JP2002151426A - ランプアニール装置及び加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランプの劣化や石英窓等の失透に関係なく、
安定したランプアニールを行うことができるランプアニ
ール装置を提供し、また、それを用いて透明基板上に形
成された半導体膜を安定してアニールできる加熱方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 ランプアニール装置の光源から照射され
る光の照度を測定する手段、もしくは、所定のパワーで
ランプを点灯させたときの電流値を測定する手段を備え
る。そして、その測定結果からランプアニール装置の状
態を評価する手段を備え、その評価結果に基づいてラン
プパワーやランプと基板間の距離を調整し、アニール処
理を行うことにより、ランプの劣化や石英などの失透に
関係なく、安定したアニール処理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はランプアニール装置
及び加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄膜トランジスタをスイッチング素子と
して用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置は、現
在デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、そし
てカーナビやノートパソコン等に広く用いられている。

【０００３】特に近年では、アモルファスシリコンより
も移動度の大きい多結晶シリコンを半導体層とする多結
晶シリコン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は、半導体層にアモルファ
スシリコンを用いたアモルファスシリコン薄膜トランジ
スタよりもはるかに移動度が大きいため、液晶のスイッ
チングに用いる画素トランジスタのみならず、画素トラ
ンジスタ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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、一方では軟化
点の低いガラス基板を用いるため、シリコン基板上のＭ
ＯＳトランジスタのように、活性化やドーピングダメー
ジの除去を行う１０００℃以上の高温処理をすることが
できないという欠点を持っている。活性化やドーピング
ダメージの除去が不充分だとトランジスタ特性の劣化や
信頼性の低下が生じる。従って、できるだけ高温でアニ
ールしてやる必要がある。そこで、従来は、６００℃程
度での長時間のファーネスアニールを行っていたが、６
００℃はガラスの軟化点ぎりぎりの温度であるため、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
工が困難になることがあった。また、アニール中にガラ
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し、薄膜トランジスタの特性や信頼
性が低下する。このような問題を解決するために、最近
はランプアニールによる短時間の光加熱による活性化が
行われている。ランプアニールは、ハロゲンランプやＵ
Ｖランプによって、半導体膜を選択的に加熱するプロセ
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６００℃以上の高温に加熱することができる。
これによって、基板の形状変形を生じることなく、半導
体膜を高温でアニールすることができるのである。しか
しながら、ランプアニール処理は、ランプの劣化や、石
英窓の失透によって基板に照射される光強度が変化し、
半導体薄膜の処理状態が変化してしまう。ランプアニー
ル装置の光源として良く用いられるハロゲンランプは、
ランプの中では比較的安定であるが、使用時間と共に徐
々に劣化し、長時間使用すると所定の電圧に対する光強
度が減少してしまう。ガラス基板上に形成されたポリシ
リコン膜などの半導体膜を加熱する場合は、ハロゲンラ
ンプよりもメタルハライドランプなどのＵＶランプの方
がより選択的に半導体膜を加熱できるが、ＵＶランプは
ハロゲンランプよりも劣化が大きく、使用時間と共に光
強度が減少していく。また、石英や多層膜フィルター越
しに基板に光を照射する場合は、石英や多層膜フィルタ
ーの失透によって、基板に到達する光強度が変化してし
まう。

【０００５】そこで、本発明の課題は、ランプの劣化や
石英などの失透に関係なく、安定した加熱処理を行うこ
とができるランプアニール装置、及び加熱方法を提供す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明では、ランプアニール装置の光源から照射さ
れる光のうち、所定の波長領域の照度を測定する手段を
ランプアニール装置に備える。または、所定のパワーで
ランプを点灯させたときの電流値を測定する手段を備え
る。さらに、その測定結果から、ランプアニール装置の
状態を評価する手段を備え、その評価結果に基づいて、
処理時のランプパワーやランプと基板間の距離を調整す
る。

