(57)【要約】【課題】レーザアニールにおいて、薄型の基板にも適用でき、基板自体の透過率を低下させずに、レーザ光の照射むらが生じず均一な照射を可能にする基板ステージを提供する。【解決手段】レーザアニールの対象である半導体膜１ａが表面に形成された基板１を支持する基板ステージ７であって、表面側からレーザ光が照射される基板１の裏面が取り付けられて使用され、レーザ光が透過可能な素材で形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザアニールの対象である半導体膜が表面に形成された基板を支持する基板ステージであって、
表面側からレーザ光が照射される基板の裏面が取り付けられて使用され、
レーザ光が透過可能な素材で形成されている、ことを特徴とする基板ステージ。
【請求項２】
基板ステージは、前記基板の表面側から照射されたレーザ光のうち基板を通過してきたレーザ光が透過するように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の基板ステージ。
【請求項３】
基板ステージは、前記基板の表面側から照射されたレーザ光のうち基板を通過してきたレーザ光が内部で拡散されるように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の基板ステージ。
【請求項４】
基板の表面に形成された半導体膜に対するレーザアニールにより結晶性半導体膜を得る結晶性半導体膜の製造装置であって、
レーザアニールを行うためのレーザ光源と、
該レーザ光源からのレーザ光を前記基板の表面に導く光学系と、
前記基板の裏面が取り付けられ基板を支持する基板ステージと、を備え、
前記基板ステージは、レーザ光が透過可能な素材で形成されている、ことを特徴とする結晶性半導体膜の製造装置。
【請求項５】
基板の表面に形成された半導体膜に対するレーザアニールにより結晶性半導体膜を得る結晶性半導体膜の製造方法であって、
レーザアニールを行うためのレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を前記基板の表面に導く光学系と、レーザ光が透過可能な素材で形成され基板を支持する基板ステージと、を設けるとともに、基板の裏面を基板ステージに取り付け、
前記基板に対し、前記レーザ光源からのレーザ光を該基板の表面側から照射する、ことを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアニールの対象である半導体膜を表面に有する基板を支持する基板ステージに関する。また、本発明は、上記基板にレーザ光を照射して結晶性半導体膜を得る結晶性半導体膜の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザアニールは、基板表面に形成された半導体膜にレーザビームを照射することで、この半導体膜を溶融、結晶化させる処理である。レーザアニールは、例えば、ガラス基板上へ高性能な液晶ディスプレイデバイスを作成する過程で行われる。
具体的には、レーザアニールは、半導体膜（例えば、非晶質シリコンもしくは多結晶シリコン）を表面に成膜したガラス基板に対して行われ、このガラス基板へエキシマレーザ光もしくはＹＡＧレーザ光を照射し、半導体膜を溶融、結晶化させ多結晶シリコンを形成し、もしくは、より粒径の大きな多結晶シリコンを形成する。多結晶シリコンは、非晶質シリコンと比較し、高い移動度を持つためより高性能な薄膜トランジスタ（ＴＦＴ)を形成することができ、このことにより高性能の液晶ディスプレイを作成することができる。
【０００３】
また、レーザ光の照射方法としては、広い面積をある一定以上の単位面積当たりの照射強度を保ちつつレーザ光を照射するため、目標とする照射強度を確保できる程度に、レンズ光学系を用いてレーザ光を長方形もしくは線状の一方向に長いビーム形状にするとともに、半導体膜面付近でフォーカシングし、移動ステージ上に把持された半導体膜付きガラス基板を走査する形で広い面積を照射する。
【０００４】
このようにして、半導体膜に照射されたレーザ光は半導体膜に吸収され熱となって半導体膜を溶融する。しかし、図５に示すように、レーザ光の一部は半導体膜１ａに吸収されずにガラス基板１側に進行する。このレーザ光はガラス基板１を把持しているステージ１１とガラス基板１の境界面で反射され、再度半導体膜１ａ側へ進む。また、この反射光の一部は再度、ガラス基板１と半導体膜１ａの境界で反射され、このような繰り返しで多重反射となる。一方、レーザ光は単一波長で高い干渉性（コヒーレント性）を持ち、特にレーザアニールでは高い照射強度を持って照射するため、半導体膜面付近でも干渉し、照射むらとなって半導体膜の結晶化に影響を与える。
