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JP2001023918A - 半導体薄膜形成装置 - Google Patents

半導体薄膜形成装置

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Publication number
JP2001023918A
JP2001023918AJP11194024AJP19402499AJP2001023918AJP 2001023918 AJP2001023918 AJP 2001023918AJP 11194024 AJP11194024 AJP 11194024AJP 19402499 AJP19402499 AJP 19402499AJP 2001023918 AJP2001023918 AJP 2001023918A
Authority
JP
Japan
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thin film
semiconductor thin
substrate
laser
stage
Prior art date
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Pending
Application number
JP11194024A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Tanabe
浩 田邉
Tomoyuki Akashi
友行 明石
Yoshi Watabe
嘉 渡部
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Canon Anelva Corp
NEC Corp
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
NEC Corp
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Anelva Corp
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Publication date
Application filed by NEC Corp, Sumitomo Heavy Industries Ltd, Anelva CorpfiledCriticalNEC Corp
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Priority to TW089113516Aprioritypatent/TW479367B/zh
Priority to US09/612,551prioritypatent/US6861614B1/en
Priority to KR10-2000-0038851Aprioritypatent/KR100499961B1/ko
Priority to DE60041166Tprioritypatent/DE60041166D1/de
Priority to EP00250226Aprioritypatent/EP1067593B1/en
Priority to EP08075745Aprioritypatent/EP1998364A3/en
Publication of JP2001023918ApublicationCriticalpatent/JP2001023918A/ja
Priority to KR10-2003-0025118Aprioritypatent/KR100437920B1/ko
Priority to US11/021,306prioritypatent/US7312418B2/en
Priority to US11/678,527prioritypatent/US20070166945A1/en
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Abstract

(57)【要約】【課題】 トラップ準位密度の小さいシリコン薄膜を光
照射によって形成する技術を提供すると共に、大面積基
板上に再現性よくその技術を応用するための技術／装置
を提供する。又、それらの良質なシリコン膜上に良質な
ゲート絶縁膜を形成する手段を提供し、良好な半導体−
絶縁膜界面すなわち優れた特性を有する電界効果型トラ
ンジスタを製造する装置を提供する。【解決手段】 光マスク上に形成したパターンをシリコ
ン薄膜上に投影露光して、シリコン薄膜上の所定の領域
を改質する半導体薄膜形成装置において、露光されるべ
き光を、上記光マスク上の所定の領域において、均一化
させる機構opt20'を有する。トラップ準位密度が1012 c
m-2より低い値を示す結晶化シリコン膜の提供が可能に
なるとともに低界面準位密度を示すシリコン−絶縁膜界
面の提供を可能にした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、結晶性シリコン薄
膜トランジスタに用いるシリコン薄膜及び電界効果型ト
ランジスタに応用するための良質な半導体−絶縁膜界面
を形成する装置に関する。また本発明は、パルスレーザ
光を用いたシリコンゲルマニウム（SiGe）、シリコンカ
ーバイド（SiC）等のシリコン化合物、GaAs、GaN、CuIn
Se2、ZnSe等の化合物半導体等の半導体薄膜の製造装置
に関する。さらに本発明は、上記半導体薄膜あるいは電
界効果型薄膜トランジスタにより構成されるディスプレ
イ、センサー等の駆動素子または駆動回路を製造するた
めの装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）を形成する代表的な技術として、水素化アモルファ
スシリコンＴＦＴ技術及び、多結晶シリコンＴＦＴ技術
が挙げられる。前者は作製プロセス最高温度３００℃程
度であり、移動度１cm2/Vsec程度のキャリア移動度を実
現している。この技術は、アクティブマトリクス型（Ａ
Ｍ）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）における各画素のスイ
ッチングトランジスタとして用いられ、画面周辺に配置
されたドライバー集積回路（ＩＣ、単結晶シリコン基板
上に形成されたＬＳＩ）によって駆動される。各画素毎
にスイッチング素子ＴＦＴがついているため、周辺ドラ
イバ回路から液晶駆動用の電気信号を送るパッシブマト
リクス型ＬＣＤに比べ、クロストーク等が低減され良好
な画像品質を得られるという特徴を有する。一方後者
は、例えば石英基板を用い１０００℃程度のＬＳＩと類
似した高温プロセスを用いることで、キャリア移動度３
０〜１００ cm2/Vsecの性能を得ることができる。この
ような高いキャリア移動度の実現は、たとえば液晶ディ
スプレイに応用した場合、各画素を駆動する画素ＴＦＴ
と同時に、周辺駆動回路部までもが同一ガラス基板上に
同時に形成することができるという製造プロセスコスト
の低減、小型化に関する利点がある。小型化、高解像度
化によりＡＭ−ＬＣＤ基板と周辺ドライバー集積回路の
接続ピッチが狭小化し、タブ接続やワイヤボンディング
法では対処しきれないからである。ところが、多結晶シ
リコンＴＦＴ技術において、上述のような高温プロセス
を用いる場合、前者のプロセスが用いることができる安
価な低軟化点ガラスを用いることができない。そこで多
結晶シリコンＴＦＴプロセスの温度低減が必要になって
おり、レーザ結晶化技術を応用した多結晶シリコン膜の
低温形成技術が研究・開発されている。
【０００３】一般に、これらのレーザ結晶化は図１に示
すような構成のパルスレーザ照射装置により実現され
る。パルスレーザ光源1101から供給されるレーザ光はミ
ラー1102,1103,1105及び空間的な強度の均一化を行うべ
く設置されるビームホモジナイザ1104 等の光学素子群
によって規定される光路 1106 を介し、被照射体である
ガラス基板1109上のシリコン薄膜1107に到達する。一般
にガラス基板に比べ１照射範囲が小さいため、ｘｙステ
ージ1109 上のガラス基板を移動させることにより基板
上の任意の位置へのレーザ照射が行われている。ｘｙス
テージの代わりに、上述の光学素子群を移動させること
や、光学素子群とステージを組み合わせる方法も可能で
ある。
【０００４】公知資料１ J. Im and R. Sposili, Crys
talline Si films for integrated active-matrix-liqu
id-crystal displays", Materials Research Society B
ulletin誌, vol. 21, (1996), 39 本文献内Figure 6に、基板がx-方向ステージに、ホモジ
ナイザがy-方向ステージに載置されることが示されてい
る。
【０００５】レーザ照射が真空チャンバ内で真空中ある
いは高純度ガス雰囲気下で行われることもある。また、
必要に応じてシリコン薄膜付きガラス基板入りカセット
1110と基板搬送機構 1111 を有し、機械的にカセット
とステージ間の基板の取りだし収納を行うこともでき
る。
【０００６】また、短波長パルスレーザ光を照射し非晶
質基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化し、薄膜トラン
ジスタに応用する技術が特公平７−１１８４４３号公報
に開示されている。本手法によれば基板全体を高温にす
ることなく非晶質シリコンの結晶化が可能であるため、
液晶ディスプレイ等の大面積かつガラス等の安価な基板
上への半導体素子、半導体集積回路を作製できるという
利点がある。ところが上記公報においても述べられてい
るように、短波長レーザによる非晶質シリコン薄膜の結
晶化には50 - 500 mJ/cm2程度の照射強度が必要であ
る。一方、現在一般に入手できるパルスレーザ装置の発
光出力は最大1 J/pulse程度であり、単純換算によって
も一度に照射できる面積は2 - 20 cm2程度にすぎない。
したがって、たとえば基板サイズ47 x 37 cm基板全面を
レーザ結晶化するためには、少なくとも87 - 870箇所に
レーザ照射が必要となる。１ｍ角というように、基板サ
イズが拡大すれば、同様に照射箇所数が増加する。一般
に、これらのレーザ結晶化は上述のように図１に示すよ
うな構成のパルスレーザ照射装置により実現される。
【０００７】上記の方法で大面積基板上に薄膜半導体素
子群を均一に形成するためには、特開平５−２１１１６
７号公報（特願平３−３１５８６３号）に開示されてい
るような、素子群をレーザのビームサイズよりも小さく
分割し、ステップアンドリピートにより数パルス照射＋
照射領域の移動＋数パルス照射＋照射領域の移動＋…・
を繰り返す方法が有効であることが知られている。図２
（２）に示すように、レーザの発振とステージ（すなわ
ち基板もしくはビーム）の移動とが交互に行われる方法
である。ところが、本手法によっても現在入手しうる発
振強度均一性±５〜１０％（連続発振時）程度のパルス
レーザ装置を用い、たとえば１パルス／場所〜２０パル
ス／場所程度の照射を繰り返す場合、発振強度バラツキ
が±５〜１０％を超え、結果として得られる多結晶シリ
コン薄膜並びに多結晶シリコン薄膜トランジスタ特性が
十分な均一性を有さないという問題があった。特にスパ
イキングと呼ばれる、レーザ発振初期の放電の不安定に
起因した、強光あるいは弱光の発生が不均一化の問題と
なっている。この補正を行うべく、積算強度結果により
次の発振時の印加電圧を制御するような方法では、スパ
イキングの発生は抑制できるもののかえって弱光を発振
してしまうという問題があった。すなわち、図３に示す
ように、照射時間と非発振時間とが交互に連続する場
合、各照射時間に発振される第１のパルス強度が、最も
不安定でありバラツキやすく、また照射箇所によって照
射強度履歴が異なるため、基板面内でのトランジスタ素
子及び薄膜集積回路の十分な均一性が得られないという
問題があった。このようなスパイキングの回避方法とし
ては、図２（１）に示すように、レーザ発振を、素子形
成領域への照射開始以前から開始することにより回避す
る方法が知られているが、図２（２）に示すようなレー
ザの発振とステージの移動とが断続的に繰り返す場合に
は応用できないという問題があった。さらにこれらの問
題を回避すべく、特開平５−９０１９１号公報ではパル
スレーザ光源を連続発振させると共にステージの移動期
間には光遮蔽装置を用いて基板への照射を防ぐ方法が提
案されている。すなわち、図２（３）に示すようにレー
ザをある周波数で連続発振させ、所望の照射位置へのス
テージの移動と光路の遮蔽を同期させることによって、
強度の安定したレーザ光を所望の照射位置へ照射を可能
にした。ところが、本方法によればレーザビームの安定
した基板への照射が可能になるものの、多結晶シリコン
薄膜形成に寄与することのない無駄なレーザ発振が増
え、高価なレーザ光源や励起ガスの寿命に対する多結晶
シリコン薄膜の生産性及び、レーザ発振に要する電力等
に対する多結晶シリコン薄膜の生産効率が低下するた
め、生産コストの上昇を招くという問題があった。ま
た、レーザが露光される基板も、照射強度ばらつきによ
って所望の値に比べ過度な強光が照射されると、基板ダ
メージが生じる。LCD等のイメージングデバイスでは基
板を透過する光が、基板上のダメージを受けた領域にお
いて散乱等を引き起こし画像品質の低下が生じるという
問題があった。
【０００８】光マスク上のパターンをシリコン薄膜上に
縮小投影しレーザ結晶化する技術は、 公知資料２、R. Sposili and J. Im, "Sequential late
ral solidification ofthin silicon films on SiO2",
Applied Physics Letters誌、vol. 69, (1996),2864及
び、 公知資料３、J. Im, R. Sposili and M. Crowder, "Sin
gle-crystal Si films for thin film transistor devi
ces", Applied Physics Letters誌、vol. 70, (1997),
3434に開示されている。本文献によれば、308nm excime
r laser, variable-energy attenuator, variable-focu
s field lens, patterned-mask, two-element imaging
lens, sub-micrometer-precision translation stage を用いて、１：５程度の縮小投影を行うことによって、
μｍオーダのビームサイズとμｍオーダの基板ステージ
の移動ピッチを実現している。ところが本方法を上記の
ような大型の基板処理に用いた場合、光マスク上に照射
されるレーザビームが光源に依存した空間的な強度プロ
ファイルを持つため、例えばマスク上の中心と周辺とを
透過した露光パターンに致命的な強度分布が生じ、所望
の均一性を持った結晶性シリコン薄膜を得ることができ
ないという問題があった。さらに、波長の短い紫外光を
縮小投影するためビームの焦点深度が小さく、基板のそ
り、たわみによる照射深度ずれが生じやすいという問題
があった。また、基板が大きくなるにつれてステージの
機械的精度を確保することが困難であり、ステージの傾
きや移動時のステージ上での基板のずれが、所望のレー
ザ照射条件を妨げるという問題もあった。
【０００９】さて上記のようなレーザ照射を行う際に、
複数のパルスをある遅延時間をもたせて照射する方法が 公知資料４、Ryoichi Ishihara et al. "Effects of li
ght pulse duration onexcimer laser crystallization
characteristics of silicon thin films", Japanese
journal of applied physics, vol. 34, No.4A, (1995)
pp1759 に開示されている。上記公知文書によれば、レーザ再結
晶化プロセスにおける溶融シリコンの結晶化固化速度は
１ｍ／ｓｅｃ以上であり、良好な結晶成長を得るために
は、固化速度の低減が必要である。固化が完了した直後
に第２のレーザパルスを照射することにより第２の照射
によってより固化速度の小さな再結晶化過程を得られる
というものである。さて、図４に示すようなシリコンの
温度変化（時間履歴曲線）によれば、レーザエネルギー
（例えば図５に示す強度パルス）の照射とともにシリコ
ンの温度が上昇し、出発材料がａ−Ｓｉの場合、ａ−Ｓ
ｉの融点を経た後さらに温度が上昇、エネルギーの供給
が温度上昇に必要な値を下回ると、冷却が始まる。結晶
Ｓｉの凝固点において、凝固時間を経て固化が終了した
後、雰囲気温度まで冷却される。ここで、シリコンの固
化がシリコン−基板界面を起点に膜厚方向に進むとする
と、上記固化速度の平均値は以下のような式で表され
る。
【００１０】 固化速度の平均値＝シリコンの膜厚／凝固時間 すなわち、シリコンの膜厚が一定であれば、固化速度を
小さくするためには凝固時間の長時間化が有効である。
したがって、熱平衡学的に理想的な状態を維持したプロ
セスであれば、理想的な投入するエネルギーすなわちレ
ーザ照射エネルギーを大きくすることで、凝固時間の拡
大が可能である。ところが上記公知文書においても指摘
されているとおり、照射エネルギーの増大は膜の非晶質
化、微結晶化を引き起こすという問題があった。現実的
な溶融・再結晶化工程においては図４のような理想的な
温度変化を示さず、加熱時には温度の過上昇、冷却時に
は過冷却過程を経て安定状態に到達する。特に冷却時の
冷却速度が大きく過度の過冷却を経る場合、凝固点近傍
での結晶化が生ずることなく、急速冷却固化によりアモ
ルファス（非晶質）固体が形成されるためである。薄膜
においては上記公知文献中でも述べられているとおり、
条件によってアモルファスではなく、微結晶体を形成す
ることもある。微結晶体は、多結晶薄膜あるいは単結晶
薄膜に比べその粒径が極端に小さいために、粒界ポテン
シャルの大きな結晶粒界が多数存在し、たとえば薄膜ト
ランジスタへの応用ではオン電流の低下、あるいはオフ
リーク電流の増大を招くといった問題を有する。
【００１１】一方で、被レーザ照射材料であるa-Si薄膜
の形成工程、レーザ照射工程、プラズマ水素化工程、ゲ
ート絶縁膜の形成工程を順次あるいは順を変えて、大気
暴露することなく行う技術が、下記の特許公報に開示さ
れている。
【００１２】特開平５−１８２９２３号公報 非晶質半
導体薄膜を加熱処理した後、レーザを照射する工程を大
気暴露することなく行う。
【００１３】特開平７−９９３２１号公報 レーザ結晶
化多結晶シリコン薄膜を有する基板を大気暴露すること
なくプラズマ水素化、ゲート絶縁膜の形成工程に基板搬
送する。
【００１４】特開平９−７９１１号公報 レーザ結晶化
多結晶シリコン薄膜を有する基板を大気暴露することな
くゲート絶縁膜の形成工程に基板搬送する。
【００１５】特開平９−１７７２９号公報 レーザ結晶
化多結晶シリコン薄膜を有する基板を大気暴露すること
なくゲート絶縁膜の形成工程に基板搬送し多結晶シリコ
ン表面への不純物の付着を防ぐ。
【００１６】特開平９−１４８２４６号公報 非晶質シ
リコン薄膜の形成、レーザ結晶化、水素化、ゲート絶縁
膜の形成を大気暴露することなく連続して行う。
【００１７】特開平１０−１１６９８９号公報 非晶質
シリコン薄膜の形成、レーザ結晶化、水素化、ゲート絶
縁膜の形成を大気暴露することなく連続して行う。
【００１８】特開平１０−１４９９８４号公報 非晶質
シリコン薄膜の形成、レーザ結晶化、水素化、ゲート絶
縁膜の形成を大気暴露することなく連続して行う。
【００１９】特開平１１−１７１８５号公報 非晶質シ
リコン薄膜の形成、レーザ結晶化、ゲート絶縁膜の形
成、ゲート電極の形成を大気暴露することなく連続して
行う。
【００２０】これらの思想、技術は、レーザ結晶化によ
って形成されたシリコン表面が非常に活性であるため大
気中に曝すことにより不純物が付着しやすくなり、結果
として形成されるＴＦＴの特性を劣化させる、あるいは
その特性にばらつきを生じさせるという問題を解決する
ために考案されている。そこで、出願人らはエキシマレ
ーザ結晶化技術と酸化シリコン膜形成技術を同一装置
（大気に曝さず別の装置に基板を搬送することを含む）
で行い、いったん大気に曝した場合との性能比較を行っ
た。 その結果、ゴミ、パーティクルの付着防止効果に
よる製品の歩留まり率の向上には大きな効果があったも
のの、この効果はクリーンルーム環境のクリーン度を高
めることである程度同等の効果が得られることがわかっ
た。歩留まり率の向上には、成膜装置よりも同一装置内
に基板の洗浄機構を組み込んだものが最も効果が大き
い。例えばa-Siの形成工程の形成条件によっては成膜中
に基板上にパーティクルが付着し、いったん大気中に解
放して洗浄工程を必要とするものもあった。一方で、薄
膜トランジスタの性能に着目すると、上記製造プロセス
の違いは顕著な差異をもたらさなかった。この理由は以
下のように考察できる。本出願人らは、例えば、 公知資料５、K. Yuda et al. "Improvement of structu
ral and electrical properties in low-temperature g
ate-oxides for poly-Si TFTs by controlling O2/SiH4
ratios", Digest of technical papers 1997 internat
ional workshop on active matrix liquid crystal dis
plays, September 11-12, 1997, KogakuinUniv., Toky
o, Japan- ,87 において、３００〜３５０℃程度の温度でプラズマを用
いて形成されるシリコン酸化膜や６００℃程度の熱処理
を経て形成されるシリコン酸化膜の固定酸化膜電荷密度
（1011〜1012cm-2）や、シリコン基板との間の界面準
位密度(〜 6 x 1010cm-2eV-2)を開示している。この場
合、上記シリコン基板は一般にＲＣＡ洗浄と呼ばれる硫
酸／過酸化水素水、塩酸／過酸化水素水／水、アンモニ
ア／過酸化水素水／水、フッ酸／水等の酸性（必要に応
じて加熱）洗浄液をもちいて洗浄、水洗後、成膜装置内
に導入される。したがって、上記界面準位密度値は、単
結晶シリコン基板ではあるものの、清浄界面形成（洗
浄）後いったん大気に曝され、成膜工程に移った試料か
ら得たものである。ここで一方のレーザ結晶化シリコン
膜のトラップ準位密度に注目する。本出願人らは、例え
ば、 公知資料６、H. Tanabe et al., "Excimer laser cryst
allization of amorphous silicon films", NEC Resear
ch and Development誌, vol. 35, (1994), 254 において、レーザ結晶化シリコン膜を有する薄膜トラン
ジスタから、結晶化シリコン膜中のトラップ準位密度(1
012〜1013 cm-2)を開示している。 しかもこれらのトラ
ンジスタが示す電界効果移動度は40〜140 cm2/vsecと良
好な特性を示している。
【００２１】さて、上記シリコン膜中のトラップ準位密
度と、界面準位密度（あるいは固定酸化膜電荷密度）を
比較すると明らかにトラップ準位密度の値のほうが大き
い。すなわち、同一装置内で大気の曝すことなくシリコ
ン膜／ゲート絶縁膜を形成した試料において、その清浄
性の効果を得るためには、シリコン膜の性能（トラップ
準位密度）が十分ではないという問題があることが判明
した。
【００２２】次に、プラズマダメージを低減し良質なゲ
ート絶縁膜を形成する手段としてリモートプラズマＣＶ
Ｄ（化学的気相成長）法が提案されている。例えば、特
開平５−２１３９３号公報には、プラズマ発生室と基板
処理室を分離する構成が開示されている。このような構
成をとることにより、上述のような低固定酸化膜電荷密
度（1011〜1012cm-2）や、低界面準位密度(〜 6 x 10
10cm-2eV-2)が実現できると推察できるが、この効果は
上述のように予め形成されるシリコン膜の性能に制限さ
れてしまうという問題があった。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
