(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、
上記電源により充電されるコンデンサと、
上記コンデンサに蓄積された電荷によって放電するフラッシュランプと、
上記コンデンサとフラッシュランプとの間に接続されたインダクタンスと、
上記フラッシュランプに放電を開始させるためのトリガ装置と、
からなるランプ加熱装置によって、基板を加熱する基板加熱装置において、
上記フラッシュランプとインダクタンスとからなる直列回路に対し、
並列に接続されたダイオードと、
上記フラッシュランプに直列に接続された半導体スイッチと、
該半導体スイッチのオン−オフを制御する制御部と、を設け、
上記制御部は、
上記トリガ装置にトリガ信号が入力された後、上記半導体スイッチをオン、オフさせる第１の駆動信号と、
該第１の駆動信号が出力された後、上記半導体スイッチを一回のみオンにする第２の駆動信号を出力する駆動回路を有し、
上記第２の駆動信号が上記半導体スイッチをオンにする期間は、
上記第１の駆動信号の内の一つの駆動信号により上記半導体スイッチがオンになる期間より長く、前記第１の駆動信号は、前記半導体スイッチをオン状態とするオン信号と、オフ状態にするオフ信号が複数回交互に現れるオン−オフ信号であり、前記第１の駆動信号が出力されている期間内で、該オン−オフ信号のデューティ比［オン信号の期間／（オン信号の期間＋オフ信号の期間）］を変化させ、上記第１の駆動信号により、上記基板の表面と底部との温度差が、イオン拡散が基板全体に及ばない温度差以上であって、熱歪により基板に悪影響を与えないような温度差内になるように、基板温度を上昇させ、
、第２の駆動信号により、基板の表面温度を、第１の駆動信号により得られた表面温度より高い所望の温度まで上昇させる
ことを特徴とする基板加熱装置。
【請求項２】
前記第１の駆動信号が、前記半導体スイッチに最初に与えるゲートオン信号の期間は、４０〜１００μｓｅｃである
ことを特徴とする請求項１に記載の基板加熱装置。
【請求項３】
前記ランプ加熱装置により加熱される基板に対し、上記フラッシュランプとは反対側に第２の加熱装置が設けられている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板加熱装置。
【請求項４】
前記半導体スイッチは、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１，２または請求項３に記載の基板加熱装置。
【請求項５】
トリガ装置からトリガ信号を入力してフラッシュランプの放電を開始させたのち、該フラッシュランプに直列に接続された半導体スイッチをオンにして、フラッシュランプに電流を流して点灯させ、該フラッシュランプからの光を照射して、基板を加熱する基板加熱方法であって、
上記半導体スイッチをオン、オフさせる第１の駆動信号と、該第１の駆動信号が出力された後、上記半導体スイッチを一回のみオンにする第２の駆動信号を半導体スイッチに送出して、上記フラッシュランプを点灯させ、
前記第１の駆動信号は、前記半導体スイッチをオン状態とするオン信号と、オフ状態にするオフ信号が複数回交互に現れるオン−オフ信号であって、前記第１の駆動信号が、前記半導体スイッチに最初に与えるゲートオン信号の期間は４０〜１００μｓｅｃであり、
前記第１の駆動信号が出力されている期間内で、該オン−オフ信号のデューティ比［オン信号の期間／（オン信号の期間＋オフ信号の期間）］を変化させ、
上記第１の駆動信号により、上記基板の表面と底部との温度差が、イオン拡散が基板全体に及ばない温度差以上であって、熱歪により基板に悪影響を与えないような温度差内になるように、基板温度を上昇させ、
上記第２の駆動信号により、基板の表面温度を、上記第１の駆動信号により得られた表面温度より高い所望の温度まで上昇させる
ことを特徴とする基板加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体や薄膜トランジスタの製造工程に用いられる加熱装置であって、加熱源にフラッシュランプを用いたフラッシュランプ加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体ウエハなどの基板の最表面にイオン注入をしたり、活性化等を行うため、基板を急速加熱することが行われており、このため、例えばフラッシュランプを用いて基板を加熱する装置は良く知られている（特許文献１、特許文献２等参照）。
また、基板の両面から光を照射して、加熱する装置であって、ハロゲンランプ等でバックグランド加熱（予備加熱）を行い、その後、該基板を活性化させる温度まではフラッシュランプで急速加熱する装置も知られている（特許文献３参照）。
【０００３】
フラッシュランプは、例えば石英ガラスからなる棒状の発光管の密閉された内部に、例えばキセノン（Ｘｅ）ガスからなる発光ガスを封入し、棒状の発光管の内部に一対の電極が対向して配置したものである。フラッシュランプの発光管の外面には、例えばステンレスからなる棒状の導体がトリガー電極として発光管の長手方向に沿って配設される。このトリガ電極に高電圧を供給することにより、フラッシュランプは点灯する。
