JP3091904B2 - レーザーアニール処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーアニール
処理装置に関し、更に詳しくは、真空引きする必要がな
く，処理のスループットを向上することができるレーザ
ーアニール処理装置に関するものである。本発明のレー
ザーアニール処理装置は、特に大面積大粒径多結晶シリ
コン薄膜の形成に有用である。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のレーザーアニール処理装
置の一例の要部縦断面図である。このレーザーアニール
処理装置５００は、アルミニウム製の真空チャンバ１
と、この真空チャンバ１内に設置された基台Ｂ上を移動
すると共にその上面に被処理体Ｍが載置される移動載置
台２と、この移動載置台２の上面に埋設され前記被処理
体Ｍを予熱する抵抗線３と、前記真空チャンバ１の天井
部１ａに設けられ且つ石英ガラス板の両面に紫外線反射
防止膜（ＡＲコート）を形成したレーザー導入用窓５
と、このレーザー導入用窓５の上方に設けられレーザー
光Ｒを発生するエキシマレーザー発生装置６と、前記真
空チャンバ１に被処理体Ｍを導入するためのゲートバル
ブＳ２と、前記真空チャンバ１から被処理体Ｍを導出す
るためのゲートバルブＳ３とを具備している。１ｂは、
真空引き用の排気口である。前記被処理体Ｍは、絶縁基
板Ｍ２上に非晶質半導体薄膜Ｍ１を形成したものであ
る。

【０００３】図６は、上記レーザーアニール処理装置５
００の全体の平面図である。ＣＡはカセット、ＧＲはコ
ンベヤ、Ｓ１はゲートバルブ、ＩＮＲは搬入ロボット、
ＥＸＲは搬出ロボット、Ｓ４はゲートバルブである。Ｐ
はレーザー照射部分である。

【０００４】レーザーアニール処理は次の手順で行う。 未処理の複数の被処理体Ｍを入れた状態でカセットＣ
ＡをコンベヤＧＲの上に乗せる。 ゲートバルブＳ１を開けて、前記カセットＣＡから１
枚の被処理体Ｍを搬入ロボットＩＮＲにより取り込み、
ゲートバルブＳ１を閉じる。 ゲートバルブＳ２を開けて、搬入ロボットＩＮＲが取
り込んだ被処理体Ｍを移動載置台２の上に載置し、ゲー
トバルブＳ２を閉じる。 真空チャンバ１の排気口１ｂから排気し、真空チャン
バ１内を１０^-2〜１０^-6Ｔｏｒｒの高真空とする（ある
いは窒素ガスを充填する）。次に、前記抵抗線３に通電
し、被処理体Ｍを４００℃程度に予熱する。また、被処
理体Ｍがレーザー導入用窓５の直下に位置するように移
動載置台２を移動させる。そして、エキシマレーザー発
生装置６からレーザー光Ｒを発生させる。レーザー光Ｒ
は、レーザー導入用窓５を通って真空チャンバ１内に導
入され、被処理体Ｍの表面に照射される。この状態で移
動載置台２を移動し、小面積（例えば０．４ｍｍ×１５
０ｍｍ）のレーザー照射部分Ｐで前記被処理体Ｍの非晶
質半導体薄膜Ｍ１の全面（例えば３００ｍｍ×３００ｍ
ｍ）を走査する。これにより、非晶質半導体薄膜Ｍ１の
結晶化を行うことが出来る。 上記とは並行して行うことが出来る。

