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Title:
GAS INJECTION MEANS FOR LASER PROCESSING APPARATUS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/143083
Kind Code:
A1
Abstract:
Gas atmosphere, which is of a laser irradiation section and is to be applied to a body to be processed, is excellently formed in a laser processing apparatus. The laser processing apparatus performs process to the body to be processed (amorphous semiconductor film (2)) by irradiating the body with a laser beam (6). The laser processing apparatus is provided with a gas injection means which injects a gas for forming irradiation atmosphere to the vicinity of the laser beam irradiation portion. The injection means is provided with an introducing section (gas supply pipe (12)) of the gas; a gas injection port (15) from which the gas is injected toward the body to be processed; and a gas channel (13) arranged from the gas introducing section to the gas injection port. The gas channel has a flow uniformizing surface, which makes a gas flow uniform in a direction intersecting with the flow direction of the gas by facing the gas flow direction to disturb the gas flow. Thus, uniform irradiation atmosphere can be formed in the vicinity of the laser beam irradiation portion of the body to be processed, and uniform and high quality process by laser beam irradiation can be performed.

Inventors:
KATO OSAMU (JP)
SAWAI MIKI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/058836
Publication Date:
November 27, 2008
Filing Date:
May 14, 2008
Export Citation:
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Assignee:
JAPAN STEEL WORKS LTD (JP)
KATO OSAMU (JP)
SAWAI MIKI (JP)
International Classes:
H01L21/268; H01L21/20
Foreign References:
JP2004152823A2004-05-27
JPH0118205A
JP2007288128A2007-11-01
JP2006108271A2006-04-20
JP2005166768A2005-06-23
Attorney, Agent or Firm:
YOKOI, Koki (Mita 3-chome BLDG.4-11, Mita 3-chom, Minato-ku Tokyo 73, JP)
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Claims:
  被処理体にレーザ光を照射して前記被処理体の処理を行うレーザ処理装置に備えられて照射雰囲気を形成する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手段であって、該噴射手段は、前記ガスの導入部と、前記ガスが前記被処理体に向けて噴射されるガス噴射口と、前記ガス導入部から前記ガス噴射口に至るガス流路を有しており、該ガス流路に、ガスの流れ方向に対面してガス流を乱すことでガスの流れ方向と交差する方向におけるガス流を均す均流面が設けられていることを特徴とするレーザ処理装置のガス噴射手段。
 前記レーザ光がラインビーム形状を有しており、前記噴射口は、該レーザ光が通過する長尺な形状を有していることを特徴とする請求項1記載のレーザ処理装置のガス噴射手段。
 前記均流面は、前記ガス流路に設けた1または複数枚の邪魔板により形成されていることを特徴とする請求項1記載のレーザ処理装置のガス噴射手段。
 前記均流面は、ガス流路内の湾曲面または屈曲面によって形成されていることを特徴とする請求項1記載のレーザ処理装置のガス噴射手段。
 前記均流面は、ガス流路内の湾曲面または屈曲面によって形成されていることを特徴とする請求項3記載のレーザ処理装置のガス噴射手段。
 前記ガス導入部にガス流路と区画する区画壁が設けられており、該区画壁に前記ガス流路内のガス流と交差する方向に沿って複数のガス通過部が間隔を置いて形成されていることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載のレーザ処理装置のガス噴射手段。
 前記ガス導入部に前記区画壁を一部室壁とするガス導入室が設けられていることを特徴とする請求項6記載のレーザ処理装置のガス噴射手段。
 前記ガス導入室に、前記ガス流路内のガス流と交差する方向に沿ってガス導入管が配置されており、該ガス導入管に長手方向に沿って通気スリットまたは間隔をおいて複数の通気孔が設けられているとともに、該ガス導入管内に外部からガスが導入されるように構成されていることを特徴とする請求項7記載のレーザ処理装置のガス噴射手段。
Description:
レーザ処理装置のガス噴射手段

この発明は、被処理体である非晶質半導体 膜にレーザ照射することにより多結晶半導体 膜を製造するなどのレーザ処理を行うレーザ 処理装置に備えられるガス噴射手段に関する ものである。

 従来、レーザによるアモルファスシリコ 膜の結晶化装置において、大気の影響を除 して結晶化に最適な雰囲気を制御するため 、処理室を一度真空引きした後に処理用の スを導入する代わりに照射雰囲気のみ制御 る方法として、次に説明するものが知られ いる。

