特許 5706118 熱処理装置および熱処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5706118

(24)【登録日】2015年3月6日

(45)【発行日】2015年4月22日

(54)【発明の名称】熱処理装置および熱処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/26 20060101AFI20150402BHJP

   H01L 21/265 20060101ALI20150402BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/26 T

   H01L21/26 J

   H01L21/265 602B

【請求項の数】5

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2010-206790(P2010-206790)

(22)【出願日】2010年9月15日

(65)【公開番号】特開2012-64699(P2012-64699A)

(43)【公開日】2012年3月29日

【審査請求日】2013年4月26日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】楠田 達文

【審査官】 豊田 直樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−１９７５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４５０９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０７１６９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６ − ２１／２６８

Ｈ０５Ｂ ４１／３０ − ４３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に対してフラッシュ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フラッシュ光を照射する複数のフラッシュランプと、
前記複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられ、前記複数のフラッシュランプを放電させて発光させるための電荷を蓄積する複数のコンデンサと、
前記複数のフラッシュランプのそれぞれと対応するコンデンサとの接続を断続する絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
前記複数のコンデンサに１対１で対応して設けられ、対応するコンデンサの蓄電電圧を測定する複数の蓄電電圧測定手段と、
前記複数の蓄電電圧測定手段による測定結果に基づいて、前記複数のコンデンサの蓄電状態を検出する検出手段と、
を備え、
前記検出手段は、前記複数のフラッシュランプの発光が終了した後に、前記複数の蓄電電圧測定手段によって測定された前記複数のコンデンサの残留電圧が所定範囲に収まっていない場合に前記複数のコンデンサの蓄電異常とし、
前記検出手段は、前記複数の蓄電電圧測定手段によって測定された前記複数のコンデンサのいずれかの残留電圧が前記所定範囲の上限値よりも大きい場合には当該コンデンサに対応するフラッシュランプが未発光であったとし、当該残留電圧が前記所定範囲の下限値よりも小さい場合には前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのショートであると判定す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、
前記検出手段は、前記複数のコンデンサへの充電が完了してから前記複数のフラッシュランプの放電を開始するまでの間に、前記複数の蓄電電圧測定手段による測定結果に基づいて前記複数のコンデンサの蓄電異常を検出することを特徴とする熱処理装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の熱処理装置において、
前記検出手段は、装置が異常停止をしたときに、前記複数の蓄電電圧測定手段による測定結果に基づいて前記複数のコンデンサに残留する電荷の有無を検出することを特徴とする熱処理装置。

【請求項4】

基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法であって、
複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられた複数のコンデンサを充電する充電工程と、
前記複数のコンデンサに蓄積された電荷を前記複数のフラッシュランプにて放電させてフラッシュ光を発光させる放電工程と、
前記複数のコンデンサの蓄電電圧を測定して蓄電状態を検出する蓄電検出工程と、
を備え、
前記放電工程は、前記複数のフラッシュランプのそれぞれと対応するコンデンサとの接続を絶縁ゲートバイポーラトランジスタによって断続して前記複数のコンデンサに蓄積された電荷を前記複数のフラッシュランプにて断続的に放電させ、
前記蓄電検出工程は、前記複数のフラッシュランプの発光が終了した後に、前記複数のコンデンサの残留電圧が所定範囲に収まっていない場合に前記複数のコンデンサの蓄電異常とし、
前記蓄電検出工程は、前記複数のコンデンサのいずれかの残留電圧が前記所定範囲の上限値よりも大きい場合には当該コンデンサに対応するフラッシュランプが未発光であったとし、当該残留電圧が前記所定範囲の下限値よりも小さい場合には前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのショートであると判定することを特徴とする熱処理方法。

【請求項5】

請求項４記載の熱処理方法において、
前記蓄電検出工程は、前記複数のコンデンサへの充電が完了してから前記複数のフラッシュランプの放電を開始するまでの間に、前記複数のコンデンサの蓄電電圧を測定して蓄電異常を検出することを特徴とする熱処理方法。

【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照射することによって該基板を加熱する熱処理装置および熱処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、イオン注入後の半導体ウェハーの不純物（イオン）活性化工程においては、半導体デバイスのパターン微細化に伴って不純物の拡散を抑制して接合深さをより浅くすることが求められている。このような要求を満たす技術として、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（ＦＬＡ）が注目されている。

【0003】

キセノンフラッシュランプの放射分光分布は紫外域から近赤外域であり、従来のハロゲンランプよりも波長が短く、シリコンの半導体ウェハーの基礎吸収帯とほぼ一致している。よって、キセノンフラッシュランプから半導体ウェハーにフラッシュ光を照射したときには、透過光が少なく半導体ウェハーを急速に昇温することが可能である。また、数ミリ秒以下の極めて短時間のフラッシュ光照射であれば、半導体ウェハーの表面近傍のみを選択的に昇温できることも判明している。このため、フラッシュランプアニールでは、イオンが注入された半導体ウェハーの表面にフラッシュ光を照射し、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１０００℃以上にまで昇温させることができる。その結果、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。

