CN104737276B - 激光线束改善装置及激光处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光线束改善装置及激光处理装置，所述激光线束改善装置包括：第一遮蔽部(第一遮蔽板(20))，该第一遮蔽部在进行线束照射时，为了能有效减小陡峭部，在对处理物(硅膜(100))进行照射的线束(150)的光路上，配置在相对远离所述被处理物的位置上，对线束(150)的长轴端部的透过进行遮蔽；以及第二遮蔽部(第二遮蔽板(21))，该第二遮蔽部配置在相对接近被处理物的位置上，在利用所述第一遮蔽部对长轴端部的透过进行遮蔽后进一步对线束(150)的长轴端部的透过进行遮蔽，所述激光处理装置包括该激光线束改善装置，第一遮蔽部位于处理室(2)外、且配置在光学系统的最终级的聚焦透镜(21c)与导入窗(6)之间，第二遮蔽部配置于处理室(2)内。
Description
技术领域
本发明涉及改善线束的强度分布的激光线束改善装置及包括所述激光线束改善装置的激光处理装置。
背景技术
在非晶半导体的结晶化和半导体杂质的活性化等中，对被处理物照射激光来进行退火的方法正得以实用化。在该激光退火处理中，通过光学系统来将激光的射束形状整形为规定形状，另外，射束强度在射束截面上是一样的(顶部平面：平坦部)，而且，根据需要将射束进行聚焦并对被处理物进行照射。
作为射束形状的一种，已知在对射束进行剖视时具有短轴宽度和长轴宽度的线束形状，通过一边将其进行扫描一边对被处理物进行照射，能一并高效处理被处理物的大面积。但是，即使是形成有顶部平面的线束形状，但经过各种光学构件等，在短轴方向和长轴方向的边缘部上也具有能量强度向外侧减少的部分(也称为陡峭部)。在短轴侧，射束宽度因聚焦等而减小，从而陡峭部本身的宽度也减小，并且，通过重叠照射在短轴方向上进行扫描，因此，能减轻由陡峭部照射所造成的影响。另一方面，在长轴侧，陡峭部保持具有较大宽度的状态而直接进行照射，相对于短轴方向，具有通常为250倍左右的宽度。在这样的长轴侧的陡峭部所照射的被处理物的部分上，以不同于平坦部所照射的部分的能量强度来照射激光，处理状态变得不同。因此，长轴侧的陡峭部所照射的被处理物的部分通常不作为产品来使用。
另外，提出了配置去除或减少相当于陡峭部的衰减部分的狭缝的方案(例如参照专利文献1)。
透过该狭缝的线束的陡峭部被去除或减少，在受到该线束照射的被处理物中，能减小陡峭的照射区域，另外，若在质量上被允许，则能将包含陡峭部的照射区域在内的部分产品化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平2002-252455号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，透过狭缝的线束在透过后也会因衍射等而进一步产生陡峭部，透过后的距离越长，陡峭部越容易扩展，从而宽度会变得越大。因此，狭缝距离被处理物越近，越能减小陡峭部的宽度。
然而，线束通常将短轴侧进行聚焦并对被处理物进行照射，距离被处理物越近能量密度越高，若将狭缝配置于接近被处理物的位置，则容易对狭缝造成破坏，会显著降低耐久性。此外，有可能会从受到破坏的狭缝产生细微的碎片，所述碎片会作为污染而混入被处理物。特别是脉冲激光与连续振荡激光相比每单位时间的能量密度较高，上述问题变得较为显著。另一方面，若将狭缝配置在远离被处理物的位置，则聚焦的程度较小且短轴宽度也相对较大，因此，能量密度相对较小，能减小对狭缝的破坏。但是，若狭缝位于远离被处理物的位置，则透过狭缝后的线束所产生的陡峭部会在此之后大幅扩展，陡峭部的宽度会变大，陡峭部遮挡所产生的效果会减小。
