CN220474570U - 激光退火装置 - Google Patents

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Abstract

提供能够提高改性为晶化用膜为止的生产效率且实现省空间化及低成本化的激光退火装置。所述激光退火装置具备射出脱氢化用激光束的脱氢化用光学头，所述脱氢化用光学头以使所述脱氢化用激光束先于所述晶化用激光束地照射所述非晶硅膜中的至少改性预定区域来进行所述非晶硅膜的脱氢化的方式，相对于所述非晶硅膜向所述扫描方向相对地进行移动。

Description

激光退火装置
技术领域
本实用新型涉及用于在TFT基板中使非晶硅膜改性为类单晶硅膜的激光退火装置及激光退火方法。
背景技术
在液晶显示器(LCD：Liquid Crystal Display)、有机EL显示器(OLED：OrganicElectroluminescence Display)等薄型显示器(FPD：Flat Panel Display)中，大型化及高精细化不断进展。
FPD具备形成有薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)的TFT基板。TFT基板是形成有用于对配置成矩阵状的像素分别进行有源驱动的微细的TFT的基板，例如，在是全高清(1920×1080个像素点)的分辨率且120Hz驱动的显示器的情况下，形成有1000万个以上的像素。
为了提高TFT中的沟道区域的移动度，已知有使非晶硅膜进行横向(lateral)晶体生长而成为类单晶硅的激光退火方法。在该激光退火方法中，将通过准分子激光退火形成的微晶硅膜的晶粒作为籽晶来使用。在该激光退火方法中，能够以籽晶为起点而在连续振荡激光的扫描方向上进行横向晶体生长，从而形成移动度高的类单晶硅膜。
在上述的非晶硅膜的激光退火方法中，作为前处理，需要用于使非晶硅膜内含有的氢脱离的脱氢处理。作为进行该脱氢处理的装置，已知有具备脱氢处理炉和电流产生部的脱氢处理装置，其中，该脱氢处理炉收纳TFT基板并以脱氢处理温度对TFT基板进行加热，该电流产生部使TFT基板中的栅极布线产生电流来使该栅极布线发热(例如参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-119913号公报
实用新型内容
本实用新型要解决的问题
然而，在如上所述那样使用了用于使非晶硅膜内含有的氢脱离的脱氢处理装置后将TFT基板移到激光退火装置来进行非晶硅膜的激光退火的情况下，存在生产效率降低这样的课题。另外，脱氢处理装置需要用于收容TFT基板的空间。因此，在上述的激光退火方法中，存在为了使非晶硅膜改性为晶化膜(类单晶硅膜)而需要高的成本这样的课题。
本实用新型鉴于上述的课题而作成，其目的在于，提供能够提高进行激光退火来将非晶硅膜改性为晶化膜为止的生产效率且能够实现省空间化及低成本化的激光退火装置及激光退火方法。
用于解决课题的方案
为了解决上述的课题并达成目的，本实用新型的方案涉及的激光退火装置具备朝向形成在基板上的非晶硅膜中的改性预定区域射出晶化用激光束的晶化用光学头，其中，所述晶化用光学头对连续振荡出的激光进行加工以使该激光聚焦而得到所述晶化用激光束，该晶化用光学头在所述晶化用激光束中最聚焦的点部位于所述非晶硅膜的膜内部的状态下相对于所述非晶硅膜相对地沿着扫描方向进行移动，来使所述非晶硅膜中的所述改性预定区域改性为晶化膜，所述激光退火装置的特征在于，具备射出脱氢化用激光束的脱氢化用光学头，所述脱氢化用光学头以使所述脱氢化用激光束先于所述晶化用激光束地照射至少所述改性预定区域来进行所述非晶硅膜的脱氢化的方式，相对于所述非晶硅膜沿着所述扫描方向相对地进行移动。
作为上述方案，优选的是，所述脱氢化用光学头射出通过对连续振荡出的激光进行加工以使该激光聚焦而得到的脱氢化用激光束，所述脱氢化用激光束中最聚焦的点部位于所述非晶硅膜的膜内部。
作为上述方案，优选的是，向所述非晶硅膜的表面照射的所述脱氢化用激光束的光束点配置在比向所述非晶硅膜的表面照射的所述晶化用激光束的光束点靠所述扫描方向的上游侧的位置，所述脱氢化用激光束的所述光束点的宽度尺寸设定为比所述晶化用激光束的所述光束点的宽度尺寸长。
作为上述方案，优选的是，激光从晶化用光源经由晶化用光纤被导向所述晶化用光学头，激光从脱氢化用光源经由脱氢化用光纤被导向所述脱氢化用光学头。
作为上述方案，优选的是，所述激光退火装置由将所述晶化用光学头和所述脱氢化用光学头共通化了的单一的光学头构成。
作为上述方案，优选的是，所述激光退火装置由将所述晶化用光学头和所述脱氢化用光学头共通化了的单一的光学头构成，激光从光源经由单一的光纤被导向所述光学头，在所述光纤的出射端面上配置有将晶化用开口部和脱氢化用开口部分隔开地形成的光圈，所述光圈以使所述晶化用开口部及脱氢化用开口部与所述出射端面对置的方式配置，所述晶化用激光束从所述晶化用开口部射出，所述脱氢化用激光束从所述脱氢化用开口部射出。
作为上述方案，优选的是，所述光纤的出射侧形成为以直径尺寸随着朝向所述出射端面而变大的方式扩大的形状。
