JP2002280321A

JP2002280321A - レーザアニール装置

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Publication number: JP2002280321A
Application number: JP2001080526A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Masaki; みゆき正木; Norihito Kawaguchi; 紀仁河口; Kenichiro Nishida; 健一郎西田; Mikito Ishii; 幹人石井; Atsushi Yoshinouchi; 淳芳之内; Akitada Narimatsu; 明格成松; Hiroki Hirose; 宏樹広瀬; Tatsuo Fujiwara; 達男藤原; Toshitaka Ono; 俊孝大野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-27
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP4845280B2

Abstract

(57)【要約】【課題】基板上に形成された薄膜トランジスタに基板
側から基板を透過可能なレーザ光を照射しするレーザア
ニール方法の実施に適したレーザアニール装置を提供し
ようとする。【解決手段】従来の基板を水平方向に搬送しつつ基板に
レーザを照射して基板面の半導体膜をレーザアニールし
うるレーザアニール装置にかわって、所定の隙間を挟ん
で搬送方向に並びステージの上面からガスを吹き出し基
板をガス浮上させることのできる前方ガス浮上ステージ
と後方ガス浮上ステージとを有するガス浮上装置と、ガ
ス浮上した基板を前記隙間を跨いで水平方向に送る水平
送り装置と、当該隙間からレーザビームを上向きに照射
するレーザ光学系と、を備えたものとした。

Description

【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
基板上の半導体膜を加熱して結晶粒を成長させるレーザ
アニール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザの応用の一つとして、液晶ディス
プレイ（ＬＣＤ）等に用いられる薄膜トランジスタ（Ｔ
ｈｉｎＦｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ：ＴＦＴ）へ
のアニールが注目を集めており、例えば特開平４−３７
１４４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】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。一度溶融過程を経るため高品質の膜が形成され
る。レーザエネルギーは半導体膜で吸収される。レーザ
がパルスであれば、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１０００〜１
２００度Ｃ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、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。

【０００４】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
あるのはそれが粒経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、粒内欠陥が少なくなる
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。

【０００５】図４は、従来のレーザアニール装置の構造
図である。使用されるレーザは、例えばＸｅＣＬ，Ａｒ
Ｆ，ＫｒＦ，ＸｅＦのエキシマレーザやＹＡＧレーザ等
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。

【０００６】図５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−Ｓ
ｉ）を形成し、（２）でａ−Ｓｉをポリシリコン（ｐｏ
ｌｙ−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）でドーピングをおこなう。レー
ザアニールは、上記の（２）と（５）とでｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ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シリコンとの結合
を高め、高移動度を得るために施される。

【０００７】一方、発明者らは、特願２００１−０２１
０３２号において開示した様に、基板上に形成された薄
膜トランジスタに基板側から基板を透過可能なレーザ光
を照射して、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新レーザアニール方法
を発明した。この方法によれば、レーザ光が基板を透過
するので、基板側から基板を透過して照射ができ、基板
の表面にあるゲート膜等に遮られずに、ＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）を構成するすべてのポリシリコンをアニー
ル処理することができる。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半導
体膜を得ることができる。

【０００８】さらに、発明者らは、特願２００１−０２
０８９３において開示した様に、基板の照射面でのレー
ザ光の光軸と基板の照射面直交軸とが所定の角度で交差
する新レーザアニール装置を発明した。この装置を使用
して基板のレーザアニールをすれば、半導体膜表面での
反射光と半導体裏面での反射光との光軸がずれるので、
反射光同士の経路差に起因する相互干渉を防止でき、反
射したレーザ光の強度分布にむらが生じない。従って、
活性化された基板上の半導体の抵抗率分布や、結晶化さ
れた半導体の結晶粒径分布や移動度分布にむらがなく、
特性のよい半導体を得ることができる。

