KR20230104622A - 레이저 조사 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

레이저 조사 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230104622A
KR20230104622A KR1020237015822A KR20237015822A KR20230104622A KR 20230104622 A KR20230104622 A KR 20230104622A KR 1020237015822 A KR1020237015822 A KR 1020237015822A KR 20237015822 A KR20237015822 A KR 20237015822A KR 20230104622 A KR20230104622 A KR 20230104622A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reflective surface
reflected
light
reflected light
laser
Prior art date
Application number
KR1020237015822A
Other languages
English (en)
Inventor
히로야 타나카
석환 정
타모츠 오다지마
다이스케 이토
Original Assignee
제이에스더블유 악티나 시스템 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제이에스더블유 악티나 시스템 가부시키가이샤 filed Critical 제이에스더블유 악티나 시스템 가부시키가이샤
Publication of KR20230104622A publication Critical patent/KR20230104622A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/123—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an atmosphere of particular gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/127—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in an enclosure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/34—Laser welding for purposes other than joining
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/704—Beam dispersers, e.g. beam wells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/002—Arrays of reflective systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26
    • B23K2103/56—Inorganic material, e.g. metals, not provided for in B23K2103/02 – B23K2103/26 semiconducting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

일 실시형태에 따른 레이저 조사 장치(1)는, 제1의 방향을 따른 라인 형상의 조사 영역을 형성하도록, 레이저광을 대상물에 조사하는 광학계 모듈(20)과, 대상물에 의해 반사된 상기 반사광을 흡수하는 빔 댐퍼를, 구비하고 있다. 빔 댐퍼(60)는, 부재(610)와, 부재(610)에 고정된 부재(620)를 구비하고 있다. 부재(610)는 반사광이 통과하는 개구부(631)를 갖는 처마부(630)를 구비하고 있다. 처마부(630)는, 대상물에 의해 반사된 반사광을 부재(610)와 부재(620)로 둘러싸인 내부 공간(601)을 향해 반사하는 반사면을 갖는다.

Description

레이저 조사 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법
본 발명은 레이저 조사 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
실리콘 기판이나 유리 기판 등에 형성된 비정질막에 레이저광을 조사하고, 비정질막을 결정화시키는 레이저 어닐링(annealing) 장치가 알려져 있다. 특허문헌 1에는, 슬릿을 통과시킴으로써, 레이저광의 광축에 직교하는 단면에 있어서, 강도가 감소하는 단부(端部)를 차단하고, 균일한 강도의 레이저광을 조사광으로서 이용하는 레이저 어닐링 장치가 개시되어 있다.
일본 특허공개공보 제2018-60927호
특허문헌 1에 개시된 레이저 어닐링 장치는, 슬릿이 형성된 차단판과, 차단판에 의해 반사된 반사광을 흡수하는 반사광 수광 부재를 구비하고 있다. 반사광 수광 부재로서는, 다층 열 흡수막이 사용되고 있다.
이러한 레이저 어닐링 장치에서는, 슬릿이나 기판 등에서 반사된 반사광에 의해 광학계 모듈의 온도가 상승한다. 광학계 모듈의 온도 상승에 의해 각 광학 소자의 위치 어긋남이 발생하여 조사(照射) 불균일이 발생한다. 따라서, 온도 상승을 억제하는 것이 요망된다.
또한, 특허문헌 1에서는, 다층 흡수막을 이용하여 반사광을 흡수하고 있다. 고출력 레이저광을 사용한 경우, 다층 흡수막이 손상되거나 변색될 우려가 있다. 다층 흡수막이 손상 또는 변색하면 흡수율이 저하하여 온도 상승을 초래할 우려가 있다.
그 밖의 과제와 새로운 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에서 명백해질 것이다.
일 실시의 형태에 따른 레이저 조사 장치는, 레이저광을 대상물에 조사하는 광학계 모듈과, 상기 대상물에 의해 반사된 반사광을 흡수하는 빔 댐퍼(beam damper)를, 구비한 레이저 조사 장치이며, 상기 빔 댐퍼는, 제1 부재와, 상기 제1 부재에 대향하도록 고정된 제2 부재를 구비하고, 상기 제1 부재는 상기 반사광이 입사하는 처마부(eaves portion)를 구비하고, 상기 처마부는, 상기 대상물에 의해 반사된 반사광을 상기 제1 부재와 상기 제2 부재로 둘러싸인 내부 공간을 향해 반사하는 반사면을 갖는다.
일 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법은, (A)광학계 모듈로부터 레이저광을, 반도체를 포함하는 막이 형성된 기판을 향하여 출사시키는 단계와, (B)상기 레이저광을, 상기 기판에 조사하는 단계와, (C)상기 기판에 조사된 레이저광 중, 상기 기판에 의해 반사된 반사광을 빔 댐퍼에 수광시키는 단계를 구비하고, 상기 빔 댐퍼는, 제1 부재와, 상기 제1 부재에 대향하도록 고정된 제2 부재를 구비하고, 상기 제1 부재는 상기 반사광이 입사하는 처마부를 구비하고, 상기 처마부는 상기 기판에 의해 반사된 반사광을 상기 제1 부재 및 상기 제2 부재로 둘러싸인 내부 공간을 향해 반사하는 반사면을 갖는다.
상기 일 실시의 형태에 의하면, 안정적으로 레이저광을 조사할 수 있는 레이저 조사 장치 및 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 실시형태 1에 관한 레이저 조사 장치를 예시한 단면도이고,
도 2는, 실시형태 1에 관한 레이저 조사 장치의 주요부를 예시한 단면도이고,
도 3은, 도 2에 나타낸 레이저 조사 장치의 주요부의 절단선 III-III에서의 단면도이고,
도 4는, 도 2에 나타낸 레이저 조사 장치의 주요부의 절단선 IV-IV에서의 단면도이고,
도 5는, 실시형태 1에 관한 레이저 조사 장치의 레이저광과 슬릿의 관계를 예시한 사시도이고,
도 6은, 실시형태 1에 관한 레이저 조사 장치를 이용한 레이저 조사 방법을 예시한 흐름도이고,
도 7은, 레이저 조사 장치에 배치된 빔 댐퍼의 구성을 나타내는 XZ 단면도이고,
도 8은, 빔 댐퍼의 구성을 나타내는 사시도이고,
도 9는, 빔 댐퍼의 내부 공간에서의 반사광의 광로를 나타내는 XZ 단면도이고,
도 10은, 빔 댐퍼의 내부 공간에서의 반사광의 광로를 나타내는 XZ 단면도이고,
도 11은, 광 흡수 소자의 장착 구조의 일례를 나타내는 사시도이고,
도 12는, 변형 예에 따른 빔 댐퍼의 구성을 나타내는 XZ 단면도이고,
도 13은, 유기 EL 디스플레이의 구성을 간략화하여 나타내는 단면도이고,
도 14는, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이고,
도 15는, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.
(실시형태 1)
실시형태 1에 관련한 레이저 조사 장치를 설명한다. 본 실시형태에 관련한 레이저 조사 장치는, 레이저광을 피조사체에 조사하는 장치이다. 피조사체는, 예를 들면, 비정질막 등의 반도체를 포함하는 막이 형성된 기판이다. 이 경우에는, 레이저 조사 장치는, 비정질 막에 레이저광을 조사하여 결정화시키는 레이저 어닐링 처리를 행한다. 예를 들면, 레이저 광으로서, 엑시머 레이저를 사용하여 레이저 어닐링 처리하는 경우에는, 레이저 조사 장치는, 엑시머 레이저 어닐링(ELA: Excimer Laser Anneal) 장치로서 사용된다.
우선, 레이저 조사 장치의 구성을 설명한다. 도 1은, 실시형태 1에 관련한 레이저 조사 장치를 예시한 단면도이다. 도 2는, 실시형태 1에 관련한 레이저 조사 장치의 주요부를 예시한 단면도이다. 도 3은, 도 2에 나타낸 레이저 조사 장치의 주요부의 절단선 A-A에서의 단면도이다. 도 4는, 도 2에 나타내는 레이저 조사 장치의 주요부의 절단선 B-B에서의 단면도이다. 도 5는, 실시형태 1에 관련한 레이저 조사 장치의 레이저광과 슬릿의 관계를 예시한 사시도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 레이저 조사 장치(1)는, 광원(10), 광학계 모듈(20), 밀폐부(30), 처리실(40)을 갖고 있다. 처리실(40)은, 예를 들면, 수평한 토대(48) 상에 설치되어 있다. 처리실(40)의 상방에 밀폐부(30)가 설치되고, 밀폐부(30)의 상방에 광학계 모듈(20)이 설치되어 있다. 광학계 모듈(20)은, 광원(10)에서 방출되는 레이저광(L1)을 수광하는 것이 가능한 위치에 설치되어 있다.
이때, 레이저 조사 장치(1)를 설명하기 위해, XYZ 직교 좌표축을 도입한다. 토대(48)의 상면에 직교하는 방향을 Z축 방향으로 하고, 상방을 +Z축 방향, 하방을 -Z축 방향으로 한다. 광원(10)과 광학계 모듈(20)을 연결하는 방향을 X축 방향으로하고, 광원(10)에서 광학계 모듈(20)을 향하는 방향을 +X축 방향, 역방향을 -X축 방향으로 한다. X축 방향 및 Z축 방향에 직교하는 방향을 Y축 방향으로 하고, 한쪽을 +Y축 방향, 역방향을 -Y축 방향으로 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 광원(10)은, 레이저광 L1을 방출한다. 광원(10)은, 예를 들면, 엑시머 레이저광원이며, 중심 파장 308㎚의 엑시머 레이저의 레이저광 L1을 방출한다. 또한, 광원(10)은, 펄스 형상의 레이저광 L1을 방출한다. 광원(10)은, 레이저광 L1을 광학계 모듈(20)을 향하여 출사한다. 레이저광 L1은, 예를 들면 +X축 방향으로 진행하여 광학계 모듈(20)로 입사한다. 또한, 필요에 따라서 광원(10)과, 광학계 모듈(20) 사이의 레이저광 L1의 광로 상에, 에너지 밀도를 조정하는 어테뉴에이터(attenuator) 등의 광학 소자를 배치해도 좋다.
