JP7102280B2 - レーザ照射装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はレーザ照射装置及び半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１～３に示すように、ガラス基板などに形成されたアモルファスシリコン膜にレーザ光を照射し、ポリシリコン膜に変化させるレーザアニール装置すなわちレーザ照射装置が知られている。

特開２０１２－２０４４８５号公報 国際公開第２０１２／１１４９０９号 特開２０１６－１２９１７１号公報

発明者らは、半導体膜が形成されていない基板（例えば検査用の基板）にレーザ光が照射されると、レーザ照射装置に悪影響を及ぼす虞があることを見出した。基板に半導体膜が形成されていないため、例えば、基板を透過したレーザ光によって、基板を載せた金属製のステージの表面が溶融し、異物であるパーティクルが発生し得る。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、処理室に搬入された基板上に半導体膜が形成されているか否かを判断する工程と、当該工程において半導体膜が形成されていると判断した場合にのみ、基板に対してレーザ光を照射する工程と、を含む。

一実施形態に係るレーザ照射装置は、処理室に搬入された基板上に形成された半導体膜を検出する半導体膜検出部を備えており、半導体膜検出部の検出結果に基づいて、基板上に半導体膜が形成されていると判断した場合にのみ、基板に対してレーザ光を照射する。

前記一実施形態によれば、例えばレーザアニール装置等に好適であって、良質なレーザ照射装置を提供することができる。

第１の実施形態に係るレーザ照射装置の断面図である。 半導体膜Ｆが形成された製品用基板Ｓ１１と半導体膜Ｆが形成されていない検査用基板Ｓ１２とを示す平面図である。 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係るレーザ照射装置の詳細な断面図である。 図４の要部を示す断面図である。 図５の切断線Ａ－Ａにおける断面図である。 第１の実施形態に係るレーザ照射装置のレーザ光とスリットとの関係を例示した斜視図である。 ステージ４６上の基板Ｓ１とカメラＣとの位置関係を示した平面図である。 制御部６０の詳細なブロック図である。 半導体膜Ｆが形成されている基板Ｓ１についての画像処理部６１による処理を模式的に示す図である。 半導体膜Ｆが形成されていない基板Ｓ１についての画像処理部６１による処理を模式的に示す図である。 第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の詳細を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るレーザ照射装置の詳細な断面図である。 半導体装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。 有機ＥＬディスプレイの概要を説明するための断面図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して第１の実施形態に係るレーザ照射装置及び半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態に係るレーザ照射装置の一例は、エキシマレーザアニール（ＥＬＡ：Excimer Laser Anneal）装置である。ＥＬＡ装置では、基板上に形成されたアモルファスシリコン（ａ－Ｓｉ）膜にレーザ光を照射し、ポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）膜に変化させる。

ＥＬＡ装置は、液晶表示パネルや有機ＥＬ（Electro Luminescence）表示パネルの製造工程において、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）アレイ基板を製造するために使用される。すなわち、本実施形態に係るレーザ照射装置は、ＴＦＴアレイ基板などの半導体装置の製造工程に用いられる。
なお、以下の説明において、レーザ光が照射される被処理体をアモルファスシリコン膜付きガラス基板であるとして説明するが、被処理体は半導体膜付き基板であればよい。

＜レーザ照射装置の構成＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係るレーザ照射装置の構成を説明する。図１は、第１の実施形態に係るレーザ照射装置の断面図である。図１に示すように、第１の実施形態に係るレーザ照射装置は、光源１０、処理室４０、制御部６０を備えている。光源１０が発振したレーザ光Ｌ１が、処理室４０に搬入された基板Ｓ１に照射される。図１に示すように、レーザ照射装置１では、処理室４０内でＸ軸正方向に基板Ｓ１を搬送しながら、レーザ光Ｌ１を基板Ｓ１に照射している。

なお、各図面に示した右手系ＸＹＺ３次元直交座標は、図面間において相互に対応しているが、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ＸＹ平面が水平面を構成しＺ軸正方向が鉛直上向きとなる。基板Ｓ１の主面はＸＹ平面に平行であってＸ軸方向とＹ軸方向は矩形状の基板Ｓ１の端辺に沿った方向となる。

図１に示すように、処理室４０には、搬入された基板Ｓ１上に形成された半導体膜（例えばアモルファスシリコン膜）を検出する半導体膜検出部ＳＤが設けられている。制御部６０は、レーザ光Ｌ１の照射を制御する。詳細には、制御部６０は、半導体膜検出部ＳＤの検出結果に基づいて、基板Ｓ１上に半導体膜が形成されていると判断した場合にのみ、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射する。

ここで、図２は、半導体膜Ｆが形成された製品用基板Ｓ１１と半導体膜Ｆが形成されていない検査用基板Ｓ１２とを示す平面図である。分かり易くするために、半導体膜Ｆをドット表示している。検査用基板Ｓ１２は、例えば、処理室４０の内部において基板に付着した異物（いわゆるパーティクル）を計数することによって、処理室４０の内部の清浄度を測定するための基板である。検査時には、レーザ光Ｌ１を照射せずに、製品用基板Ｓ１１と同様に検査用基板Ｓ１２を搬送する。

具体的には、検査用基板Ｓ１２上の１μｍ以上のパーティクルを処理室４０への搬入前と処理室４０からの搬出後に計数し、その差から処理室４０内部の清浄度を得ることができる。当然のことながら、複数枚の基板を検査し、その平均値を用いることによって、清浄度の精度を向上させることができる。清浄度の検査方法は何ら限定されるものではない。