(イ)窒素ガスを噴射してレーザ照射部分近 のみを窒素雰囲気とする窒素ガス噴射手段 具備し、該前記窒素ガス噴射手段は、前記 ーザ光が通過するスリットと、そのスリッ の周辺部に設けられた複数の窒素ガス噴出 と、それら複数の窒素ガス噴出口の周りに けられたラビリンスシール部とを有する板 ノズルを含むことを特徴とするレーザアニ 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 をレーザアニール法によって結晶化する多 晶半導体膜の製造装置において、レーザビ ムを非晶質半導体膜に照射するときに、ビ ム照射される基板の表面の雰囲気を制御で る局所シールドをレーザビーム周囲に備え いることを特徴とする多結晶半導体膜の製 装置(特許文献2参照)。
 この製造装置の概略を図8に基づいて説明を すると、レーザ光源5から出力されるレーザ 6を光学系7を通してガス噴射筒50に導入し、 ス噴射筒50の下端に設けたガス噴射口52を通 して基板1上に形成された非晶質半導体膜2に 射する。ガス噴射筒50には、ガス導入管51を 接続し、ガス導入管51を通してガス噴射筒50 に導入される窒素ガスを前記ガス噴射口52よ り非晶質半導体膜2のレーザ光照射部分近傍 噴射する。

特開2000-349041号公報

特開2002-93738号公報

 従来のレーザアニール処理装置は以上の うに構成されているので、窒素ガスの流れ 噴射口の長手方向において不均一となりや く、また、窒素ガス流速も不均一となるた 、レーザー照射後の多結晶半導体膜が均一 形成できないという問題がある。

 この発明は上記のような従来の課題を解 するためになされたもので、雰囲気ガスの れを均すことでガス噴射口から均等にガス 噴射してレーザ光噴射部近傍の雰囲気を均 にしてレーザ処理を良好に行うことを可能 するレーザ処理装置のガス噴射手段を提供 ることを目的とする。

 すなわち、本発明のレーザ処理装置のガ 噴射手段のうち、第1の本発明は、被処理体 にレーザ光を照射して前記被処理体の処理を 行うレーザ処理装置に備えられ、照射雰囲気 を形成する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噴射手段であって 、該噴射手段は、前記ガスの導入部と、前記 ガスが前記被処理体に向けて噴射されるガス 噴射口と、前記ガス導入部から前記ガス噴射 口に至るガス流路を有しており、該ガス流路 に、ガスの流れ方向に対面してガス流を乱す ことでガスの流れ方向と交差する方向におけ るガス流を均す均流面が設けられていること を特徴とする。

 第1の本発明によれば、ガス導入部から導 入されてガス流路を流れる雰囲気ガスは、ガ ス流路に設けられた均流面に当たり、乱流を 生じて流れ方向と交差する方向にも流れが生 じ、この交差する方向でのガス流が均されて ガス流量、ガス流速が均等化される。この均 流面はガスの流れ方向において少なくとも2 以上繰り返し現れることでガス流速の均等 が図られる。例えば、ガスの流れがガス噴 口直前で向きを変えるような構造ではガス の均流化作用を得ることは難しい。このガ 流が最終的にガス噴射口から噴射されるこ で、ガスの流れが偏ることなくレーザ光照 部分付近で均等な照射雰囲気を形成するこ ができる。なお、均流面が設けられている ス流路は流路断面積が小さいのが望ましく 従来のガス噴射筒では流路断面積が大きす て十分な作用を得ることが難しく、このガ 噴射筒の上流側で流路断面積が小さいガス 路に均流面を設けるのが望ましい。

 第2のレーザ処理装置のガス噴射手段の本 発明は、前記第1の本発明において、前記レ ザ光がラインビーム形状を有しており、前 噴射口は、該レーザ光が通過する長尺な形 を有していることを特徴とする。

 第3のレーザ処理装置のガス噴射手段の本 発明は、前記第1または第2の本発明において 前記均流面は、前記ガス流路に設けた1また は複数枚の邪魔板により形成されていること を特徴とする。

 第4のレーザ処理装置のガス噴射手段の本 発明は、前記第1~第3のいずれかの本発明にお いて、前記均流面は、ガス流路内の湾曲面ま たは屈曲面によって形成されていることを特 徴とする。

