(57)【要約】【課題】被熱処理体の瞬間的熱処理を可能にし、また消費エネルギーの低減化を図ることができるようにしたサーマルヘッドおよび熱処理装置を提供する。【解決手段】保持構体３に、光エネルギーの吸収によって発熱するカーボンより成る光吸収発熱体４が、被熱処理体１との対接ないしは対向面側に配置された構成として、光吸収発熱体４に光照射を行うことによって瞬時的に昇温させる。【選択図】図１
2007115926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持構体に、光エネルギーの吸収によって発熱するカーボンより成る光吸収発熱体が、被熱処理体との対接ないしは対向面側に配置されて成り、
上記光吸収発熱体に上記光エネルギーを供給する照射光を照射する光学手段を具備する
ことを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】
上記照射光の光学手段が、光源部からの照射光を、上記光吸収発熱体の上記被熱処理体との対接ないしは対向側とは反対側から、上記光吸収発熱体に導く光学系を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項３】
上記照射光の光学手段が、光源部を有し、
該光源部が上記光吸収発熱体に直結的に配置された
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項４】
上記光吸収発熱体が、上記保持構体に保持される高耐熱性を有する透明基板上に形成された
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項５】
上記光吸収発熱体が、パルス的に加熱され、
該パルス的加熱は、上記光吸収発熱体に対する光エネルギー供給をパルス光照射によって行うか、上記光吸収発熱体に対する光照射位置を間歇的に移動させるか、これらの組み合わせによってなされる
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項６】
上記パルス光照射の光照射時間長が、0.1μｓ〜１0ｓに選定された
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項７】
上記光吸収発熱体に対する照射光の波長が、0.2μｍ〜1.5μｍである
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項８】
上記光吸収発熱体の上記被熱処理体との対接ないしは対向面に、耐熱性、耐酸化性保護膜がコーティングされて成る
ことを特徴とする請求項１に記載のサーマルヘッド。
【請求項９】
被熱処理体の配置部と、サーマルヘッドとを有し、
上記サーマルヘッドは、光エネルギーの吸収によって発熱するカーボンより成る光吸収発熱体が、上記被熱処理体と対接ないしは対向するように配置されて成り、
上記光吸収発熱体に上記光エネルギーを供給する照射光を照射する光学手段を具備する
ことを特徴とする熱処理装置。
【請求項１０】
上記被熱処理体の配置部と、サーマルヘッドとは、上記対接ないしは対向させた状態で、相対的に移動させる移動機構を少なくともいずれか一方に有する
ことを特徴とする請求項９に記載の熱処理装置。
【請求項１１】
上記光吸収発熱体の上記被熱処理体との対接ないしは対向面積が、上記被熱処理体の被熱処理領域より大に選定され、上記光エネルギーを与える光照射位置が、上記光吸収発熱体に対し移動する構成とされた
ことを特徴とする請求項９に記載の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被熱処理体に対する熱処理、例えば半導体、半導体デバイス等における熱処理に適用して好適なサーマルヘッドおよび熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラトランジスタ、絶縁ゲート形電界効果トランジスタ（ＭＯＳ型トランジスタ）をはじめとする各種単体半導体素子、半導体集積回路等の半導体デバイスの製造において、例えば半導体の結晶欠陥の修復、導入不純物の活性化、非晶質半導体薄膜からの結晶化等において熱処理いわゆるアニール処理が多く行われる。
【０００３】
特に、絶縁体ないしは絶縁膜層上に形成される薄膜トランジスタにとってその薄膜の結晶化技術は重要である。
従来の薄膜結晶化技術としては、電気炉を用いて1000℃〜600℃の高温で2時間〜20時間加熱する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
あるいは、パルスレーザを用いて例えば半導体薄膜を短時間溶融して固化結晶化するレーザアニール技術が知られている。
【特許文献１】特開２００１−２１０６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電気炉による方法においては、所要の温度に安定させる時間が長く作業性に劣るなどの問題がある。
また、レーザアニールによる場合、対象となる被熱処理体材料がアニールレーザ光の波長光に対して高い吸収性を示す材料であることが必要であるという制約があり、対象となる被熱処理体材料に制約がある。あるいは使用レーザの波長に制約があり、高出力レーザ等を用いることができない場合があるなどの制約がある。
