KR101183511B1 - 레이저 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
레이저 처리 장치에 있어서의 피처리체로의 레이저 조사부의 가스 분위기를 양호하게 형성한다.
피처리체[비정질 반도체 박막(10)]에 레이저광(3)을 상대적으로 주사하면서 조사해서 상기 피처리체의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 있어서, 조사 분위기를 형성하는 가스를 상기 피처리체의 상기 레이저광 조사 부분 근방에 분사하는 가스 분사부[레이저광 조사구/가스 분사구(8)], 및 상기 가스 분사부 근방으로부터 상기 주사 방향을 따라 상기 피처리체 표면과 거리를 유지하면서 신장되는 정류면[정류판(7a,7b)]을 설치한다. 주사 방향을 따라 광범위에 가스 분위기를 형성할 수 있고, 레이저광 조사시의 가스 분위기를 양호하게 하여 어닐링 등의 레이저 처리를 보다 양호한 것으로 할 수 있다.
피처리체[비정질 반도체 박막(10)]에 레이저광(3)을 상대적으로 주사하면서 조사해서 상기 피처리체의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 있어서, 조사 분위기를 형성하는 가스를 상기 피처리체의 상기 레이저광 조사 부분 근방에 분사하는 가스 분사부[레이저광 조사구/가스 분사구(8)], 및 상기 가스 분사부 근방으로부터 상기 주사 방향을 따라 상기 피처리체 표면과 거리를 유지하면서 신장되는 정류면[정류판(7a,7b)]을 설치한다. 주사 방향을 따라 광범위에 가스 분위기를 형성할 수 있고, 레이저광 조사시의 가스 분위기를 양호하게 하여 어닐링 등의 레이저 처리를 보다 양호한 것으로 할 수 있다.
Description
본 발명은 비정질 반도체 박막 등의 피처리체에 레이저광을 조사해서 결정화 등의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 관한 것이다.
종래에는 레이저에 의한 아몰퍼스(amorphous) 실리콘막의 결정화 장치에 있어서 대기의 영향을 제거하여 결정화에 최적의 분위기를 제어하기 위해서 처리실을 한번 진공 처리한 후에 처리용 가스를 유입하는 대신에 조사 분위기만을 제어하는 방법으로서 다음에 설명하는 것이 알려져 있다.
(1) 질소 가스를 분사해서 레이저 조사 부분 근방만을 질소 분위기로 하는 질소 가스 분사 수단을 구비하고, 상기 질소 가스 분사 수단은 레이저광이 통과하는 슬릿, 그 슬릿의 주변부에 형성된 복수개의 질소 가스 분출구, 및 그들 복수개의 질소 가스 분출구의 주위에 형성된 래버린스 시일(labyrinth seal)부를 갖는 판 형상 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 처리 장치(특허 문헌 1 참조).
(2) 절연 기판 상에 형성된 비정질 반도체막을 레이저빔 어닐법에 의해 결정화하는 다결정 반도체막의 제조 장치에 있어서 레이저빔을 비정질 반도체막에 조사할 때에 빔 조사되는 기판 표면의 분위기를 제어할 수 있는 국소 실드를 레이저빔 주위에 구비하는 것을 특징으로 하는 다결정 반도체막의 제조 장치(특허 문헌 2 참조).
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 2000-349041호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 2002-93738호 공보
상기의 종래 장치에서는 레이저광에 대하여 아몰퍼스 실리콘 기판을 시료대와 함께 이동시켜 레이저광의 주사를 가능하게 함으로써 아몰퍼스 실리콘의 임의의 영역에서의 처리를 가능하게 하고 있다.
이 때문에, 상기 종래 기술 중 (1)에서 시료대 이동전의 조사전 위치는 기판 상부가 대기와 접하여 있으므로 시료대가 움직인 직후의 조사면은 대기 분위기가 혼입되기 쉽다. 스윙 노즐 또는 슬릿 근방은 가스가 흘러 목적의 분위기로 치환되지만, 조사면 내에 있어서 부분적으로 대기 중의 산소가 혼입되고 시료대 이동 직후에 있어서의 조사면 내의 산소 농도 분포 균일성이 확보되지 않는다는 문제가 있다.
또한, 종래 기술의 (2)에서도 마찬가지로 국소 실드 하면 외의 조사전 위치는 대기 분위기이고, 조사 위치로 움직인 직후는 조사면 내에 있어서 부분적으로 대기 중의 산소가 혼입되고 시료대 이동 직후에 있어서의 조사면 내의 산소 농도 분포 균일성이 확보되지 않는다는 문제가 있다.
