CN117546272A - 热处理方法、热处理装置及半导体装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本实施方式的热处理装置包括：激光光源(21)，其产生连续振荡的激光(L1)；光学系统(30)，其具有使激光(L1)沿着第1方向扫描的光扫描器(32)，将激光(L1)向基板(100)引导；光学系统驱动部(40)，其使光学系统(30)移动，以使激光(L1)相对于基板(100)的照射位置变化；以及工作台(10)，其使激光(L1)的所述照射位置移动，通过工作台(10)和光学系统(30)的驱动而使针对基板的照射位置在第2方向及第3方向上移动。

Description

热处理方法、热处理装置及半导体装置的制造方法

技术领域

本公开涉及热处理方法、热处理装置及半导体装置的制造方法。

背景技术

专利文献1中公开了用于形成多晶硅薄膜的准分子激光退火装置。在专利文献1中，投影透镜使激光会聚到基板上，使得激光形成线状的照射区域。由此，玻璃基板上的非晶硅膜结晶化而成为多晶硅膜。

在专利文献1中，为了仅对半导体薄膜的表层进行热处理而使用脉冲激光光源。脉冲激光的每一脉冲的脉冲峰值高于CW激光。通过照射脉宽为数nsec等的短脉冲激光，从而玻璃基板上的非晶硅层结晶化。通过使用脉冲激光，从而能够仅对硅膜的表面进行加热。因此，能够防止玻璃基板变为其耐热温度以上。此外，能够防止对作为硅膜的基底膜的聚酰亚胺膜、Cu膜等的损伤。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-64048号

发明内容

发明要解决的课题

这种高输出脉冲激光光源由于价格昂贵，因此很难降低装置的部件成本。另一方面，在热处理炉的退火、灯退火等中，加热时间变长。因此，无法将硅膜加热至玻璃基板的耐热温度以上。或者，聚酰亚胺膜、Cu膜等基底膜可能发生损伤。

另一方面，半导体激光虽然价格便宜，但其为连续振荡(CW：Continuous Wave)激光。如使用调制器将CW激光脉冲化，则输出降低。由此，需要大量光源，很难实现低成本化。另外，若不对CW激光进行调制就照射基板，则加热时间变长。因此，基板的基底膜可能发生损伤。

其他课题和新特征可根据本说明书的描述及附图获知。

本实施方式的半导体装置的热处理方法包含下述步骤：(A)产生连续振荡的激光；(B)光学系统中设置的光扫描器沿着第1方向扫描所述激光在保持于驱动台的基板上的照射位置；(C)通过使所述光学系统和所述驱动台中的一者移动，从而使所述激光的所述照射位置在俯视观察时沿着与所述第1方向相交叉的第2方向移动；以及(D)通过使所述光学系统和所述驱动台中的另一者移动，从而使所述激光的所述照射位置在俯视观察时沿着与所述第2方向相交叉的第3方向移动。

本实施方式的半导体装置的热处理装置包括：激光光源，其产生连续振荡的激光；光学系统，其具有沿着第1方向扫描所述激光的光扫描器，将所述激光向基板引导；光学系统驱动部，其使所述光学系统移动，以使所述激光相对于所述基板的照射位置变化；以及驱动台，其保持所述基板，使所述激光的所述照射位置移动，通过所述光学系统驱动部和所述驱动台中的一者的驱动，从而所述激光的照射位置在所述俯视观察时沿着与第1方向相交叉的第2方向变化，通过所述光学系统驱动部和所述驱动台中的另一者的驱动，从而所述激光的照射位置在所述俯视观察时沿着与第2方向相交叉的第3方向变化。

本实施方式的半导体装置的制造方法包含下述步骤：(SA)产生连续振荡的激光；(SB)光学系统中设置的光扫描器沿着第1方向扫描所述激光在保持于驱动台的基板上的照射位置；(SC)通过使所述光学系统和所述驱动台中的一者移动，从而使所述激光在所述基板上的的照射位置在俯视观察时沿着与所述第1方向相交叉的第2方向移动；以及(SD)通过使所述光学系统和所述驱动台中的另一者移动，从而使所述激光在所述基板上的照射位置在俯视观察时沿着与所述第2方向相交叉的第3方向移动。

根据前述一个实施方式，能够提供能够适当地进行热处理的半导体装置的热处理装置、热处理方法、半导体装置的制造方法。

附图说明

图1是示意性示出实施方式的热处理装置的示意图。

图2是示意性示出实施方式的热处理装置的剖视图。

图3是示出基板中的照射位置的变化的图。

图4是用于说明激光的照射顺序的的示意图。

图5是示出结晶化的多晶硅膜的SEM图像。

图6是示出对多晶硅膜的结晶进行解析得到的EBSD像的图。

图7是示出结晶化的多晶硅膜的SEM图像。

图8是简化示出有机EL显示器的构成的剖视图。

图9是示出本实施方式的半导体装置的制造方法的工序剖视图。

图10是示出本实施方式的半导体装置的制造方法的工序剖视图。

图11是示出基板中的照射位置的变化的图。

具体实施方式

本实施方式的半导体装置的热处理方法及热处理装置例如向基板照射激光而进行热处理。在本实施方式中，热处理装置是形成低温多晶硅(LTPS:Low Temperature Poly-Silicon)膜的激光退火装置。也就是说，激光照射的非晶硅膜被加热而形成多晶硅膜。

