CN1983513A - 激光结晶装置和结晶方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有高产量的激光结晶装置和结晶方法。具有预定光强度分布的激光照射至半导体膜上以熔化和结晶，其中以高定位精度非常快地定位照射位置，由此形成具有大晶粒尺寸的半导体膜。根据本发明的一个方面的激光结晶装置包括结晶激光光源(21)、调制激光以提供预定的光强度分布的移相器(24)，设置在基板(30)上的标记(35)，沿预定方向移动的基板固定台(40)，测量标记(35)通过预定位置的时间的标记测量装置(60)，以及根据该测量时间产生指示照射激光的触发信号的信号产生装置(70)。

Description

激光结晶装置和结晶方法
技术领域
本发明涉及激光结晶装置和结晶方法，更特别地涉及非常快速地且以高定位精度执行定位以照射用于结晶的激光的激光结晶装置和结晶方法。
背景技术
形成在设置在例如玻璃基板的大面积基板上的例如硅膜的半导体膜上的薄膜晶体管(TFT)被用作例如用于有源矩阵型液晶显示装置中的开关显示的开关装置。
为了诸如用来形成薄膜晶体管的非晶或多晶半导体薄膜的非单晶半导体薄膜的结晶，例如，使用激光结晶技术，其中利用具有高能量的短脉冲激光来熔化并结晶非单晶半导体薄膜的照射区域。
现有的用于生产的激光结晶装置采用将具有均匀强度分布的结晶激光照射到非晶硅膜的方法。但是，根据该方法，结晶半导体膜中的晶粒尺寸小到0.5μm或更小，并且不能控制结晶的晶粒的位置。因此，在TFT的沟道区中可能存在晶粒边界，从而在TFT的性能上存在局限，例如，不平坦特性。
需要一种技术来制造具有大晶粒的高质量半导体膜，以便提高TFT的性能。在各种激光结晶技术中，作为满足这种需要的结晶方法，注意力特别集中在相位调制准分子激光退火(PMELA)上，其中将具有由相位调制产生的反转峰值图形形状光强度分布的准分子激光照射到非单晶半导体薄膜上，从而使其结晶。PMELA技术是将具有预定光强分布的准分子激光照射到非单晶半导体薄膜上以便熔化和结晶该半导体膜的照射部分的方法。可以通过利用例如移相器的相位调制元件的入射激光的相位调制来获得具有预定光强分布的准分子激光。非单晶半导体薄膜例如是形成在玻璃基板上的非晶硅或多晶硅薄膜。在近来开发的PMELA技术中，在一次激光照射中熔化和结晶大约几平方毫米大小的区域。由于非单晶半导体薄膜的结晶，从而形成具有高质量的结晶硅薄膜，其具有从几μm至大约10μm大小的且尺寸相对均匀的晶粒(例如，参考Institute of Electronics，Informationand Communication Engineers的论文期刊Vol.J85-C，No.8，pp.624-629，2002中，Kohki Inoue、Mitsuru Nakata和Masakiyo Matsumura所发表的“Amplitude and Phase Modulated Excimer-LaserMelt-Regrowth Method of Silicon Thin-Film-A New Growth Method of2-D Position Controlled Large-Grains-”)。已经证实，通过该技术形成的结晶硅薄膜中制造的TFT具有稳定的电特性。
在常规方法的结晶装置中，以长的矩形光束(例如，500μm×300mm)形状并具有均匀的光强度分布的结晶激光照射半导体膜。因此，在技术上不可能定位将要形成晶粒的位置，且结晶半导体膜中的晶粒尺寸小到0.5μm或更小。因此，不需要绝对定位结晶激光的照射位置。
在日本专利申请KOKAI公开号2003-197521中已经描述了一种基于设置在半导体层中的对准标记(alignment marker)照射结晶激光的方法。然而，该激光照射方法是形成多晶区域而不是在预定位置形成大直径晶粒的激光照射方法。
另一方面，PMELA结晶技术目前正在发展中，其中具有反转峰形光束分布的结晶激光通过利用移相器或衍射光学元件产生，并被照射至非单晶半导体薄膜。PMELA结晶技术具有良好的特性以致于结晶激光的利用率很高、能够获得大晶粒尺寸的晶体并且晶粒的定位也是可能的。然而，采用所谓的分步重复照射方法来结晶具有大面积的半导体膜。也就是说，重复下述内容：在激光一次照射到非单晶半导体膜之后，将玻璃基板移向并停在下一个照射位置，然后再次照射激光。因此，存在一种进一步提高产量以使得PMELA结晶技术变成一种批量生产技术的挑战。本申请人已经研发了一种技术来使PMELA结晶技术产业化，并且正在研发一种具有更高产量的结晶方法。
存在下述要求以将具有上述优良特性的PMELA技术引入到实际应用中作为生产例如液晶面板的装置：以微米级绝对定位精度来定位并形成晶粒以便形成TFT的主要部分；以及照射结晶激光以使得能够非常快地重复再现晶粒的定位和形成。
本发明的一个目的是提供一种具有高产量的激光结晶装置和结晶方法，其能够通过将具有预定光强度分布的脉冲激光照射至处理基板来熔融并结晶半导体膜，从而在处理基板，即，将被处理的基板上的预定位置处，形成具有带有大晶粒尺寸的结晶区域的半导体膜。
发明内容
通过下面根据本发明的激光结晶装置和结晶方法来解决上述问题。
根据本发明的一个方面，提供一种激光结晶装置，包括：产生激光的激光光源；以及调制激光以向其提供预定光强度分布的移相器，其中将通过该移相器调制的激光照射到设置在基板上的薄膜，以使该薄膜熔化和结晶，该激光结晶装置包括：设置在基板上的标记；固定基板且沿着预定方向移动的基板固定台；测量标记在基板固定台移动期间通过预定位置的时间的标记测量装置；以及根据由该标记测量装置测量的时间来产生指示激光照射的触发信号的信号产生装置。
根据本发明的另一方面，提供一种激光结晶装置，包括：产生激光的激光光源；以及调制激光以向其提供预定光强度分布的移相器，其中将通过该移相器调制的激光照射到设置在基板上的薄膜，以使该薄膜熔化和结晶，该激光结晶装置包括：固定基板且沿着预定的第一方向连续移动的基板固定台；设置在基板上且指示第一方向上的位置的第一标记；基板上的指示垂直于第一方向的第二方向上的位置的第二标记；测量在连续移动期间第一标记在第一方向上通过预定位置的时间的第一标记测量装置；测量第二标记且指示第二方向上的基板位置的修正的第二标记测量装置；以及根据由第一标记测量装置测量的时间来产生指示激光照射的触发信号的信号产生装置。
根据本发明的另一方面，提供一种激光结晶方法，包括：在基板上形成标记；产生激光；调制该激光；在预定方向上连续移动固定基板的基板固定台；测量设置在移动基板上的标记通过预定位置的时间；根据测量到的时间来产生指示调制的激光照射的触发信号；以及响应于该触发信号将调制的激光照射到设置在基板上的薄膜以使被照射的区域熔化和结晶。
