JP3347297B2

JP3347297B2 - 半導体製造装置

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Publication number: JP3347297B2
Application number: JP29798998A
Authority: JP
Inventors: 良高山元
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JP2000124151A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザビームを
利用して多結晶あるいは非結晶の半導体材料を溶融/再
結晶化する半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示素子用として広く用いら
れている非晶質シリコン(以下、ａ−Ｓiと言う)薄膜ト
ランジスタは、薄膜トランジスタ(以下、ＴＦＴと言う)
の特性が単結晶シリコンＴＦＴに比較して劣るため、論
理素子用や電流ドライバ用としては使うことができず、
主に表示パネルにおける画素に電圧を印加するスイッチ
としてのみ用いられている。

【０００３】一方においては、上記ａ−Ｓiを多結晶シ
リコン(以下、ｐ−Ｓiと言う)とすることによって、Ｔ
ＦＴの特性が非常に優れたものになることが知られてい
る。実際、この方法によれば、ＴＦＴの性能を示す指数
であるキャリア移動度は、ａ−ＳiＴＦＴでは１cm²/s程
度であるが、ｐ−ＳiＴＦＴでは約１００cm²/sとなり、
その値は２桁改善される。その結果、液晶表示素子で
は、従来からの画素のスイッチとしての役割に加えて、
スイッチ用ＴＦＴに電圧を印加する役割を担うドライバ
素子、このドライバ素子に順次電流を配る役割を担うシ
フトレジスタ回路、映像信号を画素に必要な電流に変換
する信号増幅回路、これらの素子や回路を制御するコン
トロール回路等、従来単結晶シリコンＴＦＴを用いて形
成されたＩＣ(集積回路)を用いていた回路素子を、ｐ−
ＳiＴＦＴによって構成することが可能となる。

【０００４】また、上記ｐ−Ｓiを用いたドライバ素子
用ＴＦＴは、ａ−Ｓiを用いた表示用ＴＦＴをガラス基
板上に作成する際に同時に形成することが可能であり、
そうした場合にはドライバ素子を表示画面と同時に形成
してもコストは同じとなる。そして、表示パネル上にフ
レキシブルプリント基板等を用いて接続していたドライ
バ用のＩＣが不要となり、上記ＩＣに掛っていたコスト
を削減可能になる。さらに、上記ＩＣをガラス基板に接
続する作業が不要となるためその工賃が不要となる。加
えて、上記フレキシブルプリント基板の接続に必要なガ
ラス基板上の領域が不要となり、有効画面率(液晶表示
素子の表面積に対する実際に画像を表示できる表示面積
の割合)を大きくすることができる。したがって、同じ
表示面積であれば、ドライバ素子として上記ＩＣを用い
た液晶表示素子に比して周辺のドライバの実装面積を小
さくすることができる。その結果、液晶表示素子の小型
化とその液晶表示素子を用いた電子機器の小型化が実現
できる。

【０００５】また、従来、表示画面の精細度は、上記フ
レキシブルプリント基板をガラス基板上に接続する際の
接続ピッチによって制限されていた。しかしながら、上
記ｐ−ＳiＴＦＴの採用によってフレキシブルプリント
基板の接続が不要となるために、表示画面の精細度が改
良される。また、ｐ−ＳiＴＦＴの性能がａ−ＳiＴＦＴ
よりも優れているためにＴＦＴのサイズを小さくするこ
とができ、各画素における光が通過する空間(開口率)を
大きくでき、明るい表示画可能となる。

【０００６】上述したように、上記ｐ−ＳiＴＦＴは、
ａ−ＳiＴＦＴでは実現できない長所を有しているが、
一方ではその製造に際してシリコンを結晶化する技術上
の大きな問題がある。シリコンを結晶化するためにはシ
リコンをその結晶化温度以上に加熱しなければならない
のであるが、その加熱方法として以下の２つの方法があ
る。

