(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガススライダ装置及びガスベアリングを備えた搬送装置と、レーザ装置と、を有するレーザアニール装置であって、
前記搬送装置には開口部が設けられ、
前記ガススライダ装置は、ガスの吹付けにより、前記開口部を介して前記レーザ装置からのレーザ光が照射される基板を浮上させる機能を有し、
前記ガスベアリングは、ガスの吹付けと吸引とを同時に行うとともに、ガスの流量を調節することにより、前記レーザ光の照射位置における前記基板の浮上高さを調整する機能を有することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ光は、前記基板のうち前記ガスの吹付けが行われる面に照射されることを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
赤外線ランプ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、レーザ照射により基板上のシリコン膜を加熱して結晶粒を成長させるレーザアニール方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマレーザは、紫外線域で使用される高出力パルスレーザである。かかるエキシマレーザの１つの応用として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に用いられる薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）へのアニールが注目を集めており、例えば特開平４−３７１４４号にエキシマレーザを照射して特性を改善する「薄膜トランジスタの作製方法」が開示されている。
【０００３】
図６は、エキシマレーザでアニールする低温ポリシリコンＴＦＴの断面構造図である。一般に、シリコンの膜厚は２５〜１００ｎｍ、絶縁膜は二酸化シリコンや窒化シリコンで膜厚は５０〜３００ｎｍ、ゲート電極はアルミやタングステン、その他が用いられる。
【０００４】
エキシマレーザアニールが用いられるのは、ポリシリコン膜の形成とコンタクト層の活性化である。レーザ照射によりシリコン膜が溶融、結晶化してポリシリコンとなる。１度溶融過程を経るため高品質の膜が形成される。エキシマレーザは紫外光パルスレーザであるため、レーザエネルギーは膜表面で吸収される。しかもパルス幅が数１０ｎｓ程度であるためシリコンの溶融時間は数１００ｎｓ程度となり下地のガラス基板への影響がほとんどない。また他の低温形成法、例えば特開昭６１−３２４１９号の「赤外線アニール方法」ではポリシリコン形成や活性化に１０００〜１２００℃前後の高温で長時間アニールが必要となり、ガラス基板が歪んだり不純物の拡散が問題となったりするが、エキシマレーザアニールによれば最高温度４００℃台での形成が可能であり、このような問題がない。
【０００５】
ＴＦＴの動作速度は移動度（単位ｃｍ2／Ｖ・ｓ）で表される。ポリシリコンＴＦＴの移動度は、１０〜６００ｃｍ2／Ｖ・ｓである。この移動度に幅があるのはそれが粒径と粒界の両方に依存するためである。高い移動度を得るためには、粒内欠陥が少なく単結晶に近いこと、低欠陥な粒界を形成することが必要である。一般に粒径が大きく、粒界の欠陥が少ないほど高移動度が得られる。
【０００６】
図７は、従来のエキシマレーザアニール装置の構成図である。使用されるエキシマレーザはＸｅＣｌ，ＡｒＦ，ＫｒＦ，ＸｅＦ等である。レーザビームはビームホモジナイザーを中心とした光学系を通してチャンバーへ導入される。チャンバー内はポンプ系、ガス系により真空又はガス雰囲気にコントロールされる。ビームの走査はステージか光学系の移動により行うようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図８は、低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセスを模式的に示している。この図において、（１）でガラス基板の表面にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を形成し、（２）でａ−Ｓｉをポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）に変換すると共に、ドライエッチングし、（３）で表面を絶縁被膜（ＳｉＯ2）で覆い、（４）で電極膜を形成し、（５）でドーピングを行う。
エキシマレーザアニールは、上記の（２）と（５）でｐｏｌｙ−Ｓｉを加熱して、結晶の粒径を大きくし、かつドーピングにより打ち込まれた不純物を拡散させてシリコンとの結合を高め、高移動度を得るために用いられる。
【０００８】
しかし、上述した従来のエキシマレーザによる活性化処理では、図８（５）に示すように、ポリシリコン上に電極膜が成膜されているため、ＴＦＴ側からの照射では電極が成膜されている部分のポリシリコンはレーザの照射を受けないため活性化処理できない問題点があった。そのため、ドーピング後のシリコンの活性を最大限に高めることができなかった。
【０００９】
更に、これを改善するために、ヒータによる活性化処理を行うと、窒素雰囲気で加熱可能な高温炉による長時間加熱が必要となり、処理時間が長く煩雑となるばかりか、ガラス基板が歪んだり不純物が拡散しすぎる問題が発生する。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ポリシリコン上に電極膜が成膜されている場合でも、電極が成膜されている部分のポリシリコンも確実に活性化処理することができ、これにより、ドーピング後のシリコンの活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ないレーザアニール方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、基板（１）上に形成された薄膜トランジスタ（２）に基板側から基板を透過可能なレーザ光（１０）を照射して、薄膜トランジスタを構成するポリシリコン（３）を活性化させる、ことを特徴とするレーザアニール方法が提供される。本発明の好ましい実施形態によれば、前記基板（１）は、ガラス基板、プラスチック基板又は石英基板であり、前記レーザ光（１０）の波長は、３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下である。
