JP5356725B2

JP5356725B2 - 熱処理装置

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Publication number: JP5356725B2
Application number: JP2008125707A
Authority: JP
Inventors: 弘喜樹山; 健一横内
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-05-13
Also published as: US8041198B2; JP2009277759A; US20090285568A1

Description

本発明は、半導体ウェハーや液晶表示装置用ガラス基板等（以下、単に「基板」と称する）に対して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。

従来より、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化工程においては、ハロゲンランプを使用したランプアニール装置が一般的に使用されていた。このようなランプアニール装置においては、半導体ウェハーを、例えば、１０００℃ないし１１００℃程度の温度に加熱（アニール）することにより、半導体ウェハーのイオン活性化を実行している。そして、このような熱処理装置においては、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用することにより、毎秒数百度程度の速度で基板を昇温する構成となっている。

一方、近年、半導体デバイスの高集積化が進展し、ゲート長が短くなるにつれて接合深さも浅くすることが望まれている。しかしながら、毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する上記ランプアニール装置を使用して半導体ウェハーのイオン活性化を実行した場合においても、半導体ウェハーに打ち込まれたボロンやリン等のイオンが熱によって深く拡散するという現象が生ずることが判明した。このような現象が発生した場合においては、接合深さが要求よりも深くなり過ぎ、良好なデバイス形成に支障が生じることが懸念される。

このため、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、イオンが注入された半導体ウェハーの表面のみを極めて短時間（数ミリセカンド以下）に昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献１，２）。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、数ミリセカンド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。このため、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、イオンを深く拡散させることなく、イオン活性化のみを実行することができるのである。

特開２００４−５５８２１号公報特開２００４−８８０５２号公報

ところで、フラッシュ加熱を行う前工程でのイオン注入時に高エネルギーのイオンを打ち込んだ結果、半導体ウェハーのシリコン結晶には多数の欠陥が導入される。このような欠陥は、イオン注入層よりもやや深い位置に導入される傾向がある。フラッシュ加熱を行う際には、イオン活性化のみらず、導入された欠陥の回復をも併せて行うことが望ましい。

しかしながら、フラッシュランプの発光時間が１ミリセカンド程度の極短時間照射の場合、半導体ウェハーの表面の温度上昇速度の方がシリコンの熱伝導によって熱がウェハー内部に伝わるよりも早いため、イオン注入層の昇温は可能であるものの、欠陥が導入されている深さ位置までの昇温は困難であった。もっとも、フラッシュランプから極めて高いエネルギーの光を照射すれば、１ミリセカンド程度の極短時間照射であっても欠陥が導入されている深さ位置まで昇温することができ、欠陥の回復を行うことはできるものの、表面温度が著しく上昇して半導体ウェハーにダメージを与えるという問題が生じる。

また、フラッシュランプに電力供給を行う電源回路のコイル定数を調整することによってフラッシュランプの発光時間を数ミリセカンド程度に伸ばすことができる。発光時間を数ミリセカンド程度とすれば、半導体ウェハーの表面のみならず内部をもある程度昇温することができ、イオン注入時に導入された欠陥の回復には有効であると考えられる。ところが、フラッシュランプの発光時間を数ミリセカンド程度と長くすると、半導体ウェハーの表面が昇温し続けて新たな結晶欠陥が発生するおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、基板にダメージを与えることなく、注入されたイオンの活性化および導入された欠陥の回復の双方を行うことができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、基板に対して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、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプ、コンデンサおよびコイルと直列に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンオフすることによって前記フラッシュランプへの通電を制御する通電制御手段と、を備え、前記通電制御手段は、前記フラッシュランプからの発光出力が目標値まで増大するように前記スイッチング素子をオン状態とした後、前記フラッシュランプからの発光出力が前記目標値から±２０％以内の変動幅の範囲内に維持される安定状態となるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返し、前記通電制御手段は、前記安定状態のときに所定時間のオン状態とそれに続く前記所定時間よりも短い複数のオン状態との組み合わせを複数回繰り返すように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返すことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、基板に対して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、基板を保持する保持手段と、前記保持手段に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、前記フラッシュランプ、コンデンサおよびコイルと直列に接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンオフすることによって前記フラッシュランプへの通電を制御する通電制御手段と、を備え、前記通電制御手段は、前記フラッシュランプからの発光出力が目標値まで増大するように前記スイッチング素子をオン状態とした後、前記フラッシュランプからの発光出力が前記目標値から±２０％以内の変動幅の範囲内に維持される安定状態となるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返し、前記通電制御手段は、前記安定状態における最初のオン状態の時間よりも最後のオン状態の時間の方が長くなるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返すことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、前記通電制御手段は、前記安定状態における前記最初のオン状態から前記最後のオン状態に向けて時間が漸次長くなるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返すことを特徴とする。

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、前記スイッチング素子はトランジスタであり、前記通電制御手段は、１以上のパルスを含むパルス信号を発生して前記トランジスタのゲートに出力するパルス信号発生手段を含むことを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、前記トランジスタは絶縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とする。

請求項１から請求項５の発明によれば、フラッシュランプからの発光出力が目標値まで増大するようにスイッチング素子をオン状態とした後、フラッシュランプからの発光出力が目標値から±２０％以内の変動幅の範囲内に維持される安定状態となるようにスイッチング素子のオンオフを繰り返すため、フラッシュランプからの光照射によって基板表面を過度に加熱することなく欠陥導入位置まである程度昇温することができ、基板にダメージを与えることなく、注入されたイオンの活性化および導入された欠陥の回復の双方を行うことができる。