【０００７】以下、それぞれの製造方法について説明す
る。

【０００８】請求項１記載のランプアニール装置では、
所定の波長領域の照度を測定する手段と、その測定結果
からランプアニール装置の状態変化を評価する手段とを
備え、その評価結果に基づいてランプパワーを調整す
る。これによって、ランプや石英窓などの状態が変化し
ても、基板に照射される光強度を一定に保つことができ
る。

【０００９】請求項２記載のランプアニール装置では、
装置の状態変化を、ランプと基板との距離を調整するこ
とによって打ち消し、基板に照射される光強度を一定に
する。

【００１０】請求項３記載のランプアニール装置では、
照度を測定して装置の状態変化を評価するのではなく、
所定のパワーでランプをランプを点灯し、そのときの電
流値を測定することで、ランプの劣化状態を評価する。
そして、所定の電流値が得られるようにパワーを調整す
ることにより、基板に照射される光強度を一定にするこ
とができる。

【００１１】請求項４、請求項５、そして請求項６記載
の加熱方法では、それぞれ、請求項１、請求項２、そし
て請求項３記載のランプアニール装置を用いて、透明基
板上に形成された半導体膜を加熱することにより、ラン
プアニール装置の状態変化に関わらず、一定の強度の光
を基板に照射することができ、ばらつきの少ないアニー
ル処理を行うことができる。

【００１２】請求項７記載のランプアニール装置では、
３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の少なくとも一部の
波長領域の照度を測定する。半導体膜がポリシリコン膜
の場合、選択的に半導体膜を加熱する波長領域は、３０
０ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域であり、この領域の光の
照度を評価して、ランプのパワーもしくは、ランプと基
板間の距離を調整することで、より安定したアニールが
できる。

【００１３】請求項８記載のランプアニール装置では、
５００ｎｍ〜１μｍの波長領域の少なくとも一部の波長
領域の照度を測定する。ハロゲンランプやキセノンラン
プでは、パワーを変えたときに、この波長領域の光強度
が大きく変化するため、この波長領域の照度を評価し
て、ランプのパワーもしくは、ランプと基板間の距離を
調整することで、より安定したアニールができる。

【００１４】請求項９、請求項１０記載の加熱方法で
は、それぞれ、請求項７、請求項８記載のランプアニー
ル装置を用いて、透明基板上に形成された半導体膜を加
熱することにより、ランプの劣化に関係なく安定したア
ニール処理を行うことができ、半導体膜の膜質のばらつ
きが少なくなる。

【００１５】請求項１１記載の加熱方法では、透明基板
上に形成された半導体膜を加熱する際に、ランプの規格
における最大パワーの８０％以下のパワーでランプを点
灯し、アニール処理を行う。逆に言うと、８０％以下の
パワーで半導体膜を所望の温度までアニールできるよう
なランプを光源として用いる。ランプは使用時間と共に
劣化していき、当初の電圧を印加しても所望の光強度が
得られなくなる。従って、規格の８０％以上のパワーで
ランプを点灯するような条件でアニール処理を行うと、
使用時間と共にランプが劣化して、最大パワーの電圧を
ランプに投入しても、所望の光強度が得られなくなる。
ある程度余裕を持って、例えば、規格の８０％以下のパ
ワーで点灯してアニールするようにしておくと、より、
長時間ランプを使うことができ、部材にかかる費用も少
なくなるし、稼働率も高くなる。

【００１６】請求項１２記載のランプアニール装置で
は、ランプアニール装置の光源をメタルハライドラン
プ、キセノンランプ、高圧水銀ランプなどのＵＶランプ
としている。上記のように半導体膜がポリシリコン膜の
場合、選択的に半導体膜を加熱できる波長領域が３００
ｎｍ〜５００ｎｍであり、ＵＶランプでは、その領域の
光を多く照射する。これによって、より選択的に半導体
膜を加熱することができる。ランプの劣化はハロゲンラ
ンプよりも大きいが、照度や電流を測定してランプの劣
化状態を調べて、パワーや基板とランプとの距離を調整
することにより、ランプの劣化に関係なく安定したアニ
ール処理ができる。

