专利名称：激光退火装置及激光退火方法
技术领域：
本发明涉及对半导体膜照射脉冲激光以进行激光退火的激光退火装置及激光退火方法。
背景技术：
近年来，液晶显示器以高分辨率、驱动帧率的高速化、3D化等为关键词，寻求具有实现上述目的所需的性能的薄膜晶体管。为了提高薄膜晶体管的性能，需要利用激光退化将硅半导体膜结晶化。以往，激光退火装置是将非晶硅(a - Si)结晶化的装置，使用采用受激准分子激光的退火技术。受激准分子激光中，光束的品质较低，因此，无法将光束收缩至微小。因此，结合光学系统、在XY方向上将其光束整形成顶部平坦型的光束后使用。一般使用的受激准分子激光是XeCl (波长308nm)，对a — Si的吸收较高，向非晶硅的浸透深度约为7nm，非常浅，在膜厚方向上产生温度梯度。采用受激准分子激光的退火技术中，利用该温度梯度，以不会使整个非晶硅膜完全熔融的激光输出进行熔融而在膜底部残留结晶生长的核，以该核为基点进行结晶生长。图8中示出该结晶化的示意图。即，对在玻璃基板30上形成的非晶硅膜31照射脉冲激光40，生成熔融硅膜32。该熔融硅膜32在再结晶化而凝固的过程中进行结晶化，从而形成结晶硅膜33。此外，还提出有使用吸收层的激光退火方法(专利文献I)、使用YAG 二次谐波(波长532nm)的激光退火装置(专利文献2)、使用连续振荡激光的装置(专利文献3)。此外，还有为了进行无斑、均匀的结晶化而利用复杂的工序来进行激光退火的方法，例如，专利文献4中提出有使用加热平台的方法。此外，提出有将激光分两次进行照射的方法(专利文献5、6)。此外，还有利用其他波长的激光来解决上述问题的示例，例如，报告有使用Mo膜吸收层和激光二极管的示例(非专利文献I)。此外，提出有使用GaN类蓝色半导体激光的方法(专利文献7)。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开昭62 - 1323311号公报专利文献2:日本专利特开2005 - 294493号公报专利文献3:日本专利特开2010 - 118409号公报专利文献4:日本专利特开2008 - 147487号公报专利文献5:日本专利特开2010 - 103485号公报专利文献6:日本专利特开2001 - 338873号公报专利文献7:日本专利特开2009 - 111206号公报非专利文献非专利文献1:E.P.Donovan,对通过离子注入形成的非晶Si和Ge的结晶和弛豫的量热石开究(Calorimetric studies of crystallization and relaxation ofamorphousSi and Ge prepared by ionimplantation).J.Appl.Phys., Vol.57, pp.1795-1804, 1985.
发明内容
发明所要解决的问题现有的XeCl受激准分子激光退火装置中，由于使用以上方法，因此，将结晶性良好的处理对象瞬间加热至熔点，从而出于防止烧蚀的目的，需要严格控制脱氢工序和激光输出、聚焦。此外，由于进行一次熔融，因此，光束的长轴连接部存在特性劣化的问题，现状中，因光束尺寸的制约而只能应对基板尺寸G4 (730mmX920mm)为止，从而存在难以进行大面积处理的问题。在激光退火中，结晶的状态因激光输出的大小而变化，因此，鉴于上述问题，专利文献I中公开了使激光输出变化的方法，但并没能解决长轴连接的问题。在使用连续振荡激光的专利文献3所公开的装置中，由于需要将多束激光聚焦的光学系统，因此，各激光振荡器所具有的能量的强度产生偏差、干涉，难以实现高精度的均匀化。此外，像专利文献4那样使用加热平台的方法中，伴随加热冷却的节拍时间(takttime)的损耗较大，不适于实用。此外，将激光分两次照射的专利文献5、6所公开的方法中，存在吞吐量变差的问题。此外，在使用其他波长的激光来解决上述问题的非专利文献I所公开的技术中，增加了剥离吸收层等之类的工序，不适于实用。此外，在使用GaN类蓝色半导体激光的专利文献7的方法中，在本质上还是熔融工艺，没有变化，因此，该工艺仅限于GaN类蓝色半导体激光，从而输出极低，在工业上不适用。本发明是为了解决上述以往的技术的问题而完成的，其目的在于提供一种激光退火装置及激光退火方法，其通过利用被半导体膜吸收的激光，使本申请所示的有效功率密度在某一范围内，从而 无需复杂工序，能将大面积的半导体膜无斑且均匀地结晶化。