このように、処理室４０には、製品用基板Ｓ１１だけでなく、検査用基板Ｓ１２も基板Ｓ１として搬入されてくる。ここで、何らかの原因によって、検査用基板Ｓ１２に対してレーザ光Ｌ１が誤照射されると、検査用基板Ｓ１２を透過したレーザ光Ｌ１によって、検査用基板Ｓ１２を載せたステージの表面が溶融し、パーティクルが発生する虞がある。

このような問題に対し、第１の実施形態に係るレーザ照射装置１は、基板Ｓ１上に形成された半導体膜Ｆを検出するための半導体膜検出部ＳＤを備えている。そして、制御部６０は、半導体膜検出部ＳＤの検出結果に基づいて、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断した場合にのみ、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射する。

そのため、第１の実施形態に係るレーザ照射装置１では、半導体膜Ｆが形成されていない基板（例えば検査用基板Ｓ１２）に対するレーザ光Ｌ１の誤照射を抑制することができる。その結果、上述のパーティクルの発生を抑制することができる。

＜半導体装置の製造方法＞
次に、図３を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。すなわち、第１の実施形態に係るレーザ照射装置を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図３は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、処理室４０に基板Ｓ１を搬入する（ステップＳＴ１）。
次に、制御部６０は、半導体膜検出部ＳＤの検出結果に基づいて、処理室４０に搬入された基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されているか否か判断する（ステップＳＴ２）。

基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていないと判断した場合（ステップＳＴ２ＮＯ）、制御部６０は、基板Ｓ１にレーザ光Ｌ１を照射せずに、処理室４０から基板Ｓ１を搬出するように制御する（ステップＳＴ４）。一方、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断した場合（ステップＳＴ２ＹＥＳ）、制御部６０は、基板Ｓ１にレーザ光Ｌ１を照射するように制御する（ステップＳＴ３）。その後、処理室４０から基板Ｓ１を搬出する（ステップＳＴ４）。

このように、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断した場合にのみ、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射する。そのため、半導体膜Ｆが形成されていない基板（例えば検査用基板Ｓ１２）に対するレーザ光Ｌ１の誤照射を抑制することができる。その結果、処理室４０におけるパーティクルの発生を抑制することができる。

＜レーザ照射装置の詳細な構成＞
次に、図４～図７を参照して、第１の実施形態に係るレーザ照射装置の詳細な構成を説明する。図４は、第１の実施形態に係るレーザ照射装置の詳細な断面図である。図５は、図４の要部を示す断面図である。図６は、図５の切断線Ａ－Ａにおける断面図である。図７は、第１の実施形態に係るレーザ照射装置のレーザ光とスリットとの関係を例示した斜視図である。

図４に示すように、レーザ照射装置１は、光源１０、光学系モジュール２０、密閉部３０、処理室４０、搬入室５０、制御部６０を有している。光源１０から出射されたレーザ光Ｌ１が、光学系モジュール２０及び密閉部３０を介して、搬入室５０から処理室４０に搬入された基板Ｓ１に照射される。図４に示すように、レーザ照射装置１では、Ｘ軸正方向に基板Ｓ１を搬送しながら、Ｙ軸方向に延びたライン状のレーザ光Ｌ１を基板Ｓ１に照射している。

光源１０は、例えば、エキシマレーザ光源であり、中心波長３０８ｎｍのパルス状のレーザ光Ｌ１を発振する。図４に示すように、光源１０から出射されたレーザ光Ｌ１は、例えば、Ｘ軸負方向に進行し、光学系モジュール２０に入射する。なお、必要に応じて、光源１０と、光学系モジュール２０との間のレーザ光Ｌ１の光路上に、エネルギー密度を調整するアテニュエータ等の光学素子を配置してもよい。

図４に示すように、光学系モジュール２０は、光源１０から出射されたレーザ光Ｌ１を受光する。図４～図６に示すように、光学系モジュール２０は、光学系筐体２１、ミラー２２やレンズ等（不図示）の光学素子、及び、封止窓２３を備えている。

光学系筐体２１は、例えば、アルミニウム等から構成された箱状部材である。光学系モジュール２０の各光学素子は、光学系筐体２１の内部にホルダ等で保持されている。各光学素子によって、光源１０から出射されたレーザ光Ｌ１の照射方向、光量等が調整される。光学素子であるミラー２２によって、Ｘ軸負方向に進行するレーザ光Ｌ１が下方向（Ｚ軸負方向）に反射される。下方向に進行するレーザ光Ｌ１は、光学系筐体２１の下面に設けられた封止窓２３から密閉部３０に向けて出射される。封止窓２３は例えばガラスからなる。

ここで、図７に示すように、レーザ光Ｌ１はラインビームである。すなわち、一点鎖線で示した光軸と直交する断面におけるレーザ光Ｌ１の断面形状は、直線状となる。具体的には、レーザ光Ｌ１の断面形状は、ミラー２２によって反射される前後において、いずれもＹ軸方向に延びた直線状となっている。

次に、図５に示すように、密閉部３０は、密閉筐体３１、遮断板３２、封止窓３３、ガス導入口３４、排気口３５を有している。箱状部材である密閉筐体３１の内部には、レーザ光Ｌ１の一部を遮断する遮断板３２が配置されている。そのため、遮断板３２は、光学系モジュール２０の封止窓２３から出射したレーザ光Ｌ１が、処理室４０に到達する光路上に配置されている。遮断板３２を通過したレーザ光Ｌ１が、密閉筐体３１の下面に設けられた封止窓３３から処理室４０に向けて出射される。封止窓３３は例えばガラスからなる。

