(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-28
(45)【発行日】2023-09-05
(54)【発明の名称】ガス検知方法および熱処理装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/26 20060101AFI20230829BHJP
【ＦＩ】
H01L21/26 G
H01L21/26 T
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2019012771
(22)【出願日】2019-01-29
(65)【公開番号】P2020123602
(43)【公開日】2020-08-13
【審査請求日】2021-12-23
(73)【特許権者】
【識別番号】000207551
【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス
(74)【代理人】
【識別番号】100088672
【弁理士】
【氏名又は名称】吉竹 英俊
(74)【代理人】
【識別番号】100088845
【弁理士】
【氏名又は名称】有田 貴弘
(72)【発明者】
【氏名】青山 敬幸
(72)【発明者】
【氏名】中島 往馬
(72)【発明者】
【氏名】大森 麻央
【審査官】早川 朋一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－００５６５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１０８０３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７２３１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２２２３３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－００９３６８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２６－２１／２６８
Ｈ０１Ｌ ２１／３２２
Ｈ０１Ｌ ２１／３２４
Ｈ０１Ｌ ２１／４２－２１／４２８
Ｈ０１Ｌ ２１／４７７
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６－２１／３０８
Ｈ０１Ｌ ２１／６７７
Ｃ２３Ｃ １６／００－１６／５６
(57)【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を用いたガス検知方法であって、前記熱処理装置は、
基板を収容する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に収容された基板に光を照射する光照射部と、
前記処理チャンバーに処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理チャンバー内の雰囲気を排出する排気部と、
前記排気部に接続され、前記処理チャンバー内の雰囲気を前記排気部に導くガス排気管と、
前記処理チャンバーと前記ガス排気管とに接続される処理排気管と、
前記処理排気管の経路途中に介挿された第１バルブと、
前記ガス排気管の経路途中に設けられ、前記処理チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知する第１ガス検知部と、
前記処理チャンバーに隣接して設けられ、前記処理チャンバーに基板を搬入出する搬送ロボットを収容する搬送チャンバーと、
前記搬送チャンバーと前記ガス排気管とに接続される搬送排気管と、
前記搬送排気管の経路途中に設けられる第２バルブと、
を備え、
前記熱処理装置のメンテナンス時に、前記処理チャンバーを開放する前に、前記第１バルブを開放するとともに前記第２バルブを閉止し、前記第１ガス検知部が前記処理チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知することを特徴とするガス検知方法。
【請求項2】
請求項１記載の熱処理装置を用いたガス検知方法において、前記第１ガス検知部は、前記処理チャンバーに設置されたジルコニア式酸素濃度計であることを特徴とするガス検知方法。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の熱処理装置を用いたガス検知方法において、前記熱処理装置は、
前記搬送チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知する第２ガス検知部をさらに備え、
前記熱処理装置での処理時に前記第２ガス検知部が前記搬送チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知することを特徴とするガス検知方法。
【請求項4】
請求項３に記載の熱処理装置を用いたガス検知方法において、前記第２ガス検知部は、ジルコニア式酸素濃度計であることを特徴とするガス検知方法。
【請求項5】
請求項３または請求項４に記載の熱処理装置を用いたガス検知方法において、前記熱処理装置は、
前記第１ガス検知部および前記第２ガス検知部の検知情報並びに基板に対する処理条件に基づいて人工知能により前記熱処理装置での前記処理ガスの危険性を判断する判定部をさらに備えることを特徴とするガス検知方法。
【請求項6】
請求項５に記載の熱処理装置を用いたガス検知方法において、前記熱処理装置は、
前記処理ガスの危険性有りと判断されたときに、警告を発報する発報部をさらに備えることを特徴とするガス検知方法。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置を用いたガス検知方法において、前記処理ガスは、アンモニアまたは窒素酸化物であることを特徴とするガス検知方法。
【請求項8】
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、基板を収容する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に収容された基板に光を照射する光照射部と、
前記処理チャンバーに処理ガスを供給するガス供給部と、
前記処理チャンバー内の雰囲気を排出する排気部と、
前記処理チャンバー内の雰囲気を前記排気部に導くガス排気管の経路途中に設けられ、前記処理チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知する第１ガス検知部と、
前記処理チャンバーに隣接して設けられ、前記処理チャンバーに基板を搬入出する搬送ロボットを収容する搬送チャンバーと、
前記搬送チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知する第２ガス検知部と、
を備え、
前記第１ガス検知部および前記第２ガス検知部の検知情報並びに基板に対する処理条件に基づいて人工知能により前記熱処理装置での前記処理ガスの危険性を判断する判定部をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項9】
請求項８記載の熱処理装置において、前記処理ガスの危険性有りと判断されたときに、警告を発報する発報部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装置を用いたガス検知方法に関する。
【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】
不純物の活性化処理は不活性な窒素ガス雰囲気中で行われるのであるが、他の各種ガス雰囲気中でフラッシュランプアニールを行うことも求められつつある。例えば、特許文献１には、アンモニア雰囲気中で高誘電率ゲート絶縁膜（high-k膜）の成膜後熱処理(PDA:Post Deposition Anneal)を行うことが開示されている。アンモニアは毒性を有するガスであるため、処理に使用されたアンモニアがフラッシュランプアニール装置の外部に漏出することは許容されない。このため、特許文献１に開示の装置においては、フラッシュ加熱処理後に、処理チャンバー内を減圧して有害なアンモニアを排出してから窒素ガスをパージして復圧した後にゲートバルブを開いて半導体ウェハーを搬出するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１７－０４５９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、例えばアンモニア１００％の雰囲気で処理を行った場合、処理チャンバー内を１００Ｐａにまで減圧してから窒素ガスで復圧したとすると１０００ｐｐｍの濃度のアンモニアが残留することとなる。処理チャンバー内を１０Ｐａにまで減圧したとしても１００ｐｐｍの濃度のアンモニアが残留することとなる。このため、窒素ガスで復圧後にゲートバルブを開いたときに、処理チャンバーから微量のアンモニアが漏出するおそれがある。処理チャンバー内を高真空状態にまで減圧すればアンモニア濃度をゼロに近づけることは可能であるが、そのような減圧には長時間を要するためスループットが低下するという問題が生じる。
【0008】