【0004】

また、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Insulated gate bipolar transistor）を用いてフラッシュランプに流れる電流をチョッパ制御し、単純にフラッシュランプを発光させるよりも長時間（概ね１０ミリ秒以上）かけてフラッシュランプを発光させる技術が特許文献１，２に提案されている。このような技術を用いることにより、半導体ウェハーの表面温度をやや緩やかに昇降温させることができ、より良好な不純物の活性化およびイオン注入時に不純物注入層よりも深い層に導入された欠陥の回復を実現することができる。なお、緩やかな昇降温とはいっても、単純にフラッシュランプを発光させるだけの超高速の昇降温に比較すればのことであり、従来のハロゲンランプアニール等に比較すれば非常に短時間での昇降温である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−０７０９４８号公報

【特許文献2】特開２００９−０９９７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１，２に開示される技術においては、複数のフラッシュランプのそれぞれに接続されたコンデンサに対して充電を行い、その蓄積された電荷をフラッシュランプにて放電させて発光させる際に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタによってコンデンサからフラッシュランプに流れる電流をチョッパ制御している。このときに、コンデンサに蓄積されている電荷の全てが放電に消費されるとは限らない。すなわち、絶縁ゲートバイポーラトランジスタによってチョッパ制御された結果、コンデンサに蓄積された電荷の一部のみがフラッシュランプにて放電されることもある。むしろ、蓄電された電荷の全てがフラッシュ発光に消費されるよりも、一部のみが消費されるケースの方が多い。蓄電された電荷の一部を放電させるのは、典型的にはアニール対象の半導体ウェハーがそれほど多くのエネルギーを必要としていない場合である。

【0007】

しかしながら、コンデンサに蓄積された電荷の一部のみをフラッシュ発光に消費する場合には、複数のフラッシュランプの全てについて同じように放電されないことがあった。上記の電流のチョッパ制御は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートにパルス信号を印加し、そのパルス信号に従って絶縁ゲートバイポーラトランジスタがフラッシュランプに流れる電流をオンオフすることにより実現されている。このパルス信号の波形が何らかの原因により絶縁ゲートバイポーラトランジスタごとに異なっていると、フラッシュランプごとにコンデンサの電荷の消費状況が異なることとなり、複数のフラッシュランプの全てについて同じように放電されないことがある。

【0008】

また、絶縁ゲートバイポーラトランジスタが故障によりショートしている場合には、その絶縁ゲートバイポーラトランジスタに対応するコンデンサの電荷は全て放電されることとなる。逆に、絶縁ゲートバイポーラトランジスタが導通していない場合には、対応するコンデンサの電荷は全く消費されないこととなる。さらに、フラッシュランプ自体に不良がある場合にも、発光しないためにコンデンサの電荷は全く消費されない。これらのようなケースでも、複数のフラッシュランプの全てについて同じように放電されないこととなる。

【0009】

複数のフラッシュランプの一部について放電状況が異なると、その一部のフラッシュ発光の強度が他のフラッシュランプと異なることとなるため、フラッシュランプアニール時の半導体ウェハーの面内温度分布が不均一になるという問題が生じる。例えば、複数のうちの特定のフラッシュランプのみにおいて、対応するコンデンサの全ての電荷が放電されると、当該フラッシュランプの発光強度が他のフラッシュランプよりも強くなるため、当該フラッシュランプに対向する半導体ウェハーの領域が他の領域よりも高温となる。このような面内温度分布の不均一は処理不良の原因ともなる。

【0010】

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不適切な強度にてフラッシュランプが発光するのを防止することができる熱処理装置および熱処理方法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、基板に対してフラッシュ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フラッシュ光を照射する複数のフラッシュランプと、前記複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられ、前記複数のフラッシュランプを放電させて発光させるための電荷を蓄積する複数のコンデンサと、前記複数のフラッシュランプのそれぞれと対応するコンデンサとの接続を断続する絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、前記複数のコンデンサに１対１で対応して設けられ、対応するコンデンサの蓄電電圧を測定する複数の蓄電電圧測定手段と、前記複数の蓄電電圧測定手段による測定結果に基づいて、前記複数のコンデンサの蓄電状態を検出する検出手段と、を備え、前記検出手段は、前記複数のフラッシュランプの発光が終了した後に、前記複数の蓄電電圧測定手段によって測定された前記複数のコンデンサの残留電圧が所定範囲に収まっていない場合に前記複数のコンデンサの蓄電異常とし、前記検出手段は、前記複数の蓄電電圧測定手段によって測定された前記複数のコンデンサのいずれかの残留電圧が前記所定範囲の上限値よりも大きい場合には当該コンデンサに対応するフラッシュランプが未発光であったとし、当該残留電圧が前記所定範囲の下限値よりも小さい場合には前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのショートであると判定す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、前記検出手段は、前記複数のコンデンサへの充電が完了してから前記複数のフラッシュランプの放電を開始するまでの間に、前記複数の蓄電電圧測定手段による測定結果に基づいて前記複数のコンデンサの蓄電異常を検出することを特徴とする。

