激光系统和激光退火装置的制作方法
本公开涉及激光系统和激光退火装置。
背景技术：
在使用玻璃基板的平板显示器的驱动元件中使用tft(薄膜晶体管)。为了实现高精细显示屏，需要制作高驱动力的tft。在作为tft的通道材料的半导体薄膜中使用多晶硅或igzo(indiumgalliumzincoxide，氧化铟镓锌)等。多晶硅或igzo的载流子迁移率高于非晶硅，晶体管的导通/截止特性优异。
另外，薄膜半导体还被期待用于可实现更高功能的器件的3d-ic中。3d-ic可以通过在集成电路器件的最上层形成传感器、放大电路、cmos电路等有源元件来实现。因此，要求制造更高品质的半导体薄膜的技术。
此外，随着信息终端设备的多样化，对于小型、轻量且消耗电力少、能够自由弯折的柔性显示屏、柔性计算机的要求正在提高。因此，要求确立在pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)等塑料基板上面形成高品质的半导体薄膜的技术。
为了在玻璃基板上面、集成电路上面或者塑料基板上面形成高品质的半导体薄膜，需要在不会对这些基板带来热损伤的条件下进行半导体薄膜的晶化。对于显示屏使用的玻璃基板，要求400℃以下的处理温度；对于集成电路，要求400℃以下的处理温度；对于作为塑料基板的pet，要求200℃以下的处理温度。
作为在不会对半导体薄膜的衬底基板带来热损伤的条件下进行晶化的技术，使用了激光退火法。利用该方法可抑制由于热扩散而对基板带来的损伤，因而使用被上层的半导体薄膜吸收的脉冲紫外激光。
在半导体薄膜为硅的情况下，使用波长351nm的xef准分子激光器、波长308nm的xecl准分子激光器、波长248nm的krf准分子激光器等。与固体激光器相比，这些紫外区域的气体激光器具有激光的干涉性低、激光照射面的能量均匀性优异、以及能够利用高脉冲能量对广泛的区域均匀地进行退火的特征。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-012950号公报
专利文献2：美国专利公开第2012/0260847号说明书
专利文献3：国际公开第2014/156818号
专利文献4：日本专利第4373115号公报
专利文献5：日本特开2008-211136号公报
专利文献6：美国专利第8737438号说明书
技术实现要素：
本公开的一个观点的激光系统是对被加工物照射脉冲激光的激光退火装置的光源，该激光系统可以具备：激光装置，其生成脉冲激光；脉冲时间波形可变装置，其能够改变脉冲激光的脉冲时间波形；以及控制部，其从激光退火装置接收脉冲时间波形生成参数，对脉冲时间波形可变装置进行控制。
本公开的另一观点的激光退火装置是对被加工物照射脉冲激光的激光退火装置，其可以具备：激光装置，其生成脉冲激光；脉冲时间波形可变装置，其能够改变脉冲激光的脉冲时间波形；光学系统，其对被加工物照射脉冲激光；能量密度(fluence)可变部，其能够改变被加工物的脉冲激光的能量密度；以及控制部，其根据包含脉冲时间波形生成参数以及被加工物的脉冲激光的能量密度的目标值的照射条件参数，对脉冲时间波形可变装置和能量密度可变部进行控制。
附图说明
下面参照附图对本公开的几个实施方式仅作为示例进行说明。
图1概略性示出比较例的激光退火装置的机构。
图2示出图1所示的激光装置的具体结构。
图3示出图2所示的激光腔室的内部结构和脉冲功率模块的结构。
图4是示出从激光装置输出的脉冲激光的时间波形的示例的曲线图。
图5概略性示出本公开第一实施方式的激光退火装置的结构。
图6a示出图5所示的光学脉冲扩展器(pulsestrecher)的结构。
图6b示出使分束器向着与图6a不同的位置移动、并且凹面镜的姿势与图6a不同的状态。
图6c示出凹面镜的姿势与图6b不同的状态。
图6d是从垂直于分束器的反射面的方向对分束器、保持架、臂、移动台和单轴台进行观察得到的图。
图6e示出使分束器向着与图6d不同的位置移动的状态。
图7是示出利用图5所示的退火控制部进行脉冲时间波形的设定处理的流程图。
图8a是示出图7所示的使分束器的反射率最小来计算脉冲时间宽度的详细处理的流程图。
图8b示出将分束器的反射率设定为最小时从光学脉冲扩展器中输出的脉冲激光的时间波形的示例。
图9a是示出图7所示的生成照射条件参数的详细处理的流程图。
图9b是示出以表的形式存储照射条件参数的情况下的数据结构的示例。
图10是示出图7所示的将激光系统设定为照射条件参数的详细处理的流程图。
图11a是示出图7所示的计算脉冲参数的详细处理的流程图。
图11b示出从光学脉冲扩展器输出的脉冲激光的时间波形的示例。
图12a是示出图7所示的对熔融持续时间和结晶状态进行计测的详细处理的流程图。
图12b示出被加工物的照射区域中的激光的反射率的时间变化的示例。
图13是示出图7所示的选出最佳照射条件参数的详细处理的流程图。
图14是示出照射被加工物的脉冲激光的能量密度与被加工物中形成的结晶粒径之间的关系、以及照射被加工物的脉冲激光的能量密度与熔融持续时间之间的关系的曲线图。
图15是示出优选的脉冲时间波形的示例的曲线图。
图16a示出本公开第二实施方式的激光退火装置中使用的光学脉冲扩展器的结构。
图16b是对于图16a所示的光学脉冲扩展器中使用的多个分束器从与这些分束器的反射面垂直的方向进行观察得到的图。
图17a是示出本公开第三实施方式的激光退火装置中的选出最佳照射条件参数的详细处理的流程图。
图17b示出熔融持续时间与能量密度之间的关系的示例。
图18概略性示出本公开第四实施方式的激光退火装置的结构。
图19是示出图18所示的利用退火控制部进行的脉冲时间波形的设定处理的流程图。
图20是示出图19所示的计算从一台激光部输出的脉冲激光的脉冲时间宽度的详细处理的流程图。
图21a是示出图19所示的生成照射条件参数的详细处理的流程图。
图21b示出从激光系统输出的脉冲激光的时间波形的示例。
图21c示出以表的形式存储照射条件参数的情况下的数据结构的示例。
图22是示出本公开第五实施方式中的照射条件参数的设定处理的流程图。
图23a是示出图22所示的接收照射条件参数的处理的第一示例的流程图。
图23b是示出图22所示的接收照射条件参数的处理的第二示例的流程图。
图24a是示出图22所示的设定为接收到的照射条件参数的处理的第一示例的流程图。
图24b是示出图22所示的设定为接收到的照射条件参数的处理的第二示例的流程图。
图25是示出控制部的概略结构的框图。
具体实施方式
<内容>
1.概要
2.比较例的激光退火装置
2.1激光退火装置的结构
2.2激光退火装置的动作
2.3激光装置的详细内容
2.4课题
3.包含光学脉冲扩展器的激光退火装置(第一实施方式)
3.1结构
3.2动作
3.3光学脉冲扩展器的结构
3.4光学脉冲扩展器的动作
3.5退火控制部的处理
3.5.1主流程
3.5.2s100的详细内容
3.5.3s110的详细内容
3.5.4s130的详细内容
3.5.5s150的详细内容
3.5.6s160的详细内容
3.5.7s200的详细内容
3.6照射条件的选定
4.分束器的变形(第二实施方式)
5.照射条件选定的变形(第三实施方式)
6.包含多个激光部的激光退火装置(第四实施方式)
6.1结构和动作
6.2退火控制部的处理
6.2.1主流程
6.2.2s100b的详细内容
6.2.3s110b的详细内容
6.3作用
7.从外部装置接收照射条件参数的示例(第五实施方式)
7.1主流程
7.2s320的详细内容(第一例)
7.3s320的详细内容(第二例)
7.4s330的详细内容(第一例)
7.5s330的详细内容(第二例)
8.控制部的结构
下面，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。以下说明的实施方式示出了本公开的数个示例，但它们并非用来限定本公开的内容。另外，各实施方式中说明的全部结构和动作作为本公开的结构和动作并不一定是必须的。需要说明的是，对于相同结构要素标注相同的参照标号而省略重复的说明。
1.概要
所生成的多晶的特性可能根据从激光退火装置输出的脉冲激光的脉冲时间波形而不同。在现有的激光退火装置中，难以使脉冲激光的脉冲时间波形优化。
本公开涉及可改变从作为激光退火装置的光源的激光系统中输出的脉冲激光的脉冲时间波形的激光退火装置。
2.比较例的激光退火装置
