JP2004146811A - 基板処理装置、及び基板処理方法 - Google Patents

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中田 行彦
Tetsuya Okamoto
岡本 哲也
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東 和文
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Abstract

【課題】光透過窓による光源からの光の吸収を抑制できる基板処理装置を提供する。
【解決手段】減圧させた反応室5内に被処理基板6を配置し、光源1からの光を光透過窓4a〜4fを介して反応室5内に照射することにより起こる反応を利用して、被処理基板6の光透過窓4a〜4fと対向する被処理面6aを処理する基板処理装置である。この基板処理装置は、被処理基板6を光透過窓4a〜4fに対して被処理面6aと平行な方向に相対的に移動させる駆動機構34を具備する。被処理基板6の光透過窓4a〜4fに対する相対的な移動方向における光透過窓4a〜4fの幅Wは、前記移動方向における被処理基板6の長さWよりも小さく設定されている。
【選択図】   図1

Description

 本発明は、減圧されたガス中に光源からの光を照射することにより起こる反応、例えば、光酸化(photo-oxidation)、光CVD(photo-CVD)、光アッシング(photo-ashing)、光洗浄(photo-cleaning)、光エッチング(photo-etching)、光エピタキシャル(photo-epitaxy)等を行うための装置であって、例えば、半導体装置の製造工程等に用いる基板処理装置に関する。
 例えば、MOS(Metal Oxide Semiconductor)構造を持つ電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)や多結晶シリコン薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)等は、半導体層や絶縁膜を備えている。これら半導体層又は絶縁膜の成膜や酸化には、プラズマが用いられることがある。しかし、プラズマを用いた成膜や酸化では、このプラズマに起因するイオン損傷を完全に回避するのは難しい。
 イオン損傷を回避する方法としては、光酸化、光CVD(Chemical Vapor Deposition)、光アッシング、光洗浄、光エッチング、光エピタキシャル等が知られている。
 従来、例えば、光酸化として以下のような方法が知られている。キセノン(Xe)エキシマランプ(excimer lamp)の光を酸素ガスを含む雰囲気中に照射し、形成された酸素原子活性種で半導体の表面を酸化させる。これにより、半導体の表面に第1層目の絶縁膜を形成する。その後、第2層目の絶縁膜を、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)とOとの混合ガス、またはSiHとNOとの混合ガスを用いてプラズマCVD法により成膜する。
「Y. Nakata, T. Okamoto, T. Hamda, T. Itoga and Y. Ishii:Proceedings of Int. Conf. on Rapid Thermal Processing for Future Semiconductor Devices (2001)」 「Y. Nakata, T. Okamoto, T. Hamda, T. Itoga and Y. Ishii:Proceedings of Int. Workshop on Gate Insulator 2001 (2001)」 「Y. Nakata, T. Okamoto, T. Hamda, T. Itoga and Y. Ishii:Proceedings of Asia Display / IDW'01 p.375 (2001)」 「中田行彦、糸賀隆志、石井裕:2001年春季第48回応用物理学関係連合講演会(東京)」
 このように、光を用いて酸素原子活性種を生成する方法は、イオン損傷が無く、良好な界面を形成できるという特長を持っている。しかしながら、光酸化を行う従来の基板処理装置においては、以下に述べるような課題がある。
 従来の基板処理装置の課題を説明するために、図12に、光を用いた酸化反応により絶縁膜を形成する従来の基板処理装置の概略側面図を示す。
 図12中符号301は光源であるキセノンエキシマランプ、符号302は光源部であるランプハウス、符号304は合成石英からなる光透過窓、符号305は真空反応室(真空槽とも称す)、符号306は半導体表面を有する基板、符号307は基板306を載置する基板台を示している。図12中符号308はガス導入口を示しており、このガス導入口308から酸素ガスを導入する。図12中符号310は真空排気口を示しており、この真空排気口310から反応室305内の空気を排気する。ランプハウス302内には、ほぼ大気圧となるように窒素ガス(Nガス)が封入されている。光透過窓304の面積は、前記基板306の上面の面積よりも大きく設定されている。そのため、基板306の上面の全面に、キセノンエキシマランプ301からの光が照射される。
 図12に示す従来の基板処理装置を用いて基板306に絶縁膜を形成する場合、以下のようにする。まず、基板306を反応室305に入れ、基板台307により載置保持させる。反応室305内の空気を一旦排気した後、反応室305内を酸素ガスを含む雰囲気とする。キセノンエキシマランプ301から発せられる波長172nmの光を、前記光透過窓304を介して酸素ガスを含む雰囲気に照射する。この酸化ガスを分解してなる酸素原子活性種により、基板306の半導体表面が酸化され、該表面に絶縁膜が形成される。
 なお、キセノンエキシマランプ301からの短波長の光は、空気中に出ると空気中の酸素分子を酸素原子活性種に分解して、数mm厚の空気層で吸収されてしまう。このため、通常は、合成石英からなる光透過窓304上に設けたランプハウス302内に波長172nmの光を吸収しない窒素ガスをほぼ大気圧で満たし、前記光が吸収されるのを避けている。
 ところで、形成する絶縁膜中の不純物を抑制するため、酸化しようとする基板306を設置した反応室305内を一度真空排気し、その後、反応室305内に酸素ガスを導入して所望の圧力に保つようにしている。その後、光透過窓304を通して反応室内に前記光を照射して、該光により酸素分子を分解して酸素原子活性種を発生させ、基板306の半導体表面の酸化を行う。
 しかしながら、この場合、光透過窓304には、ほぼ大気圧とほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差、つまり約1kg/cm(9.80665×10Pa)の力がかかる。このため、光透過窓304の厚さを、この力に耐え得るような厚さにする必要がある。
 下記表1は、合成石英板の大きさ、上記ガス圧力差に耐えるために必要な各合成石英板の板厚、及び各合成石英板に対する波長172nmの光の透過率を示している。表1に示すように、光透過窓304を直径300mmの円や250mm角の大きさにすると、光透過窓304の厚さは約30mm必要になる。
Figure 2004146811
 一方、図11は、光の波長と、合成石英板(厚さ1mm、10mm、30mm)に対する前記光の透過率との関係を示している。
