[发明专利]激光退火方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及在薄膜晶体管液晶面板等中利用脉冲激光的照射使非晶硅膜退火形成低温多晶硅膜的激光退火方法及其装置，特别是涉及使用微透镜阵列，能够只对应该形成薄膜晶体管的区域退火的激光退火方法及装置。

背景技术

在液晶面板中，在玻璃基板上形成非晶硅膜，对于该非晶硅膜，从基板的一端用具有线状光束形状的连续激光在上述光束的长度方向的垂直方向上进行扫描，借助于此，形成低温多晶硅膜。利用该线状激光的扫描，利用激光加热非晶硅膜，一旦非晶硅膜熔融，此后由于激光的通过，熔融的硅急速冷却、凝固，由此结晶化，形成低温多晶硅膜（专利文献1、2）。

但是，该低温多晶硅膜的形成装置中，非晶硅膜的全体受到激光照射成为高温，由于非晶硅膜的熔融凝固，全体变成低温多晶硅膜。因此，应该形成薄膜晶体管（以下记为TFT）的区域以外的区域也被退火，所以有处理效率差的问题。

因此，提出有使用微透镜阵列，利用各微透镜在非晶硅膜上使脉冲激光聚光到微小的多个区域，在对应于各晶体管的微小区域，同时个别地照射脉冲激光进行退火的方法（专利文献3）。该方法中由于只对多个TFT预定形成区域的非晶硅膜进行退火处理，具有激光利用效率高的优点。

但是，在这些已有的非晶硅膜的激光退火装置中，对非晶硅膜照射非晶硅膜吸收率高的XeCl气体的准分子激光。该准分子激光的基波长为308nm。或者使用YAG激光器，由于该YAG激光器的基波长为1064nm，因此使其形成为3次的谐波（波长355nm），在形成为对非晶硅膜的吸收特性良好的激光后，使用于激光退火。

因此，在使用准分子激光的情况下，由于该准分子激光器装置的装置成本高，而且使用XeCl气体的同时缩短了灯的寿命，因此也存在运行成本高的问题。

另一方面，YAG激光器其装置成本和运行成本低，但基波长为1064nm，这样的长波长激光由于不被非晶硅膜吸收，因此有必要使用波长355nm的3次谐波的激光。该3次谐波由于只能够利用基波输出的30％左右，因此具有无法得到充分的输出的难点。

另一方面，专利文献4公开了具备使波长长的第1激光光束比波长短的第2激光光束延迟后将其导向被加工物的光学系统的表面热处理装置。该装置使从YAG激光器输出的基波长的激光（波长1.06μm）的光路比2次谐波的激光（波长0.53μm）的光路长，照射输出功率低的第2激光光束后，具有时间差地照射输出功率高的第1激光光束，以对被加工物的表面进行极浅的、高效的热处理。

又，专利文献5中，公开了为了进行以下加工的超激光表面处理装置，即：利用第1光脉冲照射加工被加工物的表面的第1层，其后，进行延迟，利用与第1光脉冲波长不同的第2光脉冲进行照射，加工第1层更下层的第2层。

还有，在专利文献6中，公开了通过使冷却时的时间常数变长，使颗粒尺寸一致为目的，使相同波长的激光光束按功率密度的从高到低的顺序，隔开光束光点以上的距离实施连动地进行扫描并同时照射试样的激光加热方法。先照射的激光光束具有使多晶硅膜熔融的充分的能量密度，接着照射的激光光束虽然是波长相同的光束，但是具有能将多晶硅膜加热到不熔融的程度的足够的加热能力。

进一步而且专利文献7中公开了以下的激光退火装置，即：为了增大利用激光退火进行再结晶时的粒径，使用3个激光器装置，将相当于以往1个输出脉冲的能量分割为n＝3发的阶梯性输出不同的脉冲，通过将其连续照射于薄膜的表面，使得熔融并再结晶的时间变长，借助于此，能够得到最大2000?的粒径。

还有，专利文献8中公开了以使半导体材料均匀且良好地结晶化为目的，使波长不同的多种类光能的光同时或具有时间差地照射到材料上的光源装置。在这种情况下，首先，当照射能量小的光时，被照射的半导体层的全体熔融，其后，从最表面开始固化（结晶化）。而后，少许延迟后照射能量高的光时，半导体层开始固化的最表面再度熔融，最终半导体层的全体形成晶粒更均匀的结晶。

专利文献1：日本专利第3945805号公报

专利文献2：日本特开2004－282060号公报

专利文献3：日本特开2004－311906号公报

专利文献4：日本特公昭：64－1045号公报

专利文献5：日本特开昭：56－29323号公报