JP2004327359A - Light irradiation device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フラッシュランプを用いた半導体製造や薄膜トランジスタ製造に用いる光照射装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュランプを用い、上記半導体製造や薄膜トランジスタ製造において、アニール処理する技術の開発が進められている。例えば、シリコンウエハ表層に浅い拡散層(pn接合)を形成(イオン注入した不純物活性化)する工程において、フラッシュランプを用いた光照射装置が使用される。
フラッシュランプから閃光照射によるアニールは、連続スペクトルを使うためにウェハや素子にソフトであり、深さ方向に関して局所的な加熱ができると共に、レーザーと比べて1照射パルスあたりのエネルギー密度が低くてアブレーションを生じにくい、という利点を有している。
フラッシュランプを用いたアニールに関する技術は、例えば特開2002−198322号公報や特開2001−319887号公報などに記載されている。また、光照射装置としては、例えば特開2002−231488号公報などに記載されている。
【0003】
例えば、シリコンウエハ表層に拡散層を形成する工程においては、イオン注入した不純物のプロファイルのくずれや、形成したパターンの揮発などの問題を回避し、かつ、不純物の良好な活性化状態を得ることが必要とされる。又、液晶表示パネル用の薄膜トランジスタ製造においては、基板上に形成された半導体膜を、確実かつ均一に活性化させ、アニール処理を達成し、基板の過度の加熱を防止して、基板の伸縮や「そり」の発生を抑制するよう加熱しなければならない。
【0004】
一般に、半導体基板を熱処理するためには、半導体基板の表層部分のみを1000〜1400℃に昇温するよう加熱する必要があることから、フラッシュランプ装置を備えた熱処理用の光照射装置においては、具体的に、例えば700μsecの短時間の間に、30J/cm2以上のエネルギーを有する光を被処理物である半導体基板に対して照射することが要請され、これを達成するため、フラッシュランプに投入されるピークエネルギーは5×106Wにもおよぶ。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−198322号公報頃
【特許文献2】
特開2001−319887号公報
【特許文献3】
特開2002−231488号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
近時では、基板に与える影響をより少なくし、ランプに投入するエネルギーを低くするなどといった目的で、従来よりも短いパルス幅でランプを点灯することが要求され、例えば300μm以下のパルス幅でランプを点灯することが試みられている。
【0007】
ところが、このように短パルスでフラッシュランプを点灯しようとすると、点灯開始後シリカガラスからなる発光管の内面が白濁し、被照射面面における照度が極度に低下してしまうことが判明した。照度が低下すると、ワークの所期の熱処理を1回の閃光照射で完遂することができなくなってしまうため、上記のような短パルスでフラッシュランプを点灯するような装置では、ランプの交換作業を頻繁に行うことが必須となる。このため、工業的にはとても利用することができないものとなる。
【0008】
上記事情に鑑み、本発明の目的は、フラッシュランプを具備した光照射装置において、短パルスでランプを点灯しても被照射面における照度低下を回避できてワークの処理を完遂することが可能であり、ランプの交換作業の頻度を少なくすることが可能な光照射装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の光照射装置は、シリカガラスからなる発光管を具備したフラッシュランプと、当該ランプの管軸方向に配置されたトリガー部材と、前記ランプに電力を供給する電源と、を有し、前記フラッシュランプを、照射エネルギーが65kW/cm2以上、パルス幅が300μs以下で点灯し、該ランプからの光を被処理物に照射する光照射装置であって、前記トリガー部材は、前記発光管の外周部近傍において被処理物に面した位置に配置されていることを特徴とする。
【0010】
【作用】
従来において知られるフラッシュランプを具備した光照射装置は、上記特開2002−231488号公報に記載のもののように、発光ミスを防ぐために、フラッシュランプの発光管軸に沿って金属線からなるトリガー部材が具備される。トリガー部材は、例えば本出願人が先に特願2001−400622号において提案した技術に係るものであり、具体的には、両端が封止された直管状の誘電体部材の内部に金属線が封装され、該金属線に電気的に接続された給電線が当該誘電体部材から導出されてなる形態のものである。
【0011】
このトリガー部材は、グランド電位である陰極に対しては約−15kV、陽極に対しては約−20kVの電圧がかけられ、即ち、放電開始時にはランプ全体でみて最も電圧の低い部分となる。このようにトリガー部材に極端な高圧をかけるのは、確実に放電を開始させるためであり、ランプの外部にシリカガラス管に包含される形で設置される金属線をトリガーとして働かせるためには、放電空間にシリカガラスという誘電体を越えて電圧付加させねばならず、そのために大きな高圧が必要となるからである。
【0012】
放電によって生じるプラズマは、勿論、トリガー部材に対して正電位にあり、よって、プラズマはトリガー部材に引き寄せられる特性がある。その結果、発光管の内壁にはプラズマに近接して曝される箇所が形成され、プラズマによる熱伝導と光吸収の作用によって発光管は局所的に高温に加熱されてしまう。
【0013】
上記光照射装置において、実効的に被処理物の光加熱深さを制限する(浅い部分を加熱する)には、放電時間を短くする、即ちパルス幅を短くすることで可能となる。その一方で、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。このため、シリコンウエハを光加熱するためのフラッシュランプの点灯条件、即ち下記の式を満たすような点灯条件において、パルス幅を短く、例えば300μs以下にしようとすると、プラズマに近接する発光管内壁部分が過剰に加熱され、シリカガラスの蒸発に至る、ということがわかった。
【0014】
