激光退火方法以及装置的制作方法

专利名称：激光退火方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理的激光退火方法以及
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背景技术：
近年来，对形成在玻璃等绝缘基板上的非晶半导体膜或结晶性半导体膜采用激光 退火，制作高性能的薄膜晶体管。玻璃基板与以往经常使用的石英基板相比较，具有价格低 廉、加工性优越、能够实现大面积化这样的优点。在半导体膜的结晶化中使用激光的原因在 于，玻璃基板的融点为600°c以下，但若使用激光，则能够不对玻璃基板加热就使非晶半导 体膜溶融、结晶化。采用激光退火形成的晶体硅膜具有较高的迁移率，因而能够形成薄膜晶体管，在 一个玻璃基板上形成像素驱动用和驱动用电路的TFT，并装载在便携用或数码静态摄像机 (digital still camera)等的液晶显示器上，作为商品逐渐普及。目前，激光退火装置将由准分子激光器或固体激光器等激光光源振荡产生的脉冲 激光整形为例如IOOmm 400mmX0. 05mm 0. 5mm的线状光束，将该线状光束照射在玻璃 基板上的非晶硅膜上，使硅膜溶融以及凝固，从而进行结晶化。通过搬送玻璃基板，从而能 够使例如730X920mm的玻璃基板上的硅膜的整个面从非晶硅改变为晶体硅。在使用上述线状光束的激光退火方法中存在几个问题，其中最严重的问题是，能 够目视观察到的条纹图样出现在与线状光束的长轴方向垂直的方向和与长轴方向平行的 方向上。下面，将与线状光束的长轴方向垂直的条纹图样称为“纵向条纹”，将与长轴方向平 行的条纹图样称为“横向条纹”。另外，将纵向条纹、横向条纹总称为“照射条纹”。在下述专利文献的图1(a)以及(b)中示出了该照射条纹的状态。在出现这样的 照射条纹的状态下，在制作有源矩阵型的液晶显示器或有机EL显示器时，产生与该照射条 纹相同的条纹图样直接出现在画面上的问题。特别是，在有机EL显示器中，与液晶显示器 相比，对照射条纹的灵敏度大，期望有用于减少照射条纹的有效的解决方法。在下述专利文献1 4中，关于用于减少照射条纹的方法，提出了几个方案。但是， 关于照射条纹的发生的主要原因，提到由光束的均一性引起、或者干涉、激光的发射(shot) 的偏差、激光的分布的变动等，但并不确定。专利文献1 日本特开平10-294288号公报专利文献2 日本特开2001-68430号公报专利文献3 日本特开平10-242073号公报专利文献4 日本特公平5-41006号公报本发明的发明人为了明确照射条纹的原因，反复试验的结果，确定了其原因。本发明的发明人首先调查了在使用于使线状光束的长轴方向的光强度均一化的 均化器(homogenizer)中的透镜阵列的位置在与线状光束的长轴方向对应的方向以Imm为 单位进行移动时，纵向条纹的图案如何变化。其结果是，纵向条纹的图案发生了变化。该变化的理由认为是(a)、(b)中的任意一个(a)来自激光光源的激光光束自身的均一性成为主要原因，导致出现纵向条纹; 或者，(b)在构成均化器的透镜表面产生的散射光成为主要原因，导致出现纵向条纹。因此，接着，为了确定上述(a)、(b)中的哪一个正确，对相同的均化器光学系统入 射不同的两条激光，调查纵向条纹如何变化。通常，激光的光强度分布是各激光器装置固有 的，因此，如果纵向条纹的图案不同，则能够判断照射条纹的主要原因在于激光光束自身的 均一性。但其结果是，出现相同的纵向条纹的图案。由此，判断为照射条纹的主要原在于在 透镜表面产生的散射光。即，得出如下结论在透镜表面产生激光的散射，使照射面上的均 一性恶化，因而出现照射条纹。透镜的面精度(surface accuracy)通常为λ /4或λ /10，但由于在激光退火中使 用的透镜、特别是后级的透镜为IOOmm以上的大型透镜，所以，加工以及面精度的测量变得 困难，因而也往往导致面精度显著降低，面精度为λ以上。在现有的技术中，在大型透镜的 加工精度上受到限制，难以实现其以上的面精度，不得不通过除此以外的方法解决。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其课题在于，提供一种能够大幅度降低伴随照 射面上的光束均一性恶化导致的照射条纹的产生的激光退火方法以及装置，其中，照射面 上的光束均一性恶化是由在透镜表面产生的散射光引起的。潜心研究使激光的由透镜表面上的散射光引起的均一性的恶化降低的方法的结 果是，提出了如下方法，即，不使照射面上的光束的状态变化的情况下，随时间改变入射到 透镜上的激光的角度。即，是如下方法使入射到透镜表面的激光的角度随时间变化，由此， 改变在透镜表面上产生的散射光的产生状态，使由散射光引起的在照射面上的光束均一性 随时间变动，从而消除能够目视观察到的条纹。由于激光在线状光束的短轴方向被重复照 射，所以，按照每次发射使长轴方向或短轴方向的均一性发生变动，由此，产生条纹被分散 的效果，在目视下照射条纹被降低。