이들 공통의 과제로서 조사 위치 부근의 가스 유량 분포 자체를 확인하는 수단이 없고, 외란에 의해 분포가 어지럽혀져도 관리되지 않는다는 문제도 있다.
또한, 이들 종래 장치에서는 시료대가 기판과 대략 같은 외형 치수를 갖고 있으므로 기판의 단부를 처리할 때에 내측과 외측에서 가스의 흐름이 다르고, 특히 단부의 외측에서는 상하가 개방되어 있기 때문에 가스가 조기에 방산되어 실드 효과가 엷어지고 분위기 내로의 산소 유입이 일어나기 쉽다는 문제도 있다.
본 발명은 상기 사정을 배경으로서 이루어진 것으로서, 레이저광의 조사부 근방으로부터 그 주위의 주사 방향에 걸쳐서 가스 분위기를 생성함으로써 분위기를 적절하게 확보하여 양호한 레이저 처리를 가능하게 하는 레이저 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 제 1 레이저 처리 장치의 본 발명은 피처리체에 레이저광을 상대적으로 주사하면서 조사해서 상기 피처리체의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 있어서, 조사 분위기를 형성하는 가스를 상기 피처리체의 상기 레이저광 조사 부분 근방에 분사하는 가스 분사부와, 상기 가스 분사부에 형성된 산소 농도 측정구 및 상기 가스 분사부 근방으로부터 상기 주사 방향을 따라 상기 피처리체 표면과 거리를 유지하면서 신장되는 정류면이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 1 본 발명에 의하면, 가스 분사부로부터 조사된 가스가 레이저광 조사부 근방으로부터 주위로 흐를 때에 정류면에 의해 상방으로의 확산이 저지되어 피처리체의 면 방향을 따라 주사 방향으로 흐르므로 정류면의 하방측에서 광범위에 걸쳐 가스 분위기를 형성할 수 있다. 이 결과, 피처리체와 레이저광이 상대적으로 주사될 때에 주사 방향 전방이 더 빠른 단계에서 가스 분위기가 형성되어 레이저광 조사에 이를 때에는 조사면에 대하여 산소 농도를 충분하게 저하시킨 양호한 가스 분위기하에서 처리를 행할 수 있다. 또한, 종래의 장치에서는 조사면의 분위기를 안정화시키기 위해서 필요되는 가스 유량을 삭감할 수 있다. 그것과 아울러, 안정화에 필요한 대기 시간을 단축하는 것이 가능하다.
또한, 광범위에 가스 분위기가 형성됨으로써 최대 주사 속도를 크게 하는 것도 가능하게 된다.
또한, 정류면과 피처리체의 거리는 너무 크면 정류 효과가 작아지고, 거리가 너무 작으면 통풍 저항이 너무 커지므로 가스 분사 압력 등을 고려하여 적절한 거리로 정한다. 보통은 상기 간격으로서는 1~10mm 정도가 양호하다.
정류면은 정류판의 설치 등에 의해 형성될 수 있지만, 판 형상에 한정되지 않고 블록 형상의 부재의 배치 등에 의해 형성될 수도 있다. 정류면은 가스 분사부에 연이어져 연속적으로 신장하는 것이 바람직하지만, 반드시 가스 분사부에 연이어지거나, 연속적으로 신장하는 것이 아니어도 좋고, 중요한 것은 정류 작용이 얻어지도록 배치되어 있는 것이면 좋다.
또한, 피처리체와 레이저광의 상대적인 주사는 조사 위치가 이동하는 것이면 좋고, 피처리체와 레이저광 중 어느 것을 이동할지는 특별히 한정되지 않고 양쪽이 이동하는 것이어도 좋다. 보통은 피처리체를 탑재하는 시료대를 이동시킴으로써 레이저광의 주사를 가능하게 한다.
또한, 분위기를 형성하는 가스의 종류는 본 발명으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 보통은 질소 등의 불활성 가스가 이용된다. 이 가스를 레이저광 조사부 근방을 향해서 조사하는 가스 분사부로서는 보통은 레이저빔을 둘러싸는 형상으로 형성된 분사구를 사용할 수 있다.
제 2 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 1 본 발명에 있어서, 상기 정류면은 상기 주사 방향에 있어서의 전방 및 후방으로 신장되고 있는 것을 특징으로 한다.
제 2 본 발명에 의하면, 주사 방향의 후방측에 정류면을 형성함으로써 레이저 처리를 행한 부분을 그 후에도 얼마 동안은 가스 분위기로 유지할 수 있고, 레이저 조사후의 물성 변화 등을 양호하게 진행시킬 수 있다.
