專利名稱：激光退火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過對被處理體照射激光從而對被處理體進(jìn)行退火處理的激光退火
直O(jiān)
背景技術(shù)：
近年來，作為半導(dǎo)體裝置、液晶顯示器的切換元件，在溝道層使用多晶硅膜的薄膜 晶體管(TFT)被廣泛使用。在薄膜晶體管的溝道層中使用的多晶硅膜，通常使用被稱為所 謂低溫多晶硅的工藝來制造。低溫多晶硅是在玻璃基板上成膜非晶硅，對該非晶硅膜照射 激光來制造多晶硅膜的工藝。在這樣的低溫多晶硅中，使用激光退火裝置對非晶硅膜進(jìn)行加熱、熔融、再結(jié)晶來 制作多晶硅膜，但當(dāng)在退火的氣氛中包含氧時，硅在加熱時氧化，存在對元件特性造成不良 影響的問題。因此，使用氮等的惰性氣體來防止硅的氧化。在專利文獻(xiàn)1中，在處理室內(nèi)設(shè)置對玻璃基板進(jìn)行載置的工作臺，通過對處理室 內(nèi)供給氮氣，從而防止退火處理中的硅的氧化。在專利文獻(xiàn)2中，從上下?lián)u擺的搖擺噴嘴的前端噴出氮氣，僅使激光照射部分的 附近為氮氣氛，從而防止退火處理中的硅的氧化。在專利文獻(xiàn)3中，在將上部以玻璃密封且下部開放的圓筒狀的單元相對于基板配 置在充分接近的位置的狀態(tài)下，通過對單元內(nèi)部注入氮氣，從而防止退火中的硅的氧化。專利文獻(xiàn)1 日本專利3735394號公報； 專利文獻(xiàn)2 日本專利3091904號公報；
專利文獻(xiàn)3 日本特開2004-87962號公報。在上述那樣的應(yīng)用氮的供給的激光退火的實施中，由于氮氣流量的不同、伴隨季 節(jié)變化的外部氣溫的變動等，產(chǎn)生工藝變得不穩(wěn)定的問題，例如產(chǎn)生照射不均等。本發(fā)明者對這樣的照射不均的產(chǎn)生原因進(jìn)行了努力研究，結(jié)果查明了氮氣的溫 度的波動(變動dluctuation)導(dǎo)致的激光的折射現(xiàn)象是該原因。再有，在日本特開平 11-176730號公報中，關(guān)于激光干涉式長度測量器，言及了空氣的折射率變動對光學(xué)式傳感 器的精度造成影響的情況，這也支持了本發(fā)明者的上述見解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種激光退火裝置，能夠減 少惰性氣體的溫度的波動(變動)引起的激光的折射現(xiàn)象導(dǎo)致的激光的照射不均。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的激光退火裝置采用以下的技術(shù)方案。( 1) 一種激光退火裝置，通過對被處理體照射激光來對被處理體進(jìn)行退火處理，其 特征在于，具備氣體供給裝置，至少對被處理體的激光照射區(qū)域供給惰性氣體；以及氣體 溫度調(diào)整裝置，對惰性氣體的溫度進(jìn)行調(diào)整，該氣體溫度調(diào)整裝置對供給到激光照射區(qū)域 的上述惰性氣體的溫度進(jìn)行調(diào)整，以使惰性氣體的溫度、與該惰性氣體的供給區(qū)域的外側(cè)
3的包圍激光的光路的空間的氣氛溫度的溫度差變小。根據(jù)上述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，通過氣體溫度調(diào)整裝置對被供給到激光照射區(qū)域的惰性 氣體的溫度進(jìn)行調(diào)整，使得其接近惰性氣體的供給區(qū)域的外側(cè)的包圍激光的光路的空間 (房間)的氣氛溫度。由此，因為房間與惰性氣體的溫度差變小，所以激光的折射現(xiàn)象減少， 由此能夠減少照射不均。再有，房間和惰性氣體的溫度差越小越好，最優(yōu)選是零。(2)上述氣體供給裝置具備凈化盒，與上述被處理體的表面相向配置，在內(nèi)部被 導(dǎo)入惰性氣體，該凈化盒具有透過窗，使激光透過并導(dǎo)入到內(nèi)部；以及開口，使被導(dǎo)入的 激光通過并且朝向被處理體噴出內(nèi)部的惰性氣體，上述氣體溫度調(diào)整裝置在比上述凈化盒 上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣體的溫度。