JP2006140230A

JP2006140230A - レーザ照射装置及びレーザ照射方法

Info

Publication number: JP2006140230A
Application number: JP2004326915A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sakane; 剛坂根
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】アニール結果物の品質低下を防止することができるレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供する。
【解決手段】ガラス板３１上にアモルファスシリコン膜３２を形成した被処理基板３は、波長５３２ｎｍの処理用レーザ光Ｌの一部を吸収し、一部を透過させる性質をもつ。被処理基板３を、御影石からなるプレート本体５１の表面に、処理用レーザ光Ｌの照射によって御影石よりも損傷を受けにくいアルミナからなる層５２を形成した真空チャックプレート５上に載置する。真空チャックプレート５上に載置された被処理基板３に、処理用レーザ光Ｌを入射させ、処理用レーザ光Ｌが入射した領域のアモルファスシリコンを多結晶化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被処理基板に処理用レーザ光を照射するレーザ照射装置及びレーザ照射方法に関する。

従来から、ガラス板上にアモルファスシリコン膜を形成した被処理基板に処理用レーザ光を入射させ、処理用レーザ光が入射した領域のアモルファスシリコンを多結晶化するレーザアニール装置が知られている（特許文献１参照）。このレーザアニール装置においては、ステージによって被処理基板が保持される。ステージは、被処理基板が載置されるプレート（定盤）と、プレートを被処理基板に平行な面内方向に移動させるＸＹ移動機構とを備える。ＸＹ移動機構が、被処理基板を処理用レーザ光に対して移動させることにより、被処理基板の表面における所望領域を多結晶化することができる。

特開２００３−２１８０２７号公報

使用する処理用レーザ光の波長によっては、処理用レーザ光の一部がシリコン膜及びガラス基板を透過してプレート表面まで到達することがある。強度の大きなレーザ光がプレートに入射すると、プレート表面が損傷を受けることが考えられる。そこで、処理用レーザ光の照射によって損傷を受けにくいプレートが望まれる。本発明の目的の一つは、処理用レーザ光の照射によって損傷を受けにくいプレートを用いたレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することにある。

なお、プレートの材料として、例えば硬く耐熱性の高いセラミックスが考えられる。しかし、セラミックスは加工が困難であるとともに高価である。近年の被処理基板の大型化に伴なって、プレートのサイズも大型されつつあるため、セラミックスでプレートを製作することの困難性は高まってゆくと考えられる。また、プレートの価格も高騰してゆくと考えられる。本発明の他の目的は、製作が容易なプレートを用いたレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的は、価格の高騰を防止することができるプレートを用いたレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することにある。

また、上記レーザアニール装置においては、プレートに高い平坦度が要求される。例えば処理用レーザ光の入射による熱膨張等に起因してプレートの平坦度が悪化すると、プレートを移動させた場合に、処理用レーザ光の出射源から被処理基板表面までの距離が変動することになり、アニール結果物の品質低下を招くからである。本発明のさらに他の目的は、照射結果物の品質低下を防止することができるレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することにある。

本発明の一観点によれば、（ａ）処理用レーザ光の一部を吸収し、一部を透過させる性質をもつ被処理基板を準備する工程と、（ｂ）前記被処理基板を、石材からなるプレート本体の表面に、前記処理用レーザ光の照射によって前記石材よりも損傷を受けにくい耐損傷性材料からなる層を形成したプレート上に載置する工程と、（ｃ）前記プレート上に載置された被処理基板に、前記処理用レーザ光を入射させる工程とを有するレーザ照射方法が提供される。

本発明の他の観点によれば、処理用レーザ光を出射するレーザ出射装置と、前記レーザ出射装置から出射される処理用レーザ光が入射する位置において被処理基板を保持する保持面を画定したプレートであって、石材からなるプレート本体の表面に、前記処理用レーザ光の照射によって前記石材よりも損傷を受けにくい耐損傷性材料からなる層を形成したプレートとを備えたレーザ照射装置が提供される。

プレートの表層部が耐損傷性材料で構成されているため、被処理基板を透過した処理用レーザ光の入射に起因したプレートの損傷を防止することができる。プレート本体を構成する石材は、セラミックス等に比べると加工が容易である。また、石材は、セラミックス等に比べて安価であるため、プレートの大型化に伴なうプレートの価格の高騰を抑えることができる。