【０００７】第１の方法は、熱処理炉の中で長時間熱処
理してａ−Ｓiをｐ−Ｓiに結晶化する方法である。結晶
化時の熱処理温度は高い方が好ましいが、低温ｐ−Ｓi
ＴＦＴではガラス基板を用いており、ガラスの材質で決
まる制限温度以上ではガラス基板が変形するために、上
記制限温度より低い温度でａ−Ｓiをｐ−Ｓiに変えるた
めの熱処理を行う必要がある。通常、この制限温度は６
００℃以下であり、１０時間以上の長時間の熱処理が必
要である。したがって、第１の方法は、実際の製造工程
に適用するには、生産性の低さと得られるｐ−Ｓiの結
晶性が不十分であることとから、全く不満足なものであ
る。

【０００８】第２の方法は、ガラス基板の表面に形成し
たａ−Ｓi薄膜のみを瞬間的に加熱結晶化し、ガラス基
板の温度はその耐熱性の範囲内に収める方法であり、通
常は加熱にレーザ技術が用いられる。第２の方法におい
ては、ａ−Ｓi薄膜が吸収する波長(５００nm以下)のレ
ーザ光を瞬間的にａ−Ｓi薄膜に照射し、ａ−Ｓi薄膜を
瞬間的に溶融して疑固結晶化する。その場合、レーザ光
の照射時間は５０ｎ秒程度の非常に短時間であるため、
ａ−Ｓi薄膜は溶融するがレーザ光の熱がガラス基板に
伝導される前に加熱が停止されてしまうのである。

【０００９】図３に、上記第２の方法が適用された従来
のレーザ結晶化装置の概念を示す。ａ−Ｓi薄膜が形成
されたガラス基板は、基板ローダ１にセットされたカセ
ットから１枚ずつ取り出されて、基板移載機２によって
予備加熱チャンバ３に移送される。そして、予備加熱チ
ャンバ３内で所定の温度まで昇温された後に、基板移載
機２によってレーザ処理チャンバ４に送出される。一
方、レーザ発振器５で発生されたレーザビームは、レー
ザ導光路６を通ってレーザ処理チャンバ４に導かれてガ
ラス基板上のａ−Ｓi薄膜に上側から照射される。ここ
で、レーザ処理チャンバ４にはガラス基板が１枚ずつ送
られ、レーザビームによる熱処理は１度に１枚ずつ行わ
れる。こうして、熱処理が終了したガラス基板は、基板
移載機２によって冷却チャンバ７に移送されて、所定の
温度まで冷却される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザ結晶化装置によるａ−Ｓiの結晶化には以下
のような問題がある。すなわち、上述のように、レーザ
処理チャンバ４における熱処理は１度に１枚ずつ行われ
るために、処理能力が低いと言う問題がある。

【００１１】また、上記ガラス基板は予備加熱チャンバ
３で加熱されて所定の温度に達した後にレーザ処理チャ
ンバ４へ送られるため、両チャンバ３,４間を搬送する
間に基板温度が変わってしまうという問題がある。

【００１２】また、上記ガラス基板は表面を上方に向け
て結晶化処理が行われるため、雰囲気中のダストや不純
物が付着するという問題がある。ガラス基板の表面にダ
ストが付着すると、その部分のｐ−Ｓiの結晶性が局部
的に劣悪となり、表示パネルの輝点や黒点となる。

【００１３】また、通常、レーザ光の出力はレーザ発振
器５の性能で決まっており、３ジュール程度が現在の技
術的な限界である。従って、ガラス基板の面積が大きい
と基板全体を一挙に熱処理することができず、レーザ光
を細長い断面形状に整形し、基板上を光走査しながら基
板全体を処理する方法が取られる。ところが、この方式
においては、細長い断面形状に整形されたレーザビーム
の不均一性が問題となる。すなわち、長尺形状ビームは
長手方向に均一なビームを作るのが難しく、光学系を最
適な条件に調節しても長手方向へのビームのばらつきは
通常５％〜１０％程度はある。加えて、レーザ発振器５
は時間の経過と共にその発振状態が変動するため、上記
長尺方向のビームの均一性を長期間維持することにも非
常な労力が必要である。したがって、上述のごとく均一
性が不十分なビームを用いて結晶化されたｐ−Ｓiは特
性が不均一なものとなってしまう。

