(57)【要約】  【課題】機構をより簡略化できるＥＬＡシステムを提供する。  【解決手段】レーザ発振器21からのエキシマレーザビームＢの有効長尺ビーム長をガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺11aよりも大きくする。エキシマレーザビームＢの長尺方向をガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺11a方向に沿うようにする。ガラス基板11を設置した基板ステージ28を、エキシマレーザビームＢの長尺方向に直交する方向に沿って移動させるだけで、ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12全体にエキシマレーザビームＢを照射できる。基板ステージ28を大きく回転させる機構が不要となる。ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12を多結晶化させてポリシリコン薄膜にするＥＬＡ装置２の機構や構成をより簡略化できる。  【選択図】図１
2007053262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステージに配設された基板の一主面に形成した略矩形状の非晶質半導体膜のいずれか一辺の長さよりも大きなビーム幅を有するレーザを、前記非晶質半導体膜の前記一辺に直交する他辺に沿って照射して結晶化させる
ことを特徴とする半導体膜の結晶化方法。
【請求項２】
レーザが照射されている領域に、非晶質半導体膜の他辺に沿って基板を搬入する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体膜の結晶化方法。
【請求項３】
レーザが照射されている領域から、非晶質半導体膜の他辺に沿って基板を搬出する
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体膜の結晶化方法。
【請求項４】
略矩形状の非晶質半導体膜が一主面に形成された基板が配設されるステージと、
このステージに配設された前記基板上の非晶質半導体膜にレーザを照射して結晶化させるレーザ発振手段と、
このレーザ発振手段から発振されたレーザを前記非晶質半導体膜のいずれか一辺の長さよりも大きなビーム幅にする光学系と、
前記非晶質半導体膜の前記一辺に直交する他辺に沿って前記レーザを相対的に移動させて照射させる移動手段と
を具備したことを特徴とした半導体膜の結晶化装置。
【請求項５】
非晶質半導体膜の他辺に沿って基板をステージ上へと搬入する搬入手段を具備した
ことを特徴とした請求項４記載の半導体膜の結晶化装置。
【請求項６】
非晶質半導体膜の他辺に沿って基板をステージ上から搬出する搬出手段を具備した
ことを特徴とした請求項４または５記載の半導体膜の結晶化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の一主面に形成された非晶質半導体膜にレーザを照射して結晶化させる半導体膜の結晶化方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示素子などに用いられる薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)のチャネル層には、従来の非晶質半導体膜であるアモルファスシリコン薄膜に代わり、多結晶半導体膜であるポリシリコン薄膜が用いられる。そして、この薄膜トランジスタのチャネル層としてポリシリコン薄膜を用いた場合には、このポリシリコン薄膜のキャリア移動度が高いため、薄膜トランジスタが形成されるガラス基板の表面に高度な回路を組み込むことが可能となる。
【０００３】
また、この種の半導体膜の結晶化装置であるレーザアニール装置としては、レーザ発振器からパルス発振されたエキシマレーザビームなどのレーザビームの光路を反射鏡にて屈曲させた後に、このレーザビームを集光レンズにて集光させてから、このレーザビームをビームホモジナイザにて線状のレーザビームに成形させる。
【０００４】
そして、この線状のレーザビームを、ステージに設置されたガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜に照射させるとともに、このアモルファスシリコン薄膜の短辺方向(Ｘ方向)、長辺方向(Ｙ方向)および回転方向(θ方向)のそれぞれに向けて適宜ステージを移動させて、このガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜を線状のレーザビームにてスキャンさせ、このレーザビームのパルス毎にガラス基板への照射位置を変えて、このガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜を結晶化させている構成が知られている(例えば、特許文献１参照。)。
