CN101185988A - 激光照射装置及照射方法、装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光照射装置、激光照射方法、薄膜半导体装置的制造方法以及显示装置的制造方法，防止在利用截取部件截取线状激光时、被截取部件表面反射的激光对半导体膜的结晶化工序造成不良影响。本发明的激光装置包括：工作台(3)，其对形成有半导体膜(5)的基板(4)进行支承；光学系统(1)，其将向基板(4)照射的激光的截面形成线状；一对截取部件(2)，其将由光学系统(1)形成线状的激光LB在线长度方向X上截取规定的长度，在各个截取部件(2)的用于截取的遮光部上设有获取并吸收激光LB的多个翼片(7)。

Description

激光照射装置及照射方法、装置的制造方法
技术领域
本发明涉及将线状的激光向被照射体照射的激光照射装置和激光照射方法，另外，涉及通过照射线状激光而使半导体膜结晶化的薄膜半导体装置的制造方法及显示装置的制造方法。
背景技术
近年来，使用以多晶硅膜为代表的结晶质半导体膜的薄膜晶体管(以下，称为“TFT”)在例如液晶显示装置或有机EL(Electro Luminescence：电致发光)显示装置等显示装置中，被用作为像素的转换元件或形成控制像素用的驱动电路的元件。
作为使非晶质硅膜(非晶硅膜)等非晶质半导体膜结晶化的方法，公知有使用激光(激光束)的方法(例如，参照专利文献1)。在该方法中，通过使用激光照射装置将线状激光向非晶质半导体膜照射，由激光加热半导体膜并使之结晶化。通常，结晶化使用的激光为脉冲激光，通过利用该脉冲激光将半导体膜瞬间加热并使之结晶化，得到结晶质的半导体膜。
图5示意地表示现有的激光照射装置的结构例，(A)为侧面图，(B)为平面图。激光照射装置包括光学系统51和一对截取部件52以及工作台53。
光学系统51将从未图示的激光光源输出的激光的截面(与光轴垂直的截面)形成线状。一对截取部件52将由光学系统51形成线状的激光(线状光束)LB在沿该激光LB的线长度方向(图中的左右方向)的X方向上截取规定的长度。
工作台53对形成有成为被照射体的半导体膜的基板54进行支承。在基板54的主面(上面)上，在激光照射前的阶段形成有非晶质的半导体膜55。另外，工作台53通过未图示的工作台移动机构被可移动地支承。
在使用上述结构的激光照射装置使激光照射对象区域56内的半导体膜55结晶化时，将成为被照射体的带半导体膜55的基板54载置并支承在工作台53上，并且，通过光学系统51将从未图示的激光光源输出的激光的截面形状转换成线状，由此，从光学系统51朝向基板54照射线状的激光LB。此时，通过利用一对截取部件52对线状的激光LB的一部分(线长度方向的端部侧)进行遮光，与基板54的激光照射对象区域56的尺寸相配合而将激光LB截取规定的长度。
另外，为了对基板54上的大面积照射激光，与照射激光LB的时刻同步、使工作台53以规定间距在Y方向上依次移动。结果，通过照射激光LB而使半导体膜55结晶化。
专利文献1：(日本)特开2001-156017号公报
但是，在上述现有激光照射装置中，在利用一对截取部件52对激光LB进行截取时，激光被各截取部件52的表面(上面)向上方反射，具有该反射光对半导体膜的结晶化工序造成不良影响的问题。
具体的影响为：(1)来自截取部件52的反射光返回到激光光源，激光的输出变动；(2)来自截取部件52的反射光返回光路与激光相干涉，使得激光的强度变动或导致激光的局部强度不均；(3)来自截取部件52的反射光将光学系统51的光学元件加热，由于随之产生的光学元件的热膨胀而使激光的光路变动或激光的强度变动，或者激光的强度分布不均。
发明内容
本发明的激光照射装置，包括：光学系统，其将向被照射体照射的激光的截面形成线状；截取部件，其将由所述光学系统形成线状的激光在线长度方向上截取规定的长度，并且在用于所述截取的遮光部上设有获取并吸收激光的多个翼片。
另外，本发明的激光照射方法，包括如下的工序：形成截面线状的激光；通过具有遮光部的截取部件将所述线状的激光在线长度方向上截取规定的长度；将所述被截取规定长度的激光向被照射体照射，其中，通过在所述遮光部设置多个翼片，获取并吸收激光。