【００１４】そこで、上述のように長手方向に不均一な
レーザビームを用いて結晶性が均一なｐ−Ｓiを得るた
めに、複数のレーザビームを重ねるビーム重畳が行われ
る。図４に、ビーム重畳の原理を示す。レーザビーム１
１はガラス基板１２上を相対的に走査していき、ガラス
基板１２上に形成されたａ−Ｓi薄膜全体を結晶化す
る。その場合、ガラス基板１２を走査する方法とレーザ
ビーム１１を走査する方法とがあるが、何れの方法であ
っても相対的な移動を考えると同じである。図４におい
ては、ガラス基板１２を矢印(イ)の方向に移動すること
によって走査を行う。但し、図４中においては、説明の
都合上レーザビームが移動したように表現してある。先
ず第１のビームを照射する。１３はその場合における第
１のビームのビームエッジである。次にレーザビーム１
１を移動して(実際にはガラス基板１２を移動して)第２
のビームを照射する。１４は第２のビームのビームエッ
ジである。同様に、ガラス基板１２の移動によってビー
ムエッジは１５,１６,１７と順次移動する。その場合、
図５に示すように、得られた液晶パネル２１上に表示縞
２２〜２６が現れる。この表示縞２２〜２６は、図４に
示すビーム重畳の際におけるビームエッジ１３〜１７に
相当するのである。このようなビーム重畳の際における
上記ビームエッジ１３〜１７に起因する表示縞は表示パ
ネルの歩留まりを低下させ、レーザ結晶化における大き
な問題となる。つまり、上記ビーム重畳を行っても結晶
化処理後の結晶性は不均一なものとなってしまうのであ
る。

【００１５】加えて、ビーム重畳におけるレーザビーム
の重ね回数は、通常１０回から１００回になり、１枚の
ガラス基板１２を結晶化処理するのに長時間を要する問
題もある。

【００１６】また、レーザビームの照射エネルギーが低
い場合には結晶性が悪く、得られるｐ−Ｓiを用いて作
成されたＴＦＴの特性も低下する。一方、照射エネルギ
ーが高い場合も低い場合と同様に結晶性が劣悪となり、
得られるｐ−ＳiＴＦＴの特性も悪く、使用不可能とな
る。このように、照射エネルギーには結晶化に最適な範
囲があるがその範囲は非常に狭く、ｐ−ＳiＴＦＴの量
産化は大変困難なものとなっている。さらに、レーザビ
ームの照射エネルギーには、レーザ発振器の発振状態の
変動に起因する通常５％〜２０％のばらつきがあり、こ
の照射エネルギーのばらつきが上述のビームの均一性に
加わって事情は更に複雑なものとなる。

【００１７】尚、上記レーザビームの不均一性を改善す
る方法として、特開平６−１２０１３９号公報に開示さ
れている半導体製造方法がある。この半導体製造方法に
おいては、レーザのビーム照射面内の均一性を改善する
ために、レーザ発振器からレーザビームを照射すべき基
板までの間に反射鏡を設置し、この反射鏡を回転するこ
とによってレーザビーム中の均一性を改善するものであ
る。しかしながら、レーザビーム中の均一性は改善され
るもののビームのショット間のエネルギーばらつきを改
善することはできず、未だ不十分なものであると言え
る。また、上記その他の問題については解決の方法を提
案するものではない。

【００１８】そこで、この発明の目的は、レーザが有す
る均一性の悪さにも拘わらず、低価格で表示品位の優れ
た再結晶Ｓiが得られる生産性に優れた半導体製造装置
を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、レーザ光源から出射された
レーザビームを多結晶あるいは非結晶の半導体材料に照
射し,上記半導体材料を溶融して再結晶化する半導体製
造装置であって、少なくとも１つのホルダ面を有して,
このホルダ面に上記半導体材料を保持するホルダ体を備
えて、上記ホルダ面は,垂直方向に対して２度乃至２０
度の傾斜角で傾斜していることを特徴としている。

