(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザビームを出射するレーザ装置と、
アモルファスシリコン薄膜が形成された処理基板が載置されるステージと、前記ステージを囲みその内部が不活性ガス雰囲気である第１筐体と、前記第１筐体に取り付けられパルスレーザビームが入射する入射窓と、を備え、その内部に気密な空間を形成したアニールチャンバーと、
前記レーザ装置と前記アニールチャンバーとの間に設置された複数の反射鏡及びレンズと、前記レーザ装置と前記アニールチャンバーとの間の前記反射鏡及び前記レンズを囲みその内部が不活性ガス雰囲気である第２筐体と、前記第２筐体に取り付けられパルスレーザビームが前記アニールチャンバーに向けて出射される出射窓と、を備え、その内部に気密な空間を形成した光学モジュールと、
前記出射窓が取り付けられた位置と前記入射窓が取り付けられた位置とをつなぐ光路を取り囲み、前記光学モジュールと前記アニールチャンバーとの間を密閉し、その内部に気密な空間を形成するとともに内部空間が不活性ガス雰囲気であるシール部材と、
を備えたことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
前記光学モジュールの内部及び前記アニールチャンバーの内部は、不活性ガス雰囲気であることを特徴とする請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
さらに、前記出射窓と前記入射窓との間に位置し、前記シール部材によって密閉され、前記処理基板に照射されるパルスレーザビームを整形するビーム整形モジュールを備えたことを特徴とする請求項２に記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの平面表示装置は、その特徴を生かして各種分野で利用されている。このような平面表示装置においては、各画素のスイッチング素子として、ポリシリコン半導体層を備えた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が適用され始めている。
【０００３】
このようなポリシリコン半導体層は、絶縁基板上に形成したアモルファスシリコンに向けてエキシマレーザ装置からレーザビームをパルス照射するエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）法で形成可能である。このようなエキシマレーザアニール法においては、ポリシリコンを全エリアに亘って安定的に形成することが要求されている。
【０００４】
レーザビームの光路上の汚れは、所望のビームプロファイルを得られない原因となるため、定期的なメンテナンスが必要不可欠である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２０７４８４号公報
【特許文献２】特開２００１−３３８８９３号公報
【特許文献３】特開２００３−５９８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施形態の目的は、製造歩留まりの低下を抑制することが可能なレーザアニール装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態によれば、
パルスレーザビームを出射するレーザ装置と、アモルファスシリコン薄膜が形成された処理基板が載置されるステージと、前記ステージを囲みその内部が不活性ガス雰囲気である第１筐体と、前記第１筐体に取り付けられパルスレーザビームが入射する入射窓と、を備えたアニールチャンバーと、前記レーザ装置と前記アニールチャンバーとの間に設置された複数の反射鏡及びレンズと、前記レーザ装置と前記アニールチャンバーとの間の前記反射鏡及び前記レンズを囲みその内部が不活性ガス雰囲気である第２筐体と、前記第２筐体に取り付けられパルスレーザビームが前記アニールチャンバーに向けて出射される出射窓と、を備えた光学モジュールと、前記出射窓が取り付けられた位置と前記入射窓が取り付けられた位置とをつなぐ光路を取り囲み、前記光学モジュールと前記アニールチャンバーとの間を密閉し、その内部が不活性ガス雰囲気であるシール部材と、を備えたことを特徴とするレーザアニール装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態のレーザアニール装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示したビーム整形モジュールによって整形されるパルスレーザビームの様子を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態のレーザアニール装置の構成を概略的に示す図である。