제 3 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 1 또는 제 2 본 발명에 있어서, 상기 정류면은 상기 주사에 있어서의 필요한 이동 시간이 10초 이상이 되는 위치까지 주사 방향으로 신장되고 있는 것을 특징으로 한다.
제 3 본 발명에 의하면, 레이저광의 조사전 또는 조사후에 피처리체 표면이 적어도 10초는 가스 분위기하에 놓여지게 되어 피처리체 표면 근방에 있는 산소를 충분히 또한 확실하게 배제해서 레이저 처리를 양호하게 한다. 또한, 상기 필요한 이동 시간은 15초 이상인 것이 바람직하고, 20초 이상인 것이 한층 바람직하다.
제 4 본 발명의 레이저 처리 장치는 피처리체의 외형 치수와 대략 같은 외형 치수를 갖고 상기 피처리체 전체가 탑재되는 시료대 상의 상기 피처리체에 레이저광을 상대적으로 주사하면서 조사해서 상기 피처리체의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 있어서, 조사 분위기를 형성하는 가스를 상기 피처리체의 조사 부분 근방에 분사하는 가스 분사부, 및 상기 시료대의 주사 방향 단부에 설치되어 상기 주사 방향을 따라 신장되는 단부 정류면을 갖는 것을 특징으로 한다.
제 4 본 발명에 의하면, 주사 방향 단부의 시료대에 단부 정류면이 형성되어 있음으로써 가스 분사부로부터 분사된 가스가 퍼지면서 단부 정류면에서 하방으로의 확산이 저지되고, 따라서 시료대 단부 내측과 마찬가지로 시료대 단부 외측에 가스 분위기를 형성할 수 있고 분위기로의 바깥쪽으로부터의 대기 등의 유입을 방지할 수 있다.
제 5 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 4 본 발명에 있어서, 상기 단부 정류면은 시료대에 탑재된 피처리체 상면과 대략 같은 높이를 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
제 5 본 발명에 의하면, 시료대 단부 내측과 마찬가지의 가스 흐름이 생성되어 단부 내측과 단부 외측의 분위기를 동등하게 유지할 수 있다. 또한, 단부 정류면을 피처리체 상면보다 약간 높게 하면 상기 작용에 추가해서 피처리체 상면을 외측으로부터 둘러싸는 작용도 얻어져 가스 분위기의 형성이 보다 확실하게 된다.
제 6 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 4 또는 제 5 본 발명에 있어서, 상기 주사 방향과 직교하는 방향의 상기 시료대 단부에 상기 직교 방향을 따라 신장되는 부(副)방향 단부 정류면이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
제 6 본 발명에 의하면, 시료대를 회전시켜 주사 방향을 변경하는 처리에 대해서도 상기 단부 정류면과 같은 작용을 부방향 단부 정류면에 의해 얻을 수 있다.
제 7 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 4 내지 제 6 본 발명 중 어느 하나의 본 발명에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 본 발명 중 어느 하나의 본 발명에 있어서의 정류면을 구비하는 것을 특징으로 한다.
제 7 본 발명에 의하면, 상기 정류면 및 단부 정류면에 의한 작용이 얻어짐과 아울러 상기 정류면과 단부 정류면이 대면하면 편평한 통풍로가 형성되어 상하 방향으로의 가스 방산이 저지되므로 가스 분위기의 형성이 보다 확실하고 또한 신속하게 된다.
제 8 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 1 내지 제 7 본 발명 중 어느 하나의 본 발명에 있어서, 상기 레이저광이 라인 빔 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
제 9 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 1 내지 제 8 본 발명 중 어느 하나의 본 발명에 있어서, 상기 피처리체의 처리가 비정질 반도체 박막으로 이루어지는 피처리체에 상기 레이저광을 조사해서 결정화시키는 어닐링 처리인 것을 특징으로 한다.
제 10 본 발명의 레이저 처리 장치는 상기 제 1 내지 제 9 본 발명 중 어느 하나의 본 발명에 있어서, 상기 분위기 내의 산소 농도를 측정하는 산소 농도계를 갖는 것을 특징으로 한다.
