JPH09301800A - レーザーアニール処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー導入用窓のクリーニングの作業時間
を短縮する。 【解決手段】 レーザー導入用窓５をクリーニングする
契機となったら、ゲートバルブ２０を閉じ、不活性ガス
供給系２２を通じて小空間２１に不活性ガスを供給し、
小空間２１を大気圧にし、レーザー導入用窓５を取り外
し、レーザー光透過部分の付着物質をクリーニングす
る。次に、クリーニングしたレーザー導入用窓５を真空
チャンバ１に取り付け、真空排気系２３により小空間２
１の気圧が真空チャンバ１内と同程度になるまで真空引
きする。そして、ゲートバルブ２０を開き、アニール処
理を再開する。 【効果】 レーザーアニール処理装置の停止時間を短縮
でき、レーザーアニール処理装置の稼働率を向上するこ
とが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーアニール
処理装置に関し、さらに詳しくは、レーザー導入用窓の
クリーニングの作業時間を短縮できるように改良したレ
ーザーアニール処理装置に関する。本発明のレーザーア
ニール処理装置は、特に、多結晶シリコン薄膜の形成に
有用である。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のレーザーアニール処理装
置の一例の要部縦断面図である。このレーザーアニール
処理装置５００は、アルミニウム製の真空チャンバ５１
と、この真空チャンバ５１内に設置された基台Ｂ上を移
動すると共にその上面に被処理体Ｍが載置される移動載
置台２と、前記真空チャンバ５１の天井部５１ａに取り
付けられ且つ石英ガラス板の両面に紫外線反射防止膜
（ＡＲコート）を形成したレーザー導入用窓５５と、こ
のレーザー導入用窓５５を通してレーザー光Ｒを照射す
るエキシマレーザー照射装置６と、前記真空チャンバ５
１に被処理体Ｍを導入するためのゲートバルブＳ２と、
前記真空チャンバ１から被処理体Ｍを導出するためのゲ
ートバルブＳ３とを具備している。なお、３は、前記被
処理体Ｍを加熱するためのヒータである。５１ｂは、真
空引き（１１）用の排気口である。５２は、不活性ガス
供給系である。前記被処理体Ｍは、絶縁基板Ｍ２上に非
晶質半導体薄膜Ｍ１を形成したものである。

【０００３】レーザーアニール処理は次の手順で行う。 （１）ゲートバルブＳ２を開けて、未処理の被処理体Ｍ
を移動載置台２の上に載置し、ゲートバルブＳ２を閉じ
る。 （２）真空チャンバ５１の排気口５１ｂから真空引き
（１１）し、真空チャンバ５１内を１０^-2〜１０^-6Ｔｏ
ｒｒの高真空とする（あるいは窒素ガスを充填する）。
次に、レーザー照射部分Ｐが被処理体Ｍの照射スタート
点に位置するように移動載置台２を移動させる。そし
て、エキシマレーザー照射装置６からレーザー光Ｒを発
生させる。レーザー光Ｒは、レーザー導入用窓５５を通
って真空チャンバ５１内に導入され、被処理体Ｍの表面
に略垂直に照射される。この状態で移動載置台２を移動
し、小面積（例えば０．４ｍｍ×１５０ｍｍ）のレーザ
ー照射部分Ｐで前記被処理体Ｍの非晶質半導体薄膜Ｍ１
の全面（例えば３００ｍｍ×３００ｍｍ）を走査する。
これにより、非晶質半導体薄膜Ｍ１の結晶化を行うこと
が出来る。 （３）ゲートバルブＳ３を開けて、処理済の被処理体Ｍ
を移動載置台２の上から取り出し、ゲートバルブＳ３を
閉じる。