ここで、図６、図７に示すように、遮断板３２は、例えば、一対の遮断板３２ａ、３２ｂからなる。図示した例では、遮断板３２ａ、３２ｂは、主面が水平になるようにＹ軸方向に間隔を空けて並んで配置されている。そのため、遮断板３２ａ、３２ｂの間には、レーザ光Ｌ１が通過するスリット３２ｃが形成されている。換言すると、遮断板３２ａ、３２ｂによって、レーザ光Ｌ１のＹ軸方向両端部が遮断されている。遮断板３２ａ、３２ｂは、モータ等（不図示）によりＹ軸方向にそれぞれ移動可能であり、スリット３２ｃの幅を適宜変更することができる。

また、図５に示すように、密閉筐体３１の対向する側面には、それぞれガス導入口３４及び排気口３５が設けられている。窒素等の不活性ガスが、ガス導入口３４から密閉筐体３１の内部に導入される。これによって、密閉筐体３１の内部の空気が、不活性ガスによって置換され、排気口３５から排出される。図５に示すように、排気口３５は、例えば、ガス導入口３４よりも上方に設けられる。所定流量の不活性ガスを密閉筐体３１の内部に連続的に供給し、密閉筐体３１の内部を常時換気することが好ましい。

次に、図４に示すように、処理室４０は、ガスボックス４１、遮断板４２、ステージ４６、回転機構４７、走査機構４８、カメラＣを有している。密閉部３０の封止窓３３から出射したレーザ光Ｌ１が、ガスボックス４１を介して、ステージ４６上に載せられた基板Ｓ１に照射される。レーザ光Ｌ１の照射によって、基板Ｓ１上のアモルファスシリコン膜が結晶化してポリシリコン膜に変化する。

また、図４に示すように、ガスボックス４１の内部には、レーザ光Ｌ１の一部を遮断する遮断板４２が配置されている。そのため、遮断板４２は、密閉部３０の封止窓３３から出射したレーザ光Ｌ１が、基板Ｓ１に到達する光路上に配置されている。遮断板４２を通過したレーザ光Ｌ１が、ガスボックス４１から基板Ｓ１に向けて出射される。
なお、基板Ｓ１をステージ４６によって浮上させながら搬送してもよい。また、遮蔽板４２は設けなくてもよい。

図５及び図６に示すように、ガスボックス４１は、処理室４０の上面において密閉部３０の封止窓３３に対応する位置に取り付けられている。ガスボックス４１の上面には、封止窓３３を通過したレーザ光Ｌ１を導入するための貫通孔である導入窓４３が設けられている。導入窓４３は、密閉部３０の封止窓３３によって封止されている。また、ガスボックス４１の下面には、レーザ光Ｌ１を出射するための貫通孔である出射窓４４が設けられている。さらに、ガスボックス４１の下面には、出射窓４４を覆うように遮断板４２が設けられている。遮断板４２を通過して出射窓４４から出射されたレーザ光Ｌ１が、基板Ｓ１上のアモルファスシリコン膜に照射される。

ここで、図６、図７に示すように、遮断板４２は、例えば、一対の遮断板４２ａ、４２ｂからなる。図示した例では、遮断板４２ａ、４２ｂは、主面が水平になるようにＹ軸方向に間隔を空けて並んで配置されている。そのため、遮断板４２ａ、４２ｂの間には、レーザ光Ｌ１が通過するスリット４２ｃが形成されている。換言すると、遮断板４２ａ、４２ｂによって、レーザ光Ｌ１のＹ軸方向両端部が遮断されている。遮断板４２ａ、４２ｂは、モータ等（不図示）によりＹ軸方向にそれぞれ移動可能であり、スリット４２ｃの幅を適宜変更することができる。

ガスボックス４１の所定の側面には、ガス導入口４５が設けられている。窒素等の不活性ガスが、ガス導入口４５からガスボックス４１の内部に供給される。これによって、ガスボックス４１の内部の空気が、不活性ガスによって置換され、出射窓４４から排出される。所定流量の不活性ガスをガスボックス４１の内部に連続的に供給し、出射窓４４から排出することが好ましい。このような構成によって、図５に示すように、基板Ｓ１上のアモルファスシリコン膜を不活性ガスによってシールしつつ、レーザ光Ｌ１を照射することができる。

基板Ｓ１を搬送するステージ４６は、例えばアルミニウム等の金属から構成されおり、図４に示すように、回転機構４７を介して走査機構４８上に載せられている。回転機構４７は、ＸＹ平面視においてステージ４６の中心近傍に固定されている。回転機構４７によって、ステージ４６は、Ｚ軸と平行な軸（例えば中心軸）を回転軸として回転することができる。また、ステージ４６は、モータ等（不図示）を備えた走査機構４８によって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能となっている。レーザ照射装置１では、走査機構４８によってステージ４６上の基板Ｓ１をＸ軸正方向に搬送しながら、レーザ光Ｌ１を基板Ｓ１に照射している。

ここで、図４に示すように、本実施形態に係るレーザ照射装置の処理室４０には、搬入室５０から搬入された基板Ｓ１上に形成された半導体膜Ｆを検出するカメラ（撮像装置）Ｃが設けられている。そのため、カメラＣは、処理室４０において、例えば搬入室５０側の上面に設けられる。カメラＣによって撮像された基板Ｓ１の画像は、制御部６０の画像処理部６１に送られる。カメラＣは、図１に示した半導体膜検出部ＳＤの一態様である。

