JP2001203168A

JP2001203168A - 電子ビーム処理装置

Info

Publication number: JP2001203168A
Application number: JP2000012477A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kawakubo; 幸雄川久保; Tadashi Sato; 忠佐藤; Toshimitsu Yoshikawa; 利満吉川; Kazuhiro Takeuchi; 一浩竹内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2000-01-21
Publication date: 2001-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビームによるエネルギーを有効に利用し
て処理対象の処理すべき面に電子ビームを同時に一括し
て照射すること。【解決手段】処理室２４内にガラス基板６０を配置す
るとともにガス源５６からガス調整器１６、ガス導入口
５２を介してガスを導入し、加速電極３６と引出電極３
８とに加速電圧調整器１４から電圧を印加して電子ビー
ム源１０で発生した電子ビームを加速しながら引き出
し、この電子ビーム４４を隔壁２０の微小開口４８を介
して処理室２４内に導入し、電離プラズマを含む電子雲
７２を形成するとともに、電子ビーム４４をガラス基板
６０上のアモルファス・シリコン薄膜７４に照射して、
薄膜７４に対するアニール処理を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビーム処理装
置に係り、特に、エネルギービームとして電子ビームを
用い、この電子ビームを処理対象に照射することによ
り、処理対象の表面状態を改質・改変するに好適な電子
ビーム処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】処理対象となる固体の被照射物にエネル
ギービームを照射し、被照射物の表面状態を改質するも
のとして、例えば、表面にアモルファス・シリコン薄膜
を成膜した液晶表示装置（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒ
ｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）用ガラス基板にレーザビ
ームを照射し、ガラス基板表面の薄膜を多結晶化（ポリ
シリコン化）する技術が知られている。この技術におい
ては、レーザとして、通常、波長３０８ｎｍの紫外線レ
ーザであるエキシマレーザが用いられ、照射面における
ビーム強度が２００ｍＪ／ｃｍ^２〜４００ｍＪ／ｃｍ^２
程度に調整されたレーザビームをアモルファス・シリコ
ン薄膜に照射する方法が採用されている。この方法によ
れば、アモルファス・シリコン薄膜が高速（レーザビー
ムのパルス幅：２０ｎｓ〜１００ｎｓ程度に対応した速
度）で溶融し、その後、冷却・固化する際に多結晶化す
る。このようにして形成された多結晶シリコン薄膜によ
れば、アモルファス・シリコン薄膜に比べて２桁以上も
大きな電子移動度〔約２０〜１００ｃｍ^２／（Ｖ・
ｓ）〕が得られ、高速スイッチング動作が可能な薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ：ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓ
ｉｓｔｏｒ）を形成することができる。すなわち、高精
細・大画面のＴＦＴ−ＬＣＤを製作することが可能とさ
れている。さらに、従来技術によれば、４００℃〜５０
０℃程度の低温で処理が可能なことから、基板のガラス
材料に高価な石英ガラスを使う必要がなく、低コストで
大画面のＴＦＴ−ＬＣＤを製作することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、ＬＣＤ
用ガラス基板などの固体の被照射物にエネルギービーム
を照射するエネルギービーム源として、原理的にパルス
動作しかできないエキシマレーザを用いている。従来の
エキシマレーザの出力は、最大のものでも実用上、パル
スあたりの出力が８００ｍＪ、１秒あたりの繰り返しパ
ルス数が２５０Ｈｚ程度である。すなわち、最大のもの
でも平均の出力は２００Ｗ程度である。しかも、１ショ
ットのパルスで処理できる面積は上述の所要ビーム強度
から求めると２ｃｍ^２〜４ｃｍ^２となる。さらに、照射
面でのビーム強度を均一にするための光学系による損失
（例えば、約５０％）を考慮すると、パルスあたりの処
理面積は１ｃｍ^２〜２ｃｍ^２となる。したがって、大面
積の基板、例えば、全表面積が３０ｃｍ×４０ｃｍ＝１
２００ｃｍ^２の基板の全面を処理するためには、パルス
ごとに照射位置をずらしながら（走査しながら）、繰り
返しパルスのビームを照射する必要がある。

【０００４】したがって、エキシマレーザを用いた方法
では、パルスごとに小面積の領域を溶融・固化したもの
を繋ぎあわせることになり、繋ぎ目で薄膜の物理的な特
性が不連続になり、基板全体としての特性にばらつきが
生じることがある。

