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JP2007115926A - Thermal head and heat treatment equipment - Google Patents

Thermal head and heat treatment equipment Download PDF

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JP2007115926A
JP2007115926A JP2005306399A JP2005306399A JP2007115926A JP 2007115926 A JP2007115926 A JP 2007115926A JP 2005306399 A JP2005306399 A JP 2005306399A JP 2005306399 A JP2005306399 A JP 2005306399A JP 2007115926 A JP2007115926 A JP 2007115926A
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JP
Japan
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light
heat
heating element
thermal head
irradiation
Prior art date
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Pending
Application number
JP2005306399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Samejima
俊之 鮫島
Naoki Sano
直樹 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Tokyo University of Agriculture
Hightec Systems Corp
Original Assignee
Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Tokyo University of Agriculture
Hightec Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo University of Agriculture and Technology NUC, Tokyo University of Agriculture, Hightec Systems Corp filed Critical Tokyo University of Agriculture and Technology NUC
Priority to JP2005306399A priority Critical patent/JP2007115926A/en
Publication of JP2007115926A publication Critical patent/JP2007115926A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thermal head and heat treatment equipment arranged such that a heat treatment article can be heat treated instantaneously while reducing energy consumption. <P>SOLUTION: In a holding structure 3, a light absorbing/heat generating body 4 composed of carbon and generating heat by absorbing light energy is arranged in contact with a heat treatment article 1 or on the side opposite to the heat treatment article 1. The light absorbing/heat generating body 4 is irradiated with light and the temperature is raised instantaneously. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a thermal head and a heat treatment apparatus suitable for applying heat treatment to an object to be heat treated, for example, heat treatment in a semiconductor, a semiconductor device or the like.

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。   In the manufacture of semiconductor devices such as various single semiconductor elements such as bipolar transistors, insulated gate field effect transistors (MOS transistors), and semiconductor integrated circuits, for example, repair of crystal defects in semiconductors, activation of introduced impurities, amorphous Many heat treatments, so-called annealing treatments, are performed in crystallization from a crystalline semiconductor thin film.

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。
特開2001−210631号公報
In particular, a thin film crystallization technique is important for a thin film transistor formed on an insulator or an insulating film layer.
As a conventional thin film crystallization technique, a method of heating at a high temperature of 1000 ° C. to 600 ° C. for 2 hours to 20 hours using an electric furnace is known (for example, see Patent Document 1).
Alternatively, a laser annealing technique is known in which, for example, a semiconductor thin film is melted for a short time and solidified and crystallized using a pulse laser.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210631

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。
However, the method using an electric furnace has a problem that it takes a long time to stabilize at a required temperature and the workability is poor.
In addition, in the case of laser annealing, there is a restriction that the target heat-treated body material needs to be a material that exhibits high absorbability with respect to the wavelength light of the annealing laser light. There are limitations. Alternatively, there is a restriction that the wavelength of the laser to be used is restricted and a high-power laser or the like cannot be used.

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。   The present invention enables a required heat treatment for various heat-treated materials such as a semiconductor or a semiconductor device, such as an instantaneous heat treatment, and can reduce energy consumption with a simple configuration. A thermal head and a heat treatment apparatus are provided.

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。   The thermal head according to the present invention comprises a holding structure, and a light absorption heating element made of carbon that generates heat upon absorption of light energy, disposed on the side facing or facing the heat-treated body. An optical means for irradiating irradiation light for supplying the light energy is provided.

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。   As described above, in the thermal head according to the present invention, the light-absorbing heating element made of carbon is heated by light irradiation, and the target heat-treated body is thereby heat-treated, which constitutes the light-absorbing heating element. Since carbon has high heat resistance and a wide absorption wavelength range, it has a high degree of freedom in wavelength of irradiation light and can be heated at high temperatures.