 図11に示すように、合成石英板に対する波長172nmの光の透過率は、合成石英板の厚さを増加させると急激に低下する。そして、合成石英板の板厚が30mmの場合、前記光の透過率は約30%となる。つまり、合成石英板の板厚を30mmとすると、有効に使える前記光が1/3以下となってしまい、酸化速度が大幅に低下するという課題がある。ましてや、1m角程度となるような大型基板の基板処理装置の場合、合成石英の厚さが厚くなりすぎて、実用的ではない。
 本発明の目的は、このような事情にもとづいてなされたもので、光透過窓による光源からの光の吸収を抑制できる基板処理装置、及び基板の大きさによらず基板を処理することができる基板処理方法を得ることにある。
 本発明の1つの形態に係る基板処理装置は、光源と、前記光源からの光を透過させる少なくとも1つの光透過窓と、内部を減圧可能な反応室とを具備し、減圧させた前記反応室内に被処理基板を前記光透過窓と離間対向するように配置し、前記光源からの光を光透過窓を介して前記反応室内に照射することにより起こる反応を利用して、少なくとも前記被処理基板の前記光透過窓と対向する被処理面を処理する基板処理装置であって、前記被処理基板を前記光透過窓に対して前記被処理面と平行な方向に相対的に移動させる駆動機構を具備しているとともに、前記被処理基板の前記光透過窓に対する相対的な移動方向における前記光透過窓の幅が夫々、前記移動方向における前記被処理基板の長さよりも小さくなるように設定されている。
 基板処理装置が複数の光透過窓を有している場合、前記光透過窓は、被処理基板を移動させる第1の方向に沿って互いに並べて配置する、或いは、前記第1の方向とこの第1の方向とは異なる第2の方向とに沿って互いに並べて配置するのが好ましい。
 前記光透過窓を第1の方向とこの第1の方向とは異なる第2の方向とに沿って互いに並べて配置する場合、前記光透過窓は、市松模様状に配置するのが好ましい。
 前記駆動機構は、前記被処理基板を前記光透過窓に対して揺動させる機構とするか、或いは、前記被処理基板を前記光透過窓に対して一方向に移動させる機構とするのが好ましい。
 前記駆動機構として、前記被処理基板を前記光透過窓に対して揺動させる機構を用いる場合、前記光透過窓の前記揺動方向における幅を一定とするとともに、互いに隣り合う光透過窓の揺動方向における間隔が一定の間隔となるように、各光透過窓を前記揺動方向に沿って互いに並べて配置するとともに、前記駆動機構による揺動の幅が、前記光透過窓の前記揺動方向における幅と、互いに隣り合う光透過窓の間に設けられた梁の前記揺動方向における幅とを足した繰り返し間隔よりも大きくなるように設定するのが好ましい。
 基板処理装置が複数の光透過窓を有している場合、互いに隣り合う光透過窓の前記移動方向における間隔が不均一な間隔となるように、各光透過窓を前記移動方向に沿って互いに並べて配置してもよい。
 前記駆動機構が、前記被処理基板を前記光透過窓に対して一方向に移動させる機構である場合、前記移動方向における前記反応室の長さが、前記移動方向における前記被処理基板の長さの2倍以上であるのが好ましい。
 反応室がゲートバルブを有するようにし、この反応室とは異なる少なくとも1つの副反応室を、ゲートバルブを介して反応室と隣接するように配置し、かつ、駆動機構を、被処理基板を反応室から副反応室にゲートバルブを越えて一方向に移動させる機構とするのが好ましい。
 さらに、光源は、低圧水銀ランプ、希ガスエキシマランプ、或いはキセノンエキシマランプの何れかとするのが好ましい。
 本発明の1つの形態に係る基板処理方法は、光源と、前記光源からの光を透過させる少なくとも1つの光透過窓と、内部が減圧可能な反応室と具備する基板処理装置の減圧させた前記反応室内に被処理基板を前記光透過窓と離間対向するように配置する工程と、前記被処理基板と前記光透過窓とが平行となるように、前記被処理基板を前記光透過窓に対して相対的に移動させながら、前記光源からの光を光透過窓を介して前記反応室内に照射する工程と、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応により、少なくとも前記被処理基板の前記光透過窓と対向する被処理面を処理する工程と、を具備する。
 この発明では、少なくとも被処理面の一部が半導体である被処理基板を用意する工程と、前記反応室内を、少なくとも酸素ガスを含む雰囲気とする工程と、をさらに具備させ、かつ、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応により、少なくとも前記被処理面を処理する工程が、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応で形成された酸素原子活性種を用い、前記被処理面である半導体表面を酸化して前記被処理基板上に絶縁膜を形成する工程を含むようにするのが好ましい。
 或いは、前記反応室内を、元素周期表の14族(C、Si、Ge、Sn、Pb)に属する原子を有する化合物のガス又はこれを含む混合ガスの雰囲気、元素周期表の13族(B、Al、Ga、In、Tl)に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の15族(N、P、As、Sb、Bi)に属する原子を有する化合物のガスとを含む混合ガスの雰囲気、元素周期表の12族(Zn、Cd、Hg)に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の16族(O、S、Se、Te、Po)を有する化合物のガスとを含む混合ガスの雰囲気、または少なくともシリコン化合物のガスを含むガスの雰囲気とする工程をさらに具備させ、かつ、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応により、少なくとも前記被処理面を処理する工程が、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応より前記被処理基板上に半導体膜を成膜する工程を含むようにしてもよい。
 前記光源からの光を、少なくとも1つの光透過窓を介して前記反応室内に照射することにより起こる反応としては、光酸化、光CVD、光アッシング、光洗浄、光エッチング、または光エピタキシャルを用いてもよい。
 また、光酸化、光CVD、光アッシング、光洗浄、光エッチング、光エピタキシャルの少なくとも2つ以上の反応を真空を破らずに連続して行うようにしてもよい。
 本発明の1つの形態に係る基板処理装置によれば、被処理基板を光透過窓に対して被処理面と平行な方向に相対的に移動させる駆動機構を具備しているため、前記移動方向における光透過窓の幅より前記移動方向における被処理基板の長さを大きくすることができる。
 本発明の1つの形態に係る基板処理方法によれば、被処理基板を光透過窓に対して被処理面と平行な方向に相対的に移動させながら、光源からの光を、光透過窓を介して反応室内に照射する。そのため、前記移動方向における光透過窓の幅が前記移動方向における被処理基板の長さよりも小さくても、前記被処理基板を処理することができる。
 以下、図面を用いて本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
 実施の形態1
 以下、図1を参照して本発明の実施の形態1を説明する。実施の形態1では、光酸化により被処理基板上に絶縁膜を形成する基板処理装置を例にとって説明する。被処理基板6としては、少なくとも被処理面6aの一部が半導体である基板、例えば、単結晶Si基板を用いることができる。被処理基板6としては、ガラス基板の一面に半導体層が設けられた基板等を用いてもよい。