解决问题所采用的技术方案即，本发明的激光退火装置中，第I本发明的特征在于，包括输出脉冲激光的脉冲激光振荡装置、和将从该脉冲激光振荡装置输出的所述脉冲激光进行传输并照射于半导体膜的光传输单元，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)第2本发明的激光退火装置的特征在于，包括:连续激光振荡装置，该连续激光振荡装置输出连续激光；光传输单元，该光传输单元将从该连续激光振荡装置输出的连续激光及从该连续激光提取的脉冲激光进行传输，并将该脉冲激光照射于半导体膜；及脉冲激光生成单元，该脉冲激光生成单元在所述传输的过程中，对所述连续激光进行提取，使其近似地呈脉冲状，以生成脉冲激光，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)
第3本发明的激光退火装置的特征在于，在所述第I或第2本发明中，具有调整所述脉冲激光的能量密度的能量调整单元，该能量调整单元中，设定有能量密度，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。第4本发明的激光退火装置的特征在于，在所述第3本发明中，作为所述能量调整单元，包括使脉冲激光以规定的衰减率衰减并透过的衰减器及调整所述激光振荡装置的输出的输出调整单元，该衰减器及所述输出调整单元中设定有所述衰减率及所述输出，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。第5本发明的激光退火装置的特征在于，在所述第I至第4本发明的任一项中，具有调整所述脉冲激光的脉冲宽度的脉冲宽度调整单元，该脉冲宽度调整单元调整所述脉冲激光的脉冲宽度，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3X IO12至1.5X IO12的范围内。第6本发明的激光退火装置的特征在于，在所述第I至第5本发明的任一项中，所述半导体膜是硅半导体膜，所述能量密度为100 500mJ/cm2，所述脉冲宽度为50 500η 秒。第7本发明的激光退火方法的特征在于，在将脉冲激光照射于半导体膜、进行该半导体膜的激光退火的激光退火方法中，设定所述脉冲激光的脉冲能量密度及脉冲宽度，使得在照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，将进行该设定后的所述脉冲激光照射于所述半导体膜。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)根据本发明，通过使脉冲激光具有适当的能量密度、脉冲宽度、吸收系数之间的关系而照射于半导体膜以快速进行加热，从而对半导体膜施加不会完全熔融的程度的热，能通过与现有的完全熔融、再结晶化法不同的方法获得粒子直径的偏差较小的均匀结晶。在现有方式的熔融结晶化法、利用加热炉的SPC (固相生长法)中，结晶粒的偏差变大。接下来，对本发明中规定的条件进行以下说明。有效功率密度:3 X IO12至1.5 X IO12的范围内通过将由下述公式计算出的有效功率密度设定在适当范围内，从而能对半导体膜进行退火，使其成为偏差较小的均匀的结晶半导体膜。若有效功率密度小于下限，则无法对半导体膜进行充分加热，结晶化容易变得不均匀。此外，若有效功率密度超过上限，则半导体膜发生熔融，成为不均匀的结晶。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式) 另外，上述有效功率密度是在本发明中定义的，不表示一般的物理性质。脉冲激光波长区域在本发明中，照射于半导体膜的脉冲激光的波长区域并不限定于特定的波长区域。然而，若利用对于半导体膜特别是非晶硅膜吸收较好的波长区域内的脉冲激光进行设定，来进行脉冲激光的照射，则对半导体膜直接进行加热，从而能有效地进行加热，无需在半导体膜的上层设置间接激光吸收层。此外，若是对于半导体膜特别是非晶硅膜虽有吸收、但透过的波长，则因来自下层的多重反射，对于半导体膜的光吸收率大大依赖于硅下层的厚度的偏差。基于这些方面，优选紫外区域的308 358nm的波长区域。