激光退火装置的制作方法

1.本发明涉及激光退火装置。


背景技术：

2.薄膜晶体管(tft：thin film transistor)作为用于对液晶显示器(lcd：liquid crystal display)、有机el显示器(oled:organic electroluminescence display)等薄型显示器(fpd：flat panel display)进行有源驱动的开关元件来使用。作为薄膜晶体管(以下，称为tft)的半导体层的材料，使用非晶硅(a
‑
si：amorphous silicon)、多晶硅(p
‑
si：polycrystalline silicon)等。
3.就非晶硅而言，电子的移动容易度的指标即移动度低。因此，凭借非晶硅的话，无法完全应对在高密度/高精细化进一步发展的fpd中要求的高移动度。因此，作为fpd中的开关元件，优选由移动度远高于非晶硅的多晶硅形成沟道层。作为形成多晶硅膜的方法，已知有通过使用了准分子激光的准分子激光退火(ela:excimer laser annealing)装置向非晶硅膜照射激光来使非晶硅再次晶化而形成多晶硅的方法。
4.已知有如下技术：为了提高tft中的连结源极与漏极的方向(源极/漏极方向)上的移动度，使类单晶硅沿着源极/漏极方向进行横向(lateral)晶体生长。另外，已知有如下技术：在fpd中的显示部制作将多晶硅膜作为沟道层的tft，在制作于显示部的周边的驱动电路中制作将高移动度的类单晶硅膜作为沟道层的tft(参照专利文献1)。在该专利文献1中，公开了根据驱动电路中的开关元件的源极/漏极方向而以生长方向混合存在有第一方向的沟道层和第二方向的沟道层的方式形成的技术。在该现有技术中，对在基板上的整面形成的非晶硅膜的整面进行准分子激光退火来在基板上整面地形成多晶硅膜。此外，在该现有技术中，包括在基板上的必主要部分位进行基于沿着第一方向移动的连续振荡(cw：continuous wave)激光实现的退火来形成沿着第一方向生长的类单晶硅膜的工序、和进行基于沿着第二方向移动的cw激光实现的退火来形成沿着第二方向生长的类单晶硅膜的工序。
5.在先技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开2008
‑
41920号公报


技术实现要素：

8.本发明要解决的问题
9.如上所述，在现有技术中，作为利用横向晶体生长来形成类单晶硅膜的前处理，需要对基板上的非晶硅膜的整面进行准分子激光退火来形成多晶硅膜的工序。近年来，fpd的大型化进一步发展，在像该现有技术那样对基板整面实施了准分子激光退火的情况下，需要对形成在沟道层以外的区域中的多晶硅膜进行图案形成(patterning)和蚀刻的工序。
10.因而，在该现有技术中，存在制造成本增高的问题。另外，在该现有技术中，由于在
形成多晶硅膜时使用准分子激光退火装置且在形成类单晶硅膜时使用将cw激光器作为光源的cw激光退火装置，因此存在装置成本增高的问题。进而，在该现有技术中，由于需要大量的工序，因此存在花费生产节拍时间这样的问题。
11.本发明鉴于上述的课题而作成，其目的在于提供能够在必要的区域选择性地形成多晶硅膜、类单晶硅膜、能够降低制造成本且能够缩短生产节拍时间(tact time)的激光退火装置及激光退火方法。
12.用于解决课题的方案
13.为了解决上述的课题并达成目的，本发明的方案涉及激光退火装置，其对非晶硅膜的要进行改性的改性预定区域照射激光来使所述改性预定区域生长为晶化硅膜以进行改性，所述激光退火装置的特征在于，具备：激光光源部，其振荡出第一激光和第二激光；以及激光束照射部，其使从所述激光光源部振荡出的激光向所述非晶硅膜的表面选择性地照射，所述激光退火装置进行第一照射和第二照射，在所述第一照射中，将从所述激光光源部振荡出的所述第一激光向所述非晶硅膜照射来形成籽晶区域；在所述第二照射中，使从所述激光光源部振荡出的所述第二激光以所述籽晶区域为起点来使向所述非晶硅膜的表面照射的所述第二激光的光束点以包罗所述改性预定区域内的方式移动，从而使所述改性预定区域内的所述非晶硅膜改性成为所述晶化硅膜。
14.作为上述方案，优选所述改性预定区域是薄膜晶体管的沟道层区域。
15.作为上述方案，优选所述第一照射设定为使所述非晶硅膜作为籽晶发生微晶化的条件的能量，所述第二激光是连续振荡激光，所述第二照射使连续振荡激光连续照射。
16.作为上述方案，优选所述激光光源部具备振荡出连续振荡激光的光源，在进行所述第一照射时，对从所述光源连续振荡出的激光进行脉冲化来振荡出所述第一激光，在进行所述第二照射时，将从所述光源振荡出的连续振荡激光直接振荡出来。
17.作为上述方案，优选所述激光光源部具备彼此不同的光源，所述第一照射和所述第二照射使用彼此不同的光源。
18.作为上述方案，优选所述改性预定区域是矩形形状，所述第一照射沿着所述改性预定区域中的彼此平行的一对边中的一边来形成一列的所述籽晶区域，所述第二照射使所述第二激光的光束点以所述一列的所述籽晶区域为起点而朝向所述改性预定区域中的彼此对置的所述一对边中的另一边移动。
19.作为上述方案，优选所述改性预定区域是矩形形状，所述第一照射在所述改性预定区域中的一个角部形成所述籽晶区域，所述第二照射使所述第二激光的光束点以形成于所述角部的所述籽晶区域为起点，从包含所述一个角部在内的边到与包含所述一个角部在内的边彼此平行的一对边中的另一边为止，呈锯齿状地移动。
