专利名称：激光退火装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过对被处理体照射激光从而对被处理体进行退火处理的激光退火
直O
背景技术：
近年来，作为半导体装置、液晶显示器的切换元件，在沟道层使用多晶硅膜的薄膜 晶体管(TFT)被广泛使用。在薄膜晶体管的沟道层中使用的多晶硅膜，通常使用被称为所 谓低温多晶硅的工艺来制造。低温多晶硅是在玻璃基板上成膜非晶硅，对该非晶硅膜照射 激光来制造多晶硅膜的工艺。在这样的低温多晶硅中，使用激光退火装置对非晶硅膜进行加热、熔融、再结晶来 制作多晶硅膜，但当在退火的气氛中包含氧时，硅在加热时氧化，存在对元件特性造成不良 影响的问题。因此，使用氮等的惰性气体来防止硅的氧化。在专利文献1中，在处理室内设置对玻璃基板进行载置的工作台，通过对处理室 内供给氮气，从而防止退火处理中的硅的氧化。在专利文献2中，从上下摇摆的摇摆喷嘴的前端喷出氮气，仅使激光照射部分的 附近为氮气氛，从而防止退火处理中的硅的氧化。在专利文献3中，在将上部以玻璃密封且下部开放的圆筒状的单元相对于基板配 置在充分接近的位置的状态下，通过对单元内部注入氮气，从而防止退火中的硅的氧化。专利文献1 日本专利3735394号公报； 专利文献2 日本专利3091904号公报；
专利文献3 日本特开2004-87962号公报。在上述那样的应用氮的供给的激光退火的实施中，由于氮气流量的不同、伴随季 节变化的外部气温的变动等，产生工艺变得不稳定的问题，例如产生照射不均等。本发明者对这样的照射不均的产生原因进行了努力研究，结果查明了氮气的温 度的波动(变动dluctuation)导致的激光的折射现象是该原因。再有，在日本特开平 11-176730号公报中，关于激光干涉式长度测量器，言及了空气的折射率变动对光学式传感 器的精度造成影响的情况，这也支持了本发明者的上述见解。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种激光退火装置，能够减 少惰性气体的温度的波动(变动)引起的激光的折射现象导致的激光的照射不均。为了实现上述目的，本发明的激光退火装置采用以下的技术方案。( 1) 一种激光退火装置，通过对被处理体照射激光来对被处理体进行退火处理，其 特征在于，具备气体供给装置，至少对被处理体的激光照射区域供给惰性气体；以及气体 温度调整装置，对惰性气体的温度进行调整，该气体温度调整装置对供给到激光照射区域 的上述惰性气体的温度进行调整，以使惰性气体的温度、与该惰性气体的供给区域的外侧
3的包围激光的光路的空间的气氛温度的温度差变小。根据上述本发明的结构，通过气体温度调整装置对被供给到激光照射区域的惰性 气体的温度进行调整，使得其接近惰性气体的供给区域的外侧的包围激光的光路的空间 (房间)的气氛温度。由此，因为房间与惰性气体的温度差变小，所以激光的折射现象减少， 由此能够减少照射不均。再有，房间和惰性气体的温度差越小越好，最优选是零。(2)上述气体供给装置具备净化盒，与上述被处理体的表面相向配置，在内部被 导入惰性气体，该净化盒具有透过窗，使激光透过并导入到内部；以及开口，使被导入的 激光通过并且朝向被处理体喷出内部的惰性气体，上述气体温度调整装置在比上述净化盒 上游侧的位置中调整惰性气体的温度。根据上述本发明的结构，由于在激光的光路上配置净化盒，所以在退火处理中，激 光通过净化盒内的惰性气体，但惰性气体在被导入净化盒之前以接近净化盒外的气氛温度 (房间的温度)的方式被温度调整。因此，净化盒内的激光的折射现象减少，能够减少照射不 均。(3)上述气体供给装置具备平行相向体，与上述被处理体的表面平行地相向配 置；以及净化单元，以对该平行相向体和被处理体的表面之间供给惰性气体的方式向被处 理体喷吹惰性气体，上述气体温度调整装置在上述净化单元内或比净化单元上游侧的位置 中调整惰性气体的温度。根据上述结构，在退火处理中，从净化单元对被处理体喷吹惰性气体，激光通过惰 性气体，但惰性气体在被喷吹到被处理体之前以接近净化单元外的气氛温度的方式被温度 调整。