CN101388334A - 热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够自由设定退火时的退火时间以及温度曲线的热处理装置。电容器(93)、线圈(94)、闪光灯(FL)和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等开关元件(96)串联连接。能够从控制部(3)向开关元件(96)的栅极输出脉冲信号。脉冲信号的波形由波形设定部(32)按照来自输入部(33)的输入内容设定。在电荷积累在电容器(93)中的状态下，向开关元件(96)的栅极输出脉冲信号，由此使闪光灯(FL)间断地发光。通过改变向开关元件(96)施加的脉冲信号的波形，使在闪光灯(FL)中流动的电流的波形发生变化，使发光形式也发生变化，还使半导体晶片的温度曲线也变化。

Description

热处理装置
技术领域
本发明涉及一种通过对半导体晶片或者液晶显示装置用玻璃基板等(以下仅称作“基板”)照射光来加热该基板的热处理装置。
背景技术
以往，作为能够进行短时间退火的装置使用着如下的高速灯退火(lampanneal)装置，其利用由卤素灯照射的光以每秒数百度左右的速度使半导体晶片升温(例如专利文献1)。即使说是短时间退火，也是与使用了康塔尔加热器(kanthal heater)等的电阻加热方式的热处理装置相比较而言的，其退火时间大概为数秒左右。
另一方面，作为能够以更短时间退火的装置，公知有使用氙闪光灯(xenonflash lamp)向半导体晶片的表面照射闪光的闪光灯退火(flash lamp anneal)装置(例如，专利文献2)。氙闪光灯的闪光照射时间是10毫秒以下的极其短的时间。而且，氙闪光灯的放射光谱分布从紫外区至近红外区，其波长比以往的卤素灯的波长短，而且与硅的半导体晶片的固有吸收带基本一致。由此，在从氙闪光灯向半导体晶片照射闪光时，透射光少且能够迅速地使半导体晶片升温。而且，判明若是10毫秒以下的极其短的闪光照射，则能够有选择地仅使半导体晶片的表面附近升温。因此，闪光灯退火装置适合离子注入后的半导体晶片的离子活化处理，并且能够在不发生离子的热扩散的情况下仅进行离子活化，从而能够形成浅的接合。
而且，作为与闪光灯退火装置相比能够进行更短时间的退火的装置存在有激光退火装置。激光退火装置是使数十纳秒的脉冲激光在X-Y两个方向上扫描而进行退火的装置。
专利文献1：JP特开2000-199688号公报。
专利文献2：JP特开2004-055821号公报。
然而，以往，不存在能够实现在使用卤素灯的高速灯退火装置与闪光灯退火装置之间的中间范围的退火时间的技术。即，不存在半导体晶片的主面各位置的退火时间在10毫秒～1秒左右的热处理装置。近年来，用这种中间范围的退火时间来进行的热处理需要晶体管制作中的活化处理或金属处理、或者布线处理工序等各种工序。
若通过卤素灯来实现上述中间范围的退火时间，则为了得到必要的更大的输出功率需要使灯丝变粗，这样，出现热量变大反而升温降温的速度变慢的问题。
而且，在激光退火装置中，若增加脉冲激光在半导体晶片上的各位置上停留的时间，则在理论上能够达到上述中间范围的退火时间。但是，若脉冲激光在特定位置上停留的时间变长，则没有被曝光的区域也升温，从而在升温的重叠部分上产生被称作转换(switching)的现象变得显著。更大的问题是脉冲激光在各位置上停留的时间变长的结果是即使处理一张半导体晶片也需要一个小时左右的时间，从而变成无实际意义的处理能力。
另外，不仅希望迅速地升温并迅速地降温，而且也希望自由地改变进行退火时的温度曲线。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种能够自由地设定退火时的退火时间以及温度曲线的热处理装置。
为了解决上述问题，第一技术方案的发明提供了一种热处理装置，通过向基板照射光而对该基板进行加热，其中具有：保持装置，其用于保持基板；闪光灯，其用于对保持在所述保持装置上的基板照射光；开关元件，其与所述闪光灯、电容器以及线圈串联连接；脉冲信号发生装置，其产生包含一个以上的脉冲的脉冲信号并将该脉冲信号输出至所述开关元件，由此控制所述开关元件的驱动。
