TW201421548A - 結晶質半導體的製造方法及結晶質半導體的製造裝置 - Google Patents

結晶質半導體的製造方法及結晶質半導體的製造裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供可將非晶質半導體更均勻地結晶化的結晶質半導體的製造方法以及結晶質半導體的製造裝置。本發明的結晶質半導體的製造裝置包括：多個脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3，及將多個脈衝雷射光導引至非晶質半導體的光學系統12，各脈衝雷射光在時間性強度變化中的1脈衝中至少具有第1個波峰群、及之後出現的第2個波峰群，且第1個波峰群中的最大波峰強度為1脈衝中的最大高度，將第1個波峰群的最大波峰強度a與第2個波峰群的最大波峰強度b之比b/a設為最大波峰強度比，將成為基準的最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，使多個脈衝雷射光的最大波峰強度比相對於基準最大波峰強度比之差為4%以下。

Description

結晶質半導體的製造方法及結晶質半導體的製 造裝置
本發明是有關於一種將脈衝雷射光照射至非晶質半導體而結晶化從而獲得結晶質半導體的結晶質半導體的製造方法以及結晶質半導體的製造裝置。
液晶顯示器或有機電致發光(Electro-Luminescence，EL)顯示器的畫素開關或驅動電路中使用的薄膜電晶體中，作為低溫製程的製造方法的一環，包含使用雷射光而獲得結晶質半導體的步驟。該步驟對在基板上成膜的非單晶半導體膜照射雷射光而局部地進行加熱，在其冷卻過程中將半導體薄膜結晶化為多晶或單晶。結晶化的半導體薄膜因載子的移動度增高，故可使薄膜電晶體高性能化。
上述雷射光的照射中，必須以半導體薄膜進行均質的處理，一般而言，進行使照射至非晶質膜的脈衝雷射光的能量密度為固定的控制。
例如，專利文獻1中提出有如下的雷射照射裝置，即， 藉由將脈衝雷射光的最大波峰高度維持為固定，而可進行優質的結晶化。
而且，專利文獻2中，提出有如下的雷射照射裝置，即，利用將自雷射光源輸出的多個雷射光束結合並加以捆束的方法，對多個雷射光束的動作時序(timing)進行控制而製作脈衝波形。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利3293136號公報
[專利文獻2]日本專利特開2002-176006號公報
在利用準分子氣體等氣體作為上述脈衝雷射光源時，根據放電方式使雷射光振盪。此時，在第一次藉由高電壓進行的放電後，因殘留電壓而產生多個放電，結果，產生具有多個波峰群的雷射光。在使用自此種脈衝雷射光源輸出的多個脈衝雷射光的情況下，即便在因波峰形狀的差異，而以相同的能量密度將脈衝雷射光照射至被照射物時，亦會出現雷射光照射的結果不同的情況。
而且，現有的雷射照射裝置中，一般而言，成為利用能量監視器(monitor)對雷射光的輸出進行控制的構成，可使雷射光的能量密度維持為相同而使其動作。然而，在脈衝雷射光源中，即便將能量密度維持為固定，亦會因氣體混合比的變化等而波峰形狀經時地發生變化。因此，在藉由雷射光的照射而將非晶質半導體結晶化的情況下，存在結晶化作用發生變化，而難以獲得優 質且同等的結晶的問題。
本發明以上述情況為背景而完成，其目的在於提供可使非晶質半導體更均勻地結晶化的結晶質半導體的製造方法以及結晶質半導體的製造裝置。
亦即，本發明的結晶質半導體的製造方法中，第1本發明是一種結晶質半導體的製造方法，將由不同路徑波導的多個脈衝雷射光照射至非晶質半導體而將上述非晶質半導體結晶化，上述結晶質半導體的製造方法的特徵在於：上述多個脈衝雷射光在時間性強度變化中的1脈衝中，至少具有第1個波峰群、及之後出現的第2個波峰群，且上述第1個波峰群中的最大波峰強度為上述1脈衝中的最大高度，將上述第1個波峰群的上述最大波峰強度a與上述第2個波峰群的最大波峰強度b之比b/a設為最大波峰強度比，將成為基準的上述最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，使上述多個脈衝雷射光的上述最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下。
