(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理用のプロセスチャンバと、このプロセスチャンバ内に設置される基板搭載用のステージと、該プロセスチャンバ内の基板にレーザ光を導くウインドとを備え、該基板の薄膜に該レーザ光を照射して基板にエネルギを付与するレーザアニール装置であって、
上記ウインドを、上記プロセスチャンバの外側に位置するプロセスウインドと、該プロセスチャンバの内部に位置する交換可能な汚染防止ウインドとから二重構造に構成してプロセスチャンバの内外方向に並べ、該汚染防止ウインドを上記基板とほぼ同サイズとするとともに、この汚染防止ウインドを上記プロセスチャンバの上部と上記ステージとの間を昇降する昇降支持手段に着脱自在に支持させるようにしたことを特徴とするレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置用薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の製造工程において、基板の薄膜にレーザ光を照射し、基板にエネルギを付与するレーザアニール装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス等の絶縁性基板上にＴＦＴを有する半導体装置としては、ＴＦＴを画素の駆動に用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置やイメージセンサ等が知られている。これらの装置に使用されるＴＦＴには、薄膜状のＳｉ半導体が用いられるのが一般的である。
【０００３】
薄膜状のＳｉ半導体は、非晶質Ｓｉ半導体からなるものと、結晶性を有するＳｉ半導体からなるものとに大別される。非晶質Ｓｉ半導体は、作製温度が低く、ＣＶＤ法で比較的容易に作製可能で、しかも、量産性に富むため、最も一般的に用いられている。しかしながら、非晶質Ｓｉ半導体は、結晶性を有するＳｉ半導体に比べ、電流駆動能力が劣るという欠点を有している。したがって、今後、高速特性を得るためには、結晶性を有するＳｉ半導体からなるＴＦＴの製造方法の確立が強く求められる。
【０００４】
結晶性を有するＳｉ半導体としては、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ、微結晶Ｓｉ、結晶成分を含む非結晶Ｓｉ、又は結晶性と非結晶性との中間の状態を有する非晶質Ｓｉ等が知られている。これら結晶性を有するＴＦＴは、非晶質のＴＦＴに比べて移動度が高い。そのため、駆動力が向上して画素とドライバ回路の一体化が可能となり、微細化が可能で高開口率や高密度化を実現することができる。
【０００５】
結晶性を有するＳｉ半導体薄膜を形成する具体的な方法としては、熱拡散炉で加熱する固相成長法（ＳＰＣ法）と、レーザ光を照射して溶融固化させることにより結晶化するレーザアニール法とがあげられる。ＳＰＣ法は、非晶質Ｓｉを均一に多結晶Ｓｉに結晶化できるものの、熱処理が１０００℃付近の高温で行われるため、耐熱性の低い安価なガラス基板を使用することができない。そこで、絶縁性基板へのダメージが少なく、低温処理が可能な方法として非晶質Ｓｉの光吸収の高いエキシマレーザを用いたレーザアニール法が重要視されている。
【０００６】
従来のレーザアニール装置は、図４に示すように、レーザ発振機１からプロセスチャンバ３の絶縁性基板５上の非晶質Ｓｉ半導体薄膜にエキシマレーザ光を光学系２を介し照射し、絶縁性基板５にエネルギを付与して多結晶化するようにしている。
【０００７】
プロセスチャンバ３は、基本的には密閉構造に構成され、絶縁性基板５を搭載するステージ８を内蔵している。絶縁性基板５は、その表面にプラズマＣＶＤ法により非晶質Ｓｉ半導体薄膜が堆積され、ステージ８の加熱機構で加熱されて脱水素処理された後、レーザアニール処理される。また、ステージ８にはステージ走査機構９が連結され、このステージ走査機構９により、ステージ８上の絶縁性基板５がＸＹ方向に移動、位置決めされる。また、プロセスチャンバ３の上部の取付口１０にはウインド４が嵌着されている。
【０００８】
上記構成において、絶縁性基板５を搭載したステージ８を一定の移動量で移動させ、絶縁性基板５の非晶質Ｓｉ半導体薄膜にエキシマレーザ光をウインド４を介し照射して溶融固化させれば、結晶性を向上させ、周囲と異なる結晶性を有する多結晶Ｓｉを形成することができる。
【０００９】