【０００５】
この干渉光の問題に対し、特許文献１では、図６に示すように、基板１の厚さをテーパー（くさび）状に加工し、透過光の反射面Ａの角度を入射光に対し垂直とならないようにし、照射光の干渉を防ぐ方法を提案している。
【０００６】
同じく、特許文献１では、他の手段として図７に示すように照射光の入射面Ｂを粗面とし、入射光を散乱させ干渉を防ぐ方法を提案している。
【特許文献１】特開昭５８−１０２５３０号公報  「レーザーアニール方法」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、近年の液晶ディスプレイ用ガラス基板は極薄く（例えば、厚み０．５ｍｍ程度）、大面積であるため、特許文献１のようなくさび形の加工はできない。
また、液晶ディスプレイ用のガラス基板においては、バックライトによる透過光を用いて表示させるため、ガラス基板自体に光の透過率を低下させるような上記粗面を設けることは好ましくない。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザアニールにおいて、薄型の基板にも適用でき、基板自体の透過率を低下させずに、レーザ光の照射むらが生じず均一な照射を可能にする基板ステージと、結晶性半導体膜の製造装置および製造方法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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明によると、レーザアニールの対象である半導体膜が表面に形成された基板を支持する基板ステージであって、表面側からレーザ光が照射される基板の裏面が取り付けられて使用され、レーザ光が透過可能な素材で形成されている、ことを特徴とする基板ステージが提供される。
【００１０】
このように、上記本発明では、表面側からレーザ光が照射される基板の裏面が取り付けられて使用される基板ステージを、レーザ光が透過可能な素材で形成した。従って、基板表面に照射され内部を進行し基板裏面から外部へ向かうレーザ光は、基板と基板ステージとの境界で反射せず、基板ステージ中に進行する。これにより、基板表面の半導体膜付近において、基板表面へのレーザ照射光と上記境界での反射レーザ光とが干渉することを防止・抑制できる。よって、レーザ光の照射むらが生じず均一な照射が可能になり、その結果、均一な結晶化度および粒径を持つ結晶性半導体膜の製造が可能になる。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によると、基板ステージは、前記基板の表面側から照射されたレーザ光のうち基板を通過してきたレーザ光が透過するように形成されている。
これにより、基板表面に照射され基板に吸収されず基板裏面から外部へ向かうレーザ光は、基板と基板ステージとの境界で反射せず、基板ステージを透過する。従って、基板表面の半導体膜付近において、基板表面へのレーザ照射光と上記境界での反射レーザ光とが干渉することを防止できる。
【００１２】
本発明の別の実施形態によると、基板ステージは、前記基板の表面側から照射されたレーザ光のうち基板を通過してきたレーザ光が内部で拡散されるように形成されている。
これにより、基板表面に照射され基板に吸収されず基板裏面から外部へ向かうレーザ光は、基板と基板ステージとの境界で反射せず、基板ステージ中に進行し基板ステージ内部で拡散される。従って、部分的に基板ステージから基板へ向かうレーザ光成分が生じるが、拡散のため、このレーザ光成分の単位面積当たりの強度は大幅に低くなる。よって、基板表面の半導体膜付近において、基板表面へのレーザ照射光と上記境界での反射レーザ光とが干渉することを抑制できる。
【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、基板の表面に形成された半導体膜に対するレーザアニールにより結晶性半導体膜を得る結晶性半導体膜の製造装置であって、レーザアニールを行うためのレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を前記基板の表面に導く光学系と、前記基板の裏面が取り付けられ基板を支持する基板ステージと、を備え、前記基板ステージは、レーザ光が透過可能な素材で形成されている、ことを特徴とする結晶性半導体膜の製造装置が提供される。
