(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器（１）内に置かれた被処理体（Ｍ）に外部からレーザー導入用窓（５）を通してレーザーアニール処理用のレーザー光（Ｒ）を照射するレーザー照射手段（６）と、小面積のレーザー照射部分（Ｐ）で前記被処理体（Ｍ）の大面積の領域を走査するように前記被処理体（Ｍ）を乗せて移動する移動載置台（２）とを備えたレーザーアニール処理装置において、
前記移動載置台（２）はその上面に被処理体（Ｍ）が載置されるものであり、前記レーザー導入用窓（５）は前記密閉容器（１）の天井部（１ａ）に傾斜して設けられ、前記レーザー導入用窓（５）を通して前記レーザーアニール処理用のレーザー光（Ｒ）を被処理体（Ｍ）に上方から斜めに照射すると共に、被処理体（Ｍ）で正反射された反射レーザー光（Ｌ）の強度を測定する光強度測定手段（９）を前記密閉容器（１）内に設置し、その光強度測定手段（９）で測定した反射レーザー光（Ｌ）の強度に基づいて前記レーザーアニール処理の進行状況を判別することを特徴とするレーザーアニール処理装置（１００）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザーアニール処理装置に関し、更に詳しくは、被処理体にばらつきがあっても，常に過不足のない適切なアニールを行うことができるレーザーアニール処理装置に関するものである。本発明のレーザーアニール処理装置は、特に大面積大粒径多結晶シリコン薄膜の形成に有用である。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のレーザーアニール処理装置の一例の要部縦断面図である。
このレーザーアニール処理装置５００は、アルミニウム製の真空チャンバ１と、この真空チャンバ１内に設置された基台Ｂ上を移動すると共にその上面に被処理体Ｍが載置される移動載置台２と、この移動載置台２の上面に埋設され前記被処理体Ｍを予熱する抵抗線３と、前記真空チャンバ１の天井部１ａに設けられ且つ石英ガラス板の両面に紫外線反射防止膜（ＡＲコート）を形成したレーザー導入用窓５と、このレーザー導入用窓５を通して略垂直下方へレーザー光Ｒを照射するエキシマレーザー照射装置６と、前記真空チャンバ１に被処理体Ｍを導入するためのゲートバルブＳ２と、前記真空チャンバ１から被処理体Ｍを導出するためのゲートバルブＳ３とを具備している。１ｂは、真空引き用の排気口である。前記被処理体Ｍは、絶縁基板Ｍ２上に非晶質半導体薄膜Ｍ１を形成したものである。
【０００３】
レーザーアニール処理は次の手順で行う。
▲１▼ゲートバルブＳ２を開けて、未処理の被処理体Ｍを移動載置台２の上に載置し、ゲートバルブＳ２を閉じる。
▲２▼真空チャンバ１の排気口１ｂから排気し、真空チャンバ１内を１０-2〜１０-6Ｔｏｒｒの高真空とする（あるいは窒素ガスを充填する）。次に、前記抵抗線３に通電し、被処理体Ｍを４００℃程度に予熱する。また、レーザー照射部分Ｐが被処理体Ｍの照射スタート点に位置するように移動載置台２を移動させる。そして、エキシマレーザー照射装置６からレーザー光Ｒを発生させる。レーザー光Ｒは、レーザー導入用窓５を通って真空チャンバ１内に導入され、被処理体Ｍの表面に略垂直に照射される。この状態で移動載置台２を移動し、小面積（例えば０．４ｍｍ×１５０ｍｍ）のレーザー照射部分Ｐで前記被処理体Ｍの非晶質半導体薄膜Ｍ１の全面（例えば３００ｍｍ×３００ｍｍ）を走査する。これにより、非晶質半導体薄膜Ｍ１の結晶化を行うことが出来る。
▲３▼ゲートバルブＳ３を開けて、処理済の被処理体Ｍを移動載置台２の上から取り出し、ゲートバルブＳ３を閉じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のレーザーアニール処理装置５００では、被処理体Ｍを真空チャンバ１から取り出して分析しなければ、アニールが適切か否かが判らないという問題点がある。
また、非晶質半導体薄膜Ｍ１の膜厚や性質には、ばらつきがある。このため、上記従来のレーザーアニール処理装置５００において、レーザー光Ｒの照射強度，照射タイミングや、移動載置台２の移動速度，移動タイミングを一定にしておくと、被処理体Ｍによっては、アニールに過不足を生じてしまうという問題点がある。
