【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光照射による物質の改質に用いる方法に関するものである。さらに詳しくは、従来よりも広範な光照射条件に効果的に対応が可能となる光照射方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から光照射は様々な用途に用いられており、そのための装置も多種多様である。殺菌を目的としてバクテリアなどを死滅させるために紫外線ランプを装備した装置などが好例であろう。電気電子工業においてもフォトリソグラフィー工程でのレジストのパターン形成や薄膜形成に際しての光アシストなど光照射は重要な要素技術の一つとなっている。高精度光照射の例としてはレーザー光を用いるものがある。レーザーからは単一波長のコヒーレント光を得ることができ集光性に優れていることからミクロンスケールの部分照射も可能である。この特性を生かしミクロな配線パターンの部分修復や切断などのいわゆるレーザーリペアーなどの応用技術がある。
【０００３】
薄膜の結晶性向上などにおいては如何に必要なエネルギーを効率よく必要な部分に供給できるかが重要である。したがってこのような目的のためにも精度の高い光照射特性の制御を必要とすることからレーザー光照射技術が用いられている。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜にエキシマレーザー光を照射することによりポリクリスタルシリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜を形成する技術は広く普及しており、デバイスの作成工程にも導入されている。
【０００４】
光照射は被照射物の特性および目的により必要な条件が異なるため通常は特定用途ごとに個々の装置が開発されてきた。先のレーザー照射装置などがその例である。しかし、このレーザー光の特性は広域への照射という点では不利である。たとえば数ｃｍあるいはそれ以上におよぶ領域に照射する場合にはビームエキスパンダーなどの光学系の工夫により意図的に照射領域を広げる必要がある。照射領域を広げることにより当然のことながら照射強度密度は低下することとなるために広い領域への高強度照射を要する場合には高価な大型高出力のレーザーを必要とする。さらに、高出力レーザーからの光を広げるにも限界があり、場合によっては広げたレーザービームの照射位置を順次移動させることにより必要な照射領域を満たすというよな工夫がなされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
複雑な製品の製造工程においては多数の装置を必要とするために、先の例のようなそれぞれの目的のための特殊装置を多数設置することとなり、コストおよび設置スペースの両面で大きな問題である。
【０００６】
本発明は広範な条件に対応可能な光照射方法であり、広い面積に制御性良く光を照射し材料を改質するための装置の生産性を大幅に向上させ、かつコストの削減を可能にする装置構成およびそれによる光照射方法を提供することを目的とする。特に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜をポリクリスタルシリコン（ｐ−Ｓｉ）にし、また、照射時の被照射物へのダメージをなくす、あるいは最小限に抑制する、また、ポリクリスタルシリコン（ｐ−Ｓｉ）薄膜の品質を改良することを合わせて目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上記課題を解決するためにパルス点灯する光源を配置した光照射装置を用い、被照射物アモルファスシリコンおよび／またはポリクリスタルシリコンからなる被照射物に、光エネルギーＥをＪ／ｃｍ２で表し、パルス幅τをｓｅｃで表したとき、Ｓ＝Ｅ／τ１／２により定義する照射指標Ｓを制御して光照射する光照射方法であって、該照射指Ｓの値を２５０≦Ｓ≦７００の範囲としたことを特徴とする光照射方法とするものである。
【０００８】
また、光源としてキセノンフラッシュランプを用いることを特徴とする光照射方法とするものである。
【０００９】
なお、本願で言うパルス幅とは、通常、半値幅と呼ばれているものに相当し、パルスの尖頭値の１／２に相当する値の時間幅のことをいう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による光照射装置の構成例を示す概略が図１である。光照射装置１０には光源として複数本のキセノンフラッシュランプ１を用い、それらの背面、すなわち被照射物である試料５の反対側には反射板２が設けてあり、ランプからの光照射の際の均一性向上および背面へ散逸する光の有効利用に寄与するように設計されている。ランプ１と試料５との間にはディフューザー３を設置し、光の均一性を一段と向上させるようにしてある。試料５はＡｒ、Ｎ２、真空あるいは大気雰囲気と目的に応じて設定されたガス雰囲気にされたチャンバー７内に配設されて、ヒータ８で下方から予熱された試料ステージ４上にセットされ、ランプ１との距離を調節した後に照射が行われる。
【００１１】
以下に述べる具体的実施例の試料ステージ４の表面はアルミニウム（Ａｌ）を用いた高反射面仕上げとなっているものを用いた。Ａｌの反射特性は文献等にあるのでここでは省略するが、紫外から赤外にいたるまでの広帯域にわたって均一かつ高い反射特性を示し、キセノンフラッシュランプ１からの光を効率よく反射する性質を有している。
【００１２】
しかし、試料ステージは目的に応じて多様なものが可能であり、表面の材質としてはセラミックス（アルミナ、チッ化アルミニウムなど）、金属（アルミニウム、ステンレスなど）、あるいはホーローでコーティングした金属などがある。被照射物の性質、使用温度などを考慮して適したものを選択することになる。
【００１３】
ここで、本発明において取り上げた照射指標Ｓについて説明する。パルス光を被照射物に照射して改質する場合、同程度に改質する条件はパルス光のエネルギーの多寡とパルス幅により複数存在する。本発明で規定した「光エネルギーＥ［Ｊ／ｃｍ２］とパルス幅τ［ｓｅｃ］を基に算出される照射指標Ｓ」で表記すると略同じ値で異なる光エネルギーやパルス幅を有する光照射においても改質の為の条件を表記できることを発明者は見出したのである。
【００１４】
本発明における照射指標Ｓを制御する回路構成の一例を図２に示す。充電器１３からのエネルギーをコイルＬ１・Ｌ２・Ｌ３およびコンデンサーＣ１・Ｃ２・Ｃ３の組み合わせからなる回路に蓄積し、キセノンフラッシュランプ１の発光に利用する。ここではコイルとコンデンサーの組み合わせを３段用いる回路例を記載したが、目的に応じて段数および個々の部品の容量などの定格を選定することは言うまでもない。
【００１５】