なお、この種の関連先行技術文献として、特開平９−１７７４４号や特開平９−２６０３０３号公報等があげられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザアニール装置は、以上のように構成され、エキシマレーザ光を照射し続けると、非晶質Ｓｉ半導体薄膜の表面から蒸発又は飛散したＳｉがウインド４に付着するので、この付着したＳｉが汚れとなり、エキシマレーザ光を吸収して透過率が低下することとなる。この問題を解消する方法としては、プロセスチャンバ３からウインド４を取り外してクリーニングする方法があげられる。しかしながら、このクリーニング法には時間と費用がかかり、しかも、メンテナンス性が非常に悪いという欠点がある。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みなされたもので、飛散物等がウインドに付着するのを防止し、クリーニングに要する時間と費用とを低減することのできるレーザアニール装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を達成するため、基板処理用のプロセスチャンバと、このプロセスチャンバ内に設置される基板搭載用のステージと、該プロセスチャンバ内の基板にレーザ光を導くウインドとを備え、該基板の薄膜に該レーザ光を照射して基板にエネルギを付与するものであって、
上記ウインドを、上記プロセスチャンバの外側に位置するプロセスウインドと、該プロセスチャンバの内部に位置する交換可能な汚染防止ウインドとから二重構造に構成してプロセスチャンバの内外方向に並べ、該汚染防止ウインドを上記基板とほぼ同サイズとするとともに、この汚染防止ウインドを上記プロセスチャンバの上部と上記ステージとの間を昇降する昇降支持手段に着脱自在に支持させるようにしたことを特徴としている。
【００１４】
ここで、特許請求の範囲における基板には各種の種類や大きさがあるが、レーザアニール処理の対象となるものであれば、特に限定しない。また、薄膜には、少なくともＳｉ膜とＩＴＯ膜とが含まれる。また、レーザアニール装置には、ルビー、ＹＡＧレーザ、又はエキシマレーザを使用するパルスレーザアニール装置と、Ａｒ、Ｋｒ、ＣＯ２、及びエキシマレーザを使用するＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｓ  ｗａｖｅ）レーザアニール装置とがあるが、いずれでも良い。また、昇降支持手段は、各種のシリンダ、電磁ソレノイド、又はモータ等のアクチュエータと、チャック機構、カム機構、ねじ機構、歯車機構、又はリンク機構とを適宜組み合わせて構成することができる。また、汚染防止ウインドは、通常処理される基板のサイズと同サイズか、あるいは実質的に同一と認められるサイズとすると良い。
【００１５】
本発明によれば、アニール処理の際、基板の薄膜から材料が蒸発したり、飛散等するが、この材料は、プロセスチャンバ内部の汚染防止ウインドに付着し、プロセスチャンバ外側のプロセスウインドに対する付着が規制される。汚染防止ウインドが汚れたら、新しい汚染防止ウインドに交換すれば良い。したがって、外側ウインドの透過率の低下を抑制防止することができる。
【００１６】
また、汚れた汚染防止ウインドを交換する場合、昇降支持手段を下降させて汚染防止ウインドを昇降支持手段からステージに移し、このステージをプロセスチャンバの外部に搬出すれば、汚染防止ウインドを取り出し、新たな汚染防止ウインドに交換することができる。さらに、汚染防止ウインドが基板とほぼ同じサイズなので、ステージに汚染防止ウインドを搭載することができ、基板搭載用のステージを汚染防止ウインドのメンテナンス作業に有効に活用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではない。
本実施形態におけるレーザアニール装置は、図１に示すように、レーザ発振機１からエキシマレーザ光が光学系（ホモジナイザー）２を介し照射されるプロセスチャンバ３と、このプロセスチャンバ３内の処理基板である絶縁性基板５にエキシマレーザ光を導くウインド４とを備え、このウインド４を、プロセスウインド１２と汚染防止ウインド１３とから二重構造に構成するようにしている。
【００１８】
レーザ発振機１のエキシマレーザ光（図１の矢印参照）は、その照射強度が２００〜４００ｍＪ／ｃｍ２程度とされ、焦点が光学系２によりフォーカスされるとともに、プロセスチャンバ３内にウインド４を介して入射する。光学系２は、ＸＹ方向に移動可能に構成され、エキシマレーザ光のサイズを変え、面内の均一性を向上させるよう機能する。
【００１９】
プロセスチャンバ３は、レーザ光を通さない金属を用いて基本的には密閉構造に構成され、絶縁性基板５を大気から隔離して処理できるよう機能する。このプロセスチャンバ３には不活性ガス（Ｎ２等）用の導入系６と不活性ガス用の排気系７とがそれぞれ配設され、これらガス導入系６とガス排気系７とにより、プロセスチャンバ３の圧力や雰囲気等が処理工程に応じて調整される。また、プロセスチャンバ３には絶縁性基板５を搭載するステンレス製のステージ８が内蔵され、このステージ８には図示しない加熱機構が設置されるとともに、ステージ走査機構９が連結されており、このステージ走査機構９により、ステージ８上の絶縁性基板５がＸＹ方向に移動、位置決めされる。
