1238093 玖、發明說明： 【發明戶斤屬之技術領域3 發明領域 本發明係有關於一種利用雷射能量對被處理物施行穿 5 孔、蝕刻、摻雜質、退火等等加工、改質、成膜等之各種 雷射處理的雷射處理裝置及雷射處理方法。 L先前技術3 發明背景 在穿孔、蝕刻、摻雜質、退火等各種加工、改質、成 10 膜等處理時，可利用雷射能量，且這種雷射處理相關技術 揭示於如下專利文獻。 【專利文獻1】 曰本專利公開公報特開昭63-220991號 【專利文獻2】 15 日本專利公開公報特開2001 -62578號 【專利文獻3】 曰本專利公開公報特開平4-3 56392號 【專利文獻4】 曰本專利公開公報特開2001-269789號 20 對於穿孔加工，專利文獻1揭示使用遮罩投影之處理。 此時係讓雷射光透射加工部，非加工部則使用可遮蔽雷射 光之遮罩，以加工成任意形狀。又，專利文獻2則揭示有關 於繞射型光學元件與fsin0透鏡之組合，此時之結構包含有 可使雷射光繞射來產生多數光束之繞射型光學元件，及可 1238093 聚集由繞射型光學元件出來之多數分歧光束的fsin Θ透鏡。 關於微透鏡陣列聚光，專利文獻3揭示之技術係在遮罩 之光傳送部平面内排列圓形菲淫爾透鏡（Fresnel’s lens )來 聚集雷射光，以同時對印刷基板多處施行加工。此技術之 5能量效率優異。又，專利文獻4中揭示使用具有不穩定共振 器之雷射器來縮小光束發散角，使光束聚光直徑可變得微 小的技術。 又’關於利用雷射退火使非晶Si結晶方面，目前之非 晶Si結晶化技術，有一方法係在成膜於玻璃基板上之非晶 10 Si薄膜上將來自高功率激生分子雷射器之雷射成形為線 束，並沿與該線束垂直之方向掃描照射線束，依序使玻螭 基板上之整體非晶Si熔融再結晶以獲得多晶Si膜。此處理方 法目前業已達到實用程度，主要是作為攜帶型機器用高性 能TFT (薄膜電晶體）液晶顯示器的製造技術，其公知文獻 15有例如東芝公司月刊「評論（Review)」vol· 55，Νο· 2(2000) 西部徹他「低溫p—SiTFT」。 【明内3 發明欲解決課題 然而’使用遮罩投影之處理（專利文獻1)，其遮光之 20 非加工部分之能量形同浪費，所以能量效率低，而若提高 加工部分之能1，卻會導致消耗能量變得極大。又，由於 裝置大型化’將此裝置用於生產時，將造成生產成本提高。 組合繞射型光學元件與與fsin0透鏡之技術（專利文獻 2)，係藉繞射型光栅使入射光束繞射，且由fsin6)透鏡聚 1238093 光，所以如果孔數量增加，就必須使用更高階之繞射光。 因為繞射次數愈多，繞射效率就愈差，故加工面内會產生 光束強度分布，導致很難同時加工多個孔或控制多個孔之 加工直徑。 5 再者，微透鏡陣列聚光（專利文獻3、4)，在施行微小 直徑加工時則有如下不理想處。 第1，受到光束發散角的影響甚大。一般以高功率紫外 線雷射形態使用之激生分子雷射等的光束發散角都很大。 如果光束發散角大，焦點之模糊圈就大。一般球面透鏡有： 10 焦點模糊圈=光束發散角X焦距 的關係。因此，當光束發散角大時，很難聚光並加工成微 小直徑。於是有人提出使用具有不穩定共振器之雷射器來 縮小光束發散角的方法。然而，不穩定共振器之光學系統 複雜，脈衝能量小。 15 第2，狹間距之加工困難。球面透鏡之聚光具有如下關 係。 焦點直徑二常數X波長/數值孔徑 數值孔徑=透鏡半徑/焦距 從這樣的關係來看，若欲加工微小直徑，透鏡之數值 20 孔徑（=透鏡半徑/焦距）必須要大。因此，就必須增長透 鏡半徑。又，為了提高能量效率，宜提高能量之聚光率， 亦宜加長透鏡半徑。另一方面，因為加工點之間距是對應 於透鏡之間距，所以加工點之間距會較透鏡徑長。