제 10 본 발명에 의하면, 분위기 내의 산소 농도를 측정함으로써 분위기 형성이 양호하게 되어 있는지의 여부를 용이하게 파악하여 관리할 수 있고, 분위기 형성이 양호하게 되어 있지 않은 경우에는 가스의 분사량을 늘리거나 하는 등의 처치를 행할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명의 레이저 처리 장치에 의하면, 피처리체에 레이저광을 상대적으로 주사하면서 조사해서 상기 피처리체의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 있어서, 조사 분위기를 형성하는 가스를 상기 피처리체의 상기 레이저광 조사 부분 근방에 분사하는 가스 분사부, 및 상기 가스 분사부 근방으로부터 상기 주사 방향을 따라 상기 피처리체 표면과 거리를 유지하면서 신장되는 정류면이 형성되어 있으므로 주사 방향을 따라 광범위하게 가스 분위기를 형성할 수 있고, 레이저광 조사시의 가스 분위기를 양호하게 하여 레이저 처리를 보다 양호한 것으로 할 수 있다.
또한, 다른 발명의 레이저 처리 장치에 의하면, 피처리체의 외형 치수와 대략 같은 외형 치수를 갖고 상기 피처리체 전체가 탑재되는 시료대 상의 상기 피처리체에 레이저광을 상대적으로 주사하면서 조사해서 상기 피처리체의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 있어서, 조사 분위기를 형성하는 가스를 상기 피처리체의 조사 부분 근방에 분사하는 가스 분사부, 상기 가스 분사부에 형성된 산소 농도 측정구 및 상기 시료대의 주사 방향 단부에 형성되어 상기 주사 방향을 따라 신장되는 단부 정류면을 가지므로 시료대 단부측에서의 가스 분위기를 주사 방향 내측 및 외측 모두 양호하게 형성할 수 있다.
또한, 피처리체의 반출, 반입시에 단부 정류면측에 가스 분사부를 대비시켜 가스를 분사되는 채로 둠으로써 다음에 피처리체를 처리할 때에 주사를 시작하는 피처리체 단부측의 분위기를 조기에 가스 분위기로 하여 처리의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1과 같이, 본 발명의 일실시형태의 정류판, 산소 농도 측정구 및 산소 농도계를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1과 같이, 본 발명의 일실시형태의 정류판을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 4와 같이, 본 발명의 다른 실시형태의 레이저 조사 튜브 퇴피 상태를 나타낸 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 7은 도 6과 같이, 본 발명의 또 다른 실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1과 같이, 본 발명의 일실시형태의 정류판, 산소 농도 측정구 및 산소 농도계를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1과 같이, 본 발명의 일실시형태의 정류판을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 도 4와 같이, 본 발명의 다른 실시형태의 레이저 조사 튜브 퇴피 상태를 나타낸 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 7은 도 6과 같이, 본 발명의 또 다른 실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
(실시형태 1)
이하에 본 발명의 일실시형태의 레이저 어닐링 처리 장치를 도 1 및 도 2에 의거하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 평면 방향축(X 및 Y)을 갖는 시료대(12)가 도면에 나타낸 좌우측 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있고, 상기 시료대(12)의 상방에 길이가 긴 레이저 조사 튜브(6)가 배치되어 있다. 상기 레이저 조사 튜브(6)의 상방에 유리 등에 의해 구성된 레이저광 도입창(4)이 설치되어 봉지되어 있다. 상기 레이저광 도입창(4)에는 레이저 광원(1)으로부터 출력되어 광학계(2)를 거친 레이저광(3)이 입사되어 하방측으로 조사되도록 구성되어 있다. 이에 따라, 레이저광(3)은 시료대(12)의 이동 방향과 반대의 방향으로 주사되게 된다.
레이저 조사 튜브(6)는 측면에 가스 공급관(5)이 접속되어 있고, 하단측에 도 2에 나타낸 바와 같이 주사 방향의 전방 및 후방측을 따라 신장되는 정류판(7a,7b)이 일체로 되어 설치되어 있으며, 정류판(7a,7b) 사이에 형성된 긴 슬릿이 레이저광 조사구/가스 분사구(8)로 되어 있다. 따라서, 레이저광 조사구/가스 분사구(8)가 가스 분사부로서 기능한다.
상기 레이저광 조사구/가스 분사구(8)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 복수개의 산소 농도 측정구(15)가 형성되어 있고, 상기 산소 농도 측정구(15)에는 외부의 산소 농도계(16)가 배관 접속되어 있다.
다음에, 상기 레이저 어닐링 처리 장치의 동작에 관하여 설명한다.
시료대(12)에 피처리체로서 피처리 기판(9) 상에 형성된 비정질 반도체 박막(10)을 설치한다. 레이저 광원(1)으로부터는 펄스 형상으로 발진된 레이저빔(3)이 광학계(2)를 통과해서 선으로 된 빔(라인 빔)이 되고, 레이저광 도입창(4) 및 레이저 조사 튜브(6) 내, 레이저광 조사구/가스 분사구(8)를 통과하여 비정질 반도체 박막(10)의 조사면(11)에 조사된다.