【００２０】上記構成によれば、ホルダ体における多結
晶あるいは非結晶の半導体材料が保持されるホルダ面
は、垂直方向に対して２度〜２０度の範囲で傾斜してい
る。したがって、略水平方向を向いている上記半導体材
料の表面に雰囲気中のダストや不純物が付着することは
ない。

【００２１】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
かかる発明の半導体製造装置において、上記ホルダ体
は、炭素で形成されると共に、その表面がシリコンカー
バイトで覆われていることを特徴としている。

【００２２】上記構成によれば、上記ホルダ体は炭素で
形成されているため、照射されるレーザ光は速やかにホ
ルダ体に吸収されて熱エネルギーが効率良く保持され
る。さらに、上記ホルダ体の表面がシリコンカーバイト
で覆われているため、加熱によって炭素が蒸発して処理
チャンバ内を汚染することはない。

【００２３】また、請求項３に係る発明は、請求項１に
かかる発明の半導体製造装置において、上記ホルダ体
は,筒状に形成されると共に,軸を通る回転軸を有してお
り、上記回転軸を回転させる回転駆動手段を備えたこと
を特徴としている。

【００２４】上記構成によれば、上記ホルダ体に保持さ
れている上記半導体材料にレーザビームを照射する際
に、上記ホルダ体が回転される。したがって、上記半導
体材料に上記レーザビームが不規則に重畳されて照射さ
れ、上記半導体材料の結晶性の均一性が向上される。そ
のため、上記再結晶化された半導体材料を用いて形成さ
れた液晶表示パネル上に規則的な縞が生じることはな
い。

【００２５】また、請求項４に係る発明は、請求項３に
かかる発明の半導体製造装置において、上記ホルダ体は
多角筒を成しており、上記ホルダ面は上記多角筒の各側
平面に設けられていることを特徴としている。

【００２６】上記構成によれば、上記ホルダ体における
多数のホルダ面に、複数の半導体材料が保持される。こ
うして、１回の処理で多数の半導体材料が生産性良く溶
融/再結晶化される。

【００２７】また、請求項５に係る発明は、請求項１ま
たは請求項３に係る発明の半導体製造装置において、上
記ホルダ体を,上記レーザ光源に対して相対的に上下方
向に移動させる上下駆動手段を備えたことを特徴として
いる。

【００２８】上記構成によれば、上記ホルダ体に保持さ
れている上記半導体材料にレーザビームを照射する際
に、上記ホルダ体が上記レーザ光源に対して相対的に上
下方向に移動される。したがって、上記半導体材料に上
記レーザビームが重畳されて照射され、上記半導体材料
の結晶性の均一性が向上される。特に、請求項３と組み
合わせることによって上記レーザビームの重畳回数が飛
躍的に多くなり、上記半導体材料の結晶性の均一性がさ
らに向上される。

【００２９】また、請求項６に係る発明は、請求項１に
かかる発明の半導体製造装置において、上記レーザ光源
およびホルダ体は１つのチャンバ内に収納されており、
上記チャンバ内に、上記半導体材料におけるレーザビー
ム照射面を予備加熱する予備加熱手段を備えたことを特
徴としている。

【００３０】上記構成によれば、予備加熱手段による上
記半導体材料の予備加熱とレーザ光源による上記半導体
材料の溶融/再結晶化処理とが同一チャンバ内で行われ
る。したがって、予備加熱された上記半導体材料の温度
がレーザ処理されるまでに低下することがなく、上記半
導体材料の結晶性が均一になる。

【００３１】また、請求項７に係る発明は、請求項６に
かかる発明の半導体製造装置において、上記予備加熱手
段は、赤外線ランプであることを特徴としている。

【００３２】上記構成によれば、不純物を放出しない赤
外線ランプで上記半導体材料が予備加熱されて、上記半
導体材料に対する不純物の混入が防止される。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態の半導
体製造装置における概略図である。尚、図１(a)は平面
図であり、図１(b)は側面図である。この半導体製造装
置は、例えば、ガラス基板上に形成されたａ−Ｓi薄膜
にレーザビームを照射してａ−Ｓi薄膜のみを加熱結晶
化し、ｐ−Ｓi薄膜を得るものである。

