JPH10256170A

JPH10256170A - 加熱処理方法および加熱処理装置

Info

Publication number: JPH10256170A
Application number: JP7442597A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎; Hisashi Otani; 久大谷
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 1998-09-25
Anticipated expiration: 2017-03-11
Also published as: JP4252634B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ランプアニールにより効果的に被処理膜を加
熱処理するための方法を提供する。【解決手段】基板１０１の上面側からは紫外光ランプ
１０４を用いて紫外光１０７が照射される。また、基板
１０１の下面側からは赤外光ランプ１０８を用いて赤外
光１１１が照射される。本発明では赤外光照射による振
動励起効果に加えて紫外光照射による電子励起効果が付
加されるため、被処理膜１０３の励起効率が大幅に高ま
り、効果的な加熱処理が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
プロセスで多用される加熱処理方法としてランプアニー
ルを利用する場合の構成に関する。特に、本発明はガラ
ス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の如き半導体装
置を作製する上で有効である。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス基板上に半導体薄膜（典型
的には珪素を主成分とする薄膜）を利用して形成するＴ
ＦＴの開発が著しい発展を遂げている。そして、ガラス
基板上に画素マトリクス回路、ドライバー回路、ロジッ
ク回路等をモノシリックに搭載した電気光学装置の需要
が高まっている。

【０００３】ガラス基板上にＴＦＴを形成する場合に生
じる最も大きな制約はプロセス温度である。即ち、ガラ
スの耐熱温度以上の加熱処理が行えないという制約がプ
ロセスマージンを狭めてしまうのである。

【０００４】そのため、薄膜を選択的にアニールする手
段としてレーザーアニール法が活用されている。レーザ
ーアニール法は試料に対してパルスレーザー光を照射す
ることで瞬間的に試料温度を高め、薄膜のみを選択的に
加熱することができる。しかし、レーザー光を取り扱う
ため光学系が複雑であることと、均一性の確保が困難で
あることが量産工程上の問題となっている。

【０００５】そこで、最近ではアークランプやハロゲン
ランプ等から発する強光を用いたランプアニール法が脚
光を浴びている。この技術はＲＴＡ（Rapid Thermal An
nealling）またはＲＴＰ（Rapid Thermal Processing）
とも呼ばれ、被処理膜に吸収されやすい波長領域の強光
を照射することで被処理膜を加熱する。

【０００６】通常、ランプアニール法は強光として可視
光から赤外光領域を利用する。この波長領域の光はガラ
ス基板に吸収されにくいため、ガラス基板が加熱される
のを最小限に抑えることができる。また、昇温・降温時
間が極めて短いため1000℃以上の高温処理を数秒から数
十秒という短時間で行うことができる。

【０００７】さらに、レーザー光の加工に用いられる様
な複雑な光学系を必要としないため、比較的大きい面積
を均一性良く処理するのに適している。また、基本的に
枚葉式処理で行われるので歩留りおよびスループットも
高い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、上記ラン
プアニール法に対して改良を加え、さらに効果的に被処
理膜を加熱処理するための方法を提供することを課題と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の構成は、透光性を有する基板上に形成された薄膜をラ
ンプ光源を用いて加熱処理する方法において、前記薄膜
の上面側からは該薄膜を構成する原子の結合手を電子励
起させうる波長領域の強光が照射され、かつ、それと同
時に前記薄膜の下面側からは前記結合手を振動励起させ
うる波長領域の強光が照射されることを特徴とする。

【００１０】また、他の発明の構成は、透光性を有する
基板上に形成された薄膜をランプ光源を用いて加熱処理
する方法において、前記薄膜の上面側からは該薄膜を構
成する原子の結合手を電子励起させうる波長領域の強光
が照射され、かつ、それと同時に前記薄膜の下面側から
は前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光が照射
され、前記結合手を電子励起させうる波長領域の強光お
よび前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光は、
線状に加工された状態で前記基板の一端から他端に向か
って走査されることを特徴とする。

【００１１】また、上記構成でなる本発明を実施するに
は、被処理基板の上面側に配置された紫外光ランプと、
前記被処理基板の下面側に配置された赤外光ランプと、
を少なくとも具備し、前記紫外光ランプおよび前記赤外
光ランプは前記被処理基板を挟み込む様に配置されてい
ることを特徴とする加熱処理装置が必要である。

【００１２】また、本発明者らによれば赤外光および紫
外光を線状に加工して照射する構成が本発明の最も望ま
しい構成である。その場合、紫外光ランプおよび赤外光
ランプが被処理基板と平行な方向に長手方向を持つ棒状
または円筒形状の加熱処理装置を用いれば良い。また、
紫外光ランプと被処理基板との間および赤外光ランプと
被処理基板との間にシリンドリカルレンズを配置するこ
とも有効である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の特徴は、被処理膜に対し
て紫外光（ＵＶ光）と赤外光（ＩＲ光）とを組み合わせ
て照射することにある。

【００１４】なお、フォトンエネルギーを与える代表的
な光として紫外光と記載したが、被処理膜を電子励起さ
せうる波長領域の光であれば可視光をも含みうる。代表
的には10〜600 nmの波長領域の光を用いることができ
る。