【０００９】以下、説明の便宜のため、処理対象である
薄膜トランジスタが形成された基板の面を表面といい、
その反対面を裏面という。基板は、その厚みがその大き
さの割に薄いので、水平にすると撓み易い。さらに基板
の表面のコンタミを極力防止するため、表面を機器に接
触させるのをさける。従って、基板をハンドリングする
際には、水平にした基板の裏面を下方に向けて、その裏
面を支えるのが一般的である。特に基板の面の平面度を
維持するには、裏面全体を一様に支持する。例えば、上
端が同一平面にある複数のピンを垂直に立てて、裏面全
体を一様に支持することが行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記発明者らが発明し
た新レーザアニール方法で基板をアニールするには、基
板の裏面側からレーザを照射する。従来のレーザアニー
ル装置では、ステージで基板を支持し、基板の上方から
レーザビームを照射する。仮に、従来のレーザアニール
装置で新レーザアニール方法を実施するとすれば、基板
の表面をステージに支持させて基板の裏面を上方に向け
る必要が生じる。また、レーザアニール装置の前後工程
では、裏面を下から支持してハンドリングするのが通例
であるので、レーザアニール装置の入口と出口におい
て、基板の面の上下を反転させ、ステージに乗せ換える
補助機器が新たに必要になる。基板の表面には微細な半
導体膜が密集して設けられているので、基板の表面を支
持することは現実的には多くの困難が予想される。また
新たな補助機器を開発するのは困難が予想される。そこ
で、上記新レーザアニール方法の実施に適した構造のエ
キシマレーザアニール装置が望まれた。

【００１１】本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出さ
れたもので、従来のレーザアニール装置にかわって、上
記新レーザアニール方法の実施に適しており、半導体膜
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レーザアニ
ール装置を提供しようとする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る基板を水平方向に搬送しつつ基板にレ
ーザを照射するレーザアニール装置は、所定の隙間を挟
んで搬送方向に並べた前方ガス浮上ステージと後方ガス
浮上ステージとを有し上面からガスを吹き出し基板をガ
ス浮上させることのできるガス浮上装置と、ガス浮上し
た基板を前記隙間を跨いで水平方向に送る水平送り装置
と、当該隙間からレーザビームを上向きに照射するレー
ザ光学系と、を備えたたものとした。

【００１３】上記本発明の構成により、ガス浮上装置は
前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージとを有
し、前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージは所
定の隙間を挟んで搬送方向に並び、ガス浮上ステージの
上面からガスを吹き出し基板をガス浮上させることがで
きる。水平送り装置は、ガス浮上した基板を前記隙間を
跨いで水平方向に送ることができる。レーザ光学系は、
当該隙間からレーザビームを上向きに照射する。半導体
膜を有する基板の表面を上向きにしてガス浮上ステージ
に置けば、基板は、前方ガス浮上ステージと後方ガス浮
上ステージとにガス浮上し、前記隙間を跨いで水平方向
に送られ、当該隙間から下面をレーザビームに照射さ
れ、レーザ光が基板を透過するので、裏面から基板を透
過して表面を照射できる。これにより半導体膜の活性を
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半導体膜を得ること
ができる。

【００１４】さらに、本発明に係るレーザアニール装置
は、隙間の上方に設けられ下方から照射されたレーザビ
ームを下方へ反射しうる反射板を備えるものとした。上
記本発明の構成により、反射板は、隙間の上方に設けら
れ、下方から照射されたレーザビームを下方へ反射し、
当該隙間から上向きに照射されたレーザビームを下方へ
反射し、さらに半導体膜を加熱できる。

【００１５】さらに、本発明に係るレーザアニール装置
は、レーザビームが、基板直交軸に対して所定の角度で
交差する線状ビームであるものとした。上記本発明の構
成により、レーザビームが、基板直交軸に対して所定の
角度で交差する線状ビームであり、線状ビームが、基板
直交軸に対して所定の角度で交差して基板に照射され
る。半導体膜を有する基板の表面を上向きにしてガス浮
上ステージに置けば、半導体膜表面での反射光と半導体
裏面での反射光との光軸がずれるので、反射光同士の経
路差に起因する相互干渉を防止でき、反射したレーザ光
の強度分布にむらが生じない。従って、活性化された基
板上の半導体の抵抗率分布や、結晶化された半導体の結
晶粒径分布や移動度分布にむらがなく、特性のよい半導
体を得ることができる。