キセノンフラッシュランプ１を点灯させ、所望の光照射効果を得るためには必要とするエネルギーをランプに対してほぼ瞬時に供給する必要があるが、そのエネルギーは通常の電源から直接給電する方法では不十分であるため、蓄電機能を有するデバイスに蓄えた後に信号により一気に放出させる手法を用いる。蓄電機能はコンデンサーＣ１，Ｃ２，Ｃ３が担っており、その容量Ｃは目的に応じて設定する。負荷に対して適切なパルスとして放電させるためにインダクタンスＬを回路内に設けてある。これらＣとＬの組み合わせおよび個数によりエネルギーとパルス幅を変えることができる。ここでは３段構成を示しているが、これに限定されるものではない。
【００１６】
コンデンサーＣ１，Ｃ２，Ｃ３に電荷を蓄積しただけではランプは発光せず、何らかの方法で放電を開始させるためのトリガーをかける必要がある。電荷量が過大である場合にはトリガー無しに発光してしまうが、そのような使用では制御が一切できないため、ランプの制御可能な電荷量範囲で使用するものである。このような外部トリガーは高電圧のパルスを用い、ランプ内の陽極と陰極の間に薄いイオン化した領域を作り出す。イオン化はトリガーバー１２に高電圧パルスを印加することにより生じる電位勾配によって発光管壁の近傍において始まり、極めて短時間のうちにランプ内に広がり、瞬時の閃光となる。図２中で、１４はトリガー充電器、Ｄはダイオード、Ｒは抵抗、Ｃ４，Ｃ５はコンデンサー、Ｓは起動スイッチ、１１は変圧器である。変圧器１１にトリガーバー１２が接続され、トリガーバー１２はランプ１の発光管外壁に近接配置されている。
【００１７】
さらにエネルギーＥとパルス幅τは次のように求める。パルスのエネルギーＥはサーモパイル方式のセンサーヘッドを用い、オリフィスを介して照射光をヘッド部に入射させることにより測定を行う。また、パルス幅は回路の電流波形をオシロスコープで測定し求めている。本発明の適用される光エネルギー範囲は大概５〜３０Ｊ／ｃｍ２、パルス幅は０．３〜２．０×１０−３ｓｅｃである。
【００１８】
（実施例１）
本発明の具体的実施例１は薄膜の形成に際してその改質を行うための方法を示すものである。アモルファス状態で形成された薄膜をポリクリスタル状態にする工程を取り上げて説明する。通常の脱脂洗浄を終えたガラス基板を製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２薄膜を５００ｎｍの厚さに形成する。
【００１９】
次にプラズマＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ薄膜を５０ｎｍの厚さに形成する。このようにガラス基板上に５００ｎｍの厚みのＳｉＯ２薄膜を介して形成した５０ｎｍのアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）薄膜にキセノンフラッシュランプからのパルス光を膜の側から照射する。光照射の際の試料ステージの温度は室温から基板の軟化点よりも低いところまで目的に応じて設定をすればよいが、ここでは３００℃とする。
【００２０】
照射後の試料はアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）層がポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）となっていることをラマン分光により確認する。図３は照射指標Ｓとラマンスペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）との関係を示すものである。Ｓが小さくなり２５０に近づくにつれて半値幅は大きく、すなわち結晶性は不十分な状態となる。一方Ｓが大きくなり７００に近づくにつれて半値幅は小さく、すなわち結晶性が良くなる方向であることを示している。
【００２１】
しかしながら、７００を超えるとそれ以上の結晶性の向上はみられず、８００を超えると膜にクラックが入りやすくなるなどの不都合が生じるようになる。したがってアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）をポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）にするためのプロセスとしては２５０≦Ｓ≦７００が適当である。
【００２２】
まったく同様にして薄膜積層構造形成面をランプとは反対側、すなわち膜面が試料ステージ側に向くように試料ステージ上に設置し、基板背面からキセノンフラッシュランプ照射を行うことも可能である。基本的は効果は前述の表面照射とほぼ同様であるが細かな点で相違がある。背面照射の場合には結晶性向上のために必要な照射Ｓ値が表面照射に比べてやや高めではあるが均一性が優れているという傾向にある。
【００２３】
（実施例２）
本発明の具体的実施例２は実施例１と同様にアモルファス状態で形成された薄膜をポリクリスタル状態にする工程を取り上げて説明する。通常の脱脂洗浄を終えたガラス基板を製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２薄膜を５００ｎｍの厚さに形成する。次にプラズマＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ薄膜を５０ｎｍの厚さに形成する。この２層構造をフォトリソグラフィー工程を用いて所望のパターン形状の形成を行う。エッチング液や条件などは多くの文献に記載されているのでその詳細は省略する。
【００２４】
このようにガラス基板上に形成した５００ｎｍ厚のＳｉＯ２薄膜と５０ｎｍ厚のアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）薄膜の２層構造をパターン化した試料にキセノンフラッシュランプからのパルス光を照射する。
【００２５】
照射後の試料はアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）層がポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）となっていることをラマン分光により確認する。照射指標Ｓとラマンスペクトルの半値幅との関係は実施例１の場合とほぼ同様である。Ｓが小さくなり２５０に近づくにつれて半値幅は大きく、すなわち結晶性は不十分な状態となる。一方Ｓが大きくなり７００に近づくにつれて半値幅は小さく、すなわち結晶性が良くなる方向であることを示している。
【００２６】
しかしながら、７００を超えるとそれ以上の結晶性の向上はみられず、８００を超えるとパターンエッジ近傍で形状の崩れが生じたり、膜にクラックが入りやすくなるなどの不都合が生じるようになる。したがってこの２層構造でのアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）をポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）にするためのプロセスとしては２５０≦Ｓ≦７００が適当である。
【００２７】
（実施例３）
本発明の具体的実施例３は薄膜の形成に際してその改質を行うための方法を示すものであり、基本は実施例１および２とほぼ同様である。