【数1】
ここで、20J/cm2は単位面積当たりの光のエネルギー、300μsは発光の時間であり、よって、66.7kW/cm2は発光時間中のエネルギーである。発光時間(パルス幅)を300μsより短くすると照射エネルギーは更に増大し、例えば、発光時間100μsにおける照射エネルギーを算出すると、110kW/cm2という非常に大きな値になる。
【0015】
そして、発光管から放出された蒸発物が発光管の管壁に付着することにより、白濁が引き起こされるようになる。ここで、発光管からの蒸発物は、発光管内部において比較的低温部分に付着する傾向にあり、プラズマ発生部から遠い部分、つまり、トリガー部材が位置された面と相対する発光管内壁において堆積するようになる。このため、ランプの白濁は、トリガー部材が配置されていない発光管の側面部分において顕著に生じるようになる。
【0016】
本発明によれば、トリガー部材が発光管の外周部近傍において被処理物に面した位置に配置されているので、発光管の被処理物側の面においては白濁を抑えることができ、電極間で発生した光が白濁によって遮光されるのを回避し、発光管を透過させて出射させることができ、被処理物の被処理面を照射することができるようになる。よって、ランプに白濁が発生しても、被処理物に対して照射する光の照度を高く維持することができるようになる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1,図2は本発発明の第一の実施形態を説明する図であり、図1はランプの軸を通る面で切断した断面図、図2はランプの軸と直交する方向で切断した断面図である。
図1,2において、フラッシュランプ1(以下、簡単にランプ1ともいう。)は、発光管10がシリカガラスからなり、内部にはキセノンガスが27kPa〜80kPa(200Torr〜600Torr)(25℃換算)封入されている。発光管10内部において陰極11と陽極11’(以下簡単に電極ともいう。)が対向配置され、各電極11,11’に連設されたリード棒12,12’が前記発光管10の両端から気密に導出されている。
【0018】
トリガー部材2は、両端が封止されたガラス管201の内部に金属線202が封装されてなり、該金属線202に電気的に接続された給電線203がガラス管201の片端部から導出されて構成されている。トリガー部材2は、フラッシュランプ1における発光管10の外周面に密着するよう配設され、ランプ点灯用の電源装置(図示省略)とは異なる電源装置(図示省略)に接続される。
【0019】
図2に示すように、フラッシュランプ1,1,・・は同一面上に同ピッチとなるよう並べて配置されており、その上方には内側に反射面が形成されたミラー部材3が配置されている。一方、ランプ1,1,・・の下方にはステージSが位置されており、当該ステージS上には被処理物Wが載置されるようになる。
【0020】
図2において線分Pは、ランプ1,1,・・の発光管10,10,・・と被処理物とを最短で結ぶ仮想線分であり、トリガー部材2,2,・・は、この仮想線分P上において発光管10,10,・・の外周面に沿って配置されている。
このように、トリガー部材2,2,・・は、発光管10,10,・・の外周部近傍において被処理物に面した位置に配置されているので、フラッシュランプ1,1,・・からの放射光は、一部がトリガー部材2,2,・・で遮光されて被処理物Wの被処理面に到達するようになるが、ランプ1,1,・・の点灯回数を重ねたとしても、係るトリガー部材2,2,・・近傍においては発光管10,10,・・に白濁が生じ難いので、被処理物Wに対する照度の低下を抑制でき、即ち長期にわたり被処理物に高い照度で光を照射できるので、ランプ1,1,・・の交換時期を遅らせることができるようになる。
【0021】
ここで、図3を参照してランプが白濁する様子を詳細に説明する。尚、同図は、図2に記載されたランプを1本取り出して示したものである。
アニール処理を目的としてランプ1を点灯する場合、より短パルスで点灯しようとすると、プラズマの温度が上がり光のピーク強度も高くなる。トリガー部材2に負の電位の高い電圧が印加されると、放電によって生じるプラズマはトリガー部材2に引き寄せられ、発光管10内部でもトリガー部材2の近傍部分10Aに集中する。発光管10は、プラズマにより熱伝導と光吸収の作用によって部分的に高温に加熱され、その結果発光管10を構成するシリカガラスがトリガー部材2の近傍部分10Aにおいて蒸発する。
蒸発物は、発光管10内部を図矢印で示すようにプラズマ発生部から離れるように低温部に向かって浮遊し、発光管10の内壁に付着して堆積する。このように蒸発物が発光管10内壁に堆積することによって白濁が引き起こされる。
【0022】
本実施形態によれば、トリガー部材は、発光管の外周部近傍において被処理物に面した位置に配置されているので、当該部分において発光管への蒸発物の付着が抑えられ、白濁を抑制することが可能となる。そして、被処理物の表面にランプからの放射光が直接照射されるため、被処理物に対し加熱処理を効率よく行うことができ、1回の閃光照射で所期の熱処理を達成させることができるようになる。
【0023】
以下、上記実施形態とは異なる実施形態について、図4〜図6を参照して説明する。以下の説明において、上記1〜3で説明した構成と同様の構成については同じ符号を用いて記載し、その詳細な説明を省略する。尚、これらの図において、符号X,X’は、発光管からの蒸発物が浮遊し、付着しやすい部分を示し、白濁の程度が比較的小さい部分にX、より大きい部分にX’をそれぞれ付している。
【0024】
図4は本発明に係る1本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
図4(イ)において、上記第一の実施形態と同様、発光管10の中心と被処理物Wとを最短で結ぶ仮想線分上にトリガー部材21が配置された例であり、この例においてもトリガー部材21は発光管10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置されている。白濁する部分はトリガー部材21が配置されていない略半円筒状の側面部分(X)である。
ランプにおける照度維持特性の向上を図ることができる効果は、ランプの本数によらず第一の実施形態と同様に得ることができる。
