CN111788658A - 激光退火装置、激光退火方法以及有源矩阵基板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光退火装置(100)具有向载物台(20)的照射区域R1射出多个激光束LB的激光照射装置(10)，激光照射装置具有：激光装置，其射出激光束LA；以及聚光单元30，其具有微透镜阵列(34)和掩膜(32)，接受来自激光装置的激光束，并在照射区域R1内形成多个激光束各自的聚光点，其中，所述微透镜阵列(34)具有排列成m行n列的多个微透镜(34A)，所述掩膜32具有多个开口部(32A)，多个激光束是由m行n列的微透镜中的p行q列的微透镜(p＜m或q＜n)来形成的p行q列的激光束，激光照射装置还具有摆动机构，其改变聚光单元(30)和照射区域R1之间的配置关系，使得从m行n列的微透镜中能够选择至少2个不同的p行q列的微透镜组。

Description

激光退火装置、激光退火方法以及有源矩阵基板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种例如适用于制造具有薄膜晶体管的半导体装置的激光退火装置、激光退火方法以及有源矩阵基板的制造方法。
背景技术
薄膜晶体管(Thin Film Transistor：以下称为“TFT”)例如在有源矩阵基板中用作开关元件。在本说明书中，将这种TFT称为“像素TFT”。作为像素TFT，以往广泛使用以非晶硅膜(以下简称为“a-Si膜”)为活性层的非晶硅TFT、以多晶硅膜等晶硅膜(以下简称为“c-Si膜”)作为活性层的晶硅TFT等。通常，由于c-Si膜的场效应迁移率高于a-Si膜的场效应迁移率，所以晶硅TFT具有比非晶硅TFT高的电流驱动力(即导通电流大)。
在显示装置等中使用的有源矩阵基板中，例如，通过在玻璃基板上形成a-Si膜，然后对a-Si膜照射激光束使其结晶化来形成晶硅TFT的活性层。
作为利用激光退火的结晶化方法，提出了通过使用微透镜阵列，仅向a-Si膜中的成为TFT活性层的多个区域照射激光束，从而使a-Si膜部分结晶以形成c-Si区域(有时称为“晶硅岛”或“c-Si岛”)(专利文献1、2、3)。在本说明书中，将该结晶化方法称为“局部激光退火法”。当使用局部激光退火方法时，与在a-Si膜的整个表面上扫描线状激光的现有的激光退火方法(有时称为准分子激光退火法：ELA方法)相比，可以大大缩短结晶化所需的时间，所以能够提高提高批量生产率。将专利文献1～3的所有公开内容并入到本说明书中，用于参考。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-29411号公报
专利文献2：国际公开第2011/132559号
专利文献3：国际公开第2017/145519号
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，在使用专利文献1～3所述的现有的局部激光退火方法形成的液晶显示装置的显示图像(例如全尺寸半色调显示)上，有时会产生多个线状的不均匀(以下称为“条纹不均匀”)。认为这是因为沿着局部激光退火时的激光束的扫描方向，在基板面内，c-Si岛的结晶度产生了偏差。详细情况将在后面叙述。
如果在基板表面内c-Si岛的结晶度产生偏差，则TFT特性也会在基板表面内出现偏差，因此有时会降低可靠性。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够降低基板表面内的结晶度偏差的激光退火装置和激光退火方法。
解决问题的手段
根据本发明的一实施方式的激光退火装置具有：载物台，其具有容纳基板的容纳面；以及激光照射装置，其向所述容纳面射出多个激光束，并在所述容纳面上形成照射区域，所述激光照射装置具有：激光装置，其射出激光束；以及聚光单元，其具有微透镜阵列和掩膜，接受从所述激光装置射出的所述激光束，并在所述照射区域内形成所述多个激光束各自的聚光点，该微透镜阵列具有排列成m行n列的多个微透镜，该掩膜具有多个开口部，其中每个开口部是针对所述多个微透镜中的每一个配置的，所述多个激光束是由排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的、p行q列的微透镜(p＜m或q＜n)来形成的p行q列的激光束，所述激光照射装置还具有摆动机构，所述摆动机构改变所述聚光单元和所述照射区域之间的配置关系，使得从排列成所述m行n列的所述多个微透镜中能够选择至少2个不同的p行q列的微透镜组。
在某实施方式中，所述激光束大到能够照射比排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜更多的微透镜，所述激光照射装置还具有遮光板，所述遮光板具有划定所述照射区域的透光部，所述透光部具有与排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的、p行q列的微透镜(p＜m或q＜n)对应的面积。所述遮光板可以配置在所述激光装置和所述聚光单元之间，也可以配置在所述聚光单元和所述基板之间。
在某实施方式中，所述摆动机构使所述聚光单元相对于所述照射区域的位置在与所述激光照射装置的扫描方向正交的摆动方向上移动。
在某实施方式中，所述摆动机构使所述聚光单元相对于所述照射区域的位置在所述激光照射装置的扫描方向上移动。
根据本发明的一实施方式的激光退火方法是通过使多个激光束依次聚集在非晶硅膜的多个区域内，从而形成排列成M行N列的多个晶硅岛的方法，包括：工序A：准备载物台和激光照射装置，该载物台具有容纳基板的容纳面，该激光照射装置是向所述容纳面射出多个激光束，并在所述容纳面上形成照射区域的激光照射装置，其具有：激光装置，其射出激光束；以及聚光单元，其具有微透镜阵列和掩膜，该微透镜阵列具有排列成m行n列的多个微透镜，该掩膜具有多个开口部，其中每个开口部是针对多个微透镜中的每一个而配置的；工序B1：在所述容纳面上配置表面具有非晶硅膜的基板；工序C1：使用所述激光照射装置，通过排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列(p≤m且q≤n)或t行q列(t＜p)的微透镜形成p行q列或t行q列的激光束作为所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述多个激光束各自的聚光点；以及工序C2：在所述工序C1之后，使所述基板相对于所述照射区域沿列方向相对地移动一个间距，所述方法包括工序D：包括在所述工序C1之后进行所述工序C2，然后再进行所述工序C1的时序，在成为排列成所述M行N列的所述多个晶硅岛的多个区域的每一个中形成p次与各自对应的聚光点，在M行q列的所有区域内形成所述多个激光束的聚光点之前，进行至少1次工序C3，所述工序C3：在所述工序C1之后，使用于对属于所述多个区域中的某一列的M个区域中的一个区域形成p次聚光点的p个微透镜组与用于对所述M个区域中的另一个区域形成p次聚光点的p个微透镜组至少有1个微透镜不同。
在某实施方式中，在所述工序C1中，通过排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的、p行q列的微透镜(p≤m且q＜n)来形成p行q列的激光束作为所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述p行q列的激光束各自的聚光点，所述工序C3包括在所述工序C1之后，使所述聚光单元相对于所述照射区域沿行方向相对地移动至少一个间距的工序。
