JP4936328B2 - レーザ処理装置 - Google Patents
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Description
この発明は、非晶質半導体薄膜などの被処理体にレーザ光を照射して結晶化などの処理を行うレーザ処理装置に関するものである。
従来、レーザによるアモルファスシリコン膜の結晶化装置において、大気の影響を除去して結晶化に最適な雰囲気を制御するために、処理室を一度真空引きした後に処理用のガスを導入する代わりに照射雰囲気のみ制御する方法として、次に説明するものが知られている。
（イ）窒素ガスを噴射してレーザ照射部分近傍のみを窒素雰囲気とする窒素ガス噴射手段を具備し、該前記窒素ガス噴射手段は、レーザ光が通過するスリットと、そのスリットの周辺部に設けられた複数の窒素ガス噴出口と、それら複数の窒素ガス噴出口の周りに設けられたラビリンスシール部とを有する板状ノズルを含むことを特徴とするレーザアニール処理装置（特許文献１参照）。
（ロ）絶縁基板上に形成された非晶質の半導体膜をレーザビームアニール法によって結晶化する多結晶半導体膜の製造装置において、レーザビームを非晶質半導体膜に照射するときに、ビーム照射される基板の表面の雰囲気を制御できる局所シールドをレーザビーム周囲に備えていることを特徴とする多結晶半導体膜の製造装置（特許文献２参照）。
特開２０００−３４９０４１号公報
特開２００２−９３７３８号公報
（ロ）絶縁基板上に形成された非晶質の半導体膜をレーザビームアニール法によって結晶化する多結晶半導体膜の製造装置において、レーザビームを非晶質半導体膜に照射するときに、ビーム照射される基板の表面の雰囲気を制御できる局所シールドをレーザビーム周囲に備えていることを特徴とする多結晶半導体膜の製造装置（特許文献２参照）。
上記の従来装置では、レーザ光に対しアモルファスシリコン基板を試料台とともに移動させてレーザ光の走査を可能にすることで、アモルファスシリコンの任意の領域での処理を可能にしている。
このため、上記従来技術のうち（イ）では、試料台移動前の照射前位置は基板上部が大気と触れ合っているため、試料台が動いた直後の照射面は大気雰囲気が混入しやすい。スイングノズル又はスリット近傍はガスが流れ、目的の雰囲気に置換されるが、照射面内において部分的に大気の中の酸素が混入し、試料台移動直後における照射面内の酸素濃度分布均一性が確保されないという問題がある。
このため、上記従来技術のうち（イ）では、試料台移動前の照射前位置は基板上部が大気と触れ合っているため、試料台が動いた直後の照射面は大気雰囲気が混入しやすい。スイングノズル又はスリット近傍はガスが流れ、目的の雰囲気に置換されるが、照射面内において部分的に大気の中の酸素が混入し、試料台移動直後における照射面内の酸素濃度分布均一性が確保されないという問題がある。
また、従来技術の（ロ）でも同様に、局所シールド下面外の照射前位置は大気雰囲気であり、照射位置へ動いた直後は照射面内において部分的に大気の中の酸素が混入し、試料台移動直後における照射面内の酸素濃度分布均一性が確保されないという問題がある。
これら共通の課題として、照射位置付近のガス流量分布自身も確認する手段が無く、外乱によって分布が乱されても管理されないという問題もある。
これら共通の課題として、照射位置付近のガス流量分布自身も確認する手段が無く、外乱によって分布が乱されても管理されないという問題もある。
また、これらの従来装置では、試料台が基板と略同じ外形寸法を有しているため、基板の端部を処理する際には、内側と外側とでガスの流れが異なり、特に端部の外側では、上下に開放されているため、ガスが早期に放散してシールド効果が薄まり、雰囲気内への酸素の流入が起こりやすいという問題もある。
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、レーザ光の照射部近傍からその周囲の走査方向に亘ってガス雰囲気を生成することで、雰囲気を適切に確保して良好なレーザ処理を可能にするレーザ処理装置を提供することを目的とする。
