JP2011100849A - Treatment method of silicon thin film and flash lamp irradiation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a treatment method of a silicon thin film which can obtain a poly-silicon thin film having a uniform crystal particle size and no crack even if a metal layer is partly disposed between a substrate and an amorphous silicon thin film, and a flash lamp irradiation device for use in the method. <P>SOLUTION: In the treatment method of the silicon thin film, light from a flash lamp in which a pulse width upon lighting is 50-200 μsec is irradiated on the amorphous silicon thin film which is formed through the metal layer disposed partly on the substrate and has a thickness of 30-100 nm to form the poly-silicon thin film. The method has a step of irradiating the light from the flash lamp on the amorphous silicon thin film via a wavelength cutting filter for cutting the light on the long wavelength side where a wavelength of an end at the short wavelength side in a wavelength area of the light cut by the wavelength cutting filter is 650 nm or shorter, and the irradiation energy of the light irradiated to the amorphous silicon thin film is 2.00-3.10 J/cm<SP>2</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコンよりなる薄膜にフラッシュランプから放射される光を照射するシリコン薄膜の処理方法、およびこの処理方法に用いられるフラッシュランプ照射装置に関する。   The present invention relates to a silicon thin film processing method for irradiating a thin film made of amorphous silicon formed on a glass substrate with light emitted from a flash lamp, and a flash lamp irradiation apparatus used in the processing method.

液晶表示素子、有機ＥＬ発光素子や、半導体素子などの製造においては、ガラス基板、シリコンウエハなどの基板上に、アモルファスシリコン薄膜を形成し、このアモルファスシリコン薄膜を急速に加熱することによって、ポリシリコン薄膜を形成する技術が知られている。
而して、最近においては、素子の高集積化、ディスプレイの大型化に伴い、厚みが小さく、均一に結晶化されたポリシリコン薄膜を形成することが要求されており、このような要求を実現するため、フラッシュランプからの光を、赤外線カットフィルタを介して、アモルファスシリコン薄膜に照射することにより、ポリシリコン薄膜を形成するシリコン薄膜の処理方法が提案されている（特許文献１参照。）。 In the manufacture of liquid crystal display elements, organic EL light emitting elements, semiconductor elements, etc., polysilicon is formed by forming an amorphous silicon thin film on a substrate such as a glass substrate or a silicon wafer, and rapidly heating the amorphous silicon thin film. A technique for forming a thin film is known.
Thus, recently, with the high integration of elements and the enlargement of displays, it has been required to form a thin polysilicon film that is thin and uniformly crystallized. Therefore, a silicon thin film processing method for forming a polysilicon thin film by irradiating light from a flash lamp to an amorphous silicon thin film through an infrared cut filter has been proposed (see Patent Document 1).

図５は、従来のシリコン薄膜の処理方法に用いられるフラッシュランプ照射装置の構成を示す説明用断面図である。このフラッシュランプ照射装置においては、発光光線遮断用の外側筐体９０内の上部側位置に、下面に開口９２を有する内側筐体９１が設けられ、この内側筐体９１内には、発光管内にキセノンガス等が封入された複数のフラッシュランプ９３が配置され、これらのフラッシュランプ９３と内側筐体９１の上壁との間に、反射部材９４が配置されている。また、内側筐体９１には、その下面の開口９２を塞ぐよう、赤外線カットフィルタ９５が配置されている。また、外側筐体９０内の下部側位置には、被処理物Ｗが載置される、ヒータ９７を有するサセプタ９６が配置されている。９８は、水冷パイプである。
このようなフラッシュランプ照射装置においては、ガラス基板などの基板上にアモルファスシリコン薄膜が形成されてなる被処理物Ｗが、サセプタ９６上に載置され、当該サセプタ９６によって予備加熱された後、当該被処理物Ｗに、フラッシュランプ９３から放射される光Ｌが赤外線カットフィルタ９５を介して照射されることによって、被処理物Ｗにおけるアモルファスシリコン薄膜が急速に加熱されて多結晶化され、以て、ポリシリコン薄膜が形成される。 FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the structure of a flash lamp irradiation apparatus used in a conventional silicon thin film processing method. In this flash lamp irradiating device, an inner casing 91 having an opening 92 on the lower surface is provided at an upper position in the outer casing 90 for blocking emitted light rays. A plurality of flash lamps 93 filled with xenon gas or the like are disposed, and a reflective member 94 is disposed between the flash lamps 93 and the upper wall of the inner casing 91. The inner casing 91 is provided with an infrared cut filter 95 so as to close the opening 92 on the lower surface thereof. A susceptor 96 having a heater 97 on which the workpiece W is placed is disposed at a lower position in the outer casing 90. 98 is a water-cooled pipe.
In such a flash lamp irradiation apparatus, an object to be processed W in which an amorphous silicon thin film is formed on a substrate such as a glass substrate is placed on a susceptor 96 and preheated by the susceptor 96. By irradiating the workpiece W with the light L emitted from the flash lamp 93 via the infrared cut filter 95, the amorphous silicon thin film in the workpiece W is rapidly heated to be polycrystallized. A polysilicon thin film is formed.

