阅读说明：本技术 激光退火装置 (Laser annealing device ) 是由 金仙株 河载均 苏裕真 于 2018-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种激光退火装置,其包括：激光光源,其放射激光；激光整形部,其接收从所述激光光源放射的激光,并以既定的大小及形态的线光束整形；成像光学系统,其使整形的激光通过后集束,并向退火对象物基板照射；基台,其装载所述基板并使其与基板面平行地在平面上移动,并且,还包括激光补正部,其检查从所述激光光源放射的激光到达至所述基板的激光状态及路径,并根据检查结果补正激光的状态及路径。根据本发明能够补正在激光光源及路径上的光学要素的不稳定性引起的激光的路径或状态的变化,从而,能够准确地在基台上的基板的准确位置进行为激光退火的光照射。(The present invention provides a laser annealing apparatus, comprising: a laser light source that emits laser light; a laser shaping unit that receives the laser beam emitted from the laser light source and shapes the laser beam into a line beam having a predetermined size and shape; an imaging optical system for passing the shaped laser beam, collecting the laser beam, and irradiating the laser beam onto an annealing target substrate; and a base on which the substrate is mounted and which moves on a plane parallel to a substrate surface, and further includes a laser correction unit which checks a state and a path of laser light emitted from the laser light source and reaching the substrate, and corrects the state and the path of the laser light based on a result of the check. According to the present invention, it is possible to compensate for a change in the path or state of the laser beam due to instability of the laser light source and the optical elements on the path, and thus it is possible to perform irradiation of the laser beam for annealing accurately at an accurate position of the substrate on the base.)

激光退火装置

技术领域

本发明涉及一种用于对半导体基板等进行激光退火的激光退火装置，更详细地，涉及一种能够解决在激光退火过程中激光的不稳定性或照射位移的问题的激光退火装置。

背景技术

退火是指对于加工对象物的热处理方法的一种，在半导体或显示装置领域中退火大致上是指用于通过急速加热及缓冷热处理将注入的不纯物均匀地分布或激活，或者，用于半导体晶体缺陷消除等用途的加工方法。

在此类退火装置中也可使用火炉设备或电灯装置，但，近来较多开发使用的是在较短的时间内急速地拉升温度，将能量集中在对象物的特定区域或较薄的表层等有限的位置而进行热处理，从而，能够减少对于基板整体的热负担，对于对象区域则能够充分地均匀地进行热处理的激光退火方法。

激光退火是通常将激光束变换成线光束形态，并将线光束向对象物加工区域扫描而进行退火。

当进行上述的扫描时，相比移动激光束，较多使用的方式是在固定激光束照射位置的状态下，线光束扫描对象物时采用的是使对象物在基板置物架上的水平面以线形移动的方式。

代表性的激光退火常见于在液晶显示装置或有机电致发光装置中在基板上较薄地形成非晶硅层后注入不纯物，并通过激光照射将非晶硅层形成多晶硅或单晶体硅层的工艺。

以往的激光退火装置中，激光是通过既定的路径向加工对象物基板表面入射，加工对象物是以固定在夹盘的状态放置在平面上由x轴及y轴方向移动的置物架上移动而对于整体表面进行扫描。

对于半导体晶圆整体区域用激光线光束扫描的方式大致如图1的概念图进行。即，从晶圆15的一侧由与线垂直的方向将既定宽幅的线光束(LB)向一个方向(x轴方向)如箭头所示移动，使其经过晶圆上面，并按线宽幅向与一个方向垂直的方向(y轴方向)向晶圆的另一侧移动后，这次是由相反方向移动而经过晶圆上面。反复执行上述的方式，使线光束覆盖晶圆整体面积而经过，而能够对晶圆整体面积进行退火。

在晶圆15上进行线光束扫描时，如图2所示，在线光束LB经过的既定区域15'对于晶圆15表面层加热至限定的温度后缓慢地冷却，而进行对于表面层材料的结晶化、均质化、不纯物活性化等重整。