【特許文献１】特開２００１−１９６５９７号公報（第４−５頁および図１８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記レーザアニール装置にてガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜全域をスキャンするためには、このガラス基板が設置されたステージを、このガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜の短辺方向、長辺方向および回転方向のそれぞれに沿って移動させなければならない。したがって、このステージを移動させる機構が複雑であるから、ガラス基板上のアモルファスシリコン薄膜全域をスキャンして結晶化させるための機構が複雑であるという問題を有している。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みたもので、機構がより簡略な半導体膜の結晶化方法およびその装置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】
【０００７】
本発明は、ステージに配設された基板の一主面に形成した略矩形状の非晶質半導体膜のいずれか一辺の長さよりも大きなビーム幅を有するレーザを、前記非晶質半導体膜の前記一辺に直交する他辺に沿って照射して結晶化させるものである。
【０００８】
そして、基板の一主面に略矩形状の非晶質半導体膜が形成された基板をステージに配設する。この後、基板の非晶質半導体膜のいずれか一辺の長さよりも大きなビーム幅を有するレーザを、この非晶質半導体膜の一辺に直交する他辺に沿って照射して結晶化させる。この結果、ステージに配設した基板の非晶質半導体膜の他辺に沿ってレーザを照射するだけで、この非晶質半導体膜全体を結晶化できるので、基板の非晶質半導体膜の一辺および他辺のそれぞれに沿ってステージを相対的に移動させる場合に比べ、この基板の非晶質半導体膜を結晶化させる機構がより簡略になる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ステージに基板を配設した後、この基板の非晶質半導体膜のいずれか一辺の長さよりも大きなビーム幅を有するレーザを、この非晶質半導体膜の一辺に直交する他辺に沿って照射して結晶化させる。この結果、ステージに配設した基板の非晶質半導体膜の他辺に沿ってレーザを照射するだけで、この非晶質半導体膜全体を結晶化できるから、この基板の非晶質半導体膜を結晶化させる機構をより簡略にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態の構成を図１および図２を参照して説明する。
【００１１】
図１において、１はエキシマレーザアニール(Excimer Laser Anneal)システムとしてのＥＬＡシステムである。このＥＬＡシステム１は、比較的大型なガラス基板11に対応したものである。そして、このＥＬＡシステム１は、図１および図２に示す半導体膜の結晶化装置としてのエキシマレーザアニール装置であるＥＬＡ装置２を備えている。このＥＬＡ装置２は、矩形平板状の透光性絶縁基板であるガラス基板11の一主面である表面上に積層されて成膜された非晶質半導体膜としてのアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)薄膜12に対してエキシマレーザビームＢを照射する。ここで、このガラス基板11としては、例えば７３０ｍｍ×９２０ｍｍの大きさの比較的大型のものが用いられる。
【００１２】
すなわち、このＥＬＡ装置２は、エキシマレーザビームＢの照射にて、アモルファスシリコン薄膜12の略全体を結晶化させて、多結晶半導体膜としてのポリシリコン(ｐ−Ｓｉ)薄膜に多結晶化させる。ここで、このポリシリコン薄膜は、液晶表示素子などの表示デバイスの薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦＴ)中のチャネル領域、ソース領域、ドレイン領域およびＬＤＤ領域を備えた活性層を形成させる。
【００１３】
そして、ＥＬＡ装置２は、エキシマレーザビームＢを発振するレーザ光学系としてのレーザ発振器21を備えている。このレーザ発振器21は、レーザ発振手段としてのエキシマレーザ装置である。さらに、このレーザ発振器21から発振されて出射されたエキシマレーザビームＢは、ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の面上では、このアモルファスシリコン薄膜12の一辺である短辺11aに沿った幅寸法よりも大きなビーム幅を有する線状となる。ここで、このエキシマレーザビームＢは、キセノンクロライド(ＸｅＣｌ)などを用いたパルスレーザである。
【００１４】
さらに、このエキシマレーザビームＢは、ガラス基板11の表面に成膜されたアモルファスシリコン薄膜12に照射され、このアモルファスシリコン薄膜12上で最終的に焦点が結ばれるように調整されている。また、このエキシマレーザビームＢは、連続発振が可能な連続発振光であるとともに、ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12を完全に溶解さる強度のエネルギを有するレーザ光である。
