TW202037440A - 雷射退火裝置 - Google Patents

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塩飽義大
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Abstract

具備有：照射亮度分布經均一化之作為第1雷射光(L1)的脈衝雷射光的脈衝雷射發生部(12)；將作為第2雷射光(L2)的連續振盪雷射光進行振盪的連續振盪雷射發生部(13)；及由1個第1雷射光(L1)分離成複數第1雷射光(L1)，並且使第2雷射光(L2)以預定的照射形狀照射在被處理基板1上的雷射射束照射部(20)。

Description

雷射退火裝置
本發明係關於雷射退火裝置。
薄膜電晶體(TFT：Thin Film Transistor)係被使用作為用以將液晶顯示器(LCD：Liquid Crystal Display)、有機EL顯示器(OLED：Organic Electroluminescence Display，有機電激發光顯示器)等薄型顯示器(FPD：Flat Panel Display，平面顯示器)進行主動驅動的切換元件。以薄膜電晶體(以下亦稱為TFT)的半導體層的材料而言，係使用非晶矽(a-Si：amorphous Silicon)、或多晶矽(p-Si：polycrystalline Silicon)等。
以反轉交錯構造的TFT而言，存在一種在通道區域使用非晶矽薄膜者。但是，非晶矽薄膜由於電子移動度小，因此若在通道區域使用該非晶矽薄膜，有TFT中的電荷的移動度變小的缺點。
因此，存在一種技術係藉由雷射光，將非晶矽薄膜的預定的區域瞬間加熱，藉此多結晶化，且形成電子移動度高的多晶矽薄膜，而在通道區域使用該多晶矽薄膜。
例如，在專利文獻1係揭示在基板形成非晶矽薄膜，之後，對該非晶矽薄膜照射準分子雷射等雷射光來進行雷射退火，藉此，藉由短時間的熔融凝固，進行使其結晶化成多晶矽薄膜的處理。
在專利文獻1係記載藉由進行該處理，可將TFT的源極與汲極間的通道區域，形成為電子移動度高的多晶矽薄膜，可進行電晶體動作的高速化的要旨。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-100537號公報
(發明所欲解決之問題)
在專利文獻1所記載的TFT中，源極與汲極間的通道區域藉由一處的多晶矽薄膜所形成。因此，TFT的特性係取決於一處的多晶矽薄膜。
在此，準分子雷射等的雷射光的能量密度係每逢進行該照射(發射)即發生不均，因此在多晶矽薄膜發生結晶不均，而在使用該雷射光所形成的多晶矽薄膜的電子移動度亦發生不均。因此，使用該多晶矽薄膜所形成的TFT的特性亦取決於雷射光的能量密度的不均。
結果，在基板所包含的複數TFT的特性係有產生不均的可能性。
因此，本發明之目的在提供可抑制基板所包含的複數薄膜電晶體的特性不均的雷射退火裝置。 (解決問題之技術手段)
本發明之雷射退火裝置係將被著在基板上的非晶矽薄膜的預定的區域進行雷射退火而形成為結晶矽的雷射退火裝置，對前述預定的區域照射第1雷射光來進行雷射退火之後，對前述預定的區域照射屬於連續振盪雷射光的第2雷射光來進行雷射退火者。
此外，在本發明之雷射退火裝置中，前述第1雷射光係脈衝雷射光者。
