排気方法において、前記真空ポンプと前記チャンバーとを連通接続する排気ラインにフィルターが設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る熱処理装置の排気方法において、前記排気ラインは径の異なる複数本のバイパスラインに分岐され、前記複数本のバイパスラインのそれぞれの開閉によって前記チャンバーからの排気流量を調整す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の排気方法において、前記熱処理工程では、前記チャンバー内に反応性ガスを供給することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置の排気方法において、前記熱処理工程では、フラッシュランプから前記基板にフラッシュ光を照射して加熱処理を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１から請求項６の発明によれば、チャンバー内にて加熱処理中の基板の割れが検出されたときに、真空ポンプによってチャンバーから加熱処理中の排気流量よりも小さい排気流量にて排気を行ってチャンバー内を減圧するため、チャンバー内に強い排気流は形成されず、基板の破片の真空ポンプへの巻き込みを抑制しつつチャンバー内を排気することができる。
【００１８】
特に、請求項２の発明によれば、減圧工程にてチャンバーからの排気流量を増加させるため、迅速にチャンバー内を排気することができる。
【００１９】
特に、請求項３の発明によれば、排気ラインにフィルターが設けられるため、わずかに排気ラインに引き込まれた基板の破片はフィルターによって除去され、当該破片が真空ポンプに巻き込まれることは確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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】排気部の構成を示す図である。
【図９】ウェハー割れ発生後のチャンバーに対する給排気を示すタイミングチャートである。
【図１０】ウェハー割れ発生後のチャンバー内の圧力変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
まず、本発明に係る排気方法の対象となる熱処理装置の構成について説明する。図１は、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にはゲート絶縁膜として高誘電率膜(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膜の成膜後熱処理(PDA:Post Deposition Anneal)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。
【００２３】
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。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２）およびアンモニア（ＮＨ３））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を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は処理ガス供給源８５に接続されている。処理ガス供給源８５は、制御部３の制御下にて、窒素ガス、または、アンモニアと窒素ガスとの混合ガスを処理ガスとしてガス供給管８３に送給する。また、ガス供給管８３の経路途中には供給バルブ８４および流量調整バルブ９０が介挿されている。供給バルブ８４が開放されると、処理ガス供給源８５から緩衝空間８２に処理ガスが送給される。ガス供給管８３を流れて緩衝空間８２に送給される処理ガスの流量は流量調整バルブ９０によって調整される。流量調整バルブ９０が規定する処理ガスの流量は制御部３の制御によって可変とされる。緩衝空間８２に流入した処理ガスは、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、処理ガスは窒素ガス、アンモニアに限定されるものではなく、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）などの不活性ガス、または、酸素（Ｏ２）、水素（Ｈ２）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）、一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）などの反応性ガスであっても良い。
【００３０】
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の経路途中には排気バルブ８９が介挿されている。排気バルブ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。
【００３１】