而且，第二技术方案的发明是在第一技术方案的发明的基础上，其特征在于，还具有波形设定装置，所述波形设定装置用于设定所述脉冲信号发生装置发生的脉冲信号的波形。
另外，第三技术方案的发明是在第二技术方案的发明的基础上，其特征在于，还具有波形输入部，所述波形输入部用于接收向所述波形设定装置进行的脉冲信号的波形的输入。
此外，第四技术方案的发明是在第一技术方案的发明的基础上，其特征在于，所述脉冲信号发生装置向所述开关元件输出脉冲信号，从而斩波控制所述闪光灯的发光，而且使所述闪光灯的发光时间大于等于1毫秒且小于1秒。
而且，第五技术方案的发明是在第一至第四技术方案中任一项的发明的基础上，其特征在于，所述开关元件是晶体管；所述脉冲信号发生装置向所述晶体管的栅极输出脉冲信号。
另外，第六技术方案的发明是在第五技术方案的发明的基础上，其特征在于，所述晶体管是绝缘栅双极型晶体管。
此外，第七技术方案的发明是在第一至第四技术方案中任一项的发明的基础上，其特征在于，所述开关元件是GTO晶闸管。
而且，第八技术方案的发明是在第一技术方案的发明的基础上，其特征在于，还具有电源部，所述电源部用于向所述电容器积蓄电荷。
另外，第九技术方案的发明提供了一种热处理装置，通过向基板照射光而对该基板进行加热，其特征在于，具有：保持装置，其用于保持基板；闪光灯，其用于向保持在所述保持装置上的基板照射光；斩波控制装置，其通过斩波控制所述闪光灯的发光，使发光时间大于等于1毫秒且小于1秒。
根据第一至第八技术方案的发明，电容器、线圈、闪光灯和开关元件串联连接，通过向开关元件输出脉冲信号而控制开关元件的驱动，因此能够斩波控制闪光灯的发光，而且仅通过设定脉冲信号的波形就能够自由地设定退火时的退火时间以及温度曲线。
尤其根据第六技术方案的发明，以绝缘栅双极型晶体管作为开关元件，因此适于需要大电力的闪光灯的发光。
而且，根据第九技术方案的发明，斩波控制闪光灯的发光而使发光时间大于等于1毫秒且小于1秒，因此能够自由地设定退火时的退火时间以及温度曲线。
附图说明
图1是表示本发明的热处理装置的结构的侧面剖视图。
图2是表示图1的热处理装置的气体路径的剖视图。
图3是表示保持部的结构的剖视图。
图4是表示加热板的俯视图。
图5是表示图1的热处理装置的结构的侧面剖视图。
图6是表示闪光灯的驱动电路的图。
图7是表示脉冲信号的波形与在电路中流动的电流以及半导体晶片的表面温度之间的关系的一个例子的图。
图8是表示脉冲信号的波形与在电路中流动的电流以及半导体晶片的表面温度之间的关系的其它的例子的图。
图9是表示脉冲信号的波形与在电路中流动的电流以及半导体晶片的表面温度之间的关系的其它的例子的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
首先，对本发明的热处理装置的整体结构进行概述。图1是表示本发明的热处理装置1的结构的侧面剖视图。热处理装置1是向作为基板的大致圆形的半导体晶片W照射光从而加热半导体晶片W的灯退火装置。
热处理装置1具有用于容置半导体晶片W的大致圆筒形状的腔室6和内置有多个闪光灯FL的灯室(lamp house)5。而且，热处理装置1具有控制部3，所述控制部3对设置在腔室6以及灯室5的各动作机构进行控制而对半导体晶片W进行热处理。
腔室6设置在灯室5的下方，并且腔室6具有：腔室侧部63，其具有大致圆筒形状的内壁；腔室底部62，其覆盖腔室侧部63的下部。而且，将被腔室侧部63以及腔室底部62包围的空间定为热处理空间65。热处理空间65的上方是上部开口60，在上部开口60上安装腔室窗61以闭塞上部开口60。
构成腔室6的顶部的腔室窗61是由石英制成的圆盘形状构件，而且起到使从灯室5射出的光透入热处理空间65内的石英窗的作用。构成腔室6的主体的腔室底部62以及腔室侧部63例如由不锈钢等强度高和耐热性好的金属材料制成，腔室侧部63的内侧面的上部的环631由在因光照射而导致劣化方面比不锈钢更具耐久性的铝(Al)合金等制成。