도 1 내지 도 4에 나타내는 바와 같이, 광학계 모듈(20)은, 외형을 구성하는 광학계 인클로저(21), 미러(22), 렌즈 등의 광학 소자, 및 실링창(sealing window)(23)을 포함한다. 광학계 인클로저(21)는, 예를 들면, 알루미늄 등의 재료로 구성된 박스 형상의 부재이다. 광학계 모듈(20)의 각 광학 소자는, 광학계 인클로저(21)의 내부에 홀더 등으로 유지되어 있다. 이러한 각 광학 소자에 의해, 광학계 모듈(20)은, 광원(10)에서 방출된 레이저광 L1의 조사 방향, 광량 등을 조정한다. 실링창(23)은, 광학계 인클로저(21)의 일부, 예를 들면, 광학계 인클로저(21)의 하면에 설치되어 있다. 레이저광 L1은, 광학계 모듈(20)에 의해 조정된 후에 실링창(23)에서 밀폐부(30)를 향하여 출사된다. 이와 같이 해서, 광학계 모듈(20)은, 레이저광 L1을 피조사체(대상물이라고도 함)에 조사한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 레이저광 L1은, 광학계 모듈(20)에 있어서, 라인 빔(line beam) 형상으로 되어 있다. 즉, 레이저광 L1의 광축 C1에 직교하는 단면은, 일방향으로 연장된 가늘고 긴 선형으로 되어 있다. 예를 들면, 미러(22)에 의해 반사된 레이저광 L1의 광축에 직교하는 단면은, Y축 방향으로 연장된 선형으로 되어 있다.
도 2 내지 도 4에 도시되는 바와 같이, 밀폐부(30)는, 밀폐 인클로저(31), 차단판(51), 빔 댐퍼(60), 실링창(33), 가스 입구(34), 가스 출구(35)를 갖는다. 도면이 복잡해지지 않도록, 도 3에서는, 가스 입구(34), 가스 출구(35)를 생략하고, 도 4에서는, 빔 댐퍼(60), 실링창(33), 가스 입구(34), 가스 출구(35)를 생략한다. 또한, 설명을 명확히 하기 위해, 각 도면은 적절하게 간략화되어 있다.
밀폐 인클로저(31)는, 내부가 공동(空洞)인 박스 형상의 부재이다. 밀폐 인클로저(31)의 내부에, 차단판(51), 빔 댐퍼(60)가 배치되어 있다. 밀폐 인클로저 (31)의 소정의 측면에는, 가스 입구(34) 및 가스 출구(35)가 설치되어 있다. 가스 입구(34) 및 가스 출구(35)는, 예를 들면, 밀폐 인클로저(31)에 있어서의 대향하는 측면에 설치되어 있다. 예를 들면, 가스 출구(35)는, 가스 입구(34)보다도 상방에 설치되어 있다. 가스 입구(34)로부터는, 가스(37), 예를 들면 질소 등의 불활성 가스가 도입된다. 가스 입구(34)에서 밀폐 인클로저(31)의 내부로 도입된 가스(37)는, 가스 출구(35)로부터 배출된다. 가스(37)는, 밀폐 인클로저(31)의 내부에 연속적으로 공급되는 것이 바람직하다. 또한, 가스(37)는, 밀폐 인클로저(31)의 외부에 연속적으로 배출되는 것이 바람직하다. 가스(37)의 유량은, 밀폐 인클로저(31)의 내부를 상시 환기된 상태가 되도록 소정의 유량으로 제어된다.
도 2 내지 도 5에 나타내는 바와 같이, 차단판(51)은, 광학계 모듈(20)의 실링창(23)에서 출사한 레이저광 L1이, 처리실(40)에 도달하는 광로 상에 배치되어 있다. 차단판(51)은, 예를 들면, 복수의 부재를 포함한다. 차단판(51)은, 예를 들면, 차단판(51a)과 차단판(51b)을 포함한다. 차단판(51a) 및 차단판(51b)은, 일방향, 예를 들면 Y축 방향으로 연장된 판 형상의 부재로 되어 있다. 차단판(51a) 및 차단판(51b)은, 판면을 Z축 방향을 향하여 배치되어 있다. 차단판(51a) 및 차단판(51b)은, Y축 방향으로 간격을 두고 나란히 배치되어 있다. 따라서, 차단판(51a) 및 차단판(51b) 사이에는 슬릿(54)이 형성되어 있다. 각 차단판(51a 및 51b)은, +Y축 방향 및 -Y축 방향으로 도시하지 않은 모터로 가동하고, 슬릿(54)의 폭(차단판(51a)과 차단판(51b) 사이의 길이)은, 적절히 설정 가능하다. 레이저광 L1은, 슬릿(54)을 통과한다. 이와 같이, 차단판(51)에는, 레이저광 L1이 통과하는 슬릿(54)이 형성되어 있다.
레이저광 L1의 Y축 방향에서의 양단부는, 차단판(51a) 및 차단판(51b)에 의해 차단된다. 차단판(51a) 및 차단판(51b)에 의해 차단된 레이저광 L1의 단부는, 차단판(51a) 및 차단판(51b)에 의해 반사되어 반사광 R1이 된다. 이와 같이, 슬릿 (54) 및 차단판(51)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 차단판(51)에 의해 차단된 레이저광 L1이, 차단판(51)에서 반사한다. 또한, 도 1 내지 도 5에서는 차단판(51)은, XY 평면에 평행한 평판이 되어 있지만, XY 평면에서 경사지도록 배치되어 있어도 좋다(도 9 참조).
차단판(51)의 광학계 모듈(20)측의 면에, 반사 미러(57)가 설치되어 있어도좋다. 이에 의해, 차단판(51)에 차단된 레이저광 L1이, 차단판(51)에 흡수되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 차단판(51)의 온도가 상승함으로써, 차단판(51)의 근방의 분위기가 흐트러지는 것을 억제할 수 있다. 반사 미러(57)에 적용되는 반사막은, 레이저광 L1의 입사 각도에 대해 소정의 내성을 갖는 사양으로 처리되어 있는 것이 바람직하다. 일반적으로, 반사막에는, 레이저광 L1의 입사각도에 따라 반사율이 극단으로 변화하는 것부터, 레이저광 L1의 입사각에 따라서도 반사율이 거의 변화하지 않는 것까지 있다. 본 실시형태에서는, 피조사체에 대해 레이저 조사를 실시할 때에 상정할 수 있는 레이저광 L1의 입사각의 변화에 대해 반사율이 소정의 범위 내에 들어가는 반사막을 사용한다.
빔 댐퍼(60)는, 차단판(51)과, 광학계 모듈(20) 사이에 배치되어 있다. 예를 들면, 빔 댐퍼(60)는, 광학계 모듈(20)의 외측에, 광학계 모듈(20)과의 사이에 간격을 갖도록 배치되어 있다. 빔 댐퍼(60)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다. 빔 댐퍼(60)는, 차단판(51)에 의해 차단된 레이저광 L1이 차단판(51)에 의해 반사된 반사광 R1을 수광하는 것이 가능하도록 배치되어 있다. 예를 들면, 레이저광 L1의 입사각과, 반사광 R1의 반사각을 고려하여, 빔 댐퍼(60)를, 반사광 R1의 광로 상에 배치한다.
실링창(33)은, 밀폐 인클로저(31)의 일부, 예를 들면, 밀폐 인클로저(31)의 하면에 설치되어있다. 광학계 모듈(20)의 실링창(23)에서 출사한 레이저광 L1은, 차단판(51) 사이의 슬릿(54)을 통과한다. 그리고, 슬릿(54)을 통과한 레이저광 L1은, 실링창(33)에서 처리실(40)을 향하여 출사한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 처리실(40)은, 가스 박스(41), 차단판(52), 기판 스테이지(45), 베이스(基臺)(46), 주사 장치(47)를 갖고 있다. 예를 들면, 처리실(40)에 있어서, 기판 스테이지(45) 상에 탑재된 기판 M1에 레이저광 L1이 조사되고, 기판 M1 상의 비정질막을 결정화하는 레이저 어닐링 처리가 행해진다. 기판 스테이지(45)는, 플로트 타입 스테이지(float type stage), 즉, 피조사체인 기판 M1을 부상시키면서 반송하는 스테이지이어도 된다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 가스 박스(41)는, 상자 모양의 부재이며, 내부는 공동(空洞)으로 되어 있다. 가스 박스(41)는, 기판 스테이지(45)의 상방이며, 밀폐부(30)에 있어서의 실링창(33)의 하방에 배치되어 있다. 가스 박스(41)의 상면에는 도입창(42)이 설치되어 있다. 도입창(42), 실링창(33)에 대향하도록 배치되어 있다. 또한, 가스 박스(41)의 하면에는, 조사창(43)이 설치되어 있다. 조사창(43)은, 기판 M1 상의 비정질막에 대향하도록 배치되어 있다.
가스 박스(41)의 소정의 측면에는 가스 입구(44)가 설치되어 있다. 가스 박스(41)에는, 가스 입구(44)로부터, 소정의 가스(37), 예를 들면 질소 등의 불활성 가스가 공급된다. 가스 박스(41)에 공급된 가스(37)는, 가스 박스(41)의 내부를 충전한 후, 조사창(43)으로부터 배출된다.
차단판(52)은, 밀폐부(30)의 실링창(33)에서 출사한 레이저광 L1이, 기판 M1 상의 비정질막에 도달하는 광로 상에 배치되어 있다. 차단판(52)은, 예를 들면 가스 박스(41)의 내부에 있어서, 조사창(43)을 덮도록 배치되어 있다.