此外，在本發明之雷射退火裝置中，具備：遮罩圖案，其係具有將前述第1雷射光的照射形狀配合前述預定的區域的形狀而進行整形的第1開口、及將前述第2雷射光的照射形狀配合前述預定的區域的形狀而進行整形的第2開口；及聚光透鏡，其係使通過前述第1開口的前述第1雷射光或通過前述第2開口的前述第2雷射光，縮小而對焦在前述非晶矽薄膜上者。
本發明之雷射退火裝置係將被著在基板上的非晶矽薄膜之經雷射退火的預定的區域進行雷射退火而形成為結晶矽的雷射退火裝置，對前述預定的區域照射連續振盪雷射光來進行雷射退火者。
本發明之雷射退火方法係將被著在基板上的非晶矽薄膜的預定的區域進行雷射退火而形成為結晶矽的雷射退火方法，其係具有：對前述預定的區域照射第1雷射光來進行雷射退火的工程；及對前述預定的區域照射屬於連續振盪雷射光的第2雷射光來進行雷射退火的工程者。 (發明之效果)
本發明係可提供可抑制基板所包含的複數薄膜電晶體的特性不均的雷射退火裝置。
以下參照圖示，詳細說明本發明之實施形態之雷射退火裝置。但是，應留意圖示為模式者，各構件數、各構件的尺寸、尺寸的比率、形狀等與實際者不同。此外，圖示相互間亦包含有彼此的尺寸的關係或比率或形狀為不同的部分。
在圖1中，本發明之一實施形態之雷射退火裝置10係在具備TFT的半導體裝置的製造工程中，例如，用以對通道區域形成預定區域照射雷射光來進行退火處理，且將該通道區域形成預定區域結晶化的裝置。
雷射退火裝置10係例如被使用在形成液晶顯示裝置的像素的TFT時。若形成如上所示之TFT，如圖2所示，首先，在被處理基板1的玻璃基板2上圖案形成由Al等金屬膜所成的閘極電極3。
接著，藉由低溫電漿CVD法，在玻璃基板2上的全面形成由SiN膜所成的未圖示的閘極絕緣膜。之後，在閘極絕緣膜上，例如藉由電漿CVD法形成非晶矽薄膜4。亦即，非晶矽薄膜4形成(被著)在玻璃基板2的全面。最後，在非晶矽薄膜4上形成未圖示的二氧化矽(SiO2 )膜。
接著，藉由圖1所例示的雷射退火裝置10，對非晶矽薄膜4的閘極電極3上的預定的區域(TFT中成為通道區域的區域)照射雷射光來進行退火處理，且將該預定的區域結晶化而形成為結晶矽。其中，玻璃基板2並非必定為玻璃基板，亦可為以樹脂等素材所形成的樹脂基板等任何素材的基板。此外，結晶矽亦可為多晶矽及單晶矽的任一者。
(雷射退火裝置的概略構成) 以下使用圖1及圖2，說明本實施形態之雷射退火裝置10的概略構成。如圖1所示，雷射退火裝置10係具備有：基台11、脈衝雷射發生部12、連續振盪雷射發生部13、控制部14、及雷射射束照射部20。
基台11係具備有未圖示的基板搬送手段。在該雷射退火裝置10中，在將被處理基板1配置在基台11之上的狀態下，藉由未圖示的基板搬送手段，朝向以圖中箭號所示之搬送方向(基板掃描方向)進行搬送。該搬送方向係與閘極電極3的延伸方向為相同方向。亦即，在本實施形態中，退火處理時，雷射射束照射部20並未移動，而使被處理基板1移動。
脈衝雷射發生部12係具備有：未圖示的雷射光源、及未圖示的耦合光學系。由雷射光源被出射的雷射光係藉由耦合光學系被擴張，亮度分布被均一化，作為第1雷射光L1被照射。雷射光源係以預定的重複周期放射例如波長為308nm或248nm等的雷射光的準分子雷射。
第1雷射光L1係藉由反射鏡15被反射，且被照射在雷射射束照射部20。
連續振盪雷射發生部13係具備有未圖示的雷射光源。由雷射光源被出射的雷射光係作為第2雷射光L2而被照射在反射鏡16。雷射光源係例如將連續振盪(CW：Continuous Wave)雷射光進行振盪。