【００１４】
さらに、上記目的を達成するため、本発明によると、基板の表面に形成された半導体膜に対するレーザアニールにより結晶性半導体膜を得る結晶性半導体膜の製造方法であって、レーザアニールを行うためのレーザ光源と、該レーザ光源からのレーザ光を前記基板の表面に導く光学系と、レーザ光が透過可能な素材で形成され基板を支持する基板ステージと、を設けるとともに、基板の裏面を基板ステージに取り付け、前記基板に対し、前記レーザ光源からのレーザ光を該基板の表面側から照射する、ことを特徴とする結晶性半導体膜の製造方法が提供される。
【００１５】
上記結晶性半導体膜の製造装置または製造方法では、基板表面の半導体膜付近において、基板表面へのレーザ照射光と上記境界での反射レーザ光とが干渉することを防止・抑制できる。よって、レーザ光の照射むらが生じず均一な照射が可能になり、その結果、均一な結晶化度および粒径を持つ結晶性半導体膜の製造が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によると、レーザアニールにおいて、薄型の基板にも適用でき、基板自体の透過率を低下させずに、レーザ光の照射むらが生じず均一な照射を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を実施するための最良の実施形態を図面に基づいて説明する。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。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による結晶性半導体膜の製造装置を示す図である。第１実施形態による結晶性半導体膜の製造装置１０は、基板１の表面に形成された半導体膜１ａに対するレーザアニールにより結晶性半導体膜を得る装置である。図１に示すように、結晶性半導体膜の製造装置１０は、レーザアニールを行うためのレーザ光源３と、該レーザ光源３からのレーザ光を基板１の表面に導く光学系５と、基板１の裏面が取り付けられ基板１を支持する基板ステージ７と、基板ステージ７を基板搬送方向Ａに移動させるステージ駆動装置（図示せず）と、を備える。
第１実施形態では、基板１は液晶ディスプレイデバイスに使用されるものであり、半導体膜１ａは非晶質シリコンまたは多結晶シリコンであってよく、基板はガラス基板であってよい。
【００１９】
レーザ光源３はレーザ光を生成するレーザ発振装置である。第１実施形態では、レーザ光源３は、ＹＡＧレーザ発振装置である。しかし、本発明はこれに限定されず、レーザ光源３は、非晶質シリコンまたは多結晶シリコンに熱吸収されやすい波長のレーザ光を出射するものであればよい。例えば、レーザ光源３は、エキシマレーザ発振装置などの他の適切なレーザ光源であってもよい。
【００２０】
光学系５は、生成されたレーザ光の形状を制御してレーザ光を基板１表面に導く。図１の例では、光学系５は、レーザ光の進行方向と垂直なその断面形状を長方形または線状の横長形状に制御する。
【００２１】
基板ステージ７は、第１実施形態によると、レーザ光が透過可能な素材で形成されている。特に、第１実施形態では、基板１の表面側から照射されたレーザ光のうち基板１を通過したレーザ光が通り抜けるように形成されている。例えば、基板ステージ７は、石英やガラスなどの素材で透明に形成される。なお、基板ステージ７上面に無反射コーティングを施してもよい。
図２は、基板ステージ７を示す斜視図である。図２に示すように、基板ステージ７の上面には、基板１を吸引して基板ステージ７上面に吸着させるための吸着口７ａが複数形成されている。図２において、縦長の開口７ｂは、基板搬送ロボット９が基板１を基板ステージ７に積載するために設けられている。基板搬送ロボット９は、基板１を載せたフォークを基板１の基板ステージ７上面より上方に位置させ、開口７ｂを通してフォークを下降させることで、基板１を基板ステージ７に積載する。これにより、基板１は、その裏面が基板ステージ７上面に接触して基板ステージ７に支持される。
【００２２】
ステージ駆動装置は、レーザアニールを行っている間、基板ステージ７を基板搬送方向Ａに移動させる。これにより、レーザ光を基板１表面の所望の範囲にわたって走査させる。
【００２３】
次に、第１実施形態による結晶性半導体膜の製造方法について説明する。図３は、結晶性半導体膜の製造方法の各ステップを示している。
