(57)【要約】      （修正有）【課題】ガラス基板上の非晶質シリコン膜を結晶化する際に、生成されるポリシリコン膜の不均一化を防止することができる半導体結晶化装置及び半導体結晶化方法を提供する。【解決手段】石定盤１１には、ガラス基板７を真空吸着するための穴が設けられている。石定盤１１の上に設けられる、ガラス又は石英製の散乱用基板１０には、石定盤１１に設けられた穴と位置が重なるように真空吸着用穴が設けられる。この散乱用基板１０の裏面１４には、すりガラス加工が施されており、非晶質シリコン膜３２、ＳｉＯ2及びＳｉＮ4からなるバッファ層３１、ガラス基板本体部３０を透過したレーザービーム２０は、すりガラス加工された面１４で散乱される。散乱光は、ガラス基板７上のシリコン膜に達したとしても、強度がきわめて微弱となり、シリコン膜に影響することがない。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射レーザービームに対して透明な第1の基板の片側の面がすりガラス状である事と、該第１の基板が定盤上に置かれていることと、該第1の基板のすりガラス面と該定盤が接していることと、集光性のレーザービームを該第１の基板の上に置かれた、表面に半導体層がつくられた照射レーザービームに対して透明な該第2の基板表面近傍に集光することと、集光されたレーザービームのビームスポットを該定盤に対して相対的に走査する機能を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
該第1の基板はガラスから成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体結晶化装置。
【請求項３】
該第1の基板は石英から成ることを特徴とする請求項１に記載の半導体結晶化装置。
【請求項４】
該第2の基板はガラスからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体結晶化装置。
【請求項５】
該第2の基板はプラスチックからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体結晶化装置。
【請求項６】
該定盤は石からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体結晶化装置。
【請求項７】
該定盤はアルマイト加工されたアルミ板からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体結晶化装置。
【請求項８】
該定盤及び該第1の基板には真空吸着用の穴が設けられており、該装置を使用状態とするために該定盤上に該第1の基板を載置したときには、該定盤の真空吸着用の穴と、該第1の基板には真空吸着用の穴とで、位置が一致しているものが存在することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体結晶化装置。
【請求項９】
可動ステージ上に設けられた定盤と、
該定盤上に設けられ、裏面にすりガラス加工が施されている第1の基板と、から成る被加工基板載置部に、半導体膜が形成された第2の基板を載置し、該半導体膜をレーザーにより照射して該半導体膜を結晶化することを特徴とする半導体結晶化方法。
【請求項１０】
該定盤及び該第1の基板には真空吸着用の穴が設けられており、該装置を使用状態とするために該定盤上に該第1の基板を載置したときには、該定盤の真空吸着用の穴と、該第1の基板には真空吸着用の穴とで、位置が一致しているものが存在することを特徴とする請求項９に記載の半導体結晶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板上の非晶質シリコン膜を結晶化する半導体結晶化装置及び半導体結晶化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温ポリシリコンは、液晶表示装置の表示部のＴＦＴ、及び、液晶表示装置の表示部の周辺領域に形成される表示部駆動用回路のＴＦＴを形成するのに適している。また、低温ポリシリコンは、有機ＥＬ表示装置における画素駆動用ＴＦＴや、有機ＥＬ表示装置の表示部周辺に作り込まれるＴＦＴへの応用が期待されている。
【０００３】
低温ポリシリコンで液晶表示装置のＴＦＴを形成するために、従来はガラス基板に非晶質シリコン膜を形成し、この膜にエキシマパルスレーザーを照射して、非晶質シリコンを結晶化させていた。近年、ガラス基板の非晶質シリコン膜に連続発振（ＣＷ）固体レーザーを照射し、非晶質シリコン膜を結晶化する結晶化方法が開発された。特許文献１（特開２００３−３３２２５７号公報）には、このような方法が開示されている。以下、特許文献１に開示されている方法につき説明する。
【０００４】
図１は、レーザービームによって非晶質シリコン膜（半導体膜）３２を結晶化する半導体結晶化装置の概略を示す図である。ガラス基板７上には、非晶質シリコン膜３２がＳｉＯ2等の絶縁膜を間に介するように形成されており、ガラス基板７は可動ステージ９の真空チャックで可動ステージ９に固定されている。レーザー源（連続発振（ＣＷ）レーザー発振器）１から出射されるレーザービームは、ミラー３で反射され、フォーカス光学系通って、非晶質シリコン膜３２に照射される。フォーカス光学系は、シリンドリカルレンズ４と、このレンズと直交するように配置されたシリンドリカルレンズ５と、凸レンズ６とからなり、凸レンズ６を通ったレーザービームのビームスポットは楕円形状となる。
