(57)【要約】【課題】  アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製発光管にクラックや黒化が発生せず、照度維持率が高いフラッシュランプを提供することにある。また、ランプアニールに適したパルス幅２００μｓ以下、照射エネルギー７５ｋＷ／ｃｍ２以上の点灯条件であっても、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。【解決手段】  本発明のフラッシュランプは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる発光管１を具備してなるフラッシュランプにおいて、発光管１の内表面から５０μｍまでの領域に存在する平均モリブデンの濃度が３０ｗｔ．ｐｐｍ以下であることを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）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、
前記発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在するモリブデンの平均濃度が３０ｗｔ．ｐｐｍ以下であることを特徴とするフラッシュランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のフラッシュランプと、当該フラッシュランプを点灯させるための給電装置からな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は、パルス幅が２００μｓ以下で、照射エネルギーが７５ｋＷ／ｃｍ２以上で点灯することを特徴とするフラッシュランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、その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。
【０００２】
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。
【０００３】
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４３ｋＷ／ｃｍ２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。（特許文献１、特許文献２）
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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し、照射エネルギーを大きく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し照射エネルギーを大きくすることが望まれるが、例えば、パルス幅が３００μｓ以下であって照射エネルギーが６５ｋＷ／ｃｍ２以上になると、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。
【０００７】
より具体的には、パルス幅が３００μｓであって照射エネルギーが６５ｋＷ／ｃｍ２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。
【０００８】
また、パルス幅を３００μｓ以下、例えば、２００μｓであって照射エネルギーが７５ｋＷ／ｃｍ２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。
【０００９】
上記のごとく、ランプアニールにおいては、短いパルス幅であって照射エネルギーを高くして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、短パルス化し照射エネルギーを大きく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。
【００１０】
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（Ａｌ２Ｏ３）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であって照射エネルギーが７５ｋＷ／ｃｍ２で点灯しても発光管が白濁することがない。（特許文献３）
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１９８３２２号公報
【特許文献２】特開２００１−３１９８８７号公報
【特許文献３】特開２００５−０４４６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
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は、パルス幅を２００μｓ以下の短パルスにして、照射エネルギーを７５ｋＷ／ｃｍ２以上で点灯しても発光管が白濁することはないが、寿命内に内表面が劣化する不良が発生する。具体的には点灯回数によって内表面にクラックが発生したり、内表面のアルミナが溶融し黒化して照度維持率が低下するという問題があった。
【００１３】
このような問題が起こる要因をアルミナ製発光管に含まれる不純物であると考え、不純物を分析した。
アルミナ製発光管に含まれる不純物として、モリブデン、クロム、珪素、鉄、カリウム、ナトリウム、カルシウムなどが検出された。
そして、アルミナ製発光管のクラックや黒化現象は、発光管の内表面で起こるものであり、内表面に存在する不純物に着目した。
【００１４】
アルミナ製発光管の製造方法について、図２を用いて説明する。
モリブデン製のルツボ９０の中に発光管構成材料であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）入れ、高周波コイルによる渦電流抵抗でルツボ９０を自己加熱して、アルミナを溶解し融液９１にする。