図９は、従来のフラッシュランプの点灯回路の一例を示す図である。
フラッシュランプ５の高電圧側２２にはコイル２３が接続されグランド側２４は接地され、フラッシュランプ５とコイル２３の直列回路に並列にコンデンサ２６が接続されている。フラッシュランプは該コンデンサ２６からエネルギーが供給される。該コンデンサ２６へのエネルギー供給は高電圧側２２に配置されたスイッチＳＷ１をオンすることで開始される。
更に、該フラッシュランプ５を点灯させるためのトリガ電極５２が設けられ、該トリガ電極５２はトリガコイル３０に接続される。スイッチＳＷ２をオンにして、該トリガコイル３０の１次側に電圧パルスＨＶを供給することにより、トリガ電極５２に高電圧が印加され、フラッシュランプ５は点灯する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９８３２２号公報
【特許文献２】特開２００１−３１９８８７号公報
【特許文献３】特表２００５ー５２７９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体集積回路の低電力・小型化に伴い、該回路内に作製されるトランジスタ回路自身が非常に微細加工された回路に成ってきた。具体的には、該トランジスタ回路のゲート両端にあるソースとドレインを形成する半導体層が含有する不純物原子の拡散層深さを非常に浅くする必要がある。一方、該半導体回路での面抵抗値（Ω／［ｃｍ2 ］）自身は低くしなければならない。
該半導体ウエハ上に形成されるトランジスタ回路の不純物原子の拡散層深さを抑えるには、該半導体ウエハに不純物原子をド一プし拡散させる工程で、拡散温度を下げるか、拡散させる時間を短くすることで調整できる。
一方、半導体の不純物拡散層を活性化させ面抵抗値（Ω／［ｃｍ2 ］）自身を低くする活性化工程では、該半導体ウエハに拡散させる不純物（ドーパント）が拡散工程を経てシリコンの結晶格子位置から少しずれた状態に位置しているが、該ドーパント自身が、最も近い格子位置を見つけ、正しい位置に戻れば活性化は完了する。この現象は１０ナノ秒程度の短時間で十分である。
【０００６】
半導体ウエハの高活性化と低拡散を両立するためには出来るだけ温度を上げて短時間で熱処理を行うことで実現される。
例えば、該半導体ウエハを構成する材料がシリコンであれば、該シリコンが溶ける温度である１４００°Ｃ近傍の温度で一瞬加熱すればよい。
一例として、ホウ素をドーパントとしたシリコンウエハの場合を示す。従来のスパイクＲＴＡ（ハロゲンランプを用いた光急速加熱）で加熱し抵抗値を１０００Ω／［ｃｍ2 ］にする場合、シリコンウエハが１０００°Ｃ以上に加熱されている時間を１．５秒以上取る必要がある。しかし、この温度、時間での加熱により、加熱前には、１０ｎｍ付近にあったある濃度のホウ素はスパイクＲＴＡ加熱後、３０ｎｍ付近の深さに移動（拡散）してしまう。
【０００７】
一方、フラッシュランプで加熱し、同様に抵抗値を１０００Ω／［ｃｍ2 ］になるよう照射すると、同じ１０ｎｍ付近にあったある濃度のホウ素はフラッシュランプ加熱後でも深さ方向への過剰な熱拡散は見られず、１０ｎｍ付近の深さのままである。ドーパントを拡散させないために短時間加熱が必要となるが、これを現実に可能としたのがフラッシュランプによる加熱である。
つまり、加熱時間が長く該半導体全体に亘って温度が高くなると、ドーパントが該半導体ウエハの深さ方向に拡散されてしまうが、フラッシュランプで加熱することにより、過剰なイオン拡散を防ぐことができる。
しかし、フラッシュランプを用いて実際に半導体ウエハ等の基板を急速加熱する場合、光照射することにより該基板の温度は急峻に上昇し、この急峻な温度上昇に伴い、該基板に発生する熱歪により、変形や割れを起こすといった問題があった。
【０００８】
以上のように、フラッシュランプを用いれば、イオン拡散が基板全体に及ぼさないような短時間加熱が可能であるが、短時間の間に急峻に温度上昇させることにより、基板の表面と底部の温度差により生ずる熱歪により基板が変形したり、割れたりする問題が生じていた。
本発明はこのような問題を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、フラッシュランプを用いて基板を急速加熱し、基板最表面にイオン注入や活性化等を行うに際し、該基板の変形や割れを抑制した状態で基板の極最表面を活性化できる基板加熱装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決する方法を種々検討した結果、基板の表面温度を目標となる所望の温度まで一気に上昇させるのではなく、基板温度を一旦上記所望の温度より低い第２の温度まで上昇させて短時間その温度に保持したり、昇温レートを抑制しながら温度を上昇させ、その後、基板の表面温度を目標となる所望の温度まで上昇させることにより、基板が変形や割れを起こすことを減少させることができることを見出した。