述べてきた問題を克服すべく、トラップ準位密度の小さ
い半導体薄膜を光照射によって形成する技術を提供する
と共に、大面積基板上に再現性よくその技術を応用する
ための技術／装置を提供することにある。
【００２４】本発明のもう一つの目的は、それらの良質
な半導体膜上に良質なゲート絶縁膜を形成する手段を提
供し、良好な半導体−絶縁膜界面すなわち優れた特性を
有する電界効果型トランジスタを製造する装置を提供す
ることにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】（１）本発明によれば、
光マスク上に形成した複数のパターンを半導体薄膜に投
影露光して、半導体薄膜の所定の領域を改質する半導体
薄膜形成装置において、露光されるべき光を、上記光マ
スク上の所定の領域において、該領域内の光の強度分布
が該領域内の光の平均強度の±１１．２％以内の範囲に
含まれるように、均一化させる機構を有することを特徴
とする半導体薄膜形成装置が得られる。露光光を、ビー
ムホモジナイザを用いて空間均一性±１１．２％程度以
下に均一化し、光マスク上に照射するため、半導体薄膜
に投影露光される光の少なくともピーク強度の場所分布
が、光マスク上の強度分布と同等に均一化される。その
結果露光領域全体において所望のレーザ改質が実現され
る。
【００２６】（２）本発明によれば、光マスク上に形成
した露光パターンを、基板ステージに保持された基板上
の半導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領域
を改質する半導体薄膜形成装置において、光マスクまた
は基板ステージを個別または同時に駆動することによ
り、露光パターンを順次走査する機構を有することを特
徴とする半導体薄膜形成装置が得られる。光マスクによ
って基板上に投影露光できる面積が基板サイズに比べ小
さい場合、露光領域への基板の移動を基板ステージによ
って行う。基板を固定した状態でレーザの照射に合わせ
てマスクステージを移動させることによって、所望の領
域に順次露光する。
【００２７】（３）本発明によれば、光マスク上に形成
した露光パターンを半導体薄膜に投影露光して、半導体
薄膜の所定の領域を改質する半導体薄膜形成装置におい
て、露光パターンを半導体薄膜に投影露光する際の、露
光パターンの半導体薄膜の所定の領域への焦点合わせを
行う焦点合わせ機構を有することを特徴とする半導体薄
膜形成装置が得られる。露光領域への基板の移動を基板
ステージによって行う場合、基板のそり、たわみ、厚さ
のばらつきなど、あるいは基板ステージの露光軸に対す
る垂直度などのずれによって、基板中心部と基板周辺部
等で焦点位置からのずれが生じても、随時焦点合わせを
行うことによって、再現性よく基板全面に所望の露光を
行うことができる。
【００２８】（４）本発明によれば、光マスク上に形成
したパターンを半導体薄膜に露光ビームにより投影露光
して、半導体薄膜の所定の領域を改質する半導体薄膜形
成装置において、露光ビームの半導体薄膜に対する傾き
を補正する傾き補正機構を有することを特徴とする半導
体薄膜形成装置が得られる。露光領域への基板の移動を
基板ステージによって行う場合、基板のそり、たわみ、
厚さのばらつきなど、あるいは基板ステージの露光軸に
対する垂直度などのずれによって、基板中心部と基板周
辺部等で露光軸からのずれが生じても、随時傾き補正を
行うことによって、再現性よく基板全面に所望の露光を
行うことができる。
【００２９】（５）本発明によれば、光マスク上に形成
したパターンを半導体薄膜に露光ビームにより投影露光
して、半導体薄膜の所定の領域を改質する半導体薄膜形
成装置において、半導体膜が堆積された基板上に形成さ
れたマークに対し、露光ビームの位置合わせを行うアラ
イメント機能を有することを特徴とする半導体薄膜形成
装置が得られる。予め設けられたアライメントマークを
基準に露光領域を決定することによって、所望の場所に
所望の露光条件で露光改質された半導体薄膜を形成する
ことができるため、例えばトランジスタのチャネル領域
のみを露光改質することができる。すなわち改質した領
域に対応して、ソース・ドレイン、チャネル領域を順次
次の工程でパターン形成することができる。
【００３０】（６）本発明によれば、光マスク上に形成
したパターンを半導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜
の所定の領域を改質する半導体薄膜形成装置において、
半導体膜が堆積された基板をステージ上に保持する機能
を有することを特徴とする半導体薄膜形成装置が得られ
る。光マスクによって基板上に投影露光できる面積が基
板サイズに比べ小さい場合、露光領域への基板の移動を
基板ステージによって行う。基板を固定した状態でレー
ザの照射に合わせてマスクステージを移動させることに
よって、所望の領域に順次露光する。このような場合、
基板ステージの移動等でステージ上の基板がずれる。特
に回転補正（θ補正）が必要な場合、ずれが発生したと
きにその都度補正を行なうことはスループットの妨げに
なるため、基板を保持することが必要になる。またステ
ージ上で基板加熱を行うような場合、加熱により基板の
そり、たわみが発生するため、それによる焦点ずれや露
光軸からの傾きが発生することを防止する。
【００３１】（７）本発明によれば、光マスク上に形成
したパターンを半導体薄膜に露光ビームにより投影露光
して、半導体薄膜の所定の領域を改質する半導体薄膜形
成装置において、複数のレーザ光を前記露光ビームとし
て合成する合成機構を有することを特徴とする半導体薄
膜形成装置が得られる。
【００３２】（８）本発明によれば、上記（７）に記載
の半導体薄膜形成装置において、前記複数のレーザ光が
第１および第２のレーザ光であり、前記合成機構は、第
１のレーザ光に対し第２のレーザ光が遅延して半導体薄
膜に照射されるように、第１および第２のレーザ光を前
記露光ビームとして合成することを特徴とする半導体薄
膜形成装置が得られる。
【００３３】図６に膜厚７５ｎｍのシリコン薄膜に波長
３０８ｎｍのエキシマレーザを照射した場合の、数値計
算から求めた最大冷却速度(Cooling rate, K/sec)と、
レーザ照射後の膜のＳＥＭ観察から得られた結晶化−微
結晶化の照射強度のしきい値を示す。図５は実験に用い
たレーザの発光パルス波形である。３つの主ピークを有
し発光時間は約１２０ｎｓｅｃに及ぶ。このようなパル
ス波形は、上記公知資料６に記載されているパルス幅２
１．４ｎｓｅｃの矩形パルスに比べ５倍以上の発光時間
を有することから、単一パルス照射であっても上記公知
資料６中で述べられているような固化速度の低減といっ
た効果が期待できる。さて、このようなパルス波形を用
いたレーザ再結晶化時の数値計算から求めたシリコンの
温度−時間曲線は図７に示すようになる。図７はシリコ
ン膜厚７５ｎｍ、基板にＳｉＯ２、ＸｅＣｌレーザ（波
長３０８ｎｍ）照射強度が４５０ｍＪ／ｃｍ２である時
のシリコン薄膜の温度変化を示す。第２の発光ピークが
ほぼ終了する約６０ｎｓｅｃ後に最高温度に達し冷却へ
と転じる。（なお、本数値計算では溶融・凝固点として
非晶質シリコンの値を用いており、凝固点付近の振る舞
いは現実のものとは異なる。特に結晶化膜が得られる場
合は、結晶シリコンの凝固点で結晶化が完了する。）い
ったん大きな傾きを持って冷却が開始されるが、第３の
ピークが存在する１００ｎｓｅｃ程度の傾きは非常に小
さくなることがわかる。完全に発光が終了する１２０ｎ
ｓｅｃ以降では、再び急速な冷却過程を経て凝固する。
一般に、熱平衡過程を大きくはずれるような“急冷”を
経た液体からの固化過程の場合、結晶構造の形成に必要
な十分な凝固時間を得ることができず、アモルファス
（非晶質）固体を形成する。図７に示すようなシリコン
の温度−時間曲線から各照射強度に対し発光終了後の最
大冷却速度を見積もった結果を図６に示す。照射強度の
増大とともに冷却速度が増加することがわかる。一方、
レーザ照射後のシリコン薄膜の構造を走査型電子顕微鏡
を用いて観察したところ、照射強度の増大とともにいっ
たん粒径は増大するものの、４７０ｍＪ／ｃｍ２程度の
設定照射強度条件において、微結晶化が観測された。同
様に照射パルス数を３パルスにした場合、４７０ｍＪ／
ｃｍ２程度の設定照射強度条件においても、部分的に微
結晶化領域が残るものの１パルスの時とは異なり粒径の
飛躍的な増大が観測された（図８）。なお、実照射強度
は、エキシマレーザの特に最初の数パルスにおいて、設
定値に比べ５〜１０％程度高くなるため、微結晶化が生
じるしきい強度は５００ｍＪ／ｃｍ２程度と見積もるこ
とができる。以上のような結果から、図６の５００ｍＪ
／ｃｍ２条件から冷却速度を見積もることにより、微結
晶化は約１．６ｘ１０１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度条
件で生じることがわかった。被照射膜がａ−Ｓｉの場
合、約５００ｍＪ／ｃｍ２以上の照射強度で微結晶化
が、同様に、被照射膜がｐｏｌｙ−Ｓｉの場合にこの冷
却速度を当てはめると、ａ−Ｓｉに比べ約３０ｍＪ／ｃ
ｍ２大きい照射強度が示唆される。したがって、冷却速
度を１．６ｘ１０１０℃／ｓｅｃ以下に制御することに
よって、微結晶化、アモルファス化を防ぐことができ、
良好な結晶成長過程を得ることが可能になる。
【００３４】第２のレーザ光を第１のレーザ光に遅延し
て導入した場合について述べる。すでに述べたように、
発光後期のレーザ光が冷却速度の増大を緩和するととも
に、発光終了後の冷却速度が結晶化を支配する。すなわ
ち、最終的に投入されたエネルギーによりそれ以前の冷
却過程は初期化されると考えられる。更に付加的なエネ
ルギーを投入することによって、それ以前の固化過程に
おいて急冷による非晶質化、微結晶化が生じていても、
エネルギーは保存されている（ナノ秒オーダと短時間の
ため、基板への熱伝導、雰囲気への放射は小さいと考え
られる。もちろん十分な熱の放出が可能な時間は考慮し
ない）ため一旦初期化され、再度固化過程を繰り返すも
のと考えられる。したがって再度投入されたエネルギー
による２次加熱終了後の冷却速度に注目することによっ
て、良好な結晶成長が期待できる。図９に示すように、
遅延時間を制御することによって冷却速度を所望の値に
コントロールする。
【００３５】さて、照射されるビームの空間的な強度分
布について次に述べる。複数のスリットを用いたレーザ
照射においても、スリット内の空間分布が一定でありか
つスリット間の強度空間分布が一定であることが望まし
いが、光学素子設計や光学素子作製上の制限から、±数
％〜十数％程度のばらつきが生じてしまう。エキシマレ
ーザ光の経時変化や光学系の消耗、光学素子への異物の
付着等も考慮するとその分布は±数十％になる場合もあ
る。図１０は、図８に示すような顕微鏡写真から求め
た、照射強度と照射回数（照射パルス回数）Nに依存し
た平均結晶粒径ｄ（ｄ＝ＫＮｎ,ここで、Ｋは定数、ｎ
は傾きを示す）の変化を示している。図１０が示唆する
ように、照射強度が４５０mJ/cm2程度を境に照射回数Ｎ
に対する粒径変化の傾きｎが変化する。所望の作製条件
を照射強度と場所あたりの照射回数Ｎで設計する場合、
空間的な強度分布がn=1/4となるような条件とn=1/7とな
るような条件とを混在させないことが望ましい。したが
って、空間的なばらつきが生じた場合でも例えば５２１
〜４７０mJ/cm2の範囲（平均強度４９５．５mJ/cm2の約
±５．２％以内の範囲）あるいは４２４〜３３９mJ/cm2
の範囲（平均強度３８１．５mJ/cm2の約±１１．２％以
内の範囲）に分布が収まるように照射を行えば、極端な
平均粒径の相違を抑制したＳｉ薄膜のレーザ結晶化が可
能になる。
【００３６】（９）本発明によれば、光マスク上に形成
したパターンを基板上の半導体薄膜に投影露光して、半
導体薄膜の所定の領域を改質するための処理室を有する
半導体薄膜形成装置において、大気に暴露することなく
別の処理室に基板を搬送する機構を有することを特徴と
する半導体薄膜形成装置が得られる。
【００３７】（１０）本発明によれば、上記（９）に記
載の半導体薄膜形成装置において、前記別の処理室が基
板に絶縁膜を形成するための絶縁膜形成室であることを
特徴とする半導体薄膜形成装置が得られる。
【００３８】半導体膜中のトラップ準位密度が、界面準
位密度と同等かそれ以下になるために、同一装置内で大
気の曝すことなく半導体膜／ゲート絶縁膜を形成するこ
とによって、その清浄性維持の効果を十分活かし、良好
な半導体−絶縁膜界面を得ることが可能になる。
【００３９】（１１）本発明によれば、上記（９）に記
載の半導体薄膜形成装置において、前記別の処理室が基
板に半導体膜を形成するための半導体膜形成室であるこ
とを特徴とする半導体薄膜形成装置が得られる。
【００４０】（１２）本発明によれば、上記（９）に記
載の半導体薄膜形成装置において、前記別の処理室が基
板に加熱処理を施すための加熱処理室であることを特徴
とする半導体薄膜形成装置が得られる。
【００４１】（１３）本発明によれば、上記（９）に記
載の半導体薄膜形成装置において、前記別の処理室が基
板にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理室であるこ
とを特徴とする半導体薄膜形成装置が得られる。
【００４２】（１４）本発明によれば、上記（９）に記
載の半導体薄膜形成装置において、前記処理室が、前記
光マスク上に形成したパターンを前記基板上の半導体薄
膜にレーザビームにより投影露光して、半導体薄膜の前
記所定の領域を改質するためのレーザ処理室であり、前
記別の処理室がもう一つのレーザ処理室であることを特
徴とする半導体薄膜形成装置が得られる。
【００４３】このような構成をとることによって、高性
能、多機能半導体形成装置の提供、低コスト、高再現性
薄膜トランジスタ製造プロセスの提供、及び高性能薄膜
トランジスタの提供がそれぞれ可能になる。
【００４４】具体的には、 １）薬液による洗浄工程削減が可能な安定性の高い半導
体薄膜プロセス装置の提供 ２）同一装置において多工程を処理可能な多機能型装置
を提供することによって、トータルの工場設置面積を小
さくできる、省スペース半導体プロセス装置の提供 ３）シリコン清浄表面（界面）を、薬液を用いることな
く維持可能な低コスト、高性能薄膜トランジスタの製造
方法の提供がそれぞれ可能になる。
【００４５】（１５）本発明によれば、上記（９）〜
（１３）のいずれかに記載の半導体薄膜形成装置におい
て、前記別の処理室は、該別の処理室内の所定の領域に
プラズマを発生させるためのプラズマ発生源を有し、前
記別の処理室内の前記所定の領域外の領域に基板が配置
されることを特徴とする半導体薄膜形成装置が得られ
る。
【００４６】（１６）本発明によれば、上記（１３）に
記載の半導体薄膜形成装置において、前記別の処理室
は、該別の処理室内の所定の領域にプラズマを発生させ
るためのプラズマ発生源を有し、前記別の処理室は、前
記所定の領域の前記プラズマにより励起されたガスと、
前記所定の領域を介さずに前記別の処理室内に導入され
る別のガスとを反応させることにより、前記基板に前記
プラズマ処理を施すものであることを特徴とする半導体
薄膜形成装置が得られる。
【００４７】プラズマ発生室と基板処理室を分離する構
成によって、プラズマダメージを低減し良質なゲート絶
縁膜を形成する手段に加えて、シリコン膜中のトラップ
準位密度が、界面準位密度と同等かそれ以下になるため
に、良好な半導体−絶縁膜界面を得ることが可能にな
る。
【００４８】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。
【００４９】図１１は本発明の実施の形態を表した例で
ある。第１のエキシマレーザEL1及び第２のエキシマレ
ーザEL2から供給されるパルスＵＶ光は、ミラー類opt3,
opt3'、レンズ類opt4を介してホモジナイザopt20'に導
かれる。ここでビームの強度プロファイルが光学マスク
opt21で所望の均一度、例えば面内分布±５％、になる
ように整形する。（エキシマレーザから供給されるオリ
ジナルなビームはその強度プロファイルや総エネルギー
量が、パルス間毎に変化する場合があるため、光学マス
ク上での強度が、空間的分布、パルス間ばらつきについ
て、より均一化されるための機構が設けられることが望
ましい。ホモジナイザとしては、フライアイレンズやシ
リンドリカルレンズを用いたものが一般的に用いられ
る。）上記光学マスクによって形成された光パターンは
縮小投影露光装置opt23'、レーザ導入窓W0を介して、真
空チャンバC0内に設置されたsub0基板に照射される。上
記基板は、基板ステージS0上に載置されており、基板ス
テージの動作によって所望の領域、例えばパターン転写
領域ex0に光パターンを露光することができる。図１１
では縮小投影光学系を示したが、場合によっては等倍、
拡大投影を行ってもかまわない。基板ステージの移動
（図内Ｘ−Ｙ）によって基板上の任意の領域に照射が行
われる。また、上記光学マスクはマスクステージ（図示
せず）上に設置され、露光可能領域内であれば、上記光
学マスクを移動して基板上に照射されるビームを操作す
ることも可能である。
【００５０】次に所望の光パターンを所望の条件で基板
上に照射するために必要な機構について例示する。光軸
の調整には微妙な調整が必要となるため、いったん調整
を終えた光軸を固定して基板の位置を調整する方法を示
す。光軸に対する基板照射面の位置は、焦点（Ｚ）方向
位置及び光軸に対する垂直度を補正する必要がある。し
たがって、図中θxy傾き補正方向、θxz傾き補正方向、
θyz傾き補正方向、X露光領域移動方向、Y露光領域移動
方向、Z焦点合わせ方向で示すうち、θxy傾き補正方
向、θxz傾き補正方向、θyz傾き補正方向の調整により
光軸に対する垂直度を補正する。また、Z焦点合わせ方
向を調整することにより光学系の焦点深度にあった位置
に基板照射面を配置制御する。
【００５１】図１２は上記の調整や基板のアライメント
機構の側面図について例示した。露光軸L0に対し、光学
マスクopt21、縮小投影露光装置opt23'、レーザ導入窓W
0が図のように配置される。真空チャンバC0内に配置さ
れた基板sub0は、基板吸着機構付きヒータH0、基板XYZ
θxyθxzθyzステージS0'上に配置される。真空チャン
バを用いているが実際の光照射は真空排気後置換された
不活性ガス、水素、酸素、窒素等の雰囲気中で行われる
ことが望ましく、雰囲気圧も大気圧前後の圧力であって
もよい。基板吸着機構付きヒータを用いることによって
光照射時に、室温〜４００℃程度の基板加熱条件を選ぶ
ことができる。上記のように雰囲気圧を大気圧力程度に
することによって、真空チャック機能による基板の吸着
ができるため、チャンバ内での基板ステージの移動等が
あってもずれを防止でき、投入された基板に多少のそ
り、たわみがあっても基板ステージに固定することがで
きる。さらに加熱による基板のそり、たわみによる焦点
深度ずれを最小限に抑えることができる。
【００５２】レーザ干渉計i1, i2は、測長用窓W-i、測
長用ミラーopt-iを介して、基板のアライメント及び基
板のＺ方向位置の測定を行う。アライメントには、基板
上のアライメントマークをオフアクシス顕微鏡m0、顕微
鏡用光源Lm、顕微鏡用素子opt-mを用いて計測し、レー
ザ干渉系による基板位置情報を用いて所望の露光位置を
計測できる。図１２ではオフアクシス法を例示したが、
Through The Lens方式やThrough The Mask (Reticle)方
式を応用することも可能である。また、複数の計測地点
から線形座標を、最小２乗法を用いて決定することによ
り、計測時に生じる測定誤差を平均化する手段をとるこ
ともできる。
【００５３】図１３(A)〜(C)にマスクパターンとアライ
メントマークの関係について示した。マスクはマスク
（非露光部）mask1とマスク（露光部）mask2とから構成
される。例えばエキシマレーザを光源にする場合、紫外
光が透過する石英基板上にアルミニウム、クロム、タン
グステンなどの金属や、誘電体多層膜といった紫外光を
吸収、反射する膜を形成し、フォトリソグラフィとエッ
チング技術を用いてパターンを形成する。マスク上の所
望のパターン（図１３(A)において白色部で示される）
に応じて、シリコン膜が露光され図１３(B)に示される
ように非露光Si（Si1）内に露光Si部（Si2）が形成され
る。このとき、必要に応じてマスク上マークmark1が基
板上マークmark2に一致するようにアライメント調整後
露光することによって、シリコン薄膜上の予め設計され
た位置を露光することが可能となる。また、上記シリコ
ン薄膜を用いた薄膜トランジスタ形成工程において、露
光プロセスが位置決めを必要とする第１工程の場合（す
なわちアライメントマークが予め形成されていない場
合）、シリコン薄膜への露光工程時に露光形成マークma
rk3を同時に露光することによって、a-Siと結晶Siとの
光学的色差を利用したアライメントマークが形成でき
る。したがってこのマークを基準に後工程におけるフォ
トリソグラフィ等を行うことによって、露光改質された
所望の領域に、トランジスタや所望の機構、機能を作り
込むことができる。露光工程後シリコン薄膜上にSi酸化
膜を形成し、シリコン層の所望の領域がエッチング除去
された状態を図１３(C)に示す。Si除去部（Si3）は積層
されたシリコン膜とSi酸化膜がエッチング除去された領
域であり、非露光Si （Si1）と露光Si （Si2）上にSi酸
化膜（Si4, Si5）が積層された形状が示されている。こ
のように酸化膜で覆われたシリコン膜からなる島状構造
を作り込むことによって素子間分離された薄膜トランジ
スタのチャネル／ソース・ドレイン領域や後工程のアラ
イメントに必要なマークを形成することができる。
【００５４】図１４(1)(2)に主要動作のタイミングチャ
ートを示す。制御例１では基板ステージをの動作により
所望の露光位置に基板を移動させる。次に焦点合わせや
アライメント動作を行い精密に露光位置を調整する。こ
のとき、例えば０．１μｍ〜１００μｍ程度といった、
所望の設定誤差精度にはいるように調整する。その動作
が完了した時点で、基板への光照射が実行される。これ
らの一連の動作を終了した時点で次の露光領域へ基板が
移動し、基板上の必要な箇所を照射終了した後、基板が
交換され第２の処理基板上で所定の一連の処理を行う。
制御例２では基板ステージをの動作により所望の露光位
置に基板を移動させる。次に焦点合わせやアライメント
動作を行い精密に露光位置を調整する。このとき、例え
ば０．１μｍ〜１００μｍ程度といった、所望の設定誤
差精度にはいるように調整する。その動作が完了した時
点で、マスクステージの動作を始動する。始動時の移動
ステップ量のばらつきを避けるために、基板への光照射
はマスクステージ動作の開始よりもあとから開始される
チャートである。もちろんステージの移動によりアライ
メント位置から離れた地点に露光されるため、その分の
オフセット量は予め考慮する必要があることはいうまで
もない。基板への光照射よりも早く光源の運転を開始
し、光源の出力強度の安定性が高まった時点で、シャッ
タ等を開き基板への光照射を行うことも可能である。特
にエキシマレーザを光源に用い、発振期間と停止期間と
が繰り返されるような使用法をとった場合、初期の数１
０パルスが特に不安定なことが知られており、これらの
不安定なレーザパルスを照射したくない場合には、マス
クステージの動作に合わせてビームを遮断する方式をと
ることができる。これらの一連の動作を終了した時点で
次の露光領域へ基板が移動し、基板上の必要な箇所を照
射終了した後、基板が交換され第２の処理基板上で所定
の一連の処理を行う。
【００５５】膜厚75nmのa-Si薄膜に対して1mm x 50μｍ
のビームを短軸方向に０．５μｍピッチで走査した。一
つの光源を用いてレーザ照射強度は照射面で470mJ/cm2
としたところ、走査方向に連続する単結晶シリコン薄膜
が得られた。さらに、第２光源を照射面で150mJ/cm2と
なるように、100nsec遅延させて照射した条件では１．
０μｍの走査ピッチ条件でも走査方向に連続する単結晶
シリコン薄膜が得られた。上記結晶化シリコン膜中のト
ラップ準位密度は1012 cm-2より低い値を示した。
【００５６】図１５は、本発明の実施の形態を示す半導
体薄膜形成装置の側面図である。プラズマＣＶＤ室C2、
