(57)【要約】      （修正有）【課題】アニール特性を悪化させることなく、同心円縞（ニュートンリング）を低減できるレーザアニール用ステージ部材とその製造方法並びにレーザアニール方法を提供する。【解決手段】レーザアニール用ステージ部材１１において、被処理体７を載せる上面１１ａを、サンドブラスト処理、フッ酸処理、機械研磨等により、その表面が白濁する程度の表面粗さ、例えば、Ｒａで０．１μｍ以上の表面粗さとすることにより、ステージ部材１１の上面１１ａで反射した光２と、被処理体の基板底面８ａで反射した光２ａとの干渉が低減されるので、反射光に起因する同心円縞を低減できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の表面に対してレーザ照射による処理をする際に該被処理体を載せるためのレーザアニール用ステージ部材であって、
前記被処理体を載せる上面を有し、該上面は表面粗さを粗くする処理が施されている、ことを特徴とするレーザアニール用ステージ部材。
【請求項２】
前記上面の表面粗さは、Ｒａで０．１μｍ以上である、請求項１記載のレーザアニール用ステージ部材。
【請求項３】
石英ガラスからなる請求項１又は２記載のレーザアニール用ステージ部材。
【請求項４】
被処理体の表面に対してレーザ照射による処理をする際に該被処理体を載せるためのレーザアニール用ステージ部材の製造方法であって、
前記レーザアニール用ステージ部材となるべきワークを用意する工程と、
該ワークの、前記上面となる部分に対して表面粗さを粗くする処理を施す工程と、を含むことを特徴とするレーザアニール用ステージ部材の製造方法。
【請求項５】
前記表面粗さを粗くする処理は、サンドブラスト処理、フッ酸処理又は機械研磨である、請求項４記載のレーザアニール用ステージ部材の製造方法。
【請求項６】
被処理体の表面に対してレーザ照射による処理をするレーザアニール方法であって、
表面粗さを粗くする処理が施された上面を有するレーザアニール用ステージ部材の前記上面に前記被処理体を載せて、該被処理体の表面にレーザ光を照射する、ことを特徴とするレーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射による処理がなされる被処理体を載せるためのレーザアニール用ステージ部材とその製造方法並びにレーザニール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高性能な薄膜トランジスタを製作するため、ガラス基板などの絶縁性基板上に形成された非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して多結晶シリコン膜に改質するレーザアニール処理が知られている（例えば特許文献１を参照）。この方法によれば、シリコン膜の溶融固化過程における結晶化現象を利用するため、比較的粒径が大きく、高品質な多結晶シリコン膜を得ることができる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に優れ、大面積化が可能であるというメリットを持っている。レーザ照射によれば基板の温度をあまり上昇させることなくシリコン膜を加熱・溶融できるので、融点が６００℃以下であるガラス基板を利用することができる。
【０００４】
レーザアニールのレーザ光源としては、ガスレーザであるエキシマレーザのほか、近年では固体レーザであるＹＡＧレーザも利用されている。ＹＡＧレーザの場合、基本波を第２高調波（波長５３２ｍｍ）に変調し、これを非晶質シリコン膜に照射すると、その波長域のレーザ光に対する非晶質シリコン膜の吸収係数が低いため、非晶質シリコン膜にすべて吸収されない。このため、非晶質シリコン膜の表面反射した光と、非晶質シリコン膜を透過しガラス基板底面で反射した光とが干渉し、処理後の結晶化シリコン膜で、ニュートンリングと呼ばれる、同心円状の縞模様を形成することが知られている（特許文献１を参照）。以下、本明細書において、反射光に起因する上述した同心円状の縞模様を「同心円縞」と呼ぶ。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８９５２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで、縦縞と呼ばれる、レンズ表面あるいは光路中のダストの影響による光散乱が原因で生じる縞が見えていた段階では、上述した同心円縞は確認できていなかった。しかし、特願２００８−０００３４７号において、本出願人によって上記の縦縞を低減する技術が確立された結果、これまで確認できていなかった同心円縞が見えるようになった。
【０００７】
同心円縞も縦縞と同様、アクティブマトリックス型の液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイを作製した場合、この縞が画面にそのまま出てしまうという不都合が生じている。特に、有機ＥＬディスプレイでは液晶ディスプレイより縞に対する感度が大きい。なお、エキシマレーザでは、シリコン膜で１００％吸収するため、このような問題は発生しない。
【０００８】
特許文献１では、同心円縞の対策として、非晶質シリコン膜に対してレーザ光を斜めに照射し、反射光が基板表面で入射光と重ならないようにする技術を開示している。しかし、集光度を得るためにＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を大きくしたレーザ光を照射した場合、次のような問題が生じる。なお、ＮＡとは開口数のことで対物レンズの性能を示す数値の一つである。ＮＡは、物体から対物レンズに入射する光線の光軸に対する最大角度をθ、物体と対物レンズの間の媒質の屈折率をｎとして、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθと表される。
