JP2001247962A

JP2001247962A - 基板処理装置及び方法

Info

Publication number: JP2001247962A
Application number: JP2000062242A
Authority: JP
Inventors: Toshio Kudo; 利雄工藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-07
Filing date: 2000-03-07
Publication date: 2001-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】平坦な膜を形成することができ、溝や穴の埋
め込みが容易な基板処理装置及び方法を提供すること。【解決手段】イオンプレーティングユニットによって
基板Ｗ上に金属膜ＭＬを形成すると、金属が微小な液滴
状となって基板Ｗ上に付着し、ドロップレットＤＬを形
成することがある。このようなドロップレットＤＬは、
基板Ｗ上に高アスペクト比で形成された溝ＴＲを埋める
ことなく、溝ＴＲの開口を塞ぐ（図４（ａ））。熱処理
ユニットによって基板Ｗ上の金属膜ＭＬをアニールする
と、ドロップレットＤＬが流体化し、溝ＴＲを完全に埋
めることになる（図４（ｂ））。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、プラズマビーム
を用いて成膜等の処理を行う基板処理装置及び方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】成膜を行うための装置として、例えば圧
力勾配型のプラズマガンからのプラズマビームをハース
に導き、ハース上の蒸発ルツボ中の蒸着物質を蒸発・イ
オン化し、このように蒸発・イオン化した蒸着物質をハ
ースと対向して配置された基板の表面に付着させるイオ
ンプレーティング装置が知られている。

【０００３】特開平７−１３８７４３号公報には、この
種のイオンプレーティング装置において、ハース内に配
置された棒磁石とハースの周囲に同心に配置された永久
磁石とからなる入射ビーム方向調整手段を組み込むこと
によってハースの入射面上方にカスプ磁場を形成するも
のが開示されている。このイオンプレーティング装置で
は、ハース上方のカスプ磁場によってハースに入射する
プラズマビームを修正し、プラズマビームをハースの真
上から直線的に入射させるので、基板の表面に形成され
る膜の厚みを均一にすることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のイオン
プレーティング装置で金属等の物質を蒸発させる場合、
蒸着物質が微小な粒子又は液滴状となって蒸発ルツボか
ら飛び出してそのまま基板上に付着することがある。こ
のような付着物はスプラッシュやドロップレットと呼ば
れ、膜上に局所的な突起を形成するので、微小であって
も平坦な成膜が困難になるだけでなく、高アスペクト比
の溝や穴に対し金属の配線膜を形成する用途では、溝や
穴が完全には埋め込まれない場合がある。また、成膜に
際して溝や穴にボイドが形成され、最終的に得られる配
線の電気特性を劣化させる場合もある。

【０００５】さらに、上記のイオンプレーティング装置
で半達体材料等の成膜を行う場合、膜表面上のスプラッ
シュやドロップレットによって、基板上に形成される膜
の結晶状態を十分に制御することができないことがあ
り、得られたデバイスの特性が劣化する。例えばシリコ
ン（Ｓｉ）等の半導体材料の成膜では、形成された半導
体層がアモルファス状となり、高い移動度を示す良好な
電気特性の半導体膜が得られていない。

【０００６】そこで、本発明は、平坦な膜を形成するこ
とができ、溝や穴の埋め込みが容易な基板処理装置及び
方法を提供することを目的とする。

【０００７】また、本発明は、基板上に形成される膜の
結晶状態を制御してより良好な特性を有する膜を形成し
得る基板処理装置及び方法を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の基板処理装置は、(a)プラズマビームを成
膜室中に供給するプラズマ源と、膜材料を収容可能な材
料蒸発源を有するとともに前記成膜室中に配置されて前
記プラズマビームを導くハースと、前記成膜室中で前記
ハースに対向して基板を保持する保持手段とを有する成
膜ユニットと、(b)処理室中に配置された基板上に形成
された膜を加熱するためのレーザ光を発生するレーザ光
源と、前記レーザ光を所定のビーム形状にして前記基板
上に入射させるビーム整形光学系とを有する熱処理ユニ
ットとを備える。

【０００９】上記装置では、熱処理ユニットが、処理室
中に配置された基板上に形成された膜を加熱するための
レーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光を所定のビ
ーム形状にして基板上に入射させるビーム整形光学系
と、前記レーザ光を基板上で低温で走査させる走査手段
とを有するので、成膜ユニットによって得られた膜の状
態を簡易に改善することができる。すなわち、成膜ユニ
ットによる成膜に際してドロップレットやスプラッシュ
が形成された場合にも、所定のビーム形状を有するレー
ザ光の走査によって形成直後の膜に対して局所的アニー
ルの走査が行われ、基板全体を高温化することなくドロ
ップレットやスプラッシュを簡易に平坦化することがで
きる。また、成膜ユニットにおいて所望の状態に結晶化
した膜が得られなかった場合にも、所定のビーム形状を
有するレーザ光の走査によって形成直後の膜に対して局
所的アニールの走査が行われ、基板全体を高温化するこ
となく膜の結晶状態を簡易に制御することができる。

【００１０】上記基板処理装置の好ましい態様では、前
記成膜ユニットから成膜済みの基板を搬出するとともに
当該成膜済みの基板を前記熱処理ユニットに搬入する搬
送装置をさらに備える。

【００１１】上記装置では、基板への成膜と形成された
膜のレーザアニールとを一連の処理として円滑かつ迅速
に行うことができる。

【００１２】上記基板処理装置の好ましい態様では、前
記成膜ユニットが、磁石及びコイルの少なくとも一方を
前記ハースの周囲に環状に配置してなるとともに前記ハ
ースの近接した上方の磁界を制御する磁場制御部材をさ
らに備え、前記プラズマ源が、圧力勾配型のプラズマガ
ンである。

【００１３】上記装置では、磁場制御部材によってハー
スに入射するプラズマビームをカスプ状磁場で修正して
より均一な厚みの膜を形成することができる。

【００１４】上記基板処理装置の好ましい態様では、ビ
ーム整形装置が、所定のビーム形状として線条のビーム
を形成するホモジナイザであり、走査手段が、線条ビー
ムの長手方向に対して所定角度を成す方向に基板を移動
させる移動ステージを含む。