能量密度通过对半导体膜照射适当的能量密度的脉冲激光，从而半导体膜在不完全熔融的状态下发生变化，可制作微结晶。若能量密度较低，则有效功率密度较小，结晶化不充分，或难以结晶化。另一方面，若能量密度较高，则有效功率密度变得过大，发生熔融结晶，或发生烧蚀(ablation)。作为本发明，若有效功率密度在适当的范围内，则能量密度并无特别限定，但可表不为优选100 500mJ/cm2的范围。脉冲宽度脉冲宽度是为了使有效功率密度适当并适度加热半导体膜的一个重要因素，若脉冲宽度过小，则有效功率密度增大，半导体膜加热至完全熔融的温度，难以进行均匀的结晶化。此外，若脉冲宽度过大，则有效功率密度减小，有时无法加热至结晶化的温度。作为本发明，若有效功率密度在适当的范围内，则脉冲宽度并无特别限定，但可表示为优选50 500η秒的范围。脉冲激光的照射面形状并无特别限定，例如可呈点状、线状来照射于半导体膜。在呈线状的情况下，优选使所述脉冲激光的短轴宽度为0.5mm以下。通过使脉冲激光沿短轴宽度方向进行相对扫描，从而能对半导体膜进行局部照射、加热，并进行大区域的结晶化处理。然而，若短轴宽度过大，则为了进行高效的结晶化，必须提高扫描速度，装置成本增大。通过使所述脉冲激光对非晶质膜进行相对扫描，从而能使所述半导体膜沿面方向进行结晶化。该扫描可移动脉冲激光侧，也可移动非晶质膜侧，也可移动双方。另外，本发明可使用输出脉冲激光的固定激光光源，输出所需的波长区域的脉冲激光，可利用维修性良好的激光光源进行均匀结晶的制作。另外，脉冲激光也可以是对连续激光进行提取而近似地呈脉冲状的激光。提取可使用进行机械性高速旋转等的光闸(shutter)、光调制器等来进行。为了利用适当的所述有效功率密度来得到均匀的微细结晶，对于脉冲激光，可用能量调整单元适当调整能量密度并照射于半导体膜。能量调整单元可调整激光振荡装置的输出，得到规定的能量密度，也可利用衰减器对从激光振荡装置输出的激光的衰减率进行调整等，从而调整能量密度。对于脉冲激光的能量密度调整，在使用近似脉冲激光的情况下，也可在提取成脉冲状之前进行所述能量调整。此外，为了利用适当的所述有效功率密度来得到均匀的微细结晶，对于脉冲激光，可用脉冲宽度调整单元适当调整脉冲宽度并照射于半导体膜。作为脉冲宽度调整单元，可构成为包括将脉冲激光分割成多束光束的光束分割单元、使分割出的各光束进行延迟的延迟单元、及将分割出的各光束进行合成的光束合成单元。利用延迟单元中的延迟量的设定，可使脉冲波形成为适当的形状。延迟单元可通过调整光路长度来变更延迟量。例如，将由上述光束分割单元分割出的激光分别导入光路长度不同的光学系统。通过将分割并延迟后的光束重新导入至单一的光路上，从而使脉冲时间宽度伸长，可调整脉冲波形。特别是，利用分割时的强度比的调整和分割后的各光路长度的设定，可对脉冲时间波形进行适当变更。
作为脉冲宽度调整，还可通过将从多个激光光源输出的脉冲激光进行重叠来进行。通过将多个脉冲激光照射于半导体膜，最终可得到所需的脉冲波形。在将多个脉冲激光进行重叠时，可通过调整脉冲输出的相位或插入延迟单元，来调整至所需的脉冲宽度，利用这些结构构成脉冲宽度调整单元。通过利用扫描装置使脉冲激光对于半导体膜进行相对扫描，从而可在半导体膜的大区域获得微细且均匀的结晶。设定脉冲的频率、脉冲激光的短轴宽度、扫描速度，使得通过该扫描，对半导体膜的同一区域的照射(shot)数达到规定数、例如I 10。扫描装置可以是使导入脉冲激光的光学系统移动而使脉冲激光移动的装置，还可以是使配置半导体膜的基台移动的装置。发明效果如上所述，根据本发明，由于对半导体膜照射脉冲激光，使得由下述公式所示的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，因此，能使半导体膜结晶化而不会发生异常晶粒生长，可得到偏差较小的均匀结晶。
图1是表示本发明所涉及的激光退火装置的一实施方式的示意图。图2是表示同一实施方式的脉冲宽度调整单元的一个示例的示意图。图3是表示其他实施方式的激光退火装置的示意图。图4是表示本发明的实施例中的激光退火后的结晶的SEM照片。图5是表不同一实施例中的激光退火后的结晶的SEM照片。图6是表不同一实施例中的激光退火后的结晶的SEM照片。图7是表示同一实施例中的有效功率密度的图。图8是表示现有的激光退火中的结晶形成状态的说明图。
