(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含有するヘリウム雰囲気中に配置された半導体膜を、所定の温度に加熱しながら前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記ヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする半導体処理方法。
【請求項２】
酸素を含有するヘリウム雰囲気中に配置された半導体膜を、所定の温度に加熱しながら前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記ヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする半導体処理方法。
【請求項３】
水素と酸素とを含有するヘリウム雰囲気中に配置された半導体膜を、所定の温度に加熱しながら前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記ヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする半導体処理方法。
【請求項４】
第１のヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、水素又は酸素の少なくとも１つを含有する第２のヘリウム雰囲気中において、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記第２のヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする半導体処理方法。
【請求項５】
第１のヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、水素又は酸素の少なくとも１つを含有する第２のヘリウム雰囲気中において加熱しながら、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記第２のヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする半導体処理方法。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
前記第１のヘリウム雰囲気には、水素又は酸素の少なくとも１つが含有されていることを特徴とする半導体処理方法。
【請求項７】
水素又は酸素の少なくとも１つを含有するヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、前記ヘリウム雰囲気をプラズマ状態とした雰囲気中において、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射することを特徴とする半導体処理方法。
【請求項８】
水素又は酸素の少なくとも１つを含有するヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、前記ヘリウム雰囲気をプラズマ状態とした雰囲気中において加熱しながら、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射することを特徴とする半導体処理方法。
【請求項９】
水素を含有するヘリウム雰囲気中に配置された半導体膜を、所定の温度に加熱しながら前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記ヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項１０】
酸素を含有するヘリウム雰囲気中に配置された半導体膜を、所定の温度に加熱しながら前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記ヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項１１】
水素と酸素とを含有するヘリウム雰囲気中に配置された半導体膜を、所定の温度に加熱しながら前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記ヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項１２】
第１のヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、水素又は酸素の少なくとも１つを含有する第２のヘリウム雰囲気中において、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記第２のヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項１３】
第１のヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、水素又は酸素の少なくとも１つを含有する第２のヘリウム雰囲気中において加熱しながら、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射し、
前記第２のヘリウム雰囲気は、プラズマ状態であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３において、
前記第１のヘリウム雰囲気には、水素又は酸素の少なくとも１つが含有されていることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項１５】
水素又は酸素の少なくとも１つを含有するヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、前記ヘリウム雰囲気をプラズマ状態とした雰囲気中において、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項１６】
水素又は酸素の少なくとも１つを含有するヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して所定の温度に安定するまで加熱した後、
前記半導体膜を、前記ヘリウム雰囲気をプラズマ状態とした雰囲気中において加熱しながら、前記半導体膜の表面にレーザー光を照射することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、レーザー光の照射による各種アニールや表面変質を行う技術（一般にレーザープロセスと称される）に関する。特にレーザー光の照射による半導体材料に対するアニール技術に関する。例えば、レーザー光の照射によって非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変質させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、レーザー光の照射によって半導体膜、例えば非晶質珪素膜を結晶化させる技術が知られている。また、珪素膜に対する不純物イオンの注入の後にレーザー光を照射して、不純物イオンの注入によって損傷を受けた結晶構造を修復させたり、注入された不純物を活性化する技術が知られている。
【０００３】
レーザー光の照射によるアニール技術は、試料全体を高温に加熱することがなく、高いアニール効果が得られる。従って、近年アクティブマトリクス型のＬＣＤ装置を作製するために必要とされるガラス基板上への薄膜トランジスタの作製プロセスに利用されている。
【０００４】
ガラス基板上に薄膜トランジスタを作製する際には、ガラス基板が耐える温度範囲内でアニールを行う必要がある。レーザー照射によるアニールプロセスは、被照射面の表面を瞬間的に溶融させることによってアーニルが行われ、基板への熱ダメージはほとんどないものとすることができる。