【００３４】図１において、３１はレーザ発振装置であ
る。本実施の形態においては、レーザ発振装置３１を、
ａ−Ｓi薄膜が形成されたガラス基板３２を保持する上
記ホルダ体である基板ホルダ３３の左右夫々に３台ずつ
合計６台設置している。尚、この台数は６台に限定する
ものではなく、基板ホルダ３３の大きさや、基板ホルダ
３３に設置するガラス基板３２の枚数や、半導体製造装
置全体の処理能力等によって、最適な台数を設定すれば
よい。尚、６台のレーザ発振装置３１は水平方向の位置
をずらせて設置されており、タイミングを合わせて発振
させるようにしている。

【００３５】上記基板ホルダ３３は、正八角錐の一部を
切り取った形状を有し、中心軸を通る回転軸３４を有し
ている。また、基板ホルダ３３は、８面のホルダ面３３
aを有しており、このホルダ面３３aにガラス基板３２を
略垂直に立てて保持するようになっている。尚、ホルダ
面３３aは、基板ホルダ３３全体の回転等によってガラ
ス基板３２が落ちないように垂直方向に対して傾いてい
る。その傾斜角度は垂直方向に対して５度である。この
傾斜角度は、小さ過ぎると、基板ホルダ３３の回転振動
によってガラス基板３２が落下してしまう。また、大き
過ぎると、ダストがガラス基板３２に付着しやすくなっ
て不良率が増加する。したがって、ホルダ面３３a傾斜
角度は、望ましくは２度〜２０度の範囲である。

【００３６】さらに、上記基板ホルダ３３は、加熱源で
ある赤外線ランプ３５からの赤外線を吸収し易いように
炭素で作成する。そして、加熱によって蒸発した炭素が
レーザ処理チャンバ３７内を汚染することがないよう
に、その表面をシリコンカーバイトで覆っている。ま
た、上述のように、基板ホルダ３３全体は回転軸３４を
中心として回転すると共に、上下に動く構造となってい
る。したがって、例えレーザビーム３６の照射エネルギ
ーが不均一であっても、多重にビーム重畳が行われるた
めにｐ−Ｓiの膜質が不均一になることはない。その場
合のビーム重畳は段階的ではないので、得られたｐ−Ｓ
iを用いて形成された液晶パネルに図５に示すような表
示縞は発生しない。

【００３７】ここで、上記基板ホルダ３３の回転駆動手
段は、例えば、回転軸３４に回転方向にスプライン結合
された駆動軸６１および第１モータ６２で構成する。一
方、上下駆動手段は、例えば回転軸３４の周囲に設けら
れた複数のリング状の歯６３と、この歯６３に歯合する
ウォーム６４と、第２モータ６５と、第２モータ６５の
回転運動をウォーム６４に伝達する伝達機構６６で機構
する。尚、上記回転駆動手段および上下駆動手段はこれ
に限定されるものではなく、公知の駆動手段および運動
伝達手段を組み合わせて構成すればよい。

【００３８】レーザ結晶化に際しては、時間を長くして
ゆっくり結晶化を行うことによって結晶粒径を大きくで
きる。こうして得られたｐ−Ｓiを用いてＴＦＴを形成
することによって、ＴＦＴの特性を改善することができ
る。そのためには、ガラス基板の温度を上げた状態でレ
ーザ加熱するのが望ましいのであるが、この場合には以
下のような問題が生ずる。すなわち、上記レーザ処理チ
ャンバ内に加熱手段としてヒータ等を設置すると、この
ヒータからの不純物の放出によってｐ−Ｓi中に上記不
純物が混入するため、このｐ−Ｓiで形成されたＴＦＴ
の特性が低下してしまうのである。そこで、従来は、上
述の問題を防止するためにレーザ処理チャンバ内にヒー
タを入れず、図３に示すように予備加熱チャンバ３内で
ガラス基板を予備加熱し、冷える前にレーザ処理チャン
バ４に移してレーザ処理を行っている。したがって、上
述のように、搬送の途中でガラス基板の温度が低下して
結晶性が不均一になるという問題が発生するのである。