また、フラッシュランプアニール装置等の半導体製造設備に対しては定期的または不定期にメンテナンス作業が行われる。メンテナンス時には、処理チャンバーを開放して作業を行うこととなる。処理チャンバーを開放する際に、処理チャンバー内に僅かでもアンモニア等の有害なガスが残留していると、そのようなガスが装置外部に放出されて危険である。
【0009】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、処理チャンバー内の微量な残留ガスを検知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】
【0010】
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、基板を収容する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に収容された基板に光を照射する光照射部と、前記処理チャンバーに処理ガスを供給するガス供給部と、前記処理チャンバー内の雰囲気を排出する排気部と、前記処理チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを直接検知する第１ガス検知部と、を備えることを特徴とする。
【0011】
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ガス検知部は、前記処理チャンバーに設置されたジルコニア式酸素濃度計であることを特徴とする。
【0012】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記処理チャンバー内の雰囲気のみを前記排気部に導く排気経路をさらに備え、前記第１ガス検知部は前記排気経路に設けられたガス検知器であることを特徴とする。
【0013】
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、前記熱処理装置のメンテナンス時に前記処理チャンバーを開放する前に前記第１ガス検知部が前記処理チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知することを特徴とする。
【0014】
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、前記処理チャンバーに隣接して設けられ、前記処理チャンバーに基板を搬入出する搬送ロボットを収容する搬送チャンバーと、前記搬送チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知する第２ガス検知部と、をさらに備えることを特徴とする。
【0015】
また、請求項６の発明は、請求項５の発明に係る熱処理装置において、前記第２ガス検知部は、ジルコニア式酸素濃度計であることを特徴とする。
【0016】
また、請求項７の発明は、請求項５または請求項６の発明に係る熱処理装置において、前記熱処理装置での処理時に前記第２ガス検知部が前記搬送チャンバー内の雰囲気中に含まれる前記処理ガスを検知することを特徴とする。
【0017】
また、請求項８の発明は、請求項５から請求項７のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記第１ガス検知部および前記第２ガス検知部の検知情報並びに基板に対する処理条件に基づいて人工知能により前記熱処理装置での前記処理ガスの危険性を判断する判定部をさらに備えることを特徴とする。
【0018】
また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る熱処理装置において、前記処理ガスの危険性有りと判断されたときに、警告を発報する発報部をさらに備えることを特徴とする。
【0019】
また、請求項１０の発明は、請求項１から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記処理ガスは、アンモニアまたは窒素酸化物であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0020】
請求項１から請求項１０の発明によれば、処理チャンバー内の雰囲気中に含まれる処理ガスを直接検知する第１ガス検知部を備えるため、処理チャンバー内の雰囲気に対する第１ガス検知部の検知感度が高まり、処理チャンバー内の微量な残留ガスを検知することができる。
【0021】
特に、請求項５の発明によれば、搬送チャンバー内の雰囲気中に含まれる処理ガスを検知する第２ガス検知部を備えるため、処理チャンバーから搬送チャンバーに流出した処理ガスを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明に係る熱処理装置を示す平面図である。
【図3】熱処理部の構成を示す縦断面図である。
【図4】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図5】サセプタの平面図である。
【図6】サセプタの断面図である。
【図7】移載機構の平面図である。
【図8】移載機構の側面図である。
【図9】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図10】熱処理装置における排気機構の構成を模式的に示す図である。
【図11】制御部の構成を示すブロック図である。
【図12】人工知能による危険性の判断の概念を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
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。
【0024】
＜第１実施形態＞
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る熱処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。熱処理装置１００は基板として円板形状の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射し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。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。また、図１～図３の各図においては、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について説明する。図１は、本発明に係る熱処理装置１００を示す平面図であり、図２はその正面図である。熱処理装置１００は基板として円板形状の半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射し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。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。また、図１～図３の各図においては、それらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を付している。
【0025】
図１および図２に示すように、熱処理装置１００は、未処理の半導体ウェハーＷを外部から装置内に搬入するとともに処理済みの半導体ウェハーＷを装置外に搬出するためのインデクサ部１０１、未処理の半導体ウェハーＷの位置決めを行うアライメント部２３０、加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却を行う２つの冷却部１３０，１４０、半導体ウェハーＷにフラッシュ加熱処理を施す熱処理部１６０並びに冷却部１３０，１４０および熱処理部１６０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う搬送ロボット１５０を備える。また、熱処理装置１００は、上記の各処理部に設けられた動作機構および搬送ロボット１５０を制御して半導体ウェハーＷのフラッシュ加熱処理を進行させる制御部３を備える。
【0026】
インデクサ部１０１は、複数のキャリアＣ（本実施形態では２個）を並べて載置するロードポート１１０と、各キャリアＣから未処理の半導体ウェハーＷを取り出すとともに、各キャリアＣに処理済みの半導体ウェハーＷを収納する受渡ロボット１２０とを備えている。未処理の半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車（ＡＧＶ、ＯＨＴ）等によって搬送されてロードポート１１０に載置されるともに、処理済みの半導体ウェハーＷを収容したキャリアＣは無人搬送車によってロードポート１１０から持ち去られる。
【0027】
また、ロードポート１１０においては、受渡ロボット１２０がキャリアＣに対して任意の半導体ウェハーＷの出し入れを行うことができるように、キャリアＣが図２の矢印ＣＵにて示す如く昇降移動可能に構成されている。なお、キャリアＣの形態としては、半導体ウェハーＷを密閉空間に収納するＦＯＵＰ(front opening unified pod)の他に、ＳＭＩＦ(Standard Mechanical Inter Face)ポッドや収納した半導体ウェハーＷを外気に曝すＯＣ(open cassette)であっても良い。
【0028】
