DE102008029622A1

DE102008029622A1 - Laserglühverfahren und Laserglühvorrichtung

Info

Publication number: DE102008029622A1
Application number: DE102008029622A
Authority: DE
Inventors: Norihito Kawaguchi; Ryusuke Kawakami; Kenichiro Nishida; Miyuki Masaki; Masaru Morita; Atsushi Yoshinouchi
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-06-23
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-24
Also published as: DE102008029622B4

Abstract

Beim Laserglühen unter Verwendung eines Festkörperlasers wird eine Fokusposition einer kleinen axialen Richtung eines rechteckigen Strahls in Abhängigkeit von Positionsabweichung eines laserbestrahlten Abschnitts eines Halbleiterfilms leicht korrigiert. Unter Verwendung einer Nebenachsen-Kondensorlinse, die einfallendes Licht in einer kleinen axialen Richtung konzentriert, und einer Projektionslinse, die Licht, das von der Nebenachsen-Kondensorlinse kommt, auf eine Fläche eines Halbleiterfilms projiziert, wird ein Laserstrahl in der kleinen axialen Richtung eines rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms konzentriert. Die Positionsabweichung einer vertikalen Richtung des Halbleiterfilms in einem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms wird erfasst und die Nebenachsen-Kondensorlinse wird in einer Richtung der optischen Achse auf Basis eines Wertes der Erfassung bewegt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserglühverfahren und eine Laserglühvorrichtung, die einen Halbleiterfilm umbilden, indem der Halbleiterfilm mit einem Impulslaserstrahl bestrahlt wird, der zu einem rechteckigen Strahl geformt ist.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Laserglühen ist ein Prozess des Ausbildens eines polykristallinen Siliziumfilms durch Schmelzen und Verfestigen eines Films aus amorphem Silizium (hierin im Folgenden als „a-Si-Film” bezeichnet), der auf ein aus niedrigschmelzendem Glas (typischerweise alkalifreies Glas) hergestelltes Substrat aufgebracht ist, indem der a-Si-Film mit einem Laserstrahl bestrahlt wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1). Auf Grund ihrer elektrischen Eigenschaften, die denen eines a-Si-Films überlegen sind, werden kristallisierte Siliziumfilme für Transistoren zum Ansteuern von Flüssigkristallanzeigen, die eine hochauflösende Anzeige erfordern, von tragbaren Telefonen, Digitalkameras und so weiter verwendet.
Das Laserglühen wird durchgeführt, indem ein Halbleiterfilm (zum Beispiel ein a-Si-Film) in einer kleineren (kürzeren) axialen Richtung des Strahls auf einem Substrat mit einem rechteckigen Strahl mit seinem länglichen Schnitt relativ abgetastet wird. Der rechteckige Strahl wird aus einem Impulslaserstrahl von einer Laserquelle unter Verwendung eines optischen Systems geformt. Im Allgemeinen wird das Abtasten des rechteckigen Strahls durch Bewegen des Substrats durchgeführt. Dieses Abtasten wird derart durchgeführt, dass laserbestrahlte Regionen teilweise miteinander überlappt werden.
Die folgenden Patentdokumente 2 und 3 offenbaren eine Gesamtkonfiguration eines optischen Systems einer Laserglühvorrichtung unter Verwendung eines Excimer-Lasers als eine Laserquelle (hierin im Folgenden als „Excimer-Laserglühvorrichtung” bezeichnet). Das gezeigte optische System enthält ein Zylinderlinsenfeld, das einen Laserstrahl in eine Vielzahl von Strahlen in große (längere) und kleine (kürzere) axiale Richtungen teilt, und eine Kondensorlinse, die die von dem Zylinderlinsenfeld geteilten Strahlen konzentriert. In der kleinen axialen Richtung wird Verkleinerungsprojektion durch eine Projektionslinse durchgeführt, sobald ein Energieprofil der Strahlen einheitlich gemacht worden ist.
Bei der oben beschriebenen Excimer-Laserglühvorrichtung ist die Abmessung des Strahls ein Maß von 365 mm auf der großen Achse und 0,4 mm auf der kleinen Achse. Ein Excimer-Laser weist eine große Breite der kleinen Achse und folglich große Schärfentiefe auf Grund seiner schlechten Laserstrahlqualität auf. Aus diesem Grund hat Positionsabweichung einer laserbestrahlten Fläche, die durch einen mechanischen Fehler einer Substratübertragungsvorrichtung und einen Bearbeitungsfehler einer Substratfläche verursacht wird, geringe Auswirkung auf die Glühleistung. Hier bezieht sich die Positionsabweichung auf Positionsabweichung in einer vertikalen Richtung eines Halbleiterfilms.
Andererseits weist das Excimer-Laserglühen insofern ein Problem auf, als Trägerbeweglichkeit als eine Glüheigenschaft in Abhängigkeit von der Laserbestrahlungsenergie in großem Maße geändert wird. Als eine der Maßnahmen gegen dieses Problem wird eine große Aufmerksamkeit auf eine Laserglühvorrichtung (hierin im Folgenden als „Glühvorrichtung mit grünem Festkörperlaser” bezeichnet) gerichtet, die einen gepulsten grünen Laserstrahl, der aus einer zweiten harmonischen Welle eines Nd:YAG-Lasers gewonnen wird, als eine Lichtquelle verwendet (siehe zum Beispiel Patentdokumente 4 und 5). Die Verwendung dieses grünen gepulsten Lasers ermöglicht einen Prozessspielraum für bestimmte Bestrahlungsenergie, der breiter ist als der eines Excimer-Lasers.
Da jedoch der grüne Festkörperlaser eine Leistung (unter 0,1 J/Impuls) aufweist, die erheblich geringer ist als die (maximal 1 J/Impuls) eines handelsüblichen Excimer-Lasers, besteht eine Notwendigkeit, eine Strahlgröße auf der kleinen Achse auf bis zu 100 μm oder weniger zu verkleinern. Als Folge wird die Schärfentiefe auf der kleinen Achse verringert und somit kann Positionsabweichung eines Halbleiterfilms eine Auswirkung auf die Glühleistung haben.
Die folgenden Patentdokumente 4 bis 6 offenbaren einen Autofokusmechanismus, der auf Laserbearbeitung, wie Perforation und Ähnliches, angewendet werden kann. Dieser Autofokusmechanismus überwacht die Abweichung einer Bearbeitungsfläche und hält einen Lichtfokussierpunkt durch Bewegen einer Objektivlinse, die den Laserstrahl auf die Bearbeitungsfläche fokussiert, in einer Richtung der optischen Achse konstant auf der Bearbeitungsfläche.

[Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. 3204307
[Patentdokument 2] Japanische Ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-338447
[Patentdokument 3] Japanisches Patent Nr. 3191702
[Patentdokument 4] Japanische Ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 11-58053
[Patentdokument 5] Japanische Ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 11-23952
[Patentdokument 6] Japanisches Patent Nr. 2835924
[Nichtpatentdokument 1] K. Nishida et al., „Performance of Polycrystallization with High Power Solid Green Laser", AM-FPD 2006.
[Nichtpatentdokument 2] OKAMOTO Tatsuki et al., „Development of Green Laser Annealing Optical System for Low-Temperature Polysilicon", RTM-05-28.

Das Nichtpatentdokument 2 zeigt eine Gesamtkonfiguration eines optischen Systems einer Glühvorrichtung mit grünem Festkörperlaser. In einer großen axialen Richtung teilt dieses optische System einen Laserstrahl in einem rechteckigen Wellenleiter, der aus Quarzglas hergestellt ist, in eine Vielzahl von Laserstrahlen und überlagert die Vielzahl von Laserstrahlen mittels einer Bildlinse auf einen Halbleiterfilm auf einem Glassubstrat. In einer kleinen axialen Richtung wandelt das optische System den Laserstrahl mittels einer Aufweitungslinse in paralleles Licht von ϕ 80 mm und fokussiert das parallele Licht mittels einer Fokussierlinse als eine Objektivlinse auf das Glassubstrat.