第2本發明的結晶質半導體的製造方法的特徵在於，在上述第1本發明中，上述多個脈衝雷射光以彼此不同的脈衝發生時序在上述非晶質半導體上照射。
第3本發明的結晶質半導體的製造方法的特徵在於，在上述第1本發明或第2本發明中，上述多個脈衝雷射光自多個雷 射光源輸出。
第4本發明的結晶質半導體的製造方法的特徵在於，在上述第1本發明至第3本發明中的任一本發明中，上述多個脈衝雷射光以相同的能量密度照射至上述非晶質半導體上。
第5本發明的結晶質半導體的製造方法的特徵在於，在上述第1本發明至第4本發明中的任一本發明中，上述多個脈衝雷射光中的上述最大波峰強度比處於預先設定的規定範圍內。
第6本發明的結晶質半導體的製造方法的特徵在於，在上述第1本發明至第5本發明中的任一本發明中，上述基準最大波峰強度比是上述多個脈衝雷射光中的一個脈衝雷射光的最大波峰強度比。
第7本發明的結晶質半導體的製造方法的特徵在於，在上述第1本發明至第6本發明中的任一本發明中，上述多個脈衝雷射光是在各脈衝雷射光的任一個中，將一個上述脈衝雷射光的最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，使另一上述脈衝雷射光的最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下。
第8本發明的結晶質半導體的製造方法的特徵在於，在上述第1本發明至第7本發明中的任一本發明中，上述非晶質半導體為形成於基板上的非晶矽薄膜。
第9本發明的結晶質半導體的製造裝置的特徵在於包括：1個或2個以上的雷射光源；以及 光學系統，將多個脈衝雷射光導引至非晶質半導體，上述脈衝雷射光自上述雷射光源輸出，在時間性強度變化中的1脈衝中，至少具有第1個波峰群、及之後出現的第2個波峰群，上述第1個波峰群中的最大波峰強度為上述1脈衝中的最大高度，且由不同路徑波導，上述多個脈衝雷射光以如下方式進行設定，即，在各個脈衝雷射光中將上述第1個波峰群的上述最大波峰強度a與上述第2個波峰群的最大波峰強度b之比b/a設為最大波峰強度比，將成為基準的上述最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，且使上述最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下。
第10本發明的結晶質半導體的製造裝置的特徵在於，在上述第9本發明中，上述多個脈衝雷射光具有不同的脈衝發生時序而照射至上述非晶質半導體。
第11本發明的結晶質半導體的製造裝置的特徵在於，在上述第9本發明或第10本發明中，上述不同的脈衝發生時序由上述雷射光源或/及上述光學系統賦予。
第11本發明的結晶質半導體的製造裝置的特徵在於，在上述第9本發明至第11本發明中的任一本發明中，包括波峰強度比調整部，上述波峰強度比調整部對自上述雷射光源輸出的上述最大波峰強度比進行調整。
第13本發明的結晶質半導體的製造裝置的特徵在於，在上述第9本發明至第12本發明中的任一本發明中，包括能量密 度設定部，上述能量密度設定部為了以相同的能量密度將上述多個脈衝雷射光照射至上述非晶質半導體而設定上述能量密度。
第14本發明的結晶質半導體的製造裝置的特徵在於，在上述第9本發明至第13本發明中的任一本發明中，包括掃描裝置，上述掃描裝置將上述多個脈衝雷射光相對於上述非晶質半導體相對地進行掃描並照射。
本發明中，在將沿不同路徑波導的多個脈衝雷射光照射至非晶質半導體而將上述非晶質半導體結晶化時，各脈衝雷射光在時間性強度變化中的1脈衝中，具有包含第1個波峰群、及之後出現的第2個波峰群的多個波峰群，第1個波峰群中的最大波峰強度為1脈衝中的最大高度。另外，作為本發明，1脈衝中可出現3個以上波峰群。
脈衝雷射光中的波峰群是指1脈衝中時間上接近地出現的一個或多個波峰集合而成的波峰群，一脈衝中至少出現兩個波峰群。波峰群之間存在能量強度的極小值。
多個脈衝雷射光可自多個雷射光源輸出而成，亦可自1個雷射光源輸出並分波而成，且亦可組合該些而成。波導多個脈衝雷射光的路徑包含光源、光學系統且至少一部分不同即可，且不排除具有共用路徑的情況。
若2nd/1st(第二/第一)最大波峰強度比不同，則對於非晶質半導體的結晶化而言最佳的照射能量密度不同，已藉由本申請案發明者等人的研究而明確。
