(57)【要約】【課題】レーザ光を効果的に反射してレーザ光のエネルギの吸収を抑え、耐久性を向上することができる投影マスクを提供する。【解決手段】本発明の投影マスクは、レーザ光が照射される投影レンズに配置され、レーザ光を透過させる投影マスクであって、レーザ光を透過する透過層と、透過層よりも屈折率が大きい反射膜と、レーザ光を遮光する金属膜と、金属膜を保護する保護膜と、を備え、透過層、反射膜、金属膜、および保護膜は、互いの積層方向のうち、レーザ光が照射される側から反対側に向けて、この順に配置されている。【選択図】図４
2019212712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光が照射される投影レンズに配置され、前記レーザ光を透過させる投影マスクであって、
前記レーザ光を透過する透過層と、
前記透過層よりも屈折率が大きい反射膜と、
前記レーザ光を遮光する金属膜と、
前記金属膜を保護する保護膜と、を備え、
前記透過層、前記反射膜、前記金属膜、および前記保護膜は、互いの積層方向のうち、前記レーザ光が照射される側から反対側に向けて、この順に配置されている投影マスク。
【請求項２】
レーザ光を発生する光源と、
薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に前記レーザ光を照射する投影レンズと、を備え、
前記投影レンズには、請求項１に記載の投影マスクが配置されているレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影マスク、およびレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示すように、レーザアニールに用いられ、レーザ光によりマスクパターンを基板面に縮小投影する投影マスクが知られている。
このようなレーザアニールでは、例えばアモルファスシリコン薄膜等の基板における所定の領域を、レーザ光により瞬間的に加熱することで多結晶化し、ポリシリコン薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１９７６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の投影マスクでは、マスクパターンの遮光部分に高いエネルギのレーザ光が照射されることにより、吸収したエネルギが熱に変わり、遮光部分が酸化したり溶融したりするおそれがあった。
【０００５】
本発明の目的は、レーザ光を効果的に反射してレーザ光のエネルギの吸収を抑え、耐久性を向上することができる投影マスクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の投影マスクは、レーザ光が照射される投影レンズに配置され、前記レーザ光を透過させる投影マスクであって、前記レーザ光を透過する透過層と、前記透過層よりも屈折率が大きい反射膜と、前記レーザ光を遮光する金属膜と、前記金属膜を保護する保護膜と、を備え、前記透過層、前記反射膜、前記金属膜、および前記保護膜は、互いの積層方向のうち、前記レーザ光が照射される側から反対側に向けて、この順に配置されている。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、薄膜トランジスタに被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に前記レーザ光を照射する投影レンズと、を備え、前記投影レンズには、前述した投影マスクが配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、透過層よりも屈折率が大きい反射膜と、レーザ光を遮光し、かつ反射膜を積層方向に挟む透過層の反対側に配置された金属膜と、を備えている。このため、反射膜と金属膜との境界部分でレーザ光を効果的に反射することが可能になり、金属膜がレーザ光を吸収するのを抑制することができる。これにより、レーザ光を効果的に反射してレーザ光のエネルギの吸収を抑え、投影マスクの耐久性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ照射装置の斜視図である。
【図２】従来例に係る投影マスクの断面模式図である。
【図３】従来例に係る投影マスクにおけるレーザ光の照射時間と温度の関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る投影マスクの断面模式図である。
【図５】検証試験における反射率の違いを説明する図である。