【００１５】この場合、走査装置である移動ステージが
線条ビームの長手方向に対して所定角度を成す方向に基
板を移動させるので、効率的で均一なレーザアニールが
可能になる。

【００１６】上記基板処理装置の好ましい態様では、前
記膜材料が、金属若しくは合金の配線材料であり、前記
熱処理ユニットが、前記基板上に形成された配線膜を軟
化させて形状的な均一化を行う。

【００１７】上記装置では、前記熱処理ユニットが前記
基板上に形成された配線膜を軟化させて形状的な均一化
を行うので、平坦で均一な配線膜を形成することができ
る。特に、高アスペクト比の溝や穴に対し金属の配線膜
を形成する用途等において、ドロップレットやスプラッ
シュが溝や穴の開口部を塞いだ場合や、溝や穴にボイド
が形成された場合にも、熱処理ユニットにおける上記の
ような基板全体としては低温のレーザアニールによって
開口部付近の配線膜を流動化することができるので、溝
や穴を完全に埋め込むことができ、配線工程に関する歩
留りを高めることができる。しかも、大きな起伏である
ドロップレット等を平坦化することができるので、後の
ＣＭＰ（化学的機械研磨法）の工程が迅速となり、配線
形成の処理のスループットが高まる。なお、ドロップレ
ットやスプラッシュとは、プラズマと溶融した配線材料
との相互作用や、配線材料の融液中で発生したガスによ
り、融液の表面から小さな液滴が飛び出すことによって
形成されるものであり、かかる液滴が基板表面に付着す
ることによってできる形状的不均一（凹凸）を意味す
る。

【００１８】上記基板処理装置の好ましい態様では、前
記膜材料が、半導体材料であり、前記熱処理ユニット
が、前記基板上に形成された半導体膜の結晶化の状態を
調節する。

【００１９】上記装置では、前記熱処理ユニットが前記
基板上に形成された半導体膜の結晶化の状態を調節する
ので、ガラス基板上にＳｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ等の半導体
膜を形成する用途等において、所望の状態に結晶化した
半導体膜を得ることができる。特に、プラズマビームを
用いた場合、配線膜の場合と同様に迅速な成膜が可能で
あるだけでなく、下地を浄化するセルフクリーニング効
果が期待できるので、ステップカバレージがよく、結果
的に得られる半導体膜が比較的高い配向性を示す。ま
た、水素レスの半導体膜では、脱水素処理を省略して結
晶化が可能である。よって、プラズマビームを利用して
形成した半導体膜を真空を破らずに上記のようなレーザ
アニールによって処理することにより、極めて良好な特
性を有する半導体膜を簡易に得ることができる。

【００２０】上記基板処理装置の好ましい態様では、前
記熱処理ユニットが、前記基板に形成された膜を熱処理
する領域を制御する処理範囲制御手段をさらに備える。

【００２１】上記装置では、処理範囲制御手段が前記基
板に形成された膜を熱処理する領域を制御するので、所
望の領域で膜の状態を改善できる。例えば、配線膜や半
導体膜を形成する場合、要求される電気特性に応じ、高
い膜質を要求される領域のみに必要なレーザアニールを
施すことで迅速な処理を達成できる。

【００２２】上記基板処理装置の好ましい態様では、前
記成膜ユニットが、前記成膜室中の雰囲気を設定すると
ともに前記基板の温度を調節する手段をさらに備える。

【００２３】上記装置では、雰囲気や温度を制御しなが
ら成膜を行えるので、膜中の成分や結晶状態をより精密
に制御することができる。

【００２４】また、本発明の基板処理方法は、(a)陽極
として配置された材料蒸発源に向けてプラズマビームを
供給することによって前記材料蒸発源の膜材料を蒸発さ
せて基板上に膜を付着させる成膜工程と、(b)前記基板
上に所定のビーム形状のレーザ光を入射させることによ
って前記基板上に付着した膜を熱処理する熱処理工程と
を備える。

【００２５】上記方法では、熱処理工程で、前記基板上
に所定のビーム形状のレーザ光を入射させることによっ
て前記基板上に付着した膜を熱処理するので、成膜ユニ
ットによって得られた膜の状態を簡易に改善することが
できる。すなわち、成膜ユニットによる成膜に際してド
ロップレットやスプラッシュが形成された場合にも、こ
れらを簡易に平坦化することができる。また、成膜ユニ
ットにおいて所望の状態に結晶化した膜が得られなかっ
た場合にも、膜の結晶状態を簡易に制御することができ
る。

【００２６】上記基板処理方法の好ましい態様では、前
記成膜工程で、前記膜材料として金属若しくは合金を用
いて前記基板上に配線膜を形成し、前記熱処理工程で、
当該配線膜を軟化させて形状的な均一化を行う。

【００２７】上記方法では、前記熱処理工程でユニット
が前記基板上に形成された配線膜を軟化させて形状的な
均一化を行うので、平坦で均一な配線膜を形成すること
ができる。

【００２８】上記基板処理方法の好ましい態様では、前
記成膜工程で、前記膜材料として半導体を用いて前記基
板上に半導体膜を形成し、前記熱処理工程で、当該半導
体膜を結晶化する。

【００２９】上記方法では、前記熱処理工程で当該半導
体膜を結晶化するので、ガラス基板上に半導体膜を形成
する用途等において、所望の状態に結晶化した半導体膜
を得ることができる。

【００３０】上記基板処理方法の好ましい態様では、前
記熱処理工程で、前記基板上の膜を所定の領域で多結晶
化する。

【００３１】上記方法では、前記基板上の膜を所定の領
域で多結晶化するので、所望の領域で膜の状態を改善で
きる。

【００３２】また、本発明のマイクロデバイスは、上記
基板処理方法によって形成した膜からなる配線、若しく
はｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴ等の半導体素子を備える。