当然，本实施方式的热处理装置不限于激光退火装置。例如，也能够应用于通过照射激光照射而使半导体膜活性化的热处理装置。以下，参照附图说明本实施方式的热处理装置、热处理方法及制造方法。

使用图1及图2说明本实施方式的热处理装置的构成。图1是示意性示出热处理装置1的构成的示意图。图2是示意性示出热处理装置1的构成的侧视图。

需要说明的是，在以下所示的图中，为简化说明，适当地示出xyz三维正交坐标系。z方向是铅直上下方向，xy平面是与基板100的主面平行的平面。x方向是光扫描器32的扫描方向。y方向是与x方向正交的方向。是光学系统30的移动方向。图1是示出XY平面上的构成的示意图，图2是示出YZ平面上的构成的示意图。

如图1、图2所示，热处理装置1包括工作台10、激光光源21、AO(声光)元件23、光纤24、光学系统30、光学系统驱动部40及控制器50。光学系统30包括透镜31、光扫描器32及fθ透镜33，将激光L1传播至基板100。例如，在光学系统30的框体中设有透镜31、光扫描器32、fθ透镜33。当然，也可以在光学系统30中设置除了透镜31、光扫描器32、fθ透镜33以外的光学元件。

被照射激光L1的基板100载置在工作台10上。工作台10是供基板100移动的驱动台。工作台10将基板100能够移动地保持。在工作台10上载置有基板100的状态下，通过驱动工作台10，从而基板100移动。如图1所示，工作台10使基板100沿着B方向移动。B方向例如与X方向平行。由此，激光L1在基板100上的照射位置在X方向上变化。需要说明的是，工作台10也可以是吸附保持基板100的吸附工作台。

激光光源21产生连续振荡(CW)的激光L1。激光光源21是产生CW光的半导体激光。激光波长也可以设为500nm以下。另外，激光波长也可以设为460nm以下。在此，能够使用激光波长450nm、380nm或360nm的激光二极管作为激光光源21。

激光L1经由AO元件23射入光纤24。光纤24将激光L1向光学系统30引导。具体来说，光纤24的入射端面向AO元件23，射出端面向光学系统30。光纤24的射出端安装于光学系统30。因此，激光L1经由光纤24射入光学系统30。光纤24以挠曲的状态固定于光学系统30。光学系统30配置在基板100的上方。

AO元件23对激光L1进行调制。AO元件23例如为AO调制器、AO偏振器。AO元件23对应于来自控制器50的控制信号而改变激光L1的偏向角度。具体来说，控制器50能够控制AO元件23以免激光L1射入光纤24。例如，控制器50对应于光扫描器32的扫描方向、扫描位置向AO元件23输出控制信号。AO元件23对应于来自控制器50的控制信号来控制激光L1的偏向角度。

控制器50通过控制AO元件23来切换激光L1的照射和非照射。例如，在向基板100照射激光L1的情况下，控制器50控制激光L1的偏向角度，以使来自AO元件23的激光L1射入光纤24。若激光L1射入光纤24，则激光L1在光学系统30内传播并被向基板100引导。另一方面，在不向基板100照射激光L1的情况下，控制器50控制激光L1的偏向角度，以免来自AO元件23的激光L1射入光纤24。若激光L1偏离光纤24，则激光L1不会射入光学系统30，因此不会照射到基板100。

AO元件23作为切换激光L1的照射和非照射的光学元件发挥功能。也就是说，控制器50控制AO元件23，以使激光L1交替为照射和非照射。AO元件23对应于来自控制器50的控制信号而改变偏向角度。切换激光L1的照射和非照射的光学光闸不限于AO元件23，也可以使用其他光学元件、机械光闸。

光学系统驱动部40具有用于驱动光学系统30的马达、驱动机构。光学系统驱动部40具有将光学系统30能够移动地保持的龙门工作台。光学系统驱动部40使光学系统30沿着图2的C方向移动。C方向与Y方向平行。

光纤24具有充分挠曲地与光学系统30连结。由于光学系统30的移动，光纤24的射出端的位置变化。即使在光学系统30移动了的情况下，也能够使激光L1恰当地射入光学系统30。也就是说，即使在光学系统30的位置移动了的情况下，激光L1也沿着光学系统30内的光轴传播。具体来说，在光纤24的射出端配置在透镜31的光轴上的状态下，光学系统30移动。

射入光学系统30的激光L1依次射入透镜31、光扫描器32、fθ透镜33。透镜31将激光L1向光扫描器32会聚。光扫描器32将激光L1向fθ透镜33的方向反射。

光扫描器32例如是电流镜等，使激光L1偏向。通过由光扫描器32改变激光L1的偏向角度，从而激光L1的照射位置在基板100上变化。激光L1在图1的箭头A的方向上扫描。

具体来说，光扫描器32通过绕Y轴旋转的驱动马达等而动作。光扫描器32在基板100上沿着X方向扫描激光L1。也就是说，通过由光扫描器32扫描激光L1，从而在基板100上，激光L1的照射位置在X方向上移动。另外，光扫描器32不限于电流镜，也可以是多面镜、声光元件等。

fθ透镜33对由光扫描器32反射的激光L1进行折射。通过将fθ透镜33配置在基板100的正上方，从而能够使激光L1的焦点面与基板100的主面一致。也就是说，与光扫描器32的偏向角度无关，Z方向上的激光L1的焦点位置为恒定的高度。由此，能够使基板100上的激光L1的照射功率密度恒定。