【０００５】一方、固体の被照射物を溶融・固化するに
際して、例えば、特開平８−２０３８２４号公報、特開
平１０−１１６７８７号公報、特開平１１−３０７００
号公報および特開平１１−２１４３０７号公報に記載さ
れているように、エネルギー源として電子ビームを用い
る方法を採用することもできる。しかし、真空中に固体
の被照射物を配置したのでは、絶縁物である被照射物の
表面に電子が帯電し、チャージ・アップに対する対策が
必要となる。さらに低い加速エネルギーで電子ビームを
固体の被照射物に照射しなければエネルギーが浪費され
ることになる。

【０００６】本発明の目的は、電子ビームによるエネル
ギーを有効に利用して処理対象の処理すべき面に電子ビ
ームを同時に一括して照射することができる電子ビーム
処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、電子ビームを発生する電子ビーム源と、
電子ビームを照射するための処理対象を収納する処理室
と、前記電子ビーム源から電子ビームを加速しながら引
き出す電子ビーム加速手段と、前記処理室内にガス源か
らガスを導入するガス導入手段と、前記電子ビーム加速
手段により引き出された電子ビームを前記処理室内のガ
ス雰囲気中に導入する電子ビーム導入手段とを備え、前
記処理室内のガス雰囲気のうち前記処理対象の処理すべ
き面を含む領域に前記電子ビーム導入手段により導入さ
れた電子ビームにより電離プラズマを含む電子雲が形成
され、前記電子ビーム加速手段は、前記処理室内に導入
された電子ビームが前記処理室内のガスを透過して前記
処理対象に浸透するレベルに電子ビームの加速エネルギ
ーを調整してなる電子ビーム処理装置を構成したもので
ある。

【０００８】前記電子ビーム処理装置を構成するに際し
ては、前記電子ビーム加速手段の代わりに、電子ビーム
源と処理室とを結ぶ電子ビーム伝送路を形成する減圧室
に配置されて前記電子ビーム源から電子ビームを加速し
ながら引き出す電子ビーム加速手段を設けるとともに、
前記電子ビーム導入手段の代わりに、前記処理室と前記
減圧室との境界を形成する隔壁の領域のうち前記処理対
象を臨む領域に形成されて電子ビーム加速手段により引
き出された電子ビームを前記処理室内のガス雰囲気中に
導入する複数の開口を設け、処理室内のガス雰囲気のう
ち前記処理対象の処理すべき面を含む領域に前記複数の
開口から導入された電子ビームにより電離プラズマを含
む電子雲が形成されるようにすることもできる。

【０００９】前記各電子ビーム処理装置を構成するに際
しては、以下の要素を付加することができる。

【００１０】（１）前記処理対象を保持する保持手段
と、前記処理対象に対する電子ビームの浸透深さが変化
する方向に前記保持手段の位置を調整する位置調整手段
とを備えてなる。

【００１１】（２）前記ガス導入手段は、前記処理室内
に導入するガスの圧力を調整するガス調整手段を有し、
前記ガス調整手段は、前記処理室内の雰囲気ガスの圧力
を１００Ｔｏｒｒ以下に調整してなる。

【００１２】（３）前記電子ビーム加速手段は、前記処
理室内に入射される電子ビームの処理室入射端における
加速エネルギーを５０ｋｅＶ以下に調整してなる。

【００１３】（４）前記処理対象は、表面にアモルファ
ス・シリコン薄膜を成膜した液晶表示装置用ガラス基板
であり、前記処理室内に導入された電子ビームは前記ア
モルファス・シリコン薄膜を照射してなる。

【００１４】（５）前記電子ビーム加速手段は、前記電
子ビームの加速エネルギーのレベルを前記電子ビームが
前記液晶表示装置用ガラス基板表面のアモルファス・シ
リコン薄膜を透過する程度に調整してなる。

【００１５】（６）前記電子ビームの照射領域は、前記
液晶表示装置用ガラス基板の全面に対応し、前記液晶表
示装置用ガラス基板の全面に前記電子ビームが同時に照
射されてなる。

【００１６】（７）前記電子ビームの照射領域は、前記
液晶表示装置用ガラス基板の特定の領域に対応し、前記
液晶表示装置用ガラス基板の特定の領域に前記電子ビー
ムが同時に照射されてなる。

【００１７】（８）前記電子ビーム源は、電子ビーム電
流を時間的に制御するビーム電流調整手段を有し、前記
ビーム電流調整手段は、電子ビームの照射開始、照射終
了、照射時間、照射時間内におけるビーム電流の時間変
化波形を制御してなる。

