DE102006018801A1 - Vorrichtung sowie Verfahren zum Erhitzen eines Substrats - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) sowie ein Verfahren zum Erhitzen eines Substrats (28), insbesondere einer amorphen Halbleiterschicht (28) wie eine amorphe Siliziumschicht (28), mit Hilfe eines unter einem Einfallswinkel (epsilon) auf die Substratoberfläche (30) auftreffenden Strahlbündels (38). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Einfallswinkel (epsilon) größer als 5° ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Substrats, insbesondere einer amorphen Halbleiterschicht wie eine amorphe Siliziumschicht, mit Hilfe eines unter einem Einfallswinkel auf die Substratoberfläche auftreffenden Strahlbündels nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 15.
  • Für viele Anwendungen in der Mikroelektronik und der Displaytechnik werden dünne Schichten aus polykristallinem Silizium auf Glas benötigt. Aus solchen Substraten werden beispielsweise Flüssigkristall-Displays (LCD), organische lichtemittierende Halbleiter-Displays (OLED) oder auch polykristalline Dünnschicht-Solarzellen hergestellt.
  • Ein üblicher und kostengünstiger Weg hierzu ist das Abscheiden von amorphem Silizium (a-Si) durch Sputter- oder CVD- (Chemical Vapor Deposition) Verfahren auf Glasplatten und das nachträgliche Kristallisieren der amorphen Schicht zu polykristallinem Silizium (poly-Si).
  • Das Kristallisieren ist aus zwei Gründen notwendig: Zum Einen steigt die Beweglichkeit μ der Ladungsträger in der Halbleiterschicht, zum anderen absorbiert polykristallines Silizium sichtbares Licht deutlich besser als amorphes Silizium.
  • Das Kristallisieren kann im Prinzip durch Wärmebehandlung bei etwa 1000 °C im Ofen erfolgen. Allerdings ist ein solches Verfahren dann nur für teure und hoch-wärmefeste Substratmaterialien, wie z.B. Quarz, geeignet. Kostengünstiges Floatglas (z.B. für die Displayproduktion) und Kunststoffe können nur benutzt werden, wenn die Kristallisierung durch ein substratschonendes (Laser-) Verfahren erfolgt, wie es z.B. das Excimer-Laser-Kristallisieren (ELC, Excimer-Laser-Crystallization) oder das sequentielle gerichtete Laser-Kristallisieren (SLS, Sequential Lateral Solidification) ist.
  • Beim sogenannten TDX-(Thin Beam Directional X'talization)-Prozess, welcher z.B. in D.S. Knowles et al., „Thin Beam Crystallization Method: a New Laser Annealing Tool with Lower Cost and Higher Yield for LTPS Panels", SID Digest 2005; presented on May 25-27, 2005 at SID Conference oder in Ji-Yong Park et al., "Thin Laser Beam crystallization method for SOD and OLED application", SID Digest 2005; presented on May 25-27, 2005 at SID Conference beschrieben ist und auf den sich die vorliegende Erfindung vorwiegend (jedoch nicht ausschließlich) bezieht, wird ein sehr schmaler (ca. 5-10 μm), langer (derzeit 730 mm) und homogener Strahl verwendet. Dieser homogenisierte und zu einer Beleuchtungslinie geformte Laserstrahl mit hoher Laserleistung im ultravioletten Spektralbereich wird über ein mit amorphem Silizium (a-Si) beschichtetes Substrat geführt wird. Der Laserstrahl wird an der Oberfläche dieser im Allgemeinen nur 50 bis 100 nm dünnen a-Si Schicht absorbiert, ohne das Substrat stark aufzuheizen und somit zu beschädigen. Durch den Laserstrahl wird die a-Si-Schicht aufgeschmolzen und erstarrt während des Abkühlens zum gewünschten polykristallinen Silizium (poly-Si). Der Laserstrahl wird üblicherweise von einem vorzugsweise gepulst mit bis zu 6 kHz betriebenen Excimerlaser erzeugt.
