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JP4845280B2 - Laser annealing equipment - Google Patents

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JP4845280B2
JP4845280B2 JP2001080526A JP2001080526A JP4845280B2 JP 4845280 B2 JP4845280 B2 JP 4845280B2 JP 2001080526 A JP2001080526 A JP 2001080526A JP 2001080526 A JP2001080526 A JP 2001080526A JP 4845280 B2 JP4845280 B2 JP 4845280B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ照射により基板上の半導体膜を加熱して結晶粒を成長させるレーザアニール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
レーザの応用の一つとして、液晶ディスプレイ(LCD)等に用いられる薄膜トランジスタ(Thin Film transister:TFT)へのアニールが注目を集めており、例えば特開平4−37144号にエキシマレーザを照射して特性を改善する「薄膜トランジスタの作製方法」が開示されている。
【0003】
レーザアニールが用いられるのは、ポリシリコン膜の形成とコンタクト層の活性化である。レーザ照射によりシリコン膜が溶融、結晶化してポリシリコンとなる。一度溶融過程を経るため高品質の膜が形成される。レーザエネルギーは半導体膜で吸収される。レーザがパルスであれば、パルス幅が数10ns程度であるためシリコンの溶融時間は数100ns程度となり下地のガラス基板への影響がほとんどない。また他の低温形成法、例えば特開昭61−32419号の「赤外線アニール方法」ではポリシリコン形成や活性化に1000〜1200度C前後の高温で長時間アニールが必要となり、ガラス基板が歪んだり不純物の拡散が問題となったりするが、レーザアニールによれば最高温度400℃台での形成が可能であり、このような問題がない。
【0004】
TFTの動作速度は移動度(単位cm2/V・s)で表される。ポリシリコンTFTの移動度は、10〜600cm2/V・sである。この移動度に幅があるのはそれが粒経と粒界の両方に依存するためである。高い移動度を得るためには、粒内欠陥が少なくなる単結晶に近いこと、低欠陥な粒界を形成することが必要である。一般に粒径が大きく、粒界の欠陥が少ないほど高移動度が得られる。
【0005】
図4は、従来のレーザアニール装置の構造図である。使用されるレーザは、例えばXeCL,ArF,KrF,XeFのエキシマレーザやYAGレーザ等である。レーザビームは、ビームホモジナイザーを中心とした光学系を通してチャンバーへ導入される。チャンバー内はポンプ系、ガス系により真空又はガス雰囲気にコントロールされる。ビームの走査はステージか光学系の移動により行うようになっている。
【0006】
図5は、低温ポリシリコンTFTの製造プロセスを模式的に示している。この図において、(1)でガラス基板の表面にアモルファスシリコン(a−Si)を形成し、(2)でa−Siをポリシリコン(poly−Si)に変換すると共に、ドライエッチングし、(3)で表面を絶縁被膜(SiO2)で覆い、(4)で電極膜を形成し、(5)でドーピングをおこなう。
レーザアニールは、上記の(2)と(5)とでpoly−Siを加熱して、結晶の粒径を大きくし、かつドーピングにより打ち込まれた不純物を拡散させシリコンとの結合を高め、高移動度を得るために施される。
【0007】
一方、発明者らは、特願2001−021032号において開示した様に、基板上に形成された薄膜トランジスタに基板側から基板を透過可能なレーザ光を照射して、薄膜トランジスタを構成するポリシリコンを活性化させることを特徴とする新レーザアニール方法を発明した。
この方法によれば、レーザ光が基板を透過するので、基板側から基板を透過して照射ができ、基板の表面にあるゲート膜等に遮られずに、TFT(薄膜トランジスタ)を構成するすべてのポリシリコンをアニール処理することができる。これによりドーピング後のシリコンの活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ない等の優れた半導体膜を得ることができる。
【0008】
さらに、発明者らは、特願2001−020893において開示した様に、基板の照射面でのレーザ光の光軸と基板の照射面直交軸とが所定の角度で交差する新レーザアニール装置を発明した。この装置を使用して基板のレーザアニールをすれば、半導体膜表面での反射光と半導体裏面での反射光との光軸がずれるので、反射光同士の経路差に起因する相互干渉を防止でき、反射したレーザ光の強度分布にむらが生じない。従って、活性化された基板上の半導体の抵抗率分布や、結晶化された半導体の結晶粒径分布や移動度分布にむらがなく、特性のよい半導体を得ることができる。
【0009】
以下、説明の便宜のため、処理対象である薄膜トランジスタが形成された基板の面を表面といい、その反対面を裏面という。基板は、その厚みがその大きさの割に薄いので、水平にすると撓み易い。さらに基板の表面のコンタミを極力防止するため、表面を機器に接触させるのをさける。従って、基板をハンドリングする際には、水平にした基板の裏面を下方に向けて、その裏面を支えるのが一般的である。特に基板の面の平面度を維持するには、裏面全体を一様に支持する。例えば、上端が同一平面にある複数のピンを垂直に立てて、裏面全体を一様に支持することが行われる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上記発明者らが発明した新レーザアニール方法で基板をアニールするには、基板の裏面側からレーザを照射する。従来のレーザアニール装置では、ステージで基板を支持し、基板の上方からレーザビームを照射する。仮に、従来のレーザアニール装置で新レーザアニール方法を実施するとすれば、基板の表面をステージに支持させて基板の裏面を上方に向ける必要が生じる。また、レーザアニール装置の前後工程では、裏面を下から支持してハンドリングするのが通例であるので、レーザアニール装置の入口と出口において、基板の面の上下を反転させ、ステージに乗せ換える補助機器が新たに必要になる。
基板の表面には微細な半導体膜が密集して設けられているので、基板の表面を支持することは現実的には多くの困難が予想される。また新たな補助機器を開発するのは困難が予想される。
そこで、上記新レーザアニール方法の実施に適した構造のエキシマレーザアニール装置が望まれた。
【0011】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、従来のレーザアニール装置にかわって、上記新レーザアニール方法の実施に適しており、半導体膜の活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ない等の優れたレーザアニール装置を提供しようとする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る基板を水平方向に搬送しつつ基板にレーザを照射するレーザアニール装置は、所定の隙間を挟んで搬送方向に並べた前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージとを有し上面からガスを吹き出し基板をガス浮上させることのできるガス浮上装置と、ガス浮上した基板を前記隙間を跨いで水平方向に送る水平送り装置と、当該隙間からレーザビームを上向きに照射するレーザ光学系と、を備えたたものとした。
【0013】
上記本発明の構成により、ガス浮上装置は前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージとを有し、前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージは所定の隙間を挟んで搬送方向に並び、ガス浮上ステージの上面からガスを吹き出し基板をガス浮上させることができる。水平送り装置は、ガス浮上した基板を前記隙間を跨いで水平方向に送ることができる。レーザ光学系は、当該隙間からレーザビームを上向きに照射する。