【００１５】また、同様に振動エネルギー（熱エネルギ
ーと言っても良い）を与える代表的な光として赤外光と
記載したが、被処理膜を振動励起させうる波長領域の光
であれば可視光をも含みうる。代表的には500 nm〜20μ
ｍの波長領域の光を用いることができる。

【００１６】なお、上記波長領域は 500〜600 nmの可視
光領域で重複しているが、これは被処理膜によって電子
励起または振動励起させうる波長領域が異なるためであ
る。即ち、同じ波長領域の光で電子励起と振動励起とを
同時に起こせることを意味しているのではない。

【００１７】上記紫外光は、低圧金属蒸気ランプ、低圧
水銀ランプ、中圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、ハロゲ
ンアークランプ、水素アークランプ、メタルハライドラ
ンプ、重水素ランプ、希ガス共鳴線ランプ、希ガス分子
発光ランプ等の紫外線を発するランプを光源として得る
ことができる。

【００１８】また、上記赤外光は、ハロゲンランプ、ハ
ロゲンアークランプ、メタルハライドランプ等の赤外線
を発するランプを光源として得ることができる。

【００１９】紫外光を用いた光照射処理は、フォトンの
持つエネルギーを被処理膜に光吸収という形で与え、直
接的に被処理膜を構成する分子の結合手を励起させる。
この様な励起現象は電子励起と呼ばれる。なお、紫外光
はガラス基板に吸収されやすいので被処理膜の上面側か
ら照射することが望ましい。

【００２０】一方、赤外光による光照射処理は、格子振
動という形で振動エネルギーを与え、それを励起エネル
ギーとして間接的に被処理膜を構成する分子の結合手を
励起する。この様な励起現象は振動励起と呼ばれる。な
お、赤外光はガラス基板に吸収されにくいので被処理膜
の下面側から照射することができる。

【００２１】以上の様に、本発明ではランプアニール法
を用いた加熱処理において赤外光の照射と同時に紫外光
を照射することで、被処理膜の励起効果をさらに高める
ことができる。即ち、加熱処理の効率が大幅に向上する
という効果が得られる。

【００２２】ところで、図５に示すのは熱エネルギーと
光エネルギーとの違いを表す概念図であり、横軸はエネ
ルギー、縦軸はエネルギー密度である。図５の様に、熱
エネルギーはエネルギー的には平均ｋＴのエネルギーを
持つが広い範囲にエネルギー分布を有している。一方、
光エネルギーは波長によってある決まった値、即ちｈν
そのもののエネルギーのみを有する。

【００２３】従って、例えば珪素膜を結晶成長させる場
合、熱エネルギーは成長に必要なエネルギー以外に結晶
を破壊するエネルギー等をも含んでしまうが、光エネル
ギーは成長に必要なエネルギーのみを効率的に照射する
ことが可能である。

【００２４】この様に、紫外光の波長を適切に選択する
ことで、特定の薄膜のみを集中的に励起することができ
るので種類の異なる被処理膜の励起度を制御したり、選
択的な励起処理が可能となる。これも赤外光によるラン
プアニールに紫外光照射を組み合わせた本発明効果の一
つである。

【００２５】

【実施例】

〔実施例１〕本実施例では、本発明を珪素を主成分とす
る結晶性膜の結晶性を改善する工程に適用した場合の例
について図１を用いて説明する。なお、数値、材料等は
本実施例に限定されることはない。

【００２６】図１において、１０１は透光性を有する基
板として用いるガラス（または石英）基板、１０２は酸
化珪素膜でなる下地膜、１０３は結晶性膜である。な
お、本実施例では結晶性膜１０３としては結晶性珪素膜
を例にとるが、Si_xGe_1-x（0<X<1)などの珪素を含む化
合物半導体を用いることもできる。

【００２７】また、結晶性珪素膜にも単結晶シリコン
膜、微結晶シリコン膜、多結晶シリコン膜等が含まれる
が、ここでは多結晶シリコン膜（いわゆるポリシリコン
膜）を例にとって説明する。

【００２８】結晶性珪素膜１０３の形成方法は、直接減
圧熱ＣＶＤ法等で成膜する方法でも良いし、非晶質珪素
膜を結晶化して得る方法でも良い。さらに、非晶質珪素
膜を結晶化して得る場合には、加熱処理またはレーザー
光照射によって結晶化する手段をとれば良い。また、結
晶化を助長する触媒元素を用いた手段（特開平7-130652
号公報に開示）を用いることも有効である。

【００２９】そして、１０４は紫外光（紫外線）を発す
るランプ光源（以下、単に紫外光ランプと呼ぶ）であ
り、１０５は反射鏡、１０６は紫外光ランプ１０４から
発した紫外光１０７を集光するためのシリンドリカルレ
ンズである。紫外光ランプ１０４、反射鏡１０５および
シリンドリカルレンズ１０６は、紙面と垂直な方向に対
して細長い形状であるため、結晶性珪素膜１０３に対し
て線状に照射される。