  • In der JP-A-2000-269161, von der die Erfindung ausgeht, ist ein Laser-Strahl-Beleuchtungssystem beschrieben, bei dem der einfallende Strahl zur Verhinderung von Rückreflexionen unter einem Einfallswinkel größer als 0° jedoch kleiner oder gleich 5° auf die Substratoberfläche gerichtet wird. Unter Einfallswinkel versteht man in dieser Offenlegungsschrift ebenso wie in der vorliegenden Patentanmeldung den Winkel zwischen der Normalen auf der Substratoberfläche und dem Mittenstrahl bzw. der Ausbreitungsrichtung des Laser-Strahlbündels. In diesem Dokument wird explizit darauf hingewiesen, dass zu große Einfallswinkel vermieden werden sollen, weil sonst die Energiedichte auf dem beleuchteten Abschnitt klein wird und der Prozesswirkungsgrad abnimmt.
  • Obwohl sich dieses Laser-Strahl-Beleuchtungssystem dem Grunde nach bewährt hat, besteht weiter der Bedarf die Effizienz eines derartigen Beleuchtungssystems zu steigern.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erhitzen eines Substrats der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass ein größerer Teil des auf das Substrat auftreffenden Strahlbündels vom Substrat absorbiert wird. Die Aufgabe besteht insbesondere in der Erhöhung der Effizienz und Prozessgeschwindigkeit/Durchsatz beim sogenannten (THX-) Prozess (sequential lateral solidification, zur Umwandlung von a-Si in poly-Si durch Aufschmelzen und gerichtetes Erstarren mittels Excimer-Laser).
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung, insbesondere eine Laserkristallisationsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, oder durch eine Vorrichtung, insbesondere eine Laserkristallisationsvorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche 8 oder 10, sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15, oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 22 oder 24, gelöst.
  • Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Vorrichtung zum Erhitzen (insbes. Kristallisieren oder Rekristallisieren) eines Substrats, wie z.B. eines Laser-Strahl-Beleuchtungssystems zum Kristallisieren einer amorphen Halbleiterschicht (beispielsweise amorphes Silizium), mittels (Laser-) Strahlung und das entsprechende Verfahren zeichnen sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Einfallswinkel, unter dem das Strahlbündel auf die Substratoberfläche trifft (oder anders ausgedrückt der Winkel zwischen dem Zentralstrahl des Strahlbündels und der Substratoberflächennormalen), größer als 5°, vorzugsweise größer als 25° und höchst vorzugsweise größer als 50° ist. Eine Steigerung der Absorption hat allgemein den Vorteil, dass ggf. auf zusätzliche Strahlfallen verzichtet werden kann.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich die Absorption verbessert, wenn man polarisierte Strahlung verwendet. Insbesondere kann die reflektierte und damit ungenutzte Leistung deutlich reduziert werden, wenn man unter winkliger Anordnung von Einfallsstrahl und Substratoberflächennormalen (überwiegend) p-polarisiertes Licht verwendet. Unter p-polarisiertem Licht versteht man eine elektromagnetische Strahlung, bei welcher das elektrische Feld in der Einfallsebene schwingt. Unter Licht ist vorliegend nicht nur der sichtbare Anteil der elektromagnetischen Strahlung zu verstehen, sondern die elektromagnetischen Wellen im Bereich von wenigen Nanometern (sog. EUV – extreme ultra violett, z.B. 13 nm) bis über 1400 Nanometern (nm) Wellenlänge.
  • Das Reflexionsvermögen eines mit p-polarisiertem Licht bestrahlten Substrats ist dann minimal, wenn der Winkel, unter dem das Licht auf die Substratoberfläche trifft, gerade dem Brewster-Winkel (Polarisationswinkel) entspricht. Es hat sich daher in vielen Fällen als günstig erwiesen, den Einfallswinkel genau so groß wie den Polarisationswinkel oder um bis zu 10° oder ggf. bis zu 20° von diesem Idealwert abweichend zu wählen. Abweichungen von diesem Brewster-Winkel um bis zu weniger als 30° (insbesondere zu kleineren Winkeln hin) sind in der Regel ausreichend, da andere, insbesondere auch die nachfolgend beschriebenen Effekte die Prozesseffizienz trotz um ein mehrfaches reduzierter Reflektivität in der Nähe des Brewster-Winkels verringern.