圖6~圖8表示多晶矽薄膜的不均監視器的照片(對比度的加強處理)，該多晶矽薄膜是藉由2nd/1st最大波峰強度比為18.2%、23.0%、以及26.2%的情況下的各自不同的能量密度的脈衝雷射光的照射，將非晶矽薄膜結晶化而所得。據此可確認最佳的能量密度相差很大。
如圖6所示，在2nd/1st最大波峰強度比為18.2%的情況下，在照射能量密度430mJ/cm2、440mJ/cm2、以及450mJ/cm2中的440mJ/cm2下獲得不均最少的多晶矽薄膜表面，從而可知440mJ/cm2為最佳的照射能量密度。
而且，如圖7所示，在2nd/1st最大波峰強度比為23.0%的情況下，在照射能量密度440mJ/cm2、450mJ/cm2、以及460mJ/cm2中的450mJ/cm2下獲得不均最少的多晶矽薄膜表面，從而可知450mJ/cm2為最佳的照射能量密度。
進而，如圖8所示，在2nd/1st最大波峰強度比為26.2%的情況下，照射能量密度450mJ/cm2、460mJ/cm2、以及470mJ/cm2中的460mJ/cm2下獲得不均最少的多晶矽薄膜表面，從而可知460mJ/cm2為最佳的照射能量密度。
另外，結晶矽膜的照射不均評估藉由以下的方法來進行。
在各自的示例中，在5個地點對結晶矽膜照射檢查光，並分別接收反射光而獲取彩色圖像，對彩色圖像的色成分進行檢測，基於檢測出的色成分將彩色圖像單色化。然後，對經單色化的圖 像的資料進行摺積(convolution)而獲取加強了圖像濃淡的圖像資料，並對表面不均進行評估。
就單色化而言，可使用經檢測的色成分中的主要色成分來進行，主要的色成分可設為比起其他色成而光分佈相對大的色成分。
經單色化的圖像資料以將雷射的光束方向設為列、雷射的掃描方向設為行的矩陣資料來表示，藉由將規定係數的矩陣乘以經單色化的圖像的資料的矩陣來進行摺積。
規定係數的矩陣是將如下的圖像資料分別作為不均監視器(monitor)而獲取，該圖像資料是分別使用加強光束方向者與加強掃描方向者而加強了光束方向的圖像濃淡的圖像資料及加強了掃描方向的圖像濃淡的圖像資料。
具體而言進行以下的摺積。另外，規定係數的矩陣並不限定為下述內容。
圖9所示的圖表是將如上述般獲得的最佳的能量密度與 2nd/1st最大波峰強度比相關聯而加以表示。另外，圖表中亦圖示了上述說明的測定結果以外的內容。根據圖9所示的圖表可知，隨著2nd/1st最大波峰強度比增加，對於結晶化而言最佳的照射能量密度亦增加。
如上述般，若2nd/1st最大波峰強度比不同，則對於非晶質半導體的結晶化而言最佳的照射能量密度亦不同。
因此，本發明中，將上述第1個波峰群的上述最大波峰強度a與上述第2個波峰群的最大波峰強度b之比b/a設為最大波峰強度比，將成為基準的上述最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，且使上述多個脈衝雷射光的上述最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下。
上述最大波峰強度比難以在自雷射光源輸出後進行調整，從而通常在雷射光源的輸出時便被設定。最大波峰強度比的設定可藉由雷射光源的輸出調整、輸出電路的設定、及作為介質的氣體的混合比的調整等來進行。
而且，就基準最大波峰強度比而言，可使用多個脈衝雷射光中的任一個脈衝雷射光的初始的最大波峰強度比，或實驗性地進行預先規定。而且，亦可將之前的照射中的脈衝雷射光的最大波峰強度比設定為基準最大波峰強度比。進而，亦可在多個任意的脈衝雷射光之間，將一脈衝雷射光的最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，使另一脈衝雷射光中的最大波峰強度比相對於該基準最大波峰強度比之差為4%以下。
如上述般，使最大波峰強度比相對於基準最大波峰強度比之差為4%以下基於如下的理由：如圖10所示，能量密度在一脈衝中，可藉由第1波峰群中的能量強度的時間積分與第2波峰群中的能量強度的時間積分之和來表示。而且，同一基板上，對於非晶質半導體的結晶化而言最佳的能量密度為固定。該最佳能量密度受到雷射脈衝波形、具體而言受到最大波峰強度比的影響。脈衝波形的面積是指能量密度。最佳能量密度在通常的非晶矽薄膜中，具有10mJ/cm2左右的容許範圍(OED範圍：最佳能量密度範圍)。若在該容許範圍內，則雷射處理的結晶化同等地進行。為了滿足該容許範圍，必須將最大波峰強度比之差設為4%以內。因此，將上述差設為4%以下。
