CN116420216A - 激光照射装置及制造半导体装置的方法 - Google Patents

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Abstract

根据一实施例的激光照射装置(1)包括：光学模块(20)，其用激光照射对象，以便沿第一方向形成线性照射区域；以及光束阻尼器，其吸收被对象反射的反射光。光束阻尼器(60)包括构件(610)和固定到构件(610)的构件(620)。构件(610)包括具有开口部(631)的檐状部(630)，反射光穿过该开口部。檐状部(630)具有朝向由构件(610)和构件(620)包围的内部空间(601)反射被对象反射的反射光的反射表面。

Description

激光照射装置及制造半导体装置的方法
技术领域
本发明涉及激光照射装置和制造半导体装置的方法。
背景技术
已知一种用激光照射在硅衬底、玻璃衬底等上形成的非晶膜以使非晶膜结晶的激光退火装置。专利文献1公开了一种激光退火装置，该激光退火装置使激光穿过狭缝以阻挡在垂直于激光的光轴的截面上强度减小的端部，并且该激光退火装置使用具有均匀强度的激光作为照射光。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请公开号2018-60927。
专利文献1中公开的激光退火装置包括其上形成有狭缝的阻挡板和吸收被阻挡板反射的反射光的反射光接收构件。多层吸热膜用作反射光接收构件。
在这种激光退火装置中，光学模块的温度由于被狭缝或衬底反射的反射光而升高。由于光学模块的温度升高，发生每个光学元件的位置偏移并导致不均匀的照射。因此，希望抑制这种温度升高。
另外，在专利文献1中，使用多层吸收膜吸收反射光。当使用高输出激光时，存在多层吸收膜可能被损坏或变色的可能性。一旦多层吸收膜被损坏或变色，则多层吸收膜的吸收率下降并且可能导致温度升高。
发明内容
根据说明书和附图中的描述，要解决的其它问题和新颖特征将变得显而易见。
根据一种实施例的激光照射装置包括：光学模块，其构造成用激光照射对象；以及光束阻尼器，其构造成吸收被所述对象反射的反射光，其中，所述光束阻尼器包括第一构件和固定成与所述第一构件相对的第二构件，所述第一构件包括所述反射光入射到其中的檐状部，并且所述檐状部具有反射表面，所述反射表面朝向被所述第一构件和所述第二构件包围的内部空间反射被所述对象反射的反射光。
根据实施例的制造半导体装置的方法包括以下步骤：(A)使激光从光学模块朝向其上形成有包括半导体的膜的衬底发射；(B)用激光照射所述衬底；以及(C)使光束阻尼器接收用以照射所述衬底的激光中被所述衬底反射的反射光，其中，所述光束阻尼器包括第一构件和固定成与所述第一构件相对的第二构件，所述第一构件包括所述反射光入射到其中的檐状部，并且所述檐状部具有反射表面，所述反射表面朝向被所述第一构件和所述第二构件包围的内部空间反射被所述衬底反射的反射光。
根据上述实施例，可以提供一种能够以稳定的方式执行光的照射的激光照射装置和制造半导体装置的方法。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的激光照射装置的剖视图；
图2是示出根据第一实施例的激光照射装置的主要部分的剖视图；
图3是沿图2所示的激光照射装置的主要部分的剖切线III-III截取的剖视图；
图4是沿图2所示的激光照射装置的主要部分的剖切线IV-IV截取的剖视图；
图5是示出根据第一实施例的激光照射装置中的激光和狭缝之间的关系的透视图；
图6是示出使用根据第一实施例的激光照射装置的激光照射方法的流程图；
图7是示出设置在激光照射装置中的光束阻尼器的构造的XZ剖视图；
图8是示出光束阻尼器的构造的透视图；
图9是示出光束阻尼器的内部空间中的反射光的光路的XZ剖视图；
图10是示出光束阻尼器的内部空间中的反射光的光路的XZ剖视图；
图11是示出光吸收元件的安装结构的示例的透视图；
图12是示出根据变型例的光束阻尼器的构造的XZ剖视图；
图13是示出有机EL显示器的简化构造的剖视图；
图14是示出根据本实施例的制造半导体装置的方法的步骤剖视图；以及
图15是示出根据本实施例的制造半导体装置的方法的步骤剖视图。
具体实施方式
(第一实施例)
将描述根据第一实施例的激光照射装置。根据本实施例的激光照射装置是用激光照射被照射对象的装置。被照射对象例如是其上形成有包括半导体的膜、诸如非晶膜的衬底。在这种情况下，激光照射装置执行用激光照射非晶膜以使非晶膜结晶的激光退火处理。例如，当使用准分子激光器作为激光进行激光退火处理时，激光照射装置用作准分子激光退火(ELA)装置。
首先，将描述激光照射装置的构造。图1是示出根据第一实施例的激光照射装置的剖视图。图2是示出根据第一实施例的激光照射装置的主要部分的剖视图。图3是沿图2所示的激光照射装置的主要部分的剖切线A-A截取的剖视图。图4是沿图2所示的激光照射装置的主要部分的剖切线B-B截取的剖视图。图5是示出根据第一实施例的激光照射装置中的激光和狭缝之间的关系的透视图。
如图1所示，激光照射装置1包括光源10、光学模块20、密封部30和处理室40。处理室40设置在例如平坦的基座48上。密封部30设置在处理室40上方，光学模块20设置在密封部30上方。光学模块20设置在能够接收从光源10发射的激光L1的位置。
现在将介绍XYZ正交坐标轴，以便描述激光照射装置1。假定与基座48的顶面正交的方向为Z轴方向，向上为+Z轴方向，向下为-Z轴方向。将连接光源10和光学模块20的方向假定为X轴方向，从光源10朝向光学模块20的方向为+X轴方向，并且相反方向为-X轴方向。假定与X轴方向和Z轴方向正交的方向为Y轴方向，一个方向为+Y轴方向，相反方向为-Y轴方向。
如图1所示，光源10发射激光L1。光源10例如是准分子激光源并且发射激光L1，该激光L1是中心波长为308nm的准分子激光。另外，光源10发射具有脉冲形状的激光L1。光源10朝向光学模块20发射激光L1。例如，激光L1沿+X轴方向前进并进入光学模块20。必要时，可以在光源10和光学模块20之间的激光L1的光路上设置用于调节能量密度的光学元件、例如衰减器。