【００１５】
そして、このレーザ発振器21から発振されるエキシマレーザビームＢの光路の前方には、このエキシマレーザビームＢを、例えば９０°で全反射させて、このエキシマレーザビームＢの光路を屈曲させて照射位置を変更させるスキャン光学系としてのスキャンミラー22が配設されている。このスキャンミラー22は、レーザ発振器21から発振されたエキシマレーザビームＢの光軸を含む平面に沿って回動可能に設置されている。さらに、このスキャンミラー22は、このスキャンミラー22の回動によって、ガラス基板11上でのエキシマレーザビームＢの照射位置を、このガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺11aに直交する他辺である長辺11bに沿った長手方向に沿って変化させる。具体的に、このスキャンミラー22は、ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12を、このアモルファスシリコン薄膜12の長手方向に沿ってエキシマレーザビームＢにてスキャンできるように構成されている。
【００１６】
次いで、このスキャンミラー22にて全反射されたエキシマレーザビームＢの光路の前方には、整形光学系としてのホモジナイザ24が設置されている。このホモジナイザ24は、レーザ発振器21から発振されたエキシマレーザビームＢの強度分布を均一化させるとともに、このエキシマレーザビームＢの断面形状をアモルファスシリコン薄膜12の短辺11aの幅寸法よりも大きなビーム幅の帯状に整形させる。このとき、このホモジナイザ24は、このホモジナイザ24を透過するエキシマレーザビームＢのビーム長をガラス基板11の少なくとも短辺11a以上の長尺ビーム長とする。具体的に、このホモジナイザ24は、エキシマレーザビームＢの有効長尺ビーム長を７３０ｍｍに整形させる。
【００１７】
さらに、このホモジナイザ24を透過して強度分布が均一化されて整形されたエキシマレーザビームＢの光路の前方には、プロジェクションレンズとしての光学系である結像レンズ25が設置されている。この結像レンズ25は、エキシマレーザビームＢのエネルギ密度を微調整させるとともに、このエキシマレーザビームＢをガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12に対して結像させる。
【００１８】
また、この結像レンズ25を透過して結像されたエキシマレーザビームＢの光路の前方には、内部でガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12をレーザアニールする雰囲気制御手段としてのアニールチャンバ26が配設されている。このアニールチャンバ26の一側面には、外部からエキシマレーザビームＢを内部へと照射させる窓部としてのレーザ透過部であるアニーラウインドウ27が設けられている。このアニーラウインドウ27は、結像レンズ25を通過したエキシマレーザビームＢが入射する位置に設けられている。
【００１９】
また、アニールチャンバ26内には、上面にガラス基板11が設置され、このガラス基板11のアモルファスシリコン薄膜12の長手方向に沿って相対的に走査、すなわち移動させる移動手段としての基板ステージ28が取り付けられている。なお、この基板ステージ28上に設置したガラス基板11上は、アニールチャンバ26により窒素ガスなどの不活性ガスにより雰囲気が調整されている。さらに、この基板ステージ28は、この基板ステージ28上に設置したガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12上の全面、すなわち全域にアニーラウインドウ27を通過したエキシマレーザビームＢが照射するように形成されている。
【００２０】
そして、この基板ステージ28は、この基板ステージ28上に設置したガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12のレーザアニールを開始する位置、すなわち、このアモルファスシリコン薄膜12の長手方向に沿った一端側から他端側に向けて等速度で移動する。具体的に、この基板ステージ28は、レーザ発振器21から発振されてホモジナイザ24および結像レンズ25にて帯状に整形されたエキシマレーザビームＢが照射されている領域であるレーザ照射エリアＡの長手方向に対して直交する方向に沿って、この基板ステージ28上に設置されたガラス基板11を移動させる。言い換えると、この基板ステージ28は、エキシマレーザビームＢの長尺方向と直交した方向であるスキャン方向のみにガラス基板11を移動させて、このガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12全面に対してエキシマレーザビームＢを照射させてスキャンさせる。
【００２１】