特許第４０９２５４１号公報Japanese Patent No. 4092541

しかしながら、上記のシリコン薄膜の処理方法においては、以下のような問題があることが判明した。
ガラス基板などの基板上には、通常、モリブデンやタングステン等よりなる配線を形成する金属層が部分的に配置されており、この金属層を介してアモルファスシリコン薄膜が形成される。そして、このアモルファスシリコン薄膜の厚みが小さい、例えば厚みが１００ｎｍ以下のものである場合には、フラッシュランプ９３から赤外線カットフィルタ９５を介してアモルファスシリコン薄膜に照射される光のうち長波長側の光がアモルファスシリコン薄膜を透過し、この透過した光が金属層に照射されることによって金属層が加熱されると共に、当該金属層によって反射された光が再度アモルファスシリコン薄膜に照射される。
このため、アモルファスシリコン薄膜においては、金属層の直上に位置する部分とそれ以外の部分との間に、加えられるエネルギー量に差が生じるので、結晶粒径が均一なポリシリコン薄膜を得ることが困難である、という問題がある。
また、得られるポリシリコン薄膜においては、金属層の直上に位置する部分とそれ以外の部分との間で結晶化状態が異なるため、金属層の直上に位置する部分の周縁箇所においてクラックが発生する、という問題がある。 However, it has been found that the silicon thin film processing method has the following problems.
On a substrate such as a glass substrate, usually, a metal layer for forming a wiring made of molybdenum, tungsten or the like is partially disposed, and an amorphous silicon thin film is formed through the metal layer. When the amorphous silicon thin film has a small thickness, for example, a thickness of 100 nm or less, the light on the long wavelength side among the light irradiated from the flash lamp 93 through the infrared cut filter 95 to the amorphous silicon thin film. Is transmitted through the amorphous silicon thin film, and the transmitted light is applied to the metal layer to heat the metal layer, and the light reflected by the metal layer is applied to the amorphous silicon thin film again.
For this reason, in an amorphous silicon thin film, there is a difference in the amount of energy applied between the portion located immediately above the metal layer and the other portion, so that a polysilicon thin film having a uniform crystal grain size can be obtained. There is a problem that it is difficult.
Moreover, in the obtained polysilicon thin film, since the crystallization state is different between the portion located immediately above the metal layer and the other portion, cracks are generated at the peripheral portion of the portion located directly above the metal layer. There is a problem.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板とアモルファスシリコン薄膜との間に部分的に金属層が配置されていても、結晶粒径が均一でクラックのないポリシリコン薄膜を得ることができるシリコン薄膜の処理方法およびこの方法に用いられるフラッシュランプ照射装置を提供することにある。   The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and its purpose is to provide a uniform crystal grain size and cracking even when a metal layer is partially disposed between the substrate and the amorphous silicon thin film. It is an object of the present invention to provide a method for processing a silicon thin film capable of obtaining a polysilicon thin film with no flash, and a flash lamp irradiation apparatus used in this method.

本発明のシリコン薄膜の処理方法は、点灯時のパルス幅が５０〜２００μｓｅｃであるフラッシュランプから放射される光を、基板上に部分的に配置された金属層を介して形成された厚みが３０〜１００ｎｍのアモルファスシリコン薄膜に照射することによって、ポリシリコン薄膜を形成するシリコン薄膜の処理方法において、
フラッシュランプとアモルファスシリコン薄膜との間に配置された長波長側の光をカットする波長カットフィルタを介して、当該フラッシュランプからの光を当該アモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、
前記波長カットフィルタによってカットされる光の波長領域の短波長側端の波長が６５０ｎｍ以下であり、
前記アモルファスシリコン薄膜に照射される光の照射エネルギーが２．００〜３．１０Ｊ／ｃｍ2 であることを特徴とする。 In the silicon thin film processing method of the present invention, the light emitted from the flash lamp having a pulse width of 50 to 200 μsec when lit is formed through a metal layer partially disposed on the substrate to a thickness of 30. In the silicon thin film processing method of forming a polysilicon thin film by irradiating an amorphous silicon thin film of ˜100 nm,
Irradiating the amorphous silicon thin film with light from the flash lamp through a wavelength cut filter for cutting light on the long wavelength side disposed between the flash lamp and the amorphous silicon thin film;
The wavelength of the short wavelength side end of the wavelength region of the light cut by the wavelength cut filter is 650 nm or less,
The irradiation energy of the light applied to the amorphous silicon thin film is 2.00 to 3.10 J / cm 2 .

また、本発明のシリコン薄膜の処理方法は、点灯時のパルス幅が５０〜１００μｓｅｃであるフラッシュランプから放射される光を、基板上に部分的に配置された金属層を介して形成された厚みが３０〜７０ｎｍのアモルファスシリコン薄膜に照射することによって、ポリシリコン薄膜を形成するシリコン薄膜の処理方法において、
フラッシュランプとアモルファスシリコン薄膜との間に配置された長波長側の光をカットする波長カットフィルタを介して、当該フラッシュランプからの光を当該アモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、
前記波長カットフィルタによってカットされる光の波長領域の短波長側端の波長が６００ｎｍ以下であり、
前記アモルファスシリコン薄膜に照射される光の照射エネルギーが２．００〜２．９０Ｊ／ｃｍ2 であることを特徴とする。 In the silicon thin film processing method of the present invention, the light emitted from a flash lamp having a pulse width of 50 to 100 μsec during lighting is formed through a metal layer partially disposed on the substrate. In a method for processing a silicon thin film, which forms a polysilicon thin film by irradiating an amorphous silicon thin film with a thickness of 30 to 70 nm,
Irradiating the amorphous silicon thin film with light from the flash lamp through a wavelength cut filter for cutting light on the long wavelength side disposed between the flash lamp and the amorphous silicon thin film;
The wavelength of the short wavelength side end of the wavelength region of the light cut by the wavelength cut filter is 600 nm or less,
The irradiation energy of the light applied to the amorphous silicon thin film is 2.00 to 2.90 J / cm 2 .