2.1激光退火装置的结构
图1概略性示出比较例的激光退火装置的结构。激光退火装置可以具备激光系统3和退火装置4。
激光系统3可以包含激光装置2和衰减器18。激光装置2可以是将arf、krf、xecl、xef中的任意一方作为激光介质的激光装置。衰减器18配置在从激光装置2输出的脉冲激光的光路上，可以包含2片部分反射镜18a和18b、以及这些部分反射镜的旋转台18c和18d。2片部分反射镜18a和18b可以是透过率根据脉冲激光的入射角度而变化的光学元件。
退火装置4可以包含狭缝42、高反射镜43a和43b、转印光学系统43d、工作台43f以及xyz台43g。狭缝42可以配置在通过了衰减器18后的脉冲激光的光路上。狭缝42可以按照脉冲激光的光束截面中的光强度分布均匀的区域通过该狭缝的方式进行配置。
高反射镜43a和43b可以按照使通过了狭缝42的脉冲激光入射到转印光学系统43d中的方式进行配置。转印光学系统43d可以为包含一个或多个凸透镜的光学系统，也可以为包含一个或多个凸透镜以及一个或多个凹透镜的光学系统。
工作台43f可以支承被加工物43e。被加工物43e可以在玻璃基板上面形成非晶硅薄膜。xyz台43g可以支承工作台43f。xyz台43g可以按照使得狭缝42的转印像在工作台43f上面的被加工物43e的表面成像的方式进行调整。
2.2激光退火装置的动作
2片部分反射镜18a和18b可以按照脉冲激光的入射角度彼此大致相等的方式、且按照脉冲激光的透过率成为所期望的透过率的方式，利用旋转台18c和18d控制它们的姿势。由此，从激光装置2输出的脉冲激光能够被减光至所期望的脉冲能量，并通过衰减器18。
通过了衰减器18后的脉冲激光可以通过狭缝42，并经由高反射镜43a和43b入射到转印光学系统43d。转印光学系统43d可以将狭缝42的转印像成像在被加工物43e上。由此，脉冲激光被照射至被加工物43e，可将照射区域的非晶硅熔融。熔融的非晶硅在脉冲激光的照射终止后可以发生晶化。
2.3激光装置的详细内容
图2示出图1所示的激光装置的具体结构。图2所示的激光装置2可以包含激光腔室10、一对电极11a和11b、充电器12以及脉冲功率模块(ppm)13。图2中示出了从与激光的行进方向大致垂直的方向观察到的激光腔室10的内部结构。
激光装置2可以进一步包含横流风扇21和电机22。激光装置2也可以进一步包含高反射镜14、输出耦合镜15、脉冲能量计测部17以及激光器控制部30。
激光腔室10可以为封入了上述激光介质的腔室。一对电极11a和11b可作为用于通过放电激发激光介质的电极被配置在激光腔室10内。在激光腔室10可以形成有开口，电绝缘部20可以封堵该开口。电极11a可以被电绝缘部20支承，电极11b可以被激光腔室10的内部隔板10c支承。在电绝缘部20中可以埋入导电部20a。导电部20a可以对脉冲功率模块13的高电压端子和电极11a进行电连接，以将由脉冲功率模块13供给的高电压施加给电极11a。
横流风扇21的旋转轴可以与配置在激光腔室10的外部的电机22连接。电机22可以通过使横流风扇21旋转而使激光气体在激光腔室10的内部循环。
充电器12例如可以由与电源装置连接的电容器构成，其能够保持用于向一对电极11a和11b间施加高电压的电能。脉冲功率模块13可以包含由激光器控制部30控制的开关13a。开关13a由断开变为接通时，脉冲功率模块13由保持在充电器12中的电能生成脉冲状的高电压，该高电压可被施加给一对电极11a和11b之间。
当向一对电极11a和11b之间施加高电压时，能够在一对电极11a和11b之间产生放电。由于该放电的能量，激光腔室10内的激光介质被激发而能够跃迁到高能级。被激发的激光介质在其后跃迁到低能级时，能够放出与该能级差相应的波长的光。
在激光腔室10的两端可以设置窗10a和10b。在激光腔室10内产生的光能够经窗10a和10b射出到激光腔室10的外部。
高反射镜14可以将从激光腔室10的窗10a射出的光以高反射率进行反射，使其返回到激光腔室10内。
在输出耦合镜15的表面可以涂布部分反射膜。由此，输出耦合镜15可使从激光腔室10的窗10b输出的光中的一部分透射而被输出，使另一部分被反射而返回到激光腔室10内。
能够利用高反射镜14和输出耦合镜15构成光谐振器。从激光腔室10射出的光在高反射镜14与输出耦合镜15之间往复，每次通过电极11a与电极11b之间的激光增益空间时可被放大。被放大的光的一部分可以经输出耦合镜15作为脉冲激光进行输出。
脉冲能量计测部17可以包含分束器17a、会聚光学系统17b以及光传感器17c。分束器17a可以使透过输出耦合镜15后的脉冲激光以高透过率透过同时使脉冲激光的一部分朝向会聚光学系统17b反射。会聚光学系统17b可以使被分束器17a反射的光会聚在光传感器17c的感光面上。光传感器17c可以检测在感光面会聚的激光的脉冲能量并将脉冲能量的检测数据输出给激光器控制部30。
激光器控制部30例如可以对充电器12发送充电电压的设定信号、或者对脉冲功率模块13发送开关接通或者断开的发光触发信号。
激光器控制部30可以从脉冲能量计测部17接收脉冲能量的检测数据，也可以参照该脉冲能量的检测数据对充电器12的充电电压进行控制。可以通过控制充电器12的充电电压，来控制脉冲激光的脉冲能量。另外，激光器控制部30可以基于从脉冲能量计测部17接收到的数据，对准分子激光装置的振荡脉冲数进行计数。
图3示出图2所示的激光腔室的内部结构和脉冲功率模块的结构。图3中示出了从与激光的行进方向大致平行的方向观察到的激光腔室10的内部结构。激光腔室10的包含内部隔板10c的导电性部件可以与接地电位连接。电极11b可以经内部隔板10c与接地电位连接。
在激光腔室10的内部除了配置一对电极11a和11b以及横流风扇21以外，还可以配置热交换器26。可以通过使横流风扇21旋转，由此激光气体如箭头a所示在激光腔室10的内部循环。热交换器26可以将由于放电而变成高温的激光气体的热能排出到激光腔室10的外部。
脉冲功率模块13可以构成为包含充电电容器c0、开关13a、升压变压器tc1、多个磁开关sr1～sr3以及多个电容器c1、c2、c3。
磁开关sr1～sr3均可以包含可饱和电抗器。对于各个磁开关sr1～sr3可以设定为，当施加在其两端的电压的时间积分值成为由各磁开关的特性决定的规定值时，上述各个磁开关sr1～sr3为低阻抗。
可利用激光器控制部30对充电器12设定充电电压。充电器12可以基于所设定的充电电压对充电电容器c0进行充电。
可利用激光器控制部30对脉冲功率模块13的开关13a输入发光触发信号。在发光触发信号被输入到开关13a时，开关13a可以变成接通。在开关13a变成接通时，电流可以由充电电容器c0流向升压变压器tc1的1次侧。
在电流流向升压变压器tc1的1次侧时，由于电磁感应，反方向的电流可以流向升压变压器tc1的2次侧。在电流流向升压变压器tc1的2次侧时，施加至磁开关sr1的电压的时间积分值可以立即达到阈值。
在施加给磁开关sr1的电压的时间积分值达到阈值时，磁开关sr1成为磁饱和状态，磁开关sr1可以关闭。
在磁开关sr1关闭时，电流从升压变压器tc1的2次侧流向电容器c1，电容器c1可以被充电。
通过使电容器c1被充电，磁开关sr2立即成为磁饱和状态，磁开关sr2可以关闭。
在磁开关sr2关闭时，电流从电容器c1流向电容器c2，电容器c2可以被充电。此时，可以利用比对电容器c1进行充电时的电流的脉冲宽度短的脉冲宽度对电容器c2进行充电。
通过对电容器c2进行充电，磁开关sr3立即成为磁饱和状态，磁开关sr3可以关闭。
在磁开关sr3关闭时，电流可以从电容器c2流向电容器c3，电容器c3被充电。此时，可以利用比对电容器c2进行充电时的电流的脉冲宽度短的脉冲宽度对电容器c3进行充电。
由此，通过使电流依次从电容器c1流向电容器c2、从电容器c2流向电容器c3，该电流的脉冲宽度被压缩，可被高电压化。
在电容器c3的电压达到激光气体的击穿电压时，在一对电极11a和11b之间的激光气体中可以产生绝缘破坏。由此，激光气体可以被激发而振荡出激光，输出脉冲激光。可以通过开关13a的开关动作而反复进行这样的放电动作，能够以规定的振荡频率输出脉冲激光。
2.4课题
图4是示出从激光装置输出的脉冲激光的时间波形的示例的曲线图。图4中的虚线表示电容器c3的电容cp与电容器c2的电容cp-1之比k＝cp/cp-1为0.7的情况下的脉冲激光的时间波形，实线表示比值k为0.95的情况下的脉冲激光的时间波形。
