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JP7412111B2 - レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、レーザ処理装置及び半導体装置の製造方法に関し、例えば、レーザ光を照射して半導体装置を製造するレーザ処理装置及び半導体装置の製造方法に関する。
スマートフォン、テレビ等の高精細パネルの製造工程においては、パネルの画素を制御する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を形成するためにレーザ光照射による熱処理を行うことが知られている。
特許文献１には、ガラス基板等に形成された非晶質膜を含む被処理体に対し、レーザ光を照射してアニール処理を行うレーザ照射装置が開示されている。特許文献１に開示されたレーザ照射装置は、噴出エアにより被処理体を浮上させる浮上ユニット上でアニール処理を行っている。
特開２０１８－６４０４８号公報
レーザ処理装置には、レーザ処理の性能を向上させる上で、改善の余地がある。例えば、レーザ処理を行う基板搬送中の不具合に伴うレーザ処理性能の低下である。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態にかかるレーザ処理装置は、被処理体に熱処理を行うためのレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記被処理体を浮上させることで当該被処理体を搬送可能にした搬送ステージと、を備え、前記搬送ステージは、前記被処理体を浮上させるためのガスを噴射する噴射口を有する複数の第１部材と、前記被処理体に対向する面上において前記複数の第１部材が間隔を空けてマトリックス状に配置され、かつ、前記複数の第１部材間の隙間に連なるように空間領域が形成されたベースプレートと、を有する。
一実施の形態にかかるレーザ処理装置は、被処理体に熱処理を行うためのレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記被処理体を浮上させることで当該被処理体を搬送可能にした搬送ステージと、を備え、前記搬送ステージは、前記被処理体を浮上させるためのガスを噴射する噴射口を有する複数の第１部材と、前記被処理体に対向する面上において前記複数の第１部材が間隔を空けてマトリックス状に配置され、かつ、間隔を空けて配置された複数の第２部材からなるベースプレートと、を有する。
前記一実施の形態によれば、レーザ処理の性能を向上させることができるレーザ処理装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
実施の形態１に係るレーザ処理装置を例示した断面図である。 実施の形態１に係るレーザ処理装置の搬送ステージを例示した平面図である。 実施の形態１に係るレーザ処理装置の搬送ステージに設けられたレーザ光照射領域５０を構成する複数の部材５０ａの一つを例示した断面図である。 実施の形態１に係るレーザ処理装置の搬送ステージに設けられたレーザ光照射領域５０を構成する複数の部材５０ａの一つを例示した平面図である。 実施の形態１に係るレーザ処理装置に設けられた、基板搬送領域６０を構成する複数の複数の部材６０ａと、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａと、を例示した断面図である。 実施の形態１に係るレーザ処理装置に設けられた、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａと、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａと、を例示した平面図である。 実施の形態１に係るレーザ処理装置に設けられた、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａと、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａと、を例示した斜視図である。 実施の形態２に係るレーザ処理装置を例示した断面図である。 実施の形態１，２に係るレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 実施の形態１，２に係るレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 実施の形態１，２に係るレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 実施の形態１，２に係るレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 実施の形態１，２に係るレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 有機ＥＬディスプレイの構成を簡略化して示す断面図である。 実施の形態１に至る前の構想に係るレーザ処理装置の搬送ステージ上に被処理体を配置させた状態を例示した断面図である。 実施の形態１に至る前の構想に係るレーザ処理装置の搬送ステージ上に被処理体を配置させた状態を例示した断面図である。