【００１７】請求項１３記載のランプアニール装置で
は、光源として、ハロゲンランプを用いている。ハロゲ
ンランプはＵＶランプよりも劣化が小さく、より安定し
た処理ができる。使用時間と共に劣化した分は、所定の
波長領域の照度や、所定のパワーで点灯したときの電流
値を測定することによって劣化状態を評価し、ランプパ
ワーや基板とランプとの距離を調整することにより、安
定したアニール処理を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１から図４を用いて説明する。

【００１９】（実施の形態１）図１は、本発明にかかる
第１の実施例を示すランプアニール装置の概観図であ
る。ガラス基板１０上に形成された半導体膜２０をラン
プ３０からのランプ光５０によって加熱する。ランプ３
０はハロゲンランプもしくはＵＶランプを用いる。ラン
プ光５０はガラス基板１０上に数ｍｍ幅から数ｃｍ幅に
集光され、ガラス基板１０とランプ３０とが相対的に移
動することによってガラス基板１０全体を加熱すること
ができる。本実施例では、ランプ３０が図の左側から右
側へ移動することにより、ガラス基板１０全体を加熱す
る。ランプアニールプロセスは、ランプ光５０をガラス
基板に照射し、ランプ光５０を半導体膜２０が吸収する
ことによって、半導体膜２０の温度が上昇することによ
り、アニール処理を行うプロセスであるため、ガラス基
板１０に照射される光強度の変化が、直接、半導体膜２
０の温度変化につながり、半導体膜２０の膜質が変化す
る。例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタの活性化プ
ロセスにランプアニール装置を用いる場合、ガラス基板
１０に照射される光強度が変化すると、半導体膜２０、
即ち、ポリシリコン膜の到達温度が変化し、膜質及び活
性化率が変化する。従って、薄膜トランジスタの性能や
信頼性が変化することになり、歩留まりが落ちる。ガラ
ス基板１０に照射される光強度が変化する要因としては
様々なものが考えられるが、最も大きい要因は、ランプ
３０の劣化である。ランプアニール装置にはハロゲンラ
ンプやＵＶランプが用いられるが、どちらのランプも、
使用時間と共に光強度が減少していく。特に、ＵＶラン
プはハロゲンランプに比べて、劣化が激しい。

【００２０】図２は、ランプの使用時間と照度計６０で
測定される照度との関係を表した図である。使用時間と
共に所定のパワーで点灯したときの照度が減少してい
る。使用時間１の状態のときは、照度１でガラス基板１
０をアニールしたい場合、パワー１でランプ３０を点灯
すれば良いが、使用時間２に達すると、パワー１でラン
プ３０を点灯させても照度２の照度しか得られず、半導
体膜２０の到達温度が低くなってしまう。従って、使用
時間２の状態では、パワー１よりも大きいパワーでラン
プ３０を点灯する必要があり、この場合、照度１の照度
を得るためには、パワー２でランプ３０を点灯しなけれ
ばならない。

【００２１】そこで、本実施例では、アニール処理を行
う前に、図１の状態で、ランプ３０の劣化状態を調べ、
ランプパワーを調整する。まず、所定のパワー、例え
ば、パワー１でランプ３０を点灯する。ランプ３０から
照射されるランプ光５０を照度計６０で測定する。ラン
プ制御回路７０において、測定した照度からランプ３０
の劣化状態を評価し、所望の照度が得られるようにラン
プパワーを調整する。例えば、まず、パワー１でランプ
３０を点灯して照度を測定し、照度１と比較する。そし
て、照度１よりも小さい照度である場合、パワーを徐々
に上げていき、照度計６０で測定される照度が照度１に
なるまでパワーを上げていく（使用時間２の場合で言う
とパワー２まで）。その状態でランプ３０を移動させ、
ガラス基板１０全体にランプ光５０を照射する。これに
よって、ランプ３０の劣化に関わらず、一定の照度の光
をガラス基板１０に照射することができ、安定したラン
プアニール処理をすることができる。特に、ポリシリコ
ン薄膜トランジスタの活性化工程にランプアニール装置
を用いる場合は、本発明のランプアニール装置及び加熱
方法を用いることにより、ポリシリコン薄膜の膜質及び
活性化率のばらつきが小さくなり、性能及び信頼性のば
らつきを抑えることができ、結果として、歩留まりが向
上する。

