JPH04356917A - レーザーアニール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリコン基板等の被アニ
ール物にレーザーを照射する装置、具体的には半導体デ
バイスの製造プロセス等に用いるレーザーアニール（レ
ーザーアニーリング）を行なうレーザーアニール装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明で特に注目しているには、シリコ
ン薄膜の結晶化や半導体中のドーパントの活性化等に用
いられる装置であり、シリコン基板を用いたＬＳＩの作
成をはじめ、最近では液晶表示装置用のアクティブマト
リクスアレイ基板の作成にも使用される装置である。

【０００３】以下、液晶表示装置用のアクティブマトリ
クスアレイ基板の作成に使用されているレーザーアニー
ル装置を例に説明を行う。

【０００４】図５に従来のレーザーアニール装置の要部
の説明のための模式断面図を示す。図中、１はレーザー
光源から導かれたレーザー光の光路を示す。レーザー光
はレンズ系によるビーム整形器２及びレーザーを透過す
る光学窓３を通って真空チャンバー４内の被アニール物
である基板５に照射される。基板５の表面には結晶化の
対象となる半導体膜６（シリコン薄膜）が被着されてい
る。レーザー光の光路１は必要に応じて基板５上を走査
される（走査の方法には、光路１と基板５のいずれか一
方を動かすか、または両方を動かす場合がある）。真空
チャンバー４の内部は真空にされたり、不活性ガス等で
ガス置換される場合がある。

【０００５】なお、エキシマレーザーを用いたレーザー
アニールによるシリコンの結晶化については、たとえば
、日経エレクトロニクス＆日経マイクロデバイス編「フ
ラットパネルディスプレイ１９９１」；日経ＢＰ社（１
９９０年１１月２６日発行）に記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５に示したような従
来のレーザーアニール装置の場合にしばしば問題となる
のは、レーザー照射時に被アニール物（この場合基板５
）から、なんらかの物質７が飛散し、被アニール物に近
接する光学部品（この場合光学窓３）に付着し光学部品
を汚してしまうことである。

【０００７】図６に光学窓３に物質７が付着して汚れて
しまった場合の模式図を示す。こうして汚れ８が発生す
ると、レーザー光が汚れ８で遮られてしまい、被アニー
ル物に到達する光量（光エネルギー）が不足してしまう
。とりわけシリコン薄膜の結晶化やドーパントの活性化
に用いるレーザーアニールの場合には比較的高いエネル
ギー密度（エキシマレーザーを用いた場合には数１００
ｍＪ／ｃｍ２程度）のレーザー光を用いるために、基板
表面のダスト等の付着物が飛散しやすく、あるいは基板
５上に被着したシリコン薄膜の前処理が不適切であった
り場合にはシリコンそのものが飛散しやすいため、すぐ
さま光学窓３を汚してしまう。こうした汚れが少しでも
発生したあとは光量不足となり結晶化等のアニール処理
が十分に行なえなくなる。特に、シリコン薄膜の結晶化
やドーパントの活性化の場合には精密なエネルギー設定
が必要であり、数％の光量の変化でも結晶化の状況が変
化する場合があり、汚れの問題は深刻となる。

【０００８】また一旦発生した汚れに継続してレーザー
光を照射してしまうと汚れが光学窓に焼き付いてしまう
ことが多く、簡単な溶剤洗浄や拭き取り洗浄では汚れを
除去できなくなり、窓材の研磨等が必要になりたいへん
手間がかかる、加えて窓材に反射防止膜がついている場
合はこれを損傷してしまい再度反射防止膜を形成し直さ
ねばならないことがたびたび起る、また光学窓の予備品
を多数用意するにしても、図５のように、窓材が真空容
器の一部になっていたりすると材料強度等も要求され予
備品が高価になる場合が多い、これらの事情でしばしば
装置の管理費用が高くなる。

【０００９】以上のように従来のレーザーアニール装置
は、被アニール物に近接する光学窓、あるいは光学部品
が汚れやすいために、安定したレーザーアニール処理を
継続して行うのが困難という課題を有している。

【００１０】本発明は上記課題に着目し、発生した汚れ
の影響を速やかに回避することにより、安定したレーザ
ーアニール処理を継続して行える装置を提供することを
目的とする。さらには、被アニール物に近接する光学窓
、あるいは光学部品が汚れた場合にも、安価に光学窓の
クリーニングできる構成の装置を提供することを目的と
する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明は （１）防着板を複数個備え、一定のレーザー照射毎に被
アニール物に近接する位置に防着板を順次送りだす機構
を備える。 （２）防着板の光透過の状態を測定する機構を備え、か
つ、光透過の状態が不良となった場合に前記防着板を取
り替える指示を出す機構あるいは自動的に防着板を交換
する機構あるいはレーザー出力を調整する機構を備える
。 （３）レーザー光源から被アニール部位までの光学系の
光透過の状態を測定する機構を備え、かつ、透過状態が
不良となった場合に防着板を取り替える指示を出す機構
あるいは自動的に防着板を交換する機構あるいはレーザ
ー出力を調整する機構を備える。 （４）レーザー光源側のみに反射防止膜を被着した防着
板を使用するものである。

