专利名称：激光退火方法及装置的制作方法
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 方法及装置。
背景技术：
历来，为了实现高性能的液晶显示装置等的设备，开发了在玻璃基板等的绝缘性 基板上形成高性能的薄膜晶体管等的半导体元件的方法。在该半导体元件中通常使用通过 热处理使非晶硅结晶化的薄膜状的多晶硅。作为制造多晶硅膜的方法，通常是预先在基板上成膜非晶硅膜，照射激光使其结 晶化的方法。根据该方法，由于利用半导体薄膜的熔融固化过程中的结晶化现象，所以能够 获得晶粒比较大、高品质的多晶硅膜。作为现在最通常利用的激光退火方法，有使用脉冲激光、特别是准分子激光器的 方法。近年来，正在开发使用作为固体激光器的YAG激光器、YLF激光器的方法。在使用脉 冲激光的方法中，使非晶硅膜局部地熔融，使该熔融的区域以极短的时间为高温度。因此， 高热不传递到基板，所能够以不使用耐热性优越的昂贵的石英基板，而利用廉价的玻璃基 板，最适合于大面积的电子设备的低温工艺。在一般的激光退火方法中，例如在使用准分子激光器的情况下，通过光学系统将 激光整形为光束长轴方向长度最大465mm，短轴方向长度0. Γ5πιπι的线状光束。在YAG激光 器的情况下，获得光束长轴方向长度最大200mm，短轴方向长度4(Γ50 μ m的线状光束。该 线状光束的照射位置以在光束短轴方向相对于照射区域部分地重复的方式，使基板和激光 相对地移动，进行半导体膜的结晶化。通常，将叠加率(overlap ratio)设定为大约95%，对 同一区域照射大约20次。图IA和图IB是现有的激光退火方法的说明图。在图IA中，表示相对于基板30 使激光31在光束短轴方向相对移动进行照射的样子。在处理比光束长轴方向长度长的尺 寸的基板30的情况下，如图IA所示，首先照射第1列R1。第1列Rl的照射结束后，使激光 31在长轴方向相对移动，进行第2列以后的照射。图IB表示通过的2列的照射，处理了基 板整个面的例子。这时，在邻接的列彼此(在图IB中是第1列Rl和第2列R2)产生光束的 接缝部W。在通常的激光退火中，通过将邻接的列的线状光束的端部重叠并进行照射，从而 产生接缝部W。在该接缝部W在叠加变得过剩(光束的重复照射)，结晶品质变得与其它部分 不同，由此能够以目视看到接缝部W。另一方面，在邻接的列的光束的重叠少、或者没有的情 况下，在光束端部的叠加变得不充分，非晶的部分残留，结晶性还是与其它部分不同。由于光束接缝部W是被邻接的列(例如第1列Rl和第2列R2)的光束的双方照射 的区域，所以该区域的结晶性与其它部分不同。在准分子激光器的情况下，结晶性的偏差 大，虽然YAG激光器的第2次谐波与准分子激光器相比偏差小，但结晶性还是偏差。在使用结晶性不均勻的区域制作薄膜晶体管的情况下，不能使薄膜晶体管的性能均勻化。在液晶显示器、有机EL显示器等的显示装置中，由于其显示品质容易被薄膜晶体 管的性能的均勻性左右，所以为了维持显示品质，必须在被激光的光束长轴方向长度限制 的区域内制作显示面板。在绿色YAG激光器的情况下，由于光束长轴方向长度短，所以难以 制作超过20英寸的大型显示器。例如在专利文献1、2中公开有用于防止上述那样的、光束接缝部W的结晶性的不 均勻性的技术。在专利文献1的方法中，在使激光的照射区域重合而使大面积的半导体薄膜结晶 化时，通过调整激光的宽度尺寸、能量密度，从而在激光的重合部和非重合部使结晶性均勻 化。在专利文献2的方法中，通过以接缝部的光束轮廓的倾斜部分在激光强度的20% 以上80%以下的区域中相互重叠的方式设定，从而使结晶性均勻化。专利文献1 日本特开2000-315652号公报 专利文献2 日本特开2005-243747号公报
