TW201812867A - 雷射加工裝置、半導體裝置的製造方法以及非晶矽的結晶化方法 - Google Patents

雷射加工裝置、半導體裝置的製造方法以及非晶矽的結晶化方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種雷射加工裝置，包括：產生雷射束的雷射光源；所述雷射束入射的第1分束鏡；通過所述第1分束鏡的雷射束入射的第2分束鏡；以及對從所述第2分束鏡出射的雷射束的能量密度進行控制的均質器，理想的是，從所述均質器輸出的雷射束包含p偏光成分與s偏光成分，且p偏光成分與s偏光成分的能量強度之比在所述被處理體面上為0.74以上且1.23以下。

Description

雷射退火加工裝置、半導體裝置的製造方法以及非晶矽的結晶化方法
本發明是有關於一種對被處理體照射雷射束（laser beam）來進行針對被處理體的加工的技術。
在液晶顯示器（display）、有機電致發光（Electroluminescence，EL）顯示器等中，將以晶態矽膜作為通道（channel）區域的薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT）用於畫素的開關（switching）。作為結晶膜的製造方法，已知有對非晶質（非晶（amorphous））矽照射雷射束來進行熱處理的雷射退火（laser anneal）法。與非晶矽相比，晶態矽的電子遷移率大，因此TFT的開關動作達到高速。
在至今為止的雷射退火處理中，通過減小雷射的能量偏差、提高直線光束（line beam）的強度均勻性等，來改善雷射退火裝置對矽薄膜的結晶化。 載放半導體膜、尤其是矽膜的母玻璃（mother glass）因成本降低而逐年變大，雷射退火是利用對玻璃整面進行照射的方法來使矽膜結晶化。因此，若玻璃變大，則生產量將減少。作為其對策，在雷射退火裝置中藉由加長直線光束，減少直線光束的掃描（scan）次數來提高生產性。隨著直線光束變長，所需的雷射能量亦變大，高輸出的雷射器成為必要。然而，藉由將雷射器的性能設為高輸出，無法使雷射束中的能量偏差變差。因此，提出下述方法：使用多台雷射能量的偏差小的雷射器，使從各雷射器發出的光束同步，且使光束結合，藉此來獲得所需的雷射能量。 而且，為了使雷射束變得均勻，使用有均質器，但存在下述問題：從雷射光的輸出源直至均質器為止存在距離，因被結合的雷射束的特性差異而影響到照射結果，從而產生照射後的不均。
專利文獻1中，提出有一種雷射加工裝置，可簡便地控制雷射束的脈波（pulse）形狀，以提高雷射輸出的穩定性。具體而言，從多個固體雷射裝置以適當的時間差及偏光面而出射雷射束L11～L22，使各雷射束L11～L22在結合光學系統中結合，並藉由均質器來分解為二次光源，重疊入射至加工面上。 現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2002-176006號公報
[發明所欲解決之問題] 然而，可知的是，於照射雷射束時，不僅因能量的偏差，而且會因雷射束的偏光狀態，而導致處理後的矽薄膜的結果產生大的差異。 在以往技術中，是將多個雷射束單純地結合空間上的光束而形成直線光束，但並未獲得最佳的偏光成分，因該狀態，對晶態矽的影響變大。 本發明人等進行了專心研究，結果發現，藉由對照射至矽薄膜的雷射束的偏光進行控制，可改善矽薄膜的結晶化，從而完成本發明。
本發明是以所述情況為背景而完成，其目的之一在於提供一種使照射至被處理體的雷射光的偏光狀態變得適當，從而使針對被處理體的加工狀態變得良好的雷射退火加工裝置、半導體裝置的製造方法以及非晶矽的結晶化方法。 [解決問題之手段]
在本申請案的一實施形態中，揭示一種雷射加工裝置，其包括：產生雷射束的雷射光源；所述雷射束入射的第1分束鏡（beam splitter）；通過所述第1分束鏡的雷射束入射的第2分束鏡；以及對從所述第2分束鏡出射的雷射束的能量密度進行控制的均質器（homogenizer）。 其他課題與新穎的特徵當可根據本說明書的敍述及附圖而明確。 [發明的效果]
根據所述一實施形態，當至少通過第1分束鏡與第2分束鏡來對被處理體照射雷射束時，可實現能量的均勻化，並且可使被處理體上的雷射束的偏光狀態變得適當，從而可進行優質的加工。
本申請案中，實施形態的記載亦有時會根據需要，為了方便而分為多個段節（section）來記載，但除了特別明示並非如此的情況以外，該些部分並非彼此獨立各別者，而是單一例的各部分、一者是另一者的部分詳細或者部分或全部變形例等。而且，原則上，同樣的部分省略重複。而且，實施形態中的各構成要素除了在特別明示並非如此的情況、理論上限定為該數的情況及根據上下文而明顯並非如此的情況以外，並非為必要者。