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。
Further, the present invention is the above-described thermal head according to the present invention, wherein the irradiation light optical means emits the irradiation light from the light source unit to the contact or opposite side of the light-absorbing heating element with the heat-treated body. And an optical system that leads to the light absorption heating element from the opposite side.
Further, the present invention is the above-described thermal head according to the present invention, wherein the optical means of the irradiation light has a light source part, and the light source part is directly connected to the light absorption heating element. And
Further, the present invention is the above-described thermal head according to the present invention, wherein the light absorption heating element is formed on a transparent substrate having high heat resistance and held by the holding structure.

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。   Further, the present invention is the above-described thermal head according to the present invention, wherein the light absorption heating element is heated in pulses, and the pulsed heating is performed by supplying light energy to the light absorption heating elements by pulse light irradiation. Or a light irradiation position on the light absorption heating element is moved intermittently or a combination thereof.

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。
Further, the present invention is the above-described thermal head according to the present invention, wherein the light irradiation time length of the pulsed light irradiation is selected from 0.1 μs to 10 s.
Further, the present invention is the above-described thermal head according to the present invention, wherein the wavelength of the irradiation light with respect to the light absorption heating element is 0.2 μm to 1.5 μm.
Further, the present invention is the above-described thermal head according to the present invention, wherein a heat-resistant and oxidation-resistant protective film is coated on the surface of the light-absorbing heating element that contacts or faces the heat-treated body. It is characterized by.

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。
The thermal head has a thermal head and a thermal head, and the thermal head is arranged such that a light absorption heating element made of carbon that generates heat by absorbing light energy is in contact with or opposite to the thermal process object. It consists of
An optical means for irradiating the light absorption heating element with irradiation light for supplying the light energy is provided.

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。
Further, the heat treatment apparatus according to the present invention is the above-described heat treatment apparatus, wherein the arrangement portion of the object to be heat-treated and the thermal head have at least a moving mechanism that moves relatively in the state of facing or facing each other. It is characterized by having either one.
Further, the present invention is the above-described heat treatment apparatus, wherein the contact or facing area of the light absorption heating element with the heat treatment body is selected larger than the heat treatment region of the heat treatment body, and the light energy The light irradiating position for providing the light is configured to move with respect to the light absorption heating element.

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。   In the present invention, the carbon constituting the light-absorbing heating element can be composed of pure carbon, but it may be carbon having a trace amount of contaminants such as hydrogen mixed during the production of the film. It is.

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。
As described above, according to the thermal head of the present invention, the light-absorbing heating element made of carbon is heated by light irradiation, thereby heat-treating the target heat-treated body. However, carbon has a heat resistance of 2000. It has excellent heat resistance of from 5,000 to 5,000 ° C., and has a light absorptivity with respect to a wavelength of 0.2 μm to 1.5 μm ranging from ultraviolet to infrared.
Therefore, a target heat-treated body in which the target heat-treated body material in the case where laser annealing is directly performed on the heat-treated body is required to be a material having high absorbability with respect to the wavelength of the annealing laser beam. Material constraints and laser wavelength limitations are greatly improved. This makes it possible to use a laser that can obtain high output or high energy, and can stably and instantaneously heat the light-absorbing heating element, and hence stable and instantaneously heat the object to be heat-treated. And an energy saving effect can be obtained.

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。   Further, since the heat treatment apparatus according to the present invention is performed by a thermal head separate from the heat-treated body, the light-absorbing heat-generating body is covered with the heat-absorbing heat-generating body as in the case where the light-absorbing heat-generating body is attached to the heat-treated body. Adhering to the heat-treated body and further removing it after the heat treatment avoids the labor and the risk of damage and fouling in the heat-treated body.

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。
Hereinafter, embodiments of a thermal head and a heat treatment apparatus according to the present invention will be described by way of example. However, the present invention is not limited to this.
FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a heat treatment apparatus according to the present invention having a thermal head according to the present invention.
This heat treatment apparatus includes an arrangement portion 100 for the heat-treated body 1 and a thermal head 2.