또한, 이것에 앞서 가스 공급관(5)으로부터 분위기 가스로서 질소 가스가 레이저 조사 튜브(6) 내에 도입되어 개구 부분인 레이저광 조사구/가스 분사구(8)를 통해서 하방으로 분사된다. 분사된 가스는 비정질 반도체 박막(10)의 조사면(11) 근방으로 이동함과 아울러, 정류판(7a,7b)의 하면측 정류면에 의해 상방으로의 확산이 저지되고, 비정질 반도체 박막(10)의 상면과 정류판(7a,7b)의 하면측 정류면에 의해 형성되는 통풍 공간을 통과하여 주사 방향 전방 및 주사 방향 후방으로 정류되면서 확산되어 가스 분위기를 형성한다.
비정질 반도체 박막(10)은 상기 레이저광(3)의 펄스에 맞추어 이동하는 시료대(12)에 의해 설정된 조사 시작 위치로 이동된 후 일정한 속도로 이동하면서 레이저광(3)을 조사함으로써 레이저광(3)이 주사되면서 조사면(11)이 이동한다. 이 이동하는 조사면(11)에 의해 비정질 반도체 박막(10)의 임의의 영역이 결정화된다. 이때, 비정질 반도체 박막(10)의 주사 방향 전방(13) 및 주사 방향 후방(14)은 정류판(7a,7b)에 의해 정류된 가스에 의해 가스 분위기가 형성되고 있어 산소를 효과적으로 제외해서 양호한 가스 분위기가 형성되어 있다. 또한, 가스 분위기 중에서의 산소 농도도 주사 방향에 있어서 대략 행해지는 유지할 수 있다. 이 가스 분위기에 의해 계속해서 레이저광 조사가 이루어진 비정질 반도체 박막(10)의 조사면(11)이 조기에 가스 분위기하에 놓여져 산소가 충분히 제외됨으로써 레이저 어닐을 양호하게 행할 수 있다. 또한, 레이저광 조사후 잠시 동안은 정류판(7b)에 의해 양호한 가스 분위기하에 놓이므로 레이저 어닐링 작용이 양호하게 진행되어 양질의 결정화가 이루어진다.
또한, 정류판(7a,7b)의 주사 방향의 신장 길이는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저광 조사구/가스 분사구(8)의 중앙으로부터 주사 방향 단부까지의 길이가 주사시에 20초 이상을 필요로 하는 길이로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면 주사 속도는 10㎜/초이면, 상기 길이는 200㎜ 이상인 것이 바람직하다.
이것은 20초 이상 가스 분위기하에 놓음으로써 산소가 충분히 제외되어 양호한 레이저 어닐을 행하는 것을 가능하게 하기 위해서이다. 20초 미만, 특히 10초 미만의 길이이면 산소 제외가 충분하지 않아서 레이저 어닐의 처리에 영향이 생길 가능성이 있다.
또한, 레이저광 조사중 및 장치 대기중의 조사 분위기는 레이저광 조사구/가스 분사구(8) 부근에 설치된 복수개의 산소 농도 측정구(15)로부터 배관 접속된 산소 농도계(16)에 의해 상시 산소 농도가 관리된다. 이 산소 농도가 미리 정한 안전치를 넘는 경우에는 가스의 공급량을 늘리거나, 주사 속도를 작게 하거나, 경보 등을 발생시키거나, 장치의 가동을 나타냄으로써 품질 관리를 행할 수 있다.
(실시형태 2)
다음에, 다른 실시형태를 도 4에 의거하여 설명한다. 또한, 상기 실시형태와 같은 구성에 관해서는 동일한 부호를 붙이고 있다.
평면 방향축(X 및 Y)을 갖는 시료대(12)가 도면에 나타낸 좌우측 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있고, 상기 시료대(12)의 상방에 길이가 긴 레이저 조사 튜브(6)가 배치되어 있다. 상기 레이저 조사 튜브(6)의 상방에 레이저광 도입창(4)이 설치되어 봉지되어 있다. 상기 레이저광 도입창(4)에는 레이저 광원(1)으로부터 출력되어 광학계(2)를 거친 레이저광(3)이 입사되어 하방측으로 조사되도록 구성되어 있다. 이에 따라, 레이저광은 시료대(12)의 이동 방향과 반대의 방향으로 주사되게 된다. 레이저 조사 튜브(6)는 측면에 가스 공급관(5)이 접속되어 있고, 하단측에 레이저광 조사구/가스 분사구(8)가 형성되어 있다.