因此，在例如重叠率为90%以上的情况下，以目视不能 够观察到条纹的方式照射。具体地说，为了降低纵向条纹，采用以下的技术手段。在透镜阵列方式的均化器光学系统中，一边使长轴用透镜阵列在与线状光束的长 轴方向对应的方向上往复移动，一边进行激光照射，由此，入射到在后级设置的构成长轴用 聚光光学系统的大型透镜的激光的入射角以及强度按照每次发射而变化。因此，使被照射 面上的长轴方向的光束均一性按照每次发射而变动，从而产生由透镜表面上的散射光引起 的在被照射面上的纵向条纹被分散的效果，在目视下纵向条纹被大幅度降低。另外，在将 长轴用透镜阵列的往复移动的移动宽度设为S，将在不使长轴用透镜阵列往复移动地进行 激光退火的情况下能够目视出现的与线状光束的扫描方向平行的条纹图样的间距设为P， 将构成长轴用透镜阵列的各柱面透镜的宽度设为W时，满足Ρ/3 < S < W、Ρ/2 < S < W或
S <W的关系，成为纵向条纹的原因的能量分布的不均勻在与基板搬送方向垂直的方向 (图2的左右方向)适当偏移，因而使纵向条纹适度分散，能有效地降低能够目视的纵向条 纹的产生。或者,满足1. Omm彡S < W、1. 5mm彡S < W或3. Omm彡S < W的关系即可。
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另外，在透镜阵列方式的均化器光学系统中，将长轴用聚光光学系统和被照射物 的表面的光路上的距离保持为恒定，一边使长轴用聚光光学系统和长轴用透镜阵列的光路 上的相对距离增减，一边进行激光照射，由此，入射到在后级设置的构成长轴用聚光光学系 统的大型透镜的激光的入射角以及强度也按照每次发射而变化，因而纵向条纹被大幅度降 低。在该情况下，使构成为小型的长轴用透镜阵列在光轴方向往复移动，由此，能够容易地 进行长轴用聚光光学系统和长轴用透镜阵列的光路上的相对距离的增减。另外，在波导方式的均化器光学系统的情况下，一边使长轴用导入透镜在与线状 光束的长轴方向对应的方向往复移动，一边进行激光照射，从而入射到在后级设置的构成 长轴用聚光光学系统的大型透镜的激光的入射角以及强度按照每次发射而变化，所以，纵 向条纹被大幅度降低。为了降低横向条纹，采用以下的技术手段。在透镜阵列方式的均化器光学系统中，一边使短轴用透镜阵列在与线状光束的短 轴方向对应的方向上往复移动，一边进行激光照射，由此，入射到在后级设置的构成短轴方 向聚光光学系统的大型透镜的激光的入射角以及强度按照每次发射而变化。因此，被照射 面上的短轴方向的光束均一性按照每次发射而变动，由此，产生由透镜表面上的散射光引 起的在被照射面上的横向条纹被分散的效果，在目视下，横向条纹被大幅度降低。另外，在透镜阵列方式的均化器光学系统的情况下，一边使设置在短轴用透镜阵 列的后级的短轴用聚光透镜在与线状光束的短轴方向对应的方向上往复移动，一边进行激 光照射，由此，入射到在后级设置的大型的投影透镜的激光的入射角以及强度也按照每次 发射而变化，因而横向条纹被大幅度降低。另外，使在短轴用均化器的上游侧的光路上设置的反射镜以线状光束在短轴方向 上往复移动的方式摆动，由此，入射到在后级设置的大型透镜的激光的入射角以及强度也 按照每次发射而变化，因而横向条纹被大幅度降低。在该情况下，短轴用均化器可以为透镜 阵列方式、波导方式中的任意一种。另外，在波导方式的均化器光学系统的情况下，一边使短轴用导入透镜在与线状 光束的短轴方向对应的方向上往复移动，一边进行激光照射，由此，入射到在后级设置的构 成聚光光学系统的大型透镜的激光的入射角以及强度按照每次发射而变化，所以，横向条 纹被大幅度降低。另外，优选激光的偏振方向相对于被照射物的表面为S偏振。在利用S偏振的激 光对非晶半导体膜进行了退火处理的情况下，与利用P偏振光进行处理相比，能够得到粒 径变大(粗)且均勻的结晶粒的多晶半导体膜。因此，能够得到在目视下能够观察到的条 纹降低的效果。如上所述，根据本发明的激光退火方法以及装置，能够得到如下良好的效果，即， 能够大幅度降低伴随照射面上的光束均一性的恶化产生的照射条纹的发生，其中，照射面 上的光束均一性的恶化由在透镜表面上产生的散射光引起。


图IA是表示本发明的第一实施方式的激光退火装置的概略结构的图。图IB是表示本发明的第一实施方式的激光退火装置的概略结构的另一个图。
图2是说明纵向条纹的间距P的图。图3是说明长轴用柱面透镜阵列的往复移动的移动宽度S和柱面透镜的宽度W的 图。图4A是表示不使长轴用柱面透镜阵列往复移动地进行激光退火后的半导体膜的 照片的图。图4B是表示使长轴用柱面透镜阵列往复移动进行激光退火后的半导体膜的照片 的图。图5是表示由偏振引起的结晶粒的差异的SEM照片。图6A是表示本发明的第二实施方式的激光退火装置的概略结构的图。图6B是表示本发明的第二实施方式的激光退火装置的概略结构的另一个图。图7A是表示本发明的第三实施方式的激光退火装置的概略结构的图。图7B是表示本发明的第三实施方式的激光退火装置的概略结构的另一个图。图8A是表示本发明的第四实施方式的激光退火装置的概略结构的图。图8B是表示本发明的第四实施方式的激光退火装置的概略结构的另一个图。
