激光退火方法以及激光退火裝置的制作方法

專利名稱：激光退火方法以及激光退火裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對非晶半導體膜的表面照射來自固體激光器光源的激光而使非 晶半導體膜多晶化的激光退火方法以及激光退火裝置。
背景技術：
在半導體、液晶領域中，在薄膜晶體管(TFT)的制造工序中，為了提高載 流子的遷移率，進行如下的激光退火對形itt寂及上的非晶磡莫(下面稱為a —Si膜)照射激光束，使其烙融、固化，并使其再結晶化，從而形成多晶硅。
該激光退火中，采用光學系統將從激光器光源射出的脈沖激光加工成截面 細長的矩形光束， 一邊使該矩形光束在基板上的a—Si膜上在光束的短軸方向相 對于被照射面進行相對移動一,行照射。
作為這樣的激光退火的激光器光源，過去主要采用受激準分子激光器，但 是，近些年來，將YAG、 YLF、 YV04等固##光器的基波波長變換到可見區 域加以利用的激光退火裝置受到矚目(例如，參照下述專利文獻1 3)。這是因 為，采用固體激光驗成本方面、維護方面比受激準肝激光器有利。
此外，還受到矚目的是，在多晶硅或結晶硅的器件中，還能夠在雜質的活 性化等工藝中利用固體激光器的波長變換光。
專利文獻1:特開2004—342954號公報
專利文獻2:特開2004—63924號公報
專利文獻3:特開2003 _347237號公報
在采用了固體激光器的可見光的激光退火裝置中，在矩形光束的長軸方向 對能量分布進行均勻化，但是，在矩形光束的短軸方向未進行加工地禾擁原來 光束所具有的高斯形狀的能量分布，使半導體膜的結晶在膜的面方向生長(稱 其為一個方向生長)，從而得到大粒徑的晶粒。
但是，由于一個方向生長而在晶粒中產生各向異性，此外，激光脈沖每一 次劃寸的能量的偏差對生B巨離有影響，所以難以制作各向同性的均勻的晶粒。 因此，存在晶體管特性變得不均勻這樣的問題。
此外，由于硅膜對于可見區域光的吸收系數低，所以在采用了固體激光器 的可見區域光的激光退火中，存在入射激光能量的利用效率低、結晶化時需要 大量能量、處理能力低這樣的問題。
此外，以低能量密度照射激光，使高斯形狀的能量分布的梯度變緩和，從 而抑制一個方向生B巨離，就可以采用固體激光器得到各向同性的均勻的晶粒。 但是，這樣進行低能量密度的照射時，存在處理能力越發降低的問題。
本發明是鑒于這樣的情況完成的，目的是提供一種能夠采用在成本方面以 及維護方面有利的固體激光器得到各向同性的均勻的晶粒、并且能夠提高處理 能力的激光退火方法以及激光退火裝置。
為了解決戰問題，第1發明是一種激光退火方法，將從固體激光器光源 射出的激光在非晶半導體膜的表面上聚光為矩形光束， 一邊使該矩形光束在其
短軸方向相對于非晶半導體膜進行相對移動一ii^行照射，4吏該非晶半導體膜
多晶化，其特征在于，對所述非晶半導體膜照射將所述矩形光束的短軸方向的 能量分布進行均勻化后的激光。
此外，第2發明是一種激光退火裝置，將從固體激光器光源射出的激光在
非晶半導體膜的表面上聚光為矩形光束， 一邊使該矩形光束在其短軸方向相對 于非晶半導體膜進行相對移動一M行照射，使該非晶半導體膜多晶化，其特 征在于，在所述激光的光路上具有對所述矩形光束的短軸方向的能量分布進行 均勻化的短軸方向均勻化單元。
此外，上述"矩形光束'是視覺上直線狀的光束，但是，作為細長的矩形光 束，也包含在其中。
關于采用了固體激光器的可見光的結晶化機制，通過熱凝固分析進行研究 的結果是，可知為了制作各向同性并且均勻的晶粒，需要照射某固定值以上的 能量(稱其為"有效能量')。并且，可知結晶粒徑由有效能量的入射次數決定， 有效能量以下的能量無助于晶粒的增大。過去，因為照射到非晶半導體膜上的 矩形光束的短軸方向的能量分布成高斯形狀，所以有效能量的范圍是高斯形狀
