(57)【要約】【課題】照射チャンバーの小型化が容易であり、もって他の処理装置との組み合わせによる処理系を容易に構築でき、広い面積を均一に加熱できるレーザー照射装置を、好ましくは低コストで提供する。【解決手段】基板にレーザーを照射して加熱するレーザー照射装置において、前記レーザーを出射するレーザー発生部１と、前記基板３を支持する基板保持部２と、前記基板３表面におけるレーザー照射領域５を基板３表面で回転移動させる回転駆動部６とを備えた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にレーザーを照射して加熱するレーザー照射装置において、
前記レーザーを出射するレーザー発生部と、
前記基板を支持する基板保持部と、
前記基板表面におけるレーザー照射領域を基板表面で回転移動させる回転駆動部と
を備えたことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項２】
請求項１に記載のレーザー照射装置において、
前記回転駆動部が、前記基板保持部と接続されて該基板保持部を回転可能とされたことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーザー照射装置において、
前記基板表面におけるレーザー照射領域の形状が、前記基板の回転中心から基板外周端に延びる略直線状又は略扇形状とされたことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項４】
請求項３に記載のレーザー照射装置において、
前記基板に照射されるレーザーが連続発振レーザーとされ、
前記レーザー照射領域の形状が略線状とされ、該レーザー照射領域内での単位面積当たりのレーザーエネルギーが、前記基板の外周部ほど大きくされたことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項５】
請求項３に記載のレーザー照射装置において、
前記レーザー照射領域の形状が略扇形状とされ、該レーザー照射領域の中心角が、３６０°の１／ｎ（ｎは２以上の整数）とされたことを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項６】
レーザー照射部から基板表面にレーザーを照射して前記基板表面を加熱するに際して、
前記基板表面のレーザー照射領域を、該基板に対して相対的に回転移動させることを特徴とするレーザーの照射方法。
【請求項７】
請求項６に記載のレーザーの照射方法において、
前記レーザー照射領域の形状を、前記基板の回転中心から基板外周に向かって広がる平面視略扇形状とし、前記略扇形のレーザー照射領域にレーザーを照射するレーザー照射工程と、前記レーザー照射後の基板を前記レーザー照射領域の中心角だけ回転させる基板回転工程とを繰り返すことで前記基板の加熱を行うことを特徴とするレーザーの照射方法。
【請求項８】
請求項７に記載のレーザーの照射方法において、
前記レーザー照射領域の中心角を、３６０°の１／ｎ（ｎは２以上の整数）とすることを特徴とするレーザーの照射方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のレーザーの照射方法において、
前記レーザー照射工程と、基板回転工程とを、前記基板が１回転する間繰り返す工程を１加熱工程とし、
前記加熱工程を複数回繰り返すことを特徴とするレーザーの照射方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のレーザー照射方法において、
前記加熱工程と、加熱工程との間に、前記基板をレーザー照射領域の中心角の整数倍を除く任意の角度回転させる工程を有することを特徴とするレーザーの照射方法。
【請求項１１】
請求項６に記載のレーザー照射方法において、
前記基板を連続的に回転させながら前記基板にレーザーを照射することを特徴とするレーザーの照射方法。
【請求項１２】
基板上に多結晶半導体膜を備えた半導体装置の製造方法であって、
基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
前記非晶質半導体膜を、請求項６ないし１１のいずれか１項に記載のレーザーの照射方法を用いてアニールすることで多結晶半導体膜とする工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
半導体装置の製造方法であって、
半導体膜に対して、請求項６ないし１１のいずれか１項に記載のレーザー照射方法を用いてレーザー照射することで前記半導体膜に注入された不純物を活性化する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセス等における熱処理を目的とするレーザーの照射方法、及びレーザー照射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板あるいは基板上の膜をレーザー照射によって加熱する場合には、長方形、あるいは正方形状にレーザービームを成形し、パルス状のレーザーを一度照射した後、所定方向に基板を移動して再びレーザーを照射するという方法を繰り返し行うことによって、基板面内で均一にレーザーが照射されるようにしていた。また、上記パルス状レーザーに代えて連続発振のレーザーを用いる場合でも、所定方向に基板を一定速度で移動させながらレーザーを基板面に照射することで均一なレーザー照射を行うようにしていた（例えば、非特許文献１）。