【０００９】
図３において、２ａはガラス基板８の底面８ａからのレーザ光２の反射光である。ＮＡを大きくした場合、図３に示すように、非晶質シリコン膜９及びガラス基板８に垂直に入射するビームが存在し、これが反射して照射領域で同心円縞を形成する。これを回避するために、レーザ光２をさらに傾けるという方法を採用した場合、干渉を回避することはできそうだが、集光特性（ビームの形状、焦点深度）が変化し、アニール特性を悪化させるため、この方法は得策ではない。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、アニール特性を悪化させることなく、同心円縞を低減できるレーザアニール用ステージ部材とその製造方法並びにレーザニール方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、同心円縞の要因を鋭意検討した結果、ガラス基板とこれを載せるステージ部材との間にできる空気層の存在が同心円縞の要因となっていることを突き止めた。すなわち、ガラス基板の底面で反射する光とステージ部材の表面で反射する光が空気層の厚み分で波長の整数倍の光路差になるために光の干渉を生じ、同心円縞が形成されることがわかった。
この同心円縞は、ニュートン縞あるいはニュートンリングと呼ばれるものであり、タッチパネルなどにおいても同様の問題が指摘され、特開２００３−７５６１０号公報や特開２００２−３７３０５６号公報にそのニュートンリングを低減するための方法が提案されている。本発明は、これらの方法を応用したものである。
【００１２】
すなわち、本発明のレーザアニール用ステージ部材とその製造方法並びにレーザニール方法は、以下の技術的手段を採用する。
（１）本発明のレーザアニール用ステージ部材は、被処理体の表面に対してレーザ照射による処理をする際に該被処理体を載せるためのレーザアニール用ステージ部材であって、前記被処理体を載せる上面を有し、該上面は表面粗さを粗くする処理が施されている、ことを特徴とする。
【００１３】
上記の本発明の構成によれば、被処理体を載せるステージ部材の上面の表面粗さが粗く形成されているので、ステージ部材に到達したレーザ光は、その粗い上面で拡散させられる。これにより、ステージ部材上面で反射した光と、被処理体である基板底面で反射した光との干渉が低減されるので、反射光に起因する同心円縞を低減できる。また、この方法によれば、ＮＡが大きい場合でもレーザ光を大きく傾けることなく同心円縞を低減できるので、アニール特性を悪化させることもない。
【００１４】
（２）上記のレーザアニール用ステージ部材において、前記上面の表面粗さは、Ｒａで０．１μｍ以上であるのが良い。
【００１５】
このように、ステージ部材の上面の表面粗さをＲａで０．１μｍ以上に設定することにより、ステージ部材の上面でのレーザ光の反射の拡散効果を高めることができる。
【００１６】
（３）上記のレーザアニール用ステージ部材は、好ましくは石英ガラスからなる。
【００１７】
石英ガラスは、非晶質シリコン膜を透過しやすい可視光レーザに対する反射率が低いので、ステージ部材の上面でのレーザ光の反射を低減し、同心円縞の低減効果をより高めることができる。
【００１８】
（４）本発明は、被処理体の表面に対してレーザ照射による処理をする際に該被処理体を載せるためのレーザアニール用ステージ部材の製造方法であって、前記レーザアニール用ステージ部材となるべきワークを用意する工程と、該ワークの、前記上面となる部分に対して表面粗さを粗くする処理を施す工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
上記の本発明の方法によれば、ステージ部材上面で反射した光と、基板底面で反射した光との干渉が低減されるので、反射光に起因する同心円縞を低減できる。
【００２０】
（５）上記のレーザアニール用ステージ部材の製造方法において、前記表面粗さを粗くする処理は、サンドブラスト処理、フッ酸処理又は機械研磨である。
【００２１】
これらの処理により、表面粗さを容易に粗くすることができる。
【００２２】
（６）また本発明は、被処理体の表面に対してレーザ照射による処理をするレーザアニール方法であって、表面粗さを粗くする処理が施された上面を有するレーザアニール用ステージ部材の前記上面に前記被処理体を載せて、被処理体の表面にレーザ光を照射する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、アニール特性を悪化させることなく、同心円縞を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態にかかるレーザアニール用ステージ部材１１を備えたレーザアニール装置１の概略構成を示す図である。レーザアニール装置１は、その基本構成要素として、レーザ光２を出射するレーザ光源３と、レーザ光源３からのレーザ光２を整形するビーム整形光学系４と、レーザ光２を被処理体７の方向に反射するミラー５と、ミラー５からのレーザ光２を被処理体７の表面に集光する集光レンズ６と、被処理体７を載せるステージ装置１０とを備える。
【００２６】
ここで、図２に示すように、レーザアニールの処理対象である被処理体７は、レーザ光２に対して透明な材料からなる基板８（例えばガラス基板）と、基板８の表面に形成された非晶質半導体膜９からなる。非晶質半導体膜９は、例えば非晶質シリコン膜である。
【００２７】
