JP2002118076A - シリコン膜のエキシマレーザー処理時に多結晶シリコン膜に混入する酸素量を制御する装置 - Google Patents

シリコン膜のエキシマレーザー処理時に多結晶シリコン膜に混入する酸素量を制御する装置

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JP2002118076A
JP2002118076A JP2001247118A JP2001247118A JP2002118076A JP 2002118076 A JP2002118076 A JP 2002118076A JP 2001247118 A JP2001247118 A JP 2001247118A JP 2001247118 A JP2001247118 A JP 2001247118A JP 2002118076 A JP2002118076 A JP 2002118076A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＥＬＡ多結晶シリコン膜に混入する酸素量を
効率的に制御して、その酸素含有量を所定の閾値の下に
保つこと。 【解決手段】 表面を有する半導体材料を処理するレー
ザーアニーリング装置は、ａ）該半導体材料の表面上の
位置にビームを向けるレーザーと、ｂ）該半導体材料の
表面上の位置にガスフローを送って、該ビームが向けら
れる位置から周囲空気を除去するノズルとを備える。既
存のレーザーアニーリング機器を改修するキットは、
ａ）ターゲット材料をアニールするように、レーザービ
ームが向けられるターゲット領域から周囲空気を除去す
る少なくとも１つのノズルを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して、フラット
パネルディスプレイ製造システム、より具体的には、フ
ラットパネルディスプレイ基板上で多結晶シリコン膜を
調整する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはアク
ティブマトリクスディスプレイ型のフラットパネルディ
スプレイにおいて用いられる薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）は、透明基板上に堆積されたシリコン膜上に製造さ
れる。最も広く用いられている基板はガラスである。ア
モルファスシリコンは、ガラス上に容易に堆積される。
アモルファスシリコンは、形成され得るＴＦＴの品質を
制限する。駆動回路および他の部品、ならびに各ピクセ
ルに関連付けられるスイッチが、ディスプレイパネル上
に形成される場合、結晶シリコンが好適である。
【０００３】アモルファスシリコンを固相結晶化によっ
て結晶化して、結晶シリコンを形成し得る。固相結晶化
は高温アニーリングによって実施される。しかし、ガラ
ス基板は、シリコンを溶融し、結晶化させるために必要
な温度に耐えることができない。石英基板は高温アニー
リングに耐え得るが、石英基板は、殆どのＬＣＤ用途に
ついて高価過ぎる。
【０００４】ガラスは、６００℃より高い温度にさらさ
れると変形するので、ガラス上のシリコンの固相処理の
ために、低温結晶化（好適には、５５０℃未満）が用い
られる。低温処理は、長いアニール時間（少なくとも、
数時間）を必要とする。このような処理は、非効率的で
あり、比較的低い電界効果移動度および不十分な輸送特
性を有する多結晶シリコンＴＦＴを産出する。ガラス上
に堆積されたままのアモルファスシリコンを固相結晶化
することによって生成される多結晶シリコンは、結晶サ
イズが小さいこと、および結晶構造における粒内欠陥の
密度が高いことが欠点である。
【０００５】エキシマレーザーアニーリング（ＥＬＡ）
は、ガラス上のアモルファスシリコンの低温固相結晶化
の代わりとして、盛んに研究されてきた。エキシマレー
ザーアニーリングにおいて、高エネルギーパルスレーザ
ーは、目的となる膜の選択された領域にレーザ照射を向
け、シリコンを短い時間非常に高温にさらす。典型的に
は、各レーザーパルスは、微小領域（直径数ミリメート
ル）しかカバーせず、基板またはレーザーが、当該技術
において公知であるように、重なった露出の露出パター
ンになるように動かされる。現在では、より大きいビー
ムプロフィールを有するより強力なレーザーが、利用可
能であるか、または盛んに開発されており、必要な露出
の回数を減少させている。露出の回数およびパターンに
