(57)【要約】【課題】アニール時のアニール時間および温度プロファイルを自由に設定することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】コンデンサ９３と、コイル９４と、フラッシュランプＦＬと、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子９６とが直列に接続されている。アナログ信号出力部１０は、フラッシュランプＦＬの両端電極間にフラッシュランプＦＬが発光を開始する閾値以上の電圧を印加するためのトリガー用信号を出力した後、所定波形のアナログ信号をスイッチング素子９６のゲートに出力する。スイッチング素子９６のゲートにトリガー用信号が出力されているときに、トリガー電極９１にトリガー電圧が印加されてフラッシュランプＦＬが発光を開始する。その後は、アナログ信号出力部１０が出力するアナログ信号に従ってフラッシュランプＦＬに流れる電流が制御される。【選択図】図６
2010045093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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にアナログ信号を出力することによって前記スイッチング素子の駆動を制御するアナログ信号出力手段と、
を備え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、
前記フラッシュランプの外部から発光のためのトリガー電圧を印加するトリガー電圧印加手段をさらに備え、
前記アナログ信号出力手段は、前記トリガー電圧印加手段がトリガー電圧を印加する時点で前記フラッシュランプの両端電極間に前記フラッシュランプが発光を開始する閾値以上の電圧を印加するためのトリガー用信号を前記スイッチング素子に出力した後、所定の波形のアナログ信号を前記スイッチング素子に出力することを特徴とする熱処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の熱処理装置において、
前記アナログ信号出力手段は、前記トリガー電圧印加手段がトリガー電圧を印加してから一定時間前記トリガー用信号を出力した後に、前記所定の波形のアナログ信号を前記スイッチング素子に出力することを特徴とする熱処理装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の熱処理装置において、
前記アナログ信号出力手段は、
所定間隔ごとの波形のレベルをデジタルデータとして記憶する波形記憶部と、
前記波形記憶部に記憶されたデジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、
を備え、
前記波形記憶部には、前記トリガー用信号を生成するためのデータを記憶するトリガーデータ領域および前記所定の波形のアナログ信号を生成するためのデータを記憶する波形データ領域が設定されることを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載の熱処理装置において、
前記アナログ信号出力手段は、
１以上のパルスを含むパルス信号を発生するパルス信号発生手段と、
前記パルス信号発生手段にて発生されたパルス信号にローパスフィルタ処理を施してアナログ信号を生成するローパスフィルタと、
を備え、
前記パルス信号発生手段は、前記トリガー用信号を生成するための単一のパルスおよび前記所定の波形のアナログ信号を生成するためのパルス群を発生することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記フラッシュランプの発光が終了した後に前記コンデンサに残留している電荷量に応じて前記アナログ信号出力手段から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
【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、
前記アナログ信号出力手段は、前記トランジスタのゲートにアナログ信号を出力することを特徴とする熱処理装置。
【請求項８】
請求項７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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来より、短時間アニールが可能な装置として、ハロゲンランプより照射される光のエネルギーを利用して毎秒数百度程度の速度で半導体ウェハーを昇温する高速ランプアニール装置が使用されていた（例えば、特許文献１）。短時間アニールとは言っても、カンタルヒータ等を使用した抵抗加熱方式の熱処理装置と比較すればの話であり、そのアニール時間は概ね数秒程度であった。
【０００３】
一方、より短時間のアニールが可能な装置として、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（閃光）を照射するフラッシュランプアニール装置が知られている（例えば、特許文献２）。キセノンフラッシュランプのフラッシュ光照射時間は１０ミリ秒以下の極めて短時間である。また、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、１０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。このため、フラッシュランプアニール装置は、イオン注入後の半導体ウェハーのイオン活性化処理に好適であり、イオンの熱拡散を生じさせることなくイオン活性化のみを行って浅い接合を形成することができる。
【０００４】
また、フラッシュランプアニール装置よりもさらに短時間のアニールが可能な装置としてはレーザアニール装置がある。レーザアニール装置は、数十ナノ秒のパルスレーザをＸ−Ｙ両方向にスキャンさせてアニールする装置である。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９９６８８号公報
【特許文献２】特開２００４−０５５８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来においては、ハロゲンランプを使用した高速ランプアニール装置とフラッシュランプアニール装置との中間域のアニール時間を実現できる技術が存在しなかった。すなわち、半導体ウェハーの主面各位置におけるアニール時間が１０ミリ秒〜１秒程度となる熱処理装置が存在しなかった。近年、このような中間域のアニール時間での熱処理がトランジスタ製作における活性化処理や金属処理、また配線処理工程などの各種工程で必要とされつつある。
【０００７】
ハロゲンランプによって上記中間域のアニール時間を実現しようとすれば、より大きな出力が必要なるためにフィラメントを太くしなければならず、そうすると熱量量が大きくなって却って昇温降温速度が遅くなるという問題が生じる。