半導体膜を有する基板の表面を上向きにしてガス浮上ステージに置けば、基板は、前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージとにガス浮上し、前記隙間を跨いで水平方向に送られ、当該隙間から下面をレーザビームに照射され、レーザ光が基板を透過するので、裏面から基板を透過して表面を照射できる。
これにより半導体膜の活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ない等の優れた半導体膜を得ることができる。
【0014】
さらに、本発明に係るレーザアニール装置は、隙間の上方に設けられ下方から照射されたレーザビームを下方へ反射しうる反射板を備えるものとした。
上記本発明の構成により、反射板は、隙間の上方に設けられ、下方から照射されたレーザビームを下方へ反射し、当該隙間から上向きに照射されたレーザビームを下方へ反射し、さらに半導体膜を加熱できる。
【0015】
さらに、本発明に係るレーザアニール装置は、レーザビームが、基板直交軸に対して所定の角度で交差する線状ビームであるものとした。
上記本発明の構成により、レーザビームが、基板直交軸に対して所定の角度で交差する線状ビームであり、線状ビームが、基板直交軸に対して所定の角度で交差して基板に照射される。
半導体膜を有する基板の表面を上向きにしてガス浮上ステージに置けば、半導体膜表面での反射光と半導体裏面での反射光との光軸がずれるので、反射光同士の経路差に起因する相互干渉を防止でき、反射したレーザ光の強度分布にむらが生じない。従って、活性化された基板上の半導体の抵抗率分布や、結晶化された半導体の結晶粒径分布や移動度分布にむらがなく、特性のよい半導体を得ることができる。
【0016】
さらに、本発明に係るレーザアニール装置は、基板下面を水平に支持できる複数のピンと、その複数のピンをガス浮上ステージを貫通して上下させることのできるピン昇降機構とを有する基板支持装置を備えるものとした。
上記本発明の構成により、基板支持装置の複数のピンは基板下面を水平に支持でき、基板支持装置のピン昇降機構はその複数のピンをガス浮上ステージを貫通して上下させることのでき、基板支持装置は、基板下面を水平に支持して、ガス浮上ステージの上方で基板を上下させることができ、ガス浮上ステージと基板の授受をすることができる。
【0017】
さらに、本発明に係るレーザアニール装置は、前記隙間に配置され上面からガスを吹き出して基板下面を浮かせ基板を支持するガスベアリングとそのガスの吹き出し量を調整して基板下面の高さを調整する制御装置とを有する基板高さ調整装置を備えたものとした。
上記本発明の構成により、基板高さ調整装置のガスベアリングは、前記隙間に配置され上面からガスを吹き出して基板下面を浮かせ基板を支持し、基板高さ調整装置の制御装置は、そのガスの吹き出し量を調整して基板下面の高さを調整し、基板高さ調整装置は、前記隙間付近での基板下面の高さを調整でき、当該隙間から上向きに照射されるレーザビームの基板でのビーム形状が安定する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【0019】
本発明の実施形態に係るレーザアニール装置の構造を説明する。図1は、本発明の実施形態の平面図である。図2は、本発明の実施形態の側面断面図である。図3は、図3の部分詳細図である。
【0020】
レーザアニール装置1は、基板ガス浮上装置10と基板水平送り装置20とレーザ光学系30と基板高さ調整装置40と基板昇降装置50と基板ローダ60とカセットステーション70と操作盤80と定盤90とからなる。説明の便宜のため、基板がレーザアニールされる際に、基板の移動する方向を移動先を前方として前後方向と、その両側を左右方向と呼ぶ。
【0021】
基板ガス浮上装置10は、基板にレーザを照射する際に基板を非接触で支持する装置であり、後方ガス浮上ステージ11と前方ガス浮上ステージ12とを有する。各々のガス浮上ステージ11,12は、各々の上面を同一平面に含み、所定の隙間を挟んで水平になる様に定盤90上に配置される。各々のガス浮上ステージ11,12の上面にはガスを吹き出す穴が無数に設けられ、その穴はガス供給器(図示せず)とガス配管(図示せず)を介して連通する。さらに、各々のガス浮上ステージ11,12には、後述する基板支持装置50のピン53が貫通する穴が設けられる。
【0022】
基板水平送り装置20は、基板ガス浮上装置にガス浮上した基板を、後方ガス浮上ステージ11上から前方ガス浮上ステージ12上へ水平に搬送するための装置であり、基板水平送り台21と基板把持機構22と基板水平送り台送り機構23と基板水平送り台駆動機構24と基板姿勢決め機構25、26とを有する。基板水平送り台21は、基板ガス浮上装置10を左右に跨いだ構造体であり、その構造体の左右を定盤90上に前後方向移動自在に固定される。基板把持機構22は後方ガス浮上ステージ11上又は前方ガス浮上ステージ12上にガス浮上した基板の前端部を把持可能な機構であり、基板水平送り台21に支持される。基板水平送り台送り機構23は、基板水平送り台21を前後方向に移動させる機構であり、リニアガイドと送りねじを有している。基板水平送り台駆動機構24は、基板水平送り台送り機構23を介して、基板水平送り台21を駆動する機構であり、送りねじにトルク継手でつながったモータとモータドライバを有している。基板姿勢決め機構25、26は、後方ガス浮上ステージ11に浮上した基板の姿勢を整える機構である。
【0023】
レーザ光学系30は、基板をレーザアニールするためのレーザを発振して、そのレーザビーム4を導き、基板ガス浮上装置10の下側から前記隙間を通して、基板に照射するための機構であり、レーザ発振器31と45度ミラー32と線状ビーム成型光学系33とレーザビーム誘導光学系34とを有する。レーザ発信器31は、レーザを発振する機器であり、基板ガス浮上装置10の前方に設けられる。発振したレーザビーム4は、45度ミラー32で45度曲げられ、前方ガス浮上ステージ12の下に導かれる。線状ビーム成型光学系33は、スポット状の断面をもつレーザビームを光学系により水平に幅を広げて断面が線状の線状レーザビーム(例えば、厚さ50〜70ミクロン、幅300mm)を出力する光学系であり、前方ガス浮上ステージ12の下に設けられる。レーザビーム誘導光学系34は、水平に入射した前記線状レーザビームを光学系で誘導し、前記隙間の下側から基板ガス浮上装置10にガス浮上する基板の下面に照射する光学系であり、前記隙間の下方に配置され、45度ミラー35と集光レンズ36とプリズム37と共通架台39とを有する。45度ミラー35は、水平に入射した線状レーザビームを垂直上方に反射するミラーであり、前記隙間の下方に設けられる。集光レンズ36は、線状レーザビームの幅寸法を維持したまま、厚さ寸法を狭くするためのシリンドリカルレンズであり、前記隙間の下方で45度ミラー35の上部に設けられる。プリズム37は、垂直上方に入射した線状レーザビームを後方に所定角度(例えば、30度)だけ傾けるための機器であり。前記隙間に設けられる。共通架台39は、線状ビーム成型光学系33と45度ミラー35と集光レンズ36とプリズム37とを一体に支持する構造体であり、定盤90に支持される。
【0024】
基板高さ調整装置40は、前記隙間近傍での基板2の下面とガス浮上ステージの上面とのギャップを一定の距離に保つ機構であり、複数のガスベアリング51と制御機構(図示せず)とを有する。ガスベアリング51は、円柱形で中央に穴のあいた焼結金属である。左右方向に一列となったガスベアリングが、線状レーザビームが通過する空間を真ん中に挟んで前記隙間の前後に各々置かれる。ガスベアリング51には外周部からガスを吹き出すためのガス供給配管と、中央の穴部からガスを吸い込むガス吸い込み配管が連通している。流量調整弁(図示せず)が、ガス供給配管とガス吸い込み配管に設けられ、制御装置の指令により流量を調整可能になっている。制御装置は、前記ギャップの寸法を測るギャップセンサを有し、このギャップセンサの出力を一定にする様に流量調整弁を制御可能である。
【0025】
