JP2003007632A - 閃光放射装置および熱処理装置 - Google Patents
閃光放射装置および熱処理装置Info
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Abstract
物が大きな被処理面を有するものであっても、当該被処
理物の表面を高い均一性で高温に加熱することのできる
閃光放射装置およびこれを用いた熱処理装置を提供する
こと。 【解決手段】 閃光放射装置は、駆動信号発生器から発
信される駆動信号により複数の閃光放電ランプを同時に
駆動することによって一斉に放射される閃光を被処理物
に照射する閃光放射装置であって、駆動信号発生器から
駆動信号が発信された時点から複数の各閃光放電ランプ
の各々についてその消費電力の時間積分値が当該閃光放
電ランプの全消費電力の80%に達するまでの時間を有
効放射時間とするとき、すべての閃光放電ランプにおけ
る有効放射時間のばらつきが0.4ms以下とされてい
る。熱処理装置は、被処理物が配置されるチャンバー
と、チャンバー内の被処理物に閃光を照射する上記の閃
光放射装置とを備えてなる。
Description
や液晶基板などの製造における熱処理などの加熱源とし
て好適に用いられる閃光放射装置、および当該閃光放射
装置を備えた熱処理装置に関する。
化がますます要求されているため、これに伴い、半導体
装置の製造工程においては、例えば、半導体ウエハのS
i結晶に、イオン注入により不純物を導入し、この状態
の半導体ウエハに、例えば1000℃以上で熱処理を施
して当該不純物を拡散させることによって形成される不
純物拡散層の深さ(厚さ)を、当該半導体ウエハの表層
部分において浅くすることが必要となってきている。
ジスタ素子の構造を強調して示す説明用断面図である。
この半導体ウエハは、例えばP型シリコン基板61に素
子分離領域を形成するよう、酸化シリコン膜(Si
O2 )62、62が埋め込まれており、このシリコン基
板61上には、ゲート酸化膜層63、およびその上に、
多結晶シリコン層64を介してタングステン層65が積
層されてゲート電極66が形成されている。ゲート電極
66の両側には、いわゆる窒化シリコン膜の側壁スペー
サー67、67が形成されている。68、68はいずれ
か一方がソースで他方がドレインとされる電極であり、
69はイオン注入領域である。
純物が導入された状態の半導体ウエハが高温にさらされ
る時間を短くし、半導体ウエハの内部にまで熱が伝わら
ずに表層部分のみに熱が伝わる状態で加熱することによ
って、不純物の熱拡散を抑制する必要がある。このた
め、ハロゲンランプなどを加熱源として用い、当該加熱
源から放射される光を照射することによって被処理物で
ある半導体ウエハを、例えば100℃/秒の昇温速度で
急速に加熱し、その後、例えば100℃/秒の降温速度
で急速に冷却することのできるRTP(Rapid T
hermal Process)法を採用した熱処理装
置が広く用いられている。
不純物拡散層を確実に形成するためには、熱処理装置の
加熱源として、被処理物を、例えば2×104 〜2×1
06℃/秒のような昇温速度で極めて短時間に加熱する
ことが可能な閃光放電ランプを用いることが検討されて
いる。
口径が100〜200mmのものが主として用いられて
おり、また、その口径が300mmとさらに大きなもの
も用いられるに至っているが、このような大きな被処理
面を有する半導体ウエハを、1本の閃光放電ランプによ
って短時間で1000℃以上にまで昇温させることは極
めて困難である。
置を実用化するためには、加熱源として複数の閃光放電
ランプを同時に駆動する構成を有する閃光放射装置を用
いればよいが、このような閃光放射装置を備えた熱処理
装置においては、実際上、複数の閃光放電ランプにおけ
る点灯開始のタイミングのずれが原因となって被処理物
の被処理面全面に必要とされる強度の閃光が照射され
ず、従って、当該被処理物を、被処理面全面にわたって
温度均一性の高い状態で加熱することができない、とい
う問題があることが判明した。
な事情に基づいてなされたものであって、その目的は、
複数の閃光放電ランプを備えてなり、被処理物が大きな
被処理面を有するものであっても、当該被処理物の表面
を高い均一性で高温に加熱することのできる閃光放射装
置およびこれを用いた熱処理装置を提供することにあ
る。
は、駆動信号発生器から発信される駆動信号により複数
の閃光放電ランプを同時に駆動することによって一斉に
放射される閃光を被処理物に照射する閃光放射装置にお
いて、前記駆動信号発生器から駆動信号が発信された時
