本发明的实施例涉及一种激光热处理装置以及利用该装置的薄膜结晶化方法，尤其涉及一种能够实现维持对结晶化有效的能量密度并增加激光束的有效宽度的效果的激光热处理装置以及利用该装置的薄膜结晶化方法。
背景技术：
通常，半导体装置或显示装置所使用的薄膜晶体管(thinfilmtransistor)根据半导体层的种类而分为非晶硅(amorphoussilicon)薄膜晶体管以及多晶硅(polycrystallinesilicon)薄膜晶体管。
多晶硅薄膜晶体管的电荷迁移率大于非晶硅薄膜晶体管，因此被广泛使用。
多晶硅可以通过直接沉积而制造，但也可以在沉积非晶硅后将其结晶化而制造。
作为直接沉积多晶硅的方法可以使用化学气相沉积(chemicalvapordeposition:cvd)法。作为将非晶硅沉积后结晶化的方法，可以使用如下方法：瞬间照射作为高输出脉冲激光的准分子激光的准分子激光热处理(excimerlaserannealing,ela)法、在反应炉(furnace)里进行加热的固相结晶化(solidphasecrystallization,spc)法、选择性地沉积金属之后施加电场的金属诱导结晶化(metalinducedcrystallization,mic)法以及顺序性侧向固化(sequentiallateralsolidification,sls)法等。
其中，使用短波长的高输出脉冲激光的准分子激光热处理法，其工艺能够在较低的低温下进行，而且结晶化速度快且结晶性优秀，因此被广泛使用。
技术实现要素：
本发明的实施例的目的在于提供一种能够实现如下效果的激光热处理装置：维持对结晶化有效的能量密度并增加激光束的有效宽度。
本发明的另一目的在于提供一种能够维持生产性的同时将结晶化品质提高到预定水准以上的薄膜结晶化方法。
用于实现上述目的的根据本发明的一方面的激光热处理装置包括：平台，支撑形成有被处理薄膜的基板，并以预定的速度移动；激光照射部，在所述平台移动的状态下，向所述被处理薄膜照射第一激光束；以及反射镜，将从所述被处理薄膜反射的第一激光束反射而使第二激光束照射到所述被处理薄膜，其中，所述反射镜的反射角可以被调节成使所述第二激光束与所述被处理薄膜的被所述第一激光束照射的区域的至少一部分重叠。
所述被处理薄膜的被所述第一激光束照射的区域包括中央部的第一区域以及分别布置在所述第一区域的两侧的第二区域，所述反射镜的所述反射角可以被调节成使所述第二区域的至少一部分与所述第二激光束重叠。
与所述第二区域对应的所述第一激光束的能量可以小于与所述第一区域对应的所述第一激光束的能量。
相对于所述平台移动的方向，与所述第二激光束重叠的所述第二区域可以位于所述第一区域的前面。
所述第二区域的20％至100％可以与所述第二激光束重叠。
所述第一激光束可以是准分子激光束，可以以脉冲形态以及线形态照射。
所述反射镜可以由平面镜及凹镜中的一个形成。
并且，用于实现上述目的的根据本发明的另一方面的薄膜结晶化方法包括如下步骤：将形成有被处理薄膜的基板安装于平台；使所述平台以预定的速度移动；向所述被处理薄膜照射第一激光束；以及将从所述被处理薄膜反射的所述第一激光束反射，从而使第二激光束照射到所述被处理薄膜，其中，所述第二激光束与所述被处理薄膜的被所述第一激光束照射的区域的至少一部分重叠。
所述被处理薄膜可以包括非晶硅。
所述第一激光束可以是准分子激光束，可以以脉冲形态以及线形态照射。
所述第一激光束可以相对于所述平台的表面以小于90度的角度照射。
所述被处理薄膜的被所述第一激光束照射的区域包括中央部的第一区域以及分别布置在所述第一区域的两侧的第二区域，所述第二区域的至少一部分可以与所述第二激光束重叠。
与所述第二区域对应的所述第一激光束的能量可以小于与所述第一区域对应的所述第一激光束的能量。
相对于所述平台移动的方向，与所述第二激光束重叠的所述第二区域可以位于所述第一区域的前面。
所述第二区域的20％至100％可以与所述第二激光束重叠。
本发明的实施例中，向被处理薄膜照射第一激光束，并将从所述被处理薄膜反射的第一激光束反射而使第二激光束照射到被处理薄膜。此时，所述第二激光束与被所述第一激光束照射的区域的至少一部分重叠。
通过实现增加对结晶化有效的激光束的有效宽度的效果，可以将结晶化品质提高至预定水准以上。并且，即使不追加设备，也可以提高结晶化品质并维持生产性。
附图说明
图1是用于说明根据本发明的实施例的激光热处理装置的构成图。
图2a是示出第一激光束的轮廓(profile)的图。