関係なく、ＥＬＡは、下のガラス基板を損傷することな
く、アモルファス膜の領域が結晶化されることを可能に
する。
【０００６】ＥＬＡの主な利点は、優れた構造品質の多
結晶粒子の形成およびディスプレイパネルの選択された
領域を処理する能力である。ＥＬＡによって透明基板上
に生成される多結晶シリコンは、現在スクリーンの端に
沿って実装されているＩＣ駆動回路に匹敵する電子移動
度特性を有する。従って、駆動回路を基板上に組み込む
ことが可能になり、製造が簡略化される。
【０００７】ＥＬＡが悩まされる最も一般的な問題は、
大きく均一なサイズの結晶粒の生成に関連するプロセス
ウィンドウが狭いことである。また、プロセスに固有の
表面粗さが問題となる。研究によって、表面状態の改
善、欠陥の減少、結晶のサイズの増大が、酸素含有量の
少ないＥＬＡ多結晶シリコン膜に関することが示唆され
る。酸素含有量はいくつかの方法で制御され得る。現在
用いられているこの業界基準は、高真空（１０-7Ｔｏｒ
ｒ）において、または幾分か効率が低いが低真空（１０
-3Ｔｏｒｒ）においてＥＬＡを行うことである。あるい
は、ＥＬＡは、例えば、Ｈｅ、Ａｒ、またはＮのような
酸素以外の雰囲気ガスが充填されたチャンバにおいて実
行され、様々な結果が生じ得る。酸素含有量と多結晶シ
リコン膜品質との関連は、依然研究されている。
【０００８】ＥＬＡ時に多結晶シリコンに混入する酸素
を低減する、従来技術によるシステムにおける重大な問
題は、ターゲット基板を収容するプロセスチャンバが必
要なことである。プロセスチャンバ（あるいは、「チャ
ンバ」、「処理チャンバ」、または「基板絶縁チャン
バ」とも呼ばれる）が用いられる場合、エキシマレーザ
ービームは、石英の窓を通ってチャンバ内へ入る必要が
ある。特に、真空チャンバは、高価である。大気圧にお
いて、空気以外の雰囲気で処理するためのチャンバは、
真空チャンバよりも幾分簡略的だが、やはり石英の窓を
有する。石英の窓は、数千ドル掛かり、寿命が限られて
おり、大量生産において、数日から数週間しか持たな
い。処理チャンバに関連する費用は、基板絶縁を有さな
いＥＬＡ機器が依然製造され、販売され、使用されてい
る理由のうちの１つである。これは、大気雰囲気におい
て行われるＥＬＡによって、空気以外の雰囲気において
アニールされた膜と比較すると劣った移動度特性（およ
びより高い酸素含有量）の多結晶シリコンが生成される
ことが明らかであるにも関わらず、そうである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】製造コストを最小化し
ながら、ＥＬＡ多結晶シリコン膜に混入する酸素量を効
率的に制御して、その酸素含有量を所定の閾値の下に保
つことが可能になることは、有利である。
【００１０】絶縁チャンバを必要とすることなく、ター
ゲット領域から酸素を低減したり、またはなくし得るＥ
ＬＡ機器を有することは、有利である。
【００１１】また、比較的簡単な変更を行ったＥＬＡ機
器を用いて、酸素の混入を低減することによって、フラ
ットパネルディスプレイ基板上のＥＬＡ多結晶シリコン
膜の品質を向上することも、有利である。
【００１２】また、絶縁チャンバを必要とすることなし
に、ターゲット領域から酸素を低減またはなくすよう
に、既存の機器が改修され得ることは、有利である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明による表面を有す
る半導体材料を処理するレーザーアニーリング装置は、
ａ）該半導体材料の表面上の位置にビームを向けるレー
ザーと、ｂ）該半導体材料の表面上の位置にガスフロー
を送って、該ビームが向けられる位置から周囲空気を除
去するノズルとを備え、これにより上記目的を達成す
る。
【００１４】前記レーザーがエキシマレーザーであって
もよい。
【００１５】前記エキシマレーザーが、フッ化クリプト
ン（ＫｒＦ）レーザーまたは塩化キセノン（ＸｅＣｌ）
レーザーであってもよい。
【００１６】前記ガスが不活性ガスであってもよい。
【００１７】前記ガスが、アルゴン、ネオン、ヘリウ
ム、または窒素であってもよい。
【００１８】前記ガスフローが、１分あたり約５〜５０
標準リットルの流量であってもよい。
【００１９】前記ノズルが前記レーザーに実装されてい
てもよい。
【００２０】排気ポートをさらに備えてもよい。
【００２１】前記排気ポートに取り付けられた排気ポン
プをさらに備えてもよい。
