激光退火处理装置及激光退火处理方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光退火处理装置及激光退火处理方法，在对半导体膜照射脉冲激光来进行退火时，无需提高合适的脉冲能量密度，就能增大该脉冲能量密度的容限。包括：输出脉冲激光的激光光源；对脉冲激光进行整形并引导至作为处理对象的半导体膜的光学系统；以及设置被脉冲激光照射的所述半导体膜的工作台，照射到所述半导体膜上的所述脉冲激光的脉冲能量密度从最大高度的10%到该最大高度为止的上升时间为35ns以下，从最大高度到该最大高度的10%为止的下降时间为80ns以上，从而，无需格外增大适合结晶等的脉冲能量密度，就能增大其容限，能够进行良好的退火处理，而不会降低处理量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种向半导体膜照射脉冲激光来进行激光退火的。
技术介绍
对于液晶显示器或有机EL (Electro-Luminescence :电致发光)显示器的像素开关、驱动电路所使用的薄膜晶体管，使用激光进行激光退火是其低温工艺制造方法中的一环。该方法是对在基板上成膜的非单晶半导体膜照射激光，在局部加热熔融之后或加热但不发生溶融之后，在冷却过程中使半导体薄膜结晶成多晶或单晶。结晶后的半导体薄膜的载流子迁移率变高，因此能够得到高性能的薄膜晶体管。另外，通过对结晶半导体薄膜进行激光退火处理，也能改良品质。提出有如下的退火方法在上述激光的照射过程中，将脉冲激光整形成矩形或线·形，一边用该脉冲激光进行扫描，一边进行重叠照射，由此来对半导体进行退火(例如专利文献I)。上述激光照射需要在整个半导体膜上均匀地进行处理，而为了使所照射的脉冲激光具有稳定的脉冲能量密度，通常进行在规定范围内调节激光输出的控制、或利用可变衰减器在规定范围内调节脉冲能量的控制。现有专利文献专利文献专利文献I :日本专利特开平6-5537号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题另外，在受脉冲激光照射而结晶的半导体膜中，粒径较大的晶粒均匀存在，从而作为半导体元件能够得到优异的特性。因此，进行激光退火时照射的脉冲激光的能量密度不能过大也不能过小，该能量密度必须在适合结晶的范围内。从而，虽然要在激光退火时在适合结晶的范围内对激光输出如此进行控制，但以往脉冲激光的合适范围即容限(margin)较小，用于控制的装置负担较大，而且容易由输出变动导致结晶特性发生偏差。以往的脉冲激光如图6所示，上升沿和下降沿都具有急剧变化的脉冲波形，本专利技术人发现通过将该脉冲变成宽脉冲波形，适合结晶的能量密度本身就会变大，且上述范围变得更大。但是，适合结晶的能量密度变大意味着如果输出脉冲能量不发生变化，就必须减小脉冲激光的照射面积来增大脉冲能量密度。若减小脉冲激光的照射面积，则用于对半导体膜的一个面进行处理的脉冲照射次数必然增加，将导致处理量下降。本专利技术以上述情况为背景，其目的在于提供一种激光退火处理装置及处理方法，尽可能地抑制处理量下降，并能增大适合结晶等的能量密度的范围即合适容限。解决问题的技术方案S卩，本专利技术的激光退火处理装置中，第一项本专利技术的特征在于，包括输出脉冲激光的激光光源；对所述脉冲激光进行整形并引导至作为处理对象的半导体膜的光学系统；以及设置被所述脉冲激光照射的所述半导体膜的工作台，照射到所述半导体膜上的所述脉冲激光的脉冲能量密度从最大高度的10%到该最大高度为止的上升时间为35ns以下，从所述最大高度到该最大高度的10%为止的下降时间为80ns以上。第二项本专利技术的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一项本专利技术中，所述上升时间为30ns以下，所述下降时间为85ns以上。 第三项本专利技术的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一项或第二项本专利技术中，具备波形整形部，该波形整形部将所述激光光源输出的脉冲激光整形成具有所述上升时间和所述下降时间的脉冲波形。第四项本专利技术的激光退火处理装置的特征在于，在所述第三项本专利技术中，所述波形整形部具备将所述激光光源输出的脉冲激光分割成多个光束的光束分割部件、使所分割的各光束发生延迟的延迟部件、以及将所分割的各光束合成的光束合成部件。第五项本专利技术的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一至第四项本专利技术的任一项专利技术中，具有多个激光光源，各激光光源输出的脉冲激光叠加而得到照射到所述半导体膜上的脉冲激光。第六项本专利技术的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一至第五项专利技术的任一项专利技术中，被所述脉冲激光照射的半导体膜是非单晶硅。