도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 차단판(52)은, 예를 들면, 복수의 부재를 포함하고 있다. 차단판(52)은, 예를 들면, 차단판(52a) 및 차단판(52b)을 포함하고 있다. 차단판(52a) 및 차단판(52b)은, 일방향으로 연장된 판상의 부재이다. 차단판(52a) 및 차단판(52b)은, 판면을 Z축 방향으로 향하고, 연장된 방향을 Y방향으로 해서 배치되어 있다. 차단판(52a) 및 차단판(52b)은, Y축 방향으로 간격을 두고 나란히 배치되어 있다. 따라서, 차단판(52a) 및 차단판(52b) 사이에는 슬릿(55)이 형성되어 있다. 각 차단판(52a 및 52b)은, +Y축 방향 및 -Y축 방향으로 도시하지 않은 모터로 가동하고, 슬릿(55)의 폭(차단판(52a)과 차단판(52b) 사이의 길이)은, 적절히 설정 가능하다. 레이저광 L1은, 슬릿(55)을 통과한다. 이와 같이, 차단판(52)에는, 슬릿(54)을 통과한 레이저광 L1이 통과하는 슬릿(55)이 형성되어 있다.
레이저광 L1의 Y축 방향에 있어서의 양단부는, 차단판(52a) 및 차단판(52b)에 의해 차단된다. 차단판(52a) 및 차단판(52b)에 의해 차단된 레이저광 L1의 단부는, 차단판(52a) 및 차단판(52b)에서 반사하여 반사광(R2)이 된다. 이와 같이, 슬릿(55) 및 차단판(52)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 차단판(52)에 의해 차단된 레이저광 L1이, 차단판(52)에 의해 반사된다.
빔 댐퍼(60)는, 슬릿(55) 및 차단판(52)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 차단판(52)에 의해 차단된 레이저광 L1이 차단판(52)에 의해 반사된 반사광 R2을 수광하는 것이 가능하도록 배치되어 있다.
차단판(52)의 광학계 모듈(20)측의 면에, 반사 미러(57)가 설치되어 있어도좋다. 이에 따라, 차단판(52)에 차단된 레이저광 L1이 차단판(52)에 흡수되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 차단판(52)의 온도가 상승함으로써, 차단판(52)의 근방의 분위기가 흐트러지는 것을 억제할 수 있다. 반사 미러(57)에 포함되는 반사막은, 레이저광 L1의 입사 각도에 대해 소정의 내성을 갖는 사양으로 처리되는 것이 바람직하다.
차단판(52) 사이의 슬릿(55)을 지난 레이저광 L1은, 조사창(43)으로부터 출사하여, 기판 M1 상의 비정질막을 조사한다. 레이저광 L1은 -X 방향 및 -Z 방향으로 진행하여 기판 M1에 조사된다. 즉, 레이저광 L1은, 기판 M1의 메인면(XY평면)의 법선으로부터 기울어진 방향에서, 기판 M1으로 입사한다.
기판 M1은, 기판 스테이지(45) 상에 탑재되어 있다. 기판 M1은, 예를 들면 실리콘 기판 등의 반도체 기판, 또는, 석영 기판 등이다. 또, 기판 M1은, 반도체 기판 및 석영 기판에 한정되지 않는다. 기판 M1 상에는, 비정질막 등의 반도체를 포함한 막이 형성되어 있다. 비정질막은, 예를 들면, 아몰퍼스 실리콘(aSi)을 포함하고 있다. 기판 M1 상의 비정질막을 레이저광 L1에 의해 조사함으로써 결정화시킨다. 결정화시킴에 따라, 기판 M1 상에는, 예를 들면, 폴리실리콘(polySi)을 포함하는 결정질막이 형성된다.
기판 M1 상의 비정질막을 조사한 레이저광 L1은, 비정질막 또는 기판 M1에서 반사하여 반사광 R3가 된다. 빔 댐퍼(60)는, 비정질막 또는 기판 M1을 조사한 레이저광 L1이 비정질막 또는 기판 M1에서 반사한 반사광 R3을 수광하는 것이 가능하도록 배치되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 기판 스테이지(45)는, 주사 장치(47) 상에, 예를 들면, 베이스(46)를 통해서 탑재되어 있다. 기판 스테이지(45)는, 주사 장치(47)에 의해, X축 방향, Y축 방향 및 Z축 방향으로 이동 가능하게 이루어져 있다. 레이저 어닐링 처리를 행할 때에는, 기판 스테이지(45)를, 주사 장치(47)의 주사에 의해, 예를 들면, -X축 방향의 반송 방향(49)으로 반송시킨다.
이어서, 실시형태 1에 관한 레이저 조사 장치(1)를 이용한 레이저 조사 방법을 설명한다. 도 6은, 실시형태 1에 관한 레이저 조사 장치를 이용한 레이저 조사 방법을 예시한 흐름도이다.
도 6의 단계 S11에 나타내는 바와 같이, 우선, 광학계 모듈(20)에서 레이저광 L1을 출사시킨다. 광원(10)에서 방출된 레이저광 L1의 조사 방향, 광량 등을 광학계 모듈(20)에 있어서 조정하고, 밀폐부(30)에 대해 레이저광 L1을 출사시킨다. 예를 들면, 피조사체가, 비정질막 등의 반도체를 포함한 막이 형성된 기판 M1의 경우에는, 광학계 모듈로부터 레이저광을, 기판(M1)을 향하여 출사시킨다.
이어서, 도 6의 단계 S12에 나타내는 바와 같이, 레이저광 L1을, 차단판 (51)에 형성된 슬릿을 통과시킨다. 즉, 레이저광 L1이 통과하는 슬릿(54)이 형성된 차단판(51)을 설치하고, 슬릿(54) 및 차단판(51)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 슬릿(54)에 대해 조사된 레이저광 L1에 관하여 슬릿(54)을 통과시킨다. 또한, 슬릿(55)이 형성된 차단판(52)을 설치하여, 슬릿(54)을 통과하고, 슬릿(55) 및 차단판(52)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 슬릿(55)에 대해 조사된 레이저광 L1에 관해서 슬릿(55)을 통과시킨다. 또, 레이저 조사 장치(1)가, 차단판(51) 및 차단 판(52)을 갖고 있지 않는 구성인 경우, 단계 S12는, 생략 가능하다. 즉, 본 실시형태에서는, 차단판(51) 및 차단판(52)을 갖고 있지 않는 구성에도 적용 가능하다.
여기서는, 슬릿(54) 및 차단판(51)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 차단판(51)에 대해 조사된 레이저광 L1을 차단판(51)에서 차단한다. 또한, 슬릿(55) 및 차단판(52)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 차단판(52)에 대해 조사된 레이저광 L1을, 차단판(52)에 의해 차단한다. 이에 따라, 레이저광 L1의 광축에 직교하는 단면(斷面)에 있어서, 단부(端部)를 차단하고, 단부 이외의 부분을 피조사체의 조사에 사용한다.
이어서, 도 6의 단계 S13에 나타내는 바와 같이, 레이저광 L1을 피조사체에 조사한다. 즉, 슬릿(54) 및 차단판(51)에 대해 조사된 레이저광 L1 중, 슬릿(54)을 통과시킨 레이저광 L1을, 피조사체에 조사한다. 피조사체가, 비정질막 등의 반도체를 포함한 막이 형성된 기판의 경우에는, 비정질막에 대해서 레이저광 L1을 조사한다. 구체적으로는, 기판 M1의 반송 방향(49), 예를 들면, -X축 방향으로 기판 M1을 반송하면서, 기판 M1에 형성된 비정질막에 대해 레이저광 L1을 조사한다.
이어서, 도 6의 단계 S14에 나타내는 바와 같이, 반사광 R을 빔 댐퍼(60)에 수광시킨다. 예를 들면, 기판 M1을 조사한 레이저광 L1이, 기판 M1에서 반사한 반사광 R3을 빔 댐퍼(60)에 수광시킨다. 차단판(51)에 대해 조사된 레이저광 L1이 차단판(51)에서 반사한 반사광 R1을, 빔 댐퍼(60)에 수광시킨다. 또한, 차단판(52)에 대해 조사된 레이저광 L1이 차단판(52)에 의해 반사된 반사광(R2)을, 빔 댐퍼(60)에 수광시킨다. 또한, 빔 댐퍼(60)는, 광학계 모듈(20)과 차단판(51) 사이에 배치되어 있다.
이와 같이 해서, 실시형태 1에 관한 레이저 조사 장치(1)를 이용하여 레이저 조사를 할 수 있다.
이어서, 빔 댐퍼(60)의 구성에 관해서, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은, 빔 댐퍼(60)를 포함하는 밀폐 인클로저(31)의 단면 구성을 나타내는 모식도이다. 상기와 같이, 빔 댐퍼(60)는, 상기의 반사광 R1~R3을 수광하도록 배치되어 있다. 밀폐 인클로저(31)에는, 불활성 가스로서, 질소 가스 N2가 공급된다. 레이저광 L1이 -X방향으로 진행하고 있기 때문에, 반사광 R1~R3도 -X방향으로 진행하고 있다. 따라서, 빔 댐퍼(60)는, 기판에 있어서의 레이저광 L1의 조사 위치보다도 -X측에 배치되어 있다.
빔 댐퍼(60)를, 광학계 모듈(20)과의 사이에 단열재(58)를 통해서 장착한다. 이에 따라, 빔 댐퍼(60)와 광학계 모듈(20) 사이의 단열성을 유지할 수 있다. 혹은, 빔 댐퍼(60)와 광학계 모듈(20)과의 사이에 단열 공기층이 되는 간극(58b)을 형성하고, 간극(58b)을 국소 배기할 수 있다. 이에 따라, 빔 댐퍼(60)와 광학계 모듈(20) 사이의 단열성을 유지할 수 있다.