【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装置において、前記検出手段は、装置が異常停止をしたときに、前記複数の蓄電電圧測定手段による測定結果に基づいて前記複数のコンデンサに残留する電荷の有無を検出することを特徴とする。

【0017】

また、請求項４の発明は、基板に対してフラッシュ光を照射することによって該基板を加熱する熱処理方法において、複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられた複数のコンデンサを充電する充電工程と、前記複数のコンデンサに蓄積された電荷を前記複数のフラッシュランプにて放電させてフラッシュ光を発光させる放電工程と、前記複数のコンデンサの蓄電電圧を測定して蓄電状態を検出する蓄電検出工程と、を備え、前記放電工程は、前記複数のフラッシュランプのそれぞれと対応するコンデンサとの接続を絶縁ゲートバイポーラトランジスタによって断続して前記複数のコンデンサに蓄積された電荷を前記複数のフラッシュランプにて断続的に放電させ、前記蓄電検出工程は、前記複数のフラッシュランプの発光が終了した後に、前記複数のコンデンサの残留電圧が所定範囲に収まっていない場合に前記複数のコンデンサの蓄電異常とし、前記蓄電検出工程は、前記複数のコンデンサのいずれかの残留電圧が前記所定範囲の上限値よりも大きい場合には当該コンデンサに対応するフラッシュランプが未発光であったとし、当該残留電圧が前記所定範囲の下限値よりも小さい場合には前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのショートであると判定することを特徴とする。

【0018】

また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理方法において、前記蓄電検出工程は、前記複数のコンデンサへの充電が完了してから前記複数のフラッシュランプの放電を開始するまでの間に、前記複数のコンデンサの蓄電電圧を測定して蓄電異常を検出す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、複数のコンデンサに１対１で対応してその蓄電電圧を測定する複数の蓄電電圧測定手段を設け、それら複数の蓄電電圧測定手段による測定結果に基づいて、複数のコンデンサの蓄電状態を検出するため、複数のフラッシュランプの駆動回路における異常を個別にチェックして不適切な強度にてフラッシュランプが発光するのを防止することができる。
また、請求項１から請求項３の発明によれば、複数のフラッシュランプの発光が終了した後に、複数のコンデンサの蓄電異常を検出するため、コンデンサに蓄積されていた電荷が適正にフラッシュランプで放電されたか否かをチェックすることができる。

【0022】

特に、請求項２の発明によれば、複数のコンデンサへの充電が完了してから複数のフラッシュランプの放電を開始するまでの間に、複数のコンデンサの蓄電異常を検出するため、複数のコンデンサに適正に充電されたか否かをチェックすることができる。

【0024】

特に、請求項３の発明によれば、装置が異常停止をしたときに、複数のコンデンサに残留する電荷の有無を検出するため、確実な安全確認を行うことができる。

【0026】

また、請求項４および請求項５の発明によれば、複数のコンデンサの蓄電電圧を測定して蓄電状態を検出するため、複数のフラッシュランプの駆動回路における異常を個別にチェックして不適切な強度にてフラッシュランプが発光するのを防止することができる。
また、請求項４および請求項５の発明によれば、複数のフラッシュランプの発光が終了した後に、複数のコンデンサの蓄電電圧を測定して蓄電異常を検出するため、コンデンサに蓄積されていた電荷が適正にフラッシュランプで放電されたか否かをチェックすることができる。

【0027】

特に、請求項５の発明によれば、複数のコンデンサへの充電が完了してから複数のフラッシュランプの放電を開始するまでの間に、複数のコンデンサの蓄電電圧を測定して蓄電異常を検出するため、複数のコンデンサに適正に充電されたか否かをチェックすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【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】図１の熱処理装置における、コンデンサの電圧モニターに関する処理手順を示すフローチャートである。

【図8】図１の熱処理装置における、コンデンサの電圧モニターに関する処理手順を示すフローチャートである。

【図9】パルス信号の波形の一例を示す図である。

【図10】フラッシュランプに流れる電流をチョッパ制御した場合における発光波形の一例を示す図である。

【図11】フラッシュランプを単純に発光させた場合における発光波形の一例を示す図である。

【図12】複数のコンデンサの残留電圧の判定を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

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。

【0031】

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にフラッシュ光を照射してその半導体ウェハーＷを加熱するフラッシュランプアニール装置である。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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（Ｏ₂）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。

【0038】

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。

【0039】

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フラッシュ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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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からフラッシュ光を照射することにより半導体ウェハーＷを加熱する。

【0052】

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。

【0053】

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、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。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。