【００１６】さらに、本発明に係るレーザアニール装置
は、基板下面を水平に支持できる複数のピンと、その複
数のピンをガス浮上ステージを貫通して上下させること
のできるピン昇降機構とを有する基板支持装置を備える
ものとした。上記本発明の構成により、基板支持装置の
複数のピンは基板下面を水平に支持でき、基板支持装置
のピン昇降機構はその複数のピンをガス浮上ステージを
貫通して上下させることのでき、基板支持装置は、基板
下面を水平に支持して、ガス浮上ステージの上方で基板
を上下させることができ、ガス浮上ステージと基板の授
受をすることができる。

【００１７】さらに、本発明に係るレーザアニール装置
は、前記隙間に配置され上面からガスを吹き出して基板
下面を浮かせ基板を支持するガスベアリングとそのガス
の吹き出し量を調整して基板下面の高さを調整する制御
装置とを有する基板高さ調整装置を備えたものとした。
上記本発明の構成により、基板高さ調整装置のガスベア
リングは、前記隙間に配置され上面からガスを吹き出し
て基板下面を浮かせ基板を支持し、基板高さ調整装置の
制御装置は、そのガスの吹き出し量を調整して基板下面
の高さを調整し、基板高さ調整装置は、前記隙間付近で
の基板下面の高さを調整でき、当該隙間から上向きに照
射されるレーザビームの基板でのビーム形状が安定す
る。

【００１８】

【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。

【００１９】本発明の実施形態に係るレーザアニール装
置の構造を説明する。図１は、本発明の実施形態の平面
図である。図２は、本発明の実施形態の側面断面図であ
る。図３は、図３の部分詳細図である。

【００２０】レーザアニール装置１は、基板ガス浮上装
置１０と基板水平送り装置２０とレーザ光学系３０と基
板高さ調整装置４０と基板昇降装置５０と基板ローダ６
０とカセットステーション７０と操作盤８０と定盤９０
とからなる。説明の便宜のため、基板がレーザアニール
される際に、基板の移動する方向を移動先を前方として
前後方向と、その両側を左右方向と呼ぶ。

【００２１】基板ガス浮上装置１０は、基板にレーザを
照射する際に基板を非接触で支持する装置であり、後方
ガス浮上ステージ１１と前方ガス浮上ステージ１２とを
有する。各々のガス浮上ステージ１１，１２は、各々の
上面を同一平面に含み、所定の隙間を挟んで水平になる
様に定盤９０上に配置される。各々のガス浮上ステージ
１１，１２の上面にはガスを吹き出す穴が無数に設けら
れ、その穴はガス供給器（図示せず）とガス配管（図示
せず）を介して連通する。さらに、各々のガス浮上ステ
ージ１１，１２には、後述する基板支持装置５０のピン
５３が貫通する穴が設けられる。

【００２２】基板水平送り装置２０は、基板ガス浮上装
置にガス浮上した基板を、後方ガス浮上ステージ１１上
から前方ガス浮上ステージ１２上へ水平に搬送するため
の装置であり、基板水平送り台２１と基板把持機構２２
と基板水平送り台送り機構２３と基板水平送り台駆動機
構２４と基板姿勢決め機構２５、２６とを有する。基板
水平送り台２１は、基板ガス浮上装置１０を左右に跨い
だ構造体であり、その構造体の左右を定盤９０上に前後
方向移動自在に固定される。基板把持機構２２は後方ガ
ス浮上ステージ１１上又は前方ガス浮上ステージ１２上
にガス浮上した基板の前端部を把持可能な機構であり、
基板水平送り台２１に支持される。基板水平送り台送り
機構２３は、基板水平送り台２１を前後方向に移動させ
る機構であり、リニアガイドと送りねじを有している。
基板水平送り台駆動機構２４は、基板水平送り台送り機
構２３を介して、基板水平送り台２１を駆動する機構で
あり、送りねじにトルク継手でつながったモータとモー
タドライバを有している。基板姿勢決め機構２５、２６
は、後方ガス浮上ステージ１１に浮上した基板の姿勢を
整える機構である。