【００２２】なお、ランプ３０の劣化状態を評価する
際、ランプ３０を点灯するパワーは処理条件に対応する
パワーが望ましいが、他の条件で点灯してもランプ３０
の劣化状態を評価することができる。

【００２３】また、ランプ３０が劣化した分を、パワー
を変えることで調整したが、ランプ３０とガラス基板１
０との距離を変えることでも調整することができる。ラ
ンプパワーで調整する場合と同様に、所望の照度が得ら
れるまでランプ３０とガラス基板１０間の距離を変化さ
せていけばいいのである。

【００２４】以上の説明では、照度計６０を用いてラン
プ３０の劣化状態を調べ、安定したランプアニール処理
ができるように、ランプパワー、もしくは、ランプ３０
とガラス基板１０間の距離を調整したが、ランプ３０の
電流値を測定することでもランプ３０の劣化状態を評価
することができる。図３は、所定のパワーでランプ３０
を点灯したときの電流値の時間変化を表したものであ
る。ランプ３０の劣化に伴って電流値が減少する。ラン
プ３０を形成する石英管が失透する場合は別であるが、
電流値が一定であれば、ランプ３０が照射する光の強度
は一定に保たれる。これを利用して、ガラス基板１０に
照射される光強度を一定に保つのである。まず、ランプ
３０を所定のパワー、例えば、パワー１で点灯する。そ
して、そのときの電流値をランプ制御回路７０で測定
し、所望の電流値、例えば、電流値１と比較する。測定
値が電流値１より小さい場合は、パワーを徐々に上げて
いき、測定値が電流値１になるまでパワーを変化させる
（使用時間２の場合は、パワー２まで）。その状態でラ
ンプ３０を移動させ、ガラス基板１０全体にランプ光３
０を照射するのである。これによって、ランプ３０の劣
化に関わらず、安定したランプアニール処理ができる。

【００２５】なお、本実施例では、ランプ光５０が直接
ガラス基板１０に照射される場合について説明したが、
石英越しに照射する構成の場合は、石英を透過後、照度
計へ入光するように照度計を配置する。これによって、
ランプ３０の劣化だけではなく、石英の失透を含めて装
置の状態変動を評価することが可能となり、ランプ３０
の劣化及び石英の失透に関係なく安定したランプアニー
ル処理ができる。

【００２６】また、図２及び図３から明らかなように、
ハロゲンランプやＵＶランプは使用時間と共に光強度が
変化していくため、規格の最大パワーに近い領域でラン
プ３０を点灯させてランプアニール処理を行うと、劣化
によって、短時間で所望の光強度が得られなくなり、ラ
ンプ交換を行わなければならない。従って、ランプの最
大パワーの８０％以下程度のパワーでランプを点灯させ
てランプアニール処理を行うことによって、ランプを長
時間使えるようになり、稼働率が向上する。

【００２７】（実施の形態２）図４は、本発明にかかる
第２の実施例を示すランプアニール装置の概観図であ
る。図４（Ａ）は、装置を上から見た図であり、図４
（Ｂ）は装置を横から見た図である。Ｘ方向（横方向）
に並んだランプ３０ａ〜３０ｅとＹ方向（縦方向）に並
んだランプ３０ｆ〜３０ｍによって石英窓８０越しにガ
ラス基板１０にランプ光５０を照射する。ガラス基板１
０はドーナツ型に加工された石英サセプタ９０に形成さ
れた突起で保持されている。フッ化バリウム１１０は、
パイロメータで温度制御する場合、測定する波長領域の
光を取り込むために配置している。温度制御する場合
は、ガラス基板からの輻射光がフッ化バリウム１１０越
しにパイロメータに入射し、温度をモニターすることで
フィードバック制御を行う。図では、フッ化バリウム１
１０の下に照度計６０が配置されているが、温度制御を
行う場合は、照度計が自動的に移動し、フッ化バリウム
を透過した光はパイロメーターに到達する。