例如，將波峰強度的單位設為任意單位，在2nd/1st最大波峰強度比為18.2%的情況下，若第1個波峰群中的最大波峰強度以相對數值計為100，第2個波峰群中的最大波峰強度同為18.2，則最佳能量密度為439.5mJ/cm2。在2nd/1st最大波峰強度比為23.1%的情況下，若第1個波峰群中的最大波峰強度以相對數值計為93，第2個波峰群中的最大波峰強度為21.5，則最佳能量密度為451.3mJ/cm2。在2nd/1st最大波峰強度比為26.2%的情況下，若第1個波峰群中的最大波峰強度以相對數值計為89，第2個波峰群中的最大波峰強度為23.5，則最佳能量密度為459.2mJ/cm2。若根據該些關係來進行利用最小平方法進行的線性回歸 (linear regression)，則獲得圖9所示的線形A。基於該線形A，例如，若觀察2nd/1st最大波峰強度比為22.4%的情況，則最佳能量密度的寬度(10mJ/cm2)處於455mJ/cm2~445mJ/cm2的範圍內。與最佳能量密度445mJ/cm2相關聯的2nd/1st最大波峰強度比為20.44%，與最佳能量密度455mJ/cm2相關聯的2nd/1st最大波峰強度比為24.49%。若將該寬度以最大波峰強度比之差來表示，則成為24.49%-20.44%=4.05%。因此，若將最大波峰強度比之差設為4%以下，則可限制在最佳能量密度的容許範圍內。
而且，多個脈衝雷射光在彼此不同的脈衝發生時序照射至非晶質半導體，可使每單位時間內照射至非晶質半導體的脈衝數增加，而且可模擬地增大脈衝寬度。
彼此不同的脈衝發生時序可在雷射光源的輸出時獲得，而且，亦可在路徑中途賦予相位差而獲得。可藉由分波賦予相位差，但脈衝雷射光的分波的方法亦未作特別限定，可適當使用光束分光器(beam splitter)等。
當在不同的脈衝發生時序非晶質半導體中照射有脈衝雷射光時，脈衝可不相互重疊，而且，脈衝的一部分亦可重疊。
而且，可在脈衝雷射光的路徑上設置可調整脈衝雷射光的透過率的可變衰減器。藉由可變衰減器，能夠以所期望的能量密度將脈衝雷射光照射至非晶質半導體，進而能夠以共同的能量密度將多個脈衝雷射光照射至非晶質半導體。
另外，脈衝雷射光的能量密度可藉由脈衝雷射光源的輸出的 控制及上述可變衰減器的一者或兩者來進行。
如以上般，根據本發明，是將由不同路徑波導的多個脈衝雷射光照射至非晶質半導體而將上述非晶質半導體結晶化的結晶質半導體的製造方法，上述多個脈衝雷射光在時間性強度變化中的1脈衝中，至少具有第1個波峰群、及之後出現的第2個波峰群，且上述第1個波峰群中的最大波峰強度為上述1脈衝中的最大高度，將上述第1個波峰群的上述最大波峰強度a與上述第2個波峰群的最大波峰強度b之比b/a設為最大波峰強度比，將成為基準的上述最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，使上述多個脈衝雷射光的上述最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下，因而可使非晶質半導體更均勻地結晶化。
1‧‧‧雷射退火裝置
2、3‧‧‧脈衝雷射光源
4、5‧‧‧可變衰減器
6、10、13‧‧‧半鏡面
7、11、14‧‧‧計測器
7a、11a、14a‧‧‧受光部
8‧‧‧控制部
9‧‧‧全反射鏡
12‧‧‧光學系統
15‧‧‧基板
15a‧‧‧非晶質半導體膜
16‧‧‧平台
17‧‧‧移動裝置
A‧‧‧線形
a1、a2‧‧‧第1個波峰群中的最大波峰強度
b1、b2‧‧‧第2個波峰群中的最大波峰強度
P1‧‧‧第1個波峰群
P2‧‧‧第2個波峰群
R1、R2‧‧‧2nd/1st最大波峰強度比
圖1是表示本發明的一實施形態的雷射退火裝置的概略圖。
圖2同樣是表示脈衝雷射光的計測構成的概略圖。
圖3同樣是表示脈衝雷射光的脈衝波形的示例的圖。
圖4同樣是說明自2台脈衝雷射光源輸出的脈衝雷射光的最大波峰強度比的圖。
圖5同樣是說明自2台脈衝雷射光源輸出的脈衝雷射光的重合的圖。
圖6同樣是多晶矽薄膜的不均監視器獲得的圖式代用照片，該多晶矽薄膜是藉由在最大波峰強度比18.2%下改變能量密度的脈衝雷射光的照射而將非晶矽薄膜結晶化所得。
