专利名称：拾取激光的截面图像的方法
背景技术：
本发明涉及一种拾取截面图像(sectional image)的方法(即，某一截面上的光强度分布)。本发明的方法尤其适合于测量激光退火半导体薄膜时所使用的激光的二维强度分布。
在平板型显示器件如有源矩阵型液晶器件和有机EL显示器件中，为了独立地驱动每个像素，在玻璃、塑料等的绝缘基板上形成很多的薄膜晶体管(在下文中缩写为TFT)。至于非晶硅(a-Si)膜，由于形成温度低，该膜可以通过气相工艺相对容易地形成，且批量生产率也很高，所以该膜已广泛地用作形成TFT的源极、漏极和沟道区的半导体薄膜。
然而，非晶硅膜具有如下缺点，即该膜在物体特性如导电性方面比多晶硅(多晶-Si)膜差(a-Si的迁移率比多晶-Si低两个或更多数位(digit))。因此，为了增加TFT的工作速度，需要一种技术以在多晶硅膜中建立形成TFT的源极、漏极或沟道区。
例如，使用利用准分子激光器的退火方法(准分子激光器退火下文称为ELA工艺)作为形成多晶硅膜的方法。该退火方法可以在可使用一般用途的玻璃基板的温度范围(即，从室温到约500℃)内进行。
在ELA工艺中，例如，在基板上淀积预定厚度的非晶硅膜(例如，约50nm)之后，用氟化氪(KrF)准分子激光(波长为248nm)、氯化氙(XeCl)准分子激光(波长为308nm)等照射非晶硅膜。该非晶硅膜被局部熔融、再结晶并改变成多晶硅膜。
要注意的是，当激光的平均强度(能流)改变时，可将ELA工艺应用到各种其它的工艺上。例如，当将激光的强度设定在具有唯一加热功能的范围时，该工艺可用于TFT的杂质活化步骤中。当激光的强度过度增加时，会引起温度快速升高，因此该工艺可用于从TFT移除该膜。要注意的是，对该现象(phenomena)的应用并不局限于TFT，且该现象可广泛地应用到半导体制造工艺上。
另外，在为了增加平板型显示器件如液晶显示器件、有机EL显示器件等的工作速度，TFT由多晶硅膜形成的情况下，当每个TFT的沟道区中包括的晶粒界面的数量或分布有波动时，TFT的阈值电压(Vth)会产生大的波动。这是降低整个显示器件的工作特性的原因。因此，对于TFT要求的是，其中在每个沟道区中晶粒界面的数量尽可能多地均匀，或晶粒生长到比沟道区大，并控制晶粒的位置，以由此从每个沟道区移除晶粒界面。
本发明人发展了用于形成具有大晶粒直径的硅膜的激光退火工艺。在该工艺中，将称为“移相器”的光学器件(相位调制器件)插入在被激光照射的光路中间，从而调节在非晶硅膜上激光的二维强度分布，以生长具有大粒径的晶粒。在此，移相器是这样一种光学器件，其中在透明的石英基板中精细的平面图案由包括沟槽或突起的梯状部分形成。移相器在穿过该移像器的一部分激光中因入相位差，并通过激光的衍射和具有不同相位的激光的干扰产生了激光的二维强度分布。当以这种方式调节激光的二维强度分布时，会在待处理的基板上产生适当的温度分布。从而，在形成晶体时能够控制具有约2至7微米大粒径的单晶硅的位置。
作为研究激光退火工艺的结果发现了以下情况。即，关于用来照射非晶硅膜的激光，在亚微米级的微区域中强度分布的图案对于控制晶粒的位置以形成具有大粒径的晶粒非常重要。然而，精确地测量该强度分布的方法是很困难的，在一定程度上是因为准分子激光是紫外线区的不可见光，且还没有建立该方法。
迄今为止，以下方法公知为测量ELA工艺中所使用激光的强度分布的方法。
在一个方法中，用激光照射非晶硅膜，并基于该膜的物理特性的改变来估算激光的强度分布。即，用具有一个阈值的光强度(能流)的激光照射作为处理目标的非晶硅膜，在该阈值产生结晶。然后，具有高光强度的唯一部分形成了多晶硅，且物理特性部分地改变了。因此，在用激光照射非晶硅膜之后，用显微镜观察对应部分的组织，以便可以估算激光的强度分布。要注意的是，基于物理特性变化的估算方法中，不仅能够利用非晶硅膜的结晶而且能够利用另一种材料(例如，光刻胶)的物理或化学特性的变化。