시료대(12)는 상기 주사 방향 단부에 있어서 주사 방향을 따라 단부 정류판(17a,17b)이 설치되어 있고, 이 실시형태에서는 단부 정류판(17a,17b)의 상면은 시료대(12)에 탑재되는 비정질 반도체 박막(10)의 상면과 대략 같은 높이에서 약간 상방으로 높게 되어 있다.
다음에, 상기 레이저 어닐링 처리 장치의 동작에 관하여 설명한다.
시료대(12)에 피처리체로서 피처리 기판(9) 상에 형성된 비정질 반도체 박막(10)을 설치한다. 이 비정질 반도체 박막(10)은 시료대(12)에 전체가 탑재되는 크기를 갖고 있고, 시료대(12)의 외형 치수가 비정질 반도체 박막(10)의 외형 치수를 약간 상회하고 있다.
레이저 광원(1)으로부터는 발진된 레이저빔(3)이 광학계(2)를 통과해서 선으로 된 빔(라인 빔)이 되고, 레이저광 도입창(4) 및 레이저 조사 튜브(6) 내, 레이저광 조사구/가스 분사구(8)를 통과하여 비정질 반도체 박막(10)의 조사면(11)에 펄스 형상으로 조사된다.
또한, 이것에 앞서 가스 공급관(5)으로부터 분위기 가스로서 질소 가스가 레이저 조사 튜브(6) 내에 도입되어 개구 부분인 레이저광 조사구/가스 분사구(8)를 통해서 하방으로 분사되고, 조사면(11) 근방으로부터 바깥쪽으로 퍼져 가스 분위기를 형성한다.
비정질 반도체 박막(10)은 상기 레이저광(3)의 펄스에 맞추어 이동하는 시료대(12)에 의해 설정된 조사 시작 위치로 이동된 후 일정한 속도로 이동하면서 레이저광(3)을 조사함으로써 이동하는 조사면에 의해 임의의 영역이 결정화된다. 이때, 레이저광(3)의 조사 위치가 비정질 반도체 박막(10)의 단부 부근에 이르면, 비정질 반도체 박막(10)의 주사 방향 외측에서는 정류판(17a) 또는 정류판(17b)에 의해 가스가 정류되어 주사 방향 내측과 같이 가스 분위기가 형성되어 주사 방향 내측 및 외측에서의 가스 분위기를 같은 정도로 할 수 있다. 이에 따라, 비정질 반도체 박막(10)의 단부도 내측과 같이 레이저 어닐링 처리에 의해 양질의 결정화를 행할 수 있다.
또한, 상기 정류판(17a 또는 17b)은 처리를 종료한 피처리체를 반출하고 새로운 비정질 반도체 박막(10)을 시료대(12)에 반입, 설치할 때에 도움이 되게 할 수 있다. 즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 반출, 반입시에 시료대(12)의 이동에 의해 레이저광 조사구/가스 분사구(8)가 상기 정류판(17a 또는 17b)의 상방에 위치하도록 퇴피시킨다. 보통은 시료대(12)를 이동전의 위치로 복귀시킨다. 이것에 맞추어 상기 반출시에 가스의 분출을 정지하지 않고 계속함으로써 레이저광 조사 위치 주변의 산소를 어느 정도 배제하고, 계속해서 행하는 어닐링 처리시에 레이저광의 조사 시작에 앞서 행하는 가스 분사를 단시간에 하여 처리 시작을 조기에 행하는 것을 가능하게 하는 효과도 있다.
또한, 이 실시형태에 있어서도 레이저광 조사중 및 장치 대기중의 조사 분위기는 레이저광 조사구/가스 분사구(8) 부근에 설치된 복수개의 산소 농도 측정구(15)로부터 배관 접속된 산소 농도계(16)에 의해 상시 산소 농도를 관리할 수 있다. 이 산소 농도가 미리 정한 안전치를 넘는 경우에는 상기 실시형태와 마찬가지로 가스의 공급량을 늘리거나, 주사 속도를 작게 하거나, 경보 등을 발생시키거나, 장치의 가동을 정지시킴으로써 품질 관리를 행할 수 있다.
(실시형태 3)
다음에, 다른 실시형태를 도 6에 의거하여 설명한다.
