JP7425837B2 - レーザ照射装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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、例えば走査機構48の動作を制御する。
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。
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)。
その後、処理室40から基板S1を搬出する(ステップST4)。
<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。
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。
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。
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。
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 (15)
- 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)工程(a)の後、反射型の光センサを用いて前記基板からの反射光の量を検出することにより、該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してアモルファス状態の前記半導体膜を多結晶化する工程;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。 - 工程(b)において、前記反射光の量は、半導体膜が形成されている場合の方が半導体膜が形成されていない場合に比べて多い、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(c)の前に、
前記基板のエッジの位置を検出する工程と、
検出された前記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工程と、を含む、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記基板はガラスからなる、
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体装置は薄膜トランジスタを含み、
前記半導体膜は、前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる、
請求項4記載の半導体装置の製造方法。 - 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;
前記基板からの反射光の量を検出するための反射型の光センサ;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、
前記光センサの検出結果に基づいて、前記基板上に半導体膜が形成されているか否かを判断し、
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してアモルファス状態の前記半導体膜を多結晶化する。 - 前記反射光の量は、半導体膜が形成されている場合の方が、半導体膜が形成されていない場合に比べて多い、
請求項6記載のレーザ照射装置。 - さらに、前記基板のエッジの位置を検出するためのカメラを含み、
検出された前記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6記載のレーザ照射装置。 - 前記基板はガラスからなる、
請求項6記載のレーザ照射装置。 - 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)反射型の光センサを用いて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、前記基板に対してレーザ光を照射してアモルファス状態の前記半導体膜を多結晶化する工程;
(d)前記工程(b)において、前記半導体膜が形成されていないと判断した場合に、前記基板に対してレーザ光を照射せずに前記処理室から前記基板を搬出する工程。 - 前記工程(b)において、前記基板からの反射光の量を検出することにより、該基板上に半導体膜が形成されているか否かを判断する、
請求項10記載の半導体装置の製造方法。 - 工程(b)において、前記反射光の量は、半導体膜が形成されている場合の方が半導体膜が形成されていない場合に比べて多い、
請求項11記載の半導体装置の製造方法。 - 前記工程(c)の前に、
前記基板のエッジの位置を検出する工程と、
検出された前記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工程と、を含む、
請求項10記載の半導体装置の製造方法。 - 前記基板はガラスからなる、
請求項10記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体装置は薄膜トランジスタを含み、
前記半導体膜は、前記薄膜トランジスタのチャネル形成領域となる、
請求項14記載の半導体装置の製造方法。
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