在另一方法中，使用了专用于图像拾取的基板，其表面涂敷有荧光剂(日本专利申请No.2004-020104)。在该方法中，使荧光剂的涂敷膜的表面对准一个横切面，激光强度分布在该横切面处被测量。保持用于图像拾取的上述基板，并用激光照射用于图像拾取的基板表面。在该情况下，使用成像光学系统二维地放大了从荧光剂发出的荧光，并在用于图像拾取的基板背面上拾取激光的截面图像(光强度分布)。
在此，基于物理特性的变化测量激光强度分布的前一个方法具有以下问题。即，由于物理特性的变化取决于光强度的阈值，所以该激光强度必须以阶跃的方式改变，并需要多次的激光照射和物理特性估计。结果，在估算结果中包括了用于激光照射的条件的波动。由于材料本身中也有引起物理特性变化的波动，所以很难抓住光强度分布作为“平面图像”，且不能说估算是正确的。此外，由于物理特性通过脱机检查来估算，所以需要许多时间直至获得了该结果。
另一方面，通过转换成荧光来拾取激光的截面图像的后一方法具有以下问题。即，由于荧光是可见光，对应于荧光波长，得到的截面图像的空间分辨率不是约0.5μm或更小。通常，荧光材料有毒，且很大程度上会影响环境。
发明概述鉴于有关测量激光强度分布的方法的上述常规问题，研究了本发明。本发明的一个目的在于提供一种图像拾取方法，其能够在短时间内精确地拾取在激光某一截面上具有高空间分辨率的截面图像(光强度分布)。
本发明提供了一种拾取激光的截面上的截面图像的方法，包括如下步骤
相对于激光行进方向，在截面的前面设置图像拾取装置；在截面中设置拦截单元(intercepting unit)以拦截部分激光；使用图像拾取装置拾取表明部分被拦截单元拦截的激光的强度分布的光与影图像；调节图像拾取装置的光学系统的焦点，使所得到的光与影图像的图案满足预定的条件；以及从激光的光路缩回拦截单元，并利用图像拾取装置拾取激光的截面图像。
根据本发明的方法，根据光与影图像的亮和暗部分之间的边界的锐度，可以将图像拾取装置的光学系统的焦点与该截面(例如，对应待处理基板的表面的位置)精确地相匹配。另外，由于直接检测激光，所以能够精确地拾取截面上的激光的截面图像(光强度分布)。
例如，拦截单元是刃状物(knife edge)的组件，并设置使得当利用该单元拦截部分激光时该刀刃的尖端位于截面内。
可选地，拦截单元是透明基板，其部分表面涂敷有拦截薄膜(interceptive thin film)。此外，设置拦截单元使得当利用该基板拦截部分激光时拦截薄膜位于截面内。
而且，在激光退火设备中，可以利用上述方法监测激光的光强度分布。在该情况下，该激光退火设备用具有光强度梯度的激光照射形成在待处理基板上的半导体薄膜，以结晶该半导体薄膜，该设备包括样品台，用于放置基板；激光源，其朝着基板发出激光；衰减器，其设置在激光源和样品台之间并减小了激光的强度；拦截单元，配置该拦截单元来拦截与基板同一平面中的部分激光，同时从激光的光路缩回样品台；驱动机构，配置来相对于激光的光路交替地插入和缩回样品台和拦截单元；图像拾取装置，设置在激光的光路中的拦截单元的背面上；以及聚焦机构，其利用图像拾取装置拾取表明部分被拦截单元拦截的激光的强度分布的光与影图像，并调节图像拾取装置的光学系统的焦点。
在该激光退火设备中，聚焦图像拾取装置的光学系统，并根据上述方法拾取激光的截面图像。结果，在确认在对应待处理基板表面位置处的激光的强度分布满足预定的条件之后，移动样品台，并将待处理的基板设置在激光的光路上。在该情形下，用激光照射待处理基板上的半导体薄膜。