【００３０】また、本実施例では紫外光１０７は結晶性
珪素膜１０３の上面側から照射される。上面側とは図１
において紫外光ランプ１０４と向かい合う主表面側、即
ちガラス基板１０１に対して逆側の面を指している。

【００３１】次に、１０８は赤外光（赤外線）を発する
ランプ光源（以下、単に赤外光ランプと呼ぶ）であり、
１０９は反射鏡、１１０は赤外光ランプ１０７から発し
た赤外光１１１を集光するためのシリンドリカルレンズ
である。赤外光１１１も紫外光１０７と同様に線状光と
なる様に構成されている。

【００３２】また、結晶性珪素膜１０３に対して下面側
から照射される構成となっている。ここで下面側とは図
１において赤外光ランプ１０８と向かい合う裏面側、即
ちガラス基板１０１側に向いた面を指している。

【００３３】この時、赤外光１１１はガラス基板に吸収
されずに透過する。即ち、下面側からの照射であって
も、結晶性珪素膜１０３を効率的に加熱することができ
る。従って、赤外光１１１の照射によって結晶性珪素膜
１０３は 600〜1200℃（代表的には 700〜850 ℃）に加
熱される。この時の結晶性珪素膜１０３の膜面温度は、
熱電対を利用したパイロメーター（放射温度計）を用い
て測定（モニタリング）することができる。

【００３４】また、ガラス基板１０１はサセプター（図
示せず）によって支持され、ガラス基板１０１の上面側
から線状の紫外光１０７が矢印の方向に向かって走査さ
れ、下面側から線状の赤外光１１１が矢印の方向に向か
って走査される。この様に、ガラス基板１０１の一端か
ら他端に向かって線状光を走査することで基板全面を照
射することが可能となる。

【００３５】また、本実施例では紫外光１０７と赤外光
１１１とが結晶性珪素膜１０３の同一部分を照射する様
に設計されている。同一部分とは図１に示す様に、照射
範囲が同じ場所であることを意味している。勿論、場合
によっては走査するタイミングを意図的にずらしたり、
走査方向を異ならせたりすることもできる。

【００３６】以上の様に紫外光照射と赤外光照射とを組
み合わせた構成とすることで以下に説明する様な効果を
得ることができる。

【００３７】まず、従来の赤外光照射による振動励起
（熱エネルギーによる励起）に加えて、紫外光照射によ
る電子励起が生じるため、それらの相乗効果によって結
晶性珪素膜１０３の励起効率が飛躍的に向上する。

【００３８】即ち、結晶性珪素膜１０３を構成する分子
の結合手は、赤外光照射による格子振動によって全体的
に緩められ、紫外光照射によって電子的に極めて活性な
状態となって連結される。そのため、本発明の加熱処理
を施した結晶性珪素膜１１２（図１において斜線で示さ
れる領域）は、非常に活性な状態（結合の自由度の高い
状態）から形成される。

【００３９】従って、本発明を施すことにより得られる
結晶性珪素膜１１２は、不対結合手の如き結晶欠陥が非
常に少ない。また、結晶粒界も整合性の良い結合で形成
されるため殆どが傾角粒界の如き不活性な粒界で形成さ
れる。

【００４０】なお、珪素（シリコン）の基礎吸収端はほ
ぼ１eVであるので紫外光は厚さ10nm〜1 μｍ程度の表面
のみで吸収されると考えられる。しかし、本実施例の場
合には結晶性珪素膜の膜厚が10〜75nm（代表的には15〜
45nm）と極めて薄いので、十分な励起効果を期待するこ
とができる。

【００４１】また、従来のランプアニールは全面一括処
理であったので、処理時間が長いと被処理膜からガラス
基板へと熱が伝播してガラス基板が反ったり縮んだりし
てしまうことが懸念されていた。

【００４２】しかしながら、本発明では赤外光１１１の
光源として線状の赤外光ランプ１０８を利用しているた
め、結晶性珪素膜１０３から基板１０１に伝わる伝播熱
も局部的なものでしかない。そのため、熱によって基板
１０１が反ったり縮んだりする様なことを防ぐことがで
きる。

【００４３】また、本実施例では結晶性珪素膜の結晶性
を改善する工程において本発明の加熱処理方法を適用し
たが、非晶質珪素膜の結晶化工程に本発明を適用するこ
ともできることは言うまでもない。

【００４４】〔実施例２〕本実施例ではＴＦＴの活性層
に添加されたＮ型またはＰ型を付与する不純物イオンを
活性化する工程に本発明を適用した場合の例について説
明する。なお、説明には図２を用いるが、必要に応じて
前述の符号を用いて説明する。

【００４５】図２に示す状態は、ガラス基板１０１上に
ＴＦＴを作製している途中の段階である。図２におい
て、２０１〜２０２で示される領域は島状にパターニン
グされた半導体層からなる活性層であり、２０１はソー
ス領域、２０２はドレイン領域、２０３はチャネル形成
領域である。