図4(ロ)は、トリガー部材を発光管の外周部近傍において被処理物に面した位置に配置し、上記(イ)のものに比較して発光管10の周方向にずらして配置した例である。この実施形態においても上記(イ)のものと同様、トリガー部材21が配置されていない略半円筒状の側面部分(X)において白濁が発生しやすい。しかるに、トリガー部材21が被処理物Wに面した発光管10外周部近傍に配置されているので、発光管10の被処理物Wに面した部分が光透過性を有しており、更に、発光管10と被処理物Wとの間にトリガー部材21が配置されていないので、被処理物Wに対して良好な光照射を行えるようになる。
図4(ハ)は、1本のランプ1に対して2個のトリガー部材21,21’を、発光管10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置した例である。トリガー部材21,21’には同じタイミングで同電位の電圧が印加される。発光管10の白濁部分は被処理物W側とはちょうど反対側の面のごく一部分(X’)において顕著に生じ、そのほかの部分においては良好な光透過性を示す。よって、被処理物Wに対して長期にわたり高い照度で光を照射でき、被処理物Wにランプ1からの放射光を直接照射できて、所期の熱処理を高効率に行うことができるようになる。
【0025】
図5は本発明に係る、2本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
図5(イ)において、並行に配置された2本のランプ1a,1bの間に、トリガー部材22abが具備されている。トリガー部材22abは、両方の発光管10a,10bの外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置されている。
このようにトリガー部材22abの個数をランプ1a,1bの本数よりも少なくすることで、トリガー部材22abへ給電構造の簡便化を図ることができる。無論、この実施形態においても、発光管10の被処理物Wに面した部分においては光透過性を有しており、被処理物Wに対して良好な光照射を行えるようになる。
図5(ロ)は、ランプ1aに単独で作用するトリガー部材22aと、ランプ1bに単独で作用するトリガー部材22bと、をそれぞれ発光管の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に設けた例である。トリガー部材22a,22bが配置されているランプ1a,1bの両方の側面においては白濁の程度が小さいので、被処理物Wの縁部近傍の照度低下を防止できて照度分布をフラットにすることができる。
図5(ハ)は、ランプ1a,1bに対して3個のトリガー部材22a,22ab,22cを配置した例である。無論、この実施形態においてもトリガー部材22a,22ab,22cは、発光管10,10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置されている。これらトリガー部材22a,22b,22cには同じタイミングで同電位の電圧が印加される。この実施形態によれば、上記図4(ハ)で示したものと同様、白濁は発光管10,10の被処理物Wとちょうど反対側の面のごく一部分(X’)において顕著に生じるが、そのほかの部分においては良好な光透過性を示す。よって、被処理物Wにランプ1a,1bからの放射光を直接照射できて処理を極めて高効率に行うことができるようになる。
【0026】
図6は、本発明に係る、3本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
図6(イ)において、3本のランプ1a,1b,1cを具備し、ランプ1aに対して作用するトリガー部材23aと、ランプ1b,1cに対して作用するトリガー部材23bcを具備している。この例においても、トリガー部材23a,23bcが発光管10,10,10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置されていることにより、各発光管10,10,10の被処理物Wに面した部分が光透過性を有するようになる。
図6(ロ)は、ランプ1a,1b,1cを具備しており、隣接するランプとランプの間にトリガー部材23ab,23bcを配設し、更にこれらを発光管10,10,10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置した例である。これらトリガー部材23ab,23bcには同じタイミングで同電位の電圧が印加され、トリガー部材23abがランプ1a,1bに、トリガー部材23bcがランプ1b,1cにそれぞれ作用する。ランプ1a,1cの発光管10,10にはそれぞれ、各トリガー部材23a,23bcが配置されていない略半円筒状の側面部分(X,X)において白濁が発生しやすく、ランプ1bの発光管には被処理物(W)側とはちょうど反対側の面のごく一部分(X’)において顕著に生じるようになる。この例においても、発光管10,10,10の被処理物Wに面した部分が光透過性を有するようになるので、被処理物Wに対して良好な光照射を行える。
図6(ハ)は、上記(ロ)で示したトリガー部材(23a,23bc)に加え、ランプ1a,1c外方にもそれぞれトリガー部材23a,23cを配置した例である。無論、全てのトリガー部材23a,23a,23bc,23cは、発光管10,10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置されている。ランプとランプの間に配置されたトリガー部材23ab,23bcの作用は、上記(ロ)のものと同様である。発光管10,10,10白濁は被処理物Wとちょうど反対側の面のごく一部分(X’,X’,X’)において顕著に生じるが、発光管のそのほかの部分においては良好な光透過性を示すようになり、被処理物Wにランプ1a,1b,1cからの放射光を直接照射できて、所期の処理を極めて高効率に行うことができるようになる。
【0027】
図7は、本発明に係る、4本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
