CN1540720B - 射束照射装置、射束照射方法及半导体装置的制作方法 - Google Patents

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Abstract

在由电反射镜及多面反射镜等扫描单元来扫描的激光的速度，扫描幅度的中心部与端部的速度不相同。其结果是，在被照射物(比如非晶质半导体膜)上会照射过多的能量，可能造成膜被剥离等。为此，本发明的特征在于：在由扫描单元等来使连续输出的能量射束在被照射物上的激光点往复运动来扫描的场合下，光点的扫描速度超出规定值(比如速度不稳定，增加、减少及成为零速)的场合(比如扫描方向改变的位置，或扫描开始位置及扫描结束位置)下的射束，照射到元件形成区之外。

Description

射束照射装置、射束照射方法及半导体装置的制作方法
技术领域
本发明涉及射束照射装置及射束照射方法。本发明还进一步涉及采用了该装置及方法的薄膜晶体管的制作方法。
背景技术
作为显示装置及集成电路等所具有的半导体元件，在多结晶半导体膜中具有沟道形成区的薄膜晶体管(以下称多结晶TFT)的研究方兴未艾。随着显示装置及集成电路的发展，人们要求进一步提高多结晶TFT的特性。
为提高多结晶TFT的特性，人们一直在探讨基于连续振荡型激光照射装置的半导体膜的结晶化。比如，有一种在玻璃基片上使a-Si膜形成线状或岛状图案，从连续振荡型激光照射装置来照射扫描在时间上连续输出的能量射束，从而使a-Si膜结晶化的方法(参照专利文献1)。据专利文献1记载，通过使半导体薄膜预先形成线状或岛状图案，玻璃基片的温度可不上升，可防止发生裂纹等。此外在专利文献1的图29及图31中，还记载了采用设有开孔的遮蔽片，不发生针对玻璃基片的损坏及a-Si膜剥离，只使a-Si膜的必要部分有选择地结晶化。
此外作为使激光(也称激光射束)扫描(也称偏转)的单元，采用电反射镜(参照专利文献2)及多面反射镜(参照专利文献3)。电反射镜及多面反射镜易于提高扫描速度。因此，可减小照射装置的负担。
【专利文献1 】
特开2003-86505号公报
【专利文献2 】
特开2003-86507号公报
【专利文献3 】
特开2003-45890号公报
在利用电反射镜及多面反射镜，将上述的连续振荡型激光射束(以下将CW射束、振荡该射束的装置称为CW激光照射装置)照射到基片等被照射物的场合下，扫描幅度会受到限制。因此，有必要多次重复激光扫描，因而存在着激光扫描停止区。由于该停止区的原因，而难以进行均匀的激光处理。
此外由电反射镜及多面反射镜等扫描手段来扫描的激光速度在扫描幅度的中心部与端部各不相同。比如，由电反射镜在一个方向扫描的激光向其往复运动方向发生变化的区域(电反射镜停止时)减速，最终其速度变为零，然后加速。在这种速度减速、加速及成为零速的区域内，照射时间变长，从而对被照射物照射过多的能量。其结果是，在作为被照射物来采用非晶质半导体膜的场合下，存在着非晶质半导体膜发生剥离等之虞。
另一方面，在多面反射镜的场合下，尽管速度不为零，但在扫描幅度的中心部与端部速度不相同。其结果是，与电反射镜同样，存在着非晶质半导体膜发生剥离等之虞。
半导体膜发生剥离后，可能会因飞散的半导体膜而影响到正常膜变得粗糙。这样，激光的扫描速度将不均等，这在半导体领域成为一个问题，本发明者已注意到了这一点。
此外有一种在照射CW射束时，预先使被照射物即半导体膜形成成为元件规格的线状或岛状图案的方法，但射束照射的位置控制要求高精密度，增大了照射装置的负担。此外在预先使半导体膜形成图案，然后照射射束来进行结晶化的场合下，由于半导体膜因射束照射而溶融，所以难以维持形成了图案的半导体膜的端部形状，难以获得所希望的图案形状。
