專利名稱：激光退火方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過對被處理體照射激光從而對被處理體進行退火處理的激光退火 方法及裝置。
背景技術(shù)：
歷來，為了實現(xiàn)高性能的液晶顯示裝置等的設(shè)備，開發(fā)了在玻璃基板等的絕緣性 基板上形成高性能的薄膜晶體管等的半導(dǎo)體元件的方法。在該半導(dǎo)體元件中通常使用通過 熱處理使非晶硅結(jié)晶化的薄膜狀的多晶硅。作為制造多晶硅膜的方法，通常是預(yù)先在基板上成膜非晶硅膜，照射激光使其結(jié) 晶化的方法。根據(jù)該方法，由于利用半導(dǎo)體薄膜的熔融固化過程中的結(jié)晶化現(xiàn)象，所以能夠 獲得晶粒比較大、高品質(zhì)的多晶硅膜。作為現(xiàn)在最通常利用的激光退火方法，有使用脈沖激光、特別是準(zhǔn)分子激光器的 方法。近年來，正在開發(fā)使用作為固體激光器的YAG激光器、YLF激光器的方法。在使用脈 沖激光的方法中，使非晶硅膜局部地熔融，使該熔融的區(qū)域以極短的時間為高溫度。因此， 高熱不傳遞到基板，所能夠以不使用耐熱性優(yōu)越的昂貴的石英基板，而利用廉價的玻璃基 板，最適合于大面積的電子設(shè)備的低溫工藝。在一般的激光退火方法中，例如在使用準(zhǔn)分子激光器的情況下，通過光學(xué)系統(tǒng)將 激光整形為光束長軸方向長度最大465mm，短軸方向長度0. Γ5πιπι的線狀光束。在YAG激光 器的情況下，獲得光束長軸方向長度最大200mm，短軸方向長度4(Γ50 μ m的線狀光束。該 線狀光束的照射位置以在光束短軸方向相對于照射區(qū)域部分地重復(fù)的方式，使基板和激光 相對地移動，進行半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化。通常，將疊加率(overlap ratio)設(shè)定為大約95%，對 同一區(qū)域照射大約20次。圖IA和圖IB是現(xiàn)有的激光退火方法的說明圖。在圖IA中，表示相對于基板30 使激光31在光束短軸方向相對移動進行照射的樣子。在處理比光束長軸方向長度長的尺 寸的基板30的情況下，如圖IA所示，首先照射第1列R1。第1列Rl的照射結(jié)束后，使激光 31在長軸方向相對移動，進行第2列以后的照射。圖IB表示通過的2列的照射，處理了基 板整個面的例子。這時，在鄰接的列彼此(在圖IB中是第1列Rl和第2列R2)產(chǎn)生光束的 接縫部W。在通常的激光退火中，通過將鄰接的列的線狀光束的端部重疊并進行照射，從而 產(chǎn)生接縫部W。在該接縫部W在疊加變得過剩(光束的重復(fù)照射)，結(jié)晶品質(zhì)變得與其它部分 不同，由此能夠以目視看到接縫部W。另一方面，在鄰接的列的光束的重疊少、或者沒有的情 況下，在光束端部的疊加變得不充分，非晶的部分殘留，結(jié)晶性還是與其它部分不同。由于光束接縫部W是被鄰接的列(例如第1列Rl和第2列R2)的光束的雙方照射 的區(qū)域，所以該區(qū)域的結(jié)晶性與其它部分不同。在準(zhǔn)分子激光器的情況下，結(jié)晶性的偏差 大，雖然YAG激光器的第2次諧波與準(zhǔn)分子激光器相比偏差小，但結(jié)晶性還是偏差。在使用結(jié)晶性不均勻的區(qū)域制作薄膜晶體管的情況下，不能使薄膜晶體管的性能均勻化。在液晶顯示器、有機EL顯示器等的顯示裝置中，由于其顯示品質(zhì)容易被薄膜晶體 管的性能的均勻性左右，所以為了維持顯示品質(zhì)，必須在被激光的光束長軸方向長度限制 的區(qū)域內(nèi)制作顯示面板。在綠色YAG激光器的情況下，由于光束長軸方向長度短，所以難以 制作超過20英寸的大型顯示器。例如在專利文獻1、2中公開有用于防止上述那樣的、光束接縫部W的結(jié)晶性的不 均勻性的技術(shù)。在專利文獻1的方法中，在使激光的照射區(qū)域重合而使大面積的半導(dǎo)體薄膜結(jié)晶 化時，通過調(diào)整激光的寬度尺寸、能量密度，從而在激光的重合部和非重合部使結(jié)晶性均勻 化。在專利文獻2的方法中，通過以接縫部的光束輪廓的傾斜部分在激光強度的20% 以上80%以下的區(qū)域中相互重疊的方式設(shè)定，從而使結(jié)晶性均勻化。專利文獻1 日本特開2000-315652號公報 專利文獻2 日本特開2005-243747號公報
