JP4386174B2 - フラッシュランプ - Google Patents

Description

本発明は、半導体や薄膜トランジスタの製造工程に使用されるランプアニール用のフラッシュランプに関する。

従来、半導体等の製造工程において、シリコンウエ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、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にある。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に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、ガラス基板への過度の加熱を防止し、ガラス基板の伸縮や反りの発生を抑制する必要がある。
このようなアニール技術としては、特開２００２−１９８３２２号公報や特開２００１−３１９８８７号公報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℃に昇温して過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 ^６ Ｗ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が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たが、上記のような過酷な点灯条件下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。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には、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以下と短いパルス幅で点灯すると、発光管内表面が異常に加熱され、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し、結果として、フラッシュランプの寿命は点灯回数が５万回程度に制限されてしまう。
また、パルス幅が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％以下となり、さらに寿命が短くなり、工業的に利用できなくなる。
即ち、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ので、短パルス化することが望まれるが、石英ガラス製の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、近年では、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、透光性を有する透光性セラミックス、中でも透光性アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を用いたフラッシュランプが注目されている。この透光性アルミナ製発光管を用いたフラッシュランプでは、従来の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。

図５は、実開昭６３−６０２６５号公報に開示されたフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。
同図に示すように、このアルミナ製発光管１００のランプ封止技術は、コバール製のキャップ１０１をアルミナ製発光管１００の端部に被せ、アルミナ製発光管１００の表面をＭｏ−Ｍｎ系合金でメタライズしたメタライズ部１０２を形成し、銀ロウ１０３でコバール金属に固着するものである。なお、ここで、電極１０４はタングステン製、電極部材１０５はＮｉ線であり、電極部材１０５は銀ロウ１０３でキャップ１０１の底部から導出する箇所で固着封止される。
特開２００２−１９８３２２号公報 特開平２００１−３１９８８７号公報 実開昭６３−６０２６５号公報

しかしながら、上記公報に開示されているようなアルミナ製発光管１００を多数並列に配置して多灯式のフラッシュランプ装置を構成する場合は、コバール製のキャップ１０１が近接して配置されるため隣接するランプ同士間で短絡事故が発生するおそれがある。

図６は、ランプ同士間の短絡事故を防止することを可能にしたランプ封止技術を採用したフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。
同図に示すように、このアルミナ製発光管１００は、アルミナ製のキャップ１０６で封止する方法が採用されており、アルミナ製キャップ１０６をアルミナ製発光管１００の端部に被せフリットガラス１０７で封止し、さらにアルミナ製キャップ１０６と膨張係数の近い金属であるＮｂ（ニオブ）管１０５をアルミナ製キャップ１０６に貫通し、貫通部をフリットガラス１０７で封止するものである。

しかし、多灯式のフラッシュランプ装置においては、点灯させる電源も多数必要となり、フラッシュランプと電源を近接して配置することができないため、リード線１０８を長くする必要がある。フリットガラスを用いたシール構造では、ニオブ管とアルミナ製キャップの接合部が最も弱い。リード線１０８が長いために、当該接合部に必然的に負荷がかかる。また、ランプ取り付け等のリード線１０８の取り回しの際に、図示矢印の方向に力が掛かり易く、フリットガラス１０７でシールされた部分のうち、ニオブ管とアルミナ製キャップの接合部で破損するおそれがある。
また、２００μｓ程度の短時間に大電流を流すことに起因する振動やフラッシュランプの発光で過熱されたランプ周辺の空気の膨張に起因する振動がランプに生じる。
図６に示したベースのないフラッシュランプでは発光管を保持しなければならず、バネ等でランプを挟み込むことが多いが、強く挟み込むと発光管が破損するため、挟み込みが弱くならざるを得ず、前述の振動でランプが動くことになる。これにより、発光管を保持する灯具側の部材が削れ、粉体ゴミが発生したり、発光管表面が傷つき破損するおそれがある。

本発明の目的は、複数本のフラッシュランプを並べ被処理物に光照射する多灯式フラッシュランプ装置において、リード線が長くとっても、セラミック製キャップから導出される電極部材におけるシール部の破損を防止することを可能にしたフラッシュランプを提供することにある。また、ランプ点灯の振動時にフラッシュランプを保持する灯具から粉体ゴミが発生するのを抑制し、発光管の破損のおそれのないフラッシュランプ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、リード線が接続された電極部材が気密に貫通保持されたセラミック製キャップにより、透光性セラミック製発光管の両端開口部が気密に封止されたフラッシュランプにおいて、前記セラミック製キャップは、前記透光性セラミック製発光管の外方側に該透光性セラミック製発光管の外径より小径の部分を延在させると共に、該セラミック製キャップに略円筒形状のセラミック製ベースを装着し、該セラミック製ベースと前記セラミック製キャップ間に弾性部材を設け、該弾性部材により前記セラミック製キャップを前記セラミック製ベースに保持させることを特徴とするフラッシュランプである。