图3为概略表示以往的激光退火装置的一例的构成概念图。

该激光退火装置由如下结构形成：与励磁用激光二极管(laser diode，LD)1和纤维2结合的发生连续振荡激光3的激光振荡器4；执行激光3的开/闭的快门5；用于调整激光3的能量的透射率连续可变中性密度(ND，neutual density)滤光片6；用于实现从激光振荡器4输出的激光3的脉冲化及能量的时间性调制的电光(electro-optical，EO)调制器7；偏光光束分离器8；光束扩展器(beam reducer)9；将激光3以较细较长形状的光束整形的光束均匀器10；用于将整形的激光3形成既定的尺寸的直四角形狭缝或掩膜11；将掩膜11像在XY载物台14上装载后平行移动的基板15成像的成像透镜16。

从激光振荡器4振荡的激光3通过快门5开/闭。即，激光振荡器4设置成时常以既定输出功率振荡激光3，快门5通常成为关闭状态，激光3通过快门5阻断。只是在照射激光3时将快门5开放而输出激光3。但，通过开/闭励磁用激光二极管1而开/闭激光3时，可能对于激光输出的稳定性产生影响。

通过快门5的激光3透过用于调整功率的透射率连续可变中性密度滤光片6而向EO调制器7入射。EO调制器7通过未图示的驱动程序向晶体或普克尔斯盒(pockels cell)供应电压，而使透过晶体的激光3的偏光方向旋转，使P偏光成分直接通过向置于晶体后方的偏光光束分离器8，并使S偏光成分偏斜90°，由此，开/闭激光3。

即，还可交替地供应旋转激光3的偏光方向使其对于偏光光束分离器8以P偏光入射的电压V1和旋转激光3的偏光方向使其以S偏光入射的电压V2而将激光3时调变，并且，供应V1与V2中间的任意的电压而设定为任意的输出功率。在上述示例中说明了作为EO调制器7将普克尔斯盒和偏光光束分离器8组合的构成，但，可代替偏光光束分离器而使用各种偏光元件。

以上说明中可了解激光二极管1到偏光光束分离器8的构成形成广义的激光光源。

从上述的激光光源放射的激光3通过用于调整光束直径的光束扩展器或光束减小器9调整光束直径后向光束均匀器10入射。

通过光束均匀器10获取的较细长的形状的光束通过掩膜11成为更加准确的既定的大小的激光，并且，通过成像透镜16集光后向装载于晶圆载物台14的晶圆15照射。

在此，也可将通过光束均匀器10以较细长的形状整形的激光借助于中继透镜或镜筒透镜变换为平行光，然后，通过成像透镜16在基板上以较长细形状的线光束投影。此时，即使改变中继透镜和成像透镜的距离，在基板上投影的较长细形状的光束的大小或能量密度不发生变换。因此，设置镜筒透镜而根据需要在镜筒透镜与成像透镜16之间插入观测光学系统或能量监测光学系统等。

但，上述的以往的激光退火装置中存在如下问题：因激光光源或激光的行进路径上的光学系统构成要素本身或结合结构等的不稳定因素，发生光轴移动或角度扭曲，而使得激光到达基板上的照射位置晃动，并且，激光的大小或形态发生变化，导致退火工艺发生变数。

发明内容

要解决的技术问题

本发明为了解决上述以往的激光退火装置的问题点，提供一种具有能够感知并修正因激光光源或光路径上的光学要素的不稳定引起的光路径的变化或激光束的大小、形状的变化的构成的激光退火装置。

解决问题的技术方案

为解决上述技术问题的本发明的又另一侧面的激光退火装置，包括：激光光源，其放射激光；激光整形部，其接收从所述激光光源放射的激光，并以既定的大小及形态的线光束整形；成像光学系统，其使整形的激光通过后集束，并向退火对象物基板照射；基台，其装载所述基板并使其与基板面平行地在平面上移动；及激光补正部，其检查从所述激光光源放射的激光到达至所述基板的激光状态及路径，并根据检查结果补正激光的状态及路径。