【０００５】ゲートバルブＳ３を開けて、処理済の被
処理体Ｍを移動載置台２の上から搬出ロボットＥＸＲに
より取り出し、ゲートバルブＳ３を閉じる。並行して、
カセットＣＡをゲートバルブＳ４の位置までコンベヤＧ
Ｒで移動しておく。 ゲートバルブＳ４を開けて、搬出ロボットＥＸＲが取
り出した被処理体ＭをカセットＣＡに戻し、ゲートバル
ブＳ４を閉じる。 上記とは並行して行うことが出来る。 カセットＣＡ内に未処理の被処理体Ｍが残っているな
ら、カセットＣＡをゲートバルブＳ１の位置までコンベ
ヤＧＲで戻す。 カセットＣＡ内の未処理の被処理体Ｍがなくなるまで
上記からを繰り返し、カセットＣＡ内が処理済の被
処理体Ｍだけになれば、カセットＣＡを搬出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザーア
ニール処理装置５００では、真空チャンバ１内を真空あ
るいは窒素（大気圧）雰囲気とすることによって、アニ
ール中に空気中の物質が非晶質半導体薄膜Ｍ１に作用す
ることを防止している。しかし、真空チャンバ１内を真
空あるいは窒素（大気圧）雰囲気とするために、真空チ
ャンバ１の真空引き（および窒素ガス充填）やゲートバ
ルブＳ１〜Ｓ４の開閉を行っていると、処理のスループ
ットを向上できないという問題点がある。特に、最近の
１５０ｍｍ角前後から３００ｍｍ角以上の大型の液晶デ
ィスプレイの半導体基板を処理する場合には、真空チャ
ンバも大型化するため、この問題点が顕著となってい
る。そこで、本発明の目的は、真空引きする必要がな
く，処理のスループットを向上することができるレーザ
ーアニール処理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の観点では、本発明
は、被処理体（Ｍ）に形成された非晶質半導体薄膜（Ｍ
１）にレーザー光（Ｒ）を照射し、前記非晶質半導体薄
膜（Ｍ１）を結晶化させるレーザーアニール処理装置に
おいて、窒素ガスを噴射して前記レーザー照射部分
（Ｐ）近傍のみを窒素雰囲気とする窒素ガス噴射手段
（１２，２２）と、前記窒素ガスを加熱する加熱手段
（１４）とを具備することを特徴とするレーザーアニー
ル処理装置（１００）を提供する。上記第１の観点によ
るレーザーアニール処理装置（１００）では、窒素ガス
を噴射し、レーザー照射部分（Ｐ）近傍のみを窒素雰囲
気とする。実際にアニールが行われているのはレーザー
照射部分（Ｐ）のみであるから、レーザー照射部分
（Ｐ）近傍のみを窒素雰囲気とすることによっても、ア
ニール中に空気中の物質が被処理体（Ｍ）に作用するの
を防止できる。先述したようにレーザー照射部分（Ｐ）
は小面積（例えば０．４ｍｍ×１５０ｍｍ）であるか
ら、レーザー照射部分（Ｐ）近傍のみを窒素雰囲気とす
ることは容易である。そして、真空引きする必要がない
ため、処理のスループットを向上することができる。ま
た、真空チャンバやゲートバルブが必要なくなるため、
構成を小型化・簡単化でき、コストを下げることが出来
る。さらに、真空チャンバのレーザー導入用窓が無くな
るから、石英ガラスの汚れを定期的に清掃する必要がな
くなり、保守が容易になる。また、石英ガラスでのレー
ザー光の反射に起因するアニール効果のばらつきを防止
することが出来る。