図7(イ)においては、ランプ1a,1b,1c,1dを具備し、隣接するランプとランプの間の発光管10,10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置にトリガー部材24ab,24bc,24cdを配置した例である。これらトリガー部材24ab,24bc,24cdには同じタイミングで同電位の電圧が印加される。トリガー部材24abはランプ1a,1bに、トリガー部材24bcはランプ1b,1cに、トリガー部材24cdはランプ1c、1dに、それぞれ作用する。両外側に配置されたランプ1a,1dの発光管10,10にはそれぞれ、各トリガー部材24ab,24cdとは反対側の略半円筒状の側面部分(X,X)において白濁が発生しやすく、ランプ1b,1cの発光管には被処理物Wとちょうど反対側の面のごく一部分(X’,X’)において顕著に生じるようになる。この例においても、発光管10,10,10,10の被処理物Wに面した部分において光透過性を有する部分が形成され、被処理物Wに対して良好な光照射を行える。
図7(ロ)においては、ランプ1a,1b,1c,1dを具備し、ランプ1aに対して作用するトリガー部材24aと、ランプ1b,1cに共通し作用するトリガー部材24bcと、ランプ1dに対して作用するトリガー部材24dとが具備され、各々ランプ1a,1b,1c,1dの発光管10,10,10,10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置された例である。ランプ1a,1b,1c,1dの各発光管10,10,10,10には、各トリガー部材24a,24bc,24dが配置された面と反対側の略半円筒状の側面部分(X,X,X,X)において白濁が発生しやすいが、被処理物W側において光透過性を有するので、被処理物Wに対して長期にわたり光照射を行えるようになる。
図7(ハ)は、上記(イ)で示したものに加え、ランプ1a,1dの外方にもトリガー部材24a,24dをそれぞれ配置した例であり、全てのトリガー部材24a,24ab,24bc,24cd,24dが、発光管10,10,10,10の外周部近傍において被処理物Wに面した位置に配置された例である。ランプとランプの間に配置されたトリガー部材24ab,24bc,24cdの作用は、上記(イ)と同様である。発光管10,10,10,10の白濁は被処理物Wとちょうど反対側の面のごく一部分(X’,X’,X’,X’)において顕著に生じるが、そのほかの部分においては良好な光透過性を示すようになる。よって、ランプ1a,1b,1c,1dからの放射光を被処理物Wに直接照射できて、所期の処理を極めて高い効率で行うことができるようになる。
【0028】
以上、本発明の実施形態について説明したが上記においては適宜変更可能であることはいうまでもない。例えば、ランプの上部に配置された反射ミラーは必須の構成ではない。又、トリガー部材においては、誘電体で被覆されているものに限定されることなく金属線のみで構成しても良い。仮に誘電体で覆う場合も誘電体の材質はガラスに限定されことなく適宜である。
【0029】
〔実験例〕
本発明の効果を実証するため実験例を行った。図8(イ)〜(ハ)は本実験例に用いた光照射装置を説明する図である。
図8(イ)〜(ハ)に示す各構成に従い、実施例1,2及び比較例に係る光照射装置を製作した。何れの光照射装置もランプを4本搭載しておりランプの仕様は全て同じである。
図8(イ)は、先に図7(ロ)で説明したものと同様にトリガー部材を配置したものであり、この装置を実施例1とした。
図8(ロ)は、図7(ハ)で説明したものと同様にトリガー部材を配置したものであり、この装置を実施例2とした。
図8(ハ)は、トリガー部材が被処理物に面した発光管外周部近傍に配置されていない、即ち、従来技術に係る光照射装置である。この装置を比較例とした。
図8中においてL1,L2は、ランプ1a〜1dからの波長200〜800nmの光を検出する瞬時分光器であり、本実験においては、ウシオ電機社製 瞬時分光装置(USR−30型)を使用した。これら二つの照度計L1,L2による測定値の平均((L1+L2)/2)を算出し、評価値とした。
【0030】
以下、本実験例に用いたフラッシュランプ及びトリガー部材の各構成と、ランプ及びトリガー部材の駆動条件(点灯条件)を示す。
1.フラッシュランプ構成
〔発光管〕材質:シリカガラス、外径:10.4mm、肉厚:1.2mm、全長:200mm、
〔封入ガス〕ガス種:キセノン、ガス封入圧:60kPa(450トール)(25℃換算)、
〔電極〕陽極:タングステン、陰極:ランタン(La)−タングステン合金、電極間距離(発光長):160mm
実施例1,2及び比較例に係る各装置について、上記仕様のフラッシュランプをそれぞれ用意し、ランプのピッチが12.4mm(発光管の間隙:2.0mm)として同一面上に並べて配置した。
2.トリガー部材構成
〔金属線〕材質:タングステン、線経:φ1.0mm
〔誘電体〕材質:シリカガラス、全長:200、外径:φ3.0mm、肉厚0.7mm
3.駆動条件(点灯条件)
〔ランプ〕エネルギー:65J/cm2、電流:2500A、電圧:2450V(約600kW)、パルス幅:300μs
〔トリガー部材〕電圧:10kV
【0031】
上記実験の結果を図9に示す。同図においては、各光照射装置の照度特性を、各装置における点灯初期における照度をそれぞれ1.0として示す図であり、縦軸は照度(相対値)、横軸はランプの点灯回数である。
【0032】
図9において、実施例1、実施例2及び比較例の各装置の照度は、約1000回点灯後それぞれ0.94、0.97、0.86になり、約5000回点灯後はそれぞれ、0.91、0.74、0.5になった。
更に点灯し続けると、約10000回点灯後、各装置の照度はそれぞれ、0.67、0.9、0.39となってしまった。
点灯回数10000回を超えると、実施例1においても、ランプの発光管の白濁が進行したがこれによる照度低下は比較的緩慢であり、従来製品に比較して十分な改善が見られた。実施例2に係る装置では、発光管の被処理物に面する部分においては依然として白濁が発生しておらず、照度は0.9以上を維持していた。実施例2に係る装置では、点灯初期に比較してミラー部材側の発光管内壁が白濁したことにより、当該ミラー部材からの反射光が被処理物に到達しにくくなるが、その他の放射光は良好に被処理物に到達することができるので、極めて良好な照度維持特性を得ることができる。
比較例に係る従来型の装置では、早くも顕著な照度低下が見られた。比較例に係る装置では、ランプはトリガー部材近傍において光を放射するものの、当該箇所からの光はミラー部材で反射しても発光管の白濁部によって遮光されてしまうので結局被処理物を照射することができなくなる。このため、ランプの点灯を重ねていくと被処理物を直接照射する光に加え反射光までも照射できなくなる。
