JP6184697B2 - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

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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。
半導体デバイスの製造プロセスにおいて、不純物導入は半導体ウェハー内にｐｎ接合を形成するための必須の工程である。現在、不純物導入は、イオン打ち込み法とその後のアニール法によってなされるのが一般的である。イオン打ち込み法は、ボロン（Ｂ）、ヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）といった不純物の元素をイオン化させて高加速電圧でシリコンの半導体ウェハーに衝突させて物理的に不純物注入を行う技術である。注入された不純物はアニール処理によって活性化される。この際に、アニール時間が数秒程度以上であると、打ち込まれた不純物が熱によって深く拡散し、その結果接合深さが要求よりも深くなり過ぎて良好なデバイス形成に支障が生じるおそれがある。
そこで、極めて短時間で半導体ウェハーを加熱するアニール技術として、近年フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）が注目されている。フラッシュランプアニールは、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を照射することにより、不純物が注入された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）に昇温させる熱処理技術である。
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、キセノンフラッシュランプによる極短時間の昇温であれば、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。
このようなキセノンフラッシュランプを使用した熱処理装置として、特許文献１，２には、フラッシュランプの発光回路に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を接続し、フラッシュランプの発光を制御するものが開示されている。特許文献１，２に開示の装置においては、ＩＧＢＴのゲートに所定のパルス信号を出力することによってフラッシュランプに流れる電流の波形を規定してランプ発光を制御し、半導体ウェハーの表面温度プロファイルを調整することができる。
特開２００９−０７０９４８号公報 特開２００９−０９９７５８号公報
特許文献１，２に開示される装置においては、３０本のフラッシュランプに対して１対１で３０個のＩＧＢＴを設け、それら３０個のＩＧＢＴに共通のパルス信号を出力している。従って、３０本のフラッシュランプには同一の波形にて電流が流れ、３０本のフラッシュランプは同様の発光を行うこととなる。
しかし、複数本のフラッシュランプが同様の発光を行ったとしても、実際のフラッシュランプアニール装置においては、装置構成上の問題によって照度が不均一となり、その結果フラッシュ光照射時の半導体ウェハーの面内温度分布も不均一になるという問題が生じていた。一般的には、半導体ウェハーＷの中央部近傍よりも周縁部の温度が低くなる傾向が認められる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、フラッシュ加熱時における基板の面内温度分布を均一に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、基板を収容するチャンバーと、前記チャンバー内に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、対応するフラッシュランプに流れる電流の波形を規定する複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の動作を個別に制御して前記複数のフラッシュランプの発光パターンを個別に規定する発光制御手段と、を備え、前記複数のフラッシュランプは複数のフラッシュランプ群に分割され、前記発光制御手段は、前記複数のフラッシュランプ群毎に発光パターンを規定するとともに、前記複数のフラッシュランプ群のうち前記複数のフラッシュランプの配列における端部のフラッシュランプ群に対応するスイッチング素子に出力するパルス信号のオン時間を相対的に長くして前記端部のフラッシュランプ群の発光強度を中央部のフラッシュランプ群の発光強度よりも強くす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、前記保持手段に保持された基板の表面の異なる領域の温度を測定する複数の温度センサーをさらに備え、前記発光制御手段は、前記複数の温度センサーの測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする。
また、請求項３の発明は、請求項２の発明に係る熱処理装置において、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、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサに１対１で対応して設けられ、前記複数のコンデンサに対して個別の電圧にて充電する複数のチャージ部と、をさらに備え、前記発光制御手段は、前記複数の温度センサーの測定結果に基づいて前記複数のチャージ部の充電電圧を個別に制御することを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１の発明に係る熱処理装置において、前記複数のフラッシュランプの配列の異なる領域の照度を測定する複数の照度センサーをさらに備え、前記発光制御手段は、前記複数の照度センサーの測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る熱処理装置において、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、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサに１対１で対応して設けられ、前記複数のコンデンサに対して個別の電圧にて充電する複数のチャージ部と、をさらに備え、前記発光制御手段は、前記複数の照度センサーの測定結果に基づいて前記複数のチャージ部の充電電圧を個別に制御することを特徴とする。
また、請求項６の発明は、基板に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、フラッシュ光を照射する複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられ、対応するフラッシュランプに流れる電流の波形を規定する複数のスイッチング素子の動作を個別に制御して前記複数のフラッシュランプの発光パターンを個別に規定し、前記複数のフラッシュランプは複数のフラッシュランプ群に分割され、前記複数のフラッシュランプ群毎に発光パターンを規定するとともに、前記複数のフラッシュランプ群のうち前記複数のフラッシュランプの配列における端部のフラッシュランプ群に対応するスイッチング素子に出力するパルス信号のオン時間を相対的に長くして前記端部のフラッシュランプ群の発光強度を中央部のフラッシュランプ群の発光強度よりも強くすることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項６の発明に係る熱処理方法において、フラッシュ光が照射された基板の表面の異なる領域の温度測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御す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、前記複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられ、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサに対する充電電圧を前記温度測定結果に基づいて個別に制御することを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項６の発明に係る熱処理方法において、前記複数のフラッシュランプの配列の異なる領域の照度測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする。
また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る熱処理方法において、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、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサに対する充電電圧を前記照度測定結果に基づいて個別に制御することを特徴とする。
請求項１から請求項５の発明によれば、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スイッチング素子の動作を個別に制御して複数のフラッシュランプの発光パターンを個別に規定するため、照度不足の領域に対応するフラッシュランプの照度を相対的に高めてフラッシュ加熱時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
特に、請求項２の発明によれば、基板の表面の異なる領域の温度を測定する複数の温度センサーの測定結果に基づいて複数のスイッチング素子の動作を制御するため、温度低下が生じる基板の領域に対するフラッシュ光の照度を相対的に高めてフラッシュ加熱時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
特に、請求項４の発明によれば、複数のフラッシュランプの配列の異なる領域の照度を測定する複数の照度センサーの測定結果に基づいて複数のスイッチング素子の動作を制御するため、照度の低い配列領域からのフラッシュ光の照度を相対的に高めてフラッシュ加熱時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
また、請求項６から請求項１０の発明によれば、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スイッチング素子の動作を個別に制御して複数のフラッシュランプの発光パターンを個別に規定するため、照度不足の領域に対応するフラッシュランプの照度を相対的に高めてフラッシュ加熱時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
特に、請求項７の発明によれば、フラッシュ光が照射された基板の表面の異なる領域の温度測定結果に基づいて複数のスイッチング素子の動作を制御するため、温度低下が生じる基板の領域に対するフラッシュ光の照度を相対的に高めてフラッシュ加熱時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