根据本发明的另一方面，提供一种激光结晶方法，包括：在基板上形成指示预定的第一方向上的基板位置的第一标记和指示垂直于第一方向的第二方向上的基板位置的第二标记；产生激光；调制该激光；将基板固定在基板固定台上；测量第二标记以调节第一方向上的基板位置；在第一方向上连续移动固定基板的基板固定台；测量设置在移动基板上的第一标记通过预定位置的时间；根据第一标记测量测到的时间来产生指示调制的激光照射的触发信号；以及响应于该触发信号将调制的激光照射到基板以使设置在基板上的薄膜熔化和结晶。
本发明的其它优点将在下面的说明中陈述，其中的一部分优点将从说明书中显而易见，或者可通过实践本发明而被领会。通过下文中特地指出的手段及组合可以实现并获得本发明的优点。
附图说明
结合在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且附图与上面给出的概略描述和下面给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1是示出用来解释本发明第一实施例的激光结晶装置的一个例子的系统结构图；
图2所示的是说明将被激光结晶装置结晶的处理基板的结构的一个例子的截面图；
图3A和3B是示出形成在图2所示的处理基板上的标记的一个例子的示图，其中图3A是用于说明处理基板上的整个标记布置的平面图，图3B是用于说明一个标记与照射激光照射区域之间的关系的放大图；
图4所示的是说明第一实施例中的激光结晶装置的标记测量光学系统的修改的一个例子的系统结构图；
图5是示出用于图1所示的激光结晶装置中且利用移相器的结晶光学系统的主要部件的一个例子的示图；
图6是用于说明根据第一实施例的结晶过程的一个例子的流程图；
图7是示出了用于说明从图6所示的结晶过程中的标记的探测到结晶激光的照射的控制信号的关系的时间线的一例子的示图；
图8是用于说明根据第一实施例的结晶过程的另一例子的流程图；
图9A和9B是示出用于说明本发明的第二实施例的整个标记布置的两个例子的平面图；
图10所示的是说明第二实施例的激光结晶装置的一个例子的系统结构图；以及
图11所示的是说明根据第二实施例的结晶过程的一个例子的流程图。
具体实施方式
本发明提供一种用于使非单晶半导体膜结晶的激光结晶装置和结晶方法，其实现结晶激光照射位置的高定位精度和高产量。在本实施例的激光结晶装置和结晶方法中，相位调制元件(下文中称为移相器)用于对结晶激光赋予期望的光强分布，然后将结晶激光照射到非单晶半导体膜以形成结晶半导体膜。
本说明书中，高产量指的是结晶区域形成在处理基板上的预定位置处同时基板固定台沿一个方向，例如沿X方向连续移动而不停止。连续移动指的是沿着一个方向移动而不改变移动速度。基板固定台或者处理基板的预定方向上的结晶激光照射位置指的是预定结晶区域或用于结晶的结晶激光照射位置。决定结晶激光照射位置指的是根据通过测量设置在处理基板上的标记在基板固定台连续移动期间通过预定位置的时间的测量值(信号)决定或修正用于照射结晶激光的定时。大结晶区指的是面积至少等于或大于TFT的沟道区的结晶半导体膜区。
将参考附图来描述本发明的实施例。结合入该说明书并且组成该说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与上面给出的概括描述和下面给出的实施例的详细描述一起，用于解释本发明的原理。所有的这些附图中，相应的部分用相应参考标记来表示。实施例仅是例子，并且在不偏离本发明的范围和精神的情况下能够作出各种改变和变型。
第一实施例
本发明的第一实施例提供一种激光结晶装置和结晶方法，其中在基板固定台沿预定方向连续移动的同时，测量形成在处理基板上的标记通过预定位置的时间，并且根据测量值决定将结晶激光照射到处理基板的定时。
图1中示出了在本实施例中使用的激光结晶装置100的一个例子。该激光结晶装置100包括结晶光学系统2、基板固定台40、台位置测量系统50、标记测量系统60、以及激光触发信号产生系统70。在激光结晶装置100的光学系统中，标记测量系统60的光路径形成得与结晶光学系统2中的结晶激光的路径同轴。在激光结晶装置100的光学系统中，配置来自准分子照明光学系统20的结晶激光和来自标记测量照明系统61的照明光以使它们分别经由镜子25和62引导到上述光路。
其中形成有标记35的处理基板30固定在基板固定台40上的预定位置。通过台驱动单元45使基板固定台40沿着一个预定方向，例如沿着处理基板30的纵向(例如，X方向)连续移动。
在标记测量系统60中，光检测器65预先光学地测量设置在移动处理基板30上的标记35(参见图3A和3B)，并将测量结果输出到激光触发信号产生系统70。激光触发信号产生系统70根据光检测器65产生的测量值和来自台位置测量系统50的台位置信息决定用于将结晶激光照射到处理基板30上的预定位置的定时。在决定定时之后，激光触发信号产生系统70在检测到标记之后立即将激光触发信号输出到准分子照明光学系统20的准分子激光光源。准分子照明光学系统20发射结晶激光并经由移相器24立即或在预定的延迟时间之后将其照射在处理基板30上。
处理基板30例如通过真空吸引可拆卸地固定至基板固定台40上的预定位置。处理基板30例如是550mm×650mm的大面积基板。须经结晶的处理基板30的结构通常如图2中所示，其中绝缘膜32上的非单晶半导体膜33形成在支撑基板31上，且设置绝缘膜34作为半导体膜33上的覆盖膜。非单晶半导体膜33例如是非晶硅膜、多晶硅膜、溅射硅膜、硅锗膜或脱氢非晶硅膜。支撑基板31例如是玻璃基板，诸如塑料基板的绝缘基板、诸如硅片的半导体基板。
例如脱氢非晶硅膜的非单晶半导体膜33的厚度在30nm至300nm的范围内，且例如为50nm。绝缘膜32是提供来在其结晶过程期间防止不希望的杂质从支撑基板31扩散到非单晶半导体膜33。
覆盖绝缘膜34具有通过利用覆盖绝缘膜34对结晶激光的反射特性和吸热特性存储当用用于结晶的激光来照射非单晶半导体膜33时产生的热量的功能。覆盖绝缘膜34的热存储效应使得能够在非单晶半导体膜33的熔化区域中以大尺寸(5μm或更大)形成晶粒。覆盖绝缘膜34提高了结晶效率，但是其可以省略。
在形成较大颗粒尺寸的结晶过程之前，利用例如结晶技术、光刻技术和蚀刻技术将标记35形成在设置在处理基板30中的非单晶半导体膜33中，如通过图3A中的实例所示。标记35是可通过标记测量系统60而光学检测到的图案，并且要求它对结晶没有不良影响。
只要满足了这一要求，则标记35就不限于形成在非单晶半导体膜33中，并且可以形成在覆盖绝缘膜34中，其形成在非单晶半导体膜33上，该覆盖绝缘膜34例如是氧化硅膜或氮化硅膜。