具体实施例方式以下，说明本发明的一实施方式。图1是表示本发明的激光退火装置I的概要的图。激光退火装置I包括处理室2，在该处理室2内包括能沿X - Y方向移动的扫描装置3，在其上部包括基台4。在基台4上设置有基板配置台5作为平台。在进行退火处理时，在该基板配置台5上设置非晶质的硅膜100等作为半导体膜。硅膜100在未图示的基板上以50nm的厚度形成。可通过常用方法来进行该形成，作为本发明，并未特别限定半导体膜的形成方法。此外，作为退火对象的半导体膜，优选非晶质的半导体膜，但作为本发明，并不限于非晶质的半导体膜。也可以是结晶质的半导体膜、局部含有结晶的半导体膜，可对它们适用激光退火作为结晶的改质。另外，扫描装置3由未图示的电动机等驱动，由后述的控制部8控制该电动机的动作，以设定扫描装置3的扫描速度。此外，处理室2设置有从外部导入脉冲激光的导入窗6。在处理室2的外部设置有脉冲激光振荡装置10。该脉冲激光振荡装置10由受激准分子激光振荡装置构成。对该脉冲激光振荡装置10连接有提供驱动电压的激光电源9，该激光电源9以可控的方式连接到控制部8。根据控制部8的指令，激光电源9将需要的驱动电压提供给脉冲激光振荡装置10，在该脉冲激光振荡装置10中，以规定的输出将脉冲激光输出。在该脉冲激光振荡装置10中进行脉冲振荡而输出的脉冲激光15根据需要由衰减器11调整能量密度。衰减器11以可控的方式连接到上述控制部8，根据控制部8的指令，设定成规定的衰减率。即，上述激光电源9、控制部8及衰减器11构成本发明的能量调整单元。能利用该能量调整单元进行调整，使得优选为在硅膜100的照射面中能量密度达到100 500mJ/cm2。透过衰减器11后的脉冲激光15由包括透镜、反射镜、均化器(homogenizer)等的光传输单元12进行光束整形和偏转等，通过设置于处理室2的导入窗6照射于处理室2内的硅膜100。照射时的照射面形状并无特别限定，但由上述光传输单元12整形为例如点状、圆形状、角形状、长条状等。此外，在光传输单元12中也可以具有脉冲宽度调整单元13。基于图2说明该脉冲宽度调整单元13的概要。在脉冲宽度调整单元13中，在光路上配置有包括半透明反射镜的分束器(beamsplitter) 130，分割成使部分光束15a进行90度反射，剩余部分的光束15b透过。S卩，分束器130相当于本发明的光束分割单兀。此外,在分束器130的反射方向上以入射角成45度的方式配置有全反射镜131，在该全反射镜131的反射方向上以入射角成45度的方式配置有全反射镜132，在全反射镜132的反射方向上以入射角成45度的方式配置有全反射镜133，在全反射镜133的反射方向上以入射角成45度的方式配置有全反射镜134。上述分束器130的背面侧位于全反射镜134的反射方向上，以入射角45度照射光束。由分束器130进行90度反射后得到的光束15a被全反射镜131、132、133、134依次进行90度反射，从而成为延迟后的光束15c，到达分束器130的背面侧，一部分进行90度反射，与光束15b以延迟的形态进行重叠，剩余的光束透过分束器130进行上述全反射，重复分束器130中的分割。通过重叠延迟后的光束，从而在光束15b侧重叠的光束进行脉冲波形的整形并进行脉冲宽度的调整，作为脉冲激光150在光路上前进。另外，通过改变各全反射镜的位置、调整光路长度，从而能改变光束的延迟量，由此能任意变更重叠后的脉冲激光的脉冲宽度。此外，也可以独立调整分割后的脉冲激光的强度。利用脉冲宽度调整单元，优选为，能将脉冲宽度设定在50 500ns的范围内。另夕卜，作为本发明，也可以不具有脉冲宽度调整单元，以所输出的脉冲激光的脉冲宽度照射于硅膜100。脉冲激光150通过导入窗6导入到处理室2内，照射于基板配置台5上的硅膜100。此时，利用扫描装置3将基板配置台5与基台4 一起移动，脉冲激光150在硅膜100上进行相对扫描并进行照射。对于此时的脉冲激光150，为了得到适于结晶化的有效功率密度，设定脉冲激光振荡装置10的输出、衰减器11的衰减率、脉冲宽度、脉冲激光的照射截面积，设定成由上述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。通过该脉冲激光150的照射，使硅膜100均匀地结晶化。另外，硅膜100中的激光吸收率由脉冲激光的波长来决定，可利用已知的信息。照射该脉冲激光150而结晶化的硅膜100在结晶粒子直径一致的结晶性上较为优
