(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が注入された半導体の基板に対してフラッシュ光をｎ回（ｎは２以上の整数）照射することによって該基板の表面温度を不純物の活性化が生じる処理温度に加熱する熱処理方法であって、
コンデンサに蓄積された電荷をフラッシュランプで放電させることによって前記フラッシュランプから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーを、最初のフラッシュ光照射を行う前に前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを（ｎ＋１）で除した値以下とすることを特徴とする熱処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の熱処理方法において、
コンデンサに蓄積された電荷をフラッシュランプで放電させることによって基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を照射時間ｔｉにて行った後、前記コンデンサに残留している電荷を前記フラッシュランプで放電させることによって（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射をｔｉよりも長い照射時間ｔ（ｉ＋１）にて行うことを特徴とする熱処理方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の熱処理方法において、
ｎは３以上の整数であり、
コンデンサに蓄積された電荷をフラッシュランプで放電させることによって基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−２）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行ってから前記コンデンサに残留している電荷を前記フラッシュランプで放電させることによって（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間よりも、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行ってから前記コンデンサに残留している電荷を前記フラッシュランプでさらに放電させることによって（ｉ＋２）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間の方が短いことを特徴とする熱処理方法。
【請求項４】
不純物が注入された半導体の基板に対してフラッシュ光をｎ回（ｎは２以上の整数）照射することによって該基板の表面温度を不純物の活性化が生じる処理温度に加熱する熱処理装置であって、
基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内に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フラッシュ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が発光するための電荷を蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサと前記フラッシュランプとの接続を断続して前記フラッシュランプの発光を制御する発光制御手段と、
を備え、
前記発光制御手段は、前記フラッシュランプから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーが最初のフラッシュ光照射を行う前に前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを（ｎ＋１）で除した値以下となるように前記コンデンサと前記フラッシュランプとの接続を断続することを特徴とする熱処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の熱処理装置において、
前記発光制御手段は、基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を照射時間ｔｉにて行った後、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射をｔｉよりも長い照射時間ｔ（ｉ＋１）にて行うように前記フラッシュランプの発光を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の熱処理装置において、
ｎは３以上の整数であり、
前記発光制御手段は、前記フラッシュランプからｉ回目（ｉは（ｎ−２）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間よりも、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋２）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間の方が短くなるように前記フラッシュランプの発光を制御することを特徴とする熱処理装置。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれかに記載の熱処理装置において、
前記発光制御手段は、前記フラッシュランプ、前記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を備え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、
前記スイッチング素子は、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の薄板状の精密電子基板（以下、単に「基板」と称する）に対してフラッシュ光を複数回照射することによって該基板を加熱する熱処理方法および熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧で半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
【０００３】
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年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、不純物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（数ミリ秒以下）に昇温させる熱処理技術である。
【０００４】
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。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、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】
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置にて不純物活性化処理を行う際に、強いフラッシュ光照射によってなるべく高温に半導体ウェハーの表面を加熱した方が不純物の活性化が十分になされて処理後のシート抵抗値が低下することが知られている。ところが、半導体ウェハーの表面には通常デバイスパターンが形成されており、あまりに強いフラッシュ光照射を行うとデバイスが破壊されるという問題が生じる。このため、実際に照射されるフラッシュ光の強度はデバイス破壊が生じない範囲に抑制されることとなる。
【０００６】
また、デバイスパターンが形成されている半導体ウェハーでは、光の吸収率にパターン依存性がある。すなわち、半導体ウェハーの表面においてフラッシュ光の吸収率が均一ではないため、最も吸収率の高い部分にてデバイス破壊が生じないようにフラッシュ光の強度を調整する必要がある。しかし、最も光吸収率の高い部分にてフラッシュ光の強度を最適化すると、それ以外の部分では加熱が不十分となって不純物活性化が十分になされないこととなる。
【０００７】
これらの問題を解決する技術として、不純物を注入した半導体ウェハーの表面に複数回のフラッシュ光照射（マルチフラッシュまたはマルチパルス）を行うことが提案されている。複数回のフラッシュ光照射を行うことにより、デバイス破壊を抑制しつつも、ウェハー表面の全面に対して十分な不純物活性化を行ってシート抵抗値を低下させることが可能となる。また、複数回のフラッシュ光照射により、半導体ウェハーの表面におけるシート抵抗値のバラツキも小さくすることができる。
【０００８】
このようなマルチフラッシュの処理を行う技術として、特許文献１には、半導体ウェハーの表面側にフラッシュランプ等のパルス発光ランプを配置し、裏面側にハロゲンランプ等の連続点灯ランプを配置し、それらの組み合わせによって所望の熱処理を行うものが開示されている。特許文献１に開示の熱処理装置においては、ハロゲンランプ等によって半導体ウェハーをある程度の温度まで予備加熱し、その後フラッシュランプからの単一のまたは複数回のパルス加熱によって半導体ウェハーを所望の処理温度にまで昇温している。
【０００９】
また、特許文献２にも、フラッシュランプの発光を絶縁ゲートバイポーラトランジスタによってオンオフ制御することにより、半導体ウェハーの表面に複数回のフラッシュ光照射を行う装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２００５−５２７９７２号公報