図８は、排気部１９０の構成を示す図である。排気部１９０は、真空ポンプ１９１、流量調整バルブ１９６、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９、および、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４を備える。ガス排気管８８は３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９に分岐される。ガス排気管８８および３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９によってチャンバー６からの排気を導く排気ラインが構成される。チャンバー６と真空ポンプ１９１とはガス排気管８８および３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９を介して連通接続される。３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は並列に設けられている。３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は、その配管径が互いに異なる。バイパスライン１９９の径が最も小さく、例えばガス排気管８８の径の４分の１である。一方、バイパスライン１９７の径が最も大きく、例えばガス排気管８８の径と同じである。バイパスライン１９８の径はそれらの間であり、例えばガス排気管８８の径の８分の３である。よって、通過可能な気体の流量はバイパスライン１９７，１９８，１９９の順に小さくなる。
【００３２】
３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４は、それぞれ３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９に設けられる。すなわち、最も太いバイパスライン１９７には排気バルブ１９２が介挿され、中間のバイパスライン１９８には排気バルブ１９３が介挿され、最も細いバイパスライン１９９には排気バルブ１９４が介挿される。真空ポンプ１９１を作動させつつ、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４を開放すると、ガス排気管８８によって導かれたチャンバー６からの排気が対応するバイパスライン１９７，１９８，１９９を通過して真空ポンプ１９１に吸引される。
【００３３】
３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は配管径が異なるため、排気能力が異なる。配管径が大きいほど排気能力も大きくなり、バイパスライン１９９，１９８，１９７の順に排気能力は大きくなる。従って、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４のうちのいずれを開閉するかによってチャンバー６からの排気流量を制御することができる。３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４のいずれか１つのみを開放しても良いし、２つまたは３つを開放しても良い。例えば、排気バルブ１９２，１９３を閉止して排気バルブ１９４のみを開放した場合には、最も小さな排気流量での排気が行われる。また、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４の全てを開放した場合には、最も大きな排気流量での排気が行われる。すなわち、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９のそれぞれの開閉によってチャンバー６からの排気流量を調整することができるのである。
【００３４】
また、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９の合流部分と排気ポンプ１９１との間に流量調整バルブ１９６が介挿されている。排気ラインによるチャンバー６からの排気流量は流量調整バルブ１９６によっても調整可能である。流量調整バルブ１９６が規定する排気流量は制御部３の制御によって可変とされる。３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９が不連続かつ多段に排気流量を調整する機構であるのに対して、流量調整バルブ１９６は連続的に無段階で排気流量を調整する機構であると言える。
【００３５】
また、ガス排気管８８にはフィルター９３が設けられている。フィルター９３は、ガス排気管８８を流れる排気流から比較的大きな粉塵等を除去する。
【００３６】
ガス供給管８３、ガス排気管８８、および、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９は強度と耐食性に優れたステンレススチールによって構成されている。また、チャンバー６内には熱処理空間６５の圧力を測定する圧力計１８０が設けられている。
【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棒状のガラス管（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】