（實施形態1） ＜＜雷射加工裝置的結構＞＞ 以下，基於附圖來說明一實施形態的雷射加工裝置1。 雷射加工裝置1具有輸出雷射束的雷射光源2，在其光路上配置有第1分束鏡4，在其出射側獲得二個光路。在其中一個光路上，配置有作為光學透鏡群的準直器（collimator）5A，在另一個光路上，配置有作為光學透鏡群的準直器5B。在準直器5A、5B中，將入射的雷射束整形為平行光束並予以出射。 在準直器5A、5B的出射側配置有第2分束鏡6，在第2分束鏡6的出射側配置有均質器7。 在均質器7的出射側配置有聚光透鏡8，聚光透鏡8的焦點位於被處理體的表面附近。在均質器7與聚光透鏡8之間的光路上，也可具有反射鏡（mirror）、透鏡（lens）等適當的光學構件。本實施形態中，被處理體設為表面形成有非晶矽膜（未圖示）的基板100。 基板100被設置於未圖示的載台（stage）等。
雷射光源2的振盪種類並無特別限定，可適當選擇氣體雷射器、固體雷射器等。作為氣體雷射器，例示使用氯等氣體的準分子雷射器。 而且，本實施形態中，對在第1分束鏡4的出射側及第2分束鏡6的出射側分別具有二個光路的情況進行了說明，但亦可將他們設為共用的一個光路。 另外，第1分束鏡4與第2分束鏡6在本實施形態中是以板（plate）型的形狀而圖示，但亦可為立方體（cube）型，分束鏡的結構並不限定於特定者。
＜＜雷射加工裝置的動作＞＞ 對所述雷射加工裝置1的動作進行說明。 從雷射光源2輸出的一個雷射束3入射至第1分束鏡4，一部分透射，一部分反射而被分割為二個雷射束並從第1分束鏡4出射。在第1分束鏡4中，雷射束的透射光與反射光的偏光狀態不同。被分束鏡的面反射的雷射束中，s偏光的直線偏光強於p偏光的直線偏光，透射過分束鏡的面的雷射束中，p偏光的直線偏光強於s偏光的直線偏光。 第1分束鏡4中的偏光狀態的變化根據第1分束鏡4中所用的光學薄膜等的材質的選擇而不同。例如，根據該光學薄膜的材質，透射光與反射光的比率改變，出射側的雷射束的p偏光成分、s偏光成分的比率發生變化。在第1分束鏡4中，只要根據所要求的偏光狀態的變化來選擇光學薄膜的材質即可，作為本發明，並不限定於特定材質。
入射至第1分束鏡4的雷射束3根據第1分束鏡4的特性，一部分以規定的比例反射而成為s偏光的雷射束3R，一部分以規定的比例透射而成為p偏光的雷射束3T，且分別出射。
在第1分束鏡4中反射而出射的雷射束3R被準直器5A整形為平行光束，在第1分束鏡4中透射而出射的雷射束3T被準直器5B整形為平行光束。通過準直器5A、5B的雷射束3R、3T入射至第2分束鏡6。 在第2分束鏡6中，雷射束3R入射至第2分束鏡6的圖示上方側，雷射束3T入射至第2分束鏡6的圖示下方側，且各自的一部分透射、一部分反射而被分割為四個雷射束，並從第2分束鏡6出射。
在第2分束鏡6中，藉由雷射束的透射、反射，偏光狀態發生變化。 第2分束鏡6中的偏光狀態的變化根據第2分束鏡6中所用的光學薄膜等的材質的選擇而不同。例如，根據該光學薄膜的材質，透射光與反射光的比率改變，出射側的雷射束的p偏光成分、s偏光成分的比率發生變化。在第2分束鏡6中，只要根據所要求的偏光狀態的變化來選擇光學薄膜的材質即可，作為本發明，並不限定於特定的材質。因此，第2分束鏡6為偏光分束鏡。 另外，第1分束鏡4與第2分束鏡6既可使用同一種類者，而且，亦可使用不同種類者，因此，偏光狀態的調整亦可不同。 而且，本實施形態中，是利用分束鏡來進行雷射束的反射與透射，但亦可在兩面側僅進行透射，或者在兩面側僅進行反射。
本實施形態中，入射至第2分束鏡6的雷射束3R、3T根據第2分束鏡6的特性，一部分以規定的比例反射，一部分以規定的比例透射而分別出射。即，雷射束3R中，一部分以規定的比例反射而成為雷射束3RR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3RT。而且，雷射束3T中，一部分以規定的比例反射而成為雷射束3TR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3TT。
從第2分束鏡6，雷射束3RR與雷射束3TT以在同一光路上前進的方式出射，雷射束3TR與雷射束3RT以在同一光路上前進的方式出射。該些雷射束在光路上前進，並經過根據需要所設的、未圖示的光學構件而入射至聚光透鏡8。此時，將光束剖面形狀整形為適當的形狀。作為光束剖面形狀，可設為剖面圓形、方形等點（spot）形狀、直線形狀等，作為本發明，光束剖面形狀並無特別限定。本實施形態中，雷射束的剖面形狀被整形成為直線狀。
經過聚光透鏡8的雷射束被照射至基板100上的非晶矽膜。藉由使未圖示的載台或者雷射束沿直線狀雷射束的短軸方向移動以進行雷射束的相對掃描，從而進行基板100表面整體的結晶化處理。
另外，各雷射束既可同時或者使時期錯開地照射至非晶矽膜，而且，亦可交替地照射，或者依序照射一個雷射束。在照射區域中，照射偏光狀態受到控制的各雷射束，藉此，良好地進行非晶矽的結晶化。藉由雷射束與基板100相對地進行掃描，從而對基板100的照射面進行借助雷射束照射的結晶化處理。相對掃描可藉由雷射束照射位置的移動、基板的移動中的一者或兩者來進行。
本實施形態中，藉由在雷射光源附近設置第1分束鏡，且在均質器的上游側設置第2分束鏡，從而各雷射束通過同一光學系統（望遠透鏡（telescope lens）），可對各雷射束的特性進行平均化。
