CN111164736A - 激光照射装置、及激光照射方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种激光照射装置、及激光照射方法，在对基板上的指定的区域作激光退火的情况时，能够抑制激光的照射所需要的能量。本发明的一实施形态之中的激光照射装置是具备产生激光的光源、及激光头，包含柱面镜，而柱面镜接受激光，在平行于基板的移动方向的方向上产生细线状的激光束，其中激光头对覆膜了非晶硅薄膜的基板的指定的区域照射细线状的激光束，以在该指定的区域形成多晶硅薄膜。

Description

激光照射装置、及激光照射方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜电晶体的形成，特别涉及一种激光照射装置、及激光照射方法，用于对非晶硅薄膜照射激光，以形成多晶硅薄膜。
背景技术
作为反交错结构的薄膜电晶体，存在有将非晶硅薄膜使用于通道区域者。然而，由于非晶硅薄膜的电子移动度小，因此当将该非晶硅薄膜使用于通道区域时，则具有薄膜电晶体中之电荷的移动度变小的困难。
在此，存在有透过雷射光对瞬间加热非晶硅薄膜的指定区域使其多结晶化，以形成电子移动度高的多晶硅薄膜，并将该多晶硅薄膜使用于通道区域的技术。
例如，在专利文献1中，揭露在基板中形成非晶硅薄膜，之后，透过对此非晶硅薄膜照射准分子激光等的激光，进行激光退火，并透过短时间的熔融凝固，进行使多晶硅薄膜结晶化的处理。在专利文献1中记载：透过进行该处理，可以使薄膜电晶体的源极与汲极间的通道区域变成电子移动度高的多晶硅薄膜，可以使电晶体动作高速化。
先前技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报第2016-100537号
发明内容
发明所欲解决的课题
在此，在专利文献1中，揭露：为了对基板上的多个的位置作激光退火，故对该基板整体照射激光。然而，在基板上，需要作激光退火的区域是薄膜电晶体的源极与汲极间的变成通道区域的区域，而是该基板的一部分的区域。不过，对基板整体照射激光的专利文献1中所记载的技术，会产生激光的照射需要过多的能量的问题。
本发明之目的是有鉴于上述问题点，而提供一种激光照射装置、及激光照射方法，其可以在对基板上的指定的区域作激光退火的情况时，能够抑制激光的照射所需要的能量。
解决课题的方法
本发明的一实施形态之中的激光照射装置是具备产生激光的光源、及激光头，包含柱面镜，而柱面镜接受激光，在平行于基板的移动方向的方向上产生细线状的激光束，其中激光头对覆膜了非晶硅薄膜的基板的指定的区域照射细线状的激光束，以在该指定的区域形成多晶硅薄膜。
在本发明的一实施形态之中的激光照射装置中，基板可包含在平行于前述移动方向的方向上的一列的多个的指定的区域，以及，激光头可对该一列之中所包含的多个的指定的区域的各区域照射细线状的激光束。
在本发明的一实施形态之中的激光照射装置中，激光头可包含布置在平行于移动方向的方向上的多个的前述柱面镜，而通过该多个的柱面镜，产生多个的细线状的激光束。
在本发明的一实施形态之中的激光照射装置中，基板可具备其各列分别包含多个的指定的区域的多个的列，以及，多个的列的各列可平行于基板的移动方向，以及激光头可对多个的列的各列，照射多个的细线状的激光束的各激光束。
在本发明的一实施形态之中的激光照射装置中，多个的细线状的激光束的间隔可基于基板上的多个的列的间隔而加以设定。
在本发明的一实施形态之中的激光照射装置中，可进一步地具备投影遮罩，其被设置在激光头上，而在与基板的指定的区域相对应的位置具有开口部。