また、特許文献１にも、薄膜トランジスタの製造プロセスにおける半導体薄膜の結晶化工程で、基板上のレーザー照射領域を移動させつつレーザー照射を行うことが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−８１９５号公報
【非特許文献１】
A. Hara, et.al., AM-LCD 01 Digest of Technical Papers (2001) p.227
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの文献に記載の方法では、基板上でのレーザー照射領域を移動するために、レーザー照射チャンバーの平面積が大きくなるという問題点を有していた。例えば、３０ｃｍ×３０ｃｍの基板に対して、典型的な１５ｃｍ×０．４ｍｍのライン状の照射領域で上記方法によるレーザー照射を行うとすると、基板全面へのレーザー照射が可能なレーザー照射装置では、少なくとも基板面積の３倍の平面積を有するチャンバーが必要になる。そのため、装置コストの増加要因になるばかりか、装置を設置するクリーンルームの面積も大きく占有するため、施設管理コストも増加する。さらに、複数のレーザー照射チャンバーを放射状に配置したクラスターツールタイプのレーザー照射装置では、その占有面積は甚大なものとなる。
【０００５】
さらに、レーザー照射装置とＣＶＤ成膜装置等とを組み合わせて放射状に配置し、１つの搬送系で処理できるようにしたクラスターツールタイプの装置を実現しようとすると、レーザー照射チャンバーのみが、他の処理装置よりも著しく大きいため、搬送系の周囲に設置できるチャンバー数を削減せざるを得なくなるという問題がある。
【０００６】
またさらに、上記のようなライン状の照射領域でレーザー照射を行う場合には、必然的にレーザーの焦点深度が浅くなるため、基板厚さ方向で焦点がずれると単位面積当たりのレーザー照射エネルギーに不均一が生じるので、レーザー焦点の制御部、あるいは基板を移動させるための基板保持部を高精度なものとする必要があり、この点においても装置が高コストとなっていた。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、照射チャンバーの小型化が容易であり、もって他の処理装置との組み合わせによる処理系を容易に構築でき、広い面積を均一に加熱できるレーザー照射装置を、好ましくは低コストで提供することを目的としている。
また本発明は、広い面積を均一に加熱することができるレーザーの照射方法を提供することを目的としている。
また本発明は、基板上に形成された半導体薄膜を均一に加熱することで、半導体素子の高性能化を実現できる薄膜半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のレーザー照射装置は、基板にレーザーを照射して加熱するレーザー照射装置において、前記レーザーを出射するレーザー発生部と、前記基板を支持する基板保持部と、前記基板表面におけるレーザー照射領域を基板表面で回転移動させる回転駆動部とを備えたことを特徴とする。
係る構成のレーザー照射装置によれば、前記基板表面におけるレーザー照射領域を基板表面で回転移動させることで、基板全面に対するレーザー照射を行うことができるので、上記従来のレーザー照射装置のように基板を平面移動させる空間を設ける必要が無くなり、レーザー照射装置の小型化を実現でき、また装置コストも低減することができる。
【０００９】
本発明のレーザー照射装置は、上記のレーザー照射装置において、前記回転駆動部が、前記基板保持部と接続されて該基板保持部を回転可能とされたことを特徴とする。
係る構成のレーザー照射装置によれば、前記回転駆動部により基板保持部を回転させることで前記基板上のレーザー照射領域を基板に対して回転移動させる構成とされているので、レーザー発生部やこれに備えられた光学系に回転駆動部を設けてレーザー照射領域を基板に対して回転移動させる場合に比して装置の製造が容易であり、また、基板保持部（基板）を回転させることで、基板の姿勢制御が容易になり、焦点深度の浅いレーザーの問題点とされていた焦点位置精度による加熱の不均一を解消することができる。
【００１０】
本発明のレーザー照射装置は、上に記載のレーザー照射装置において、前記基板表面におけるレーザー照射領域の形状が、前記基板の回転中心から基板外周端に延びる略線状又は略扇形状とされたことを特徴とする。