在腔室底部62竖直设置多个(在本实施方式中为3个)支撑销70，所述多个支撑销70贯穿保持部7，并且从半导体晶片W的下表面(与被来自灯室5的光照射的一侧相反一侧的面)支撑半导体晶片W。支撑销70例如由石英制成，因为从腔室6的外部固定支撑销70，所以能够容易地进行更换。
腔室侧部63具有用于搬入以及搬出半导体晶片W的搬运开口部66，通过以轴662为中心旋转的闸阀185能够开闭搬运开口部66。在腔室侧部63的与搬运开口部66相反一侧的部位上形成有向热处理空间65导入处理气体(例如氮气(N2)、氦气(He)、氩气(Ar)等非活性气体或者氧气(O2)等)的导入路径81，其一端经由阀82连接于省略图示的供气机构，其另一端与形成在腔室侧部63的内部的气体导入缓冲器83连接。而且，在搬运开口部66上形成有将热处理空间65内的气体排出的排出路径86，并且排出路径86经由阀87与省略图示的排气机构连接。
图2是在气体导入缓冲器83的位置由水平面切断腔室6的剖视图。如图2所示，气体导入缓冲器83在图1所示的搬运开口部66的相反一侧，形成在腔室侧部63的内周的大致1/3处，并且经由导入路径81引导至气体导入缓冲器83的处理气体从多个气体供给孔84向热处理空间65内供给。
而且，热处理装置1具有：大致圆盘状的保持部7，其在腔室6的内部将半导体晶片W保持为水平姿势，并且在照射光之前对其保持的半导体晶片W进行预热；保持部升降机构4，其使保持部7相对于作为腔室6的底面的腔室底部62升降。图1所示的保持部升降机构4具有大致圆筒状的轴41、移动板42、引导构件43(在本实施方式中在轴41的周围配置3根)、固定板44、滚珠螺杆45、螺母46以及马达40。在作为腔室6的下部的腔室底部62上形成有直径比保持部7的直径小的大致圆形的下部开口64，不锈钢制的轴41穿插下部开口64并与保持部7(更严密地说是保持部7的加热板71)的下面连接从而支撑保持部7。
在移动板42上固定有与滚珠螺杆45螺合的螺母46。而且，通过固定在腔室底部62并且向下方延伸的引导构件43，移动板42以自由滑动的方式被引导从而能够在上下方向上移动。而且，移动板42经由轴41连接在保持部7上。
马达40设置在安装于引导构件43的下端部的固定板44上，而且经由同步带401与滚珠螺杆45连接。在通过保持部升降机构4升降保持部7时，作为驱动部的马达40通过控制部3的控制来旋转滚珠螺杆45，从而固定有螺母46的移动板42沿着引导构件43在铅垂方向上移动。结果，固定在移动板42上的轴41沿着铅垂方向移动，从而与轴41连接的保持部7在图1所示的半导体晶片W的交接位置与图5所示的半导体晶片W的处理位置之间平滑地升降。
在移动板42的上面，沿着滚珠螺杆45竖直设置有大致半圆筒形状(将圆筒沿长度方向切为一半的形状)的机械挡止件(メカストツパ)451，在由于某些异常而移动板42上升并将要超过规定的上升界限的情况下，通过机械挡止件451的上端碰到设置在滚珠螺杆45的端部的端板452，能够防止移动板42异常上升。由此，保持部7不上升到腔室窗61下方的规定位置以上，从而能够防止保持部7与腔室窗61彼此相撞。
而且，保持部升降机构4具有在对腔室6的内部进行维修时通过手动使保持部7升降的手动升降部49。手动升降部49具有手柄491以及旋转轴492，并通过手柄491旋转旋转轴492，由此通过同步带495旋转与旋转轴492连接的滚珠螺杆45能够升降保持部7。
在腔室底部62的下侧，设置有包围轴41的周围并向下方延伸的伸缩自由的波纹管47，波纹管47的上端与腔室底部62的下面连接。另一方面，波纹管47的下端安装在波纹管下端板471上。波纹管下端板471通过轴环状构件411以螺旋紧固的方式安装在轴41上。在通过保持部升降机构4使保持部7相对腔室底部62上升时波纹管47收缩，在下降时波纹管47伸展。而且，即使在保持部7升降时，通过波纹管47的伸缩也能够维持热处理空间65内的气密状态。