평면 방향축(X 및 Y)을 갖는 시료대(12)가 도면에 나타낸 좌우측 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있고, 상기 시료대(12)의 상방에, 도 2에 나타낸 바와 같이, 길이가 긴 레이저 조사 튜브(6)가 배치되어 있다. 상기 레이저 조사 튜브(6)의 상방에 레이저광 도입창(4)이 설치되어 봉지되어 있다. 상기 레이저광 도입창(4)에는 레이저 광원(1)으로부터 출력되어 광학계(2)를 거친 레이저광(3)이 입사되어 하방측으로 조사되도록 구성되어 있다. 이에 따라, 레이저광(3)은 시료대(12)의 이동 방향과 반대의 방향으로 주사되게 된다.
레이저 조사 튜브(6)는 측면에 가스 공급관(5)이 접속되어 있고, 하단측에 주사 방향의 전방 및 후방측을 따라 신장되는 정류판(7a,7b)이 설치되어 있으며, 정류판(7a,7b)에 확보된 간극이 레이저광 조사구/가스 분사구(8)로 되어 있다. 따라서, 레이저광 조사구/가스 분사구(8)가 가스 분사부로서 기능한다.
또한, 시료대(12)는 상기 주사 방향 단부에 있어서 주사 방향을 따라 단부 정류판(17a,17b)이 설치되어 있고, 이 실시형태에서 단부 정류판(17a,17b)의 상면은 시료대(12)에 탑재되는 비정질 반도체 박막(10)의 상면과 대략 같은 높이에서 약간 상방으로 높게 되어 있다.
다음에, 상기 레이저 어닐링 처리 장치의 동작에 관하여 설명한다.
시료대(12)에 피처리체로서 피처리 기판(9) 상에 형성된 비정질 반도체 박막(10)을 설치한다. 이 비정질 반도체 박막(10)은 시료대(12)에 전체가 탑재되는 크기를 갖고 있고, 시료대(12)의 외형 치수가 비정질 반도체 박막(10)의 외형 치수를 약간 상회하고 있다.
레이저 광원(1)으로부터는 발진된 레이저빔(3)이 광학계(2)를 통과해서 선으로 된 빔(라인 빔)이 되고, 레이저광 도입창(4) 및 레이저 조사 튜브(6) 내, 레이저광 조사구/가스 분사구(8)를 통과하여 비정질 반도체 박막(10)의 조사면(11)에 펄스 형상으로 조사된다.
또한, 이것에 앞서 가스 공급관(5)으로부터 분위기 가스로서 질소 가스가 레이저 조사 튜브(6) 내에 도입되어 개구 부분인 레이저광 조사구/가스 분사구(8)를 통해서 하방으로 분사된다. 분사된 가스는 조사면(11) 근방으로 이동함과 아울러, 정류판(7a,7b)의 하면측의 정류면에 의해 상방으로의 확산이 저지되고, 비정질 반도체 박막(10)의 상면과 정류판(7a,7b)의 하면측 정류면에 의해 형성되는 통풍 공간을 통과하여 주사 방향 전방 및 주사 방향 후방으로 정류되면서 확산된다.
비정질 반도체 박막(10)은 상기 레이저광(3)의 펄스에 맞추어 이동하는 시료대(12)에 의해 설정된 조사 시작 위치로 이동된 후 일정한 속도로 이동하면서 레이저광(3)을 조사함으로써 이동하는 조사면에 의해 임의의 영역이 결정화된다. 이때, 비정질 반도체 박막(10)의 주사 방향 전방(13) 및 주사 방향 후방(14)은 정류판(7a,7b)에 의해 정류된 가스에 의해 가스 분위기가 형성되고 있어 산소를 효과적으로 제외해서 양호한 가스 분위기가 형성되어 있다. 또한, 가스 분위기 중에서의 산소 농도도 주사 방향에 있어서 대략 일정하게 유지할 수 있다. 이 가스 분위기에 의해 계속해서 레이저 조사가 행해진다.
비정질 반도체 박막(10)의 표면이 조기에 가스 분위기하에 놓여져 산소가 충분히 제외됨으로써 레이저 어닐을 양호하게 행할 수 있다. 또한, 레이저광 조사후 잠시 동안은 정류판(7b)에 의해 양호한 가스 분위기하에 놓이므로 레이저 어닐링 작용이 양호하게 진행되어 양질의 결정화가 이루어진다. 또한, 이때에 레이저광(3)의 조사 위치가 비정질 반도체 박막(10)의 단부 부근에 이르면, 비정질 반도체 박막(10)의 주사 방향 외측에서는 정류판(7a)과 단부 정류판(17b), 또는 정류판(7b)과 단부 정류판(17a)에 의해 가스가 정류되어 주사 방향 내측과 같이 가스 분위기가 형성되어 주사 방향 내측 및 외측에서의 가스 분위기를 같은 정도로 양호하게 할 수 있다. 이에 따라, 비정질 반도체 박막(10)의 단부도 내측과 같이 레이저 어닐링 처리에 의해 양질의 결정화를 행할 수 있다.