【００１２】
また、表面に薄膜トランジスタ（２）が形成された基板（１）を水平に搬送する搬送装置（１２）と、前記薄膜トランジスタを構成するポリシリコン（３）に基板側から基板を透過可能なレーザ光（１０）を照射するレーザ装置（１４）とを備え、薄膜トランジスタを構成するポリシリコンを活性化させる、ことを特徴とするレーザアニール装置が提供される。本発明の好ましい実施形態によれば、前記基板（１）は、ガラス基板、プラスチック基板又は石英基板であり、前記レーザ光（１０）の波長は、３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下である。
【００１３】
上記本発明の方法及び装置によれば、レーザ光（１０）が波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下の可視レーザであるため、基板側から基板を透過して照射ができ、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を構成するすべてのポリシリコン（３）をアニール処理することができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい実施形態によれば、前記レーザ光（１０）は、波長３０８ｎｍのエキシマレーザ、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ、波長５２７ｎｍのＹＬＦレーザ、波長４８８ｎｍ又は５１４．２ｎｍのＡｒレーザ、波長５３２ｎｍのＹＶＯ4レーザ、又は波長５４３．５ｎｍのＨｅＮｅレーザである。
これらのレーザ光（１０）を用いることにより、波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下のレーザ光を高出力かつ高効率に基板を透過して照射することができる。
【００１５】
前記搬送装置（１２）は、ガスにより基板を浮上させて搬送するガススライダ装置（１５）を有することが好ましい。
【００１６】
この構成により、薄い（１〜２ｍｍ）基板を無接触で支持し、その全面に基板側から基板を通してレーザー光の照射ができ、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を構成するすべてのポリシリコン（３）をアニール処理することができる。
【００１７】
また、前記搬送装置（１２）は、レーザ光（１０）の照射位置近傍の基板に対してガスの吹付けと吸引とを同時に行って基板の浮上高さを調整するガスベアリング（１６）を有する。
このガスベアリング（１６）で基板の水平精度をガス流量で調整し、レーザ光（１０）の照射位置の基板の浮上高さを精密に調整することができる。
【００１８】
更に、レーザ光（１０）を照射する前の基板を予熱するランプ加熱装置（１７）を備えるのがよい。このランプ加熱装置（１７）で基板を予熱することにより、レーザ光（１０）の必要出力を低減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。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。
【００２０】
図１は、本発明のレーザーアニール装置の模式図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ矢視図である。この図において、本発明のレーザーアニール装置は、搬送装置１２及びレーザ装置１４を備える。
【００２１】
搬送装置１２は、表面に薄膜トランジスタ２（図示せず：図８参照）が形成された基板１をガスにより浮上させて水平に搬送する。この際、基板１上の薄膜トランジスタ２は図８のように上面に形成されている。なお、基板１は、ガラス基板、プラスチック基板又は石英基板であるのが良い。以下、基板１がガラス基板である場合を説明する。
また、レーザ装置１４は、薄膜トランジスタ２を構成するポリシリコン３（図示せず：図８参照）にガラス基板側（図で下側）から波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下のレーザ光１０を照射するようになっている。
【００２２】
レーザ光１０は、好ましくは、波長３０８ｎｍのエキシマレーザ、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ、波長５２７ｎｍのＹＬＦレーザ、波長４８８ｎｍ又は５１４．２ｎｍのＡｒレーザ、波長５３２ｎｍのＹＶＯ4レーザ、又は波長５４３．５ｎｍのＨｅＮｅレーザである。
【００２３】
このレーザ光１０は、レーザ装置１４ａで発生し、光学系１４ｂとビームホモジナイザー１４ｃを通り、ミラー１４ｄで上向きに反射され、搬送装置１２に設けられた開口１２ａを通して、ガラス基板１の下面に照射される。なお、レーザ光１０の走査は、この例では、ミラー１４ｄの揺動で行っているが、その他の手段、例えば光学系１４ｂの移動で行ってもよい。
【００２４】
図２は、図１の搬送装置の平面図であり、図３は、図２の要部拡大図である。図２及び図３に示すように、搬送装置１２は、ガススライダ装置１５とガスベアリング１６を有する。ガススライダ装置１５は、ガス（空気、窒素等）を上向きに吹き出し、このガスによりガラス基板１を浮上させて搬送する。この搬送は、例えばレール１８ａ上を走行する走行台車１８に設けられた挟持装置（図示せず）によりガラス基板１を水平に移動する。
【００２５】
ガスベアリング１６は、レーザ光１０の照射位置近傍のガラス基板１に対してガスの吹付けと吸引とを同時に行ってガラス基板の浮上高さを調整するようになっている。