【０００５】
図２に、半導体結晶化装置の可動ステージ９の移動方向を示す。可動ステージ９は図２に示されるように移動するので、レーザービームのビームスポットは、非晶質シリコン膜３２上をラスタースキャンするように移動する。このようにして、非晶質シリコン膜３２にレーザービームスポットを照射して、非晶質シリコン膜を順次溶融固化させていき、ポリシリコンへと結晶化させる。
【０００６】
図３は、レーザービームのビームスポットＳがガラス基板７上の非晶質シリコン膜３２をスキャンしていく様子を微視的に示した図である。楕円形状のビームスポットＳは、一つ前にスキャンされたラインの一部をオーバーラップしながらスキャンしていく。有効メルト幅は、数１０〜数１００μｍに設定される。図３中、３３に示されるものは、結晶化されたグレインである。
【特許文献１】特開２００３−３３２２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１に示されるような半導体結晶化装置においては、ガラス基板７は、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１を介して可動ステージ９上に載置される。この様子を図４及び図５に示す。図４は、ガラス基板７が、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１を介して可動ステージ９上に載置される様子を斜視的に示したものであり、図５は、ガラス基板７が、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１上に置かれている様子の断面の要部を示したものである。
【０００８】
石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１には、穴１２が設けられており、この穴を通してガラス基板７が真空引きされ、可動ステージ９上にガラス基板７が真空チャックされるようになっている。ガラス基板７は、ガラス基板本体部３０、ＳｉＯ2及びＳｉＮ4からなるバッファ層３１、非晶質シリコン膜３２から構成されている。
【０００９】
以上のような構成で、前述のようにレーザー源（連続発振（ＣＷ）レーザー発振器）１から所定の光学系を介して、レーザービームがガラス基板７上に照射されるようになっているのであるが、このレーザー源から発せられるレーザービームは、可視光であるグリーンレーザー（５３２ｎｍ）であり、図５に示されるようにガラス基板７上に入射されるレーザービーム２０は、一部非晶質シリコン膜３２等に吸収されるが、バッファ層３１、ガラス基板本体部３０を透過するビームもある。（なお、図示の都合上、レーザービーム２０を斜めに示しているが、実際にはレーザービーム２０はガラス基板７に対して垂直に入射する。）透過したレーザービーム２０は、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１上部で反射する。ガラス基板７は、連続発振（ＣＷ）レーザーによる結晶化で用いる波長のレーザーに対して透明であるため、ガラス基板７内でのパワーの減衰は無く、ガラス基板内に進入し、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１で反射されたレーザービーム２０は、非晶質シリコン膜３２あるいは非晶質シリコン膜３２がポリシリコン化された膜に達したとき、再びこれらの膜で吸収され、一部の膜の溶融固化を引き起こすことがある。このように、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１で反射されたレーザービーム２０の影響によって、ガラス基板７上の非晶質シリコン膜３２が、均一にポリシリコン化されない、という問題がある。このような不均一化のため、ひどい場合には、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１の真空吸着用の穴１２のパターンが、ガラス基板７上のシリコン膜に写り込んでしまうという現象がある（図６参照）。このように真空吸着用の穴１２の影が写り込んでしまった基板により製造された各種回路の性能には、その影響が出てしまうことは言うまでもない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためのもので、請求項１に係る発明は、照射レーザービームに対して透明な第1の基板の片側の面がすりガラス状である事と、該第１の基板が定盤上に置かれていることと、該第1の基板のすりガラス面と該定盤が接していることと、集光性のレーザービームを該第１の基板の上に置かれた、表面に半導体層がつくられた照射レーザービームに対して透明な該第2の基板表面近傍に集光することと、集光されたレーザービームのビームスポットを該定盤に対して相対的に走査する機能を備えたことを特徴とする半導体製造装置である。