すなわち、請求項１記載のレーザ処理装置の発明は、被処理体にレーザ光を相対的に走査しつつ照射して前記被処理体の処理を行うレーザ処理装置において、照射雰囲気を形成するガスが導入されるレーザ照射筒と、該レーザ照射筒に設けられ、前記ガスを前記被処理体の前記レーザ光照射部分近傍に噴射するガス噴射部と、前記レーザ照射筒下端に設けられ該ガス噴射部近傍から前記走査方向に沿って前記被処理体表面と距離を保ちつつ伸張する整流板とを有し、前記整流板は、前記走査における要移動時間が１０秒以上となり、かつ該整流板の走査方向前後方向端部が前記レーザ照射筒の走査方向前後方向の側壁を外側に越えて位置するように前記走査方向における前方および後方に伸張していることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、ガス噴射部から噴射されたガスがレーザ光照射部近傍から周囲に流れる際に、整流板によって上方への拡散が阻止されて被処理体の面方向に沿って走査方向に流れるため、整流板の下方側で広い範囲に亘ってガス雰囲気を形成することができる。この結果、被処理体とレーザ光とが相対的に走査される際に、走査方向前方が早い段階でガス雰囲気が形成され、レーザ光照射に至るときには照射面に対し、酸素濃度を十分に低下させた良好なガス雰囲気下で処理を行うことができる。また、従来の装置では照射面の雰囲気を安定化するために必要としていたガス流量を削減することができる。それとともに、安定化に必要な待ち時間を短縮することが可能である。
また、広範囲にガス雰囲気が形成されることで、最大走査速度を大きくすることも可能になる。
また、広範囲にガス雰囲気が形成されることで、最大走査速度を大きくすることも可能になる。
なお、整流板と被処理体との距離は、あまりに大きいと整流効果が小さくなり、距離が小さすぎると通気抵抗が大きくなりすぎるので、ガス噴射圧力などを考慮して適宜の距離に定める。通常は、該隙間としては１〜１０ｍｍ程度が良好である。
整流板は、ガス噴射部に連なって連続的に伸張するものが好ましいが、必ずしもガス噴射部に連なっていたり、連続的に伸張するものでなくてもよく、要は整流作用が得られるように配置されているものであればよい。
整流板は、ガス噴射部に連なって連続的に伸張するものが好ましいが、必ずしもガス噴射部に連なっていたり、連続的に伸張するものでなくてもよく、要は整流作用が得られるように配置されているものであればよい。
なお、被処理体とレーザ光の相対的な走査は、照射位置が移動するものであれば良く、被処理体とレーザ光のいずれを移動するかは特に限定されず、両方が移動するものであってもよい。通常は、被処理体を載置する試料台を移動させることでレーザ光の走査を可能にする。
また、雰囲気を形成するガスの種類は本発明としては特に限定されるものではないが、通常は窒素などの不活性ガスが用いられる。このガスをレーザ光照射部近傍に向けて照射するガス噴射部としては、通常は、レーザビームを囲む形状に形成された噴射口を用いることができる。
また、請求項１記載の発明によれば、走査方向の後方側に整流板を設けることで、レーザ処理を行った部分をその後もしばらくはガス雰囲気に保つことができ、レーザ照射後の物性変化などを良好に進行させることができる。
また、請求項１記載の発明によれば、レーザ光の照射前または照射後に被処理体表面が少なくとも１０秒はガス雰囲気下に置かれることになり、被処理体表面近傍にある酸素を十分且つ確実に排除してレーザ処理を良好にする。なお、上記要移動時間は、１５秒以上であるのが望ましく、２０秒以上であるのが一層望ましい。
請求項２記載のレーザ処理装置の発明は、請求項１記載の発明において、前記レーザ光がラインビーム形状を有するものであることを特徴とする。
請求項３記載のレーザ処理装置の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記被処理体の処理が、非晶質の半導体薄膜からなる被処理体に前記レーザ光を照射して結晶化させるアニール処理であることを特徴とする。
請求項４記載のレーザ処理装置の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記雰囲気内の酸素濃度を測定する酸素濃度計を有することを特徴とする。