在上述的激光退火设备中，优选将光均匀系统(opticalhomogenizing system)和移相器依序设置在衰减器和样品台之间的激光的光路上。光均匀系统使激光的二维强度分布均匀。将移相器设置在光均匀系统的焦点位置上，并得到了激光的二维的强度分布。
当在激光退火设备中使用本发明的方法时，能够以相对短的时间精确地测量在与待处理基板表面对应的位置处激光的强度分布。因此，激光的强度分布能够保持在满意的状态。当精确地调节激光的强度分布时，可以自基板上的非晶硅薄膜或多晶硅薄膜生长具有大粒径的目标硅晶体。
附图的简要说明
图1是示出在使用本发明的方法拾取激光的截面图像的情况中的设备结构的例子的示意图；图2是示出在使用本发明方法中使用刃状物聚焦图像拾取装置的光学系统时的光与影图像(二维的光强度分布)的例子的简图；图3A是示出沿着图2所示例子中的线A-A′的光强度分布的简图；图3B是示出沿着图2所示例子中的线A-A′的光强度分布的导数值的简图；图4是示出在使用涂敷有拦截薄膜的透明基板的情况下透明基板布置的一个例子的简图；图5是示出在使用涂敷有拦截薄膜的透明基板的情况下透明基板布置的另一个例子的简图；图6是激光退火设备并入使用本发明方法的拾取激光截面图像的装置的信号方块图；图7是将图像拾取装置的光学系统的焦点调节到预定截面上的方法的说明性示图；图8示出了采用邻近系统(proximity system)的激光退火设备的一个例子的简图，其中并入了使用本发明的方法拾取激光截面图像的装置；图9是示出采用投影系统的激光退火设备、并入使用本发明的方法拾取激光截面图像的装置的例子的简图。
发明的详细说明实施例1将根据本发明描述拾取激光的截面图像的方法。
图1示出了用于拾取激光截面图像的装置的示意结构的例子。沿着从激光源1发出的激光20的光路依序设置衰减器2、刃状物30(拦截单元)和图像拾取装置51。衰减器2将激光20的强度调节为预定的强度。为了指定一个截面，在该截面上测量激光20的二维强度分布的截面，将刃状物30设置在一个截面中来拦截部分激光20。相对于激光20行进方向，图像拾取装置51设置在刃状物30的前面，并拾取刃状物30尖端部分的图像。此外，在从激光20的光路缩回刃状物30之后，在上述平面上拾取激光20的截面图像。
图像拾取装置51包括图像形成光学系统40和CCD 50。图像形成光学系统40包括物镜41和光学圆筒(optical cylinder)42。将CCD50贴附到光学圆筒42的后端(下表面)上。物镜41使入射光在CCD50的光电转换表面上形成图像。通过光电效应CCD 50将入射光转换成电信号。光学圆筒42遮蔽来自从物镜41到CCD 50的光路以外的光。
将图像拾取装置51保持在图像拾取台60上。图像拾取台60包括X台61，其在X轴方向上移动；Y台62，其由X台61支撑并在Y轴方向上移动；以及Z台63，其由Y台62支撑并在垂直方向(Z方向)上移动。通过X台61和Y台62相对于激光20的光轴定位图像拾取装置51。通过垂直移动Z台63来进行物镜41的聚焦。
要注意的是，当没有拾取任何的截面图像时，即，当激光退火待处理的基板时，刃状物30、图像拾取装置51和图像拾取台60可以从激光20的光轴缩回到延长线的外面。
CCD 50的输出电路连接到计算机80上，并将该计算机80连接到显示器81上，显示器81选择性地显示输入或输出信息。计算机80通过激光光源1自动地控制激光振荡，由衰减器2控制激光的量，通过刃状物30的遮蔽根据光与影图像的信息控制衰减器，在X-Y-Z轴方向上控制图像拾取装置51的位置等。