如图1至4所示，光学模块20包括构成外部形状的光学外壳21，镜子22，诸如透镜的光学元件和密封窗口23。光学外壳21例如是由诸如铝的材料构成的箱形构件。光学模块20的每个光学元件通过保持器等保持在光学外壳21内。由于上述每个光学元件，光学模块20调节从光源10发射的激光L1的照射方向、光量等。密封窗口23设置在光学外壳21的一部分中，例如设置在光学外壳21的下表面上。在被光学模块20调节之后，激光L1从密封窗口23朝向密封部30发射。这样，光学模块20用激光L1照射被照射的对象(也称为对象)。
如图5所示，激光L1在光学模块20中具有线光束形状。换言之，与激光L1的光轴C1正交的截面具有在一个方向上延伸的细长线性形状。例如，与由镜子22反射的激光L1的光轴正交的截面具有在Y轴方向上延伸的线性形状。
如图2至图4所示，密封部30具有密封外壳31、阻挡板51、光束阻尼器60、密封窗口33、气体入口34和气体出口35。为了防止附图变得过于拥挤，在图3中省略了气体入口34和气体出口35，并且在图4中省略了光束阻尼器60、密封窗口33、气体入口34和气体出口35。注意，为了简洁起见，已经适当地简化了各个附图。
密封外壳31是中空的箱形元件。阻挡板51和光束阻尼器60设置在密封外壳31内。气体入口34和气体出口35设置在密封外壳31的预定侧表面上。例如，气体入口34和气体出口35设置在密封外壳31的相对的侧表面上。例如，气体出口35设置在气体入口34上方。气体37、如氮气或另一惰性气体从气体入口34引入。从气体入口34引入密封外壳31的气体37从气体出口35排出。气体37期望地连续供应到密封外壳31的内部。另外，气体37期望地连续排放到密封外壳31的外部。气体37的流速被控制到预定的流速，以便恒定地保持密封外壳31的内部处于通风状态。
如图2至图5所示，阻挡板51设置在从光学模块20的密封窗口23发射的激光L1到达处理室40的光学路径上。例如，阻挡板51包括多个构件。例如，阻挡板51包括阻挡板51a和阻挡板51b。阻挡板51a和阻挡板51b是沿诸如Y轴方向的一方向延伸的板状构件。阻挡板51a和阻挡板51b设置成它们的板表面面向Z轴方向。阻挡板51a和阻挡板51b沿Y轴方向间隔设置。因此，在阻挡板51a和阻挡板51b之间形成狭缝54。阻挡板51a和51b中的每一个可通过马达(未示出)在+Y轴方向和-Y轴方向上移动，并且狭缝54的宽度(阻挡板51a和阻挡板51b之间的长度)可被适当地设定。激光L1穿过狭缝54。这样，激光L1穿过的狭缝54形成在阻挡板51中。
激光L1在Y轴方向上的两个端部被阻挡板51a和阻挡板51b阻挡。激光L1的被阻挡板51a及阻挡板51b阻挡的端部被阻挡板51a及阻挡板51b反射而成为反射光R1。这样，在狭缝54和阻挡板51被照射的激光L1中，被阻挡板51阻挡的激光L1被阻挡板51反射。虽然在图1至图5中所示的阻挡板51是平行于XY平面的平板，但是阻挡板51可以设置成相对于XY平面倾斜(参见图9)。
反射镜57可以设置在阻挡板51的光学模块20一侧的表面上。因此，能够抑制被阻挡板51阻挡的激光L1被阻挡板51吸收。因此，可以抑制由于阻挡板51的温度升高而引起的阻挡板51附近的大气中扰动。施加到反射镜57上的反射膜期望地被处理，以便相对于激光L1的入射角具有预定的抵抗性。通常，反射膜从具有随着激光L1的入射角急剧变化的反射率的反射膜到具有几乎不由于激光L1的入射角而变化的反射率的反射膜而不同。在本实施例中，使用如下反射膜，该反射膜相对于激光L1的入射角的变化具有在预定范围内的反射率，当用激光照射被照射对象时，这是期望的。
光束阻尼器60设置在阻挡板51和光学模块20之间。例如，光束阻尼器60设置在光学模块20的外部，使得在光束阻尼器60和光学模块20之间形成空间。光束阻尼器60的详细构造将在后面提供。光束阻尼器60被设置成能够接收反射光R1，该反射光R1是被阻挡板51阻挡然后被阻挡板51反射的激光L1。例如，考虑到激光L1的入射角和反射光R1的反射角，光束阻尼器60设置在反射光R1的光路上。
密封窗口33设置在密封外壳31的一部分中，例如设置在密封外壳31的下表面上。从光学模块20的密封窗口23发射的激光L1穿过阻挡板51之间的狭缝54。另外，穿过狭缝54的激光L1从密封窗33向处理室40发射。
如图1所示，处理室40包括气体箱41、阻挡板52、衬底台45、基座46和扫描装置47。例如，在处理室40中，用激光L1照射放置在衬底台45上的衬底M1，并进行使衬底M1上的非晶膜结晶的激光退火处理。衬底台45可以是浮动式台，换言之，是在使衬底M1浮动的同时传送作为被照射对象的衬底M1的台。
如图2和3所示，气体箱41是中空的箱形构件。气体箱41设置在衬底台45上方和密封部30中的密封窗口33下方。在气体箱41的上表面设置有引入窗口42。引入窗口42设置成与密封窗口33相对。另外，照射窗43设置在气体箱41的下表面上。照射窗43设置成与衬底M1上的非晶膜相对。
气体入口44设置在气体箱41的预定侧表面上。从气体入口44向气体箱41供应预定气体37，该预定气体37是氮气或另一种惰性气体。供给到气体箱41的气体37填充气体箱41的内部，然后从照射窗43排出。
阻挡板52设置在从密封部30的密封窗口33发射的激光L1到达衬底M1上的非晶膜的光路上。例如，阻挡板52设置成覆盖气体箱41内的照射窗43。
例如，如图3和5所示，阻挡板52包括多个构件。例如，阻挡板52包括阻挡板52a和阻挡板52b。阻挡板52a和阻挡板52b是沿一方向延伸的板状构件。阻挡板52a和阻挡板52b被设置成使得它们的板表面面向Z轴方向并且它们的延伸方向定向在Y方向上。阻挡板52a和阻挡板52b沿Y轴方向间隔设置。因此，在阻挡板52a和阻挡板52b之间形成狭缝55。阻挡板52a和52b中的每一个可通过马达(未示出)在+Y轴方向和-Y轴方向上移动，并且狭缝55的宽度(阻挡板52a和阻挡板52b之间的长度)可被适当地设定。激光L1穿过狭缝55。这样，已穿过狭缝54的激光L1所穿过的狭缝55形成在阻挡板52中。