作为上述方案，优选的是，所述改性预定区域是薄膜晶体管的沟道半导体层。
本实用新型的另一方案涉及的激光退火方法朝向形成在基板上的非晶硅膜中的改性预定区域射出晶化用激光束，其中，对连续振荡出的激光进行加工以使该激光聚焦而得到所述晶化用激光束，在所述晶化用激光束中最聚焦的点部位于所述非晶硅膜的膜内部的状态下所述晶化用激光束相对于所述非晶硅膜向扫描方向相对地进行移动，来使所述非晶硅膜中的所述改性预定区域改性为晶化膜，所述激光退火方法的特征在于，使脱氢化用激光束以先于所述晶化用激光束地照射所述非晶硅膜中的至少改性预定区域来进行脱氢化的方式相对于所述非晶硅膜向所述扫描方向相对地进行移动。
实用新型效果
根据本实用新型的激光退火装置及激光退火方法，具有实现了能够提高进行激光退火来将非晶硅膜改性为晶化膜为止的生产效率且实现省空间化及低成本化的激光退火装置及激光退火方法这样的效果。
附图说明
图1是表示使用了本实用新型的第一实施方式的激光退火装置的TFT阵列的制造方法的剖视说明图。
图2是表示本实用新型的第一实施方式的激光退火装置的概要的结构图。
图3是表示本实用新型的第一实施方式的激光退火装置的晶化用光学头及脱氢化用光学头的说明图。
图4-1是表示本实用新型的第一实施方式的激光退火装置中的晶化用光纤阵列的从下方观察到的状态的仰视图。
图4-2是表示本实用新型的第一实施方式的激光退火装置中的脱氢化用光纤阵列的从下方观察到的状态的仰视图。
图5是表示本实用新型的第一实施方式的激光退火装置中的向非晶硅膜的表面照射的晶化用激光束的光束点和脱氢化用激光束的光束点的俯视图。
图6是表示使用了本实用新型的第一实施方式的激光退火装置的TFT阵列的制造方法的俯视说明图。
图7－1是表示使用了本实用新型的第一实施方式的激光退火装置的激光退火方法的俯视说明图。
图7－2是示出表示在本实用新型的第一实施方式的激光退火装置中使晶化用光学头旋转来变更了光束间距的状态的TFT阵列的制造方法的俯视说明图。
图8是表示本实用新型的第二实施方式的激光退火装置所具备的光学头的说明图。
图9是表示本实用新型的第二实施方式的激光退火装置的光学头中的光纤阵列的出射端面的仰视图。
图10是表示本实用新型的第二实施方式的激光退火装置中的向非晶硅膜的表面照射的晶化用激光束的光束点和脱氢化用激光束的光束点的俯视图。
图11是本实用新型的第三实施方式的激光退火装置的光学头的说明图。
图12是表示本实用新型的第四实施方式的激光退火装置的光学头的说明图。
图13是表示本实用新型的第五实施方式的激光退火装置的概要的结构图。
图14是表示本实用新型的第六实施方式的激光退火装置的概要的结构图。
图15是表示本实用新型的第七实施方式的激光退火装置的概要的结构图。
图16是表示本实用新型的第七实施方式的激光退火装置的主要部分的侧视图。
图17是表示本实用新型的第八实施方式的激光退火装置的概要的结构图。
图18是表示本实用新型的第九实施方式的激光退火装置的概要的结构图。
图19是本实用新型的第九实施方式的激光退火装置中的成像光学系统的结构图。
图20是表示本实用新型的第十实施方式的激光退火装置的简要结构图。
图21是表示本实用新型的第十一实施方式的激光退火装置中的包括激光束的焦点及焦点附近在内的、能量密度的轮廓维持平顶型的区域A的说明图。
图22－1是表示图21中的(4)这个区域的激光束的半径方向的位置与能量密度之间的关系的说明图。
图22－2是表示图21中的(2)这个区域的激光束的半径方向的位置与能量密度之间的关系的说明图。
图22－3是表示图21中的(1)这个区域的激光束的半径方向的位置与能量密度之间的关系的说明图。
图22－4是表示图21中的(3)这个区域的激光束的半径方向的位置与能量密度之间的关系的说明图。
图22－5是表示图21中的(5)这个区域的激光束的半径方向的位置与能量密度之间的关系的说明图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实用新型的实施方式的激光退火装置及激光退火方法的详细情况进行说明。其中，应留意的是，附图是示意性的，各构件的数目、各构件的尺寸、尺寸的比例、形状等与实际不同。另外，在附图相互之间，也包括彼此的尺寸的关系、比例、形状不同的部分。
[第一实施方式](激光退火装置的结构)
如图1及图2所示，本实施方式的激光退火装置1具备光源单元2、光学头3、输送基板10的未图示的基板输送机构和未图示的位移仪。
光源单元2具备晶化用光源单元2A和脱氢化用光源单元2B。上述的晶化用光源单元2A和脱氢化用光源单元2B具有同样的结构，因此，在此对晶化用光源单元2A的结构进行说明，省略对脱氢化用光源单元2B的详细结构的说明。
如图2所示，晶化用光源单元2A具备振荡出连续振荡激光(CW激光)的作为光源的多个半导体激光器LD(LD1～LDn)。这里，连续振荡激光(CW激光)是还包括对目标区域连续地照射激光的所谓的准连续振荡在内的概念。即，激光可以是脉冲激光，也可以是脉冲间隔比加热后的硅薄膜(非晶硅膜)的冷却时间短的(在凝固之前通过下一个脉冲进行照射的)准连续振荡激光。作为激光源，可以使用半导体激光器、固体激光器、液体激光器、气体激光器等各种激光器。
