JP2014011436A - 熱処理装置および熱処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大型の基板であってもフラッシュ光照射によって加熱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】処理対象となる基板Ｗはステージ１０に保持されている。ステージ１０の上方には、照射領域が基板Ｗよりも小さい照射部２０のランプハウス２１が移動機構４０によって移動可能に設けられている。ランプハウス２１には複数のフラッシュランプＦＬが内蔵されている。基板Ｗの表面全面を複数の処理領域に区分けし、各処理領域に対向する処理位置にランプハウス２１を移動させ、複数の処理領域に対して順次にフラッシュ光照射を行う。このような分割照射を行えば、大幅なコストアップを生じさせることなく、大型の基板Ｗに対してもフラッシュ光照射によって加熱処理を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用途などに用いられる大型の基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当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（ドーパント）の元素をイオン化させて高加速電圧で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。

近年、半導体デバイスのさらなる微細化の進展にともなって、より浅い接合が求められており、フラッシュランプアニール（ＦＬＡ）によって不純物を極めて短時間加熱して拡散を抑制しつつ活性化させる技術が試みられている。フラッシュランプアニールは、キセノンのフラッシュランプ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。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ため、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して浅い接合を実現することができるのである。

また、より照射時間の短いフラッシュランプアニールを行うため、特許文献１にはフラッシュランプと被照射物との間にシャッターを設け、フラッシュ光の照射時間を調節する技術が開示されている。

特開２００４−３０３７９２号公報

このようなフラッシュランプアニールは、ＦＰＤ用途に用いられるガラス基板上に成膜された機能層（例えば、電極層や不純物注入されたシリコン層など）の熱処理にも有効である。ところが、近年、ガラス基板のサイズは大型化の一途を辿っており、例えば、第５世代（Ｇ５）のガラス基板では１１００ｍｍ×１３００ｍｍ、第８世代（Ｇ８）のガラス基板では２２００ｍｍ×２５００ｍｍにもなる。

フラッシュランプアニールの特長の一つは、対象物の表面全面に対して一括してフラッシュ光を照射できることであり、半導体ウェハー（一般的にはφ３００ｍｍ）であれば全面一括照射が比較的容易に可能である。しかしながら、上記のような大型のガラス基板の全長をカバーできるような長さのフラッシュランプは存在していない。仮に、多数のフラッシュランプを２次元的に配列して大型のガラス基板の全面をカバーしたとしても、そのために必要となるフラッシュランプおよび電源ユニットが数が膨大となり、著しいコストアップとなって現実的ではない。このような事情によって、大型のガラス基板に対するフラッシュランプアニールは困難なものとなっていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、大型の基板であってもフラッシュ光照射によって加熱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、基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置において、基板を保持するステージと、フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有し、前記基板の表面よりも小さな面積の範囲にフラッシュ光を照射する照射部と、前記ステージに対して前記ランプハウスを相対移動させる移動機構と、前記ステージ、前記ランプハウスおよび前記移動機構を収容するチャンバーと、前記照射部に電力を供給する複数の蓄電部と、前記複数の蓄電部と前記照射部との接続を切り替える切替部と、前記熱処理装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数の蓄電部のうちの第１の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記基板の表面の第１の領域にフラッシュ光を照射した後、前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが相対移動するとともに、前記照射部への接続が前記第１の蓄電部から第２の蓄電部に切り替わり、前記第２の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記第２の領域にフラッシュ光を照射するように前記熱処理装置を制御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、前記照射部から出射されたフラッシュ光の前記基板の表面における照射領域を規定するマスク部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、前記制御部は、前記照射部への接続が前記第１の蓄電部から前記第２の蓄電部に切り替わっている間に、前記第１の蓄電部に充電するように前記基板処理装置を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、前記チャンバーの内壁および前記ランプハウスの外壁は、フラッシュ光を吸収する物質にて被覆されていることを特徴とする。

また、請求項５の発明は、基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置において、基板を保持するステージと、フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有し、前記基板の表面よりも小さな面積の範囲にフラッシュ光を照射する照射部と、前記ステージに対して前記ランプハウスを相対移動させる移動機構と、前記ステージ、前記ランプハウスおよび前記移動機構を収容するチャンバーと、前記照射部から出射されたフラッシュ光の前記基板の表面における照射領域を規定するマスク部と、前記熱処理装置を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記マスク部によって照射領域を前記基板の表面の第１の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射した後、前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが相対移動し、前記マスク部によって照射領域を前記第２の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射するように前記熱処理装置を制御することを特徴とする。

また、請求項６の発明は、基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理方法において、(a)フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有する照射部がステージに保持された基板の表面の第１の領域に対向する工程と、(b)第１の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記基板の表面の第１の領域にフラッシュ光を照射する工程と、(c)前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが前記ステージに対して相対移動する工程と、(d)前記照射部への接続を前記第１の蓄電部から第２の蓄電部に切り替える工程と、(e)前記第２の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記基板の表面の前記第２の領域にフラッシュ光を照射する工程と、を備え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、前記照射部への接続が前記第１の蓄電部から前記第２の蓄電部に切り替わっている間に、前記第１の蓄電部に充電することを特徴とする。

また、請求項８の発明は、基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理方法において、(a)フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有する照射部がステージに保持された基板の表面の第１の領域に対向する工程と、(b)マスク部によって前記照射部の照射領域を前記第１の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射する工程と、(c)前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが前記ステージに対して相対移動する工程と、(d)前記マスク部によって前記照射部の照射領域を前記第２の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射する工程と、を備えることを特徴とする。