【００３９】本実施の形態では、上記不純物混入の問題
を解決するために、上記レーザ処理チャンバ３７内に不
純物を放出しない赤外線ランプ３５を設置し、レーザ処
理チャンバ３７内で赤外線による予備加熱とレーザ光線
による結晶化処理とを行うのである。こうして、１つの
レーザ処理チャンバ３７内で予備加熱とレーザ処理とを
同時に行うことによって、ガラス基板３２を予備加熱チ
ャンバからレーザ処理チャンバ３７へ搬送する必要が無
く、上記搬送によってガラス基板３２の加熱が不充分に
なることがない。

【００４０】また、上記予備加熱とレーザ処理とを同時
に行うに際して、ガラス基板３２を保持している基板ホ
ルダ３３は、回転軸３４によって回転される。したがっ
て、１つのガラス基板３２がレーザビーム３６によって
不規則に重畳されて照射されることになり、得られるｐ
−Ｓiの結晶性の均一性が向上される。本実施の形態で
は６５０℃で加熱してレーザ処理を行うことによって、
結晶性の均一性が良好で表示縞が生じないｐ−Ｓiが得
られた。また、加熱温度を７００℃まで上げてもガラス
基板３２の変形は生じなかった。

【００４１】さらに、上述のように、６台のレーザ発振
装置３１を水平方向の位置をずらせて設置してタイミン
グを合わせて発振させている。したがって、基板ホルダ
３３全体が上下動しながら回転することと相俟って長尺
状のビームに整形することなく照射面積を広げることが
でき、ビーム断面形状における長手方向へのビームエネ
ルギーの不均一性は発生しない。尚、個々のレーザ発振
装置３１から出力されるレーザビームの照射エネルギー
には、５％〜２０％のばらつきがある。しかしながら、
基板ホルダ３３全体は、回転軸３４を中心として回転す
ると共に、上下に動く構造となっている。したがって、
レーザビームが重畳され、しかも重畳回数が飛躍的に多
くなるため、ｐ−Ｓiの結晶性の均一性が大幅に改善さ
れる。

【００４２】また、上記構成を有する基板ホルダ３３に
よって８枚のガラス基板を同時にレーザ処理できるた
め、量産性に優れた再結晶化装置を提供できる。尚、本
実施の形態においては、基板ホルダ３３を正八角錐の上
部を切り取った形状に成して、８枚のガラス基板を同時
にレーザ処理できるようにしたが、基板ホルダの形状を
変えて８枚より多くのガラス基板を同時にレーザ処理で
きるようにすることも可能である。

【００４３】上記実施の形態においては、上記基板ホル
ダ３３におけるレーザ発振装置３１によってレーザ処理
されるホルダ面３３aと赤外線ランプ３５によって予備
加熱されるホルダ面３３aとは、異なるホルダ面３３aで
ある。したがって、基板ホルダ３３の回転によって予備
加熱とレーザ処理とが略同時に行われるとは言え、厳密
に言えば同時に行われていないため予備加熱温度が低下
する。

【００４４】以下、上記レーザ発振装置と赤外線ランプ
とを組み合わせて、赤外線ランプによる予備加熱とレー
ザ発振装置によるレーザ処理とを同時に行う実施の形態
について説明する。

【００４５】図２は、上記レーザ発振装置と赤外線ラン
プとを組み合わせた実施の形態におけるレーザ発振装置
と赤外線ランプと基板ホルダのホルダ面の部分を示す。
尚、本実施の形態における基板ホルダの基本構造は、図
１に示す基板ホルダ３３と同一である。

【００４６】図２において、レーザ発振装置４１から放
出されたレーザビーム４２は集光レンズ４３で集光さ
れ、反射鏡４４で反射された後、ガラス基板４５上に形
成されたａ−Ｓi膜４６表面における領域４７を照射し
て加熱する。一方、赤外線ランプ４８から放射された赤
外線４９は、集光レンズ５０で集光され、反射鏡５１で
反射された後、レーザビーム４２の反射鏡４４を透過し
て、ガラス基板４５上のａ−Ｓi膜４６表面における領
域５２を照射して予備加熱する。ここで、予備加熱領域
５２はレーザ照射領域４７を含んでレーザ照射領域４７
よりも広く取っている。

