TW201008691A - Laser anneal apparatus - Google Patents

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Norihito Kawaguchi
Ryusuke Kawakami
Kenichiro Nishida
Jun Izawa
Miyuki Masaki
Masaru Morita
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Ihi Corp
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Description

201008691 六、發明說明： 【發明所屬之技術領威】 本發明係關於一種雷射退火裝置’其'係藉由對被處理 體照射雷射光以執行被處理體的退火處理。 【先前技術】 近年來，以半導體裝置或液晶顯承器的開關元件而 '言，係廣泛使用在通道層使用多晶矽膜的薄膜電晶體 -(TFT)。一般來說，使用在薄膜電晶體的通道層之多晶矽膜 ❹係使用所謂的低溫多晶矽之製程來製造。低溫多晶矽之製 程係在玻璃基板上成長非晶矽膜，再將雷射光照射到該非 晶矽膜以製造多晶矽膜。 在該種低溫多晶矽膜係使用雷射退火裝置加熱非晶 石夕膜’使之嫁融、再結晶化以製作多晶矽膜，然而當退火 的零圍中含有氧時’於加熱時矽會產生氧化，而有對元件 特性造成不良影響的問題。因此，使用氮等惰性氣體來防 ❹止碎的氧化。 於專利文獻1中係揭示有，在處理室（chamber)内設 作台，並#㈣氮氣供應至處理 室内以防止退火處理中矽的氧化。 在專利文獻2中揭示有，從朝上下擺動的擺動喷嘴前 端嘴出氮’而僅將照射雷射的部分附近作成氮氛圍，藉此 來防止退火處理中硬的氧化。 在專利文獻3中揭示有，將上部以玻璃加以密閉下部 為敞開的圓筒狀小室（cell)，以相對於基板配置在十分接 321320 201008691 近的位置狀態下，朝小室的内部注入氮氣，藉此來防止退 火中的矽氧化。 專利文獻1 :日本專利第3735394號公報 專利文獻2 :日本專利第3091904號公報 專利文獻3 :日本特開2004-87962號公報 在應用上述之供給氮來進行雷射退火的實施中，由於 氮氣流量的不同、或季節的變化等所伴隨之外部氣溫的變 動等，會發生照射不均等使製程呈不穩定的問題。 經銳意檢討引起上述照射不均的主要原因之結果，本 發明人找到氮氣溫度的變動（fluctuation)所引起的雷射 光折射現象是其主要原因。再者，於日本特開平1卜176730 號公報中，提及到關於雷射干擾式測矩儀，空氣的折射率 變動對光學式感測器精確度會造成影響，此證實本發明人 的上述見解。 【發明内容】 本發明係有鑑於上述問題而完成之技術，其目的在於 提供一種雷射退火裝置，可降低起因於惰性氣體的溫度變 動所造成之雷射光折射現象而導致的雷射光照射不均。 為了達成上述目的，本發明之雷射退火裝置係採用以 下的技術手段。 (1)一種雷射退火裝置，係藉由對被處理體照射雷射 光以對被處理體進行退火處理者，其係具有：氣體供給裝 置，至少對被處理體的雷射照射區域供給惰性氣體；以及 氣體溫調裝置，用以調整惰性氣體的溫度，該氣體溫調裝 4 321320 201008691 置係以惰性氣體溫度、與饭於該惰性氣體供給區域外侧立 包圍雷射光光路的空間之氛圍溫度之溫度差變小的方式， 調整供給至雷射照射區域的前述惰性氣體之溫度。 