(57)【要約】【課題】フラッシュランプの発光管が劣化することなく、シリコンウェハなどの被処理物に対して高エネルギーを投入することが可能な光照射装置を提供することを目的とする。【解決手段】筐体内に、発光管内に一対の電極が配置されてなるフラッシュランプと、該フラッシュランプから放射された光を反射するリフレクタと、ステージ上に戴置された被処理物とが収納され、フラッシュランプが収納されたフラッシュランプ収納室と被処理物が戴置された処理室とが、筐体に設けられた透光板支持部に支持された透光板によって隔離されている光照射装置において、  前記被処理物は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さく、  前記透光板支持部は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さく前記被処理物よりも大きい開口を有し、さらに、前記フラッシュランプから放射された光を反射す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】
筐体内に、発光管内に一対の電極が配置されてなるフラッシュランプと、該フラッシュランプから放射された光を反射するリフレクタと、ステージ上に戴置された被処理物とが収納され、フラッシュランプが収納されたフラッシュランプ収納室と被処理物が戴置された処理室とが、筐体に設けられた透光板支持部に支持された透光板によって隔離されている光照射装置において、
前記被処理物は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さく、
前記透光板支持部は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さく前記被処理物よりも大きい開口を有し、さらに、前記フラッシュランプから放射された光を反射することを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記透光板支持部がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記透光板支持部が、前記フラッシュランプの管軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記透光板支持部は、前記透光板との間に弾性部材が嵌合されることにより、前記透光板が支持されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記透光板支持部は、前記筐体の側壁部に設けられ、前記リフレクタは、前記フラッシュランプの管軸に沿って前記筐体内を伸び、その端部が前記筐体の側壁の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フラッシュランプから放射された光を、例えばシリコンウェハなどの被処理物に照射することにより、シリコンウェハなどの被処理物を急速に加熱処理するための光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば半導体製造工程においては、例えばシリコンウェハなどの基板の表面に酸化膜を形成するための成膜工程や、シリコンウェハの表層部分におけるシリコン結晶に対してホウ素や砒素などの不純物イオンを注入した状態において、例えば１０００℃以上の熱処理を施すことで、当該不純物を拡散させる拡散工程などを行うに際して、基板を光照射によって加熱処理することが行われている。
【０００３】
このような加熱方法として、多数本の閃光放電ランプが互いに平行に並んだ状態で筺体内に配置されてなる閃光放射装置を用い、当該多数本の閃光放電ランプを一斉に点灯駆動させることにより、シリコンウェハに対して極めて短時間の熱処理を施す方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、多数本の閃光放電ランプを加熱源として用いていることにより、シリコンウェハの表面からの深さが２０ｎｍ以下の浅い領域においても不純物の拡散処理を行うことができると共に、大面積のシリコンウェハに対して熱処理を行うことができる。さらに、閃光放電ランプによる熱処理は、シリコンウェハに対する光の照射時間が極めて短いため、シリコンウェハの温度上昇を表面層のみに留めることができ、これにより、シリコンウェハの変形や破損を防止することができる、という利点がある。
【０００４】
図８は、従来の光照射装置の概略を説明するための断面図である。