【０００５】
従って、基板としてガラスを用いた場合のアニール技術としては最適なものの一つとなる。
【０００６】
またレーザープロセスの顕著な有意点として、プロセス時間が短いという特徴がある。
【０００７】
例えば、１０ｃｍ各のガラス基板上に成膜された非晶質珪素膜を加熱によって結晶化させる場合、６００℃の温度で１２〜２４時間以上必要とされる。（なおこの場合、ガラス基板への熱ダメージの問題が生じるがここではそれを無視する）
【０００８】
しかし、レーザー光の照射による方法では、数分間で非晶質珪素膜を結晶性珪素膜に変成することができる。
【０００９】
【発明が解決しよとする課題】
上述のようにレーザー光の照射によるアニール技術は、プロセスを低温化することができるという意味で有用である。しかし、本発明者らの研究によれば、ある程度の加熱を併用しないと、十分なアニール効果や再現性が得られないことが判明している。
【００１０】
このレーザー光の照射の際に必要とされる加熱の温度は、普通の珪素半導体を利用した半導体装置の作製プロセスで要求される８００℃〜９００℃以上というような高温ではなく、１００〜５００℃程度で充分なことが判明している。
【００１１】
一般にガラス基板は、６００℃程度まで充分に耐えることができるので、上記の加熱は特に問題となるものではない。
【００１２】
ここで問題となるのは、２００℃にしろ３００℃にしろ、試料（基板）を所定の温度にまで加熱し、さらの一定の温度に安定するには、数百秒以上（数分以上）の時間が必要とされるということである。
【００１３】
前述したようにレーザー光の照射によるプロセス時間は数分である。従って、加熱時間はそれと同じ位、またそれ以上の時間がかかるということになる。
【００１４】
大量生産を前提としたことを考えると、レーザープロセスにおける分単位のプロセス時間の短縮は、生産性を数十％の割合で高めることを意味する。
【００１５】
従って、上述のレーザープロセスにおける加熱時間の短縮は、工業的に重要な事項となる。
【００１６】
本明細書で開示する発明は、レーザープロセスにおける加熱時間を含め、レーザー処理工程を短縮できる技術を提供することを課題とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の構成は、
ヘリウム雰囲気中に半導体膜を配置して加熱した後に、前記半導体膜の表面に対してレーザー光を照射することを特徴とする。
【００１８】
ヘリウム雰囲気としては、ヘリウム、またはヘリウムと水素、またはヘリウムと酸素、またはヘリウム、水素、酸素の混合気体、またはこれらのプラズマ状態を用いることができる。
【００１９】
また、ヘリウム雰囲気で半導体膜を加熱した後、窒素等の他の雰囲気で、半導体膜の表面にレーザー照射を行ってもよい。
【００２０】
本発明の他の構成は、
水素を含有するヘリウム雰囲気中に配置された半導体膜を、所定の温度に加熱しながら前記半導体膜の表面にレーザー光を照射することを特徴とする。
【００２１】
特に水素を含有する雰囲気をフラズマ状態とすることは好ましい。またヘリウム雰囲気に酸素を含有させてもよい。
【００２２】
本発明の他の構成は、
半導体膜の表面を酸化雰囲気で処理した後に、ヘリウム雰囲気中にて前記半導体膜をレーザーアニールすることを特徴とする。
【００２３】
特にヘリウム雰囲気に水素を含有させることは好ましい。また水素を含有するヘリウム雰囲気を、プラズマ状態とすることは好ましい。
【００２４】
本明細書に開示する発明におけるレーザー光としては、連続発振レーザー、パルスレーザー等を用いることができる。特にパルス発振レーザーを用いることは好ましい。また半導体膜は特に非単結晶珪素膜に対して、エキシマレーザー等のパルス発振レーザーを用いることは極めて好ましい。
【００２５】
また、酸化雰囲気として、酸素またはオゾンまたはこれらの混合気体または酸素プラズマで構成することができる。
【００２６】
また、プラズマを発生させる手段としては、電磁エネルギー（一般的には高周波エネルギー）の供給による方法を利用することが好ましい。
【００２７】
【作用】
雰囲気をヘリウム雰囲気または水素とヘリウムの混合雰囲気として基板の昇温を行うことによって、基板の温度、即ち被照射面である珪素膜の温度が安定するまでの加熱時間を大きく短縮することができる。これは水素やヘリウムの熱電導率が窒素や酸素に比較して６〜７倍高いことに起因する。
【００２８】
そして、このことにより、レーザープロセスにかかる時間を大きく短縮することができる。
【００２９】
また珪素膜に対するアニール工程において、上記雰囲気に酸素を含有させることによって、レーザー光の照射時に珪素膜の表面に保護膜として機能する酸化膜を形成しつつアニールを行うことができ、膜表面の荒れを防ぐことができる。
【００３０】
また、上記酸素を含有した雰囲気において珪素膜に対するアニールを行うことで、半導体膜の表面に存在する有機物を酸素の作用によって分解除去することができ、アニール後に得られる珪素膜の膜質を高めることができる。
【００３１】
これは、レーザー光が照射される珪素膜表面近傍において、レーザー光のエネルギーによって雰囲気中の酸素が活性化あるいはオゾン化され、この活性化された酸素分子または酸素原子またはオゾンによって、珪素膜の表面に存在している有機物が分解除去されるからである。
【００３２】
また、ヘリウムに酸素または水素またはその両方を含有させた雰囲気中で、電磁エネルギー例えば高周波を印加してプラズマ状態とすることで、水素プラズマや酸素プラズマの作用をヘリウムプラズマにより助長させることができる。
【００３３】
特に、３００〜６００℃、さらに好ましくは３００〜３５０℃の加熱状態で水素プラズマ中でレーザアニールを行うことで、珪素膜の表面及び膜中に存在する欠陥や不対結合手の補償を行うことができる。すなわち、水素熱処理をレーザーアニールと同時に行うことができるため、レーザープロセスをより短縮できる。また、有機物の分解除去作用も奏する。
【００３４】
また、酸素プラズマにより、上記した酸素雰囲気における作用である、有機物の分解除去や酸化膜の形成を、より効率よく短時間で行うことができる。
【００３５】
また、ヘリウムに酸素や水素を含有させてプラズマを発生させると、寿命の長いプラズマ状態のヘリウムにより、酸素や水素の活性が助長され、上記酸素プラズマや水素プラズマの作用がより増大する。
【００３６】
【実施例】
〔実施例１〕
本実施例では、実際にレーザー光の照射が行われる装置内にガラス基板を搬入し、それから基板が所定の温度まで昇温される時間を計測した例を示す。
【００３７】
図１に装置内に基板を搬入してからの経過時間と基板温度との関係を示す。図１に示すデータを得るのに利用したレーザー照射装置の構成を図２に示す。なお図２に示す装置の詳細については実施例２で示す。
【００３８】
図１に示すデータは、雰囲気を窒素（Ｎ2 ）１００％雰囲気とヘリウム（Ｈe ）１００％雰囲気とにした場合、基板の加熱時間にどのような違いが出るかを調べたものである。なお、データの採取においては、基板の加熱条件と基板の種類は同じとし、雰囲気以外に条件に違いがないようにした。また雰囲気圧力は常圧として実験を行った。
【００３９】
図１から明らかなように、雰囲気としてヘリウムを用いた場合には、所定の温度（ここでは１６５℃）に安定するのに６００秒程度かかる。一方、雰囲気として窒素を用いた場合には、所定の温度に達するのに１０００秒程度かかる。
【００４０】
すなわち、ヘリウム雰囲気の方が窒素雰囲気より約４割程度加熱時間を短縮することができる。
【００４１】
窒素と酸素の熱電導率は、それぞれ２６０(10 -4Ｗｍ-1Ｋ-1) と２６７(10 -4Ｗｍ-1Ｋ-1) であるから、雰囲気を空気とした場合の状態は、窒素雰囲気とほぼ同じと仮定できる。従って、窒素雰囲気の代わりに雰囲気を空気とした場合も図１に示すデータと同様の結果が得られると推定される。
