半导体制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体制造装置，其能够在目标物表面上投影具有规定尺寸和高密度的激光功率密度的矩形激光光斑。本发明专利技术的半导体制造装置包括：控制发出激光的激光光源的激光功率的控制部、由激光所透过的芯部(10)以及覆盖该芯部(10)的包层部(11)所构成的光波导部(1)、以及将从该光波导部(1)的射出端面(15)射出的激光形成规定形状的激光光斑的透镜(3)。所述光波导部(1)的射出端面(15)具有一边长为1μm-20μm并且与该边垂直的另一边长为1mm-60mm的截面矩形形状的芯部(10)。激光光源的激光功率设定为从所述芯部(10)射出的激光光斑的功率密度在0.1mW/μm2以上的值。

【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通过利用激光的照射使目标物的物理性质发生改变从而制造液晶或者有机EL (ElectroLuminescence 场致发光)等的平板显示器的半导体制造装置，特别是涉及一种对形成于绝缘基板上的非晶硅(非结晶质)或者多晶硅(多结晶质)照射激光而使硅膜的物理性质发生改变的平板显示器的制造系统中所适用的半导体制造装置。
技术介绍
近年的显示器装置，使用液晶元件作为显示元件。该液晶元件(像素元件)或者该液晶元件的驱动电路是由薄膜晶体管(TFTThin Film Transistor以下称为TFT)构成。该TFT需要在制造过程中将形成于玻璃基板上的非晶硅改质成多晶硅的工序。此外， 在本说明书中将“使目标物的物理性质发生改变”称为“改质”，该改质并不仅限于将非晶硅改变成多晶硅，而是指使某种物质的物理特性发生改变。该改质工序通过激光照射而进行硅膜的改质，如图10所示，由以下工序组成在石英玻璃或者无碱玻璃的绝缘基板72上形成阻止来自绝缘基板72的杂质混入的内涂层膜 (SiO2) 73的工序、在该内涂层膜73上形成非晶硅膜面74的工序、以高功率激光为光源而对非晶硅膜面74照射线状激光光束75的工序、通过线状激光光束75在短边方向74A的扫描而改质成多晶硅74B的工序、仅在构成TFT的位置将多晶硅切割的工序、在其上形成栅氧化膜(SiO2)并在最上部安装栅电极的工序、将规定的杂质离子注入氧化膜(SiO2)而形成源极 /漏极的工序、以及将铝电极立于源极/漏极并且用保护膜覆盖整体而制造TFT的工序。此外，也可以在上述绝缘基板72和内涂层膜73之间夹入SiN或者SiON。上述利用激光照射进行的硅膜的改质工序，一般是使用准分子激光(excimer laser)的准分子激光退火，通过对硅膜照射光吸收率较高的波长为307nm并且脉冲宽度为数十ns的XeCI准分子激光，并注入160mJ/cm2的较低能量而将硅膜一次加热到熔点，从而形成了多晶硅膜。上述准分子激光具有如下特征其具有数百W的大功率，能够形成具有大于长方形母体玻璃的一个边的长度的大型线状激光光斑，能够完全并高效率地将形成于母体玻璃上的硅膜全面进行改质。在该利用准分子激光进行的硅的改质中，由于对TFT的性能影响较强的多晶硅的结晶粒直径较小，在IOOnm至500nm之间，因此能够使作为TFT性能指标的电场效应迁移度为150cm2/V · s的程度。近年来，提案有除了平板显示器上的像素元件和驱动电路之外，还搭载有控制电路、接口电路、甚至运算电路等高功能电路的系统集成(SOG=System On Glass)，并且已经部分实现。该系统集成的TFT要求具有高性能，需要进行优质(大型结晶粒)的多晶硅改质。作为记载有关该优质的多晶硅改质的技术的文献，列举有下述专利文献1，在该专利文献1中记载了，通过使用半导体激励用的固体激光作为光源进行连续发光(CW)，同时使照射在硅膜上的激光光束进行扫描，从而形成在扫描方向具有细长的大型结晶粒的优质非晶硅膜，并且通过在需要高性能TFT的位置预先将非晶硅形成线状(ribbon)或者岛状 (island)图案，从而得到300cm2/V · s以上的电场效应迁移度，形成高性能的TFT。在上述准分子激光退火以及固体激光退火中，希望照射到硅膜面上而形成的激光光斑的功率密度较大，并且空间激光强度分布均勻。