また、受渡ロボット１２０は、図１の矢印１２０Ｓにて示すようなスライド移動、矢印１２０Ｒにて示すような旋回動作および昇降動作が可能とされている。これにより、受渡ロボット１２０は、２つのキャリアＣに対して半導体ウェハーＷの出し入れを行うとともに、アライメント部２３０および２つの冷却部１３０，１４０に対して半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。受渡ロボット１２０によるキャリアＣに対する半導体ウェハーＷの出し入れは、ハンド１２１のスライド移動、および、キャリアＣの昇降移動により行われる。また、受渡ロボット１２０とアライメント部２３０または冷却部１３０，１４０との半導体ウェハーＷの受け渡しは、ハンド１２１のスライド移動、および、受渡ロボット１２０の昇降動作によって行われる。
【0029】
アライメント部２３０は、Ｙ軸方向に沿ったインデクサ部１０１の側方に接続されて設けられている。アライメント部２３０は、半導体ウェハーＷを水平面内で回転させてフラッシュ加熱に適切な向きに向ける処理部である。アライメント部２３０は、アルミニウム合金製の筐体であるアライメントチャンバー２３１の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に支持して回転させる機構、および、半導体ウェハーＷの周縁部に形成されたノッチやオリフラ等を光学的に検出する機構などを設けて構成される。
【0030】
アライメント部２３０への半導体ウェハーＷの受け渡しは受渡ロボット１２０によって行われる。受渡ロボット１２０からアライメントチャンバー２３１へはウェハー中心が所定の位置に位置するように半導体ウェハーＷが渡される。アライメント部２３０では、インデクサ部１０１から受け取った半導体ウェハーＷの中心部を回転中心として鉛直方向軸まわりで半導体ウェハーＷを回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの向きを調整する。向き調整の終了した半導体ウェハーＷは受渡ロボット１２０によってアライメントチャンバー２３１から取り出される。
【0031】
搬送ロボット１５０による半導体ウェハーＷの搬送空間として搬送ロボット１５０を収容する搬送チャンバー１７０が設けられている。その搬送チャンバー１７０の三方に熱処理部１６０の処理チャンバー６、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１が連通接続されている。
【0032】
熱処理装置１００の主要部である熱処理部１６０は、予備加熱を行った半導体ウェハーＷにキセノンフラッシュランプＦＬからの閃光（フラッシュ光）を照射してフラッシュ加熱処理を行う基板処理部である。この熱処理部１６０の構成についてはさらに後述する。
【0033】
２つの冷却部１３０，１４０は、概ね同様の構成を備える。冷却部１３０，１４０はそれぞれ、アルミニウム合金製の筐体である第１クールチャンバー１３１，第２クールチャンバー１４１の内部に、金属製の冷却プレートと、その上面に載置された石英板とを備える（いずれも図示省略）。当該冷却プレートは、ペルチェ素子または恒温水循環によって常温（約２３℃）に温調されている。熱処理部１６０にてフラッシュ加熱処理が施された半導体ウェハーＷは、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に搬入されて当該石英板に載置されて冷却される。
【0034】
第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１はともに、インデクサ部１０１と搬送チャンバー１７０との間にて、それらの双方に接続されている。第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１には、半導体ウェハーＷを搬入出するための２つの開口が形設されている。第１クールチャンバー１３１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口はゲートバルブ１８１によって開閉可能とされている。一方、第１クールチャンバー１３１の搬送チャンバー１７０に接続される開口はゲートバルブ１８３によって開閉可能とされている。すなわち、第１クールチャンバー１３１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８１を介して接続され、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８３を介して接続されている。
【0035】
インデクサ部１０１と第１クールチャンバー１３１との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８１が開放される。また、第１クールチャンバー１３１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８３が開放される。ゲートバルブ１８１およびゲートバルブ１８３が閉鎖されているときには、第１クールチャンバー１３１の内部が密閉空間となる。
【0036】
また、第２クールチャンバー１４１の２つの開口のうちインデクサ部１０１に接続される開口はゲートバルブ１８２によって開閉可能とされている。一方、第２クールチャンバー１４１の搬送チャンバー１７０に接続される開口はゲートバルブ１８４によって開閉可能とされている。すなわち、第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１とはゲートバルブ１８２を介して接続され、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０とはゲートバルブ１８４を介して接続されている。
【0037】
インデクサ部１０１と第２クールチャンバー１４１との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８２が開放される。また、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う際には、ゲートバルブ１８４が開放される。ゲートバルブ１８２およびゲートバルブ１８４が閉鎖されているときには、第２クールチャンバー１４１の内部が密閉空間となる。
【0038】
処理チャンバー６に隣接して設置された搬送チャンバー１７０に設けられた搬送ロボット１５０は、鉛直方向に沿った軸を中心に矢印１５０Ｒにて示すように旋回可能とされる。搬送ロボット１５０は、複数のアームセグメントからなる２つのリンク機構を有し、それら２つのリンク機構の先端にはそれぞれ半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが設けられている。これらの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂは上下に所定のピッチだけ隔てて配置され、リンク機構によりそれぞれ独立して同一水平方向に直線的にスライド移動可能とされている。また、搬送ロボット１５０は、２つのリンク機構が設けられるベースを昇降移動することにより、所定のピッチだけ離れた状態のまま２つの搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂを昇降移動させる。
【0039】
搬送ロボット１５０が第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１または熱処理部１６０の処理チャンバー６を受け渡し相手として半導体ウェハーＷの受け渡し（出し入れ）を行う際には、まず、両搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂが受け渡し相手と対向するように旋回し、その後（または旋回している間に）昇降移動していずれかの搬送ハンドが受け渡し相手と半導体ウェハーＷを受け渡しする高さに位置する。そして、搬送ハンド１５１ａ（１５１ｂ）を水平方向に直線的にスライド移動させて受け渡し相手と半導体ウェハーＷの受け渡しを行う。
【0040】
搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との半導体ウェハーＷの受け渡しは冷却部１３０，１４０を介して行うことができる。すなわち、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１および冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１は、搬送ロボット１５０と受渡ロボット１２０との間で半導体ウェハーＷを受け渡すためのパスとしても機能するものである。具体的には、搬送ロボット１５０または受渡ロボット１２０のうちの一方が第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に渡した半導体ウェハーＷを他方が受け取ることによって半導体ウェハーＷの受け渡しが行われる。搬送ロボット１５０および受渡ロボット１２０によって半導体ウェハーＷをキャリアＣから熱処理部１６０にまで搬送する搬送機構が構成される。
【0041】
上述したように、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間にはそれぞれゲートバルブ１８１，１８２が設けられている。また、搬送チャンバー１７０と第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１との間にはそれぞれゲートバルブ１８３，１８４が設けられている。さらに、搬送チャンバー１７０と熱処理部１６０の処理チャンバー６との間にはゲートバルブ１８５が設けられている。熱処理装置１００内にて半導体ウェハーＷが搬送される際には、適宜これらのゲートバルブが開閉される。