光照射装置８００は、複数のフラッシュランプ８２が各々の管軸が平行となるよう並列に配設され、これらの背面には、複数のフラッシュランプ８２から放射された光をシリコンウェハなどの被処理物８６に向けて反射するためのリフレクタ８３が、複数のフラッシュランプ８２を覆うように配設されている。筐体８１は、透光板８４によって、複数のフラッシュランプ８２が配置されたフラッシュランプ収納室８１１と、シリコンウェハなどの被処理物がステージ上に配置された熱処理室８１２とが区画されている。透光板８４は、筐体８１に設けられた透光板支持部８１３に嵌め込まれて固定されている。熱処理室８１２に配置されたシリコンウェハなどの被処理物８６は、ステージ８５によって予備加熱温度まで加熱された後、フラッシュランプ８２を点灯駆動させて、フラッシュランプ８２によって加熱される。８１５は冷却風導入口であり、８１６は冷却風排出口である。８１７は不活性ガスを導入するためのガス導入口であり、８１８は不活性ガスを排出するためのガス排出口である。
【０００５】
前記の光照射装置８００によれば、フラッシュランプ８２の有効発光領域Ｌよりもシリコンウェハ８６の直径が小さく、透光板支持部８１３に設けられた開口８１４がシリコンウェハ８６の直径に対して大きいことから、フラッシュランプ８２から放射された斜め方向の光がシリコンウェハ８６の周縁部に照射されることから、シリコンウェハ８６の全体にわたって均一にエネルギーが投入される。
【特許文献１】特開２００５−９３８５８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年では、半導体のデバイス構造も多様化し、用途によってはシリコンウェハに対し高エネルギーを投入することが要求されていることから、前記の光照射装置ではエネルギーの放射量が不十分になってきた。そして、シリコンウェハへ高エネルギーを投入するため、光照射装置に搭載されている個々のフラッシュランプへの投入エネルギーを増加させた場合、フラッシュランプの発光管構成材料である石英ガラス或いはサファイアが劣化し、透過率が下がることにより、フラッシュランプの放射強度が低下したり、最悪の場合には発光管が破損する、という問題が生じる。
【０００７】
以上から、本発明は、フラッシュランプの発光管が劣化することなく、シリコンウェハなどの被処理物に対して高エネルギーを投入することが可能な光照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、筐体内に、発光管内に一対の電極が配置されてなるフラッシュランプと、該フラッシュランプから放射された光を反射するリフレクタと、ステージ上に戴置された被処理物とが収納され、フラッシュランプが収納されたフラッシュランプ収納室と被処理物が戴置された処理室とが、筐体に設けられた透光板支持部に支持された透光板によって隔離されている光照射装置において、
前記被処理物は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さく、
前記透光板支持部は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さく前記被処理物よりも大きい開口を有し、さらに、前記フラッシュランプから放射された光を反射することを特徴とする。
【０００９】
さらに、前記光照射装置において、前記透光板支持部がアルミニウムからなることを特徴とする。
さらに、前記光照射装置において、前記透光板支持部が、前記フラッシュランプの管軸に対して傾斜していることを特徴とする。
さらに、前記光照射装置において、前記透光板支持部は、前記筐体の側壁に設けられ、前記リフレクタは、前記フラッシュランプの管軸に沿って前記筐体内を伸び、その端部が前記筐体の側壁の近傍に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、筐体内に、発光管内に一対の電極が配置されてなるフラッシュランプと、該フラッシュランプから放射された光を反射するリフレクタと、ステージ上に戴置された被処理物とが収納され、フラッシュランプが収納されたフラッシュランプ収納室と被処理物が戴置された処理室とが、筐体に設けられた透光板支持部に支持された透光板によって隔離されている光照射装置において、
前記被処理物は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さいことから、フラッシュランプからの光が被処理物の全体に均一に放射される。
また、前記透光板支持部は、前記フラッシュランプの有効発光領域よりも小さく前記被処理物よりも大きい開口を有し、さらに、前記フラッシュランプから放射された光を反射することから、従来の光照射装置においては被処理物に放射されていなかった光が、透光板支持部によってフラッシュランプの背面側に配設されたリフレクタ方向へ反射され、さらに、リフレクタによって被処理物方向へ反射されて被処理物に放射されるため、被処理物への投入エネルギーを増加させることができる。
そして、請求項１の発明は、フラッシュランプ収納室と処理室とを区画するのに必要な透光板を、透光板支持部に嵌め込んで固定していることから、従来の光照射装置に比して構造が複雑にならない、という利点も有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
〔第１の実施形態〕