【0054】

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ＩＧＢＴ制御部９８が接続されている。ＩＧＢＴ制御部９８は、ＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を印加してＩＧＢＴ９６を駆動する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧（Hiの電圧）を印加するとＩＧＢＴ９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）を印加すると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。

【0055】

ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートに印加するパルス信号の波形は、制御部３の波形設定部３１によって設定される。波形設定部３１は入力部３３からの入力内容に基づいてパルス信号の波形を設定し、それをＩＧＢＴ制御部９８に出力する。ＩＧＢＴ制御部９８は、波形設定部３１が波形に従ってＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力してＩＧＢＴ９６をオンオフする。

【0056】

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。

【0057】

また、図６に示すように、フラッシュランプＦＬの駆動回路には、コンデンサ９３の両端電圧を測定する電圧モニター２１が設けられている。電圧モニター２１は、一種のＡ／Ｄ変換器であり、アナログ信号であるコンデンサ９３の両端電圧をデジタル信号に変換して制御部３に伝達する。

【0058】

電圧モニター２１は、２つの抵抗器２２，２３を備えた分圧回路を介してコンデンサ９３の両端電圧を測定する。すなわち、コンデンサ９３の両端電極間を直列接続した２つの抵抗器２２，２３にて接続し、抵抗器２２と抵抗器２３との間に電圧モニター２１を接続する。一端が接地されている抵抗器２３の抵抗値に比して抵抗器２２の抵抗値は著しく大きい（例えば、抵抗器２３の抵抗値が１０ｋΩであるのに対して抵抗器２２の抵抗値は１０ＭΩ）。通常、充電直後のコンデンサ９３の両端電圧は非常に大きい（本実施形態では約４０００Ｖ）のであるが、このような分圧回路を設けることによって、電圧モニター２１にかかる負荷を小さくすることができる（上記の例であれば約４Ｖ）。また、抵抗器２３の両端には、ノイズ除去のためのコンデンサ２４が接続されている。

【0059】

図６に示すような駆動回路は複数本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して設けられており、本実施形態では３０本のフラッシュランプＦＬが設けられているため、駆動回路も３０個設けられている。すなわち、フラッシュランプＦＬを放電させて発光させるための電荷を蓄積するコンデンサ９３は、３０本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して３０個設けられている。また、各コンデンサ９３の蓄電電圧を測定する電圧モニター２１は、３０個のコンデンサ９３に１対１で対応して３０個設けられている。

【0060】

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。

【0061】

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、波形設定部３１および検出部３２を備えるとともに、入力部３３に接続されている。波形設定部３１および検出部３２は、制御部３のＣＰＵが所定の処理プログラムを実行することによって実現される機能処理部である。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。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３１がパルス信号の波形を設定し、それをＩＧＢＴ制御部９８に出力する。また、検出部３２は、複数の電圧モニター２１による測定結果に基づいて、複数のコンデンサ９３の蓄電状態を検出するが、その詳細についてはさらに後述する。

【0062】

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。

【0063】

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。本明細書では、まず、フラッシュ光照射加熱処理の全体の手順について簡単に説明した後、特にコンデンサ９３の電圧モニターについて説明する。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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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７００℃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５００℃）。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。

【0070】

約６０秒間の予備加熱時間が経過した後、保持部７が処理位置に位置したまま制御部３の制御によりランプハウス５のフラッシュランプＦＬから半導体ウェハーＷへ向けてフラッシュ光が照射される。フラッシュランプＦＬからの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がコンデンサ９３を充電して電荷を蓄積しておく。また、入力部３３からの入力内容に基づいて、ＩＧＢＴ９６のゲートに出力するパルス信号の波形を波形設定部３１が設定しておく。そして、その波形に従ってＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のオンオフを制御してコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに流れる電流をチョッパ制御し、フラッシュランプＦＬを発光させて半導体ウェハーＷにフラッシュ光を照射する。フラッシュランプＦＬの総発光時間は、波形設定部３１が設定するパルス信号の波形に依存するものの、長くても１秒以下である。

【0071】

処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷにフラッシュ光が照射されることにより、その半導体ウェハーＷの表面温度は短時間のうちに処理温度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温度であって、１０００℃以上とされる。

【0072】

以上のようにしてフラッシュランプＦＬによるフラッシュ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のフラッシュ光照射加熱処理が完了する。

【0073】

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。

【0074】

続いて、コンデンサ９３の電圧モニターについてさらに説明する。図７，８は、熱処理装置１における、コンデンサ９３の電圧モニターに関する処理手順を示すフローチャートである。まず、波形設定部３１がパルス信号の波形を設定する（ステップＳ１）。図９は、パルス信号の波形の一例を示す図である。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。この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３１は図９に示すような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３１は、設定した波形をＩＧＢＴ制御部９８に出力する。本実施形態では、３０本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して３０個のＩＧＢＴ制御部９８が設けられており、それら３０個のＩＧＢＴ制御部９８に対して同一の図９に示す如きパルス波形が出力される。