照射到基板100上的激光L1的光斑形状可以是圆形，也可以是矩形。光束截面上的激光L1的强度分布也可以是高斯分布。或者，激光L1也可以通过调制器等成为平顶形状(高顶帽形状)。在更均匀照射的情况下，优选将激光L1的光斑形状设为矩形、将强度分布设为平顶分布。

需要说明的是，在图1中，光纤24将激光L1向光学系统30引导，也可以使用其他构成、光学元件。例如，也可以将激光光源21固定在光学系统30的单元内。

如上所述，光扫描器32沿着X方向扫描激光L1。工作台10使基板100沿着图1的箭头B的方向移动。因此，基板100上的激光L1的照射位置在X方向上移动。另外，光学系统驱动部40使光学系统30沿着图2的箭头C的方向移动。光学系统驱动部40使光学系统30移动，由此，基板100上的激光L1的照射位置在Y方向上变化。因此，能够使基板100上的激光的照射位置在XY平面内自如变化。

以下，使用图3说明激光L1的照射位置的变化。图3是示出基板100上的激光L1的照射位置的变化的XY平面图。需要说明的是，在图3中，基板100为圆形，但也可以是矩形。另外，激光L1的光束光斑为圆形，但也可以是矩形。

光扫描器32的扫描方向为箭头A的方向。在此，箭头A与X方向平行。光扫描器32使激光L1的照射位置沿着+X方向移动。由光学系统驱动部40引起的光学系统30的移动方向成为箭头C的方向。在XY平面观察时，箭头C为与箭头A相交叉的方向。例如，箭头C与Y方向是平行的方向。也就是说，箭头A与箭头B是正交的方向。

由工作台10引起的基板100的移动方向成为箭头B的方向。在XY平面观察时，箭头B成为与箭头C相交叉的方向。例如，箭头B是与X方向平行的方向。也就是说，箭头B是与箭头C正交的方向，是与箭头A平行的方向。工作台10的移动方向与光扫描器32的扫描方向成为相反方向。

控制器50控制工作台10、光扫描器32、光学系统驱动部40及AO元件23。工作台10及光学系统驱动部40对应于来自控制器50的控制信号而动作。工作台10将基板100移动至与控制信号对应的XY位置。光学系统驱动部40根据控制信号来控制光学系统30相对于基板100的XY位置。

此外，控制器50控制光扫描器32的扫描速度、扫描方向。光扫描器32根据来自控制器50的控制信号而扫描激光L1。控制器50根据光扫描器32的扫描方向、扫描位置来控制AO元件23。AO元件23使激光L1偏向以切换照射和非照射。控制器50控制激光L1在基板100上的照射位置。能够向基板100的大致整个面照射激光L1。能够使基板100上设置的非晶硅膜结晶化以形成多晶硅膜。

控制器50将与光扫描器32的控制信号同步的控制信号向光学系统30、工作台10、AO元件23输出。由此，能够恰当地控制激光L1的照射位置。

另外，光扫描器32的扫描速度比由光学系统驱动部40引起的移动速度及工作台10的移动速度高。由于光扫描器32的扫描速度为高速，因此能够缩短基板加热时间(热处理时间)。在此，基板加热时间成为连续向基板100的任意一点照射激光的照射时间。也就是说，基板100的一个点从光束光斑的一端扫描至另一端的时间成为照射时间。照射CW激光时的基板100的任意点处的照射时间能够通过下述式(1)计算。

(照射时间)＝(光束尺寸)/(扫描速度)……(1)

在本实施方式中，为了防止基板100、基底膜损伤，将照射时间设为100μsec以下。也就是说，优选以照射时间为100μsec以下的方式设定X方向上的光束尺寸及扫描速度。例如，在基板100上的激光L1的光束尺寸为100μm的情况下，优选将扫描速度设为1m/sec以上。在基板100上的激光L1的光束尺寸为600μm的情况下，优选将扫描速度设为6m/sec以上。在本实施方式中，由于光束尺寸为100μm、扫描速度为6m/sec，因此照射时间成为16.7μsec。

使用图4说明本实施方式的照射方法。图4是示意性示出基板100上的激光L1的照射位置的变化的图。按照图4的步骤S1～S8的顺序，向基板100照射激光。在此，如图4的步骤S1所示，激光L1的光斑形状成为矩形。

光扫描器32从步骤S1所示的照射位置沿着步骤S2所示的箭头A的方向扫描激光L1。由此，在基板100上形成线状的照射完毕线I11。在图4的步骤S2中，形成一条照射完毕线I11。具体来说，通过从光扫描器32的扫描范围的-X侧的扫描端到+X侧的扫描端扫描激光L1，从而形成照射完毕线I11。照射完毕线I11的宽度(Y方向尺寸)成为与激光L1的光斑尺寸对应的大小。照射完毕线I11的长度(X方向尺寸)成为与光扫描器32的扫描范围(扫描宽度)对应的长度。

