JP2011204742A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フラッシュランプの発光に関連する制御変数を簡易に最適化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。
【解決手段】フラッシュランプＦＬを含む回路には、コンデンサ９３、コイル９４およびＩＧＢＴ９６が接続されている。フラッシュランプＦＬを流れる電流はＩＧＢＴ９６によってオンオフされ、その電流値は電流モニター２５によって測定される。入力部３３からの入力に従って、目標値設定部３２がフラッシュランプＦＬに流れる電流値の目標値を予め設定する。電流モニター２５によって測定された電流値の測定値に基づいて、その電流値が予め設定された目標値となるようにＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態またはオフ状態に切り替えている。
【選択図】図６

Description

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。

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。

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。

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に比較すれば非常に短時間での昇降温である。

特開２００９−０７０９４８号公報 特開２００９−０９９７５８号公報

特許文献１，２に開示される技術においては、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに印加するパルス信号を設定し、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している。パルス信号を設定する段階では、実際にフラッシュランプに流れる電流値、フラッシュランプの発光強度、半導体ウェハーの表面温度は予測するしかなく、処理結果を何らかの方法（例えば、シート抵抗値測定）で評価することによって初めて表面温度等を事後的に検知することとなる。このため、最適な発光強度や表面温度を得るためには、トライアンドエラー方式によってパルス信号の設定を繰り返して行う必要があった。その結果、パルス信号の設定作業が繁雑かつ長時間を要するものになるという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュランプの発光に関連する制御変数を簡易に最適化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。

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フラッシュランプと、前記フラッシュランプ、コンデンサおよびコイルと直列に接続された絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、前記フラッシュランプの発光に関連する制御変数を測定する測定手段と、前記測定手段によって得られた測定値に基づいて、前記制御変数が予め設定された目標値となるように前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに信号を印加して前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態またはオフ状態に切り替えるＩＧＢＴ制御手段と、を備えることを特徴とする。

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、前記制御変数の目標値の時間プロファイルを設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする。

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ＩＧＢＴ制御手段は、前記制御変数の測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときには前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフ状態とし、目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときには絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態とすることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記制御変数は前記フラッシュランプに流れる電流値であり、前記測定手段は前記フラッシュランプを含む回路に流れる電流値を測定する電流モニターであることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記制御変数は前記フラッシュランプの発光強度であり、前記測定手段は前記フラッシュランプの発光強度を測定する光センサーであることを特徴とする。

また、請求項６の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの発明に係る熱処理装置において、前記制御変数は前記保持手段に保持された基板の表面温度であり、前記測定手段は当該基板の表面温度を測定する温度センサーであることを特徴とする。

また、請求項７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、コンデンサ、コイルおよび絶縁ゲートバイポーラトランジスタと直列に接続されたフラッシュランプに前記コンデンサに蓄積された電荷を流して前記フラッシュランプから基板にフラッシュ光を照射する発光工程と、前記フラッシュランプの発光に関連する制御変数を測定する測定工程と、前記測定工程にて得られた測定値に基づいて、前記制御変数が予め設定された目標値となるように前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに信号を印加して前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態またはオフ状態に切り替えるＩＧＢＴ制御工程と、を備えることを特徴とする。

また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る熱処理方法において、前記制御変数の目標値の時間プロファイルを設定する設定工程をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項９の発明は、請求項７または請求項８の発明に係る熱処理方法において、前記ＩＧＢＴ制御工程では、前記制御変数の測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときには前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフ状態とし、目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときには絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態とすることを特徴とする。

また、請求項１０の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記制御変数は前記フラッシュランプに流れる電流値であることを特徴とする。

また、請求項１１の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記制御変数は前記フラッシュランプの発光強度であることを特徴とする。

また、請求項１２の発明は、請求項７から請求項９のいずれかの発明に係る熱処理方法において、前記制御変数は基板の表面温度であることを特徴とする。

請求項１から請求項６の発明によれば、測定手段によって得られた測定値に基づいて、フラッシュランプの発光に関連する制御変数が予め設定された目標値となるように絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに信号を印加して絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態またはオフ状態に切り替えるため、測定値が目標値に一致するように絶縁ゲートバイポーラトランジスタがオンオフ制御されることとなり、フラッシュランプの発光に関連する制御変数を簡易に最適化することができる。