【００１１】
すなわち、レーザアニール装置は、レーザ装置１０、光学モジュール２０、アニールチャンバー４０、シール部材５０、ビーム整形モジュール６０などを備えている。
【００１２】
レーザ装置１０は、紫外光波長のパルスレーザビームを出射するエキシマレーザ発振器１１を備えている。光学モジュール２０は、レーザ装置１０とアニールチャンバー４０との間に設置され、レーザ装置１０から出射されたパルスレーザビームをアニールチャンバー４０に案内する。この光学モジュール２０は、筐体２１、複数の反射鏡２２、複数のレンズ２３、レンズホルダ３０などを備えている。
【００１３】
筐体２１は、レーザ装置１０とアニールチャンバー４０との間の光路を囲む筒状に形成されている。このような筐体２１は、レーザ装置１０とアニールチャンバー４０との間の反射鏡２２及びレンズ２３を囲み、その内部に気密な空間２１Ｓを形成している。筐体２１の内部空間２１Ｓには、窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガスが導入されており、内部空間２１Ｓは不活性ガス雰囲気である。
【００１４】
筐体２１のレーザ装置１０と対向する位置には、レーザ装置１０から出射されたパルスレーザビームが入射する入射窓２１Ａが取り付けられている。筐体２１のアニールチャンバー４０と対向する位置には、パルスレーザビームがアニールチャンバー４０に向けて出射される出射窓２１Ｂが取り付けられている。これらの入射窓２１Ａ及び出射窓２１Ｂは、例えば、ガラス板によって構成されている。
【００１５】
反射鏡２２は、主にレーザ装置１０から出射されたパルスレーザビームをアニールチャンバー４０に案内するものであり、筐体２１内に固定されている。このような反射鏡２２には、例えば、入射窓２１Ａから取り込まれたパルスレーザビームを上方に向けて反射する反射鏡２２Ａ、反射鏡２２Ａによって反射されたパルスレーザビームの光路を折り曲げる反射鏡２２Ｂ、反射鏡２２Ｂによって反射されたパルスレーザビームを下方の出射窓２１Ｂに向けて反射する反射鏡２２Ｃなどが含まれる。なお、光学モジュール２０は、反射鏡２２として、図示したもの以外に含んでいても良い。
【００１６】
レンズ２３は、入射窓２１Ａから出射窓２１Ｂまでの間の光路中に配置され、パルスレーザビームに対して所定の光学特性を付与するものであって、パルスレーザビームを所望のビームプロファイルに整形するビーム整形光学系を構成している。例えば、各レンズ２３を通過したパルスレーザビームは、発散したり、集束したり、コリメートされたりする。そして、複数のレンズ２３を通過したパルスレーザビームは、所望のビームプロファイル、例えば、ビーム進行方向に直交する平面内において横長の長方形状の外形を有するように整形される。なお、光学モジュール２０は、レンズ２３として、図示したもの以外に含んでいても良い。このようなビーム整形光学系を経て出射窓２１Ｂから出射されるパルスレーザビームが横長の長方形状の外形を有するのに対応して、出射窓２１Ｂもパルスレーザビームの外形より大きな横長の長方形状の外形を有している。
【００１７】
レンズホルダ３０は、レンズ２３を保持するとともに筐体２１内に固定されている。このレンズホルダ３０は、詳細な構造についての説明は省略するが、保持しているレンズ２３の位置を調整する機構を備えている。
【００１８】
アニールチャンバー４０には、アモルファスシリコン薄膜が形成された処理基板ＳＵＢが導入される。このアニールチャンバー４０は、筐体４１、ステージ４２などを備えている。
【００１９】
筐体４１は、箱状に形成されている。このような筐体４１は、ステージ４２を囲み、その内部に気密な空間４１Ｓを形成している。筐体４１の内部空間４１Ｓには、窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガスが導入されており、内部空間４１Ｓは不活性ガス雰囲気である。ステージ４２は、処理基板ＳＵＢと平行な平面内で互いに直交する２方向や回転方向に移動可能である。