20.作为上述方案，优选所述激光束照射部具备空间光调制器，所述空间光调制器使从所述激光光源部振荡出的激光选择性地反射而使激光束向所述改性预定区域内选择性地照射。
21.作为上述方案，优选所述空间光调制器构成为多个微反射镜呈矩阵状配置，所述空间光调制器以能够将所述微反射镜分别独立地切换为向所述非晶硅膜的表面照射激光束的照射状态和非照射状态的方式被选择驱动。
22.作为上述方案，优选在所述空间光调制器与所述非晶硅膜之间配置有投影透镜，
所述空间光调制器设置成能够绕着所述投影透镜的光轴或者铅垂轴进行旋转，所述空间光调制器能够沿着使来自所述微反射镜的激光束的投影区域在所述改性预定区域内成为稠密的朝向位移，以便在使所述第二激光的光束点移动时不反映出所述微反射镜彼此的间隙。
23.作为上述方案，优选从多晶硅膜、类单晶硅膜中选择所述晶化硅膜。
24.作为本发明的另一方案，涉及激光退火方法，其对非晶硅膜的要进行改性的改性预定区域照射激光来使所述改性预定区域生长为晶化硅膜以进行改性，所述激光退火方法的特征在于，包括：第一照射工序，在该第一照射工序中，对所述非晶硅膜进行用于形成籽晶区域的第一激光的照射；以及第二照射工序，在该第二照射工序中，使第二激光的光束点以所述籽晶区域为起点向所述非晶硅膜的表面以包罗所述改性预定区域内的方式移动来进行照射，从而使所述改性预定区域内的所述非晶硅膜改性成为所述晶化硅膜。
25.作为上述方案，优选所述改性预定区域是薄膜晶体管的沟道层区域。
26.作为上述方案，优选所述第一照射工序的所述第一激光的照射中的照射能量设定为使所述非晶硅膜作为籽晶发生微晶化的条件，所述第二照射工序的所述第二激光的照射使用连续振荡激光来连续照射。
27.作为上述方案，优选对在所述第二照射工序中使用的所述连续振荡激光进行脉冲化来作为所述第一激光进行照射。
28.作为上述方案，优选在所述第一照射工序和所述第二照射工序中，使用彼此不同的光源。
29.作为上述方案，优选所述改性预定区域是矩形形状，在所述第一照射工序中，沿着所述改性预定区域中的彼此平行的一对边中的一边来形成一列的所述籽晶区域，在所述第二照射工序中，使所述第二激光的光束点以所述一列的所述籽晶区域为起点，朝向所述改性预定区域中的彼此对置的所述一对边中的另一边移动。
30.作为上述方案，优选所述改性预定区域是矩形形状，在所述第一照射工序中，在所述改性预定区域中的一个角部形成所述籽晶区域，在所述第二照射工序中，使所述第二激光的光束点以形成于所述角部的所述籽晶区域为起点，从包含所述一个角部在内的边到与包含所述一个角部在内的边彼此平行的一对边中的另一边为止，呈锯齿状地移动。
31.作为上述方案，优选所述第一照射工序和所述第二照射工序使用空间光调制器来进行，其中，所述空间光调制器使激光选择性地反射而使激光束向所述改性预定区域内选择性地照射。
32.作为上述方案，优选所述空间光调制器构成为多个微反射镜呈矩阵状配置，所述空间光调制器以能够将所述微反射镜分别独立地切换为向所述非晶硅膜的表面照射激光束的照射状态和非照射状态的方式被选择驱动。
33.作为上述方案，优选所述空间光调制器沿着使来自所述微反射镜的激光束的投影区域在所述改性预定区域内成为稠密的朝向配置，以便在使所述第二激光的光束点相对所述改性预定区域移动时不反映出所述微反射镜彼此的间隙。
34.作为上述方案，优选从多晶硅膜、类单晶硅膜中选择所述晶化硅膜。
35.发明效果
36.根据本发明的激光退火装置及激光退火方法，能够在必要的区域选择性地形成多
晶硅膜、类单晶硅膜，能够削减制造工序数来降低制造成本，能够缩短生产节拍时间。
附图说明
37.图1是本发明的第一实施方式的激光退火装置的简要结构图。
38.图2是示意性地表示本发明的第一实施方式的激光退火装置中的微反射镜的配置例的说明图。
39.图3是从照射的激光的功率密度条件和非晶硅膜(被处理基板)侧的扫描速度条件的观点示出对非晶硅膜照射激光时形成的结晶结构成立的区域的对应关系。
40.图4是表示在使用了本发明的第一实施方式的激光退火装置的激光退火方法的第一实施例中形成籽晶区域的第一照射的工序的说明图。
41.图5是表示在使用了本发明的第一实施方式的激光退火装置的激光退火方法的第一实施例中将通过第一照射的工序形成的籽晶区域作为起点来进行第二照射的工序的说明图。
42.图6是表示在使用了本发明的第一实施方式的激光退火装置的激光退火方法的第一实施例中通过第二照射的工序将改性预定区域全部改性为类单晶硅膜的状态的说明图。
43.图7是表示在使用了本发明的第一实施方式的激光退火装置的激光退火方法的第二实施例中形成籽晶区域的第一照射的工序的说明图。
44.图8是表示在使用了本发明的第一实施方式的激光退火装置的激光退火方法的第二实施例中将通过第一照射的工序形成的籽晶区域作为起点来进行第二照射的工序的说明图。
45.图9是表示在使用了本发明的第一实施方式的激光退火装置的激光退火方法的第二实施例中通过第二照射的工序将改性预定区域全部改性为类单晶硅膜的状态的说明图。
46.图10是本发明的第二实施方式的激光退火装置的简要结构图。
47.图11是概念性地示出在本发明的第三实施方式的激光退火装置中使从数字微反射镜设备选择性地照射的光束点相对改性预定区域移动时的激光束的投影区域和数字微反射镜设备的配置状态的说明图。
具体实施方式
48.以下，基于附图来说明本发明的实施方式的激光退火装置的详细情况。但应留意的是，附图是示意性的，各构件的数目、各构件的尺寸、尺寸的比率、形状等与实际不同。另外，在附图彼此之间也包括彼此的尺寸的关系、比率或形状不同的部分。