 基板処理装置は、光源としての複数のキセノンエキシマランプ1、これらランプ1を収容するランプハウス2、ランプ1からの光を透過させる少なくとも1つ、例えば6つの光透過窓4a〜4f、真空反応室(以下、反応室と記す)5、被処理基板6、基板6を載置する基板台7、及び駆動機構34等を備えている。反応室5は、内部が減圧可能である。図1中符号10は真空排気口を示しており、この真空排気口10から反応室5内の空気を排気する。また、図1中符号8はガス導入口を示しており、ガスを収容するガスシリンダ(図示せず)からこのガス導入口8を介して反応室5内にガスが導入される。本実施の形態1のように、光酸化により被処理基板6に絶縁膜を形成する場合には、このガス導入口8から酸素原子を含むガス、例えば、酸素(O)ガスを図1に矢印Xで示すように導入する。
 波長172nmの光を発する複数本(本実施の形態1では6本)のキセノンエキシマランプ1は、例えば、線状(丸棒状)に形成されている。これらランプ1は、ランプハウス2内に、図1において紙面手前側から紙面奥側に延びるように互いに平行に配置されている。ランプハウス2内は、キセノンエキシマランプ1からの光を吸収し難いガス、例えば窒素ガス(Nガス)が封入されて略大気圧となっている。
 ランプハウス2と被処理基板6の被処理面6aとの間には、キセノンエキシマランプ1からの光を透過する光透過窓4a〜4fが設けられている。光透過窓4a〜4fは、例えば、合成石英により形成することができる。光透過窓4a〜4fは、合成石英に限定されるものではなく、光学的に透明な部材により形成すればよい。これら光透過窓4a〜4fは、互いに並べて配置された線状のキセノンエキシマランプ1に対応するように第1の方向(図1において左右方向)に互いに並べて配置されている。
 図1中符号32は、これら光透過窓4a〜4fを支持する支持手段としての支持部材、符号15は、6つの光透過窓4a〜4fを支持する梁を示している。支持部材32は、開口32aを有している。この開口32aには、複数、例えば、5本の梁15が、互いに所定の間隔をあけて掛け渡されている。これにより、開口32aは、6つの小開口に分割されている。支持部材32は、開口32aの周縁に水平方向に張り出す受け部33を有している。梁15は、両側縁から水平方向に張り出す一対の受け部15aを夫々有している。
 光透過窓4a〜4fは、例えば、両側縁から水平方向に張り出す一対の張り出し縁31を有している。光透過窓4a〜4fは、張り出し縁31を受け部15a,33に係合させ、且つ、張り出し縁31と受け部15a,33との間にゴム材料を用いたOリング(図示せず)を設けてこれらの間を気密に保った状態で、梁15及び支持部材32に固定保持されている。これにより、光透過窓4a〜4fは、前記小開口を各々閉塞している。支持部材32と梁15とは一体に形成してもよい。
 移動機構34は、被処理基板6を光透過窓4a〜4fに対して被処理面6aと平行な方向に相対的に移動させる機構である。移動機構34は、被処理基板6を移動させる機構であっても、光透過窓4を移動させる機構であってもよい。移動機構34が被処理基板6を光透過窓4に対して相対的に移動させる方向は、光透過窓4に対して被処理面6aと平行な方向であり、梁15下の照度の低下をリカバーして被処理面6aへの処理を均一化させる方向であれば任意である。本実施の形態1の駆動機構34は、基板台7を光透過窓4a〜4fに対して揺動させることで、この基板台7に載置される被処理基板6を光透過窓4a〜4fに対して揺動させるように構成されている。被処理基板6及び基板台7の揺動方向は、図1において矢印B1で示す方向である。本実施の形態1では、被処理基板6の移動方向、すなわち、摺動方向(図1に矢印B1で示す方向)と、光透過窓4a〜4fが互いに並べて配置される第1の方向とを一致させている。移動機構34による被処理基板6の揺動の幅Sは35mmとしている。移動機構34は、例えばアクチュエータ及びこのアクチュエータの動作を制御する制御回路を備える移動機構等、既存の移動機構を用いることができる。
 光透過窓4a〜4fの前記移動方向における幅Wは、被処理基板6の長さWより小さくなるように設定されている。本実施の形態1では、光透過窓4a〜4fの幅Wは25mm、梁15の幅Dは5mm、光透過窓4a〜4fの厚さTは5mmであり、172nmの光の光透過窓4a〜4fの透過率は65%である。従来の基板処理装置では、光透過窓は、例えば、直径6インチの丸窓で形成されている。直径6インチの丸窓の光透過窓の透過率は45%である。よって、光透過窓4a〜4fの光の透過率は、従来の光透過窓が直径6インチの丸窓の場合と比較して改善された。
 さらに、本実施の形態1では、梁15の幅D(5mm)と光透過窓の幅W(25mm)とを足した値(本実施の形態1では30mm)が一定、すなわち、互いに隣り合う光透過窓間の前記移動方向における距離(互いに隣り合う光透過窓の中心間の距離)が一定となるように設定されている。以下、幅Dと幅Wとを足した値を繰り返し間隔Cという。
 以下、基板処理方法について説明する。
 まず、(100)面の比抵抗が10〜15Ωcmの直径6インチの円状のP型の単結晶Siウエハを被処理基板6として用意する。被処理基板6を洗浄し、その後、ロード室(図示せず)を介して、真空に排気した反応室5の基板台7に被処理基板6を移動させる。ヒーター(図示せず)で温度を300℃にした基板台7に被処理基板6をセットする。このとき、被処理基板6の(100)面を上面とする。被処理基板6の(100)面が被処理面6aとなる。光透過窓4a〜4fと被処理基板6との幅Dは5mmとする。
 次に、ガス導入口8より、酸素ガスを50sccmの流量で導入し、反応室5の圧力を70Paに保った後、基板台7を上述のように揺動させる。この状態で、波長172nmのキセノンエキシマランプ1の光を照射すると、酸素ガスが直接的且つ効率よく分解されて、反応性の高い酸素原子活性種が生成される。このとき、酸素ガス分圧を約70Paとしている。この酸素原子活性種により被処理基板6の(100)面が酸化され、被処理基板6上に、酸化膜(SiO膜)が形成される。以下、この酸化膜を第1の絶縁膜という。
 反応室5とキセノンエキシマランプ1を用いた本実施の形態1では、下記反応式(1)に示すように、酸素から直接に酸素原子活性種O(D)を効率よく形成できる。この酸素原子活性種O(D)が、半導体層の表面(被処理基板6の(100)面)を酸化する。このように、キセノンエキシマランプ1を用いた場合は、オゾンは反応に関与しない。
  キセノンエキシマランプ
  O+hν→O(P)+O(D)(波長172nm)   (1)
  O(P):P準位励起状態にある酸素原子
  O(D):D準位励起状態にある酸素原子
  h:プランク定数
  ν:光の振動数
 また、光源に低圧水銀ランプを用いることも可能である。低圧水銀ランプが発する光の波長は、185nmと254nmとの2つのピークを有している。したがって、低圧水銀ランプの場合は、下記反応式(2)に示すように、185nmの光が酸素からオゾンをつくり、そのオゾンが254nmの光で酸素原子活性種O(D)を形成する。つまり、2段階の反応である。
  低圧水銀ランプ
  O+O(P)+M→O+M  (波長185nm)   (2)
  O+hν→O(D)+O   (波長254nm)   (3)
  M:O、O(P)、O以外の酸素化合物ガス
 キセノンエキシマランプ1は、1段階反応であるため、低圧水銀ランプと比較して非常に効率良く酸素原子活性種O(D)を形成でき、酸化速度が速い長所がある。なお、反応式(1)の反応が起きるのは、175nm以下の波長の光を用いた場合である。
