(57)【要約】【課題】ガラス基板を損傷させずに，低コスト且つ短時間で半導体膜の多結晶化処理ができる熱処理装置，熱処理方法，及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】被処理基板１を収納する処理室１０と，波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値（Ｉａ）が波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値（Ｉｂ）に対して２０％以上となるスペクトルの光を被処理基板１に照射する，処理室１０の上方に配置された複数の第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉと，複数の第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉの出力を制御する制御回路部２０とを備える。【選択図】            図１
2005026354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板を収納する処理室と，
波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値が，波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値に対して２０％以上となるスペクトルの光を前記被処理基板に照射する，前記処理室の上方に配置された複数の第１ランプと，
前記複数の第１ランプの出力を制御する制御回路部とを備えることを特徴とする熱処理装置。
【請求項２】
前記第１ランプは，前記被処理基板に対向してそれぞれ平行に，且つ離間して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
【請求項３】
前記第１ランプは，パルスの半値幅が１ｍｓ以下のパルス光を出力するフラッシュランプであることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理装置。
【請求項４】
前記第１ランプに隣接して配置された第２ランプと，
前記第２ランプの光を集光して前記被処理基板に照射するための光学手段とを更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項５】
前記第２ランプと前記被処理基板との間に配置されたスリットを更に有することを特徴とする請求項４に記載の熱処理装置。
【請求項６】
前記制御回路は，
第１の光の発光の過渡特性を決める第１の時定数を有する第１の経路と，
前記第１の光よりパルスの半値幅が広い第２の光を発光するように第２の時定数を有する第２の経路と，
前記第１の経路と前記第２の経路とを切り換える切換手段とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱処理装置。
【請求項７】
前記第２の光のパルスの半値幅が５ｍｓ以上であることを特徴とする請求項６に記載の熱処理装置。
【請求項８】
被処理基板を処理室に収納する工程と，
波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値が，波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値に対して２０％以上となるスペクトルのランプの光を前記処理基板の表面に照射する工程とを含むことを特徴とする熱処理方法。
【請求項９】
前記処理基板の表面に照射する工程は，パルスの半値幅が１ｍｓ以下となる前記光を照射する段階を含むことを特徴とする請求項８に記載の熱処理方法。
【請求項１０】
前記処理基板の表面に照射する工程は，パルスの半値幅が５ｍｓ以上となる前記光を照射する段階を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の熱処理方法。
【請求項１１】
前記処理基板の表面に照射する工程は，前記表面の照射位置の少なくとも一部が互いに重なり合うように前記光を照射する段階を含むことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の熱処理方法。
【請求項１２】
基板の表面に被処理用半導体膜を成膜する工程と，
波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値が，波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値に対して２０％以上となるスペクトルのランプの光を前記被処理用半導体膜の表面に照射する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記被処理用半導体膜を成膜する工程は，アモルファスシリコン膜を堆積する段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記被処理用半導体膜の表面に照射する工程は，
前記光を５ｍｓ以上のパルスの半値幅で照射して前記被処理用半導体膜に含まれる水素を脱離する段階と，