請求項１から請求項４の発明によれば、複数の蓄電部のうちの第１の蓄電部からの電力供給によって照射部が基板の表面の第１の領域にフラッシュ光を照射した後、第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置にランプハウスが相対移動するとともに、照射部への接続が第１の蓄電部から第２の蓄電部に切り替わり、第２の蓄電部からの電力供給によって照射部が第２の領域にフラッシュ光を照射するため、基板表面の複数の領域に順次にフラッシュ光を照射することとなり、大型の基板であってもフラッシュ光照射によって加熱することができる。また、フラッシュ光を照射する領域を変更するときに蓄電部も切り替えているため、ランプハウスの相対移動後に直ちにフラッシュ光照射を行うことができ、基板の加熱処理に要する時間を短くすることができる。

特に、請求項２の発明によれば、照射部から出射されたフラッシュ光の基板の表面における照射領域を規定するマスク部をさらに備えるため、基板表面の他の領域にフラッシュ光が到達するのを防止することができる。

特に、請求項４の発明によれば、チャンバーの内壁およびランプハウスの外壁がフラッシュ光を吸収する物質にて被覆されているため、ランプハウスから漏れた光がチャンバーの内壁面やランプハウスの外壁面で反射して基板に到達するのを防止することができる。

また、請求項５の発明によれば、マスク部によって照射領域を基板の表面の第１の領域に規定した状態で照射部がフラッシュ光を出射した後、第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置にランプハウスが相対移動し、マスク部によって照射領域を第２の領域に規定した状態で照射部がフラッシュ光を出射するため、基板表面の複数の領域に順次にフラッシュ光を照射することとなり、大型の基板であってもフラッシュ光照射によって加熱することができる。また、マスク部によって照射領域を規定しているため、基板表面の他の領域にフラッシュ光が到達するのを防止することができる。

また、請求項６および請求項７の発明によれば、フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有する照射部がステージに保持された基板の表面の第１の領域に対向する工程と、第１の蓄電部からの電力供給によって照射部が基板の表面の第１の領域にフラッシュ光を照射する工程と、第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置にランプハウスがステージに対して相対移動する工程と、照射部への接続を第１の蓄電部から第２の蓄電部に切り替える工程と、第２の蓄電部からの電力供給によって照射部が基板の表面の第２の領域にフラッシュ光を照射する工程と、を備えるため、基板表面の複数の領域に順次にフラッシュ光を照射することとなり、大型の基板であってもフラッシュ光照射によって加熱することができる。また、フラッシュ光を照射する領域を変更するときに蓄電部も切り替えているため、ランプハウスの相対移動後に直ちにフラッシュ光照射を行うことができ、基板の加熱処理に要する時間を短くすることができる。

また、請求項８の発明によれば、フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有する照射部がステージに保持された基板の表面の第１の領域に対向する工程と、マスク部によって照射部の照射領域を第１の領域に規定した状態で照射部がフラッシュ光を出射する工程と、第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置にランプハウスがステージに対して相対移動する工程と、マスク部によって照射部の照射領域を第２の領域に規定した状態で照射部がフラッシュ光を出射する工程と、を備えるため、基板表面の複数の領域に順次にフラッシュ光を照射することとなり、大型の基板であってもフラッシュ光照射によって加熱することができる。また、マスク部によって照射領域を規定しているため、基板表面の他の領域にフラッシュ光が到達するのを防止することができる。

本発明に係る熱処理装置の全体概略構成を示す縦断面図である。 ステージおよび移動機構を上方から見た平面図である。 フラッシュランプの発光回路を示す図である。 アパーチャ板によってフラッシュ光の照射領域が規定される様子を説明する図である。 基板の表面を複数の処理領域に区分けした状態を示す図である。

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。

図１は、本発明に係る熱処理装置１の全体概略構成を示す縦断面図である。この熱処理装置１は、いわゆる大型ガラス基板を含む基板Ｗに対してフラッシュ光を照射することによって、当該基板Ｗを加熱するフラッシュランプアニール装置である。なお、図１および以降の各図にはそれらの方向関係を明確にするためＺ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系を適宜付している。また、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。

熱処理装置１は、主たる要素として、基板Ｗを保持するステージ１０と、基板Ｗにフラッシュ光を照射する照射部２０と、照射部２０のランプハウス２１をステージ１０に対して相対移動させる移動機構４０と、これらを収容するチャンバー１５と、を備える。また、熱処理装置１は、装置に設けられた各種動作機構を制御して処理を進行させる制御部９を備える。

チャンバー１５は、中空の箱状の筐体である。チャンバー１５は金属材料（例えば、アルミニウム合金など）にて形成されている。チャンバー１５には、図示省略の搬出入口が設けられており、当該搬出入口を介して基板Ｗの搬出入が行われる。その搬出入口を閉鎖した状態では、チャンバー１５内が密閉空間とされる。また、チャンバー１５の内壁面には光を吸収する黒色塗装が施されている。黒色塗装としては、例えばチャンバー１５がアルミニウム合金にて形成されている場合には、黒アルマイト処理を用いることができる。

ステージ１０は、矩形の平板状の部材である。ステージ１０は、金属材料（例えば、ステンレススチールなど）にて形成されており、少なくともその上面はＸＹ平面と平行な平坦面とされている。ステージ１０の平面サイズは、処理対象となる基板Ｗの平面サイズよりも若干大きい。ステージ１０には、図示省略の真空吸着機構が設けられており、上面に載置された基板Ｗを吸着保持する。また、ステージ１０には、フラッシュ光照射前に基板Ｗを予備加熱するためのヒータを設けるようにしても良い。さらに、ステージ１０には、ＸＹ平面内における角度を微調整するためのθ補正機構を設けるようにしても良い。