在本发明的激光照射装置及激光照射方法中，在进行激光的截取的截取部件的遮光部设置多个翼片，通过由这些翼片获取并吸收激光，由于截取而被遮光的激光不会如以往那样被截取部件的表面反射。
根据本发明，通过由多个翼片获取并吸收向截取部件的遮光部照射的激光，由于截取而被遮光的激光不被截取部件的表面反射，因此，能够防止由截取部件反射的激光造成的不良影响。
附图说明
图1(A)、(B)是表示本发明实施方式的激光照射装置的结构例的图。
图2是图1的C部放大图。
图3是表示调查激光输出的变动的实验结果的图。
图4(A)、(B)是表示调查激光的位置变动的实验结果的图。
图5(A)、(B)是表示现有的激光照射装置的结构例的图。
附图标记说明
1光学系统
2截取部件
3工作台
4基板
5半导体膜
7翼片
LB激光
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1是示意地表示本发明实施方式的激光照射装置的结构例的图，(A)为侧面图，(B)为平面图。激光照射装置包括光学系统1、一对截取部件2以及工作台3。
光学系统1将从未图示的激光光源输出的激光的截面(与光轴垂直的截面)形成线状。激光光源将例如脉冲振荡型的准分子激光器作为振荡源、输出由脉冲激光构成的激光。光学系统1使用例如圆筒型透镜等光学元件而构成。该光学系统1中，将从激光光源输出的激光转换成例如线长(长度尺寸)300mm、线宽(宽度尺寸)100～500μm的线状激光LB。
一对截取部件2将由光学系统1形成线状的激光(线状光束)LB在沿该激光LB的线长度方向(图中的左右方向)的X方向截取规定的长度。各个截取部件2例如为由铝等金属材料构成的板状部件，使用例如未图示的托架等安装用部件安装在距工作台3规定距离的上方位置。另外，一对截取部件2在与X方向平行的同一直线上隔开规定间隔相对配置。截取激光LB的长度由一对截取部件2的间隔(相对距离)来决定。因此，一对截取部件2以能够与后述的激光照射对象区域配合来调整激光LB的截取长度的方式在激光LB的线长度方向(X方向)上可向相互接近离开的方向移动而设定。
工作台3对形成有成为被照射体的半导体膜的基板4进行支承。作为基板4，例如使用玻璃基板、半导体基板(硅基板等)、塑料基板等。在基板4的主面(上面)，在激光照射前的阶段形成有例如由非晶质硅膜构成的非晶质半导体膜5。另外，工作台3通过未图示的工作台移动机构被可移动地支承。工作台3基于工作台移动机构而进行移动，在与上述线长度方向垂直的Y方向上固定激光的照射位置，并且在此状态下将激光LB向设于基板4上的激光照射对象区域6整体照射。
另外，在上述一对截取部件2上分别设有多个翼片7。各个翼片7在截取部件2的上面侧设置在用于截取激光LB的遮光部(被不需要向被照射体照射的激光LB照射的部分)。
图2是图1的C部放大图。如图所示，各个翼片7在相对激光LB的光轴倾斜的状态下安装在截取部件2的上面。翼片7为例如由铝等金属材料构成的薄板状的部件，以内角成钝角的方式弯折。若以该弯折部为界将翼片7分为第一部分7A和第二部分7B，则第一部分7A使用例如未图示的螺钉等固定机构被固定在截取部件2上，第二部分7B自截取部件2的上面倾斜地立起而配置。
翼片7的第二部分7B以如下的方式倾斜，即，在射入到用于截取的遮光部的激光LB被第二部分7B的表面(倾斜面)反射时，使该反射的激光的朝向在翼片长度方向(X方向)上朝向外侧。在此所述的“朝向外侧”是指在翼片长度方向上远离激光LB的长度中心位置的方向。通过以这样的方向使翼片7的第二部分7B倾斜，能够可靠地防止由第二部分7B反射的激光返回到通过一对截取部件2之间的激光(用于结晶化的激光)LB的光路。
另外，若截取部件2的上面(翼片7的安装面)与激光LB的光轴成直角，则翼片7的第二部分7B的倾斜角度θ以截取部件2的上面为基准而设定在例如θ＝45°～75°的范围内。即，翼片7倾斜的方向或角度对安装在一个截取部件2的全部翼片7是相同的，若以一对(左右)截取部件2进行比较，则翼片7倾斜的角度θ虽然是相同的，但翼片7倾斜的方向相反。另外，第一翼片7的第一部分7A的表面及背面通过喷砂处理等而实施表面粗糙化处理为好，理想的是，翼片7的第二部分7B的表面及背面通过研磨处理等而被镜面加工。