通常の脱脂洗浄を終えたガラス基板を製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２薄膜を５００ｎｍの厚さに形成する。次にプラズマＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ薄膜を５０ｎｍの厚さに形成する。さらに再びＣＶＤ法によりＳｉＯ２薄膜を１００ｎｍの厚さに形成する。この３層構造を、フォトリソグラフィー工程を用いて所望のパターン形状の形成を行う。エッチング液や条件などは多くの文献に記載されているのでその詳細は省略する。
【００２８】
このようにガラス基板上に形成した５００ｎｍ厚のＳｉＯ２薄膜と５０ｎｍ厚のアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）薄膜と１００ｎｍ厚のＳｉＯ２薄膜の３層構造をパターン化した試料にキセノンフラッシュランプからのパルス光を照射する。
【００２９】
照射後の試料はアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）層がポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）となっていることをラマン分光により確認する。照射指標Ｓとラマンスペクトルの半値幅との関係は実施例１および２の場合とほぼ同様である。Ｓが小さくなり２５０に近づくにつれて半値幅は大きく、すなわち結晶性は不十分な状態となる。一方Ｓが大きくなり７００に近づくにつれて半値幅は小さく、すなわち結晶性が良くなる方向であることを示している。
【００３０】
しかしながら、７００を超えるとそれ以上の結晶性の向上はみられず、８００を超えるとパターンエッジ近傍で形状の崩れが生じたり、膜にクラックが入りやすくなるなどの不都合が生じるようになるというような性質は実施例２におけるのとほぼ同様である。したがってここでの３層構造においてアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）をポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）にするためのプロセスとしても２５０≦Ｓ≦７００が適当であるといえる。
【００３１】
（実施例４）
本発明の具体的実施例４は薄膜の形成に際してその改質を行うための方法を示すものであり、基本は実施例１ないし３と類似のものである。通常の脱脂洗浄を終えたガラス基板を製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、プラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ薄膜を１００ｎｍ形成し、引き続きＳｉＯ２薄膜を５００ｎｍの厚さに形成する。次にプラズマＣＶＤ法によりａ−Ｓｉ薄膜を５０ｎｍの厚さに形成する。さらに再びＣＶＤ法によりＳｉＯ２薄膜を１００ｎｍの厚さに形成する。
【００３２】
このようにガラス基板上に形成した１００ｎｍ厚のＳｉＮと５００ｎｍ厚のＳｉＯ２薄膜（５００ｎｍ）と５０ｎｍ厚のアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）薄膜と１００ｎｍのＳｉＯ２薄膜の４層構造をパターン化した試料にキセノンフラッシュランプからのパルス光を照射する。
【００３３】
照射後の試料はアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）層がポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）となっていることをラマン分光により確認する。照射指標Ｓとラマンスペクトルの半値幅との関係は実施例１ないし３の場合とほぼ同様である。Ｓが小さくなり２５０に近づくにつれて半値幅は大きく、すなわち結晶性は不十分な状態となる。一方Ｓが大きくなり７００に近づくにつれて半値幅は小さく、すなわち結晶性が良くなる方向であることを示している。
【００３４】
しかしながら、７００を超えるとそれ以上の結晶性の向上はみられず、８００を超えるとパターンエッジ近傍で形状の崩れが生じたり、膜にクラックが入りやすくなるなどの不都合が生じるようになるというような性質は実施例２におけるのとほぼ同様である。したがってここでの積層構造においてアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）をポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）にするためのプロセスとしても２５０≦Ｓ≦７００が適当であるといえる。
【００３５】
（実施例５）
本発明の具体的実施例５は薄膜の形成に際してその改質、特に結晶性の改善を行うための方法を示すものである。ポリクリスタル状態で形成された薄膜の結晶性を向上させる工程を取り上げて説明する。通常の脱脂洗浄を終えたガラス基板を製膜装置のロードロック室に入れ、真空に排気した後に製膜室へ搬送し、ＣＶＤ法によりＳｉＯ２薄膜を５００ｎｍの厚さに形成する。
【００３６】
次にＣＡＴ−ＣＶＤ法によりＰｏｌｙ−Ｓｉ薄膜を５０ｎｍの厚さに形成する。このようにガラス基板上に５００ｎｍの厚みのＳｉＯ２薄膜を介して形成した５０ｎｍのポリＳｉ（ｐ−Ｓｉ）薄膜にキセノンフラッシュランプからのパルス光を膜の側から照射する。光照射の際の試料ステージの温度は室温から基板の軟化点よりも低いところまで目的に応じて設定をすればよいが、ここでは３００℃とする。
【００３７】
照射後の試料はポリＳｉ（ｐ−Ｓｉ）層の結晶性が向上していることをラマン分光により確認する。製膜後のｐ−Ｓｉ膜は結晶性があまり良好ではなく、ペクトルの半値幅（ＦＷＨＭ）が１０ｃｍ−１程度あるが、フラッシュランプ照射を行うとこれが６〜７ｃｍ−１程度まで改善され結晶性が向上していることが確認できる。
全体的な傾向はアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）への照射の場合と同様であって、Ｓが小さくなるにつれて半値幅は大きく、すなわち結晶性は不十分な状態となる。一方Ｓが大きくなるにつれて半値幅は小さく、すなわち結晶性が良くなる方向であることを示している。
【００３８】
アモルファス膜への照射と比較すると、結晶性が低いとはいえすでにポリクリスタルとなっている膜の場合にはクラックは生じにくい傾向にある。したがってアモルファスＳｉ（ａ−Ｓｉ）をポリクリスタルＳｉ（ｐ−Ｓｉ）にするためのプロセスとしての最適範囲２５０≦Ｓ≦７００がよりも大きな値、たとえば７５０近辺でも問題はない。
【００３９】
【発明の効果】
従来の光照射装置では照射強度を制御する方法が用いられてきたが、その場合には必要となる照射強度が対象物質に依存して桁が異なるほどに大きく相違していた。また、レーザーアニール装置のように光学系によりビーム形状を細工するものでは広範囲に同時にプロセスを進行させる用途には適さない。さらに、光照射強度による制御においては必要とする深さ範囲のみに均等な効果をもたらしつつそれよりも深部に不要な悪影響を及ぼさない条件の設定などに困難をきたしていた。