接下来，将描述使用该系统拾取激光的截面图像的方法。
在拾取激光的截面图像之前，首先利用刃状物30进行图像形成光学系统40的聚焦。即，将刃状物30定位于并保持在激光20的光轴上，使得该刃状物的一部分拦截部分激光20。调节刃状物30的尖端的高度，使该尖端对准欲测量其上激光20的强度分布的截面(从而，利用激光20与待处理基板的表面对齐)。
在该情况下，激光20从激光源1向着刃状物30发射，被刃状物30遮蔽的光与影图像被物镜41二维地放大，并由CCD 50拾取该图像。在计算机80中分析由CCD 50获得的数据。计算机80控制图像拾取台60、用于拦截单元的台110(图8)、衰减器2和激光源1，并调节图像拾取装置51的视场和焦点，同时重复图像拾取。即，计算机80移动X台61和Y台62以使图像拾取装置51的视场与刃状物30的尖端匹配，并移动Z台63以使图像拾取装置51的焦点与刃状物30的尖端匹配。
其后，使刃状物30缩回，并由图像拾取装置51拾取上述截面中激光20的截面图像。在该情况下，计算机80通过激光源1自动地执行对激光振荡定时的控制、调节激光的量等。
将进一步描述图像拾取装置51聚焦的详细情况。当如上所述将刃状物30定位在激光20的光路上时，由CCD 50拾取刃状物30尖端部分的图像(光与影图像)。当以这种方式重复拾取刃状物30尖端部分的图像时，调节图像形成光学系统40的焦点，使得在被刃状物30遮蔽的边界部分中光强度梯度具有不小于预置目标值的陡峭度。
具体地，如同在图2示出的二维图像，被刃状物30遮蔽的区域显示得暗且另一区域显示得亮。图3A示出了沿着图2的A-A′的归一化的一维光强度分布。在点A示出了暗级别(0)，但该级别在刃状物30的区域外快速增长，而点A′示出了亮级别(1)。当从该暗级别到亮级别的转变区域的距离最短时，图像拾取装置51的焦点与刃状物30的尖端一致。要注意的是，当激光20具有良好的相干性时，由于菲涅耳衍射的影响往往会在转变区域的相对端产生条纹(高频成分)。在该情况下，当将合适的低通滤波器应用到波形上时，能够移除该条纹。为了明确焦点位置，将图3A的波形对距离x求微分。结果，获得了如图3B所示分布曲线。当表示分布曲线最大值的一半的宽度D最短时，图像拾取装置51的焦点与刃状物30的尖端一致。
当在半导体薄膜的结晶设备中使用这种系统时，将刃状物30设置在对应待处理基板表面的位置处(即，与其一样高)。当在结晶设备工作期间需要确认激光的光强度分布时，缩回待处理的基板，并将刃状物30设置在相应的位置。在该阶段，定位并聚焦图像拾取装置51。接下来，在缩回刃状物30之后，激光振荡。然后，在CCD 50的光电转换表面上形成焦点位置处的截面图像。以这种方式能够确认在待处理基板表面上的光强度分布的图案。
优选地使用刃状物30作为如上所述的拦截单元。在该情况下，将刃状物30的尖端加工为±0.1μm或更小的平整度精度，从而可以精确地指定一个截面(目标表面，在该目标表面上拾取截面图像)作为图像拾取装置51的聚焦目标。此外，当使用刃状物时，在刃状物外的部分中，在刃状物30的尖端所在的平面中没有任何物体拦截激光20的光路。因此，可以将图像拾取装置51精确地聚焦在对应待处理基板表面的位置上。
而且，如图4和5所示，可使用拦截板33作为拦截单元。通过用拦截薄膜32涂敷透明基板31的部分表面来获得该板。拦截板33的拦截薄膜32的厚度优选约1μm或更小。在图4的设置中聚焦的目标表面是拦截板33的背面，且在图5的设置中是拦截板33的正面。在图5的设置中，当进行图像拾取装置的聚焦时，考虑到拦截板33的厚度t和折射，这样设置拦截板33，使得在激光20的光路中拦截薄膜32的边缘部分面向待处理的基板表面。