【００３３】上記マイクロデバイスは、上記基板処理方
法を利用することによって得られるので、歩留りが高く
優れた電気特性を有する。

【００３４】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１は、本発明
に係る第１実施形態の基板処理装置の全体構造を示す平
面図である。この基板処理装置は、半導体ウェハ等の基
板に一連の処理工程を一括して行うクラスタツールタイ
プの半導体処理装置であり、基板Ｗに所定の処理を施す
複数の処理装置として、搬送装置１０を中心に、基板Ｗ
の表面クリーニングを行うクリーニングユニット１１
と、基板Ｗにイオンプレーティングを利用した成膜を行
う成膜ユニットであるイオンプレーティングユニット１
２と、基板Ｗの温度を調節する温調ユニット１３と、基
板Ｗにレーザを利用した熱処理（アニール）を行う熱処
理ユニット１４と、２つの搬出入室１５、１６とを備え
る。

【００３５】クリーニングユニット１１は、基板Ｗに前
処理を施すためのものであり、図示を省略するが、基板
Ｗを支持して加熱する加熱プレート、基板Ｗを加熱プレ
ートとともに収容するチャンバ、基板Ｗの周囲を真空に
吸引する真空ポンプ等を備える。このクリーニングユニ
ット１１は、熱処理するものに限定されない。例えば基
板Ｗの表面をアルゴン等の粒子でスパッタリングする装
置とすることもできる。さらに、クリーニングユニット
１１自体を省略することもできる。すなわち、上記のイ
オンプレーティングユニット１２を利用したイオンプレ
ーティングによれば、成膜前に下地の表面をクリーニン
グするセルフサーフェスクリーニング効果があるので、
極めて汚染されている基板Ｗを取り扱うような特別の場
合を除き、通常はクリーニングユニット１１を設ける必
要がない。

【００３６】イオンプレーティングユニット１２は、後
に詳細に説明するが、材料蒸発源に向けてプラズマビー
ムを供給することによって材料蒸発源の膜材料を蒸発さ
せ、蒸発した材料の膜を基板Ｗ上に付着させるためのも
のである。

【００３７】温調ユニット１３は、イオンプレーティン
グユニット１２等に基板Ｗを搬入する直前に基板Ｗを適
当な温度に暖めたり、イオンプレーティングユニット１
２等から搬出した直後の基板Ｗを適当な速度で冷却する
ためのものであり、図示を省略するが、基板Ｗを載置し
て加熱・冷却する温調プレート等を備える。

【００３８】熱処理ユニット１４は、後に詳細に説明す
るが、所定のビーム形状のレーザ光を基板Ｗ上で走査す
ることによって基板Ｗ上に付着した膜を熱処理するため
のものである。

【００３９】搬出入室１５、１６は、基板処理装置の外
部との間で基板Ｗをやりとりするためのもので、複数の
基板Ｗを収納するカセットＣＡを載置するカセットステ
ージ、このカセットステージを昇降移動させるステージ
駆動装置等を備える。

【００４０】なお、搬送装置１０と各処理装置１１〜１
４は、ゲート弁２４を介して開閉可能に接続されてお
り、搬送装置１０と各搬出入室１５、１６も、ゲート弁
２５を介して搬送装置１０と開閉可能に接続されてい
る。なお、搬送装置１０を構成する搬送室の中央には多
関節型の搬送手段である搬送用真空ロボット２６が配置
されており、この搬送装置１０の周囲に固定された処理
装置１１〜１４や搬出入室１５、１６との間で基板Ｗの
受け渡しが可能になっている。

【００４１】以下、図１に示す基板処理装置の動作につ
いて説明する。この基板処理装置で処理すべき未処理の
基板Ｗを収納するカセットＣＡは、一旦搬出入室１５、
１６のいずれかに搬入され、ここで一時的に保管され
る。その後、搬送装置１０に設けた搬送用真空ロボット
２６によって、搬出入室１５、１６中に配置したカセッ
トＣＡ中の基板Ｗを一枚一枚搬送装置１０内部に取り込
み、続いて各処理装置１１〜１４の内部に順次搬送す
る。これらの処理装置１１〜１４では、必要な成膜、ア
ニール等が所望の手順で進行する。

【００４２】具体的な処理手順について説明すると、ま
ずイオンプレーティングユニット１２で、プラズマビー
ムを利用して膜材料を蒸発させるとともに材料蒸気をイ
オン化させて基板Ｗ上に所望の膜を形成する。

【００４３】なお、成膜前の基板Ｗを洗浄する必要があ
る場合、イオンプレーティングユニット１２で成膜する
前にクリーニングユニット１１で基板Ｗを加熱して基板
Ｗ表面に吸着した汚染物質を脱離する。また、スループ
ットが優先される場合、イオンプレーティングユニット
１２で成膜する前後に、温調ユニット１３で成膜前の基
板Ｗを予め適当な温度に加熱し、或いは成膜後の比較的
高温の基板Ｗを適当な速度で冷却し常温にすることもで
きる。

【００４４】次に熱処理ユニット１４で、レーザ光の線
条ビームを基板Ｗ上で走査することによって基板Ｗ上に
形成された膜を一端側から他端側に向けて一様にアニー
ルする。

【００４５】必要な処理が終了した基板Ｗは、搬送装置
１０を経て一旦搬出入室１５、１６に搬入され、カセッ
トＣＡに順次収納される。搬出入室１５、１６中の処理
済みの基板Ｗを収容したカセットＣＡは、適当なタイミ
ングで基板処理装置外に搬出される。

【００４６】図２は、図１に示す搬送装置１０及びイオ
ンプレーティングユニット１２の構造を説明する図であ
る。

【００４７】搬送用真空ロボット２６は、伸縮するとと
もに中心軸ＣＸの回りに回転可能であるアーム２６ａ
と、アーム２６ａの先端に固定されて基板Ｗを支持する
ハンド２６ｂとを備える。基板Ｗを支持するハンド２６
ｂは、アーム２６ａに送られて、周囲のイオンプレーテ
ィングユニット１２等の内部に基板Ｗを進退させること
ができる。