【特許文献２】特開２００９−０７０９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２に開示される装置においては、所定容量のコンデンサに電荷を蓄積し、そのコンデンサからフラッシュランプへの電荷の供給を断続することによってフラッシュランプの発光をオンオフ制御している。しかしながら、コンデンサに蓄積できる電荷量は静電容量と充電電圧とによって規定されており、複数回のフラッシュ光照射を行った場合には、特に後段のフラッシュ光照射になるほど十分な量の電荷がコンデンサに残留していないことがある。なお、フラッシュ光照射の間隔も１秒未満の非常に短い時間であるため、その間にコンデンサを再充電することは不可能である。その結果、フラッシュ光照射の回数が進むほど強度が弱くなって、半導体ウェハーの表面到達温度が回数を重ねるほどに低くなるという問題が生じる。なお、コンデンサの静電容量を十分に大きなものとするとともに、充電電圧も十分に大きくすれば、コンデンサに蓄積できる電荷量も多くすることができ、かかる問題も解決できるのであるが、コンデンサを含む電力供給部が非常に大型化するとともに、コストも著しく増大することとなる。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数回のフラッシュ光照射を行ったときの各回のフラッシュ光照射による基板表面の加熱効率を向上させることができる熱処理方法および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】
【００１３】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、不純物が注入された半導体の基板に対してフラッシュ光をｎ回（ｎは２以上の整数）照射することによって該基板の表面温度を不純物の活性化が生じる処理温度に加熱する熱処理方法において、コンデンサに蓄積された電荷をフラッシュランプで放電させることによって前記フラッシュランプから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーを、最初のフラッシュ光照射を行う前に前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを（ｎ＋１）で除した値以下とすることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る熱処理方法において、コンデンサに蓄積された電荷をフラッシュランプで放電させることによって基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を照射時間ｔiにて行った後、前記コンデンサに残留している電荷を前記フラッシュランプで放電させることによって（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射をｔiよりも長い照射時間ｔ(i+1)にて行うことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る熱処理方法において、ｎは３以上の整数であり、コンデンサに蓄積された電荷をフラッシュランプで放電させることによって基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−２）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行ってから前記コンデンサに残留している電荷を前記フラッシュランプで放電させることによって（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間よりも、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行ってから前記コンデンサに残留している電荷を前記フラッシュランプでさらに放電させることによって（ｉ＋２）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間の方が短いことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４の発明は、不純物が注入された半導体の基板に対してフラッシュ光をｎ回（ｎは２以上の整数）照射することによって該基板の表面温度を不純物の活性化が生じる処理温度に加熱する熱処理装置において、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に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フラッシュ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が発光するための電荷を蓄積するコンデンサと、前記コンデンサと前記フラッシュランプとの接続を断続して前記フラッシュランプの発光を制御する発光制御手段と、を備え、前記発光制御手段は、前記フラッシュランプから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーが最初のフラッシュ光照射を行う前に前記コンデンサに蓄えられたエネルギーを（ｎ＋１）で除した値以下となるように前記コンデンサと前記フラッシュランプとの接続を断続することを特徴とする。
【００１７】
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、前記発光制御手段は、基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を照射時間ｔiにて行った後、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射をｔiよりも長い照射時間ｔ(i+1)にて行うように前記フラッシュランプの発光を制御することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る熱処理装置において、ｎは３以上の整数であり、前記発光制御手段は、前記フラッシュランプからｉ回目（ｉは（ｎ−２）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間よりも、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋２）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間の方が短くなるように前記フラッシュランプの発光を制御することを特徴とする。
【００１９】
また、請求項７の発明は、請求項４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、前記発光制御手段は、前記フラッシュランプ、前記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を備えることを特徴とする。
【００２０】
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、前記スイッチング素子は、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】
【００２１】
請求項１から請求項３の発明によれば、フラッシュランプから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーを、最初のフラッシュ光照射を行う前にコンデンサに蓄えられたエネルギーを（ｎ＋１）で除した値以下としているため、ｎ回のフラッシュ光照射の全体にわたって各回の基板表面の加熱効率を向上させることができる。
【００２２】
特に、請求項２の発明によれば、基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を照射時間ｔiにて行った後、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射をｔiよりも長い照射時間ｔ(i+1)にて行うため、前段で消費されて減少したコンデンサの残留エネルギーをより多く取り出して各回のフラッシュ光照射による基板表面の加熱効率を向上させることができる。
【００２３】
特に、請求項３の発明によれば、コンデンサに蓄積された電荷をフラッシュランプで放電させることによって基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−２）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行ってからコンデンサに残留している電荷をフラッシュランプで放電させることによって（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間よりも、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行ってからコンデンサに残留している電荷をフラッシュランプでさらに放電させることによって（ｉ＋２）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間の方が短いため、フラッシュ光照射後に基板の表面温度が低下する前に次のフラッシュ光照射を行うことができ、各回のフラッシュ光照射による基板表面の加熱効率を向上させることができる。
【００２４】
また、請求項４から請求項８の発明によれば、フラッシュランプから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーが最初のフラッシュ光照射を行う前にコンデンサに蓄えられたエネルギーを（ｎ＋１）で除した値以下となるようにしているため、ｎ回のフラッシュ光照射の全体にわたって各回の基板表面の加熱効率を向上させることができる。
【００２５】
特に、請求項５の発明によれば、基板に対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を照射時間ｔiにて行った後、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射をｔiよりも長い照射時間ｔ(i+1)にて行うため、前段で消費されて減少したコンデンサの残留エネルギーをより多く取り出して各回のフラッシュ光照射による基板表面の加熱効率を向上させることができる。
【００２６】