説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
実施の形態１に係るレーザ処理装置について説明する前に、発明者らが事前検討した内容について説明する。
＜構想段階のレーザ処理装置５０１＞
まず、発明者らは、レーザ処理装置５０１を検討した。
図１５は、実施の形態に至る前の構想に係るレーザ処理装置５０１の搬送ステージ５４０上に被処理体５３０を配置させた状態を例示した断面図である。
図１５に示すように、レーザ処理装置５０１では、搬送ステージ５４０が、架台（不図示）に取り付けられ上面が平坦な板状のベースプレート５１２と、ベースプレート５１２の上面全体にわたって部材５６０と、を少なくとも備える。部材５６０は、例えば上面（ステージ面）からガスを噴射することによって被処理体５３０を浮上させる。それにより、搬送ステージ５４０は、被処理体５３０を浮上させて搬送することができる。
しかしながら、レーザ処理装置５０１の構造では、被処理体５３０の中央部と、搬送ステージ５４０と、の間に、ガス（噴出エア）が滞留して、被処理体５３０がドーム形状に変形してしまう。このとき、被処理体５３０の中央部が過剰に浮上して撓み、それに伴って、被処理体５３０の縁部５３９及び角部が垂れ下がる。そのため、被処理体５３０の縁部５３９及び角部が搬送ステージ５４０に接触して損傷してしまう可能性がある。その結果、レーザ処理装置５０１では、損傷した部分から発生した粉塵等の影響で、レーザ光の照射ムラが生じ、レーザ処理の性能が低下してしまう可能性がある。
＜構想段階のレーザ処理装置６０１＞
このような問題を解決するため、次に発明者らは、レーザ処理装置６０１を検討した。
図１６は、実施の形態に至る前の構想に係るレーザ処理装置６０１の搬送ステージ６４０上に被処理体６３０を配置させた状態を例示した断面図である。
図１６に示すように、レーザ処理装置６０１では、搬送ステージ６４０が、架台（不図示）に取り付けられ上面が平坦な板状のベースプレート６１２と、ベースプレート６１２の上面全体に配置された複数の部材６６０ａと、を少なくとも備える。各部材６６０ａは、上面（ステージ面）からガスを噴射することによって被処理体６３０を浮上させる。それにより、搬送ステージ６４０は、被処理体６３０を浮上させて搬送することができる。
ここで、複数の部材６６０ａは、ベースプレート６１２の上面全体に、マトリックス状に間隔を空けて配置されている。それにより、被処理体６３０と搬送ステージ６４０との間に噴出されたガス（噴出エア）を複数の部材６６０ａ間の隙間６６０ｂに逃がすことができるため、被処理体６３０と搬送ステージ６４０との間にガスが滞留するのを抑制することができ、その結果、被処理体６３０がドーム形状に変形するのを抑制することができる。
被処理体６３０のドーム形状への変形が抑制されたことにより、被処理体６３０の搬送ステージ６４０への接触が低減されるが、まだ十分ではない。例えば、複数の部材６６０ａ間に大きな段差があった場合、各部材６６０ａの上面（ステージ面）から噴出されたガス、及び、部材６６０ａ間の隙間６６０ｂの大きさなどの条件によっては、被処理体６３０の縁部６３９及び角部が段差部分に衝突して損傷してしまう可能性がある。その結果、レーザ処理装置６０１では、損傷した部分から発生した粉塵等の影響で、レーザ光の照射ムラが生じ、レーザ処理の性能が低下してしまう可能性がある。
そこで、発明者らは、被処理体と搬送ステージとの間に噴出されたガスを十分に逃がすことが可能な構造を設けて、被処理体の変形を抑制することにより、レーザ処理の性能を向上させることが可能な、実施の形態１に係るレーザ処理装置を見いだした。
＜実施の形態１＞
以下、実施の形態１に係るレーザ処理装置について説明する。実施の形態１では、被処理体３０が、例えば、ドーム形状に変形することを抑制する態様である。
図１は、実施の形態１に係るレーザ処理装置１を例示した断面図である。図２は、実施の形態１に係るレーザ処理装置１の搬送ステージを例示した平面図である。図２では、搬送ステージの一部が省略されている。
図１及び図２に示すように、レーザ処理装置１は、搬送ステージ４０及びレーザ光照射部２０を備えている。レーザ処理装置１は、さらに図示しない光源を備えてもよいし、レーザ光照射部２０が光源を含んでもよい。レーザ処理装置１は、被処理体３０にレーザ光２１を照射してレーザ処理を行う装置である。
搬送ステージ４０は、被処理体３０を浮上させて搬送可能なステージである。搬送ステージ４０は、被処理体３０を、搬送ステージ４０の上面４０ｆ上に浮上させて搬送する。搬送ステージ４０の上面４０ｆを、ステージ面ともいう。
