シリコン薄膜の処理方法およびフラッシュランプ照射装置
【課題】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。
【解決手段】点灯時のパルス幅が５０〜２００μｓｅｃのフラッシュランプからの光を、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して、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、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、フラッシュランプからの光をアモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、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、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。
【解決手段】点灯時のパルス幅が５０〜２００μｓｅｃのフラッシュランプからの光を、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して、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、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、フラッシュランプからの光をアモルファスシリコン薄膜に照射する工程を有し、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、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０９２５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【実施例】
【００２６】
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。
【００２７】
〈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。
【００２８】
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
【００２９】
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。
【００３０】
【表１】
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。）。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０９２５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【実施例】
【００２６】
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。
【００２７】
〈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。
【００２８】
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
【００２９】
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。
【００３０】
【表１】
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項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。
【請求項３】
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
【請求項４】
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。
【請求項１】
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。
【請求項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。
【請求項３】
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
【請求項４】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１００８４９（Ｐ２０１１−１００８４９Ａ）
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５４５３４（Ｐ２００９−２５４５３４）
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１９日（２０１１．５．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月６日（２００９．１１．６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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