的中心部附近的極其有限的范圍，因此，如果不減慢基板的搬^iliS就不能得 到需要的照射次數。
與此相對，在上述第1及第2發明中，將矩形光束的短軸方向的能量分布均

發明內容
勻化，由此，將該能量分布從高斯形狀變形為平頂形狀。通過這樣對能量分布 進行^f》，即《頓用與過去相同的投入功率，也能夠使有效能量區域增大，因 此被照射到非晶半導體膜上的有效能量范圍也變寬，并且能夠加速基板的搬送 。因此激光退火處理能力提高。
此外，由于矩形光束的短軸方向的能量分布被均勻化，所以，不會引起結晶 的一個方向生長，從而會灘制作各向同性的均勻的晶粒。
這樣，根據上述第1及第2發明，采用在成本方面以及維護方面有利的固體 激光器，能夠得到各向同性的均勻的晶粒，并且會嫩提高處理能力。
此外，第3發明是，第2發明的優選實施方式，其特征在于，所述短軸
方向均勻化單元具有在與所述矩形光束的短軸方向相對應的方向上將所述激光 分割為多個的柱面透鏡陣列或波導、以及在所述非晶半導體膜的表面將來自該 柱面透鏡陣歹蜮波導的射出光聚光到矩形光束的短軸方向上的聚光光學系統。
此外，第4發明是，第2發明的優選實施方式，其特征在于，所述短軸
方向均勻化單元是包含衍射光學元件的光學系統。
根據，第3以及第4發明，利用短軸方向均勻化單元，在與所述矩形光
束的短軸方向相對應的方向上分害微光，在非晶半導體膜的表面上聚光為矩形 光束，因此育嫩對矩形光束的短軸方向的能量分布進行均勻化。
此外，第5發明是上述第2發明的優選實施方式，其特征在于，所述非晶 半導體膜是非晶硅膜。
根據，第5發明，ilil對非晶硅膜進行退火，從而能夠得到具有各向同 性并且均勻的晶粒的多晶硅膜，因此肖^)多制作載流子的遷移率較高的高品質薄 膜晶體管(TFT)。
此外，第6發明是上述第2發明的優選實施方式，其特征在于，在本發明 的激光退火裝置中，所述固體激光器光源是Nd:YAG激光器、Nd:YLF激光器、 Nd:YV04激光器、Nd:玻璃激光器、Yb:YAG激光器、Yb:YLF激光器、Yb:YV04
激光器、Yb:玻璃激光器中的任何一種。
根據上述第6發明，使用可靠性較高的固體激光器，從而能夠以較高的效率 實現穩定的激光能量的利用。


圖1是現有技術和本發明的有效能量的圖像圖。
圖2是表示在照射具有圖1中示出的高斯形狀的矩形光束的情況下的平均 結晶粒徑與有效育讀的入射次數1繊性的圖。
圖3是表示在照射具有圖1中示出的高斯形狀的矩形光束的情況下的有效
能量的入射次數的 31度依賴性的圖。
圖4是表示本發明第1實施方式的激光退火裝置的概要結構的圖，是X方 向(矩形光束的長軸方向)的結構圖。
圖5是表示本發明第1實施方式的激光退火裝置的概要結構的圖，是Y方 向(矩形光束的短軸方向)的結構圖。
圖6是表示本發明第2實施方式的激光退火裝置的概要結構的圖，是X方 向(矩形光束的長軸方向)的結構圖。
圖7是表示本發明第2實施方式的激光退火裝置的概要結構的圖，是Y方 向(矩形光束的短軸方向)的結構圖。
圖8是表示根據圖5中示出的短軸方向均勻化單元25將矩形光束的短軸方
向的能量分布加工成平頂形狀時的短軸能量分布形狀的圖。
圖9是表示照射了將短軸能量分布加工成平頂開沐的激光的樣品的SEM像 的圖。
圖10是表示從圖9的SEM像算出的平均粒徑與O.L.率的關系的圖。 圖11是表示喇曼半值寬度與O.L.率的關系的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖詳細說明本發明的優選實施方式。此外，各圖中共同的部分 賦予相同標記，省略重復的說明。
