JP2001319887A

JP2001319887A - ランプアニール装置および表示素子用基板

Info

Publication number: JP2001319887A
Application number: JP2001026790A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Morita; 幸弘森田; Mikihiko Nishitani; 幹彦西谷; Munehiro Shibuya; 宗裕澁谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-02-08
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2001-11-16

Abstract

(57)【要約】【課題】特性の優れた半導体膜を製造することがで
き、かつ同一基板内または基板間で得られる半導体膜の
特性等のばらつきが小さいランプアニール装置を提供す
る。【解決手段】ランプアニール装置に半導体膜を選択的
に加熱する手段を設け、アニール中の基板の温度上昇を
抑制する。また、アニール処理された半導体膜からの反
射光または透過光に基づいてアニール処理をフィードバ
ック制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜トランジスタ
の製造に用いるランプアニール装置に関するものであっ
て、より詳しくは透明基板上に形成された半導体膜をア
ニールするためのランプアニール装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】画素のスイッチング素子として薄膜トラ
ンジスタを用いたアクティブマトリクス型液晶表示パネ
ルが、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、
カーナビゲーションシステム、ノート型パーソナルコン
ピュータ等に広く用いられている。

【０００３】従来、薄膜トランジスタの半導体層にはア
モルファスシリコンが用いられていたが、近年では、特
にアモルファスシリコンよりもはるかに移動度が大きい
多結晶シリコンを半導体層とする薄膜トランジスタの開
発が盛んである。多結晶シリコン薄膜トランジスタを液
晶パネルの画素のスイッチング素子に用いることによ
り、トランジスタのみならずそれを駆動する駆動回路を
もガラス基板上に形成することが可能となる。しかしな
がら、ガラス基板上に形成された薄膜トランジスタは、
ガラス基板の軟化点が約６００℃と低いため、シリコン
基板上に形成されたＭＯＳトランジスタの場合のような
活性化やドーピングダメージ除去のための１，０００℃
以上の高温でのアニール処理をすることができない。活
性化やダメージの除去が不充分だとトランジスタの特性
や信頼性が劣るため、できるだけ高温でアニールする必
要がある。そこで、従来６００℃程度の比較的低温での
長時間のファーネスアニールが行われていた。

【０００４】しかしながら、ファーネスアニールでは、
ガラスの軟化点近傍の温度雰囲気に長時間さらされるた
め、ガラス基板に歪みや伸縮などの形状変形が起こり、
微細加工が困難であった。また、アニール中にガラス基
板が軟化することによってガラス基板からアンダーコー
ト絶縁膜を介して不純物が多結晶シリコン膜に拡散する
ために、特性や信頼性に優れた薄膜トランジスタを得る
ことは困難であった。

【０００５】このような問題を解決するために、最近は
ランプを用いた短時間の光加熱によるアニールが行われ
ている。ランプアニールは、ハロゲンランプやＵＶラン
プを用いて半導体膜を短時間加熱するプロセスであり、
基板をあまり加熱することなく半導体膜を瞬間的に６０
０℃以上の高温に加熱することができる。

【０００６】しかしながら、ランプアニールによると、
半導体膜の光吸収特性や厚さによって温度プロファイル
が決定されるため、不純物のドーピング条件のばらつき
や半導体膜の厚さのばらつきが得られる薄膜トランジス
タの特性に直接的に影響を及ぼす。アクティブマトリク
ス型液晶表示パネルの基板においては、基板上に多数形
成されたスイッチング素子の全てが正常に作動すること
が求められることから、基板上に形成された半導体膜の
全てを確実にアニールする必要がある。ガラス基板によ
るハロゲンランプ、ＵＶランプ等、加熱用光源からの投
射光の吸収や半導体膜からの熱伝導によって基板の温度
はある程度上昇する。過度の加熱は、基板の伸縮やそり
を生じさせ、後工程における半導体膜等の微細加工を困
難にする。したがって、基板の温度上昇を抑制しつつ基
板上に形成された半導体膜をアニールすることが求めら
れていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点を
解決するためのものであり、同一基板内または基板間で
得られる半導体膜の特性等のばらつきが小さいランプア
ニール装置を提供することを目的とする。また、基板の
形状変化を防ぐことができかつ半導体膜を確実に活性化
することができるランプアニール装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のランプアニール
装置は、透明基板上に形成された半導体膜をアニールす
るためのものであって、透明基板に向けて加熱のための
光を投射する光投射手段、および透明基板と光投射手段
の間に配され透明基板上の所定領域を選択的に加熱する
選択加熱手段を有する。すなわち、本発明のランプアニ
ール装置には、透明基板上の所定領域たとえばアニール
しようとする半導体膜が形成された領域または半導体膜
のみを選択的に加熱する手段が配される。

【０００９】本発明の好ましい態様において、選択加熱
手段として遮光マスクが用いられる。遮光マスクを用い
て、たとえば基板上の半導体膜が形成された領域にのみ
アニールのための光を照射する。不要な領域への照射を
避けることで、不要な基板の温度上昇は抑制される。な
お、遮光マスクを用いると、光の回り込みによって遮光
マスクの開口部パターンよりも大きい領域に光が照射さ
れ加熱される。すなわち、図１２に示すように、図中矢
印で示す光は、幅がＤである遮光マスク３の開口部を通
過した後拡散して、ガラス基板１上の図中ｘで示す幅の
領域にも照射される。液晶パネル等、基板上に微小間隔
で配置された複数の半導体膜を効率よく加熱するために
は、この回り込みにより加熱される領域の幅を加熱しよ
うとする半導体膜の配置間隔よりも小さくすることが望
まれる。このとき、光の波長（λ）、回折角（θ）およ
び開口部の幅（Ｄ）は、下式で表される。

【００１０】sin θ ＝１．２２ × λ ／Ｄ

【００１１】Ｄ＞＞ λの条件下では、幅ｘは、基板１
と遮光マスク３との間隔Δと開口部の幅Ｄを含む下式で
近似される。ｘ〜 Δ × １．２２ × λ ／Ｄ

【００１２】回り込みは開口部パターンの幅Ｄおよび透
明基板と遮光マスクの間隔Δに依存するため、これらを
適正な値たとえば下式が成立する値に設定するとよい。

【００１３】Ｄ＋２ｘ＜（画素のピッチ）

【００１４】ここで、加熱しようとする領域のパターン
よりもマスク３の開口部パターンを小さくすると、回り
込みが大きくなる。回折光が照射される領域は、直接光
が照射される領域よりも加熱されにくいため、効率よく
半導体膜を加熱するためには、ｘを小さくし、Ｄを大き
くすることが望まれる。基板１と遮光マスク３との間隔
Δを小さくすると、光の回り込みは小さくなる。しかし
ながら、マスク３のたわみ、振動等を考慮すると、その
間隔Δは実用的には最小０．１ｍｍである。間隔Δを小
さくすれば、幅ｘが小さくなるためにより精細な開口部
パターンを用いることができる。しかしながら、幅Ｄを
小さくすれば幅ｘが大きくなる。半導体間のピッチを一
般的な液晶パネルのそれである５０μｍとすると、上式
より開口部の幅Ｄは最小でも５μｍである。開口部の幅
Ｄがアニールしようとする半導体膜の幅以上であると、
直接光が不要な領域に照射される。実用的にＤの最大値
は１００μｍである。幅Ｄを大きくすれば幅ｘが小さく
なるため、間隔Δは最大でも１０ｍｍにすることが望ま
しい。