レーザ照射室C5、基板搬送室C7から構成され、ゲートバ
ルブGV2, GV5を介して基板の搬送が装置外部の雰囲気に
触れることなく真空中、不活性ガス、窒素、水素、酸素
等の雰囲気かつ高真空、減圧、加圧状態で可能である。
レーザ照射室においては４００℃程度まで加熱可能なS5
基板ステージ上にチャック機構を用いて基板が設置され
る。プラズマCVD室では、４００℃程度まで加熱可能な
基板ホルダーS2上に基板が設置される。この例ではガラ
ス基板Sub0上にシリコン薄膜（Si 1）が形成された状態
でレーザ照射室に導入され、表面のシリコン薄膜がレー
ザ照射により結晶性シリコン薄膜（Si 2）に改質され、
プラズマCVD室に搬送された状態を示している。
【００５７】レーザ照射室に導入されるレーザ光は、エ
キシマレーザ１（EL 1）、エキシマレーザ２（EL 2）か
ら供給されるビームが第１のビームラインL 1、第２の
ビームラインL 2を通り、レーザ合成光学装置opt 1、ミ
ラーopt 11、透過ミラーopt12、レーザ照射光学装置opt
2、ホモジナイザopt 20、光学マスクステージopt 22に
固定された光学マスクopt 21、投影光学装置opt 23、レ
ーザ導入窓W 1を介して基板表面に到達する。ここでは
２台のエキシマレーザを図示したが、光源としては１台
以上所望の台数を設置することもできる。またエキシマ
レーザに限らず、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等のパ
ルスレーザや、アルゴンレーザ等のＣＷ光源と高速シャ
ッタを用いてパルス上に供給してもよい。
【００５８】一方プラズマCVD室はRF電極D 1と プラズ
マ閉じこめ電極D 3により プラズマ形成領域D 2が基板
が配置される領域とは離れた位置に形成される。プラズ
マ形成領域には例えば酸素とヘリウムを、 原料ガス導
入装置D 4を用いてシランガスを供給することにより、
基板上に酸化シリコン膜を形成することができる。
【００５９】図１６に本発明の実施の形態を示す半導体
薄膜形成装置の平面図を示す。ロード／アンロード室C
1、 プラズマCVD室 C2、基板加熱室C3、水素プラズマ
処理室C4、レーザ照射室C5、基板搬送室C7がそれぞれゲ
ートバルブGV1〜GV6を介して接続されている。第１のビ
ームラインL1、第２のビームラインL2から供給されるレ
ーザ光がレーザ合成光学装置opt1、レーザ照射光学装置
opt2、レーザ導入窓W1を介して基板表面に照射される。
また、それぞれのプロセス室、搬送室はガス導入装置ga
s1〜gas7、排気装置vent1〜vent7が接続されており、所
望のガス種の供給、プロセス圧の設定、排気、真空が調
整される。図に点線で示すように処理基板sub2, sub6が
平面上に配置される。
【００６０】図１７はプラズマCVD室 C2の概略図であ
る。高周波電源（１３．５６ＭＨｚあるいはそれ以上の
高周波が適する）RF1から電力が高周波電極RF2に供給さ
れる。ガス供給穴付き電極RF3と高周波電極の間にプラ
ズマが形成され、反応形成されたラジカルがガス供給穴
付き電極を通り基板が配置された領域に導かれる。平面
型ガス導入装置RF4によりプラズマに曝すことなく別の
ガスが導入され、気相反応を経て基板sub2上に薄膜が形
成される。基板ホルダーS2はヒータ等により室温から５
００℃程度までの加熱行うように設計した。図のよう
に、排気装置ven2、ガス導入装置gas2、酸素ラインgas2
1、ヘリウムラインgas22、水素ラインgas23、シランラ
インgas24、ヘリウムラインgas25、アルゴンラインgas2
6を用いて酸素ラジカルとシランガスを反応させること
によって酸化シリコン膜を形成できる。基板温度３００
℃、圧力０．１ｔｏｒｒ、ＲＦ電力１００Ｗ、シラン流
量１０ｓｃｃｍ、酸素流量４００ｓｃｃｍ、ヘリウム流
量４００ｓｃｃｍの条件で膜形成を行ったところ、固定
酸化膜電荷密度（5x1011cm-2）と良好な特性を有する
シリコン酸化膜の形成を確認している。また、シランに
対する酸素流量比を大きくすることでより良好な酸化膜
の形成が可能である。プラズマCVD室の形態としては上
述のような平行平板型のＲＦプラズマＣＶＤ装置ばかり
でなく、減圧ＣＶＤや常圧ＣＶＤといったプラズマを利
用しない方法や、マイクロ波やＥＣＲ(Electron Cycrot
ron Resonance)効果を用いたプラズマＣＶＤ法を用いる
ことも可能である。
【００６１】表１は図１７に示すプラズマＣＶＤ装置を
酸化シリコン膜以外の薄膜形成に用いる場合に必要なガ
ス種の例を示している。
【００６２】
【表１】Si3N4窒化シリコン膜の形成にはN2（窒素）（あるいは
アンモニア）、キャリアガスとしてAr（アルゴン）、Si
H4（シラン）、キャリアガスとしてアルゴン等を用いる
ことができる。Siシリコン薄膜の形成にはH2水素とシラ
ン、水素（キャリアガスとしてアルゴン）とSiF4４フッ
化シラン（キャリアガスとしてアルゴン）等の原料ガス
を用いることができる。また、成膜プロセスではない
が、水素プラズマを利用してシリコン薄膜や酸化シリコ
ン膜の水素プラズマ処理も可能である。
【００６３】図１８は本発明の半導体薄膜形成装置を薄
膜トランジスタの製造工程に応用した場合の工程フロー
図である。
【００６４】(a)洗浄によって有機物や金属、微粒子等
を除去したガラス基板sub0上に基板カバー膜T1、シリコ
ン薄膜T2を順次形成する。基板カバー膜としてLPCVD
（減圧化学的気相成長）法でシランと酸素ガスを原料と
し、４５０℃で酸化シリコン膜を１μｍ形成する。LPCV
D法を用いることにより基板保持領域を除き基板外表面
全体をカバーすることも可能である（図示せず）。ある
いはテトラエトキシシラン（TEOS）と酸素を原料とした
プラズマＣＶＤ、TEOSとオゾンを原料とした常圧ＣＶ
Ｄ、図１８に示すようなプラズマＣＶＤ等を利用するこ
とも可能であり、基板材料（アルカリ金属濃度を極力低
減したガラス、表面を研磨加工した石英・ガラス等）が
含む半導体デバイスに有害な不純物の拡散防止ができる
材料が基板カバー膜として有効である。シリコン薄膜は
ＬＰＣＶＤでジシランガスを原料として５００℃で厚さ
７５ｎｍ形成する。この場合膜中に含まれる水素原子濃
度が1原子％以下となるため、レーザ照射工程での水素
放出による膜荒れ等を防ぐことができる。あるいは図１
７に示すようなプラズマCVD法や広く普及しているプラ
ズマＣＶＤ法を用いても、基板温度や水素／シラン流量
比、水素／４フッ化シラン流量比等を調整することによ
って水素原子濃度が低いシリコン薄膜を形成できる。
【００６５】(b)上記(a)工程で準備した基板を、有機物
や金属、微粒子、表面酸化膜等を除去するための洗浄工
程を経た後、本発明の薄膜形成装置に導入する。レーザ
光L0が照射し、シリコン薄膜を結晶化シリコン薄膜T2'
に改質する。レーザ結晶化は９９．９９９９％以上の高
純度窒素７００ｔｏｒｒ以上の雰囲気で行われる。
【００６６】(c)上記工程を経た基板は、ガスが排気さ
れた後基板搬送室を介してプラズマCVD室に搬送され
る。第１のゲート絶縁膜T3として、シラン、ヘリウム、
酸素を原料ガスとして基板温度３５０度で酸化シリコン
膜を１０ｎｍ堆積する。このあと必要に応じて水素プラ
ズマ処理や加熱アニールを行う。ここまでが本発明の薄
膜形成装置において処理される。
【００６７】(d)次に、フォトリソグラフィとエッチン
グ技術を用いてシリコン薄膜と酸化シリコン膜積層膜の
アイランドを形成する。このとき、シリコン薄膜に比べ
酸化シリコン膜のエッチングレートが高いエッチング条
件を選択することがこのましい。図に示すようにパター
ン断面が階段状（あるいはテーパ状）に形成することに
よって、ゲートリークを防ぎ信頼性の高い薄膜トランジ
スタを提供できる。
【００６８】(e)次に、有機物や金属、微粒子等を除去
するための洗浄を行った後、上記アイランドを被覆する
ように第２のゲート絶縁膜T4を形成する。ここでは、LP
CVD法でシランと酸素ガスを原料とし、４５０℃で酸化
シリコン膜を３０ｎｍ形成した。あるいはテトラエトキ
シシラン（TEOS）と酸素を原料としたプラズマＣＶＤ、
TEOSとオゾンを原料とした常圧ＣＶＤ、図１８に示すよ
うなプラズマＣＶＤ等を利用することも可能である。次
にゲート電極としてn+シリコン膜を80nm、タングステン
シリサイド膜を110nm形成する。n+シリコン膜はプラズ
マCVDやLPCVD法で形成された結晶性のリンドープシリコ
ン膜が望ましい。その後、フォトリソグラフィとエッチ
ング工程を経て、T5パターン化されたゲート電極を形成
する。
【００６９】(f1, f2)次に、ゲートをマスクとして不純
物注入領域T6, T6'を形成する。ＣＭＯＳ型回路を形成
する場合は、フォトリソグラフィを併用してn+領域が必
要なn-channel TFT及びp+領域を要するp-channel TFTを
作り分ける。注入される不純物イオンの質量分離を行わ
ないイオンドーピングや、イオン注入、プラズマドーピ
ング、レーザドーピング等の方法を採ることができる。
そのとき用途や不純物導入方法によって(f1)(f2)のよう
に表面の酸化シリコン膜を残したまま、あるいは除去し
た後に不純物の導入を行う。
【００７０】(g1)(g2)層間分離絶縁膜T7, T7'を堆積、
コンタクトホールを開口後、金属を堆積、フォトリソグ
ラフィとエッチングにより金属配線T8を形成する。層間
分離絶縁膜としては、膜の平坦化が図れるTEOS系酸化膜
やシリカ系塗布膜、有機塗布膜を用いることができる。
コンタクトホール開口はフォトリソグラフィとエッチン
グにより、金属配線は抵抗の低いアルミニウム、銅ある
いはそれらをベースとした合金、タングステンやモリブ
デンといった高融点金属が応用できる。以上のような工
程を行うことによって、性能、信頼性の高い薄膜トラン
ジスタを形成することができる。
【００７１】図１９は予めアライメントマークを設け、
アライメントマークに応じたレーザ照射を行った場合の
実施例、図２０はレーザ照射と同時にアライメントマー
クを形成する場合の実施例について、ＴＦＴ製造工程フ
ローをもとに説明する。基本的には図１８の説明と類似
しているため、特に異なる点を中心に説明する。
【００７２】図１９(a) 洗浄によって有機物や金属、
微粒子等を除去したガラス基板sub0上に基板カバー膜T
1、タングステンシリサイド膜を順次形成する。アライ
メントマークの形成のために、フォトリソグラフィとエ
ッチングによりパターン化しアライメントマークT9を基
板上に形成する。次にアライメントマークを保護するた
めにマーク保護膜T10を形成し、シリコン薄膜を形成す
る。
【００７３】図１９(b) レーザ光露光時にはアライメ
ントマークを基準に所望の領域が露光される。その後
は、予め設けられたアライメントマークや、結晶化シリ
コン薄膜パターニングによって形成されるアライメント
マーク（図示せず）を基準に、次工程のアライメントを
行うことができる。
【００７４】図２０(b) シリコン薄膜への露光と同時
に露光／非露光による改質の相違を利用した結晶化アラ
イメントマークT9'をシリコン薄膜に形成する。
【００７５】図２０(d) 結晶化アライメントマークT9'
を利用して、フォトリソグラフィ時の目合わせを行い、
エッチング工程を経てシリコン薄膜と酸化シリコン膜積
層膜のアイランドを形成する。
【００７６】図２１は、非晶質半導体を同期パルスによ
って加熱してレーザアニールを行うレーザアニール装置
であり、所望の波長及び波形のレーザ光を発生するレー
ザ発振装置３１１０と、レーザ発生部３１１０からのレ
ーザ光を利用して基板Ｗを実際に加工するレーザ照射処
理部３１２０と、これらの動作を統括的に制御する主制
御装置３１３０とを備える。なお、被加工体である基板
Ｗは、ガラス板等からなり、その表面には、例えば非晶
質半導体である非晶質Ｓｉ層が堆積されており、このよ
うなレーザ光による加工によって非晶質Ｓｉ層にあって
はこれが多結晶Ｓｉ層になる。
【００７７】レーザ発生部３１１０は、パルスタイプの
レーザ光を発生する一対のレーザ発振装置３１１１、３
１１２と、これらレーザ発振装置３１１１、３１１２の
発振タイミングを個別に制御して一対のパルス光を適当
な時間差で発生させる遅延制御部である発振制御装置３
１１３とを備える。ここで、第１レーザ発振装置３１１
１は、基板Ｗの加工に際して最初に照射される主たるレ
ーザ装置であり、第２レーザ発振装置３１１２は、基板
Ｗの加工に際して次に照射される従たるレーザ装置であ
る。第１及び第２レーザ発振装置３１１１、３１１２か
らの各レーザ光は、基板Ｗの加工に最適となるように時
間差及びパワーが適宜調整されており、両パルス光ＰＬ
を光合成系３１７０を介して重ね合わせることにより加
工用の同期パルス光となる。
【００７８】発振制御装置３１１３は、コンピュータ、
信号整形回路等から構成されており、基準パルスを発生
する基準パルス発生回路３１５１と、同期パルス光を構
成する一対のパルス光ＰＬの発生間隔すなわち時間差を
予め設定するディレイ時間設定回路３１５２と、ディレ
イ時間設定回路３１５２等からの信号出力に基づいて第
１及び第２レーザ発振装置３１１１、３１１２の動作タ
イミングを設定するとともにこれに相当する指令信号を
発生する演算回路３１５３と、演算回路３１５３からの
指令信号の出力を受けて第１及び第２レーザ発振装置３
１１１、３１１２を発振させるための第１及び第２トリ
ガ信号を発生するトリガパルス発生回路３１５４と、第
１及び第２レーザ発振装置３１１１、３１１２のレーザ
出力をそれぞれ高速で光電変換する光検出装置である第
１及び第２フォトセンサ３１６１、３１６２と、第１及
び第２のフォトセンサ３１６１、３１６２からの出力を
個別に増幅する一対のアンプ３１６３、３１６４と、両
アンプ３１６３、３１６４からの光検出信号を受けて両
光検出信号の時間差を検出するディレイ時間検出回路３
１５５とを備える。
【００７９】ディレイ時間設定回路３１５２は、第１及
び第２レーザ発振装置３１１１、３１１２からのレーザ
光を重ね合わせた同期パルスの波形が基板Ｗの加工に最
適となるような時間差（以下、設定時間差ｔ1）を設定
する。このような設定時間差ｔ1は、外部からキーボー
ド等を介して入力すること、或いは基板Ｗの種類に応じ
て予め記憶した設定値を読み出すことで設定できる。
【００８０】演算回路３１５３は、ディレイ時間設定回
路３１５２で設定された設定時間差ｔ1に対応する指令
信号Ｓ2を発生する。また、ディレイ時間検出回路３１
５５のからの測定時間差ｔ3の出力に基づいて、設定時
間差ｔ1に修正を加えた修正時間差ｔ2を算出し、この設
定時間差ｔ2に対応する指令信号Ｓ2’を発生する。
【００８１】トリガパルス発生回路３１５４は、演算回
路３１５３が出力する指令信号Ｓ2（Ｓ2’）を受けて適
当な信号処理を行い、基準パルス発生回路３１５１から
の基準パルスをトリガとして、第１及び第２レーザ発振
装置３１１１、３１１２を発振させるための第１及び第
２トリガ信号Ｔｒ1、Ｔｒ2を、それぞれ個別に時間差ｔ
1（ｔ2）だけずらして発生する。
【００８２】ディレイ時間検出回路３１５５は、両アン
プ３１６３、３１６４からの一対の光検出信号を所定の
閾値で切り出すとともに、その立ち上がりのタイミング
の差から第１及び第２レーザ発振装置３１１１、３１１
２が出力する一対のレーザ光間のディレイ時間ｔ3を検
出する。
【００８３】レーザ照射処理部３１２０には、レーザ発
生部３１１０から出射し、ミラー３１７１、３１７２、
ハーフミラー３１７３等からなる光合成系３１７０を経
て合成された同期パルス光が入射する。このレーザ照射
処理部３１２０は、同期パルス光を所望の断面形状及び
エネルギー密度分布のビームとして基板Ｗ上に投影する
投影光学系３１２１と、基板Ｗを支持して走査に際して
基板Ｗとともに移動するステージ３１２２と、ステージ
３１２２の動作を制御するステージ駆動系３１２３とを
備える。
【００８４】以下、図２１のレーザ加工装置の動作につ
いて説明する。主制御装置３１３０は、発振制御装置３
１１３を制御して、第１及び第２レーザ発振装置３１１
１、３１１２から設定時間差ｔ1だけずれた一対のパル
ス光ＰＬを発生させる。両パルス光ＰＬは、光合成系３
１７０を介して重ね合わされ、所定の波形を有する加工
用の同期パルス光として基板Ｗ上に照射される。同期パ
ルス光は、基準パルス発生回路３１５１からの基準パル
スをトリガとして発生するので、基準パルスの周期に対
応する周期で同期パルス光の基板Ｗ上への照射が繰り返
される。
【００８５】この際、ディレイ時間検出回路３１５５が
出力するディレイ時間ｔ3をモニタすることで、実際の
ディレイ時間ｔ3が設定時間差ｔ1からどの程度ずれてい
るかが分かり、このずれ量Δｔを減算した修正時間差ｔ
2＝ｔ1−Δｔ（＝２×ｔ1−ｔ3）を新たな目標値とす
る。これにより、第１及び第２レーザ発振装置３１１
１、３１１２からほぼ設定時間差ｔ1だけずれた一対の
パルス光ＰＬを発生させることができる。つまり、第１
及び第２レーザ発振装置３１１１、３１１２の応答特
性、経時変化等の要因により、ディレイ時間検出回路３
１５５が出力するディレイ時間ｔ3’が所定の上限値又
は下限値を超える場合、新たなずれ量Δｔ’を減算した
修正時間差ｔ2’＝ｔ1−Δｔ’を新たな目標値とする。
以上を繰り返すことにより、同期パルス光を構成する一
対のパルス光ＰＬの時間間隔を常に一定に保つことがで
きる。つまり、両レーザ発振装置３１１１、３１１２の
特性が異なり、経時的な変化や動作条件の変更等によっ
てトリガから発光までの応答時間にバラツキが生じる場
合であっても、安定した波形の同期パルス光を基板Ｗ上
に照射することができる。
【００８６】図２２は、図２１の装置の動作タイミング
を説明するタイミングチャートである。図２２（ａ）
は、波形発生器３１５１，３１５４から出力されるトリ
ガ信号Ｔｒ1を示し、図２２（ｂ）は、第１パルスレー
ザ発振器３１１１から射出されるパルス光ＰＬを示し、
図２２（ｃ）は、トリガ遅延回路３１５３，３１５４か
ら出力されるトリガ信号Ｔｒ2を示し、図２２（ｄ）
は、第２パルスレーザ発振装置３１１２から射出される
パルス光ＰＬを示す。図からも明らかなように、トリガ
遅延回路３１５４，３１５２に遅延時間Ｔｓを設定すれ
ば、理論上は、所期のパルス時間間隔Ｔｄ（＝Ｔｄ2−
Ｔｄ1＋Ｔｓ＋Ｔｃ）となることが分かる。
【００８７】次に、本発明の一実施形態である焦点調節
装置及び方法について説明する。
【００８８】図２３は、実施形態の焦点調節装置を組み
込んだレーザアニール装置の全体構造を説明する図であ
る。このレーザアニール装置は、ガラス板上にアモルフ
ァス状Ｓｉ等の半導体薄膜を形成した被加工体であるワ
ークＷを熱処理するためのもので、かかる半導体薄膜を
加熱するためのエキシマレーザその他のレーザ光ＡＬを
発生するレーザ光源３７１０と、このレーザ光ＡＬをラ
イン状或いはスポット状にして所定の照度でワークＷ上
に入射させる加工光学系である照射光学系３７２０と、
ワークＷを載置してＸ−Ｙ面内で滑らかに移動可能であ
るとともにＸ軸及びＹ軸の回りに傾斜可能なステージ３
７３０と、ワークＷを載置したステージ３７３０を照射
光学系３７２０等に対して必要量だけ移動若しくは傾斜
させる駆動手段であるステージ駆動装置３７４０と、レ
ーザアニール装置の各部の動作を統括的に制御する主制
御装置３７８０とを備える。ここで、ステージ３７３０
及びステージ駆動装置３７４０は、ステージ装置を構成
し、ワークＷ周辺を減圧したりその雰囲気を調節するチ
ャンバ３７９０中に収容される。このチャンバ３７９０
は、除振装置３７９２を介して床上に設置されている。
【００８９】さらに、このレーザアニール装置は、焦点
調節装置として、上記ステージ３７３０、ステージ駆動
装置３７４０及び主制御装置３７８０のほか、ステージ
３７３０の移動量を光学的な情報や電気的な情報として
検出する移動量計測装置３７５０と、ステージ３７３０
のステージ駆動装置３７４０に対する高さや傾斜量を光
学的な情報や電気的な情報として検出する傾斜計測装置
３７６０と、ワークＷの照射光学系３７２０に対する高
さや傾斜量に対応する信号を検出する非接触変位計３７
７０とを備える。
【００９０】ここで、照射光学系３７２０は、レーザ光
源３７１０からミラー３７１５を経て入射するレーザ光
ＡＬを均一な分布とするホモジナイザ３７２０ａと、ホ
モジナイザ３７２０ａを経たレーザ光ＡＬを所定のビー
ム形状に絞るスリットを有するマスク３７２０ｂと、マ
スク３７２０ｂのスリット像をワークＷ上に縮小投影す
る投影レンズ３７２０ｃとからなる。なお、照射光学系
３７２０は、チャンバ３７９０に設けた透過窓３７９０
ａを介してワークＷに対向するように配置されており、
図示を省略する部材によってチャンバ３７９０側に固定
されている。
【００９１】ステージ駆動装置３７４０は、ステージ３
７３０をＸ軸及びＹ軸の回りに傾斜させるチルト装置３
７４２と、ステージ３７３０をチルト装置３７４２とと
もにＸ−Ｙ面内で滑らかに移動させる並進装置３７４４
とを備える。ここで、チルト装置３７４２は、ベローズ
内部にシリンダを収容して任意の長さに伸縮自在である
３つの支持部材３７４２ａと、支持部材３７４２ａを伸
縮動作させる支持部材駆動装置３７４２ｂとを備える。
これら３つの支持部材３７４２ａの長さを支持部材駆動
装置３７４２ｂを介して調節することにより、照射光学
系３７２０に対するステージ３７３０の傾きや距離を適
宜微調整することができる。つまり、照射光学系３７２
０に対するワークＷのＺ軸方向の位置（距離）と、Ｘ軸
回りのチルト角θXと、Ｙ軸回りのチルト角θYとを調整
することができる。なお、ステージ３７３０直下にチル
ト装置３７４２側から延びている３つの傾斜計測装置３
７６０は、渦電流式センサ或いは静電容量センサであ
り、これらの出力から、ステージ３７３０がステージ駆
動装置３７４０に対してどの程度傾斜しているかが正確
に分かるようになっている。
【００９２】非接触変位計３７７０は、レーザ変位計で
あり、ワークＷ上の平坦な領域を計測ターゲットＴとし
て検査光ＤＬを入射させる投光手段である投光部３７７
１と、計測ターゲットＴからの正反射光ＲＬを受けてこ
の正反射光ＲＬの入射位置に関する情報を出力する受光
手段である受光部３７７２とを備える。投光部３７７１
と受光部３７７２とは、照射光学系３７２０を挟んで対
向して配置される。つまり、投光部３７７１は、照射光
学系３７２０の光軸に対して所定の角度だけ傾いた方向
に検査光ＤＬを出射し、受光部３７７２には、照射光学
系３７２０の光軸に対して検査光ＤＬとは反対の方向に
上記所定角度だけ傾いた方向に進行する反射光ＲＬが入
射する。なお、主制御装置３７８０は、受光部３７７２
で検出された入射位置に関する情報に基づいて計測ター
ゲットＴの高さに対応する情報を含む計測値を得る換算
手段としても機能し、非接触変位計３７７０の一部を構
成する。
【００９３】ここで、投光部３７７１は、検査光を発生
する光源と投光光学系とを備え、透過窓３７９０ａを介
してワークＷ上の計測ターゲットＴに検査光ＤＬのスポ
ット状のビームを入射させる。一方、受光部３７７２
は、この計測ターゲットＴからの反射光ＲＬを集光する
結像光学系と集光後の反射光ＲＬが入射するラインセン
サとを備える。このラインセンサは、Ｘ−Ｚ面内で反射
光ＲＬの光軸に垂直な方向に延びており、ワークＷの高
さ位置がラインセンサからの位置検出信号と線形な関係
になることを利用してワークＷの高さ位置の変化を検出
する。ただし、ワークＷが照射光学系３７２０の光軸に
対して傾いているとき、非接触変位計３７７０の出力
は、ワークＷの高さ位置だけでなく、ワークＷの傾きを
反映したものとなっている。したがって、後に詳述する
が、チルト装置３７４２を利用して一旦ワークＷの傾き
を補正してワークＷの法線が照射光学系３７２０の光軸
と平行になった時点で、チルト装置３７４２を構成する
３つの支持部材３７４２ａを同量だけ伸縮させてワーク
Ｗと照射光学系３７２０との間隔を調整することにな
る。
【００９４】計測ターゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3は、正三角
形の頂点の位置に配置されており、それぞれがワークＷ
上の加工領域（図の場合、ワークＷの中央）から等距離
に設定されている。並進装置３７４４の制御によって、
投光部３７７１からの検査光ＤＬをワークＷ上の各計測
ターゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3に順次入射させることができ
