(57)【要約】【課題】コンデンサを含めた電源部から発生する油分や発煙などがプロセス処理施設にある半導体基板やフラッシュランプへ付着する恐れがないフラッシュランプ光照射装置を提供すること。【解決手段】複数のフラッシュランプと少なくとも１つの反射ミラーとからなる光照射部と、該複数のフラッシュランプに対して発光エネルギーを供給する複数のコンデンサを有し該コンデンサに対して充電電流を供給する共通の充電回路を具備した給電部を有するフラッシュランプ光照射装置であって、前記光照射部は、空調装置から供給された清浄エアが天井面から吹き出し、床面あるいは側面下方から排気する下向流型のクリーンルーム内に設置され、前記給電部は該クリーンルーム外であって、該クリーンルームから排気されるエアの下流側の階下、または前記光照射部と独立した給排気系設備内に設置されてなるフラッシュランプ光照射装置とする。【選択図】        図４
2005026440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフラッシュランプと少なくとも１つの反射ミラーとからなる光照射部と、
該複数のフラッシュランプに対して発光エネルギーを供給する複数のコンデンサを有し、該コンデンサに対して充電電流を供給する共通の充電回路を具備した給電部を有するフラッシュランプ光照射装置であって、
前記光照射部は、空調装置から供給された清浄エアが天井面からクリーンルーム内に吹き出し、クリーンルームの床面あるいは側面下方から排気する下向流型のクリーンルーム内に設置され、
前記給電部は該クリーンルーム外であって、該クリーンルームから排気されるエアの下流側の階下、または前記光照射部と独立した給排気系設備内に設置されてなることを特徴とするフラッシュランプ光照射装置。
【請求項２】
前記コンデンサは、内部に油脂を含む構成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光照射装置。
【請求項３】
前記コンデンサは各々１クーロン以上の電気容量を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のフラッシュランプ光照射装置。
【請求項４】
前記コンデンサと前記フラッシュランプを結ぶ一つの放電回路の給電線の総延長が１０ｍ以上６０ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフラッシュランプ光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板もしくは液晶基板への光照射を行うフラッシュランプ光照射装置に係わり、更に詳しくは、極めて短時間で前記半導体基板もしくは液晶基板の活性化、結晶化等の光加熱処理を行うフラッシュランプ光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体の集積回路の製造工程には、酸化やアニール等の熱処理を行う加熱工程が設けられる。中でも浅い拡散層であるｐｎ接合の形成プロセスは重要な熱処理工程といわれる。ｐｎ接合を形成する場合、イオン注入によってシリコン基板中に不純物を導入し、続いて熱処理によって注入された不純物の活性化処理を行うが、かつては、活性化処理に拡散炉を使用する時代もあったが、近年ではハロゲンランプを用いて急速加熱処理が行われるようになってきた。
【０００３】
しかし、より近年では一層の高集積化の進展により、ｐｎ接合深さは２０ｎｍオーダーが求められるようになり、もはやハロゲンランプによる急速加熱では薄い拡散層を制御することは困難となってきた。近年、このような要望に応える加熱手段として、点灯時間が極めて短く高い照射エネルギーが得られるフラッシュランプを用い、被処理物の大きさに応じてその配列本数を適宜設定して構成したランプ装置が用いられるようになっている。特開２００２−１９８３２２号公報にはフラッシュランプを複数本使用したウエハ加熱装置が開示されている。また、特開２００２−１５１２９１号公報には複数本のフラッシュランプを点灯させる点灯装置が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１９８３２２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１５１２９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体基板への光照射を行うフラッシュランプ光照射装置、特に基板の急速加熱に使用するフラッシュランプ光照射装置は、数ミリ秒以下の極短時間内に２０ジュール／ｃｍ２の光エネルギーをウエハ面に注入することが要求される。この光エネルギーを基板全面で得ようとすると、１本のランプではランプへの負荷が過大すぎて破裂してしまう。従って、複数本のランプを同時に点灯させて光エネルギーを得る。すなわち、１回のフラッシュ発光に対して、装置全体では膨大な充電量（例えば１００キロジュール以上）となる。従って、充電を担うコンデンサは必然的に大型となり、１クーロン以上の電気容量を持ち、１本のランプ回路分で４０ｋｇ以上となり装置全体では１０００Ｋｇを超える大重量のコンデンサが必要になる。