照射部２０は、ランプハウス２１、複数のフラッシュランプＦＬおよびリフレクタ２２を備える。ランプハウス２１は、箱状の筐体であり、金属材料（例えば、アルミニウム合金など）にて形成されている。複数のフラッシュランプＦＬおよびリフレクタ２２はランプハウス２１の内側に収容されている。また、ランプハウス２１の底部には放射窓２３が装着されている。放射窓２３は、石英により形成された板状の石英窓であり、照射部２０はこの放射窓２３を介してフラッシュ光を照射する。さらに、ランプハウス２１の外壁面には、チャンバー１５の内壁面に対するのと同様の光を吸収する黒色塗装が施されている。なお、放射窓２３に黒色塗装が施されていないことは勿論である。

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Ｙ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。各フラッシュランプＦＬのランプ長は、１００ｍｍ〜１５００ｍｍであり、本実施形態では５００ｍｍである。また、ランプハウス２１に収容されるフラッシュランプＦＬの本数は５本〜１００本であり、本実施形態では３０本である（図１では、図示の便宜上５本のみ示している）。ランプハウス２１に収容されるフラッシュランプＦＬのランプ長および本数は、処理対象となる基板Ｗのサイズ、および、基板Ｗから面取りするパネルのサイズ（例えば、基板Ｗから４２インチディスプレイ用のパネルを採取する場合のそのパネルサイズ）に応じて上述の範囲内で適宜に設定することができる。そして、フラッシュランプＦＬのランプ長および本数に応じてランプハウス２１の平面サイズも適宜に設定することができる。本実施形態のランプハウス２１の平面サイズは６００ｍｍ×６００ｍｍである。

また、本実施形態では、フラッシュランプＦＬとしてキセノンフラッシュランプを用いている。図３は、フラッシュランプＦＬの発光回路を示す図である。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）８２と、該ガラス管８２の外周面上に付設されたトリガー電極８１とを備える。フラッシュランプＦＬの陽極および陰極には、コイル８４、スイッチ８５、コンデンサ８６ａ，８６ｂが接続されている。コンデンサ８６ａ，８６ｂは同一種のものであり、同じ容量を有している。コンデンサ８６ａ，８６ｂには、それぞれ電源ユニット８７ａ，８７ｂ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。コイル８４は、フラッシュランプＦＬの発光時に、コンデンサ８６ａまたはコンデンサ８６ｂからフラッシュランプＦＬに流れる電流のパルス長を規定する。

スイッチ８５は、フラッシュランプＦＬの接続先をコンデンサ８６ａまたはコンデンサ８６ｂのいずれかに択一的に切り替える。スイッチ８５が図３の実線に示す状態であれば、フラッシュランプＦＬはコンデンサ８６ｂと接続される。一方、スイッチ８５が図３の二点鎖線に示す状態であれば、フラッシュランプＦＬはコンデンサ８６ａと接続される。スイッチ８５の動作は制御部９によって制御される。

また、トリガー電極８１にはトリガー回路８３から高電圧を印加することができる。トリガー回路８３がトリガー電極８１に電圧を印加するタイミングは制御部９によって制御される。キセノンガスは電気的には絶縁体であることから、コンデンサ８６（コンデンサ８６ａとコンデンサ８６ｂとを特に区別しない場合にはコンデンサ８６と総称する）に電荷が蓄積されてガラス管９２の両端電極に高電圧が印加されたとしても、通常の状態ではガラス管８２内に電気は流れない。しかしながら、トリガー回路８３がトリガー電極８１に高電圧を印加して絶縁を破壊した場合には、コンデンサ８６に蓄えられた電気が両端電極間の放電によってガラス管８２内に瞬時に流れ、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。このようなキセノンフラッシュランプＦＬにおいては、予めコンデンサ８６に蓄えられていた静電エネルギーが０．１ミリ秒ないし１００ミリ秒という極めて短い光パルスに変換されることから、連続点灯のランプに比べて極めて強い光を照射し得るという特徴を有する。なお、図３に示す発光回路は、複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれについて設けられている。

図１に戻り、リフレクタ２２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２２の基本的な機能は、複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光を放射窓２３の側に反射するというものである。

照射部２０のランプハウス２１は、移動機構４０によってステージ１０に対して相対移動される。図２は、ステージ１０および移動機構４０を上方から見た平面図である。移動機構４０は、Ｘ方向駆動機構４５およびＹ方向駆動機構５５を備える。Ｘ方向駆動機構４５は、第１ガイド４６および第１駆動ブロック４７を備えた直線駆動機構である。また、Ｘ方向駆動機構４５は、第１ガイド４６がステージ１０の上方を跨ぐ架橋構造を有する。第１ガイド４６はＸ方向に沿って直線状に延設されている。第１ガイド４６に取り付けられた第１駆動ブロック４７の下側にはランプハウス２１が固設されている。第１駆動ブロック４７は、ステッピングモータを内蔵しており、ガイド４６に沿ってＸ方向に沿って移動することができる。第１駆動ブロック４７の移動距離および移動速度は、制御部９が第１駆動ブロック４７に内蔵されたステッピングモータの動作を制御することによって規定される。Ｘ方向駆動機構４５によってランプハウス２１はＸ方向に沿って直線移動される。