【００２２】前記排気ポートが、基板が載っているベー
スにおける開口部として形成されてもよい。
【００２３】前記排気ポートが前記レーザーに取り付け
られていてもよい。
【００２４】前記排気ポートが前記ノズルに隣接しても
よい。
【００２５】ガス容器外部の圧力を増大させる、前記ノ
ズルに取り付けられたポンプをさらに備えてもよい。
【００２６】前記レーザーに実装されたシュラウドをさ
らに備えてもよい。
【００２７】前記シュラウドがフレキシブルであり、基
板に適合し、ガスの入り口を提供するように調節されて
もよい。
【００２８】前記シュラウドが、プラスチック、ゴム、
金属、または繊維を含んでもよい。
【００２９】前記シュラウドの一部が、フレックスを提
供するように波形にされてもよい。
【００３０】本発明による既存のレーザーアニーリング
機器を改修するキットは、ａ）ターゲット材料をアニー
ルするように、レーザービームが向けられるターゲット
領域から周囲空気を除去する、少なくとも１つのノズル
を備え、これにより上記目的を達成する。
【００３１】前記少なくとも１つのノズルが、前記ター
ゲット材料が位置するベースに実装されるように調節さ
れてもよい。
【００３２】前記少なくとも１つのノズルが、前記レー
ザーに実装されてもよい。
【００３３】少なくとも１つの排気ポートをさらに備え
てもよい。
【００３４】前記少なくとも１つの排気ポートが、前記
レーザーに実装されるように調節されてもよい。
【００３５】前記少なくとも１つの排気ポートが、ベー
スに容易に取って代わる置換ベースに組み込まれてもよ
い。
【００３６】従って、ＥＬＡを用いて、基板上に多結晶
シリコン膜を形成するレーザーアニーリング装置が提供
される。本発明のレーザーアニーリング装置は、半導体
材料の表面上の位置にビームを向けるレーザーを備え
る。単一のノズルまたは複数のノズルは、半導体材料の
表面の位置上にガスフローを向けるように位置する。ガ
スは、好適には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、または
窒素である。ガスは、周囲空気、特に酸素を半導体材料
の表面上の位置から除去する。これによって、レーザ
が、酸素が低減された、または好適には酸素がない雰囲
気中で半導体材料をアニーリングすることが可能にな
る。酸素がないことによって、レーザーが、半導体材料
内により高品質の多結晶領域を生成することが可能にな
る。
【００３７】この装置は、既存のＥＬＡシステムに後付
けされるように適合される。これは、レーザーヘッドに
実装されてもよいし、半導体材料が配置される可動ベー
スに実装されてもよい。
【００３８】この装置は、好適には、ガスおよび周囲空
気の除去に役立つ排気システムを含む。
【００３９】この装置の１つの好適な実施形態におい
て、レーザーによって生成されるレーザービームを囲む
ために、シュラウドが提供される。シュラウドは、ノズ
ルへのガスフロー用の空気路、および排気ポートを組み
込む。さらなる実施形態において、シュラウドは、半導
体材料を支持するベースに、部分的に密着されて、密閉
空間を形成する。シュラウドは、好適には、フレキシブ
ルであり、ベースの移動を可能にする。このフレキシブ
ルな特性は、好適には、フレキシブルな領域によって提
供される。
【００４０】
【発明の実施の形態】図１は、エキシマレーザーアニー
リング（ＥＬＡ）装置１０の部品を例示する。いくつか
の製造業者が、フランスのＳｏｐｒａ，Ｓ．Ａ．および
ドイツのＬａｍｂｄａ Ｐｈｙｓｉｋを含む、この装置
と共に用いるために適切なエキシマレーザーを供給す
る。エキシマレーザーおよび関連するシステムは、ＥＬ
Ａの技術の当業者にとって周知である。
【００４１】エキシマレーザーアニーリング装置１０
は、選択された波長で、高エネルギーコヒーレント光を
発するレーザーヘッド１４を含む。用いられるレーザー
のタイプは、設計上選択し得る事項である。例えば、Ｘ
ｅＣｌレーザーは、波長３０８ｎｍでＵＶ放射を発し、
ＫｒＦレーザーは波長２４８ｎｍで動作する。レーザー
１４は、様々なパワーレベルに調節可能なパルスビーム
２０を発する。パルス幅は、幅広い範囲、典型的には、
１０ｎｓ〜２００ｎｓにわたって変動し得、パルス繰り
返し数は、概して、０．１Ｈｚ〜３００Ｈｚの間で選択
され得る。ビームの断面は、レーザーのパワーレベル、
および装置において用いられる光学部品のタイプに依存
して大きく変動し得る。
