(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を縦にした状態で複数枚収納する基板収納カセットと、該基板収納カセットに連結され、前記基板がレーザ光照射位置の上下方向または横方向に位置するまで前記基板の並列方向に前記基板収納カセットを移動するカセット駆動手段と、前記基板を上下方向または横方向に移動させて前記基板収納カセットから取り出しレーザ光と交差させる基板保持手段と、レーザ光を出力した後、該レーザ光を反射によって偏向させることなく、前記基板保持手段によって移動された前記基板に照射するレーザ照射手段とを有する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、非晶質の薄膜にレーザ光を照射してアニールにより結晶化させ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】
レーザアニール処理装置は、多結晶半導体薄膜の製造等に使用されており、上記製造に際しては、非晶質半導体薄膜にレーザ光を照射して該薄膜を多結晶化している。
従来のレーザアニール装置の一例を図３に基づいて説明すると、絶縁板上に非晶質半導体薄膜を形成した基板１を水平に載置する移動載置台２１が移動可能に配置されており、基板１は、生産性を上げるために上記移動載置台２１に近接して配置した基板収納カセット２３に積層された状態で収納されている。また、この基板収納カセット２３と移動載置台２１との間には、基板１をカセット２３から移動載置台２１へと移動させる基板搬送装置２５が配置されている。
また、レーザアニール装置には、上記基板１に上方からレーザ光２７を照射するエキシマレーザ照射装置２６が配置されており、該レーザ照射装置２６は、レーザ出力部２６ａと、レーザ光を反射させて偏向するミラー２６ｂ1、２６ｂ2、２６ｂ3と、レーザ光を集光するシリンドリカルレンズ２６ｃとを有している。上記ミラー２６ｂは、一般的にレーザ照射装置より出力されるレーザ光が水平に出射されることから、このレーザ光の進行方向をミラーによる反射によって基板に対して垂直の方向に変換（偏向）させるために設けられている。
【０００３】
上記装置を用いたレーザアニール処理は、例えば次の手順で行われる。
基板収納カセット２３に収納された未処理の基板１を基板搬送装置２５によって取り出し、移動載置台２１の上に水平のまま載置する。次いで、レーザ光２７が基板１の照射スタート点に位置するように移動載置台２１を移動させ、エキシマレーザ照射装置２６からレーザ光２７を発生させる。レーザ光２７は、レーザ出力部２６ａから出力された後、ミラー２６ｂにおいて反射により３回偏向され、さらに、シリンドリカルレンズ２６ｃで集光されて基板１の上方から基板１の表面に略垂直に照射される。この状態で移動載置台２１を移動することによりレーザ光で基板１の非晶質半導体薄膜の全面を走査することができる。このレーザ光の照射により、基板１の非晶質半導体薄膜が結晶化される。
上記により処理された基板１は、基板搬送装置２５によって移動載置台２１の上から取り出して再度カセット２３に収納し、他の未処理の基板１をカセット２３から取り出して上記と同様の処理を繰り返し行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来のレーザアニール装置では、以下の問題点がある。
（１）ミラーを設置したことにより光軸ずれが生じ、レーザ光のエネルギーロスが生ずる。
（２）基板が水平に置かれるため、基板表面にパーティクルが付着しやすい。
（３）基板の設置時にたわみを消して、基板の平行度を保つために、載置台が必要となるが、基板はその上に置かれるため基板裏面が載置台と接触して、傷が付きやすく、また静電気発生の原因となり種々の問題を招く。
本発明は、上記問題点を解決することを基本的な目的とし、レーザ光のエネルギーロスが避けられるとともに載置台等との接触が避けられ、よって品質の低下を招くことなくアニール処理を行うことができるレーザアニール装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明のレーザアニール装置は、基板を縦にした状態で複数枚収納する基板収納カセットと、該基板収納カセットに連結され、前記基板がレーザ光照射位置の上下方向または横方向に位置するまで前記基板の並列方向に前記基板収納カセットを移動するカセット駆動手段と、前記基板を上下方向または横方向に移動させて前記基板収納カセットから取り出しレーザ光と交差させる基板保持手段と、レーザ光を出力した後、該レーザ光を反射によって偏向させることなく、前記基板保持手段によって移動された前記基板に照射するレーザ照射手段とを有することを特徴とする。