另外，在进行激光处理从而在半导体基板上确保多个面板区域的情况下，进行照射，使得上述陡峭部位于面板间的间隙处。面板间的间隙越小，能从一块半导体基板切出的面板数越多，因此，希望减小陡峭部的宽度并减小面板间的间隙。此外，最近，为了高效形成晶体管，希望向减小晶体管区域(还包含预定区域)的间隔后的半导体照射线束的需求正在增加。在该线束照射中，需要使陡峭部的照射区域收敛在晶体管区域的间隔内，在这种情况下，也希望减小陡峭部的宽度。
但是，在现有的狭缝中，难以做到既能抑制狭缝的破坏，又能应对上述各希望。
本发明是以上述情况为背景而完成的，其目的在于，提供一种能减小遮蔽部的破坏、并能有效减小线束中所产生的陡峭部的激光线束改善装置及激光处理装置。
解决技术问题所采用的技术方案
即，本发明的激光线束改善装置中的第一方面的特征在于，包括：第一遮蔽部，该第一遮蔽部在对被处理物进行照射的线束的光路上，配置在相对远离所述被处理物的位置上，对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽；以及第二遮蔽部，该第二遮蔽部配置在相对接近所述被处理物的位置上，在利用所述第一遮蔽部对长轴端部的透过进行遮蔽后进一步对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽。
本发明的第二方面的激光线束改善装置的特征在于，在本发明的所述第一方面中，所述线束在射束强度分布中具有平坦部、以及位于短轴端部和长轴端部的陡峭部。
本发明的第三方面的激光线束改善装置的特征在于，在本发明的所述第二方面中，所述平坦部是所述射束强度分布中的最大强度的97％以上的区域。
本发明的第四方面的激光线束改善装置的特征在于，在本发明的所述第二方面中，所述第一遮蔽部对所述线束的长轴端部的陡峭部以及所述平坦部的长轴侧端部的透过进行遮蔽。
本发明的第五方面的激光线束改善装置的特征在于，在本发明的所述第一～第四方面的任一方面中，所述第二遮蔽部在与所述第一遮蔽部相同的位置或外侧对所述线束的长轴方向进行所述遮蔽。
本发明的第六方面的激光线束改善装置的特征在于，在本发明的所述第一～第五方面的任一方面中，所述第二遮蔽部具有多个遮蔽部，该多个遮蔽部对于所述被处理物的相对远近位置不同，在用前级的遮蔽部对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽后进一步对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽。
本发明的第七方面的激光线束改善装置的特征在于，在本发明的所述第六方面中，对于多个所述遮蔽部，后级的遮蔽部在与前级的遮蔽部相同的位置或外侧进行所述遮蔽。
本发明的第八方面的激光处理装置，其特征在于，包括：激光光源，该激光光源输出激光；光学系统，该光学系统将所述激光的射束形状整形为线束并对其进行引导；处理室，该处理室中配置有被处理物，将由所述光学系统所引导的激光通过导入窗而导入，并对所述被处理物进行照射；以及如本发明的所述第一～第七方面的任一方面的激光线束改善装置。
所述线束改善装置的第一遮蔽部位于所述处理室外、且配置于所述光学系统的最终级的聚焦透镜与所述导入窗之间，所述线束改善装置的第二遮蔽部配置于所述导入窗内侧的所述处理室内。
本发明的第九方面的激光处理装置的特征在于，在本发明的所述第八方面中，所述激光处理装置用于对被处理物照射激光以对所述被处理物进行结晶化或活性化处理。
根据本发明，在短轴侧的聚焦程度较小且能量密度不高的阶段，利用第一遮蔽部对线束的长轴端部的透过进行遮蔽，进而利用第二遮蔽部对陡峭部减小后的线束的长轴端部的透过进行遮蔽，能有效减小陡峭部。