49.本发明的激光退火装置具备振荡出激光的激光光源部和使从该激光光源部振荡出的激光向非晶硅膜的表面选择性地照射的激光束照射部，该激光退火装置能够同时进行第一照射和第二照射，其中，在第一照射中，将从激光光源部振荡出的第一激光向非晶硅膜照射来形成籽晶区域，在第二照射中，使从激光光源部振荡出的第二激光以籽晶区域为起点来使向非晶硅膜的表面照射的第二激光的光束点包罗改性预定区域内地移动，从而使改性预定区域内的所述非晶硅膜改性成为晶化硅膜。
50.本发明的激光退火方法包括：第一照射工序，在该第一照射工序中，对非晶硅膜进行用于形成籽晶区域的第一激光的照射；以及第二照射工序，在该第二照射工序中，使第二
激光的光束点以籽晶区域为起点向非晶硅膜的表面以包罗改性预定区域内的方式移动来进行照射，而使改性预定区域内的非晶硅膜改性成为晶化硅膜。
51.[第一实施方式]
[0052]
在进行激光退火装置的结构的说明之前，对利用激光退火装置进行退火处理的被处理基板的一例进行说明。如图1所示，被处理基板1具备：玻璃基板2；在该玻璃基板2的表面彼此平行地配置的多个栅极布线3；形成在玻璃基板2及栅极布线3上的栅极绝缘膜4；以及整面地堆积在该栅极绝缘膜4上的非晶硅膜5。该被处理基板1最终会成为制入有薄膜晶体管(tft)等的tft基板。如图4至图6所示，在本实施方式中，被处理基板1在激光退火处理中被沿着栅极布线3的长度方向(输送方向t)输送。
[0053]
如图4至图6所示，在成膜于栅极布线3的上方的非晶硅膜5上设定有最终会成为tft的沟道层区域的矩形形状的改性预定区域6。该改性预定区域6沿着栅极布线3设定有多个。该改性预定区域6的宽度尺寸w(参照图4)设定为与要制作的tft的沟道层的宽度尺寸大致相同的尺寸。
[0054]
(激光退火装置的简要结构)
[0055]
以下，使用图1至图3来说明本实施方式的激光退火装置10的简要结构。如图1所示，激光退火装置10具备基台11、激光光源部12、激光束照射部13和控制部14。
[0056]
基台11具备未图示的基板输送机构。在该激光退火装置10中，在将被处理基板1配置于基台11上的状态下通过未图示的基板输送机构朝向输送方向(扫描方向)t进行输送。如图4至图6所示，该输送方向t是与栅极布线3的延伸方向相同的方向。即，在本实施方式中，在退火处理时不移动激光束照射部13而使被处理基板1移动。
[0057]
如图1所示，激光光源部12具备：振荡出连续振荡激光(cw激光)的作为光源的cw激光源15；对该cw激光进行脉冲化来产生作为第一激光的cw激光脉冲光的脉冲发生器16；以及将上述的连续振荡激光、cw激光脉冲光朝向激光束照射部13侧射出的光射出部17。该激光光源部12设定为能够进行将作为第二激光的cw激光直接射出以及将作为第一激光的cw激光脉冲光射出这两个种类的激光的射出，其中，第一激光通过对从cw激光源15射出的cw激光进行脉冲化而得到。在激光光源部12中，从光射出部17朝向激光束照射部13中的后述的数字微反射镜设备18侧射出激光束lb。
[0058]
作为cw激光源15，可以使用半导体激光器、固体激光器、液体激光器、气体激光器等各种激光器。
[0059]
激光束照射部13通过未图示的支承框架等配置在基台11的上方。激光束照射部13具备作为空间光调制器的数字微反射镜设备(dmd：digital micro
‑
mirror device,texas instruments公司的注册商标)18、挡板(damper)(吸收器、absorber)19、微透镜阵列20和投影透镜21。
[0060]
如图1及图2所示，数字微反射镜设备(以下，称为dmd)18具备驱动基板(cmos基板)22和多个微反射镜(薄膜反射镜)23(23a～23f：针对a～f这几个列分别附加六个符号)。在本实施方式中，为了便于说明，将微反射镜23的数目设为36来进行说明，但实际的数目为几十万个以上。微反射镜23形成为一边的长度为十几μm这种程度的正方形状。在驱动基板22上呈矩阵状地配置有多个像素区域，在各像素区域中构成cmos sram单元。
[0061]
微反射镜23在驱动基板22上与各cmos sram单元对应地配置。微反射镜23通过
mems(micro electro mechanical systems)技术来设置。各微反射镜23设置为能够向两个位置移动。具体而言，能够向相对于基板面例如呈 10度的角度和
‑
10度的角度的两个位置进行旋转移动。微反射镜23以与来自cmos sram单元侧的输出数据对应而向上述两个位置位移的方式被驱动。
[0062]
如图1所示，激光束lb从激光光源部12侧向构成阵列的多个微反射镜23统一入射。并且，各微反射镜23(23a～23f)设定为通过选择性地向上述的两个位置移动来将激光束lb的一部分的激光向两个方向反射。
[0063]
上述两个方向中的一个方向是使激光束lb的一部分的激光朝向挡板19的方向，两个方向中的另一个方向是使激光束lb的一部分的激光朝向被处理基板1的表面的方向。
[0064]
在图1中，将从dmd18的规定列中的各微反射镜(23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6)反射后的激光用六根激光束lbd1、lbd2、lbd3、lbd4、lbd5、lbd6示意性地示出。在本实施方式中，使用的是具备微反射镜23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6的列，但也可以使用其他列的微反射镜23。