  • Bei schräger Einstrahlung verbreitert sich der Lichtfleck auf der Substratoberfläche. Betrachtet man z.B. Silizium als Substratmaterial und bestrahlt man mit Licht einer Wellenlänge von, so stellt man fest, dass sich die Reflektivität bei einem Winkel von etwa 50° auf 25 % reduziert, die Fokusbreite jedoch gleichzeitig um einen Faktor 1,5 höher wird. Dieser Effekt kann in gewissen Grenzen durch das optische Design des Abbildungssystems kompensiert werden. Mit zunehmendem Einfallswinkel nimmt jedoch auch die Fokustiefe ab, was etwas höhre Anforderungen an die Präzesion oder Maschine zur Folge hat. Es muss also ein Kompromiss zwischen Einfallswinkel und damit Effizienz und den Fokuseigenschaften eingegangen werden.
  • Wie sich aus der Beschreibungseinleitung ergibt, wird gemäß dem Stand der Technik UV-Strahlung verwendet, um eine Umwandlung von amorphem Silizium in polykristallines Silizium herbeizuführen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass man eine verbesserte (Laser-) Kristallisation, nicht nur bei schrägem Einfall des zur Kristallisation benötigten Strahlbündels, erzielt, wenn die Arbeits-Wellenfrequenz des Strahlbündels etwa 560 THz (entsprechend 530 nm Wellenlänge) beträgt, weil die Reflektivität verringert bzw. die Absorption erhöht wird. Schon eine Arbeits-Wellenfrequenz des Strahlbündels kleiner als 800 THz, vorzugsweise kleiner als 700 THz, führt zu verbesserten Absorptionseigenschaften gegenüber herkömmlichen Systemen. Andererseits sollte die Arbeits-Wellenfrequenz des Strahlbündels größer als 500 THz, vorzugsweise jedoch größer als 530 THz sein, um eine hinreichende Absorption zu erhalten.
  • Die Arbeits-Wellenfrequenz sollte dem Wert der höchsten Absorption des Substrats oder einem hiervon um höchstens 30%, vorzugsweise um höchstens 20%, höchst vorzugsweise um höchstens 10% abweichenden Wert entsprechen.
  • Das oben beschriebene Verfahren eignet sich nicht nur für Laserkristallisationseinrichtungen, bei denen ein punktförmiger Strahl über das zu kristallisierende Substrat geführt wird, sondern auch und insbesondere für Laserkristallisationseinrichtungen mit langem und schmalem Strahlbündel der in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Art. Ganz allgemein kann dieses Verfahren bei einer Vorrichtung eingesetzt werden, bei der das sich in einer Ausbreitungsrichtung ausbreitende Strahlbündel senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung eine räumliche Ausdehnung in einer ersten Richtung (nachfolgend als kurze Achse bezeichnet) und eine räumliche Ausdehnung in einer zu der Ausbreitungsrichtung senkrechten und einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung aufweist (nachfolgend als lange Achse bezeichnet), wobei die räumliche Ausdehnung des Strahlbündels in der zweiten Richtung wenigstens 10 000 mal, vorzugsweise 100 000 mal, höchst vorzugsweise 150 000 mal größer ist, als die räumliche Ausdehnung des Strahlbündels in der ersten Richtung.
  • Die erste Richtung und die Substratoberfläche schließen dabei vorzugsweise einen Winkel ein. Der schräge Einfall ist also vorzugsweise nicht (nur) längs der langen Achse sondern auch oder vorzugsweise nur in Richtung der kurzen Achse. Insbesondere mit zunehmendem Einfallswinkel sind die Auswirkungen der durch den schrägen Lichteinfall verursachten Fokustiefenänderungen weniger gravierend.