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。また、制御部３は、供給バルブ８４、排気バルブ８９、流量調整バルブ９０、流量調整バルブ１９６、真空ポンプ１９１、および、３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４を制御してチャンバー６内の熱処理空間６５の圧力、給気流量および排気流量を調整する。
【００５９】
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。
【００６０】
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、ゲート絶縁膜として高誘電率膜が形成されたシリコンの半導体基板である。高誘電率膜は、例えばＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)やＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)等の手法によって半導体ウェハーＷの表面に堆積されて成膜されている。その半導体ウェハーＷに対して熱処理装置１がアンモニア雰囲気中にてフラッシュ光を照射して成膜後熱処理（ＰＤＡ）を行うことにより、成膜後の高誘電率膜中の欠陥を消滅させる。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。
【００６１】
まず、高誘電率膜が形成された半導体ウェハーＷが熱処理装置１のチャンバー６に搬入される。半導体ウェハーＷの搬入時には、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を介して高誘電率膜が形成された半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。この際に、チャンバー６の内外はともに大気圧であるため、半導体ウェハーＷの搬入にともなってチャンバー６内の熱処理空間６５に装置外雰囲気が巻き込まれる。そこで、供給バルブ８４を開放して処理ガス供給源８５からチャンバー６内に窒素ガスを供給し続けることによって搬送開口部６６から窒素ガス流を流出させ、装置外部の雰囲気がチャンバー６内の流入するのを最小限に抑制するようにしても良い。さらに、ゲートバルブ１８５の開放時には、排気バルブ８９を閉止してチャンバー６からの排気を停止するのが好ましい。これにより、チャンバー６内に供給された窒素ガスは搬送開口部６６のみから流出することとなるため、外部雰囲気の流入をより効果的に防ぐことができる。
【００６２】
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。
【００６３】
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、高誘電率膜が成膜された表面を上面としてサセプタ７４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。
【００６４】
半導体ウェハーＷがチャンバー６に収容され、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖された後、チャンバー６内を大気圧よりも低い気圧に減圧する。具体的には、搬送開口部６６が閉鎖されることによって、チャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間となる。この状態にて、給気のための供給バルブ８４を閉止しつつ、排気バルブ８９を開放する。また、制御部３は、真空ポンプ１９１を作動させつつ、３本のバイパスライン１９７，１９８，１９９のうち最も配管径が小さいバイパスライン１９９に設けられた排気バルブ１９４を開放する。他の排気バルブ１９２，１９３は閉止されている。これにより、チャンバー６内に対してはガス供給が行われることなく排気が行われることとなり、チャンバー６内の熱処理空間６５が減圧される。
【００６５】
続いて、チャンバー６内が所定の圧力にまで減圧された時点で制御部３が３つの排気バルブ１９２，１９３，１９４の全てを開放する。これにより、チャンバー６からの排気流量が増大し、排気速度も速くなる。すなわち、減圧の初期段階では小さな排気流量で排気を行った後に、それよりも大きな排気流量に切り換えて排気を行っているのである。減圧の開始時から大きな排気流量にて急速に排気を行うと、チャンバー６内に大きな気流変化が生じてチャンバー６の構造物（例えば、下側チャンバー窓６４）に付着していたパーティクルが巻き上げられて半導体ウェハーＷに再付着して汚染するおそれがある。減圧の初期段階では小さな排気流量で静かに排気を行った後に、大きな排気流量に切り換えて排気を行うようにすれば、そのようなチャンバー６内のパーティクルの巻き上げを防止することができる。なお、本実施形態では、流量調整バルブ１９６の流量は一定である。
【００６６】
次に、排気バルブ８９および排気バルブ１９２，１９３，１９４を開放しつつ、処理ガス供給源８５からチャンバー６内の熱処理空間６５にアンモニアと希釈ガスとしての窒素ガスとの混合ガスを供給する。その結果、チャンバー６内にて保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周辺には減圧状態にて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、特に限定されるものではなく適宜の値とすることができるが、例えば１０vol.％以下であれば良い（本実施形態では約２．５vol.％）。