【００１２】上記（１）〜（３）は実現しようとするア
ニール処理に応じて採用すればよい。

【００１３】（１）の場合は比較的安価な防着板が手に
入る場合や、比較的汚れが定常的に発生する場合、汚れ
が複数回重なったとき不良となる場合、あるいは焼き付
きが少ない汚れの場合に適しており、一定のレーザー照
射の処理毎に防着板を交換する（確率的に汚れが発生す
る処理数よりできるだけ早い段階、たとえば５枚の基板
を処理すると１回汚れるようなアニール処理工程の場合
には、１枚の基板を処理する毎に交換する）機構を備え
たレーザーアニール装置となる。

【００１４】（２）の場合は汚れが突発的に発生する場
合や、非常に精密なエネルギー調整が必要な場合に適し
ており、防着板そのものの汚れをアニール処理の事前あ
るいはアニール処理中にチェックする機構を有し、汚れ
の状態に応じて防着板を交換したり、レーザー光源その
ものの出力を変調するレーザーアニール装置となる。

【００１５】（３）の場合は（２）と同様の場合に適し
ているが防着板を含む光学系全体の透過状態をチェック
する機構を有し、汚れの状態に応じて防着板を交換した
り、レーザー光源そのものの出力を変調するレーザーア
ニール装置となる。

【００１６】

【作用】上記（１）〜（４）のレーザーアニール装置は
、比較的安価で交換容易な防着板に汚れが発生するため
、高価な光学部材を汚さずにすむ。また上記（１）〜（
３）を用いると防着板を的確なタイミングで交換できる
ようになる。また上記（４）の防着板は汚れが付着する
面には反射防止膜が付いていないので、汚れの焼き付き
が起こっても、汚れ落しのための作業が容易となる（入
射側の面には反射防止膜が付いているので、まったく反
射防止膜が付いていないものに比べ高い透過率を維持で
きる）。

【００１７】以上の作用により、汚れに起因するアニー
ルネ処理不良の発生が減少し、安定したレーザーアニー
ル処理を継続して行えるようになる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面をもとに説明す
る。

【００１９】図１に本発明に基づく第１の実施例のレー
ザーアニール装置の要部説明のための模式断面図を示す
（図中、従来例と同様目的かつ同様構成のものは同じ番
号を付している）。図中１は光源（例えばＸｅＣｌエキ
シマレーザー装置）から導かれたレーザー光の光路を示
す。レーザー光はレンズ系によるビーム整形器（ビーム
サイズとビーム内のエネルギー分布を変調する）２及び
レーザー光を透過する光学窓（両面に反射防止膜を付け
た石英ガラス）３を通って真空チャンバ４１内の被アニ
ール物である基板（ガラス基板）５に照射される。基板
５の表面には結晶化の対象となる半導体膜（シリコン薄
膜）６が被着されている。レーザー光の光路１は基板５
上を走査する（図中紙面に垂直方向及び紙面左右方向に
光軸が移動する）。真空チャンバ４１の内部は真空にさ
れたり、不活性ガス等でガス置換される（真空排気系や
ガス導入系については図示していない）。

【００２０】なお、真空チャンバ４１の両側には一度に
複数の基板を処理できるように、ローディングチャンバ
１０とアンローディングチャンバ１１が取り付けられて
おり、（搬送機構は図示していないが）被アニール物で
ある基板５が照射部に順次送り出される。本装置には防
着板１２が複数枚セットされており、この実施例の場合
、基板５を１枚処理する毎に防着板１２が１枚ずつ送り
出されるようになっている（搬送機構は図示していない
）。

【００２１】図１では詳細に示さなかったが、防着板１
２は石英基板１５の片面（レーザー光源側）のみに誘電
体薄膜１６による反射防止膜を付けた構成のものを用い
ている。防着板の形状は、図２に示すように、線対象軸
を持たない形状にカットされている。さらにカット部の
面取りの大きさを一部意図的に変化させることにより、
反射防止膜の被着面を容易に認識できるようにしている
。

【００２２】なお、図２（ａ）は防着板１２の平面図、
図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ｂ線断面図である。

【００２３】また、１３と１４は一対の光源（半導体レ
ーザ）とフォトディテクタ（センサアレイ）であり、使
用直前の防着板１２ａに透過不良がないかをチェックす
るものである、一定の透過率を持たない防着板（洗浄不
良や傷による散乱等の原因が考えられる）が紛れ込んだ
場合には、その防着板をアニール処理に用いずに自動的
にスキップし、次の防着板１２ｂを使う様な機構を備え
ている。

【００２４】さらに図３に示したように、次に照射され
る基板５ａが照射部に送り出される前に、可動式のフォ
トディテクタ１７を用いてレーザー光源からの光学系の
光透過の状態を調べる機構も有しており、レーザー光源
からの光学系の光透過の状態が許容できる範囲外に変化
した場合には、自動的に防着板１２ａを移動し次の防着
板１２ｂを搬送し、再度レーザー光源からの光学系の光
透過の状態を調べる機構を有している。