图3是表示保持部7的结构的剖视图。保持部7具有：加热板71，其用于预备加热(所谓的辅助加热)半导体晶片W；基座72，其设置在加热板71的上面(保持部7保持半导体晶片W的一侧的面)。在保持部7的下面，连接有已述的使保持部7升降的轴41。基座72由石英(或者，可以是氮化铝(AlN)等)制成，在基座72的上面设置有用于防止半导体晶片W的位置偏离的销75。基座72以使基座72的下面与加热板71的上面面接触的方式设置在加热板71上。由此，基座72扩散来自加热板71的热能并将其传递至装载于基座72上面的半导体晶片W，并且在维修时能够从加热板71取下基座72进行清洗。
加热板71具有不锈钢制的上部板73以及下部板74。在上部板73与下部板74之间，配设有对加热板71进行加热的镍铬电热线等电阻加热线76，而且充填并密封具有导电性的镍(Ni)钎料。而且，上部板73以及下部板74的端部通过钎焊粘接在一起。
图4是表示加热板71的俯视图。如图4所示，加热板71具有：以同心圆状配置在与被保持的半导体晶片W相对的区域的中央部的圆盘状的区711以及圆环状的区712；将区712周围的大致圆环状的区域沿圆周方向分割为4等份的四个区713～716；并且在各区之间形成有微小的间隙。而且，在加热板71上，在区711与区712之间的间隙的圆周上每隔120°设置有穿插支撑销70的三个贯通孔77。
分别在六个区711～716中，以环绕的方式配设相互独立的电阻加热线76，从而单独地形成加热器，通过内置于各区的加热器单独加热各区。保持部7所保持的半导体晶片W通过内置于六个区711～716的加热器被加热。而且，分别在区711～716中，设置有利用热电偶测量各区温度的传感器710。各传感器710经由大致圆筒状的轴41的内部与控制部3连接。
在对加热板71进行加热时，为了使通过传感器710测量的六个区710～716各自的温度成为预先设定的规定温度，通过控制部3控制向配设在各区的电阻加热线76供给的电力供给量。由控制部3进行的各区的温度控制通过PID(Proportional，Integral，Derivative：比例积分微分)控制来进行。在加热板71中，直到半导体晶片W的热处理(在连续处理多个半导体晶片W的情况下是整个半导体晶片W的热处理)结束连续测量各个区711～716的温度，并且单独控制向配设于各区的电阻加热线76供给的电力供给量，即，以单独控制内置于各区的加热器的温度的方式将各区的温度维持为设定温度。此外，各区的设定温度仅能够从作为基准的温度变更为单独设定的偏移值。
分别配设在六个区711～716内的电阻加热线76经由通过轴41的内部的电力线与电力供给源(省略图示)连接。在从电力供给源至各区的路径中，来自电力供给源的电力线以相互电绝缘的状态被配置在填充有镁氧(氧化镁)等绝缘体的不锈刚管(stainless tube)的内部。此外，轴41的内部与大气连通。
接着，灯室5在框体51的内侧具有：光源，其由多根(在本实施方式中为30根)氙闪光灯FL构成；反射镜52，其以覆盖该光源的上方的方式设置。而且，在灯室5的框体51的底部装有灯光放射窗53。构成灯室5的底部的灯光放射窗53是由石英制成的板状构件。通过将灯室5设置于腔室6的上方，灯光放射窗53与腔室窗61相对。灯室5在腔室6内经由灯光放射窗53以及腔室窗61向由保持部7保持的半导体晶片W照射来自闪光灯FL的光，由此加热半导体晶片W。
多个闪光灯FL分别是具有长的圆筒形状的棒状灯，而且以使各自的长度方向沿着保持部7所保持的半导体晶片W的主面(即沿着水平方向)相互平行的方式排列成平面状。由此，通过排列闪光灯FL而形成的平面也是水平面。
图6是表示闪光灯FL的驱动电路的图。如图所示，电容器93、线圈94、闪光灯FL、开关元件96串联连接。闪光灯FL具有：棒状的玻璃管(放电管)92，其将氙气密封在其内部并将其两端部设为阳极及阴极，触发电极91，其附设在该玻璃管92的外周面上。在电容器93上通过电源单元95施加规定的电压，从而补充对应该施加电压的电荷。而且，能够从触发电路97向触发电极91施加电压。触发电路97向触发电极91施加电压的时机由控制部3来控制。
