JP2005044635A - フラッシュランプおよびフラッシュランプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光管として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはサファイア（単結晶アルミナ）を用いることにより、照度維持率を高い値に保持し、工業的に利用可能な長寿命のフラッシュランプを提供、または該フラッシュランプを用いたフラッシュランプ装置を提供すること。
【解決手段】アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはサファイア（単結晶アルミナ）からなる発光管を具備してなるフラッシュランプにおいて、前記発光管に含まれるＴｉ濃度を１０ｗｔ．ｐｐｍ以下に設定する。また、フラッシュランプと給電装置とを具備してなり、前記フラッシュランプを点灯する際のパルス幅が７００μｓ以下で、照射エネルギーが４３ｋＷ／ｃｍ^２以上有するフラッシュランプ装置において、前記フラッシュランプの発光管として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）またはサファイア（単結晶アルミナ）からなり、Ｔｉ濃度を１０ｗｔ．ｐｐｍ以下含むものを用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体や薄膜トランジスタの製造工程に用いられるアニール用のフラッシュランプおよび該フラッシュランプを用いたフラッシュランプ装置に関する。

従来、半導体等の製造工程において、シリコンウェハ表層に浅い拡散層（ｐｎ接合）を形成する、いわゆるイオン注入された不純物を活性化する工程においては、ランプアニールが利用されている。このようなアニール工程においては、イオン注入した不純物のプロファイルの崩れや、形成したパターンの揮発等の問題を回避しつつ、不純物に対する良好な活性化状態を得ることが望まれる。また、液晶表示パネル用の薄膜トランジスタの製造工程においても、基板上に形成された半導体膜を確実かつ均一に活性化する必要があり、特に、ガラス基板による場合は、アニール処理を確実に行うと共に、基板への過度の加熱を防止し、基板の伸縮や反りの発生を抑制する必要がある。

このような背景技術としては、特開２００２−１９８３２２号公報や特開２００１−３１９８８７号公報等に開示されたものが知られている。

一般に半導体基板をランプアニールするためには、１０００℃から１４００℃に昇温して加熱することが必要である。具体的には、７００μｓの短時間に３０Ｊ／ｃｍ^２以上のエネルギーを有する光を、被照射物である半導体基板に照射する。その際、フラッシュランプに投入されるピークエネルギーは５×１０^６Ｗにまで達するため、フラッシュランプにとっては過酷な条件下での点灯を強いられることになる。

従来、フラッシュランプの発光管の材料としては、石英ガラスが主として用いられている。しかし、上記のような過酷な点灯条件で点灯すると、発光管の内面が白濁し、被照射面における照度が極度に低下する問題が発生する。

発光管内面の白濁は、フラッシュランプを点灯する際のパルス幅、即ち、閃光パルス波形の尖高値の１／２の高さにおける時間幅にも関係する。即ち、パルス幅を短くすると、プラズマの温度が上がり、光のピーク強度も高くなる。特に、シリコンウエハをランプアニールするためのフラッシュランプの点灯条件下では、短いパルス幅で点灯する方が被処理物に対して良好な結果が得られるため短パルス化することが望まれるが、例えば、パルス幅が３００μｓ以下と短いパルスでの点灯では、発光管内表面が異常に過熱され、より一層白濁化する問題が発生する。

より具体的には、パルス幅が３００μｓ以上で、点灯回数が５万回では照度維持率は９０％であり、プロセスへの影響は少ないが、点灯回数が１０万回になると、照度維持率は８０％以下となり、プロセスに多大な影響を及ぼす。結果として、フラッシュランプの寿命が点灯回数５万回程度に制限されてしまう。

また、パルス幅を３００μｓ以下、例えば、２００μｓで点灯させた場合は、点灯回数が５万回でも、照度維持率が８０％以下となってしまい、さらに寿命が短くなり、工業的に利用できなくなる。

上記のごとく、ランプアニールにおいては、短いパルス幅で点灯する方が被処理物に対して良好な結果が得られるため、短パルス化することが望まれるが、石英ガラス製発光管を用いたフラッシュランプではこれを実現することができない。

そこで、フラッシュランプの発光管の白濁を回避するために、発光管材料として、サファイア（単結晶アルミナ）や多結晶アルミナ等の透光性を有するアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を用いたフラッシュランプが注目されている。このアルミナ製発光管を用いたフラッシュランプでは、石英ガラス製発光管と異なり、パルス幅が３００μｓ以下のパルス幅、例えば、２００μｓのパルス幅で点灯しても発光管が白濁することがない。