依據上述本發明之構成，利用氣體溫調裝置將供給至 雷射照射區域的惰性氣體之溫度調整為接近於位在惰性氣 體供給區域外侧、且包圍雷射光光路的空間（房間）之氛圍 /m·度。藉此，由於房間與惰性氣體的溫度差變小，故會降 瘺低雷射光的折射現象，而能減少照射不均。再者，房間與 ❻惰性氣體的溫度差愈小愈隹，最好溫度差為零。 (2)上述氣體供給裝置係具有淨化箱（purge b〇x)，其 係與前述被處理體的表面相舞向配置，且内部導入有惰性 氣體；該淨化箱係具有：透射窗，使雷射光透射以導入内 ，；以及開口’使所導人的雷射光通過，且將内部的惰性 耽體朝被處理體吹出；前逑氣體溫調裝置儀於前述淨化箱 的上游側之位置調整惰性氣體的溫度。 ❹ 侬據上述本發明之構成’由於淨化箱被酉己置在雷射 的光路上，因此退火處理中，雷射光雖通過淨化箱内的· 性氣體，但惰性氣體在被導切化箱之前，便經溫度調』 成接近淨化箱外的_溫度（相溫度）。因此，淨化^ 的田射光之折射現象會降低’而能減少照射不均。 ⑶前述氣體供給裝置係具有：平行對向體， 被處理㈣表面树地㈣“置；以及淨化單元、，^ 理體的表面之間被供給有惰性❹ 、工朝被處理體·随氣體；而前述氣體溫調裝】 321320 5 201008691 係在前述淨化單兀内、或在淨化單元的上游側的位置調整 惰性氣體的溫度。 依據上述之構成，在退火處理中，從淨化單元朝被處 理體吹附惰性氣體，而雷射光雖通過惰性氣體，但惰性氣 體在被吹附於被處理艘之前’便已被調整溫度以接近淨化 單兀外的雾圍溫度。因此，雷射光在惰性氣體供結區域的 折射現象被減少’而能降低照射不均。 (4)前述氣體供給裝置係具收容前述被處理體 ，且於
内部導入有惰性氣體的處理室，而前述氣體溫調裝置係在 則述處理室的上游側位置調整惰性氣體的温度。 依據上述之構成，在退火處理中，雷射光雖通過處理 至内的惰性氣體，但在惰性氣體被導人處理室之前已被調 整度成接近處理室外的雾圍溫度。因此，處理室内的雷 射光之折射現象會減少，而能降低照射不均。 依據本發明可降低起因於惰性氣體的溫度 變動所造 ❹ 成的雷射光折射現象導致的雷射光照射不均。 【實施方式】 以下根據添附圖式詳細說明本發明之較佺實施形態。 再者於各圖中係對共通部分賦予相同符號，並省略重複 說明。 第1圖係顯示本發明實施形態之雷射退火裝置丨的整 2構成圖1射退火裝置i係具有下列者料基本構成要 心雷射光源3’用以射出雷射光2;光隸形光學系統4, 、來自雷射光源3的雷射光2整形為預定的光束形狀；反 321320 201008691 射鏡5,將雷射光2朝被處理體7的方向反射；聚光透鏡6, 將來自反射鏡5的雷射光2聚光於被處理體7的表面；以 及移動台9，用以承載被處理體7以使其朝橫切雷射光2 的方向（圖之箭頭A方向）移動。 以上述之雷射光源3而言，可應用例如準分子雷射 (excimer laser)、固體雷射或半導體雷射。以固體雷射而 言，有YAG、YLF、YV〇4等。雷射光2可為脈衝振盪、連續 振盈之任一者。 光束整形光學系、统4係可構成為例如將雷射光2以在 被處理體7表面之斷面形狀成為線狀或長方形的光束之形 態予以整形者’在此情形下，可含有擴絲、均勻器等作 為構成要素。 被處理體7係由基板7a、及形成在基板〜上的非晶 質半導體膜7b所構成。基板h顧璃基板或半導體基板 非晶質半導體膜7b係例如為非晶㈣。 爺由如上述所構成之雷射退火裝置卜使雷射光2從 :敕I源3射出’並藉由光束整形光學系統4所進行的兴 龍2聚光透鏡6所進行的聚光，而將雷射光2聚光治 齡由i叙ί形的光束，並照射在被處理體7。