在第一遮蔽部中，由于短轴侧的聚焦处于缓慢的阶段，因此，能力图减小对第一遮蔽部的破坏并减小陡峭部。透过第一遮蔽部后发生扩展的陡峭部与到达第一遮蔽部时的陡峭部相比，其扩展较小，利用第二遮蔽部对透过第一遮蔽部后的线束的长轴侧端部的透过进行遮蔽，从而能形成扩散更小的陡峭部。
利用第二遮蔽部进行遮蔽的陡峭部照射于第二遮蔽部的截面积比直接照射至第二遮蔽部的情况要小，能减小对第二遮蔽部的破坏。另外，第二遮蔽部中的遮蔽能局限于陡峭部的全部或一部分，能将对第二遮蔽部的照射截面积控制成最小限度。透过第二遮蔽部的线束在接近被处理物的位置上透过第二遮蔽部，因此，在透过第二遮蔽部后因衍射等而产生的陡峭部的扩展较小，保持陡峭部的幅度较小的状态对被处理部照射线束。若将第二遮蔽部所进行的遮蔽设为陡峭部的长轴方向外侧的一部分，则照射至第二遮蔽部的陡峭部的照射能量进一步减小，对第二遮蔽部的破坏进一步减小。
线束具有平坦部且至少位于长轴侧的陡峭部，平坦部能设为由相对于射束截面的最大能量强度为97％以上的区域构成。但是，本发明并不局限于此。平坦部的两端部具有陡峭部，该陡峭部的能量强度比平坦部要低，并且强度向外侧逐渐减小。
此外，所谓线束形状，是相对短轴、长轴具有较大比率的形状，例如可以列举其比为10以上的形状。作为本发明并不对长轴侧的长度、短轴侧的长度进行特别限定，但例如可以列举长轴侧的长度为370～1300mm、短轴侧的长度为100μm～500μm的形状。
第一遮蔽部和第二遮蔽部分别阻碍线束的长轴侧端部的透过，但除了完全遮挡以外，也可以减小透射率以减少透过。在这种情况下，透射率优选为50％以下。另外，第一遮蔽部与第二遮蔽部的遮蔽方法、程度也可以不同。例如，可以用一个遮蔽部(例如第一遮蔽部)来进行遮挡，用另一个遮蔽部(例如第二遮蔽部)来抑制透过等。
第一遮蔽部只要配置成至少对线束的长轴侧两端部的陡峭部进行遮蔽即可，也可以对陡峭部的外侧的一部分进行遮蔽。此外，能对陡峭部的全部和平坦部的一部分进行遮蔽从而力图可靠实现陡峭部的减小。在第一遮蔽部中，短轴侧的聚焦度较低，因此，即使对平坦部侧进行遮蔽，对遮蔽部的破坏也较小。
另外，第二遮蔽部只要配置成对透过第一遮蔽部的线束的至少陡峭部进行遮蔽即可。在这种情况下，也可以对陡峭部的外侧的一部分进行遮蔽。优选为在透过第一遮蔽部后，只要对所形成的陡峭部进行遮蔽即可，能将第一遮蔽部的遮蔽位置和第二遮蔽部的遮蔽位置设为线束的长轴方向(例如长轴方向中心基准)上的相同位置，或将第二遮蔽部的遮蔽位置设于第一遮蔽部的遮蔽位置的外侧。
对于第一遮蔽部和第二遮蔽部的光路上的远近方向的配置位置，只要第一遮蔽部相对远离被处理物，第二遮蔽部相对接近被处理物即可，相对的远近关系是以被处理物为基准的第一遮蔽部与第二遮蔽部之间的关系。作为本发明，只要具有该相对关系即可，对于两遮蔽部的配置位置并无特别限定，可以示出以处理室的激光导入窗为基准、将第一遮蔽部置于导入窗的外侧、将第二遮蔽部置于导入窗的内侧的示例。若将第一遮蔽部置于导入窗的外侧，则在该区域中能配置于适当位置，若将第二遮蔽部置于导入窗的内侧，则能对应于被处理物等而在该区域中配置于适当位置。
此外，第二遮蔽部也可以由相对远近位置不同的多个遮蔽部构成。在这种情况下，能用前级的遮蔽部对线束的陡峭部进行遮蔽，用后级的遮蔽部对所透过的线束中所产生的陡峭部进行遮挡。
在这种情况下，后级的遮蔽部能在与前级的遮蔽部相同的位置或外侧进行所述遮蔽。
发明效果
