(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にフラッシュ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フラッシュ光を照射するフラッシュランプと、
前記チャンバー内の雰囲気を排気する第１排気部と、
前記チャンバーに所定の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、
前記チャンバーの壁面に設けられた測定室と、
前記測定室に設けられたジルコニア式酸素濃度計と、
前記測定室内と前記チャンバー内とを連通する開口部を開閉するゲートバルブと、
前記ゲートバルブの開閉を制御する制御部と、
前記ジルコニア式酸素濃度計に酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の参照ガスを供給する参照ガス供給部と、
を備え、
前記制御部は、前記チャンバー内の圧力が安定状態のときに前記ゲートバルブを開放す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、
前記制御部は、前記第１排気部によって前記チャンバー内が大気圧未満に減圧されているときに前記ゲートバルブを開放することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
前記測定室に前記参照ガスと同じ酸素濃度のガスを供給する校正ガス供給部と、
前記測定室内の雰囲気を排気する第２排気部と、
をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項３記載の熱処理装置において、
前記測定室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部をさらに備え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、
前記ゲートバルブが開放されているときに、前記ジルコニア式酸素濃度計を前記チャンバー内に進退移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【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シリコンの薄板状精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）にフラッシュ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】
フラッシュランプアニールに限らず、半導体ウェハーを加熱する熱処理では酸化の問題が生じるため、半導体ウェハーを収容するチャンバー内の酸素濃度の管理が重要となる。特許文献１には、フラッシュランプを用いた熱処理装置のチャンバー内に酸素濃度計を設置し、処理中の酸素濃度を測定することが記載されている。一般には、加熱処理時の酸化防止のためには、チャンバー内の酸素濃度は低いほど好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２６９５９６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、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート絶縁膜として、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）よりも誘電率の高い材料（高誘電率材料）を用いた高誘電率膜（High-k膜）を形成した半導体ウェハーの熱処理にフラッシュランプアニールを適用することも検討されている。高誘電率膜は、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スタック構造として開発が進められているものである。このような高誘電率ゲート絶縁膜の熱処理にフラッシュランプアニールを適用する場合には、酸化膜厚の増大を抑制するために従来よりもさらに低酸素濃度環境が要求される。
【０００８】
このため、従来はフラッシュランプアニールは常圧で実行されていたのであるが、これを減圧雰囲気下で実行することも検討されている。減圧雰囲気でフラッシュランプアニールを実行する際には、チャンバー内の圧力が常圧と減圧との間で繰り返し大きく変動することとなる。
【０００９】
しかしながら、チャンバー内の大きな圧力変動が繰り返される場合、特許文献１に開示されるようにチャンバー内に単純に酸素濃度計を設置しただけでは、以下の理由によって酸素濃度を正確に測定できない問題が生じる。その理由の第１は、特に酸素濃度計が排気系の経路近傍に設置されている場合、排気系からの逆流（逆拡散）によって酸素濃度計周辺の酸素濃度が上昇することがあるためである。また、理由の第２は、動作温度が高温の酸素濃度計（例えば、高精度のジルコニア式酸素濃度計）の場合、チャンバー内にて減圧と復圧とが繰り返されると酸素濃度計の周辺に大きな気流が生じて酸素濃度計自体の温度が変動することとなり、正確な酸素濃度測定ができなくなるためである。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、チャンバー内に大きな圧力変動が繰り返される場合であっても正確に酸素濃度を測定することができる熱処理装置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、基板にフラッシュ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フラッシュ光を照射するフラッシュランプと、前記チャンバー内の雰囲気を排気する第１排気部と、前記チャンバーに所定の処理ガスを供給する処理ガス供給部と、前記チャンバーの壁面に設けられた測定室と、前記測定室に設けられたジルコニア式酸素濃度計と、前記測定室内と前記チャンバー内とを連通する開口部を開閉するゲートバルブと、前記ゲートバルブの開閉を制御する制御部と、前記ジルコニア式酸素濃度計に酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の参照ガスを供給する参照ガス供給部と、を備え、前記制御部は、前記チャンバー内の圧力が安定状態のときに前記ゲートバルブを開放す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、前記制御部は、前記第１排気部によって前記チャンバー内が大気圧未満に減圧されているときに前記ゲートバルブを開放することを特徴とする。
