JP2001053021A - 半導体薄膜製造装置 - Google Patents
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Abstract
ザ光を半導体薄膜に照射し半導体薄膜を改質する装置に
おいて、交換回数が少ない投影マスクを実現する。 【解決手段】 エキシマレーザ発振器10から発せられ
たレーザ光11は、全反射ミラー12や光学系13を通
り、投影マスク20のパターンに従って成形され、レン
ズ14により縮小投影されプロセスチャンバ16内の基
板17に照射される。投影マスク20にレーザ光に対す
る反射率が70%以上である材料をマスクのマスク材料
として用いることでマスクのレーザに対する耐久性を向
上し、多数回のレーザ光照射を行うことができる。又、
投影マスク20から光学系13へ戻る反射光を抑えるた
めの吸収マスク21を挿入することで高反射率材料をマ
スク材料として用いているために生じる反射光を吸収マ
スクを併用することで光学系へ与える損傷を抑えること
ができる。
Description
工程に利用される半導体薄膜製造装置に関するものであ
り、特に液晶ディスプレイや密着型イメージセンサ等の
製造工程で用いられるレーザアニール装置に関する。
ァスシリコン膜を結晶化する方法としてエキシマレーザ
を用いたレーザアニール法が広く用いられている。エキ
シマレーザはエネルギーが高く、アモルファスシリコン
を溶融・再結晶化させることができ、且つ、レーザ光の
パルス幅は数十nsと非常に短く、結晶化も百ns程度
の時間で終結するので、ガラス基板にまで熱が伝搬せ
ず、基板を高温に曝すことなく結晶化プロセスを行うこ
とができるためである。
状をしたレーザ光11が用いられる。レーザ光11は長
尺ビームやラインビームなどと呼ばれるものである。し
かし、前述した長尺ビームを用いた結晶化法により形成
された多結晶シリコン膜103は多結晶シリコン膜10
3を構成する結晶粒のサイズが最大でも数百nmと非常に
小さく、数多くの粒界と呼ばれる結晶粒の境界が存在す
る膜となる。粒界はキャリアの伝導を妨げる働きをする
ため、粒界が多く存在するとTFTの移動度が下がり、
高速に応答できるAMLCDを作製することができな
い。
晶シリコン膜を作製する手段として投影マスクを用いた
結晶化法をJames S. Imらが提案している(Appl. Phys.
Lett. 69 (19), 4 Nov. 1996 p.2864)。
ル法を実現するための装置を表した図である。発振器1
0から発せられたレーザ光11は減衰器110、全反射
ミラー12、視野レンズ111を通り、投影マスク20
に作製されたパターンに従い5μm程度の細線ビーム1
9に成形され、結像レンズ112を通り基板17に照射
される。以後このような投影マスク20を透過した線幅
の細いビーム19を細線ビームと呼ぶ。照射が終わる
と、基板ステージ18により基板17を走査して再度照
射する。以上を繰り返すことにより結晶成長を行うもの
である。なお、このときの基板走査距離は0.75μm
程度となる。
方法では、一度のレーザ照射で結晶粒が成長する距離が
短いため上記のような狭ピッチで基板走査を行わなけれ
ばならない。基板の走査を行う度にアモルファスシリコ
ンを溶融するほどの高いエネルギーをもつレーザ光が照
射されるため投影マスクにかかる負担は非常に大きい。
このようなレーザ照射を行うと投影マスクにはエネルギ
ーが吸収され非常に高温となるため、マスクパターンの
歪みや膜のアブレーションなどが起こり、投影マスクと
しては使用できないものとなってしまう。従って、以上
の問題を回避するためにはマスク材料に反射率が高くエ
ネルギーを吸収しない物質が必要となる。
用されているKrF、ArF等のエキシマレーザを光源
とするステッパで用いられているレチクルのマスク材料
は主にCrである。Crの紫外光に対する反射率は60%程
度と低いため使用されるレーザのパルスあたりのエネル
ギーが低いステッパでは問題なく使用されているもの
の、高エネルギーレーザを用いる上記結晶化法ではエネ
ルギー吸収による発熱が激しく適用できない。
ターンに応じたレーザ光を半導体薄膜に照射し上記半導
体薄膜を改質する半導体薄膜製造装置において、交換回
数の少なくて済むマスクを有する生産性の高い半導体薄
膜製造装置を提供することにある。
レーザ照射による半導体薄膜の改質工程において交換回
数の少ないマスクを実現するものである。
れば、マスクに形成した開口パターンに応じたレーザ光
を半導体薄膜に照射し上記半導体薄膜を改質する半導体
薄膜製造装置において、上記マスク表面の上記レーザ光
に対する反射率が70%以上であることを特徴とする半
導体薄膜製造装置が得られる。
久性の高いマスクを実現することができる。
態様による半導体薄膜製造装置において、上記マスクは
上記レーザ光を透過する基板材料と上記レーザ光に対す