【００６７】
次に、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して半導体ウェハーＷの予備加熱（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の下面に照射される。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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、高誘電率膜が成膜された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することによって、高誘電率膜を含む半導体ウェハーＷの表面は瞬間的に処理温度Ｔ２にまで昇温して成膜後熱処理が実行される。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。
【００７３】
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にまで昇温して成膜後熱処理が実行されると、高誘電率膜の窒化が促進されるとともに、高誘電率膜中に存在していた点欠陥等の欠陥が消滅する。なお、フラッシュランプＦＬからの照射時間は０．１ミリセカンド以上１００ミリセカンド以下程度の短時間であるため、半導体ウェハー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。フラッシュ光照射後の半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２からただちに急速に下降する。
【００７４】
フラッシュ加熱処理の終了後、供給バルブ８４を閉止してチャンバー６内を再び減圧する。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５から有害なアンモニアを排出することができる。続いて、排気バルブ８９を閉止して給気のための供給バルブ８４を開放し、処理ガス供給源８５からチャンバー６内に窒素ガスを供給して常圧（大気圧）にまで復圧する。また、ハロゲンランプＨＬも消灯し、これによって半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１からも降温する。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、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。
【００７５】
ところで、既述したように、フラッシュ加熱時には、極めて照射時間が短くかつ強いエネルギーを有するフラッシュ光を照射して極短時間で半導体ウェハーＷの表面を昇温するため、表面近傍のみに急激な熱膨張が生じてチャンバー６内で半導体ウェハーＷが割れることがある。フラッシュ加熱時に半導体ウェハーＷの割れが発生した場合には、チャンバー６内の有害なアンモニアを排出して窒素雰囲気に置換した後に、チャンバー６を開放して割れた半導体ウェハーＷの破片を回収する必要がある。以下、フラッシュ加熱時にチャンバー６内で半導体ウェハーＷの割れが発生したときのチャンバー６に対する給排気プロセスについて説明を続ける。
【００７６】
図９は、ウェハー割れ発生後のチャンバー６に対する給排気を示すタイミングチャートである。また、図１０は、ウェハー割れ発生後のチャンバー６内の圧力変化を示す図である。図９に示す”太ライン”、”中ライン”、”細ライン”の開閉とは、それぞれバイパスライン１９７，１９８，１９９に設けられた排気バルブ１９２，１９３，１９４の開閉状態を示すものである。すなわち、太ラインが開とは、最も太いバイパスライン１９７に設けられた排気バルブ１９２が開放されている状態である。同様に、中ラインが開とは、中間のバイパスライン１９８に設けられた排気バルブ１９３が開放されている状態であり、細ラインが開とは、最も細いバイパスライン１９９に設けられた排気バルブ１９４が開放されている状態である。また、図９に示す”供給ライン”の開閉とは、ガス供給管８３に設けられた供給バルブ８４の開閉状態を示すものである。
【００７７】
熱処理装置１のチャンバー６内に収容された半導体ウェハーＷの加熱処理を行っているときには、供給ライン（ガス供給管８３）が開放されてチャンバー６内に処理ガス（アンモニアと窒素ガスとの混合ガス）が供給されるとともに、太ライン（バイパスライン１９７）、中ライン（バイパスライン１９８）、細ライン（バイパスライン１９９）の全てが開放されて真空ポンプ１９１によってチャンバー６から排気が行われている。すなわち、半導体ウェハーＷの加熱処理を行っているときには、太ライン、中ライン、細ラインの全てが開放されて最大排気流量にてチャンバー６からの排気が行われているのである。以降、半導体ウェハーＷの加熱処理が行われているときの太ライン、中ライン、細ラインの全てが開放されているときのチャンバー６からの排気流量を「定常排気流量（第１の排気流量）」とする。
【００７８】
フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光を照射し、半導体ウェハーＷの表面が瞬間的に昇温して急激に熱膨張し、時刻ｔ１に半導体ウェハーＷの割れが発生したとする。半導体ウェハーＷの割れは、熱処理装置１に設けられた割れ検知センサーによって検知される。割れ検知センサーとしては、例えば放射温度計２０を用いることができる。具体的には、フラッシュ光照射直後に急激に昇温する半導体ウェハーＷの表面からの熱伝導によって裏面の温度も少し上昇するのであるが、半導体ウェハーＷの割れが発生したときには、そのような温度上昇を放射温度計２０が検出することができない。よって、フラッシュ光照射直後に放射温度計２０の温度測定値が上昇しない場合には、制御部３はウェハー割れが発生したものと判定する。なお、割れ検知センサーは、放射温度計２０に限定されるものではなく、その他の手段によっても良い。
【００７９】
時刻ｔ１に半導体ウェハーＷの割れが検出されると、制御部３は熱処理装置１における加熱処理を直ちに停止し、太ライン、中ライン、細ラインおよび供給ラインの全てを閉止する。これにより、チャンバー６へのガス供給が停止されるとともに、チャンバー６からの排気も停止され、チャンバー６内に割れた半導体ウェハーの破片とともにアンモニア雰囲気が閉じ込められることとなる。また、熱処理装置１における加熱処理が停止された後、熱処理装置１のオペレータがチャンバー６の内部を目視にて確認する。具体的には、オペレータがチャンバー６の上側に設けられているフラッシュ加熱部５を移動させ、上側チャンバー窓６３を介してチャンバー６の内部を目視にて確認するのである。
【００８０】
オペレータは、チャンバー６内における半導体ウェハーＷの割れの有無および割れの状態を確認する。割れ検知センサーによって半導体ウェハーＷの割れが検出されたものの、誤検出（つまり、実際には半導体ウェハーＷは割れていない）の場合もある。半導体ウェハーＷが割れていない場合には、オペレータが熱処理装置１の動作を再開させる。一方、半導体ウェハーＷが割れている場合には、オペレータはその割れの状態を確認する。典型的には、シリコンの半導体ウェハーＷが割れるときには、幾つかの大きな破片に割れる場合（クリービング）と、微細な粉状の破片に割れる場合（シャッタリング）とがある。オペレータは、半導体ウェハーＷがどのように割れているかも確認するのである。
【００８１】
次に、時刻ｔ２にオペレータの操作によって細ライン（バイパスライン１９９）が開放される。時刻ｔ２の時点では、細ラインのみが開放されて太ライン、中ラインおよび供給ラインは閉止されたままである。細ラインが開放されると、真空ポンプ１９１によってチャンバー６内からの排気が行われる。この時点では、細ラインのみが開放されているため、チャンバー６からの排気流量は上記の定常排気流量（半導体ウェハーＷの加熱処理が行われているときの排気流量）よりも小さい。そして、図１０に示すように、時刻ｔ２からチャンバー６内にガス供給を行うことなく、細ラインによる排気を開始することによって、チャンバー６内の圧力が徐々に減圧される。なお、時刻ｔ１に半導体ウェハーＷの割れが検出されて太ライン、中ライン、細ラインおよび供給ラインの全てが閉止された後は、排気が開始される時刻ｔ２までチャンバー６内の圧力は一定に維持されている。
【００８２】
細ラインによる排気が開始されることによって、チャンバー６内からアンモニアが排出される。また、チャンバー６内には割れた半導体ウェハーＷの破片が存在しているのであるが、細ラインのみによって定常排気流量よりも顕著に小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うことにより、チャンバー６内に強い排気流は形成されず、そのような破片がチャンバー６からガス排気管８８に入り込むことは抑制される。若干の破片がガス排気管８８に入り込むことはあるが、その破片はフィルター９３によって除去される。すなわち、チャンバー６内に存在している半導体ウェハーＷの破片がフィルター９３を通過しない程度の排気流量にて排気が行われているのである。その結果、半導体ウェハーＷの破片が真空ポンプ１９１に巻き込まれるのを防いで真空ポンプ１９１の故障を防止することができる。
【００８３】
細ラインによってチャンバー６内の雰囲気が排気され、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ１にまで減圧された時刻ｔ３にオペレータの操作または制御部３の制御によって細ラインに加えて中ライン（バイパスライン１９８）が開放される。チャンバー６内の圧力は圧力計１８０によって測定されている。細ラインおよび中ラインが開放されると、チャンバー６からの排気流量は細ラインのみのとき（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間）よりも増加する。ただし、時刻ｔ３以降の細ラインおよび中ラインが開放されているときのチャンバー６からの排気流量も定常排気流量よりは小さい。そして、時刻ｔ３からチャンバー６内にガス供給を行うことなく、細ラインおよび中ラインによる排気を開始することによって、チャンバー６内の圧力がさらに減圧される。なお、気圧Ｐ１は、例えば約２０ｋＰａである。
【００８４】