【００４８】イオンプレーティングユニット１２は、真
空気密を保ち得る密閉構造の成膜室４１で構成される。
成膜室４１内部の下方には、蒸発物質を収容する凹部を
有する蒸発物質源でありかつ陽極であるハース４２ａ
と、このハース４２ａを中心としてその周囲に環状に配
置される環状補助陽極４２ｂとからなる陽極部材４２の
ほか、磁場制御部材として環状補助陽極４２ｂの直下に
配置される環状磁石４２ｃが配置されている。成膜室４
１の下部側壁の一側面には、成膜室４１の内部を臨むよ
うにプラズマ源であるプラズマガン４３が設けられてい
る。このプラズマガン４３は、特開平８−２３２０６０
号公報等に開示されている圧力勾配型のプラズマガンで
あり、モリブデン製の外筒とＡｒ等のキャリアガスを導
入するタンタル製の内パイプとからなる２重円筒の一端
を円盤状の陰極で固定し他端にＬａＢ₆製の円盤を配置
することによって形成したガン本体４３ａと、ガン本体
４３ａから出射するプラズマビームを引き出す電極とし
ての役割とともにプラズマビームを収束させる役割を有
する環状の電磁極部４３ｂと、電磁極部４３ｂを成膜室
４１に連結する筒状部４３ｃとを備える。また、プラズ
マガン４３は、筒状部４３ｃの周囲にプラズマビームを
成膜室４１内に導くための環状のステアリングコイル４
３ｄを有している。

【００４９】成膜室４１の上部であってプラズマガン４
３上方には、成膜室４１中を適当な真空度に維持する排
気系４５が設けられている。この排気系４５は、排気室
４５ａと、排気遮断弁４５ｂと、高真空用排気ポンプ４
５ｃとから構成される。なお、排気系４５の近くには、
成膜室４１中のガス雰囲気を適宜設定するガス供給制御
装置５６を設けている。このガス供給制御装置５６は、
成膜室４１のガス雰囲気を計測しつつ、成膜室４１中に
Ａｒ、Ｎ₂、Ｈ₂、Ｏ₂、ＣＨ₄等の所望の雰囲気ガスを所
望の密度で供給できるようになっている。

【００５０】成膜室４１の中間部であってプラズマガン
４３と排気系４５との間の側壁には、成膜室４１中で基
板Ｗを保持するチャック５０を必要なタイミングで動作
させるチャック駆動機構５１が設けられている。このチ
ャック駆動機構５１は、チャック５０を基板Ｗを保持す
る保持状態と基板Ｗの保持を解除する解除状態との間で
開閉動作させることができるとともに、基板Ｗを保持し
た保持状態のチャック５０をその場で基板Ｗの中心線の
回りに回転させることができる。なお、チャック５０
は、一対の開閉可能なハンド（図示を省略）からなり、
これらが閉状態にあるとき上記の保持状態となり、開状
態にあるとき上記の解除状態となる。

【００５１】成膜室４１内部の上方には、成膜中におけ
る基板Ｗの温度や電位を調節する温度調節部材５３が配
置されている。この温度調節部材５３は、温調板駆動機
構５４によって上下に駆動され、チャック５０に保持さ
れた基板Ｗの上面（裏面）に接して基板Ｗの温度や電位
を調節する下方の動作位置と、チャック駆動機構５１に
よる基板Ｗの反転を許容する上方の待避位置（図示の状
態）との間で進退可能である。

【００５２】以下、動作について説明する。搬送用真空
ロボット２６のハンド２６ｂは、イオンプレーティング
ユニット１２中に基板Ｗを被処理面すなわち成膜面を上
向きにして搬入し、この基板Ｗを水平状態のチャック５
０の直下に配置する。この状態で、チャック５０が離間
して解除状態となると、ハンド２６ｂは、基板Ｗととも
に上昇し、基板Ｗをチャック５０の高さまで上昇させ
る。この状態で、チャック５０が閉じて保持状態となる
と、チャック５０によって基板Ｗの縁が支持される。そ
の後、ハンド２６ｂは、一旦わずかに降下し、イオンプ
レーティングユニット１２外に退出する。

【００５３】次に、温度調節部材５３が最上端の待避位
置まで移動しているか否かを確認し、温度調節部材５３
が待避位置にないときは温調板駆動機構５４を駆動して
温度調節部材５３を最上端の待避位置まで移動させ、被
処理面すなわち成膜面を上にしてチャック５０に保持さ
れた状態の基板Ｗを水平軸回りに回転させる。これによ
り、基板Ｗは反転し、成膜面が下向きとなる。次に、温
度調節部材５３が最下端の動作位置に移動し、成膜面を
下向きとして配置された基板Ｗの上面（裏面）に温度調
節部材５３の下面が一様に接して基板Ｗの温度や電位が
調節される。

【００５４】イオンプレーティングによる成膜は、この
ように成膜面を下向きとし所望の温度や電位に調節され
た状態の基板Ｗに対して行われる。具体的な成膜につい
て説明すると、ハース４２ａの凹部には、Ｃｕ等の配線
金属である蒸発物質が加熱され溶融状態で溜まってい
る。この状態で、プラズマガン４３からのプラズマビー
ムを環状補助陽極４２ｂに入射させている待機状態から
ハース４２ａに入射させる成膜状態にスイッチする。こ
れにより、基板Ｗの下面すなわち被処理面に金属被膜が
形成され成長する。基板Ｗの被処理面に形成された膜が
所定の膜厚になった段階で、プラズマビームを環状補助
陽極４２ｂに入射さる待機状態にスイッチする。以上に
より、基板Ｗの被処理面への薄膜形成処理は終了する。
なお、本実施形態のプラズマガン４３を用いることによ
り、強力なプラズマビームを連続的に安定して供給する
ことができ、基板Ｗ上に高品質の膜が迅速に形成される
ことになる。また、環状磁石４２ｃによってハース４２
ａの上方にカスプ磁場を形成しハース４２ａに入射する
プラズマビームを修正するので、基板Ｗ上により均一な
厚さの膜が形成されることになる。