在某实施方式中，在所述工序C1中，通过排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的、p行q列的微透镜(p<m且q≤n)来形成p行q列的激光束作为所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述p行q列的激光束各自的聚光点，所述工序C3包括在所述工序C1之后使所述聚光单元相对于所述照射区域沿列方向相对地移动至少一个间距的工序。
在某实施方式中，在所述工序C1之前，还包括工序B2，所述工序B2：选择排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的t行q列的微透镜作为选择透镜组，并且以与所述照射区域对应的方式配置所述选择透镜组，在所述工序C1中，通过所述选择透镜组形成所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述多个激光束各自的聚光点，在所述工序C3中，在所述工序C1之后，保持所述基板与所述照射区域之间的相对位置关系，所述工序D包括在进行所述工序C2或所述工序C3后，再进行所述工序C1的时序。
上述激光退火方法包括工序C4，所述工序C4：在所述工序C1之后，将所述选择透镜组切换为排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜(t＜p≤m且q≤n)，与之相伴地，以与所述切换后的选择透镜组对应的方式改变所述照射区域的面积，并且以与所述改变后的照射区域对应的方式配置所述切换后的选择透镜组，在M行q列的所有区域内形成所述多个激光束的聚光点之前，进行至少1次以上所述工序C4。
也可以在进行5×p次所述工序C1的期间内进行至少1次所述工序C3。或者，也可以在进行p次所述工序C1的期间内进行至少1次所述工序C3。所述至少1次可以随机选择。
根据本发明的一实施方式的有源矩阵基板的制造方法，其包括：通过上述任一项所述的激光退火方法，形成多个晶硅岛的工序；以及使用所述多个晶硅岛，形成多个TFT的工序。
发明效果
根据本发明的某实施方式，提供一种能够在减少基板表面内的结晶度偏差的激光退火装置和激光退火方法。
附图说明
图1是第一实施方式的激光退火装置的示意图。
图2是第一实施方式的激光退火装置中的激光照射装置的截面图。
图3是用于说明第一实施方式中的、聚光单元的微透镜和照射区域之间的位置关系的示意性平面图。
图4(a)～(g)分别是用于说明可以从图3所示的微透镜阵列中选择的透镜组的平面图。
图5(a)是例示了在第一实施方式的激光退火方法中使用的聚光单元的示意性平面图，图5(b)是例示了非晶硅膜中的被聚光区域的示意图。
图6是用于说明第一实施方式的激光退火方法的一个示例的图。
图7是用于说明第二实施方式中的、聚光单元的微透镜和照射区域之间的位置关系的示意性平面图。
图8是例示了在第二实施方式的激光退火方法中使用的聚光单元的示意性平面图。
图9是用于说明第二实施方式的激光退火方法的一个示例的图。
图10是用于说明第三实施方式的激光退火方法的一个示例的图。
图11是示出了激光退火装置的变形例1的截面图。
图12是用于说明激光退火装置的变形例2的立体图。
图13(a)～(d)分别是例示了第一实施方式的激光退火装置中的控制部的示意图。
图14(a)～(b)分别是例示了第二实施方式的激光退火装置中的控制部的示意图。
图15(a)～(b)分别是例示了第三实施方式的激光退火装置中的控制部的示意图。
图16(a)是用于说明现有的局部激光退火方法的示意性立体图，图16(b)是用于说明在利用现有的局部激光退火方法被结晶化的半导体膜中产生的“条纹不均匀”的示意性平面图。
具体实施方式
如上所述，当使用现有的局部激光退火方法在a-Si膜中形成多个c-Si岛时，c-Si岛的结晶度产生偏差，有时被视觉辨认为线状的不均(条纹不均)。本发明人进行了研究，结果发现：引起条纹不均匀的结晶度偏差的主要原因之一是激光退火装置的微透镜阵列的制造偏差。这里所说的“微透镜阵列的制造偏差”包括在制造由多个透镜二维排列而成的微透镜阵列时产生的、由于多个透镜的加工误差引起的尺寸和形状的偏差。但，不是每个微透镜的加工误差引起照射量的累计值的误差，而是1列(例如20个)的微透镜的加工误差的累计值中的误差引起照射量的累计值的误差。因此，难以采取确定加工误差较大的微透镜而不使用该微透镜的对策。当然，存在对透镜列的加工误差的累计值的贡献较大的透镜、小型透镜、以及有助于减小累计值的透镜。
图16(a)是例示了现有的局部激光退火方法的示意性立体图。
在现有的激光退火方法中，在使包括微透镜阵列MLA的激光照射装置相对于配置在基板上的Si膜101在图示的x方向(扫描方向)上相对移动并对该Si膜101进行激光照射。
在此，通过经由微透镜阵列MLA向非晶硅膜101的被选择的多个区域(称为“被聚光区域”)多次照射激光束LB，从而在非晶硅膜101的各被聚光区域内形成c-Si岛101c。在该示例中，各被聚光区域对应于成为TFT的活性层的区域，在与x方向和与x方向正交的y方向上排列。
微透镜阵列MLA包括在x方向和y方向上二维排列的多个透镜103。如果将x方向设为列方向，将y方向设为行方向，则微透镜阵列MLA包含由沿着x方向排列成一列的多个透镜103构成的多个透镜列。在该示例中，多个透镜列中的部分透镜列103C包含加工误差大较大的一个或多个透镜103a，加工误差的累计值比其他透镜列的加工误差的累计值大。
在成为TFT的活性层的1个被聚光区域中，通过包含在1个透镜列中的各透镜103依次聚光激光束105，从而进行多次激光照射。如果透镜列包含20个透镜103，则进行20次照射(发射)，由此，在该区域中形成c-Si岛101c。也就是说，使用同一透镜列中的透镜103形成位于相同列的多个c-Si岛101c。在由被加工误差较大的透镜列103C进行激光照射的被聚光区域中，形成照射量(20次的累计值)比其他的被聚光区域的照射量多(或少)且结晶度比其他c-Si岛101c的结晶度高(或低)的c-Si岛101ca。结果，线状地产生结晶度高(或低)的线状区域102，如图16(b)所示，被视觉识别为条纹不均匀。另外，该问题随着高精细化而变得显著。
本发明人基于上述见解，发现通过打破相同列中的c-Si岛101c被同一透镜列103C中的透镜103结晶化的这一规则性，能够减少微透镜阵列MLA因制造偏差引起的条纹不均匀。
下面将描述根据本发明实施方式的激光退火装置的概况。
激光退火装置包括激光照射装置和载物台，该载物台具有容纳形成有非晶硅膜的基板的容纳面。
激光照射装置向载物台的容纳面的部分区域(下面称为“照射区域”)，射出例如紫外线区域的多个激光束。多个激光束被聚光在多个微透镜上，在照射区域内形成多个聚光区域。
其中，照射区域和聚光区域是由激光照射装置划定的区域，规定为载物台的容纳面上的区域。即，不管配置在载物台的容纳面上的非晶硅膜(基板)的位置如何，都会规定照射区域和聚光区域。