一实施例中，所述激光补正部包括：第1检查及调整装置，其位于所述激光光源与所述激光整形部之间；第2检查及调整装置，其位于所述激光整形部与所述成像光学系统之间。

一实施例中，所述激光补正部包括用于检查并补正激光的形态及大小的装置部和检查并补正光路径的装置部中的至少一个。并且，所述激光补正部包括将光轴平行地移动的装置部和使反射角度发生变化的装置部中的至少一个。上述的装置部可与第1检查及调整装置或第2检查及调整装置的至少一部分构成部对应。

一实施例中，所述第1检查及调整装置形成有通过驱动装置进行角度调整的第1反射镜及第2反射镜，形成有发生用于检查并补正透过所述第1反射镜的激光的形态及大小的信号的光探测器和发生用于检查并补正激光的光路径的信号而调整所述第1反射镜及所述第2反射镜的角度的第1光分析器。

一实施例中，所述第2检查及调整装置发生用于检查并补正通过所述激光整形部以线光束形态形成的激光的形态、大小、光均匀度、位置中至少一个的信号。

为解决上述技术问题的本发明的另一侧面激光退火装置，包括：激光光源，其放射激光；第1检查及调整装置，其检查并补正所述激光的形态及大小，或检查并补正光路径；激光整形部，其接收通过所述第1检查及调整装置的激光，并以既定的大小及形态的线光束整形；第2检查及调整装置，其将通过所述激光整形部的激光的光轴平行地移动，或变换反射角度；及成像光学系统，其将通过所述第2检查及调整装置的激光集束，并向退火对象物即基板照射。

一实施例中，还包括：基台，其用于装载所述基板，并在平面上与基板面平行地移动所述基板。

一实施例中，还包括：用于控制所述激光光源、所述第1检查及调整装置、所述第2检查及调整装置及所述基台的动作的处理装置或与所述处理装置对应的控制器或控制装置。

一实施例中，所述第1检查及调整装置包括：第1反射镜及第2反射镜，其能够通过驱动装置进行角度调整；光探测器，其发生用于检查并补正激光的形态及大小的信号；及第1光分析器，其发生用于检查并补正激光的光路径的信号，调整所述第1反射镜及所述第2反射镜的角度。

一实施例中，所述第2检查及调整装置包括：第2光分析器，其通过光束分离器接收经过所述激光整形部以线光束形态输出的激光的一部分，并发生用于检查及补正激光的形态、大小、光均匀度、位置中的至少一个的信号；及集束透镜，其在光路径上配置在所述第2光分析器的前端而集束所述激光。

为解决上述技术问题的本发明的又另一侧面的激光退火装置，作为包括放射激光的激光光源、接收从激光光源放射的激光并以既定的大小及形态的线光束整形的激光整形部、使整形的激光通过并集束后向退火对象物基板照射的成像光学系统、装载基板并使其与基板面平行地在平面上移动的基台(置物架)的激光退火装置，还包括：检查从激光光源放射的激光到达至基板的激光状态及路径，并根据该检查结果补正激光的状态及路径的激光补正部(检查及调整装置)。

一实施例中，激光补正部可包括检查并补正激光的形态及大小的装置部及/或检查并补正光路径的装置部而形成，并且，检查并补正光路径的装置部包括平行地移动光轴的装置部和使得反射角度发生变化的装置部中的至少一个而形成。

一实施例中，激光补正部在从激光光源至激光整形器的路径和从激光整形器至成像透镜的路径上分散设置。

发明的效果

如果使用上述的激光退火装置，具有如下优点：能够检查并补正在激光光源及路径上的光学要素的不稳定性引起的激光的路径或状态的变化，从而，能够有效地控制对于在基台上的基板的定位，由此，能够提高激光退火的性能及信赖度。