【０００８】さらに、窒素ガスを加熱して噴射するた
め、窒素ガスによって被処理体（Ｍ）を予熱でき、アニ
ール効果を高めることが出来る。

【０００９】第２の観点では、本発明は、被処理体
（Ｍ）にレーザー光（Ｒ）を照射するレーザー照射手段
（６）と、小面積のレーザー照射部分（Ｐ）で前記被処
理体（Ｍ）の大面積の領域を走査するように前記被処理
体（Ｍ）を乗せて移動する移動載置台（２）とを備えた
レーザーアニール処理装置において、窒素ガスを噴射し
てレーザー照射部分（Ｐ）近傍のみを窒素雰囲気とする
窒素ガス噴射手段（１２，２２）と、前記窒素ガスを加
熱する加熱手段（１４）と、前記被処理体（Ｍ）を前記
移動載置台（２）上に載置する時および前記移動載置台
（２）上から取り出す時に前記窒素ガス噴射手段（１
２，２２）を前記移動載置台（２）から離すと共に前記
レーザー照射部分（Ｐ）にレーザー光（Ｒ）を照射する
時に前記窒素ガス噴射手段（１２，２２）を前記移動載
置台（２）に近づける駆動手段（１５，２５）とを具備
することを特徴とするレーザーアニール処理装置（１０
０）を提供する。上記第２の観点によるレーザーアニー
ル処理装置（１００）では、窒素ガスを噴射し、レーザ
ー照射部分（Ｐ）近傍のみを窒素雰囲気とする。これに
よって、上述のように、処理のスループットを向上でき
る。また、構成を小型化・簡単化でき、コストを下げる
ことが出来る。また、保守が容易になる。また、アニー
ル効果のばらつきを防止することが出来る。また、窒素
ガスを加熱して噴射するため、窒素ガスによって被処理
体（Ｍ）を予熱でき、アニール効果を高めることが出来
る。さらに、駆動手段（１５，２５）を設けて、作業の
種類に応じて移動載置台（２）と窒素ガス噴射手段（１
２，２２）の距離を調節するようにしたから、被処理体
（Ｍ）の導入・導出を好適に行えると共に必要な窒素ガ
スの流量を節約できるようになる。

【００１０】第３の観点では、本発明は、上記構成のレ
ーザーアニール処理装置において、前記窒素ガス噴射手
段（２２）は、前記レーザー光（Ｒ）が通過するスリッ
ト（２２ｗ）と，そのスリット（２２ｗ）の周辺部に設
けられた複数の窒素ガス噴出口（２２ｈ）と，それら複
数の窒素ガス噴出口（２２ｈ）の周りに設けられたラビ
リンスシール部（２２ｍ）とを有する板状ノズル（２
２）を含むことを特徴とするレーザーアニール処理装置
（１００）を提供する。上記構造の板状ノズル（２２）
を用いれば、噴出した窒素ガスをレーザー照射部分
（Ｐ）近傍に有効に留めておけるようになり、必要な窒
素ガスの流量を節約することが出来る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施形態により本
発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明
が限定されるものではない。

【００１２】−第１の実施形態− 図１は、本発明の第１の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置１００の全体の平面図である。このレーザ
ーアニール処理装置１００では、真空チャンバの代りに
簡易エンクロージャ１１が設けられている。簡易エンク
ロージャ１１の内部には、基台Ｂと、その基台Ｂ上を移
動すると共にその上面に被処理体Ｍが載置される移動載
置台２と、スイングノズル１２とが設けられている。簡
易エンクロージャ１１の上方には、レーザー光Ｒを発生
するエキシマレーザー発生装置（図５の６）が設けられ
ている。

【００１３】窒素ガスは、窒素ガス供給管１３を通じて
前記スイングノズル１２に供給され、スイングノズル１
２の先端（図２の１２ｎ）からレーザー照射部分Ｐへ向
けて噴出される。また、簡易エンクロージャ１１内の窒
素ガスは、窒素ガス回収管１６を通じて回収され、ガス
フィルタＧＦを通じてスイングノズル１２に再供給され
る。１５は、モータである。このモータ１５により前記
スイングノズル１２を航空機のフラップのようにスイン
グさせて、スイングノズル１２の先端（図２の１２ｎ）
を上下し、移動載置台２との距離を調節する。

【００１４】図２は、前記スイングノズル１２の斜視図
である。スイングノズル１２の先端１２ｎには、窒素ガ
スの噴出口１２ｈが設けられている。また、内部には、
窒素ガスを加熱するヒータ１４が設けられている。モー
タ１５は、移動載置台２上に被処理体Ｍを載置する時お
よび移動載置台２上から被処理体Ｍを取り出す時に、邪
魔にならないようにスイングノズル１２の先端１２ｎを
上げる。また、レーザー照射部分Ｐにレーザー光Ｒを照
射する時に、レーザー照射部分Ｐの近傍を効率的に窒素
ガス雰囲気にするためにスイングノズル１２の先端１２
ｎを下げる。

