JP5858438B2 - アニール被処理体の製造方法、レーザアニール基台およびレーザアニール装置 - Google Patents
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Description
このレーザアニール装置では、例えばアニール処理を行う未処理の半導体基板を載置台の上に載置し、レーザ照射部分が半導体基板の照射スタート点に位置するように載置台を移動させる。その後、レーザ光を半導体基板の表面に照射しつつ載置台を移動することでレーザ光を走査する。これにより、半導体基板が結晶化される。
なお、レーザアニール装置では、ロボットのハンドなどで搬送してきた半導体基板を、移動載置台上面から突出作動させたプッシャピンなどの上に支持して水平に受け取り、その後、プッシャピンに没入作動を与えてレーザ照射を行い、処理完了後はプッシャピンを突き出して搬出を行う構成(特許文献2参照)や、載置台上面で半導体基板を吸着して固定する機構(特許文献3参照)などを有するものが知られている。
この穴や溝の上に位置する半導体基板の領域にレーザ光を照射すると、穴や溝が位置していない半導体基板の領域にレーザ光を照射した場合と比較して照射結果が変わり、照射ムラが発生するという問題がある。これは、穴や溝の上に位置する半導体基板にレーザ光を照射した場合と、穴や溝の上に位置していない半導体基板にレーザ光を照射した場合とで、熱効果や光反射効果が異なるためである。
前記被処理体を複数箇所で支持し、前記レーザ光の相対的な走査に伴って、前記レーザ光の照射領域を含む前記被処理体の一部領域に対する支持を順次、解除するとともに、前記照射領域の移動に伴って、前記レーザ光の照射が完了し、前記支持が解除されている一部領域に対し順次、再支持することを特徴とする。
レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を導いて前記レーザアニール基台で支持されている被処理体に前記レーザ光を照射する光学系と、
前記レーザ光を前記被処理体に対し相対的に走査する走査装置と、を備えることを特徴とする。
前記制御部は、前記位置検知部による検知結果を受け、該検知結果に応じて、前記照射位置調整部によって前記検知位置に照射される前記レーザ光の前記照射位置を調整することを特徴とする。
レーザ処理装置1は、処理室2を備えており、処理室2内に走査装置3が設けられている。走査装置3はX方向(走査方向)に移動可能な走査方向移動部30を有しており、該走査方向移動部30上に、走査方向移動部30とともに移動する支持部4が設けられている。
走査方向移動部30は、処理室2の基盤上にX方向に伸張して設けられたガイド31に沿って移動可能とされており、図示しないモータなどによって駆動され、支持部4を走査方向に移動させることができる。
上記した走査方向移動部30およびガイド31を備える走査装置3、支持部4は本発明のアニール基台を構成する。
また、処理室2には、外部からラインビームを導入する導入窓6が設けられている。
なお、本実施形態の処理装置は、非晶質膜をレーザ処理により結晶化するレーザアニール処理に関するものとして説明するが、本願発明としてはレーザ処理の内容がこれに限定されるものではなく、例えば、非単結晶の半導体膜を単結晶化したり、結晶半導体膜の改質を行うものであってよい。また、その他の処理に関わるものであってもよく、被処理体が特定のものに限定されるものではない。
該レーザ光源10において出力されるパルス状のレーザ光15は、必要に応じてアテニュエータ11でエネルギー密度が調整され、反射ミラー12a、集光レンズ12b、反射ミラー12cなどを含む光学系12でラインビーム形状などへの整形や偏向などがなされる。なお、光学系12を構成する光学部材は上記に限定されるものではなく、各種レンズ、ミラー、導波部などを備えることができる。
また、本実施形態では、レーザ光15のビーム断面形状はラインビーム形状であるものとして説明するが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、スポット状、円形状、長方形状など、適宜の形状とすることができる。