【００４０】
しかしながら本発明の装置は高精細度レーザー照射が用いられてきた用途から広域一括照射を要する用途にいたるまで対応できる。光源をパルス点灯し、その際に照射指標Ｓ＝Ｅ／τ１／２の値で制御することにより被照射物に対する不要な障害、たとえば不純物の意図せぬ拡散、クラックの発生、下地物質の異常加熱などの影響を排除しつつ所望の特性の薄膜形成、改質などが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される光照射装置の一例である。
【図２】本発明における照射指標Ｓを制御する回路構成の一例である。
【図３】照射指標Ｓの有効範囲を示した図である。
【符号の説明】
１ キセノンフラッシュランプ
２ 反射板
３ ディフューザー
４ 試料ステージ
５ 試料
６ 石英板
７ チャンバー
８ ヒータ
１０ 光照射装置
１１ 変圧器
１２ トリガーバー
１３ 充電器
１４ トリガー充電器
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ コイル
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５ コンデンサー
Ｄ ダイオード
Ｓ 起動スイッチ
Ｒ 抵抗[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for modifying a substance by light irradiation. More specifically, the present invention relates to a light irradiation method capable of effectively coping with a wider range of light irradiation conditions than before.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, light irradiation has been used for various purposes, and there are various types of devices for that purpose. A device equipped with an ultraviolet lamp to kill bacteria and the like for the purpose of sterilization may be a good example. In the electrical and electronic industry, light irradiation such as light assist in forming a resist pattern or forming a thin film in a photolithography process is one of the important elemental technologies. As an example of high-precision light irradiation, there is a method using laser light. Since a single-wavelength coherent light can be obtained from a laser and the light-collecting property is excellent, partial irradiation on a micron scale is also possible. There are applied technologies such as so-called laser repair for making use of this characteristic, such as partial repair and cutting of micro wiring patterns.
[0003]
In order to improve the crystallinity of a thin film, it is important how necessary energy can be efficiently supplied to a necessary portion. Therefore, the laser light irradiation technique is used because it is necessary to control the light irradiation characteristics with high precision for such a purpose. A technique of forming a polycrystalline silicon (p-Si) thin film by irradiating an amorphous silicon (a-Si) thin film with an excimer laser beam has been widely used, and has been introduced into a device manufacturing process.
[0004]
Since the necessary conditions for light irradiation differ depending on the characteristics and purpose of an object to be irradiated, individual devices have usually been developed for specific applications. The laser irradiation device described above is an example. However, the characteristics of the laser light are disadvantageous in that the light is applied to a wide area. For example, when irradiating an area of several cm or more, it is necessary to intentionally widen the irradiation area by devising an optical system such as a beam expander. Naturally, the irradiation intensity density is lowered by expanding the irradiation area. Therefore, when high intensity irradiation to a wide area is required, an expensive large-sized high-output laser is required. Further, there is a limit in spreading the light from the high-power laser, and in some cases, a device has been devised such that the irradiation position of the expanded laser beam is sequentially moved to fill a required irradiation area.