因此，惰性气体供给区域中的激光的折射现象减少，能够减少照射不均。(4)上述气体供给装置具备处理室，收容有上述被处理体并在内部被导入惰性气 体，上述气体温度调整装置在比上述处理室上游侧的位置中调整惰性气体的温度。根据上述结构，在退火处理中，激光通过处理室内的惰性气体，但惰性气体在被导 入处理室之前以接近处理室外的气氛温度的方式被温度调整。因此，处理室内的激光的折 射现象减少，能够减少照射不均。根据本发明，能够减少惰性气体的温度的波动(变动)导致的激光的折射现象引起 的激光的照射不均。
图1是表示本发明的实施方式的激光退火装置的整体结构的图。图2是表示本发明的实施方式的激光退火装置中的、第1结构例的气体供给装置 的图。图3是表示本发明的实施方式的激光退火装置中的、第2结构例的气体供给装置 的图。图4是表示本发明的实施方式的激光退火装置中的、第3结构例的气体供给装置 的图。
具体实施例方式以下，基于附图详细地说明本发明的优选实施方式。再有，在各图中对共同的部分
4赋予同一符号，省略重复的说明。图1是表示本发明的实施方式的激光退火装置1的整体结构的图。激光退火装置 1作为其基本构成要素具备使激光2出射的激光光源3 ；将来自激光光源3的激光2整形 为规定的光束形状的光束整形光学系统4 ；将激光2向被处理体7的方向反射的反射镜5 ； 将来自反射镜5的激光2聚光到被处理体7的表面的聚光透镜6 ；以及载置被处理体7并 在横切激光2的方向(图中的箭头A方向)进行移动的移动工作台9。作为上述激光光源3，能够应用例如准分子激光器、固定激光器或半导体激光器。 作为固定激光器有YAG、YLF、YVO4等。激光2可以是脉冲振荡、连续振荡的任一种。光束整形光学系统4例如能够构成为对激光2以在被处理体7表面中成为剖面形 状是线状或长方形状的光束的方式进行整形，在该情况下，能够作为结构要素包含光束扩 展器、均化器(homogenizer)等。被处理体7由基板7a和在其上形成的非晶半导体膜7b构成。基板7a是玻璃基 板、半导体基板。非晶半导体膜7b例如是非晶硅膜。通过以上述方式构成的激光退火装置1，从激光光源3使激光2出射，通过利用光 束整形光学系统4的光束整形4以及利用聚光透镜6的聚光，使激光2聚光为线状或长方 形状的光束并照射到被处理体7。在该状态下通过移动工作台9使被处理体7在光束的短 轴方向移动，使激光照射部分在被处理体7的非晶半导体膜的整个面扫描。由此，进行非晶 半导体膜7b的结晶化。例如，使非晶硅膜成为多晶硅膜。再有，被照射到被处理体7的激光2的光束形状不限于是线状或长方形状的光束， 但通过使聚光为线状或者长方形状的光束的激光2在其短轴方向扫描，从而能够有效率地 对大面积的被处理体7进行退火处理。本发明的激光退火装置1还具备气体供给装置10，至少对被处理体7中的激光 照射区域供给惰性气体G ；以及气体温度调整装置15，调整惰性气体G的温度。作为从气体供给装置10供给的惰性气体G，能够使用氮、氦、氖、氩、氪、氙、氡、第 118号元素等。惰性气体G通常从在设置激光退火装置1的房间R的外部设置的气罐或气 瓶经由气体配管14导入到气体供给装置10。因此，惰性气体G的温度通常与房间R的温度 不同。气体温度调整装置15对被供给到激光照射区域的惰性气体G进行调整，使得惰性 气体G的供给区域的外侧的包围激光2的光路的空间的气氛温度与惰性气体G的温度差变 小。优选气体温度调整装置15具有对惰性气体G进行加热和冷却的双方的功能。在这里，惰性气体G的供给区域的外侧的包围激光2的光路的空间，通常指的是设 置有激光退火装置1的房间R (例如无尘室)，其温度是该房间R的内部的温度。房间R的 温度用设置在房间R的温度传感器17检测。用温度传感器17检测出的温度被转换为温度信号并发送到控制装置16，通过控 制装置16，惰性气体G的温度以接近房间R的温度的方式被气体温度调整装置15控制。根据上述本发明的结构，通过气体温度调整装置15，对被供给到激光照射区域的 惰性气体G的温度进行调整，使得其接近惰性气体G的供给区域的外侧的包围激光2的光 路的空间(房间R)的气氛温度。