(57)【要約】【課題】サファイア製発光管を用いたフラッシュ放電ランプにおいて、セラミックシールされた部位での不具合の発生を防止したフラッシュ放電ランプを提供すること。【解決手段】ニオブ、タンタル、またはコバール合金のいずれかからなる電極部材５が気密に貫通保持されたアルミナ製の閉塞部材３により、サファイア製発光管２の両端開口部が気密に封止されたフラッシュ放電ランプ１において、電極部材５と閉塞部材３との間を気密に封止するために第１のフリットガラス６が使用され、閉塞部材３とサファイア製発光管２との間を気密に封止するために第２のフリットガラス７が使用され、第１のフリットガラス６はガラス転移点が４５０乃至８００℃であり、第２のフリットガラス７は第１のフリットガラス６のガラス転移点よりも低いガラス転移点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】
ニオブ、タンタル、またはコバール合金のいずれかからなる電極部材が気密に貫通保持されたアルミナ製の閉塞部材により、サファイア製発光管の両端開口部が気密に封止されたフラッシュ放電ランプにおいて、
前記電極部材と前記閉塞部材との間を気密に封止するために第１のフリットガラスが使用され、前記閉塞部材と前記サファイア製発光管との間を気密に封止するために第２のフリットガラスが使用され、前記第１のフリットガラスはガラス転移点が４５０乃至８００℃であり、前記第２のフリットガラスは前記第１のフリットガラスのガラス転移点よりも低いガラス転移点であることを特徴とするフラッシュ放電ランプ。
【請求項２】
前記第１のフリットガラスは３００℃での線膨張率が７±２×１０−６／Ｋであり、前記第２のフリットガラスは線膨張率が７±１×１０−６／Ｋであることを特徴とする請求項１に記載のフラッシュ放電ランプ。
【請求項３】
前記第２のフリットガラスは、酸化亜鉛の含有量が２０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフラッシュ放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハの熱アニール用光源等に使用される閃光放電ランプの一種であるサファイア管を用いたフラッシュ放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
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については特開２００２−１９８３２２号公報に開示されたものが知られている。
【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３０Ｊ／ｃｍ２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、フラッシュ放電ランプに投入されるピークエネルギーは５×１０６Ｗにまで達するため、フラッシュ放電ランプにとっては、過酷な条件下での点灯が強いられることになる。
【０００４】
従来、フラッシュ放電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。
【０００５】
発光管内面の白濁は、フラッシュ放電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の点灯では、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。
【０００６】
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ため、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放電ランプではこれを実現することができない。
【０００７】
そこで、近年では、透光性アルミナ管を用いたフラッシュ放電ランプ、特に、単結晶アルミナであるサファイア管を用いたフラッシュ放電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放電ランプでは、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。
【０００８】
透光性アルミナを発光管に使用したフラッシュ放電ランプとしては、実開昭６３−６０２６５号公報に開示されているものが知られているが、これは、透光性アルミナ管の端部のシール（封止）構造が、発光管の端部外面をメタライズ処理し、そのメタライズ処理した部分に金属キャップを金属ソルダーで気密に閉塞する、いわゆるメタルシール構造が採られているものである。
【０００９】
また、その他に、透光性アルミナを発光管として用いた放電ランプとしては、高圧ナトリウムランプ、メタルハライドランプ等があるが、この種のアルミナ製発光管をもつランプは、透光性アルミナ発光管の両端開口部に耐熱性金属キャップまたはセラミックキャップと導電体をフリットガラス（フリットガラス）で気密封着するシール方法、いわゆるセラミックシール構造が採用されている。このようなセラミックシールを用いたものとしては特開昭５３−１０８６８２号公報に開示されたものが知られている。
【特許文献１】特開２００２−１９８３２２号公報
【特許文献２】実開昭６３−６０２６５号公報
【特許文献３】特開昭５３−１０８６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、サファイア製発光管を用いたフラッシュ放電ランプの気密封着方法として、メタルシールを用いた場合、ランプを点灯させようとしたとき、トリガー電圧の印加によってメタルシール部分から周辺部材、例えば、ミラーやランプホルダーに異常放電を生じ、シール部分を破損し、不点灯を起こす問題を生ずるおそれがある。