基板支持装置50は、後述する基板ローダ60と基板ガス浮上装置10との間で基板2を受け渡しするための機構であり、後方基板支持装置51と前方基板支持装置52とを有する。後方基板支持装置51は、後方ガス浮上ステージ11の下方に配置され、前方基板支持装置52は、前方ガス浮上ステージ12の下方に配置される。各々の基板支持装置51,52は複数のピン53とピン昇降機構54とを有する。複数のピン53は、基板を支持する棒状構造体であり、垂直に立っており、その先端は同一平面上にある。複数のピン53は、各々のガス浮上ステージ11,12に設けられた穴を貫通している。ピン昇降機構54は、ピン53を昇降させるパンタグラフ式リフタであり、各々のガス浮上ステージ11,12の下方に設けられる。昇降機構54がピン53の先端で基板2を支持したピンを降下させると、基板2をピン53からガス浮上ステージ11、12に乗せ換えることができる。また、昇降機構54が、ピン53を上昇させると、ガス浮上している基板2を、ガス浮上ステージ11,12からピン53に乗せ換えることができる。
【0026】
基板ローダ60は、後述するカセット3から基板を取り出して後方基板支持装置51に受け渡し、前方基板支持装置52から基板2を受け取り、カセット3に入れるための機構であり、大気ロボット61とターンテーブル65とを有する。大気ロボット61は、基板ガス浮上装置10の左側を前後方向に移動可能な本体とその上に支持された把持アームを有し、把持アームは基板の下面を支持し、基板を基板カセット3と基板支持装置50との間を受け渡しする。ターンテーブル65は、大気ロボット61のと間で基板の受け渡しをおこない、基板を回転させてその向きを変える機構である。
【0027】
カセットステーション70は、基板カセット3を置くステーションであり、前工程や後工程とAGV等を介して基板カセット3を受け渡しする。
操作盤80は、レーザアニール装置を操作するための制御盤である。
定盤90は、基板ガス浮上装置10と基板水平送り装置20とレーザ光学系30のレーザビーム誘導光学系34と基板高さ調整装置40とを支持する。
【0028】
以下に、レーザアニール装置の作用を基板の処理工程に従って説明する。
最初に、複数の基板2が基板カセット3に入れられ、カセットステーション70の置かれる、さらに空の基板カセット3がカセットステーション70に置かれている。基板2の表面にはアニールされる半導体膜が設けられて、表面を上にして基板カセット3に並べられている。
【0029】
(取出工程)大気ロボット61が基板カセット3から水平になった基板2を取り出し、ターンテーブル65に乗せる。
【0030】
(回転工程)ターンテーブル65が基板2を90度水平に回転させる。
【0031】
(ロード工程)大気ロボット61がターンテーブル65から水平になった基板2を取り出し、後方基板支持装置51に乗せる。この時、後方基板支持装置51はピン53を昇降させており、基板2はピン53の先端に支持される。
【0032】
(アライメント工程)基板姿勢決め装置25,26が基板2の両側を押し当て、角部を押し当てて、基板2の姿勢を調整する。
【0033】
(浮上工程)後方基板支持装置51がピン53を降下させて、基板2を後方ガス浮上ステージ11に乗せる。この際、後方ガス浮上ステージ11はガスをその上面から吹き出しているので、基板2はガス浮上する。
【0034】
(細アライメント工程)基板水平送り台21が基板水平送り台送り機構23により後方に送られ、基板把持機構22が基板2の前端に当接する。基板姿勢決め装置25が基板2の両側を押し当て、基板姿勢決め装置26が基板2を前方に押して、基板2の姿勢を細調整する。
【0035】
(把持工程)基板把持機構22が基板2の前端を把持する。
【0036】
(レーザ照射工程)レーザ発振器31のレーザシャッターを開く。レーザビーム4が、45度ミラー32を経由して線状ビーム成型光学系33に入射する。線状ビームが、線状ビーム成型光学系33から放射され、レーザビーム誘導光学系34に入射する。線状レーザビームが、45度ミラー35で上向きに方向を変えられ、集光レンズ36で集光され、プリズム37で後方に所定角度(例えば、30度)だけ傾けられて、基板2に照射される。基板水平送り台21が基板水平送り台送り機構23により前方に送られ、基板把持機構22に把持された基板2が前方に所定速度で搬送される。基板高さ調整装置40が、基板の前記間隔部を通過する部位の高さを維持制御する。線状レーザビーム4が、基板2の裏側から照射され、基板2の内部を通過して、基板の表面にある半導体膜をアニールする。基板2が前方に移動したら、レーザ発振器31のレーザシャッターを閉じる。
【0037】
(浮上停止工程)前方基板支持装置52が、ピン53を上昇させる。基板2がピン53に支持され上昇し、ピン53に支持される。
【0038】
(アンロード工程)大気ロボット61が、前方基板支持装置52に乗った基板2を受け取り、ターンテーブル65に乗せる。
【0039】
(回転工程)ターンテーブル65が基板2を90度水平に回転させる。
【0040】
(戻し工程)大気ロボット61がターンテーブル65から水平になった基板2を取り出し、基板カセット3に乗せる。
【0041】
順次、工程を繰り返すことにより、基板カセット3に並んだ基板2の処理が完了する。
【0042】
上述の実施形態のレーザアニール装置を使用して、基板に新レーザアニール方法を実施するには、従来通りに表面を上方にして水平にした基板を基板カセットに積んで、カセットステーションに置けばよい。上述の実施形態のレーザアニール装置は、その基板の裏面を下側にして、裏面を支持しハンドリングし、裏面に下側からレーザを照射して基板の表面にある半導体をレーザアニールする。基板の裏面を支持してハンドリングするので、基板の表面にある半導体のコンタミを防止できる。
従って、特願2001−021032号において開示した様に、基板上に形成された薄膜トランジスタに基板側から基板を透過可能なレーザ光を照射して、薄膜トランジスタを構成するポリシリコンを活性化させることを特徴とする新レーザアニール方法を実施することができる。その結果、レーザ光が基板を透過するので、基板側から基板を透過して照射ができ、TFT(薄膜トランジスタ)を構成するすべてのポリシリコンをアニール処理することができる。これによりドーピング後のシリコンの活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ない等の優れた半導体膜を得ることができる。
また、下側から垂直に照射された線状ビームは、前記隙間を通りプリズムにより所定の角度だけ傾けられて基板の裏面から照射されるので、基板を通過したレーザビームは基板の表面と所定の角度だけ交差して半導体膜に照射される。
従って、、特願2001ー020893において開示した様に、基板の照射面でのレーザ光の光軸と基板の照射面直交軸とが所定の角度で交差する装置を実現できる。その結果、半導体膜上面での反射光と半導体下面での反射光との光軸がずれるので、経路差に起因する相互干渉を防止でき、反射したレーザ光の強度分布にむらが生ぜす、活性化された基板上の半導体の抵抗率分布や、結晶化された半導体の結晶粒径分布や移動度分布にむらがなく、現状より特性のよい半導体を得ることができる。
【0043】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の基板を水平方向に搬送しつつ基板にレーザを照射するレーザアニール装置は、その構成により、以下の効果を有する。
半導体膜を有する基板の表面を上向きにしてガス浮上ステージに置けば、基板は、前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージとにガス浮上し、前記隙間を跨いで水平方向に送られ、当該隙間から下面をレーザビームに照射され、レーザ光が基板を透過するので、裏側から基板を透過して表面を照射できる。これにより半導体膜の活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ない。
また、反射板は当該隙間から上向きに照射されるレーザビームを下方へ反射できるので、基板を通過したレーザビームを下方に反射して、再度基板の表面に照射でき、レーザエネルギを無駄なく使用できる。
また、線状ビームは、基板の面の直交線と所定の傾斜角度で交差して基板に照射され、基板の裏面から入射されたレーザビームは基板上の半導体膜層の下面と上面とで反射し異なる経路を通るので、経路差のある複数の反射ビームの相互干渉を防止できる。