在此狀態下 身;照射邱二！使被處理體7朝光束之短轴方向移動，以11 此，進心掃描被處理體7的整個非晶質半導體膜面。箱 成多晶石/膜曰曰質半導體膜7b的結晶化。例如將非晶石夕膜十 a射在破處理體7的雷射光2之光束形狀並4 321320 7 201008691 限定於線狀或長方形的光束，惟藉由將聚光成線狀或長方 形光束之雷射光2掃描於其短軸方向，則可有效率地對大 面積被處理體7進行退火處理。 本發明之雷射退火裝置1復具有：氣體供給裝置10， 至少供給惰性氣體G至被處理體7的雷射照射區域；及氣 體溫調裝置15，調整惰性氣體G的溫度。 以從氣體供給裝置10所供給的惰性氣體G而言，可 使用氣、氦、氖、氬、氪、氣、氡及⑽7)等。 惰性氣體G通常係從設置在設置有雷射退火裝置1的房間 R外部之氣槽或氣罐經由氣體配管14導入至氣體供給裝置 10。因此，惰性氣體G的溫度通常係與房間R的溫度不同。 氣體溫調裝置15係調整供給至雷射照射區域的惰性 氣體G，俾使位在惰性氣體G之供給區域外側且包圍雷射 光2之光路的空間的氛圍溫度與惰性氣體G之間的溫度差 變小。氣體溫調裝置15係以具有對惰性氣體G進行加熱與 冷卻兩者之功能為佳。 在此，所謂的位在惰性氣體G之供給區域外側且包圍 雷射光2之光路的空間，通常係指設置有雷射退火裝置1 的房間R(例如潔淨室），而其溫度為該房間R内部之溫度。 房間R之溫度係以設置在房間R的溫度感測器17來檢測。 由溫度感測器17所檢測的溫度係被轉換成溫度信號 並傳送至控制裝置16，藉由控制裝置16控制氣體溫調裝 置15，俾使惰性氣體G的溫度接近於房間R溫度。 依據上述本發明之構成，藉由氣體溫調裝置15調整 8 321320. 201008691 供給至雷射照射區域的惰性氣體G之溫度，俾 在惰性氣體G之供給區域外側且包圍雷射光2光路的空間 (房間R)之雾圍溫度。 "'曰 例如在夏季中，在房間R的溫度因空調裝置而相對性 變低，f來自設置在不同場所的氣槽之惰性氣體G温度相 .對性變高時，藉由氣體溫調裝置冷卻惰性氣體G。再者， ，如在冬季時，在相R的溫度因空調裝置而相對性變 ❿间且來自叹置在不同場所的氣槽之惰性氣體G溫度相對 性變低時，藉由氣體溫調裝置加熱惰性氣體G。 藉此由於房間R與惰性氣體G的溫度差變小，所以 雷射光2的折射現象減少，而得以減少照射不均。再者， 房門R，、f月f生氣體G的溫度差愈小愈好，且以為零最佳。 因此，透過氣體溫調裝置15以使惰性氣體G的溫度與房間 R的溫度成為一致的方式進行調整即可。 、上述之軋體供給裝置10只要具有至少供給惰性氣體G ❹至被處理體7的雷射照射區域之功能，則可採用各種形 態。以T，就氣體供給裝置1〇說明數種構成例，惟本發明 並不受該等構成例所限定。 帛2圖係顯示第1構成例的氣體供給裝置10A圖。在 第2圖中’乳體供給襄置10A係具有淨化箱（purge box) 11圖中該淨化相u的下表面係與被處理體7的表面相對 向配置’且内部導入有惰性氣體g。淨化箱η係具有逸射 窗12(例如玻璃窗）’係使雷射光2透射以導入内部；及開 口 13係使所導人的雷射光2通過且將箱内部的惰性氣體 321320 9 201008691 G吹向被處理體7。 上述構成，於淨化箱U的下表面與被處理體7 之間形成由惰性氣體W構成的淨化區。因此，淨化箱u 的下表面較㈣為平行於被處理體7表面之平面，且淨化 箱11的下表面赫處理體7的距純㈣為兩者在不 的耗圍下十分接近（例如5mm以内）之狀態。