Bei der in dem Nichtpatentdokument 2 gezeigten Glühvorrichtung mit grünem Festkörperlaser wird, wenn eine Bearbeitungsfläche in einer Richtung senkrecht zu der Bearbeitungsfläche geändert wird, da das Substrat von einer Fokusposition in der kleinen axialen Richtung abgelenkt wird, die Energiedichte des Laserstrahls auf einem Siliziumfilm der Bearbeitungsfläche geändert. Bei dem in dem Nichtpatentdokument 2 gezeigten optischen System kann eine Abweichung der Energiedichte vermieden werden, indem eine Position der Kondensorlinse als die Objektivlinse korrigiert wird, wie bei dem in den Patentdokumenten 4 bis 6 gezeigten Autofokusmechanismus.
Jedoch ist eine Kondensorlinse, die für eine Laserbearbeitungsvorrichtung für Perforation verwendet wird, relativ klein, während eine Objektivlinse (Kondensorlinse oder Projektionslinse), die für eine Laserglühvorrichtung verwendet wird, typischerweise groß ist und zum Beispiel eine Abmessung von 100 mm oder mehr in der kleinen axialen Richtung x ungefähr 150 mm in der großen axialen Richtung aufweist. Aus diesem Grund ist ein Halter zum Halten einer derartigen Linsengruppe groß und sehr schwer. Folglich ist es sehr schwierig, die Objektivlinse der Laserglühvorrichtung mit einer Genauigkeit von mehreren Mikrometern in einer Richtung der optischen Achse in Echtzeit zu bewegen und zu schwingen. Auch wenn in Betracht gezogen werden kann, ein Substrat in einer Richtung senkrecht zu dem Substrat zu bewegen und zu schwingen, ist es darüber hinaus, da eine Substratgröße zum Laserglühen typischerweise groß ist (zum Beispiel mehr als 700 mm × 900 mm), außerdem schwierig, eine Stufe zum Tragen des Substrats mit einer hohen Genauigkeit zu schwingen. Darüber hinaus hat in Bezug auf die große axiale Richtung, da eine Schärfentiefe für die große axiale Richtung noch größer ist als die für die kleine axiale Richtung, die Abweichung einer Fokusposition eine geringe Auswirkung auf die Glühleistung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorgenannten Umstände gemacht und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Laserglühverfahren und eine Laserglühvorrichtung bereitzustellen, die eine Fokusposition eines rechteckigen Strahls in einer kleinen axialen Richtung in Abhängigkeit von der Positionsabweichung eines laserbestrahlten Abschnitts eines Halbleiterfilms beim Laserglühen unter Verwendung eines Festkörperlasers leicht korrigieren können.
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, wenden das Laserglühverfahren und die Laserglühvorrichtung der vorliegenden Erfindung die folgenden Einrichtungen an.

(1) Das heißt, es wird ein Laserglühverfahren zum Formen eines Impulslaserstrahls, der von einer Festkörperlaserquelle kommt, Fokussieren des geformten Laserstrahls als einen rechteckigen Strahl auf einer Fläche eines Halbleiterfilms, relativen Abtasten des Halbleiterfilms mit dem rechteckigen Strahl in einer kleinen axialen Richtung und dadurch Kristallisieren des Halbleiterfilms mit Laserbestrahlung bereitgestellt. Der Laserstrahl wird, unter Verwendung einer Nebenachsen-Kondensorlinse, um einfallendes Licht in der kleinen axialen Richtung zu konzentrieren, und einer Projektionslinse, um Licht, das von der Nebenachsen-Kondensorlinse kommt, auf die Fläche des Halbleiterfilms zu projizieren, in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms konzentriert. Eine Positionsabweichung einer vertikalen Richtung des Halbleiterfilms in einem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms wird erfasst und die Nebenachsen-Kondensorlinse wird auf Basis eines Wertes der Erfassung in einer Richtung der optischen Achse bewegt. Wenn die Nebenachsen-Kondensorlinse in der Richtung der optischen Achse bewegt wird, wird eine Position einer Primärbildebene in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Bewegung der Linse entsprechend in der Richtung der optischen Achse bewegt. Darüber hinaus wird ein Projektionspunkt (Fokusposition) von der Projektionslinse in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Bewegung der Position der Primärabbildungsebene bewegt. Folglich kann durch Erfassen der Positionsabweichung der vertikalen Richtung des Halbleiterfilms in dem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms und Bewegen der Nebenachsen-Kondensorlinse in der Richtung der optischen Achse auf der Basis eines Wertes der Erfassung eine Fokusposition der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms selbst dann eingestellt werden, wenn Positionsabweichung des Halbleiterfilms 3 auf Grund eines mechanischen Fehlers einer Substratübertragungsvorrichtung usw. auftritt. Darüber hinaus ist die Nebenachsen-Kondensorlinse, die zur Korrektur der Fokusposition bewegt wird, der Projektionslinse vorgeordnet in der Richtung der optischen Achse angeordnet und ist kleiner und leichter als die Projektionslinse und das Ausmaß der Korrektur der Position der Nebenachsen-Kondensorlinse in Bezug auf das Ausmaß der Positionsabweichung des Halbleiterfilms in einem Maß von Mikrometern ist, wie später beschrieben wird, ein Maß von mm. Folglich kann, da die Position der kleinen und leichten Nebenachsen-Kondensorlinse mit einer Genauigkeit eines Maßes von mm korrigiert werden kann, leicht eine Korrektur der Fokusposition durchgeführt werden.
(2) Bei dem Laserglühverfahren ist eine Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern, die einfallendes Licht in eine Vielzahl von Strahlen in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls teilen, in Abständen in der Richtung der optischen Achse an Positionen einer in der Richtung der optischen Achse vorgeordneten Seite der Nebenachsen-Kondensorlinse angeordnet und ein Abstand zwischen der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern wird auf Basis eines Wertes der Erfassung der Positionsabweichung eingestellt. Ein Faktor zum Bestimmen einer Größe eines Bildes auf einer Primärbildebene des Laserstrahls, der die Nebenachsen-Kondensorlinse durchlaufen hat, enthält eine kombinierte Brennweite der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern, die auf einer vorgeordneten Seite angeordnet sind. Darüber hinaus enthält ein Faktor zum Bestimmen der kombinierten Brennweite der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern einen Abstand der Richtung der optischen Achse zwischen den Linsenfeldern. Folglich kann durch Ändern des Abstands zwischen der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern die Größe des Bildes der Primärabbildungsebene des Laserstrahls, der die Nebenachsen-Kondensorlinse durchlaufen hat, eingestellt werden, wobei dies zu dem Einstellen einer Strahlgröße an einer Fokusposition der kleinen axialen Richtung führen kann. Folglich kann selbst dann, wenn Positionsabweichung des Halbleiterfilms auftritt, durch Einstellen der Strahlgröße an der Fokusposition der kleinen axialen Richtung die Fläche des Halbleiterfilms mit Strahlen mit der gleichen Größe in der kleinen axialen Richtung bestrahlt werden.