【０００８】
また、レーザアニール装置においては、パルスレーザが半導体ウェハー上の各位置に留まる時間を長くすれば、理論上は上記中間域のアニール時間を達成することもできる。ところが、パルスレーザが特定位置に留まる時間が長くなると、露光されていない領域まで昇温されて、昇温の重ね合わせ部分に生じるスイッチングという現象が顕著となる。より大きな問題として、パルスレーザが各位置に留まる時間が長くなった結果、１枚の半導体ウェハーを処理するのに１時間程度を要することとなり、現実味のないスループットとなる。
【０００９】
また、単に急速に昇温して急速に降温するだけでなく、アニール時の温度プロファイルを自由に変更したいという要望もある。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アニール時のアニール時間および温度プロファイルを自由に設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にアナログ信号を出力することによって前記スイッチング素子の駆動を制御するアナログ信号出力手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュランプの外部から発光のためのトリガー電圧を印加するトリガー電圧印加手段をさらに備え、前記アナログ信号出力手段は、前記トリガー電圧印加手段がトリガー電圧を印加する時点で前記フラッシュランプの両端電極間に前記フラッシュランプが発光を開始する閾値以上の電圧を印加するためのトリガー用信号を前記スイッチング素子に出力した後、所定の波形のアナログ信号を前記スイッチング素子に出力することを特徴とする。
【００１３】
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、前記アナログ信号出力手段は、前記トリガー電圧印加手段がトリガー電圧を印加してから一定時間前記トリガー用信号を出力した後に、前記所定の波形のアナログ信号を前記スイッチング素子に出力することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記アナログ信号出力手段は、所定間隔ごとの波形のレベルをデジタルデータとして記憶する波形記憶部と、前記波形記憶部に記憶されたデジタルデータをアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、を備え、前記波形記憶部には、前記トリガー用信号を生成するためのデータを記憶するトリガーデータ領域および前記所定の波形のアナログ信号を生成するためのデータを記憶する波形データ領域が設定されることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項５の発明は、請求項２または請求項３の発明に係る熱処理装置において、前記アナログ信号出力手段は、１以上のパルスを含むパルス信号を発生するパルス信号発生手段と、前記パルス信号発生手段にて発生されたパルス信号にローパスフィルタ処理を施してアナログ信号を生成するローパスフィルタと、を備え、前記パルス信号発生手段は、前記トリガー用信号を生成するための単一のパルスおよび前記所定の波形のアナログ信号を生成するためのパルス群を発生することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６の発明は、請求項１から請求項５のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記フラッシュランプの発光が終了した後に前記コンデンサに残留している電荷量に応じて前記アナログ信号出力手段から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器をさらに備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７の発明は、請求項１から請求項６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、前記アナログ信号出力手段は、前記トランジスタのゲートにアナログ信号を出力することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８の発明は、請求項７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。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１から請求項８の発明によれば、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にアナログ信号を出力することによってスイッチング素子の駆動を制御するため、アナログ信号の波形によってフラッシュランプに流れる電流および発光を自由に制御することができ、アニール時のアニール時間および温度プロファイルを自由に設定することができる。
【００２０】
特に、請求項２の発明によれば、アナログ信号出力手段は、トリガー電圧印加手段がトリガー電圧を印加する時点でフラッシュランプの両端電極間にフラッシュランプが発光を開始する閾値以上の電圧を印加するためのトリガー用信号をスイッチング素子に出力した後、所定の波形のアナログ信号をスイッチング素子に出力するため、確実にフラッシュランプの発光を開始させることができる。
【００２１】
特に、請求項３の発明によれば、アナログ信号出力手段は、トリガー電圧印加手段がトリガー電圧を印加してから一定時間経過後に、所定の波形のアナログ信号をスイッチング素子に出力するため、当該アナログ信号が出力される時点では既にフラッシュランプに電流が流れており、アナログ信号の波形によってフラッシュランプに流れる電流および発光を確実に制御することができる。
【００２２】
特に、請求項６の発明によれば、フラッシュランプの発光が終了した後にコンデンサに残留している電荷量に応じてアナログ信号出力手段から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器をさらに備えるため、スイッチング素子の機差による誤差を補正することができる。
【００２３】
特に、請求項８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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
＜１．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の構成を示す縦断面図である。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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からトリガー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。また、フラッシュランプＦＬの駆動回路には、逆起電力等による過電圧からスイッチング素子９６を保護するための保護ダイオード９８が設けられている。