另外，較佳的是，使p偏光成分與s偏光成分的能量密度以規定的比率而照射在照射面上的相同區域，該偏光比（p偏光/s偏光）理想的是設為0.69以上且1.31以下。藉由使到達基板100的雷射束中的p偏光成分與s偏光成分的量大致相等，從而可更均勻地、根據方向而尺寸亦均等地、並且排列較佳地形成結晶。實際上，在p偏光成分/s偏光成分為0.74以上且1.23以下的範圍內獲得所需的結果。 本例中，p偏光、s偏光是將基板100上作為基準，p偏光是指與基板上的入射面平行的方向的直線偏光，s偏光是指與入射面垂直的方向的直線偏光。另外，將雷射束的電場的振動方向定義為偏光方向。 在所述第1分束鏡4、第2分束鏡6中，設定各自的偏光狀態，以在基板100的照射面上獲得所述偏光狀態。
進而，藉由配置第1分束鏡與第2分束鏡，從而自分束鏡反射的光束在與原本的光束左右反轉的狀態下結合，因此光束的對稱性得到改善。其結果，直線光束的能量均勻性提高。
如上所述，即使在利用單一雷射束的情況下，藉由利用對雷射束進行分割並再次結合的方法，可獲得照射後的結晶化不均的改善。在光束的分割後，使單個雷射束的偏光成分發生變化，藉此，在直線光束的形成後，對被處理體照射雷射束時的偏光成分中的p偏光成分與s偏光成分的量之差變小，藉由以此方式進行設置，可獲得更均勻的結晶。
尤其，即使為最佳的能量密度，亦對偏光進行控制，藉此可獲得不均少的多晶，並且可在比不均少的多晶態矽膜更寬的能量密度範圍內進行處理。
（實施形態2） 所述實施形態1中，對具有二個分束鏡的情況進行了說明，但亦可進一步增加光路上的分束鏡而具有三個以上的分束鏡。 圖2是沿著光束行進方向而配置有三個分束鏡的實施形態，是在實施形態1中的第1分束鏡4與第2分束鏡6之間的光路上配置有第3分束鏡9的實施形態。另外，對於與實施形態1同樣的結構標註相同的符號，並省略或簡化其說明。
在第1分束鏡4與第3分束鏡9之間的光路上，配置有準直器5A、5B，在第3分束鏡9與第2分束鏡6之間，配置有準直器5C、5D。
本實施形態中，入射至第1分束鏡4的雷射束3根據第1分束鏡4的特性，在第1分束鏡4中反射而出射的雷射束3R被準直器5A整形為平行光束，在第1分束鏡4中反射而出射的雷射束3T被準直器5B整形為平行光束。通過準直器5A、5B的雷射束3R、3T入射至第3分束鏡9。
在第3分束鏡9中，因雷射束的透射、反射而偏光狀態發生變化，在圖示上側反射的雷射束中，s偏光的直線偏光強，在圖示下側透射的雷射束中，p偏光的直線偏光成分強。第3分束鏡9中的偏光狀態的變化根據第3分束鏡9中所用的光學薄膜等的材質的選擇而不同。例如，根據該光學薄膜的材質，透射光與反射光的比率改變，出射側的雷射束的p偏光成分、s偏光成分的比率發生變化。在第3分束鏡9中，只要根據所要求的偏光狀態的變化來選擇光學薄膜的材質即可，作為本發明，並不限定於特定的材質。因此，第3分束鏡9為偏光分束鏡。 另外，第1分束鏡4與第3分束鏡9既可使用同一種類者，而且，亦可使用不同種類者。
入射至第3分束鏡9的雷射束3R根據第3分束鏡9的特性，一部分以規定的比例反射而成為雷射束3RR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3RT。 入射至第3分束鏡9的雷射束3T根據第3分束鏡9的特性，一部分以規定的比例反射而成為雷射束3TR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3TT。 而且，在欲基於反射光與透射光的比率來改變p偏光成分與s偏光成分的比率的情況下，亦可使用無偏光的分束鏡。
從第3分束鏡9，雷射束3RR與雷射束3TT以在同一光路上前進的方式而出射，雷射束3TR與雷射束3RT以在同一光路上前進的方式而出射。該些雷射束入射至第2分束鏡6。
入射至第2分束鏡6的各雷射束根據第2分束鏡6的特性，一部分以規定的比例而反射，一部分以規定的比例而透射，並分別出射，反射光成為s偏光，透射光成為p偏光。 即，雷射束3RR的一部分以規定的比例反射而成為雷射束3RRR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3RRT。 雷射束3TT的一部分以規定的比例反射而成為雷射束3TTR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3TTT。 而且，雷射束3TR的一部分以規定的比例反射而成為雷射束3TRR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3TRT。進而，雷射束3RT的一部分以規定的比例反射而成為雷射束3RTR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3RTT。 而且，在欲基於反射光與透射光的比率來改變p偏光成分與s偏光成分的比率的情況下，亦可使用無偏光的分束鏡。
從第2分束鏡6出射的雷射束3RTT、3RRR、3TRT、3TTR在同一光路上前進，從第2分束鏡6出射的雷射束3RTR、3RRT、3TRR、3TTT在同一光路上前進，並經過根據需要所設的、未圖示的光學構件而入射至聚光透鏡8。