빔 댐퍼(60)는 트래핑 구조체(trapping structure)(600)와, 트래핑 구조체(600)의 내부에 수용된 광 흡수 소자(660)를 구비한다. 트래핑 구조체(600)는, 예를 들면, 알루미늄이나 그 합금 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 트래핑 구조체(600)는 입사된 반사광 R1~R3을 트래핑할 수 있는 구조를 갖는다. 트래핑 구조체(600)에는, 수냉용의 냉각관(도 7에서는 미도시)이 설치되어 있다.
트래핑 구조체(600)의 내부에는, 광 흡수 소자(660)가 장착되어 있다. 광 흡수 소자(660)는, 예를 들면, SiO2와 Cr이 교대로 적층된 다층 흡수막을 갖는다. 광 흡수 소자(660)는 레이저 파장에 대해 높은 흡수율을 갖는다. 예를 들면, 광 흡수 소자(660)는, 레이저 파장에 대해 95% 이상, 보다 바람직하게는 98% 이상의 흡수율을 갖는다. 또한, 레이저 파장은 308nm으로 하였지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 레이저 파장은, 248nm, 351nm, 355nm 등의 자외 영역이다. 물론, 광 흡수 소자(660)는, 다층막 구조에 한정되는 것은 아니다.
트래핑 구조체(600)에 입사한 반사광 R1~R3은, 트래핑 구조체(600) 내에서 반사를 반복하면서 광 흡수 소자(660)에 입사한다. 트래핑 구조체(600)는, 입사한 반사광 R1~R3을 트래핑할 수 있다. 트래핑 구조체(600)는, 그 내부 공간(601)에 입사한 반사광 R1~R3이 외측으로 누설되지 않는 형상으로 되어 있다.
구체적으로는, 트래핑 구조체(600)는 +X측의 단부에, 반사광 R1~R3이 입사하는 개구부(631)를 갖는다. 내부 공간(601)의 -X측의 단부에는 광 흡수 소자(660)가 설치되어 있다. 개구부(631)에서 내부 공간(601)으로 입사한 반사광 R1~R3은, 내부 공간(601) 내를 -X방향으로 전파해 간다. 내부 공간(601)에 있어서, 트래핑 구조체(600)의 내벽에서 1회 또는 복수회 반사된 반사광 R1~R3은, 광 흡수 소자(660)에 입사한다. 광 흡수 소자(660)는, 반사광 R1~R3의 일부를 흡수한다.
그리고 또한, 트래핑 구조체(600)의 내벽은 레이저 파장에 대한 광 반사율이 90%정도가 되는 반사면으로 되어 있다. 트래핑 구조체(600)의 내부 공간(601)을 구성하는 내벽은, 반사광의 일부를 흡수한다. 환언하면, 반사광 R1~R3은, 트래핑 구조체(600)에서 반사할 때마다 그 일부가 흡수된다. 이에 따라, 광 흡수 소자(660)에 입사하는 에너지를 억제할 수 있어서, 광 흡수 소자(660)의 열화를 방지할 수 있다.
이와 같이, 트래핑 구조체(600)는, 내부 공간(601)에 입사한 반사광의 일부를 흡수한다. 트래핑 구조체(600)는, 열전도율이 높은 금속 재료로 구성되어 있으며 또 수냉(水冷)된다. 따라서, 효율적으로 레이저 에너지를 흡수할 수 있으며, 온도 상승을 억제할 수 있다.
빔 댐퍼(60)의 구성의 일 예에 관해서 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 빔 댐퍼(60)의 상세한 구성을 나타내는 사시도이다. 도 8은, 빔 댐퍼(60)를 비스듬히 아래에서 본 단면도이다.
트래핑 구조체(600)는 부재(610)와 부재(620)를 구비하고 있다. 부재(620)는, 부재(610)의 하측에 배치되어 있다. 부재(620)는, 부재(610)에 대향하도록 고정되어 있다. 예를 들면, 볼트(미도시)를 하측에서부터 부재(620)에 삽입 통과하게 함으로써, 부재(620)를 부재(610)에 장착할 수 있다. 혹은, 상측에서부터 부재(610)로 볼트를 삽입 통과하게 함으로써, 부재(610)와 부재(620)를 고정해도 좋다. 물론, 부재(610)와 부재(620)를 고정하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 브래킷 등에 의해 부재(610)와 부재(620)가 고정되어 있어도 좋다.
부재(610)와 부재(620) 사이에는, 내부 공간(601)이 형성된다. 부재(610)가 내부 공간(601)의 상단(+Z측의 단부)을 규정하고, 부재(620)가 내부 공간(601)의 하단(-Z측의 단부)을 규정하고 있다. 부재(610)와 부재(620) 사이의 내부 공간 (601)을 반사광 R1~R3이 전파해 간다.
부재(610) 및 부재(620)는, 알루미늄 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 부재(610)에는, 냉각관(611) 및 냉각관(612)이 설치되어 있다. 부재(610)에 Y방향을 따른 관통홀을 형성함으로써, 부재(610)의 내부에 냉각관(611) 및 냉각관(612)을 통하게 할 수 있다. 냉각관(611) 및 냉각관(612)은, Y방향에 따라서 배치되어 있다. 물론, 수냉 재킷 등에 의해, 냉각관(611) 및 냉각관(612)을 부재(610)에 고정해도 좋다.
마찬가지로, 부재(620)에는, 냉각관(621) 및 냉각관(622)이 설치되어 있다. 부재(620)에 Y방향을 따른 관통홀을 형성함으로써, 부재(620)의 내부에 냉각관(621), 및 냉각관(622)을 통하게 할 수 있다. 냉각관(621,622)은, 광 흡수 소자(660)의 바로 아래에 배치되어 있다. 냉각관(621), 및 냉각관(622)은, Y방향을 따라서 배치되어 있다. 수냉 재킷 등에 의해, 냉각관(621) 및 냉각관(622)을 부재(620)에 고정해도 된다.
이와 같이, 냉각관(611), 냉각관(612), 냉각관(621), 냉각관(622)에 냉각수를 흘림으로써, 트래핑 구조체(600)를 효과적으로 냉각할 수 있다. 물론, 냉각관(611), 냉각관(612), 냉각관(621), 냉각관(622)의 배치나 수는, 도 7에 나타내는 구성에 한정되는 것은 아니다. 냉각관(621), 냉각관(622)을 광 흡수 소자(660)의 근방에 배치함으로써 효율적으로 냉각할 수 있다.
트래핑 구조체(600)는, 처마부(630), 대향부(640), 및 종단부(650)를 갖는다. +X측에서부터, 처마부(630), 대향부(640), 및 종단부(650)의 순서로 배치되어 있다.
즉, 처마부(630)가 가장 +X측에 배치되고, 종단부(650)가 가장 -X측에 배치되어 있다. 트래핑 구조체(600)의 가장 +X측의 부분이 처마부(630)가 되고, 가장 -X측의 부분이 종단부(650)가 된다. X방향에 있어서, 대향부(640)가 처마부(630)와 종단부(650)의 사이에 배치되어 있다.
부재(610)는, 부재(620)보다도 +X측으로 돌출하여 배치되어 있고, 이 돌출된 부분이 처마부(630)가 된다. 반사광 R1~R3은, 처마부(630)에 입사한다. 처마부(630)에는, 부재(620)가 배치되어 있지 않기 때문에, 처마부(630)의 하측에 개구부(631)가 형성된다. 또한, 처마부(630)에 있어서, 부재(610)의 하면이 반사면(632)으로 되어 있다. 개구부(631)를 통해서, 반사광 R1~R3이 반사면(632)에 입사한다. 반사면(632)은, -X측 및 -Z측을 향하여 배치된 오목면으로 되어 있다. 예를 들면, 반사면(632)은, Y방향을 축방향으로 하는 원통형 미러(cylindrical mirror)로서 기능한다. 반사면(632)에 의해 반사된 반사광은 -X방향 및 -Z방향으로 진행하여 내부 공간(601)을 전파한다. 즉, 반사면(32)은, 대향부(640) 또는 종단부(650)를 향하여 반사광을 반사한다.
대향부(640)는, 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)을 구비하고 있다. 상측 반사면(641)은, 부재(610)의 하면이다. 하측 반사면(642)은 부재(620)의 상면이다. 대향부(640)에 있어서, 부재(620)는 +Z측으로 돌출한 볼록부(645)를 갖는다. 볼록부(645)의 탑면(top surface)이, 하측 반사면(642)이 된다. 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은 대향 배치되어 있다. 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은, Z방향으로 떨어져 배치되어 있다. 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642) 사이의 공간이 내부 공간(601)의 일부가 된다.
상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은, 평면으로 되어 있다. 예를 들면, 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은, XY 평면에 평행하게 되어 있다. 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은, 평면 거울로서 기능한다. 상측 반사면(641)은, 반사광을 -X 방향 및 -Z 방향으로 반사한다. 하측 반사면(642)은, 반사광을 -X 방향 및 +Z 방향으로 반사한다. 따라서, 상측 반사면(641) 또는 하측 반사면(642)에서 반사한 반사광은, 종단부(650)를 향해 진행해 간다. 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은, 서로 평행한 평면으로 이루어져 있지만, 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은 비평행한 평면일 수 있다. 예를 들면, 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)은, -X 방향으로 진행함에 따라 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)의 간격이 넓어져 가는 테이퍼면으로 되어 있어도 좋다.
종단부(650)에는, 광 흡수 소자(660)가 설치되어 있다. 광 흡수 소자(660)는 부재(620)에 고정되어 있다. 종단부(650)에 있어서, 광 흡수 소자(660)는, 부재(620)의 상면에, 상측을 향해 배치되어 있다. 볼록부(645)의 -X측에는 오목부 (655)가 설치되어 있고, 이 오목부(655)에 광 흡수 소자(660)가 배치되어 있다. 광 흡수 소자(660)는, 예를 들면, XY 평면을 메인면으로 하는 판 형상의 부재이다. XY 평면시(plan view)에 있어서, 광 흡수 소자(660)는, Y방향을 길이 방향, X방향을 짧은 방향으로 하는 직사각형으로 되어 있다.