実施例1,2に係る装置では、ランプの点灯回数を重ねても、発光管の被処理物に面した部分に光透過性を有する部分が形成されているため、白濁による影響を回避できて照度の低下を抑制することができるようになる。
【0033】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、アニール処理用として使用される光照射装置において、フラッシュランプを短パルスで点灯しても、トリガー部材は、発光管の外周部近傍において被処理物に面した位置に配置されているので、発光管における被処理物に面した部分において白濁を抑えることができて、ランプの点灯回数を重ね、発光管の白濁が著しくなった場合でも、ランプからの放射光を被処理物の表面に高い照度で照射することができる。よって、従来製品に比較してランプの交換時期を遅らせることができるので、ランプの交換回数も少なくて済み、工業的に利用可能な光照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発発明の第一の実施形態を説明するランプの軸を通る面で切断した断面図である。
【図2】本発発明の第一の実施形態を説明するランプの軸と直交する方向で切断した断面図である。
【図3】ランプの白濁が発生する様子を説明する図である。
【図4】本発明に係る、1本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
【図5】本発明に係る、2本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
【図6】本発明に係る、3本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
【図7】本発明に係る、4本のランプを具備した光照射装置の実施形態を説明する図である。
【図8】実験例に用いた光照射装置を説明する図である。
【図9】実験の結果を示す、ランプ点灯回数と照度維持率の特性を示す図である。
【符号の説明】
1 フラッシュランプ
10 発光管
11 陰極(電極)
11’ 陽極(電極)
12,12’ リード棒
2 トリガー部材
201 ガラス管
201a 片端部
202 金属線
203 給電線
1a,1b,1c,1d フラッシュランプ
21,21’ トリガー部材
22a,22ab,22c トリガー部材
23a,23ab,23bc,23c トリガー部材
24a,24ab,24bc,24cd,24d トリガー部材
3 ミラー部材
S ステージ
W 被処理物[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a light irradiation device used for manufacturing a semiconductor or a thin film transistor using a flash lamp.
[0002]
[Prior art]
In the manufacture of semiconductors and thin film transistors using a flash lamp, technology for annealing is being developed. For example, in the step of forming a shallow diffusion layer (pn junction) on the surface of a silicon wafer (activating impurities by ion implantation), a light irradiation device using a flash lamp is used.
Annealing by flash light irradiation from a flash lamp uses a continuous spectrum, so the wafer or element is soft, and can be locally heated in the depth direction, and has a lower energy density per irradiation pulse than a laser, resulting in ablation. Is less likely to occur.
Techniques related to annealing using a flash lamp are described in, for example, JP-A-2002-198322 and JP-A-2001-319887. The light irradiation device is described in, for example, JP-A-2002-231488.
[0003]
For example, in the step of forming a diffusion layer on the surface of a silicon wafer, it is necessary to avoid problems such as the deterioration of the profile of the ion-implanted impurity and the volatilization of the formed pattern, and to obtain a favorable activated state of the impurity. Needed. In the manufacture of a thin film transistor for a liquid crystal display panel, a semiconductor film formed on a substrate is reliably and uniformly activated, an annealing treatment is achieved, excessive heating of the substrate is prevented, and expansion and contraction of the substrate are prevented. Heating must be performed to suppress the generation of "warpage".