【００４７】上記構成をとることによって、上記赤外線
４９による予備加熱をレーザビーム４２による加熱と同
時に行うことが可能となる。したがって、赤外線４９に
よって予備加熱された領域５２の温度がレーザビーム４
２照射時まで変化することがない。したがって、ａ−Ｓ
i膜４６の結晶化条件を精密に制御することができ、結
晶性の均一性をさらに向上させることができるのであ
る。

【００４８】尚、この場合にも、上記ガラス基板４５
は、図１に示す基板ホルダ３３と同じ構成を有する基板
ホルダのホルダ面に略垂直に立てて保持されている。し
たがって、当該基板ホルダの回転によって、１つのガラ
ス基板４５がレーザ発振装置４１と赤外線ランプ４８と
で１回に加熱される時間を短時間にできる。その結果、
ガラス基板の温度を制限温度以下に抑えてａ−Ｓi膜４
６の加熱温度を６００℃以上に上げることが可能にな
り、結晶化に有利となる。本実施の形態では６５０℃で
加熱してレーザ処理を行うことによって、結晶性の均一
性が良好で表示縞が生じないｐ−Ｓiが得られた。ま
た、加熱温度を７００℃まで上げてもガラス基板の変形
は生じなかった。

【００４９】尚、上記各実施の形態においては、赤外線
ランプ３５,４８による予備加熱とレーザ発振装置３１,
４１によるレーザ照射との両方を行っているが、レーザ
発振装置３１,４１によるレーザ照射のみを行っても差
し支えない。また、基板ホルダ３３を上下動させながら
回転させているが、回転あるいは上下動のみを行っても
差し支えない。また、上記上下動に際して基板ホルダ３
３を上下動させているが、レーザ発振装置３１,４１お
よび赤外線ランプ３５,４８を上下動させても構わな
い。

【００５０】さらに、上記各実施の形態においては、上
記ガラス基板３２,４５上に形成されたａ−Ｓi膜を結晶
化してｐ−Ｓi膜を形成する場合を例に説明している。
しかしながら、この発明の半導体製造装置によれば、ガ
ラス基板上に形成されたｐ−Ｓi膜を溶融/再結晶化する
場合にも適用できる。

【００５１】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の半導体製造装置は、半導体材料を保持するホル
ダ体のホルダ面における垂直方向に対する傾斜角度を２
度〜２０度の範囲内にしたので、上記半導体材料の表面
は上方を向かずに略水平方向を向くことになる。したが
って、雰囲気中のダストや不純物が上記半導体材料の表
面に付着することを防止できる。すなわち、この発明に
よれば、全体にわたって結晶性が均一な半導体材料を得
ることができる。

【００５２】また、請求項２に係る発明の半導体製造装
置における上記ホルダ体は、炭素で形成されている。し
たがって、照射されるレーザ光は速やかに上記ホルダ体
に吸収されて熱エネルギーが保持され、上記半導体材料
が効率良く加熱される。さらに、上記ホルダ体の表面は
シリコンカーバイトで覆われているので、加熱によって
炭素が蒸発して処理チャンバ内を汚染することを防止で
きる。

【００５３】また、請求項３に係る発明の半導体製造装
置における上記ホルダ体は筒状に形成されており、回転
駆動手段によって回転可能になっているので、上記ホル
ダ体を回転させながら上記半導体材料にレーザビームを
照射することができる。したがって、上記半導体材料に
上記レーザビームを不規則に重畳して照射でき、上記半
導体材料の結晶性の均一性を向上することができる。す
なわち、この発明によれば、上記再結晶化された半導体
材料を用いて液晶表示パネルを形成することによって、
規則的な表示縞が生じない液晶表示パネルを形成するこ
とができる。

【００５４】また、請求項４に係る発明の半導体製造装
置における上記ホルダ体は多角筒を成しており、上記ホ
ルダ面は上記多角筒の各側平面に設けられているので、
上記多数のホルダ面に複数の半導体材料を保持すること
ができる。こうして、１回の処理で多数の半導体材料を
溶融/再結晶化でき、生産性を向上できる。

