阅读说明：本技术 热处理方法 (Heat treatment method ) 是由 大森麻央 古川雅志 于 2019-07-25 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种能够将腔室内以短时间减压的热处理方法。半导体晶片(W)在形成在腔室(6)内的氨气气氛中通过来自卤素灯(HL)及闪光灯(FL)的光照射而进行加热处理。当在腔室(6)内形成氨气气氛时暂时将腔室(6)内减压。另外,在半导体晶片(W)的加热处理后也将腔室(6)内减压。在将腔室(6)内排气而减压之前,从卤素灯(HL)进行光照射而将腔室(6)内的气氛加热。通过在减压前将腔室(6)内的气氛加热,该气氛中的气体分子的热运动活化并且气体密度变小。其结果,在减压时腔室(6)内的气体分子会迅速地排出,能够将腔室(6)内以短时间减压至特定的气压为止。(The invention provides a heat treatment method capable of reducing pressure in a chamber in a short time. A semiconductor wafer (W) is subjected to a heat treatment by light irradiation from a Halogen Lamp (HL) and a Flash Lamp (FL) in an ammonia atmosphere formed in a chamber (6). When an ammonia gas atmosphere is formed in the chamber (6), the pressure in the chamber (6) is temporarily reduced. The inside of the chamber (6) is also depressurized after the heat treatment of the semiconductor wafer (W). Prior to evacuating and depressurizing the chamber (6), the atmosphere in the chamber (6) is heated by irradiating the chamber with light from a Halogen Lamp (HL). By heating the atmosphere inside the chamber (6) before depressurization, the thermal motion of the gas molecules in the atmosphere is activated and the gas density becomes small. As a result, gas molecules in the chamber (6) are rapidly discharged during depressurization, and the pressure in the chamber (6) can be reduced to a specific pressure in a short time.)

热处理方法

技术领域

本发明涉及一种通过对半导体晶片等薄板状精密电子基板(以下，简称为“基板”)照射光来将该基板加热的热处理方法。

背景技术

在半导体元件的制造工艺中，以极短时间将半导体晶片加热的闪光灯退火(FLA)受到关注。闪光灯退火是通过使用氙气闪光灯(以下，在简记为“闪光灯”时是指氙气闪光灯)将闪光照射至半导体晶片的表面，仅使半导体晶片的表面以极短时间(几毫秒以下)升温的热处理技术。

氙气闪光灯的辐射光谱分布为从紫外区域至近红外区域，波长比以往的卤素灯短，且与硅的半导体晶片的基础吸收带大致一致。因此，在从氙气闪光灯对半导体晶片照射闪光时，透过光较少而能够使半导体晶片快速升温。另外，也判明如果为几毫秒以下的极短时间的闪光照射，那么能够仅将半导体晶片的表面附近选择性地升温。

这种闪光灯退火用于需要极短时间的加热的处理，例如典型来说，用于注入至半导体晶片的杂质的活化。如果从闪光灯对利用离子注入法注入有杂质的半导体晶片的表面照射闪光，那么能够使该半导体晶片的表面仅以极短时间升温至活化温度，不会使杂质较深地扩散，而能够仅执行杂质活化。

另一方面，也尝试着在氨气等反应性气体的气氛中进行闪光灯退火。例如，在专利文献1中，揭示了在收容有形成着高介电常数栅极绝缘膜(high-k膜)的半导体晶片的腔室内形成氨气气氛，对该半导体晶片照射闪光而将之加热，由此进行高介电常数栅极绝缘膜的成膜后热处理。在专利文献1所揭示的装置中，在将收容有半导体晶片的腔室内减压之后供给氨气而在腔室内形成氨气气氛。另外，在专利文献1所揭示的装置中，于在氨气气氛中进行半导体晶片的热处理之后，将腔室内减压而将有害的氨气排出后置换为氮气气氛之后将半导体晶片搬出。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2017-045982号公报

发明内容

[发明要解决的问题]

如专利文献1所揭示，在形成氨气等反应性气体的气氛后进行半导体晶片的加热处理的情况下，必须在该加热处理的前后进行2次减压处理。也就是说，在形成氨气气氛之前将腔室内减压，并且在加热处理后也为了将氨气排出而将腔室内减压。也有时根据工艺的种类依次形成多个处理气体的气氛后进行半导体晶片的处理，在该情况下减压处理的次数会进而增加。其结果，产生如果减压处理需要长时间，那么每1片半导体晶片的处理时间变长而产量降低的问题。

本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于提供一种能够将腔室内以短时间减压的热处理方法。

[解决问题的技术手段]

为了解决所述问题，技术方案1的发明是一种热处理方法，通过对基板照射光而将该基板加热，且其特征在于包括：光照射工序，在从连续点亮灯对在腔室内保持在基座的基板进行光照射而将所述基板预加热之后，通过来自闪光灯的闪光照射而将所述基板闪光加热；减压工序，将所述腔室内的气氛排出而将所述腔室内减压；以及加热工序，在所述减压工序之前，从所述连续点亮灯进行光照射而将所述腔室内的气氛加热。

另外，技术方案2的发明是根据技术方案1的发明的热处理方法，其特征在于，所述加热工序进而也在开始所述减压工序之后继续执行。

另外，技术方案3的发明是根据技术方案1的发明的热处理方法，其特征在于，所述减压工序及所述加热工序于在所述腔室内所述基板保持在所述基座的状态下执行。

另外，技术方案4的发明是根据技术方案3的发明的热处理方法，其特征在于，所述减压工序及所述加热工序在所述光照射工序之前及之后执行。

另外，技术方案5的发明是根据技术方案1的发明的热处理方法，其特征在于，所述减压工序及所述加热工序于在所述腔室内不存在基板的状态下执行。

另外，技术方案6的发明是根据技术方案5的发明的热处理方法，其特征在于，所述减压工序及所述加热工序在所述腔室的维护前执行。

另外，技术方案7的发明是根据技术方案1至技术方案6中任一项的发明的热处理方法，其特征在于，在所述加热工序中，将所述连续点亮灯以固定电力点亮而将所述腔室内的气氛加热。