【００１８】（９）前記ガス導入手段は、ガス源から不
活性ガスを導入してなる。

【００１９】（１０）前記ガス導入手段は、ガス源から
ヘリウム、水素のいずれかのガスを導入してなる。

【００２０】（１１）前記ガス導入手段は、ガス源から
クリプトン、キセノンのいずれかのガスを導入してな
る。

【００２１】（１２）前記ガス導入手段は、ガス源から
酸素、窒素、シランのいずれかの反応性ガスを導入して
なる。

【００２２】（１３）前記ガス導入手段により導入され
た反応性ガスにより前記処理対象に対して成膜およびア
ニール処理を施してなる。

【００２３】前記した手段によれば、エネルギー源とし
て電子ビームを用い、電子ビーム源から電子ビームを加
速しながら引き出し、引き出された電子ビームを処理室
内のガス雰囲気中に導入し、処理室内のガス雰囲気のう
ち処理対象の処理すべき面を含む領域に電離プラズマを
含む電子雲を形成し、処理室内に導入する電子ビームの
加速エネルギーを、処理室内の導入された電子ビームが
処理室内のガスを透過して処理対象に浸透するレベルに
調整するようにしたため、電子ビームによるエネルギー
を有効に利用して処理対象の処理すべき面に電子ビーム
を同時に一括して照射することができる。さらに、ガス
雰囲気中に電子ビームを導入し、導入する電子ビームの
加速エネルギーを、電子ビームが処理室内のガスを透過
して処理対象に浸透するレベルに調整しているため、チ
ャージアップを抑制することができるとともに低加速エ
ネルギーによって電子ビームを処理対象に照射すること
ができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示
す縦断面図である。図１において、電子ビーム処理装置
は、電子ビーム源１０、ハウジング１２、加速電圧調整
器１４、ガス調整器１６、ホルダ位置調整器１８などを
備えて構成されており、電子ビーム源１０の底部側がハ
ウジング１２の上部側に固定され、ハウジング１２は、
隔壁２０を境として、減圧室２２と処理室２４とに分割
されている。

【００２５】電子ビーム源１０は、箱型の容器２６を備
えており、容器２６の側面外周および上部外周にはマグ
ネット２８が配置され、上部壁面中央部にはガス導入口
３０が形成され、上部壁面には絶縁物を介して複数のフ
ィラメント３２が固定されている。各フィラメント３２
はビーム電流調整器３４に接続されている。そして容器
２６内にガス導入口３０から処理ガスが導入され、フィ
ラメント３２から電子が発生すると、ガスと電子との衝
突に伴ってプラズマが生成され、かつプラズマの生成と
ともに電子ビームが発生するようになっている。この電
子ビームは、ビーム電流調整手段としてのビーム電流調
整器３４の調整によって電子ビーム電流が時間的に制御
されるようになっている。例えば、電子ビームの照射開
始、照射終了、照射時間、照射時間内におけるビーム電
流の時間変化波形が制御されるようになっている。

【００２６】電子ビーム源１０に隣接して設けられた減
圧室２２には、加速電極３６と引出電極３８が一定の間
隔を保って配置されており、加速電極３６、引出電極３
８には開口４０、４２が複数個形成されている。加速電
極３６は加速電圧調整器１４に接続されており、加速電
圧調整器１４は加速電圧３６と引出電極３８とに加速電
圧を印加し、電子ビーム源１０で発生した電子ビーム４
４を加速しながら引き出すようになっている。すなわ
ち、加速電極３６、引出電極３８、加速電圧調整器１４
は電子ビーム源１０から電子ビーム４４を加速しながら
引き出す電子ビーム加速手段として構成されている。そ
して引き出された電子ビーム４４は、加速電極３６、引
出電極３８の静電レンズ作用によってその径が絞られた
状態で、電子ビーム伝送路を形成する減圧室２２内を伝
播するようになっている。さらに、電子ビーム４４は、
引出電極３８よりも隔壁２０側に配置されたソレノイド
コイル４６の磁界レンズ作用によってその径がさらに絞
られて隔壁２０側に伝播し、隔壁２０に設けられた複数
の微小開口４８を通過するようになっている。このとき
電子ビーム４４のビーム径は、加速電極３６、引出電極
３８の静電レンズ作用およびソレノイドコイル４６の磁
界レンズ作用によって微小開口４８の直径、例えば、１
ｍｍの大きさになるように収束・調整されている。この
ため、複数の微小開口４８を電子ビーム４４が通過する
際、各電子ビーム４４は隔壁２０を無損失で通過するこ
とになる。そして電子ビーム４４を加速するときの加速
エネルギーは５０ｋｅＶ以下、例えば、１０ｋｅＶに調
整されている。なお、減圧室２２は、排気口５０が真空
ポンプを有する排気装置に接続されており、真空ポンプ
の作動により、減圧室２２内が一定の真空度となるよう
に調整されている。