【0075】

また、電源ユニット９５によるコンデンサ９３に対する充電が開始される（ステップＳ２）。本実施形態においては、電源ユニット９５が４０００Ｖの電圧をコンデンサ９３に所定の充電時間（例えば５０秒）印加して充電を行う。３０本のフラッシュランプＦＬに対応して設けられた３０個のコンデンサ９３の全てが電源ユニット９５によって個別に充電される。ステップＳ２，Ｓ３の充電工程において、３０個のコンデンサ９３のそれぞれには、その静電容量と充電電圧とに応じた電荷が蓄積される。

【0076】

所定の充電時間が経過した後、ステップＳ３からステップＳ４に進み、３０個全てのコンデンサ９３の充電後の蓄電電圧が電源ユニット９５による充電電圧と等しいか否かが判定される。ここで、「蓄電電圧」とは、コンデンサ９３に蓄積された電荷によって生じる電圧であり、電圧モニター２１によって測定されるのは蓄電電圧である。また、「充電電圧」とは、充電時に電源ユニット９５がコンデンサ９３に印加する電圧（本実施形態では、４０００Ｖ）である。

【0077】

ステップＳ４では、３０個のコンデンサ９３に１対１で対応して設けられた３０個の電圧モニター２１による電圧測定結果に基づいて、制御部３の検出部３２が３０個のコンデンサ９３のそれぞれについて蓄電電圧が充電電圧と等しいか否かを判定する。なお、判定に際して、蓄電電圧が充電電圧に対する許容範囲内（例えば、充電電圧の±５％以内）に収まっているか否かで判定するようにしても良い。

【0078】

３０個のコンデンサ９３のうちの１つでも蓄電電圧が充電電圧と異なることを検出部３２が検出した場合には、ステップＳ５に進んで充電エラーとして対応処理が行われる。具体的には、蓄電電圧が充電電圧と異なっていたコンデンサ９３および当該コンデンサ９３に充電を行った電源ユニット９５を検査し、不具合があれば修理・交換等を行う。

【0079】

一方、３０個全てのコンデンサ９３の蓄電電圧が充電電圧と等しい場合は、全てのコンデンサ９３について正常な充電が行われた場合であり、ステップＳ６に進んでフラッシュランプＦＬの放電を開始する。また、これと同時にＩＧＢＴ制御部９８が波形設定部３１によって設定された図９の如きパルス波形に従ってＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力する（ステップＳ７）。これによりフラッシュランプＦＬが発光し、半導体ウェハーＷにフラッシュ光が照射される。但し、本実施形態においては、ＩＧＢＴ９６がオンオフを繰り返すことによってコンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに流れる電流がチョッパ制御される。

【0080】

ＩＧＢＴ制御部９８が図９のパルス波形に従ってＩＧＢＴ９６のゲートにパルス信号を出力すると、ＩＧＢＴ制御部９８から出力されたパルス信号がオンのときにはＩＧＢＴ９６がオン状態となり、オフのときにはＩＧＢＴ９６がオフ状態となる。その結果、フラッシュランプＦＬおよびコンデンサ９３を含む回路がＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。

【0081】

また、ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６を最初にオン状態とす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がオン状態となり、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、コンデンサ９３に蓄積された電荷がフラッシュランプＦＬのガラス管９２内の両端電極間で放電して電流として流れ始め、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る。すなわち、フラッシュランプＦＬが発光を開始し、フラッシュランプＦＬを流れる電流値は時間とともに増大する。

【0082】

一旦、フラッシュランプＦＬの通電が開始され、その電流値が所定値以上残っている状態で断続的にＩＧＢＴ９６がオンオフを繰り返す場合には、トリガー電極９１に高電圧を印加しなくてもフラッシュランプＦＬに電流が流れ続ける。すなわち、最初にＩＧＢＴ９６がオン状態となるときのみトリガー電極９１に高電圧を印加すれば、その後はトリガー電圧を印加せずともフラッシュランプＦＬに電流が継続して流れる。ＩＧＢＴ９６がオン状態のときにはフラッシュランプＦＬのガラス管９２内に流れる電流値が増加し、オフ状態のときには電流値が減少する。なお、パルス間隔の時間が長い場合やフラッシュランプＦＬを流れる電流値が低い場合には、ＩＧＢＴ９６がオン状態となる毎にトリガー電極９１に高電圧を印加しても良い。また、一定時間間隔にてトリガー電極９１に高電圧を印加するようにしても良い。

【0083】

このようにしてフラッシュランプＦＬを電流が流れ続け、ＩＧＢＴ９６がオンオフを実行するパターンによって電流値の波形が規定される。フラッシュランプＦＬの発光強度は、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の発光波形はフラッシュランプＦＬを流れる電流値の波形に近似したものとなる。