在比值k为小于1的值的情况下，被充电到电容器c3中的能量小于被充电到电容器c2中的能量，因而能够产生剩余能量。于是，在通过被充电到电容器c3中的能量而在放电电极11a、11b产生放电后，由于剩余能量而发生反转、再次引起放电，因而能够使脉冲激光的脉冲时间宽度变长。
在日本特开平10-012950号公报中公开了通过由该放电所致的脉冲扩展而实现适合于退火的脉冲时间宽度的内容。但是，对于放电来说，根据激光气体条件的变化和/或放电状态，脉冲时间波形能够按照每1脉冲发生变动。在脉冲时间波形发生变动时，通过退火生成的多晶的特性可能发生变化。
另外，在美国专利公开第2012/0260847号说明书和美国专利第8737438号说明书中公开了利用光学脉冲扩展器来增长脉冲时间宽度的内容。但是，仅利用光学脉冲扩展器可能难以将脉冲时间波形优化。
在以下说明的实施方式中，为了解决该课题，可以将光学脉冲扩展器中包含的分束器的反射率设为可变更。此外，可以将光学脉冲扩展器中包含的延迟光学系统的延迟光路的光路长度设为可变更。另外，可以将脉冲功率模块13的电容器c3的电容cp与电容器c2的电容cp-1之比k＝cp/cp-1设定为以下的范围。
优选的是，0.85≦k≦1.15
更优选的是，0.9≦k≦1.05
通过使比值k为接近于1的值，可降低剩余能量而抑制反转电流的发生。其结果，可生成稳定的放电，因此，可以使输出的脉冲激光的时间波形稳定。
3.包含光学脉冲扩展器的激光退火装置(第一实施方式)
3.1结构
图5概略性示出本公开第一实施方式的激光退火装置的结构。在第一实施方式的激光退火装置中，激光系统3a除了参照图1进行说明的激光系统以外，还可以具备光学脉冲扩展器16、脉冲时间波形计测部19以及激光系统控制部31。另外，在第一实施方式的激光退火装置中，退火装置4a除了参照图1进行说明的退火装置4以外，还可以具备光束均化器(beamhomogenizer)41、熔融计测部44、以及退火控制部45。在退火装置4a中，也可以配置高反射镜43c来替代高反射镜43b。
光学脉冲扩展器16可以配置在激光装置2与衰减器18之间的脉冲激光的光路上。光学脉冲扩展器16可以包含分束器和延迟光学系统。关于光学脉冲扩展器16的详细内容，参照图6a～图6e在下文叙述。
脉冲时间波形计测部19可以配置在衰减器18与退火装置4a之间的脉冲激光的光路上。脉冲时间波形计测部19可以包含分束器19a、会聚光学系统19b以及光传感器19c。分束器19a可以使通过了衰减器18的脉冲激光以高透过率透过，同时使脉冲激光的一部分朝向会聚光学系统19b反射。会聚光学系统19b可以使由分束器19a反射后的光会聚在光传感器19c的感光面上。光传感器19c可以为高速的光电二极管或双平面(biplanar)管。
光束均化器41可以配置在脉冲时间波形计测部19与狭缝42之间的脉冲激光的光路上。光束均化器41可以包含复眼透镜41a和聚光光学系统41b。聚光光学系统41b可以以使得其后侧焦点的位置与狭缝42的位置大致一致的方式进行配置。复眼透镜41a可以以使得如下的焦点面的位置与聚光光学系统41b的前侧焦点面的位置大致一致的方式进行配置，其中，上述焦点面包含复眼透镜41a中所含的多个透镜的前侧焦点。
高反射镜43c可以为将从激光装置2输出的紫外区域的脉冲激光以高反射率进行反射、使可见光透过的分色镜。
熔融计测部44可以包含分束器44a、半导体激光器44b以及光传感器44c。半导体激光器44b可以输出可见光区域的激光。例如，半导体激光器44b可以为输出波长1μm～660nm的激光的半导体激光器。分束器44a可以为反射激光的一部分并使另一部分透过的半透半反镜。
从半导体激光器44b输出的激光的一部分可以被分束器44a反射，透过高反射镜43c，被被加工物43e反射，依序透过高反射镜43c和分束器44a。光传感器44c可以配置在依序透过高反射镜43c和分束器44a的光的光路上。光传感器44c可以为对于从半导体激光器44b输出的激光的波长具有灵敏度的光电二极管。或者，可以将使从半导体激光器44b输出的激光的波长选择性地透过的带通滤波器配置在高反射镜43c与光传感器44c之间的激光的光路上。
3.2动作
退火控制部45可以以使得被加工物43e被配置在规定位置的方式来控制xyz台43g。退火控制部45可以将通过了衰减器18的脉冲激光的目标脉冲能量et的数据发送给激光系统控制部31，以使得被加工物43e处的脉冲激光的能量密度成为规定的值。
激光系统控制部31可以将从激光装置2输出的脉冲激光的脉冲能量的目标值el1发送给激光装置2。接着，激光系统控制部31可以发送控制衰减器18的透过率t2的信号，以使得通过了衰减器18的脉冲激光的目标脉冲能量et＝t1·t2·el1。此处，t1可以为光学脉冲扩展器16的透过率。
退火控制部45可以经激光系统控制部31向激光装置2发送发光触发信号。当发光触发信号被输入到激光装置2中时，可以从激光装置2输出脉冲能量el1的脉冲激光。该被输出的脉冲激光可以入射到光学脉冲扩展器16中而被脉冲扩展。
被脉冲扩展后的脉冲激光可以由衰减器18进行减光使其成为所期望的脉冲能量。其后，脉冲激光可以由脉冲时间波形计测部19的分束器19a部分反射，经会聚光学系统19b入射到光传感器19c中。
激光系统控制部31可以接收来自光传感器19c的信号，计测脉冲激光的脉冲时间波形。另外，可以对该脉冲时间波形进行积分，计算脉冲能量，确认是否成为目标脉冲能量et。另外，所计测的脉冲时间波形的数据可以被发送给退火控制部45。
通过了脉冲时间波形计测部19的脉冲激光可以入射到退火装置4a中。入射到退火装置4a中的脉冲激光可以利用光束均化器41对狭缝42进行科勒
另一方面，从熔融计测部44的半导体激光器44b输出的激光可以通过分束器44a被反射，可经高反射镜43c和转印光学系统43d入射到被加工物43e的脉冲激光照射区域。
在被加工物43e中，由于非晶硅熔融和其后的晶化的过程，从半导体激光器44b输出的激光的反射率可发生变化。退火控制部45可以通过光传感器44c来计测从该半导体激光器44b输出的激光的反射光的光强度的时间变化。并且，可以计算被加工物43e中的反射率的时间变化。反射率的计算可以通过预先将反射率高的样品配置在被加工物的位置，将来自该样品的反射光的光强度作为基准来进行。
3.3光学脉冲扩展器的结构
图6a示出图5所示的光学脉冲扩展器的结构。光学脉冲扩展器16可以包含分束器16n和凹面镜16a～16h。
分束器16n可以包含以高透过率使脉冲激光透过的基板。可以在该基板的第一面161涂布减反射膜、在该基板的第二面162涂布在箭头b方向具有反射率分布的部分反射膜。分束器16n可以借助于保持架16o被臂16p支承。臂16p可被移动台16q支承，移动台16q可被单轴台16r支承。
图6d和图6e是从与分束器16n的反射面垂直的方向对分束器16n、保持架16o、臂16p、移动台16q和单轴台16r进行观察得到的图。图6b、图6c和图6e表示使分束器16n等移动到与图6a和图6d不同的位置后的状态。单轴台16r可以以能够使分束器16n、保持架16o、臂16p和移动台16q沿箭头b的方向往复移动的方式来构成。单轴台16r可以由激光系统控制部31(图5)进行控制。由此，分束器16n可以按照在维持脉冲激光的入射角度的状态下能够沿箭头b的方向往复移动的方式来构成。
凹面镜16a～16h可构成延迟光学系统。各个凹面镜16a～16h可以为相互具有大致相等的焦距f的凹面镜。这些凹面镜之中，凹面镜16c、16d、16e、16f可以分别被旋转台16i、16j、16k、16m支承。旋转台16i、16j、16k、16m可以按照使各凹面镜16c、16d、16e、16f在纸面的面内旋转、能够控制各自的姿势的方式来构成。旋转台16i、16j、16k、16m可以由激光系统控制部31(图5)来控制。焦距f例如可以相当于从分束器16n到凹面镜16a的距离。
3.4光学脉冲扩展器的动作
从图中的左侧入射到分束器16n中的脉冲激光可以以高透过率透过第一面161并入射到第二面162的部分反射膜。入射到第二面162的脉冲激光可以分支成第一光路和第二光路。即，入射到第二面162的脉冲激光的一部分可以透过，在第一光路中前进，而成为第一输出脉冲p1。入射到第二面162的脉冲激光的另一部分可被反射，在第二光路中前进，而被凹面镜16a反射。