具体实施例方式下面，基于附图详细地对本发明的优选实施方式进行说明。此外，对在各图中共用 的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。[第一实施方式]在图IA以及图IB中示出本发明的第一实施方式的激光退火装置10的概略结构。 图IA是平面图，图IB是侧视图。另外，在图IA中，仅在线状光束的短轴方向进行作用的光 学系统以假想线(虚线)示出。在图IB中，仅在线状光束的长轴方向进行作用的光学系统 以假想线示出。该激光退火装置10对脉冲振荡产生的激光1进行整形，在被照射物3的表面聚光 成线状光束，以重复照射激光1的方式，使线状光束对被照射物3在线状光束的短轴方向上 相对地扫描，利用激光照射对被照射物3的表面进行退火处理。此外，在图IA中，上下方向 为线状光束的长轴方向，在图IB中，被照射面的左右方向为线状光束的短轴方向。下面，对激光退火装置10更具体地进行说明。激光1由激光光源12例如以2 4kHz的脉冲频率振荡产生。激光光源12的种类 并不特别限定，能够采用准分子激光器、YAG激光器、YLF激光器、YVO4激光器、玻璃激光器、 半导体激光器、CO2激光器等。特别是，YAG激光器、YLF激光器、YVO4激光器等固体激光器 的可靠性高，能够以较高的效率实现稳定的激光能量的利用。另外，对于硅膜，在330nm SOOnm的可见光区域，吸收系数高，因而在准分子激光器的情况下用基波即可，但是，在上述 的YAG激光器、YLF激光器、YVO4激光器、玻璃激光器的情况下，可以使用二次谐波或三次谐 波。由激光光源12脉冲振荡产生的激光1被反射镜IlaUlb依次反射后，由光束扩展 器14对光束直径进行扩大。作为一结构例而示出的光束扩展器14包括凸球面透镜15、在 短轴方向进行作用的短轴用柱面透镜16、在长轴方向进行作用的长轴用柱面透镜17。在该 结构的光束扩展器14中，能够分别设定长轴方向和短轴方向的扩大率。此外，光束扩展器14也可以是其他结构，例如，也可以是将凹球面透镜和凸球面透镜组合的结构。对于由光束扩展器14将光束直径扩大后的激光1来说，利用长轴用均化器19使 被照射面上的线状光束的长轴方向的光强度分布均一化，利用短轴用均化器25使被照射 面上的线状光束的短轴方向的光强度分布均一化。如图IA所示，长轴用均化器19包括多个长轴用透镜阵列20a、20b，将入射的激 光1在与线状光束的长轴方向对应的方向分割为多个；作为长轴用聚光光学系统的长轴用 聚光透镜22，在被照射物3的表面将在长轴方向被分割成多个后的激光1在长轴方向上叠 加。在这样构成的长轴用均化器19中，由光束扩展器14扩大的激光1被长轴用透 镜阵列20a、20b在长轴方向分割成多个。通过长轴用透镜阵列20a、20b并被分割的激 光1由长轴用聚光透镜22在基板2上的被照射物3的表面成像为在长轴方向上细长 的矩形状光束。此外，在长轴用聚光透镜22和基板2之间的光路上配置有垂直反射镜 (verticalreflecting mirror) 24，来自长轴用聚光透镜22的出射光被反射向基板2的方 向。照射在基板2上的矩形状光束的长轴方向的长度能够为例如数十毫米。在本实施方式中，两个长轴用透镜阵列20a、20b在光轴方向上隔着间隔配置。长 轴用透镜阵列20a、20b的合成焦距取决于各透镜阵列20a、20b的焦距和光轴方向的距离。 另外，作为决定线状光束的长轴方向的尺寸的要素，包括长轴用透镜阵列20a、20b的合成 焦距。因此，若作为能够变更各透镜阵列20a、20b的光轴方向的距离的结构，则能够根据需 要改变合成焦距，从而改变线状光束的长轴方向的尺寸。但是，在本发明中，也可以是长轴 用透镜阵列为一个的结构。短轴用均化器25具有短轴用透镜阵列26a、26b，将入射光在短轴方向分割成多 个；短轴用聚光光学系统(29、30)，在被照射物3的表面，将由短轴用透镜阵列26a、26b分 割后的激光1在短轴方向上叠加。本实施方式中的短轴用聚光光学系统包括短轴用聚光 透镜29，在成像面S上，将由短轴用透镜阵列26a、26b分割后的激光1在短轴方向上叠加； 投影透镜30，将成像面S的短轴像以预定倍率缩小投影在被照射物3的表面上。在这样构成的短轴方向均化器25中，由光束扩展器14扩大的激光1被短轴用透 镜阵列26a、26b在短轴方向上分割成多个。对于通过短轴用透镜阵列26a、26b并被分割的 激光1来说，利用短轴用聚光透镜29在短轴方向上聚光并在成像面S上成像后，由垂直反 射镜24向基板2的方向反射，之后，由投影透镜30将成像面S上的短轴像在短轴方向上以 预定倍率缩小投影在基板2上的被照射物3的表面。照射在基板2上的矩形状光束的短轴 方向的长度能够为例如数十微米。在本实施方式中，两个短轴用透镜阵列26a、26b在光轴方向上隔着间隔配置，若 作为能够变更各透镜阵列26a、26b的光轴方向的距离的结构，则根据需要改变合成焦距， 从而能够改变线状光束的短轴方向的尺寸。但是，在本发明中，也可以是短轴用透镜阵列为 一个的结构。被照射激光1的被照射物3是非晶半导体膜，通过例如CVD等成膜法成膜在基板 2上。作为非晶半导体膜，例示出a-Si膜或具有非晶结构的化合物半导体膜(非晶硅锗膜