【００１５】本発明の他の好ましい態様において、選択
加熱手段として光投射手段より投射された光のうち所定
の波長成分のみを透過させる光学フィルタが用いられ
る。たとえば基板が吸収する波長領域の光を排除するこ
とで、不要な基板の温度上昇を抑え、効果的かつ選択的
に半導体膜を加熱する。ガラス基板は、図１１（ａ）に
示すようにその光学的バンドギャップに対応して波長が
３５０ｎｍ未満の光の吸収率が極めて高い。また、図１
１（ｂ）に示すように、波長が２．５μｍを超える光の
吸収率が高い。したがって、これらガラス基板の吸収率
が高い波長成分を排除することが好ましい。

【００１６】たとえば、光学フィルタに、カットする最
短波長が２．５μｍ以上であるローパスフィルタを用い
る。なお、波長が７００ｎｍを超える光は、ガラス基
板、金属膜等を加熱する一方で、半導体膜によってほと
んど吸収されない。したがって、より好ましくは、カッ
トする最短波長が７００ｎｍ以上であるローパスフィル
タを用いる。また、光学的バンドギャップに対応した透
明基板の吸熱を防ぐためには、カットする最長波長が３
５０ｎｍ以下であるハイパスフィルタを用いる。これに
より透明基板を構成する材料のエネルギー準位を高める
波長の光をカットする。より効果的には、波長領域が３
５０〜２．５μｍ、好ましくは多結晶シリコン膜による
吸収が大きい波長領域が３５０〜７００ｍｍの光を透過
するバンドパスフィルタを用いる。

【００１７】透明基板と同じ材料からなる基板、たとえ
ば表面に半導体膜や金属配線が形成される前の同じ透明
基板を光学フィルタに用いると、アニールしようとする
半導体膜が形成された透明基板にランプ光が到達する前
に、そのうちの透明基板を加熱する波長成分のほとんど
がフィルタとしての基板に吸収されるため、より容易か
つ効果的に半導体膜を加熱することができる。選択加熱
手段として、上記の遮光マスクと光学フィルタを組み合
わせて用いることがより効果的である。すなわち、光投
射手段より投射された光のうち光学フィルタを透過した
所望の波長領域成分を、遮光マスクを用いて所望の領域
にのみ照射すればよい。

【００１８】本発明のさらに他の好ましい態様におい
て、透明基板の半導体膜が形成された面およびその反対
側の面にそれぞれ対向するように光投射手段が配され、
選択加熱手段は一方の側、たとえば透明基板の半導体膜
が形成された面とそれに対向して配された光投射手段の
間に設けられる。選択加熱手段が配された側の光投射手
段は、透明基板に向けてアニールのための光を投射し、
他方の光投射手段は、アニール開始時には透明基板を予
備的に加熱するために基板が吸収する波長領域の成分を
含むランプ光を基板全体に投射する。透明基板の両側に
選択加熱手段を配し、半導体膜を両面から加熱してもよ
い。たとえば、上記の予備的加熱の後、遮光マスク等の
選択加熱手段を用いて半導体膜を両面より選択的に加熱
する。半導体薄膜を両面から加熱することで、高速かつ
高温の処理が均一性よく行われる。

【００１９】本発明のさらに他の好ましい態様におい
て、光投射手段と透明基板との相対位置を変化させるた
めの変位手段がさらに配される。たとえば、光投射手段
からの光が照射される領域は基板またはアニールしよう
とする半導体膜が形成された領域よりも小さく、変位手
段は、基板の全面または半導体膜が形成された領域の全
てに光投射手段からの光が照射されるよう連続的または
断続的に光投射手段と透明基板との相対位置を変化させ
る。変位手段を設けることで、大型の基板を用いた場合
にも所望の領域を加熱することが可能になる。また、光
投射手段からの光が照射される領域は基板の一部で良い
ため、大出力が求められる光投射手段の消費電力を少な
くすることができる。変位手段は、たとえば基板と選択
加熱手段との相対位置を固定した状態で、基板または光
投射手段の一方を移動させる。ここで、基板と選択加熱
手段との相対位置が変動すると、光の回り込みや強度の
変化がアニール条件の変動をもたらすため、基板等を固
定して光投射手段を移動させることが望ましい。

【００２０】本発明のさらに他の好ましい態様におい
て、選択加熱手段の温度上昇やそれに起因した劣化を抑
制するための冷却機構がさらに配される。上記のランプ
アニール装置は、多結晶シリコン薄膜トランジスタの製
造に用いられる。たとえば、多結晶シリコン膜に注入さ
れた不純物をアニール処理によって活性化する。本発明
によるとガラス基板の温度上昇を抑制しつつ多結晶シリ
コン膜を選択的に加熱することができる。具体的には、
ガラス基板の温度をその軟化点である約６００℃よりも
低くしつつ多結晶シリコン膜を８００℃程度まで加熱す
ることができる。これによって、十分な活性化ととも
に、不純物の注入によって生じたダメージを完全に除去
することができる。

【００２１】ランプアニールは、たとえば窒素水素化合
物、酸化窒素化合物またはそれらの混合物を含む雰囲気
中において行われる。８００℃程度に加熱された多結晶
シリコンは、雰囲気ガスと反応して酸窒化される。酸窒
化されることによって、その上に形成される絶縁層とし
ての酸化膜との間に界面準位の少ない界面が形成され
る。また、半導体酸化膜の界面近傍には窒素リッチな領
域が形成されるため、格子定数の違いによる界面ストレ
スも緩和される。また、酸素またはオゾンを含む雰囲気
中において上記のランプアニールを行うと、８００℃程
度に加熱された多結晶シリコン膜が酸素やオゾンと反応
して酸化されるため、良質な半導体／酸化膜界面が得ら
れる。

【００２２】本発明の他のランプアニール装置は、基板
上に形成された半導体膜をアニールするためのものであ
って、透明基板に向けてその上に形成された半導体膜を
加熱するための光を投射する光投射手段と、半導体膜お
よび透明基板を透過しまたは半導体膜より反射した所定
の波長の光を測定する光測定手段と、光測定手段により
得られた測定結果に基づいて半導体膜の結晶状態を評価
する結晶評価手段と、結晶評価手段による評価結果に基
づいて半導体膜の処理条件を制御する光照射制御手段と
を備える。

