KR20060047351A - 플래시 램프 조사 장치 - Google Patents

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KR20060047351A
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우시오덴키 가부시키가이샤
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Abstract

피처리물면에서의 리플이 적고 강한 광강도를 얻을 수 있는 플래시 램프 조사 장치를 제공하는 것이다.
투광성 재료로 이루어지는 벌브를 구비한 플래시 램프(10)와, 플래시 램프(10)의 관축 방향으로 배치한 복수개의 트리거 부재(14a, 14b, 14c)를 구비하고, 플래시 램프(10)의 발광시, 복수개의 트리거 부재(14a, 14b, 14c)에 동시에 고전압을 인가함으로써, 플래시 램프(10)를 발광시키는 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치이다.

Description

플래시 램프 조사 장치{FLASH LAMP IRRADIATION APPARATUS}
도 1은 본 발명에 따른 플래시 램프를 1개 발광시키는 경우의 플래시 램프 조사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 플래시 램프를 복수개 병렬로 배치되어 있는 경우의, 광축으로 수직인 단면에서 본 플래시 램프와 선형상 트리거 부재의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프와, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 방전시의 벌브 내의 상태를 나타내는 벌브의 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프와, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 플래시 램프와 수광면까지의 거리에 대한 조도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 대해서, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 조도 증가율을 나타내는 표이다.
도 6은 본 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프와, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 각 파장에 대한 발광 강도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 대해서, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 웨이퍼 단부(150㎜)에서의 조도의 한쪽 처짐의 개선을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 웨이퍼 단부(150㎜)에서의 조도의 한쪽 처짐을 개선하는 이유를 설명하는 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 플래시 램프
10a, 10b, 10c, 10d : 플래시 램프
11 : 벌브 12 : 음극
13 : 양극
14a', 14b', 14c', 14d', 14e' : 선형상 트리거 부재
15 : 트리거 밴드 16 : 발광 회로
17 : 트리거 회로
100a, 100b, 100c : 스위칭 소자의 구동 회로
110 : 트리거 급전선 Tt : 트리거 코일
Ct : 콘덴서 S : 스위칭 소자
R : 저항 Vt : 트리거 충전용 전원
본 발명은, 반도체의 제조 공정이나 액정 디스플레이의 제조 공정 등에 이용되는 플래시 램프 조사 장치에 관한 것이다.
종래로부터 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 광조사에 의해 가열하는 가열 장치가 알려져 있다. 반도체 제조 공정에서는, 웨이퍼를 급속 가열, 고온 유지, 급속 냉각 등이 행해지지만, 가열 장치는, 성막(웨이퍼 표면에 산화막을 형성한다)이나 확산(웨이퍼 내부에 불순물을 확산시킨다) 등 넓은 범위에서 이용되고 있다. 확산에 대해서 말하면, 실리콘 웨이퍼의 표층 부분에서의 실리콘 결정에 대해서 붕소나 비소의 이온을 주입하고, 이 상태의 실리콘 웨이퍼에 예를 들면 1000℃ 이상의 열처리를 행함으로써 불순물을 확산시키는 것이다.
실리콘 웨이퍼를 가열 처리하는 장치로서는, 램프를 가열원으로서 이용하여, 이 가열원으로부터 방사되는 광을 웨이퍼에 대해서 조사함으로써 급속히 가열하고, 그 후, 급속히 냉각할 수 있는 RTP(Rapid Thermal Process) 장치가 알려져 있다. 이 장치의 가열원으로서는 할로겐 램프가 이용되고 있다.
그러나, 최근에는, 반도체 집적 회로의 고집적화, 미세화가 점점 더 요구되고 있고, 예를 들면, 20㎚ 이하라는 보다 얕은 레벨로 불순물 확산을 형성하는 것이 요구되고 있으며, 할로겐 램프를 가열원으로 한 장치에서는, 25∼30㎚ 레벨의 깊이로 처리하는 것은 가능하지만, 상기 심도에서는 충분히 대응하는 것이 곤란하게 되어 있다.
또, 지극히 얕은 영역에 불순물 확산을 달성시키는 방법으로서는, 레이저 조사(XeCL)하는 것이 알려져 있고, 이것은 수㎜의 조사폭을 갖는 레이저광에 의해 실리콘 웨이퍼를 스캔하는 방법이다. 그러나, 레이저 광을 사용하는 장치는 대단히 고가이고, 또, 실리콘 웨이퍼의 표면 상을 작은 스폿 직경의 레이저 빔으로 스캔하면서 열처리하기 때문에, 스루풋이 나쁘다는 문제가 있다.