因此， 一旦加長透鏡半徑，狹間距之加工就很困難。 1238093 第3，加工之影響造成性能變差。若欲加工微小直徑， 透鏡之數值孔徑（=透鏡半經/隹花、 仅焦距）必須要大。因此，必 須縮短焦距。又，從縮小隹點握 “、、點杈糊圈（=光束發散角X焦 距）著眼，亦必須縮短焦距。 一 π Τ，焦距幾乎是興工忭 距離（透鏡與被加工物之距離）相等，如果工作距離短， 加^夺便會被來自被加工物之污染物附著或受到熱影響， 可月b引起加工不良或透鏡性能變差、毁損。 10 又，關於TFT之晶界造成之性能=方面，由於習知 、長數百_之線束後 •Γ曰體：曰曰’所以會產生無數結晶核’以致形成於該處之 曰曰曰之通道时存在數個至數十個的晶界。@此，導致 “日日體重要之特性值之閾電壓
^ 玉伽·值的不均一或OFF 15 題，斜適合料料—和CPU這類 D 间没1C 〇
=、’關於高消耗能量方面，舉液晶像素切換用TFT 日日匕為例’令液晶之RGB像素之間距之縱寸例如 為 12〇〔〇n^ , 、 ” 〕、40〔 // m〕’ TFT尺寸例如為 1 〇χ 1 〇〔 " m〕， 單純以面積比來計算，結果為 1〜Κ 1〇χ 1〇) / ( 12〇χ 40)} =47/48。 由此結果清楚可知，約98%部分不需要，在後續蝕刻 可承去。因此，大致廢棄之部分消耗極大能量，非常 浪費。 又 關於對基板造成之熱負載方面，由於不需要之能 1238093 量都供給到薄膜，所以加諸該基板超過必要之熱負載。因 此，成為於如塑膠之熱塑性基板上形成TFT的阻礙因素。 因此，本發明第1目的係提供一種提高能量利用效率之 雷射處理裝置及雷射處理方法。 5 又，本發明第2目的係提供一種提高處理精度之雷射處 理裝置及雷射處理方法。 此外，本發明第3目的係提供一種可在狹間距同時處理 多數微小處之雷射處理裝置及雷射處理方法。 用以解決課題之方法 10 為達成前述第1、第2或第3目的，本發明之雷射處理裝 置之結構，包含有：光學元件（微透鏡陣列16、微透鏡27)， 係可形成多數光束（20、70、74、86、92)，並且於各光束 形成焦點22者；及光學系統（縮小轉印光學系統18)，係可 將由該光學元件形成之前述光束之各焦點轉印成像於被處 15 理面28側者。光學元件不論為折射型元件或繞射型元件均 可。所謂被處理面，係指雷射照射之被處理物之面，也是 進行加工等處理時，接受雷射能量之受光面。該被處理面 與光束之焦點可一致，不過未必一定要一致。 若是前述這樣的結構，因為是藉光學元件來將雷射光 20 束聚集成為期望圖案，所以能量利用效率高，相較於遮罩 投影方式，可減低能量損失，同時沒有焦點模糊圈，又， 相較於微透鏡陣列聚光方式，聚光精度高，且可藉光學系 統高精度地調整焦點間距，所以可在狹間距進行穿孔加工 等，處理精度亦提高。可對應於光束之焦點數量等，進行 1238093 多處之穿孔、蝕刻、摻雜質、退火等各種加工、改質、成 膜等雷射處理。 為達成前述第1、第2或第3目的，前述結構亦可使具有 前述被處理面之被處理物（工件26)、前述光學元件或前述 5光學系統於各光軸方向移動，以改變前述光束對前述被處 理面之照射面積。若是這種結構，可將光束調整成期望照 射面積，高精度地控制處理範圍。 為達成前述第1、第2或第3目的，本發明之雷射處理方 法’包含有：形成多數光束，並且於各光束形成焦點的步 1〇驟；及將前述光束之各焦點轉印成像於被處理面側，且照 射光束以對前述被處理面施行雷射處理的步驟。 依這種處理，如先别業已提及者，因為將雷射光束聚 集成為期望圖案，所以能量利用效率高，相較於遮罩投影 方式，可減低能量損失，同時沒有焦點模糊圈，又，相較 15於微透鏡陣列聚光方式，聚光精度高，且可藉光學系統高 精度地調整焦點間距，所以可在狹間距進行穿孔加工等， 處理精度亦提高。