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の半導体結晶化装置において、該第1の基板はガラスから成ることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の半導体結晶化装置において、該第1の基板は石英から成ることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体結晶化装置において、該第2の基板はガラスからなることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体結晶化装置において、該第2の基板はプラスチックからなることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体結晶化装置において、該定盤は石からなることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体結晶化装置において、該定盤はアルマイト加工されたアルミ板からなることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体結晶化装置において、該定盤及び該第1の基板には真空吸着用の穴が設けられており、該装置を使用状態とするために該定盤上に該第1の基板を載置したときには、該定盤の真空吸着用の穴と、該第1の基板には真空吸着用の穴とで、位置が一致しているものが存在することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項９に係る発明は、可動ステージ上に設けられた定盤と、該定盤上に設けられ、裏面にすりガラス加工が施されている第1の基板と、から成る被加工基板載置部に、半導体膜が形成された第2の基板を載置し、該半導体膜をレーザーにより照射して該半導体膜を結晶化することを特徴とする半導体結晶化方法である。
【００１９】
また、請求項１０に係る発明は、請求項９に記載の半導体結晶化方法において、該定盤及び該第1の基板には真空吸着用の穴が設けられており、該装置を使用状態とするために該定盤上に該第1の基板を載置したときには、該定盤の真空吸着用の穴と、該第1の基板には真空吸着用の穴とで、位置が一致しているものが存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、第1の基板の裏面にはすりガラス加工が施されているために、第2の基板を透過したレーザービームは散乱光となり、この散乱光が第2の基板上の半導体膜に達したとしても、散乱光の強度はきわめて微弱となり、半導体膜を溶融固化することはない。従って、第2の基板を透過したレーザービームが、第2の基板より下の定盤で反射してしまい、その影響によって、第2の基板上の半導体膜が不均一に結晶化されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図７は、本発明の実施の形態に係る半導体結晶化装置の可動ステージ上の様子を示す図である。また、図８は、本発明の実施の形態に係る半導体結晶化装置の可動ステージ上の様子の断面を示す図である。
【００２２】
図７において、１１は定盤であり、グラナイト等の石或いはアルマイト加工されたアルミの板からなる石定盤或いはアルミ製の定盤である。この石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１には、ガラス基板７を真空吸着するための穴１２が設けられている。石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１の上には、ガラス又は石英で製造された散乱用基板１０を載置する。この散乱用基板１０には、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１に設けられた穴１２と位置が重なるように真空吸着用穴１５が設けられており、また、この散乱用基板１０の裏面１４には、すりガラス加工が施されている。７は、ガラス基板本体部３０の上に、ＳｉＯ2及びＳｉＮ4からなるバッファ層３１、非晶質シリコン膜３２が形成されたガラス基板であり、この非晶質シリコン膜にレーザービームを照射してポリシリコン化する。なお、７としてガラス基板を用いることに代えて、プラスチックの基板を用いることもある。
【００２３】
このガラス基板７は、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１の真空吸着用穴１２及び散乱用基板１０の真空吸着用穴１５を通して、可動ステージ側で真空吸引装置により真空吸引され可動ステージ上に固定される。
【００２４】
このように可動ステージ上に固定されたガラス基板７には、背景技術の欄に記載した方法と同様の方法により、レーザービーム２０が照射される。すわなち、本発明の実施の形態では、散乱用基板１０を設けたこと以外は、背景技術に記載した構成と同様のものを用いる。
【００２５】
再び図１を参照して説明すると、本発明の実施の形態においても、レーザー源（連続発振（ＣＷ）レーザー発振器）１からのレーザービームが、ミラー３で反射され、フォーカス光学系通って、非晶質シリコン膜３２に照射される。フォーカス光学系は、シリンドリカルレンズ４と、このレンズと直交するように配置されたほぼシリンドリカルレンズ５と、凸レンズ６とからなり、凸レンズ６を通ったレーザービーム２０のビームスポットSは図３に示されるように楕円形状となる。
【００２６】
このようなレーザービーム２０のビームスポットSが、可動ステージの移動により、ガラス基板７上をラスタースキャンしていき、非晶質シリコン膜３２にレーザービームスポットが照射され、非晶質シリコン膜が順次溶融固化され、ポリシリコンへと結晶化される。
【００２７】
ガラス基板７上に入射されるレーザービーム２０は、一部非晶質シリコン膜３２等に吸収されるが、バッファ層３１、ガラス基板本体部３０を透過するビームもある。（なお、図８において、図示の都合上、レーザービーム２０を斜めに示しているが、実際にはレーザービーム２０はガラス基板７に対して垂直に入射する。）本発明では、透過したレーザービーム２０は、散乱用基板１０の裏面１４に施されているすりガラス加工によって正反射せず様々な方向にランダムに乱反射され、散乱光２１となる。図８に示される例では、散乱用基板１０の裏面１４にすりガラス加工が施されている。