図１に、実施例によるレーザアニール装置の概略図を示す。気密構造を有するチャンバ１の壁（上壁）の一部が、窓２によって構成されている。窓２は、波長５３２ｎｍの処理用レーザ光Ｌを透過させる材料からなる。チャンバ１の内部における窓２と対向する位置に、被処理基板３が配置されている。被処理基板３は、ガラス板３１の表面にアモルファスシリコン膜３２を形成したものである。ガラス板３１の厚さは例えば０．７ｍｍであり、アモルファスシリコン膜３２の厚さは例えば１００ｎｍ以下、詳細には５０ｎｍ以上、７０ｎｍ以下である。被処理基板３のサイズは、平面視において例えば７３０ｍｍ×９２０ｍｍである。

ステージ４が、被処理基板３を保持している。ステージ４は、表面に被処理基板３を保持する保持面を画定した真空チャックプレート５と、真空チャックプレート５を被処理基板３に平行な面内方向に移動させるＸＹ移動機構６とを有する。真空チャックプレート５は、御影石からなるプレート本体５１の表面に、アルミナ（ホワイトアルミナ）からなる層５２を形成したものである。真空チャックプレート５には、各々保持面の位置に開口した複数の吸着用孔５３が形成されている。真空引装置７が、各々の吸着用孔５３の内部空洞を真空引きする。これにより、真空チャックプレート５上に載置された被処理基板３が真空チャックプレート５に吸着される。

図２を参照して、真空チャックプレート５の製造方法を説明する。まず、図２(ａ)に示すように、御影石を板状に整形した石板１０を準備する。石板１０の厚さは、例えば５０ｍｍである。平面視において石板１０のサイズは、例えば１０００ｍｍ×１０００ｍｍである。御影石はセラミックス等に比べると安価であるため、このような大型の石板１０を製作する場合であってもその価格の高騰を抑えることができる。また、御影石は、セラミックス等に比べると加工が容易であるという利点がある。

次に、図２(ｂ)に示すように、石板１０の表面を荒らす。石板１０の表面を荒らす方法としては、例えばサンドブラスト法が用いられる。次に、図２(ｃ)に示すように、石板１０の表面にアルミナを溶射し、白色のアルミナの層１１を形成するとともに、形成したアルミナの層１１の表面を研磨する。具体的には、溶射によって厚さ４００μｍのアルミナの層１１を形成し、その後にその層１１を研磨する。研磨の方法としては、例えばラップ法が用いられる。次に、図２(ｄ)に示すように、石板１０に吸着用孔１２を形成する。以上で、図１の真空チャックプレート５が完成する。

なお、アルミナの層１１を形成する前に、石板１０に吸着用孔１２を形成してもよい。この場合は、吸着用孔１２の開口をマスキング部材で塞いだ状態でアルミナの溶射を行い、アルミナを溶射した後にそのマスキング部材を取り外す。なお、図２に示したようにアルミナの層１１を形成した後に吸着用孔１２を形成する場合には、マスキング作業が不要になるという利点がある。

図１に戻って説明を続ける。レーザ出射装置８が、チャンバ１の外部に配置されている。レーザ出射装置８は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器８１と、ホモジナイザ８２とを有する。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器８１は、ＹＡＧ製の母材にＮｄ^３＋をドープしたレーザ媒質と、レーザ媒質から生じる誘導放出光の波長を変換し、その第２高調波を生成する非線形結晶とを含む。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器８１から出射されるレーザ光は第２高調波であり、その波長は５３２ｎｍである。

ホモジナイザ８２は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器８１から出射されたレーザ光を、そのビーム断面内の位置に関して複数本の光線束に分割する分割光学系と、分割光学系によって分割された光線束群のビーム断面をホモジナイズ面上の共通の領域に重ね合せる重ね合わせ光学系とを有する。ホモジナイザ８２から出射した上記光線束群（処理用レーザ光）Ｌが、窓２を透過して被処理基板３の表面に入射する。被処理基板３の表面の位置に上記ホモジナイズ面が画定され、かつそのホモジナイズ面において処理用レーザ光Ｌが一方向（図１の紙面に垂直な方向）に長い線状の入射領域を有するように、ホモジナイザ８２を構成する分割光学系及び重ね合わせ光学系が調整されている。