【0042】
次に、熱処理部１６０の構成について説明する。図３は、熱処理部１６０の構成を示す縦断面図である。熱処理部１６０は、半導体ウェハーＷを収容して加熱処理を行う処理チャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュランプハウス５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲンランプハウス４と、を備える。処理チャンバー６の上側にフラッシュランプハウス５が設けられるとともに、下側にハロゲンランプハウス４が設けられている。また、熱処理部１６０は、処理チャンバー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と搬送ロボット１５０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。
【0043】
処理チャンバー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。処理チャンバー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、フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を処理チャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、処理チャンバー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、ハロゲンランプＨＬからの光を処理チャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
【0044】
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。処理チャンバー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。
【0045】
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、処理チャンバー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、処理チャンバー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。
【0046】
また、チャンバー側部６１には、処理チャンバー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を閉鎖すると処理チャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
【0047】
また、処理チャンバー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は処理チャンバー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。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。処理ガスとしては、窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガス、または、アンモニア（ＮＨ３）、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、或いはそれらの混合ガスを用いることができる。
【0048】
一方、処理チャンバー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は処理チャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介して処理排気管８８に連通接続されている。処理排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、処理排気管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を経て処理排気管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、処理チャンバー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。
【0049】
排気部１９０は、排気ポンプを備える。排気部１９０を作動させつつ、バルブ８９を開放することによって、処理チャンバー６内の雰囲気が処理排気管８８から排気部１９０へと排出される。ガス供給孔８１から何らのガス供給を行うことなく、排気部１９０によって密閉空間である熱処理空間６５の雰囲気を排気すると、処理チャンバー６内を大気圧未満の気圧に減圧することができる。
【0050】
図４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。
【0051】
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、処理チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図３参照）。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。
【0052】
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５は、サセプタ７４の平面図である。また、図６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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
図４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が処理チャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７が処理チャンバー６に装着される。保持部７が処理チャンバー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。
【0056】
処理チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、処理チャンバー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。
【0057】
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。
【0058】
また、図４および図５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（図３参照）がサセプタ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を介してサセプタ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光を受光してその半導体ウェハー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。
【0059】
図７は、移載機構１０の平面図である。また、図８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７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７の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。移載動作位置はサセプタ７４の下方であり、退避位置はサセプタ７４よりも外方である。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。
【0060】
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４，５参照）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処理チャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
【0061】
図３に戻り、処理チャンバー６の上方に設けられたフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス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。フラッシュランプハウス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。フラッシュランプハウス５が処理チャンバー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は処理チャンバー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。