【０００５】
本発明は、簡潔な構成によって半導体もしくは半導体デバイス等、各種の被熱処理体材料に対しての所要の熱処理、例えば瞬間的熱処理を可能にし、また消費エネルギーの低減化を図ることができるようにしたサーマルヘッドおよび熱処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるサーマルヘッドは、保持構体に、光エネルギーの吸収によって発熱するカーボンより成る光吸収発熱体が、被熱処理体との対接ないしは対向面側に配置されて成り、上記光吸収発熱体に上記光エネルギーを供給する照射光を照射する光学手段を具備することを特徴とする。
【０００７】
このように、本発明によるサーマルヘッドにおいては、カーボンによる光吸収発熱体を光照射によって加熱し、これによって目的とする被熱処理体の熱処理を行なうものであるが、その光吸収発熱体を構成するカーボンは、その耐熱が高く、また吸収波長範囲が広いことから、照射光の波長自由度が高く、かつ高温加熱を行なうことができるものである。
【０００８】
また、本発明は、上述の本発明によるサーマルヘッドにあって、上記照射光の光学手段が、光源部からの照射光を、上記光吸収発熱体の上記被熱処理体との対接ないしは対向側とは反対側から、上記光吸収発熱体に導く光学系を有することを特徴とする。
また、本発明は、上述の本発明によるサーマルヘッドにあって、上記照射光の光学手段が、光源部を有し、該光源部が上記光吸収発熱体に直結的に配置されたことを特徴とする。
また、本発明は、上述の本発明によるサーマルヘッドにあって、上記光吸収発熱体が、上記保持構体に保持される高耐熱性を有する透明基板上に形成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上述の本発明によるサーマルヘッドにあって、上記光吸収発熱体が、パルス的に加熱され、該パルス的加熱は、上記光吸収発熱体に対する光エネルギー供給をパルス光照射によって行うか、上記光吸収発熱体に対する光照射位置を間歇的に移動させるか、これらの組み合わせによってなされることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上述の本発明によるサーマルヘッドにあって、上記パルス光照射の光照射時間長が、0.1μｓ〜１0ｓに選定されたことを特徴とする。
また、本発明は、上述の本発明によるサーマルヘッドにあって、上記光吸収発熱体に対する照射光の波長が、0.2μｍ〜1.5μｍであることを特徴とする。
また、本発明は、上述の本発明によるサーマルヘッドにあって、上記光吸収発熱体の上記被熱処理体との対接ないしは対向面に、耐熱性、耐酸化性保護膜がコーティングされて成ることを特徴とする。
【００１１】
被熱処理体の配置部と、サーマルヘッドとを有し、上記サーマルヘッドは、光エネルギーの吸収によって発熱するカーボンより成る光吸収発熱体が、上記被熱処理体と対接ないしは対向するように配置されて成る。
上記光吸収発熱体に上記光エネルギーを供給する照射光を照射する光学手段を具備する
ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による熱処理装置は、上述した熱処理装置にあって、上記被熱処理体の配置部と、サーマルヘッドとは、上記対接ないしは対向させた状態で、相対的に移動させる移動機構を少なくともいずれか一方に有することを特徴とする。
また、本発明は、上述した熱処理装置にあって、上記光吸収発熱体の上記被熱処理体との対接ないしは対向面積が、上記被熱処理体の被熱処理領域より大に選定され、上記光エネルギーを与える光照射位置が、上記光吸収発熱体に対し移動する構成とされたことを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明における、光吸収発熱体を構成するカーボンは純粋のカーボンによって構成することができるが、その成膜等の作製時に混入する水素等の微量混入物を有するカーボンであっても良いものである。
【発明の効果】
【００１４】
上述したように、本発明によるサーマルヘッドによれば、カーボンによる光吸収発熱体を光照射によって加熱し、これによって目的とする被熱処理体の熱処理を行なうものであるが、カーボンは、耐熱が2000 ℃〜5000℃という、すぐれた耐熱性を有し、また光吸収性が紫外から赤外に及ぶ0.2μｍ〜1.5μｍ波長に対して光吸収性を有する。
したがって、被熱処理体に直接レーザアニールを行なう場合における対象となる被熱処理体材料がアニールレーザ光の波長光に対して高い吸収性を示す材料であることが必要であるという対象となる被熱処理体材料に制約や、使用レーザの波長の制限が大幅に改善される。これにより高出力が得られるとか、高エネルギーが得られるレーザを使用することができ、光吸収発熱体の安定した瞬時的加熱、したがって、被熱処理体の安定した瞬時的加熱ができ、良好なアニールと、省エネルギーの効果を得ることができる。
【００１５】
また、本発明による熱処理装置は、被熱処理体とは別体のサーマルヘッドによって行うことから、光吸収発熱体を被熱処理体に被着する構成とする場合におけるように、光吸収発熱体を被熱処理体に被着と、さらに熱処理後にこれを除去することによる、手間と、被熱処理体における損傷、汚損等のおそれが回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明によるサーマルヘッドおよび熱処理装置の実施の形態を例示説明する。しかしながら、本発明は、これに限定されないものである。