可是，在專利文獻1的方法中，不容易調(diào)整激光的寬度尺寸、能量密度，存在裝置的生 產(chǎn)性降低的問題。在專利文獻2的方法中，由于以能量密度不同的條件重疊光束，所以特別在相對 于能量變動結(jié)晶性較大地變動的準(zhǔn)分子激光器的情況下，預(yù)想結(jié)晶性變得不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題而完成的，其課題在于提供一種激光退火方法及裝置， 在通過激光照射進行在玻璃等的基板上形成的半導(dǎo)體薄膜的結(jié)晶化時，在激光的長軸方向 的接縫部不會損害結(jié)晶性的均勻性，能夠在基板整個面形成不能以目視確認接縫部的程度 的良好的、均勻性高的結(jié)晶性半導(dǎo)體薄膜。為了解決上述課題，本發(fā)明的激光退火方法及裝置采用以下的技術(shù)方案。(1)本發(fā)明的激光退火方法，使將激光整形為線狀的線狀光束對被處理物一邊在 線狀光束的短軸方向相對地移動一邊進行照射，對被處理物實施退火處理，其特征在于，使 利用線狀光束的短軸方向的相對移動的照射，在光束長軸方向錯開在2列以上進行，這時， 以鄰接的列彼此的光束照射區(qū)域一部分重疊的方式進行照射，在線狀光束的照射中，通過 配置在激光的光路上的遮擋體，遮蔽與線狀光束的端部對應(yīng)的部分，以遮蔽量周期地增減 的方式使遮擋體工作。(2)在上述(1)的激光退火方法中，通過使上述遮擋體擺動從而周期地增減遮蔽量。(3)在上述(2)的激光退火方法中，使用壓電元件使上述遮擋體擺動。(4)此外，本發(fā)明的激光退火裝置，使將激光整形為線狀的線狀光束對被處理物一 邊在線狀光束的短軸方向相對地移動一邊進行照射，對被處理物實施退火處理，其特征在 于，具備遮擋體，遮蔽與在激光的光路上配置的線狀光束的端部對應(yīng)的部分；以及遮擋體 驅(qū)動裝置，以利用上述遮擋體的遮蔽量周期地增減的方式使遮擋體工作。(5)在上述(4)的激光退火裝置中，上述遮擋體驅(qū)動裝置通過使上述遮擋體擺動從 而周期地增減遮蔽量。
(6)在上述(5)的激光退火裝置中，上述遮擋體驅(qū)動裝置是壓電元件。根據(jù)上述(1)的方法和上述(3)的裝置，因為通過遮擋體(mask)遮蔽與線狀光束 的端部對應(yīng)的部分，以遮蔽量周期地增減的方式使遮擋體工作，所以遮蔽了的光束端部的 疊加率與非遮蔽部分的相比降低。由此，能夠抑制接縫部的疊加的過剩，并且通過在鄰接的 列彼此使光束重疊進行照射，從而能夠防止疊加的不足。因此，能夠減少接縫部的結(jié)晶性的 不均勻性，能夠在基板整個面形成均勻性高的半導(dǎo)體薄膜。根據(jù)上述(2)的方法和上述(4)的裝置，通過使遮擋體擺動，從而能夠容易地控制
疊加率。根據(jù)上述(3)的方法和上述(6)的裝置，壓電元件能夠通過施加電壓的控制使高 頻率的振動產(chǎn)生，因此能夠容易地實現(xiàn)遮擋體的高速擺動，能夠容易地控制疊加率。


圖IA是根據(jù)現(xiàn)有的激光退火方法的第1列的照射的說明圖。圖IB是根據(jù)現(xiàn)有的激光退火方法的基板整個面處理時的說明圖。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的激光退火裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。圖3A是表示遮擋體和遮擋體驅(qū)動裝置的一個結(jié)構(gòu)例的圖。圖;3B是表示光束端部的長軸方向的能量分布的圖。圖4是表示遮擋體的其它的配置例的圖。圖5是表示遮擋體的擺動頻率和光束端部的疊加率的關(guān)系的圖。圖6A是根據(jù)本發(fā)明的激光退火裝置的第1列的照射的說明圖。圖6B是根據(jù)本發(fā)明的激光退火裝置的基板整個面處理時的說明圖。