另外，技术方案8的发明是根据技术方案1至技术方案6中任一项的发明的热处理方法，其特征在于，在所述加热工序中，基于所述腔室内的气氛温度或所述基座的温度而对所述连续点亮灯的输出进行反馈控制。

[发明的效果]

根据技术方案1至技术方案8的发明，由于在将腔室内的气氛排出而将腔室内减压之前，从连续点亮灯进行光照射而将腔室内的气氛加热，所以该气氛中的气体分子的热运动活化并且气体密度变小，能够将腔室内以短时间减压。

尤其，根据技术方案2的发明，由于在开始减压工序之后也继续地从连续点亮灯进行光照射而将腔室内的气氛加热，所以能够将腔室内以更短时间减压。

附图说明

图1是表示本发明的热处理装置的构成的纵剖视图。

图2是表示保持部的全体外观的立体图。

图3是基座的俯视图。

图4是基座的剖视图。

图5是移载机构的俯视图。

图6是移载机构的侧视图。

图7是表示多个卤素灯的配置的俯视图。

图8是表示第1实施方式的半导体晶片的处理顺序的流程图。

图9是表示腔室内的压力变化的图。

图10是表示第2实施方式的腔室内气氛置换的处理顺序的流程图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明的实施方式详细地进行说明。

＜第1实施方式＞

图1是表示本发明的热处理装置1的构成的纵剖视图。图1的热处理装置1是通过对作为基板的圆板形状的半导体晶片W进行闪光照射而将该半导体晶片W加热的闪光灯退火装置。成为处理对象的半导体晶片W的尺寸并不特别限定，例如为φ300mm或φ450mm(在本实施方式中为φ300mm)。在搬入至热处理装置1之前的半导体晶片W形成着高介电常数膜(high-k膜)作为栅极绝缘膜，通过利用热处理装置1进行的加热处理来执行高介电常数膜的成膜后热处理(PDA：Post Deposition Anneal，沉积后退火)。此外，在图1及之后的各图中，为了容易理解，而根据需要将各部的尺寸或数量夸大或简化地描绘。

热处理装置1具备：腔室6，收容半导体晶片W；闪光加热部5，内置多个闪光灯FL；以及卤素加热部4，内置多个卤素灯HL。在腔室6的上侧设置着闪光加热部5，并且在下侧设置着卤素加热部4。另外，热处理装置1在腔室6的内部具备：保持部7，将半导体晶片W保持为水平姿势；以及移载机构10，在保持部7与装置外部之间进行半导体晶片W的交接。进而，热处理装置1具备对卤素加热部4、闪光加热部5及设置在腔室6的各动作机构进行控制而执行半导体晶片W的热处理的控制部3。

腔室6在筒状的腔室侧部61的上下装设石英制的腔室窗而构成。腔室侧部61具有上下开口的大致筒形状，在上侧开口装设上侧腔室窗63而封闭，在下侧开口装设下侧腔室窗64而封闭。构成腔室6的顶部的上侧腔室窗63是由石英形成的圆板形状部件，且作为使从闪光加热部5出射的闪光透过至腔室6内的石英窗发挥功能。另外，构成腔室6的底部的下侧腔室窗64也是由石英形成的圆板形状部件，且作为使来自卤素加热部4的光透过至腔室6内的石英窗发挥功能。

另外，在腔室侧部61的内侧的壁面的上部装设着反射环68，在下部装设着反射环69。反射环68、69均形成为圆环状。上侧的反射环68是通过从腔室侧部61的上侧嵌入而装设。另一方面，下侧的反射环69是通过从腔室侧部61的下侧嵌入并利用省略图示的螺丝固定而装设。也就是说，反射环68、69均自由装卸地装设在腔室侧部61。将腔室6的内侧空间、也就是由上侧腔室窗63、下侧腔室窗64、腔室侧部61及反射环68、69包围的空间规定为热处理空间65。

通过在腔室侧部61装设反射环68、69，而在腔室6的内壁面形成凹部62。也就是说，形成由腔室侧部61的内壁面中未装设反射环68、69的中央部分、反射环68的下端面、及反射环69的上端面包围的凹部62。凹部62沿着水平方向呈圆环状地形成在腔室6的内壁面，且围绕保持半导体晶片W的保持部7。腔室侧部61及反射环68、69由强度与耐热性优异的金属材料(例如不锈钢)形成。

另外，在腔室侧部61以适当形状设置着用来相对于腔室6进行半导体晶片W的搬入及搬出的搬送开口部(炉口)66。搬送开口部66能够利用闸阀185开闭。搬送开口部66与凹部62的外周面连通连接。因此，当闸阀185将搬送开口部66打开时，能够从搬送开口部66通过凹部62将半导体晶片W搬入至热处理空间65以及从热处理空间65将半导体晶片W搬出。另外，如果闸阀185将搬送开口部66封闭，那么腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。

进而，在腔室侧部61穿设着贯通孔61a。在腔室侧部61的外壁面的设置着贯通孔61a的部位安装着辐射温度计20。贯通孔61a是用来将从保持在下述的基座74的半导体晶片W的下表面辐射的红外光引导至辐射温度计20的圆筒状的孔。贯通孔61a以其贯通方向的轴与保持在基座74的半导体晶片W的主面相交的方式，相对于水平方向倾斜地设置。在贯通孔61a的面向热处理空间65的侧的端部，装设着使辐射温度计20能够测定的波长区域的红外光透过的包括氟化钡材料的透明窗21。

另外，在腔室6的内壁上部以适当形状设置着将处理气体(在本实施方式中为氮气(N₂)及氨气(NH₃))供给至热处理空间65的气体供给孔81。气体供给孔81以适当形状设置在比凹部62更靠上侧位置，也可以设置在反射环68。气体供给孔81经由呈圆环状地形成在腔室6的侧壁内部的缓冲空间82而与气体供给管83连通连接。气体供给管83被分支为两股，作为其中的一个的反应性气体配管83a连接于氨气供给源91，另一个惰性气体配管83b连接于氮气供给源92。氨气供给源91在控制部3的控制下，将氨气供应至反应性气体配管83a。氮气供给源92在控制部3的控制下，将氮气供应至惰性气体配管83b。