本発明のシリコン薄膜の処理方法においては、前記波長カットフィルタは、カットされる光の波長領域の短波長側端の波長をλ（ｎｍ）とし、前記アモルファスシリコン薄膜の厚みをｔ（ｎｍ）としたとき、下記式（１）を満足するものであることが好ましい。
式（１） λ≦１１０×ｌｎ（ｔ）＋１４５ In the silicon thin film processing method of the present invention, the wavelength cut filter has a wavelength at a short wavelength side end of a wavelength region of light to be cut as λ (nm), and a thickness of the amorphous silicon thin film as t (nm). It is preferable that the following formula (1) is satisfied.
Formula (1) λ ≦ 110 × ln (t) +145

本発明のフラッシュランプ照射装置は、フラッシュランプと、水フィルタ要素および多層膜フィルタ要素を有する、長波長側の光をカットする波長カットフィルタとを備えてなるフラッシュランプ照射装置であって、
上記のシリコン薄膜の処理方法に用いられることを特徴とする。 The flash lamp irradiation apparatus of the present invention is a flash lamp irradiation apparatus comprising a flash lamp and a wavelength cut filter that has a water filter element and a multilayer filter element to cut light on a long wavelength side,
It is used for the above-mentioned silicon thin film processing method.

本発明によれば、処理対象であるアモルファスシリコン薄膜の厚みとの関係で、特定の波長以上の光をカットする波長カットフィルタを介して、フラッシュランプからの光がアモルファスシリコン薄膜に照射されると共に、当該アモルファスシリコン薄膜に照射される照射エネルギーが特定の範囲にあるため、基板とアモルファスシリコン薄膜との間に部分的に金属層が配置されていても、結晶粒径が均一でクラックのないポリシリコン薄膜を得ることができる。   According to the present invention, the light from the flash lamp is irradiated to the amorphous silicon thin film through the wavelength cut filter that cuts light of a specific wavelength or more in relation to the thickness of the amorphous silicon thin film to be processed. Since the irradiation energy applied to the amorphous silicon thin film is in a specific range, even if a metal layer is partially disposed between the substrate and the amorphous silicon thin film, the crystal grain size is uniform and crack-free A silicon thin film can be obtained.

本発明のシリコン薄膜の処理方法を実施するためのフラッシュランプ照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure in an example of the flash lamp irradiation apparatus for enforcing the processing method of the silicon thin film of this invention. 本発明のシリコン薄膜の処理方法における被処理物の一例における構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure in an example of the to-be-processed object in the processing method of the silicon thin film of this invention. 図１に示すフラッシュランプ照射装置におけるフィルタの構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure of the filter in the flash lamp irradiation apparatus shown in FIG. 多層膜フィルタ要素および水フィルタ要素の分光特性の代表的な例を示す曲線図である。It is a curve figure which shows the typical example of the spectral characteristic of a multilayer filter element and a water filter element. 従来のシリコン薄膜の処理方法に用いられるフラッシュランプ照射装置の構成を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the structure of the flash lamp irradiation apparatus used for the processing method of the conventional silicon thin film.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明のシリコン薄膜の処理方法を実施するためのフラッシュランプ照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
このフラッシュランプ照射装置においては、直流電源およびコンデンサを有するランプ点灯機構１２に電気的に接続された、複数の棒状のフラッシュランプ１０が水平方向に並ぶよう配置され、これらのフラッシュランプ１０の上方には、フラッシュランプ１０の各々からの光を下方に反射するリフレクタ１１が配置されている。
複数のフラッシュランプ１０の下方には、被処理物Ｗが収容される処理室Ｒを形成する箱型のチャンバー２０が設けられている。このチャンバー２０の上面には、フラッシュランプ１０からの光を処理室Ｒ内に導入するための開口２１が形成され、チャンバー２０の一側面（図において右面）には、処理室Ｒ内に雰囲気ガスを導入するガス導入口２２が形成され、チャンバー２０の他側面（図において左面）には、処理室Ｒ内に被処理物Ｗを搬入・搬出するための被処理物入出口２３が形成されている。
チャンバー２０内には、被処理物Ｗが載置される、予備加熱手段（図示省略）が設けられた載置台２５が設けられ、この載置台２５の上面における周縁部には、被処理物Ｗを支持する支持部材２６が設けられている。また、載置台２５には、当該載置台２５の温度を調整する温度調整機２７が接続されている。
そして、複数のフラッシュランプ１０とチャンバー２０との間には、長波長側の光をカットする波長カットフィルタ３０が、当該チャンバー２０の上面の開口２１を塞ぐよう設けられている。 Embodiments of the present invention will be described below.
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing the configuration of an example of a flash lamp irradiation apparatus for carrying out the silicon thin film processing method of the present invention.
In this flash lamp irradiation device, a plurality of rod-like flash lamps 10 electrically connected to a lamp lighting mechanism 12 having a DC power supply and a capacitor are arranged in a horizontal direction, and above these flash lamps 10. Are provided with reflectors 11 that reflect light from each of the flash lamps 10 downward.
Below the plurality of flash lamps 10, a box-shaped chamber 20 that forms a processing chamber R in which the workpiece W is accommodated is provided. An opening 21 for introducing light from the flash lamp 10 into the processing chamber R is formed on the upper surface of the chamber 20, and the atmosphere gas in the processing chamber R is formed on one side surface (right side in the drawing) of the chamber 20. A gas inlet 22 for introducing gas is formed, and a workpiece inlet / outlet 23 for loading / unloading the workpiece W into / from the processing chamber R is formed on the other side surface (left side in the drawing) of the chamber 20. Yes.
In the chamber 20, a mounting table 25 provided with preheating means (not shown) on which the processing object W is mounted is provided, and the processing object W is provided on a peripheral portion of the upper surface of the mounting table 25. A support member 26 is provided to support the. In addition, a temperature adjuster 27 that adjusts the temperature of the mounting table 25 is connected to the mounting table 25.
A wavelength cut filter 30 that cuts light on the long wavelength side is provided between the plurality of flash lamps 10 and the chamber 20 so as to close the opening 21 on the upper surface of the chamber 20.