ここで、レーザ処理装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標軸系を導入する。ステージ面に平行な面をＸＹ平面とする。ステージ面に直交する方向をＺ軸方向とする。例えば、ＸＹ平面は水平面である。Ｚ軸方向は鉛直方向であり、＋Ｚ軸方向は上方である。
被処理体３０は、搬送ステージ４０の上面４０ｆ上を浮上しながら搬送方向１６に搬送される。例えば、把持機構１５により、端部を把持された被処理体３０は、搬送方向１６に搬送される。搬送方向１６は、例えば、＋Ｘ軸方向である。なお、把持機構１５は、被処理体３０の端部に限らず、被処理体３０の中央部分を把持してもよい。
被処理体３０は、例えば、基板３１と、基板３１上に形成された半導体膜３２とを含んでいる。基板３１の主面を、ステージ面に平行な状態に保ったまま、基板３１は、ステージ面から浮上させて搬送される。基板３１は、例えば、ガラス基板等、またはシリコン基板等の半導体基板である。半導体膜３２は、例えば、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）である。
レーザ処理は、被処理体３０における半導体膜３２の多結晶化、単結晶化、改質化、不純物の不活性化、不純物の安定化を目的とする。例えば、被処理体３０にレーザ光２１を照射することにより、非晶質の半導体膜３２の少なくとも一部は、多結晶に変質する。本実施の形態では、窒素雰囲気において、被処理体３０にレーザ光２１を照射することにより、アモルファスシリコン膜である半導体膜３２の少なくとも一部が、ポリシリコン膜に変質される場合を例に説明する。なお、レーザ処理は、これらを目的とする処理に限らない。被処理体３０にレーザ光２１を照射して熱処理を行ういかなる処理を含んでもよい。また、被処理体３０は、レーザ処理が施されるものであれば、基板３１と、基板３１上に形成された半導体膜３２とを含むものに限らない。
レーザ光照射部２０は、レーザ光２１を照射する。レーザ光照射部２０は、被処理体３０に、例えば、エキシマレーザ光を照射する。なお、レーザ光照射部２０が照射するレーザ光２１は、エキシマレーザ光に限らず、目的のレーザ処理に応じたレーザ光２１を照射してもよい。
搬送ステージ４０の上面において、基板３１にレーザ光２１を照射するための領域をレーザ光照射領域５０と称す。搬送ステージ４０の上面において、基板３１を搬送するための領域を基板搬送領域６０と称す。搬送ステージ４０は、搬送ステージ４０上面のレーザ光照射領域５０に設けられた複数の部材５０ａ、及び、搬送ステージ４０上面の基板搬送領域６０に設けられた複数の部材６０ａ、を含んでいる。複数の部材５０ａ及び複数の部材６０ａは、何れも、被処理体３０を浮上させるためのガスを噴射する機構を有している。
搬送ステージ４０は、複数の部材５０ａ及び複数の部材６０ａに加えて、ベースプレート１１、ベースプレート１２、架台１３、高さ調整機構１４、及び、把持機構１５を有している。架台１３は、床面上に配置されている。ベースプレート１１，１２は、何れも架台１３上に配置されている。なお、ベースプレート１１，１２は、別々の架台１３上に配置されてもよい。図面を見やすくするために、図中において、いくつかの符号は省略してある。また、図中において、ハッチングを省略している部分もある。
ベースプレート１１は、レーザ光照射領域５０における複数の部材５０ａを支持する。ベースプレート１１は、いわゆる石定盤であって、例えば、材料として、花崗岩（グラナイト）等の石材を主成分としている。ベースプレート１１は、上面の平坦性を高精度に加工することができる定盤であり、レーザ処理中における撓みも少なく、平坦性を維持することができる。しかしながら、複数の部材５０ａ及び複数の部材６０ａの全てを支持できるベースプレート１１を作製できるような大型の石材はほとんどない。また、このような石材は高価であるため使用を最小限にしたい。したがって、本実施の形態では、ベースプレート１１が、平坦性を必要とするレーザ光照射領域５０における複数の部材５０ａのみを支持している。なお、ベースプレート１１の材料は、花崗岩を含むものに限らず、ベースプレート１２よりも平坦性を高精度にすることができれば、花崗岩以外の石材を主成分としてもよい。
ベースプレート１２は、基板搬送領域６０における複数の部材６０ａを支持する。ベースプレート１２は、いわゆる金属定盤であって、例えば、材料として、アルミニウムを主成分としている。ベースプレート１２の材料は、アルミニウムを含むものに限らず、例えば、ステンレス等の金属でもよい。ベースプレート１２は、複数の部材５０ａ及び複数の部材６０ａの全てを支持できるように大型化されてもよい。しかしながら、ベースプレート１２においては、平坦性を必要とするレーザ光照射領域５０にとって無視できないたわみが発生する場合があり、ベースプレート１１に比べて、平坦性は低い。したがって、本実施の形態では、平坦性を必要とするレーザ光照射領域５０における複数の部材５０ａが、ベースプレート１１によって支持され、基板搬送領域６０における複数の部材６０ａが、ベースプレート１２によって支持されている。ベースプレート１２の形状については後述する。