激光照射装置具有：激光装置，其射出激光束；以及聚光单元，其接受从激光装置射出的激光束并形成多个激光束。聚光单元具有：微透镜阵列，其具有多个微透镜；以及掩膜，其具有多个开口部，它们是针对多个微透镜中的每一个而配置的。激光照射装置还可以包括具有透光部的遮光板。
照射区域例如由激光装置或遮光板划定。由聚光单元形成的多个聚光区域形成在照射区域内。
另一方面，将非晶硅膜(基板)中的、与照射区域(以及聚光区域)对应的区域称为照射区域(被聚光区域)。传统上，使非晶硅膜的被照射区域相对于照射区域相对地(例如在列方向逐间距地)相对地移动，并且通过多个微透镜多次照射激光，从而使被聚光区域中的非晶硅结晶化。例如通过8个不同的微透镜进行8次激光照射形成各被聚光区域(结果成为c-Si岛的区域)，通过全部相同的8个微透镜进行8次激光照射，形成属于某1列的多个(例如M个)c-Si岛。
根据本发明实施方式的激光退火装置具有摆动机构。
在此，在下面的描述中，在形成属于某一列的多个(例如M个)c-Si岛的过程中，将使用于形成至少一个c-Si岛的8次激光照射中使用的8个微透镜组与用于形成其他c-Si岛的8个微透镜组至少有一个不同的这一情况称为“摆动”，因此将激光照射装置具有的结构称为“摆动机构”。
摆动机构例如也可以包括如下机构：在形成属于某1列的多个(例如M个)c-Si岛的过程中，在为了形成至少1个c-Si岛而进行8次激光照射的期间内(即，使非晶硅膜的被照射区域在列方向上相对地且逐间距地移动，并且进行8次激光照射的期间内)，至少1次使微透镜组在行方向(与列方向正交)上移动。
另外，摆动机构例如也可以包括如下机构：在形成属于某1列的多个(例如M个)c-Si岛的过程中，在为了形成至少1个c-Si岛而进行8次激光照射的期间内(即，使非晶硅膜的被照射区域在列方向上相对地且逐间距地移动，并进行8次激光照射的期间内)，改变聚光单元组相对于从激光装置射出的激光束的配置，以便至少1次改变在照射区域内形成多个聚光区域的微透镜组。例如，也可以包括使微透镜组例如在列方向上移动的机构。或者，例如，也可以包括使微透镜组在列方向上不移动的机构。或者，也可以包括改变遮光板的透光部和聚光单元(微透镜阵列)之间的配置关系的机构。
摆动结构可以通过控制现有的激光照射装置中的载物台(或基板)与聚光单元之间的相对配置来实现。另外，摆动结构也可以通过控制激光装置和聚光单元之间的相对配置来实现。
(第一实施方式)
图1是根据本发明的第一实施方式的激光退火装置100的示意性截面图。图2是激光退火装置100中的激光照射装置10的示意性截面图。
激光退火装置100具有激光照射装置10、载物台20和控制它们的控制部50。
载物台20具有容纳形成有非晶硅膜的基板22的容纳面。基板22不需要一定与载物台20的容纳面接触，例如根据空气静压轴承的原理，可以以非接触状态配置在容纳面上。
激光照射装置10向载物台20的容纳面的部分区域(照射区域)R1射出例如紫外线区域的多个激光束LB。多个激光束LB被聚光在多个微透镜上，在照射区域内形成多个聚光区域。
如图2所示，激光照射装置10具有：激光装置(激光光源)10L，其射出激光束LA；以及聚光单元30，其配置在激光装置10L和载物台20(载物台20上的基板22)之间。
作为激光装置10L，例如可以使用XeCl准分子激光器(波长308nm)等紫外线激光器。或者，可以使用YAG激光元件(二次谐波：波长532nm)等固体激光元件。
聚光单元30接受从激光装置10L射出的激光束LA，形成多个激光束LB，同时在照射区域R1内形成多个激光束LB各自的聚光点。
具体而言，聚光单元30具有：微透镜阵列34，其具有二维排列的多个微透镜(不限于小于1mm的透镜)34A；以及掩膜32，其配置在激光装置10L和多个微透镜34A之间。掩膜32具有针对多个微透镜34A中的每一个配置的多个开口部32A。各开口部32A与一个微透镜34A对应配置。各微透镜34A在形成在基板22上的非晶硅膜中的相应的被聚光区域内形成已穿过相应的开口部32A的激光束LB的聚光点。
图3是用于说明聚光单元30的微透镜34A和照射区域R1之间的位置关系的示意性平面图。如图3所示，从基板22的法线方向观察时，多个微透镜34A在x方向(扫描方向)和与x方向交叉的y方向排列成矩阵状。x方向和y方向也可以正交。如果将x方向作为列方向，则微透镜34A排列为m行n列(m、n为2以上的整数)。聚光单元30中的m行n列的微透镜34A中p行q列(p≤m，q<n)的微透镜34A定位为与照射区域R1重叠。其他微透镜34A定位为与照射区域R1以外的区域(下面称为“非照射区域”)R2重叠。尽管p、q不受特别限制，例如可以为10≤p≤20、100≤q≤200。
激光退火装置100还具有摆动机构。摆动机构能够改变聚光单元30和照射区域R1之间的配置关系，使得能够从聚光单元30中的排列成m行n列的多个微透镜34A中选择至少两个不同的p行q列的微透镜34A的透镜组。
在本实施方式中，摆动机构被配置成在发射期间(进行上一个激光照射后，进行下一个激光照射之前)，使聚光单元30和照射区域R1沿着y轴(在y方向或-y方向)相对地移动。例如，通过使聚光单元30和照射区域R1沿着y轴相对地移动微透镜34A的一列(一个间距)，从而能够使位于照射区域R1内的微透镜34A的透镜组移动一列。
摆动机构可以配置成能够使聚光单元30相对于照射区域R1沿y轴移动，也可以配置成能够使基板22(载物台20)和照射区域R1相对于聚光单元30沿y轴移动。
激光装置10L也可以射出比较大的激光束LA，该激光束LA能够照射比p行q列的微透镜34A多的微透镜34A。在这种情况下，激光照射装置10还具有光学元件，该光学元件通过限制来自激光装置10L的激光束LA的射出范围，从而在容纳面内划定照射区域R1。这种光学元件配置在激光装置10L和载物台20(载物台20上的基板22)之间。
在该示例中，激光装置10L还具有配置在激光装置10L和聚光单元30之间的遮光板40作为上述光学元件。如后面所述，遮光板40也可以配置在聚光单元30和基板22之间。遮光板40具有划定照射区域R1的透光部42和位于透光部42周围的遮光部44。透光部42具有与排列成m行n列的多个微透镜中的p行q列微透镜(p≤m，q＜n)对应的面积。从基板22的法线方向观察时，聚光单元30被配置为使得聚光单元30的仅部分微透镜34A(p行q列的微透镜34A)与透光部42重叠。在载物台20的容纳面上，穿过透光部42的激光束LB可入射的区域成为照射区域R1。另一方面，非照射区域R2包括被遮光板40的遮光部44遮挡且激光束LB不到达的区域。
激光退火装置100还具有扫描机构，该扫描机构使由激光照射装置10形成的照射区域R1和载物台20上的基板22在x方向上相对移动。扫描机构也可以使照射区域R1在x方向上移动。或者，也可以使基板22在-x方向上移动。在这种情况下，可以通过移动载物台20来移动基板22。另外，载物台20本身不一定需要移动，也可以根据空气静压轴承的原理以非接触状态使基板22移动。
激光退火装置100包括控制载物台20、基板22、聚光单元30以及激光装置10L的位置关系的控制部50。由此，能够使上述摆动机构和扫描机构工作。图13(a)～(d)分别是用于说明控制部50的动作的例子的示意图。
控制部50例如如图13(a)所示，以使载物台20(基板22)沿着x轴和y轴移动的方式进行控制。由此，实现了扫描机构，能够在基板22上的非晶硅膜的整个区域形成c-Si岛。另外，以在使载物台20(基板22)沿x轴移动的期间内至少1次使聚光单元30相对于激光装置10L沿y轴移动的方式进行控制。由此实现了摆动机构。