図８は、ステージ４６上の基板Ｓ１とカメラＣとの位置関係を示した平面図である。図８に示すように、本実施形態に係るレーザ照射装置は、３つのカメラＣ１～Ｃ３を備えている。カメラＣ１、Ｃ２は、基板Ｓ１のＹ軸負方向側のエッジ（端部）に沿って、Ｘ軸方向に並べて配置されている。カメラＣ３は、基板Ｓ１のＸ軸正方向側のエッジ（端部）に配置されている。このように、カメラＣによって、例えば、基板Ｓ１及び半導体膜Ｆのエッジ近傍を撮像する。例えば、半導体膜Ｆは基板Ｓ１のエッジから５ｍｍ程度内側に形成されている。すなわち、基板Ｓ１のエッジと半導体膜Ｆのエッジとの距離も５ｍｍ程度である。
なお、半導体膜Ｆを検出するにはカメラＣは１つであってもよいが、複数の方が後述するアライメント補正の精度が向上する。

次に、図４に示すように、搬入室５０は、収容カセット５１及び移送ロボット５２を備えている。収容カセット５１は、複数枚の基板Ｓ１を収容している。移送ロボット５２は、収容カセット５１に収容された基板Ｓ１を順次取り出し、処理室４０内のステージ４６上に移送する。この際、ステージ４６上における基板Ｓ１の位置が、例えば最大±２ｍｍ程度、目標位置からずれる。そのため、カメラＣによって撮像された基板Ｓ１の画像に基づいて、基板Ｓ１のアライメント補正を行うことが好ましい。

次に、図４に示すように、制御部６０は、カメラＣによって撮像された基板Ｓ１の画像を処理する画像処理部６１を備えている。画像処理部６１は、基板Ｓ１の画像における明るさの変化量に基づいて、基板Ｓ１のエッジ及び半導体膜Ｆのエッジを検出する。画像処理部６１の構成及び処理の詳細については後述する。
なお、画像処理部６１は、制御部６０の外部に設けられていてもよい。

制御部６０は、画像処理部６１によって基板Ｓ１及び半導体膜Ｆの２つのエッジが検出された場合にのみ、基板Ｓ１に半導体膜Ｆが形成されていると判断する。そして、制御部６０は、基板Ｓ１にレーザ光Ｌ１を照射するように制御する。また、本実施形態に係るレーザ照射装置１では、制御部６０は、画像処理部６１によって検出された基板Ｓ１のエッジの位置に基づいて、基板Ｓ１のアライメント補正を行う。

ここで、図９は、制御部６０の詳細なブロック図である。図９に示すように、制御部６０は、画像処理部６１、出射制御部６２、アライメント制御部６３を備えている。そして、画像処理部６１は、画像取得部６１１、明るさ検出部６１２、微分処理部６１３、エッジ検出部６１４を備えている。

なお、制御部６０を構成する各機能ブロックは、ハードウェア的には、ＣＰＵ、メモリ、その他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現することができる。従って、各機能ブロックは、ハードウェアやソフトウェアやそれらの組合せによって色々な形で実現できる。

画像取得部６１１は、カメラＣ１～Ｃ３によって撮像された基板Ｓ１の各画像を取得し、例えば一時的に保持する。
明るさ検出部６１２は、画像取得部６１１に保持された各画像について、基板Ｓ１の外側から内側に向かって各位置での明るさを検出する。

微分処理部６１３は、明るさ検出部６１２によって検出された明るさを位置について微分処理する。すなわち、各位置における明るさ変化量を算出する。
エッジ検出部６１４は、微分処理部６１３によって算出された明るさ変化量に基づいて、エッジの数及び位置を検出する。

出射制御部６２は、エッジ検出部６１４が検出したエッジの個数に基づいて、レーザ光Ｌ１の照射を制御する。具体的には、エッジ検出部６１４が検出したエッジの個数が２つの場合、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断し、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射する。例えば、カメラＣ１～Ｃ３によって撮像された全画像においてエッジが２つ検出された場合にのみ、出射制御部６２は、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断し、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射する。

一方、エッジ検出部６１４が検出したエッジの個数が１つの場合、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていないと判断し、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射しない。例えば、カメラＣ１～Ｃ３によって撮像された画像のいずれかにおいてエッジが１つしか検出されない場合、出射制御部６２は、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていないと判断し、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射しない。
出射制御部６２は、例えばレーザ光Ｌ１の光路上に設けられたシャッター（不図示）の動作を制御する。

アライメント制御部６３は、エッジ検出部６１４が検出した基板Ｓ１のエッジ位置に基づいて、アライメント補正を行う。
アライメント制御部６３は、例えば走査機構４８の動作を制御する。

ここで、図１０は、半導体膜Ｆが形成されている基板Ｓ１についての画像処理部６１による処理を模式的に示す図である。図１０の上段は、画像取得部６１１が取得した画像を示している。図１０の中段は、明るさ検出部６１２が検出した各位置での明るさを示すグラフである。図１０の下段は、微分処理部６１３によって算出された各位置での明るさ変化量を示すグラフである。

図１０に示した取得画像の例では、図１０の上段及び中段に示すように、ステージ４６の領域が最も明るく、基板Ｓ１の領域が次に明るく、半導体膜Ｆの領域が最も暗くなっている。このように、ステージ４６、基板Ｓ１、半導体膜Ｆの各領域内では明るさが略一定であると共に、領域毎に明るさが異なる。すなわち、基板Ｓ１及び半導体膜Ｆのエッジにおいて、明るさが急激に変化する。そのため、図１０の下段に示すように、基板Ｓ１及び半導体膜Ｆのエッジにおいて、明るさ変化量にピークが出現する。