一方、Ｙ方向駆動機構５５は、第２ガイド５６および第２駆動ブロック５７（図１）を備えた直線駆動機構である。第２ガイド５６は、ステージ１０のＸ方向の両側部にＹ方向に沿って直線状に延設されている。Ｘ方向駆動機構４５の架橋構造の下端部は、第２ガイド５６に取り付けられた第２駆動ブロック５７に固設されている。第２駆動ブロック５７は、ステッピングモータを内蔵しており、第２ガイド５６に沿ってＹ方向に沿って移動することができる。第２駆動ブロック５７の移動距離および移動速度は、制御部９が第２駆動ブロック５７に内蔵されたステッピングモータの動作を制御することによって規定される。Ｙ方向駆動機構５５によってランプハウス２１およびＸ方向駆動機構４５がＹ方向に沿って直線移動される。

このような構造を有する移動機構４０によって、照射部２０のランプハウス２１はステージ１０の上方のＸＹ平面（ステージ１０の上面と平行な平面）内にて二次元的に移動して任意の位置に到達することができる。なお、Ｘ方向駆動機構４５およびＹ方向駆動機構５５としては、上記の例に限定されるものではなく、リニアモータ、ベルト駆動機構、ベールネジを用いたネジ送り機構など、公知の種々の直線駆動機構を採用することができる。

また、図１に示すように、照射部２０のランプハウス２１にはアパーチャ板６０が付設されている。アパーチャ板６０は、正方形の開口６５を有する板状部材であり、照射部２０の放射窓２３から所定の距離を隔ててＸＹ平面に設置されている。アパーチャ板６０の平面サイズ（外寸）はランプハウス２１の平面サイズよりも大きく、開口６５の平面サイズはランプハウス２１の平面サイズよりも小さい。本実施形態においては、アパーチャ板６０がランプハウス２１とともに移動機構４０によってステージ１０に対して移動される。このアパーチャ板６０によって、照射部２０から出射されたフラッシュ光の基板Ｗ表面における照射領域を規定するのであるが、これについてはさらに後述する。

また、熱処理装置１は、チャンバー１５内に処理ガスを供給するガス供給機構７０およびチャンバー１５から雰囲気の排気を行う排気機構７５を備える。ガス供給機構７０は、処理ガス供給源７１、供給配管７２および供給バルブ７３を備える。供給配管７２の先端側はチャンバー１５内に連通接続され、基端側は処理ガス供給源７１に接続される。供給配管７２の経路途中に供給バルブ７３が設けられる。供給バルブ７３を開放することによって、処理ガス供給源７１からチャンバー１５内に処理ガスが供給される。処理ガス供給源７１は、基板Ｗの処理目的に応じた適宜の処理ガスを供給することが可能であるが、本実施形態では窒素ガス（Ｎ_２）を供給する。

排気機構７５は、排気装置７６、排気配管７７および排気バルブ７８を備える。排気配管７７の先端側はチャンバー１０内に連通接続され、基端側は排気装置７６に接続される。排気配管７７の経路途中に排気バルブ７８が設けられる。排気装置７６としては、真空ポンプや熱処理装置１が設置される工場の排気ユーティリティを用いることができる。排気装置７６を作動させつつ、排気バルブ７８を開放することによって、チャンバー１５内の雰囲気を装置外に排出することができる。これらガス供給機構７０および排気機構７５によって、チャンバー１５内の雰囲気を調整することができる。

制御部９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９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９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９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。

次に、上記構成を有する熱処理装置１における基板Ｗの処理手順について説明する。以下に説明する熱処理装置１の処理手順は、制御部９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、熱処理装置１のチャンバー１５に処理対象となる基板Ｗが搬入される。基板Ｗの搬入は、例えば装置外部の搬送ロボットによって行うようにすれば良い。本実施形態の基板Ｗは、ガラス基板の上面に電極層やシリコン層などの機能層を形成して構成される。また、本実施形態の基板Ｗの平面サイズは、１３００ｍｍ×１５００ｍｍ（Ｇ５．７）である。

チャンバー１５内に搬入された基板Ｗはステージ１０の上面に載置されて水平姿勢（ＸＹ平面に沿う姿勢）にて吸着保持される。基板Ｗは表面を上面側に向けてステージ１０に保持される。基板Ｗの表面とは機能層が形成された側の面であり、裏面とはその反対側（ガラス基板側）の面である。

また、基板Ｗがチャンバー１５に搬入されて、チャンバー１５内が密閉空間とされた後、ガス供給機構７０からチャンバー１０内に窒素ガスを供給するとともに、排気機構７５による排気を行う。これにより、チャンバー１５内に窒素ガスの気流が形成されて窒素雰囲気に置換される。

次に、移動機構４０によって照射部２０のランプハウス２１がステージ１０に保持された基板Ｗ上方の処理位置にまで移動する。ここで、本実施形態の基板Ｗの平面サイズが１３００ｍｍ×１５００ｍｍであるのに対してランプハウス２１の平面サイズは６００ｍｍ×６００ｍｍである。すなわち、ランプハウス２１の平面サイズに比較して基板Ｗのサイズは顕著に大きく、アパーチャ板６０が存在しない場合に照射部２０から基板Ｗの表面にフラッシュ光が照射される範囲は基板Ｗの平面サイズよりも小さな面積である。従って、ランプハウス２１を基板Ｗ上方の如何なる位置に移動させたとしても、照射部２０から基板Ｗの表面の全面にフラッシュ光を一括照射することは不可能である。