【００２８】
このように本発明によれば、散乱用基板１０の裏面１４にはすりガラス加工が施されているために、透過したレーザービーム２０は散乱光２１となり、この散乱光２１がガラス基板７上のシリコン膜に達したとしても、散乱光２１の強度はきわめて微弱となり、シリコン膜を溶融固化することはない。従って、従来の問題点にあったように、透過したレーザービーム２０が石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１上部で反射してしまい、石定盤（又は、アルミ製の定盤）１１で反射されたレーザービーム２０の影響によって、ガラス基板７上の非晶質シリコン膜３２が、不均一にポリシリコン化されるということが防げる。
【実施例】
【００２９】
レーザー源１として、Ｎｄ：ＹＶＯ４のＤＰＳＳレーザーとその高調波（倍波）による、波長５３２ｎｍ（緑色）のＣＷレーザービームを用いた。図１に示すような光学系を用いて、楕円ビームに集光させて、レーザパワー２．５Ｗを得た。スキャン条件は、レーザスキャン速度２ｍ／ｓ、加速減速の加速度０．４Ｇとした。この条件で、厚さ０．６ｍｍ、屈折率１．５２のガラス基板上に、バッファ層３１としてシリコン窒化膜５０ｎｍとＳｉＯ２膜４００ｎｍを堆積した上に、非晶質シリコン膜１００ｎｍを堆積したガラス基板７を用いた場合、高品質のフロー状結晶の得られる幅（有効結晶化幅）は３０μｍであった。スキャン蛇行は５μｍであるので、３０μｍより広い領域を結晶化するには、１０μｍ程度のオーバーラップをもたせて、スキャンピッチ２０μｍでラスタースキャンを行った。
【００３０】
ガラス基板７と散乱用基板１０の界面での反射をできるだけ小さくするために、ガラス基板７と散乱用基板１０の屈折率の差は、0.1以下であることが望ましい。
【００３１】
真空吸着用の穴が設けられたアルマイト加工されたアルミ製の定盤と、上記非晶質シリコン膜等が表面に形成されたガラス基板７との間に、この定盤上の真空吸着用の穴と同一場所に同一の大きさの直径１ｍｍの穴が作られた厚さ２０ｍｍ、屈折率１．４９で、表側は光沢面であるが、裏側にすりガラス加工が施された散乱用基板１０を、穴の位置が、アルミ製の定盤の穴と一致するように重ねて載置した。これらの穴を通して、ガラス基板７を真空吸着し、上記レーザー結晶化条件で３００ｍｍ×３００ｍｍの基板全体を結晶化したところ、シリコン膜への真空吸着の穴のパターン転写は全くみられず均一な結晶化が実現できた。
【００３２】
散乱用基板１０のすりガラス加工は、アルミナ粒子を用いたサンドブラストで行った。
【００３３】
なお、レーザービームとして、ＣＷ（連続発振）レーザー以外のパルスレーザーを用いる半導体結晶化装置においても、薄いシリコン膜、ガラス基板を透過する波長のレーザーを用いるのであるならば、本発明の課題と同様の問題がおこり得るので、その解決手段として、本発明が適用できるのはもちろんである。また、レーザーに対して透過性があるシリコン以外の半導体膜や絶縁膜に対する結晶化においても、本発明の課題と同様の問題が生じれば、その解決手段として本発明が適用できるのはもちろんである。シリコン以外の膜としては、ゲルマニウムやシリコンとゲルマニウムの合金や、各種化合物半導体、酸化物半導体、酸化物超伝導体にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】レーザービームによって非晶質シリコン膜を結晶化する半導体結晶化装置の概略を示す図である。
【図２】半導体結晶化装置の可動ステージの移動方向を示す図である。
【図３】ビームスポットが非晶質シリコン膜をスキャンしていく様子を示す図である。
【図４】ガラス基板が石定盤（又は、アルミ製の定盤）を介して可動ステージ上に載置される様子を示す図である。
【図５】ガラス基板が石定盤（又は、アルミ製の定盤）を介して可動ステージ上に載置される様子を示す図である。
【図６】石定盤（又は、アルミ製の定盤）の真空吸着用の穴の影がガラス基板上のシリコン膜に写り込んでしまった基板の様子を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体結晶化装置の可動ステージ上の様子を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る半導体結晶化装置の可動ステージ上の様子の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・レーザー源、２・・・レンズ、３・・・ミラー、４・・・シリンドリカルレンズ、５・・・シリンドリカルレンズ、６・・・凸レンズ、７・・・ガラス基板、９・・・可動ステージ、１０・・・散乱用基板、１１・・・石定盤（又は、アルミ製の定盤）、１２・・・真空吸着用穴、１３・・・表面、１４・・・裏面、１５・・・真空吸着用穴、２０・・・レーザービーム、２１・・・散乱光、３０・・・ガラス基板本体部、３１・・バッファ層、３２・・・非晶質シリコン膜、３３・・・グレイン
【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】
2007103412.tif 000009
【図８】
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