CN110945627A - 激光退火装置及激光退火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一方案的激光退火装置具备：光源，其产生激光；复眼透镜，其用于使激光的强度分布均匀；投影掩模，其遮蔽通过了复眼透镜的激光；及投影透镜，其由通过了投影掩模的激光形成向基板的规定的范围照射的激光束，为了抑制干涉条纹通过投影掩模而产生的莫尔条纹，使复眼透镜的排列方向相对于投影掩模的掩模图案的排列方向旋转规定角度地构成，其中，该干涉条纹是激光通过复眼透镜而产生的干涉条纹。

Description

激光退火装置及激光退火方法
技术领域
本发明涉及通过激光对基板进行退火的激光退火装置及其方法。
背景技术
以往，作为对硅基板的非晶硅进行多晶硅化的技术，已知有激光退火技术。激光退火通常是向硅膜照射激光而以低温加热，进行多晶硅化的技术，作为液晶面板等基板的生成技术而周知。激光退火存在直线束方式、微透镜阵列方式。专利文献1公开了这样的激光退火技术的一例。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-182348号公报
发明内容
发明概要
发明要解决的课题
然而，在激光退火装置中，需要配设复眼透镜(Fly-eyelens)等均匀化机构，使从光源照射的激光的强度分布尽可能均匀。而且，为了限定同时执行退火的部位而有时进行使用了投影掩模的遮蔽。然而，通过了构成复眼透镜的各透镜的激光相互干涉，有时会产生干涉条纹。并且，如果由复眼透镜产生的干涉条纹的周期(也称为间距)与在投影掩模中使光通过的开口的配置的周期不同，则在该干涉条纹产生的激光通过投影掩模时，存在干涉条纹的强度峰值照射到投影掩模的遮光部的情况，在该情况下有时会产生向非晶硅照射的能量的周期性的空间性的变动(莫尔条纹)。莫尔条纹的产生成为面板上的TFT特性的周期性的变动，在最终产品即显示器中表现作为显示不均，因此减少莫尔条纹的产生的情况至关重要。
因此，本发明鉴于上述问题而提出，目的在于提供一种在使用了复眼透镜和投影掩模的激光退火装置中，能够减少莫尔条纹的产生的激光退火装置及其方法。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，本发明的一方案的激光退火装置具备：光源，其产生激光；复眼透镜，其用于使激光的强度分布均匀；投影掩模，其遮蔽通过了复眼透镜的激光；及投影透镜，其由通过了投影掩模的激光形成向基板的规定的范围照射的激光束，为了抑制干涉条纹通过投影掩模而产生的莫尔条纹，使复眼透镜的排列方向相对于投影掩模的掩模图案的排列方向旋转规定角度地构成，其中，该干涉条纹是激光通过复眼透镜而产生的干涉条纹。
另外，在上述激光退火装置中，可以是，投影透镜是将对投影掩模的至少一个开口进行投影的微透镜一维地或二维地排列的微透镜阵列。
另外，可以是，复眼透镜是具有矩形形状的外形的结构，相对于矩形形状的外形的一条边，使复眼透镜的排列方向预先倾斜规定角度地形成。
另外，本发明的一方案的激光退火方法是基于激光退火装置的激光退火方法，其特征在于，包括：从产生激光的光源照射激光的照射步骤；由复眼透镜使激光的强度分布均匀的均匀化步骤；由投影掩模遮蔽通过了复眼透镜的激光的遮蔽步骤；及由投影透镜将由投影掩模进行了遮蔽的激光形成为向基板的规定的范围照射的激光束的形成步骤，激光退火装置为了抑制干涉条纹通过投影掩模而产生的莫尔条纹，使复眼透镜的排列方向相对于投影掩模的掩模图案的排列方向旋转规定角度地构成，其中，该干涉条纹是激光通过复眼透镜而产生的干涉条纹。