如上所述，在激光退火中，采用光學系統，將從激光器光源射出的脈沖激 光在形成于基板上的非晶半導體膜(例如a—Si膜)的表面聚光為矩形光束，一 邊使該矩形光束在其短軸方向相對于非晶半導體膜進行相對移動一邊進行照 射。
圖1表示，矩形光束的被照射面的短軸方向的能量分布糊犬(峰值能量 450mJ/cm2、半值寬度50pm的情況)，左側是現有技術的能量分布^1犬，右側 是本發明的能量分布形狀。這樣，在現有技術中，矩形光束的短軸方向的能量 分布是高斯開m。
本發明者發現，通過熱凝固分析對采用了固體激光器的可見光的結晶化機
制進行研究的結果是，發現為了制作各向同性并且均勻的晶粒，需要照射具有
某固定值以上的能量(將其定義為"有效能量'。)的激光。在對a—Si進行多晶 化的情況下，有效能量為430 mJ/cn^以上。此外，可知結晶粒徑由有效能量的 入射次數決定，有效能量以下的能量對晶粒的增大沒有貢獻。
在圖l的現有技術的高斯糊犬的能量分布中，在峰值能量450mJ/cm2、半值 寬度50pm的情況下，短軸方向的有效能量區域的寬度為8(Lim。
圖2示出照射具有圖1所示的高斯形狀的矩形光束的情況下的、平均結晶 粒徑的有效能量的入射次數依賴性。如圖2所示，結晶粒徑由有效能量的入射 次數決定，但是，如圖1的左側所示，有效能量以下的能量對晶粒的增大沒有貢獻。
圖3示出照射具有圖1所示的高斯形狀的矩形光束的情況下的、有效能量 的入射次數的基板搬,度依賴性。在現有技術中，由于矩形光束的短軸方向 的能量分布是高斯形狀，所以，有效能量的范圍是高斯形狀的中心部附近很小 的范圍(在圖l的例子中是8,)，因此，如果不減慢對及的 31度就不能得 到需要的照射次數。
與此相對，在本發明的激光退火方法中，對矩形光束的短軸方向的能量分 布進行均勻化并照射到非晶半導體膜上。
禾擁本發明的激光退火方法照射的矩形光束的短軸方向的能量分布形狀如 圖1的右側所示。因為這樣將矩形光束的短軸方向的能量分布進行均勻化，所 以，其能量分布從現有技術的高斯形狀變形為平頂形狀。
并且，如圖1所示，在加工前的糊犬是峰值能量450mJ/cm2、半值寬度50拜 的高斯形狀的情況下，將該矩形光束的能量分布加工成平頂形狀時，即使是相 同的&A功率也育的多使有效能量區域增大到50,。
因此，根據本發明的激光退火方法，被照射到非晶半導體膜上的有效能量范 圍也變寬，并且能夠加快基板的搬，度。在上述的例子中，是單純計算，但 是，為了得到相同直徑的晶粒，能夠使 為6.25倍。因此，激光退火的 處理能力飛躍性地提高。
此外，由于矩形光束的短軸方向的能量分布被均勻化，所以不會引起結晶的 一個方向生長，從而能夠制作各向同性并且均勻的晶粒。
因此，根據本發明，采用在成本方面以及維護方面有利的固^繊光器，鼬多
得到各向同性的均勻的晶粒，并且能夠提高處理能力。
接下來，對用來實施上述激光退火方法的激光退火裝置例示的幾個實施方 式。但是，本發明的范圍不限定于下面的實施方式的結構。
第1實施方式
圖4、圖5是表示本發明第1實施方式的激光退火裝置10的概要結構的圖，
圖4是與固體激光器光源12的光軸相垂直的一個方向(將其作為X方向)上的 結構圖，圖5是與固體激光器的光軸以及上述X方向相垂直的方向(將其作為 Y方向)上的結構圖。此外，為了容易理解，在圖4中用虛線表示僅在Y方向 上有影響的光學元件，在圖5中用虛線表示僅在X方向上有影響的光學元件。
該激光退火裝置10是如下裝置:將從固體激光器光源12射出的激光1在形 鵬織3上的非晶半導體膜的表面上聚光為矩形光束， 一邊使該矩形光束在 其短軸方向相對于非晶半導體膜進行相對移動一皿行照射，使該非晶半導體 膜多晶化。例如，使載置有基板3的基板載物臺5在矩形光束的短軸方向(在 圖4中與紙面垂直的方向)移動，從而進行J^相對移動。