圖7同樣是多晶矽薄膜的不均監視器獲得的圖式代用照片，該多晶矽薄膜是藉由在最大波峰強度比23.0%下改變能量密度的脈衝雷射光的照射而將非晶矽薄膜結晶化所得。
圖8同樣是多晶矽薄膜的不均監視器獲得的圖式代用照片，該多晶矽薄膜是藉由在最大波峰強度比26.2%下改變能量密度的脈衝雷射光的照射而將非晶矽薄膜結晶化所得。
圖9同樣是表示脈衝雷射光的第2個波峰群中的最大波峰強度相對於第1個波峰群中的最大波峰強度之比、與對於結晶化而言最佳的照射能量密度的關係的圖。
圖10同樣是說明將基準脈衝雷射光以外的其他脈衝雷射光的最大波峰強度比相對於基準最大波峰強度比之差設定為4%以下的理由的圖。
參照隨附圖式對本發明的一實施形態進行說明。
首先，使用圖1以及圖2對本實施形態的結晶質半導體的製造裝置進行說明。
如圖1所示，相當於結晶質半導體的製造裝置的雷射退火裝置1具有輸出脈衝雷射光的2台脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3。
脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3分別例如為準分子雷射振盪 光源，且輸出波長308nm、脈衝頻率1Hz~600Hz的脈衝雷射光。
在脈衝雷射光源2的輸出側，配置著可對自脈衝雷射光源2輸出的脈衝雷射光的衰減率進行調整的可變衰減器4。而且，在脈衝雷射光源3的輸出側，配置著可對自脈衝雷射光源3輸出的脈衝雷射光的衰減率進行調整的可變衰減器5。
在可變衰減器4的輸出側配置著半鏡面6，該半鏡面6供於自可變衰減器4輸出的脈衝雷射光的一部分透過以用於計測，並將剩餘部分反射以用於處理。
在半鏡面6的透過側，如圖2所示，可配置著對脈衝雷射光的波形進行計測的計測器7的受光部7a。計測器7上電性連接有控制部8，且將計測器7的計測結果輸出至控制部8。
在可變衰減器5的輸出側配置著鏡面9，該鏡面9將由半鏡面6反射的脈衝雷射光在一面側向光學系統12側反射，並將自可變衰減器5輸出的脈衝雷射光在另一面側反射。
在鏡面9的上述另一面反射側配置著半鏡面10，該半鏡面10供於由鏡面9反射的脈衝雷射光的一部分透過以用於計測，並將剩餘部分向光學系統12側反射以用於處理。
在半鏡面10的透過側，如圖2所示，可配置著對脈衝雷射光的波形進行計測的計測器11的受光部11a。計測器11上電性連接有控制部8，且將計測器11的計測結果輸出至控制部8。
光學系統12構成為：對由鏡面9的一反射面反射的脈衝雷射光與由半鏡面10反射的脈衝雷射光這2個脈衝雷射光進行 波導，進行光束形狀的整形等而向同一路徑射出。光學系統12例如包含鏡面、透鏡、均質器(homogenizer)等。
光學系統的構成在本發明中未作特別限定，亦可根據脈衝雷射光的數量而設置多個。
而且，控制部8上可控制地連接有脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3以及可變衰減器4、可變衰減器5，控制部8進行雷射退火裝置1整體的控制，如脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的輸出調整，或脈衝開始時序的設定，可變衰減器4、可變衰減器5中的衰減率的控制等。
控制部8可包括：中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)及使該CPU動作的程式，儲存該程式等的唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)，成為作業區域的隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)，及非揮發地保持資料的快閃記憶體等。
控制部8可藉由脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的輸出調整，來進行脈衝雷射光中的最大波峰強度比的調整。而且，藉由控制部8的控制來調整脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的氣體混合比，結果亦可進行脈衝雷射光中的最大波峰強度比的調整。該些控制中，控制部8相當於波峰強度比調整部。