支持部4は、図2(a)に示すように、走査方向移動部30上に互いに間隔を置いて縦横に設置された固定筒41に支持ピン40が昇降可能に設けられた構成を有しており、各支持ピン40は、互いに独立して昇降が可能になっている。支持ピン40は、可動部に相当する。また、支持ピン40の上部は、作用部に相当する。
各支持ピン40の昇降は、図示しない駆動装置に行われ、該昇降は制御部7によって制御される。制御部7では、レーザ光15の照射位置に同期させて、各支持ピン40の昇降を行うことができる。なお、上記駆動装置は、例えば走査方向移動部30などに設けることができる。
パルス発振レーザ光源10において、制御部7の制御によって所定の繰り返し周波数でパルス発振されて、所定出力でレーザ光15が出力される。レーザ光15は、例えば、波長400nm以下、パルス半値幅が200n秒以下のものが例示される。ただし、本発明としてはこれらに限定されるものではない。
レーザ光15は、制御部7により制御されるアテニュエータ11でパルスエネルギー密度が調整される。アテニュエータ11は所定の減衰率に設定されており、シリコン膜100bへの照射面上で結晶化に最適な照射パルスエネルギー密度が得られるように、減衰率が調整される。例えば非晶質のシリコン膜100bを結晶化するなどの場合、その照射面上において、エネルギー密度が250〜500mJ/cm2となるように調整することができる。
ラインビームは、例えば、長軸側の長さが370〜1300mm、短軸側の長さが100μm〜500μmのものに整形される。
走査ピッチは、特定の数値に限定されるものではないが、例えば5〜15μmの範囲を挙げることができる。
上記したように、レーザ処理に際しては、走査装置3によって走査方向移動部30が移動することで半導体基板100が移動し、結果としてラインビームレーザ光150が半導体基板100に対し相対的に走査される。この際に、ラインビームレーザ光150の照射位置に従って、支持部4における支持ピン40の昇降が制御される。具体的には、ラインビームレーザ光150が照射されている照射領域110を含む半導体基板100の一部領域111に対応する支持ピン40の支持が解除される。なお、この実施形態では、ラインビームレーザ光を照射するものとして説明しているが、本願発明としては被処理体に照射されるレーザ光のビーム形状がラインビームに限定されるものではなく、例えばスポット上のレーザ光などであってもよい。ただし、一度に広い面積を照射するラインビームレーザ光において本願発明の効果はより顕著になる。
半導体基板100は、支持片42で支持される。この支持片42は、走査方向と交差する方向に沿って昇降することができ、ラインビーム形状のラインビームレーザ光150の走査に伴って支持部の支持解除、その後の再支持を複雑な機構を有することなく行うことができる。
上記可動部を有する支持部は、被処理体の搬入及び搬出のためのロボットのハンドが通るように可動することができ、従来用いられているプッシャピンを不要にし、また、プッシャピンの上げ下げ時間をなくすことで生産性を向上させることができる。
図5(a)にこの形態のアニール基台を示し、図5(b)に、アニール基台に設けられた支持吸着筒50を拡大して示す。
アニール基台では、走査方向移動部30上に、所定の間隔で縦横に配置される支持吸着筒50を有している。支持吸着筒50は、本発明の支持部を構成する。支持吸着筒50は、筒穴で構成された吸着穴50aに吸引ライン51と開放ライン53とが接続されており、吸引ライン51には吸引ポンプ52が接続され、開放ライン53には開放弁54が接続されている。各支持吸着筒50では、吸引ポンプ52の動作によって吸引ライン51を通して支持吸着筒50の吸着穴50a内に大気圧よりも低い負圧を生じさせて支持吸着筒50上方の半導体基板100の裏面を吸着して半導体基板100を支持する。この際には開放弁54は閉じておく。支持吸着筒50の上部は吸着部を構成する。
支持吸着筒50における吸着および吸着の解除は、ラインビームレーザ光150の照射位置に応じて切り替えることで、前記各実施形態と同様にラインビームレーザ光150の照射領域とその周辺で支持吸着筒50による支持の影響が生じないようにしてアニール処理を行うことができる。