在反应性气体配管83a的路径中途，介插着供给源阀93、供给确认压力计94、质量流量控制器95及供给阀96。如果将供给源阀93及供给阀96打开，那么从氨气供给源91经过反应性气体配管83a及气体供给管83而对缓冲空间82供应氨气。供给确认压力计94判定是否从氨气供给源91对反应性气体配管83a以预先规定的压力供给氨气。质量流量控制器95将在反应性气体配管83a中流通的氨气的流量调整为预先规定的设定值。

另一方面，在惰性气体配管83b的路径中途，介插着质量流量控制器97及供给阀98。如果将供给阀98打开，那么从氮气供给源92经过惰性气体配管83b及气体供给管83而对缓冲空间82供应氮气。质量流量控制器97将在惰性气体配管83b中流通的氮气的流量调整为预先规定的设定值。在将供给源阀93、供给阀96及供给阀98全部打开时，从反应性气体配管83a供应的氨气与从惰性气体配管83b供应的氮气在气体供给管83合流后将氨气与氮气的混合气体供应至缓冲空间82。

另外，设置着将反应性气体配管83a与惰性气体配管83b连通连接的旁路配管84。旁路配管84将反应性气体配管83a的供给源阀93与供给确认压力计94之间的部位、与惰性气体配管83b的氮气供给源92与质量流量控制器97之间的部位连通连接。在旁路配管84介插着旁路阀85。如果将旁路阀85打开，那么反应性气体配管83a与惰性气体配管83b成为连通状态。

从气体供给管83供应并流入至缓冲空间82的处理气体以在流体阻力比气体供给孔81小的缓冲空间82内扩散的方式流动而充满缓冲空间82。而且，充满缓冲空间82的处理气体从气体供给孔81向热处理空间65内供给。

在腔室6的内壁下部以适当形状设置着将热处理空间65内的气体排气的气体排气孔86。气体排气孔86以适当形状设置在比凹部62更靠下侧位置，也可以设置在反射环69。气体排气孔86经由呈圆环状地形成在腔室6的侧壁内部的缓冲空间87而与气体排气管88连通连接。气体排气管88连接于排气部190。另外，在气体排气管88的路径中途介插有阀89及真空压力计191。如果将阀89打开，那么热处理空间65的气体从气体排气孔86经过缓冲空间87向气体排气管88排出。真空压力计191直接测定气体排气管88的压力。气体排气管88的设置着真空压力计191的部位的压力由于与腔室6内的压力大致相同，所以由真空压力计191测定出的压力也为腔室6内的压力。此外，气体供给孔81及气体排气孔86可沿着腔室6的圆周方向设置多个，也为狭缝状的。

作为排气部190，能够使用设置着真空泵或热处理装置1的工厂的排气实体。如果采用真空泵作为排气部190，不从气体供给孔81进行任何气体供给而将作为密闭空间的热处理空间65的气氛排气，那么能够将腔室6内减压至真空气氛。另外，在不使用真空泵作为排气部190的情况下，也能够通过不从气体供给孔81进行气体供给而进行排气，将腔室6内减压至小于大气压的气压。被减压的腔室6内的压力利用真空压力计191来测定。

图2是表示保持部7的全体外观的立体图。保持部7具备基台环71、连结部72及基座74而构成。基台环71、连结部72及基座74均由石英形成。也就是说，保持部7的全体由石英形成。

基台环71是从圆环形状切去一部分而成的圆弧形状的石英部件。该切去部分是为了防止下述移载机构10的移载臂11与基台环71干涉而设置。基台环71通过载置在凹部62的底面，而由腔室6的壁面支撑(参照图1)。在基台环71的上表面，沿着其圆环形状的圆周方向竖立设置着多个连结部72(在本实施方式中为4个)。连结部72也是石英部件，通过焊接而固接在基台环71。

基座74由设置在基台环71的4个连结部72支撑。图3是基座74的俯视图。另外，图4是基座74的剖视图。基座74具备保持板75、导环76及多个基板支撑销77。保持板75是由石英形成的大致圆形的平板状部件。保持板75的直径比半导体晶片W的直径大。也就是说，保持板75具有大于半导体晶片W的平面尺寸。

在保持板75的上表面周缘部设置着导环76。导环76是具有大于半导体晶片W的直径的内径的圆环形状的部件。例如，在半导体晶片W的直径为φ300mm的情况下，导环76的内径为φ320mm。导环76的内周设为从保持板75朝向上方变宽的锥面。导环76由与保持板75相同的石英形成。导环76既可以熔接在保持板75的上表面，也可以利用另外加工的销等而固定在保持板75。或者，也可以将保持板75与导环76加工为一体的部件。

将保持板75的上表面中比导环76更靠内侧的区域设为保持半导体晶片W的平面状的保持面75a。在保持板75的保持面75a，竖立设置着多个基板支撑销77。在本实施方式中，沿着与保持面75a的外周圆(导环76的内周圆)为同心圆的圆周上，每个隔30°地竖立设置着共计12个基板支撑销77。配置着12个基板支撑销77的圆的直径(对向的基板支撑销77间的距离)小于半导体晶片W的直径，如果半导体晶片W的直径为φ300mm，那么为φ270mm～φ280mm(在本实施方式中为φ270mm)。各基板支撑销77由石英形成。多个基板支撑销77既可以通过焊接设置在保持板75的上表面，也可以与保持板75加工为一体。

返回至图2，竖立设置在基台环71的4个连结部72与基座74的保持板75的周缘部通过焊接而固接。也就是说，基座74与基台环71利用连结部72而固定地连结。通过这种保持部7的基台环71由腔室6的壁面支撑，而将保持部7装设在腔室6。在将保持部7装设在腔室6的状态下，基座74的保持板75成为水平姿势(法线与铅直方向一致的姿势)。也就是说，保持板75的保持面75a成为水平面。

搬入至腔室6的半导体晶片W以水平姿势载置并保持在装设在腔室6的保持部7的基座74之上。此时，半导体晶片W由竖立设置在保持板75上的12个基板支撑销77支撑并保持在基座74。更严格来说，12个基板支撑销77的上端部接触于半导体晶片W的下表面而支撑该半导体晶片W。由于12个基板支撑销77的高度(从基板支撑销77的上端至保持板75的保持面75a为止的距离)均匀，所以能够利用12个基板支撑销77将半导体晶片W以水平姿势支撑。