また、基板支持装置は、基板下面を水平に支持して、ガス浮上ステージの上方で基板を上下させることができ、ガス浮上ステージと基板を授受することができ、基板の裏面を下方に向けた通常のハンドリング姿勢で基板をハンドリングしてガス浮上ステージとの間で基板の授受をすることができる。
また、基板高さ調整装置は、前記隙間付近での基板下面の高さを調整でき、当該隙間から上向きに照射されるレーザビームの基板でのビーム形状が安定するので、レーザアニールされた基板の半導体膜の特性が安定する。
また、半導体膜を有する基板の表面を上向きにして基板カセットに置けば、基板の表面を上にしてハンドリングされ、基板上に形成された半導体膜に裏面からレーザ光を照射して、レーザ光が裏面から基板を透過して照射して半導体膜を活性化させることができる。半導体膜を構成するすべての面をアニール処理することができ、半導体膜の活性を最大限に高めることができる。また、基板の照射面でのレーザ光の光軸が基板の照射面直交軸と所定の角度で交差するので、半導体膜上面での反射光と半導体下面での反射光との光軸がずれ、経路差に起因する相互干渉が生じなくなり、反射したレーザ光の強度分布にむらが生ぜす、活性化された基板上の半導体の抵抗率分布や、結晶化された半導体の結晶粒径分布や移動度分布にむらがなく、特性のよい半導体を得ることができる。
従って、新レーザアニール方法の実施に適しており、半導体膜の活性を最大限に高めることができ、かつ処理時間が短く、基板の歪みのおそれも少ない等の優れたレーザアニール装置を提供することができる。
【0045】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の平面図である。
【図2】本発明の実施形態の側面断面図である。
【図3】図2の部分詳細図である。
【図4】従来のレーザアニール装置の構成図である。
【図5】低温ポリシリコンTFTの製造プロセス図である。
【符号の説明】
1 レーザアニール装置
2 基板
3 基板カセット
4 レーザビーム
10 ガス浮上ステージ
11 後方ガス浮上ステージ
12 前方ガス浮上ステージ
20 基板水平送り装置
21 基板水平送り台
22 基板把持機構
23 基板水平送り台送り機構
24 基板水平送り台駆動機構
25 基板左右姿勢決め機構
26 基板前後姿勢決め機構
30 レーザ光学系
31 レーザ発振器
32 45度ミラー
33 線状ビーム成形光学系
34 レーザビーム誘導光学系
35 45度ミラー
36 集光レンズ
37 プリズム
38 反射板
39 架構
40 基板高さ調整装置
41 ガスベアリング
50 基板支持装置
51 後方基板支持装置
53 ピン
54 ピン昇降機構
60 基板ローダ
61 大気ロボット
65 ターンテーブル
70 カセットステーション
80 操作盤
90 定盤
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser annealing apparatus for growing crystal grains by heating a semiconductor film on a substrate by laser irradiation.
[0002]
[Prior art]
As one of the applications of laser, annealing to a thin film transistor (TFT) used for a liquid crystal display (LCD) or the like is attracting attention. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-37144 irradiates an excimer laser with characteristics. “A method for manufacturing a thin film transistor” is disclosed.
[0003]
Laser annealing is used to form a polysilicon film and activate the contact layer. The silicon film is melted and crystallized by laser irradiation to become polysilicon. A high-quality film is formed because it undergoes a melting process once. Laser energy is absorbed by the semiconductor film. If the laser is a pulse, since the pulse width is about several tens of ns, the melting time of silicon is about several hundreds of ns, and there is almost no influence on the underlying glass substrate. In addition, other low temperature forming methods such as “Infrared annealing method” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-32419 require annealing for a long time at a high temperature of about 1000 to 1200 ° C. for polysilicon formation and activation, and the glass substrate is distorted. Diffusion of impurities becomes a problem, but laser annealing allows formation at a maximum temperature in the range of 400 ° C., and there is no such problem.
[0004]
The operating speed of TFT is mobility (unit: cm 2 / V · s). The mobility of polysilicon TFT is 10-600cm 2 / V · s. This mobility is wide because it depends on both grain size and grain boundary. In order to obtain high mobility, it is necessary to be close to a single crystal with fewer intragranular defects and to form a grain boundary with low defects. In general, the larger the particle size and the fewer the defects at the grain boundaries, the higher the mobility.
[0005]
FIG. 4 is a structural diagram of a conventional laser annealing apparatus. The laser used is, for example, XeCL, ArF, KrF, XeF excimer laser, YAG laser, or the like. The laser beam is introduced into the chamber through an optical system centered on a beam homogenizer. The inside of the chamber is controlled to a vacuum or a gas atmosphere by a pump system and a gas system. The beam is scanned by moving the stage or the optical system.