根據(jù)上述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由于在激光的光路上配置凈化盒，所以在退火處理中，激 光通過凈化盒內(nèi)的惰性氣體，但惰性氣體在被導(dǎo)入凈化盒之前以接近凈化盒外的氣氛溫度 (房間的溫度)的方式被溫度調(diào)整。因此，凈化盒內(nèi)的激光的折射現(xiàn)象減少，能夠減少照射不 均。(3)上述氣體供給裝置具備平行相向體，與上述被處理體的表面平行地相向配 置；以及凈化單元，以對該平行相向體和被處理體的表面之間供給惰性氣體的方式向被處 理體噴吹惰性氣體，上述氣體溫度調(diào)整裝置在上述凈化單元內(nèi)或比凈化單元上游側(cè)的位置 中調(diào)整惰性氣體的溫度。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在退火處理中，從凈化單元對被處理體噴吹惰性氣體，激光通過惰 性氣體，但惰性氣體在被噴吹到被處理體之前以接近凈化單元外的氣氛溫度的方式被溫度 調(diào)整。因此，惰性氣體供給區(qū)域中的激光的折射現(xiàn)象減少，能夠減少照射不均。(4)上述氣體供給裝置具備處理室，收容有上述被處理體并在內(nèi)部被導(dǎo)入惰性氣 體，上述氣體溫度調(diào)整裝置在比上述處理室上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣體的溫度。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在退火處理中，激光通過處理室內(nèi)的惰性氣體，但惰性氣體在被導(dǎo) 入處理室之前以接近處理室外的氣氛溫度的方式被溫度調(diào)整。因此，處理室內(nèi)的激光的折 射現(xiàn)象減少，能夠減少照射不均。根據(jù)本發(fā)明，能夠減少惰性氣體的溫度的波動(變動)導(dǎo)致的激光的折射現(xiàn)象引起 的激光的照射不均。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式的激光退火裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的激光退火裝置中的、第1結(jié)構(gòu)例的氣體供給裝置 的圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式的激光退火裝置中的、第2結(jié)構(gòu)例的氣體供給裝置 的圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式的激光退火裝置中的、第3結(jié)構(gòu)例的氣體供給裝置 的圖。
具體實施例方式以下，基于附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。再有，在各圖中對共同的部分
4賦予同一符號，省略重復(fù)的說明。圖1是表示本發(fā)明的實施方式的激光退火裝置1的整體結(jié)構(gòu)的圖。激光退火裝置 1作為其基本構(gòu)成要素具備使激光2出射的激光光源3 ；將來自激光光源3的激光2整形 為規(guī)定的光束形狀的光束整形光學(xué)系統(tǒng)4 ；將激光2向被處理體7的方向反射的反射鏡5 ； 將來自反射鏡5的激光2聚光到被處理體7的表面的聚光透鏡6 ；以及載置被處理體7并 在橫切激光2的方向(圖中的箭頭A方向)進(jìn)行移動的移動工作臺9。作為上述激光光源3，能夠應(yīng)用例如準(zhǔn)分子激光器、固定激光器或半導(dǎo)體激光器。 作為固定激光器有YAG、YLF、YVO4等。激光2可以是脈沖振蕩、連續(xù)振蕩的任一種。光束整形光學(xué)系統(tǒng)4例如能夠構(gòu)成為對激光2以在被處理體7表面中成為剖面形 狀是線狀或長方形狀的光束的方式進(jìn)行整形，在該情況下，能夠作為結(jié)構(gòu)要素包含光束擴(kuò) 展器、均化器(homogenizer)等。被處理體7由基板7a和在其上形成的非晶半導(dǎo)體膜7b構(gòu)成?；?a是玻璃基 板、半導(dǎo)體基板。非晶半導(dǎo)體膜7b例如是非晶硅膜。