る。ワークＷの傾きを補正する際には、各計測ターゲッ
トＴ1、Ｔ2、Ｔ3における受光部３７７２の出力を平均
化するようにチルト装置３７４２を動作させる。なお、
各計測ターゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3の配置や個数は、要求
される精度等に応じて適宜変更することができる。特に
ワークＷ表面に反り等の変形がある場合、対象とする加
工領域ごとにその近傍で３つ以上の計測ターゲットを改
めて選択する必要がある。また、以上で説明した計測タ
ーゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3は、単に平坦面であれば足り、
正反射光を形成できる限り、特定のマークを形成する必
要はない。
【００９５】以下、本実施形態のレーザアニール装置の
動作について説明する。まず、レーザアニール装置のス
テージ３７３０上にワークＷを搬送して載置する。次
に、アニール用のレーザ光ＡＬを導く照射光学系３７２
０に対してステージ３７３０上のワークＷをアライメン
トする。次に、照射光学系３７２０のマスク３７２０ｂ
を移動させながら、或いは照射光学系３７２０に対して
ステージ３７３０を適宜移動させながら、レーザ光源３
７１０からのレーザ光ＡＬをライン状或いはスポット状
にしてワークＷ上に入射させる。ワークＷ上には、アモ
ルファスＳｉ等の非晶質半導体の薄膜が形成されてお
り、レーザ光ＡＬの照射及び走査によって半導体の所望
領域がアニール、再結晶化され、電気的特性の優れた半
導体薄膜を提供することができる。
【００９６】ステージ３７３０上のワークＷの高さ及び
傾きを照射光学系３７２０に対してアライメントする動
作についてより詳細に説明する。まず、加工領域を中心
とする正三角形の頂点３点を計測ターゲットＴ1、Ｔ2、
Ｔ3と定める。並進装置３７４４の制御によってワーク
ＷをＸＹ面内で適宜移動させ、ワークＷ上の各計測ター
ゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3を非接触変位計３７７０の計測点
に順次移動させ、投光部３７７１からの検査光ＤＬを各
計測ターゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3に入射させる。各計測タ
ーゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3からの反射光ＲＬは、受光部３
７７２で入射位置に相当する信号に変換される。主制御
装置３７８０では、受光部３７７２からの入射位置に関
する信号に基づいて各計測ターゲットＴ1、Ｔ2、Ｔ3の
高さに関する計測値を得る。３点Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の計測
結果については、いずれにも傾きによる誤差が含まれて
いると考えられるが、ここではそれを無視して、３点Ｔ
1、Ｔ2、Ｔ3の高さが同じ値になるようチルト装置３７
４２によりワークＷのチルト角θX、θYを調整する。再
び、並進装置３７４４によってワークＷをＸＹ面内で適
宜移動させ、ワークＷ上の各計測ターゲットＴ1、Ｔ2、
Ｔ3について高さに関する計測値を得る。このようにし
て、３点Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の高さ計測とチルト角の調整と
を繰り返すことにより、傾きによる高さ計測の誤差は徐
々に小さくなる。最終的に３点Ｔ1、Ｔ2、Ｔ3の計測値
が一致した状態では、θX＝０、θY＝０となって傾き０
の状態となる。このときのいずれか１点の高さ計測値が
ワークＷ上の加工領域の高さとなる。最後に、チルト装
置３７４２をＺステージとして動作させ、目的の高さに
なるよまでステージ３７３０すなわちワークＷを昇降さ
せる。
【００９７】以上実施形態に即してこの発明を説明した
が、この発明は上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、非接触変位計３７７０を３つ以上設けるこ
ともできる。この場合は、各非接触変位計３７７０によ
ってワークＷ上の異なる３を同時に計測することができ
るようにする。これにより、並進装置３７４４によって
ワークＷを移動させることなくワークＷの傾きを迅速に
修正できるようになる。
【００９８】また、上記実施形態では、チルト装置３７
４２をＺステージとして動作させたが、Ｚステージを独
立に設けてワークＷのチルト調整と高さ調整とを完全に
分離して行うこともできる。
【００９９】また、上記実施形態では、ワークＷをガラ
ス基板に半導体薄膜を形成したものとしているが、正反
射光が得られるものであれば、ワークＷの素材は問わな
い。
【０１００】また、上記の焦点調節装置は、レーザ光Ａ
Ｌを用いてワークＷ上の半導体層をアニーリングするレ
ーザアニール装置に組み込んだが、レーザ光源３７１０
や照射光学系３７２０等の構造を適宜変更すれば、半導
体材料のアニールのみならず各種材料の改質、切断、溶
着等を可能にするパルスレーザ加工装置等とすることも
できる。
【０１０１】本発明を適用した複合機の概略構成を図２
４に示す。ここでは、一次処理装置として、ガラス基板
（ワーク）に被膜形成処理を行うＣＶＤ装置３９１０が
使用され、二次処理装置として、被膜形成処理されたガ
ラス基板にレーザアニーリングを行うレーザアニーリン
グ装置３９２０が使用される場合について説明する。
【０１０２】レーザアニーリング装置３９２０は、密封
の可能なプロセスチャンバ３９２１を備えている。プロ
セスチャンバ３９２１内には、被膜形成処理されたガラ
ス基板３９０１を搭載するためのプロセスステージ３９
２２が設置されている。プロセスチャンバ３９２１の天
井壁には、後述するレーザ照射系からのレーザビームを
透過するための透過窓３９２３が設けられている。プロ
セスチャンバ３９２１の上方には、架台３９２４により
レーザ照射系３９２５が構成されている。
【０１０３】レーザ照射系３９２５は、レーザ発振器３
９２６で発生されたレーザビームを反射ミラー３９２７
を介して受け、所定の断面形状に整形してガラス基板３
９０１に焦点を結ぶように照射するためのものである。
ここでは、矩形ビーム用の構成のみを示しており、長尺
ビーム用の構成については後述する。
【０１０４】矩形ビーム用の構成要素として、マスクを
搭載しているマスクステージ３９２８、光学レンズ系３
９２９、センサ３９３０等を備えている。センサ３９３
０は、ガラス基板３９０１上でのビームの焦点位置を検
出するためのものであり、焦点位置を精度良く合わせる
ために用いられる。
【０１０５】このようなレーザアニーリング装置３９２
０が、後述する複数の除振台３９４０を介して床３９５
０に設置されている。
【０１０６】ＣＶＤ装置３９１０とプロセスチャンバ３
９２１との間は、搬送機構としての基板搬送ロボット３
９６０を収容しているトランスファチャンバ３９７０を
介して連結されている。特に、図２５に示されるよう
に、プロセスチャンバ３９２１とトランスファチャンバ
３９７０との間は、ベローズ３９７１によって連結する
ようにしている。なお、プロセスチャンバ３９２１とト
ランスファチャンバ３９７０との連結部は、基板搬送ロ
ボット３９６０によってＣＶＤ装置３９１０内のガラス
基板を把持してプロセスチャンバ３９２１内に受け渡す
部分であり、プロセスチャンバ３９２１内を真空または
ある一定圧力に保つために大気と遮断する必要があり、
ベローズ３９７１がその機能を果たしている。また、ト
ランスファチャンバ３９７０には、ＣＶＤ装置３９１０
内とプロセスチャンバ３９２１内とが連通状態になるこ
とを防止するためにゲートバルブ機構が必要となるが、
このようなゲートバルブ機構は周知であるので、図示説
明は省略する。
【０１０７】次に、図２６、図２７を参照して、本発明
による除振装置の主要部である除振台３９４０の構造に
ついて説明する。除振台３９４０は、プロセスチャンバ
３９２１が搭載される上部台座４２４１と、エア式ダン
パ４２４２とが除振ゴム４２４３を介して連結されてい
る。エア式ダンパ４２４２には、コンプレッサ４２４４
からの圧縮空気が制御バルブ４２４５を経由して供給さ
れる。エア式ダンパ４２４２内には、導入された圧縮空
気に応じて上下動するピストン部４２４６と、振動時の
ピストン部４２４６の下側リミット位置を規定するため
の第１のストッパ部材４２４７とが配置されている。
【０１０８】上部台座４２４１には、除振台３９４０の
動作のオン、オフを規定すると共に、除振台３９４０の
上限リミット位置、厳密に言えばエア式ダンパ４２４２
を収容している容器の高さ方向の上限リミット位置を規
定するための第２のストッパ部材４１４８が設けられて
いる。一方、エア式ダンパ４２４２を収容している容器
には、第２のストッパ部材４１４８との間の相対距離を
検出するための位置検出器４１４９が設けられている。
位置検出器４１４９はまた、プロセスチャンバ３９２１
あるいはエア式ダンパ４２４２を収容している容器の変
位量があらかじめ定められた許容範囲を越えると、図２
６に示すように、その一部が第２のストッパ部材４１４
８に係合してリミットがかかる。
【０１０９】位置検出器４１４９からの検出信号はフィ
ードバック信号として制御装置４２１００に送出され
る。制御装置４２１００は、検出信号で示される第２の
ストッパ部材４１４８と位置検出器４１４９との間の相
対距離に応じて制御バルブ４２４５を制御して、プロセ
スチャンバ３９２１の振動を除去するように除振台３９
４０を動作させる。
【０１１０】制御装置４２１００は特に、上記の相対距
離が所定値以下、例えば位置検出器４１４９の一部が第
２のストッパ部材４１４８に当接したことを検出する
と、制御バルブ４２４５に対する制御動作を停止して除
振機能を停止させる。位置検出器４１４９の一部が第２
のストッパ部材４１４８に当接したということは、上部
台座４２４１あるいはエア式ダンパ４２４２の上下動が
許容範囲を越える値に達したことを意味する。なお、第
２のストッパ部材４１４８は、ねじ等の調整手段により
上下方向の位置が可変となるように構成されている。
【０１１１】以上の説明で理解できるように、各除振台
３９４０は、第２のストッパ部材４１４８と位置検出器
４１４９との間の相対距離が変化すると、除振性能を決
める圧縮空気の圧力を制御して、振動を除去するフィー
ドバック制御機能を持つ。そして、上部台座４２４１あ
るいはエア式ダンパ４２４２の上下動が許容範囲を越え
ると、フィードバック制御機能が働かなくなるようにし
ている。第２のストッパ部材４１４８の位置は手動で上
下に動かすことができ、どの位置で除振機能を停止させ
るかを任意に設定できる。
【０１１２】すなわち、除振台３９４０の機能は、ピス
トン部材４２４６が第１のストッパ部材４２４７に当た
る位置から、位置検出器４１４９の一部が第２のストッ
パ部材４１４８に当たる位置まで発揮される。この距離
を２００μｍにとれば、除振台３９４０は±１００μｍ
の上下動の範囲内で機能することになる。
【０１１３】ここで、矩形ビームを使用しての精度の高
いスキャン時の動作について説明する。矩形ビームを使
用して処理を行う際に、プロセスチャンバ３９２１にお
ける振動はＣＶＤ装置３９１０あるいは床３９５０から
伝わるものが主である。この振動は大きくても高々±数
十μｍの振幅であり、スキャンに起因してベローズ３９
７１が大きく変位することはない。そこで、矩形ビーム
を使用してスキャンしている時に間違いなく除振機能が
働くように、除振台３９４０の第２のストッパ部材４１
４８と位置検出器４１４９との相対距離を、例えば２０
０μｍというように予想される変位より少し大きめに設
定しておく。この場合、床３９５０からの振動はフィー
ドバック制御機能によって複数の除振台３９４０が吸収
し、ＣＶＤ装置３９１０からの振動はべローズ３９７１
が吸収する。
【０１１４】次に、長尺ビームを使用しての精度の低い
スキャン時の除振性能について説明する。長尺ビームに
より処理を行う時には、プロセスチャンバ３９２１内の
プロセスステージ３９２２が動くので、プロセスチャン
バ３９２１内のプロセスステージ３９２２の重心位置が
ずれ、全体に大きく傾きやすい。傾きが小さい場合は矩
形ビームによる処理時と同じ除振機能が働くが、傾きが
大きくなると第２のストッパ部材４１４８によるリミッ
トがかかり、除振台３９４０は機能しなくなる。除振台
３９４０が機能しないとプロセスチャンバ３９２１とべ
ローズ３９７１とは一体に変位するので、プロセスチャ
ンバ３９２１とべローズ３９７１の相対位置のずれはな
くなり、変位量が大きくてもベローズ３９７１が破壊さ
れることはない。なお、長尺ビームによるスキャン精度
は矩形ビームに比べ数十倍の振動を許容するためスキャ
ン精度に大きな影響は与えない。
【０１１５】図２８〜図２９を参照して、本発明による
真空内リニアアクチュエータ機構のうち、機械構成につ
いてその実施の形態を説明する。ここでは、レーザアニ
ーリング用の真空チャンバ内に配置されるのに適した構
成について説明する。真空チャンバについては、図３０
に象徴的に破線４３１００で示しており、大気圧から
１．０×１０-6Ｔｏｒｒまでの雰囲気下で使用可能なも
のであれば良い。
【０１１６】真空チャンバ４３１００内の底部に固定ベ
ース部材としてのステージベース４３０９が設置されて
いる。ステージベース４３０９には、離れた位置におい
てＹ軸方向に平行に延びるようにＹ軸リニアベアリング
４３１５、４３２０が取り付けられている。Ｙ軸リニア
ベアリング４３１５、４３２０は、それらの上に組み合
わされるＹ軸ベース４３１４をＹ軸方向に直線案内する
ためのものである。Ｙ軸ベース４３１４には、離れた位
置においてＸ軸方向に平行に延びるように一対のＸ軸リ
ニアベアリング４３０７が取り付けられている。Ｘ軸リ
ニアベアリング４３０７は、それらの上に組み合わされ
るＸ軸ベース４３０６をＸ軸方向に直線案内するための
ものである。Ｘ軸ベース４３０６には、加熱用のヒータ
を内蔵しているステージ４３０２を支持しているトロリ
４４０３が取り付けられ、ステージ４３０２上にはワー
ク（ガラス等）４３０１を載せる構成となっている。
【０１１７】Ｘ軸ベース４３０６は、Ｘ軸リニアベアリ
ング４３０７に隣接してＹ軸ベース４３１４に設けられ
た一対のＸ軸リニアモータ４４０８により駆動される。
Ｘ軸ベース４３０６の位置は、一方のＸ軸リニアモータ
４４０８に隣接してＹ軸ベース４３１４に設置されたＸ
軸リニアエンコーダ４４１０により検出される。これに
より、Ｘ軸ベース４３０６を直接駆動すると共に、位置
を直接計測することになり、従来のバックラッシによる
精度劣化等がなくなり、高速応答化が可能となってい
る。
【０１１８】Ｙ軸ベース４３１４は、ステージベース４
３０９上に設けられた、各々独立に制御可能な２本のリ
ニアモータ４３１８、４３２３で駆動される。Ｙ軸ベー
ス４３１４の位置は、リニアモータ４３１８、４３２３
に隣接してステージベース４３０９に配置された２本の
リニアエンコーダ４３１６、４３２１により互いに反対
側の２箇所において検出される。これにより、Ｘ軸と同
様にバックラッシュ等による精度劣化がなく、高速応答
化が可能となっている。また、Ｙ軸ベース４３１４の互
いに反対端部における２箇所においてリニアエンコーダ
４３１６、４３２１によりＹ軸方向の位置を検出するこ
とで、各々の検出値の差によりＹ軸ベース４３１４の微
小回転を検出・制御することができる。Ｙ軸ベース４３
１４の微小回転というのは、Ｘ軸、Ｙ軸に直角なＺ軸回
りの回転であり、以下、これをＺ軸回りの回転θと呼
ぶ。
【０１１９】ステージ４３０２のヒータからの輻射熱が
Ｘ軸ベース４３０６や、Ｙ軸ベース４３１４に伝達され
るのを防止するために、トロリ４４０３とＸ軸ベース４
３０６との間には、水冷板４３０４が設けられている。
また、Ｘ軸べース４３０６にも水冷機構が内蔵されてお
り、ステージ４３０２のヒータからの輻射熱によるリニ
アベアリング等のトラブルを防止している。更に、ステ
ージ動作中に発熱する各リニアモータのコイルは、各リ
ニアモータに設けたＸ軸モータコイル冷却板４４１１、
Ｙ軸モータコイル冷却板４３１９、４３２４により冷却
する構成としている。また、Ｘ軸リニアエンコーダ４３
１０、Ｙ軸リニアエンコーダ４３１６、４３２１に関し
ても、熱変形による破損・精度劣化を防ぐために、それ
ぞれにＸ軸エンコーダ冷却板４４１２、Ｙ軸エンコーダ
冷却板４３１７、４３２２を設けることにより一定温度
に保持する構成としている。
【０１２０】なお、移動するＸ軸リニアエンコーダ４４
１０、Ｙ軸リニアエンコーダ４３１６、４３２１から固
定部に検出信号用のケーブルを導出するために、Ｘ軸リ
ニアエンコーダ４４１０に対応してケーブルガイド４４
１３が設けられ、Ｙ軸リニアエンコーダ４３１６、４３
２１に対応してそれぞれケーブルガイド４３２５が設け
られる。
【０１２１】図３１，図３２を参照して、本発明による
マスクステージ駆動機構の実施の形態について説明す
る。上部から順にステージ構成を説明すると、中央部に
大きな円形の開口を持つベースプレート４６０１が図示
しない固定部に固定される。ベースプレート４６０１の
開口の縁部にクロスローラベアリング４７０３が取り付
けられている。ベースプレート４６０１の下面側には、
クロスローラベアリング４７０３を介してθ軸、すなわ
ちＺ軸回りに回動可能にθ軸可動部４６０４が設けられ
ている。θ軸可動部４６０４の中央部にもベースプレー
ト４６０１の開口に対応する開口が設けられている。θ
軸可動部４６０４の下面側には、Ｙ軸方向に平行に延び
る一対のＹ軸リニアベアリング４７０６を介してＹ軸方
向に移動可能なようにＹ軸可動部４７０７が取り付けら
れている。Ｙ軸可動部４７０７の中央部にもベースプレ
ート４６０１の開口に対応する開口が設けられている。
【０１２２】Ｙ軸可動部４７０７には、Ｙ軸リニアベア
リング４７０６の設置スペースを確保するために形成さ
れた空間を利用して、Ｘ軸可動部４６１０が設けられて
いる。Ｘ軸可動部４６１０は、リフト用エアベアリング
４６１１及びヨーガイド用エアベアリング４６１５、４
６１６によりＸ軸方向に関して案内される。Ｘ軸可動部
４６１０の中央部にもベースプレート４６０１の開口に
対応する開口が設けられている。
【０１２３】詳しく説明すると、Ｘ軸可動部４６１０
は、θ軸可動部４６０４とＹ軸可動部４７０７との間で
あって、Ｙ軸可動部４７０７におけるＸ軸可動部４６１
０との対向面に設けられた複数のリフト用エアベアリン
グ４６１１を介してＸ軸の方向に可動に構成されてい
る。リフト用エアベアリング４６１１は、圧縮空気をＸ
軸可動部４６１０の下面に吹き付けることでＸ軸可動部
４６１０を浮上させるためのものであり、ここでは、Ｘ
軸可動部４６１０の中心に関して１２０度の角度間隔を
おいて３個設けられている。
【０１２４】また、Ｘ軸可動部４６１０は磁性材料で構
成され、Ｙ軸可動部４７０７におけるＸ軸可動部４６１
０との対向面には更に、複数箇所に吸引用のマグネット
４６１８が配置されている。特に、マグネット４６１８
は、リフト用エアベアリング４６１１の周囲に３個ず
つ、合計９個配置されている。更に、Ｘ軸可動部４６１
０は、Ｘ軸の方向に平行な２つの端縁部を有し、これら
２つの端縁部をそれぞれ、Ｙ軸可動部４７０７に設けた
ヨーガイド用エアベアリング４６１５、４６１６により
Ｘ軸方向の移動を案内するように構成されている。ヨー
ガイド用エアベアリング４６１５、４６１６はそれぞ
れ、Ｘ軸可動部４６１０の１つの端縁部に対して２つず
つ設けられている。加えて、Ｘ軸可動部４６１０におけ
る一方の端縁部側に設けられた２つのヨーガイド用エア
ベアリング４６１６にはそえぞれ、プリロード用のピス
トン４６２０が組み合わされ、前記一方の端縁部に対し
てプリロードがかけられている。Ｘ軸可動部４６１０に
は、ボス４７１０−１を介してマスクステージ４７３０
が組み合わされている。マスクステージ４７３０は、そ
の中央にベースプレート４６０１の開口よりやや小さな
開口を有すると共に、Ｙ軸可動部４７０７の下面側から
突出しており、その下端部には、マスク４７１４の保持
部を有する。
【０１２５】以上の構成により、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸の３
自由度マスクステージを構成している。θ軸駆動モータ
４６０５の出力軸がθ軸駆動モータ４６０５の回転に応
じて軸方向に移動し、θ軸駆動プレート４６１９を押
す。このことにより、θ軸可動部４６０４は、その中心
に関してＺ軸回りの反時計方向に回動する。なお、θ軸
駆動モータ４６０５の出力軸は駆動プレート４６１９に
固定されていない。このため、ベースプレート４６０１
とθ軸可動部４６０４との間に引っ張りバネ４６１７を
設けて時計回り方向のプリロードをかける構成とし、ク
ロスローラベアリング４７０３の摩擦等によりバックラ
ッシ及び回転不良等が発生することを防いでいる。θ軸
可動部４６０４の回転角は、θ軸可動部４６０４に取り
付けられて一体的に回動する回転軸４７０４−１に組み
合わせた中空のロータリエンコーダ４７０２により計測
し、精度を確保している。
【０１２６】Ｙ軸可動部４７０７は、θ軸可動部４６０
４の端部とＹ軸可動部４７０７の端部との間に配設され
たＹ軸リニアモータ４６０８によりＹ軸方向に駆動され
る。Ｙ軸可動部４７０７の位置は、Ｙ軸リニアモータ４
６０８の近傍に配置されたＹ軸リニアエンコーダ４７０
９により計測される。Ｘ軸可動部４６１０は、Ｘ軸リニ
アモータ４７１３により駆動される。Ｘ軸リニアモータ
４７１３は、Ｙ軸可動部４７０７の下面側に配置されて
おり、その可動部分がボス４７１０−１と連結されてい
ることにより、Ｘ軸可動部４６１０とボス４７１０−１
とがＸ軸方向に駆動される。Ｘ軸可動部４６１０の位置
は、Ｙ軸可動部４７０７の下面側とボス４７１０−１と
の間に配置されたＸ軸リニアエンコーダ４６１２により
計測される。
【０１２７】Ｘ軸可動部４６１０の案内機構の詳細につ
いて述べる。中央部の開口を光路として、マスク４７１
４の下方に配置されたワーク（図示せず）にレーザ光を
照射しながら一定速度で移動するスキャニングを行うた
め、Ｘ軸可動部４６１０は高い軌跡追従性能と位置決め
精度が要求される。そのため、Ｘ軸可動部４６１０の案
内機構には、静圧軸受けが採用されている。Ｘ軸可動部
４６１０の案内機構の構成は、上下方向（ラジアル）と
横方向の２つの案内機構により構成される。上下方向案
内の静圧軸受けは、Ｙ軸可動部４７０７に取り付けられ
たリフト用エアベアリング４６１１とＸ軸可動部４６１
０の案内面とで構成される。特に、高い案内剛性が得ら
れる隙間（５〜１０μｍ程度）を維持するために、Ｙ軸
可動部４７０７に取り付けた複数のマグネット４６１８
の吸引力によりプリロードをかける構成としている。
【０１２８】通常、エアベアリングは可動部側に固定す
るが、Ｘ軸可動部４６１０の必要ストロークが短い点を
生かし、リフト用エアベアリング４６１１をＸ軸可動部
４６１０ではなく、Ｘ軸可動部４６１０のベースとなる
Ｙ軸可動部４７０７側に固定する構成としている。これ
により、Ｘ軸可動部４６１０の重量低減をはかり、移動
時の外乱となるエアベアリングへのエア供給チューブの
接続数を減らしている。
【０１２９】Ｘ軸可動部４６１０の横方向案内の静圧軸
受けは、Ｘ軸可動部４６１０に取り付けた２組のヨーガ
イド用エアベアリング４６１５、４６１６で、Ｘ軸可動
部４６１０を挟み込む形で構成される。２個のヨーガイ
ド用エアベアリング４６１５は、各々アジャストボルト
４６２１により支持される。アジャストボルト４６２１
はＸ軸可動部４６１０に取り付けられて、その先端がヨ
ーガイド用エアベアリング４６１５に当接しており、そ
の出し入れ量を調整することにより、Ｘ軸可動部４６１
０の横方向の姿勢を調整することができる。
【０１３０】ヨーガイド用エアベアリング４６１５とは
反対側に取り付けられたヨーガイド用エアベアリング４
６１６は、プリロード用ピストン４６２０により支持さ
れ、一定の力により支持されている。このため、Ｘ軸可
動部４６１０やＹ軸可動部４７０７などの熱変形、機械
加工精度、組立誤差等の影響を受けることなく、一定の
静圧軸受け隙間を維持することが可能な構成となってい
る。
【０１３１】全てのエアベアリングの支持点は、セラミ
ック球により球面支持されており、相手面のうねり、熱
変形等、エアベアリング面と相手面の平行度が失われて
も、ある程度吸収できるような構成としている。