【０００６】
半導体基板の急速加熱は前述のごとく、イオン注入工程後に連続する工程である。よって、フラッシュランプの発光装置は半導体仕様のクラス１０００以下のクリーンルーム内に置かれる。しかし、フラッシュランプを発光させるためのエネルギーを蓄えるコンデンサが金属筐体、プラスチック絶縁材料や絶縁油をその主材料とするものにおいては、その油分や、万一絶縁不良を起こした場合の発煙などがコンデンサ周囲に漏れ、また、漏れた絶縁油が引火したりした場合にはクリーンルームが汚染する恐れがある。
【０００７】
しかし、従来、フラッシュランプ光照射装置を設置するにあたり、コンデンサの油分その他による周囲の汚染についての問題につき認識がされたことはなかった。そこで、本発明の目的は、コンデンサを含めた電源部から発生する油分や発煙などがプロセス処理施設にある半導体基板やフラッシュランプへ付着する恐れがないフラッシュランプ光照射装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に発明は、複数のフラッシュランプと少なくとも１つの反射ミラーとからなる光照射部と、該複数のフラッシュランプに対して発光エネルギーを供給する複数のコンデンサを有し、該コンデンサに対して充電電流を供給する共通の充電回路を具備した給電部を有し、ランプの点灯動作を概ね全灯同じタイミングで点灯させるフラッシュランプ光照射装置であって、前記光照射部は、空調装置から供給された清浄エアが天井面からクリーンルーム内に吹き出し、クリーンルームの床面あるいは側面下方から排気する下向流型のクリーンルーム内に設置され、前記給電部は該クリーンルーム外であって、該クリーンルームから排気されるエアの下流側の階下、または前記光照射部と独立した給排気系設備内に設置されてなることを特徴とするフラッシュランプ光照射装置とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記コンデンサは、内部に油脂を含む構成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光照射装置とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記コンデンサは各々１クーロン以上の電気容量を有することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のフラッシュランプ光照射装置とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記コンデンサと前記フラッシュランプを結ぶ一つの放電回路の給電線の総延長が１０ｍ以上６０ｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフラッシュランプ光照射装置とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の光照射装置の概略構成を示す。
光照射装置１０は、シリコンウエハＷを被処理物とするものであって、雰囲気ガス導入口１１Ａと、雰囲気ガス排出口１１Ｂとを有するチャンバー１１と、このチャンバー１１内に配置されたシリコンウエハＷを支持するためのステージ１２とを備えている。チャンバー１１の天井面（図１において上面）には、透光部材として石英の窓１３がチャンバー内を気密を保つ構造で設けられる。
【００１３】
窓１３の上方には、複数のフラッシュランプ２０が加熱源として設けられている。ステージ１２の内部には予備加熱手段としてのヒータ３０が設けられている。このヒータ３０は、ステージ１２に埋設されて、チャンバー制御回路３１により温度制御される。このチャンバー制御回路３１では、ステージ１２の昇降機構１４やガス導入口１１Ａ、ガス排出口１１Ｂの開閉制御なども行なわれる。
【００１４】
この光照射装置１０において、チャンバー１１の搬送扉１５を開き、シリコンウエハＷがチャンバー１１内に搬送機４０によって搬入されると、チャンバー１１の搬送扉１５を閉じて、所定の内部雰囲気のパージを行った後、ヒータ３０によりシリコンウエハＷを不純物の熱拡散が問題にならない所定温度まで予備加熱した後、フラッシュランプ２０を発光させることでシリコンウエハＷへの閃光放射による熱処理が行なわれる。
【００１５】
このような熱処理により、シリコンウエハＷはその表層部分が急速に高温になるよう加熱され、その後、熱拡散により表層部は急速に冷却されてほぼ予備加熱温度近傍まで温度が下がる、その後、チャンバー１１から搬出される。なお、予備加熱はウエハの厚み方向の温度勾配を小さくすることと照射面の温度を必要な程度まで上昇させるために必要なランプに注入するエネルギーを最小に留めるという理由で行なうことが好ましく、加熱温度は、４００〜６００℃の範囲から選択され、例えば、５００℃である。
【００１６】