經過聚光透鏡8的雷射束被照射至基板100上的非晶矽膜。另外，各雷射束是同時或者使時期錯開地照射，或者交替地照射，或者依序照射一個雷射束。 藉由雷射束與基板100相對地進行掃描，從而對基板100的必要面進行借助雷射束照射的結晶化處理。較佳的是，在照射面上的相同區域，p偏光成分與s偏光成分的能量密度理想的是設為0.74以上且1.23以下。 在所述第1分束鏡4、第3分束鏡9、第2分束鏡6中設定各自的偏光狀態，以在基板100的照射面上獲得所述偏光狀態。
（實施形態3） 另外，所述實施形態1、實施形態2中，對僅利用分束鏡來控制偏光狀態的情況進行了說明，但亦可除此以外還在光路上配置偏光元件，以進一步控制偏光狀態。 圖3表示本實施形態中的局部結構。 該結構中，設置有分束鏡10，且在分束鏡10的反射側配置有反射鏡11，在分束鏡10的透射側配置有偏光元件12。
入射至分束鏡10的雷射束3C的一部分以規定的比例反射而成為雷射束3CR，一部分以規定的比例透射而成為雷射束3CT。 雷射束3CT透射過分束鏡10而到達偏光元件12，在通過偏光元件12時，偏光狀態發生變化。雷射束3CR被反射鏡11反射而在光路上行進。偏光元件12的種類並無特別限定。
雷射束3CR、3CT照射至基板100而使表面的非晶矽結晶化。此時，在照射面上，雷射束的p偏光成分與s偏光成分的能量密度為0.74以上且1.23以下。 本實施形態中，分束鏡10為第1分束鏡、第2分束鏡中的任一者皆可，亦可在第1分束鏡、第2分束鏡的雷射束行進側分別配置偏光元件。 即，亦可根據從雷射光源輸出的雷射束的偏光狀態等，僅使多個雷射束中的一部分雷射束的偏光發生變化，藉此來控制偏光狀態。
接下來，基於圖4A、圖4B及圖4C來說明因通過分束鏡而造成的偏光狀態的變化例。 另外，以下，將分束鏡記載為B/S。 各例中，使用相同的B/S，在B/S中，所入射的隨機（random）偏光的雷射束以50%的能量密度反射，並以50%的能量密度透射而出射。此時，在分束鏡的上表面側反射的雷射束中的s偏光成分強，在分束鏡的下表面側透射的雷射束中的p偏光成分強。若分束鏡將能量密度分割為同量（R50%、T50%），則偏光成分以P偏光78%、S偏光50%而透射，且以P偏光22%、S偏光50%而反射。
圖4A的示例中，在光路上僅配置有一個B/S。 即，一個雷射束入射至一個B/S，50%的透射光與50%的反射光出射而照射至基板。B/S具有下述特性，即，在上表面側反射或透射的雷射束具有p偏光的直線偏光，在下表面側反射或透射的雷射束具有s偏光的直線偏光。 其結果，入射至B/S的上表面側而反射的雷射束中，在基板表面上，s偏光成分以50%、p偏光成分以22%而出射，入射至B/S的上表面側而透射的雷射束中，在基板表面上，s偏光成分以50%、p偏光成分以78%而出射。因此，偏光比（p偏光成分/s偏光成分）在各個雷射束中為22%/50%=0.44、78%/50%=1.56。
圖4B的示例中，雷射束入射至第1 B/S後，入射至第2 B/S，分別調整偏光狀態後，雷射束被照射至基板。 第1 B/S中，反射光R的能量密度為50%，透射光T的能量密度為50%。 第2 B/S中，反射光R在上表面側反射後的反射光RR中，p偏光成分為22%×22%=4.84%，透射光T在上表面側透射後的透射光TT中，p偏光成分為78%×78%=60.8%，該雷射束的p偏光成分在基板表面上合計為65.64%。 而且，透射光T在下表面側反射後的反射光TR中，p偏光成分為78%×22%=17.16%，反射光R在下表面側透射後的透射光RT中，p偏光成分為22%×78%=17.16%，該雷射束的p偏光成分在基板表面上合計為34.32%。
圖4C的示例中，雷射束入射至第1 B/S後，入射至第3 B/S，分別調整偏光狀態後，進而入射至第2 B/S，分別調整偏光狀態後，雷射束被照射至基板。 在下段（C）中，將在中段（B）從第2 B/S出射的雷射束視為從第3 B/S出射的雷射束，因此使其入射至第2 B/S。
在第2 B/S中入射的RR成分成為在上表面側反射的反射光RRR，具有22%×22%×22%=1.06%的p偏光成分。 TT成分在上表面側反射後的反射光TTR為78%×78%×22%=13.38%，RT成分在上表面側透射後的透射光RTT為22%×78%×78%=13.38%，TR成分在上表面側透射後的透射光TRT為78%×22%×78%=13.38%，該雷射束的p偏光成分在基板表面上合計為41.22%。
另一方面，RT成分在下表面側反射後的反射光RTR為22%×22%×78%=3.775%，TR成分在下表面側反射後的反射光TRR為78%×22%×22%=3.775%，RR成分在下表面側透射後的透射光為22%×22%×78%=3.775%，TT成分在下表面側透射後的透射光為78%×78%×78%=47.45%，p偏光成分在基板表面上合計%為58.78%。 因此，於使用二個分束鏡時，各雷射束的偏光比（p偏光成分/s偏光成分）為65.64%/50%而為約1.31、34.32%/50%=約0.68。 進而，於使用三個的示例中，偏光比（p偏光成分/s偏光成分）為41.22%/50%=約0.82、58.78%/50%=約1.18。 偏光比處於0.69～1.31的範圍內。即使進一步增加分束鏡，偏光比仍處於該範圍內。