【0084】

ＩＧＢＴ９６を使用することなく単純にフラッシュランプ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回の発光でほぼ全て消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は図１１に示すような幅が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、本実施形態においては、フラッシュランプＦＬを含む回路中にＩＧＢＴ９６を接続してそのゲートにパルス信号を出力することにより、当該回路がＩＧＢＴ９６によって断続的にオンオフされ、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに流れる電流がチョッパ制御される。その結果、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に蓄積された電荷はフラッシュランプＦＬにて断続的に放電されて分割して消費され、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、電流値が完全に”０”になる前にＩＧＢＴ９６がオン状態となっ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強度が完全に”０”になるものではない。

【0085】

以上のように、入力部３３からの入力内容に基づいて制御部３の波形設定部３１がパルス信号の波形を設定し、その波形に従ってＩＧＢＴ制御部９８がパルス信号をＩＧＢＴ９６のゲートに出力する。そして、ＩＧＢＴ制御部９８から出力されたパルス信号に従ってＩＧＢＴ９６がオンオフ制御され、フラッシュランプＦＬを含む回路がＩＧＢＴ９６によってオンオフされることによりフラッシュランプＦＬを流れる電流がチョッパ制御され、その結果フラッシュランプＦＬの発光波形が規定される。すなわち、波形設定部３１は直接的にはＩＧＢＴ９６のゲートに出力するパルス信号の波形を設定するものの、間接的にフラッシュランプＦＬの発光波形を設定する。入力部３３から入力するパルス幅の時間およびパルス間隔の時間を適宜調整することによって、ＩＧＢＴ制御部９８がＩＧＢＴ９６のゲートに出力するパルス信号の波形が変化し、フラッシュランプＦＬの発光波形も自由に設定することができるのである。

【0086】

図１０は、フラッシュランプＦＬに流れる電流をチョッパ制御した場合における発光波形の一例を示す図である。ＩＧＢＴ制御部９８が図９に示すような波形のパルス信号をＩＧＢＴ９６のゲートに出力して、フラッシュランプＦＬに流れる電流をチョッパ制御した場合には当該フラッシュランプＦＬの発光波形は図１０のようになる。図１０に示す発光波形では、最初に発光強度が時間とともにある程度にまで上昇し、その後細かな増減を繰り返しながら発光強度は概ね一定の値となり、さらにその後発光強度が減少する。図１０に示すような発光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にフラッシュ光が照射される。なお、ステップＳ６，Ｓ７にてフラッシュランプＦＬの放電発光が開始されるタイミングは、半導体ウェハーＷの約６０秒間の予備加熱時間が経過した時点である。

【0087】

図１０に示すようなフラッシュランプＦＬの発光が終了すると、ステップＳ８からステップＳ９に進み、３０個のコンデンサ９３の残留電圧が所定の許容範囲内に収まっているか否かが判定される。ここで、「残留電圧」とは、蓄電電圧の一種であり、特にフラッシュ発光終了後にコンデンサ９３の残留している電荷によって生じる電圧である。

【0088】

ステップＳ９では、３０個のコンデンサ９３に１対１で対応して設けられた３０個の電圧モニター２１による電圧測定結果に基づいて、制御部３の検出部３２が３０個のコンデンサ９３のそれぞれについて残留電圧が所定の許容範囲内に収まっているか否かを判定する。ＩＧＢＴ９６を使用せずに図１１のようなシングルパルスにてフラッシュランプＦＬを発光させた場合には、コンデンサ９３に蓄積された電荷のほとんどがフラッシュランプＦＬで放電されて消費されてしまう。これに対して、ＩＧＢＴ９６を用いてフラッシュランプＦＬに流れる電流をチョッパ制御した場合には、波形設定部３１が設定するパルス信号の波形にも依存するものの、通常はコンデンサ９３に蓄積された電荷の一部がフラッシュランプＦＬでの放電によって消費される。この場合、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には消費されなかった電荷が残留している。ステップＳ９では、フラッシュ発光終了後もコンデンサ９３に残留している電荷によって生じる残留電圧のチェックを行っているのである。

【0089】

図１２は、３０個のコンデンサ９３の残留電圧の判定を説明するための図である。図１２の横軸は、３０本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して設けられた駆動回路に順次付されたチャンネル番号を示している。縦軸は、電圧モニター２１によって測定されたコンデンサ９３の残留電圧を示している。図１２において、上限値Ｖ_Hと下限値Ｖ_Lとの間が残留電圧の許容範囲である。この許容範囲の値（上限値Ｖ_Hおよび下限値Ｖ_Lの絶対値）は、波形設定部３１が設定するパルス信号の波形に応じて設定される。すなわち、パルス信号のトータルオン時間が長い場合には、ＩＧＢＴ９６がオン状態となっている時間が長くなるため、コンデンサ９３の電荷が多量に消費されることとなり、フラッシュ発光終了後にコンデンサ９３に残留している電荷は少なくなる。よって、このようなケースでは、許容範囲の値が比較的小さく設定される。逆に、パルス信号のトータルオン時間が短い場合には、それほど電荷が消費されず、フラッシュ発光終了後にコンデンサ９３に残留している電荷も多くなるため、許容範囲の値は比較的大きく設定される。なお、許容範囲の幅（上限値Ｖ_Hと下限値Ｖ_Lとの差）は判定精度に応じて適宜設定される。