【００４９】
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。ＩＧＢＴを用いたスイッチング素子９６のエミッタ・コレクタがフラッシュランプＦＬの両端電極に接続される。また、スイッチング素子９６のゲートにはアナログ信号出力部１０からアナログ信号が出力される。これによってゲート・エミッタ間に電圧が印加されてＩＧＢＴの駆動が制御される。
【００５０】
コンデンサ９３が充電された状態でスイッチング素子９６がオン状態とされてガラス管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に高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。すなわち、コンデンサ９３を充電した状態でスイッチング素子９６をオン状態とし、かつ、トリガー電極９１に電圧を印加することによってフラッシュランプＦＬは発光を開始する。フラッシュランプＦＬに流れる電流はスイッチング素子９６によって制御される。
【００５１】
図７は、第１実施形態におけるスイッチング素子９６の駆動機構の構成を示すブロック図である。アナログ信号出力部１０は、波形記憶部１０１とＤ／Ａ変換器（デジタル−アナログ変換回路）１０２とを備えて構成される。波形記憶部１０１は、格納しているデジタルデータを例えば５０マイクロセカンド毎に読み出すことができるメモリによって構成される。アナログ信号出力部１０から出力されるアナログ信号の波形は制御部３によって設定されてデジタルデータとして波形記憶部１０１に格納される。
【００５２】
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には、オペレータがコマンドやデータを入力するための入力部（例えば、キーボードやマウス）および種々の情報を確認するための表示部（例えば、ディスプレイ）が設けられている。制御部３は、予め格納されている制御用ソフトウェアを実行することによって、熱処理装置１に設けられた各種動作機構を制御する。また、制御部３はアナログ信号出力部１０から出力するアナログ信号の波形をデジタルデータとして設定し、その波形データをアナログ信号出力部１０に転送して波形記憶部１０１に格納する。
【００５３】
図８は、波形記憶部１０１に記憶された波形データのデータ構造の一例を示す図である。なお、図８においては、波形記憶部１０１のメモリアドレスおよびそこに格納されているデータを１６進数にて表記している。波形記憶部１０１には、制御部３によって設定された波形データがデジタルデータのまま格納されている。各メモリアドレスには１バイトのデジタルデータが格納される。
【００５４】
波形記憶部１０１においては、トリガーデータ領域ＴＲと波形データ領域ＤＲとが設定されている。トリガーデータ領域ＴＲ（図８の例ではアドレス”０００”〜”０７Ｆ”）には、全てのアドレスに最大値である”ＦＦ（１０進数で２５５）”が格納されている。一方、波形データ領域ＤＲ（図８の例ではアドレス”０８０”〜”１ＦＦ”）には、各アドレスに”００”〜”ＦＦ”までの間のいずれかの値が格納されている。波形記憶部１０１は、トリガーデータ領域ＴＲおよび波形データ領域ＤＲのいずれにおいても、所定間隔（本実施形態では５０マイクロセカンド）ごとのアナログ信号の波形のレベルをデジタルデータとして記憶する。
【００５５】
波形記憶部１０１に記憶されているデジタルデータはアドレス”０００”から順に５０マイクロセカンドごとに読み出され、Ｄ／Ａ変換器１０２によってアナログ信号に変換され、アナログ信号出力部１０から出力される。アナログ信号出力部１０から出力されたアナログ信号は増幅器９９を経て３０個のスイッチング素子９６のゲートに送信される。なお、本実施形態のランプハウス５には３０本のフラッシュランプＦＬが設けられているが、波形データの設定を行う制御部３および波形データをアナログ信号として出力するアナログ信号出力部１０は３０本のフラッシュランプＦＬに共通に１つ設けられている。一方、スイッチング素子９６は３０本のフラッシュランプＦＬのそれぞれの駆動回路に１つ設けられており、増幅器９９も３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに対応して１つ設けられている。なお、トリガー回路９７も３０本のフラッシュランプＦＬのそれぞれに１つ設けられている。
【００５６】
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。
【００５７】
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。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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
この処理位置にて約６０秒間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５５０℃程度とされる。また、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。
【００６４】
約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、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（アニール）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の制御によりアナログ信号出力部１０からスイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力するとともに、トリガー回路９７からトリガー電極９１に高電圧を印加してフラッシュランプＦＬを発光させる。
【００６５】
図９は、トリガー電圧、スイッチング素子９６のゲートに出力されるアナログ信号およびフラッシュランプＦＬに流れる電流の相関を示すタイミングチャートである。上述したように、アナログ信号出力部１０の波形記憶部１０１には制御部３によって図８に示す如き波形データがデジタルデータとして予め格納されている。図８のデジタルデータのうち、波形データ領域ＤＲについてはオペレータが制御部３によって適宜設定する。一方、トリガーデータ領域ＴＲについてはオペレータが波形データ領域ＤＲとともに設定しても良いし、設定された波形データ領域ＤＲの手前のアドレスに制御部３が自動的に付加するようにしても良い。なお、オペレータによる設定は、入力部から制御部３に手動にて入力するようにしても良いし、制御部３の磁気ディスクから読み出すようにしても良いし、ネットワークを介して制御部３にダウンロードするようにしても良い。