一方、ＥＬＡ装置２の上流側である基板搬入側には、搬入手段としての基板搬送路31が設けられている。この基板搬送路31は、ＥＬＡ装置２にてレーザアニールされるガラス基板11を、このガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の長手方向に沿って１枚ずつ搬送してＥＬＡ装置２のレーザ照射エリアＡに設置された基板ステージ28上へと搬入させる。すなわち、この基板搬送路31は、ＥＬＡ装置２の基板ステージ28の移動方向であるステージスキャン方向Ｃと同じ方向に沿ってガラス基板11を搬送する。
【００２２】
ここで、このステージスキャン方向Ｃは、ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の長辺11bに沿った方向である。さらに、基板搬送路31は、図示しないコロを用いてガラス基板11を搬送するコロ搬送を用いたローラコンベアなどが用いられている。また、この基板搬送路31にて搬送されたガラス基板11は、図示しないロボットにて基板搬送路31上からＥＬＡ装置２の基板ステージ28上へと稼動される。そして、このロボットは、搬送系と装置との間におけるガラス基板11の受け渡しをするものであり、このガラス基板11の基板搬送方向Ｄに沿って稼動可能に構成されている。
【００２３】
また、基板搬送路31には、この基板搬送路31にて搬送される各ガラス基板11を随時順番に洗浄する洗浄手段としての洗浄ユニット32が取り付けられている。この洗浄ユニット32は、ＥＬＡ装置２によるＥＬＡ工程の前処理をするものである。
【００２４】
さらに、ＥＬＡ装置２の下流側である基板搬出側には、搬入側の基板搬送路31と同様に構成された搬出手段としての基板搬送路33が設けられている。この基板搬送路33は、ＥＬＡ装置２にてレーザアニールされたガラス基板11を、このガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12を多結晶化させたポリシリコン薄膜の長辺11bに沿った方向である長手方向に沿ってＥＬＡ装置２のレーザ照射エリアＡに設置された基板ステージ28上から搬出させる。
【００２５】
また、この基板搬送路33は、この基板搬送路33の基板搬送方向Ｅが、搬入側の基板搬送路31による基板搬送方向Ｄと同一線上である直線上となるように設置されている。言い換えると、この搬出側の基板搬送路33は、搬入側の基板搬送路31によるガラス基板11をＥＬＡ装置２に入れる方向に対して、このＥＬＡ装置２からガラス基板11を搬出する方向が反対方向となるように構成されている。したがって、搬入側の基板搬送路31と搬出側の基板搬送路33とのそれぞれによって、ＥＬＡ装置２内にガラス基板11を直線状に通過させるように搬送系がレイアウトされている。言い換えると、これら基板搬送路31,33のそれぞれによって、ガラス基板11の搬入経路および搬出経路のそれぞれが、エキシマレーザビームＢの長尺方向と直交する方向に直線的にレイアウトされている。
【００２６】
次に、上記一実施の形態のＥＬＡシステムの作用について説明する。
【００２７】
まず、表面にアモルファスシリコン薄膜12が成膜されたガラス基板11の長手方向を、搬入側の基板搬送路31の基板搬送方向Ｄに平行にした状態で、この基板搬送路31上にガラス基板11を設置する。
【００２８】
この後、このガラス基板11を基板搬送路31にて搬送しながら、ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12を洗浄ユニット32にて洗浄して前処理した後にＥＬＡ装置２へと搬送する。
【００２９】
そして、図示しない搬送ロボットによって、基板搬送路31上のガラス基板11を基板搬送方向Ｄに沿って移動させてＥＬＡ装置２内の基板ステージ28上に設置させる。
【００３０】
この状態で、このＥＬＡ装置２のレーザ発振器21からガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12を完全に溶解させる強度のエネルギを有するエキシマレーザビームＢを発振させる。
【００３１】
さらに、このエキシマレーザビームＢの有効長尺ビーム長をホモジナイザ24にてガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺よりも大きくするとともに、このエキシマレーザビームＢの照射位置における長尺方向を結像レンズ25にてガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺11a方向に沿うようにする。
【００３２】
そして、ガラス基板11が設置された基板ステージ11をステージスキャン方向Ｃに沿って移動させて、この基板ステージ28に設置されたガラス基板11をエキシマレーザビームＢが照射されているレーザ照射エリアＡを通過させる。
【００３３】
このとき、このエキシマレーザビームＢの有効長尺ビーム長を、ガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺よりも大きくしたことによって、このガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12全体がエキシマレーザビームＢにてスキャンされて、このアモルファスシリコン薄膜12が多結晶化されてポリシリコン薄膜となる。