在本實施方式中，基板3是玻璃基板，通過等離子體CVD法、領劃寸法等成 膜法，在i^玻璃S^反3上形成例如200nm的SiO2膜，在其上形成例如50nm 的a—Si膜。
在本實施方式中，激光退火裝置10包括:射出激光1的固體激光器光源12;
在X方向和Y方向上將來自激光器光源12的激光1放大的光束擴展器14;降 低激光1的X方向的干涉作用的X方向干涉降低光學系統18;將激光1在X 方向上分割為多個的X方向柱面透鏡陣列20;將在X方向上被分割為多個后的
激光l在被照射面上聚光的X方向聚光透鏡22;斷氐激光l的Y方向的干涉作 用的Y方向干涉降低光學系統24;將激光1在Y方向上分割為多個的Y方向 柱面透鏡陣列26;將在Y方向上被分割為多個后的激光1在被照射面上聚光的 Y方向聚光透鏡28。
固體激光器光源12例如以2 4kHz的脈沖頻率輸出脈沖激光1 。該固體激 光器光源12的種類沒有特別的限定，可以采用Nd:YAG激光器、Nd:YLF激光 器、Nd:YV04激光器、Nd:玻璃激光器、Yb:YAG激光器、Yb:YLF激光器、 Yb:YVCM敫光器、Yb:玻璃激光器中的任何一種。這些固體激光器的可靠性高， 能夠高效率地實現穩定的激光能量的利用。
此外，對于硅膜，吸收系數在330nm 800nm的可見光區域較高，所以， 作為固體激光器光源12， i^是上述的YAG激光器、YLF激光器、YVCV激光 器、玻璃激光器的射出二次諧波或三次諧波的脈沖激光l的激光器。
光束擴展器14由凹球面透鏡15和凸球面透鏡16構成，以凹球面透鏡15 對從固體激光器光源12射出的激光1進行擴徑，以凸球面16成為平行光。
下面，分X方向和Y方向進fiH兌明。首先，參照圖4，說明激光1的X方 向加工。
X方向干涉降低光學系統18由多個透明玻璃板18a構成。各透明玻璃板的 寬度(X方向尺寸)與X方向柱面透鏡陣列20的各個透鏡寬度(X方向尺寸) 相同，在X方向上配置光軸方向的長度相差比激光1的相干長度長的預定長度 的各透明玻璃板18a。禾,該X方向干涉降低光學系統18， Mil各透明玻璃板 18a的激光1的光路變得長玻璃的長度部分，所以，各個激光1產生比相干長度 長的距離的光路差，相干性的影響消失，相互不產生干涉。
由光束擴展器14放大并通過X方向干涉降低光學系統18的激光l被X方 向柱面透鏡陣列20在X方向上分割為多個。通過X方向柱面透鏡陣列20并被 分割后的激光l分別聚集在焦點上一次，然后再進行放大，利用由柱面透鏡構 成的X方向聚光透鏡22，在基板3上的被照射面上，在X方向上成像為細長的 矩形光束。這時的矩形光束長軸方向的長度例如可以為數10mm。
該矩形光^I31上述X方向柱面透鏡陣列20和X方向聚光透鏡22，從而 長軸方向的能量分布被平均化。
接下來，參照圖5，說明激光1在Y方向上的加工。Y方向干涉降低光學系 統24由多個透明玻璃板24a構成。各透明玻璃板24a的寬度(Y方向尺寸)與 Y方向柱面透鏡陣列26的各個透鏡寬度(Y方向尺寸)相同，在Y方向上配置 光軸方向的長度相差比激光1的相干長度長的預定長度的各透明玻璃板24a。利 用該Y方向干涉降低光學系統24， ilil各透明玻璃板24a的激光1的光路變得 長玻璃的長度部分，所以各個;敫光1產生比相干長度長的S巨離的光路差，相干 性的影響消失，相互不產生干涉。
由光束擴展器14放大并通過Y方向干涉降低光學系統24的激光1被Y方 向柱面透鏡陣列26在Y方向上分割為多個。通過Y方向柱面透鏡陣列26并被 分割后的激光1分別聚驗焦點上一次，然后再進行放大，利用由兩個柱面透