激光L1的Y轴方向的两个端部被阻挡板52a和阻挡板52b阻挡。激光L1的被阻挡板52a及阻挡板52b阻挡的端部被阻挡板52a及阻挡板52b反射而成为反射光R2。这样，在狭缝55和阻挡板52所被照射的激光L1中，被阻挡板52阻挡的激光L1被阻挡板52反射。
光束阻尼器60被设置成能够接收反射光R2，该反射光作为在狭缝55和阻挡板52被照射的激光L1中被阻挡板52阻挡然后被阻挡板52反射的激光L1。
反射镜57可以设置在光学模块20侧的阻挡板52的表面上。因此，能够抑制被阻挡板52阻挡的激光L1被阻挡板52吸收。因此，可以抑制由于阻挡板52的温度升高而引起的阻挡板52附近的大气中扰动。包括在反射镜57中的反射膜期望地处理成相对于激光L1的入射角具有预定的抵抗性。
已穿过阻挡板52之间的狭缝55的激光L1从照射窗43发射，并且用激光L1照射衬底M1上的非晶膜。激光L1沿-X方向和-Z方向前进，并且用激光L1照射衬底M1。换言之，激光L1从相对于衬底M1的主表面(XY平面)的法线倾斜的方向入射到衬底M1。
衬底M1放置在衬底台45上。例如，衬底M1是诸如硅衬底、石英衬底等的半导体衬底。注意，衬底M1不限于半导体衬底和石英衬底。在衬底M1上形成包括诸如非晶膜的半导体的膜。例如，非晶膜包含非晶硅(aSi)。衬底M1上的非晶膜通过用激光L1照射而结晶。由于结晶，例如，在衬底M1上形成包含多晶硅(poly Si)的结晶膜。
衬底M1上的非晶膜所被照射的激光L1被非晶膜或衬底M1反射，成为反射光R3。光束阻尼器60被设置成能够接收反射光R3，该反射光是非晶膜或衬底M1被其照射并且然后被非晶膜或衬底M1反射的激光L1。
如图1所示，衬底台45通过例如基座46放置在扫描装置47上。由于扫描装置47，衬底台45可在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向上移动。当进行激光退火处理时，通过用扫描装置47进行扫描，在例如-X轴方向的传送方向49上传送衬底台45。
随后，将描述使用根据第一实施例的激光照射装置1的激光照射方法。图6是示出使用根据第一实施例的激光照射装置1的激光照射方法的流程图。
如图6的步骤S11所示，首先，从光学模块20发射激光L1。从光源10发射的激光L1的照射方向、光量等由光学模块20调节，并且激光L1相对于密封部30发射。例如，当被照射对象是其上形成有包括诸如非晶膜的半导体的膜的衬底M1时，激光从光学模块向衬底M1发射。
随后，如图6的步骤S12所示，使激光L1穿过形成于阻挡板51中的狭缝。即，提供阻挡板51，其中形成有激光L1所穿过的狭缝54，使狭缝54和阻挡板51所被照射的激光L1中的狭缝54所被照射的激光L1穿过狭缝54。另外，提供形成有狭缝55的阻挡板52，使狭缝55和阻挡板52所被照射的激光L1中的狭缝55所被照射的激光L1穿过狭缝55。当激光照射装置1不包括阻挡板51和阻挡板52时，可以省略步骤S12。换言之，本实施例也可以应用于不包括阻挡板51和阻挡板52的构造。
在这种情况下，在狭缝54和阻挡板51所被照射的激光L1中，阻挡板51所被照射的激光L1被阻挡板51阻挡。另外，在狭缝55和阻挡板52所被照射的激光L1中，阻挡板52所被照射的激光L1被阻挡板52阻挡。因此，在与激光L1的光轴正交的截面上，端部被阻挡，除了端部以外的部分用于照射被照射对象。
随后，如图6的步骤S13所示，用激光L1照射被照射对象。换言之，在狭缝54和阻挡板51所被照射的激光L1中，用已穿过狭缝54的激光L1照射被照射对象。当被照射对象是其上形成有包括诸如非晶膜的半导体的膜的衬底时，用激光L1照射非晶膜。具体地，在沿诸如-X轴方向的衬底M1的传送方向49传送衬底M1的同时，用激光L1照射形成在衬底M1上的非晶膜。
接着，如图6的步骤S14所示，使光束阻尼器60接收反射光R。例如，使光束阻尼器60接收反射光R3，该反射光是衬底M1被其照射并且然后被衬底M1反射的激光L1。使光束阻尼器60接收反射光R1，该反射光是阻挡板51被其照射并且然后被阻挡板51反射的激光L1。另外，使光束阻尼器60接收反射光R2，该反射光是已照射阻挡板52并且然后被阻挡板52反射的激光L1。注意，光束阻尼器60设置在光学模块20和阻挡板51之间。
以此方式，可以使用根据第一实施例的激光照射装置1来执行激光照射。
随后，参见图7对光束阻尼器60的结构进行说明。图7是示出包括光束阻尼器60的密封外壳31的截面构造的示意图。如上所述，光束阻尼器60设置成接收上述反射光R1至R3的光束。向密封外壳31供应作为惰性气体的氮气N2。由于激光L1沿-X方向前进，因此反射光R1至R3的光束也沿-X方向前进。因此，光束阻尼器60相比于激光L1在衬底上的照射位置设置在更-X侧。
光束阻尼器60经由设置在光束阻尼器60和光学模块20之间的热绝缘体58安装到光学模块20。因此，可以保持光束阻尼器60和光学模块20之间的绝热特性。替代地，作为隔热空气层的间隙58b可以设置在光束阻尼器60和光学模块20之间，并且间隙58b可以被局部地排出。因此，可以保持光束阻尼器60和光学模块20之间的绝热特性。
光束阻尼器60包括圈闭结构600和容纳在圈闭结构600内的光吸收元件660。例如，圈闭结构600由诸如铝或其合金的金属材料形成。圈闭结构600具有能够圈闭反射光R1至R3的入射光束的结构。圈闭结构600设置有用于水冷却的冷却管(图7中未示出)。
光吸收元件660安装在圈闭结构600内。光吸收元件660具有多层吸收膜，其中，例如SiO2和Cr交替层叠。光吸收元件660对于激光波长具有高吸收率。例如，光吸收元件660对于激光波长具有95％或更高，或更优选98％或更高的吸收率。虽然已将308nm描述为激光波长，但激光波长不限于此。例如，激光波长在诸如248nm、351nm或355nm的紫外范围内。当然，光吸收元件660不限于多层膜结构。
入射到圈闭结构600的反射光R1至R3的光束在入射到光吸收元件660之前在圈闭结构600内被重复反射。圈闭结构600能够圈闭反射光R1至R3的入射光束。圈闭结构600具有防止入射到内部空间601的反射光R1至R3的光束泄漏到外部的形状。