例如，在夏季，在房间R的温度由于空调装置而相对变低，来自设置在其它场所的气罐的惰性气体G的温度相对变高的情况下，惰性气体G通过气体温度调整装置而被冷却。 此外，例如在冬季，在房间R的温度由于空调装置而相对变高，来自设置在其它场所的气罐 的惰性气体G的温度相对变低的情况下，惰性气体G通过气体温度调整装置而被加热。由此，因为房间R与惰性气体G的温度差变小，所以激光2的折射现象减少，由此 能够减少照射不均。再有，房间R和惰性气体G的温度差越小越好，最优选是零。由此，优 选通过气体温度调整装置15，惰性气体G的温度以与房间R的温度一致的方式而被调整。上述气体供给装置10只要至少具有对被处理体7的激光照射区域供给惰性气体 G的功能的话，就能够采用各种形式。以下，针对气体供给装置10，说明几个结构例，本发明 并不限于这些结构例。图2是表示第1结构例的气体供给装置IOA的图。在图2中，气体供给装置IOA 具备净化盒(purge box) 11，在图中其下表面与被处理体7的表面相向配置，在内部被导 入惰性气体G。净化盒11具有透过窗12 (例如玻璃窗)，使激光2透过并导入到内部，以 及开口 13，使被导入的激光2通过并且朝向被处理体7喷出内部的惰性气体G。通过该结构，在净化盒11的下表面和被处理体7之间形成利用惰性气体G的净化 区域。因此，优选净化盒11的下表面是与被处理体7的表面平行的平面，净化盒11的下表 面与被处理体7的距离在两者不接触的范围内充分接近(例如5mm以内)。气体温度调整装置15在比净化盒11上游侧的位置中调整惰性气体G的温度。在 图2中，在净化盒11连接有用于将惰性气体G导入到净化盒11的气体配管14，气体温度调 整装置15设置在气体配管14的途中部位。作为气体温度调整装置15，例如能够应用热泵式加热冷却装置、使用了珀尔帖元 件的电子式加热冷却装置，在仅作为加热装置构成的情况下，也能够以电热带、加热炉构 成。再有，这一点在后述的第2结构例和第3结构例中也是同样的。在上述第1结构例中，由于在激光2的光路上配置净化盒11，所以在退火处理中， 激光2通过净化盒11内的惰性气体G，但惰性气体G在被导入净化盒11之前以接近净化盒 11外的气氛温度(房间R的温度)的方式被温度调整。因此，包围激光2的光路的空间的气 氛温度和净化盒11内及净化区域的惰性气体G的温度的差变小，净化盒11内的激光2的 折射现象减少，能够减少照射不均。图3是表示第2结构例的气体供给装置IOB的图。在图3中，气体供给装置IOB具 备平行相向体18，在图中其下表面与被处理体7的表面平行地相向配置；和净化单元22， 以对平行相向体18和被处理体7的表面之间供给惰性气体G的方式向被处理体7喷吹惰 性气体G。通过该结构，在平行相向体18的下表面和被处理体7之间形成利用惰性气体G的 净化区域。因此，优选平行相向体18的下表面是与被处理体7的表面平行的平面，平行相 向体18的下表面与被处理体7的距离在两者不接触的范围内充分接近(例如5mm以内)。 此外在图3的结构例中，平行相向体18在形成与被处理体7相向的下表面的底部19中，具 有透过窗20 (例如玻璃窗)，使激光2透过。净化单元22是内部被导入惰性气体G的中空构造，在下部具有喷出口 23，将惰性 气体G向被处理体7喷出。在图3的结构例中，净化单元22安装在平行相向体18的侧部。在图3的结构例中，气体温度调整装置15在比净化单元22上游侧的位置中调整惰性气体G的温度。在净化单元22连接有用于将惰性气体G导入到净化单元22的气体配 管14，气体温度调整装置15设置在气体配管14的途中部位。或者代替该结构，也可以构成 为在净化单元22的内部设置气体温度调整装置，在净化单元22的内部对惰性气体G进行 加热或冷却。根据上述第2结构例，在退火处理中，从净化单元22对被处理体7喷吹惰性气体 G，激光通过惰性气体G，但惰性气体G在被喷吹到被处理体7之前以接近净化单元22外的 空间(房间R)的气氛温度的方式被温度调整。