而且，可藉由控制部8對脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的輸出調整或對可變衰減器4、可變衰減器5的衰減率調整，來設定脈衝雷射光的非晶質半導體上的能量密度。亦即，控制部8以及可變衰減器4、可變衰減器5相當於能量密度設定部。
在光學系統12的射出側配置著半鏡面13，該半鏡面13供於多個脈衝雷射光的一部分透過以用於計測，並將剩餘部分反射以用於處理。
在半鏡面13的透過側配置著對各脈衝雷射光的能量密度進行測定的計測器14的受光部14a。計測器14上電性連接有控制部8，且將計測器14的計測結果輸出至控制部8。
在半鏡面13的反射側配置著平台16，該平台16支撐形成著非晶質半導體膜15a的基板15。基板15例如為玻璃基板，非晶質半導體膜15a例如為非晶矽薄膜。
平台16可沿平台16的面方向(XY方向)進行移動。平台16中具備移動裝置17，該移動裝置17使平台16沿上述面方向高速移動。
其次，對使用雷射退火裝置1且以非晶質半導體膜15a為原料的半導體製造方法進行說明。
平台16上載置並支撐著基板15，該基板15在上層形成著應結晶化的非結晶質半導體15a。
本發明中，作為非晶質半導體，較佳為使用形成於基板上的非晶矽薄膜。藉由將非晶矽薄膜結晶化，而可獲得多晶矽薄膜。非晶矽薄膜通常形成為45nm~55nm的厚度，但本發明中該厚度不作特別限定。
另外，基板中通常使用玻璃基板，但本發明中基板的材質不作特別限定，亦可使用其他材質。
其次，藉由控制部8分別對脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3進行控制，且自脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3分別輸出脈衝雷射光。各脈衝雷射光具有相同的波長、相同的重複頻率，且脈衝開始時序不同，在非晶質半導體膜上具有相位差。藉由各脈衝雷射光的脈衝開始時序的設定，以在不同的脈衝雷射光之間，對於重複頻率具有相位差的方式，而在彼此不同的脈衝發生時序分別輸出脈衝雷射光，並照射至非晶質半導體膜15a。
自準分子雷射振盪器等脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3輸出的脈衝雷射光如圖3所示，在時間性變化中的1脈衝中，具有第1個波峰群P1、及之後出現的第2個波峰群P2。而且，第1個波峰群P1中的最大波峰強度a比第2個波峰群P2中的最大波峰強度b大，且最大波峰強度a成為1脈衝中的最大高度。
圖3中表示使用相同的準分子雷射振盪器，將其輸出能量分別設定為850mJ、950mJ、以及1050mJ的情況下的脈衝波形。就最大波峰強度比b/a(之後，適當地稱作「2nd/1st最大波峰強度比」)而言，為輸出能量越高則該比b/a越大，輸出能量越小則該比b/a越小。
自脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3輸出的脈衝雷射光分別到達可變衰減器4、可變衰減器5，並藉由通過上述可變衰減器而以規定的衰減率衰減。衰減率藉由控制部8控制，而調整為如下：在非晶質半導體膜15a上，自脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3輸出的脈衝雷射光分別成為相同的能量密度。
藉由可變衰減器4衰減而輸出的脈衝雷射光的一部分透過半鏡面6，剩餘部分則被反射。已透過半鏡面6的脈衝雷射光被受光部7a接收，且藉由計測器7計測脈衝波形。計測器7的脈衝波形的計測結果被發送至控制部8。
由半鏡面6反射的脈衝雷射光的剩餘部分由全反射鏡面9的一反射面反射後被導入至光學系統12。
藉由可變衰減器5衰減而輸出的脈衝雷射光由鏡面9的另一反射面反射後入射至半鏡面10。已入射至半鏡面10的脈衝雷射光的一部分透過半鏡面10且由受光部11a接收，剩餘部分被反射後入射至光學系統12。由受光部11a接收的脈衝雷射光藉由計測器11而計測脈衝波形。計測器11的脈衝波形的計測結果被發送至控制部8。
控制部8中，基於藉由計測器7、計測器11而獲得的脈衝波形的計測結果，來算出第1個波峰群的上述最大波峰強度與上述第2個波峰群的最大波峰強度之比作為最大波峰強度比。