 第4の本発明では、均流面としての作用を 確実に得るために湾曲面は小さい曲率を有す るのが望ましく、屈曲面も小さな角度が望ま しい。

 第5のレーザ処理装置のガス噴射手段の本 発明は、前記第1~第4のいずれかの本発明にお いて、前記ガス導入部にガス流路と区画する 区画壁が設けられており、該区画壁に前記ガ ス流路内のガス流と交差する方向に沿って複 数のガス通過部が間隔を置いて形成されてい ることを特徴とする。

 第5の発明によれば、ガス流路に区画壁の ガス通過部を通してガスが導入されるので、 前記ガス流と交差する方向で、導入されるガ スの流量、流速の均等化を図ることができる 。

 第6のレーザ処理装置のガス噴射手段の本 発明は、第5の本発明において、前記ガス導 部に前記区画壁を一部室壁とするガス導入 が設けられていることを特徴とする。

 第6の発明によれば、ガス導入室に収容さ れたガスが前記ガス通過部を通してガス流路 へと導入されるので、前記均等化が一層効果 的になる。

 第7のレーザ処理装置のガス噴射手段の本 発明は、第6の本発明において、前記ガス導 室に、前記ガス流路内のガス流と交差する 向に沿ってガス導入管が配置されており、 ガス導入管に長手方向に沿って通気スリッ または間隔をおいて複数の通気孔が設けら ているとともに、該ガス導入管内に外部か ガスが導入されるように構成されているこ を特徴とする。

 第7の本発明によれば、ガス導入室にガス 導入管を通して前記交差方向に均等にガスを 導入することができ、前記均等化がより一層 効果的になされる。なお、通気スリット、ま たは通気孔のガス噴射方向は、前記ガス通過 部に向いていないのが望ましく、さらにガス 通過部と反対の側にガスを噴射するように構 成されているのが一層望ましい。

 以上説明したように、本発明のレーザ処 装置のガス噴射手段によれば、被処理体に ーザ光を照射して前記被処理体の処理を行 レーザ処理装置に備えられ、照射雰囲気を 成するガスを前記被処理体の前記レーザ光 射部分近傍に噴射する噴射手段であって、 噴射手段は、前記ガスの導入部と、前記ガ が前記被処理体に向けて噴射されるガス噴 口と、前記ガス導入部から前記ガス噴射口 至るガス流路を有しており、該ガス流路に ガスの流れ方向に対面してガス流を乱すこ でガスの流れ方向と交差する方向における ス流を均す均流面が設けられているので、 スの流れ方向交差する方向でガスの流量、 速を均等化することができ、被処理体のレ ザ光照射部付近に均等な照射雰囲気を形成 ることができ、レーザ光の照射による処理 均等かつ良質に行うことを可能にする。

本発明の一実施形態の噴射手段を備え レーザアニール処理装置を示す概略図であ 。 同じく、噴射手段を示す一部を断面し 斜視図である。 本発明の他の実施形態の噴射手段を備 るレーザ処理装置を示す概略図である。 本発明のさらに他の実施形態の噴射手 を備えるレーザ処理装置を示す概略図であ 。 本発明の他の実施形態の噴射手段を示 平面断面図である。 同じく、さらに他の実施形態の噴射手 を示す平面断面図である。 同じく、さらに他の実施形態の噴射手 を示す平面断面図および斜視図である。 従来の噴射手段を備えるレーザアニー 処理装置を示す概略図である。

符号の説明

  1  基板
  2  非晶質半導体薄膜
  3  試料台
  5  レーザ光源
  6  レーザ光
 10  ガス噴射筒
 12  ガス供給管
 13  ガス流路
 14a、14b、14c 邪魔板
 15  ガス噴射口
 20  区画壁
 20a ガス通過孔
 21  ガス導入室
 22a…22f 流量制御弁
 23a…23f ガス通過孔
 24  ガス供給管
 24a ガス通気孔
100、110、120、130、140 ガス噴射筒
102、112 ガス供給管
103、113 ガス流路
103a、103b、103c、103d 屈曲部
105、115、125、135、145 ガス噴射口
113a、113b、113c、113d 湾曲部