【００２４】
まず、ステップＳ１において、レーザアニールを開始するために各機器を配置する。即ち、レーザアニールを行うためのレーザ光源３と、該レーザ光源３からのレーザ光を基板１の表面に導く光学系５と、レーザ光が透過可能な素材で形成され基板１を支持する基板ステージ７と、を所定の位置に設けるとともに、基板１の裏面を基板ステージ７に取り付ける。また、基板搬送ロボット９により、基板１を基板ステージ７の上面に積載する。
【００２５】
次に、ステップＳ２において、レーザアニールを開始する。即ち、その裏面が基板ステージ７に取り付けられた基板１に対し、レーザ光源３からのレーザ光を該基板１の表面側から照射する。これにより基板１内部を進行し基板１裏面から外部へ向かうレーザ光を、基板１と基板ステージ７との境界で反射させずに、基板ステージ７中に進行させるようにレーザアニールを行って基板１表面に結晶性半導体膜を得る。なお、この時、レーザ光を基板１の表面側から照射しながら、ステージ駆動装置によりステージを基板搬送方向Ａに移動させ、基板１の所定の範囲にわたってレーザ光を走査させる。
【００２６】
第１実施形態による結晶性半導体膜の製造装置１０の作用について説明する。第１実施形態では、表面側からレーザ光が照射される基板１の裏面が取り付けられて使用される基板ステージ７を、レーザ光が透過可能な素材で形成した。従って、図４に示すように、基板１表面に照射され内部を進行し基板１裏面から外部へ向かうレーザ光は、基板１と基板ステージ７との境界で反射せず、そのまま直進して基板ステージ７を通り抜ける。これにより、基板１表面の半導体膜１ａ付近において、基板１表面へのレーザ照射光と上記境界での反射レーザ光とが干渉することを防止できる。よって、レーザ光の照射むらが生じず均一な照射が可能になり、その結果、均一な結晶化度および粒径を持つ結晶性半導体膜の製造が可能になる。
【００２７】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、基板ステージはレーザ光が透過可能な素材で形成されているが、第１実施形態と異なり、基板ステージは、基板１から基板ステージ中に進行してきたレーザ光が内部で拡散されるように形成されている。例えば、基板ステージは、第１実施形態と同じ素材で形成されるが、内部に多数の気泡を含むように不透明に形成される。即ち、石英やガラスなどの素材の内部に多数の気泡を含ませた光拡散石英や光拡散ガラスを基板ステージとして用い、基板ステージ内に進行してきたレーザ光をこれら気泡により拡散させる。第２実施形態による結晶性半導体膜の製造装置の他の構成は、第１実施形態と同様であってよい。また、第２実施形態による結晶性半導体膜の製造方法は、第１実施形態と同様である。
【００２８】
第２実施形態によると、基板１表面に照射され内部を進行し基板１裏面から外部へ向かうレーザ光は、基板１と基板ステージとの境界で反射せず、基板ステージ中に進行し基板ステージ内部で拡散される。従って、部分的に基板ステージから基板１へ向かうレーザ光成分を生じるが、拡散のため、このレーザ光成分の単位面積当たりの強度は図５の反射レーザ光と比較して大幅に低くなる。よって、基板１表面へのレーザ照射光が上記境界で反射するレーザ光と干渉することを抑制できる。
【００２９】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態による結晶性半導体膜の製造装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態による基板ステージを示す斜視図である。
【図３】第１実施形態による結晶性半導体膜の製造方法の各ステップを示す図である。
【図４】第１実施形態による作用を説明するための断面図である。
【図５】従来におけるレーザ光干渉を説明するための断面図である。
【図６】特許文献１におけるレーザ光干渉を防ぐ方法を示す断面図である。
【図７】特許文献１におけるレーザ光干渉を防ぐ別の方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  基板
１ａ  半導体膜
３  レーザ光源
５  光学系
７  基板ステージ
７ａ  吸着口
７ｂ  開口
９  基板搬送ロボット
１０  結晶性半導体膜の製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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