图2b是示出第二激光束的轮廓的图。
图3a是示出第一激光束照射到被处理薄膜的状态的立体图。
图3b是示出第二激光束照射到被处理薄膜的状态的立体图。
图4是示出在被处理薄膜中被第一激光束和第二激光束照射的区域的平面图。
图5a及图5b是图4的局部放大图。
图6a及图6b是示出第一激光束及第二激光束的轮廓的图。
图7a和图7b是示出用于说明本发明的比较例的第一激光束和第二激光束的轮廓的图。
图8及图10是示出用于说明本发明的实施例的第一激光束和第二激光束的轮廓的图。
图9a和图9b是示出用于说明本发明的比较例的第一激光束和第二激光束的轮廓的图。
图11a和图11b是示出用于说明本发明的比较例的第一激光束和第二激光束的轮廓的图。
图12是用于说明根据本发明的另一实施例的激光热处理装置的构成图。
图13是用于说明根据本发明的实施例的薄膜结晶化方法的流程图。
符号说明
10：平台(stage)20：激光照射部
30：光学系统40：反射镜
50：腔室52：透射窗
100：基板110：被处理薄膜
112、114、116：被激光束照射的区域
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细的说明。以下的实施例为了使在本技术领域中具有基本知识的人员能够充分理解本发明而提供，且该实施例可以变形成多种形态，且本发明的范围不限于以下记载的实施例。
图1是用于说明根据本发明的实施例的激光热处理装置的构成图。
参照图1，激光热处理装置可以包括：平台10，支撑形成有被处理薄膜110的基板100，并以预定的速度移动；激光照射部20，在平台10移动的状态下，向被处理薄膜110照射第一激光束l1；以及反射镜40，将从被处理薄膜110反射的第一激光束l1’反射而使第二激光束l2照射到被处理薄膜11。
平台10可以构成为能够使基板100得到支撑及固定的板形态。平台10可以构成为借助于移送单元(未示出)而向一个方向或者两个方向移动。
激光照射部20可以配置于平台10的上部，例如，可以构成为生成准分子激光束并输出。所述准分子激光束可以以具有几百赫兹(hz)的频率以及几瓦特(watt)至几百瓦特的能量的脉冲形态输出。
为了便利，假设从激光照射部20输出的激光束为第一激光束l1，则第一激光束l1可以直接照射到平台10的被处理薄膜110，或者通过作为预定光学系统30的反射镜或透镜等而照射到平台10的被处理薄膜110。
反射镜40可以构成为，将从被处理薄膜110反射的第一激光束l1’反射而使第二激光束l2照射到被处理薄膜110。
反射镜40可以由平面镜或凹镜构成，其反射角可以调节成，使第二激光束l2能够与被第一激光束l1照射的区域的至少一部分重叠。例如，还可以包括以能够使反射镜40沿着x轴、y轴、z轴方向移动的方式构成的驱动单元(未示出)。
图2a是示意性地示出第一激光束l1的轮廓(profile)的图，图2b是示意性地示出第二激光束l2的轮廓的图。在附图中，横轴表示激光束的宽度，纵轴表示激光束的能量。
通常，激光束的截面轮廓可以具有以照射激光束的方向的中心轴为基准而两侧对称的形态。可以包括：第一区域，以所述中心轴为基准而在中央部对称地布置，并具有比较恒定的能量；第二区域，分别布置在所述第一区域的两侧，能量随着趋向于周边部而逐渐减少。
参照图2a，第一激光束l1以中心轴为基准而对称，例如，可以包括具有第一能量e1的两个第一区域a以及分别布置在第一区域a的两侧且能量随着趋向周边部而逐渐减少的两个第二区域b。第二区域b可以布置成以所述中心轴为基准而彼此对称，且可以具有小于第一区域a的宽度。
参照图2b，第二激光束l2以中心轴为基准而对称，例如，可以包括具有小于第一能量e1的第二能量e2的两个第一区域a以及分别布置在第一区域a的两侧且能量随着趋向周边部而逐渐减少的两个第二区域b。第二区域b可以布置成以所述中心轴为基准而彼此对称，且可以具有小于第一区域a的宽度。
第二激光束l2的宽度(2a+2b)可以与第一激光束l1的宽度(2a+2b)相同，但是由于被处理薄膜110的反射率，第二激光束l2的第二能量e2可能比第一激光束l1的第一能量e1小。
图3a是示出第一激光束l1照射到被处理薄膜110的状态的立体图，图3b是示出第二激光束l2照射到被处理薄膜110的状态的立体图。
参照图1及图3a，在平台10以预定速度移动的状态下，第一激光束l1可以照射到被处理薄膜110。
第一激光束l1优选为相对于平台10的表面以小于90度的角度照射，例如，可以以具有预定的宽度和长度的线形态照射。