另外，半导体晶片W被多个基板支撑销77从保持板75的保持面75a隔开特定间隔地支撑。导环76的厚度比基板支撑销77的高度大。因此，由多个基板支撑销77支撑的半导体晶片W的水平方向的位置偏移通过导环76而得到防止。

另外，如图2及图3所示，在基座74的保持板75，上下贯通地形成着开口部78。开口部78是为了辐射温度计20接收从半导体晶片W的下表面辐射的辐射光(红外光)而设置。也就是说，辐射温度计20经由开口部78及装设在腔室侧部61的贯通孔61a的透明窗21接收从半导体晶片W的下表面辐射的光而测定该半导体晶片W的温度。进而，在基座74的保持板75，穿设着供下述移载机构10的顶起销12贯通以交接半导体晶片W的4个贯通孔79。

图5是移载机构10的俯视图。另外，图6是移载机构10的侧视图。移载机构10具备2根移载臂11。移载臂11设为像沿着大致圆环状的凹部62一样的圆弧形状。在各移载臂11竖立设置着2根顶起销12。移载臂11及顶起销12由石英形成。各移载臂11能够利用水平移动机构13旋动。水平移动机构13使一对移载臂11在相对于保持部7进行半导体晶片W的移载的移载动作位置(图5的实线位置)、与和保持在保持部7的半导体晶片W在俯视下不重叠的退避位置(图5的双点划线位置)之间水平移动。作为水平移动机构13，既可以是利用个别的马达使各移载臂11分别旋动的机构，也可以是使用连杆机构利用1个马达使一对移载臂11连动地旋动的机构。

另外，一对移载臂11利用升降机构14而与水平移动机构13一起升降移动。如果升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置上升，那么共计4根顶起销12通过穿设在基座74的贯通孔79(参照图2、3)，顶起销12的上端从基座74的上表面突出。另一方面，如果升降机构14使一对移载臂11在移载动作位置下降而将顶起销12从贯通孔79拔出，并且水平移动机构13使一对移载臂11以打开的方式移动，那么各移载臂11移动至退避位置。一对移载臂11的退避位置为保持部7的基台环71的正上方。由于基台环71载置在凹部62的底面，所以移载臂11的退避位置成为凹部62的内侧。此外，在移载机构10的设置着驱动部(水平移动机构13及升降机构14)的部位的附近也设置着省略图示的排气机构，而构成为将移载机构10的驱动部周边的气氛排出至腔室6的外部。

另外，热处理装置1具备测定腔室6内的气氛温度的气氛温度计28及测定基座74的温度的辐射温度计29。气氛温度计28例如使用热电偶构成。辐射温度计29接收从石英的基座74辐射的红外光，根据该红外光的强度测定基座74的温度。

返回至图1，设置在腔室6的上方的闪光加热部5是在壳体51的内侧具备包含多根(在本实施方式中为30根)氙气闪光灯FL的光源、及以覆盖该光源的上方的方式设置的反射器52而构成。另外，在闪光加热部5的壳体51的底部装设着灯光辐射窗53。构成闪光加热部5的底部的灯光辐射窗53是由石英形成的板状的石英窗。通过将闪光加热部5设置在腔室6的上方，而灯光辐射窗53与上侧腔室窗63相对向。闪光灯FL从腔室6的上方经由灯光辐射窗53及上侧腔室窗63而对热处理空间65照射闪光。

多个闪光灯FL是分别具有长条的圆筒形状的棒状灯，且以各自的长度方向沿着保持在保持部7的半导体晶片W的主面(也就是说沿着水平方向)相互平行的方式呈平面状排列。因此，通过闪光灯FL的排列而形成的平面也为水平面。排列有多个闪光灯FL的区域大于半导体晶片W的平面尺寸。

氙气闪光灯FL具备：棒状的玻璃管(放电管)，在其内部封入氙气且在其两端部配设着连接于电容器的阳极及阴极；以及触发电极，附设在该玻璃管的外周面上。由于氙气为电绝缘体，所以即使在电容器中蓄积着电荷，在通常状态下也不会在玻璃管内流通电。然而，在对触发电极施加高电压而将绝缘破坏的情况下，蓄积在电容器中的电瞬间在玻璃管内流动，通过此时的氙原子或分子的激发而发出光。在这种氙气闪光灯FL中，由于将预先蓄积在电容器中的静电能量转换为0.1毫秒至100毫秒的极短的光脉冲，所以与像卤素灯HL一样连续点亮的光源相比具有能够照射极强的光的特征。也就是说，闪光灯FL是以小于1秒的极短时间瞬间发光的脉冲发光灯。此外，闪光灯FL的发光时间能够根据对闪光灯FL进行电力供给的灯电源的线圈常数进行调整。

另外，反射器52在多个闪光灯FL的上方以覆盖它们全体的方式设置。反射器52的基本功能是将从多个闪光灯FL出射的闪光向热处理空间65侧反射。反射器52由铝合金板形成，其表面(面向闪光灯FL的侧的面)通过喷砂处理而实施粗面化加工。

设置在腔室6的下方的卤素加热部4在壳体41的内侧内置着多根(在本实施方式中为40根)卤素灯HL。卤素加热部4是利用多个卤素灯HL从腔室6的下方经由下侧腔室窗64对热处理空间65进行光照射而将半导体晶片W加热的光照射部。

图7是表示多个卤素灯HL的配置的俯视图。40根卤素灯HL分为上下2级而配置。在接近保持部7的上级配设着20根卤素灯HL，并且在比上级远离保持部7的下级也配设着20根卤素灯HL。各卤素灯HL是具有长条的圆筒形状的棒状灯。上级、下级均是20根卤素灯HL以各自的长度方向沿着保持在保持部7的半导体晶片W的主面(也就是说沿着水平方向)相互平行的方式排列。因此，通过卤素灯HL的排列形成的平面在上级、下级均为水平面。

另外，如图7所示，上级、下级均是较之与保持在保持部7的半导体晶片W的中央部对向的区域，与周缘部对向的区域中的卤素灯HL的配设密度更高。也就是说，上下级均是与灯排列的中央部相比，周缘部的卤素灯HL的配设间距更短。因此，在通过来自卤素加热部4的光照射进行加热时，能够对容易产生温度降低的半导体晶片W的周缘部进行更多光量的照射。