【００１１】
また、シリコンウエハの熱アニール用光源としてフラッシュ放電ランプを用いる場合、特開２００２−１９８３２２号公報に示されるように、複数本で点灯を行う。その場合、隣合うメタルシール部分で放電が生じ、シール部が破損に至ることが多く、使用することができない。
【００１２】
一方、シール方法としてセラミックシールを用いると、シール部の主要構成部材が絶縁体で構成されるため、前述のような異常放電によるシール部の破損は生じない。しかし、セラミックシールを用いた場合でも、ある種のフリットガラスを用いた場合は、ランプの点灯を繰り返すうちに、セラミックシールされる部分が破損したり、ランプの照度維持率が低下する問題が発生していた。  
【００１３】
本発明の目的は、サファイア製発光管を用いたフラッシュ放電ランプにおいて、セラミックシールされた部位での不具合の発生を防止したフラッシュ放電ランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、ニオブ、タンタル、またはコバール合金のいずれかからなる電極部材が気密に貫通保持されたアルミナ製の閉塞部材により、サファイア製発光管の両端開口部が気密に封止されたフラッシュ放電ランプにおいて、前記電極部材と前記閉塞部材との間を気密に封止するために第１のフリットガラスが使用され、前記閉塞部材と前記サファイア製発光管との間を気密に封止するために第２のフリットガラスが使用され、前記第１のフリットガラスはガラス転移点が４５０乃至８００℃であり、前記第２のフリットガラスは前記第１のフリットガラスのガラス転移点よりも低いガラス転移点であることを特徴とするフラッシュ放電ランプである。
【００１５】
第２の手段は、第１の手段において、前記第１のフリットガラスは３００℃での線膨張率が７±２×１０−６／Ｋであり、前記第２のフリットガラスは線膨張率が７±１×１０−６／Ｋであることを特徴とするフラッシュ放電ランプである。
【００１６】
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記第２のフリットガラスは、酸化亜鉛の含有量が２０％以下であることを特徴とするフラッシュ放電ランプである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、ニオブ、タンタル、またはコバール合金のいずれかからなる電極部材が気密に貫通保持されたアルミナ製の閉塞部材により、サファイア製発光管の両端開口部が気密に封止されたフラッシュ放電ランプにおいて、前記電極部材と前記閉塞部材との間を気密に封止するために第１のフリットガラスが使用され、前記閉塞部材と前記サファイア製発光管との間を気密に封止するために第２のフリットガラスが使用され、前記第１のフリットガラスはガラス転移点が４５０乃至８００℃であり、前記第２のフリットガラスは前記第１のフリットガラスのガラス転移点よりも低いガラス転移点としたので、セラミックシールされる部分での破損を防止し、ランプの照度維持率の向上を図ることができる。  
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、前記第１のフリットガラスは常温での線膨張率が７±２×１０−６／Ｋであり、前記第２のフリットガラスは線膨張率が７±１×１０−６／Ｋであるので、シール時の加熱冷却の過程におけるセラミックシールされる部分におけるクラックの発生を防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明によれば、前記第２のフリットガラスは、酸化亜鉛の含有量が２０％以下であるので、１０万回点灯しても、７０％の照度維持率を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の一実施形態を図１乃至図４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放電ランプの断面図である。
同図において、１はフラッシュ放電ランプ、２はサファイア製発光管、３はアルミナからなる閉塞部材、４はタングステン製の電極、５はニオブ、タンタル、レニウム、コバール合金等のいずれかの導電体からなる電極部材、６は閉塞部材３と電極部材５間をシールする第１のフリットガラス、７はサファイア製発光管２と閉塞部材３間をシールする第２のフリットガラス、８はリード線、Ａは電極部材５が貫通保持される閉塞部材３のシール部、Ｂはサファイア製発光管２の両端開口部が閉塞部材３で気密封止されたシール部である。
なお、フラッシュ放電ランプ１の寸法の一例としては、外径が１３ｍｍ、内径が１０．４ｍｍのものが用いられ、サファイア製発光管２内には６０ｋＰａのキセノンガスが封入されている。
ここで、第１のフリットガラスは３００℃での線膨張率が７±２×１０−６／Ｋであり、第２のフリットガラスは線膨張率が７±１×１０−６／Ｋである。
シール部Ａに第１のフリットガラスとして、線膨張率が７±２×１０−６／Ｋの範囲に含まれないフリットガラスを用いると、被接合部であるニオブ、タンタル、またはコバール金属のいずれかからなる金属およびアルミナ製閉塞体と比べて線膨張率の差が大きくなり、シール部Ａに製作時に割れが発生する。ただし、シール部Ｂと異なり、被接合物の一方は金属であるため、金属展性により、シール部Ｂに比べ、許容範囲は広く、７±２×１０−６／Ｋの範囲であればよい。
【００２１】