【００１４】
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において、前記測定室に前記参照ガスと同じ酸素濃度のガスを供給する校正ガス供給部と、前記測定室内の雰囲気を排気する第２排気部と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
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において、前記測定室に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部をさらに備えることを特徴とする。
【００１６】
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、前記ゲートバルブが開放されているときに、前記ジルコニア式酸素濃度計を前記チャンバー内に進退移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１から請求項５の発明によれば、ジルコニア式酸素濃度計が設けられた測定室内とチャンバー内とを連通する開口部を開閉するゲートバルブをチャンバー内の圧力が安定状態のときに開放するため、チャンバー内に大きな圧力変動が繰り返される場合であってもその圧力変動の影響はゲートバルブによって遮断され、正確にチャンバー内の酸素濃度を測定することができる。また、ジルコニア式酸素濃度計に酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の参照ガスを供給するため、ジルコニア式酸素濃度計の測定限界をより低酸素濃度とすることができる。
【００１９】
特に、請求項３の発明によれば、測定室に参照ガスと同じ酸素濃度のガスを供給する校正ガス供給部と、測定室内の雰囲気を排気する第２排気部と、を備えるため、ジルコニア式酸素濃度計のゼロ点設定を行うことができる。
【００２０】
特に、請求項５の発明によれば、ゲートバルブが開放されているときに、ジルコニア式酸素濃度計をチャンバー内に進退移動させる移動機構を備えるため、より直接的に基板に近いチャンバー内の酸素濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】保持部を上面から見た平面図である。
【図４】保持部を側方から見た側面図である。
【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】酸素濃度測定室の構成を示す図である。
【図９】開口部が開放された状態を示す図である。
【図１０】酸素濃度測定室の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。本実施形態の熱処理装置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。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには、例えば高誘電率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 Annealing)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。
【００２４】
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。また、熱処理装置１は、チャンバー６の壁面に、酸素濃度計２１を内蔵してチャンバー６内の酸素濃度を測定する酸素濃度測定室２０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。
【００２５】
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。上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４の厚さは例えば約２８ｍｍである。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
【００２９】
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。
【００３０】
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））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の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。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。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）、重水素（Ｄ２）、アンモニア（ＮＨ３）、塩素（Ｃｌ２）、塩化水素（ＨＣｌ）、オゾン（Ｏ３）などの反応性ガスであっても良い。
【００３１】
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（第１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。バルブ８４を閉止して熱処理空間６５に処理ガスを供給することなくバルブ８９を開放して熱処理空間６５からの排気のみを行うと、チャンバー６内の熱処理空間６５が大気圧未満にまで減圧されることとなる。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。また、処理ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【００３２】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター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。
【００３３】
基台リング７１は円環形状の石英部材である。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）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、そ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。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