基板2由基板承载台4保持，并在线状光束的短轴方向上被搬送。借助基板承载 台4的移动，能够使线状光束对基板2上的被照射物3在短轴方向上相对地扫描。以如下 方式控制基板承载台4的移动速度被照射面的每单位区域的照射次数为多次，即，重复照 射线状光束。例如，以重叠率为90%以上的方式照射。此外，重叠率表示，每次照射激光发 射(laser shot)使基板2移动的距离相对线状光束在短轴方向的光强度分布中的平坦的 区域(在高斯(Gaussian)形状的情况下为半辐值)的比例。在本实施方式中，基板承载台4设置在能够将内部控制为真空或非氧化性气体环 境的处理室40内。在退火处理中，将处理室40内控制为真空或非氧化性气体环境，从而能 够防止被照射物3的表面的氧化。作为非氧化性气体，能够使用氢气或非活性气体(氮气、 氩气、氦气、氖气等)。此外，在处理室40中设置用于使激光1透过的透过窗41。此外，也可以取代在处理室40内对形成有被照射物3的基板2进行处理的上述结 构例，而采用不设置处理室40，仅向线状光束的照射部分喷射非活性气体的方式。关于这 点，在后述的第二 第四实施方式中也同样。如图IA所示，激光退火装置10还具有在激光照射中使长轴用透镜阵列20a、20b 在与线状光束的长轴方向对应的方向(图中的X方向)往复移动的长轴用透镜阵列移动装 置32。长轴用透镜阵列移动装置32被未图示的控制装置自动控制。这样，一边使长轴用透镜阵列20a、20b在与线状光束的长轴方向对应的方向上往 复移动，一边进行激光照射，从而入射至构成后级的长轴用聚光光学系统的大型透镜(在 本实施方式中为长轴用聚光透镜22)的激光1的入射角以及强度按照每次发射而变化。因 此，使被照射面的长轴方向的光束均一性按照每次发射而变动，从而产生由透镜表面上的 散射光引起的在被照射面上的纵向条纹被分散的效果，在目视下，纵向条纹被大幅度降低。 因此，例如重叠率为90%以上的情况下，也能够以在目视下观察不到条纹的方式被照射。接着，将长轴用透镜阵列20a、20b的往复移动的移动宽度设为S，将在不使长轴用 透镜阵列20a、20b往复移动地进行激光退火的情况下能够目视出现的与线状光束的扫描 方向(在本实施方式中为基板2的搬送方向)平行的条纹图样(纵向条纹)的间距设为P， 将构成长轴用透镜阵列20a、20b的各柱面透镜21的宽度设为W，在该情况下，对移动宽度S 和透镜宽度W的优选条件进行说明。图2是说明纵向条纹的间距P的示意图。如图2所示，纵向条纹包括交替出现的 明部L和暗部D。由于图2是示意图，所以，虽然明确地示出了明部L和暗部D的边界，但 是，在实际的条纹中，明部L和暗部D顺次排列交替出现。明部L的中心间的各间隔PU、P『 Pu…存在偏差，暗部D的中心间的各间隔Pdi、PD2、Pd3…存在偏差。在本说明书中，纵向条纹的间距P是指，明部L的中心间的各间隔Pu、Pm Pu…的 平均值Pu、暗部D的中心间的各间隔PD1、PD2> PD3…平均值PDA、或者将Pu和Pda相加后的平 均值中的任意一个。图3是说明长轴用透镜阵列20a、20b的往复移动的移动宽度S和柱面透镜21的 宽度W的图。如图3所示，长轴用透镜阵列20a、20b的往复移动的移动宽度S是柱面透镜阵列 21的X方向的移动行程，柱面透镜21的宽度W是往复移动方向(X方向)的长度。若考虑利用长轴用透镜阵列20a、20b的往复移动使成为纵向条纹的原因的光束长轴方向的能量分布的不均勻分散，则长轴用透镜阵列20a、20b的往复移动的移动宽度S 可以为至少P/3以上。另外，为了长轴用透镜阵列20a、20b的移动行程不超过透镜宽度W， 优选移动宽度S比柱面透镜的宽度W小。因此，优选以满足P/3< S < W的条件的方式设定移动宽度S和透镜宽度W。由 此，成为纵向条纹的原因的能量分布的不均勻向与基板搬送方向垂直的方向(图2的左右 方向)偏移相当于条纹间距P的至少1/3的距离，所以，能够适度分散纵向条纹，有效地降 低能够目视的纵向条纹的产生。另外，若将上述条件设为P/2彡S < W或P彡S < W，则能 够进一步增大分散的效果，得到更显著的条纹降低效果。另外，确认纵向条纹的间距P约为3 4mm左右。因此，具体地说，优选移动宽度S 为1. Omm以上，更优越选1. 5mm以上，进一步优选为3. Omm以上。在该情况下也优选S < W。另外，优选长轴用透镜阵列20a、20b的往复移动的频率F为5Hz以上。图4A是表 示不使长轴用透镜阵列20a、20b往复移动地进行激光退火后的半导体膜的照片的图。图4B 是表示在使长轴用透镜阵列20a、20b以7. 5Hz的频率往复移动进行激光退火后的半导体膜 的照片的图。