前記光を１ｍｓ以下のパルスの半値幅で照射して前記被処理用半導体膜を溶融させ多結晶化する段階とを含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記被処理用半導体膜の表面に照射する工程は，移動度１０〜５００ｃｍ２／Ｖｓのポリシリコン膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の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、熱処理装置に係り，特に，ランプアニール装置，これを用いた熱処理方法，及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（ＬＣＤ）用多結晶シリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程においては，アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をガラス基板上に成膜し，ａ−Ｓｉに結合した水素を熱処理で脱離した後，エキシマレーザを照射して多結晶化するエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）法が知られている。ＥＬＡ法においては，エキシマレーザの光は光学系にて長軸方向数百ｍｍ，短軸方向数百μｍの線状に整形される。そして，整形されたレーザ光を繰り返し周波数３００Ｈｚ程度で短軸方向にオーバラップするように，基板上にスキャン照射している。基板サイズと照射時のオーバラップを一定とすると，多結晶化の処理時間はレーザの出力と繰り返し周波数に依存する。例えば５５０×６５０ｍｍのガラス基板に対し，長軸２７５ｍｍ，短軸４００μｍの整形ビームを用いてオーバラップ率１０％（重畳回数１０ショット）で照射した場合は，基板全体を照射するために３２０００ショットが必要で，照射に要する時間は１０８．３ｓとなる。
【０００３】
近年，基板上に成膜したａ−Ｓｉを多結晶化する他の手段として，ランプアニール装置を利用する方法も注目されている（例えば，特許文献１，２参照。）。このランプアニール装置では，例えばａ−Ｓｉのバンドキャップよりも大きなエネルギーを持つ紫外線領域のランプが使用される。基板表面に成膜されたａ−Ｓｉは，ランプから高いエネルギーの光が照射されることにより溶融し，冷却固化過程を経て多結晶化する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２４４７６号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開２０００−３０５９４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，ＥＬＡ法はレーザ光を短軸方向に数百μｍ程度ずつ移動させながらｍ角レベルの大型基板の全面を照射するので，１枚の基板の処理に相当の時間がかかる。このため，半導体装置の製造工程全体のスループットを低下させる原因となっている。また，ＥＬＡ法はエキシマレーザ光の照射回数が多いので，エキシマレーザ放電部の寿命が短く，放電部の交換を頻繁に行わなければならない。例えば一般的なエキシマレーザの放電部は，１０９ショットで寿命が尽きる。先の例を元に計算すると，ＥＬＡ法を用いた場合は，３１２５０枚の基板処理毎に放電部を交換しなければならず，処理能力の低下を招く。さらに，エキシマレーザの放電部は高価なため，コストがかかる問題もある。
【０００７】
一方，ランプアニールで使用されるランプ光は，ＥＬＡ法に比べて光の照射回数及び処理時間を短縮化できる。しかし，ランプ光には波長の異なる様々な光が含まれているため，例えばＳｉの禁制帯幅に相当する波長よりも長い波長の光がａ−Ｓｉに照射されると，照射された光のエネルギーが基板深くまで浸透し，ガラス基板が溶融する，あるいは割れる問題がある。
【０００８】
本発明は，上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって，その目的とするところは，ガラス基板を損傷させずに，低コスト且つ短時間で半導体膜の多結晶化処理ができる熱処理装置，熱処理方法及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明の第１の特徴は，（イ）被処理基板を収納する処理室と，（ロ）波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値が，波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値に対して２０％以上となるスペクトルの光を被処理基板に照射する，処理室の上方に配置された複数の第１ランプと，（ハ）複数の第１ランプの出力を制御する制御回路部とを備える熱処理装置であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第２の特徴は，（イ）被処理基板を処理室に収納する工程と，（ロ）波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値が，波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値に対して２０％以上となるスペクトルのランプの光を処理基板の表面に照射する工程とを含む熱処理方法であることを要旨とする。
【００１１】
本発明の第３の特徴は，（イ）基板の表面に被処理用半導体膜を成膜する工程と，（ロ）波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値が，波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値に対して２０％以上となるスペクトルのランプの光を前記被処理用半導体膜の表面に照射する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に，図面を参照して，本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において，同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し，図面は模式的なものであり，厚みと平均寸法の関係，各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。また，図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