【００２７】ここで、本実施形態においては、電子ビー
ム４４が各微小開口４８以外の領域を透過するのを防止
するために、隔壁２０として、厚みが１０μｍ〜４０μ
ｍ程度で、Ｔｉなどの金属箔を用いている。すなわち、
一般に、加速された電子が物質中に照射されると、電子
は物質を構成する電子・分子などと衝突・散乱を繰り返
しながらエネルギーを失い、物質のある深さＤまで浸透
すると、ついには静止する。この電子がエネルギーを失
って静止する深さの目安は、通常、物質の密度ρ（ｇ／
ｃｍ^３）と浸透深さＤ（ｃｍ）との積に相当する量（ｍ
ｇ／ｃｍ^２）で評価され、この量（単位密度当りの距
離）は飛程Ｒと呼ばれている。電子の飛程Ｒについての
実験式の１つとしてＫａｔｚ−Ｐｅｎｆｏｒｄの式が知
られている。

【００２８】この式による飛程Ｒ（ｍｇ／ｃｍ^２）と電
子の加速エネルギーＥ（ｋｅＶ）との関係を図２および
図３に示す。

【００２９】ここで、加速エネルギーが１０ｋｅＶ程度
の電子ビームを用いた場合、図３から、電子の飛程Ｒは
０．１６１ｍｇ／ｃｍ^２となり、密度４．５ｇ／ｃｍ^３
のＴｉ（チタン）における電子の浸透深さＤは０．３６
μｍになる。このため、加速エネルギーが１０ｋｅＶ程
度の電子ビーム４４では、厚さ１０μｍ〜４０μｍのＴ
ｉで構成された隔壁２０を透過することはできない。ち
なみに、電子ビーム４４の加速エネルギーが５０ｋｅＶ
程度になると、Ｔｉにおける電子の浸透深さＤは８．８
μｍまで増大するが１０μｍ以上の厚さの隔壁２０を透
過することはできない。

【００３０】一方、処理室２４の側壁にはガス導入口５
２と排気口５４とが相対向して形成されており、ガス導
入口５２にはガス調整器１６が接続され、ガス調整器１
６にはガス源５６、５８が接続され、排気口５４には排
気装置（図示省略）が接続されている。ガス調整器１６
は、ガス源５６から、例えば、処理ガスとしてアルゴン
ガスを導入し、導入したアルゴンガスの圧力を１００Ｔ
ｏｒｒ以下、例えば、１０Ｔｏｒｒに調整するガス調整
手段としての機能を有し、指定の圧力に調整されたアル
ゴンガスをガス導入口５２から処理室５４内に導入する
ようになっている。すなわち、ガス調整器１６はガス導
入口５２とともにガス導入手段を構成するようになって
いる。

【００３１】アルゴンガスが導入された処理室２４内に
は、複数の微小開口４８に相対向して、処理対象であっ
て被照射物になるＬＣＤ用ガラス基板６０が配置されて
いる。このガラス基板６０は、例えば、縦３０ｃｍ、横
４０ｃｍ、板厚１ｍｍの大きさのもので構成され、保持
手段としての基板ホルダ６２に保持されている。基板ホ
ルダ６２は、その表面がガラス基板６０よりも大きい長
方形形状に形成されており、基板ホルダ６２の底部側が
ホルダ位置調整器１８の伸縮機構部６４を介してベース
６６上に固定されている。伸縮機構部６４はロッド６８
を介して操作部７０に接続されており、操作部７０から
の操作力がロッド６８から伸縮機構部６２に伝達される
と、伸縮機構部６４が垂直方向に伸縮し、ガラス基板６
０と隔壁２０との距離ｄを調整するようになっている。
すなわち、ホルダ位置調整器１８は、ガラス基板６０に
対する電子ビームの浸透深さが変化する方向に基板ホル
ダ６２の位置を調整する位置調整手段として構成されて
いる。