在此，連續振盪雷射光(CW雷射光)係指亦包含對目的區域連續照射雷射光的所謂擬似連續振盪的概念。亦即，雷射光亦可為脈衝雷射，亦可為脈衝間隔比加熱後的矽薄膜的冷卻時間為更短(凝固前以接下來的脈衝照射)的擬似連續振盪雷射。
第2雷射光L2係藉由反射鏡16被反射，且被照射在多角鏡17。多角鏡17係以預定的速度旋轉，且使藉由反射鏡16被反射的第2雷射光L2以等角速度掃描至Fθ透鏡18。
Fθ透鏡18係將以等角速度被掃描的第2雷射光L2轉換成等直線速度而掃描至反射鏡19。第2雷射光L2係藉由反射鏡19被反射，且掃描至雷射射束照射部20。
雷射射束照射部20係使第1雷射光L1及第2雷射光L2照射在被處理基板1上之預先設定的預定位置者，如圖2所示，由第1雷射光L1及第2雷射光L2的行進方向上游側朝向下游側依序具備有：遮罩圖案21、及微透鏡陣列22。
遮罩圖案21係由1個第1雷射光L1分離為複數第1雷射光L1者。此外，遮罩圖案21係使第2雷射光L2以預定的照射形狀照射至被處理基板1上。
遮罩圖案21係例如在透明的石英基板上成膜鉻(Cr)或鋁(Al)等的遮光膜。在遮光膜，如圖3所示，設有：用以配合被照射在被處理基板1上的第1雷射光L1的照射形狀來進行整形的複數第1開口23、及用以配合被照射在被處理基板1上的第2雷射光L2的照射形狀來進行整形的複數第2開口24。
第1開口23係形成為與第1雷射光L1的照射形狀為相似形。第2開口24係形成為與第2雷射光L2的照射形狀為相似形。
第1開口23係例如以使第1雷射光L1照射在以基板掃描方向延伸的閘極電極3上的方式，在基板掃描方向設有第1雷射光L1的照射次數份(圖中為10次份)。第1開口23係例如以與基板掃描方向呈直行的方向，在直線上配合閘極電極3的間隔設有複數個(圖中為10個)。此係在被處理基板1上以格子狀進行退火處理之故，亦可依被處理基板1上欲進行退火處理的位置作適當變更。
第2開口24係例如以使第2雷射光L2照射1次在以基板掃描方向延伸的閘極電極3上的方式設有1個。第2開口24係例如以與基板掃描方向呈正交的方向配合閘極電極3的間隔設有複數個(圖中為10個)。以與基板掃描方向呈正交的方向鄰接的第2開口24係以基板掃描方向離距離W而設。距離W係依被處理基板1的搬送速度、及第2雷射光L2之與基板掃描方向呈正交的方向的掃描速度來決定。第2雷射光L2的掃描方向係圖3由左而右的方向。
亦即，當第2雷射光L2由第2開口24到達至鄰接的第2開口24的基板掃描方向的位置時，以鄰接的第2開口24來到第2雷射光L2的照射位置的方式作設定。藉此，第2雷射光L2以掃描方向掃描1次，藉此可在以與基板掃描方向呈正交的方向排列的區域照射第2雷射光L2。
微透鏡陣列22係將通過第1開口23的第1雷射光L1縮小投影至閘極電極3上。微透鏡陣列22係將通過第2開口24的第2雷射光L2縮小投影至閘極電極3上。
微透鏡陣列22係如圖2所示，使光軸中心與第1開口23及第2開口24的各開口的中心相一致來配置複數之作為聚光透鏡的微透鏡。各微透鏡的縮小倍率係設定為使第1開口23及第2開口24的成像對焦在閘極電極3上的非晶矽薄膜4上。
控制部14係進行設在基台11的未圖示的基板搬送手段、脈衝雷射發生部12、及連續振盪雷射發生部13的控制。具體而言，控制部14係設定為驅動控制未圖示的基板搬送手段而使被處理基板1朝向基板掃描方向以預定的速度移動。此外，控制部14係以由未圖示的位置檢測手段被輸入被處理基板1中進行退火處理的改質預定區域的位置資訊的方式作設定。
此外，控制部14係係被設定為驅動控制脈衝雷射發生部12、及連續振盪雷射發生部13，對被處理基板1進行第1照射與第2照射。