特に、請求項６の発明によれば、フラッシュランプからｉ回目（ｉは（ｎ−２）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間よりも、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋２）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間の方が短いため、フラッシュ光照射後に基板の表面温度が低下する前に次のフラッシュ光照射を行うことができ、各回のフラッシュ光照射による基板表面の加熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。
【図２】保持部の全体外観を示す斜視図である。
【図３】保持部を上面から見た平面図である。
【図４】保持部を側方から見た側面図である。
【図５】移載機構の平面図である。
【図６】移載機構の側面図である。
【図７】複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。
【図８】フラッシュランプの駆動回路を示す図である。
【図９】半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図１０】第１実施形態にて入力部から入力するレシピの一例を示す図である。
【図１１】パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関を示す図である。
【図１２】図９のフラッシュ加熱近傍を拡大した図である。
【図１３】照射時間１ミリ秒にて３回のフラッシュ光照射を行ったときの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図１４】照射時間１．４ミリ秒にて３回のフラッシュ光照射を行ったときの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図１５】フラッシュ光照射におけるパルス幅とエネルギー消費量との相関を示す図である。
【図１６】第３実施形態にて用いるレシピの一例を示す図である。
【図１７】第３実施形態における半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【図１８】第４実施形態にて用いるレシピの一例を示す図である。
【図１９】第４実施形態における半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
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。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る熱処理装置１の構成を示す縦断面図である。本実施形態の熱処理装置１は、基板としてφ３００ｍｍの円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによってその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。
【００３０】
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、シャッター機構２と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、シャッター機構２、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６に設けられた各動作機構を制御して半導体ウェハーＷの熱処理を実行させる制御部３を備える。
【００３１】
チャンバー６は、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４が装着されて閉塞されている。チャンバー６の天井部を構成する上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
【００３２】
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９によって囲まれる空間が熱処理空間６５として規定される。
【００３３】
チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。
【００３４】
チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
【００３５】
また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
【００３６】
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ2））を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は窒素ガス供給源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、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、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。
【００３７】
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、窒素ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
【００３８】
また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。
【００３９】
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
【００４０】
基台リング７１は円環形状の石英部材である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、その周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
【００４１】
平板状のサセプター７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。サセプター７４は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター７４の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、サセプター７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。サセプター７４の上面には複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６はサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６は、サセプター７４と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター７４に溶接等によって取り付けるようにしても良い。
【００４２】
基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の周縁部の下面とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されており、保持部７は石英の一体成形部材となる。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、略円板形状のサセプター７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。半導体ウェハーＷは、５個のガイドピン７６によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。
【００４３】
また、図２および図３に示すように、サセプター７４には、上下に貫通して開口部７８および切り欠き部７７が形成されている。切り欠き部７７は、熱電対を使用した接触式温度計１３０のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、開口部７８は、放射温度計１２０がサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。さらに、サセプター７４には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
【００４４】
図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
【００４５】
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプター７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプター７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。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。
【００４６】
図１に戻り、チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部５は、筐体５１の内側に、複数本（本実施形態では３０本）のキセノンフラッシュランプＦＬからなる光源と、その光源の上方を覆うように設けられたリフレクタ５２と、を備えて構成される。また、フラッシュ加熱部５の筐体５１の底部にはランプ光放射窓５３が装着されている。フラッシュ加熱部５の床部を構成するランプ光放射窓５３は、石英により形成された板状の石英窓である。フラッシュ加熱部５がチャンバー６の上方に設置されることにより、ランプ光放射窓５３が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。
【００４７】
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。
【００４８】