【００２０】
プロセスチャンバ３の上部中央にはウインド４用の取付口１０が穿設され、この取付口１０の周縁部には汚染防止ウインド１３用の一対の支持フック１１が昇降可能に取り付けられている。各支持フック１１は、ほぼＬ字形に形成され、プロセスチャンバ３の内部上方とステージ８との間を昇降する（図２参照）。
【００２１】
プロセスウインド１２は、プロセスチャンバ３の取付口１０に嵌着されている。このプロセスウインド１２は、不活性ガスの置換時にプロセスチャンバ３内が真空状態となるので、それに耐えられるよう石英等を用いて厚く構成されている。さらに、汚染防止ウインド１３は、プロセスウインド１２よりも大きく構成されるとともに、絶縁性基板５と同サイズに薄く構成され、一対の支持フック１１に着脱自在に水平状態に保持されてプロセスウインド１２の直下に隙間を介して位置する。その他の部分については、従来例と同様であるので説明を省略する。
【００２２】
上記構成において、絶縁性基板５にレーザアニール処理を施すには、先ず、ステージ８に絶縁性基板５をセットし、プロセスチャンバ３にステージ８を搬入し、プロセスチャンバ３に不活性ガスを導入して雰囲気を維持する。次いで、ステージ８を加熱するとともに、絶縁性基板５を搭載したステージ８と光学系２とを一定の移動量でそれぞれＸＹ方向に移動させ、絶縁性基板５の非晶質Ｓｉ半導体薄膜にエキシマレーザ光を局部的に照射して溶融固化させれば、結晶性を向上させ、周囲と異なる結晶性を有する多結晶Ｓｉを形成することができる。
【００２３】
上記レーザアニール処理の際、非晶質Ｓｉ半導体薄膜の表面からＳｉの一部が蒸発したり、飛散するが、このＳｉの一部は、汚染防止ウインド１３に付着し、この汚染防止ウインド１３の上方に位置するプロセスウインド１２に付着することがない。
【００２４】
そしてその後、プロセスチャンバ３から絶縁性基板５が取り出され、この絶縁性基板５が所定の工程に経ることにより、薄膜トランジスタが製造される。なお、汚れた汚染防止ウインド１３を交換する場合には、一対の支持フック１１を下降させて汚染防止ウインド１３をステージ８に載せ、プロセスチャンバ３からステージ８を搬出すれば、プロセスチャンバ３を開放することなく汚染防止ウインド１３を取り出し、新規な汚染防止ウインド１３に交換することができる（図２及び図３参照）。
【００２５】
上記構成によれば、汚染防止ウインド１３に蒸発、あるいは飛散したＳｉが付着するので、プロセスウインド１２を清浄に維持してその透過率の低下をきわめて有効に防止することができ、非晶質Ｓｉ半導体薄膜に所定のエネルギのエキシマレーザ光を確実に照射することができる。また、汚染防止ウインド１３を絶縁性基板５と同様に扱えるよう、同サイズとしているので、ステージ８を利用して安価な汚染防止ウインド１３を簡単に交換することが可能となる。したがって、クリーニング作業の迅速化、円滑化、及び容易化が期待できる。さらに、汚染防止ウインド１３の交換は、プロセスウインド１２の研磨再生よりも安価であるから、低コストを実現することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、レーザ光の照射時に飛散物等がウインドに付着するのを防止し、ウインドのクリーニングに要する時間と費用を低減することができるという効果がある。また、汚染防止ウインドが基板とほぼ同じサイズなので、ステージに汚染防止ウインドを搭載でき、基板搭載用のステージを汚染防止ウインドのメンテナンス作業に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーザアニール装置の実施形態を示す断面説明図である。
【図２】本発明に係るレーザアニール装置の実施形態における汚染防止ウインドの交換作業を示す断面説明図である。
【図３】本発明に係るレーザアニール装置の実施形態における汚染防止ウインドの搬出作業を示す断面説明図である。
【図４】従来のレーザアニール装置の実施形態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１      レーザ発振機
２      光学系
３      プロセスチャンバ
４      ウインド
５      絶縁性基板（基板）
８      ステージ
１１    支持フック（昇降支持手段）
１２    プロセスウインド
１３    汚染防止ウインド
【図１】
0003545213.tif 000002
【図２】
0003545213.tif 000003
【図３】
0003545213.tif 000004
【図４】
0003545213.tif 000005