【００２３】本ランプアニール装置は、半導体膜がラン
プアニールによってアモルファス状態から結晶化してい
く過程で、所定の波長領域の反射率及び透過率が顕著に
変化することに着目したものである。本ランプアニール
装置には、半導体膜の反射率または透過率をリアルタイ
ムで測定する手段と、半導体膜の反射率または透過率を
処理中または処理の前後に測定することで半導体膜の結
晶状態を評価し、その結果によって光投射手段の投射光
の強度や焦点距離などの処理条件を制御する手段が設け
られる。透明基板上に形成された半導体膜からの反射光
またはその透過光を測定する手段を備えることで、ラン
プアニール処理中に半導体膜の結晶状態をリアルタイム
で観察することが可能となる。さらに、測定した結晶状
態に基づいてランプアニールの処理条件を制御する手段
を設けることで、半導体膜の結晶状態を観察しながらフ
ィードバック制御を行うことができる。したがって所望
の半導体膜を得ることができるランプアニール装置が実
現される。

【００２４】光測定手段は、光投射手段より投射された
光または、別途設けられた評価用光源からの光を検出す
る。好ましくは、光投射手段と基板との相対位置を変化
させる手段を設ける。アニールしようとする基板に光投
射手段からの光を照射しながら、基板と光投射手段の相
対位置を連続的または段階的に変化させる。この場合、
基板全体が光投射手段の照射領域に含まれるようにして
基板全体を同時にアニール処理する必要がなくなる。ま
た、大面積の基板を用いることも可能になる。光を基板
の一部にのみ照射することから、アニールした部分の半
導体膜の結晶性を測定してその結果を同じ基板の未処理
部分に反映させることが可能になる。例えば、基板の端
にテスト用の部分を設け、この部分の処理後の結晶性を
評価した結果に基づいてより適した処理条件を設定し、
それに基づいて他の部分を処理するとよい。

【００２５】反射光または透過光を測定する手段として
複数の素子を２次元的に多数配置すると、アニール処理
中において半導体膜の結晶状態の基板面内分布を測定す
ることが可能となる。したがって、その結果に基づいて
アニール条件を制御することが可能となる。たとえば、
それぞれの領域における処理状態を評価してその結果を
処理条件にフィードバックすることで、同一基板内の領
域間で均一に半導体膜をアニールすることができる。半
導体膜からの反射光または透過光のうち、そのスペクト
ルが多結晶シリコン膜の結晶状態によって最も顕著に変
化する波長が４００〜５００ｎｍの成分を分光分析する
と、結晶状態を精度良く評価することができる。また、
分光分析によらずそのような波長領域成分の照度測定に
よっても結晶状態の評価が可能になる。そこで、光測定
手段は、波長が４００〜５００ｎｍの範囲である光を検
出することが好ましい。

【００２６】光照射制御手段は、反射光または透過光の
測定から得られた結晶状態に基づいて、たとえば光照射
手段の出力を制御する。半導体膜が非晶質から多結晶へ
改質されたと判定された時点でその領域に照射される光
の強度を小さくし、一方で、非晶質である部分に照射す
る光の強度を大きくすると、確実かつ均一にアニール処
理を行うことができる。結晶状態の評価結果に基づいて
ランプの焦点距離の制御を行う方法もある。ＵＶランプ
等、出力を変えたときにしばらくランプ光が安定しない
ようなランプでは、ランプ出力を制御するよりも、焦点
距離を変化させた方が精度良い処理ができる。ランプと
基板との相対位置を変化させる手段を有する装置におい
ては、結晶状態の評価結果に基づいてランプと基板の相
対変位速度の制御を行う方法も有用である。大面積の基
板を処理する移動型のランプアニール装置においても、
結晶状態を確認しながらランプアニール処理を行うこと
ができる。

【００２７】上記光投射手段の光源には、たとえばハロ
ゲンランプが用いられる。ハロゲンランプは、波長が１
μｍ程度の所にピークを持つブロードなスペクトルを持
ち、ガラス基板の吸収率が高い波長が約３μｍ以上の成
分が少なく、近赤外から紫外にかけての成分が多いた
め、半導体膜を選択的に加熱することができる。ハロゲ
ンランプには、安定性に優れるという利点もある。

【００２８】選択的な加熱により優れたＵＶランプおよ
びエキシマランプもまた光投射手段に用いられる。メタ
ルハライドランプ、キセノンランプ等のＵＶランプを用
いると、これらのランプからの光は多結晶シリコンやア
モルファスシリコンが吸収してガラス基板が吸収しない
近赤外から紫外の光を多く含むため、半導体膜を選択的
に加熱することができる。また、エキシマランプは、強
度の点でＵＶランプやハロゲンランプに劣るものの、紫
外から真空紫外（ＶＵＶ）までの領域に単一の発光ピー
クを有しピークを中心に極めて狭い領域でしか発光しな
いことから、これを光源に用いると、特定の膜をより選
択的に加熱することができる。

【００２９】キセノンなどのフラッシュランプは、ごく
一瞬ではあるが大パワーで点灯するので、これを光源に
用いるとより選択的に半導体膜を加熱することができ
る。この場合は、フラッシュランプを点灯させた後に反
射光または透過光を測定することによって半導体膜の結
晶性を評価する。結晶化していなければさらにフラッシ
ュランプを点灯し、結晶化していればそこでアニール処
理を終了する。

【００３０】本発明のランプアニール装置は、半導体膜
に導入された不純物の活性化に用いられる。ランプアニ
ール装置では、アニール処理中に半導体膜が非晶質から
多結晶に変化する過程をリアルタイムで測定することが
できるので、オーバースペックでのアニールを防ぐこと
ができる。また、同一基板内及び基板間でばらつきが小
さく、確実に半導体膜を活性化することができる。ま
た、半導体膜の反射率または透過率をアニール処理中ま
たは処理前後に測定し、その結果から半導体膜の結晶状
態を判定することによって、正確に処理状態を評価する
ことができる。これによって、オーバースペックで加熱
することによる基板の形状変化を生じることなく、正確
に活性化及び結晶化を進行させることができる。また、
反射率または透過率の面内分布を測定し、その結果に基
づいてアニール処理の制御を行うことにより、面内にお
いて均一に活性化及び結晶化を行うことができる。

【００３１】本発明の表示素子用基板は、透明基板およ
びその上に形成された薄膜トランジスタからなるスイッ
チング素子を備え、透明基板のスイッチング素子が形成
された領域における屈折率が他の領域における屈折率よ
りも小さい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態を図面を用いて詳細に説明する。

【００３３】《実施の形態１》本実施の形態のランプア
ニール装置の概略を図１に示す。表面にアニール処理し
ようとする半導体膜（図示せず）が形成されたガラス基
板１の上方には、複数の加熱用ランプ２ａが互いに平行
に同一平面上に配されている。リフレクタ８ａは、ラン
プ２ａから投射された光を略平行光として基板１に向け
て照射する。

【００３４】ランプ２ａと基板１の間には、所定のパタ
ーンを有する遮光マスク３ａと光学フィルタ４ａとが配
されている。遮光マスク３ａは、ランプ２ａからの光を
基板１表面の所定の領域にのみ照射させる。光学フィル
タ４ａは、ランプ２ａからの光のうち、所定の波長領域
の成分のみを透過させる。したがって、基板１の所定の
領域に所定の波長領域の光が照射される。