【００２５】なお、次の防着板１２ｂにおいても同様の
光透過異常が認められた場合には、防着板以外に汚れ等
が発生したとみなし、レーザー出力を調整（レーザー本
体の出力を変化させてもよいが、この実施例では光軸に
設けたハーフミラー（図示せず）の組合せを変化させて
いる）し、できるだけ設定値に近い光量（光エネルギー
）でアニール処理が行なわれる機構となっている。加え
て、このような異常が起こった場合、オペレーションユ
ニット（図示せず）に不良防着板が発生した事を知らせ
る構成も有している。

【００２６】図４に第２の実施例のレーザーアニール装
置の要部の説明のための模式断面図を示す（図中、第１
の実施例と同目的かつ同構成のものは同じ番号を付して
いる。またこれらについては説明は省略する）。

【００２７】本実施例の装置は比較的汚れの発生しにく
いアニール処理の場合に適しており、防着板２２は汚れ
の発生が確認されるまで交換されない構成となっている
。そのため可視光レーザーを用いたスキャナ２０と可視
光に感度を有するフォトディテクタ（センサアレイ）２
１を用いて防着板１２ｃの汚れの状態を常時モニターし
ている。可視光を用いているのはアニール用のエキシマ
レーザ光（紫外線）の影響を避けるためである。防着板
の光透過の状態が許容できる範囲外に変化した場合には
、速やかに自動的に防着板１２ｃの使用を中止し、次の
防着板１２ｄと交換してから再度アニール処理を開始す
る構成となっている。さらに、汚れの程度が許容できる
範囲で発生した場合には、レーザー出力を調整して対応
できるようにもなっている。さらに、このような異常が
起こった場合、オペレーションユニット（図示せず）に
防着板に汚れが発生した事を知らせる構成も有している
。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明により、汚れに起
因するアニール処理不良の発生が減少し、安定したレー
ザーアニール処理を継続して行えるようになる。このた
めアニール処理の良品歩留まりが格段に向上する。加え
て、汚れは比較的安価で交換容易な防着板に発生し、高
価な光学部材を汚さずに済むようになり、装置管理のコ
ストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるレーザーアニー
ル装置の要部説明のための模式断面図

【図２】本発明にもとづく防着板の説明図

【図３】同フ
ォトディテクタの動作説明のための模式断面図

【図４】本発明の第２の実施例におけるレーザーアニー
ル装置の要部説明のための模式断面図

【図５】従来のレーザーアニール装置の要部の説明のた
めの模式断面図

【図６】同光学窓の汚れを示す模式断面図

【符号の説明】

１　　　　　　光路 ２　　　　　　　　ビーム整形路 ３　　　　　　　　光学窓 ４，４１　　真空チャンバ ５　　　　　　　　基板 ６　　　　　　　　半導体膜 １０　　　　　　ローディングチャンバ１１　　　　　
　アンローディングチャンバ１２，１２ａ〜１２ｄ　　
　　防着板 １３　　　　　　光源 １４，１７，２１　　　　フォトディテクタ１５　　　
　　　石英基板 １６　　　　　　誘電体薄膜 ２０　　　　　　スキャナ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　防着板を複数個有し、一定のレーザー
   照射毎に被アニール物に近接する位置に前記防着板を順
   次送りだす機構を備えたレーザーアニール装置。
2. 【請求項２】　　防着板の光透過状態を測定する機構を
   有し、かつ、光透過状態が不良となった場合に、前記防
   着板を取り替える指示を出す機構あるいは自動的に防着
   板を交換する機構あるいはレーザーの出力を調整する機
   構のいずれか１つを備えたレーザーアニール装置。
3. 【請求項３】　　レーザー光源から被アニール部位まで
   の光学系の光透過の状態を測定する機構を有し、かつ、
   透過状態が不良となった場合に防着板を取り替える指示
   を出す機構あるいは自動的に防着板を交換する機構ある
   いはレーザー出力を調整する機構を備えたレーザーアニ
   ール装置。
4. 【請求項４】　　レーザー光源側のみに反射防止膜を被
   着した防着板を有するレーザーアニール装置。
5. 【請求項５】　　レーザー光源としてエキシマレーザー
   を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載のレーザーアニール装置。
6. 【請求項６】　　アニール用のレーザー光と異なる波長
   の光源を使った光透過の状態を測定する機構を有する請
   求項２または３記載のレーザーアニール装置。
7. 【請求項７】　　線対象軸を有しない形状にカットされ
   ていることを特徴とする防着板を有する請求項４記載の
   レーザーアニール装置。
8. 【請求項８】　　反射防止膜を被着した面側と反射防止
   膜を被着していない面側で面取り部の大きさを変化させ
   た防着板を有する請求項４記載のレーザーアニール装置
   。