請求項４記載の発明によれば、雰囲気内の酸素濃度を測定することで、雰囲気の形成が良好になされているか否かを容易に把握して管理することができ、雰囲気の形成が良好になされていない場合には、ガスの噴射量を増やすなどの処置を行うことができる。
以上、説明したように、本発明のレーザ処理装置によれば、被処理体にレーザ光を相対的に走査しつつ照射して前記被処理体の処理を行うレーザ処理装置において、照射雰囲気を形成するガスが導入されるレーザ照射筒と、該レーザ照射筒に設けられ、前記ガスを前記被処理体の前記レーザ光照射部分近傍に噴射するガス噴射部と、前記レーザ照射筒下端に設けられ該ガス噴射部近傍から前記走査方向に沿って前記被処理体表面と距離を保ちつつ伸張する整流板とを有し、前記整流板は、前記走査における要移動時間が１０秒以上となり、かつ該整流板の走査方向前後方向端部が前記レーザ照射筒の走査方向前後方向の側壁を外側に越えて位置するように前記走査方向における前方および後方に伸張しているので、走査方向に沿って広範囲にガス雰囲気を形成することができ、レーザ光照射時のガス雰囲気を良好にしてレーザ処理をより良好なものにすることができる。
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態のレーザアニール処理装置を図１、２に基づいて説明する。
図１に示すように、平面方向軸（Ｘ及びＹ）を有する試料台１２が図示左右方向に移動可能に設置されており、該試料台１２の上方に長尺なレーザ照射筒６が配置されている。該レーザ照射筒６の上方にガラスなどにより構成されるレーザ光導入窓４が設けられて封止されている。該レーザ光導入窓４には、レーザ光源１より出力されて光学系２を経たレーザ光３が入射されて、下方側に照射されるように構成されている。これにより、レーザ光３は、試料台１２の移動方向との逆の方向に走査されることになる。
レーザ照射筒６は、側面にガス供給管５が接続されており、下端側に、図２に示すように、走査方向の前方および後方側に沿って伸張する整流板７ａ、７ｂが一体になって設けられており、整流板７ａ、７ｂ間に形成された長尺なスリットがレーザ光照射口兼ガス噴射口８となっている。したがって、レーザ光照射口兼ガス噴射口８がガス噴射部として機能する。
上記レーザ光照射口兼ガス噴射口８には、図２に示すように、複数の酸素濃度測定口１５が形成されており、該酸素濃度測定口１５には、外部の酸素濃度計１６が配管接続されている。
以下に、本発明の一実施形態のレーザアニール処理装置を図１、２に基づいて説明する。
図１に示すように、平面方向軸（Ｘ及びＹ）を有する試料台１２が図示左右方向に移動可能に設置されており、該試料台１２の上方に長尺なレーザ照射筒６が配置されている。該レーザ照射筒６の上方にガラスなどにより構成されるレーザ光導入窓４が設けられて封止されている。該レーザ光導入窓４には、レーザ光源１より出力されて光学系２を経たレーザ光３が入射されて、下方側に照射されるように構成されている。これにより、レーザ光３は、試料台１２の移動方向との逆の方向に走査されることになる。
レーザ照射筒６は、側面にガス供給管５が接続されており、下端側に、図２に示すように、走査方向の前方および後方側に沿って伸張する整流板７ａ、７ｂが一体になって設けられており、整流板７ａ、７ｂ間に形成された長尺なスリットがレーザ光照射口兼ガス噴射口８となっている。したがって、レーザ光照射口兼ガス噴射口８がガス噴射部として機能する。
上記レーザ光照射口兼ガス噴射口８には、図２に示すように、複数の酸素濃度測定口１５が形成されており、該酸素濃度測定口１５には、外部の酸素濃度計１６が配管接続されている。
次に、上記レーザアニール処理装置の動作について説明する。
試料台１２に被処理体として、被処理基板９上に形成された非晶質半導体薄膜１０を設置する。レーザ光源１からは、パルス状に発振されたレーザビーム３が光学系２を通過して線条となったビーム（ラインビーム）となり、レーザ光導入窓４およびレーザ照射筒６内、レーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して非晶質半導体薄膜１０の照射面１１に照射される。