【００３５】例えば、遮光マスク３ａは、例えば基板１
上の半導体膜に対応したパターンの開口部を有し、基板
１の半導体膜が存在する領域にのみランプ２ａからの光
を照射する。フィルタ４ａは、３５０ｎｍ〜２．５μｍ
の波長領域の光のみを透過させる。この波長領域の光
は、ガラスによる吸収が小さいため、基板１をほとんど
加熱しない。基板１上に形成された半導体膜が多結晶シ
リコンの場合、より好ましくはフィルタ４ａは３５０〜
６００ｎｍの波長領域の光のみを透過させる。シリコン
はこの波長領域の光に対して高い吸収率を示すため、半
導体膜は効率的に加熱される。したがって、他の薄膜等
を加熱することなく半導体膜が選択的に加熱される。ラ
ンプ２ａ、遮光マスク３ａおよびフィルタ４ａは筐体５
ａに収容される。筐体５ａには、吸気口６ａおよび６ｂ
と排気口７ａおよび７ｂが設けられていて、遮光マスク
３ａおよびフィルタ４ａは、窒素などの反応性の低いガ
スを図中矢印で示すように筐体５ａ内部を循環させるこ
とによって冷却され、その形状の変化や特性の劣化が防
止される。

【００３６】基板１の下方にも、複数の加熱用ランプ２
ｂが互いに平行に同一平面上に配される。ランプ２ｂ
は、リフレクタ８ｂを介して基板１の他方の面に向けて
光を照射する。ランプ２ｂは、ランプ２ａと同様に基板
１上の半導体膜を加熱するためのものであるとともに、
基板１を予備的に加熱するためにも用いられる。この予
備的加熱によってより高速で基板１上の半導体膜を加熱
することができる。たとえば、アニール開始当初には、
遮光マスク３ｂおよび光学フィルタ４ｂを用いずに、ラ
ンプ２ｂからの光を基板１の他方の面に向けて一様に照
射する。予備的加熱が終了すると、半導体膜を裏面から
選択的に加熱するよう基板１とランプ２ｂの間に遮光マ
スク３ｂおよびフィルタ４ｂが挿入される。なお、図示
しないが、ランプ２ｂ、遮光マスク３ｂおよびフィルタ
４ｂを収容する筐体５ｂにも、筐体５ａと同様の冷却機
構が設けられる。

【００３７】基板１の周囲の雰囲気は、必要に応じて窒
素、酸素等のガスにより置換される。以下、本ランプア
ニール装置を用いた具体的なアニール処理の例について
説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板
１上に、基板１からその表面に形成しようとする半導体
膜への不純物の混入を防ぐためのアンダーコート絶縁膜
１０としてプラズマＣＶＤ法で厚さが２，０００〜４，
０００ÅのＳｉＯ₂膜を形成する。さらにその上に厚さ
が５００〜１，０００Åのアモルファスシリコン層をＣ
ＶＤ法で形成した後、これをエキシマレーザアニールに
よって結晶化させて良質な多結晶シリコン膜１１を得
る。

【００３８】このようにして基板１上に形成された多結
晶シリコン膜１１に、上記ランプアニール装置を用いて
酸素またはオゾン雰囲気中でアニール処理を施すととも
に、多結晶シリコン膜１１の表面を熱酸化して熱酸化膜
１２を形成する。ランプ２ａおよび２ｂにメタルハライ
ドランプなどのＵＶランプを用いて、ガラス基板１の上
面または両面から、多結晶シリコン膜１１を選択的に加
熱する。なお、本実施の形態では、多結晶シリコン膜１
１をパターニングする前にランプアニールを行うので、
必ずしも遮光マスク３ａおよび３ｂは用いなくてもよ
い。ランプ２ａからの光のうち、ガラス基板１が吸収す
る波長が３５０ｎｍ以下の成分はガラス基板１上に形成
されている多結晶シリコン膜１１ですべて吸収されるこ
とから、フィルタ４ａには、多結晶シリコン膜１１では
吸収されずにガラス基板１で吸収される光をカットする
よう、波長が２．５μｍ以下の光のみを透過するハイカ
ットフィルタが用いられる。

【００３９】一方、ランプ２ｂからの光は、ガラス基板
１を透過した後に多結晶シリコン膜１１に照射されるた
め、フィルタ４ｂには、ガラス基板１が吸収する波長が
３５０ｎｍより短い光と波長が２．５μｍより長い光と
をカットするバンドパスフィルタを用いる。これによっ
て、ガラス基板１をその軟化点である６００℃よりも低
い温度に保ちながら、基板１上の多結晶シリコン膜１１
は一時的に８００℃程度の高温に加熱され、その表面に
は図２（ａ）に示すように厚さ数十Å程度の熱酸化膜１
２が形成される。これにより、多結晶シリコン膜１１と
その上に形成しようとするゲート絶縁膜との間には界面
準位の少ない界面が得られ、サブスレッショルド特性、
移動度等に優れた薄膜トランジスタが得られる。また、
界面準位が減少することにより、得られる薄膜トランジ
スタは、ホットキャリアに対する信頼性も向上する。

【００４０】ランプアニールの後、プラズマＣＶＤもし
くは常圧ＣＶＤによってゲート絶縁膜１３としての厚さ
が５００〜１，０００Å程度のＳｉＯ₂膜を形成する。
次いで、ゲート絶縁膜１３上に例えばタンタルからなる
厚さが３，０００Åの層をスパッタリング法によって形
成し、さらにこの層を所定のパターンに加工して図２
（ｂ）に示すようにゲート電極１４を得る。ゲート電極
１４を形成した後、自己整合的にｎ導電型もしくはｐ導
電型を付与する不純物をイオンドーピング法によって多
結晶シリコン膜１１に添加して、ソース領域１１ａとド
レイン領域１１ｂを形成する。

【００４１】さらにその上に層間絶縁膜１７としてプラ
ズマＣＶＤによってＳｉＯ₂膜を形成した後、コンタク
トホールを形成しそこにソース電極１５とドレイン電極
１６を形成して図２（ｃ）に示す多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタが完成される。

【００４２】《実施の形態２》本実施の形態のランプア
ニール装置の構成を図３に示す。リフレクタ８ａは、ガ
ラス基板１の上方に配されたランプ２ａから投射された
光を集光したのち、基板１上の図中Ｗで示す幅が数ミリ
程度の領域に向けて照射する。ランプ２ａより投射され
た光は、フィルタ４ａおよび遮光マスク３ａを透過して
基板１の表面に照射される。ランプ２ａとリフレクタ８
ａは一体化されていて、図中矢印で示すように基板１の
一方の端部の上方から他方の端部の上方まで移動する。
このように、ランプ２ａと基板１が相対的に移動するこ
とにより、ランプ光を常に基板１の全体に照射する必要
がなくなるため、大型の基板１を用いてもその全面をア
ニールすることができ、ランプ２ａに必要な電力も少な
くなる。ここで、ランプ２ａを固定した状態で基板１、
遮光マスク３ａおよびフィルタ４ａを移動させると、搬
送時の振動によってこれらの相対位置が変化することが
懸念されるため、基板１、フィルタ４ａおよび遮光マス
ク３ａをそれぞれ固定した状態で、ランプ２ａを移動さ
せることが好ましい。