从图4B可知，通过使频率F高速化，由此，仅通过长轴用透镜阵列20a、20b的 往复移动，不仅能够降低纵向条纹，而且能够降低横向条纹。推测其理由在于，利用长轴用 透镜阵列20a、20b的往复移动，具有使入射到在后级设置的大型透镜(投影透镜30)的激 光1的短轴方向的能量分布发生变动的作用，根据上述的移动宽度S和透镜宽度W的优选 的条件设定以及频率F的高速化，所述的作用变得更显著，从而对横向条纹也产生降低效^ ο另外，优选激光1的偏振方向相对非晶半导体膜3的表面为S偏振。S偏振是指， 相对入射面(在本发明的情况下为非晶半导体膜3的表面)水平的偏振方向，P偏振是指， 相对入射面垂直的偏振方向。图5是以P偏振光进行了处理的情况和以S偏振光进行了处理的情况的结晶粒的 SEM照片。在利用S偏振的激光对非晶半导体膜进行了退火处理的情况下，如图5所示，与 利用P偏振光进行处理相比，粒径变大(粗)，得到均一的结晶粒的多晶半导体膜。因此，能 够得到降低由目视观察到的条纹的效果。关于目视条纹的降低效果，P偏振成分越少越好，所以，S偏振光最好，其次为P偏 振光和S偏振光的交替照射、随机偏振、最后为P偏振光。另外，从这样的偏振方向的影响 的观点来看，作为激光光源12，优选为振荡发生直线偏振的激光的固体激光器装置。此外， 关于激光1的偏振方向优选为S偏振，在后述的第二 第四实施方式中也同样。如图IB所示，激光退火装置10还具有在激光照射中使短轴用透镜阵列26a、26b 在与线状光束的短轴方向对应的方向(图中的Y方向)往复移动的短轴用透镜阵列移动装 置33。短轴用透镜阵列移动装置33被未图示的控制装置自动控制。这样，一边使短轴用透镜阵列26a、26b在与线状光束的短轴方向对应的方向上往 复移动，一边进行激光照射，从而入射到构成后级的短轴用聚光光学系统的大型透镜(在 本实施方式中为投影透镜30)的激光1的入射角以及强度按照每次发射而变化。因此，通过 使被照射面上的短轴方向的光束均一性按照每次发射而变动，由此，产生由透镜表面上的 散射光引起的在被照射面上的横向条纹被分散的效果，在目视下横向条纹被大幅度降低。此外，如上所述，使长轴用透镜阵列20a、20b往复移动，由此，不仅能够降低纵向
12条纹，而且能够降低横向条纹。因此，可以做成不使短轴用透镜阵列26a、26b往复移动而仅 使长轴用透镜阵列20a、20b往复移动的结构，由此，降低纵向条纹和横向条纹这两者。此外，在本实施方式中，即便使透镜阵列20a、20b、26a、26b往复移动，被照射面上 的光束位置等也不发生变化。[第二实施方式]在图6A以及图6B中示出本发明的第二实施方式的激光退火装置10的概略结构。如图6A所示，本实施方式的激光退火装置10中，取代第一实施方式中的长轴用透 镜阵列移动装置32，在激光照射中将长轴用聚光光学系统(在本实施方式中为长轴用聚光 透镜22)和被照射物3的表面的光路上的距离保持为恒定不变，作为用于使长轴用聚光光 学系统和长轴用透镜阵列20a、20b的光路上的相对距离增减的单元，具有在激光照射中使 长轴用透镜阵列20a、20b在光轴方向(图中的Z方向)往复移动的长轴用透镜阵列往复移 动装置34。长轴用透镜阵列往复移动装置34被未图示的控制装置自动控制。这样，将长轴用聚光光学系统和被照射物3的表面的光路上的距离保持为恒定不 变，一边使长轴用聚光光学系统和长轴用透镜阵列20a、20b的光路上的相对距离增减，一 边进行激光照射，由此，入射到构成后级的长轴用聚光光学系统的大型透镜(长轴用聚光 透镜22)的激光1的入射角以及强度按照每次发射而变化，产生由透镜表面上的散射光引 起的在被照射面上的纵向条纹被分散的效果，所以，纵向条纹被大幅度降低。另外，如本实 施方式那样，使构成为小型的长轴用透镜阵列20a、20b在光轴方向往复移动，由此，能够容 易地进行长轴用聚光光学系统和长轴用透镜阵列20a、20b的光路上的相对距离的增减。另外，如图6B所示，本实施方式的激光退火装置10中，取代第一实施方式中的短 轴用透镜阵列移动装置，而具有在激光照射中使短轴用聚光透镜在与线状光束的短轴方向 对应的方向(图中的Y方向)往复移动的短轴用聚光透镜移动装置35。短轴用聚光透镜移 动装置35被未图示的控制装置自动控制。一边使在短轴用透镜阵列26a、26b的后级设置的短轴用聚光透镜29在与线状光 束的短轴方向对应的方向往复移动，一边进行激光照射，由此，入射到后级的投影透镜30 上的激光1的入射角以及强度也按照每次发射而变化，产生由透镜表面上的散射光引起的 在被照射面上的横向条纹被分散的效果，所以，横向条纹大幅度降低。本实施方式的其他结构与第一实施方式相同。[第三实施方式]图7A以及图7B中示出本发明的第三实施方式的激光退火装置10的概略结构。如图7A所示，在本实施方式的激光退火装置10中，长轴用均化器19构成为采用 了波导39的波导形式。