[0006]
FIG. 5 schematically shows a manufacturing process of the low-temperature polysilicon TFT. In this figure, (1) forms amorphous silicon (a-Si) on the surface of the glass substrate, (2) converts a-Si to polysilicon (poly-Si), and dry-etches (3 The surface is covered with an insulating coating (SiO 2), an electrode film is formed in (4), and doping is performed in (5).
In laser annealing, poly-Si is heated in the above (2) and (5), the crystal grain size is increased, and impurities implanted by doping are diffused to enhance the bond with silicon, and high mobility. Applied to get a degree.
[0007]
On the other hand, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-021032, the inventors irradiate a thin film transistor formed on a substrate with laser light that can pass through the substrate from the substrate side to activate the polysilicon constituting the thin film transistor. Invented a new laser annealing method characterized by
According to this method, since the laser light is transmitted through the substrate, irradiation can be performed through the substrate from the substrate side, and all of the TFTs (thin film transistors) can be formed without being blocked by a gate film or the like on the surface of the substrate. Polysilicon can be annealed. Thereby, the activity of silicon after doping can be maximized, and an excellent semiconductor film having a short processing time and less risk of substrate distortion can be obtained.
[0008]
Further, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-020893, the inventors have invented a new laser annealing apparatus in which the optical axis of the laser beam on the irradiation surface of the substrate and the orthogonal axis of the irradiation surface of the substrate intersect at a predetermined angle. did. If laser annealing of the substrate is performed using this device, the optical axes of the reflected light on the semiconductor film surface and the reflected light on the back surface of the semiconductor are shifted, so that mutual interference due to the path difference between the reflected light can be prevented. The intensity distribution of the reflected laser light is not uneven. Therefore, there is no unevenness in the resistivity distribution of the semiconductor on the activated substrate, the crystal grain size distribution or mobility distribution of the crystallized semiconductor, and a semiconductor with good characteristics can be obtained.
[0009]
Hereinafter, for convenience of explanation, the surface of the substrate on which the thin film transistor to be processed is formed is referred to as the front surface, and the opposite surface is referred to as the back surface. Since the thickness of the substrate is thin relative to its size, it is easy to bend when horizontal. Furthermore, in order to prevent contamination of the surface of the substrate as much as possible, avoid contact with the surface of the device. Therefore, when handling the substrate, it is common to support the back surface of the horizontal substrate with the back surface facing downward. In particular, in order to maintain the flatness of the surface of the substrate, the entire back surface is supported uniformly. For example, a plurality of pins whose upper ends are in the same plane are set up vertically to support the entire back surface uniformly.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In order to anneal the substrate by the new laser annealing method invented by the inventors, laser irradiation is performed from the back side of the substrate. In a conventional laser annealing apparatus, a substrate is supported on a stage, and a laser beam is irradiated from above the substrate. If the new laser annealing method is performed with a conventional laser annealing apparatus, it is necessary to support the surface of the substrate on the stage and face the back surface of the substrate upward. Also, in the front and back processes of a laser annealing apparatus, it is usual to support the back surface from below and handle it. Therefore, auxiliary equipment that inverts the top and bottom of the substrate surface at the entrance and exit of the laser annealing apparatus and transfers it to the stage. Is newly required.
Since fine semiconductor films are densely provided on the surface of the substrate, it is practically difficult to support the surface of the substrate. It is also expected that it will be difficult to develop new auxiliary equipment.
Therefore, an excimer laser annealing apparatus having a structure suitable for the implementation of the new laser annealing method has been desired.
[0011]
The present invention has been devised in view of the above-described problems, and is suitable for the implementation of the above-described new laser annealing method in place of the conventional laser annealing apparatus, and maximizes the activity of the semiconductor film. It is intended to provide an excellent laser annealing apparatus that can perform processing, has a short processing time, and has a low risk of substrate distortion.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a laser annealing apparatus for irradiating a substrate with a laser while horizontally transporting the substrate according to the present invention includes a front gas levitation stage and a rear gas levitation stage arranged in the transport direction with a predetermined gap therebetween. A gas levitation device capable of blowing gas from the upper surface and allowing the substrate to gas levitate, a horizontal feed device for horizontally sending the gas levitation substrate across the gap, and irradiating the laser beam upward from the gap And a laser optical system.
[0013]
With the above-described configuration of the present invention, the gas levitation apparatus has a front gas levitation stage and a rear gas levitation stage, and the front gas levitation stage and the rear gas levitation stage are arranged in the transport direction with a predetermined gap therebetween, Gas can be blown out from the upper surface to float the substrate. The horizontal feeding device can feed the gas floating substrate in the horizontal direction across the gap. The laser optical system irradiates the laser beam upward from the gap.
If the substrate having the semiconductor film is placed on the gas levitation stage with the surface facing upward, the substrate floats on the front gas levitation stage and the rear gas levitation stage, and is sent horizontally across the gap, from the gap. Since the lower surface is irradiated with the laser beam and the laser light is transmitted through the substrate, the surface can be irradiated through the substrate from the rear surface.
Thereby, the activity of the semiconductor film can be maximized, the processing time is short, and an excellent semiconductor film having a low risk of substrate distortion can be obtained.
[0014]
Furthermore, the laser annealing apparatus according to the present invention is provided with a reflecting plate that is provided above the gap and that can reflect the laser beam irradiated from below to below.
According to the configuration of the present invention, the reflector is provided above the gap, reflects the laser beam emitted from below, reflects the laser beam emitted upward from the gap, and further reflects the semiconductor film. Can be heated.
[0015]
Furthermore, in the laser annealing apparatus according to the present invention, the laser beam is a linear beam that intersects the substrate orthogonal axis at a predetermined angle.
With the configuration of the present invention, the laser beam is a linear beam that intersects the substrate orthogonal axis at a predetermined angle, and the linear beam irradiates the substrate intersecting the substrate orthogonal axis at a predetermined angle. Is done.
If the substrate having the semiconductor film is placed on the gas levitation stage with the surface facing upward, the optical axes of the reflected light on the semiconductor film surface and the reflected light on the back surface of the semiconductor are shifted. Interference can be prevented and the intensity distribution of the reflected laser light is not uneven. Therefore, there is no unevenness in the resistivity distribution of the semiconductor on the activated substrate, the crystal grain size distribution or mobility distribution of the crystallized semiconductor, and a semiconductor with good characteristics can be obtained.
[0016]
Further, the laser annealing apparatus according to the present invention includes a substrate support device having a plurality of pins that can horizontally support the lower surface of the substrate and a pin lifting mechanism that can move the pins up and down through the gas levitation stage. It was supposed to be.