特開２００２−１９８３２２号公報 特開２００１−３１９８８７号公報

しかしながら、アルミナ製発光管からなるフラッシュランプにおいても、照度が徐々に低下することが分かった。それは以下に示すような理由によるものであることが判明した。
アルミナは石英ガラスよりも耐熱性に優れているので、発光管の蒸発による白濁は発生しないが、アルミナの熱膨張率は石英ガラスのそれよりも約２０倍高いため、熱衝撃性において劣る。そのため、フラッシュ光の吸収作用によって、発光管内表面の温度が急激に上昇して発光管内部に温度勾配が形成され、それにより発生した熱応力と封入ガス圧の上昇に発光管が耐えきれなくなり、クラックが発生する。その結果、照度維持率が低下するものと考えられる。

さらに、入手可能なアルミナ製の管材は、製造工程においてＴｉが２０ｗｔ．ｐｐｍ程度混入されているが、このＴｉは、紫外線を吸収するため、その濃度が高くなると、光吸収による温度上昇が一層促進され、熱応力が高まり、クラックの発生がより顕著になるものと考えられる。

本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑み、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）製発光管を具備したフラッシュランプにおいて、照度維持率を高い値に保持し、工業的に利用可能な長寿命のフラッシュランプを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）製発光管を具備したフラッシュランプの点灯装置において、ランプアニール用の点灯条件下で点灯しても、照度維持率を高い値に保持し、かつ被処理物に対する処理を良好に行うことのできるフラッシュランプ装置を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる発光管を具備してなるフラッシュランプにおいて、前記発光管に含まれるＴｉ濃度を１０ｗｔ．ｐｐｍ以下としたことを特徴とする。

第２の手段は、第１の手段に記載のフラッシュランプにおいて、前記アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）がサファイア（単結晶アルミナ）であることを特徴とする。

第３の手段は、フラッシュランプと給電装置とを具備してなり、前記フラッシュランプを点灯する際のパルス幅が７００μｓ以下で、照射エネルギーを４３ｋＷ／ｃｍ^２以上有するフラッシュランプ装置において、前記フラッシュランプとして、第１の手段または第２の手段に記載のフラッシュランプを用いたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる発光管を具備してなるフラッシュランプにおいて、前記発光管に含まれるＴｉ濃度を１０ｗｔ．ｐｐｍ以下としたので、過酷な点灯条件で点灯する場合、点灯回数が１０万回に達しても照度維持率を高い値に保持することが可能となり、工業的に利用可能な長寿命のフラッシュランプを得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載のフラッシュランプにおいて、前記アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）をサファイア（単結晶アルミナ）で構成したので、点灯回数が１０万回に達しても照度維持率を極めて高い値に保持することが可能となり、工業的に利用可能な極めて長寿命のフラッシュランプを得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、フラッシュランプと給電装置とを具備してなり、前記フラッシュランプを点灯する際のパルス幅が７００μｓ以下で、照射エネルギーを４３ｋＷ／ｃｍ^２以上有するフラッシュランプ装置において、前記フラッシュランプとして、請求項１または請求項２に記載のフラッシュランプを用いたので、照度維持率を高い値に保持し、かつ被処理物に対する処理を良好に行うことが可能なフラッシュランプ装置を提供することが可能となる。

本発明の一実施形態を図１乃至図５を用いて説明する。
図１は本発明に係るフラッシュランプ装置の概略構成を示す図である。
同図において、１はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる、例えば、サファイア（単結晶アルミナ）または多結晶アルミナからなるフラッシュランプの発光管、２，２は発光管１内に対向配置される１対の電極、３，３は各電極２，２に接続されるリード線、４，４は発光管１の端部に気密に装着されたシールキャップ、５，５は銀ロウ、６，６はメタライズ層、７はリード線、８はフラッシュランプに電力を給電するための給電装置である。

同図に示すように、このフラッシュランプ装置は、リード棒３，３がシールキャップ４，４を介して外部に導出されており、かつリード棒３，３の導出部はシールキャップ４，４の外端において、銀ロウ５，５によって気密に封止され固定されている。また、発光管１とシールキャップ４，４間は、メタライズ層６，６により封止され、更にメタライズ層６，６とシールキャップ４，４との間にも銀ロウ５，５が充填されている。また発光管１内部には放電ガスとしてのキセノン（Ｘｅ）が封入されている。