特に、請求項２の発明によれば、制御変数の目標値の時間プロファイルを設定する設定手段を備えるため、目標値の時間プロファイルに従ってフラッシュランプの発光に関連する制御変数を簡易に最適化することができる。

また、請求項７から請求項１２の発明によれば、測定工程にて得られた測定値に基づいて、フラッシュランプの発光に関連する制御変数が予め設定された目標値となるように絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに信号を印加して絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態またはオフ状態に切り替えるため、測定値が目標値に一致するように絶縁ゲートバイポーラトランジスタがオンオフ制御されることとなり、フラッシュランプの発光に関連する制御変数を簡易に最適化することができる。

特に、請求項８の発明によれば、制御変数の目標値の時間プロファイルを設定する設定工程を備えるため、目標値の時間プロファイルに従ってフラッシュランプの発光に関連する制御変数を簡易に最適化することができる。

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１の熱処理装置のガス路を示す断面図である。 保持部の構成を示す断面図である。 ホットプレートを示す平面図である。 図１の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 フラッシュランプの駆動回路を示す図である。 予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。 ＩＧＢＴのオンオフ制御の手順を示すフローチャートである。 制御変数の目標値の時間プロファイルの一例を示す図である。 図９の目標値に従ってＩＧＢＴがオンオフ制御されたときの制御変数の測定値を示す図である。 第２実施形態の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 第２実施形態のフラッシュランプの駆動回路を示す図である。 第３実施形態の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 第３実施形態のフラッシュランプの駆動回路を示す図である。

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。

＜第１実施形態＞
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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２１が接続されている。ＩＧＢＴ制御部２１は、ＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６を駆動する回路である。具体的には、ＩＧＢＴ制御部２１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を含む回路はＩＧＢＴ９６によってオンオフされる。

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。

また、第１実施形態においては、フラッシュランプＦＬを含む回路に電流モニター２５が設けられている。電流モニター２５としては、フラッシュランプＦＬを含む回路に電流が流れたときに発生する磁界を測ることによってフラッシュランプＦＬに流れる電流値を測定するクランプメータ（架線電流計）を用いることができる。電流モニター２５によって測定された電流値はＩＧＢＴ制御部２１に伝達される。

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。

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、目標値設定部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目標値設定部３２が制御変数（第１実施形態ではフラッシュランプＦＬに流れる電流値）の目標値の波形（時間プロファイル）を設定し、その波形がＩＧＢＴ制御部２１に入力される。

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。

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。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。

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。

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。

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。

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。

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。

図７は、予備加熱が開始されてからの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。処理位置にて時間ｔｐ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、半導体ウェハーＷの予備加熱を行う時間ｔｐは、約３秒〜２００秒とされる（本実施の形態では６０秒）。なお、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。

時間ｔｐの予備加熱時間が経過した後、時刻ＡにてフラッシュランプＦＬによる半導体ウェハーＷの光照射加熱が開始される。フラッシュランプＦＬからの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、ＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のオンオフを制御してフラッシュランプＦＬを発光させる。

図８は、ＩＧＢＴ９６のオンオフ制御の手順を示すフローチャートである。フラッシュランプＦＬによる光照射加熱に先立って予め制御変数の目標値の設定を行っておく（ステップＳ１１）。第１実施形態においてはフラッシュランプＦＬの発光に関連する制御変数はフラッシュランプＦＬに流れる電流値であり、入力部３３から電流値の目標値を入力する。具体的には、例えば、ＩＧＢＴ制御部２１による制御開始からの時刻ｔ_nとその時刻ｔ_nにおける電流値Ａ_nの目標値との組み合わせ（ｔ₁，Ａ₁）、（ｔ₂，Ａ₂）、（ｔ₃，Ａ₃）・・・（ｔ_n，Ａ_n）・・・を順次入力部３３から入力するようにすれば良い。