在本实施方式中，作为开关元件96使用绝缘栅双极型晶体管(IGBT：Insulated gate bipolar transistor)。IGBT是在栅极部装入MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field effect transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)的双极型晶体管，而且是适合处理大电力的开关元件。在开关元件96的栅极上从控制部3的脉冲发生器31施加脉冲信号。
在电容器93充完电的状态下向开关元件96的栅极输出脉冲，从而在玻璃管92的两端电极上施加高电压，即使这样由于氙气是电绝缘体，在通常的状态下电不在玻璃管92内流动。然而，在触发电路97在触发电极91上施加电压从而破坏绝缘的情况下，在玻璃管92内的两端电极之间电流瞬间流动，通过此时的焦耳热来加热氙气从而放射光。
而且，图1的反射镜52设置在多个闪光灯FL的上方并覆盖这些全部的闪光灯FL。反射镜52的基本功能是将多个闪光灯FL所射出的光反射到保持部7的一侧。反射镜52由铝合金板制成，其表面(与闪光灯FL相对一侧的面)通过喷砂处理来进行粗面化加工从而呈梨皮面。进行这种粗糙面加工是因为若反射镜52的表面完全为镜面，则来自多个闪光灯FL的反射光的强度产生有规律的图案，从而半导体晶片W的表面温度分布的均匀性降低。
控制部3控制设置在热处理装置1中的上述各种动作机构。控制部3的作为硬件的结构与一般的计算机相同。即，控制部3具有进行各种运算处理的CPU、作为存储基本程序的只读存储器的ROM、作为存储各种信息的随机存储器的RAM以及存储控制用软件或者数据等的磁盘。而且，控制部3具有脉冲发生器31以及波形设定部32，并且与输入部33连接。作为输入部33能够采用键盘、鼠标、触摸板等各种公知的输入设备。基于来自输入部33的输入内容，波形设定部32设定脉冲信号的波形，按照该波形脉冲发生器31发出脉冲信号。
除了上述结构以外，热处理装置1还具有用于在对半导体晶片W进行热处理时防止从闪光灯FL以及加热板71产生的热能引起腔室6以及灯室5过度地升温的，各种各样的冷却用结构。例如，在腔室6的腔室侧部63以及腔室底部62设置有水冷却管(省略图示)。而且，灯室5是设置有用于在内部形成气流而进行排热的气体供给管55以及排气管56的空气冷却结构(参照图1、图5)。而且，还向腔室窗61与灯光放射窗53之间的间隙供给空气，从而冷却灯室5以及腔室窗61。
接着，说明热处理装置1的半导体晶片W的处理顺序。首先，保持部7从图5所示的处理位置下降至图1所示的交接位置。“处理位置”是在闪光灯FL对半导体晶片W进行光照射时的保持部7的位置，即，是图5所示的保持部7在腔室6内的位置。而且，“交接位置”是在向腔室6进行半导体晶片W的搬出搬入时的保持部7的位置，即，是图1所示的保持部7在腔室6内的位置。热处理装置1的保持部7的基准位置是处理位置，在进行处理之前保持部7位于处理位置，在处理开始时下降至交接位置。如图1所示，若保持部7下降至交接位置则接近腔室底部62，并且支撑销70的前端贯穿保持部7并向保持部7的上方突出。
接着，当保持部7下降至交接位置时，阀82以及阀87打开，向腔室6的热处理空间65内导入常温的氮气。然后，打开闸阀185使搬运开口部66敞开，通过装置外部的搬运机械手经由搬运开口部66向腔室6内搬入半导体晶片W，并将半导体晶片W装载到多个支撑销70上。
向在搬入半导体晶片W时的向腔室6供给的氮气的清洗量大致为40升/分，供给的氮气在腔室6内从气体导入缓冲器83向图2所示的箭头AR4的方向流动，并且经由图1所示的排出路径86以及阀87通过动力排气而排出。而且，供给至腔室6内的氮气中的一部分还从设置在波纹管47内侧的排出口(省略图示)排出。此外，在以下说明的各步骤中，始终对腔室6连续地供给以及排出氮气，并且氮气的供给量对应半导体晶片W的处理工序发生各种变化。