그래서, 가열원으로서, 플래시 램프를 사용하여, 실리콘 웨이퍼에 대해서 지극히 단시간에 가열하는 방법이 제안되어 있다. 플래시 램프에 의한 가열 방법은, 실리콘 웨이퍼가 받는 열을 낮출 수 있고, 조사 시간도 지극히 짧기 때문에 큰 메리트가 있다.
종래의 플래시 램프로서는, 예를 들면, 일본국 특개 2001-185088호 공보에 개시된 것이 알려져 있다. 또한 플래시 램프 조사 장치로서는, 예를 들면, 일본국 특개 2002-231488호 공보에 개시된 것이 알려져 있다.
(특허문헌 1) 일본국 특개 2001-185088호 공보
(특허문헌 2) 일본국 특개 2002-231488호 공보
그런데, 플래시 램프를 복수개 배열된 플래시 램프 조사 장치를 반도체 제조 공정에 사용하는 경우, 실리콘 웨이퍼 등의 워크면 상에서 필요한 광강도를 얻기 위해서는, 플래시 램프를 워크에 근접시키지 않으면 안된다. 그러나, 플래시 램프를 워크에 너무 근접시키면 플래시 램프를 병렬 배치한 간격(즉 피치)에 대응한 리 플이라고 칭해지는 광의 강약 개소가 생긴다. 그 리플은 반도체 제조 공정에서는 엄격히 제한되어 있다. 그 때문에, 워크면에서 충분한 광강도를 얻기 위해서는 대출력으로 하여 조사면으로부터 떼어낼 필요가 있다. 그러나, 플래시 램프를 대출력화하여 점등하도록 하면 점등 장치의 콘덴서 용량이 커지기 때문에 대형화하고, 또한, 플래시 램프의 관벽 부하가 커지기 때문에, 발광관이 플라즈마의 열이나 자외선에 의해서 받는 변형이 커져서, 경우에 따라서는 파손에 도달하기도 한다. 혹은 전극의 스퍼터량이 증가하여 발광관 내부가 흑화·백탁(白濁)함으로써 광량의 감쇠가 커져서, 램프 수명이 짧아져 버린다.
또, 종래에는, 플래시 램프 1개에 대해서 통상 1개의 선형상 트리거 부재를 사용하고 있다. 그 경우, 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 선형상 트리거 부재 직하의 유리관 내면 근방의 가스로부터 발광이 확산되기 때문에, 발광관을 단면에서 보았을 때에 선형상 트리거 부재와 반대측의 발광관내 영역까지 발광이 확산될 때까지는 시간이 걸린다. 따라서, 펄스폭이 짧을수록, 해당 시간이 걸리는 경향은 강해지고, 경우에 따라서는 완전히 확산되지 못하고, 선형상 트리거 부재와 반대측의 광은 약해지는 경우도 있다. 그렇게 되면 플래시 램프의 광 출력 그 자체가 약해진다.
본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 감안하여, 피처리물면에서의 리플이 적고 강한 광강도를 얻을 수 있는 플래시 램프 조사 장치, 특히, 반도체의 제조 공정, 액정 디스플레이의 제조 공정 등에 이용되는 플래시 램프 조사 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용하였다.
제1 수단은, 투광성 재료로 이루어지는 벌브를 구비한 플래시 램프와, 이 플래시 램프의 관축 방향으로 배치한 복수개의 트리거 부재를 구비하고, 상기 플래시 램프의 발광시, 상기 복수개의 트리거 부재에 동시에 고전압을 인가함으로써, 상기 플래시 램프를 발광시키는 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치이다.
제2 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 복수개의 트리거 부재 중 적어도 피처리물측에 배치되는 트리거 부재를 투명 도체로 구성한 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치이다.
제3 수단은, 제1 수단 또는 제2 수단에 있어서, 복수개의 플래시 램프가 병렬로 배열되고, 이웃하는 플래시 램프 사이에 배치되는 트리거 부재를 이웃하는 플래시 램프 사이에서 공용하도록 한 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치이다.
제4 수단은, 제1 수단 내지 제3 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 플래시 램프의 벌브 재료가 석영 유리제이고, 벌브 내표면적을 S(㎠), 플래시 램프로의 입력 에너지를 E(J), 펄스폭을 T(sec)로 하였을 때에, E/(S·√T)의 값이 470J/(㎠·sec0.5) 내지 1900J/(㎠·sec0.5)의 조건으로 점등시키는 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치이다.