提供标记35以便至少在一个方向(例如，X方向)上非常准确地决定或校正结晶激光的照射位置，处理基板30沿着该方向连续移动。标记35例如是沿着连续移动的方向线性设置形成的周期性图案，并且将其形成在与结晶激光的照射位置具有特定关系的位置处。虽然标记35可以形成在结晶激光的照射位置附近，但是由于标记35和照射位置之间的特定关系也可以将其形成在远离照射位置的位置处。此外，可以形成在对应于各自结晶激光照射位置的位置处，或者可以例如每隔一个结晶激光照射位置或每隔几个结晶激光照射位置来形成标记35，或者可以在基板连续移动的方向上只形成大约几个标记35。或者，能够形成标记35的数量大于结晶激光照射位置的数量，并且可以更精确地直接测量处理基板30的移动量。
图3B示出标记35的图案的一个例子。该图案是宽度为几μm到几十μm的线条，其长度方向是垂直于连续移动方向(X方向)的Y方向，并且其邻近结晶激光照射区域的Y方向设置。例如，如果利用500mm/sec的基板固定台40移动速度可以光学地读取宽度为2μm的线条图案，则其可以获得脉冲宽度为2×10-6(m)/0.5(m/sec)＝4μsec的信号。在所示的例子中，以5mm的间隔将宽度为2μm且长度为100μm的标记35形成在非单晶半导体膜33中从而使标记的数量与结晶激光照射位置的数量一致。
如果将标记35的区域B的中心线设置成与例如5mm×10mm的准分子激光照射区域A的中心线C重合，则如下决定标记35的宽度2x。假设从检测到标记35的前沿到照射准分子激光的延迟时间为2μsec，且基板固定台40的移动速度为500mm/sec。基板固定台40在上述延迟时间期间移动500(mm/sec)×2×10-6(sec)＝1×10-3(mm)＝1(μm)。换句话说，如果标记35的前沿偏离预定准分子激光照射区域A的中心线C1μm，则实际结晶激光照射区域的中心线与预定准分子激光照射区域A的中心线C重合。由于台沿着X方向的移动是往复的，所以只需要使标记35的边缘向左和向右偏离中心线C1μm，也就是说，将标记35的宽度设置为2μm。
图1所示的标记测量系统60是这样一种系统，其中照明光源61发出的用于光学测量标记35的照明光经由镜子62、可见光校正透镜63、镜子25以及准分子成像光学系统26照射处理基板30上的标记35，并且利用光检测器65，例如成像装置，通过设置在光路上的针孔64检测透过镜子62的从标记35反射的光。
标记测量系统60包括至少一组照明光源61和光检测器65。来自照明光源61的照明光，例如可见光，照射处理基板30，并且来自标记35的用于位置检测的反射光经由可见光校正透镜63穿过针孔64。标记35沿着基板固定台40的连续移动方向周期性地设置在离照射位置特定间距的位置。因此，通过光检测器65检测标记35。
由于从标记35反射的光强度在标记35的边缘发生变化，所以根据检测到的信号的边缘可以精确测量标记35的位置。虽然本实施例中描述的光检测器65使用成像装置，但是光检测器65可以是任何的传感器，只要其能够检测到标记35的边缘即可。光检测器65需要具有等于或小于一微秒的足够快的信号响应，并且除了光电二极管或光电倍增管之外，其可以用高速二维检测器(例如，光电二极管阵列或CMOS传感器)。
虽然在图1中标记测量系统60是利用准分子成像光学系统26的光学系统，但是如图4所示，可以在准分子成像光学系统26的一侧(旁边)设置简化的标记测量系统60’来代替。在这种情况下，标记测量系统60’的测量位置和结晶激光的照射位置需要有特定的相对关系。这种位置关系例如可以是位置B邻近于结晶准分子激光的照射区域的Y方向，如图3B所示。在图4中，相同的数字用来指定与图1至图3中的那些相同的部分，并且不再详细描述这些部分。
接着，将描述不同于图1所示的激光结晶装置100的标记测量系统60的部分。
结晶光学系统2包括例如为准分子照明光学系统20的光源和顺序设置在光学系统20的输出光路上的移相器24、反射镜25和准分子成像光学系统26。如图3中所示，准分子照明光学系统20是发射并调整用于照亮移相器24的结晶激光的光学系统。准分子照明光学系统20包括用于响应激光产生指示信号的输入而产生脉冲激光的准分子激光光源21，和用于将脉冲激光形成为具有均匀光强度分布的光通量的均化器23。
移相器24通过相位调制调节结晶激光从而使其具有预定的光强度分布。准分子成像光学系统26缩小并将由移相器24相位调制的结晶激光照射到将被结晶的非单晶半导体膜33。在图1中，所示的结晶光学系统2是投影型的，其中移相器24设置在准分子照明光学系统20和准分子成像光学系统26之间。另外的可以使用的结晶光学系统2是邻近型的，其中移相器24设置在处理基板30的附近。
基板固定台40是可拆卸地固定处理基板30且具有由于台驱动单元45而可沿着X、Y和Z方向移动的机构的台。基板固定台40能够根据需要包括用于角度调整的绕X轴或Y轴旋转的α或β调整功能，和绕Z轴旋转的γ调整功能。基板固定台40的移动需要高的位置精度和好的再现性，且基板固定台40例如通过空气轴承和线性马达驱动机构的结合而移动。沿X方向的移动速率例如是500mm/sec。
台位置测量系统50高精度地测量移动的基板固定台40的位置。台位置测量系统50包括台位置控制单元51，X方向位置测量单元52，Y方向位置测量单元53和Z方向位置测量单元54。台位置测量系统50的输出发送给台驱动单元45。此外，根据需要台位置测量系统50的输出也提供给激光触发信号产生系统70。
X方向位置测量单元52和Y方向位置测量单元53可以非常快地并以几十nm数量级的高定位精度测量基板固定台40的位置。例如，X方向和Y方向位置测量单元52和53通过利用激光干涉仪或线性标度尺分别计数对应于基板固定台40沿着X方向和Y方向的移动距离的脉冲信号。
Z方向位置测量单元54测量处理基板30的高度，并且可以例如利用上述的线性标度尺。然而，虽然附图中没有示出，但是玻璃基板厚度可以变化大约几10μm，样品表面位置测量系统的使用更加有效，该测量系统例如利用激光的表面反射测量处理基板30的表面的实际高度。关于用于测量处理基板30上的表面高度的位置，除了上述当前结晶激光照射位置的表面高度之外，可以预先测量处理基板30上的下一个照射位置处的表面高度以控制Z轴位置。
激光触发信号产生系统70预先以预期延迟时间产生用于结晶激光的触发信号直到照射结晶激光，因此可以在基板固定台40移动到结晶激光将照射到的预定位置之后，以所希望的时间照射结晶激光。为了决定结晶激光的照射时间，可以采用下述两种方法之一：通过标记测量系统60根据处理基板30上的标记35的读取直接决定；或者通过测量基板30上的标记35校正来自台位置测量系统50的台位置信号。在后一种情况下，激光触发信号产生系统70比较来自处理基板30上的标记测量信号的脉冲计数值和来自台位置测量系统50的X位置脉冲信号，并执行计算，从而产生触发信号。从基板固定台40到达预定位置到激光触发信号产生系统70产生用于结晶激光的触发信号的延迟时间为1μsec或更少。此外，从准分子激光光源21收到触发信号到发射结晶激光的时间也是1μsec或更少。