【０１３２】本発明による空気圧式チルト機構を備えた
真空チャンバ用ステージ装置の概略図を図３３、図３４
に示す。このステージ装置は、真空あるいは減圧状態を
得ることのできる真空チャンバ内に設置されるが、ここ
では、真空チャンバは図示を省略している。
【０１３３】本発明による空気圧式チルト機構は、ベー
ス５１０２上に空気圧駆動方式の３台のベローズシリン
ダ５１０４−１、５１０４−２、５１０４−３と板ばね
５１０３とを配置し、これらでステージ５２０１を支持
する構造となっている。板ばね５１０３は十文字の形状
をしており、板ばね５１０３の中央部（交差部）をステ
ージ５２０１の下面に設けた台状部にボルト等により固
定している。また、板ばね５１０３の４つの端部をそれ
ぞれ、支持台５２０２−１を介してベース２側に固定し
ている。
【０１３４】ベローズシリンダ５１０４−１〜５１０４
−３は、空気圧シリンダをベローズにて封止して成り、
空気圧シリンダから空気漏れがあっても漏れ空気が真空
チャンバ内に流入しないように構成されている。
【０１３５】本空気圧式チルト機構は、板ばね５１０３
によりステージ５２０１を支持し、各ベローズシリンダ
５１０４−１〜５１０４−３に圧縮空気を送ることでベ
ローズシリンダ５１０４−１〜５１０４−３を伸縮さ
せ、ステージ５２０１の高さ、傾きを調整する。
【０１３６】図３５は、照射光学系５４２０の構成を説
明する図である。レーザ光源（図示せず）からのレーザ
光ＡＬが入射するホモジナイザ５４２１は、縦横のビー
ムサイズを独立にコントロールするための第１〜第４シ
リンドリカルレンズアレイＣＡ1〜ＣＡ4と、集光のため
のコンデンサレンズ５５２１ａとからなる。ここで、第
１及び第３シリンドリカルレンズアレイＣＡ1、ＣＡ3
は、紙面に平行な断面に曲率を有し、第２及び第４シリ
ンドリカルレンズアレイＣＡ2、ＣＡ4は、紙面に垂直な
断面に曲率を有する。
【０１３７】ホモジナイザ５４２１からのレーザ光ＡＬ
は、ターンミラー５５２５を経て、マスク組立体５４２
２に入射する。このマスク組立体５４２２は、レーザ光
ＡＬによって照明されるとともにワークＷに照射すべき
パターンを下面５５８０に形成したマスク５５２２ａ
と、マスク５５２２ａのパターンの光透過部（すなわち
開口）の周囲にレーザ光ＡＬが入射して戻り光の原因と
なることを防止する反射部材５５２２ｂと、瞳位置を調
節するフィールドレンズ５５２２ｃとからなる。ここ
で、反射部材５５２２ｂは、マスク５５２２ａに対して
傾いて配置されており、反射部材５５２２ｂの上面５５
８１からの反射光ＲＬは、光軸ＯＡから外れた方向に出
射し、フィールドレンズ５５２２ｃを経てビームダンパ
５５２６に入射する。なお、フィールドレンズ５５２２
ｃは、ホモジナイザ５４２１の一部と考えることもでき
る。
【０１３８】マスク５５２２ａを通過したレーザ光ＡＬ
は、投影レンズ５４２３に入射する。この投影レンズ５
４２３は、レーザ光ＡＬによって照明されたマスク５５
２２ａに形成された光透過パターンであるスリット像を
ワークＷの加工面上に縮小投影、すなわち結像・転写す
る。
【０１３９】次に、図３６と図３７を参照して本発明に
係るＣＶＤ装置の第１の実施形態を説明する。図３６に
おいて、このＣＶＤ装置では、好ましくはシランを材料
ガスとして使用し、通常のＴＦＴ用ガラス基板７１１１
の上面にシリコン酸化膜をゲート絶縁膜として成膜す
る。ＣＶＤ装置の容器７１１２は、成膜処理を行う際、
排気機構７１１３によってその内部が所望の真空状態に
保持される真空容器である。排気機構７１１３は真空容
器７１１２に形成された排気ポート７１１２ｂ−１に接
続されている。
【０１４０】真空容器７１１２の内部には、上下方向の
中間位置にほぼ水平な状態で導電性部材で作られた隔壁
部７１１４が設けられており、平面形状が例えば方形の
隔壁部７１１４の周縁部が真空容器７１１２の周囲壁部
分に接触するように配置されている。真空容器７１１２
の内部は隔壁部７１１４によって上下の２つの室に隔離
される。上側の室はプラズマ生成空間７１１５を形成
し、下側の室は成膜処理空間７１１６を形成する。隔壁
部７１１４は、所望の特定の厚みを有し、かつ全体的に
平板状の形態を有し、さらに真空容器７１１２の水平断
面形状に類似した平面形状を有する。隔壁部７１１４に
は内部空間７１２４が形成されている。
【０１４１】上記ガラス基板７１１１は、成膜処理空間
７１１６に設けられた基板保持機構７１１７の上に配置
されている。ガラス基板７１１１は隔壁部７１１４に実
質的に平行であって、その成膜面（上面）が隔壁部７１
１４の下面に対向するように配置されている。基板保持
機構７１１７の電位は真空容器７１１２と同じ電位であ
る接地電位に保持される。さらに基板保持機構７１１７
の内部にはヒータ７１１８が設けられている。このヒー
タ７１１８によってガラス基板７１１１の温度は所定の
温度に保持される。
【０１４２】真空容器７１１２の構造を説明する。真空
容器７１１２は、その組立性を良好にする観点から、プ
ラズマ生成空間７１１５を形成する上容器７１１２ａ
と、成膜処理空間７１１６を形成する下容器７１１２ｂ
とから構成される。上容器７１１２ａと下容器７１１２
ｂを組み合わせて真空容器７１１２を作るとき、両者の
間に位置に隔壁部７１１４が設けられる。隔壁部７１１
４は、その周縁部が、後述するごとく電極７１２０を設
けるときに上容器７１１２ａとの間に介設される環状絶
縁部材７１２１、７１２２のうち下側の絶縁部材７１２
２に接触するようにして取り付けられる。これによっ
て、隔壁部７１１４の上側と下側に、隔離されたプラズ
マ生成空間７１１５と成膜処理空間７１１６が形成され
る。隔壁部７１１４と上容器７１１２ａとによってプラ
ズマ生成空間７１１５が形成される。プラズマ生成空間
７１１５においてプラズマ７１１９が生成されている領
域は、前述の隔壁部７１１４と上容器７１１２ａとのほ
ぼ中央位置に配置される板状の電極（高周波電極）７１
２０とから形成されている。電極７１２０には複数の孔
７１２０ａが形成されている。隔壁部７１１４と電極７
１２０は、上容器７１１２ａの側部内面に沿って設けら
れた２つの環状絶縁部材７１２１、７１２２によって支
持され、固定される。環状絶縁部材７１２１には、外側
からプラズマ生成空間７１１５へ酸素ガスを導入する導
入パイプ７１２３が設けられている。導入パイプ７１２
３は流量制御を行うマスフローコントローラ（図示せ
ず）を介して酸素ガス供給源（図示せず）に接続されて
いる。
【０１４３】真空容器７１１２の内部は、隔壁部７１１
４によってプラズマ生成空間７１１５と成膜処理空間７
１１６に隔離されるが、隔壁部７１１４には所定条件を
満たす複数の貫通孔７１２５が内部空間７１２４を貫通
する状態で分散して形成されており、これらの貫通孔７
１２５を介してのみプラズマ生成空間７１１５と成膜処
理空間７１１６はつながっている。また隔壁部７１１４
内に形成された内部空間７１２４は、材料ガスを分散さ
せて均一に成膜処理空間７１１６に供給するための空間
である。さらに隔壁部７１１４の下壁には材料ガスを成
膜処理空間７１１６に供給する複数の拡散孔７１２６が
形成されている。上記貫通孔７１２５または拡散孔７１
２６はそれぞれ後述する所定の条件を満たすように作ら
れている。また上記内部空間７１２４には、材料ガスを
導入するための導入パイプ７１２８が接続されている。
導入パイプ７１２８は側方から接続されるように配置さ
れている。また内部空間７１２４の中には、材料ガスが
拡散孔７１２６から均一に供給されるように、複数の孔
７１２７ａを有するように穿孔された均一板７１２７が
ほぼ水平に設けられている。図３７に示すごとく、均一
板７１２７によって隔壁部７１１４の内部空間７１２４
は上下の二つの空間７１２４ａ、７１２４ｂに分けられ
ている。導入パイプ７１２８で内部空間７１２４に導入
される材料ガスは、上側の空間７１２４ａに導入され、
均一板７１２７の孔７１２７ａを通って下側の空間７１
２４ｂに至り、さらに拡散孔７１２６を通って成膜処理
空間７１１６に拡散されることになる。以上の構造に基
づいて、成膜処理空間７１１６の全体にわたって材料ガ
スを均一に供給することが可能となる。
【０１４４】図３７では隔壁部７１１４の一部が拡大し
て示され、貫通孔７１２５と拡散孔７１２６と均一板７
１２７の要部が拡大して示される。貫通孔７１２５は、
一例として、プラズマ生成空間７１１５側が大きな径を
有し、成膜処理空間７１１６側が絞られ、小さい径で作
られている。
【０１４５】上容器７１１２ａの天井部には、電極７１
２０に接続された電力導入棒７１２９が設けられてい
る。電力導入棒７１２９によって電極７１２０に放電用
高周波電力が給電される。電極７１２０は高周波電極と
して機能する。電力導入棒７１２９は絶縁物７１３１で
被われており、他の金属部分との絶縁が図られている。
【０１４６】上記のように構成されたＣＶＤ装置による
成膜方法を説明する。図示しない搬送ロボットによって
ガラス基板７１１１が真空容器７１１２の内部に搬入さ
れ、基板保持機構７１１７の上に配置される。真空容器
７１１２の内部は、排気機構７１１３によって排気さ
れ、減圧されて所定の真空状態に保持される。次に、導
入パイプ７１２３を通して酸素ガスが真空容器７１１２
のプラズマ生成空間７１１５に導入される。このとき酸
素ガスの流量は外部のマスフローコントローラで制御さ
れる。式（１），（２）を用いて、酸素ガスの流量（Ｑ
O2）と圧力（ＰO2）、および温度（Ｔ）から酸素の流速
（ｕ）が求められる。
【０１４７】 ＱＯ２＝ρＯ２ｕＡ 式（１） ＰＯ２＝（ρＯ２ＲＴ）／Ｍ 式（２） 一方、材料ガスであるシランが導入パイプ７１２８を通
して隔壁部７１１４の内部空間７１２４に導入される。
シランは、最初に内部空間７１２４の上側空間７１２４
ａに導入され、均一板７１２７で均一化されて下側部分
７１２４ｂに移動し、次に拡散孔７１２６を通って成膜
処理空間７１１６に直接に、すなわちプラズマに接触す
ることなく導入される。成膜処理空間７１１６に設けら
れた基板保持機構７１１７は、ヒータ７１１８に通電が
行われているため、予め所定温度に保持されている。
【０１４８】上記の状態で、電極７１２０に対して電力
導入棒７１２９を介して高周波電力が供給される。高周
波電力によって放電が生じ、プラズマ生成空間７１１５
内において電極７１２０の周囲に酸素プラズマ７１１９
が生成される。酸素プラズマ７１１９を生成すること
で、中性の励起種であるラジカル（励起活性種）が生成
される。
【０１４９】基板７１１１の表面に成膜を行うとき、真
空容器７１１２の内部空間は、導電材料で形成された隔
壁部７１１４でプラズマ生成空間７１１５と成膜処理空
間７１１６に隔離された構成において、プラズマ生成空
間７１１５では酸素ガスを導入しかつ電極７１２０に高
周波電力を供給して酸素プラズマ７１１９を生成し、他
方、成膜処理空間７１１６では材料ガスであるシランが
隔壁部７１１４の内部空間７１２４および拡散孔７１２
６を通って直接に導入される。プラズマ生成空間７１１
５で生成された酸素プラズマ７１１９中のラジカルは隔
壁部７１１４の複数の貫通孔７１２５を通って成膜処理
空間７１１６に導入されると共に、シランは隔壁部７１
１４の内部空間７１２４および拡散孔７１２６を通って
成膜処理空間７１１６に直接導入される。また成膜処理
空間７１１６に直接導入されたシランは、貫通孔７１２
５の有する形態に基づきプラズマ生成空間の側に逆拡散
することが抑制される。このように、材料ガスであるシ
ランを成膜処理空間７１１６に導入するときシランが直
接に酸素プラズマ７１１９に触れることはなく、シラン
と酸素プラズマとが激しく反応することが防止される。
かくして、成膜処理空間７１１６において、隔壁部７１
１４の下面に対向して配置された基板７１１１の表面に
シリコン酸化膜が成膜される。
【０１５０】上記の構造において、隔壁部７１１４の複
数の貫通孔７１２５の大きさ等の形態は、プラズマ生成
空間７１１５における酸素ガスを貫通孔中の物質移動流
れとし、成膜処理空間７１１６におけるシランが、貫通
孔７１２５を通って反対側の空間に拡散移動を行うこと
を想定するとき、その移動量を所望範囲に制限するよう
に決められている。すなわち、例えば、温度Ｔにおける
隔壁部７１１４の貫通孔７１２５を流れる酸素ガスとシ
ランに関してその相互ガス拡散係数をＤとし、かつ貫通
孔７１２５の最小径部分の長さ（貫通孔の特徴的長さ）
をＬとするとき、ガス流速（ガスの流速ｕとする）を用
いて、ｕＬ／Ｄ＞１の関係が満たされるように決められ
る。以上の貫通孔の形態に関する条件は、好ましくは、
隔壁部７１１４に形成された拡散孔７１２６に関しても
同様に適用される。
【０１５１】上記ｕＬ／Ｄ＞１の関係は次のように導き
出される。例えば貫通孔７１２５を移動する酸素とシラ
ンの関係に関しシランガス密度（ρSiH4）と拡散流速
（ｕSiH4）と相互ガス拡散係数（ＤSiH4-O2）を用いて
下記の式（３）が成立する。貫通孔の特徴的長さをＬと
すると、式（３）が式（４）に近似できる。式（４）の
両辺を比較した結果、シランの拡散流速（ｕSiH4）が−
ＤSiH4-O2／Ｌで表わされる。従って、上記の式（１）
と（２）から得られる酸素流速をｕとし、シランの拡散
流速を−ＤSiH4-O2／Ｌとした場合に、これらの２つの
流速の絶対値の比、すなわち｜−ｕ／（−ＤSiH4-O2／
Ｌ）｜＝ｕＬ／ＤSiH4-O2の値は酸素物質移動速度とシ
ラン拡散速度の比であり、この比ｕＬ／ＤSiH4-O2を１
以上にすることは、拡散の流量に比較して対流による流
量が大きいことを意味する。すなわち、ｕＬ／Ｄ
SiH4-O2の値を１以上にすることは、シランの拡散影響
が少ないことを意味している。
【０１５２】 ρSiH4ｕSiH4＝−ＤSiH4-O2ｇｒａｄρSiH4 （３） ρSiH4ｕSiH4≒−ＤSiH4-O2ρSiH4／Ｌ （４） 次に具体的な例を説明する。隔壁部７１１４の温度を３
００℃、隔壁部７１１４に形成された貫通孔７１２５の
直径を０．５ｍｍ、直径０．５ｍｍの部分の長さ（Ｌ）
を３ｍｍ、貫通孔２５の総数を５００個、酸素ガスのガ
ス流量を５００sccm、成膜処理空間７１１６の圧力１０
０Ｐａとすると、上記式（４）の値は１１となる。この
ような場合には、シランガスの拡散に比較して流れの影
響が十分に大きいため、プラズマ生成空間７１１５へシ
ランガスが拡散することは少なくなる。
【０１５３】上記のように、プラズマ生成空間７１１５
と成膜処理空間７１１６は、上記特性を有する貫通孔７
１２５と拡散孔７１２６が多数形成された隔壁部７１１
４でそれぞれ閉じられた室となるように仕切られて隔離
されているため、成膜処理空間７１１６に直接導入され
たシランと酸素プラズマが接触することはほとんどな
い。従って、従来装置のごとく、シランと酸素プラズマ
が激しく反応することは防止される。
【０１５４】次に図３８を参照して本発明に係るＣＶＤ
装置の第２の実施形態を説明する。図３８において、図
３６で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符
号を付し、ここで詳細な説明を反復することは省略す
る。本実施形態の特徴的構成は、上容器７１１２ａの天
井部の内側に板状絶縁部材７３３３を設け、かつその下
側に電極７１２０を配置するようにした。電極７１２０
には上記孔７１２０ａは形成されず、一枚状の板の形態
を有する。電極７１２０と隔壁部７１１４によって平行
平板型電極構造によるプラズマ生成空間７１１５を形成
する。その他の構成は第１実施形態の構成と実質的に同
じである。さらに、第２実施形態によるＣＶＤ装置によ
る作用、効果も前述の第１実施形態と同じである。
【０１５５】次に図３９を参照して本発明に係るＣＶＤ
装置の第３の実施形態を説明する。図３９において、図
３６で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符
号を付し、ここで詳細な説明を反復することは省略す
る。本実施形態の特徴的構成は、上容器７１１２ａの側
壁部の内側に設けられた環状絶縁部材７１２２には、外
側からプラズマ生成空間７１１５へ洗浄用ガスを導入す
る第２ガス導入パイプ７４２３が追加して設けられてい
る。導入パイプ７４２３は流量制御を行うマスフローコ
ントローラ（図示せず）を介して洗浄用ガス供給源（図
示せず）に接続されている。第２ガス導入パイプ７４２
３を通してプラズマ生成空間７１１５内に洗浄用ガスを
導入し、かつ高周波電源から電極７１２０に高周波電力
を供給すると、プラズマ生成空間７１１５内には、基板
７１１１上の膜表面の洗浄に使用されるラジカルを作る
ためのプラズマが生成される。洗浄用ガスとしては例え
ばＮＦ３，ＣｌＦ３，Ｃ２Ｆ４，Ｃ２Ｆ６，Ｈ
２，Ｏ２，Ｎ２，Ｆ２，Ａｒ等（希ガス、ハロゲン
化ガス）が使用される。その他の構成は第１実施形態の
構成と実質的に同じである。
【０１５６】ガス導入パイプ７１２３と第２ガス供給パ
イプ７４２３の使用は択一的に実行されるように制御さ
れる。この実施形態では、最初に洗浄用ガスが導入され
て基板７１１１上の膜の表面洗浄が行われ、その後に成
膜用ガスが導入されて基板７１１１上の膜の表面上にゲ
ート絶縁膜が形成される。
【０１５７】すなわちレーザアニール処理が行われた膜
（ポリシリコン膜）を表面に形成した基板７１１１が基
板ホルダ７１１７上に搭載された後に、プラズマ生成空
間７１１５へ第２ガス導入パイプ７４２３から洗浄用ガ
スを導入し、電極７１２０に対して電力導入棒７１２９
を介して高周波電力が供給される。これによりプラズマ
生成空間７１１５で放電が開始され、洗浄用ガスプラズ
マ７４１９が生成される。その結果、プラズマ中ではラ
ジカルが生じ、当該ラジカルが隔壁部７１１４の複数の
貫通孔７１２５を通して成膜処理空間７１１６へ移動
し、基板７１１１上に形成された膜の表面をラジカルに
よって洗浄する。それによって、レーザアニール後に基
板の膜表面上に発生した不純物を除去することが可能と
なる。
【０１５８】上記の基板洗浄の工程を終了し、所定条件
を満たした後、プラズマ生成空間７１１５へガス供給パ
イプ７１２３から酸素ガスを導入し、電極７１２０に対
して電力導入棒７１２９を介して高周波電力が供給され
る。これによりプラズマ生成空間７１１５で放電が開始
され、酸素プラズマ７１１９が生成される。その結果、
プラズマ中ではラジカルが生じ、当該ラジカルが隔壁部
７１１４の複数の貫通孔７１２５を通して成膜処理空間
７１１６へ移動する。他方ラジカルの導入に併せて、導
入パイプ７１２８から隔壁部７１１４を通して材料ガス
を成膜処理空間７１１６へ導入する。成膜処理空間７１
１６ではラジカルが材料ガスと反応し、その結果、基板
７１１１上に形成された膜の表面上にゲート絶縁膜が形
成される。
【０１５９】なお、本発明に係る成膜装置は、真空一貫
で構成されることが好ましい。
【０１６０】次に、本発明の実施形態の装置を用いた成
膜方法について説明する。
【０１６１】図４０は本発明に係る成膜装置の一例を示
す。図４０において、７１１２は図３６の真空容器であ
る。この真空容器７１１２は、前述の通り、多数の貫通
孔が形成された隔壁部７１１４によって、互いに隔離さ
れたプラズマ生成空間７１１５と成膜処理空間７１１６
を備えている。
【０１６２】図４０で、７５１２は成膜用材料ガス供給
装置である。成膜用材料ガス供給装置７５１２から供給
される材料ガスは、ＭＦＣ（マスフローコントローラ：
流量制御器）７５１３ａを含むガス導入路７５１３を経
由して隔壁部７１１４内の上記内部空間７１２４へ導入
される。材料ガスとしては、ＳｉＨ４等のケイ素水素
化合物（ＳｉｎＨ２ｎ＋２（ｎ＝１，２，３，…））が
使用される。成膜処理空間７１１６においては、隔壁部
７１１４の内部空間７１２４通って導入される材料ガス
と、隔壁部７１１４に形成された多数の貫通孔７１２５
を通して導入されるラジカルとが反応し、材料ガスが分
解され、成膜室内に搬入された基板に対して酸化ケイ素
薄膜が堆積され、成膜が行われる。
【０１６３】７５１４は上位コントローラである。上位
コントローラ７５１４は、ガス導入路７５１３に設けら
れたＭＦＣ７５１３ａにおける材料ガスの流量を制御す
る機能を有している。上記コントローラ７５１４によっ
て、ＭＦＣ７５１３ａにおける材料ガスの流量を制御
し、成膜処理空間７１１６へ導入される材料ガスの供給
量を後述するごとく所望の値に制御することが可能とな
る。図４１に示されたグラフは、横軸が時間（ｔ）、縦
軸が材料ガスの流量（ｓｃｃｍ）が示され、材料ガス流
量の変化の一例が示されている。本実施形態では、ＭＦ
Ｃ７５１３ａにおける材料ガスの流量を上記コントロー
ラ７５１４に基づいて制御し、成膜初期である放電開始
時において、成膜処理空間７１１６への材料ガスの導入
流量（供給量）を制限し、その後に増加させることに特
徴を有している。次に材料ガスの導入流量の制限の仕方
を説明する。
【０１６４】図４２は材料ガスであるＳｉＨ４の供給
量の制御の一例を示し、横軸は時間であり、縦軸は導入
流量である。時間軸では、時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２が
設定されている。プラズマ生成用ガスとしては例えば酸
素（Ｏ２）が用いられている。時刻ｔ０は、酸素ガス
がプラズマ生成室へ導入され、酸素ガスの放電が開始さ
れる時刻であり、成膜の開始時点である。時刻ｔ
１で、ＳｉＨ４の供給が開始される。従って、時刻ｔ
０から時刻ｔ１の間、ＳｉＨ４の供給は行われな
い。時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では、ＳｉＨ４の供
給量は時間に応じて次第に増加し時刻ｔ２でＳｉＨ４
の供給量は一定値に到達する。時刻ｔ２以降、ＳｉＨ
４の供給量は一定値に保持される。以上のごとく、放
電開始を含む成膜初期（ｔ０〜ｔ１およびｔ１に近
い時期）には材料ガスの供給量が制限されることにより
成膜初期のケイ素過剰な酸化ケイ素薄膜の形成を抑制す
ることができ、かつその後において材料ガスの供給量が
徐々に増加されることにより成膜時間を短縮し、実用性
を高めている。
【０１６５】また、ｔ１〜ｔ２での供給量の増大をス
テップ関数または種々の関数、例えば比例、一次関数、
二次関数、指数関数等で変化させるように制御を行って
もよい。
【０１６６】前述の各実施形態では、材料ガスとしてシ
ランの例を説明したが、これに限定されず、ＴＥＯＳ等
の他の材料ガスを用いることができるのはもちろんであ
る。またシリコン酸化膜のみならず、シリコン窒化膜等
その他の成膜にも応用することができる。本発明の原理
的考えは、材料ガスがプラズマに接することによりパー
ティクルが発生すること、基板へイオンが入射すること
が問題となるすべての処理に応用でき、成膜、表面処
理、等方エッチング等に応用できる。さらに前述の実施
形態では、隔壁部は二重構造になっているが、必要に応
じて多層構造にできるのはもちろんである。
【０１６７】以上の説明で明らかなように本発明によれ
ば、大面積基板にプラズマＣＶＤによりシラン等の材料
ガスを用いてシリコン酸化膜等を成膜する場合に、所定
条件を満たす複数の貫通孔あるいは拡散孔が形成された
隔壁部を設けることによって真空容器の内部をプラズマ
生成空間と成膜処理空間に隔離し、プラズマ生成空間で
生成された活性種は隔壁部の貫通孔を通して成膜処理空
間に導入され、材料ガスは隔壁部の内部空間および拡散
孔を通してプラズマに触れることなく直接に成膜処理空
間に導入するようにしたため、材料ガスとプラズマとの
間の激しい化学反応を防止でき、その結果、パーティク
ルの発生を抑制し、基板へのイオン入射を防止すること
ができる。
【０１６８】また材料ガスを均一に導入でき、かつ隔壁
部に形成された複数の貫通孔によって酸素ガスのラジカ
ルも成膜処理空間に均一に供給でき、これによって基板
の表面近傍でのラジカルとシラン等の分布を良好にし、
大面積基板への成膜を有効に行うことができる。
【０１６９】図４３は、クラスターツール型の装置を横
から見た断面図である。この装置は、基板８１０９の表
面にゲート絶縁膜となる酸化シリコン膜を作製する成膜
チャンバー８１０１と、ロードロックチャンバー８１０
２と、内部に搬送機構としての搬送ロボット８１３０を
備えた搬送チャンバー８１０３とを有している。
【０１７０】成膜チャンバー８１０１は内部にＣＶＤユ
ニット８１１３を備えている。このＣＶＤユニット８１
１３内でプラズマを生成し、プラズマ中から取り出した
活性種を利用することにより酸化シリコン膜を作製する
ようになっている。さて、本実施形態の装置の大きな特