【００２８】ランプアニール処理を行う場合は、ガラス
基板１０をチャンバー１００へ導入する前に、ランプ３
０の劣化状態及び石英窓８０の失透状態を調べる。図４
（Ｂ）の状態からガラス基板１０がない状態で、まず、
ランプ３０を所定のパワーで点灯する。ランプ３０から
照射されたランプ光５０は、石英窓８０を透過し、フッ
化バリウム１１０を透過して照度計６０に到達する。ガ
ラス基板１０に照射される光強度が変化する要因として
は、大きく、ランプ３０の劣化と石英窓８０の失透があ
る。照度計６０で測定する照度は、両者の影響を受けて
おり、ガラス基板１０に照射される光強度の変化を正確
に評価することができる。フッ化バリウム１１０が失透
する場合は、フッ化バリウム１１０を取り外して照度測
定を行っても良い。実施例１と同様にして、ランプ制御
回路７０によって、所望の照度になるまでランプ３０の
パワーを変化させる。これからランプ３０の劣化や石英
窓８０の失透による変動分を評価するのである。実際に
アニール処理を行う場合は、この変動分をかさ上げし
て、ランプ制御回路によるランプパワー制御でガラス基
板をアニールする。

【００２９】以上のランプパワー調整が終了した後、ガ
ラス基板１０をチャンバー１００内に導入し、ドライポ
ンプやターボ分子ポンプで排気し、電力制御によるラン
プアニール処理を行う。ここで、電力制御と言ってるの
は、時間に対してある電力プロファイルを設定し、その
プロファイル通りに電力を時間に対して変化させて処理
を行うことである。アニール処理の前にランプ３０の劣
化及び石英窓８０の失透による影響がないように電力の
かさ上げを行っているので、ランプ３０の劣化や石英窓
８０の失透に関係なく、ガラス基板１０に照射される光
強度を一定にすることができ、安定したランプアニール
処理を行うことができる。

【００３０】以上の加熱方法では、照度を測定してラン
プ３０の劣化状態及び石英窓８０の失透を評価したが、
ランプの劣化状態の評価だけであれば、ランプの電流値
を測定することによっても評価できる。実施例１と同様
にして、多数のランプ３０ａ〜３０ｍを一本ずつ所定の
パワーで点灯し、そのときの電流値を測定して、電流値
が所定の電流値になるまでパワーを変化させて、劣化に
よる変動分を割り出すのである。そして、その変動分を
かさ上げしてランプアニール処理を行うことにより、ラ
ンプ３０の劣化状態に関係なく安定したランプアニール
処理を行うことができる。

【００３１】なお、以上の説明では、照度を測定すると
きの波長領域について述べなかったが、ガラス基板上に
形成されたポリシリコン膜をアニールする場合は、ポリ
シリコン膜を選択的に加熱できる波長領域が３００ｎｍ
〜５００ｎｍの波長領域なので、その重要な波長領域の
照度を測定することによって、装置状態変動をより正確
に評価することができる。メタルハライドランプや高圧
水銀ランプなどのＵＶランプを光源として用いる場合
も、３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の光成分が多い
ので、その領域の照度を測定することにより、より正確
に装置変動を評価することができる。ハロゲンランプを
光源として用いる場合は、５００ｎｍ〜１μｍの波長領
域の成分が大きいため、その領域の照度を測定すること
により、より正確に装置変動を評価することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ランプ
の劣化や石英等の失透による光強度の変化を、照度や電
流値を測定することによって評価し、その結果に基づい
て、ランプパワーやランプとガラス基板間の距離を調整
することによって、ガラス基板に照射される光強度を一
定に保つことができる。これによって、ランプアニール
装置の状態変化に関係なく、安定したランプアニールが
できるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１実施例を示す図