【００１５】レーザーアニール処理は次の手順で行う。 未処理の複数の被処理体Ｍを入れた状態でカセットＣ
ＡをコンベヤＧＲの上に乗せる。 カセットＣＡから１枚の被処理体Ｍを搬入ロボットＩ
ＮＲにより取り込み、保持する。 スイングノズル１２の先端１２ｎを上げる。 搬入ロボットＩＮＲが取り込んだ被処理体Ｍを移動載
置台２に載置する。 スイングノズル１２の先端１２ｎを下げ、加熱した窒
素ガスをレーザー照射部分Ｐに噴射する。また、前記抵
抗線３（図５参照）に通電し、被処理体Ｍを４００℃程
度に予熱する。そして、エキシマレーザー発生装置６
（図５参照）からレーザー光Ｒを発生させ、レーザー照
射部分Ｐに照射する。この状態で移動載置台２を移動
し、小面積（例えば０．４ｍｍ×１５０ｍｍ）のレーザ
ー照射部分Ｐで前記被処理体Ｍの非晶質半導体薄膜Ｍ１
の全面（例えば３００ｍｍ×３００ｍｍ）を走査する。
これにより、非晶質半導体薄膜Ｍ１の結晶化を行うこと
が出来る。 上記と並行して、カセットＣＡから次の１枚の被処理体
Ｍを搬入ロボットＩＮＲにより取り込み、保持してお
く。次に、カセットＣＡを搬出ロボットＥＸＲの位置ま
でコンベヤＧＲで移動しておく。

【００１６】スイングノズル１２の先端１２ｎを上
げ、処理済の被処理体Ｍを移動載置台２の上から搬出ロ
ボットＥＸＲにより取り出し、カセットＣＡに戻す。 カセットＣＡ内に未処理の被処理体Ｍが残っているな
ら、カセットＣＡをゲートバルブＳ１の位置までコンベ
ヤＧＲで戻す。 カセットＣＡ内の未処理の被処理体Ｍがなくなるまで
上記からを繰り返し、カセットＣＡ内が処理済の被
処理体Ｍだけになれば、カセットＣＡを搬出する。

【００１７】以上のレーザーアニール処理装置１００に
よれば、真空引きする必要がないため、処理のスループ
ットを向上できる。また、真空チャンバやゲートバルブ
が必要なくなるため、構成を小型化・簡単化でき、コス
トを下げることが出来る。さらに、真空チャンバのレー
ザー導入用窓が無くなるから、石英ガラスの汚れを定期
的に清掃する必要がなくなり、保守が容易になる。ま
た、石英ガラスでのレーザー光の反射に起因するアニー
ル効果のばらつきを防止することが出来る。また、窒素
ガスを加熱して噴射するため、窒素ガスによって被処理
体Ｍの予熱を補助でき、アニール効果を高めることが出
来る。さらに、作業の種類に応じて移動載置台２とスイ
ングノズル１２の先端１２ｎの距離を調節するから、被
処理体Ｍの導入・導出を好適に行えると共に必要な窒素
ガスの流量を節約できる。

【００１８】−第２の実施形態− 第２の実施形態は、上記第１の実施形態におけるスイン
グノズル１２の代りに図３，図４に示す板状ノズル２２
を用いたものである。この板状ノズル２２は、レーザー
光Ｒが通過するスリット２２ｗと，そのスリット２２ｗ
の周辺部に設けられた複数の窒素ガス噴出口２２ｈと，
それら複数の窒素ガス噴出口２２ｈの周りに設けられた
ラビリンスシール部２２ｍとを有している。また、前記
板状ノズル２２は、モータ２５およびボールネジ機構に
よって上下に移動される。窒素ガスは、窒素ガス供給管
１３を通じて供給され、窒素ガス噴出口２２ｈから被処
理体Ｍに向けて噴射される。板状ノズル２２を被処理体
Ｍに近接させておくと、ラビリンスシール部２２ｍが窒
素ガスの外側への拡散を抑制するため、効率的にレーザ
ー照射部分Ｐの近傍を窒素ガス雰囲気にすることが出来
る。第２の実施形態のレーザーアニール処理装置によっ
ても、第１の実施形態と同じ効果が得られる。