(実施形態1)
 以下に、本発明の一実施形態の噴射手段を えるレーザアニール処理装置を図1、2に基 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 る試料台3が図示左右方向に移動可能に設置 れており、該試料台3の上方に長尺なガス噴 射筒10が配置されている。該ガス噴射筒10の 方にガラスなどにより構成されるレーザ光 入窓11が設けられて封止されている。該レー ザ光導入窓11には、レーザ光源5より出力され たレーザ光6が光学系7を経て入射され、ガス 射筒10の下端に形成された長尺なガス噴射 15を通して下方に出射されるように構成され ている。

 ガス噴射筒10は、側面にガス供給管12が接 続されており、該側面の内側にガス流路13が 保されている。該ガス流路13には、取付位 が交互に上下に変わり、他端側がレーザ照 筒10の上面または下面と隙間を有する3枚の 魔板14a、14b、14cが間隔を置いて縦方向(例え 垂直)に取り付けられており、最下流の邪魔 板14cと他端側のガス噴射筒縦内面との間に確 保された空間を前記レーザ光6が通過すると もに、ガス流路13を流れたガスが流入して下 方のガス噴射口15へと導かれるように構成さ ている。

 次に、上記レーザアニール処理装置の動作 ついて説明する。
 試料台3に被処理体として、基板1上に形成 れた非晶質半導体薄膜2を設置する。レーザ 源5からは、パルス状に発振されたレーザ光 6(例えば波長308nm、パルス幅30nsのエキシマレ ザ光)が光学系7を通過して線条となったビ ム(ラインビーム)となり、レーザ光導入窓11 よびガス噴射口15を通して非晶質半導体薄 2の照射面に照射される。

 また、これに先立ってガス供給管12より 囲気ガスとして窒素ガスがガス噴射筒10内に 導入され、ガス流路13を流れる。この際に側 から横方向に流れるガス流に対し、邪魔板1 4aの外側面が対面するので、ガスが邪魔板14a 衝突し、乱流状態になってガス噴射筒10の 手方向にガスの一部が流れてガス流が均さ る。すなわち邪魔板14aの外側面は均流面と て作用する。邪魔板14aに衝突したガス流は 魔板14aの外側面に沿って上昇し、ガス噴射 10の上側内面に衝突し、再度乱流状態になっ てガス噴射筒10の長手方向にガスの一部が流 てガス流が均される。すなわちガス噴射筒1 0の上側内面は均流面として作用する。ガス 射筒10の上側内面に衝突したガス流は、該上 側内面にそって内側に移動し、さらに邪魔板 14bの外側面に衝突し、方向を変えてガス噴射 筒10の下側内面に衝突し、さらに方向を変え 邪魔板14cの外側面に衝突し、方向を変えて ス噴射筒10の上側内面に衝突し、その後、 向を変えて邪魔板14cの内側の空間へと流れ 。上記邪魔板14b、14c、ガス噴射筒10の上側内 面、下側内面との衝突においてもガス流は乱 流状態になってガス噴射筒10の長手方向にガ の一部が流れてガス流が均される。したが て、これら邪魔板14b、14c、ガス噴射筒10の 側内面、下側内面も均流面として作用する

 上記のようにして繰り返し均流がなされた ス流は、邪魔板14cの内側の空間を下降して ガス噴射口15より非晶質半導体膜2のレーザ 照射部分近傍に照射される。
 このガス流は、上記均流によって前記長手 向においてガス流量、ガス流速が均等化さ ており、レーザ光照射部分近傍で均等な照 雰囲気を形成する。

 非晶質半導体薄膜2は、前記レーザ光6の ルスに合わせて(1ヶ所あたり20パルス照射)移 動する試料台3によって設定した照射開始位 に移動させた後、一定の速度にて移動しな らレーザ光6を照射することによってレーザ 6が走査されて照射面が移動し、この移動す る照射面によって非晶質半導体薄膜2の任意 領域が結晶化される。この際に、非晶質半 体薄膜2の照射面近傍は、上記のようにガス 噴射されており、酸素を効果的に除外して 等で良好なガス雰囲気が形成されている。 のガス雰囲気によって酸素が十分に除外さ ていることによりレーザアニールを良好に うことができる。