具体地，圈闭结构600具有开口部631，反射光R1至R3的光束入射到该开口部631的+X侧的端部。光吸收元件660设置在内部空间601的-X侧的端部上。从开口部631入射到内部空间601的反射光R1至R3的光束在内部空间601内沿-X方向传播。在内部空间601中，被圈闭结构600的内壁反射一次或多次的反射光R1至R3的光束入射到光吸收元件660。光吸收元件660吸收反射光R1至R3的光束的一部分。
此外，圈闭结构600的内壁构造成对于激光波长具有大约90％的光学反射率的反射表面。构成圈闭结构600的内部空间601的内壁吸收一部分反射光。换言之，每当反射光R1至R3的光束被圈闭结构600反射时，反射光R1至R3的光束的一部分被吸收。因此，由于可以抑制入射到光吸收元件660的能量，可以防止光吸收元件660的劣化。
以此方式，圈闭结构600吸收入射到内部空间601的反射光的一部分。圈闭结构600由具有高热导率的金属材料构成并且是水冷的。因此，可以有效地吸收激光能量并且可以抑制温度升高。
将参照图8描述光束阻尼器60的构造的示例。图8是示出光束阻尼器60的详细构造的透视图。图8是从斜下方观察光束阻尼器60的剖视图。
圈闭结构600具有构件610和构件620。构件620设置在构件610下方。构件620固定成与构件610相对。例如，构件620可以通过将螺栓(未示出)从下方插入穿过构件620而安装到构件610。替代地，构件610和构件620可以通过从上方穿过构件610插入螺栓而彼此固定。不用说，将构件610和构件620彼此固定的方法没有特别限制，并且构件610和构件620可以使用支架等彼此固定。
内部空间601形成在构件610和构件620之间。构件610限定内部空间601的上端部(+Z侧上的端部)，构件620限定内部空间601的下端部(-Z侧上的端部)。反射光R1至R3的光束传播通过构件610和构件620之间的内部空间601。
构件610和构件620由诸如铝的金属材料形成。构件610设置有冷却管611和冷却管612。通过为构件610提供沿Y方向的通孔，冷却管611和冷却管612可以插入到构件610中。冷却管611和冷却管612沿Y方向设置。不用说，冷却管611和冷却管612可以用水冷套等固定到构件610上。
以类似的方式，构件620设置有冷却管621和冷却管622。通过为构件620提供沿Y方向的通孔，冷却管621和冷却管622可以插入到构件620中。冷却管621和622设置在光吸收元件660的正下方。冷却管621和冷却管622沿Y方向设置。冷却管621和冷却管622可以通过水冷套等固定到构件620。
以此方式，通过使冷却水流经冷却管611、冷却管612、冷却管621和冷却管622，可有效地冷却圈闭结构600。不用说，冷却管611、冷却管612、冷却管621和冷却管622的设置和数量不限于图7所示的构造。将冷却管621和冷却管622设置在光吸收元件660附近使得能够以有效的方式进行冷却。
圈闭结构600具有檐状部630、相对部640和终端部650。檐状部630、相对部640和终端部650从+X侧依次设置。
换言之，檐状部630设置在最+X侧，而终端部650设置在最-X侧。圈闭结构600的最+X侧部分是檐状部630，并且圈闭结构600的最-X侧部分是终端部650。在X方向上，相对部640设置在檐状部630和终端部650之间。
构件610设置成比构件620更向+X侧突出，并且突出部形成檐状部630。反射光R1至R3的光束入射到檐状部630。由于构件620没有设置在檐状部630中，所以开口部631形成在檐状部630的下方。此外，在檐状部630中，构件610的下表面构成反射表面632。反射光R1至R3的光束经由开口部631入射到反射表面632。反射表面632构造成凹面，其设置成面向-X侧和-Z侧。例如，反射表面632用作以Y方向作为轴向的柱面镜。被反射表面632反射的反射光在-X方向和-Z方向上前进并通过内部空间601传播。换言之，反射表面632朝向相对部640或终端部650反射反射光。
相对部640包括上反射表面641和下反射表面642。上反射表面641是构件610的下表面。下反射表面642是构件620的上表面。在相对部640中，构件620具有朝向+Z侧突出的突出部645。突出部645的顶表面构成下反射表面642。上反射表面641和下反射表面642设置成彼此相对。上反射表面641和下反射表面642在Z方向上彼此分离地设置。上反射表面641和下反射表面642之间的空间形成内部空间601的一部分。
上反射表面641和下反射表面642是平坦表面。例如，上反射表面641和下反射表面642平行于XY平面。上反射表面641和下反射表面642用作平面镜。上反射表面641在-X方向和-Z方向上反射反射光。下反射表面642在-X方向和+Z方向上反射反射光。因此，由上反射表面641或下反射表面642反射的反射光向终端部650前进。虽然上反射表面641和下反射表面642是彼此平行的平坦表面，但是可选地，上反射表面641和下反射表面642可以是彼此不平行的平坦表面。例如，上反射表面641和下反射表面642可以是锥形表面，当在-X方向上前进时，上反射表面641和下反射表面642之间的间隙变宽。
光吸收元件660设置在终端部650中。光吸收元件660固定到构件620。在终端部650中，光吸收元件660面朝上设置在构件620的上表面上。凹部655设置在突出部645的-X侧上，并且光吸收元件660设置在凹部655中。例如，光吸收元件660是以XY平面作为主表面的板状构件。在XY平面视图中，光吸收元件660具有以Y方向为纵向且以X方向为短边方向的矩形形状。
反射表面651设置在光吸收元件660的上方。反射表面651和光吸收元件660之间的空间形成内部空间601的一部分。反射表面651构造成凹面，其设置成面向+X侧和-Z侧。例如，反射表面651用作柱面镜，其中，Y方向作为内部空间601中的轴向方向。被反射表面651反射的反射光在+X方向和-Z方向上前进并且入射到光吸收元件660。光吸收元件660吸收入射的反射光。反射表面651在终端部650中限定内部空间601的上端部(+Z侧上的端部)。反射表面651限定内部空间601的-X侧上的端部。