【００４６】また、上記活性層の上にはゲイト絶縁膜２
０４が形成されている。このゲイト絶縁膜２０４は特開
平7-135318号公報記載の技術等を用いて、上に配置され
るゲイト電極２０５と同一の形状に加工されている。

【００４７】ソース領域２０１およびドレイン領域２０
２は真性または実質的に真性な結晶性珪素膜で構成され
る活性層に対して一導電性を付与する不純物イオンを添
加して形成される。この際、Ｎチャネル型ＴＦＴを作製
する場合にはＰ（リン）イオンまたはＡｓ（砒素）イオ
ンを、Ｐチャネル型ＴＦＴを作製する場合にはＢ（ボロ
ン）イオンを利用すれば良い。

【００４８】次に、不純物イオンの添加工程が終了した
ら、ＴＦＴが形成される基板上面側から紫外光１０７を
照射し、基板下面側から赤外光１１１を照射する。この
時、ゲイト電極２０５の直下には紫外光１０７が届かな
いが、下面側から赤外光１１１を照射しているので活性
化は問題なく行われる。

【００４９】本実施例におけるランプアニール処理は添
加された不純物イオンを励起させて活性化する工程であ
る。従って、本発明を適用することで活性化率が大幅に
向上するためソース／ドレイン領域の抵抗が低くなり、
ＴＦＴと配線電極とのオーミック接触を良好なものとす
ることができる。

【００５０】〔実施例３〕本実施例ではＴＦＴのソース
／ドレイン領域表面（ゲイト電極がシリコンであればゲ
イト電極表面も含む）に対して選択的に金属シリサイド
を形成する工程に本発明を適用した場合の例について説
明する。なお、説明には図３を用いるが、必要に応じて
前述の符号を用いて説明する。

【００５１】本実施例では基板上面側から赤外光と紫外
光とを同時に照射する構成としている点に特徴がある。
即ち、基板上面側には赤外光ランプ３０１、反射鏡３０
２、シリンドリカルレンズ３０３からなる光学系と、紫
外光ランプ３０４、反射鏡３０５、シリンドリカルレン
ズ３０６からなる光学系とが配置される。そして、赤外
光ランプ３０１からは赤外光３０７が照射され、紫外光
ランプ３０４からは紫外光ランプ３０８が照射される構
成となっている。

【００５２】この構成ではゲイト電極２０４の陰となる
領域であっても上面からの赤外光３０７または下面側か
らの赤外光１１１のいずれかによって加熱される。従っ
て、シリサイド形成反応を基板全体で均一に行うことが
できる。

【００５３】なお、本実施例の様な構成とする場合、ま
ず赤外光３０７で加熱して、その直後に紫外光３０８で
励起する様な構成とすることが好ましい。即ち、最初に
赤外光による振動励起によって結合手を緩め、その状態
で紫外光による電子励起を付加した方が励起効率が高い
と思われる。

【００５４】上記構成で行われるシリサイド形成工程は
以下の様な順序で進められる。まず実施例２に示した様
な不純物イオンの活性化工程が終了したら、作製過程に
あるＴＦＴ全面を覆う様にして金属膜３０９を形成す
る。金属膜３０９としては、Ｔｉ（チタン）、Ｃｏ（コ
バルト）、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）等が
一般的に用いられている。

【００５５】この状態で加熱処理を行うとソース領域２
０１およびドレイン領域２０２を構成する珪素（シリコ
ン）成分と金属膜３０９とが反応して金属シリサイド３
１０が形成される。この様な反応はソース／ドレイン領
域２０１、２０２と金属膜３０９との界面において進行
するが、本実施例では紫外光照射による励起効果で反応
速度が増加し、速やかなシリサイド化が実現できる。

【００５６】また、ランプアニールの特徴として金属膜
３０９を構成する成分原子がチャネル形成領域に２０３
に拡散することを防ぐことができる。この効果は本実施
例の様に線状に赤外光を照射する場合に顕著な効果とな
る。

【００５７】なお、本実施例の様な赤外光と紫外光とを
同時に基板上面側から照射する構成は実施例１および実
施例２にも適用できることは言うまでもない。特に、実
施例２に適用した場合、ソース／ドレイン領域とチャネ
ル形成領域との接合部やゲイト電極で陰になる領域も完
全に活性化されるため有効である。

【００５８】〔実施例４〕本実施例ではＴＦＴから信号
電圧を取り出すための配線（ソース／ドレイン配線）を
形成する際に、配線のリフロー工程を行う場合に本発明
を適用した場合の例について説明する。なお、説明には
図４を用いるが、必要に応じて前述の符号を用いて説明
する。

【００５９】リフロー工程とは配線材料である導電膜を
加熱することで流動化させ、コンタクトホールの内部を
完全に配線材料で埋め込むための技術である。この技術
によればアスペクト比の高いコンタクトホールであって
も接触不良の様なコンタクト不良を防ぐことができる。

【００６０】図４において、４０１はゲイト電極２０４
と配線材料４０２とを電気的に絶縁分離するための層間
絶縁膜である。層間絶縁膜４０１は酸化珪素膜、窒化珪
素膜、有機性樹脂材料等から適宜選択すれば良い。ま
た、配線材料４０２としてはアルミニウム、タンタル、
タングステン等を含む材料で構成すれば良い。