点から複数の各閃光放電ランプの各々についてその消費
電力の時間積分値が当該閃光放電ランプの全消費電力の
80%に達するまでの時間を有効放射時間τとすると
き、すべての閃光放電ランプにおける有効放射時間τの
ばらつきが0.4ms以下とされていることを特徴とす
る。
閃光放電ランプのすべてが共通のトリガ回路に接続され
ていることが好ましい。また、本発明の閃光放射装置
は、複数の閃光放電ランプが共通のトリガ回路に接続さ
れてなる閃光放射ユニットを複数備え、各閃光放射ユニ
ットのトリガ回路が共通の駆動信号発生器に接続されて
いるものであってもよい。
回路のトリガスイッチが半導体スイッチにより構成され
ていることが好ましい。
閃光放電ランプが、各々、発光エネルギーを供給するた
めの主コンデンサに接続されており、各閃光放電ランプ
と、これに関連する主コンデンサとを接続する電流路が
実質的に等しいインピーダンスを有するものとされてい
ることが好ましい。
れるチャンバーと、当該チャンバー内の被処理物に閃光
を照射する上記の閃光放射装置とを備えてなることを特
徴とする。
電ランプを同時に駆動し、これらすべての閃光放電ラン
プにおける有効放射時間τのばらつきが特定の範囲内に
おいて揃っているため、各閃光放電ランプからの閃光が
確実に重畳され、その結果、被処理物が大きな被処理面
を有するものであっても、当該被処理物の表面を高い均
一性で高温に加熱することができる。
て詳細に説明する。図1は、本発明の熱処理装置の一例
を示す説明図である。この熱処理装置10は、被処理物
である半導体ウエハWを熱処理するためのものであっ
て、雰囲気ガス導入口11Aと、半導体ウエハ出入口1
1Bとを有する石英ガラス製のチャンバー11と、当該
チャンバー11内に配置された、半導体ウエハWを支持
するための支持用台12、12とを備えてなり、チャン
バー11の天井面(図1において上面)には、石英の平
板よりなる第1石英窓13が設けられ、また、当該チャ
ンバー11の底面(図1において下面)には、石英の平
板よりなる第2石英窓14が設けられている。
の下方(図1において下方)には、予備加熱手段30が
設けられており、また、当該チャンバー11の第1石英
窓13の上方(図1において上方)には、後述する閃光
放射装置20が加熱源として設けられている。この例に
おいては、予備加熱手段30は、第2石英窓14に沿っ
て等間隔で平行に配列された複数(この例においては9
本)のハロゲンランプ32と、これらのハロゲンランプ
に共通のリフレクタ33とを備え、各ハロゲンランプ3
2の動作を制御するためのハロゲンランプ点灯用回路3
5を有してなる。
ば、予め、予備加熱手段30に係るハロゲンランプ32
のすべてを一斉に点灯状態とすることにより、半導体ウ
エハWを、例えば導入された不純物の熱拡散が生じない
所定の温度にまで予備加熱した後、直ちに、当該複数の
ハロゲンランプ32のすべてを消灯させると共に、閃光
放射装置20を動作させることによって閃光を放射し、
これにより、熱処理が行われる。
って等間隔で平行に配列された複数の棒状の閃光放電ラ
ンプ22と、これらの閃光放電ランプ22に共通のリフ
レクタ23とを備え、各閃光放電ランプ22の動作を制
御するための閃光放電ランプ点灯用回路25を有してな
る。
セノンガスが封入されてなるものであって、両端が封止
され、内部に放電空間を区画する直管型の石英ガラス製
の放電容器と、当該放電空間内において対向配置された
陽極および陰極とを備えるものであって、放電容器の外
面に沿って管軸方向に伸びるよう配設されたトリガ電極
28が設けられている。
体例を示す説明図である。閃光放電ランプ22は、図2
に示すように、各々、発光エネルギーを供給するための
関連する主コンデンサ47に並列に接続されると共に、
各閃光放電ランプ22のトリガ電極28はトリガ回路4
1に接続されている。この例において、48は波形整用
コイルであり、49は各主コンデンサ47に電力を供給
するための共通の直流電源である。
光放電ランプ22のトリガ電極28に接続された二次側
コイル44Aと、トリガ用コンデンサ45を介して充電
回路41Aおよび放電回路41Bに接続された一次側コ
イル44Bとにより構成されるトランス44を備えてお
り、また、照射指令信号に基づいて動作され、駆動信号
発生器として機能するスイッチ42を有している。放電
回路41Bは、サイリスタ43よりなるトリガスイッチ
を備えてなるものであり、当該トリガスイッチとして
は、例えばサイリスタ、トランジスタなどの半導体スイ
ッチを用いることが好ましい。
電ランプ22についての後述する有効放射時間τのばら
つきを特定の範囲内において揃えるため、例えば下記の