图5是示出图1所示的激光结晶装置100中所使用的结晶光学系统2的准分子照明光学系统20的一个例子的示图。准分子照明光学系统20还包括设置在准分子激光光源21的相同光轴上的扩束器22和均化器23。
来自激光光源21的激光通过扩束器22扩展且通过均化器23在面内强度方面均匀，然后将该激光照射至移相器(相位调制元件)24。透过移相器24的准分子激光是具有预定光强度分布的调制光，预定光强度分布例如是反转峰形图案光强度分布，并且该准分子激光的方向通过反射镜25向着处理基板30改变，然后该准分子激光经由例如准分子成像光学系统的成像光学系统26照射至处理基板30上。
激光光源21输出具有足够熔化例如设置在处理基板30上的非晶或多晶半导体膜的非单晶半导体膜33的能量的激光，例如输出在非单晶半导体膜33上具有1J/cm2的能量的光。激光光源21例如是准分子激光光源，且输出例如半值宽度为大约25至30nsec的短脉冲的脉冲激光。激光优选例如是波长为248nm的KrF准分子激光或者波长是308nm的XeCl准分子激光。例如，准分子激光光源21是脉冲振荡型且具有例如从100Hz至300Hz范围内的振荡频率。在本实施例中，利用振荡频率为100Hz和半值宽度为25nsec的KrF准分子激光。此外，照射至处理基板30上的KrF准分子激光的光能量例如是熔化非单晶硅膜所需的大约1J/cm2。激光光源21发射脉冲激光。
扩束器22将入射激光扩展，且包括扩展该光的凹透镜22a和形成平行光的凸透镜22b，如图5所示。
均化器23具有限定入射激光在XY截面上的范围的功能和使所限定的形状范围内的光强度分布均匀的功能。例如，沿Y方向布置多个X方向柱面透镜以形成沿Y方向布置的多个光通量，且这些光通量通过X方向聚光透镜沿Y方向彼此重叠，然后重新分布。同样地，沿X方向布置多个Y方向柱面透镜以形成沿X方向布置的多个光通量，且这些光通量通过Y方向聚光透镜沿X方向彼此重叠，然后重新分布。更具体而言，如图5所示，均化器23包括包含X方向柱面透镜23a和X方向聚光透镜23b的第一均化器，和包含Y方向柱面透镜23c和Y方向聚光透镜23d的第二均化器。第一均化器使移相器24上沿Y轴方向的激光强度均匀，且第二均化器使移相器24上沿X轴方向的激光强度均匀。因此，KrF准分子激光被均化器23调节为具有预定扩展角和在截面上具有均匀光强度的照明光，且照射移相器24。
移相器24是相位调制元件的一个例子，且例如是具有台阶的石英玻璃基板。激光引起该台阶边缘处的衍射和干涉，以提供激光强度方面的周期空间分布，且在该台阶的右侧和左侧之间提供例如180°的相位差。在该台阶的右侧和左侧之间具有180°相差的移相器24将入射光相位调制为具有对称的反转峰形光强度分布的光。可以从d＝λ/2(n-1)得到台阶(厚度差)d，其中λ是激光的波长而n是移相器的透明基板的折射率。由此方程式，移相器24能够例如通过相应于光的预定相差在石英玻璃基板上形成台阶d而制得。例如，由于石英基板的折射率是1.46，KrF准分子激光的波长是248nm，因此为提供180°相差的台阶高度为269.6nm。石英玻璃基板的台阶能够通过选择蚀刻或聚焦离子束(FIB)处理而形成。移相器24具有以如下方式形成的台阶：将入射光相位调制以形成反转峰形的光强度分布，且将准分子激光的相位移动半波长。结果，照射半导体膜33的结晶激光具有反转峰形图案的光强度分布，其中相应于相位移动了的部分(台阶)的部分处在最小光强度。根据这个方法，不利用用于其它方法中且遮蔽准分子激光以获得预定光强度分布的金属图案就能够获得预定光强度分布。
已经传输穿过移相器24的结晶激光通过像差被校正的准分子成像光学系统26以预定光强度分布成像在处理基板30上，该处理基板30布置在与移相器24共轭的位置。准分子成像光学系统26例如包括包含多个氟化钙(CaF2)透镜和/或合成石英透镜的透镜组。准分子成像光学系统26是具有以下性能的长焦距透镜：诸如1/5的缩小比、0.13的N.A.、2μm的分辨率、±10μm的焦深、50mm至70mm范围内的工作距离。
准分子成像光学系统26在光学共轭位置布置了移相器24和处理基板30。换句话说，处理基板30上的非单晶半导体膜33布置在与移相器24光学共轭的表面(准分子成像光学系统26的成像表面)。准分子成像光学系统26是在透镜之间具有孔径光阑的远心光学系统。
利用这种结晶光学系统2，能够将具有期望的光强度分布的结晶激光照射至处理基板30。
通过如图1中所示的结晶装置100的结晶过程是基于结晶激光的振动频率固定且基板固定台40以固定速率移动这一假定执行结晶。根据结晶激光光源21的振动频率(即，激光照射时间)和一次结晶激光照射的区域来确定基板固定台40的移动速率。
用于结晶过程的结晶激光的条件例如包括1J/cm2的结晶激光的结晶通量、100Hz的激光光源21的振动频率、例如30nsec的激光脉冲宽度以及5mm×10mm的照射区域。如果以这些条件照射处理基板30而未留下未被照射的空间，那么基板固定台40在激光照射的间隔(100Hz)期间移动5mm。即基板固定台40的移动速率(V)仅需设为V＝5mm×100Hz＝500mm/sec。由于移动距离是500mm/sec×30nsec＝15000×10-9mm＝15×10-6mm＝15nm，所以对应于结晶激光例如30nsec的脉冲宽度的移动距离与500mm/sec的基板固定台40的移动速度(V)相比足够小。因此，可以说结晶激光是基本固定的。因此，在基板固定台40移动时可以利用结晶激光照射并熔融结晶激光的预定照射区域。换句话说，上述结晶过程在基板固定台40处于连续移动状态时能够利用脉冲激光结晶。基板固定台40沿预定方向相对于激光光源照射结晶激光的位置连续移动。
基板固定台40的这种高移动速度可以通过由作为空气轴承和线性电动机结合的驱动机构实现。然而，空气轴承/线性电动机驱动机构的速度稳定性最多是大约±0.1％。因此，当激光振荡频率固定在100Hz且在以500mm/sec的速度连续移动基板固定台40的同时照射结晶激光时，定位精度结果为(500mm/sec±0.1％)×(1/100sec)＝5mm±0.1％＝4995μm到5005μm，这引起±5μm的照射位置误差。当激光振荡频率如此固定时，不可能获得所需要的±1μm的定位精度。也就是说，如果执行结晶以便固定结晶激光的振荡频率并且以固定速度移动基板固定台40，则不能够使用于形成晶粒的位置达到1μm或更小的预定定位精度。因此，有必要根据一些定位测量控制和确定结晶激光的照射定时以便将激光照射到处理基板30或基板固定台40的预定照射位置。