【００５５】なお、イオンプレーティングユニット１２
を利用したイオンプレーティングには、成膜の開始に際
して下地のバリア膜等の表面に付着した汚染物質を除去
するセルフサーフェスクリーニング効果がある。このセ
ルフサーフェスクリーニング効果を利用すれば、（１１
１）配向性が良い膜を形成することができ、特に金属配
線用の膜を形成する場合、導電性が高くエレクトロマイ
グレーション耐性がある配線膜となる。

【００５６】次に、温調板駆動機構５４は、温度調節部
材５３を最上端の待避位置に移動させる。チャック駆動
機構５１は、チャック５０を回転させて基板Ｗを反転さ
せ成膜面を上側にする。この状態で、ハンド２６ｂは、
イオンプレーティングユニット１２内に進入し、基板Ｗ
を支持するチャック５０の直下に移動する。次に、ハン
ド２６ｂは、基板Ｗの裏面にほとんど接するまで上昇す
る。この状態で、チャック５０が解除状態となると、チ
ャック５０からハンド２６ｂに基板Ｗが渡される。ハン
ド２６ｂは、成膜後の被処理面を上側にした基板Ｗをイ
オンプレーティングユニット１２外に搬出する。

【００５７】図３は、図１に示す熱処理ユニット１４の
構造を説明する図である。この熱処理ユニット１４は、
密閉構造の処理室６０中に、金属薄膜を形成した直後の
基板Ｗを載置して移動する移動ステージ６１と、基板Ｗ
上の金属薄膜を加熱するためのエキシマレーザその他の
レーザ光ＬＢを発生するレーザ光源６２と、このレーザ
ビームを線条にして所定の照度で基板Ｗ上に入射させる
ビーム整形光学系６３と、基板Ｗを載置した移動ステー
ジ６１をビーム整形光学系６３等に対して必要量だけ相
対的に移動させるステージ駆動装置６５と、処理室６０
中を適当な真空度に維持する排気系６６とを備える。な
お、移動ステージ６１とステージ駆動装置６５は、走査
手段を構成する。移動ステージ６１の動作は、ステージ
駆動装置６５を介して制御装置６８によって制御されて
おり、移動ステージ６１の移動速度や移動範囲（走査範
囲を含む）を適宜調節できるようになっている。また、
ビーム整形光学系６３は、ビーム調節装置６３ａに駆動
されて、基板Ｗ上に入射させるレーザ光ＬＢのビーム形
状を適宜調節することができるようになっている。ここ
で、ステージ駆動装置６５、ビーム調節装置６３ａ及び
制御装置６８は、基板Ｗ表面に形成された膜を熱処理す
る領域を制御する処理範囲制御手段を構成する。

【００５８】レーザ光源６２からのレーザ光ＬＢは、ミ
ラー７１を経て光量調節部７２に入射する。光量調節部
７２を通過して適当に減光されたレーザ光ＬＢは、ミラ
ー７４を経てビーム整形光学系６３に入射する。ビーム
整形光学系６３は、ホモジナイザとして、矩形断面のレ
ーザ光ＬＢを線条ビームに変換する。つまり、ビーム整
形光学系６３を通過したレーザ光ＬＢは、処理室６０上
部に形成したウィンドウ６０ａを経て基板Ｗ上において
Ｙ軸方向に延びる線条ビームとして投影される。

【００５９】以下、図３の熱処理ユニット１４の動作に
ついて説明する。まず、図２に示す搬送用真空ロボット
２６を利用して、熱処理ユニット１４中に基板Ｗを搬入
する。搬入される基板Ｗは、成膜直後の冷却が終了した
状態で、被処理面を上側にしての開口６０ｂを介して処
理室６０中に搬入され、移動ステージ６１上に載置され
る。なお、基板Ｗを移動ステージ６１上に載置する際に
は、移動ステージ６１上から複数のピン等が突出して一
時的に基板Ｗを支持し、ハンド２６ｂが処理室６０外に
退出した段階でピン等を降下させて基板Ｗを移動ステー
ジ６１上にセットする。次に、ステージ駆動装置６５を
動作させることにより、ビーム整形光学系６３に対して
移動ステージ６１をＸ軸方向に一定速度で移動させる。
ビーム整形光学系６３からのレーザ光ＬＢは、Ｙ方向に
延びる線条ビーム像として、例えば基板Ｗの一端から他
端に移動するので、基板Ｗ全面の走査が行われることに
なる。これにより、基板Ｗ上の膜が迅速にアニールさ
れ、基板Ｗ上に形成された溝等を迅速、かつ、確実に埋
め込むことができる。

【００６０】図４は、図１〜図３に示す基板処理装置に
よる基板Ｗの処理を説明する図である。図４（ａ）は、
成膜直後の状態の一例を示し、図４（ｂ）は、アニール
後の状態の一例を示し、図４（ｃ）は、比較例を示す。
図４（ａ）に示すように、イオンプレーティングユニッ
ト１２によって基板Ｗ上に金属膜ＭＬを形成すると、金
属が微小な液滴状となって基板Ｗ上に付着し、ドロップ
レットＤＬを形成することがある。このようなドロップ
レットＤＬは、基板Ｗ上に高アスペクト比で形成された
溝ＴＲを埋めることなく、溝ＴＲの開口を塞ぐ。図４
（ｂ）に示すように、熱処理ユニット１４でレーザ光を
走査することによって基板Ｗ上の金属膜ＭＬを局所的に
アニールすると、ドロップレットＤＬを構成する金属を
低粘性化・流動化させることができ、基板Ｗ全体を低温
で処理するだけで溝ＴＲを完全に埋めることができる。
図４（ｃ）に示すように、金属膜ＭＬの形成後の基板Ｗ
を熱処理ユニット１４によるレーザアニールを用いない
で高温高圧でリフロー処理すると、ドロップレットＤＬ
を十分に流動化させることが困難となって溝ＴＲの内部
にボイドすなわち空洞部Ｖ等が形成されることがある。
さらに、このような高温処理を用いた場合、配線膜だけ
でなく他の半導体素子等にダメージを与える可能性があ
る。