る反射率が70%以上であるマスク材料とからなること
を特徴とする半導体薄膜製造装置が得られる。
スク材料を薄膜として成膜することで、マスク上に形成
するパターンを微細にすることができる。
は上記第2の態様による半導体薄膜製造装置において、
上記マスクは冷却機構を備えたものであることを特徴と
する半導体薄膜製造装置が得られる。
とにより、上記マスクの温度上昇を抑制することがで
き、マスクの耐久性をより向上することができる。
は上記第2の態様による半導体薄膜製造装置において、
上記マスクは最上層に上記レーザ光を透過する材料が形
成されているものであることを特徴とする半導体薄膜製
造装置が得られる。
ク材料の酸化およびアブレーションを抑制することがで
き、上記マスクの保護に役立つものである。
態様による半導体薄膜製造装置において、上記マスクに
上記レーザ光が照射される前に上記レーザ光を吸収する
基板を有することを特徴とする半導体薄膜製造装置が得
られる。
上記マスクの反射光が例えばホモジナイザからなる光学
系に与えるダメージを抑制することができる。
態様による半導体薄膜製造装置において、レーザ光を吸
収する基板は複数枚であることを特徴とする半導体薄膜
製造装置が得られる。
することで、1枚あたりに吸収されるレーザ光、1枚あ
たりの発熱量が分割され、上記レーザ光を吸収する基板
の耐久性をあげることができる。
態様による半導体薄膜製造装置において、上記マスクに
上記レーザ光が照射される前に、上記マスクとは平行と
ならないように置かれた、上記レーザ光に対する反射率
が表面において70%以上である基板を有することを特
徴とする半導体薄膜製造装置が得られる。
収する基板を置くことで上記マスクの反射光が例えばホ
モジナイザからなる光学系に与えるダメージを抑制する
ことができる。
態様による半導体薄膜製造装置において、上記レーザ光
に対する反射率が表面において70%以上である基板か
ら発生する反射光を再度光路に戻す機構を備えることを
特徴とする半導体薄膜製造装置が得られる。
振器を用いることなく、時間を置いた連続照射を行うこ
とができる。
態様による半導体薄膜製造装置において、上記レーザ光
に対する反射率が表面において70%以上である基板か
ら発生する反射光を再度光路に戻す経路の途中に置かれ
た光学系を有することを特徴とする半導体薄膜製造装置
が得られる。
ァイルを整えることができる。
の態様による半導体薄膜製造装置において、上記レーザ
光に対する反射率が表面において70%以上である基板
から発生する反射光が光路に戻る経路の距離を自由に変
えることのできる機構を備えることを特徴とする半導体
薄膜製造装置が得られる。
照射されるまでの距離を自由に変えることができ、基板
に照射されるまでの時間を自由に設定することができ
る。
反射率(%)を示す。
しかもたないことがわかった。高反射率は吸収が少ない
即ち温度上昇が低いことにつながるためCrよりAlの方が
耐久性があると考えられる。なお、各金属膜はスパッタ
により200nm成膜したものである。
長308nm)連続照射(照射耐久実験)を行った結果を
下記の表2に示す。
回の照射耐久実験の結果および照射回数60万回の照射
耐久実験の結果を示す。
や膜剥がれ等が起こりにくく100mJ/cm2のエネルギーで
は60万回の照射まで耐えられることが分かった。ま
た、縮小投影レンズを用いレーザ光を集約することによ
り、上記の表2に示すレーザ光の強度においても十分に
半導体薄膜を改質することができる。
の形態を説明する。
用いて本発明の第1の実施の形態を説明する。
る。図1に示すようにエキシマレーザ発振器10から発
せられたレーザ光11は全反射ミラー12や光学系13
を通り、投影マスク20に形成されたパターンに従って
細線ビーム19に成形された後、レンズ14により縮小
投影されプロセスチャンバ16内の基板17に照射され
る。基板17は位置制御が可能である基板ステージ18
上に置かれ、レーザ照射を行う領域を自由に決めること
ができる。
のである。投影マスク20は使用するレーザ光に対する
表面における反射率が70%以上である例えば金属膜3
1と石英基板30からなり、金属膜31にはパターンが
形成される。また、金属基板にパターニングしたもので
あっても良い。なお、金属膜に形成するパターンは直線
には限らず、また大きさ、形状は同一でなくてもよい。
は1層または2層以上の膜32を堆積させてもよく、投
影マスク20には水や液体窒素などで温度上昇を抑える
機構を備えるものであってもよい。
5を用いて本発明の第2の実施の形態を説明する。
る。第1の実施の形態と同様に、エキシマレーザ発振器
10から発せられたレーザ光11は全反射ミラー12や
光学系13を通り、投影マスク20のパターンに従って
成形され、レンズ14により縮小投影されプロセスチャ
ンバ16内の基板17に照射される。但し、投影マスク