台位置测量系统50通过干涉仪或线性标度尺测量台的位置，并且可以以几十nm的定位分辨率测量台的移动距离。需要考虑的情况是，根据台测量信号在每5mm的移动距离处照射结晶激光。这里，假定基板30不发生膨胀。如果从测量5mm的移动距离到照射结晶激光的延迟时间为2μsec，则在该延迟时间期间台的移动距离结果是(500mm/sec±0.1％)×2μsec＝1μm±0.1％＝0.999μm到1.001μm(0.001μm或更小的定位误差)，使得可以充分地满足定位精度为±1μm或更小的需要。
然而，如果基板30发生热膨胀，则需要根据基板30上的标记35的测量来校正台位置测量信号。如本实施例中的激光结晶装置100的例子中，由于非单晶半导体膜33被加热到1000℃或更高并因此熔化，基板30的热膨胀变大，所以需要根据形成在基板30上的标记35的测量进行校正。例如，如果基板的线性膨胀系数为3ppm/℃，则在一边长为650mm的玻璃基板中温度升高1℃，基板30的热膨胀量为650mm×3ppm＝2.0μm，从而将在照射位置上产生定位误差。
为了校正该热膨胀，具有如下方法：主要根据由基板30上的标记35测量的支持的台位置测量信号校正照射定时；以及根据标记35的测量信号直接控制照射定时以实现校正。
图6所示的是说明根据本实施例的基于标记35的测量信号直接控制结晶激光的照射定时的结晶过程的一个例子的流程图。
在步骤102中，通过例如在设置在处理基板30上的非单晶半导体膜33中形成标记35，开始结晶过程。标记35是例如通过利用光刻工艺形成的线条图案。作为标记35，可以利用例如图3A和3B所示的图案。假定结晶激光的一次发射(shot)的照射区域例如为5mm×10mm并且对应结晶激光的每个照射位置形成标记35，则在X方向上以5mm的间距、在Y方向上以10mm的间距周期性地设置标记35，如图3A所示。
将处理基板30固定在基板固定台40上(步骤104)，并且沿着X方向连续移动台40(步骤106)。如上所述，基板固定台40沿着X方向的移动速度例如为500mm/sec。
通过标记测量系统60监测基板固定台40的移动。同时，通过X方向位置测量单元52可以测量基板固定台40在X方向上的位置。
将参考图7所示的时间线描述从预定标记35的检测(步骤108)到结晶激光的照射(步骤112)的过程的一个例子。示意性示出的图示将使其易于理解。
在时间t1，标记测量系统60检测非单晶半导体膜33上的预定标记，然后产生标记检测信号DS(步骤108)。将标记检测信号DS发送到激光触发信号产生系统70。
响应该标记检测信号DS，激光触发信号产生系统70根据预定条件在时间t2产生激光触发信号TS(步骤110)。这里，将描述的情况是在接收到位置检测信号DS之后，马上产生触发信号TS。从接收标记检测信号DS到产生激光触发信号产生系统70内的激光触发信号TS的延迟时间是1μsec或更小。将激光触发信号TS发送到结晶激光光源21。
在接收到激光触发信号TS时，激光光源21在时间t3产生结晶脉冲激光，然后照射处理基板30上的非单晶半导体膜33(步骤112)。从接收到激光触发信号TS到照射结晶激光的延迟时间是1μsec或更小。
在本例中，从通过标记测量系统60检测到非单晶半导体膜33上的预定标记到照射结晶激光的总延迟时间是t3-t1＜2μsec。
然后，进行到步骤114，判定X方向上的所有预定位置是否都已经被照射过。如果没有，过程返回到步骤108，并检测下一个标记35。如果X方向上的所有预定位置都已经被照射过，进行到步骤116。在步骤116中，判定Y方向上的所有预定位置是否都已经被照射过。如果没有，过程进行到步骤118，并将基板固定台40移动到Y方向上的下一个位置，然后返回到步骤106。如果Y方向上的所有预定位置都已经被照射过，则过程完成。
在上述步骤110中，可以将预定延迟时间并入到从接收标记检测信号DS的到由激光触发信号产生系统70产生激光触发信号TS的步骤中。一个例子是标记35的宽度大于上述宽度的情况。在这种情况下，为了将结晶激光照射区域的中心线与预定结晶激光照射区域A的中心线对准，有必要在接收到标记检测信号DS及随后移动预定的距离之后(根据X方向位置测量单元52的测量)产生触发信号TS。
图8所示的是说明根据本实施例的结晶过程的另一个例子的流程图。在本例中，示出了这样一种方法，其中主要根据由处理基板30上的标记35的测量支持的台位置测量来校正诸如处理基板30的膨胀的变形以正确地照射结晶激光。
在本例中的结晶过程中，步骤202到步骤206与图6中的上述例子的步骤102到步骤106相同。也就是说，将其中标记35形成在非单晶半导体膜33上的处理基板30固定在基板固定台40上，并且基板固定台40沿着X方向连续移动。
通过台位置测量系统50连续测量基板固定台40的移动(步骤208)。不取决于该台位置的测量，标记测量系统60检测设置在暂时固定到基板固定台40上的处理基板30中的预定位置处的标记35的位置，并产生标记检测信号DS(步骤210)。如果由于结晶过程期间的热导致处理基板30膨胀或弯曲(处理基板30的变形)，则可以使对应于检测到的标记35的基板固定台40的测量位置偏离预定结晶激光照射位置。
因此，在步骤212中，将对应于检测到的标记35的位置的测量标记检测信号DS与由台位置测量系统50测量的基板固定台40的位置信号进行比较，从而判定它们之间的差值是否在预定的可允许的范围内。如果该差值在可允许的范围内，则将标记检测信号DS发送到激光触发信号产生系统70，并进行到步骤216。如果该差值在可允许的范围外，则在步骤214中，台位置测量系统50将用于校正基板固定台40的位置的控制信号输出到台驱动单元45以便在预定的可允许的范围内校正由于其自身的变形导致的处理基板30的偏移。台驱动单元45根据用于校正处理基板30的变形量的控制信号校正和控制基板固定台40的位置。在校正基板固定台40的位置之后，标记测量系统60将标记检测信号DS发送到激光触发信号产生系统70，从而进行到步骤216。
从产生激光触发信号TS的步骤216到步骤224与图6的例子中的步骤110到步骤118相同，因此不再描述它们。
因此，如果在结晶过程期间在处理基板30中产生微小变形并且其大于预定的可允许的范围，则该结晶过程具有能够根据台位置测量系统50和标记测量系统60的测量结果精确校正结晶激光的照射位置的功能。换句话说，该结晶过程具有位置对准功能。