可是，在专利文献1的方法中，不容易调整激光的宽度尺寸、能量密度，存在装置的生 产性降低的问题。在专利文献2的方法中，由于以能量密度不同的条件重叠光束，所以特别在相对 于能量变动结晶性较大地变动的准分子激光器的情况下，预想结晶性变得不均勻。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题而完成的，其课题在于提供一种激光退火方法及装置， 在通过激光照射进行在玻璃等的基板上形成的半导体薄膜的结晶化时，在激光的长轴方向 的接缝部不会损害结晶性的均勻性，能够在基板整个面形成不能以目视确认接缝部的程度 的良好的、均勻性高的结晶性半导体薄膜。为了解决上述课题，本发明的激光退火方法及装置采用以下的技术方案。(1)本发明的激光退火方法，使将激光整形为线状的线状光束对被处理物一边在 线状光束的短轴方向相对地移动一边进行照射，对被处理物实施退火处理，其特征在于，使 利用线状光束的短轴方向的相对移动的照射，在光束长轴方向错开在2列以上进行，这时， 以邻接的列彼此的光束照射区域一部分重叠的方式进行照射，在线状光束的照射中，通过 配置在激光的光路上的遮挡体，遮蔽与线状光束的端部对应的部分，以遮蔽量周期地增减 的方式使遮挡体工作。(2)在上述(1)的激光退火方法中，通过使上述遮挡体摆动从而周期地增减遮蔽量。(3)在上述(2)的激光退火方法中，使用压电元件使上述遮挡体摆动。(4)此外，本发明的激光退火装置，使将激光整形为线状的线状光束对被处理物一 边在线状光束的短轴方向相对地移动一边进行照射，对被处理物实施退火处理，其特征在 于，具备遮挡体，遮蔽与在激光的光路上配置的线状光束的端部对应的部分；以及遮挡体 驱动装置，以利用上述遮挡体的遮蔽量周期地增减的方式使遮挡体工作。(5)在上述(4)的激光退火装置中，上述遮挡体驱动装置通过使上述遮挡体摆动从 而周期地增减遮蔽量。
(6)在上述(5)的激光退火装置中，上述遮挡体驱动装置是压电元件。根据上述(1)的方法和上述(3)的装置，因为通过遮挡体(mask)遮蔽与线状光束 的端部对应的部分，以遮蔽量周期地增减的方式使遮挡体工作，所以遮蔽了的光束端部的 叠加率与非遮蔽部分的相比降低。由此，能够抑制接缝部的叠加的过剩，并且通过在邻接的 列彼此使光束重叠进行照射，从而能够防止叠加的不足。因此，能够减少接缝部的结晶性的 不均勻性，能够在基板整个面形成均勻性高的半导体薄膜。根据上述(2)的方法和上述(4)的装置，通过使遮挡体摆动，从而能够容易地控制
叠加率。根据上述(3)的方法和上述(6)的装置，压电元件能够通过施加电压的控制使高 频率的振动产生，因此能够容易地实现遮挡体的高速摆动，能够容易地控制叠加率。
图IA是根据现有的激光退火方法的第1列的照射的说明图。图IB是根据现有的激光退火方法的基板整个面处理时的说明图。图2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3A是表示遮挡体和遮挡体驱动装置的一个结构例的图。图;3B是表示光束端部的长轴方向的能量分布的图。图4是表示遮挡体的其它的配置例的图。图5是表示遮挡体的摆动频率和光束端部的叠加率的关系的图。图6A是根据本发明的激光退火装置的第1列的照射的说明图。图6B是根据本发明的激光退火装置的基板整个面处理时的说明图。
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 赋予同一符号，省略重复的说明。图2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 ；对来自激 光光源3的激光2进行整形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对激光2以在被处理体7表面中成为线状光束的方式进行整 形，能够作为结构要素包含光束扩展器、均化器等。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。移动工作台9构成为能够在图中箭头A方向移动。因此，通过一边照射激光2 — 边通过移动工作台9使被处理体7在线状光束的短轴方向(A方向)移动，从而能够相对于 被处理体7使激光1的照射部分在短轴方向相对地移动。此外，移动工作台9构成为能够