【０００４】さて、レーザー光Ｒを被処理体Ｍの表面に
照射すると、被処理体Ｍのレーザー照射部分Ｐでアブレ
ーション（ablation）を起こし、蒸散物質が発生する。
この蒸散物質は、図６に矢印Ｊで示すように、略垂直上
方に上昇する。このため、蒸散物質がレーザー導入用窓
５５のレーザー光通過部分に付着し、レーザー導入用窓
５５を汚してしまう。そして、処理を繰り返してレーザ
ー導入用窓５５の汚れが進むと、レーザー光Ｒの利用で
きるエネルギーが減少してしまい、処理効率が低下す
る。また、被処理体Ｍで反射された反射レーザー光がレ
ーザー導入用窓５５の汚れによって再反射されてしま
い、被処理体Ｍに再び照射され、良好なアニール処理の
妨げになってしまう。

【０００５】したがって、上記のレーザーアニール処理
装置５００では、次の手順で、前記レーザー導入用窓５
５を頻繁にクリーニングする。 （１）不活性ガス供給系５２を通じて、真空チャンバ５
１内に不活性ガスＮ（窒素ガスなど）を供給し、真空チ
ャンバ５１内を大気圧にする。 （２）レーザー導入用窓５５を取り外し、レーザー光透
過部分の付着物質をクリーニングする。 （３）クリーニング後のレーザー導入用窓５５を真空チ
ャンバ５１に取り付ける。 （４）真空引き（１１）をやり直し、真空チャンバ１内
を高真空とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のレーザーア
ニール処理装置５００では、次の問題点がある。 （１）真空チャンバ５１内の高真空を解除し、不活性ガ
スで大気圧に戻してからでないと、レーザー導入用窓５
５を取り外せないので、レーザー導入用窓５５の取り外
し時間が長くかかってしまう。 （２）クリーニング後のレーザー導入用窓５５を真空チ
ャンバ１に取り付けた後で、真空引き（１１）をやり直
す必要があるので、アニール処理を再開するまでの時間
が長くかかってしまう。 上記（１），（２）の結果、レーザー導入用窓５５のク
リーニングの作業時間が全体として長くなってしまい、
レーザーアニール処理装置５００の停止時間が長くな
る。この結果、装置の稼働率が低くなるため、生産コス
トが高くなってしまう。そこで、本発明の目的は、レー
ザー導入用窓のクリーニングに要する作業時間を短縮で
きるようにしたレーザーアニール処理装置を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の観点では、本発明
は、密閉容器（１，１’）内に置かれた被処理体（Ｍ）
に外部からレーザー導入用窓（５）を通してレーザー光
（Ｒ）を照射するレーザーアニール処理装置（１００，
２００）において、前記レーザー導入用窓（５）の直下
にゲートバルブ（２０，３０）を設けると共に、そのゲ
ートバルブ（２０，３０）により前記密閉容器（１，
１’）の内部空間と連通／遮断可能な小空間（２１，３
１）を前記レーザー導入用窓（５）と前記ゲートバルブ
（２０，３０）の間に形成したことを特徴とするレーザ
ーアニール処理装置（１００，２００）を提供する。上
記第１の観点のレーザーアニール処理装置（１００，２
００）では、アニール処理時には、ゲートバルブ（２
０，３０）を開状態にして、被処理体（Ｍ）にレーザー
光（Ｒ）を照射する。レーザー導入用窓（５）をクリー
ニングする契機がきたら、ゲートバルブ（２０，３０）
を閉じ、不活性ガスなどで小空間（２１，３１）を満た
して大気圧にすれば、短時間で、レーザー導入用窓
（５）を取り外し、クリーニングすることが出来る。そ
して、クリーニング後のレーザー導入用窓（５）を密閉
容器（１，１’）に取り付けて、小空間（２１，３１）
を密閉容器（１，１’）内の雰囲気とした後、ゲートバ
ルブ（２０，３０）を開けば、短時間で、アニール処理
を再開することが出来る。この結果、装置の停止時間を
短縮でき、装置の稼働率を向上することが出来る。