【００３２】上記構成において、ガラス基板６０に対応
した領域に形成された微小開口部４８から電子ビーム４
４がガス雰囲気中の処理室２４内に導入されると、図４
に示すように、電子ビーム４４と処理室２４内のアルゴ
ンガスとの衝突・散乱により電離プラズマが生成され、
ガラス基板６０の処理すべき面を含む領域に電離プラズ
マを含む電子雲７２が形成される。このとき電子ビーム
４４は、電子雲７２を形成しながら進行し、エネルギー
を失いつつ空間的に広がり、ガラス基板６０側へ伝播す
る。

【００３３】ここで、ガラス基板６０として、ガラス基
板６０上に厚さ５０ｎｍ〜１００ｎｍのアモルファス・
シリコン薄膜７４が成膜されたものを用い、ガラス基板
６０と隔壁２０との間隔ｄを４０ｍｍに調整した場合、
隔壁２０とガラス基板６０との距離ｄは、加速エネルギ
ー１０ｋｅＶにおける電子の１０Ｔｏｒｒアルゴンガス
中での浸透深さ約８６ｍｍ（図３参照）に対して十分小
さい。このため、ガラス基板６０表面のアモルファス・
シリコン薄膜７４に到達した電子は減速されながらも表
面の薄膜７４に浸透するだけの残余のエネルギーを有す
る。ちなみに、ガラス基板６０上に厚さ５０ｎｍ〜１０
０ｎｍ程度のアモルファス・シリコン薄膜７４が成膜さ
れてある場合、シリコンの密度２．３ｇ／ｃｍ^３（図３
参照）を考慮すると、アモルファス・シリコン薄膜７４
全体を透過するに要する電子の加速エネルギーは約３ｋ
ｅＶ〜４ｋｅＶ程度となる。したがって、上に述べたよ
うな条件では、隔壁２０とガラス基板６０との間のガス
雰囲気中を通過した電子ビームの残余のエネルギーは、
電子ビーム４４がアモルファス・シリコン薄膜７４を透
過することでほぼ費やされ、下地のガラス基板（板厚１
ｍｍ）６０に対してほとんど透過しないことになる。こ
のことより、アモルファス・シリコン薄膜７４は電子ビ
ームのエネルギーを吸収し高温になって多結晶化され
る。

【００３４】一方、下地のガラス基板６０は、電子ビー
ム４４のエネルギーをほとんど吸収しないので、その温
度を低く抑えることができ、ガラス基板６０として、低
温プロセスに対応可能な安価なガラス基板を用いること
ができるとともに、ガラス基板６０から不純物が拡散す
るのを防止することができる。

【００３５】また、アモルファス・シリコン薄膜７４表
面近傍に生成される電離プラズマは、アモルファス・シ
リコン薄膜７４表面に蓄積されようとする電荷（電子）
に対してこれを中和することができるため、チャージア
ップによって電子が反射するのを抑制することもでき、
電子を容易に薄膜７４内に浸透させることができる。ま
た隔壁２０とガラス基板６０との間のガス雰囲気中（ガ
ス層）では、電子ビーム４４は電子プラズマを生成しな
がらビーム進行方向に対して横方向に広がりを持った雲
状の電子雲７２を形成するので、薄膜７４表面でのビー
ム断面積は、処理室２４入射端の微小開口４８における
ビーム断面積に比べて十分大きくなる。例えば、微小開
口４８で直径約１ｍｍの電子ビーム４４は薄膜７４表面
では直径２０ｍｍにまで広がる。さらに、相隣接する微
小開口４８から出射される電子ビーム４４は、電子雲７
２を形成し、アモルファス・シリコン薄膜７４の照射面
で互いに重なり合うように微小開口４８の配列ピッチお
よび数が調整されているので、微小開口４８の数に対応
した大面積の領域に電子ビームを照射することができ
る。

【００３６】すなわち、本実施形態では、アモルファス
・シリコン薄膜７４での照射すべき領域がアモルファス
・シリコン薄膜７４の全表面積（３０ｃｍ×４０ｃｍ）
となるように、微小開口４８の数と位置が設定されてい
るので、アモルファス・シリコン薄膜７４の全表面積に
電子ビーム４４を同時に照射して一括して処理すること
ができる。

【００３７】一方、アモルファス・シリコン薄膜７４に
対してアニール処理（加熱処理）を施すに必要な電子ビ
ーム４４の全エネルギーは、加速エネルギーとビーム電
流および照射時間で決定される。このため、一定の加速
エネルギーの下で電子ビーム４４を照射する場合、図５
（ａ）に示すように、ビーム電流調整器３４の調整によ
り、一定のビーム電流を一定時間（時刻Ｔ１〜Ｔ２ま
で）照射するための電子ビーム４４を生成し、この電子
ビーム４４をアモルファス・シリコン薄膜７４に照射す
ることにより、アモルファス・シリコン薄膜７４に対し
て良好なアニール処理を施すことができ、アモルファス
・シリコン薄膜７４に対するアニール効果を高めること
ができる。

