(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー照射室に搬入された基板上に成膜された半導体膜または半導体基板に対して、レーザー光導入窓を介してレーザー光を照射して結晶化処理又はアニール処理を行う半導体装置の製造方法であって、
前記レーザー照射室に隣接し、レーザー光導入窓を有する真空調整室を前記レーザー照射室から隔離し、隔離後の前記真空調整室の気圧を調整する工程と、
当該気圧の調整後に、前記レーザー光導入窓を２つのクリーニング室のいずれか一方に移動させる共に、前記真空調整室と前記一方のクリーニング室でそれぞれの密閉空間を形成する工程と、
前記密閉空間を形成する工程の後に、前記真空調整室の気圧を前記レーザー照射室の気圧と略同一になるように調整し、前記真空調整室と前記レーザー照射室を連通する工程と、
連通後の前記真空調整室のレーザー光導入窓を介して、前記半導体膜の結晶化処理又はアニール処理と、前記クリーニング室のいずれか一方に移動した前記レーザー光導入窓のクリーニングとを並行して行うこと、
を特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記真空調整室を前記レーザー照射室内から隔離した状態で、前記基板の前記レーザー照射室からの搬出、および、前記基板の前記レーザー照射室への搬入を行うこと、
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体膜にレーザー光を照射して前記半導体膜の結晶化処理またはアニール処理を行う半導体製造装置において、
レーザー照射室に隣接しレーザー光導入窓を有する真空調整室と、
当該真空調整室の両側に隣接設置され、前記レーザー光導入窓のクリーニングを行う二つのクリーニング室と、
前記真空調整室および前記二つのクリーニング室の間を移動可能としたレーザー光導入窓およびその移動手段を有すること、
を特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に半導体膜にレーザーを照射して溶融、再結晶化させるプロセスを含む半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）等の半導体膜を有する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと称す）である多結晶シリコンＴＦＴは、高移動度化が可能でありながらガラス基板のように透明で絶縁性の基板上に作製できるという特徴を生かして、液晶表示装置（ＬＣＤ）や液晶プロジェクタ等の光変調素子あるいは液晶駆動用内蔵ドライバーの構成素子として広く用いられている。
【０００３】
電界効果型トランジスタであるＴＦＴの性能は、当然のことながらゲート絶縁膜の膜質、その能動部を構成する半導体膜の膜質、そしてこれらゲート絶縁膜と半導体膜との界面の善し悪しによって決定され、高品質の半導体膜、ゲート絶縁膜、および清浄な界面が得られれば、それに応じた高性能のＴＦＴが得られ、逆にこれらの要件の全てが同時に満たされていなければ高性能のＴＦＴは決して実現できない。
【０００４】
比較的安価な耐熱性ガラス基板を使用して高移動度の多結晶シリコンＴＦＴを実現する低温プロセスと呼ばれる技術があり、工程最高温度としておおむね６００℃以下の多結晶シリコンＴＦＴ製造プロセスが一般的に低温プロセスと呼ばれている。低温プロセスでは発振時間が極短時間のパルスレーザーを用いてシリコン膜の結晶化をおこなう技術が広く使われている。レーザー結晶化とは、ガラス基板上のアモルファスシリコン膜に高出力のパルスレーザー光を照射することによって瞬時に溶融させ、これが凝固する過程で結晶化する性質を利用する技術である。最近ではガラス基板上のアモルファスシリコン膜にエキシマレーザービームをくり返し照射しながらスキャンすることによって大面積の多結晶シリコン膜を作製する技術が広く使われるようになった。また、ゲート絶縁膜としてはプラズマＣＶＤをもちいた成膜方法で比較的高品質の二酸化珪素（ＳｉＯ２）膜が成膜可能となり実用化への見通しが得られるほどになった。これらの技術によって、現在では一辺が数十センチほどもある大型のガラス基板上に多結晶シリコンＴＦＴが作製可能となっている。
【０００５】