以下、図１ないし図３により、本発明の光照射装置の第１実施形態を説明する。図１は、光照射装置の正面断面図であり、図１（ａ）がＸＺ平面で切断した断面図、図１（ｂ）がＹＺ平面で切断した断面図である。図２は、図１の要部拡大図である。図３は、透光板と透光板支持部との接合部分を示す拡大断面図である。図１に示すように、光照射装置１００は、筐体１と、複数のフラッシュランプ２と、リフレクタ３と、透光板４と、ステージ５上に戴置された被処理物６とを備えている。
【００１２】
筐体１は、ステンレスからなる箱状体であって、多数のフラッシュランプ２が並列に配置されているフラッシュランプ収納室１１と、ステージ５上に戴置された、シリコンウェハなどの被処理物６が収納される熱処理室１２とが、例えば石英ガラスからなる透光板４によって区画されている。フラッシュランプ収納室１１に対応する側壁部１４には、フラッシュランプ収納室１１の内部に冷却風を導入するための冷却風導入口１７と、フラッシュランプ収納室１１の外部へ冷却風を排出するための冷却風排出口１８とが設けられている。筐体１の側壁部１４において、冷却風導入口１７をリフレクタ３の斜面部３２ａおよび３２ｂの下端部３２１ａおよび３２１ｂよりも下方側に設けた場合、冷却風がフラッシュランプ２、透光板４および透光板支持部１６の間の空間に導入されて、これらの冷却効率が向上する。そうすると、透光板４が加熱されることによって被処理物６方向へ赤外光が放射されることが抑制されるため、被処理物６が不所望に加熱されることがなく、フラッシュランプ２の発光管２１が高温状態とならないことにより発光管２１が失透或いは破損することがない。熱処理室１２内には、フラッシュランプ２からの放射光が大気中に含有される酸素によって減衰することがないよう、例えば窒素ガスなどの不活性ガスが導入され、熱処理室１２に対応する側壁部１４には、ガス導入口１９およびガス排出口２０が設けられている。なお、シリコンウェハなどの被処理物の表面に、酸化膜を形成する成膜工程においては、熱処理室１２には、ガス導入口１９によって成膜用の原料ガスが導入されることになる。
【００１３】
図１、２に示すように、フラッシュランプ２は、例えば石英ガラスからなる発光管２１と、例えばタングステンからなり、発光管２１の内部空間において両端に配置され、一端が発光管２１の外方に突出している一対の電極２２（２２ａ、２２ｂ）を備えている。なお、発光管２１を構成する材料としては、石英ガラスに代えてサファイアを使用することもできる。サファイアを使用すると、電極２２ａおよび２２ｂに短パルス発光において大電力を投入した場合であっても、発光管２１が劣化するおそれが少ないため、大電力を投入することによりフラッシュランプ２を高出力化することができる。
【００１４】
個々の管軸が平行となるよう並列配置された複数のフラッシュランプ２の背面側には、例えばアルミニウムからなるリフレクタ３が、筐体１の天板部１３に近接して配置されている。リフレクタ３は、フラッシュランプ２の管軸方向に沿って筐体１内を伸びる天板部３１と、天板部３１の両端に連続し、筐体１の側壁部１４方向に向けて広がる２つの斜面部３２とからなり、個々の斜面部３２ａ、３２ｂが、それぞれフラッシュランプ２の両端から発光管２１の外方へ突出している電極２２ａ、２２ｂと対向している。なお、斜面部３２ａおよび３２ｂの下端部３２１ａおよび３２１ｂが、電極２２ａおよび２２ｂにおける突出部２２１ａおよび２２１ｂよりも下方側に位置するとともに、筐体１の側壁部１４の近傍に配置されている場合、後述の透光板支持部１６によって反射された光がより多くリフレクタ３方向へ向けて反射されるため、被処理物６への投入エネルギーを増加させることができる。
【００１５】
透光板４は、筐体１と一体的に設けられた透光板支持部１６の開口１６１に嵌め込まれて固定されている。透光板支持部１６は、例えばアルミニウムからなり、フラッシュランプ２から放射される光、すなわち、真空紫外域から赤外域の範囲の光を反射することができ、図１（ａ）に示すように、フラッシュランプ２の有効発光領域Ｌ１よりも径が小さく、被処理物６の径よりも径の大きい開口１６１が設けられている。一例を挙げると、フラッシュランプ２の有効発光領域Ｌ１が２５０ｍｍのとき、開口１６１の径は１５０ｍｍ〜２４５ｍｍであり、被処理物６の径は１４０ｍｍ以下である。ここに、「有効発光領域」とは、図１（ａ）では電極２２ａと２２ｂとの間の領域Ｌ１であり、図１（ｂ）では両端に位置するフラッシュランプ２´と２´´との間の領域Ｌ２である。
なお、透光板支持部１６は、必ずしも筐体１と一体的である必要はなく、筐体１と別体であっても良い。なお、透光板支持部１６は、アルミニウム以外であっても、前記真空紫外域から赤外域の範囲の光に対して反射特性を有する材料から構成しても良く、光輝アルミニウムからなる場合には、より多くの光をリフレクタ３方向へ反射させることができるため、特に好ましい。また、反射特性を有しない材料を使用し、そのフラッシュランプに対向する側の表面に前記波長の光に対して反射特性を有する反射膜を形成しても良い。さらに、透光板支持部１６の表面にフロスト加工等によって微細な凹凸を多数形成することにより、透光板支持部１６の反射表面積が増し、リフレクタ３方向へ多くの光を反射させることができる。