因此，包围激光2的光路的空间的气氛温度 和净化区域内的惰性气体G的温度的差变小，惰性气体G的供给区域中的激光2的折射现 象减少，能够减少照射不均。图4是表示第3结构例的气体供给装置IOC的图。在图4中，气体供给装置IOC 具备处理室25，收容被处理体7并且在内部被导入惰性气体G。在处理室25连接有未图 示的用于对内部的气体进行排气的排气装置。在处理室25中，在内部设置有移动工作台9，在上部设置有用于使激光2透过的透 过窗沈(例如玻璃窗)，能够从透过窗沈将激光2导入到处理室25内，照射被处理体7。气体温度调整装置15在比处理室25上游侧的位置中调整惰性气体G的温度。在 处理室25连接有用于将惰性气体G导入到处理室25的气体配管14，气体温度调整装置15 设置在气体配管14的途中部位。在上述第3结构例中，对处理室25内的空气进行排气，并且对处理室25内导入惰 性气体G，由此在处理室25内充满惰性气体G。在退火处理中，激光2通过处理室25内的 惰性气体G，但惰性气体G在被导入处理室25之前以接近处理室25外的空间(房间R)气氛 温度的方式被温度调整。因此，包围激光2的光路的空间的气氛温度和处理室25内的惰性 气体G的温度的差变小，处理室25内的激光2的折射现象减少，能够减少照射不均。再有，在上述中，针对本发明的实施方式进行了说明，上述公开的本发明的实施方 式不过只是例示，本发明的范围并不限定于这些发明的实施方式。本发明的范围通过本技 术方案所要求的范围表示，还包含与本技术方案所要求的范围同等的意思，以及范围内的 全部变更。
权利要求
1.一种激光退火装置，通过对被处理体照射激光来对被处理体进行退火处理，其特征 在于，具备气体供给装置，至少对被处理体的激光照射区域供给惰性气体；以及 气体温度调整装置，对惰性气体的温度进行调整，该气体温度调整装置对供给到激光照射区域的所述惰性气体的温度进行调整，以使惰 性气体的温度、与该惰性气体的供给区域的外侧的包围激光的光路的空间的气氛温度的温度差变小。
2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述气体供给装置具备净化盒，与所述被处理体的表面相向配置，在内部被导入惰性 气体，该净化盒具有透过窗，使激光透过并导入到内部；以及开口，使被导入的激光通过并 且朝向被处理体喷出内部的惰性气体，所述气体温度调整装置在比所述净化盒上游侧的位置中调整惰性气体的温度。
3.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述气体供给装置具备平行相向体，与所述被处理体的表面平行地相向配置；以及 净化单元，以对该平行相向体和被处理体的表面之间供给惰性气体的方式向被处理体喷吹 惰性气体，所述气体温度调整装置在所述净化单元内或比净化单元上游侧的位置中调整惰性气 体的温度。
4.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述气体供给装置具备处理室，收容有所述被处理体并在内部被导入惰性气体， 所述气体温度调整装置在比所述处理室上游侧的位置中调整惰性气体的温度。
全文摘要
提供一种激光退火装置，能够减少惰性气体的温度的波动引起的激光的折射现象导致的激光的照射不均。激光退火装置(1)具备气体供给装置(10)，至少对被处理体(7)中的激光照射区域供给惰性气体(G)；以及气体温度调整装置(15)，调整惰性气体(G)的温度。气体温度调整装置(15)对被供给到激光照射区域的惰性气体(G)的温度进行调整，使得惰性气体(G)的温度与惰性气体供给区域的外侧的包围激光的光路的空间(房间R)的气氛温度的温度差变小。
文档编号H01L21/268GK102077322SQ20098012523
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月17日 优先权日2008年6月30日
发明者M正木, 伊泽淳, 川上隆介, 森田胜, 河口纪仁, 西田健一郎 申请人:株式会社Ihi