或者，例如如图13(b)、图13(c)所示，控制部50通过以在使载物台20(基板22)沿x轴移动的期间内至少1次使激光装置10L或遮光板40相对于聚光单元30沿y轴移动的方式进行控制，实现摆动机构。另外，例如，如图13D所示，控制部50通过固定载物台20(基板22)，并以使激光照射装置10沿x轴和y轴移动的方式进行控制，从而实现扫描机构。
在本实施方式的激光退火装置100中，通过上述扫描机构，使照射区域R1相对于基板22在x方向上相对移动(步进进给)，并且对基板22上的非晶硅膜中的与所选择的p行q列的微透镜34A对应的多个区域(被聚光区域)照射激光束LB。由此，在各被聚光区域内，通过多个(在此为p个)不同的微透镜34A依次形成激光束LB的聚光点。在本说明书中，将使用微透镜34A在被聚光区域形成激光束LB的聚光点的动作称为“激光照射(或发射)”。在各被聚光区域进行p次激光照射，由此，形成岛状的c-Si岛(结晶质硅岛)。
在参照图16(a)和图16(b)所描述的现有的局部激光退火方法中，如果将对一个被聚光区域的激光照射的次数(发射数)设为p，则对非晶硅膜中的相同列的被聚光区域的每一个，使用微透镜阵列中的相同列的p个微透镜，进行p次激光照射。因此，由于微透镜阵列的制造偏差，在列方向上形成结晶度较高(或低)的c-Si岛，并且在列方向上会出现条纹不均。
另一方面，根据本实施方式，由于激光退火装置100具有摆动机构，所以可以在进行多次激光照射的期间内，在任意定时改变聚光单元30和照射区域R1之间的配置关系，并且可以任意地移动配置成与聚光单元30的m行n列的微透镜34A中的照射区域R1对应的p行q列的透镜组(称为“选择透镜组”)。通过使选择透镜组的p个微透镜34A的一部分或全部不同，能够对位于相同列的部分的被聚光区域，使用与其他部分的被聚光区域不同的p个微透镜34A进行p次激光照射。结果，能够使形成在相同列的被聚光区域内的c-Si岛的结晶度彼此不同。因此，即使使用具有制造偏差的微透镜阵列34，也能够抑制结晶度高(或低)的c-Si岛在整个基板上形成为列状，因此能够抑制条纹不均匀的产生。
如图3所示，在本实施方式中，使微透镜34A的列数n比选择透镜组的列数q增加(n>q)。将微透镜34A的n列中不包含在选择透镜组中的列的数量(多余的列的数量)设为C(C＝n-q)。如果m＝p，n>q，则从m行n列的微透镜34A选择的p行q列的微透镜34A的透镜组的数量S为(C+1)。多余的列的数量C为1以上即可。若多余的列的数量C为1以上，则能够选择2个以上的透镜组，因此能够得到通过摆动动作减少条纹不均匀的效果。在图3所示的例子中，多余的列的数量C为6，如图4(a)～(g)所示，可以选择7个透镜组S1～S7。
多余的列的数量C和用于形成一个c-Si岛的发射数p优选满足下式(1)。
2C+1≥p (1)
例如，如果用于形成c-Si岛的发射数p为20(p＝20)，则微透镜34A的多余的列的数量C优选为4以上。通过将可选择的透镜组的组合(部分集合)的数量(2C+1)设为发射数p以上，例如能够使用于对列方向上相邻的p个被聚光区域中的每一个进行激光照射的透镜组的组合彼此不同。因此，能够更有效地抑制在列方向上形成结晶度不同的c-Si岛。
更优选地，多余的列的数量C和发射数p满足下式(2)。
C≥p-1 (2)
在该情况下，可选择的透镜组数S为p以上。由此，例如，能够使用全部不同列的微透镜34A对一个被聚光区域进行p次激光照射，能够更有效地抑制条纹不均匀的产生。例如，在参照图6稍后描述的例子中，用于对列方向上相邻的2个被聚光区域(k列的第1行和第2行的被聚光区域)进行激光照射的8个透镜中的7个(透镜a1～a7)是通用的。另一方面，在微透镜阵列34满足上述式(2)的情况下，可以使用于对列方向上相邻的2个被聚光区域进行激光照射的p个透镜都不同。
另一方面，多余的列的数量C例如也可以小于2×p。由此，可以在不显著增加微透镜的个数(例如微透镜的个数小于p×q×2)情况下得到上述效果，因此是有利的。
另外，即使制造多个微透镜阵列，并从中随机选择所使用的微透镜阵列，也能够得到与使用摆动机构的情况相同的效果。但是，存在微透镜阵列的制造成本增大的缺点。
<激光退火方法>
接下来，将描述使用激光退火设备100对非晶硅膜进行激光退火的方法。这里，通过使多个激光束依次聚集在非晶硅膜中的排列为M行N列的多个被聚光区域中，从而形成多个c-Si岛。多个被聚光区域分别对应于例如形成有TFT的活性层的区域。
首先，在激光退火装置100的载物台的容纳面上配置表面具有非晶硅膜的基板22。作为基板22，例如可以使用玻璃基板、硅基板、具有耐热性的塑料基板(树脂基板)等具有绝缘性表面的基板。非晶硅膜通过CVD法等公知的方法形成在基板22的表面上。作为一示例，使用氢气(H2)和硅烷气体(SiH4)，形成厚度例如为50nm的非晶硅膜。
另外，也可以在形成非晶硅膜之后，在对非晶硅膜进行局部激光退火之前，以覆盖非晶硅膜的方式设置绝缘保护膜。另外，也可以进行非晶硅膜的脱氢退火处理(例如450℃，60分钟)。在设置绝缘保护膜的情况下，在局部激光退火工序中，也可以从绝缘保护膜的上方进行激光束LB的照射。
接着，通过排列为m行n列的多个微透镜34A中的p行q列的微透镜(p≤m且q<n)34A形成p行q列的激光束LB，同时将p行q列的激光束LB各自的聚光点形成在位于照射区域R1内的多个被聚光区域中。将该工序称为“激光照射工序”。
接着，进行使基板22相对于照射区域R1在扫描方向(x方向)上相对地移动一个间距的步进进给工序。然后，进行下一个激光照射工序和步进进给工序。这样，通过重复激光照射工序和步进进给工序，从而在M行N列中的排列为M行q列(q≤N)的多个被聚光区域的每一个中形成p次与各自对应的聚光点。由此，在多个被聚光区域的每一个中，通过p次激光照射，使得非晶硅膜中的有激光束聚集的区域被加热而熔融凝固，从而形成岛状的结晶区域(c-Si岛)。被聚光区域以外的区域保持非晶质(a-Si)。
在本实施方式中，在M行q列的全部区域中形成p次激光束的聚光点之前，至少进行1次如下工序：使用摆动机构，使聚光单元30相对于照射区域R1相对地沿着y轴(y方向或-y方向)移动至少一个间距。在本说明书中，将使聚光单元30相对于照射区域R1沿y轴相对移动的工序称为“行方向摆动工序”。由此，在行方向摆动工序前和行方向摆动工序后，能够使激光照射工序中使用的选择透镜组的至少一部分不同。可以适当地选择进行行方向摆动工序的定时、次数、移动的间距数等。这些可以随机选择。
然后，对M行N列中的其他M行q列的被聚光区域也用同样的方法进行p次激光照射。这样，在非晶硅膜中的M行N列的被聚光区域内分别形成c-Si岛。
然后，对形成有M行N列的c-Si岛的非晶硅膜进行构图，以获得成为TFT的活性层的半导体层。各半导体层包括一部分或全部相应的c-Si岛。使用这些半导体层，通过公知的方法在基板上形成多个TFT。形成有TFT的基板适用于例如液晶显示装置、有机EL显示装置等显示装置的有源矩阵基板。
参照附图，描述上述激光退火方法的一示例。
图5(a)是例示了在激光退火方法中使用的聚光单元30的示意性平面图。聚光单元30具有m行n列(m＝8)的微透镜34A。将微透镜34A中的位于a列～f列的第1行～第8行的微透镜分别设为透镜a1～a8、b1-b8、c1～c8、d1～d8、e1～e8、f1～f8。在该示例中，选择m行n列中的p行q列(m＝p＝8)的一组微透镜34A，并在激光照射工序中使用该微透镜组形成聚光点。将对各被聚光区域的激光照射次数(发射数)设为8次。