ここで、前述したように加熱時間が長く基板全体に亘って温度が高くなると、イオン拡散が基板全体に及んでしまう。そこで、基板の表面と底部との温度差が、イオン拡散が基板全体に及ばない温度差以上となるように、上記第２の温度の保持時間を十分短くしたり、温度を上昇させる時間を十分短くし、さらに、基板の表面と底部との温度差が熱歪により基板が変形したり、割れないような温度差内になるようにする。
以上に基づき、本発明においては、次のようにして前記課題を解決する。
（１）電源により充電されるコンデンサと、上記コンデンサに蓄積された電荷によって放電するフラッシュランプと、上記コンデンサとフラッシュランプとの間に接続されたインダクタンスと、上記フラッシュランプに放電を開始させるためのトリガ装置と、からなるランプ加熱装置によって、基板を加熱する基板加熱装置において、上記フラッシュランプとインダクタンスとからなる直列回路に対し、並列にダイオードを接続し、また、上記フラッシュランプに直列に半導体スイッチを接続する。
また、上記トリガ装置にトリガ信号が入力された後、上記半導体スイッチをオン、オフさせる第１の駆動信号と、該第１の駆動信号が出力された後、上記半導体スイッチを一回のみオンにする第２の駆動信号を出力する駆動回路を設ける。そして、上記第２の駆動信号が上記半導体スイッチをオンにする期間を、上記第１の駆動信号の内の一つの駆動信号により上記半導体スイッチがオンになる期間より長くなるようにする。
前記第１の駆動信号は、前記半導体スイッチをオン状態とするオン信号と、オフ状態にするオフ信号が複数回交互に現れるオン−オフ信号であり、前記第１の駆動信号が出力されている期間内で、該オン−オフ信号のデューティ比［オン信号の期間／（オン信号の期間＋オフ信号の期間）］を変化させてフラッシュランプを点灯させ、上記第１の駆動信号により、上記基板の表面と底部との温度差が、イオン拡散が基板全体に及ばない温度差以上であって、熱歪により基板に悪影響を与えないような温度差内になるように、基板温度を上昇させ、その後、第２の駆動信号により上記半導体スイッチをオンにして、基板の表面温度を、第１の駆動信号により得られた表面温度より高い所望の温度まで上昇させる。
（２）前記第１の駆動信号により半導体スイッチをオンオフさせるに際し、前記第１の駆動信号が、前記半導体スイッチに最初に与えるゲートオン信号の期間は４０〜１００μｓｅｃとする。
（３）上記（１）（２）において、前記ランプ加熱装置により加熱される基板に対し、上記フラッシュランプとは反対側に第２の加熱装置を設ける。
（４）上記（１）（２）（３）において、前記半導体スイッチとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ素子）を用いる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）フラッシュランプと直列に接続された半導体スイッチを少なくとも一回、オン、オフさせる第１の駆動信号と、該第１の駆動信号が出力された後、上記半導体スイッチを一回のみオンにする第２の駆動信号を出力し、上記第２の駆動信号が上記半導体スイッチをオンにする期間を、上記第１の駆動信号の内の一つの駆動信号により上記半導体スイッチがオンになる期間より長くなるようにし、第１の駆動信号により上記半導体スイッチをオン、オフしてフラッシュランプを点灯させ、基板の温度を、目標となる所望の温度より低い前記第２の温度まで上昇させるか、昇温レートを抑制しながら温度を上昇させ、その後、第２の駆動信号により上記半導体スイッチをオンにして、基板の表面温度を目標となる所望の温度まで上昇させるようにしたので、昇温される基板の厚み方向の温度差により生ずる歪を小さくすることができ、該基板の変形や割れを抑制することができる。
すなわち、上記第２の駆動信号が上記半導体スイッチをオンにする期間を、上記第１の駆動信号の内の一つの駆動信号により上記半導体スイッチがオンになる期間より長くすることにより、第１の駆動信号による昇温レートより、第２の駆動信号の昇温レートを大きくすることができ、これにより、該基板の昇温時の熱的なダメージを緩和し、該基板の変形や割れを抑制できる。
また、第１の駆動信号による加熱時間を十分短くし、基板の表面と底部との温度差が、イオン拡散が基板全体に及ばないようにすれば、イオン拡散が基板全体に及ぶのを防ぐことができる。
さらに、前記第１の駆動信号を、前記半導体スイッチをオン状態とするオン信号と、オフ状態にするオフ信号が複数回交互に現れるオン−オフ信号とし、このオン−オフ信号のデューティ比［オン信号の期間／（オン信号の期間＋オフ信号の期間）］を変えることで、第１の駆動信号による昇温レートを所望レートに設定することができる。
例えば、オン−オフ信号のデューティ比［オン信号の期間／（オン信号の期間＋オフ信号の期間）］を、前記第１の駆動信号が出力されている期間内で変化させ、たとえばデューティ比を次第に大きくすることにより、温度を所定の昇温レートで上昇させることができ、基板の昇温時の熱的なダメージを緩和し、該基板の変形や割れを抑制できる。