【００３８】また、ビーム電流としては、図５（ｂ）に
示すように、照射初期（時刻Ｔ１〜Ｔ２）に相対的に大
きなビーム電流を照射し、引き続き、時刻Ｔ２〜Ｔ３ま
で小さなビーム電流を照射するように、ビーム電流調整
器７４を調整することで、さらに良好なアニール効果と
して、結晶性を高めることができる。

【００３９】上述したように、本実施形態においては、
処理室２４内にアルゴンガスを導入するとともに処理室
２４内の圧力を約１０Ｔｏｒｒに調整し、ホルダ位置調
整器１８の調整により、隔壁２０とガラス基板６０との
距離ｄを４０ｍｍに設定し、電子ビーム源１０からの電
子ビーム４４を加速しながら引き出してガス雰囲気中の
処理室２４内に導入し、電子ビーム４４とアルゴンガス
との衝突に伴う電子雲７２を形成するとともに、電子ビ
ーム４４をアモルファス・シリコン薄膜７４側に伝播さ
せる過程で、電子ビーム導入手段としての微小開口４８
により導入された電子ビーム４４が処理室２４内のガス
を透過してアモルファス・シリコン薄膜７４を浸透する
レベルに電子ビームの加速エネルギーを１０ｋｅＶに調
整するようにしたため、電子ビーム４４のエネルギーを
有効に利用してアモルファス・シリコン薄膜７４の処理
すべき面に電子ビーム４４を同時に一括して照射するこ
とができる。

【００４０】また、ガス雰囲気中に電子ビーム４４を照
射しているため、チャージアップによってアモルファス
・シリコン薄膜７４から電子が反射するのを抑制するこ
とができ、低加速エネルギーの電子ビーム４４をアモル
ファス・シリコン薄膜７４に照射することができる。

【００４１】さらに、本実施形態によれば、低加速エネ
ルギーの電子ビーム４４をガラス基板６０に照射するこ
とで、ガラス基板６０上のアモルファス・シリコン薄膜
７４の極めて浅い部分を改質することができるととも
に、アモルファス・シリコン薄膜７４を低温多結晶シリ
コン薄膜として形成することができる。

【００４２】また、前記実施形態においては、処理室２
４内に導入するガスとしてアルゴンガスを用いたものに
ついて述べたが、アルゴンガスの代わりに、ヘリウムや
水素などの軽いガスを用いることができる。軽いガスの
うちヘリウムを用いた場合、図３に示すように、アルゴ
ンに比べて浸透深さが約一桁大きくなる。したがって、
隔壁２０とガラス基板６０との距離ｄを大きくとること
ができ、アモルファス・シリコン薄膜７４の照射面にお
ける電子ビーム４４の広がりも大きくなる。このことよ
り、同一の処理面積に対して微小開口４８の数が少なく
てすみ、減圧室２２の真空度を維持する真空ポンプの負
担を軽減することができ、全体として、コンパクトで低
コストのシステムを構成することができる。

【００４３】また、処理室２４内に導入されたガスとし
て、不活性ガスとしてのアルゴンの代わりに、キセノ
ン、クリプトンなどの重いガスを用いることもできる。
キセノンなどの重いガスを用いた場合には、アルゴンを
用いたときよりも、イオンの加熱分が増大し、アニール
効果を高めることができる。すなわち、アモルファス・
シリコン薄膜７４表面でのアニールは主として、電子ビ
ーム４４自身により進行すると考えられるが、同時に薄
膜７４表面近傍に生成された電離プラズマ中のイオン
が、薄膜７４表面の電子が形成する電界により加速さ
れ、薄膜７４表面を加熱するためである。

【００４４】また、処理室２０内に導入するガスとし
て、窒素や酸素やシラン（ＳｉＨ_４）などの反応性ガス
を用いることもできる。反応性ガスを用いた場合、電子
ビーム４４によって生成された電子プラズマ中の各種ラ
ジカル（活性種）の働きにより反応性が高められ、窒化
膜（ＳｉＮ）や酸化膜（ＳｉＯ_２）などを容易に形成す
ることができる。

【００４５】次に、本発明の他の実施形態を図６および
図７にしたがって説明する。図６は、１枚のガラス基板
６０から画面１枚を製作するときの基板構成を、図７
は、１枚のガラス基板６０から画面４枚を製作するとき
の基板構成を示す。