发明效果
本发明的一方案的激光退火装置即便使用复眼透镜及将激光的一部分遮挡的投影掩模，也能够抑制对象中产生莫尔条纹。
附图说明
图1的(a)是激光退火装置的俯视图，图1的(b)是激光退火装置的侧视图。
图2的(a)是复眼透镜的俯视图的一例，图2的(b)是复眼透镜的长度方向的侧视图的一例，图2的(c)是复眼透镜的宽度方向的侧视图的一例，图2的(d)是复眼透镜的立体图的一例。
图3的(a)是使复眼透镜不旋转的状态的一例，图3的(b)是表示在激光退火装置配设的复眼透镜的状态的一例的图。
图4是表示激光退火装置的动作的流程图。
图5的(a)是表示不使复眼透镜旋转的情况下的累计莫尔条纹的分布例的曲线图。图5的(b)是表示使复眼透镜旋转的情况下的累计莫尔条纹的分布例的曲线图。
图6是表示复眼透镜的一例的图。
图7是用于说明莫尔条纹产生的原理的概略图。
图8是表示取代微透镜阵列而使用了单一的投影透镜的情况的构成例的图。
具体实施方式
关于本发明的激光退火装置，参照附图，进行详细说明。
<实施方式>
<结构>
图1是表示激光退火装置100的结构的图，(a)是从上表面观察激光退火装置100的俯视图，(b)是从侧面观察激光退火装置100的侧视图。
激光退火装置100具备：产生激光的光源101、用于使激光的强度分布均匀的复眼透镜112、将通过了复眼透镜的激光遮蔽的投影掩模116、以及由通过了投影掩模116的激光形成向退火的对象即基板的规定的范围照射的激光束的微透镜阵列(投影透镜)117，为了抑制激光通过复眼透镜而产生的干涉条纹因通过投影掩模而能产生的莫尔条纹，使复眼透镜的排列方向相对于投影掩模的掩模图案的排列方向旋转规定角度。而且，在图1中，激光退火装置100具备对于从光源101照射的激光进行聚光的柱面透镜111、及对于通过了复眼透镜112的激光进行聚光的聚光透镜113。
光源101是用于照射激光退火用的激光201的光源，例如，是激发出UV脉冲激光的激光振荡器。
柱面透镜111对于从光源101照射的激光201进行聚光。
复眼透镜112使从柱面透镜111照射的激光202的强度分布均匀。图2是表示复眼透镜112的构成例的图。如图2(a)所示，复眼透镜112通过将多个透镜配设成格子状而成。在图2(a)中，1个矩形表示1个透镜。需要说明的是，多个透镜的各个透镜未必非要为矩形，可以为任意的形状。搭载于激光退火装置100的复眼透镜112如图3(b)所示以相对于投影掩模图案旋转了规定的角度θ的状态搭载。即，复眼透镜112的排列方向成为相对于投影掩模图案倾斜了规定角度的状态。复眼透镜112使以凸面成为光源侧的方式构成的复眼透镜与以凸面成为光源的相反侧的方式构成的复眼透镜相对而使用。需要说明的是，在图2、图7中，将复眼透镜112表示为二组的透镜，但是其可以成型为一体。
聚光透镜113对于通过复眼透镜112而强度分布大致变得均匀的激光203进行聚光。
反射镜115是将通过了聚光透镜113的激光204朝向照射对象的面板200反射的镜体。
投影掩模116将由反射镜115反射的激光204遮蔽。投影掩模116设置有开口，使得对于在激光退火中执行退火的对象，向应该照射激光204的部位照射该激光204。投影掩模116例如可以在能够遮挡激光204的规定的基板的必要的部位设置开口，使激光204透过，也可以在透明基板中在不使激光204透过的部位配设铬等对激光进行遮挡或反射的金属。在投影掩模116中，开口以规定的掩模图案排列。
微透镜阵列117成为排列有多个微透镜的结构。微透镜阵列117形成对通过了投影掩模116的激光进行聚光的激光束，向照射对象的面板200照射。