レーザー結晶化は、シリコン薄膜をパルスレーザーでごく短時間に加熱し、同薄膜が融点以上で溶けた後、冷却過程で結晶化する性質を利用したものである。通常このレーザー結晶化は不純物の膜中への混入防止や表面状態制御を目的として真空中で行われるのであるが、前述のようにシリコン膜が融点に達するわけであるから膜の温度は１０００℃以上に上昇するわけである。真空中でこのような処理をおこなうと熱エネルギーを有するシリコン原子やクラスターが膜表面から脱離する。溶融時間はせいぜい数１００ｎｓｅｃの短時間であるから脱離するシリコンの量は微量であるが、高い重ね率で大面積シリコン薄膜の結晶化をおこなう量産装置では、レーザー光導入窓に前述の熱脱離したシリコンが付着しレーザー光の透過率を次第に変化させてしまうという問題があり、窓に付着したシリコンは微量でも紫外光に対する光学的影響は甚大で、たとえば４００ｍｍ×４００ｍｍの基板を１０枚程度処理すると透過率が数％低下してしまうため、レーザー光導入窓を取り外してクリーニングを行なければならない。
【０００６】
レーザー光導入窓を取り外してクリーニングを行うことは、レーザー照射室内（レーザー結晶化を行うチャンバ）に外気が進入することになり、特に本出願人が特開平１０−１１６９８９号公報等にて提案している、外気に触れることなく基板に下地保護膜および半導体膜成膜処理と、結晶化処理と、水素化処理と、第１ゲート絶縁膜成膜処理とを行うＴＦＴ製造方法においては、スループットが著しく低下し、ひいては製品のコストを引き上げることになってしまう。
【０００７】
この問題を回避するための従来の技術としては特開平１１−１１１６４０号公報がある。これは、レーザー光導入窓の移動により、レーザー光透過場所を少しずつ移動させてクリーニング回数を削減する方法が示されている。
【０００８】
また、特開２０００−２７７４５２号公報には、レーザー光導入窓に付着したシリコンをレーザー照射室内に設けた放電電極を用いてエッチングによりクリーニングする方法が開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレーザー光透過場所を少しずつ移動させてクリーニング回数を削減する方法では、何回かレーザー光導入窓を移動させた後には、必ずチャンバーの真空を破ってレーザー光導入窓を取り外し、レーザー光導入窓に付着したシリコンをクリーニングする必要があり、抜本的な解決にはなっていない。
【００１０】
また、従来のレーザー照射室内に設けた放電電極を用いてエッチングによりクリーニングする方法では、レーザー照射室内で放電させるため、レーザー照射室内の雰囲気の汚染、パーティクルの発生などに起因して、結晶化膜の品質のバラツキを招き、歩留まり低下の原因となっているという問題点があった。
【００１１】
本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レーザー照射室内の雰囲気に影響を与えることなくレーザー光導入窓を移動させることにより、装置を停止させることなくレーザー光導入窓のクリーニングを行うことができ、レーザー光導入窓のクリーニングによりレーザー照射室内の雰囲気が汚染されることも、パーティクルが発生することも防止することができ、結晶化膜の品質のバラツキを抑え、歩留まりを向上させることができる半導体装置の製造方法を提供する点にある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明は、レーザー照射室に搬入された基板上に成膜されている半導体膜に対してレーザー光導入窓を介してレーザー光を照射して結晶化処理又はアニール処理を行う半導体装置の製造方法であって、前記レーザー照射室に隣接した前記レーザー光導入窓を設けた真空調整室を前記レーザー照射室から隔離し、隔離した前記真空調整室の気圧を調整した後に前記レーザー光導入窓をクリーニング室に移動させて前記レーザー光導入窓のクリーニングを行うことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記レーザー光導入窓をクリーニング室に移動させた後に前記真空調整室の気圧を前記レーザー照射室の気圧と略同一になるように調整し、前記真空調整室と前記レーザー照射室とを連通することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記結晶化処理又は前記アニール処理と前記レーザー光導入窓のクリーニングとを並行して行うことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記真空調整室を前記レーザー照射室から隔離した状態で、前記基板の前記レーザー照射室からの搬出および前記基板の前記レーザー照射室への搬入を行うことを特徴とする。
【００１６】
また本発明を実施するための半導体装置は、レーザー照射室に隣接しレーザー光導入窓を有する真空調整室と、当該真空調整室の両側に隣接設置され、前記レーザー光導入窓のクリーニングを行う二つのクリーニング室と、前記真空調整室および前記二つのクリーニング室の間を移動可能としたレーザー光導入窓およびその移動手段を有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態が用いられる薄膜トランジスタ製造装置の構成を示す構成図である。