这样，除了开口部631之外，圈闭结构600的内部空间601由反射表面632、上反射表面641、下反射表面642和反射表面651包围。来自衬底M的反射光R3经由开口部631入射到圈闭结构600的内部空间601。经由开口部631入射的反射光入射到反射表面632，上反射表面641、下反射表面642、反射表面651等。此外，反射表面632、上反射表面641、下反射表面642和反射表面651的反射率约为90％。因此，每当反射光被反射表面632、上反射表面641、下反射表面642和反射表面651反射时，反射光的一部分被构件610或构件620吸收。
光吸收元件660设置在终端部650的凹部655中。固定装置626设置在光吸收元件660的两个端部。固定装置626例如是将光吸收元件660固定到构件620上的螺栓。另外，固定装置626的顶部由盖625覆盖。盖625以类似于构件610和构件620的方式由金属材料形成。
图9是表示被阻挡板51反射的反射光R1的光路的示意图。图10是表示被衬底M反射的反射光R3的光路的示意图。图9和图10分别示出了XZ截面上的反射光R1和反射光R3的光路。
如图9所示，反射光R1经由开口部631入射到反射表面632。被反射表面632反射的反射光R11被导向圈闭结构600的内部空间601。来自反射表面632的反射光R11的一部分依次被下反射表面642和反射表面651反射。来自反射表面632的反射光R11的一部分直接入射到反射表面651。来自反射表面632的反射光R11的一部分依次被上反射表面641和反射表面651反射。反射表面651朝向光吸收元件660反射反射光R11。光吸收元件660吸收入射的反射光R1。另外，在图9中，为了使光束阻尼器60接收反射光R1，将阻挡板51设置成相对于XY平面倾斜。或者，通过部分地弯曲阻挡板51，可以使光束阻尼器60接收反射光R1。
以类似的方式，如图10所示，来自衬底M的反射光R3经由开口部631入射到反射表面632。被反射表面632反射的反射光R31被导向圈闭结构600的内部空间601。被反射表面632反射的反射光R31入射到下反射表面642。被下反射表面642反射的反射光R31的一部分被下反射表面642反射并且入射到反射表面651。被下反射表面642反射的反射光R31的一部分被下反射表面642和上反射表面641重复反射，并且入射到反射表面651。被反射表面651反射的反射光R31直接或通过被盖625反射而入射到光吸收元件660。光吸收元件660吸收入射的反射光R31。由于反射光R3在比反射光R1以更接近Z方向的方向前进，所以内部空间601中的反射次数增加。
以此方式，圈闭结构600能够圈闭以各种角度入射到反射表面632的反射光束。换言之，几乎所有入射到反射表面632的反射光束都被引导到光吸收元件660，而不会从开口部631泄漏到圈闭结构600的外部。因此，可以有效地吸收反射光，并且可以抑制由于温度升高引起的光学元件的位移。此外，虽然未示出，但是被阻挡板52反射的反射光R2也被圈闭在圈闭结构600内并被光吸收元件660吸收。
例如，在XZ平面视图中，反射表面632可以制成具有曲率中心O1的曲面镜。换言之，在XZ平面视图中，反射表面632形成为以曲率中心O1为中心的弧形形状。曲率中心O1设置在内部空间601的外部。特别地，曲率中心O1设置在相对部640的下方(在-Z侧上)。不用说，反射表面632在XZ平面视图中的形状不限于正圆的弧形，并且可以是具有椭圆形、抛物线形等弧形的弯曲表面。此外，反射表面632可以是面向-Z方向和-X方向的倾斜平面。
在XZ平面视图中，反射表面651优选地制成弯曲表面。在XZ平面视图中，反射表面651是90度的弧。反射表面651的曲率中心O2在内部空间601内。注意，反射表面651的形状不限于正圆的弧，可以是诸如椭圆弧、抛物线形状等的曲面。此外，反射表面651可以是面向-Z方向和+X方向的倾斜平面。
在相对部640中，构件620设置有朝向+Z侧突出的突出部645。在终端部650中，构件620设置有朝向-Z侧凹陷的凹部655。下反射表面642设置成比光吸收元件660更朝向+Z侧。因此，反射光可以以有效的方式被圈闭在内部空间601中。换言之，可以防止被光吸收元件660和反射表面651反射并且在-Z方向和+X方向上前进的反射光从圈闭结构600泄漏。因此，由于能够有效地吸收反射光，能够抑制由于温度升高引起的光学系统的位移。
根据本实施例的构造能够抑制光学模块的温度上升。例如，在光吸收元件660的表面上反射和散射以不小的量发生。在高输出激光的情况下，反射光和散射光的影响增加，并且存在密封外壳内的构件(例如，阻挡板51)吸收光并引起温度升高的可能性。根据本实施例的构造，可以抑制密封外壳31内的光学元件上的温度升高的影响。密封外壳31容纳阻挡板51和光束阻尼器60。因此，可以抑制对阻挡板51的影响。
根据本实施例的结构，能够抑制由反射光R1至R3的光束的照射引起的光学模块的温度升高，并且抑制光学模块的外壳的变形。因此，可以抑制设置在光学模块中的每个光学元件的位置偏移，并且可以抑制激光的不均匀照射。可以用激光以稳定的方式照射衬底M。
此外，当密封外壳31内的气体的密度分布由于圈闭结构600或光吸收元件660的温度升高而变得不均匀时，可能影响激光的光路长度，并且可能不利地影响照射结果。在本实施例中，由于能够抑制对密封外壳31的影响，能够以稳定的方式进行激光照射处理。
即使当使用高输出激光时，也可以抑制光吸收元件660的劣化。在本实施例中，由于防止反射光直接入射到光吸收元件660，因此可以抑制光吸收元件660的温度升高。换言之，一部分反射光由被水冷却的圈闭结构600吸收。因此，由于可以抑制光吸收元件660的劣化，所以可以延长光吸收元件660的寿命。结果，可以提高生产率。
此外，由于可以防止光束阻尼器60的尺寸增大，本实施例也可应用于受到有限安装空间影响的激光照射装置1。