即，在本实施方式中，长轴用均化器19包括长轴用波导39，将激 光1在与线状光束的长轴方向对应的方向上分割为多个；长轴用导入透镜38，向该长轴用 波导39导入激光1 ；作为长轴用聚光光学系统的长轴用端面转印光学系统23，在被照射物 3的表面，将被长轴用波导39分割后的激光1在长轴方向上叠加。在本实施方式中，长轴用 端面转印光学系统23包括两个柱面透镜23a、23b，将在长轴用波导39的出射面上的长轴像 以预定倍率扩大，并投影到被照射面上。另外，如图7A所示，本实施方式的激光退火装置10具有在激光照射中使长轴用导 入透镜38在与线状光束的长轴方向对应的方向(图中的X方向)上往复移动的长轴用导入透镜移动装置36。长轴用导入透镜移动装置36被未图示的控制装置自动控制。这样，一边使长轴用导入透镜38在与线状光束的长轴方向对应的方向上往复移 动，一边进行激光照射，由此，入射到构成后级的长轴用聚光光学系统(在本实施方式中为 长轴用端面转印光学系统23)的大型透镜(在本实施方式中为柱面透镜23a、23b)的激光1 的入射角以及强度按照每次发射而变化，产生由透镜表面上的散射光引起的在被照射面上 的纵向条纹被分散的效果，所以，纵向条纹被大幅度降低。如图7B所示，在本实施方式的激光退火装置10中，取代第一实施方式中的短轴用 透镜阵列移动装置33，而具有镜摆动装置37，该镜摆动装置37在激光照射中使反射镜lib 摆动，使得线状光束在短轴方向上往复移动。镜摆动装置37被未图示的控制装置自动控 制。这样，使设置在短轴用均化器25的上游侧的光路上的反射镜Ila以线状光束在短 轴方向往复移动的方式摆动，从而入射到后级的大型透镜(在本实施方式中为投影透镜30 以及柱面透镜23a、23b)的激光1的入射角以及强度按照每次发射而变化，产生由透镜表面 上的散射光引起的在被照射面上的横向条纹被分散的效果，因而横向条纹被大幅度降低。 在该情况下，短轴用均化器25可以是透镜阵列方式、波导方式中的任意一种。另外，摆动的 反射镜只要是设置在短轴用均化器25的上游侧的光路上的反射镜，哪个都可以，也可以取 代反射镜lib而使反射镜Ila摆动。本实施方式的其他结构与第一实施方式相同。[第四实施方式]在图8A以及图8B中示出本发明的第四实施方式的激光退火装置10的概略结构。如图8B所示，在本实施方式的激光退火装置10中，短轴用均化器25构成为采用 了波导44的波导形式。即，在本实施方式中，短轴用均化器25包括短轴用波导44，将激 光1在与线状光束的短轴方向对应的方向上分割为多个；短轴用导入透镜43，向该短轴用 波导44导入激光1 ；作为短轴用聚光光学系统的短轴用端面转印光学系统(31a、31b)，在被 照射物3的表面，使被短轴用波导44分割后的激光1在短轴方向上叠加。在本实施方式中， 短轴用端面转印光学系统包括两个柱面透镜31a、31b，将在短轴用波导44的出射面上的短 轴像以预定倍率缩小并投影到被照射面上。另外，如图8B所示，本实施方式的激光退火装置10具有在激光照射中使短轴用导 入透镜43在与线状光束的短轴方向对应的方向(图中的Y方向)往复移动的短轴用导入 透镜移动装置45。这样，一边使短轴用导入透镜43在与线状光束的短轴方向对应的方向上往复移 动，一边进行激光照射，从而入射到构成后级的短轴用聚光光学系统的大型透镜(在本实 施方式中为柱面透镜31b、长轴用聚光透镜22)的激光1的入射角以及强度按照每次发射而 变化，产生由透镜表面上的散射光引起的在被照射面上的横向条纹被分散的效果，所以，横 向条纹被大幅度降低。此外，用于降低纵向条纹的结构和用于降低横向条纹的结构的组合并不限于在上 述的各实施方式说明的方式，可以在各实施方式之间自由地更换用于降低纵向条纹的结构 和用于降低横向条纹的结构来组合。在上述中，对本发明的实施方式进行了说明，但上述公开的本发明的实施方式只不过是例示，本发明的范围并不限于这些发明的实施方式。本发明的范围由所记载的技术 方案示出，还包括与技术方案的记载相同的意思以及在范围内的所有变更。
权利要求
一种激光退火方法，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，利用长轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的长轴方向对应的方向上分割为多个，利用长轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述长轴用透镜阵列分割后的激光在长轴方向上叠加，在激光照射中，使所述长轴用透镜阵列在与线状光束的长轴方向对应的方向上往复移动。
2.如权利要求1所述的激光退化方法，其特征在于，在将所述长轴用透镜阵列的往复移动的移动宽度设为S，将在不使所述长轴用透镜阵 列往复移动地进行激光退火的情况下能够目视出现的与所述线状光束的扫描方向平行的 条纹图样的间距设为P，将构成所述长轴用透镜阵列的各柱面透镜的宽度设为W时，满足 P/3彡S < W、P/2彡S < W或P彡S < W的关系。