（實施形態4） 另外，所述實施形態中，對將一個雷射束分割使用的情況進行了說明，但亦可使用從多個雷射光源輸出的多個雷射束來進行雷射加工。 以下，基於圖5來說明使用多個雷射光源的實施形態4。另外，對於與所述各實施形態同樣的結構，標註相同的符號並省略或簡化其說明。
實施形態3中，具有二個雷射光源2A、2B，分別輸出雷射束30、31。在雷射光源2A、2B的下游側，配置有第1分束鏡4。與所述實施形態同樣的是，雷射光源2A、2B的振盪種類並無特別限定。 在第1分束鏡4的光路行進方向上，配置有準直器5A、5B，在該光路行進方向側配置有第2分束鏡6。在第2分束鏡6的光路行進方向側，配置有均質器7、聚光透鏡8，從而可進行對基板100的雷射束照射。
從雷射光源2A、2B輸出的雷射束30、31同時期地入射至第1分束鏡4，雷射束30以規定的比率，一部分反射而成為反射光30R（s偏光成分），一部分透射而成為透射光30T（p偏光成分）。而且，雷射束31的一部分反射而成為反射光31R（s偏光成分），一部分透射而成為透射光31T（p偏光成分）。 雷射束30R、30T、31R、31T被準直器5A、5B整形為平行光束後，入射至第2分束鏡6。雷射束30R、31T具有p偏光的直線偏光，雷射束30T、31R具有s偏光的直線偏光。
第2分束鏡6中，雷射束30R在上表面側一部分反射而成為雷射束30RR，在下表面側一部分透射而成為雷射束30RT。而且，雷射束30T在下表面側一部分反射而成為雷射束30TR，在上表面側一部分透射而成為雷射束30TT。 雷射束31R在上表面側一部分反射而成為雷射束31RR，在下表面側一部分透射而成為雷射束31RT。而且，雷射束31T在下表面側一部分反射而成為雷射束31TR，在上表面側一部分透射而成為雷射束31TT。 雷射束30RR、30TT、31RT、31TR在第2分束鏡6的上表面側於同一光路上前進，雷射束30RT、30TR、31RR、31TT在第2分束鏡6的下表面側於同一光路上前進。 該些雷射束入射至均質器7而進行能量密度的均勻化，隨後，經過聚光透鏡8而照射至基板100的非晶矽膜，從而進行良好的結晶化。
本實施形態中，可使用從多個雷射光源同時振盪產生的雷射束來照射至基板上。另外，雷射光源的數量並無限定，亦可進一步將雷射光源設為三個以上來照射雷射束。 雷射束即便藉由多個雷射光源的同時照射，p偏光成分與s偏光成分以能量密度的比率計，在基板的照射面上亦處於0.74以上且1.23以下的範圍內。 即使在使用多個雷射器的雷射退火法中，藉由控制偏光的成分，亦可製作矽膜的結晶化結果更均勻的結晶，並且相對於雷射能量密度，可在更廣的範圍內獲得良好的結晶。 進而，在使用特性不同的多個雷射器的情況下，藉由在均質器側設置分束鏡，從而可使雷射器的特性差異對被處理對造成的影響成為最小限度。
（實施形態5） 所述實施形態中，對同時期地照射從多個雷射光源輸出的雷射束的情況進行了說明，但亦可交替地進行照射。以下，基於圖6來說明使該照射成為可能的雷射加工裝置的實施形態5。 本實施形態中，具有交替地進行振盪的雷射光輸出源2A、2B，從各個輸出源輸出的雷射束通過同一結構的光路而照射至基板100。在光路上，具有第1分束鏡4、準直器5A、準直器5B、第2分束鏡6、均質器7、聚光透鏡8。該實施形態中，通過第1分束鏡4、第2分束鏡6的雷射束亦與所述各實施形態同樣地，偏光狀態受到控制，從而可在基板100的照射面上良好地進行結晶化。 另外，本實施形態中，是利用位於同一光路上的、同一光學構件，為了方便，在圖式中分別記載了光路。 而且，本實施形態中，從雷射光源2A、2B輸出的雷射束是在同一光路上前進，但作為本發明，亦可構成為，局部地使光路、光學構件不同而照射至基板。但是，理想的是，各雷射束儘可能經過共用的光學系統。
尤其，在交替地照射各雷射的雷射退火法中，各雷射是分別照射至被照射物。即，各雷射束不相交，因此對被處理體造成的影響大，可清楚地看到因雷射特性造成的不均。藉由在雷射光源與最接近雷射光源的透鏡之間設置光束結合部，將雷射予以結合，以使雷射的特性平均化，藉此，不會影響到雷射的特性偏差，而可改善被照射物的照射結果。
（實施形態6） 所述各實施形態中，藉由在照射面上以適當的偏光狀態進行照射，從而達成良好的結晶化，重要的是控制偏光狀態。 該實施形態6中，如圖7所示，具有計測部20，且組裝於實施形態1的裝置中，該計測部20在照射面上接收雷射束的一部分，以計測偏光狀態。 計測部20亦可設為下述結構，即，當雷射束相對移動時，追隨於雷射束的相對移動。例如，在雷射束的相對移動時，基板側移動的情況下，使計測部20與基板一同移動。而且，亦可不使計測部20移動，而暫時接收雷射束來測定偏光狀態。
計測部20的結構並無特別限定，可使用偏光元件、波長板、旋轉檢偏鏡或其他偏光元件、光強度檢測器來構成，可使用已知者。藉由作為光強度來檢測，可求出偏光特性。 另外，本實施形態中，在照射面上利用計測部20來接收雷射束，以進行偏光狀態的測定，但計測部20的設置位置只要位於光路上，則設置位置並無特別限定。例如，即使在成為最終的偏光狀態之前接收雷射束，亦可預測隨後的變化，並控制測定位置處的偏光狀態，以在照射面上成為規定的偏光狀態。