具體而言，如圖4所示，關於自脈衝雷射光源2輸出的脈衝雷射光，2nd/1st最大波峰強度比R1，由第2個波峰群中的最大波峰強度b1相對於第1個波峰群中的最大波峰強度a1之比b1/a1來表示。而且，自另一脈衝雷射光源3輸出的脈衝雷射光的2nd/1st最大波峰強度比R2，由第2個波峰群中的最大波峰強度b2相對於第1個波峰群中的最大波峰強度a2之比b2/a2來表示。
該實施形態中，將最大波峰強度比R1的初始值設為基準最大 波峰強度比R0，將其後的最大波峰強度比R1以及最大波峰強度比R2控制成相對於基準最大波峰強度比R0之差為4%以下。
關於控制方法，可藉由對脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的輸出進行調整，而將最大波峰強度比的變動調整為4%以下。如圖3所示，可知脈衝雷射光的輸出變化作為最大波峰強度比而表現。
脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的輸出調整所致的能量密度的變動，藉由對可變衰減器4、可變衰減器5的衰減率進行調整而得以抵消。可變衰減器4、可變衰減器5的衰減率的調整幾乎不對最大波峰強度比造成影響，因而可僅以能量密度的調整為目的來對衰減率進行調整。
最大波峰強度比相對於基準最大波峰強度比之差限制為4%以下的各脈衝雷射光，一邊在光學系統12中受到所期望的整形一邊被波導，並射出至同一光路上。自光學系統12射出的多個脈衝雷射光的一部分透過半鏡面13而被受光部14a接收，剩餘部分由半鏡面13反射後照射至非晶質半導體膜15a。非晶質半導體膜15a連同藉由移動裝置17移動的平台16一併移動，藉此一邊將脈衝雷射光相對地掃描一邊照射。
而且，由受光部14a接收的各脈衝雷射光在計測器14的計測結果中，以各脈衝雷射光為相同的能量密度的方式來設定可變衰減器4、可變衰減器5的衰減率。受光部14a的受光位置設定為假定為對非晶質半導體膜15a的照射面的位置。
在非晶質半導體膜15a上，能量密度設定為相同，且最大波峰強度比相對於基準最大波峰強度比之差維持為4%以下，從而非晶質膜均勻且良好地結晶化。藉由上述最大波峰強度比的調整，可減小自不同的脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3輸出的脈衝雷射光的最大波峰強度比之差，而且，經時變化亦減小。
而且，脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3較佳為以脈衝雷射光的脈衝不相互重疊，且相對於重複頻率具有規定的相位差的方式，在彼此不同的脈衝發生時序分別輸出脈衝雷射光。
具體而言，例如，如圖5所示，在脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3均以脈衝頻率600Hz輸出脈衝雷射光的情況下，脈衝雷射光源3在相對於脈衝雷射光源2而延遲了半週期的脈衝發生時序輸出脈衝雷射光。藉此，對非晶質半導體膜15a，實質性地照射脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的2倍的脈衝頻率1200Hz的脈衝雷射光。
在彼此不同的脈衝發生時序分別將脈衝雷射光照射至非晶質半導體，藉此可使脈衝頻率實質地增加，從而可以高生產率進行脈衝雷射光的照射。
另外，上述實施形態中，對使用2台脈衝雷射光源2、脈衝雷射光源3的情況進行了說明，但亦可使用超過2台的多台脈衝雷射光源。
而且，上述實施形態中，藉由使平台16移動而相對地掃描脈衝雷射光，但亦可藉由使導引脈衝雷射光的光學系統高速動作而 相對地掃描脈衝雷射光。
而且，上述實施形態中，對利用多個脈衝雷射光以相同的能量密度照射至非晶質半導體膜的情況進行了說明，亦可設定為多個脈衝雷射光以不同的能量密度照射至非晶質半導體。
以上，基於上述實施形態對本發明進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態的內容，只要不脫離本發明的範圍則可適當的變更。
1‧‧‧雷射退火裝置
2、3‧‧‧脈衝雷射光源
4、5‧‧‧可變衰減器
6、10、13‧‧‧半鏡面
8‧‧‧控制部
9‧‧‧全反射鏡
12‧‧‧光學系統
14‧‧‧計測器
14a‧‧‧受光部
15‧‧‧基板
15a‧‧‧非晶質半導體膜
16‧‧‧平台
17‧‧‧移動裝置

Claims (14)