  • Der Winkel, um den die Substratoberfläche gegenüber der ersten Richtung geneigt ist, entspricht aus diesem Grund vorzugsweise dem Einfallswinkel oder weicht (vorzugsweise bei kleinen Einfallswinkeln) von diesem um höchstens 30%, vorzugsweise um höchstens 20%, höchst vorzugsweise um höchstens 10% ab.
  • Die Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung näher beschrieben. Gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile sind in allen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Obwohl die Erfindung nachfolgend am Beispiel der Laserkristallisation von amorphem Silizium erläutert wird, wird hiermit noch einmal explizit darauf hingewiesen, dass sich das nachfolgend beschriebene Verfahren bzw. die nachfolgend beschriebene Anordnung auch für andere Anwendungen eignet. Voraussetzung ist lediglich, dass das bestrahlte Substrat die einfallende Strahlung absorbiert und sich dabei erwärmt. Es zeigen:
  • 1: Eine Vorrichtung zur Laserkristallisation von amorphem Silizium im Längsschnitt in der yz-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems.
  • 2: Die Vorrichtung nach der 1 im Längsschnitt in der xz-Ebene.
  • 3: Die Reflektivität einer 50 nm dicken Silizium-Schicht auf Quarzglas für verschiedene Einfallswinkel sowie p- und s-Polarisation.
  • 4: Die Reflektivität einer 50 nm dicken Silizium-Schicht auf Quarzglas für verschiedene Wellenlängen und p-Polarisation.
  • 5: Die Fokustiefe für einen senkrecht (Einfallswinkel 0°) einfallenden Strahl.
  • 6: Die Fokustiefe für einen unter einem Einfallswinkel von 45° einfallenden Strahl.
  • Die 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung 2 zur Laserkristallisation von amorphem Silizium gemäß der Erfindung. Die optische Vorrichtung 2 umfasst einen Excimer Laser 10, der ein gepulstes Lichtstrahlbündel 12 in an sich bekannter Weise in z-Richtung emittiert. Anstelle eines Excimer Lasers 10 kann grundsätzlich auch jede andere Lichtquelle mit hinreichender Leistung und einer Emission im gewünschten Spektralbereich verwendet werden. Es kann auch ein gepulster CO2-Laser, ein Dioden-Laser, ein Festkörperlaser oder ein frequenzverdoppelter Festkörperlaser verwendet werden. Der Strahlquerschnitt in der zur Ausbreitungsrichtung z des im vorliegenden Beispiel emittierten Excimer Laserstrahlbündels 12 senkrechten xy-Ebene beträgt vorliegend 15 mal 40 Millimeter. Der Excimer Laser 10 kann beispielsweise Strahlung im Spektralbereich zwischen 130 nm und 600 nm ausstrahlen. Vorzugsweise wird ein Laser 10 verwendet, welcher bei 530 nm emittiert.
  • Dieses Laserstrahlbündel 12 wird mittels der optischen Vorrichtung 2 in ein Strahlbündel 38 transformiert, welches auf einem in einer Feldebene angeordneten und die Siliziumschicht tragenden Substrat 28 eine lange (Ausdehnung in langer Achsrichtung Al hier l = 730 mm) aber sehr schmale (Ausdehnung in kurzer Achsrichtung As hier s = 5-10 μm) Beleuchtungslinie 14 erzeugt. Zu diesem Zweck wird das mit Hilfe des Excimer Lasers 10 erzeugte Lichtstrahlbündel 12 – falls erforderlich oder gewünscht – zunächst einem Strahlabschwächer (nicht gezeigt) und ggf. einem oder mehreren Homogenisierern (nicht gezeigt) für die lange und/oder kurze Achse Al, As zugeführt, und trifft dann auf eine Anordnung anamorphotisch abbildender Zylinderlinsen 16. Das Laserstrahlbündel 12 wird mittels dieser Zylinderlinsen 16 in den Richtungen x, y der langen und kurzen Achse Al, As in unterschiedlicher Weise abgebildet. Insbesondere findet in Richtung der langen Achse Al eine Strahlaufweitung und in Richtung der kurzen Achse As eine Strahlkomprimierung statt. Weiterhin findet eine Strahlhomogenisierung statt, vorzugsweise so, dass der Strahl über seiner gesamten Erstreckung eine im wesentlichen homogene Intensität aufweist. Ein Beispiel für solches anamorphotisches Abbildungssystem und insbesondere ein typischer Satz anamorphotisch abbildender zylinderförmiger Linsen 16 ist in der DE 195 20 187 C1 beschrieben.