第２の手段は、第１の手段において、前記弾性部材が、シリコーンゴムであることを特徴とするフラッシュランプである。

第３の手段は、第２の手段において、前記セラミック製キャップにＵＶ遮光機能を具備させたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、リード線が接続された電極部材が気密に貫通保持されたセラミック製キャップにより、透光性セラミック製発光管の両端開口部が気密に封止されたフラッシュランプにおいて、前記セラミック製キャップは、前記透光性セラミック製発光管の外方側に該透光性セラミック製発光管の外径より小径の部分を延在させると共に、該セラミック製キャップに略円筒形状のセラミック製ベースを装着し、該セラミック製ベースと前記セラミック製キャップ間に弾性部材を設け、該弾性部材により前記セラミック製キャップを前記セラミック製ベースに保持させるようにしたので、複数本のフラッシュランプを並べて被処理物に光照射する多灯式フラッシュランプ装置を構成した際に、リード線を長くとっても、セラミック製キャップから導出される電極部材におけるシール部の破損を防止することができる。また、ランプ点灯の振動時にフラッシュランプを保持する灯具から粉体ゴミが発生するのを抑制し、発光管破損のおそれを無くすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記弾性部材をシリコーンゴムで構成したので、弾性部材を安価に容易に構成することができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記セラミック製キャップにＵＶ遮光機能を具備させたので、４００ｎｍ以下のＵＶ光によるシリコーンゴムの劣化を防止することができる。

本発明の第１の実施形態を図１および図２を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。
同図において、１はフラッシュランプ、２は透光性セラミック製発光管、３はアルミナ製キャップ、４は、例えば、ステアタイト等からなるセラミック製ベース、５はタングステン製の電極、６はニオブ等の導電体からなる電極部材、７は透光性セラミック製発光管２とアルミナ製キャップ３間をシールする第１のフリットガラス、８はアルミナ製キャップ３と電極部材６間をシールする第２のフリットガラス、９はアルミナ製キャップ３とセラミック製ベース４間に充填された弾性部材としてのシリコーンゴム、１０はリード線、１１は電極部材６とリード線１０を接続するロウ付け、１２はリード線被覆、１３，１４はＵＶ遮蔽部材である。
なお、透光性セラミック製発光管２としては、透光性アルミナやイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）等が用いられ、透光性アルミナとしては多結晶アルミナや単結晶であるサファイアが用いられる。

同図に示すように、透光性セラミック製発光管２にはセラミック製キャップ３が嵌合され、第１のフリットガラス７でシールされる。セラミック製キャップ３は、透光性セラミック製発光管２内に嵌合する嵌合部３１と透光性セラミック製発光管２の端面に当接する当接部３２と透光性セラミック製発光管２の外方側に透光性セラミック製発光管２の外径より小径で延在する突出部３３から構成される。この延在しているセラミック製キャップの突出部３３の外側には略円筒形状のセラミック製ベース４が装着されており、このセラミック製キャップ３とセラミック製ベース４とリード線被覆１２を含む空間にはシリコーンゴム９が充填される。このシリコーンゴム９は全方向に弾力性を有し、衝撃に強いため、シリコーンゴム９によってセラミック製キャップ３をセラミック製ベース４外部からの衝撃に対してに弾性的に保持させることができる。

なお、シリコーンゴム９は透光性セラミック製発光管２で発生した発光光によって照射されると、劣化するおそれがあるので、アルミナ製キャップ３を不透光性のアルミナを用いて構成して、透光性セラミック製発光管２内で発生した発光光がアルミナ製キャップ３を透過してシリコーンゴム９に照射されないようにする。また、透光性のアルミナ製キャップ３を用いる場合は、図示するように、アルミナ製キャップ３の突出部３３全体を遮蔽するようにＵＶ遮蔽部材１３を設けたり、またはアルミナ製キャップ３の透光性セラミック製発光管２内部に面する部分にＵＶ遮蔽部材１４を設ける。なお、ＵＶ遮蔽部材１３，１４としては、例えば、ＢＮ（窒化硼素）をスプレーによって被膜することによって構成することができる。