3.如权利要求1所述的激光退化方法，其特征在于，在将所述长轴用透镜阵列的往复移动的移动宽度设为S，将构成所述长轴用透镜阵列 的各柱面透镜的宽度设为W时，满足1. Omm彡S < W、l. 5mm彡S < W、或3. Omm彡S < W的关系。
4.一种激光退火方法，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，利用长轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的长轴方向对应的方向上分割为多个， 利用长轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述长轴用透镜阵列分割后的激 光在长轴方向上叠加，在激光照射中，将所述聚光光学系统和被照射物的表面的光路上的距离保持为恒定不 变，使所述长轴用聚光光学系统和所述长轴用透镜阵列的光路上的相对距离增减。
5.如权利要求4所述的激光退化方法，其特征在于，使所述长轴用透镜阵列在光轴方向上往复移动，由此，使所述长轴用聚光光学系统和 所述长轴用透镜阵列的光路上的相对距离增减。
6.一种激光退火方法，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，利用长轴用导入透镜向长轴用波导导入激光，利用所述长轴用波导，将激光在与线状光束的长轴方向对应的方向上分割为多个， 利用长轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述长轴用波导分割后的激光在 长轴方向上叠加，在激光照射中，使所述长轴用导入透镜在与线状光束的长轴方向对应的方向上往复移动。
7.一种激光退火装置，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，具有长轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的长轴方向对应的方向上分割为多个；长轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被该长轴用透镜阵列分割后的激光在长 轴方向上叠加；长轴用透镜阵列移动装置，在激光照射中，使所述长轴用透镜阵列在与线状光束的长 轴方向对应的方向上往复移动。
8.如权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，在将所述长轴用透镜阵列的往复移动的移动宽度设为S，将在不使所述长轴用透镜阵 列往复移动地进行激光退火的情况下能够目视出现的与所述线状光束的扫描方向平行的 条纹图样的间距设为P，将构成所述长轴用透镜阵列的各柱面透镜的宽度设为W时，满足 P/3彡S < W、P/2彡S < W或P彡S < W的关系。
9.如权利要求7所述的激光退火装置，其特征在于，在将所述长轴用透镜阵列的往复移动的移动宽度设为S，将构成所述长轴用透镜阵列 的各柱面透镜的宽度设为W时，满足1. Omm彡S < W、l. 5mm彡S < W、或3. Omm彡S < W的 关系。
10.一种激光退火装置，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，具有长轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的长轴方向对应的方向上分割为多个；长轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被该长轴用透镜阵列分割后的激光在长 轴方向上叠加；长轴用透镜阵列往复移动装置，在激光照射中，使所述长轴用透镜阵列在光轴方向上 往复移动。
11.一种激光退火装置，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，具有长轴用波导，将激光在与线状光束的长轴方向对应的方向上分割为多个；长轴用导入透镜，向该长轴用波导导入激光；长轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述长轴用波导分割后的激光在长轴 方向上叠加；长轴用导入透镜移动装置，在激光照射中，使所述长轴用导入透镜在与线状光束的长 轴方向对应的方向上往复移动。
12.一种激光退火方法，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，利用短轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的短轴方向对应的方向上分割为多个，利用短轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述短轴用透镜阵列分割后的激 光在短轴方向上叠加，在激光照射中，使所述短轴用透镜阵列在与线状光束的短轴方向对应的方向上往复移动。