【０００６】
なお、本発明のレーザアニール装置の使用分野は特に限定されず、各種分野に利用することができ、例えば多結晶シリコン薄膜の形成に使用するレーザアニール装置として有用である。
また、本発明で用いられるレーザ光は、その発生方法や波長、断面形状等について特に限定されるものではなく、また、反射による偏向を行わないことを前提に任意の光学系を有することが可能である。
さらに、基板保持手段は、基板を縦にした状態で保持できるものであればよく、その保持構造は特に限定されないが、基板との接触面積が小さい状態で保持するのが望ましい。なお、この保持に際し基板を直立させることは必須ではないが、基板をたわみ等がなく安定して保持するという点から直立状態で保持するのが望ましい。また、保持手段は、レーザ光を基板上で走査させるためにレーザ光と交差する方向に移動するものであればよく、その方向は、装置の設計によって上下方向でも横方向であってもよい。ただし、その移動ではレーザ光の光路長を一定に保つのが望ましく、基板を直立させている場合にはレーザ光と直交する方向に移動させるのが望ましい。
【０００７】
なお、基板は、上記基板保持手段に縦にした状態で供給してもよく、横にして供給したものを保持手段において回転させて縦にするものであってもよい。また、生産性を上げるために、複数の基板を収納カセットに納め、このカセットから基板保持手段に基板を供給する。この場合、収納カセットに基板を縦にした状態で収納し、そのままの状態で基板保持手段に供給するものとすれば、一層効率的に基板の搬送を行うことができ、また、基板の損傷等も防ぐことができる。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、基板を縦にしてレーザ光を照射できるので、反射による偏向を行うことなくレーザ光を基板に照射することができ、反射によるレーザ光の光軸のずれを避けることができる。また、アニール中に基板が縦に配置されているため、表面にパーティクルが付着しにくく、さらに載置台との接触による傷の発生や静電気の発生が避けられるため、基板の品質を良好に保つことが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明の一実施形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
非晶質薄膜が表面に形成された基板１は、基板収納カセット２に立てた状態で複数枚収納されており、該基板収納カセット２には、基板１の並列方向に該カセット２を移動できるようにカセット駆動手段３が連結されている。また、基板収納カセット２の下方には基板保持手段４が配置されている。該基板保持手段４は、その駆動部４ａと上方に向けた伸縮部材４ｂと、伸縮部材４ｂの先端に設けた保持部４ｃとにより構成されている。なお、保持部４ｃは、基板１の底部を保持するように収納凹部が形成されている。一方、カセット２の底部には、各基板１毎に、上記保持部４ｃが貫通できるスリット２ａが基板１の底辺方向に沿って形成されており、基板１は、その底辺両端部をカセット２の底部に載せることによって落下することなく支持されている。  また、上記カセット２の側方には、カセット２の上方側にレーザ光を照射するべく、レーザ出力部５ａが配置されており、該レーザ出力部５ａの出力方向にレーザ光を集光するシリンドリカルレンズ５ｂが配置されており、上記レーザ出力部５ａとシリンドリカルレンズ５ｂとは、レーザ照射手段を構成している。
【００１０】
上記装置を用いたアニール処理を以下に説明する。
基板収納カセット２に収納された基板１のうち、所望の基板を取り出すように、カセット駆動手段３を作動させてカセット２を水平方向に移動させ、所望の基板１を保持部４ｃの上方に位置させる。なお、この際に保持部４ｃは、基板保持手段４の伸縮部材４ｂを十分に縮めてカセット２と干渉しない位置にまで下降させてある。
上記により所望の基板１を保持部４ｃ上に位置させた後は、駆動部４ａを作動させて伸縮部材４ｂを伸張させ、その先端の保持部４ｃに基板１の底部を納めた状態で基板１を上昇させる。基板１は、上記レーザ照射手段によるレーザ光照射位置（初期位置）に達するまで上昇させる。
【００１１】