鏡29、 30構成的Y方向聚光透鏡28，在基板3上的被照射面上，在Y方向上 聚光為窄寬度的矩形光束。即，上述Y方向聚^f鏡28相當于技術方案中所謂 的"聚光光學系統"。
這樣聚光后的矩形光束MM上述Y方向柱面透鏡陣列26和Y方向聚光透鏡 28，從而短軸方向的能量分布被均勻化。即，在本實施方式中，Y方向柱面透 鏡陣列26和Y方向聚光透鏡28構成j數巨形光束短軸方向的能量分布均勻化的 短軸方向均勻化單元25。這時的矩形光束短軸方向的長度例如可以為數10nm， 為了進行多晶化，需要以具有有效能量以上的能量密度的方式設定。
如上所述，將從固體激光器光源12射出的激光1在形#基板3上的a— Si膜的表面上聚光為矩形光束，以各激光脈沖劃寸的照射的范圍重復的速度， 一邊利用基板載物臺5在矩形光束的短軸方向上 基板3 —邊照射激光1 ，使 a—SU莫多晶化。設定此時的基板3的搬i^I度，使得激光脈沖發射的重復照射 次數成為為了得到希望的結晶粒徑(例如250 350nm)所需的有效的能量的入 射次數。
這樣，根據第1實施方式的激光退火裝置10，使矩形光束的短軸方向的能 量分布均勻化，由此，如在圖1中說明的，育l多使矩形光束的短軸方向的能量 分布變成平頂形狀，所以，使照射到a—&膜上的有效能量范圍也變寬，并且能 夠加速基板3的禍5itil度，提高激光退火的處理能力。
此外，在上述第1實施方式中，X方向柱面透鏡陣列20和Y方向柱面透鏡 陣列26是單獨的結構，但是也可以是兼具它們二者功能的一體的透鏡陣列。
此外，盡管X方向干涉降低光學系統18和Y方向干涉降低光學系統24不 是實施本發明時必須的結構，但是，采用這樣的干涉降低光學系統，由此，在 采用相干性較高的固體激光1的情況下，也能夠降低干涉作用并均勻地照射。 此外，X方向干涉降低光學系統18和Y方向干涉降低光學系統24也可以釆用 其它公知的結構，例如，也可以采用特開2002—321081號公報中記載的結構、 或特開2004—341299號公報的圖4中記載的結構。
第2實施方式
圖6、圖7是表示本發明的第2實施方式的激光退火裝置10的概要結構的 圖，圖6是X方向的結構圖，圖7是Y方向的結構圖。
此外，為了容易理解，在圖6中用虛線表示僅在Y方向上有影響的光學元
件，在圖7中用虛線表示僅在X方向上有影響的光學元件。此外，圖6、圖7 中X方向和Y方向的意義以及與圖4、圖5相同標記的部，示與這些圖相同 的結構，適當省略其說明。
該激光退火裝置10是如下裝置:將從固體激光器光源12射出的激光1在形 鵬基板3上的非晶半導體膜(在本實施方式中是a-Si膜)的表面上聚光為矩 形光束， 一邊使該矩形光束在其短軸方向相對于非晶半導體膜進行相對移動一 皿行照射，使該非晶半導體膜多晶化。
在本實施方式中，激光退火裝置10包括:射出激光1的固體激光器光源12;
在X方向和Y方向上將來自激光器光源12的激光1放大的光束擴展器14;將 激光1導入到波導36中的入射透鏡34;將入射的激光1在X方向和Y方向上 分割為多個的波導36;將在X方向上被分割的激光1在X方向上聚光并在被照 射面上重合且進行成像的X方向端面轉印光學系統38;降低激光1的X方向干 涉作用的X方向干涉降低光學系統42;將在Y方向上被分割后的激光1在Y 方向上聚光并在被照射面上重合且進行成像的Y方向端面轉印光學系統44;以 及降低激光1的Y方向干涉作用的Y方向干涉降低光學系統48。
波導36由實心平行六面體的透明體形成，是具有沿光軸在X方向上間隔距 離且相互面對的X方向反射面36a、 36b、沿光軸在Y方向上間隔距離且相互面 對的Y方向反射面36c、 36d的光學元件，例如，由BK7、光折射玻璃等構成。 X方向和Y方向上的激光1的分割數可以根據X方向反射面36a、 36b間的距 離、Y方向反射面36c、 36d間的距離、波導36的光軸方向長度來設定。