如以上所说明的那样，根据本发明，能有效减小线束中所产生的陡峭部，能由此来良好地进行处理。此外，在线束的短轴方向上进行聚焦，从而能减小对遮蔽部的破坏。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的激光线束改善装置及激光处理装置的概要图。
图2是表示上述装置中的遮蔽部及透过遮蔽部的线束的俯视图。
图3是上述装置中透过遮蔽部的线束的主视图。
图4是透过本发明的其它实施方式中的遮蔽部的线束的主视图。
图5是透过现有的狭缝的线束的主视图。
图6是表示线束的长轴射束分布的图。
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明的一个实施方式的激光线束改善装置及包括激光线束改善装置的激光处理装置。
图1是表示相当于激光处理装置的激光退火处理装置1的图。激光退火处理装置1具有处理室2，处理室2内具有能沿X-Y方向移动的扫描装置3，在该扫描装置3的上部具有基台4。基台4上设有基板配置台5作为平台。扫描装置3由未图示的电动机等进行驱动。
另外，处理室2设有将脉冲激光从外部进行导入的导入窗6。
在进行退火处理时，将作为半导体膜的非晶硅膜100等设置在该基板配置台5上。硅膜100在未图示的基板上形成为例如40～100nm厚(具体为例如50nm厚)。该形成可以采用常用的方法来进行，本发明对于半导体膜的形成方法并无特别限定。
此外，在本实施方式中，对与利用激光处理来使非晶膜结晶化的激光处理有关的技术方案进行说明，但本发明的激光处理的内容并不局限于此，例如也可以使非单晶的半导体膜单晶化，或对结晶半导体膜进行改质。另外，也可以与其它处理有关，被处理物并不局限于特定的材料。
在处理室2的外部，设置有脉冲激光光源10。该脉冲激光光源10由准分子激光振荡器(商品名称：LSX315C)构成，能输出波长308nm、反复振荡频率300Hz的脉冲激光，在该脉冲激光光源10中，能利用反馈控制来进行控制，使得脉冲激光的输出维持在规定范围内。此外，脉冲激光光源的种类并不局限于上述范围。
在该脉冲激光光源10中，进行脉冲振荡而输出的脉冲激光15根据需要经衰减器11调整其能量密度，并经过由均化器12a、反射镜12b、聚焦透镜12c等光学构件所构成的光学系统12的整形、偏转等成为线束形状，然后通过设置在处理室2上的导入窗6而照射到处理室2内的非晶硅膜100上。此外，构成光学系统12的光学构件并不局限于上述范围，可以包括各种透镜、镜面、导波部等。
另外，在聚焦透镜12c与导入窗6之间配置有相当于第一遮蔽部的第一遮蔽板20，在处理室2内配置有相当于第二遮蔽部的第二遮蔽板21。如图2所示，对第一遮蔽板20进行配置，使得成对的两块遮蔽板的前端相向而在其间确保第一透过间隙20a。该第一透过间隙20a具有长度能遮蔽脉冲激光150的长轴方向端部的间隙。另外，第二遮蔽板21也相同，对第二遮蔽板21进行配置，使得成对的两块遮蔽板的前端相向而在其间确保第二透过间隙21a。该第二透过间隙21a具有长度能遮蔽透过第二遮蔽板21的脉冲激光150的长轴方向端部的间隙。上述第一遮蔽板20、第二遮蔽板21构成本发明的激光线束改善器装置。
此外，在第一遮蔽板20、第二遮蔽板21中，能自动或手动地使成对的两块遮蔽板移动，以对相互间的间隙量进行调整。
接着，对上述激光退火处理装置1的动作进行说明。
在脉冲激光光源10中，通过脉冲振荡而输出的脉冲激光15例如为脉冲半幅值宽度为200ns以下的脉冲激光。但是，本发明并不局限于这些示例。
脉冲激光15通过衰减器11来调整脉冲能量密度。衰减器11设定成规定的衰减率，对衰减率进行调整，使得在向半导体膜进行照射的照射面上获得规定的照射脉冲能量密度。例如在使非晶硅膜100结晶化等情况下，在该照射面上，能将能量密度调整成100～500mJ/cm2。