【００２０】
本実施の形態が用いられるＴＦＴ製造装置の概略構成は、図１を参照すると、基板を搬送する搬送ロボット１１が配置された搬送室１０が構成され、搬送室１０の周りに基板の搬入出を行うロードロック室２０と、基板を加熱する予備加熱室３０と、ＣＶＤ法やＰＶＤ法により半導体膜の形成を行う半導体成膜室４０と、レーザー照射によって結晶化を行うレーザー照射室５０と、不対電子対を水素終端するプラズマ処理室６０と、シリコン酸化膜（第１ゲート絶縁膜）の形成を行う酸化膜成膜室７０とが構成されている。搬送室１０とロードロック室２０とは、シャッタＳ２を介して接続され、搬送室１０と半導体成膜室４０は、シャッタＳ３を介して接続され、搬送室１０とレーザー照射室５０とは、シャッタＳ４を介して接続され、搬送室１０とプラズマ処理室６０とは、シャッタＳ６を介して接続され、搬送室１０と酸化膜成膜室７０とは、シャッタＳ７を介して接続されている。ロードロック室２０にはシャッタＳ１によって開閉される基板搬入出口が構成されている。
【００２１】
搬送室１０、予備加熱室３０、半導体成膜室４０、レーザー照射室５０、プラズマ処理室６０および酸化膜成膜室７０は、外気から遮断されており、ロードロック室２０に搬入された基板は、搬送ロボット１１により外気から遮断された状態で各処理室に搬入され、外気から遮断された状態で、下地保護膜および半導体膜成膜処理と、結晶化処理と、水素化処理と、第１ゲート絶縁膜成膜処理とが行われる。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図２は、図１に示すレーザー照射室の第１の実施の形態に対応する構成例を示す構成図あり、（ａ）は、側面図であり、（ｂ）は、真空調整室およびクリーニング室の上面図である。図３は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施の形態の動作を説明する工程図である。
【００２３】
第１の実施の形態のレーザー照射室５０は、レーザーを基板に照射してレーザーアニールを行うレーザー照射室であり、図２を参照すると、ハウジングの上部にレーザー光導入窓５１が配置され、レーザー光導入窓５１を介して図示しないレーザーからの高エネルギーのレーザー光をホルダー５２上の基板に照射する構成となっており、ホルダー５２は前後左右に移動可能であり、ホルダー５２の移動によりレーザー光がホルダー５２上の基板の全面に照射される。
【００２４】
レーザー照射室５０のレーザー光導入窓５１の下部には、図示しないゲートバルブ開閉手段により開閉を制御されるゲートバルブ５３によりその他のレーザー照射室５０の領域から隔離することができる真空調整室５４が設けられており、真空調整室５４に隣接して２つのクリーニング室５５ａ、５５ｂが設けられている。真空調整室５４には、窒素ガス（不活性ガス）を供給する図示しない窒素ガス供給手段と、真空排気を行う図示しない排気手段とが接続されており、クリーニング室５５ａ、５５ｂには、エッチングガス（Ｓｉエッチングガス）もしくは窒素ガスを選択的に供給する図示しないエッチングガス供給手段と、真空排気を行う図示しない排気手段とが接続されている。
【００２５】
レーザー光導入窓５１は、図示しない窓移動手段によって、少なくとも２つのポジションに移動可能に構成されており、第１のポジションでは、レーザー光導入窓５１と真空調整室５４とで密閉空間が形成されると共に、レーザー光導入窓５１とクリーニング室５５ａとで密閉空間が形成され、第２のポジションでは、レーザー光導入窓５１と真空調整室５４とで密閉空間が形成されると共に、レーザー光導入窓５１とクリーニング室５５ｂとで密閉空間が形成されるようになっている。
【００２６】
第１のポジションでのレーザー光導入箇所（シリコンが付着する箇所）の全部は、第２のポジションでは、クリーニング室５５ｂ内に位置し、第２のポジションでのレーザー光導入箇所（シリコンが付着する箇所）の全部は、第１のポジションでは、クリーニング室５５ａ内に位置する。
【００２７】
次に、第１の実施の形態のクリーニング工程を詳細に説明する。
レーザー光導入窓５１のクリーニングには、エッチングガスとしてＣＦ4およびＯ2を使用するが、その他Ｓｉのエッチングガスでレーザー光導入窓５１の材料であるＳｉＯ2との選択比が高いガス、活性種であれば使用可能である。また、エッチングで高選択比を得るためには、リモートプラズマ方式が望ましいが、選択比さえとれればクリーニング室５５ａ、５５ｂで放電する方法でも良い。
【００２８】
第１の実施の形態のクリーニング工程は、まず、結晶化処理終了後、ゲートバルブ５３を閉じ（ステップＡ１）、結晶化処理済みの基板を搬出動作と新たな基板の搬入動作とを開始する（ステップＡ７、Ａ８）と共に、真空調整室５４とクリーニング室５５ａとに窒素ガスを導入し（ステップＡ２）、真空調整室５４とクリーニング室５５ａとを大気圧とする（レーザー光導入窓５１が図２に実線で示す位置であった場合）。