被処理物Ｗの具体的な一例における構成を図２に示す。この被処理物Ｗにおいては、ガラス基板等の基板５上に、窒化珪素膜４を介して、モリブデンやタングステン等よりなる配線を形成する金属層３が部分的に配置されており、この金属層３を含む窒化珪素膜４上には、ＳｉＯ2 よりなる絶縁膜２を介して、アモルファスシリコン薄膜１が形成されている。
この被処理物Ｗにおいて、基板５の厚みは例えば６００μｍ、窒化珪素膜４の厚みは例えば２８０ｎｍ、金属層３の厚みは例えば７０ｎｍ、絶縁膜２の厚みは例えば２５０ｎｍである。
そして、本発明においては、厚みが３０〜１００ｎｍのアモルファスシリコン薄膜１が形成されてなるものが処理対象である。 A configuration of a specific example of the workpiece W is shown in FIG. In the workpiece W, a metal layer 3 for forming a wiring made of molybdenum, tungsten, or the like is partially disposed on a substrate 5 such as a glass substrate via a silicon nitride film 4. An amorphous silicon thin film 1 is formed on a silicon nitride film 4 containing 3 via an insulating film 2 made of SiO 2 .
In the workpiece W, the thickness of the substrate 5 is, for example, 600 μm, the thickness of the silicon nitride film 4 is, for example, 280 nm, the thickness of the metal layer 3 is, for example, 70 nm, and the thickness of the insulating film 2 is, for example, 250 nm.
And in this invention, what is formed by forming the amorphous silicon thin film 1 having a thickness of 30 to 100 nm is a processing target.

このような被処理物Ｗにおいて、アモルファスシリコン薄膜１は、プラズマＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、触媒ＣＶＤ法、スパッタリング法などによって形成することができるが、高周波による放電を利用した高周波プラズマＣＶＤ法が好ましい。   In such a workpiece W, the amorphous silicon thin film 1 can be formed by a plasma CVD method, a low pressure CVD method, a catalytic CVD method, a sputtering method, etc., but a high frequency plasma CVD method using a high frequency discharge is preferable. .

フラッシュランプ１０としては、キセノンフラッシュランプ、キセノン−水銀フラッシュランプ、キセノン−クリプトンフラッシュランプ、クリプトンフラッシュランプ、クリプトン−水銀フラッシュランプ、キセノン−クリプトン−水銀フラッシュランプ、メタルハライドフラッシュランプなどを用いることができる。   As the flash lamp 10, a xenon flash lamp, a xenon-mercury flash lamp, a xenon-krypton flash lamp, a krypton flash lamp, a krypton-mercury flash lamp, a xenon-krypton-mercury flash lamp, a metal halide flash lamp, or the like can be used.

この例における波長カットフィルタ３０は、水フィルタ要素および多層膜フィルタ要素を有してなるものである。具体的に説明すると、この波長カットフィルタ３０においては、図３にも示すように、例えば石英ガラスよりなる板状の第１のフィルタ基体３１と、例えば石英ガラスよりなる第２のフィルタ基体３３が、例えばスペーサ（図示省略）によって形成された水充填用空間Ｓを介して、互いに対向するよう水平に配置され、第１のフィルタ基体３１および第２のフィルタ基体３３は、Ｏ−リング３６を有する保持部材３５に保持されて固定されている。第１のフィルタ基体３１の外面（図において上面）には誘電体多層膜３２が形成され、第２のフィルタ基体３３の外面（図において下面）には無反射コート層３４が形成されている。３７は、例えばスペーサに設けられた、水充填用空間Ｓ内に水を導入するための水導入口であり、３８は、例えばスペーサに設けられた、水充填用空間Ｓから水を排出するための水排出口である。
そして、誘電体多層膜３２によって多層膜フィルタ要素が構成され、水充填用空間Ｓ内に水が導入されて充填されることによって水フィルタ要素が構成されている。 The wavelength cut filter 30 in this example has a water filter element and a multilayer filter element. More specifically, in the wavelength cut filter 30, as shown in FIG. 3, a plate-like first filter base 31 made of, for example, quartz glass and a second filter base 33 made of, for example, quartz glass are provided. For example, the first filter base 31 and the second filter base 33 have O-rings 36 that are horizontally disposed so as to face each other via a water filling space S formed by a spacer (not shown). It is held and fixed by the holding member 35. A dielectric multilayer film 32 is formed on the outer surface (upper surface in the drawing) of the first filter base 31, and a non-reflective coating layer 34 is formed on the outer surface (lower surface in the drawing) of the second filter base 33. 37 is a water introduction port for introducing water into the water filling space S provided in the spacer, for example, and 38 is for discharging water from the water filling space S provided in the spacer, for example. This is a water outlet.
The dielectric multilayer film 32 constitutes a multilayer filter element, and the water filter element is constituted by introducing water into the water filling space S and filling it.