(3) Es wird eine Laserglühvorrichtung bereitgestellt, die eine Festkörperlaserquelle, die einen Impulslaserstrahl emittiert, ein Strahlformungsoptiksystem, das den Laserstrahl von der Festkörperlaserquelle formt und den geformten Laserstrahl als einen rechteckigen Strahl auf einer Fläche eines Halbleiterfilms konzentriert, und eine Abtasteinrichtung enthält, die den Halbleiterfilm mit dem rechteckigen Strahl in einer kleinen axialen Richtung relativ abtastet, um den Halbleiterfilm mit Laserbestrahlung zu kristallisieren. Das Strahlformungsoptiksystem enthält eine Hauptachsen-Homogenisierungseinrichtung und eine Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung, die einen einfallenden Laserstrahl in einer großen axialen Richtung bzw. einer kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms konzentrieren. Die Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung enthält eine Nebenachsen-Kondensorlinse, die einfallendes Licht in der kleinen axialen Richtung konzentriert, und eine Projektionslinse, die Licht, das von der Nebenachsen-Kondensorlinse kommt, auf die Fläche des Halbleiterfilms projiziert. Die Laserglühvorrichtung enthält des Weiteren eine Positionsabweichungserfassungseinrichtung, die eine Positionsabweichung einer vertikalen Richtung des Halbleiterfilms in einem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms erfasst, und einen Linsenbewegungsmechanismus, der die Nebenachsen-Kondensorlinse in einer Richtung der optischen Achse bewegt.
(4) Bei der Laserglühvorrichtung enthält die Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung eine Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern, die einfallendes Licht in eine Vielzahl von Strahlen in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls teilen und an Positionen einer in der Richtung der optischen Achse vorgeordneten Seite der Nebenachsen-Kondensorlinse angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern in Abständen in der Richtung der optischen Achse angeordnet sind. Die Laserglühvorrichtung enthält des Weiteren einen Abstandseinstellungsmechanismus, der einen Abstand zwischen der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern einstellt. Die Laserglühvorrichtung, die wie oben beschrieben konstruiert ist, kann das Laserglühverfahren durchführen. Folglich kann bei der Laserglühvorrichtung der vorliegenden Erfindung leicht eine Korrektur der Fokusposition der kleinen axialen Richtung durchgeführt werden. Zusätzlich kann selbst dann, wenn Positionsabweichung des Halbleiterfilms auftritt, durch Einstellen der Strahlgröße an der Fokusposition der kleinen axialen Richtung die Fläche des Halbleiterfilms mit Strahlen der gleichen Größe in der kleinen axialen Richtung bestrahlt werden.
(5) Die Laserglühvorrichtung enthält des Weiteren einen Bewegungsmechanismussteuerteil, der den Linsenbewegungsmechanismus auf Basis eines erfassten Wertes von der Positionsabweichungserfassungseinrichtung steuert. Mit einem derartigen Bewegungsmechanismussteuerteil kann, durch Steuern des Ansteuerns des Linsenbewegungsmechanismus über eine Rückkopplungsregelung, eine Korrektur der Fokusposition der kleinen axialen Richtung durch eine automatische Steuerung verwirklicht werden.
(6) Die Laserglühvorrichtung enthält des Weiteren einen Einstellungsmechanismussteuerteil, der den Abstandseinstellungsmechanismus auf Basis des erfassten Wertes von der Positionsabweichungserfassungseinrichtung steuert. Mit einem derartigen Einstellungsmechanismussteuerteil kann, durch Steuern des Ansteuerns des Abstandseinstellungsmechanismus über eine Rückkopplungsregelung, eine Einstellung einer Größe eines Bildes an der Fokusposition der kleinen axialen Richtung durch eine automatische Steuerung verwirklicht werden.
(7) Bei der Laserglühvorrichtung beträgt die Strahlqualität der Festkörperlaserquelle in Bezug auf einen M²-Wert mehr als 20. Wenn die Strahlqualität zu gut ist, ist es wahrscheinlich, dass ein Interferenzstreifen auftritt. Ein Interferenzstreifen kann verringert werden, indem ein Laser mit der Strahlqualität von mehr als 20 in Bezug auf einen M²-Wert verwendet wird.
(8) Bei der Laserglühvorrichtung enthält das Strahlformungsoptiksystem ein Interferenzverringerungsoptiksystem, das Interferenz des Laserstrahls verringert. Mit einem derartigen Interferenzverringerungsoptiksystem kann, da Interferenz des rechteckigen Strahls verringert werden kann, ein Interferenzstreifen in einem strahlbestrahlten Abschnitt verringert werden.
(9) Bei der Laserglühvorrichtung weist der Laserstrahl, der von der Festkörperlaserquelle emittiert wird, ein Gauß-förmiges Energieprofil auf.
(10) Bei der Laserglühvorrichtung weist der rechteckige Strahl ein Gauß-förmiges Energieprofil in der kleinen axialen Richtung auf.
(11) Bei der Laserglühvorrichtung ist die Positionsabweichungserfassungseinrichtung ein kontaktloser Verschiebungssensor.
Mit einem derartigen kontaktlosen Verschiebungssensor kann Positionsabweichung des Halbleiterfilms mit hoher Genauigkeit in Echtzeit erfasst werden. Der kontaktlose Verschiebungssensor ist geeigneterweise ein Laser-Verschiebungssensor, ein Wirbelstrom-Verschiebungssensor usw.
(12) Die Laserglühvorrichtung enthält eine Vielzahl von Festkörperlaserquellen und enthält des Weiteren eine Einrichtung zum zeitlichen und/oder räumlichen Kombinieren von Laserstrahlen von der Vielzahl von Festkörperlaserquellen. Auf diese Weise kann durch Kombinieren der Vielzahl von Laserstrahlen eine Impulsfrequenz des kombinierten Laserstrahls auf ein Mehrfaches erhöht werden, wenn sie zeitlich kombiniert werden (mit voneinander abweichenden Impulsperioden), und die Energiedichte des kombinierten Laserstrahls kann auf ein Mehrfaches erhöht werden, wenn sie räumlich kombiniert werden (mit miteinander übereinstimmenden Impulsperio den). Folglich kann eine Abtastgeschwindigkeit von Strahlen erhöht werden, wobei dies zu einem Erhöhen einer Glühgeschwindigkeit führen kann. Zusätzlich kann für drei oder mehr Laserstrahlen eine Mischung aus zeitlichem Kombinieren und räumlichem Kombinieren verwendet werden.
(13) Die Laserglühvorrichtung enthält des Weiteren eine Kammer, die ein Substrat, das darauf aufgebracht ist, mit dem Halbleiterfilm besetzt und die eine Vakuum- oder Inertgasatmosphäre aufweist, oder eine Inertgaszuführungseinrichtung, um Inertgas lediglich einem begrenzten Bereich eines laserbestrahlten Abschnitts des Halbleiterfilms und seinem Umfangsabschnitt zuzuführen. Beim Laserglühen treten, wenn ein Halbleiterfilm auf dem Substrat mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, falls ein laserstrahlbestrahlter Abschnitt mit Luft in Kontakt kommt, insofern Probleme auf, als Ungleichmäßigkeit oder ein Oxidfilm auf einer Fläche des Substrats ausgebildet werden oder Kristallkörner, die bei einem Kristallisationsprozess erzeugt werden, klein werden. Mit der Kammer oder der Inertgaszuführungseinrichtung kann die vorliegende Erfindung verhindern, dass der laserstrahlbestrahlte Abschnitt mit der Luft in Kontakt kommt, um dadurch die vorgenannten verschiedenen Probleme zu vermeiden.