以下、被処理基板３のレーザアニール方法について説明する。まず、被処理基板３を真空チャックプレート５上に載置し、真空引装置７を稼動させる。これにより、被処理基板３が真空チャックプレート５に吸着された状態となる。チャンバ１の内部空間は、不活性ガス、具体的にはＮ_２ガスで満たされた状態とする。この状態で、レーザ出射装置８が、被処理基板３の表面に処理用レーザ光Ｌを入射させる。すると、処理用レーザ光Ｌが入射した領域のアモルファスシリコンが溶融する。溶融した領域の固化に伴なって、その領域が多結晶化される。

このとき、処理用レーザ光Ｌの一部は、シリコン膜３２及びガラス板３１を透過して真空チャックプレート５の表面まで到達する。被処理基板３は、波長５３２ｎｍの光に対して、例えば紫外光よりも大きな光透過率を示す。具体的には、処理用レーザ光Ｌに対する被処理基板３の光透過率は３０％程度である。このため、本実施例のように波長５３２ｎｍの光を処理用レーザ光Ｌとして用いる場合は、処理用レーザ光Ｌの入射に起因した真空チャックプレート５の損傷を防止することが重要な課題となる。この点、真空チャックプレート５の表層部は、処理用レーザ光Ｌの照射によって石材よりも損傷を受けにくいアルミナの層５２によって構成されているため、処理用レーザ光Ｌの入射に起因した真空チャックプレート５の損傷を防止することができる。

ＸＹ移動機構６が、被処理基板３を保持した真空チャックプレート５を移動させる。具体的には、ＸＹ移動機構６は、処理用レーザ光Ｌの入射領域の長尺方向と交差する方向（図１の左右方向）に被処理基板３を移動させる。これにより、処理用レーザ光Ｌの入射領域を被処理基板３の表面上で移動させることができ、被処理基板３表面の所望領域を多結晶化することができる。なお、本実施例のアニール結果物、即ち多結晶化されたシリコン膜が形成されたガラス板は、例えば液晶パネルに用いられる。

本実施例のように、ホモジナイザ８２を通して処理用レーザ光Ｌを被処理基板３の表面に入射させる場合、被処理基板３を移動させても、窓２と対向する位置において、被処理基板３の表面が理想的なホモジナイズ面の位置からずれないことが重要である。被処理基板３の表面がホモジナイズ面の位置からずれると、照射面における処理用レーザ光Ｌの強度が変化し、アニール結果物の品質低下を招くからである。

具体的には、処理用レーザ光Ｌの入射領域の短尺方向の幅を３μｍ〜１０μｍまで集束させる場合は、被処理基板３の表面の、理想的なホモジナイズ面からのずれの許容量は１０μｍ〜５０μｍ程度となる。被処理基板３の表面の、理想的なホモジナイズ面からのずれ量が許容量を超えないようにするためには、真空チャックプレート５の平坦度が高いことが重要な課題の一つとなる。この点、プレート本体５１を構成する石材は熱膨張率が小さいので、アニール処理時に処理用レーザ光の照射に起因して真空チャックプレート５の温度が上昇したとしても、真空チャックプレート５の熱変形に起因した平坦度の低下を防止することができる。この結果、処理用レーザ光Ｌの入射位置が理想的なホモジナイズ面の位置からずれることに起因したアニール結果物の品質低下を防止することができる。

以上、実施例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、層５２を構成する耐損傷性材料は、アルミナ（ホワイトアルミナ）に限られない。耐損傷性材料として、処理用レーザ光の照射によってプレート本体５１を構成する石材よりも損傷を受けにくいもの、例えば石材よりも耐熱性が高いものが好ましく用いられる。具体的には例えば、耐損傷性材料として、融点が１０００℃以上のものが好ましく用いられる。また、耐損傷性材料としては、石材よりも硬度の高いものが好ましく用いられる。以下に、耐損傷性材料として使用可能なものを具体的に例示する。

金属酸化物を、損傷性材料として用いることができる。金属酸化物としては、実施例で用いたホワイトアルミナは勿論、アルミナに他の材料を含有させたもの、例えばグレイアルミナやアルミナチタニア等を用いることもできる。また、金属酸化物として、ジルコニア、酸化クロム、あるいはチタニア等を用いることもできる。

また、サーメットを、耐損傷性材料として用いることもできる。サーメットとしては、例えばイットリアニクロムを用いることができる。

また、金属炭化物を、耐損傷性材料として用いることもできる。金属炭化物としては、例えばタングステンカーバイド、クロムカーバイド、あるいはチタニウムカーバイド等を用いることができる。