特に、請求項９の発明によれば、複数のフラッシュランプの配列の異なる領域の照度測定結果に基づいて複数のスイッチング素子の動作を制御するため、照度の低い配列領域からのフラッシュ光の照度を相対的に高めてフラッシュ加熱時における基板の面内温度分布を均一にすることができる。
本発明に係る熱処理装置の構成を示す縦断面図である。 保持部の全体外観を示す斜視図である。 保持部を上面から見た平面図である。 保持部を側方から見た側面図である。 移載機構の平面図である。 移載機構の側面図である。 複数のハロゲンランプの配置を示す平面図である。 フラッシュランプの発光回路を示す図である。 半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。 複数のフラッシュランプに流れる電流波形の一例を示す図である。 複数のフラッシュランプに図１０の波形の電流が流れたときの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。 複数のフラッシュランプに流れる電流波形の他の例を示す図である。 複数のフラッシュランプに図１２の波形の電流が流れたときの半導体ウェハーの表面温度の変化を示す図である。 複数のフラッシュランプを複数のフラッシュランプ群に分割した例を示す図である。
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。なお、図１および以降の各図においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。
＜第１実施形態＞
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。本実施形態の熱処理装置１は、基板として円板形状の半導体ウェハーＷに対してフラッシュ光照射を行うことによっ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。処理対象となる半導体ウェハーＷのサイズは特に限定されるものではないが、例えばφ３００ｍｍやφ４５０ｍｍである。熱処理装置１に搬入される前の半導体ウェハーＷには不純物が注入されており、熱処理装置１による加熱処理によって注入された不純物の活性化処理が実行される。
熱処理装置１は、半導体ウェハーＷを収容するチャンバー６と、複数のフラッシュランプＦＬを内蔵するフラッシュ加熱部５と、複数のハロゲンランプＨＬを内蔵するハロゲン加熱部４と、を備える。チャンバー６の上側にフラッシュ加熱部５が設けられるとともに、下側にハロゲン加熱部４が設けられている。また、熱処理装置１は、チャンバー６の内部に、半導体ウェハーＷを水平姿勢に保持する保持部７と、保持部７と装置外部との間で半導体ウェハーＷの受け渡しを行う移載機構１０と、を備える。さらに、熱処理装置１は、ハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６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、筒状のチャンバー側部６１の上下に石英製のチャンバー窓を装着して構成されている。チャンバー側部６１は上下が開口された概略筒形状を有しており、上側開口には上側チャンバー窓６３が装着されて閉塞され、下側開口には下側チャンバー窓６４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上側チャンバー窓６３は、石英により形成された円板形状部材であり、フラッシュ加熱部５から出射されたフラッシュ光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。また、チャンバー６の床部を構成する下側チャンバー窓６４も、石英により形成された円板形状部材であり、ハロゲン加熱部４からの光をチャンバー６内に透過する石英窓として機能する。
また、チャンバー側部６１の内側の壁面の上部には反射リング６８が装着され、下部には反射リング６９が装着されている。反射リング６８，６９は、ともに円環状に形成されている。上側の反射リング６８は、チャンバー側部６１の上側から嵌め込むことによって装着される。一方、下側の反射リング６９は、チャンバー側部６１の下側から嵌め込んで図示省略のビスで留めることによって装着される。すなわち、反射リング６８，６９は、ともに着脱自在にチャンバー側部６１に装着されるものである。チャンバー６の内側空間、すなわち上側チャンバー窓６３、下側チャンバー窓６４、チャンバー側部６１および反射リング６８，６９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。
チャンバー側部６１に反射リング６８，６９が装着されることによって、チャンバー６の内壁面に凹部６２が形成される。すなわち、チャンバー側部６１の内壁面のうち反射リング６８，６９が装着されていない中央部分と、反射リング６８の下端面と、反射リング６９の上端面とで囲まれた凹部６２が形成される。凹部６２は、チャンバー６の内壁面に水平方向に沿って円環状に形成され、半導体ウェハーＷを保持する保持部７を囲繞する。
チャンバー側部６１および反射リング６８，６９は、強度と耐熱性に優れた金属材料（例えば、ステンレススチール）にて形成されている。また、反射リング６８，６９の内周面は電解ニッケルメッキによって鏡面とされている。
また、チャンバー側部６１には、チャンバー６に対して半導体ウェハーＷの搬入および搬出を行うための搬送開口部（炉口）６６が形設されている。搬送開口部６６は、ゲートバルブ１８５によって開閉可能とされている。搬送開口部６６は凹部６２の外周面に連通接続されている。このため、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を開放しているときには、搬送開口部６６から凹部６２を通過して熱処理空間６５への半導体ウェハーＷの搬入および熱処理空間６５からの半導体ウェハーＷの搬出を行うことができる。また、ゲートバルブ１８５が搬送開口部６６を閉鎖するとチャンバー６内の熱処理空間６５が密閉空間とされる。
また、チャンバー６の内壁上部には熱処理空間６５に処理ガス（本実施形態では窒素ガス（Ｎ２））を供給するガス供給孔８１が形設されている。ガス供給孔８１は、凹部６２よりも上側位置に形設されており、反射リング６８に設けられていても良い。ガス供給孔８１はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８２を介してガス供給管８３に連通接続されている。ガス供給管８３は窒素ガス供給源８５に接続されている。また、ガス供給管８３の経路途中にはバルブ８４が介挿されている。バルブ８４が開放されると、窒素ガス供給源８５から緩衝空間８２に窒素ガスが送給される。緩衝空間８２に流入した窒素ガスは、ガス供給孔８１よりも流体抵抗の小さい緩衝空間８２内を拡がるように流れてガス供給孔８１から熱処理空間６５内へと供給される。
一方、チャンバー６の内壁下部には熱処理空間６５内の気体を排気するガス排気孔８６が形設されている。ガス排気孔８６は、凹部６２よりも下側位置に形設されており、反射リング６９に設けられていても良い。ガス排気孔８６はチャンバー６の側壁内部に円環状に形成された緩衝空間８７を介してガス排気管８８に連通接続されている。ガス排気管８８は排気部１９０に接続されている。また、ガス排気管８８の経路途中にはバルブ８９が介挿されている。バルブ８９が開放されると、熱処理空間６５の気体がガス排気孔８６から緩衝空間８７を経てガス排気管８８へと排出される。なお、ガス供給孔８１およびガス排気孔８６は、チャンバー６の周方向に沿って複数設けられていても良いし、スリット状のものであっても良い。また、窒素ガス供給源８５および排気部１９０は、熱処理装置１に設けられた機構であっても良いし、熱処理装置１が設置される工場のユーティリティであっても良い。
また、搬送開口部６６の先端にも熱処理空間６５内の気体を排出するガス排気管１９１が接続されている。ガス排気管１９１はバルブ１９２を介して排気部１９０に接続されている。バルブ１９２を開放することによって、搬送開口部６６を介してチャンバー６内の気体が排気される。
図２は、保持部７の全体外観を示す斜視図である。また、図３は保持部７を上面から見た平面図であり、図４は保持部７を側方から見た側面図である。保持部７は、基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４を備えて構成される。基台リング７１、連結部７２およびサセプター７４はいずれも石英にて形成されている。すなわち、保持部７の全体が石英にて形成されている。
基台リング７１は円環形状の石英部材である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されることによって、チャンバー６の壁面に支持されることとなる（図１参照）。円環形状を有する基台リング７１の上面に、その周方向に沿って複数の連結部７２（本実施形態では４個）が立設される。連結部７２も石英の部材であり、溶接によって基台リング７１に固着される。なお、基台リング７１の形状は、円環形状から一部が欠落した円弧状であっても良い。
平板状のサセプター７４は基台リング７１に設けられた４個の連結部７２によって支持される。サセプター７４は石英にて形成された略円形の平板状部材である。サセプター７４の直径は半導体ウェハーＷの直径よりも大きい。すなわち、サセプター７４は、半導体ウェハーＷよりも大きな平面サイズを有する。サセプター７４の上面には複数個（本実施形態では５個）のガイドピン７６が立設されている。５個のガイドピン７６はサセプター７４の外周円と同心円の周上に沿って設けられている。５個のガイドピン７６を配置した円の径は半導体ウェハーＷの径よりも若干大きい。各ガイドピン７６も石英にて形成されている。なお、ガイドピン７６は、サセプター７４と一体に石英のインゴットから加工するようにしても良いし、別途に加工したものをサセプター７４に溶接等によって取り付けるようにしても良い。
基台リング７１に立設された４個の連結部７２とサセプター７４の周縁部の下面とが溶接によって固着される。すなわち、サセプター７４と基台リング７１とは連結部７２によって固定的に連結されており、保持部７は石英の一体成形部材となる。このような保持部７の基台リング７１がチャンバー６の壁面に支持されることによって、保持部７がチャンバー６に装着される。保持部７がチャンバー６に装着された状態においては、略円板形状のサセプター７４は水平姿勢（法線が鉛直方向と一致する姿勢）となる。チャンバー６に搬入された半導体ウェハーＷは、チャンバー６に装着された保持部７のサセプター７４の上に水平姿勢にて載置されて保持される。半導体ウェハーＷは、５個のガイドピン７６によって形成される円の内側に載置されることにより、水平方向の位置ずれが防止される。なお、ガイドピン７６の個数は５個に限定されるものではなく、半導体ウェハーＷの位置ずれを防止できる数であれば良い。