【００２３】レーザ光学系３０は、基板をレーザアニー
ルするためのレーザを発振して、そのレーザビーム４を
導き、基板ガス浮上装置１０の下側から前記隙間を通し
て、基板に照射するための機構であり、レーザ発振器３
１と４５度ミラー３２と線状ビーム成型光学系３３とレ
ーザビーム誘導光学系３４とを有する。レーザ発信器３
１は、レーザを発振する機器であり、基板ガス浮上装置
１０の前方に設けられる。発振したレーザビーム４は、
４５度ミラー３２で４５度曲げられ、前方ガス浮上ステ
ージ１２の下に導かれる。線状ビーム成型光学系３３
は、スポット状の断面をもつレーザビームを光学系によ
り水平に幅を広げて断面が線状の線状レーザビーム（例
えば、厚さ５０〜７０ミクロン、幅３００ｍｍ）を出力
する光学系であり、前方ガス浮上ステージ１２の下に設
けられる。レーザビーム誘導光学系３４は、水平に入射
した前記線状レーザビームを光学系で誘導し、前記隙間
の下側から基板ガス浮上装置１０にガス浮上する基板の
下面に照射する光学系であり、前記隙間の下方に配置さ
れ、４５度ミラー３５と集光レンズ３６とプリズム３７
と共通架台３９とを有する。４５度ミラー３５は、水平
に入射した線状レーザビームを垂直上方に反射するミラ
ーであり、前記隙間の下方に設けられる。集光レンズ３
６は、線状レーザビームの幅寸法を維持したまま、厚さ
寸法を狭くするためのシリンドリカルレンズであり、前
記隙間の下方で４５度ミラー３５の上部に設けられる。
プリズム３７は、垂直上方に入射した線状レーザビーム
を後方に所定角度（例えば、３０度）だけ傾けるための
機器であり。前記隙間に設けられる。共通架台３９は、
線状ビーム成型光学系３３と４５度ミラー３５と集光レ
ンズ３６とプリズム３７とを一体に支持する構造体であ
り、定盤９０に支持される。

【００２４】基板高さ調整装置４０は、前記隙間近傍で
の基板２の下面とガス浮上ステージの上面とのギャップ
を一定の距離に保つ機構であり、複数のガスベアリング
５１と制御機構（図示せず）とを有する。ガスベアリン
グ５１は、円柱形で中央に穴のあいた焼結金属である。
左右方向に一列となったガスベアリングが、線状レーザ
ビームが通過する空間を真ん中に挟んで前記隙間の前後
に各々置かれる。ガスベアリング５１には外周部からガ
スを吹き出すためのガス供給配管と、中央の穴部からガ
スを吸い込むガス吸い込み配管が連通している。流量調
整弁（図示せず）が、ガス供給配管とガス吸い込み配管
に設けられ、制御装置の指令により流量を調整可能にな
っている。制御装置は、前記ギャップの寸法を測るギャ
ップセンサを有し、このギャップセンサの出力を一定に
する様に流量調整弁を制御可能である。

【００２５】基板支持装置５０は、後述する基板ローダ
６０と基板ガス浮上装置１０との間で基板２を受け渡し
するための機構であり、後方基板支持装置５１と前方基
板支持装置５２とを有する。後方基板支持装置５１は、
後方ガス浮上ステージ１１の下方に配置され、前方基板
支持装置５２は、前方ガス浮上ステージ１２の下方に配
置される。各々の基板支持装置５１，５２は複数のピン
５３とピン昇降機構５４とを有する。複数のピン５３
は、基板を支持する棒状構造体であり、垂直に立ってお
り、その先端は同一平面上にある。複数のピン５３は、
各々のガス浮上ステージ１１，１２に設けられた穴を貫
通している。ピン昇降機構５４は、ピン５３を昇降させ
るパンタグラフ式リフタであり、各々のガス浮上ステー
ジ１１，１２の下方に設けられる。昇降機構５４がピン
５３の先端で基板２を支持したピンを降下させると、基
板２をピン５３からガス浮上ステージ１１、１２に乗せ
換えることができる。また、昇降機構５４が、ピン５３
を上昇させると、ガス浮上している基板２を、ガス浮上
ステージ１１，１２からピン５３に乗せ換えることがで
きる。