  • Um die sogenannte kurze Achse As der Beleuchtungslinie 14 zu erhalten (d.h. den Lichtstrahldurchmesser auf der Breite der Beleuchtungslinie 14 von gewöhnlich 5 bis 10 μm) randscharf zu begrenzen, ist in dem in der DE 195 20 187 C1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Schlitz vorgesehen, welcher die Randbereiche der Beleuchtungslinie 14 in der kurzen Achse As beschneidet. Es hat sich gezeigt, dass es ausreichend ist, wenn nur eine der beiden Längskanten der Beleuchtungslinie 14, nämlich die sogenannte abfallende Kante, welcher das Substrat 28 nach Abschluss der Kristallisation noch ausgesetzt ist, eine erhöhte Kantensteilheit aufweist. Zur Erzeugung dieser erhöhten Flankensteilheit ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 eine Feldblende 18 eingesetzt, welche das aufgeweitete und homogenisierte Laserstrahlbündel 20 einseitig beschneidet.
  • Dieses randscharfe Lichtstrahlbündel 22 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf die in einer Feldebene angeordneten Substratoberfläche 30 des Substrats 28 (oder genauer auf die Siliziumoberfläche) mittels eines transmittierenden Systems abgebildet, das zwei zylinderförmige Projektionsobjektive 24, 26 aufweist. Anstelle eines transmittierenden (dioptrischen) Systems kann auch ein reflektierendes System oder ein (katadioptrisches) Mischsystem eingesetzt werden. Dieses optische System kann eine reduzierende Optik sein, welche die durch das Element 18 erzeugte Strahlbegrenzung, z.B. in einem Verhältnis von 10:1, abbildet.
  • Bevor das verkleinert abgebildete Lichtstrahlbündel 22 trifft, muss es im vorliegenden Ausführungsbeispiel noch eine planparallele Glasplatte 24 passieren. Diese dient zum Schutz der abbildenden Optik vor Kontaminationen und ggf. zur weiteren Konditionierung des Lichtstrahlbündels 32.
  • Während gemäß dem in der DE 195 20 187 C1 beschriebenen Ausführungsbeispiel das zur Laserstrahlkristallisation vorgesehene Strahlbündel senkrecht und gemäß den in der JP-A-2000-269161 beschriebenen Ausführungsbeispielen unter einem vom senkrechten Einfall bis zu 5 Grad abweichenden Winkel auf die Substratoberfläche 30 trifft, fällt das Licht 38 im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 in Richtung zur kurzen Achse As weit schräger ein. Im Beispiel beträgt der Einfallswinkel ε des Mittenstrahls 42 des Strahlbündels 38 (bzw. der Ausbreitungsrichtung z) zur Substratoberflächennormalen 36 etwa 30°.
  • Beim SLS-Verfahren wird mittels des auf die Linie 14 fokussierten gepulsten Excimer-Lasers 10 die Silizium-Schicht (Dicke etwa 30-100 nm) auf dem Substrat 28 auf einer Breite von etwa 10 μm aufgeschmolzen. Würde die Strahlung mit einem Einfallswinkel ε zwischen 0°-10° auf dem Substrat 28 auftreffen, so würde – wie aus 3 ersichtlich ist – unabhängig von der Polarisation etwa 50 % der Leistung absorbiert und 50 % reflektiert werden. Für die zur LCD-Herstellung typischen Si-Materialstärken ist die transmittierte Leistung vernachlässigbar.