結果，可對應於光束之焦點數量等，進 仃多處之穿孔、蚀刻、摻雜質、退火等各種加工、改質、 成膜等雷射處理。 20 、 —為達成前述第卜第2或第3目的，前述雷射處理亦可對 前述被處理面照射多次光束，並且該光束對前述被處理面 之照射面積相同或不同。即，可一次完成照射光束，不過 本發明可照射多次光束施行雷射處理，此時，若令照射面 積相同，便可對同-區域進行多重處理，若令照射面積不 10 1238093 同，則可選擇性地形成與照射次數對應之處理部分及照射 次數少之處理部分。依這種處理，可實現孔徑不同之穿孔 或改質處理等多樣性雷射處理。 為達成前述第1、第2或第3目的，前述雷射處理亦可使 5 具有前述被處理面之被處理物、光學元件或光學系統於各 光轴方向移動，以改變前述光束對前述被處理面之照射面 積。依這種處理，可將光束調整成期望照射面積以控制處 理範圍。 為達成前述第1、第2或第3目的，前述雷射處理包含有 10 對前述被處理面之穿孔、表面改質、或熱處理，且係對前 述被處理面同時施行與前述光束之焦點數量對應之處理 者。 【實万方式]1 較佳實施例之詳細說明 15 (第1實施形態） 配合參照第1圖，說明本發明第1實施形態之雷射處理 裝置。第1圖顯示雷射處理裝置之概略。該雷射處理裝置2， 其雷射裝置4是用以產生雷射光6之產生源，例如由具有穩 定共振器之激生分子雷射裝置構成。為了減少雷射裝置4之 20 發散角之影響，亦可使用不穩定共振器、同步注入型，且 例如可使用能控制能量者。所產生之雷射光6透過衰減器 8，施加於作為第1光學系統之放大光學系統10。衰減器8是 作為衰減能量之機構的光束強度調整用過濾器，衰減器8可 使用例如具有數階透射率，且具有透射率自動切換機構者。 1238093 放大光學系統10是用以將雷射光6從細光束放大為寬 光束之機構，可對應於加工或處理區域之尺寸來改變光束 尺寸，俾有效使用能量。此時，因為光束放大，光束發散 角’交小，焦點模糊圈可形成較小，所以在此將光束放得大 5 一些無妨。此時，亦可設置可改變強度分布之強度分布光 學機構等。又，如果可藉雷射裝置4獲得寬光束時，就不需 要該放大光學系統1〇。通過該放大光學系統1〇之雷射光6， 經由鏡子12而導向期望方向。鏡子12是可改變雷射光6之方 向之機構，亦可具備2個以上用於光軸調整之鏡子。此實施 10形態是藉鏡子12，將被反射到與放大光學系統10之光軸直 父之方向的雷射光6導向工作台14之上面方向。 工作台14之上方設有作為第2光學系統之微透鏡陣列 16,作為第3光學系統之縮小轉印光學系統18。微透鏡陣列 16是可從藉放大光學系統10獲得之寬光束形成多數光束2〇 15且於各光束20形成焦點22的光學機構，其可藉上下移動機 構24相對於其光軸調整上下方向之位置。此實施形態中， 顯示了一個微透鏡陣列16，不過亦可設置二個以上的能量 聚光度差異大之微透鏡陣列來交替使用多個微透鏡陣列。 另外，縮小轉印光學系統18是可將由微透鏡陣列16形成之 20 焦點22轉印於工作台14上之被處理物之工件26的被處理面 28而成像為焦點30的機構。 縮小轉印光學系統18之下面側設有作為保護用構件之 石英板32，設置該石英板32是為了避免處理時飛散之污染 物附著於光學系統而導致性能變差的情況。該石英板32須 12 1238093 遭受污染時可輕易地更換，而以作為保護用構件而言，該 石英板32並沒有限定，只要透射特性良好，可抗雷射之材 質即可。因為設有該石英板32，所以可保護縮小轉印光學 系統18之光學系統不會遭受從工件26側飛來之污染物污 5 染。 