图3a示出了第一激光束l1以被集光的形态照射的情形，但不限于此，根据需要，可以利用光学系统等而将照射第一激光束l1的形态调节成发散的形态或者平行的形态。
第一激光束l1的宽度和长度可以根据激光照射部20的性能而调节，但是为了得到所需的能量密度，第一激光束l1的大小(宽度或长度)可以受限。
参照图1及图3b，在平台10以预定的速度移动的状态下，第二激光束l2可以照射到被处理薄膜110。
第二激光束l2例如可以以具有与第一激光束l1对应的宽度和长度的线形态照射。
第二激光束l2的照射角度可以根据反射镜40的反射角而得到调节。可以通过调节反射镜40的反射角而将第二激光束l2以与被第一激光束l1照射的区域的至少一部分重叠的方式照射。
图4是在被处理薄膜110中分别示出被第一激光束l1和第二激光束l2照射的区域的平面图。
参照图1及图4，通过使第二激光束l2以与被第一激光束l1照射的区域112的至少一部分重叠的方式照射，从而可以在被处理薄膜110形成被第一激光束l1照射的区域112与被第二激光束l2照射的区域114的重叠的区域116。
平台10以预定的速度移动的同时，第一激光束l1和第二激光束l2依次照射到被处理薄膜110，因此相对于平台10移动的方向，所述重叠的区域116可以位于所述区域112的前面。即，相对于平台10移动的方向，从平台10的前面可以依次布置有，被第二激光束l2照射的区域114、重叠的区域116以及被第一激光束l1照射的区域112。
并且，平台10以预定的速度移动的同时，第一激光束l1和第二激光束l2依次照射到被处理薄膜110，因此可以通过上述过程而对被处理薄膜110的整个面进行热处理。
图4中，作为一个实施例而示出了所述重叠的区域116相对于平台10移动的方向位于所述区域112的前面的情形，但是在另一实施例中，如果调节反射镜40的反射角，则可以使所述重叠的区域116位于所述区域112的后面。
图5a和图5b是放大图4中示出的所述区域(112及114)的一部分的平面图，图6a和图6b是示出第一激光束l1和第二激光束l2的轮廓的图。图6a和图6b中，横轴表示激光束的宽度，纵轴表示激光束的能量。
图5a为比较例，示出被第一激光束l1照射的区域112和被第二激光束l2照射的区域114不重叠的情形。图5b是本发明的实施例，示出被第一激光束l1照射的区域112和被第二激光束l2照射的区域114部分重叠而形成重叠的区域116的情形。
所述区域112包括对应于第一激光束l1的第一区域a的第一区域112a以及对应于第一激光束l1的第二区域b的第二区域112b。并且，所述区域114包括对应于第二激光束l2的第一区域a的第一区域114a以及对应于第二激光束l2的第二区域b的第二区域114b。
参照图5a和图6a，在具有第一能量e1的第一激光束l1和具有小于第一能量e1的第二能量e2的第二激光束l2分别照射到不同区域(112及114)的情况下，与第一激光束l1的第一区域a对应的中央部的第一区域112a可以借助于第一能量e1而进行充分的热处理，但是与第一激光束l1的第二区域b对应的周边部的第二区域112b由于较少的能量而有可能热处理不足。
参照图5b及图6b，在被具有第一能量e1的第一激光束l1照射的区域112和被具有小于第一能量e1的第二能量e2的第二激光束l2照射的区域114部分重叠的情况下，在重叠的区域116，由于两次热处理引起的能量的增加(参照图6b的x部分)，与第一激光束l1的第二区域b对应的周边部的第二区域112b的热处理程度可以得到改善。图6b中，粗线表示在整个所述区域(112、114及116)中的能量分布。
根据本发明的实施例，第二激光束l2可以以与被第一激光束l1照射的区域112的至少一部分重叠的方式照射，尤其，优选照射为与被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b的20％至100％重叠。
例如，通过借助连接于反射镜40的驱动单元(未示出)来调节反射镜40的反射角，可以调节所述重叠的程度。
参照图5b和图6b，在此情况下，从第一激光束l1的中心轴到第二激光束l2的中心轴的距离可以为2a+b至2a+1.8b左右。即，相比于仅利用第一激光束l1的结晶化工艺，具有激光束的有效宽度得到增加的效果，因此可以增加有效结晶化面积。