광 흡수 소자(660)의 상방에는, 반사면(651)이 배치되어 있다. 반사면(651)과 광 흡수 소자(660) 사이의 공간이 내부 공간(601)의 일부가 된다. 반사면(651)은, +X측 및 -Z측을 향하여 배치된 오목면으로 이루어져 있다. 반사면(651)은, 내부 공간(601)의 예를 들면, 반사면(651)은, Y방향을 축 방향으로하는 원통형 미러로서 기능한다. 반사면(651)에 의해 반사된 반사광은 +X 방향 및 -Z 방향으로 진행하여 광 흡수 소자(660)에 입사한다. 광 흡수 소자(660)는, 입사된 반사광을 흡수한다. 반사면(651)은, 종단부(650)에 있어서, 내부 공간(601)의 상단(+Z측의 단부)을 규정한다. 반사면(651)은, 내부 공간(601)의 -X측의 단부를 규정한다.
이와 같이, 트래핑 구조체(600)의 내부 공간(601)은, 개구부(631)를 제외하고, 반사면(632), 상부 반사면(641), 하측 반사면(642), 및 반사면(651)으로 둘러싸여 있다. 트래핑 구조체(600)의 내부 공간(601)에는, 개구부(631)를 통해서, 기판 M으로부터의 반사광 R3이 입사한다. 개구부(631)를 통해서 입사한 반사광은, 반사면(632), 상측 반사면(641), 하측 반사면(642), 반사면(651) 등에서 입사한다. 또한, 반사면(632), 상측 반사면(641), 하측 반사면(642), 및 반사면(651)의 반사율은 90%정도가 된다. 따라서, 반사광은, 반사면(632), 상측 반사면(641), 하측 반사면(642), 및 반사면(651)에서 반사될 때마다 반사광의 일부가 부재(610) 또는 부재(620)에서 흡수된다.
광 흡수 소자(660)는, 종단부(650)의 오목부(655)에 배치되어 있다. 광 흡수 소자(660)의 양단에는 고정구(626)가 설치되어 있다. 고정구(626)는, 예를 들면, 볼트 등이며, 광 흡수 소자(660)를 부재(620)에 고정한다. 또한, 고정구(626)의 탑부는, 커버(625)로 덮여 있다. 커버(625)는, 부재(610), 부재(620)와 마찬가지로 금속 재료에 의해 형성되어 있다.
도 9는, 차단판(51)에서 반사한 반사광 R1의 광로를 나타내는 모식도이다. 도 10은, 기판 M에서 반사한 반사광 R3의 광로를 나타내는 모식도이다. 도 9 및 도 10은, XZ 단면에서의 반사광 R1, 및 반사광 R3의 광로를 각각 나타내고 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 반사광 R1은, 개구부(631)를 통해서, 반사면 (632)에 입사한다. 반사면(632)에서 반사된 반사광 R11이, 트래핑 구조체(600)의 내부 공간(601)으로 유도된다. 반사면(632)으로부터의 반사광 R11의 일부는, 하측 반사면(642), 반사면(651)의 순서로 반사된다. 반사면(632)으로부터의 반사광 R11의 일부는, 직접, 반사면(651)에 입사한다. 반사면(632)으로부터의 반사광 R11의 일부는, 상측 반사면(641), 및 반사면(651)의 순서로 반사된다. 반사면(651)은, 반사광 R11을 광 흡수 소자(660)를 향해 반사한다. 광 흡수 소자(660)는, 입사한 반사광 R1을 흡수한다. 또한, 도 9에서는, 반사광 R1을 빔 댐퍼(60)에 수광시키기 위해서, 차단판(51)이 XY 평면에서 경사져 배치되어 있다. 혹은, 차단판(51)을 부분적으로 굴곡함으로써, 반사광 R1을 빔 댐퍼(60)에 의해 수광(受光)시켜도 좋다.
마찬가지로, 도 10에 나타내는 바와 같이, 기판 M으로부터의 반사광 R3은, 개구부(631)를 통해서, 반사면(632)에 입사한다. 반사면(632)에서 반사된 반사광 R31이, 트래핑 구조체(600)의 내부 공간(601)으로 유도된다. 반사면(632)에 의해 반사된 반사광 R31은, 하측 반사면(642)에 입사한다. 하측 반사면(642)에 의해 반사된 반사광 R31의 일부는 하측 반사면(642)에 의해 반사되어 반사면(651)에 입사한다. 하측 반사면(642)에서 반사된 반사광 R31의 일부는 하측 반사면(642)과 상측 반사면(641)에서 반사의 반사를 반복하여 반사면(651)에 입사한다. 반사면(651)에서 반사된 반사광 R31은, 직접 또는 커버(625)에 의해 반사되어 광 흡수 소자(660)에 입사한다. 광 흡수 소자(660)는, 입사한 반사광 R31을 흡수한다. 반사광 R3는 반사광 R1에 비해 Z방향에 가까운 방향으로 진행하기 때문에, 내부 공간(601) 내에서의 반사 횟수가 보다 많아진다.
이와 같이, 트래핑 구조체(600)는, 다양한 각도로 반사면(632)에 입사한 반사광을 트래핑할 수 있다. 즉, 반사면(632)에 입사한 반사광의 거의 모두가, 개구부(631)로부터 트래핑 구조체(600)의 외부로 누출되지 않고 광 흡수 소자(660)로 유도된다. 따라서, 반사광을 효율적으로 흡수할 수 있어, 온도 상승에 의한 광학 소자의 변위를 억제할 수 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 차단판(52)에 의해 반사된 반사광 R2도 트래핑 구조체(600)에 트래핑되어서 광 흡수 소자(660)에 흡수된다.
예를 들면, XZ 평면시에 있어서, 반사면(632)은 곡률 중심 O1을 갖는 곡면 거울일 수 있다. 즉, XZ 평면시에 있어서, 반사면(632)은 곡률 중심 O1을 중심으로 하는 원호 형상으로 형성되어 있다. 곡률 중심 O1은, 내부 공간(601)의 외측에 배치되어 있다. 구체적으로는, 곡률 중심 O1은, 대향부(640)의 하측(-Z측)에 배치된다. 물론, XZ 평면시에서의 반사면(632)의 형상은 진원(true circle)의 원호 형상에 한정되지 않고, 타원의 원호 형상, 포물선 형상 등의 곡면 이어도 좋다. 또한, 반사면(632)의 -Z 방향 및 -X 방향을 향한 경사 평면이어도 된다.
XZ 평면시에 있어서, 반사면(651)을 곡면으로 하는 것이 바람직하다. XZ 평면시에 있어서, 반사면(651)은 90°의 원호로 이루어져 있다. 반사면(651)의 곡률 중심 O2은, 내부 공간(601) 내에 있다. 또한, 반사면(651)의 형상은, 진원의 원호에 한정되지 않고, 타원의 원호나, 포물선 형상 등 곡면이어도 된다. 또한, 반사면(632)의 -Z 방향 및 +X 방향을 향한 경사 평면이어도 된다.
대향부(640)에 있어서, 부재(620)에는, +Z측으로 돌출한 볼록부(645)가 설치되어 있다. 종단부(650)에 있어서, 부재(620)에는, -Z측으로 우묵하게 들어간 오목부(655)가 설치되어 있다. 하측 반사면(642)은, 광 흡수 소자(660)보다도 +Z측에 배치되어 있다. 이와 같이 함으로써, 반사광을 효율적으로 내부 공간(601)에 트래핑할 수 있다. 즉, 광 흡수 소자(660)나 반사면(651)에서 반사되어서 -Z 방향 및 +X 방향으로 진행하는 반사광이 트래핑 구조체(600)로부터 누설되는 것을 방지할 수 있다. 이에 의해, 효율적으로 반사광을 흡수할 수 있기 때문에, 온도 상승에 의한 광학계의 변위를 억제할 수 있다.
본 실시형태의 구성에 의해, 광학계 모듈의 온도 상승을 억제할 수 있다. 예를 들면, 광 흡수 소자(660)의 표면에서의 반사 및 산란이 적잖이 존재한다. 고출력 레이저에서는, 이 반사광, 산란광의 영향이 커져, 밀폐 인클로저 내부의 부재(예를 들면, 차단판(51))가 그 빛을 흡수하여 온도 상승을 일으킬 우려가 있다. 본 실시형태의 구성에 의해, 온도 상승에 의한 밀폐 인클로저(31)의 내부의 광학 소자에 대한 영향을 억제할 수 있다. 밀폐 인클로저(31)가 차단판(51)과 빔 댐퍼(60)를 수용하고 있다. 이 때문에 차단판(51)에 대한 영향을 억제할 수 있다.
본 실시형태에 의해, 반사광 R1~R3의 조사에 의한 광학계 모듈의 온도 상승을 억제할 수 있어, 광학계 모듈의 인클로저의 변형을 억제한다. 이에 따라, 광학계 모듈에 설치된 각 광학 소자의 위치 어긋남을 억제하고, 레이저광의 조사 불균일을 억제할 수 있다. 안정적으로 레이저광을 기판 M에 조사할 수 있다.
또한, 트래핑 구조체(600)나 광 흡수 소자(660)의 온도 상승에 의해, 밀폐 인클로저(31) 내부의 기체의 밀도 분포가 불균일해지면, 레이저광의 광로 길이에 영향을 미치고 조사 결과에 악영향을 줄 우려가 있다. 본 실시형태에서는, 밀폐 인클로저(31)에 대한 영향을 억제할 수 있어서, 레이저 조사 프로세스를 안정적으로 수행할 수 있다.
고출력의 레이저광을 사용한 경우에도, 광 흡수 소자(660)의 열화를 억제할 수 있다. 본 실시형태에서, 광 흡수 소자(660)에 반사광이 직접 입사하지 않도록 하고 있어서, 광 흡수 소자(660)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 즉, 반사광의 일부는, 수냉되어 있는 트래핑 구조체(600)에서 흡수된다. 따라서, 광 흡수 소자(660)의 열화를 억제할 수 있어서, 광 흡수 소자(660)를 수명 연장할 수 있다. 이에 따라, 생산성을 향상시킬 수 있다.