另外，光学系统驱动部40使光学系统30沿着箭头B的方向移动。在此，光扫描器32的扫描速度足够慢于光学系统30的移动速度，因此，在图4中，示出照射完毕线I11为长方形。在光学系统30的移动中扫描光扫描器32的情况下，基板100中的照射完毕线I11的形状成为平行四边形。光扫描器32以一定速度在X方向上扫描激光L1。能够向基板100均匀地照射激光L1。能够形成均匀的多晶硅膜。

在光学系统30的移动中，通过重复进行光扫描器32的光束扫描，从而如步骤S3所示，形成多条的照射完毕线I11～I13。在此，在光扫描器32的扫描过程中，光学系统30以一定速度移动。因此，按照照射完毕线I11、照射完毕线I12、照射完毕线I13的顺序照射激光L1。照射完毕线I12也可以分别与照射完毕线I11及照射完毕线I13重叠。照射完毕线I12的大小与照射完毕线I11及照射完毕线I13的大小一致。

在本实施方式中，光学系统30的移动与光扫描器32的扫描同时进行。也就是说，在光学系统驱动部40使光学系统30移动的期间，光扫描器32扫描激光L1。例如，在光学系统驱动部40以一定的速度向+Y方向移动光学系统30的期间，光扫描器32扫描激光L1。当然，光扫描器32的扫描与光学系统30的移动也可以交替进行。也就是说，也可以是，在通过光扫描器32完成一条线扫描后，光学系统30以规定的进给间距移动。

若光学系统驱动部40使光学系统30从基板100的-Y侧的移动端移动至+Y侧的移动端，则如步骤S4所示，形成照射完毕区域R1。照射完毕区域R1成为包含多条照射完毕线的四边形。照射完毕区域R1的X方向的尺寸与光扫描器32的扫描宽度对应。照射完毕区域R1的Y方向的尺寸与光学系统30的Y方向的移动距离对应。

在此，光扫描器32的扫描速度与光学系统30的移动速度相比足够快，因此，在图4中示出照射完毕区域R1为长方形。在光学系统30的移动中使光扫描器32扫描的情况下，照射完毕区域R1严格地成为平行四边形。需要说明的是，在S1～步骤S4的期间，工作台10不使基板100移动。也就是说，工作台10的位置固定，直到形成照射完毕区域R1为止。

若光学系统30移动至-Y侧的移动端，则工作台10使基板100沿着箭头B的方向移动。在此，工作台10使基板100向-X方向移动。因此，基板100上的照射位置向+X方向移动。需要说明的是，在工作台10的移动中，AO元件23不照射激光L1。也就是说，控制器50改变AO元件23的偏向角而不射入光纤24。此外，在工作台10的移动中，光学系统驱动部40使光学系统30移动至+Y侧的移动端。

工作台10向-X方向移动与光扫描器32的扫描宽度对应的距离。在工作台10的驱动结束后，如步骤S5所示，再次向基板100照射激光L1。也就是说，控制器50改变AO元件23的偏向角，使其射入光纤24。在Y方向上，步骤S5中的照射位置与步骤S1中的照射位置一致。在X方向上，步骤S5中的照射位置从步骤S1中的照射位置错开与扫描宽度对应的距离。

然后，光扫描器32的扫描开始。如步骤S6所示，光扫描器32向+X方向扫描激光L1。由此，形成照射完毕线I21。在工作台10移动后，与上述步骤S2～S4同样地进行处理。也就是说，通过光扫描器32的扫描和光学系统30的移动，从而向基板100照射激光L1。

由于步骤S6与步骤S2对应，因此，在步骤S6中，在基板100上新形成一条照射完毕线I21。也就是说，在步骤S6中，在步骤S4中形成的照射完毕区域R1的基础上形成照射完毕线I21。照射完毕线I21为与照射完毕线I11相同的大小。

由于步骤S7与步骤S3对应，因此，在步骤S7中，在基板100上形成三条照射完毕线I21、I22、I23。也就是说，在步骤S7中，在步骤S4中形成的照射完毕区域R1的基础上形成照射完毕线I21、I22、I23。照射完毕线I21、I22、I23分别为相同的大小。

若光学系统30移动至-Y侧的移动端，则成为步骤S8。由于步骤S8与步骤S4对应，因此在基板100上形成照射完毕区域R2。也就是说，在步骤S8中，在步骤S4中形成的照射完毕区域R1的基础上，形成照射完毕区域R2。照射完毕区域R2成为包含多条照射完毕线的四边形。照射完毕区域R2为与照射完毕区域R1相同的大小。在Y方向上，照射完毕区域R2的位置与照射完毕区域R1的位置一致。在X方向上，照射完毕区域R2的位置与照射完毕区域R1的位置错开。

通过重复进行上述处理，从而能够向基板100的大致整个面照射激光L1。也就是说，通过重复进行步骤S5～步骤S8的处理，从而依次形成长方形的照射完毕区域。通过使工作台10依次移动，从而从X方向上的基板100的一端到另一端照射激光L1。

由光学系统驱动部40引起的光学系统30的移动速度比基于工作台10的基板100的移动速度高。并且，将光学系统30的移动方向设为与光扫描器32的扫描方向相交叉的方向。基板100的移动方向成为与光学系统30的移动方向相交叉的方向。具体来说，如图3所示，基板100的移动方向及光扫描器32的扫描方向与X方向平行，光学系统30的移动方向与X方向正交。