本发明的一实施形态之中的激光照射方法是包含第一步骤，产生激光、第二步骤，使用柱面镜，而从激光在平行于基板的移动方向的方向上产生细线状的激光束、及第三步骤，对覆膜了非晶硅薄膜的基板的指定的区域照射产生的细线状的激光束，以在该指定的区域形成多晶硅薄膜。
在本发明的一实施形态之中的激光照射方法中，基板可包含在平行于移动方向的方向上的一列的多个的指定的区域，以及可在第三步骤之中，对一列之中所包含的多个的指定的区域的各区域照射细线状的激光束，以在该多个的指定的区域形成多晶硅薄膜。
发明的效果
如果通过本发明的话，在对基板上的指定的区域作激光退火的情况时，可以提供能够抑制激光的照射所需要的能量的激光照射装置、及激光照射方法。
附图说明
图1a为激光照射装置的示意上视图、及图1b为激光照射装置的示意侧视图。
图2为示出指定的区域受退火处理的薄膜电晶体的例子的示意图。
图3为示出基板的例子的示意图。
图4为用于说明透过习知技术之中的激光照射装置，基板受激光(线光束)照射的状态的图形。
图5为用于说明基板受细线状的线光束照射的状态的示意图。
图6为用于说明由多个的柱面镜产生细线状的激光束的状态的示意图。
图7为示出线光束转换透镜构件(激光头)之中的柱面镜的构造例子的示意图。
图8为示出激光照射装置的运作例子的流程图。
具体实施方法
以下，参考添付的图形具体说明本发明之实施形态。
<一实施形态>
就本发明的一实施形态的激光照射装置，使用图1的示意侧视图加以说明。图1是示出激光照射装置的示意图的图形。就本发明的一实施形态，激光照射装置100是用以在薄膜电晶体(TFT)般的半导体装置的制造过程之中，例如，用于对通道区域形成预定区域照射激光而作退火处理，以使该通道区域形成预定区域多结晶化的装置。
激光照射装置100是在形成例如，液晶显示装置之周边电路等的像素的薄膜电晶体时使用。在形成此种薄膜电晶体的情况时，首先，透过溅镀使由Al(铝)等金属膜所构成的栅电极在基板200上有图案形成。接着，透过低温电浆CVD(化学气相沉积)法，在基板200上之全表面上形成由SiN(氮化硅)膜所构成的闸极絶缘膜。
之后，在闸极絶缘膜上，例如，透过电浆CVD法形成非晶硅薄膜。亦即，在基板200的全表面上形成(覆着)非晶硅薄膜。最后，在非晶硅薄膜上形成二氧化硅(SiO2)膜。接着，透过图1所绘示的激光照射装置100，对非晶硅薄膜的栅电极上的指定的区域(于薄膜电晶体中变成通道区域的区域)照射线光束205而作退火处理，以使该指定的区域多结晶化而作多晶硅化。此外，虽然基板200是，例如玻璃基板，但基板200并不指定是玻璃材料，例如也可以是由树脂等的材料所形成的树脂基板等，任何材料的基板皆可。
如图1所示，在激光照射装置100中，具备使激光产生的光源101，并具备使从同光源101照射出来的激光的强度分布大略均匀的匀化器111、使透过匀化器111而强度分布均匀的激光聚光的聚光镜112、使透过聚光镜112而聚光的激光转换细线状的线光束的柱面镜113。
再者，在柱面镜113与线光束的照射对象(基板200)之间的光径上，也具备用于使透过通过匀化器111的激光的干扰而在照射对象上可能发生的干扰不均减少的投影遮罩114。在图示的实施形态，在投影遮罩114与照射对象(基板200)之间，具备镜子115、及线光束转换透镜构件(激光头)10。
光源101是用于照射激光退火用的激光的光源。例如，是使UV脉冲激光、准分子激光等振荡的激光振荡器。光源101是以指定的重复周期发射波长为308nm或248nm等的激光的准分子激光。
匀化器111使从光源101被振荡的激光201的强度分布大略均匀。匀化器111是，例如，透过互相相对的二个的蝇眼透镜所构成。也可以使用非球面透镜、绕射光学元件等作为匀化器111。
聚光镜112使通过匀化器111而强度分布大略变成均匀的激光202聚光。