また、図２および図３に示すように、サセプター７４には、上下に貫通して開口部７８および切り欠き部７７が形成されている。切り欠き部７７は、熱電対を使用した接触式温度計１３０のプローブ先端部を通すために設けられている。一方、開口部７８は、放射温度計１２０がサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面から放射される放射光（赤外光）を受光するために設けられている。さらに、サセプター７４には、後述する移載機構１０のリフトピン１２が半導体ウェハーＷの受け渡しのために貫通する４個の貫通孔７９が穿設されている。
図５は、移載機構１０の平面図である。また、図６は、移載機構１０の側面図である。移載機構１０は、２本の移載アーム１１を備える。移載アーム１１は、概ね円環状の凹部６２に沿うような円弧形状とされている。それぞれの移載アーム１１には２本のリフトピン１２が立設されている。各移載アーム１１は水平移動機構１３によって回動可能とされている。水平移動機構１３は、一対の移載アーム１１を保持部７に対して半導体ウェハーＷの移載を行う移載動作位置（図５の実線位置）と保持部７に保持された半導体ウェハーＷと平面視で重ならない退避位置（図５の二点鎖線位置）との間で水平移動させる。水平移動機構１３としては、個別のモータによって各移載アーム１１をそれぞれ回動させるものであっても良いし、リンク機構を用いて１個のモータによって一対の移載アーム１１を連動させて回動させるものであっても良い。
また、一対の移載アーム１１は、昇降機構１４によって水平移動機構１３とともに昇降移動される。昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて上昇させると、計４本のリフトピン１２がサセプター７４に穿設された貫通孔７９（図２，３参照）を通過し、リフトピン１２の上端がサセプター７４の上面から突き出る。一方、昇降機構１４が一対の移載アーム１１を移載動作位置にて下降させてリフトピン１２を貫通孔７９から抜き取り、水平移動機構１３が一対の移載アーム１１を開くように移動させると各移載アーム１１が退避位置に移動する。一対の移載アーム１１の退避位置は、保持部７の基台リング７１の直上である。基台リング７１は凹部６２の底面に載置されているため、移載アーム１１の退避位置は凹部６２の内側となる。なお、移載機構１０の駆動部（水平移動機構１３および昇降機構１４）が設けられている部位の近傍にも図示省略の排気機構が設けられており、移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気がチャンバー６の外部に排出されるように構成されている。
図１に戻り、チャンバー６内には２つの放射温度計１４０，１５０が設けられている。上記の放射温度計１２０（図２）が半導体ウェハーＷの下面の温度を測定するのに対して、放射温度計１４０，１５０は半導体ウェハーＷの上面の温度を測定する温度センサーである。放射温度計１４０，１５０は、保持部７のサセプター７４よりも上方に設置されている。また、放射温度計１４０，１５０は、フラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射の障害とならないように、保持部７に保持される半導体ウェハーＷの斜め上方に設置されている。放射温度計１４０，１５０は、凹部６２の内側に設けられていても良い。
放射温度計１４０，１５０は、高速で応答する赤外光検出素子を備えている。放射温度計１４０，１５０の赤外光検出素子の測定波長域は、上側チャンバー窓６３および下側チャンバー窓６４を構成する材質（本実施形態では石英）が透過しない波長域であることが好ましい。放射温度計１４０，１５０は、保持部７に保持される半導体ウェハーＷの上面から放射される赤外光を受光し、その強度（エネルギー量）からウェハー上面の温度を測定する。
放射温度計１４０と放射温度計１５０とは、半導体ウェハーＷの上面における測定領域が異なる。放射温度計１４０は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの周縁部から放射される赤外光を検出して当該周縁部の温度を測定する。一方、放射温度計１５０は、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの中央部近傍から放射される赤外光を検出して当該中央部近傍の温度を測定する。なお、半導体ウェハーＷの上面温度を測定する放射温度計は２つに限定されるものではなく、３つ以上であっても良い。例えば、放射温度計１４０，１５０に加えて、半導体ウェハーＷの周縁部と中央部との間の中間領域の温度を測定する放射温度計を設けるようにしても良いし、放射温度計１４０とは異なる周縁部を測定する放射温度計を設けるようにしても良い。すなわち、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの上面の異なる領域の温度を測定する少なくとも２個以上の放射温度計を設ける形態であれば良い。
チャンバー６の上方に設けられたフラッシュ加熱部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、フラッシュ加熱部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。フラッシュ加熱部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の石英窓である。フラッシュ加熱部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が上側チャンバー窓６３と相対向することとなる。フラッシュランプＦＬはチャンバー６の上方からランプ光放射窓５３および上側チャンバー窓６３を介して熱処理空間６５にフラッシュ光を照射する。
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８は、フラッシュランプＦＬの発光回路を示す図である。同図に示すように、１本のフラッシュランプＦＬに、コンデンサ９３、コイル９４およびスイッチング素子９６がそれぞれ１個ずつ直列に接続されている。スイッチング素子９６としては、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が用いられる。また、図８に示すように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部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。波形設定部３２は、入力部３３からの入力内容に基づいて、或いは制御部３の演算処理結果等に基づいてパルス信号の波形を設定する。パルス発生器３１は、波形設定部３２が設定した波形に従ってパルス信号を発生する。
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。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。
また、フラッシュランプＦＬの発光回路において、コンデンサ９３と並列に充電ユニット（チャージ部）９５が設けられている。コンデンサ９３には、充電ユニット９５によって所定の電圧が印加され、その印加電圧（充電電圧）に応じた電荷が充電される。充電ユニット９５がコンデンサ９３に印加する充電電圧は制御部３によって制御される。
スイッチング素子９６として用いられるＩＧＢＴ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ている。スイッチング素子９６であるＩＧＢＴのゲートには制御部３のパルス発生器３１からパルス信号が印加される。スイッチング素子９６のゲートに所定値以上の電圧（Highの電圧）が印加されるとスイッチング素子９６がオン状態となり、所定値未満の電圧（Lowの電圧）が印加されるとスイッチング素子９６がオフ状態となる。このようにして、フラッシュランプＦＬを含む発光回路はスイッチング素子９６によってオンオフされる。スイッチング素子９６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。
コンデンサ９３が充電された状態でスイッチング素子９６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に高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。
図８に示す発光回路は、３０本のフラッシュランプＦＬのそれぞれに設けられている。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して３０個のスイッチング素子９６、３０個のコンデンサ９３、３０個のコイル９４が設けられている。また、３０個のコンデンサ９３に１対１で対応して３０個の充電ユニット９５が設けられている。
また、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いる。
リフレクタ５２の上面（フラッシュランプＦＬが設けられるのとは反対側の面）には２つの照度センサー２４０，２５０が設けられている。照度センサー２４０，２５０が設置されているリフレクタ５２の箇所には小孔が穿設されている。照度センサー２４０，２５０は、リフレクタ５２の上記小孔を介してフラッシュランプＦＬから出射された光を受光する。照度センサー２４０，２５０は、高速で応答する例えばフォトダイオードを備えており、フラッシュランプＦＬから出射される光の照度を測定する。
照度センサー２４０と照度センサー２５０とでは、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における照度測定領域が異なる。照度センサー２４０は、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍の上方に設けられており、その端部近傍のフラッシュ光の照度を測定する。一方、照度センサー２５０は、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における中央部近傍の上方に設けられており、その中央部近傍にフラッシュ光の照度を測定する。なお、照度センサーは２つに限定されるものではなく、３つ以上設けるようにしても良い。例えば、照度センサー２４０，２５０に加えて、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部と中央部との中間領域の照度を測定する照度センサーを設けるようにしても良い。すなわち、複数のフラッシュランプＦＬの配列における異なる領域の照度を測定する少なくとも２個以上の照度センサーを設ける形態であれば良い。
チャンバー６の下方に設けられたハロゲン加熱部４の内部には複数本（本実施形態では４０本）のハロゲンランプＨＬが内蔵されている。複数のハロゲンランプＨＬはチャンバー６の下方から下側チャンバー窓６４を介して熱処理空間６５への光照射を行う。図７は、複数のハロゲンランプＨＬの配置を示す平面図である。本実施形態では、上下２段に各２０本ずつのハロゲンランプＨＬが配設されている。各ハロゲンランプＨＬは、長尺の円筒形状を有する棒状ランプである。上段、下段ともに２０本のハロゲンランプＨＬは、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配列されている。よって、上段、下段ともにハロゲンランプＨＬの配列によって形成される平面は水平面である。