【００２０】
筐体４１の光学モジュール２０と対向する位置には、光学モジュール２０の出射窓２１Ｂから出射されたパルスレーザビームが入射する入射窓４１Ａが取り付けられている。光学モジュール２０の出射窓２１Ｂから出射されるパルスレーザビームが横長の長方形状の外形を有するのに対応して、入射窓４１Ａもパルスレーザビームの外形より大きな横長の長方形状の外形を有している。この入射窓４１Ａは、例えば、ガラス板によって構成されている。
【００２１】
シール部材５０は、出射窓２１Ｂが取り付けられた位置と入射窓４１Ａが取り付けられた位置とをつなぐ光路を取り囲み、光学モジュール２０とアニールチャンバー４０との間を密閉し、その内部に気密な空間５０Ｓを形成している。シール部材５０によって形成された内部空間５０Ｓには、窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガスが導入されており、内部空間５０Ｓは不活性ガス雰囲気である。
【００２２】
このため、出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａは、いずれも大気に晒されることなく、不活性ガスに晒されている。すなわち、出射窓２１Ｂの内面は光学モジュール２０の内部空間２１Ｓにおいて不活性ガスに晒され、また、出射窓２１Ｂの外面はシール部材５０の内部空間５０Ｓにおいて不活性ガスに晒されている。同様に、入射窓４１Ａの内面はアニールチャンバー４０の内部空間４１Ｓにおいて不活性ガスに晒され、また、入射窓４１Ａの外面はシール部材５０の内部空間５０Ｓにおいて不活性ガスに晒されている。
【００２３】
ビーム整形モジュール６０は、処理基板ＳＵＢに照射されるパルスレーザビームを整形する。このようなビーム整形モジュール６０は、光学モジュール２０とアニールチャンバー４０との間に位置し、シール部材５０によって密閉されている。より具体的には、ビーム整形モジュール６０は、シール部材５０によって形成された内部空間５０Ｓにおいて、出射窓２１Ｂと入射窓４１Ａとの間の光路上に位置している。このため、ビーム整形モジュール６０も、大気に晒されることなく、不活性ガスに晒されている。
【００２４】
図２は、図１に示したビーム整形モジュール６０によって整形されるパルスレーザビームＬＢの様子を模式的に示す図である。なお、ここでは、パルスレーザビームＬＢは、そのビーム進行方向Ｚに対して直交する平面において長方形状のビームプロファイルを形成するものとし、その長辺方向を第１方向Ｘとし、その短辺方向を第２方向Ｙとする。
【００２５】
出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａは、それぞれ第１方向Ｘに沿った一対の長辺を有するとともに、第２方向Ｙに沿った一対の短辺を有する長方形状に形成されている。これらの長辺の長さは、ビームプロファイルの第１方向Ｘに沿った長さよりも長い。また、これらの短編の長さも、ビームプロファイルの第２方向Ｙに沿った長さよりも長い。
【００２６】
ビーム整形モジュール６０は、処理基板ＳＵＢの外形寸法や、パルスレーザビームＬＢを照射すべき処理基板ＳＵＢのエリアの形状などに応じて、必要に応じて出射窓２１Ｂから出射されたパルスレーザビームＬＢの一部を遮蔽してビームプロファイルを絞るように構成されている。図示した例では、出射窓２１Ｂから出射されたパルスレーザビームＬＢの第１方向Ｘに沿った長さを規制する場合に相当し、ビーム整形モジュール６０がパルスレーザビームＬＢの第１方向Ｘに沿った両端を遮蔽している。なお、図示しないが、ビーム整形モジュール６０は、出射窓２１Ｂから出射されたパルスレーザビームＬＢの第２方向Ｙに沿った長さを規制するように構成することも可能である。ビーム整形モジュール６０を通過したパルスレーザビームＬＢは、入射窓４１Ａから入射し、処理基板ＳＵＢに照射される。
【００２７】
このようなレーザアニール装置によれば、アニールチャンバー４０のステージ４２に、アモルファスシリコン薄膜を形成済みの処理基板ＳＵＢを載置し、ステージ４２を稼動して処理基板ＳＵＢの位置を調整した後、レーザ装置１０から比較的高出力に設定されたパルスレーザビームが出射される。
【００２８】