【００１９】

【発明の効果】本発明のレーザーアニール処理装置によ
れば、真空引きする必要がないため、処理のスループッ
トを向上できる。また、真空チャンバやゲートバルブが
必要なくなるため、構成を小型化・簡単化でき、コスト
を下げることが出来る。さらに、真空チャンバのレーザ
ー導入用窓が無くなるから、石英ガラスの汚れを定期的
に清掃する必要がなくなり、保守が容易になる。また、
石英ガラスでのレーザー光の反射に起因するアニール効
果のばらつきを防止することが出来る。

【００２０】さらに、窒素ガスを加熱して噴射するよう
にすれば、窒素ガスによって被処理体Ｍの予熱を補助で
き、アニール効果を高めることが出来る。

【００２１】さらに、作業の種類に応じて窒素ガス噴射
手段と移動載置台の距離を調節するようにすれば、被処
理体の導入・導出を好適に行えると共に、必要な窒素ガ
スの流量を節約できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のレーザーアニール処
理装置の平面図である。

【図２】第１の実施形態にかかるスイングノズルの斜視
図である。

【図３】第２の実施形態にかかる板状ノズルの斜視図で
ある。

【図４】図３の板状ノズルの縦断面図である。

【図５】従来のレーザーアニール処理装置の一例の要部
縦断面図である。

【図６】従来のレーザーアニール処理装置の一例の平面
図である。

【符号の説明】

１００，５００ レーザーアニール処理装
置 １ 真空チャンバ １ａ 天井部 １ｂ 排気口 ２ 移動載置台 ３ 抵抗線 ５ エキシマレーザー導入用
窓 ６ エキシマレーザー発生装
置 １２ スイングノズル １３ 窒素ガス供給管 １４ ヒータ １５，２５ モータ ２２ 板状ノズル Ｂ 基台 Ｐ レーザー照射部分 Ｍ 被処理体 Ｍ１ 非晶質半導体薄膜 Ｍ２ 絶縁基板

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理体（Ｍ）にレーザー光（Ｒ）を照
   射するレーザー照射手段（６）と、小面積のレーザー照
   射部分（Ｐ）で前記被処理体（Ｍ）の大面積の領域を走
   査するように前記被処理体（Ｍ）を乗せて移動する移動
   載置台（２）とを備えたレーザーアニール処理装置にお
   いて、 窒素ガスを噴射して前記レーザー照射部分（Ｐ）近傍の
   みを窒素雰囲気とする窒素ガス噴射手段（１２，２２）
   と、前記窒素ガスを加熱する加熱手段（１４）と、前記
   被処理体（Ｍ）を前記移動載置台（２）上に載置する時
   および前記移動載置台（２）上から取り出す時に前記窒
   素ガス噴射手段（１２，２２）を前記移動載置台（２）
   から離すと共に前記レーザー照射部分（Ｐ）にレーザー
   光（Ｒ）を照射する時に前記窒素ガス噴射手段（１２，
   ２２）を前記移動載置台（２）に近づける駆動手段（１
   ５，２５）とを具備することを特徴とするレーザーアニ
   ール処理装置（１００）。
2. 【請求項２】 被処理体（Ｍ）に形成された非晶質半導
   体薄膜（Ｍ１）にレーザー光（Ｒ）を照射し、前記非晶
   質半導体薄膜（Ｍ１）を結晶化させるレーザーアニール
   処理装置において、 窒素ガスを噴射してレーザー照射部分（Ｐ）近傍のみを
   窒素雰囲気とする窒素ガス噴射手段（１２，２２）と、
   前記窒素ガスを加熱する加熱手段（１４）とを具備する
   ことを特徴とするレーザーアニール処理装置（１０
   ０）。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のレーザ
   ーアニール処理装置において、前記窒素ガス噴射手段
   （２２）は、前記レーザー光（Ｒ）が通過するスリット
   （２２ｗ）と，そのスリット（２２ｗ）の周辺部に設け
   られた複数の窒素ガス噴出口（２２ｈ）と，それら複数
   の窒素ガス噴出口（２２ｈ）の周りに設けられたラビリ
   ンスシール部（２２ｍ）とを有する板状ノズル（２２）
   を含むことを特徴とするレーザーアニール処理装置（１
   ００）。