又，工作台14之上面側設有包夾著縮小轉印光學系統 18下面側之處理空間部34的氣流機構36與排氣機構38。氣 流機構36由風扇等構成，是可喷出氮、氦等惰性氣體或空 氣等等氣體G的喷射機構，其可流出氣體〇以避免加工時飛 10散之污染物附著於光學系統。設在該氣流機構36相反側之 排氣機構38 ’疋可吸取供給到處理空間部34之氣體G並將之 排放到外部的機構，其可淨化處理空間部Μ等。 此外，工作台14是用以變更加工等時之處理位置的XY 工作台，其可藉水平移動機構4〇而於箭頭L、R方向及與紙 15面垂直之方向移動，且可藉上下移動機構42而於箭頭U、D 方向移動。樣水平方向《上下方向之移動，可調整工 件26之被處理面28之水平位置及上下位置。即，可於三維 方向调整位置。亦可設置光學調整用之高度調整及角度調 正機構又’工作台14具有可把持工件26等被處理物之機 2〇構’例如由吸附工作台構成，且構成材料是使用不會被處 理時貫通之光束損傷的材質。 接著，配合參照第2圖，說明前述雷射處理裝置2之微 透鏡陣列16及縮小轉印光學系統18。第2圖顯示微透鏡陣列 及、、宿】、轉印光學系統18之概略。如前所述，微透鏡陣列 13 1238093 :6是可從藉放大光學系統職變成寬光束之雷射光6形成 多數先束2〇，且各光束20於假想被處理面25形成焦點22的 光學機構，所以對應於欲形成之光束2〇之數量，設有多數 微小之作為光學元件的微透鏡27。 5、额透餅賴具有多數微小光學元件，是由折射型 透鏡、菲沒爾透鏡、二元光學元件等構成。此時，未必是 聚集與-般球面透鏡同等之光。亦包括可形成任意強度分 :者。舉例而言，使用光束強度分布為在-個凸型a之中心 1疊上面積較凸型a小但高度較高之凸型b而構成的繞射型透 10鏡，就可因應後述之同時加卫深小徑孔與淺大徑孔的處 理。另外，該微透鏡陣列16不論為折射型元件或繞射型元 件均可。該微透鏡陣列16雖可由折射型元件或繞射型元件 構成，不過亦可使用全像片等繞射型元件來取代該微透鏡 陣列16。雖未圖示，但是亦可設置微透鏡”之高度、仰角、 15角度调整用機構，俾可調整光學系統。 又，縮小轉印光學系統18可將由微透鏡陣列16形成之 焦點22轉印於工作台14上之被處理物之工件26的被處理面 28側而成像為焦點30。即，縮小轉印微透鏡27之焦點面以 形成像面。基本上是將該像面形成於工件面上來進行作 業不過亦可將像面形成於在與工件面垂直之方向上移動 之面來進行作業。因為成為可垂直入射工件面之光學系 統，所以可實現正圓且垂直之孔加工等。將縮小轉印光學 系、、充18與工件26之被處理面28間之工作距離設計較長，以 修正像差。被處理面28上之焦點間距p2較假想被處理面25 14 1238093 上之焦點間距P!狹窄。結果，可提高焦點密度。焦點間距 Ρ2成為加工等時被處理面28之處理點間距。 該縮小轉印光學系統18例如第3圖所示，由凸透鏡44、 46、48 ;凹透鏡50 ;及凸透鏡52、54、56構成，該縮小轉 5 印光學系統18可將形成於假想被處理面25之光束20及焦點 22轉印於被處理面28側而結合成為焦點30，並且可使用各 種光學系統來施行用以縮短其焦點間隔的光學處理，並不 限於第3圖所示之光學系統。 關於該縮小轉印光學系統18之間距控制方面，配合參 10 照第4圖，說明假想被處理面25上之焦點22及被處理面28之 焦點30。第4圖（Α)是形成於假想被處理面25上之焦點22， 第4圖（Β)則是形成於被處理面28之焦點30。 如第4圖（Α)所示，當藉微透鏡陣列16於假想被處理 面25形成多數焦點22時，在焦點22中，Pig在焦點22間之 15間距，此時即為中心點間距離。