計測部20的測定結果連接於附監視器（monitor）的控制部21。附監視器的控制部21可包含中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）及在CPU上動作的程式（program）、動作設定參數（parameter）等。附監視器的控制部21輸出至雷射光源2而對雷射光源的偏光狀態進行反饋（feedback）控制。附監視器的控制部21中，基於計測部20的計測結果來控制雷射光源2。控制部21中，預先將照射面上的偏光狀態與雷射光源2的設定內容相關聯，基於偏光狀態的變化來控制雷射光源2的偏光狀態。附監視器的控制部21既可附隨於雷射加工裝置而設，而且，亦可經由控制線或網路（network）而連接於雷射加工裝置。
雷射光源2中，可藉由雷射光學系統的調整以及雷射電壓、雷射氣體的混合比等的調整，來控制偏光狀態。 而且，計測結果亦可顯示於附監視器的控制部21的監視器上。進而，亦可不設置控制部，而將計測結果顯示於監視器等，並基於其結果而藉由手動掃描來進行雷射光源的調整。
圖8是表示在圖7所示的雷射加工裝置中控制偏光狀態的程序的流程圖。控制程序是由圖7所示的控制部來執行。 在雷射光源中，根據預定的設定參數來輸出雷射束（步驟s1）。雷射束藉由計測器來計測偏光狀態（步驟s2），將計測結果顯示於監視器（步驟s3），進而，在控制部中，判定計測值是否處於設定值的範圍內（步驟s4），若處於範圍內（步驟s4，是（YES）），則進行雷射束的振盪，進行對基板的處理（步驟s5）。 另一方面，若藉由計測獲得的計測值不同於設定值（步驟s4，否（NO）），則在步驟s1中，控制雷射輸出部，以獲得所需的計測狀態（步驟s1）。隨後，重複所述程序，進行控制，以將雷射束以所需的偏光狀態而照射至基板。 本實施形態中，在雷射照射前控制偏光狀態，一旦獲得規定的偏光狀態，便可進行雷射照射，但亦可在雷射照射中導出雷射束的一部分，以用作動態地進行偏光狀態的控制。
另外，所述各實施形態中，對將雷射加工裝置用於使非晶矽膜結晶化時的情況進行了說明，但作為本發明，並不限定於此， 例如可利用於GaN的結晶化、氧化物的結晶化等。
（實施形態7） 藉由實施形態1製造的半導體膜可用於薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT）等半導體元件。 以下，作為該一例，基於圖9的流程圖來說明薄膜電晶體150的製造方法。 在基板100的上層，形成有底塗（base coat）膜101。對於基板100的材料，可使用適當的材料，例如使用玻璃、塑膠（丙烯酸樹脂）等材料。對於底塗膜101，例如使用氧化矽、氮化矽等。
在底塗層101的上層，形成有導電膜102，且依規定的圖案（pattern）進行蝕刻（etching）處理。 在其上層，形成基礎絕緣膜103，進而，在其上層形成非晶矽膜104。
對於非晶矽膜104，藉由雷射束照射步驟來照射雷射光。 在雷射束照射步驟中，非晶矽膜成為多晶態矽膜105。隨後，圖案化為規定形狀。
接下來，在多晶態矽膜105上形成閘極絕緣膜106，在其上部形成閘極（gate）電極107。 在多晶態矽膜105中，在一端側形成摻雜（dope）有磷或硼等雜質的源極（source）區域108，另一端側形成摻雜有雜質的汲極（drain）區域109，且形成中間部分的通道區域110。
在閘極絕緣膜106上，設有層間絕緣膜111。繼而，形成與源極區域108連接的源極電極112、及與汲極區域109連接的汲極電極113。 在所述雷射束照射步驟中，將如實施形態1中說明般具有彼此交叉方向的偏光狀態的多個雷射束具備延遲時間地予以照射。藉此，可獲得結晶粒徑大致均勻，電子遷移率足夠高的優質的多晶態矽膜105。多晶態矽膜105構成薄膜電晶體150的源極區域、汲極區域及通道區域，因此可提高薄膜電晶體150的開關速度。
（實施形態8） 接下來，作為實施形態7的薄膜電晶體150的使用例，對於薄膜電晶體液晶顯示器（Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display，TFT-LCD），基於圖10來進行說明。 圖10A表示在顯示器中呈格子狀排列的子胞元（sub cell）200的概略結構，表示附加電容型。薄膜電晶體150被用於畫素的驅動控制。另外，驅動方式並無特別限定，可選擇訊框（frame）反轉、分割驅動等適當方式。
子胞元200中，具有在顯示器中呈矩陣（matrix）狀排列的閘極電極線201與源極電極線202，在兩者間設有絕緣膜209。薄膜電晶體150的源極電極204、閘極電極203電性連接於該些電極線。 205為汲極電極，在源極電極204、汲極電極205、閘極電極203間具有絕緣膜206。 212為顯示電極，210為儲存電極，且210周圍被絕緣膜211覆蓋。將對儲存電極210的配線兼作相鄰的閘極電極線，以簡化製造步驟。