【0062】
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。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
処理チャンバー６の下方に設けられたハロゲンランプハウス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。複数のハロゲンランプＨＬは処理チャンバー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への光照射を行う。
【0066】
図９は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプ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。
【0067】
また、図９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、ハロゲンランプＨＬ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。
【0068】
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、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
【0069】
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。
【0070】
また、ハロゲンランプハウス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３）。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。
【0071】
上記の構成以外にも熱処理部１６０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ランプハウス４、フラッシュランプハウス５および処理チャンバー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、処理チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲンランプハウス４およびフラッシュランプハウス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、フラッシュランプハウス５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【0072】
図１０は、熱処理装置１００における排気機構の構成を模式的に示す図である。熱処理装置１００のうちインデクサ部１０１を除く第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１、搬送チャンバー１７０および処理チャンバー６は装置全体の筐体２００の内側に収容されている。上述した通り、第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１とインデクサ部１０１との間はそれぞれゲートバルブ１８１，１８２によって開閉される。第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１と搬送チャンバー１７０との間はそれぞれゲートバルブ１８３，１８４によって開閉される。搬送チャンバー１７０と処理チャンバー６との間はゲートバルブ１８５によって開閉される。
【0073】
熱処理部１６０の処理チャンバー６には、処理ガス供給源８５およびバルブ８４を含むガス供給部からアンモニア等の処理ガスが供給される（図３）。また、第１クールチャンバー１３１、第２クールチャンバー１４１および搬送チャンバー１７０のそれぞれにも図示を省略するガス供給部から窒素ガスが供給される。
【0074】
処理チャンバー６には処理排気管８８が接続される。処理排気管８８の経路途中にはバルブ８９が設けられている。また、搬送チャンバー１７０には搬送排気管１７１が接続される。搬送排気管１７１の経路途中にはバルブ１７２が設けられている。さらに、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１には冷却排気管１３５が接続される（図１０では、図示の便宜上、第２クールチャンバー１４１に接続される冷却排気管１３５のみ示している）。冷却排気管１３５の経路途中にはバルブ１３６が設けられている。
【0075】
処理排気管８８、搬送排気管１７１および冷却排気管１３５はガス排気管１９１に合流する。ガス排気管１９１は排気部１９０に接続される。ガス排気管１９１の経路途中であって、処理排気管８８、搬送排気管１７１および冷却排気管１３５の全てが合流した部位（図１０の例では、ガス排気管１９１に処理排気管８８が合流した部位）と排気部１９０との間には排気ガス検知器１９２が設けられている。本実施形態の排気ガス検知器１９２は、電解液系を用いたアンモニアの検知器である。排気ガス検知器１９２は、ガス排気管１９１を流れる気体に含まれるアンモニアを検知する。
【0076】
制御部３の制御下にて、排気部１９０を作動させつつ、バルブ８９，１７２，１３６を適宜に開閉することによって、処理チャンバー６、搬送チャンバー１７０、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１からの排気を制御することができる。例えば、バルブ８９，１７２，１３６の全てを開放した場合、処理チャンバー６、搬送チャンバー１７０、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１の全ての雰囲気がガス排気管１９１から排気部１９０に排出される。また、例えば、バルブ８９を開放するとともに、バルブ１７２，１３６を閉止した場合、処理チャンバー６内の雰囲気のみがガス排気管１９１から排気部１９０に排出されることとなる。
【0077】
また、処理チャンバー６には配管を介して酸素濃度計２５１が接続されている。処理チャンバー６と酸素濃度計２５１とを接続する配管の経路途中にはバルブ２５２が設けられている。バルブ２５２が開放されると、処理チャンバー６内の雰囲気が酸素濃度計２５１に取り込まれる。
【0078】
酸素濃度計２５１は、例えば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（例えば、約７００℃）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。酸素濃度計２５１は、処理チャンバー６から取り込んだ気体中の酸素濃度をかかる原理を用いて測定することによって、処理チャンバー６内の酸素濃度を測定することができる。
【0079】
また、搬送チャンバー１７０からの搬送排気管１７１には酸素濃度計１７５が接続されている。搬送排気管１７１と酸素濃度計１７５とを接続する配管の経路途中にはバルブ１７６が設けられている。バルブ１７６が開放されると、搬送チャンバー１７０内の雰囲気が搬送排気管１７１を経て酸素濃度計１７５に取り込まれる。酸素濃度計１７５も上記の酸素濃度計２５１と同様のジルコニア式酸素濃度計である。よって、バルブ１７６を開放することによって、酸素濃度計１７５は搬送チャンバー１７０内の酸素濃度を測定することができる。
【0080】
さらに、筐体２００からの筐体排気管２８０には排気ガス検知器２８１が設けられている。筐体２００内の気体は筐体排気管２８０から排出される。排気ガス検知器２８１は、上記の排気ガス検知器１９２と同様のアンモニアの検知器である。排気ガス検知器２８１は、筐体排気管２８０を流れる気体に含まれるアンモニアを検知する。また、筐体２００の壁面のうちインデクサ部１０１と接する面の一部には開口２８５が形設されている。ゲートバルブ１８１またはゲートバルブ１８２が開放されているときに、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１からインデクサ部１０１に流出した気体の一部は開口２８５から筐体２００内に流入して筐体排気管２８０から排出される。従って、第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１からインデクサ部１０１に流出した気体に含まれるアンモニアを排気ガス検知器２８１によって検知することもできる。
【0081】
図１１は、制御部３の構成を示すブロック図である。制御部３は、熱処理装置１００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３５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１００における処理が進行する。判定部３１および発報部３２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。判定部３１および発報部３２の処理内容についてはさらに後述する。なお、図１においては、インデクサ部１０１内に制御部３を示しているが、これに限定されるものではなく、制御部３は熱処理装置１００内の任意の位置に配置することができる。なお、各種情報を記憶する読み書き自在のメモリは、フラッシュメモリが集積されたＳＳＤ等でもよい。