^氣體溫調裝i 15係在淨化箱u的上游侧處調签惰性 氣f G的溫度。在第2圖中，淨化箱Π係連接有用以將惰 性氣體G導入淨化箱11的氣體配管14,而氣體溫調裝置 15係没置在氣體配管14的中途部位。 就氣體溫調裝置15而言，可運用例如熱泵式加熱冷 卻裝置或使用裝爾提元件的電子式加熱冷卻裝置，而於僅 構成為加熱裝置時，亦可用帶形加熱器（ribbon heater·) 或加熱爐來構成。又，此點在後述之第2構成例及第3構 成例亦同樣。 在上述第1構成例中’因於雷射光2的光路上配置有 淨化箱11，故在退火處理中，雷射光2係通過淨化箱n 内的惰性氣體G’而惰性氣體G係在被導入淨化箱u前溫 度經調整成接近淨化箱11外的雾圍溫度（房間r之溫度）。 因此’包圍雷射光2光路的空間雾圍溫度與淨化箱u内及 淨化區的惰性氣體G之溫度的溫差變小，而得以減少淨化 箱11内的雷射光2折射現象，並減少照射不均。 第3圖係顯示第2構成例的氣體供給裝置10B圖。在 第3圖中，氣體供給裝置10B係具有：平行對向體a，在 10 321320 201008691 圖中平行對向體18的下表面係與被處理體7的表面平行地 對向配置；淨化單元（purge unit)22，係朝被處理體7喷 附惰性氣體G，俾使惰性氣體G被供給至平行對向體18與 被處理體7的表面之間。 藉由上述之構成，平行對向體18的下表面與被處理 體7之間形成有由惰性氣體G所構成的淨化區。因此，平 行對向體18的下表面較佳為平行於被處理體7的表面之平 ❹面，且平行對向體18的下表面與被處理體7之距離較隹為 在兩者不接觸的範圍下十分接近（例如5mm以内）之狀態。 再者於第3圖之構成例中，平行對向體18係於形成與被處 理體7相對向的下表面之底部19’具有使雷射光2透射的 透射窗20(例如玻璃窗）。 淨化單元22為用以於内部導入惰性氣體g的中空構 以，在下部具有用以朝被處理體7噴出惰性氣體G的噴出 口 23。在第3圖之構成例中，淨化單元22係設置在平行 ©對向體18之側部。 在第3圖之構成例中，氣體溫調裝置15係在淨化單 元22之上游側處調整惰性氣體G的溫度。於淨化單元u 連接有用以將惰性氣體G導入淨化單元22的氣體配管 而氣體溫調裝置15係設置在氣體配管14的中途部位。 或者亦可構成為在淨化單元22的内部設置氣體溫調裝 置’以在淨化單元22的内部加熱或冷卻惰性氣體〇，而取 代上述構成。 在上述之第2構成例中，於退火處理中，係從淨化單 11 321320 201008691 元22朝被處理體7噴附惰性氣體G，且雷射光通過惰性氣 體G，而惰性氣體G係在被噴附於被處理體7前，被調整 溫度俾使其溫度接近淨化單元22外的空間（房間R)的氛圍 溫度。因此，包圍雷射光2光路的空間之雾圍溫度與淨化 區内的惰性氣體G之溫度的溫差變小，而得以減少惰性氣 體G供給區域中的雷射光2之折射現象，並減少照射不均。 第4圖係顯示第3構成例的氣體供給裝置10C圖。在 第4圖中，氣體供給裝置10C係具有收容被處理體7且於 内部導入惰性氣體G之處理室25。處理室25係連接有未 圖示的用以將内部氣體排掉之排氣裝置。 在處理室25中，於内部設置有移動台9,於上部設置 有使雷射光2透射用之透射窗26(例如玻璃窗），而形成為 能從透射窗26將雷射光2導入處理室25内，並照射被處 理體7。 氣體溫調裝置15係在處理室25的上游侧處調整惰性 氣體G的溫度。於處理室25連接有用以將惰性氣體G導入 處理室25的氣體配管14,而氣體溫調裝置15係設置在氣 體配管14的中途部位。 