このような電流値の目標値をオペレータが入力部３３から制御部３に入力すると、それに基づいて制御部３の目標値設定部３２が図９に示すような電流値の目標値の時間プロファイルを設定する。目標値設定部３２が設定した図９に示す如き電流値の目標値の時間プロファイルは、ＩＧＢＴ制御部２１に送信され、図示を省略するＩＧＢＴ制御部２１の記憶部内に格納される。

このようにして電流値の目標値が予め設定され、ステップＳ１２以降のＩＧＢＴ９６のオンオフ制御が開始される。ＩＧＢＴ９６のオンオフ制御が開始されると、まず、ＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに所定値以上の電圧を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態とする（ステップＳ１２）。また、ＩＧＢＴ制御部２１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。

初期状態としてＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオン状態とした後、ステップＳ１３〜ステップＳ１８の処理が繰り返されてＩＧＢＴ９６がオンオフ制御される。図１０は、図９の目標値に従ってＩＧＢＴ９６がオンオフ制御されたときの制御変数の測定値を示す図である。図１０において、目標値設定部３２が設定した電流値の目標値の時間プロファイル（図９）は点線にて示し、電流値の測定値は実線にて示している。また、図１０中、一点鎖線にて示しているのは、上限許容値および下限許容値である。なお、上限許容値および下限許容値についても、予め入力部３３から入力しておく（例えば、上限許容範囲は目標値の＋１０％、下限許容範囲は目標値の＋１０％等）。

まず、制御変数の測定を実行する（ステップＳ１３）。第１実施形態では、電流モニター２５がフラッシュランプＦＬを含む回路に流れる電流値を測定する。そして、電流モニター２５によって測定された電流値はＩＧＢＴ制御部２１に伝達される。

続いて、ステップＳ１４に進み、得られた測定値がその時点（測定時）での目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいか否かがＩＧＢＴ制御部２１によって判定される。そして、測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときには、ステップＳ１５に進んでＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオフ状態とする。ＩＧＢＴ９６がオフ状態となると、フラッシュランプＦＬを含む回路が開き、フラッシュランプＦＬを流れる電流値は時間とともに減少する。一方、測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きくない場合には、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、得られた測定値がその時点（測定時）での目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいか否かがＩＧＢＴ制御部２１によって判定される。そして、測定値が目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときには、ステップＳ１７に進んでＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオン状態とする。ＩＧＢＴ９６がオン状態となると、フラッシュランプＦＬを含む回路が閉じ、フラッシュランプＦＬを流れる電流値は時間とともに増加する。一方、測定値が目標値よりも下限許容範囲を超えて小さくない場合には、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、ＩＧＢＴ９６のオンオフ制御が終了したか否かが判断され、終了していない場合にはステップＳ１３に戻る。具体的には、目標値設定部３２が設定した電流値の目標値の時間プロファイルから求められる予め規定されたＩＧＢＴ９６のオンオフ制御時間が経過したか否かをＩＧＢＴ制御部２１が判断するようにすれば良い。予め規定されたＩＧＢＴ９６のオンオフ制御時間が経過するまでステップＳ１３〜ステップＳ１８の処理が繰り返されることとなる。

電流モニター２５はフラッシュランプＦＬを含む回路に流れる電流値をマイクロ秒オーダー（１０マイクロ秒以下）で測定することができる。このため、ステップＳ１３〜ステップＳ１８の一巡の処理を実行するのに要する時間は５０マイクロ秒〜１００マイクロ秒とすることができる。単純に（ＩＧＢＴ９６を常にオン状態にしたのと同じ）フラッシュランプＦＬを発光させた場合であっても、その発光時間は数ミリ秒〜数十ミリ秒と極めて短いのであるが、少なくとも１００マイクロ秒（０．１ミリ秒）間隔でＩＧＢＴ９６をオンオフ制御できれば、フラッシュランプＦＬの発光を十分に制御することができる。