若将半导体晶片W搬入腔室6内，则通过闸阀185关闭搬运开口部66。然后，通过保持部升降机构4使保持部7从交接位置上升至与腔室窗61接近的处理位置。在保持部7从交接位置上升的过程中，半导体晶片W从支撑销70移至保持部7的基座72上，从而装载并保持在基座72的上表面。若保持部7上升至处理位置，则保持在基座72上的半导体晶片W也被保持在处理位置。
加热板71的六个区711～716的每一个区通过单独内置在各区内部(在上部板73与下部板74之间)的加热器(电阻加热线76)而被加热到规定的温度。保持部7上升至处理位置并且半导体晶片W与保持部7接触，由此该半导体晶片W通过内置于加热板71的加热器被预备加热从而温度逐渐地上升。
在该位置进行大致60秒钟的预备加热，从而半导体晶片W的温度上升至已预先设定的预备加热温度T1。预备加热温度T1是200℃至800℃左右的温度，最好是在350℃至550℃左右，在该温度下附加在半导体晶片W的杂质不可能因热而扩散。而且，保持部7与腔室窗61之间的距离能够通过控制保持部升降机构4的马达40的旋转量任意地调整。
在经过约60秒钟的预备加热时间之后，开始通过闪光灯FL进行的对半导体晶片W的光照射加热(退火)。在进行来自闪光灯FL的光照射时，预先通过电源单元95将电荷积累到电容器93。然后，在已将电荷积累到电容器93的状态下，从控制部3的脉冲发生器31向开关元件96输出脉冲信号。
图7是表示脉冲信号的波形与在电路中流动的电流以及半导体晶片的表面温度之间的关系的一个例子的图。在此，如图7的(a)所示波形的脉冲信号从脉冲发生器31输出。脉冲信号的波形能够通过从输入部33输入如下的表1所示的参数来规定。
【表1】
 
n Pn Sn
0 800 1600
1 400 2000
2 400 2000
3 500 2200
4 500 2200
5 400 0
在表1中，Pn、Sn分别是脉冲宽度和脉冲间隔宽度的长度，并且单位是微秒。脉冲宽度是指脉冲上升的时间，脉冲间隔宽度是脉冲之间的时间。若操作员从输入部33将表1所示的脉冲宽度、脉冲间隔宽度以及脉冲数的各参数输入到控制部3，则控制部3的波形设定部32设定如图7的(a)所示的脉冲宽度不同的由六个脉冲形成的脉冲波形。然后，按照由波形设定部32设定的脉冲波形，脉冲发生器31输出脉冲信号。结果，向开关元件96的栅极施加如图7的(a)的波形的脉冲信号，从而控制开关元件96的驱动。
而且，与脉冲发生器31输出的脉冲信号成为高电平(ON)的时刻同步控制部3控制触发电路97向触发电极91施加电压。由此，在输入到开关元件96的栅极的脉冲信号为高电平时，在玻璃管92内的两端电极之间电流流动，通过此时的焦耳热加热氙气从而放出光。从控制部3向开关元件96的栅极输出图7的(a)的波形的脉冲信号，并且与该脉冲信号成为高电平的时刻同步向触发电极91施加电压，由此在包括闪光灯FL的电路中流动如图7的(b)所示的电流。即，只有在输入到开关元件96的栅极的脉冲信号为高电平时，在闪光灯FL的玻璃管92内电流才流动从而发光。此外，与各脉冲对应的各个电流波形通过线圈94的常数来规定。
如图7的(b)的电流流动从而闪光灯FL发光，由此对保持在处理位置的保持部7上的半导体晶片W进行光照射加热，从而其表面温度如图7的(c)所示发生变化。以往，在不使用开关元件96而使闪光灯FL发光的情况下，该光是照射时间为0.1毫秒至10毫秒左右的极其短的强的闪光，并且半导体晶片W的表面温度也以数毫秒左右的时间到达最高温度。于此相对，如本实施方式那样，通过在电路中连接开关元件96并向该栅极输出如图7的(a)的脉冲信号，譬如斩波控制闪光灯FL的发光，从而半导体晶片W的表面温度与以往的闪光加热相比，经过长时间(10毫秒～15毫秒)到达最高温度。此外，半导体晶片W的表面温度所到达的最高温度是与以往的瞬间加热几乎相同的1000℃至1100℃左右的处理温度T2。
光照射加热结束，并且在处于处理位置的大致10秒钟的待机之后，保持部升降机构4再次使保持部7下降至图1所示的交接位置，并且半导体晶片W从保持部7移至支撑销70上。接着，闸阀185打开关闭的搬运开口部66，通过装置外部的搬运机械手将装载在支持销70上的半导体晶片W搬出，从而热处理装置1的半导体晶片W的光照射退火处理结束。