图6示出了在图1的系统中的控制系统的结构。总线82连接到输入/输出装置83、存储器84、中央处理单元(以下简称为CUP)85和显示器81上。存储器84存储预定的操作程序。CPU 85通过存储在存储器84中的操作程序来控制该系统。显示器81显示输入/输出信息。
总线82进一步连接到用于激光器件的控制信息存储单元88、用于图像拾取装置的台控制信息存储单元87、基板台控制信息存储单元89、用于控制拦截单元台的信息存储单元90和共用台控制信息存储单元99上。在用于激光器件的控制信息存储单元88中，存储了自动控制激光源1的操作的程序。在用于图像拾取装置的台控制信息存储单元87中，存储了控制用于支持CCD 50的图像拾取台60的程序。在基板台控制信息存储单元89中，存储了控制用于支撑待处理基板10的基板台100的程序。在共用台控制信息存储单元99中，存储了控制共用台70的程序，在共用台70上放置了三个台用于基板、拦截单元和图像拾取装置。
总线82进一步连接到用于图像拾取和分析的控制信息存储单元91上。在该存储单元91中，存储了用于自动地执行预定的图像拾取和分析操作的程序。
随后，将参考图6的方块图描述用于图1的系统的自动聚焦法。首先，在聚焦操作之前，CPU 85读取存储在存储器84中的基本程序以启动该操作。接下来，CPU 85读取来自共用台控制信息存储单元99的数据。基于该数据，控制待处理的基板10或支撑待处理的基板10的台100从激光20的光路移动到预定的缩回位置。在该情况下，CPU 85操作基板台控制信息存储单元89和用于控制拦截单元台的信息存储单元90。CPU 85识别确认信息被输入到输入/输出装置83中，该确认信息表明基板或台已被控制且缩回。
接下来，CPU 85自动地执行使CCD 50聚焦的程序。CPU 85允许存储器84存储表明在激光20的光路中不存在待处理基板10或图像拾取台60的信息。在CPU识别该信息之后，CPU读取来自用于控制拦截单元台的信息存储单元90的控制程序，并以这样的方式控制拦截单元，将构件移动到部分激光20被拦截的预定位置。同时或随后，CPU 85读取来自用于图像拾取装置的台控制信息存储单元87的控制程序，并将图像拾取和分析的装置移动到激光20的光路中的预定位置。
当表明拦截单元和图像拾取装置已被移动的信息经由输入/输出装置83存储在存储器84中，则CPU 85从用于激光器件的控制信息存储单元88读取激光源控制信息，并控制激光源1发出激光。CPU 85读取来自用于图像拾取和分析的控制信息存储单元91的聚焦控制程序，并在显示器81中显示被图像拾取装置拾取的拦截单元的图像的光与影信号，同时将该信号存储在存储器84中。CPU 85输出从光与影信号的暗级别到亮级别的转变区域的距离最短(即，由关于光与影信号距离的导数值获得的峰的半值宽度)的条件作为聚焦的位置信号。该信息被存储在存储器84中，并同时在显示器81的显示屏中显示。
接下来，将参考图7描述具体的聚焦流程。假定充分聚焦的图像数据是B。可以将图像数据B预先存储在存储器中(步骤(a))。对距离X求该数据的微分获得的波形的半值宽度(FWHM)是Db(步骤(b))。可以在存储器中存储该Db作为数据库。
输入测量的一维图像数据C(步骤(c))。在该情况下，如果产生了上述的条纹，则应用合适的低通滤波器来移除条纹。当求一维图像数据C对距离X的导数时，相对于一维图像数据C获得了在最大值的一半FWHM处的全宽度值Dc(步骤(d))。由Dc和预先存储的Db之间的差，获得了Ds。