【００４２】レーザー１４は、ビームホモジナイザー２
６を通過するビーム２０を発する。ビームホモジナイザ
ーは、ターゲット表面に衝突すると、実質的に均一なビ
ームプロフィールを生成する光学系である。ホモジナイ
ザー２６、および任意の他の光学部品（図示せず）から
発せられるビーム２０のサイズは、基板上のターゲット
領域のサイズおよび構成を決定し、この領域は、レーザ
ービーム２０によって照射される。ビームプロフィール
は、実質的に、１０〜５０ｍｍ2の間の典型的なビーム
から、一度の露出でフラットパネルディスプレイ全体の
アニーリングを行う能力を有する、いわゆるシングルシ
ョットＥＬＡまで、変動し得る。現在は、シングルショ
ットでアニールされ得るフラットパネルディスプレイ
は、標準ディスプレイサイズよりも小さい。
【００４３】レーザービーム２０は、アモルファスシリ
コン膜３８の層が先に堆積された、フラットパネルディ
スプレイ基板３６に向けられる。装置１０において、基
板３６は可動ステージ４０上で支持される。この可動ス
テージ４０は、基板上のターゲット領域４３（ビーム２
０が膜３８に衝突する場所）が連続的または繰り返し照
射されることを確実にするプログラム可能な様態で、基
板３６を移動することが可能な任意の適切なタイプであ
り得る。当然ながら、可動ステージ４０の機能は、基板
３６上の異なるターゲット領域４３をねらうようにレー
ザーヘッド１４を移動させることによって、代替的に、
達成され得ることが容易に理解される。いずれの方法に
よって機能が達成されるにせよ、ＥＬＡ装置１０の目的
は、１つ以上のターゲット領域４３を照射することによ
って、膜３８の選択された領域をエキシマレーザーエネ
ルギーにさらすことである。
【００４４】レーザー１４のパワーレベル、発せられる
レーザーパルス幅、レーザービーム２０のサイズ、およ
び連続的な露出間の重なり具合によって、基板３６上の
ターゲット領域の各々が露出される、露出の回数、すな
わち「ショット」回数が決定される。ＥＬＡシステム
は、アモルファスシリコン膜を適切にアニールし、結晶
化するため、基板のサブ領域またはターゲット領域の各
々の上で、露出を複数回、場合によっては、１００回以
上行うように、容易にプログラムされる。本発明は、任
意の特定のレーザーアニーリングパラメータに限定され
ず、任意の適切なパワーレベルのエキシマレーザーと共
に、容易に用いられ得る。
【００４５】本発明の特に有利な点は、ＥＬＡ装置１０
が、環境チャンバまたは基板３６を囲む同様の密閉空間
を必要としないことである。従来技術によるシステム
は、概して、高真空または低真空のいずれかまで排気さ
れるように設計されたチャンバを利用する。あるいは、
チャンバ内に制御された雰囲気を提供するためにチャン
バを利用する。このような環境チャンバを含むＥＬＡシ
ステムにおいて、レーザー１４からのビーム２０は、適
切な窓を通じてチャンバに入る。用いられるユーザの波
長に起因して、窓は、典型的には、石英の窓である。本
発明は、環境チャンバの必要性を低減またはなくすシス
テムを提供する。チャンバをなくすことによって、窓お
よびチャンバに関連する他の機器の必要性もなくなる。
【００４６】この装置は、チャンバの代わりに、従来の
ＬＣＤ処理クリーンルーム環境において用いられ得る。
チャンバをなくすことに伴い、装置１０は、ターゲット
領域４３上の雰囲気を制御する手段を提供する必要があ
る。
【００４７】装置の一実施形態を図１に示す。ＥＬＡ装
置１０は、基板３６上のシリコン膜３８の表面にガスを
向けるガス供給システム５０を含む。ガス供給システム
５０は、適切なガス、好適にはアルゴン、ネオン、ヘリ
ウム、または窒素の容器５６を１つ以上含む。容器５６
は、適切な気化器がある場合には液化ガスを含んでもよ
いし、加圧されたガスを含んでもよい。
【００４８】ガス供給容器５６は、基板３６上のターゲ
ット領域４３にガスを送達する、適切なマニホルドまた
はコンジット６４を通じて、１つ以上のノズル６０に動
作可能に接続される。１つ以上のバルブ７０が、好適に
は提供されて、容器５６からノズル６０へのガスフロー
が制御される。好適な実施形態において、高圧ガス供給
タンクが用いられるが、ポンプを用いることも可能であ
り、これも本発明の範囲内である。従ってポンプ７４を
示す。ノズル６０の数、形状、サイズおよび構成は、設
計上選択され得、最適化事項である。ノズルは、シャワ
ーヘッド、複数の個別ノズル、または伸長された層流ア