細ラインおよび中ラインによる排気を行うことによって、チャンバー６内からさらにアンモニアが排出される。また、より小さな排気流量にて排気を行ってから排気流量を増加させることにより、チャンバー６内に大きな気流変化が生じるのを防止して半導体ウェハーＷの破片がガス排気管８８に入り込むことを最小限に抑制している。ガス排気管８８に入り込んだわずかな破片はフィルター９３によって除去される。すなわち、時刻ｔ３以降においても、チャンバー６内に存在している半導体ウェハーＷの破片がフィルター９３を通過しない程度の排気流量にて排気が行われているのである。これにより、半導体ウェハーＷの破片が真空ポンプ１９１に巻き込まれるのを防止することができる。
【００８５】
細ラインおよび中ラインによってチャンバー６内の雰囲気がさらに排気され、チャンバー６内の圧力が気圧Ｐ２にまで減圧された時刻ｔ４にオペレータの操作または制御部３の制御によって細ラインおよび中ラインが閉止される。それと同時に、供給ラインが開放されて処理ガス供給源８５からチャンバー６内に窒素ガスを供給する。太ライン、中ラインおよび細ラインの全てが閉止されてチャンバー６から排気を停止した状態でチャンバー６内に窒素ガスを供給することによってチャンバー６内は大気圧（約101325Pa）にまで復圧される。なお、気圧Ｐ２は、例えば約１００Ｐａである。
【００８６】
チャンバー６内が気圧Ｐ２にまで減圧されることによって、チャンバー６内のアンモニアはチャンバー６を開放しても問題の無いレベルにまで排出されることとなる。その状態から窒素ガスを供給してチャンバー６内を大気圧にまで復圧することにより、チャンバー６をアンモニア雰囲気から窒素雰囲気に置換しているのである。なお、かかるチャンバー６内の減圧と復圧とを複数回繰り返すようにしても良い。そして、チャンバー６内が大気圧にまで復圧されて窒素雰囲気に置換された後、オペレータがチャンバー６を開放して割れた半導体ウェハーＷの破片を回収し、チャンバー６内を清掃する。
【００８７】
このように本実施形態においては、フラッシュ加熱により半導体ウェハーＷの割れが発生したときに、一旦チャンバー６への給排気を停止した後、定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行った後に、チャンバー６内に窒素ガスを供給して大気圧にまで復圧してからチャンバー６を開放して半導体ウェハーＷの破片を回収している。
【００８８】
定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うことによって、半導体ウェハーＷの破片をガス排気管８８に引き込むことを抑制しつつ、チャンバー６内から有害なアンモニアを排出することができる。すなわち、チャンバー６内で半導体ウェハーＷの割れが発生した場合であっても、半導体ウェハーＷの破片の真空ポンプ１９１への巻き込みを抑制しつつチャンバー６内を排気することができるのである。半導体ウェハーＷの破片がわずかにガス排気管８８に引き込まれたとしても、その破片はフィルター９３によって除去されるため、真空ポンプ１９１が破片を巻き込んで故障することは防止される。
【００８９】
また、半導体ウェハーＷの割れ発生後にチャンバー６から排気を行うときには、細ラインのみによって排気を行った後に、細ラインおよび中ラインによって排気を行うことにより排気流量を増加させている。細ラインのみの小さい排気流量にてチャンバー６内を気圧Ｐ２にまで減圧するのには相当な長時間を要する。一方、最初から細ラインおよび中ラインによって比較的大きな排気流量にて排気を行うと、チャンバー６内に大きな気流変化が生じて割れた半導体ウェハーの破片がガス排気管８８に引き込まれやすくなる。本実施形態のように、初期段階ではチャンバー６から小さな排気流量にて排気を行ってから排気流量を増加させれば、チャンバー６内に大きな気流変化を生じさせることなく、チャンバー６内を比較的短時間で気圧Ｐ２にまで減圧することができる。これにより、半導体ウェハーＷの破片の真空ポンプ１９１への巻き込みを効果的に抑制しつつチャンバー６内を比較的短時間で排気することができる。
【００９０】
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、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷの割れが発生したときに、チャンバー６から細ライン（バイパスライン１９９）のみによって排気を行った後に、細ラインおよび中ライン（バイパスライン１９８）によって排気を行って排気流量を増加させるようにしていたが、ウェハー割れ発生時の排気形態はこれに限定されるものではない。例えば、太ライン（バイパスライン１９７）によって排気を行うようにしても良いし、太ラインおよび中ラインによって排気を行うようにしても良い。また、排気の途中で排気流量を増加させる必要は必ずしもなく、初期段階から一定の排気流量にてチャンバー６内を気圧Ｐ２にまで減圧するようにしても良い。
【００９１】