また，以下に示す実施の形態は，この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって，この発明の技術的思想は構成部品の材質，形状，構造，配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は，特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【００１４】
（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る熱処理装置は，図１に示すように，被処理基板１を収納する処理室１０と，波長４００ｎｍ以下の波長領域における光強度の波長積分値（Ｉａ）が，波長４００ｎｍ以上の波長領域における光強度の波長積分値（Ｉｂ）に対して２０％以上となるスペクトルの光を被処理基板１に照射するように処理室１０の上方に配置された複数の第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉと，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉの出力を制御する制御回路部２０とを備える。
【００１５】
処理室１０は，底面に配置された水平方向（図１の紙面に向かって左右方向）に移動可能なステージ１１，処理室１０の側面に配置されたガス導入ポート１２，及びガス導入ポート１２が配置された側と反対側の側面に配置されたガス排気ポート１３を有している。ステージ１１の上面には，ガラス基板１ａの最上面にアモルファス半導体膜（ａ−Ｓｉ膜）１ｄが形成された被処理基板１が固定される。処理室１０の内部には，不活性ガスと酸素等を含んだ混合ガスが導入される。処理室１０内のガスの流量と分布の制御は，ガス導入ポート１２及びガス排気ポート１３に設けられたバルブ（図示省略）により調整可能である。ガス流量を調整するために，ガス導入ポート側のみにマスフローコントローラ等の流量調節バルブを設けてもよい。ドライポンプ，メカニカルブースターポンプ，ターボ分子ポンプ等により処理室１０の内部を真空排気してもよい。処理室１０の上面には，石英ガラスやサファイヤガラス等の紫外線透過特性の良好な窓８が配置されている。そして，この窓８の上部全体を覆うようにランプハウジング６が配置されている。
【００１６】
ランプハウジング６は，図２に示すように，被処理基板１に対向してそれぞれ平行に，且つ等間隔に離間して配置された複数の第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ及び第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉの配列された領域の周囲を取り囲んで配置された複数の第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを有している。図１に示すように，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉそれぞれの上方には，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉの光を反射し，被処理基板１方向に照射するように配置された放物型の第１反射鏡４ａ，４ｂ，・・・，４ｉが取り付けられている。第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄそれぞれの上方には，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの光を反射し，基板１方向に照射するように配置された放物型の第２反射鏡５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが取り付けられている。これらの反射鏡４ａ，４ｂ，・・・，４ｉ及び第２反射鏡５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは，照度の均一化を図る働きを有し，放物面鏡の焦点の位置に第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ及び第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置することにより平行光を得ることができる。なお，放物面鏡の代わりに，球面鏡や平面鏡を用いても一定の目的を達成可能である。また，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介して第２反射鏡５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄに対向する位置には，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄの光を集光し，被処理基板１に照射するための光学手段（レンズ）７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ（レンズ７ｃ，７ｄは図示省略）がそれぞれ配置されている。第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと処理基板１との間には，スリット１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ（スリット１４ｃ，１４ｄは図示省略）がそれぞれ配置されている。なお，レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを省略して，楕円面鏡の一方の焦点に第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを配置すれば，他方の焦点に光が集光する。