【００６６】
波形記憶部１０１に格納された図８のデジタルデータは、アドレス”０００”から順に所定間隔（５０マイクロセカンド）ごとに読み出され、Ｄ／Ａ変換器１０２によってアナログ信号に変換され、アナログ信号出力部１０から出力される。出力されたアナログ信号は増幅器９９を経てスイッチング素子９６のゲートに送信される。その結果、スイッチング素子９６のゲートには図９（ｂ）に示すアナログ信号が出力される。すなわち、波形記憶部１０１のトリガーデータ領域ＴＲであるアドレス”０００”〜”０７Ｆ”には最大値である”ＦＦ”が格納されており、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの間は最大かつ一定電圧のトリガー用信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。これにより、スイッチング素子９６がオン状態となり、フラッシュランプＦＬの両端電極間にはコンデンサ９３から最大電圧が印加される。
【００６７】
そして、この状態にて、図９（ａ）に示すように時刻ｔ１にトリガー回路９７からトリガー電極９１にトリガー電圧を印加する。なお、時刻ｔ１はトリガーデータ領域ＴＲの例えばアドレス”０７０”のデジタルデータが読み出されるタイミングであり、アドレス”０７０”のデジタルデータが読み出されたことを検知した制御部３がトリガー回路９７を制御してトリガー電極９１にトリガー電圧を印加するようにすれば良い。また、アドレス”０７０”のデジタルデータが読み出されたことアナログ信号出力部１０から直接トリガー回路９７に伝達してトリガー電極９１にトリガー電圧を印加するようにしても良い。
【００６８】
フラッシュランプＦＬの両端電極間にコンデンサ９３からの最大電圧が印加された状態において、トリガー電極９１に電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬの絶縁が破壊されて図９（ｃ）の如く両端電極間で電流が流れ始める。これによってフラッシュランプＦＬが発光を開始する。
【００６９】
時刻ｔ１にてトリガー電極９１に電圧が印加されてフラッシュランプＦＬが発光を開始した後、一定時間が経過した時刻ｔ２にトリガーデータ領域ＴＲからのデータ読み出しが完了して波形データ領域ＤＲからのデータ読み出しに移行する。すなわち、アドレス”０８０”以降の読み出しが実行される。その結果、時刻ｔ２以降は波形データ領域ＤＲに格納されたデジタルデータに従ってＤ／Ａ変換された図９（ｂ）にて示すような波形のアナログ信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。なお、フラッシュランプＦＬが発光を開始した後の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間もトリガーデータ領域ＴＲから読み出されたデジタルデータがＤ／Ａ変換された最大かつ一定電圧のトリガー用信号がスイッチング素子９６のゲートに出力されている。
【００７０】
時刻ｔ１にてフラッシュランプＦＬの発光が一旦開始した後は抵抗が低くなっているため、両端電極間の電圧が低くなったとしてもフラッシュランプＦＬに電流は流れ続ける。このため、アナログ信号出力部１０から出力されたアナログ信号に従ってスイッチング素子９６が回路に流れる電流を制御し、フラッシュランプＦＬには図９（ｃ）に示すような電流が流れることとなる。
【００７１】
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も図９（ｃ）に示すようなパターンとなる。かかる出力波形にてフラッシュランプＦＬが発光し、処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷの光照射加熱が行われる。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度が昇温する。このときの半導体ウェハーＷの温度変化のパターンはフラッシュランプＦＬからの発光出力の波形に依存する。
【００７２】
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、その光が照射時間０．１ミリ秒ないし１０ミリ秒程度の極めて短く強い閃光となり、半導体ウェハーＷの表面温度も数ミリ秒程度で最高温度に到達することとなる。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９（ｂ）のようなアナログ信号を出力することにより、フラッシュランプＦＬの発光がアナログ信号の波形に応じて制御されることとなり、半導体ウェハーＷの表面温度を従来のフラッシュ加熱に比較すると長時間をかけて最高温度に到達させることができる。なお、半導体ウェハーＷの表面温度が到達する最高温度は従来のフラッシュ加熱とほぼ同程度の１０００℃ないし１３００℃程度の処理温度Ｔ２である。
【００７３】
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の光照射アニール処理が完了する。
【００７４】
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。
【００７５】
第１実施形態においては、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴのスイッチング素子９６を直列に接続し、そのスイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力することによってフラッシュランプＦＬに流れる電流を制御し、フラッシュランプＦＬの発光を制御している。スイッチング素子９６のゲートに印加するアナログ信号の波形は、波形記憶部１０１の波形データ領域ＤＲに格納するデジタルデータによって自由に設定することが可能である。そして、スイッチング素子９６のゲートに出力するアナログ信号の波形を変更することによって、フラッシュランプＦＬに流れる電流の波形が変化して発光態様も変化する。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度が描く温度プロファイルも変化することとなる。すなわち、スイッチング素子９６のゲートに出力するアナログ信号の波形を変更することによって、フラッシュランプＦＬの光照射アニール時間および半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルを自由に設定することができるのである。
【００７６】