このため、本実施形態においては、ステージ１０に保持された基板Ｗ上方の複数の処理位置にランプハウス２１を順次に移動させ、各処理位置にてフラッシュ光照射を行うようにしている。この際に、フラッシュ光を照射すべき領域とは異なる領域に光が到達しないように、アパーチャ板６０によって基板Ｗ表面におけるフラッシュ光の照射領域を規定している。

図４は、アパーチャ板６０によってフラッシュ光の照射領域が規定される様子を説明する図である。複数のフラッシュランプＦＬのそれぞれは円筒形状の棒状ランプであり、各フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光は周囲に放射状に拡がる拡散光である。各フラッシュランプＦＬから上方に向けて出射されたフラッシュ光はリフレクタ２２によって下方に反射される。これら複数のフラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光（リフレクタ２２による反射光を含む）が合成された結果、図４（ａ）に示すように、照射部２０の放射窓２３から下方に向けて出射されるフラッシュ光も下方に向かうほど拡がる拡散光となる。

照射部２０のランプハウス２１と基板Ｗとの間にはアパーチャ板６０が配設されている。アパーチャ板６０には正方形の開口６５が形成されている。照射部２０の放射窓２３から下方に向けて出射されるフラッシュ光のうちアパーチャ板６０の開口６５を通過した光が基板Ｗの表面に到達する。そして、基板Ｗの表面において、開口６５を通過したフラッシュ光が到達する領域がアパーチャ板６０によって規定されるフラッシュ光の照射領域ＬＡである。

開口６５は正方形であるため、基板Ｗの表面におけるフラッシュ光の照射領域も正方形となる。図４（ｂ）に、フラッシュ光の照射領域ＬＡとランプハウス２１の平面形状との対比を示す。上述したように、ランプハウス２１の平面サイズは６００ｍｍ×６００ｍｍである。一方、照射部２０から出射され、アパーチャ板６０によって規定された基板Ｗの表面におけるフラッシュ光の照射領域ＬＡは５００ｍｍ×５００ｍｍの正方形であり、ランプハウス２１の平面形状よりも小さい。

本実施形態においては、ステージ１０に保持された基板Ｗの表面を５００ｍｍ×５００ｍｍの正方形の照射領域ＬＡに対応させるべく複数の処理領域ＰＡに区分けしている。図５は、基板Ｗの表面を複数の処理領域ＰＡに区分けした状態を示す図である。基板Ｗの平面サイズが１３００ｍｍ×１５００ｍｍであり、これを５００ｍｍ×５００ｍｍの正方形の照射領域ＬＡを基本単位として区分けすると、Ｘ方向およびＹ方向ともに３分割される。すなわち、１３００ｍｍ×１５００ｍｍの基板Ｗの表面全面を５００ｍｍ×５００ｍｍの正方形の照射領域ＬＡによって隙間無く、かつ、重複部分無く覆うためには、Ｘ方向およびＹ方向ともに３つの照射領域ＬＡを並べる必要がある。複数の照射領域ＬＡによって基板Ｗの表面全面を隙間無く、かつ、重複部分無く覆うのは、基板Ｗの表面全面に均一にフラッシュ光を照射するためである。

そして、Ｘ方向およびＹ方向ともに３つずつ配列された照射領域ＬＡに対応して、基板Ｗの表面全面が９つの処理領域ＰＡに区分けされる。Ｙ方向に関しては過不足無く３分割され、全ての処理領域ＰＡのＹ方向長さは５００ｍｍとなる、一方、Ｘ方向に関しては中央の処理領域ＰＡの長さは照射領域ＬＡと同じ５００ｍｍとなるが、両端の処理領域ＰＡの長さは照射領域ＬＡよりも短い４００ｍｍとなる。

基板Ｗがステージ１０に保持された後、移動機構４０によって照射部２０のランプハウス２１が図５の紙面で左上の処理領域ＰＡに対向する処理位置に移動する。また、ランプハウス２１とともにアパーチャ板６０も左上の処理領域ＰＡに対向する位置に移動する。これにより、照射部２０からのフラッシュ光の照射領域ＬＡが左上の処理領域ＰＡに規定されることとなる。そして、ランプハウス２１が当該処理位置に停止している状態にて、照射部２０の複数のフラッシュランプＦＬが一斉に点灯する。この最初の照射時には、各フラッシュランプＦＬはコンデンサ８６ａと接続されており（図３の二点鎖線の接続）、コンデンサ８６ａからフラッシュランプＦＬに電力供給が行われる。なお、コンデンサ８６ａには、予め電源ユニット８７ａによって所定の充電電圧にて充電されている。

フラッシュランプＦＬから出射されたフラッシュ光（リフレクタ２２によって反射されたフラッシュ光を含む）は、アパーチャ板６０の開口６５を通過してステージ１０に保持された基板Ｗの表面へと向かい、図５の左上の処理領域ＰＡに到達する。なお、当該処理領域ＰＡは、Ｘ方向長さが４００ｍｍであり、照射領域ＬＡよりも短い。よって、処理領域ＰＡの左端から１００ｍｍの余剰照射領域が生じることとなり、その余剰照射領域ではステージ１０の上面に直接フラッシュ光が照射されることとなる。

フラッシュランプＦＬから出射されるフラッシュ光は、コンデンサ８６ａに予め蓄えられていた静電エネルギーが極めて短い光パルスに変換された、照射時間が０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下程度の極めて短く強い閃光である。すなわち、コンデンサ８６ａからの電力供給によって照射部２０は図５左上の処理領域ＰＡに照射時間０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下のフラッシュ光照射を行う。これにより、基板Ｗの当該処理領域ＰＡにおいては、表面の機能層が瞬間的にフラッシュ加熱されて必要な処理温度にまで昇温され、その後急速に降温する。