With the configuration of the present invention, the plurality of pins of the substrate support apparatus can horizontally support the lower surface of the substrate, and the pin lifting mechanism of the substrate support apparatus can move the plurality of pins up and down through the gas levitation stage. The support device can horizontally support the lower surface of the substrate, move the substrate up and down above the gas levitation stage, and can exchange the substrate with the gas levitation stage.
[0017]
Furthermore, the laser annealing apparatus according to the present invention adjusts the height of the lower surface of the substrate by adjusting the gas bearing disposed in the gap and blowing the gas from the upper surface to float the lower surface of the substrate and supporting the substrate, and the amount of the gas blown out. A substrate height adjusting device having a control device was provided.
According to the configuration of the present invention, the gas bearing of the substrate height adjusting device is arranged in the gap and blows out gas from the upper surface to float the lower surface of the substrate to support the substrate. The height of the lower surface of the substrate is adjusted by adjusting the amount of blowout, and the substrate height adjustment device can adjust the height of the lower surface of the substrate near the gap, and the laser beam irradiated upward from the gap The beam shape is stable.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0019]
A structure of a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side sectional view of an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a partial detail view of FIG.
[0020]
The laser annealing apparatus 1 includes a substrate gas floating device 10, a substrate horizontal feeding device 20, a laser optical system 30, a substrate height adjusting device 40, a substrate lifting device 50, a substrate loader 60, a cassette station 70, an operation panel 80, and a surface plate 90. It consists of. For convenience of explanation, when the substrate is laser-annealed, the direction in which the substrate moves is referred to as the front-rear direction, with the destination being the front, and both sides are referred to as the left-right direction.
[0021]
The substrate gas levitation apparatus 10 is an apparatus that supports the substrate in a non-contact manner when the substrate is irradiated with a laser, and includes a rear gas levitation stage 11 and a front gas levitation stage 12. Each gas levitation stage 11, 12 is disposed on the surface plate 90 so that each gas levitation stage 11, 12 includes an upper surface on the same plane and is horizontal with a predetermined gap therebetween. The upper surfaces of the gas levitation stages 11 and 12 are provided with countless holes for discharging gas, and the holes communicate with a gas supply unit (not shown) through a gas pipe (not shown). Further, each gas levitation stage 11, 12 is provided with a hole through which a pin 53 of a substrate support device 50 described later passes.
[0022]
The substrate horizontal feeding device 20 is a device for horizontally transporting the substrate that has floated on the substrate gas levitation device from the rear gas levitation stage 11 to the front gas levitation stage 12. A mechanism 22, a substrate horizontal feed base feed mechanism 23, a substrate horizontal feed base drive mechanism 24, and substrate posture determination mechanisms 25 and 26 are provided. The substrate horizontal feed base 21 is a structure straddling the substrate gas levitation apparatus 10 in the left-right direction, and is fixed to the surface plate 90 so as to be movable in the front-rear direction. The substrate gripping mechanism 22 is a mechanism that can grip the front end portion of the substrate that has gas floated on the rear gas levitation stage 11 or the front gas levitation stage 12, and is supported by the substrate horizontal feed base 21. The substrate horizontal feed base feed mechanism 23 is a mechanism for moving the substrate horizontal feed base 21 in the front-rear direction, and includes a linear guide and a feed screw. The substrate horizontal feed base driving mechanism 24 is a mechanism for driving the substrate horizontal feed base 21 via the substrate horizontal feed base feed mechanism 23, and has a motor and a motor driver connected to a feed screw by a torque joint. The substrate posture determining mechanisms 25 and 26 are mechanisms for adjusting the posture of the substrate that has floated on the rear gas levitation stage 11.
[0023]
The laser optical system 30 is a mechanism for oscillating a laser for laser annealing the substrate, guiding the laser beam 4 and irradiating the substrate through the gap from the lower side of the substrate gas levitation apparatus 10. An oscillator 31, a 45-degree mirror 32, a linear beam shaping optical system 33, and a laser beam guiding optical system 34 are included. The laser transmitter 31 is a device that oscillates a laser, and is provided in front of the substrate gas levitation apparatus 10. The oscillated laser beam 4 is bent 45 degrees by a 45-degree mirror 32 and guided under the front gas levitation stage 12. The linear beam shaping optical system 33 expands the width of a laser beam having a spot-like cross section horizontally by the optical system to produce a linear laser beam having a linear cross section (for example, a thickness of 50 to 70 microns and a width of 300 mm). It is an optical system that outputs and is provided below the front gas levitation stage 12. The laser beam guiding optical system 34 is an optical system that guides the horizontally incident linear laser beam by the optical system, and irradiates the lower surface of the substrate that floats on the substrate gas floating device 10 from below the gap, The 45 degree mirror 35, the condensing lens 36, the prism 37, and the common mount 39 are arrange | positioned under the said clearance gap. The 45-degree mirror 35 is a mirror that reflects the horizontally incident linear laser beam vertically upward, and is provided below the gap. The condenser lens 36 is a cylindrical lens for reducing the thickness dimension while maintaining the width dimension of the linear laser beam, and is provided above the 45-degree mirror 35 below the gap. The prism 37 is a device for tilting the linear laser beam incident vertically upward backward by a predetermined angle (for example, 30 degrees). It is provided in the gap. The common frame 39 is a structure that integrally supports the linear beam shaping optical system 33, the 45 ° mirror 35, the condenser lens 36, and the prism 37, and is supported by the surface plate 90.
[0024]
The substrate height adjusting device 40 is a mechanism that maintains a gap between the lower surface of the substrate 2 and the upper surface of the gas levitation stage in the vicinity of the gap at a constant distance, and includes a plurality of gas bearings 51 and a control mechanism (not shown). Have The gas bearing 51 is a sintered metal having a cylindrical shape and a hole in the center. Gas bearings arranged in a line in the left-right direction are respectively placed before and after the gap with a space through which the linear laser beam passes in the middle. The gas bearing 51 communicates with a gas supply pipe for blowing gas from the outer peripheral portion and a gas suction pipe for sucking gas from the central hole. A flow rate adjusting valve (not shown) is provided in the gas supply pipe and the gas suction pipe, and the flow rate can be adjusted by a command from the control device. The control device has a gap sensor for measuring the dimension of the gap, and can control the flow rate adjusting valve so as to make the output of the gap sensor constant.