パーチャのような様々な形状をとり得る。ノズルは、好
適には、ガスフローを所望の位置に向くように方向の調
節が可能である。調節能力は、好適には、ボールタイプ
のノズル、フレキシブルチュービングおよびブラケッ
ト、または曲げられるノズル端部を用いて達成される。
ノズルの方向を調節する方法は、本発明にとって重要で
はない。
【００４９】ガス供給５０の目的は、レーザービーム２
０によるターゲット領域４３の照射時に、シリコン膜３
８のターゲット領域４３の上の表面４２にわたって、ま
たはその上にガスフロー６５を向けることである。ガス
フロー６５は、レーザービーム２０への一度以上の露出
の間、ターゲット領域４３の環境から雰囲気を押しのけ
る。
【００５０】図１に示す好適な実施形態において、ノズ
ル６０は、可動ステージ４０の領域に位置する。ノズル
６０は、ステージと共に移動するように、可動ステージ
４０に実装され、それにより基板３６に対して定位置を
保ち得る。あるいは、ノズルはステージの近傍に実装さ
れるが、ステージには取り付けられず、ステージが動く
場合にもガスフロー６５が固定されたままであってもよ
い。ステージが移動する場合、ガスフローを固定するこ
とによって、ガスフローをターゲット領域４３上に、よ
り正確に向けることができる。
【００５１】ガスフロー６５は、周囲空気、特に酸素の
かなりの部分をターゲット領域４３から除去するために
十分な量および流量である必要がある。用語「除去」
は、周囲空気、特に酸素のターゲット領域から低減また
はなくすことを含むように意図される。表面に存在する
酸素量は、任意のレーザーアニーリング工程時に形成さ
れる多結晶シリコンに影響しない点まで低減される必要
がある。このガスフロー６５の適切な範囲を決定するた
め押しのけられ、アルゴン、ネオン、ヘリウム、または
窒素によって置き換えられる空気の量は、動作可能な時
間と共に、考慮される必要がある。空気量の変位の時間
は、レーザー放電周波数によって決定される必要があ
る。変位プロセスは、連続的なレーザーショット内で行
われる必要がある。例えば、レーザーが１００〜３００
Ｈｚで動作する場合、連続的なショット間の時間は、
３．３〜１０ミリ秒である。変位量は、単に、レーザー
ビームによって覆われる領域の生成物×照射される表面
の上の所望のガスの領域の厚さによって推定され得る。
好適には、この厚さを最小化して、押しのけられる周囲
空気の量を最小化する。しかし、周囲空気から、照射さ
れる領域の表面への酸素の拡散を効率的に阻止するよう
に、十分に厚い領域である必要がある。
【００５２】例えば、Ｎ2の停滞層を通るＯ2の拡散係数
は、ＤO2-N2＝０．１８ｃｍ2／ｓと推定される。窒素の
領域を通るＯ2原子の拡散長は、
【００５３】
【数１】 によって推定され得る。ここで、ｌは拡散長であり、ｔ
は拡散プロセスがとることができる時間である。上記の
拡散係数を用いて、拡散長について解き、連続的なレー
ザーショット間の時間（０．０１秒）に等しいようにｔ
を設定すると、拡散長の上限は、０．３ｍｍと推定され
得る。このことは、周囲空気と同等の濃度の酸素が、タ
ーゲット領域上に深さ０．３ｍｍの窒素ガスフローを通
じて拡散するということを意味する。この推定された拡
散長の３倍のターゲット領域にわたる厚さまで窒素ガス
フローを提供することによって、照射されたターゲット
領域と窒素の領域との間の界面に、実質的には酸素がな
いことを確実にすることが可能である。従って、窒素の
好適な厚さは、窒素を通じる酸素の拡散長の約３倍、す
なわち１ｍｍであると推定される。
【００５４】最小限、ノズルによってフローされる面積
は、レーザービームの面積に等しくなる必要がある。し
かし、ノズルによってフローされる面積は、好適には、
レーザービームの面積の３〜５倍である。典型的なレー
ザービームは、７．５ｃｍ×１．２ｃｍである。従っ
て、好適には、周囲空気の量および対応する窒素量は、
２．７〜４．５ｃｍ3（または２．７〜４．５ｍｌ）で
ある。
【００５５】上記の説明においては、好適なガスとして
窒素ガスを挙げているが、周囲空気を押しのけるために
必要なガスフロー量は、ヘリウム、ネオン、およびアル
ゴンを含む他の所望のガスについて容易に計算され得
る。
【００５６】次に図２を参照すると、本発明の代替的な
実施形態である装置１１０の断面が示されている。好適
には円柱状であるレーザーヘッド１１４は、レーザー、
ホモジナイザー、およびある場合には、他の光学部品