係る構成のレーザー照射装置によれば、基板の回転中心から外周端まで基板面を横断してレーザー照射領域を延在させることで、基板の回転径方向で一度にレーザー照射を行うことができ、また基板を回転させるのみでレーザー照射領域の移動を容易かつ正確に行うことができるので、効率的なレーザー照射が可能である。また、従来基板全面をレーザーで走査するためには、レーザー照射領域の長さを少なくとも基板と同一幅にするか、あるいは複数回の走査を行う必要があったが、本発明によれば、レーザー照射領域が基板寸法よりも小さくされているにも関わらず、１回の走査で基板全体にレーザーを照射することができ、レーザー照射工程の効率化、および照射装置の小型化において有利なものとなっている。
【００１１】
本発明のレーザー照射装置は、上記のレーザー照射装置において、前記基板に照射されるレーザーが連続発振レーザーとされ、前記レーザー照射領域の形状が略線状とされ、該レーザー照射領域内での単位面積当たりのレーザーエネルギーが、前記基板の外周部ほど大きくされたことを特徴とする。
連続発振レーザーを用い、かつ回転する基板の中心から外周までを横切る形状のレーザー照射領域とする場合、基板の回転内周部と、回転外周部とで基板の移動速度（周速）が異なるので、レーザー照射領域を略直線上とした場合に、単位面積当たりのレーザーエネルギー（レーザー強度）を一定とすると、基板の回転外周部で基板に与えられるエネルギーが相対的に低くなるため、基板全体を均一に加熱することができなくなる。そこで、上記構成とすることで、回転外周部と回転内周部との基板の加熱効率を調整することが可能になり、基板全体を均一に加熱することが可能になる。
【００１２】
本発明のレーザー照射装置は、上記のレーザー照射装置において、前記レーザー照射領域の形状が略扇形状とされ、該レーザー照射領域の中心角が、３６０°の１／ｎ（ｎは２以上の整数）とされたことを特徴とする。
係る構成のレーザー照射装置によれば、略扇形状のレーザー照射領域に対するレーザー照射を行った後、レーザー照射領域の中心角（扇形の両側辺の成す角度）だけ基板を回転させ、その後再びレーザー照射を行う加熱方法とした場合に、上記工程をｎ回繰り返すことで基板がちょうど１回転して基板全体が均一に加熱されるようになる。
【００１３】
次に、本発明のレーザーの照射方法は、レーザー照射部から基板表面にレーザーを照射して前記基板表面を加熱するに際して、前記基板表面のレーザー照射領域を、該基板に対して相対的に回転移動させることを特徴とする。
上記照射方法は、基板表面にレーザーを照射した後、あるいはレーザー照射中に前記レーザー照射領域を基板に対して相対的に回転移動させる方法である。すなわち、上記方法は、レーザー発生部やそれに付随する光学系によりレーザー照射領域を基板面で回転移動させる方法、及び固定配置されたレーザーに対して基板を回転させることで基板上でのレーザー照射領域を移動させる方法のいずれをも含む方法である。
この照射方法を採用することで、基板の平面積に対して著しく大きい照射チャンバーを用意しなくともよくなるため、装置コストの低減を図ることができ、もって製造コストの低減を図ることができる。また、従来の照射方法のように、レーザーの走査や基板の平行移動によってレーザー照射領域の移動を行う場合に比して、特に基板を回転させる方法では、基板の姿勢制御を高精度かつ容易に行えるようになるので、基板全体を均一に加熱することが容易になり、製造歩留まりの向上が期待できる。
【００１４】
本発明のレーザーの照射方法は、上記のレーザーの照射方法において、前記レーザー照射領域の形状を、前記基板の回転中心から基板外周に向かって広がる平面視略扇形とし、前記略扇形のレーザー照射領域にレーザーを照射するレーザー照射工程と、前記レーザー照射後の基板を前記レーザー照射領域の中心角だけ回転させる基板回転工程とを繰り返すことで前記基板の加熱を行うことを特徴とする。
この照射方法によれば、前記レーザー照射領域に対してレーザーを照射し、次いでレーザー照射領域の中心角だけ基板を回転させるのを繰り返すことで、基板全体の加熱を効率よく行うことができ、また加熱の不均一を生じ難くすることができる。
また、本発明に係るレーザーの照射方法としては、レーザー照射領域に対するレーザー照射を行った後、前記レーザー照射領域の中心角よりも小さい角度基板を回転させ、その後再びレーザー照射を行う方法も適用できる。この場合には、レーザー照射工程間で、レーザー照射領域がオーバーラップするので、基板回転時の位置決め精度により加熱されない領域が生じないという利点がある。上記オーバーラップさせる領域は任意に設定することができる。
【００１５】
本発明のレーザーの照射方法は、上記のレーザーの照射方法において、前記レーザー照射領域の中心角を、３６０°の１／ｎ（ｎは２以上の整数）とすることを特徴とする。
この照射方法によれば、レーザー照射を行った後、レーザー照射領域の中心角だけ基板を回転させる工程をｎ回繰り返すことで基板がちょうど１回転するので、基板全体におけるレーザー照射回数を容易に揃えることができ、基板全体を均一に加熱するのが容易になる。
【００１６】
