Bei der Blitzlampenausheilung (FLA; engl. Flash Lamp Annealing) wird ein Energiespeicher über eine einzelne Blitzlampe oder ein Feld von Blitzlampen entladen. Der dadurch entstehende Lichtpuls wird vom Substrat oder Wafer absorbiert und in Wärme umgewandelt. Abb. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer FLA Kammer. Der Reflektor maximiert die Lichtintensität auf der Vorderseite des Substrats, während ein optional vorhandenes Vorheizsystem auf der Rückseite (meist Heizplatte oder Halogenlampen) das Substrat vorheizt. Dadurch können höhere Maximaltemperaturen erreicht und thermische Spannungen reduziert werden.

Abb. 1 Schematischer Aufbau einer FLA Kammer ©HZDR
Abb. 2. Typischer Verlauf eines Strom- oder Lichtpulses ©HZDR

Die Entladung des Energiespeichers erzeugt einen Strompuls, der in der Blitzlampe in einen Lichtpuls umgewandelt wird (Abb. 2). Pulszeit und Pulsform werden im Wesentlichen durch die elektrotechnische Beschaltung des Energiespeichers (z.B. eine bestimmte Spulen-Kondensator-Kombination) bestimmt. Typische Pulszeiten liegen im Bereich einiger 100 µs bis einige 10 ms. Die Pulszeit entspricht näherungsweise der Halbwertsbreite des Licht- oder Strompulses.

 

Der Lichtpuls zeigt ein breitbandiges Spektrum vom UV bis in den nahen Infrarotbereich mit einem Maximum im blau-grünen Spektralbereich (Abb. 3). Mit zunehmender Intensität des Lichtpulses gibt es eine leichte Verschiebung in den UV Bereich. Bei einer UV-Unverträglichkeit des Substrates kann der UV Anteil herausgefiltert werden.

Abb. 3: Typisches Spektrum einer Blitzlampe ©HZDR
Abb. 4: Temperaturverlauf während einer FLA Ausheilung ©HZDR

Der Lichtpuls wird i.d.R. in sehr oberflächennahen Bereichen des Substrates absorbiert. Gleichzeitig wird die erzeugte Wärme durch Wärmeleitung in Richtung Rückseite abgeleitet. Im Ergebnis steigt die Temperatur an der Oberfläche des Substrates an, erreicht einen Maximalwert Tmax und fällt dann auf einen Gleichgewichtswert Tequ ab (Abb. 4). Im Gegensatz dazu steigt die Temperatur auf der Rückseite kontinuierlich bis auf Tequ. Damit ist die Temperaturbelastung der Rückseite deutlich geringer als die der Vorderseite. Der Unterschied zwischen Vorder- und Rückseite ist umso größer, je kürzer die Pulszeit und je kleiner die thermische Leitfähigkeit des Substrates sind.