 酸化には、シリコンと酸素の反応速度により酸化速度が決まる「反応律速」と、酸化種が酸化膜中を拡散し、酸化シリコン膜(SiO膜)とシリコン(Si)の界面に到達する速度により酸化速度が決まる「拡散律速」の2つのモードがある。単結晶Siウエハの温度の上昇によりシリコンと酸素の反応速度も上昇するが、特に酸化種が酸化膜中を拡散する速度が大きくなる。このため、単結晶Siウエハの温度を上昇させた方が、酸化速度は向上する。基板処理装置および単結晶Siウエハ(被処理基板6)への影響を考慮すると、光酸化時の半導体温度は100℃から500℃の範囲が適当で、特に200℃から350℃が好適である。本実施の形態1においては、半導体温度は300℃としている。
 本実施の形態1の基板処理装置では、90分間で厚さ約4.3nmの光酸化による酸化膜(SiO膜)が形成できた。酸化膜の均一性は、揺動させない場合は±70%であったものが、揺動させた場合は±7%に改善された。また、被処理基板6の揺動の幅S(35mm)を光透過窓4a〜4fの繰り返し間隔C(30mm)よりも大きくすることにより、酸化膜厚の均一性を改善できた。さらに、本実施の形態1での照射光強度は、被処理基板6の位置で11mW/cmであった。光源としてキセノンエキシマランプ1を使用することにより、スループットを向上させることができた。
 次に、被処理基板6上に第1の絶縁膜と第2の絶縁膜とを積層させた電気容量測定用試料を用いて、容量一電圧特性を測定した。
 第2の絶縁膜は、例えば、以下のようにして形成することができる。トンネル電流を無くし、半導体−絶縁膜の界面準位を測定しやすいように、上記のごとく第1の絶縁膜を形成した被処理基板6上に、第2の絶縁膜(SiO膜)を厚さ約94nm成膜する。これは、例えば、本実施の形態1の基板処理装置とは別のCVD装置によって、TEOSガスとOガスとを用いることにより形成することができる。その後、被処理基板6の(100)面上に成膜された第2の絶縁膜のSiO膜上にアルミニウム膜をスパッタ法により成膜する。その後、フォトリソグラフィー法により、アルミニウム膜からなる直径0.8nmの円形ドットパターンを多数形成する。
 このように形成した電気容量測定用試料を用いて、容量一電圧特性を測定した。その結果、界面固定電荷密度は1×1011cm−2で、熱酸化膜(Si基板の(100)面を熱酸化することにより成膜されるSiO膜)と同等であった。
 上記のように、本実施の形態1では、光源としてのキセノンエキシマランプ1と、このキセノンエキシマランプ1からの光を透過させる光透過窓複数4a〜4fと、内部を減圧可能な反応室5とを具備し、減圧させた反応室5内に被処理基板6を光透過窓4と離間対向するように配置し、キセノンエキシマランプ1からの光を光透過窓複数4a〜4fを介して反応室5内に照射することにより起こる反応を利用して、少なくとも被処理基板6の光透過窓4a〜4fと対向する被処理面6a、すなわち、(100)面を処理する基板処理装置である。そして、被処理基板6を光透過窓4a〜4fに対して被処理面6aと平行な方向に相対的に移動させる駆動機構34を具備しているとともに、被処理基板6と光透過窓複数4a〜4fとの相対的な移動方向における光透過窓4a〜4fの幅Wは、前記移動方向における被処理基板6の長さWよりも小さくなるように設定されている。
 したがって、本実施の形態1では、光透過窓4a〜4fを従来よりも小さくできるので、これに伴い、光透過窓4a〜4fの厚さを従来よりも薄くすることができる。よって、光透過窓4a〜4fによる光源1からの光の吸収(損失)を抑制し、酸化速度を向上させることができる。また、被処理基板6の大きさによらず、窓4a〜4f及び梁15を形成する材料を軽量化することができる。したがって、基板処理装置を安価に製造することができる。
 また、複数の光透過窓4a〜4fは、第1の方向、例えば、前記移動方向に沿う方向(図1に矢印B1で示す方向)に互いに並べて配置されている。さらに、駆動機構34は、被処理基板6を前記光透過窓複数4a〜4fに対して揺動させる機構である。そして、揺動の幅Sは、光透過窓4a〜4fの繰り返し間隔Cよりも大きく設定されている。このようにすることにより、被処理基板6を均一に処理することができる。
 また、本実施の形態1の基板処理方法は、少なくとも被処理面6aの一部が半導体である被処理基板6を用意する工程と、ランプ1からの光を透過させる光透過窓4a〜4f、及び内部を減圧させた反応室5内に被処理基板6光透過窓4a〜4fと離間対向するように配置する工程と、反応室5内を、少なくとも酸素ガスを含む雰囲気とする工程と、被処理基板6を光透過窓4a〜4fに対して被処理面6aと平行な方向に相対的に移動させながら、ランプ1からの光を、光透過窓4a〜4fを介して反応室6内に照射する工程と、ランプ1からの光を反応室5内に照射することにより起こる反応で形成された酸素原子活性種を用い、被処理基板6の被処理面6aである半導体表面を酸化して被処理基板6上に絶縁膜を形成する工程と、を具備する。
 この方法によれば、被処理基板6を光透過窓4a〜4fに対してその被処理面6aと平行な方向に相対的に移動させながら、ランプ1からの光を、光透過窓4a〜4fを介して反応室5内に照射する。そのため、前記移動方向における光透過窓4a〜4fの幅Wが前記移動方向における被処理基板6の長さWよりも小さくても、前記被処理基板6を均一に処理することができる。
 実施の形態2
 前記の実施の形態1は被処理基板6を揺動させる基板処理装置の例を示したが、本実施の形態2では、大型基板に適用して、一方向に移動させる基板処理装置の例を示す。
 線状光源としてのキセノンエキシマランプ1は、図2において紙面手前側から紙面奥側に延びるように複数本(本実施形態では2本)互いに平行に配置されている。また、2つの細長光透過窓4a,4b(図3参照)は、互いに並べて配置された線状光源(キセノンエキシマランプ1、図3では図示せず)と離間対向するように配置されている。また、駆動機構34としては、被処理基板6を光透過窓4a,4bに対して一方向、例えば、図2に矢印B2で示す方法に移動させる機構としている。被処理基板6を一方向に移動させるため、移動方向(図2に矢印B2で示す方向)における反応室5の長さを、移動方向Bの被処理基板6の長さの2倍以上としている。
 被処理基板6は、1000mm×1200mmのガラス基板としている。各光透過窓4a、4bの幅Wは90mm、各光透過窓4a、4bの厚さは40mm、梁15の幅Dは30mmである。
 本実施の形態2の基板処理装置は、被処理基板6を光透過窓4a、4bの下方において一方向(図2に矢印B2で示す方向)に移動させながら、前記被処理基板6の被処理面6aに光酸化処理を施すことができる。
 したがって、従来は処理が困難であった大きさの基板であっても対応することができる。なお、光源(キセノンエキシマランプ1)の本数は、多い方が光酸化速度が速くなる。したがって、光源(キセノンエキシマランプ1)は、所望のスループットが得られるようにその本数を決めるとよい。
 実施の形態3
 前記の実施の形態2の場合、被処理基板6を一方向に移動させるため、移動方向B2の反応室5の長さが移動方向B2の被処理基板6の長さの2倍以上必要となる。このため、本実施の形態3では、インライン方式として、フットプリントを改善した例を示す。
 本実施の形態3の基板処理装置は、図4A及び図4Bに示すように、第1の反応室5は、ゲートバルブ11を有している。第1の反応室5とは異なる副反応室としての第2の反応室12が、ゲートバルブ11を介して反応室5と隣接するように配置されている。第1の反応室5は、光酸化を行う光酸化室であり、第2の反応室12はプラズマCVDを行うプラズマCVD室である。第1の反応室5は、複数のゲートバルブ11を介して複数の反応室と隣接させるようにしてもよい。駆動機構34は、被処理基板6を第1の反応室5から第2の反応室にゲートバルブ11を越えて一方向に移動させる機構である。被処理基板6の移動方向は、図4Aに矢印B2で示す方向である。