本発明のレーザーの照射方法は、上記のレーザーの照射方法において、前記レーザー照射工程と、基板回転工程とを、前記基板が１回転する間繰り返す工程を１加熱工程とし、前記加熱工程を複数回繰り返すことを特徴とする。
この照射方法によれば、レーザー照射による基板表面の加熱を容易に調整することができ、また基板全面での加熱の均一性も容易に得られる。
【００１７】
本発明のレーザーの照射方法は、上記のレーザー照射方法において、前記加熱工程と、加熱工程との間に、前記基板をレーザー照射領域の中心角の整数倍を除く任意の角度回転させる工程を有することを特徴とする。
この照射方法によれば、基板全面（１回転）に対して加熱を行った後、次の基板１周に対する加熱の開始位置をその直前の工程とずらすようにするので、前記レーザー照射領域の境界が各加熱工程において重なることが無く、基板加熱の均一性をさらに高めることができる。
【００１８】
本発明のレーザーの照射方法は、上記のレーザー照射方法において、前記基板を連続的に回転させながら前記基板にレーザーを照射することを特徴とする。
この照射方法によれば、連続発振レーザーを基板に照射する場合には、基板の加熱を連続的に行うので、レーザー照射領域の境界における加熱の不均一を生じ難くすることができる。また、連続発振レーザーの場合でもパルス発振レーザーの場合でも、基板の連続的な回転によりレーザー照射中の基板の姿勢制御が容易になり、レーザー焦点のずれによる加熱の不均一が生じ難くなる。
【００１９】
本発明の薄膜半導体装置の製造方法は、基板上に多結晶半導体膜を備えた薄膜半導体装置の製造方法であって、基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、前記非晶質半導体膜を、先のいずれかに記載のレーザーの照射方法を用いてアニールすることで多結晶半導体膜とする工程とを有することを特徴とする。
上記薄膜半導体装置の製造方法によれば、先に記載の本発明のレーザー照射方法により半導体膜の多結晶化を行うので、半導体膜全体に均一にレーザーを照射でき、もって均一に多結晶化され、高移動度の能動層を備えた薄膜半導体装置を製造することができる。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体装置の製造方法であって、半導体膜に対して、請求項６ないし１１のいずれか１項に記載のレーザー照射方法を用いてレーザー照射することで前記半導体膜に注入された不純物を活性化する工程を有することを特徴とする。
上記半導体装置の製造方法によれば、先に記載の本発明のレーザー照射方法により不純物の活性化を行うので、半導体膜全体に均一にレーザーを照射でき、もって半導体膜内で均一に不純物を活性化することができる。
【００２１】
本発明の製造方法によれば、例えば薄膜トランジスタのソースドレイン領域、ダイオードや太陽電池といったトランジスタ以外の半導体装置、Ｓｉ基板を用いた半導体装置のソース及びドレイン、ポリシリコンを用いたトランジスタの電極、配線などにおいて均一な不純物の活性化を行うことができる。また、本発明に係るレーザー照射方法は、上記半導体装置の製造方法に限らず、基板に対する熱処理を行う工程を有するデバイス等の製造方法であれば問題なく適用することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係るレーザー照射装置の概略構成を示す図であり、図に示すレーザー照射装置は、レーザー発生部１と、このレーザー発生部１から出射されたレーザーを光学的に成形する光学系４と、この光学系４により成形されたレーザーＬを照射される基板３を支持するための基板保持部２と、この基板保持部２を回転駆動するための回転駆動部６とを備えて構成されている。また、本実施形態のレーザー照射装置では、基板保持部２及び基板３は、チャンバー８内に収容されており、光学系４から出射されたレーザー光は、チャンバー８に設けられた窓部（図示略）を透過して基板３へ到達するようになっている。
【００２３】
レーザー発生部１としては、特に限定はなく、被照射体である基板３や基板３上に形成された薄膜の種類に応じて適宜選択することができる。例えば、基板３上に形成した非晶質Ｓｉの結晶化を目的として本実施形態のレーザー照射装置を用いる場合には、ＸｅＣｌエキシマレーザ（パルスレーザー）、ＫｒＦエキシマレーザ（パルスレーザー）、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザー（パルスレーザー／連続発振レーザー）やＮｄ：ＹＡＧレーザー（パルスレーザー／連続発振レーザー）等のレーザーを好適に用いることができる。
【００２４】
光学系４は、上記レーザー発生部１から出射されたレーザーを所定の形状に成形したり、連続発振されたレーザーをパルス状に加工したりするために必要に応じて設けられ、詳細な図示は省略しているが、反射ミラーやビームホモジナイザ等を含んで構成されている。また、この光学系４に回転駆動部を設けて基板３上のレーザー照射領域５を回転移動させるようにしても良く、あるいは光学的に前記レーザー照射領域５を基板上で移動させることもできる。