【００４３】基板１の下方に配されたランプ２ｂは、実
施の形態１のランプアニール装置で用いたそれと同様
に、リフレクタ８ｂを介して光を基板１の全面に一様に
照射する。なお、必要に応じて、ランプ２ｂの側にも遮
光マスク３ａおよびフィルタ４ａと同様に機能する遮光
マスク３ｂおよびフィルタ４ｂが配される。

【００４４】以下、本ランプアニール装置を用いた具体
的なアニール処理の例について説明する。図４（ａ）に
示すように、ガラス基板１上にアンダーコート絶縁膜１
０を形成する。ついで、その上にアモルファスシリコン
層を形成した後、エキシマレーザアニールによってこれ
を結晶化させ、多結晶シリコン膜１１を得る。多結晶シ
リコン膜１１を所定の形状に加工した後、多結晶シリコ
ン膜１１の上にプラズマＣＶＤでＳｉＯ₂膜を形成す
る。このＳｉＯ₂膜上にスパッタリング法によってタン
タルを堆積させ、さらにこの層を所定の形状に加工して
ゲート電極１４を形成する。

【００４５】次いで、その上面に形成されたゲート電極
１４をマスクとしたエッチングによってＳｉＯ₂膜を加
工してゲート絶縁膜１３を形成する。その後、ゲート電
極１４をマスクとして多結晶シリコン膜１１にリンやホ
ウ素などの不純物を５〜１５ｋＶの加速電圧で１０¹³〜
１０¹⁴／ｃｍ²程度ドーピングし、図４（ａ）に示すよ
うに多結晶シリコン膜１１に低濃度領域１１ｃを形成す
る。図４（ｂ）に示すようにゲート電極１４およびその
近傍の低濃度領域１１ｃを覆うようにレジスト層１８を
形成したのち、低濃度領域１１ｃの形成時に用いたもの
と同じ不純物を５〜１５ｋＶの加速電圧で、低濃度領域
１１ｃの露出した部分に５×１０¹⁴〜２×１０¹⁵／ｃｍ
²程度ドーピングし、不純物濃度が高いソース領域１１
ａとドレイン領域１１ｂを形成する。

【００４６】レジスト層１８を除去した後、上記ランプ
アニール装置を用いて、多結晶シリコン膜１１をアニー
ルする。例えば、ランプ２ａおよび２ｂにメタルハライ
ドランプなどのＵＶランプを、フィルタ４ａに３５０〜
６００ｎｍの波長領域の光を透過するバンドパスフィル
タをそれぞれ用いて、Ｎ₂Ｏ雰囲気中でランプアニール
を行う。また、遮光マスク３ａおよび３ｂには、多結晶
シリコン膜１１にのみランプ２ａおよび２ｂからの光が
それぞれ照射するようパターニングされたものを用い
る。

【００４７】ランプ２ａおよび２ｂからの投射光はガラ
ス基板１の両面に照射され、ガラス基板１は軟化点以下
の温度に保ったまま、その上に形成された多結晶シリコ
ン膜１１は８００℃程度の高温に加熱される。この加熱
によって多結晶シリコン膜１１において添加された不純
物の活性化及びドーピングによって生じたダメージの回
復が行われるとともに、チャネル部となる多結晶シリコ
ン膜１１の露出した両面が酸窒化される。さらに、この
加熱によって多結晶シリコン膜１１とゲート絶縁膜１３
との界面が改質される。ここで、低濃度領域１１ｃとチ
ャネル領域との境界部分の近傍ではゲート絶縁膜１３を
介して窒素が拡散しやすいため、ゲート絶縁膜１３によ
り被覆された多結晶シリコン膜１１においてもその表面
から数十Å程度の深さまで酸窒化されされて、図４
（ｃ）に示すように窒酸化膜１９が形成される。この酸
窒化された領域では多結晶シリコン膜１１とゲート絶縁
膜１３との界面近傍は窒素リッチになるため、そこには
耐圧が高くまたホットキャリアにも強いその構造がＳｉ
₃Ｎ₄に近い非常に密な界面が形成される。また、加熱に
よって、ゲート絶縁膜１３の両端部はドーピングによる
ダメージから回復して、ゲート絶縁膜１３の耐圧が向上
する。

【００４８】図４（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１７
としてＳｉＯ₂からなる層をプラズマＣＶＤによって形
成した後、コンタクトホールを形成しそこにソース電極
１５とドレイン電極１６を形成して多結晶シリコン薄膜
トランジスタが完成される。なお、上記ランプアニール
は、層間絶縁膜１７の形成後に行ってもよい。

【００４９】《実施の形態３》本実施の形態のランプア
ニール装置の概略を図５に示す。ガラス基板１の上方に
配されたランプ２ａより投射された光は、実施の形態２
のランプアニール装置に用いたそれと同様に、リフレク
タ８ａによって集光された後、光学フィルタ４ａ及び遮
光マスク３ａを透過して基板１に照射される。基板１の
下方に配されたランプ２ｂからの投射光は、同様にリフ
レクタ８ｂによって集光された後、光学フィルタ４ｂ及
び遮光マスク３ｂを透過して基板１の他方の面に照射さ
れる。このように上側のランプと下側のランプで同時に
加熱することによって、より高温まで半導体膜を加熱す
ることができる。

【００５０】例えば、基板１がガラス基板で、半導体膜
が多結晶シリコンの場合、基板１の上方に配されたフィ
ルタ４ａは２．５μｍ以下の波長領域の光のみを透過さ
せ、遮光マスク３ａは基板１の半導体膜が存在する領域
にのみランプ２ａからの光を照射させる。ここで、波長
が３５０ｎｍ以下の光はガラスにより吸収されるが、そ
の上に形成された半導体膜によって吸収されるため、基
板１には到達しない。これによって、ガラス基板は加熱
されず、半導体膜のみが選択的に加熱される。一方、基
板１の下方に配されたフィルタ４ｂは、ランプ２ｂから
の光のうち、波長が３５０〜６００ｎｍの成分のみを透
過させる。遮光マスク３ｂは、半導体膜が形成されてい
る領域にのみ光を照射させる。

【００５１】波長が３５０ｎｍより短い光は、ガラス基
板１に吸収されてガラス基板１を加熱する。また、波長
が６００ｎｍより長い光は、半導体膜による吸収が比較
的少なく、さらに遮光マスク３ｂを透過した後の回りこ
みによって半導体膜以外の領域にも照射されることが懸
念されるため、フィルタ４ｂには、波長が３５０〜６０
０ｎｍの光を透過させるものを用いることが好ましい。

【００５２】このように、基板の両面から、アニールの
ための光を照射することで、より高温で半導体膜をアニ
ールすることができる。また、基板裏面からランプ光を
照射することによって、基板表側からランプ光を照射し
たときに金属膜などで遮光される領域の半導体膜を直接
加熱することができる。図示しないが、本実施の形態の
ランプアニール装置にも、実施の形態１のそれと同様の
冷却手段が設けられる。