【００４２】
なお、ヘリウムの熱伝導率１４９９(10 -4Ｗｍ-1Ｋ-1) よりもさらに高い熱電導率を有する基体として、水素（熱電導率は１８１５(10 -4Ｗｍ-1Ｋ-1))を挙げることができる。しかし、水素は爆発限界の関係から、不活性雰囲気中においても３％以上混合することは危険であり、熱電導率に関係する作用を得ることは困難である。（この点ヘリウムは非常に安全である）
【００４３】
図１に示すデータは、常圧の場合であるが、減圧雰囲気とした場合はさらにその傾向が助長したものとなる。即ち、ヘリウムを用いることによる効果は減圧雰囲気の方が高いものとなる。
【００４４】
なお、図１において、ヒーターに密着というのは、ヒーターを有するステージ上に基板が配置された状態を示す。
【００４５】
〔実施例２〕
実施例２では、実施例１で示したデータを得るのに利用した、レーザー照射室の詳細を説明する。
【００４６】
図２にレーザー照射装置の断面の概要を示す。またその上面図を図３に示す。図２において、１０１はレーザー照射室である。レーザー照射室１０１は外部から遮蔽され、減圧状態に保つこともできる構成となっている。
【００４７】
レーザー光はレーザー照射装置１０２で発振され、光学系１１２により断面形状が線状に加工される。そしてミラー１０３で反射され、石英で構成された窓１０４を介して被処理基板４０１に照射される。
【００４８】
レーザー発振装置１０２としては、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するものを用いる。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を用いることができる。
【００４９】
被処理基板４０１は、台１０６上に設けられたステージ１１１上に配置され、台１０６内に設置されたヒーターによって、所定の温度（室温〜７００℃、好ましくは１００〜５００℃）に保たれる。
【００５０】
台１０６は、移動機構１０７によって、線状レーザー光の線方向に対して直角の方向に移動され、被処理基板４０１上面に対しレーザービームを走査しながら照射することを可能としている。
【００５１】
レーザー照射室１０１は、真空排気ポンプ１０８を備えており、必要に応じて内部を減圧状態または真空状態にすることができる。
【００５２】
レーザー照射室１０１は、気体供給部１０９を有している。気体供給部１０９は、図示しないガスボンベに接続されており、レーザー照射室内にヘリウムガスを供給する。
【００５３】
必要に応じて、酸素や他の不活性気体を導入するための別の気体供給部１１０を設けてもよい。
【００５４】
レーザー照射室１０１は、ゲイトバルブ５０１を有し、他の処理室との接続を可能なものとしている。また必要に応じて、ゲイトバルブ５０１を介して基板（試料）の出し入れを行うことができる構成となっている。
【００５５】
図２及び図３に示す装置は、雰囲気をオゾンを含有した雰囲気またはその減圧雰囲気とした状態で、基板４０１上の非単結晶半導体膜に対してレーザー光の照射を行うことができる。
【００５６】
このような構成により、ヘリウム雰囲気における加熱を行うことができ、試料を加熱し始めてから所定の温度に安定するまでの時間を、空気や窒素雰囲気に比較して６割程度に短縮てきる。
【００５７】
〔実施例３〕
本実施例は、実施例２に示したレーザー照射装置を用いてガラス基板上に薄膜トランジスタを作製する場合の例を示す。
【００５８】
図４に、実施例の作製工程を示す。まず、被処理基板４０１として１２７ｍｍ角のコーニング１７３７ガラス基板を用意する。
【００５９】
そして基板４０１上に下地膜としての酸化珪素膜４０２を２０００Åの厚さに成膜する。成膜方法は、プラズマＣＶＤ法を用いる。次に図示しない非晶質珪素膜を５００Åの厚さにプラズマＣＶＤ法により成膜する。
【００６０】
次に１０ｐｐｍ程度の酢酸ニッケル水溶液をスピンコート法により、非晶質珪素膜上に塗布し、ニッケル元素が非晶質珪素膜の表面に接して保持された状態とする。このニッケルを用いた結晶化技術の詳細については、特開平６−２４４１０４号に記載されている。
【００６１】
この状態において、６００℃、４時間の加熱処理を水素含有雰囲気（即ち還元雰囲気）中で行う。この加熱処理により、非晶質珪素膜は結晶化し結晶性珪素膜３０３（図４（Ａ））へと変成される。
【００６２】
なお、最終的に膜中に残留するニッケル元素の濃度は、１×１０15〜５×１０19原子／ｃｍ3 の範囲内に収まることが望ましい。
【００６３】
このようにして結晶性珪素膜４０３が得られる。次に得られた結晶性珪素膜４０３の結晶性をさらに高めるために、エキシマレーザーを用いてレーザーアニールを行う。
【００６４】
レーザーアニールは図２に示す装置を用いて行う。レーザーアニールを行うに当たっては、ヘリウム雰囲気とし、大気圧下で処理を行う。大気圧以下、例えば０．０２〜０．５Ｔｏｒｒとしてもよい。
【００６５】
ヘリウム雰囲気は、ヘリウム１００％の他、酸素（極力純度の高いものが望ましい）、水素、オゾン、または他の不活性気体との混合気体を用いてもよい。また、酸素、水素、オゾンのうちの少なくとも２種を、ヘリウムと混合させてもよい。
【００６６】
ここでは、ヘリウム８０％、酸素２０％の雰囲気とする。
【００６７】
ここで被処理基板４０１は、１００℃〜６００℃、例えば３５０℃の温度に加熱される。被処理基板４０１をステージに配置してから３５０℃に到達するまでに要する時間は、約１０００秒であった。
【００６８】
この状態において、結晶性珪素膜４０３の表面は、酸素により極薄い酸化珪素膜４０４が形成される。この酸化珪素膜４０４の膜厚は１０〜１００Å程度である。この酸化珪素膜４０４は、不純物がほとんど混入されない、極めて良質な膜である。
【００６９】
この状態でレーザー光の照射を行う。照射される線状レーザー光は、照射面上で幅０．３４ｍｍ×長さ１３５ｍｍの大きさを有する。エネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2 、例えば２６０ｍＪ／ｃｍ2 とする。
【００７０】
このレーザー光の照射は、図２の台１０６を２．５ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行う。こうすることで、線状レーザー光を走査させながら被照射面に照射することができる。
【００７１】
レーザーの発振周波数は２００Ｈｚとする。上記の条件でレーザー光の照射を行うと、照射面の一点において１０〜５０ショットのレーザー光が照射されることになる。
【００７２】
上記の工程においては、酸素がレーザー光によりオゾン化あるいは活性化され、オゾンや活性酸素の作用によって、結晶性珪素膜の表面に付着していた有機物を、揮発性酸化物として除去することができる。
【００７３】
また酸化珪素膜４０４は極めて薄いため、複数回のパルスレーザー照射によりほとんどが飛散してしまう。飛散した後に、雰囲気中の酸素により新たに極薄い酸化珪素膜が形成されることもある。
【００７４】
この酸化珪素膜４０４の形成に際しては、その膜中に珪素膜の表面に残存している有機物が取り込まれた状態となる。従って、レーザー光の照射によって酸化珪素膜が飛散してしまうことにより、有機物が珪素膜中に取り込まれることを抑制することができる。
【００７５】
また、レーザー光照射後に酸素の作用によって形成される極薄い酸化膜は、レーザー光の照射時に膜の内部から水素等が噴出して、膜の表面に凹凸が形成されてしまうことを防ぐ役割も有している。
【００７６】
レーザーアニールの終了後は、結晶性珪素膜４０３上面に酸化珪素膜が残ったり形成されたりし易い。そこで次の工程に移る前に、ＨＦ水溶液やＨＦとＨ2 Ｏ2 の混合水溶液で、結晶性珪素膜４０３の上面を還元させ、酸化珪素膜を除去することは好ましい。