[0004]
Generally, in order to heat-treat a semiconductor substrate, it is necessary to heat only the surface layer portion of the semiconductor substrate so as to increase the temperature to 1000 to 1400 ° C. Therefore, in a light irradiation device for heat treatment including a flash lamp device, Specifically, for example, for a short time of 700 μsec, 30 J / cm 2 It is required to irradiate the semiconductor substrate, which is the object to be processed, with light having the above energy, and in order to achieve this, the peak energy input to the flash lamp is 5 × 10 6 W extends.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-198322
[Patent Document 2]
JP-A-2001-319887
[Patent Document 3]
JP-A-2002-231488
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, it has been required to turn on a lamp with a shorter pulse width than in the past, for the purpose of reducing the influence on the substrate and lowering the energy applied to the lamp. For example, a lamp with a pulse width of 300 μm or less is required. It has been attempted to light up.
[0007]
However, it has been found that when the flash lamp is to be lighted by such a short pulse, the inner surface of the arc tube made of silica glass becomes turbid after starting the lighting, and the illuminance on the surface to be irradiated is extremely reduced. If the illuminance decreases, the intended heat treatment of the work cannot be completed by one flash irradiation, so in a device that turns on the flash lamp with a short pulse as described above, it is necessary to replace the lamp. It is necessary to do it frequently. Therefore, it cannot be used industrially.
[0008]
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a light irradiation device equipped with a flash lamp, which can avoid a decrease in illuminance on a surface to be irradiated even when the lamp is turned on with a short pulse, thereby completing the processing of a workpiece. An object of the present invention is to provide a light irradiation device capable of reducing the frequency of lamp replacement work.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The light irradiation device of the present invention includes a flash lamp including an arc tube made of silica glass, a trigger member arranged in a tube axis direction of the lamp, and a power supply for supplying power to the lamp, The flash lamp is irradiated with an irradiation energy of 2 As described above, in the light irradiation device which is turned on with a pulse width of 300 μs or less and irradiates the object with light from the lamp, the trigger member is located at a position facing the object near an outer peripheral portion of the arc tube. Characterized by being arranged in
[0010]
[Action]
A conventionally known light irradiating device equipped with a flash lamp is a trigger member made of a metal wire along the arc tube axis of the flash lamp in order to prevent a light emission error, as disclosed in JP-A-2002-231488. Is provided. The trigger member is based on, for example, a technique proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2001-400622. Specifically, a metal wire is provided inside a straight tubular dielectric member having both ends sealed. A power supply line that is sealed and electrically connected to the metal wire is led out of the dielectric member.
[0011]
This trigger member is applied with a voltage of about -15 kV to the cathode, which is the ground potential, and about -20 kV to the anode. That is, at the start of discharge, it is the lowest voltage part of the whole lamp. The reason for applying an extremely high pressure to the trigger member in this way is to surely start the discharge, and to use a metal wire installed in a form included in a silica glass tube outside the lamp as a trigger, This is because a voltage must be applied to the discharge space beyond a dielectric material called silica glass, and a large high pressure is required.
[0012]
The plasma generated by the discharge is, of course, at a positive potential with respect to the trigger member, and thus has the property of being drawn to the trigger member. As a result, a portion exposed close to the plasma is formed on the inner wall of the arc tube, and the arc tube is locally heated to a high temperature by the action of heat conduction and light absorption by the plasma.
[0013]
In the above-described light irradiation device, it is possible to effectively limit the light heating depth of the object to be processed (heat a shallow portion) by shortening the discharge time, that is, by shortening the pulse width. On the other hand, when the pulse width is shortened, the temperature of the plasma increases, and the peak intensity of light increases. For this reason, under the lighting conditions of the flash lamp for optically heating the silicon wafer, that is, under the lighting conditions satisfying the following equation, if the pulse width is reduced to, for example, 300 μs or less, the inner wall portion of the arc tube close to the plasma is reduced. Was heated excessively, leading to evaporation of the silica glass.
[0014]
(Equation 1)
Here, 20 J / cm 2 Is the energy of light per unit area, 300 μs is the time of light emission, and thus 66.7 kW / cm 2 Is the energy during the light emission time. When the light emission time (pulse width) is shorter than 300 μs, the irradiation energy further increases. For example, when the irradiation energy at a light emission time of 100 μs is calculated, 110 kW / cm 2 This is a very large value.
[0015]
Then, the evaporated matter released from the arc tube adheres to the tube wall of the arc tube, causing cloudiness. Here, the evaporant from the arc tube tends to adhere to a relatively low temperature portion inside the arc tube, and is deposited on a portion far from the plasma generating portion, that is, on the inner wall of the arc tube facing the surface where the trigger member is located. I will do it. For this reason, the cloudiness of the lamp is remarkably generated on the side surface of the arc tube where the trigger member is not provided.
[0016]
According to the present invention, since the trigger member is arranged at a position facing the workpiece near the outer peripheral portion of the arc tube, cloudiness can be suppressed on the surface of the arc tube on the workpiece side, and the distance between the electrodes can be reduced. It is possible to prevent the light generated in step (1) from being blocked by white turbidity, transmit the light through the arc tube and emit the light, and irradiate the processing surface of the processing object. Therefore, even when the lamp becomes cloudy, the illuminance of light applied to the object can be maintained high.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 and 2 are diagrams illustrating a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a plane passing through the axis of the lamp. FIG. 2 is a view taken along a direction perpendicular to the axis of the lamp. It is sectional drawing.