【００３４】
この後、アモルファスシリコン薄膜12がポリシリコン薄膜とされたガラス基板11を図示しない搬送ロボットにて基板搬送方向Ｅに沿って移動させて、このガラス基板11を搬出側の基板搬送路33上に設置させる。
【００３５】
そして、この基板搬送路33上に設置されたガラス基板11を、この基板搬送路33にて基板搬送方向Ｅに沿って搬送して、この基板搬送路33の下流側に設置された図示しない製造装置へと搬送する。
【００３６】
上述したように、上記一実施の形態によれば、レーザ発振器21から発振されるエキシマレーザビームＢの有効長尺ビーム長を、ホモジナイザ24によってガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺11aよりも大きくするとともに、このエキシマレーザビームＢの照射位置における長尺方向を、結像レンズ25によってガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12の短辺11a方向に沿うようにする。
【００３７】
この結果、このガラス基板11が設置された基板ステージ28を、エキシマレーザビームＢの照射位置での長尺方向に直交する方向であるステージスキャン方向Ｃに沿って移動させるだけで、この基板ステージ28に設置したガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12全体にエキシマレーザビームＢを照射させて、このアモルファスシリコン薄膜Ｂを多結晶化させてポリシリコン薄膜にできる。
【００３８】
したがって、基板ステージ28に設置されたガラス基板11の短辺方向および長辺方向のそれぞれに沿って基板ステージ28を移動させたり、スキャンミラー22にてエキシマレーザビームＢの照射位置を移動させたりする場合に比べ、これら基板ステージ28やスキャンミラー22を大きく回転させる機構が不要となる。よって、このガラス基板11上のアモルファスシリコン薄膜12を多結晶化させてポリシリコン薄膜にするＥＬＡ装置２の機構や構成をより簡略化できる。
【００３９】
さらに、ＥＬＡ装置２へとガラス基板11を搬送する搬入側の基板搬送路31の基板搬送方向Ｄと、ＥＬＡ装置２にてレーザアニールされたガラス基板11を搬出させる搬出側の基板搬送路33の基板搬送方向Ｅとのそれぞれを、ＥＬＡ装置２内での基板ステージ28の移動方向であるステージスキャン方向Ｃに対して直線状に設置させた。この結果、これら基板搬送路31,33としてコロ搬送系などのローラコンベヤなどを用いることができる。
【００４０】
よって、ＥＬＡ装置２にガラス基板11を通過させる形で搬送系をレイアウトできるから、回転軸を有する搬送ロボットを不要にできるため、これら基板搬送路31,33それぞれの機構や構成をより簡略化できる。
【００４１】
このため、これら基板搬送路31,33を備えたＥＬＡシステム１全体の構成を簡略化できるので、このＥＬＡシステム１を簡素化でき、このＥＬＡシステム１の価格を抑制することが可能となる。同時に、このＥＬＡシステム１の装置レイアウト面積である占有面積を低減できるため、このＥＬＡシステム１の小型化が可能となる。
【００４２】
なお、上記一実施の形態では、液晶表示素子の形成に用いられるガラス基板11のＥＬＡ装置２について説明したが、その他のＥＬＡ装置１であっても対応させて用いることができる。さらに、各基板搬送路31,33としてコロ搬送系を用いたが、エアースライダ方式の搬送系を用いることもできる。
【００４３】
また、エキシマレーザビームＢの長尺の関係で、ガラス基板11の長辺11b方向に沿って基板ステージ28を移動させたが、このガラス基板11のアモルファスシリコン薄膜12の長辺11bに沿った長手寸法よりも大きな有効長尺ビーム長のエキシマレーザビームＢを得ることができる場合には、このガラス基板11の短辺11a方向である幅方向に沿って基板ステージ28にて搬送しても上記一実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の半導体膜の結晶化装置の一実施の形態を示す説明図である。
【図２】同上半導体膜の結晶化装置の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
２    半導体膜の結晶化装置としてのＥＬＡ装置
11    基板としてのガラス基板
11a   一辺としての短辺
11b   他辺としての長辺
12    非晶質半導体膜としてのアモルファスシリコン薄膜
21    レーザ発振手段としてのレーザ発振器
24    光学系としてのホモジナイザ
25    光学系としての結像レンズ
28    移動手段としてのステージである基板ステージ
31    搬入手段としての基板搬送路
33    搬出手段としての基板搬送路
Ｂ    レーザとしてのエキシマレーザビーム
【図１】
2007053262.tif 000003
【図２】
2007053262.tif 000004