図８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、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）９６とが直列に接続されている。また、図８に示すように、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。
【００４９】
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（充電電圧）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から高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。
【００５０】
ＩＧＢＴ９６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。ＩＧＢＴ９６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。ＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Hiの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む駆動回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。ＩＧＢＴ９６がオンオフすることによってフラッシュランプＦＬと対応するコンデンサ９３との接続が断続される。
【００５１】
コンデンサ９３が充電された状態でＩＧＢＴ９６がオン状態となってガラス管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両端電極間の放電によってガラス管９２内に電流が瞬時に流れ、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。
【００５２】
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。
【００５３】
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４の内部には複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬはチャンバー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。図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。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。
【００５４】
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
【００５５】
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。
【００５６】
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。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。
【００５７】
また、図１に示すように、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４およびチャンバー６の側方にシャッター機構２を備える。シャッター機構２は、シャッター板２１およびスライド駆動機構２２を備える。シャッター板２１は、ハロゲン光に対して不透明な板であり、例えばチタン（Ｔｉ）にて形成されている。スライド駆動機構２２は、シャッター板２１を水平方向に沿ってスライド移動させ、ハロゲン加熱部４と保持部７との間の遮光位置にシャッター板２１を挿脱する。スライド駆動機構２２がシャッター板２１を前進させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置（図１の二点鎖線位置）にシャッター板２１が挿入され、下側チャンバー窓６４と複数のハロゲンランプＨＬとが遮断される。これによって、複数のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５の保持部７へと向かう光は遮光される。逆に、スライド駆動機構２２がシャッター板２１を後退させると、チャンバー６とハロゲン加熱部４との間の遮光位置からシャッター板２１が退出して下側チャンバー窓６４の下方が開放される。
【００５８】
また、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。制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって熱処理装置１における処理が進行する。また、図８に示したように、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。上述のように、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、それに従ってパルス発生器３１がＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する。この制御部３と、トリガー回路９７と、ＩＧＢＴ９６とによってフラッシュランプＦＬの発光を制御する発光制御手段が構成される。
【００５９】
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６の過剰な温度上昇を防止するため、様々な冷却用の構造を備えている。例えば、チャンバー６の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３を冷却する。
【００６０】
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る。その添加された不純物の活性化が熱処理装置１によるフラッシュ光照射加熱処理（アニール）により実行される。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。
【００６１】
まず、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
【００６２】
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、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熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
【００６３】
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を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
【００６４】
半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプター７４に受け渡されて水平姿勢に保持される。半導体ウェハーＷは、イオン注入がなされた表面を上面としてサセプター７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。サセプター７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
【００６５】
半導体ウェハーＷが保持部７のサセプター７４に載置されて保持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプター７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷの温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
【００６６】
図９は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。半導体ウェハーＷが搬入されてサセプター７４に載置された後、制御部３が時刻ｔ０に４０本のハロゲンランプＨＬを点灯させてハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを８００℃以下の予備加熱温度Ｔ１（本実施形態では５００℃）にまで昇温している。半導体ウェハーＷの温度は接触式温度計１３０および放射温度計１２０によって測定されている。これらによって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。すなわち、制御部３は、接触式温度計１３０および放射温度計１２０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している。
【００６７】
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、接触式温度計１３０および放射温度計１２０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に到達した時刻ｔ１にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を制御して半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
【００６８】
このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
【００６９】
次に、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。なお、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時刻ｔ１からフラッシュランプＦＬが発光する時刻ｔ２までの時間は数秒程度である。フラッシュランプＦＬがフラッシュ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ＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。第１実施形態においては、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続を断続することにより、フラッシュランプＦＬを２回発光、つまり２回のフラッシュ光照射を行っている。