また、同図に示すように、セラミック製ベース４の外径ｎは、透光性セラミック製発光管２の電極間領域における外径ｍ以下に構成される。このように構成することにより、後に図４において説明するように、フラッシュランプ１を多数本並列に配置してフラッシュランプアニール装置を構成した際に、フラッシュランプ１を密に配置することが可能となる。

図２は、本実施形態の発明に係る図１のフラッシュランプと異なるフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。
同図において、１５は、透光性セラミック製発光管２内で発生した発光光がアルミナ製キャップ３を透過してシリコーンゴム９に照射されないようにするために設けられた遮光用ワッシャである。その他の構成は図１に示した同符号の構成に対応する。
同図に示すように、遮光用ワッシャ１５を設けることによって、透光性セラミック製発光管２内で発生した発光光は遮断され、アルミナ製キャップ３を透過することができないので、シリコーンゴム９の劣化を防止することができる。

本発明の第２の実施形態を図３を用いて説明する。
図３は、本実施形態の発明に係るフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。
同図において、１６はセラミック製キャップ４の内周面上に配置された、例えば、銅（Ｃｕ）製のばね材である。その他の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
本実施形態の発明は、第１の実施形態の発明と比べて、アルミナ製キャップ３とセラミック製ベース４間に弾性部材として充填されたシリコーンゴム９に代えて、ばね材１６を用いた点で相違する。
ばね材１６によっても、セラミック製キャップ３をセラミック製ベース４側からの衝撃に対してに弾性的に保持することができる。

図４は、第１の実施形態または第２の実施形態に係る発明のフラッシュランプを複数本並べて配置して構成したフラッシュランプアニール装置の構成の一部を示す図である。
同図に示す符号は、図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
シリコンウエハのアニール処理において、不純物イオンを活性化させる場合、ウエハ表面温度は約１１００℃に上げて、高低差２％以下で加熱するのが望ましい。直径３００ｍｍのウエハ全体を均一に加熱するためには、例えば、フラッシュランプ１を３０本程度並べて照射し、フラッシュランプ１と図示していないシリコウエハとは約４０ｍｍ程度離すことにより、ほぼ均一な照度分布が得られる。所望の昇温速度を得るためには、シリコンウエハに短パルス幅で強いエネルギーで照射する必要があり、そのとき、各フラッシュランプ１には数千Ａ以上のピーク電流が流れ、各フラッシュランプ１には大きな振動が加わる。しかし、本発明に係るフラッシュランプ１を採用することにより、フラッシュランプ点灯時の振動を吸収することができ、また、灯具内でのフラッシュランプ１の擦れによる粉体ごみの発生も防止し、アルミナ製キャップ３から導出部のフリット溶着部での割れを防止することができる。

第１の実施形態の発明に係るフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。 第１の実施形態の発明に係る図１のフラッシュランプと異なるフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。 第２の実施形態の発明に係るフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。 第１の実施形態または第２の実施形態に係る発明のフラッシュランプを複数本並べて配置して構成したフラッシュランプアニール装置の構成の一部を示す図である。 実開昭６３−６０２６５号公報に開示されたフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。 ランプ同士間の短絡事故を防止することを可能にしたランプ封止技術を採用したフラッシュランプの端部の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ フラッシュランプ
２ 透光性セラミック製発光管
３ アルミナ製キャップ
３１ 嵌合部
３２ 当接部
３３ 突出部
４ セラミック製ベース
５ 電極
６ 電極部材
７ 第１のフリットガラス
８ 第２のフリットガラス
９ シリコーンゴム
１０ リード線
１１ ロウ付け
１２ リード線被覆
１３，１４ ＵＶ遮蔽部材
１５ 遮光用ワッシャ
１６ ばね材

Claims (3)

1. リード線が接続された電極部材が気密に貫通保持されたセラミック製キャップにより、透光性セラミック製発光管の両端開口部が気密に封止されたフラッシュランプにおいて、
   前記セラミック製キャップは、前記透光性セラミック製発光管の外方側に該透光性セラミック製発光管の外径より小径の部分を延在させると共に、該セラミック製キャップに略円筒形状のセラミック製ベースを装着し、該セラミック製ベースと前記セラミック製キャップ間に弾性部材を設け、該弾性部材により前記セラミック製キャップを前記セラミック製ベースに保持させることを特徴とするフラッシュランプ。
2. 前記弾性部材は、シリコーンゴムであることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュランプ。
3. 前記セラミック製キャップにＵＶ遮光機能を具備させたことを特徴とする請求項２に記載のフラッシュランプ。

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