【図６】検証試験における透過率の違いを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
レーザ照射装置１０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような半導体装置の製造工程において、例えば、チャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射してアニール処理し、当該チャネル領域形成予定領域を多結晶化するための装置である。レーザ照射装置１０は、レーザ光を発生する光源（図示せず）と、投影レンズ２０とを備えている。
【００１１】
レーザ照射装置１０は、例えば、液晶表示装置の周辺回路などの画素の薄膜トランジスタを形成する際に用いられる。このような薄膜トランジスタを形成する場合、まず、基板上にＡｌ等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。
そして、低温プラズマＣＶＤ法により、基板上の全面にＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜を形成する。
【００１２】
その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン薄膜を形成する。すなわち、基板の全面にアモルファスシリコン薄膜が形成（被着）される。最後に、アモルファスシリコン薄膜上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を形成する。
そして、図１に例示するレーザ照射装置１０により、アモルファスシリコン薄膜のゲート電極上の所定の領域（薄膜トランジスタにおいてチャネル領域となる領域）にレーザ光を照射してアニール処理し、当該所定の領域を多結晶化してポリシリコン化する。なお、基板には、例えばガラス基板等を採用することができるが、必ずしもガラス素材である必要はなく、樹脂などの素材で形成された樹脂基板など、どのような素材を採用してもよい。
【００１３】
図１に示すように、レーザ照射装置１０において、図示しない光源から出射されたレーザ光Ｌは、照明光学系１２によりビーム系が拡張され、輝度分布が均一化される。
光源は、例えば、波長が３０８ｎｍや２４８ｎｍなどのレーザ光Ｌを、所定の繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。なお、波長は、これらの例に限られず、どのような波長であってもよい。
【００１４】
その後、レーザ光Ｌは、マイクロレンズアレイ上に設けられた投影マスク３０を透過し、複数のレーザ光に分離され、基板に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射される。
基板に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光Ｌが照射されると、当該アモルファスシリコン薄膜が瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜となる。
ポリシリコン薄膜は、アモルファスシリコン薄膜に比べて電子移動度が高いため電流が流れやすく、薄膜トランジスタにおいて、ソースとドレインとを電気的に接続させるチャネル領域に用いることができる。
【００１５】
なお、マイクロレンズアレイを用いた例を説明したが、必ずしもマイクロレンズアレイを用いる必要はなく、１個の投影レンズ２０を用いてレーザ光Ｌを照射してもよい。
そして投影レンズ２０には、レーザ光Ｌを透過させる投影マスク３０が配置されている。
ここでまず、図２および図３を参照して、従来の投影マスク９０の構成および問題点について詳述する。
【００１６】
図２は、従来例に係る投影マスク９０の断面模式図、図３は、従来例に係る投影マスク９０におけるレーザ光の照射時間と温度の関係を示す図である。なお、図２においては、それぞれの部材の厚み（積層方向の大きさ）を拡大して模式的に表現している。
【００１７】
図２に示すように、従来例に係る投影マスク９０は、レーザ光Ｌを透過する透過層９１と、レーザ光Ｌを遮光する金属膜９２と、金属膜９２を保護する保護膜９３と、を備えている。透過層９１、金属膜９２、および保護膜９３は、互いに積層されている。
以下の説明において、透過層９１、金属膜９２、および保護膜９３が積層されている方向を積層方向という。そして、レーザ光Ｌは、積層方向のうちの一方向から、投影マスク９０に照射される。
【００１８】
透過層９１、金属膜９２、および保護膜９３は、積層方向のうち、レーザ光Ｌが照射される側から反対側に向けて、この順に配置されている。