従って、エッジ検出部６１４によって、図１０の下段に示す２つのエッジＥ１、Ｅ２が検出される。２つのエッジＥ１、Ｅ２のうち、基板Ｓ１の外側方向に位置するエッジＥ１が基板Ｓ１のエッジであり、基板Ｓ１の内側方向に位置するエッジＥ２が半導体膜Ｆのエッジである。エッジの個数が２つであるため、出射制御部６２は、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断し、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射する。アライメント制御部６３は、図１０に示すように、基板Ｓ１のエッジ位置と目標位置との差に基づいて、アライメント補正を行う。

ここで、図１１は、半導体膜Ｆが形成されていない基板Ｓ１についての画像処理部６１による処理を模式的に示す図である。図１１の上段は、画像取得部６１１が取得した画像を示している。図１１の中段は、明るさ検出部６１２が検出した各位置での明るさを示すグラフである。図１１の下段は、微分処理部６１３によって算出された各位置での明るさ変化量を示すグラフである。

図１１に示した取得画像の例では、基板Ｓ１に半導体膜Ｆが形成されていないため、エッジ検出部６１４によって、図１１の下段に示す１つのエッジＥ１のみが検出される。エッジの個数が１つであるため、出射制御部６２は、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていないと判断し、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射しない。アライメント制御部６３は、図１１に示すように、基板Ｓ１のエッジ位置と目標位置との差に基づいて、アライメント補正を行うことができる。

第１の実施形態に係るレーザ照射装置１は、基板Ｓ１上に形成された半導体膜Ｆを検出するためのカメラＣを備えている。制御部６０は、カメラＣによって撮像された基板Ｓ１の画像における明るさの変化量に基づいて、基板Ｓ１のエッジ及び半導体膜Ｆのエッジを検出する。そして、２つのエッジが検出された場合にのみ、制御部６０は、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断し、基板Ｓ１にレーザ光Ｌ１を照射する。そのため、第１の実施形態に係るレーザ照射装置１では、半導体膜Ｆが形成されていない基板（例えば検査用基板Ｓ１２）に対するレーザ光Ｌ１の誤照射を抑制することができる。その結果、例えば金属製のステージ４６がレーザ光Ｌ１によって溶融され、パーティクルが発生することを抑制することができる。

また、制御部６０は、基板Ｓ１の画像から検出された基板Ｓ１のエッジ位置に基づいて、基板Ｓ１のアライメント補正を行う。すなわち、第１の実施形態に係るレーザ照射装置１では、カメラＣによって撮像された基板Ｓ１の画像に基づいて、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されているか否かの判断と、基板Ｓ１のアライメント補正とを同時に行うことができる。

＜半導体装置の製造方法の詳細＞
次に、図１２を参照して、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の詳細について説明する。図１２は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の詳細を示すフローチャートである。すなわち、図３に示したフローチャートを詳細にしたものである。図１２におけるステップＳＴ１、ＳＴ３、及びＳＴ４は、図３と共通である。図３に示した「基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されているか否か判断するステップＳＴ２」は、図１２に示すように、ステップＳＴ２１～ＳＴ２５を含む。以下に順に説明する。
以下の説明では、図９などを適宜参照する。

まず、図１２に示すように、制御部６０は、レーザ光照射条件を取得する（ステップＳＴ２１）。ここで、レーザ光照射条件には、レーザ光Ｌ１を照射しない場合も含まれている。例えば、搬送された基板Ｓ１が、図２に示した検査用基板Ｓ１２の場合、レーザ光Ｌ１を照射しない条件が設定される。当然のことながら、搬送された基板Ｓ１が、図２に示した製品用基板Ｓ１１の場合、製品に応じたレーザ光照射条件が設定される。

次に、画像取得部６１１は、カメラＣ１～Ｃ３によって撮像された基板Ｓ１のエッジ近傍の画像を取得する（ステップＳＴ２２）。
次に、画像における明るさ変化量からエッジを検出する（ステップＳＴ２３）。

詳細には、明るさ検出部６１２は、図１０及び図１１の中段に示したように、各画像について、基板Ｓ１の外側から内側に向かって各位置での明るさを検出する。続いて、微分処理部６１３は、図１０及び図１１の下段に示したように、検出された明るさを位置について微分処理して各位置における明るさ変化量を算出する。

そして、エッジ検出部６１４は、図１０及び図１１の下段に示した明るさ変化量に基づいて、エッジの数及び位置を検出する。ここで、半導体膜Ｆが形成されている基板Ｓ１の場合、図１０に示すように、基板Ｓ１及び半導体膜Ｆの２つのエッジが検出される。一方、半導体膜Ｆが形成されていない基板Ｓ１の場合、図１１に示すように、基板Ｓ１のみの１つのエッジが検出される。

次に、ステップＳＴ２１において取得したレーザ光照射条件が、レーザ光Ｌ１を照射しない条件であれば（ステップＳＴ２４ＮＯ）、制御部６０は、搬入された基板Ｓ１が検査用基板Ｓ１２であると判断する。そして、レーザ光Ｌ１を照射せずに、製品用基板Ｓ１１と同様に基板Ｓ１を搬送する（ステップＳＴ５）。具体的には、アライメント制御部６３が、ステップＳＴ２３において検出した基板Ｓ１のエッジ位置に基づいて、アライメント補正を行った後、基板Ｓ１が搬送される。その際、出射制御部６２は、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射しない。
その後、処理室４０から基板Ｓ１を搬出する（ステップＳＴ４）。