[0025]
The substrate support device 50 is a mechanism for delivering the substrate 2 between a substrate loader 60 and a substrate gas levitation device 10 described later, and includes a rear substrate support device 51 and a front substrate support device 52. The rear substrate support device 51 is disposed below the rear gas levitation stage 11, and the front substrate support device 52 is disposed below the front gas levitation stage 12. Each of the substrate support devices 51 and 52 has a plurality of pins 53 and a pin lifting mechanism 54. The plurality of pins 53 are rod-like structures that support the substrate, stand vertically, and have their tips on the same plane. The plurality of pins 53 pass through holes provided in the gas levitation stages 11 and 12. The pin elevating mechanism 54 is a pantograph lifter that elevates and lowers the pin 53, and is provided below the gas levitation stages 11 and 12. When the lifting mechanism 54 lowers the pin that supports the substrate 2 at the tip of the pin 53, the substrate 2 can be transferred from the pin 53 to the gas levitation stages 11 and 12. Further, when the lifting mechanism 54 raises the pin 53, the gas floating substrate 2 can be transferred from the gas floating stage 11, 12 to the pin 53.
[0026]
The substrate loader 60 is a mechanism for taking out a substrate from a cassette 3 (to be described later), delivering it to the rear substrate support device 51, receiving the substrate 2 from the front substrate support device 52, and putting it in the cassette 3. And have. The atmospheric robot 61 has a main body movable in the front-rear direction on the left side of the substrate gas levitation apparatus 10 and a holding arm supported on the main body. The holding arm supports the lower surface of the substrate. Deliver to and from the support device 50. The turntable 65 is a mechanism that transfers the substrate to and from the atmospheric robot 61 and rotates the substrate to change its direction.
[0027]
The cassette station 70 is a station in which the substrate cassette 3 is placed, and delivers the substrate cassette 3 through the pre-process and post-process and the AGV.
The operation panel 80 is a control panel for operating the laser annealing apparatus.
The surface plate 90 supports the substrate gas floating device 10, the substrate horizontal feeding device 20, the laser beam guiding optical system 34 of the laser optical system 30, and the substrate height adjusting device 40.
[0028]
Hereinafter, the operation of the laser annealing apparatus will be described according to the substrate processing steps.
First, a plurality of substrates 2 are placed in the substrate cassette 3, the cassette station 70 is placed, and an empty substrate cassette 3 is placed in the cassette station 70. A semiconductor film to be annealed is provided on the surface of the substrate 2 and is arranged in the substrate cassette 3 with the surface facing up.
[0029]
(Extraction Step) The atmospheric robot 61 takes out the horizontal substrate 2 from the substrate cassette 3 and places it on the turntable 65.
[0030]
(Rotating step) The turntable 65 rotates the substrate 2 horizontally by 90 degrees.
[0031]
(Loading Step) The atmospheric robot 61 takes out the horizontal substrate 2 from the turntable 65 and puts it on the rear substrate support device 51. At this time, the rear substrate support device 51 raises and lowers the pins 53, and the substrate 2 is supported by the tips of the pins 53.
[0032]
(Alignment process) The substrate posture determination devices 25 and 26 press both sides of the substrate 2 and press corners to adjust the posture of the substrate 2.
[0033]
(Floating process) The rear substrate support device 51 lowers the pin 53 and places the substrate 2 on the rear gas floating stage 11. At this time, the rear gas levitation stage 11 blows out gas from the upper surface thereof, so that the substrate 2 floats.
[0034]
(Fine Alignment Step) The substrate horizontal feed base 21 is fed backward by the substrate horizontal feed base feed mechanism 23, and the substrate gripping mechanism 22 contacts the front end of the substrate 2. The substrate posture determining device 25 presses both sides of the substrate 2 and the substrate posture determining device 26 pushes the substrate 2 forward to finely adjust the posture of the substrate 2.
[0035]
(Gripping Step) The substrate gripping mechanism 22 grips the front end of the substrate 2.
[0036]
(Laser irradiation step) The laser shutter of the laser oscillator 31 is opened. The laser beam 4 enters the linear beam shaping optical system 33 via the 45 degree mirror 32. A linear beam is emitted from the linear beam shaping optical system 33 and enters the laser beam guiding optical system 34. The linear laser beam is redirected upward by a 45 degree mirror 35, condensed by a condenser lens 36, tilted rearward by a predetermined angle (for example, 30 degrees) by a prism 37, and irradiated onto the substrate 2. The The substrate horizontal feed base 21 is fed forward by the substrate horizontal feed stand feed mechanism 23, and the substrate 2 gripped by the substrate gripping mechanism 22 is transported forward at a predetermined speed. The substrate height adjusting device 40 maintains and controls the height of the portion that passes through the space portion of the substrate. The linear laser beam 4 is irradiated from the back side of the substrate 2, passes through the inside of the substrate 2, and anneals the semiconductor film on the surface of the substrate. When the substrate 2 moves forward, the laser shutter of the laser oscillator 31 is closed.
[0037]
(Floating stop step) The front substrate support device 52 raises the pin 53. The substrate 2 is supported and raised by the pins 53 and is supported by the pins 53.
[0038]
(Unloading step) The atmospheric robot 61 receives the substrate 2 on the front substrate support device 52 and places it on the turntable 65.
[0039]
(Rotating step) The turntable 65 rotates the substrate 2 horizontally by 90 degrees.
[0040]
(Returning Step) The atmospheric robot 61 takes out the horizontal substrate 2 from the turntable 65 and places it on the substrate cassette 3.
[0041]
By sequentially repeating the steps, the processing of the substrates 2 arranged in the substrate cassette 3 is completed.
[0042]
In order to perform a new laser annealing method on a substrate using the laser annealing apparatus of the above-described embodiment, a substrate that has been horizontally leveled with a surface facing upward may be stacked on a substrate cassette and placed in a cassette station as in the past. . The laser annealing apparatus of the above-described embodiment supports and handles the back surface of the substrate with the back surface facing down, and laser-irradiates the back surface with laser from below to laser anneal the semiconductor on the surface of the substrate. Since the back surface of the substrate is supported and handled, contamination of the semiconductor on the surface of the substrate can be prevented.
Accordingly, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-021032, the thin film transistor formed on the substrate is irradiated with laser light that can be transmitted through the substrate from the substrate side to activate polysilicon constituting the thin film transistor. A new laser annealing method can be implemented. As a result, since the laser light passes through the substrate, it can be irradiated through the substrate from the substrate side, and all the polysilicon constituting the TFT (thin film transistor) can be annealed. Thereby, the activity of silicon after doping can be maximized, and an excellent semiconductor film having a short processing time and less risk of substrate distortion can be obtained.
Further, since the linear beam irradiated vertically from the lower side is irradiated from the back surface of the substrate through the gap and tilted by a predetermined angle by the prism, the laser beam that has passed through the substrate has a predetermined surface and a predetermined surface. The semiconductor film is irradiated at an angle crossing.
Therefore, as disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-020893, an apparatus can be realized in which the optical axis of the laser light on the irradiation surface of the substrate intersects the irradiation surface orthogonal axis of the substrate at a predetermined angle. As a result, the optical axes of the reflected light on the upper surface of the semiconductor film and the reflected light on the lower surface of the semiconductor are shifted, so that mutual interference due to the path difference can be prevented, and the intensity distribution of the reflected laser light is uneven. There is no unevenness in the resistivity distribution of the semiconductor on the crystallized substrate, the crystal grain size distribution or the mobility distribution of the crystallized semiconductor, and a semiconductor having better characteristics than the present state can be obtained.