高さ調整機構１４は、架台１３と、ベースプレート１１，１２と、の間に設けられている。即ち、ベースプレート１１，１２は、架台１３上に、高さ調整機構１４を介して配置されている。なお、高さ調整機構１４は、架台１３と床面（不図示）との間に設けられてもよい。高さ調整機構１４は、例えば、シムプレートやくさび機構により、Ｚ軸方向の高さを調整するものである。ここで、複数の部材５０ａ及び複数の部材６０ａは、それぞれベースプレート１１及びベースプレート１２上に配置されている。そのため、高さ調整機構１４を調整することにより、ベースプレート１１及びベースプレート１２の高さが調整され、それに伴って、搬送ステージ４０の上面４０ｆの高さが調整される。なお、高さ調整機構１４は、複数の部材５０ａ及び複数の部材６０ａ自体に設けられてもよい。
搬送ステージ４０は、上面４０ｆを平面視、すなわち、Ｚ軸方向から見て、レーザ光照射領域５０、及び、基板搬送領域６０を有しているが、図２では、基板搬送領域６０の一部は省略されている。
≪レーザ光照射領域５０の詳細≫
レーザ光照射領域５０には、複数の部材５０ａがベースプレート１１上に配置されている。したがって、レーザ光照射領域５０は、ベースプレート１１上の領域ということもできる。レーザ光照射領域５０は、レーザ光照射部２０から出射されたレーザ光２１を被処理体３０に照射する領域である。より本質的に言い換えれば、レーザ光照射領域５０は、レーザ光２１を照射するために被処理体３０を高精度に浮上させる領域である。
レーザ光照射領域５０では、Ｚ軸方向から見て、複数の部材５０ａがＸ軸方向（搬送方向）に離間して配置されている。複数の部材５０ａ間の隙間は、Ｙ軸方向に延びている。レーザ光２１は、複数の部材５０ａ間の隙間に向かうように照射される。レーザ光２１の焦点２２は、Ｚ軸方向から見てＹ軸方向に延びた線状となっている。レーザ光２１の焦点２２は、複数の部材５０ａ間の隙間に位置している。なお、レーザ光照射領域５０は、複数の部材５０ａによって構成される代わりに、Ｙ軸方向に延びた溝が形成された単体の部材５０ａによって構成されてもよい。この場合、単体の部材５０ａに形成されたＹ軸方向に延びた溝は、複数の部材５０ａ間の隙間と同様の役割を果たす。即ち、この場合、レーザ光２１の焦点２２は、単体の部材５０ａに形成された溝に位置するように調整される。
図３は、レーザ光照射領域５０を構成する複数の部材５０ａの一つを例示した断面図である。図４は、実施の形態１に係るレーザ処理装置１のレーザ光照射領域５０を構成する複数の部材５０ａの一つを例示した平面図である。
図３及び図４に示すように、レーザ光照射領域５０に設けられた各部材５０ａは、その上面５０ｆから被処理体３０を浮上させるための所定の気体（ガス）１７を噴出可能に構成されている。所定の気体１７は、例えば、窒素、空気、不活性ガス等である。本実施の形態では、所定の気体１７が、クリーンドライエア（ＣＤＡ：Ｃｌｅａｎ Ｄｒｙ Ａｉｒ）である場合を例に説明する。
各部材５０ａは、多孔質体５８及び台座５９を含んでいる。台座５９上に多孔質体５８が配置されている。多孔質体５８は、例えば、カーボン（Ｃ）、セラミックス、又は、クロム（Ｃｒ）等である。台座５９は、例えば、金属からなる。
各部材５０ａには、排気用配管７０が接続されている。排気用配管７０は、台座５９を貫通し、多孔質体５８に接続されている。排気用配管７０を通して、所定の気体１７が多孔質体５８に供給されている。各部材５０ａにおいて、所定の気体１７は、多孔質体５８から噴出可能となっている。所定の気体１７は、多孔質体５８における微小な孔から染み出るように排出されている。各部材５０ａは、多孔質体５８を介して、被処理体３０に対し、所定の気体１７を噴出する。これにより、各部材５０ａの上面５０ｆ上に、被処理体３０を浮上させることができる。レーザ光照射領域５０の、被処理体３０と対向する面は、各部材５０ａの上面５０ｆを含んでいる。
排気用配管７０を通過する所定の気体１７の流量または圧力は制御可能である。例えば、排気用配管７０には、流量計９１、圧力計９２及び絞り弁９３が接続されている。そして、排気用配管７０は、絞り弁９３により、所定の気体１７の流量または圧力を調整可能である。
また、各部材５０ａには、吸気用配管８０が接続されている。吸気用配管８０は、排気用配管７０と異なり、多孔質体５８及び台座５９を貫通している。各部材５０ａは、吸気用配管８０を通して、上面５０ｆと被処理体３０との間に噴出された所定の気体１７を吸引することができる。
吸気用配管８０を通過する所定の気体１７の流量または圧力は制御可能である。例えば、吸気用配管８０には、流量計９１、圧力計９２及び絞り弁９３が接続されている。そして、吸気用配管８０は、絞り弁９３により、所定の気体１７の流量または圧力を調整可能である。なお、吸気用配管８０における所定の気体１７の流量または圧力を真空レギュレータ９４により調整してもよい。