次に、ステップＳＴ２１において取得したレーザ光照射条件が、レーザ光Ｌ１を照射する条件であれば（ステップＳＴ２４ＹＥＳ）、制御部６０は、ステップＳＴ２３において検出したエッジの数が２つであるか否かを判定する（ステップＳＴ２５）。エッジの数が２つでなければ（ステップＳＴ２５ＮＯ）、制御部６０は、異常であると判断し、レーザ光Ｌ１を照射せずに、基板Ｓ１を直ちに搬出する（ステップＳＴ４）。例えば、検査用基板Ｓ１２に対して、誤ってレーザ光Ｌ１を照射するようにレーザ光照射条件が設定されてしまった場合などの異常が考え得る。

エッジの数が２つであれば（ステップＳＴ２５ＹＥＳ）、制御部６０は、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断し、基板Ｓ１にレーザ光Ｌ１を照射するように制御する（ステップＳＴ３）。その後、処理室４０から基板Ｓ１を搬出する（ステップＳＴ４）。

このように、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、基板Ｓ１の画像における明るさの変化量に基づいて、基板Ｓ１のエッジ及び半導体膜Ｆのエッジを検出する。そして、２つのエッジが検出された場合にのみ、制御部６０は、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断し、基板Ｓ１にレーザ光Ｌ１を照射する。そのため、第１の実施形態に係るレーザ照射装置１では、半導体膜Ｆが形成されていない基板（例えば検査用基板Ｓ１２）に対するレーザ光Ｌ１の誤照射を抑制することができる。その結果、例えば金属製のステージ４６がレーザ光Ｌ１によって溶融され、パーティクルが発生することを抑制することができる。

また、制御部６０が、基板Ｓ１の画像から検出された基板Ｓ１のエッジ位置に基づいて、基板Ｓ１のアライメント補正を行う。すなわち、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、基板Ｓ１の画像に基づいて、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されているか否かの判断と、基板Ｓ１のアライメント補正とを同時に行うことができる。

（第２の実施形態）
＜レーザ照射装置の詳細な構成＞
次に、図１３を参照して、第２の実施形態に係るレーザ照射装置の詳細な構成を説明する。図１３は、第２の実施形態に係るレーザ照射装置の詳細な断面図である。図１３は、第１の実施形態の図４に対応する図である。

図１３に示すように、第２の実施形態に係るレーザ照射装置２は、図４に示した第２の実施形態に係るレーザ照射装置１に加え、搬入室５０から搬入された基板Ｓ１上に形成された半導体膜Ｆを検出する光センサＰＳを備えている。光センサＰＳは、カメラＣと同様に、処理室４０において、例えば搬入室５０側の上面に設けられる。光センサＰＳは、図１に示した半導体膜検出部ＳＤの一態様である。例えば反射型の光センサＰＳの検出信号に基づいて、制御部６０は半導体膜Ｆの有無を判断する。例えば、半導体膜Ｆが形成された基板Ｓ１の場合、半導体膜Ｆが形成されていない基板Ｓ１に比べ、光センサＰＳが検出する基板Ｓ１からの反射光が多くなる。

なお、第２の実施形態に係るレーザ照射装置２では、カメラＣによって撮像された基板Ｓ１の画像から基板Ｓ１のエッジ位置のみを検出し、半導体膜Ｆのエッジは検出しない。そして、検出した基板Ｓ１のエッジ位置に基づいて、基板Ｓ１のアライメント補正のみを行う。その他の構成は、第１の実施形態に係るレーザ照射装置１と同様であるため、説明を省略する。

このように、第２の実施形態に係るレーザ照射装置１は、基板Ｓ１上に形成された半導体膜Ｆを検出するための光センサＰＳを備えている。そして、制御部６０は、光センサＰＳの検出結果に基づいて、基板Ｓ１上に半導体膜Ｆが形成されていると判断した場合にのみ、基板Ｓ１に対してレーザ光Ｌ１を照射する。

そのため、第２の実施形態に係るレーザ照射装置２でも、第１の実施形態に係るレーザ照射装置１と同様に、半導体膜Ｆが形成されていない基板（例えば検査用基板Ｓ１２）に対するレーザ光Ｌ１の誤照射を抑制することができる。その結果、例えば金属製のステージ４６がレーザ光Ｌ１によって溶融され、パーティクルが発生することを抑制することができる。

＜その他の実施形態＞
次に、上記で説明したレーザ照射装置を用いた半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態では、レーザ照射装置を、レーザアニール装置として用いることで、基板上に形成した非晶質半導体膜にレーザ光を照射して結晶化させることができる。例えば、半導体装置はＴＦＴ（Thin Film Transistor）を備える半導体装置であり、この場合、非晶質半導体膜であるアモルファスシリコン膜にレーザ光を照射して結晶化させ、ポリシリコン膜を形成することができる。

＜半導体装置の製造方法＞
図１４（ａ）～（ｅ）は、半導体装置の製造方法の一例を説明するための断面図である。上記で説明した本実施形態に係るレーザ照射装置は、ＴＦＴアレイ基板の製造に好適である。以下、ＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について説明する。

まず、図１４（ａ）に示すように、ガラス基板２０１上に、ゲート電極２０２を形成する。ゲート電極２０２は、例えば、アルミニウムなどを含む金属薄膜を用いることができる。次に、図１４（ｂ）に示すように、ゲート電極２０２の上に、ゲート絶縁膜２０３を形成する。ゲート絶縁膜２０３は、ゲート電極２０２を覆うように形成される。その後、図１４（ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜２０３の上に、アモルファスシリコン膜２０４を形成する。アモルファスシリコン膜２０４は、ゲート絶縁膜２０３を介して、ゲート電極２０２と重複するように配置されている。