このような波長カットフィルタ３０において、多層膜フィルタ要素を構成する誘電体多層膜３２としては、ＨｆＯ2 およびＳｉＯ2 よりなるもの、またはＺｒＯ2 およびＳｉＯ2 よりなるものなどを用いることができる。
また、第１のフィルタ基体３１の厚みは、例えば１〜５ｍｍである。
また、第２のフィルタ基体３３の厚みは、例えば１〜５ｍｍである。
また、水充填用空間Ｓの厚みは、例えば５〜３０ｍｍである。 In such a wavelength cut filter 30, as the dielectric multilayer film 32 constituting the multilayer filter element, one made of HfO 2 and SiO 2 or one made of ZrO 2 and SiO 2 can be used.
Moreover, the thickness of the 1st filter base | substrate 31 is 1-5 mm, for example.
Moreover, the thickness of the 2nd filter base | substrate 33 is 1-5 mm, for example.
The thickness of the water filling space S is, for example, 5 to 30 mm.

本発明においては、波長カットフィルタ３０は、カットされる光の波長領域（以下、「カット波長領域」という。）の短波長側端の波長が６５０ｎｍ以下のものであり、被処理物Ｗにおけるアモルファスシリコン薄膜の厚みが３０〜７０ｎｍである場合には、カット波長領域の短波長側端の波長が６００ｎｍ以下のものであることが好ましい。
ここで、カット波長領域は、波長カットフィルタによって、５０％以上カットされる光の波長領域である。
カット波長領域の短波長側端の波長が上記の値を超える波長カットフィルタを用いる場合には、アモルファスシリコン薄膜１に照射される光のうち長波長側の光が当該アモルファスシリコン薄膜１を透過するため、結晶粒径が均一なポリシリコン薄膜が得られず、また、得られるポリシリコン薄膜にクラックが発生しやすくなる。
また、カット波長領域の短波長側端の波長は、アモルファスシリコンの光吸収特性の点で、４５０ｎｍ以上であることが好ましい。 In the present invention, the wavelength cut filter 30 has a wavelength at the short-wavelength side end of the wavelength region of light to be cut (hereinafter referred to as “cut wavelength region”) of 650 nm or less, and is amorphous in the workpiece W. When the thickness of the silicon thin film is 30 to 70 nm, the wavelength at the short wavelength side end of the cut wavelength region is preferably 600 nm or less.
Here, the cut wavelength region is a wavelength region of light that is cut by 50% or more by the wavelength cut filter.
When using a wavelength cut filter in which the wavelength at the short wavelength side end of the cut wavelength region exceeds the above value, the light on the long wavelength side among the light irradiated to the amorphous silicon thin film 1 passes through the amorphous silicon thin film 1. Therefore, a polysilicon thin film having a uniform crystal grain size cannot be obtained, and cracks are easily generated in the obtained polysilicon thin film.
Further, the wavelength on the short wavelength side end of the cut wavelength region is preferably 450 nm or more in terms of the light absorption characteristics of amorphous silicon.

また、本発明においては、波長カットフィルタ３０は、カット波長領域の短波長側端の波長をλ（ｎｍ）とし、前記アモルファスシリコン薄膜の厚みをｔ（ｎｍ）としたとき、下記式（１）を満足することが好ましい。
式（１） λ≦１１０×ｌｎ（ｔ）＋１４５ In the present invention, the wavelength cut filter 30 has the following formula (1) when the wavelength at the short wavelength side end of the cut wavelength region is λ (nm) and the thickness of the amorphous silicon thin film is t (nm). Is preferably satisfied.
Formula (1) λ ≦ 110 × ln (t) +145

波長カットフィルタ３０における多層膜フィルタ要素および水フィルタ要素の分光特性の代表的な例を図４に示す。この図において、ａは多層膜フィルタ要素の分光特性曲線、ｂは水フィルタ要素の分光特性曲線である。この図に示すように、多層膜フィルタ要素は、波長カットフィルタ３０のカット波長領域のうち短波長側の領域の光をカットする機能を有するものであり、一方、水フィルタ要素は、波長カットフィルタ３０のカット波長領域のうち長波長側の領域の光をカットする機能を有するものである。従って，これらのフィルタ要素を組み合わせることにより、所要のカット波長領域を有する波長カットフィルタ３０が得られる。   A representative example of the spectral characteristics of the multilayer filter element and the water filter element in the wavelength cut filter 30 is shown in FIG. In this figure, a is the spectral characteristic curve of the multilayer filter element, and b is the spectral characteristic curve of the water filter element. As shown in this figure, the multilayer filter element has a function of cutting light in the short wavelength side region of the cut wavelength region of the wavelength cut filter 30, while the water filter element is a wavelength cut filter. It has a function of cutting light in the long wavelength side region among the 30 cut wavelength regions. Therefore, by combining these filter elements, the wavelength cut filter 30 having a required cut wavelength region can be obtained.