【００４６】図６及び図７において、ガラス基板６０に
は、駆動回路を構成する実効的な照射領域７６、７８が
設定されているとともに、複数のＴＦＴが配置されて各
ＴＦＴスイッチ動作による画素を構成する画素領域８０
が設定されており、照射領域７６、７８は、画素領域８
０よりも結晶性を高めることが要求されている。このよ
うな場合、本実施形態においては、ガラス基板６０の領
域のうち特定な領域である照射領域７６、７８に対して
電子ビームを同時に一括して照射することにより、照射
領域７６、７８に成膜されたアモルファス・シリコン薄
膜の結晶性を高めることができる。

【００４７】前記実施形態においては、アニール処理を
行なうものについて述べたが、ガス種、ガス圧力、電子
ビームの加速エネルギー、隔壁２０とガラス基板６０と
の距離ｄなど各種条件を組み合わせ、例えば、ガス種と
して反応性ガスを用いた場合、成膜と同時にアニール処
理を実施することができる。この場合には、プロセスの
大幅な簡略化を図ることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エネルギー源として電子ビームを用い、電子ビーム源か
ら電子ビームを加速しながら引き出し、引き出された電
子ビームを処理室内のガス雰囲気中に導入し、処理室内
のガス雰囲気のうち処理対象の処理すべき面を含む領域
に電離プラズマを含む電子雲を形成し、処理室内に導入
する電子ビームの加速エネルギーを、処理室内の導入さ
れた電子ビームが処理室内のガスを透過して処理対象に
浸透するレベルに調整するようにしたため、電子ビーム
によるエネルギーを有効に利用して処理対象の処理すべ
き面に電子ビームを同時に一括して照射することができ
る。さらに、ガス雰囲気中に電子ビームを導入し、導入
する電子ビームの加速エネルギーを、電子ビームが処理
室内のガスを透過して処理対象に浸透するレベルに調整
しているため、チャージアップを抑制することができる
とともに低加速エネルギーによって電子ビームを処理対
象に照射することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す電子ビーム処理装置
の縦断面図である。

【図２】電子の加速エネルギーと飛程との関係を示す特
性図である。

【図３】各種物質中における浸透深さを示す図である。

【図４】減圧室と反応室の要部拡大図である。

【図５】電子ビームの照射時間を制御するときの波形を
示す特性図である。

【図６】１枚のガラス基板から１枚の画面を製作すると
きの構成図である。

【図７】１枚のガラス基板から４枚の画面を製作すると
きの基板構成図である。

【符号の説明】

１０電子ビーム源１２ハウジング１４加速電圧調整器１６ガス調整器１８ホルダ位置調整器２０隔壁２２減圧室２４処理室３２フィラメント３４ビーム電流調整器３６加速電極３８引出電極４４電子ビーム４６ソレノイドコイル４８微小開口５６、５８ガス源６０ＬＣＤ用ガラス基板６２基板ホルダ６４伸縮機構部６６ベース６８ロッド７０操作部７２電子雲７４アモルファス・シリコン薄膜７６、７８照射領域８０画素領域