（図示せず）を組み込んで、設けられる。レーザーヘッ
ド１１４は、概して、レーザーとも呼ばれる。レーザー
ヘッド１１４は、アモルファスシリコン膜１３８の層が
先に堆積されたフラットパネルディスプレイ基板１３６
に、レーザービーム１２０を向ける。基板１３６は可動
ステージ１４０上で支持される。この可能ステージ１４
０は、ターゲット領域１４３（ビーム１２０が膜１３８
に衝突する場所）が所望されるように選択され得ること
を確実にするプログラム可能な様態で、基板１３６を移
動することが可能な任意の適切なタイプであり得る。
【００５７】本発明の好適な実施形態において、少なく
とも１つのノズル１６０、好適には、複数のノズルが、
レーザーヘッド１１４に実装される。ノズルは、取り付
けブロック１１６を介してレーザーヘッドに取り付けら
れる。その取り付けブロック１１６は、好適には、ノズ
ルをレーザーヘッドに密閉する。レーザーヘッド１１４
に実装されることは、ガスフロー１６５がレーザービー
ム１２０と安定して並ぶので、好適である。ノズル１６
０は、ガス容器、および図１に関して上述されたバルブ
システムに接続されている。ポンプも任意で含まれ得
る。
【００５８】本発明の一実施形態において、ガスフロー
１６５は最終的に、周囲空気環境の中に消散する。
【００５９】本発明の他の実施形態において、排気シス
テム１７０が設けられる。図２に示すように、排気シス
テム１７０は、ステージ１４０に組み込まれ得る。排気
システム１７０は、排気ポンプ（図示せず）に接続され
たステージ１４０内のアパーチャ１７２によって形成さ
れる。好適には、バッフル１７４は、ガスを排気システ
ム１７０に向けるように設けられる。
【００６０】次に図３を参照すると、他の好適な実施形
態において、装置１１０は、実質的にレーザーヘッド１
１４の軸に沿って、レーザービーム１２０が向けられる
ように構成される。ノズルのリング１６０は、ガスフロ
ー１６５を導入するため、レーザーヘッド１１４に隣接
して提供される。排気システム１７０は、ノズルのリン
グ１６０の外部に実装された第２のノズルのリング１８
０によって形成される。排気システムの一部として用い
られるノズルは、排気ポートとも呼ばれる。動作中、ノ
ズル１６０は、ターゲット領域から酸素を低減またはな
くすために、必要に応じてターゲット領域１４３にガス
フローを提供する。その後、ガスフローは、排気ポンプ
（図示せず）に接続された排気システム１７０を通じて
出る。
【００６１】上記の排気システムは、ノズルのリング１
６０の外部に実装されているものとして説明されている
が、排気システムをレーザーに隣接して実装し、ノズル
のリング１６０を排気システムの外部に実装することも
可能である。
【００６２】次に図４を参照すると、シュラウド１９０
は、レーザーヘッド１１４に実装され、レーザービーム
１２０を囲む。好適な一実施形態において、シュラウド
は矩形である。ノズル１６０は、シュラウドの端部１９
２に設けられ、ダクト１９４によってポンプ（図示せ
ず）に接続されている。ダクト１９４は、好適には、シ
ュラウドに組み込まれる。矩形構成において、ノズル１
６０は、好適には、基板１３６の表面１４２にレーザー
ビーム１２０全体にわたってガスフローを提供する。好
適な実施形態において、ノズル１８０の第２の組は、排
気ポンプ（図示せず）に接続されて作業領域からガスが
除去される。シュラウドは、少なくとも部分的にレーザ
ービーム１２０を囲んで、基板１３６の表面１４２直上
の全体にわたる領域にガスが送達されることを可能にす
る。好適には、レーザーヘッド１１４の距離が、好適な
ガスフロー発生源より表面からの距離が遠い場合に、こ
のことは有用である。
【００６３】次に図５を参照すると、他の好適な実施形
態はシュラウドを組み込む。シュラウド１９０は、取り
付けブロックまたはシール１１６を介して、レーザーヘ
ッド１１４に取り付けられている。この実施形態では、
シュラウド１９０は、可動ステージ１４０上にある。Ｏ
リング１９５が設けられて、シュラウド１９０をベース
１４０に少なくとも部分的に密閉する。シュラウド１９
０およびベース１４０の組合せは、低密閉空間１９８を
形成する。少なくとも１つのノズル１６０は、ガスフロ
ー１６５を密閉空間１９８に導入する。ガスフロー１６
５は、シュラウド１９０の端での漏れによって、あるい
は、排気ポート２００を通じてチャンバを出ることが可
能にされ得る。
【００６４】シュラウド１９０が可動ステージ１４０と