需要说明的是，在本实施方式中，作为半导体激光器LD的备件R，例如具备半导体激光器LD100～LDn。
晶化用光源单元2A具备上述的多个半导体激光器LD、驱动电路20和多个耦合透镜21。驱动电路20与多个半导体激光器LD分别连接来对各半导体激光器LD进行驱动。
耦合透镜21与各半导体激光器LD的出射侧连接。
在各耦合透镜21连接有作为波导的晶化用光纤22A的一端部。在本实施方式中，作为晶化用光纤22A，适用多模光纤。
光学头3具备晶化用光学头3A和脱氢化用光学头3B。晶化用光学头3A具备晶化用光纤阵列31A和成像光学系统32A。晶化用光纤阵列31A与晶化用光纤22A的另一端部连接。如图4-1所示，与晶化用光纤阵列31A连接的晶化用光纤22A的出射端在晶化用光纤阵列31A的出射端面上以沿着一个直线等间隔地排成一列的方式配置。
在图1所示的脱氢化用光源单元2B上经由图3所示那样的脱氢化用光纤22B连接有脱氢化用光学头3B。如图3所示，脱氢化用光学头3B具备脱氢化用光纤阵列31B和成像光学系统32B。
在脱氢化用光纤阵列31B上连接有脱氢化用光纤22B的另一端部。如图4-2所示，与脱氢化用光纤阵列31B连接的脱氢化用光纤22B的出射端在脱氢化用光纤阵列31B的出射端面上以沿着一个直线等间隔地排成一列的方式配置。
成像光学系统32A至少具备入射侧的第一透镜33A和出射侧的第二透镜34A。如图2及图3所示，成像光学系统32A供从晶化用光纤阵列31A射出的激光入射。如图1所示，晶化用光学头3A对激光进行加工以使其成为朝向下游侧(后侧)而在点部F处聚焦的晶化用激光束LB1。
在本实施方式中，如图7－1所示，在晶化用光学头3A的出射侧，晶化用激光束LB1从沿着一条直线以间距P1配置的位置射出。该间距P1与后述的栅极线12的间距设定为相同。需要说明的是，在该实施方式中，晶化用激光束LB1的排列方向设定为与后述的栅极线12的延伸方向成直角。
成像光学系统32B是与上述成像光学系统32A同样的结构，至少具备入射侧的第一透镜33B和出射侧的第二透镜34B。如图3所示，从脱氢化用光纤阵列31B射出的激光向成像光学系统32B入射。在脱氢化用光学头3B中，也对激光进行加工使其成为朝向下游侧(后侧)而在点部处聚焦的脱氢化用激光束LB2。
在晶化用光学头3A的侧方设置有对晶化用光学头3A与基板10的位置偏移进行修正的未图示的位移仪。具备能够基于由该位移仪检测出的晶化用光学头3A与基板10的位置偏移量的数据来自动地进行从晶化用光学头3A射出的晶化用激光束LB1的焦点调整的自动对焦的功能。需要说明的是，在本实施方式中，作为自动对焦的机构，使用了位移仪，但不限定于此，可以使用各种各样的公知的技术。需要说明的是，在脱氢化用光学头3B的侧方也设置有同样的位移仪，具备能够基于脱氢化用光学头3B与基板10的位置偏移量的数据来自动地进行从脱氢化用光学头3B射出的脱氢化用激光束LB2的焦点调整的自动对焦的功能。
在本实施方式中，晶化用激光束LB1和脱氢化用激光束LB2具有平顶型形状的特性，与光轴正交的方向上的剖面形状为正方形。
需要说明的是，晶化用激光束LB1及脱氢化用激光束LB2的剖面形状也可以是长方形、六边形等。为了将晶化用激光束LB1及脱氢化用激光束LB2的剖面形状设为这样的形状，将晶化用光纤22A及脱氢化用光纤22B的芯部的剖面形状设定为正方形、长方形、六边形等即可。
未图示的基板输送机构具备将要实施激光退火处理的基板10向扫描方向(在本实施方式中为X方向上的一个朝向)以任意的速度输送的机构。因而，通过在固定了晶化用光学头3A及脱氢化用光学头3B的位置的状态下输送基板10侧，由此能够使晶化用激光束LB1、脱氢化用激光束LB2相对于基板10相对地进行扫描。
需要说明的是，在本实施方式中，如图3所示，向后述的非晶硅膜15a的表面照射的晶化用激光束LB1的光束点配置在比向非晶硅膜15a的表面照射的脱氢化用激光束LB2的光束点靠扫描方向S的下游侧的位置。因此，非晶硅膜15a中的改性预定区域先于被进行晶化用激光束LB1的照射地进行脱氢化用激光束LB2的照射。
如图5所示，脱氢化用激光束LB2的光束点的宽度尺寸(Y方向上的长度)设定为比向后述的非晶硅膜15a的表面照射的晶化用激光束LB1的光束点的宽度尺寸(Y方向上的长度)长。
以下，对基板10的结构进行说明。如图1所示，作为被激光退火处理基板的基板10以玻璃基板11为主体。在该玻璃基板11上依次层叠有由铜(Cu)图制成的多个栅极线12及其他的金属布线图案、硅氮化膜(Si3N4)13、硅氧化膜(SiO2)14、作为被激光退火处理膜的非晶硅膜15a等。多个栅极线12彼此平行地配置。如上所述，栅极线12彼此的间距设定为上述的间距P1。
栅极线12包括按未图示的像素区域形成的成为TFT的栅极电极的部分。顺带而言，作为一例，可以例举栅极线12的厚度尺寸为200～700nm，硅氮化膜13的厚度尺寸为300nm左右，硅氧化膜14的厚度尺寸为50～100nm，非晶硅膜15a的厚度尺寸为50nm左右。