【０００８】第２の観点では、本発明は、密閉容器
（１”）内に置かれた被処理体（Ｍ）に外部からレーザ
ー導入用窓（５）を通してレーザー光（Ｒ）を照射する
レーザーアニール処理装置（３００）において、前記レ
ーザー導入用窓（５）の直下にゲートバルブ（４０）を
設けると共に、そのゲートバルブ（４０）により前記密
閉容器（１”）の内部空間と連通／遮断可能な小空間
（４１）を前記レーザー導入用窓（５）と前記ゲートバ
ルブ（４０）の間に形成し、前記密閉容器（１”）の壁
（１ａ”）を前記ゲートバルブ（４０）の構成部材の一
部として共有することを特徴とするレーザーアニール処
理装置（３００）を提供する。上記第２の観点のレーザ
ーアニール処理装置（３００）では、密閉容器（１”）
の壁（１ａ”）をゲートバルブ（４０）の構成部材の一
部として共有するので、ゲートバルブ（４０）のレーザ
ー光Ｒの光軸方向の厚さが小さくて済む。したがって、
ゲートバルブ（４０）が介在することによる光路長の伸
長を抑制できる。また、ゲートバルブ（４０）や小空間
（４１）が壁（１ａ”）から突出しないので、レーザー
導入用窓（５）を取り外すときの作業空間が狭くならな
い。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図に示す実施の形態により
本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発
明が限定されるものではない。

【００１０】−第１の実施形態− 図１は、本発明の第１の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置の要部断面図である。このレーザーアニー
ル処理装置１００は、アルミニウム製の真空チャンバ１
と、この真空チャンバ１内に設置された基台Ｂ上を移動
すると共にその上面に被処理体Ｍが載置される移動載置
台２と、前記真空チャンバ１の天井部１ａに取り付けら
れ且つ石英ガラス板の両面に紫外線反射防止膜（ＡＲコ
ート）を形成したレーザー導入用窓５と、前記真空チャ
ンバ１の内部空間と連通／遮断可能な小空間２１を前記
レーザー導入用窓５との間すなわち天井部１ａ内に形成
するゲートバルブ２０と、前記レーザー導入用窓５を通
してレーザー光Ｒを照射するエキシマレーザー照射装置
６と、前記真空チャンバ１に被処理体Ｍを導入するため
のゲートバルブＳ２と、前記真空チャンバ１から被処理
体Ｍを導出するためのゲートバルブＳ３とを具備してい
る。なお、２２は、前記小空間２１への不活性ガス供給
系である。２３は、前記小空間２１からの真空排気系で
ある。また、３は、前記被処理体Ｍを加熱するためのヒ
ータである。１ｂは、真空引き（１１）用の排気口であ
る。前記被処理体Ｍは、絶縁基板Ｍ２上に非晶質半導体
薄膜Ｍ１を形成したものである。

【００１１】レーザーアニール処理は次の手順で行う。
なお、図２に示すように、ゲートバルブ２０は、開状態
とする。 （１）ゲートバルブＳ２を開けて、未処理の被処理体Ｍ
を移動載置台２の上に載置し、ゲートバルブＳ２を閉じ
る。 （２）真空チャンバ１の排気口１ｂから真空引き（１
１）し、真空チャンバ１内を１０^-2〜１０^-6Ｔｏｒｒの
高真空とする（あるいは窒素ガスを充填する）。次に、
レーザー照射部分Ｐが被処理体Ｍの照射スタート点に位
置するように移動載置台２を移動させる。そして、エキ
シマレーザー照射装置６からレーザー光Ｒを発生させ
る。レーザー光Ｒは、レーザー導入用窓５を通って真空
チャンバ１内に導入され、被処理体Ｍの表面に略垂直に
照射される。この状態で移動載置台２を移動し、小面積
（例えば０．４ｍｍ×１５０ｍｍ）のレーザー照射部分
Ｐで前記被処理体Ｍの非晶質半導体薄膜Ｍ１の全面（例
えば３００ｍｍ×３００ｍｍ）を走査する。これによ
り、非晶質半導体薄膜Ｍ１の結晶化を行うことが出来
る。前記小空間２１は前記真空チャンバ１の内部空間と
連通されているから、前記小空間２１も高真空である。 （３）ゲートバルブＳ３を開けて、処理済の被処理体Ｍ
を移動載置台２の上から取り出し、ゲートバルブＳ３を
閉じる。