根据本实施例，将大小例如为10mm×5mm的结晶激光照射在例如550mm×550mm的大面积基板的整个区域上所需的时间例如为(650mm/500mm/sec)×(550mm/10mm)＝71.5sec。实际上，激光结晶装置100通过每当完成固定在基板固定台40上的处理基板30上的一次X方向扫描且将台40沿Y方向移动到下一个位置时使X扫描方向反转而总共重复X方向扫描55次。因此，结晶过程需要沿Y方向移动的时间以及沿X方向反转移动基板固定台40的减速和加速时间。即使这些都考虑到了，结晶过程的产量也允许每小时处理大约20到30片，从而根据本实施例可以实现高产量。
在本实施例中，已经描述了沿X方向的高精度定位对准，其同时可以通过利用位置测量系统50中的Y方向位置测量单元53和/或Z方向位置测量单元54实施Y方向和/或垂直于非单晶半导体膜33的表面的Z方向上的位置控制。
即使在利用空气轴承和线性电动机驱动的高精度台的情况下，如果行程(stroke)例如长达1m，则其在Y和Z方向上的直线性至多是大约10μm。因此，因为在PMELA装置中需要以1μm或更小的定位精度照射结晶激光，所以当沿X方向移动基板固定台40时优选在Y方向和/或Z方向上进行定位校正。可以利用台位置测量系统50进行这些定位校正。
这使得可以提供一种具有高产量的激光结晶装置和结晶方法，该激光结晶装置和结晶方法能够高精度定位并且能够将具有预定光强度分布的结晶激光照射到非常快速地以高定位精度定位的基板上，以使半导体膜熔化和结晶以便形成具有大晶粒尺寸的半导体膜。
第二实施例
在本发明的第二实施例中，除了X方向上的标记35X之外形成Y方向上的标记35Y，从而当在X和Y方向上高精度执行定位时照射结晶激光，从而实现结晶。相同的数字表示与图1到8中相同的部分，并且不再详细描述这些部分。
图9A示出了在本实施例中使用的处理基板30上的对准标记35的设置的一个例子。在与X方向扫描位置对应的位置处设置在处理基板30(例如，沿着其短边)中的非单晶半导体膜33的X扫描方向的两端形成Y方向上的标记35Y。在图9A中，标记35Y用+标记表示。X方向标记35X形成在之间并用图9A中的垂直线表示。由于在对准时不需要Y方向上的定位精度与X方向上的定位精度一样高，所以通过例如只在结晶激光扫描的基板中的各自行的两端设置Y方向标记35Y就可以实现足够的效果。例如，可以利用图1或4所示的标记测量系统60或60’来测量Y方向标记35Y。此外，除了标记测量系统60之外，其也可以利用设置成如图10所示的一个或多个Y方向标记检测照相机68来实现。将来自Y方向标记检测照相机68的信号发送到标记测量系统60以产生Y方向测量信号。将Y方向测量信号从标记测量系统60发送到台位置测量系统50，并校正Y方向上的基板固定台40的位置。因此，首先在X方向开始每次移动时利用Y方向标记35Y对准Y方向上的位置，然后在Y方向位置测量单元53对准Y方向上的基板位置时执行结晶过程。可以在Y方向上每隔几个X扫描执行基板对准，而不是如上述在X方向上那样每个扫描都执行对准。
将根据图11所示的流程图描述本实施例中的另一结晶过程的一个例子。相同的数字表示与图1到10中相同的部分，并且不再详细描述这些部分。
在步骤302中，通过在设置在处理基板30上的非单晶半导体膜33中形成标记35开始结晶过程。标记35是通过例如利用光刻工艺形成的光可检测图案。如图9A所示，在与处理基板30的X方向扫描位置对应的位置处的非单晶半导体膜33的X扫描方向的两端设置Y方向上的标记35Y，并且X方向上的标记35X设置在标记35Y之间。
将其中形成有标记35的处理基板30固定在基板固定台40上(步骤304)。通过标记测量系统60和位置测量系统50监测基板固定台40的位置。在步骤306中，标记测量系统60检测设置在处理基板30的X扫描方向的开始端的Y方向标记35Y以精确对准Y方向上的处理基板30的位置。
在Y方向上的对准之后，基板固定台40开始沿X方向连续移动(步骤308)。基板固定台40在X方向上的移动速度例如为如上所述的500mm/sec。
与X方向上的处理基板30的移动一起，在步骤310中，标记测量系统60检测X方向标记35X。然后，标记测量系统60产生标记检测信号DS并将其发送到激光触发信号产生系统70。
响应标记检测信号DS的接收，在步骤312中，激光触发信号产生系统70根据预定条件产生激光触发信号TS，并将该触发信号TS发送到结晶激光光源21。预定条件例如包括在接收到标记检测信号DS之后立即产生激光触发信号TS，或在预定的延迟时间之后产生激光触发信号TS。
在步骤314中，在接收到激光触发信号TS时，激光光源21产生结晶脉冲激光，并且结晶激光照射处理基板30上的非单晶半导体膜33。
然后，进行到步骤316，判定X方向上的所有预定位置是否都已经被照射过。如果没有，则过程返回到步骤310，并检测下一个X方向标记35X。如果X方向上的所有预定位置都已经被照射过，则过程进行到步骤318。在步骤318中，判定Y方向上的所有预定位置是否都已经被照射过。如果没有，则过程进行到步骤320，并将基板固定台40移动到Y方向上的下一个位置，然后返回到步骤306。如果Y方向上的所有预定位置都已经被照射过，则过程完成。
因此，X和Y方向的标记35X和35Y不仅用于X方向上的高精度对准，而且用于Y方向上的高精度对准，从而可以实现结晶。
标记35不限于上述的这些标记，可以想到各种标记。例如，如图9B所示，只在与处理基板30的X方向扫描位置对应的位置处的非单晶半导体膜33的两端设置用于同时在X和Y方向上对准的标记35XY，并且可以根据X方向位置测量单元52的测量结果决定两端处的标记之间的X方向上的结晶激光照射位置。
这使得可以提供一种具有高产量的激光结晶装置和结晶方法，该激光结晶装置和结晶方法能够通过在连续移动处理基板时使半导体膜熔化和结晶而在高精度定位的区域中形成具有大晶粒尺寸的高质量半导体膜。
已经给出了这里所公开的实施例的上述说明，从而本领域技术人员可以制造并利用本发明。
其它优点和变型对于本领域技术人员来说是容易想到的。因此，本发明就其更宽的方面来说并不局限于这里所示出和描述的特定细节和代表性的实施例。因此，在不脱离所附权利要求及其等价物所限定的总的发明构思的精神或范围的情况下，可以作出各种变型。

Claims (13)

1、一种激光结晶装置，包括：
产生激光的激光光源；以及移相器，该移相器调制该激光以使其具有预定的光强度分布，其中将由该移相器调制的该激光照射到设置在基板上的薄膜以使该薄膜熔化和结晶，该激光结晶装置的特征在于包括：
设置在该基板上的标记；
固定该基板并沿预定方向移动的基板固定台；
标记测量装置，在该基板固定台的移动期间，测量该标记通过预定位置的时间；以及
信号产生装置，根据由该标记测量装置测量的时间产生指示照射该激光的触发信号。
2、一种激光结晶装置，包括：