（２）基板を加熱する際、該基板に対し、フラッシュランプとは反対側に第２の加熱装置を設けることにより、該フラッシュランプの光照射を妨げることなく、該基板を予備加熱することができる。このため、該基板を所望の温度まで加熱するための該フラッシュランプへの投入電力を少なくでき、該フラッシュランプへの負荷を軽減し、長寿命化することができる。また、該抵抗加熱装置により該基板を予備加熱することにより、該基板の厚み方向の温度差を緩和することができ、該基板の変形や割れ抑制することができる。
【００１１】
（３）前記半導体スイッチとして、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ素子）を用いることにより、大電流を必要とするフラッシュランプであっても、放電電流をパルス的にスイッチングすることができる。このため、コンデンサに蓄えられたエネルギーを制御しながら消費させることで、フラッシュランプの発光を所望の形態に制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の基板加熱装置は、半導体ウエハ等の基板を急速加熱する際に、フラッシュランプとインダクタンスとからなる直列回路に対して、並列にダイオードが接続され、該フラッシュランプと直列に半導体スイッチが接続された点灯回路を用い、該フラッシュランプを点灯させる際、上記半導体スイッチを少なくとも一回、オン、オフさせる第１の駆動信号と、該第１の駆動信号が出力された後、上記半導体スイッチを一回のみオンにする上記第１の駆動信号の内の一つの駆動信号により上記半導体スイッチがオンになる期間より長い第２の駆動信号を出力する。
これにより、該第１の駆動信号と、第２の駆動信号とで昇温された基板の厚み方向の温度分布は、フラッシュランプを単一パルスの光で昇温する場合に比べて、温度差が小さくなり、該半導体ウエハに発生する熱歪を小さくできる。このため、該半導体ウエハの変形や割れを抑制できるといった優れた効果を有するものである。
以下に図を用いて具体的な実施例を説明する。
【００１３】
図１は、本発明における基板加熱装置１の構成の概要を示す図である。
ホットプレート２上に半導体ウエハ（基板）３が配置され、該半導体ウエハ３の上面に光照射部４が配置されている。該光照射部４には、フラッシュランプ５から放射される光を該半導体ウエハ３側に反射する反射鏡６と、該反射鏡６内に複数本並列配置された直管型のフラッシュランプ５から構成されている。また、該フラッシュランプ５の各々には、トリガ電極５２が該反射鏡６側に取り付けられている。
【００１４】
図２に本発明を実現するためのフラッシュランプ点灯回路２１の一例を示す。フラッシュランプ５には高電圧側２２にコイル２３、グランド側２４に半導体スイッチであるＩＧＢＴ素子２５が直列接続されている。
また、該フラッシュランプ５にエネルギーを供給するコンデンサ２６と、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ素子）２５のゲート２５１の開閉に伴う帰還電流を制御するダイオード２７とが、各々、該フラッシュランプ５に並列接続されている。該コンデンサ２６へのエネルギー供給は高電圧側２２に配置されたスイッチＳＷ１をオンすることで開始される。
また、ＩＧＢＴ素子２５にはゲート回路２８が設けられ、外部から入力するゲート信号２８１に従ってゲート２５１をオン−オフすることにより、該フラッシュランプ５に流れる電流を制御している。
更には、該フラッシュランプ５を点灯させるためのトリガ電極５２が設けられ、該トリガ電極５２はトリガコイル３０に接続される。
該トリガコイル３０の１次側３０１にフラッシュランプ５のトリガ信号３０２に合わせて電圧パルスを供給する。この動作は、スイッチＳＷ２をオンにすることで開始される。  
【００１５】
図３に複数本のフラッシュランプを点灯させるための点灯回路の例を示す。
同図に示すように、フラッシュランプ５−１〜５−ｎとコイル２３の直列回路に並列にダイオード２７が接続され、コイル２３とダイオード２７の接続点は、ダイオード３１を介して共通接続され、スイッチＳＷ１を介して電源の＋側に接続される。
また、フラッシュランプ５−１〜５−ｎとダイオード２７の接続点は共通接続されてＩＧＢＴ素子２５の一方の端子に接続され、ＩＧＢＴ素子２５の他方の端子は、電源の接地側に接続され、ＩＧＢＴ素子２５のゲート端子には、ゲート回路２８が接続される。
さらに、各フラッシュランプ５−１〜５−ｎのトリガ電極５２はそれぞれ設けられたトリガコイル３０に接続され、各トリガコイル３０の１次側３０１は共通接続され、スイッチＳＷ２に接続される。
複数本のフラッシュランプの点灯回路を構成する場合には、同図に示すように、各フラッシュランプ毎に、それぞれ点灯回路２１−１〜２１−ｎが設けられるが、例えばスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＩＧＢＴ素子２５、ゲート回路２８は共通化することができる。このように、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＩＧＢＴ素子２５等を共通化することにより、各フラッシュランプの点灯タイミングのばらつきを小さくすることができる。