【0082】
また、制御部３には入力部３３、表示部３４およびスピーカー３６が接続されている。制御部３は、表示部３４に種々の情報を表示する。熱処理装置１００のオペレータは、表示部３４に表示された情報を確認しつつ、入力部３３から種々のコマンドやパラメータを入力することができる。入力部３３としては、例えばキーボードやマウスを用いることができる。表示部３４としては、例えば液晶ディスプレイを用いることができる。本実施形態においては、表示部３４および入力部３３として、熱処理装置１００の外壁に設けられた液晶のタッチパネルを採用して双方の機能を併せ持たせるようにしている。また、制御部３は、スピーカー３６から音声を出力することもできる。
【0083】
次に、熱処理装置１００における処理動作について説明する。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１００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。以下に説明する手順は、磁気ディスク３５に格納されたレシピ（図１１）に従って制御部３が熱処理装置１００の各動作機構を制御することにより進行する。レシピとは、半導体ウェハーＷに対する熱処理の処理手順および処理条件を規定したものである。
【0084】
まず、高誘電率膜が形成された未処理の半導体ウェハーＷがキャリアＣに複数枚収容された状態でインデクサ部１０１のロードポート１１０に載置される。そして、受渡ロボット１２０がキャリアＣから未処理の半導体ウェハーＷを１枚ずつ取り出し、アライメント部２３０のアライメントチャンバー２３１に搬入する。アライメントチャンバー２３１では、半導体ウェハーＷをその中心部を回転中心として水平面内にて鉛直方向軸まわりで回転させ、ノッチ等を光学的に検出することによって半導体ウェハーＷの向きを調整する。
【0085】
次に、インデクサ部１０１の受渡ロボット１２０がアライメントチャンバー２３１から向きの調整された半導体ウェハーＷを取り出し、冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１または冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１に搬入する。第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に搬入された未処理の半導体ウェハーＷは搬送ロボット１５０によって搬送チャンバー１７０に搬出される。未処理の半導体ウェハーＷがインデクサ部１０１から第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１を経て搬送チャンバー１７０に移送される際には、第１クールチャンバー１３１および第２クールチャンバー１４１は半導体ウェハーＷの受け渡しのためのパスとして機能するのである。
【0086】
半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０は熱処理部１６０を向くように旋回する。続いて、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を開放し、搬送ロボット１５０が未処理の半導体ウェハーＷを処理チャンバー６に搬入する。このときに、先行する加熱処理済みの半導体ウェハーＷが処理チャンバー６に存在している場合には、搬送ハンド１５１ａ，１５１ｂの一方によって加熱処理後の半導体ウェハーＷを取り出してから未処理の半導体ウェハーＷを処理チャンバー６に搬入してウェハー入れ替えを行う。その後、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。
【0087】
処理チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷには、ハロゲンランプＨＬによって予備加熱が行われた後、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によってフラッシュ加熱処理が行われる。このフラッシュ加熱処理により半導体ウェハーＷの表面に形成された高誘電率膜の成膜後熱処理が行われる。
【0088】
フラッシュ加熱処理が終了した後、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を再び開放し、搬送ロボット１５０が処理チャンバー６からフラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷを搬送チャンバー１７０に搬出する。半導体ウェハーＷを取り出した搬送ロボット１５０は、処理チャンバー６から第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１に向くように旋回する。また、ゲートバルブ１８５が処理チャンバー６と搬送チャンバー１７０との間を閉鎖する。
【0089】
その後、搬送ロボット１５０が加熱処理後の半導体ウェハーＷを冷却部１３０の第１クールチャンバー１３１または冷却部１４０の第２クールチャンバー１４１に搬入する。このとき、当該半導体ウェハーＷが加熱処理前に第１クールチャンバー１３１を通ってきている場合には加熱処理後にも第１クールチャンバー１３１に搬入され、加熱処理前に第２クールチャンバー１４１を通ってきている場合には加熱処理後にも第２クールチャンバー１４１に搬入される。第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１では、フラッシュ加熱処理後の半導体ウェハーＷの冷却処理が行われる。熱処理部１６０の処理チャンバー６から搬出された時点での半導体ウェハーＷ全体の温度は比較的高温であるため、これを第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１にて常温近傍にまで冷却するのである。
【0090】
所定の冷却処理時間が経過した後、受渡ロボット１２０が冷却後の半導体ウェハーＷを第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１から搬出し、キャリアＣへと返却する。キャリアＣに所定枚数の処理済み半導体ウェハーＷが収容されると、そのキャリアＣはインデクサ部１０１のロードポート１１０から搬出される。
【0091】
熱処理部１６０における加熱処理について説明を続ける。ゲートバルブ１８５が開いて搬送開口部６６が開放され、搬送ロボット１５０により搬送開口部６６を介して処理対象となる半導体ウェハーＷが処理チャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボット１５０は、未処理の半導体ウェハーＷを保持する搬送ハンド１５１ａ（または搬送ハンド１５１ｂ）を保持部７の直上位置まで進出させて停止させる。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。
【0092】
未処理の半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ａを熱処理空間６５から退出させ、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。
【0093】
半導体ウェハーＷが処理チャンバー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、処理チャンバー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、処理チャンバー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、処理チャンバー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、処理チャンバー６内の熱処理空間６５が大気圧未満に減圧される。処理チャンバー６からの排気は、初期段階では比較的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るようにしても良い。このようにすれば、処理チャンバー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。
【0094】
処理チャンバー６の圧力（真空度）が所定圧（例えば、約１００Ｐａ）に到達した後、給気のためのバルブ８４を開放し、処理ガス供給源８５から処理チャンバー６内の熱処理空間６５にアンモニアを供給する。その結果、処理チャンバー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、例えば１００％であっても良い。
【0095】
処理チャンバー６内にアンモニアが供給されることによって、処理チャンバー６内の圧力が上昇して例えば５０００Ｐａにまで復圧する。処理チャンバー６内にアンモニア雰囲気が形成された後、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の裏面に照射される。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。
【0096】
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。
【0097】