作为照射对象的面板200是形成(覆膜)有非晶硅膜的基板，载置在台300上。面板200可以由玻璃原料形成，也可以由树脂原料形成。而且，面板200并不局限于上述的原料，可以由任意的原料形成。
台300是用于载置成为激光退火的对象的面板200的载置台。台300由未图示的驱动装置驱动。由此，面板200移动，激光通过投影掩模116，将面板200的表面的由微透镜阵列117形成的各激光束所照射的部位进行多晶硅化。在图1(b)的例子中，台300朝向光源101移动。有时将该移动方向也称为扫描方向。
另外，将柱面透镜111、复眼透镜112、聚光透镜113、反射镜115、投影掩模116、微透镜阵列117一并作为光学系统110。
在此，说明使用使复眼透镜112相对于投影掩模图案旋转规定角度θ而构成的激光退火装置100进行激光退火的理由。
首先，使用图7，说明在不使复眼透镜112旋转规定角度θ而进行激光退火的情况下，在面板200上形成的莫尔条纹。图7是用于说明莫尔条纹产生的原理的概略图。需要说明的是，图7只不过为概略图，关于图7所示的各种透镜、投影掩模、能量分布(周期、强度)的关系，可以存在与图7不同的情况。
通过了复眼透镜112的激光203虽说强度分布尽可能均匀，由于通过了各微透镜的激光彼此相互干涉而成为例如图7的能量分布701所示那样的具有强弱的激光。需要说明的是，图7例示的能量分布701只不过为例示，可以为与图7不同的能量分布701。
这样的具有强弱的能量分布的激光203通过聚光透镜113，通过投影掩模116，利用能量分布702所示那样的具有强弱(请留意的是严格来说并非通过投影掩模116引起的衍射或由于通过微透镜阵列117而成为如图所示的能量分布的情况)的激光对面板200进行退火。此时，由于通过了复眼透镜112而产生干涉条纹的激光由于通过投影掩模116而在照射能量的空间分布中产生干涉条纹和莫尔条纹。该莫尔条纹在由于通过了复眼透镜112的激光的干涉而产生的干涉条纹的间距(周期)与投影掩模116的开口的间距(周期)存在差异时表现出来，在该干涉条纹的周期及开口的配置的间距(周期)都不同的周期产生该莫尔条纹。需要说明的是，图7例示的能量分布702只不过为例示，可以是与图7不同的能量分布702。
干涉和莫尔条纹的产生成为面板上的TFT特性的周期性的变动，在作为最终产品的显示器上表现作为显示不均。这是由于干涉和莫尔条纹周期性地产生，因此在面板中晶体管的性能降低的区域也周期性地产生，该情况也成为显示器中出现显示不均的主要原因。
因此，在本发明的激光退火装置100中，通过使复眼透镜112旋转规定的角度θ而减少干涉和莫尔条纹的产生。以下，具体进行说明。
如上所述，图2(a)～图2(d)是复眼透镜112的一例。图2(a)是复眼透镜112的俯视图，图2(b)是复眼透镜112的从长度方向观察的侧视图，图2(c)是复眼透镜112的从宽度方向观察的侧视图，图2(d)是复眼透镜112的立体图。而且，图3是用于说明复眼透镜112的排列方向的附图。图3(a)是以复眼透镜112的单透镜的排列方向沿着激光退火装置的水平方向及铅垂方向的方式载置的情况。图3(b)是使复眼透镜112的单透镜的纵横的排列方向中的一方的排列方向旋转规定角度θ(例如，1度)地载置的情况。即，在照射区域与投影掩模之间存在规定角度θ。