特に、請求項１の発明によれば、安定状態のときに所定時間のオン状態とそれに続く当該所定時間よりも短い複数のオン状態と組み合わせを複数回繰り返すようにスイッチング素子のオンオフを繰り返すため、フラッシュランプからの発光出力を目標値から±２０％以内の変動幅の範囲内に安定して維持することができる。

特に、請求項２および請求項３の発明によれば、安定状態における最初のオン状態の時間よりも最後のオン状態の時間の方が長くなるようにスイッチング素子のオンオフを繰り返すため、フラッシュランプからの発光出力を目標値から±２０％以内の変動幅の範囲内に安定して維持することができる。

特に、請求項５の発明によれば、スイッチング素子を絶縁ゲートバイポーラトランジスタとしているため、大電力を必要とするフラッシュランプの発光に適切である。

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。

まず、本発明に係る熱処理装置の全体構成について概説する。図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す側断面図である。熱処理装置１は基板として略円形の半導体ウェハーＷに光を照射してその半導体ウェハーＷを加熱するランプアニール装置である。

熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容する略円筒形状のチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するランプハウス５と、を備える。また、熱処理装置１は、チャンバー６およびランプハウス５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。

チャンバー６は、ランプハウス５の下方に設けられており、略円筒状の内壁を有するチャンバー側部６３、および、チャンバー側部６３の下部を覆うチャンバー底部６２によって構成される。また、チャンバー側部６３およびチャンバー底部６２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。熱処理空間６５の上方は上部開口６０とされており、上部開口６０にはチャンバー窓６１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チャンバー窓６１は、石英により形成された円板形状部材であり、ランプハウス５から出射された光を熱処理空間６５に透過する石英窓として機能する。チャンバー６の本体を構成するチャンバー底部６２およびチャンバー側部６３は、例えば、ステンレススチール等の強度と耐熱性に優れた金属材料にて形成されており、チャンバー側部６３の内側面の上部のリング６３１は、光照射による劣化に対してステンレススチールより優れた耐久性を有するアルミニウム（Ａｌ）合金等で形成されている。

また、熱処理空間６５の気密性を維持するために、チャンバー窓６１とチャンバー側部６３とはＯリングによってシールされている。すなわち、チャンバー窓６１の下面周縁部とチャンバー側部６３との間にＯリングを挟み込むとともに、クランプリング９０をチャンバー窓６１の上面周縁部に当接させ、そのクランプリング９０をチャンバー側部６３にネジ止めすることによって、チャンバー窓６１をＯリングに押し付けている。

チャンバー底部６２には、保持部７を貫通して半導体ウェハーＷをその下面（ランプハウス５からの光が照射される側とは反対側の面）から支持するための複数（本実施の形態では３本）の支持ピン７０が立設されている。支持ピン７０は、例えば石英により形成されており、チャンバー６の外部から固定されているため、容易に取り替えることができる。

チャンバー側部６３は、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６６を有し、搬送開口部６６は、軸６６２を中心に回動するゲートバルブ１８５により開閉可能とされる。チャンバー側部６３における搬送開口部６６とは反対側の部位には熱処理空間６５に処理ガス（例えば、窒素（Ｎ₂）ガスやヘリウム（Ｈｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガス、あるいは、酸素（０₂）ガス等）を導入する導入路８１が形成され、その一端は弁８２を介して図示省略の給気機構に接続され、他端はチャンバー側部６３の内部に形成されるガス導入バッファ８３に接続される。また、搬送開口部６６には熱処理空間６５内の気体を排出する排出路８６が形成され、弁８７を介して図示省略の排気機構に接続される。

図２は、チャンバー６をガス導入バッファ８３の位置にて水平面で切断した断面図である。図２に示すように、ガス導入バッファ８３は、図１に示す搬送開口部６６の反対側においてチャンバー側部６３の内周の約１／３に亘って形成されており、導入路８１を介してガス導入バッファ８３に導かれた処理ガスは、複数のガス供給孔８４から熱処理空間６５内へと供給される。

また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部において半導体ウェハーＷを水平姿勢にて保持しつつ光照射前にその保持する半導体ウェハーＷの予備加熱を行う略円板状の保持部７と、保持部７をチャンバー６の底面であるチャンバー底部６２に対して昇降させる保持部昇降機構４と、を備える。図１に示す保持部昇降機構４は、略円筒状のシャフト４１、移動板４２、ガイド部材４３（本実施の形態ではシャフト４１の周りに３本配置される）、固定板４４、ボールネジ４５、ナット４６およびモータ４０を有する。チャンバー６の下部であるチャンバー底部６２には保持部７よりも小さい直径を有する略円形の下部開口６４が形成されており、ステンレススチール製のシャフト４１は、下部開口６４を挿通して、保持部７（厳密には保持部７のホットプレート７１）の下面に接続されて保持部７を支持する。

移動板４２にはボールネジ４５と螺合するナット４６が固定されている。また、移動板４２は、チャンバー底部６２に固定されて下方へと伸びるガイド部材４３により摺動自在に案内されて上下方向に移動可能とされる。また、移動板４２は、シャフト４１を介して保持部７に連結される。

モータ４０は、ガイド部材４３の下端部に取り付けられる固定板４４に設置され、タイミングベルト４０１を介してボールネジ４５に接続される。保持部昇降機構４により保持部７が昇降する際には、駆動部であるモータ４０が制御部３の制御によりボールネジ４５を回転し、ナット４６が固定された移動板４２がガイド部材４３に沿って鉛直方向に移動する。この結果、移動板４２に固定されたシャフト４１が鉛直方向に沿って移動し、シャフト４１に接続された保持部７が図１に示す半導体ウェハーＷの受渡位置と図５に示す半導体ウェハーＷの処理位置との間で滑らかに昇降する。