因此，在基板100上形成四边形状的照射完毕区域R1后，在扫描范围的另一端侧依次形成下一照射完毕线I21、I22、I23。由此，能够恰当地向基板照射激光L1，能够形成均匀的多晶硅膜。

需要说明的是，光扫描器32是使激光L1在X方向上往复动作的电流镜。在该情况下，电流镜交替进行+X方向(以下也称为正方向)的扫描和-X方向(以下也称为反方向)的扫描。也就是说，光扫描器32以使激光L1在正方向和反方向上往复的方式进行扫描。由此，在光扫描器32的扫描范围的两端(以下记为扫描端)，在驱动马达使电流镜减速后向相反方向加速。在扫描端，激光L1照射基板100，直到使电流镜减速再加速。在扫描端，与扫描范围的中央相比，激光的照射时间变长。

因而，在本实施方式中，在电流镜加减速的扫描端，控制器50控制AO元件23，以免激光L1照射基板100。具体来说，通过由AO元件23切换激光L1的偏向角度，从而在扫描端，激光L1不照射基板100。也就是说，在电流镜加减速的时机，使激光L1偏向，以免AO元件23射入光纤24。由此，能够使基板100的面内的照射时间的分布恒定，因此能够实现均匀的结晶化。

另外，就邻接的照射完毕线而言，基于光扫描器32的扫描方向可以是相同方向也可以是相反方向。例如，也可以是，在照射完毕线I11通过正方向(+X方向)的扫描形成的情况下，照射完毕线I12通过反方向(-X方向)的扫描形成。在该情况下，第奇数条照射完毕线通过正方向的扫描形成，第偶数条照射完毕线通过反方向的扫描形成。由此，能够在短时间内向基板100的大致整个面照射激光L1。由于激光L1以往复扫描来照射基板100，因此AO元件23仅在扫描端不使激光L1射入光纤24。

或者，邻接的照射完毕线也可以以相同的扫描方向形成。例如，也可以是，在照射完毕线I11通过正方向的扫描形成的情况下，照射完毕线I12通过正方向的扫描形成。在该情况下，全部照射完毕线全部通过正方向的扫描形成。由于激光L1通过正方向扫描照射基板100，因此不仅在扫描端，在反方向的扫描时AO元件23也不使激光L1射入光纤24。在光扫描器32从扫描范围的一端朝向另一端的正方向动作的期间，激光L1照射基板100。在光扫描器32向从扫描范围的另一端朝向一端的反方向动作的期间，通过AO元件23，从而激光L1变为非照射。另外，在激光L1为非照射的期间，也可以使由光学系统驱动部40引起的光学系统30的移动停止。

由此，能够抑制由X方向位置引起的照射条件的差异。例如，在任意的X方向位置，将第一条线的扫描与第二条线的扫描的时间间隔设为扫描时间间隔。通过仅以正方向扫描照射激光，从而能够使扫描时间间隔在扫描范围的中央和扫描端相同。

另外，也可以使邻接的照射完毕线局部重叠。也就是说，照射完毕线I11的-Y方向端与照射完毕线I12的+Y方向端相比配置在-Y侧。具体来说，也可以设定光学系统30的移动速度，使以图4所示的照射完毕线I11与照射完毕线I12局部重叠。在该情况下，在形成照射完毕线I11已经结晶化的重叠部位在形成照射完毕线I12时进一步被覆盖。由此，能够提高多晶硅膜的特性。

例如，在激光L1为高斯分布的情况下，激光强度在激光L1的光斑中心变高。进而，随着偏离光斑中心而激光强度降低。照射量对应于照射完毕线内的Y方向位置而变化。因而，设定光学系统30的移动速度，以使邻接的照射完毕线在Y方向上局部重叠。由此，在Y方向上，在偏离光斑中心的部位扫描两次激光。例如，在将高斯分布的激光L1的光斑中心的强度设为100％的情况下，重叠至强度为60％的位置即可。在X方向上，照射完毕区域R1与照射完毕区域R2也可以同样地重叠。

将通过激光照射形成的多晶硅膜的SEM(Scanning Electron Microscope：扫描电子镜)图像示于图5。另外，在图5中示意性示出与SEM图像对应的照射完毕线的Y方向位置。图6是示出对多晶硅膜的结晶进行解析得到的EBSD(Electron Back ScatterDiffraction：电子背散射衍射)像的图。具体来说，以颜色示出结晶方位的分布。换言之，在结晶方位相同的XY位置以相同的颜色显示。如图5、6所示，能够形成沿着Y方向生长的结晶。

将与从光扫描器32的一端到另一端的扫描时间(一次扫描时间)对应的光学系统30的移动量设为进给间距p。通过使进给间距p小于结晶生长长度r/2，从而如图5所示，能够形成在一个方向上生长的多晶硅膜。

图7是示出通过第2次照射覆盖通过第1次照射形成的晶化膜的状态的SEM照片。在第1次照射中，结晶沿着Y方向生长，但通过第2次照射覆盖，从而结晶的生长方向变化。

装置构成例1

以下，说明装置构成例1的构成。在装置构成例1中，使用LaserLine公司制的半导体激光来作为激光光源21。激光光源21的输出设为1000W，激光波长(代表值)设为450nm。需要说明的是，激光波长为400～500nm的范围即可。光纤24的直径为600μm。