【００１６】
図４は、フラッシュランプを用いた加熱装置で半導体ウエハを加熱した場合の、厚さ方向の温度状態と単一パルスのフラッシュ光で昇温した場合との比較を示す図である。
図４（ａ）は、図１で示したのと同様の図であって、ホットプレート２上に配置された半導体ウエハ３と、該半導体ウエハ３の表面側にフラッシュランプ５を複数本並列配置した光照射部４を持つ加熱装置１の概略図である。該加熱装置１には、該フラッシュランプ５から放射される光を該半導体ウエハ３側に反射する反射鏡６が設けられ、該フラッシュランプ５の該反射鏡６側には、各々トリガ電極５２が配置されている。
【００１７】
図４（ｂ）は、同図（ａ）における破線で囲った部分ｎの拡大図であって、該半導体ウエハ３とホットプレート２の一部を示している。また、該半導体ウエハ３の厚み方向に、模式的にＡ、Ｂ、Ｃのポイントを設け、Ａを極最表面、Ｂを最表面、Ｃを裏面とした。尚、本明細書において、極最表面とは、該半導体ウエハ３の光照射面側であって深さ方向に１０μｍまでの部分を示し、最表面とは、該極最表面に続き深さ方向で１００μｍまでの部分を示すものとする。また、裏面は、ホットプレート２に接触している面を示すものとする。
【００１８】
図４（ｃ）に示すものは同図（ｂ）における各ポイントＡ、Ｂ、Ｃの温度と時間との関係を示したものである。横軸は、時間であり、ａ、ｃ、ｄ、ｅの各点は、各々次のタイミングを示している。
すなわち、ａは半導体ウエハ３の昇温開始時点、ｃはフラッシュランプ５のトリガ信号が入力された時点、ｄは該半導体ウエハ３を最高温度まで上昇させるためのＩＧＢＴ素子２５のゲート信号をオンにした時点、ｅは該フラッシュランプ点灯前の温度にまで降温した時点である。
該半導体ウエハ３の極最表面（実線で示した線Ａ）では、ｃ点では５００°Ｃ、ｄ点では８００°Ｃ、その後最高温度１３００°Ｃまで昇温し、その後ｅ点では、５００°Ｃまで降温している。
次に、Ｂで示した該半導体ウエハ３の最表面（厚み１００μｍのところ：破線Ｂで示した）では、フラッシュランプ５の点灯が始まると、実線Ａの温度上昇とは少し遅れて、温度上昇が始まり、ｄ点では、７００°Ｃ、その後、最高温度１０００°Ｃまで昇温され、ｅ点では５００°Ｃまで降温される。次に、Ｃで示した該半導体ウエハ３の裏面（２点鎖線Ｃで示した）では、該フラッシュランプ５の点灯が始まると、実線Ａ、破線Ｂとは大きく遅れて温度が上昇し始める。その後、ｄ点でも緩やかに温度上昇するのみで、最高温度としては５５０°Ｃまでの上昇にとどまり、その後緩やかに降温される。
なお、同図において、ａ−ｃ間、ｃ−ｄ間、ｄ−ｅ間は略同じ長さで示されているが、ａ−ｃ間は例えば３分程度、ｃ−ｄ間は例えば０．１ｓ程度、ｄ−ｅ間は例えば０．０１ｓである。
【００１９】
図４（ｄ）に示すものは、本発明との比較例であって、従来から行なわれているようにフラッシュランプ５へコンデンサに蓄積されたエネルギーを一度に供給し、１パルスの光照射をする場合について示す。
図４（ｄ）における該半導体ウエハ３でのポイントＡ、Ｂ、Ｃは、図４（ｂ）における各ポイントに対応し、ａ、ｆ、ｅの各時点は各々次のタイミングを示している。
すなわち、ａは半導体ウエハ３の昇温開始時点、ｆはコンデンサに電荷が充電された後に、フラッシュランプ５ヘトリガ信号が入力された時点（この時点から該フラッシュランプ５が発光開始する）。ｅは、該フラッシュランプ点灯前の温度にまで降温した時点である。
この比較例における該半導体ウエハ３のｆの時点におけるポイントＡ、Ｂ、Ｃ各々の温度は５００°Ｃである。その後、フラッシュランプ５の発光が始まり、それぞれポイントＡでは１３００°Ｃ、ポイントＢでは９００°Ｃ、ポイントＣでは５２０°Ｃの最高温度に達し、その後ｅの時点では、５００°Ｃにまで降温している。
【００２０】
図４（ｃ）と図４（ｄ）とを比較する。ここで、同図（ｃ）、同図（ｄ）ともに該半導体ウエハ３の極最表面であるポイントＡの到達温度は１３００°Ｃまで昇温されるものとして設定しているが、この場合、ポイントＢ、ポイントＣでの到達温度は同図（ｃ）、同図（ｄ）で夫々異なった値となる。
すなわち、例えばポイントＢの到達温度は、同図（ｃ）では１０００°Ｃであるのに対して、同図（ｄ）では９００°Ｃとなっている。
このような温度分布に対して、極最表面であるポイントＡでは１３００°Ｃの温度に応じて該半導体ウエハ３の熱膨張による伸びが発生する。一方、最表面であるポイントＢでは、温度が低く、該極最表面での伸びに比べて熱膨張差が発生する。
この熱膨張差は該フラッシュランプ５を点灯させる極短時間の間に発生するものであり、該半導体ウエハ３の深さ方向における大きな温度差に伴う熱膨張の差が該半導体ウエハ３に働く応力となる。
本発明における同図（ｃ）の場合、同図（ｄ）の場合（従来の昇温方法）に比べて、温度差が１００°Ｃ小さくなっており、該半導体ウエハ３に発生する応力が小さくなる。これにより、該半導体ウエハ３の変形や割れを抑制することができるものと考えられる。
【００２１】