第七项本专利技术的激光退火处理装置的特征在于，在所述第一至第六项专利技术的任一项专利技术中，所述脉冲激光是准分子激光。另外，本专利技术的激光退火处理方法的特征在于，获取具有如下脉冲波形的脉冲激光在该脉冲波形中，脉冲能量密度从最大高度的10%到最大高度为止的上升时间为35ns以下，从所述最大高度到最大高度的10%为止的下降时间为80ns以上，一边用该脉冲激光照射半导体膜，一边进行相对扫描来对该半导体膜进行表面处理。S卩，根据本专利技术，通过对半导体膜照射上升时间和下降时间都被恰当地确定的脉冲激光，能够用容限较大的合适的脉冲能量密度来进行良好的退火处理。另外，能够将适合结晶等的脉冲能量密度也控制得较小，并尽可能地增大照射面积，以较高的处理量来进行处理。若上升时间超过35ns，则适合结晶等的脉冲能量密度变大，从而需要减小脉冲激光的照射面积。因此，将上升时间设定为35ns以下。基于同样地理由，最好是在30ns以下。而若下降时间小于80ns，则适合结晶等的脉冲能量密度的容限变小，装置负担变大，也难以实现均匀结晶。因此，将下降时间设定为80ns以上。基于同样地理由，下降时间最好是在85ns以上。另外，本专利技术中的上升时间定义为脉冲波形从最大高度的10%到最大高度为止的时间。而本专利技术中的下降时间则定义为脉冲波形从最大高度到最大高度的10%为止的时间。具有上述上升时间和下降时间的脉冲波形可以是从激光光源输出的脉冲激光所具有的脉冲波形，也可以是通过波形整形部对脉冲波形进行了整形后的脉冲波形。从而能够得到所希望的脉冲波形，而无需使用特殊的激光光源。作为波形整形部，可以列举例如使用延迟部件的单元。使用延迟部件时，可以利用将激光光源输出的脉冲激光分割成多个光束的光束分割部件、使所分割的各光束发生延迟的延迟部件、以及将所分割的各光束合成的光束合成部件来构成波形整形部。通过设定延迟部件中的延迟量，能够将脉冲波形变成合适的波形。延迟部件能够通过调整光路长度来改变延迟量。例如，将上述光束分割部件所分割的激光引导至各种具有不同光路长度的光学系统。通过将分割并延迟后的光束再次引导至单一光路上，能够延长脉冲时间宽度，从而调节脉冲波形。尤其是通过调节分割时的强度比和设定分割后的各种光路长度，能够恰当地改变脉冲时间波形。另外，具有上述上升时间和下降时间的脉冲波形也可以通过将多个激光光源输出 的脉冲激光叠加而得到。该波形可以是预先将多个脉冲激光合成为一个脉冲激光而照射到半导体膜上，也可以是通过对半导体膜照射多个脉冲激光，最终以得到所希望脉冲波形的能量密度进行照射。在将多个脉冲激光叠加时，也可以通过调节脉冲输出的相位、或者插入延迟部件来得到所希望的脉冲波形。本专利技术适合用于非晶硅膜的结晶，但本专利技术对于材料的类别、目的等没有特别的限定。例如，也可以对结晶半导体膜照射脉冲激光来进行品质改良。作为脉冲激光，适合使用高输出的准分子激光，但本专利技术不限于此。专利技术效果如上所述，根据本专利技术，包括输出脉冲激光的激光光源；对所述脉冲激光进行整形并引导至作为处理对象的半导体膜的光学系统；以及设置被所述脉冲激光照射的所述半导体膜的工作台，照射到所述半导体膜上的所述脉冲激光的脉冲能量密度从最大高度的10%到该最大高度为止的上升时间为35ns以下，从所述最大高度到该最大高度的10%为止的下降时间为80ns以上，因此，能够确保适合结晶等的合适容限较大，而无需格外增大适合结晶等的脉冲能量密度，能够无偏差地进行退火处理，而不会增大装置负担，也不会降低处理量。附图说明图I是表示本专利技术一实施方式的激光退火处理装置的简图。图2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.05 JP 2010-1529881.一种激光退火处理装置，其特征在于，包括 输出脉冲激光的激光光源； 对所述脉冲激光进行整形并引导至作为处理对象的半导体膜的光学系统；以及 设置被所述脉冲激光照射的所述半导体膜的工作台， 照射到所述半导体膜上的所述脉冲激光的脉冲能量密度从最大高度的10%到该最大高度为止的上升时间为35ns以下，从所述最大高度到该最大高度的10%为止的下降时间为80ns以上。2.如权利要求I所述的激光退火处理装置，其特征在于， 所述上升时间为30ns以下，所述下降时间为85ns以上。3.如权利要求I或2所述的激光退火处理装置，其特征在于， 具备波形整形部，该波形整形部将所述激光光源输出的脉冲激光整形成具有所述上升时间和所述下降时间的脉冲波形。4.如权利要求3所述的激光退火处理装置，其特征在于， 所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：次田纯一，郑石焕，町田政志，
申请(专利权)人：株式会社日本制钢所，
类型：
国别省市：