제5 수단은, 제1 수단 내지 제3 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 플래시 램프의 벌브 재료가 사파이어이고, 벌브 내표면적을 S(㎠), 플래시 램프로의 입력 에너지를 E(J), 펄스폭을 T(sec)로 하였을 때에, E/(S·√T)의 값이 470J/(㎠·sec0.5) 내지 3600J/(㎠·sec0.5)의 조건으로 점등시키는 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치이다.
제6 수단은, 제4 수단 또는 제5 수단에 있어서, 상기 플래시 램프의 벌브 하면과 피처리물 사이의 거리가 150㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치이다.
본 발명의 실시 형태를 도 1 내지 도 8을 이용하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태의 발명에 따른 플래시 램프를 1개 발광시키는 경우의 플래시 램프 조사 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
상기 도면에서, 플래시 램프(10)의 직관형의 석영 유리제 방전 용기(11)에는, 예를 들면, 크세논 가스가 봉입되어 있고, 양단은 봉지되어 내부에 방전 공간이 형성되어 있다. 방전 공간에는 한쌍의 전극인 음극(12)과 양극(13)이 대향 배치되어 있고, 방전 용기(11)의 외면에는 길이 방향을 따라서 3개의 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)가 배치되고, 각 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)는 절연성의 트리거 밴드(15)에 의해 유지되어 있다. 복수개의 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)는 각각 다른 트리거 회로(17)에 접속되어 있고, 이들은 하나의 점등 개시 신호에 의해서 모두 일제히 동기시켜서, 트리거 전압이 인가된다. 플래시 램프(10)의 발광 간격은, 예를 들면, 1분간에 1발광이고, 각 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)에 인가되는 고전압은, 예를 들면 -15KV이다.
또, 발광 회로(16) 내에는 도시하고 있지 않은 충방전용의 콘덴서가 구비되어 있고, 또한, 3개의 각 트리거 회로(17)는, 트리거 코일(Tt), 콘덴서(Ct)(예를 들면, 0.2㎌), 스위칭 소자(S), 저항(R), 트리거 충전용 전원(Vt)(예를 들면 300V), 스위칭 소자의 구동 회로(100a, 100b, 100c), 트리거 급전선(110)을 구비하고 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 트리거 회로(17)를 3개 설치하도록 하였지만, 트리거 회로와 트리거 급전선을 간소화하기 위해서, 트리거 회로(17)를 1개 설치하고, 트리거 밴드(15)에 도전성 재료(예를 들면 니켈)를 이용함으로써, 1개의 트리거 급전선(110)으로부터 각 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)에 일제히 고전압을 인가하도록 구성해도 된다. 또한, 선형상 트리거 부재는 3개에 한정되는 것이 아니다.
다음에, 이 플래시 램프 조사 장치의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 충전 개시 지령이 내려지면, 발광 회로(16)에서, 도시하고 있지 않은 충방전용 콘덴서가 충전되고, 그 충전 전압이 플래시 램프(10)의 전극(12, 13) 사이에 인가된다. 한편, 각 트리거 회로(17)의 콘덴서(Ct)는, 트리거 충전용 전원(Vt)에 의해 충전(예를 들면, 9mJ)된다.
다음에, 충전이 완료하여, 발광 준비가 갖춰지면, 발광 회로(16) 내에 있는 도시하고 있지 않은 제어 회로로부터, 점등 신호가 발생한다. 그 신호는, 스위칭 소자의 구동 회로(100a, 100b, 100c)에 동시에 입력됨으로써, 각 스위칭 소자(S)가 동시에 도통한다.
그 결과, 각 콘덴서(Ct)의 충전 전하가 각 스위칭 소자(S)를 통해서, 각 트리거 코일(Tt)의 1차측으로 흐르고, 2차측으로 승압된 트리거 전압이 발생하여, 각 트리거 급전선(110)을 통해서 일제히 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)에 인가된다.
각 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)에 인가된 전압은 플래시 램프(10)의 발광관을 통해서 방전 공간에 인가되고, 그 때문에, 발광관 직하의 내표면 부근의 가스를 약간 전리(電離)한다. 이 전리는 플래시 램프(10)의 전극(12, 13) 사이에 걸쳐서 발생한다. 이 전리를 계기로, 전극(12, 13) 사이는 단락된 상태가 되고, 전리한 장소로부터 플라즈마가 성장하여, 충방전용 콘덴서의 전하가 일제히 방전되어, 발광한다.