在本实施方式中，向非晶硅膜15a的表面照射的晶化用激光束LB1的光束点的光束直径尺寸例如设定为5μm以上且300μm以内的任意的尺寸。另外，脱氢化用激光束LB2的光束点的光束直径优选设定为比上述晶化用激光束LB1的光束点的光束直径大。需要说明的是，该晶化用激光束LB1的光束点的光束直径尺寸的范围形成为使晶化用激光束LB1的照射面能收容于TFT的半导体活性区域(改性预定区域)中这样的大小。需要说明的是，优选该激光束LBcw的照射面的直径尺寸为10μm以上且100μm以内。
在本实施方式中，优选晶化用激光束LB1相对于非晶硅膜15a相对地进行扫描的扫描速度为200mm～500mm/秒，但不限定于此。另外，沿着扫描方向S配置于上游侧和下游侧的晶化用激光束LB1的光束点与脱氢化用激光束LB2的光束点之间的距离只要分开了光的衍射极限以上的距离即可。
在本实施方式中，通过先于晶化用激光束LB1的照射而利用脱氢化用激光束LB2来对非晶硅膜15a中的改性预定区域沿着栅极线12的延伸方向进行照射，由此能够使非晶硅膜15a局部地脱氢化。通过向这样脱氢化了的改性预定区域照射晶化用激光束LB1，由此如图6所示，能够消除因氢的作用导致的损伤地改性成为优质的类单晶硅膜15La。
根据本实施方式的激光退火装置1，由于晶化用激光束LB1及脱氢化用激光束LB2中的能量密度高的点部F位于非晶硅膜15a的膜内部，因此能向非晶硅膜15a重点地供给大的热量。并且，大部分的热从点部F朝向侧方(图1中的箭头h的方向)在非晶硅膜15a内传播。在点部F的后侧(下侧)，光束发生扩散，因此到达基底的硅氧化膜14等的光的能量密度降低，能够抑制使非晶硅膜15a的下层侧过热。因此，根据本实施方式的激光退火装置1，能够避免栅极线12或其他的布线图案、玻璃基板11等因过热而被损伤。
尤其是在本实施方式中，不需要通过其他工序来实施非晶硅膜的脱氢化，因此，能够提高进行激光退火来将非晶硅膜15a改性为类单晶硅膜(晶化膜)为止的生产效率且实现省空间化及低成本化。
根据本实施方式的激光退火装置1，仅对应该成为TFT的沟道半导体层的改性预定区域照射脱氢化用激光束LB2和晶化用激光束LB1即可，因此能够提高能量效率。
需要说明的是，上述点部F也可以在光轴方向上带有有限的幅度(富余度)来作为能量密度维持平顶型形状的特性的范围。这是因为，只要是在这样的范围内，则就能进行均匀的退火处理，从而维持能量集中于非晶硅膜15a的状态。关于点部F中的能量密度维持平顶型形状的特性的范围，之后将会在第八实施方式中进行叙述。
另外，在本实用新型中，晶化用激光束LB1的光束直径可以认为是平顶型形状的平坦部的直径尺寸。这是因为，只要能够对改性预定区域实施均匀的退火处理即可，在晶化用激光束LB1及脱氢化用激光束LB2中的平顶型形状的平坦部的外侧处能量密度急剧地减少，因此能够同时实现热损伤的避免和能量利用效率的改善。
进而，若是在基板整面上形成有非晶硅膜15a且光束直径(照射区域的宽度)比栅极线间的距离足够小的情况下，则光束直径也可以比改性预定区域大。这是因为，热的产生集中于非晶硅膜15a，与现有的利用线束进行的退火处理相比，能够大幅改善能量利用效率。这里，光束直径比栅极线间的距离足够小是指例如光束直径为栅极线间的距离的1/10以下。
图7－2是将本实用新型的第一实施方式的激光退火装置1的晶化用光学头3A设定为由未图示的旋转驱动部来驱动为能够旋转的实施例。这种情况下，晶化用光学头3A能够适用于栅极线12彼此的间距P2比图7－1所示的栅极线12的间距P1短的情况。如图7－2所示，通过以使晶化用激光束LB1与多个栅极线12对应的方式对晶化用光学头3A进行旋转调整，由此能够向栅极线12上方的非晶硅膜15a的改性预定区域可靠地照射晶化用激光束LB1。
需要说明的是，如图7－2所示，在使倾斜地旋转移动后的晶化用光学头3A相对于基板10相对地进行了扫描的情况下，由于向适当的改性预定区域照射晶化用激光束LB1的时机按栅极线12来依次错开，因此利用驱动电路20以使向半导体激光器LD的输出时机依次延迟的方式进行设定即可。
根据该实施例，能够利用晶化用光学头3A的旋转来改变照射晶化用激光束LB1的列彼此的间距。因而，能够实现在基板中的栅极线12的间距变更了的情况下也可适用的激光退火装置。
需要说明的是，同样地，也可以设为脱氢化用光学头3B也进行旋转驱动而能够适用于栅极线12的间距变更了的情况。
[激光退火方法]
接着，对本实施方式的激光退火方法进行说明。激光退火方法是使用激光退火装置1来用于在基板10中的改性预定区域形成类单晶硅膜15La的激光退火处理方法。
首先，在该激光退火方法中，如图1所示，准备如下的基板10，该基板10构成为，在玻璃基板11上形成彼此平行的多个栅极线12，在多个栅极线12的上层以覆盖这些栅极线12整体的方式形成有非晶硅膜15a。
接着，一边利用未图示的基板输送机构使基板10沿着扫描方向S相对地进行移动，一边朝向非晶硅膜15a中的改性预定区域如图3所示那样先于晶化用激光束LB1地照射脱氢化用激光束LB2。
这里，使晶化用激光束LB1及脱氢化用激光束LB2中最聚焦的点部F维持位于非晶硅膜15a的膜内部的状态。其结果是，如图6所示，能够将应成为TFT的沟道半导体层的区域改性为类单晶硅膜15La。