具體實施例方式以下，基于附圖詳細地說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。再有，在各圖中對共同的部分 賦予同一符號，省略重復(fù)的說明。圖2是表示本發(fā)明的實施方式的激光退火裝置1的整體結(jié)構(gòu)的圖。激光退火裝置1作為其基本構(gòu)成要素具備使激光2出射的激光光源3 ；對來自激 光光源3的激光2進行整形的光束整形光學(xué)系統(tǒng)4 ；將激光2向被處理體7的方向反射的 反射鏡5 ；將來自反射鏡5的激光2聚光到被處理體7的表面的聚光透鏡6 ；以及載置被處 理體7進行移動的移動工作臺9。作為上述激光光源3，能夠應(yīng)用例如準(zhǔn)分子激光器、固定激光器或半導(dǎo)體激光器。 作為固定激光器有YAG、YLF、YVO4等。激光2可以是脈沖振蕩、連續(xù)振蕩的任一種。光束整形光學(xué)系統(tǒng)4對激光2以在被處理體7表面中成為線狀光束的方式進行整 形，能夠作為結(jié)構(gòu)要素包含光束擴展器、均化器等。被處理體7由基板7a和在其上形成的非晶半導(dǎo)體膜7b構(gòu)成?；?a是玻璃基 板、半導(dǎo)體基板。非晶半導(dǎo)體膜7b例如是非晶硅膜。移動工作臺9構(gòu)成為能夠在圖中箭頭A方向移動。因此，通過一邊照射激光2 — 邊通過移動工作臺9使被處理體7在線狀光束的短軸方向(A方向)移動，從而能夠相對于 被處理體7使激光1的照射部分在短軸方向相對地移動。此外，移動工作臺9構(gòu)成為能夠
5在與作為線狀光束的長軸方向相同方向的、垂直于圖2的紙面的方向移動。本發(fā)明的激光退火裝置1還具備配置在激光2的光路上并遮蔽與線狀光束的端 部對應(yīng)的部分的遮擋體10 ；以及以遮擋體10的遮蔽量周期地增減的方式使遮擋體10工作 的遮擋體驅(qū)動裝置12。圖3A是表示遮擋體10和遮擋體驅(qū)動裝置12的一個結(jié)構(gòu)例的圖，在該圖中左右方 向是激光2的光束長軸方向。在該例子中，遮擋體10配置在基板的正上方的位置，在該位 置中遮蔽激光2。此外在該例子中，遮擋體10配置在激光2的長軸方向的兩端部。圖3B表 示光束端部(僅是圖中左側(cè))的長軸方向的能量分布。在像這樣通過遮擋體10進行遮蔽的 情況下，在能量分布A中的光束端部的位置形成衍射光2a的梯度部分。遮擋體10例如能夠以金屬板、在玻璃板施加了金屬鍍敷的材料、單晶硅構(gòu)成。遮擋體驅(qū)動裝置12也可以構(gòu)成為通過使遮擋體10擺動而周期地增減遮蔽量的裝 置。在圖3的結(jié)構(gòu)例中，遮擋體驅(qū)動裝置12使遮擋體10在光束長軸方向擺動。通過使遮 擋體10擺動，能夠容易地進行后述的疊加率的控制。使遮擋體10擺動的遮擋體驅(qū)動裝置12能夠以壓電元件構(gòu)成。壓電元件通過施加 電壓的控制能夠使高頻率的振動產(chǎn)生，因此能夠容易地實現(xiàn)遮擋體10的高速擺動。此外， 遮擋體驅(qū)動裝置12也能夠以電動機和將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變換為往復(fù)運動的機構(gòu)構(gòu)成。遮擋體10的工作方式不僅是擺動，也可以是旋轉(zhuǎn)。例如，使遮擋體10為帶有與遮 擋體的擺動幅度相當(dāng)?shù)那锌诘男D(zhuǎn)板(可以是金屬、陶瓷、或者在玻璃涂敷有鉻膜等的遮光 膜的材料)也能獲得同樣的效果。