このようにして、ステップＳ１３〜ステップＳ１８の処理が繰り返し実行された結果、フラッシュランプＦＬを流れる電流値の実測値（つまり、実際にフラッシュランプＦＬを流れた電流値）は図１０の実線にて示すように変化する。すなわち、ＩＧＢＴ９６が断続的にオンオフ制御された結果、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に蓄積された電荷が分割して消費され、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、図１０に示すように、フラッシュランプＦＬを流れる電流値が完全に”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出力が完全に”０”になるものではない。また、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ＩＧＢＴ９６がオン状態となることにより、その後はトリガー電極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、ステップＳ１２にて最初に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。

図８に示したＩＧＢＴ９６のオンオフ制御の手順は、いわばＩＧＢＴ９６をフィードバック制御するものであると言える。すなわち、電流モニター２５によって得られたフラッシュランプＦＬを流れる電流値の測定値に基づいて、その電流値が予め設定された目標値となるようにＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態またはオフ状態に切り替えている。より具体的には、ＩＧＢＴ制御部２１は、電流値の測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときにはＩＧＢＴ９６をオフ状態とし、目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときにはＩＧＢＴ９６をオン状態とする。これにより、フラッシュランプＦＬを流れる電流値を予め設定した目標値に容易に制御することが可能となる。

図１０の実線にて示すような電流が流れてフラッシュランプＦＬが発光し、それによって処理位置の保持部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。その結果、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（図７参照）。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。

以上のようにしてフラッシュランプＦＬによる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の光照射加熱処理が完了する。

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。

第１実施形態においては、制御変数としてフラッシュランプＦＬに流れる電流値の目標値を予め設定し、電流モニター２５によって測定された電流値の測定値に基づいて、その電流値が予め設定された目標値となるようにＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態またはオフ状態に切り替えている。すなわち、電流モニター２５によってフラッシュランプＦＬに流れる電流値を極めて短いサンプリングタイムで測定し、その測定値と目標値との比較を行って両者が一致するようにＩＧＢＴ９６を制御するフィードバック制御（閉回路制御）を行っている。

このため、フラッシュランプＦＬに流れる電流値を最適化するためにトライアンドエラー方式によってＩＧＢＴ９６のゲートに印加するパルス信号の設定を繰り返して行う必要はなくなり、目標値を設定するだけで電流値を簡易に最適化することができる。その結果、フラッシュランプの発光に関連する制御変数（第１実施形態では電流値）の最適化に要する時間を大幅に短縮することができる。また、フラッシュランプＦＬに流れる電流値が安定するため、フラッシュランプＦＬによる光照射加熱処理の再現性を向上させることができる。

＜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。図１１は、第２実施形態の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。また、図１２は、第２実施形態のフラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。第２実施形態においては、チャンバー６内の熱処理空間６５に光センサー２６を設置している。光センサー２６は、フラッシュランプＦＬが発光したときにその発光強度を測定する光検出器であり、応答速度の速いフォトダイオードを用いるのが好ましい。光センサー２６にフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光が照射されることによって生じた電流（光電流）は光量モニター２７によって検出される。光量モニター２７は、光センサー２６に生じた電流値をフラッシュランプＦＬの発光強度に変換し、その値をＩＧＢＴ制御部２１に伝達する。残余の構成については、第２実施形態の熱処理装置は第１実施形態と同様である。

第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同じである（図８参照）。但し、第２実施形態においては、フラッシュランプＦＬの発光に関連する制御変数をフラッシュランプＦＬの発光強度としている。このため、ステップＳ１１では、オペレータがフラッシュランプＦＬの発光強度の目標値を入力する。そして、その入力に基づいて制御部３の目標値設定部３２が発光強度の目標値の時間プロファイルを設定し、ＩＧＢＴ制御部２１に送信する。

フラッシュランプＦＬの発光強度の目標値が予め設定され、ステップＳ１２以降のＩＧＢＴ９６のオンオフ制御が実行される。第２実施形態では、光センサー２６および光量モニター２７によってフラッシュランプＦＬの発光強度を測定する（ステップＳ１３）。測定された発光強度は光量モニター２７からＩＧＢＴ制御部２１に伝達される。そして、得られた測定値がその時点（測定時）での目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいか否かがＩＧＢＴ制御部２１によって判定され、測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときには、ＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオフ状態とする（ステップＳ１４，Ｓ１５）。