(1)〜(3)の条件を満足するものとされる。 (1)閃光放電ランプ22として、同一の製造工程で作
製された、同一の仕様を有するものを用いる。 (2)主コンデンサ47として、同一の静電気容量を有
するものを用いる。 (3)閃光放電ランプ22と、これに関連する主コンデ
ンサ47とを接続する電流路として、例えば同一の電線
材料を、均等な長さで用いた、インピーダンスが実質的
に等しいものを用いる。
ては、照射指令信号を受信すると、スイッチ42が閉成
して導通する結果、駆動信号が発信され、予めトリガ用
コンデンサ45に蓄積されていた電荷がサイリスタ43
を介して放電されることによってトランス44の二次側
コイル44Aにトリガ用高電圧が発生し、このトリガ用
高電圧がトリガ電極28に印加されて閃光放電ランプ2
2の各々が駆動される。このようにして、駆動信号発生
器から発信される駆動信号に基づいて複数の閃光放電ラ
ンプ22が同時に駆動されて一斉に点灯状態となる。
2およびこれに関連する電流路の特性が完全には一致し
ていないことなどに起因して、各閃光放電ランプ22が
実際に点灯する点灯開始のタイミングにずれが生ずる。
図4は、この状態を示す曲線図であり、この図では3本
の閃光放電ランプの点灯開始のタイミングがずれている
ことを示している。すなわち、曲線イは、最初に点灯を
開始したもの、曲線ハは最後に点灯を開始したものを示
している。
おいては、駆動信号が発信された時点t0 から、各閃光
放電ランプ22の消費電力の時間積分値が全消費電力の
80%に達する時点までの時間を有効放射時間τとする
とき、すべての閃光放電ランプ22における有効放射時
間τのばらつきは0.4ms以下となる状態とされてい
る。なお、実質上、有効放射時間τ内に閃光放射装置か
ら放射される閃光によって被処理物の加熱状態が決定さ
れることが確認されている。
ける有効放射時間τのばらつきが0.4ms以下となる
状態と規定しているが、ここでいう「すべての閃光放電
ランプ」とは少なくとも被処理物(この例では半導体ウ
エハW)を加熱するために直接に寄与する閃光放電ラン
プすべてことであり、具体的には、被処理物の上方に対
向して位置する閃光放電ランプのことである。なお、被
処理物の上方に対向して位置していない閃光放電ランプ
は、被処理物を加熱するために直接寄与する程度が低
く、例えばチャンバー内の被処理物を支持する支持台な
どを主として加熱することに寄与するものであるが、勿
論、このような被処理物の上方に対向して位置していな
い閃光放電ランプを含め閃光放射装置に係るすべての閃
光放電ランプの有効放射時間τのばらつきが0.4ms
以下となる状態になっていてもよいということは言うま
でもない。実際には、装置の設計上、閃光放射装置に係
るすべての閃光放電ランプにおける有効放射時間τのば
らつきを0.4ms以下にすることのほうが容易であ
る。
は、具体的に、すべての閃光放電ランプ22に係る有効
放射時間τのうち、最小値を「τmin 」と表し、また、
最大値を「τmax 」と表すときに、(τmax −τmin )
で表される有効放射時間τの幅をいう。すなわち、有効
放射時間τは、すべての閃光放電ランプ22において、
消費電力の時間積分値が最初に全消費電力の80%に達
する時点t1 と、最後に全消費電力の80%に達する時
点t2 とのずれの大きさを示す。なお、閃光放電ランプ
22の消費電力は、その放射エネルギーと電気的な相関
関係を有し、ランプ電圧と電流との積で表される値であ
り、曲線イおよび曲線ハに係る斜線部の各々は、有効放
射時間τにおける各閃光放電ランプの消費電力の時間積
分値を表している。
合には、各閃光放電ランプ22からの閃光が重畳される
程度が低く、後述する実験からも明らかなように、結
局、被処理物である半導体ウエハWの表面を目的とする
温度に昇温させることができない。
2ms以下であることが好ましい。この場合には、熱処
理装置10によって半導体ウエハWの表面を一層高い均
一性で高温に加熱することができることから、例えば半
導体ウエハWに一層浅い不純物拡散層を確実に形成する
ことができる。
導体ウエハWの大きさに応じた複数の閃光放電ランプ2
2を備えた閃光放射装置20を加熱源としており、当該
閃光放射装置20の複数の閃光放電ランプ22が同時に
駆動され、これらすべての閃光放電ランプ22における
有効放射時間τのばらつきが特定の範囲内において揃っ
ているため、各閃光放射ランプからの閃光が確実に重畳
され、その結果、半導体ウエハWが大きな被処理面を有
するものであっても、その半導体ウエハWの表面を高い
均一性で高温に加熱することができる。