また、これに先立ってガス供給管５より雰囲気ガスとして窒素ガスがレーザ照射筒６内に導入され、開口部分であるレーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して下方に噴射される。噴射されたガスは、非晶質半導体薄膜１０の照射面１１近傍に移動するとともに、整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面によって上方への拡散が阻止され、非晶質半導体薄膜１０の上面と整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面とで形成される通気空間を通して走査方向前方および走査方向後方に整流されつつ拡散してガス雰囲気を形成する。
試料台１２に被処理体として、被処理基板９上に形成された非晶質半導体薄膜１０を設置する。レーザ光源１からは、パルス状に発振されたレーザビーム３が光学系２を通過して線条となったビーム（ラインビーム）となり、レーザ光導入窓４およびレーザ照射筒６内、レーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して非晶質半導体薄膜１０の照射面１１に照射される。
また、これに先立ってガス供給管５より雰囲気ガスとして窒素ガスがレーザ照射筒６内に導入され、開口部分であるレーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して下方に噴射される。噴射されたガスは、非晶質半導体薄膜１０の照射面１１近傍に移動するとともに、整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面によって上方への拡散が阻止され、非晶質半導体薄膜１０の上面と整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面とで形成される通気空間を通して走査方向前方および走査方向後方に整流されつつ拡散してガス雰囲気を形成する。
非晶質半導体薄膜１０は、前記レーザ光３のパルスに合わせて移動する試料台１２によって設定した照射開始位置に移動させた後、一定の速度にて移動しながらレーザ光３を照射することによってレーザ光３が走査されて照射面１１が移動し、この移動する照射面１１によって非晶質半導体薄膜１０の任意の領域が結晶化される。この際に、非晶質半導体薄膜１０の走査方向前方１３および走査方向後方１４は、整流板７ａ、７ｂによって整流されたガスによってガス雰囲気が形成されており、酸素を効果的に除外して良好なガス雰囲気が形成されている。また、ガス雰囲気中での酸素濃度も走査方向において略一定に維持することができる。このガス雰囲気によって続いてレーザ照射が行われる非晶質半導体薄膜１０の照射面１１が早期にガス雰囲気下に置かれ、酸素が十分に除外されていることによりレーザアニールを良好に行うことができる。また、レーザ光照射後もしばらくの間は、整流板７ｂによって良好なガス雰囲気下に置かれるので、レーザアニールの作用が良好に進行して良質に結晶化がなされる。
なお、整流板７ａ、７ｂの走査方向の伸張長さは、図３に示すように、レーザ光照射口兼ガス噴射口８の中央から走査方向端部までの長さが、走査に際し２０秒以上を要する長さとするのが望ましい。したがって、例えば走査速度は１０ｍｍ／秒であると、上記長さは２００ｍｍ以上であるのが望ましい。
これは、２０秒以上ガス雰囲気下に置くことで酸素を十分に除外して良好なレーザアニールを行うことを可能にするためである。２０秒未満、特に１０秒未満の長さであると、酸素の除外が十分ではなくてレーザアニールの処理に影響が生じる可能性がある。
これは、２０秒以上ガス雰囲気下に置くことで酸素を十分に除外して良好なレーザアニールを行うことを可能にするためである。２０秒未満、特に１０秒未満の長さであると、酸素の除外が十分ではなくてレーザアニールの処理に影響が生じる可能性がある。