移動板４２の上面には略半円筒状（円筒を長手方向に沿って半分に切断した形状）のメカストッパ４５１がボールネジ４５に沿うように立設されており、仮に何らかの異常により移動板４２が所定の上昇限界を超えて上昇しようとしても、メカストッパ４５１の上端がボールネジ４５の端部に設けられた端板４５２に突き当たることによって移動板４２の異常上昇が防止される。これにより、保持部７がチャンバー窓６１の下方の所定位置以上に上昇することはなく、保持部７とチャンバー窓６１との衝突が防止される。

また、保持部昇降機構４は、チャンバー６の内部のメンテナンスを行う際に保持部７を手動にて昇降させる手動昇降部４９を有する。手動昇降部４９はハンドル４９１および回転軸４９２を有し、ハンドル４９１を介して回転軸４９２を回転することより、タイミングベルト４９５を介して回転軸４９２に接続されるボールネジ４５を回転して保持部７の昇降を行うことができる。

チャンバー底部６２の下側には、シャフト４１の周囲を囲み下方へと伸びる伸縮自在のベローズ４７が設けられ、その上端はチャンバー底部６２の下面に接続される。一方、ベローズ４７の下端はベローズ下端板４７１に取り付けられている。べローズ下端板４７１は、鍔状部材４１１によってシャフト４１にネジ止めされて取り付けられている。保持部昇降機構４により保持部７がチャンバー底部６２に対して上昇する際にはベローズ４７が収縮され、下降する際にはべローズ４７が伸張される。そして、保持部７が昇降する際にも、ベローズ４７が伸縮することによって熱処理空間６５内の気密状態が維持される。

図３は、保持部７の構成を示す断面図である。保持部７は、半導体ウェハーＷを予備加熱（いわゆるアシスト加熱）するホットプレート（加熱プレート）７１、および、ホットプレート７１の上面（保持部７が半導体ウェハーＷを保持する側の面）に設置されるサセプタ７２を有する。保持部７の下面には、既述のように保持部７を昇降するシャフト４１が接続される。サセプタ７２は石英（あるいは、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等であってもよい）により形成され、その上面には半導体ウェハーＷの位置ずれを防止するピン７５が設けられる。サセプタ７２は、その下面をホットプレート７１の上面に面接触させてホットプレート７１上に設置される。これにより、サセプタ７２は、ホットプレート７１からの熱エネルギーを拡散してサセプタ７２上面に載置された半導体ウェハーＷに伝達するとともに、メンテナンス時にはホットプレート７１から取り外して洗浄可能とされる。

ホットプレート７１は、ステンレススチール製の上部プレート７３および下部プレート７４にて構成される。上部プレート７３と下部プレート７４との間には、ホットプレート７１を加熱するニクロム線等の抵抗加熱線７６が配設され、導電性のニッケル（Ｎｉ）ロウが充填されて封止されている。また、上部プレート７３および下部プレート７４の端部はロウ付けにより接着されている。

図４は、ホットプレート７１を示す平面図である。図４に示すように、ホットプレート７１は、保持される半導体ウェハーＷと対向する領域の中央部に同心円状に配置される円板状のゾーン７１１および円環状のゾーン７１２、並びに、ゾーン７１２の周囲の略円環状の領域を周方向に４等分割した４つのゾーン７１３〜７１６を備え、各ゾーン間には若干の間隙が形成されている。また、ホットプレート７１には、支持ピン７０が挿通される３つの貫通孔７７が、ゾーン７１１とゾーン７１２との隙間の周上に１２０°毎に設けられる。

６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、相互に独立した抵抗加熱線７６が周回するように配設されてヒータが個別に形成されており、各ゾーンに内蔵されたヒータにより各ゾーンが個別に加熱される。保持部７に保持された半導体ウェハーＷは、６つのゾーン７１１〜７１６に内蔵されたヒータにより加熱される。また、ゾーン７１１〜７１６のそれぞれには、熱電対を用いて各ゾーンの温度を計測するセンサ７１０が設けられている。各センサ７１０は略円筒状のシャフト４１の内部を通り制御部３に接続される。

ホットプレート７１が加熱される際には、センサ７１０により計測される６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が予め設定された所定の温度になるように、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が制御部３により制御される。制御部３による各ゾーンの温度制御はＰＩＤ(Proportional,Integral,Derivative)制御により行われる。ホットプレート７１では、半導体ウェハーＷの熱処理（複数の半導体ウェハーＷを連続的に処理する場合は、全ての半導体ウェハーＷの熱処理）が終了するまでゾーン７１１〜７１６のそれぞれの温度が継続的に計測され、各ゾーンに配設された抵抗加熱線７６への電力供給量が個別に制御されて、すなわち、各ゾーンに内蔵されたヒータの温度が個別に制御されて各ゾーンの温度が設定温度に維持される。なお、各ゾーンの設定温度は、基準となる温度から個別に設定されたオフセット値だけ変更することが可能とされる。

６つのゾーン７１１〜７１６にそれぞれ配設される抵抗加熱線７６は、シャフト４１の内部を通る電力線を介して電力供給源（図示省略）に接続されている。電力供給源から各ゾーンに至る経路途中において、電力供給源からの電力線は、マグネシア（マグネシウム酸化物）等の絶縁体を充填したステンレスチューブの内部に互いに電気的に絶縁状態となるように配置される。なお、シャフト４１の内部は大気開放されている。