ところで、スイッチング素子９６のゲートに出力する信号によっては、コイル９４に大きな逆起電力が発生することがある。例えば、スイッチング素子９６のゲートにオンオフを繰り返すパルス信号を出力した場合、フラッシュランプＦＬの駆動回路に流れる電流もオンオフ制御（チョッパ制御）されることとなり、オンとオフとが切り替わる瞬間にコイル９４に極めて大きな逆起電力が発生する。このような大きな逆起電力からスイッチング素子９６を保護するために保護ダイオード９８が設けられているのではあるが、耐圧限度を超えるような逆起電力が発生した場合には保護ダイオード９８やスイッチング素子９６が破損するおそれもある。このため、フラッシュランプＦＬに流す電流を低く抑制しなければならない。また、パルス信号のオンオフ周波数とコンデンサ９３およびコイル９４の関係から決まる固有振動周波数とから決定されるうなりの効果によってフラッシュランプＦＬに流れる電流波形が乱れることがあった。
【００７７】
そこで、本実施形態においては、スイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力することによってスイッチング素子９６の駆動を制御している。アナログ信号はオンオフを繰り返すパルス信号に比較すると顕著に周波数が低い。このため、フラッシュランプＦＬの駆動回路に流れる電流の変化も低周波となり、コイル９４に発生する逆起電力も小さなものとすることができる。その結果、保護ダイオード９８やスイッチング素子９６に大きな逆起電力が作用して破損するおそれはなくなり、アニール処理に必要とされるならば大電流をフラッシュランプＦＬに流すことも可能となる。また、アナログ信号であれば、上述したようなうなりの効果も緩和される。
【００７８】
但し、スイッチング素子９６のゲートに図９（ｂ）の時刻ｔ２以降に示すような波形のアナログ信号のみを出力してフラッシュランプＦＬを発光させようとしても、信号レベルによってはフラッシュランプＦＬの両端電極に十分な電圧が印加されておらず、トリガー電極９１に電圧を印加してもフラッシュランプＦＬに電流が流れない可能性がある。このため、本実施形態においては、所定波形のアナログ信号を生成するためのデジタルデータを記憶する波形データ領域ＤＲに加えてトリガー用信号を生成するためのデジタルデータを記憶するトリガーデータ領域ＴＲを波形記憶部１０１に設定している。
【００７９】
トリガーデータ領域ＴＲに記憶されたデジタルデータをＤ／Ａ変換した最大かつ一定電圧のトリガー用信号をスイッチング素子９６のゲートに出力することにより、トリガー回路９７がトリガー電極９１にトリガー電圧を印加する時点（時刻ｔ１）では、フラッシュランプＦＬの両端電極間にフラッシュランプＦＬが発光を開始する閾値以上の電圧であるコンデンサ９３からの最大電圧が印加される。このため、時刻ｔ１にてトリガー回路９７がトリガー電極９１にトリガー電圧を印加したときには、確実にフラッシュランプＦＬの両端電極間に電流が流れてフラッシュランプＦＬが発光を開始する。
【００８０】
そして、時刻ｔ１にてトリガー回路９７がトリガー電圧を印加してから一定時間経過後の時刻ｔ２に、波形データ領域ＤＲに記憶されたデジタルデータをＤ／Ａ変換した所定波形のアナログ信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。その一定時間が経過する間もトリガーデータ領域ＴＲから読み出されたデジタルデータがＤ／Ａ変換された最大かつ一定電圧のトリガー用信号がスイッチング素子９６のゲートに出力されているため、フラッシュランプＦＬの両端電極間にはコンデンサ９３からの最大電圧が印加され続け、時刻ｔ２にはフラッシュランプＦＬに安定して電流が流れている。このため、波形データ領域ＤＲに記憶されたデジタルデータをＤ／Ａ変換したアナログ信号の信号レベルが低かったとしても、フラッシュランプＦＬには電流が流れ続け、そのアナログ信号の波形に従ってフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を制御することができる。
【００８１】
また、図７に示すように、第１実施形態の熱処理装置１には、アナログ信号出力部１０から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器９９が設けられている。増幅器９９は、３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに設けられている。増幅器９９は、フラッシュランプＦＬの発光が終了した後にコンデンサ９３に残留している電荷量に応じてアナログ信号出力部１０から出力されたアナログ信号を増幅する。具体的には、フラッシュランプＦＬの発光が終了した後にコンデンサ９３に残留している電荷量が多いほどアナログ信号の増幅率を大きくしている。
【００８２】
第１実施形態の熱処理装置１においては、スイッチング素子９６のゲートに所定波形のアナログ信号を出力してスイッチング素子９６の駆動を制御することによりフラッシュランプＦＬに流れる電流を抑制している。このため、フラッシュランプＦＬの発光が終了した後もコンデンサ９３に電荷が残留する。コンデンサ９３に残留している電荷量は、図示を省略する電圧計によってコンデンサ９３の両端電圧を計測することにより測定することができる。コンデンサ９３に残留している電荷量が多いことは、フラッシュランプＦＬにて消費された電力が少ないことを意味している。このため、フラッシュランプＦＬの発光が終了した後にコンデンサ９３に残留している電荷量が多いときには、そのフラッシュランプＦＬに対応する増幅器９９がアナログ信号の増幅率を大きくすることによってフラッシュランプＦＬに流れる電流が多くなるようにしている。このようにすれば、スイッチング素子９６の機差による誤差を増幅器９９によって補正することができる。なお、コンデンサ９３の残留電荷量を検知した制御部３が増幅器９９の増幅率を調整するようにしても良い。
【００８３】
＜２．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の全体構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態の熱処理装置１と同様である。第２実施形態の熱処理装置は、スイッチング素子９６の駆動機構の構成が第１実施形態と異なる。
【００８４】
図１０は、第２実施形態におけるスイッチング素子９６の駆動機構の構成を示すブロック図である。第１実施形態と同一の要素については同一の符合を付している。アナログ信号出力部２０は、波形記憶部２０１、パルス発生器２０２およびローパスフィルタ２０３を備えて構成される。
【００８５】
波形記憶部２０１は、メモリによって構成されており、制御部３によって設定された波形データが格納される。但し、第２実施形態の波形データは第１実施形態と異なり、パルスの立ち上がっている時間（オン時間）とパルス間のスペース時間（オフ時間）とを順次規定したものである。すなわち、第２実施形態においては、制御部３がパルス信号の波形データを設定して波形記憶部２０１に格納しているのである。なお、波形データの設定は、第１実施形態と同様に、オペレータが入力部から制御部３に手動にて入力するようにしても良いし、制御部３の磁気ディスクから読み出すようにしても良いし、ネットワークを介して制御部３にダウンロードするようにしても良い。