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the process of manufacturing a complicated product, a large number of devices are required, so that a large number of special devices for each purpose as in the above example are installed, which is a major problem in terms of both cost and installation space. .
[0006]
The present invention is a light irradiation method capable of responding to a wide range of conditions, greatly improving the productivity of a device for irradiating light to a large area with good controllability and modifying a material, and enabling cost reduction. It is an object of the present invention to provide an apparatus configuration and a light irradiation method using the same. In particular, the amorphous silicon (a-Si) thin film is changed to polycrystalline silicon (p-Si), and damage to an irradiation object during irradiation is eliminated or minimized. Si) Another object is to improve the quality of the thin film.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention uses a light irradiation device provided with a light source for pulse lighting, and applies light energy E to the irradiation target made of amorphous silicon and / or polycrystalline silicon in J / cm. When the pulse width τ is represented by sec and the irradiation index S defined by S = E / τ 1/2 is controlled, the light irradiation method is performed. The light irradiation method is characterized by being in the range of ≦ S ≦ 700.
[0008]
Further, a light irradiation method is characterized in that a xenon flash lamp is used as a light source.
[0009]
In addition, the pulse width referred to in the present application generally corresponds to what is called a half-value width, and refers to a time width of a value corresponding to a half of the peak value of the pulse.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 schematically shows a configuration example of a light irradiation device according to the present invention. The light irradiation device 10 uses a plurality of xenon flash lamps 1 as a light source, and a reflection plate 2 is provided on the back surface thereof, that is, on the opposite side of the sample 5 which is an object to be irradiated. It is designed to contribute to the improvement of the uniformity of the light and effective use of the light scattered to the back. A diffuser 3 is provided between the lamp 1 and the sample 5 so as to further improve the uniformity of light. The sample 5 is placed in a chamber 7 in which a gas atmosphere set according to the purpose is Ar, N 2 , vacuum or air atmosphere, and is set on a sample stage 4 preheated from below by a heater 8. Irradiation is performed after adjusting the distance from the lamp 1.