次に、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、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。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部材である。ランプハウス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がチャンバー窓６１と相対向することとなる。ランプハウス５は、チャンバー６内にて保持部７に保持される半導体ウェハーＷにランプ光放射窓５３およびチャンバー窓６１を介してフラッシュランプＦＬから光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

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。

図６は、フラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。同図に示すように、コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、スイッチング素子９６とが直列に接続されている。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陽極および陰極が配設された棒状のガラス管（放電管）９２と、該ガラス管９２の外周面上に付設されたトリガー電極９１とを備える。コンデンサ９３には、電源ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧に応じた電荷が充電される。また、トリガー電極９１にはトリガー回路９７から電圧を印加することができる。トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加するタイミングは制御部３によって制御される。

本実施の形態では、スイッチング素子９６として絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Insulated gate bipolar transistor）を用いている。ＩＧＢＴは、ゲート部にＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field effect transistor）を組み込んだバイポーラトランジスタであり、大電力を取り扱うのに適したスイッチング素子である。スイッチング素子９６のゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。

コンデンサ９３が充電された状態でスイッチング素子９６のゲートにパルスが出力されてガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、通常の状態ではガラス管９２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路９７がトリガー電極９１に電圧を印加して絶縁を破壊した場合にはガラス管９２内の両端電極間で電流が瞬時に流れ、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。

また、図１のリフレクタ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から出射された光を保持部７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梨地模様を呈する。このような粗面化加工を施しているのは、リフレクタ５２の表面が完全な鏡面であると、複数のフラッシュランプＦＬからの反射光の強度に規則パターンが生じて半導体ウェハーＷの表面温度分布の均一性が低下するためである。

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構成される。また、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。入力部３３としては、キーボード、マウス、タッチパネル等の種々の公知の入力機器を採用することができる。入力部３３からの入力内容に基づいて波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を発生する。パルス発生器３１は、発生したパルス信号をスイッチング素子９６のゲートに出力する。これにより、制御部３は、スイッチング素子９６をオンオフすることによってフラッシュランプＦＬへの通電を制御し、フラッシュランプＦＬの発光出力を制御する。

上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にフラッシュランプＦＬおよびホットプレート７１から発生する熱エネルギーによるチャンバー６およびランプハウス５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のチャンバー側部６３およびチャンバー底部６２には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ランプハウス５は、内部に気体流を形成して排熱するための気体供給管５５および排気管５６が設けられて空冷構造とされている（図１，５参照）。また、チャンバー窓６１とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、ランプハウス５およびチャンバー窓６１を冷却する。

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はイオン注入法により不純物（イオン）が添加された半導体基板であり、添加された不純物の活性化およびイオン注入時に導入された欠陥の回復が熱処理装置１による光照射加熱処理（アニール）により実行される。

まず、保持部７が図５に示す処理位置から図１に示す受渡位置に下降する。「処理位置」とは、フラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷに光照射が行われるときの保持部７の位置であり、図５に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。また、「受渡位置」とは、チャンバー６に半導体ウェハーＷの搬出入が行われるときの保持部７の位置であり、図１に示す保持部７のチャンバー６内における位置である。熱処理装置１における保持部７の基準位置は処理位置であり、処理前にあっては保持部７は処理位置に位置しており、これが処理開始に際して受渡位置に下降するのである。図１に示すように、保持部７が受渡位置にまで下降するとチャンバー底部６２に近接し、支持ピン７０の先端が保持部７を貫通して保持部７の上方に突出する。

次に、保持部７が受渡位置に下降したときに、弁８２および弁８７が開かれてチャンバー６の熱処理空間６５内に常温の窒素ガスが導入される。続いて、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内に搬入され、複数の支持ピン７０上に載置される。

半導体ウェハーＷの搬入時におけるチャンバー６への窒素ガスのパージ量は約４０リットル／分とされ、供給された窒素ガスはチャンバー６内においてガス導入バッファ８３から図２中に示す矢印ＡＲ４の方向へと流れ、図１に示す排出路８６および弁８７を介してユーティリティ排気により排気される。また、チャンバー６に供給された窒素ガスの一部は、べローズ４７の内側に設けられる排出口（図示省略）からも排出される。なお、以下で説明する各ステップにおいて、チャンバー６には常に窒素ガスが供給および排気され続けており、窒素ガスの供給量は半導体ウェハーＷの処理工程に合わせて様々に変更される。

半導体ウェハーＷがチャンバー６内に搬入されると、ゲートバルブ１８５により搬送開口部６６が閉鎖される。そして、保持部昇降機構４により保持部７が受渡位置からチャンバー窓６１に近接した処理位置にまで上昇する。保持部７が受渡位置から上昇する過程において、半導体ウェハーＷは支持ピン７０から保持部７のサセプタ７２へと渡され、サセプタ７２の上面に載置・保持される。保持部７が処理位置にまで上昇するとサセプタ７２に保持された半導体ウェハーＷも処理位置に保持されることとなる。

ホットプレート７１の６つのゾーン７１１〜７１６のそれぞれは、各ゾーンの内部（上部プレート７３と下部プレート７４との間）に個別に内蔵されたヒータ（抵抗加熱線７６）により所定の温度まで加熱されている。保持部７が処理位置まで上昇して半導体ウェハーＷが保持部７と接触することにより、その半導体ウェハーＷはホットプレート７１に内蔵されたヒータによって予備加熱されて温度が次第に上昇する。