【００３４】
平板状のサセプター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。サセプター７４は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター７４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、サセプター７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。サセプター７４の上面には複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６はサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６は、サセプター７４と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター７４に溶接等によって取り付けるようにしても良い。
【００３５】
基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の周縁部の下面とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター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おり、保持部７は石英の一体成形部材となる。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、略円板形状のサセプター７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。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のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。半導体ウェハーＷは、５個のガイドピン７６によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。
【００３６】
また、図２および図３に示すように、サセプター７４には、上下に貫通して開口部７８および切り欠き部７７が形成されている。切り欠き部７７は、熱電対を使用した接触式温度計１３０のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、開口部７８は、放射温度計１２０がサセプター７４に保持された半導体ウェハー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。さらに、サセプター７４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。
【００３７】
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。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。
【００３８】
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がサセプター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の上端がサセプター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。
【００３９】
また、チャンバー６の側壁であるチャンバー側部６１には酸素濃度測定室２０が付設されている。図８は、酸素濃度測定室２０の構成を示す図である。酸素濃度測定室２０は、チャンバー側部６１の外壁面に固定設置される。酸素濃度測定室２０は、その内部空間に酸素濃度計２１を内蔵する。本実施形態の酸素濃度計２１は、安定化ジルコニアを用いたジルコニア式酸素濃度計である。安定化ジルコニアは、ジルコニア（ＺｒＯ２）に安定化剤としてのイットリア（Ｙ２Ｏ３）を添加したものであり、イオン伝導性に優れ、高温では固体電解質となる。高温のジルコニア固体電解質の両側で酸素濃度に差があると、高酸素濃度側では還元反応によって酸素イオン（Ｏ２−）が生成し、その酸素イオンがジルコニア固体電解質内を移動して低酸素濃度側で酸化反応によって酸素（Ｏ２）となる。ジルコニア固体電解質の両側で生じる酸化・還元反応での電子の授受によって起電力が生じ、その起電力の大きさは酸素濃度差によって規定される。従って、高温のジルコニア固体電解質の片側に酸素濃度が既知の参照ガスを接触させつつ、その反対側に測定対象となるガスを接触させたときの起電力を測定することによって、当該測定対象となるガス中の酸素濃度を測定することができる。本実施形態のジルコニア式酸素濃度計２１は、かかる原理を用いてチャンバー６内の酸素濃度を測定する。
【００４０】
酸素濃度計２１は、有底筒形状の安定化ジルコニアの内外面に電極を取り付けるとともに、安定化ジルコニアを加熱するヒータを備えて構成される（いずれも図示省略）。ヒータによって高温に加熱された安定化ジルコニアの筒部の内側には後述の参照ガス供給部１５０から酸素濃度が既知の参照ガスが供給される。その安定化ジルコニアの筒部の外側にはチャンバー６内の雰囲気が導入される。酸素濃度計２１は、安定化ジルコニアの筒部の内外面に取り付けられた電極間の起電力の大きさを測定してチャンバー６内の雰囲気中の酸素濃度を測定する。
【００４１】
また、チャンバー側部６１には、酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とを連通する開口部２３が形設されている。酸素濃度測定室２０は、チャンバー側部６１の外壁面に開口部２３を覆うように設けられている。従って、チャンバー６内の熱処理空間６５と装置外部の雰囲気とが直接に連通することはない。
【００４２】
開口部２３はゲートバルブ２２によって開閉される。すなわち、図示を省略する駆動機構によってゲートバルブ２２が移動して開口部２３を開放しているときには、酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とが開口部２３を介して連通された状態となる。逆に、当該駆動機構によってゲートバルブ２２が移動して開口部２３を閉鎖すると、酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とが遮断された状態となる。