13.—种激光退火方法，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，利用短轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的短轴方向对应的方向上分割为多个， 利用短轴用聚光透镜，在成像面上，将被所述短轴用透镜阵列分割后的激光在短轴方 向上叠加，利用投影透镜，将成像面的短轴像以预定倍率缩小投影在被照射物的表面， 在激光照射中，使所述短轴用聚光透镜在与线状光束的短轴方向对应的方向上往复移动。
14.一种激光退火方法，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，利用短轴用均化器，使线状光束的短轴方向的光强度分布均一化， 在激光照射中，使在短轴用均化器的上游侧的光路上设置的反射镜摆动，使得线状光 束在短轴方向上往复移动。
15.一种激光退火方法，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，利用短轴用导入透镜，向短轴用波导导入激光，利用所述短轴用波导，将激光在与线状光束的短轴方向对应的方向上分割为多个， 利用短轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述短轴用波导分割后的激光在 短轴方向上叠加，在激光照射中，使所述短轴用导入透镜在与线状光束的短轴方向对应的方向上往复移动。
16.一种激光退火装置，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，具有短轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的短轴方向对应的方向上分割为多个； 短轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述短轴用透镜阵列分割后的激光在 短轴方向上叠加；短轴用透镜阵列移动装置，在激光照射中，使所述短轴用透镜阵列在与线状光束的短 轴方向对应的方向上往复移动。
17.—种激光退火装置，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，具有短轴用透镜阵列，将激光在与线状光束的短轴方向对应的方向上分割为多个； 短轴用聚光透镜，成像面上将被所述短轴用透镜阵列分割后的激光在短轴方向上叠加；投影透镜，将成像面的短轴像以预定倍率缩小投影在被照射物的表面； 短轴用聚光透镜移动装置，在激光照射中，使所述短轴用聚光透镜在与线状光束的短 轴方向对应的方向上往复移动。
18.—种激光退火装置，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，具有短轴用均化器，使线状光束的短轴方向的光强度分布均一化； 反射镜，设置在该短轴用均化器的上游侧的光路上；镜摆动装置，在激光照射中，以线状光束在短轴方向往复移动的方式使所述反射镜摆动。
19.一种激光退火装置，对由脉冲振荡产生的激光进行整形，在被照射物的表面聚光成 线状光束，以重复照射激光的方式使线状光束对被照射物在线状光束的短轴方向相对地扫 描，利用激光照射对被照射物的表面进行退火处理，其特征在于，具有短轴用波导，将激光在与线状光束的短轴方向对应的方向上分割为多个； 短轴用导入透镜，向该短轴用波导导入激光；短轴用聚光光学系统，在被照射物的表面，将被所述短轴用波导分割后的激光在短轴 方向上叠加；短轴用导入透镜移动装置，在激光照射中，使所述短轴用导入透镜在与线状光束的短 轴方向对应的方向上往复移动。
20.如权利要求1至6、12至15中的任意一项所述的激光退火方法，其特征在于， 所述激光的偏振方向相对于被照射物的表面为S偏振。
21.如权利要求7至11、16至19中的任意一项所述的激光退火装置，其特征在于， 所述激光的偏振方向相对于被照射物的表面为S偏振。
全文摘要
本发明涉及激光退火方法以及装置。在透镜阵列方式的均化器光学系统的情况下，一边使长轴用透镜阵列(20a、20b)在与线状光束的长轴方向对应的方向(X方向)往复移动，一边进行激光照射，由此，入射到在后级设置的构成长轴用聚光光学系统的大型透镜(长轴用聚光透镜22)的激光(1)的入射角以及强度按照每次发射而变化，所以，纵向条纹被大幅度降低。另外，一边使短轴用透镜阵列(26a、26b)在与线状光束的长轴方向对应的方向(Y方向)往复移动，一边进行激光照射，由此，入射到在后级设置的构成长轴用聚光光学系统的大型透镜(投影透镜30)的激光(1)的入射角以及强度按照每次发射而变化，所以，横向条纹被大幅度降低。
文档编号H01L21/268GK101911256SQ200880124168
公开日2010年12月8日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年1月7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