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。
【0098】
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、ハロゲンランプハウス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。
【0099】
次に、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達してから所定時間が経過した後にフラッシュランプ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処理チャンバー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処理チャンバー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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
フラッシュ加熱処理が終了して所定時間が経過した後に、制御部３がバルブ８４を閉止して処理チャンバー６内を再び約１００Ｐａにまで減圧する。これにより、処理チャンバー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、制御部３がバルブ８９を閉止してバルブ８４を開放し、処理ガス供給源８５から処理チャンバー６内に不活性ガスである窒素ガスを供給して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、処理チャンバー６が窒素雰囲気に置換されて大気圧にまで復圧し、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が搬送ロボット１５０の搬送ハンド１５１ｂ（または搬送ハンド１５１ａ）により搬出される。搬送ロボット１５０は、搬送ハンド１５１ｂをリフトピン１２によって突き上げられた半導体ウェハーＷの直下位置にまで進出させて停止させる。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、フラッシュ加熱後の半導体ウェハーＷが搬送ハンド１５１ｂに渡されて載置される。その後、搬送ロボット１５０が搬送ハンド１５１ｂを処理チャンバー６から退出させて処理後の半導体ウェハーＷを搬出する。
【0103】
ところで、熱処理装置１００に対しては、定期的または不定期にメンテナンス作業が行われる。不定期なメンテナンス作業が行われるのは、例えばフラッシュ加熱時にウェハー割れ等のトラブルが発生して復旧処理を行う必要のあるときである。メンテナンス時には、処理チャンバー６を開放して作業を行うこととなる。具体的には、上側チャンバー窓６３を開く必要がある。処理チャンバー６を開放する際に、処理チャンバー６内に僅かでもアンモニア等の有害なガスが残留していると、そのようなガスが熱処理装置１００の外部の作業環境に放出されるおそれがある。
【0104】
このため、第１実施形態においては、熱処理装置１００のメンテナンス時に処理チャンバー６を開放する前に、処理チャンバー６内の雰囲気中に含まれる残留ガスの検知を行うようにしている。メンテナンス時に処理チャンバー６を開放する前には、処理ガス供給源８５からの窒素ガス供給により処理チャンバー６内を大気圧の窒素雰囲気としている。処理チャンバー６内を大気圧の窒素雰囲気とした状態にてバルブ８９を開放するとともに、バルブ１７２，１３６を閉止する。これにより、処理排気管８８およびガス排気管１９１は処理チャンバー６内の雰囲気のみを排気部１９０に導く排気経路となる。そして、排気ガス検知器１９２は、当該排気経路の経路途中に設けられていることとなる。
【0105】
バルブ８９の他にもバルブ１７２および／またはバルブ１３６が開放されていると、ガス排気管１９１には処理チャンバー６の雰囲気と搬送チャンバー１７０および／または第１クールチャンバー１３１（第２クールチャンバー１４１）の雰囲気とが混じった排気が流れることとなる。そうすると、処理チャンバー６内の雰囲気が希釈されることとなるため、処理チャンバー６内に残留する微量なアンモニア等を排気ガス検知器１９２によって検知することが難しくなる。
【0106】
第１実施形態では、バルブ８９のみを開放してバルブ１７２およびバルブ１３６を閉止しているため、処理チャンバー６内の雰囲気のみが処理排気管８８からガス排気管１９１を流れて排気ガス検知器１９２を通過することとなる。すなわち、バルブ操作によって、処理チャンバー６内の雰囲気のみを排気ガス検知器１９２の検知対象とし、処理チャンバー６内の雰囲気に含まれる残留アンモニアを直接検知するようにしているのである。従って、処理チャンバー６内の残留アンモニアに対する排気ガス検知器１９２の検知感度は高まり、処理チャンバー６内に残留する極微量のアンモニアを排気ガス検知器１９２によって検知することが可能となる。これにより、熱処理装置１００のメンテナンス時に処理チャンバー６を開放する前に、安全性を確認することができる。
【0107】
処理チャンバー６を開放する前に、排気ガス検知器１９２が処理チャンバー６内に残留するアンモニアを検知したときには、制御部３の発報部３２（図１１）が表示部３４にアラームを表示するとともに、スピーカー３６から音声による警告を発報するようにしても良い。このようにすれば、メンテナンスの作業者に危険性をより確実に伝達することができる。
【0108】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の熱処理装置１の構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態と同様である。第１実施形態では熱処理装置１００のメンテナンス時に処理チャンバー６を開放する前に処理チャンバー６内の残留アンモニアの検知を行っていたが、第２実施形態においては半導体ウェハーＷの処理中に搬送チャンバー１７０内の雰囲気に含まれるアンモニアの検知を行う。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の熱処理装置１の構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態と同様である。第１実施形態では熱処理装置１００のメンテナンス時に処理チャンバー６を開放する前に処理チャンバー６内の残留アンモニアの検知を行っていたが、第２実施形態においては半導体ウェハーＷの処理中に搬送チャンバー１７０内の雰囲気に含まれるアンモニアの検知を行う。
【0109】
上述の通り、熱処理部１６０においてはアンモニア雰囲気中にて半導体ウェハーＷの加熱処理を行い、加熱処理終了後は処理チャンバー６内を減圧してアンモニアを排出するようにしている。しかし、例えばアンモニア１００％の雰囲気中で半導体ウェハーＷの加熱処理を行った場合、処理チャンバー６内を１００Ｐａにまで減圧してアンモニアを排出したとしても、窒素ガスで大気圧に復圧したときには処理チャンバー６内に１０００ｐｐｍのアンモニアが残留することとなる。この残留濃度は、作業環境におけるアンモニアの許容濃度として定められている２５ｐｐｍと比較しても高濃度である。
【0110】
残留アンモニアは、ゲートバルブ１８５が開いて搬送ロボット１５０によって処理後の半導体ウェハーＷが処理チャンバー６から搬送チャンバー１７０に搬出される際に半導体ウェハーＷとともに搬送チャンバー１７０に流入する可能性がある。搬送チャンバー１７０に流入したアンモニアはさらに第１クールチャンバー１３１または第２クールチャンバー１４１を経てインデクサ部１０１から作業環境に漏出するおそれもある。熱処理装置１００では各チャンバー間の圧力関係を調整することによって処理チャンバー６内の残留アンモニアが作業環境にまでは漏出しないようにされているものの、何らかのトラブルや人為的なミスによって残留アンモニアが漏出する可能性を完全に無くすことは困難である。また、ゲートバルブ１８５のＯリングのシール性が劣化した場合には、半導体ウェハーＷの加熱処理中に処理チャンバー６から搬送チャンバー１７０にアンモニアが漏出する可能性もある。
【0111】
そこで、第２実施形態においては、熱処理装置１００での半導体ウェハーＷの処理時（加熱処理に加えて搬送や冷却等をも含む）に搬送チャンバー１７０内の雰囲気中に含まれるアンモニアの検知を行うようにしている。具体的には、熱処理装置１００での半導体ウェハーＷの処理時には、酸素濃度計１７５によって搬送チャンバー１７０内の雰囲気中におけるアンモニアの有無を常時監視している。
【0112】
酸素濃度計１７５は、本来搬送チャンバー１７０内の酸素濃度を測定するジルコニア式酸素濃度計である。ジルコニア式酸素濃度計が酸素と接すると酸素イオンの移動によって起電力が発生するのであるが、そのジルコニア式酸素濃度計がアンモニアと接した場合には、アンモニアが分解して生成された水素イオン（Ｈ＋）がジルコニア固体電解質内を移動することによって起電力（酸素とは逆の電位の起電力）が発生する。従って、酸素濃度計１７５は、アンモニアの濃度を定量評価することまではできないものの、アンモニアの有無を検知することは可能である。しかも酸素濃度計１７５の検知感度は高く、典型的には、電解液系を用いたアンモニアの検知器である排気ガス検知器１９２，２８１の検知感度が１ｐｐｍ程度であるのに対して、酸素濃度計１７５はそれより１オーダー低い濃度のアンモニアを検知することができる。