接触しているので、運動を弱めながらステージが移動す
ることを可能にし続ける必要がある。好適な実施形態に
おいて、フレックスゾーン２２０が設けられて、ステー
ジの運動に応答してシュラウドが曲がることを可能にす
る。シュラウドは、好適には、薄いフレキシブルな金
属、プラスチック、ゴム、または繊維を含むフレキシブ
ル材料から製造される。他の実施形態において、フレッ
クスゾーン２２０のみがフレキシブルであり、残りの部
分が堅くてもよい。
【００６５】本発明のいくつかの好適な実施形態は、チ
ャンバを必要とすることなく、既存のＥＬＡシステムに
後付けされるように適応され得る。従って、この装置
は、レーザーヘッドに実装される部品として提供され得
る。
【００６６】従って本発明によれば、エキシマレーザー
アニーリングプロセスに関して、周囲空気を低減または
なくす装置が提供される。ノズルが設けられて、ガス、
好適には、ヘリウム、ネオン、アルゴン、または窒素の
フローをＬＣＤ基板上に堆積されたアモルファスシリコ
ン層のターゲット領域の上に重なる領域に向ける。ノズ
ルは、ターゲット領域の上に重なる領域から周囲空気を
除去するために、十分な圧力および流量のガスフローを
向ける。周囲空気、特に酸素が除去されると、レーザー
は、酸素による汚染が少ない多結晶シリコンを生成する
ようにアモルファスシリコンをアニールし得る。また、
好適な実施形態において、排気システムが設けられて、
ガスが除去される。
【００６７】本発明の範囲内において、さらなる代替的
な実施形態が可能である。本発明の範囲内において装置
または材料の他の変形例が、当業者によって想起され
る。従って、上記の開示内容および記載は単なる例示目
的であって、本発明を限定するものではない。本発明
は、特許請求の範囲によって規定される。
【００６８】
【発明の効果】本発明によれば、エキシマレーザーアニ
ーリングプロセスに関して、周囲空気を低減またはなく
す装置が提供される。ノズルを設けて、ガス、好適に
は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、または窒素のフロー
をＬＣＤ基板上に堆積されたアモルファスシリコン層の
ターゲット領域上に重なる領域に向ける。ノズルは、タ
ーゲット領域上に重なる領域から周囲空気を除去するた
めに、十分な圧力および流量のガスフローを向ける。周
囲空気、特に酸素が除去されると、レーザーは、酸素に
よる汚染が少ない多結晶シリコンを生成するようにアモ
ルファスシリコンをアニールすることができる。さら
に、本発明による装置は、チャンバを必要とすることな
く、既存のＥＬＡシステムに後付けすることが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態による、ターゲット
領域から周囲空気を除去するガスフローノズルを有する
ＥＬＡシステムを示す、模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態による、ターゲット
領域から周囲空気を除去する、排気システムと共に、レ
ーザに実装されたガスフローノズルを有するＥＬＡシス
テムを示す、模式的断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態による、ターゲット
領域から周囲空気を除去する、レーザに実装されたガス
フローノズルおよび排気システムを有するＥＬＡシステ
ムを示す、模式的断面図である。
【図４】図４は、シュラウドをさらに備える、ガスフロ
ーノズルを有するＥＬＡシステムを示す、模式的断面図
である。
【図５】図５は、密閉空間を形成するフレキシブルなシ
ュラウドをさらに備える、ガスフローノズルを有するＥ
ＬＡシステムを示す、模式的断面図である。
【符号の説明】
１０ エキシマレーザーアニーリング（ＥＬＡ）装置 ２０ ビーム ３６ 基板 ３８ アモルファスシリコン膜 ４０ 可動ステージ ４３ ターゲット領域 ５０ ガス供給システム ６０ ノズル ６５ ガスフロー

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面を有する半導体材料を処理するレー
    ザーアニーリング装置であって、 ａ）該半導体材料の表面上の位置にビームを向けるレー
    ザーと、 ｂ）該半導体材料の表面上の位置にガスフローを送っ
    て、該ビームが向けられる位置から周囲空気を除去す