另外，多个翼片7以至少将照射激光LB的部分全部覆盖的方式在X方向(激光的线长度方向)上一列地排列配置。通过这样地排列翼片7，可由翼片7将X方向上的较宽范围覆盖。在这样的翼片7的排列状态下，从激光LB的光轴方向(上方)观察多个翼片7时，为了使翼片7的第一部分7A被与其相邻的翼片7的第二部分7B完全遮蔽，例如将以翼片7的弯折部为基点到X方向的第二部分7B端部的长度L1与到在X方向上相邻的翼片7的第一部分7A端部的长度L2的大小关系被设定成L1≥L2。
另外，一对截取部件2的相对侧的端部(激光LB的截取口的部分)2A形成锐角(锐利)的刀刃形状，并且与上述翼片7的第二部分7B同样地使刀刃部分相对于激光LB的光轴向上倾斜，该端部2A构成翼片排列的一部分。将截取部件2的端部2A形成锐角的刀刃形状的理由为：防止由截取部件2的端部2A反射的激光LB向上方(光学系统1)返回。
接着，对本发明的激光照射方法、薄膜半导体装置的制造方法、显示装置的制造方法进行说明。首先，本发明的激光照射方法为，在将激光的截面形成线状并且在线长度方向上将该线状激光截取规定的长度后向被照射体照射时，如上所述地在进行激光LB的截取的截取部件2的遮光部上设置多个翼片7，由这些翼片7获取并吸收激光LB。
另外，本发明的薄膜半导体装置的制造方法，具有如下的结晶化工序，即，将激光的截面形成线状并且在线长度方向上将该线状激光截取规定的长度后向半导体膜照射，由此，将半导体膜结晶化，该结晶化工序中，适用上述激光照射方法、即在进行激光LB的截取的截取部件2的遮光部上设置多个翼片7并由这些翼片7获取并吸收激光LB。该薄膜半导体装置的制造方法例如可作为使用玻璃基板的TFT阵列的制造方法而适用。
另外，本发明的显示装置的制造方法，具有如下的结晶化工序，即，将激光的截面形成线状并且在线长度方向上将该线状激光截取规定的长度后向半导体膜照射，由此，将半导体膜结晶化，该结晶化工序中适用上述激光照射方法、即在进行激光LB的截取的截取部件2的遮光部上设置多个翼片7并由这些翼片7获取并吸收激光LB。该显示装置的制造方法例如可作为像素的转换元件或形成控制像素用的驱动电路的元件使用TFT的液晶显示装置或有机EL显示装置的制造方法而适用。
以下，对激光照射方法进行详细说明。首先，使用上述结构的激光照射装置使激光照射对象区域6中的半导体膜5结晶化时，将成为被照射体的带半导体膜5的基板4载置并支承在工作台3上，并且由光学系统1将从未图示的激光元件射出的激光(脉冲激光等)的截面形状转换成线状，由此，从光学系统1朝向基板4照射线状的激光LB。
此时，通过由一对截取部件2对线状的激光LB的一部分(线长度方向的端部侧)进行遮光，与基板4的激光照射对象区域6的尺寸配合，将激光LB截取规定的长度。通常，由于半导体膜的结晶化所使用的线状激光为平行光，故配合基板4的激光照射对象区域6的长度(X方向的激光照射对象区域6的长度)而在激光照射前对基于一对截取部件2的激光LB的截取长度(X方向的激光LB的长度)进行调整。
另外，为了对基板4上的较大面积照射激光，与照射激光LB的时刻同步，使工作台3以规定间距在Y方向上依次移动。更加具体地说，使工作台3以比形成线状的激光LB的宽度(Y方向的尺寸)窄的间距在Y方向上依次移动，同时，在各移动位置向基板4上的半导体膜5照射激光LB，由此，对激光照射对象区域6内的半导体膜5一次次地照射激光LB。结果，通过照射激光LB，半导体膜5瞬间被加热并熔化，在冷却固化时结晶化。在此，使工作台3向Y方向移动，但也可以代替该方式而使激光LB在Y方向上扫描。
另外，在由一对截取部件2截取激光LB时，如上所述，相对一对遮光部2，分别在用于截取激光LB的遮光部上设置翼片7。由此，不向成为被照射体的带半导体膜5的基板4照射而被截取部件2遮蔽的激光LB在截取部件2的上面侧向用于截取的遮光部射入。在该遮光部(被不需要向基板4照射的激光LB照射的部分)如上所述地设有多个翼片7。因此，射入遮光部的激光LB如图2所示地被取入到在X方向上相邻的翼片7之间。
这样获取的激光LB在X方向上相邻的翼片7之间以相互相对的第二部分7B的表面及背面(镜面)为反射面而反复进行多次反射，并且逐渐向翼片7的深侧(接近第一部分7A的部分)行进。并且，在与翼片7之间反复进行反射期间激光LB衰减，最终，在翼片7的内部(在X方向相邻的翼片7之间)激光LB被吸收。因此，在由截取部件2截取激光LB时，不会如以往那样由截取部件的表面(上面)将激光向上方反射。因此，能够防止由截取部件2反射的激光LB引起的不良影响。