この他、ニッケル、コバルト、クロム、モリブデン、タンタル、タングステン等の酸化しにくい金属又はこれらの合金を耐損傷性材料として用いてもよい。

なお、プレート本体５１に形成する層５２が薄すぎると、処理用レーザ光Ｌがプレート本体５１に到達してしまうことが考えられる。一方、層５２が厚すぎると、溶射中に層に熱がこもり、層に割れ等が生じてしまうことが考えられる。そこで、層５２の厚さは、１００μｍ以上、４００μｍ以下であることが好ましい。

また、プレート本体５１を構成する石材は、特に御影石に限られず、他の天然石又は人工石であってもよい。また、実施例では、チャンバ１が気密構造を有することとしたが、チャンバは必ずしも気密構造を有していなくてもよい。大気開放された環境下でアニール処理をする場合に本発明を適用することもできる。また、被処理基板３のアニールに用いる処理用レーザ光Ｌの波長は特に５３２ｎｍに限られない。本発明は、４００ｎｍ以上、９００ｎｍ以下の波長の光を、ガラス板上にシリコン膜を形成した被処理基板に入射させる場合に特に有効である。

また、照射対象物は、特に被処理基板３に限られない。本発明は、処理用レーザ光に対する光透過率が１０％以上、５０％以下である照射対象物への処理用レーザ光の照射に有効である。この他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

実施例によるレーザアニール処理装置の概略図である。真空チャックプレートの製造過程を示す断面図である。

符号の説明

１…チャンバ、２…窓、３…被処理基板、３１…ガラス板、３２…アモルファスシリコン膜（アモルファス半導体膜）、４…ステージ、５…真空チャックプレート（プレート）、５１…プレート本体、５２…アルミナ（耐損傷性材料）の層、５３…吸着用孔、６…ＸＹ移動機構、７…真空引装置、８…レーザ出射装置、８１…Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器（固体レーザ発振器）、８２…ホモジナイザ、１０…石板、１１…アルミナ（耐損傷性材料）の層、１２…吸着用孔、Ｌ…処理用レーザ光。

Claims

（ａ）処理用レーザ光の一部を吸収し、一部を透過させる性質をもつ被処理基板を準備する工程と、
（ｂ）前記被処理基板を、石材からなるプレート本体の表面に、前記処理用レーザ光の照射によって前記石材よりも損傷を受けにくい耐損傷性材料からなる層を形成したプレート上に載置する工程と、
（ｃ）前記プレート上に載置された被処理基板に、前記処理用レーザ光を入射させる工程と
を有するレーザ照射方法。
前記処理用レーザ光に対する前記被処理基板の光透過率が、１０％以上、５０％以下である請求項１に記載のレーザ照射方法。
前記処理用レーザ光が、固体レーザの第２高調波であり、
前記被処理基板が、ガラス板上にアモルファス半導体膜を形成した構造を有し、
前記工程（ｃ）では、前記処理用レーザ光が入射した領域のアモルファス半導体を結晶化する請求項１又は２に記載のレーザ照射方法。
前記耐損傷性材料が、アルミナ、アルミナチタニア、チタニア、又はイットリアニクロムである請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ照射方法。
前記プレート本体が、御影石からなる請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ照射方法。
処理用レーザ光を出射するレーザ出射装置と、
前記レーザ出射装置から出射される処理用レーザ光が入射する位置において被処理基板を保持する保持面を画定したプレートであって、石材からなるプレート本体の表面に、前記処理用レーザ光の照射によって前記石材よりも損傷を受けにくい耐損傷性材料からなる層を形成したプレートと
を備えたレーザ照射装置。
前記レーザ出射装置が固体レーザ発振器を含んで構成され、前記処理用レーザ光が固体レーザの第２高調波である請求項６に記載のレーザ照射装置。
前記耐損傷性材料が、アルミナ、アルミナチタニア、チタニア、又はイットリアニクロムである請求項６又は７に記載のレーザ照射装置。
前記プレート本体が、御影石からなる請求項６〜８のいずれかに記載のレーザ照射装置。
前記プレートに、各々前記保持面の位置に開口した複数の吸着用孔が形成されており、
さらに、前記吸着用孔の内部空洞を真空引きする真空引装置を備えた請求項６〜９のいずれかに記載のレーザ照射装置。