    る、ノズルと、を備える、装置。
  2. 【請求項２】 前記レーザーがエキシマレーザーであ
    る、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記エキシマレーザーが、フッ化クリプ
    トン（ＫｒＦ）レーザーまたは塩化キセノン（ＸｅＣ
    ｌ）レーザーである、請求項１に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記ガスが不活性ガスである、請求項１
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ガスが、アルゴン、ネオン、ヘリウ
    ム、または窒素である、請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ガスフローが、１分あたり約５〜５
    ０標準リットルの流量である、請求項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記ノズルが前記レーザーに実装されて
    いる、請求項１に記載の装置。
  8. 【請求項８】 排気ポートをさらに備える、請求項１に
    記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記排気ポートに取り付けられた排気ポ
    ンプをさらに備える、請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記排気ポートが、基板が載っている
    ベースにおける開口部として形成される、請求項８に記
    載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記排気ポートが前記レーザーに取り
    付けられている、請求項８に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記排気ポートが前記ノズルに隣接す
    る、請求項８に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 ガス容器外部の圧力を増大させる、前
    記ノズルに取り付けられたポンプをさらに備える、請求
    項１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記レーザーに実装されたシュラウド
    をさらに備える、請求項１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記シュラウドがフレキシブルであ
    り、基板に適合し、ガスの入り口を提供するように調節
    される、請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記シュラウドが、プラスチック、ゴ
    ム、金属、または繊維を含む、請求項１４に記載の装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記シュラウドの一部が、フレックス
    を提供するように、波形にされる、請求項１４に記載の
    装置。
  18. 【請求項１８】 既存のレーザーアニーリング機器を改
    修するキットであって、 ａ）ターゲット材料をアニールするように、レーザービ
    ームが向けられるターゲット領域から周囲空気を除去す
    る、少なくとも１つのノズルを備える、キット。
  19. 【請求項１９】 前記少なくとも１つのノズルが、前記
    ターゲット材料が位置するベースに実装されるように調
    節される、請求項１８に記載のキット。
  20. 【請求項２０】 前記少なくとも１つのノズルが、前記
    レーザーに実装されるように調節される、請求項１８に
    記載のキット。
  21. 【請求項２１】 少なくとも１つの排気ポートをさらに
    備える、請求項１８に記載のキット。
  22. 【請求項２２】 前記少なくとも１つの排気ポートが、
    前記レーザーに実装されるように調節される、請求項２
    １に記載のキット。
  23. 【請求項２３】 前記少なくとも１つの排気ポートが、
    ベースに容易に取って代わる置換ベースに組み込まれ
    る、請求項２１に記載のキット。
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