作为其理由，是因为在包含了硅膜的结晶的改质过程中，需要在热量转移至邻接于硅膜的层压膜之前的短时间内(数十ns至数十 μ s)，注入能够进行改质的能量，以及避免激光强度分布的空间强度不均勻对改质光斑的直接影响。作为对准分子激光的强度分布进行整形的方法，提案有下述专利文献2所记载的技术。该专利文献2中所记载的光束均勻器(beam homogenizer 用于将激光的轮廓在照射面上均勻化的光学组件)在准分子激光射出后段配置由圆柱透镜、蝇眼透镜等构成的透镜组，最终在硅膜面上得到所期望的光斑形状和激光强度分布。此外，作为记载有将多个低功率固体激光所射出的激光利用光纤集中在一个地方，并且将该集中的激光通过光波导部(optical waveguide unit)而照射硅膜的技术的文献，列举有下述专利文献3，在该专利文献3中，记载了使用光纤体将从多个激光发光元件照射出来的激光集中，并且使用光波导部将该集中的激光分支成多个支路并进行照射。专利文献1 日本特开2003-86505号公报专利文献2 日本特开平9-129573号公报专利文献3 日本特开2007-88050号公报
技术实现思路
(专利技术要解决的问题)在上述专利文献2所公开的技术中，由圆柱透镜、蝇眼透镜、光束扩展器、狭缝等多个光学部件构成光束均勻器，因此包括各光学部件的配置在内存在构造非常复杂的问题。此外，专利文献3所公开的技术，是将从光波导部的射出面射出成多个并扩散的激光照射于硅膜，但是并没有公开形成硅膜的激光光斑形状、激光强度分布、激光功率密度的控制，存在难以适当地控制对于目标物的激光光斑的形状/激光功率密度的问题。此外，在专利文献3中，也没有公开对形成于硅膜的激光光斑的形状进行监视/维持的手段。本专利技术的目的在于提供一种半导体制造装置，其能够实现在目标物表面上将具有规定尺寸、较高密度的激光功率密度、顶平的激光强度分布的矩形激光光斑简单化的构成以及配置，并且通过该激光光斑将目标物表面改质。(解决技术问题的技术方案)为了实现上述目的，本专利技术第1方面的半导体制造装置的特征为包括发出激光的激光光源；控制该激光光源的激光功率的控制部；由所述激光所透过的芯部以及覆盖该芯部的包层部所构成的光波导部；以及将从该光波导部的射出端面射出的激光形成规定形状的激光光斑的透镜；所述光波导部通过芯部和包层部的折射率的不同而将激光从射入端面引导至射出端面，并且将所述透镜所形成的激光光斑照射到目标物，从而对目标物的表面进行改质，在所述半导体制造装置中，所述光波导部在射出端面上具有一边长为1 μ m-20 μ m并且与该边垂直的另一个边长为lmm-60mm的截面矩形形状的芯部，所述控制部将激光光源的激光功率设定为从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的功率密度在0. Imff/ μ m2以上的值。本专利技术第2方面的半导体制造装置的特征为包括发出激光的激光光源；控制该激光光源的激光功率的控制部；由所述激光所透过的芯部以及覆盖该芯部的包层部所构成的光波导部；以及将从该光波导部的射出端面射出的激光形成规定形状的激光光斑的透镜；所述光波导部通过芯部和包层部的折射率的不同而将激光从射入端面引导至射出端面，并且将所述透镜所形成的激光光斑照射到目标物，从而对目标物的表面进行改质，在所述半导体制造装置中，所述光波导部在射出端面上具有短边方向宽度为1 μ m-20 μ m并且长边方向宽度为lmm-60mm的截面长椭圆形状的芯部，所述控制部将激光光源的激光功率设定为从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的功率密度在0. Imff/ μ m2以上的值。本专利技术第3方面的半导体制造装置的特征为，在本专利技术第1或第2方面中，当将从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的强度分布最大值设为P，并将该强度分布的最小值设为V时，由(P-V)/PX 100%算出的PV率在20%以下。