以下，对本实施例的构造和比较例的构造的温度上升的测量结果进行说明。将不采用根据本实施例的圈闭结构600的构造用作比较例。换言之，如专利文献1中那样，对比例构造成使得来自衬底M和阻挡板51的反射光直接入射到光吸收元件660。
现在将描述当Y方向上的光束长度被设定为500mm并且光束输出被设定为360W时的测量结果。冷却水的流速设定为1.2l/min。光吸收元件的温度升高在比较例中为50.8℃，在本实施例中为7.9℃。根据本实施例的结构，可以抑制光吸收元件660的温度升高。
冷却水的温度升高在比较例中为2.6℃，在本实施例中为3.8℃。当使用激光的所有光能来升高冷却水的温度时，冷却水的温度升高为4.3℃。根据本实施例的构造，能够提高冷却水的冷却效率。因此，可以抑制光吸收元件660由于温度升高而劣化。
散射光/泄漏光与光束阻尼器60的入射光的比率在比较例中为40％，在本实施例中为12％。根据散射光估计的光学模块20的部件的温度在比较例中为40℃，在本实施例中为28℃。由此，能够抑制光学部件的温度上升。此外，当激光输出设定为0.64kW时，在连续使用10分钟之后，在比较例的构造中观察到光吸收元件660的变色，但是在本实施例中甚至在连续使用4小时之后也没有观察到变色。
将描述圈闭结构600的尺寸的实例。首先，将描述Z方向上的尺寸。圈闭结构600在Z方向上的尺寸(长度)为78mm。换言之，从构件610的上表面(上端部)到构件620的下表面(下端部)的距离为78mm。构件610在Z方向上的尺寸(长度)为50mm。换言之，在Z方向上从下反射表面642到构件610的上端部的距离是50mm。
构件620在Z方向上的尺寸(长度)为28mm。换言之，在Z方向上从下反射表面642到构件620的下表面的距离是28mm。在Z方向上，从上反射表面641到构件610的上表面的距离是17mm。上反射表面641和下反射表面642之间在Z方向上的间隙例如为33mm。在Z方向上，突出部645的高度，或者换言之，凹部655的深度是8mm。
随后，对X方向的尺寸进行说明。圈闭结构600在X方向上的尺寸为180mm。在X方向上，檐状部630的尺寸为60mm。在X方向上，相对部640和终端部650的总尺寸为120mm。
接下来，将描述作为弯曲表面的反射表面651和反射表面632。在XY平面视图中，反射表面651是曲率半径为33mm的弧。反射表面651是90°扇状弧。在XY平面视图中，反射表面632可以制成具有100mm的曲率半径的弧。不用说，圈闭结构600不限于上述尺寸。圈闭结构600可以根据激光L1的扩散角或到衬底M或阻挡板51的距离适当地设计。
接下来，将参照图11描述用于将光吸收元件660安装到圈闭结构600的安装结构的示例。图11是示意性示出光吸收元件660的安装结构的透视图。图11示出了圈闭结构600在凹部655底部周边中的截面构造。
如上所述，光吸收元件660设置在构件620中的凹部655中。片661设置在构件620和光吸收元件660之间。片661例如是厚度为0.5mm的石墨片。通过在构件620和光吸收元件660之间插入片661，光吸收元件660的热量可以有效地传递到构件620。因此，可以抑制光吸收元件660的温度升高。
此外，片簧662沿X方向设置在光吸收元件660的两侧。片簧662通过诸如螺栓的固定装置626(参见图8)固定到构件620。片簧662沿X方向延伸到光吸收元件660的一端部上方。换言之，安装到构件620的片簧662突出到光吸收元件660的上方。光吸收元件660通过片簧662固定到构件620。
片簧662产生沿-Z方向偏压光吸收元件660的偏压力。片簧662将光吸收元件660压靠在片661上。因此，可以有效地耗散光吸收元件660的热量。不用说，光吸收元件660可以由除片簧662之外的弹性体沿-Z方向被偏压。
此外，盖625沿X方向设置在光吸收元件660的两个端部。盖625设置成覆盖片簧662。例如，盖625固定到构件620。通过提供盖625，可以防止光吸收元件660的表面上的反射光和散射光从圈闭结构600漏出。盖625以类似于构件610和构件620的方式由金属材料、例如铝合金形成。可以对盖625进行表面处理，以增加对激光波长的吸收率。根据这样的构造，能够抑制反射光的泄漏，同时能够高效地散热。
根据本实施例的激光照射装置1包括光束阻尼器60。光束阻尼器60被设置成接收被阻挡板51反射的反射光R1、被阻挡板52反射的反射光R2和被衬底M反射的反射光R3。可以防止反射光R1至R3的光束到达光学模块20。可以抑制由反射光R1至R3的光束的照射引起的光学模块的温度升高，并且抑制光学模块的外壳的变形。因此，可以抑制设置在光学模块中的每个光学元件的位置偏移，并且可以抑制激光的不均匀照射。
另外，允许反射光R1至R3的光束到达光束阻尼器60。因此，可以将关于光学模块20的温度梯度的原因限制为例如仅光束阻尼器60，并且可以简化用于抑制光学模块20的温度升高的对策。
光束阻尼器60不直接安装到光学模块20，并且设置成使得在光束阻尼器60和光学模块20之间形成空间。因此，可以改善光束阻尼器60和光学模块20之间的绝热性能。另外，光束阻尼器60通过光束阻尼器60和光学模块20之间的热绝缘体安装到光学模块20。这也有助于改善光束阻尼器60和光学模块20之间的绝热性能。
光束阻尼器60设置在气体箱41上方的密封窗口33上方。因此，即使接收到反射光R1至R3的光束导致光束阻尼器60附近的温度升高，由于气体盒41设置在光束阻尼器60和衬底M1之间，可以抑制衬底M1附近的大气中扰动。结果是，可以抑制由于大气中扰动引起的不均匀照射。
通过在光学模块20侧的阻挡板51、52的表面设置反射镜57，能够抑制阻挡板51、52对激光L1的吸收。因此，可以抑制由于阻挡板51和52的温度升高而引起的阻挡板51和52附近的大气中扰动。结果是，可以抑制由于大气中扰动引起的不均匀照射。在至少靠近光学模块20的阻挡板51上设置反射镜57能够抑制由于大气中扰动而引起的不均匀照射。