また、レーザ光照射中及び装置待機中の照射雰囲気は、レーザ光照射口兼ガス噴射口８付近に設置された複数の酸素濃度測定口１５から配管接続された酸素濃度計１６によって常時、酸素濃度が管理される。この酸素濃度が予め定めた安全値を超えるような場合には、ガスの供給量を増やしたり、走査速度を小さくしたり、警報等を発したり、装置の稼働を呈することによって品質管理を行うことができる。
（参考形態１）
次に、参考形態を図４に基づいて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付している。
平面方向軸（Ｘ及びＹ）を有する試料台１２が図示左右方向に移動可能に設置されており、該試料台１２の上方に長尺なレーザ照射筒６が配置されている。該レーザ照射筒６の上方にレーザ光導入窓４が設けられ封止されている。該レーザ光導入窓４には、レーザ光源１より出力されて光学系２を経たレーザ光３が入射されて、下方側に照射されるように構成されている。これにより、レーザ光は、試料台１１の移動方向との逆の方向に走査されることになる。レーザ照射筒６は、側面にガス供給管５が接続されており、下端側にレーザ光照射口兼ガス噴射口８が設けられている。
試料台１２は、前記走査方向端部において走査方向に沿った端部整流板１７ａ、１７ｂが設けられており、この参考形態では、端部整流板１７ａ、１７ｂの上面は、試料台１２に載置される非晶質半導体薄膜１０の上面と略同じ高さで、僅かに上方に高くなっている。
次に、参考形態を図４に基づいて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付している。
平面方向軸（Ｘ及びＹ）を有する試料台１２が図示左右方向に移動可能に設置されており、該試料台１２の上方に長尺なレーザ照射筒６が配置されている。該レーザ照射筒６の上方にレーザ光導入窓４が設けられ封止されている。該レーザ光導入窓４には、レーザ光源１より出力されて光学系２を経たレーザ光３が入射されて、下方側に照射されるように構成されている。これにより、レーザ光は、試料台１１の移動方向との逆の方向に走査されることになる。レーザ照射筒６は、側面にガス供給管５が接続されており、下端側にレーザ光照射口兼ガス噴射口８が設けられている。
試料台１２は、前記走査方向端部において走査方向に沿った端部整流板１７ａ、１７ｂが設けられており、この参考形態では、端部整流板１７ａ、１７ｂの上面は、試料台１２に載置される非晶質半導体薄膜１０の上面と略同じ高さで、僅かに上方に高くなっている。
次に、上記レーザアニール処理装置の動作について説明する。
試料台１２に被処理体として、被処理基板９上に形成された非晶質半導体薄膜１０を設置する。この非晶質半導体薄膜１０は、試料台１２に全体が載る大きさを有しており、試料台１２の外形寸法が僅かに非晶質半導体薄膜１０の外形寸法を上回っている。
レーザ光源１からは、発振されたレーザビーム３が光学系２を通過して線条となったビーム（ラインビーム）となり、レーザ光導入窓４およびレーザ照射筒６内、レーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して非晶質半導体薄膜１０の照射面１１にパルス状に照射される。
また、これに先立ってガス供給管５より雰囲気ガスとして窒素ガスがレーザ照射筒６内に導入され、開口部分であるレーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して下方に噴射され、照射面１１近傍から外方へと拡がってガス雰囲気を形成する。
試料台１２に被処理体として、被処理基板９上に形成された非晶質半導体薄膜１０を設置する。この非晶質半導体薄膜１０は、試料台１２に全体が載る大きさを有しており、試料台１２の外形寸法が僅かに非晶質半導体薄膜１０の外形寸法を上回っている。
レーザ光源１からは、発振されたレーザビーム３が光学系２を通過して線条となったビーム（ラインビーム）となり、レーザ光導入窓４およびレーザ照射筒６内、レーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して非晶質半導体薄膜１０の照射面１１にパルス状に照射される。