基板100上的光束形状为600μm×600μm的矩形。光束的扫描速度v根据光扫描器32而设为6m/sec。光扫描器32的扫描范围(扫描长度)d设为10mm。

工作台10的步进移动宽度dx设为扫描范围d＝10mm以下。光学系统30的移动速度Vopt根据光学系统驱动部40而设为164mm/sec。Vopt通过下述式(2)计算。

Vopt＝a/{d/v+(2＊t)}……(2)

与电流镜的往复移动一起照射激光。也就是说，不仅在光扫描器32的扫描方向为正方向时，在反方向时也向基板100照射激光L1。

装置构成例2

以下说明装置构成例2的构成。在装置构成例2中，激光光源21的输出设为100W，激光波长(代表值)设为450nm。需要说明的是，激光波长设为400～500nm的范围即可。光纤24的直径设为100μm。

基板100中的光束形状设为100μm×100μm的矩形。光束的扫描速度v根据光扫描器32而设为6m/sec。光扫描器32的扫描范围(扫描长度)d设为10mm。

工作台10的步进移动宽度dx设为扫描范围d＝10mm以下。通过上述式(2)，从而光学系统30的移动速度Vopt根据光学系统驱动部40而设为27mm/sec。

(有机EL显示器)

上述多晶硅膜的半导体装置适合于有机EL(Electroluminescenc e：电致发光)显示器用的TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)阵列基板。即，多晶硅膜被用作TFT的源极区域、沟槽区域、漏极区域的半导体层。

以下，说明将本实施方式的半导体装置应用于有机EL显示器显示器的构成。图8是将有机EL显示器的像素电路简化示出的剖视图。

图8所示的有机EL显示器300是在各像素PX中配置有TFT的有源矩阵型显示装置。

有机EL显示器300包括基板310、TFT层311、有机层312、滤色层313及密封基板314。在图8中，示出密封基板314侧为视觉辨认侧的顶发射方式的有机EL显示器。需要说明的是，以下的说明示出有机EL显示器的一个构成例，本实施方式不限于以下说明的构成。例如，本实施方式的半导体装置也可以用于底发射方式的有机EL显示器。

基板310是玻璃基板或金属基板。在基板310之上设有TFT层311。TFT层311具有配置于各像素PX的TFT311a。此外，TFT层311具有与TFT311a连接的布线(图示)等。TFT311a及布线等构成沟槽像素电路。

在TFT层311之上设有有机层312。有机层312具有按像素PX配置的有机EL发光元件312a。此外，有机层312在像素PX之间设有用于使有机EL发光元件312a分离的隔壁312b。

在有机层312之上设有滤色层313。滤色层313设有用于进行彩色显示的滤色部313a。即，在各像素PX中，作为滤色部313a设有着色为R(红色)、G(绿色)或B(蓝色)的树脂层。

在滤色层313之上设有密封基板314。密封基板314是玻璃基板等透明基板，被设置用于防止有机层312的有机EL发光元件劣化。

流入有机层312的有机EL发光元件312a的电流根据向像素电路供给的显示信号而变化。由此，通过向各像素PX供给与显示图像对应的显示信号，从而能够控制各像素PX中的发光量。由此，能够显示期望的图像。

在有机EL显示器等有源矩阵型显示装置中，在一个像素PX中设有一个以上的TFT(例如开关用TFT、或驱动用TFT)。并且，在各像素PX的TFT中设有具有源极区域、沟槽区域及漏极区域的半导体层。本实施方式的多晶硅膜适合于TFT的半导体层。即，将通过上述制造方法制造的多晶硅膜用于TFT阵列基板的半导体层，从而能够抑制TFT特性的面内波动。由此，能够以高生产率制造显示特性优异的显示装置。

(半导体装置的制造方法)

使用本实施方式的热处理装置的半导体装置的制造方法适合于TFT阵列基板的制造。使用图9、图10说明具有TFT的半导体装置的制造方法。图9、图10是示出半导体装置的制造工序的工序剖视图。在以下的说明中，说明具有逆交错(inverted staggered)型TFT的半导体装置的制造方法。图9、图10中示出半导体制造方法中的多晶硅膜的形成工序。需要说明的是，其他制造工序能够使用公知的方法，因此省略说明。

如图9所示，在玻璃基板401上形成栅电极402。在栅电极402之上形成栅极绝缘膜403。在栅极绝缘膜403之上形成非晶硅膜404。非晶硅膜404隔着栅极绝缘膜403与栅电极402重叠配置。例如，通过CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积)法连续形成栅极绝缘膜403和非晶硅膜404。

然后，通过向非晶硅膜404照射激光L1，从而如图10所示，形成多晶硅膜405。即，通过图1等中示出的热处理装置1使非晶硅膜404结晶化。由此，在栅极绝缘膜403上形成硅结晶化的多晶硅膜405。多晶硅膜405与上述多晶硅膜相当。

此外，在上述说明中，说明了本实施方式的热处理装置为向非晶硅膜照射激光以形成多晶硅膜的装置，但也可以是向非晶硅膜照射激光以形成微晶硅膜的装置。此外，激光并非限定于半导体激光。另外，本实施方式的方法也能够应用于使硅膜以外的薄膜结晶化的方法。即，只要是向非晶质膜照射激光以形成晶化膜的热处理装置，就能够应用本实施方式的方法。根据本实施方式的装置，能够将带晶化膜的基板适当改质。