여기에서, 플래시 램프(10)의 구성의 일례에 대해서 설명한다.
방전 용기(11)의 내경은 Ø6∼Ø15㎜의 범위로부터 선택되어, 예를 들면 10㎜, 방전 용기(11)의 길이는 200∼580㎜의 범위로부터 선택되어, 예를 들면 580㎜이다. 봉입 가스인 크세논 가스의 봉입량은, 6.7㎪∼80.0㎪의 범위로부터 선택되어, 예를 들면 60㎪이다. 또, 주요한 봉입 가스로서는 크세논 가스에 한정되지 않고, 아르곤이나 크립톤 가스를 채용할 수도 있다. 또, 크세논 가스에 더하여 수은 등 다른 물질을 첨가하는 것도 가능하다. 방전 용기(11)는, 석영 유리, 알루미나, 사파이어, YAG, 이트리아 등이 사용된다.
음극(12)과 양극(13)은, 텅스텐이나 몰리브덴을 주성분으로 하는 전극으로서, 크기는 외경이 4∼10㎜의 범위로부터 선택되어, 예를 들면 9㎜, 길이는 5∼9㎜ 의 범위로부터 선택되어, 예를 들면 7㎜이다. 전극간 거리는 160∼500㎜의 범위로부터 선택되어, 예를 들면 500㎜이다. 또, 음극(12)에는 이미터로서 산화바륨(BaO), 산화칼슘(CaO), 산화스트론튬(SrO), 알루미나(Al2O3), 산화란탄(La2O5), 산화토륨(ThO), 산화세륨(CeO) 등이 이용된다.
또, 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c)는 플래시 램프(10)의 전체 길이에 걸쳐서 배치되어 있고, 트리거 밴드(15)는, 복수개의 선형상 트리거 부재들을 전기적으로 절연할 필요가 있는 경우에는, 테프론(등록 상표), 폴리염화비닐 등의 절연체를 이용한다. 또 복수의 선형상 트리거 부재를 동전위로 하여 전압을 인가하는 경우에는 트리거 밴드(15)를 금속제로 한다.
또, 복수개의 선형상 트리거 부재(14a, 14b, 14c) 중 적어도 피처리물측에 배치되는 선형상 트리거 부재는 투명 도체로 하는 것도 가능하다. 그 경우, 투명 전극으로서는, 산화아연막이나 ITO(Indium Tin Oxide, 인듐·주석 산화물)막을 딥핑 기술이나 인쇄 기술에 의해, 발광관 표면에 형성한다.
도 2는, 플래시 램프(10)가 복수개 병렬로 배치되어 있는 경우의, 광축으로 수직인 단면에서 본 플래시 램프와 선형상 트리거 부재의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
상기 도면에 도시하는 바와 같이, 이웃하는 플래시 램프(10a)와 플래시 램프(10b) 사이에 배치되는 선형상 트리거 부재(14b'), 플래시 램프(10b)와 플래시 램프(10c) 사이에 배치되는 선형상 트리거 부재(14c'), 플래시 램프(10c)와 플래시 램프(10d) 사이에 배치되는 선형상 트리거 부재(14d')는 서로 인접하는 플래시 램 프에 대해서 공용하도록 배치하는 것도 가능하다.
다음에, 도 1에 도시하는 플래시 램프 조사 장치에 있어서, 선형상 트리거 부재의 개수가 1개인 경우에 비해서 선형상 트리거 부재를 3개로 한 경우의 쪽이 광 출력이 증대하는 이유를 도 3 내지 도 6을 이용하여 상술한다.
도 3은, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프와, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 방전시의 벌브 내의 상태를 도시하는 단면도이다.
이들의 도면에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 벌브의 외표면 3개소에 선형상 트리거 부재를 배치한 플래시 램프에서는, 방전 플라즈마는 벌브 내벽으로부터 밸런스 좋게 내부로 확산되고 있다. 그것에 비해서, 종래의 벌브의 외표면 1개소에 선형상 트리거 부재를 배치한 플래시 램프에서는, 선형상 트리거 부재의 근방의 벌브 내면에 플라즈마 발생 부위가 치우져 있다.
도 4는, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프와, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 플래시 램프와 수광면까지의 거리에 대한 조도의 변화를 나타내는 그래프이다.