本発明においては、上記のフラッシュランプ照射装置を用い、以下のようにしてアモルファスシリコン薄膜を有する被処理物Ｗが処理される。
先ず、被処理物Ｗが、チャンバー２０の被処理物入出口２３から処理室Ｒ内に搬入されて載置台２５上に載置される。その後、チャンバー２０の処理室Ｒ内にガス導入口２２から雰囲気ガスが導入されると共に、載置台２５に設けられた予備加熱手段によって被処理物Ｗが予備加熱される。
以上において、処理室Ｒ内に導入される雰囲気ガスとしては、大気ガス、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。
また、被処理物Ｗの予備加熱温度は、例えば室温〜５００℃の範囲で適宜選択することができるが、生産性の観点から、室温が好ましい。 In the present invention, the workpiece W having an amorphous silicon thin film is processed using the above flash lamp irradiation apparatus as follows.
First, the workpiece W is carried into the processing chamber R from the workpiece inlet / outlet 23 of the chamber 20 and placed on the mounting table 25. Thereafter, atmospheric gas is introduced from the gas inlet 22 into the processing chamber R of the chamber 20, and the workpiece W is preheated by preheating means provided on the mounting table 25.
In the above, as the atmospheric gas introduced into the processing chamber R, atmospheric gas, nitrogen gas, argon gas, helium gas, or the like can be used.
Moreover, although the preheating temperature of the to-be-processed object W can be suitably selected, for example in the range of room temperature-500 degreeC, room temperature is preferable from a viewpoint of productivity.

そして、フラッシュランプ１０の各々が点灯され、当該フラッシュランプ１０から放射される光が、波長カットフィルタ３０を介して、被処理物Ｗにおけるアモルファスシリコン薄膜１に照射されることによって、アモルファスシリコン薄膜１が急速に加熱されて多結晶化され、以て、ポリシリコン薄膜が形成される。
以上において、フラッシュランプ１０における点灯時のパルス幅は、５０〜２００μｓｅｃであり、被処理物Ｗにおけるアモルファスシリコン薄膜の厚みが３０〜７０ｎｍである場合には、点灯時のパルス幅は、５０〜１００μｓｅｃであることが好ましい。
このパルス幅が上記の値未満である場合には、加熱時間が短いため、良質な結晶を得ることが困難となる。一方、このパルス幅が上記の値を超える場合には、加熱時間が長いため、金属層が溶融する、或いは、アモルファスシリコン薄膜の結晶化が困難となる、という問題が生じる。 Then, each of the flash lamps 10 is turned on, and the light emitted from the flash lamp 10 is irradiated to the amorphous silicon thin film 1 in the workpiece W through the wavelength cut filter 30, whereby the amorphous silicon thin film 1. Is rapidly heated to be polycrystallized, thereby forming a polysilicon thin film.
In the above, the pulse width at the time of lighting in the flash lamp 10 is 50 to 200 μsec. When the thickness of the amorphous silicon thin film on the workpiece W is 30 to 70 nm, the pulse width at the time of lighting is 50 to 100 μsec. It is preferable that
When this pulse width is less than the above value, it is difficult to obtain a good quality crystal because the heating time is short. On the other hand, when the pulse width exceeds the above value, the heating time is long, so that there arises a problem that the metal layer is melted or crystallization of the amorphous silicon thin film becomes difficult.

また、被処理物Ｗにおけるアモルファスシリコン薄膜１に照射される光の照射エネルギーは、２．００〜３．１０Ｊ／ｃｍ2 、好ましくは２．２０〜２．９０Ｊ／ｃｍ2 であり、被処理物Ｗにおけるアモルファスシリコン薄膜の厚みが３０〜７０ｎｍである場合には、アモルファスシリコン薄膜１に照射される光の照射エネルギーは、２．００〜２．９０Ｊ／ｃｍ2 であることが好ましく、より好ましくは２．２０〜２．８０Ｊ／ｃｍ2 、さらに好ましくは２．３０〜２．６０Ｊ／ｃｍ2 である。
この照射エネルギーが過小である場合には、アモルファスシリコン薄膜の結晶化が困難となる。一方、この照射エネルギーが過大である場合には、アモルファスシリコン薄膜が溶融した後、再結晶化するため、得られるポリシリコン薄膜の結晶粒が大きくなりすぎる、という問題が生じる。 Moreover, the irradiation energy of the light irradiated to the amorphous silicon thin film 1 in the workpiece W is 2.00 to 3.10 J / cm 2 , preferably 2.20 to 2.90 J / cm 2 . When the thickness of the amorphous silicon thin film in W is 30 to 70 nm, the irradiation energy of the light irradiated to the amorphous silicon thin film 1 is preferably 2.00 to 2.90 J / cm 2 , more preferably. 2.20 to 2.80 J / cm 2 , more preferably 2.30 to 2.60 J / cm 2 .
When this irradiation energy is too small, crystallization of the amorphous silicon thin film becomes difficult. On the other hand, when the irradiation energy is excessive, the amorphous silicon thin film is melted and then recrystallized, so that there is a problem that the resulting polycrystalline silicon thin film has too large crystal grains.

このような処理方法によれば、被処理物Ｗにおけるアモルファスシリコン薄膜１の厚みとの関係で、特定の波長以上の光をカットする波長カットフィルタ３０を介して、フラッシュランプ１０からの光がアモルファスシリコン薄膜に照射されると共に、当該アモルファスシリコン薄膜１に照射される照射エネルギーが特定の範囲にあるため、基板５とアモルファスシリコン薄膜１との間に部分的に金属層３が配置されていても、結晶粒径が均一でクラックのないポリシリコン薄膜を得ることができる。   According to such a processing method, the light from the flash lamp 10 is amorphous through the wavelength cut filter 30 that cuts light of a specific wavelength or more in relation to the thickness of the amorphous silicon thin film 1 in the workpiece W. Even if the metal layer 3 is partially disposed between the substrate 5 and the amorphous silicon thin film 1 because the irradiation energy applied to the amorphous silicon thin film 1 is within a specific range while being irradiated to the silicon thin film. A polysilicon thin film having a uniform crystal grain size and no cracks can be obtained.