【0090】

ステップＳ９での判定の結果、３０個全てのコンデンサ９３の残留電圧が許容範囲内に収まっている場合は、全てのコンデンサ９３に対応するフラッシュランプＦＬにて正常な放電発光が行われた場合であり、ステップＳ２に戻ってステップＳ９までの処理を繰り返す。なお、新たなパルス信号の波形を設定するのであれば、ステップＳ９からステップＳ１に戻るようにしても良い。

【0091】

一方、３０個のコンデンサ９３のうちの１つでも残留電圧が許容範囲内に収まっていない場合には、ステップＳ１０に進み、許容範囲から外れているコンデンサ９３の残留電圧が許容範囲の上限値Ｖ_Hよりも大きいか、下限値Ｖ_Lよりも小さいかを検出部３２が判定する。図１２に示す例においては、チャンネル番号４番の回路に含まれるコンデンサ９３の残留電圧が許容範囲の上限値Ｖ_Hよりも大きい。このことは、何らかの原因によってチャンネル番号４番に対応するフラッシュランプＦＬが未発光であったために、コンデンサ９３に蓄積された電荷が消費されなかったことを意味している（ステップＳ１２）。フラッシュランプＦＬが未発光となる原因としては、ＩＧＢＴ９６がパルス信号を印加しても閉じなかった場合やトリガー電極９１を含むフラッシュランプＦＬ自体のトラブルが想定される。よって、このような場合には、チャンネル番号４番の回路に含まれるＩＧＢＴ９６やフラッシュランプＦＬを検査して不具合があれば修理・交換等を行う。

【0092】

また、図１２に示す例においては、チャンネル番号２８番の回路に含まれるコンデンサ９３の残留電圧が許容範囲の下限値Ｖ_Lよりも小さい。このことは、チャンネル番号２８番に対応するコンデンサ９３に蓄積された電荷の大半がフラッシュランプＦＬで放電されて消費されたことを意味している。このような現象が生じる原因は、ほとんどの場合ＩＧＢＴ９６のショートであると考えられる（ステップＳ１１）。すなわち、ＩＧＢＴ９６がスイッチング素子として機能しなくなり、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬに電流が流れ続けたために、コンデンサ９３に蓄積された電荷のほとんどが消費されたのである。よって、このような場合には、チャンネル番号２８番の回路に含まれるＩＧＢＴ９６を検査して不具合があれば修理・交換等を行う。

【0093】

コンデンサ９３の残留電圧が許容範囲から外れる原因としては、当該コンデンサ９３に対応するＩＧＢＴ９６のゲートに他のＩＧＢＴ９６とは異なる波形のパルス信号が出力されたことも考えられる。残留電圧が許容範囲から外れたコンデンサ９３を含む駆動回路にハード上の不具合が見つからない場合は、対応するＩＧＢＴ９６に出力されたパルス信号の波形についても検査を行うのが好ましい。

【0094】

図１２に示す例において、チャンネル番号４番，２８番以外の残余のチャンネル番号に対応する回路に含まれるコンデンサ９３の残留電圧は許容範囲内に収まっている。よって、これらのチャンネル番号に対応するフラッシュランプＦＬでは予定された正常なフラッシュ発光が行われており、回路を構成する素子も正常に機能している。

【0095】

本実施形態においては、３０個のコンデンサ９３に１対１で対応して３０個の電圧モニター２１を設け、各コンデンサ９３の蓄電電圧を個別に測定するようにしている。そして、３０個の電圧モニター２１による測定結果に基づいて、検出部３２が３０個のコンデンサ９３の蓄電状態を検出している。３０個のコンデンサ９３の蓄電状態を個別に検出することによって、３０本のフラッシュランプＦＬの駆動回路における接触不良などの回路異常を個別にチェックして不適切な強度にてフラッシュランプＦＬが発光するのを防止することができる。

【0096】

コンデンサ９３の蓄電状態を検出するタイミングとしては、ステップＳ３で３０個のコンデンサ９３への充電が完了してからステップＳ６で３０本のフラッシュランプＦＬの放電を開始するまでの間が好ましい（ステップＳ４）。ステップＳ４での蓄電状態の検出は、３０個のコンデンサ９３の全てについて適正に充電されたか否かをチェックするために行う。３０個のコンデンサ９３のそれぞれについて蓄電電圧が充電電圧と等しいか否かを判定し、１つでも異なる場合には、検出部３２が蓄電異常として検出する。