【００７７】
このようにして結晶性珪素膜４０３に対し、ヘリウム雰囲気４２０中にてレーザーアニールが施され、その結晶性が向上される。（図４（Ｂ））
【００７８】
作製された結晶性珪素膜４０３は、結晶性、膜質の均質性、また移動度等の電気的特性いずれも優れたものとすることができる。
【００７９】
次に、レーザーアニールによってその結晶性が助長された結晶性珪素膜４０３を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する。まず結晶性珪素膜４０３をエッチングして、島状領域４０５を形成する。この島状領域４０５は後に薄膜トランジスタの活性層を構成することとなる。
【００８０】
次に、ゲイト絶縁膜４０６となる酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの厚さに成膜する。ここではこの酸化珪素膜を成膜するための原料ガスとして、ＴＥＯＳおよび酸素を用いる。
【００８１】
次に、ゲイト電極を作製する。ここではまず図示しないアルミニウム膜をスパッタ法により、６０００Åの厚さに成膜する。なおアルミニウム膜中にスカンジウムまたは珪素を０．１〜２重量％含有させる。そしてこのアルミニウム膜をエッチングして、ゲイト電極４０７を形成する。（図４（Ｃ））
【００８２】
次にソース／ドレイン領域を形成するための不純物イオンの注入を行う。ここではＮチャネル型のＴＦＴを作製するためにＰ（リン）イオンの注入をイオンドーピング法によって行う。
【００８３】
このリンイオンの注入は、ゲイト電極４０７をマスクとして行われる。ドーピング条件は、ドーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ3 ）を用い、加速電圧を８０ｋＶ、ドーズ量を１×１０15原子／ｃｍ2 として行う。また基板温度は室温とする。
【００８４】
このドーピング工程においては、自己整合的にチャネル形成領域４１０と、Ｎ型の不純物領域であるソース領域４０８、さらにドレイン領域４０９が形成される。（図４（Ｄ））
【００８５】
次に、ドーピングされた不純物を活性化するために、再び図１に示すレーザーアニール装置を用いて、線状レーザー光によりレーザーアニールを行う。ここで前記した条件のヘリウム／酸素雰囲気中でレーザーアニールを行う。
【００８６】
照射面におけるレーザー光のエネルギー密度は、１００ｍＪ／ｃｍ2 〜３５０ｍＪ／ｃｍ2 の範囲で行う。ここでは１６０ｍＪ／ｃｍ2 とする。
【００８７】
前述したように線状レーザービームを走査させながら照射を行う。このようにして被照射物の一点において２０〜４０ショットのレーザービームが照射されるようにする。
【００８８】
このレーザーアニールにより、不純物が活性化されると共に、先の不純物イオンの注入時における損傷がアニールされる。このレーザーアニールの終了後、窒素雰囲気中にて２時間、４５０℃の熱アニールを行う。（図４（Ｅ））
【００８９】
次に層間絶縁膜４１１として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で６０００Åの厚さに成膜する。
【００９０】
さらに層間絶縁膜４１１にコンタクトホールを形成し、金属材料、例えば、チタンとアルミニウムの多層膜でもってソース電極４１２とドレイン電極４１３を形成する。
【００９１】
最後に、１気圧の水素雰囲気で、２００〜３５０℃の熱アニール処理を行い図４（Ｆ）に示す薄膜トランジスタを完成させる。
【００９２】
このようにして、複数のＮおよび／またはＰチャネル型の結晶性ＴＦＴが形成される。これらのＴＦＴは、Ｎチャネル型で７０〜１２０ｃｍ2 ／Ｖｓ、Ｐチャネル型で６０〜９０ｃｍ2 ／Ｖｓの移動度を有する優れたものとすることができる。
【００９３】
〔比較例〕
ここでは、実施例３で示したレーザーアニール時の雰囲気を、ヘリウム以外の気体により構成した場合の例を示す。
【００９４】
ここでは、
（Ａ）空気
（Ｂ）酸素：窒素＝２０％：８０％
（Ｃ）窒素１００％
の３種類の雰囲気中でレーザー光の照射を行った場合の例を示す。なお雰囲気は大気圧とし、雰囲気以外の条件は実施例３と同じものとする。
【００９５】
それぞれの雰囲気での、被処理基板４０１がレーザー照射室のステージに配置されてから、所定の温度、ここでは３５０℃に到達して安定するまでに要する時間は、いずれも約１６００秒前後であった。
【００９６】
また、空気雰囲気中で作製された結晶性珪素膜は、実施例３に示すヘリウム／酸素雰囲気中で形成されたものに比べてやや低い結晶性を有する。また、結晶性が不均一なものとなる傾向が見られる。また移動度が低く、しかも膜面内において移動度のバラツキが大きい。さらに複数毎の基板を処理した場合、基板毎の膜特性のバラツキが大きい。
【００９７】
これらの原因は、基板表面の有機物が十分に除去されず、また空気中の不純物が膜中に混入するためと思われる。
【００９８】
酸素：窒素＝２０％：８０％雰囲気で得られる結晶性珪素膜は、空気雰囲気中に比較して、移動度は向上し、実施例３のヘリウム：酸素＝２０％：８０％とほぼ同等の特性が得られる。しかし、前述のように基板加熱時間は酸素／窒素雰囲気の方が長時間が必要となる。
【００９９】
また窒素１００％雰囲気では、膜全体の結晶性が低い。また移動度や膜質の面内均質性も低いものとなってしまう。
【０１００】
また、酸素を含有したヘリウム雰囲気または窒素雰囲気で形成された結晶性珪素膜は、他の雰囲気で作製されたものに比較して、同一エネルギー密度では高い結晶性が得られる。
【０１０１】
〔実施例４〕
実施例４は、実施例２に示すレーザー照射装置をマルチチャンバー方式の装置へと発展させた構成を示す。
【０１０２】
図５に、本実施例におけるレーザーアニール装置の上面図を示す。ここでは、図５に示すマルチチャンバー型のレーザーアニール装置を用いる。図５におけるＡ−Ａ’断面を示す図が図２に相当する。
【０１０３】
図５に示す装置は、ロード／アンロード室５０６とレーザー照射室１０１と予備加熱室５０８と徐冷室５１０とが、基板搬送室５０２を介して接続された構成となっている。
【０１０４】
各室は気密性を有しており、必要とする雰囲気や圧力にすることができる。また各室は、ゲイトバルブ５０１、５１１、５０９、５０７によって基板搬送室５０２と連結されている。
【０１０５】
図５に示す装置において、５０６はロード／アンロード室であり、処理せんとする基板（試料）の出し入れが行われる室である。処理せんとする基板は、ロード／アンロード室５０６に多数枚（例えば２０枚）が収納されたカセット毎搬入される。
【０１０６】
カセット毎搬入された基板は、基板搬送室５０２内に配置されたロボットアーム５０５により、一枚づつアライメント室５０３に移送される。
【０１０７】
アライメント室５０３には、被処理基板５０４とロボットアーム５０５との位置関係を修正するための、アライメント機構が配置されている。アライメント室５０３は、ロード／アンロード室５０６とゲイトバルブ５０７を介して接続されている。
【０１０８】
アライメント室５０３において位置調整がなされた基板５０４は、ロボットアーム５０５によって予備加熱室５０８に移送される。移送後はゲイトバルブ５０９を閉鎖し気密性を維持させる。なお、装置の動作中は全ての室を同じ圧力とし、各室間における基板の移送に際して圧力調整をしないで済むようにすることが望ましい。
【０１０９】
予備加熱室５０８においては、レーザーアニールされる基板を所定の温度まで予備的に加熱する。これはレーザー照射室１０１において基板加熱に要する時間を短縮させ、スループットの向上を図るためである。
【０１１０】
また、予備的に加熱させることで膜中の水素を離脱させ、レーザー光の照射による効果を高めるためでもある。この水素を離脱させる効果はアニールする膜として非晶質珪素膜を用いる場合に顕著なものとなる。