下面，分X方向和Y方向進行說明。首先，參照圖6說明激光1的X方向 的加工。
由光束擴展器14進行放大后的激光1利用入射透鏡34導入到波導36中， 在X方向上被分割為多個。ffiil波導36并被分割后的激光1利用由兩個柱面透 鏡39、 40構成的X方向端面轉印光學系統38，被轉印到X方向上，在基板3 的被照射面上，在X方向上成像為細長的矩形光束。這時的矩形光束長軸方向 的長度例如可以為數10mm。此外，X方向端面轉印光學系統38的兩個柱面透 鏡陣列39、 40之間配置X方向干涉降低光學系統42，對被分割為多個后的激 光1賦予光路差來降低干涉作用。
i,形光^lil，波導36和X方向端面轉印光學系統38，從而長軸方向的能量分布被平均化。
接下來，參照圖7說明激光1的Y方向的加工。
由光束擴展器14進行放大后的激光1利用入射透鏡34導入到波導36中， 在Y方向上被分害U為多個。M波導36并被分割的激光1利用由兩個柱面透鏡 45、 46構成的Y方向端面轉印光學系統44，被轉印到Y方向上，在基板3上 的被照射面上，在Y方向上成像為窄寬度的矩形光束。此外，在Y方向端面轉 印光學系統44的兩個柱面透鏡45、 46之間配置Y方向干涉降低光學系統48， 對被分割為多個的激光l賦予光路差，降低干涉作用。上述Y方向端面轉印光 學系統44相當于技術方案中所謂盼'聚光光學系統'。
這樣聚光后的矩形光束ffliih述波導36和Y方向端面轉印光學系統44，從 而短軸方向的能量分布被均勻化。即，在本實施方式中，利用波導36和Y方向 端面轉印光學系統44構劍每矩形光束的短軸方向的肖遣分布均勻化的短軸方向 均勻化單元25。這時的矩形光束短軸方向的長度例如可以為數10pm，為了進 行多晶化，需要以具有有效能量以上的能量密度的方式設定。
如上所述，將從固體激光器光源12射出的激光1在形i^ESI反3上的a— &膜的表面上聚光為矩形光束，以各激光脈沖劃寸的照射范圍重復的速度，一 邊利用基板載物臺5在矩形光束的短軸方向上 基板3 —邊照射激光1 ，使a —Si膜多晶化。設定此時的基板3的 31度，使得激光脈沖發射的重復照射 次數成為為了得到所希望的結晶粒徑(例如250 350nm)所需要的有效能量的 入射次數。
這樣，使矩形光束的短軸方向的能量分布均勻化，由此，如在圖1中說明的， 肖^l對教巨形光束的短軸方向的能量分布變成平頂形狀，所以，照射到a—Si膜上 的有效能量范圍也變寬，并且能夠加速基板3的 31度，提高激光退火的處 理能力。
此外，在，第2實施方式中，由同一波導36在X方向和Y方向上分割激 光l，但是，也可以分別設置X方向分害,和Y方向分害,的波導。
此外，短軸方向均勻化單元不限于上述的第1實施方式和第2實施方式中說 明的，也可以采用其它周知的光學系統，l吏矩形光束的短軸方向的能量分布均 勻化。例如，短軸方向均勻化單元也可以是包含衍射光學元件的光學系統。省 略關于衍射光學元件的詳細說明，例如，在特開2005—217209號公報等中公開
了。對于衍射光學元件來說，以如下方式制作在石英等基板上，通過光刻工 序等形成細小的臺階差，使透過各臺階差部分的激光所形成的衍射圖形在成像 面(基板表面)上得到希望的能量分布。 實施例
下面說明本發明的實施例。
圖8是表示ffiil圖5中示出的短軸方向均勻化單元25，將矩形光束的短軸 方向的能量分布加工成平頂形狀時的短軸能量分布形狀的圖。由圖8可知，由 于最優化不充分，所以，兩端部下垂，但是確保了 75)Lim的平坦區域。