図７は、予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。処理位置にて時間ｔ１の予備加熱が行われ、半導体ウェハーＷの温度が予め設定された予備加熱温度Ｔ１まで上昇する。予備加熱温度Ｔ１は、半導体ウェハーＷに添加された不純物が熱により拡散する恐れのない、２００℃ないし８００℃程度、好ましくは３５０℃ないし６００℃程度とされる（本実施の形態では６００℃）。また、半導体ウェハーＷの予備加熱を行う時間ｔ１は、約３秒〜２００秒とされる（本実施の形態では６０秒）。なお、保持部７とチャンバー窓６１との間の距離は、保持部昇降機構４のモータ４０の回転量を制御することにより任意に調整することが可能とされている。

時間ｔ１の予備加熱時間が経過した後、時刻ＡにてフラッシュランプＦＬによる半導体ウェハーＷの光照射加熱（フラッシュ加熱）が開始される。フラッシュランプＦＬからの光照射を行うに際しては、予め電源ユニット９５によってコンデンサ９３に電荷を蓄積しておく。そして、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３のパルス発生器３１からスイッチング素子９６にパルス信号を出力する。

図８は、パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関の一例を示す図である。ここでは、図８（ａ）に示すような波形のパルス信号がパルス発生器３１から出力される。パルス信号の波形は、入力部３３からパルスの立ち上がっている時間（ＯＮ時間）とパルス間のスペース時間（ＯＦＦ時間）とを順次設定したレシピを入力することによって規定することができる。このようなレシピをオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、制御部３の波形設定部３２は図８（ａ）に示すようなパルス波形を設定する。図８（ａ）に示すパルス波形においては、最初に比較的長いパルスＰＡが設定されるとともに、その後に比較的短い複数のパルスＰＢが設定されている。また、比較的短い複数のパルスＰＢにおいては、最初のパルスＰ１から最後のパルスＰ２に向けて漸次パルス幅が長く（つまり時間が長く）なるように設定されている。そして、波形設定部３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、スイッチング素子９６のゲートには図８（ａ）のような波形のパルス信号が印加され、スイッチング素子９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。

また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がＯＮになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に電圧を印加する。これにより、スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号がＯＮのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、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。制御部３からスイッチング素子９６のゲートに図８（ａ）の波形のパルス信号を出力するとともに、該パルス信号がＯＮになるタイミングと同期してトリガー電極９１に電圧を印加することにより、フラッシュランプＦＬを含む回路中に図８（ｂ）に示すような電流が流れる。すなわち、スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号がＯＮのときに、フラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が増加する。なお、各パルスに対応する個々の電流波形はコイル９４の定数によって規定される。

図８（ｂ）に示すような波形の電流が流れてフラッシュランプＦＬが発光する。フラッシュランプＦＬの発光出力は、フラッシュランプＦＬに流れる電流にほぼ比例する。従って、フラッシュランプＦＬの発光出力の出力波形は図９（ａ）に示すようなパターンとなる。図９（ａ）に示す如きフラッシュランプＦＬからの出力波形にて、処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷに光照射が行われる。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度は図９（ｂ）に示すように変化する。

従来のように、スイッチング素子９６を使用することなくフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積されていた電荷が１回の発光で消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は幅が０．１ミリセカンドないし１０ミリセカンド程度のシングルパルスとなる。これに対して、本実施の形態のように、回路中にスイッチング素子９６を接続してそのゲートに図８（ａ）のようなパルス信号を出力することにより、いわばフラッシュランプＦＬの発光がチョッパ制御されることとなり、コンデンサ９３に蓄積された電荷が分割して消費され、極めて短い時間の間にフラッシュランプＦＬが点滅を繰り返す。なお、図８に示すように、電流値が完全に”０”となる前に次のパルスがスイッチング素子９６のゲートに印加されて電流値が再度増加するため、フラッシュランプＦＬが点滅を繰り返している間も発光出力が完全に”０”になるものではない。

図９（ａ）に示す如き出力波形は、従来のシングルパルスと比較してほぼ一定の発光出力を維持しつつ発光時間を比較的長く引き延ばしたものとみなすことができる。すなわち、フラッシュランプＦＬからの発光出力を目標値ＬＰまで増大させつつ半導体ウェハーＷに初期光照射を行った後（第１光照射工程）、その目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内で発光出力を維持しつつ半導体ウェハーＷに後続光照射を行っている（第２光照射工程）。

より詳細に述べれば、初期光照射では、最初にパルス発生器３１がスイッチング素子９６のゲートに比較的長いパルスＰＡを出力することによって、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰまで増大するようにスイッチング素子９６をオン状態とする。図８（ｂ）に示すように、スイッチング素子９６がオン状態の間はフラッシュランプＦＬを流れる電流値は増大し、それと比例してフラッシュランプＦＬからの発光出力も増大する。

そして、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰまで増大した後、後続光照射に移行し、パルス発生器３１がスイッチング素子９６のゲートに比較的短い複数のパルスＰＢを断続的に出力することによって、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内に維持される安定状態となるようにスイッチング素子９６のオンオフを繰り返す。図８（ｂ）に示すように、スイッチング素子９６がオフのときにはフラッシュランプＦＬを流れる電流値が減少するが、それが大きく減少する前に再びスイッチング素子９６をオンにすることによって電流値は再上昇する。そして、フラッシュランプＦＬを流れる電流値が大きく上昇する前に再度スイッチング素子９６をオフとすることによって電流値は再び減少する。これを繰り返すと、フラッシュランプＦＬを流れる電流値は概ね一定に保たれ、その結果フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内に安定して維持される。