当该差Ds是0时，图像形成光学系统处于聚焦的位置。然而，当Ds不是0时，从而计算在z方向上图像形成光学系统的Z台63的运送量的信号值ΔZ。移动Z台63，并再次拾取一维图像。执行该流程直至Ds＝0。结果，确定图像形成光学系统的Z台63的最佳值作为聚焦位置。从而，完成了用于直接拾取在由刃状物30的尖端确定的高度处(即，对应待处理基板表面的高度)的激光的截面图像的准备。
在确认聚焦的位置信息之后，通过用于控制拦截单元台的信息存储单元90中的程序，CPU 85将刃状物30从激光20的光路缩回到预定的缩回位置。在经由输入/输出装置83确认刃状物30从激光20的光路缩回之后，CPU 85读取来自用于激光器件的控制信息存储单元88的数据，并从激光源1发出激光。而且，CPU 85通过衰减器2调节激光强度，并通过图像拾取装置拾取激光的强度分布的图像。CPU 85经由输入/输出装置83在存储器84中存储图像拾取输出信号，并同时在显示器81中显示该信号。从而，CPU 85拾取了激光的截面图像。
要注意的是，当拾取了激光的截面图像时，为了保护刃状物30、图像形成光学系统40和CCD 50，将激光的强度设置为低于实际的激光退火时的激光强度。要注意的是，关于经由移相器(随后描述)用准分子激光照射的待处理表面上的截面图像，即使当准分子激光的输出改变时，只有光强度的绝对值改变，而分布形状(光束轮廓)不改变。
在通常的情况下，当拾取截面图像时在2平方毫米的激光照射区中每次激光20的光束轮廓都约为100μmφ。该轮廓被物镜41二维地放大了，例如，约100至200倍，并作为具有约10至20mmφ尺寸的图像投射到CCD 50上。在此，例如，假定CCD 50自身的像素尺寸是10μm或更小，则待处理表面位置处的空间分辨率(即，相对于激光的光束轮廓的空间分辨率)是0.2至0.1μm或更小。
实施例2通过邻近系统的激光退火设备的例子
图8示出了激光退火设备的示意结构，其中采用了根据本发明拾取截面图像的方法。在该装置中，采用了邻近系统的光学系统，将移相器5设置在基板的上方，以用光强度被调制了的激光照射待处理的基板。该光学系统的一个例子是结晶设备。用相同的参考数字表示与图1中相同的组件，并省略了详细的说明。
沿着激光20的光路依序设置衰减器2、光均匀系统21、反射镜3和移相器5。移相器5插入在光均匀系统21和待处理的基板10之间，并通过支撑基座(未示出)保持在离开待处理的基板10的一定间隙d处。移相器5可以相对于激光的光轴移动，且可以与光路20的光路分开。间隙d约为60至500μm。光均匀系统21的焦点由于通过移相器5厚度的折射而波动。因此，通过计算预先确定聚焦的位置，并将待处理的基板10预先设置在该计算出的位置。
在共用台70上，布置并保持待处理的基板10(经由用于待处理的基板的台100)、刃状物30(经由用于拦截单元的台110)和用于获得截面图像的图像拾取装置(40、50、60)。通过高度传感器65测量待处理的基板10、刃状物30和移相器5的高度。将图像拾取装置(40、50、60)设置在刃状物30背面的一侧。图像拾取装置与上述参考图1的图像拾取装置相同。该装置包括图像形成光学系统40、CCD 50、图像拾取台60等。
在通过衰减器2衰减从激光源1发出的激光20之后，经由光均匀系统21将光传送到反射镜3。经由移相器5将待处理的基板10和刃状物30设置在光均匀系统21的焦点上。
要注意的是，移相器5是调制光相位的光强度调制装置，以由此在基板10的表面上形成适合处理待处理基板10的目的的光强度分布。例如，通过在石英基板中蚀刻并形成梯状位置来制备移相器5。由移相器5调制光路20的相位，并在激光中引入二维的光强度分布。当光进入待处理的基板10的表面时，光形成了图像。