产生激光的激光光源；以及移相器，该移相器调制该激光以给予其预定的光强度分布，其中将由该移相器调制的该激光照射到设置在基板上的薄膜以使该薄膜熔化和结晶，该激光结晶装置的特征在于包括：
固定该基板并沿预定的第一方向连续移动的基板固定台；
设置在该基板上并指示该第一方向上的位置的第一标记；
位于该基板上指示垂直于该第一方向的第二方向上的位置的第二标记；
第一标记测量装置，在连续移动期间测量该第一标记通过该第一方向上的预定位置的时间；
第二标记测量装置，测量该第二标记并指示该第二方向上的该基板的位置校正；以及
信号产生装置，根据由该第一标记测量装置测量的时间产生指示照射该激光的触发信号。
3、根据权利要求2所述的激光结晶装置，其特征在于：在由该第一标记测量装置进行测量之前，执行该第二标记测量装置的测量。
4、根据权利要求1或2所述的激光结晶装置，其特征在于：还包括测量该基板固定台的位置的位置测量装置。
5、根据权利要求4所述的激光结晶装置，其特征在于：该信号产生装置根据该标记测量装置或该第一标记测量装置对该标记的测量以及根据该位置测量装置对该基板固定台位置的测量产生指示照射该激光的触发信号。
6、根据权利要求1或2所述的激光结晶装置，其特征在于：在该薄膜上设置多个标记或第一标记。
7、根据权利要求1或2所述的激光结晶装置，其特征在于：通过光学装置该标记是可检测的。
8、根据权利要求7所述的激光结晶装置，其特征在于：通过利用光刻工艺来形成该标记。
9、根据权利要求1或2所述的激光结晶装置，其特征在于：从与该激光的照射位置对应的该标记的测量和该基板固定台的位置的测量中的至少一个到产生该触发信号的延迟时间是一微秒或更小。
10、根据权利要求1或2所述的激光结晶装置，其特征在于：该薄膜是非晶硅膜。
11、根据权利要求1或2所述的激光结晶装置，其特征在于：该激光是准分子激光。
12、一种激光结晶方法，其特征在于包括：
在基板上形成标记；
产生激光；
调制该激光；
沿预定方向连续移动固定该基板的基板固定台；
测量设置在该移动基板上的标记通过预定位置的时间；
根据该测量时间，产生指示照射该调制激光的触发信号；以及
响应该触发信号，将该调制激光照射到设置在该基板上的薄膜以使被照射区域熔化和结晶。
13、一种激光结晶方法，其特征在于包括：
在基板上形成指示基板在预定的第一方向上的位置的第一标记以及指示该基板在垂直于该第一方向的第二方向上的位置的第二标记；
产生激光；
调制该激光；
将该基板固定在基板固定台上；
测量该第二标记以调整该基板在第二方向上的位置；
沿该第一方向连续移动固定该基板的该基板固定台；
测量设置在该移动基板上的该第一标记通过预定位置的时间；
根据由第一标记测量装置测量的时间，产生指示照射该调制激光的触发信号；以及
响应该触发信号，将该调制激光照射到该基板上以使设置在该基板上的薄膜熔化和结晶。
CNA2006100641010A 2005-12-16 2006-12-15 激光结晶装置和结晶方法 Pending CN1983513A (zh)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101927414A (zh) * 2009-06-24 2010-12-29 通用电气公司 焊接控制系统
CN102081236A (zh) * 2011-01-27 2011-06-01 清华大学 激光退火设备中的光学处理装置
CN109243968A (zh) * 2017-07-10 2019-01-18 三星显示有限公司 激光晶化装置的监控系统及监控方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165716A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd レーザー結晶化装置及び結晶化方法
KR101397567B1 (ko) * 2007-01-24 2014-05-22 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 반도체막의 결정화 방법 및 반도체장치의 제작방법
US20100044890A1 (en) * 2007-03-22 2010-02-25 Hideo Ochi Semiconductor substrate manufacture apparatus, semiconductor substrate manufacture method, and semiconductor substrate
US7836843B2 (en) * 2007-10-24 2010-11-23 Sulzer Metco (Us), Inc. Apparatus and method of improving mixing of axial injection in thermal spray guns
US8193071B2 (en) * 2008-03-11 2012-06-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing semiconductor device
KR101026010B1 (ko) * 2008-08-13 2011-03-30 삼성전기주식회사 레이저 가공장치 및 레이저 가공방법
US8680429B2 (en) * 2009-11-10 2014-03-25 Instrument Associates LLC Laser beam scribing system
JP2012084620A (ja) * 2010-10-08 2012-04-26 Mitsubishi Electric Corp レーザ加工装置
BR112013009010A2 (pt) * 2010-10-13 2017-10-31 Ceram Gmbh processo para a junção de duas seções a serem unidas, isto é, cerâmica com metal/cerâmica com um raio laser
US20120325784A1 (en) 2011-06-24 2012-12-27 Applied Materials, Inc. Novel thermal processing apparatus
JP6270820B2 (ja) * 2013-03-27 2018-01-31 国立大学法人九州大学 レーザアニール装置
CN109890553B (zh) * 2016-08-28 2022-05-17 Acs 运动控制有限公司 用于激光机械加工多个相对较大工件的方法及系统