20から光学系13へ戻る反射光を抑えるための吸収マ
スク21を図に示す位置に挿入している。例えば、吸収
マスク21は、レーザ光を吸収する物質からなる基板、
またはレーザ光を吸収する物質を石英ガラスなど使用す
るレーザ光を透過する基板に堆積させたものに対し、パ
ターニングを施したものである。
断面図および位置関係を表した図を示す。吸収マスクに
施すパターンの大きさ35は吸収膜34の端部による散
乱や反射といった影響が投影マスク20を透過するレー
ザ光41に現れない大きさであり、かつ投影マスク20
から光学系へ戻る反射光43を極力抑える大きさをもつ
ものである。
れる。また、吸収マスクは1枚でも2枚以上であっても
よく、吸収マスクには水や液体窒素などで吸収マスクの
温度上昇を抑える機構を備えるものであってもよい。
7を用いて本発明の第3の実施の形態を説明する。
る。第1の実施の形態と同様にエキシマレーザ発振器1
0から発せられたレーザ光11は全反射ミラー12や光
学系13を通り、投影マスク20のパターンに従って成
形されレンズ14により縮小投影されプロセスチャンバ
16内の基板17に照射される。但し、投影マスク20
から光学系13へ戻る反射光を抑えるための反射マスク
22を図に示す位置に挿入している。例えば、反射マス
ク22は使用するレーザ光に対する反射率が70%以上
である物質からなる基板またはそのような物質を使用す
るレーザ光が透過する基板に堆積させたものにパターン
を施したものであり、図7にも示すように、投影マスク
20にレーザ光が照射される前に投影マスク20に対し
て反射マスクからの反射光が光学系に戻らないように平
行にはならないように並べて置く。
ーンの大きさ38は反射部37の端部による散乱や反射
といった影響が投影マスク20を透過するレーザ光41
に現れない大きさであり、投影マスク20からの反射光
43を抑え、反射光が光学系に与えるダメージをできる
だけ抑えるようにするものである。また、反射マスク2
2には水や液体窒素などで反射マスクの温度上昇を抑え
る機構を備えるものであってもよい。
本発明の第4の実施の形態を説明する。
る。第3の実施の形態と同様に反射マスクを備えた装置
において、図8に示すように、反射マスク22による反
射光44を再度基板へ照射させる。ハーフトーンミラー
51、全反射ミラー12を用いることにより反射マスク
22からの反射光44を再び光路に戻し、再度基板17
へのレーザ照射に利用することができる。また、可動装
置52を用いて全反射ミラー12の位置を図に示す方向
53に移動させることによって反射光44の再び基板へ
照射されるまでの距離を自由に変えることができる。ま
た、反射光44が光路に戻る前に光学系13を挿入し、
ビームプロファイルを整えてもよい。
明する。装置の概略図は図4と同様である。用いたレー
ザ光は波長308nmのXeClレーザである。全反射ミ
ラー12により反射したレーザ光11はホモジナイザか
らなる光学系13により50x50mm2の大きさのレーザ光に
成形され、吸収マスク21を通過した後に投影マスク2
0に照射される。投影マスク20上には線幅5μm、線
長50mmのスリットが1mm間隔で50本並ぶパターンを作
製した。投影マスク20で上記のようなパターンに成形
された細線ビーム19は縮小投影レンズ14で1/2に
縮小投影され、基板17へと照射される。結果として線
幅2.5μm、線長25mmのレーザ光が500μm間隔をおいて
50本照射される。なお、レーザ照射は基板上で400mJ/
cm2のエネルギーにて行った。即ち、マスク上では100mJ
/cm2となる。用いた基板17は300x350mm2のガラス基板
上に酸化シリコン膜、アモルファスシリコン膜を堆積し
たものである。一度に照射できる領域は基板17上では
50x50mm2の1/4である25x25mm2である(この25x25mm2
の領域をブロックと呼ぶことにする)ので基板17全面
にレーザ光を照射するために168回のブロックの変更
を行った。また、結晶シリコンを基板上のスリット間隔
である500μmの長さだけ横方向に成長させるために基
板ステージ18を1μmステップで走査し、500回の
移動を行った。その結果、1枚の基板全面にレーザ光を
照射するには168x500=84000回のレーザ照
射を行った。このようなレーザ照射においても投影マス
ク20に異常は見られなかった。
パターンを投影マスクのパターンと重なるように1mm間
隔で作製してある。吸収マスク21が無い場合では投影
マスク20を透過するレーザ光以外の99.5%のレーザ光
が反射光としてホモジナイザからなる光学系13に戻
る。しかし、上記のように吸収マスク21を挿入するこ
とで光学系13に戻るレーザ光を9.5%にまで抑えること
ができる。その結果、投影マスク20を透過する光の解
像度を落とさずに光学系13を守ることができた。