控制气体37的流速以将密封外壳31的内部恒定地保持在通风状态。因此，可以抑制密封外壳31内的大气中的温度升高。因此，能够抑制由于激光L1所通过的大气的温度梯度而引起的流体密度的变化和折射率的波动，并且能够抑制不均匀照射。
(第一变型例)
虽然在第一实施例中构件610和构件620在Z方向上并排设置，但是在第一变型例中，两个构件在X方向上并排设置。现在将参照图12描述根据第一变型例的光束阻尼器60。构件680安装到构件670的-X侧。构件670限定内部空间601的上端部和下端部。构件680限定内部空间601的-X侧上的一端部。
圈闭结构600包括檐状部630和相对部640。换言之，在第一变型例中，在圈闭结构600中不设置终端部分650。檐状部630和相对部640设置在构件670中。以与第一实施例类似的方式，檐状部630具有开口部631和反射表面632。以与第一实施例类似的方式，相对部640包括上反射表面641和下反射表面642。
在第一变形例中，不设置终端部650。光吸收元件660设置在相对部640的-X侧上。因此，在第一变形例中，没有设置凹部655和突出部645。光吸收元件660设置成面向+X侧。因此，朝向-X侧前进的反射光被光吸收元件660吸收。
构件680设置有冷却管681和682。冷却管681和冷却管682设置在光吸收元件660的-X侧上。构件670设置有冷却管671和672。即使采用这种构造，由于反射光R1至R3的光束可被圈闭在圈闭结构600内，可抑制温度升高。
(有机EL显示器)
包括上述多晶硅膜的半导体装置适用于有机EL(电致发光)显示器的TFT(薄膜晶体管)阵列衬底。换言之，多晶硅膜用作包括TFT的源区、沟道区和漏区的半导体层。
在下文中，将描述根据本实施例的半导体装置应用于有机EL显示器的构造。图13是有机EL显示器的元件电路的简化剖视图。图13所示的有机EL显示器300是有源矩阵型显示器，其中，TFT设置在每个像素PX中。
有机EL显示器300包括衬底310、TFT层311、有机层312、滤色器层313和密封衬底314。图13示出了采用顶部发射系统的有机EL显示器，其中，密封衬底314的一侧是观察侧。注意，下面的描述给出了有机EL显示器的构造示例，并且本实施例不限于下面描述的构造。例如，根据本实施例的半导体装置可以用在采用底部发射系统的有机EL显示器中。
衬底310是玻璃衬底或金属衬底。TFT层311设置在衬底310的顶部。TFT层311具有设置在每个像素PX中的TFT 311a。另外，TFT层311具有连接到TFT 311a等的接线(未示出)。TFT 311a、接线等构成像素电路。
有机层312设置在TFT层311的顶部上。有机层312具有对于每个像素PX设置的有机EL发光元件312a。此外，有机层312设置有用于在像素PX之间分隔有机EL发光元件312a的分隔壁312b。
滤色器层313设置在有机层312的顶部上。用于进行彩色显示的滤色器313a设置在滤色器层313中。具体地，在每个像素PX中提供以R(红)、G(绿)或B(蓝)着色的树脂层作为滤色器313a。
密封衬底314设置在滤色器层313的顶部上。密封衬底314是玻璃衬底等透明衬底，并且为了防止有机层312的有机EL发光元件的劣化而设置。
流过有机层312的有机EL发光元件312a的电流根据提供给像素电路的显示信号而变化。因此，通过根据显示图像向每个像素PX提供显示信号，可以控制每个像素PX中的发射光量。结果是可以显示期望的图像。
在诸如有机EL显示器的有源矩阵型显示器中，在单个像素PX中提供一个或多个TFT(例如开关TFT或驱动TFT)。此外，每个像素PX的TFT设置有包括源区、沟道区和漏区的半导体层。根据本实施例的多晶硅膜适用于TFT中的半导体层。换言之，在TFT阵列衬底的半导体层中使用根据上述制造方法制造的多晶硅膜能够抑制TFT特性的面内可变性。因此，可以以高生产率制造具有优良显示特性的显示器。
(制造半导体装置的方法)
使用根据本实施例的激光照射装置制造半导体装置的方法适用于制造TFT阵列衬底。将参照图14和15描述制造包括TFT的半导体装置的方法。图14和15是示出制造半导体装置的步骤的步骤剖视图。在下文中，将描述制造包括反交错型TFT的半导体装置的方法。图14和15示出了在制造半导体的方法中形成多晶硅膜的步骤。由于已知方法可用于其它制造步骤，因此将省略其描述。
如图14所示，在玻璃衬底401上形成栅极402。在栅极402上形成栅极绝缘膜403。非晶硅膜404形成在栅极绝缘膜403的顶部。非晶硅膜404设置成经由栅极绝缘膜403与栅极402重叠。例如，通过CVD(化学气相沉积)方法连续地形成栅极绝缘膜403和非晶硅膜404。
此外，通过用激光L1照射非晶硅膜404，形成多晶硅膜405，如图15所示。换言之，非晶硅膜404通过图1等所示的激光照射装置1而结晶。因此，在栅极绝缘膜403的顶部上形成结晶硅的多晶硅膜405。多晶硅膜405对应于上述多晶硅膜101b。
此外，虽然上面已经给出了根据本实施例的用激光照射非晶硅膜并形成多晶硅膜的激光退火装置的描述，但是可选地，可以用激光照射非晶硅膜以形成微晶硅膜。此外，用于执行退火的激光不限于Nd：YAG激光。此外，根据本实施例的方法还可以应用于使除硅膜之外的薄膜结晶的激光退火装置。换言之，只要激光退火装置用激光照射非晶膜并形成结晶膜，就可以应用根据本实施例的方法。利用根据本实施例的激光退火装置，可以适当地改造具有结晶膜的衬底。
虽然已经基于实施例使用特定术语描述了本发明人做出的发明，但是应当理解，本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以做出各种改变和修改。
本申请要求于2020年11月11日提交的日本专利申请No.2020-187793的优先权，其全部内容在此引入作为参考。
附图标记列表
1 激光照射装置
10 光源
20 光学模块
21 光学外壳
22 镜子
23 密封窗
30 密封部
31 密封外壳
33 密封窗
34 气体入口
35 气体出口
37 气体
40 处理室
41 气体箱
42 引入窗口
43 照射窗
44 气体入口
45 衬底台