また、図７に示すように、上段、下段ともに保持部７に保持される半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域におけるハロゲンランプＨＬの配設密度が高くなっている。すなわち、上下段ともに、ランプ配列の中央部よりも端部側の方がハロゲンランプＨＬの配設ピッチが短い。このため、ハロゲン加熱部４からの光照射による加熱時に温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部により多い光量の照射を行うことができる。
また、上段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群と下段のハロゲンランプＨＬからなるランプ群とが格子状に交差するように配列されている。すなわち、上段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向と下段の各ハロゲンランプＨＬの長手方向とが直交するように計４０本のハロゲンランプＨＬが配設されている。
ハロゲンランプＨＬは、ガラス管内部に配設されたフィラメントに通電することでフィラメントを白熱化させて発光させるフィラメント方式の光源である。ガラス管の内部には、窒素やアルゴン等の不活性ガスにハロゲン元素（ヨウ素、臭素等）を微量導入した気体が封入されている。ハロゲン元素を導入することによって、フィラメントの折損を抑制しつつフィラメントの温度を高温に設定することが可能となる。したがって、ハロゲンランプＨＬは、通常の白熱電球に比べて寿命が長くかつ強い光を連続的に照射できるという特性を有する。また、ハロゲンランプＨＬは棒状ランプであるため長寿命であり、ハロゲンランプＨＬを水平方向に沿わせて配置することにより上方の半導体ウェハーＷへの放射効率が優れたものとなる。
また、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。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熱処理装置１における処理が進行する。また、図８に示したように、制御部３は、パルス発生器３１および波形設定部３２を備える。上述のように、制御部３の波形設定部３２がパルス信号の波形を設定し、それに従ってパルス発生器３１がスイッチング素子９６のゲートにパルス信号を出力する。さらに、制御部３は、充電ユニット９５がコンデンサ９３に印加する充電電圧を制御する。
上記の構成以外にも熱処理装置１は、半導体ウェハーＷの熱処理時にハロゲンランプＨＬおよびフラッシュランプＦＬから発生する熱エネルギーによるハロゲン加熱部４、フラッシュ加熱部５およびチャンバー６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の壁体には水冷管（図示省略）が設けられている。また、ハロゲン加熱部４およびフラッシュ加熱部５は、内部に気体流を形成して排熱する空冷構造とされている。また、上側チャンバー窓６３とランプ光放射窓５３との間隙にも空気が供給され、フラッシュ加熱部５および上側チャンバー窓６３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）が導入されたシリコンの半導体基板である。その導入された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、給気のためのバルブ８４が開放されるとともに、排気用のバルブ８９，１９２が開放されてチャンバー６内に対する給排気が開始される。バルブ８４が開放されると、ガス供給孔８１から熱処理空間６５に窒素ガスが供給される。また、バルブ８９が開放されると、ガス排気孔８６からチャンバー６内の気体が排気される。これにより、チャンバー６内の熱処理空間６５の上部から供給された窒素ガスが下方へと流れ、熱処理空間６５の下部から排気される。
また、バルブ１９２が開放されることによって、搬送開口部６６からもチャンバー６内の気体が排気される。さらに、図示省略の排気機構によって移載機構１０の駆動部周辺の雰囲気も排気される。なお、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熱処理空間６５に継続的に供給されており、その供給量は処理工程に応じて適宜変更される。
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を介してイオン注入後の半導体ウェハーＷがチャンバー６内の熱処理空間６５に搬入される。搬送ロボットによって搬入された半導体ウェハーＷは保持部７の直上位置まで進出して停止する。そして、移載機構１０の一対の移載アーム１１が退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２が貫通孔７９を通ってサセプター７４の上面から突き出て半導体ウェハーＷを受け取る。
半導体ウェハーＷがリフトピン１２に載置された後、搬送ロボットが熱処理空間６５から退出し、ゲートバルブ１８５によって搬送開口部６６が閉鎖される。そして、一対の移載アーム１１が下降することにより、半導体ウェハーＷは移載機構１０から保持部７のサセプター７４に受け渡されて水平姿勢に保持される。半導体ウェハーＷは、イオン注入がなされた表面を上面としてサセプター７４に保持される。また、半導体ウェハーＷは、サセプター７４の上面にて５個のガイドピン７６の内側に保持される。サセプター７４の下方にまで下降した一対の移載アーム１１は水平移動機構１３によって退避位置、すなわち凹部６２の内側に退避する。
半導体ウェハーＷが保持部７のサセプター７４に載置されて保持された後、ハロゲン加熱部４の４０本のハロゲンランプＨＬが一斉に点灯して予備加熱（アシスト加熱）が開始される。ハロゲンランプＨＬから出射されたハロゲン光は、石英にて形成された下側チャンバー窓６４およびサセプター７４を透過して半導体ウェハーＷの裏面から照射される。半導体ウェハーＷの裏面とは、イオン注入がなされた表面とは反対側の主面である。ハロゲンランプＨＬからの光照射を受けることによって半導体ウェハーＷの温度が上昇する。なお、移載機構１０の移載アーム１１は凹部６２の内側に退避しているため、ハロゲンランプＨＬによる加熱の障害となることは無い。
図９は、半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。半導体ウェハーＷが搬入されてサセプター７４に載置された後、制御部３が時刻ｔ０に４０本のハロゲンランプＨＬを点灯させてハロゲン光照射によって半導体ウェハーＷを８００℃以下の予備加熱温度Ｔ１（本実施形態では５００℃）にまで昇温している。
ハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うときには、半導体ウェハーＷの温度が接触式温度計１３０によって測定されている。すなわち、熱電対を内蔵する接触式温度計１３０がサセプター７４に保持された半導体ウェハーＷの下面に切り欠き部７７を介して接触して昇温中のウェハー温度を測定する。測定された半導体ウェハーＷの温度は制御部３に伝達される。制御部３は、ハロゲンランプＨＬからの光照射によって昇温する半導体ウェハーＷの温度が所定の予備加熱温度Ｔ１に到達したか否かを監視しつつ、ハロゲンランプＨＬの出力を制御する。すなわち、制御部３は、接触式温度計１３０による測定値に基づいて、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１となるようにハロゲンランプＨＬの出力をフィードバック制御している。
半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した後、制御部３は半導体ウェハーＷをその予備加熱温度Ｔ１に暫時維持する。具体的には、接触式温度計１３０によって測定される半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達した時刻ｔ１にて制御部３がハロゲンランプＨＬの出力を制御して半導体ウェハーＷの温度をほぼ予備加熱温度Ｔ１に維持している。
このようなハロゲンランプＨＬによる予備加熱を行うことによって、半導体ウェハーＷの全体を予備加熱温度Ｔ１に均一に昇温している。ハロゲンランプＨＬによる予備加熱の段階においては、より放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部よりも低下する傾向にあるが、ハロゲン加熱部４におけるハロゲンランプＨＬの配設密度は、半導体ウェハーＷの中央部に対向する領域よりも周縁部に対向する領域の方が高くなっている。このため、放熱が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に照射される光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一なものとすることができる。さらに、チャンバー側部６１に装着された反射リング６９の内周面は鏡面とされているため、この反射リング６９の内周面によって半導体ウェハーＷの周縁部に向けて反射する光量が多くなり、予備加熱段階における半導体ウェハーＷの面内温度分布をより均一なものとすることができる。
次に、半導体ウェハーＷの温度が予備加熱温度Ｔ１に到達して所定時間が経過した時刻ｔ２にフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射することによるフラッシュ加熱処理を実行する。なお、半導体ウェハーＷの温度が室温から予備加熱温度Ｔ１に到達するまでの時間（時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間）および予備加熱温度Ｔ１に到達してからフラッシュランプＦＬが発光するまでの時間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）はいずれも数秒程度である。フラッシュランプＦＬがフラッシュ光照射を行うに際しては、予め充電ユニット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、制御部３のパルス発生器３１からスイッチング素子９６にパルス信号を出力してスイッチング素子９６をオンオフ駆動する。
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３２は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３２によって設定されたパルス波形に従ってパルス発生器３１がパルス信号を出力する。その結果、スイッチング素子９６のゲートには設定された波形のパルス信号が印加され、スイッチング素子９６のオンオフ駆動が制御されることとなる。具体的には、スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号がオンのときにはスイッチング素子９６がオン状態となり、パルス信号がオフのときにはスイッチング素子９６がオフ状態となる。