ゲート絶縁膜２０３は、窒化シリコン膜（ＳｉＮ_ｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）、又はこれらの積層膜等などである。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ゲート絶縁膜２０３とアモルファスシリコン膜２０４とを連続成膜する。アモルファスシリコン膜２０４付のガラス基板２０１が、第１の実施形態における基板Ｓ１に該当する。

そして、図１４（ｄ）に示すように、上記実施形態で説明したレーザ照射装置を用いてアモルファスシリコン膜２０４にレーザ光を照射してアモルファスシリコン膜２０４を結晶化させて、ポリシリコン膜２０５を形成する。これにより、シリコンが結晶化したポリシリコン膜２０５がゲート絶縁膜２０３上に形成される。

その後、図１４（ｅ）に示すように、ポリシリコン膜２０５の上に層間絶縁膜２０６、ソース電極２０７ａ、及びドレイン電極２０７ｂを形成する。層間絶縁膜２０６、ソース電極２０７ａ、及びドレイン電極２０７ｂは、一般的なフォトリソグラフィー法や成膜法を用いて形成することができる。

上記で説明した半導体装置の製造方法を用いることで、ＴＦＴを備える半導体装置を製造することができる。なお、これ以降の製造工程については、最終的に製造するデバイスによって異なるので説明を省略する。

＜有機ＥＬディスプレイ＞
次に、ＴＦＴを備える半導体装置を用いたデバイスの一例として、有機ＥＬディスプレイについて説明する。図１５は、有機ＥＬディスプレイの概要を説明するための断面図であり、有機ＥＬディスプレイの画素回路を簡略化して示している。図１５に示す有機ＥＬディスプレイ３００は、各画素ＰＸにＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス型の表示装置である。

有機ＥＬディスプレイ３００は、基板３１０、ＴＦＴ層３１１、有機層３１２、カラーフィルタ層３１３、及び封止基板３１４を備えている。図１５では、封止基板３１４側が視認側となるトップエミッション方式の有機ＥＬディスプレイを示している。なお、以下の説明は、有機ＥＬディスプレイの一構成例を示すものであり、本実施形態は、以下に説明される構成に限られるものではない。例えば、本実施形態に係る半導体装置は、ボトムエミッション方式の有機ＥＬディスプレイに用いられていてもよい。

基板３１０は、ガラス基板又は金属基板である。基板３１０の上には、ＴＦＴ層３１１が設けられている。ＴＦＴ層３１１は、各画素ＰＸに配置されたＴＦＴ３１１ａを有している。さらに、ＴＦＴ層３１１は、ＴＦＴ３１１ａに接続される配線等を有している。ＴＦＴ３１１ａ、及び配線等が画素回路を構成する。なお、ＴＦＴ層３１１は、図１５で説明したＴＦＴに対応しており、ゲート電極２０２、ゲート絶縁膜２０３、ポリシリコン膜２０５、層間絶縁膜２０６、ソース電極２０７ａ、及びドレイン電極２０７ｂを有する。

ＴＦＴ層３１１の上には、有機層３１２が設けられている。有機層３１２は、画素ＰＸ毎に配置された有機ＥＬ発光素子３１２ａを有している。有機ＥＬ発光素子３１２ａは、例えば、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、及び陰極が積層された積層構造を有している。トップエミッション方式の場合、陽極は金属電極であり、陰極はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜である。さらに、有機層３１２には、画素ＰＸ間において、有機ＥＬ発光素子３１２ａを分離するための隔壁３１２ｂが設けられている。

有機層３１２の上には、カラーフィルタ層３１３が設けられている。カラーフィルタ層３１３は、カラー表示を行うためのカラーフィルタ３１３ａが設けられている。すなわち、各画素ＰＸには、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、又はＢ（青色）に着色された樹脂層がカラーフィルタ３１３ａとして設けられている。有機層３１２から放出された白色光は、カラーフィルタ３１３ａを通過すると、ＲＧＢの色の光に変換される。なお、有機層３１２に、ＲＧＢの各色を発光する有機ＥＬ発光素子が設けられている３色方式の場合、カラーフィルタ層３１３を省略してもよい。

カラーフィルタ層３１３の上には、封止基板３１４が設けられている。封止基板３１４は、ガラス基板などの透明基板であり、有機層３１２の有機ＥＬ発光素子の劣化を防ぐために設けられている。

有機層３１２の有機ＥＬ発光素子３１２ａに流れる電流は、画素回路に供給される表示信号によって変化する。よって、表示画像に応じた表示信号を各画素ＰＸに供給することで、各画素ＰＸでの発光量を制御することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。