另外，包含上级的卤素灯HL的灯群与包含下级的卤素灯HL的灯群以呈格子状交叉的方式排列。也就是说，以配置在上级的20根卤素灯HL的长度方向与配置在下级的20根卤素灯HL的长度方向相互正交的方式配设着共计40根卤素灯HL。

卤素灯HL是通过对配设在玻璃管内部的灯丝通电使灯丝白炽化而发光的灯丝方式的光源。在玻璃管的内部，封入着将卤素元素(碘、溴等)微量导入至氮气或氩气等惰性气体中所得的气体。通过导入卤素元素，能够抑制灯丝的折损，并且将灯丝的温度设定为高温。因此，卤素灯HL具有与通常的白炽灯泡相比寿命较长且能够连续地照射较强的光的特性。也就是说，卤素灯HL是至少1秒以上连续地发光的连续点亮灯。另外，卤素灯HL由于为棒状灯，所以寿命较长，且通过将卤素灯HL沿着水平方向配置而对上方的半导体晶片W的辐射效率变得优异。

另外，也在卤素加热部4的壳体41内，在2级卤素灯HL的下侧设置着反射器43(图1)。反射器43使从多个卤素灯HL出射的光向热处理空间65侧反射。

控制部3对设置在热处理装置1的所述各种动作机构进行控制。作为控制部3的硬件的构成与普通的电脑相同。也就是说，控制部3具备作为进行各种运算处理的电路的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、作为存储基本程序的读出专用的存储器的ROM(Read Only Memory，只读存储器)、作为存储各种信息的自由读写的存储器的RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)及预先存储控制用软件或数据等的磁盘。通过控制部3的CPU执行特定的处理程序而进行热处理装置1中的处理。

除了所述构成以外，热处理装置1也具备各种冷却用的构造，以防止在半导体晶片W的热处理时因从卤素灯HL及闪光灯FL产生的热能所引起的卤素加热部4、闪光加热部5及腔室6的过度的温度上升。例如，在腔室6的壁体设置着水冷管(省略图示)。另外，卤素加热部4及闪光加热部5设为在内部形成气体流而进行排热的空气冷却构造。另外，也对上侧腔室窗63与灯光辐射窗53的间隙供给空气，而将闪光加热部5及上侧腔室窗63冷却。

接下来，对热处理装置1中的处理动作进行说明。图8是表示第1实施方式的半导体晶片W的处理顺序的流程图。此处成为处理对象的半导体晶片W为形成着高介电常数膜作为栅极绝缘膜的硅的半导体基板。高介电常数膜例如利用ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)或MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化学气相沉积)等方法堆积并成膜在半导体晶片W的表面。通过热处理装置1对该半导体晶片W在氨气气氛中照射闪光进行成膜后热处理(PDA)，而使成膜后的高介电常数膜中的缺陷消失。以下将说明的热处理装置1的处理顺序通过控制部3对热处理装置1的各动作机构进行控制来进行。

首先，将形成着高介电常数膜的半导体晶片W搬入至热处理装置1的腔室6(步骤S11)。当将半导体晶片W搬入时，闸阀185打开而将搬送开口部66打开，利用装置外部的搬送机器人经由搬送开口部66将形成着高介电常数膜的半导体晶片W搬入至腔室6内的热处理空间65。此时，由于腔室6的内外均为大气压，所以随着半导体晶片W的搬入而装置外气氛被夹带至腔室6内的热处理空间65。因此，也可以通过将供给阀98打开从氮气供给源92对腔室6内持续供给氮气来使氮气流从搬送开口部66流出，将装置外部的气氛向腔室6内的流入抑制为最小限度。进而，在将闸阀185打开时，优选为将排气阀89关闭而停止从腔室6排气。由此，供给至腔室6内的氮气会仅从搬送开口部66流出，所以能够更有效地防止外部气氛的流入。

利用搬送机器人搬入的半导体晶片W进出至保持部7的正上方位置后停止。然后，通过移载机构10的一对移载臂11从退避位置向移载动作位置水平移动并上升，而顶起销12通过贯通孔79从基座74的保持板75的上表面突出而接收半导体晶片W。此时，顶起销12上升至比基板支撑销77的上端更靠上方为止。

将半导体晶片W载置在顶起销12之后，搬送机器人从热处理空间65退出，利用闸阀185将搬送开口部66封闭。然后，通过一对移载臂11下降，而半导体晶片W从移载机构10交接至保持部7的基座74并以水平姿势从下方被保持。半导体晶片W由竖立设置在保持板75上的多个基板支撑销77支撑而保持在基座74。另外，半导体晶片W将成膜着高介电常数膜的表面作为上表面而保持在基座74。在由多个基板支撑销77支撑的半导体晶片W的背面(与正面相反侧的主面)与保持板75的保持面75a之间形成特定的间隔。下降至基座74的下方为止的一对移载臂11利用水平移动机构13向退避位置、也就是凹部62的内侧退避。

将半导体晶片W收容至腔室6，利用闸阀185将搬送开口部66封闭之后，使腔室6内减压为低于大气压的气压。图9是表示腔室6内的压力变化的图。该图的横轴表示时刻，纵轴表示腔室6内的压力。在将半导体晶片W收容至腔室6并将搬送开口部66封闭的时刻t1的时间点，腔室6内的压力为常压Ps(＝大气压＝约101325Pa)。

在第1实施方式中，在将腔室6内减压之前的时刻t2从卤素加热部4的卤素灯HL进行光照射而将腔室6内的气氛加热(步骤S12)。从卤素灯HL照射的光的一部分直接由腔室6内的气氛的气体分子吸收，该气氛升温。另外，从卤素灯HL照射的光的一部分由保持于基座74的半导体晶片W吸收，通过来自被加热的半导体晶片W的热传递而腔室6内的气氛也升温。