如上所述，在对热处理装置1上的半导体晶片W进行热处理时连续向腔室6供给氮气，而且其供给量在保持部7位于处理位置时是大致30升/分，而在保持部7位于处理位置以外的位置时是大致40升/分。
即使这样，在上述例子中，通过向开关元件96的栅极输出如图7的(a)的脉冲信号，使闪光灯FL流动如图7的(b)的电流而发光，从而半导体晶片W的表面温度经过较长时间升温。闪光灯FL的发光时刻不仅限于图7的例子，能够通过改变输出到开关元件96的栅极的脉冲信号的波形自由地控制。而且，能够从输入部33容易地改变脉冲信号的波形。
例如，若从输入部33输入以下的表2所示的参数，则与上述相同，控制部3的波形设定部32设定为如图8的(a)所示的脉冲波形。然后，按照波形设定部32所设定的脉冲波形，脉冲发生器31将图8的(a)的脉冲信号输出到开关元件96的栅极。
【表2】
 
n Pn Sn
0 800 400
1 100 400
2 100 400
3 100 400
4 100 400
5 100 0
而且，预先在电容器93积累有电荷，与从脉冲发生器31输出的脉冲信号成为高电平的时刻同步，控制部3控制触发电路97向触发电极91施加电压。由此，在闪光灯FL中流动如图8的(b)所示的电流而发光，并且对保持在保持部7上的半导体晶片W进行光照射加热，从而其表面温度如图8的(c)所示变化。在图8的(c)的温度曲线中，在较短的时间内半导体晶片W的表面温度到达至最高温度，在其后的一段时间内维持此温度。即，如图8的(a)所示，使最初的脉冲的宽度变得较长，此后设定反复较短的宽度的脉冲的波形，按照该波形向开关元件96的栅极输出对应的脉冲信号，由此能够描绘出半导体晶片W的表面温度在升温之后维持在一定温度的温度曲线。
而且，若从输入部33输入表3所示的参数，则与上述相同，控制部3的波形设定部32设定为如图9的(a)所示的脉冲波形。而且，按照波形设定部32所设定的脉冲波形，脉冲发生器31向开关元件96的栅极输出图9的(a)的脉冲信号。
【表3】
 
n Pn Sn
0 1000 3000
1 1000 3000
2 1000 0
而且，与上述相同，预先在电容器93中积累电荷，并且与脉冲发生器31输出的脉冲信号成为高电平的时刻同步，控制部3控制触发电路97向触发电极91施加电压。由此，在闪光灯FL中流动如图9的(b)所示的电流而发光，并且对保持在保持部7上的半导体晶片W进行光照射加热，从而其表面温度如图9的(c)所示变化。在图9的(c)的温度曲线中，半导体晶片W的表面温度反复降温和升温。
如上所述，在本实施方式中，在闪光灯FL的驱动电路上串联连接IGBT的开关元件96，并且向该开关元件96的栅极输出脉冲信号由此斩波控制(高电平低电平控制)闪光灯FL的发光。向开关元件96的栅极施加脉冲信号的波形能够通过从输入部33输入脉冲宽度、脉冲间隔宽度以及脉冲数自由地设定。而且，通过改变向开关元件96的栅极输出的脉冲信号的波形，改变在闪光灯FL中流动的电流的波形，从而改变发光方式。结果，描绘半导体晶片W的表面温度的温度曲线也发生变化。即，通过改变向开关元件96的栅极输出的脉冲信号的波形，能够在大于等于1毫秒小于一秒的范围内自由地改变闪光灯FL的光照射退火时间(发光时间)，结果能够自由地设定半导体晶片W的表面温度的温度曲线。
上面对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明只要不脱离其宗旨，除上述以外能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，用三种图案来例示向开关元件96的栅极输出的脉冲信号的波形，但是脉冲信号的波形不仅限于图7至图9的三个图案，能够成为任意的波形。具体地说，从输入部33输入脉冲宽度、脉冲间隔宽度以及脉冲数等参数，并且基于这些参数波形设定部32设定脉冲信号的波形。因此，例如，还能够从脉冲发生器31输出脉冲数仅为1个的脉冲信号。即，若向开关元件96的栅极输出的脉冲信号为1个以上，则能够设定任意的波形。