利用光学系统12来将透过衰减器11的脉冲激光15整形成线束形状，进而经由光学系统12的柱面透镜等聚焦透镜12c对短轴宽度进行聚焦，并将其导入设于处理室2的导入窗6。从光学系统12射出的线束150在长轴方向上的射束强度分布如图6所示。图6的分布是简化的图示。
线束150具有：平坦部151，该平坦部151相对于最大能量强度为97％以上；以及陡峭部152，该陡峭部152位于长轴方向的两端部，具有比所述平坦部151要小的能量强度，能量强度向外侧逐渐降低。对于陡峭部的长轴方向宽度152a没有特别限定，但作为至最大强度的10％为止的宽度，通常具有1mm～25mm左右的宽度。此外，能适当决定将平坦部相对于最大能量强度设为百分之几。
如图2、图3所示，对第一遮蔽板20的第一透过间隙20a进行配置，使得对于线束150，遮蔽至两端的陡峭部152和部分伸长到平坦部151内的位置。
如图2所示，减小陡峭部152后的线束150通过第一遮蔽板20的第一透过间隙20a，从而因衍射等而在长轴方向两端部形成陡峭部153。但是，陡峭部153是对陡峭部152进行遮蔽而形成的，因此，与陡峭部152相比扩展宽度相当小。
将具有陡峭部153的线束150透过导入窗6而导入处理室2内。
线束150继续前进，如图2、图3所示，到达第二遮蔽板21。在第二遮蔽板21中，第二透过间隙21a的长轴方向宽度比第一透过间隙20a的长轴方向宽度要长，线束150的陡峭部153位于第二透过间隙21a的长轴方向端。因此，在第二遮蔽板21中，除了长轴方向内侧的陡峭部153的一部分以外，还对剩余部分的陡峭部153进行遮蔽。在通过第二透过间隙21a的线束150中，如图2(c)、图3所示，会因衍射等而形成陡峭部154，但与陡峭部153相比扩展宽度进一步减小，能减小陡峭部。
此外，在第二遮蔽板21中，能适当设定以怎样的程度将陡峭部153遮蔽至内侧。在这种情况下，能考虑第二遮蔽板21的破坏以及要减小的陡峭部153的扩展宽度来设定遮蔽量。在本示例中，与平坦部151的宽度相匹配地来设定第二透过间隙21a的长轴方向宽度。
另外，第二遮蔽板21配置于较接近硅膜100的位置，透过第二遮蔽板21的线束150照射至硅膜100而不使陡峭部153大幅扩展。
在通过用扫描装置3使硅膜100移动来将该线束150一边相对地进行扫描一边进行照射的退火处理中，陡峭部154所照射的区域的宽度相对较小，能减小无用的区域。另外，对于想要减小晶体管的配置间隔来进行处理的需求，也能使陡峭部154位于该间隔内而利用平坦部151来使晶体管的区域良好地实现结晶化。
此外，本发明并不将上述扫描的速度限定为特定的速度，例如可以在1～100mm/秒的范围内进行选择。
此外，在上述实施方式中，对具有相当于第一遮蔽部的第一遮蔽板20和相当于第二遮蔽部的第二遮蔽板21的结构进行了说明，但也可以沿线束的光路设置多个相当于第二遮蔽部的遮蔽板，利用各遮蔽板来对陡峭部进行遮蔽。图4是表示作为第二遮蔽部而具有第二遮蔽板21和第三遮蔽板22的示例的图，本发明并不对其数量进行特别限定。与其它遮蔽板相同，对第三遮蔽板22进行配置，使得成对的两块遮蔽板的前端相向而在其间具有间隙，在其间确保有第三透过间隙22a。此外，在第三遮蔽板22中，也能自动或手动地使成对的两块遮蔽板移动，以对相互间的间隙量进行调整。
线束150透过第三遮蔽板22的第三透过间隙22a，从能进一步减小陡峭部。
此外，在位于第二遮蔽板21后级的第三遮蔽板22中，能在长轴方向上将遮蔽位置内侧端设在与第二遮蔽板相同的位置或外侧。