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。
The thermal head 2 is configured such that a light-absorbing heating element 4 made of carbon that generates heat by absorbing light energy is arranged on a holding structure 3 such as a housing on the side facing or facing the heat-treated body 1. Further, an optical means 6 for irradiating irradiation light 5 for supplying light energy to the light absorption heating element 4 is provided. This optical means 6 has an optical system such as a condensing lens for guiding the irradiation light 5 to the light absorption heating element 4 from the opposite side of the light absorption heating element 4 facing or facing the heat-treated body 1. The optical system is disposed and held in the holding structure 3.
In the example of FIG. 1, the irradiation light optical means 6 includes a light source unit 7 of the irradiation light 5, for example, a laser light source, and the light source unit 7 is disposed and held in the holding structure 3.
The light absorption heating element 4 is disposed on a transparent substrate 9 having high heat resistance and high transmittance with respect to irradiation light held by the holding structure 3.

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。
The arrangement portion 100 of the heat-treated body 1 and the thermal head 2 have at least a moving mechanism that relatively moves the light absorption heating element 4 of the thermal head 2 in contact with or facing the heat-treated body 1. Have either one.
In FIG. 1, as indicated by an arrow on the base 10, on a moving stage 11 configured to move in one direction along the heat-treated body 1 or in a direction indicated by the arrow and in two directions orthogonal thereto. Be placed.

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。
In this configuration, irradiation light 5 from the light source unit 7, for example, laser light, for example, excimer laser light, is irradiated to the light absorption heating element 4 made of carbon through an optical system. Since this light absorption heating element 4 has a high light absorptivity with respect to this laser light, this irradiation light 5 is efficiently absorbed by the light absorption heating element 4 and its light energy is converted into heat, and light absorption heat generation. The body 4 generates heat instantaneously.
And this heat is given to the light absorption heat generating body 4, and this is heat-processed. The heat treatment position is scanned by the movement of the thermal head 2 by the moving stage 11, and for example, the entire area of the heat treatment object 1 can be heated. Along with this movement, the laser beam is turned on and off to be limited to a predetermined portion. Heat treatment can also be performed. In this case, as described above, the light-absorbing heating element 4 is instantaneously heated, so that a predetermined part of the heat-treated body can be accurately heated in a limited manner.

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。
FIG. 2 is a schematic sectional view of another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 1, the thermal head 2 is moved. However, as shown in FIG. 2, the thermal head 2 is held in a fixed state, and the heat-treated body 1 is placed on the moving stage 11. It can also be set as the arrangement.
In FIG. 2, parts corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. In this example, for example, the light source unit 7 is a laser light source and its spot is small. In this case, laser light, that is, irradiation light is directly introduced into the transparent substrate 9 that holds the light absorption heating element 4. In this case, the distance between the light absorption heating element 4 and the laser emission end is preferably 100 μm to 1 cm. However, by using a light guide such as an optical fiber, it is possible to make the length spatially acceptable, for example, 10 cm.

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。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the main part of still another embodiment of the present invention.
1 and 2, the light source unit 7 such as a laser light source is disposed in the holding structure 3 of the thermal head 2. However, as shown in FIG. Although not shown in the figure, for example, in the optical system 8 in the holding structure 3, the irradiation light can be introduced using a light guide such as an optical fiber.

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。
FIG. 4 is a schematic sectional view of still another embodiment of the present invention. 4, parts corresponding to those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and redundant description is omitted. In this embodiment, the light-absorbing heating element 4 is in contact with or opposed to the heat-treated body 1. This is a case where the area is selected to be equal to or larger than the area to be heat-treated of the body 1 to be heat-treated.
And as a structure which moves the light source part 7 with the movement stage 11, the heating part moves as a structure which the irradiation light spot, ie, the light irradiation position which gives light energy, moves intermittently with respect to the light absorption heat generating body 4. This is the case. This is a case where the heating position with respect to the object to be heat-treated 1 is moved, and the pulsed irradiation is substantially performed.