46 基座
47 扫描装置
48 基础
49 传送方向
51 阻挡板
52 阻挡板
54 狭缝
55 狭缝
57 反射镜
58 热绝缘体
60 光束阻尼器
201 玻璃衬底
202 栅极
203 栅极绝缘膜
204 非晶硅膜
205 多晶硅膜
206 层间绝缘膜
207a源极
207b漏极
300有机EL显示器
310 衬底
311 TFT层
311a TFT
312有机层
312a有机EL发光元件
312b分隔壁
313滤色器层
313a滤色器
314密封衬底
C1光轴
L1激光
M1衬底
R1反射光
R2反射光
R3反射光
600 圈闭结构
601 内部空间
610 构件
611 冷却管
612 冷却管
620 构件
621 冷却管
622 冷却管
625 盖
626 固定装置
630 檐状部
631 开口部
632 反射表面
640 相对部
641 上反射表面
642 下反射表面
645 突出部
650 终端部
651 反射表面
655 凹部
660 光吸收元件
661 片
662 片簧

Claims (20)

1.一种激光照射装置，包括：
光学模块，其构造成向照射对象照射激光；以及
光束阻尼器，其构造成吸收被所述对象反射的反射光，其中，
所述光束阻尼器包括第一构件和固定成与所述第一构件相对的第二构件，
所述第一构件包括檐状部，所述反射光入射到所述檐状部，并且
所述檐状部具有反射表面，所述反射表面构造成向由所述第一构件和所述第二构件包围的内部空间反射被所述对象反射的反射光。
2.根据权利要求1所述的激光照射装置，其中，设置于所述檐状部的所述反射表面是凹面。
3.根据权利要求1或2所述的激光照射装置，其中，所述光束阻尼器设置有光吸收元件，所述光吸收元件设置成面向所述内部空间并且构造成吸收所述反射光。
4.根据权利要求3所述的激光照射装置，其中，
所述光束阻尼器还包括：
设置有所述光吸收元件的终端部；以及
相对部，所述相对部设置在所述檐状部与所述终端部之间，
所述相对部设置有上反射表面和与该上反射表面相对的下反射表面，并且
被所述檐状部的反射表面反射的反射光的至少一部分被所述上反射表面和下反射表面反射并且入射到所述光吸收元件。
5.根据权利要求4所述的激光照射装置，其中，
所述终端部包括凹部，所述凹部在与所述对象的主表面正交的正交方向上比所述下反射表面更加朝向所述对象的一侧凹陷，并且
所述光吸收元件设置在所述凹部中。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光照射装置，所述激光照射装置还包括阻挡板，在所述阻挡板上形成有狭缝，所述激光穿过所述狭缝。
7.根据权利要求6所述的激光照射装置，其中，
所述檐状部包括开口部，所述反射光穿过所述开口部，并且
来自所述阻挡板的反射光经由所述开口部入射到所述光束阻尼器的内部空间。
8.根据权利要求7所述的激光照射装置，其中，所述激光照射装置还包括密封外壳，所述密封外壳构造成容纳所述阻挡板和所述光束阻尼器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光照射装置，其中，所述第一构件和所述第二构件的面向所述内部空间的表面构造成吸收入射的所述反射光的一部分。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的激光照射装置，其中，所述第一构件和所述第二构件设置有冷却管。
11.一种制造半导体装置的方法，包括以下步骤：
(A)从光学模块向衬底发射激光，在所述衬底上形成有包括半导体的膜；
(B)向所述衬底照射所述激光；以及
(C)使光束阻尼器接收照射所述衬底的激光中被所述衬底反射的反射光，其中，
所述光束阻尼器包括第一构件和固定成与所述第一构件相对的第二构件，
所述第一构件包括檐状部，所述反射光入射到所述檐状部，并且
所述檐状部具有反射表面，所述反射表面构造成向由所述第一构件和所述第二构件包围的内部空间反射被所述衬底反射的反射光。
12.根据权利要求11所述的制造半导体装置的方法，其中，设置于所述檐状部的所述反射表面是凹面。
13.根据权利要求11或12所述的制造半导体装置的方法，其中，所述光束阻尼器设置有光吸收元件，所述光吸收元件设置成面向所述内部空间并且吸收所述反射光。
14.根据权利要求13所述的制造半导体装置的方法，其中，
所述光束阻尼器还包括：
设置有所述光吸收元件的终端部；以及
相对部，所述相对部设置在所述檐状部与所述终端部之间，
所述相对部设置有上反射表面和与该上反射表面相对的下反射表面，并且
被所述檐状部的反射表面反射的反射光的至少一部分被所述上反射表面和下反射表面反射并且入射到所述光吸收元件。
15.根据权利要求14所述的制造半导体装置的方法，其中，
所述终端部包括凹部，所述凹部在与所述衬底的主表面正交的正交方向上比所述下反射表面更加朝向所述对象的一侧凹陷，并且
所述光吸收元件设置在所述凹部中。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的制造半导体装置的方法，其中，使所述激光穿过形成在阻挡板上的狭缝，并且用穿过所述狭缝的所述激光照射所述衬底。
17.根据权利要求16所述的制造半导体装置的方法，其中，
所述檐状部包括开口部，所述反射光穿过所述开口部，并且
来自所述阻挡板的反射光经由所述开口部入射到所述光束阻尼器的内部空间。
18.根据权利要求17所述的制造半导体装置的方法，其中，所述阻挡板和所述光束阻尼器容纳在密封外壳中。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的制造半导体装置的方法，其中，所述第一构件和所述第二构件的面向所述内部空间的表面吸收入射的所述反射光的一部分。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的制造半导体装置的方法，其中，所述第一构件和所述第二构件设置有冷却管。
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