例如，在以脈沖頻率為2kHz的脈沖激光器，將疊加率設(shè)定 為95% (例如在以光束寬度100 μ m、搬送速度5 μ m /脈沖進行照射的情況下在相同區(qū) 域激光照射20次)的情況下，使旋轉(zhuǎn)板的旋轉(zhuǎn)數(shù)為2kHz，以激光透過切口部的方式進行了 同步的情況下，疊加率仍是95%。另一方面，在將旋轉(zhuǎn)板的旋轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)為IkHz的情況下，激光 被旋轉(zhuǎn)板每2周遮蔽1次，因此對光束端部從20次變?yōu)閮H照射10次，從表觀的每脈沖的搬 送速度變?yōu)?倍，因此疊加率減少為90%。進而通過減小同步的旋轉(zhuǎn)數(shù)，能夠進一步使疊加 率降低。再有，疊加率OR通過以下的數(shù)式定義。0R=(l-V/ff) X 100 W 光束寬度V 搬送速度(每一脈沖)
此外，作為遮擋體10的配置位置的其他例子，如圖4所示，也可以構(gòu)成為以遮擋體10 遮蔽暫時形成的像的端部，使該像通過光學(xué)系統(tǒng)14在照射面成像。在該情況下，與圖3同 樣地，也可以在激光2的長軸方向的兩端配置遮擋體10。圖5表示在以脈沖頻率為2kHz的脈沖激光器，將疊加率設(shè)定為95% (例如在以光 束寬度100 μ m、搬送速度5 μ m /脈沖進行照射的情況下在相同區(qū)域激光照射20次)的 情況下，根據(jù)遮擋體10的擺動頻率，照射到光束端部的疊加率如何變化。在擺動頻率設(shè)為IkHz的情況下，在光束邊緣僅照射10次，因此表觀的每脈沖的搬 送速度變?yōu)?倍，疊加率從95%變化為90%。當(dāng)變化為500Hz時，根據(jù)圖5，在光束邊緣僅照 射5次，因此疊加率能夠降低為80%。如上所述，通過更低地控制擺動頻率，從而能夠降低光束端部的疊加率。再有，疊加率OR通過以下的數(shù)式定義。OR= (1-V/ff) XlOO W 光束寬度 V:搬送速度(每一脈沖)接著，說明以上述方式構(gòu)成的激光退火裝置1的工作。在圖2中，從激光光源3使激光2出射，通過利用光束整形光學(xué)系統(tǒng)4的光束整形 4以及利用聚光透鏡6的聚光，使激光2聚光為線狀光束并照射到被處理體7。在該狀態(tài)下通過移動工作臺的移動，如圖6A所示，相對于被處理體7使線狀光束 (的照射部分B)在短軸方向相對地移動，以激光照射部分B進行非晶半導(dǎo)體膜的結(jié)晶化。例 如，使非晶硅膜為多晶硅膜。在處理比線狀光束的長軸方向的長度大的基板的情況下，在第1列的照射完成之 后，通過移動工作臺的移動使激光2在長軸方向相對移動，進行第2列以后的照射，這時以 鄰接的列彼此的激光照射區(qū)域一部分重疊的方式進行照射。由此，照射基板的整個面。圖 6B中表示通過2列的照射對被處理體7進行處理的例子，Rl是第1列，R2是第2列。此外， W是第1列和第2列重疊的部分(接縫部)。在本發(fā)明中，在線狀光束的照射中，通過配置在激光2的光路上的遮擋體10，遮蔽 與線狀光束的端部對應(yīng)的部分，以遮蔽量周期地增減的方式使遮擋體10工作，使光束端部 的疊加率降低。在如現(xiàn)有技術(shù)那樣不控制疊加率的情況下，對接縫部W進行2列的量的照 射，但通過如本發(fā)明那樣降低光束端部的疊加率，從而能夠減少在接縫部W的照射量，由此 能夠防止疊加率的過剩。此外，通過在鄰接的列彼此使光束重疊進行照射，也能夠防止疊加的不足。在這里，利用遮擋體10的光束端部的疊加率的控制，在對鄰接的2個列的至少一 方進行照射時，針對成為接縫部W的一側(cè)的光束端部進行即可。例如，第1列沒有利用遮擋 體10的遮蔽進行照射，在第2列的照射中進行光束端部的疊加率的控制也可，相反，在第1 列Rl的照射中進行光束端部的疊加率的控制，第2列沒有利用遮擋體10的遮蔽而進行照 射也可。在該情況下，光束端部的疊加率的控制僅是單側(cè)的端部也可，因此配置的遮擋體也 僅是激光2的單側(cè)也可?；蛘?，將針對成為接縫部W的一側(cè)的光束端部的疊加率的控制，在照射鄰接的2列 時的雙方進行也可。