(14) Die Laserglühvorrichtung enthält des Weiteren einen Substrattisch, auf dem ein Substrat, auf dem der Halbleiterfilm ausgebildet wird, platziert wird, wobei der Substrattisch auf eine Temperatur erwärmt wird, die einen Schmelzpunkt des Substrats nicht übersteigt. Durch Erwärmen des Substrattisches auf die Temperatur, die einen Schmelzpunkt des Substrats nicht übersteigt, kann Laserglühen stabil durchgeführt werden, ohne dass das Substrat geschmolzen wird. Wenn zum Beispiel das Substrat alkalifreies Glas ist, wird, da sein Schmelzpunkt ungefähr 600°C beträgt, der Substrattisch auf eine Temperatur erwärmt, die 600°C nicht übersteigt. Nach der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung kann bei dem Laserglühen unter Verwendung des Festkörperlasers insofern ein bemerkenswerter Effekt erreicht werden, als die Fokusposition der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls in Abhängigkeit von Positionsabweichung des laserbestrahlten Abschnitts des Halbleiterfilms leicht korrigiert werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Konfigurationsansicht einer großen axialen Strahlrichtung einer Laserglühvorrichtung nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
1B ist eine schematische Konfigurationsansicht einer kleinen axialen Strahlrichtung von 1A.
2A ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Ausmaß der Abweichung eines laserbestrahlten Abschnitts (Bearbeitungsfläche) und dem Ausmaß der Bewegung einer Nebenachsen-Kondensorlinse zeigt.
2B ist eine Ansicht, die die gleiche Beziehung wie 2A für eine unterschiedliche Brennweite der Nebenachsen-Kondensorlinse zeigt.
3A ist eine schematische Konfigurationsansicht einer großen axialen Strahlrichtung einer Laserglühvorrichtung nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
3B ist eine schematische Konfigurationsansicht einer kleinen axialen Strahlrichtung von 3A.
4A ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen dem Ausmaß der Abweichung eines laserbestrahlten Abschnitts (Bearbeitungsflache) und einem Änderungsverhältnis einer Größe eines Bildes in dem laserbestrahlten Abschnitt zeigt.
4B ist eine Ansicht, die die gleiche Beziehung wie 4A für eine unterschiedliche Brennweite einer Nebenachsen-Kondensorlinse zeigt.
5A ist eine schematische Konfigurationsansicht einer großen axialen Strahlrichtung einer Laserglühvorrichtung nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
5B ist eine schematische Konfigurationsansicht einer kleinen axialen Strahlrichtung von 5A.
6A ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Interferenzverringerungsoptiksystems für eine große Achse einer Laserglühvorrichtung nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
6B ist eine Ansicht, die eine Konfiguration eines Interferenzverringerungsoptiksystems für eine kleine Achse einer Laserglühvorrichtung nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
7A ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Kammer einer Laserglühvorrichtung nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
7B ist eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Inertgaszuführungseinrichtung einer Laserglühvorrichtung nach einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. Gemeinsamen Abschnitten werden in jeder der Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gegeben, um redundante Beschreibung zu vermeiden.
[Erste Ausführung]
Die 1A und 1B zeigen eine schematische Konfiguration einer Laserglühvorrichtung 10 nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung. In 1A ist eine Richtung parallel zum Papier und senkrecht zu einer optischen Achse eine große axiale Richtung eines rechteckigen Strahls und in 1B ist eine Richtung parallel zum Papier und senkrecht zu einer optischen Achse eine kleine axiale Richtung eines rechteckigen Strahls.
In 1A wird ein optisches System, das lediglich in der kleinen axialen Richtung arbeitet, durch eine imaginäre Linie (gestrichelte Linie) angezeigt. In 1B wird ein optisches System, das lediglich in der großen axialen Richtung arbeitet, durch eine imaginäre Linie angezeigt.
Die Laserglühvorrichtung 10 enthält eine Festkörperlaserquelle 12, die einen Laserstrahl 1 eines Impulstyps emittiert, ein Strahlformungsoptiksystem 13, das den Laserstrahl 1 von der Festkörperlaserquelle 12 formt und den geformten Laserstrahl 1 als einen rechteckigen Strahl auf einer Fläche eines Halbleiterfilms 3 konzentriert, und eine Abtasteinrichtung, die den Halbleiterfilm 3 mit dem rechteckigen Strahl in der kleinen axialen Richtung relativ abtastet, um den Halbleiterfilm 3 mit Laserbestrahlung zu kristallisieren.
Bei dieser Ausführung ist ein Substrat 2 ein Glassubstrat (zum Beispiel alkalifreies Glas). Ein SiO₂-Film wird zum Beispiel mit einer Dicke von 200 nm durch ein Filmauftragungsverfahren, wie ein Plasma-CVD-Verfahren, ein Sputterverfahren oder Ähnliches, auf dem Glassubstrat ausgebildet und ein a-Si-Film wird als der Halbleiterfilm 3 zum Beispiel mit einer Dicke von 50 nm auf den SiO₂-Film aufgetragen.
Das Substrat 2 wird von einem Substrattisch 5 getragen und wird in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls übertragen. Das Bewegen des Substrattisches 5 ermöglicht relatives Abtasten des a-Si-Films auf dem Substrat 5 mit dem rechteckigen Strahl in der kleinen axialen Richtung. Das heißt, dass bei dieser Ausführung der Substrattisch 5 eine Laserabtasteinrichtung 4 bildet.
Der Substrattisch 5 wird mittels einer Wärmeinrichtung (nicht gezeigt) auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Substrattisch 5 auf eine Temperatur erwärmt, die einen Schmelzpunkt des Substrats 2 nicht übersteigt. Auf diese Weise kann Laserglühen stabil durchgeführt werden, ohne dass das Substrat 2 geschmolzen wird. Wenn zum Beispiel das Substrat 2 alkalifreies Glas ist, wird, da sein Schmelzpunkt ungefähr 600°C beträgt, der Substrattisch 5 auf eine Temperatur erwärmt, die 600°C nicht übersteigt.
Die Festkörperlaserquelle 12 gibt den Laserstrahl 1 mit einer Impulsfrequenz von beispielsweise 2 bis 4 kHz aus. Der Laserstrahl 1 weist ein Gauß-förmiges Energieprofil auf. Die Festkörperlaserquelle 12 ist nicht im Besonderen in seiner Art beschränkt, sondern kann vorzugsweise einer von einem Nd:YAG-Laser, einem Nd:YLF-Laser, einem Nd:YVO₄-Laser, einem Nd:Glas-Laser, einem Yb:YAG-Laser, einem Yb:YLF-Laser, einem Yb:YVO₄-Laser und einem Yb:Glas-Laser sein. Diese Festkörperlaser können mit hoher Zuverlässigkeit und hohem Nutzwirkungsgrad stabiler Laserenergie verwirklicht werden. Darüber hinaus emittiert, da der Siliziumfilm einen hohen Absorptionskoeffizienten in einem Bereich sichtbaren Lichts von 330 nm bis 800 nm aufweist, die Festkörperlaserquelle 12 vorzugsweise den Laserstrahl 1 einer zweiten oder dritten harmonischen Welle des YAG-Lasers, des YLF-Lasers, des YVO₄-Lasers oder des Glas-Lasers.
Wenn die Strahlqualität zu gut ist, ist es wahrscheinlich, dass ein Interferenzstreifen auftritt. Folglich beträgt die Strahlqualität der Festkörperlaserquelle 12 in Bezug auf einen M²-Wert vorzugsweise mehr als 20. Der Interferenzstreifen kann verringert werden, indem ein Laser mit derartiger Strahlqualität verwendet wird.
Der Laserstrahl 1, der von einer derartigen Festkörperlaserquelle 12 emittiert wird, fällt in das Strahlformungsoptiksystem 13 ein.
