[发明专利]激光退火方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及通过对被处理体照射激光从而对被处理体进行退火处理的激光退火方法及装置。

背景技术

历来，为了实现高性能的液晶显示装置等的设备，开发了在玻璃基板等的绝缘性基板上形成高性能的薄膜晶体管等的半导体元件的方法。在该半导体元件中通常使用通过热处理使非晶硅结晶化的薄膜状的多晶硅。

作为制造多晶硅膜的方法，通常是预先在基板上成膜非晶硅膜，照射激光使其结晶化的方法。根据该方法，由于利用半导体薄膜的熔融固化过程中的结晶化现象，所以能够获得晶粒比较大、高品质的多晶硅膜。

作为现在最通常利用的激光退火方法，有使用脉冲激光、特别是准分子激光器的方法。近年来，正在开发使用作为固体激光器的YAG激光器、YLF激光器的方法。在使用脉冲激光的方法中，使非晶硅膜局部地熔融，使该熔融的区域以极短的时间为高温度。因此，高热不传递到基板，所能够以不使用耐热性优越的昂贵的石英基板，而利用廉价的玻璃基板，最适合于大面积的电子设备的低温工艺。

在一般的激光退火方法中，例如在使用准分子激光器的情况下，通过光学系统将激光整形为光束长轴方向长度最大465mm，短轴方向长度0.4~5mm的线状光束。在YAG激光器的情况下，获得光束长轴方向长度最大200mm，短轴方向长度40~50μｍ的线状光束。该线状光束的照射位置以在光束短轴方向相对于照射区域部分地重复的方式，使基板和激光相对地移动，进行半导体膜的结晶化。通常，将叠加率（overlap ratio）设定为大约95%，对同一区域照射大约20次。

图1A和图1B是现有的激光退火方法的说明图。在图1A中，表示相对于基板30使激光31在光束短轴方向相对移动进行照射的样子。在处理比光束长轴方向长度长的尺寸的基板30的情况下，如图1A所示，首先照射第1列R1。第1列R1的照射结束后，使激光31在长轴方向相对移动，进行第2列以后的照射。图1B表示通过的2列的照射，处理了基板整个面的例子。这时，在邻接的列彼此（在图1B中是第1列R1和第2列R2）产生光束的接缝部W。

在通常的激光退火中，通过将邻接的列的线状光束的端部重叠并进行照射，从而产生接缝部W。在该接缝部W在叠加变得过剩（光束的重复照射），结晶品质变得与其它部分不同，由此能够以目视看到接缝部W。另一方面，在邻接的列的光束的重叠少、或者没有的情况下，在光束端部的叠加变得不充分，非晶的部分残留，结晶性还是与其它部分不同。

由于光束接缝部W是被邻接的列（例如第1列R1和第2列R2）的光束的双方照射的区域，所以该区域的结晶性与其它部分不同。在准分子激光器的情况下，结晶性的偏差大，虽然YAG激光器的第2次谐波与准分子激光器相比偏差小，但结晶性还是偏差。

在使用结晶性不均匀的区域制作薄膜晶体管的情况下，不能使薄膜晶体管的性能均匀化。在液晶显示器、有机EL显示器等的显示装置中，由于其显示品质容易被薄膜晶体管的性能的均匀性左右，所以为了维持显示品质，必须在被激光的光束长轴方向长度限制的区域内制作显示面板。在绿色YAG激光器的情况下，由于光束长轴方向长度短，所以难以制作超过20英寸的大型显示器。

例如在专利文献1、2中公开有用于防止上述那样的、光束接缝部W的结晶性的不均匀性的技术。

在专利文献1的方法中，在使激光的照射区域重合而使大面积的半导体薄膜结晶化时，通过调整激光的宽度尺寸、能量密度，从而在激光的重合部和非重合部使结晶性均匀化。

在专利文献2的方法中，通过以接缝部的光束轮廓的倾斜部分在激光强度的20%以上80%以下的区域中相互重叠的方式设定，从而使结晶性均匀化。

专利文献1：日本特开2000-315652号公报

专利文献2：日本特开2005-243747号公报

可是，在专利文献1的方法中，不容易调整激光的宽度尺寸、能量密度，存在装置的生产性降低的问题。

在专利文献2的方法中，由于以能量密度不同的条件重叠光束，所以特别在相对于能量变动结晶性较大地变动的准分子激光器的情况下，预想结晶性变得不均匀。

发明内容

本发明正是鉴于上述问题而完成的，其课题在于提供一种激光退火方法及装置，在通过激光照射进行在玻璃等的基板上形成的半导体薄膜的结晶化时，在激光的长轴方向的接缝部不会损害结晶性的均匀性，能够在基板整个面形成不能以目视确认接缝部的程度的良好的、均匀性高的结晶性半导体薄膜。

为了解决上述课题，本发明的激光退火方法及装置采用以下的技术方案。