【００１６】
透光板支持部１６は、図３に示すように、リング状の弾性部材１６４を嵌め込むための溝部１６７が円周方向に設けられた第１の支持部材１６２と、同じくリング状の弾性部材１６５を嵌め込むための溝部１６８が円周方向に設けられた第２の支持部材１６３と、例えば合成ゴムからなるリング状の弾性部材１６４および１６５と、第１の支持部材１６２と第２の支持部材１６３とを固定するための螺子１６６とからなる。第１の支持部材１６２および第２の支持部材１６３の溝部１６７および溝部１６８に弾性部材１６４および１６５を嵌め込み、これらの間に透光板４を挟んだ状態で、螺子１６６を第２の支持部材１６３の凹所１６９に挿入して締め込むと、弾性部材１６４および１６５が押圧変形することによって、透光板４が第１の支持部材１６２および第２の支持部材１６３の間に狭持され、フラッシュランプ収納室１１と熱処理室１２とが透光板４によって区画される。
【００１７】
図４は、図１の要部拡大図であり、透光板支持部１６の種々の形態を例示する図である。図４（ａ）のように、透光板支持部１６が、フラッシュランプ２の管軸に沿って、フラッシュランプ２の管軸方向の両端に対応する直下に位置しているもの、図４（ｂ）のように、透光板支持部１６が、各々のフラッシュランプ２の管軸と直交して、複数本が並列して配置されたフラッシュランプ２に対し、両端側に位置しているフラッシュランプ２に対応する直下に設けられているもの、図４（ｃ）のように、透光板支持部１６が四角形の開口１６１を有するもの等の何れであっても良い。
【００１８】
筐体１の底板部１５に配置されたステージ５は、不図示の白熱ランプやヒーターなどの加熱手段が内蔵されており、フラッシュランプを点灯させる前に、シリコンウェハなどの被処理物６が所定の温度状態となるまで予備加熱をするためのものである。
【００１９】
このような光照射装置１００によれば、ステージ５によって所定の温度となるまで被処理物６を予備加熱した後、不図示の電力供給手段によって複数のフラッシュランプ２へ電力を供給して複数のフラッシュランプを点灯駆動させると、複数のフラッシュランプ２からの放射光が直接或いはリフレクタに反射されて重畳して被処理物６に投入されることにより、被処理物６が熱処理される。そして、透光板支持部１６は、フラッシュランプ２の有効発光領域よりも被処理物６の径が小さい場合において、有効発光領域Ｌ１より小さく、かつ、被処理物６より大きい開口１６１を有することから、図１（ａ）の実線矢印で示すように、従来の光照射装置では利用されていなかった、フラッシュランプ２の電極２２ａ或いは２２ｂ近傍から放射される光が、透光板支持部１６の表面でリフレクタ３の方向へ反射され、さらにこの光がリフレクタ３で再度反射されることによって被処理物６に放射されるため、従来の光照射装置に比して被処理物６への投入エネルギーを増加させることができる、という点が本発明の最大の特徴である。このような効果は、後述の実験によって確認されている。
従って、フラッシュランプ２の発光管２１に劣化或いは破損を生じさせることなく、被処理物６への投入エネルギーを従来に比して増加させることができ、被処理物６の径がフラッシュランプ２の有効発光領域Ｌよりも小さいことから、被処理物６に対してフラッシュランプからの放射エネルギーが均一に投入されることは前記したとおりである。
しかも、光照射装置１００によれば、透光板支持部１６は、もともとフラッシュランプ収納室１１と熱処理室１２とを区画するために必須となる透光板４を支持するものであり、これに透光板を支持する機能に加えてフラッシュランプ２からの放射光に対する反射特性を持たせていることから、装置構成を従来の光照射装置に比して複雑化させることがなく、コスト面で不利となることもない。
【００２０】
なお、特開２００３−１３３２５０号によれば、筐体内に複数のフラッシュランプが収納され、石英ガラスからなる透光板によって熱処理室とフラッシュランプ収納室とが区画され、フラッシュランプの有効発光領域よりも径の小さい被処理物に対し、フラッシュランプからの放射光が直接或いはリフレクタで反射されて照射される構造の熱処理装置が示されている。しかしながら、この熱処理装置は、透光板を支持している部分で積極的にフラッシュランプから放射される光を反射させるという点については言及されてないため、本発明の光照射装置の特徴的な効果を有しないものである。
【００２１】
〔第２の実施形態〕
図５および図６は、本発明の光照射装置の第２実施形態の正面断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分或いは対応する部分示している。