柱面镜113使透过聚光镜112而聚光的激光203转换成线光束。此外，也可以将该柱面镜113更换成线光束转换透镜构件(激光头)10。
投影遮罩114遮蔽从柱面镜113输出的线光束204，而输出能量分布呈均匀的线光束205。此外，也可以将投影遮罩114称为投影遮罩图案。
镜子115是使通过投影遮罩114的线光束205向照射对象的基板200反射的镜面。
线光束转换透镜构件(激光头)10是为了使透过镜子115而反射的线光束205照射在照射对象的基板200上，而将其转换变成适当的宽度、且多个的细线状的线光束。
照射对象的基板200是硅膜所形成的基板。基板的种类は主要是玻璃。此基板200被安置在平台300上。
平台300是用于安置激光退火的对象的基板200的安置台。透过驱动装置(未绘示)驱动平台300。经由平台300的驱动移动基板200，以使基板200的表面多晶硅化。在图1b的例子中，平台300朝向光源101的方向移动。该移动方向(S)也称为扫瞄方向。图中的记号x和y是平台300可能移动的方向。
在本发明的一实施形态的激光照射装置100中，透过匀化器111、聚光镜112、柱面镜113、投影遮罩114、镜子115、线光束转换透镜构件(激光头)10，而构成均匀线光束光学系统110。
图2是示出指定的区域受退火处理的薄膜电晶体20的例子的示意图。此外，薄膜电晶体20是，透过一开始形成多晶硅薄膜22，之后，在所形成的多晶硅薄膜22的两端形成源极23和汲极24而制成。
如图2所示，薄膜电晶体20是在源极23与汲极24之间形成有多晶硅薄膜22。激光照射装置100对非晶硅薄膜的指定的区域照射细线状的激光束。结果，在图2中所绘示的变成薄膜电晶体20的区域中，非晶硅薄膜的指定的区域被瞬间加热而熔融，而变成多晶硅薄膜22。
多晶硅薄膜比起非晶形硅薄膜，其电子移动度高，在薄膜电晶体中，被使用在将源极与汲极电性连接的通道区域中。
图3是示出透过激光照射装置100而被照射细线状的激光束的基板200的例子的示意图。如图3所示，基板200包含多个的像素，而在该像素的各个中具备薄膜电晶体。薄膜电晶体是透过电性的ON/OFF而实现多个的像素的各个之中的光线的穿过控制的构件。
激光照射装置100对非晶硅薄膜21的指定的区域(于薄膜电晶体20中变成通道区域的区域)照射细线状的激光束206。接着，激光照射装置100对基板200上的布置了非晶硅薄膜21的指定的区域照射细线状的激光束206。
如图3所绘示般地，将基板200中的要受激光退火的指定的区域，亦即将应该形成为多晶硅薄膜22的指定的区域相对于基板200的移动方向呈平行地布置成一列。在图3的例子中，在平行于基板200的移动方向的一列的第一列中，在平行于该移动方向的方向上配置排列多个的指定的区域。同样地，在平行于基板200的移动方向的一列的第二列至第N列的各列中，在平行于该移动方向的方向上配置排列多个的指定的区域。如此一般，基板200具备多个的列，而各列分别包含多个的指定的区域，该多个的列的各列是平行于基板200的移动方向。再者，也将包含于多个的列的各列中的多个的指定的区域的各区域呈平行于基板200的移动方向地加以布置。
如图3所绘示般地，在基板200中，将要受激光退火的指定的区域，亦即将应该形成为多晶硅薄膜22的指定的区域相对于基板200的移动方向呈平行地布置成一列。亦即，在基板上的必须受激光退火的区域是：薄膜电晶体的源极与汲极间的变成通道区域的区域，而是该基板的一部分的区域。
在此，在习知技术中，使用设置在垂直于基板200的移动方向的方向上的柱面镜，而对该基板200的整体照射激光(线光束)。
图4为用于说明透过习知技术之中的激光照射装置100对基板200照射激光(线光束)的状态的图形。如图4所示般地，习知技术之中的激光照射装置100是透过设置在垂直于基板200的移动方向的方向上的柱面镜910，而对基板200连续地照射垂直于该移动方向的线光束206。结果，将覆膜在基板200上的非晶硅薄膜220作退火处理，而变成多晶硅薄膜221。