【００８６】
パルス発生器２０２は、波形記憶部２０１に記憶された波形データに従って１以上のパルスを含むパルス信号を発生して出力する。パルス発生器２０２から出力されたパルス信号は、ローパスフィルタ２０３によってローパスフィルタ処理が施される。すなわち、ローパスフィルタ２０３は、パルス信号から高周波成分を抑制しつつ低周波成分を取り出して通過させる。ローパスフィルタ処理が施されたパルス信号はアナログ信号となる。よって、アナログ信号出力部２０は、３０個のスイッチング素子９６にアナログ信号を出力することとなる。
【００８７】
第２実施形態においても、半導体ウェハーＷの予備加熱が終了した後、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３の制御によりアナログ信号出力部２０からスイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力するとともに、トリガー回路９７からトリガー電極９１に高電圧を印加してフラッシュランプＦＬを発光させる。図１１は、パルス信号、トリガー電圧、ローパスフィルタ２０３からの出力信号およびフラッシュランプＦＬに流れる電流の相関を示すタイミングチャートである。波形記憶部２０１に記憶された波形データに従って、パルス発生器２０２は図１１（ａ）に示すような波形のパルス信号を発生する。
【００８８】
同図に示すように、パルス発生器２０２は、トリガー用信号を生成するための単一のパルスＰＴおよび所定の波形のアナログ信号を生成するためのパルス群ＰＧを含むパルス信号を発生する。これらのうちパルス群ＰＧについてはオペレータが制御部３によって適宜設定する。一方、単一のパルスＰＴについてはオペレータがパルス群ＰＧとともに設定しても良いし、設定されたパルス群ＰＧの前に制御部３が所定長さのパルスのデータを自動的に付加するようにしても良い。
【００８９】
図１１（ａ）に示すような波形のパルス信号にローパスフィルタ処理が施されることによって、ローパスフィルタ２０３から出力される信号は図１１（ｃ）の如き波形を有するアナログ信号となる。そして、アナログ信号出力部２０から図１１（ｃ）に示す波形のアナログ信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。
【００９０】
時刻ｔ１０にパルス発生器２０２から発信された比較的長い単一のパルスＰＴにローパスフィルタ処理が施されることによってローパスフィルタ２０３からの出力信号のレベルも徐々に高くなり、やがて最大電圧のアナログ信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。これにより、スイッチング素子９６がオン状態となり、フラッシュランプＦＬの両端電極間にはコンデンサ９３から最大電圧が印加される。
【００９１】
そして、この状態にて、図１１（ｂ）に示すように時刻ｔ１１にトリガー回路９７からトリガー電極９１にトリガー電圧を印加する。フラッシュランプＦＬの両端電極間にコンデンサ９３からの最大電圧が印加された状態において、トリガー電極９１にトリガー電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬの絶縁が破壊されて図１１（ｄ）の如く両端電極間で電流が流れ始める。これによってフラッシュランプＦＬが発光を開始する。
【００９２】
時刻ｔ１１にてトリガー電極９１に電圧が印加されてフラッシュランプＦＬが発光を開始した後、時刻ｔ１２にパルス群ＰＧにローパスフィルタ処理が施されたアナログ信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。なお、フラッシュランプＦＬが発光を開始した時刻ｔ１１から一定時間の間も単一のパルスＰＴはオンとなっており、ローパスフィルタ２０３からの出力信号は最大レベルを維持する。
【００９３】
時刻ｔ１１にてフラッシュランプＦＬの発光が一旦開始した後は抵抗が低くなっているため、両端電極間の電圧が低くなったとしてもフラッシュランプＦＬに電流は流れ続ける。このため、パルス群ＰＧにローパスフィルタ処理が施されたアナログ信号に従ってスイッチング素子９６が回路に流れる電流を制御し、フラッシュランプＦＬには図１１（ｄ）に示すような電流が流れることとなる。
【００９４】
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も図１１（ｄ）に示すようなパターンとなる。かかる出力波形にてフラッシュランプＦＬが発光し、半導体ウェハーＷの光照射加熱が行われる。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度が昇温する。このときの半導体ウェハーＷの温度変化のパターンはフラッシュランプＦＬからの発光出力の波形に依存する。
【００９５】
第２実施形態においても、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴのスイッチング素子９６を直列に接続し、そのスイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力することによってフラッシュランプＦＬに流れる電流を制御し、フラッシュランプＦＬの発光を制御している。スイッチング素子９６のゲートに印加するアナログ信号の波形は、波形記憶部２０１に格納する波形データによって自由に設定することが可能である。そして、スイッチング素子９６のゲートに出力するアナログ信号の波形を変更することによって、フラッシュランプＦＬに流れる電流の波形が変化して発光態様も変化する。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度が描く温度プロファイルも変化することとなる。すなわち、第１実施形態と同様に、スイッチング素子９６のゲートに出力するアナログ信号の波形を変更することによって、フラッシュランプＦＬの光照射アニール時間および半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルを自由に設定することができる。
【００９６】
また、第２実施形態においては、スイッチング素子９６のゲートに、パルス信号にローパスフィルタ処理を施したアナログ信号を出力することによってスイッチング素子９６の駆動を制御している。ローパスフィルタ２０３によってローパスフィルタ処理が施されたアナログ信号はパルス発生器２０２が発生したパルス信号に比較して顕著に周波数が低い。このため、フラッシュランプＦＬの駆動回路に流れる電流の変化も低周波となり、コイル９４に発生する逆起電力も小さなものとすることができる。その結果、第１実施形態と同様に、保護ダイオード９８やスイッチング素子９６に大きな逆起電力が作用して破損するおそれはなくなり、アニール処理に必要とされるならば大電流をフラッシュランプＦＬに流すことも可能となる。