フラッシュランプＦＬの照射時間は０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下程度の極めて短時間であるため、基板Ｗの表面側に形成された機能層のみが必要な処理温度にまで昇温され、ガラス基板はほとんど昇温しない。従って、機能層を高温にフラッシュ加熱する場合であっても、ガラス基板に熱的ダメージを与えることを最小限に抑制することができる。また、短時間の加熱処理が要求されている場合（例えば、機能層がシリコン層である場合のドーパントの活性化処理）であっても、フラッシュ加熱であればその要求を満足することができる。

次に、図５左上の処理領域ＰＡに対するフラッシュ光照射が終了した後、移動機構４０によって照射部２０のランプハウス２１が（＋Ｘ）方向に移動し、図５の左上の処理領域ＰＡから上側中央の処理領域ＰＡに対向する処理位置に移動する。ランプハウス２１とともにアパーチャ板６０も上側中央の処理領域ＰＡに対向する位置に移動する。これにより、照射部２０からのフラッシュ光の照射領域ＬＡが上側中央の処理領域ＰＡに規定されることとなる。また、これと並行して制御部９の制御によってスイッチ８５が作動し、各フラッシュランプＦＬへの接続がコンデンサ８６ａからコンデンサ８６ｂに切り替わる（図３の実線）。コンデンサ８６ｂには予め電源ユニット８７ｂによって所定の充電電圧にて充電されている。なお、コンデンサ８６ａおよびコンデンサ８６ｂの充電電圧は等しい。

続いて、ランプハウス２１が図５の上側中央の処理領域ＰＡに対向する処理位置に移動後に停止している状態にて、照射部２０の複数のフラッシュランプＦＬが再び一斉に点灯する。この２回目の照射時には、各フラッシュランプＦＬはコンデンサ８６ｂと接続されており、コンデンサ８６ｂからフラッシュランプＦＬに電力供給が行われる。すなわち、コンデンサ８６ｂからの電力供給によって照射部２０は図５上側中央の処理領域ＰＡに照射時間０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下のフラッシュ光照射を行う。これにより、基板Ｗの当該処理領域ＰＡにおいては、表面の機能層が瞬間的にフラッシュ加熱されて必要な処理温度にまで昇温され、その後急速に降温する。

また、照射部２０の各フラッシュランプＦＬへの接続がコンデンサ８６ａからコンデンサ８６ｂに切り替えられている間に、電源ユニット８７ａによってコンデンサ８６ａの充電が行われる。このときの充電電圧は、初期のコンデンサ８６ａおよびコンデンサ８６ｂに対する充電電圧と等しい。

次に、図５上側中央の処理領域ＰＡに対するフラッシュ光照射が終了した後、移動機構４０によって照射部２０のランプハウス２１が（＋Ｘ）方向にさらに移動し、図５の上側中央の処理領域ＰＡから右上の処理領域ＰＡに対向する処理位置に移動する。ランプハウス２１とともにアパーチャ板６０も右上の処理領域ＰＡに対向する位置に移動する。これにより、照射部２０からのフラッシュ光の照射領域ＬＡが右上の処理領域ＰＡに規定されることとなる。また、これと並行して制御部９の制御によってスイッチ８５が作動し、各フラッシュランプＦＬへの接続がコンデンサ８６ｂから再充電されたコンデンサ８６ａに切り替わる。

そして、ランプハウス２１が右上の処理領域ＰＡに対向する処理位置に停止している状態にて、照射部２０の複数のフラッシュランプＦＬが再び一斉に点灯する。この３回目の照射時には、各フラッシュランプＦＬは再びコンデンサ８６ａと接続されており、コンデンサ８６ａからフラッシュランプＦＬに電力供給が行われる。すなわち、コンデンサ８６ａからの電力供給によって照射部２０は図５右上の処理領域ＰＡに照射時間０．１ミリ秒以上１００ミリ秒以下のフラッシュ光照射を行う。これにより、基板Ｗの当該処理領域ＰＡにおいては、表面の機能層が瞬間的にフラッシュ加熱されて必要な処理温度にまで昇温され、その後急速に降温する。また、照射部２０の各フラッシュランプＦＬへの接続がコンデンサ８６ｂからコンデンサ８６ａに切り替えられている間に、電源ユニット８７ｂによってコンデンサ８６ｂの充電が行われる。

以降、同様の手順が繰り返されて基板Ｗの表面の９つの処理領域ＰＡに対して順次に照射部２０からフラッシュ光照射が行われる。そして、最後に図５の右下の処理領域ＰＡに対するフラッシュ光照射が終了することによって、基板Ｗの全面に対するフラッシュ光照射が完了する。その後、ステージ１０による基板Ｗの吸着保持が解除され、チャンバー１５から処理後の基板Ｗが搬出される。これにより、熱処理装置１における一連の熱処理が完了する。なお、基板Ｗを搬出する前に、チャンバー１５内を大気雰囲気に置換するようにしても良い。

本実施形態においては、処理対象となる基板Ｗの表面全面を複数の処理領域ＰＡに区分けし、各処理領域ＰＡに対向する処理位置にランプハウス２１を移動させ、複数の処理領域ＰＡに対して順次にフラッシュ光照射を行っている。１３００ｍｍ×１５００ｍｍの基板Ｗに対してフラッシュ光の一括照射を行うためには、フラッシュランプＦＬのランプ長および本数を著しく増大しなければならず、それにともなって大幅なコストアップが生じる。本実施形態のように複数の処理領域ＰＡに対して順次にフラッシュ光照射を行う分割照射を行えば、大型の基板Ｗに対してフラッシュ加熱を行う場合であっても、大幅なコストアップを抑制することができる。