5在与作为线状光束的长轴方向相同方向的、垂直于图2的纸面的方向移动。本发明的激光退火装置1还具备配置在激光2的光路上并遮蔽与线状光束的端 部对应的部分的遮挡体10 ；以及以遮挡体10的遮蔽量周期地增减的方式使遮挡体10工作 的遮挡体驱动装置12。图3A是表示遮挡体10和遮挡体驱动装置12的一个结构例的图，在该图中左右方 向是激光2的光束长轴方向。在该例子中，遮挡体10配置在基板的正上方的位置，在该位 置中遮蔽激光2。此外在该例子中，遮挡体10配置在激光2的长轴方向的两端部。图3B表 示光束端部(仅是图中左侧)的长轴方向的能量分布。在像这样通过遮挡体10进行遮蔽的 情况下，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。遮挡体10例如能够以金属板、在玻璃板施加了金属镀敷的材料、单晶硅构成。遮挡体驱动装置12也可以构成为通过使遮挡体10摆动而周期地增减遮蔽量的装 置。在图3的结构例中，遮挡体驱动装置12使遮挡体10在光束长轴方向摆动。通过使遮 挡体10摆动，能够容易地进行后述的叠加率的控制。使遮挡体10摆动的遮挡体驱动装置12能够以压电元件构成。压电元件通过施加 电压的控制能够使高频率的振动产生，因此能够容易地实现遮挡体10的高速摆动。此外， 遮挡体驱动装置12也能够以电动机和将电动机的旋转运动变换为往复运动的机构构成。遮挡体10的工作方式不仅是摆动，也可以是旋转。例如，使遮挡体10为带有与遮 挡体的摆动幅度相当的切口的旋转板(可以是金属、陶瓷、或者在玻璃涂敷有铬膜等的遮光 膜的材料)也能获得同样的效果。例如，在以脉冲频率为2kHz的脉冲激光器，将叠加率设定 为95% (例如在以光束宽度100 μ m、搬送速度5 μ m /脉冲进行照射的情况下在相同区 域激光照射20次)的情况下，使旋转板的旋转数为2kHz，以激光透过切口部的方式进行了 同步的情况下，叠加率仍是95%。另一方面，在将旋转板的旋转数设为IkHz的情况下，激光 被旋转板每2周遮蔽1次，因此对光束端部从20次变为仅照射10次，从表观的每脉冲的搬 送速度变为2倍，因此叠加率减少为90%。进而通过减小同步的旋转数，能够进一步使叠加 率降低。再有，叠加率OR通过以下的数式定义。0R=(l-V/ff) X 100 W 光束宽度V 搬送速度(每一脉冲)
此外，作为遮挡体10的配置位置的其他例子，如图4所示，也可以构成为以遮挡体10 遮蔽暂时形成的像的端部，使该像通过光学系统14在照射面成像。在该情况下，与图3同 样地，也可以在激光2的长轴方向的两端配置遮挡体10。图5表示在以脉冲频率为2kHz的脉冲激光器，将叠加率设定为95% (例如在以光 束宽度100 μ m、搬送速度5 μ m /脉冲进行照射的情况下在相同区域激光照射20次)的 情况下，根据遮挡体10的摆动频率，照射到光束端部的叠加率如何变化。在摆动频率设为IkHz的情况下，在光束边缘仅照射10次，因此表观的每脉冲的搬 送速度变为2倍，叠加率从95%变化为90%。当变化为500Hz时，根据图5，在光束边缘仅照 射5次，因此叠加率能够降低为80%。如上所述，通过更低地控制摆动频率，从而能够降低光束端部的叠加率。再有，叠加率OR通过以下的数式定义。OR= (1-V/ff) XlOO W 光束宽度 V:搬送速度(每一脉冲)接着，说明以上述方式构成的激光退火装置1的工作。在图2中，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聚光为线状光束并照射到被处理体7。在该状态下通过移动工作台的移动，如图6A所示，相对于被处理体7使线状光束 (的照射部分B)在短轴方向相对地移动，以激光照射部分B进行非晶半导体膜的结晶化。例 如，使非晶硅膜为多晶硅膜。在处理比线状光束的长轴方向的长度大的基板的情况下，在第1列的照射完成之 后，通过移动工作台的移动使激光2在长轴方向相对移动，进行第2列以后的照射，这时以 邻接的列彼此的激光照射区域一部分重叠的方式进行照射。由此，照射基板的整个面。图 6B中表示通过2列的照射对被处理体7进行处理的例子，Rl是第1列，R2是第2列。此外， W是第1列和第2列重叠的部分(接缝部)。