ここで、該半導体ウエハ３の極最表面であるポイントＡと最表面であるポイントＢの温度差を小さくするためには、上記半導体スイッチ（ＩＧＢＴ素子２５）をオン、オフさせる第１の駆動信号と、該第１の駆動信号が出力された後、上記半導体スイッチをオンにする第２の駆動信号を出力する駆動回路を設け、上記第２の駆動信号が上記半導体スイッチをオンにする期間を、上記第１の駆動信号の内の一つの駆動信号により上記半導体スイッチがオンになる期間より長くなるようにし、該基板加熱装置に配置されたフラッシュランプ５の点灯時に、第１の駆動信号により上記半導体スイッチをオン、オフしてフラッシュランプ５を点灯させ、基板温度を、目標となる所望の温度より低い前記第２の温度まで上昇させ、その後、第２の駆動信号により上記半導体スイッチをオンにして、基板の極最表面温度を目標となる所望の温度（本実施例では１３００°Ｃ）まで上昇させる。
このように、フラッシュランプ５を点灯する際、第１の駆動信号により、半導体スイッチを例えば所定のデューティのオンオフ信号でオン、オフさせて、該フラッシュランプ５へ流れる電流を制限することで、結果として、該半導体ウエハ３の深さ方向に対する温度勾配を緩やかにすることができる。
ここで、該半導体ウエハ３の昇温処理は前述したように短時間で行なうことが望ましく、該半導体ウエハ３への昇温時間や処理温度は、該半導体ウエハ３の種類や処理（例えば、表面へのイオン注入処理深さや、積層された薄膜への熱ダメージ）によって適宜決められるものである。
【００２２】
図５は、昇温パターンを説明する為のタイミングチャートであり、同図は、前記第１の駆動信号が、アーク放電をランプ５の管軸方向全体に亘って形成するための例えば４０μｓｅｃの期間オンになる駆動信号と、一定のデューティでオン、オフを繰り返す駆動信号からなり、第２の駆動信号が所定時間続くオン信号からなっている場合を示している。
同図において、上から夫々、 (I)半導体ウエハ３の極最表面の温度と時間との関係、(II)ＩＧＢＴ素子に入力されるゲート信号、(III) フラッシュランプ５を点灯するトリガ信号の入力タイミング、(IV)該フラッシュランプ５に電力を供給する充電用コンデンサへの充電開始信号、(V) 該フラッシュランプ５のランプ電圧、(VI)該フラッシュランプ５のランプ電流、を示している。また、横軸には時間を示し、(I) における縦軸は、ＲＴ（室温）から１３００°Ｃまでの温度を示している。
【００２３】
図５において、横軸に時間をとれば、ある時点ａで半導体ウエハ３への加熱が始まる。これは、抵抗加熱装置として前述したようにホットプレート２を配置し、該ホットプレート上に該半導体ウエハ３が配置され該ホットプレート２の電源がオン状態になる時点、または、該半導体ウエハ３自身が予め加熱されているホットプレート上に置かれる時点を示し、該時点ａから該半導体ウエハ３の極最表面温度も上昇を始める。
該半導体ウエハ３の極最表面温度が５００°Ｃに達した後は、一定の温度（５００°Ｃ）で維持される。一定温度での維持が開始すると、例えば、その後のある時点ｂでフラッシュランプ５を点灯するための充電用コンデンサ２６に充電を開始するための充電開始信号が入る (図５のIV）。該充電開始信号を受けて該フラッシュランプ５の両端に電圧が印加される（図５の（V)) 。例えば４０００Ｖの電圧がフラッシュランプ５に印加される。
【００２４】
次に、ｃの時点で、該フラッシュランプ５を点灯するためにトリガ電極５２へ高電圧の印加を開始するトリガ信号がオンする（図５の(III) ）。これに伴い、フラッシュランプ５に接続されているＩＧＢＴ素子２５のゲートを開くためのオン信号が入力される（図５の(II)）。
該ＩＧＢＴ素子のゲートオン信号の最初の１パルスは、該フラッシュランプ５のアーク放電をランプ５の管軸方向全体に亘って形成するために、４０μｓｅｃの期間オンになっている。これに続くゲートオン信号は、１パルスのオン時間が１０μｓｅｃ、オフ時間が１０μｓｅｃのサイクルを複数回繰り返している。この繰り返しがｄの時点まで続く。この間（ｃからｄまでの間）該半導体ウエハ３の極最表面温度は、８００°Ｃまで昇温され維持されている。
また、該フラッシュランプ５のランプ電圧は、ゲートオン信号のオン−オフに合わせて徐々に低下している。また、ランプ電流は、該フラッシュランプ５の点灯に合わせて流れている（図５の(VI)）。
【００２５】
ｄの時点では、該フラッシュランプ５の主放電により、該半導体ウエハ３の温度を目標温度まで昇温する。ここでは、ゲートオン時間を、例えば１ｍｓｅｃとし、コンデンサに充電されたエネルギーを全て放出している。この時、ランプ電流としては２０００（Ａ）程度の電流が流れ該フラッシュランプ５から光が放射されている。このフラッシュランプ５から放射される光により、該半導体ウエハ３の極最表面温度は１３００°Ｃまで急速に昇温されている。
【００２６】
図５では、ＲＴから５００°Ｃまで１分で昇温し、その後５００°Ｃで３０秒保持、その後、トリガ信号に従ってフラッシュランプ５を点灯する。この点灯については、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号を最初の４０μｓｅｃオンし、その後、１０μｓｅｃオン、１０μｓｅｃオフを１３サイクル繰り返した。