 このように、本実施形態3の基板処理装置では、ゲートバルブ11を介して光酸化室(第1の反応室5)とプラズマCVD室(副反応室としての第2の反応室12)とが接続されているインライン方式としている。したがって、フットプリントを改善することができる。
 すなわち、被処理基板6を光酸化処理する場合には、図4Aに示すように、ゲートバルブ11を開け、光酸化室(反応室5)とプラズマCVD室(反応室12)の両反応室に酸素ガスを導入する。そして、実施の形態2と同様に、被処理基板6を、ゲートバルブ11を超えて一方向Bに移動させながら、光酸化させる。つまり、プラズマCVD室への被処理基板6の移動時に光酸化を行い、例えば、第1の絶縁膜を形成する。
 次に、被処理基板6がプラズマCVD室12に移動したら、図4Bに示すように、ゲートバルブ11を閉じる。そして、反応室12が有するガス導入口8から、矢印Yに示すように半導体ガス13を反応室12内に流入させる。その後、高周波電源14により高周波電圧を印加することにより、プラズマCVDにより第2の絶縁膜(SiO膜や他の絶縁膜)を成膜する。
 本実施の形態によれば、前記光源からの光を、少なくとも1つの光透過窓を介して前記反応室内に照射することにより起こる反応として、光酸化、光CVD、光アッシング、光洗浄、光エッチング、光エピタキシャルの少なくとも2つ以上の反応を真空を破らずに連続して行うことができる。
 実施の形態4
 前記の実施の形態1、2および3の場合、線状光源(キセノンエキシマランプ1)を複数本並べ、これらと離間対向するように光透過窓を設けている。すなわち、光透過窓を第1の方向、例えば移動方向に並べて配置している。
 これに対し、光透過窓4a〜4hは、第1の方向と、この第1の方向とは異なる第2の方向とに沿って互いに並べて配置してもよい。本実施の形態4では、図7に示すように、第1の方向を前記移動方向に沿う方向とし、第2の方向を線状光源1と平行であって且つ前記移動方向と直交する方向としている。
 光透過窓4a〜4hを、互いに異なる第1及び第2の方向に沿って互いに並べて配置する場合、光透過窓4a〜4hは、例えば、市松模様状に配置することも可能である。このようにすることにより、光透過窓4a〜4hの厚さを、実施の形態1〜3よりもさらに薄くすることができる。また、光透過窓4a〜4hの大きさ(長さ)に対応した長さの短い光源を使用することが可能であり、光源の長さが短くても、大きな被処理基板に対応できるという長所がある。
 実施の形態5
 基板処理装置1が複数の光透過窓を有している場合、互いに隣り合う光透過窓の被処理基板6の移動方向における間隔は、必ずしも一定の繰り返し間隔としなくてもよい。つまり、移動方向に合計した光透過窓幅が重要である。本実施の形態5は、互いに隣り合う光透過窓の前記移動方向における間隔が不均一な間隔となるようにした例を示す。
 本実施の形態5では、光透過窓4a〜4dが、一方向、例えば、前記移動方向に沿う方向に互いに並べて配置されている。これらの間隔は、不均一である。また、光透過窓が4e〜4hもまた、前記移動方向に沿う方向に互いに並べて配置されている。これらの間隔は、不均一である。すなわち、光透過窓4a〜4hは、4つずつ2列に並べて配置されている。
 ところで、光透過窓4a〜4hを前記移動方向に沿う方向に複数列に並べて配置する場合、前記移動方向に沿って並ぶ光透過窓4a〜4dの移動方向に合計した光透過窓幅と、光透過窓4e〜4hの移動方向に合計した光透過窓幅とは、等しくするのが望ましい。これは、被処理基板6の表面を均一に処理するためである。本実施の形態5では、光透過窓4a〜4hは、夫々同じ処理が施されている。つまり、光透過窓4a〜4dと、光透過窓4e〜4hとの移動方向に合計した光透過窓幅は等しくなっている。このようにしても、実施の形態1と同様の効果が得られる。
 実施の形態6
 前記実施の形態1は、被処理基板6として単結晶シリコン基板を用いた例であるが、この結果を踏まえ、ガラス基板上に形成する液晶表示装置用の多結晶シリコン薄膜トランジスタ(Poly-Si TFT)の製作工程を説明する。
 図8は、本発明を液晶表示装置作製用のnチャネル型、pチャネル型の多結晶シリコン薄膜トランジスタに適用した場合のプロセスフロー図、図9(A)〜図9(E)は、それぞれ各プロセスにおける素子断面図である。
 ガラス基板200(図9(A)〜図9(E)参照)としては、例えば、大きさ320mm×400mm×1.1mmのガラス板を用いている。
 図9(A)に示すように、洗浄したガラス基板200上に、TEOSガスを用いたPE−CVD法(プラズマCVD法)により、厚さ200nmの酸化シリコン膜(SiO膜)をベースコート膜201(図9(A)参照)として形成する(図8のS1)。
 その後、SiHおよびHガスを用い、PE−CVD法によりアモルファスシリコン膜を厚さ50nm成膜する(図8のS2)。
 このアモルファスシリコン膜は、5〜15原子%の水素を含むため、そのままレーザーを照射すると、水素が気体となり、急激に体積膨張して、膜が吹き飛ぶ。このため、アモルファスシリコン膜を形成したガラス基板200を、水素の結合が切れる350℃以上で、約1時間保って水素を逃がす(図8のS3)。
 その後、キセノンクロライド(XeCl)エキシマレーザー光源から波長308nmのパルス光(670mJ/パルス)を、光学系により0.8mm×130mmに成形する。前記レーザー光を360mJ/cmの強度で、前記ガラス基板200上のアモルファスシリコン膜に照射する。アモルファスシリコンは、レーザー光を吸収して溶融し、液相となる。その後、アモルファスシリコンは、温度が下がって固化する。これにより、多結晶シリコンが得られる。前記レーザー光は200Hzのパルスであり、溶融と固化は1パルスの時間内で終了する。このため、レーザー照射により、1パルス毎に溶融と固化とを繰り返すことになる。ガラス基板200を移動させながらレーザー照射することにより、大面積を結晶化できる。特性のバラツキを抑えるため、個々のレーザーパルス光の照射領域を95〜97.5%重ね合わせて照射するとよい(図8のS4)。
 この多結晶シリコン層を、フォトリソグラフィー工程(図8のS5)、エッチング工程(図8のS6)により、図9(A)に示すように、ソース、チャネル、ドレインに対応する島状多結晶シリコン層216にパターンニングし、nチャネルTFT領域202、pチャネルTFT領域203、画素部TFT領域204を形成する(ここまでが、図9(A)に対応)。
 この後、Poly-Si TFTで最も重要な界面および絶縁膜(図8のS7)を形成する。すなわち、実施の形態6では、図9(A)の状態まで処理されたガラス基板200が、被処理基板6に相当する。つまり、被処理基板6は、ガラス基板200と、ガラス基板200上に設けられたベースコート膜201と、ベースコート上に設けられた島状多結晶シリコン層216とを有する。
 図10は、インライン式の光酸化法による薄膜形成装置と、プラズマCVD法による薄膜形成装置と、を融合させた基板処理装置としての薄膜形成装置の概略を示す側面図である。
 図10中符号1はキセノンエキシマランプ、符号4は合成石英からなる光透過窓、符号21はロード室、符号22は光洗浄室、符号23は光酸化室、符号24は水素プラズマ室、符号25は成膜室、符号26はアンロード室、符号101a〜101gはゲートバルブ、符号102はヒーター、符号103はカソード電極、符号104はアノード電極、符号105は基板台を示している。このうち、光洗浄室22及び光酸化室23の基板台105は、駆動機構34a,34bにより夫々揺動するように構成されている。