【０１１１】
予備加熱室５０８は、その内部が円筒状の石英で構成されている。円筒状の石英はヒーターで囲まれていて、その内部を加熱できる構成となっている。
【０１１２】
また予備加熱室５０８は、石英で構成された基板ホルダーを備えている。基板ホルダーには、基板が多数枚収容可能なサセプターが備えられている。基板ホルダーは、エレベーターにより上下される。また予備加熱室５０８と、基板搬送室５０２とは、ゲイトバルブ５０９によって連結されている。
【０１１３】
また、予備加熱室５０８内に、気体供給部や、排気用の真空ポンプを設けて、基板ホルダー内をヘリウム雰囲気として、基板を予備加熱することは極めて有効である。
【０１１４】
予備加熱をヘリウム雰囲気で行うことで、
▲１▼予備加熱時間が空気雰囲気より短くなる。
▲２▼空気雰囲気での珪素膜上面の酸化膜形成を防ぎ、空気中の不純物が膜中に混入されない。
といった効果が得られる。
【０１１５】
予備加熱室５０８において、所定の時間予熱された基板は、ロボットアーム５０５によって基板搬送室５０２に引き戻され、アライメント室５０３にて再度アライメント調整がなされる。そしてロボットアーム５０５によって、レーザー照射室１０１に移送される。
【０１１６】
レーザー照射終了後、被処理基板５０４はロボットアーム５０５によって基板搬送室５０２に引き出され、徐冷室５１０に移送される。
【０１１７】
徐冷室５１０は、ゲイトバルブ５１１を介して、基板搬送室５０２と接続されており、石英製のステージ上に配置された被処理基板が、ランプ、反射板からの赤外光を浴びながら、徐々に冷却される。
【０１１８】
徐冷室５１０で徐冷された被処理基板は、ロボットアーム５０５によって、ロード／アンロード室５０６に移送され、カセット５１２に収納される。
【０１１９】
こうして、１枚の基板に対するレーザーアニール工程が実施される。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理が行われる。
【０１２０】
図５に示すレーザーアニール装置において、レーザー照射室や予備加熱室のみならず、ロード／アンロード室、基板搬送室、徐冷室にもヘリウムガスを供給して、ヘリウム雰囲気とすることは有効である。このようにすると被処理基板が空気に触れることがなくなり、珪素膜中に空気中の不純物が混入することを防ぐことができる。
【０１２１】
〔実施例５〕
本実施例は、非晶質珪素膜に対してレーザーアニールを施し、結晶性珪素膜を得る構成に関する。本実施例においても実施例３と同様に、図２に示すレーザー照射装置を用いる。
【０１２２】
まず、基板として１２７ｍｍ角、１．１ｍｍ厚のコーニング１７３７基板を用意する。この基板上にプラズマＣＶＤ法により酸化珪素膜を２０００Åの厚さに形成し、下地膜とする。
【０１２３】
さらに公知のプラズマＣＶＤ法で非晶質珪素膜を５００Åの厚さに形成する。その後、この基板をレーザー照射室１０１（図２）内に配置する。
【０１２４】
基板が置かれたレーザー照射室１０１に、ヘリウム８０％、酸素２０％の混合気体を気体供給部１０９より導入する。レーザー照射室１０１内の圧力を大気圧、または減圧下例えば０．０２〜０．５Ｔｏｒｒに保つ。なお基板の加熱温度は１００〜６００℃例えば３５０℃とする。
【０１２５】
すると、雰囲気中の酸素により、基板上の非晶質珪素膜はその表面が酸化され、１０〜１００Åの酸化珪素膜が形成される。
【０１２６】
同時に、非晶質珪素膜表面に付着した有機物は活性化またはオゾン化した酸素により揮発性酸化物となって除去される。
【０１２７】
レーザー照射室１０１内をヘリウム雰囲気とした状態で、台１０６を移動させながら、線状レーザー光を非晶質珪素膜に照射する。
【０１２８】
線状レーザー光は、照射面上で、幅０．３４ｍｍ×長さ１３５ｍｍの大きさを有する。エネルギー密度は、１００ｍＪ／ｃｍ2 〜４００ｍＪ／ｃｍ2 、例えば２００ｍＪ／ｃｍ2 とする。台１０６を２．５ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザー光を走査させる。レーザーの発振周波数は２００Ｈｚとする。
【０１２９】
この場合、照射面の一点に注目すると、１０〜５０ショットのレーザー光が照射される。
【０１３０】
このようにして、ヘリウム／酸素雰囲気中で線状レーザー光を走査して照射することにより、非晶質珪素膜は結晶化され、結晶性珪素膜となる。
【０１３１】
作製された結晶性珪素膜は、清浄な膜質を有し、かつ、結晶性、膜の均質性に優れたものとすることができる。
【０１３２】
〔実施例６〕
本実施例は、ヘリウム雰囲気でプラズマ発生させ、このプラズマ雰囲気中にてレーザーアニールを行う例を示す。
【０１３３】
実施例６で使用するレーザーアニール装置の断面図を図６に示す。図６の上面図を図７に示す。図６、図７において、図２、図３と同じものは、同符号で示す。
【０１３４】
レーザー照射室１０１に対して気体供給部１１０から、ヘリウム、水素、酸素の混合気体を供給する。各気体の混合比は必要に応じて適宜設定する。ここでは、ヘリウム７７％、水素３％、酸素２０％とした。レーザー照射室１０１内の圧力は、真空排気ポンプ１０８により０．０２〜０．０３Ｔｏｒｒに保たれる。また、予備加熱室、徐冷室、基板搬送室も同様に減圧される。
【０１３５】
実施例３と同様にして非晶質珪素膜が形成された被処理基板４０１を、レーザー照射室１０１内のステージ上に配置する。すると基板は台１０６内に配設されたヒーターにより加熱され、所定の温度、例えば３５０℃に到達する。
【０１３６】
被処理基板４０１を、予備加熱をせずにレーザー照射室内にて加熱した場合、約１０００秒で３５０℃まで加熱される。
【０１３７】
このとき、雰囲気中の酸素の作用により、基板上の非晶質珪素膜はその表面が酸化され、１０〜１００Åの薄い酸化珪素膜が形成される。
【０１３８】
次に、一対の電極６０１に、高周波電源６０２から高周波エネルギー（13.56 ＭＨｚ）を４００Ｗの出力で印加する。すると、ヘリウム、酸素、水素いずれもプラズマにより活性化される。特に活性化されたヘリウムは、活性状態が比較的長く保たれるため、この影響で酸素や水素の活性も助長される。
【０１３９】
酸素プラズマの作用により、基板表面に付着した有機物は、衝撃により分離され、揮発性酸化物となって除去される。または、残存した有機物が薄い酸化珪素膜中に取り込まれる。
【０１４０】
また水素プラズマも有機物除去作用を有している。酸素プラズマと水素プラズマとが除去作用をする対象は、異なる炭素の結合を有した有機物である。したがって、酸素プラズマと水素プラズマを形成することで、被処理基板の表面に存在する有機物の除去をより効果的に行うことができる。
【０１４１】
また、レーザー光の照射の際に、３００℃〜６００℃、特に好ましくは３００〜３５０℃程度の加熱を行うことで、レーザー光の照射によるアニール効果を助長するとともに、水素プラスマによる水素熱処理も同時に行うことができる。これは、珪素膜の表面及び膜中に存在する欠陥や不対結合手を補償する作用を奏する。
【０１４２】
さらに、図６においては、一対の電極６０１がレーザー照射室の側面とほぼ同じ大きさで設けられているため、プラズマはレーザー照射室内全体に形成される。したがって、酸素および水素のプラズマの作用により、レーザー照射室の内部に付着した有機物を除去し、クリーニングできる。
【０１４３】
また、上記の酸素プラスマ、水素プラズマの種々の作用は、プラズマ状態のヘリウムにより、それぞれ助長される。
【０１４４】
上記工程において、被処理基板の加熱を予備加熱室で行なって、被処理基板をレーザー照射時の加熱温度または加熱温度に近い温度に昇温させておくと、レーザー照射室内に基板を配置してからレーザー照射が可能となるまでの時間が大幅に短縮される。予備加熱の温度は、必要に応じてレーザー照射時の加熱温度に対して高くしたり低くしたりする。