[0011]
The surface of the sample stage 4 of the specific example described below has a highly reflective surface finish using aluminum (Al). Since the reflection characteristics of Al are described in literatures and the like, they are omitted here. However, they exhibit a uniform and high reflection characteristic over a wide band from ultraviolet to infrared, and have a property of efficiently reflecting light from the xenon flash lamp 1. ing.
[0012]
However, a variety of sample stages can be used depending on the purpose. Examples of the surface material include ceramics (alumina, aluminum nitride, etc.), metals (aluminum, stainless steel, etc.), and metal coated with an enamel. An appropriate one is selected in consideration of the properties of the object to be irradiated, the use temperature, and the like.
[0013]
Here, the irradiation index S taken up in the present invention will be described. When the object to be irradiated is reformed by irradiating the pulsed light, there are a plurality of conditions for reforming to the same degree depending on the energy of the pulsed light and the pulse width. In the case of light irradiation having substantially the same value but different light energies and pulse widths expressed by “irradiation index S calculated based on light energy E [J / cm 2 ] and pulse width τ [sec]” defined in the present invention. The inventor has found that conditions for reforming can also be described.
[0014]
FIG. 2 shows an example of a circuit configuration for controlling the irradiation index S in the present invention. Energy from the charger 13 is stored in a circuit composed of a combination of the coils L1, L2, L3 and capacitors C1, C2, C3, and is used for light emission of the xenon flash lamp 1. Here, a circuit example using three stages of a combination of a coil and a capacitor has been described, but it goes without saying that ratings such as the number of stages and the capacities of individual components are selected according to the purpose.
[0015]
In order to turn on the xenon flash lamp 1 and to obtain a desired light irradiation effect, it is necessary to supply necessary energy almost instantaneously to the lamp. Since it is sufficient, a method is used in which the data is stored in a device having a power storage function and then released at once by a signal. Capacitors C1, C2, and C3 perform the power storage function, and the capacity C is set according to the purpose. An inductance L is provided in the circuit to discharge the load as a suitable pulse. The energy and pulse width can be changed by the combination and number of these C and L. Although a three-stage configuration is shown here, the invention is not limited to this.
[0016]
The lamp does not emit light only by storing charges in the capacitors C1, C2, and C3, and it is necessary to trigger the discharge in some way. If the charge amount is excessive, the light is emitted without a trigger. However, since such control does not allow any control, the lamp is used within the controllable charge amount range of the lamp. Such external triggers use high voltage pulses and create a thin ionized region between the anode and cathode in the lamp. Ionization starts near the arc tube wall due to a potential gradient generated by applying a high voltage pulse to the trigger bar 12, spreads into the lamp in a very short time, and becomes an instant flash. 2, 14 is a trigger charger, D is a diode, R is a resistor, C4 and C5 are capacitors, S is a start switch, and 11 is a transformer. The trigger bar 12 is connected to the transformer 11, and the trigger bar 12 is arranged close to the outer wall of the arc tube of the lamp 1.
[0017]
Further, the energy E and the pulse width τ are obtained as follows. The energy E of the pulse is measured by using a thermopile type sensor head and applying irradiation light to the head unit through an orifice. The pulse width is obtained by measuring the current waveform of the circuit with an oscilloscope. The light energy range to which the present invention is applied is generally 5 to 30 J / cm 2 , and the pulse width is 0.3 to 2.0 × 10 −3 sec.
[0018]
(Example 1)
Embodiment 1 of the present invention shows a method for modifying a thin film during its formation. A process of converting a thin film formed in an amorphous state into a polycrystalline state will be described. The glass substrate that has been subjected to the normal degreasing cleaning is put into a load lock chamber of a film forming apparatus, evacuated to a vacuum, and then conveyed to the film forming chamber to form a 500 nm thick SiO 2 thin film by a CVD method.
[0019]
Next, an a-Si thin film is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method. The 50 nm amorphous Si (a-Si) thin film thus formed on the glass substrate via the 500 nm thick SiO 2 thin film is irradiated with pulsed light from a xenon flash lamp from the film side. The temperature of the sample stage at the time of light irradiation may be set in accordance with the purpose from room temperature to a point lower than the softening point of the substrate.
[0020]
The sample after the irradiation is confirmed by Raman spectroscopy that the amorphous Si (a-Si) layer is polycrystalline Si (p-Si). FIG. 3 shows the relationship between the irradiation index S and the full width at half maximum (FWHM) of the Raman spectrum. As S decreases and approaches 250, the half width increases, that is, the crystallinity becomes insufficient. On the other hand, as S increases and approaches 700, the half-width decreases, that is, the crystallinity is improved.