【００２５】
基板保持部２は、その上面に基板３を載置して固定できるようになっており、さらに回転駆動部６に接続されてその平面内で回転自在とされている。前記基板保持部２の構成は特に限定されないが、基板保持部２は回転時の姿勢制御が容易な円盤状とすることが好ましく、その材質は耐熱性が高く、パーティクルを生じにくいものが好ましい。上記基板保持部２上に基板３を載置するに際しては、基板３と基板保持部２とが一体的に回転されるので、回転時の姿勢制御を容易にするために基板保持部２の回転中心と、基板３の中心とを平面視において一致させるようにすることが好ましい。
【００２６】
次に、上記の構成を備えたレーザー照射装置により基板表面にレーザーを照射する場合について図２及び図３を参照して説明する。図２及び図３は、図１に示す基板保持部２及び基板３の平面構成図であり、図２と図３とでは、レーザー照射領域５の平面形状が異なっており、図３（ａ）と図３（ｂ）とでは、基板３の平面形状が異なっている。
【００２７】
まず、図２に示す例では、円盤状の基板３上の線状のレーザー照射領域５に対してレーザーを照射する。この場合、レーザー照射領域５の一端は基板３の回転中心Ｏに配置され、他端が基板３の外周から外側に配置されるように、光学系４ないし基板保持部２の位置を調整する。そして、回転駆動部６により基板保持部２を回転させながら、レーザー照射領域５に対してレーザー発生部１からのレーザーを照射し、基板３表面の加熱を行う。このように基板３を回転させながらレーザー照射を行うことで、基板３の姿勢を安定させることができ、基板３厚さ方向におけるレーザー焦点ずれが生じにくくなり、もって基板３面内における加熱ムラが低減される。
あるいは、基板３の回転を停止した状態でレーザー照射を行った後に、回転駆動部６により基板３を所定角度回転させ、再びレーザー照射を行う方法を適用することもできる。
【００２８】
上記レーザー照射領域を直線状とした場合には、図２に示すレーザー照射領域５内において、基板３の回転中心から外周部に向かってレーザー強度が大きくなるようにすることが好ましい。すなわち、基板３の内周側と外周側とでは周速が異なるので、基板３の回転速度に合わせてレーザー強度の分布を調整するのがよい。
尚、レーザー照射領域５の形状は、後述するように基板３の回転中心から外周部に向かって広がる扇状にすることもでき、この場合には外周部と中心近くで照射時間は変わらないので単位面積あたり同じエネルギー（エネルギー密度）で良い。
【００２９】
また、基板３を連続的に回転させながらパルス状レーザーの照射を行う場合には、レーザーのパルス幅、周波数等と回転速度を同期させ、基板３面内でレーザー照射の不均一が生じないようにすることが好ましい。具体的には、レーザーのパルス周波数ｆ（Ｈｚ）と、レーザー照射領域の中心角α（°）と、回転速度ω（°／秒）との関係を、３６０ｘｍ−α≦ω／ｆ≦３６０ｘｍ＋α（ｍ：整数）のように設定すると良い。ただし、ちょうど３６０ｘｍ＝ω／ｆとなるような回転速度、発振周波数とはしない。また、この場合の中心角αは基板中心とレーザ照射領域の基板外周との交点で形成される扇形の中心角である。
尚、上記の関係式は以下の図３（ａ）、（ｂ）に示す例にも適用できる。
【００３０】
次に、図３（ａ）に示す例は、レーザー照射領域５を扇形状とし、円盤状の基板３に対してレーザー照射を行う場合である。この場合には、扇形状のレーザー照射領域５の基端と、基板３の回転中心Ｏとが平面視において一致するようにし、レーザー照射領域５の外周が基板３の外周から外側に配置されるようにする。
【００３１】
本例でも図２に示す例と同様に基板３を連続回転させながら領域５に対してレーザーを照射する方法、及び基板３の回転を停止した状態で領域５に対してレーザー照射を行った後、回転駆動部６により基板３を所定角度回転させ、その後レーザー照射を行う方法のいずれも適用できる。図３に示すようにレーザー照射領域５を扇形状とすることで、単位面積当たりのレーザー強度を一定とした場合にも、基板３の回転内周と回転外周とで加熱の不均一が生じることがなく、レーザー発生部１及び光学系４における調整が図２に示す例に比して単純化され、レーザーの制御が容易になるという利点がある。
【００３２】
図３（ａ）に示す例において、レーザーを照射する工程（レーザー照射工程）と、前記レーザー照射工程を行った後、基板３を所定角度回転させて、基板３上のレーザー照射領域５を移動させる工程（基板回転工程）とを繰り返して基板３へのレーザー照射を行う場合には、種々のレーザー照射方法を選択することができる。
すなわち、上記基板回転工程における基板３の回転角度を、レーザー照射領域５の中心角（図３（ａ）に示す角度α）よりも小さい角度とした場合には、１度レーザーを照射された基板上の領域と、その次にレーザーを照射される基板上の領域とが一部オーバーラップするので、基板３の回転により基板全体に隙間無くレーザーを照射することが容易になり、基板面内での加熱の不均一が生じにくくなる。係る照射方法において、より好ましくは基板３の回転角を上記中心角αよりやや小さくし、基板３上でレーザーを照射された領域同士の境界部分近傍のみがオーバーラップされるようにすることが好ましい。