【００２６】
ランプ加熱装置１７は、例えば複数の赤外線ランプであり、レーザ光１０を照射する前のガラス基板１を予熱し、レーザ光１０の必要出力を低減するようになっている。
【００２７】
上述した装置を用い、本発明の方法によれば、ガラス基板１上に形成された薄膜トランジスタ２にガラス基板側から波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下のレーザ光１０を照射して、薄膜トランジスタを構成するポリシリコン３を活性化させる。
【００２８】
図４は、厚さ０．７ｍｍのガラス基板の波長と透過率の関係図である。この図から、発振波長が波長３００ｎｍ未満のエキシマレーザ（ＡｒＦ：１９４ｎｍ、ＫｒＦ：２４８ｎｍ）は、透過率が数%以下と低くほとんどＴＦＴ用ガラス基板を透過することができず、そのため、ガラス基板側からＴＦＴを活性化処理することもできないことがわかる。
【００２９】
これに対して、本発明の方法及び装置では、波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下のレーザ光１０、すなわち具体的には、波長３０８ｎｍのエキシマレーザ、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ、波長５２７ｎｍのＹＬＦレーザ、波長４８８ｎｍ又は５１４．２ｎｍのＡｒレーザ、波長５３２ｎｍのＹＶＯ4レーザ、又は波長５４３．５ｎｍのＨｅＮｅレーザを用いるので、図に両矢印で示すように、波長３０８ｎｍのエキシマレーザの場合でも約４０％以上、その他のレーザ光では約９０％以上の透過率が得られ、薄膜トランジスタを構成するポリシリコン３を基板側から効率よく活性化させることができる。
【００３０】
図５は、シリコンの波長と吸収係数の関係図である。この図において、ａ−Ｓｉはアモルファスシリコン、ｃ−Ｓｉは結晶シリコンであり、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は、その中間の吸収係数を持つ。
この図から、波長が９００ｎｍを超えると吸収係数が大幅に低下するが、波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下の最適範囲では、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は十分高い吸収係数を有することがわかる。
【００３１】
上述した本発明の方法及び装置によれば、レーザ光１０が波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下の可視レーザであるため、ガラス基板側からの照射ができ、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を構成するすべてのポリシリコン３をアニール処理することができる。
【００３２】
また、波長３０８ｎｍのエキシマレーザ、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ、波長５２７ｎｍのＹＬＦレーザ、波長４８８ｎｍ又は５１４．２ｎｍのＡｒレーザ、波長５３２ｎｍのＹＶＯ4レーザ、又は波長５４３．５ｎｍのＨｅＮｅレーザを用いることにより、波長３００ｎｍ以上，９００ｎｍ以下のレーザ光を高出力かつ高効率に基板を透過して照射することができる。
【００３３】
更に、ガススライダ装置１５により、薄い（１〜２ｍｍ）ガラス基板を無接触で支持し、その全面にガラス基板側からガラス基板を通してレーザー光の照射ができる。また、ガスベアリング１６でガラス基板１の水平精度をガス流量で調整し、レーザ光１０の照射位置のガラス基板の浮上高さを精密に調整することができる。
【００３４】
なお、本発明は上述した実施例及び実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば上述の説明ではガラス基板について詳述したが、プラスチック基板又は石英基板にも同様に適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
上述したように、本発明のレーザーアニール方法及び装置は、ポリシリコン上に電極膜が成膜されている場合でも、電極が成膜されている部分のポリシリコンも確実に活性化処理することができ、これにより、ドーピング後のシリコンの活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ない等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザーアニール装置の模式図である。
【図２】図１の搬送装置の平面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】ガラス基板の波長と透過率の関係図である。
【図５】シリコンの波長と吸収係数の関係図である。
【図６】エキシマレーザでアニールする低温ポリシリコンＴＦＴの断面構造図である。
【図７】従来のエキシマレーザアニール装置の構成図である。
【図８】低温ポリシリコンＴＦＴの製造プロセス図である。
【符号の説明】
１  基板（ガラス基板）
２  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
３  ポリシリコン
１０  レーザ光
１２  搬送装置
１４  レーザ装置
１５  ガススライダ装置
１６  ガスベアリング
１７  ランプ加熱装置
【図１】
0004974416.tif 000002
【図２】
0004974416.tif 000003
【図３】
0004974416.tif 000004
【図４】
0004974416.tif 000005
【図５】
0004974416.tif 000006
【図６】
0004974416.tif 000007
【図７】
0004974416.tif 000008
【図８】
0004974416.tif 000009