また、これに先立ってガス供給管５より雰囲気ガスとして窒素ガスがレーザ照射筒６内に導入され、開口部分であるレーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して下方に噴射され、照射面１１近傍から外方へと拡がってガス雰囲気を形成する。
非晶質半導体薄膜１０は、前記レーザ光３のパルスに合わせて移動する試料台１２によって設定した照射開始位置に移動させた後、一定の速度にて移動しながらレーザ光３を照射することによって、移動する照射面によって任意の領域が結晶化される。この際に、レーザ光３の照射位置が非晶質半導体薄膜１０の端部付近に至ると、非晶質半導体薄膜１０の走査方向外側では、整流板１７ａまたは整流板１７ｂによってガスが整流されて走査方向内側と同様にガス雰囲気が形成され、走査方向内側、外側でのガス雰囲気を同程度にすることができる。これにより、非晶質半導体薄膜１０の端部も内側と同様にレーザアニール処理によって良質な結晶化を行うことができる。
また、上記整流板１７ａまたは１７ｂは、処理を終了した被処理体を搬出し、新たな非晶質半導体薄膜１０を試料台１２に搬入、設置する際に、役立たせることができる。すなわち、図５に示すように、上記搬出、搬入に際し、試料台１２の移動によってレーザ光照射口兼ガス噴射口８が上記整流板１７ａまたは１７ｂの上方に位置するように退避させる。通常は、試料台１２を移動前の位置に復帰させる。これに合わせ、上記搬出入に際しガスの噴出を停止することなく継続することで、レーザ光照射位置周辺の酸素をある程度排除し、引き続き行うアニール処理に際し、レーザ光の照射開始に先立って行うガス噴射を短時間にして処理開始を早期に行うことを可能にする効果もある。
また、この参考形態においても、レーザ光照射中及び装置待機中の照射雰囲気は、レーザ光照射口兼ガス噴射口８付近に設置された複数の酸素濃度測定口１５から配管接続された酸素濃度計１６によって常時、酸素濃度を管理することができる。この酸素濃度が予め定めた安全値を超えるような場合には、上記実施形態と同様にガスの供給量を増やしたり、走査速度を小さくしたり、警報等を発したり、装置の稼働を停止することによって品質管理を行うことができる。
（実施形態２）
次に他の実施形態を図６に基づいて説明する。
平面方向軸（Ｘ及びＹ）を有する試料台１２が図示左右方向に移動可能に設置されており、該試料台１２の上方に長尺なレーザ照射筒６が配置されている。該レーザ照射筒６の上方にレーザ光導入窓４が設けられて封止されている。該レーザ光導入窓４には、レーザ光源１より出力されて光学系２を経たレーザ光３が入射されて、下方側に照射されるように構成されている。これにより、レーザ光３は、試料台１１の移動方向との逆の方向に走査されることになる。
次に他の実施形態を図６に基づいて説明する。
平面方向軸（Ｘ及びＹ）を有する試料台１２が図示左右方向に移動可能に設置されており、該試料台１２の上方に長尺なレーザ照射筒６が配置されている。該レーザ照射筒６の上方にレーザ光導入窓４が設けられて封止されている。該レーザ光導入窓４には、レーザ光源１より出力されて光学系２を経たレーザ光３が入射されて、下方側に照射されるように構成されている。これにより、レーザ光３は、試料台１１の移動方向との逆の方向に走査されることになる。
レーザ照射筒６は、側面にガス供給管５が接続されており、下端側に、走査方向の前方および後方側に沿って伸張する整流板７ａ、７ｂが設けられており、整流板７ａ、７ｂに確保された隙間がレーザ光照射口兼ガス噴射口８となっている。したがって、レーザ光照射口兼ガス噴射口８がガス噴射部として機能する。
また、試料台１２は、前記走査方向端部において走査方向に沿った端部整流板１７ａ、１７ｂが設けられており、この実施形態では、端部整流板１７ａ、１７ｂの上面は、試料台１２に載置される非晶質半導体薄膜１０の上面と略同じ高さで、僅かに上方に高くなっている。
また、試料台１２は、前記走査方向端部において走査方向に沿った端部整流板１７ａ、１７ｂが設けられており、この実施形態では、端部整流板１７ａ、１７ｂの上面は、試料台１２に載置される非晶質半導体薄膜１０の上面と略同じ高さで、僅かに上方に高くなっている。