그리고 또한, 빔 댐퍼(60)의 대형화를 방지할 수 있어서, 설치 공간이 한정되는 레이저 조사 장치(1)에도 적용 가능하다.
이하, 본 실시형태의 구성과 비교 예의 구성에서의 온도 상승의 측정 결과에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 트래핑 구조체(600)를 채용하고 있지 않는 구성을 비교 예로 한다. 즉, 비교 예는, 특허문헌 1과 같이, 기판 M이나 차단판(51)에서의 반사광이 직접, 광 흡수 소자(660)에 입사하는 구성으로 되어 있다.
여기서는, Y방향에서의 빔 길이를 500mm, 빔 출력을 360W로 한 경우의 측정 결과에 대하여 설명한다. 또한, 냉각수 유량을 1.2l/min으로 하고 있다. 광 흡수 소자의 온도 상승은, 비교예에서 50.8℃, 본 실시형태에서 7.9℃이다. 본 실시형태의 구성에 의해, 광 흡수 소자(660)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
냉각수의 온도 상승은 비교예에서는 2.6℃이고, 본 실시형태에서는 3.8℃이다. 또한, 레이저광의 광 에너지가 모두 냉각수의 온도 상승에 사용되었을 경우의 냉각수의 온도 상승은 4.3℃이다. 본 실시형태의 구성에 의해, 냉각수에 의한 냉각 효율을 상승할 수 있다. 따라서, 온도 상승에 의한 광 흡수 소자(660)의 열화를 억제할 수 있다.
빔 댐퍼(60)에 입사광에 대한 산란광·누설광의 비율은, 비교 예에서는 40%, 본 실시형태에서는 12%이다. 산란광으로부터 추정되는 광학계 모듈(20)의 부품의 온도는, 비교 예에서는 40℃, 본 실시형태에서는 28℃가 된다. 이와 같이, 광학 부품의 온도 상승을 억제할 수 있다. 그리고 또한, 레이저광 출력을 0.64kW로 한 경우, 비교 예의 구성에서는, 10분의 연속 사용으로 광 흡수 소자(660)에 변색이 보였지만, 본 실시형태에서는 4시간의 연속 사용에서도 변색을 볼 수 없다.
트래핑 구조체(600)의 사이즈의 일례에 관해서 설명한다. 우선, Z방향의 치수에 대하여 설명한다. Z방향에서의 트래핑 구조체(600)의 사이즈(크기)는 78mm가 된다. 즉, 부재(610)의 상면(상단)에서 부재(620)의 하면(하단)까지의 거리는, 78㎜가 된다. Z방향에 있어서의 부재(610)의 사이즈(크기)는, 50mm가 된다. 즉, Z방향에 있어서, 하측 반사면(642)에서 부재(610)의 상단까지의 거리는 50mm가 된다.
Z방향에서의 부재(620)의 사이즈(크기)는 28mm가 된다. 즉, Z방향에 있어서, 하측 반사면(642)에서 부재(620)의 하면까지의 거리는 28mm가 된다. Z방향에 있어서, 상측 반사면(641)에서 부재(610)의 상면까지의 거리는 17mm가 된다. Z방향에 있어서의 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)의 간격은, 예를 들면 33mm으로 되어 있다. Z방향에 있어서, 볼록부(645)의 높이, 즉 오목부(655)의 깊이는 8mm가 된다.
이어서, X방향의 치수에 대하여 설명한다. X방향에서의 트래핑 구조체(600)의 사이즈는 180mm가 된다. X방향에 있어서, 처마부(630)의 사이즈는, 60mm가 된다. X방향에 있어서, 대향부(640)와 종단부(650)의 합계 사이즈는 120mm가 된다.
이어서, 곡면이 되는 반사면(651) 및 반사면(632)에 대하여 설명한다. XY 평면시에 있어서, 반사면(651)은 곡률 반경 33mm의 원호로 이루어져 있다. 반사면(651)은 90°의 부채꼴의 원호로 되어 있다. XY 평면시에 있어서, 반사면(632)은 곡률 반경 100mm의 원호로 할 수 있다. 물론, 트래핑 구조체(600)는, 상기의 사이즈에 한정되는 것은 아니다. 레이저광 L1의 확산각(spread angle), 기판 M 및 차단판(51)까지의 거리에 따라 적절하게 트래핑 구조체(600)를 설계하면 된다.
이어서, 도 11을 참조하여, 광 흡수 소자(660)를 트래핑 구조체(600)에 장착하는 장착 구조의 일례에 관해서 설명한다. 도 11은, 광 흡수 소자(660)의 장착 구조를 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 11은 오목부(655)의 저부 주변에서의 트래핑 구조체(600)의 단면 구성을 나타내고 있다.
전술한 바와 같이, 부재(620)에 설치된 오목부(655)에, 광 흡수 소자(660)가 배치되어 있다. 부재(620)와 광 흡수 소자(660) 사이에는, 시트(661)가 배치되어 있다. 시트(661)는, 예를 들면, 두께 0.5㎜의 그라파이트 시트(graphite sheet) 등이다. 부재(620)와 광 흡수 소자(660) 사이에 시트(661)를 개재시킴으로써, 광 흡수 소자(660)의 열을 효율적으로 부재(620)에 전도시킬 수 있다. 이에 따라, 광 흡수 소자(660)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
그리고 또한, X방향에서의 광 흡수 소자(660)의 양측에는, 판 스프링(662)이 설치되어 있다. 판 스프링(662)은, 볼트 등 고정구(626)(도 8 참조)로 부재(620)에 고정되어 있다. 판 스프링(662)이 X방향에서의 광 흡수 소자(660)의 단부의 위까지 연장되어 있다. 즉, 부재(620)에 장착된 판 스프링(662)이 광 흡수 소자(660)의 위까지 튀어나와 있다. 판 스프링(662)을 통해서 광 흡수 소자(660)가 부재(620)에 고정되어 있다.
판 스프링(662)은, 광 흡수 소자(660)를 -Z방향으로 바이어스하는 부세력(biasing force)을 발생시킨다. 판 스프링(662)이 시트(661)에 광 흡수 소자 (660)를 밀어 붙인다. 이에 의해, 광 흡수 소자(660)의 열을 효율적으로 방열할 수 있다. 물론, 판 스프링(662) 이외의 탄성체에 의해, 광 흡수 소자(660)를 -Z방향으로 바이어스할 수 있다.
그리고 또한, X 방향에서의 광 흡수 소자(660)의 양단에는, 커버(625)가 설치되어 있다. 커버(625)는, 판 스프링(662)을 덮도록 배치되어 있다. 커버(625)는, 예를 들면 부재(620)에 고정되어 있다. 커버(625)를 설치함으로써, 광 흡수 소자(660)의 표면에서의 반사광 및 산란광이, 트래핑 구조체(600)로부터 누설되는 것을 방지할 수 있다. 커버(625)는, 부재(610) 및 부재(620)와 마찬가지로, 알루미늄 합금 등의 금속 재료에 의해 형성되어 있다. 커버(625)는 레이저 파장에 대한 흡수율이 높아지도록 표면 처리를 행해도 좋다. 이러한 구성에 의해, 반사광의 누설을 억제할 수 있으면서 동시에 효율적으로 방열할 수 있다.
본 실시형태의 레이저 조사 장치(1)는 빔 댐퍼(60)를 갖는다. 빔 댐퍼(60)는, 차단판(51)에 의해 반사된 반사광 R1, 차단판(52)에 의해 반사된 반사광 R2 및 기판 M에 의해 반사된 반사광 R3을 수광하도록 배치되어 있다. 반사광 R1~R3이, 광학계 모듈(20)에 도달하는 것을 억제할 수 있다. 반사광 R1~R3의 조사에 의한 광학계 모듈의 온도의 상승을 억제할 수 있어서, 광학계 모듈의 인클로저의 변형을 억제한다. 이에 의해, 광학계 모듈에 설치된 각 광학 소자의 위치 어긋남을 억제하여 레이저광의 조사 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 반사광 R1~R3가, 빔 댐퍼(60)에 도달하도록 한다. 따라서, 광학계 모듈(20)과의 사이에 온도 구배를 발생시키는 요인을, 예를 들면, 빔 댐퍼(60)으로만 한정하여, 광학계 모듈(20)의 온도 상승을 억제하는 대책을 용이하게 할 수 있다.
빔 댐퍼(60)는, 광학계 모듈(20)에 직접 장착하지 않고, 광학계 모듈(20)과의 사이에 간격을 갖도록 배치되어 있다. 이에 따라, 빔 댐퍼(60)와 광학계 모듈(20)과의 사이의 단열성을 향상시킬 수 있다. 또한, 빔 댐퍼(60)를, 광학계 모듈(20)에 단열재를 통해서 간격을 갖도록 장착한다. 이것에 의해서도, 빔 댐퍼(60)와 광학계 모듈(20) 사이의 단열성을 향상시킬 수 있다.
빔 댐퍼(60)를 가스 박스(41)의 상방에 설치된 실링창(33)보다도 상방으로 배치한다. 따라서, 반사광 R1~R3을 수광하여 가령 빔 댐퍼(60) 근방의 온도가 상승해도, 빔 댐퍼(60)와, 기판 M1 사이에는 가스 박스(41)가 배치되어 있기 때문에, 기판 M1의 근방의 분위기가 흐트러지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 분위기의 혼란에 의한 조사 불균일(uneven irradiation)을 억제할 수 있다.