22本の閃光放電ランプ22を備えた閃光放射装置20
を加熱源とする熱処理装置10を用いることにより、半
導体ウエハWが、例えば口径200mm以上の大きな被
処理面を有するものであっても、当該半導体ウエハWの
1μm以内の表層部分のみを、例えば数m(ミリ)秒間
程度の短時間のうちに、例えば1100℃〜1200℃
の温度に均一に加熱することができ、しかも、例えば1
0m(ミリ)秒間程度の短時間のうちに、例えば半導体
ウエハWに導入される不純物が熱拡散を生じない600
℃以下に冷却することもでき、従って、浅い不純物拡散
層を形成するために必要とされる急速的な熱処理を確実
に行うことができる。
20は、有効放射時間τのばらつきを特定の範囲内にお
いて揃えるため、下記の(1)〜(2)に示すような構
成に設計されている。
を、共通のトリガ回路41により同時に駆動する構成。
この構成により、すべての閃光放電ランプ22に点灯電
流が流れ始めるタイミングのずれを小さくすることがで
きる。 (2)閃光放電ランプ22と、これに関連する主コンデ
ンサ47とを接続する電流路におけるすべてのインピー
ダンスを、実質的に等しくする構成。この構成により、
すべての閃光放電ランプ22における電圧上昇のタイミ
ングおよび態様を揃ったものとすることができる。
に説明したが、本発明は上記の例に限定されるものでは
なく、種々の変更を加えることができる。例えば、図5
に示すように、閃光放射装置20は、複数(図の例では
4本)の閃光放電ランプ22が共通のトリガ回路41に
接続されてなる閃光放射ユニットを複数備え、各閃光放
射ユニットのトリガ回路41が共通の駆動信号発生器を
形成するスイッチ42により駆動される構成によるもの
であってもよい。この場合においては、スイッチ42が
共通のものであることから、各トリガ回路41に対して
同時に駆動信号を発信することができると共に、トリガ
回路41の各々のトリガスイッチが、例えばサイリスタ
43などの半導体スイッチにより構成されているため、
例えば放電ギャップによるトリガスイッチを用いる場合
に比して、トリガ用高電圧が印加されるタイミングのず
れを小さくすることができるため、有効放射時間τのば
らつきを特定の範囲内において揃えることができる。そ
して、1つのトリガ回路41が担当する閃光放電ランプ
22の数が少なくなるため、その容量は小さいものにで
きるという利点がある。
な外部トリガ方式に限定されず、図6に示すように、閃
光放電ランプ22の一方の電極にトリガ用高電圧が重畳
印加されるよう構成された内部トリガ方式であってもよ
い。この内部トリガ方式によれば、トリガ回路41にお
いて専用の波形整形用コイルを設けずに、トランス44
を構成するコイルの一方を波形整形用コイルとして兼用
することができる。また、閃光放電ランプ22にはトリ
ガ電極を設ける必要がなくなる。
を、半導体ウエハを被処理物として熱処理する熱処理装
置に適用した場合について説明したが、当該閃光放射装
置は、これに限定されるものではない。
行った実験について説明する。 <実験例1>図1に示す構成の形式に従い、図2に示す
ような形式により、外部トリガ方式(図3参照)によっ
て共通のトリガ回路に接続された21本の閃光放電ラン
プ備えた閃光放射装置を加熱源とする実験用熱処理装置
を作成した。この実験用熱処理装置においては、閃光放
射装置に、12.7mmの間隔で配列した、全長360
mm、外径13mm、内径10.5mmの放電容器を備
え、電極間距離が280mm、定格電圧が2900Vで
あり、放電容器の外面に配設された、外径1.0mmの
ニッケル線よりなるトリガ電極を有する、同一の製造工
程にて作製された21本の閃光放電ランプを用いた。
備加熱手段により300℃に予備加熱した状態の口径が
200mmの半導体ウエハに対して、21本の閃光放電
ランプのすべての有効放射時間τが一致するよう閃光放
射装置を動作して熱処理を行い、有効放射時間τとされ
る駆動信号が発信されてから0.61ms経過時点にお
ける半導体ウエハの中心部の表面温度を求めた。結果を
表1に示す。
21本の閃光放電ランプのうちの中心に位置する1本の
閃光放電ランプに係る有効放射時間τのみをずらすこと
によって、表1に示す有効放射時間τのばらつきを生じ
させるよう閃光放射装置を動作したこと以外は上記と同
様の方法によって半導体ウエハの熱処理を行った場合の
表面温度を求めた。結果を表1に示す。また、有効放射
時間τのばらつきのない場合における表面温度の測定値
を基準値としたときの温度差を併せて示す。
きが大きくなるに従って半導体ウエハの中心部における
表面温度は低くなり、有効放射時間τのばらつきが0.