要するに、半導体ウェハーＷの割れが発生したときには、少なくとも定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うようにすれば良い。具体的には、３本の太ライン、中ライン、細ラインのうち１本または２本のラインを開放してチャンバー６から排気を行うようにすれば良い。太ライン、中ラインおよび細ラインのうちいずれを開放するかは、チャンバー６内における半導体ウェハーＷの割れの状態に応じて決定するのが好ましく、半導体ウェハーＷの破片がフィルター９３を通過しない程度の排気流量にて排気を行うようにすれば良い。例えば、半導体ウェハーＷの破片が比較的大きく、チャンバー６内に多少強い排気流が形成されても当該破片がガス排気管８８に引き込まれるおそれの無い場合には、比較的大きな排気流量（例えば、太ラインおよび中ラインを開放）にてチャンバー６から排気を行うようにすれば迅速にアンモニアを排出することができる。逆に、半導体ウェハーＷの破片が比較的小さく、当該破片がガス排気管８８に容易に引き込まれるおそれのある場合には、比較的小さな排気流量（例えば、細ラインのみ開放）にてチャンバー６から排気を行うのが好ましい。
【００９２】
また、上記実施形態においては、３本の太ライン、中ライン、細ラインの開閉の組み合わせによってチャンバー６からの排気流量を調整するようにしていたが、これに限定されるものではなく、流量調整バルブ１９６によって排気流量を調整するようにしても良い。すなわち、半導体ウェハーＷの割れが発生したときに、太ライン、中ラインおよび細ラインの全てを開放したまま、流量調整バルブ１９６によって定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うようにしても良い。流量調整バルブ１９６であれば、より細かな排気流量の調整を行うことが可能である。
【００９３】
また、上記実施形態においては、ガス排気管８８に破片を除去するためのフィルター９３を設けていたが、フィルター９３は必ずしも必須の要素ではない。フィルター９３を設けていない場合であっても、定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うことによって、半導体ウェハーＷの破片の真空ポンプ１９１への巻き込みを抑制することはできる。典型的には、真空ポンプ１９１は、多少の微細な粉塵を吸引しても問題は無い設計となっている。従って、定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うことによって、半導体ウェハーＷの比較的大きな破片の真空ポンプ１９１への巻き込みを抑制することができれば、多少の粉状の破片が真空ポンプ１９１に吸引されたとしても真空ポンプ１９１が故障することは防止される。
【００９４】
また、上記実施形態においては、半導体ウェハーＷの加熱処理時にチャンバー６内にアンモニアの雰囲気を形成していたが、水素、一酸化窒素、亜酸化窒素、二酸化窒素などの他の反応性ガスの雰囲気をチャンバー６内に形成している場合であっても、本発明に係る技術を好適に適用することができる。反応性ガスの雰囲気が形成されているチャンバー６内にて半導体ウェハーＷの割れが発生したときに、定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うことによって、半導体ウェハーＷの破片の真空ポンプ１９１への巻き込みを抑制しつつ、チャンバー６内から有害な反応性ガスを排出することができる。
【００９５】
さらには、チャンバー６内に反応性ガスの雰囲気が形成されていない場合（例えば、チャンバー６内が窒素雰囲気とされている場合）であっても、本発明に係る技術を適用することは可能である。窒素雰囲気のチャンバー６内にて半導体ウェハーＷの割れが発生したときに、定常排気流量よりも小さい排気流量にてチャンバー６から排気を行うようにすれば、比較的大きな半導体ウェハーＷの破片をガス排気管８８に引き込むことなく、微細な粉状の破片のみをチャンバー６から排出することができる。これにより、チャンバー６を開放したときの半導体ウェハーＷの破片の回収作業を容易なものとすることができる。
【００９６】
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。
【００９７】
また、熱処理装置１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。
【００９８】
また、熱処理装置１は、フラッシュランプアニール装置に限定されるものではなく、ハロゲンランプを使用した枚葉式のランプアニール装置やレーザアニール装置などのフラッシュランプ以外の熱源の装置にであっても良い。特に、加熱処理時に半導体ウェハーが割れる可能性のある装置に本発明に係る技術を好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００９９】
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
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
８４  供給バルブ
８５  処理ガス供給源
８８  ガス排気管
８９  排気バルブ
９３  フィルター
１８０  圧力計
１９０  排気部
１９１  真空ポンプ
１９２，１９３，１９４  排気バルブ
１９６  流量調整バルブ
１９７，１９８，１９９  バイパスライン
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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