차단판(51 및 52)의 광학계 모듈(20)측의 면에, 반사 미러(57)를 설치함으로써, 차단판(51 및 52)에 의한 레이저광 L1의 흡수를 억제할 수 있다. 이에 의해, 차단판(51 및 52)의 온도가 상승함으로써, 차단판(51 및 52)의 근방의 분위기가 흐트러지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 분위기의 혼란에 의한 조사 불균일을 억제할 수 있다. 적어도, 광학계 모듈(20)에 가까운 차단판(51)에 반사 미러(57)를 설치함으로써, 분위기의 혼란에 의한 조사 불균일을 억제할 수 있다.
밀폐 인클로저(31)의 내부를 항시 환기된 상태가 되도록, 가스(37)의 유량을 제어한다. 이에 의해, 밀폐 인클로저(31)의 내부의 분위기에 있어서의 온도 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 레이저광 L1이 통과하는 분위기의 온도 구배에 따라 유체 밀도가 변화하고, 굴절률이 변동하는 것을 억제하여 조사 불균일을 억제할 수 있다.
(변형 예 1)
실시형태 1에서는, 부재(610)와 부재(620)가 Z방향으로 나란히 배치되어 있었지만, 변형 예 1에서는 2개의 부재가 X방향으로 나란히 배치되어 있다. 변형 예 1에 따른 빔 댐퍼(60)에 대해서, 도 12를 이용하여 설명한다. 부재(670)의 -X측에 부재(680)가 장착되어 있다. 부재(670)가 내부 공간(601)의 상단 및 하단을 규정한다. 부재(680)가 내부 공간(601)의 -X측의 단부를 규정한다.
트래핑 구조체(600)는, 처마부(630)와 대향부(640)를 구비한다. 즉, 변형 예 1에서는, 트래핑 구조체(600)에, 종단부(650)가 설치되어 있지 않다. 처마부(630)와 대향부(640)는 부재(670)에 설치되어 있다. 실시의 형태 1과 마찬가지로, 처마부(630)는, 개구부(631) 및 반사면(632)을 갖는다. 실시의 형태 1과 마찬가지로, 대향부(640)는, 상측 반사면(641)과 하측 반사면(642)을 구비하고 있다.
변형 예 1에서는, 종단부(650)가 설치되어 있지 않다. 대향부(640)의 -X측에는 광 흡수 소자(660)가 배치되어 있다. 따라서, 변형 예 1에서는 오목부(655) 및 볼록부(645)가 설치되어 있지 않다. 광 흡수 소자(660)가 +X측을 향하여 배치되어있다. 따라서, -X측으로 진행하는 반사광이 광 흡수 소자(660)에서 흡수된다.
부재(680)에는, 냉각관(681,682)이 설치되어 있다. 냉각관(681) 및 냉각관(682)은, 광 흡수 소자(660)의 -X측에 배치되어 있다. 부재(670)에는, 냉각관(671,672)이 설치되어 있다. 이러한 구성에서도, 반사광 R1~R3을 트래핑 구조체(600) 내에 트래핑할 수 있어서 온도 상승을 억제할 수 있다.
(유기 EL 디스플레이)
상기의 폴리실리콘 막을 갖는 반도체 장치는, 유기 EL (ElectroLuminescence) 디스플레이용의 TFT (Thin Film transistor) 어레이 기판에 적합하다. 즉, 폴리실리콘막은, TFT의 소스 영역, 채널 영역, 드레인 영역을 갖는 반도체층으로서 사용된다.
이하, 본 실시형태에 따른 반도체 장치를 유기 EL 디스플레이에 적용한 구성에 대하여 설명한다. 도 13은 유기 EL 디스플레이의 화소 회로를 간략화하여 나타내는 단면도이다. 도 13에 나타낸 유기 EL 디스플레이(300)는, 각 화소 PX에 TFT가 배치된 액티브 매트릭스형의 표시 장치이다.
유기 EL 디스플레이(300)는, 기판(310), TFT층(311), 유기층(312), 컬러필터층(313), 및 실링 기판(314)을 구비하고 있다. 도 13에서는, 실링 기판(314) 측이 시인측(viewing side)이 되는 톱 에미션(top emission) 방식의 유기 EL 디스플레이를 나타내고 있다. 또한, 이하의 설명은, 유기 EL 디스플레이의 일 구성예를 나타내는 것이고, 본 실시의 형태는, 이하에 설명하는 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 실시의 형태에 따른 반도체 장치는, 바텀 에미션(bottom emission) 방식의 유기 EL 디스플레이에 사용되고 있어도 좋다.
기판(310)은, 유리 기판 또는 금속 기판이다. 기판(310) 위에는, TFT층(311)이 설치되어 있다. TFT층(311)은, 각 화소 PX에 배치된 TFT(311a)를 갖는다. 그리고 또한, TFT층(311)은, TFT(311a)에 접속되는 배선(도시를 생략) 등을 갖는다. TFT(311a), 및 배선 등이 화소 회로를 구성한다.
TFT층(311) 상에는, 유기층(312)이 설치되어 있다. 유기층(312)은, 화소 PX마다 배치된 유기 EL 발광 소자(312a)를 갖는다. 또한, 유기층(312)에는 화소 PX 사이에 있어서, 유기 EL 발광 소자(312a)를 분리하기 위한 격벽(312b)이 설치되어 있다.
유기층(312) 위에는 컬러 필터층(313)이 설치되어 있다. 컬러 필터층(313)은, 컬러 표시를 수행하기 위한 컬러 필터(313a)가 설치되어 있다. 즉, 각 화소 PX에는, R(적색), G(녹색), 또는 B(청색)에 착색된 수지층이 컬러 필터(313a)로서 설치되어 있다.
컬러 필터층(313) 위에는 실링 기판(314)이 설치되어 있다. 실링 기판(314)은, 유리 기판 등의 투명 기판이며, 유기층(312)의 유기 EL 발광 소자의 열화를 방지하기 위해서 설치되어 있다.
유기층(312)의 유기 EL 발광 소자(312a)에 흐르는 전류는, 화소 회로에 공급되는 표시 신호에 따라 변화한다. 따라서, 표시 화상에 따른 표시 신호를 각 화소 PX에 공급함으로써, 각 화소 PX에서의 발광량을 제어할 수 있다. 이에 의해, 원하는 화상을 표시할 수 있다.
유기 EL 디스플레이 등의 액티브 매트릭스형 표시 장치에서는, 1개의 화소 PX에, 1개 이상의 TFT(예를 들면, 스위칭용 TFT, 또는 구동용 TFT)가 설치되어 있다. 그리고, 각 화소 PX의 TFT에는, 소스 영역, 채널 영역, 및 드레인 영역을 갖는 반도체층이 형성되어 있다. 본 실시형태에 따른 폴리실리콘막은, TFT의 반도체층에 적합하다. 즉, 상기의 제조 방법에 의해 제조된 폴리실리콘막을 TFT 어레이 기판의 반도체층에 사용함으로써, TFT 특성의 면내 편차를 억제할 수 있다. 따라서, 표시 특성이 우수한 표시 장치를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
(반도체 장치의 제조 방법)
본 실시형태에 따른 레이저 조사 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법은, TFT 어레이 기판의 제조에 적합하다. TFT를 갖는 반도체 장치의 제조 방법에 관해서, 도 14, 도 15를 이용하여 설명한다. 도 14, 도 15는, 반도체 장치의 제조 공정을 나타내는 공정 단면도이다. 이하의 설명에서는, 역 스태거드(inverted staggered)형의 TFT를 갖는 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 14, 도 15에서는, 반도체 제조 방법에 있어서의 폴리실리콘막의 형성 공정을 나타내고 있다. 또한, 그 밖의 제조 공정에 대해서는, 공지의 방법을 이용할 수 있어서 설명을 생략한다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(401) 상에 게이트 전극(402)이 형성되어 있다. 게이트 전극(402) 위에, 게이트 절연막(403)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(403) 위에 아몰퍼스 실리콘막(404)을 형성한다. 아몰퍼스 실리콘막(404)은, 게이트 절연막(403)을 통해서 게이트 전극(402)과 중복하도록 배치되어 있다. 예를 들면, CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해, 게이트 절연막(403)과 아몰퍼스실리콘막(404)을 연속 성막한다.
그리고, 아몰퍼스 실리콘막(404)에 레이저광 L1을 조사함으로써, 도 15에 나타내는 바와 같이 폴리실리콘막(405)이 형성된다. 즉, 도 1 등에서 나타낸 레이저 조사 장치(1)에 의해 아몰퍼스 실리콘막(404)을 결정화 한다. 이에 따라, 실리콘이 결정화한 폴리실리콘막(405)이 게이트 절연막(403) 상에 형성된다. 폴리실리콘막 (405)은, 상술한 폴리실리콘막(101b)에 상당한다.
그리고 또한, 상기의 설명에서는, 본 실시의 형태에 따른 레이저 어닐링 장치가, 아몰퍼스 실리콘막에 레이저광을 조사하여 폴리실리콘막을 형성하는 것으로서 설명하였지만, 아몰퍼스 실리콘막에 레이저광을 조사하여 마이크로크리스탈 실리콘막을 형성하는 것이어도 좋다. 그리고 또한, 어닐링을 행하는 레이저광은 Nd:YAG 레이저에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시의 형태에 따른 방법은, 실리콘막 이외의 박막을 결정화하는 레이저 어닐링 장치에 적용하는 것도 가능하다. 즉, 비정질막에 레이저광을 조사하여 결정화막을 형성하는 레이저 어닐링 장치이면, 본 실시의 형태에 따른 방법은 적용 가능하다. 본 실시의 형태에 따른 레이저 어닐링 장치에 의하면, 결정화막 부착 기판을 적절하게 개질할 수 있다.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시의 형태에 의거하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시의 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.
이 출원은, 2020년 11월 11일에 출원된 일본 특허출원 제2020-187793을 기초로 하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 전부를 여기에 포함한다.