如上所述，在进行均等的CW射束照射方面，仍有改良的余地。尤其是如果考虑大型基片及批量生产，则应改良之处将更多。
发明内容
为此本发明的课题在于：解决在使用电反射镜及多面反射镜来进行射束照射的场合下，射束照射的扫描幅度端部中的不良状况。尤其是本发明的课题在于：考虑到大型基片及批量生产，提供用于对被照射物照射均等的射束的装置(射束照射装置，即激光照射装置)及射束照射方法。此外其课题还在于：采用上述射束照射装置及射束照射方法，来提供针对薄膜晶体管(以下称TFT)的均等的激光处理即激光退火(包含结晶化及活性化)。
鉴于上述课题，本发明的特征在于：在由扫描单元(偏转单元)等来使连续输出的能量射束(标记为CW射束，尤其在光源中采用激光器的场合下，标记为CW激光)在被照射物上的激光点(照射区)往复运动来扫描的场合下，在光点的扫描速度(移动速度)超出规定值的场合，即不稳定的场合下，射束照射到元件形成区之外。
所谓光点的扫描速度(移动速度)超出规定值，系指速度不稳定，比如增加或减少之时，以及成为零速之时。
此外所谓速度不稳定，增加、减少或成为零速的区域，系指比如扫描方向发生变化的位置，或扫描开始位置(一端)及扫描结束位置(另一端)。
总之，本发明可以在元件形成区之外改变扫描方向。此外所谓位置也适宜包含其附近的区域。
所谓元件形成区，系指比如具有半导体膜的显示部及具有驱动电路的显示装置，或者集成电路的形成区域。因此，所谓元件形成区之外，系指显示装置，或者集成电路的形成区域之间，以及显示部与驱动电路部之间。
此外显示装置包含液晶显示装置及具有自发光元件的发光装置，集成电路包含CPU或存储器等。
这样，当扫描速度超出规定值时，对射束的照射位置进行控制，以便有选择地向元件形成区之外照射射束，由此可进行均等的处理。
此外根据本发明，可在元件形成区即整个面板区均等地形成结晶化了的半导体膜。因此，与按元件规格来设置结晶性半导体膜的方法相比，设置薄膜晶体管的区域可不受限制，可提高设计的自由性。
扫描单元具有使针对被照射物的射束的照射位置连续地或按矩形形状来变化的镜面体(也称反射镜)。扫描单元可采用比如具有单个或多个镜面体的单元、具有多个连续配置的镜面体的单元、或者具有其它反射镜的单元。对具体的扫描单元，可举出电反射镜及多面反射镜。
作为其它的扫描单元，可以采用在轴上固定具有平面或曲面的镜面体，以上述轴为中心来旋转(包含旋转及振动)的镜面体。此时，在轴的一端部或两端部，设置控制镜面体的旋转的单元。所谓控制旋转，系指在旋转场合下控制旋转速度等，在振动场合下控制振动幅度等。如果设置多个镜面体，则镜面体之间的反射状态将各异，考虑到这一点，镜面体最好为单个。
如果采用电反射镜及多面反射镜，尽管扫描速度可高达10～数1000mm/s，但由于加减速所需的时间较短，因而可缩短处理时间。这是因为电反射镜及多面反射镜的重量较轻，因而可进行高速扫描。
作为用于照射连续输出的能量射束的装置(CW激光照射装置)，可以采用固体激光器，可以是比如YVO4激光器、YAG激光器、YLF激光器、YAlO3激光器以及Ar激光器等，可照射从该激光器连续输出的能量射束。此外可以使用这些射束的高次谐波。
激光射束可以是任意形状，最好从光学系统中通过，由此来加工成线状。这里的所谓「线状」并非意味着严格意义上的「线」，而是意味着具有较大长宽比的长方形(或长椭圆形)，比如其长宽比为10以上(最好为100～10000)的长方形。比如线状激光射束点径的长轴为150～1000μm，短轴为5～20μm。利用线状加工的激光射束，可进行处理量较高的处理。
根据激光射束的扫描幅度，当光点的扫描速度超出规定值时，向元件形成区之外照射射束。