【００６１】また、上記材料の上層または下層にゲルマ
ニウム、スズ、ガリウム、アンチモン等の金属膜を形成
することは、リフロー工程における配線材料の流動化を
助長する上で好ましい。

【００６２】本実施例の様に配線材料４０２のリフロー
工程に本発明の加熱処理方法を適用しても紫外光と赤外
光とを組み合わせた相乗効果を得ることができる。特
に、リフロー工程で流動化を助長する金属元素を用いる
場合、配線材料と金属元素との反応を促進する上で本発
明は有効である。

【００６３】〔実施例５〕本実施例では、実施例１の構
成において紫外光１０７の照射範囲と赤外光１１１の照
射範囲とを異なるものとする例を示す。具体的には、赤
外光１１１の照射範囲を紫外光１０７の照射範囲よりも
広くする。その様子を図６に示す。

【００６４】図６において、６０１は表面に下地膜を設
けたガラス基板、６０２は結晶性珪素膜である。基板６
０１の上面側には紫外光ランプ６０３、反射鏡６０４、
シリンドリカルレンズ６０５が配置され、紫外光６０６
が照射される。また、下面側には赤外光ランプ６０７、
反射鏡６０８、シンドリカルレンズ６０９が配置され、
赤外光６１０が照射される。

【００６５】この時、赤外光６１０の照射範囲は６１１
〜６１３で示される領域（第１の領域とする）に渡り、
紫外光６０６の照射範囲は６１２で示される領域（第２
の領域とする）のみである。

【００６６】即ち、赤外光６１０の照射範囲の方が紫外
光６０６の照射範囲よりも広くなる様に設計されてい
る。そのためには、線状に加工された赤外光６１０の短
辺方向の長さを、線状に加工された紫外光６０６の短辺
方向の長さよりも長くすれば良い。こうすることで前述
の第１の領域は第２の領域を含み、かつ、第２の領域よ
りも広い構成となる。

【００６７】従って、結晶性珪素膜６０２は紫外光６０
６を照射される直前に赤外光６１０によって加熱され、
紫外光６０６が照射された直後も僅かな時間だけ赤外光
６１０によって加熱される。即ち、領域６１１で弱い励
起状態を作り、領域６１２で完全な励起状態として、領
域６１３で弱い励起状態を保つ。

【００６８】以上の様な構成とすると結晶性珪素膜６０
２の励起状態が急激に変化しないと考えられるため、結
合に要する時間を稼ぐことができる。即ち、非平衡状態
で原子間の結合が終了するのを防ぐことができる。これ
により結晶欠陥の少ない結晶性珪素膜を得ることができ
る。

【００６９】〔実施例６〕本実施例では、本発明の構成
において紫外光ランプと並列して赤外光補助ランプを形
成する場合の例について図７を用いて説明する。

【００７０】図７（Ａ）において、７０１はガラス基
板、７０２は非晶質珪素膜である。なお、被処理膜とし
て非晶質珪素膜を例にしているが、ガラス基板上の薄膜
であれば限定はない。また、７０３は基板下面側の赤外
光ランプ、７０４は基板上面側の紫外光ランプである。

【００７１】ここで本実施例の特徴は、紫外光ランプ７
０４に並列して第１の赤外光補助ランプ７０５、第２の
赤外光補助ランプ７０６を配置する点である。なお、本
実施例では紫外光ランプ７０４の（基板の移動方向に対
して）前方および後方に赤外光補助ランプ７０５、７０
６を配置する構成としているが、片方のみに配置した構
成とすることもできる。

【００７２】以上の様な構成において、各ランプ７０３
〜７０６は図中の矢印の方向に向かって移動し、線状光
を走査する。本実施例の構成では、まず非晶質珪素膜７
０２は第１の赤外光補助ランプ７０５により赤外光が照
射されて加熱される。この領域はプレヒート領域７０７
となり、基板の移動に伴い前方へと移動していく。

【００７３】プレヒート領域７０７の後方では、基板上
面側から紫外光ランプ７０４からの紫外光が照射され、
かつ、基板下面側から赤外光ランプ７０３からの赤外光
が照射されてメインヒート領域７０８が形成される。本
実施例の場合、非晶質珪素膜７０２の結晶化はこのメイ
ンヒート領域７０８で行われる。

【００７４】メインヒート領域７０８の後方には第２の
赤外光補助ランプ７０６からの赤外光により加熱された
ポストヒート領域７０９が形成される。この領域はメイ
ンヒート領域７０８で得られた結晶性珪素膜を加熱する
領域である。

【００７５】以上の様に、非晶質珪素膜（途中から結晶
性珪素膜となる）７０２はプレヒート領域７０７、メイ
ンヒート領域７０８、ポストヒート領域７０９の順に並
んだ領域が、見かけ上基板の移動に伴って前方へ移動す
る。