接下來，將子胞元的剖面圖示於圖10B。 在背光模組（backlight module）300上，經由偏光板301而配置有基板302，在基板302上，設有呈格子狀地配置有密封（seal）材304而劃分為每個畫素的液晶區域305。在液晶區域305的下部側配置有氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）電極303。 在各畫素的液晶區域305，設置有驅動畫素的薄膜電晶體150，在液晶區域305內，封入有液晶。在液晶區域305的上側，設置有作為共用電極的ITO電極307，在其上方，排列配置有位於薄膜電晶體150上的黑矩陣（black matrix）308及彩色濾光片（color filter）309。進而，在其上層積層有彩色濾光片基板310，在其上層配置有偏光板311而構成液晶顯示器（TFT-LCD320）。
（實施形態9） 接下來，基於圖11的流程圖來說明液晶顯示器的製造程序。 首先，準備玻璃基板，進行清洗以備下個步驟。在下個步驟，於玻璃基板上形成金屬膜，在其上層塗佈抗蝕劑（resist），並經由形成有圖案的遮罩（mask）來進行曝光、顯影。 隨後，藉由蝕刻、剝離來進行圖案化，並進行圖案檢查。繼而，在其上層形成絕緣膜。針對該基板，進行基於本發明的雷射退火處理。進而，實施保護膜、信號線形成、電極形成、濺鍍（sputtering）等步驟，並進行最終檢查。在最終檢查後，實施與彩色濾光片的組合等，TFT-LCD完成。 本實施形態中所用的薄膜電晶體150可進行高速的開關動作，因此可實現對各子畫素的液晶所施加的電壓的高速切換。藉此，本實施形態的TFT-LCD相對於圖像的移動而可進行高速響應。
另外，所述中，對TFT-LCD進行了說明，但作為薄膜電晶體150的使用例，並不限定於此，亦可適用於有機電致發光（Electroluminescence，EL）顯示器等顯示裝置。 實施例1
在以往裝置中的雷射光源與形成直線光束的光學系統之間，配置衰減元件來作為使偏光發生變化的光學系統元件，使P偏光成分與S偏光成分如圖12所示般發生變化。藉由改變入射至衰減元件的角度，從而改變照射面上的p偏光/s偏光之比而進行對非晶矽膜的結晶化。 為了對所獲得的結晶膜調查結晶化的週期性，利用暗視場儀來測定藉由偏光光學顯微鏡而導入的圖像的亮度分佈。本例中，將信號亮度高者評價為優質的晶粒。 將其結果示於圖12。偏光比越接近1，基板的亮度越高，顯微鏡、目測均可確認曝光（shot）不均減少。 圖13表示顯微鏡的測定結果。可知的是，偏光比越接近1，則基板的亮度越上升。
以上，對於本發明，基於所述實施形態進行了說明，但本發明並不限定於所述實施形態的內容，只要不脫離本發明的範圍，便可進行針對所述實施形態的適當變更。
1‧‧‧雷射加工裝置
2、2A、2B‧‧‧雷射光源
3、3C、3R、3T、3CR、3CT、3RR、3RT、3TR、3TT、3RRR、3RRT、3RTR、3RTT、3TRR、3TRT、3TTR、3TTT、30、30RR、30RT、30TR、30TT、31、31RR、31RT、31TR、31TT‧‧‧雷射束
4‧‧‧第1分束鏡
5A、5B、5C、5D‧‧‧準直器
6‧‧‧第2分束鏡
7‧‧‧均質器
8‧‧‧聚光透鏡
9‧‧‧第3分束鏡
10‧‧‧分束鏡
11‧‧‧反射鏡
12‧‧‧偏光元件
20‧‧‧計測部
21‧‧‧附監視器的控制部
30R、31R‧‧‧反射光（s偏光成分）
30T、31T‧‧‧透射光（p偏光成分）
100‧‧‧基板
101‧‧‧底塗膜
102‧‧‧導電膜
103‧‧‧基礎絕緣膜
104‧‧‧非晶矽膜
105‧‧‧多晶態矽膜
106‧‧‧閘極絕緣膜
107、203‧‧‧閘極電極
108‧‧‧源極區域
109‧‧‧汲極區域
110‧‧‧通道區域
111‧‧‧層間絕緣膜
112、204‧‧‧源極電極
113、205‧‧‧汲極電極
150‧‧‧薄膜電晶體
200‧‧‧子胞元
201‧‧‧閘極電極線
202‧‧‧源極電極線
206、209、211‧‧‧絕緣膜
210‧‧‧儲存電極
212‧‧‧顯示電極
300‧‧‧背光模組
301、311‧‧‧偏光板
302‧‧‧基板
303、307‧‧‧ITO電極
304‧‧‧密封材
305‧‧‧液晶區域
308‧‧‧黑矩陣
309‧‧‧彩色濾光片
310‧‧‧彩色濾光片基板
320‧‧‧TFT-LCD
R、RR、TR、RRR、RTR、TRR、TTR‧‧‧反射光
s1～s5‧‧‧步驟
T、RT、TT、RTT、TRT、RRT、TTT‧‧‧透射光
圖1是表示本發明的一實施形態的雷射加工裝置的概略結構的圖。 圖2是表示另一實施形態的雷射加工裝置的概略結構的圖。 圖3是表示又一實施形態的雷射加工裝置的概略結構的圖。 圖4A、圖4B及圖4C是說明雷射加工裝置中的偏光狀態的變化的圖。 圖5是表示又一實施形態的雷射加工裝置的概略結構的圖。 圖6是表示又一實施形態的雷射加工裝置的概略結構的圖。 圖7是表示具有偏光測定部的又一實施形態的雷射加工裝置的概略結構的圖。 圖8是表示偏光狀態的控制程序的示例的流程圖。 圖9是表示本發明的一實施形態中的半導體元件的製造過程的流程圖。 圖10A及圖10B是關於本發明的一實施形態中的顯示器，圖10A是表示本發明的顯示器的畫素的圖，圖10B是表示本發明的顯示器的局部結構的概略剖面的圖。 圖11是表示本發明的液晶顯示器的製造過程的流程圖。 圖12是表示實施例中的偏光比與表示結晶週期性的綠光的強度的關係的圖表。 圖13是表示實施例中的改變偏光比時的結晶化後的基板表面的顯微鏡照片的圖。