为了确认以这种方式形成图像的激光的图案，即，为了拾取进入待处理基板10表面的激光的截面图像，首先驱动共用台70、用于拦截单元的台110和图像拾取台60，以将刃状物30和图像拾取装置(40、50、60)移动到激光20的光轴的延伸线上。而且，从激光20的光路移除移相器5。在结束调节刃状物30的高度和位置并相对于激光20的光轴对准图像形成光学系统40、CCD 50等之后，用激光20照射刃状物30，并根据上述的工序进行图像形成光学系统40的聚焦。在结束图像形成光学系统40的聚焦之后，缩回刃状物30，将移相器5插入在激光20的光路中，并拾取激光20的截面图像。
而且，为了确认相位已被移相器5调制的激光的图案，在没有使移相器5从光轴缩回的情况下通过图像拾取装置拾取图像。
激光20的截面图像(在对应于待处理基板表面的高度上的光强度分布)被图像形成光学系统40二维地放大，并由CCD 50拾取。CCD 50将拾取的激光20的图像转换成数字信号，并发送该信号给计算机80。在显示器81中显示处理了的数据(即，激光的强度分布，其图像已被拾取)。
在显示器81中比较拾取的截面图像与预先存储的目标截面图像，且确认两个图像之间的差在预定的容许限度内。当该差超出容许限度时，调节待处理的基板10和移相器5之间的距离d(即，激光20在光轴方向上的精细调节)，使得该差在容许限度之内。要注意的是，使用计算机80自动地确认和调节截面图像。
在使用激光进行处理期间检查截面图像，同时设置待处理基板的数量或合适的时间间隔。当通过调节后确认截面图像(光强度分布)适合于激光退火时，驱动共用台70和用于待处理的基板的台100，以将待处理的基板设置在激光20的光路上。在调节衰减器2以获得合适的激光能流之后，进行激光退火。
要注意的是，在熔融和结晶非晶硅薄膜14时，准分子激光的能量(能流值)例如是200mJ/cm2，且在形成具有大粒径的硅粒时需要例如约800mJ/cm2的能流。另一方面，在拾取准分子激光的截面图像时该能量例如约为10mJ/cm2至30mJ/cm2。
实施例3采用投影系统的激光退火设备的例子
图9示出了另一激光退火设备的结构例子，其中采用根据本发明拾取截面图像的方法。在该装置中，为了用激光照射待处理的基板，采用了投影系统的光学系统。用相同的附图标记表示与图1和8相同的组件，并省略了详细的说明。
在共用台70上，布置并保持待处理的基板10(经由用于待处理的基板的台100)、刃状物30(经由用于拦截单元的台110)和图像拾取装置(40、50、60)。用高度传感器65测量待处理的基板10和刃状物30的高度。将图像拾取装置(40、50、60)设置在刃状物30背面的一侧。图像拾取装置与上述参考图1的相同，并包括图像形成光学系统40、CCD 50、图像拾取台60等。
在激光20的光路中，依序设置衰减器2、均化器21、移相器5a、反射镜3和投影透镜4。用高度传感器65测量待处理的基板10和刃状物30的高度。
通过衰减器2使从激光源1发出的激光20衰减成合适的强度。接下来，光进入均化器21，并使光强度分布均匀。通过设置在使光强度均匀的位置上的移相器5a来调制激光20的相位。已被调制相位的激光20射在反射镜3上，接下来进入投影透镜4。放大率转换成投影透镜4中的放大率，且在待处理的照射基板10上形成了图像。在此，设置在使光强度均匀的位置上的移相器5a形成了图像，且该图像具有共轭的关系，使得经由投影透镜4再次在基板表面位置上形成图像。当基板设置在图像平面中时，通过已调制了相位的光来进行退火。当拾取了该图像平面的图像时，能够增强投影系统的激光退火的可控性。