各部材５０ａは、排気及び吸気を行う部材である。レーザ光照射領域５０において、各部材５０ａの上面５０ｆからの被処理体３０の浮上量は、例えば１０～３０［μｍ］に設定される。レーザ光照射領域５０において、各部材５０ａは、絞り弁９３等を用いて排気及び吸気を調整することにより、被処理体３０の浮上量の制御精度を向上させることができる。
ここで、レーザ光照射領域５０では、レーザ光照射部２０から出射されたレーザ光２１が被処理体３０に照射される。このとき、被処理体３０のレーザ処理される部分は、レーザ光２１の焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）の範囲内に収まっている必要がある。焦点深度は、例えば、レーザ光２１の焦点を中心として光軸に沿った５０～１５０［μｍ］の範囲である。被処理体３０の処理される部分は、例えば、基板３１上に形成された半導体膜３２である。
レーザ光照射領域５０では、レーザ照射された被処理体３０が熱等の影響によって変形及び変位しないように、当該被処理体３０を拘束しておく必要がある。したがって、レーザ光照射領域５０における被処理体３０の浮上精度及び浮上剛性の高精度化は重要である。そこで、レーザ光照射領域５０では、被処理体３０に対して所定の気体１７を噴出するとともに、被処理体３０と部材５０ａとの間に噴出された所定の気体１７を吸引することにより、被処理体３０を非接触吸着状態としている。
また、レーザ光照射領域５０では、被処理体３０がレーザ光２１の焦点深度の範囲内に収まるような制御精度が必要であるため、各部材５０ａが、石材を主成分とするベースプレート１１上に配置されている。ベースプレート１１は、上面の平坦性を高精度に加工することができ、たわみも少ない。そのため、ベースプレート１１上に配置された各部材５０ａの上面５０ｆの平坦性を向上させることができる。
≪基板搬送領域６０の詳細≫
基板搬送領域６０には、複数の部材６０ａが、ベースプレート１２上に配置されている。したがって、基板搬送領域６０は、ベースプレート１２上の領域ということができる。基板搬送領域６０は、レーザ光照射領域５０から離間した領域である。例えば、レーザ光照射領域５０、及び、基板搬送領域６０は、搬送ステージ４０の上面４０ｆにおいて、Ｘ軸方向に並んでいる。レーザ光照射領域５０は、Ｘ軸方向における両側から基板搬送領域６０に挟まれている。
基板搬送領域６０では、Ｚ軸方向から見て、複数の部材６０ａが、ベースプレート１２上に、例えばマトリックス状に配置されている。複数の部材６０ａは、それぞれ離間して配置されている。各部材６０ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の長さは、例えば、１０００［ｍｍ］及び２００［ｍｍ］である。なお、部材６０ａのＸ軸方向及びＹ軸方向の長さは、これらに限らず、例えば、２００［ｍｍ］及び１０００［ｍｍ］でもよいし、これら以外でもよい。
Ｘ軸方向及びＹ軸方向に隣り合う部材６０ａの間の隙間６０ｂの幅は、例えば、１０［ｍｍ］である。なお、隙間の幅は、部材６０ａの各辺の長さによって変化してよいが、例えば、Ｙ軸方向の隙間は、２～６０［ｍｍ］である。部材６０ａのＹ軸方向の長さをＬとし、Ｙ軸方向における隙間６０ｂの幅の最小値をＬｍｉｎとし、Ｙ軸方向における隙間６０ｂの幅の最大値をＬｍａｘとする。そうすると、下記の式（１）、及び、式（２）が成り立つ。
Ｌｍｉｎ＝ｎ１×Ｌ ・・・（１）
Ｌｍａｘ＝ｎ２×Ｌ ・・・（２）
ここで、ｎ１及びｎ２の関係は、例えば、０＜ｎ１、ｎ２＜１であり、ｎ１は、例えば、０．０１であり、ｎ２は、例えば、０．３である。部材６０ａのＸ軸方向の長さと隙間６０ｂの幅との関係も式（１）及び式（２）が成り立つようにしてもよい。
図５は、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａと、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａと、を例示した断面図である。図５に示すように、基板搬送領域６０に設けられた各部材６０ａは、被処理体３０を浮上させるための所定の気体（ガス）１７を噴出可能に構成されている。
各部材６０ａは、その上面６０ｆから所定の気体１７を噴出可能な複数の貫通孔（噴射口）９０を有している。図では、見やすくするために、貫通孔９０を数本のみ示しているが、各部材６０ａは、多数の貫通孔９０を有してもよい。各部材６０ａは、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等を主成分とする金属からなる。
各部材６０ａには、排気用配管７０が接続されている。排気用配管７０は、各部材６０ａの下面において複数の貫通孔９０に連なるようにして配置されている。排気用配管７０を通して、所定の気体１７が複数の貫通孔９０に供給されている。各部材６０ａにおいて、複数の貫通孔９０に供給された所定の気体１７は、各部材６０ａの上面６０ｆから噴出可能となっている。各部材６０ａは、排気用配管７０から複数の貫通孔９０に供給された所定の気体１７を、その上面６０ｆから、被処理体３０に対して噴出する。これにより、各部材６０ａの上面６０ｆ上に、被処理体３０を浮上させることができる。基板搬送領域６０の、被処理体３０と対向する面は、各部材６０ａの上面６０ｆを含んでいる。