透過層９１には、クオーツ（Ｑｚ）が採用されている。透過層９１の厚みは、例えば５ｍｍである。
金属膜９２は、レーザ光Ｌが透過する開口を規定するための遮光膜である。金属膜９２には、アルミニウム薄膜（Ａｌ）が採用されている。金属膜９２の厚みは、例えば２００ｎｍである。金属膜９２は、透過層９１よりも屈折率が小さい。
保護膜９３は、金属膜９２を被覆することで、金属膜９２が汚染されるのを抑えている。
【００１９】
金属膜９２には、所定の間隔をあけて第１開口部９５が形成されている。保護膜９３は、金属膜９２の第１開口部９５内を埋めるように配置されている。
保護膜９３には二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が採用されている。保護膜９３のうち、金属膜９２の第１開口部９５内を除く部分の厚みは２００ｎｍである。
【００２０】
この投影マスク９０にレーザ光Ｌが照射されると、透過層９１と金属膜９２との境界部分において、レーザ光Ｌが反射する（図２：反射１参照）。
そして、金属膜９２の第１開口部９５では反射は起こらずに、レーザ光Ｌが透過する（図２：透過１参照）。これにより、レーザ光Ｌを複数のレーザ光に分離させることができる。
【００２１】
しかしながら、このような従来例に係る投影マスク９０では、金属膜９２がレーザ光Ｌのエネルギの一部を吸収することで、温度が上昇する。そのときの温度の時間的変化を図３に示す。
図３に示すように、レーザ光Ｌの照射時間の経過とともに、金属膜９２の温度が上昇する。そして、レーザ光Ｌの照射が完了するまでの間に、金属膜９２にダメージが発生することが確認されている。
【００２２】
この時の温度特性について詳述すると、図３に示す温度変化の曲線にフィッティングを行って算出した昇温時定数が１４５ｓｅｃであるのに対して、同様に算出した降温時定数が１７３ｓｅｃであることが確認された。
すなわち、降温時定数が昇温時定数よりも大きいため、この投影マスク９０にレーザ光Ｌの照射を繰り返すと、熱が投影マスク９０に蓄積されていくことの裏付けが確認された。このため、本発明の投影マスク３０では、これらの問題を解決することを目的としている。
【００２３】
次に、図４を参照して本発明の投影マスク３０の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態に係る投影マスク３０の断面模式図である。なお、図４においては、それぞれの部材の厚み（積層方向の大きさ）を拡大して模式的に表現している。
投影マスク３０は、レーザ光Ｌを透過する透過層３１と、透過層３１よりも屈折率が大きい反射膜３２と、レーザ光Ｌを遮光する金属膜３３と、金属膜３３を保護する保護膜３４と、を備えている。透過層３１、反射膜３２、金属膜３３、および保護膜３４は、互いの積層方向のうち、レーザ光Ｌが照射される側から反対側に向けて、この順に配置されている。
【００２４】
透過層３１には、クオーツ（Ｑｚ）が採用されている。透過層３１の厚みは、例えば５ｍｍである。
反射膜３２には、ハフニウムオキサイド（ＨｆＯ）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）との積層部材である誘電体多層膜が採用されている。反射膜３２の厚みは、例えば３４８nｍである。
金属膜３３は、レーザ光Ｌが透過する開口を規定するための遮光膜である。金属膜３３には、アルミニウム薄膜（Ａｌ）が採用されている。金属膜３３の厚みは、例えば２００ｎｍである。金属膜３３は、透過層３１よりも屈折率が小さい。
保護膜３４は、金属膜３３を被覆することで、金属膜３３が汚染されるのを抑えている。金属膜３３には、所定の間隔をあけて第１開口部３５が形成されている。保護膜３４は、金属膜３３の第１開口部３５内を埋めるように配置されている。
【００２５】
保護膜３４には二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）が採用されている。保護膜３４のうち、金属膜３３の第１開口部３５内を除く部分の厚みは１００ｎｍである。
反射膜３２は、金属膜３３の第１開口部３５を被覆してもよいし、被覆しなくてもよい。反射膜３２が金属膜３３の第１開口部３５を被覆しない場合には、反射膜３２のうち、第１開口部３５と積層方向に重なる部分に、第２開口部３６が形成されている。
積層方向から見た平面視において、第２開口部３６の大きさは、第１開口部３５の大きさと同等になっている。また、第２開口部３６内には、保護膜３４が配置されている。
【００２６】
この投影マスク３０にレーザ光Ｌが照射されると、反射膜３２と金属膜３３との境界部分において、レーザ光Ｌが反射される（図４：反射２参照）。そして、金属膜３３の第１開口部３５では反射は起こらずに、レーザ光Ｌが透過する（図４：透過２、３参照）。