そこで、本発明の第１の目的は、アニールが適切か否かをアニール中に知ることができるレーザーアニール処理装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、被処理体にばらつきがあっても常に過不足のない適切なアニールを行うことができるレーザーアニール処理装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、密閉容器（１）内に置かれた被処理体（Ｍ）に外部からレーザー導入用窓（５）を通してレーザーアニール処理用のレーザー光（Ｒ）を照射するレーザー照射手段（６）と、小面積のレーザー照射部分（Ｐ）で前記被処理体（Ｍ）の大面積の領域を走査するように前記被処理体（Ｍ）を乗せて移動する移動載置台（２）とを備えたレーザーアニール処理装置において、前記移動載置台（２）はその上面に被処理体（Ｍ）が載置されるものであり、前記レーザー導入用窓（５）は前記密閉容器（１）の天井部（１ａ）に傾斜して設けられ、前記レーザー導入用窓（５）を通して前記レーザーアニール処理用のレーザー光（Ｒ）を被処理体（Ｍ）に上方から斜めに照射すると共に、被処理体（Ｍ）で正反射された反射レーザー光（Ｌ）の強度を測定する光強度測定手段（９）を前記密閉容器（１）内に設置し、その光強度測定手段（９）で測定した反射レーザー光（Ｌ）の強度に基づいて前記レーザーアニール処理の進行状況を判別することを特徴とするレーザーアニール処理装置（１００）を提供する。
上記第１の観点によるレーザーアニール処理装置（１００）では、被処理体（Ｍ）に斜め方向からレーザーアニール処理用のレーザー光（Ｒ）を照射し、逆斜め方向に正反射された反射レーザー光（Ｌ）の強度を光強度測定手段（９）により測定する。ここで、被処理体（Ｍ）の反射率はレーザーアニール処理の進行状況により変化するので、光強度測定手段（９）により測定した反射レーザー光（Ｌ）の強度によりレーザーアニール処理の進行状況が判る。例えば、非晶質半導体薄膜（Ｍ１）の反射率は比較的小さいが、結晶化すると反射率が比較的大きくなるので、光強度測定手段（９）により測定した反射レーザー光（Ｌ）の強度は結晶化の進行に伴って大きくなり、結晶化が終了すると変化しなくなる。従って、測定した反射レーザー光（Ｌ）の強度に基づいてレーザーアニール処理の進行状況を判別することにより、レーザーアニール処理が適切か否かをレーザーアニール処理中に知ることができる。そして、被処理体（Ｍ）を密閉容器（１）から取り出さずに適切なレーザーアニール処理を完了することが可能となり、高スループットが得られる。
【０００６】
なお、斜め方向からレーザー光（Ｒ）を被処理体（Ｍ）に照射するため、密閉容器（１）の天井部（１ａ）であって且つレーザー照射部分（Ｐ）の垂直上方から外れた位置にレーザー導入用窓（５）を設ける。このため、アニール時に被処理体（Ｍ）から蒸散物質が発生し、これが密閉容器（１）の天井部（１ａ）であって且つレーザー照射部分（Ｐ）の垂直上方の壁面に付着しても、レーザー導入用窓（５）は汚れない。従って、レーザー導入用窓（５）から導入されるレーザー光（Ｒ）のエネルギーが被処理体（Ｍ）からの蒸散物質によって減衰することを防止できる。
【０００７】
また、斜め方向からレーザー光（Ｒ）を被処理体（Ｍ）に照射するため、被処理体（Ｍ）で反射した反射レーザー光（Ｌ）が密閉容器（１）の天井部（１ａ）で反射されて再び被処理体（Ｍ）に入射し、アニールに悪影響を与えることも防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。
【０００９】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるレーザーアニール処理装置の要部断面図である。
このレーザーアニール処理装置１００は、アルミニウム製の真空チャンバ１と、この真空チャンバ１内に設置された基台Ｂ上を移動すると共にその上面に被処理体Ｍが載置される移動載置台２と、この移動載置台２の上面に埋設され前記被処理体Ｍを予熱する抵抗線３と、前記真空チャンバ１の天井部１ａに傾斜して設けられ且つ石英ガラス板の両面に紫外線反射防止膜（ＡＲコート）を形成したレーザー導入用窓５と、このレーザー導入用窓５を通して斜め下方向にレーザー光Ｒを照射するエキシマレーザー照射装置６と、前記真空チャンバ１に被処理体Ｍを導入するためのゲートバルブＳ２と、前記真空チャンバ１から被処理体Ｍを導出するためのゲートバルブＳ３と、被処理体Ｍで正反射した反射レーザー光Ｌの強度を測定する光強度測定装置９と、その光強度測定装置９により測定した反射レーザー光Ｌの強度に基づいて前記レーザー照射手段６または前記移動載置台２の制御を行う制御装置１０とを具備している。１ｂは、真空引き用の排気口である。
前記被処理体Ｍは、絶縁基板Ｍ２上に非晶質半導体薄膜Ｍ１を形成したものである。
【００１０】
レーザーアニール処理は次の手順で行う。