徴点は、搬送チャンバー８１０３の構成にある。図４３
に示すように、搬送チャンバー８１０３は、内部の圧力
調整のため、成膜チャンバー８１０１内での成膜に悪影
響を与えないガスを内部に導入するガス導入系（以下、
調圧用ガス導入系）８１３２を有している。本実施形態
では、調圧用ガス導入系８１３２は水素ガスを導入する
ようになっている。調圧用ガス導入系８１３２は、不図
示の流量調整器やフィルタを備えており、純度の高い調
圧用ガスを所定の流量で導入できるようになっている。
【０１７１】なお、「成膜に悪影響を与えないガス」と
は、作製される薄膜の品質に悪影響を与えないガスの意
味である。このガスには、水素のように成膜には直接的
には関与しないガスや、膜質を向上させる効果を持つガ
スが含まれる。
【０１７２】搬送チャンバー８１０３が調圧用ガス導入
系８１３２を備えることは、搬送チャンバー８１０３の
排気系８１３１についての特有の技術思想に関連してい
る。つまり、本実施形態の装置では、搬送チャンバー８
１０３内の圧力を成膜チャンバー８１０１内の圧力より
も若干低い真空圧力となるように維持する構成となって
いる。
【０１７３】搬送チャンバー８１０３の排気系８１３１
は、このように比較的高い圧力に排気すれば足りるもの
であるため、安価な構成となっている。搬送チャンバー
８１０３の排気系８１３１には、例えば、安価なドライ
ポンプとメカニカルブースターポンプとの組み合わせが
採用できる。
【０１７４】搬送チャンバー８１０３の排気系８１３１
には、通常、成膜チャンバー８１０１よりも排気速度の
大きなものが使用され、搬送チャンバー８１０３を成膜
チャンバー８１０１よりも低い圧力にまで排気するよう
構成されている。しかしながら、このような構成である
と、前述したように、排気系８１３１の構成が高価なも
のとなってしまう。例えば、前述した成膜チャンバー８
１０１内の到達圧力を得るためには、ターボ分子ポンプ
のような非常に高価な真空ポンプを使用する必要があ
る。到達圧力が１Ｐａ以上であれば安価なドライポンプ
とメカニカルブースターポンプの組み合わせで足りるも
のの、到達圧力が１Ｐａより低くなると、これより数倍
高価なターボ分子ポンプ等が必要になる。
【０１７５】また、搬送チャンバー８１０３内の圧力が
比較的高く設定されるので、装置の稼動開始時等におけ
る排気動作が短時間に済む。従って、装置全体の生産効
率が高くなる。
【０１７６】本実施例の装置の別の大きな特徴点は、搬
送チャンバー８１０３内に、基板８１０９の表面の改質
作用がある化学種（以下、改質種）を供給する改質種供
給部８１３３が設けられている点である。この点につい
て、以下に説明する。
【０１７７】改質種供給部８１３３は、改質用ガス導入
系８１３４によって導入されたガスにエネルギーを与え
てプラズマを形成する構成となっている。改質種供給部
８１３３の構成について図４４を使用して説明する。図
４４は図４３に示す装置の搬送チャンバー８１０３内に
設けられた改質種供給部８１３３の構成を示す側断面概
略図である。
【０１７８】改質種供給部８１３３は、基本的に図３６
とほぼ同様の構成である。但し、材料ガスを導入する構
成はなく、隔壁部７１１４は複数の孔のあいた板状にな
っている。改質種供給部８１３３は図４３から解るよう
に、搬送チャンバー８１０３内であって、成膜チャンバ
８１０１ーとの境界部分のゲートバルブ８１０４ｃに近
い位置に配置されており、基板８１０９の搬送ラインの
上側に位置している。
【０１７９】改質用ガス導入系８１３４は、調圧用ガス
導入系８１３２と同様に水素ガスをプラズマ生成空間に
供給するようになっている。調圧用ガス導入系８１３２
の配管を分岐させて改質種供給部８１３３に接続し、調
圧用ガス導入系８１３２を改質用ガス導入系８１３４に
兼用してもよい。
【０１８０】改質用ガス導入系８１３４によって水素ガ
スがプラズマ生成空間に導入されている状態で、高周波
電源が動作すると、プラズマが形成され、水素活性種が
下方流出するようになっている。この水素活性種が、本
実施形態では改質種に相当しており、これが基板の表面
に供給されることで、改質が行われる。例えば、基板８
１０９の表面が酸化している場合、これを還元する。ま
た、表面に結合端が存在している場合、水素活性種はこ
れを終端し、表面の状態を化学的に安定させる。この改
質の際、基板８１０９を搬送ライン上で停止させてもよ
く、また効率化させるため、移動させながら行ってもよ
い。
【０１８１】第２の実施形態の装置の大きな特徴点は、
チャンネル層にポリシリコン膜を使用したＴＦＴ−ＬＣ
Ｄの製造に必要なレーザーアニール工程及びゲート絶縁
膜作成工程を真空中で連続してできるようになっている
ことである。この第２の実施形態の装置においても、搬
送チャンバー８１０３は調圧用ガス導入系８１３２を備
えており、搬送チャンバー８１０３内は真空圧力ではあ
るものの１Ｐａより高く、かつ成膜チャンバ−８１０１
より低い圧力に維持されるようになっている。調圧用ガ
ス導入系８１３２は、同様に水素ガスを搬送チャンバー
８１０３内に導入するようになっている。
【０１８２】この第２の実施形態によれば、アニール工
程の後、改質種の供給によって基板８１０９の表面が改
質される構成は、ＴＦＴの動作特性を向上させる上で極
めて重要な意義を有している。アニール工程で非晶質シ
リコン膜を結晶化させて得られたポリシリコン膜の表面
には、シリコンの未結合端（ダングリングボンド）が存
在している。従って、この基板８１０９がアニールチャ
ンバー（図示せず）から成膜チャンバー８１０１に搬送
される際、雰囲気に酸素のようなシリコンと反応し易い
ガスが存在していると、未結合端において容易にシリコ
ンと反応し、ポリシリコン膜の表面に汚損された領域を
作ってしまう。このような汚損領域がポリシリコン膜と
ゲート絶縁膜の界面に存在していると、化学量論的組成
が得られず、欠陥準位の発生等、ＴＦＴの動作特性を阻
害する問題が生じ易い。
【０１８３】本実施形態では、アニール工程の後、水素
活性種で表面を改質し、シリコンの未結合端を水素で終
端しているので、上記のような問題が抑制される。さら
に搬送チャンバー８１０３は比較的高い圧力の真空であ
るものの、水素ガスでパージされているため、未結合端
が存在していてもそれに汚損物質が反応するおそれが低
減し、かつ、水素と反応して同様に安定的に終端する可
能性が高くなっている。このようなことから、本実施形
態の装置によればポリシリコンＴＦＴを製造する上で極
めて重要な技術事項であるポリシリコン膜とゲート絶縁
膜の界面状態を極めて良質なものにすることができる。
【０１８４】また、改質種供給部が活性種を供給する点
は、アニール工程後の改質ということに関連して重要な
意義を有する。前述した通り、基板８１０９の表面の改
質には、活性種の他、イオン入射を利用することもあり
得る。しかしながら、アニール工程後の改質にイオン入
射を利用することは、問題を生ずる。アニール工程によ
って結晶化したポリシリコン膜は、比較的弱い結晶構造
である。従って、イオンを入射させてしまうと、容易に
結合が壊れ、ポリシリコン膜の表面が粗くなった凹凸が
形成されたりする。この結果、界面特性が阻害された
り、チャンネル抵抗が増大したりする問題が発生するお
それがある。
【０１８５】本実施形態では、ＣＶＤユニット８１１３
を使用し、基板の表面から離れた領域にプラズマを形成
して活性種を供給している。従って、基板の表面へのイ
オンの入射は本質的になく、上述したような問題は生じ
ない。
【０１８６】図４５は、本発明に係るレーザアニール装
置の構造を説明する図である。
【０１８７】このレーザアニール装置は、アモルファス
状Ｓｉ等の半導体薄膜を表面上に形成したガラス板であ
るワークＷを載置して３次元的に滑らかに移動可能なス
テージ３２１０と、一対の特性の異なるレーザビームＬ
Ｂ1、ＬＢ2をそれぞれ発生する一対のレーザ光源３２２
１、３２２２と、これらのレーザビームＬＢ1、ＬＢ2を
合成する合成光学系３２３０と、合成光学系３２３０に
よって合成された合成光ＣＬを線条ビームＡＢにして所
定の照度でワークＷ上に入射させる照射光学系３２４０
と、照射光学系３２４０中に設けたマスク３２４２を移
動させてワークＷ上に投射した線条 ビームＡＢをワー
クＷ上で走査させる走査手段であるマスク駆動装置３２
５０と、ワークＷを載置したステージ３２１０を照射光
学系３２４０等に対して必要量だけ適宜移動させるステ
ージ駆動装置３２６０と、レーザアニール装置全体の各
部の動作を統括的に制御する主制御装置３２１００とを
備える。
【０１８８】一対のレーザ光源３２２１、３２２２は、
ともにワークＷ上の半導体薄膜を加熱するためのエキシ
マレーザその他のパルス光源であり、発光時間やピーク
強度、或いは波長等の特性が互いに異なる一対のレーザ
ビームＬＢ1、ＬＢ2をそれぞれ個別に発生する。
【０１８９】合成光学系３２３０は、両レーザ光源３２
２１、３２２２からの一対のレーザビームＬＢ1、ＬＢ2
を空間的に継ぎ合わせて合成光ＣＬを形成するためのも
ので、一対の平行に配置されたナイフエッジミラー３２
３１、３２３２からなる。なお、合成光学系３２３０と
両レーザ光源３２２１、３２２２との間には、それぞれ
ダイバージェンス光学系３２７１とテレスコープ光学系
３２７２とを調整装置として設けている。ダイバージェ
ンス光学系３２７１は、レーザ光源３２２１からの第１
ビームＬＢ1について、照射光学系３２４０に設けたホ
モジナイザ３２４１による光軸方向結像位置（ビーム形
成位置）を微調整する調整光学系としての役割を有す
る。テレスコープ光学系３２７２は、レーザ光源３２２
２からの第２ビームＬＢ2について、そのビームサイズ
を調節して合成光学系３２３０に入射する第１ビームＬ
Ｂ1のビームサイズと一致させるアフォーカル光学系と
しての役割を有する。
【０１９０】照射光学系３２４０は、合成光学系３２３
０からの合成光ＣＬを一旦複数に分割するとともにこれ
らの分割光を矩形のビームにして所定面上に重畳して均
一に入射させるホモジナイザ３２４１と、スリット状の
透過パターンを有するとともに、所定面上に配置されて
合成光ＣＬを遮るマスク３２４２と、マスク３２４２に
形成された透過パターンを線条ビームＡＢとしてワーク
Ｗ上に縮小投影する投影レンズ３２４３とを備える。
【０１９１】ステージ駆動装置３２６０は、ステージ３
２１０を駆動してワークＷ上の所定領域を照射光学系３
２４０に対して位置合わせするアライメントを行う。ま
た、ステージ駆動装置３２６０は、マスク駆動装置３２
５０によって線条ビームＡＢがワークＷ上の所定領域で
走査されて所定領域のレーザアニールが終了した段階
で、マスク３２４２を上記の所定領域に隣接する領域に
ステップ移動させるアライメントを行う。なお、ステー
ジ駆動装置３２６０によるステージ３２１０の駆動量
は、位置検出装置３２８０によって常時監視されてい
る。
【０１９２】以下、図４５の装置の動作について説明す
る。まず、レーザアニール装置のステージ３２１０上に
ワークＷを搬送して載置する。次に、照射光学系３２４
０に対してステージ３２１０上のワークＷをアライメン
トする。次に、照射光学系３２４０のマスク３２４２を
移動させながら、一対のレーザ光源３２２１、３２２２
から得た合成光ＣＬを線条ビームＡＢにしてワークＷ上
の所定領域に入射させる。ワークＷ上には、非晶質半導
体のアモルファスＳｉ等の薄膜が形成されており、線条
ビームＡＢの照射及び走査によって半導体の所定領域が
アニール、再結晶化され、電気的特性の優れた半導体薄
膜を提供することができる。以上のようなレーザアニー
ルは、ワークＷに設けた複数の所定領域で繰返され、ワ
ークＷに設けた複数の所定領域で半導体薄膜がアニール
される。
【０１９３】この際、上記装置では、合成光学系３２３
０が一対のレーザ光源３２２１、３２２２からの一対の
レーザビームＬＢ1、ＬＢ2を空間的に継ぎ合わせて合成
光ＣＬを形成するので、一対のレーザビームＬＢ1、Ｌ
Ｂ2をロスを最小限に抑えて合成することができ、合成
後は、ホモジナイザ３２４１によって一対のレーザビー
ムＬＢ1、ＬＢ2について均一な矩形ビームをそれぞれ所
定面であるマスク３２４２上に形成することができる。
さらに、ワークＷ上に入射する線条ビームＡＢは、レー
ザビームＬＢ1、ＬＢ2を効率的に合成したものであり、
多様なレーザアニールが可能になる。
【０１９４】図４６は、合成光学系３２３０及びその周
辺の構造を説明する図である。既に説明したように、合
成光学系３２３０は、一対のナイフエッジミラー３２３
１、３２３２からなり、第１ビームＬＢ1を一対のナイ
フエッジ３２３１ａ、３２３２ａ間に通過させるととも
に第２ビームＬＢ2を一対のナイフエッジ３２３１ａ、
３２３２ａによって分割する。第１ビームＬＢ1につい
てホモジナイザ３２４１による結像位置を微調整するダ
イバージェンス光学系３２７１は、凸レンズ３２７１ａ
と凹レンズ３２７１ｂとを組み合わせたアフォーカル系
となっている。第２ビームＬＢ2のビームサイズを第１
ビームＬＢ1のビームサイズと一致させるテレスコープ
光学系３２７２も、凹レンズ３２７２ａと凸レンズ３２
７２ｂとを組み合わせたアフォーカル系となっている。
テレスコープ光学系３２７２と合成光学系３２３０との
間には、ターンミラー３２３３を設けて第２ビームＬＢ
2を案内している。一方、両レーザビームＬＢ1、ＬＢ2
を合成した合成光ＣＬが入射するホモジナイザ３２４１
は、第１〜第４シリンドリカルレンズアレイＣＡ1〜Ｃ
Ａ4と、凸レンズのコンデンサレンズ３２４１ａとから
なる。ここで、第１及び第３シリンドリカルレンズアレ
イＣＡ1、ＣＡ3は、紙面に平行な断面に曲率を有し、第
２及び第４シリンドリカルレンズアレイＣＡ2、ＣＡ4
は、紙面に垂直で光軸を含む断面に曲率を有する。
【０１９５】以下、動作の概要について説明する。第１
ビームＬＢ1は、ナイフエッジ３２３１ａ、３２３２ａ
間、すなわちホモジナイザ３２４１の光軸ＯＡを含む中
央側瞳領域を通り、第２ビームＬＢ2は、ナイフエッジ
ミラー３２３１、３２３２によって２つに分割されて第
１ビームＬＢ1の両端、すなわちホモジナイザ３２４１
の一対の外側瞳領域を通って、それぞれホモジナイザ３
２４１に入射する。ホモジナイザ３２４１は、合成光Ｃ
Ｌが入射できるようにビーム２つ分の入射瞳のサイズに
してあり、コンデンサレンズ３２４１ａ等のレンズ系は
その入射瞳に合わせて収差補正がされている。
【０１９６】ホモジナイザ３２４１に入射した合成光Ｃ
Ｌは、第１〜第４シリンドリカルレンズアレイＣＡ1〜
ＣＡ4によって、シリンドリカルレンズを構成するセグ
メント数に分割された２次光源を形成する。分割された
２次光源からの光ビームは、コンデンサレンズ３２４１
ａに入射し、コンデンサレンズ３２４１ａのバックフォ
ーカス位置に配置された被照射面ＩＳで重ね合わされて
均一な矩形ビームを形成する。
【０１９７】ここで、ダイバージェンス光学系３２７１
やテレスコープ光学系３２７２は、第１ビームＬＢ1と
第２ビームＬＢ2のビーム特性やその相違等に起因し
て、ホモジナイザ３２４１によって形成される矩形ビー
ムについてフォーカス位置の違いやビームサイズの違
い、さらにユニフォーミティの違いが生じてしまうこと
を防止している。
【０１９８】前者のダイバージェンス光学系３２７１
は、ホモジナイザ３２４１に入射する第１ビームＬＢ1
のＮＡを僅かに変えてホモジナイザ３２４１によるベス
トフォーカス位置及びビームサイズを調整する。後者の
テレスコープ光学系３２７２は、ホモジナイザ３２４１
に入射する第１ビームＬＢ1のビームサイズに第２ビー
ムＬＢ2のビームサイズを一致させる。これにより、両
レーザビームＬＢ1、ＬＢ2について、シリンドリカルレ
ンズアレイＣＡ1〜ＣＡ4による分割数を一致させて同様
のユニフォーミティを得ることができる。
【０１９９】以下、動作の詳細について説明する。第１
ビームＬＢ1は、図示してないビームデリバリー（ター
ンミラー等）を経て第１ビーム用のダイバージェンス光
学系３２７１に入射する。このダイバージェンス光学系
３２７１は、ほぼ等倍のアフォーカル系であり、２つの
レンズ３２７１ａ、３２７１ｂのレンズ間距離を変える
ことにより、このダイバージェンス光学系３２７１から
出射する第１ビームＬＢ1のビームサイズをほとんど変
えることなく、この第１ビームＬＢ1のＮＡを僅かに変
えることができる。具体的な実施例では、ダイバージェ
ンス光学系３２７１による出射ＮＡ（第１ビームＬＢ1
の広がり角）の可変調節範囲を数ｍｒａｄ程度とした。
なお、２枚のレンズ３２７１ａ、３２７１ｂは凸凹の２
群系であり、各々のパワーも小さいため、両レンズ３２
７１ａ、３２７１ｂの間隔を変えても収差の変化はほと
んど生じない。
【０２００】ダイバージェンス光学系３２７１を出射し
た第１ビームＬＢ1は、２枚のナイフエッジミラー３２
３１、３２３２の間、すなわちホモジナイザ３２４１の
光軸中心側を通過するのみである。ナイフエッジミラー
３２３１、３２３２間を通過した第１ビームＬＢ1は、
その後ホモジナイザ３２４１のシリンドリカルレンズア
レイＣＡ1の中央部（第１ビームＬＢ1に割り当てられた
シリンドリカルレンズ）に入射し、シリンドリカルレン
ズの個数（図４６では６本）に分割される。分割された
各ビームは、コンデンサレンズ３２４１ａにより重ね合
わされて被照射面ＩＳで均一ビームを形成する。
【０２０１】一方、第２ビームＬＢ2は、図示していな
いビームデリバリーを経て第２ビーム用のテレスコープ
光学系３２７２に入射する。このテレスコープ光学系３
２７２に入射した第２ビームＬＢ2は、本光学系で拡大
または縮小されて第１ビームＬＢ1と同一のビームサイ
ズとなってここから出射して合成光学系３２３０に向か
う。合成光学系３２３０では、ナイフエッジミラー３２
３１、３２３２によって第２ビームＬＢ2が２つのビー
ム部分ＬＢ2a、ＬＢ2bに分割され、それぞれ第１ビーム
ＬＢ1の両端を通過してホモジナイザ３２４１へと向か
う。両ビーム部分ＬＢ2a、ＬＢ2bは、ホモジナイザ３２
４１の光軸中心の外側、すなわちホモジナイザ３２４１
のシリンドリカルレンズアレイＣＡ1の両端部（第２ビ
ームＬＢ2に割り当てられたシリンドリカルレンズ）に
入射し、シリンドリカルレンズの個数（図４６では上下
３本ずつの計６本）に分割される。分割された各ビーム
は、コンデンサレンズ３２４１ａにより重ね合わせられ
て被照射面ＩＳで均一ビームを形成する。
【０２０２】以上の説明では、第１ビームＬＢ1及び第
２ビームＬＢ2共に「被照射面ＩＳで均一ビームを形成
する」と記したが、実は両者のベストフォーカス位置
は、主に光源から出射するビームの拡がり角等の特性の
違いにより異なることがある。また、このようにベスト
フォーカスが異なっている場合、ビームサイズも異なっ
ていることが多い。したがって、第１ビームＬＢ1及び
第２ビームＬＢ2の特性の差を補償する必要がある。こ
のため、第２ビームＬＢ2のベストフォーカス位置を真
の被照射面ＩＳ（基準面）として、この基準面に第１ビ
ームＬＢ1のベストフォーカス位置を一致させる。具体
的には、ダイバージェンス光学系３２７１により第１ビ
ームＬＢ1の出射ＮＡ、すなわちホモジナイザ３２４１
から見た場合の入射ＮＡを変える。ホモジナイザ３２４
１から見た入射ＮＡを変更すると、それに応じてホモジ
ナイザ３２４１通過後のベストフォーカス位置が変わ
る。これにより、第１ビームＬＢ1のベストフォーカス
位置を微調し、第２ビームＬＢ2のそれに一致させるこ
とができる。なお、ホモジナイザ３２４１のレンズ構成
によって出射ＮＡとベストフォーカス位置のずれとの対
応は異なるのでかかる調整の詳細な説明は省略する。
【０２０３】図４７は、本発明に係るレーザ加工装置の
一実施形態であるレーザアニーリング装置の構造を概念
的に説明する図である。
【０２０４】このレーザアニーリング装置は、ガラス基
板上にアモルファス状Ｓｉ等の半導体薄膜を形成したワ
ークＷを熱処理するためのもので、かかる半導体薄膜を
加熱するためのエキシマレーザその他のレーザ光ＡＬを
発生するレーザ光源３３１０と、このレーザ光ＡＬをラ
イン状（微細な矩形）にして所定の照度でワークＷ上に
入射させる照射光学系３３２０と、ワークＷを載置して
ワークＷをＸ−Ｙ面内で滑らかに並進移動させることが
できるとともにＺ軸の回りに回転移動させることができ
るプロセスステージ装置３３３０とを備える。
【０２０５】照射光学系３３２０は、入射したレーザ光
ＡＬを均一な分布とするホモジナイザ３３２１と、ホモ
ジナイザ３３２１を経たレーザ光ＡＬを細い矩形ビーム
に絞るスリットを形成したマスクを有するマスク組立体
３３２２と、マスクのスリット像をワークＷ上に縮小投
影する投影レンズ３３２３とからなる。このうち、マス
ク組立体３３２２は、マスクステージ装置３３４０に交
換可能に支持されており、マスクステージ装置３３４０
に駆動されてＸ−Ｙ面内で滑らかに並進移動可能である
とともにＺ軸の回りに回転移動可能となっている。
【０２０６】プロセスステージ装置３３３０は、プロセ
スチャンバ３３５０内に収容されており、ワークＷをプ
ロセスチャンバ３３５０内に支持するとともに照射光学
系３３２０に対して適宜移動させることができる。照射
光学系３３２０からのレーザ光ＡＬは、ウィンドウ３３
５０ａを介してプロセスチャンバ３３５０内の適所に支
持されたワークＷ上に照射される。
【０２０７】なお、投影レンズ３３２３の両側には、ウ
ィンドウ３３５０ａを介して検査光をワークＷ表面に入
射させる投光装置３３６１と、ワークＷ表面からの反射
光を検出する受光装置３３６２とからなる位置検出装置
等が設置されており、プロセスステージ装置３３３０上
のワークＷを照射光学系３３２０に対して精密に位置合
わせすることができるようになっている。
【０２０８】ここで、マスクステージ装置３３４０や投
影レンズ３３２３は、プロセスチャンバ３３５０から延
びる架台３３６５に吊り下げられて固定されている。な
お、図示を省略しているが、ホモジナイザ３３２１は架
台３３６５に対して間接的に固定されている。
【０２０９】マスクステージ装置３３４０に支持された
マスク組立体３３２２は、円柱状の取付け冶具３３７０
の下端に吊り下げられて、マスクステージ装置３３４０
に設けた挿入口３３４０ａの底部に挿入され、ここに固
定される。マスク組立体３３２２は、スリットを形成し
たマスク３３２２ａと、マスク３３２２ａ上方にマスク
３３２２ａに対して傾斜して配置されてマスク３３２２
ａからの戻り光に起因して他の光学要素にダメージが発
生することを防止する反射部材３３２２ｂと、マスク３
３２２ａに入射するレーザ光ＡＬの広がり角を調整する
フィールドレンズ３３２２ｃとを備え、これらマスク３
３２２ａ、反射部材３３２２ｂ及びフィールドレンズ３
３２２ｃを一体的に保持する。
【０２１０】図４８は、マスクステージ装置３３４０の
構造とマスク組立体３３２２の支持とを説明する図であ
り、図４８（ａ）は、マスクステージ装置３３４０等の
側方断面図であり、図４８（ｂ）は、取付け冶具３３７
０の平面図である。
【０２１１】マスクステージ装置３３４０は、マスク組
立体３３２２をＸ軸方向に並進移動させるＸ軸ステージ
部３４４１と、Ｘ軸ステージ３４４１とともにマスク組
立体３３２２をＹ軸方向に並進移動させるＹ軸ステージ
部３４４２と、Ｘ軸ステージ３４４１及びＹ軸ステージ
部３４４２をＺ軸の回りに回転移動させるθ軸ステージ
３４４３とからなる。Ｘ軸ステージ３４４１とＹ軸ステ
ージ部３４４２とは、スライドガイド３４４５を介して
摺動可能に連結されている。一方、Ｙ軸ステージ部３４
４２とθ軸ステージ３４４３とは、軸受３４４６を介し
て回転可能に連結されている。
【０２１２】マスク組立体３３２２は、マスク３３２２
ａ、反射部材３３２２ｂ及びフィールドレンズ３３２２
ｃを保持する筒状のマスクホルダ本体３４２２ｄの外周
に、下方に向けて細くなるテーパ外面ＴＰ1を有する。
一方、Ｘ軸ステージ３４４１も、底部３４４１ａに設け
た円形開口に、テーパ外面ＴＰ1に嵌合するテーパ内面
ＴＰ2を有する。この結果、Ｘ軸ステージ３４４１の底
部３４４１ａに設けた円形開口にマスク組立体３３２２
を挿入するだけで、テーパ外面ＴＰ1とテーパ内面ＴＰ2
とが嵌合して、Ｘ軸ステージ３４４１に対してマスク組
立体３３２２を精密に位置合わせすることができる。さ
らに、マスク組立体３３２２は、Ｘ軸ステージ３４４１
の底部３４４１ａにねじ込まれた環状の固定ナット３４
２５によって下方に一定の力で付勢される。
【０２１３】マスク組立体３３２２や固定ナット３４２
５は、取付け冶具３３７０を利用して、Ｘ軸ステージ３