この後続光照射においてフラッシュランプＦＬには５０００Ｖ〜５００Ｖの電圧で１００Ａ以上１５００Ａ以下の電流が流れる。また、この発光条件が維持されることによって、後続光照射において処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面に照射される光の照射エネルギーは５Ｊ／ｃｍ²以上１００Ｊ／ｃｍ²以下となる。なお、後続光照射において、実際にはスイッチング素子９６をオンにした瞬間に一時的に大電流（突入電流）が流れてフラッシュランプＦＬからの発光出力が瞬間的に増大することがあり、このような突入電流を考慮すると発光出力の変動幅が±２０％となる。図８，９ではこのような突入電流を平滑化して示しており、そのような突入電流の平滑化を行うのであれば、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰから±１０％以内の変動幅の範囲内に安定して維持されるとみなすことができる。

また、後続光照射においては、複数のパルスＰＢのうち最初のパルスＰ１から最後のパルスＰ２に向けて漸次パルス幅が長くなる。すなわち、安定状態のときには、最初のオン状態から最後のオン状態に向けて時間が漸次長くなるように制御部３がスイッチング素子９６のオンオフを繰り返す。このようにしているのは、後続光照射における複数のパルスＰＢのパルス幅が一定であると、徐々にフラッシュランプＦＬを流れる電流値が低下し、フラッシュランプＦＬからの発光出力も目標値ＬＰから２０％を超えて低下するおそれがあるためである。最初のパルスＰ１から最後のパルスＰ２に向けて漸次パルス幅を長くすることによって、フラッシュランプＦＬを流れる電流値をほぼ一定に保ち、フラッシュランプＦＬからの発光出力を目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内に安定して維持することができる。なお、後続光照射におけるスイッチング素子９６のオフ状態の時間は一定である。

また、初期光照射における光照射時間は０．１ミリ秒以上１０ミリ秒以下であり、後続光照射における光照射時間は５ミリ秒以上１秒未満である。但し、１回のフラッシュ加熱におけるフラッシュランプＦＬの光照射の総時間、つまり初期光照射での光照射時間と後続光照射での光照射時間との合計は１秒以下である。

図９（ａ）に示すような出力波形にてフラッシュランプＦＬから上記の初期光照射および後続光照射を行うことによって、半導体ウェハーＷの表面温度は予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまで昇温される。処理温度Ｔ２は、半導体ウェハーＷに注入された不純物の活性化が生じる１０００℃ないし１３００℃程度とされる（本実施の形態では約１０００℃）。本実施形態においては、図９（ｂ）に示すように、初期光照射から後続光照射へと移行する過程で半導体ウェハーＷの表面温度が従来のシングルパルスと比較して緩やかに処理温度Ｔ２まで昇温する。そして、後続光照射にてフラッシュランプＦＬからの発光出力を目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内に維持することにより、半導体ウェハーＷの表面温度を１０ミリ秒以上にわたって処理温度Ｔ２に維持している。このような加熱を行うと、イオン注入層よりもやや深い、欠陥が導入されている深さ位置までもある程度昇温されることとなり、その結果欠陥の回復も進行することとなる。しかも、図９（ｂ）に示すように、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２を超えて著しく昇温することはないため、半導体ウェハーＷに熱的なダメージを与えることも防止される。

後続光照射も終了すると、半導体ウェハーＷの表面温度は処理温度Ｔ２から急速に降温する。そして、フラッシュランプＦＬによる光照射加熱が終了し、処理位置における約１０秒間の待機の後、保持部７が保持部昇降機構４により再び図１に示す受渡位置まで下降し、半導体ウェハーＷが保持部７から支持ピン７０へと渡される。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、支持ピン７０上に載置された半導体ウェハーＷは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の光照射加熱処理が完了する。

既述のように、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの熱処理時には窒素ガスがチャンバー６に継続的に供給されており、その供給量は、保持部７が処理位置に位置するときには約３０リットル／分とされ、保持部７が処理位置以外の位置に位置するときには約４０リットル／分とされる。

従来のようにシングルパルスの閃光照射を行う際に、欠陥回復をも可能なように高エネルギー照射或いはロングパルスの閃光照射を行うと、表面温度が著しく昇温して半導体ウェハーＷに熱的なダメージを与えることは既述した通りである。本実施形態においては、発光出力を目標値ＬＰまで増大させつつ半導体ウェハーＷに初期光照射を行った後、その目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内で発光出力を維持しつつ半導体ウェハーＷに後続光照射を行っている。このような光照射加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２を超えて著しく昇温させることなく、表面よりもやや深い位置をもある程度昇温することができる。その結果、半導体ウェハーＷに熱的なダメージを与えることなく、注入されたイオンの活性化および導入された欠陥の回復の双方を行うことができる。

後続光照射におけるフラッシュランプＦＬからの発光出力を目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内で維持しているのは、発光出力が目標値ＬＰから２０％を超えて強くなると、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２を超えて昇温し、熱的なダメージが発生するためである。また、発光出力が目標値ＬＰから２０％を超えて弱くなると、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２から大きく降温し、イオンの活性化は可能であっても導入された欠陥の回復までは出来なくなるからである。

また、本実施形態の光照射加熱は、フラッシュランプＦＬからの光照射の総時間が１秒以下であり、スイッチング素子９６がオン状態の初期光照射における光照射時間を０．１ミリ秒以上１０ミリ秒以下とし、スイッチング素子９６のオンオフを繰り返す後続光照射における光照射時間を５ミリ秒以上１秒未満としている。初期光照射における光照射時間を１０ミリ秒以下としているのは、最初のスイッチング素子９６のオン状態が１０ミリ秒を越えると、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰを超えて著しく強くなり、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２を超えて昇温し、熱的なダメージが発生するためである。また、後続光照射における光照射時間を５ミリセカンド以上としているのは、欠陥の回復が進行する程度の時間、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に維持するためである。