また、ヒータ３０とフラッシュランプ２０による熱処理中におけるウエハの表面温度は１０００℃以上になり、具体的には１０００℃〜１３００℃の範囲で熱処理される。このように、ウエハＷにおける最大温度を１０００℃以上にまで加熱することにより、ウエハＷ表層部分に確実に不純物拡散層を形成することができる。
【００１７】
フラッシュランプ２０は、窓１３に沿って等間隔で並行に配列されており、これらフラッシュランプ２０に対して共通の反射鏡３２が覆い被さり、この反射鏡３２を光照射部であるケーシング３３が収納する。また、各フラッシュランプ２０の点灯動作は給電部３４により制御される。窓１３に沿って、フラッシュランプ２０の光をウエハＷに照射するための透光部材３６が光照射部であるケーシング３３のフラッシュランプ２０とＷが対向する部分に設けられている。
【００１８】
図２は、図１の光照射装置に使用されるフラッシュランプ２０の概略構成を示す説明図である。直管型の石英ガラス製の放電容器２１には、例えば、キセノンガスが封入されており、両端が封止されて放電容器内部に放電空間が区画される。放電空間内には陽極２２、陰極２３が対向配置しており、放電容器２１の外面には長手方向にトリガー電極２４がトリガーバンド２５に保持されて配設される。
【００１９】
フラッシュランプ２０について数値例をあげると、放電容器の内径はφ８〜１５ｍｍの範囲から選択され、例えば１０ｍｍ、放電容器の長さは２００〜５５０ｍｍの範囲から選択され、例えば３００ｍｍである。
【００２０】
封入ガスであるキセノンガスの封入量は２．６ｋＰａ〜２０ｋＰａ（２００〜１５００ｔｏｒｒ）の範囲から選択され、例えば６．７ｋＰａ（５００ｔｏｒｒ）である。また、主発光成分としてはキセノンガスに限らず、その代わりにアルゴンやクリプトンガスを採用することもできる。また、キセノンガスに加えて水銀など他の物質を添加することもできる。
【００２１】
電極は、タングステンを主成分とする焼結型電極であって、大きさは外径が４〜１０ｍｍの範囲から選択され、例えば５ｍｍ、長さが５〜９ｍｍの範囲から選択され、例えば７ｍｍである。電極間距離は１６０〜５００ｍｍの範囲から選択され、例えば２８０ｍｍである。また、陰極にはエミッターとして酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）などが混入されている。さらに、トリガー電極は、ニッケルやタングステンで形成されるワイヤ状のものであり放電容器に接触される。
【００２２】
図３は、図１に示す給電部３４であって、フラッシュランプ２０の点灯回路を示すもので、特に、複数のフラッシュランプ２０に対して共通の充電回路Ｓと各フラッシュランプに対応する発光回路Ｈを有している。
【００２３】
充電回路Ｓは、交流電源ＡＣに接続され、スイッチングインバータ回路、トランスＴ、整流回路、およびインバータ回路の制御回路から構成される。
【００２４】
整流回路の後段には、フラッシュランプごとに設けられた発光回路Ｈ（Ｈ１、Ｈ２・・・Ｈｎ）が接続される。各発光回路Ｈは、逆流防止ダイオードＤ、電圧検出用抵抗回路Ｒ、コンデンサＣ、チョークコイルＬなどから構成され、この発光回路Ｈにフラッシュランプ２０が接続される。
【００２５】
また、各フラッシュランプ２０には、トリガー電極２４が併設され、このトリガ電極２４はトリガー回路２６に接続される。なお、フラッシュランプ２０と発光装置Ｈは、実際には２０〜３０個接続されている。
【００２６】
このような給電部において、インバータ回路を経て各発光回路Ｈの主コンデンサＣにエネルギーが充電される。コンデンサＣに十分なエネルギーが充電されると、トリガー電極２４の印加によって、石英ガラスからなる放電容器を誘電体として電界を誘発するとともに、それにつれてコンデンサＣのエネルギーが一騎に放電してフラッシュ発光（閃光発光）をする。
【００２７】
ここで、各発光回路ＨではコンデンサＣの充電電圧を検知するとともに、全ての発光回路のコンデンサＣが充電を完了したら、全てのトリガー電極に同時に電圧を印加させて、フラッシュランプを同じタイミングで一斉に発光させなければならない。
【００２８】
このような給電部によるフラッシュランプの発光について、数値例をあげると、コンデンサＣの充放電は、例えば１分間に０．５〜２回、具体的には１回の割合で繰り返され、コンデンサＣには、例えば、２０００〜５０００Ｖの範囲から選択され、例えば４５００Ｖ、エネルギーで表現すると１２００〜７５００Ｊの範囲から選択され、例えば６０００Ｊものエネルギーを各フラッシュランプに供給する。
【００２９】
フラッシュランプの本数は、前記のように５〜３０本から選択されて、例えば、３０本である。そして、照射面における光強度は、フラッシュランプの総本数が５〜３０の範囲の場合に、１０〜５０Ｊ／ｃｍ２範囲から選択され、例えば２０Ｊ／ｃｍ２となる。
【００３０】
前述の給電部３４には、ランプにエネルギーを供給するコンデンサが３０個、ランプと同数具備され、その重さは１５００ｋｇであり、また、エネルギーの総和は１５０ＫＪである。また、充電部や制御部などを含めた給電部３４の総重量は３８００ｋｇである。
【００３１】