次に、上記レーザアニール処理装置の動作について説明する。
試料台１２に被処理体として、被処理基板９上に形成された非晶質半導体薄膜１０を設置する。この非晶質半導体薄膜１０は、試料台１２に全体が載る大きさを有しており、試料台１２の外形寸法が僅かに非晶質半導体薄膜１０の外形寸法を上回っている。
レーザ光源１からは、発振されたレーザビーム３が光学系２を通過して線条となったビーム（ラインビーム）となり、レーザ光導入窓４およびレーザ照射筒６内、レーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して非晶質半導体薄膜１０の照射面１１にパルス状に照射される。
また、これに先立ってガス供給管５より雰囲気ガスとして窒素ガスがレーザ照射筒６内に導入され、開口部分であるレーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して下方に噴射される。噴射されたガスは、照射面１１近傍に移動するとともに、整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面によって上方への拡散が阻止され、非晶質半導体薄膜１０の上面と整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面とで形成される通気空間を通して走査方向前方および走査方向後方に整流されつつ拡散する。
試料台１２に被処理体として、被処理基板９上に形成された非晶質半導体薄膜１０を設置する。この非晶質半導体薄膜１０は、試料台１２に全体が載る大きさを有しており、試料台１２の外形寸法が僅かに非晶質半導体薄膜１０の外形寸法を上回っている。
レーザ光源１からは、発振されたレーザビーム３が光学系２を通過して線条となったビーム（ラインビーム）となり、レーザ光導入窓４およびレーザ照射筒６内、レーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して非晶質半導体薄膜１０の照射面１１にパルス状に照射される。
また、これに先立ってガス供給管５より雰囲気ガスとして窒素ガスがレーザ照射筒６内に導入され、開口部分であるレーザ光照射口兼ガス噴射口８を通して下方に噴射される。噴射されたガスは、照射面１１近傍に移動するとともに、整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面によって上方への拡散が阻止され、非晶質半導体薄膜１０の上面と整流板７ａ、７ｂの下面側の整流面とで形成される通気空間を通して走査方向前方および走査方向後方に整流されつつ拡散する。
非晶質半導体薄膜１０は、前記レーザ光３のパルスに合わせて移動する試料台１２によって設定した照射開始位置に移動させた後、一定の速度にて移動しながらレーザ光３を照射することによって、移動する照射面によって任意の領域が結晶化される。この際に、非晶質半導体薄膜１０の走査方向前方１３および走査方向後方１４は、整流板７ａ、７ｂによって整流されたガスによってガス雰囲気が形成されており、酸素を効果的に除外して良好なガス雰囲気が形成されている。また、ガス雰囲気中での酸素濃度も走査方向において略一定に維持することができる。このガス雰囲気によって続いてレーザ照射が行われる。
非晶質半導体薄膜１０の表面が早期にガス雰囲気下に置かれ、酸素が十分に除外されていることによりレーザアニールを良好に行うことができる。また、レーザ光照射後もしばらくの間は、整流板７ｂによって良好なガス雰囲気下に置かれるので、レーザアニールの作用が良好に進行して良質に結晶化がなされる。また、この際に、レーザ光３の照射位置が非晶質半導体薄膜１０の端部付近に至ると、非晶質半導体薄膜１０の走査方向外側では、整流板７ａと端部整流板１７ｂまたは整流板７ｂと端部整流板１７ａによってガスが整流されて走査方向内側と同様にガス雰囲気が形成され、走査方向内側、外側でのガス雰囲気を同程度に良好にすることができる。これにより、非晶質半導体薄膜１０の端部も内側と同様にレーザアニール処理によって良質な結晶化を行うことができる。