【００７６】ここで図７（Ｂ）に示すのは、非晶質珪素
膜７０２のある１点について、時間（Time）と温度（Te
mp. ）の関係を示した図である。図７（Ｂ）に示す様
に、時間の経過に伴ってまずプレヒート領域となり、次
いでメインヒート領域、ポストヒート領域と続く。

【００７７】図７（Ｂ）から明らかな様に、プレヒート
領域７０７ではある程度にまで温度が上げられ、次のメ
インヒート領域７０８との温度勾配を緩和する役割を果
たしている。これは、メインヒート領域７０８で急激に
熱せられて珪素膜に歪みエネルギー等が蓄積するのを防
ぐための工夫である。

【００７８】そのため、第１の赤外光補助ランプ７０５
の出力エネルギーは赤外光ランプ７０３の出力エネルギ
ーよりも小さめに設定しておくことが望ましい。この
時、どの様な温度勾配を形成する様に調節するかは実施
者が適宜決定すれば良い。

【００７９】次に、プレヒート領域７０７を通過する
と、基板下面側から赤外光を照射され、膜面温度が 600
〜1200℃でまで上昇したメインヒート領域７０８とな
る。この領域で非晶質珪素膜７０２は結晶性珪素膜へと
変成する。なお、同時に照射される紫外光は電子励起に
寄与するので熱的な変化はもたらさない。

【００８０】メインヒート領域７０８で得られた結晶性
珪素膜は紫外光ランプ７０４の後方に配置された第２の
赤外光補助ランプ７０６によって加熱される。このポス
トヒート領域７０９は、メインヒート領域７０８の急冷
により熱的平衡の崩れた状態で結晶化が終了するのを防
ぐ役割を果たす。これは結晶化に要する時間に余裕を持
たせで最も安定な結合状態を得るための工夫である。

【００８１】従って、第２の赤外光補助ランプ７０６も
基板下面に配置される赤外光ランプ７０３よりも出力エ
ネルギーを小さく設定し、徐々に温度が下がる様な温度
勾配を形成する様に調節することが望ましい。

【００８２】以上の様な構成とすることで、非晶質珪素
膜の急加熱および結晶性珪素膜の急冷により生じうる応
力歪み、不対結合手等の結晶欠陥の発生を抑制し、結晶
性に優れた結晶性珪素膜を得ることができる。

【００８３】〔実施例７〕本実施例では本発明を実施す
るに必要な加熱処理装置の構成についての概略を説明す
る。なお、本発明は紫外光と赤外光とを同時に照射して
加熱処理を行うことが最も大きな特徴であり、その構成
を実施しうる装置構成は本実施例に限定されるものでは
ない。

【００８４】図８（Ａ）に示すのは、実施例１から実施
例５を実施するに必要な加熱処理装置を横方向から見た
簡略図である。また、図８（Ｂ）に示すのは上記加熱処
理装置を上面から見た図である。

【００８５】図８（Ａ）において、ロードロック室８０
１内には基板搬送ユニット（アームと制御回路を含む）
８０２、被処理基板を収納するカセット８０３、サセプ
タ搬送ユニット８０４が配置される。また、ロードロッ
ク室８０１にはゲイト弁８０５を介して処理チャンバ８
０６が接続されている。

【００８６】処理チャンバ８０６には紫外光光源（紫外
光ランプ、反射鏡、シリンドリカルレンズ等を含む）８
０７、赤外光光源（赤外光ランプ、反射鏡、シリンドリ
カルレンズ等を含む）８０８がサセプタ８０９および被
処理基板８１０を挟み込む様にして配置される。また、
紙面に向かって垂直な方向に長手方向を有する。

【００８７】また、図８（Ｂ）に示される様に、処理チ
ャンバ８０６には雰囲気ガスが導入口８１１から供給さ
れる。その際、流量はバルブ８１２で調節する。なお、
雰囲気ガスはプロセスによって異なるが、紫外光照射に
よって固体物質を生成しないガスが望ましい。

【００８８】また、処理チャンバ８０６に導入された雰
囲気ガスは排気口８１３から排気される。この際、必要
に応じて排気ポンプ８１４を設けることが好ましい。排
気ポンプを使用する必要性がなければ排気スクラバー程
度の設備でも十分である。

【００８９】この様な構成の装置では、まず、基板搬送
ユニット８０２によって被処理基板８１０がカセット８
０３から搬出される。そして、被処理基板８１０はサセ
プタ搬送ユニット８０４上のサセプタ８０９に設置さ
れ、処理チャンバ８０６へとサセプタごと搬送される。

【００９０】処理チャンバ８０６では、線状光を発する
紫外光光源８０７および赤外光光源８０８が被処理基板
８１０の一端から他端に向かって移動し、線状光による
加熱処理が行われる。その際、紫外光と赤外光の照射領
域が完全に重なる様にしても良いし、前後にずらした構
成としても良い。

【００９１】加熱処理が終了したら、サセプタ搬送ユニ
ット８０４によってサセプタ８０９をロードロック室８
０１へ戻し、基板搬送ユニット８０２で被処理基板８１
０をカセット８０３に収納する。以上、一連の動作を繰
り返して枚葉式の加熱処理が行われる。