また、設置されるクリーンルームは図４のような構造となっている。床５１は格子状のグレーティング床となっており、クリーンルームの天井５２から濾過された清浄エア５３がクリーンルーム内を略垂直に降り注ぎ、エアの流れ５７となって、グレーティングの床５１を通って階下室５４へ流入する。階下室５４では排気用取り入れ口５５が設けられ、階下室５４から外部へ排出される。ウエハＷはパーティクルを極端にきらうため、ウエハＷを処理するチャンバー１１およびウエハＷに照射光を供給する光照射部であるケーシング３３は清浄エア５３が流出する天井５２に近いクリーンルーム５６で処理される。なお、エアの流れ５７はクリーンルームの構造によってはクリーンルームの側面下方から排気することもある（不図示）。
【００３２】
給電部３４は、階下室５４に設置され、ランプへのエネルギーの供給や各制御信号、安全上のインターロックなどのケーブル群３５（追加）により接続されている。ケーブル群３５の長さは、実施例では２０ｍである。ここで、万一給電部内のコンデンサ３８が製造不具合などにより油漏れを起こしたとすると、油もしくは油の蒸気３７が給電部３４の換気口３４ａなどの開口部から漏れ、エア中に混入する。しかしながら、前述のようなエアの流れ５７が存在するため、ウエハＷを処理しているクリーンルーム５６内には混入せず、排気用取り入れ口５５に向かって油もしくは油の蒸気３７は進行する。図示していないが、給電部３４は、
光照射部と独立した給排気系設備内に設置してもよい。
【００３３】
油漏れは漏油センサー（不図示）などにより検知し対策することになるが、漏油は微量であり、漏れを直ちに検出することは非常に困難である。本発明のように、給電部をウエハを処理するクリーンルーム外であって、クリーンルームから排気されるエアの下流側の階下、または光照射部と独立した給排気系設備内に設置することで、クリーンルーム内がコンデンサからの油により汚染されることを確実に抑止することができる。
【００３４】
ケーブル群３５の長さは、光照射部であるケーシング３３と給電部３４との設置場所の関係できまる。しかしながら、前述のように照射部に１５０ＫＪものエネルギーをわずか数ミリ秒で送り込むためには配線の抵抗はできるだけ低く押さえなければならない。このため、本実施例ではＡＷＧ１２規格（電線断面積３．５ｍｍ２）であり、抵抗値は５Ω／１０００ｍである。電線は行きと戻りがあるので、ケーブル長の２倍強となる。電線の抵抗が増えるに従い、電線でのエネルギーロスが問題となってくる。
【００３５】
エネルギーロスは、抵抗に比例し、電流の２乗に比例する。上記ウエハＷの処理は短時間に処理を行う必要があるため、大電流を流すことになる。ウエハＷの処理に十分なエネルギーを送り込むにはコンデンサとフラッシュランプを結ぶ給電線の長さは＋側−側の対で考えた場合、一つの放電回路の給電線の総延長は長くても６０ｍまでとするのがエネルギー効率の面からは望ましい。また、給電部をクリーンルームの下流側に配置することから、一つの放電回路の給電線の総延長は短くとも１０ｍは必要である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のフラッシュランプ光照射装置によれば、万一、給電部内のコンデンサが製造不具合などにより油漏れを起こし、給電部内照射部の換気口などの開口部から油が漏れたり、エア中に油の微粒子となって混入したとしても排気口に向かうエアの流れが存在することになり、シリコンウエハを処理しているクリーンルーム５６内には混入せず、所定の処理を不具合なく、行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光照射装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１の光照射装置のフラッシュランプの概略構成を示す説明図である。
【図３】図１に示す給電部の回路構成を示す説明図である。
【図４】本発明が適用される熱処理装置の各要素の配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  光照射装置
１１  チャンバー
１１Ａ  雰囲気ガス導入口
１１Ｂ  雰囲気ガス排出口
１２  ステージ
１３  窓
１４  昇降機構
１５  搬送扉
２０  フラッシュランプ
２１  放電容器
２２  陽極
２３  陰極
２４  トリガー電極
２５  トリガーバンド
２６  トリガー回路
３０  ヒータ
３１  チャンバー制御回路
３２  反射鏡
３３  照射部
３４  給電部
３４ａ  換気口
３５  ケーブル群
３６  透光部材
３７  油もしくは油の蒸気
３８  コンデンサ
４０  搬送機
５１  床
５２  クリーンルームの天井
５３  清浄エア
５４  階下室
５５  排気用取り入れ口
５６  クリーンルーム
５７  エアの流れ
Ｓ  充電回路
ＡＣ  交流電源
Ｈ  発光回路
Ｔ  トランス
Ｄ  逆流防止ダイオード
Ｃ  コンデンサ
Ｒ  電圧検出用抵抗回路
Ｌ  チョークコイル
Ｗ  シリコンウエハ
【図１】
2005026440.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005026440.tif 000006