【００２６】基板ローダ６０は、後述するカセット３か
ら基板を取り出して後方基板支持装置５１に受け渡し、
前方基板支持装置５２から基板２を受け取り、カセット
３に入れるための機構であり、大気ロボット６１とター
ンテーブル６５とを有する。大気ロボット６１は、基板
ガス浮上装置１０の左側を前後方向に移動可能な本体と
その上に支持された把持アームを有し、把持アームは基
板の下面を支持し、基板を基板カセット３と基板支持装
置５０との間を受け渡しする。ターンテーブル６５は、
大気ロボット６１のと間で基板の受け渡しをおこない、
基板を回転させてその向きを変える機構である。

【００２７】カセットステーション７０は、基板カセッ
ト３を置くステーションであり、前工程や後工程とＡＧ
Ｖ等を介して基板カセット３を受け渡しする。操作盤８
０は、レーザアニール装置を操作するための制御盤であ
る。定盤９０は、基板ガス浮上装置１０と基板水平送り
装置２０とレーザ光学系３０のレーザビーム誘導光学系
３４と基板高さ調整装置４０とを支持する。

【００２８】以下に、レーザアニール装置の作用を基板
の処理工程に従って説明する。最初に、複数の基板２が
基板カセット３に入れられ、カセットステーション７０
の置かれる、さらに空の基板カセット３がカセットステ
ーション７０に置かれている。基板２の表面にはアニー
ルされる半導体膜が設けられて、表面を上にして基板カ
セット３に並べられている。

【００２９】（取出工程）大気ロボット６１が基板カセ
ット３から水平になった基板２を取り出し、ターンテー
ブル６５に乗せる。

【００３０】（回転工程）ターンテーブル６５が基板２
を９０度水平に回転させる。

【００３１】（ロード工程）大気ロボット６１がターン
テーブル６５から水平になった基板２を取り出し、後方
基板支持装置５１に乗せる。この時、後方基板支持装置
５１はピン５３を昇降させており、基板２はピン５３の
先端に支持される。

【００３２】（アライメント工程）基板姿勢決め装置２
５，２６が基板２の両側を押し当て、角部を押し当て
て、基板２の姿勢を調整する。

【００３３】（浮上工程）後方基板支持装置５１がピン
５３を降下させて、基板２を後方ガス浮上ステージ１１
に乗せる。この際、後方ガス浮上ステージ１１はガスを
その上面から吹き出しているので、基板２はガス浮上す
る。

【００３４】（細アライメント工程）基板水平送り台２
１が基板水平送り台送り機構２３により後方に送られ、
基板把持機構２２が基板２の前端に当接する。基板姿勢
決め装置２５が基板２の両側を押し当て、基板姿勢決め
装置２６が基板２を前方に押して、基板２の姿勢を細調
整する。

【００３５】（把持工程）基板把持機構２２が基板２の
前端を把持する。

【００３６】（レーザ照射工程）レーザ発振器３１のレ
ーザシャッターを開く。レーザビーム４が、４５度ミラ
ー３２を経由して線状ビーム成型光学系３３に入射す
る。線状ビームが、線状ビーム成型光学系３３から放射
され、レーザビーム誘導光学系３４に入射する。線状レ
ーザビームが、４５度ミラー３５で上向きに方向を変え
られ、集光レンズ３６で集光され、プリズム３７で後方
に所定角度（例えば、３０度）だけ傾けられて、基板２
に照射される。基板水平送り台２１が基板水平送り台送
り機構２３により前方に送られ、基板把持機構２２に把
持された基板２が前方に所定速度で搬送される。基板高
さ調整装置４０が、基板の前記間隔部を通過する部位の
高さを維持制御する。線状レーザビーム４が、基板２の
裏側から照射され、基板２の内部を通過して、基板の表
面にある半導体膜をアニールする。基板２が前方に移動
したら、レーザ発振器３１のレーザシャッターを閉じ
る。