 図10の基板処理装置は、上述のように処理したガラス基板200を収納し、光酸化により絶縁膜を形成するための第1の反応室である光酸化室23と、基板6を収納し、絶縁膜上に第2の絶縁膜を堆積法により形成する第2の反応室である成膜室25とを含む複数個の反応室、及び複数個の該反応室間で前記基板6を大気に晒さずに移動させる手段であるゲートバルブ101a〜101g等を有する。
 ゲートバルブ101aを開き、上記のベースコート膜201上に島状多結晶シリコン層216が形成された基板6(図9(A)参照)をロード室21に導入する。その後、真空に排気して、ゲートバルブ101bを開く。前記基板6を光洗浄室22に移動させて、ゲートバルブ101bを閉じる。温度を350℃にした基板台105に前記基板6をセットした後、前記基板6を揺動させながら、光源であるキセノンエキシマランプ1から172nmの波長の光を、合成石英の光透過窓4を通して、シリコン表面(島状多結晶シリコン層216の表面)に照射する。シリコン表面を光洗浄する(図8のS8)。光透過窓4の幅は夫々90mm、隣り合う光透過窓4の間の距離は30mm、光透過窓4の厚さは40mm、基板6の揺動幅は150mmである。
 ここで、光源としては低圧水銀ランプでも光洗浄が可能であるが、キセノンエキシマランプ1の方が洗浄効果が高い。光透過窓4を透過した状態における光照射強度は45mW/cm、光透過窓4からシリコン表面までの距離は25mmに保たれるようにしている。
 その後、ゲートバルブ101cを開けて、光洗浄後の基板6を光酸化室23(第1の絶縁膜を形成するための第1の反応室)に移動させて、ゲートバルブ101cを閉じる。そして、温度を350℃にした基板台105に前記基板6をセットする。該光酸化室23内に酸素ガスを導入し、該光酸化室23内を70Paに保つ。さらに、基板6を揺動させながら、波長172nmの光を発するキセノンエキシマランプ1の光を、合成石英の光透過窓4を通して、酸素ガスに照射する。これにより、酸素ガスを直接、反応性の高い酸素原子活性種に分解する。この酸素原子活性種により島状多結晶シリコン層216が酸化され、ゲート絶縁膜205(図9(B)参照。すなわち、第1の絶縁膜)となるSiOからなる光酸化膜が形成される。本実施の形態6の基板処理装置では、3分間で膜厚約3nmのゲート絶縁膜205(第1の絶縁膜)を形成することができた(図8のS9)。光透過窓4幅は90mm、前記移動方向に互いに隣り合う光透過窓間は30mm、光透過窓4の厚さは40mm、ガラス基板200の揺動幅は150mmである。
 その後、界面改善アニール処理を行う。ゲートバルブ101dを開けて、上述のように処理した基板6を水素プラズマ室24に移動させ、ゲートバルブ101dを閉じる。基板温度を350℃、Hガスをガス流量1000sccm、ガス圧を173Pa(1.3Torr)に保ち、水素プラズマ室24内の圧力を80Pa(0.6Torr)とし、RF電源電力を450Wで、光酸化膜に対して3分間の水素プラズマ処理を行う(図8のS10)。なお、この水素プラズマ処理を省略し、水素化処理(図8のS30)で兼ねることも可能である。
 次に、ゲートバルブ101eを開けて、成膜室25(第2の絶縁膜を形成するための第2の反応室)へ基板6を移動させ、ゲートバルブ101eを閉じる。基板温度350℃とし、SiHガス流量を30sccm、NOガス流量を6000sccm、成膜室25内の圧力を267Pa(2Torr)、RF電源電力を450Wとし、プラズマCVD法によりSiO膜からなるゲート絶縁膜206(第2の絶縁膜)を成膜する。本実施の形態6の基板処理装置では、3分間で膜厚97nmの第2ゲート絶縁膜206を成膜することができた(図8のS11)。
 その後、ゲートバルブ101fを開けて、基板6をアンロード室26に移動させた後、ゲートバルブ101fを閉じる。ゲートバルブ101gを開けて基板6を取り出す(図9(B)参照)。
 図10に示す基板処理装置により、光洗浄工程(図8のS8)、光酸化工程(図8のS9)、界面改善アニール工程(図8のS10)およびプラズマCVD法による第1ゲート絶縁膜205の成膜工程(図8のS11)を、連続して真空中で、しかも生産性を落とさずに行うことができる。これにより、半導体(島状多結晶シリコン層216)と第1ゲート絶縁膜205との良好な界面を形成すると共に、厚くて実用に耐える絶縁膜を速く形成することができる。
 この後、以下のようにして、Poly-Si TFTを形成する。
 まず、上述のように処理した基板6を基板温度350℃で、2時間、窒素ガス中でのアニールにより、SiO膜からなる第1ゲート絶縁膜205の高密度化を行う(図8のS12)。高密度化処理で、SiO膜の密度が高くなり、リーク電流、耐圧が向上する。
 その後、スパッタ法によりTiをバリア金属として100nm成膜した後、同様にスパッタ法によりAlを400nm成膜する(図8のS13)。このAlからなる金属層を、フォトリソグラフィー法(図8のS14)によりパターニングを行い(図8のS15)、図9Cに示すように、ゲート電極207を形成する。
 その後、フォトリソグラフィー工程でpチャネルTFT250のみをフォトレジスト(図示せず)で覆う(図8のS16)。次に、イオンドーピング法により、ゲート電極207をマスクとして、燐を80keVで6×1015/cmをnチャネルTFT260のnソース・ドレインコンタクト部209にドープする(図8のS17)。
 その後、フォトリソグラフィー工程でnチャネルTFT領域202および画素部TFT領域204のnチャネルTFT260をフォトレジストで覆う(図8のS18)。イオンドーピング法により、ゲート電極207をマスクとして、ボロンを60keV、1×1016/cmでpチャネル領域203(図9(A)参照)のpチャネルTFT250(図9(C)参照)のPソース・ドレインコンタクト部210にドープする(図8のS19)。
 その後、上述のように処理した基板6を基板温度350℃で2時間アニールし、イオンドープした燐とボロンを活性化する(図8のS20)。そして、TEOSガスを用いたプラズマCVD法で、SiOからなる層間絶縁膜208を成膜する(図8のS21)(図9(C)参照)。
 次に、フォトリソグラフィー工程(図8のS22)およびエッチング工程(図8のS23)で、nソース・ドレインコンタクト部209およびPソース・ドレインコンタクト部210へのコンタクトホールを図9(D)に示すようにパターニングする。そして、Tiをバリア金属(図示せず)として膜厚100nmスパッタした後、Alを膜厚400nmスパッタする(図8のS24)。さらに、フォトリソグラフィー法(図8のS25)およびエッチング工程(図8のS26)により、ソース電極213、ドレイン電極212をパターニングする(図9(D)参照)。
 さらに、図9(E)に示すように、プラズマCVD法でSiO膜からなる保護膜(passivation film)211を膜厚300nm成膜する(図8BのS27)。さらに、画素部TFT204領域(図9(A)参照)のnチャネルTFT260(図9(C)参照)のドレイン領域212を露出させるように、ITOからなる画素電極214(後述する)との接続用のコンタクトホールを、フォトリソグラフィー工程(図8のS28)およびエッチング工程(図8のS29)によってパターニングする。
 この後、水素アニール炉内に、窒素ガス流量:水素ガス流量=97:3として混合したガスを略大気圧で流し、基板温度400℃で80分処理する。前記水素プラズマ処理を省略した場合は、前記と同一条件で、1時間処理する必要がある。