在本发明中，在线状光束的照射中，通过配置在激光2的光路上的遮挡体10，遮蔽 与线状光束的端部对应的部分，以遮蔽量周期地增减的方式使遮挡体10工作，使光束端部 的叠加率降低。在如现有技术那样不控制叠加率的情况下，对接缝部W进行2列的量的照 射，但通过如本发明那样降低光束端部的叠加率，从而能够减少在接缝部W的照射量，由此 能够防止叠加率的过剩。此外，通过在邻接的列彼此使光束重叠进行照射，也能够防止叠加的不足。在这里，利用遮挡体10的光束端部的叠加率的控制，在对邻接的2个列的至少一 方进行照射时，针对成为接缝部W的一侧的光束端部进行即可。例如，第1列没有利用遮挡 体10的遮蔽进行照射，在第2列的照射中进行光束端部的叠加率的控制也可，相反，在第1 列Rl的照射中进行光束端部的叠加率的控制，第2列没有利用遮挡体10的遮蔽而进行照 射也可。在该情况下，光束端部的叠加率的控制仅是单侧的端部也可，因此配置的遮挡体也 仅是激光2的单侧也可。或者，将针对成为接缝部W的一侧的光束端部的叠加率的控制，在照射邻接的2列 时的双方进行也可。在该情况下，光束端部的叠加率的控制需要在两端部进行，因此如图3的结构例 那样，需要在激光2的长轴方向的两侧配置遮挡体10。遮挡体10的振动幅度对应于接缝部W的重叠宽度进行设定即可。例如，在作为遮 挡体驱动装置12使用压电元件的情况下，压电元件的振动幅度通常是100 μ m以下，因此 优选在该范围内设定。即使在没有利用遮挡体10的遮蔽的状态下进行照射时，在以邻接的列的接缝部 不重叠的位置关系对被处理体7照射光束的情况下，只要在有遮挡体10的遮蔽的状态下通 过遮挡体10导致的衍射光加接缝部W成为重叠状态的话，就能够进行这样的照射方式。遮挡体10的摆动频率根据脉冲激光器的脉冲频率、和必要的叠加率来决定。遮挡 体10的摆动频率和光束端部的叠加率的关系如上述所述(参照图5)。再有，优选以通过遮挡体10的衍射光2a，光束端部的能量强度不变大的方式，以 单晶硅等构成遮挡体10，用轮廓监控器(profile monitor) 一边监视光束长轴方向的能量 分布一边进行调整。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
1.一种激光退火方法，使将激光整形为线状的线状光束对被处理物一边在线状光束的 短轴方向相对地移动一边进行照射，对被处理物实施退火处理，其特征在于，使利用线状光束的短轴方向的相对移动的照射，在光束长轴方向错开在2列以上进 行，这时，以邻接的列彼此的光束照射区域一部分重叠的方式进行照射，在线状光束的照射中，通过配置在激光的光路上的遮挡体，遮蔽与线状光束的端部对 应的部分，以遮蔽量周期地增减的方式使遮挡体工作。
2.根据权利要求1所述的激光退火方法，其中，通过使上述遮挡体摆动从而周期地增 减遮蔽量。
3.根据权利要求2所述的激光退火方法，其中，使用压电元件使上述遮挡体摆动。
4.一种激光退火装置，使将激光整形为线状的线状光束对被处理物一边在线状光束的 短轴方向相对地移动一边进行照射，对被处理物实施退火处理，其特征在于，具备遮挡体，遮蔽与在激光的光路上配置的线状光束的端部对应的部分；以及遮挡体驱动装置，以利用上述遮挡体的遮蔽量周期地增减的方式使遮挡体工作。
5.根据权利要求4所述的激光退火装置，其中，所述遮挡体驱动装置通过使上述遮挡 体摆动从而周期地增减遮蔽量。
6.根据权利要求5所述的激光退火装置，其中，上述遮挡体驱动装置是压电元件。
全文摘要
提供一种在激光的长轴方向的接缝部不会损害结晶性的均匀性，能够在基板整个面形成不能以目视确认接缝部的程度的良好的、均匀性高的结晶性半导体薄膜的激光退火方法及装置。在线状光束的照射中，通过配置在激光(2)的光路上的遮挡体(10)，遮蔽与线状光束的端部对应的部分，以遮蔽量周期地增减的方式使遮挡体(10)工作。
文档编号H01L21/268GK102077318SQ20098012402
公开日2011年5月25日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年6月26日
发明者M正木, 川上隆介, 森田胜, 河口纪仁, 西田健一郎 申请人:株式会社Ihi