山為焦點22之理想焦點直 後’屮為焦點模糊圈。又，如第4圖（B)所示，在透過縮 小轉印光學系統18而形成於被處理面28之焦點30中，P2為 焦點30間之間距（處理點間距），即為中心點間距離。屯為 焦點30之理想焦點直徑，％為焦點模糊圈。在此，若令縮 2〇小轉印光學系統18之縮小率為Μ，則有以下關係成立。 d2 = Mx 山 ···（ 1 ) u2二Mx w ... (2) P2 = Mx P! ...(3) 又，配合芩照第5圖，說明關於控制藉由微透鏡陣列i6 15 1238093 及縮小轉印光學系統18形成之焦點22、30的面積。第5圖（A) 及（B)顯示由微透鏡陣列16形成之焦點的變化。 當將微透鏡27之焦距f與假想被處理面25錯開，使焦點 22之直徑山在假想被處理面25增長例如第5圖（B)所示之 5 焦點220 (直徑山’），就可增長被處理面28側之焦點30之直 徑d2。反之，使焦點22之直徑山在假想被處理面25縮短，就 可縮短被處理面28側之焦點30之直徑d2。在此，令f為微透 鏡27之焦距，D為微透鏡27之數值孔徑，則微透鏡27與假想 被處理面25之間距離W. D. 1為 10 W. D. 1= (D-dO X (f/D) …（4)。 如此控制，便可輕易地控制被處理面28之處理點徑。 接下來，說明利用前述雷射處理裝置2施行之處理。 雷射裝置4可控制能量維持一定地來振動發出雷射光 6。當由可穩定振動之能量來控制，使得在被處理面28之光 15 束強度強時，可調整衰減器8以形成適度光束強度。依照光 束強度與光束累積照射時間之適當條件，可對工件26之被 處理面28施行加工等處理。調整條件，就可加工例如除貫 通孔以外，還有控制深度之孔。 使微透鏡27之焦點位置配合縮小轉印光學系統18側之 20 假想被處理面25時，就會在被處理面28聚光成為光束腰 狀，所以工作距離之精度佳，可輕易地控制處理點徑。此 外，將微透鏡27之焦點位置與假想被處理面25錯開以增長 在假想被處理面25上之光束直徑，就可增長處理點徑。此 時，如第6圖所示，亦可藉上下移動機構58朝箭頭U、D所 16 1238093 示之上方或下方移動縮小轉印光學系統18來調整處理點 徑。 若是交替使用2個以上之能量聚光度差異大之微透鏡 陣列時，在被處理面28上之能量差異也大，所以須調整光 5 束強度。這種光束強度之調整方法，係以雷射之能量控制 目標值來調整。其他方法還有藉切換衰減器8透射率來調 整。又，還有利用形成光束光學系統放大縮小照射於微透 鏡27之光束以調整強度的方法。 這種雷射處理裝置及雷射處理方法有如下特徵及優 10 點。 (1) 可大幅改善能量利用效率。由於是利用微透鏡陣 列16將雷射光6聚集擷取成為期望圖案，所以相較於遮罩投 影方式，可大幅改善能量利用效率。 (2) 可同時加工多個孔。即，利用微透鏡陣列16將雷 15 射光6聚集擷取成為期望圖案，且轉印於該等光束之焦點面 形成之假想被處理面25或從焦點面起於垂直方向上平行移 動之假想被處理面25以形成像面，所以可同時批式加工多 個孔，而不會像繞射型光學元件與fsin0透鏡之組合方式般 因位置不同而產生強度分布。 20 (3)受到光束發散角的影響小。因為可縮小轉印假想 被處理面25，所以藉此縮小轉印，因光束發散角而在假想 被處理面25造成之焦點模糊圈量在被處理面28就可縮小。 結果，可聚光及加工成為微小直徑。由於受到光束發散角 的影響減少，因此就不一定須使用光學系統複雜且脈衝能 17 1238093 量又小的不穩定共振器雷射。 (4 )可施行狹間距加工等在任意間距的處理。如果縮 小轉印假想被處理面25，則形成於假想被處理面25之焦點 之間距可較在被處理面28之加工間距寬。