排気用配管７０を通過する所定の気体１７の流量または圧力は制御可能である。例えば、排気用配管７０には、流量計９１、圧力計９２及び絞り弁９３が接続されている。そして、排気用配管７０は、絞り弁９３により、所定の気体１７の流量または圧力を調整可能である。
各部材６０ａは、排気のみを行う部材である。基板搬送領域６０において、各部材６０ａは、絞り弁等を用いて排気を調整することにより、被処理体３０の浮上量を制御している。
即ち、基板搬送領域６０における被処理体３０の浮上量の制御精度は、レーザ光照射領域５０における被処理体３０の浮上量の制御精度よりも低くてよい。例えば、レーザ光照射領域５０では、各部材５０ａの上面５０ｆからの被処理体３０の浮上量が１０～３０［μｍ］に設定された場合、要求される制御精度は、２０±１０［μｍ］である。それに対し、基板搬送領域６０では、各部材６０ａの上面６０ｆからの被処理体３０の浮上量が３００～５００［μｍ］に設定された場合、要求される制御精度は、４００±１００［μｍ］である。
ここで、基板搬送領域６０では、複数の部材６０ａが間隔を空けて配置されている。さらに、複数の部材６０ａが配置されるベースプレート１２は、詳細は後述するが、間隔を空けて配置された複数の部材１２ａによって構成されている。ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａは、当該複数の部材１２ａ間の空間領域（隙間）１２ｂが、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａ間の隙間６０ｂに連なるように配置されている。
それにより、レーザ処理装置１は、各部材６０ａと被処理体３０との間に噴出された所定の気体１７を、隙間６０ｂ、空間領域１２ｂを介して、例えば架台１３（或いは、被処理体３０に覆われていない別の隙間６０ｂ）にまで逃がすことができるため、被処理体３０と搬送ステージ４０との間に所定の気体１７が滞留するのを十分に防ぐことができる。それにより、レーザ処理装置１は、被処理体３０がドーム形状に変形するのを防ぐことができるため、被処理体６３０の縁部６３９及び角部が搬送ステージ６４０に接触して損傷するのを防ぐことができる。その結果、レーザ処理装置１は、破損物に起因するレーザ光の照射ムラを抑制して、レーザ処理の性能を向上させることができる。
≪ベースプレート１２の詳細≫
続いて、ベースプレート１２の詳細を、基板搬送領域６０とともに説明する。
図６は、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａと、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａと、を例示した平面図である。図７は、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａと、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａと、を例示した斜視図である。
図６及び図７に示すように、例えば、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａは、Ｚ軸方向から見て、それぞれ、長手方向をＸ軸方向、短手方向をＹ軸方向にして、間隔を空けてマトリックス状に配置されている。また、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａは、Ｚ軸方向から見て、それぞれ、長手方向をＹ軸方向、短手方向をＸ軸方向にして、間隔を空けて配置されている。
より具体的には、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａは、例えば、何れも角柱状の部材であって、それぞれＹ軸方向に延在するように、かつ、Ｘ軸方向に並んで配置されている。
ここで、ベースプレート１２を構成する複数の部材１２ａは、これらの間の空間領域（隙間）１２ｂが、基板搬送領域６０を構成する複数の部材６０ａの間の隙間６０ｂに連なるように配置されている。これらの空間領域１２ｂ及び隙間６０ｂは、搬送ステージ４０の上面４０ｆ（被処理体３０を浮上させる面）と被処理体６３０との間の領域と、搬送ステージ４０の架台１３側の面と、の間にガス流路を形成する。即ち、空間領域１２ｂは、架台１３の空間領域を介して複数の部材６０ａの間の隙間６０ｂ同士を連通させているということもできる。なお、空間領域１２ｂは、架台１３の空間領域を介すことなく、複数の部材６０ａの間の隙間６０ｂ同士を連通させるように形成されてもよい。