【００７０】
パルス発生器３１が出力するパルス信号の波形は、パルス幅の時間（オン時間）とパルス間隔の時間（オフ時間）とをパラメータとして順次設定したレシピを入力部３３から入力することによって規定することができる。図１０は、第１実施形態にて入力部３３から入力するレシピの一例を示す図である。図１０に示すレシピの例では、２回のフラッシュ光照射に対応する２つのステップが設定されており、第１ステップでは１ミリ秒（＝１０００マイクロ秒）のオン時間と３ミリ秒のオフ時間が設定され、第２ステップでは０．９ミリ秒のオン時間が設定されている。なお、第２ステップにオフ時間が設定されていないのは、第２ステップでのフラッシュ光照射が最終段の発光となり、特段にオフ時間を設定する必要がないためである（適当な任意の数値を設定するようにしても良い）。
【００７１】
図１０に示すようなパラメータを記述した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、それに従って制御部３の波形設定部３２はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。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、ＩＧＢＴ９６のゲートにはオンオフを繰り返す波形のパルス信号が印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。
【００７２】
図１１は、パルス信号の波形と回路に流れる電流との相関を示す図である。図１１（ａ）はパルス発生器３１から出力されるパルス信号の波形を示し、図１１（ｂ）はフラッシュランプＦＬを含む図８の回路に流れる電流の波形を示す。図１０に示す如きレシピが入力部３３から制御部３に入力されると、図１１（ａ）に示すような波形が波形設定部３２によって設定され、かかる波形のパルス信号がパルス発生器３１から出力される。図１１（ａ）に示すパルス波形においては、第１のフラッシュ光照射に対応する幅１ミリ秒の第１パルスが設定されるとともに、第２のフラッシュ光照射に対応する幅０．９ミリ秒の第２パルスが設定されている。第１パルスと第２パルスとの間の間隔は３ミリ秒である。図１１（ａ）に示すような波形のパルス信号がＩＧＢＴ９６のゲートに印加され、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、ＩＧＢＴ９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。
【００７３】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にオン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に高電圧（トリガー電圧）を印加する。コンデンサ９３に電荷が蓄積された状態にてＩＧＢＴ９６のゲートに第１パルスが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で電流が流れ始め、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て第１のフラッシュ光照射が行われる。そして、１ミリ秒後に第１パルスがオフになると、フラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が減少し、一旦フラッシュランプＦＬが完全に消灯する。すなわち、第１のフラッシュ光照射におけるフラッシュランプＦＬの照射時間は、第１パルスのオン時間と同じ１ミリ秒である。
【００７４】
次に、第１パルスがオフとなって３ミリ秒後にＩＧＢＴ９６のゲートに第２パルスが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、ガラス管９２内の両端電極間で再び電流が流れ始め、フラッシュランプＦＬから第２のフラッシュ光照射が行われる。そして、０．９ミリ秒後に第２パルスがオフになると、ガラス管９２内に流れる電流値が減少してフラッシュランプＦＬが再び消灯する。すなわち、第２のフラッシュ光照射におけるフラッシュランプＦＬの照射時間は、第２パルスのオン時間と同じ０．９ミリ秒である。このようにして、フラッシュランプＦＬには図１１（ｂ）に示すような波形の電流が流れ、フラッシュランプＦＬは２回発光する。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。
【００７５】
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（プロファイル）は図１１（ｂ）に示した電流波形と同じようなパターンとなる。図１１（ｂ）に示すのと同様のフラッシュランプＦＬからの出力波形にて、保持部７のサセプター７４に載置された半導体ウェハーＷにフラッシュ光照射が行われる。
【００７６】
図１２は、図９のフラッシュ加熱近傍（時刻ｔ２前後）を拡大した図である。図１２において、実線にて示すのは半導体ウェハーＷの表面の温度であり、点線にて示すのは半導体ウェハーＷの裏面の温度である。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階では半導体ウェハーＷの全体が均一に加熱されており、表面および裏面の双方が同じ予備加熱温度Ｔ１に昇温されている。そして、時刻ｔ２１にてＩＧＢＴ９６のゲートに第１パルスが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されると、フラッシュランプＦＬから第１のフラッシュ光照射が行われる。この第１のフラッシュ光照射により半導体ウェハーＷの表面温度は瞬間的に１０００℃以上の処理温度Ｔ２（本実施形態では約１２００℃）まで上昇する一方、その瞬間の裏面温度は予備加熱温度Ｔ１からさほどには上昇しない。すなわち、半導体ウェハーＷの表面と裏面とに瞬間的に温度差が発生するのである。
【００７７】
このようなフラッシュ光照射時に生じる半導体ウェハーＷの表面と裏面との温度差は、表面から裏面への熱伝導によって短時間のうちに消滅する。すなわち、瞬間的に昇温した半導体ウェハーＷの表面から裏面に向けて熱伝導が生じ、それによって表面の温度が急速に低下するとともに裏面の温度が若干上昇する。そして、短時間のうちに半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなる。例えば、φ３００ｍｍの半導体ウェハーＷ（厚さは０．７７５ｍｍ）であれば、フラッシュ光照射の瞬間から表面温度と裏面温度とが等しくなるまでに要する時間は約１５ミリ秒程度である。
【００７８】
第１実施形態においては、時刻ｔ２１にて第１のフラッシュ光照射が行われた後、半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなる前に、時刻ｔ２２にてＩＧＢＴ９６のゲートに第２パルスが入力され、かつ、それと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されてフラッシュランプＦＬから第２のフラッシュ光照射が行われる。この第２のフラッシュ光照射により半導体ウェハーＷの表面温度は再び瞬間的に処理温度Ｔ２にまで上昇する。そして、第２のフラッシュ光照射の後、再び半導体ウェハーＷの表面から裏面に向けての熱伝導が生じ、時刻ｔ２３に半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなる。なお、図９の時刻スケールは秒であるのに対して、図１２の時刻スケールはミリ秒であるため、ｔ２１からｔ２３はいずれも図９ではｔ２に重ねて表示されるものである。
【００７９】
このような２回のフラッシュ光照射により、半導体ウェハーＷに添加された不純物の熱による拡散を抑制しつつ不純物の活性化を行うことができる。図９に戻り、第２のフラッシュ光照射が終了した後、所定時間経過後にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが降温を開始する。また、ハロゲンランプＨＬが消灯するのと同時に、シャッター機構２がシャッター板２１をハロゲン加熱部４とチャンバー６との間の遮光位置に挿入する。ハロゲンランプＨＬが消灯しても、すぐにフィラメントや管壁の温度が低下するものではなく、暫時高温のフィラメントおよび管壁から輻射熱が放射され続け、これが半導体ウェハーＷの降温を妨げる。シャッター板２１が挿入されることによって、消灯直後のハロゲンランプＨＬから熱処理空間６５に放射される輻射熱が遮断されることとなり、半導体ウェハーＷの降温速度を高めることができる。
【００８０】
そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター７４から受け取る。続いて、ゲートバルブ１８５により閉鎖されていた搬送開口部６６が開放され、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが装置外部の搬送ロボットにより搬出され、熱処理装置１における半導体ウェハーＷの加熱処理が完了する。
【００８１】
第１実施形態においては、半導体ウェハーＷに対して１回目のフラッシュ光照射を行って半導体ウェハーＷの表面を加熱した後、その半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなる前に２回目のフラッシュ光照射を行って半導体ウェハーＷの表面を再加熱している。具体的には、フラッシュ光照射の瞬間から表面温度と裏面温度とが等しくなるまでに要する時間は約１５ミリ秒程度であるため、１回目のフラッシュ光照射を行ってから１５ミリ秒以内に２回のフラッシュ光照射を行って半導体ウェハーＷの表面を再加熱している。