또한, 이 때의 실험의 개요는, 플래시 램프의 내경 10.4㎜, 아크길이(전극간 거리) 110㎜, 크세논 가스압 60㎪, 펄스폭 400㎲, 입력 에너지 900J이다.
도 5는, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 대해서, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래 시 램프에 있어서의, 조도 증가율을 나타내는 표이다.
도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 1개의 선형상 트리거 부재에 비해서 3개의 선형상 트리거 부재를 동시에 구동한 경우에는, 조사 강도가 증대하고, 특히, 플래시 램프와 수광면까지의 거리가 짧을수록, 보다 한층 조사 강도가 증대하고 있는 것을 알 수 있다.
도 6은, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프와, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 각 파장에 대한 발광 강도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 1개의 선형상 트리거 부재에 비해서 3개의 선형상 트리거 부재를 동시에 구동한 경우에는, 램프 내의 방전이 복수의 장소로부터 성장하기 때문에, 플라즈마의 유효 단면적이 증가하므로, 실효적인 아크의 전류 밀도가 감소하여, 플라즈마의 온도가 내려가기 때문에, 진공 자외 영역의 발광 스펙트럼이 장파장측으로 시프트한다. 그 결과, 벌브에 흡수되는 광(진공 자외광)이 감소하고, 벌브 외로 방사되는 자외로부터 가시에 걸친 파장역의 광이 증가하여, 방사 조도(피처리물면에서의 광강도)를 올릴 수 있다.
다음에, 선형상 트리거 부재의 개수가 1개인 경우에 비해서 선형상 트리거 부재를 3개로 한 경우의 쪽이 웨이퍼(피처리물) 단부의 조도의 한쪽 처짐이 없어지는 것을 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다.
도 7은, 아크길이 420㎜, 300㎜ 웨이퍼, 램프 중심으로부터 웨이퍼 사이의 거리 50㎜에서의, 종래 기술에 따른 1개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램 프와 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 웨이퍼의 반경 방향에 대한 조도 분포를 도시하는 도면이고, 상기 도면에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에서는, 웨이퍼 단부(150㎜)에서의 조도의 한쪽 처짐이 개선되고 있는 것을 알 수 있다.
도 8은, 본 실시 형태의 발명에 따른 3개의 선형상 트리거 부재를 사용한 플래시 램프에 있어서의, 웨이퍼 단부(150㎜)에서의 조도의 한쪽 처짐이 개선되는 이유를 설명하는 도면이다. 도면 중, 점선 a는 트리거 부재 1개인 경우의 광의 취입 범위의 경계선을 나타내고, 점선 b는 트리거 3개인 경우의 광의 취입 범위의 경계선을 나타낸다.
상기 도면에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 단부(150㎜)에서는, 선형상 트리거 부재가 1개인 경우에는, 발광관의 상부 선형상 트리거 부재의 관벽 내부에서의 플라즈마밖에 발광에 기여하지 않지만, 선형상 트리거 부재가 3개인 경우에는, 플라즈마는 발광관 내부 전체로 확산되어, 더욱 전극 전(前)면에서의 발광 기점이 선형상 트리거 부재가 1개인 경우에 비해서 웨이퍼측에서 봤을 때 바깥쪽으로 시프트하여, 광의 취입 범위가 넓어져, 웨이퍼 단부(150㎜)에서의 조도를 상승시킬 수 있고, 웨이퍼 단부(150㎜)에서의 조도의 한쪽 처짐을 개선할 수 있다.
다음에, 벌브 재료가 석영 유리제인 플래시 램프에 있어서, E/(S·√T)의 값을 470J/(㎠·sec0.5)∼1900J/(㎠·sec0.5)로 설정하는 이유에 대해서 설명한다.
예를 들면, 플래시 램프로의 입력 에너지(E)가 4100J, 램프의 내표면적(S)이 160㎠(S=πDL ; D=램프 내경 1㎝, L=아크 길이=전극간 길이 50㎝), 펄스폭이 800㎲일 때, E/(S·√T)의 값이 900J/(㎠·sec0.5)이 되고, 램프 개수 30개, 램프 중심 거리 15㎜에서 램프를 점등하였을 때, 램프 중심으로부터 50㎜ 떨어진 곳에 있는 웨이퍼면 상에서의 조사 에너지 밀도는 대략 25J/㎠가 된다. 이 조건에서는 실리콘 웨이퍼면 상의 도달 온도는 웨이퍼를 하면으로부터 따뜻하게 하는 어시스트 온도에 의해서, 다소 영향은 있지만, 대략 1100℃가 되고, 실리콘 웨이퍼를 활성화하는 경우 양호한 결과가 얻어졌다.