[0065]
挡板19配置于如下位置，该位置是在微反射镜23处于关闭状态(例如相对于驱动基板22的角度为
‑
10度的状态、非照射状态)时接受由关闭状态的微反射镜23反射来的激光的位置。
[0066]
微透镜阵列20例如可以使用复眼透镜等。
[0067]
微透镜阵列20设定为将由打开状态(例如相对于驱动基板22的角度为 10度的状态、照射状态)的微反射镜23反射来的激光束lbd(lbd1～lbd6等)在保持光束的独立的状态下导向投影透镜21。投影透镜21设定为使导入的激光束lbd(lbd1～lbd6等)在保持光束的独立的状态下在被处理基板1的表面成像。
[0068]
控制部14进行设置于基台11的未图示的基板输送机构、激光光源部12和dmd18的控制。具体而言，控制部14设定为对未图示的基板输送机构进行驱动控制来使被处理基板1朝向输送方向t以规定的速度移动。另外，控制部14设定为被从未图示的位置检测机构输入被处理基板1中的改性预定区域6(参照图4至图6)的位置信息。
[0069]
另外，控制部14设定为对激光光源部12和激光束照射部13进行驱动控制来对被处理基板1进行第一照射和第二照射。
[0070]
在进行第一照射时，控制部14使作为第一激光的脉冲激光从激光光源部12射出。在本实施方式中，该脉冲激光的输出设定为比较低的能量。
[0071]
在进行第二照射时，控制部14使作为第二激光的cw激光连续地从激光光源部12射出。在本实施方式中，cw激光的输出设定得比较高。在不进行第一照射及第二照射时，将激光光源部12设定为关闭或者将dmd18中的所有的微反射镜23(23a～23f)设定为使激光束lb朝向挡板19而反射的关闭状态。
[0072]
控制部14设定为基于改性预定区域6的上述位置信息数据而在改性预定区域6相对于基台11到达了规定的位置时向dmd18输出驱动信号。被输入了上述驱动信号的dmd18被控制为将规定列的微反射镜23(例如23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6)设为打开状态。
[0073]
当上述的多个微反射镜23成为打开状态时，从激光光源部12射出的脉冲激光构成的激光束lb由上述的微反射镜23(23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6)反射而向被处理基板1的表面入射。
[0074]
从各微反射镜23反射来的激光束lbd1、lbd2、lbd3、lbd4、lbd5、lbd6向改性预定区域6中的规定区域(例如周缘部)投影光束点(第一照射)。通过对非晶硅膜5进行第一照射，由此能够例如如图4所示那样在改性预定区域6的规定位置处形成籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6等。需要说明的是，在本实施方式中，为了形成上述的籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6等，设定为会发生微晶化的条件的能量及被处理基板1的扫描速度。
[0075]
另外，控制部14设定为基于上述位置信息来对激光光源部12及激光束照射部13进行驱动控制以对改性预定区域6进行第二照射。具体而言，使作为第二激光的cw激光的光束点以上述的籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6等为起点来向非晶硅膜5的表面投影。之后，以使光束点的轨迹包罗改性预定区域6内地移动的方式进行设定。需要说明的是，针对利用第二照射使cw激光的光束点以包罗改性预定区域6的方式移动的方法，在后述的退火方法的第一实施例及第二实施例中进行说明。
[0076]
以通过该第二照射来使改性预定区域6内的非晶硅膜5成为作为晶化硅膜的类单晶(以下，也称为横向结晶)硅膜5b的方式进行条件设定。需要说明的是，在该第二照射中，控制部14进行控制以使从cw激光源15振荡出的cw激光不经由脉冲发生器16地直接从光射出部17连续照射。
[0077]
图3是从照射的激光的功率密度条件和非晶硅膜(被处理基板)侧的扫描速度条件的观点示出对非晶硅膜5照射激光时形成的结晶结构成立的条件的区域的对应关系(map)。本实施方式的激光退火装置10具备保存有图3所示的内容的对应关系的未图示的存储机构。控制部14随时参照该对应关系来进行第一照射和第二照射。
[0078]
具体而言，控制部14在进行第一照射时以使被处理基板1的扫描速度及从激光光源部12射出的脉冲激光pl(参照图4)的功率密度成为图3所示的对应关系中的微晶区域成立的条件的方式进行控制。控制部14在进行第二照射时以使被处理基板1的扫描速度及从激光光源部12射出的cw激光cwl(参照图5)的功率密度成为图3所示的对应关系中的横向结晶(类单晶)区域成立的条件的方式进行控制。
[0079]
以上，对本实施方式的激光退火装置10的结构进行了说明，以下，使用激光退火装置10来对激光退火方法的第一及第二实施例以及与各实施例的方法相伴的动作进行说明。
[0080]
(激光退火方法的第一实施例)
[0081]
图4至图6示出使用了本实施方式的激光退火装置10的激光退火方法的第一实施例中的各工序。首先，在激光退火装置10中，使被处理基板1沿着输送方向t以规定的扫描速度行进。
[0082]
〈激光退火方法的第一实施例中的第一照射工序〉
[0083]