次に種結晶を付けたモリブデン製の引き上げ棒９２を回転しながら降下していき、融液９１内に十分な深さまで沈める。それから今度は上に引き上げていき、引き上げ棒９２の周囲に円筒状に結晶が成長し発光管構成材料９３となり、所定の長さに結晶が成長すると融液９１から発光管構成材料９３を切り離し発光管とする。
【００１５】
ルツボ９０と引き上げ棒９２がモリブデン製である理由は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の結晶成長温度は２０５４℃であり、このような高温状態になっても、ルツボ９０や引き上げ棒９２が損傷しないように、融点が２６２３℃のモリブデンを使用するものである。
【００１６】
このような製造方法によれば、ルツボ９０の内表面から微粒子状のモリブデンが融液９１内に流れ込み、或いは、引き上げ棒９２の表面から微粒子状のモリブデンが融液９１内に流れ込み、引き上げ棒９２の周囲に形成された発光管構成材料９３の引き上げ棒９２側の内表面側と、反対側の外表面側にモリブデンが高い濃度で存在することになる。
【００１７】
図３は、アルナ製発光管を用いたフラッシュランプを分析した結果であって、発光管の厚み方向のモリブデン濃度の分布図であり、横軸に発光管の内表面を０ｍｍとして外表面方向の発光管の厚みを示し、縦軸に発光管のモリブデン濃度を示す。
【００１８】
図３中、グラフａは、上述した方法で製造した発光管のモリブデン濃度を示すものであり、発光管の内表面側と外表面側は、発光管の中心部に比べモリブデン濃度が高い傾向になっていることがわかる。
特に、発光管の内表面側はモリブデン濃度が３０ｗｔ・ｐｐｍを超え、モリブデンが高濃度で存在している領域がある。
【００１９】
このようなモリブデンの濃度分布を持つ発光管を用いたフラッシュランプでは、発光管内に存在する酸素が、発光管の内表面のモリブデンと反応して発光管内表面に酸化モリブデンが形成される。
そして、フラッシュランプの点灯により、酸化モリブデンが強力な光を受けて加熱され膨張し、アルミナとの膨張率の違いから発光管の内面に局所的な熱応力が発生して発光管の内表面にクラックが発生するという問題があった。
【００２０】
さらには、酸化モリブデンが溶融して発光管内に飛散することにより、発光管が黒化し、短時間で照度維持率が低下するという問題があった。
【００２１】
本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであって、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製発光管にクラックが発生せず、しかも、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製発光管が黒化せず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。
【００２２】
また、ランプアニールに適したパルス幅２００μｓ以下、照射エネルギー７５ｋＷ／ｃｍ２以上の点灯条件であっても、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。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
請求項１に記載のフラッシュランプは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）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、前記発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在する平均モリブデンの濃度が３０ｗｔ．ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
【００２４】
請求項２に記載のフラッシュランプ装置は、請求項１に記載のフラッシュランプと、当該フラッシュランプを点灯させるための給電装置からな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は、パルス幅が２００μｓ以下で、照射エネルギーが７５ｋＷ／ｃｍ２以上で点灯することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のフラッシュランプによれば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製発光管にクラックが発生せず、しかも、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製発光管が黒化せず照度維持率を高い値に保持することができる。
また、ランプアニールに適したパルス幅２００μｓ以下、照射エネルギー７５ｋＷ／ｃｍ２以上の点灯条件であっても、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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下図面を用いて、本発明のフラッシュランプ装置を説明する。
図１は本発明のフラッシュランプと、本発明の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（Ａｌ２Ｏ３）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は発光管１内に対向配置される１対の電極、３は各電極２に接続されるリード線、４は発光管１の端部に気密に装着されたコバール製のシールキャップ、５は銀ロウ、６はメタライズ層であって、本発明のフラッシュランプを構成している。
そして、本発明のフラッシュランプに、リード線７とフラッシュランプに電力を給電するための給電装置８がつながり本発明のラッシュランプ装置を構成している。
【００２７】