この時点（トリガ信号入力からトータル３００μｓｅｃ経過した時点）で、半導体ウエハ３の極最表面温度は８００°Ｃに達している。次に、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号を１ｍｓｅｃオンにし、コンデンサに充電された全エネルギーを放出する。これにより、該半導体ウエハ３の極最表面温度は、１３００°Ｃに達する。該半導体ウエハ３の処理温度である１３００°Ｃに達した後、降温した。
【００２７】
図５では、ＩＧＢＴ素子２５のゲ一トを開けるゲートオン信号は、４０μｓｅｃ以上１００μｓｅｃ以下であればアークがフラッシュランプ５全体に広がるのに十分であった。
また、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号として入力するパルスは、オン信号が１０μｓｅｃ以上８０μｓｅｃ以下、オフ信号が１０μｓｅｃ以上３０μｓｅｃ以下で、トータルの時間が１ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃであれば良い。また、該フラッシュランプ５の主放電のために、ＩＧＢＴ素子２５に入力するゲ一卜信号としては、０．１ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃであれば、目標とする１３００°Ｃを達成できる。また、１３００°Ｃの目標温度達成後は、１ｍｓｅｃ〜１００ｍｓｅｃで５００°Ｃまで降温する。
【００２８】
図５のように昇温させた場合の効果を確認するために、半導体ウエハ３の極最表面の温度が１５００°Ｃになる条件で該半導体ウエハ３へのフラッシュランプ５による光照射実験を行なった。実験に用いた半導体ウエハ３は、直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのＳｉ半導体基板である。また、基板加熱装置は、直径２００ｍｍの半導体ウエハ３を均一に照射できる装置を用いた。まず、従来からの照射方法として以下の条件で照射した。ホットプレートによる予備加熱温度を４００°Ｃとし、フラッシュランプ５の放電電流のオン時間を１ｍｓ、ピーク電流を３０００Ａとした。
同条件で５枚の半導体ウエハ３を照射したところ、３枚が変形し、２枚が割れた。この一回のオン時間でフラッシュランプ５を点灯させ、昇温する従来からの光照射では確実に半導体ウエハ３が割れ、または、変形を起こしていた。
【００２９】
次に、図５のように該半導体ウエハ３への光照射を行なった。条件としては、ホットプレート２による予備加熱温度４００°Ｃ、フラッシュランプ５の放電電流のオン時間としては、ＩＧＢＴ素子２５を用いて、図５に示すように最初に４０μｓの期間ゲートオンすることにより、該フラッシュランプ５のアーク成長を確実に行ない、その後、１０μｓオン、１０μｓオフの繰り返しを１３回繰り返した。
その後、ピーク電流２５００Ａの電流を流し、約１ｍｓオンとした。これにより、該半導体ウエハ３の極最表面温度は１５００°Ｃとなった。この条件で該半導体ウエハ３を５枚照射した結果、５枚いずれにも変形、または、割れは発生しなかった。
【００３０】
図６は、本発明における昇温パターンを示した第１の実施例であり、 (I)〜(VI)は、図５と同じく、半導体ウエハ３の極最表面の温度と時間との関係、ＩＧＢＴ素子に入力されるゲート信号、トリガ信号の入力タイミング、充電用コンデンサへの充電開始信号、ランプ電圧、ランプ電流、をそれぞれ示している。
図６は、フラッシュランプ５のトリガ信号が入力される時点ｃまでは、図５と同じである。また、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号として最初に入力するパルスの幅は図５の場合と同様に４０μｓｅｃとしている。
その後、本実施例では、半導体ウエハ３の極最表面温度が８００°Ｃに達するまでは、ＩＧＢＴ素子２５を第１の駆動信号で駆動し、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号を１０μｓｅｃオン、１０μｓｅｃオフで点灯する。更に、その後、ゲート信号のオン時間を２０μｓｅｃとし、オフ時間は１０μｓｅｃで点灯させ、該半導体ウエハ３の極最表面温度を１０５０°Ｃまで上昇させる。
次に、ＩＧＢＴ素子２５を第２の駆動信号で駆動し、該ゲート信号のオン時間を１ｍｓｅｃと長くすることで、コンデンサの内部に蓄積されたエネルギー全てをフラッシュランプ５の放電のために放出し、該半導体ウエハ３の極最表面温度を１３００°Ｃまで上昇させる。その後、ホットプレートで予備加熱していた温度である５００°Ｃまで降温させる。本実施例のように、該ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号のパターンを変えることにより、該半導体ウエハ３の極最表面の温度上昇のパターンを制御できる。
【００３１】
図７は、本発明におけるその他の昇温パターンを示した第２の実施例であり、 (I)〜(VI)は、図５と同じく、半導体ウエハ３の極最表面の温度と時間との関係、ＩＧＢＴ素子に入力されるゲート信号、トリガ信号の入力タイミング、充電用コンデンサへの充電開始信号、ランプ電圧、ランプ電流、を示している。