すなわち、金属膜３３のうち、第１開口部３５と積層方向に重なる部分（図４：透過２参照）、および反射膜３２の第２開口部３６（図４：透過３参照）では、レーザ光Ｌは透過する。これにより、レーザ光Ｌを複数のレーザ光Ｌに分離させることができる。
【００２７】
次に、図５および図６を参照して、従来例に係る投影マスク９０（以下、従来例という。）、および本発明に係る投影マスク３０（以下、本発明という。）それぞれの効果の検証結果について説明する。
図５は、検証試験における反射率の違いを説明する図である。図６は、検証試験における透過率の違いを説明する図である。これらの図では、レーザ光Ｌの波長に対応するそれぞれの投影マスクにおける反射率、および透過率を示している。
なお、今回の検証試験では、レーザ光Ｌとして、図５および図６に破線で示す、波長が２４８ｎｍのＫｒＦレーザ光Ｌを採用した。
【００２８】
まず、それぞれの構成における反射率の違いについて説明する。
図５に示すように、従来例では、透過層９１と金属膜９２との境界部分における反射率が８９．８％（図２、図５：反射１参照）となっている。一方、本発明では、反射膜３２と金属膜３３との境界部分における反射率が９５．７％（図４、図５：反射２参照）となっている。
【００２９】
ここで、一般に反射率は、屈折率の差が大きいほど大きくなる傾向がある。すなわち、透過層３１よりも屈折率の大きい反射膜３２が、透過層３１と金属膜３３との間に配置されていることで、反射膜３２と金属膜３３との屈折率の差が、従来例の透過層９１と金属膜９２との屈折率の差よりも大きくなっている。
これにより、本発明の反射層３２と金属膜３３との境界部分における反射率が、従来例の透過層９１と金属膜９２との境界部分の反射率よりも大きくなっている。
【００３０】
次に、それぞれの構成における透過率の違いについて説明する。
図６に示すように、従来例では、第１開口部９５における透過率は、９１．９％（図２、図６：透過１参照）となっている。一方、本発明では、第１開口部３５のうち、反射膜３２に覆われている部分における透過率は、８９．４％（図４、図６：透過２参照）、第１開口部３５のうち、反射膜３２の第２開口部３６と積層方向に重なる部分の透過率は、９０．７％（図４、図６透過３参照）となっている。
すなわち、反射膜３２を透過層３１と金属膜３３との間に配置したとしても、レーザ光Ｌの透過率を十分に確保できていることが確認できた。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係る投影マスク３０によれば、透過層３１よりも屈折率が大きい反射膜３２と、レーザ光Ｌを遮光し、かつ反射膜３２を積層方向に挟む透過層３１の反対側に配置された金属膜３３と、を備えている。このため、反射膜３２と金属膜３３との境界部分でレーザ光Ｌを効果的に反射することが可能になり、金属膜３３がレーザ光Ｌを吸収するのを抑制することができる。これにより、レーザ光Ｌを効果的に反射してレーザ光Ｌのエネルギの吸収を抑え、投影マスク３０の耐久性を向上することができる。
【００３２】
また、レーザ照射装置１０が、このような投影マスク３０を備えているので、レーザ照射装置１０の長期間の使用に際して、耐久性が問題となりやすい投影マスク３０の耐久性を向上することができ、レーザ照射装置１０のメンテナンス性を確保することができる。
【００３３】
なお、上述実施形態は、本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に対して種々の変形を行ってもよい。
【００３４】
例えば、反射膜３２として、ハフニウムオキサイドと二酸化ケイ素との積層部材を採用した構成を示したが、このような態様に限られない。反射膜３２としては、その他の誘電体多層膜であってもよいし、透過層３１よりも屈折率が大きな部材であれば、その材料は任意に選択することができる。
【００３５】
また、前述した変形例に限られず、これらの変形例を選択して適宜組み合わせてもよいし、その他の変形を施してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  レーザ照射装置
２０  投影レンズ
３０  投影マスク
３１  透過層
３２  反射膜
３３  金属膜
３４  保護膜
【図１】
2019212712.tif 000003
【図２】
2019212712.tif 000004
【図３】
2019212712.tif 000005
【図４】
2019212712.tif 000006
【図５】
2019212712.tif 000007
【図６】
2019212712.tif 000008