【００１７】
図２に示すように，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ及び第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは直管型のフラッシュランプである。被処理基板１に照射する光のエネルギーを均一化するために，例えば図３に示すように，端部２Ｂ，２Ｃの直径が細く，中央部２Ａの直径が太い異形管を使用してもよい。また，図４に示すように，２００〜４００ｎｍ程度の波長領域における光強度の波長積分値（Ｉａ）が，４００ｎｍ〜２μｍ程度の波長領域における光強度の波長積分値（Ｉｂ）に対して２０％となるランプとして，例えばキセノン（Ｘｅ）ランプや，Ｘｅランプに微量のハロゲン化金属や水銀（Ｈｇ）等の金属を含有したものが好適である。さらに，エキシマレーザの放電部に比べて低コストで，且つ高い電流密度を得られるランプとしては，微量の水銀を封入した水銀キセノンランプ（Ｈｇ−Ｘｅランプ）を使用するのが好ましい。管球は，石英ガラスやサファイヤガラス等の紫外線透過特性の良いものがよいが，硬質ガラスでも使用可能である。図５に示すように，Ｈｇ−Ｘｅランプに含まれる波長４００ｎｍ以下の発光量は，Ｈｇを多く含むほど多くなる。このため，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ及び第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとしては，Ｈｇ−Ｘｅランプの中でも水銀含有量の多いランプ，好ましくは水銀含有量０．１ｍｇ／ｃｃ以上のランプを使用するのがよい。Ｘｅの代わりにクリプトン（Ｋｒ）のランプを用いてもよい。
【００１８】
図６に示すように，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ及び第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは，ピーク強度及びパルスの半値幅（ＦＷＨＭ）の異なる２種類の光（第１の光，第２の光）を発生することが可能である。過途特性４０で示される第２の光は，半値幅が５ｍｓ以上であり，ａ−Ｓｉ膜１ｄのダングリングボンドに結合した水素の脱離に好適なパルス光である。一方，過渡特性４１で示される第１の光は，半値幅が１ｍｓ以下であり，ａ−Ｓｉ膜１ｄの多結晶化（再結晶化）に好適なパルス光である。なお，ａ−Ｓｉ膜１ｄの下面に配置されたガラス基板１ａの損傷を防止するために，第１の光は半値幅が５０μｓ以下のパルス光であるのがより好ましい。
【００１９】
第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ及び第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから第１の光及び第２の光を出力させる回路としては，例えば図７に示すような制御回路部２０が利用可能である。制御回路部２０は，直流電源２１，直流電源２１に接続された電源スイッチ２２，電源スイッチ２２に接続された逆Ｌ型回路２３，逆Ｌ型回路２３に接続されたリアクタンス切換回路２４，及びリアクタンス切換回路２４に接続された放電部２５を有する。放電部２５は，図１に示す第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ及び第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに相当し，トリガー回路２６に接続されている。電源スイッチ２２と逆Ｌ型回路２３との間には，抵抗２６がノードｐ１で並列接続され，抵抗２６にダイオード２７が直列に接続されている。逆Ｌ型回路２３は，入力側を電源スイッチ２２に接続され，出力側をリアクタンス切換回路２４と直列に接続された抵抗２８，及び抵抗２８の出力側とリアクタンス切換回路２４の入力側の間にノードｐ２で並列に接続された第２キャパシタ２９を有する。リアクタンス切換回路２４は，抵抗２８の出力側に接続された第１スイッチ３０，第１スイッチ３０に直列に接続された第１コイル３１，第１スイッチ３０の出力側と第１コイル３１の入力側の間にノードｐ３で並列に接続された第１キャパシタ３２，抵抗２８の出力側に第１スイッチ３０と並列に接続された第２スイッチ３３，入力側を第２スイッチ３３に接続され，出力側を放電部２５に接続された第２コイル３４を有する。直流電源２１のマイナス側，ダイオード２７，第１及び第２キャパシタ２９，３０，及び放電部２５の出力側はそれぞれアース接続されている。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る熱処理装置によれば，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉから紫外線領域のスペクトル成分（Ｉａ）を比較的多く含む光（過渡特性４１の第１の光，過渡特性４０の第２の光）が発生する。ａ−Ｓｉ膜１ｄは，紫外線の吸収係数が大きく，エネルギーが照射部分の表面に集中するので，ａ−Ｓｉ膜１ｄを選択的且つ局所的に溶融させる。このため，ａ−Ｓｉ膜１ｄの下面に配置されたガラス基板１ａの加熱による変形，溶融及び破損を防止することができる。使用される第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉはエキシマレーザに比べて安価であるので，ａ−Ｓｉ膜１ｄの再結晶化に必要なコストも低減できる。