CN203900744U - 一种激光退火设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种激光退火设备，用于对待处理层进行激光退火处理，所述激光退火设备包括：移动工作台，用于装载具有所述待处理层的基板；以及过渡腔室，设置在所述移动工作台的上方，用于向所述待处理层供给惰性气体，其中所述惰性气体的温度为200～500℃。本实用新型的激光退火设备通过向待处理层供给加热后的惰性气体，从而在退火处理时对待处理层进行预加热处理，由此达成更好的结晶效果，同时更容易地对预加热温度进行调节，此外还可提高激光光源的使用寿命并降低生产成本。

Description

一种激光退火设备

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，特别涉及一种激光退火设备。

背景技术

激光退火是目前制备低温多晶硅薄膜晶体管的主流技术，其是在非晶硅膜上用短脉冲激光进行扫描退火，使非晶硅薄膜重新结晶形成多晶硅。激光退火的温度低于450℃，可在玻璃基板上实现非晶硅到多晶硅的转化。

传统的激光退火设备中，将基板从外界环境直接送入退火箱中进行激光退火，由于基板的温度较低，导致经激光照射后不能马上达到熔化温度，需要使用多次脉冲激光扫描才能将非晶硅转化成多晶硅，大大降低了激光退火的效率和所得多晶硅的品质，同时增加了脉冲激光的使用次数，降低了激光光源的使用寿命，大幅增加生产成本。

US5529951公开了一种激光退火设备，向退火箱中通入氮气隔离，同时从底部平台对基板进行预加热处理，当激光能量作用在预加热后的基板上时，可较容易地使非晶硅转化成多晶硅，但此激光退火设备仍存在一些问题，由于基板具有一定厚度且大多存在多层结构，导致热量不能很快地从基板下表面传导到非晶硅层表面，同时底部平台的预加热温度与非晶硅层表面的实际温度不一致，因而不易对非晶硅层表面的温度进行控制和调节。

因此，需要一种直接对非晶硅层表面进行预加热的激光退火设备，以更好地控制和调节非晶硅层表面的温度。

发明内容

针对上述问题，发明人经过长期的深入研究，提出在退火箱中设置过渡腔室，用于向基板上的待处理层供给加热后的惰性气体，对待处理层进行预加热处理，从而达成更佳的结晶效果。

本实用新型提供一种激光退火设备，用于对待处理层进行激光退火处理，包括：

移动工作台，用于装载具有所述待处理层的基板；以及

过渡腔室，设置在所述移动工作台的上方，用于向所述待处理层供给惰性气体，其中所述惰性气体的温度为200～500℃。

在本实用新型激光退火设备的一个实施方式中，所述过渡腔室的上部开设有透过窗，用于使激光进入所述过渡腔室，所述过渡腔室的下部开设开口，用于使激光和所述惰性气体离开所述过渡腔室，所述开口对准所述待处理层并与所述透过窗相对应。

在本实用新型激光退火设备的另一个实施方式中，所述激光退火设备还包括一加热腔室，所述加热腔室与所述过渡腔室相连通，所述加热腔室中设置加热器，所述加热器用于对所述惰性气体进行加热。

在本实用新型激光退火设备的另一个实施方式中，所述加热器为附带温度控制功能的电热元件。

在本实用新型激光退火设备的另一个实施方式中，所述过渡腔室与所述加热腔室的连通处设置有气体隔板。

在本实用新型激光退火设备的另一个实施方式中，所述气体隔板包括多个设置在所述过渡腔室上部的第一隔板与多个设置在所述过渡腔室下部的第二隔板，所述第一隔板与所述第二隔板交替排列，且所述第一隔板与所述第二隔板的长度的加和大于或等于所述过渡腔室的上部与所述过渡腔室的下部之间的距离。

在本实用新型激光退火设备的另一个实施方式中，所述待处理层为非晶硅层。

在本实用新型激光退火设备的另一个实施方式中，所述惰性气体为氮气或氩气。

本实用新型的激光退火设备通过向待处理层供给加热后的惰性气体，从而在退火处理时对待处理层进行预加热处理，由此达成更好的结晶效果，同时更容易地对预加热温度进行调节，此外还可提高激光光源的使用寿命并降低生产成本。

附图说明

图1为本实用新型一个实施方式的激光退火设备的结构示意图；

图2为本实用新型另一个实施方式的激光退火设备的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1    激光退火设备

2    激光光源

3    激光

4    光学系统

5    退火箱

6    过渡腔室

6a   透过窗

6b   开口

6c   气体隔板

7    气体管路

8    加热腔室

8a   加热器

9a   基板

9b   待处理层

10   移动工作台

具体实施方式

下面根据具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明。本实用新型的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本实用新型。

图1示出了根据本实用新型一个实施方式的激光退火设备的结构示意图。如图1所示，激光退火设备1包括射出激光3的激光光源2、对激光3进行调整的光学系统4以及退火箱5。

激光光源2可应用例如准分子激光器、固定激光器或半导体激光器，激光3可以是脉冲振荡、连续振荡的任一种。

光学系统4可包括光束整形系统、反射镜和聚光透镜，其中光束整形系统可对激光3以在待处理层9b表面中成为剖面形状是线状或长方形状的光束的方式进行整形，反射镜将激光3向待处理层9b的方向反射，而聚光透镜将来自反射镜的激光3聚光到待处理层9b的表面。

退火箱5中设置过渡腔室6和移动工作台10，具有待处理层9b的基板9a置于移动工作台10之上，移动工作台10可沿横切激光3的方向进行移动，从而带动待处理层9b接受激光3的照射。