【図２】ランプの使用時間と照度の関係を示す図

【図３】ランプの使用時間と電流値の関係を示す図

【図４】本発明にかかる第２実施例を示す図

【符号の説明】

１０ ガラス基板 ２０ 半導体膜 ３０ ランプ ３０ａ〜３０ｅ Ｘ方向に配置されたランプ ３０ｆ〜３０ｍ Ｙ方向に配置されたランプ ４０ リフレクター ５０ ランプ光 ６０ 照度計 ７０ ランプ制御回路 ８０ 石英窓 ９０ サセプタ １００ チャンバー １１０ フッ化バリウム １２０ パイロメータ

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上に形成された半導体膜を加熱
   するランプアニール装置において、所定の波長領域の照
   度を測定する手段と、その測定結果からランプアニール
   装置の状態変化を評価する手段とを有し、その評価結果
   に基づいてランプパワーを調整することを特徴とするラ
   ンプアニール装置。
2. 【請求項２】 透明基板上に形成された半導体膜を加熱
   するランプアニール装置において、所定の波長領域の照
   度を測定する手段と、その測定結果からランプアニール
   装置の状態変化を評価する手段とを有し、その評価結果
   に基づいてランプと基板との間の距離を調整することを
   特徴とするランプアニール装置。
3. 【請求項３】 透明基板上に形成された半導体膜を加熱
   するランプアニール装置において、ランプに所定の電圧
   を印加したときの電流値を測定する手段と、その測定結
   果からランプアニール装置の状態変化を評価する手段と
   を有し、その評価結果に基づいてランプに印加する電圧
   を調整することを特徴とするランプアニール装置。
4. 【請求項４】 ランプアニール装置による加熱方法にお
   いて、処理前にランプ光の照度を測定して装置状態を評
   価し、その評価結果に基づいてランプパワーを調整した
   後、加熱処理を行うことを特徴とする加熱方法。
5. 【請求項５】 ランプアニール装置による加熱方法にお
   いて、処理前にランプ光の照度を測定して装置状態を評
   価し、その評価結果に基づいてランプと基板間の距離を
   調整した後、加熱処理を行うことを特徴とする加熱方
   法。
6. 【請求項６】 ランプアニール装置による加熱方法にお
   いて、処理前にランプ点灯時の電流値を測定して装置状
   態を評価し、その評価結果に基づいてランプパワーを調
   整した後、加熱処理を行うことを特徴とする加熱方法。
7. 【請求項７】 ３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の少
   なくとも一部を含む波長領域の照度を測定することを特
   徴とする請求項１または請求項２記載のランプアニール
   装置。
8. 【請求項８】 ５００ｎｍ〜１μｍの波長領域の少なく
   とも一部を含む波長領域の照度を測定することを特徴と
   する請求項１または請求項２記載のランプアニール装
   置。
9. 【請求項９】 ３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長領域の少
   なくとも一部を含む波長領域の照度を測定することを特
   徴とする請求項４または請求項５記載の加熱方法。
10. 【請求項１０】 ５００ｎｍ〜１μｍの波長領域の少な
    くとも一部を含む波長領域の照度を測定することを特徴
    とする請求項４または請求項５記載の加熱方法。
11. 【請求項１１】 ランプアニール装置による加熱方法に
    おいて、ランプ規格の８０％以下のパワーでランプを点
    灯して基板加熱を行うことを特徴とする加熱方法。
12. 【請求項１２】 ランプ光の光源がＵＶランプであるこ
    とを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載
    のランプアニール装置。
13. 【請求項１３】 ランプ光の光源がハロゲンランプであ
    ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに
    記載のランプアニール装置。