한편, 플래시 램프에서는 고입력이 되기 때문에 플래시 램프의 수명이 낮아진다. 통상 요구되고 있는 수명 쇼트수는 장치의 안전율도 포함시켜서, 105(10만) 쇼트 오더이지만, 플래시 램프로의 입력 에너지가 상승하면 104(1만) 쇼트 오더 이하가 된다. 그 때문에, 플래시 램프의 교환 빈도가 높아져서, 비용면, 교환의 작업면에서 현실적이지 않다.
일반적으로, 램프의 쇼트 회수(수명)는 E/(S·√T)와 상관이 있는 것을 알고 있다.
(예를 들면, ELECTRONIC FLASH, STROBE Third Edition, HAROLD E. EDGERTON 저, The MIT Press 출판, 1992년, 23페이지)
그러나, 이들의 관계는 트리거 개수가 1개인 경우의 결과로부터 도출된 것이다. 그래서, 금회 트리거선의 개수를 복수로 하고, 이들을 동시에 점등하는 것을 시험한 결과, 다음과 같은 것이 분명해졌다.
우선, 플라즈마의 성장을 관측한 바, 트리거선 직하의 방전 공간으로부터 플라즈마가 성장하는 것을 알 수 있고, 또한 트리거선을 복수개로 하면, 놀랍게도 방전의 개시는 각 트리거선으로 분할되어, 각각의 트리거선 직하로부터 플라즈마가 일제히 성장하기 시작하는 것을 알 수 있었다. 이것으로부터 고찰하면, 램프의 수명을 결정하는 것은 트리거선 직하의 국소적인 열부하라고 생각되고, 트리거선을 복수개로 함으로써, 그 국소인 열부하가 분산됨으로써, 램프의 수명이 연장되는 것이 예상되었다.
이 생각에 기초하여, 트리거선이 1개일 때와 동일 투입 에너지로 수명 시험을 행한 바, 트리거선이 2개 이상인 경우, 백탁이 발생하는 쇼트수나 발광관에 축적되는 변형의 양, 혹은 파열이 발생하는 쇼트수가, 대폭으로 신장되는 것을 알 수 있고, 램프 수명을 결정하는 임계값은 석영 유리제의 경우, E/(S·√T)가 1900J/(㎠·sec0.5)일 때였다. 이 영역에서 램프의 파열 수명은 105 쇼트 오더이다. 트리거 개수가 1개인 경우, 이 영역에서는 발광관이 백탁·실투(失透)하여 이것에 기인한다고 생각되는 파열이 103∼104 쇼트 오더에서 일어난다.
그 일례를 나타내면, 펄스폭(T)이 400㎲, 램프 발광부의 내표면적(S)이 160㎠, 트리거 개수가 3개인 경우, 램프에 투입하는 에너지가 6000J를 넘으면 (E/(S·√T)=1875J/(㎠·sec0.5)), 104 오더에서 백탁이 생겨서, 이것이 성장해 간다. 따라서, 발광관 강도가 서서히 저하해 간다고 생각되어, 대략 20∼30만 쇼트 정도에서 파열이 발생한다.
이상의 관점에서 램프를 점등시키는 조건(E/(S·√T))은 1900J/(㎠·sec0.5) 이내가 적합한 조건인 것을 알 수 있었다.
또, 피처리물이 실리콘 웨이퍼인 경우, 램프로의 입력 에너지(E)를 너무 올리면, 웨이퍼의 깨짐이 생긴다. 이유는 잘 모르겠지만, 웨이퍼의 표면과 이면의 온도차가 커지기 때문에, 열응력이 커져서 웨이퍼 표면 상에 금이 가거나(슬립이나 크랙) 깨짐이 생긴다고 생각된다.
한편, 에너지(E)를 너무 낮추면, 활성화가 충분히 행해지지 않게 된다. 이 조건도 어시스트 온도에 의해서 좌우되지만, 대략 E/S·√T는 470J/(㎠·sec0.5) 이상이었다.
또한, 발명자의 예의 연구에 의하면, 벌브 재료로서 사파이어를 사용한 플래시 램프로 하면, 석영 유리를 벌브 재료로 한 플래시 램프에 비해서, 대략 1.9배의 램프 수명이 있는 것을 알 수 있었다.