次に、図１に示すフラッシュランプ装置を用いて、下記仕様のサファイア製発光管および多結晶アルミナ製発光管をそれぞれ複数本作成し、フラッシュランプを点灯する際のパルス幅（即ち、閃光パルス波形の尖高値の１／２の高さにおける時間幅）を変化させて照度維持率の変化を測定した結果を以下に示す。
発光管の材質：サファイア（単結晶アルミナ）または多結晶アルミナ
発光管内径：１０．４ｍｍ、肉厚：１ｍｍ
電極間距離：５００ｍｍ
Ｔｉ濃度：１０ｗｔ．ｐｐｍ
Ｘｅガス圧：６０ｋＰａ

図２および図３はそれぞれ測定結果を示すグラフであり、図２は、サファイア製発光管を用いて、各パルス幅について５万回および１０万回点灯した時点における照度維持率の変化を示すグラフであり、図３は、多結晶アルミナ製発光管を用いて、各パルス幅について５万回および１０万回点灯した時点における照度維持率の変化を示すグラフである。

上記の測定は、サファイア製発光管および多結晶アルミナ製発光管からなるフラッシュランプについて、ランプアニール用の点灯条件下において、１００μｓ、２００μｓ、３００μｓ、５００μｓ、７００μｓの各パルス幅で点灯した際に得られたものである。ここで、ランプアニールに必要なエネルギーは、例えば、パルス幅７００μｓの場合は３０Ｊ／ｃｍ^２、パルス幅２００μｓの場合は１５Ｊ／ｃｍ^２になる。また従来からの知見を基にしたパルス幅と照射エネルギーとの関係は、下表の通りである。

図２および図３に示すように、サファイア製発光管および多結晶アルミナ製発光管のいずれの場合でも、１０万回点灯後においても照度維持率は８５％以上確保することが可能となる。特に、サファイア製発光管にすると１０万回点灯後においても照度維持率は９０％以上確保できるため、工業的に極めて高寿命のフラッシュランプを得ることができる。

次に、図１に示すフラッシュランプ装置を用いて、サファイア製発光管および多結晶アルミナ製発光管のそれぞれについて、パルス幅を２００μｓおよび７００μｓで、かつ点灯回数が１０万回の場合において、Ｔｉ濃度を種々変化させた場合の照度維持率の変化を測定した結果を以下に示す。

図４および図５はそれぞれ測定結果を示すグラフであり、図４はサファイア製発光管を用いて、パルス幅５μｓ、２００μｓおよび７００μｓで点灯した際のＴｉ濃度に対する照度維持率の変化を示すグラフであり、図５は多結晶アルミナ製発光管を用いて、パルス幅５μｓ、２００μｓおよび７００μｓで点灯した際のＴｉ濃度に対する照度維持率の変化を示すグラフである。

これらの図から明らなように、点灯回数が１０万回に達しても、Ｔｉ濃度が１０ｗｔ．ｐｐｍ以下であると、サファイア製発光管の場合は、９０％以上の照度維持率を確保することができ、また多結晶アルミナ製発光管の場合でも、８５％以上の照度維持率を確保することが可能となる。

本発明に係るフラッシュランプ装置の概略構成を示す図である。 サファイア製発光管を用いて、各パルス幅について５万回および１０万回点灯した時点における照度維持率の変化を示すグラフである。 多結晶アルミナ製発光管を用いて、各パルス幅について５万回および１０万回点灯した時点における照度維持率の変化を示すグラフである。 サファイア製発光管を用いて、パルス幅５μｓ、２００μｓおよび７００μｓで点灯した際のＴｉ濃度に対する照度維持率の変化を示すグラフである。 多結晶アルミナ製発光管を用いて、パルス幅５μｓ、２００μｓおよび７００μｓで点灯した際のＴｉ濃度に対する照度維持率の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 発光管
２ 電極
３ リード線
４ シールキャップ
５ 銀ロウ
６ メタライズ層
７ リード線
８ 給電装置

Claims (3)

1. アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる発光管を具備してなるフラッシュランプにおいて、
   前記発光管に含まれるＴｉ濃度を１０ｗｔ．ｐｐｍ以下としたことを特徴とするフラッシュランプ。
2. 請求項１に記載のフラッシュランプにおいて、前記アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）はサファイア（単結晶アルミナ）であることを特徴とするフラッシュランプ。
3. フラッシュランプと給電装置とを具備してなり、前記フラッシュランプを点灯する際のパルス幅が７００μｓ以下で、照射エネルギーを４３ｋＷ／ｃｍ^２以上有するフラッシュランプ装置において、
   前記フラッシュランプとして、請求項１または請求項２に記載のフラッシュランプを用いたことを特徴とするフラッシュランプ装置。

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