【００５３】なお、ガラス基板の温度上昇が抑制されつ
つ半導体膜が適正にアニールされたかどうかは、たとえ
ばガラス基板の屈折率を測定すれば明らかになる。本発
明のランプアニール装置を用いた選択的加熱によると、
ガラス基板による光の吸収がほとんど抑制されることか
ら、基板の温度上昇は実質的に半導体膜からの伝熱のみ
によるものとみなすことができる。すなわち、基板の半
導体膜が形成された領域は他の領域と比べて高い熱にさ
らされる。ランプアニールでは、アニール中に温度が上
昇した部分は急激に冷却されるためそこには歪みが生じ
やすい。したがって、本発明の選択的加熱によると、半
導体が形成された領域では加熱されなかった他の領域と
比べて屈折率が小さくなる。

【００５４】したがって、アニール処理後に基板の半導
体膜が形成された領域の屈折率および他の領域の屈折率
を測定し、それらを相互にまたはアニール処理前の基板
の屈折率と比較することにより、選択的加熱の程度を評
価することが可能である。半導体膜が形成された領域と
他の領域の屈折率との間で屈折率の差が大きいほど、半
導体膜がより高温で加熱され、良質の半導体膜が得られ
たと判断することができる。なお、従来のランプアニー
ルでは、基板全体が高温に加熱されるために両者の差は
ほとんど認められないか、半導体膜が形成された領域の
基板は放熱が遅いためにかえって他の領域に比べて屈折
率が大きくなる。また、エキシマレーザやファーネスを
用いたアニールにおいても同様に、本発明のランプアニ
ール装置を用いた場合のような屈折率の差は認められな
い。

【００５５】《実施の形態４》本実施の形態のランプア
ニール装置を図６の（ａ）および（ｂ）に示す。図６
（ａ）に示すように、加熱用ランプ２１および２２は、
略同一平面上に格子状に配されている。ガラス基板１
は、アニール処理しようとする半導体膜（図示せず）が
形成された面がこれらランプ２１および２２と互いに対
向するように配される。ランプ２１および２２より投射
された光は基板１の上面の全てに一様に照射され、基板
１の表面に形成された半導体膜の全てを一斉に加熱す
る。基板１の半導体膜が形成された面に対向するように
配された分光器２３は、それぞれ基板１の角部または中
央部において、ランプ２１および２２から照射されたの
ち基板１より反射した光を検出する。なお、透過光を測
定する場合には、分光器２３は、基板１の他方の面に対
向するように配される。

【００５６】ランプ２１および２２からの光の一部は半
導体膜に吸収されまた基板１を透過するが、残りの光は
反射光としてランプ２１および２２の側へ帰ってくる。
反射光のスペクトルおよび透過光のそれは、基板１上に
形成された半導体膜の結晶状態によって大きく変化す
る。特に、シリコンの場合は、図１０の（ａ）および
（ｂ）に示すように４００〜５００ｎｍの波長領域のス
ペクトルが結晶状態の変化に伴って大きく変化するの
で、この領域のスペクトル形状を評価することで結晶状
態を把握することができる。

【００５７】分光器２３のそれぞれは、図６（ｂ）に示
すように入射した光を分光し、その光の４００〜５００
ｎｍの波長領域のスペクトルに関する信号を制御部２５
に出力する。制御部２５の評価ユニット２５ａは、分光
器２３からの信号を互いにまたは予め記憶されたスペク
トルのモデルと比較して、各分光器が反射光を検出した
領域における半導体膜の結晶状態を評価する。制御ユニ
ット２５ｂは、評価ユニット２５ａにより得られた膜の
結晶状態に基づいて、ランプ２１および２２のそれぞれ
の出力を制御する。例えば、アモルファス状態から結晶
性に変化した領域ではその領域に光を照射するランプ２
１または２２の出力を小さくするかゼロにする。また、
まだ結晶化していない領域では対応するランプ２１また
は２２の出力を大きくする。

【００５８】一般的には、このようなランプの配置は、
基板１の中央部は放熱しやすい端部よりも温度が低くな
る。したがって中央部の半導体膜が先に結晶化される。
そのときは、中央部のランプ２１および２２の出力を小
さくするかゼロにし、端部のそれらの出力を大きくす
る。端部の半導体膜が結晶化された時点ですべてのラン
プ２１および２２の出力をゼロにする。これによって、
基板１の中央部に形成された半導体膜がオーバースペッ
クで加熱されることなく、端部の半導体膜を充分に結晶
化させることができる。

【００５９】ランプの出力を制御する代わりにランプと
基板との距離を変えることによっても、半導体膜の結晶
化を制御することができる。たとえば、図６（ａ）に示
すランプ２１および２２のそれぞれを図中上下に移動さ
せる手段を設け、制御部２５は、ランプ２１および２２
の出力に代えてそれらの上下への移動を制御する。すな
わち、制御部２５は、半導体膜に照射される光のエネル
ギーを調整したい部分に対応するランプ２１または２２
の位置を上げ下げする。出力を変更したときにその投射
光の強度の安定に長時間を要するキセノンランプ、メタ
ルハライドランプ等のＵＶランプやエキシマランプを用
いる場合は、ランプの出力の制御よりもランプ位置の制
御が望ましい。

【００６０】なお、ランプとしてキセノンランプなどの
フラッシュランプを用いる場合は、アニール中に制御す
るのではなく、フラッシュランプを点灯させた後に結晶
状態を評価し、結晶化していなければ再度フラッシュラ
ンプを点灯させる。すべて結晶化された時点でランプア
ニール処理を終了することによって半導体膜を確実に結
晶化させることができる。ただし、この場合はランプが
消灯しているときに反射光または透過光を測定して結晶
状態を評価する必要があるので、加熱用のランプとは別
に結晶評価用の光の光源として、白色光源、Ｈｅ−Ｎｅ
光源等をそれぞれの分光器に対してその反射光または透
過光が分光器に入射するように配置する必要がある。

【００６１】反射光を測定する分光器を必ずしも複数用
意しこれらを２次元的に配置する必要はなく、たとえば
最も温度が低くなる基板端部に対応した箇所にのみ分光
器を配置し、その分光器に入射する光のスペクトルが結
晶化された半導体膜のそれになった時点ですべてのラン
プをオフにし、アニール処理を終了してもよい。これに
よって、オーバースペックで半導体膜を加熱することな
く、また正確に結晶化することができる。

【００６２】以下、本ランプアニール装置を用いた具体
的なアニール処理の例について説明する。まず、図７
（ａ）に示すように、ガラス基板１上に、基板１からそ
の表面に形成しようとする半導体膜への不純物の混入を
防ぐためのアンダーコート絶縁膜１０としてＣＶＤ法で
厚さが２，０００〜４，０００ÅのＳｉＯ₂膜を形成す
る。さらにその上に厚さが５００〜１，０００Åのアモ
ルファスシリコン層をＣＶＤ法で形成した後、これをエ
キシマレーザアニールによって結晶化させて良質な多結
晶シリコン膜１１を得る。得られた多結晶シリコン膜１
１を所望の形状にパターニングした後さらにその上にＣ
ＶＤ法によってゲート絶縁膜１３として厚さが約１，０
００ÅのＳｉＯ₂膜を形成する。