【００３３】
また、上記基板３の回転角度は、中心角αと一致するようにしてもよく、この場合には、レーザー照射領域５の中心角αが、３６０°の１／ｎ（ｎは２以上の整数）とされることがより好ましい。中心角αを３６０°の１／ｎとすれば、レーザー照射工程と、その後の基板回転工程をｎ回繰り返すことで、基板がちょうど１回転されるので、基板全面に対してレーザー照射が１回行われた状態を容易に得ることが可能になる。
さらに、上記の照射方法を採用すると共に、基板３の同一箇所へのレーザー照射を複数回行う場合には、上記レーザー照射工程と、基板回転工程とを基板が１回転する間繰り返し行う工程を１単位の加熱工程とし、この加熱工程を複数回繰り返すこととすれば、基板全面に渡り、より均一にレーザーを照射することができる。
【００３４】
また、上記加熱工程を複数回繰り返して行う方法では、前記加熱工程間に、基板３をレーザー照射領域５の中心角α（及びその整数倍の角度）を除く任意の角度で回転させる工程を挿入することが好ましい。
すなわち、１加熱工程におけるレーザー照射工程後の基板回転工程での基板３の回転角度は上記中心角αと同一とされるので、基板３が１回転する間のレーザー照射領域５は互いに重なり合わないことになる。そこで、上記加熱工程間で、基板を所定角度回転させることで、基板上でのレーザー照射の開始位置が各加熱工程で重ならないようにする。これにより、基板３上においてレーザーが照射された領域の境界で加熱の不均一が生じないようにすることができる。より具体的な例として中心角α＝９０°であるとすると、１加熱工程として、基板を９０°ずつ回転させて４回のレーザー照射を行う工程を行った後、次の加熱工程を開始する前に基板を例えば４５°回転させ、その位置から次の加熱工程を開始する。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示す例は、レーザー照射領域５の平面形状は図３（ａ）に示す例と同一形状として、基板３として平面視矩形状のものを用いる場合を示している。基板３の形状以外の構成、及び照射方法は図３（ａ）に示す例と同様とすることができるので、その説明は省略する。
図３（ｂ）に示すように、基板３として平面視矩形状のものを用いる場合には、レーザー照射領域５が、基板３頂点を含むように配置される。すなわち、扇形状のレーザー照射領域５の辺の長さｘが、基板３の回転中心Ｏと基板３の頂点を結ぶ直線の長さ以上とされるようにレーザー照射領域５の形状を調整する。このような構成とすることで、基板３の形状によらず基板表面を均一に加熱することが可能になる。
【００３６】
このように、本実施形態のレーザー照射装置によれば、基板３がその面内で回転自在とされていることで、基板３を回転させながらレーザーを照射する、あるいはレーザー照射後に所定角度回転させる方法により、基板３全面に対して均一なレーザー照射が可能である。
また、従来の照射装置では、基板全面にレーザーを照射するためには、基板を平行移動させるための空間を照射チャンバー内に確保する必要があり、そのために装置が大型化するという問題があった。特にクラスターツールタイプの処理装置を構成する場合には、ＣＶＤ成膜装置等の他の装置のとのバランスが悪く、処理装置に組み込む装置数が制限されるという問題があったが、本実施形態の処理装置によれば、基板３を平行移動させることがないために、少なくとも基板３及び基板保持部２を収納できるチャンバー８を用意すればよく、レーザー照射装置の平面的な占有面積を大幅に小さくすることができる。そして、このような寸法の照射装置は、ＣＶＤ成膜装置等とほぼ同等の大きさとなるので、特にクラスターツールタイプの処理装置を構成する場合に、極めて有効なものとなる。
【００３７】
（レーザー照射装置及び照射方法の適用例）
次に、本発明に係るレーザー照射装置及び照射方法の好適な適用例として、薄膜半導体装置の製造方法について、図４〜図６に基づき説明する。なお、本実施形態では、ｎチャネル型の多結晶シリコンＴＦＴを製造する場合を例として説明する。図４〜図６はいずれも、本実施形態の薄膜半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお、各図において、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００３８】
はじめに、図４（ａ）に示すように、超音波洗浄等により清浄化したガラス基板１０を用意した後、基板温度が１５０〜４５０℃となる条件下で、ガラス基板１０の全面に、シリコン酸化膜等の絶縁膜からなる下地保護膜（緩衝膜）１１をプラズマＣＶＤ法等により、例えば５００ｎｍ程度など、１０μｍ未満の厚さに成膜する。この工程において用いる原料ガスとしては、モノシランと一酸化二窒素との混合ガスや、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）と酸素、ジシランとアンモニア等が好適である。