凹面镜16c、16d、16e、16f的姿势为图6a所示的状态时，被凹面镜16a反射后的脉冲激光可以依次被凹面镜16d、16e、16h、16g、16f、16c、16b反射，从图中的上侧入射到分束器16n中。从图中的上侧入射到分束器16n中的脉冲激光的一部分被反射，可以在上述第一光路中前进而成为第二输出脉冲p2。从图中的上侧入射到分束器16n中的脉冲激光的另一部分可以透过分束器16n而再次在上述第二光路中前进。
从图中的左侧入射到分束器16n中并透过该分束器16n的第一输出脉冲p1和从图中的上侧入射到分束器16n中并被反射的第二输出脉冲p2可以沿大致相同的光路轴从光学脉冲扩展器16朝向图中的右侧输出。经由凹面镜16a、16d、16e、16h、16g、16f、16c、16b的延迟光路的光路长度可以相当于凹面镜16a～16h各自的焦距f的16倍。这种情况下，当将光速设为c时，第二输出脉冲p2相对于第一输出脉冲p1的延迟时间可以为16f/c。
从图中的上侧入射到分束器16n中并透过该分束器16n的脉冲激光可以再次被凹面镜16a反射，通过与上述相同的延迟光路再次从图中的上侧入射到分束器16n中。再次从图中的上侧入射到分束器16n中的脉冲激光的一部分被反射，可以从光学脉冲扩展器16向着图中的右侧输出。通过使该动作反复，可以沿与第一和第二输出脉冲p1和p2大致相同的光路轴输出未图示的第三和第四输出脉冲，由此脉冲激光被脉冲扩展。
图6b示出凹面镜16c、16d、16e、16f的姿势与图6a不同的状态。凹面镜16c、16d、16e、16f的姿势为图6b所示的状态时，被凹面镜16a反射后的脉冲激光可以依次被凹面镜16d、16e、16f、16c、16b反射。即，可以略过凹面镜16h和16g。这种情况下的延迟光路的光路长度可以相当于凹面镜16a～16h各自的焦距f的约12倍。
图6c示出凹面镜16c、16d、16e、16f的姿势与图6a和图6b不同的状态。凹面镜16c、16d、16e、16f的姿势为图6c所示的状态时，被凹面镜16a反射后的脉冲激光可以依次被凹面镜16d、16c、16b反射。即，可以略过凹面镜16e、16h、16g和16f。这种情况下的延迟光路的光路长度可以相当于凹面镜16a～16h各自的焦距f的约8倍。
如此，根据凹面镜16c、16d、16e、16f的姿势的不同，延迟光路的光路长度可以变为8f、12f和16f。在上述的任意情况下，从图中的左侧入射到分束器16n的第二面162的脉冲激光的光束截面的转印像均可以在分束器16n的第二面162成像。通过变更延迟光路的光路长度，可以变更第二输出脉冲p2或上述第三、第四输出脉冲相对于第一输出脉冲p1的延迟时间，因而可以变更从光学脉冲扩展器16输出的脉冲激光的时间波形。旋转台16i、16j、16k、16m可以相当于本公开中的光路长度可变部。
通过使单轴台16r沿箭头b方向往复移动而使分束器16n的位置往复移动，由此可以变更分束器16n中的脉冲激光的反射率。通过变更分束器16n中的脉冲激光的反射率，可以变更第二输出脉冲p2或第三、第四输出脉冲相对于第一输出脉冲p1的强度比，因而可以变更从光学脉冲扩展器16输出的脉冲激光的时间波形。单轴台16r可以相当于本公开中的反射率可变部。
通过像上述那样改变光学脉冲扩展器16中包含的分束器的反射率和延迟光路的光路长度，可以变更第一～第四输出脉冲的脉冲时间间隔、第一～第四输出脉冲的光强度比。需要说明的是，光学脉冲扩展器16可以相当于本公开中的脉冲时间波形可变装置。
需要说明的是，在图6a～图6e中，示出了使用8枚凹面镜的示例，但本公开并不限于该例，也可以同样地配置更多的凹面镜。
关于其他方面，可以与参照图1～图3进行说明的激光退火装置相同。
3.5退火控制部的处理
3.5.1主流程
图7是示出利用图5所示的退火控制部进行的脉冲时间波形的设定处理的流程图。退火控制部45可以通过以下的处理进行基于多个照射条件的退火，计测各照射条件下的熔融状态，选定最佳的照射条件。
首先，在s100中，退火控制部45可以使分束器16n的反射率为最小，来计测脉冲激光的时间波形，计算脉冲时间宽度。由此，可以获得与从激光装置2输出并入射到光学脉冲扩展器16中之前的脉冲激光的时间波形相近的波形。关于详细处理参照图8a和图8b在下文叙述。
接着，在s110中，退火控制部45可以生成从编号n＝1到编号n＝nmax的照射条件参数，并将这些参数存储在存储器中。关于存储器参照图25在下文叙述。照射条件参数可以包含关于光学脉冲扩展器16的延迟光路的光路长度的目标值、分束器16n的反射率的目标值以及被加工物43e中的脉冲激光的能量密度的目标值的nmax种组合。关于该s110的详细处理参照图9a在下文叙述。照射条件参数可以参照图9b利用后述的数据表的形式来存储。
此处，照射条件参数可以包含脉冲时间波形生成参数以及被加工物43e中的能量密度的目标值。脉冲时间波形生成参数是为了生成脉冲时间波形所需的参数，在这种情况下，可以包含分束器16n的反射率的目标值以及光学脉冲扩展器16的延迟光路的光路长度的目标值。
接着，在s120中，退火控制部45可以将编号n的值设置为1。
接着，在s130中，退火控制部45可以将激光系统3a设定为编号n的照射条件参数。即，退火控制部45可以将光学脉冲扩展器16的延迟光路的光路长度的目标值、分束器16n的反射率的目标值、以及被加工物43e中的能量密度的目标值发送给激光系统控制部31。关于该详细处理参照图10在下文叙述。
接着，在s140中，退火控制部45可以将发光触发信号输出给激光系统控制部31。
接着，退火控制部45将处理推进到s150和s160。s150和s160的处理可以并行进行。
在s150中，退火控制部45可以利用脉冲时间波形计测部19计测从光学脉冲扩展器16输出的脉冲激光的时间波形，计算脉冲参数。脉冲参数为根据利用脉冲时间波形计测部19计测出的脉冲激光的时间波形计算的值，可以包含以下的值。
ip1、ip2、ip3：第一～第三峰的光强度
td：峰间隔
δttis：通过[∫i(t)dt]2/∫i(t)2dt计算出的脉冲时间宽度
关于计算该脉冲参数的详细处理参照图11a和图11b在下文叙述。
在s160中，退火控制部45可以基于使用光传感器44c计测出的被加工物43e的照射区域中的激光的反射率的时间变化来计测被加工物43e的熔融持续时间tm和结晶状态。结晶状态的计测可以包含有无晶化的计测。关于其详细处理参照图12a和图12b在下文叙述。
在s150和s160的处理完成后，退火控制部45可以将处理推进到s170。
在s170中，退火控制部45可以将s150和s160中的关于编号n的照射条件参数的计测结果存储在存储器中。该计测结果可以参照图9b按照后述的数据表的形式进行存储。
接着，在s180中，退火控制部45可以判定在从编号n＝1到编号n＝nmax的全部照射条件参数下计测是否结束。在全部照射条件参数下的计测未结束的情况下，退火控制部45可以将处理推进到s190。在全部照射条件参数下的计测已结束的情况下，退火控制部45可以将处理推进到s200。
在s190中，退火控制部45可以对编号n的值加1来更新编号n的值。在s190之后，退火控制部45可以将处理返回到上述的s130。
在s200中，退火控制部45可以从编号n＝1到编号n＝nmax的照射条件参数中选出最佳的照射条件参数。关于其详细处理参照图13在下文叙述。
接着，在s210中，退火控制部45可以将激光系统3a设定为选出的照射条件参数。即，可以将光学脉冲扩展器16的延迟光路的光路长度的目标值、分束器16n的反射率的目标值以及被加工物43e中的能量密度的目标值发送到激光系统控制部31中。该处理除了照射条件参数的编号不同以外，可以与上述的s130相同。
在s210之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。或者，退火控制部45可以在选出的照射条件的附近进一步设定多个精细的照射条件，再次执行本流程图的处理。
3.5.2s100的详细内容
图8a是示出图7所示的使分束器的反射率为最小来计算脉冲时间宽度的详细处理的流程图。图8a所示的处理可以作为图7所示的s100的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s101中，退火控制部45可以将分束器16n的反射率设定为最小。分束器16n的反射率可以通过利用单轴台16r的控制使分束器16n移动来进行设定。