Das Strahlformungsoptiksystem 13 enthält eine Strahlaufweitungseinrichtung 14, die den Laserstrahl 1 von der Festkörperlaserquelle 12 in der großen axialen Richtung und der kleinen axialen Richtung aufweitet, eine Hauptachsenrichtungs-Homogenisierungseinrichtung 19, die den einfallenden Laserstrahl 1 auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 in der großen axialen Richtung des rechteckigen Strahls konzentriert, und eine Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung 25, die den einfallenden Laserstrahl 1 auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls konzentriert.
Die Strahlaufweitungseinrichtung 14, die als ein Konfigurationsbeispiel gezeigt wird, enthält eine konvexe Kugellinse 15, eine Nebenachsen-Zylinderlinse 16, die den Laser in der kleinen axialen Richtung aufweitet, und eine Hauptachsen-Zylinderlinse 17, die den Laser in der großen axialen Richtung aufweitet. Bei der derart konstruierten Strahlaufweitungseinrichtung 14 können Aufweitungsverhältnisse der großen axialen Richtung und kleinen axialen Richtung getrennt eingestellt werden. Darüber hinaus kann die Strahlaufweitungseinrichtung 14 eine andere geeignete Konfiguration, wie zum Beispiel eine Kombination aus einer konkaven Kugellinse und einer konvexen Kugellinse, aufweisen.
Wie in 1A gezeigt, enthält die Hauptachsen-Homogenisierungseinrichtung 19 eine Vielzahl von Hauptachsen-Zylinderlinsenfeldern 20a und 20b, die den einfallenden Laserstrahl 1 in eine Vielzahl von Strahlen in der großen axialen Richtung teilen, und eine Hauptachsen-Kondensorlinse 22, die die Vielzahl von Strahlen, in die der Laserstrahl 1 in der großen axialen Richtung geteilt wird, auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 in der großen axialen Richtung konzentriert. Bei dieser Ausführung sind zwei Hauptachsen-Zylinderlinsenfelder 20a und 20b mit einem Abstand in der Richtung der optischen Achse angeordnet.
Die Hauptachsen-Homogenisierungseinrichtung 19 ist derart konstruiert, dass der Laserstrahl 1, der von der Strahlaufweitungseinrichtung 14 aufgeweitet worden ist, durch die Hauptachsen-Zylinderlinsenfelder 20a und 20b in der großen axialen Richtung in die Vielzahl von Strahlen geteilt wird. Der Laserstrahl 1, der durch die Hauptachsen-Zylinderlinsenfelder 20a und 20b geteilt worden ist, wird durch die Hauptachsen-Kondensorlinse 22 als ein länglicher rechteckiger Strahl auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 auf dem Substrat 2 in der großen axialen Richtung abgebildet. Darüber hinaus ist ein reflektierender Spiegel 23 zwischen der Hauptachsen-Kondensorlinse 22 und dem Substrat 2 eingefügt, um Licht, das von der Hauptachsen-Kondensorlinse 22 kommt, zu dem Substrat 2 hin zu reflektieren.
Die Länge der großen axialen Richtung des rechteckigen Strahls, mit dem das Substrat 2 bestrahlt wird, kann zum Beispiel mehrere zehn Millimeter betragen. Ein Energieprofil der großen axialen Richtung des rechteckigen Strahls, der von der Hauptachsen- Homogenisierungseinrichtung 19 geformt wird, wird abgeglichen, um den rechteckigen Strahl von einer Gauß-Form zu einer Rechteckform zu ändern.
Die Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung 25 enthält eine Nebenachsen-Kondensorlinse 29, die den einfallenden Laserstrahl 1 in der kleinen axialen Richtung konzentriert, und eine Projektionslinse 30, die Licht, das von der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 kommt, auf die Fläche des Halbleiterfilms 3 projiziert. Bei dieser Ausführung enthält die Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung 25 des Weiteren zwei Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b zum Teilen des einfallenden Lichts in eine Vielzahl von Strahlen in der kleinen axialen Richtung, die sich an einer in der Richtung der optischen Achse vorgeordneten Seite der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 befinden und die in einem Abstand in der Richtung der optischen Achse angeordnet sind.
Die Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung 25 ist derart konstruiert, dass der Laserstrahl 1, der von der Strahlaufweitungseinrichtung 14 aufgeweitet worden ist, durch die Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b in der kleinen axialen Richtung in die Vielzahl von Strahlen geteilt wird. Der Laserstrahl 1, der durch die Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b geteilt worden ist, wird durch die Nebenachsen-Kondensorlinse 29 in der kleinen axialen Richtung konzentriert und wird auf einer Primärabbildungsebene S abgebildet und fällt dann durch die Projektionslinse 30 ein. Ein Bild auf der Primärabbildungsebene S wird durch die Projektionslinse 30 auf die Fläche des Halbleiterfilms 3 auf dem Substrat 2 in der kleinen axialen Richtung verkleinerungsprojiziert. Zusätzlich wird der Laserstrahl 1 von der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 durch den reflektierenden Spiegel 23 zu dem Substrat 2 hin reflektiert.
Die Länge der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls, mit dem das Substrat 2 bestrahlt wird, kann zum Beispiel mehrere zehn Mikrometer betragen. Ein Energieprofil der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls, der von der Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung 25 geformt wird, wird abgeglichen, um den rechteckigen Strahl von einer Gauß-Form zu einer Rechteckform zu ändern.
Wie in 1B gezeigt, enthält die Laserglühvorrichtung 10 des Weiteren eine Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31, einen Linsenbewegungsmechanismus 32 und eine Steuereinrichtung 34.
Die Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 erfasst eine Positionsabweichung einer vertikalen Richtung des Halbleiterfilms 3 in einem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms 3. Folglich kann durch die Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 die Positionsabweichung der Fläche des Halbleiterfilms 3 erfasst werden, die durch einen mechanischen Fehler einer Substratübertragungsvorrichtung und einen Bearbeitungsfehler einer Substratfläche verursacht wird.
Die Anzahl von Positionsabweichungerfassungseinrichtungen 31 kann eins oder mehr betragen. In einem Fall einer einzelnen Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 kann sie eine Abweichung einer mittigen Position der großen axialen Richtung des rechteckigen Strahls in dem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms 3 erfassen und den erfassten Wert als repräsentative Positionsabweichung einstellen. In einem Fall einer Vielzahl von Positionsabweichungerfassungseinrichtungen 31 können diese eine Positionsabweichung einer Vielzahl von Punkten der großen axialen Richtung des rechteckigen Strahls in dem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms 3 erfassen und ein Mittel der erfassten Werte als Positionsabweichung einstellen.
Die Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 ist vorzugsweise ein kontaktloser Verschiebungssensor. Unter Verwendung eines derartigen kontaktlosen Verschiebungssensors kann eine Positionsabweichung des Halbleiterfilms 3 mit hoher Genauigkeit in Echtzeit erfasst werden. Bei dieser Ausführung wird der kontaktlose Verschiebungssensor als ein Laser-Verschiebungssensor gezeigt, er kann aber ein Wirbelstrom-Verschiebungssensor, ein Ultraschallwellen-Verschiebungssensor usw. sein.
Der Linsenbewegungsmechanismus 32 dient dazu, die Nebenachsen-Kondensorlinse 29 in der Richtung der optischen Achse zu bewegen. Die Steuereinrichtung 34 weist einen Bewegungsmechanismussteuerteil 35 auf, um den Linsenbewegungsmechanismus 32 auf Basis eines erfassten Wertes von der Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 zu steuern.
Wenn die Nebenachsen-Kondensorlinse 29 in der Richtung der optischen Achse bewegt wird, wird eine Position der Primärbildebene S in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Bewegung der Linse 29 entsprechend in der Richtung der optischen Achse bewegt. Darüber hinaus wird ein Projektionspunkt (Fokusposition) durch die Projektionslinse 30 in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Bewegung der Position der Primärabbildungsebene S bewegt.