【００１２】なお、前記ヒータ３で被処理体Ｍを加熱す
るときはゲートバルブ２０を閉じ、目的とする温度まで
被処理体Ｍを加熱した後でゲートバルブ２０を開け、レ
ーザー光Ｒを照射するのが好ましい。これは、前記ヒー
タ３による加熱中にも被処理体Ｍから蒸散物質が発生す
るので、その蒸散物質がレーザー導入用窓５へ付着する
のを防止するためである。

【００１３】さて、上記アニール処理を行うと、非晶質
半導体薄膜Ｍ１の一部がアブレーションを起こし、蒸散
物質がレーザー照射部分Ｐの垂直上方へ上昇し、レーザ
ー導入用窓５に付着する。アニール処理を繰り返すうち
にレーザー導入用窓５が汚れてしまい、導入されるレー
ザー光Ｒのエネルギーが減少する。また、被処理体Ｍで
反射された反射レーザー光がレーザー導入用窓５の汚れ
によって再反射されてしまい、被処理体Ｍに再び照射さ
れ、良好なアニール処理の妨げになってしまう。

【００１４】したがって、このレーザーアニール処理装
置１００では、次の手順で、前記レーザー導入用窓５を
頻繁にクリーニングする。 （１）図３の（ａ）に示すように、ゲートバルブ２０を
閉じ、不活性ガス供給系２２を通じて小空間２１に不活
性ガスＮ（窒素ガスなど）を供給し、前記小空間２１を
大気圧にする。図中、真空チャンバ１の内部空間に前記
小空間２１とは異なるハッチングを施している理由は、
真空チャンバ１の内部空間が高真空のままだからであ
る。 （２）図３の（ｂ）に示すように、レーザー導入用窓５
を取り外す。そして、前記レーザー導入用窓５のレーザ
ー光透過部分の付着物質をクリーニングする。このと
き、前記ゲートバルブ２２は閉状態のままである。 （３）図３の（ｃ）に示すように、クリーニング後のレ
ーザー導入用窓５を真空チャンバ１に取り付ける。 （４）図３の（ｄ）に示すように、真空排気系２３によ
り、小空間２１の気圧が真空チャンバ１内と同程度にな
るまで真空引きする。 （５）図３の（ｅ）に示すように、ゲートバルブ２０を
開く。これにより、小空間２１が真空チャンバ１と同じ
高真空となる。

【００１５】上記第１の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置１００によれば、真空チャンバ１内を高真
空に維持したまま、小空間２１だけを大気圧開放および
真空引きして、レーザー導入用窓５を着脱できるように
なる。従って、レーザーアニール処理装置１００の停止
時間を短縮でき、レーザーアニール処理装置１００の稼
働率を向上することが出来る。

【００１６】−第２の実施形態− 図４は、本発明の第２の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置の要部断面図である。このレーザーアニー
ル処理装置２００は、ゲートバルブ３０を真空チャンバ
１’の天井部１ａ’の直上に設け、その上部に、小空間
部３１を形成したところが上記第１の実施形態にかかる
レーザーアニール処理装置１００とは異なる。上記第２
の実施形態にかかるレーザーアニール処理装置２００に
よれば、小空間３１への不活性ガス供給系２２や真空排
気系２３を直接外界に導出することができ、装置の組み
立て工程を簡単にすることが出来る。