1 and 2, a flash lamp 1 (hereinafter, also simply referred to as a lamp 1) has an
[0018]
The
[0019]
As shown in FIG. 2, the
[0020]
In FIG. 2, a line segment P is an imaginary line segment connecting the
Since the
[0021]
Here, the manner in which the lamp becomes cloudy will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 shows one of the lamps shown in FIG.
In the case where the
The evaporant floats inside the
[0022]
According to the present embodiment, since the trigger member is disposed at a position facing the workpiece near the outer peripheral portion of the arc tube, the evaporation member is prevented from adhering to the arc tube in this portion, and cloudiness is suppressed. It is possible to do. In addition, since the surface of the object is directly irradiated with the radiated light from the lamp, the object can be efficiently heated, and the intended heat treatment can be achieved with a single flash irradiation. become able to.
[0023]
Hereinafter, an embodiment different from the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, the same components as those described in the above 1 to 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In these figures, symbols X and X 'indicate portions where the evaporant from the arc tube floats and easily adheres. X indicates a portion where the degree of white turbidity is relatively small, and X' indicates a portion where the degree of cloudiness is relatively large. It is attached.
[0024]
FIG. 4 is a view for explaining an embodiment of a light irradiation device provided with one lamp according to the present invention.
FIG. 4A shows an example in which the
The effect of improving the illuminance maintenance characteristics of the lamp can be obtained in the same manner as in the first embodiment regardless of the number of lamps.
FIG. 4B shows an example in which the trigger member is arranged at a position facing the workpiece in the vicinity of the outer peripheral portion of the arc tube, and is displaced in the circumferential direction of the
FIG. 4C shows an example in which two
[0025]
FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a light irradiation device including two lamps according to the present invention.
In FIG. 5A, a trigger member 22ab is provided between two
Thus, by making the number of the trigger members 22ab smaller than the number of the
FIG. 5B shows a state in which a trigger member 22a acting solely on the
FIG. 5C shows an example in which three trigger members 22a, 22ab, and 22c are arranged for the
[0026]
FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of a light irradiation device including three lamps according to the present invention.
In FIG. 6A, three
FIG. 6 (b) includes
FIG. 6C shows an example in which, in addition to the trigger members (23a, 23bc) shown in (B) above, trigger members 23a, 23c are arranged outside the
[0027]
FIG. 7 is a diagram illustrating an embodiment of a light irradiation device including four lamps according to the present invention.
In FIG. 7A, the trigger member 24ab includes
In FIG. 7B, a trigger member
FIG. 7C shows an example in which the
[0028]
The embodiment of the present invention has been described above, but it is needless to say that the above can be appropriately changed. For example, a reflection mirror arranged above a lamp is not an essential component. Further, the trigger member is not limited to the one covered with the dielectric, but may be constituted only by the metal wire. Even in the case of covering with a dielectric material, the material of the dielectric material is not limited to glass but is appropriate.
[0029]
[Experimental example]
An experimental example was performed to demonstrate the effects of the present invention. FIGS. 8A to 8C are diagrams illustrating the light irradiation device used in the present experimental example.
According to the respective configurations shown in FIGS. 8A to 8C, light irradiation devices according to Examples 1 and 2 and Comparative Example were manufactured. Each light irradiation device has four lamps, and the specifications of the lamps are all the same.
FIG. 8A shows a state in which a trigger member is arranged in the same manner as that described above with reference to FIG.
FIG. 8 (B) shows a state in which a trigger member is arranged in the same manner as that described in FIG. 7 (C).
FIG. 8C shows a light irradiation apparatus according to the related art in which the trigger member is not disposed near the outer peripheral portion of the arc tube facing the workpiece. This device was used as a comparative example.
In FIG. 8, L1 and L2 are instantaneous spectrometers for detecting light having a wavelength of 200 to 800 nm from the
[0030]
Hereinafter, each configuration of the flash lamp and the trigger member used in this experimental example, and driving conditions (lighting conditions) of the lamp and the trigger member will be described.
1. Flash lamp configuration
[Emission tube] Material: silica glass, outer diameter: 10.4 mm, wall thickness: 1.2 mm, total length: 200 mm,
[Enclosed gas] Gas type: Xenon, gas enclosed pressure: 60 kPa (450 Torr) (converted to 25 ° C),
[Electrode] Anode: tungsten, cathode: lanthanum (La) -tungsten alloy, distance between electrodes (light emission length): 160 mm
For each of the devices according to Examples 1 and 2 and the comparative example, flash lamps having the above specifications were prepared, and the lamp pitch was 12.4 mm (gap between arc tubes: 2.0 mm) and arranged side by side on the same surface.