 その後、別の反応室に移動させ、ITOを150nm成膜する(図8のS31)。ITOをフォトリソグラフィー工程(図8のS32)およびエッチング工程(図8のS33)でパターニングすることにより、画素電極214を形成する。これにより、TFT基板215は完成する(図9(E)参照)。その後、基板検査を行う(図8のS34)。
 このTFT基板215およびカラーフィルタ(図示せず)が形成されたガラス基板(図示せず)に対し、ポリイミドを塗布し、ラビングした後、これらの基板を貼り合わせた。その後、この貼り合わせた基板を、各パネルに分断する。
 これらのパネルを真空槽に入れ、皿に入れた液晶の中にパネルの注入口を浸し、槽に空気を導入することにより、その圧力で液晶をパネルに注入する。その後、注入口を樹脂で封止することにより、液晶パネルが完成する(図8のS35)。
 その後、偏向板の貼り付け、周辺回路、バックライト、ベゼル等の取り付けにより、液晶モジュールが完成する(図8のS36)。
 この液晶モジュールは、パソコン、モニター、テレビ、携帯端末等に使用できる。
 光酸化膜が無く、プラズマCVD法によりSiOを成膜した従来の場合、TFTの閾値電圧は1.9V±0.8Vであったが、本実施の形態6においては、シリコン酸化膜と多結晶シリコン(島状多結晶シリコン層216)の界面特性と、絶縁膜バルク特性の改善により、TFTの閾値電圧が1.5V±0.6Vに改善された。閾値電圧のバラツキを減少させることができるため、良品率を大きく向上させることができた。さらに、駆動電圧を下げることができるため、消費電力を10%低減することができた。なお、光洗浄および光酸化により、良質なSiO/Si(シリコン酸化膜と多結晶シリコン)の界面が形成できるため、Naイオン等による汚染がなく、閾値電圧の変化が減少し、信頼性が向上した。
 以上本発明を実施の形態1〜6に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
 例えば、本発明は、材料としては、前記実施の形態1の単結晶シリコン基板表面、実施の形態2、3、4、5、6のガラス基板上の多結晶シリコン層等に適用でき、あるいはプラスチック基板等の各種基板上の単結晶シリコン層や多結晶シリコン層等に適用できる。
 また、本発明を適用する半導体装置としては、薄膜トランジスタの他に、単結晶シリコンMOS型トランジスタ等、広範囲な半導体装置に適用できる。また、良好な半導体−絶縁膜界面を形成できる光酸化において、光酸化速度が速く、大型基板を用いることができる基板処理装置に適用できる。
 また、上記実施の形態1〜5においては光酸化について述べたが、本発明は、光CVD、光アッシング、光洗浄、光エッチング、光エピタキシャル等に適用できる。また、これらの2つ以上の光反応を真空を破らずに利用することもできる。
 また、光酸化の場合、先にも述べた様に、光源としては低圧水銀ランプを用いることができる。また、希ガスエキシマランプを用いることができる。キセノンエキシマランプは172nm、クリプトンエキシマランプは146nm、アルゴンエキシマランプは126nmの波長の光を発光できる。特に、キセノンエキシマランプは172nmの波長の光を発光し、酸素ガスから酸素原子活性種を生成するのに適している。
 さらに、本発明の基板処理方法によれば、反応室5内を、元素周期表の14族(C、Si、Ge、Sn、Pb)に属する原子を有する化合物のガス又はこれを含む混合ガスの雰囲気、元素周期表の13族(B、Al、Ga、In、Tl)に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の15族(N、P、As、Sb、Bi)に属する原子を有する化合物のガスとを含む混合ガスの雰囲気、元素周期表の12族(Zn、Cd、Hg)に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の16族(O、S、Se、Te、Po)を有する化合物のガスとを含む混合ガスの雰囲気、または少なくともシリコン化合物のガスを含むガスの雰囲気とすることで、被処理基板6上に半導体膜を成膜することもできる。
 元素周期表の14族に属する原子を有する化合物のガスとしては、例えば、シリコン化合物のガスや、GeH等が挙げられる。シリコン化合物のガスとしては、例えば、シランガス(SiH、Si、Si)、SiCl、SiH、SiHCl、Si(CH、TEOS(tetraethylorthosilicate、Si(OC)等が挙げられる。これらのガス単体、或いは、これらのガスの2種以上の混合ガスを反応室5に導入し、実施の形態1〜6と同様にして光処理することにより、Si化合物膜(Si膜、SiC膜、SiGe膜、SiO膜、SiO膜等)を形成することができる。なお、反応室5に導入するガスと成膜される膜との関係は既知の通りである。
 元素周期表の13族に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の15族に属する原子を有する化合物のガスとを含む混合ガスとしては、例えば、Ga(CとAsHとの混合ガスが挙げられる。この混合ガスを反応室5に導入し、実施の形態1〜6と同様にして光処理することにより、GaAs膜を形成することができる。
 元素周期表の12族に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の16族を有する化合物のガスとを含む混合ガスとしては、例えば、ジメチルカドミウム(DMCd)とジエチルテルル(DETe)との混合ガスが挙げられる。この混合ガスを反応室5に導入し、実施の形態1〜6と同様にして光処理することにより、CdTe膜を形成することができる。
本発明の実施の形態1の基板処理装置の概略図。 本発明の実施の形態2の基板処理装置の概略図。 本発明の実施の形態2の基板処理装置が備える光透過窓をランプハウスを省略して示す上面図。 (A)及び(B)は、本発明の実施の形態3の基板処理装置を光酸化を行っている状態で示す概略図。 本発明の実施の形態3の基板処理装置をプラズマCVDを行っている状態で示す概略図。 本発明の実施の形態4の基板処理装置が備える光透過窓をランプハウスを省略して示す上面図。 本発明の実施の形態5の基板処理装置が備える光透過窓を示す断面図。 本発明の実施の形態6の基板処理装置を用いて多結晶シリコン薄膜トランジスタを製造する場合のプロセスフロー図。 (A)〜(E)は、本発明の実施の形態6の基板処理装置を用いて多結晶シリコン薄膜トランジスタの製造する場合の各プロセスにおける断面図。 本発明の実施の形態6の基板処理装置の概略図。 合成石英板の透過率の波長依存性を示す図。 従来の基板処理装置の概略図。
符号の説明
 1…光源(キセノンエキシマランプ)、 4a〜4h…光透過窓、 5…反応室(第1の反応室)、 6…被処理基板、 6a…被処理面、 11…ゲートバルブ、 12…副反応室(第2の反応室)、 15…梁

Claims (20)

  1.  光源と、前記光源からの光を透過させる1つの光透過窓と、内部を減圧可能な反応室とを具備し、減圧させた前記反応室内に被処理基板を前記光透過窓と離間対向するように配置し、前記光源からの光を光透過窓を介して前記反応室内に照射することにより起こる反応を利用して、少なくとも前記被処理基板の前記光透過窓と対向する被処理面を処理する基板処理装置であって、