次に、得られた測定値がその時点での目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいか否かがＩＧＢＴ制御部２１によって判定され、測定値が目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときには、ＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオン状態とする（ステップＳ１６，Ｓ１７）。なお、光センサー２６および光量モニター２７はフラッシュランプＦＬの発光強度をマイクロ秒オーダーで測定することができる。このため、第１実施形態と同様に、ＩＧＢＴ制御部２１は少なくとも１００マイクロ秒間隔でＩＧＢＴ９６をオンオフ制御することができる。

このようにして第２実施形態においても、ＩＧＢＴ９６をフィードバック制御している。すなわち、光センサー２６および光量モニター２７によって得られたフラッシュランプＦＬの発光強度の測定値に基づいて、その発光強度が予め設定された目標値となるようにＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態またはオフ状態に切り替えている。より具体的には、ＩＧＢＴ制御部２１は、発光強度の測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときにはＩＧＢＴ９６をオフ状態とし、目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときにはＩＧＢＴ９６をオン状態とする。これにより、フラッシュランプＦＬの発光強度を予め設定した目標値に容易に制御することが可能となる。

以上のように、第２実施形態においては、制御変数としてフラッシュランプＦＬの発光強度の目標値を予め設定し、光センサー２６および光量モニター２７によって測定された発光強度の測定値に基づいて、その発光強度が予め設定された目標値となるようにＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態またはオフ状態に切り替えている。すなわち、光センサー２６および光量モニター２７によってフラッシュランプＦＬに流れる電流値を極めて短いサンプリングタイムで測定し、その測定値と目標値との比較を行って両者が一致するようにＩＧＢＴ９６を制御するフィードバック制御を行っている。

このため、第１実施形態と同様に、目標値を設定するだけでフラッシュランプＦＬの発光強度を簡易に最適化することができる。その結果、フラッシュランプの発光に関連する制御変数（第２実施形態では発光強度）の最適化に要する時間を大幅に短縮することができる。また、フラッシュランプＦＬの発光強度が安定するため、フラッシュランプＦＬによる光照射加熱処理の再現性を向上させることができる。

＜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。図１３は、第３実施形態の熱処理装置の構成を示す縦断面図である。また、図１４は、第３実施形態のフラッシュランプＦＬの駆動回路を示す図である。第３実施形態においては、チャンバー６内の熱処理空間６５に温度センサー２８を設置している。温度センサー２８は、フラッシュ光の照射を受けた半導体ウェハーＷの表面温度を測定する放射温度計である。温度センサー２８としては、半導体ウェハーＷの表面から放射される赤外線を受光して表面温度を測定する赤外線センサーが用いられ、応答速度の速い量子型赤外線センサー（例えば、フォトダイオード）を用いるのが好ましい。半導体ウェハーＷの表面からの赤外線を受光することによって温度センサー２８に生じた電流は温度モニター２９によって検出される。温度モニター２９は、温度センサー２８に生じた電流値を半導体ウェハーＷの表面温度に変換し、その値をＩＧＢＴ制御部２１に伝達する。残余の構成については、第３実施形態の熱処理装置は第１実施形態と同様である。なお、温度モニター２９に、半導体ウェハーＷの放射率補正機能を組み込むようにしても良い。

第３実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順も第１実施形態と概ね同じである（図８参照）。但し、第３実施形態においては、フラッシュランプＦＬの発光に関連する制御変数を保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面温度としている。このため、ステップＳ１１では、オペレータが半導体ウェハーＷの表面温度の目標値を入力する。そして、その入力に基づいて制御部３の目標値設定部３２が表面温度の目標値の時間プロファイルを設定し、ＩＧＢＴ制御部２１に送信する。

半導体ウェハーＷの表面温度の目標値が予め設定され、ステップＳ１２以降のＩＧＢＴ９６のオンオフ制御が実行される。第３実施形態では、処理位置の保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面温度を温度センサー２８および温度モニター２９によって測定する（ステップＳ１３）。測定された半導体ウェハーＷの表面温度は温度モニター２９からＩＧＢＴ制御部２１に伝達される。そして、得られた測定値がその時点（測定時）での目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいか否かがＩＧＢＴ制御部２１によって判定され、測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときには、ＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオフ状態とする（ステップＳ１４，Ｓ１５）。