４４１の底部３４４１ａに取り付けられる。マスク組立
体３３２２は、取付け冶具３３７０の下面に設けた鈎状
の引掛け部材３４７１と係合する陥凹部３４２２ｇを有
し、取付け冶具３３７０の操作にともなって昇降する。
これにより、Ｘ軸ステージ３４４１の底部３４４１ａに
設けた円形開口にマスク組立体３３２２を簡易・確実に
挿入することができる。また、固定ナット３４２５も、
取付け冶具３３７０の引掛け部材３４７１と係合する陥
凹部３４２５ｇを有し、取付け冶具３３７０の操作にと
もなって昇降する。これにより、Ｘ軸ステージ３４４１
の底部３４４１ａに挿入されたマスク組立体３３２２の
上方から固定ナット３４２５をねじ込んで、マスク組立
体３３２２を簡易・確実に固定することができる。
【０２１４】取付け治具３３７０は、円柱状の本体３４
７０ａと、本体３４７０ａ下端に固定されて引掛け部材
３４７１を支持する円盤状の支持部材３４７０ｂと、本
体３４７０ａを支持部材３４７０ｂとともに回転させた
り昇降させたりするためのハンドル３４７０ｃとを備え
る。なお、ハンドル３４７０ｃは、操作の便宜等を考慮
して、図４８（ｂ）に示すように、３方に延びる取っ手
３４７３を有している。
【０２１５】取付け冶具３３７０の下部にマスク組立体
３３２２を取り付けた状態で、マスクステージ装置３３
４０の挿入口３４４０ａからマスク組立体３３２２を挿
入し、底部３４４１ａまでマスク組立体３３２２を降下
させたところで取付け冶具３３７０を時計方向に回転さ
せると、マスク組立体３３２２は取付け冶具３３７０と
分離される。
【０２１６】次に、固定ナット３４２５を、マスク組立
体３３２２と同様に取付け冶具３３７０の下部に取り付
けて、マスクステージ装置３３４０の挿入口３４４０ａ
から挿入する。下端に達したところで、固定ナット３４
２５を反時計方向に回転させて所定の位置まで締め付け
れば、マスク組立体３３２２は皿ばね３４２５ｃ皿の一
定圧力で底部３４４１ａに押し付けられる。この際、マ
スクホルダ本体３４２２ｄに設けたテーパ外面ＴＰ1
と、底部３４４１ａに設けたテーパ内面ＴＰ2とが密着
するので、マスク組立体３３２２をマスクステージ装置
３３４０に精度良く取り付けることができる。その後、
取付け冶具３３７０を時計方向に回転させると、固定ナ
ット３４２５は取付け冶具３３７０と分離され、取付け
冶具３３７０のみ取り出すことができる。
【０２１７】マスク組立体３３２２のマスクステージ装
置３３４０からの取り外しに際しては、上記の操作を全
く逆にたどればよい。すなわち、取付け冶具３３７０を
マスクステージ装置３３４０の挿入口３４４０ａに挿入
し、固定ナット３４２５をゆるめて取り外し、さらに同
じ取付け冶具３３７０の先端をマスク組立体３３２２上
の陥凹部３４２２ｇに引っ掛ける。その後、ゆっくり取
付け冶具３３７０を引き上げると、マスク組立体３３２
２が取付け治具３３７０と一体となって引き出される。
さらに、マスク３３２２ａ及び反射部材３３２２ｂのマ
スク組立体３３２２からの取り外しも、詳細な説明は省
略するが、これらの取付け時と反対の手順で容易に行え
る。
【０２１８】なお、以上の操作によってマスク３３２２
ａはマスクステージ装置３３４０に対して精度良く取り
付けられることになるが、更に精密な位置決めは、マス
ク面に付けられたアライメントマークをＣＣＤカメラ
（不図示）等で目視観察しながら、調整することにな
る。
【０２１９】次に本発明に係る実施形態の位置計測装置
及び方法について、図面を参照しつつ具体的に説明す
る。
【０２２０】図４９は、実施形態の位置計測装置を組み
込んだレーザアニール装置の構造を概念的に説明する図
である。レーザアニール装置は、ガラス板であるワーク
Ｗ上に形成したアモルファス状Ｓｉ等の半導体薄膜を加
熱するためのエキシマレーザその他のレーザ光ＡＬを発
生するレーザ光源３５１０と、このレーザ光ＡＬをライ
ン状或いはスポット状にして所定の照度でワークＷ上に
入射させる照射光学系３５２０と、ワークＷを載置して
Ｘ−Ｙ面内で滑らかに移動可能であるとともにＺ軸の回
りに回転可能なステージ３５３０と、ワークＷを載置し
たステージ３５３０を照射光学系３５２０等に対して必
要量だけ移動させる駆動手段であるステージ駆動装置３
５４０とを備える。なお、照射光学系３５２０は、例え
ば入射したレーザ光ＡＬを均一な分布とするホモジナイ
ザ３５２０ａと、ホモジナイザ３５２０ａを経たレーザ
光ＡＬを所定のビーム形状に絞るスリットを有するマス
ク３５２０ｂと、マスク３５２０ｂのスリット像をワー
クＷ上に縮小投影する投影レンズ３５２０ｃとからなる
ものとすることができる。
【０２２１】さらに、このレーザアニール装置は、位置
計測装置として、上記ステージ３５３０及びステージ駆
動装置３５４０のほか、ステージ３５３０の移動量を光
学的な情報や電気的な情報として検出する移動量計測装
置３５５０と、ワークＷ上のアライメントマークを結像
する同軸タイプで２眼２倍率の投影光学系３５６０と、
投影光学系３５６０によって投影された比較的低倍の第
１倍率の像を画像信号に変換する第１撮像装置３５７１
と、投影光学系３５６０によって投影された比較的高倍
率の第２倍率の像を画像信号に変換する第２撮像装置３
５７２と、第１及び第２撮像装置３５７１、３５７２か
ら出力された画像信号に適当な信号処理を施す画像処理
装置３５８０と、ワークＷ表面を照明するため投影光学
系３５６０に照明光を供給する照明用ランプ３５６５と
を備える。なお、主制御装置３５８５は、この位置計測
装置のみならず、レーザアニール装置の各部の動作を統
括的に制御する。
【０２２２】投影光学系３５６０についてより詳細に説
明する。この投影光学系３５６０は、既に述べたように
同軸タイプの２眼２倍率の光学系であり、ステージ３５
３０上のワークＷの像を比較的低倍率の第１倍率で第１
撮像装置３５７１上に投影する第１レンズ系３５６１
ａ、３５６１ｂと、これを比較的高倍の第２倍率で第２
撮像装置３５７２上に投影する第２レンズ系３５６２
ａ、３５６２ｂと、ワークＷからの像光ＩＬを分割して
第１レンズ系３５６１ａ、３５６１ｂ及び第２レンズ系
３５６２ａ、３５６２ｂに導くハーフミラー３５６３
と、レーザ光源３５１０と異なる波長の照明光を発生す
る照明用ランプ３５６５からの照明光を、ケーブル３５
６６を介して第２撮像装置３５７２の光軸上に導く落射
照明系３５６７とを備える。
【０２２３】ここで、第１レンズ系３５６１ａ、３５６
１ｂと、第２レンズ系３５６２ａ、３５６２ｂとは、光
軸を共有する同軸光学系となっている。つまり、第１レ
ンズ系３５６１ａ、３５６１ｂの光軸に沿ってワークＷ
から出射した像光ＩＬは、ハーフミラー３５６３で反射
された場合には第１撮像装置３５７１の画界の中心に入
射するとともに、ハーフミラー３５６３を透過した場合
には第２レンズ系３５６２ａ、３５６２ｂの光軸に沿っ
て第２撮像装置３５７２の画界の中心に入射する。ま
た、落射照明系３５６７も、第２レンズ系３５６２ａ、
３５６２ｂと同軸に配置されており、第１及び第２撮像
装置３５７１、３５７２の画界に対応するワークＷ上の
領域が一様に照明される。
【０２２４】なお、第１撮像装置３５７１は、固体撮像
素子であるＣＣＤ素子からなり、レンズ３５６１ｂと併
せてＣＣＤカメラ３５７３を構成する。このＣＣＤカメ
ラ３５７３は、レンズ３５６１ａを収容する鏡筒３５７
５の一端に固定されている。一方、第２撮像装置３５７
２も、ＣＣＤ素子からなり、レンズ３５６２ｂと併せて
ＣＣＤカメラ３５７４を構成する。このＣＣＤカメラ３
５７４は、レンズ３５６２ａを収容する鏡筒３５７６の
一端に固定されている。両鏡筒３５７６の他端は、ハー
フミラー３５６３を収納するケースに固定されている。
【０２２５】図５０は、図４９のステージ３５３０に載
置されるワークＷの表面に形成されるアライメントマー
クの配置の一例を示す図である。図示のアライメントマ
ークＭ1、Ｍ2は、ともに明暗２値の十字パターンを大小
組み合わせた２重パターンである。
【０２２６】第１アライメントマークＭ1は、ワークＷ
の４隅の一箇所に形成されており、第２アライメントマ
ークＭ2は、ワークＷの４隅の他の箇所に形成されてい
る。このように、第１及び第２アライメントマークＭ
1、Ｍ2をワークＷ上の２箇所に形成しているのは、ワー
クＷの位置だけでなくワークＷの回転も検出するためで
ある。つまり、第１及び第２アライメントマークＭ1、
Ｍ2の位置計測により、ワークＷ上の２つの基準点の座
標が分かることになり、ワークＷの姿勢を修正した上で
ワークＷを適正な位置に移動させるアライメントが可能
になる。
【０２２７】次に図４９のレーザアニール装置の動作に
ついて説明する。まず、レーザアニール装置のステージ
３５３０上にワークＷを搬送して載置する。次に、アニ
ール用のレーザ光ＡＬを導く照射光学系３５２０に対し
てステージ３５３０上のワークＷをアライメントする。
次に、照射光学系３５２０に対してステージ３５３０を
適宜移動させながら、レーザ光源３５１０からのレーザ
光ＡＬをライン状或いはスポット状にしてワークＷ上に
入射させる。ワークＷ上には、アモルファスＳｉ等の非
晶質半導体の薄膜が形成されており、レーザ光ＡＬの照
射によって半導体がアニール、再結晶化され、電気的特
性の優れた半導体薄膜を提供することができる。
【０２２８】照射光学系３５２０に対してステージ３５
３０上のワークＷをアライメントするに際しては、位置
計測装置を利用する。すなわち、ステージ３５３０をス
テージ駆動装置３５４０によって適宜移動させて、第１
アライメントマークＭ1、すなわちグローバルマークＭ1
1及びファインマークＭ12を第１撮像装置３５７１の画
界内に導く（ステップＳ１）。ステージ３５３０上のワ
ークＷの位置は一定の搬送精度範囲（実施例では、０．
５〜１ｍｍ）内に収まっているので、投影光学系３５６
０に対してステージ３５３０を適宜移動させて、第１レ
ンズ系３５６１ａ、３５６１ｂの視野内、すなわち第１
撮像装置３５７１の画界（実施例では、５ｍｍサイズ）
中に第１アライメントマークＭ1を移動させることがで
きる。例えば、ワークＷ上の第１アライメントマークＭ
1の位置をデータとして予め入力し記憶しておけば、第
１アライメントマークＭ1の位置データに基づいて、ス
テージ３５３０を適宜移動させて、第１撮像装置３５７
１の画界中に第１アライメントマークＭ1をほぼ確実に
入れることが保証される。
【０２２９】次に、第１アライメントマークＭ1のうち
まずグローバルマークＭ11について、画像処理装置３５
８０において低倍率の第１撮像装置３５７１からの画像
信号処理することによりその位置を計測する（ステップ
Ｓ２）。なお、第１撮像装置３５７１の画素とステージ
３５３０上の距離との間には精密な対応関係があり、第
１撮像装置３５７１の中心、すなわち第１レンズ系３５
６１ａ、３５６１ｂの光軸からグローバルマークＭ11の
中心までの距離のＸＹ成分が精密に判定できる。
【０２３０】次に、移動量計測装置３５５０で移動量を
計測しながら、ステージ駆動装置３５４０を駆動してス
テージ３５３０をＸＹ面内で移動させることにより、第
１レンズ系３５６１ａ、３５６１ｂの光軸にグローバル
マークＭ11の中心を一致させる（ステップＳ３）。な
お、移動量計測装置３５５０が計測する移動量は、ステ
ップＳ２で求めた距離に対応する。この際、グローバル
マークＭ11による位置決め精度は、実施例では〜１０μ
ｍ程度である。以上のようなサーチアライメントによ
り、グローバルマークＭ11の中心に配置されたファイン
マークＭ12を高倍率の第２撮像装置３５７２の画界（実
施例では、０．５ｍｍサイズ）中に確実に移動させるこ
とができる。
【０２３１】次に、ファインマークＭ12について、画像
処理装置３５８０において第２撮像装置３５７２からの
画像信号処理することによりその位置を計測する（ステ
ップＳ４）。なお、第２撮像装置３５７２の画素とステ
ージ３５３０上の距離との間には精密な対応関係があ
り、第２撮像装置３５７２の中心、すなわち第２レンズ
系３５６２ａ、３５６２ｂの光軸からファインマークＭ
12の中心までの距離が精密に判定できる。ファインマー
クＭ12による位置計測精度は、実施例では〜１μｍ程度
である。
【０２３２】ここで、ファインマークＭ12の位置を計測
している投影光学系３５６０は、レーザアニール用の照
射光学系３５２０に対して所定の位置関係にあり、この
位置関係は、予め計測され、或いは調整されている。し
たがって、第２レンズ系３５６２ａ、３５６２ｂの光軸
からファインマークＭ12の中心までの距離を、上記位置
関係に基づいて、レーザアニール用の照射光学系３５２
０からファインマークＭ12の中心までの距離に換算する
ことができる（ステップＳ５）。以上により、第１アラ
イメントマークＭ1の精密な座標決定が可能になる。
【０２３３】以上の計測（ステップＳ１〜Ｓ５）は、第
２アライメントマークＭ2についても同様に行われ、第
２アライメントマークＭ2についても精密な座標決定が
可能になる（ステップＳ６）。なお、実施例では、第２
撮像装置３５７２の１画素を１μｍとし、１μｍ程度の
精度で位置検出が行われた。
【０２３４】次に、ステップＳ５、Ｓ６で得た第１及び
第２アライメントマークＭ1、Ｍ2の精密な座標測定結果
に基づいて、照射光学系３５２０に対してワークＷをア
ライメントする（ステップＳ７）。具体的には、照射光
学系３５２０を基準とした第１及び第２アライメントマ
ークＭ1、Ｍ2のファインマークについての座標測定値に
基づいて、ワークＷの位置と回転を求め、この結果から
レーザアニールの開始に際して必要となる位置に必要な
回転姿勢でワークＷを配置する。
【０２３５】次に、照射光学系３５２０から照射される
レーザスポットやレーザライン等のレーザ光ＡＬを、ス
テージ駆動装置３５４０及び移動量計測装置３５５０を
用いてワークＷ上で走査させながら、ワークＷ上のアモ
ルファス薄膜を再結晶化させ、ワークＷ上に多結晶薄膜
を順次形成する。この際、移動量計測装置３５５０で移
動量を観測しながらステージ駆動装置３５４０によって
ステージ３５３０をＸ方向又はＹ方向に移動させること
で、レーザ光ＡＬの走査が可能になる。また、照射光学
系３５２０に走査機能を持たせること、例えば照射光学
系３５２０内部のマスク３５２０ｂを移動させることに
よっても、レーザ光ＡＬの走査が可能になる。
【０２３６】以上説明した第１実施形態の位置計測方法
によれば、ワークＷをステージ３５３０上に搬送載置し
た後において、グローバルマークＭ11を用いたサーチア
ライメントによるワークＷの移動のみで高精度の位置計
測が可能になり、ワークＷの位置計測が迅速なものとな
る。また、グローバルマークＭ11とファインマークＭ12
の輪郭を相似形としているので、両マークＭ11、Ｍ12を
計測する際の画像計測アルゴリズムをほぼ共通のものと
できるので、演算処理等を簡素化することができる。
【０２３７】図５１は、ステージ３５３０（図４９参
照）上に載置されるワークＷの表面に形成されるアライ
メントマークの配置を説明する斜視図である。
【０２３８】第１及び第２グローバルマークＭ111、Ｍ2
11は、ワークＷの４隅のいずれかにそれぞれ形成されて
いる。両グローバルマークＭ111、Ｍ211は、ワークＸ軸
について座標が等しく、ワークＹ軸について座標が異な
っている。一方、第１及び第２ファインマークＭ112、
Ｍ212は、ワークＷ上の加工領域ＰＡの近傍にそれぞれ
配置されている。両ファインマークＭ112、Ｍ212は、ワ
ークＸ軸について座標が等しく、ワークＹ軸について座
標が異なっている。なお、加工領域ＰＡは、投影レンズ
３５２０ｃによってマスク３５２０ｂのスリット像等を
投影すべき領域であり、ワークＷ上に適当な間隔で配列
されている（図面では、２つのみ例示）。
【０２３９】第１及び第２グローバルマークＭ111、Ｍ2
11の位置計測により、ワークＷ周辺の２つの基準点の座
標が分かることになり、ワークＷの姿勢を修正した上
で、第１及び第２ファインマークＭ112、Ｍ212のそれぞ
れを高倍率側の第２撮像装置３５７２（図４９参照）の
画界に入れるサーチアライメント（グローバルアライメ
ント）が可能になる。一方、第１及び第２ファインマー
クＭ112、Ｍ212の位置計測により、これらに対応する加
工領域ＰＡ周辺の２つの基準点の精密な座標が分かるの
で、ワークＷを適宜移動させて、マスク３５２０ｂのス
リット像を加工領域ＰＡ上に精密に投影することができ
る。
【０２４０】図５２は、本発明に係るレーザ加工装置の
一実施形態であるレーザアニーリング装置の構造を概念
的に説明する図である。
【０２４１】このレーザアニーリング装置は、ガラス基
板上にアモルファス状Ｓｉ等の半導体薄膜を形成したワ
ークＷを熱処理するためのもので、かかる半導体薄膜を
加熱するためのエキシマレーザその他のレーザ光ＡＬを
発生するレーザ光源５３１０と、このレーザ光ＡＬをラ
イン状（正確には微細な矩形）にして所定の照度でワー
クＷ上に入射させる照射光学系５３２０と、ワークＷを
載置してワークＷをＸ−Ｙ面内で滑らかに並進移動させ
ることができるとともにＺ軸の回りに回転移動させるこ
とができるプロセスステージ装置５３３０と、プロセス
ステージ装置５３３０の動作を制御するステージ制御装
置５３４０と、レーザアニーリング装置の各部の動作を
統括的に制御する主制御装置５３１００とを備える。
【０２４２】照射光学系５３２０は、入射したレーザ光
ＡＬを均一な分布とするホモジナイザ５３２０ａと、ホ
モジナイザ５３２０ａを経たレーザ光ＡＬを矩形のビー
ム形状に絞るスリットを有するマスク５３２０ｂと、マ
スク５３２０ｂのスリット像をワークＷ上に縮小投影す
る投影光学系である投影レンズ５３２０ｃとからなる。
このうちマスク５３２０ｂは、マスクステージ装置５３
５０に交換可能に保持されており、Ｘ−Ｙ面内で滑らか
に並進移動可能になっているとともにＺ軸の回りに回転
移動可能となっている。マスクステージ装置５３５０の
動作は、ステージ制御装置５３６０によって制御されて
おり、マスク５３２０ｂの並進や回転移動のタイミング
やその移動量を監視できるようになっている。なお、こ
れらマスクステージ装置５３５０及びステージ制御装置
５３６０は、マスク駆動装置を構成する。
【０２４３】プロセスステージ装置５３３０は、プロセ
スチャンバ５３７０内に収容されている。照射光学系５
３２０からのレーザ光ＡＬは、ウィンドウ５３７０ａを
介してプロセスチャンバ５３７０内に配置したプロセス
ステージ装置５３３０にお保持されたワークＷ上に照射
される。プロセスステージ装置５３３０の並進移動量や
回転移動量は、ステージ制御装置５３４０によって監視
されている。
【０２４４】なお、プロセスチャンバ５３７０の上面に
設けたウィンドウ５３７０ａの隅部分の直上には、ワー
クアライメントカメラ５３８０が固定されている。この
ワークアライメントカメラ５３８０は、プロセスステー
ジ装置５３３０上に載置されたワークＷの位置ズレを検
出するためのもので、結像光学系とＣＣＤ等の撮像素子
からなる。ワークアライメントカメラ５３８０の画像信
号出力は、画像処理装置５３８１で処理される。画像処
理装置５３８１が出力する信号は、主制御装置５３１０
０に入力され、照射光学系５３２０を構成する投影レン
ズ５３２０ｃに対してワークＷを位置合わせする際に利
用される。
【０２４５】また、マスク５３２０ｂの隅部分の直下に
は、撮像装置であるマスクアライメントカメラ５３８４
が固定されている。このマスクアライメントカメラ５３
８４は、マスクステージ装置５３５０に保持されたマス
ク５３２０ｂの位置ズレを検出するためのもので、その
画像信号出力は、画像処理装置５３８５で処理され、撮
影した画像は表示装置であるディスプレイ５３８６に表
示され、ワークＷに対してマスク５３２０ｂを位置合わ
せする際に利用される。
【０２４６】ここで、マスクステージ装置５３５０や投
影レンズ５３２０ｃは、プロセスチャンバ５３７０から
延びる架台５３９０に固定されている。また、マスクア
ライメントカメラ５３８４も支持部材５３９１を介して
架台５３９０に固定されている。この支持部材５３９１
は、詳細な説明は省略するが、マスクアライメントカメ
ラ５３８４のマスクステージ装置５３５０に対する位置
を調整できるようになっている。つまり、マスクアライ
メントカメラ５３８４は、Ｘ−Ｙ面内で並進移動し、Ｚ
軸の回りに回転移動するとともに、必要な調節移動が終
了した後は、架台５３９０に対してしっかり固定するこ
とができるようになっている。
【０２４７】以上の装置では、マスク５３２０ｂをマス
クステージ装置５３５０によって投影レンズ５３２０ｃ
に対して移動させつつ、ディスプレイ５３８６によって
マスクアライメントマークＡＭの像を表示するので、マ
スク５３２０ｂの位置を視覚的に確認しながらリアルタ
イムで精密かつ確実な位置決めを行うことができる。
【０２４８】
【発明の効果】以下に本発明の効果を列挙する。
【０２４９】（１）光マスク上に形成した複数のパター
ンを半導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領
域を改質する半導体薄膜形成装置において、露光される
べき光を、上記光マスク上の所定の領域において、該領
域内の光の強度分布がっぷ該領域内の光の平均強度の±
１１．２％以内の範囲に含まれるように、均一化させる
機構を有することによって、パターンが露光される所望
の領域において、均一性の高い半導体薄膜の改質を行う
ことができた。ＬＣＤのようなイメージングデバイスへ
の応用時にも光源の強度ばらつきに起因した基板ダメー
ジ、それによる画像品質の低下を防ぐことが可能になっ
た。
【０２５０】（２）光マスク上に形成した露光パターン
を、基板ステージに保持された基板上の半導体薄膜に投
影露光して、半導体薄膜の所定の領域を改質する半導体
薄膜形成装置において、光マスクまたは基板ステージを
個別または同時に駆動することにより、露光パターンを
順次走査することにした結果、基板上の任意の領域を順
次高スループットで改質することが可能になった。ＬＣ
Ｄのようなイメージングデバイスへの応用時にも光源の
強度ばらつきに起因した基板ダメージ、それによる画像
品質の低下を防ぐことが可能になった。また、トラップ
準位密度が1012cm-2より低い値を示す結晶化シリコン膜
の提供が可能になった。
【０２５１】（３）光マスク上に形成した露光パターン
を半導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領域
を改質する半導体薄膜形成装置において、露光パターン
を半導体薄膜に投影露光する際の、露光パターンの半導
体薄膜の前記所定の領域への焦点合わせを行う焦点合わ
せ機構を有することにより、改質処理の信頼性、再現性
の高い半導体薄膜形成装置を提供することができた。
【０２５２】（４）光マスク上に形成したパターンを半
導体薄膜に露光ビームにより投影露光して、半導体薄膜
の所定の領域を改質する半導体薄膜形成装置において、
露光ビームの半導体薄膜に対する傾きを補正する傾き補
正機構を有することにより、改質処理の信頼性、再現性
の高い半導体薄膜形成装置を提供することができた。
【０２５３】（５）光マスク上に形成したパターンを半
導体薄膜に露光ビームにより投影露光して、半導体薄膜
の所定の領域を改質する半導体薄膜形成装置において、
半導体膜が堆積された基板上に形成されたマークに対
し、露光ビームの位置合わせを行うアライメント機能を
有することにより、所望の領域へμｍオーダ以上の位置
精度を持たせて露光することを可能にした。ＬＣＤのよ
うなイメージングデバイスへの応用時にも光源の強度ば
らつきに起因した基板ダメージ、それによる画像品質の
低下を防ぐことが可能になった。
【０２５４】（６）光マスク上に形成したパターンを半
導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領域を改
質する半導体薄膜形成装置において、半導体膜が堆積さ
れた基板をステージ上に保持する機能を有するにより、
改質処理の信頼性、再現性の高い半導体薄膜形成装置を
提供することができた。
【０２５５】（７）光マスク上に形成したパターンを半
導体薄膜に露光ビームにより投影露光して、半導体薄膜
の所定の領域を改質する半導体薄膜形成装置において、
複数のレーザ光を前記露光ビームとして合成する合成機
構を有することによって、パターンが露光される所望の
領域において、均一性の高い高品質な半導体薄膜の改質
を行うことができた。併せて、基板上の任意の領域を順
次高スループットで改質することが可能になった。
【０２５６】（８）上記（７）に記載の半導体薄膜形成