接着，在s102中，退火控制部45可以将发光触发信号输出给激光系统控制部31。
接着，在s103中，退火控制部45可以利用脉冲时间波形计测部19来计测从光学脉冲扩展器16输出的脉冲激光的时间波形。
接着，在s104中，退火控制部45可以根据计测出的脉冲激光的时间波形计算以下的脉冲时间宽度。
δtfwhm：半值全宽
δt1/20：5％全宽
图8b示出将分束器的反射率设定为最小时从光学脉冲扩展器输出的脉冲激光的时间波形的示例。若将该脉冲激光的峰强度设为imax，则上述的δtfwhm可以是光强度为imax/2的部分的脉冲时间宽度。上述的δt1/20可以是光强度为imax/20的部分的脉冲时间宽度。
在上述的s104之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
3.5.3s110的详细内容
图9a是示出图7所示的生成照射条件参数的详细处理的流程图。图9a所示的处理可以作为图7所示的s110的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s111中，退火控制部45可以决定光学脉冲扩展器16的延迟光路的3个光路长度l1、l2、l3。延迟光路的光路长度可以在经由延迟光路的脉冲激光的延迟时间为δtfwhm以上且在δt1/20以下的范围内选定。
接着，在s112中，退火控制部45可以决定分束器16n的3个反射率r1、r2、r3。分束器16n的反射率例如可以在25％以上且在65％以下的范围内选定。分束器16n的反射率小于25％时，脉冲扩展的效果不充分，有可能表现不出参照图11b的后述的第二峰以后的峰。在分束器16n的反射率大于65％时，参照图11b的后述的第二峰的光强度与第一峰的光强度的强度比大于75％，可能无法成为理想的脉冲时间波形。
接着，在s113中，退火控制部45可以决定被加工物43e中的脉冲激光的3个能量密度的目标值f1、f2、f3。被加工物43e中的脉冲激光的能量密度的目标值可以按照成为被加工物43e的至少一部分发生熔融这样的值的方式来决定。
接着，在s114中，退火控制部45可以将s111～s113中决定的照射条件参数存储在存储器中。
图9b示出以表的形式存储照射条件参数的情况下的数据结构的示例。如上所述，在针对光学脉冲扩展器16的延迟光路的光路长度的目标值、分束器16n的反射率的目标值、以及被加工物43e中的脉冲激光的能量密度的目标值分别决定3个值的情况下，照射条件参数可以为27组。在图9b所示的表中，可以存储编号n＝1到编号n＝27的照射条件参数。
另外，在上述的s170中，在图9b所示的表中可以存储27组照射条件参数各自的计测结果。
需要说明的是，照射条件参数并不限于27组的情况，只要为2组以上即可。
在上述的s114之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
3.5.4s130的详细内容
图10是示出图7所示的将激光系统设定为照射条件参数的详细处理的流程图。图10所示的处理可以作为图7所示的s130的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s131中，退火控制部45可以读出编号n的照射条件参数。
接着，在s132中，退火控制部45可以将激光系统3a设定为读出的照射条件参数。激光系统3a的激光系统控制部31可以从退火控制部45接收照射条件参数。激光系统控制部31可以控制使光学脉冲扩展器16的凹面镜16c、16d、16e、16f分别旋转的旋转台16i、16j、16k、16m，以使得光学脉冲扩展器16的延迟光路的光路长度接近目标值。激光系统控制部31可以控制移动分束器16n的单轴台16r以使得分束器16n的反射率接近目标值。激光系统控制部31可以控制衰减器18的透过率以使得被加工物43e中的能量密度接近目标值。衰减器18可相当于本公开中的能量密度可变部。
在s132之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
3.5.5s150的详细内容
图11a是示出图7所示的计算脉冲参数的详细处理的流程图。图11a所示的处理可以作为图7所示的s150的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s151中，退火控制部45可以利用脉冲时间波形计测部19计测从光学脉冲扩展器16输出的脉冲激光的时间波形。
图11b示出从光学脉冲扩展器输出的脉冲激光的时间波形的示例。图11b所示的波形中具有最大光强度的峰可以是由从图6a中的左侧入射到分束器16n并透过该分束器16n的第一输出脉冲p1(图6a)构成的第一峰pe1。
图11b所示的波形中，除了第一峰pe1以外，还可以包含由从图6a中的上侧入射到分束器16n并被反射后的第二输出脉冲p2构成的第二峰pe2。第二峰pe2的光强度ip2可以小于第一峰pe1的光强度ip1。
从图6a中的上侧入射到分束器16n并透过该分束器16n、再次从图6a中的上侧入射到分束器16n并被反射后的第三输出脉冲可以构成第三峰pe3。第三峰pe3的光强度ip3可以小于第二峰pe2的光强度ip2。同样地，在第三峰pe3之后可以具有光强度更小的第四峰pe4和第五峰pe5。
第一峰pe1与第二峰pe2的时间差可以以峰间隔td的形式测定。第二峰pe2与第三峰pe3的时间差可以与峰间隔td大致相等。即，在延迟光路的光路长度为l的情况下，若设光速为c，则峰间隔td＝l/c。
关于使第一峰pe1的光强度ip1较大的理由，可以是由于通过第一峰pe1将被用于使被加工物发生熔融的能量施加给被加工物。但是，为了抑制激光烧蚀，优选第一峰pe1的光强度ip1不会过大。关于第二峰pe2以后的光强度小于第一峰pe1的光强度ip1即可的理由，可以是由于在第二峰pe2以后只要维持被加工物的熔融状态即可。
再次参照图11a，在s152中，退火控制部45可以根据计测出的脉冲激光的时间波形计算出以下的脉冲参数。
ip1、ip2、ip3：第一～第三峰的光强度
td：峰间隔
δttis：通过[∫i(t)dt]2/∫i(t)2dt计算出的脉冲时间宽度
在s152之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
3.5.6s160的详细内容
图12a是示出图7所示的对熔融持续时间和结晶状态进行计测的详细处理的流程图。图12a所示的处理可以作为图7所示的s160的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s161中，退火控制部45可以计测被加工物43e的照射区域中的激光的反射率的时间变化。具体地说，退火控制部45可以利用光传感器44c计测由被加工物43e的照射区域所反射的激光的反射光的光强度，基于该反射光的光强度计测反射率的时间变化。
图12b示出被加工物的照射区域中的激光的反射率的时间变化的示例。如图12b所示，在对被加工物43e照射脉冲激光之前，反射率大约可为40％。
接着，若开始向被加工物43e进行脉冲激光的照射，则被加工物43e的照射区域开始熔融。在被加工物43e的照射区域具有固体部分和液体部分时，被加工物43e的照射区域的表面形状变得复杂，反射率可能会暂时降低。
接着，若被加工物43e的照射区域被液面覆盖，则被加工物43e的照射区域的表面形状平坦化，反射率与照射脉冲激光之前相比增高，可为约70％。
若向被加工物43e的脉冲激光的照射结束，则被加工物43e的照射区域开始固化。在被加工物43e的照射区域具有固体部分和液体部分时，被加工物43e的照射区域的表面形状变得复杂，反射率可能会降低。
在被加工物43e的照射区域完全固化时被加工物43e的照射区域晶化的情况下，可以成为与照射脉冲激光之前同等的反射率。在被加工物43e的照射区域未晶化的情况下，在被加工物43e的照射区域中发生凝集、表面形状变得复杂，脉冲激光发生散射，因而反射率与照射脉冲激光之前相比降低，可为约10％。
再次参照图12a，在s162中，退火控制部45可以根据反射率的随时间的变化计算熔融持续时间tm。熔融持续时间tm可以作为反射率高于第一阈值rth1的状态所持续的时间进行计算。第一阈值rth1例如可以为约55％。