【００４３】
また、酸素濃度測定室２０には、参照ガス供給部１５０、校正ガス供給部１６０、不活性ガス供給部１７０、および、排気部（第２排気部）１４０が付設される。参照ガス供給部１５０は、酸素濃度計２１に参照ガスを供給する。参照ガス供給部１５０は、参照ガス供給源１５１およびバルブ１５２を備える。参照ガス供給源１５１は、酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の標準ガスを参照ガスとして供給する。標準ガスとは、成分濃度（本実施形態では酸素濃度）が既知で濃度測定の基準となるガスである。制御部３の制御によってバルブ１５２が開放されると、参照ガス供給源１５１から有底筒形状の酸素濃度計２１の内側に酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の参照ガスが供給される（図９参照）。
【００４４】
校正ガス供給部１６０は、酸素濃度測定室２０の内部に校正ガスを供給する。校正ガス供給部１６０は、校正ガス供給源１６１およびバルブ１６２を備える。校正ガス供給源１６１は、上記の参照ガスと同じ酸素濃度のガスを校正ガスとして供給する。制御部３の制御によってバルブ１６２が開放されると、校正ガス供給源１６１から酸素濃度測定室２０の内部空間に校正ガス（つまり、酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下のガス）が供給される。
【００４５】
不活性ガス供給部１７０は、酸素濃度測定室２０の内部に不活性ガスを供給する。不活性ガス供給部１７０は、不活性ガス供給源１７１およびバルブ１７２を備える。不活性ガス供給源１７１は、窒素、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス（本実施形態では窒素ガス）を供給する。制御部３の制御によってバルブ１７２が開放されると、不活性ガス供給源１７１から酸素濃度測定室２０の内部空間に不活性ガスが供給される。
【００４６】
排気部１４０は、酸素濃度測定室２０の内部の気体を排気する。排気部１４０は、排気装置１４１およびバルブ１４２を備える。制御部３の制御によって排気装置１４１を作動させつつバルブ１４２を開放すると、酸素濃度測定室２０の内部の気体が排気装置１４１へと排出される。排気部１４０は、少なくともチャンバー６内の熱処理空間６５が減圧されているときの気圧以下に酸素濃度測定室２０を減圧することが可能である。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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を加熱する光照射部である。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、ゲートバルブ２２の開閉を制御して、酸素濃度計２１にチャンバー６内雰囲気中の酸素濃度を測定させる。
【００５８】
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。
【００５９】
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半導体基板である。その半導体ウェハーＷに対して熱処理装置１がフラッシュ光を照射して成膜後熱処理（ＰＤＡ:Post Deposition Annealing）を行う。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。
【００６０】
まず、処理対象となる半導体ウェハー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、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。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を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
【００６１】
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のサセプター７４に受け渡されて水平姿勢に保持される。半導体ウェハーＷは、高誘電率膜が形成された表面を上面としてサセプター７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。サセプター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。
【００６２】
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、給気のためのバルブ８４を閉止しつつ、排気のためのバルブ８９を開放する。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が大気圧未満に減圧される。なお、大気圧からの減圧開始時には、ゲートバルブ２２によって酸素濃度測定室２０への開口部２３は閉鎖されている。また、排気部１４０によって酸素濃度測定室２０内もチャンバー６内の圧力と同程度に減圧される。
【００６３】
チャンバー６内の減圧を開始してから所定時間が経過した時点で熱処理空間６５の圧力が一定となる。その圧力は排気部１９０の排気能力と外部からチャンバー６内に極微量にリークする気体量によって規定される。本実施形態においては、チャンバー６内の圧力が大気圧未満に減圧されて安定状態のときに、熱処理空間６５の雰囲気中の酸素濃度を測定する。チャンバー６内の圧力が安定状態のときとは、チャンバー６の圧力が一定に維持されている状態のときである。
【００６４】
チャンバー６内の圧力が安定状態となった後、制御部３の制御によってゲートバルブ２２が開口部２３を開放する。これにより、酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とが開口部２３を介して連通された状態となる。
【００６５】