     前記被処理基板を前記光透過窓に対して前記被処理面と平行な方向に相対的に移動させる駆動機構を具備しているとともに、前記被処理基板の前記光透過窓に対する相対的な移動方向における前記光透過窓の幅が、前記移動方向における前記被処理基板の長さよりも小さくなるように設定されていることを特徴とする基板処理装置。
  2.  光源と、前記光源からの光を透過させる複数の光透過窓と、内部を減圧可能な反応室とを具備し、減圧させた前記反応室内に被処理基板を前記光透過窓と離間対向するように配置し、前記光源からの光を光透過窓を介して前記反応室内に照射することにより起こる反応を利用して、少なくとも前記被処理基板の前記光透過窓と対向する被処理面を処理する基板処理装置であって、
     前記被処理基板を前記光透過窓に対して前記被処理面と平行な方向に相対的に移動させる駆動機構を具備しているとともに、前記被処理基板の前記光透過窓に対する相対的な移動方向における複数の前記光透過窓の幅が夫々、前記移動方向における前記被処理基板の長さよりも小さくなるように設定されていることを特徴とする基板処理装置。
  3.  前記光透過窓が、第1の方向に沿って互いに並べて配置されていることを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。
  4.  前記光透過窓が、第1の方向と、この第1の方向とは異なる第2の方向とに沿って互いに並べて配置されていることを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。
  5.  前記光透過窓が、市松模様状に配置されていることを特徴とする請求項4に記載の基板処理装置。
  6.  前記駆動機構は、前記被処理基板を前記光透過窓に対して揺動させる機構であることを特徴とする請求項1に記載の基板処理装置。
  7.   前記駆動機構は、前記被処理基板を前記光透過窓に対して揺動させる機構であることを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。
  8.  前記光透過窓の前記揺動方向における幅が一定となるとともに、互いに隣り合う光透過窓の揺動方向における間隔が一定の間隔となるように、各光透過窓が前記揺動方向に沿って互いに並べて配置されているとともに、前記駆動機構による揺動の幅が、前記光透過窓の前記揺動方向における幅と、互いに隣り合う光透過窓の間に設けられた梁の前記揺動方向における幅とを足した繰り返し間隔よりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項7に記載の基板処理装置。
  9.  互いに隣り合う光透過窓の前記移動方向における間隔が不均一な間隔となるように、各光透過窓が前記移動方向に沿って互いに並べて配置されていることを特徴とする請求項2に記載の基板処理装置。
  10.  前記駆動機構は、前記被処理基板を前記光透過窓に対して一方向に移動させる機構であることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板処理装置。
  11.  前記移動方向における前記反応室の長さが、前記移動方向における前記被処理基板の長さの2倍以上であることを特徴とする請求項10に記載の基板処理装置。
  12.  前記反応室がゲートバルブを有しているとともに、前記反応室とは異なる少なくとも1つの副反応室が、前記ゲートバルブを介して前記反応室と隣接するように配置されており、かつ、前記駆動機構が、前記被処理基板を前記反応室から前記副反応室に前記ゲートバルブを越えて一方向に移動させる機構であることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板処理装置。
  13.  前記光源が、低圧水銀ランプであることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板処理装置。
  14.  前記光源が、希ガスエキシマランプであることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板処理装置。
  15. 前記光源が、キセノンエキシマランプであることを特徴とする請求項14に記載の基板処理装置。
  16.  光源と、前記光源からの光を透過させる少なくとも1つの光透過窓と、内部が減圧可能な反応室と具備する基板処理装置の減圧させた前記反応室内に被処理基板を前記光透過窓と離間対向するように配置する工程と、
     前記被処理基板と前記光透過窓とが平行となるように、前記被処理基板を前記光透過窓に対して相対的に移動させながら、前記光源からの光を光透過窓を介して前記反応室内に照射する工程と、
     前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応により、少なくとも前記被処理基板の前記光透過窓と対向する被処理面を処理する工程と、を具備することを特徴とする基板処理方法。
  17.  少なくとも被処理面の一部が半導体である被処理基板を用意する工程と、
     前記反応室内を、少なくとも酸素ガスを含む雰囲気とする工程と、をさらに具備し、
     かつ、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応により、少なくとも前記被処理基板の被処理面を処理する工程は、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応で形成された酸素原子活性種を用い、前記被処理面を酸化して前記被処理基板上に絶縁膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項16に記載の基板の処理方法。
  18.  前記反応室内を、元素周期表の14族に属する原子を有する化合物のガス又はこれを含む混合ガスの雰囲気、元素周期表の13族に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の15族に属する原子を有する化合物のガスとを含む混合ガスの雰囲気、元素周期表の12族に属する原子を有する化合物のガスと元素周期表の16族を有する化合物のガスとを含む混合ガスの雰囲気、または少なくともシリコン化合物のガスを含むガスの雰囲気とする工程をさらに具備し、
     かつ、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応により、少なくとも前記被処理基板の被処理面を処理する工程は、前記光源からの光を前記反応室内に照射することにより起こる反応より前記被処理基板上に半導体膜を成膜する工程を含むことを特徴とする請求項16に記載の基板処理方法。
  19.  前記光源からの光を、少なくとも1つの光透過窓を介して前記反応室内に照射することにより起こる反応として、光酸化、光CVD、光アッシング、光洗浄、光エッチング、または光エピタキシャルを用いることを特徴とする請求項16に記載の基板処理方法。
  20.  光酸化、光CVD、光アッシング、光洗浄、光エッチング、光エピタキシャルの少なくとも2つ以上の反応を真空を破らずに連続して行うことを特徴とする請求項16乃至18の1項に記載の基板処理方法。
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JP2012012628A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Hitachi High-Technologies Corp 基板処理装置

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