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、フラッシュランプＦＬによる光照射加熱は図９の例に限定されるものではなく、図１０のようなものであっても良い。図１０（ａ）に示す例においても、フラッシュランプＦＬからの発光出力を目標値ＬＰまで増大させつつ半導体ウェハーＷに初期光照射を行った後、その目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内で発光出力を維持しつつ半導体ウェハーＷに後続光照射を行っている。図１０（ａ）の例が図９（ａ）と相違するのは、後続光照射の光照射時間が図９の例よりも長時間である点である。スイッチング素子９６のオンオフを繰り返す後続光照射における光照射時間を長くすることにより、図１０（ｂ）に示すように、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に維持する時間を長くすることができる。

このようにしても、半導体ウェハーＷの表面温度が処理温度Ｔ２を超えて著しく昇温することはない一方、表面よりもやや深い位置もある程度昇温するため、上記実施形態と同様に、半導体ウェハーＷに熱的なダメージを与えることなく、注入されたイオンの活性化および導入された欠陥の回復の双方を行うことができる。後続光照射における光照射時間は図１０の例よりもさらに長時間であっても良いが、初期光照射での光照射時間と後続光照射での光照射時間との合計は１秒以下である。

集約すれば、光照射の総時間が１秒以下の光照射加熱（いわゆるミリセカンドアニール）において、発光出力を目標値ＬＰまで増大させつつ半導体ウェハーＷに初期光照射を行った後、その目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内で発光出力を維持しつつ半導体ウェハーＷに後続光照射を行うものであれば良い。このような光照射を行うことができれば、図６とは異なる回路構成であっても良く、例えば、コイル定数の異なる２つの電力供給回路を１つのフラッシュランプＦＬに接続するようにしても良い。また、光源としてはフラッシュランプＦＬに限定されるものではなく、照射時間が１秒以下の光照射が可能なものであれば良く、例えばレーザであっても良い。上記のような光照射加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に維持しつつも、表面よりやや深い位置をもある程度昇温することができるため、半導体ウェハーＷに熱的なダメージを与えることなく、注入されたイオンの活性化および導入された欠陥の回復の双方を行うことができる。

また、上記実施形態においては、後続光照射における複数のパルスＰＢのうち最初のパルスＰ１から最後のパルスＰ２に向けて漸次パルス幅が長くなるようにしていたが、最初のパルスＰ１よりも最後のパルスＰ２の方が長ければ、つまり安定状態におけるスイッチング素子９６の最初のオン状態の時間よりも最後のオン状態の方が長ければ、その間のオン状態の時間は一定或いは段階的に長くなるようにしても良い。これにより、フラッシュランプＦＬを流れる電流値をほぼ一定に保ち、フラッシュランプＦＬからの発光出力を目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内に維持することができる。

また、パルス発生器３１からスイッチング素子９６に図１１のようなパルス信号を出力するようにしても良い。図１１は、パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関の他の例を示す図である。図１１（ａ）に示すパルス波形においては、比較的長いパルスＰＣおよびそれに続く比較的短い複数のパルスＰＤからなるパルスセットＰＳが複数設定されている。すなわち、複数の比較的短いパルスＰＤに適当な間隔をあけて比較的長いパルスＰＣを混在させている。このようなパルス波形が波形設定部３２によって設定されてパルス発生器３１からパルス信号として出力され、その結果スイッチング素子９６のゲートには図１１（ａ）のような波形のパルス信号が印加され、スイッチング素子９６のオンオフ駆動が制御される。なお、パルス発生器３１から出力するパルス信号がＯＮになるタイミングと同期して制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１に電圧を印加するのは上記と同じである。

このようにすれば、フラッシュランプＦＬを含む回路中に図１１（ｂ）に示すような電流が流れてフラッシュランプＦＬが発光し、その発光出力の出力波形は上記実施形態と同様に図９（ａ）に示すようなパターンとなる。すなわち、フラッシュランプＦＬからの発光出力を目標値ＬＰまで増大させつつ半導体ウェハーＷに初期光照射を行った後、その目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内で発光出力を維持しつつ半導体ウェハーＷに後続光照射を行う。初期光照射では、最初にパルス発生器３１がスイッチング素子９６のゲートに比較的長いパルスＰＣ（最初のパルスセットＰＳにおけるパルスＰＣ）を出力することによって、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰまで増大するようにスイッチング素子９６をオン状態とする。そして、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰまで増大した後、後続光照射に移行し、パルス発生器３１がスイッチング素子９６のゲートに比較的長いパルスＰＣと比較的短い複数のパルスＰＤとの組み合わせを複数回繰り返し出力し、フラッシュランプＦＬからの発光出力が目標値ＬＰから±２０％以内の変動幅の範囲内に維持される安定状態となるようにスイッチング素子９６のオンオフを繰り返す。

図１１の例においては、安定状態のときに、比較的長いオン状態とそれに続く比較的短い複数のオン状態との組み合わせを複数回繰り返すように、つまり比較的短いオン状態およびそこに適当な間隔をあけて混在された比較的長いオン状態を実現するように制御部３がスイッチング素子９６のオンオフを繰り返す。このようにしても、上記実施形態と同様に、図９（ａ）に示すようなパターンの光照射を行って半導体ウェハーＷの表面温度を処理温度Ｔ２に維持しつつも、表面よりやや深い位置をもある程度昇温することができ、半導体ウェハーＷに熱的なダメージを与えることなく、注入されたイオンの活性化および導入された欠陥の回復の双方を行うことができる。