又，因為假想被 5 處理面25之焦點直徑較被處理面28之焦點直徑長，且透鏡 之數值孔徑（透鏡半徑+焦距）較習知技術之微透鏡陣列 聚光方式小，所以若焦距相同時，就可縮短透鏡半徑。從 此點來看，亦可輕易實現焦點之狹間距。結果，可在工件 26之被處理面28施行狹間距圖案加工。 10 (5)可防止加工之影響造成雷射處理裝置性能變差。 設定縮小轉印光學系統18，使縮小轉印光學系統18與被處 理面28之工作距離增長，以減少加工時被來自工件％之污 染物附著或受到熱影響。又，因為還設有防止污染物附著 用氣流機構36，故可更減少該等影響。藉此，可防止加工 15 之影響造成性能變差。 此外’由於縮小轉印光學系統18與工件26之間設有防 土汚染物附著用石英板32，所以當污染物附著時，更換石 英板32，就可輕易地改善裝置性能變差的問題。又，未必 要使用石英板32’只要是透射特性良好且可抗雷射光6之材 20質者即可。 (第2實施形態） 接著’第7圖顯示本發明第2實施形態之雷射處理裝置 之概略。為防止易氧化之Si等被處理物之工件26在處理中 氧化’該實施形態之雷射處理裝置2設有可在氮或氬等惰性 18 1238093 氣體中進行雷射處理之氣體置換用真空室60。可透過光學 窗64將雷射光6導入真空室60，而不會破壞該真空室6〇之環 境。真空室60内設有用以保持基板等被處理物之工件％的 工作台66。至於其他結構，則與第1實施形態—樣，故省略 5 各部分說明。 這種雷射處理裝置2，因為具有聚光直徑在被處理面28 上會變成例如之微透鏡27與縮小轉印光學系統18，所 以首先例如將假想被處理面25轉印於形成有非晶si薄膜之 工件26之被處理面28並調整成與之一致，且照射1脈衝之能 10量設定為可使雷射所照射區域之溫度變成稍高於非晶s丨炼 點的雷射光6。藉此，一部分之雷射所照射區域可熔融結晶 而形成微小結晶粒。 接著，對照射區域包括先前照射區域在内之面積大於 先前照射面積的區域，照射1脈衝之能量設定為可使雷射所 15照射區域之溫度變成高於非晶s i熔點但低於結晶s i熔點的 雷射光6。因此，除照射區域内先前業已形成之微小結晶粒 以外的部分，均會熔融且以前述微小結晶粒為結晶成長核 而開始長晶，於是形成大的單晶Si結晶。 此時，為了要對包括先前照射區域在内之面積大於先 2〇前照射面積的區域照射雷射光6，所以使微透鏡陣列16上下 移動，將與微透鏡陣列16之焦點面錯開之面轉印於被處理 面28。此時，亦可移動縮小轉印光學系統18，或使工件％ 之被處理面28上下移動。 (第3實施形態） 19 1238093 接下來’配合參照第8圖及第9圖，說明本發明第3實施 形態之雷射處理方法。第8圖及第9圖顯示使用第2實施形態 之雷射處理裝置2的雷射種晶熱處理方法。 如第8圖（A)所示’初始狀態是在非晶矽膜68設定有 5 TFT元件製作區域TD。如第8圖（B)所示，當使用雷射處 理裝置2將例如約1 // m之微小直徑雷射光束7〇射入TFT元 件製作區域TD之中心部時，該TFT元件製作區域TD之中心 部之微小區域72便會溶融。然後，該熔融部會結晶，且微 小區域72可藉雷射處理而從非晶石夕變成單晶或多晶石夕等的 1〇結晶矽。如第8圖（C)所示，由雷射光束7〇之直徑來決定 微小區域72的直徑。由於若藉雷射處理裝置2，就可高精度 地縮小雷射光束70之直徑，因此可對應形成具有高精度之 直徑之微小區域72，並且還可形成多數微小區域72。 然後，如第9圖（A)所示，由雷射處理裝置2照射例如 15寬度約10 之寬雷射光束74。該雷射光束74之寬度範圍設 疋為例如以微小區域72之單晶或多晶石夕為中心，且可包圍 TFT元件製作區域TD。此時，雷射光束74是設定為非晶矽 之熔點以上、結晶矽之熔點以下的光束強度和能量強度。 此能量強度的設定，可藉雷射裝置4或衰減器8等來調整。 20結果，藉由照射該雷射光束74，可選擇性地熔化非晶矽部 分，使得以結晶石夕部分為中心之廣大範圍之區域75的非晶 矽變成熔融狀態。 若施行前述雷射處理，便會如第9圖（B)所示，非曰 矽之熔融部分將會以微小區域72為中心，即，以微小區域 20 1238093 72之、‘曰曰矽為結晶核而 圖⑻中，微小_么如 向。此第9