如果第二激光束l2重叠为小于被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b的20％的面积，则如图7a所示，与重叠的区域116对应的激光束(l1及l2)的能量小于对结晶化有效的能量，因此结晶化可能无法充足地进行。并且，如果第二激光束l2重叠至大于被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b的100％的面积，即，第二激光束l2与被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b以及第一区域112a的一部分重叠的情况下，如图7b所示，与重叠的区域116对应的激光束(l1及l2)的能量超过对结晶化有效的能量(例如，第一能量e1)，从而可能进行过度的结晶化。
在所述实施例中，以第一激光束l1和第二激光束l2的宽度(a和b)彼此相同的情形为例进行了说明，但是可以通过调节机械条件和光学条件而根据需要使第二激光束l2的宽度大于或小于第一激光束l1的宽度，例如，可调节平台10与反射镜40之间的距离，或者在平台10和反射镜40之间追加光学系统(未示出)，或者调节反射镜40的曲率等而调节第二激光束l2的宽度。
首先，通过图8对第二激光束l2的宽度小于第一激光束l1的宽度的情形进行说明。
参照图8，第一激光束l1以中心轴为基准而对称，例如，可以包括具有第一能量e1的两个第一区域a以及分别布置在第一区域a的两侧且能量随着趋于周边部而逐渐减少的两个第二区域b。
并且，第二激光束l2以中心轴为基准而对称，例如，可以包括具有小于第一能量e1的第二能量e2的两个第一区域c以及分别布置在第一区域c的两侧且能量随着趋于周边部而逐渐减少的两个第二区域d。第二激光束l2的第一区域c及第二区域d的宽度小于第一激光束l1的第一区域a和第二区域b的宽度。
在此情况下，从第一激光束l1的中心轴到第二激光束l2的中心轴的距离可以是a+b+c至a+0.8b+c+d左右。即，相比于仅利用第一激光束l1的结晶化工艺，可以体现激光束的有效宽度增加的效果，因此可以增加有效结晶化面积。
如果第二激光束l2重叠为小于被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b的20％的面积，则如图9a所示，与重叠的区域116对应的激光束(l1及l2)的能量小于对结晶化有效的能量，因此结晶化可能无法充足地进行。并且，如果第二激光束l2重叠为大于被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b的100％的面积，则如图9b所示，与重叠的区域116对应的激光束(l1及l2)的能量超过对结晶化有效的能量(例如，第一能量e1)，从而可能进行过度的结晶化。
然后，通过图10对第二激光束l2的宽度大于第一激光束l1的宽度的情形进行说明。
参照图10，第一激光束l1以中心轴为基准而对称，例如，可以包括具有第一能量e1的两个第一区域a以及分别布置在第一区域a的两侧且能量随着趋于周边部而逐渐减少的两个第二区域b。
并且，第二激光束l2以中心轴为基准而对称，例如，可以包括具有小于第一能量e1的第二能量e2的两个第一区域c以及分别布置在第一区域c的两侧且能量随着趋于周边部而逐渐减少的两个第二区域d。第二激光束l2的第一区域c及第二区域d的宽度大于第一激光束l1的第一区域a和第二区域b的宽度。
在此情况下，从第一激光束l1的中心轴到第二激光束l2的中心轴的距离可以是a+c+d至a+b+c+0.8d左右。即，相比于仅利用第一激光束l1的结晶化工艺，具有激光束的有效宽度增加的效果，因此可以增加有效结晶化面积。
如果第二激光束l2重叠为小于被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b的20％的面积，则如图11a所示，与重叠的区域116对应的激光束(l1及l2)的能量小于对结晶化有效的能量，因此结晶化可能无法充足地进行。并且，如果第二激光束l2重叠为大于被第一激光束l1照射的区域112的第二区域112b的100％的面积，则如图11b所示，与重叠的区域116对应的激光束(l1及l2)的能量超过对结晶化有效的能量(例如，第一能量e1)，从而可能进行过度的结晶化。
图12是用于说明根据本发明的另一实施例的激光热处理装置的构成图。
参照图12，图1中示出的激光热处理装置可以布置在能够维持真空等预定氛围条件的腔室50的内部。
激光照射部20可以布置在腔室50的内部或腔室50的外部。在将激光照射部20布置在腔室50的外部的情况下，可以较为容易地维护及管理具有较复杂的结构的激光照射部20。在此情况下，可以在腔室50的侧壁形成透射窗52而使激光l1维持能量和直进性并提供到腔室50的内部。