通常、フラッシュ放電ランプの点灯は一瞬に大電流が流れるパルス点灯である。例えば、１５００Ａ程度の瞬時電流が流れる。そのため、シール部Ａにおける導電体である電極部材５における温度上昇は、シール部Ｂに比べて非常に高くなる。その温度は具体的には約４００℃程度まで上昇することがわかった。そのため、この電極部材５に接している第１のフリットガラス６も瞬間的にこの温度まで上昇するものと推測される。そのため、シール部Ａにおける第１のフリットガラス６として、ガラス転移点が４００℃よりも低いフリットガラスをシールに使用すると、シール部Ａにおいて破損を生じるため、シール部Ａにおける第１のフリットガラスは耐熱性が要求される。即ち、シール部Ａにおいては、パルス点灯する際の温度上昇に耐える必要があり、ガラス転移点温度が比較的高いフリットガラスを使用する必要がある。ただし、ガラス転移点が８００℃以上になると、作業温度が高くなり過ぎ、実際の作業に支障を来す。なお、ここで、ガラス転移点とは、粘度が１０１３．３ポアズになる温度であって、１０分で歪みが開放できる温度である。
【００２２】
また、シール部Ｂにおいては、フリットガラス成分中に酸化亜鉛（ＺｎＯ）を所定以上含むと、シール時に、酸化亜鉛成分が飛散し、発光管内面に付着する。そのため、ランプ点灯の際に、発生した光が付着物に吸収され、局所的に温度が上昇し、発光管内表面の熱膨張による歪みが発生し、その結果、微細なクラックを生じ、透明性が低下するとともに、クラックが原因となって、発光管を破損する場合がある。そのため、シール部Ｂでは、フリットガラスの組成に酸化亜鉛を所定以上含まないことが要求される。さらには、サファイア製発光管に用いられるサファイアは結晶異方性があり、結晶方向による線膨張率の違いがあるため、シール部Ｂのシール時の加熱冷却の過程でシール部Ｂにクラックを生じ易い。そのため、第２のフリットガラスとしては、シール時の加熱／冷却の温度差による熱膨張差を少なくするために、できるだけガラス転移点温度（作業温度）の低いフリットガラスを用いる必要がある。
【００２３】
本発明は、上記に述べたように、シール部Ａとシール部Ｂとにそれぞれ異なる成分のフリットガラスを用いることにより、サファイア製発光管を用いたフラッシュ放電ランプにおいて、セラミックシールされた部位での不具合の生じないフラッシュ放電ランプを提供することが可能となる。
【００２４】
次に、シール部Ａおよびシール部Ｂに種々のフリットガラスを用いたときの実験結果を図２および図３を用いて説明する。
図２は、第１のフリットガラスおよび第２のフリットガラスに用いられるフリットガラスの種類を示す一覧表である。
図３は、図２の一覧表に示されるフリットガラスを種々組み合わせてシール部Ａおよびシール部Ｂに適用したときの良否の結果を示す表である。
【００２５】
図３の良否の結果を見ると、Ｎｏ．１の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｄを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスａを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝６３０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生せず、また第２のフリットガラスには酸化亜鉛を含まないので、１０万回点灯しても７０％以上の照度維持率が得られ、良好な結果が得られた。
【００２６】
Ｎｏ．２の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｃを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスａを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝４５０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生せず、また第２のフリットガラスには酸化亜鉛を含まないので、１０万回点灯しても７０％以上の照度維持率が得られ、良好な結果が得られた。  
【００２７】
Ｎｏ．３の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｂを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスａを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝４６０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生せず、また第２のフリットガラスには酸化亜鉛を含まないので、１０万回点灯しても７０％以上の照度維持率が得られ、良好な結果が得られた。
【００２８】
Ｎｏ．４の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｄを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｃを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝６３０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生しなかったが、第２のフリットガラスには酸化亜鉛を２０％を含んでいたため、６万回点灯した時点で照度維持率が７０％まで低下したが、ほぼ良好な結果が得られた。
【００２９】
Ｎｏ．５の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｅを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｃを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝４９０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生しなかったが、第２のフリットガラスには酸化亜鉛を２０％を含んでいたため、６万回点灯した時点で照度維持率が７０％まで低下したが、ほぼ良好な結果が得られた。