具体的には、レーザ光が照射されている照射領域を含む半導体基板100の一部領域に対応する支持吸着筒50の吸着が解除される。なお、一部領域の範囲は、ラインビームレーザ光150が照射された際に、支持による影響が生じると考えられる範囲を適宜設定することができる。
支持吸着ブロック60は、走査方向移動部30の走査方向交差方向幅と略同じ長さを有し、上面には、支持吸着ブロック60の長尺方向に沿って吸着溝60aを有している。吸着溝60aは、支持吸着ブロック60の長尺方向両端付近に至り、長尺方向両端には至らない長さを有している。
支持吸着ブロック60における吸着と吸着の解除とを、ラインビームレーザ光150の照射位置に応じて切り替えることで、前記各実施形態と同様にラインビームレーザ光150の照射領域とその周辺で支持吸着筒50による支持の影響が生じないようにアニール処理を行うことができる。
具体的には、レーザ光が照射されている照射領域を含む半導体基板100の一部領域に対応する支持吸着ブロック60の吸着が解除される。なお、一部領域の範囲は、ラインビームレーザ光150が照射された際に、支持による影響が生じると考えられる範囲を適宜設定することができる。
なお、被処理体に対する支持部の昇降では、昇降に際し被処理体の表面の高さの変化が起きないようにするのが望ましい。
高さ測定器8の出力は、制御部7に送出されるように構成されており、制御部7では、測定結果を受けて半導体基板100の高さ量を算出することができる。また、光学系12では、集光レンズ12bが図示しない駆動装置によって光軸方向に沿って移動可能になっており、その駆動装置は制御部7によって制御される。すなわち、測定結果に基づいて測定位置に対応するレーザ光照射で照射方向における照射位置を調整することができる。照射位置の調整は、集光レンズ12bの光軸方向における位置を調整して焦点位置が半導体基板100の表面に対し一定の位置になるようにすることで行う。上記集光レンズ12bの駆動装置と制御部7とは協働して照射位置調整部を構成する。
処理開始に伴って、ラインビームレーザ光150の照射領域を含む一部領域に対応する支持部の支持を解除する(ステップs1)。次いでレーザ光を照射し(ステップs2)、照射位置の走査方向前方で半導体基板100の表面高さを高さ測定器8で測定し、測定結果を制御部7に送出する(ステップs3)。測定結果を受けた制御部7では、測定位置においてラインビームレーザ光150が照射される際に、その焦点が半導体基板100の表面に対し一定の位置になるように、集光レンズ12bの調整量を算出し、該調整量が得られるように集光レンズ12bに対する駆動装置で制御信号を送出し、照射方向における照射位置を調整する(ステップs4)。なお、測定位置は、予め制御部7で把握されており、制御部7は、走査速度との関係で所定の時間後に調整がなされるように制御する。
本発明は、OLEDや高精細LCDなどの高性能のディスプレイの製造分野に好適に使用することができ、照射後のムラに対する高い要求仕様にも対応することができる。
また、本発明では、基板サイズがさらに大型化されても載置台など全体のサイズを変えるのではなく、支持部を追加することにより、対応が容易であり、大型化による載置台の重さや平坦度の問題を解決することができる。
1a レーザ処理装置
2 処理室
3 走査装置
4 支持部
6 挿入窓
7 制御部
10 レーザ光源
12 光学系
12b 集光レンズ
40 支持ピン
42 支持片
50 支持吸着筒
60 支持吸着ブロック
100 半導体基板
Claims (15)
- 被処理体にレーザ光を相対的に走査しつつ照射して前記被処理体のアニールを行うアニール被処理体の製造方法において、
前記被処理体を複数箇所で支持し、前記レーザ光の相対的な走査に伴って、前記レーザ光の照射領域を含む前記被処理体の一部領域に対する支持を順次、解除するとともに、前記照射領域の移動に伴って、前記レーザ光の照射が完了し、前記支持が解除されている一部領域に対し順次、再支持することを特徴とするアニール被処理体の製造方法。 - 前記支持の解除では、前記一部領域から前記支持の作用部を前記被処理体から離脱させることを特徴とする請求項1記載のアニール被処理体の製造方法。