그 일례를 나타내면, 펄스폭(T)이 100μsec, 벌브 내표면적(S)이 35㎠, 트리거선 개수가 3개인 경우, 램프에 투입하는 에너지가 660J을 넘으면, E/(S·√T)가 1886J/(㎠·sec0.5), 석영 유리제의 램프에서는 상술한 실시예(펄스폭(T)이 400μsec에서 점등한 경우)와 동일하개 104 오더에서 백탁이 생겨서, 성장하기 때문에 조도가 저하하여, 대략 20에서 30만 쇼트 정도에서 파열이 발생한다.
한편, 사파이어제의 램프에서는 1250J, 즉 E/S·√T는 3571J/(㎠·sec0.5)을 넘은 부근에서 발광관 내표면에 균열이 발생하여, 이것이 성장하기 때문에, 광이 산란됨으로써 조도가 저하하고, 또한 대략 20에서 30만 쇼트에서 파괴가 빈발하게 된다.
또 파괴에 대한 안전면에서 보더라도 석영 유리제의 대략 1.9배의 에너지를 투입할 수 있는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 벌브 내표면적(S)이 35㎠인 석영 유리제 램프와 사파이어제 램프를 사용하여, 점등 펄스폭이 100μsec에서 점등시키는 경우에 투입 에너지를 서서히 증가시킨 바, 사파이어제 램프에서는 석영 유리제 램프에 비해서, 대략 1.9배의 에너지를 투입한 경우에 파괴가 발생한 것을 확인하였다.
이상에 의해, 사파이어를 사용한 플래시 램프의 경우, 피처리물이나 용도에도 의하지만, 램프를 점등시키는 조건(E/S·√T)은 3600J/(㎠·sec0.5) 이내가 적합한 조건이 된다고 생각된다.
그 외, 활성화 이외의 용도로, 예를 들면 파워 디바이스로 고융점 재료로서 주목되고 있는 SiC 기판의 열처리나, 액정 디스플레이의 제작 공정인 아몰퍼스 실리콘으로부터 폴리실리콘으로의 결정화나, 절연막의 유전율을 올리기 위해서, 예를 들면, SiO2막을 대단히 얇게 원자층 레벨로 형성하는 방법인 ALD(Atomic Layer Deposition)에 필요한 열처리가 있다.
이들의 워크를 처리하기 위해서, 램프에 필요한 에너지·관벽 부하, 혹은 조사되는 광의 펄스폭은 다양하지만, 이것을 통일적으로 취급할 수 있는 파라미터가 E/(S·√T)(J/(㎠·sec0.5))이다.
E/S는 내표면적당의 에너지를 나타내고 있고, 시간에 관계가 없는 관벽 부하이다. 이것에 플래시 램프와 같은 펄스광을 발하는 광원의 경우에는, 그 발광관 내표면이 에너지를 받는 시간의 요소를 가미할 필요가 있다. 일반적으로 열의 확산 현상(확산 거리)은 시간의 제곱근에 비례하기 때문에, 이 경우도 동일하게 T(T ; 펄스폭=전류 파형의 반값폭)로 나눔으로써 규격화된다.
요컨대 램프 입력 에너지, 램프 형상, 펄스폭이 변화해도 E/(S·√T)가 일정하면, 램프가 받는 부하는 같다고 간주할 수 있고, 램프의 수명도 동일하게 같다는 것을 알 수 있었다.
또한 이들의 조건의 범위 내이면 앞서 예시한 바와 같은 워크를 처리하는 것이 가능한 것을 알 수 있었다.