また、本実施形態では、各フラッシュランプＦＬについて２個のコンデンサ８６ａ，８６ｂを設けている。そして、コンデンサ８６ａからの電力供給によって照射部２０のフラッシュランプＦＬが基板Ｗの表面の第１の処理領域ＰＡにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行う。その後、第１の処理領域ＰＡとは異なる基板Ｗの表面の第２の処理領域ＰＡに対向する位置にランプハウス２１が移動するとともに、照射部２０の各フラッシュランプＦＬへの接続がコンデンサ８６ａからコンデンサ８６ｂに切り替わる。続いて、コンデンサ８６ｂからの電力供給によって照射部２０のフラッシュランプＦＬが第２の処理領域ＰＡにフラッシュ光を照射してフラッシュ加熱を行う。すなわち、処理領域ＰＡを変更する際に、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ８６をも切り替えているのである。

極めて短く強いフラッシュ光を照射するフラッシュランプＦＬに電力供給を行うためのコンデンサ８６は非常に容量が大きいため、１回フラッシュ光照射を行って放電した後のコンデンサ８６への充電には相応の時間を要する（残留電荷にも依存するが概ね数十秒程度）。本実施形態のような分割照射を行う場合に、各フラッシュランプＦＬに１個のコンデンサ８６しか設けていなければ、ランプハウス２１が新たな処理領域ＰＡに対向する位置に移動した後、コンデンサ８６への充電が完了するまでに要する時間が待機時間となり、１枚の基板Ｗの処理に要する時間が長くなる。本実施形態のように、各フラッシュランプＦＬに２個のコンデンサ８６を設け、処理領域ＰＡを変更する毎にコンデンサ８６を切り替えるようにすれば、ランプハウス２１が新たな処理領域ＰＡに対向する位置に移動した後、直ちにフラッシュ光照射を行うことができ、基板Ｗの処理時間を短くしてスループットを向上させることができる。

また、本実施形態では、照射部２０の各フラッシュランプＦＬへの接続がコンデンサ８６ａからコンデンサ８６ｂに切り替わっている間に、コンデンサ８６ａへの充電を行っている。このため、各フラッシュランプＦＬへの接続がコンデンサ８６ｂから再びコンデンサ８６ａに切り替わったときに、直ちにフラッシュランプＦＬへの電力供給を行うことができる。

また、本実施形態では、照射部２０から出射されたフラッシュ光の基板Ｗの表面における照射領域ＬＡをアパーチャ板６０によって規定している。照射領域ＬＡのサイズはアパーチャ板６０によって正確に定められる。その結果、分割照射に際して必要な複数の処理領域ＰＡの区分けが可能となる。

また、アパーチャ板６０の平面サイズはランプハウス２１の平面サイズよりも大きく、照射部２０の放射窓２３から出射されてアパーチャ板６０の開口６５を通過しなかったフラッシュ光が隣接する処理領域ＰＡに到達するのを防止することができる。これにより、部分的な二重フラッシュ光照射を防止することができ、基板Ｗの全面にわたって均一なフラッシュ加熱を行うことができる。

さらに、本実施形態においては、チャンバー１５の内壁面およびランプハウス２１の外壁面には、フラッシュ光を吸収する黒色塗装が施されている。これにより、ランプハウス２１とアパーチャ板６０との間から漏れた光がチャンバー１５の内壁面やランプハウス２１の外壁面で反射して基板Ｗに到達するのを防止することができる。

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、上記実施形態においては、移動機構４０によってランプハウス２１を固定設置されたステージ１０に対して移動させるようにしていたが、固定されたランプハウス２１に対して基板Ｗを保持するステージ１０を二次元的に移動させるようにしても良い。また、ランプハウス２１およびステージ１０の双方を移動させるようにしても良い。すなわち、ステージ１０に対してランプハウス２１を相対移動させる形態であれば良い。もっとも、大型の基板Ｗを保持するステージ１０は相応の大きさ（基板Ｗよりも若干大きい）となるため、上記実施形態のようにランプハウス２１を移動させる方が好ましい。

また、上記実施形態においては、処理対象となる基板Ｗの平面サイズを１３００ｍｍ×１５００ｍｍ（Ｇ５．７）としていたが、これに限定されるものではなく、照射部２０からの１回のフラッシュ光照射では全面を一括照射することが不可能なサイズの基板Ｗであれば本発明に係る熱処理技術の対象となり得る。例えば、基板Ｗの平面サイズはさらに大型の２２００ｍｍ×２５００ｍｍ（Ｇ８）であっても良い。この場合、基板Ｗの表面を５００ｍｍ×５００ｍｍの正方形の照射領域ＬＡを基本単位として区分けすると、Ｘ方向およびＹ方向ともに５分割され、その結果２５の処理領域ＰＡに区分けされる。これら２５の処理領域ＰＡに対して、上記実施形態と同様にして順次にフラッシュ光照射を行うことにより、Ｇ８の基板Ｗの全面に対するフラッシュ光照射が実行される。

また、上記実施形態においては、各フラッシュランプＦＬについて２個のコンデンサ８６ａ，８６ｂを設けるようにしていたが、３個以上のコンデンサ８６を設けるようにしても良い。この場合であっても、処理領域ＰＡを変更する毎に、フラッシュランプＦＬに電力供給を行うコンデンサ８６を順次に切り替えるようにすれば良い。