  • Die reflektierte, und damit ungenutzte, Leistung kann deutlich reduziert werden, wenn bei von 0° verschiedenem Einfallswinkel ε zur Rekristallisation p-polarisiertes Licht verwendet wird. Aus dem Reflektivitätsdiagramm nach der 3, in dem die Reflektivität einer 50 nm dicken Siliziumschicht auf Quarzglas für einen in einem Einfallswinkelbereich ε zwischen 0° und 90° einfallenden p-polarisierten (untere Kurve) und s-polarisierten (obere Kurve) Laserstrahl der Wellenlänge λ = 531 nm aufgetragen ist, kann abgelesen werden, dass sich die reflektierte Leistung bei Verwendung von p-polarisiertem Licht für einen Einfallswinkel ε von 60° halbiert und für ε = εP = 78° ein Minimum von etwa 10 % erreicht. εP symbolisiert hier den sogenannten Polarisations- oder Brewster-Winkel. Die Effizienz des Prozesses kann so (theoretisch) um bis zu 80 % erhöht werden. Es wird prinzipiell möglich, auf Strahlfallen zu verzichten und Störeinflüsse auf den Prozess und auf prozessrelevante Messtechnik können reduziert werden.
  • Außer der gegenüber dem Stand der Technik geänderten Neigung des Substrats 28 zum Einfallsstrahl 38 unterscheidet sich die optische Vorrichtung gemäß der Erfindung daher auch darin, dass in den Strahlengang ein Polarisator 40, z.B. ein Polarisationsfilter oder ein anderes Polarisationsbeeinflussendes Element, eingesetzt ist. Letzteres kann z.B. einen polarisierten Laser insbesondere mit einem sog. Brewster-Fenster oder Schichten mit unterschiedlicher Reflexion/Transmission für p- und s-polarisiertes Licht umfassen. Der hier verwendete Polarisator 40 ist dazu vorgesehen, den Anteil des p-polarisierten Nutz-Lichts 12 zu erhöhen. Vorzugsweise wird das gesamte von dem Laser 10 emittierte Strahlenbündel 12 p-polarisiert. Obwohl der Polarisator 40 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen dem Laser-Austritt und den Zylinderlinsen 16 angeordnet ist, könnte dieser auch an nahezu jeder beliebigen Stelle im Strahlengang Lasers oder des Laserbündels 12, 20, 22, 32, 38 angeordnet sein.
  • Der Effizienzzuwachs kann unterschiedlich genutzt werden:
    • i) Der Prozess kann mit derselben absorbierten Leistung betrieben werden. Es ist sonst mit keinen Änderungen der Parameter zu rechnen. Die Pulsleistung des Lasers kann reduziert werden, was einen kleineren Laser und längere Lebenszeiten aller Optiken ermöglicht.
    • ii) Bei gleicher eingestrahlter Leistung kann ein breiteres Feld aufgeschmolzen und damit die Geschwindigkeit des Panel-Prozesses gesteigert werden.
  • Eine alternative Methode zur Erhöhung der Effizienz des Aufschmelzprozesses ist die Veränderung der Arbeitswellenlänge λ gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Werten. 4 zeigt die Reflektivität einer 50 nm dicken Silizium-Schicht auf Quarzglas für verschiedene Wellenlängen λ des verwendeten Lichts und p-Polarisation. Die Reflektivität für kleine Winkel ε vermindert sich für eine Wellenlänge λ von 530 nm auf etwa 35 %. Zudem kann man für etwas längere Wellenlängen λ zu der Bandkarte von Si bei etwa 90 nm das Reflektivitätsminimum εP zu kleineren Winkeln verschieben.