在本实施方式的激光退火方法中，能够仅在应形成TFT的沟道半导体层的区域形成类单晶硅膜15La，因此能够进行能量效率高的退火。因此，在该激光退火方法中，能够提高进行激光退火来将非晶硅膜15a改性为晶化膜为止的生产效率，并且无需现有的熔炉，能够实现省空间化及低成本化。
另外，在本实施方式的激光退火方法中，不会使栅极线12、玻璃基板11等发生热损伤，因此能够实现成品率高的TFT基板的制造。
[第二实施方式]
图8示出本实用新型的第二实施方式的激光退火装置的主要部分。在本实施方式中，由将上述第一实施方式中的晶化用光纤阵列31A和脱氢化用光纤阵列31B共通化了的单一的光纤阵列31构成。晶化用激光束LB1由从未图示的晶化用光源经由截面积比较小的晶化用光纤22A导出的激光形成。脱氢化用激光束LB2由从未图示的脱氢化用光源经由截面积比较大的脱氢化用光纤22B导出的激光形成。
如图9所示，在本实施方式中，能够在单一的光纤阵列31的出射端面上排列多个晶化用光纤22A和多个脱氢化用光纤22B的端部。
如图8所示，在本实施方式中，利用共通的第一透镜33和第二透镜34对晶化用激光束LB1和脱氢化用激光束LB2这两方以使它们聚焦的方式进行加工。在本实施方式中，如图10所示，脱氢化用激光束LB2的光束点的宽度尺寸(Y方向上的长度)也设定为比向后述的非晶硅膜15a的表面照射的晶化用激光束LB1的光束点的宽度尺寸(Y方向上的长度)长。
在本实施方式中，由于构成光学头3的光纤阵列31以及第一透镜33、第二透镜34分别是单一的，因此能够使装置紧凑化。
[第三实施方式]
图11示出本实用新型的第三实施方式的激光退火装置的主要部分。
在本实施方式中，与上述第二实施方式同样地，由将晶化用光纤阵列31A和脱氢化用光纤阵列31B共通化了的单一的光纤阵列31构成。激光从光源经由单一的直径尺寸长的光纤22导向光纤阵列31。
如图11所示，在光纤22的出射端面上配置有将比较小的晶化用开口部40A和比较大的脱氢化用开口部40B分隔开地形成的光圈40，该光圈40以使晶化用开口部40A及脱氢化用开口部40B与光纤22的出射端面对置的方式配置。从晶化用开口部40A射出晶化用激光束LB1，从脱氢化用开口部40B射出脱氢化用激光束LB2。在本实施方式中，也与上述第二实施方式同样地，利用共通的第一透镜33和第二透镜34对晶化用激光束LB1和脱氢化用激光束LB2这两方以使它们聚焦的方式进行加工。
在本实施方式中，构成光学头3的光纤阵列31以及第一透镜33、第二透镜34也分别是单一的，因此能够使装置紧凑化。
[第四实施方式]
图12示出本实用新型的第四实施方式的激光退火装置的主要部分。
在本实施方式中，与上述第二实施方式同样地，由将晶化用光纤阵列31A和脱氢化用光纤阵列31B共通化了的单一的光纤阵列31构成。激光从光源经由单一的直径尺寸小的光纤22导向光纤阵列31。需要说明的是，如图12所示，光纤22在光纤阵列31中形成以直径尺寸朝向出射端面变大的方式扩大的形状的扩径部22E。
如图12所示，在光纤22的出射端面上配置有通过将比较小的晶化用开口部40A与比较大的脱氢化用开口部40B分隔开而形成的光圈40，该光圈40以使晶化用开口部40A及脱氢化用开口部40B与光纤22的出射端面对置的方式配置。从晶化用开口部40A射出晶化用激光束LB1，从脱氢化用开口部40B射出脱氢化用激光束LB2。在本实施方式中，与上述第二实施方式同样地，也利用共通的第一透镜33和第二透镜34对晶化用激光束LB1和脱氢化用激光束LB2这两方以使它们聚焦的方式进行加工。
在本实施方式中，虽然使用的是细的光纤22，但由于光纤22的端部形成有随着朝向出射端面而直径尺寸变长的扩径部22E，因此能够确保光圈40中的晶化用开口部40A与脱氢化用开口部40B之间的距离。
[第五实施方式]
图13是示出本实用新型的第五实施方式的激光退火装置1A的简要结构图。需要说明的是，在本实施方式中，具备晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B，由于它们是同样的结构，因此对晶化用光学头3A进行说明，省略对脱氢化用光学头3B的说明。
在本实施方式中，特征在于具备检测多个晶化激光束LB1各自的光量的光量传感器D1。本实施方式中的其他的结构与上述第一实施方式的激光退火装置1同样，因此省略说明。
光量传感器D1配置在晶化用光学头3A的后方，能够向晶化用激光束LB1的点部F依次移动。另外，该光量传感器D1设定为在检测一个晶化用激光束LB1的光量时使相邻的晶化用激光束LB1不入射。
在本实施方式中，由光量传感器D1检测出的数据向驱动电路20反馈，来进行作为该晶化用激光束LB1的光源的半导体激光器LD的输出调整。
在本实施方式中，能够在进行激光退火处理之前进行各晶化用激光束LB1的光量调整，从而实现这些晶化用激光束LB1的输出(光量)的均匀化。因此，根据本实施方式的激光退火装置1A，能够实现TFT彼此的沟道半导体层的电特性的均匀化。需要说明的是，同样地，也可以将脱氢化用激光束LB2的光量由未图示的光量传感器检测出以进行未图示的半导体激光器LD的输出调整。
[第六实施方式]