图4示出第一照射的工序。激光退火装置10的控制部14基于改性预定区域6的位置信息而在改性预定区域6到达了规定的位置时向dmd18输出驱动信号。被输入了上述驱动信号的dmd18基于驱动信号来将预先设定好的列的微反射镜23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6设为打开状态。
[0084]
图4示出构成列的多个微反射镜23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6处于打开状态(对打开状态的微反射镜23标注斜线)。
[0085]
在该状态下，从激光光源部12输出的脉冲激光构成的激光束lb成为被上述的微反射镜23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6反射了的激光束lbd1、lbd2、lbd3、lbd4、lbd5、lbd6。
这些激光束lbd1、lbd2、lbd3、lbd4、lbd5、lbd6是图4所示的脉冲激光pl，以在改性预定区域6的一边部(输送方向t的下游侧的缘部)附近构成一列的方式入射。其结果是，如图4所示，沿着改性预定区域6的输送方向t的下游侧端缘部形成籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6。上述的籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6是通过非晶硅膜5变化为微晶硅而成的区域。
[0086]
〈激光退火方法的第一实施例中的第二照射工序〉
[0087]
图5及图6示出第二照射的工序。在上述第一照射工序结束之后，控制部14立刻基于改性预定区域6的位置信息，对激光光源部12及激光束照射部13进行驱动控制来对改性预定区域6开始第二照射。
[0088]
如图5所示，该第二照射工序使作为第二激光的cw激光cwl的光束点以上述的籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6为起点向非晶硅膜5的表面投影来进行退火。图5及图6示出也在第二照射中使用的多个微反射镜23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6的打开状态(对打开状态的微反射镜23标注格子状的斜线)。此时，构成籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6的微晶硅作为籽晶发挥功能，能够促进非晶硅膜5发生类单晶(横向结晶)化而形成优质的类单晶硅膜5b。
[0089]
如图6所示，进行第二照射直至各cw激光cwl的光束点的轨迹到达改性预定区域6的输送方向t的上游侧的缘部(一边)为止。其结果是，如图6所示，能够以大致包罗改性预定区域6内的方式生长出类单晶硅膜5b。
[0090]
就通过该第一激光退火方法形成的类单晶硅膜5b而言，以籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6为起点而从输送方向t的下游侧朝向上游侧地实施退火。因此，在形成的类单晶硅膜5b中，存在沿着输送方向t的移动度(电子移动度)比与输送方向t正交的方向上的移动度大的倾向。然而，通过在图3所示的对应关系的条件范围内选定例如第二照射中的功率密度、扫描速度，由此能够形成具有方向依赖性小的移动度的类单晶硅膜5b。
[0091]
需要说明的是，如图4至图6所示，在该激光退火方法的第一实施例中，以籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6彼此隔开间隔的方式进行了绘制，但可以根据脉冲激光pl的光束点的大小、微反射镜23的配置密度等设置成没有边界的籽晶区域。
[0092]
另外，在图5及图6中，为了便于说明，以籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6在形成类单晶硅膜5b之后大量残存的方式进行了绘制。通过设定以这些籽晶区域5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6为起点来进行第二照射的条件，能够使大部分类单晶化。
[0093]
(激光退火方法的第二实施例)
[0094]
图7至图9示出使用了本实施方式的激光退火装置10的激光退火方法的第二实施例中的各工序。首先，在激光退火装置10中，使被处理基板1沿着输送方向t以规定的扫描速度行进。
[0095]
〈激光退火方法的第二实施例中的第一照射工序〉
[0096]
图7示出第一照射工序。激光退火装置10的控制部14基于改性预定区域6的位置信息而在改性预定区域6到达了规定的位置时，向dmd18输出驱动信号。被输入了上述驱动信号的dmd18基于驱动信号，仅将预先设定好的列中的一个微反射镜23a1设为打开状态。
[0097]
图7示出微反射镜23a1处于打开状态(对打开状态的微反射镜23标注斜线)。在该状态下，从激光光源部12射出的脉冲激光构成的激光束lb成为由微反射镜23a1反射的激光
束lbd1。
[0098]
激光束lbd1是图7所示的脉冲激光pl，向改性预定区域6的一个角部(输送方向t的下游侧的一边的宽度方向上的一端部)入射。其结果是，如图7所示，在上述角部形成籽晶区域5a1。该籽晶区域5a1是非晶硅膜5变化为微晶硅而成的区域。
[0099]
〈激光退火方法的第二实施例中的第二照射工序〉
[0100]