制御回路部２０により制御された過渡特性４０の第２の光は，ａ−Ｓｉ膜１ｄのダングリングボンドに結合した水素を脱離するので，ａ−Ｓｉ膜１ｄのアブレーションを防止できる。一方，過渡特性４１の第１の光は，第２の光に比べてピークエネルギーの高い光をａ−Ｓｉ膜１ｄの表面に照射するので，ａ−Ｓｉ膜１ｄを短時間で溶融させて再結晶化することができる。さらに，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと処理基板１との間にレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが配置されているので，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから照射された第１の光又は第２の光をａ−Ｓｉ膜１ｄの一定箇所に集中できる。第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとの間にはスリット１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄがそれぞれ配置されているので，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからエネルギーの高い光を被処理基板１上に局所的に照射することもできる。したがって，図１に示す熱処理装置によれば，移動度１０〜５００ｃｍ２／Ｖｓ，平均粒径０．２５〜０．３５μｍ程度のポリシリコン膜からなる基板を安価で短時間に製造できる。
【００２１】
（熱処理方法及び半導体装置の製造方法）
次に，図１に示す熱処理装置を用いた熱処理方法，及び半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる熱処理方法及び半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
【００２２】
（イ）まず，約９３０ｍｍ×７２０ｍｍのガラス基板１ａを用意する。続いて図８に示すように，このガラス基板１ａの上面に厚さ２０〜１００ｎｍ程度のＳｉＮＸ膜１ｂを形成し，ＳｉＮＸ膜１ｂの上に厚さ５０〜１５０ｎｍ程度のＳｉＯＸ膜１ｃを，ＳｉＯＸ膜１ｃの上に厚さ２０〜１００ｎｍ程度のａ−Ｓｉ膜（被処理用半導体膜）１ｄを，順次ＣＶＤ法等により成膜する。次に，図１に示すステージ１１の上面に被処理基板１を固定する。ステージ１１は，被処理基板１の反応性を高めるために加温等がされていてもよい。次に，窒素（Ｎ２）ガス，アルゴン（Ａｒ）ガス，ヘリウム（Ｈｅ）ガス，水素（Ｈ２）ガス等の不活性ガス，あるいはこれらの不活性ガスのいずれかと酸素（Ｏ２）との混合ガス等を，ガス導入ポート１２からマスフローコントローラ等で制御し，余分なガスをガス排気ポート１３から排気しながら，処理室１０内のアニール雰囲気ガスの流量と分圧を調整する。処理室１０内の雰囲気は真空でもよい。真空の場合は，窓８の直下にダミーのガラス板を配置し，熱処理によるＳｉの蒸着による窓のくもりを防止するのが好ましい。ダミーのガラス板は，定期的に交換すればよい。
【００２３】
（ロ）次に，図７に示す制御回路部２０により，過渡特性４０を示す第２の光が出力される。まず電源スイッチ２２，第１スイッチ３０及び第２スイッチ３３がすべて閉じられ，リアクタンス切換回路２４の第１キャパシタ３２及び逆Ｌ型回路２３の第２キャパシタ２９に電荷が蓄積される。次に，電源スイッチ２２及び第２スイッチ３３が開かれ，トリガー回路２６からパルス波等の信号が発せられることにより，第１キャパシタ３２及び第２キャパシタ２９に蓄積された電荷が放電部２５へ移動し，パルスの半値幅が長くピークエネルギーの低い第２の光Φ２Ａ，Φ２Ｂ，Φ２Ｃ・・・，Φ２ｉが過渡的に発生する（第２の経路）。発生した第２の光Φ２Ａ，Φ２Ｂ，Φ２Ｃ・・・，Φ２ｉは，図９に示すように，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉからａ−Ｓｉ膜１ｄに照射される。この結果，第２の光Φ２Ａ，Φ２Ｂ，Φ２Ｃ・・・，Φ２ｉが照射されたａ−Ｓｉ膜１ｄからａ−Ｓｉのダングリングボンドに結合した水素が脱離される。
【００２４】
（ハ）次に，電源スイッチ２２及び第２スイッチ３３が閉じられ，第１スイッチ３０が開かれ，第２キャパシタ２９のみに電荷が蓄積される。その後，第１スイッチ３０が開かれた状態で，電源スイッチ２２が開かれる。そして，トリガー回路２６から第２キャパシタ２９に蓄積された電荷のみが放電されることにより，過渡特性４１を示す第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃ・・・，Φ１ｉが過渡的に発生する（第１の経路）。なお，スイッチ３３を通る経路（第１の経路）は，スイッチ３０を通る経路（第２の経路）よりリアクタンスが小さい。このため，第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃ・・・，Φ１ｉは，第２の光Φ２Ａ，Φ２Ｂ，Φ２Ｃ・・・，Φ２ｉに比べてパルスの半値幅が短い光となる。こうして第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃ・・・，Φ１ｉが第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉからａ−Ｓｉ膜１ｄに照射され，照射部分１Ｄのａ−Ｓｉ膜１ｄが瞬時に溶融する。図１０に示すように，ａ−Ｓｉ膜１ｄが受ける光の強度は，第１ランプ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉからの距離やランプ光の重なり具合によりそれぞれ異なる。このため，発光強度Ｉにムラが生じている。