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。
In the above-described configuration, the light absorption heating element 4 is heated in a pulse manner. This pulsed heating is performed by supplying light energy to the light absorption heating element 4 by pulse light irradiation, moving the light irradiation position on the light absorption heating element 4 intermittently, for example, or a combination thereof.
The light irradiation time length of this pulsed light irradiation is preferably a short time in terms of energy saving. In the light-absorbing heating element 4, for example, a normal heat treatment temperature, for example, a heat treatment temperature of 600 ° C. to 1200 ° C. for a semiconductor is used. For the heating necessary to obtain the temperature, the light irradiation time length is selected from 0.1 μs to 10 s.
Moreover, the wavelength of the irradiation light with respect to the light absorption heat generating body 4 can be selected in the range of 0.2 micrometer-1.5 micrometers of the wavelength which the light absorption heat generating body 4 by this carbon has a high absorption factor.

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CH、アセチレンCH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。
The light absorption heating element 4 can be formed on a transparent substrate such as glass or quartz by, for example, a plasma CVD (chemical vapor deposition) method, a plasma sputtering method, an ionization vapor deposition method, or the like.
In the plasma CVD method, for example, methane CH 4 and acetylene C 2 H 2 are used as a raw material gas to decompose the gas by plasma discharge. In this example, the light-absorbing heating element is mainly composed of carbon but is a compound containing a trace amount of hydrogen. 4 is formed on the transparent substrate 9.
In the plasma sputtering method, for example, a carbon target is used, for example, argon, hydrogen, or a mixed gas thereof is used to generate high-energy ions by plasma discharge, and the ions collide with the target to cause carbon to pass through the transparent substrate 9. The light-absorbing heating element 4 made of carbon can be formed by sputtering on the surface.

イオン化蒸着法においては、例えばCHあるいはCH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、CHイオン、CH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。 In the ionized vapor deposition method, for example, CH 4 or C 2 H 2 is used, and this gas is heated and decomposed and ionized by, for example, energizing a heating filament to generate CH ions, CH 2 ions, and CH 3 ions. A magnetic field is applied to increase the ionization efficiency. And the light absorption heat generating body 4 is formed by ionization vapor deposition in the state which applied the required electric potential to the holding body holding the transparent substrate 9. In this case, the carbon contains a small amount of hydrogen.

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。
The thickness of the light absorption heating element 4 made of carbon is desirably 0.1 μm to 200 μm, which is a thickness for heating the heating element to a sufficiently high temperature within the heating time.
Then, as shown in FIG. 5A, the light absorption heating element 4 can be formed on the transparent substrate 9 as described above, but it is formed thick enough to maintain the mechanical strength itself. In this case, as shown in the cross-sectional view of FIG. 5B, the transparent substrate 9 is not provided, and the light absorption heating element 4 itself can carry the structure.

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。
The distance between the light-absorbing heating element 4 and the heat-treated body 1 of the thermal head 2 is about 500 μm or less and as close as possible so that the heat generated by the light-absorbing heating element 4 is effectively given to the heat-treated body 1 by conduction or radiation. It is desirable to perform the intended heat treatment.
The distance between the light absorption heating element 4 and the heat-treated body 1 can be automatically controlled by providing a mechanism for measuring the distance.

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SiO、SiN、AlN、SiC、TiN、Mo,W、Ta等によって形成することができる。 Although not shown, the surface of the light-absorbing heating element 4 that is in contact with or opposite to the heat-treated body 1 may be coated with a heat-resistant and oxidation-resistant protective film to improve the durability of the light-absorbing heating element 4. it can. This protective film can be formed of, for example, SiO 2 , SiN, AlN, SiC, TiN, Mo, W, Ta, or the like.

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。   The thermal head and heat treatment apparatus according to the present invention can be applied to various heat treatments. For example, in the semiconductor field, an object to be heat-treated is a semiconductor layer formed on a semiconductor substrate or an insulating substrate, for example, an activation heat treatment having p-type impurities and n-type impurities introduced by ion implantation or the like, or amorphous. It can be applied to crystallization heat treatment of a crystalline semiconductor, improvement of interface state, heat treatment such as defect repair.