图14是本实用新型的第六实施方式的激光退火装置1B的简要结构图。在本实施方式中，具备晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B，由于它们是同样的结构，因此对晶化用光学头3A进行说明，省略对脱氢化用光学头3B的说明。
本实施方式的激光退火装置1B在成像光学系统32A内的光路中具备分束器35，在分束器35的侧方配置有侧方透镜36及光量传感器D2。在本实施方式中，设定为由分束器35反射后的晶化用激光束LB1通过侧方透镜36而向光量传感器D2入射。本实施方式的激光退火装置1B的其他的结构与上述第一实施方式大致相同。
在本实施方式中，由光量传感器D2检测出的数据向驱动电路20反馈，来进行作为该晶化用激光束LB1的光源的半导体激光器LD的输出调整。在本实施方式中，能够一边运转激光退火装置1B一边进行各半导体激光器LD的输出调整。
[第七实施方式]
图15是表示本实用新型的第七实施方式的激光退火装置1C的简要结构图，图16是激光退火装置1C的主要部分侧视图。在本实施方式中，具备晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B，它们是与上述的晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B大致相同的结构，因此对晶化用光学头3A进行说明，省略对脱氢化用光学头3B的说明。
本实施方式的激光退火装置1C使从晶化用光纤阵列31A射出的激光通过第一透镜33A而由例如电流镜(galvo mirror)等扫描振镜SM朝向下方(侧方)反射。由扫描振镜SM反射后的晶化用激光束LB1通过配置在下方的第二透镜34而向基板侧照射。
如图16所示，扫描振镜SM设定为能够向箭头B方向旋转调整以能够变更倾斜程度。
根据本实施方式，能够缩短装置的高度尺寸而使装置紧凑。另外，通过对扫描振镜SM进行旋转调整，由此能够调整晶化用激光束LB1的照射位置、点部F的在膜厚方向上与非晶硅膜15a表面相距的深度位置。
[第八实施方式]
图17是本实用新型的第八实施方式的激光退火装置1D的简要结构图。在本实施方式中，具备晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B，由于它们是与上述的晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B大致相同的结构，因此对晶化用光学头3A进行说明，省略对脱氢化用光学头3B的说明。
该实施方式具备成像光学系统32D，该成像光学系统32D通过在上述第五实施方式的激光退火装置1A的成像光学系统32中的光瞳位置配置具有开口37A的掩模37而构成。本实施方式的激光退火装置1D的其他的结构与上述第五实施方式的激光退火装置1A大致相同。
根据本实施方式，能够利用掩模37来变更通过成像光学系统32D的晶化用激光束LB1的图案。在本实施方式中，也具备光量传感器D1，因此能够由光量传感器D1检测出图案变更后的晶化用激光束LB1各自的光量。
[第九实施方式]
图18是本实用新型的第九实施方式的激光退火装置1E的简要结构图。图19是激光退火装置1E中的成像光学系统38的简要结构图。在本实施方式中，具备晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B，由于它们是与上述的晶化用光学头3A和未图示的脱氢化用光学头3B同样的结构，因此对晶化用光学头3A进行说明，省略对脱氢化用光学头3B的说明。
如图18所示，本实施方式的激光退火装置1E与第一实施方式同样地具备晶化用光纤阵列31A和成像光学系统38来作为晶化用光学头3A。晶化用光纤阵列31A与晶化用光纤22A的另一端部连接。晶化用光纤22A的出射端在晶化用光纤阵列31A的出射端面上以沿着一个直线排成一列的方式配置。
在本实施方式中，成像光学系统38由远心光学系统构成。另外，晶化用光纤阵列31A通过驱动器39而能够沿着光轴方向进行位移。在本实施方式中，在激光退火装置1E自动对焦时，能够利用驱动器39仅使晶化用光纤阵列31A沿着光轴移动。此时，晶化用光源单元2A及成像光学系统38不移动。
如图19所示，在本实施方式中，成像光学系统38通过沿着光轴方向依次配置的多个透镜等光学构件L1～L14来构成远心光学系统。通过具备由这样的远心光学系统构成的成像光学系统38，由此在相对于基板10进行对焦时，驱动器39仅使轻量的晶化用光纤阵列31A移动即可，因此能够获得具有迅速的响应性的自动对焦性能。
另外，由于成像光学系统38是远心光学系统，因此像不会相对于基板10发生偏移，具有基板10表面处的多个晶化用激光束LB1的照射位置的间距不会变化这样的优点。
需要说明的是，作为驱动器39，能够使用应用了压电效应的作为定位元件的压电驱动器。压电驱动器能够准确地进行从纳米这种程度的极微小范围到几百微米为止的定位。
另外，压电驱动器由陶瓷形成，因此非常硬，能够产生大的力。另外，压电驱动器能够紧凑地进行节能的驱动。需要说明的是，在本实施方式中，作为驱动器39，适用了压电驱动器，但当然也可以适用线性马达等其他的驱动机构。