  1. 一種結晶質半導體的製造方法，將由不同路徑波導的多個脈衝雷射光照射至非晶質半導體而將上述非晶質半導體結晶化，上述結晶質半導體的製造方法的特徵在於：上述多個脈衝雷射光在時間性強度變化中的1脈衝中，至少具有第1個波峰群、及之後出現的第2個波峰群，且上述第1個波峰群中的最大波峰強度為上述1脈衝中的最大高度，將上述第1個波峰群的上述最大波峰強度a與上述第2個波峰群的最大波峰強度b之比b/a設為最大波峰強度比，將成為基準的上述最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，且使上述多個脈衝雷射光的上述最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的結晶質半導體的製造方法，其中上述多個脈衝雷射光以彼此不同的脈衝發生時序在上述非晶質半導體上照射。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的結晶質半導體的製造方法，其中上述多個脈衝雷射光自多個雷射光源輸出。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的結晶質半導體的製造方法，其中上述多個脈衝雷射光以相同的能量密度照射至上述非晶質半 導體上。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的結晶質半導體的製造方法，其中上述多個脈衝雷射光中的上述最大波峰強度比處於預先設定的規定範圍內。
  6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的結晶質半導體的製造方法，其中上述基準最大波峰強度比是上述多個脈衝雷射光中的一個脈衝雷射光的最大波峰強度比。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的結晶質半導體的製造方法，其中上述多個脈衝雷射光是在各脈衝雷射光的任一個中，將一個上述脈衝雷射光的最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，使另一個上述脈衝雷射光的最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的結晶質半導體的製造方法，其中上述非晶質半導體為形成於基板上的非晶矽薄膜。
  9. 一種結晶質半導體的製造裝置，其特徵在於包括：1個或2個以上的雷射光源；以及光學系統，將多個脈衝雷射光導引至非晶質半導體，上述脈衝雷射光自上述雷射光源輸出，在時間性強度變化中的1脈衝中， 至少具有第1個波峰群、及之後出現的第2個波峰群，上述第1個波峰群中的最大波峰強度為上述1脈衝中的最大高度，且由不同路徑波導，上述多個脈衝雷射光以如下方式進行設定，即，在各個上述脈衝雷射光中將上述第1個波峰群的上述最大波峰強度a與上述第2個波峰群的最大波峰強度b之比b/a設為最大波峰強度比，將成為基準的上述最大波峰強度比設為基準最大波峰強度比，且上述最大波峰強度比相對於上述基準最大波峰強度比之差為4%以下。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的結晶質半導體的製造裝置，其中上述多個脈衝雷射光具有不同的脈衝發生時序而照射至上述非晶質半導體。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述的結晶質半導體的製造裝置，其中上述不同的脈衝發生時序由上述雷射光源或/及上述光學系統賦予。
  12. 如申請專利範圍第9項至第11項中任一項所述的結晶質半導體的製造裝置，其包括波峰強度比調整部，上述波峰強度比調整部對自上述雷射光源輸出的上述最大波峰強度比進行調整。
  13. 如申請專利範圍第9項至第12項中任一項所述的結晶質半導體的製造裝置，其包括能量密度設定部，上述能量密度設 定部為了以相同的能量密度將上述多個脈衝雷射光照射至上述非晶質半導體而設定上述能量密度。
  14. 如申請專利範圍第9項至第13項中任一項所述的雷射退火裝置，其包括掃描裝置，上述掃描裝置將上述多個脈衝雷射光相對於上述非晶質半導體相對地進行掃描並照射。
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