【０１４５】
この場合、予備加熱室での加熱をヘリウム雰囲気で行っておくと、予備加熱中に空気雰囲気による酸化膜が珪素膜上面に形成されないため、レーザーアニール後の珪素膜に空気中の不純物が混入することを防ぐことができる。
【０１４６】
また、工程の順序を、初めにレーザー照射室内に酸素、水素、ヘリウム混合雰囲気のプラズマを形成しておき、その状態のレーザー照射室内に予備加熱された被処理基板を搬入してレーザー処理を行うようにしてもよい。このようにすると、レーザー照射室内での基板加熱時間の短縮に加え、酸素プラズマの酸化作用により、数秒〜数１０秒という極めて短い時間で珪素膜上に薄い酸化珪素膜を形成させてレーザー照射を行うことができる。したがって、レーザー照射工程をさらに短縮できる。
【０１４７】
実施例６で示した工程は、ヘリウムと、水素または酸素の何れか一方のみとの混合気体で行ってもよいことはいうまでもない。
【０１４８】
〔実施例７〕
本実施例は、１つのレーザー照射室内において、ヘリウム雰囲気で昇温し、酸化雰囲気に曝しながらレーザー照射を行う構成であって、ヘリウム雰囲気に混入する酸化気体の量を極力少なくして、ヘリウム雰囲気の熱伝導率の低下を極力少なくする構成に関する。
【０１４９】
図８に本実施例で示すレーザー照射装置の横断面図を示す。図９には図８の上面図を示す。図８、図９において、図２および図３と同一部分を表示する場合には同符号を用いている。
【０１５０】
図８、図９において、レーザー照射室１０１内に、気体供給部１０９よりヘリウムが供給され、１００％ヘリウム雰囲気が形成される。
【０１５１】
レーザー照射室１０１内には、フード８０１が線状レーザー光照射位置８０２の周囲近傍を囲んで設けられている。
【０１５２】
このレーザー照射室内に被処理基板４０１が配置され、被処理基板はヘリウム雰囲気中で所定の温度まで高速に加熱される。
【０１５３】
被処理基板の加熱終了後、フード８０１内に、気体供給部８０３より酸化気体として、オゾンまたはオゾン含有気体としてオゾン／酸素混合気体、または酸素が供給される。この構成により酸化気体が、被処理基板上のレーザー光照射位置８０２の近傍にのみ供給され、部分的に酸化雰囲気を形成する。
【０１５４】
酸化雰囲気の作用により、被処理基板上の有機物が酸化除去される。また、被処理基板上の珪素膜上面に１００Å以下の厚さの酸化珪素膜が形成される。この薄い酸化珪素膜が形成された状態でレーザーアニールを行うことで、アニール後の結晶性珪素膜の結晶性や均質性が向上する。
【０１５５】
被処理基板が酸化気体に曝される時間は、基板移動方向に対するフード８０１内部の大きさと台１０６の移動速度で制御できる。
【０１５６】
レーザー照射工程が終了したら、フード８０１内への酸化気体の供給を停止する。
【０１５７】
実施例７に示す構成においては、レーザー照射室内は、真空排気ポンプ１０８により、レーザー照射中または照射後に、所定の圧力を保ちながら排気される。そして、ヘリウムは常にまたは必要に応じてレーザー照射室内に供給される。
【０１５８】
他方、フードにより基板表面近傍に極微量の酸化気体が供給され、部分的にのみ酸化雰囲気を形成する。酸化気体の供給量は、ヘリウムの供給量よりはるかに少ない量で充分である。
【０１５９】
このことにより、酸化気体により被処理基板上面を処理しているにもかかわらず、レーザー照射室内のヘリウム雰囲気への酸化気体の混入量を極めて少なくすることが可能となる。
【０１６０】
その結果、１つの被処理基板の処理を終了してレーザー照射室から取り出して、その直後に、次に処理する被処理基板をレーザー照射室内に搬送しても、ヘリウム雰囲気は１００％近いヘリウム濃度で維持されている。したがって、酸化雰囲気によるレーザーアニールの効果を充分に得ながら、ヘリウム雰囲気による高速な昇温という効果を最大限に得ることできる。これにより複数基板を連続的に処理する場合において、高いスループットを得ることができる。
【０１６１】
実施例７の構成においては、フード８０１内にオゾンを含まない純酸素のみを供給して、紫外光であるレーザー光を照射することで、フード内の酸素をオゾン化し、被処理基板上面にオゾンを供給することも可能である。特に、フード８０１の内部を、線幅が数ｍｍの線状レーザー光の周囲を囲む程度の小さい面積とすれば、レーザー照射によりフード内部の酸素は十分にオゾン化される。このようにすると、オゾン生成するための装置を不要とすることもできる。
【０１６２】
図８、図９に示すレーザー照射室の構成において、オゾンやオゾン含有気体をフード８０１の上方から下方に向けて流れるように供給することで、レーザー照射により被処理基板から飛翔する有機物や無機物がレーザー照射窓１０４に付着することも防ぐことができる。加えて、フードの下端が被処理基板上面から数ｍｍ程度と近接していれば、有機物や無機物のフード外部への飛翔が妨げられる。したがって、レーザー照射室内の洗浄工程も不要となる。
【０１６３】
〔実施例８〕
実施例８では、被処理基板を酸化雰囲気で処理した後、ヘリウム雰囲気でレーザー光の照射を行うための、他の構成に関する。
【０１６４】
まず、１つの処理室内において、被処理基板上面を、酸素、オゾンやオゾン含有気体、あるいは酸素プラズマで酸化処理して、有機物の除去、薄い酸化膜の形成を行なう。
【０１６５】
次に、清浄な雰囲気を維持したまま被処理基板をレーザー照射室に搬送し、ヘリウム雰囲気でレーザー照射を行う。
【０１６６】
酸化処理する工程を、レーザー照射とは別の容器内で行う場合、被処理基板を外気に曝さないようにし、清浄な雰囲気を維持する機能が必要となる。
【０１６７】
例えば、酸化処理室とレーザー照射室とを、ゲイトバルブを介して接続する、いわゆるマルチチャンバー構成とする必要がある。基板を移動する際の室間の清浄な雰囲気をヘリウム雰囲気とすると、レーザー照射室内に基板搬入直後からヘリウム雰囲気による高速な昇温が可能となるため、好ましい。
【０１６８】
この場合、レーザー照射時の雰囲気をヘリウムに水素または水素と酸素を含有した雰囲気、またはそれらのプラズマ雰囲気とすると、水素熱処理も同時に行うことができる。またこの場合は、基板を３００〜６００℃程度、特に好ましくは、３００〜３５０℃に加熱することが重要となる。
【０１６９】
〔実施例９〕
実施例９では、実施例８で示した被処理基板の被照射部を酸化処理し、その後にレーザー光の照射を行う工程を、レーザー照射室内で行う構成を示す。
【０１７０】
図１０に本実施例で示す装置の断面図を示す。また図１１に上面図を示す。図１０、図１１において、図２および図３と同一部分を表示する場合には同符号を用いている。
【０１７１】
図１０、図１１に示すように、フード１００１は、レーザー光が走査されて照射される位置の手前側に配置されている。即ち、移動機構１０７により搬送される基板の、フード１００１下部を通過した領域にレーザー光照射位置１００２がある構成となっている。
【０１７２】
フード１００１には、実施例７と同様に、酸化気体として、オゾンまたはオゾン含有気体例えばオゾンと酸素との混合気体、あるいは酸素が、気体供給部１００３より供給される。
【０１７３】
また、気体供給部１０９、１１０より、ヘリウムや水素が供給され、レーザー照射室内はヘリウム雰囲気となる。
【０１７４】
このような構成とすると、レーザー照射室内に搬入された被処理基板は、ヘリウム雰囲気の作用により高速に昇温され、所定の温度となる。
【０１７５】
被処理基板の加熱終了後、フード１００１内に、気体供給部１００３よりオゾン等の酸化気体が供給される。すると、被処理基板上のレーザー光が照射される前の領域に、部分的に酸化雰囲気が形成される。
【０１７６】
被処理基板上面は、まずフード１００１下で酸化処理されて、有機物が除去され、薄い酸化珪素膜が形成される。この酸化処理された領域に対して、ヘリウム雰囲気またはヘリウムと水素、あるいは他の気体との混合雰囲気中にてレーザー光が照射されるものとすることができる。