JP6670786B2 (ja) 2017-03-23 2020-03-25 キオクシア株式会社 ダイシング方法及びレーザー加工装置
CN107186368A (zh) * 2017-06-23 2017-09-22 中国科学院力学研究所 一种激光加工过程中激光作用时间的实时测量方法
JP6616368B2 (ja) * 2017-09-14 2019-12-04 ファナック株式会社 レーザ加工前に光学系の汚染レベルに応じて加工条件を補正するレーザ加工装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB8809666D0 (en) * 1988-04-23 1988-05-25 Amchem Co Ltd Machining method & apparatus
JPH02260419A (ja) * 1989-03-30 1990-10-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ照射方法
JPH03195971A (ja) * 1989-12-25 1991-08-27 Sony Corp 速度測定装置
DE4211144A1 (de) * 1992-04-03 1993-10-07 Bosch Gmbh Robert Berührungslose Geschwindigkeitserfassung von Werkstückträgern
JPH097968A (ja) 1995-06-23 1997-01-10 Mitsubishi Electric Corp レーザ光照射方法及びレーザ光照射装置
JPH09171971A (ja) * 1995-12-21 1997-06-30 Japan Steel Works Ltd:The レーザーアニール処理装置
JPH10189762A (ja) * 1996-12-20 1998-07-21 Nec Corp 半導体装置およびその製造方法
JP3343492B2 (ja) * 1997-04-02 2002-11-11 シャープ株式会社 薄膜半導体装置の製造方法
JP2000210782A (ja) * 1998-02-19 2000-08-02 Ricoh Microelectronics Co Ltd 加工方法及びその装置
JPH11309593A (ja) 1998-04-22 1999-11-09 Tdk Corp レーザ位置決め加工方法及び装置
JP3725993B2 (ja) * 1998-05-14 2005-12-14 松下電器産業株式会社 電子部品実装回路基板の検査方法及びその装置
JP2000298004A (ja) * 1999-04-15 2000-10-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd 位置計測装置
JP4403599B2 (ja) * 1999-04-19 2010-01-27 ソニー株式会社 半導体薄膜の結晶化方法、レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法及び表示装置の製造方法
JP2000346618A (ja) * 1999-06-08 2000-12-15 Sumitomo Heavy Ind Ltd 矩形ビーム用精密アライメント装置と方法
JP2003100653A (ja) * 2001-09-26 2003-04-04 Sharp Corp 加工装置および加工方法
JP3992976B2 (ja) 2001-12-21 2007-10-17 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置の作製方法
JP4347545B2 (ja) * 2002-06-28 2009-10-21 株式会社 液晶先端技術開発センター 結晶化装置および結晶化方法
AU2003258289A1 (en) * 2002-08-19 2004-03-03 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York A single-shot semiconductor processing system and method having various irradiation patterns
JP4474108B2 (ja) * 2002-09-02 2010-06-02 株式会社 日立ディスプレイズ 表示装置とその製造方法および製造装置
JP2004330221A (ja) * 2003-05-01 2004-11-25 Ｈｏｙａ Ｃａｎｄｅｏ Ｏｐｔｒｏｎｉｃｓ株式会社 レーザ加工方法およびレーザ加工装置
JP2005051208A (ja) * 2003-07-16 2005-02-24 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 薄膜半導体基板、薄膜半導体基板の製造方法、結晶化方法、結晶化装置、薄膜半導体装置、および薄膜半導体装置の製造方法
JP4555033B2 (ja) * 2003-12-25 2010-09-29 株式会社 液晶先端技術開発センター 結晶化装置並びに方法、電子デバイスの製造方法、及び光変調素子
JP4607669B2 (ja) * 2005-06-06 2011-01-05 株式会社 液晶先端技術開発センター レーザアニール用位相シフタ及びレーザアニール装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101927414A (zh) * 2009-06-24 2010-12-29 通用电气公司 焊接控制系统
CN102081236A (zh) * 2011-01-27 2011-06-01 清华大学 激光退火设备中的光学处理装置
CN109243968A (zh) * 2017-07-10 2019-01-18 三星显示有限公司 激光晶化装置的监控系统及监控方法
CN109243968B (zh) * 2017-07-10 2023-09-19 三星显示有限公司 激光晶化装置的监控系统及监控方法

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C10 Entry into substantive examination
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