接着，在s163中，退火控制部45可以根据反射率的随时间的变化计算固化后的反射率rs。固化后的反射率可以作为熔融持续时间tm结束后经过了规定时间时的反射率进行计算。
接着，在s164中，退火控制部45可以判定固化后的反射率rs是否为第二阈值rth2以上。第二阈值rth2可以为小于第一阈值rth1的值。第二阈值rth2例如可以为约25％。
在固化后的反射率rs为第二阈值rth2以上的情况下(s164；是)，在s165中，退火控制部45判定为被加工物43e的照射区域发生了晶化，可以建立表示该判定结果的标志。具体地说，可以将变量f的值设置为1。
在固化后的反射率rs并非为第二阈值rth2以上的情况下(s164；否)，在s166中，退火控制部45判定为被加工物43e的照射区域未发生晶化，可以建立表示该判定结果的标志。具体地说，可以将变量f的值设置为0。
在s165或s166之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
3.5.7s200的详细内容
图13是示出图7所示的选出最佳照射条件参数的详细处理的流程图。图13所示的处理可以作为图7所示的s200的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s201中，退火控制部45可以将f＝1且熔融持续时间最大的照射条件参数作为最佳照射条件参数选出。将f＝1作为条件是为了选出被加工物发生晶化的照射条件。关于选出熔融持续时间最大的照射条件参数的理由，参照图14在下文叙述。
接着，在s202中，退火控制部45从上述的s170所存储的数据中读出最佳照射条件参数中的脉冲参数。
在s202之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
3.6照射条件的选定
图14是示出照射至被加工物的脉冲激光的能量密度与被加工物中形成的结晶粒径之间的关系、以及照射至被加工物的脉冲激光的能量密度与熔融持续时间之间的关系的曲线图。在图14中，示出了未使用光学脉冲扩展器的情况下的测定结果、以及如参照图5和图6a～图6e所说明的那样使用了光学脉冲扩展器的情况下的测定结果。
在未使用光学脉冲扩展器以及使用光学脉冲扩展器的任意情况下，若增大脉冲激光的能量密度，则熔融持续时间均可增长。并且，若增大脉冲激光的能量密度、增长熔融持续时间，则存在被加工物发生损害而得不到优选的大粒径的倾向。
但是，与未使用光学脉冲扩展器的情况相比，可知在使用光学脉冲扩展器的情况下，在一定程度地增加脉冲激光的能量密度、一定程度地增长熔融持续时间时，可得到优选的大粒径。
因此，在本公开中，使用光学脉冲扩展器对被加工物照射具有光强度低于第一峰的光强度的第二、第三峰的脉冲激光。并且，通过选出被加工物发生晶化的照射条件、且为熔融持续时间最大的照射条件，能够得到大粒径的多晶硅。
图15是示出优选的脉冲时间波形的示例的曲线图。图15所示的脉冲时间波形可以包含第一峰、第二峰以及第三峰。
第一峰的光强度i1优选为36mw/cm2以上且在90mw/cm2以下。
第一峰与第二峰之间的最低强度i2优选为13mw/cm2以上且在第二峰的光强度以下。
第二峰的光强度i3与第一峰的光强度i1的比例优选为74％以下。
第一峰与第二峰的时间差t4优选为12ns以上且在100ns以下，或者优选为第一峰的半值全宽以上且在第一峰的5％全宽以下。
第一峰的半值全宽t5优选为15ns以上且在50ns以下。
4.分束器的变形(第二实施方式)
图16a示出本公开第二实施方式的激光退火装置中使用的光学脉冲扩展器的结构。图16b是对于图16a所示的光学脉冲扩展器中使用的多个分束器从与这些分束器的反射面垂直的方向进行观察得到的图。
第二实施方式中使所用的光学脉冲扩展器16z中可以包含多个分束器16s、16t、16u、16v。多个分束器16s、16t、16u、16v可以具有相互不同的反射率。多个分束器16s、16t、16u、16v被保持架16w支承，保持架16w可以由步进电机16x可旋转地支承。
激光系统控制部31(图5)可以通过控制步进电机16x而能够将分束器16s、16t、16u、16v选择性地配置在脉冲激光的光路上。在分束器16s、16t、16u、16v中的任意者位于脉冲激光的光路上的情况下，可以使脉冲激光的入射角度一定、仅反射率相互不同。由此，可以变更从光学脉冲扩展器16z输出的脉冲激光的时间波形。步进电机16x可相当于本公开中的反射率可变部。
关于其他方面，可与第一实施方式相同。
5.照射条件选定的变形(第三实施方式)
图17a是示出选出本公开第三实施方式的激光退火装置中的最佳照射条件参数的详细处理的流程图。第三实施方式的激光退火装置的结构可以与第一或第二实施方式的激光退火装置的结构相同。图17a所示的处理可以作为图7所示的s200的子程序由退火控制部45来执行。
再次参照图14，在使用了光学脉冲扩展器的情况下，照射至被加工物的脉冲激光的能量密度与熔融持续时间之间的关系可以与直线b大致平行地包括熔融持续时间随着能量密度的增加而增大的部分。若进一步增加能量密度，则能量密度与熔融持续时间之间的关系可偏离直线b，熔融持续时间立即减小。并且，在能量密度与熔融持续时间之间的关系即将偏离直线b之前，结晶的粒径可大致为最大。
同样地，在不使用光学脉冲扩展器的情况下，也可由与直线a的关系进行推导。因此，在第三实施方式中，可以通过以下的处理选出最佳的照射条件参数。
在图17a的s201a中，退火控制部45可以选出f＝1且熔融持续时间为最大的照射条件参数。
接着，在s202a中，退火控制部45可以从上述的s110(图7)所存储的数据中读出与上述选出的照射条件参数的脉冲时间波形生成参数相同、且与上述选出的照射条件参数的能量密度的目标值不同的多个照射条件参数。此外，退火控制部45可以根据上述的s170所存储的数据分别读出所读出的多个照射条件参数中的熔融持续时间，求出熔融持续时间与能量密度之间的关系。即，可以使上述选出的照射条件参数的脉冲时间波形生成参数固定，而求出在使能量密度变化的情况下的熔融持续时间与能量密度之间的关系。
接着，在s203a中，退火控制部45可以根据熔融持续时间与能量密度之间的关系求出近似直线。
图17b示出熔融持续时间与能量密度之间的关系的示例。在s203a中，退火控制部45可以按照图17b所示求出近似直线。该近似直线可以针对能量密度小于熔融持续时间为最大的部分的区域求出。
接着，在s204a中，退火控制部45可以将位于近似直线上或其附近且熔融持续时间最大的照射条件参数作为最佳的照射条件参数选出。
接着，在s205a中，退火控制部45可以从上述的s170所存储的数据中读出最佳的照射条件参数中的脉冲参数。
在s205a之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
关于其他方面，可以与参照图7～图13进行说明的处理相同。但是，在第三实施方式中，在参照图9a进行说明的s113的处理中，能量密度的样品数优选大于3个。例如，能量密度的样品数优选为4个～10个左右。
根据第三实施方式，能够根据能量密度与熔融持续时间之间的关系读取晶粒径增大的条件。从而，可形成比第一或第二实施方式更好的多晶硅膜。
6.包含多个激光部的激光退火装置(第四实施方式)
6.1构成和动作
图18概略性示出本公开第四实施方式的激光退火装置的结构。在第四实施方式的激光退火装置中，激光系统3b可以具备第一、第二、第三激光部2a、2b、2c、延迟电路5、高反射镜6a、6b、以及刀口反射镜6c、6d。另外，在第四实施方式的激光退火装置中，激光系统3b也可以不具备光学脉冲扩展器。
关于其他方面，可以与第一～第三实施方式的结构相同。
第一、第二、第三激光部2a、2b、2c分别可以具备与上述的激光装置2同样的构成。各激光部可以从激光系统控制部31接收目标脉冲能量的数据。在第一、第二、第三激光部2a、2b、2c中，目标脉冲能量的数据可以相互不同。在各激光部中，可以基于接收到的目标脉冲能量的数据利用激光器控制部30设定充电器12对充电电容器c0的充电电压。
延迟电路5可以从激光系统控制部31接收延迟时间的设定数据。延迟电路5可以经激光系统控制部31接收从退火控制部45输出的发光触发信号。延迟电路5可以在接收到该发光触发信号时起经过了所设定的延迟时间的时刻，将发光触发信号依序分别输送至第一、第二、第三激光部2a、2b、2c。