然而，如图3所示，在基板200中，应该受退火处理的指定的区域是该基板200上的一部分。不过，如果如图4所示般地，透过设置在垂直于基板200的移动方向的方向上的柱面镜910，对基板200连续地照射垂直于该移动方向的线光束206的话，将成为对原本不需照射的部分也照射该线光束206，而变成浪费地消耗这部分的激光的能量。
因此，本发明的一实施形态的激光照射装置100是透过线光束转换透镜构件(激光头)10，在平行于基板200的移动方向的方向上产生细线状的线光束206，以对相对于基板200的移动方向呈平行地配置排列的指定的区域进行照射。亦即，仅对图3的第一列至第N列的部分照射线光束206。结果，在基板200中，免于对应该受退火处理的指定的区域以外的部分(亦即，列与列之间的部分)照射激光，而可以抑制这部分的激光的照射需要的能量。
图5是用于说明透过线光束转换透镜构件(激光头)10所产生的细线状的线光束206对基板200进行照射的状态的示意图。如图5所绘示般地，线光束转换透镜构件(激光头)10接受激光(线光束205)，而在平行于基板200的移动方向的方向上产生细线状的激光束206。线光束转换透镜构件(激光头)10具备设置在平行于基板200的移动方向的方向上的柱面镜116，而使用该柱面镜116，产生平行于基板200的移动方向的细线状的激光束206。
如图5所绘示般地，线光束转换透镜构件(激光头)10具备多个设置在平行于基板200的移动方向的方向上的柱面镜116，而可以对基板200上的多个的列(其各列为包含多个的指定的区域的多个的列)，照射细线状的激光束206。
如图5所绘示般地，线光束转换透镜构件(激光头)10对覆着非晶硅薄膜21的基板200的指定的区域，照射细线状的激光束206，以在该指定的区域中形成多晶硅薄膜22。再者，如图5所绘示般地，线光束转换透镜构件(激光头)10包含布置在平行于基板200的移动方向的方向上的多个的柱面镜116，而透过该多个的柱面镜116，产生多个的细线状的激光束206。基板200具备各列分别包含多个的指定的区域的多个的列，而多个的列的各列是平行于基板200的移动方向。接着，线光束转换透镜构件(激光头)10对多个的列的各列照射多个的细线状的激光束206的各光束。
图6是用于说明由多个的柱面镜116产生细线状的激光束206的状态的示意图。
如图6所绘示般地，多个地配置排列多个的柱面镜116，而该多个的柱面镜116的各个则产生细线状的激光束206。由相邻的柱面镜116所产生的细线状的激光束206的间隔H是基于基板200上的多个的列(其各列分别包含多个的指定的区域的多个的列)的间隔而加以设定。
如此一般，本发明的一实施形态之中的激光照射装置100对基板200上的多个的列(其各列分别包含多个的指定的区域的多个的列)照射多个的细线状的激光束206。结果，变成可以将激光的照射范围局限在基板200的指定的区域中。亦即，激光照射装置100不对基板200之中的相邻的激光束206之间的部分(图6的间隔H的部分)照射激光。在基板200之中的相邻的激光束206之间的部分(图6的间隔H的部分)中，因为并不包含基板200之中应该形成为多晶硅薄膜22的指定的区域，首先是不需照射激光的部分。因此，本发明的一实施形态相较于对基板200的整体照射激光的情况，可以局限照射激光的范围，而变成可以抑制激光的照射所需的能量。
接着，使用图7，说明线光束转换透镜构件(激光头)10之中的柱面镜116的构造例子。此外，在图7的例子中，虽然是对石英的基底部15进行干蚀刻等的处理，而制成多个的柱面镜116，但线光束转换透镜构件10也可以是将多个的独立的柱面镜116加以配置排列成的。