また、上記実施形態においては、アパーチャ板６０によって照射領域ＬＡを規定するとともに、他の処理領域ＰＡにフラッシュ光が到達するのを防止していたが、これに代えて液晶シャッターなどを用いるようにしても良い。すなわち、照射部２０から出射されたフラッシュ光の基板Ｗの表面における照射領域ＬＡを規定することができる種々のマスク部材を採用することができる。特に、照射領域ＬＡの形状に微調整を加えたい場合には、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）マスクなどを用いるようにしても良い。

また、上記実施形態においては、黒アルマイト処理によってチャンバー１５の内壁面およびランプハウス２１の外壁面にフラッシュ光を吸収する黒色塗装を施していたが、これに限定されるものではなく、光を吸収する性質を有する有色の塗料を塗布するようにしても良い。すなわち、フラッシュ光を吸収する物質によってチャンバー１５の内壁面およびランプハウス２１の外壁面を被覆するようにすれば良い。

また、基板Ｗの機能層に必要な処理温度が高温である場合には、ステージ１０に内蔵したヒータによって予備加熱した基板Ｗにフラッシュ光照射を行うようにしても良い。

また、上記実施形態では、ランプハウス２１にキセノンのフラッシュランプＦＬを備えていたが、これに代えてクリプトンなどの他の希ガスのフラッシュランプを用いるようにしても良い。

本発明に係る熱処理装置および熱処理方法は、種々の基板のフラッシュ加熱に適用することができるが、特にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用途に用いられる大型の基板の熱処理に好適に利用することができる。

１ 熱処理装置
９ 制御部
１０ ステージ
１５ チャンバー
２０ 照射部
２１ ランプハウス
４０ 移動機構
４５ Ｘ方向駆動機構
５５ Ｙ方向駆動機構
６０ アパーチャ板
６５ 開口
８１ トリガー電極
８５ スイッチ
８６ａ，８６ｂ コンデンサ
ＦＬ フラッシュランプ
Ｗ 基板

Claims (8)

1. 基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、
   基板を保持するステージと、
   フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有し、前記基板の表面よりも小さな面積の範囲にフラッシュ光を照射する照射部と、
   前記ステージに対して前記ランプハウスを相対移動させる移動機構と、
   前記ステージ、前記ランプハウスおよび前記移動機構を収容するチャンバーと、
   前記照射部に電力を供給する複数の蓄電部と、
   前記複数の蓄電部と前記照射部との接続を切り替える切替部と、
   前記熱処理装置を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記複数の蓄電部のうちの第１の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記基板の表面の第１の領域にフラッシュ光を照射した後、前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが相対移動するとともに、前記照射部への接続が前記第１の蓄電部から第２の蓄電部に切り替わり、前記第２の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記第２の領域にフラッシュ光を照射するように前記熱処理装置を制御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、
   前記照射部から出射されたフラッシュ光の前記基板の表面における照射領域を規定するマスク部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、
   前記制御部は、前記照射部への接続が前記第１の蓄電部から前記第２の蓄電部に切り替わっている間に、前記第１の蓄電部に充電するように前記基板処理装置を制御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、
   前記チャンバーの内壁および前記ランプハウスの外壁は、フラッシュ光を吸収する物質にて被覆されていることを特徴とする熱処理装置。
5. 基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理装置であって、
   基板を保持するステージと、
   フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有し、前記基板の表面よりも小さな面積の範囲にフラッシュ光を照射する照射部と、
   前記ステージに対して前記ランプハウスを相対移動させる移動機構と、
   前記ステージ、前記ランプハウスおよび前記移動機構を収容するチャンバーと、
   前記照射部から出射されたフラッシュ光の前記基板の表面における照射領域を規定するマスク部と、
   前記熱処理装置を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記マスク部によって照射領域を前記基板の表面の第１の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射した後、前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが相対移動し、前記マスク部によって照射領域を前記第２の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射するように前記熱処理装置を制御することを特徴とする熱処理装置。
6. 基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理方法であって、
   (a)フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有する照射部がステージに保持された基板の表面の第１の領域に対向する工程と、
   (b)第１の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記基板の表面の第１の領域にフラッシュ光を照射する工程と、
   (c)前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが前記ステージに対して相対移動する工程と、
   (d)前記照射部への接続を前記第１の蓄電部から第２の蓄電部に切り替える工程と、
   (e)前記第２の蓄電部からの電力供給によって前記照射部が前記基板の表面の前記第２の領域にフラッシュ光を照射する工程と、
   を備え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、
   前記照射部への接続が前記第１の蓄電部から前記第２の蓄電部に切り替わっている間に、前記第１の蓄電部に充電することを特徴とする熱処理方法。
8. 基板の表面にフラッシュ光を照射することによって当該基板を加熱する熱処理方法であって、
   (a)フラッシュランプを内蔵したランプハウスを有する照射部がステージに保持された基板の表面の第１の領域に対向する工程と、
   (b)マスク部によって前記照射部の照射領域を前記第１の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射する工程と、
   (c)前記第１の領域とは異なる第２の領域に対向する位置に前記ランプハウスが前記ステージに対して相対移動する工程と、
   (d)前記マスク部によって前記照射部の照射領域を前記第２の領域に規定した状態で前記照射部がフラッシュ光を出射する工程と、
   を備えることを特徴とする熱処理方法。

Images