[0043]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, the laser annealing apparatus for irradiating the substrate with laser while transporting the substrate of the present invention in the horizontal direction has the following effects.
If the substrate having the semiconductor film is placed on the gas levitation stage with the surface facing upward, the substrate floats on the front gas levitation stage and the rear gas levitation stage, and is sent horizontally across the gap, from the gap. Since the lower surface is irradiated with the laser beam and the laser light is transmitted through the substrate, the surface can be irradiated through the substrate from the back side. As a result, the activity of the semiconductor film can be maximized, the processing time is short, and there is little risk of distortion of the substrate.
Further, since the reflector can reflect the laser beam irradiated upward from the gap, the laser beam that has passed through the substrate can be reflected downward and irradiated onto the surface of the substrate again, so that the laser energy can be used without waste. .
The linear beam intersects the orthogonal line of the surface of the substrate at a predetermined inclination angle and irradiates the substrate, and the laser beam incident from the back surface of the substrate is reflected by the lower surface and the upper surface of the semiconductor film layer on the substrate. However, since different paths are used, mutual interference of a plurality of reflected beams having path differences can be prevented.
In addition, the substrate support device can horizontally support the lower surface of the substrate, and can move the substrate up and down above the gas levitation stage. The substrate can be transferred to and from the gas levitation stage. The substrate can be handled in a normal handling posture and transferred to and from the gas levitation stage.
Further, the substrate height adjusting device can adjust the height of the lower surface of the substrate in the vicinity of the gap, and the beam shape on the substrate of the laser beam irradiated upward from the gap is stabilized. The characteristics of the semiconductor film are stabilized.
Also, if the substrate having a semiconductor film is placed in the substrate cassette with the surface facing upward, the substrate surface is handled with the surface facing up, and the semiconductor film formed on the substrate is irradiated with laser light from the back surface, so that the laser light is emitted. The semiconductor film can be activated by irradiating through the substrate from the back side. All surfaces constituting the semiconductor film can be annealed, and the activity of the semiconductor film can be maximized. In addition, since the optical axis of the laser beam on the irradiation surface of the substrate intersects with the irradiation surface orthogonal axis of the substrate at a predetermined angle, the optical axes of the reflected light on the semiconductor film upper surface and the reflected light on the semiconductor lower surface are shifted, Mutual interference due to the path difference does not occur, and the intensity distribution of the reflected laser light is uneven. The resistivity distribution of the semiconductor on the activated substrate, the crystal grain size distribution and movement of the crystallized semiconductor, etc. A semiconductor with good characteristics can be obtained without unevenness in the degree distribution.
Accordingly, the present invention provides an excellent laser annealing apparatus that is suitable for the implementation of a new laser annealing method, can maximize the activity of a semiconductor film, has a short processing time, and has a low risk of substrate distortion. Can do.
[0045]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partial detail view of FIG. 2;
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional laser annealing apparatus.
FIG. 5 is a manufacturing process diagram of a low-temperature polysilicon TFT.
[Explanation of symbols]
1 Laser annealing equipment
2 Substrate
3 Substrate cassette
4 Laser beam
10 Gas levitation stage
11 Back gas levitation stage
12 Front gas levitation stage
20 Substrate horizontal feeding device
21 Horizontal feed base
22 Substrate gripping mechanism
23 Substrate horizontal feed base feed mechanism
24 Substrate horizontal feed base drive mechanism
25 Board left / right posture determination mechanism
26 Substrate front and rear posture determination mechanism
30 Laser optics
31 Laser oscillator
32 45 degree mirror
33 Linear beam shaping optics
34 Laser beam guidance optics
35 45 degree mirror
36 condenser lens
37 prism
38 reflector
39 frame
40 Substrate height adjustment device
41 Gas bearing
50 Substrate support device
51 Rear substrate support device
53 pins
54 pin lifting mechanism
60 Substrate loader
61 atmospheric robot
65 turntable
70 cassette station
80 control panel
90 surface plate

Claims (5)

基板を水平方向に搬送しつつ前記基板にレーザビームを照射するレーザアニール装置であって、
所定の隙間を挟んで搬送方向に並べた前方ガス浮上ステージと後方ガス浮上ステージとを有し上面からガスを吹き出し前記基板をガス浮上させることのできるガス浮上装置と、
ガス浮上した前記基板を前記隙間を跨いで水平方向に送る水平送り装置と、
前記隙間から前記レーザビームを上向きに照射するレーザ光学系と、を備えたことを特徴とするレーザアニール装置
A laser annealing apparatus irradiating a laser beam to the substrate while transporting the substrate in a horizontal direction,
A gas levitation apparatus that can the substrate blowing gas from an upper surface and a front gas floating stage and a rear gas levitation stage arranged in the transport direction across a predetermined gap is gas levitation,
A horizontal feed device for feeding a horizontal direction the substrate was gas floating across the gap,
Laser annealing apparatus characterized by comprising a laser optical system for irradiating upward the laser beam through the gap.
請求項1において
前記隙間の上方に設けられ下方から照射された前記レーザビームを下方へ反射しうる反射板を備えるレーザアニール装置
In claim 1 ,
Provided above the gap, Relais Zaaniru device comprising a reflector capable of reflecting the laser beam emitted from the lower downward.
請求項1または請求項2において、
前記レーザビームが、基板直交軸に対して所定の角度で交差する線状ビームであることを特徴とするレーザアニール装置
In claim 1 or claim 2,
Said laser beam, characterized and, Relais Zaaniru device to be a linear beam that intersects at a predetermined angle with respect to the substrate orthogonal axes.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記基板下面を水平に支持できる複数のピンと、
前記複数のピンを前記ガス浮上ステージを貫通して上下させることのできるピン昇降機構とを有する基板支持装置を備えることを特徴とするレーザアニール装置
In any one of Claims 1 thru | or 3,
A plurality of pins that can horizontally support the lower surface of the substrate;
Features and, Relais Zaaniru device further comprising a substrate supporting device having a pin lift mechanism capable of raising and lowering the plurality of pins through said gas floating stage.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記隙間に配置され上面からガスを吹き出して前記基板下面を浮かせ前記基板を支持するガスベアリングと
前記ガスの吹き出し量を調整して前記基板下面の高さを調整する制御装置とを有する基板高さ調整装置を備えたことを特徴とするレーザアニール装置
In any one of Claims 1 thru | or 4,
Disposed in said gap, a gas bearing for supporting the substrate floating the substrate lower surface by blowing gas from the upper surface,
Features and, Relais Zaaniru device further comprising a substrate height adjustment device and a control device for adjusting the height of the lower surface of the substrate by adjusting the blowout amount of the gas.
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