装置形成装置において、前記複数のレーザ光が第１およ
び第２のレーザ光であり、前記合成機構は、第１のレー
ザ光に対し第２のレーザ光が遅延して半導体薄膜に照射
されるように、第１および第２のレーザ光を前記露光ビ
ームとして合成することによって、パターンが露光され
る所望の領域において、均一性の高い高品質な半導体薄
膜の改質を行うことができた。併せて、基板上の任意の
領域を順次高スループットで改質することが可能になっ
た。
【０２５７】（９）光マスク上に形成したパターンを基
板上の半導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の
領域を改質する半導体薄膜形成装置において、大気に暴
露することなく別の処理室に基板を搬送する機構を有す
る半導体薄膜形成装置を提供することによって、単結晶
半導体薄膜と同等の高品質かつ化学的に活性な表面を有
する半導体薄膜を、不純物やゴミによる汚染を受けるこ
となく次工程に送ることが可能となり、洗浄工程の削減
による半導体装置製造コストの低減や、各真空装置内で
の排気時間や洗浄時間の削減によるスループットを向上
させることができた。
【０２５８】（１０）上記（９）に記載の半導体薄膜形
成装置形成装置において、前記別の処理室が基板に絶縁
膜を形成するための絶縁膜形成室であることを特徴とす
る半導体薄膜形成装置を提供することによって、単結晶
半導体薄膜と同等の高品質かつ化学的に活性な表面を有
する半導体薄膜を、不純物やゴミによる汚染を受けるこ
となくゲート絶縁膜形成工程に送ることができ、シリコ
ンとシリコン熱酸化との界面に形成されるような良好な
半導体−絶縁体界面を有する半導体デバイス製造を、６
００℃以下の低温プロセスで実現した。トラップ準位密
度が1012 cm-2より低い値を示す結晶化シリコン膜の提
供が可能になるとともに低界面準位密度を示すシリコン
−絶縁膜界面の提供を可能にした。
【０２５９】（１１）上記（９）に記載の半導体薄膜形
成装置形成装置において、前記別の処理室が基板に半導
体膜を形成するための半導体膜形成室であることを特徴
とする半導体薄膜形成装置を提供することによって、単
結晶半導体薄膜と同等の高品質かつ化学的に活性な表面
を有する半導体薄膜を形成するために必要な前記半導体
膜を、不純物やゴミによる汚染を受けることなく光照射
工程に送ることが可能となり、洗浄工程の削減による半
導体装置製造コストの低減や、各真空装置内での排気時
間や洗浄時間の削減によるスループットを向上させるこ
とができた。
【０２６０】（１２）上記（９）に記載の半導体薄膜形
成装置形成装置において、前記別の処理室が基板に加熱
処理を施すための加熱処理室であることを特徴とする半
導体薄膜形成装置を得ることができた。
【０２６１】（１３）上記（９）に記載の半導体薄膜形
成装置形成装置において、前記別の処理室が基板にプラ
ズマ処理を施すためのプラズマ処理室であることを特徴
とする半導体薄膜形成装置を提供することによって、単
結晶半導体薄膜と同等の高品質かつ化学的に活性な表面
を有する半導体薄膜を、不純物やゴミによる汚染を受け
ることなく次工程に送ることが可能となり、洗浄工程の
削減による半導体装置製造コストの低減や、各真空装置
内での排気時間や洗浄時間の削減によるスループットを
向上させることができた。
【０２６２】（１４）上記（９）に記載の半導体薄膜形
成装置形成装置において、前記処理室が、前記光マスク
上に形成したパターンを前記基板上の半導体薄膜にレー
ザビームにより投影露光して、半導体薄膜の前記所定の
領域を改質するためのレーザ処理室であり、前記別の処
理室がもう一つのレーザ処理室であることを特徴とする
半導体薄膜形成装置を提供することによって、単結晶半
導体薄膜と同等の高品質かつ化学的に活性な表面を有す
る半導体薄膜を、不純物やゴミによる汚染を受けること
なく次工程に送ることが可能となり、洗浄工程の削減に
よる半導体装置製造コストの低減や、各真空装置内での
排気時間や洗浄時間の削減によるスループットを向上さ
せることができた。
【０２６３】（１５）上記（９）〜（１３）に記載の半
導体薄膜形成装置において、前記別の処理室は、該別の
処理室内の所定の領域にプラズマを発生させるためのプ
ラズマ発生源を有し、前記別の処理室内の前記所定の領
域外の領域に基板が配置されることを特徴とする半導体
薄膜形成装置を提供することによって、不純物やゴミに
よる汚染を受けることなく次工程に送られた単結晶半導
体薄膜と同等の高品質かつ化学的に活性な表面を有する
半導体薄膜へのプラズマダメージを抑制することを実現
した。
【０２６４】（１６）上記（９）〜（１３）に記載の半
導体薄膜形成装置において、前記別の処理室は、該別の
処理室内の所定の領域にプラズマを発生させるためのプ
ラズマ発生源を有し、前記別の処理室は、前記所定の領
域の前記プラズマにより励起されたガスと、前記所定の
領域を介さずに前記別の処理室内に導入される別のガス
とを反応させることにより、前記基板に前記プラズマ処
理を施すものであることを特徴とする半導体薄膜形成装
置を提供することによって、シリコンとシリコン熱酸化
との界面に形成されるような良好な半導体−絶縁体界面
を有する半導体デバイス製造を、４００℃以下の低温プ
ロセスで実現した。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエキシマレーザアニール装置の概念図で
ある。
【図２】従来のレーザ運転方法を説明するためのタイミ
ングチャートである。
【図３】レーザパルス強度のパルス間分布の例を示した
図である。
【図４】シリコン膜温度変化の例を示した図である。
【図５】レーザパルス波形の一例を示した図である。
【図６】照射強度と冷却速度、非晶質化が生じる冷却速
度を示した図である。
【図７】シリコン薄膜温度変化の計算結果例を示した図
である。
【図８】各照射強度に対するシリコン薄膜の結晶形態を
示す図である。
【図９】第２パルス投入後の最大冷却速度と凝固点近傍
の冷却速度を示した図である。
【図１０】平均結晶粒径のプロセス条件依存性を示した
図である。
【図１１】本発明の露光装置の実施の形態（全体）を説
明するための 図である。
【図１２】本発明の露光装置の実施の形態（アライメン
ト方法）を説明するための 図である。
【図１３】本発明の露光装置の実施の形態（マスク投影
法）を説明するための 図である。
【図１４】本発明の露光装置の実施の形態（制御例）を
説明するための タイミングチャートである。
【図１５】本発明の露光装置、搬送室、プラズマＣＶＤ
室の側面断面図である。
【図１６】本発明の露光装置、搬送室、プラズマＣＶＤ
室等複合装置の平面図である。
【図１７】本発明のプラズマＣＶＤ室の側面断面図であ
る。
【図１８】本発明のＴＦＴ製造プロセスを説明するため
の断面図である。
【図１９】本発明のアライメントマークを用いたＴＦＴ
製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２０】本発明のアライメントマーク形成を含むＴＦ
Ｔ製造プロセスを説明するための断面図である。
【図２１】本発明による複数の光源のパルス発振遅延制
御の実施例を説明するために使用する図である。
【図２２】本発明による複数の光源のパルス発振遅延の
例を説明するために使用する図である。
【図２３】本発明による焦点調節装置を組み込んだレー
ザアニール装置を示した図である。
【図２４】本発明による複合機の概略構成を示した図で
ある。
【図２５】図２４におけるベローズを拡大して示した図
である。
【図２６】図２４におけるプロセスチャンバと除振台と
の関係を示した図である。
【図２７】図２６における除振台の構造を拡大して示し
た図である。
【図２８】本発明による真空内リニアアクチュエータ駆
動機構の縦断面図である。
【図２９】図２８の線Ｃ−Ｃによる縦断面図である。
【図３０】図２８の駆動機構の概略構成を説明するため
の図である。
【図３１】本発明によるマスクステージ駆動機構の平面
図である。
【図３２】図３１の線Ｂ−Ｂによる縦断面図である。
【図３３】本発明による空気圧式チルト機構を備えたス
テージ装置を、ステージを除いた状態で示す平面図であ
る。
【図３４】本発明による空気圧式チルト機構の側面図で
ある。
【図３５】本発明による戻り光除去方法と装置を説明す
るための図である。
【図３６】本発明の実施形態の構成を示す縦断面図であ
る。
【図３７】隔壁部に形成された各種の孔の拡大断面図で
ある。
【図３８】本発明の実施形態の構成を示す縦断面図であ
る。
【図３９】本発明の実施形態の構成を示す縦断面図であ
る。
【図４０】本発明に係るＤＰＲ式による参加ケイ素薄膜
の成膜装置の構成を示すブロック図である。
【図４１】材料ガスの供給量の変化状態の一例を示すグ
ラフである。
【図４２】材料ガスの供給量の変化状態の他の例を示す
グラフである。
【図４３】本発明の実施形態の薄膜作成装置の側断面概
略図である。
【図４４】図４３に示す装置の搬送チャンバーに設けら
れた改質種供給部８１３３の構成を示す側断面概略図で
ある。
【図４５】本発明による複数ビームの合成光学系の実施
例を説明するために使用する図である。
【図４６】本発明による複数ビームの合成光学系の実施
例を説明するために使用する図である。
【図４７】本発明によるマスクステージ機構の実施例を
説明するために使用する図である。
【図４８】本発明によるマスクステージ機構の実施例を
説明するために使用する図である。
【図４９】本発明による矩形ビーム用精密アライメント
装置と方法を説明するために使用する図である。
【図５０】本発明を説明するために使用するアライメン
トマーク配置例を示した図である。
【図５１】アライメントマークの配置を説明する斜視図
である。
【図５２】本発明の実施形態であるレーザアニーリング
装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
５４１０ レーザ光源 ５４２０ 照射光学系 ５４２１ ホモジナイザ ５４２２ マスク組立体 ５５２２ａ マスク ５５２２ｂ 反射部材 ５５２２ｃ フィールドレンズ ５４２３ 投影レンズ ５５２５ 反射ミラー ５５２６ ビームダンパ ５４３０ プロセスステージ装置 ５４４０ マスクステージ装置 ５４５０ プロセスチャンバ ５４５０ａ ウィンドウ ５４６５ 架台 ＬＳ 矩形スリット ＯＡ 光軸 ＳＳ 矩形スリット Ｗ ワーク ５３１０ レーザ光源 ５３２０ 照射光学系 ５３２０ａ ホモジナイザ ５３２０ｂ マスク ５３２０ｃ 投影レンズ ５３３０ プロセスステージ装置 ５３４０ ステージ制御装置 ５３５０ マスクステージ装置 ５３６０ ステージ制御装置 ５３７０ プロセスチャンバ ５３８０ ワークアライメントカメラ ５３８４ マスクアライメントカメラ ５３８６ ディスプレイ ５３１００ 主制御装置 ＡＬ レーザ光 ＡＭ マスクアライメントマーク Ｗ ワーク ５２０１ ステージ ５１０２ ベース ５２０２−１ 支持台 ５１０３ 板ばね ５１０４−１〜５１０４−３ ベローズシリンダ ５１０５−１〜５１０５−３ 変位センサ ４６０１ ベースプレート１ ４７０２ ロータリエンコーダ ４７０３ クロスローラベアリング ４７０４−１ 回転軸 ４６０４ θ軸可動部 ４６０５ θ軸駆動モータ ４７０６ Ｙ軸リニアベアリング ４７０７ Ｙ軸可動部 ４６０８ Ｙ軸リニアモータ ４７０９ Ｙ軸リニアエンコーダ ４６１０ Ｘ軸可動部 ４７１０−１ ボス ４６１１ リフト用エアベアリング ４６１２ Ｘ軸リニアエンコーダ ４７１３ Ｘ軸リニアモータ ４７１４ マスク ４６１５、４６１６ ヨーガイド用エアベアリング ４６１７ 引っ張りバネ ４７１８ マグネット ４６２０ プリロード用のピストン ４３０１ ワーク ４３０２ ステージ ４４０３ トロリ ４３０４ 水冷板 ４３０６ Ｘ軸ベース ４３０７ Ｘ軸リニアベアリング ４４０８ Ｘ軸リニアモータ ４３０９ ステージベース ４４１０ Ｘ軸リニアエンコーダ ４３１４ Ｙ軸ベース ４３１５、４３２０ Ｙ軸リニアベアリング ４３１８、４３２３ Ｙ軸リニアモータ ４３１６、４３２１ Ｙ軸リニアエンコーダ ４３１００ 真空チャンバ ３９０１ ガラス基板 ３９１０ ＣＶＤ装置 ３９２０ レーザアニーリング装置 ３９２１ プロセスチャンバ ３９２２ プロセスステージ ３９２３ 透過窓 ３９２４ 架台 ３９２５ レーザ照射系 ３９２６ レーザ発振器 ３９２７ 反射ミラー ３９２８ マスクステージ ３９２９ レンズ光学系 ３９４０ 除振台 ４２４２ エア式ダンパ ４２４４ コンプレッサ ４２４６ ピストン部 ４２４７ 第１のストッパ部材 ４１４８ 第２のストッパ部材 ４１４９ 位置検出器 ３９５０ 床 ３９６０ 基板搬送ロボット ３９７０ トランスファチャンバ ３９７１ ベローズ ４２１００ 制御装置 ３７１０ レーザ光源 ３７２０ 照射光学系 ３７３０ ステージ ３７４０ ステージ駆動装置 ３７４２ チルト装置 ３７４４ 並進装置 ３７５０ 移動量計測装置 ３７６０ 傾斜計測装置 ３７７０ 非接触変位計 ３７７１ 投光部 ３７７２ 受光部 ３７８０ 主制御装置 ３７９０ チャンバ ＤＬ 検査光 ＲＬ 反射光 Ｔ 計測ターゲット Ｗ ワーク θX,θY チルト角 ３５１０ レーザ光源 ３５２０ 照射光学系 ３５３０ ステージ ３５４０ ステージ駆動装置 ３５５０ 移動量計測装置 ３５６０ 投影光学系 ３５６１ａ, ３５６１ｂ 第１レンズ系 ３５６２ａ, ３５６２ｂ 第２レンズ系 ３５６５ 照明用ランプ ３５７１, ３５７２ 第１及び第２撮像装置 ３５７３, ３５７４ カメラ ３５８０ 画像処理装置 ３５８５ 主制御装置 ＩＬ 像光 Ｍ1,Ｍ2 第１及び第２アライメントマーク ３３１０ レーザ光源 ３３２０ 照射光学系 ３３２１ ホモジナイザ ３３２２ マスク組立体 ３３２２ａ マスク ３３２２ｂ 反射部材 ３３２２ｃ フィールドレンズ ３４２２ｄ マスクホルダ本体 ３４２２ｇ 陥凹部 ３３２３ 投影レンズ ３４２５ 固定ナット ３４２５ｇ 陥凹部 ３３３０ プロセスステージ装置 ３３４０ マスクステージ装置 ３３４０ａ 挿入口 ３３５０ プロセスチャンバ ３３５０ａ ウィンドウ ３３６５ 架台 ３３７０ 冶具 ３４７０ａ 本体 ３４７０ｂ 支持部材 ３４７０ｃ ハンドル ３４７１ 引掛け部材 ＡＬ レーザ光 ＴＰ1 テーパ外面 ＴＰ2 テーパ内面 Ｗ ワーク ３１１０ レーザ発生部 ３１１１ 第１レーザ発振装置 ３１１２ 第２レーザ発振装置 ３１１３ 発振制御装置 ３１２０ レーザ照射処理部 ３１２１ 投影光学系 ３１２２ ステージ ３１２３ ステージ駆動系 ３１３０ 主制御装置 ３１５１ 基準パルス発生回路 ３１５２ ディレイ時間設定回路 ３１５３ 演算回路 ３１５４ トリガパルス発生回路 ３１５５ ディレイ時間検出回路 ３１６１, ３１６２ フォトセンサ ３１６３，３１６４ アンプ ３１７０ 光合成系 Ｗ 基板 ３２１０ ステージ ３２２１, ３２２２ レーザ光源 ３２３０ 合成光学系 ３２３１, ３２３２ ナイフエッジミラー ３２４０ 照射光学系 ３２４１ ホモジナイザ ３２４２ マスク ３２４３ 投影レンズ ３２５０ マスク駆動装置 ３２６０ ステージ駆動装置 ３２７１ ダイバージェンス光学系 ３２７２ テレスコープ光学系 ３２８０ 位置検出装置 ３２１００ 主制御装置 ＡＢ 線条ビーム ＣＬ 合成光 ＬＢ1 第１ビーム ＬＢ2 第２ビーム Ｗ ワーク ７１１１ ガラス基板 ７１１２ 真空容器 ７１１４ 隔壁部 ７１１５ プラズマ生成空間 ７１１６ 成膜処理空間 ７１１７ 基板保持機構 ７１２０ 電極 ７１２３ 導入パイプ ７１２４ 内部空間 ７１２５ 貫通孔 ７１２６ 拡散孔 ７１２７ 均一板 ７１２８ 導入パイプ ７３３３ 板状絶縁部材 ７４２３ 第２導入パイプ ７５１２ 成膜用材料ガス供給装置 ７５１３ マスフローコントローラ（ＭＦＣ） ７５１４ 上位コントローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/786 Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｂ 21/336 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７Ｇ Ｈ０１Ｓ 3/00 (72)発明者 田邉 浩 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 明石 友行 神奈川県平塚市夕陽ヶ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 (72)発明者 渡部 嘉 東京都府中市四谷五丁目８番１号 アネル バ株式会社内 Ｆターム(参考） 4K029 BD01 CA01 DB20 HA00 5F045 AA06 AA08 AA12 AB01 AB02 AB03 AB06 AB10 AB14 AB22 AB32 AB33 AB40 AC01 AC02 AC07 AC11 AC12 AC16 AC17 AD07 AD08 AE19 AE29 AF03 AF07 BB07 BB08 BB14 BB16 CA15 DB02 DQ15 DQ17 EB02 EB08 EE04 EE12 EG03 EH05 EH14 EH18 EM04 EN04 HA11 HA16 HA18 HA25 5F052 AA02 BA02 BA07 BA14 BA18 BB07 DA02 DB02 DB03 FA05 FA07 JA01 JA10 5F072 AA06 HH07 KK30 MM07 MM08 MM12 RR05 SS06 YY08 5F110 AA06 AA12 AA17 AA26 AA28 BB04 CC02 DD02 DD03 DD13 DD24 EE05 EE08 EE14 EE45 FF02 FF09 FF12 FF29 FF30 FF32 FF36 GG02 GG13 GG22 GG25 GG45 GG47 HJ12 HJ13 HJ17 HJ18 HL02 HL03 HL04 HL06 NN02 NN23 NN27 PP03 PP05 PP06 PP13 PP31 PP35 QQ01 QQ09 QQ11

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光マスク上に形成した複数のパターンを
    半導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領域を
    改質する半導体薄膜形成装置において、露光されるべき
    光を、上記光マスク上の所定の領域において、該領域内
    の光の強度分布が該領域内の光の平均強度の±１１．２
    ％以内の範囲に含まれるように、均一化させる機構を有
    することを特徴とする半導体薄膜形成装置。
  2. 【請求項２】 光マスク上に形成した露光パターンを、
    基板ステージに保持された基板上の半導体薄膜に投影露
    光して、半導体薄膜の所定の領域を改質する半導体薄膜
    形成装置において、光マスクまたは基板ステージを個別
    または同時に駆動することにより、露光パターンを順次
    走査する機構を有することを特徴とする半導体薄膜形成
    装置。
  3. 【請求項３】 光マスク上に形成した露光パターンを半
    導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領域を改
    質する半導体薄膜形成装置において、露光パターンを半
    導体薄膜に投影露光する際の、露光パターンの半導体薄
    膜の前記所定の領域への焦点合わせを行う焦点合わせ機
    構を有することを特徴とする半導体薄膜形成装置。
  4. 【請求項４】 光マスク上に形成したパターンを半導体
    薄膜に露光ビームにより投影露光して、半導体薄膜の所
    定の領域を改質する半導体薄膜形成装置において、露光
    ビームの半導体薄膜に対する傾きを補正する傾き補正機
    構を有することを特徴とする半導体薄膜形成装置。
  5. 【請求項５】 光マスク上に形成したパターンを半導体
    薄膜に露光ビームにより投影露光して、半導体薄膜の所
    定の領域を改質する半導体薄膜形成装置において、半導
    体薄膜が堆積された基板上に形成されたマークに対し、
    露光ビームの位置合わせを行うアライメント機能を有す
    ることを特徴とする半導体薄膜形成装置。
  6. 【請求項６】 光マスク上に形成したパターンを半導体
    薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領域を改質す
    る半導体薄膜形成装置において、半導体膜が堆積された
    基板をステージ上に保持する機能を有することを特徴と
    する半導体薄膜形成装置。
  7. 【請求項７】 光マスク上に形成したパターンを半導体
    薄膜に露光ビームにより投影露光して、半導体薄膜の所
    定の領域を改質する半導体薄膜形成装置において、複数
    のレーザ光を前記露光ビームとして合成する合成機構を
    有することを特徴とする半導体薄膜形成装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の半導体薄膜形成装置に
    おいて、前記複数のレーザ光が第１および第２のレーザ
    光であり、前記合成機構は、第１のレーザ光に対し第２
    のレーザ光が遅延して半導体薄膜に照射されるように、
    第１および第２のレーザ光を前記露光ビームとして合成
    することを特徴とする半導体薄膜形成装置。
  9. 【請求項９】 光マスク上に形成したパターンを基板上
    の半導体薄膜に投影露光して、半導体薄膜の所定の領域
    を改質するための処理室を有する半導体薄膜形成装置に
    おいて、大気に暴露することなく別の処理室に基板を搬
    送する機構を有することを特徴とする半導体薄膜形成装
    置。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の半導体薄膜形成装置
    において、前記別の処理室が基板に絶縁膜を形成するた
    めの絶縁膜形成室であることを特徴とする半導体薄膜形
    成装置。
  11. 【請求項１１】 請求項９に記載の半導体薄膜形成装置
    において、前記別の処理室が基板に半導体膜を形成する
    ための半導体膜形成室であることを特徴とする半導体薄
    膜形成装置。
  12. 【請求項１２】 請求項９に記載の半導体薄膜形成装置
    において、前記別の処理室が基板に加熱処理を施すため
    の加熱処理室であることを特徴とする半導体薄膜形成装
    置。
  13. 【請求項１３】 請求項９に記載の半導体薄膜形成装置
    において、前記別の処理室が基板にプラズマ処理を施す
    ためのプラズマ処理室であることを特徴とする半導体薄
    膜形成装置。
  14. 【請求項１４】 請求項９に記載の半導体薄膜形成装置
    において、前記処理室が、前記光マスク上に形成したパ
    ターンを前記基板上の半導体薄膜にレーザビームにより
    投影露光して、半導体薄膜の前記所定の領域を改質する
    ためのレーザ処理室であり、前記別の処理室がもう一つ
    のレーザ処理室であることを特徴とする半導体薄膜形成
    装置。
  15. 【請求項１５】 請求項９〜１３のいずれかに記載の半
    導体薄膜形成装置において、前記別の処理室は、該別の
    処理室内の所定の領域にプラズマを発生させるためのプ
    ラズマ発生源を有し、前記別の処理室内の前記所定の領
    域外の領域に基板が配置されることを特徴とする半導体
    薄膜形成装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１３に記載の半導体薄膜形成装
    置において、前記別の処理室は、該別の処理室内の所定
    の領域にプラズマを発生させるためのプラズマ発生源を
    有し、前記別の処理室は、前記所定の領域の前記プラズ
    マにより励起されたガスと、前記所定の領域を介さずに
    前記別の処理室内に導入される別のガスとを反応させる
    ことにより、前記基板に前記プラズマ処理を施すもので
    あることを特徴とする半導体薄膜形成装置。
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