レーザ装置１０から出射されたパルスレーザビームは、光学モジュール２０を経て、所望のビームプロファイルを有するように整形される。整形されたパルスレーザビームは、出射窓２１Ｂから光学モジュール２０の外部に出射される。出射窓２１Ｂから出射されたパルスレーザビームは、シール部材５０によって形成された内部空間５０Ｓにおいて、ビーム整形モジュール６０を経て、処理基板ＳＵＢに向けて最終整形され、入射窓４１Ａからアニールチャンバー４０に入射する。入射窓４１Ａから入射したパルスレーザビームは、ステージ４２の上の処理基板ＳＵＢに照射される。
【００２９】
これにより、アモルファスシリコンが結晶成長し、ポリシリコンが形成される。このようなポリシリコンが形成された処理基板ＳＵＢは、その後、画素毎に設けられる薄膜トランジスタの形状に応じてパターニングされる。そして、このような処理基板ＳＵＢを用いて液晶表示装置などの平面表示装置用のアレイ基板が製造される。
【００３０】
本実施形態によれば、シール部材５０は出射窓２１Ｂが取り付けられた位置と入射窓４１Ａが取り付けられた位置とをつなぐ光路を取り囲み、光学モジュール２０とアニールチャンバー４０との間を密閉し、しかも、その内部が不活性ガス雰囲気である。このため、出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａの外面が大気に晒されることはない。
【００３１】
出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａの外面が大気に晒された構成では、パルスレーザビームが大気中のガス（例えばアンモニアガス）と反応して、出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａの外面で曇りが発生し、所望のビームプロファイルが得られなくなるため、これらの窓を定期的に取り外し、クリーニングするといったメンテナンス作業が不可欠である。特に、ガラス板である窓を取り外す際には、窓自体が長尺であって重いため、窓に損傷を与えたり、窓が周囲のレンズや反射鏡にぶつかって光軸ずれが生じたりするおそれがある。このため、メンテナンス作業により装置の稼働率の低下を引き起こすおそれがある。
【００３２】
これに対して、本実施形態では、出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａの外面が大気に晒されることはないため、出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａの外面での曇りの発生を抑制することが可能となる。また、光学モジュール２０の内部及びアニールチャンバー４０の内部は、不活性ガス雰囲気である。このため、出射窓２１Ｂ及び入射窓４１Ａの内面での曇りの発生を抑制することが可能となる。
【００３３】
これにより、定期的なメンテナンス作業が不要となり、慎重な作業が要求される窓の取り外しも不要となる。したがって、稼働率の低下、あるいは、製造歩留まりの低下を抑制することが可能となる。また、装置を管理する作業員の負担を軽減することが可能となる。
【００３４】
また、本実施形態によれば、出射窓２１Ｂと入射窓４１Ａとの間に位置するビーム整形モジュール６０は、シール部材５０によって密閉されている。このため、ビーム整形モジュール６０についても大気に晒されることはなく、大気中のガスとパルスレーザビームとの反応生成物のビーム整形モジュール６０への付着を抑制することが可能となる。
【００３５】
なお、光学モジュール２０の内部、アニールチャンバー４０の内部、及び、シール部材５０によって密閉された内部は、不活性ガスの導入により低酸素濃度にコントロールされており、いずれの内部空間においても酸素濃度は１００ｐｐｍ以下である。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、製造歩留まりの低下を抑制することが可能なレーザアニール装置を提供することができる。
【００３７】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…レーザ装置
２０…光学モジュール  ２１…筐体  ２１Ｂ…出射窓  ２２…反射鏡  ２３…レンズ
３０…レンズホルダ
４０…アニールチャンバー  ４１…筐体  ４１Ａ…入射窓
５０…シール部材
６０…ビーム整形モジュール
【図１】
0005604458.tif 000002
【図２】
0005604458.tif 000003