在上述之第3構成例中，係在將處理室25内的空氣 排掉之同時，將惰性氣體G導入處理室25内，藉此以惰性 氣體G充滿處理室25内。在退火處理中，雷射光2通過處 理室25内的惰性氣體G，而惰性氣體G係在被導入處理室 25前經調整溫度俾使其溫度接近處理室25外之空間（房間 R)的雾圍溫度。因此，包圍雷射光2光路的空間之雾圍溫 12 321320 201008691 度與處理室25内的惰性氣體G之溫度的溫差變小，而得以 減少處理室25内的雷射光2之折射現象，並減少照射不均。 再者，於上述中，雖對本發明之實施形態進行了說 明，但上述所揭示的本發明之實施形態僅是例示，本發明 之範圍並不受該等發明的實施形態所限定。本發明之範圍 係由申請專利範圍的記載所揭示，且復包含與申請專利範 '圍的記載均等的意思及範圍内的所有變更。 【圖式簡單說明】 ® 第1圖係顯示本發明實施形態之雷射退火裝置的整體 構成圖。 第2圖係顯示本發明實施形態之雷射退火裝置的第1 構成例之氣體供給圖。 第3圖係顯示本發明實施形態之雷射退火裝置的第2 構成例之氣體供給圖。 第4圖係顯示本發明實施形態之雷射退火裝置的第3 ©構成例之氣體供給圖。 【主要元件符號說明】 1 雷射退火裝置 2 雷射光 3 雷射光源 4 光束整形光學系統 5 反射鏡 6 聚光透鏡 7 被處理體 7a 基板 7b 非晶質半導體膜 9 移動台 10、 10A、10B、10C 氣體供給裝置 11 淨化箱 12 、 20 、 26 透射窗 13 321320 201008691 13 開口 14 氣體配管 15 氣體溫調裝置 16 控制裝置 17 溫度感測器 18 平行對向體 19 底部 22 淨化單元 23 喷出口 25 處理室 G 惰性氣體 R 房間

Claims (1)

  1. 201008691 七、申請專利範圍： — 1. 一種雷射退火裝置，係將雷射光照射在被處理體藉此對 被處理體進行退火處理者，其具備： 氣體供給裝置，至少將惰性氣體供給至被處理體的 雷射照射區域；以及 氣體溫調裝置，用以調整惰性氣體的溫度，而 • 該氣體溫調裝置係調整供給至雷射照射區域的惰 性氣體的溫度，俾使前述惰性氣體的溫度、與位在該惰 © 性氣體的供給區域外側且包圍雷射光光路的空間之雾 圍溫度間的溫度差變小。 2. 如申請專利範圍第1項之雷射退火裝置，其中，前述氣 體供給裝置係具有淨化箱，係與前述被處理體的表面相 對向配置，且於内部導入有惰性氣體，而 該淨化箱係具有：使雷射光透射而導入内部的透射 窗；以及使所導入的雷射光通過且將内部的惰性氣體朝 _ 被處理體喷出的開口，且 前述氣體溫調裝置係在前述淨化箱之上游側之位 置調整惰性氣體的溫度。 3. 如申請專利範圍第1項之雷射退火裝置，其中，前述氣 體供給裝置係具有：平行對向體，係平行地對向配置於 前述被處理體的表面；以及淨化單元，係朝被處理體喷 附惰性氣體俾於該平行對向體與被處理體的表面之間 供給惰性氣體； 前述氣體溫調裝置係在前述淨化單元内或淨化單 15 321320 201008691 元之上游側之位置調整惰性氣體的溫度。 4.如申請專利範圍第1項之雷射退火裝置，其中，前述氣 體供給裝置係具有處理室，用以收容前述被處理體且於 内部導入有惰性氣體，而 前述氣體溫調裝置係在前述處理室的上游侧之位 置調整惰性氣體的溫度。
    ❹ 16 321320
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