- 前記被処理体が非単結晶半導体基板であることを特徴とする請求項1または2に記載のアニール被処理体の製造方法。
- 前記非単結晶半導体基板が非単結晶シリコン基板であることを特徴とする請求項3記載のアニール被処理体の製造方法。
- 前記レーザ光がパルスレーザ光であり、前記走査方向のビーム断面形状に強度の均一な平坦部を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアニール被処理体の製造方法。
- 前記レーザ光の照射の際に、前記照射領域の走査方向前方側で前記支持が解除されている前記一部領域内において、前記レーザ光の照射方向における前記被処理体の位置を検知し、該検知の結果に基づいて、検知位置に対する、前記レーザ光の照射方向における前記レーザ光の照射位置を調整することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のアニール被処理体の製造方法。
- レーザ光が相対的に走査されつつ上面側から照射される被処理体を前記被処理体の下面側の複数箇所で支持する複数の支持部を備え、
前記複数の支持部は、前記レーザ光を相対的な走査をしつつ照射している際に、それぞれが個別に前記支持と前記支持の解除の切り替え動作が可能に構成されていることを特徴とするレーザアニール基台。 - 前記支持部が上下方向に移動可能な可動部を有しており、前記被処理体の支持に際し前記可動部が上昇し、前記被処理体に対する支持の解除に際し前記可動部が下降するように構成されていることを特徴とする請求項7に記載のレーザアニール基台。
- 前記支持部が上端に吸引部を有しており、前記被処理体の支持に際し前記吸引部の吸引によって前記被処理体に吸着し、前記被処理体に対する支持の解除に際し前記吸引部の吸引停止を行うように構成されていることを特徴とする請求項7または8に記載のレーザアニール基台。
- 前記支持部の切り替え動作を制御する制御部を備え、該制御部は、前記被処理体の面方向における前記レーザ光の照射位置に応じて、前記支持部の前記支持と前記支持解除の切り替え動作を制御することを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載のレーザアニール基台。
- 前記制御部は、前記レーザ光が相対的に走査されつつ照射されるのに従って、前記レーザ光が照射されている照射領域を含む前記被処理体の一部領域を支持している前記支持部の支持を順次、解除するとともに、前記レーザ光の照射が完了した照射済み領域を含み、前記支持が解除されている一部領域に対し前記支持部による支持を順次、行うように切り替え制御することを特徴とする請求項10記載のレーザアニール基台。
- 請求項7〜9のいずれかに記載のレーザアニール基台と、
レーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を導いて前記レーザアニール基台で支持されている被処理体に前記レーザ光を照射する光学系と、
前記レーザ光を前記被処理体に対し相対的に走査する走査装置と、を備えることを特徴とするレーザアニール処理装置。 - 前記走査装置の走査動作と、前記支持部の切り替え動作とを制御する制御部を備えることを特徴とする請求項12記載のレーザアニール処理装置。
- 前記レーザ光が照射されている際に、被処理体の照射領域の走査方向前方でレーザ光照射方向における被処理体の位置を検知する位置検知部と、前記レーザ光におけるレーザ光照射方向における照射位置を調整する照射位置調整部とを備え、
前記制御部は、前記位置検知部による検知結果を受け、該検知結果に応じて、前記照射位置調整部によって前記検知位置に照射される前記レーザ光の前記照射位置を調整することを特徴とする請求項13記載のレーザアニール処理装置。 - 前記照射位置調整部が、前記光学系において前記レーザ光の焦点位置を調整する機構を有することを特徴とする請求項14記載のレーザアニール処理装置。
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