  • Die Erfindung sieht weiter ein verändertes Abbildungssystem 2 vor, um den Einfallswinkel ε der Laserstrahlung 38 einzustellen. Insbesondere kann eine Kippeinrichtung vorgesehen sein, um den Einfallswinkel ε gezielt einstellen zu können. Die Kippeinrichtung ist in der 1 mit Hilfe des Doppelpfeils 44 skizziert. Diese Maßnahme stellt technisch prinzipiell kein Problem dar, allerdings verbreitert sich die Beleuchtungslinie 14 (Spot) geometrisch in der Panelebene 30. Das kann in gewissen Grenzen durch das optische Design des Abbildungssystems 2 kompensiert werden. Die effektive Fokustiefe des Systems 2 reduziert sich dabei jedoch ebenfalls geometrisch. Die 5 und 6 zeigen zur Demonstration dieses Sachverhalts die Fokustiefe DOF für einen senkrecht (5) und einen unter 45° einfallendes (6) Strahlbündel 38.
  • Es muss also ein Kompromiss zwischen Einfallswinkel ε und damit Effizienz ηund den Fokuseigenschaften, insbesondere der Fokustiefe DOF, eingegangen werden. Bei einem Winkel um 50° reduziert sich die Reflektivität beispielsweise auf 25 % und die Fokusbreite erhöht sich um einen Faktor 1.5. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass die verwendete Wellenlänge λ der eingesetzten Strahlung und der Einfallswinkel ε auf das jeweils verwendete (Halbleiter-) Material und dessen Schichtdicke optimiert werden müssen.
    • 2
    Vorrichtung zur Laserkristallisation von amorphem Silizium
    10
    Excimer-Laser
    12
    Strahlbündel
    14
    Beleuchtungslinie
    16
    Zylinderlinsen
    18
    Feldblende
    20
    Strahlbündel
    22
    Strahlbündel
    24
    Zylinderlinse
    26
    Zylinderlinse
    28
    Substrat
    30
    Substratoberfläche
    32
    Strahlbündel
    34
    Austrittsfenster
    36
    Substratoberflächennormale
    38
    Strahlbündel
    40
    Polarisator
    42
    Mittenstrahl
    44
    Kippeinrichtung
    As
    kurze Achse
    Al
    lange Achse
    s
    Ausdehnung in kurzer Achsrichtung
    l
    Ausdehnung in langer Achsrichtung
    x
    Richtung
    y
    Richtung
    z
    Richtung
    ε
    Einfallswinkel
    εP
    Brewster-Winkel, Polarisationswinkel
    λ
    Wellenlänge

Claims (28)

  1. Vorrichtung (2) zum Erhitzen eines Substrats (28), insbesondere einer amorphen Halbleiterschicht (28) wie eine amorphe Siliziumschicht (28), mit Hilfe eines unter einem Einfallswinkel (ε) auf die Substratoberfläche (30) auftreffenden Strahlbündels (38), dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 5° ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 10°, vorzugsweise größer als 15°, höchst vorzugsweise größer als 20° ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 25°, vorzugsweise größer als 30°, höchst vorzugsweise größer als 35° ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 40°, vorzugsweise größer als 45°, höchst vorzugsweise größer als 50° ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 55°, vorzugsweise größer als 60°, höchst vorzugsweise größer als 65° ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 70°, vorzugsweise größer als 75°, höchst vorzugsweise größer als 80° ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) dem Brewster-Winkel (εP) entspricht oder von diesem um weniger als 30°, vorzugsweise um weniger als 20°, höchst vorzugsweise um weniger als 10° abweicht.
  8. Vorrichtung (2) zum Erhitzen eines Substrats (28), mit Hilfe eines auf die Substratoberfläche (30) auftreffenden Strahlbündels (38), insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlbündel (38) polarisiert ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlbündel (38) p-polarisiert ist.