図１は、本発明によるサーマルヘッドを有する本発明による熱処理装置の実施形態例の概略断面図である。
この熱処理装置においては、被熱処理体１の配置部１００と、サーマルヘッド２とを有して成る。
【００１７】
サーマルヘッド２は、筐体等による保持構体３に、光エネルギーの吸収によって発熱するカーボンより成る光吸収発熱体４が被熱処理体１に対接ないしは対向する側に配置され成る。また、光吸収発熱体４に光エネルギーを供給する照射光５を照射する光学手段６が設けられる。この光学手段６は、光吸収発熱体４の、被熱処理体１との対接ないしは対向側とは反対側から、照射光５を光吸収発熱体４に導く光学系例えば集光レンズを有し、この光学系が保持構体３内に配置保持される。
また、図１の例では、照射光の光学手段６は、照射光５の光源部７、例えばレーザ光源を有し、この光源部７が保持構体３内に配置保持されている。
光吸収発熱体４は、保持構体３に保持される高耐熱性を有し照射光に対する透過率が高い透明基板９上に配置される。
【００１８】
被熱処理体１の配置部１００と、サーマルヘッド２とは、このサーマルヘッド２の光吸収発熱体４を被熱処理体１に対接ないしは対向させた状態で、相対的に移動させる移動機構を少なくともいずれか一方に有する。
図１においては、基台１０上に矢印をもって示すように、被熱処理体１に沿う１方向に、あるいは矢印で示す方向と、これに直交する２方向移動する構成とされた移動ステージ１１上に配置される。
【００１９】
この構成において、光源部７からの照射光５、例えばレーザ光、例えばエキシマレーザ光を光学系を通じてカーボンによる光吸収発熱体４に照射する。この光吸収発熱体４は、このレーザ光に対して高い光吸収性を有することから、この照射光５は効率よく光吸収発熱体４に吸収されその光エネルギーが熱に変換され、光吸収発熱体４が瞬時的に発熱する。
そして、この熱が、光吸収発熱体４に与えられ、これを熱処理する。その熱処理位置は、移動ステージ１１によるサーマルヘッド２の移動によってスキャンされ、例えば被熱処理体１の全域を加熱することもできるし、この移動と共に、レーザ光のオン・オフによって所定部に限定的に熱処理を行なうこともできる。この場合、上述したように、光吸収発熱体４が瞬時的に加熱されることによって、正確に被熱処理体の所定部を限定的に加熱することができる。
【００２０】
図２は、本発明の他の形態例の概略断面図である。図１で示した形態例においては、サーマルヘッド２を移動させる構成とした場合であるが、図２に示すように、サーマルヘッド２を固定状態に保持して被熱処理体１を移動ステージ１１に配置した構成とすることもできる。
図２おいて、図１と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略するが、この例においては、例えば光源部７がレーザ光源で、そのスポットが小であることを利用して直接的に、レーザ光、すなわち照射光を、光吸収発熱体４を保持する透明基板９に導入する構成とした場合である。この場合、光吸収発熱体４とレーザの出射端との間隔は、100μｍ〜１ｃｍとすることが望ましい。しかしながら、光ファイバ等の導光体を用いることによって、空間的に許容できる長さ、例えば10ｃｍとすることもできる。
【００２１】
図３は、本発明の更に他の形態例の要部の概略断面図である。
図１および図２のいずれの形態例においても、サーマルヘッド２の保持構体３内に光源部７例えばレーザ光源を配置した場合であるが、図３で示すように、サーマルヘッド２外に光源部７を配置して保持構体３内の例えば光学系８に図示しないが光ファイバ等の導光体を用いて照射光を導入することもできる。
【００２２】
また、図４は本発明の更に他の形態例の概略断面図である。図４において、図１〜図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略するが、この形態例においては、光吸収発熱体４の被熱処理体１との対接ないしは対向面積が、被熱処理体１の被熱処理領域と同等もしくはこれより大に選定される構成とした場合である。
そして、光源部７を移動ステージ１１によって移動する構成として、その照射光スポット、すなわち光エネルギーを与える光照射位置が、光吸収発熱体４に対して間歇的に移動する構成として、加熱部が移動するようにした場合である。これによって、被熱処理体１に対する加熱位置が移動し、実質的にパルス的照射がなされる構成とした場合である。
【００２３】
上述した構成において、光吸収発熱体４は、パルス的に加熱される。このパルス的加熱は、光吸収発熱体４に対する光エネルギー供給をパルス光照射によって行うとか、光吸収発熱体４に対する光照射位置を、例えば間歇的に移動させるか、これらの組み合わせによって行なう。
このパルス光照射の光照射時間長は、省エネルギーの上で、短時間が好ましいものであるが、光吸収発熱体４において、例えば通常の熱処理温度、例えば半導体に対する熱処理温度の600℃〜1200℃の温度を得るに必要な加熱のためは、光照射時間長は、0.1μｓ〜１0ｓに選定する。