図９は、開口部２３が開放された状態を示す図である。チャンバー６内の圧力が安定状態であるときに開口部２３が開放され、酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とが開口部２３を介して連通された状態となると、図９中矢印ＡＲ９にて示すように、熱処理空間６５から気体分子が酸素濃度測定室２０内に拡散する。その結果、酸素濃度測定室２０内の雰囲気と熱処理空間６５の雰囲気とは均一となる。すなわち、酸素濃度測定室２０内の酸素濃度は熱処理空間６５の酸素濃度と等しくなる。
【００６６】
酸素濃度測定室２０内に設置されたジルコニア式の酸素濃度計２１は、図示省略のヒータによって所定の測定温度（一般には５００℃〜８００℃）に加熱されている。また、酸素濃度計２１の内側には参照ガス供給部１５０から参照ガスが供給される。本実施形態にて使用される参照ガスは、酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の標準ガスである。
【００６７】
所定の測定温度に加熱された酸素濃度計２１の内側に酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の参照ガスが供給され、外側が熱処理空間６５の雰囲気と同じ雰囲気であると、内外の酸素濃度差に応じた起電力が酸素濃度計２１の安定化ジルコニアの筒部壁面に生じる。酸素濃度計２１は、その起電力の大きさを測定して酸素濃度測定室２０内の雰囲気中の酸素濃度、つまりチャンバー６内の雰囲気中の酸素濃度を測定する。酸素濃度計２１による測定結果は制御部３に伝達される。制御部３は、測定された酸素濃度を、例えば装置の表示パネル等に表示するようにしても良い。
【００６８】
次に、チャンバー６内の圧力が減圧された状態にて、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およびサセプター７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。半導体ウェハーＷの裏面とは、高誘電率膜が形成された表面とは反対側の主面である。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の温度が上昇する。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。
【００６９】
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の温度が接触式温度計１３０によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計１３０がサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面に切り欠き部７７を介して接触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、接触式温度計１３０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７００℃以下であり、本実施形態では４５０℃である。なお、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハーＷを昇温するときには、放射温度計１２０による温度測定は行わない。これは、ハロゲンランプＨＬから照射されるハロゲン光が放射温度計１２０に外乱光として入射し、正確な温度測定ができないためである。
【００７０】
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、接触式温度計１３０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。
【００７１】
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、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。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００７２】
ハロゲンランプＨＬからの光照射によって半導体ウェハー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。
【００７３】
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まで上昇し、半導体ウェハーＷに表面に形成された高誘電率膜の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。
【００７４】
ハロゲンランプＨＬによる半導体ウェハーＷの予備加熱、および、フラッシュランプＦＬによるフラッシュ加熱を行うときにも、ゲートバルブ２２が開口部２３を開放しており、酸素濃度計２１によってチャンバー６内の酸素濃度を測定するようにしても良い。
【００７５】
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、バルブ８４を開放してチャンバー６内に窒素ガスを供給し、チャンバー６内の圧力を大気圧にまで復圧する。このときには、ゲートバルブ２２が開口部２３を閉鎖し、酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とを遮断する。また、不活性ガス供給部１７０から酸素濃度測定室２０内に窒素を供給して、酸素濃度測定室２０内を復圧するようにしても良い。
【００７６】
降温中の半導体ウェハーＷの温度は放射温度計１２０または接触式温度計１３０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がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター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。
【００７７】
本実施形態においては、チャンバー６の壁面に酸素濃度測定室２０を設け、その室内に酸素濃度計２１を設けている。酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とを連通する開口部２３は、ゲートバルブ２２によって開閉可能とされている。そして、チャンバー６内が大気圧未満に減圧され、チャンバー６内の圧力が安定状態に移行したときにゲートバルブ２２が開口部２３を開放して、チャンバー６内の気体分子を酸素濃度測定室２０内に拡散させてチャンバー６内の雰囲気中の酸素濃度を測定している。従って、チャンバー６内の圧力変動に起因した気流や排気系からの逆拡散の影響を排除し、チャンバー６内に大きな圧力変動が繰り返される場合であっても正確にチャンバー６内の雰囲気中の酸素濃度を測定することができる。