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Specific examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples.

〈実施例１〜４および比較例１〜４〉
下記の仕様のキセノンフラッシュランプを１０本用い、図１に示す構成に従って、フラッシュランプ照射装置を作製した。また、下記表１に、キセノンフラッシュランプにおける点灯時のパルス幅（表１において「パルス幅」で記す。）、波長カットフィルタにおけるカット波長領域の短波長側端（表１において「波長λ」で記す。）を示す。
キセノンフラッシュランプの仕様：
このキセノンランプは、発光長が２５０ｍｍで、内径が１０ｍｍの石英ガラス製の発光管を有し、この発光管内には、６０ｋＰａの封入圧でキセノンガスが封入されている。 <Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4>
Using 10 xenon flash lamps having the following specifications, a flash lamp irradiation apparatus was manufactured according to the configuration shown in FIG. Also, in Table 1 below, the pulse width at the time of lighting in the xenon flash lamp (denoted as “pulse width” in Table 1), the short wavelength side end of the cut wavelength region in the wavelength cut filter (in Table 1, “wavelength λ”) ).
Xenon flash lamp specifications:
This xenon lamp has an emission tube made of quartz glass having an emission length of 250 mm and an inner diameter of 10 mm, and xenon gas is enclosed in the arc tube at an enclosure pressure of 60 kPa.

上記のフラッシュランプ照射装置を用い、下記表１に示す厚みのアモルファスシリコン薄膜（表１において「α−Ｓｉ薄膜」で記す。）を有する図３に示す構成の被処理物に対し、大気ガス雰囲気下において、２５０℃に予備加熱した状態で、照射エネルギーが下記表１に示す値となる条件で光照射処理を行った。下記表１に、上記式（１）の右辺により算出される波長（表１において「波長λ0 」で記す。）を示す。
以上において、被処理物における基板の厚みは６００μｍ、窒化珪素膜の厚みは２８０ｎｍ、金属層の厚みは７０ｎｍ、絶縁膜の厚みは２５０ｎｍである。
また、被処理物におけるアモルファスシリコン薄膜は、下記の条件の高周波プラズマＣＶＤ法によって形成した。
基板温度：２５０℃
雰囲気圧力：５ｋＰａ
ＲＦ周波数：４０ＭＨｚ
ＲＦ出力：１２０Ｗ
ガス流量：モノシランガス（ＳｉＨ4 ）；８０ｓｃｃｍ
水素ガス（Ｈ2 ）；８０ｓｃｃｍ Using the above-described flash lamp irradiation apparatus, an atmospheric gas atmosphere is applied to the workpiece having the structure shown in FIG. 3 having an amorphous silicon thin film (shown as “α-Si thin film” in Table 1) having the thickness shown in Table 1 below. Below, the light irradiation process was performed on the conditions from which irradiation energy became the value shown in following Table 1 in the state preheated to 250 degreeC. Table 1 below shows the wavelength (denoted as “wavelength λ 0 ” in Table 1) calculated from the right side of the above formula (1).
In the above, the thickness of the substrate in the object to be processed is 600 μm, the thickness of the silicon nitride film is 280 nm, the thickness of the metal layer is 70 nm, and the thickness of the insulating film is 250 nm.
Moreover, the amorphous silicon thin film in the to-be-processed object was formed by the high frequency plasma CVD method of the following conditions.
Substrate temperature: 250 ° C
Atmospheric pressure: 5kPa
RF frequency: 40 MHz
RF output: 120W
Gas flow rate: monosilane gas (SiH 4 ); 80 sccm
Hydrogen gas (H 2 ); 80 sccm

得られたポリシリコン薄膜を電子顕微鏡で観察し、クラックの発生の有無を調べると共に、結晶粒径の均一性を調べ、結晶粒径が均一なものを○、結晶粒径が不均一なものを×として評価した。結果を下記表１に示す。   The obtained polysilicon thin film is observed with an electron microscope to check for the occurrence of cracks, and the uniformity of the crystal grain size is examined. The crystal grain size is uniform, and the crystal grain size is non-uniform. It evaluated as x. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2011100849
Figure 2011100849

表１の結果から明らかなように、実施例１〜４によれば、結晶粒径が均一でクラックのないポリシリコン薄膜が得られることが確認された。   As is clear from the results in Table 1, according to Examples 1 to 4, it was confirmed that a polysilicon thin film having a uniform crystal grain size and no cracks was obtained.