图5(b)例示了非晶硅膜101中的被聚光区域101a的示意图。被聚光区域101a在非晶硅膜101中配置成M行N列。被聚光区域101a的列方向是与微透镜34A的列方向和扫描方向相同的x方向，聚光区域101a的行方向是与微透镜34A的行方向相同的y方向。
图6是示出了使用哪个微透镜34A对非晶硅膜的N列的被聚光区域101a中的任意一列(设为k列)的各被聚光区域101a进行8次激光照射的图。纵轴是时间，横轴是沿着扫描方向(列方向)的被聚光区域的位置。
首先，配置聚光单元30和照射区域R1，以使k列的被聚光区域101a和聚光单元30的a列的透镜相对应。接着，重复8次上述的激光照射工序和步进进给工序。例如，在第8次激光照射工序中，分别使用透镜a8～a1对k列的第1行～第8行的被聚光区域101a进行8次激光照射。
通过上述的8次激光照射工序，如图6所示，使用透镜a1～a8对k列第1行的被聚光区域101a进行8次激光照射。另外，使用透镜a1～a7对对k列第2行的被聚光区域101a照射7次激光束。同样，k列第3行的被聚光区域101a中，使用透镜a1～a7照射6次激光束。
在本示例中，在第8次激光照射工序后，在第9次激光照射工序前，进行行方向摆动工序。在行方向摆动工序中，使聚光单元30相对于照射区域R1沿行方向移动2个间距，并使k列中的被聚光区域101a和聚光单元30的c列中的透镜对应。
然后，当进行第9次激光照射工序时，分别使用透镜c8～c1对k列第2行～第9行的被聚光区域101a进行激光照射。
接着，再重复8次上述的激光照射工序和步进进给工序。由此，依次完成对k列第3行～第10行的被聚光区域101a的8次激光照射工序。例如，使用透镜c1～c8对k列第10行的被聚光区域101a进行8次激光照射。
之后，进行第2次行方向摆动工序。由此，例如，使聚光单元30相对于照射区域R1在与第1次的行方向摆动工序相反的方向上移动2个间距，并使k列的被聚光区域和聚光单元30的a列的透镜对应。在第2次的行方向摆动工序之后，同样地重复激光照射工序和步进进给工序，并对k列第11行以后的被聚光区域进行激光照射工序。
从图6可知，通过行方向摆动工序，可以使用于对相同列的被聚光区域101a进行激光照射的8个微透镜34A的组合不同。在该示例中，用于k列第1行～第9行的被聚光区域101a的激光照射中的透镜的组合为分别为(a1～a8)、(a1～a7、c8)、(a1～a6、c7、c8)...(c1～c8)，均不相同。也可以使用相同的透镜的组合对部分被聚光区域101a(在该示例中，第9行和第10行的被聚光区域101a)进行激光照射。
尽管未示出，但是当不进行行方向摆动工序时，对于相同列(例如k列)的所有被聚光区域，使用相同透镜的组合(例如透镜a1～a8)进行8次激光照射。因此，如上所述，由于微透镜阵列34的加工精度等，在每列形成结晶度不同的c-Si岛，可能产生条纹不均匀。另一方面，在本实施方式中，使用与其他部分不同的透镜的组合，对相同列的M个被聚光区域101a中的至少一部分进行8次激光照射。因此，由于可以防止不同结晶度的c-Si岛在整个基板上排列成列状，因此可以减少条纹不均匀。
如上所述，可以随机选择进行行方向摆动工序的定时。另外，在行方向摆动工序中，也可以随机选择使聚光单元30相对于照射区域R1相对移动的间距数。
摆动工序的次数没有特别限制，例如，可以在进行p次激光照射工序的期间内，至少进行1次行方向摆动工序。由此，能够对非晶硅膜中的在列方向上相邻的p个被聚光区域分别使用不同组合的p个微透镜34A进行激光照射，能够更有效地抑制条纹不均匀的发生。
摆动工序的次数可以进一步减少。例如，也可以在进行5×p次激光照射工序的期间内至少进行1次行方向摆动工序。或者，也可以在进行M/3次(M是被聚光区域的行数)或M/5次的激光照射工序的期间内，至少进行1次行方向摆动工序。当减少摆动工序的次数时，使用相同组合的透镜进行了激光照射的多个c-Si岛在列方向上排列形成，但由于其列的长度比不进行摆动工序时的列的长度短，所以难以被视觉识别为条纹不均匀。
(第二实施方式)
第二实施方式的激光退火装置与图1所示的激光退火装置100相同。但是，摆动机构被配置为能够使聚光单元30和照射区域R1在x方向(扫描方向)或-x方向上相对移动。另外，聚光单元30的微透镜34A的行数m比选择透镜组的行数p多(m>p)。
图14(a)和图14(b)分别是用于说明本实施方式的激光退火装置中的控制部50的动作的例子的示意图。
如图所示，控制部50与上述实施方式(图13)一样，以使载物台20(基板22)(也可以使用激光照射装置10来代替载物台20)沿着x轴和y轴移动的方式进行控制。由此实现了扫描机构。控制部50还以在使载物台20(基板22)或激光照射装置10沿x轴移动的期间内，至少1次使聚光单元30相对于激光装置10L沿x轴移动的方式进行控制(图14(a))，或者以使激光装置10L(可以使用遮光板40代替激光装置10L)相对于聚光单元30沿x轴移动的方式进行控制(图14(b))。由此实现了摆动机构。
图7是例示了本实施方式中的聚光单元30的微透镜34A与照射区域R1之间的位置关系的平面图。
如图7所示，从基板22的法线方向观察时，聚光单元30中的m行n列的微透镜34A中的p行q列(p<m，q≤n)的微透镜34A定位为与照射区域R1重叠。其他微透镜34A定位为与非照射区域R2重叠。
将微透镜34A的m行中不包含在选择透镜组中的行的数量(多余的行的数量)设为R(R＝m-p)。如果m>p，n＝q，则从m行n列的微透镜34A中选择的p行q列的微透镜34A的透镜组的数量S为(R+1)。多余的行的数量R为1以上即可。由此，能够选择2个以上的透镜组，因此能够得到通过摆动动作减少条纹不均匀的效果。在图7所示的例子中，多余的行的数量R为6，可以选择7个透镜组S1-S7。
多余行的数量R的优选范围可以与上述实施方式的列的数量C的范围相同。即，多余的行的数量R和用于形成1个c-Si岛的肖特基数p优选满足下述式(3)，更优选满足下述式(4)。
2R+1≥p (3)
R≥p-1 (4)
另一方面，多余的行的数量R例如也可以小于2×p。由此，可以在不显著增加微透镜的个数(例如微透镜的个数小于p×q×2)情况下得到上述效果，因此使有利的。
<激光退火方法>
接下来，将描述对非晶硅膜进行激光退火的方法。这里，通过使多个激光束依次聚集在非晶硅膜中的排列为M行N列的多个被聚光区域中，从而形成多个c-Si岛。下面主要描述与第1实施方式的激光退火方法的不同之处，并对相同的工序(包括材料、形成条件等)适当地省略描述。
首先，在激光退火装置100的载物台的容纳面上配置表面具有非晶硅膜的基板22。接着，通过排列成m行n列的多个微透镜34A中的p行q列的微透镜(p＜m且q≥n)34A形成p行q列的激光束LB，同时将p行q列的激光束LB各自的聚光点形成在位于照射区域R1内的多个被聚光区域中(激光照射工序)。
接着，进行使基板22相对于照射区域R1在扫描方向(x方向)上相对地移动一个间距的步进进给工序。然后，进行下一个激光照射工序和步进进给工序。这样，通过重复激光照射工序和步进进给工序，从而在M行N列中的排列为M行q列(q＜N)的多个被聚光区域的每一个中形成p次与各自对应的聚光点。由此，在多个被聚光区域的每一个中形成c-Si岛。