上記のレーザ光源３は、非晶質半導体膜９に照射した際に非晶質半導体膜９に完全に吸収されない波長をもつレーザ光２を出射するものであり、例えば、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ガラスレーザの基本波を非線形光学結晶などの波長変換素子を用いて第２又は第３高調波に変調したレーザ光を出射するものであってよい。またレーザ光２は、パルス光、連続光のいずれであってもよい。
【００２８】
ビーム整形光学系４は、レーザ光２を被処理体７の表面において所定のビーム形状となるように整形するものである。所定のビーム形状は、例えば、円形や四角形のスポット状とすることができるが、図中Ｘ方向に細長い線状ビームに整形してこれを被処理体７に対して相対的にＹ方向に走査することで大面積の被処理体７を効率よく処理できる。ビーム整形光学系４は、所定のビーム形状となるようにビームエキスパンダ、ホモジナイザ等を構成要素として含むことが可能である。
【００２９】
ステージ装置１０は、被処理体７を載せるレーザアニール用ステージ部材１１と、レーザアニール用ステージ部材１１を二次元的に移動させることが可能なステージ移動装置１２とを備える。以下、レーザアニール用ステージ部材１１を単に「ステージ部材１１」と呼称する。
【００３０】
ステージ部材１１は、被処理体７の表面に対してレーザ照射による処理をする際に被処理体７を載せるための部材である。このステージ部材１１は、被処理体７を載せるための上面１１ａを有している。
【００３１】
ステージ移動装置１２は、ステージ部材１１をＹ方向に移動させることで、例えば線状ビームに整形したレーザ光２を被処理体７に対して相対的にＹ方向に走査することができる。また、線状ビームのＸ方向の長さより大きい被処理体７を処理する場合、Ｙ方向に線状ビームを走査して１列目の処理が完了したら、ステージ部材１１をＸ方向に移動させ、被処理体７に対する線状ビームの照射位置をＸ方向にずらし２列目以降の処理を行うことで被処理体７の全面を処理することができる。
【００３２】
図２は、ステージ部材１１の上面１１ａに被処理体７を載せた状態の模式図である。ステージ部材１１の上面１１ａと基板８の底面は、ともに平面となるように製作されるものの、製作精度の限界から実際には図２に示すように、ステージ部材１１の上面１１ａと基板８の底面８ａの間には空気層（隙間）１３が形成される。
【００３３】
このため、従来のステージ部材を用いてレーザアニールをした場合、ガラス基板８の底面で反射する光とステージ部材の表面で反射する光が空気層１３の厚み分で波長の整数倍の光路差になるために光の干渉を生じ、処理された半導体膜に同心円縞が形成されていた。
【００３４】
このような問題を解決するため、本発明のステージ部材１１では、被処理体７を載せる上面１１ａは、表面粗さを粗くする処理が施されているものである。
また、本発明のステージ部材１１の製造方法は、ステージ部材１１となるべきワークを用意する工程と、このワークの、被処理体７を載せる上面１１ａとなる部分に対して表面粗さを粗くする処理を施す工程とを含むものである。
また本発明のレーザアニール方法は、表面粗さを粗くする処理が施されたステージ部材１１の上面１１ａに被処理体７を載せて、被処理体７の表面（非晶質半導体膜９）にレーザ光２を照射するというものである。
【００３５】
上記の本発明によれば、被処理体７を載せるステージ部材１１の上面１１ａの表面粗さが粗く形成されているので、ステージ部材１１に到達したレーザ光２は、その粗い上面１１ａで拡散させられる。これにより、ステージ部材１１の上面１１ａで反射した光と、基板８の底面で反射した光２ａとの干渉が低減されるので、反射光に起因する同心円縞（ニュートンリング）を低減できる。また、本発明によれば、ＮＡが大きい場合でもレーザ光２を大きく傾けることなく同心円縞を低減できるので、アニール特性を悪化させることもない。
【００３６】
表面粗さを粗くする処理として、サンドブラスト処理、フッ酸処理、機械研磨などが適用でき、これらの処理により表面粗さを容易に粗くすることができる。
また、ステージ部材１１の上面１１ａの表面粗さは、表面が白濁する程度であるのが望ましく、例えば、Ｒａで０．１μｍ以上であるのがよい。このような表面粗さに設定することにより、ステージ部材１１の上面１１ａでのレーザ光２の反射の拡散効果を高めることができる。
【００３７】
ステージ部材１１の材質は特に限定されず、例えば金属製でもよいが、石英ガラス製であるのがよい。石英ガラスは、非晶質シリコン膜を透過しやすい可視光レーザに対する反射率が低いので、ステージ部材１１の上面１１ａでのレーザ光２の反射を低減し、同心円縞の低減効果をより高めることができる。
【００３８】
なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態にかかるレーザアニール用ステージ部材を備えたレーザアニール装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示したステージ部材の上面に被処理体を載せた状態の模式図である。
【図３】従来技術の問題を説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  レーザアニール装置
２  レーザ光
３  レーザ光源
４  ビーム整形光学系
５  ミラー
６  集光レンズ
７  被処理体
８  基板
８ａ  底面
９  非晶質半導体膜
１０  ステージ装置
１１  レーザアニール用ステージ部材
１１ａ  上面
１３  空気層（隙間）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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