【0113】
熱処理装置１００での半導体ウェハーＷの処理中にはバルブ１７６を常時開放して搬送チャンバー１７０内の雰囲気を酸素濃度計１７５に取り込む。高い検知感度を有する酸素濃度計１７５は、熱処理装置１００での処理時に搬送チャンバー１７０の雰囲気中に含まれるアンモニアを検知する。これにより、熱処理装置１００での処理時における処理チャンバー６から搬送チャンバー１７０へのアンモニアの流出の有無を検知して安全性を確認することができる。
【0114】
第１実施形態と同様に、酸素濃度計１７５が熱処理装置１００での処理時に搬送チャンバー１７０の雰囲気中に含まれるアンモニアを検知したときには、発報部３２が表示部３４にアラームを表示するとともに、スピーカー３６から音声による警告を発報するようにしても良い。このようにすれば、熱処理装置１００のオペレータに搬送チャンバー１７０へのアンモニアの流出をより確実に伝達することができる。
【0115】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置１の構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態と同様である。第３実施形態においては、人工知能（ＡＩ）を用いてアンモニアの危険性を判断している。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態の熱処理装置１の構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態と同様である。第３実施形態においては、人工知能（ＡＩ）を用いてアンモニアの危険性を判断している。
【0116】
第１実施形態では電解液系を用いたアンモニアの検知器である排気ガス検知器１９２によって処理チャンバー６内のアンモニアを検知し、第２実施形態ではジルコニア固体電解質を用いた酸素濃度計１７５によって搬送チャンバー１７０内のアンモニアを検知していた。しかし、排気ガス検知器１９２は、水素を含んだ分子や窒素酸化物にも反応する。また、酸素濃度計１７５は、雰囲気中の酸素の影響を当然に受ける。よって、排気ガス検知器１９２または酸素濃度計１７５によってアンモニアが検知されたとしても、実際にはアンモニアが存在していない、或いはアンモニアが存在していたとしてもその濃度が危険なレベルにまでは到達していないこともある。
【0117】
第３実施形態においては、人工知能機能を備えた判定部３１によってアンモニアの危険性を判断している。図１２は、人工知能による危険性の判断の概念を示す図である。人工知能機能を備えた判定部３１は、深層学習を含む機械学習によって得た知識を用いて多数のデータの集合に対する解析を行ってアンモニアの危険性を判断する。判定部３１への入力データとしては、排気ガス検知器１９２または酸素濃度計１７５による検知情報に加えて、処理チャンバー６に供給されているガス種類の情報、ゲートバルブを含む各バルブの開閉情報、および、半導体ウェハーＷに対する処理条件が例示される。半導体ウェハーＷに対する処理条件は、磁気ディスク３５に格納されているレシピから取得することができる。
【0118】
人工知能機能を備えた判定部３１は、過去に得られたデータからどのような状況下で危険性が生じるかを学習している。判定部３１は、その機械学習によって得た知識を用いて、図１２に例示されるデータの集合に対する解析を行ってアンモニアの危険性の有無を判断する。この判断には大量のデータを取り扱うこととなるため人工知能を用いるのは好適である。
【0119】
判定部３１によって危険性ありと判断されたときには、発報部３２が警告を発報するようにしても良い。このときに、第１および第２実施形態と同様に、発報部３２が表示部３４にアラームを表示するとともに、スピーカー３６から音声による警告を発報するようにしても良い。
【0120】
＜変形例＞
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、第１実施形態においては、ガス排気管１９１に設けられた排気ガス検知器１９２によって処理チャンバー６内の残留アンモニアを検知するようにしていたが、これに代えて酸素濃度計２５１によって処理チャンバー６内の残留アンモニアを検知するようにしても良い。既述したように、本来酸素濃度を測定するためのジルコニア式の酸素濃度計２５１であってもアンモニアの有無を高感度で検知することは可能である。熱処理装置１００のメンテナンス時に処理チャンバー６を開放する前に、バルブ２５２を開いて処理チャンバー６内の雰囲気を酸素濃度計２５１に取り込み、処理チャンバー６内に残留するアンモニアを検知する。酸素濃度計２５１も処理チャンバー６内の雰囲気のみを検知対象としているため、処理チャンバー６内の雰囲気に含まれる残留アンモニアを直接検知することができる。従って、第１実施形態と同様に、処理チャンバー６内に残留する極微量のアンモニアを酸素濃度計２５１によって検知することができる。
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、第１実施形態においては、ガス排気管１９１に設けられた排気ガス検知器１９２によって処理チャンバー６内の残留アンモニアを検知するようにしていたが、これに代えて酸素濃度計２５１によって処理チャンバー６内の残留アンモニアを検知するようにしても良い。既述したように、本来酸素濃度を測定するためのジルコニア式の酸素濃度計２５１であってもアンモニアの有無を高感度で検知することは可能である。熱処理装置１００のメンテナンス時に処理チャンバー６を開放する前に、バルブ２５２を開いて処理チャンバー６内の雰囲気を酸素濃度計２５１に取り込み、処理チャンバー６内に残留するアンモニアを検知する。酸素濃度計２５１も処理チャンバー６内の雰囲気のみを検知対象としているため、処理チャンバー６内の雰囲気に含まれる残留アンモニアを直接検知することができる。従って、第１実施形態と同様に、処理チャンバー６内に残留する極微量のアンモニアを酸素濃度計２５１によって検知することができる。
【0121】
また、上記実施形態においては、処理ガスとしてアンモニアを用い、メンテナンス時等にアンモニアを検知するようにしていたが、処理ガスはアンモニアに限定されるものではなく、他の有毒なガスであっても良い。そのような有毒なガスとしては窒素酸化物（一酸化窒素（ＮＯ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）などのＮＯｘ）が例示される。ジルコニア式酸素濃度計が窒素酸化物と接すると、窒素酸化物が分解して生成された酸素イオンがジルコニア固体電解質内を移動することによって起電力が発生するため、酸素濃度計１７５，２５１によって窒素酸化物の有無を検知することは可能である。
【0122】
また、上記実施形態においては、フラッシュランプハウス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、ハロゲンランプハウス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。
【0123】
また、上記実施形態においては、１秒以上連続して発光する連続点灯ランプとしてフィラメント方式のハロゲンランプＨＬを用いて半導体ウェハーＷの予備加熱を行っていたが、これに限定されるものではなく、ハロゲンランプＨＬに代えて放電型のアークランプ（例えば、キセノンアークランプ）を連続点灯ランプとして用いて予備加熱を行うようにしても良い。
【0124】
また、熱処理装置１００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】
【0125】
３ 制御部
４ ハロゲンランプハウス
５ フラッシュランプハウス
６ 処理チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
３１ 判定部
３２ 発報部
３３ 入力部
３４ 表示部
３５ 磁気ディスク
３６ スピーカー
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
８５ 処理ガス供給源
１００ 熱処理装置
１０１ インデクサ部
１２０ 受渡ロボット
１３０，１４０ 冷却部
１５０ 搬送ロボット
１５１ａ，１５１ｂ 搬送ハンド
１６０ 熱処理部
１７０ 搬送チャンバー
１７５，２５１ 酸素濃度計
１９０ 排気部
１９２，２８１ 排気ガス検知器
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
４ ハロゲンランプハウス
５ フラッシュランプハウス
６ 処理チャンバー
７ 保持部
１０ 移載機構
３１ 判定部
３２ 発報部
３３ 入力部
３４ 表示部
３５ 磁気ディスク
３６ スピーカー
６５ 熱処理空間
７４ サセプタ
８５ 処理ガス供給源
１００ 熱処理装置
１０１ インデクサ部
１２０ 受渡ロボット
１３０，１４０ 冷却部
１５０ 搬送ロボット
１５１ａ，１５１ｂ 搬送ハンド
１６０ 熱処理部
１７０ 搬送チャンバー
１７５，２５１ 酸素濃度計
１９０ 排気部
１９２，２８１ 排気ガス検知器
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】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】