▲１▼ゲートバルブＳ２を開けて、未処理の被処理体Ｍを移動載置台２の上に載置し、ゲートバルブＳ２を閉じる。
▲２▼真空チャンバ１の排気口１ｂから排気し、真空チャンバ１内を１０-2〜１０-6Ｔｏｒｒの高真空とする（あるいは窒素ガスを充填する）。次に、前記抵抗線３に通電し、被処理体Ｍを４００℃程度に予熱する。また、レーザー照射部分Ｐが被処理体Ｍの照射スタート点に位置するように移動載置台２を移動させる。そして、エキシマレーザー照射装置６からレーザー光Ｒを発生させる。レーザー光Ｒは、レーザー導入用窓５を通って真空チャンバ１内に導入され、被処理体Ｍの表面に斜め方向から照射される。この状態で移動載置台２を移動し、小面積（例えば０．４ｍｍ×１５０ｍｍ）のレーザー照射部分Ｐで前記被処理体Ｍの非晶質半導体薄膜Ｍ１の全面（例えば３００ｍｍ×３００ｍｍ）を走査する。このとき、反射レーザー光Ｌの強度に基づき、エキシマレーザー照射装置６を制御してレーザー光Ｒの照射強度，照射タイミングを調整すると共に、移動載置台２を制御して移動速度，移動タイミングを調整する。これにより、非晶質半導体薄膜Ｍ１の膜厚や性質にばらつきがあっても、非晶質半導体薄膜Ｍ１の結晶化を適切に行うことが出来る。
▲３▼ゲートバルブＳ３を開けて、処理済の被処理体Ｍを移動載置台２の上から取り出し、ゲートバルブＳ３を閉じる。
【００１１】
図２は、非晶質シリコンａ−Ｓｉと結晶シリコンＣ−Ｓｉの反射率の特性図である。
非晶質シリコンａ−Ｓｉの反射率は、どのような波長でも結晶シリコンＣ−Ｓｉの反射率より小さくなっている。従って、光強度測定装置９により測定した反射レーザー光Ｌの強度は、非晶質シリコンａ−Ｓｉでは小さく、結晶化が進むにつれて大きくなり、結晶化が終了すると大きい値で変化しなくなる。
そこで、エキシマレーザー照射装置６および移動載置台２の制御は、光強度測定装置９により測定した反射レーザー光Ｌの強度が小さい間はレーザー光Ｒの照射強度を強めたり，照射時間を長くするようにし、光強度測定装置９により測定した反射レーザー光Ｌの強度が大きくなったらレーザー光Ｒの照射強度を弱めたり，照射時間を短くするようにすればよい。
【００１２】
図３は、レーザー光Ｒの照射強度を一定とし、移動載置台２の移動速度を制御したときの移動速度の収束特性図である。
移動載置台２の移動速度は、照射スタート点において“０”から徐々に速くなり、過不足なくアニールできる最適速度に収束することになる。
【００１３】
以上のレーザーアニール処理装置１００によれば、真空チャンバ１から被処理体Ｍを取り出すことなく、また、被処理体Ｍにばらつきがあっても、常に過不足のない適切なアニールを行うことが可能となり、品質およびスループットを向上できる。
また、レーザー照射部分Ｐの垂直上方から外れた位置にレーザー導入用窓８があるから、被処理体Ｍからの蒸散物質によってレーザー導入用窓８が汚れることが少なく、レーザー光Ｒのエネルギーがレーザー導入用窓８で減衰することを防止できる。
また、被処理体Ｍで反射した反射レーザー光Ｌが真空チャンバ１の天井部１ａで反射されて再び被処理体Ｍに入射することがないから、反射レーザー光Ｌがアニールに悪影響を与えることも防止できる。
【００１４】
−参考例−
図４は、参考例にかかるレーザーアニール処理装置の要部断面図である。
このレーザーアニール処理装置２００は、アルミニウム製の真空チャンバ１と、この真空チャンバ１内に設置された基台Ｂ上を移動すると共にその上面に被処理体Ｍが載置される移動載置台２と、この移動載置台２の上面に埋設され前記被処理体Ｍを予熱する抵抗線３と、前記真空チャンバ１の天井部１ａに設けられ且つ石英ガラス板の両面に紫外線反射防止膜（ＡＲコート）を形成したレーザー導入用窓５と、このレーザー導入用窓５を通して略垂直下方にレーザー光Ｒを照射するエキシマレーザー照射装置６と、前記真空チャンバ１に被処理体Ｍを導入するためのゲートバルブＳ２と、前記真空チャンバ１から被処理体Ｍを導出するためのゲートバルブＳ３と、被処理体Ｍを透過した透過レーザー光の強度を測定する光強度測定装置９と、その光強度測定装置９により測定した透過レーザー光の強度に基づいて前記レーザー照射装置６または前記移動載置台２の制御を行う制御装置１０とを具備している。１ｂは、真空引き用の排気口である。
前記被処理体Ｍは、絶縁基板Ｍ２上に非晶質半導体薄膜Ｍ１を形成したものである。
【００１５】
レーザーアニール処理は次の手順で行う。
▲１▼ゲートバルブＳ２を開けて、未処理の被処理体Ｍを移動載置台２の上に載置し、ゲートバルブＳ２を閉じる。