在该激光退火装置1E中，仅使轻量的晶化用光纤阵列31A移动即可，因此驱动器39的负载小，能够实现迅速的自动对焦功能。
[第十实施方式]
图20是表示本实用新型的第十实施方式的激光退火装置1F的简要结构图。在本实施方式中，具备作为单一的光源的半导体激光器LD、耦合透镜21、单一的光纤22、单一的晶化用光学头3A和输送基板10的未图示的基板输送机构。在本实施方式中，也具备未图示的脱氢化用光学头3B，但省略说明。
半导体激光器LD与上述的各实施方式同样地振荡出连续振荡激光(CW激光)。耦合透镜21与半导体激光器LD的出射侧连接。在耦合透镜21上连接有作为波导的晶化用光纤22A的一端部。在本实施方式中，作为晶化用光纤22A，例如适用方形光纤。
晶化用光学头3A具备作为成像光学系统的入射侧的第一透镜33A及出射侧的第二透镜34A。如图20所示，从晶化用光纤22A的另一端部射出的激光向晶化用光学头3A入射。在晶化用光学头3A中，对激光进行加工以使其成为朝向下游侧(后侧)而在点部F处聚焦的晶化用激光束LB1。在本实施方式中，也设定为点部F位于非晶硅膜的膜内部(深度方向的内部)。
在本实施方式中，晶化用激光束LB1也是带有平顶型形状的特性，与光轴正交的方向上的剖面形状也是正方形。需要说明的是，晶化用激光束LB1的剖面形状也可以为长方形、六边形等。为了将晶化用激光束LB1的剖面形状设为这样的形状，将晶化用光纤22A的芯部的剖面形状设定为正方形、长方形、六边形等即可。
未图示的基板输送机构与上述的各实施方式同样地具备将要实施激光退火处理的基板10向扫描方向以任意的速度输送的机构。因而，通过在固定了晶化用光学头3A的位置的状态下输送基板10侧，由此能够使晶化用激光束LB1相对于基板10相对地进行扫描。
根据本实施方式的激光退火装置1F，由于晶化用激光束LB1中的能量密度高的点部F位于非晶硅膜的膜内部，因此能够向非晶硅膜重点地供给大的热量。并且，大部分的热从点部F朝向侧方在非晶硅膜的内部传播。在点部F的后侧(下侧)，光束发生扩散，因此到达基底的硅氧化膜等的光的能量密度降低，能够抑制使非晶硅膜的下层侧过热。因此，根据激光退火装置1F，能够避免栅极线或其他的布线图案、玻璃基板等因过热而被损伤。
[第十一实施方式]
图21示出本实用新型的第十一实施方式的激光退火装置及激光退火方法的基本原理。
在上述的第一～第十实施方式中，以晶化用激光束LB1中最聚焦的点部F位于改性预定区域的非晶硅膜15a的膜内部的状态使晶化用激光束LB1进行扫描。相对于此，在本实施方式中，如图21所示，以晶化用激光束LB1中的包括焦点及焦点附近且光束轮廓维持平顶型的区域A与非晶硅膜15a的膜内部的区域重叠的状态使晶化用激光束LB1在改性预定区域内进行扫描。
即，在本实施方式的激光退火装置中，只要处于非晶硅膜15a与图21所示的晶化用激光束LB1的区域A重叠的状态即可。
如图21所示，区域A包括晶化用激光束LB1中的(1)、(2)及(3)。图22－3示出图21中的(1)这个范围的激光束的半径方向的位置与能量密度之间的关系。如图21所示，(1)这个区域是大致焦点深度的区域，如图22－3所示，呈现出典型的平顶型的光束轮廓。图21中的(2)这个区域位于比(1)这个区域靠焦点的跟前的位置，如图22―2所示，是激光轮廓能视作为平顶型的区域。图21中的(3)这个区域位于比(1)这个区域靠焦点的后方的位置，如图22―4所示，是激光轮廓能视作为平顶型的区域。
图21中的(4)这个区域位于比(2)这个区域靠跟前的位置，如图22―1所示，激光轮廓成为不能视作为平顶型的形状。图21中的(5)这个区域位于比(3)这个区域靠后方的位置，如图22―5所示，激光轮廓成为不能视作为平顶型的形状。因而，在本实施方式中，图21所示的区域A被定义为光束轮廓维持平顶型的区域。需要说明的是，该区域A也可以根据光学头3等的条件来适当设定。
图21中的(1)这个区域如图22－3所示具有充分的能量密度来对非晶硅膜15a进行退火，具有能够对必要区域进行退火的平坦部的宽度尺寸。图21中的(2)及(3)这两个区域如图22―2及图22－4所示近似于(1)这个区域的特性，但(4)和(5)这两个区域如图22－1及图22－5所示，能量密度不充分，用于对必要区域进行退火的平坦部的宽度窄，因此对非晶硅膜15a的局部的退火来说是不适当的区域。
以上，对本实用新型的第十一实施方式进行了说明，其他的结构与上述的第一实施方式的激光退火装置及激光退火方法相同。
在本实施方式中，例如在非晶硅膜15a位于图21所示的(2)这个区域的情况下，看上去焦点位置来到非晶硅膜15a的下侧的基板或布线等，但由于光的大部分被非晶硅膜15a吸引，因此不会对非晶硅膜15a的下侧的基板、布线等造成热损伤。因而，根据本实施方式，光学头3等的条件设定变得容易，能够降低装置成本。
(其他的实施方式)
以上，对本实用新型的实施方式进行了说明，但应理解构成实施方式的公开的一部分的论述及附图不会限定本实用新型。本领域技术人员能够从该公开知晓各种各样的替代实施方式、实施例及应用技术。