在本实施方式中，在M行q列的所有区域中形成p次激光束的聚光点之前，至少进行1次如下工序：使用摆动机构，使聚光单元30相对于照射区域R1相对地沿着x轴(x方向或-x方向)移动至少一个间距。将该工序称为“列方向摆动工序”。由此，能够使激光照射工序中使用的选择透镜组的至少一部分不同。可以适当地选择进行列方向摆动工序的定时、次数、移动的间距数等。这些可以随机选择。
同样，对M行N列中的其他M行q列的被聚光区域也分别进行p次激光照射。这样，在M行N列的被聚光区域内分别形成c-Si岛。后续工序与第一实施方式相同。
接着，将描述上述激光退火方法的一示例。
图8是例示了在激光退火方法中使用的聚光单元30的示意性平面图。聚光单元30具有m行n列的微透镜34A。在图8中，也与图5(a)一样，对部分微透镜34A附加附图标记。在该示例中，微透镜34A的行数m比选择的透镜组的行数p多，微透镜34A的列数n与选择的透镜组的列数q相同(m>p且n＝q)。另外，如图5(b)所示，对非晶硅膜的各聚光区域进行8次激光照射(即，p＝8)，形成c-Si岛。
图9是示出了使用哪个微透镜34A对非晶硅膜的N列的被聚光区域中的任意一列(设为k列)的各被聚光区域进行8次激光照射的图。纵轴是时间，横轴是沿着扫描方向(列方向)的被聚光区域的位置。
首先，配置聚光单元30和照射区域R1，以使k列的被聚光区域和聚光单元30的a列的透镜相对应。接着，重复8次上述的激光照射工序和步进进给工序。由此，如图9所示，使用透镜a1～a8对k列第1行的被聚光区域进行8次激光照射。另外，使用透镜a1～a7对k列第2行的被聚光区域照射7次激光束。同样，使用透镜a1～a6对k列第3行的被聚光区域101a照射6次激光束。
在本示例中，在第8次激光照射工序后，在第9次激光照射工序前，进行列方向摆动工序。在列方向摆动工序中，使聚光单元30相对于照射区域R1沿列方向移动1个间距，并使k列中的第2行～第9行的被聚光区域和聚光单元30的透镜a2～a9对应。在这种状态下，进行第9次激光照射工序。
接着，再重复8次上述的激光照射工序和步进进给工序。从而依次完成8次激光照射工序，直到k列第10行的被聚光区域为止。例如，使用透镜a2～a9对k列第10行的被聚光区域进行8次激光照射。
然后，进行第2次列方向摆动工序。由此，例如使聚光单元30相对于照射区域R1在与第1次的列方向摆动步骤相反的方向上移动1个间距。然后，同样地重复激光照射工序和步进进给工序，进行对k列第11行以后的被聚光区域的激光照射工序。
从图9可知，当进行列方向摆动工序时，可以使用于对相同列的被聚光区域101a进行激光照射的8个微透镜34A的组合不同。在该示例中，用于k列第1行～第9行的被聚光区域进行激光照射的透镜的组合分别为(a1～a8)、(a1～a7、a9)、(a1～a6、a8、a9)...(a2～a9)，均不相同。也可以使用相同的透镜的组合对一部分被聚光区域101a(在该示例中，第9行和第10行的被聚光区域)进行激光照射。
如上所述，在本实施例中，可以使用与其他部分聚光区域不同的微透镜34A的组合对相同行中的M个聚光区域的一部分进行八次激光照射。因此，可以防止不同结晶度的c-Si岛在整个基板上排列成列状，所以可以减少条纹不均匀。
如上所述，可以随机选择进行列方向摆动工序的定时。另外，在列方向摆动工序中，也可以随机选择使聚光单元30相对于照射区域R1相对移动的方向(x方向，-x方向)和间距数。
列方向摆动工序的次数没有特别限制，可以与上述行方向摆动工序的次数相同。例如，也可以在进行5×p次激光照射工序的期间内，优选在进行p次激光照射工序的期间内，至少进行1次列方向摆动工序。由此，能够对非晶硅膜中的在列方向上相邻的p个被聚光区域分别使用不同组合的p个微透镜34A进行激光照射，能够更有效地抑制条纹不均的发生。或者，也可以在进行M/3次(M是被聚光区域的行数)或M/5次的激光照射工序的期间内，至少进行1次列方向摆动工序。
<变形例>
本实施方式的激光退火装置的摆动机构也可以配置成能够使聚光单元30相对于照射区域R1在列方向和行方向中的任一个方向上移动。由此，例如，在上述激光退火方法中，能够在M行q列的所有区域中形成p次激光束的聚光点前，进行列方向摆动工序和行方向摆动工序中的至少一个或两个。当进行列方向摆动工序和行方向摆动工序两者时，聚光单元30的微透镜34A的行数m可以比选择透镜组的列数p多，微透镜34A的列数n比选择透镜组的列数q多。也就是说，也可以使用具有n行m列(n>p，m>q)的微透镜34A的聚光单元30。
也可以随机选择进行行方向摆动工序和列方向摆动工序的定时、摆动方向以及间距数。可以在一个激光照射工序后，到下一个激光照射工序为止的期间(发射期间)内，进行列方向摆动工序和行方向摆动工序两者。
列方向摆动工序和行方向摆动工序的总次数没有特别限制。例如，也可以在进行5×p次或p次激光照射工序的期间内至少进行1次行方向(或列方向)摆动工序。或者，也可以在进行M/3次(M是被聚光区域的行数)或M/5次的激光照射工序的期间内，至少进行1次列方向(或者行方向)摆动工序。
(第三实施方式)
第三实施方式的激光退火装置包括摆动机构，该摆动机构控制照射区域R1和基板之间的相对位置。与上述实施方式中使用的激光退火装置100、200的不同之处在于，可以不使聚光单元30相对于照射区域R1相对移动(可以不使选择透镜组移动)。另外，聚光单元的微透镜阵列也可以不包含多余的透镜列或多余的透镜行。
本实施方式的激光退火装置还可以包括能够切换照射区域的面积的透光面积变更机构。透光面积变更机构例如能够在与p行q列的微透镜对应的面积和与t行q列(t<p)的微透镜对应的面积之间切换照射区域的面积。如果使用透光面积变更机构，则能够在p行q列的透镜组(第1透镜组)和t行q列的透镜组(第2透镜组)之间切换选择透镜组。透光面积变更机构例如也可以包括配置在基板和激光装置之间的可开闭的快门。快门可以被安装到遮光板上。
另外，选择透镜组可以从包括第一透镜组和第二透镜组的多个透镜组中选择。
图15(a)和图15(b)分别是用于说明本实施方式的激光退火装置中的控制部50的动作的例子的示意图。
如图所示，控制部50以使载物台20(基板22)或激光照射装置10沿x轴和y轴移动的方式进行控制。从而实现了扫描机构。另外，控制部50以在使载物台20(基板22)或激光照射装置10沿x轴移动的期间内，至少1次在发射期间内不使载物台20(基板22)或激光照射装置10沿x轴移动(即不进行步进进给)的方式进行控制。从而实现了摆动机构。另外，除了上述动作之外，控制部50也可以以在使载物台20(基板22)或激光照射装置10沿x轴移动的期间内，至少1次改变遮光板40的透光部的面积的方式进行控制。从而实现了透光面积变更机构。
下面将描述第三实施方式的激光退火方法。
在本实施方式中，也通过使用激光退火装置，使多个激光束依次聚集在非晶硅膜的多个区域(被聚光区域)中，从而形成排列为M行N列的多个c-Si岛。
首先，在激光退火装置的容纳面上配置表面具有非晶硅膜的基板。然后，进行激光照射工序。在激光照射工序中，在非晶硅膜的多个被聚光区域中形成由所选择的透镜组的微透镜形成的激光束各自的聚光点。例如，若选择t行q列的微透镜组(第2透镜组)，则形成由t行q列的微透镜形成的t行q列的激光束各自的聚光点。