図７においても、フラッシュランプ５のトリガ信号が入力される時点ｃまでは、図５と同じである。
更に、ＩＧＢＴ素子２５を第１の駆動信号で駆動するが、本実施例では、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号として最初に入力するパルスの幅は図５、図６の場合と同様に４０μｓｅｃとしているが、その後に入力するＩＧＢＴ素子２５のゲート信号を１０μｓオン、１０μｓオフ、２０μｓオン、１０μｓオフとすることで、該半導体ウエハ３の極最表面温度が８００°Ｃに達する時間が短くなっている。
その後は、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号を２０μｓｅｃオンにし、続くゲート信号のオフ時間を２０μｓとすることにより、該半導体ウエハ３の極最表面温度は、１０００°Ｃにまで上昇する。更に、１０μｓｅｃのオフ時間後、ＩＧＢＴ素子２５を第２の駆動信号で駆動し、該ゲート信号のオン時間を１ｍｓｅｃと長くする。これにより、コンデンサの内部に蓄積されたエネルギー全てをフラッシュランプ５の放電のために放出し、該半導体ウエハ３の極最表面温度を１３００°Ｃまで上昇させる。その後、ホットプレート２で予備加熱していた温度である５００°Ｃまで降温させる。このように、該ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号のオン時間を変化させることで、該半導体ウエハ３の極最表面の温度上昇のパターンを制御できる。
【００３２】
図８は、本発明におけるその他の昇温パターンを示した第３の実施例であり、 (I)〜(VI)は、図５と同じく、半導体ウエハ３の極最表面の温度と時間との関係、ＩＧＢＴ素子に入力されるゲート信号、トリガ信号の入力タイミング、充電用コンデンサへの充電開始信号、ランプ電圧、ランプ電流、を示している。
図８においても、フラッシュランプ５のトリガ信号が入力される時点ｃまでは、図５等と同じである。
本実施例では、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号として最初に入力する第１の駆動信号は、１パルスの信号である。すなわち、ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号を１１０μｓオンにすることで、該半導体ウエハ３の極最表面温度を９００°Ｃにまで上昇させる。
更に、１０μｓｅｃのオフ時間後、ＩＧＢＴ素子２５を第２の駆動信号で駆動し、該ゲート信号のオン時間を１ｍｓｅｃと長くする。これにより、コンデンサの内部に蓄積されたエネルギー全てをフラッシュランプ５の放電のために放出し、該半導体ウエハ３の極最表面温度を１３００°Ｃまで上昇させる。
その後、ホットプレートで予備加熱していた温度である５００°Ｃまで降温させる。このように、該ＩＧＢＴ素子２５のゲート信号のオン時間を変化させることで、該半導体ウエハ３の極最表面の温度上昇のパターンを制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明における基板加熱装置の構成の概要を示す図である。
【図２】本発明を実現するためのフラッシュランプ点灯回路の一例を示す図である。
【図３】複数本のフラッシュランプを点灯させる点灯回路の例を示す図である。
【図４】フラッシュランプを用いた加熱装置で半導体ウエハを加熱した場合の、厚さ方向の温度状態と単一パルスのフラッシュ光で昇温した場合との比較を示す図である。
【図５】昇温パターンを説明する為のタイミングチャートである。
【図６】本発明における昇温パターンを示した第１の実施例のタイミングチャートである。
【図７】本発明におけるその他の昇温パターンを示した第２の実施例のタイミングチャートである。
【図８】本発明におけるその他の昇温パターンを示した第３の実施例のタイミングチャートである。
【図９】従来のフラッシュランプの点灯回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      基板加熱装置
２      ホットプレ−ト
３      半導体ウエハ（基板）
４      光照射部
５      フラッシュランプ
５２    トリガ電極
６      反射鏡
２１    フラッシュランプ点灯回路
２２    高電圧側
２３    コイル
２４    グランド側
２５    ＩＧＢＴ素子
２５１  ゲ−ト
２６    コンデンサ
２７    ダイオード
２８    ゲート回路
２８１  ゲート信号
３０    トリガコイル
３０１  １次側
３０２  トリガ信号
３１    ダイオード
ＳＷ１  スイッチ
ＳＷ２  スイッチ
【図１】
0004816634.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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