  10. Vorrichtung (2) zum Erhitzen eines Substrats (28), mit Hilfe eines auf die Substratoberfläche (30) auftreffenden Strahlbündels (38), insbesondere nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfrequenz des Strahlbündels (38) dem Wert der höchsten Absorption des Substrats (28) oder einem hiervon um höchstens 30%, vorzugsweise um höchstens 20%, höchst vorzugsweise um höchstens 10% abweichenden Wert entspricht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfrequenz des Strahlbündels (38) 560 THz beträgt oder dass die Wellenfrequenz des Strahlbündels (38) kleiner als 800 THz, vorzugsweise kleiner als 700 THz, ist und/oder dass die Wellenfrequenz (38) des Strahlbündels größer als 500 THz, höchst vorzugsweise größer als 530 THz ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitende Strahlbündel (38) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung (s) in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei die räumliche Ausdehnung (1) des Strahlbündels (38) in der zweiten Richtung (x) wenigstens 10 000 mal, vorzugsweise 100 000 mal, höchst vorzugsweise 150 000 mal größer ist, als die räumliche Ausdehnung (s) des Strahlbündels (38) in der ersten Richtung (y).
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (y) und die Substratoberfläche (30) einen Winkel (ε) einschließen.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel dem Einfallswinkel (ε) entspricht oder von diesem um höchstens 30%, vorzugsweise um höchstens 20%, höchst vorzugsweise um höchstens 10% abweicht.
  15. Verfahren zum Erhitzen eines Substrats (28), insbesondere einer amorphen Halbleiterschicht wie eine amorphe Siliziumschicht, mit Hilfe eines unter einem Einfallswinkel (ε) auf die Substratoberfläche (30) auftreffenden Strahlbündels (38), dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 5° ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 10°, vorzugsweise größer als 15°, höchst vorzugsweise größer als 20° ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 25°, vorzugsweise größer als 30°, höchst vorzugsweise größer als 35° ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 15, 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 40°, vorzugsweise größer als 45°, höchst vorzugsweise größer als 50° ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 55°, vorzugsweise größer als 60°, höchst vorzugsweise größer als 65° ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) größer als 70°, vorzugsweise größer als 75°, höchst vorzugsweise größer als 80° ist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfallswinkel (ε) dem Brewster-Winkel (εP) entspricht oder von diesem um weniger als 30°, vorzugsweise um weniger als 20°, höchst vorzugsweise um weniger als 10° abweicht.
  22. Verfahren zum Erhitzen eines Substrats (28), mit Hilfe eines auf die Substratoberfläche (30) auftreffenden Strahlbündels (38), insbesondere nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlbündel (38) polarisiert ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlbündel (38) p-polarisiert ist.
  24. Verfahren zum Erhitzen eines Substrats (28), mit Hilfe eines auf die Substratoberfläche (30) auftreffenden Strahlbündels (38), insbesondere nach einem der Ansprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfrequenz dem Wert der höchsten Absorption des Substrats (28) oder einem hiervon um höchstens 30%, vorzugsweise um höchstens 20% höchst vorzugsweise um höchstens 10% abweichenden Wert entspricht.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenfrequenz des Strahlbündels (38) 560 THz beträgt oder dass die Wellenfrequenz des Strahlbündels (38) kleiner als 800 THz, vorzugsweise kleiner als 700 THz, ist und/oder dass die Wellenfrequenz des Strahlbündels (38) größer als 500 THz, höchst vorzugsweise größer als 530 THz ist.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das sich in einer Ausbreitungsrichtung (z) ausbreitende Strahlbündel (38) senkrecht zu der Ausbreitungsrichtung (z) eine räumliche Ausdehnung (s) in einer ersten Richtung (y) und eine räumliche Ausdehnung (1) in einer zu der Ausbreitungsrichtung (z) senkrechten und einer zu der ersten Richtung (y) senkrechten zweiten Richtung (x) aufweist, wobei die räumliche Ausdehnung (1) des Strahlbündels (38) in der zweiten Richtung (x) wenigstens 10 000 mal, vorzugsweise 20 000 mal, höchst vorzugsweise 30 000 mal größer ist, als die räumliche Ausdehnung (s) des Strahlbündels (38) in der ersten Richtung (y).
  27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (y) und die Substratoberfläche (30) einen Winkel einschließen.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel dem Einfallswinkel (ε) entspricht oder von diesem um höchstens 30%, vorzugsweise um höchstens 20%, höchst vorzugsweise um höchstens 10% abweicht.
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