なお、上記では、ＴＦＴを備える半導体装置を用いたデバイスの一例として、有機ＥＬディスプレイについて説明したが、ＴＦＴを備える半導体装置は、例えば液晶ディスプレイであってもよい。また、上記では、本実施形態に係るレーザ照射装置をレーザアニール装置に適用した場合について説明した。しかし、本実施形態に係るレーザ照射装置は、レーザアニール装置以外の装置にも適用することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１、２ レーザ照射装置
１０ 光源
２０ 光学系モジュール
２１ 光学系筐体
２２ ミラー
２３ 封止窓
３０ 密閉部
３１ 密閉筐体
３２、３２ａ、３２ｂ 遮断板
３２ｃ スリット
３３ 封止窓
３４ ガス導入口
３５ 排気口
４０ 処理室
４１ ガスボックス
４２、４２ａ、４２ｂ 遮断板
４２ｃ スリット
４３ 導入窓
４４ 出射窓
４５ ガス導入口
４６ ステージ
４７ 回転機構
４８ 走査機構
５０ 搬入室
５１ 収容カセット
５２ 移送ロボット
６０ 制御部
６１ 画像処理部
６２ 出射制御部
６３ アライメント制御部
６１１ 画像取得部
６１２ 明るさ検出部
６１３ 微分処理部
６１４ エッジ検出部
２０１ ガラス基板
２０２ ゲート電極
２０３ ゲート絶縁膜
２０４ アモルファスシリコン膜
２０５ ポリシリコン膜
２０６ 層間絶縁膜
２０７ａ ソース電極
２０７ｂ ドレイン電極
３００ 有機ＥＬディスプレイ
３１０ 基板
３１１ ＴＦＴ層
３１１ａ ＴＦＴ
３１２ 有機層
３１２ａ 有機ＥＬ発光素子
３１２ｂ 隔壁
３１３ カラーフィルタ層
３１３ａ カラーフィルタ
３１４ 封止基板
Ｃ、Ｃ１～Ｃ３ カメラ
Ｆ 半導体膜
Ｌ１ レーザ光
ＰＳ 光センサ
Ｓ１ 基板
Ｓ１１ 製品用基板
Ｓ１２ 検査用基板
ＳＤ 半導体膜検出部

Claims (20)

1. 以下の工程を含む半導体装置の製造方法：
   （ａ）レーザ光を照射するための処理室に基板を搬入する工程；
   （ｂ）搬入された前記基板上に半導体膜が形成されているか否かを判断する工程；
   （ｃ）前記工程（ｂ）において、前記半導体膜が形成されていると判断した場合にのみ、前記基板に対してレーザ光を照射する工程；及び
   （ｄ）前記工程（ｃ）の後、前記処理室から前記基板を搬出する工程。
2. 前記工程（ｂ）において、
   前記基板の画像を撮像し、当該画像に基づいて、前記基板上に前記半導体膜が形成されているか否かを判断する、
   請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記基板の画像を撮像する際、前記基板及び前記半導体膜のエッジを含む領域の画像を撮像し、
   前記画像から検出された前記エッジの数に基づいて、前記基板上に前記半導体膜が形成されているか否かを判断する、
   請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記画像から検出された前記エッジの数が２である場合にのみ、前記基板上に前記半導体膜が形成されていると判断する、
   請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記画像における位置による明るさの変化に基づいて、前記エッジを検出する、
   請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記明るさの変化量を微分処理によって求め、前記変化量のピークに基づいて、前記エッジを検出する、
   請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記工程（ｃ）において、前記半導体膜が形成されていると判断した場合、
   前記レーザ光を照射する前に、前記画像から検出された前記基板のエッジの位置に基づいて、前記基板のアライメント補正を行う、
   請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
8. 複数の前記画像から検出された前記基板のエッジの位置に基づいて、前記基板のアライメント補正を行う、
   請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記工程（ｂ）において、
   前記基板からの反射光を光センサによって検出し、前記基板上に前記半導体膜が形成されているか否かを判断する、
   請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記基板がガラス基板である、
    請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記工程（ｃ）において、
    前記半導体膜に前記レーザ光を照射することによって、非晶質の前記半導体膜が結晶化する、
    請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
12. 以下を含むレーザ照射装置：
    レーザ光を発振する光源；
    前記レーザ光を基板に照射するための処理室；
    前記処理室に搬入された前記基板上に形成された半導体膜を検出する半導体膜検出部；及び
    前記レーザ光の照射を制御する制御部、
    ここで、前記制御部は、前記半導体膜検出部の検出結果に基づいて、前記基板上に前記半導体膜が形成されていると判断した場合にのみ、前記基板に対してレーザ光を照射する。
13. 前記半導体膜検出部は、撮像装置であって、
    前記制御部は、前記撮像装置によって撮像された前記基板の画像に基づいて、前記基板上に前記半導体膜が形成されているか否かを判断する、
    請求項１２に記載のレーザ照射装置。
14. 前記基板及び前記半導体膜のエッジを含む領域の画像を前記撮像装置によって撮像し、
    前記制御部は、前記画像から検出された前記エッジの数に基づいて、前記基板上に前記半導体膜が形成されているか否かを判断する、
    請求項１３に記載のレーザ照射装置。
15. 前記制御部は、前記画像から検出された前記エッジの数が２である場合にのみ、前記基板上に前記半導体膜が形成されていると判断する、
    請求項１４に記載のレーザ照射装置。
16. 前記制御部は、前記画像における位置による明るさの変化に基づいて、前記エッジを検出する、
    請求項１４に記載のレーザ照射装置。
17. 前記制御部は、前記明るさの変化量を微分処理によって求め、前記変化量のピークに基づいて、前記エッジを検出する、
    請求項１６に記載のレーザ照射装置。
18. 前記制御部は、前記画像から検出された前記基板のエッジの位置に基づいて、前記基板のアライメント補正を行う、
    請求項１４に記載のレーザ照射装置。
19. 前記撮像装置を複数備え、
    前記制御部は、複数の前記画像から検出された前記基板のエッジの位置に基づいて、前記基板のアライメント補正を行う、
    請求項１８に記載のレーザ照射装置。
20. 前記半導体膜検出部は、光センサである、
    請求項１２に記載のレーザ照射装置。

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