基板9a可为玻璃基板、半导体基板，待处理层9b设置在基板9a上，待处理层9b可例如为非晶硅层。

过渡腔室6设置在移动工作台10的上方，用于向待处理层9b供给惰性气体，其中该惰性气体的温度为200～500℃。

如图1所示，过渡腔室6的上部设置透过窗6a，用于使激光3进入过渡腔室6，透过窗6a对准光学系统4的激光射出口，过渡腔室的下部设置有开口6b，用于使激光3和惰性气体离开过渡腔室6，开口6b对准待处理层9b并与透过窗6a相对应，通过以上的设置，激光3可通过透过窗6a进入过渡腔室6内再经由开口6b射出，照射到待处理层9b上，同时惰性气体可经由开口6b流出至待处理层9b上。

在本实用新型激光退火设备的一个优选实施方式中，激光退火设备1还包括加热腔室8，加热腔室8与过渡腔室6相连通，同时气体管路7连接加热腔室8如图1所示，加热腔室8与过渡腔室6相邻设置且中间具有通孔。

加热腔室8中设置加热器8a，用于对惰性气体进行加热。惰性气体由气体管路7通入，在加热腔室8中经过加热器8的加热后进入过渡腔室6中，最后由开口6b流出至待处理层9b上。

加热器8a为附带温度控制功能的电热元件，可根据使用者的需求设定温度，由此可通过调节加热器8a来控制惰性气体的流出温度。加热器8a可例如为搭配温度传感组件及控制电路的电热丝组件或者加热灯管，但不限于此。

加热腔室8可设置在过渡腔室6的内部，也可设置在过渡腔室6的外部，在此不做限定。此外，也可直接由气体管路7向过渡腔室6中通入加热后的惰性气体。

如图2所示，过渡腔室6与加热腔室8的连通处可设置气体隔板6c，气体隔板6c包括多个设置在过渡腔室6上部的第一隔板与多个设置在过渡腔室6下部的第二隔板，第一隔板与第二隔板交替排列，且第一隔板与第二隔板的长度的加和大于或等于过渡腔室6的上部与下部之间的距离。

通过设置气体隔板6c，使加热后的惰性气体经过气体隔板6c后再进入过渡腔室6内，可使所供给的惰性气体的流速降低，从而利用较柔和的惰性气体对待处理层9b进行预加热。

通过以上述方式构成的激光退火设备1，使激光3从激光光源2射出，经由光学系统4的光束整形、反射和聚光后穿过透过窗6a进入退火箱5中，之后通过开口6b以线状或长方形状的光束照射到待处理层9b上。在该状态下通过移动工作台10使基板9a在光束的短轴方向移动，使激光照射部分在待处理层9b的整个面扫描。由此，进行待处理层9b的退火处理。

在此同时，由过渡腔室6向待处理层9b直接供给加热后的惰性气体而非从底部对基板9a进行加热再传导到待处理层9b上，减少了热量从基板向上传递的过程，使预加热更有效率，在进行激光退火时，待处理层9b可以很快达到熔化温度，无需多次激光照射即可使待处理层9b转变为多晶状态，结晶效果更好。

惰性气体选自氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气，优选为氮气或氩气。

由于加热后的惰性气体的温度与待处理层9b的表面温度基本一致，因此可方便地调节待处理层9b的预加热温度，加热后的惰性气体的温度优选设定为200～500℃，在此温度下能取得较好的预加热效果。

由于加热后的惰性气体是流动的，因此预加热的范围并不限于过渡腔室6的开口6b所对准的那一部分待处理层9b，全部的待处理层9b均能在退火时进行预加热。

在预加热处理后再进行激光退火的方式减少了激光照射的次数，延长了激光光源2的使用寿命，降低了生产成本。

综上所述，本实用新型的激光退火设备通过向待处理层供给加热后的惰性气体，从而在退火处理时对待处理层进行预加热处理，由此达成更好的结晶效果，同时更容易地对预加热温度进行调节，此外还可提高激光光源的使用寿命并降低生产成本。

本领域技术人员应当注意的是，本实用新型所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本实用新型的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本实用新型不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种激光退火设备，用于对待处理层进行激光退火处理，其特征在于，该激光退火设备包括：

移动工作台，用于装载具有所述待处理层的基板；以及

过渡腔室，设置在所述移动工作台的上方，用于向所述待处理层供给惰性气体，其中所述惰性气体的温度为200～500℃。

2.根据权利要求1的激光退火设备，其特征在于，所述过渡腔室的上部开设有透过窗，用于使激光进入所述过渡腔室，所述过渡腔室的下部开设开口，用于使激光和所述惰性气体离开所述过渡腔室，所述开口对准所述待处理层并与所述透过窗相对应。

3.根据权利要求2的激光退火设备，其特征在于，所述激光退火设备还包括一加热腔室，所述加热腔室与所述过渡腔室相连通，所述加热腔室中设置加热器，所述加热器用于对所述惰性气体进行加热。

4.根据权利要求3的激光退火设备，其特征在于，所述加热器为附带温度控制功能的电热元件。

5.根据权利要求3的激光退火设备，其特征在于，所述过渡腔室与所述加热腔室的连通处设置有气体隔板。

6.根据权利要求5的激光退火设备，其特征在于，所述气体隔板包括多个设置在所述过渡腔室上部的第一隔板与多个设置在所述过渡腔室下部的第二隔板，所述第一隔板与所述第二隔板交替排列，且所述第一隔板与所述第二隔板的长度的加和大于或等于所述过渡腔室的上部与所述过渡腔室的下部之间的距离。

7.根据权利要求1至6中任一项的激光退火设备，其特征在于，所述待处理层为非晶硅层。

8.根据权利要求1至6中任一项的激光退火设备，其特征在于，所述惰性气体为氮气或氩气。