若选择第二透镜组，则t行q列的微透镜配置在与照射区域对应的位置，在该状态下进行激光照射工序。
在激光照射工序之后，进行使基板相对于照射区域沿着列方向相对地移动一个间距的步进进给工序，或者进行保持基板与照射区域之间的相对位置关系的保持工序(摆动工序)。然后，进行下一个激光照射工序。这样，重复激光照射工序和步进进给工序或保持工序，并在M行N列中排列为M行q列(q<N)的多个被聚光区域的每一个中形成p次与各自对应的聚光点。由此，在多个被聚光区域的每一个中形成c-Si岛。
在本实施方式中，在M行q列的所有区域中形成多个激光束的聚光点之前，至少进行1次保持工序。例如，也可以在进行5×p次激光照射工序的期间内至少进行1次保持工序。当进行保持工序时，在下一个激光照射工序中，再次使用相同的透镜对在之前的激光照射工序中照射了激光束的各被聚光区域照射激光束。例如，在p-t＝1的情况下，为了仅使用t行q列的微透镜对各被聚光区域进行p次激光照射，只要在p次激光照射工序的期间内进行1次保持工序即可。
也可以在M行q列的所有区域中形成多个激光束的聚光点之前，至少进行1次透光面积切换工序：改变选择透镜组，并且根据改变后的透镜组切换照射区域的面积。在透光面积切换工序中，例如也可以通过打开和关闭快门来改变照射区域的面积。
对透光面积切换工序的一个示例进行描述。
例如，也可以在使用t行q列的微透镜进行激光照射工序后，选择p行q列的微透镜，以与所选择的p行q列的微透镜对应的方式增大照射区域的面积。所选择的p行q列的微透镜被配置成与改变后的照射区域对应，并进行下一个激光照射工序。同样，在使用p行q列的微透镜进行激光照射工序后，在选择t行q列的微透镜时，以与所选择的t行q列的微透镜对应的方式减小照射区域的面积即可。
在本实施方式中，通过进行上述保持工序，能够使用于对相同列的多个被聚光区域进行激光照射的p个透镜的组合不同。下面列举具体示例进行描述。
在该示例中，使用与图5(a)所例示的聚光单元30相同的聚光单元。微透镜34A的行数m和列数n分别与第一透镜组的行数p和列数q相同(m＝p＝8，n＝q)。另外，如图5(b)所示，对非晶硅膜中的配置成M行N列的被聚光区域进行8次激光照射(即p＝8)，形成c-Si岛。
图10是示出了使用哪个微透镜34A对非晶硅膜的N列的被聚光区域中的任意一列(设为k列)的各被聚光区域进行8次激光照射的图。纵轴是时间，横轴是沿着扫描方向(列方向)的被聚光区域的位置。
首先，配置聚光单元30和照射区域，以使k列的被聚光区域和聚光单元30的a列的透镜相对应对应。照射区域被设定为与第2透镜组(t行q列，在此t＝7)对应。
接着，在进行第1次激光照射后，进行保持工序。然后，重复8次上述的激光照射工序和步进进给工序。由此，如图10所示，在k列第1行的被聚光区域中，使用透镜a1、a1、a2～a7进行8次激光照射。
在第9次激光照射工序之后，隔着第2次保持工序，进行第10次激光照射工序。在第10次激光照射工序中，与第9次激光照射工序一样，使用透镜a7～a1对k列的第2行～第8行的被聚光区域进行激光照射。由此，完成了针对k列第2行的被聚光区域的、使用了透镜a1～a6、a7、a7的共计8次的激光照射。
然后，例如也可以在第17次激光照射工序和第18次激光照射工序之间进行透光面积切换工序，以与第1透镜组(p行q列)对应的方式切换照射区域。在第18次激光照射工序中，使用透镜a8～a1对k列的第9行～第16行的8个被聚光区域101a进行激光照射。从而完成了针对k列第9行的被聚光区域的、使用了透镜a1～a8的共计8次的激光照射。
这样，当以适当的定时进行保持工序来代替步进进给工序时，可以使用于对相同列的被聚光区域进行激光照射的8个微透镜34A的组合不同。在该示例中，用于对k列第1行～第7行的被聚光区域进行激光照射的透镜的组合为分别为(a1、a1～a7)、(a1～a7、a7)、(a1～a6、a6、a7)...(a1、a2、a2～a7)，均不相同。因此，根据本实施方式，可以使用与其他部分不同的透镜的组合，对相同列的M个被聚光区域中的至少一部分进行8次激光照射。
仅进行保持工序，例如，可以分别使用与k列的第1行～第7行的被聚光区域相同组合的透镜，对第8行～第14行的被聚光区域进行激光照射。因此，结晶度的分布可能产生一定的规则性。另一方面，当进行透光面积切换时，由于可以在任意定时改变镜头的组合，因此可以进一步打破规则性。
因此，在本实施方式中，也可以防止不同结晶度的c-Si岛在整个基板上排列成列状，因此可以减少条纹不均匀。根据本实施方式，由于能够抑制聚光单元30中的微透镜34A的个数的增加，并且还能够减少条纹不均匀，因此是有利的。
进行保持工序和透光面积切换工序的定时可以随机选择。例如，在选择第2透镜组的过程中，可以每进行p次激光照射就进行(p-t)次保持工序。例如，也可以在进行例如5×p次激光照射工序的期间内至少进行1次透光面积切换工序。或者，也可以在进行M/3次(M是被聚光区域的行数)或M/5次的激光照射工序的期间内，至少进行1次透光面积切换工序。
<变形例>
在本实施方式中，也可以进行上述行方向摆动工序和/或者列方向摆动工序。在该情况下，微透镜34A的数量(m行n列)可以比p行q列中微透镜34A的数量多(m>p和/或n>q)。例如，在激光照射期间(发射期间)内，可以进行保持工序和列方向(或行方向)摆动工序，也可以进行步进进给工序和列方向(或行方向)摆动工序。这样，当结合保持工序和列方向(或行方向)摆动工序时，与仅进行保持工序的情况相比，能够有效减少条纹不均匀。另外，与仅进行列方向(或行方向)摆动工序的情况相比，能够抑制聚光单元30的微透镜34A的个数。另外，当结合保持工序和列方向(或行方向)摆动工序时，也可以不进行透光面积切换工序。
(激光退火装置的变形例)
下面对第一～第三实施方式中使用的激光退火装置的变形例进行描述。
图11是示出了激光退火装置的变形例1的截面图。
变形例1的激光退火装置200与图2所示的激光退火装置100的不同之处在于，在聚光单元30与基板22之间配置有遮光板40。
遮光板40具有规定照射区域R1的透光部42和位于透光部42周围的遮光部44。从基板22的法线方向观察时，聚光单元30被配置为聚光单元30的微透镜34A中的p行q列的微透镜34A与照射区域R1重叠，其他微透镜34A与非照射区域R2重叠。
当使用变形例1的激光退火装置200进行局部激光退火时，从激光装置10L经由p行q列的微透镜34A射出到基板22侧的多个激光束LB穿过遮光板40的透光部42到达基板22。另一方面，经由其他微透镜34A射出到基板22侧的激光束LB被遮光板40的遮光部44遮挡，不到达基板22。其他配置与激光退火装置100相同。
图12是示出了激光退火装置的变形例2的一部分的立体图。
变形例2的激光退火装置与图2所示的激光退火装置100的不同之处在于，包括柱面透镜80来代替遮光板40(图2、图11)作为规定扫描区域的光学元件。柱面透镜80配置在聚光单元30和激光装置10L之间。其他配置与激光退火装置100(图2)相同。
工业实用性
根据本发明实施方式的激光退火方法和激光退火装置适用于制造具有薄膜晶体管的半导体装置。尤其适用于制造大面积的液晶显示装置和有机EL显示装置。
附图标记说明
10：激光照射装置
10L：激光装置
20：载物台
22：基板
30：聚光单元
32：掩膜
32A：开口部
34：微透镜阵列
34A：微透镜
40：遮光板