このような構成により、レーザ処理装置１は、各部材６０ａと被処理体３０との間に噴出された所定の気体１７を、隙間６０ｂ、空間領域１２ｂを介して、例えば架台１３（或いは、被処理体３０に覆われていない別の隙間６０ｂ）にまで逃がすことができるため、被処理体３０と搬送ステージ４０との間に所定の気体１７が滞留するのを十分に防ぐことができる。それにより、レーザ処理装置１は、被処理体３０がドーム形状に変形するのを防ぐことができるため、被処理体６３０の縁部６３９及び角部が搬送ステージ６４０に接触して損傷するのを防ぐことができる。その結果、レーザ処理装置１は、破損物に起因するレーザ光の照射ムラを抑制して、レーザ処理の性能を向上させることができる。
本実施の形態では、ベースプレート１２が、角柱状の複数の部材１２ａによって構成された場合について説明したが、これに限られず、同等の機能を実現可能な他の形状に適宜変更可能である。例えば、ベースプレート１２は、円柱形状又は多角形状の複数の部材１２ａによって構成されてもよい。或いは、ベースプレート１２は、角柱状の複数の部材１２ａと、それらを連結させる部材と、によって一体に形成されていてもよい。或いは、ベースプレート１２は、Ｚ軸方向に延びる針状の複数の部材１２ａと、それらが配置される板状の部材と、によって剣山状に形成されても良い。
＜実施の形態２＞
図８は、実施の形態２に係るレーザ処理装置２を例示した断面図である。
図８に示すように、レーザ処理装置２は、レーザ処理装置１と比較して、筐体１００、カバー部材１０１、固定部材１０２をさらに備える。
筐体１００は、搬送ステージ４０の上面４０ｆとともに、被処理体３０が搬送される領域を囲むように配置されている。図８の例では、筐体１００は、固定部材１０２によって架台１３に固定されている。カバー部材１０１は、架台１３の隙間のうち、レーザ処理装置２の外部につながる隙間を覆うように配置されている。換言すると、カバー部材１０１は、ベースプレート１２の空間領域１２ｂ及び隙間６０ｂによって形成されたガス流路と、レーザ処理装置２の外部と、の間の流路を遮断するように配置されている。それにより、外的要因による被処理体３０の巻き上げや、例えばレーザ光照射領域５０に充填された窒素が外部に漏れるのを防ぐことができる。
レーザ処理装置２のその他の構造については、レーザ処理装置１の場合と同様であるため、その説明を省略する。
＜その他の実施の形態＞
次に、その他の実施の形態として、上記で説明したレーザ処理装置を用いた半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態の半導体装置の製造方法では、レーザ処理装置を準備する工程と、被処理体３０として、非晶質の半導体膜３２が形成された基板３１を、搬送ステージ４０上において搬送させる工程と、被処理体３０にレーザ光を照射し、非晶質の半導体膜３２を多結晶化する工程と、を備えている。非晶質の半導体膜３２を多結晶化させる工程において、レーザ処理装置を用いたレーザ処理方法を実施している。半導体装置は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を有している。多結晶に変質した半導体膜３２は、薄膜トランジスタの少なくとも一部を構成する。薄膜トランジスタは、例えば、ディスプレイの制御に使用される。
≪半導体装置の製造方法≫
図９～図１３は、半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。上記で説明した実施の形態１，２にかかるレーザ処理装置は、ＴＦＴアレイ基板の製造に好適である。なお、図においては、煩雑にならないように、ハッチングの一部を省略してある。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９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１０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１１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（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２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がレーザ処理装置１における被処理体３０となる。
そして、図１２に示すように、上記で説明したレーザ処理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。
このとき、上記で説明した本実施の形態にかかるレーザ処理装置を用いることで、レーザ照射時におけるガラス基板２０１のたわみの影響を低減させることができ、アモルファスシリコン膜２０４に照射されるレーザ光の焦点深度（ＤＯＦ）から外れてしまうことを抑制することができる。よって、均一に結晶化されたポリシリコン膜２０５を形成することができる。