また、パルス発生器３１から出力するパルス信号がオンにな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に高電圧（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スイッチング素子９６のゲートにパルス信号が入力され、かつ、そのパルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に高電圧が印加されることにより、パルス信号がオンのときにはガラス管９２内の両端電極間で必ず電流が流れ、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。
このようにしてフラッシュランプＦＬが時刻ｔ２に発光し、保持部７に保持された半導体ウェハーＷの表面にフラッシュ光が照射される。スイッチング素子９６を使用することなくフラッシュランプ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回の発光で消費され、フラッシュランプＦＬからの出力波形は幅が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、本実施の形態では、回路中にスイッチング素子９６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、コンデンサ９３からフラッシュランプＦＬへの電荷の供給をスイッチング素子９６によって断続してフラッシュランプＦＬに流れる電流を制御している。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、回路を流れる電流値が完全に”０”になる前に次のパルスがスイッチング素子９６のゲートに印加され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。従って、スイッチング素子９６によってフラッシュランプＦＬへの電荷の供給を断続することにより、フラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を自在に規定することができる。その結果、フラッシュランプＦＬの発光パターンを自在に規定することができ、発光時間および発光強度を自由に調整することができる。もっとも、フラッシュランプＦＬの発光時間は長くても１秒以下である。
第１実施形態においては、フラッシュ加熱部５に３０本のフラッシュランプＦＬを備えており、３０本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して３０個のスイッチング素子９６を設けている。そして、制御部３の波形設定部３２は３０個のスイッチング素子９６のそれぞれについて個別にパルス波形を設定し、パルス発生器３１は３０個のスイッチング素子９６に対して個別にパルス信号を出力する。すなわち、３０個のスイッチング素子９６に入力されるパルス信号は相互に独立しており、３０個のスイッチング素子９６に対して同一波形のパルス信号が同じタイミングで入力されても良いし、相互に異なる波形のパルス信号が入力されても良い。その結果、３０個のスイッチング素子９６の動作は個別に独立して制御されることとなり、３０本のフラッシュランプＦＬの発光パターンも個別に規定される。
図１０は、３０個のスイッチング素子９６に同一波形のパルス信号が同じタイミングで入力された場合における各フラッシュランプＦＬに流れる電流波形の一例を示す図である。スイッチング素子９６のゲートに入力されるパルス信号の波形に従ってスイッチング素子９６の動作がオンオフ駆動され、そのスイッチング素子９６に対応するフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形が規定される。スイッチング素子９６に入力するパルス信号の波形を適宜に設定（具体的には、パルス数、各パルスのオン時間、パルス間隔の時間を設定）することによって、図１０に示すような電流波形を規定することができる。図１０に示す例では、３０個のスイッチング素子９６に同一波形のパルス信号が同じタイミングで入力されるため、３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形も同一となる。
図１１は、３０本のフラッシュランプＦＬに図１０の波形の電流が流れて発光したときの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。同図において、実線は半導体ウェハーＷの表面中央部の温度を示し、点線は半導体ウェハーＷの表面周縁部の温度を示す。なお、図１０および図１１における時刻の単位はミリ秒であるのに対して図９における時刻の単位は秒であるため、図１１の温度変化は図９の時刻ｔ２にて瞬間的に生じるものである（換言すれば、図１１は図９の時刻ｔ２の近傍を拡大したものである）。
フラッシュランプＦＬに流れる電流の波形と、その電流が流れたときのフラッシュランプＦＬの発光パターンは概ね類似のものとなる。すなわち、図１０に示すような波形の電流がフラッシュランプＦＬに流れることにより、フラッシュランプＦＬの発光パターンも図１０に示すようなものとなる。そして、そのような発光パターンにて発光するフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面が加熱される。図１０に示すような波形の電流がフラッシュランプＦＬに流れることにより、半導体ウェハーＷの表面温度は予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまで昇温された後、その処理温度Ｔ２に暫時維持され、さらにその後処理温度Ｔ２からの降温を開始する。処理温度Ｔ２は、不純物の活性化を実行することができる１０００℃〜１２００℃であり、本実施形態では１０００℃としている。
ここで、３０個のスイッチング素子９６に同一波形のパルス信号を同じタイミングで入力し、３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形も同一とした場合には、図１１に示すように、半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部の温度よりも低くなることがある。このように、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布が不均一であると、この半導体ウェハーＷから製造されるトランジスタ等のデバイスの特性にバラツキが生じることとなる。
このため、第１実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を同一とした場合における半導体ウェハーＷの面内温度分布を測定し、その測定結果に基づいて３０個のスイッチング素子９６の動作を制御している。また、当該測定結果に基づいて充電ユニット９５がコンデンサ９３に印加する充電電圧を制御している。
面内温度分布の測定結果に基づく３０個のスイッチング素子９６の動作制御の態様には以下に説明するような３通りがあり得る。まず、第１の態様としては、面内温度分布の測定結果に基づいて、制御部３が３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力するパルス信号の波形を自動設定するというものである。具体的には、例えば試験用の半導体ウェハーＷに対して上記のように３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を同一としてフラッシュ光照射を行い、そのときの半導体ウェハーＷの表面温度を放射温度計１４０および放射温度計１５０によって測定する。放射温度計１４０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの周縁部の温度を測定する。一方の放射温度計１５０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの中央部の温度を測定する。放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果は制御部３の記憶部（メモリまたは磁気ディスク）に格納される。
制御部３の波形設定部３２は、放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果に基づいて３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力するパルス信号の波形を設定する。図１１に示すように、半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部の温度よりも低くなった場合、つまり放射温度計１４０の測定結果が放射温度計１５０の測定結果よりも低くなった場合には、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間が相対的に長くなるように設定される。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間が当該配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間よりも長くなるように波形設定部３２が各スイッチング素子９６に出力するパルス信号の波形を設定するのである。
このようにして個別に波形設定したパルス信号を３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに入力することにより、３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流波形は図１２に示すようなものとなる。同図において、実線は３０本のフラッシュランプＦＬの配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに流れる電流波形を示し、点線は端部近傍のフラッシュランプＦＬに流れる電流波形を示す。上記のようにして３０個のスイッチング素子９６に入力するパルス信号の波形を異なるものとした結果、図１２に示すように、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに流れる電流が中央部近傍のフラッシュランプＦＬに流れる電流よりも大きくなる。従って、当該端部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度が中央部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度よりも強くなる。