(実施形態2)
 上記実施形態では、ガス流路に邪魔板を設 することで均流面を設けたが、本発明とし は均流面を設ける方法は特に限定をされる のではない。
 図3は、ガス噴射筒100のガス流路をガス噴射 口105の長手方向に沿って扁平な流路断面積形 状にするとともに、該ガス流路103を複数回屈 曲させつつガス噴射口105の上方に伸張させた ものである。なお、図中101はレーザ光導入窓 、102はガス供給管を示すものである。
 ガス供給管102からガス流路103に導入された スは、ガス流路が屈曲する屈曲部103a~103dに る毎に、屈曲部の屈曲面に衝突して乱流を じ、前記したガスの均流がなされる。すな ち、ガス流路103の屈曲部103a~103dの下流近傍 ガス流路内面が均流面として作用している

(実施形態3)
 また、均流面は、ガス流路に湾曲部を設け 蛇行させることで、湾曲部内面を均流面に てガスの均流を図ることも可能である。
 図4は、ガス噴射筒110のガス流路をガス噴射 口115の長手方向に沿って扁平な流路断面積形 状にするとともに、該ガス流路113を蛇行させ て小さな曲率の湾曲部113a~113dを複数設けたも のである。なお、図中111はレーザ光導入窓、 112はガス供給管を示すものである。
 ガス流路113を流れるガス流は、湾曲部113a~11 3dに至る毎に湾曲部内面に衝突し、前記した 流作用を受ける。すなわち、ガス流路113の 曲部113a~113dの内面が均流面として作用して る。

(実施形態4)
 上記各実施形態では、均流面について詳細 説明をしたが、ガス導入部の構造を工夫す ことでさらに均流作用を増大させることが きる。なお、以下の実施形態では、均流面 有するガス流路の説明については省略をし 、ガス導入部を詳細に説明する。
 図5では、ガス噴射口125を有するガス噴射筒 120に、ガス導入部側においてガス流路と区画 する区画壁20が設けられ、該区画壁20にガス 射口125の長手方向において、間隔を有する うにガス通過部としてガス通過孔20a…20aが 数形成されており、該区画壁20を室壁の一部 にしてガスの導入側がガス導入室21とされて る。

 この実施形態では、ガス導入室21に導入 れたガスが導入室内で拡散し、それぞれの ス通過孔20a…20aを通してガス流路へ送られ 。このガスの流れによって、ガス流路に送 れるガス流は、ガス噴射口125の長手方向に いてガス流量、ガス流速の均等化が図られ おり、さらにガス流路において前記した均 面による作用を得ることでガス流の均等化 一層図ることが可能になる。

(実施形態5)
 上記実施形態では、区画壁の上流側にガス 入室を設けてガス流の均等化を図ったが、 6に示すように、ガス噴射口135を有するガス 噴射筒130に区画壁23を設け、該区画壁23にガ 通過部として設けたガス通過孔23a~23fにそれ れガス供給管を接続する。各ガス供給管に れぞれ流量制御弁22a~22fを設けて各ガス供給 管を流れるガスの流量を均一に制御すること で、ガス流路に前記長手方向に沿ってガスを 均等に送り出すことができる。また、ガス流 路に送り出されたガス流が前記長手方向で偏 りが生じやすい場合には、各流量制御弁22a~22 fを個別に調整することで各ガス供給管の流 を同一に調整するのではなく、ガス流路に ける流れを偏りのないものにしてガス流の 等化を図るようにしてもよい。

(実施形態6)
 また、図7に示すように、ガス噴射口145を有 するガス噴射筒140に前記実施形態で説明した ガス導入室21を設け、このガス導入室21に、 ス供給管24を配置し、このガス供給管24に前 長手方向に沿ってガスが流出するようにガ 通気孔24a…24aを間隔を置いて形成する。な 、ガス通気孔に変えて前記長手方向に沿っ スリットを設けることも可能である。
 なお、ガス通気孔24a…24aやスリットでは、 り出されるガスが直接に前記ガス通過孔20a 20aに向けて移動しないように、前記ガス通 孔20a…20aに向かないように前記ガス通気口2 4aやスリットを形成し、好適には通過孔20a…2 0aに背を向けるように通気孔またはスリット 形成する。これによりガス供給管24から送 出されるガスは、ガス導入室21内で前記長手 方向に拡散した後、前記ガス通過孔20a…20aを 通過してガス流路に送出されるので、前記長 手方向におけるガス流の均等化が一層なされ る。

 以上、本発明について上記各実施形態に づいて説明を行ったが、本発明は、上記実 形態の説明に限定をされるものではなく、 発明の範囲を逸脱しない範囲で当然に適宜 変更が可能である。