在該情況下，光束端部的疊加率的控制需要在兩端部進行，因此如圖3的結(jié)構(gòu)例 那樣，需要在激光2的長軸方向的兩側(cè)配置遮擋體10。遮擋體10的振動幅度對應(yīng)于接縫部W的重疊寬度進行設(shè)定即可。例如，在作為遮 擋體驅(qū)動裝置12使用壓電元件的情況下，壓電元件的振動幅度通常是100 μ m以下，因此 優(yōu)選在該范圍內(nèi)設(shè)定。即使在沒有利用遮擋體10的遮蔽的狀態(tài)下進行照射時，在以鄰接的列的接縫部 不重疊的位置關(guān)系對被處理體7照射光束的情況下，只要在有遮擋體10的遮蔽的狀態(tài)下通 過遮擋體10導(dǎo)致的衍射光加接縫部W成為重疊狀態(tài)的話，就能夠進行這樣的照射方式。遮擋體10的擺動頻率根據(jù)脈沖激光器的脈沖頻率、和必要的疊加率來決定。遮擋 體10的擺動頻率和光束端部的疊加率的關(guān)系如上述所述(參照圖5)。再有，優(yōu)選以通過遮擋體10的衍射光2a，光束端部的能量強度不變大的方式，以 單晶硅等構(gòu)成遮擋體10，用輪廓監(jiān)控器(profile monitor) 一邊監(jiān)視光束長軸方向的能量 分布一邊進行調(diào)整。在上述中，針對本發(fā)明的實施方式進行了說明，上述公開的本發(fā)明的實施方式不過只是例示，本發(fā)明的范圍并不限定于這些發(fā)明的實施方式。本發(fā)明的范圍通過本技術(shù)方 案所要求的范圍表示，還包含與本技術(shù)方案所要求的范圍同等的意思，以及范圍內(nèi)的全部變更。
權(quán)利要求
1.一種激光退火方法，使將激光整形為線狀的線狀光束對被處理物一邊在線狀光束的 短軸方向相對地移動一邊進行照射，對被處理物實施退火處理，其特征在于，使利用線狀光束的短軸方向的相對移動的照射，在光束長軸方向錯開在2列以上進 行，這時，以鄰接的列彼此的光束照射區(qū)域一部分重疊的方式進行照射，在線狀光束的照射中，通過配置在激光的光路上的遮擋體，遮蔽與線狀光束的端部對 應(yīng)的部分，以遮蔽量周期地增減的方式使遮擋體工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光退火方法，其中，通過使上述遮擋體擺動從而周期地增 減遮蔽量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光退火方法，其中，使用壓電元件使上述遮擋體擺動。
4.一種激光退火裝置，使將激光整形為線狀的線狀光束對被處理物一邊在線狀光束的 短軸方向相對地移動一邊進行照射，對被處理物實施退火處理，其特征在于，具備遮擋體，遮蔽與在激光的光路上配置的線狀光束的端部對應(yīng)的部分；以及遮擋體驅(qū)動裝置，以利用上述遮擋體的遮蔽量周期地增減的方式使遮擋體工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光退火裝置，其中，所述遮擋體驅(qū)動裝置通過使上述遮擋 體擺動從而周期地增減遮蔽量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光退火裝置，其中，上述遮擋體驅(qū)動裝置是壓電元件。
全文摘要
提供一種在激光的長軸方向的接縫部不會損害結(jié)晶性的均勻性，能夠在基板整個面形成不能以目視確認接縫部的程度的良好的、均勻性高的結(jié)晶性半導(dǎo)體薄膜的激光退火方法及裝置。在線狀光束的照射中，通過配置在激光(2)的光路上的遮擋體(10)，遮蔽與線狀光束的端部對應(yīng)的部分，以遮蔽量周期地增減的方式使遮擋體(10)工作。
文檔編號H01L21/268GK102077318SQ20098012402
公開日2011年5月25日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者M正木, 川上隆介, 森田勝, 河口紀(jì)仁, 西田健一郎 申請人:株式會社Ihi