図１３は、３０本のフラッシュランプＦＬに図１２の波形の電流が流れて発光したときの半導体ウェハーＷの表面温度の変化を示す図である。図１２に示すような波形の電流がフラッシュランプＦＬに流れることにより、フラッシュランプＦＬの発光パターンも図１２に示すようなものとなる。但し、フラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬの方が中央部近傍のフラッシュランプＦＬよりも発光強度が強い。そして、そのような発光パターンにて発光する３０本のフラッシュランプＦＬからのフラッシュ光照射によって半導体ウェハーＷの表面が加熱される。図１２に示すような波形の電流がフラッシュランプＦＬに流れることにより、半導体ウェハーＷの表面温度は予備加熱温度Ｔ１から処理温度Ｔ２にまで昇温された後、その処理温度Ｔ２に暫時維持され、さらにその後処理温度Ｔ２からの降温を開始する。
図１３に示す例では、フラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬの方が中央部近傍のフラッシュランプＦＬよりも発光強度が強いため、温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部における照度が高くなり、その結果としてフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布が均一となっている。フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布が均一であれば、この半導体ウェハーＷから製造されるデバイスの特性も均一となる。
次に、スイッチング素子９６の動作制御の第２の態様は、面内温度分布の測定結果に基づいて、装置のオペレータが３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力するパルス信号の波形を手動で設定するというものである。この場合も、第１の態様と同様に、例えば試験用の半導体ウェハーＷに対して上記のように３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を同一としてフラッシュ光照射を行い、そのときの半導体ウェハーＷの表面温度を放射温度計１４０および放射温度計１５０によって測定する。放射温度計１４０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの周縁部の温度を測定し、放射温度計１５０は、その半導体ウェハーＷの中央部の温度を測定する。放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果は、例えば熱処理装置１の表示部（図示省略）等に表示される。
オペレータは、放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果に基づいて３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力するパルス信号の波形を設定する。このときの波形設定内容自体は上記の第１の態様と同様である。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間が当該配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間よりも長くなるように各スイッチング素子９６に出力するパルス信号の波形が設定される。
オペレータが設定したパルス信号の波形のパラメータは入力部３３から制御部３に入力される。そして、その入力内容に従って波形設定部３２がパルス波形を設定することにより、第１の態様と同様に、３０本のフラッシュランプＦＬに図１２の波形の電流を流すことができ、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
そして、スイッチング素子９６の動作制御の第３の態様は、面内温度分布の測定結果に基づいて、制御部３が３０個のスイッチング素子９６のそれぞれをリアルタイムにフィードバック制御するというものである。この場合、処理対象となる半導体ウェハーＷに対して３０本のフラッシュランプＦＬからフラッシュ光照射を行いつつ、そのときの半導体ウェハーＷの表面温度を放射温度計１４０および放射温度計１５０によって測定する。放射温度計１４０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの周縁部の温度を測定する。一方の放射温度計１５０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの中央部の温度を測定する。放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果は制御部３に伝達される。
制御部３は、放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果に基づいて３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力中のパルス信号の波形に修正を加える。半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部の温度よりも低くなっている場合には、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力中のパルス信号のオン時間が相対的に長くなるように制御部３がパルス信号の波形を修正する。具体的には、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力中のパルス信号のオン時間を長くする、または、当該配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力中のパルス信号のオン時間を短くする。
これにより、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに流れる電流が中央部近傍のフラッシュランプＦＬに流れる電流よりも相対的に大きくなり、当該端部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度が中央部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度よりも強くなる。その結果、温度低下が生じていた半導体ウェハーＷの周縁部に対するフラッシュ光の照度が高くなり、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
但し、第３の態様においては、フラッシュランプＦＬの発光時間が極めて短い（１秒以下であり、一般には数ミリ秒〜数十ミリ秒）ため、制御部３の処理速度によっては演算処理が上記の修正処理に追随できないことも想定される。このような場合は、スイッチング素子９６に出力するパルス信号の波形のパターンを予め複数準備しておいて制御部３の記憶部に格納しておく。昇温用の波形パターン、温度維持用の波形パターンなどを準備しておくのが望ましい。そして、複数パターン用意されているパルス信号の波形から放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果に基づいて制御部３が最適な波形を選択するようにしても良い。このようにすれば、より短い演算処理時間で制御部３が３０個のスイッチング素子９６をリアルタイムにフィードバック制御することができる。
また、第１実施形態においては、半導体ウェハーＷの面内温度分布の測定結果に基づいて充電ユニット９５によってコンデンサ９３に印加する充電電圧を制御部３が制御している。充電電圧の制御の態様にも以下に説明するような２通りがあり得る。第１の態様としては、面内温度分布の測定結果に基づいて、制御部３が３０個のコンデンサ９３のそれぞれの充電電圧を自動設定するというものである。上記と同様に、例えば試験用の半導体ウェハーＷに対して上記のように３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を同一としてフラッシュ光照射を行い、そのときの半導体ウェハーＷの表面温度を放射温度計１４０および放射温度計１５０によって測定する。放射温度計１４０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの周縁部の温度を測定する。一方の放射温度計１５０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの中央部の温度を測定する。放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果は制御部３の記憶部に格納される。
制御部３は、放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果に基づいて３０個のコンデンサ９３への充電電圧を設定する。図１１に示すように、半導体ウェハーＷの周縁部の温度が中央部の温度よりも低くなった場合、つまり放射温度計１４０の測定結果が放射温度計１５０の測定結果よりも低くなった場合には、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧が相対的に高くなるように設定される。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧が当該配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧よりも高くなうように制御部３が各コンデンサ９３についての充電電圧を設定する。
このようにして個別に設定した充電電圧にて３０個のコンデンサ９３に充電するように制御部３が３０個の充電ユニット９５を制御する。上記のようにして３０個のコンデンサ９３への充電電圧を異なるものとした結果、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度が中央部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度よりも強くなる。その結果、温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に対するフラッシュ光の照度が高くなり、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
また、充電電圧制御の第２の態様は、面内温度分布の測定結果に基づいて、充電ユニット９５がコンデンサ９３に印加する充電電圧を装置のオペレータが手動で設定するというものである。この場合も、第１の態様と同様に、例えば試験用の半導体ウェハーＷに対して上記のように３０本のフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形を同一としてフラッシュ光照射を行い、そのときの半導体ウェハーＷの表面温度を放射温度計１４０および放射温度計１５０によって測定する。放射温度計１４０は、フラッシュ加熱される半導体ウェハーＷの周縁部の温度を測定し、放射温度計１５０は、その半導体ウェハーＷの中央部の温度を測定する。放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果は、例えば熱処理装置１の表示部等に表示される。