【００９２】なお、本実施例は本発明を実施するために
必要な装置の一実施例であり、構造等はこれに限定され
るものではない。例えば、線状光の光源は固定にして基
板を移動させることで線状光の走査を行う様な構成も可
能である。

【００９３】〔実施例８〕本実施例では実施例７とは異
なる構成の加熱処理装置を用いる場合の例について説明
する。説明は図９を用いて行う。

【００９４】図９（Ａ）に示すのはマルチチャンバー方
式（クラスターツール方式）の枚葉式加熱処理装置であ
る。メインフレーム９０１にはロードロック室９０２、
９０３、プレヒート室（またはポストヒート室）９０４
および加熱炉９０５〜９０７が接続された構成となって
いる。また、ロードロック室９０２、９０３には基板を
収納しておくカセット９０８、９０９が設置されてい
る。

【００９５】また、メインフレーム９０１と各チャンバ
ーとの間にはそれぞれゲイト弁９１０〜９１５が設けら
れ、メインフレーム９０１とは密閉遮断された状態を保
持することができる。また、各チャンバーには高真空に
対応する真空排気ポンプ（図示せず）が設置され、各チ
ャンバーが大気に触れない様な構成となっている。

【００９６】まず、メインフレーム９０１に設置された
搬送ユニット９１６によって基板９１７をロードロック
室９０２から搬出する。そして、プレヒート室９０４で
基板９１７をある程度にまで加熱しておき、その後、加
熱炉９０５〜９０７のいずれかに搬入する。なお、プレ
ヒート室９０４は省略することもできる。

【００９７】加熱炉９０５〜９０７の内部には基板９１
７を一括で加熱できる大きさの光源９１８〜９２０が設
置される。なお、図９（Ａ）では一つの光源の様に見え
るが、実際には図９（Ｂ）に示す様に、一つの加熱炉に
対して紫外光を発する光源９２１と赤外光を発する光源
９２２とが設置されている。

【００９８】そして、加熱炉９０５〜９０７のいずれか
で加熱処理を終了したら、再び搬送ユニット９１６で基
板９１７を搬出し、ロードロック室９０３に搬入する。
勿論、ポストヒート工程を通す構成としても良い。

【００９９】ここで加熱炉９０５に着目して、その内部
構造を図９（Ｂ）を用いて簡単に説明する。加熱炉９０
５〜９０７の内部には紫外光の光源９２１の出力調整や
温度情報のフィードバックなどを行うコントロールユニ
ット９２３と、赤外光の光源９２２の出力調整や温度情
報のフィードバックなどを行うコントロールユニット９
２４が配置されている。

【０１００】また、加熱炉９０５への基板の搬入・搬出
はメインフレーム９０１に具備された搬送ユニット９１
６によって行われる。搬送ユニット９１６は搬送ユニッ
ト９２５で制御され、矢印の方向に自由に基板９１７を
搬送することができる。

【０１０１】そして、加熱炉９０５内の上側のコントロ
ールユニット９２３にはサセプター９２６が取り付けら
れ、基板９１７は紫外光の光源９２１側に主表面（ＴＦ
Ｔが作製される側）を向けて支持される。

【０１０２】この状態で紫外光および赤外光を照射する
ことで、本発明の効果を得ることができる。なお、本実
施例では複数の赤外光または紫外光ランプを具備した光
源を用いて一括で光照射を行うので、実施例１に示した
様な線状光を用いる場合の利点は得られない。しかし、
処理時間が短くすることでガラス基板の反りや縮みを抑
えることは可能である。

【０１０３】

【発明の効果】以上の様に、本発明では赤外光と紫外光
とを同時に照射することで、被処理膜の励起効率をさら
に高めることができる。即ち、加熱処理の効率を大幅に
向上させることが可能である。

【０１０４】また、線状の紫外光および赤外光を照射す
ることでガラス基板を反らせたり縮ませたりすることな
く、600 〜1200℃の高い温度での加熱処理を行うことが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加熱処理の構成を示す図。