高反射镜6a和刀口反射镜6c可以通过对从第一激光部2a输出的脉冲激光以高反射率进行反射来变更光路。从第一激光部2a输出并被变更了光路的脉冲激光可以与从第二激光部2b输出的脉冲激光大致平行且与其靠近地向衰减器18输出。
高反射镜6b和刀口反射镜6d可以通过对从第三激光部2c输出的脉冲激光以高反射率进行反射来变更光路。从第三激光部2c输出并被变更了光路的脉冲激光可以与从第二激光部2b输出的脉冲激光大致平行且靠近地向衰减器18输出。
从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c分别输出的脉冲激光可以经衰减器18和脉冲时间波形计测部19入射到光束均化器41。利用光束均化器41，狭缝42被科勒照明，由此这些脉冲激光的光路在狭缝42重叠，可以使狭缝42的开口部的光束的光强度分布均匀化。
6.2退火控制部的处理
6.2.1主流程
图19是示出图18所示的利用退火控制部进行的脉冲时间波形的设定处理的流程图。退火控制部45可以通过以下的处理选定最佳的照射条件。
首先，在s100b中，退火控制部45可以对从一台激光部输出的脉冲激光的时间波形进行计测，计算脉冲时间宽度。关于其详细处理参照图20在下文叙述。
其次，在s110b中，退火控制部45可以生成编号n＝1到编号n＝nmax的照射条件参数，并将这些参数存储在存储器中。关于存储器参照图25在下文叙述。照射条件参数可以包含关于从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光的脉冲时间间隔的目标值、从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光的光强度比的目标值、以及被加工物43e中的脉冲激光的能量密度的目标值的nmax组组合。关于其详细处理参照图21a和图21b在下文叙述。照射条件参数可以参照图21c利用后述的数据表的形式来存储。
此处，照射条件参数可以包含脉冲时间波形生成参数、以及被加工物中的能量密度的目标值。这种情况下的脉冲时间波形生成参数可以包含从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光的脉冲时间间隔的目标值、以及从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光的光强度比的目标值。
s120以后的处理可以与第一～第三实施方式中的处理相同。
第一、第二、第三激光部2a、2b、2c各自的目标脉冲能量的数据可以基于由退火控制部45设定的脉冲激光的光强度比的目标值利用激光系统控制部31来设定。在各激光部中，充电器12对充电电容器c0的充电电压可以按照使得从各激光部输出的脉冲激光的脉冲能量接近各目标脉冲能量的方式来进行设定。像这样来设定充电电压可以使得从各激光部输出的脉冲激光的光强度比接近上述光强度比的目标值。
发光触发信号相对于第一、第二、第三激光部2a、2b、2c各自的延迟时间的设定数据可以利用激光系统控制部31并基于由退火控制部45设定的脉冲激光的脉冲时间间隔的目标值进行设定。延迟时间可以按照使得从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c分别输出的脉冲激光的脉冲时间间隔接近上述目标值的方式来进行设定。
6.2.2s100b的详细内容
图20是示出图19所示的计算从一台激光部输出的脉冲激光的脉冲时间宽度的详细处理的流程图。图20所示的处理可以作为图19所示的s100b的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s102b中，退火控制部45可以将用于输出给第一激光部2a的发光触发信号输出给激光系统控制部31。
接着，在s103中，退火控制部45可以利用脉冲时间波形计测部19计测脉冲激光的时间波形。
接着，在s104中，退火控制部45可以根据计测出的脉冲激光的时间波形来计算以下的脉冲时间宽度。
δtfwhm：半值全宽
δt1/20：5％全宽
这些脉冲时间宽度可以与第一实施方式中的相同。
在上述的s104之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
6.2.3s110b的详细内容
图21a是示出图19所示的生成照射条件参数的详细处理的流程图。图21a所示的处理可以作为图19所示的s110b的子程序由退火控制部45来执行。
首先，在s111b中，退火控制部45可以决定从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光的3个脉冲时间间隔的目标值td1、td2、td3。脉冲时间间隔的目标值可以决定为δtfwhm以上且在δt1/20以下的范围。
接着，在s112b中，退火控制部45可以决定从第二、第三激光部2b、2c输出的脉冲激光的光强度相对于从第一激光部2a输出的脉冲激光的峰强度的3个光强度比的目标值ir1、ir2、ir3。光强度比的目标值例如决定为10％以上且在75％以下的范围。
图21b示出从激光系统3b输出的脉冲激光的时间波形的示例。通过使从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光按照脉冲时间间隔td叠加，可以以图21b所示的波形从激光系统3b输出。
相对于从第一激光部2a输出的第一脉冲，从第二激光部2b输出的第二脉冲可以具有脉冲时间间隔td的延迟。相对于从第二激光部2b输出的第二脉冲，从第三激光部2c输出的第三脉冲可以具有脉冲时间间隔td的延迟。
另外，从第二激光部2b输出的第二脉冲所构成的第二峰的光强度ip2相对于从第一激光部2a输出的第一脉冲所构成的第一峰的光强度ip1可以具有光强度比ir。
从第三激光部2c输出的第三脉冲所构成的第三峰的光强度ip3相对于从第一激光部2a输出的第一脉冲所构成的第一峰的光强度ip1可以具有光强度比ir。
如此，第二峰的光强度ip2与第三峰的光强度ip3可以大致相同。
再次参照图21a，在s113中，退火控制部45可以决定被加工物43e中的脉冲激光的3个能量密度的目标值f1、f2、f3。被加工物43e中的脉冲激光的能量密度的目标值可以按照使得成为被加工物43e的至少一部分发生熔融的值的方式来决定。
接着，在s114中，退火控制部45可以将s111b～s113中决定的照射条件参数存储在存储器中。
图21c示出以表的形式存储照射条件参数的情况下的数据结构的示例。如上所述，在针对从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光的脉冲时间间隔的目标值、从第一、第二、第三激光部2a、2b、2c输出的脉冲激光的光强度比的目标值、以及被加工物43e中的脉冲激光的能量密度的目标值分别决定3个值的情况下，照射条件参数可以为27组。在图21c所示的表中，可以存储编号n＝1到编号n＝27的照射条件参数。
另外，在s170中，在图21c所示的表中可以存储27组照射条件参数各自的计测结果。
需要说明的是，照射条件参数并不限于27组的情况，只要为2组以上即可。
在上述的s114之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
6.3作用
如上所述，在第四实施方式中，可以利用延迟电路5来设定多个激光部输出脉冲激光的定时。另外，可以通过各激光部的充电器12对充电电容器c0的充电电压来设定多个激光部所实现的脉冲激光的光强度比。由此，延迟电路5和激光部的充电器12可相当于本公开中的脉冲时间波形可变装置。
根据第四实施方式，能够分别设定多个激光部的脉冲激光的输出定时和光强度比。从而，与第一～第三实施方式相比，可提高将这些脉冲激光叠加后的脉冲激光的时间波形的自由度。
7.从外部装置接收照射条件参数的示例(第五实施方式)
7.1主流程
图22是示出本公开第五实施方式中的照射条件参数的设定处理的流程图。退火控制部45可以通过以下的处理接收从外部装置输入的照射条件参数，进行照射条件参数的设定。利用熔融计测部44进行的计测也可以不进行。
首先，在s310中，退火控制部45判定是否从外部装置输入了照射条件参数。外部装置例如可以为经网络连接的计算机系统。或者，外部装置也可以为键盘或触控面板显示屏等输入装置。