而且，脉冲信号的波形的设定不仅限于从输入部33逐一输入脉冲宽度等参数的情况，例如，操作员可以从输入部33将波形直接输入为曲线图，也可以读取之前设定并存储到磁盘等存储部的波形，或者也可以从热处理装置1的外部下载。
而且，在上述实施方式中，作为开关元件96使用IGBT，但是不仅限于此，也可以是IGBT以外的其它的晶体管，只要是对应所输入的脉冲信号的波形能够打开关闭电路的元件即可。可是，由于闪光灯FL的发光需消耗相当大的电力，因此作为开关元件96最好采用适合处理大电力的IGBT或者GTO(Gate Turn Off：栅控)晶闸管。
而且，在上述实施方式中，与脉冲信号成为高电平的时刻同步向触发电极91施加电压，但是施加触发电压的时刻不仅限于此，可以与脉冲信号的波形无关以一定间隔施加触发电压。而且，若脉冲信号的脉冲间隔宽度窄，在由于某个脉冲而在闪光灯FL流动的电流的电流值残留为规定值以上的状态下，在由接下来的脉冲开始通电的情况下，因为照原样电流继续在闪光灯FL流动，所以无需向每个脉冲施加触发电压。如上述实施方式的图8那样，在脉冲信号的全部的脉冲间隔宽度窄的情况下，也可以仅在施加最初的脉冲时施加触发电压，此后即使不施加触发电压，仅向开关元件96的栅极输出图8的(a)的脉冲信号就能够形成如图8的(b)的电流波形。即，若当脉冲信号成为高电平时，同时是在闪光灯FL在流动电流的时刻，则施加触发电压的时刻是任意的。
而且，在上述实施方式中，灯室5具有30根闪光灯FL，但是不仅限于此，能够将闪光灯FL的数量设定为任意的数量。而且，闪光灯FL不仅限于氙闪光灯，也可以是氪气闪光灯。
而且，本发明的热处理装置的处理对象的基板不仅限于半导体晶片，也可以是用于液晶显示装置等的玻璃基板。

Claims (9)

1.一种热处理装置，通过向基板照射光而对该基板进行加热，其特征在于，具有：
保持装置，其用于保持基板；
闪光灯，其用于对保持在所述保持装置上的基板照射光；
开关元件，其与所述闪光灯、电容器以及线圈串联连接；
脉冲信号发生装置，其产生包含一个以上的脉冲的脉冲信号并将该脉冲信号输出至所述开关元件，由此控制所述开关元件的驱动。
2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，还具有波形设定装置，所述波形设定装置用于设定所述脉冲信号发生装置所产生的脉冲信号的波形。
3.如权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，还具有波形输入部，所述波形输入部用于接收向所述波形设定装置进行的脉冲信号的波形的输入。
4.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，通过所述脉冲信号发生装置向所述开关元件输出脉冲信号，从而斩波控制所述闪光灯的发光，并且使所述闪光灯的发光时间大于等于1毫秒且小于1秒。
5.如权利要求1～4中任一项所述的热处理装置，其特征在于，
所述开关元件是晶体管，
所述脉冲信号发生装置向所述晶体管的栅极输出脉冲信号。
6.如权利要求5所述的热处理装置，其特征在于，所述晶体管是绝缘栅双极型晶体管。
7.如权利要求1～4中任一项所述的热处理装置，其特征在于，所述开关元件是栅控晶闸管。
8.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，还具有电源部，所述电源部用于在所述电容器积累电荷。
9.一种热处理装置，通过向基板照射光而对该基板进行加热，其特征在于，具有：
保持装置，其用于保持基板；
闪光灯，其用于向保持在所述保持装置上的基板照射光；
斩波控制装置，其通过斩波控制所述闪光灯的发光，使发光时间大于等于1毫秒且小于1秒。
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