如图2所示，复眼透镜112是将单透镜纵横地排列的透镜体。通常的话，如图3(a)所示，以复眼透镜的单透镜的排列方向沿着投影掩模的水平方向及铅垂方向的方式(在将单透镜的横向的排列方向设为p方向，将另一方的纵向的排列方向设为q方向时，以p方向成为水平方向且q方向成为铅垂方向的方式)搭载。相对于此，在本实施方式的激光退火装置100中，如图3(b)所示，使复眼透镜的单透镜的纵横的排列方向中的一方的排列方向旋转规定角度θ(例如，1度)地配设。需要说明的是，规定角度θ并不局限于1度，可以任意设定。规定角度θ如后所述可以算出适当的角度。由此，能够使通过复眼透镜112产生的干涉条纹的产生方向与投影掩模的开口的排列方向产生偏离，其结果是，能够抑制干涉和莫尔条纹的产生。
<动作>
从此开始，说明激光退火装置100进行的退火的动作。图4是表示其动作例的流程图。
首先，操作者将光源101、光学系统的条件、特别是根据复眼透镜112而不同地形成的干涉条纹的周期和投影掩模116的开口(透过激光的部位)的周期向模拟器输入，算出在面板200上用于抑制在不使复眼透镜112旋转的状态下进行了退火时能产生的干涉和莫尔条纹的复眼透镜112的旋转角θ(步骤S401)。需要说明的是，光源101、光学系统的条件是指从光源101激发的激光波长、构成光学系统的复眼透镜的特性。而且，在此，通过模拟器算出抑制莫尔条纹的产生的角度，但是也可以实际以各种角度使复眼透镜112旋转进行退火，来确定难以产生干涉和莫尔条纹的角度。
激光退火装置100使复眼透镜112旋转算出的旋转角(步骤S402)。需要说明的是，该旋转可以是激光退火装置100通过电动机驱动等而旋转，也可以是操作者通过手动进行设定。
并且，操作者驱动激光退火装置100，从光源101照射激光。激光退火装置100对驱动装置进行驱动，一边使台300移动，一边执行激光退火(步骤S403)。需要说明的是，在此，一边使台300移动(一边以照射范围单位移动)，一边进行激光退火，但是这也可以对于面板200将进行退火的范围汇总而一次进行。
由此，激光退火装置100能够提供出将抑制了莫尔条纹的非晶硅进行了多晶硅化的面板200。
需要说明的是，步骤S401的处理不是激光退火装置100的动作而是激光退火用的准备处理，不是激光退火装置100而是模拟器中的处理。
图5是表示干涉和莫尔条纹的强度分布的一例的图，图5(a)是表示在不使复眼透镜旋转的状态下照射了激光时的、在投影掩模116的开口的排列方向(图1的y方向)上观察的累计莫尔条纹的强度分布例的曲线图，图5(b)是表示在使复眼透镜112旋转规定的角度θ的状态下照射了激光时的、在投影掩模116的开口的排列方向(图1的y方向)上观察的累计莫尔条纹的强度分布例的曲线图。累计莫尔条纹是指由通过了投影掩模116的各开口的激光产生的莫尔条纹的累计值。
将图5(a)与图5(b)进行比较可知，不使复眼透镜旋转与使复眼透镜112旋转的情况相比，累计莫尔条纹的强度分布的偏差大(也称为累计莫尔条纹的最大值与最小值的差大)。即，图5(a)的情况与图5(b)的情况相比，退火的结果是在面板200上产生显著的干涉和莫尔条纹。由此，通过在使复眼透镜112以激光的照射方向为轴旋转了规定角度θ的状态下进行退火，能够抑制干涉和莫尔条纹的产生。
需要说明的是，在上述中，使复眼透镜112旋转规定角度θ地搭载，但是也可以使用将构成复眼透镜112的透镜的排列方向预先倾斜规定角度θ地构成的复眼透镜112。图6是表示复眼透镜的一例的图。如图6例示那样，通过将构成复眼透镜112的透镜的排列方向错开而形成倾斜了规定角度θ的状态。激光退火装置100可以搭载例如图6所示那样的复眼透镜112。