在通过来自卤素灯HL的光照射而将腔室6内的气氛加热时，腔室6内的气氛的温度利用气氛温度计28来测定。利用气氛温度计28测定出的腔室6内的气氛温度传输至控制部3。控制部3基于利用气氛温度计28的测定值，以腔室6内的气氛温度成为目标温度TP的方式对卤素灯HL的输出进行反馈控制。腔室6内的气氛温度的升温速率及目标温度TP并不特别限定，例如升温速率为20℃/秒且目标温度TP为250℃。也就是说，控制部3以利用气氛温度计28的测定值为20℃/秒的升温速率且成为250℃的方式对卤素灯HL的输出进行反馈控制。

在腔室6内的气氛温度到达至目标温度TP之后的时刻t3开始腔室6内的减压(步骤S13)。具体来说，通过将搬送开口部66封闭，而腔室6内的热处理空间65成为密闭空间。在该状态下，将供气用的供给阀96及供给阀98关闭，且将排气阀89打开。由此，不对腔室6内进行气体供给而进行排气，腔室6内的热处理空间65减压为小于大气压。在减压的初始阶段，排气部190以相对较小的排气流量将腔室6内的气氛排出而将腔室6内减压。

接下来，在利用真空压力计191所测定的腔室6内的压力减压至气压P1的时刻t4，利用排气部190的排气流量增大，排气速度也变快。气压P1例如约为20000Pa。然后，在时刻t5腔室6内的压力(真空度)到达至气压P2。气压P2例如约为100Pa。也就是说，在减压的初始阶段以较小的排气流量进行排气之后，切换为大于其的排气流量进行排气。

如果从减压开始时以较大的排气流量快速地进行排气，那么有在腔室6内产生较大的气流变化而附着在腔室6的构造物(例如，下侧腔室窗64)的颗粒被卷起而再附着在半导体晶片W造成污染的可能性。如果在减压的初始阶段以较小的排气流量静静地进行排气之后，切换为较大的排气流量进行排气，那么能够防止那样的腔室6内的颗粒的卷起。

在腔室6内的压力到达至气压P2的时刻t5，开始向腔室6内供给处理气体(步骤S14)。具体来说，将排气阀89打开，且将供给源阀93、供给阀96及供给阀98打开。通过将供给源阀93及供给阀96打开，从反应性气体配管83a供应氨气。另外，通过将供给阀98打开，从惰性气体配管83b供应氮气。所供应的氨气与氮气在气体供给管83合流。然后，将氨气与氮气的混合气体供给至腔室6内的热处理空间65。其结果，于在腔室6内保持在保持部7的半导体晶片W的周边以减压状态形成氨气气氛。氨气气氛中的氨气的浓度(即，氨气与氮气的混合比)并不特别限定，能够设为适当的值，例如只要为10vol.％以下即可(在本实施方式中约为2.5vol.％)。氨气的浓度能够通过利用质量流量控制器95及质量流量控制器97分别对氨气及氮气的供给流量进行控制来调整。

通过对腔室6内供给氨气与氮气的混合气体，而腔室6内的压力从气压P2上升且在时刻t6升压至气压P3。气压P3例如约为5000Pa。由于将腔室6内暂时减压至气压P2之后升压至气压P3，所以能够使形成在腔室6内的氨气气氛中的氧浓度极低。在腔室6内的压力升压至气压P3的时刻t6以后，使相对于腔室6的氨气、氮气混合气体的供给流量与来自腔室6的排气流量相等而将腔室6内的压力维持为气压P3。

接下来，在腔室6内的压力升压至气压P3的时刻t6以后进行半导体晶片W的加热处理(步骤S15)。首先，通过来自卤素加热部4的40根卤素灯HL的光照射来进行半导体晶片W的预加热(辅助加热)。从卤素灯HL出射的卤素光透过由石英形成的下侧腔室窗64及基座74后照射至半导体晶片W的下表面。通过接收来自卤素灯HL的光照射而半导体晶片W被预加热后温度上升。此外，由于移载机构10的移载臂11退避至凹部62的内侧，所以不会成为利用卤素灯HL的加热的障碍。

在进行利用卤素灯HL的预加热时，半导体晶片W的温度利用辐射温度计20来测定。也就是说，辐射温度计20通过透明窗21接收从保持在基座74的半导体晶片W的下表面经由开口部78辐射的红外光而测定升温中的晶片温度。所测定的半导体晶片W的温度被传输至控制部3。控制部3一边监视通过来自卤素灯HL的光照射而升温的半导体晶片W的温度是否到达至特定的预加热温度T1，一边控制卤素灯HL的输出。也就是说，控制部3基于利用辐射温度计20的测定值，以半导体晶片W的温度成为预加热温度T1的方式对卤素灯HL的输出进行反馈控制。预加热温度T1为300℃以上600℃以下，在本实施方式中为450℃。

在半导体晶片W的温度到达至预加热温度T1之后，控制部3将半导体晶片W暂时维持为该预加热温度T1。具体来说，在利用辐射温度计20测定的半导体晶片W的温度到达至预加热温度T1的时间点，控制部3调整卤素灯HL的输出，将半导体晶片W的温度大致维持为预加热温度T1。

通过进行这样的利用卤素灯HL的预加热，而将半导体晶片W的全体均匀地升温至预加热温度T1。在利用卤素灯HL的预加热的阶段中，存在更容易产生散热的半导体晶片W的周缘部的温度比中央部降低的倾向，但卤素加热部4中的卤素灯HL的配设密度为较之与半导体晶片W的中央部对向的区域而与周缘部对向的区域变高。因此，照射至容易产生散热的半导体晶片W的周缘部的光量变多，能够使预加热阶段中的半导体晶片W的面内温度分布均匀。

在半导体晶片W的温度到达至预加热温度T1后经过特定时间的时刻t7闪光加热部5的闪光灯FL对保持在基座74的半导体晶片W的表面进行闪光照射。此时，从闪光灯FL辐射的闪光的一部分直接朝向腔室6内，另一部分暂时由反射器52反射后射向腔室6内，通过这些闪光的照射进行半导体晶片W的闪光加热。

由于闪光加热是通过来自闪光灯FL的闪光(flashlight)照射而进行，所以能够将半导体晶片W的表面温度以短时间上升。也就是说，从闪光灯FL照射的闪光是将预先蓄积在电容器中的静电能量转换为极短的光脉冲、照射时间为大约0.1毫秒以上且100毫秒以下的极短且较强的闪光。而且，通过从闪光灯FL对成膜着高介电常数膜的半导体晶片W的表面照射闪光，包含高介电常数膜的半导体晶片W的表面瞬间地升温至处理温度T2后执行成膜后热处理。通过闪光照射而半导体晶片W的表面所达到的最高温度(峰值温度)即处理温度T2为600℃以上且1200℃以下，在本实施方式中为1000℃。