【００３９】
次に、図４（ｂ）に示すように、基板温度が１５０〜４５０℃となる条件下で、下地保護膜１１を形成したガラス基板１０の全面に、非晶質シリコン膜（非晶質半導体膜）２１をプラズマＣＶＤ法等により３０〜１００ｎｍの厚さに成膜する。この工程において用いる原料ガスとしては、ジシランやモノシランが好適である。
次に、図４（ｃ）に示すように、非晶質シリコン膜２１をフォトリソグラフィー法により、形成する能動層の形状にパターニングする。すなわち、非晶質シリコン膜２１上にフォトレジストを塗布した後、フォトレジストの露光、現像、非晶質シリコン膜２１のエッチング、フォトレジストの除去を行うことにより、非晶質シリコン膜２１のパターニングを行う。
【００４０】
次に、図４（ｄ）に示すように、先の実施の形態のレーザー照射装置の基板保持部２上にガラス基板１０を載置し、減圧雰囲気下、窒素雰囲気中で、非晶質シリコン膜２１を形成したガラス基板１０の全面に、非晶質シリコン膜２１側からレーザーＬを照射することにより、パターニングした非晶質シリコン膜２１をアニールし、能動層として機能する多結晶シリコン膜２２を形成する。本例では、上記実施の形態のレーザー照射装置を用いることで、極めて容易に基板１０全面にレーザーＬを照射することができ、基板全面を一括にかつ均一に処理することができる。また、本例のようにシリコン膜の結晶化を行う場合には、基板へのレーザー照射エネルギーは例えば０．２〜２Ｊ／ｃｍ２、照射時間は１０ｎ〜１００ｎｓｅｃ程度に設定し、一回もしくは複数回の照射を行えば良い。なお、この工程において、レーザーＬを照射された非晶質シリコン膜２１は、非晶質シリコン膜２１に照射されたレーザーエネルギーにより加熱されて溶融され、冷却固化過程を経て多結晶化する。
【００４１】
次に、図５（ａ）に示すように、３５０℃以下の温度件下で、多結晶シリコン膜２２を形成したガラス基板１０の全面に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等からなるゲート絶縁膜３１を５０〜１５０ｎｍの厚さに成膜する。この工程において用いる原料ガスとしては、ＴＥＯＳと酸素ガスとの混合ガス等が好適である。
【００４２】
次に、図５（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜３１を形成したガラス基板１０の全面に、スパッタリング法等により、アルミニウム、タンタル、モリブデン等の金属、又はこれらの金属のいずれかを主成分とする合金等の導電性材料を成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、３００〜８００ｎｍの厚さのゲート電極３２を形成する。すなわち、導電性材料を成膜したガラス基板１０上にフォトレジストを塗布した後、フォトレジストの露光、現像、導電性材料のエッチング、フォトレジストの除去を行うことにより、導電性材料をパターニングし、ゲート電極３２を形成する。
【００４３】
次に、図５（ｃ）に示すように、ゲート電極３２をマスクとして、約０．１×１０１３〜約１０×１０１３／ｃｍ２のドーズ量で低濃度の不純物イオン（リンイオン）を打ち込み、ゲート電極３２に対して自己整合的に低濃度ソース領域２２ｂ、低濃度ドレイン領域２２ｃを形成する。ここで、ゲート電極３２の直下に位置し、不純物イオンが導入されなかった部分はチャネル領域２２ａとなる。
次に、図５（ｄ）に示すように、ゲート電極３２より幅広のレジストマスク（図示略）を形成して高濃度の不純物イオン（リンイオン）を約０．１×１０１５〜約１０×１０１５／ｃｍ２のドーズ量で打ち込み、高濃度ソース領域２２ｄ、及び高濃度ドレイン領域２２ｅを形成する。
【００４４】
なお、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造のソース領域及びドレイン領域を形成する代わりに、低濃度の不純物の打ち込みを行わずにゲート電極３２より幅広のレジストマスクを形成した状態で高濃度の不純物（リンイオン）を打ち込み、オフセット構造のソース領域及びドレイン領域を形成しても良い。また、ゲート電極３２をマスクとして高濃度の不純物を打ち込み、セルフアライン構造のソース領域及びドレイン領域を形成しても良い。
【００４５】
次に、図６（ａ）に示すように、ゲート電極３２の表面側にＣＶＤ法等により、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜３３を３００〜８００ｎｍの厚さに成膜する。この工程において用いる原料ガスとしては、ＴＥＯＳと酸素ガスとの混合ガス等が好適である。そして、この工程後に、上記実施の形態のレーザー照射装置を用いたレーザーアニールを行うことにより、ソース領域２２ｂ、２２ｄ及びドレイン領域２２ｃ、２２ｅに注入された不純物の活性化を行う。このように不純物の活性化を行う場合にも、先に記載のように、本発明に係るレーザー照射装置及び照射方法を用いることで、基板１０面内で均一にかつ効率よく加熱することができるので、極めて効率よく不純物の活性化を行うことができる。