在上述的实施方式中，以使脱氢化用激光束LB2具有聚焦的点部的方式进行加工，且以使该点部位于非晶硅膜的内部的方式进行配置，但不限定于此，也可以为仅是向非晶硅膜的表面照射脱氢化用激光束LB2的结构。
在上述的实施方式中，对在栅极线12的上层以覆盖该栅极线12的方式形成的非晶硅膜的15a进行了退火，但本实用新型的激光退火装置及激光退火方法也能够适用于在非晶硅膜的下方没有形成栅极线的情况。即，本实用新型的激光退火装置及激光退火方法能够适用于具有底部栅极型(倒置交错型)的结构的TFT及具有顶部栅极型(交错型)的结构的TFT的制造。另外，在本实用新型中，也能够适用于在不设置栅极线的基板上形成的非晶硅膜的激光退火。
符号说明
D1、D2光量传感器
F 点部
LD 半导体激光器
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F激光退火装置
2 光源单元
2A 晶化用光源单元
2B 脱氢化用光源单元
3 光学头
3A 晶化用光学头
3B 脱氢化用光学头
10基板(被激光退火处理基板)
11玻璃基板(基板)
12 栅极线
13 硅氮化膜
14 硅氧化膜
15a 非晶硅膜
21 耦合透镜
22 光纤
22A 晶化用光纤
22B 脱氢化用光纤
22E 扩径部
31 光纤阵列
31A 晶化用光纤阵列
31B 脱氢化用光纤阵列
32、32A、32B成像光学系统
33、33A、33B第一透镜
34、34A、34B第二透镜
35 分束器
36 侧方透镜
37 掩模
37A 开口
38 成像光学系统
39 驱动器
40 光圈
40A 晶化用开口部
40B 脱氢化用开口部

Claims (12)

1.一种激光退火装置，其具备晶化用光学头，该晶化用光学头朝向形成在基板上的非晶硅膜中的改性预定区域射出通过对连续振荡出的激光进行加工以使该激光聚焦而得到的晶化用激光束，该晶化用光学头在所述晶化用激光束中最聚焦的点部位于所述非晶硅膜的膜内部的状态下相对于所述非晶硅膜相对地沿着扫描方向进行移动，来使所述改性预定区域改性为晶化膜，
所述激光退火装置的特征在于，
所述激光退火装置具备：射出脱氢化用激光束，并且以使所述脱氢化用激光束先于所述晶化用激光束地照射至少所述改性预定区域来进行所述非晶硅膜的脱氢化的方式，相对于所述非晶硅膜沿着所述扫描方向相对地进行移动的脱氢化用光学头。
2.根据权利要求1所述的激光退火装置，其中，
所述脱氢化用光学头射出通过对连续振荡出的激光进行加工以使该激光聚焦而得到的所述脱氢化用激光束，所述脱氢化用激光束具备在所述脱氢化用激光束中最聚焦而位于所述非晶硅膜的膜内部的点部。
3.根据权利要求1或2所述的激光退火装置，其中，
向所述非晶硅膜的表面照射的所述脱氢化用激光束的光束点配置在比向所述非晶硅膜的表面照射的所述晶化用激光束的光束点靠所述扫描方向的上游侧的位置，
所述脱氢化用激光束的所述光束点的宽度尺寸设定为比所述晶化用激光束的所述光束点的宽度尺寸长。
4.根据权利要求1或2所述的激光退火装置，其中，
激光从晶化用光源经由晶化用光纤被导向所述晶化用光学头，
激光从脱氢化用光源经由脱氢化用光纤被导向所述脱氢化用光学头。
5.根据权利要求3所述的激光退火装置，其中，
激光从晶化用光源经由晶化用光纤被导向所述晶化用光学头，
激光从脱氢化用光源经由脱氢化用光纤被导向所述脱氢化用光学头。
6.根据权利要求4所述的激光退火装置，其中，
所述激光退火装置由将所述晶化用光学头和所述脱氢化用光学头共通化了的单一的光学头构成。
7.根据权利要求5所述的激光退火装置，其中，
所述激光退火装置由将所述晶化用光学头和所述脱氢化用光学头共通化了的单一的光学头构成。
8.根据权利要求1或2所述的激光退火装置，其中，
所述激光退火装置由将所述晶化用光学头和所述脱氢化用光学头共通化了的单一的光学头构成，
激光从光源经由单一的光纤被导向所述光学头，
在所述光纤的出射端面上配置有将晶化用开口部和脱氢化用开口部分隔开地形成的光圈，所述光圈以使所述晶化用开口部及脱氢化用开口部与所述出射端面对置的方式配置，
所述晶化用激光束从所述晶化用开口部射出，所述脱氢化用激光束从所述脱氢化用开口部射出。
9.根据权利要求3所述的激光退火装置，其中，
所述激光退火装置由将所述晶化用光学头和所述脱氢化用光学头共通化了的单一的光学头构成，
激光从光源经由单一的光纤被导向所述光学头，
在所述光纤的出射端面上配置有将晶化用开口部和脱氢化用开口部分隔开地形成的光圈，所述光圈以使所述晶化用开口部及脱氢化用开口部与所述出射端面对置的方式配置，
所述晶化用激光束从所述晶化用开口部射出，所述脱氢化用激光束从所述脱氢化用开口部射出。
10.根据权利要求8所述的激光退火装置，其中，
所述光纤的出射侧形成为以直径尺寸随着朝向所述出射端面而变大的方式扩大的形状。
11.根据权利要求9所述的激光退火装置，其中，
所述光纤的出射侧形成为以直径尺寸随着朝向所述出射端面而变大的方式扩大的形状。
12.根据权利要求1或2所述的激光退火装置，其中，
所述改性预定区域是薄膜晶体管的沟道半导体层。
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