そこで，発光強度Ｉを均一化するために，ステージ１１を水平方向にスライドさせて，照射位置を数ｍｍ〜数十ｍｍ程度ずつオーバーラップさせながら，被処理基板１の同じ位置に第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃ・・・，Φ１ｉを複数回照射する。具体的には，図１１に示すように，ランプ２ｇ，２ｈ，２ｊから過渡特性４１の第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃを領域Ａ，Ｂ，Ｃに照射した後に，被処理基板１を基板の長手方向（図１１の紙面に向かって左側方向）に動かす。続いて，図１２に示すように，領域Ａの半分と領域Ｂの半分とからなるオーバーラップ領域ＡＡ，領域Ｂの半分と領域Ｃの半分とからなるオーバーラップ領域ＢＢ，領域Ｃの半分と未照射部分Ｄの一部とからなるオーバーラップ領域ＣＣに，第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃを照射する。なお，図１３に示すように，ａ−Ｓｉ膜１ｄを溶融させる際にパルスの半値幅の長い光を照射すると，ａ−Ｓｉ膜１ｄの下面に形成されたガラス基板１ａが過剰に加熱され，強度が弱くなる傾向がある。図１３に示す例においては，第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃのパルス半値幅として５０μｓ以下の光を使用し，ａ−Ｓｉ膜１ｄを短時間で溶融させるのが好ましい。しかし，ガラス強度はガラス基板１ａの材料の選択により変化する。本発明に係る熱処理方法においては，図１３に示すように，第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃとして半値幅１ｍｓ以下の光であれば，一般的に使用可能なガラス基板１ａを損傷することなくａ−Ｓｉ膜１ｄを多結晶化できる。
【００２５】
（ニ）次に，図１４に示すように，被処理基板１の駆動回路部１０１ａ形成領域のパターンを第２ランプ３ａに対向させる。続いて制御回路から出力された過渡特性４１を有する光Φｐをレンズ７ａを介して第２ランプ３ａからａ−Ｓｉ膜１ｄに照射する。ランプ３ａから照射された光Φｐのエネルギーは，駆動回路部１０１ａに集中する。この結果，駆動回路部１０１ａの移動度が向上する。同様にして，例えば図１５に示すように，被処理基板１の駆動回路部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ形成予定領域のパターンを，図１に示す第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄのそれぞれに対向させる。続いて，制御回路２０から出力された過渡特性４１を有する光Φｐ，Φｑ，ΦＣ，Φｓを，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄからそれぞれａ−Ｓｉ膜１ｄに照射する。第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから照射された光Φｐ，Φｑ，ΦＣ，Φｓのエネルギーは，図１５に示す駆動回路部１０１ａ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｂ形成予定領域に集中する。この結果，画素部１０２Ａ，１０３Ａ，１０４Ａ，１０５Ａの周囲に配置された駆動回路部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの移動度が向上する。さらに，被処理基板１を領域１０２，１０３，１０４，１０５に沿って切断すれば，被処理基板１００からＬＣＤ用の半導体装置が４枚製造できる。なお，画素電極を形成する画素部１０２Ａ，１０３Ａ，１０４Ａ，１０５Ａは高い移動度を必要としない。このため，移動度は１０〜１００ｃｍ２／Ｖｓ程度，更に具体的には１０〜３０ｃｍ２／Ｖｓ程度でよい。一方，駆動回路部１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの移動度は５０〜５００ｃｍ２／Ｖｓ程度，好ましくは１００〜２００ｃｍ２／Ｖｓ程度の高い値となる。このように，本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては，移動度１０〜５００ｃｍ２／Ｖｓ程度のポリシリコン膜からなる被処理基板１００が製造可能である。
【００２６】
以上の工程により，図１５に示す半導体装置（被処理基板）１００が製造可能となる。本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば，波長４００ｎｍ以下の波長領域の光強度の波長積分値（Ｉａ）を多く含むスペクトルの光をａ−Ｓｉ膜１ｄに照射するので，ａ−Ｓｉ膜１ｄの表面付近にエネルギーが集中し，ａ−Ｓｉ膜１ｄ周辺を極短時間で溶融させることができる。このため，ａ−Ｓｉ膜１ｄの下面に配置されたガラス基板１ａの過加熱による変形や破損が防止される。また，ピークエネルギーが低くパルスの半値幅の長い第２の光Φ２Ａ，Φ２Ｂ，Φ２Ｃ・・・，Φ２ｉをａ−Ｓｉ膜１ｄに照射した後に，ピークエネルギーが高くパルス半値幅の短い第１の光Φ１Ａ，Φ１Ｂ，Φ１Ｃ・・・，Φ１ｉをａ−Ｓｉ膜１ｄ照射するので，ａ−Ｓｉ膜１ｄのアブレーションも防止できる。さらに，第２ランプ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄから照射する光Φｐ，Φｑ，ΦＣ，Φｓをレンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄで結像することにより，照射エネルギーが被処理基板１の特定位置に集中するので，画素部１０１Ａ，・・・１０４Ｄに比べて高い移動度を必要とする駆動回路部１０１ａ，・・・１０４ｄを安価で容易に製造できる。