▲２▼真空チャンバ１の排気口１ｂから排気し、真空チャンバ１内を１０-2〜１０-6Ｔｏｒｒの高真空とする（あるいは窒素ガスを充填する）。次に、前記抵抗線３に通電し、被処理体Ｍを４００℃程度に予熱する。また、レーザー照射部分Ｐが被処理体Ｍの照射スタート点に位置するように移動載置台２を移動させる。そして、エキシマレーザー照射装置６からレーザー光Ｒを発生させる。レーザー光Ｒは、レーザー導入用窓５を通って真空チャンバ１内に導入され、被処理体Ｍの表面に略垂直に照射される。この状態で移動載置台２を移動し、小面積（例えば０．４ｍｍ×１５０ｍｍ）のレーザー照射部分Ｐで前記被処理体Ｍの非晶質半導体薄膜Ｍ１の全面（例えば３００ｍｍ×３００ｍｍ）を走査する。このとき、透過レーザー光の強度に基づき、エキシマレーザー照射装置６を制御してレーザー光Ｒの照射強度，照射タイミングを調整すると共に、移動載置台２を制御して移動速度，移動タイミングを調整する。これにより、非晶質半導体薄膜Ｍ１の膜厚や性質にばらつきがあっても、非晶質半導体薄膜Ｍ１の結晶化を適切に行うことが出来る。
▲３▼ゲートバルブＳ３を開けて、処理済の被処理体Ｍを移動載置台２の上から取り出し、ゲートバルブＳ３を閉じる。
【００１６】
以上のレーザーアニール処理装置２００によれば、真空チャンバ１から被処理体Ｍを取り出すことなく、また、被処理体Ｍにばらつきがあっても、常に過不足のない適切なアニールを行うことが可能となり、品質およびスループットを向上できる。
但し、レーザー照射部分Ｐの略垂直上方にレーザー導入用窓５があるから、被処理体Ｍからの蒸散物質によってレーザー導入用窓５が汚れ、レーザー光Ｒのエネルギーがレーザー導入用窓５で減衰することがある。
【００１７】
【発明の効果】
この発明のレーザーアニール処理装置によれば、密閉容器から被処理体を取り出すことなく、また、被処理体にばらつきがあっても、常に過不足のない適切なアニールを行うことが可能となり、品質およびスループットを向上できる。
また、斜め方向からレーザー光を被処理体に照射するため、密閉容器の天井部であって且つレーザー照射部分の垂直上方から外れた位置にレーザー導入用窓を設けることになる。このため、アニール時に被処理体から蒸散物質が発生し、これが密閉容器の天井部であって且つレーザー照射部分の垂直上方の壁面に付着しても、レーザー導入用窓は汚れない。従って、レーザー導入用窓から導入されるレーザー光のエネルギーが被処理体からの蒸散物質によって減衰することを防止できる。
さらに、斜め方向からレーザー光を被処理体に照射するため、被処理体で反射した反射レーザー光が密閉容器の天井部で反射されて再び被処理体に入射し、アニールに悪影響を与えることも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態にかかるレーザーアニール処理装置の要部断面図である。
【図２】  非晶質シリコンａ−Ｓｉと結晶シリコンＣ−Ｓｉの反射率の特性図である。
【図３】  レーザー光の照射強度を一定とし、移動載置台の移動速度を制御したときの移動速度の収束特性図である。
【図４】  参考例にかかるレーザーアニール処理装置の要部断面図である。
【図５】  従来のレーザーアニール処理装置の一例の要部断面図である。
【符号の説明】
１００，２００，５００      レーザーアニール処理装置
１                          真空チャンバ
１ａ                        天井部
１ｂ                        排気口
２                          移動載置台
３                          抵抗線
５                          エキシマレーザー導入用窓
６                          エキシマレーザー照射装置
９                          光強度測定装置
１０                        制御装置
Ｂ                          基台
Ｐ                          レーザー照射部分
Ｍ                          被処理体
Ｍ１                        非晶質半導体薄膜
Ｍ２                        絶縁基板
【図１】
0003650943.tif 000002
【図２】
0003650943.tif 000003
【図３】
0003650943.tif 000004
【図４】
0003650943.tif 000005
【図５】
0003650943.tif 000006