また、光吸収発熱体４に対する照射光の波長は、このカーボンによる光吸収発熱体４が高い吸収率を有する波長の、0.2μｍ〜1.5μｍの範囲に選定することができる。
【００２４】
光吸収発熱体４は、ガラス、石英等の透明基板上に、例えばプラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法、プラズマスパッタ法、イオン化蒸着法等によって形成することができる。
プラズマＣＶＤ法においては、例えば原料ガスとしてメタンCH４、アセチレンC２H２を用いてプラズマ放電によってガスを分解し、この例ではカーボンを主体とするものの、水素を微量含む化合物による光吸収発熱体４を透明基板９上に形成する。
プラズマスパッタ法においては、例えばカーボンターゲットを用いて、例えばアルゴン、水素、あるいはこれらの混合ガスを用いてプラズマ放電によって高エネルギーのイオンを発生させ、このイオンをターゲットに衝突させてカーボンを透明基板９上にスパッタさせることによってカーボンによる光吸収発熱体４を形成することができる。
【００２５】
イオン化蒸着法においては、例えばCH４あるいはC２H２を用い、このガスを例えば加熱フィラメントへの通電によって加熱して分解イオン化し、CHイオン、CH２イオン、CH３イオンを発生させ、さらにそのイオン化効率を高めるために磁場印加がなされる。そして、透明基板９を保持した保持体に所要の電位を印加した状態で、イオン化蒸着によって光吸収発熱体４を形成する。この場合、カーボンに水素が微量に含有する。
【００２６】
このカーボンによる光吸収発熱体４の厚さは、上記加熱時間内に発熱体を十分高温に加熱する厚さの0.1μｍ〜200μｍとすることが望ましい。
そして、この光吸収発熱体４は、図５Ａに断面図を示すように、上述したように、透明基板９上に形成することができるが、これ自体機械的強度を保持できる程度にを厚く形成するときは、図５Ｂの断面図に示すように、透明基板９が設けられることなく、光吸収発熱体４自体で担持させる構成とすることができる。
【００２７】
サーマルヘッド２の光吸収発熱体４と被熱処理体１との間隔は、光吸収発熱体４の発熱が伝導もしくは輻射によって有効に被熱処理体１に与えられるように、500μｍ程度以下で、できるだけ接近させて目的とする熱処理をおこなうようにすることが望ましい。
この光吸収発熱体４と被熱処理体１との間隔は、この間隔を測長する機構を設けて自動的に制御する構成とすることができる。
【００２８】
光吸収発熱体４の被熱処理体１との対接ないしは対向面には、図示しないが、耐熱性、耐酸化性保護膜をコーティングすることによって光吸収発熱体４の耐久性を向上させることができる。この保護膜は、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＴｉＮ、Ｍｏ，Ｗ、Ｔａ等によって形成することができる。
【００２９】
本発明によるサーマルヘッドおよび熱処理装置は、各種熱処理に適用できるものである。例えば半導体分野においては、被熱処理体が、半導体基板ないしは絶縁基体上に形成された半導体層であって例えばイオン注入等によって導入されたｐ型不純物、ｎ型不純物を有する活性化熱処理、あるいは非晶質半導体の結晶化熱処理、界面準位の改善、欠陥修復等の熱処理等に適用できるものである。
【００３０】
上述したように、本発明においては、被熱処理体に対する熱処理を、被熱処理体とは別体のサーマルヘッドによって行なうものであることから、対象とする被熱処理体の大きさ、材料、熱処理条件の制約が大幅に改善されるものである。特にその加熱部がカーボンによる光吸収発熱体によることから、前述したように吸収波長範囲が広いことから、大きなエネルギー、パワーが得られる光源の使用が可能となり、瞬時的加熱が可能となり、能率よく、また安定した熱処理を行なうことができる。また、これにより、省エネルギー効果を高めることができる。
【００３１】
また、被熱処理体とは別体のサーマルヘッドによって行うことから、光吸収発熱体を被熱処理体に被着する構成とする場合におけるように、光吸収発熱体を被熱処理体に被着と、さらに熱処理後にこれを除去することによる、手間と、被熱処理体における損傷、汚損等のおそれが回避されるなど多くの利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるサーマルヘッドを有する本発明による熱処理装置の一例の概略断面図である。
【図２】本発明によるサーマルヘッドを有する本発明による熱処理装置の一例の概略断面図である。
【図３】本発明によるサーマルヘッドを有する本発明による熱処理装置の一例の要部の概略断面図である。
【図４】本発明によるサーマルヘッドを有する本発明による熱処理装置の一例の概略断面図である。
【図５】ＡおよびＢは、それぞれ本発明装置の光吸収発熱体の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１……被熱処理体、２……サーマルヘッド、３……保持構体、４……光吸収発熱体、５……照射光、６……光学手段、７……光源部、８……光学系、９……透明基板、１０……基台、１１……ステージ
【図１】
2007115926.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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