次に、得られた測定値がその時点での目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいか否かがＩＧＢＴ制御部２１によって判定され、測定値が目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときには、ＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオン状態とする（ステップＳ１６，Ｓ１７）。なお、温度センサー２８の応答速度自体はマイクロ秒オーダーであるものの、第１実施形態の電流モニター２５および第２実施形態の光センサー２６に比較して出力にバラツキが大きく、数回のサンプリング結果を温度モニター２９にて平滑化してからＩＧＢＴ制御部２１に伝達する必要がある。そのようにしても、温度モニター２９からＩＧＢＴ制御部２１に１００マイクロ秒間隔程度で表面温度の測定値を伝達することができる。すなわち、１００マイクロ秒程度のサイクルタイムにてステップＳ１２の制御変数の測定を実行することができる。このため、第３実施形態においても、ＩＧＢＴ制御部２１は少なくとも１００マイクロ秒間隔でＩＧＢＴ９６をオンオフ制御することができる。

このようにして第３実施形態においても、ＩＧＢＴ９６をフィードバック制御している。すなわち、温度センサー２８および温度モニター２９によって得られた半導体ウェハーＷの表面温度の測定値に基づいて、その表面温度が予め設定された目標値となるようにＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態またはオフ状態に切り替えている。より具体的には、ＩＧＢＴ制御部２１は、表面温度の測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときにはＩＧＢＴ９６をオフ状態とし、目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときにはＩＧＢＴ９６をオン状態とする。これにより、半導体ウェハーＷの表面温度を予め設定した目標値に容易に制御することが可能となる。

以上のように、第３実施形態においては、制御変数として半導体ウェハーＷの表面温度の目標値を予め設定し、温度センサー２８および温度モニター２９によって測定された表面温度の測定値に基づいて、その表面温度が予め設定された目標値となるようにＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６のゲートに信号を印加してＩＧＢＴ９６をオン状態またはオフ状態に切り替えている。すなわち、温度センサー２８および温度モニター２９によって半導体ウェハーＷの表面温度を極めて短いサンプリングタイムで測定し、その測定値と目標値との比較を行って両者が一致するようにＩＧＢＴ９６を制御するフィードバック制御を行っている。

このため、第１実施形態と同様に、目標値を設定するだけで半導体ウェハーＷの表面温度を簡易に最適化することができる。その結果、フラッシュランプの発光に関連する制御変数（第３実施形態では半導体ウェハーＷの表面温度）の最適化に要する時間を大幅に短縮することができる。また、半導体ウェハーＷの表面温度が安定するため、フラッシュランプＦＬによる光照射加熱処理の再現性を向上させることができる。

＜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、制御変数の目標値に対して上限許容範囲および下限許容範囲を規定し、測定値が上限許容範囲を超えたときにはＩＧＢＴ９６をオフ状態とし、下限許容範囲を下回ったときにはＩＧＢＴ９６をオン状態としていたが、測定値が目標値より大きければＩＧＢＴ９６をオフ状態とし、目標値より小さければＩＧＢＴ９６をオン状態とするようにしても良い。このことは、上記各実施形態において、上限許容範囲および下限許容範囲をゼロに規定したのと同義である。

また、最初にＩＧＢＴ９６をオン状態とした後、測定値が目標値に到達したらＩＧＢＴ９６をオフ状態にするだけの単純な制御としても良い。このような単純な制御であればＩＧＢＴ制御部２１の構成を簡素化できるとともに、制御に要する時間もさらに短くすることができる。

また、第３実施形態において、測定された半導体ウェハーＷの表面温度が所定の閾値温度を超えた時点で、制御の態様を変更するようにしても良い。例えば、測定値が閾値温度未満のときには上記第３実施形態と同様のＩＧＢＴ制御を行い、閾値温度を超えたときには測定値が目標値に到達したらＩＧＢＴ９６をオフ状態にするだけの制御を行うようにしても良い。