如果在氨气气氛中半导体晶片W的表面升温至处理温度T2后执行成膜后热处理，那么促进高介电常数膜的氮化，并且存在于高介电常数膜中的点缺陷等缺陷消失。此外，由于来自闪光灯FL的照射时间为大约0.1毫秒以上且100毫秒以下的短时间，所以半导体晶片W的表面温度从预加热温度T1升温至处理温度T2所需要的时间也为小于1秒的极短时间。闪光照射后的半导体晶片W的表面温度从处理温度T2立刻快速下降。

在闪光加热处理结束之后，在时刻t8通过来自卤素灯HL的光照射将腔室6内的气氛再次加热(步骤S16)。与步骤S12同样地，通过来自卤素灯HL的光照射而将腔室6内的气氛直接加热，并且除此以外通过来自升温的半导体晶片W的热传递也将腔室6内的气氛间接地加热。另外，控制部3基于利用气氛温度计28的测定值，以腔室6内的气氛温度成为目标温度TP的方式对卤素灯HL的输出进行反馈控制。

在腔室6内的气氛温度到达至目标温度TP之后的时刻t9，开始腔室6内的减压(步骤S17)。也就是说，将供给阀96及供给阀98关闭且将排气阀89打开将腔室6内的气氛排出而将腔室6内再次减压。腔室6内的压力在时刻t10到达至气压P2。通过将腔室6内排气后再次减压至气压P2，能够从腔室6内的热处理空间65将有害的氨气排出。

接着，将排气阀89关闭且将供给阀98打开，从氮气供给源92对腔室6内供给氮气作为惰性气体而将腔室6内恢复至常压Ps(步骤S18)。由此，腔室6内被置换为氮气气氛。另外，卤素灯HL也熄灭，由此半导体晶片W也从预加热温度T1降温。降温过程中的半导体晶片W的温度由辐射温度计20来测定，其测定结果被传输至控制部3。控制部3根据测定结果监视半导体晶片W的温度是否已降温至特定温度。然后，在半导体晶片W的温度降温至特定以下之后，移载机构10的一对移载臂11再次从退避位置水平移动至移载动作位置并上升，由此顶起销12从基座74的上表面突出而从基座74接收热处理后的半导体晶片W。接着，将利用闸阀185关闭的搬送开口部66打开，将载置在顶起销12上的半导体晶片W利用装置外部的搬送机器人搬出，从而热处理装置1中的半导体晶片W的加热处理完成(步骤S19)。

在第1实施方式中，在半导体晶片W的处理中在将腔室6内排气而减压之前，从卤素灯HL进行光照射而将腔室6内的气氛加热(步骤S12及步骤S16)。通过在减压前将腔室6内的气氛加热，而该气氛中的气体分子的热运动活化并且气体密度变小。其结果，在减压时腔室6内的气体分子会迅速排出，能够将腔室6内以短时间减压至特定的气压。由此，能够抑制伴随减压处理的半导体晶片W的处理时间变长而防止产量降低。

另外，在第1实施方式中，于在腔室6内存在半导体晶片W的状态下通过来自卤素灯HL的光照射而将腔室6内的气氛加热，但腔室6内的气氛温度成为目标温度TP时的半导体晶片W的温度小于所述预加热温度T1。因此，无通过减压处理用的来自卤素灯HL的光照射而对半导体晶片W的热处理历程带来重大的影响的可能性。

＜第2实施方式＞

接下来，对本发明的第2实施方式进行说明。第2实施方式的热处理装置1的构成及半导体晶片W的处理顺序与第1实施方式相同。在第1实施方式中，在半导体晶片W的处理时，也就是说在将成为处理对象的半导体晶片W保持在基座74的状态下在闪光加热的前后将腔室6内的气氛加热后进行减压处理。相对于此，在第2实施方式中，在进行热处理装置1的维护时，将腔室6内的气氛加热后进行减压处理。

对所述热处理装置1定期地或不定期地进行维护。不定期地进行维护为热处理装置1产生某些障碍的情况下。无论定期地或不定期地，在进行热处理装置1的维护时均会将腔室6的内部打开而卸除各种配管。因此，必须在维护前从腔室6内的热处理空间65及包含各种配管的热处理装置1的全体将有害的氨气完全排出。因此，将供给阀96打开，除了从腔室6内的热处理空间65还从反应性气体配管83a将氨气排出。

图10是表示第2实施方式的腔室6内气氛置换的处理顺序的流程图。首先，于在进行维护前的腔室6内不存在半导体晶片W的状态下从卤素灯HL进行光照射而将腔室6内的气氛加热(步骤S21)。从卤素灯HL照射的光的一部分直接由腔室6内的气氛的气体分子吸收，该气氛被直接加热。另外，卤素灯HL所照射的光的一部分由基座74等腔室6内构造物吸收，通过来自该构造物的热传递而腔室6内的气氛也被间接地加热。

在通过来自卤素灯HL的光照射而将腔室6内的气氛加热时，腔室6内的气氛的温度利用气氛温度计28来测定。利用气氛温度计28测定出的腔室6内的气氛温度被传输至控制部3。在第2实施方式中，将卤素灯HL以固定电力(例如最大电力的30％固定)点亮而将腔室6内的气氛加热直至腔室6内的气氛温度成为目标温度TP为止。也就是说，在第1实施方式中对卤素灯HL的输出进行反馈控制，相对于此，在第2实施方式中进行恒定输出控制。腔室6内的气氛温度的目标温度TP与第1实施方式相同地例如为250℃。

在腔室6内的气氛温度到达至目标温度TP之后开始腔室6内的减压(步骤S22)。具体来说，将供给源阀93、旁路阀85及供给阀98关闭，并且将供给阀96及排气阀89打开。由此，从气体排气管88进行腔室6内及包含质量流量控制器95的反应性气体配管83a(准确地说，比供给源阀93更靠下游侧的部位)的排气，不仅将腔室6内减压而且也将反应性气体配管83a内减压。其结果，残留在反应性气体配管83a内的氨气也会被排出。