2. Trigger member configuration
[Metal wire] Material: Tungsten, Wire diameter: φ1.0mm
[Dielectric] Material: silica glass, total length: 200, outer diameter: φ3.0 mm, wall thickness 0.7 mm
3. Drive conditions (lighting conditions)
[Lamp] Energy: 65 J / cm 2 , Current: 2500 A, voltage: 2450 V (about 600 kW), pulse width: 300 μs
[Trigger member] Voltage: 10 kV
[0031]
FIG. 9 shows the results of the above experiment. In the figure, the illuminance characteristics of each light irradiation device are shown assuming that the illuminance in each device at the beginning of lighting is 1.0, the ordinate is the illuminance (relative value), and the abscissa is the number of times the lamp is lit. .
[0032]
In FIG. 9, the illuminances of the devices of Example 1, Example 2, and Comparative Example are 0.94, 0.97, and 0.86, respectively, after about 1000 times of lighting, and 0 after about 5000 times of lighting. 0.91, 0.74 and 0.5.
When the lighting was further continued, the illuminance of each device became 0.67, 0.9, and 0.39 after lighting about 10,000 times, respectively.
When the number of times of lighting exceeded 10,000 times, in Example 1, the luminous tube of the lamp became cloudy, but the decrease in illuminance caused by the turbidity was relatively slow, and a sufficient improvement was obtained as compared with the conventional product. In the device according to the second embodiment, the portion of the arc tube facing the object to be processed did not cause white turbidity, and the illuminance was maintained at 0.9 or more. In the device according to the second embodiment, since the inner wall of the arc tube on the mirror member side becomes clouded compared to the initial stage of lighting, the reflected light from the mirror member hardly reaches the object to be processed, but the other radiation light is Since the object can be satisfactorily reached, an extremely good illuminance maintaining characteristic can be obtained.
In the conventional device according to the comparative example, a noticeable decrease in illuminance was observed as early as possible. In the device according to the comparative example, the lamp emits light near the trigger member, but the light from the place is reflected by the mirror member but is blocked by the cloudy portion of the arc tube, so that the object to be processed is eventually irradiated. You can't do that. Therefore, when the lamps are repeatedly turned on, it is impossible to irradiate not only the light directly irradiating the object to be processed but also the reflected light.
In the devices according to the first and second embodiments, even if the number of times of lighting of the lamp is repeated, since the light-transmitting portion is formed in the portion of the arc tube facing the object, the influence of white turbidity can be avoided. It is possible to suppress a decrease in illuminance.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the light irradiation device used for the annealing process, even if the flash lamp is turned on with a short pulse, the trigger member remains in the vicinity of the outer peripheral portion of the arc tube. Because it is located at the position facing the object, it is possible to suppress cloudiness in the portion of the arc tube facing the object to be processed, repeat the lighting of the lamp, even if the arc tube becomes significantly cloudy, Can be applied to the surface of the object with high illuminance. Therefore, the lamp replacement time can be delayed as compared with the conventional product, so that the lamp replacement frequency can be reduced and an industrially usable light irradiation device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view cut along a plane passing through an axis of a lamp for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the lamp according to the first embodiment of the present invention, taken in a direction perpendicular to the axis of the lamp.
FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which white turbidity of a lamp occurs.
FIG. 4 is a view illustrating an embodiment of a light irradiation device including one lamp according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating an embodiment of a light irradiation device including two lamps according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating an embodiment of a light irradiation device including three lamps according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating an embodiment of a light irradiation device including four lamps according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a light irradiation device used in an experimental example.
FIG. 9 is a diagram showing characteristics of the number of times of lamp lighting and the illuminance maintenance ratio, showing the results of an experiment.
[Explanation of symbols]
1 Flash lamp
10 arc tube
11 Cathode (electrode)
11 'anode (electrode)
12,12 'Lead rod
2 Trigger member
201 glass tube
201a one end
202 metal wire
203 feeder
1a, 1b, 1c, 1d Flash lamp
21, 21 'trigger member
22a, 22ab, 22c Trigger member
23a, 23ab, 23bc, 23c Trigger member
24a, 24ab, 24bc, 24cd, 24d Trigger member
3 Mirror member
S stage
W Workpiece
Claims (1)
前記トリガー部材は、前記発光管の外周部近傍において被処理物に面した位置に配置されていることを特徴とする光照射装置。A flash lamp having an arc tube made of silica glass, a trigger member arranged in the tube axis direction of the lamp, and a power supply for supplying power to the lamp, the irradiation energy of the flash lamp being 65 kW / Cm 2 or more, a pulse width of 300 μs or less, a light irradiation device for irradiating the object with light from the lamp,
The light irradiation device, wherein the trigger member is disposed at a position facing an object near an outer peripheral portion of the arc tube.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003123472A JP2004327359A (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Light irradiation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003123472A JP2004327359A (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Light irradiation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004327359A true JP2004327359A (en) | 2004-11-18 |
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ID=33501350
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003123472A Pending JP2004327359A (en) | 2003-04-28 | 2003-04-28 | Light irradiation device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2004327359A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1811336B1 (en) | 2004-11-11 | 2015-10-14 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Photosensitive resin composition for flexographic printing |
-
2003
- 2003-04-28 JP JP2003123472A patent/JP2004327359A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1811336B1 (en) | 2004-11-11 | 2015-10-14 | Asahi Kasei Chemicals Corporation | Photosensitive resin composition for flexographic printing |
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