图8及图9示出第二照射工序。在上述第一照射工序结束之后，控制部14立刻基于改性预定区域6的位置信息，对激光光源部12及激光束照射部13进行驱动控制来对改性预定区域6开始第二照射。
[0101]
如图8所示，该第二照射工序使作为第二激光的cw激光cwl的光束点以上述的籽晶区域5a1为起点向非晶硅膜5的表面投影来进行退火。图8及图9示出第二照射中使用的、构成列的多个微反射镜23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6中的任一个的打开状态(对打开状态的微反射镜23标注格子状的斜线)。
[0102]
需要说明的是，在图8中，仅微反射镜23a2处于打开状态，在图9中，仅微反射镜23a6处于打开状态。
[0103]
在该第二照射中，将籽晶区域5a1作为起点，以沿着输送方向t的下游侧的一边的宽度方向使来自依次相邻的微反射镜23的cw激光cwl逐渐连续的方式进行宽度方向的退火。即，构成一列的微反射镜23a1、23a2、23a3、23a4、23a5、23a6依次连锁地轮换成为打开状态而沿着改性预定区域6的宽度方向进行第二照射。
[0104]
其结果是，通过cw激光cwl使得非晶硅膜5生长成为类单晶硅膜5b。此时，由于cw激光cwl的激光束的移动沿着改性预定区域6的宽度方向，因此在该时刻下宽度方向的移动度大于输送方向t的移动度。
[0105]
之后，在cw激光cwl到达了改性预定区域6的宽度方向的端部时，以使cw激光cwl朝向改性预定区域6的宽度方向的另一端部的方式连锁地轮换微反射镜23的打开状态。在此期间，由于被处理基板1以规定的扫描速度一点点地行进，因此cw激光cwl的光束点相对地向输送方向t的上游侧一点点地移动。
[0106]
在该折返的第二照射工序中，由于具有cw激光cwl的光束点也在输送方向t上移动的要素，因此通过第二照射工序生长的类单晶硅膜5b的移动度在输送方向t上也会增大。通过使这样的第二照射遍及改性预定区域6的整个宽度地呈锯齿状移动，由此移动度的各向异性小，能够获得高移动度的类单晶硅膜5b。如图9所示，进行第二照射直至cw激光cwl的光束点的轨迹到达改性预定区域6的输送方向t的上游侧的缘部为止。其结果是，能够使类单晶硅膜5b以包罗改性预定区域6内的整体的方式生长。
[0107]
该激光退火方法的第二实施例中形成的类单晶硅膜5b以籽晶区域5a1为起点一边呈锯齿状移动一边生长，因此能够以使沿着输送方向t的移动度μ和与输送方向t正交的方向上的移动度成为同等的值的方式形成。因而，能够在被处理基板1上制作可与所有的方向的tft对应的沟道层区域。
[0108]
(第一实施方式的激光退火装置、激光退火方法的效果)
[0109]
以下，对第一实施方式的激光退火装置10及激光退火方法的效果进行说明。
[0110]
在本实施方式的激光退火装置10中，能够实现在一个装置内进行制作籽晶的工序和以该籽晶为起点横向生长来形成类单晶硅膜5b的工序。
[0111]
在本实施方式的激光退火装置10中，能够在必要的区域选择性地形成类单晶硅膜、多晶硅膜，能够削减制造工序数来降低制造成本，能够缩短生产节拍时间。
[0112]
尤其是，在本实施方式的激光退火装置10中，作为脉冲激光pl，使用的是将cw激光cwl利用脉冲发生器16脉冲化而得到的激光，因此具有如下效果：能够在一个激光光源部12中实现脉冲激光pl和cw激光cwl，能够利用一个装置顺畅地进行第一照射工序和第二照射工序。
[0113]
根据本实施方式的激光退火装置10，由于改性预定区域6是tft的沟道层区域，因此能够将经由第二照射形成的类单晶硅膜5b直接作为沟道层区域来使用。因而，根据本实施方式，无需光刻工序或湿式蚀刻工序等图案形成工序、图案形成工序后的冲洗/清洗工序等，能够大幅削减tft基板的制造工序。
[0114]
在本实施方式中，通过在第二照射工序中以一列的籽晶区域5a(5a1、5a2
…
)为起点来使cw激光cwl的激光束相对于改性预定区域6相对地向输送方向t移动，由此能够形成沿一方向生长的类单晶硅膜5b。
[0115]
这种情况下，也可以通过设定第二照射的条件来将移动度的各向异性控制得小。
[0116]
在本实施方式中，通过在第二照射工序以一个籽晶区域5a1为起点来使cw激光cwl的激光束相对于改性预定区域6呈锯齿状地移动来形成类单晶硅膜5b，由此能够获得移动度的各向异性更小的优质的沟道层区域。
[0117]
在本实施方式中，通过使用dmd18作为空间光调制器，由此能够仅通过微反射镜23的打开/关闭动作来使激光束相对于改性预定区域6的宽度方向逐渐连续地进行退火。因此，无需使被处理基板1沿着宽度方向移动或者使激光束照射部13沿着被处理基板1的宽度方向移动。
[0118]
[第二实施方式]
[0119]
图10是本发明的第二实施方式的激光退火装置10a的简要结构图。该激光退火装置10a具备第一激光光源部12a和第二激光光源部12b来作为激光光源部。第一激光光源部12a具备脉冲激光源25和光射出部26。第二激光光源部12b具备cw激光源15和光射出部17。
[0120]
在本实施方式的激光退火装置10a中，设定为使用第一激光光源部12a来进行第一照射工序且使用第二激光光源部12b来进行第二照射工序。本实施方式的激光退火装置10a的其他的结构与上述的第一实施方式的激光退火装置10相同，因此省略说明。
[0121]
[第三实施方式]
[0122]
图11示出本发明的第三实施方式的激光退火装置的主要部分。
[0123]