42：透光部
44：遮光部
50：控制部
80：柱面透镜
101：非晶硅膜
101a：被聚光区域
LA：激光束
LB：激光束
R1：照射区域
R2：非照射区域
100、200：激光退火装置

Claims (15)

1.一种激光退火装置，其特征在于，具有：
载物台，其具有容纳基板的容纳面；以及
激光照射装置，其向所述容纳面射出多个激光束，并在所述容纳面形成照射区域，
所述激光照射装置具有：
激光装置，其射出激光束；以及
聚光单元，其具有微透镜阵列和掩膜，接受从所述激光装置中射出的所述激光束，并在所述照射区域内形成所述多个激光束各自的聚光点，所述微透镜阵列具有排列成m行n列的多个微透镜，所述掩膜具有多个开口部，其中每个开口部是针对所述多个微透镜中每一个配置的，
所述多个激光束是由排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜来形成的p行q列的激光束，其中，p＜m或q＜n，
所述激光照射装置还具有摆动机构，所述摆动机构改变所述聚光单元和所述照射区域之间的配置关系，使得从排列成所述m行n列的所述多个微透镜中能够选择至少2个不同的p行q列的微透镜组。
2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其特征在于，所述激光束大到能够照射比排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜更多的微透镜，
所述激光照射装置还具有遮光板，所述遮光板具有划定所述照射区域的透光部，
所述透光部具有与排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜对应的面积，其中p＜m或q＜n。
3.根据权利要求2所述的激光退火装置，其特征在于，所述遮光板配置在所述激光装置与所述聚光单元之间。
4.根据权利要求2所述的激光退火装置，其特征在于，所述遮光板配置在所述聚光单元与所述基板之间。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述摆动机构使所述聚光单元相对于所述照射区域的位置在与所述激光照射装置的扫描方向正交的摆动方向上移动。
6.根据权利要求1-4中的任一项所述的激光退火装置，其特征在于，所述摆动机构使所述聚光单元相对于所述照射区域的位置在所述激光照射装置的扫描方向上移动。
7.一种激光退火方法，其是通过使多个激光束依次聚集在非晶硅膜的多个区域内，从而形成排列成M行N列的多个晶硅岛的方法，其特征在于，包括：
工序A：准备载物台和激光照射装置，所述载物台具有容纳基板的容纳面，所述激光照射装置向所述容纳面射出多个激光束，并在所述容纳面上形成照射区域，具有激光装置和聚光单元，所述激光装置射出激光束，所述聚光单元具有微透镜阵列和掩膜，所述微透镜阵列具有排列成m行n列的多个微透镜，所述掩膜具有多个开口部，其中每个开口部是针对多个微透镜中的每一个而配置的；
工序B1：在所述容纳面上配置表面具有非晶硅膜的基板；以及
工序C1：使用所述激光照射装置，通过排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列或t行q列的微透镜形成p行q列或t行q列的激光束作为所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述多个激光束各自的聚光点，其中，p≤m且q≤n，t＜p；以及
工序C2：在所述工序C1之后，使所述基板相对于所述照射区域沿列方向相对地移动一个间距，
所述方法包括工序D：包括在所述工序C1之后进行所述工序C2，然后再进行所述工序C1的时序，在成为排列成所述M行N列的所述多个晶硅岛的多个区域中的每一个中形成p次与每个区域对应的聚光点，
在M行q列的所有区域内形成所述多个激光束的聚光点之前，进行至少1次工序C3，所述工序C3：在所述工序C1之后，使用于对属于所述多个区域中的某一列的M个区域中的一个区域形成p次聚光点的p个微透镜组与用于对所述M个区域中的另一个区域形成p次聚光点的p个微透镜组至少有1个微透镜不同。
8.根据权利要求7所述的激光退火方法，其特征在于，在所述工序C1中，通过排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜来形成p行q列的激光束作为所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述p行q列的激光束各自的聚光点，其中，p≤m且q＜n，
所述工序C3包括在所述工序C1之后使所述聚光单元相对于所述照射区域沿行方向相对地移动至少一个间距的工序。
9.根据权利要求7所述的激光退火方法，其特征在于，在所述工序C1中，通过排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜来形成p行q列的激光束作为所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述p行q列的激光束各自的聚光点，其中，p＜m且q≤n，
所述工序C3包括在所述工序C1之后使所述聚光单元相对于所述照射区域沿列方向相对地移动至少一个间距的工序。
10.根据权利要求7所述的激光退火方法，其特征在于，在所述工序C1之前还包括工序B2，
所述工序B2：选择排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的t行q列的微透镜作为选择透镜组，并且以与所述照射区域对应的方式配置所述选择透镜组，
在所述工序C1中，通过所述选择透镜组形成所述多个激光束，同时在所述非晶硅膜的所述多个区域内形成所述多个激光束各自的聚光点，
在所述工序C3中，在所述工序C1之后，保持所述基板与所述照射区域之间的相对位置关系，
所述工序D包括在进行所述工序C2或所述工序C3后再进行所述工序C1的时序。
11.根据权利要求10所述的激光退火方法，其特征在于，
还包括工序C4，
所述工序C4：在所述工序C1之后，将所述选择透镜组切换为排列成所述m行n列的所述多个微透镜中的p行q列的微透镜，与之相伴地，以与所述切换后的选择透镜组对应的方式改变所述照射区域的面积，并且以与所述改变后的照射区域对应的方式配置所述切换后的选择透镜组，其中，t<p≤m且q≤n，
在M行q列的所有区域内形成所述多个激光束的聚光点之前，进行至少1次以上所述工序C4。
12.根据权利要求7-11中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，在进行5×p次所述工序C1的期间内进行至少1次所述工序C3。
13.根据权利要求7-11中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，在进行p次所述工序C1的期间内进行至少1次所述工序C3。
14.根据权利要求7-13中的任一项所述的激光退火方法，其特征在于，所述至少1次随机选择。
15.一种有源矩阵基板的制造方法，其特征在于，包括：
通过权利要求7-14中的任一项所述的激光退火方法，形成多个晶硅岛的工序，以及
使用所述多个晶硅岛，形成多个TFT的工序。
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