异另外，在上述内容中，利用通过脉冲激光的分割和延迟来进行脉冲宽度的调整的脉冲宽度调整单元13来进行脉冲宽度的调整，但可通过将由多个脉冲激光振荡装置输出的脉冲激光错开同步而照射于硅膜100，来调整脉冲宽度。图3是表示该装置结构的图，以下进行说明。另外，对与上述实施方式同样的结构标注同一标号来进行说明。如图3所示，激光退火装置包括处理室2，在该处理室2内包括能沿X — Y方向移动的扫描装置3，在其上部包括基台4。在基台4上设置有基板配置台5。在进行退火处理时，在该基板配置台5上设置作为处理对象的硅膜100。另外，扫描装置3由未图示的电动机等进行驱动，由控制部8进行控制。在处理室2的外部设置有脉冲激光振荡装置10。在脉冲激光振荡装置10中进行脉冲振荡而输出的脉冲激光15根据需要由衰减器11调整能量密度，由包括透镜、反射镜、均化器等的光传输单元12进行光束整形和偏转等，照射于处理室2内的硅膜100。此外，在处理室2的外部设置有同样产生脉冲激光25的脉冲激光振荡装置20。在脉冲激光振荡装置20中进行脉冲振荡而输出的脉冲激光25根据需要由衰减器21调整能量密度，由包括透镜、反射镜、均化器等的光传输单元22进行光束整形和偏转等，照射于处理室2内的硅膜100。在上述装置中，由控制部8控制整个装置，且控制部8分别以可控的方式与驱动上述脉冲激光振荡装置10的激光电源9、驱动上述脉冲激光振荡装置20的激光电源19连接，并设定各脉冲激光振荡装置10、20的输出。此外，控制部8以可控的方式与衰减器11、衰减器21连接，设定各自的衰减率。因而，激光电源9、19、衰减器11、21及控制部8构成本发明的能量调整单元。在上述激光退火装置中，如图3所不,输出脉冲激光15和脉冲激光25,在娃膜100上进行合成照射。通过将此时的脉冲激光的同步错开，结果能调整照射于硅膜100的脉冲激光的脉冲宽度。在调整脉冲宽度后的脉冲激光中，将上述有效功率密度设置在3X1012至1.5 X IO12的范围内，并照射于硅膜100。此外，在上述各实施方式中，作为使用从脉冲激光振荡装置输出的脉冲激光的情形进行了说明，但也可使用将从激光连续振荡装置输出的连续激光进行切割来近似地呈脉冲状的激光。实施例1接下来，将本发明的实施例与比较例进行比较并进行说明。利用上述实施方式的激光退火装置(图1)，进行对利用常用方法形成于玻璃制基板表面的非晶硅薄膜50nm照射脉冲激光的实验。在该实验中，脉冲激光由光传输单元整形，使得在加工面成为长方形，设定成在照射面上能量密度为8 400mJ/cm2、脉冲宽度为20 600ns的范围内，来照射于基板上的非晶硅。另外，非晶硅膜的吸收系数定义为吸收系数=4 ^ik/波长。
(k:衰减系数参照非专利文献:D.E.Aspnes 和 J.B.Theeten, J.Electrochem.Soc.127，1359(1980))利用上述脉冲激光的照射来加热非晶硅，使其变化成结晶硅。利用显微镜和SEM照片来评价进行该照射后的薄膜。在图4 图6中示出SEM照片(图片代替用照片)。另外，以下说明的有效功率密度均由下述公式来计算出。此外，在图7中示出计算结果。在该图中，作为参考数据，记载了现有的激光退火中的有效功率密度。图中〇标记相当于以下的实施例，X标记相当于以下的比较例。有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)(实施例1)若对激光振荡装置使用XeCl受激准分子激光器，将有效功率密度设定为2.0X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片I所示，形成均匀、无斑点的结晶。(实施例2)若对激光振荡装置使用XeCl受激准分子激光器，将有效功率密度设定为2.7X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片2所示，形成均匀、无斑点的结晶。(实施例3)若对激光振荡装置使用YAG三次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为1.8X1012来进行脉冲激光的照射，则如照片3所示，形成均匀、无斑点的结晶。(实施例4)若对激光振荡装置使用YAG三次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