基板１をレーザ光照射位置に配置した状態で、レーザ出力部５ａからレーザ光６を照射すると、レーザ光６は、反射によって偏向されることなくシリンドリカルレンズ５ｂに入射され、このレンズ５ｂで集光された後、上記基板１に照射される。この状態で、駆動部４ａによって伸縮部材４ｂを伸縮動作させると、基板１はこれに連れて上昇又は下降するので、レーザ光６が相対的に走査されることになり、基板１表面の非晶質薄膜がアニールにより結晶化される。
結晶化させた基板１は、駆動部４ａの動作により伸縮部材４ｂを縮めることにより下降させて再度基板収納カセット２に収納し、保持部４ｃによる保持を解く。その後は、他の基板を処理すべく、カセット駆動手段３を作動させて上記操作を繰り返すことにより複数の基板に連続してアニール処理を行うことができる。
【００１２】
なお、上記実施形態では、基板を上下動させることによってレーザ光の走査を行ったが、図２に示すように、基板収納カセット１２に立てた状態で収納された基板１を基板保持手段１４の保持部１４ｃで横方向に移動させることによってもアニール処理を行うことができる。この場合、レーザ光は、図２の紙面を貫通する方向に照射される。また、基板収納カセット１２は、カセット台１５にスライド可能に載置されており、カセット駆動手段１３によって、基板１の並列方向に移動される。
【００１３】
なお、上記各実施形態では、アニール処理の雰囲気については説明しなかったが、例えばレーザ照射手段を除く上記装置をアニール室に収納し、このアニール室を特定の雰囲気に調整してアニールするものであってもよく、また、レーザアニール装置に、基板を予備加熱したり、アニール時に基板を加熱する装置を具備させることも可能である。
また、上記各実施形態では、レーザ光照射時の基板の移動方向は一方向としたが、例えば横方向移動と上下方向移動とを組み合わせてレーザ光の走査が行われるようにしてもよい。但し、レーザ光がラインビームであれば、基板を一方向に移動させることによって基板表面全体の走査が行われることになり、複数方向への移動は不要になる。この場合、基板の移動方向がラインビームの長辺側と直交するように基板の配置やラインビームの方向を定める。
また、上記各実施形態では、基板のカセットからの取り出し方向とレーザ光照射時の基板の移動方向とを一致させている。取り出し方向と移動方向とを変えると、運動機構が複雑になるので、カセットからの取り出し方向と、レーザ光を照射している際の基板の移動方向とは一致させる。より望ましくは、基板保持手段によってカセットから基板を押し出し、または引き出してその方向に沿って基板を移動させることにより上記走査を行う。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のレーザアニール装置によれば、基板を縦にした状態で複数枚収納する基板収納カセットと、該基板収納カセットに連結され、前記基板がレーザ光照射位置の上下方向または横方向に位置するまで前記基板の並列方向に前記基板収納カセットを移動するカセット駆動手段と、前記基板を上下方向または横方向に移動させて前記基板収納カセットから取り出しレーザ光と交差させる基板保持手段と、レーザ光を出力した後、該レーザ光を反射によって偏向させることなく、前記基板保持手段によって移動された前記基板に照射するレーザ照射手段とを有するので、レーザ光の反射によるエネルギーロスを避けることができ、また、アニール時に基板にパーティクルが付着したり、損傷や静電気が発生したりして品質が低下することも避けられ、品質の高いアニール処理基板を効率的に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態にかかるレーザアニール装置の要部断面図である。
【図２】  同じく他の実施形態を示すレーザアニール装置の要部断面図である。
【図３】  従来のレーザアニール装置の一例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１    基板
２    基板収納カセット
３    カセット駆動手段
４    基板保持手段
４ａ  駆動部
４ｂ  伸縮部材
４ｃ  保持部
５ａ  レーザ出力部
５ｂ  シリンドリカルレンズ
６    レーザ光
１２    基板収納カセット
１３    カセット駆動手段
１４    基板保持手段
１４ｃ  保持部
【図１】
0004094093.tif 000002
【図２】
0004094093.tif 000003
【図３】
0004094093.tif 000004