在本实施方式中，dmd18a为了在第二照射工序中使第二激光的光束点从沿着与改性预定区域6的输送方向t呈直角的方向延伸的一对边中的一方(输送方向t的下游侧)朝向另一方(输送方向t的上游侧)移动时不反映出微反射镜彼此的间隙，而以使来自微反射镜24的激光束的投影在改性预定区域6内稠密的方式配置。尤其是在图11的dmd18a中，通过选择用符号24s表示的微反射镜，由此使来自上述的微反射镜的激光束的投影在改性预定区域6内稠密。
[0124]
在本实施方式中，dmd18a设置成能够进行旋转移动。在本实施方式中，还在dmd18与非晶硅膜5之间配置有投影透镜21。dmd18设置成能够绕着该投影透镜21的光轴或者铅垂轴进行旋转。因而，为了在使第二激光的光束点移动时不反映出微反射镜23彼此的间隙，
dmd18能够位移成为使来自微反射镜23的激光束的投影区域在改性预定区域6内稠密这样的朝向。就本实施方式这样的结构而言，dmd18a的微反射镜24的数量少，在微反射镜24彼此空出有间隔等情况下是有利的。另外，通过这样设计成能够使dmd18进行位移，由此能够根据用途来切换与输送方向(扫描方向)t正交的方向上的微反射镜23的间距。需要说明的是，在第一实施方式的激光退火装置10中，也可以设置成dmd18能够像本实施方式那样进行旋转位移的结构。
[0125]
[其他的实施方式]
[0126]
以上，对实施方式进行了说明，但不应理解构成本实施方式的公开的一部分的论述及附图会限定本发明。在这些公开的基础上，各种各样的替代实施方式、实施例及运用技术对本领域技术人员来说也是显而易见的
[0127]
例如，在上述的各实施方式中，使用了dmd18、18a，但作为空间光调制器，也可以使用具有光阀(light shutter)功能的液晶单元、光栅光阀(glv：grating light valve、硅光机械公司的注册商标)、薄膜微反射镜阵列(tma：thin
‑
film micro mirror array)等。
[0128]
在上述的各实施方式中，作为空间光调制器，使用了dmd18、18a，但也可以设计成不使用空间光调制器而使用使激光束移动的其他的光束移动机构的结构。
[0129]
在上述的各实施方式中，设计成使被处理基板1移动的结构，但当然也可以设计成固定被处理基板1的位置且使激光束照射部13移动的结构。
[0130]
在上述的第一实施方式中，使用脉冲发生器16来产生脉冲激光pl，但也可以通过使微反射镜23高速振动进行脉冲宽度调制来设为适合于第一照射工序的低能量密度。
[0131]
在上述的实施方式中，作为晶化硅膜，形成了类单晶硅膜5b，但当然也可以设计成使多晶硅膜从籽晶区域生长的结构。这种情况下，也能够以籽晶区域为起点来形成优质的多晶硅膜。需要说明的是，作为用于使多晶硅膜形成的第二激光，也可以使用从ela装置振荡出的准分子激光。
[0132]
符号说明
[0133]
cwl cw激光
[0134]
lb 激光束
[0135]
pl 脉冲激光
[0136]
t 输送方向
[0137]
w 宽度尺寸
[0138]
1 被处理基板
[0139]
2 玻璃基板
[0140]
3 栅极布线
[0141]
4 栅极绝缘膜
[0142]
5 非晶硅膜
[0143]
5a1、5a2、5a3、5a4、5a5、5a6 籽晶区域
[0144]
5b 类单晶硅(晶化硅)膜
[0145]
6 改性预定区域
[0146]
10、10a 激光退火装置
[0147]
11 基台
[0148]
12 激光光源部
[0149]
12a 第一激光光源部
[0150]
12b 第二激光光源部
[0151]
13 激光束照射部
[0152]
14 控制部
[0153]
15 cw激光源
[0154]
16 脉冲发生器
[0155]
17 光射出部
[0156]
18 数字微反射镜设备(dmd、空间光调制器)
[0157]
19 挡板
[0158]
20 微透镜阵列
[0159]
21 投影透镜
[0160]
22 驱动基板
[0161]
23a1～6 微反射镜
[0162]
24、24s 微反射镜
[0163]
25 脉冲激光源
[0164]
26 光射出部

技术特征：
1.一种激光退火装置，其对非晶硅膜的要进行改性的改性预定区域照射激光来使所述改性预定区域生长为晶化硅膜以进行改性，其中，所述激光退火装置具备：激光光源部，其振荡出第一激光和第二激光；以及激光束照射部，其使从所述激光光源部振荡出的激光向所述非晶硅膜的表面选择性地照射，所述激光退火装置进行第一照射和第二照射，在所述第一照射中，将从所述激光光源部振荡出的所述第一激光向所述非晶硅膜照射来形成籽晶区域；在所述第二照射中，使从所述激光光源部振荡出的所述第二激光以所述籽晶区域为起点来使向所述非晶硅膜的表面照射的所述第二激光的光束点以包罗所述改性预定区域内的方式移动，从而使所述改性预定区域内的所述非晶硅膜改性成为所述晶化硅膜。2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其中，所述改性预定区域是薄膜晶体管的沟道层区域。3.根据权利要求1或2所述的激光退火装置，其中，所述第一照射设定为使所述非晶硅膜作为籽晶发生微晶化的条件的能量，所述第二激光是连续振荡激光，所述第二照射使连续振荡激光连续照射。4.根据权利要求1～3中任一项所述的激光退火装置，其中，所述激光光源部具备振荡出连续振荡激光的光源，在进行所述第一照射时，对从所述光源连续振荡出的激光进行脉冲化来振荡出所述第一激光，在进行所述第二照射时，将从所述光源振荡出的连续振荡激光直接振荡出来。