【００３０】
Ｎｏ．６の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスａを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｆを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝３００℃であり、そのためシール部Ａは５００回点灯した時点で破損し、良い結果は得られなかった。
【００３１】
Ｎｏ．７の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｆを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスａを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝２８０℃であり、そのためシール部Ａは５００回点灯した時点で破損し、良い結果は得られなかった。
【００３２】
Ｎｏ．８の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｄを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｂを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝６３０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生しなかった。しかし、第２のフリットガラスには酸化亜鉛を５０％含んでいたため、２０００回点灯した時点で照度維持率が７０％まで低下し、よい結果は得られなかった。
【００３３】
Ｎｏ．９の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｃを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｂを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝４５０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生しなかった。しかし、第２のフリットガラスには酸化亜鉛を５０％含んでいたため、２０００回点灯した時点で照度維持率が７０％まで低下し、よい結果は得られなかった。
【００３４】
Ｎｏ．１０の、シール部Ａに第１のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｄを用い、シール部Ｂに第２のフリットガラスとして、図２に示すフリットガラスｅを用いた場合は、第１のフリットガラスはガラス転移点Ｔｇ＝６３０℃であり、そのためシール部Ａには破損は発生しなかった。しかし、第２のフリットガラスの線膨張率が７±１×１０−６／Ｋに比べ、５．４×１０−６／Ｋと低く、被接合物であるサファイア製発光管、および閉塞部材と比べて線膨張率の差が大きく、シール部Ｂに製作時に割れが発生し、よい結果は得られなかった。
【００３５】
次に、フラッシュ放電ランプのシール部Ａおよびシール部Ｂの製造工程を図４を用いて説明する。
同図において、９は第１のフリットガラスのフリットガラスリング、１０は第２のフリットガラスのフリットガラスリングである。なお、その他の構成は図１に示す同符号の構成に対応するので説明を省略する。
【００３６】
まず、図４（ａ）において、図示するように、電極４を下にして電極部材５を閉塞部材３に貫通した状態で、閉塞部材３上にフリットガラスリング９を載せる。次に加熱してフリットガラスリング９を溶融すると、図４（ｂ）に示すように、フリットガラスリング９が溶融して閉塞部材３と電極部材５間がシールされ、第１のフリットガラス６からなるシール部Ａが形成される。次に、図４（ｃ）に示すように、サファイア製発光管２の端部上にフリットガラスリング１０を載せ、さらにその上に図４（ｂ）で得られた組立体を載せる。次に、先の加熱温度よりも低い温度でフリットガラスリング１０を溶融すると、図４（ｅ）に示すように、フリットガラスリング１０が溶融してサファイア製発光管２と閉塞部材３間がシールされ、第２のフリットガラス７からなるシール部Ｂが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るフラッシュ放電ランプの断面図である。
【図２】第１のフリットガラスおよび第２のフリットガラスに用いられるフリットガラスの種類を示す一覧表である。
【図３】図２の一覧表に示されるフリットガラスを種々組み合わせてシール部Ａおよびシール部Ｂに適用したときの良否の結果を示す表である。
【図４】フラッシュ放電ランプのシール部Ａおよびシール部Ｂの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  フラッシュ放電ランプ
２  サファイア製発光管
３  閉塞部材
４  電極
５  電極部材
６  第１のフリットガラス
７  第２のフリットガラス
８  リード線
９  第１のフリットガラスのフリットガラスリング
１０  第２のフリットガラスのフリットガラスリング
Ａ  シール部
Ｂ  シール部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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