2.5X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片4所示，形成均匀、无斑点的结晶。(实施例5)若对激光振荡装置使用YAG 二次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为1.6X1012来进行脉冲激光的照射，则如照片5所示，形成均匀、无斑点的结晶。(实施例6)若对激光振荡装置使用YAG 二次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
2.4X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片6所示，形成均匀、无斑点的结晶。(比较例I)若对激光振荡装置使用XeCl受激准分子激光器，将有效功率密度设定为
2.0X IO13来进行脉冲激光的照射，则如照片7所示，形成在长轴重叠部存在结晶状态不同的斑点的结晶。当利用XRD (X射线衍射)进行表面解析时，在几乎整个区域进行了熔融。(比较例2)若对激光振荡装置使用XeCl受激准分子激光器，将有效功率密度设定为
3.5 X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片8所示，形成在长轴重叠部存在结晶状态不同的斑点的结晶。当利用XRD进行表面解析时，表层3nm左右被熔融。(比较例3)若对激光振荡装置使用YAG三次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
3.1XlO12来进行脉冲激光的照射，则如照片9所示，形成在长轴重叠部存在结晶状态不同的斑点的结晶。当利用XRD进行表面解析时，表层8nm左右被熔融。
(比较例4)若对激光振荡装置使用YAG三次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
3.5X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片10所示，形成在长轴重叠部存在结晶状态不同的斑点的结晶。当利用XRD进行表面解析时，表层9nm左右被熔融。(比较例5)若对激光振荡装置使用YAG 二次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
3.2 X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片11所示，形成在长轴短轴重叠部存在结晶状态不同的斑点的结晶。(比较例6)若对激光振荡装置使用XeCl受激准分子激光器，将有效功率密度设定为1.4X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片12所示，形成整体存在斑点的结晶。(比较例7)若对激光振荡装置使用XeCl受激准分子激光器，将有效功率密度设定为1.3 X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片13所示，形成整体存在斑点的结晶。(比较例8)若对激光振荡装置使用YAG三次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为1.4X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片14所示，形成整体存在斑点的结晶。(比较例9)若对激光振荡装置使用YAG三次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
0.9 X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片15所示，形成整体存在斑点的结晶。(比较例10)若对激光振荡装置使用YAG 二次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