청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 투광성 재료로 이루어지는 벌브를 구비한 플래시 램프와, 이 플래시 램프의 관축 방향으로 배치한 복수개의 트리거 부재를 구비하고, 상기 플래시 램프의 발광시, 상기 복수개의 트리거 부재에 동시에 고전압을 인가함으로써, 상기 플래시 램프를 발광시키도록 하였기 때문에, 복수개의 트리거 부재에 동시에 고전압을 인가함으로써, 짧은 펄스폭의 플래시 발광에서도, 벌브 내에 발광이 충분히 확산되어, 트리거 부재 1개인 경우에 비해서, 광강도가 크고, 피처리물에 플래시 램프를 근접시켜도, 리플의 영향이 감소하여, 충분한 광 에너지를 피처리물에 부여할 수 있다. 또한, 램프 내의 방전이 복수의 장소로부터 성장하기 때문에, 플라즈마의 유효 단면적이 증가하므로, 실효적인 아크의 전류 밀도가 감소하고, 플라즈마의 온도가 내려가기 때문에, 진공 자외 영역의 발광 스펙트럼이 장파장측으로 시프트한다. 그 결과, 벌브에 흡수되는 광(진공 자외광)이 감소하고, 벌브 외로 방사되는 자외로부터 가시에 걸친 파장역의 광이 증가하여, 방사 조도(피처리물면에서의 광강도)를 올릴 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 상기 복수개의 트리거 부재 중 적어도 피처리물측에 배치되는 트리거 부재를 투명 도체로 구성하였기 때문에, 트리거 부재에 의한 차광의 비율이 줄어서, 광량을 올릴 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 복수개의 플래시 램프가 병렬로 배열되고, 이웃하는 플래시 램프 사이에 배치되는 트리거 부재를 이웃하는 플래시 램프 사이에서 공용하도록 함으로써, 트리거 부재의 사용수를 억제할 수 있고, 트리거 부재의 손모를 방지할 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 플래시 램프의 벌브 재료가 석영 유리제이고, 벌브 내표면적을 S(㎠), 플래시 램프로의 입력 에너지를 E(J), 펄스폭을 T(sec)로 하였을 때에, E/(S·√T)의 값이 470J/(㎠·sec0.5) 내지 1900J/(㎠·sec0.5)의 조건으로 점등되도록 하였기 때문에, 반도체의 제조 공정이나 액정 디스플레이 램프의 제조 공정에 적합한 플래시 램프 조사 장치를 실현할 수 있다.
청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 제1 수단 내지 제3 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 플래시 램프의 벌브 재료가 사파이어이고, 이 플래시 램프의 벌브 내표면적을 S(㎠), 플래시 램프로의 입력 에너지를 E(J), 펄스폭을 T(sec)로 하였을 때에, E/(S·√T)의 값이 470J/(㎠·sec0.5) 내지 3600J/(㎠·sec0.5)의 조건으로 점등시키도록 하였기 때문에, 청구항 4에 기재된 발명 이상으로, 반도체의 제조 공정이나 액정 디스플레이 램프의 제조 공정에 적합한 플래시 램프 조사 장치를 실현할 수 있다.
청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 플래시 램프의 벌브 하면과 피처리물 사이의 거리가 150㎜ 이하이기 때문에, 종래의 1개의 트리거 부재가 조사면과 반대측에 있는 경우에 비해서, 복수개인 경우, 발광부가 피처리물면에 근접하므로, 조도를 올리는 효과가 생기기 때문에, 조사 영역의 단부에서도 조도의 저하가 적고, 배광이 양호해진다. 또한 플래시 램프의 전체 길이를 짧게 할 수도 있다.

Claims (6)

  1. 투광성 재료로 이루어지는 벌브를 구비한 플래시 램프와, 이 플래시 램프의 관축 방향으로 배치한 복수개의 트리거 부재를 구비하고, 상기 플래시 램프의 발광시, 상기 복수개의 트리거 부재에 동시에 고전압을 인가함으로써, 상기 플래시 램프를 발광시키는 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 트리거 부재 중 적어도 피처리물측에 배치되는 트리거 부재를 투명 도체로 구성한 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 복수개의 플래시 램프가 병렬로 배열되고, 이웃하는 플래시 램프 사이에 배치되는 트리거 부재를 이웃하는 플래시 램프 사이에서 공용하도록 한 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플래시 램프의 벌브 재료가 석영 유리제이고, 벌브 내표면적을 S(㎠), 플래시 램프로의 입력 에너지를 E(J), 펄스폭을 T(sec)로 하였을 때에, E/(S·√T)의 값이 470J/(㎠·sec0.5) 내지 1900J/(㎠·sec0.5)의 조건으로 점등시키는 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플래시 램프의 벌브 재료가 사파이어이고, 벌브 내표면적을 S(㎠), 플래시 램프로의 입력 에너지를 E(J), 펄스폭을 T(sec)로 하였을 때에, E/(S·√T)의 값이 470J/(㎠·sec0.5) 내지 3600J/(㎠·sec0.5)의 조건으로 점등시키는 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 플래시 램프의 벌브 하면과 피처리물 사이의 거리가 150㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 플래시 램프 조사 장치.
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