【００２９】
次に、レーザー光導入窓５１を図２に点線で示す位置にスライド移動させ（ステップＡ３）、真空調整室５４とクリーニング室５５ｂとを真空排気し（ステップＡ４）、真空調整室５４がレーザー照射室５０とほぼ同一の真空度になった時点でゲートバルブ５３を開く（ステップＡ５）。
【００３０】
新たに搬入された基板の結晶化処理（ステップＡ６）と、クリーニング室５５ｂ部分に位置するレーザー光導入窓５１のクリーニング処理と（ステップＡ９）は、平行して行われ、結晶化処理終了時にステップＡ１に戻り、繰り返しクリーニング処理と結晶化処理とが行われる。
【００３１】
基板の結晶化処理に必要な時間は、３００ｍｍ角基板、レーザー照射ピッチ２０μｍ、３００Ｈｚ発信を仮定した場合には、約２分であり、クリーニング処理に必要な時間は、エッチングガスの導入に１０秒、エッチングに１０秒、排気に１０秒の計３０秒もあれば良いため、結晶化処理とクリーニング処理とを平行して行うことができ、時間のロスなくレーザー光導入窓５１のクリーニングを行うことができる。また、レーザー光導入窓５１のスライド移動も、基板の搬出、搬入動作と平行して行うため、時間のロスを生じない。
【００３２】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、真空調整室を設けてレーザー照射室内の雰囲気に影響を与えることなくレーザー光導入窓をクリーニング室に移動させてクリーニングを行う構成としたため、レーザー光導入窓のクリーニングによりレーザー照射室内の雰囲気が汚染されることも、パーティクルが発生することも防止することができ、結晶化膜の品質のバラツキを抑え、歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００３３】
さらに、第１の実施の形態によれば、結晶化処理と平行してレーザー光導入窓のクリーニングを行うことができるため、レーザー光導入窓のクリーニング時間によって一連のＴＦＴ製造工程に時間のロスが生ずることなく、スループットを向上させることができるという効果を奏する。
【００３４】
（第２の実施の形態）
図４は、図１に示すレーザー照射室の第２の実施の形態に対応する構成例を示す構成図であり、図５は、本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施の形態の動作を説明する工程図である。
【００３５】
第２の実施の形態のレーザー照射室５０には、図４を参照すると、ハウジングの上部にレーザー光導入窓５１が配置され、レーザー光導入窓５１を介して図示しないレーザーからの高エネルギーのレーザー光をホルダー５２上の基板に照射する構成となっており、ホルダー５２は前後左右に移動可能であり、ホルダー５２の移動によりレーザー光がホルダー５２上の基板の全面に照射される。
【００３６】
レーザー照射室５０のレーザー光導入窓５１（レーザー照射室５０に通じる開口）の近傍には、クリーニング室５５ｃが設けられていると共に、レーザー照射室５０のレーザー光導入窓５１の上部には、真空室５６が設けられており、レーザー光導入窓５１部分（レーザー照射室５０に通じる開口）とクリーニング室５５ｃとは、真空室５６により覆われている。真空室５６は、レーザー照射室５０に通じる開口（レーザー光導入路）を覆っているため、レーザー光をレーザー照射室５０に通じる開口に導くレーザー光導入窓５７が形成されている。また、真空室５６は、レーザー照射室５０と同等以上の真空度に設定されており、クリーニング５５ｃで使用するエッチングガスがレーザー照射室５０に拡散することを防止できる。さらに、真空室５６を真空排気する図示しない排気手段は、レーザー照射室５０に通じる開口よりもクリーニング室５５ｃに近い位置から排気を行うように構成されており、エッチングガスがレーザー照射室５０に拡散することを防止できる。
【００３７】
レーザー光導入窓５１は、図示しない窓移動手段によって、図４に実線で示すレーザー照射室５０に通じる開口上の位置と、図４に点線で示すクリーニング室５５ｃ上の位置との少なくとも２つのポジションに移動可能に構成されており、クリーニング室５５ｃ上の位置にある時には、レーザー光導入箇所（シリコンが付着する箇所）の全部は、クリーニング室５５ｃ内に位置する。
【００３８】
次に、第２の実施の形態のクリーニング工程を詳細に説明する。
レーザー光導入窓５１のクリーニング条件は、第１の実施の形態と同様である。
【００３９】