第1照射時，控制部14係由脈衝雷射發生部12使作為第1雷射光L1的脈衝雷射光出射。
第2照射時，控制部14係由連續振盪雷射發生部13使作為第2雷射光L2的CW雷射光連續出射。
控制部14係被設定為根據改質預定區域的上述位置資訊資料，當改質預定區域對基台11到達預定的位置時，對脈衝雷射發生部12輸出驅動訊號。
控制部14係被設定為根據改質預定區域的上述位置資訊資料，改質預定區域對基台11到達預定的位置時，對連續振盪雷射發生部13輸出驅動訊號。
(雷射退火方法) 說明使用本實施形態之雷射退火裝置10的雷射退火方法。
控制部14係藉由基板搬送手段使基台11移動，藉此使被處理基板1沿著基板掃描方向以預定的掃描速度行走。
控制部14係根據改質預定區域的位置資訊而改質預定區域到達預定的位置時，對脈衝雷射發生部12輸出驅動訊號。
控制部14係當基板掃描方向的前頭的改質預定區域(圖2中位於最右邊的改質預定區域)到達遮罩圖案21的基板掃描方向的最上游的第1開口23(圖3中位於最上面的第1開口23)之下時，對脈衝雷射發生部12輸出驅動訊號，之後，被處理基板1朝向基板掃描方向移動，當改質預定區域到達以基板掃描方向鄰接的接下來的第1開口23之下時，對脈衝雷射發生部12輸出驅動訊號。
如上所示，在被處理基板1的改質預定區域，以在基板掃描方向所設的第1開口23的數份(圖3的遮罩圖案21中為10次)藉由脈衝雷射發生部12被照射第1雷射光L1，成為改質預定區域的非晶矽薄膜4被結晶化的區域A(參照圖2)。
如上所示，若藉由作為第1雷射光L1的脈衝雷射光進行非晶矽薄膜4的退火處理時，第1雷射光L1係藉由脈衝雷射發生部12被均一化來照射，但是難以完全均一化，發生數%的不均。該不均係有透過微透鏡陣列22的微透鏡的第1雷射光L1亦受到影響，且在照射面發生不均的情形。
因此，在本實施例中，將第1雷射光L1進行10發射(shot)照射而在非晶矽薄膜4進行退火處理之後，照射藉由連續振盪雷射發生部13所得之第2雷射光L2，再度以第2雷射光L2亦即連續振盪雷射光進行退火處理，將藉由第1雷射光L1而被退火的結晶矽的結晶不均在照射面內均一化。
控制部14係當藉由位於第2雷射光L2的掃描方向的最上游的第1雷射光L1而被結晶化的區域A到達遮罩圖案21的第2雷射光L2的掃描方向的最上游的第2開口24(圖3中位於最左邊的第2開口24)之下時，對連續振盪雷射發生部13輸出驅動訊號。
由連續振盪雷射發生部13被照射的第2雷射光L2係被照射至多角鏡17，且透過Fθ透鏡18而被掃描至反射鏡19，且被掃描至雷射射束照射部20。
第2開口24係根據基板掃描速度與第2雷射光L2的掃描速度，設定以與基板掃描方向呈正交的方向相鄰接的第2開口24的距離W，一邊使被處理基板1以基板掃描方向移動，一邊使第2雷射光L2掃描，藉此在以與基板掃描方向呈正交的方向相鄰接之經結晶化的區域A被依序照射第2雷射光L2，且進行退火處理。亦即，第2雷射光L2以掃描方向掃描1次，藉此在以與基板掃描方向呈正交的方向相鄰接的一列區域A被依序照射第2雷射光L2，在接下來的第2雷射光L2的掃描中，係在基板掃描方向之接下來的區域A之列被照射第2雷射光L2。
如上所示，在本實施形態中，在對被著在基板上的非晶矽薄膜4的預定的區域被照射第1雷射光而被雷射退火之後，在該區域被照射連續振盪雷射光而被雷射退火。因此，即使藉由利用第1雷射光所為之雷射退火而在基板所包含的複數薄膜電晶體的特性發生不均，亦可藉由利用連續振盪雷射光所為之雷射退火，抑制複數薄膜電晶體的特性不均。