如图7所示般地，线光束205是从光入射面11入射到线光束转换透镜构件(激光头)10。线光束转换透镜构件(激光头)10包含多个的柱面镜116，并将其布置在该线光束转换透镜构件(激光头)10之中的基底部15的线光束射出面12的一侧。接着，多个的柱面镜116的各个的基底部15的纵向截面呈半圆弧117的形状，而是从线光束射出面12起呈凸面状。亦即，多个的柱面镜116是微小的凸透镜。从线光束射出面12照射出的细线状的激光束206对安置在平台300上的基板200的指定的区域进行照射。
就形成在基底部15的多个的柱面镜116而言，多个的柱面镜116的整体高度是从线光束射出面12到半圆弧117(柱面镜116)的顶点的距离。虽然柱面镜116的整体高度是，例如，0.1至1mm的范围，但并不指定在此范围内，任何的整体高度皆可。此外，柱面镜116的整体高度是从线宽度、能量强度、各个的柱面镜116的彼此的间隔等加以订出。此外，柱面镜116的半圆弧117的曲率是透过整体高度、柱面镜116本体的宽度等加以订出。柱面镜116是，例如，从基底部15的短方向上延伸出，而柱面镜116是近似于细长的纺锤形状。
在线光束转换透镜构件(激光头)10形成柱面镜116的方法如下所述。首先，在石英的基底部涂布光阻。使此光阻曝光而在表面上形成指定的图案。显影后，之后，残留将变成微小透镜部的部位的光阻。接着，将表面加热(回焊)。经由加热光阻将透过表面张力而使纵向截面变成半圆弧状。之后，经由干蚀刻，在石英的基底部形成微小透镜部的半圆弧状的凸部。
透过此方法的话，可以极简单、且顺畅地一次性地制成形状是顺畅且形状良好的柱面镜116。此外，由于基底部与形成在基底部的微小透镜部皆是石英且是共同的结晶构造，故不会使线光束的穿透率降低。
此外，柱面镜116是长尺寸的且正确的曲率调整量是必须的。因此，柱面镜的研磨以外的制造方法并不存在。因此，由于容易破裂，故制造并不容易，且需要时间和费用。然而，在线光束转换透镜构件10之中的柱面镜116的形成中，由于可以适用于习知的柱面镜116的研磨以外的制造方法，故变成可以进行长尺寸的制造。因此，可以解决习知的柱面镜116所包含的问题点。
此外，柱面镜是长尺寸的且正确的曲率调整量是必须的。因此，柱面镜的研磨以外的制造方法并不存在。因此，由于容易破裂，故制造并不容易，且需要时间和费用。然而，在线光束转换透镜构件(激光头)10之中的微小透镜部的形成中，由于可以适用于习知的柱面镜的研磨以外的制造方法，故变成可以进行长尺寸的制造。因此，可以解决习知的柱面镜所包含的问题点。
在此，就本发明的一实施形态之中的激光照射装置100的运作例子加以说明。图8是示出激光照射装置100的运作例子的流程图。
如图8所示般地，由激光照射装置100的光源101产生激光(S101)。接着，从产生的激光，使用包含柱面镜的线光束转换透镜构件(激光头)10，在平行于基板的移动方向的方向上产生细线状的激光束(S102)。之后，对覆膜了非晶硅薄膜的基板的指定的区域连续地照射所产生的细线状的激光束，以在该指定的区域中形成多晶硅薄膜(S103)。此外，之后，在其它的制程中，在其指定的区域中形成了多晶硅薄膜的薄膜电晶体中，形成图2中所绘示的源极23与汲极24。
如上述般地，本发明的一实施形态之中的激光照射装置100是可以将激光的照射范围局限在基板200的指定的区域，且相较于对基板200的整体照射激光的情况，可以局限照射激光的范围，而变成可以抑制激光的照射所需的能量。