【００６１】〔第２実施形態〕図５は、本発明に係る第
２実施形態の基板処理装置の全体構造を示す平面図であ
る。この基板処理装置は、第１実施形態の基板処理装置
を変形した半導体処理装置であり、搬送装置１０を中心
に、基板Ｗにイオンプレーティングを利用した成膜を行
う成膜ユニットであるイオンプレーティングユニット１
２と、基板Ｗにレーザを利用した熱処理を行う熱処理ユ
ニット１４と、２つの搬出入室１５、１６とを備える。

【００６２】この場合、イオンプレーティングユニット
１２は、配線膜ではなく半導体膜を形成するためのもの
であり、熱処理ユニット１４は、レーザ光によって半導
体膜をアモルファス状の状態から多結晶状の状態に変換
するアニーリングを行う。ただし、イオンプレーティン
グユニット１２や熱処理ユニット１４自体の構造は、第
１実施形態の場合と同様であるので、同一の符号を付し
て構造についての説明を省略する。

【００６３】以下、第２実施形態の基板処理装置の動作
を説明する。この基板処理装置で処理すべき未処理の基
板Ｗ（具体的には、ＳｉＯ₂等の絶縁膜を表面に形成し
たガラス基板）を収納するカセットＣＡは、一旦搬出入
室１５、１６のいずれかに搬入され、ここで一時的に保
管される。その後、搬送装置１０に設けた搬送用真空ロ
ボット２６によって、搬出入室１５、１６のいずれかに
配置したカセットＣＡ中の基板Ｗを一枚一枚搬送装置１
０内部に取り込み、続いてイオンプレーティングユニッ
ト１２内部に搬送して成膜し、次いで熱処理ユニット１
４内部に搬送して熱処理する。

【００６４】イオンプレーティングユニット１２での成
膜は、チャック５０とチャック駆動機構５１とからなる
反転機構によって成膜面を下向きとし温度調節部材５３
によって所望の温度や電位に調節された状態のガラス基
板等の基板Ｗに対して行われる。ハース４２ａの凹部に
は、予めＳｉ等の半導体である蒸発物質が配置されて加
熱されている。この状態で、プラズマガン４３からのプ
ラズマビームを環状補助陽極４２ｂに入射させている待
機状態からハース４２ａに入射させる成膜状態にスイッ
チする。これにより、基板Ｗの下面すなわち被処理面に
半導体被膜が形成されて成長する。基板Ｗの被処理面に
形成された半導体膜が所定の膜厚になった段階で、プラ
ズマビームを環状補助陽極４２ｂに入射させる待機状態
にスイッチする。以上により、基板Ｗの被処理面への半
導体膜の成膜処理は終了する。その後は、反転機構を利
用して基板Ｗの成膜面を下向きとする。

【００６５】熱処理ユニット１４での熱処理、すなわち
アニーリングは、半導体膜を形成した被処理面を上側に
した基板Ｗに対して行われる。基板Ｗを移動ステージ６
１上にセットし、ステージ駆動装置６５を動作させるこ
とにより、ビーム整形光学系６３に対して移動ステージ
６１をＸ軸方向に一定速度で又はレーザパルスに同期さ
せてステップ状に移動させる。ビーム整形光学系６３か
らのレーザ光ＬＢは、Ｙ方向に延びる線条ビーム像とし
て、例えば基板Ｗの一端から他端に移動し、基板Ｗ全面
の走査が行われる。これにより、基板Ｗ上の半導体膜が
迅速にアニールされ、アモルファス状態に近い膜を多結
晶からなる膜に変質させることができる。

【００６６】以下では、イオンプレーティングユニット
１２及び熱処理ユニット１４を用いた第１の処理例につ
いて具体的に説明する。まず、イオンプレーティングユ
ニット１２において、成膜室４１を水素と希ガス例えば
アルゴンとからなる雰囲気とし、基板Ｗを室温〜４５０
℃程度にする。成膜前の基板Ｗは、例えば平板状のガラ
ス板の表面に１０００〜３０００Å程度の厚みを有する
ＳｉＯ₂等の絶縁膜を形成したものである。次に、Ｓｉ
を収容するハース４２ａにプラズマビームを入射させ、
基板Ｗの下面すなわち絶縁膜上に３００〜５００Å程度
の厚みを有するＳｉ膜を形成する。

【００６７】このＳｉ膜は、基本的にはアモルファス状
態に近い構造からなるが、本実施形態のプラズマビーム
を用いた成膜の特性として、内部に（１１１）配向を示
す微結晶を有している。つまり、Ｓｉ膜を形成する場
合、温度条件にもよるが金属膜の成膜の場合のように
（１１１）配向を示すグレインが集まった多結晶ではな
く、逆に完全なアモルファス状態でもなく、アモルファ
ス状のＳｉ中に（１１１）配向の微結晶が分散したよう
な状態になっているものと考えられる。なお、Ｓｉ膜の
成膜に際して水素雰囲気を用いているので、Ｓｉのダン
グリングボンドを水素で終端処理することによって欠陥
を減らしている。このように、欠陥を減らすことでアモ
ルファスＳｉＴＦＴの移動度を高めることができる。
また、この多結晶Ｓｉ膜は、高い（１１１）配向性を有
するので従来のｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴより高い移動度
を示す。