また、この実施形態においても、レーザ光照射中及び装置待機中の照射雰囲気は、レーザ光照射口兼ガス噴射口８付近に設置された複数の酸素濃度測定口１５から配管接続された酸素濃度計１６によって常時、酸素濃度を管理することができる。この酸素濃度が予め定めた安全値を超えるような場合には、上記実施形態と同様にガスの供給量を増やしたり、走査速度を小さくしたり、警報等を発したり、装置の稼働を停止することによって品質管理を行うことができる。
（参考形態２）
さらに他の参考形態を図７に基づいて説明する。
この参考形態では、参考形態１のレーザアニール処理装置において、前記走査方向と直交する方向の試料台１２の両端部に、副方向端部整流板２７ａ、２７ｂを設けたものである。該副方向端部整流板２７ａ、２７ｂは、上記走査方向におけるレーザ光の照射およびガスの噴射では、副方向に流れるガスを整流する作用を有するが、さらには、例えば、必要に応じて試料台１２を９０度回転させた状態で移動させてレーザ光の照射を行う場合、該副方向端部整流板２７ａ、２７ｂが端部整流板１７ａ、１７ｂに変わってガスの整流作用を果たすことができる。なお、該副方向端部整流板２７ａ、２７ｂは、上記実施形態２のレーザアニール処理装置に組み込むことによって同様の効果を得ることもできる。
さらに他の参考形態を図７に基づいて説明する。
この参考形態では、参考形態１のレーザアニール処理装置において、前記走査方向と直交する方向の試料台１２の両端部に、副方向端部整流板２７ａ、２７ｂを設けたものである。該副方向端部整流板２７ａ、２７ｂは、上記走査方向におけるレーザ光の照射およびガスの噴射では、副方向に流れるガスを整流する作用を有するが、さらには、例えば、必要に応じて試料台１２を９０度回転させた状態で移動させてレーザ光の照射を行う場合、該副方向端部整流板２７ａ、２７ｂが端部整流板１７ａ、１７ｂに変わってガスの整流作用を果たすことができる。なお、該副方向端部整流板２７ａ、２７ｂは、上記実施形態２のレーザアニール処理装置に組み込むことによって同様の効果を得ることもできる。
１ レーザ光源
２ 光学系
３ レーザ光
５ ガス供給管
７ａ 整流板
７ｂ 整流板
８ レーザ光照射口兼ガス噴射口
１０ 非晶質半導体薄膜
１１ 照射面
１２ 試料台
１５ 酸素濃度測定口
１６ 酸素濃度計
１７ａ 端部整流板
１７ｂ 端部整流板
２７ａ 副方向端部整流板
２７ｂ 副方向端部整流板
２ 光学系
３ レーザ光
５ ガス供給管
７ａ 整流板
７ｂ 整流板
８ レーザ光照射口兼ガス噴射口
１０ 非晶質半導体薄膜
１１ 照射面
１２ 試料台
１５ 酸素濃度測定口
１６ 酸素濃度計
１７ａ 端部整流板
１７ｂ 端部整流板
２７ａ 副方向端部整流板
２７ｂ 副方向端部整流板
Claims (4)
- 被処理体にレーザ光を相対的に走査しつつ照射して前記被処理体の処理を行うレーザ処理装置において、照射雰囲気を形成するガスが導入されるレーザ照射筒と、該レーザ照射筒に設けられ、前記ガスを前記被処理体の前記レーザ光照射部分近傍に噴射するガス噴射部と、前記レーザ照射筒下端に設けられ該ガス噴射部近傍から前記走査方向に沿って前記被処理体表面と距離を保ちつつ伸張する整流板とを有し、前記整流板は、前記走査における要移動時間が１０秒以上となり、かつ該整流板の走査方向前後方向端部が前記レーザ照射筒の走査方向前後方向の側壁を外側に越えて位置するように前記走査方向における前方および後方に伸張していることを特徴とするレーザ処理装置。
- 前記レーザ光がラインビーム形状を有するものであることを特徴とする請求項１記載のレーザ処理装置。
- 前記被処理体の処理が、非晶質の半導体薄膜からなる被処理体に前記レーザ光を照射して結晶化させるアニール処理であることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ処理装置。
- 前記照射雰囲気内の酸素濃度を測定する酸素濃度計を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ処理装置。
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