Folglich kann durch Erfassen der Positionsabweichung der vertikalen Richtung des Halbleiterfilms 3 in dem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms 3 mittels der Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 und Bewegen der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 in der Richtung der optischen Achse mittels des Bewegungsmechanismussteuerteils 35 auf der Basis eines erfassten Wertes eine Fokusposition der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 selbst dann eingestellt werden, wenn Positionsabweichung des Halbleiterfilms 3 auf Grund eines mechanischen Fehlers einer Substratübertragungsvorrichtung usw. auftritt. Auf diese Weise kann durch Steuern des Ansteuerns des Linsenbewegungsmechanismus 32 über eine Rückkopplungsregelung eine Korrektur der Fokusposition der kleinen axialen Richtung durch eine automatische Steuerung verwirklicht werden.
Die 2A und 2B zeigen Ansichten, die eine Beziehung zwischen dem Ausmaß der Abweichung eines laserbestrahlten Abschnitts (Bearbeitungsfläche) und dem Ausmaß der Bewegung der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 zeigen. 2A zeigt einen Fall, bei dem Brennweiten der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 und der Projektionslinse 30 650 mm bzw. 300 mm betragen, und 2B zeigt einen Fall, bei dem Brennweiten der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 und der Projektionslinse 30 750 mm bzw. 300 mm betragen.
In 2A kann, wenn ein laserbestrahlter Abschnitt um ±0,5 mm verändert wird, durch Bewegen der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 um ±30 mm die Fokusposition der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 eingestellt werden.
In 2B kann, wenn ein laserbestrahlter Abschnitt um ±0,5 mm verändert wird, durch Bewegen der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 um ±40 mm die Fokusposition der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 eingestellt werden.
Auf diese Weise ist das Ausmaß der Korrektur der Position der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 in Bezug auf das Ausmaß von Positionsabweichung eines Maßes von Mikrometern des Halbleiterfilms 3 ein Maß von mm.
Die Nebenachsen-Kondensorlinse 29, die zur Korrektur der Fokusposition bewegt wird, ist der Projektionslinse 30 vorgeordnet in der Richtung der optischen Achse angeordnet und ist kleiner und leichter als die Projektionslinse 30.
Folglich kann nach dieser Ausführung, da die Position der kleinen und leichten Nebenachsen-Kondensorlinse 29 mit einer Genauigkeit eines Maßes von mm korrigiert werden kann, leicht eine Korrektur der Fokusposition durchgeführt werden.
[Zweite Ausführung]
Die 3A und 3B sind schematische Konfigurationsansichten einer Laserglühvorrichtung 10 nach einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die Laserglühvorrichtung 10 dieser Ausführung enthält einen Abstandseinstellungsmechanismus 37 zum Einstellen von Abständen zwischen einer Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern 26a und 26b. Bei dieser Ausführung kann durch Bewegen des Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldes 26a auf einer vorgeordneten Seite der Richtung der optischen Achse in der Richtung der optischen Achse ein Abstand zwischen zwei Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern 26a und 26b eingestellt werden. Alternativ kann dieser Abstand durch Bewegen des Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldes 26b auf einer nachgeordneten Seite der Richtung der optischen Achse oder beider der zwei Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b in der Richtung der optischen Achse eingestellt werden. Eine Steuereinrichtung 34 weist einen Einstellungsmechanismussteuerteil 36 auf, um den Abstandseinstellungsmechanismus 37 auf Basis eines erfass ten Wertes von der Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 zu steuern. Andere Abschnitte sind die gleichen wie bei der ersten Ausführung.
Die 4A und 4B sind Ansichten, die eine Beziehung zwischen dem Ausmaß der Abweichung eines laserbestrahlten Abschnitts (Bearbeitungsfläche) und einem Änderungsverhältnis einer Größe eines Bildes in dem laserbestrahlten Abschnitt zeigen, wenn Abstände zwischen einer Vielzahl von Zylinderlinsenfeldern so eingestellt werden, dass sie konstant sind. 4A zeigt einen Fall, bei dem Brennweiten der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 und der Projektionslinse 30 650 mm bzw. 300 mm betragen, und 4B zeigt einen Fall, bei dem Brennweiten der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 und der Projektionslinse 30 750 mm bzw. 300 mm betragen.
In 4A oder 4B beträgt, wenn ein laserbestrahlter Abschnitt um ±0,5 mm verändert wird, ein Änderungsverhältnis einer Größe eines Bildes weniger als 1,5%.
Ein Faktor zum Bestimmen einer Größe D eines Bildes auf einer Primärbildebene des Laserstrahls 1, der die Nebenachsen-Kondensorlinse 29 durchlaufen hat, enthält eine kombinierte Brennweite f₀ der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern 26a und 26b, die auf einer vorgeordneten Seite angeordnet sind. Im Besonderen wird die Größe D des Bildes auf der Primärbildebene durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. In der Gleichung (1) steht w für die Breite der kleinen axialen Richtung von jedem der Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b und f₁ steht für eine Brennweite der Nebenachsen-Kondensorlinse 29. D = w·(f1/f0) (1)
Zusätzlich enthält ein Faktor zum Bestimmen der kombinierten Brennweite f₀ der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern 26a und 26b einen Abstand d der Richtung der optischen Achse zwischen den Linsenfeldern. Im Besonderen wird die kombinierte Brennweite f₀ durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt. In der Gleichung (2) steht f₀' für eine Brennweite von jedem der Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b. f0 = (f0' × f0')/(2f0' – d) (2)
Folglich kann durch Ändern des Abstandes zwischen der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern die Größe des Bildes der Primärabbildungsebene des Laserstrahls 1, der die Nebenachsen-Kondensorlinse 29 durchlaufen hat, eingestellt werden, wobei dies zum Einstellen einer Strahlgröße an einer Fokusposition der kleinen axialen Richtung führen kann.
Folglich kann nach dieser Ausführung durch Erfassen der Positionsabweichung der vertikalen Richtung des Halbleiterfilms 3 in dem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms 3 mittels der Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31 und Steuern des Abstandseinstellungsmechanismus 37 mittels des Einstellungsmechanismussteuerteils 36 auf der Basis eines erfassten Wertes zum Bewegen der Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a, 26b in der Richtung der optischen Achse, um dadurch den Abstand zwischen den Zylinderlinsenfeldern einzustellen und folglich die Strahlgröße an der Fokusposition der kleinen axialen Richtung einzustellen, der Halbleiterfilm 3 selbst dann, wenn Positionsabweichung des laserbestrahlten Abschnitts auf dem Halbleiterfilm 3 auftritt, mit Strahlen mit der gleichen Größe in der kleinen axialen Richtung bestrahlt werden. Auf diese Weise kann durch Steuern des Ansteuerns des Abstandseinstellungsmechanismus 37 über eine Rückkopplungsregelung, ein Einstellen einer Größe eines Bildes an der Fokusposition der kleinen axialen Richtung durch eine automatische Steuerung verwirklicht werden.
[Dritte Ausführung]
Die 5A und 5B sind schematische Konfigurationsansichten einer Laserglühvorrichtung 10 nach einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Diese Ausführung ist nicht mit den Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern 26a und 26b versehen, die bei der ersten Ausführung gezeigt werden. Andere Abschnitte sind die gleichen wie bei der ersten Ausführung.
Folglich kann bei dieser Ausführung, auch wenn ein Energieprofil der kleinen axialen Richtung eine Gauß-Form aufweist, durch Bewegen der Nebenachsen-Kondensorlinse 29 in der Richtung der optischen Achse auf Basis eines erfassten Wertes von der Positionsabweichungerfassungseinrichtung 31, wie bei der ersten Ausführung, die Fokusposition der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf der Fläche des Halbleiterfilms 3 eingestellt werden.