在没有从外部装置输入照射条件参数的情况下(s310；否)，退火控制部45可以待机直到被输入照射条件参数为止。在从外部装置输入了照射条件参数的情况下(s310；是)，退火控制部45可以将处理推进到s320。
在s320中，退火控制部45可以接收所输入的照射条件参数。关于该处理参照图23a和图23b在下文叙述。
接着，在s330中，退火控制部45可以将各种装置设定为接收到的照射条件参数。关于该处理，参照图24a和图24b在下文叙述。
接着，在s340中，退火控制部45可以将发光触发信号输出给激光系统控制部31。由此，脉冲激光可以被照射到被加工物。
接着，在s350中，退火控制部45判定是否变更了照射条件参数。在变更了照射条件参数的情况下(s350；是)，退火控制部45可以将处理返回至上述的s310，再次接收照射条件参数。
在照射条件参数未被变更的情况下(s350；否)，退火控制部45可以将处理推进到s360。在s360中，退火控制部45可以判定是否停止脉冲激光的照射。在不停止脉冲激光的照射的情况下(s360；否)，退火控制部45可以将处理返回至上述的s340，反复进行发光触发信号的输出。在停止脉冲激光的照射的情况下(s360；是)，退火控制部45可以结束本流程图的处理。
7.2s320的详细内容(第一例)
图23a是示出图22所示的接收照射条件参数的处理的第一示例的流程图。图23a所示的处理可以作为图22所示的s320的子程序由退火控制部45来执行。图23a所示的处理可以在上述的第一或第二实施方式中说明的通过光学脉冲扩展器16的控制变更照射条件的结构中执行。
首先，在s321中，退火控制部45可以分别接收分束器16n的反射率r的目标值和延迟光路的光路长度l的目标值。
接着，在s322中，退火控制部45可以接收能量密度f的目标值。
在s322之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理，将处理推进到图22的s330。
7.3s320的详细内容(第二例)
图23b是示出图22所示的接收照射条件参数的处理的第二示例的流程图。图23b所示的处理可以作为图22所示的s320的子程序由退火控制部45来执行。图23b所示的处理可以在上述第四实施方式中说明的通过延迟电路5和多个激光部2a～2c的控制来变更照射条件的结构中执行。
首先，在s323中，退火控制部45可以分别接收脉冲时间间隔td的目标值和光强度比ir的目标值。
接着，在s324中，退火控制部45可以接收能量密度f的目标值。
在s324之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理，将处理推进到图22的s330。
7.4s330的详细内容(第一例)
图24a是示出图22所示的设定为接收到的照射条件参数的处理的第一示例的流程图。图24a所示的处理可以作为图22所示的s330的子程序由退火控制部45来执行。图24a所示的处理可以在上述第一或第二实施方式中所说明的通过光学脉冲扩展器16的控制变更照射条件的结构中接着图23a所示的处理来执行。
首先，在s331中，退火控制部45可以按照使得分束器16n的反射率r接近接收到的目标值的方式，借助于激光系统控制部31控制单轴台16r或者步进电机16x。
接着，在s332中，退火控制部45可以按照使得延迟光路的光路长度l接近接收到的目标值的方式，借助于激光系统控制部31控制旋转台16i、16j、16k、16m。
接着，在s333中，退火控制部45可以按照使得能量密度f接近接收到的目标值的方式，借助于激光系统控制部31控制衰减器18。
在s333之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理，将处理推进到图22的s340。
7.5s330的详细内容(第二例)
图24b是示出图22所示的设定为接收到的照射条件参数的处理的第二示例的流程图。图24b所示的处理可以作为图22所示的s330的子程序由退火控制部45来执行。图24b所示的处理可以在上述第四实施方式中说明的通过延迟电路5和多个激光部2a～2c的控制来变更照射条件的结构中接着图23b所示的处理来执行。
首先，在s334中，退火控制部45可以按照使得脉冲时间间隔td接近接收到的目标值的方式，借助于激光系统控制部31控制延迟电路5。
接着，在s335中，退火控制部45可以按照光强度比ir接近接收到的目标值的方式，借助于激光系统控制部31控制多个激光部2a～2c。
接着，在s336中，退火控制部45可以按照使得能量密度f接近接收到的目标值的方式，借助于激光系统控制部31控制衰减器18。
在s336之后，退火控制部45可以结束本流程图的处理，将处理推进到图22的s340。
利用第五实施方式，即使不进行熔融计测部44的计测，也可通过来自外部装置的设定来设定照射条件参数。
8.控制部的构成
图25是示出控制部的概略性结构的框图。
上述实施方式中的退火控制部45、激光系统控制部31等控制部可以由计算机、可编程控制器等通用的控制设备来构成。例如可如下来构成。
(结构)
控制部可以由处理部1000、与处理部1000连接的存储器1005、用户界面1010、并行i/o控制器1020、串口i/o控制器1030、a/d和d/a转换器1040构成。另外，处理部1000可以由cpu1001、与cpu1001连接的存储器1002、时钟1003以及gpu1004构成。
(动作)
处理部1000可以读出存储在存储器1005中的程序。另外，处理部1000可以执行所读出的程序，或者可以依照程序的执行从存储器1005中读出数据，或者可以将数据存储在存储器1005中。
并行i/o控制器1020可以与能够经并行i/o端口通信的设备1021～102x连接。并行i/o控制器1020可以控制在处理部1000执行程序的过程中进行的经由并行i/o端口实现的基于数字信号的通信。
串行i/o控制器1030可以与能够经串行i/o端口通信的设备1031～103x连接。串行i/o控制器1030可以控制在处理部1000执行程序的过程中进行的经由串行i/o端口实现的基于数字信号的通信。
a/d和d/a转换器1040可以与能够经模拟端口通信的设备1041～104x连接。a/d和d/a转换器1040可以控制在处理部1000执行程序的过程中进行的经模拟端口实现的基于模拟信号的通信。
用户界面1010可以按照下述方式构成：显示操作员通过处理部1000进行的程序执行过程、或者在处理部1000执行操作员所发出的中止或中断程序执行的处理。
处理部1000的cpu1001可以进行程序的运算处理。存储器1002可以在cpu1001执行程序的过程中进行程序的临时存储或运算过程中的数据的临时存储。时钟1003可以计测时刻或经过时间，依照程序的执行将时刻或经过时间输出给cpu1001。gpu1004可以在图像数据被输入到处理部1000时依照程序的执行来处理图像数据，将其结果输入至cpu1001。
与并行i/o控制器1020连接的、能够经并行i/o端口进行通信的设备1021～102x可以在表示激光装置2、其他控制部等的发光触发信号或定时的信号的收发中使用。
与串行i/o控制器1030连接的、能够经串行i/o端口进行通信的设备1031～103x可以在激光装置2、光学脉冲扩展器16、衰减器18、xyz台43g、其他控制部等的数据的收发中使用。与a/d、d/a转换器1040连接的、能够经模拟端口进行通信的设备1041～104x可以为脉冲时间波形计测部19、熔融计测部44等各种传感器。
通过如上述这样构成，控制部能够执行在各实施方式中示出的动作。
上述的说明仅意在进行例示而并非进行限定。因此，对于本领域技术人员来说，显然能够在不脱离所附权利要求书的范围内对本公开的实施方式进行变更。
本说明书和附加的权利要求书整体中使用的用语应该解释为“非限定性的”用语。例如，“包含”或“所包含的”这样的用语应该解释为“不限于作为包含的内容而记载的内容”。“具有”这样的用语应该解释为“不限于作为具有的内容而记载的内容”。另外，本说明书和附加的权利要求书中记载的修饰句“1个”应该解释为“至少1个”或者“1个或1个以上”的意思。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！