その後、図１３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を有す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１４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１４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１４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、本実施の形態は、以下に説明される構成に限られるものではない。例えば、本実施の形態にかかる半導体装置は、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、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ごとに配置された有機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、本実施の形態にかかるレーザ処理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、本実施の形態にかかるレーザ処理装置は、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の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の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 レーザ処理装置
２ レーザ処理装置
１１ ベースプレート（石定盤）
１２ ベースプレート（金属定盤）
１２ａ 部材
１２ｂ 隙間
１３ 架台
１４ 高さ調整機構
１５ 把持機構
１６ 搬送方向
１７ 所定の気体
２０ レーザ光照射部
２１ レーザ光
２２ 焦点
３０ 被処理体
３１ 基板
３２ 半導体膜
３９ 縁部
４０ 搬送ステージ
４０ｆ 上面
５０ レーザ光照射領域
５０ａ 部材
５０ｆ 上面
５８ 多孔質体
５９ 台座
６０ 基板搬送領域
６０ａ 部材
６０ｂ 空間領域
６０ｆ 上面
７０ 排気用配管
８０ 吸気用配管
９０ 貫通孔
９１ 流量計
９２ 圧力計
９３ 絞り弁
９４ 真空レギュレータ
１００ 筐体
１０１ カバー部材
１０２ 固定部材
１２０ ベースプレート（金属定盤）
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
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
５０１ レーザ処理装置
５１２ ベースプレート
５３０ 被処理体
５３９ 縁部
５４０ 搬送ステージ
５６０ 部材
６０１ レーザ処理装置
６１２ ベースプレート
６３０ 被処理体
６３９ 縁部
６４０ 搬送ステージ
６６０ａ 部材
６６０ｂ 隙間
Ｐｘ 画素

Claims (5)

  1. 以下を含むレーザ処理装置：
    被処理体に熱処理を行うためのレーザ光を照射するレーザ光照射部；および
    前記被処理体を浮上させることで当該被処理体を搬送可能にした搬送ステージ，
    ここで、前記搬送ステージは、以下を含む：
    前記搬送ステージ上の前記被処理体のうち前記搬送ステージに対向する被処理体の面全体に、前記被処理体を浮上させるためのガスを噴射する噴射口を有する複数の第１部材；および
    前記被処理体に対向する面上において前記複数の第１部材が間隔を空けてマトリックス状に配置され、かつ、前記複数の第１部材間の隙間のそれぞれに連なるように空間領域が形成されたベースプレート。
  2. 前記空間領域は、前記複数の第１部材の間の隙間同士を連通させるように形成されている、請求項１に記載のレーザ処理装置。
  3. 前記空間領域は、前記複数の第１部材の間の隙間に連なるようにして、前記ベースプレートの前記複数の第１部材が配置された一方の主面からその反対の主面にかけて形成されている、
    請求項１又は２に記載のレーザ処理装置。
  4. 前記搬送ステージの前記被処理体に対向する面とともに、前記被処理体を含む領域を囲む筐体と、
    前記ベースプレートに形成された前記空間領域と、前記レーザ処理装置の外部と、の間のガス流路を遮断するカバー部材と、
    をさらに備えた、
    請求項３に記載のレーザ処理装置。
  5. 基板上に半導体膜を形成するステップと、
    請求項１～４の何れか一項に記載のレーザ処理装置を用いて、搬送ステージ上において前記基板を搬送させながら、前記基板上に形成された前記半導体膜にレーザ光を照射することによって当該半導体膜の熱処理を行うステップと、
    を備えた、半導体装置の製造方法。
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