【図２】本発明による加熱処理の構成を示す図。

【図３】本発明による加熱処理の構成を示す図。

【図４】本発明による加熱処理の構成を示す図。

【図５】熱エネルギーと光エネルギーの違いを示す
図。

【図６】本発明による加熱処理の構成を示す図。

【図７】本発明による加熱処理の構成を示す図。

【図８】本発明で使用する加熱処理装置を示す図。

【図９】本発明で使用する加熱処理装置を示す図。

【符号の説明】

１０１ガラス基板１０２下地膜１０３結晶性珪素膜１０４紫外光ランプ１０５反射鏡１０６シリンドリカルレンズ１０７紫外光１０８赤外光ランプ１０９反射鏡１１０シリンドリカルレンズ１１１赤外光１１２結晶性が改善された結晶性珪素膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性を有する基板上に形成された薄膜を
ランプ光源を用いて加熱処理する方法において、前記薄膜の上面側からは該薄膜を構成する原子の結合手
を電子励起させうる波長領域の強光が照射され、かつ、
それと同時に前記薄膜の下面側からは前記結合手を振動
励起させうる波長領域の強光が照射されることを特徴と
する加熱処理方法。
【請求項２】請求項１において、前記結合手を電子励起
させうる波長領域の強光とは10〜600 nmの波長領域に含
まれる光であり、前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光とは 500
nm〜20μｍの波長領域に含まれる光であることを特徴と
する加熱処理方法。
【請求項３】請求項１において、前記結合手を電子励起
させうる波長領域の強光とは紫外光であり、前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光とは赤外
光であることを特徴とする加熱処理方法。
【請求項４】透光性を有する基板上に形成された薄膜を
ランプ光源を用いて加熱処理する方法において、前記薄膜の上面側からは該薄膜を構成する原子の結合手
を電子励起させうる波長領域の強光が照射され、かつ、
それと同時に前記薄膜の下面側からは前記結合手を振動
励起させうる波長領域の強光が照射され、前記結合手を電子励起させうる波長領域の強光および前
記結合手を振動励起させうる波長領域の強光は、線状に
加工された状態で前記基板の一端から他端に向かって走
査されることを特徴とする加熱処理方法。
【請求項５】透光性を有する基板上に形成された薄膜を
ランプ光源を用いて加熱処理する方法において、前記薄膜の上面側からは前記結合手を振動励起させうる
波長領域の強光および前記結合手を振動励起させうる波
長領域の強光が照射され、かつ、それと同時に前記薄膜
の下面側からは前記結合手を振動励起させうる波長領域
の強光が照射され、前記結合手を電子励起させうる波長領域の強光および前
記結合手を振動励起させうる波長領域の強光は、線状に
加工された状態で前記基板の一端から他端に向かって走
査されることを特徴とする加熱処理方法。
【請求項６】請求項５において、前記薄膜の上面側から
照射される赤外光は、前記薄膜の前記紫外光が照射され
る領域の直前および／または直後の領域に照射されるこ
とを特徴とする加熱処理方法。
【請求項７】請求項４、５において、前記結合手を電子
励起させうる波長領域の強光および前記結合手を振動励
起させうる波長領域の強光は、全て前記薄膜の同一部分
を照射した状態で走査されることを特徴とする加熱処理
方法。
【請求項８】請求項４、５において、前記結合手を振動
励起させうる波長領域の強光が照射される第１の領域
は、前記結合手を電子励起させうる波長領域の強光が照
射される第２の領域を含み、かつ、該第２の領域よりも
広いことを特徴とする加熱処理方法。
【請求項９】請求項４、５、７、８において、前記結合
手を電子励起させうる波長領域の強光とは10〜600 nmの
波長領域に含まれる光であり、前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光とは 500
nm〜20μｍの波長領域に含まれる光であることを特徴と
する加熱処理方法。
【請求項１０】請求項４、５、７、８において、前記結
合手を電子励起させうる波長領域の強光とは紫外光であ
り、前記結合手を振動励起させうる波長領域の強光とは赤外
光であることを特徴とする加熱処理方法。
【請求項１１】透光性を有する基板上に形成された薄膜
をランプ光源を用いて加熱処理する方法において、前記薄膜の上面側から紫外光を照射して前記薄膜を構成
する原子の結合手を電子励起させる処理と、前記薄膜の下面側から赤外光を照射することにより前記
結合手を振動励起させる処理と、を含み、前記薄膜を電子励起させる処理と振動励起させる処理と
は同時に行われることを特徴とする加熱処理方法。
【請求項１２】被処理基板の上面側に配置された紫外光
ランプと、前記被処理基板の下面側に配置された赤外光ランプと、を少なくとも具備し、前記紫外光ランプおよび前記赤外光ランプは前記被処理
基板を挟み込む様に配置されていることを特徴とする加
熱処理装置。
【請求項１３】被処理基板の上面側に配置された紫外光
ランプおよび赤外光ランプと、前記被処理基板の下面側に配置された赤外光ランプと、を少なくとも具備し、前記紫外光ランプおよび前記赤外光ランプは前記被処理
基板を挟み込む様に配置されていることを特徴とする加
熱処理装置。
【請求項１４】請求項１３において、前記被処理基板の
上面側に配置された赤外光ランプは、前記紫外光ランプ
とは異なる領域を照射する補助ランプであることを特徴
とする加熱処理装置。
【請求項１５】請求項１２、１３、１４において、前記
紫外光ランプおよび前記赤外光ランプは前記被処理基板
と平行な方向に長手方向を持つ棒状または円筒形状を有
していることを特徴とする加熱処理装置。
【請求項１６】請求項１２、１３、１４において、前記
紫外光ランプと前記被処理基板との間および前記赤外光
ランプと前記被処理基板との間にはシリンドリカルレン
ズが配置されていることを特徴とする加熱処理装置。
【請求項１７】請求項１２、１３、１４において、前記
赤外光ランプが発する線状光の短辺の長さは前記紫外光
ランプが発する線状光の短辺の長さよりも長いことを特
徴とする加熱処理装置。