1; 레이저 조사 장치
10; 광원
20; 광학계 모듈
21; 광학계 인클로저(OPTICAL ENCLOSURE)
22; 미러
23; 실링창
30; 밀폐부
31; 밀폐 인클로저(SEALING ENCLOSURE)
33; 실링창
34; 가스 입구
35; 가스 출구
37; 가스
40; 처리실
41; 가스 박스(GAS BOX)
42; 도입창
43; 조사창
44; 가스 입구
45; 기판 스테이지
46; 베이스(BASE)
47; 주사장치
48; 토대(FOUNDATION)
49; 반송 방향
51; 차단판
52; 차단판
54; 슬릿
55; 슬릿
57; 반사 미러
58; 단열재
60; 빔 댐퍼(BEAM DAMPER)
201; 유리 기판
202; 게이트 전극
203; 게이트 절연막
204; 아몰퍼스 실리콘막
205; 폴리실리콘막
206; 층간 절연막
207a; 소스 전극
207b; 드레인 전극
300; 유기 EL 디스플레이
310; 기판
311; TFT층
311a; TFT
312; 유기층
312a; 유기 EL 발광 소자
312b; 격벽
313; 컬러 필터층
313a; 컬러 필터
314; 실링 기판
C1; 광축
L1; 레이저광
M1; 기판
R1; 반사광
R2; 반사광
R3; 반사광
600; 트래핑 구조체(TRAPPING STRUCTURE)
601; 내부 공간
610; 부재(部材)
611; 냉각관
612; 냉각관
620; 부재
621; 냉각관
622; 냉각관
625; 커버
626; 고정구
630; 처마부(EAVES PORTION)
631; 개구부
632; 반사면
640; 대향부
641; 상측 반사면
642; 하측 반사면
645; 볼록부
650; 종단부
651; 반사면
655; 오목부
660; 광 흡수 소자
661; 시트
662; 판 스프링

Claims (20)

  1. 레이저광을 대상물에 조사하는 광학계 모듈과,
    상기 대상물에서 반사한 반사광을 흡수하는 빔 댐퍼를, 구비한 레이저 조사 장치이며,
    상기 빔 댐퍼는, 제1 부재와, 상기 제1 부재에 대향하도록 고정된 제2 부재를 구비하고,
    상기 제1 부재는 상기 반사광이 입사하는 처마부를 구비하고,
    상기 처마부는, 상기 대상물에 의해 반사된 반사광을 상기 제1 부재와 상기 제2 부재로 둘러싸인 내부 공간을 향해 반사하는 반사면을 가지고 있는 레이저 조사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처마부에 설치된 상기 반사면이 오목면으로 되어 있는 레이저 조사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 빔 댐퍼에는, 상기 내부 공간을 향하여 배치되고, 상기 반사광을 흡수하는 광 흡수 소자가 설치되어 있는 레이저 조사 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 빔 댐퍼는,
    상기 광 흡수 소자가 설치된 종단부(終端部)와,
    상기 처마부와, 상기 종단부와의 사이에 배치된 대향부를, 더 구비하고,
    상기 대향부에는, 상측 반사면과, 상기 상측 반사면과 대향하는 하측 반사면이 설치되고,
    상기 처마부의 상기 반사면에서 반사된 반사광의 적어도 일부가, 상기 상측 반사면과 상기 하측 반사면에서 반사되어, 상기 광 흡수 소자에 입사하는 레이저 조사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 대상물의 메인면과 직교하는 직교 방향에 있어서, 상기 종단부가 상기 하측 반사면보다도 상기 대상물 측에 우묵하게 들어간 오목부를 구비하고,
    상기 오목부에 상기 광 흡수 소자가 배치되어 있는 레이저 조사 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 광이 투과하는 슬릿(slit)이 형성된 차단판을 더 구비하고 있는 레이저 조사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 처마부는, 상기 반사광이 통과하는 개구부를 가지고 있으며,
    상기 차단판으로부터의 반사광이 상기 개구부를 통해서 상기 빔 댐퍼의 상기 내부 공간에 입사하는 레이저 조사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 차단판과 상기 빔 댐퍼를 수용하는 밀폐 인클로저(sealing enclosure)를 더 구비한 레이저 조사 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재의 상기 내부 공간을 향한 면이 입사한 상기 반사광의 일부를 흡수하는 레이저 조사 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재에는, 냉각관이 설치되어 있는 레이저 조사 장치.
  11. (A)광학계 모듈로부터 레이저광을, 반도체를 포함하는 막이 형성된 기판을 향해 출사시키는 단계와,
    (B)상기 레이저광을, 상기 기판에 조사하는 단계와,
    (C)상기 기판에 조사된 레이저광 중, 상기 기판에 의해 반사된 반사광을 빔 댐퍼에 수광시키는 단계를, 구비하고,
    상기 빔 댐퍼는, 제1 부재와, 상기 제1 부재에 대향하도록 고정된 제2 부재를, 구비하고,
    상기 제1 부재는 상기 반사광이 입사하는 처마부를 구비하고,
    상기 처마부는, 상기 기판에 의해 반사된 반사광을 상기 제1 부재와 상기 제2 부재로 둘러싸인 내부 공간을 향해서 반사하는 반사면을 가지고 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 처마부에 설치된 상기 반사면이 오목면으로 되어 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 빔 댐퍼에는, 상기 내부 공간을 향하여 배치되고, 상기 반사광을 흡수하는 광 흡수 소자가 설치되어 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 빔 댐퍼는,
    상기 광 흡수 소자가 설치된 종단부와,
    상기 처마부와, 상기 종단부와의 사이에 배치된 대향부를, 더 구비하고,
    상기 대향부에는, 상측 반사면과, 상기 상측 반사면과 대향하는 하측 반사면이 설치되고,
    상기 처마부의 상기 반사면에서 반사된 반사광의 적어도 일부가, 상기 상측 반사면과 상기 하측 반사면에서 반사되어, 상기 광 흡수 소자에 입사하는 반도체 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판의 메인면과 직교하는 직교 방향에 있어서, 상기 종단부가 상기 하측 반사면보다도 상기 대상물측에 우묵하게 들어간 오목부를 구비하고,
    상기 오목부에 상기 광 흡수 소자가 배치되어 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저광을 차단판에 형성된 슬릿을 통과시키고, 상기 슬릿을 통과한 레이저광이 상기 기판에 조사되어 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 처마부는, 상기 반사광이 통과하는 개구부를 가지고 있으며,
    상기 차단판으로부터의 반사광이 상기 개구부를 통해서 상기 빔 댐퍼의 상기 내부 공간에 입사하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 차단판과 상기 빔 댐퍼가 밀폐 인클로저에 수용되어 있는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재의 상기 내부 공간을 향한 면이 입사한 상기 반사광의 일부를 흡수하는 반도체 장치의 제조 방법.
  20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재에는, 냉각관이 설치되어 있는 반도체 장치의 제조 방법.
KR1020237015822A 2020-11-11 2021-11-05 레이저 조사 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법 KR20230104622A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2020-187793 2020-11-11
JP2020187793A JP2022077121A (ja) 2020-11-11 2020-11-11 レーザ照射装置、及び半導体装置の製造方法
PCT/JP2021/040818 WO2022102538A1 (ja) 2020-11-11 2021-11-05 レーザ照射装置、及び半導体装置の製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230104622A true KR20230104622A (ko) 2023-07-10

Family

ID=81602250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237015822A KR20230104622A (ko) 2020-11-11 2021-11-05 레이저 조사 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230411159A1 (ko)
JP (1) JP2022077121A (ko)
KR (1) KR20230104622A (ko)
CN (1) CN116420216A (ko)
WO (1) WO2022102538A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018060927A (ja) 2016-10-06 2018-04-12 株式会社日本製鋼所 レーザ照射装置及び半導体装置の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003151916A (ja) * 2001-08-03 2003-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法
JP3678686B2 (ja) * 2001-09-11 2005-08-03 川崎重工業株式会社 高強度レーザビーム用光吸収装置
JP3861090B2 (ja) * 2003-11-06 2006-12-20 日本高周波株式会社 光ビームアブゾーバ
JP6215860B2 (ja) * 2015-03-02 2017-10-18 ファナック株式会社 光ビームを吸収する光アブソーバ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018060927A (ja) 2016-10-06 2018-04-12 株式会社日本製鋼所 レーザ照射装置及び半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022102538A1 (ja) 2022-05-19
JP2022077121A (ja) 2022-05-23
CN116420216A (zh) 2023-07-11
US20230411159A1 (en) 2023-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6803189B2 (ja) レーザ照射装置及び半導体装置の製造方法
US9010155B2 (en) Laser annealing apparatus
KR101017848B1 (ko) 빔 호모지나이저 및 레이저 조사 장치와 반도체 장치 제조 방법
US6744008B1 (en) Laser apparatus and laser annealing method
US7474679B2 (en) Laser apparatus and manufacturing method of thin film transistor using the same
KR20080020480A (ko) 레이저 조사 장치, 레이저 조사 방법, 박막 반도체 장치의제조 방법 및 표시 장치의 제조 방법
US20080011968A1 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device
US6897166B2 (en) Method of fabricating semiconductor device and system of fabricating semiconductor device
KR20230104622A (ko) 레이저 조사 장치, 및 반도체 장치의 제조 방법
TWI749156B (zh) 截止器及基板處理裝置
KR102602233B1 (ko) 레이저 조사 장치
KR102490081B1 (ko) 레이저 결정화 장치 및 방법
US20220214531A1 (en) Laser crystallization apparatus
KR102480839B1 (ko) 레이저 결정화 장치 및 이의 구동 방법
WO2023079648A1 (ja) レーザ照射装置、レーザ照射方法、及びディスプレイの製造方法
KR20230134055A (ko) 레이저 조사 장치 및 레이저 조사 방법
JP5640890B2 (ja) 光照射装置および光照射方法
KR20070062797A (ko) 실리콘 결정화 장치
KR20220030462A (ko) 광학계 및 이를 포함하는 레이저 조사 장치
WO2012102207A1 (ja) 光照射装置
KR20120130699A (ko) 광조사 장치 및 광조사 방법
KR20110032359A (ko) 레이저 결정화 장치