【００６３】次に、例えばタンタルからなる厚さが２，
０００Åの層をスパッタリング法によって形成したのち
この層を所定のパターンに加工して、ゲート電極１４を
形成する。ゲート電極１４を形成した後、リンやホウ素
などの不純物をドーピングして、図７（ｂ）に示すよう
に多結晶シリコン膜１１に自己整合的にソース領域１１
ａとドレイン領域１１ｂを形成する。

【００６４】次いで、上記のランプアニール装置を用い
てソース領域１１ａとドレイン領域１１ｂに注入された
不純物の活性化を行う。活性化工程は、注入された不純
物をシリコンのサイトに移動させ、キャリアを放出させ
るためであるが、ドーピングによって非晶質化した多結
晶シリコンを結晶化させるためでもある。例えば、ラン
プ２１および２２としてのメタルハライドランプを一本
あたり６ｋＷの出力で点灯させて図７（ｂ）に矢印で示
す方向に光を照射する。このとき、２次元的に配列され
た分光器２３によって基板１上に形成された多結晶シリ
コン膜１１の結晶状態を測定しながらその変化に応じて
ランプ２１および２２のそれぞれの出力またはこれらラ
ンプのそれぞれの基板１からの距離を制御する。

【００６５】活性化処理後、ＣＶＤ法によって層間絶縁
膜１７としてのＳｉＯ₂膜を形成する。次いで、コンタ
クトホールを形成しそこにソース電極１５とドレイン電
極１６を配して、図７（ｃ）に示すように多結晶シリコ
ン薄膜トランジスタが完成される。

【００６６】《実施の形態５》本実施の形態のランプア
ニール装置を図８の（ａ）および（ｂ）に示す。半導体
膜を加熱するためのランプ２は、たとえばハロゲンラン
プであって、加工しようとする半導体膜（図示せず）が
形成されたガラス基板１の全幅にわたって、加熱用の光
を投射する。リフレクタ８は、ランプ２からの光を集光
して基板１に向けて照射する。基板１は、搬送手段（図
示せず）によって図中矢印方向に搬送される。したがっ
て、基板１は搬送されながら、基板１のうち図中ランプ
２の下を通過した領域の半導体膜がアニール処理され
る。評価用光源２４ａは、基板１のアニール処理されて
いない領域に向けて白色光またはＨｅ−Ｎｅ光を照射す
る。分光器２３ａは、光源２４ａからの光のうち基板１
を透過した成分を検出する。評価用光源２４ｂは、基板
１のアニール処理された領域に向けて白色光またはＨｅ
−Ｎｅ光を照射し、分光器２３ｂは、光源２４ｂからの
光のうち基板１を透過した成分を検出する。

【００６７】制御部２５は、分光器２３ａおよび２３ｂ
からの信号に基づいて半導体膜の結晶状態をリアルタイ
ムで評価する。たとえば両信号に基づいてアニール処理
による半導体膜の結晶性の変化を評価する。また、分光
器２３ｂからの信号をあらかじめ記憶されたモデルと比
較して処理後の半導体膜の結晶状態を評価する。基板１
には、例えば図９に示すように、アニール処理の程度を
チェックするための半導体膜が図中矢印で示す基板１の
搬送方向に連続的に配されたテストパターン１ｂが設け
られていて、分光器２３ａおよび２３ｂは、それぞれこ
のテストパターン１ｂを透過した光を検出する。基板１
が図中矢印方向に搬送される際には、そこに薄膜トラン
ジスタを形成しようとするトランジスタ形成領域１ａよ
りも先にテストパターン１ｂの端部にアニール処理が施
される。したがって、トランジスタ形成領域１ａにアニ
ール処理が施される前に、アニールされたテストパター
ン１ｂを透過した光に関する分光器２３ｂからの信号に
基づいてアニール条件の最適化が行われる。

【００６８】制御部２５は、この分光器２３ｂからの信
号に基づいて評価されたアニール処理後の半導体膜の結
晶性が不充分であれば同条件での処理を続行し、正しく
結晶化されていなければランプ２の出力を大きくする、
基板１の移動速度を遅くする、基板１上の光が照射され
る領域を小さくして半導体膜に照射されるエネルギーを
大きくするように基板１、ランプ２またはリフレクタ８
の位置を調整するなどして、結晶化速度を大きくする。
トランジスタ形成領域１ａがアニール処理されている間
も同様にテストパターン１ｂの評価が行われ、アニール
条件にフィードバックされる。たとえばトランジスタ形
成領域１ａのアニール処理中に結晶化が不充分であると
判断されると、たとえば基板１を逆方向に移動させて再
度アニール処理する。

【００６９】パイロメータ２６は、アニール後の基板１
の温度を測定し、得られた温度に関する信号を制御部２
５に出力する。制御部２５は、基板１の温度が例えば６
５０℃以上になった場合には、処理条件がオーバースペ
ックになっていると判定して、アニール条件にフィード
バックする。すなわち、ランプ出力、移動速度、ランプ
−基板間距離等を調整することにより、オーバースペッ
クのアニール処理を防ぐ。

【００７０】

【発明の効果】本発明によれば、基板の形状変化を生じ
ることなく半導体膜を高温でアニールすることができ、
さらに、最適な条件でランプアニール処理を行うことが
できるため、基板の形状変化を生じることなく正確に均
一性良く半導体膜の活性化及び結晶化を行うことができ
る。したがって、本発明は、性能および信頼性に優れた
薄膜トランジスタを製造することができるランプアニー
ル装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のランプアニール装置の要部
を示す概略した縦断面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、同実施例にお
いて多結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する工程の
各段階における基板の要部を示す概略した縦断面図であ
る。

【図３】本発明の他の実施例のランプアニール装置の要
部を示す概略した縦断面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、同実
施例において多結晶シリコン薄膜トランジスタを製造す
る工程の各段階における基板の要部を示す概略した縦断
面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例のランプアニール装
置の要部を示す概略した縦断面図である。

【図６】（ａ）は、本発明のさらに他の実施例のランプ
アニール装置の要部を示す概略した斜視図であって、
（ｂ）は同装置の構成を示す概略したブロック図であ
る。

【図７】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、同実施例にお
いて多結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する工程の
各段階における基板の要部を示す概略した縦断面図であ
る。

【図８】（ａ）は、本発明のさらに他の実施例のランプ
アニール装置の要部を示す概略した斜視図であって、
（ｂ）は、同装置の構成を示す概略したブロック図であ
る。

【図９】同実施例に用いる基板の構成を示す概略した平
面図である。

【図１０】（ａ）は、光の波長とアニール処理の前また
は後における半導体膜の反射率との関係を示す特性図で
あって、（ｂ）は、光の波長とアニール処理の前または
後における半導体膜の透過率との関係を示す特性図であ
る。

【図１１】（ａ）は、短波長の光に対するガラス基板の
透過率、反射率および吸収率を示す特性図であり、
（ｂ）は、長波長の光に対するガラス基板の透過率を示
す特性図である。