【００８２】
１回目のフラッシュ光照射を行った後、半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなった後に２回目のフラッシュ光照射を行うと、表面の温度が裏面への熱伝導によって相当に低下してから２回目のフラッシュ光照射を行うこととなるため、２回目のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の到達温度も比較的低いものとならざるを得ない。第１実施形態のように、１回目のフラッシュ光照射を行った後、半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなる前に２回目のフラッシュ光照射を行うようにすれば、半導体ウェハーＷの表面温度が低下する前に２回目のフラッシュ光照射を行うこととなるため、２回目のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の到達温度を上記よりも高くすることができる。
【００８３】
その結果、図１０に示したように、２回目のフラッシュ光照射の照射時間を１回目よりも短くしてフラッシュ光照射に消費するエネルギーを少なくしたとしても、２回目のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面到達温度を１回目と同じ処理温度Ｔ２とすることができる。このことは、１回目のフラッシュ光照射によって蓄積している電荷量が減少しているコンデンサ９３から再びフラッシュランプＦＬに電荷を供給して２回目のフラッシュ光照射を行う場合に好適である。
【００８４】
第１実施形態においては、２回のフラッシュ光照射を行うようにしていたが、フラッシュ光照射の回数は２回に限定されるものではなく、３回以上であっても良い。例えば、３回のフラッシュ光照射を行う場合には、上記と同様にして２回目のフラッシュ光照射を行った後、半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなる前に３回目のフラッシュ光照射を行う。
【００８５】
すなわち、ｎ回（ｎは２以上の整数）のフラッシュ光照射を行う場合に、半導体ウェハーＷに対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行って半導体ウェハーＷの表面を加熱した後、当該半導体ウェハーＷの表面の温度と裏面の温度とが等しくなる前に（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行って半導体ウェハーＷの表面を再加熱するようにフラッシュランプＦＬの発光を制御すれば良い。このようにすれば、ｎ回のフラッシュ光照射を行う場合に、ｉ回目のフラッシュ光照射の後に半導体ウェハーＷの表面温度が低下する前に（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うこととなり、回数の増加にともなって消費エネルギーが少なくなったとしても各回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の加熱効率を向上させることができる。ｉ回目のフラッシュ光照射と（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射との間隔を上記よりも短くすればｉ回目よりも（ｉ＋１）回目の表面到達温度を高くすることができ、逆に長くすればｉ回目よりも（ｉ＋１）回目の表面到達温度を低くすることができる。なお、１回目のフラッシュ光照射から最後（ｎ回目）のフラッシュ光照射が完了するまでの時間は１秒未満である。
【００８６】
＜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構成は第１実施形態と全く同じである。また、第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても概ね第１実施形態と同様（図９参照）であり、複数回のフラッシュ光照射を行う。
【００８７】
第１実施形態と同様に、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱によって半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。フラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うに際しては、予めコンデンサ９３に電荷を蓄積した状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。第２実施形態においては、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続を断続することにより、フラッシュランプＦＬを３回発光、つまり３回のフラッシュ光照射を行っている。
【００８８】
図１３は、３回のフラッシュ光照射におけるそれぞれのフラッシュランプＦＬの照射時間を１ミリ秒としたときの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。具体的には、図１０に示すようなレシピにおいて、３回のフラッシュ光照射に対応する３つのステップのオン時間をいずれも１ミリ秒に設定し（オフ時間は４ミリ秒）、そのレシピを入力部３３から制御部３に入力する。これにより、幅１ミリ秒の３つのパルスが順次にＩＧＢＴ９６のゲートに印加され、ＩＧＢＴ９６の１ミリ秒オン状態となることが３回繰り返されることとなる。
【００８９】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にその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に高電圧を印加する。その結果、フラッシュランプＦＬが３回発光し、照射時間１ミリ秒のフラッシュ光照射が３回繰り返されることとなる。このような照射時間１ミリ秒のフラッシュ光照射を３回繰り返した場合、図１３に示すように、３回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面到達温度は概ね等しくなる。
【００９０】
一方、図１４は、３回のフラッシュ光照射におけるそれぞれのフラッシュランプＦＬの照射時間を１．４ミリ秒としたときの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。上記と同様に、３回のフラッシュ光照射に対応する３つのステップのオン時間をいずれも１．４ミリ秒に設定し（オフ時間は４ミリ秒）、そのレシピを入力部３３から制御部３に入力する。そして、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にその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に高電圧を印加する。その結果、フラッシュランプＦＬが３回発光し、照射時間１．４ミリ秒のフラッシュ光照射が３回繰り返されることとなる。このような照射時間１．４ミリ秒のフラッシュ光照射を３回繰り返した場合、図１４に示すように、１回目のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面到達温度は高くなるものの、２回目以降のフラッシュ光照射による表面到達温度は回数が増えるごとに低くなる。
【００９１】
図１３と図１４とを対比すると明らかなように、同じように３回のフラッシュ光照射を行う場合であっても、照射時間が１ミリ秒では半導体ウェハーＷの表面到達温度がほぼ等しくなるのに対して、照射時間が１．４ミリ秒と長くなると表面到達温度が次第に低くなる。照射時間１．４ミリ秒では、１回目のフラッシュ光照射による表面到達温度を２，３回目のフラッシュ光照射では維持することができない。これは、照射時間が長くなるほど１回のフラッシュ光照射による消費エネルギーが多くなり、その分だけコンデンサ９３に蓄えられている電荷が少なくなり、２回目以降のフラッシュ光照射時にフラッシュランプＦＬを流れる電流値が大幅に少なくなるためである。
【００９２】
本発明者がフラッシュランプＦＬの照射時間とコンデンサ９３に蓄えられている電荷によるエネルギーの消費量との相関について鋭意調査を行った結果、図１５のような結果が得られた。フラッシュランプＦＬの照射時間については、図１０の如きレシピに設定するパルス幅の時間（オン時間）によって変化させている。一方、コンデンサ９３に蓄えられている電荷のエネルギーは、コンデンサ９３の静電容量をＣ、電荷による電圧をＶとしたときにＣＶ2／２として算定される。いずれのパルス幅についても、フラッシュ光照射前の電源ユニット９５による初期の充電電圧は４０００Ｖとしている。そして、設定したパルス幅での１回のフラッシュ光照射が終了した時点でコンデンサ９３に残留している電荷の電圧（残留電圧）と初期の充電電圧との差分から消費したエネルギーを算定し、その消費量を図１５に記載している。
【００９３】
図１５に示すように、照射時間（パルス幅時間）が１．０ミリ秒では１回の照射で初期にコンデンサ９３に蓄えられていたエネルギーの２５％が消費されるのに対して、１．４ミリ秒では初期にコンデンサ９３に蓄えられていたエネルギーの４０％が消費される。このため、照射時間１．４ミリ秒にて３回のフラッシュ光照射を行った場合には、特に後段のフラッシュ光照射時にコンデンサ９３に十分なエネルギーが残留しておらず、フラッシュランプＦＬに流れる電流値が大幅に少なくなって発光強度が弱くなり、半導体ウェハーＷの表面到達温度が低くなったものと考えられる。
【００９４】
そこで、第２実施形態においては、ｎ回（ｎは２以上の整数）のフラッシュ光照射を行う場合における各回のフラッシュ光照射で消費するエネルギーＰflashを次の式（１）のように規定している。式（１）において、Ｐinitialは最初のフラッシュ光照射を行う前の初期のコンデンサ９３に蓄えられているエネルギーである（充電ユニット９５による充電直後のエネルギー）。