第２の実施の形態のクリーニング工程は、まず、結晶化処理終了後、結晶化処理済みの基板を搬出動作と新たな基板の搬入動作とを開始する（ステップＢ５、Ｂ６）と共に、レーザー光導入窓５１をクリーニング室５５ｃ上（図４に点線で示す位置）にスライド移動させ（ステップＢ１）、レーザー光導入窓５１の移動完了後、レーザー光導入窓５１のクリーニングを開始する（ステップＢ２）。クリーニング処理に必要な時間は、第１の実施の形態と同様にエッチングガスの導入に１０秒、エッチングに１０秒、排気に１０秒の計３０秒もあれば良い
【００４０】
次にレーザー光導入窓５１をレーザー照射室５０に通じる開口上（図４に実線で示す位置）にスライド移動で戻し（ステップＢ３）、結晶化処理を開始する（ステップＢ４）。レーザー光導入窓５１をレーザー照射室５０に通じる開口上に戻った時点では、新たな基板の搬入が完了している。結晶化処理終了にステップＢ１に戻り、繰り返しクリーニング処理と結晶化処理とが行われる。
【００４１】
以上説明したように、第２の実施の形態によれば、真空室によりレーザー光導入窓を素速く移動させることができる構成としたため、一連のＴＦＴ製造工程中に時間のロスがほとんどない状態でレーザー光導入窓のクリーニングを組み込むことができ、高価な石英が使用されるレーザー光導入窓を小さくすることができ、装置のコストを削減することができるという効果を奏する。
【００４２】
なお、本実施の形態では、薄膜トランジスタの製造方法について説明したが、本発明は、半導体膜にレーザーを照射して溶解、再結晶化させるプロセスを含む全ての装置、例えば太陽電池、ＩＣのシャロージャンクション等の製造方法に適用可能であり、さらに、成膜した多結晶半導体膜の品質改善のために用いられる場合もある。
【００４３】
なお、本発明が上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付している。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の半導体装置の製造方法は、真空調整室を設けてレーザー照射室内の雰囲気に影響を与えることなくレーザー光導入窓をクリーニング室に移動させてクリーニングを行う構成としたため、レーザー光導入窓のクリーニングによりレーザー照射室内の雰囲気が汚染されることも、パーティクルが発生することも防止することができ、結晶化膜の品質のバラツキを抑え、歩留まりを向上させることができるという効果を奏する。
【００４５】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、結晶化処理と平行してレーザー光導入窓のクリーニングを行うことができるため、レーザー光導入窓のクリーニング時間によって一連のＴＦＴ製造工程に時間のロスが生ずることなく、スループットを向上させることができるという効果を奏する。
【００４６】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、真空室によりレーザー光導入窓を素速く移動させることができる構成としたため、一連のＴＦＴ製造工程中に時間のロスがほとんどない状態でレーザー光導入窓のクリーニングを組み込むことができ、高価な石英が使用されるレーザー光導入窓を小さくすることができ、装置のコストを削減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法の実施の形態が用いられる薄膜トランジスタ製造装置の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示すレーザー照射室の第１の実施の形態に対応する構成例を示す構成図であり、（ａ）は、側面図であり、（ｂ）は、真空調整室およびクリーニング室の上面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の製造方法の第１の実施の形態の動作を説明する工程図である。
【図４】図１に示すレーザー照射室の第２の実施の形態に対応する構成例を示す構成図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の製造方法の第２の実施の形態の動作を説明する工程図である。
【符号の説明】
１０  搬送室
１１  搬送ロボット
２０  ロードロック室
３０  予備加熱室
４０  半導体成膜室
５０  レーザー照射室
５１、５７レーザー光導入窓
５２  ホルダー
５３  ゲートバルブ
５４  真空調整室
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ  クリーニング室
５６  真空室
６０  プラズマ処理室
７０  酸化膜成膜室
Ｓ１〜７  シャッタ
【図１】
0003797257.tif 000002
【図２】
0003797257.tif 000003
【図３】
0003797257.tif 000004
【図４】
0003797257.tif 000005
【図５】
0003797257.tif 000006