晶部分，_75為二^早晶或多晶石夕部分’區域78為長 為熔融刀，區域82為非晶矽部 經過以上處理，如第9圖⑻所示，可於較TFT 曰-矽 製作區域TD寬之區域75形成具有大結晶粒徑之單晶或多
BB
這種雷射處理裝置及 雷射處理方法具有以下特徵及優 10 15 ()可I成單aaSl，突破晶界造成之性能極限。所謂 單晶，係指其區域内不存在明確晶界之結晶，理想情況 其區域内由-個單晶構成。因此，非㈣之溶點較結 晶Si約低300°C的特性，首先對非晶以薄 膜上之1 // m以下之 微小區域照射可令溫度變成較非晶Si熔點稍高之能量的雷 射光6，使該部分之—部分表面熔融再結晶，且形成結晶 核接著對以分為中心之約1〇#爪之區域照射可令溫 度變成⑤於非晶SiHfe但低於結晶邮點之能量的雷射光 6，而由先刖形成之結晶核開始長晶，形成約⑺㈣之單晶 Si結晶。 (2)可減少消耗能量。舉液晶之像素切換用丁^^丁之結 2〇晶化為例來說明。假設令液晶之刪像素之間距之縱橫尺 寸各為⑽/^仙㈣’盯丁尺寸為心戰心^單純 以面積比來計算，結果可以（1〇χ 1〇) / (12〇χ 4〇) =1/48 之能量來結晶。實際製造處理中藉照射線束來結晶時，為 了解決因產生多數結晶核而導致長晶不充分的問題，會重 21 1238093 複掃描線寬之約95%。這可與對同一處照射約20次雷射光 的情況對應。本發明之雷射處理裝置2，由於有生成結晶核 與長晶這2步驟，所以即使第1次用以生成結晶核而對微小 點照射雷射之能量是使用與第2次相同的能量，仍然可以2/ 5 (20χ 48) = 1/480之雷射能量達成目的。 (3)可減輕對基板等被處理物之熱負載。若形成Si結 曰曰曰所需能量極小，便可大幅降低對基板造成之熱負載。假 設本發明之處理之處理量的與習知技術相同，則本發明之 處理每單位時間對基板造成之熱負載為1/480。因此，可用 10 塑膠等熱塑性材料來置換目前既有之使用高品質玻璃之結 晶化用基板，所以不僅較為經濟，還可應用到各種可撓性 電子機器。 (第4實施形態） 接下來，配合參照第10圖及第11圖，說明本發明第4實 15 施形態之雷射處理方法。第10圖及第11圖顯示使用第1或第 2實施形態之雷射處理裝置2的附加微小柱坑孔之微小孔的 形成方法。 該實施形態，如第10圖（A)所示，對被處理物之聚醯 亞胺板84照射面積較大之雷射光束86。此時，雷射光束86 20 是照射聚酿亞胺板84之#刻區域88 (照射面積=r)。藉此 雷射蝕刻處理，如第10圖（B)所示，可形成孔9〇。然後， 如第10圖（C)所示，當孔90之深度h達到所期望深度時， 就停止照射雷射。 在此時點，如第11圖（A)所示，對小於先前照射面積 22 1238093 R之區域r照射雷射光束92以施行雷射姓刻處理。如第u囷 (B)所示，藉雷射蝕刻處理鑿出孔94。當孔94貫通時，就 停止照射雷射以結束製程，則如第丨丨圖（c)所示，可形成 深度h、直徑R之大徑孔9〇，且大孔9〇之底部形成有直徑γ 5 之小徑孔94。 如此地藉2階段雷射處理，可同時形成微小柱坑孔卯 及微小直徑孔94。 10 15 這種雷射處理製程，實際上雷射在被處理物面之能量 密歧重要參數之-。