또한, 이 실시형태에 있어서도 레이저광 조사중 및 장치 대기중의 조사 분위기는 레이저광 조사구/가스 분사구(8) 부근에 설치된 복수개의 산소 농도 측정구(15)로부터 배관 접속된 산소 농도계(16)에 의해 상시 산소 농도를 관리할 수 있다. 이 산소 농도가 미리 정한 안전치를 넘는 경우에는 상기 실시형태와 마찬가지로 가스의 공급량을 늘리거나, 주사 속도를 작게 하거나, 경보 등을 발생시키거나, 장치의 가동을 정지시킴으로써 품질 관리를 행할 수 있다.
(실시형태 4)
또 다른 실시형태를 도 7에 의거하여 설명한다.
이 실시형태에서는 실시형태 2의 레이저 어닐링 처리 장치에 있어서 상기 주사 방향과 직교하는 방향의 시료대(12) 양단부에 부방향 단부 정류판(27a,27b)을 설치한 것이다. 상기 부방향 단부 정류판(27a,27b)은 상기 주사 방향에 있어서의 레이저광 조사 및 가스 분사에서는 부방향으로 흐르는 가스를 정류하는 작용을 갖지만, 심지어 예를 들면 필요에 따라 시료대(12)를 90도 회전시킨 상태에서 이동시켜 레이저광의 조사를 행하는 경우 상기 부방향 단부 정류판(27a,27b)이 단부 정류판(17a,17b)으로 변해서 가스의 정류 작용을 달성할 수 있다. 또한, 상기 부방향 단부 정류판(27a,27b)은 상기 실시형태 3의 레이저 어닐링 처리 장치에 조립됨으로써 동일한 효과를 얻을 수도 있다.
1: 레이저 광원 2: 광학계
3: 레이저광 5: 가스 공급관
7a: 정류판 7b: 정류판
8: 레이저광 조사구/가스 분사구 10: 비정질 반도체 박막
11: 조사면 12: 시료대
15: 산소 농도 측정구 16: 산소 농도계
17a: 단부 정류판 17b: 단부 정류판
27a: 부방향 단부 정류판 27b: 부방향 단부 정류판
3: 레이저광 5: 가스 공급관
7a: 정류판 7b: 정류판
8: 레이저광 조사구/가스 분사구 10: 비정질 반도체 박막
11: 조사면 12: 시료대
15: 산소 농도 측정구 16: 산소 농도계
17a: 단부 정류판 17b: 단부 정류판
27a: 부방향 단부 정류판 27b: 부방향 단부 정류판
Claims (9)
- 피처리체에 레이저광을 상대적으로 주사하면서 조사해서 상기 피처리체의 처리를 행하는 레이저 처리 장치에 있어서:
조사 분위기를 형성하는 가스가 도입되는 레이저 조사 튜브, 상기 레이저 조사 튜브에 형성되어, 상기 가스를 상기 피처리체의 상기 레이저광 조사 부분 근방에 분사하는 가스 분사부, 및 상기 가스 분사부 근방으로부터 주사방향을 따라 상기 피처리체 표면과 거리를 유지하면서 신장하고, 또한 상기 레이저 조사 튜브의 외측에서 상기 주사 방향을 따라 상기 레이저 조사 튜브의 외측으로 신장하는 정류면을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 정류면은 상기 주사 방향에 있어서의 전방 및 후방으로 신장되고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 정류면은 상기 주사에 있어서의 필요한 이동 시간이 10초 이상이 되는 위치까지 주사 방향으로 신장하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 정류면은 상기 주사에 있어서의 필요한 이동 시간이 10초 이상이 되는 위치까지 주사 방향으로 신장하고 있는 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저광이 라인 빔 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피처리체의 처리가 비정질 반도체 박막으로 이루어지는 피처리체에 상기 레이저광을 조사해서 결정화시키는 어닐링 처리인 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조사 분위기 내의 산소농도를 측정하는 산소농도계를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 피처리체의 처리가 비정질 반도체 박막으로 이루어지는 피처리체에 상기 레이저광을 조사해서 결정화시키는 어닐링 처리인 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 조사 분위기 내의 산소농도를 측정하는 산소농도계를 갖는 것을 특징으로 하는 레이저 처리 장치.
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