其中，在本實施形態中，係將雷射射束照射部20形成為第1雷射光L1的照射區域與第2雷射光L2的照射區域成為一體的構成，但是亦可將第1雷射光L1的照射區域與第2雷射光L2的照射區域構成為不同個體。此外，在第2雷射光L2的照射區域中，亦可形成為省略微透鏡陣列22的構成。
此外，在本實施形態中，係顯示接續藉由第1雷射光L1所為之第1照射而進行藉由第2雷射光L2所為之第2照射的情形，但是亦可分別進行第1照射與第2照射。此時，亦可將進行第1照射的裝置、與進行第2照射的裝置形成為個別的裝置。
此外，在本實施形態中，形成在遮罩圖案21的第1開口23及第2開口24係形成為長方形，惟亦可按照第1雷射光L1或第2雷射光L2的照射區域來變更。
以上揭示本發明之實施形態，惟清楚可知可依該領域熟習該項技術者，在未脫離本發明之範圍的情形下施加變更。意圖所有如上所示之修正及等效物包含在以下之請求項。
1:被處理基板 2:玻璃基板 3:閘極電極 4:非晶矽薄膜 10:雷射退火裝置 11:基台 12:脈衝雷射發生部 13:連續振盪雷射發生部 14:控制部 15:反射鏡 16:反射鏡 17:多角鏡 18:Fθ透鏡 19:反射鏡 20:雷射射束照射部 21:遮罩圖案 22:微透鏡陣列 23:第1開口 24:第2開口 A:區域 L1:第1雷射光 L2:第2雷射光 W:距離
[圖1]係本發明之一實施形態之雷射退火裝置的概略構成圖。 [圖2]係顯示本發明之一實施形態之雷射退火裝置的雷射光的照射方法的圖。 [圖3]係顯示本發明之一實施形態之雷射退火裝置的遮罩圖案之例的圖。
1:被處理基板
3:閘極電極
10:雷射退火裝置
11:基台
12:脈衝雷射發生部
13:連續振盪雷射發生部
14:控制部
15:反射鏡
16:反射鏡
17:多角鏡
18:Fθ透鏡
19:反射鏡
20:雷射射束照射部
L1:第1雷射光
L2:第2雷射光

Claims (5)

  1. 一種雷射退火裝置，其係將被著在基板上的非晶矽薄膜的預定的區域進行雷射退火而形成為結晶矽的雷射退火裝置， 對前述預定的區域照射第1雷射光來進行雷射退火之後，對前述預定的區域照射屬於連續振盪雷射光的第2雷射光來進行雷射退火。
  2. 如請求項1之雷射退火裝置，其中，前述第1雷射光係脈衝雷射光。
  3. 如請求項1或請求項2之雷射退火裝置，其中，具備： 遮罩圖案，其係具有將前述第1雷射光的照射形狀配合前述預定的區域的形狀而進行整形的第1開口、及將前述第2雷射光的照射形狀配合前述預定的區域的形狀而進行整形的第2開口；及 聚光透鏡，其係使通過前述第1開口的前述第1雷射光或通過前述第2開口的前述第2雷射光，縮小而對焦在前述非晶矽薄膜上。
  4. 一種雷射退火裝置，其係將被著在基板上的非晶矽薄膜之經雷射退火的預定的區域進行雷射退火而形成為結晶矽的雷射退火裝置， 對前述預定的區域照射連續振盪雷射光來進行雷射退火。
  5. 一種雷射退火方法，其係將被著在基板上的非晶矽薄膜的預定的區域進行雷射退火而形成為結晶矽的雷射退火方法， 其係具有： 對前述預定的區域照射第1雷射光來進行雷射退火的工程；及 對前述預定的區域照射屬於連續振盪雷射光的第2雷射光來進行雷射退火的工程。
TW109106672A 2019-03-08 2020-03-02 雷射退火裝置 TW202037440A (zh)

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