[0021]
However, when it exceeds 700, no further improvement in crystallinity is observed, and when it exceeds 800, inconveniences such as cracks tend to be formed in the film. Therefore, as a process for converting amorphous Si (a-Si) into polycrystal Si (p-Si), 250 ≦ S ≦ 700 is appropriate.
[0022]
In exactly the same way, it is also possible to place the thin-film laminated structure forming surface on the opposite side of the lamp, that is, on the sample stage so that the film surface faces the sample stage side, and perform xenon flash lamp irradiation from the back surface of the substrate. Basically, the effect is almost the same as that of the above-mentioned surface irradiation, but there is a difference in a detailed point. In the case of backside irradiation, there is a tendency that the irradiation S value required for improving the crystallinity is slightly higher than that of surface irradiation, but the uniformity is excellent.
[0023]
(Example 2)
The second embodiment of the present invention will be described with reference to the step of converting a thin film formed in an amorphous state into a polycrystalline state as in the first embodiment. The glass substrate that has been subjected to the normal degreasing cleaning is put into a load lock chamber of a film forming apparatus, evacuated to a vacuum, and then conveyed to the film forming chamber to form a 500 nm thick SiO 2 thin film by a CVD method. Next, an a-Si thin film is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method. A desired pattern shape is formed on this two-layer structure by using a photolithography process. Etchants, conditions, and the like are described in many documents, and thus details thereof are omitted.
[0024]
A pulse light from a xenon flash lamp is applied to a sample in which a two-layer structure of a 500-nm-thick SiO 2 thin film and a 50-nm-thick amorphous Si (a-Si) thin film formed on a glass substrate is patterned.
[0025]
The sample after the irradiation is confirmed by Raman spectroscopy that the amorphous Si (a-Si) layer is polycrystalline Si (p-Si). The relationship between the irradiation index S and the half-value width of the Raman spectrum is almost the same as in the first embodiment. As S decreases and approaches 250, the half width increases, that is, the crystallinity becomes insufficient. On the other hand, as S increases and approaches 700, the half-width decreases, that is, the crystallinity is improved.
[0026]
However, if it exceeds 700, no further improvement in crystallinity is observed, and if it exceeds 800, inconveniences such as collapse of the shape near the pattern edge and cracks in the film are likely to occur. Therefore, as a process for converting amorphous Si (a-Si) in this two-layer structure into polycrystal Si (p-Si), 250 ≦ S ≦ 700 is appropriate.
[0027]
(Example 3)
The third embodiment of the present invention shows a method for modifying a thin film when forming the thin film, and is basically similar to the first and second embodiments.
The glass substrate that has been subjected to the normal degreasing cleaning is put into a load lock chamber of a film forming apparatus, evacuated to a vacuum, and then conveyed to the film forming chamber to form a 500 nm thick SiO 2 thin film by a CVD method. Next, an a-Si thin film is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method. Further, a SiO 2 thin film is formed to a thickness of 100 nm again by the CVD method. A desired pattern shape is formed on the three-layer structure by using a photolithography process. Etchants, conditions, and the like are described in many documents, and thus details thereof are omitted.
[0028]
Pulses from a xenon flash lamp were applied to a sample in which a three-layer structure of a 500 nm thick SiO 2 thin film, a 50 nm thick amorphous Si (a-Si) thin film, and a 100 nm thick SiO 2 thin film thus formed on a glass substrate was patterned. Irradiate light.
[0029]
The sample after the irradiation is confirmed by Raman spectroscopy that the amorphous Si (a-Si) layer is polycrystalline Si (p-Si). The relationship between the irradiation index S and the half width of the Raman spectrum is almost the same as in the first and second embodiments. As S decreases and approaches 250, the half width increases, that is, the crystallinity becomes insufficient. On the other hand, as S increases and approaches 700, the half-width decreases, that is, the crystallinity is improved.
[0030]
However, if it exceeds 700, no further improvement in crystallinity is observed, and if it exceeds 800, inconveniences such as collapse of the shape near the pattern edge and cracks in the film are likely to occur. Characteristics are almost the same as those in the second embodiment. Therefore, it can be said that 250 ≦ S ≦ 700 is also appropriate as a process for converting amorphous Si (a-Si) into polycrystal Si (p-Si) in the three-layer structure here.
[0031]
(Example 4)
The fourth embodiment of the present invention shows a method for modifying a thin film when forming the thin film, and is basically similar to the first to third embodiments. Put a glass substrate having been subjected to ordinary degreasing the load lock chamber of the film forming apparatus, and transported into the film forming chamber after evacuated, the SiN film was 100nm formed by plasma CVD, subsequently the SiO 2 thin film 500nm of It is formed to a thickness. Next, an a-Si thin film is formed to a thickness of 50 nm by a plasma CVD method. Further, a SiO 2 thin film is formed to a thickness of 100 nm again by the CVD method.