5.根据权利要求1～3中任一项所述的激光退火装置，其中，所述激光光源部具备彼此不同的光源，所述第一照射和所述第二照射使用彼此不同的光源。6.根据权利要求1～5中任一项所述的激光退火装置，其中，所述改性预定区域是矩形形状，所述第一照射沿着所述改性预定区域中的彼此平行的一对边中的一边来形成一列的所述籽晶区域，所述第二照射使所述第二激光的光束点以所述一列的所述籽晶区域为起点而朝向所述改性预定区域中的彼此对置的所述一对边中的另一边移动。7.根据权利要求1～5中任一项所述的激光退火装置，其中，所述改性预定区域是矩形形状，所述第一照射在所述改性预定区域中的一个角部形成所述籽晶区域，所述第二照射使所述第二激光的光束点以形成于所述角部的所述籽晶区域为起点，从包含所述一个角部在内的边到与包含所述一个角部在内的边彼此平行的一对边中的另一边为止，呈锯齿状地移动。8.根据权利要求1～7中任一项所述的激光退火装置，其中，所述激光束照射部具备空间光调制器，所述空间光调制器使从所述激光光源部振荡出的激光选择性地反射而使激光束向所述改性预定区域内选择性地照射。
9.根据权利要求8所述的激光退火装置，其中，所述空间光调制器构成为多个微反射镜呈矩阵状配置，所述空间光调制器以能够将所述微反射镜分别独立地切换为向所述非晶硅膜的表面照射激光束的照射状态和非照射状态的方式被选择驱动。10.根据权利要求9所述的激光退火装置，其中，在所述空间光调制器与所述非晶硅膜之间配置有投影透镜，所述空间光调制器设置成能够绕着所述投影透镜的光轴或者铅垂轴进行旋转，所述空间光调制器能够沿着使来自所述微反射镜的激光束的投影区域在所述改性预定区域内成为稠密的朝向位移，以便在使所述第二激光的光束点移动时不反映出所述微反射镜彼此的间隙。11.根据权利要求1～10中任一项所述的激光退火装置，其中，从多晶硅膜、类单晶硅膜中选择所述晶化硅膜。12.一种激光退火方法，其对非晶硅膜的要进行改性的改性预定区域照射激光来使所述改性预定区域生长为晶化硅膜以进行改性，其中，所述激光退火方法包括：第一照射工序，在该第一照射工序中，对所述非晶硅膜进行用于形成籽晶区域的第一激光的照射；以及第二照射工序，在该第二照射工序中，使第二激光的光束点以所述籽晶区域为起点向所述非晶硅膜的表面以包罗所述改性预定区域内的方式移动来进行照射，从而使所述改性预定区域内的所述非晶硅膜改性成为所述晶化硅膜。13.根据权利要求12所述的激光退火方法，其中，所述改性预定区域是薄膜晶体管的沟道层区域。14.根据权利要求12或13所述的激光退火方法，其中，所述第一照射工序的所述第一激光的照射中的照射能量设定为使所述非晶硅膜作为籽晶发生微晶化的条件，所述第二照射工序的所述第二激光的照射使用连续振荡激光来连续照射。15.根据权利要求14所述的激光退火方法，其中，对在所述第二照射工序中使用的所述连续振荡激光进行脉冲化来作为所述第一激光进行照射。16.根据权利要求12～14中任一项所述的激光退火方法，其中，在所述第一照射工序和所述第二照射工序中，使用彼此不同的光源。17.根据权利要求12～16中任一项所述的激光退火方法，其中，所述改性预定区域是矩形形状，在所述第一照射工序中，沿着所述改性预定区域中的彼此平行的一对边中的一边来形成一列的所述籽晶区域，在所述第二照射工序中，使所述第二激光的光束点以所述一列的所述籽晶区域为起点，朝向所述改性预定区域中的彼此对置的所述一对边中的另一边移动。18.根据权利要求12～16中任一项所述的激光退火方法，其中，所述改性预定区域是矩形形状，
在所述第一照射工序中，在所述改性预定区域中的一个角部形成所述籽晶区域，在所述第二照射工序中，使所述第二激光的光束点以形成于所述角部的所述籽晶区域为起点，从包含所述一个角部在内的边到与包含所述一个角部在内的边彼此平行的一对边中的另一边为止，呈锯齿状地移动。19.根据权利要求12～18中任一项所述的激光退火方法，其中，所述第一照射工序和所述第二照射工序使用空间光调制器来进行，其中，所述空间光调制器使激光选择性地反射而使激光束向所述改性预定区域内选择性地照射。20.根据权利要求19所述的激光退火方法，其中，所述空间光调制器构成为多个微反射镜呈矩阵状配置，所述空间光调制器以能够将所述微反射镜分别独立地切换为向所述非晶硅膜的表面照射激光束的照射状态和非照射状态的方式被选择驱动。21.根据权利要求20所述的激光退火方法，其中，所述空间光调制器沿着使来自所述微反射镜的激光束的投影区域在所述改性预定区域内成为稠密的朝向配置，以便在使所述第二激光的光束点相对所述改性预定区域移动时不反映出所述微反射镜彼此的间隙。22.根据权利要求12～21中任一项所述的激光退火方法，其中，从多晶硅膜、类单晶硅膜中选择所述晶化硅膜。
技术总结
提供一种激光退火装置，其对非晶硅膜的要进行改性的改性预定区域照射激光来使所述改性预定区域生长为晶化硅膜以进行改性，其中，所述激光退火装置具备：第一照射部，其对所述非晶硅膜进行用于形成籽晶区域的第一激光的照射；以及第二照射部，其进行第二激光的照射，在所述第二激光的照射中，使向所述非晶硅膜的表面照射的激光的光束点以所述籽晶区域为起点而以包罗所述改性预定区域内的方式移动，从而使所述改性预定区域内的所述非晶硅膜改性成为所述晶化硅膜。成为所述晶化硅膜。成为所述晶化硅膜。


技术研发人员：水村通伸
受保护的技术使用者：株式会社V技术
技术研发日：2019.11.27
技术公布日：2021/6/29