【０１７７】
この場合、基板移動方向に対するフード１００１内部の大きさと台１０６の移動速度で、被処理基板がオゾンに曝される時間を制御することができる。
【０１７８】
実施例９の構成は、実施例７と同様に、酸化処理を行いつつ、ヘリウム雰囲気の作用による高速な昇温を、複数枚の基板の処理にわたっても同様に行なうことができ、高品質な結晶性珪素膜を高いスループットで得ることができる。
【０１７９】
さらにヘリウムに水素を混入して、３００〜６００℃、好ましく３００〜３５０℃で加熱することで、水素熱処理をも同時に行なうことができ、より高いスループットを実現し、作製工程を短縮化できる。
【０１８０】
〔実施例１０〕
実施例１０では、レーザーアニール時の試料加熱方法の他の構成を示す。
図１２に本実施例で示す装置の断面図を示す。また図１３に図１２の上面図を示す。図１２、図１３において、図２および図３と同一部分を表示する場合には同符号を用いている。
【０１８１】
実施例１０では、図１２、図１３に示すように、ヘリウム雰囲気中において、試料である基板４０１をステージ１１１上のピン１２０１で支えることにより、基板４０１をステージ１１１上面には密着させず、ステージ１１１上面から浮かせて配置する。すると、台１０６内に設けられたヒーターで基板とステージとの間のヘリウムまたはヘリウムと他の気体との混合気体が加熱される。そして、加熱された気体により基板３０１が加熱される。
【０１８２】
このように、基板をヒータに対して所定の間隙を有して配置し、基板の加熱を気体を介して行う。このようにすることで、基板における熱の拡散が均一化され、基板面内の温度分布をより均一なものとすることができる。その結果、レーザーアニール後に得られる結晶性珪素膜の面内均質性を、向上させることができる。
【０１８３】
この構成では、気体の比熱が高いと好ましい結果が得られる。したがって比熱の高いヘリウムによる雰囲気は、極めて好ましい。
【０１８４】
基板４０１とステージ１１１との間隙は、０．１〜５．０ｍｍ程度、好ましくは０．５〜２．０ｍｍ程度とする。この間隔により、加熱効率が向上する。この間隔が広くなりすぎると、加熱効率が低下するので注意が必要である。
【０１８５】
ここでは、基板４０１をピンで支える構成を図２、図３に対応する例で示したが、他の図６〜図１１に対応する構成においても実施できることは明らかである。
【０１８６】
〔実施例１１〕
本実施例は、基板搬入直後の加熱時のみをヘリウム雰囲気とし、レーザー照射時は他の雰囲気とする構成に関する。
【０１８７】
基板加熱時の雰囲気をヘリウム雰囲気として、高速に昇温し、かつレーザ照射時の雰囲気をヘリウム以外、例えば窒素または窒素に酸素や水素が混入された雰囲気が要求される場合もある。窒素雰囲気でレーザーアニールすることにより、ヘリウム雰囲気に比較してレーザー照射による膜表面のリッジ（荒れ）が少なくなるという効果がある。
【０１８８】
このような場合、例えば図２に示す装置を用いて、気体供給部１０９よりヘリウムを導入してヘリウム雰囲気とし、高速に昇温して基板加熱温度を所定の温度に安定させる。その後、あるいは一度レーザ照射室内を減圧状態としてから気体供給部１１０より窒素等の気体を導入すれば、実現は可能である。
【０１８９】
このとき、気体の導入によって基板温度が低下しないように、導入される気体やレーザー照射室内をある程度加熱しておく必要がある。
【０１９０】
他方、気体の排気、供給は、レーザー照射室の容積にもよるが、速くても数分〜１０数分の時間を要する。特に、基板を連続して処理する場合、基板１枚毎に雰囲気を入れ換えていては、ヘリウム雰囲気による高速昇温のメリットが薄れてしまう。
【０１９１】
そこで、被処理基板の加熱を行う領域とレーザー照射を行う領域で、あらかじめ異なる雰囲気を形成し、双方の雰囲気間を被処理基板が移動するような構成とする。
【０１９２】
図１４に本実施例で示すレーザー照射装置の横断面図を示す。図１４において、図２と同一部分を表示する場合には同符号を用いている。
【０１９３】
図１４のレーザー照射装置は、被処理基板の加熱を行う加熱室１４０１とレーザー照射室１４０２間に、シャッター１４０３が設けられている。すなわち、加熱室とレーザー照射室が隣接して設けられている。
【０１９４】
昇降手段１４０８は、被処理基板４０１を、加熱室１４０１とレーザー照射室との間を移動させる。
【０１９５】
シャッター１４０３が閉じているときは、加熱室１４０１とレーザー照射室１４０２とで、双方の雰囲気が極力混じらないように、互いに隔てられている。
【０１９６】
ステージ１１１は、加熱室へ基板が搬入される前は、ヒータを内部に有する台１０６と共に昇降手段１４０８によって加熱室１４０１内に配置されている。
【０１９７】
加熱室１４０１は、気体供給部１４０４からヘリウムが導入され、ヘリウム雰囲気となる。また加熱室１４０１内は真空排気ポンプ１４０５により、大気圧または減圧、例えば０．０２〜０．５Ｔｏｒｒの所定の圧力に維持される。
【０１９８】
また、レーザー照射室１４０２は、気体供給部１４０４からレーザー照射用雰囲気、例えば、窒素、酸素、水素の混合気体が導入される。
【０１９９】
レーザー照射室１４０２内の雰囲気を、窒素と酸素の混合雰囲気とする場合、酸素は５〜５０％（大気圧）程度含有されていることが好ましい。５％以下では酸素を加えることによる結晶性の向上や有機物の除去等の効果は得づらくなる。また５０％以上になると、窒素雰囲気を用いるメリットが薄れる。
【０２００】
窒素と水素の混合雰囲気とする場合、水素は３％またはそれ以下含有されていることが好ましい。水素が３％を越えると爆発する可能性がある。
【０２０１】
窒素、水素、酸素の混合気体とする場合、窒素に対する水素と酸素を合わせた気体の割合は３〜５０％程度が好ましい。３％以下では混合の効果が得られず、５０％以上では窒素雰囲気を用いるメリットが薄れる。またこのとき水素は酸素の０．１〜１０％程度が好ましい。０．１％以下では水素を含有することの効果が得られず、また１０％を越えると爆発の危険がある。
【０２０２】
またレーザー照射室１４０２内は真空排気ポンプ１４０７により、大気圧または減圧、例えば０．０２〜０．５Ｔｏｒｒの所定の圧力に維持される。
【０２０３】
まず、被処理基板４０１は、基板搬送室からゲイトバルブ５０１を介して搬送され、加熱室１４０１内のステージ１１１上に配置される。
【０２０４】
ゲイトバルブ５０１を閉じた後、被処理基板４０１は台１０６内のヒータにより加熱され、ヘリウム雰囲気の作用により高速に昇温され、所定温度に安定する。
【０２０５】
次に、シャッター１４０３を開けて、所定温度に安定した被処理基板４０１、およびステージ１１１、台１０６を、昇降手段１４０８によりレーザー照射室１４０２に移動する。ここでは台１０６は、移動手段１０７に固定され、水平方向の移動を可能とする。シャッター１４０３は、被処理基板のレーザー照射室内に移動後、直ちに閉じられる。
【０２０６】
なお、レーザー照射室内の雰囲気を予め加熱しておき、レーザー照射室内に移動されてきた基板の温度を下げないようにすることは好ましい。
【０２０７】
台１０６は、レーザー照射室１４０２内で移動手段１０７により所定の速度で移動する。そして台１０６、ステージ１１１上の被処理基板４０１に対して、酸素、水素を含有した窒素雰囲気中にて線状レーザービームによるアニールが行われる。
【０２０８】
レーザーアニールが終了後、台１０６は加熱室の下部に移動する。そしてシャッター１４０３を開けて、被処理基板を載せた台１０６を昇降手段１４０８により再びヘリウム雰囲気の加熱室１４０１へ移動し、シャッターを閉じる。その後、ゲイトバルブ５０１を介して基板搬送室に移動する。
【０２０９】