5msである場合には、有効放射時間τのばらつきのな
い場合との表面温度の差が10℃以上となることが確認
された。また、図7に示すように、有効放射時間τのば
らつきのない場合の半導体ウエハの中心部における温度
変化の曲線aおよび有効放射時間τのばらつきが0.1
msである場合の曲線bに比して、有効放射時間τのば
らつきが0.5msである場合の曲線cは、昇温部分の
変化の割合が緩慢なものであり、しかも降温部分の変化
の割合も緩慢なものであることが確認された。
閃光放電ランプを同時に駆動し、これらすべての閃光放
電ランプにおける有効放射時間τのばらつきが特定の範
囲内において揃っているため、各閃光放電ランプからの
閃光が確実に重畳され、その結果、被処理物が大きな被
処理面を有するものであっても、当該被処理物の表面を
高い均一性で高温に加熱することができる。本発明の熱
処理装置によれば、加熱源として上記の閃光放射装置を
用いているため、被処理物が大きな被処理面を有するも
のであっても、当該被処理物の表面を高い均一性で高温
に加熱することができる。
る。
動作を制御する閃光放電ランプの点灯用回路の具体例を
示す説明図である。
を示す説明図である。
制御する閃光放電ランプ点灯用回路の他の例を示す説明
図である。
エハの中心部における表面温度の変化を示す説明図であ
る。
構造の一例を強調して示す説明用断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 駆動信号発生器から発信される駆動信号
により複数の閃光放電ランプを同時に駆動することによ
って一斉に放射される閃光を被処理物に照射する閃光放
射装置において、 前記駆動信号発生器から駆動信号が発信された時点から
複数の各閃光放電ランプの各々についてその消費電力の
時間積分値が当該閃光放電ランプの全消費電力の80%
に達するまでの時間を有効放射時間τとするとき、すべ
ての閃光放電ランプにおける有効放射時間τのばらつき
が0.4ms以下とされていることを特徴とする閃光放
射装置。 - 【請求項2】 複数の閃光放電ランプのすべてが共通の
トリガ回路に接続されていることを特徴とする請求項1
に記載の閃光放射装置。 - 【請求項3】 複数の閃光放電ランプが共通のトリガ回
路に接続されてなる閃光放射ユニットを複数備え、各閃
光放射ユニットのトリガ回路が共通の駆動信号発生器に
接続されていることを特徴とする請求項1または請求項
2に記載の閃光放射装置。 - 【請求項4】 トリガ回路のトリガスイッチが半導体ス
イッチにより構成されていることを特徴とする請求項2
または請求項3に記載の閃光放射装置。 - 【請求項5】 複数の閃光放電ランプが、各々、発光エ
ネルギーを供給するための主コンデンサに接続されてお
り、各閃光放電ランプと、これに関連する主コンデンサ
とを接続する電流路が実質的に等しいインピーダンスを
有するものとされていることを特徴とする請求項1〜請
求項4のいずれかに記載の閃光放射装置。 - 【請求項6】 被処理物が配置されるチャンバーと、当
該チャンバー内の被処理物に閃光を照射する請求項1〜
請求項5のいずれかに記載の閃光放射装置とを備えてな
ることを特徴とする熱処理装置。
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---|---|---|---|
JP2001188152A JP4096527B2 (ja) | 2001-06-21 | 2001-06-21 | 閃光放射装置および熱処理装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012248806A (ja) * | 2011-05-31 | 2012-12-13 | Nichicon Corp | トリガートランスおよび該トリガートランスを備えたフラッシュランプ発光装置 |
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JP2002252174A (ja) * | 2000-12-08 | 2002-09-06 | Sony Corp | 半導体薄膜の形成方法、半導体装置及び電気光学装置の製造方法、これらの方法の実施に使用する装置、並びに半導体装置及び電気光学装置 |
-
2001
- 2001-06-21 JP JP2001188152A patent/JP4096527B2/ja not_active Expired - Fee Related
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