【００５５】また、請求項５に係る発明の半導体製造装
置は、上記ホルダ体をレーザ光源に対して相対的に上下
方向に移動させる上下駆動手段を備えたので、上記レー
ザビームを重畳して上記半導体材料に照射でき、上記半
導体材料における結晶性の均一性を向上できる。特に、
請求項３と組み合わせることによって上記レーザビーム
の重畳回数を飛躍的に高めることができ、上記半導体材
料における結晶性の均一性をさらに向上できる。

【００５６】また、請求項６に係る発明の半導体製造装
置は、上記レーザ光源およびホルダ体を１つのチャンバ
内に収納し、このチャンバ内に予備加熱手段を備えたの
で、上記予備加熱手段による上記半導体材料の予備加熱
とレーザ光源による上記半導体材料の溶融/再結晶化処
理とを同一チャンバ内で行うことができる。したがっ
て、予備加熱された上記半導体材料の温度がレーザ処理
されるまでに低下するのを防止でき、上記半導体材料の
結晶性を均一にできる。

【００５７】また、請求項７に係る発明の半導体製造装
置における上記予備加熱手段は、不純物を放出しない赤
外線ランプであるので、上記予備加熱手段に起因する上
記半導体材料に対する不純物の混入を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の半導体製造装置における概略図で
ある。

【図２】図１とは異なる半導体製造装置におけるレー
ザビームおよび赤外線の照射状態の説明図である。

【図３】従来のレーザ結晶化装置の概念図である。

【図４】ビーム重畳の原理を示す図である。

【図５】図４に示すビーム重畳によって得られた液晶
パネルにおける表示縞の説明図である。

【符号の説明】

３１,４１…レーザ発振装置、３２,４５…ガラス基板、
３３…基板ホルダ、３３a…ホルダ面
３４…回転軸、３５,４８…赤外線ラ
ンプ、３６,４２…レーザビーム、３７…レ
ーザ処理チャンバ、４３,５０…集光レン
ズ、４４,５１…反射鏡、４６…ａ−
Ｓi膜、４７…レーザ照射領域、４９…
赤外線、５２…予備加熱領域、６１…
駆動軸、６２,６５…モータ、６４…
ウォーム、６６…伝達機構。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源から出射されたレーザビーム
を多結晶あるいは非結晶の半導体材料に照射し、上記半
導体材料を溶融して再結晶化する半導体製造装置であっ
て、少なくとも１つのホルダ面を有して、このホルダ面に上
記半導体材料を保持するホルダ体を備えて、上記ホルダ面は、垂直方向に対して２度乃至２０度の傾
斜角度で傾斜していることを特徴とする半導体製造装
置。
【請求項２】請求項１に記載の半導体製造装置におい
て、上記ホルダ体は、炭素で形成されると共に、その表面が
シリコンカーバイトで覆われていることを特徴とする半
導体製造装置。
【請求項３】請求項１に記載の半導体製造装置におい
て、上記ホルダ体は、筒状に形成されると共に、軸を通る回
転軸を有しており、上記回転軸を回転させる回転駆動手段を備えたことを特
徴とする半導体製造装置。
【請求項４】請求項３に記載の半導体製造装置におい
て、上記ホルダ体は多角筒を成しており、上記ホルダ面は上
記多角筒の各側平面に設けられていることを特徴とする
半導体製造装置。
【請求項５】請求項１または請求項３に記載の半導体
製造装置において、上記ホルダ体を、上記レーザ光源に対して相対的に上下
方向に移動させる上下駆動手段を備えたことを特徴とす
る半導体製造装置。
【請求項６】請求項１に記載の半導体製造装置におい
て、上記レーザ光源およびホルダ体は１つのチャンバ内に収
納されており、上記チャンバ内に、上記半導体材料におけるレーザビー
ム照射面を予備加熱する予備加熱手段を備えたことを特
徴とする半導体製造装置。
【請求項７】請求項６に記載の半導体製造装置におい
て、上記予備加熱手段は、赤外線ランプであることを特徴と
する半導体製造装置。