Claims (20)

  1. 一種雷射加工裝置，將從雷射光源輸出的雷射束經由均質器而照射至被處理體，所述雷射加工裝置的特徵在於包括： 產生雷射束的雷射光源； 所述雷射束入射的第1分束鏡； 通過所述第1分束鏡的雷射束入射的第2分束鏡；以及 對從所述第2分束鏡出射的雷射束的能量密度進行控制的均質器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的雷射加工裝置，其中 從所述均質器輸出的雷射束包含p偏光成分與s偏光成分，且p偏光成分與s偏光成分的能量強度之比在所述被處理體面上為0.74以上且1.23以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的雷射加工裝置，其中 更包括第3分束鏡，並且 從所述第1分束鏡出射的雷射束經由所述第3分束鏡而入射至所述第2分束鏡。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的雷射加工裝置，其中 具有多個輸出所述雷射束的所述雷射光源，且使用從各所述雷射光源輸出的多個所述雷射束。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的雷射加工裝置，其中 所述第1分束鏡將雷射束分割為多束，且所述第2分束鏡將經分割的雷射束予以結合。
  6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的雷射加工裝置，其中 在多個雷射束的至少一者的光路上具有偏光元件，所述偏光元件改變所述光路上的雷射束的偏光狀態。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項所述的雷射加工裝置，其中 具有偏光計測部，所述偏光計測部對從所述均質器輸出的雷射束的偏光狀態進行計測。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的雷射加工裝置，其中 具有控制部，所述控制部接收所述偏光計測部的計測結果，並基於所述計測結果來控制所述雷射束的偏光狀態。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項所述的雷射加工裝置，其中 所述雷射光源為準分子雷射光源。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述的雷射加工裝置，其中 所述雷射光源為固體雷射光源。
  11. 如申請專利範圍第1項至第10項中任一項所述的雷射加工裝置，其中 所述被處理體為非晶矽膜，且所述雷射加工裝置是用於使所述非晶矽膜結晶化的裝置。
  12. 一種半導體裝置的製造方法，包括以下步驟： （a）在基板上形成非晶矽的步驟；以及 （b）對所述非晶矽照射雷射束，形成多晶矽的步驟， 在所述步驟（b）中，從雷射光源出射的所述雷射束經由多個分束鏡而照射至所述非晶矽。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體裝置的製造方法，其中 在所述步驟（b）中，照射至非晶矽的所述雷射束的p偏光成分與s偏光成分的能量強度之比在所述非晶矽上為0.74以上且1.23以下。
  14. 如申請專利範圍第12項或第13項所述的半導體裝置的製造方法，其中 所述多晶矽成為薄膜電晶體的通道部。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的半導體裝置的製造方法，其中 所述薄膜電晶體被用於液晶顯示器，且所述薄膜電晶體被用於畫素的控制。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的半導體裝置的製造方法，其中 所述薄膜電晶體被用於有機發光二極體顯示器，且所述薄膜電晶體被用於畫素的控制。
  17. 如申請專利範圍第12項至第16項中任一項所述的半導體裝置的製造方法，其中 所述基板為玻璃基板或塑膠基板。
  18. 一種非晶矽的結晶化方法，包括以下步驟： （a）從雷射光源出射雷射束的步驟； （b）使所述雷射束入射至第1分束鏡的步驟； （c）使從所述第1分束鏡出射的所述雷射束入射至第2分束鏡的步驟； （d）使從所述第2分束鏡出射的所述雷射束入射至均質器，對所述雷射束的能量密度進行控制的步驟；以及 （e）將從所述均質器出射的所述雷射束照射至非晶矽，進行結晶化的步驟。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的非晶矽的結晶化方法，其中 從所述均質器出射的所述雷射束的p偏光成分與s偏光成分的能量強度之比在所述非晶矽上為0.74以上且1.23以下。
  20. 如申請專利範圍第18項或第19項所述的非晶矽的結晶化方法，其中 所述雷射束至少包含二束，將各雷射束交替地、或者逐一雷射依序地照射至非晶矽上。
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