那么，通过利用根据本发明的实施例的激光热处理装置的薄膜结晶化方法而对本发明的实施例进行更详细的说明。
图13是用于说明根据本发明的实施例的薄膜结晶化方法的流程图，参照图1进行说明。
首先，将形成有被处理薄膜110的基板110安装于平台10(步骤s1)。
被处理薄膜110是半导体薄膜，例如可以是非晶硅薄膜。被处理薄膜110可以以预定的厚度沉积于基板100的前面。
使平台10沿着一个方向如水平方向以预定的速度移动(步骤s2)。并且，在平台10移动的状态下，向被处理薄膜110照射第一激光束l1(步骤s3)。
从激光照射部20输出的第一激光束l1借助于光学系统30等而改变路径，从而可以照射到平台10的被处理薄膜110。第一激光束l1优选为相对于平台10的表面以小于90度的角度，如35度65度左右照射，也可以以具有预定的宽度和长度的线形态照射。第一激光束l1例如为准分子激光束，可以以具有几百赫兹(hz)的频率以及几瓦特(watt)至几百瓦特的能量的脉冲形态照射。
参照图4，通过照射第一激光束l1，在被处理薄膜110的一个区域112中非晶硅被结晶化而可以转化为多晶硅。此时，非晶硅因热而熔融，从而转化为液态的硅(si)，此后被凝固并得以结晶化。
使从被处理薄膜110反射的第一激光束l1反射而使第二激光束l2向被处理薄膜110照射(步骤s4)。
所述液态硅(si)具有60％至70％左右的较高的表面反射率。据此，第一激光束l1可以在被处理薄膜110的表面反射。
从被处理薄膜110的表面反射的第一激光束l1’相对于平台10的表面以预定的角度反射，从而可以入射到反射镜40。并且，从反射镜40反射的第二激光束l2可以再次向被处理薄膜110照射。
此时，第二激光束l2以与被第一激光束l1照射的区域112的至少一部分重叠的方式照射，从而可以使被第二激光束l2照射的区域114的一部分与被第一激光束l1照射的区域112的至少一部分重叠。
如通过图5a及图6a进行的说明，如果具有第一能量e1的第一激光束l1所照射的区域112和具有小于第一能量e1的第二能量e2的第二激光束l2所照射的区域114不重叠，则周边部的第二区域112b可能由于相对小的能量而导致结晶化程度不足。例如，在结晶粒子(crystalgrain)的大小较小且均匀度较低，而使场效应迁移率(mobility)较低且可能产生元件之间的特性差异，并且可能由于晶格缺陷(latticedefect)较多而诱发泄露电流。
但是，如通过图5b和图6b进行的说明，根据本发明的实施例，在重叠的区域116，由于被两次热处理而能量增加，从而第二区域112b的结晶化程度可以得到改善。例如，可以使结晶粒子的大小及均匀度增加并减少晶格缺陷。
第二激光束l2的第二能量e2小于第一激光束l1的第一能量e1，因此被第二激光束l2照射的区域114的结晶化程度低于被第一激光束l1照射的区域112，但是在被处理薄膜110由于平台10移动而向一个向移动的状态下，第一激光束l1以几百赫兹(hz)的脉冲形态照射，因此可以通过如上所述的过程而使被处理薄膜110的整个区域几乎均匀地结晶化。
激光热处理装置根据激光照射部20的性能而在增加激光束l1的宽度和长度方面存在限制。即，为了得到对结晶化有效的能量密度，激光束l1的大小可能受限。
如果在能够维持结晶化所需的能量密度的范围内增加激光束的宽度，则长度可能减少，如果增加长度，则宽度可能减少。为了在维持结晶化所需的能量密度的同时增加激光束的宽度，需要以与所述激光束相邻的方式再追加其他激光束，为此需要追加设备。
但是，根据本发明的实施例，通过利用反射的激光束而使被第一激光束l1照射的区域112和被第二激光束l2照射的区域114部分重叠，从而可以实现使对结晶化有效的激光束的有效宽度增加的效果。如果激光束的有效宽度增加，则在对被处理薄膜110整体的结晶化过程中，激光束的重叠率变高，因此可以提高结晶化品质，并且可以提高生产性。因此，本发明的实施例即使不追加设备也可以将结晶化品质提高至预定水准以上，并且可以维持生产性。
如上所述，通过具体说明和附图而公开了本发明的最优实施例。其中的术语仅仅以说明本发明的目的而使用，其不应被含义所限制或者限制权利要求书中记载的本发明的范围。因此，只要是本技术领域中具有基本知识的人员，就能够理解可以据此实现多样的变形以及等同的其他实施例。因此，本发明的真正的技术保护范围应根据所附的权利要求书的技术思想而界定。