明する。装置の概略図は図6と同様である。第1の実施
例に示す内容において吸収マスク21の代わりに反射マ
スク22を投影マスク20に対して3度の角度をつけて
置いた。その結果、反射光を光学系13とは異なる方向
へ返すことができ、光学系13の受けるダメージをなく
すことができた。なお、反射光は吸収体に吸収させた。
明する。装置の概略図は図8と同様である。反射マスク
22を投影マスク20に対して45度傾けておき、反射
マスクから全反射ミラー12までの距離を3mとする。ま
た、全反射ミラー12間の距離を1.5mとる。これによ
り、反射マスク22から反射したレーザ光44が再び反
射マスクに帰ってくるまでに光が通る距離は9mとな
る。光の速さが3x108m/sであるので所要時間は30nsと
なる。よって、第1のレーザ光が基板17に照射されて
から30ns後に第2のレーザ光が基板17に照射される。
この結果、レーザ発振器のパルス周波数以下でレーザ照
射を行うことができ、かつエネルギーを効率よく使うこ
とができた。
スクに形成した開口パターンに応じたレーザ光を半導体
薄膜に照射し上記半導体薄膜を改質する半導体薄膜製造
装置において、上記レーザ光に対する反射率が70%以
上である材料を上記マスクのマスク材料として用いるこ
とで上記マスクのレーザに対する耐久性を向上し、多数
回のレーザ光照射を行うことができる。また、高反射率
材料をマスク材料として用いているために生じる反射光
を吸収マスク、反射マスクを併用することで光学系へ与
える損傷を抑えることができる。また、反射マスクから
の反射光を利用することで時間差をおいた連続照射を行
うことができ結晶化に有効である。また、結果としてレ
ーザエネルギーの利用効率も高まる。
半導体薄膜製造装置の概略図である。
投影マスクの断面図である。
保護膜をつけた投影マスクの断面図である。
半導体薄膜製造装置の概略図である。
投影マスクと吸収マスクの断面図である。
半導体薄膜製造装置の概略図である。
投影マスクと反射マスクの断面図である。
半導体薄膜製造装置の概略図である。
る。
置の概略図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 マスクに形成した開口パターンに応じた
レーザ光を半導体薄膜に照射し上記半導体薄膜を改質す
る半導体薄膜製造装置において、上記マスク表面の上記
レーザ光に対する反射率が70%以上であることを特徴
とする半導体薄膜製造装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体薄膜製造装置に
おいて、上記マスクは上記レーザ光を透過する基板材料
と上記レーザ光に対する反射率が70%以上であるマス
ク材料とからなることを特徴とする半導体薄膜製造装
置。 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の半導体薄膜製造
装置において、上記マスクは冷却機構を備えたものであ
ることを特徴とする半導体薄膜製造装置。 - 【請求項4】 請求項1又は2に記載の半導体薄膜製造
装置において、上記マスクは最上層に上記レーザ光を透
過する材料が形成されているものであることを特徴とす
る半導体薄膜製造装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の半導体薄膜製造装置に
おいて、上記マスクに上記レーザ光が照射される前に上
記レーザ光を吸収する基板を有することを特徴とする半
導体薄膜製造装置。 - 【請求項6】 請求項5に記載の半導体薄膜製造装置に
おいて、レーザ光を吸収する基板は複数枚であることを
特徴とする半導体薄膜製造装置。 - 【請求項7】 請求項1に記載の半導体薄膜製造装置に
おいて、上記マスクに上記レーザ光が照射される前に、
上記マスクとは平行とならないように置かれた、上記レ
ーザ光に対する反射率が表面において70%以上である
基板を有することを特徴とする半導体薄膜製造装置。 - 【請求項8】 請求項7に記載の半導体薄膜製造装置に
おいて、上記レーザ光に対する反射率が表面において7
0%以上である基板から発生する反射光を再度光路に戻
す機構を備えることを特徴とする半導体薄膜製造装置。 - 【請求項9】 請求項7に記載の半導体薄膜製造装置に
おいて、上記レーザ光に対する反射率が表面において7
0%以上である基板から発生する反射光を再度光路に戻
す経路の途中に置かれた光学系を有することを特徴とす
る半導体薄膜製造装置。 - 【請求項10】 請求項7に記載の半導体薄膜製造装置
において、上記レーザ光に対する反射率が表面において
70%以上である基板から発生する反射光が光路に戻る
経路の距離を自由に変えることのできる機構を備えるこ
とを特徴とする半導体薄膜製造装置。
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