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ (72)発明者吉川利満茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者竹内一浩茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内Ｆターム(参考） 5F045 AA14 AB03 BB10 BB16 CA15 CB01 DA61 DP03 DQ10 HA16 HA22 5F052 AA03 DA02 FA05 FA07 5F053 AA26 DD01 FF01 GG02 HH05 LL10 RR20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子ビームを発生する電子ビーム源と、
電子ビームを照射するための処理対象を収納する処理室
と、前記電子ビーム源から電子ビームを加速しながら引
き出す電子ビーム加速手段と、前記処理室内にガス源か
らガスを導入するガス導入手段と、前記電子ビーム加速
手段により引き出された電子ビームを前記処理室内のガ
ス雰囲気中に導入する電子ビーム導入手段とを備え、前
記処理室内のガス雰囲気のうち前記処理対象の処理すべ
き面を含む領域に前記電子ビーム導入手段により導入さ
れた電子ビームにより電離プラズマを含む電子雲が形成
され、前記電子ビーム加速手段は、前記処理室内に導入
された電子ビームが前記処理室内のガスを透過して前記
処理対象に浸透するレベルに電子ビームの加速エネルギ
ーを調整してなる電子ビーム処理装置。
【請求項２】電子ビームを発生する電子ビーム源と、
電子ビームを照射するための処理対象を収納する処理室
と、前記電子ビーム源と前記処理室とを結ぶ電子ビーム
伝送路を形成する減圧室に配置されて前記電子ビーム源
から電子ビームを加速しながら引き出す電子ビーム加速
手段と、前記処理室内にガス源からガスを導入するガス
導入手段と、前記処理室と前記減圧室との境を形成する
隔壁の領域のうち前記処理対象を臨む領域に形成されて
電子ビーム加速手段により引き出された電子ビームを前
記処理室内のガス雰囲気中に導入する複数の開口とを備
え、前記処理室内のガス雰囲気のうち前記処理対象の処
理すべき面を含む領域に前記複数の開口から導入された
電子ビームにより電離プラズマを含む電子雲が形成さ
れ、前記電子ビーム加速手段は、前記処理室内に導入さ
れた電子ビームが前記処理室内のガスを透過して前記処
理対象に浸透するレベルに電子ビームの加速エネルギー
を調整してなる電子ビーム処理装置。
【請求項３】前記処理対象を保持する保持手段と、前
記処理対象に対する電子ビームの浸透深さが変化する方
向に前記保持手段の位置を調整する位置調整手段とを備
えてなる請求項１または２に記載の電子ビーム処理装
置。
【請求項４】前記ガス導入手段は、前記処理室内に導
入するガスの圧力を調整するガス調整手段を有し、前記
ガス調整手段は、前記処理室内の雰囲気ガスの圧力を１
００Ｔｏｒｒ以下に調整してなる請求項１、２または３
のうちいずれか１項に記載の電子ビーム処理装置。
【請求項５】前記電子ビーム加速手段は、前記処理室
内に入射される電子ビームの処理室入射端における加速
エネルギーを５０ｋｅＶ以下に調整してなる請求項１、
２、３または４のうちいずれか1項に記載の電子ビーム
処理装置。
【請求項６】前記処理対象は、表面にアモルファス・
シリコン薄膜を成膜した液晶表示装置用ガラス基板であ
り、前記処理室内に導入された電子ビームは前記アモル
ファス・シリコン薄膜を照射してなる請求項１、２、
３、４または５のうちいずれか1項に記載の電子ビーム
処理装置。
【請求項７】前記電子ビーム加速手段は、前記電子ビ
ームの加速エネルギーのレベルを前記電子ビームが前記
液晶表示装置用ガラス基板表面のアモルファス・シリコ
ン薄膜を透過する程度に調整してなる請求項６に記載の
電子ビーム処理装置。
【請求項８】前記電子ビームの照射領域は、前記液晶
表示装置用ガラス基板の全面に対応し、前記液晶表示装
置用ガラス基板の全面に前記電子ビームが同時に照射さ
れてなる請求項６または７に記載の電子ビーム処理装
置。
【請求項９】前記電子ビームの照射領域は、前記液晶
表示装置用ガラス基板の特定の領域に対応し、前記液晶
表示装置用ガラス基板の特定の領域に前記電子ビームが
同時に照射されてなる請求項６または７に記載の電子ビ
ーム処理装置。
【請求項１０】前記電子ビーム源は、電子ビーム電流
を時間的に制御するビーム電流調整手段を有し、前記ビ
ーム電流調整手段は、電子ビームの照射開始、照射終
了、照射時間、照射時間内におけるビーム電流の時間変
化波形を制御してなる請求項１、２、３、４、５、６、
７、８または９のうちいずれか1項に記載の電子ビーム
処理装置。
【請求項１１】前記ガス導入手段は、ガス源から不活
性ガスを導入してなる請求項１、２、３、４、５、６、
７、８、９または１０のうちいずれか１項に記載の電子
ビーム処理装置。
【請求項１２】前記ガス導入手段は、ガス源からヘリ
ウム、水素のいずれかのガスを導入してなる請求項１、
２、３、４、５、６、７、８、９または１０のうちいず
れか１項に記載の電子ビーム処理装置。
【請求項１３】前記ガス導入手段は、ガス源からクリ
プトン、キセノンのいずれかのガスを導入してなる請求
項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０のう
ちいずれか１項に記載の電子ビーム処理装置。
【請求項１４】前記ガス導入手段は、ガス源から酸
素、窒素、シランのいずれかの反応性ガスを導入してな
る請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９または１
０のうちいずれか１項に記載の電子ビーム処理装置。
【請求項１５】前記ガス導入手段により導入された反
応性ガスにより前記処理対象に対して成膜およびアニー
ル処理を施してなる請求項１４に記載の電子ビーム処理
装置。