通過以上述方式構(gòu)成的激光退火裝置1，從激光光源3使激光2出射，通過利用光 束整形光學(xué)系統(tǒng)4的光束整形4以及利用聚光透鏡6的聚光，使激光2聚光為線狀或長方 形狀的光束并照射到被處理體7。在該狀態(tài)下通過移動工作臺9使被處理體7在光束的短 軸方向移動，使激光照射部分在被處理體7的非晶半導(dǎo)體膜的整個面掃描。由此，進(jìn)行非晶 半導(dǎo)體膜7b的結(jié)晶化。例如，使非晶硅膜成為多晶硅膜。再有，被照射到被處理體7的激光2的光束形狀不限于是線狀或長方形狀的光束， 但通過使聚光為線狀或者長方形狀的光束的激光2在其短軸方向掃描，從而能夠有效率地 對大面積的被處理體7進(jìn)行退火處理。本發(fā)明的激光退火裝置1還具備氣體供給裝置10，至少對被處理體7中的激光 照射區(qū)域供給惰性氣體G ；以及氣體溫度調(diào)整裝置15，調(diào)整惰性氣體G的溫度。作為從氣體供給裝置10供給的惰性氣體G，能夠使用氮、氦、氖、氬、氪、氙、氡、第 118號元素等。惰性氣體G通常從在設(shè)置激光退火裝置1的房間R的外部設(shè)置的氣罐或氣 瓶經(jīng)由氣體配管14導(dǎo)入到氣體供給裝置10。因此，惰性氣體G的溫度通常與房間R的溫度 不同。氣體溫度調(diào)整裝置15對被供給到激光照射區(qū)域的惰性氣體G進(jìn)行調(diào)整，使得惰性 氣體G的供給區(qū)域的外側(cè)的包圍激光2的光路的空間的氣氛溫度與惰性氣體G的溫度差變 小。優(yōu)選氣體溫度調(diào)整裝置15具有對惰性氣體G進(jìn)行加熱和冷卻的雙方的功能。在這里，惰性氣體G的供給區(qū)域的外側(cè)的包圍激光2的光路的空間，通常指的是設(shè) 置有激光退火裝置1的房間R (例如無塵室)，其溫度是該房間R的內(nèi)部的溫度。房間R的 溫度用設(shè)置在房間R的溫度傳感器17檢測。用溫度傳感器17檢測出的溫度被轉(zhuǎn)換為溫度信號并發(fā)送到控制裝置16，通過控 制裝置16，惰性氣體G的溫度以接近房間R的溫度的方式被氣體溫度調(diào)整裝置15控制。根據(jù)上述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，通過氣體溫度調(diào)整裝置15，對被供給到激光照射區(qū)域的 惰性氣體G的溫度進(jìn)行調(diào)整，使得其接近惰性氣體G的供給區(qū)域的外側(cè)的包圍激光2的光 路的空間(房間R)的氣氛溫度。例如，在夏季，在房間R的溫度由于空調(diào)裝置而相對變低，來自設(shè)置在其它場所的氣罐的惰性氣體G的溫度相對變高的情況下，惰性氣體G通過氣體溫度調(diào)整裝置而被冷卻。 此外，例如在冬季，在房間R的溫度由于空調(diào)裝置而相對變高，來自設(shè)置在其它場所的氣罐 的惰性氣體G的溫度相對變低的情況下，惰性氣體G通過氣體溫度調(diào)整裝置而被加熱。由此，因為房間R與惰性氣體G的溫度差變小，所以激光2的折射現(xiàn)象減少，由此 能夠減少照射不均。再有，房間R和惰性氣體G的溫度差越小越好，最優(yōu)選是零。由此，優(yōu) 選通過氣體溫度調(diào)整裝置15，惰性氣體G的溫度以與房間R的溫度一致的方式而被調(diào)整。上述氣體供給裝置10只要至少具有對被處理體7的激光照射區(qū)域供給惰性氣體 G的功能的話，就能夠采用各種形式。以下，針對氣體供給裝置10，說明幾個結(jié)構(gòu)例，本發(fā)明 并不限于這些結(jié)構(gòu)例。圖2是表示第1結(jié)構(gòu)例的氣體供給裝置IOA的圖。在圖2中，氣體供給裝置IOA 具備凈化盒(purge box) 11，在圖中其下表面與被處理體7的表面相向配置，在內(nèi)部被導(dǎo) 入惰性氣體G。凈化盒11具有透過窗12 (例如玻璃窗)，使激光2透過并導(dǎo)入到內(nèi)部，以 及開口 13，使被導(dǎo)入的激光2通過并且朝向被處理體7噴出內(nèi)部的惰性氣體G。通過該結(jié)構(gòu)，在凈化盒11的下表面和被處理體7之間形成利用惰性氣體G的凈化 區(qū)域。因此，優(yōu)選凈化盒11的下表面是與被處理體7的表面平行的平面，凈化盒11的下表 面與被處理體7的距離在兩者不接觸的范圍內(nèi)充分接近(例如5mm以內(nèi))。