【図１２】遮光マスクを用いたランプアニールにおいて
投射光の回り込みを示すモデル図である。

【符号の説明】

１ガラス基板１ａトランジスタ形成領域１ｂテストパターン２、２ａ、２ｂ、２１、２２加熱用ランプ３ａ、３ｂ遮光マスク４ａ、４ｂ光学フィルタ５ａ、５ｂ筐体６ａ、６ｂ吸気口７ａ、７ｂ排気口８、８ａ、８ｂリフレクタ１０アンダーコート絶縁膜１１多結晶シリコン膜１１ａソース領域１１ｂドレイン領域１１ｃ低濃度領域１２熱酸化膜１３ゲート絶縁膜１４ゲート電極１５ソース電極１６ドレイン電極１７層間絶縁膜１８レジスト層１９窒酸化膜２３、２３ａ、２３ｂ分光器２４ａ、２４ｂ評価用光源２５制御部２５ａ評価ユニット２５ｂ制御ユニット２６パイロメータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された半導体膜をアニール
するためのランプアニール装置であって、透明基板に向けて加熱のための光を投射する光投射手
段、および前記透明基板と前記光投射手段の間に配され
前記透明基板上の所定領域を選択的に加熱する選択加熱
手段を具備するランプアニール装置。
【請求項２】前記選択照射手段が、前記透明基板上の
前記所定領域にのみ前記光投射手段より投射された光を
照射させる遮光マスクである請求項１記載のランプアニ
ール装置。
【請求項３】前記半導体膜が前記所定領域にのみ形成
されている請求項２記載のランプアニール装置。
【請求項４】前記遮光マスクは、最小幅が５〜１００
μｍの開口部パターンを有する請求項２記載のランプア
ニール装置。
【請求項５】前記透明基板と前記遮光マスクが、０．
１〜１０ｍｍの間隔で配された請求項２記載のランプア
ニール装置。
【請求項６】前記選択照射手段が、前記光投射手段よ
り投射された光のうち所定の波長成分のみを透過させる
光学フィルタである請求項１記載のランプアニール装
置。
【請求項７】前記光学フィルタは波長が所定値よりも
長い光をカットするローパスフィルタであって、前記所
定値が２．５μｍ以上である請求項６記載のランプアニ
ール装置。
【請求項８】前記光学フィルタは波長が所定値よりも
長い光をカットするローパスフィルタであって、前記所
定値が７００ｎｍ以上である請求項６記載のランプアニ
ール装置。
【請求項９】前記光学フィルタは波長が所定値よりも
短い光をカットするハイパスフィルタであって、前記所
定値が３５０ｎｍ以下である請求項６記載のランプアニ
ール装置。
【請求項１０】前記光学フィルタは波長が所定値より
も短い光をカットするハイパスフィルタであって、前記
透明基板を構成する材料のエネルギー準位を高める波長
の光をカットする請求項６記載のランプアニール装置。
【請求項１１】前記光学フィルタが、前記透明基板と
同じ材料からなる請求項６記載のランプアニール装置。
【請求項１２】前記光学フィルタが、波長が３５０〜
７００ｎｍの光を透過するバンドパスフィルタである請
求項６記載のランプアニール装置。
【請求項１３】前記光学フィルタが、波長が３５０ｎ
ｍ〜２．５μｍの光を透過するバンドパスフィルタであ
る請求項６記載のランプアニール装置。
【請求項１４】前記光投射手段と前記透明基板の間に
配され、前記光投射手段より投射された光を前記透明基
板上の所定領域にのみ照射させる遮光マスクをさらに具
備する請求項６記載のランプアニール装置。
【請求項１５】前記光投射手段が前記透明基板の一対
の主面のそれぞれに対向して配され、前記選択加熱手段
が少なくとも一方の側に配された請求項１記載のランプ
アニール装置。
【請求項１６】前記光投射手段と前記透明基板との相
対位置を変化させるための変位手段をさらに具備し、前
記光投射手段は前記透明基板上の限定された領域にのみ
光を照射する請求項１記載のランプアニール装置。
【請求項１７】前記透明基板の位置および前記選択加
熱手段の位置が固定されていて、前記変位手段は前記光
投射手段を移動させる請求項１６記載のランプアニール
装置。
【請求項１８】前記選択加熱手段の温度上昇を抑制す
るための冷却機構をさらに具備する請求項１記載のラン
プアニール装置。
【請求項１９】基板上に形成された半導体膜をアニー
ルするためのランプアニール装置であって、透明基板上に形成された半導体膜に向けて前記半導体膜
を加熱するための光を投射する光投射手段と、前記半導体膜および前記透明基板を透過しまたは前記半
導体膜より反射した所定の波長の光を測定する光測定手
段と、前記光測定手段により得られた測定結果に基づいて前記
半導体膜の結晶状態を評価する結晶評価手段と、前記結晶評価手段による評価結果に基づいて前記半導体
膜の処理条件を制御する光照射制御手段とを具備するラ
ンプアニール装置。
【請求項２０】前記光測定手段が、前記光投射手段よ
り投射された光を検出する請求項１９記載のランプアニ
ール装置。
【請求項２１】前記光測定手段が受光する光を前記半
導体膜に向けて投射するための評価用光源をさらに具備
する請求項１９記載のランプアニール装置。
【請求項２２】前記光投射手段と前記透明基板との相
対位置を変化させるための変位手段をさらに具備し、前
記光投射手段は前記透明基板上の限定された領域にのみ
光を照射する請求項１９記載のランプアニール装置。
【請求項２３】前記光測定手段が、略同一平面上に配
された複数の光検出素子を含む請求項１９記載のランプ
アニール装置。
【請求項２４】前記光測定手段は、波長が４００〜５
００ｎｍの範囲の光を検出する請求項１９記載のランプ
アニール装置。
【請求項２５】前記光照射制御手段は、前記評価結果
に基づいて前記光投射手段が照射する光の出力を制御す
る請求項１９記載のランプアニール装置。
【請求項２６】前記光投射手段より前記透明基板に向
けて投射される光の焦点距離を制御する焦点距離変位手
段をさらに具備し、前記光照射制御手段は前記評価結果
に基づいて前記焦点距離変位手段を作動させる請求項１
９記載のランプアニール装置。
【請求項２７】前記光照射制御手段は、前記評価結果
に基づいて前記変位手段を作動させて前記透明基板と前
記光投射手段との相対速度を変化させる請求項２２記載
のランプアニール装置。
【請求項２８】前記光投射手段の光源が、ハロゲンラ
ンプ、エキシマランプおよびフラッシュランプからなる
群より選択される一種である請求項１９記載のランプア
ニール装置。
【請求項２９】前記光投射手段の光源が、高圧水銀ラ
ンプ、メタルハライドランプおよびキセノンランプから
なる群より選択されるＵＶランプである請求項１９記載
のランプアニール装置。
【請求項３０】透明基板および前記透明基板上に形成
された薄膜トランジスタからなるスイッチング素子を具
備し、前記透明基板の前記スイッチング素子が形成され
た領域における屈折率が他の領域における屈折率よりも
小さい表示素子用基板。