【００２７】
（その他の実施の形態）
上記のように，本発明は実施の形態によって記載したが，この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態，実施例及び運用技術が明らかとなろう。高品質で粒径の大きいａ−Ｓｉ膜１ｄの多結晶を得るためには，被処理基板１に照射する光のエネルギー又はパルスの半値幅を変化させて，ａ−Ｓｉ膜１ｄの昇温速度，降温速度を制御するのが好ましい。例えば図１６に示すように，まず過渡特性４１の第１の光のパルス幅又は照射エネルギーを徐々に増加させながら繰り返し照射すると，被処理基板１の温度は約５０μｓ程度でａ−Ｓｉ膜１ｄの融点（Ｔｍ＝１４００℃前後）付近まで上昇し溶融する。次に，領域Ｙに第１の光を繰り返し照射し，２００μｓ程度の時間，同一温度を持続させる。次に，領域Ｚにおいて，照射する過渡特性４１の第１の光のパルス幅又は照射エネルギーを徐々に減少させ，ａ−Ｓｉ膜１ｄの表面温度が１００μｓ程度で室温（Ｔ１）に戻るように徐冷しながら結晶を成長させる。このように１００μｓ程度で除冷した場合は，５０μｓ程度で冷却した場合（通常の冷却過程）に比べて，結晶を低速度で成長させることができるので，高品質で粒径が高く，移動度の高いａ−Ｓｉ膜１ｄの多結晶を生成することができる。また，図１５においては，被処理基板１から４枚の液晶表示装置用の半導体装置を製造する例を示したが，駆動回路部１０１ａ，・・・１０４ｄの形成位置を適宜変更することにより，所望の枚数のＬＣＤ用半導体装置が製造可能である。
【００２８】
このように，本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって，本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば，ガラス基板を損傷させずに，低コスト且つ短時間で半導体膜の多結晶化処理ができる熱処理装置，熱処理方法，及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱処理装置を示し，図２のＡ−Ａ方向からみた断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る熱処理装置のランプ配置を示す上面図である。
【図３】ランプの形状例を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る熱処理装置から照射される光の波長とピーク強度の関係の一例を示す図である。
【図５】キセノンランプ中に含まれる水銀の封入量とランプの発光量との関係を示すグラフである。
【図６】ランプから照射されるパルス幅の種類と強度を示すグラフである。
【図７】図１に示す熱処理装置の制御回路の一例を示す回路図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る熱処理方法を示す図（その１）である。
【図９】本発明の実施の形態に係る熱処理方法を示す図（その２）である。
【図１０】図９に示すランプから照射された光の発光強度分布を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態に係る熱処理方法を示す図（その３）である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る熱処理方法を示す図（その４）である。
【図１３】光のパルス幅に対するガラス強度を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態に係る熱処理方法を示す図（その５）である。
【図１５】図１に示す熱処理装置から製造可能な半導体装置を示す上面図である。
【図１６】光の照射時間に対するａ−Ｓｉ膜の表面温度の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
１…基板  １ａ…ガラス基板  １ｂ…ＳｉＮＸ膜  １ｃ…ＳｉＯＸ膜  １ｄ…Ｓｉ膜  ２ａ，２ｂ，・・・，２ｉ…第１ランプ  ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…第２ランプ  ４ａ，４ｂ，・・・，４ｉ…第１反射鏡  ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…第２反射鏡  ６…ランプハウジング    ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…レンズ  ８…窓  １０…処理室  １１…ステージ  １２…ガス導入ポート  １３…ガス排気ポート    １４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…スリット  ２０…制御回路部  ２１…直流電源  ２２…電源スイッチ  ２３…逆Ｌ型回路  ２４…リアクタンス切換回路  ２５…放電部  ２６…トリガー回路  ２６…抵抗  ２７…ダイオード  ２８…抵抗  ２９…第２キャパシタ  ３０…第１スイッチ  ３１…第１コイル  ３２…第１キャパシタ  ３３…第２スイッチ  ３４…第２コイル  ４０…第２の光４１…第１の光  １００…被処理基板（半導体装置）  １０２Ａ，１０３Ｂ，１０４Ｃ，１０５Ｄ…画素部  １０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ…駆動回路部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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