[Andere Ausführung 1]
Bei den vorgenannten Ausführungen ist zu bevorzugen, dass das Strahlformungsoptiksystem ein Interferenzverringerungsoptiksystem zum Verringern von Interferenz des Laserstrahls aufweist. Die 6A und 6B zeigen Beispiele für die Konfiguration eines derartigen Interferenzverringerungsoptiksystems. Das Interferenzverringerungsoptiksystem enthält ein Hauptachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 18 zum Verringern von Interferenz der großen axialen Richtung des Laserstrahls von 6A und ein Nebenachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 24 zum Verringern von Interferenz der kleinen axialen Richtung von 6B.
Das Hauptachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 18 ist, wie in 6A gezeigt, auf einer vorgeordneten Seite der Richtung der optischen Achse der Hauptachsen-Zylinderlinsenfelder 20a und 20b angeordnet. Das Hauptachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 18 enthält eine Vielzahl transparenter Glasplatten 18a. Jede transparente Glasplatte weist die gleiche Breite auf wie die von jeder der Zylinderlinsen, die die Hauptachsen-Zylinderlinsenfelder 20a und 20b bilden. Die transparenten Glasplatten 18a weisen jeweilige Längen der Richtung der optischen Achse auf, die sich voneinander um eine vorgegebene Länge unterscheiden, die größer ist als eine kohärente Länge des Laserstrahls 1, und sind in der großen axialen Richtung angeordnet. Da Strahlengänge der Laserstrahlen 1, die die transparenten Glasplatten 18a durchlaufen haben, um eine Glaslänge durch das Hauptachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 18 lang werden, weisen die Laserstrahlen 1 jeweilige Strahlengangunterschiede von Distanzen auf, die länger sind als die kohärente Länge, wobei dadurch eine Wirkung von Kohärenz gemildert wird und somit keine Interferenz miteinander vorhanden ist.
Das Nebenachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 24 ist, wie in 6B gezeigt, auf einer vorgeordneten Seite der Richtung der optischen Achse der Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b angeordnet. Das Nebenachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 24 enthält eine Vielzahl transparenter Glasplatten 24a. Jede transparente Glasplatte 24a weist die gleiche Breite auf wie die von jeder der Zylinderlinsen, die die Nebenachsen-Zylinderlinsenfelder 26a und 26b bilden. Die transparenten Glasplatten 24a weisen jeweilige Längen der Richtung der optischen Achse auf, die sich voneinander um eine vorgegebene Länge unterscheiden, die größer ist als eine kohärente Länge des Laserstrahls 1, und sind in der kleinen axialen Richtung angeordnet. Da Strahlengänge der Laserstrahlen 1, die die transparenten Glasplatten 24a durchlaufen haben, um eine Glaslänge durch das Nebenachsen-Interferenzverringerungsoptiksystem 24 lang werden, weisen die Laserstrahlen 1 jeweilige Strahlengangunterschiede von Distanzen auf, die länger sind als die kohärente Länge, wobei dadurch eine Wirkung von Kohärenz gemildert wird und somit keine Interferenz miteinander vorhanden ist.
Zusätzlich kann das Interferenzverringerungsoptiksystem durch eine Depolarisationsvorrichtung konfiguriert sein, die eine Funktion zum Umwandeln durchlaufenden Lichts zu regellos polarisiertem Licht aufweist, oder kann andere Konfigurationen einsetzen, die auf dem Gebiet bekannt sind. Zum Beispiel kann das Interferenzverringerungsoptiksystem eine Konfiguration, die in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2002-321081 offengelegt wird, oder eine Konfiguration, die in 4 der japanischen ungeprüften Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-341299 offengelegt wird, einsetzen.
[Andere Ausführung 2]
Bei den oben beschriebenen Ausführungen ist zu bevorzugen, dass sie des Weiteren eine Vielzahl von Festkörperlaserquellen 12 und eine Einrichtung zum zeitlichen und/oder räumlichen Kombinieren von Laserstrahlen von der Vielzahl von Festkörperlaserquellen 12 enthalten. Eine derartige Kombinierungseinrichtung kann durch eine Kombination aus einem reflektierenden Spiegel und einem polarisierenden Strahlenteiler konfiguriert sein.
Auf diese Weise kann durch Kombinieren der Vielzahl von Laserstrahlen eine Impulsfrequenz des kombinierten Laserstrahls auf ein Mehrfaches erhöht werden, wenn sie zeitlich kombiniert werden (mit voneinander abweichenden Impulsperioden), und die Energiedichte des kombinierten Laserstrahls kann auf ein Mehrfaches erhöht werden, wenn sie räumlich kombiniert werden (mit miteinander übereinstimmenden Impulsperio den). Folglich kann eine Abtastgeschwindigkeit von Strahlen erhöht werden, wobei dies zu einem Erhöhen einer Glühgeschwindigkeit führen kann. Darüber hinaus kann für drei oder mehr Laserstrahlen eine Mischung aus zeitlichem Kombinieren und räumlichem Kombinieren verwendet werden.
[Andere Ausführung 3]
Bei den oben beschriebenen Ausführungen ist zu bevorzugen, dass sie des Weiteren eine Kammer, die ein Substrat einstellt, auf dem ein Halbleiterfilm ausgebildet ist, und die zum Erzeugen einer Vakuum- oder Inertgasatmosphäre dem Einstellungsraum des Substrats verwendet wird, oder eine Inertgaszuführungseinrichtung enthält, um Inertgas lediglich einem begrenzten Bereich eines laserbestrahlten Abschnitts des Substrats und seinem Umfangsabschnitt zuzuführen. Ein Beispiel für die Konfiguration der Kammer und der Inertgaszuführungseinrichtung wird in den 7A und 7B gezeigt.
Eine Kammer 40, die in 7A gezeigt wird, enthält einen Substrattisch 5 zum Tragen eines Substrats 2 und ist derart eingerichtet, dass eine innere Atmosphäre der Kammer 40 eine Vakuum- oder Inertgasatmosphäre ist. Der Substrattisch 5 ist eingerichtet, um in einer kleinen axialen Richtung beweglich zu sein, um das Substrat 2 mit dem Laserstrahl 1 abzutasten, der zu einem rechteckigen Strahl geformt ist. Der Laserstrahl 1 wird durch ein in der Kammer 40 vorhandenes Transmissionsfenster 41 hindurch auf das Substrat 2 abgestrahlt.
Die in 7B gezeigte Inertgaszuführungseinrichtung 43 enthält einen parallel gerichteten Körper 46, der eine Unterseite 44 aufweist, die auf enge Weise parallel zu dem Substrat 2 gerichtet ist und einen Strömungsweg von Inertgas 47 zwischen der Unterseite 44 und dem Substrat 2 ausbildet und ein Transmissionsfenster 45 aufweist, durch das hindurch der Laserstrahl 1 übertragen wird, und eine Gasausstoßeinrichtung 48, die das Inertgas 47, das eine in einer großen axialen Strahlrichtung abgeglichene Strömungsrate aufweist, auf eine Fläche des Substrats 2 an einer Position mit einem vorgegebenen Abstand zu einem mit einem Laserstrahl 1 bestrahlten Abschnitt in einer kleinen axialen Strahlrichtung ausstößt.
Beim Laserglühen treten, wenn ein Halbleiterfilm auf dem Substrat 2 mit dem Laserstrahl 1 bestrahlt wird, falls ein laserstrahlbestrahlter Abschnitt mit Luft in Kontakt kommt, insofern Probleme auf, als Ungleichmäßigkeit oder ein Oxidfilm auf einer Fläche des Substrats ausgebildet werden oder Kristallkörner, die bei einem Kristallisationsprozess erzeugt werden, klein werden.