【００９５】
【数１】
0005698040.tif 000002
【００９６】
式（１）によれば、フラッシュ光照射を２回行うのであれば、フラッシュランプＦＬから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーＰflashを、最初のフラッシュ光照射を行う前にコンデンサ９３に蓄えられたエネルギーＰinitialの１／３以下とする。また、フラッシュ光照射を３回行うのであれば、フラッシュランプＦＬから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーＰflashを、最初のフラッシュ光照射を行う前にコンデンサ９３に蓄えられたエネルギーＰinitialの１／４以下とする。要するに、フラッシュ光照射をｎ回（ｎは２以上の整数）行うのであれば、フラッシュランプＦＬから１回のフラッシュ光照射を行うときに消費するエネルギーＰflashを、最初のフラッシュ光照射を行う前にコンデンサ９３に蓄えられたエネルギーＰinitialの１／（ｎ＋１）以下とするのである。なお、１回目のフラッシュ光照射から最後（ｎ回目）のフラッシュ光照射が完了するまでの時間は１秒未満である。
【００９７】
１回のフラッシュ光照射で消費するエネルギーＰflashは図１５の表に基づいてパルス幅の時間をレシピに設定することによって調整することができる。例えば、１回の消費エネルギーＰflashを初期のエネルギーＰinitialの１／３以下とするのであれば、パルス幅の時間を１．２ミリ秒以下とすれば良い。また、１回の消費エネルギーＰflashを初期のエネルギーＰinitialの１／４以下とするのであれば、パルス幅の時間を１．０ミリ秒以下とすれば良い。このようなパルス幅を設定したレシピを入力部３３から制御部３に入力することにより、当該パルス幅を有するパルスがＩＧＢＴ９６のゲートに入力され、そのパルス幅の時間だけＩＧＢＴ９６がオン状態となってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続を断続する。
【００９８】
このようにすれば、ｎ回のフラッシュ光照射を行う際に、各回のフラッシュ光照射に必要な最低限のエネルギーを確保することができ、ｎ回のフラッシュ光照射の全体にわたって各回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の加熱効率を向上させることができる。
【００９９】
＜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構成は第１実施形態と全く同じである。また、第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても概ね第１実施形態と同様（図９参照）であり、複数回のフラッシュ光照射を行う。
【０１００】
第１実施形態と同様に、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱によって半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。フラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うに際しては、予めコンデンサ９３に電荷を蓄積した状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。第３実施形態においては、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続を断続することにより、フラッシュランプＦＬを３回発光、つまり３回のフラッシュ光照射を行っている。
【０１０１】
図１６は、第３実施形態にて用いるレシピの一例を示す図である。第３実施形態の例では、３回のフラッシュ光照射に対応する３つのステップが設定されており、第１ステップでは１．１５ミリ秒（＝１１５０マイクロ秒）のオン時間と４ミリ秒のオフ時間が設定され、第２ステップでは１．２ミリ秒のオン時間と４ミリ秒のオフ時間が設定され、さらに第３ステップでは１．４ミリ秒のオン時間が設定されている。なお、最終段の第３ステップにオフ時間が設定されていないのは、上記図１０の例と同じく、特段にオフ時間を設定する必要がないためである。
【０１０２】
図１６に示すようなパラメータを記述した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、それに従って制御部３の波形設定部３２はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。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ＩＧＢＴ９６のゲートに出力し、ＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にその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に高電圧を印加する。その結果、オンオフ駆動されるＩＧＢＴ９６によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続が断続され、フラッシュランプＦＬの発光が制御される。
【０１０３】
第３実施形態においては３回のフラッシュ光照射が行われ、それぞれにおけるフラッシュランプＦＬの照射時間は各ステップのオン時間と同じである。図１６に示すように、第３実施形態では、１回目のフラッシュ光照射の照射時間（１．１５ミリ秒）よりも２回目のフラッシュ光照射の照射時間（１．２ミリ秒）の方が長い。また、２回目のフラッシュ光照射の照射時間（１．２ミリ秒）よりも３回目のフラッシュ光照射の照射時間（１．４ミリ秒）の方が長い。
【０１０４】
図１７は、第３実施形態における半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。図１６に示すレシピに基づいて生成されたパルス信号によってＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動し、後段ほど照射時間が長くなるようにフラッシュランプＦＬの発光を制御することにより、図１７に示すように、３回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面到達温度を概ね等しくすることができる。これは、複数回のフラッシュ光照射における後段ほど照射時間（オン時間）を長くすることにより、前段で消費されて減少したコンデンサ９３に残留しているエネルギーより多く取り出すことができるため、２回目以降のフラッシュ光照射であっても必要な最低限のエネルギーを確保することができ、その結果各回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の加熱効率を向上させることができたためである。
【０１０５】
このように、第３実施形態においては、ｎ回（ｎは２以上の整数）のフラッシュ光照射を行う場合に、半導体ウェハーＷに対してｉ回目（ｉは（ｎ−１）以下の自然数）のフラッシュ光照射を照射時間ｔiにて行った後、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射をｔiよりも長い照射時間ｔ(i+1)にて行うようにフラッシュランプＦＬの発光を制御している。これにより、ｎ回のフラッシュ光照射の後段ほど照射時間が長くなり、前段で消費されて減少したコンデンサ９３の残留エネルギーをより多く取り出して各回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の加熱効率を向上させることができる。なお、１回目のフラッシュ光照射から最後（ｎ回目）のフラッシュ光照射が完了するまでの時間は１秒未満である。
【０１０６】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態の熱処理装置の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第４実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても概ね第１実施形態と同様（図９参照）であり、複数回（第４実施形態では少なくとも３回以上）のフラッシュ光照射を行う。
【０１０７】
第１実施形態と同様に、ハロゲンランプＨＬによる予備加熱によって半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を実行する。フラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行うに際しては、予めコンデンサ９３に電荷を蓄積した状態にて、制御部３のパルス発生器３１からＩＧＢＴ９６にパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。第４実施形態においては、ＩＧＢＴ９６のオンオフ駆動によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続を断続することにより、フラッシュランプＦＬを３回発光、つまり３回のフラッシュ光照射を行っている。
【０１０８】
図１８は、第４実施形態にて用いるレシピの一例を示す図である。第４実施形態の例では、３回のフラッシュ光照射に対応する３つのステップが設定されており、第１ステップでは１．２ミリ秒（＝１２００マイクロ秒）のオン時間と４ミリ秒のオフ時間が設定され、第２ステップでは１．２ミリ秒のオン時間と１．５ミリ秒のオフ時間が設定され、さらに第３ステップでは１．２ミリ秒のオン時間が設定されている。なお、最終段の第３ステップにオフ時間が設定されていないのは、上記図１０の例と同じく、特段にオフ時間を設定する必要がないためである。
【０１０９】