0.6 X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片16所示，形成整体存在斑点的结晶。(比较例11)若对激光振荡装置使用YAG 二次谐波固体激光器，将有效功率密度设定为
1.4X IO12来进行脉冲激光的照射，则如照片17所示，形成整体存在斑点的结晶。以上，基于上述实施方式及实施例对本发明进行了说明，但本发明不限于上述说明的内容，只要不脱离本发明的范围，可进行适当的变更。标号说明I激光退火装置2处理室3扫描装置5基板配置台8控制部9激光电源10脉冲激光振荡装置11衰减器12光传输单兀13脉冲宽度调整单元
15脉冲激光19激光电源20脉冲激光振荡装置21衰减器22光传输单元25脉冲激光100 硅膜150脉冲激光
权利要求
1.一种激光退火装置，其特征在于，包括:脉冲激光振荡装置，该脉冲激光振荡装置输出脉冲激光；及光传输单元，该光传输单元将从该脉冲激光振荡装置输出的所述脉冲激光进行传输并照射于半导体膜，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)。
2.一种激光退火装置，其特征在于，包括:连续激光振荡装置，该连续激光振荡装置输出连续激光；光传输单元，该光传输单元将从该连续激光振荡装置输出的连续激光及从该连续激光提取的脉冲激光进行传输，并将该脉冲激光照射于半导体膜；及脉冲激光生成单元，该脉冲激光生成单元在所述传输的过程中，对所述连续激光进行提取，使其近似地呈脉冲状，以生成脉冲激光，将所述脉冲激光照射于所述半导体膜，使得在半导体膜照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)。
3.如权利要求1或2所述的激光退火装置，其特征在于，具有调整所述脉冲激光的能量密度的能量调整单元，该能量调整单元中，设定有所述能量密度，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。
4.如权利要求3所述的激光退火装置，其特征在于，作为所述能量调整单元，包括使脉冲激光以规定的衰减率衰减并透过的衰减器及调整所述激光振荡装置的输出的输出调整单元，该衰减器及所述输出调整单元中，设定有所述衰减率及所述输出，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内。
5.如权利要求1至4中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，具有调整所述脉冲激光的脉冲宽度的脉冲宽度调整单元，该脉冲宽度调整单元调整所述脉冲激光的脉冲宽度，使得由所述公式计算出的所述有效功率密度在3X IO12至1.5 X IO12的范围内。
6.如权利要求1至5中任一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述半导体膜是硅半导体膜，所述能量密度为100 500mJ/cm2，所述脉冲宽度为50 500η 秒。
7.一种激光退火方法，该激光退火方法将脉冲激光照射于半导体膜，以进行该半导体膜的激光退火，其特征在于，设定所述脉冲激光的脉冲能量密度及脉冲宽度，使得在照射面，由下述公式计算出的有效功率密度在3 X IO12至1.5 X IO12的范围内，将进行该设定后的所述脉冲激光照射于所述半导体膜，有效功率密度(J/(秒.cm3))=脉冲能量密度(J/cm2) /脉冲宽度(秒)X半导体膜的吸收系数(cm—O…(公式)。
全文摘要
本发明能利用激光退火将半导体膜均匀地结晶化。包括输出脉冲激光的脉冲激光振荡装置、和将从该脉冲激光振荡装置输出的所述脉冲激光进行传输并照射于半导体膜的光传输单元，将所述脉冲激光照射于半导体膜，使得在半导体膜照射面，由有效功率密度(J/(秒·cm3))＝脉冲能量密度(J/cm2)/脉冲宽度(秒)×半导体膜的吸收系数(cm－1)这一公式计算出的有效功率密度在3×1012至1.5×1012的范围内，因此，能使半导体膜结晶化而不引起由完全熔融所产生的异常晶粒生长，可得到偏差较小的均匀结晶。
文档编号H01L21/268GK103081065SQ20118004164
公开日2013年5月1日 申请日期2011年8月2日 优先权日2010年8月31日
发明者佐藤亮介, 草间秀晃, 富樫陵太郎, 井崎博大 申请人:株式会社日本制钢所