【００９７】
また、第２実施形態においては、パルス発生器２０２が所定波形のアナログ信号を生成するためのパルス群ＰＧに加えてトリガー用信号を生成するための単一のパルスＰＴを発生している。比較的長い単一のパルスＰＴにローパスフィルタ処理を施した最大電圧のトリガー用信号をスイッチング素子９６のゲートに出力することにより、トリガー回路９７がトリガー電極９１にトリガー電圧を印加する時点（時刻ｔ１１）では、フラッシュランプＦＬの両端電極間にフラッシュランプＦＬが発光を開始する閾値以上の電圧であるコンデンサ９３からの最大電圧が印加される。このため、時刻ｔ１１にてトリガー回路９７がトリガー電極９１にトリガー電圧を印加したときには、確実にフラッシュランプＦＬの両端電極間に電流が流れてフラッシュランプＦＬが発光を開始する。
【００９８】
そして、時刻ｔ１１にてトリガー回路９７がトリガー電圧を印加した後の時刻ｔ１２に、パルス群ＰＧにローパスフィルタ処理を施したアナログ信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。トリガー電圧を印加した後、一定時間の間、パルスＰＴはオンとなっており、ローパスフィルタ２０３からの出力されるトリガー用信号は最大レベルを維持する。このため、フラッシュランプＦＬの両端電極間にはコンデンサ９３からの最大電圧が印加され続け、時刻ｔ１２にはフラッシュランプＦＬに安定して電流が流れている。その結果、第１実施形態と同様に、パルス群ＰＧにローパスフィルタ処理を施したアナログ信号の信号レベルが低かったとしても、フラッシュランプＦＬには電流が流れ続け、そのアナログ信号の波形に従ってフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を制御することができる。
【００９９】
＜３．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の全体構成および半導体ウェハーＷの処理手順は第１実施形態の熱処理装置１と同様である。第３実施形態の熱処理装置は、スイッチング素子９６の駆動機構の構成が第１実施形態と異なる。
【０１００】
図１２は、第３実施形態におけるスイッチング素子９６の駆動機構の構成を示すブロック図である。アナログ信号出力部３０は、２つのアナログスイッチ３０１，３０２とインバータ３０３とを備えて構成される。
【０１０１】
アナログスイッチ３０１は、スイッチング素子９６のゲートに送信されるトリガー用信号のオンオフを切り替える。トリガー用信号は、上記第１，２実施形態と同様に、スイッチング素子９６がオン状態となる最大電圧の信号である。
【０１０２】
また、アナログスイッチ３０２は、スイッチング素子９６のゲートに送信されるアナログ信号のオンオフを切り替える。アナログ信号は、上記第１実施形態における波形データ領域ＤＲに記憶されたデジタルデータがＤ／Ａ変換されたアナログ信号、または、第２実施形態におけるパルス群ＰＧにローパスフィルタ処理が施されたアナログ信号と同様の所定波形の信号である。
【０１０３】
アナログスイッチ３０１およびアナログスイッチ３０２は切替信号によってオンオフ制御される。アナログスイッチ３０２に入力される切替信号はインバータ３０３によって反転されるため、アナログスイッチ３０１とアナログスイッチ３０２とは常にいずれか一方のみがオン状態となる。すなわち、切替信号がオンのときはアナログスイッチ３０１がオン状態となってアナログスイッチ３０２がオフ状態となり、逆に切替信号がオフのときはアナログスイッチ３０１がオフ状態となってアナログスイッチ３０２がオン状態となる。なお、切替信号は制御部３から出力しても良い。
【０１０４】
第３実施形態においても、半導体ウェハーＷの予備加熱が終了した後、コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にて、制御部３の制御によりアナログ信号出力部３０からスイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力するとともに、トリガー回路９７からトリガー電極９１に高電圧を印加してフラッシュランプＦＬを発光させる。図１３は、切替信号、トリガー電圧、アナログ信号、スイッチング素子９６のゲートへ出力される信号およびフラッシュランプＦＬに流れる電流の相関を示すタイミングチャートである。
【０１０５】
図１３（ａ）に示すように、時刻ｔ２０から時刻ｔ２２の間は切替信号がオンである。よって、アナログスイッチ３０１はオン状態であり、アナログスイッチ３０２はオフ状態である。このため、時刻ｔ２０から時刻ｔ２２までの間は図１３（ｄ）に示すように、スイッチング素子９６がオン状態となる最大電圧の信号であるトリガー用信号がスイッチング素子９６のゲートに出力されている。これにより、スイッチング素子９６がオン状態となり、フラッシュランプＦＬの両端電極間にはコンデンサ９３から最大電圧が印加される。
【０１０６】
そして、この状態にて、図１３（ｂ）に示すように時刻ｔ２１にトリガー回路９７からトリガー電極９１にトリガー電圧を印加する。フラッシュランプＦＬの両端電極間にコンデンサ９３からの最大電圧が印加された状態において、トリガー電極９１に電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬの絶縁が破壊されて図１３（ｅ）の如く両端電極間で電流が流れ始める。これによってフラッシュランプＦＬが発光を開始する。
【０１０７】
時刻ｔ２１にてトリガー電極９１に電圧が印加されてフラッシュランプＦＬが発光を開始した後、一定時間が経過した時刻ｔ２２に切替信号がオンからオフとなり、アナログスイッチ３０１はオフ状態に切り替わるとともに、アナログスイッチ３０２はオン状態に切り替わる。その結果、時刻ｔ２２以降は図１３（ｄ）に示すように、スイッチング素子９６のゲートに図１３（ｃ）のアナログ信号がそのまま出力される。なお、フラッシュランプＦＬが発光を開始した後の時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの間もトリガー用信号がスイッチング素子９６のゲートに出力されている。
【０１０８】
時刻ｔ２１にてフラッシュランプＦＬの発光が一旦開始した後は抵抗が低くなっているため、両端電極間の電圧が低くなったとしてもフラッシュランプＦＬに電流は流れ続ける。このため、図１３（ｃ）のアナログ信号に従ってスイッチング素子９６が回路に流れる電流を制御し、フラッシュランプＦＬには図１３（ｅ）に示すような電流が流れることとなる。
【０１０９】
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も図１３（ｅ）に示すようなパターンとなる。かかる出力波形にてフラッシュランプＦＬが発光し、半導体ウェハーＷの光照射加熱が行われる。その結果、半導体ウェハーＷの表面温度が昇温する。このときの半導体ウェハーＷの温度変化のパターンはフラッシュランプＦＬからの発光出力の波形に依存する。