拾取图像平面的图像的方法与采用上述邻近系统的激光退火设备(图8)中的相同，但几个位置调节得略微不同。
为了拾取进入待处理基板10表面的激光的截面图像，首先驱动共用台70、用于拦截单元的台110和图像拾取台60，以将刃状物30和图像拾取装置(40、50、60)移动到激光20光轴的延伸线上。而且，从激光20的光路移除了移相器5a。在结束调节刃状物30的高度和位置并相对于激光20光轴对准图像形成光学系统40和CCD 50之后，用激光20照射刃状物30，并根据上述的工艺进行图像形成光学系统40的聚焦。在图像形成光学系统40聚焦结束之后，缩回刃状物30，将移相器5a插入在激光20的光路中，并拾取截面图像。
激光的截面图像(在对应于待处理基板表面的高度上的光强度分布)被图像形成光学系统40二维地放大，并由CCD 50拾取。CCD50将激光拾取的图像转换成数字信号，并发送该信号给计算机80。在显示器81中显示处理了的数据(即，测量的激光的强度分布)。
在显示器81中比较拾取的截面图像与预先存储的目标截面图像，且确认两个图像之间的差落入预定的容许限度内。当该差超出容许限度时，调节待处理的基板10和移相器5(即，调节平行于激光20光轴的方向上的距离，或者在垂直于激光20光轴的平面上旋转基板或移位器)，并使该差处于容许限度之内。要注意的是，使用计算机80自动地确认和调节截面图像。
检查上述的截面图像，同时设置待处理基板的数量或合适的时间间隔。当通过调节确认截面图像(光强度分布)适合于激光退火时，驱动共用台70和用于待处理基板的台100，以将待处理的基板设置在激光20的光路上。在调节衰减器2以获得合适的激光能流之后，进行激光退火。
权利要求
1.一种在截面上拾取激光(20)的截面图像的方法，其特征包括如下步骤相对于激光行进方向，在该截面的前面设置图像拾取装置(51)；在该截面处设置拦截单元(30)以拦截部分激光(20)；使用图像拾取装置(51)拾取表明部分被拦截单元(30)拦截的激光(20)的强度分布的光与影图像；调节图像拾取装置(51)的光学系统(40)的焦点，使所得到的光与影图像的图案满足预定的条件；以及从激光(20)的光路缩回拦截单元(30)，并利用图像拾取装置(51)拾取激光的该截面图像。
2.根据权利要求1所述的拾取激光的截面图像的方法，其特征在于拦截单元是刃状物组件(30)，并被设置为使得当部分激光(20)被拦截时该刃状物的尖端位于该截面内。
3.根据权利要求1所述的拾取激光的截面图像的方法，其特征在于拦截单元(33)是透明基板(31)，其部分表面涂敷有拦截薄膜(32)，并且该拦截单元(33)设置为使得当部分激光被拦截时拦截薄膜(32)位于该截面内。
全文摘要
将刃状物(30)设置在要拾取截面图像(光强度分布)的截面的高度处，以拦截激光(20)的部分截面。用激光(20)照射刃状物(30)，且激光的截面图像用图像形成光学系统(40)放大，并由CCD(50)拾取。当以这种方式拾取截面图像时，以在被刃状物(30)遮蔽的边界部分中的光强度的梯度具有不小于预置目标值的陡度的这种方式进行图像形成光学系统(40)的聚焦。接下来，从激光的光路缩回刃状物(30)，允许激光经由图像形成光学系统(40)进入CCD(50)，并拾取激光的截面图像。
文档编号H01L21/66GK1740760SQ200510096528
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月26日 优先权日2004年8月26日
发明者十文字正之, 松村正清, 谷口幸夫, 平松雅人, 小川裕之, 秋田典孝 申请人:株式会社液晶先端技术开发中心