同図に示すように、本発明のフラッシュランプは、リード棒３がシールキャップ４を介して外部に導出されており、かつリード棒３の導出部はシールキャップ４の外端において、銀ロウ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間は、メタライズ層６により封止され、更にメタライズ層６とシールキャップ４との間にも銀ロウ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。
【００２８】
次に発光管のモリブデン濃度を低減する方法について説明する。
発光管１となる発光管構成材料の作り方は、前述した通り、モリブデン製の金属ルツボにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）入れ、ルツボを自己加熱して、アルミナを溶解し融液にして、モリブデン製の引き上げ棒を用いて、引き上げ棒の周囲に円筒状に結晶を成長させて発光管構成材料を製造する。
そして、発光管構成材料の内面をアルカリ溶液により洗浄することにより、内表面のモリブデンを溶かし去るものである。
【００２９】
つまり、洗浄液の濃度や洗浄時間を変えたり、或いは、複数回洗浄工程を繰り返すことにより、図３中、斜線領域の発光管内表面側のモリブデン濃度が高い部分を取り除き、発光管内表面側が取り除かれる前と比較してモリブデン濃度が低くなる部分となる。
【００３０】
ランプアニールにおいて、被処理物が良好に処理されるフラッシュランプのパルス幅と照射エネルギーの関係は下記の表１の通りである。
ここで言う照射エネルギーとは、発光時間中のエネルギーのことで、点灯時の管壁負荷（Ｊ／ｃｍ２）をパルス幅（μｓ）で割った値である。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
そして、図１に示すフラッシュランプ装置を用いて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在する平均モリブデン濃度が異なる複数のフラッシュランプを点灯させて、１０万回点灯後の照度維持率と、クラック発生状況を調べる実験を行った。
【００３３】
なお、この実験では、発光管としてサファイア（単結晶アルミナ）を用い、実験後のフラッシュランプの発光管の内表面から５０μｍまでの領域を溶かして、その溶けた試料からモリブデンの濃度を測定し、フラッシュランプの発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在するモリブデンの平均濃度として規定したものである。
【００３４】
発光管の内表面から５０μｍ以下の浅い領域を溶かした試料では、検査すべき試料の量が少なすぎ、この試料でモリブデンの濃度を測定すると測定誤差が大きくなり正しく測定できない恐れがあり、一方、発光管の内表面から５０μｍ以上の深い領域まで溶かすには、処理時間が長くなるばかりか、測定できる量以上の余分な量を溶かすことになるので、本願発明では、発光管の内表面から５０μｍまでの領域を溶かして、モリブデンの平均濃度を測定するものである。
【００３５】
また、実験条件として、点灯条件を、パルス幅１００μｍであって照射エネルギー１１０ｋＷ／ｃｍ２の場合と、パルス幅２００μｍであって照射エネルギー７５ｋＷ／ｃｍ２の２つの点灯条件で実験を行った。
実験結果を、下記の表２、表３に示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
【表３】
2006318656.tif 000005
【００３８】
上記表２、表３からわかるように、発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在するモリブデンの平均濃度が３０ｗｔ．ｐｐｍ以下であると、１０万回点灯しても９０％以上の高い照度維持率を確保できることがわかる。
【００３９】
また、クラックの発生に関しても、表２では、発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在するモリブデンの平均濃度が３０ｗｔ．ｐｐｍであると、クラックの程度が「△」となっているが、これは極めて小さなクラックが発光管の内面に発生するだけであり、ランプとして機能が低下する程度のものではなかった。
つまり、上記表２、表３からわかるように、発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在するモリブデンの平均濃度が３０ｗｔ．ｐｐｍ以下であると、クラックの程度が「△」か、クラックが発生しない「○」となっており、発光管の内面に、実質的にランプ性能を低下させるようなクラックが発生することを防止できることがわかる。
【００４０】
以上の実験から、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）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、発光管の内表面から５０μｍまでの領域に存在するモリブデンの平均濃度が３０ｗｔ．ｐｐｍ以下であれば、パルス幅を２００μｓ以下、照射エネルギーを７５ｋＷ／ｃｍ２以上として１０万回点灯しても、発光管内表面にランプ性能を低下させる程度の問題となるクラックの発生を防止でき、照度維持率も９０％以上と十分に高い状態を保つことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のフラッシュランプとフラッシュランプ装置の説明図である。
【図２】発光管の製造方法説明図である。
【図３】発光管のモリブデン濃度の分布図である。
【符号の説明】
【００４２】
１    発光管
２    電極
３    リード棒
４    シールドキャップ
５    銀ロウ
７    リード線
８    給電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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