オペレータは、放射温度計１４０および放射温度計１５０の測定結果に基づいて３０個のコンデンサ９３への充電電圧を設定する。このときの電圧設定内容自体は上記の第１の態様と同様である。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧が当該配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧よりも高くなうようにオペレータが各コンデンサ９３についての充電電圧を設定する。
オペレータが設定した充電電圧の設定値は入力部３３から制御部３に入力される。そして、その入力内容に従って各コンデンサ９３に充電するように制御部３が充電ユニット９５を制御することにより、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度が中央部近傍のフラッシュランプＦＬの発光強度よりも強くなる。その結果、温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの周縁部に対するフラッシュ光の照度が高くなり、フラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
以上のように、第１実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して３０個のスイッチング素子９６を設け、制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を個別に制御して３０本のフラッシュランプＦＬの発光パターンを個別に規定している。第１実施形態では、放射温度計１４０および放射温度計１５０を設けて半導体ウェハーＷの面内温度分布を測定し、その測定結果に基づいて制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を個別に制御している。また、当該測定結果に基づいて充電ユニット９５がコンデンサ９３に印加する充電電圧を制御部３が個別に制御している。複数本のフラッシュランプＦＬの発光パターンおよびそれら複数本のフラッシュランプＦＬに対応する複数のコンデンサ９３への充電電圧を個別に制御することにより、温度低下が生じやすい半導体ウェハーＷの領域に対するフラッシュ光の照度を相対的に高めてフラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布を均一にすることができる。
図９に戻り、フラッシュ光照射が終了してフラッシュランプＦＬの発光が停止した後、所定時間が経過した時刻ｔ３にハロゲンランプＨＬが消灯する。これにより、半導体ウェハーＷが予備加熱温度Ｔ１から降温を開始する。そして、半導体ウェハーＷの温度が所定以下にまで降温した後、移載機構１０の一対の移載アーム１１が再び退避位置から移載動作位置に水平移動して上昇することにより、リフトピン１２がサセプター７４の上面から突き出て熱処理後の半導体ウェハーＷをサセプター７４から受け取る。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、リフトピン１２上に載置された半導体ウェハーＷが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の加熱処理が完了する。
＜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。第２実施形態の熱処理装置の構成は第１実施形態と全く同じである。また、第２実施形態における半導体ウェハーＷの処理手順についても概ね第１実施形態と同じである。第１実施形態では半導体ウェハーＷの面内温度分布の測定結果に基づいてスイッチング素子９６の動作およびコンデンサ９３の充電電圧を制御していたが、第２実施形態では３０本のフラッシュランプＦＬの配列の照度分布の測定結果に基づいて同様の制御を行っている。具体的には、照度センサー２４０および照度センサー２５０の測定結果に基づいて制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を制御するとともに、充電ユニット９５によるコンデンサ９３の充電電圧を制御する。
照度分布の測定結果に基づく３０個のスイッチング素子９６の動作制御の態様にも第１実施形態と同様に３通りがあり得る。第１の態様は、照度分布の測定結果に基づいて、制御部３が３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力するパルス信号の波形を自動設定するというものである。３０本のフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射したときに、フラッシュランプＦＬの配列の照度を照度センサー２４０および照度センサー２５０によって測定する。照度センサー２４０は、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍の照度を測定する。一方の照度センサー２５０は、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における中央部近傍の照度を測定する。
制御部３の波形設定部３２は、照度センサー２４０および照度センサー２５０の測定結果に基づいて３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力するパルス信号の波形を設定する。フラッシュランプＦＬの配列の中央部の照度が端部の照度よりも低かった場合、つまり照度センサー２５０の測定結果が照度センサー２４０の測定結果よりも低かった場合、その配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間が相対的に長くなるように設定される。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間が当該配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力するパルス信号のオン時間よりも長くなるように波形設定部３２が各スイッチング素子９６に出力するパルス信号の波形を設定するのである。
このようにすることによって、３０本のフラッシュランプＦＬの配列面における照度分布が均一となり、その結果としてフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布も均一とすることができる。
スイッチング素子９６の動作制御の第２の態様は、照度分布の測定結果に基づいて、装置のオペレータが３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力するパルス信号の波形を手動で設定するというものである。第１実施形態におけるスイッチング素子９６の動作制御の第２の態様と同様に、制御部３に代わってオペレータが照度分布の測定結果に基づいてパルス信号の波形を設定するものであり、その波形設定内容自体は上記の第１の態様と同様である。
スイッチング素子９６の動作制御の第３の態様は、照度分布の測定結果に基づいて、制御部３が３０個のスイッチング素子９６のそれぞれをリアルタイムにフィードバック制御するというものである。第１実施形態におけるスイッチング素子９６の動作制御の第３の態様と同様に、照度センサー２４０および照度センサー２５０の測定結果に基づいて制御部３が３０個のスイッチング素子９６のそれぞれに出力中のパルス信号の波形に修正を加える。例えば、フラッシュランプＦＬの配列の中央部の照度が端部の照度よりも低くなっている場合、その配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するスイッチング素子９６に出力中のパルス信号のオン時間が相対的に長くなるように制御部３がパルス信号の波形を修正する。これにより、３０本のフラッシュランプＦＬの配列面における照度分布が均一となり、その結果としてフラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布も均一とすることができる。
また、第２実施形態においては、３０本のフラッシュランプＦＬの配列の照度分布の測定結果に基づいて充電ユニット９５によってコンデンサ９３に印加する充電電圧を制御部３が制御している。充電電圧の制御の態様にも第１実施形態と同様に２通りがあり得る。第１の態様としては、照度分布の測定結果に基づいて、制御部３が３０個のコンデンサ９３のそれぞれの充電電圧を自動設定するというものである。上記と同様に、３０本のフラッシュランプＦＬからフラッシュ光を照射したときに、フラッシュランプＦＬの配列の照度を照度センサー２４０および照度センサー２５０によって測定する。
制御部３は、照度センサー２４０および照度センサー２５０の測定結果に基づいて３０個のコンデンサ９３への充電電圧を設定する。照度センサー２４０の測定結果が照度センサー２５０の測定結果よりも低くなった場合には、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧が相対的に高くなるように設定される。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬの配列における端部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧が当該配列における中央部近傍のフラッシュランプＦＬに対応するコンデンサ９３の充電電圧よりも高くなうように制御部３が各コンデンサ９３についての充電電圧を設定する。
このようにして個別に設定した充電電圧にて３０個のコンデンサ９３に充電するように制御部３が３０個の充電ユニット９５を制御する。上記のようにして３０個のコンデンサ９３への充電電圧を異なるものとした結果、３０本のフラッシュランプＦＬの配列面における照度分布が均一となり、フラッシュ光照射時における半導体ウェハーＷの面内温度分布も均一にすることができる。
また、充電電圧制御の第２の態様は、面内温度分布の測定結果に基づいて、充電ユニット９５がコンデンサ９３に印加する充電電圧を装置のオペレータが手動で設定するというものである。第１実施形態における充電電圧制御の第２の態様と同様に、制御部３に代わってオペレータが照度分布の測定結果に基づいて３０個のコンデンサ９３への充電電圧を設定するものであり、その電圧設定内容自体は上記の第１の態様と同様である。
以上のように、第２実施形態においても、３０本のフラッシュランプＦＬに１対１で対応して３０個のスイッチング素子９６を設け、制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を個別に制御して３０本のフラッシュランプＦＬの発光パターンを個別に規定している。第２実施形態では、照度センサー２４０および照度センサー２５０を設けて３０本のフラッシュランプＦＬの配列の照度分布を測定し、その測定結果に基づいて制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を個別に制御している。また、当該測定結果に基づいて充電ユニット９５がコンデンサ９３に印加する充電電圧を制御部３が個別に制御している。複数本のフラッシュランプＦＬの発光パターンおよびそれら複数本のフラッシュランプＦＬに対応する複数のコンデンサ９３への充電電圧を個別に制御することにより、複数本のフラッシュランプＦＬの配列面における照度分布を均一にすることができ、その結果としてフラッシュ加熱時における半導体ウェハーＷの面内温度分布も均一とすることができる。