【００１７】−第３の実施形態− 図５は、本発明の第３の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置の要部断面図である。このレーザーアニー
ル処理装置３００は、ゲートバルブ４０を真空チャンバ
１”の天井部１ａ”に内設し、その天井部１ａ”をゲー
トバルブ４０の構成部材の一部として共有し、前記天井
部１ａ”内に小空間４１を形成したところが上記第１実
施形態にかかるレーザーアニール処理装置１００とは異
なる。上記第３の実施形態にかかるレーザーアニール処
理装置３００によれば、ゲートバルブ４０の機械的開閉
部の支持部材として天井部１ａ”を利用できるので、前
記ゲートバルブ４０のレーザー光Ｒの光軸方向の厚さが
小さくて済む。したがって、ゲートバルブ４０が介在す
ることによる光路長の伸長を抑制できる。また、ゲート
バルブ４０や小空間４１が天井部１ａ”から突出しない
ので、レーザー導入用窓５を着脱するときの作業空間が
狭くならない。

【００１８】

【発明の効果】本発明のレーザーアニール処理装置によ
れば、密閉容器内を高真空に維持したまま、小空間だけ
を大気圧開放および真空引きして、レーザー導入用窓を
着脱できるようになる。従って、レーザーアニール処理
装置の停止時間を短縮でき、レーザーアニール処理装置
の稼働率を向上することが出来る。また、密閉容器の壁
をゲートバルブの構成部材の一部として共有すれば、光
路長の伸長を抑制できる。また、レーザー導入用窓を着
脱するときの作業空間が狭くならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置の要部断面図である。

【図２】ゲートバルブの開状態を示す説明図である。

【図３】レーザー導入用窓の着脱の説明図である。

【図４】本発明の第２の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置の要部断面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態にかかるレーザーアニ
ール処理装置の要部断面図である。

【図６】従来のレーザーアニール処理装置の一例の要部
断面図である。

【符号の説明】

１００，２００，３００ レーザーアニール処理装置 １，１’，１” 真空チャンバ １ａ，１ａ’，１ａ” 天井部 １ｂ 排気口 ２ 移動載置台 ３ ヒータ ５ レーザー導入用窓 ６ エキシマレーザー照射装置 ２０，３０，４０ ゲートバルブ ２１，３１，４１ 小空間 ２２ 不活性ガス供給系 ２３ 真空排気系 Ｂ 基台 Ｍ 被処理体 Ｍ１ 非晶質半導体薄膜 Ｍ２ 絶縁基板 Ｐ レーザー照射部分 Ｒ レーザー光 Ｓ２，Ｓ３ ゲートバルブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 29/06 Ｃ３０Ｂ 29/06 Ｚ Ｈ０１Ｓ 3/02 Ｈ０１Ｓ 3/02 (72)発明者 澤井 美喜 千葉県四街道市鷹の台一丁目３番 株式会 社日本製鋼所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器（１，１’）内に置かれた被処
   理体（Ｍ）に外部からレーザー導入用窓（５）を通して
   レーザー光（Ｒ）を照射するレーザーアニール処理装置
   （１００，２００）において、 前記レーザー導入用窓（５）の直下にゲートバルブ（２
   ０，３０）を設けると共に、そのゲートバルブ（２０，
   ３０）により前記密閉容器（１，１’）の内部空間と連
   通／遮断可能な小空間（２１，３１）を前記レーザー導
   入用窓（５）と前記ゲートバルブ（２０，３０）の間に
   形成したことを特徴とするレーザーアニール処理装置
   （１００，２００）。
2. 【請求項２】 密閉容器（１”）内に置かれた被処理体
   （Ｍ）に外部からレーザー導入用窓（５）を通してレー
   ザー光（Ｒ）を照射するレーザーアニール処理装置（３
   ００）において、 前記レーザー導入用窓（５）の直下にゲートバルブ（４
   ０）を設けると共に、そのゲートバルブ（４０）により
   前記密閉容器（１”）の内部空間と連通／遮断可能な小
   空間（４１）を前記レーザー導入用窓（５）と前記ゲー
   トバルブ（４０）の間に形成し、前記密閉容器（１”）
   の壁（１ａ”）を前記ゲートバルブ（４０）の構成部材
   の一部として共有することを特徴とするレーザーアニー
   ル処理装置（３００）。