附图说明

图1为表示通过线光束形态的激光执行半导体晶圆表面退火的方式的一例的概念性平面图；

图2为用于说明在执行激光退火的半导体晶圆一部分区域中的表面层重整的概念性截面图；

图3为表示以往的激光退火装置的一例的构成概念图；

图4为表示根据本发明的一实施例的激光退火装置的构成概念图。

具体实施方式

以下参照附图通过本发明的详细实施例更详细说明本发明。

图4为表示本发明的一实施例的激光退火装置的构成概念图。

参照图4，本实施例与以往相同地由如下结构形成：激光光源110，其放射激光；激光补正部，其用于检查从激光光源110放射的激光到达至基板115的激光状态及路径并根据检查结果补正激光的状态及路径；激光整形部140，其接收从激光光源110放射并通过激光补正部的第1补正部的激光而以既定的大小及形态的线光束整形后向激光补正部的第2补正部传送；成像光学系统170，其使得整形的激光通过并集束后向退火对象物基板115照射；基台180，其用于装载基板115并与基板面平行地在平面上移动。在此，第1补正部与后述的第1检查及调整装置120对应，第2补正部与后述的第2检查及调整装置160对应。

激光光源110基本上包括激光振荡器和快门等而形成，在自身可形成有如图3的以往的示例中的用于调整能动地或被动的方法放射的激光束的功率的部件。

激光光源110的激光为在退火对象的非晶质硅薄膜或多晶硅薄膜的能源吸收率较高的波长，更优选地，为Ar激光或Kr激光和其第2高次谐波、Nd:YAG激光、Nd:YVO4激光、Nd:YLF激光的第2高次谐波及第3高次谐波等。作为一例，优选地，使用激光二极管(laserdiode，LD)励磁方式的Nd:YAG激光的第2高次谐波波长532nm或Nd:YVO4激光的第2高次谐波(波长532nm)，并且，从其振荡器发生的激光从圆形中心向外廓形成高斯型的能量分布。在本实施例中，激光光源使用LD励磁连续振荡Nd:YVO4激光的第2高次谐波或第3高次谐波的DPSS(diode pumped solid state)激光。

本实施例中，从激光光源110放射的激光具有检查激光的状态并调整角度调整方式的光路径的第1检查及调整装置120。

第1检查及调整装置120包括具有一部分光束分离器功能的第1反射镜121及第2反射镜127，该反射镜借助于未图示的电机被调整角度，而从此反射的激光可通过第1反射镜121在基板上的x轴移动，通过第2反射镜127在基板上的y轴移动。该反射镜反射大约99％的大部分的光，使得1％以下的光透过，并且，从第1反射镜121透过的激光向检查激光大小和形态等激光状态的光探测器123投射，从第2反射镜127透过的激光向第1光分析器129投射。

光探测器123感知激光状态，以反馈方式发生调整信号，并通过激光光源110内的狭缝或掩膜等用于调整激光大小或形状的要素而调整激光状态。

第1光分析器129接收从第1反射镜121路径调整后透过第2反射镜127的激光，确认1次路径调整的结果，并以反馈方式发生调整信号，通过未图示的专用控制器改正调整第1反射镜121的电机的驱动量。如果通过透过第2反射镜的激光检测其微细位置变动，还可测定第2反射镜的角度变化，因此，根据情况，还可改正调整第2反射镜127的电机的驱动量。

由此，第1检查及调整装置120能够调整激光状态及激光照射在基板上的位置或激光路径。

并且，本实施例中，第1检查及调整装置120的第1反射镜121与第2反射镜127之间设有激光功率调整器125，而感知激光输出或直接调整，或者，发生调整信号后以反馈方式通过激光光源110内的另外的调整装置调整激光输出功率。