【０１１０】
第３実施形態においても、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴのスイッチング素子９６を直列に接続し、そのスイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力することによってフラッシュランプＦＬに流れる電流を制御し、フラッシュランプＦＬの発光を制御している。第１，２実施形態と同様に、スイッチング素子９６のゲートに印加するアナログ信号の波形は自由に設定することが可能である。よって、第３実施形態のようにしても、フラッシュランプＦＬの光照射アニール時間および半導体ウェハーＷの表面温度の温度プロファイルを自由に設定することができる。
【０１１１】
また、第１，２実施形態と同様に、スイッチング素子９６のゲートにアナログ信号を出力してスイッチング素子９６の駆動を制御しているため、保護ダイオード９８やスイッチング素子９６に大きな逆起電力が作用して破損するおそれはない。
【０１１２】
また、第３実施形態においては、アナログ信号出力部３０からアナログ信号を出力する前にトリガー用信号を出力することにより、トリガー回路９７がトリガー電極９１にトリガー電圧を印加する時点（時刻ｔ２１）では、フラッシュランプＦＬの両端電極間にフラッシュランプＦＬが発光を開始する閾値以上の電圧であるコンデンサ９３からの最大電圧が印加される。このため、時刻ｔ２１にてトリガー回路９７がトリガー電極９１にトリガー電圧を印加したときには、確実にフラッシュランプＦＬの両端電極間に電流が流れてフラッシュランプＦＬが発光を開始する。
【０１１３】
そして、時刻ｔ２１にてトリガー回路９７がトリガー電圧を印加してから一定時間経過後の時刻ｔ２２に、所定波形のアナログ信号がスイッチング素子９６のゲートに出力される。その一定時間が経過する間もトリガー用信号がスイッチング素子９６のゲートに出力されているため、フラッシュランプＦＬの両端電極間にはコンデンサ９３からの最大電圧が印加され続け、時刻ｔ２２にはフラッシュランプＦＬに安定して電流が流れている。その結果、第１，２実施形態と同様に、所定波形のアナログ信号の信号レベルが低かったとしても、フラッシュランプＦＬには電流が流れ続け、そのアナログ信号の波形に従ってフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を制御することができる。
【０１１４】
＜４．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、上記第１実施形態においてはデジタルデータをＤ／Ａ変換することによってアナログ信号を生成し、第２実施形態においてはパルス信号にローパスフィルタ処理を施すことによってアナログ信号を生成していたが、所定波形のアナログ信号を生成できればこれらに限定されるものではない。すなわち、本発明は、フラッシュランプＦＬの駆動回路に接続されたスイッチング素子９６のゲートに所定波形のアナログ信号を出力してスイッチング素子９６の駆動を制御する形態であれば良い。好ましくは、フラッシュランプＦＬが発光を開始する閾値以上の電圧をフラッシュランプＦＬの両端電極間に印加するためのトリガー用信号をスイッチング素子９６のゲートに出力した後、フラッシュランプＦＬに流れる電流を制御する所定波形のアナログ信号を当該ゲートに出力する形態が良い。
【０１１５】
また、第１実施形態において設けていた増幅器９９を第２実施形態および第３実施形態に設けるようにしても良い。
【０１１６】
また、上記各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。
【０１１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【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】図１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。
【図３】保持部の構成を示す断面図である。
【図４】ホットプレートを示す平面図である。
【図５】図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図６】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【図７】第１実施形態におけるスイッチング素子の駆動機構の構成を示すブロック図である。
【図８】波形記憶部に記憶された波形データのデータ構造の一例を示す図である。
【図９】トリガー電圧、スイッチング素子のゲートに出力されるアナログ信号およびフラッシュランプに流れる電流の相関を示すタイミングチャートである。
【図１０】第２実施形態におけるスイッチング素子の駆動機構の構成を示すブロック図である。
【図１１】パルス信号、トリガー電圧、ローパスフィルタからの出力信号およびフラッシュランプに流れる電流の相関を示すタイミングチャートである。
【図１２】第３実施形態におけるスイッチング素子の駆動機構の構成を示すブロック図である。
【図１３】切替信号、トリガー電圧、アナログ信号、スイッチング素子のゲートへ出力される信号およびフラッシュランプに流れる電流の相関を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１１９】
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
１０，２０，３０  アナログ信号出力部
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
９８  保護ダイオード
９９  増幅器
１０１，２０１  波形記憶部
１０２  Ｄ／Ａ変換器
２０２  パルス発生器
２０３  ローパスフィルタ
３０１，３０２  アナログスイッチ
３０３  インバータ
ＦＬ  フラッシュランプ
ＤＲ  波形データ領域
ＴＲ  トリガーデータ領域
Ｗ  半導体ウェハー
【図１】
2010045093.tif 000003
【図２】
2010045093.tif 000004
【図３】
2010045093.tif 000005
【図４】
2010045093.tif 000006
【図５】
2010045093.tif 000007
【図６】
2010045093.tif 000008
【図７】
2010045093.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010045093.tif 000011
【図１０】
2010045093.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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