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。   As described above, in the present invention, since the heat treatment for the object to be heat treated is performed by a thermal head separate from the object to be heat treated, the size, material, and heat treatment conditions of the object to be heat treated are determined. The constraints are greatly improved. In particular, because the heating part is a light-absorbing heating element made of carbon, the absorption wavelength range is wide as described above, so it is possible to use a light source that can obtain large energy and power, enabling instantaneous heating, and efficient operation. In addition, stable heat treatment can be performed. Thereby, the energy saving effect can be enhanced.

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。   In addition, since the thermal head is separated from the heat-treated body, the light-absorbing heat-generating body is attached to the heat-treated body, as in the case where the light-absorbing heat-generating body is attached to the heat-treated body, Furthermore, by removing this after the heat treatment, there are many advantages such as labor and avoidance of damage, fouling and the like in the object to be heat treated.

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。It is a schematic sectional drawing of an example of the heat processing apparatus by this invention which has the thermal head by this invention. 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。It is a schematic sectional drawing of an example of the heat processing apparatus by this invention which has the thermal head by this invention. 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。It is a schematic sectional drawing of the principal part of an example of the heat processing apparatus by this invention which has the thermal head by this invention. 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。It is a schematic sectional drawing of an example of the heat processing apparatus by this invention which has the thermal head by this invention. 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。A and B are schematic sectional views of the light-absorbing heating element of the device of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

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   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat-treated body, 2 ... Thermal head, 3 ... Holding structure, 4 ... Light absorption heating element, 5 ... Irradiation light, 6 ... Optical means, 7 ... Light source part, 8 ... Optical system , 9 ... Transparent substrate, 10 ... Base, 11 ... Stage

Claims (11)

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。
In the holding structure, a light absorption heating element made of carbon that generates heat by absorption of light energy is arranged on the side facing or facing the heat-treated body, and
A thermal head comprising optical means for irradiating the light absorption heating element with irradiation light for supplying the light energy.
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。
The optical means for the irradiation light has an optical system for guiding the irradiation light from the light source unit to the light absorption heating element from a side opposite to the side where the light absorption heating element is in contact with or opposite to the heat-treated body. The thermal head according to claim 1.
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。
The optical means of the irradiation light has a light source part,
The thermal head according to claim 1, wherein the light source unit is directly connected to the light absorption heating element.
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。
The thermal head according to claim 1, wherein the light absorption heating element is formed on a transparent substrate having high heat resistance and held by the holding structure.
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。
The light absorption heating element is heated in pulses,
The pulsed heating is performed by supplying light energy to the light-absorbing heating element by pulsed light irradiation, moving the light irradiation position on the light-absorbing heating element intermittently, or a combination thereof. The thermal head according to claim 1.
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。
2. The thermal head according to claim 1, wherein a light irradiation time length of the pulsed light irradiation is selected from 0.1 [mu] s to 10 seconds.
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。
2. The thermal head according to claim 1, wherein a wavelength of irradiation light with respect to the light absorption heating element is 0.2 μm to 1.5 μm.
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。
2. The thermal head according to claim 1, wherein a heat-resistant and oxidation-resistant protective film is coated on a surface of the light-absorbing heat generating member facing or facing the heat-treated body.
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。
It has an arrangement part of a body to be heat-treated and a thermal head,
The thermal head is configured such that a light-absorbing heating element made of carbon that generates heat by absorbing light energy is disposed so as to contact or face the heat-treated body,
A heat treatment apparatus comprising optical means for irradiating the light absorption heating element with irradiation light for supplying the light energy.
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。
10. The heat treatment according to claim 9, wherein the arrangement portion of the object to be heat-treated and the thermal head have a moving mechanism that relatively moves in a state of being in contact with or facing each other. apparatus.
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。
The contact or facing area of the light-absorbing heat generating body with the heat-treated body is selected to be larger than the heat-treated region of the heat-treated body, and the light irradiation position for applying the light energy is relative to the light-absorbing heat-generating body. The heat treatment apparatus according to claim 9, wherein the heat treatment apparatus is configured to move.
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