氣體溫度調(diào)整裝置15在比凈化盒11上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣體G的溫度。在 圖2中，在凈化盒11連接有用于將惰性氣體G導(dǎo)入到凈化盒11的氣體配管14，氣體溫度調(diào) 整裝置15設(shè)置在氣體配管14的途中部位。作為氣體溫度調(diào)整裝置15，例如能夠應(yīng)用熱泵式加熱冷卻裝置、使用了珀爾帖元 件的電子式加熱冷卻裝置，在僅作為加熱裝置構(gòu)成的情況下，也能夠以電熱帶、加熱爐構(gòu) 成。再有，這一點在后述的第2結(jié)構(gòu)例和第3結(jié)構(gòu)例中也是同樣的。在上述第1結(jié)構(gòu)例中，由于在激光2的光路上配置凈化盒11，所以在退火處理中， 激光2通過凈化盒11內(nèi)的惰性氣體G，但惰性氣體G在被導(dǎo)入凈化盒11之前以接近凈化盒 11外的氣氛溫度(房間R的溫度)的方式被溫度調(diào)整。因此，包圍激光2的光路的空間的氣 氛溫度和凈化盒11內(nèi)及凈化區(qū)域的惰性氣體G的溫度的差變小，凈化盒11內(nèi)的激光2的 折射現(xiàn)象減少，能夠減少照射不均。圖3是表示第2結(jié)構(gòu)例的氣體供給裝置IOB的圖。在圖3中，氣體供給裝置IOB具 備平行相向體18，在圖中其下表面與被處理體7的表面平行地相向配置；和凈化單元22， 以對平行相向體18和被處理體7的表面之間供給惰性氣體G的方式向被處理體7噴吹惰 性氣體G。通過該結(jié)構(gòu)，在平行相向體18的下表面和被處理體7之間形成利用惰性氣體G的 凈化區(qū)域。因此，優(yōu)選平行相向體18的下表面是與被處理體7的表面平行的平面，平行相 向體18的下表面與被處理體7的距離在兩者不接觸的范圍內(nèi)充分接近(例如5mm以內(nèi))。 此外在圖3的結(jié)構(gòu)例中，平行相向體18在形成與被處理體7相向的下表面的底部19中，具 有透過窗20 (例如玻璃窗)，使激光2透過。凈化單元22是內(nèi)部被導(dǎo)入惰性氣體G的中空構(gòu)造，在下部具有噴出口 23，將惰性 氣體G向被處理體7噴出。在圖3的結(jié)構(gòu)例中，凈化單元22安裝在平行相向體18的側(cè)部。在圖3的結(jié)構(gòu)例中，氣體溫度調(diào)整裝置15在比凈化單元22上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣體G的溫度。在凈化單元22連接有用于將惰性氣體G導(dǎo)入到凈化單元22的氣體配 管14，氣體溫度調(diào)整裝置15設(shè)置在氣體配管14的途中部位?；蛘叽嬖摻Y(jié)構(gòu)，也可以構(gòu)成 為在凈化單元22的內(nèi)部設(shè)置氣體溫度調(diào)整裝置，在凈化單元22的內(nèi)部對惰性氣體G進(jìn)行 加熱或冷卻。根據(jù)上述第2結(jié)構(gòu)例，在退火處理中，從凈化單元22對被處理體7噴吹惰性氣體 G，激光通過惰性氣體G，但惰性氣體G在被噴吹到被處理體7之前以接近凈化單元22外的 空間(房間R)的氣氛溫度的方式被溫度調(diào)整。因此，包圍激光2的光路的空間的氣氛溫度 和凈化區(qū)域內(nèi)的惰性氣體G的溫度的差變小，惰性氣體G的供給區(qū)域中的激光2的折射現(xiàn) 象減少，能夠減少照射不均。圖4是表示第3結(jié)構(gòu)例的氣體供給裝置IOC的圖。在圖4中，氣體供給裝置IOC 具備處理室25，收容被處理體7并且在內(nèi)部被導(dǎo)入惰性氣體G。在處理室25連接有未圖 示的用于對內(nèi)部的氣體進(jìn)行排氣的排氣裝置。在處理室25中，在內(nèi)部設(shè)置有移動工作臺9，在上部設(shè)置有用于使激光2透過的透 過窗沈(例如玻璃窗)，能夠從透過窗沈?qū)⒓す?導(dǎo)入到處理室25內(nèi)，照射被處理體7。氣體溫度調(diào)整裝置15在比處理室25上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣體G的溫度。