このような構成とすることにより、ヘリウム雰囲気で基板を加熱昇温し、窒素雰囲気でレーザーアニールする工程を、より短時間で行うことができる。そして、ヘリウム雰囲気での高速昇温によるスループットの向上と、ヘリウム以外の雰囲気でのレーザーアニールによる優れた膜質を、共に得ることができる。
【０２１０】
なお、ここでは加熱室をレーザー照射室の上に設け、基板の加熱室とレーザー照射室間の移動手段として昇降手段を用いた構成を示した。しかし、加熱室をシャッターを介してレーザー照射室の側部に設け、基板（および台、ステージ）を水平方向に移動させてもよい。また、ロボットアーム等を用いて、加熱室とレーザー照射室間で基板のみを搬送してもよい。
【０２１１】
上記した、加熱室とレーザー照射室がシャッターを介して隣接する構成においては、加熱室とレーザ照射室間で、台、ステージ、基板の移動により、両室の雰囲気が若干混合する場合がある。
【０２１２】
これを防ぐための方法として、基板を加熱室からレーザー照射室へ移動する場合には、気体の供給量や排気量を制御して、レーザー照射室内の圧力を加熱室内の圧力より高く設定する。同様に、基板をレーザー照射室から加熱室へ移動する場合には、加熱室の圧力をレーザー照射室の圧力より高く設定する。これにより、移動先の室内へ、移動前の室の雰囲気が混入することを防ぐことができる。
【０２１３】
この場合、移動前の室には移動先の室の雰囲気が若干混入する。しかし、シャッターを閉じている間に、移動前の室、すなわち現在基板が配置されていない室において、雰囲気を構成する気体が新たに供給されることにより雰囲気を維持することができる。
【０２１４】
他の方法としては、レーザー照射室と加熱室との間に、開閉可能なシャッターで両室から隔てられたバッファ室を設ける方法がある。すなわち、基板を一方の室から他方の室への移動するに際し、一旦バッファ室に基板（およびステージ、台）を移動してシャッターを閉じ、バッファ室内を双方の室の雰囲気から遮蔽する。
【０２１５】
バッファ室内に基板を載せた台が移動することにより、移動前の室の雰囲気がバッファ室内に混入する。バッファ室内は予め移動先の室の雰囲気と同じ雰囲気としておいてもよい。
【０２１６】
ここで、バッファ室内の雰囲気を、移動先の室と同じ雰囲気となるように、気体をバッファ室内へ導入する。このとき、真空排気ポンプで排気しながら圧力を制御する。
【０２１７】
このようにしてバッファ室内の雰囲気が移動先の室の雰囲気と同雰囲気となったら、移動先の側のシャッターを開けて、基板を載せた台を、移動先の室内へ移動する。その後シャッターを閉じる。
【０２１８】
このようにすると、レーザー照射室と加熱室との間での基板の移動による雰囲気の混合を完全に防ぐことができる。
【０２１９】
本実施例において、レーザー処理前の基板とレーザー処理後の基板を、同一室（加熱室１４０１）を介してレーザー照射装置と基板搬送室間を移送する構成とした。このようにすると装置構成は簡単であるが、レーザー処理終了後に、基板を一旦加熱室に戻してから基板搬送室に搬送させるため、加熱室から基板が搬送されないと、新たに処理する基板を搬入することができない。
【０２２０】
そこで、レーザー処理前の基板とレーザー処理後の基板とが配置される室を異ならせて、基板の搬出と搬入を異なる部屋で行ってもよい。すなわち、これからレーザー処理される基板をヘリウム雰囲気の第１の室内に配置して高速昇温して加熱し、レーザー照射室内でレーザ処理する。そして処理の終了した基板をヘリウムまたは他の雰囲気の第２の室内に配置し、その後基板を基板搬送室へ搬出する構成としてもよい。
【０２２１】
このようにすることで、１つの被処理基板をレーザー照射室で処理している間に、次の基板を加熱しておくことができ、スループットが更に向上する。
【０２２２】
本実施例において、レーザー照射室の構成として、本明細書の他の実施例に示す他のレーザー照射室の構成を使用することも可能である。
【０２２３】
【発明の効果】
レーザー光の照射による半導体膜に対するアニール工程を、ヘリウム雰囲気で行うことにより、半導体膜あるいは半導体膜が設けられた基板の加熱昇温時間を短縮し、スループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  装置内に基板を搬入してからの経過時間と基板温度との関係を示す図。
【図２】  実施例におけるレーザー照射室を示す図。
【図３】  図２の上面図。
【図４】  実施例の作製工程を示す図。
【図５】  実施例におけるレーザーアニール装置の上面図。
【図６】  レーザー照射装置の例の横断面図。
【図７】  図６の上面図。
【図８】  レーザー照射装置の例の横断面図。
【図９】  図８の上面図。
【図１０】レーザー照射装置の例の横断面図。
【図１１】図１０の上面図。
【図１２】レーザー照射装置の例の横断面図。
【図１３】図１２の上面図。
【図１４】レーザー照射装置の例の横断面図。
【符号の説明】
１０１              レーザー照射室
１０２              レーザー発振装置
１０３              ミラー
１０４              窓
１０６              台
１０７              移動機構
１０８              真空排気ポンプ
１０９、１１０      気体供給部
１１１              ステージ
１１２              光学系
４０１              基板
４０２              酸化珪素膜（下地膜）
４０３              結晶化珪素膜
４０４              酸化珪素膜
４０５              島状領域
４０６              ゲイト絶縁膜
４０７              ゲイト電極
４０８              ソース
４０９              ドレイン
４１０              チャネル形成領域
４１１              層間絶縁膜
４１２              ソース電極・配線
４１３              ドレイン電極・配線
４２０              ヘリウム雰囲気
５０１              ゲイトバルブ
５０２              基板搬送室
５０３              アライメント室
５０４              基板
５０５              ロボットアーム
５０６              ロード／アンロード室
５０７              ゲイトバルブ
５０８              予備加熱室
５０９              ゲイトバルブ
５１０              徐冷室
５１１              ゲイトバルブ
５１２              カセット
６０１              一対の電極
６０２              高周波電源
８０１              フード
８０２              レーザー光照射位置
８０３              気体供給部
１００１              フード
１００２              レーザー光照射位置
１００３              気体供給部
１２０１              ピン
１４０１              加熱室
１４０２              レーザー照射室
１４０３              シャッター
１４０４、１４０６    気体供給部
１４０５、１４０７    真空排気ポンプ
１４０８              昇降手段
【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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