本专利技术第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体制造装置，包括：发出激光的激光光源；控制该激光光源的激光功率的控制部；由所述激光所透过的芯部以及覆盖该芯部的包层部所构成的光波导部；以及将从该光波导部的射出端面射出的激光形成规定形状的激光光斑的透镜；所述光波导部通过芯部和包层部的折射率的不同而将激光从射入端面引导至射出端面，并且将所述透镜所形成的激光光斑照射到目标物，从而对目标物的表面进行改质，所述半导体制造装置的特征在于，所述光波导部在射出端面上具有一边长为１μｍ－２０μｍ并且与该边垂直的另一个边长为１ｍｍ－６０ｍｍ的截面矩形形状的芯部，所述控制部将激光光源的激光功率设定为从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的功率密度在０．１ｍＷ／μｍ２以上的值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体制造装置，包括发出激光的激光光源；控制该激光光源的激光功率的控制部；由所述激光所透过的芯部以及覆盖该芯部的包层部所构成的光波导部；以及将从该光波导部的射出端面射出的激光形成规定形状的激光光斑的透镜；所述光波导部通过芯部和包层部的折射率的不同而将激光从射入端面引导至射出端面，并且将所述透镜所形成的激光光斑照射到目标物，从而对目标物的表面进行改质，所述半导体制造装置的特征在于，所述光波导部在射出端面上具有一边长为ι μ m-20 μ m并且与该边垂直的另一个边长为lmm-60mm的截面矩形形状的芯部，所述控制部将激光光源的激光功率设定为从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的功率密度在0. Imff/ μ m2以上的值。2.一种半导体制造装置，包括发出激光的激光光源；控制该激光光源的激光功率的控制部；由所述激光所透过的芯部以及覆盖该芯部的包层部所构成的光波导部；以及将从该光波导部的射出端面射出的激光形成规定形状的激光光斑的透镜；所述光波导部通过芯部和包层部的折射率的不同而将激光从射入端面引导至射出端面，并且将所述透镜所形成的激光光斑照射到目标物，从而对目标物的表面进行改质，所述半导体制造装置的特征在于，所述光波导部在射出端面上具有短边方向宽度为1 μ m-20 μ m并且长边方向宽度为 lmm-60mm的截面长椭圆形状的芯部，所述控制部将激光光源的激光功率设定为从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的功率密度在0. Imff/ μ m2以上的值。3.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置，其特征在于，当将从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的强度分布最大值设为P，并将该强度分布的最小值设为V时，由(P-V)/ PX 100%算出的PV率在20%以下。4.根据权利要求1或2所述的半导体制造装置，其特征在于，在所述光波导部的射出端面和透镜之间，设置有将从所述射出端面射出的激光的宽度缩小的可变光圈。5.根据权利要求4所述的半导体制造装置，其特征在于，当将从所述芯部的射出端面射出的激光光斑的强度分布最大值设为P，并将该强度分布的最小值设为V时，由(P-V)/ PX 100%算出的PV率在20%以下。6.一种半导体制造装置，包括发出激光的激光光源；控制该激光光源的激光功率的控制部；由所述激光所透过的多个芯部以及覆盖该芯部的包层部所构成的光波导部；将从该光波导部的射出端面射出的激光形成规定形状的激光光斑的透镜；以及进行所述激光光斑的焦点控制的焦点控制部；通过所述芯部和包层部的折射率的不同，将激光从射入端面引导至射出端面，并且通过一边对所述透镜所形成的激光光斑进行焦点控制一边照射到目标物，从而对目标物的表面进行改质，所述半导体制造装置的特征在于，所述光波导部在射出端面上具有一...

【专利技术属性】
技术研发人员：荻野义明，木村克巳，饭田康弘，曾我和弘，
申请(专利权)人：日立电脑机器株式会社，
类型：发明
国别省市：JP