【００７８】
また、酸素濃度計２１が酸素濃度を測定するときの基準となる参照ガスは、酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の標準ガスとされている。従来、ジルコニア式酸素濃度計の参照ガスとしては大気（酸素濃度は約２１％）を用いることが多く、この場合測定限界は約１ｐｐｍ程度であった。本実施形態のように、参照ガスとして酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の標準ガスを用いることにより、酸素濃度の測定限界を０．１ｐｐｍ程度にまで向上させることができる。その結果、より低い酸素濃度を要求されているプロセスにも対応することができる。
【００７９】
ところで、参照ガスとして酸素濃度が１ｐｐｍ以上１００ｐｐｍ以下の標準ガスを使用した場合、長時間にわたって測定を続けていると測定誤差が大きくなることがある。このため、適宜のタイミングにて酸素濃度計２１のゼロ点設定を行うことが好ましい。具体的には、ゲートバルブ２２が開口部２３を閉鎖して酸素濃度測定室２０の内部空間が密閉空間とされた状態にて、校正ガス供給部１６０が酸素濃度測定室２０内に参照ガスと同じ酸素濃度のガスを校正ガスとして供給する。酸素濃度測定時と同様に、酸素濃度計２１を所定の測定温度に加熱して参照ガス供給部１５０から酸素濃度計２１の内側に参照ガスを供給しつつ、酸素濃度計２１の外側にも当該参照ガスと同じ酸素濃度のガスを校正ガスとして供給することにより、酸素濃度計２１の内外の酸素濃度差がゼロとなる。これにより、酸素濃度計２１のゼロ点設定を行うことができ、酸素濃度計２１の測定精度を向上させることができる。ゼロ点設定作業の終了後、排気部１４０によって酸素濃度測定室２０内の校正ガスを排気する。
【００８０】
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、酸素濃度測定室２０の内部に酸素濃度計２１を固定設置していたが、酸素濃度計２１を可動式としてチャンバー６内に挿脱できるようにしても良い。
【００８１】
図１０は、酸素濃度測定室２０の他の構成例を示す図である。同図において、上記実施形態と同一の要素については同一の符号を付している。図１０に示す構成例が図８と相違するのは、酸素濃度計２１をチャンバー６内に進退移動させる駆動部２５を設けている点である。駆動部２５としては、エアシリンダやボールネジ機構等の公知の種々の直線駆動機構を採用することができる。開口部２３が開放されているときには、図１０の矢印ＡＲ１０にて示すように、駆動部２５が酸素濃度計２１を進退移動させる。酸素濃度計２１が進退移動すると、酸素濃度計２１の先端が開口部２３を通過してチャンバー６内に挿脱されることとなる。
【００８２】
上記実施形態では、酸素濃度測定時にゲートバルブ２２が開口部２３を開放すると、熱処理空間６５から酸素濃度測定室２０内に気体分子が拡散していたが、図１０の例では、酸素濃度測定時に開口部２３が開放されると、酸素濃度計２１の先端が開口部２３を通過してチャンバー６内の熱処理空間６５に挿入される。このため、より直接的に半導体ウェハーＷに近いチャンバー６内の酸素濃度を測定することができる。
【００８３】
また、上記実施形態においては、低酸素濃度が要求される高誘電率膜の成膜後熱処理をフラッシュ加熱によって行っていたが、熱処理装置１のフラッシュ加熱によって実行される処理は成膜後熱処理に限定されるものではない。例えば、半導体ウェハーＷの表面に注入された不純物の活性化やシリサイド形成を熱処理装置１のフラッシュ加熱によって実行するようにしても良い。特に、低酸素濃度が要求されるプロセスに本発明に係る技術は好適である。
【００８４】
また、上記実施形態においては、チャンバー６内の圧力を大気圧未満に減圧してフラッシュ加熱を行っていたが、一旦減圧されたチャンバー６内に窒素ガスを供給して大気圧に復圧してからフラッシュ加熱を行うようにしても良い。チャンバー６内を一旦大気圧未満にまで減圧してから窒素を供給して復圧することにより、チャンバー６内を酸素濃度を上記実施形態と同様に低下させることができる。この場合は、減圧状態で酸素濃度測定を行った後、復圧実行時にはゲートバルブ２２が開口部２３を閉鎖して窒素ガスの気流の影響が酸素濃度計２１に及ばないようにする。そして、チャンバー６内の圧力が大気圧に復圧して安定状態となった後に、再びゲートバルブ２２が開口部２３を開放して酸素濃度計２１によってチャンバー６内の雰囲気中の酸素濃度を測定するようにしても良い。
【００８５】
また、上記実施形態においては、チャンバー６の外壁面に酸素濃度測定室２０を設けていたが、チャンバー側部６１の側壁内に酸素濃度測定室２０を設けるようにしても良い。この場合であっても、酸素濃度測定室２０の内部空間とチャンバー６内の熱処理空間６５とを連通する開口部２３はゲートバルブ２２によって開閉される。
【００８６】
また、プロセスの内容に応じてチャンバー６内に反応性ガスを導入するようにしても良い。もっとも、反応性ガスの種類によっては酸素濃度計２１を使用できない場合もあるため、そのような場合は反応性ガスを導入する前の減圧状態にて酸素濃度を測定し、反応性ガス導入時にはゲートバルブ２２によって開口部２３を閉鎖し、反応性ガスが酸素濃度測定室２０に拡散しないようにする。
【００８７】
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。
【符号の説明】
【００８８】
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
２０  酸素濃度測定室
２１  酸素濃度計
２２  ゲートバルブ
２３  開口部
２５  駆動部
６１  チャンバー側部
６３  上側チャンバー窓
６４  下側チャンバー窓
６５  熱処理空間
７４  サセプター
８５  処理ガス供給源
１４０，１９０  排気部
１５０  参照ガス供給部
１６０  校正ガス供給部
１７０  不活性ガス供給部
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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