另外，在本实施方式中，示出了使用微透镜阵列117作为发挥作为投影透镜的功能的透镜的例子，但是也可以使用1个投影透镜。图8是表示取代微透镜阵列而使用单一的投影透镜的情况的构成例的图。即，如图8所示，可以采取通过了投影掩模116的激光由单一的投影透镜801对面板200照射激光的结构。如上所述，莫尔条纹是以复眼透镜产生的干涉条纹的间距与投影掩模的开口的间距的偏离为起因而产生的条纹，由投影透镜的结构产生的差异少。因此，作为投影透镜，不使用微透镜阵列117而使用1个投影透镜801，也同样地通过使复眼透镜112旋转规定角度θ而能够抑制莫尔条纹的产生。
<总结>
如上所述，根据本发明的激光退火装置100，使复眼透镜112旋转规定角度θ地搭载于激光退火装置100，由此，相对于投影掩模116的开口的排列方向，能够使因通过了复眼透镜的激光而能产生的干涉条纹倾斜。其结果是，发射的激光的能量的累计值向面板200照射而进行退火(能够使累计莫尔条纹的强度分布均匀)，因此能够抑制干涉和莫尔条纹的产生，对非晶硅进行多晶硅化。即，激光退火装置100在面板200上，在想要照射激光的部位，能够使照射的激光的能量的总量大致均匀。
需要说明的是，虽然基于各附图、实施方式而说明了本发明，但是请注意的是如果为本领域技术人员则基于本公开能够容易地进行各种变形或修正的情况。因此，请留意的是这些变形、修正包含于本发明的范围。例如，在激光退火装置100中，只要至少使用光源101、复眼透镜112、投影掩模116即可，关于其他的光学系统的结构，可以适当根据需要配设。而且，例如，在光学系统110中，只要结果是以干涉条纹相对于面板200倾斜的方式通过板激光照射复眼透镜即可，构成光学系统的部件的配置可以先后。
附图标记说明
100 激光退火装置
101 光源(UV脉冲激光照射装置)
110 光学系统
111 柱面透镜
112 复眼透镜
113 聚光透镜
115 反射镜
116 投影掩模
117 微透镜阵列
200 面板
201、202、203、204 激光
300 台
701、702 能量分布
801 投影透镜

Claims (4)

1.一种激光退火装置，其特征在于，具备：
光源，其产生激光；
复眼透镜，其用于使所述激光的强度分布均匀；
投影掩模，其遮蔽通过了所述复眼透镜的激光；及
投影透镜，其将通过了所述投影掩模的激光形成向基板的规定的范围照射的激光束，
为了抑制干涉条纹通过所述投影掩模而能产生的莫尔条纹，使所述复眼透镜的排列方向相对于所述投影掩模的掩模图案的排列方向旋转规定角度地构成，其中，所述干涉条纹是所述激光通过所述复眼透镜而产生的干涉条纹。
2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，
所述投影透镜是将对所述投影掩模的至少一个开口进行投影的微透镜一维地或二维地排列的微透镜阵列。
3.根据权利要求1或2所述的激光退火装置，其特征在于，
所述复眼透镜是具有矩形形状的外形的结构，相对于所述矩形形状的外形的一条边，使所述复眼透镜的排列方向预先倾斜所述规定角度地形成。
4.一种激光退火方法，其是基于激光退火装置的激光退火方法，其特征在于，包括：
从产生激光的光源照射激光的照射步骤；
由复眼透镜使所述激光的强度分布均匀的均匀化步骤；
由投影掩模遮蔽通过了所述复眼透镜的激光的遮蔽步骤；及
由投影透镜将由所述投影掩模进行了遮蔽的激光形成为向基板的规定的范围照射的激光束的形成步骤，
所述激光退火装置为了抑制干涉条纹通过所述投影掩模而能产生的莫尔条纹，使所述复眼透镜的排列方向相对于所述投影掩模的掩模图案的排列方向旋转规定角度地构成，其中，所述干涉条纹是所述激光通过所述复眼透镜而产生的干涉条纹。
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