另一方面，图5是用现有的狭缝部25来遮蔽线束150的情况的示例。若较远离硅膜100地进行配置，使得对狭缝部25的破坏较小，则在用狭缝部25对陡峭部152进行遮蔽后，因衍射而形成的陡峭部153逐渐扩展，陡峭部宽度变大，由狭缝部所产生的遮蔽效果变小，无法获得足够的激光线束改善效果。
此外，在上述实施方式中，对作为遮蔽部具有遮蔽板的结构进行了说明，但也能利用具有狭缝的狭缝部来构成遮蔽部。
以上，基于上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述实施方式的内容，只要不脱离本发明的范围，可进行适当的变更。
标号说明
1 激光退火处理装置
2 处理室
3 扫描装置
5 基板配置台
6 导入窗
10 脉冲激光光源
11 衰减器
12 光学系统
12c 聚焦透镜
20 第一遮蔽板
20a 第一透过间隙
21 第二遮蔽板
21a 第二透过间隙
22 第三遮蔽板
22a 第三透过间隙
100 硅膜
Claims (9)
1.一种激光线束改善装置，其特征在于，包括：
第一遮蔽部，该第一遮蔽部在对被处理物进行照射的线束的光路上，配置在相对远离所述被处理物的位置上，对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽；以及第二遮蔽部，该第二遮蔽部配置在相对接近所述被处理物的位置上，在利用所述第一遮蔽部对长轴端部的透过进行遮蔽后该第二遮蔽部进一步对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽，所述第二遮蔽部的第二透过间隙的长轴方向宽度比所述第一遮蔽部的第一透过间隙的长轴方向宽度要长。
2.如权利要求1所述的激光线束改善装置，其特征在于，
所述线束在射束强度分布中具有平坦部、以及位于短轴端部和长轴端部的陡峭部。
3.如权利要求2所述的激光线束改善装置，其特征在于，
所述平坦部是所述射束强度分布中的最大强度的97％以上的区域。
4.如权利要求2所述的激光线束改善装置，其特征在于，
所述第一遮蔽部对所述线束的长轴端部的陡峭部以及所述平坦部的长轴侧端部的透过进行遮蔽。
5.如权利要求1至4的任一项所述的激光线束改善装置，其特征在于，
所述第二遮蔽部在与所述第一遮蔽部相同的位置或外侧对所述线束的长轴方向进行所述遮蔽。
6.如权利要求1至4的任一项所述的激光线束改善装置，其特征在于，
所述第二遮蔽部具有多个遮蔽部，该多个遮蔽部对于所述被处理物的相对远近位置不同，在用前级的遮蔽部对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽后进一步对所述线束的长轴端部的透过进行遮蔽。
7.如权利要求6所述的激光线束改善装置，其特征在于，
对于多个所述遮蔽部，后级的遮蔽部在与前级的遮蔽部相同的位置或外侧进行所述遮蔽。
8.一种激光处理装置，其特征在于，包括：
激光光源，该激光光源输出激光；光学系统，该光学系统将所述激光的射束形状整形为线束并对其进行引导；处理室，该处理室中配置有被处理物，将由所述光学系统所引导的激光通过导入窗而导入，并对所述被处理物进行照射；以及如权利要求1至7的任一项所述的激光线束改善装置，
所述线束改善装置的第一遮蔽部位于所述处理室外、且配置于所述光学系统的最终级的聚焦透镜与所述导入窗之间，所述线束改善装置的第二遮蔽部配置于所述导入窗内侧的所述处理室内。
9.如权利要求8所述的激光处理装置，其特征在于，
所述激光处理装置用于对被处理物照射激光以对所述被处理物进行结晶化或活性化处理。
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