在 處理室25連接有用于將惰性氣體G導(dǎo)入到處理室25的氣體配管14，氣體溫度調(diào)整裝置15 設(shè)置在氣體配管14的途中部位。在上述第3結(jié)構(gòu)例中，對處理室25內(nèi)的空氣進(jìn)行排氣，并且對處理室25內(nèi)導(dǎo)入惰 性氣體G，由此在處理室25內(nèi)充滿惰性氣體G。在退火處理中，激光2通過處理室25內(nèi)的 惰性氣體G，但惰性氣體G在被導(dǎo)入處理室25之前以接近處理室25外的空間(房間R)氣氛 溫度的方式被溫度調(diào)整。因此，包圍激光2的光路的空間的氣氛溫度和處理室25內(nèi)的惰性 氣體G的溫度的差變小，處理室25內(nèi)的激光2的折射現(xiàn)象減少，能夠減少照射不均。再有，在上述中，針對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，上述公開的本發(fā)明的實施方 式不過只是例示，本發(fā)明的范圍并不限定于這些發(fā)明的實施方式。本發(fā)明的范圍通過本技 術(shù)方案所要求的范圍表示，還包含與本技術(shù)方案所要求的范圍同等的意思，以及范圍內(nèi)的 全部變更。
權(quán)利要求
1.一種激光退火裝置，通過對被處理體照射激光來對被處理體進(jìn)行退火處理，其特征 在于，具備氣體供給裝置，至少對被處理體的激光照射區(qū)域供給惰性氣體；以及 氣體溫度調(diào)整裝置，對惰性氣體的溫度進(jìn)行調(diào)整，該氣體溫度調(diào)整裝置對供給到激光照射區(qū)域的所述惰性氣體的溫度進(jìn)行調(diào)整，以使惰 性氣體的溫度、與該惰性氣體的供給區(qū)域的外側(cè)的包圍激光的光路的空間的氣氛溫度的溫度差變小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光退火裝置，其特征在于，所述氣體供給裝置具備凈化盒，與所述被處理體的表面相向配置，在內(nèi)部被導(dǎo)入惰性 氣體，該凈化盒具有透過窗，使激光透過并導(dǎo)入到內(nèi)部；以及開口，使被導(dǎo)入的激光通過并 且朝向被處理體噴出內(nèi)部的惰性氣體，所述氣體溫度調(diào)整裝置在比所述凈化盒上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣體的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光退火裝置，其特征在于，所述氣體供給裝置具備平行相向體，與所述被處理體的表面平行地相向配置；以及 凈化單元，以對該平行相向體和被處理體的表面之間供給惰性氣體的方式向被處理體噴吹 惰性氣體，所述氣體溫度調(diào)整裝置在所述凈化單元內(nèi)或比凈化單元上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣 體的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光退火裝置，其特征在于，所述氣體供給裝置具備處理室，收容有所述被處理體并在內(nèi)部被導(dǎo)入惰性氣體， 所述氣體溫度調(diào)整裝置在比所述處理室上游側(cè)的位置中調(diào)整惰性氣體的溫度。
全文摘要
提供一種激光退火裝置，能夠減少惰性氣體的溫度的波動引起的激光的折射現(xiàn)象導(dǎo)致的激光的照射不均。激光退火裝置(1)具備氣體供給裝置(10)，至少對被處理體(7)中的激光照射區(qū)域供給惰性氣體(G)；以及氣體溫度調(diào)整裝置(15)，調(diào)整惰性氣體(G)的溫度。氣體溫度調(diào)整裝置(15)對被供給到激光照射區(qū)域的惰性氣體(G)的溫度進(jìn)行調(diào)整，使得惰性氣體(G)的溫度與惰性氣體供給區(qū)域的外側(cè)的包圍激光的光路的空間(房間R)的氣氛溫度的溫度差變小。
文檔編號H01L21/268GK102077322SQ20098012523
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者M正木, 伊澤淳, 川上隆介, 森田勝, 河口紀(jì)仁, 西田健一郎 申請人:株式會社Ihi