Die oben konstruierte Kammer 40 oder die inertgaszuführungseinrichtung 43 können verhindern, dass der laserstrahlbestrahlte Abschnitt mit der Luft in Kontakt kommt, wodurch die vorgenannten verschiedenen Probleme vermieden werden. Darüber hinaus ist die Inertgaszuführungseinrichtung 43 nicht auf die in 7B gezeigte Konfiguration beschränkt, sondern kann andere Konfigurationen aufweisen, solange diese eine Funktion aufweisen können, Inertgas lediglich einem begrenzten Bereich eines laserbestrahlten Abschnitts des Substrats 2 und seinem Umfangsabschnitt zuzuführen. Zum Beispiel setzt die Inertgaszuführungseinrichtung 43 eine Konfiguration ein, die in 2 oder 4 des japanischen Patents Nr. 3502981 gezeigt wird.
Auch wenn bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben und gezeigt wurden, wurden die offengelegten Ausführungen für den Zweck der Darstellung bereitgestellt, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die offengelegten Ausführungen beschränkt ist. Der Umfang der Erfindung ist so definiert, wie in den angehängten Ansprüchen dargelegt, und soll alle Modifizierungen, Änderungen und Umänderungen einschließen, die in die angehängten Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 3204307 [0008]
- JP 2000-338447 [0008]
- JP 3191702 [0008]
- JP 11-58053 [0008]
- JP 11-23952 [0008]
- JP 2835924 [0008]
- JP 2002-321081 [0073]
- JP 2004-341299 [0073]
- JP 3502981 [0080]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- K. Nishida et al., „Performance of Polycrystallization with High Power Solid Green Laser”, AM-FPD 2006 [0008]
- OKAMOTO Tatsuki et al., „Development of Green Laser Annealing Optical System for Low-Temperature Polysilicon”, RTM-05-28 [0008]

Claims

Laserglühverfahren zum Formen eines Impulslaserstrahls, der von einer Festkörperlaserquelle emittiert wird, Konzentrieren des geformten Laserstrahls als einen rechteckigen Strahl auf einer Fläche eines Halbleiterfilms, relativen Abtasten des Halbleiterfilms mit dem rechteckigen Strahl in einer kleinen axialen Richtung und dadurch Kristallisieren des Halbleiterfilms mit Laserbestrahlung, wobei das Laserglühverfahren umfasst: Projizieren des Laserstrahls in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf die Fläche des Halbleiterfilms unter Verwendung einer Nebenachsen-Kondensorlinse, um einfallendes Licht in der kleinen axialen Richtung zu konzentrieren, und einer Projektionslinse, um Licht, das von der Nebenachsen-Kondensorlinse kommt, auf die Fläche des Halbleiterfilms zu projizieren, und Erfassen einer Positionsabweichung in einer vertikalen Richtung des Halbleiterfilms in einem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms und Bewegen der Nebenachsen-Kondensorlinse in einer Richtung der optischen Achse auf Basis eines Wertes der Erfassung.
Laserglühverfahren nach Anspruch 1, wobei eine Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern, die einfallendes Licht in eine Vielzahl von Strahlen in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls teilen, in Abständen in der Richtung der optischen Achse an Positionen einer in der Richtung der optischen Achse vorgeordneten Seite der Nebenachsen-Kondensorlinse angeordnet sind, und wobei ein Abstand zwischen der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern auf Basis eines Wertes der Erfassung der Positionsabweichung eingestellt wird.
Laserglühvorrichtung, enthaltend eine Festkörperlaserquelle, die einen Impulslaserstrahl emittiert, ein Strahlformungsoptiksystem, das den Laserstrahl von der Festkörperlaserquelle formt und den geformten Laserstrahl als einen rechteckigen Strahl auf einer Fläche eines Halbleiterfilms konzentriert, und eine Abtasteinrichtung, die den Halbleiterfilm mit dem rechteckigen Strahl relativ in einer kleinen axialen Richtung abtastet, um den Halbleiterfilm mit Laserbestrahlung zu kristallisieren, wobei das Strahlformungsoptiksystem eine Hauptachsen-Homogenisierungseinrichtung und eine Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung enthält, die einen einfallenden Laserstrahl in einer großen axialen Richtung bzw. einer kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls auf die Fläche des Halbleiterfilms projizieren, und wobei die Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung eine Nebenachsen-Kondensorlinse, die einfallendes Licht in der kleinen axialen Richtung konzentriert, und eine Projektionslinse enthält, die Licht, das von der Nebenachsen-Kondensorlinse kommt, auf die Fläche des Halbleiterfilms projiziert, wobei die Laserglühvorrichtung des Weiteren eine Positionsabweichungserfassungseinrichtung, die eine Positionsabweichung einer vertikalen Richtung des Halbleiterfilms in einem laserbestrahlten Abschnitt des Halbleiterfilms erfasst, und einen Linsenbewegungsmechanismus umfasst, der die Nebenachsen-Kondensorlinse in einer Richtung der optischen Achse bewegt.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Nebenachsen-Homogenisierungseinrichtung eine Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern enthält, die einfallendes Licht in eine Vielzahl von Strahlen in der kleinen axialen Richtung des rechteckigen Strahls teilen und an Positionen einer in der Richtung der optischen Achse vorgeordneten Seite der Nebenachsen-Kondensorlinse angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern in Abständen in der Richtung der optischen Achse angeordnet sind, wobei die Laserglühvorrichtung des Weiteren einen Abstandseinstellungsmechanismus umfasst, der einen Abstand zwischen der Vielzahl von Nebenachsen-Zylinderlinsenfeldern einstellt.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, des Weiteren einen Bewegungsmechanismussteuerteil umfassend, der den Linsenbewegungsmechanismus auf Basis eines erfassten Wertes von der Positionsabweichungserfassungseinrichtung steuert.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, des Weiteren einen Einstellungsmechanismussteuerteil umfassend, der den Abstandseinstellungsmechanismus auf Basis des erfassten Wertes von der Positionsabweichungserfassungseinrichtung steuert.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Strahlqualität der Festkörperlaserquelle in Bezug auf einen M²-Wert mehr als 20 beträgt.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Strahlformungsoptiksystem ein Interferenzverringerungsoptiksystem enthält, das Interferenz des Laserstrahls verringert.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Laserstrahl, der von der Festkörperlaserquelle emittiert wird, ein Gauß-förmiges Energieprofil aufweist.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der rechteckige Strahl ein Gauß-förmiges Energieprofil in der kleinen axialen Richtung aufweist.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Positionsabweichungserfassungseinrichtung ein kontaktloser Verschiebungssensor ist.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, eine Vielzahl von Festkörperlaserquellen umfassend und des Weiteren umfassend eine Einrichtung zum zeitlichen und/oder räumlichen Kombinieren von Laserstrahlen von der Vielzahl von Festkörperlaserquellen.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend eine Kammer, die ein Substrat, das darauf ausgebildet ist, mit dem Halbleiterfilm besetzt und die eine Vakuum- oder Inertgasatmosphäre aufweist, oder eine Inertgaszuführungseinrichtung, um Inertgas lediglich einem begrenzten Bereich eines laserbestrahlten Abschnitts des Halbleiterfilms und seinem Umfangsabschnitt zuzuführen.
Laserglühvorrichtung nach Anspruch 3, des Weiteren umfassend einen Substrattisch, auf dem ein Substrat, auf dem der Halbleiterfilm ausgebildet ist, platziert wird, wobei der Substrattisch auf eine Temperatur erwärmt wird, die einen Schmelzpunkt des Substrats nicht übersteigt.