圖9是表示照射將短軸能量分布加工成平頂^)犬的激光后的a—Si膜的SEM (掃描電子顯微鏡)的像。圖10是表示對于平頂形狀和高斯形狀兩種形狀，根 據圖9的SEM像算出的平均粒徑與O丄.(overlap)率的關系的圖。所謂O.L. 率表示每次照射激光^l寸時基板所移動的距離的、相對于平坦區域(在高斯形 狀的情況下是半值寬度)的比例。
由圖IO可知，高斯開沐在O丄.率為97 98X時得到300 400nm的平均粒 徑，在平頂形狀中，即使0丄.率降低到91%，也能得到400nm以上的平均粒徑。 此外，換算為搬i^I度時，可知最大快4.4倍。
圖11是表示喇曼半值寬度的O.L.率依賴性的圖。喇曼半值寬度是表示結晶 性的指標，越接近結晶硅的半值寬度(4cm—l)，是性能越好的結晶狀態。如根 據該結果可知的那樣，平頂形狀的樣品可以得到比高斯形狀的樣品良好的結晶 狀態。
如從上面的說明中可知的那樣，根據本發明，采用在成本方面和維護方面有 利的固體激光器，能夠得到各向同性的均勻晶粒、并且能夠提高處理能力這樣 的優異的效果。
此外，在上述內容中說明了本發明的實施方式，但是上述內容中公開的本發 明的實施方式僅僅是例示，本發明的范圍不限于這些本發明的實施方式。例如， 在戰實施方式中，作為非晶半導體膜，以a-Si膜作為對象，但是也可以以其 它非晶半導體膜(例如，非晶硅鍺膜等具有非晶結構的化合物半導體膜)作為 對象。
本發明的范圍由技術方案的記載來表示，并且包含與技術方案的記載均等的 意義以及范圍內的全部變更。
權利要求
1.一種激光退火方法，將從固體激光器光源射出的激光在非晶半導體膜的表面上聚光為矩形光束，一邊使該矩形光束在其短軸方向相對于非晶半導體膜進行相對移動一邊進行照射，使該非晶半導體膜多晶化，其特征在于，對所述非晶半導體膜照射將所述矩形光束的短軸方向的能量分布進行均勻化后的激光。
2. —種激光退火裝置，將從固體激光器光源射出的激光在非晶半導體膜的 表面上聚光為矩形光束， 一邊使該矩形光束在其短軸方向相對于非晶半導體膜 進行相對移動一iiit行照射，使該非晶半導體膜多晶化，其特征在于，在所述激光的光路上具有對所述矩形光束的短軸方向的能量分布進行均勻 化的短軸方向均勻化單元。
3. 如權利要求2的激光退火裝置，其特征在于，所述短軸方向均勻化單元具有在與所述矩形光束的短軸方向相對應的方向 上將所述激光分割為多個的柱面透鏡陣列或波導、以及在所述非晶半導體膜的 表面將來自該柱面透鏡陣列或波導的射出光聚光到矩形光束的短軸方向上的聚 光光學系統。
4. 如權利要求2的激光退火裝置，其特征在于，所述短軸方向均勻化單元是包含衍射光學元件的光學系統。
5. 如權利要求2的激光退火裝置，其特征在于， 所述非晶半導體膜是非晶御莫。
6. 如權利要求2的激光退火裝置，其特征在于，所述固體激光器光源是Nd:YAG激光器、Nd:YLF激光器、Nd:YYQr激光 器、Nd:玻璃激光器、Yb:YAG激光器、Yb:YLF激光器、Yb:YV04激光器、Yb:玻璃激光器中的任何一種。
全文摘要
本發明涉及激光退火方法以及激光退火裝置。在本發明中，使照射到非晶半導體膜(非晶硅等)上的矩形光束短軸方向的能量分布均勻。利用柱面透鏡陣列(26)或波導(36)以及聚光光學系統(28，44)、或者利用包含衍射光學元件的光學系統，能夠使矩形光束短軸方向的能量分布均勻。根據本發明，被照射到非晶半導體薄膜上的有效能量范圍變寬，并且能夠加速基板(3)的搬送速度，從而提高激光退火處理能力。
文檔編號H01L21/336GK101356624SQ20068005086
公開日2009年1月28日 申請日期2006年11月7日 優先權日2006年1月13日
發明者川上隆介, 正木深雪, 河口紀仁, 西田健一郎 申請人:株式會社Ihi