【００６８】以上のようにして成膜した基板Ｗは、熱処
理ユニット１４でレーザの走査によってアニールされ
る。アニールに使用するレーザ光は、波長３０８ｎｍの
エキシマレーザ光とした。このようなレーザアニールに
より、基板Ｗ上のＳｉ膜がポリＳｉ化する。つまり、基
板Ｗ上でレーザ光ＬＢを走査することにより、基板Ｗ上
のレーザ光ＬＢが入射した部位でＳｉ膜が局所的に溶融
するとともに、このように溶融した部位が基板Ｗ上を一
定速度で移動する。これにより、Ｓｉ膜のうち（１１
１）配向性を有する微結晶の一部は消失して間引かれる
が、残りの微結晶は成長して高い（１１１）配向性を有
するポリＳｉ層が得られる。このＳｉ膜は、高い（１１
１）配向性を有するポリＳｉからなるので、高い移動度
を得ることができる。

【００６９】図６は、上記の基板Ｗを更に加工すること
によって最終的に得られるマイクロデバイスの一部を示
す。ガラス基板ＧＰ上には、ＳｉＯ₂膜ＩＬ1が形成され
ており、このＳｉＯ₂膜ＩＬ1上には、上記のイオンプレ
ーティング及びレーザアニーリングによってポリＳｉ層
が形成され、このポリＳｉ層がパターニングされて活性
層ＡＬとなる。この活性層ＡＬの上には、ＳｉＯ₂絶縁
層ＩＬ2を介してゲート電極ＧＥが形成されてＭＯＳ構
造となる。なお、活性層ＡＬの左右両端に電極を形成す
れば、ＴＦＴとなる。このようにして得たＴＦＴは、結
晶品質の高い活性層ＡＬからなることから、高い移動度
が期待できる。

【００７０】なお、この実施形態では、図６に示すトッ
プゲートタイプのマイクロデバイスの製造について説明
したが、ゲート電極上にＳｉＯ₂絶縁層を介して活性層
を形成するボトムゲートタイプのマイクロデバイスの製
造についても本発明の適用が可能であり、この場合も高
い移動度が期待できる。

【００７１】また、イオンプレーティングユニット１２
における成膜に際して基板Ｗの温度を４５０℃程度以下
としたが、ボトムゲートタイプのマイクロデバイスの製
造に際しては、ゲート金属が加熱されて周囲を含めて膜
質が劣化することを防止するため、基板Ｗを３５０℃程
度以下の低温で処理することが望ましい。

【００７２】以下、第２の処理例について説明する。ま
ず、イオンプレーティングユニット１２において、成膜
室４１をアルゴンのみからなる雰囲気とし、基板Ｗを室
温〜４５０℃程度にする。この場合、成膜室４１中には
水素ガスを導入しない。成膜前の基板Ｗは、第１の処理
例と同様にガラス板の表面にＳｉＯ₂等の絶縁膜を形成
したものである。次に、プラズマビームをＳｉを収容す
るハース４２ａに入射させ、基板Ｗの下面すなわち絶縁
膜上にＳｉ膜を形成する。

【００７３】このＳｉ膜は、基本的にはアモルファス状
態に近い構造からなるが、プラズマビームを用いた成膜
の特性として、内部に（１１１）配向を示す微結晶を有
している。ただし・イオンプレーティングに際して水素
雰囲気を用いていないので、この段階ではダングリング
ボンドが終端されないで残留したままとなっている。

【００７４】以上のようにして成膜した基板Ｗは、熱処
理ユニット１４において、波長３０８ｎｍのエキシマレ
ーザを走査することによって所定領域でアニールされ、
基板Ｗ上の所定領域のＳｉ膜がポリＳｉ化する。なお、
この膜は水素レスのＳｉ膜であるため、ｐ−Ｓｉ化前の
脱水素処理を省略できる。この際、Ｓｉ膜のうち（１１
１）配向性を有する微結晶の一部は消失して間引かれる
が、残りの微結晶は成長するので、アニーリングされた
所定領域は高い（１１１）配向性を有するポリＳｉ層と
なり、高品質のＳｉ多結晶が得られる。

【００７５】図７は、基板Ｗ上でレーザアニールを行う
所定領域を示す。基板Ｗ上には、表示素子等を形成する
画素形成領域Ａ1と、表示素子等の動作を制御する制御
回路を組み込んだドライバ領域Ａ2とを備える。この場
合、画素形成領域Ａ1についてはレーザアニールを行わ
ない。一方、ドライバ領域Ａ2では、上記のようなレー
ザアニールを行う。つまり、画素形成領域Ａ1では、Ｓ
ｉ膜がアモルファス状に近い構造のままとなり、ドライ
バ領域Ａ2では、Ｓｉ膜が（１１１）配向を有して多結
晶化する。なお、熱処理ユニット１４では、ドライバ領
域Ａ2のみをアニールするため、制御装置６８による制
御下で、ビーム整形光学系６３によって基板Ｗ上に照射
するビームサイズを調整するとともに、ステージ駆動装
置６５を介して移動ステージ６１の動作を制御する。こ
れにより、ドライバ領域Ａ2のみでＳｉ膜を多結晶化す
ることができる。また、基板Ｗであるパネル全面をレー
ザアニールすることによって画素形成領域Ａ1とドライ
バ領域Ａ2の両領域をｐｏｌｙ−Ｓｉ化することができ
る。

【００７６】上記の基板Ｗを更に加工することによっ
て、図６と同一構造のＭＯＳＴＦＴデバイスを得る。な
お、ＭＯＳＴＦＴデバイスの形成の最終段階に、基板Ｗ
を水素プラズマにさらすことにより、デバイス中に水素
を拡散させる。これにより、アモルファス状Ｓｉのダン
グリングボンドを水素で終端処理することになり、欠陥
を減らしてＳｉ膜すなわち活性層の移動度を高めること
ができる。なお、ドライバ領域Ａ2のＳｉ膜は、イオン
プレーティングユニット１２によって形成され、熱処理
ユニット１４でレーザアニーリングされているので、高
い（１１１）配向性を有するポリＳｉとなっており、結
果的に高い移動度を示す。具体的には、ＣＶＤ等によっ
て形成し、熱処理ユニット１４でレーザアニールしたポ
リＳｉが１００ｃｍ²／ｓＶ程度の移動度を示すのに対
し、本実施形態のポリＳｉは、従来以上の移動度が期待
できる。