此外，在以上的说明中，在出现「垂直」、「平行」、「平面」、「正交」等的内容的情况时，这些的各个记载并无严谨的意思。亦即，所谓「垂直」、「平行」、「平面」、「正交」是指：在设计上或制造上等的公差或误差容许的状况时，代表「实质地垂直」、「实质地平行」、「实质地平面」、「实质地正交」的意思。此外，在此所述之公差或误差是指：在不脱离本发明的结构、作用、效果的范围内，代表单位的意思。
再者，在以上的说明中，在外形上的尺寸或大小有「同一」、「相等」、「不同」等记载的情况时，这些的各个记载并无严谨的意思。亦即，所谓「同一」、「相等」、「不同」的是指：在设计上或制造上等的公差或误差容许的状况时，代表「实质上同一」、「实质上相等」、「实质上不同」的意思。此外，在此所述之公差或误差是指：在不脱离本发明的结构、作用、效果的范围内，代表单位的意思。
虽然在此基于各图形或实施形态说明了本发明，然而本行业人士应注意：基于本揭示而进行各种变形或修正是容易的。因此，应留意该等变形或修正包含在本发明的范围之内。例如，各装置、各步骤等中所包含的功能等可以以在逻辑上不矛盾的方式再设置、可以将多个地装置或步骤等组合成一个、或是分割。再者，也可以适当地组合上述实施形态中所示之结构。
附图标记说明
10：线光束转换透镜构件(激光头)
11：光入射面
12：线光束射出面
15：基底部
20：薄膜电晶体
21：非晶硅薄膜
22：多晶硅薄膜
23：源极
24：汲极
100：激光照射装置
101：光源
110：均匀线光束光学系统
111：匀化器
112：聚光镜
113：柱面镜
114：投影遮罩
115：镜子
116：柱面镜
117：半圆弧
200：基板
201、202、203：激光
204、205：线光束
206：细线状的线光束
300：平台

Claims (8)

1.一种激光照射装置，其特征在于，
具备：
产生激光的光源；及
激光头，包含柱面镜，而柱面镜接受所述激光，在平行于基板的移动方向的方向上产生细线状的激光束，其中
所述激光头对覆膜了非晶硅薄膜的所述基板的指定的区域照射所述细线状的激光束，以在该指定的区域形成多晶硅薄膜。
2.如权利要求1所述的激光照射装置，其特征在于，
所述基板包含在平行于所述移动方向的方向上的一列的多个的所述指定的区域，以及
所述激光头对所述一列之中所包含的多个的所述指定的区域的各区域照射所述细线状的激光束。
3.如权利要求1或2所述的激光照射装置，其特征在于，
所述激光头包含与所述移动方向平行配置的多个所述柱面镜，而通过该多个柱面镜，产生多个的所述细线状的激光束。
4.如权利要求3所述的激光照射装置，其特征在于，
所述基板具备多个列，多个列的各列分别包含多个的所述指定的区域，
所述多个列的各列平行于所述基板的移动方向，
所述激光头对所述多个列的各列照射多个的所述细线状的激光束的各激光束。
5.如权利要求4所述的激光照射装置，其特征在于，
多个的所述细线状的激光束的间隔是基于所述基板上的所述多个列的间隔而加以设定的。
6.如权利要求1至5中任一项所述的激光照射装置，其特征在于，
所述激光照射装置进一步地具备投影遮罩，其被设置在所述激光头上，而在与所述基板的指定的区域相对应的位置具有开口部。
7.一种激光照射方法，包含以下步骤：
第一步骤，产生激光；
第二步骤，使用柱面镜，而从所述激光在平行于基板的移动方向的方向上产生细线状的激光束；及
第三步骤，对覆膜了非晶硅薄膜的所述基板的指定的区域照射产生的所述细线状的激光束，以在该指定的区域形成多晶硅薄膜。
8.如权利要求7所述的激光照射方法，其特征在于，
所述基板包含在平行于所述移动方向的方向上的一列的多个的所述指定的区域，
在所述第三步骤之中，对所述一列之中所包含的多个的所述指定的区域的各区域照射所述细线状的激光束，以在该多个的指定的区域形成多晶硅薄膜。
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