【0097】

また、コンデンサ９３の蓄電状態を検出するタイミングとしては、ステップＳ８で３０本のフラッシュランプＦＬの発光が終了した後に行うことも好ましい（ステップＳ９，Ｓ１０）。ステップＳ９，Ｓ１０での蓄電状態の検出は、３０個のコンデンサ９３の全てについて蓄積されていた電荷が適正に放電されたか否かをチェックするために行う。３０個のコンデンサ９３のそれぞれについて残留電圧が所定の許容範囲内に収まっているか否かを判定し、１つでも許容範囲から外れている場合には、検出部３２が蓄電異常として検出する。

【0098】

フラッシュ発光後の蓄電状態の検出によって、フラッシュランプＦＬが適正に発光したか否かをもチェックすることができる。すなわち、発光後のコンデンサ９３の残留電圧が許容範囲の上限値Ｖ_Hよりも大きければ、そのコンデンサ９３に対応するフラッシュランプＦＬが未発光であったことを意味しており、フラッシュランプＦＬ自体の異常等が想定される。逆に、発光後のコンデンサ９３の残留電圧が許容範囲の下限値Ｖ_Lよりも小さければ、そのコンデンサ９３に対応するフラッシュランプＦＬが予定以上に発光したことを意味しており、ＩＧＢＴ９６のショートが想定される。

【0099】

いずれにしても、検出部３２が３０個のコンデンサ９３のうちの１つについてでも蓄電状態の異常を検出したときには、当該コンデンサ９３を含む駆動回路を検査し、不具合箇所があればその修理等を行う。このようにすることにより、３０本のフラッシュランプＦＬの全てについて適正かつ均一な強度にて発光させることができる。

【0100】

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、上記実施形態においては、コンデンサ９３への充電完了後およびフラッシュランプＦＬの発光終了後に蓄電状態を検出するようにしていたが、熱処理装置１が異常停止したときに本発明に係る技術を用いてコンデンサ９３の蓄電状態を検出するようにしても良い。具体的には、熱処理装置１が異常停止（例えば、半導体ウェハーＷの落下などによる緊急停止）したときに、電圧モニター２１によって３０個のコンデンサ９３の蓄電電圧を個別に測定し、検出部３２が各コンデンサ９３に残留する電荷の有無を検出する。熱処理装置１が異常停止した場合には、当然に装置の補修作業を行うことになるのであるが、その際コンデンサ９３に高圧の電荷が残留していると危険である。このため、上記のようにして電圧モニター２１による測定結果に基づいて３０個のコンデンサ９３に残留する電荷の有無を検出すれば、確実な安全確認を行うことができる。電荷が残留しているコンデンサ９３については別途安全に放電させて電荷を無くしてから補修作業を行うことは勿論である。

【0101】

また、上記実施形態においては、フラッシュランプＦＬの駆動回路にＩＧＢＴ９６を組み込んでフラッシュランプＦＬを流れる電流をチョッパ制御するようにしていたが、ＩＧＢＴ９６を組み込んでいない駆動回路であっても本発明に係る技術を適用することができる。すなわち、ＩＧＢＴ９６を設けていない駆動回路のコンデンサ９３に対して電圧モニター２１を設け、その蓄電電圧を測定するようにしても良い。この場合、フラッシュ発光終了後はコンデンサ９３に蓄積されていた電荷がほとんど全て消費されているものの、コンデンサ９３が適正に充電されたか否かのチェックおよびコンデンサ９３に残留する電荷の有無のチェックについては上記と同様に行うことができる。

【0102】

また、ＩＧＢＴ９６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)サイリスタを採用するのが好ましい。

【0103】

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（１本でも良い）。この場合、フラッシュランプＦＬの本数に応じて、同数のコンデンサ９３および電圧モニター２１を設け、各コンデンサ９３の蓄電電圧を個別に測定する。そして、電圧モニター２１による測定結果に基づいて、検出部３２がコンデンサ９３の蓄電状態を検出する。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。

【0104】

また、ＩＧＢＴ９６のゲートに出力するパルス信号の波形の設定は、入力部３３から逐一パルス幅やパルス間隔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。

【0105】

また、上記実施形態においては、ＩＧＢＴ制御部９８を制御部３とは別の要素としていたが、入力に対して十分高速に応答して出力できるコンピュータにて制御部３を構成するのであれば、ＩＧＢＴ制御部９８の機能を制御部３によって実現するようにしても良い。

【0106】

また、上記実施形態においては、ホットプレート７１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、ハロゲンランプを設けて光照射によって半導体ウェハーＷを予備加熱温度Ｔ１にまで予備加熱するようにしても良い。

【0107】

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】

【0108】

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
２１ 電圧モニター
２２，２３ 抵抗器
３１ 波形設定部
３２ 検出部
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
９５ 電源ユニット
９６ ＩＧＢＴ
９７ トリガー回路
９８ ＩＧＢＴ制御部
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】