另外，能够应用于用于使硅晶圆上的半导体膜活性化的热处理装置。也就是说，通过由热处理装置1向半导体膜照射激光L1，从而能够使半导体膜活性化。

变形例

使用图11说明变形例的热处理方法。图11是示出基板100上的激光L1的照射位置的变化的XY平面图。在变形例中，与图3的构成比较，工作台10的移动方向(箭头B)与光学系统30的移动方向(箭头C)不同。

在图11中，与图3同样地，光扫描器32的扫描方向成为箭头A的方向。在此，箭头A与X方向平行。光扫描器32使激光L1的照射位置沿着+X方向移动。由光学系统驱动部40引起的光学系统30的移动方向成为箭头C的方向。在XY平面观察时，箭头C为与箭头A平行的方向。例如，箭头C为与X方向平行的方向。工作台10的移动方向与光扫描器32的扫描方向成为相反方向。通过该光学系统30的移动，从而激光L1向基板100的照射位置在X方向上移动。

由工作台10引起的基板100的移动方向成为箭头B的方向。在XY平面观察时，箭头B成为与箭头C相交叉的方向。例如，箭头B是与Y方向平行的方向。也就是说，箭头B是与箭头A正交的方向，是与箭头C正交的方向。通过工作台10的移动，从而激光L1向基板100的照射位置在Y方向上移动。

光扫描器32使激光L1的照射位置在第1方向上变化。通过光学系统驱动部40及工作台10中的一者的驱动，从而使激光L1向基板100的照射位置相对地在第2方向上变化。通过光学系统驱动部40及工作台10中的另一者的驱动，从而使激光L1向基板100的照射位置相对地在第3方向上变化。在俯视观察时，第1方向与第2方向是相交叉的方向。在俯视观察时，第2方向与第3方向是相交叉的方向。这样的构成也能够获得与上述相同的效果。

控制器50可以由控制电路等硬件构成，也可以由处理器执行的程序等软件实现。上述控制器50的处理中的一部分或全部也可以由计算机程序执行。上述程序包含在被计算机读取的情况下用于使计算机执行实施方式中说明的一个或一个以上的功能的命令组(或软件代码)。程序也可以保存在非暂时性计算机可读介质或有实体的存储介质中。作为非限定的例子，计算机可读介质或有实体的存储介质包含随机存取存储器(random-accessmemory、RAM)、只读存储器(read-only memory、ROM)、闪存、固态硬盘(solid-state drive、SSD)或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能光盘(digital versatiledisc、DVD)、Blu-ray(注册商标)盘或其他光盘存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储设备。程序也可以在暂时性计算机可读介质或通信介质上发送。作为非限定的例子，暂时性计算机可读介质或通信介质包含电、光、声或其他形式的传输信号。

需要说明的是，本发明并非限定于上述实施方式，能够在不脱离主旨的范围内适当变更。

本申请基于2021年6月28日提出的日本申请特愿2021-106779主张优先权，并将其全部公开内容引用于此。

附图标记说明

1 热处理装置

10 工作台

21 激光光源

23 AO元件

24 光纤

30 光学系统

31 透镜

32 光扫描器

33 fθ透镜

40 光学系统驱动部

50 控制器

100 基板

300有机EL显示器

310 基板

311 TFT层

311a TFT

312有机层

312a有机EL发光元件

312b 隔壁

313 滤色层

313a滤色(CF)

314 密封基板

401 玻璃基板

402 栅电极

403 栅极绝缘膜

404 非晶硅膜

405 多晶硅膜

PX 像素

Claims (26)

1.一种半导体装置的热处理方法，其特征在于，包含下述步骤：

(A)产生连续振荡的激光；

(B)光学系统中设置的光扫描器沿着第1方向扫描所述激光在保持于驱动台的基板上的照射位置；

(C)通过使所述光学系统和所述驱动台中的一者移动，从而使所述激光的所述照射位置在俯视观察时沿着与所述第1方向相交叉的第2方向移动；以及

(D)通过使所述光学系统和所述驱动台中的另一者移动，从而使所述激光的所述照射位置在俯视观察时沿着与所述第2方向相交叉的第3方向移动。

2.根据权利要求1所述的半导体装置的热处理方法，其特征在于，

在所述(C)的步骤中，通过使所述光学系统移动，从而所述激光的照射位置沿着所述第2方向移动，

在所述(D)的步骤中，通过使所述驱动台移动，从而所述激光的照射位置沿着所述第3方向移动。

3.根据权利要求1所述的半导体装置的热处理方法，其特征在于，

在所述(C)的步骤中，通过使所述驱动台移动，从而所述激光的照射位置沿着所述第2方向移动，

在所述(D)的步骤中，通过使所述光学系统移动，从而所述激光的照射位置沿着所述第3方向移动。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的半导体装置的热处理方法，其特征在于，

所述光扫描器的扫描速度比所述光学系统的移动速度高。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的半导体装置的热处理方法，其特征在于，

在所述光扫描器的扫描过程中，所述光学系统移动。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的半导体装置的热处理方法，其特征在于，

在俯视观察时，所述第1方向与所述第3方向是平行的方向，

在所述光学系统相对地从所述基板的一端移动至另一端后，所述驱动台使所述照射位置在第3方向上移动，

在所述驱动台的驱动结束后，通过所述光扫描器扫描所述激光，从而激光再次照射所述基板。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的半导体装置的热处理方法，其特征在于，