【００３７】（浮上停止工程）前方基板支持装置５２
が、ピン５３を上昇させる。基板２がピン５３に支持さ
れ上昇し、ピン５３に支持される。

【００３８】（アンロード工程）大気ロボット６１が、
前方基板支持装置５２に乗った基板２を受け取り、ター
ンテーブル６５に乗せる。

【００３９】（回転工程）ターンテーブル６５が基板２
を９０度水平に回転させる。

【００４０】（戻し工程）大気ロボット６１がターンテ
ーブル６５から水平になった基板２を取り出し、基板カ
セット３に乗せる。

【００４１】順次、工程を繰り返すことにより、基板カ
セット３に並んだ基板２の処理が完了する。

【００４２】上述の実施形態のレーザアニール装置を使
用して、基板に新レーザアニール方法を実施するには、
従来通りに表面を上方にして水平にした基板を基板カセ
ットに積んで、カセットステーションに置けばよい。上
述の実施形態のレーザアニール装置は、その基板の裏面
を下側にして、裏面を支持しハンドリングし、裏面に下
側からレーザを照射して基板の表面にある半導体をレー
ザアニールする。基板の裏面を支持してハンドリングす
るので、基板の表面にある半導体のコンタミを防止でき
る。従って、特願２００１−０２１０３２号において開
示した様に、基板上に形成された薄膜トランジスタに基
板側から基板を透過可能なレーザ光を照射して、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
を特徴とする新レーザアニール方法を実施することがで
きる。その結果、レーザ光が基板を透過するので、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をアニール処
理することができる。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半導体膜
を得ることができる。また、下側から垂直に照射された
線状ビームは、前記隙間を通りプリズムにより所定の角
度だけ傾けられて基板の裏面から照射されるので、基板
を通過したレーザビームは基板の表面と所定の角度だけ
交差して半導体膜に照射される。従って、、特願２００
１ー０２０８９３において開示した様に、基板の照射面
でのレーザ光の光軸と基板の照射面直交軸とが所定の角
度で交差する装置を実現できる。その結果、半導体膜上
面での反射光と半導体下面での反射光との光軸がずれる
ので、経路差に起因する相互干渉を防止でき、反射した
レーザ光の強度分布にむらが生ぜす、活性化された基板
上の半導体の抵抗率分布や、結晶化された半導体の結晶
粒径分布や移動度分布にむらがなく、現状より特性のよ
い半導体を得ることができる。

【００４３】本発明は以上に述べた実施形態に限られる
ものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変
更が可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の基板を水平
方向に搬送しつつ基板にレーザを照射するレーザアニー
ル装置は、その構成により、以下の効果を有する。半導
体膜を有する基板の表面を上向きにしてガス浮上ステー
ジに置けば、基板は、前方ガス浮上ステージと後方ガス
浮上ステージとにガス浮上し、前記隙間を跨いで水平方
向に送られ、当該隙間から下面をレーザビームに照射さ
れ、レーザ光が基板を透過するので、裏側から基板を透
過して表面を照射できる。これにより半導体膜の活性を
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。また、反射板は当該隙間から
上向きに照射されるレーザビームを下方へ反射できるの
で、基板を通過したレーザビームを下方に反射して、再
度基板の表面に照射でき、レーザエネルギを無駄なく使
用できる。また、線状ビームは、基板の面の直交線と所
定の傾斜角度で交差して基板に照射され、基板の裏面か
ら入射されたレーザビームは基板上の半導体膜層の下面
と上面とで反射し異なる経路を通るので、経路差のある
複数の反射ビームの相互干渉を防止できる。また、基板
支持装置は、基板下面を水平に支持して、ガス浮上ステ
ージの上方で基板を上下させることができ、ガス浮上ス
テージと基板を授受することができ、基板の裏面を下方
に向けた通常のハンドリング姿勢で基板をハンドリング
してガス浮上ステージとの間で基板の授受をすることが
できる。また、基板高さ調整装置は、前記隙間付近での
基板下面の高さを調整でき、当該隙間から上向きに照射
されるレーザビームの基板でのビーム形状が安定するの
で、レーザアニールされた基板の半導体膜の特性が安定
する。また、半導体膜を有する基板の表面を上向きにし
て基板カセットに置けば、基板の表面を上にしてハンド
リングされ、基板上に形成された半導体膜に裏面からレ
ーザ光を照射して、レーザ光が裏面から基板を透過して
照射して半導体膜を活性化させることができる。半導体
膜を構成するすべての面をアニール処理することがで
き、半導体膜の活性を最大限に高めることができる。ま
た、基板の照射面でのレーザ光の光軸が基板の照射面直
交軸と所定の角度で交差するので、半導体膜上面での反
射光と半導体下面での反射光との光軸がずれ、経路差に
起因する相互干渉が生じなくなり、反射したレーザ光の
強度分布にむらが生ぜす、活性化された基板上の半導体
の抵抗率分布や、結晶化された半導体の結晶粒径分布や
移動度分布にむらがなく、特性のよい半導体を得ること
ができる。従って、新レーザアニール方法の実施に適し
ており、半導体膜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
優れたレーザアニール装置を提供することができる。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の平面図である。