通过第1检查及调整装置120的激光在第3反射镜130反射后向激光整形部140投射。在此，激光整形部140形成光束整形器141和光束掩膜143以串联结合的构成。

光束整形器141是将激光整形为较细较长形状的线光束的光学元件。在此，较细较长的形状以包括线型、直四角形、椭圆形或长圆形的广义解释。一般而言，气体激光或固体激光的激光是具有高斯型的能量分布的圆形的激光，以其原来状态不适宜用于激光退火。如果振荡器输出功率充分大，能够充分地扩大光束直径而只取中心部分的比较均匀的部分，获得大致均匀的能量分布，但，废弃光束周边的部分而浪费大部分能量。为了解决上述缺点利用光束整形器141，将高斯型的分布转换为均匀的分布(平顶分布)。

为了形成光束整形器141，可利用鲍威尔透镜与圆筒形透镜的组合、万花筒、衍射光学元件、多镜头(或圆筒形透镜)陈列与圆筒形透镜的组合。如上述说明，如果利用能量充分大的振荡器，可单独使用将光束直径充分扩大而具有直四角形开口狭缝的光束掩膜，但，在此，使用光束掩膜143时补充光束整形器141，去除通过光束整形器141的线光束的周边部，使得线光束形成更均匀且既定的形态。光束掩膜143的开口狭缝为例如直四角形、线形、椭圆形、长圆形等孔径或狭缝。

可无关能量密度的均匀性，将圆筒形透镜作为光束整形器141使用，此时，激光只是向一个方向压缩，因此，将一个方向作为短方向，与其直交的方向形成原来的光束状态的高斯分布，而根据需要将中心部分截取使用即可。

通过激光整形部140的直线束形态的激光经过透射率显著且反射率为约1％甚微的光束分离器150后向成像透镜系统170投射，并且，通过成像透镜系统170集束后到达基板115。该状态下，基板115被固定在能够向x轴、y轴移动的置物架或基台180的夹盘，而在平面上移动，使得基板全面进行退火。

从光束分离器150反射的线光束向第2检查及调整装置160投射。第2检查及调整装置160的第2光分析器162检查通过另外的集束透镜161集束的线光束，检测是否具有适当的形态和光强度分布或能量分布，并且，如果该结果存在问题，由操作员调整激光整形部140，或直接发生信号，而进行将形成激光整形部140的光束整形器141(光束均匀器)的透镜排列通过未图示的驱动装置实时地调整的反馈方式的调整。

并且，在此也可检查线光束是否在适当的位置是否照射基板上的适当位置)，如果必要时，进行移动第1检查及调整装置120内的反射镜而将光路径进行2次调整的反馈方式的调整。

在以上说明中，以反馈方式进行调整的装置是将反应通过光探测器、第1光分析器、第2光分析器等起到传感器的作用的检查装置检查的结果的操作信号向无线或有线连接的电脑190或各种控制器传送，并且，在该电脑119或控制器(controller)以电信号形态驱动未图示的电机等驱动装置，而操作对于光路径产生影响的第1反射镜及第2反射镜的角度或光束整形器内的透镜排列距离等的方式进行，上述的调整方式为通常性的，因此，省略更详细的说明。

只是，电脑190的处理装置可使用控制器或控制装置，控制器或控制装置形成有处理器和存储器，由处理器通过存储在存储器的程序或软件模块控制上述的激光退火装置的运行。在此，处理器可通过子通信系统与驱动装置、传感器、第1检查及调整装置、第2检查及调整装置、第1光分析器、第2光分析器、基台的驱动装置等连接。

以上说明中第1检查及调整装置和第2检查及调整装置在光路径上分离设置并运行，但，也可整体地安装运行，并且，其中的一部分也可去除。

以上通过限定的实施例说明了本发明，但，其只是为了有助于理解本发明而示例性地说明，本发明并非限定于特定的实施例。即，本发明的技术领域的普通技术人员可基于本发明而进行各种变更或应用例，并且，上述的变形例或应用例属于附加的权利要求范围。