具体而言，由于来自截取部件2的反射光不会返回到激光光源，能够防止激光的输出变动。另外，由于来自截取部件2的反射光不会返回到光路而与激光相干涉，故能够消除激光的强度变动或激光的局部强度不均。另外，由于不会由于来自截取部件2的反射光而加热光学系统1的光学元件，故能够解决伴随光学元件的温度变化而引起的激光的光路变动或强度变动，进而可消除强度分布不均。因此，能够对设于基板4上的激光照射对象区域6整体均匀地照射激光LB。
另外，薄膜半导体装置的制造方法若适用本发明的激光照射方法，则能够以稳定的激光输出向目标位置准确地照射激光，故能够使基板4上的半导体膜5均匀地结晶化。因此，能够降低TFT的特性波动。
另外，在显示装置中，尤其在有机EL显示装置的情况下，在基于激光照射的半导体膜的结晶化工序中，若激光的输出变动或光路变动、输出曲线变化的影响而引起结晶性不均，其影响使显示画面的亮度波动并容易显著化。因此，若有机EL显示装置的制造方法适用本发明的激光照射方法，则能够抑制亮度波动并提高画质。
另外，若如上所述地由翼片7获取并吸收激光LB，则考虑到由于该吸收会使翼片7发热，翼片7原本由铝等高导热性的材料(金属材料等)形成，成为在结构上也容易散热的结构。因此，能够将由于吸收激光LB而产生的热量从翼片7有效地散热。结果，能够有效地防止由金属板构成的翼片7的热变形或截取部件2的热变形。
图3是表示调查每脉冲的激光输出的变动的实验结果的图。图中，图表的纵轴表示激光输出(强度)、横轴表示时间。由图示可知，若对设有翼片7的情况(有翼片)和不设置翼片7的情况(无翼片)进行比较，则前者可得到比后者高的激光输出。该激光输出的差值表示在截取部件的表面向上方反射的激光成为返回光而到达激光光源并由其影响而在激光输出上产生变动(输出损失)的情况。
图4表示调查激光照射前后的激光位置变动的实验结果，(A)为无翼片的情况，(B)为有翼片的情况。图中，图表的纵轴表示激光输出，横轴表示激光的线宽度方向(宽度方向)的位置。由图示可知，无翼片的情况下，在激光照射前和激光照射后，激光位置产生偏移(光路变动)，确认激光输出的曲线(顶帽型形状)多少变化。对此，在有翼片的情况下，在激光照射前和激光照射后，激光的位置不产生偏移，几乎不能够确认激光输出曲线变化。
另外，设于一对截取部件2的翼片7即使在与上述实施方式相反的方向上倾斜，与不设置翼片7的情况相比也能够得到显著的效果。另外，作为翼片7的结构，可以从第一部分7A暂时将第二部分7b垂直地立起，仅使第二部分7B的上侧倾斜。

Claims (6)

1.一种激光照射装置，其特征在于，包括：
光学系统，其将向被照射体照射的激光的截面形成线状；
截取部件，其将由所述光学系统形成线状的激光在线长度方向上截取规定的长度，并且在用于所述截取的遮光部上设有获取并吸收所述激光的多个翼片。
2.如权利要求1所述的激光照射装置，其特征在于，所述多个翼片在相对所述激光的光轴倾斜的状态下在所述线长度方向上排列。
3.如权利要求2所述的激光照射装置，其特征在于，所述多个翼片发生倾斜，以使由该翼片的倾斜部反射的激光的朝向在所述线长度方向上朝向外侧。
4.一种激光照射方法，包括如下的工序：
形成截面线状的激光；
通过具有遮光部的截取部件将所述线状的激光在线长度方向上截取规定的长度；
将所述被截取规定长度的激光向被照射体照射，其特征在于，
通过在所述遮光部设置多个翼片，获取并吸收激光。
5.一种薄膜半导体装置的制造方法，包括如下的工序：
形成截面线状的激光；
通过具有遮光部的截取部件将所述线状的激光在线长度方向上截取规定的长度；
将所述被截取规定长度的激光向基板上的半导体膜照射而使所述半导体膜结晶化，其特征在于，
通过在所述遮光部设置多个翼片，获取并吸收激光。
6.一种显示装置的制造方法，包括如下的工序：
形成截面线状的激光；
通过具有遮光部的截取部件将所述线状的激光在线长度方向上截取规定的长度；
将所述被截取规定长度的激光向基板上的半导体膜照射而使所述半导体膜结晶化，其特征在于，
通过在所述遮光部设置多个翼片，获取并吸收激光。
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