【図２】本発明の実施形態の側面断面図である。

【図３】図２の部分詳細図である。

【図４】従来のレーザアニール装置の構成図である。

【図５】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レーザアニール装置２基板３基板カセット４レーザビーム１０ガス浮上ステージ１１後方ガス浮上ステージ１２前方ガス浮上ステージ２０基板水平送り装置２１基板水平送り台２２基板把持機構２３基板水平送り台送り機構２４基板水平送り台駆動機構２５基板左右姿勢決め機構２６基板前後姿勢決め機構３０レーザ光学系３１レーザ発振器３２４５度ミラー３３線状ビーム成形光学系３４レーザビーム誘導光学系３５４５度ミラー３６集光レンズ３７プリズム３８反射板３９架構４０基板高さ調整装置４１ガスベアリング５０基板支持装置５１後方基板支持装置５３ピン５４ピン昇降機構６０基板ローダ６１大気ロボット６５ターンテーブル７０カセットステーション８０操作盤９０定盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:40 Ｂ２３Ｋ 101:40 (72)発明者西田健一郎東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者石井幹人東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者芳之内淳東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者成松明格東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者広瀬宏樹東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者藤原達男東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者大野俊孝東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内Ｆターム(参考） 4E068 AH01 CA11 CD12 CE04 CE09 CE11 CH06 DA09 5F031 CA02 CA05 GA62 HA33 HA60 HA80 MA30 PA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を水平方向に搬送しつつ基板にレー
ザを照射するレーザアニール装置であって、所定の隙間
を挟んで搬送方向に並べた前方ガス浮上ステージと後方
ガス浮上ステージとを有し上面からガスを吹き出し基板
をガス浮上させることのできるガス浮上装置と、ガス浮
上した基板を前記隙間を跨いで水平方向に送る水平送り
装置と、当該隙間からレーザビームを上向きに照射する
レーザ光学系と、を備えたことを特徴とするレーザアニ
ール装置
【請求項２】隙間の上方に設けられ下方から照射された
レーザビームを下方へ反射しうる反射板を備える請求項
２に記載のレーザアニール装置
【請求項３】レーザビームが、基板直交軸に対して所定
の角度で交差する線状ビームであることを特徴とする請
求項１または請求項２の一つに記載のレーザアニール装
置
【請求項４】基板下面を水平に支持できる複数のピン
と、その複数のピンをガス浮上ステージを貫通して上下
させることのできるピン昇降機構とを有する基板支持装
置を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３に記
載のレーザアニール装置
【請求項５】前記隙間に配置され上面からガスを吹き出
して基板下面を浮かせ基板を支持するガスベアリングと
そのガスの吹き出し量を調整して基板下面の高さを調整
する制御装置とを有する基板高さ調整装置を備えたこと
を特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のレーザアニ
ール装置