また、安定状態のときにパルス発生器３１からスイッチング素子９６のゲートに出力するパルス信号の波形は、図８と図１１とを組み合わせたようなものであっても良い。すなわち、安定状態のときに、スイッチング素子９６の比較的長いオン状態とそれに続く比較的短い複数のオン状態との組み合わせを複数回繰り返すのであるが、時間の経過に伴ってオン状態の時間を長くする。このときには、比較的長い長期オン状態の時間のみを長くするようにしても良いし、比較的短い短期オン状態の時間をも併せて長くするようにしても良い。

また、パルス信号の波形の設定は、入力部３３から逐一パルス幅等のパラメータを入力することに限定されるものではなく、例えば、オペレータが入力部３３から波形を直接グラフィカルに入力するようにしても良いし、以前に設定されて磁気ディスク等の記憶部に記憶されていた波形を読み出すようにしても良いし、或いは熱処理装置１の外部からダウンロードするようにしても良い。

また、上記実施形態においては、パルス信号がＯＮになるタイミングと同期してトリガー電極９１に電圧を印加するようにしていたが、トリガー電圧を印加するタイミングはこれに限定されるものではなく、パルス信号の波形とは無関係に一定間隔で印加するようにしても良い。また、パルス信号のスペース幅が狭く、あるパルスによってフラッシュランプＦＬを流れた電流の電流値が所定値以上残っている状態で次のパルスによって通電を開始されるような場合であれば、そのままフラッシュランプＦＬに電流が流れ続けるため、パルス毎にトリガー電圧を印加する必要はない。上記実施形態の図８のように、パルス信号の全てのスペース幅が狭い場合には、最初のパルスＰＡが出力されたときのみにトリガー電圧を印加するようにしても良く、その後はトリガー電圧を印加せずともスイッチング素子９６のゲートに図８（ａ）のパルス信号を出力するだけで図８（ｂ）のような電流波形を形成することができる。つまり、パルス信号がＯＮになるときに、フラッシュランプＦＬに電流が流れるタイミングであれば、トリガー電圧の印加タイミングは任意である。

また、上記実施形態においては、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、上記実施形態においては、スイッチング素子９６としてＩＧＢＴを使用していたが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴ以外の他のトランジスタであっても良いし、入力されたパルス信号の波形に応じて回路をオンオフできる素子であれば良い。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光には相当に大きな電力が消費されるため、大電力の取り扱いに適したＩＧＢＴやＧＴＯ(Gate Turn Off)サイリスタをスイッチング素子９６として採用するのが好ましい。

また、本発明に係る熱処理装置によって処理対象となる基板は半導体ウェハーに限定されるものではなく、液晶表示装置などに用いるガラス基板であっても良い。また、本発明に係る技術は、金属とシリコンとの接合、或いはポリシリコンの結晶化に適用するようにしても良い。

本発明に係る熱処理装置の構成を示す側断面図である。図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。保持部の構成を示す断面図である。ホットプレートを示す平面図である。図１の熱処理装置の構成を示す側断面図である。フラッシュランプの駆動回路を示す図である。予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関の一例を示す図である。フラッシュランプの発光出力と半導体ウェハーの表面温度との相関の一例を示す図である。フラッシュランプの発光出力と半導体ウェハーの表面温度との相関の他の例を示す図である。パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関の他の例を示す図である。

符号の説明

１熱処理装置
３制御部
４保持部昇降機構
５ランプハウス
６チャンバー
７保持部
３１パルス発生器
３２波形設定部
３３入力部
６０上部開口
６１チャンバー窓
６５熱処理空間
７１ホットプレート
７２サセプタ
９１トリガー電極
９２ガラス管
９３コンデンサ
９４コイル
９６スイッチング素子
９７トリガー回路
ＦＬフラッシュランプ
Ｗ半導体ウェハー

Claims

基板に対して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、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプ、コンデンサおよびコイルと直列に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオンオフすることによって前記フラッシュランプへの通電を制御する通電制御手段と、
を備え、
前記通電制御手段は、前記フラッシュランプからの発光出力が目標値まで増大するように前記スイッチング素子をオン状態とした後、前記フラッシュランプからの発光出力が前記目標値から±２０％以内の変動幅の範囲内に維持される安定状態となるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返し、
前記通電制御手段は、前記安定状態のときに所定時間のオン状態とそれに続く前記所定時間よりも短い複数のオン状態との組み合わせを複数回繰り返すように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返すことを特徴とする熱処理装置。
基板に対して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、
基板を保持する保持手段と、
前記保持手段に保持された基板に光を照射するフラッシュランプと、
前記フラッシュランプ、コンデンサおよびコイルと直列に接続されたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオンオフすることによって前記フラッシュランプへの通電を制御する通電制御手段と、
を備え、
前記通電制御手段は、前記フラッシュランプからの発光出力が目標値まで増大するように前記スイッチング素子をオン状態とした後、前記フラッシュランプからの発光出力が前記目標値から±２０％以内の変動幅の範囲内に維持される安定状態となるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返し、
前記通電制御手段は、前記安定状態における最初のオン状態の時間よりも最後のオン状態の時間の方が長くなるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返すことを特徴とする熱処理装置。
請求項２記載の熱処理装置において、
前記通電制御手段は、前記安定状態における前記最初のオン状態から前記最後のオン状態に向けて時間が漸次長くなるように前記スイッチング素子のオンオフを繰り返すことを特徴とする熱処理装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記スイッチング素子はトランジスタであり、
前記通電制御手段は、１以上のパルスを含むパルス信号を発生して前記トランジスタのゲートに出力するパルス信号発生手段を含むことを特徴とする熱処理装置。
請求項４記載の熱処理装置において、
前記トランジスタは絶縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とする熱処理装置。