図１８に示すようなパラメータを記述した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、それに従って制御部３の波形設定部３２はオンオフを繰り返すパルス波形を設定する。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ＩＧＢＴ９６のゲートに出力し、ＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動する。また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にその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に高電圧を印加する。その結果、オンオフ駆動されるＩＧＢＴ９６によってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとの接続が断続され、フラッシュランプＦＬの発光が制御される。すなわち、コンデンサ９３に蓄積された電荷をフラッシュランプＦＬで放電させることによって半導体ウェハーＷに対して１回目のフラッシュ光照射を行った後、コンデンサ９３に残留している電荷をフラッシュランプＦＬで放電させることによって２回目のフラッシュ光照射を行い、その後コンデンサ９３に残留している電荷をフラッシュランプＦＬでさらに放電させることによって３回目のフラッシュ光照射を行う。
【０１１０】
このようにして第４実施形態では３回のフラッシュ光照射が行われ、それぞれにおけるフラッシュランプＦＬの照射時間は各ステップのオン時間と同じである。また、１回目のフラッシュ光照射と２回目のフラッシュ光照射との間の間隔（非照射時間）は第１ステップのオフ時間と同じであり、２回目のフラッシュ光照射と３回目のフラッシュ光照射との間の非照射時間は第２ステップのオフ時間と同じである。図１８に示すように、第４実施形態では、３回のフラッシュ光照射の照射時間は互いに等しく１．２ミリ秒であり、１回目のフラッシュ光照射と２回目のフラッシュ光照射との間の非照射時間（４ミリ秒）よりも、２回目のフラッシュ光照射と３回目のフラッシュ光照射との間の非照射時間（１．５ミリ秒）の方が短い。
【０１１１】
図１９は、第４実施形態における半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。図１８に示すレシピに基づいて生成されたパルス信号によってＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動し、後段ほど非照射時間が短くなるようにフラッシュランプＦＬの発光を制御することにより、図１９に示すように、３回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面到達温度を概ね等しくすることができる。これは、複数回のフラッシュ光照射における後段ほど非照射時間（オフ時間）を短くすることにより、フラッシュ光照射後に半導体ウェハーＷの表面温度が低下する前に次のフラッシュ光照射を行うことができるため、後段ほどコンデンサ９３に残留しているエネルギーが少なくなったとしても各回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の加熱効率を向上させることができたためである。
【０１１２】
このように、第４実施形態においては、ｎ回（ｎは３以上の整数）のフラッシュ光照射を行う場合に、半導体ウェハーＷに対してｉ回目（ｉは（ｎ−２）以下の自然数）のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間よりも、（ｉ＋１）回目のフラッシュ光照射を行ってから（ｉ＋２）回目のフラッシュ光照射を行うまでの非照射時間の方が短くなるようにフラッシュランプＦＬの発光を制御している。これにより、ｎ回のフラッシュ光照射の後段ほど照射間隔（非照射時間）が短くなり、フラッシュ光照射後に半導体ウェハーＷの表面温度が低下する前に次のフラッシュ光照射を行うことができるため、各回のフラッシュ光照射による半導体ウェハーＷの表面の加熱効率を向上させることができる。なお、１回目のフラッシュ光照射から最後（ｎ回目）のフラッシュ光照射が完了するまでの時間は１秒未満である。
【０１１３】
＜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、上記各実施形態においては、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にそのタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしていたが、これに限定されるものではなく、最初にパルス信号がオンになるときのみトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしても良い。このようにする場合、フラッシュ光照射の間に小刻みにＩＧＢＴ９６をオンオフ駆動させて小さなフラッシュを繰り返し発生させることにより、フラッシュランプＦＬに弱い電流を流し続けるようにしておいた方が、次のフラッシュ光照射時にフラッシュランプＦＬを確実に発光させることができる。もっとも、フラッシュ光照射の間隔（非照射時間）が１０ミリ秒以内程度であれば、微弱電流を流し続けなくても次にＩＧＢＴ９６がオン状態となってコンデンサ９３とフラッシュランプＦＬとを接続するだけでフラッシュランプＦＬを再発光させることが可能な場合もある。
【０１１４】
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンになる毎にトリガー電極９１に高電圧を印加する場合には、フラッシュランプＦＬの放電を確実なものとすべくパルス信号がオンになってから所定時間後にトリガー電圧を印加するようにしても良い。このようにした場合、フラッシュランプＦＬの照射時間は、トリガー電極９１に高電圧が印加されてからパルス信号がオフとなるまでの時間となり、上記実施形態（照射時間＝パルス幅の時間）とは異なる。また、フラッシュランプＦＬの照射間隔（非照射時間）はパルス信号がオフとなってから次のパルスに対応するトリガー電圧が印加されるまでの時間となる。すなわち、レシピ上でのオン時間、オフ時間と実際のフラッシュランプＦＬの照射時間、非照射時間とが一致しなくなる。このため、レシピで設定するオン時間をトリガー電極９１にトリガー電圧が印加されてからパルス信号がオフとなるまでの時間とし、オフ時間をパルス信号がオフとなってから次のパルスに対応するトリガー電圧が印加されるまでの時間とした方がオペレータの操作性が向上する。
【０１１５】
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。
【０１１６】
また、上記各実施形態においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ９６を用いていたが、これに代えてゲートに入力された信号レベルに応じて回路をオンオフできる他のトランジスタを用いるようにしても良い。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として採用するのが好ましい。
【０１１７】
また、上記各実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えるようにしていたが、これに限定されるものではなく、フラッシュランプＦＬの本数は任意の数とすることができる。また、フラッシュランプＦＬはキセノンフラッシュランプに限定されるものではなく、クリプトンフラッシュランプであっても良い。また、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
【０１１８】
また、上記各実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしていたが、予備加熱の手法はこれに限定されるものではなく、ホットプレートに載置することによって半導体ウェハーＷを予備加熱するようにしても良い。
【０１１９】
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。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。
【符号の説明】
【０１２０】
１  熱処理装置
２  シャッター機構
３  制御部
４  ハロゲン加熱部
５  フラッシュ加熱部
６  チャンバー
７  保持部
１０  移載機構
２１  シャッター板
２２  スライド駆動機構
３１  パルス発生器
３２  波形設定部
３３  入力部
６１  チャンバー側部
６２  凹部
６３  上側チャンバー窓
６４  下側チャンバー窓
６５  熱処理空間
７４  サセプター
９１  トリガー電極
９２  ガラス管
９３  コンデンサ
９４  コイル
９６  ＩＧＢＴ
９７  トリガー回路
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】
0005698040.tif 000003
【図２】
0005698040.tif 000004
【図３】
0005698040.tif 000005
【図４】
0005698040.tif 000006
【図５】
0005698040.tif 000007
【図６】
0005698040.tif 000008
【図７】
0005698040.tif 000009
【図８】
0005698040.tif 000010
【図９】
0005698040.tif 000011
【図１０】
0005698040.tif 000012
【図１１】
0005698040.tif 000013
【図１２】
0005698040.tif 000014
【図１３】
0005698040.tif 000015
【図１４】
0005698040.tif 000016
【図１５】
0005698040.tif 000017
【図１６】
0005698040.tif 000018
【図１７】
0005698040.tif 000019
【図１８】
0005698040.tif 000020
【図１９】
0005698040.tif 000021