＜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、制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を個別に制御して３０本のフラッシュランプＦＬの発光パターンを個別に規定していたが、３０本のフラッシュランプＦＬを複数のランプ群に分割してゾーン毎に制御するようにしても良い。
図１４は、３０本のフラッシュランプＦＬを複数のフラッシュランプ群に分割した例を示す図である。図１４の例では、３０本のフラッシュランプＦＬを５つのフラッシュランプ群に分割する。すなわち、３０本のフラッシュランプＦＬの配列を中央ゾーンのフラッシュランプ群ＦＧ３、両端ゾーンのフラッシュランプ群ＦＧ１，ＦＧ５、および、それらの中間ゾーンのフラッシュランプ群ＦＧ２，ＦＧ４に分割する。５つのフラッシュランプ群ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３，ＦＧ４，ＦＧ５のそれぞれには６本のフラッシュランプＦＬが含まれている。そして、５つのフラッシュランプ群ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３，ＦＧ４，ＦＧ５のそれぞれに含まれる６本のフラッシュランプＦＬに対応する６個のスイッチング素子９６には制御部３が同一波形のパルス信号を同じタイミングで出力する。このため、各フラッシュランプ群に含まれる６本のフラッシュランプＦＬの発光パターンは同一となる。このようにすれば、制御部３は、複数のフラッシュランプ群毎にスイッチング素子９６の動作を制御して発光パターンを規定することができる。
一方、第１および第２実施形態では、制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を個別に制御して３０本のフラッシュランプＦＬの発光パターンを個別に規定するものであるため、３０個のスイッチング素子９６の全てに異なるパルス波形のパルス信号を出力して３０本のフラッシュランプＦＬの全てを異なる発光パターンとしても良い。
集約すれば、フラッシュ光照射時に温度低下が生じる半導体ウェハーＷの領域、または、照度低下が生じるフラッシュランプＦＬの配列の領域に対応するフラッシュランプＦＬの照度が相対的に高くなるように制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を個別に制御すれば良い。
また、第１および第２実施形態では、制御部３が３０個のスイッチング素子９６の動作を制御するとともに、充電ユニット９５によるコンデンサ９３の充電電圧を制御していたが、これらのうちのいずれか一方のみの制御を行うようにしても良い。もっとも、充電電圧を変化させるとフラッシュランプＦＬに流れる電流の波形の形状も変化するため、フラッシュランプＦＬの発光パターンの制御が難しくなる。このため、少なくとも制御部３による３０個のスイッチング素子９６の個別動作制御は行うようにするのが好ましい。
また、上記各実施形態においては、ハロゲンランプＨＬからのハロゲン光照射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、ホットプレート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も良い。
また、上記各実施形態においては、パルス信号がオンになるタイミングと同期してトリガー電極９１に電圧を印加するようにしていたが、トリガー電圧を印加するタイミングはこれに限定されるものではなく、パルス信号の波形とは無関係に一定間隔で印加するようにしても良い。また、パルス信号の間隔が短く、あるパルスによってフラッシュランプＦＬを流れた電流の電流値が所定値以上残っている状態で次のパルスによって通電を開始されるような場合であれば、そのままフラッシュランプＦＬに電流が流れ続けるため、パルス毎にトリガー電圧を印加する必要はない。つまり、パルス信号がオンになるときに、フラッシュランプＦＬに電流が流れるタイミングであれば、トリガー電圧の印加タイミングは任意である。
また、上記各実施形態においては、スイッチング素子９６としてＩＧＢＴを用いていたが、これ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)サイリスタをスイッチング素子９６として採用するのが好ましい。
また、上記実施形態においては、フラッシュ加熱部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、ハロゲン加熱部４に備えるハロゲンランプＨＬの本数も４０本に限定されるものではなく、任意の数とすることができる。
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、液晶表示装置などのフラットパネルディスプレイ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。
１ 熱処理装置
３ 制御部
４ ハロゲン加熱部
５ フラッシュ加熱部
６ チャンバー
７ 保持部
３１ パルス発生器
３２ 波形設定部
６５ 熱処理空間
９３ コンデンサ
９５ 充電ユニット
９６ スイッチング素子
１４０，１５０ 放射温度計
２４０，２５０ 照度センサー
ＦＧ１，ＦＧ２，ＦＧ３，ＦＧ４，ＦＧ５ フラッシュランプ群
ＦＬ フラッシュランプ
ＨＬ ハロゲンランプ
Ｗ 半導体ウェハー

Claims (10)

  1. 基板に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、
    基板を収容するチャンバーと、
    前記チャンバー内に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、対応するフラッシュランプに流れる電流の波形を規定する複数のスイッチング素子と、
    前記複数のスイッチング素子の動作を個別に制御して前記複数のフラッシュランプの発光パターンを個別に規定する発光制御手段と、
    を備え、
    前記複数のフラッシュランプは複数のフラッシュランプ群に分割され、
    前記発光制御手段は、前記複数のフラッシュランプ群毎に発光パターンを規定するとともに、前記複数のフラッシュランプ群のうち前記複数のフラッシュランプの配列における端部のフラッシュランプ群に対応するスイッチング素子に出力するパルス信号のオン時間を相対的に長くして前記端部のフラッシュランプ群の発光強度を中央部のフラッシュランプ群の発光強度よりも強くす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、
    前記保持手段に保持された基板の表面の異なる領域の温度を測定する複数の温度センサーをさらに備え、
    前記発光制御手段は、前記複数の温度センサーの測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする熱処理装置。
  3. 請求項２記載の熱処理装置において、
    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、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサと、
    前記複数のコンデンサに１対１で対応して設けられ、前記複数のコンデンサに対して個別の電圧にて充電する複数のチャージ部と、
    をさらに備え、
    前記発光制御手段は、前記複数の温度センサーの測定結果に基づいて前記複数のチャージ部の充電電圧を個別に制御することを特徴とする熱処理装置。
  4. 請求項１記載の熱処理装置において、
    前記複数のフラッシュランプの配列の異なる領域の照度を測定する複数の照度センサーをさらに備え、
    前記発光制御手段は、前記複数の照度センサーの測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする熱処理装置。
  5. 請求項４記載の熱処理装置において、
    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、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサと、
    前記複数のコンデンサに１対１で対応して設けられ、前記複数のコンデンサに対して個別の電圧にて充電する複数のチャージ部と、
    をさらに備え、
    前記発光制御手段は、前記複数の照度センサーの測定結果に基づいて前記複数のチャージ部の充電電圧を個別に制御することを特徴とする熱処理装置。
  6. 基板に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、
    フラッシュ光を照射する複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられ、対応するフラッシュランプに流れる電流の波形を規定する複数のスイッチング素子の動作を個別に制御して前記複数のフラッシュランプの発光パターンを個別に規定し、
    前記複数のフラッシュランプは複数のフラッシュランプ群に分割され、
    前記複数のフラッシュランプ群毎に発光パターンを規定するとともに、前記複数のフラッシュランプ群のうち前記複数のフラッシュランプの配列における端部のフラッシュランプ群に対応するスイッチング素子に出力するパルス信号のオン時間を相対的に長くして前記端部のフラッシュランプ群の発光強度を中央部のフラッシュランプ群の発光強度よりも強くすることを特徴とする熱処理方法。
  7. 請求項６記載の熱処理方法において、
    フラッシュ光が照射された基板の表面の異なる領域の温度測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御す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、
    前記複数のフラッシュランプに１対１で対応して設けられ、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサに対する充電電圧を前記温度測定結果に基づいて個別に制御することを特徴とする熱処理方法。
  9. 請求項６記載の熱処理方法において、
    前記複数のフラッシュランプの配列の異なる領域の照度測定結果に基づいて前記複数のスイッチング素子の動作を制御することを特徴とする熱処理方法。
  10. 請求項９記載の熱処理方法において、
    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、対応するフラッシュランプに電荷を供給する複数のコンデンサに対する充電電圧を前記照度測定結果に基づいて個別に制御することを特徴とする熱処理方法。
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