また、ＩＧＢＴ制御部２１がＩＧＢＴ９６をオン状態にするのと同期してトリガー回路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ようにしても良い。このようにすれば、ＩＧＢＴ９６をオン状態となったときにフラッシュランプＦＬに確実に通電することができる。特に、ＩＧＢＴ９６のオフ状態が長い場合やフラッシュランプＦＬに流れている電流値が低いときにＩＧＢＴ９６をオン状態とするときには、それと同期してトリガー電極９１にトリガー電圧を印加するようにした方が好ましい。

また、上記の各実施形態においては、ＩＧＢＴ制御部２１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２１の機能を制御部３によって実現するようにしても良い。

また、上記各実施形態においては、制御開始からの時刻と目標値との組み合わせを順次入力部３３から入力して目標値の時間プロファイルを設定するようにしていたが、これに代えて、例えば、オペレータが入力部３３から目標値の時間プロファイルを直接グラフィカルに入力するようにしても良い。また、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目標値の時間プロファイル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。

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。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、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。

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。

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。

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 ＩＧＢＴ制御部
２５ 電流モニター
２６ 光センサー
２７ 光量モニター
２８ 温度センサー
２９ 温度モニター
３２ 目標値設定部
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
９６ ＩＧＢＴ
９７ トリガー回路
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (12)

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フラッシュランプと、
   前記フラッシュランプ、コンデンサおよびコイルと直列に接続された絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、
   前記フラッシュランプの発光に関連する制御変数を測定する測定手段と、
   前記測定手段によって得られた測定値に基づいて、前記制御変数が予め設定された目標値となるように前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに信号を印加して前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態またはオフ状態に切り替えるＩＧＢＴ制御手段と、
   を備えることを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１記載の熱処理装置において、
   前記制御変数の目標値の時間プロファイルを設定する設定手段をさらに備えることを特徴とする熱処理装置。
3. 請求項１または請求項２記載の熱処理装置において、
   前記ＩＧＢＴ制御手段は、前記制御変数の測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときには前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフ状態とし、目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときには絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態とすることを特徴とする熱処理装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記制御変数は前記フラッシュランプに流れる電流値であり、
   前記測定手段は前記フラッシュランプを含む回路に流れる電流値を測定する電流モニターであることを特徴とする熱処理装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記制御変数は前記フラッシュランプの発光強度であり、
   前記測定手段は前記フラッシュランプの発光強度を測定する光センサーであることを特徴とする熱処理装置。
6. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の熱処理装置において、
   前記制御変数は前記保持手段に保持された基板の表面温度であり、
   前記測定手段は当該基板の表面温度を測定する温度センサーであることを特徴とする熱処理装置。
7. 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、
   コンデンサ、コイルおよび絶縁ゲートバイポーラトランジスタと直列に接続されたフラッシュランプに前記コンデンサに蓄積された電荷を流して前記フラッシュランプから基板にフラッシュ光を照射する発光工程と、
   前記フラッシュランプの発光に関連する制御変数を測定する測定工程と、
   前記測定工程にて得られた測定値に基づいて、前記制御変数が予め設定された目標値となるように前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲートに信号を印加して前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態またはオフ状態に切り替えるＩＧＢＴ制御工程と、
   を備えることを特徴とする熱処理方法。
8. 請求項７記載の熱処理方法において、
   前記制御変数の目標値の時間プロファイルを設定する設定工程をさらに備えることを特徴とする熱処理方法。
9. 請求項７または請求項８記載の熱処理方法において、
   前記ＩＧＢＴ制御工程では、前記制御変数の測定値が目標値よりも上限許容範囲を超えて大きいときには前記絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオフ状態とし、目標値よりも下限許容範囲を超えて小さいときには絶縁ゲートバイポーラトランジスタをオン状態とすることを特徴とする熱処理方法。
10. 請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
    前記制御変数は前記フラッシュランプに流れる電流値であることを特徴とする熱処理方法。
11. 請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
    前記制御変数は前記フラッシュランプの発光強度であることを特徴とする熱処理方法。
12. 請求項７から請求項９のいずれかに記載の熱処理方法において、
    前記制御変数は基板の表面温度であることを特徴とする熱処理方法。

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