該能量密度是由來自光源之雷射: 輸出此里’及主要是透過光料統之雷射到被處理物之光 路徑的結構來決定，且製程巾之能量密度可由雷射之輸出 及設置於光路徑中之衰減器8來調整。 又，當施行前述2階段之製程時，例如附加柱坑孔之孔 加工處理’在最初之設定，絲對大面積，其次對小面積 照射雷射。此時’若以與第丨階段相同之雷射輸出及衰減器 設定來聚光於對第2階段之面積，則能量密度就會大於第i 階狀條件’但是，因為姓刻所需能量密度大致相同，所 以藉雷射裝置4及衰減器8來調整，俾以大致相同之能量密 度來施行加工。 2〇冑述實施形態，在形成孔％與⑽時，可使用減少真 空室_光學窗64之第7圖所示之雷射處理裝置棘實施。 (其他實施形態） 本發明之雷射處理裝置及雷射處理方法亦可構造成如 下。在知仃直接圖案钮刻處理時，可將工件減持在將被 23 1238093 雷射光6活化之蝕刻氣體中，且對此照射雷射光束，以僅於 雷射所照射區域施行蝕刻處理。藉此，可以1個步驟，選擇 性蝕刻出所期望圖案。 又，本發明亦可利用於直接圖案成膜處理。例如，可 5 將工件26保持在可藉雷射光6促進反應且析出固體物之反 應氣體中，且對此照射雷射光束，以僅於雷射所照射區域 成膜。藉此，可以1個步驟，形成所期望圖案之膜。 發明效果 如以上所說明，依本發明可獲得下述效果。 10 a可實現提高雷射能量利用效率之穿孔、蝕刻、摻雜 質、退火等等加工、改質、成膜等之各種雷射處理。 b可提高穿孔等各種雷射處理之處理精度，並防止處 理裝置側之性能變差。 【圖式簡單說明3 15 第1圖是顯示本發明第1實施形態之雷射處理裝置的 圖。 第2圖是顯示微透鏡陣列及縮小轉印光學系統之處理 的圖。 第3圖是顯示縮小轉印光學系統之一例的圖。 20 第4圖顯示由縮小轉印光學系統形成之焦點形態，（A) 是顯示假想被處理面側之焦點的圖，（B)是顯示被處理面 側之焦點的圖。 第5圖顯示微透鏡之聚光形態，（A)是顯示標準聚光狀 態的圖，（B)是顯示已調整焦點位置之狀態之聚光形態的 24 1238093 圖。 第6圖是顯示第1實施形態之雷射處理裝置之變形例的 圖。 第7圖是顯示本發明第2實施形態之雷射處理裝置的 5 圖。 第8圖（A)〜（C)是顯示利用本發明第3實施形態之 雷射處理方法施行之雷射種晶熱處理的圖。 第9圖（A)〜（C)是顯示利用本發明第3實施形態之 雷射處理方法施行之雷射種晶熱處理的圖。 10 第10圖（A)〜（C)是顯示利用本發明第4實施形態之 雷射處理方法施行之柱坑孔穿孔處理的圖。 第11圖（A)〜（C)是顯示利用本發明第4實施形態之 雷射處理方法施行之柱坑孔穿孔處理的圖。 【圖式之主要元件代表符號表】 2.. .雷射處理裝置 4.. .雷射裝置 6.. .雷射光 8.. .衰減器 10.. .放大光學系統 12…鏡子 14.66.. .工作台 16.. .微透鏡陣列 18.. .縮小轉印光學系統 20…光束 22,30,220…焦點 24.42.58.. .上下移動機構 25.. .假想被處理面 26·.·工件 27.. .微透鏡 28…被處理面 32.. .石英板 34…處理空間部 36…氣流機構 38.. .排氣機構 40.. .水平移動機構 44.46.48.52.54.56.. ·凸透鏡 50.. .凹透鏡 60.. .真空室 64.. .光學窗 68…非晶矽膜 25 1238093 70,74,86,92·.·雷射光束 72.. .微小區域 75···(熔融部分）區域 78···(長晶部分）區域 82··.(非晶矽部分）區域 84.. .聚醯亞胺板 88…蝕刻區域 90,94…孔 G...氣體 TD...TFT元件製作區域