在所述光扫描器的扫描端，所述激光未照射所述基板。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的半导体装置的热处理方法，其特征在于，

所述光扫描器在从扫描范围的一端朝向另一端的正方向和从所述另一端朝向所述一端的反方向上往复动作，

在所述光扫描器向所述正方向动作的期间，所述激光照射所述基板，

在所述光扫描器向所述反方向动作的期间，所述激光被遮光。

9.一种半导体装置的热处理装置，其特征在于，包括：

激光光源，其产生连续振荡的激光；

光学系统，其具有沿着第1方向扫描所述激光的光扫描器，将所述激光向基板引导；

光学系统驱动部，其使所述光学系统移动，以使所述激光相对于所述基板的照射位置变化；以及

驱动台，其保持所述基板，使所述激光的所述照射位置移动，

通过所述光学系统驱动部和所述驱动台中的一者的驱动，从而所述激光的照射位置在所述俯视观察时沿着与第1方向相交叉的第2方向变化，

通过所述光学系统驱动部和所述驱动台中的另一者的驱动，从而所述激光的照射位置在所述俯视观察时沿着与第2方向相交叉的第3方向变化。

10.根据权利要求9所述的半导体装置的热处理装置，其特征在于，

通过所述光学系统驱动部的驱动，所述激光的照射位置沿着所述第2方向移动，

通过所述驱动台的驱动，所述激光的照射位置沿着所述第3方向移动。

11.根据权利要求9所述的半导体装置的热处理装置，其特征在于，

通过所述光学系统驱动部的驱动，从而所述激光的照射位置沿着所述第3方向移动，

通过所述驱动台的驱动，从而所述激光的照射位置沿着所述第2方向移动。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的半导体装置的热处理装置，其特征在于，

所述光扫描器的扫描速度比所述光学系统的移动速度高。

13.根据权利要求9～12中任一项所述的半导体装置的热处理装置，其特征在于，

在所述光扫描器的扫描过程中，所述光学系统移动。

14.根据权利要求9～13中任一项所述的半导体装置的热处理装置，其特征在于，

在俯视观察时，所述第1方向与所述第3方向是平行的方向，

在所述光学系统相对地从所述基板的一端移动至另一端后，所述驱动台使所述照射位置在第3方向上移动，

在所述驱动台的驱动结束后，通过所述光扫描器扫描所述激光，从而激光再次照射所述基板。

15.根据权利要求9～14中任一项所述的半导体装置的热处理装置，其特征在于，

在所述光扫描器的扫描端，所述激光未照射所述基板。

16.根据权利要求9～15中任一项所述的半导体装置的热处理装置，其特征在于，

所述光扫描器在从扫描范围的一端朝向另一端的正方向和从所述另一端朝向所述一端的反方向上往复动作，

在所述光扫描器向所述正方向动作的期间，所述激光照射所述基板，

在所述光扫描器向所述反方向动作的期间，所述激光被遮光。

17.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包含下述步骤：

(SA)产生连续振荡的激光；

(SB)光学系统中设置的光扫描器沿着第1方向扫描所述激光在保持于驱动台的基板上的照射位置；

(SC)通过使所述光学系统和所述驱动台中的一者移动，从而使所述激光在所述基板上的的照射位置在俯视观察时沿着与所述第1方向相交叉的第2方向移动；

(SD)通过使所述光学系统和所述驱动台中的另一者移动，从而使所述激光在所述基板上的照射位置在俯视观察时沿着与所述第2方向相交叉的第3方向移动。

18.根据权利要求17所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述(SC)的步骤中，通过使所述光学系统移动，从而所述激光的照射位置沿着所述第2方向移动，

在所述(SD)的步骤中，通过使所述驱动台移动，从而所述激光的照射位置沿着所述第3方向移动。

19.根据权利要求17所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述(SC)的步骤中，通过使所述驱动台移动，从而使所述激光的照射位置沿着所述第2方向移动，

在所述(SD)的步骤中，通过使所述光学系统移动，从而使所述激光的照射位置沿着所述第3方向移动。

20.根据权利要求17～19中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

所述光扫描器的扫描速度大于所述光学系统的移动速度。

21.根据权利要求17～20中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述光扫描器的扫描过程中，所述光学系统移动。

22.根据权利要求17～21中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在俯视观察时，所述第1方向与所述第3方向是平行的方向，

在所述光学系统相对地从所述基板的一端移动至另一端后，所述驱动台使所述照射位置在第3方向上移动，

在所述驱动台的驱动结束后，通过所述光扫描器扫描所述激光，从而激光再次照射所述基板。

23.根据权利要求17～22中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

在所述光扫描器的扫描端，所述激光未照射所述基板。

24.根据权利要求17～23中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

所述光扫描器在从扫描范围的一端朝向另一端的正方向和从所述另一端朝向所述一端的反方向上往复动作，

在所述光扫描器向所述正方向动作的期间，所述激光照射所述基板，

在所述光扫描器向所述反方向动作的期间，所述激光被遮光。

25.根据权利要求17～24中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

通过所述激光照射基板，从而所述基板上的非晶质膜结晶化，形成晶化膜。

26.根据权利要求17～24中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，

通过所述激光照射基板，从而所述基板上的半导体膜活性化。