１ アモルファスシリコン薄膜
２ 絶縁膜
３ 金属層
４ 窒化珪素膜
５ 基板
１０ フラッシュランプ
１１ リフレクタ
１２ ランプ点灯機構
２０ チャンバー
２１ 開口
２２ ガス導入口
２３ 被処理物入出口
２５ 載置台
２６ 支持部材
２７ 温度調整機
３０ 波長カットフィルタ
３１ 第１のフィルタ基体
３２ 誘電体多層膜
３３ 第２のフィルタ基体
３４ 無反射コート層
３５ 保持部材
３６ Ｏ−リング
３７ 水導入口
３８ 水排出口
９０ 外側筐体
９１ 内側筐体
９２ 開口
９３ フラッシュランプ
９４ 反射部材
９５ 赤外線カットフィルタ
９６ サセプタ
９７ ヒータ
９８ 水冷パイプ
Ｌ 光
Ｒ 処理室
Ｓ 水充填用空間
Ｗ 被処理物 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Amorphous silicon thin film 2 Insulating film 3 Metal layer 4 Silicon nitride film 5 Substrate 10 Flash lamp 11 Reflector 12 Lamp lighting mechanism 20 Chamber 21 Opening 22 Gas inlet 23 Workpiece inlet / outlet 25 Mounting table 26 Support member 27 Temperature adjuster 30 Wavelength cut filter 31 First filter base 32 Dielectric multilayer 33 Second filter base 34 Non-reflective coating layer 35 Holding member 36 O-ring 37 Water inlet 38 Water outlet 90 Outer casing 91 Inner casing 92 Opening 93 Flash lamp 94 Reflective member 95 Infrared cut filter 96 Susceptor 97 Heater 98 Water-cooled pipe L Light R Processing chamber S Water filling space W Object to be processed

Claims (4)

点灯時のパルス幅が５０〜２００μｓｅｃであるフラッシュランプから放射される光を、基板上に部分的に配置された金属層を介して形成された厚みが３０〜１００ｎｍのアモルファスシリコン薄膜に照射することによって、ポリシリコン薄膜を形成するシリコン薄膜の処理方法において、
フラッシュランプとアモルファスシリコン薄膜との間に配置された長波長側の光をカットする波長カットフィルタを介して、当該フラッシュランプからの光を当該アモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、
前記波長カットフィルタによってカットされる光の波長領域の短波長側端の波長が６５０ｎｍ以下であり、
前記アモルファスシリコン薄膜に照射される光の照射エネルギーが２．００〜３．１０Ｊ／ｃｍ2 であることを特徴とするシリコン薄膜の処理方法。 Irradiating light emitted from a flash lamp having a pulse width of 50 to 200 μsec when lit to an amorphous silicon thin film having a thickness of 30 to 100 nm formed through a metal layer partially disposed on the substrate In the silicon thin film processing method for forming the polysilicon thin film,
Irradiating the amorphous silicon thin film with light from the flash lamp through a wavelength cut filter for cutting light on the long wavelength side disposed between the flash lamp and the amorphous silicon thin film;
The wavelength of the short wavelength side end of the wavelength region of the light cut by the wavelength cut filter is 650 nm or less,
A method of processing a silicon thin film, wherein the irradiation energy of light applied to the amorphous silicon thin film is 2.00 to 3.10 J / cm 2 . 点灯時のパルス幅が５０〜１００μｓｅｃであるフラッシュランプから放射される光を、基板上に部分的に配置された金属層を介して形成された厚みが３０〜７０ｎｍのアモルファスシリコン薄膜に照射することによって、ポリシリコン薄膜を形成するシリコン薄膜の処理方法において、
フラッシュランプとアモルファスシリコン薄膜との間に配置された長波長側の光をカットする波長カットフィルタを介して、当該フラッシュランプからの光を当該アモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、
前記波長カットフィルタによってカットされる光の波長領域の短波長側端の波長が６００ｎｍ以下であり、
前記アモルファスシリコン薄膜に照射される光の照射エネルギーが２．００〜２．９０Ｊ／ｃｍ2 であることを特徴とするシリコン薄膜の処理方法。 Irradiating light emitted from a flash lamp having a pulse width of 50 to 100 μsec when lit to an amorphous silicon thin film having a thickness of 30 to 70 nm formed through a metal layer partially disposed on the substrate In the silicon thin film processing method for forming the polysilicon thin film,
Irradiating the amorphous silicon thin film with light from the flash lamp through a wavelength cut filter for cutting light on the long wavelength side disposed between the flash lamp and the amorphous silicon thin film;
The wavelength of the short wavelength side end of the wavelength region of the light cut by the wavelength cut filter is 600 nm or less,
A method for treating a silicon thin film, wherein the irradiation energy of light applied to the amorphous silicon thin film is 2.00 to 2.90 J / cm 2 . 前記波長カットフィルタは、カットされる光の波長領域の短波長側端の波長をλ（ｎｍ）とし、前記アモルファスシリコン薄膜の厚みをｔ（ｎｍ）としたとき、下記式（１）を満足するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン薄膜の処理方法。
式（１） λ≦１１０×ｌｎ（ｔ）＋１４５ The wavelength cut filter satisfies the following formula (1), where λ (nm) is the wavelength at the short wavelength end of the wavelength region of the light to be cut, and t (nm) is the thickness of the amorphous silicon thin film. 3. The silicon thin film processing method according to claim 1, wherein the silicon thin film is processed.
Formula (1) λ ≦ 110 × ln (t) +145 フラッシュランプと、水フィルタ要素および多層膜フィルタ要素を有する、長波長側の光をカットする波長カットフィルタとを備えてなるフラッシュランプ照射装置であって、 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のシリコン薄膜の処理方法に用いられることを特徴とするフラッシュランプ照射装置。   A flash lamp irradiation apparatus comprising: a flash lamp; and a wavelength cut filter having a water filter element and a multilayer filter element for cutting light on a long wavelength side. A flash lamp irradiation apparatus, which is used for the silicon thin film processing method described above.
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