【００４６】
次に、図６（ｂ）に示すように、所定のパターンのレジストマスク（図示略）を形成した後、該レジストマスクを介して層間絶縁膜３３のドライエッチングを行い、層間絶縁膜３３において高濃度ソース領域２２ｄ及び高濃度ドレイン領域２２ｅに対応する部分にコンタクトホール３４、３５をそれぞれ形成する。
【００４７】
次に、図６（ｃ）に示すように、層間絶縁膜３３の全面に、アルミニウム、チタン、窒化チタン、タンタル、モリブデン、又はこれらの金属のいずれかを主成分とする合金等の導電性材料を、スパッタリング法等により成膜した後、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、４００〜８００ｎｍの厚さのソース電極３６及びドレイン電極３７を形成する。すなわち、導電性材料を成膜したガラス基板１０上にフォトレジストを塗布した後、フォトレジストの露光、現像、導電性材料のエッチング、フォトレジストの除去を行うことにより、導電性材料をパターニングし、ソース電極３６及びドレイン電極３７を形成する。以上のようにして、ｎチャネル型の多結晶シリコンＴＦＴ５０を製造することができる。
【００４８】
本実施形態の製造方法では、非晶質シリコン膜２１をパターニングし、その形成面積を小さくしてから、先の実施形態のレーザー照射装置によるレーザーアニールを行う構成としたが、ガラス基板１０の全面に非晶質シリコン膜２１が形成された状態でレーザーＬを照射してもよいのは勿論である。
【００４９】
また、本実施形態の製造方法では、非晶質シリコン膜２１を多結晶化する方法として、本発明に係るレーザー照射装置によるレーザーアニールを採用しているので、非晶質シリコン膜２１の多結晶化を行う工程において、ガラス基板１０全面へのレーザーの照射を極めて効率よく行うことができ、基板全面を均一に処理することができる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、非晶質シリコン膜２１の多結晶化を行う工程において、従来のレーザーアニールを採用した場合の問題点とされていたビームとビームの重なり領域における結晶性のバラツキを解消できる。また、基板全面を走査するために基板を回転させる機構を採用したことで、レーザー照射装置の大幅な小型化を実現できるので、薄膜半導体製造装置全体のバランスを良好にすることができ、特にクラスターツールタイプの半導体製造装置を構成する際に好都合である。また、非晶質シリコン膜２１の多結晶化を行う工程と、不純物の活性化を行う工程において、本発明に係るレーザー照射装置によるレーザーアニールを採用することができ、効率よく薄膜半導体装置の製造を行うことが可能である。
【００５０】
さらに、本実施形態の製造方法によれば、基板全体を均一にレーザーアニールすることができるので、結晶性のばらつきが小さく、良質な多結晶シリコン膜２２を形成することができ、移動度等の特性に優れたＴＦＴを製造することができる。
【００５１】
なお、本例では、ｎチャネル型のＴＦＴを製造する場合を例として説明したが、ｐチャネル型のＴＦＴを製造する場合にも同様に適用することができる。また、本実施形態の製造方法は、特に基板上に多数のＴＦＴを形成するアクティブマトリクス型の液晶装置やＥＬ装置等の表示装置を製造する場合に好適に適用することができる。
さらに、例えばダイオードや太陽電池といったトランジスタ以外の半導体装置、Ｓｉ基板を用いた半導体装置のソース及びドレイン、ポリシリコンを用いたトランジスタの電極、配線などの製造に際しての不純物の活性化に適用することができる。
また、本発明に係るレーザー照射方法は、上記半導体装置の製造方法に限らず、基板に対する熱処理を行う工程を有するデバイス等の製造方法であれば問題なく適用することができる。
【００５２】
上記では、非晶質シリコン膜の結晶化工程と、不純物の活性化工程との両方に本発明に係るレーザー照射装置を適用した場合について説明したが、両工程のうち一方にのみであっても、本発明に係るレーザー照射装置を用いることができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るレーザー照射装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、基板保持部及び基板の平面構成図である。
【図３】図３（ａ）、図３（ｂ）は、基板保持部及び基板の平面構成図である。
【図４】図４は、薄膜半導体装置の断面工程図である。
【図５】図５は、薄膜半導体装置の断面工程図である。
【図６】図６は、薄膜半導体装置の断面工程図である。
【符号の説明】
１  レーザー発生部、２  基板保持部、３  基板、４  光学系、５  レーザー照射領域、６  回転駆動部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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