接下来，在利用真空压力计191测定的腔室6内的压力减压至特定压力之后，停止减压而执行向反应性气体配管83a及腔室6内的氮气供给(步骤S23)。此时，将供给源阀93及排气阀89关闭，将供给阀96、供给阀98及旁路阀85打开。由此，从氮气供给源92供应的氮气的一部分会通过旁路配管84填充至包含质量流量控制器95的反应性气体配管83a(准确地说，供给源阀93与供给阀96之间的部位)。另外，从氮气供给源92供应的氮气也填充至腔室6内。

在对腔室6内及反应性气体配管83a填充氮气之后，进入至步骤S24，由控制部3判定是否已将所述减压处理与氮气供给重复设定次数。在控制部3中，例如使用GUI(Graphical User Interface，图形用户界面)预先设定着重复的设定次数。在未将减压处理与氮气供给重复设定次数的情况下，再次重复步骤S22的减压处理与步骤S23的氮气供给。例如，在设定着“10”作为重复的设定次数的情况下，所述减压处理与氮气供给会重复10次。由此，会从反应性气体配管83a及腔室6内切实地将氨气排出而填充氮气。

在第2实施方式中，在热处理装置1的维护前，从卤素灯HL进行光照射而将腔室6内的气氛加热之后将腔室6内排气而减压。通过在减压前将腔室6内的气氛加热，而该气氛中的气体分子的热运动活化并且气体密度变小。其结果，与第1实施方式相同地，在减压时腔室6内的气体分子会迅速地排出，能够将腔室6内以短时间减压至特定的气压为止。由此，能够缩短维护前的氮气冲洗所需要的时间。

＜变化例＞

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明只要不脱离其主旨则能够在所述内容以外进行各种变更。例如，在第1、第2实施方式中，在将腔室6内减压之前将腔室6内的气氛加热，但除此以外也可在开始腔室6内的减压之后也继续通过来自卤素灯HL的光照射而将腔室6内的气氛加热。通过在开始腔室6内的减压之后也通过来自卤素灯HL的光照射而将腔室6内的气氛加热，能够将腔室6内以更短时间减压。或者，也可在开始腔室6内的减压之后利用来自卤素灯HL的光照射开始腔室6内的气氛加热。

另外，在第1实施方式中，对卤素灯HL的输出进行反馈控制，但也可取而代之像第2实施方式一样将卤素灯HL以固定电力点亮而将腔室6内的气氛加热直至腔室6内的气氛温度成为目标温度TP为止。相反，在第2实施方式中，也可基于利用气氛温度计28的测定值，以腔室6内的气氛温度成为目标温度TP的方式对卤素灯HL的输出进行反馈控制。也就是说，对卤素灯HL的输出进行反馈控制还是恒定输出控制可适当地选择。或者，也可使反馈控制与恒定输出控制组合。例如，也可在腔室6内的气氛温度相对较低温的期间对卤素灯HL的输出进行恒定输出控制，在气氛温度接近目标温度TP之后对卤素灯HL的输出进行反馈控制。

另外，在对卤素灯HL的输出进行反馈控制时，也可代替腔室6内的气氛温度，基于由辐射温度计29测定出的基座74的温度或由辐射温度计20测定出的半导体晶片W的温度而对卤素灯HL的输出进行反馈控制。可是，像第1实施方式一样，基于由气氛温度计28测定出的腔室6内的气氛温度而对卤素灯HL的输出进行反馈控制，能够直接将腔室6内的气氛温度设为目标温度TP。

另外，在所述实施方式中，从反应性气体配管83a供给氨气，但并不限定于此，也可从反应性气体配管83a供给氧气(O₂)、氢气(H₂)、氯气(Cl₂)、氯化氢(HCl)、臭氧(O₃)、一氧化氮(NO)、一氧化二氮(N₂O)、二氧化氮(NO₂)、三氟化氮(NF₃)等作为反应性气体。另外，从惰性气体配管83b供给的气体并不限定为氮气，也可从惰性气体配管83b供给氩气(Ar)、氦气(He)等作为惰性气体。

另外，在第1实施方式中，在腔室6内形成氨气气氛后进行半导体晶片W的加热处理，但也可在腔室6内依次形成多种不同的气氛后进行半导体晶片W的处理。在该情况下，由于在对1片半导体晶片W进行处理的期间将腔室6内多次减压，所以通过将本发明的技术较佳地应用而将腔室6内每次以短时间减压，能够使处理时间变短。

另外，在所述实施方式中，闪光加热部5具备30根闪光灯FL，但并不限定于此，闪光灯FL的根数能够设为任意的数量。另外，闪光灯FL并不限定为氙气闪光灯，也可为氪气闪光灯。另外，卤素加热部4所具备的卤素灯HL的根数也并不限定为40根，能够设为任意的数量。

另外，在所述实施方式中，使用灯丝方式的卤素灯HL作为1秒以上连续地发光的连续点亮灯进行半导体晶片W的预加热，但并不限定于此，也可代替卤素灯HL使用放电型的电弧灯(例如，氙气电弧灯)作为连续点亮灯进行预加热。在该情况下，在减压处理前通过来自电弧灯的光照射而将腔室6内的气氛加热。

另外，成为利用热处理装置1处理的对象的基板并不限定于半导体晶片，也可为液晶显示装置等平板显示器中所使用的玻璃基板或太阳能电池用的基板。另外，在热处理装置1中，也可进行所注入的杂质的活化、金属与硅的接合、或者多晶硅的结晶化。

[符号说明]

1 热处理装置

3 控制部

4 卤素加热部

5 闪光加热部

6 腔室

7 保持部

10 移载机构

20、29 辐射温度计

28 气氛温度计

65 热处理空间

74 基座

75 保持板

77 基板支撑销

83 气体供给管

83a 反应性气体配管

83b 惰性气体配管

84 旁路配管

85 旁路阀

88 气体排气管

89 排气阀

91 氨气供给源

92 氮气供给源

93 供给源阀

96、98 供给阀

190 排气部

191 真空压力计

FL 闪光灯

HL 卤素灯

W 半导体晶片