[0032]
A sample in which a four-layer structure of 100 nm thick SiN, 500 nm thick SiO 2 thin film (500 nm), 50 nm thick amorphous Si (a-Si) thin film, and 100 nm SiO 2 thin film thus formed on the glass substrate is patterned. Is irradiated with pulsed light from a xenon flash lamp.
[0033]
The sample after the irradiation is confirmed by Raman spectroscopy that the amorphous Si (a-Si) layer is polycrystalline Si (p-Si). The relationship between the irradiation index S and the half width of the Raman spectrum is almost the same as in the first to third embodiments. As S decreases and approaches 250, the half width increases, that is, the crystallinity becomes insufficient. On the other hand, as S increases and approaches 700, the half-width decreases, that is, the crystallinity is improved.
[0034]
However, if it exceeds 700, no further improvement in crystallinity is observed, and if it exceeds 800, inconveniences such as collapse of the shape near the pattern edge and cracks in the film are likely to occur. Characteristics are almost the same as those in the second embodiment. Therefore, it can be said that 250 ≦ S ≦ 700 is also appropriate as a process for converting amorphous Si (a-Si) into polycrystal Si (p-Si) in the laminated structure here.
[0035]
(Example 5)
Embodiment 5 of the present invention shows a method for modifying a thin film, particularly improving the crystallinity when forming a thin film. A process for improving the crystallinity of a thin film formed in a polycrystal state will be described. The glass substrate that has been subjected to the normal degreasing cleaning is put into a load lock chamber of a film forming apparatus, evacuated to a vacuum, and then conveyed to the film forming chamber to form a 500 nm thick SiO 2 thin film by a CVD method.
[0036]
Next, a Poly-Si thin film is formed to a thickness of 50 nm by CAT-CVD. The 50 nm poly-Si (p-Si) thin film thus formed on the glass substrate via the 500 nm thick SiO 2 thin film is irradiated with pulsed light from a xenon flash lamp from the film side. The temperature of the sample stage at the time of light irradiation may be set in accordance with the purpose from room temperature to a point lower than the softening point of the substrate.
[0037]
It is confirmed by Raman spectroscopy that the sample after irradiation has improved the crystallinity of the poly-Si (p-Si) layer. Ltd. p-Si film after film crystallinity not very good, but the half value width of the spectrum (FWHM) is in the extent 10 cm -1, when performing flash lamp irradiation which is improved to about 6-7 cm -1 crystalline Can be confirmed to have improved.
The overall tendency is the same as in the case of irradiating amorphous Si (a-Si). As S becomes smaller, the half width becomes larger, that is, the crystallinity becomes insufficient. On the other hand, as S becomes larger, the half width becomes smaller, that is, the crystallinity is improved.
[0038]
Compared to irradiation to an amorphous film, cracks tend to be less likely to occur in a film already formed of polycrystal, although the crystallinity is low. Therefore, there is no problem even if the optimum range of 250 ≦ S ≦ 700 as a process for converting amorphous Si (a-Si) to polycrystal Si (p-Si) is a larger value, for example, around 750.
[0039]
【The invention's effect】
In a conventional light irradiation apparatus, a method of controlling the irradiation intensity has been used. In that case, however, the required irradiation intensity differs greatly depending on the target substance and the digit differs. In addition, a device in which a beam shape is modified by an optical system, such as a laser annealing device, is not suitable for applications in which a process is simultaneously advanced over a wide range. Further, in the control based on the light irradiation intensity, it has been difficult to set conditions under which a uniform effect is exerted only in a necessary depth range and unnecessary unnecessary adverse effects are not exerted on a deeper portion.
[0040]
However, the apparatus of the present invention can be applied from applications where high-definition laser irradiation has been used, to applications requiring batch irradiation over a wide area. The light source is pulsed and controlled at the irradiation index S = E / τ 1/2 at that time, so that unnecessary obstacles to the irradiation object, such as unintended diffusion of impurities, cracks, and abnormalities of the base material, are obtained. It is possible to form and modify a thin film having desired characteristics while eliminating the influence of heating and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an example of a light irradiation device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an example of a circuit configuration for controlling an irradiation index S in the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an effective range of an irradiation index S;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Xenon flash lamp 2 Reflector 3 Diffuser 4 Sample stage 5 Sample 6 Quartz plate 7 Chamber 8 Heater 10 Light irradiation device 11 Transformer 12 Trigger bar 13 Charger 14 Trigger charger L1, L2, L3 Coil C1, C2, C3, C4, C5 Capacitor D Diode S Start switch R Resistance