【００７７】以上、実施形態に即してこの発明を説明し
たが、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、基板Ｗ上に形成する配線膜は、銅のみなら
ずアルミ、金、銀、白金等の金属、更にそれらの少なく
とも１つを主成分とする合金等、各種材料とすることが
できる。

【００７８】また、レーザアニールの方法についても、
レーザ光ＬＢの波長、形状等を対象の膜の性質に応じて
任意に設定することができる。

【００７９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の基板処理装置によれば、熱処理ユニットが、処理室中
に配置された基板上に形成された膜を加熱するためのレ
ーザ光を発生するレーザ光源と、レーザ光を所定のビー
ム形状にして基板上に入射させるビーム整形光学系と、
前記レーザ光を基板上で走査させる走査手段とを有する
ので、成膜ユニットによって得られた膜の状態を簡易に
改善することができる。

【００８０】また、本発明の基板処理方法によれば、熱
処理工程で前記基板上に所定のビーム形状のレーザ光を
入射させることによって前記基板上に付着した膜を熱処
理するので、成膜ユニットによって得られた膜の状態を
簡易に改善することができる。

【００８１】また、本発明のマイクロデバイスは、上記
基板処理方法を利用することによって得られるので、歩
留りが高く優れた電気特性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の基板処理装置の全体構造を説明
する平面図である。

【図２】図１の装置を構成するイオンプレーティングユ
ニット等の構造の説明図である。

【図３】図１の装置を構成する熱処理ユニット等の構造
の説明図である。

【図４】（ａ）は、成膜直後の状態の一例を示し、
（ｂ）は、アニール後の状態の一例を示し、（ｃ）は、
比較例を示す。

【図５】第２実施形態の基板処理装置の全体構造を説明
する平面図である。

【図６】図６の装置を利用することによって得たマイク
ロデバイスの断面構造である。

【図７】基板上の処理領域を説明する図である。

【符号の説明】

１０搬送装置１１クリーニングユニット１２イオンプレーティングユニット１３冷却ユニット１４熱処理ユニット１５,１６搬出入室２６搬送用真空ロボット４１成膜室４２陽極部材４３プラズマガン４５排気系５０チャック５１チャック駆動機構５３温度調節部材６０処理室６０ａウィンドウ６１ステージ６２レーザ光源６３ビーム整形光学系６５ステージ駆動装置７２光量調節部ＣＡカセットＤＬドロップレットＬＢレーザ光ＭＬ金属膜ＴＲ溝Ｖ空洞部Ｗ基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラズマビームを成膜室中に供給するプ
ラズマ源と、膜材料を収容可能な材料蒸発源を有すると
ともに前記成膜室中に配置されて前記プラズマビームを
導くハースと、前記成膜室中で前記ハースに対向して基
板を保持する保持手段とを有する成膜ユニットと、処理室中に配置された基板上に形成された膜を加熱する
ためのレーザ光を発生するレーザ光源と、前記レーザ光
を所定のビーム形状にして前記基板上に入射させるビー
ム整形光学系と、前記レーザ光を基板上で走査させる走
査手段とを有する熱処理ユニットと、を備える基板処理
装置。
【請求項２】前記成膜ユニットから成膜済みの基板を
搬出するとともに、当該成膜済みの基板を前記熱処理ユ
ニットに搬入する搬送装置をさらに備えることを特徴と
する請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】前記成膜ユニットは、磁石及びコイルの
少なくとも一方を前記ハースの周囲に環状に配置してな
るとともに前記ハースの近接した上方の磁界を制御する
磁場制御部材をさらに備え、前記プラズマ源は、圧力勾
配型のプラズマガンであることを特徴とする請求項１及
び請求項２のいずれか記載の基板処理装置。
【請求項４】前記ビーム整形装置は、前記所定のビー
ム形状として線条のビームを形成するホモジナイザであ
り、前記走査手段は、前記線条ビームの長手方向に対し
て所定角度を成す方向に基板を移動させる移動ステージ
を含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれ
か記載の基板処理装置。
【請求項５】前記膜材料は、金属若しくは合金の配線
材料であり、前記熱処理ユニットは、前記基板上に形成
された配線膜を軟化させて形状的な均一化を行うことを
特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項６】前記膜材料は、半導体材料であり、前記
熱処理ユニットは、前記基板上に形成された半導体膜の
結晶化の状態を調節することを特徴とする請求項１記載
の基板処理装置。
【請求項７】前記熱処理ユニットは、前記基板に形成
された膜を熱処理する領域を制御する処理範囲制御手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の基板処
理装置。
【請求項８】前記成膜ユニットは、前記成膜室中の雰
囲気を設定するとともに前記基板の温度を調節する手段
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の基板処
理装置。
【請求項９】陽極として配置された材料蒸発源に向け
てプラズマビームを供給することによって前記材料蒸発
源の膜材料を蒸発させて基板上に膜を付着させる成膜工
程と、前記基板上に所定のビーム形状のレーザ光を入射させる
ことによって前記基板上に付着した膜を熱処理する熱処
理工程とを備える基板処理方法。
【請求項１０】前記成膜工程では、前記膜材料として
金属若しくは合金を用いて前記基板上に配線膜を形成
し、前記熱処理工程では、当該配線膜を軟化させて形状
的な均一化を行うことを特徴とする請求項９記載の基板
処理方法。
【請求項１１】前記成膜工程では、前記膜材料として
半導体を用いて前記基板上に半導体膜を形成し、前記熱
処理工程では、当該半導体膜を結晶化することを特徴と
する請求項１０記載の基板処理方法。
【請求項１２】前記熱処理工程では、前記基板上の膜
を所定の領域で多結晶化することを特徴とする請求項１
０記載の基板処理方法。
【請求項１３】請求項１０記載の基板処理方法によっ
て形成した膜からなる配線若しくは半導体素子を備える
マイクロデバイス。