図５に示すように、光照射装置２００の透光板支持部２６は、フラッシュランプ収納室１１を形成する面に斜面部２６１が設けられていることにより、側壁部１４側に向かうに従いフラッシュランプ２に近接している。また、透光板支持部２６は、熱処理室１２を形成する面（熱処理室形成面ともいう）２６２は傾斜していない。その他の構成は、図１に示す光照射装置１００と同じであるため、説明は省略する。また、図６に示すように、光照射装置３００の透光板支持部３６は、フラッシュランプ収納室１１を形成する面に斜面部３６１が設けられ、さらに、熱処理室１２を形成する面に斜面部３６２が設けられていても良い。その他の構成は、図１に示す光照射装置１００と同じであるため、説明は省略する。
【００２２】
図５において、斜面部２６１と熱処理室形成面２６２とでなす傾斜角αは、筐体１の高さ方向（図において上下方向）の寸法が過大にならないようにするため、３０°以内であることが好ましい。図６においては、斜面部３６１と、斜面部３６１の基端部３６３から引いたフラッシュランプ２の管軸に平行な線３６４と、でなす角を傾斜角αとし、傾斜角αの値は図５と同じである。
【００２３】
図５および図６に示す第２実施形態によれば、透光板支持部２６および３６が筐体１の側壁部１４に向かうに従い、フラッシュランプ２に近接するよう傾斜していることから、フラッシュランプ２から放射された光が効率良くリフレクタ３方向へ反射されるため、第１実施形態に比してさらに被処理物６への投入エネルギーを増加させることができる。この点は、後述の実験によって確認されている。
【００２４】
〔実験結果〕
以下、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
図１ないし３に示す構成に従い、実施例１の光照射装置を作製した。仕様は、以下のとおりである。筐体１は、横（紙面の左右方向）が３７０ｍｍ、縦（紙面に対して垂直方向）３７０ｍｍ、高さ（紙面の上下方向）が２００ｍｍである。透光板支持部１６は、アルミニウムからなり、開口１６１の直径が２００ｍｍである。透光板４は、直径２３０ｍｍ、厚み１０ｍｍである。リフレクタ３は、厚みが３ｍｍのアルミニウムの板材からなり、フラッシュランプ２は、発光管２１の直径が１３ｍｍ、有効発光領域がＬ１＝２５０ｍｍ、Ｌ２＝２０８ｍｍであり、筐体１内に１４本搭載されている。フラッシュランプ２と透光板４の上面との最短距離が２７ｍｍである。点灯条件はコンデンサ容量が１５０μＦ、コイル容量が１４μＨで、充電電圧が３３００Ｖである。
さらに、図５に示す構成に従い、実施例２の光照射装置を作製した。透光板支持部２６の有する傾斜角αは、１０°であり、その他の仕様は実施例１と同じである。
図８に示す構成に従い、比較例の光照射装置を作製した。透光板が直径２９０ｍｍ、透光板支持部の開口が２６０ｍｍであることを除き、その他の仕様は実施例１と同じである。
【００２５】
フラッシュランプを一斉点灯させ、透光板４から５０ｍｍ離れた箇所における照度を測定した。その結果を図７に示す。縦軸は、被処理物に放射される放射照度の相対値であり、比較例の光照射装置の放射照度を１としている。横軸は、被処理物の中心からの水平距離（ｍｍ）である。
図７に示すとおり、実施例１の光照射装置は、比較例の光照射装置に比して放射照度が概ね３％増加した。さらに、実施例２の光照射装置は、比較例の光照射装置に比して放射照度が概ね５％増加し、実施例１の光照射装置に比しても放射照度が概ね２％増加した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の光照射装置の第１実施形態を説明するための正面断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】透光板と透光板支持部との接合部分を示す拡大断面図である。
【図４】透光板支持部の種々の形態を例示するための図１の要部拡大図である。
【図５】本発明の光照射装置の第２実施形態を説明するための正面断面図である。
【図６】第２実施形態の他の例を示す正面断面図である。
【図７】実験結果を説明するための図である。
【図８】従来の光照射装置を説明するための正面断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１          筐体
２          フラッシュランプ
３          リフレクタ
４          透光板
５          ステージ
６          被処理物
１１        フラッシュランプ収納室
１２        熱処理室
１６        透光板支持部
【図１】
2007157810.tif 000003
【図２】
2007157810.tif 000004
【図３】
2007157810.tif 000005
【図４】
2007157810.tif 000006
【図５】
2007157810.tif 000007
【図６】
2007157810.tif 000008
【図７】
2007157810.tif 000009
【図８】
2007157810.tif 000010