此外被照射物与射束相对移动来处理一列，然后再处理下一列。重复这种相对移动来进行大面积处理。因此，将激光射束的扫描速度与被照射物的扫描速度设定为互相同步。即，为使激光射束的前进方向(扫描方向)改变的第1扫描单元与针对第1扫描单元来相对扫描被照射物的第2扫描单元同步而进行控制。
为使激光射束的光点形状保持稳定，最好在被照射物与扫描单元之间配置fθ透镜。此外最好采用可使入射角保持稳定的远心fθ透镜。虽然这种fθ透镜对增大尺寸有限制，但通过使被照射物移动，并按XY方向来扫描，可对大范围的区域进行处理。
由上述的本发明，可对激光射束的均等区域，即等速扫描场合下被照射物的元件形成区域进行照射，可提供一种均等的激光射束照射方法。
此外可提供一种在作为被照射物来采用半导体膜的场合下，具有结晶性及电特性的多结晶TFT。在具有这种多结晶TFT的显示装置和具有自发光型元件的发光装置等显示装置以及具有CPU与存储器的集成电路中，可期待一种显示均等化及性能提高等效果。
尤其是本发明在采用CW射束的场合下，当射束的扫描速度不均等时，通过向成为元件形成区之外的显示装置之外照射射束，可以进行均等的射束照射。即，可以均等地进行在光源中使用了激光器的激光退火。其结果是，可提高批量生产性，实现显示装置的低成本化。
附图说明
图1是表示本发明激光照射装置的附图。
图2是表示本发明激光照射装置的附图。
图3是表示本发明激光照射方法的附图。
图4是表示采用本发明激光照射方法所形成的发光装置的附图。
图5是表示采用本发明激光照射方法所形成的电子设备的附图。
具体实施方式
以下基于附图，对本发明的实施方式作以说明。但本发明可按多种不同的方式来实施，在不脱离本发明的宗旨及其范围的前提下，可对其方式及详情进行各种变更，对此业内人士可容易地理解。因此，不应限于本实施方式的记载内容来解释。
此外在用于说明实施方式的全部附图中，对相同部分或具有相同功能的部分附加相同的符号，省略其重复说明。
(实施方式1)
在本实施方式中，对在光源中使用激光器，来对形成了4个元件形成区的被照射物进行激光处理的场合作以说明。
图1(A)所示的斜视图中，在被照射物10中，设有4个元件形成区11。通过激光射束与被照射物进行相对移动，光点12沿扫描路径13来移动。作为扫描路径13，是组合了比如长轴方向(图1(A)中为X轴方向)与短轴方向(图1(A)中为Y轴方向)的XY方向。此时，比如长轴方向的扫描由基于第一扫描单元(比如，电反射镜及多面反射镜)的光点的移动来进行，短轴方向的扫描由基于第2扫描单元(比如，XY平台)的被照射物的移动来进行。这样可进行依次扫描(之字线扫描)，对具有大面积的被照射物整体进行激光处理。
由扫描单元来移动的光点的扫描速度不是稳定的。在扫描单元停止时，即接近移动方向的变更点时，扫描速度减速，最终成为零速，在变更方向后开始加速，成为等速。这样，在扫描速度成为减速、加速以及零速的场合下，将激光射束照射到元件形成区11之外。
其结果是，在光点的扫描速度不变的场合下，通过向元件形成区照射激光射束，可进行均等的激光处理。
作为图1(B)所示的被照射物14，有4个元件形成区11被形成图案。形成图案的元件形成区可以是岛状或线状，但最好具有显示装置及集成电路的最终形态的大小。向具有显示装置及集成电路那样的面积的区域照射激光射束后，其结果是，可容易地控制光点12的扫描位置，激光照射装置的构成得到简化。
与图1(A)同样，在扫描速度成为减速、加速以及零速的场合下，将激光射束照射到元件形成区11之外。这样在扫描速度成为减速、加速以及零速的区域，其激光照射时间较长，向被照射物提供过多的能量。其结果是，被照射物的物理性能将发生变化，薄膜被剥离。因此，如图1(B)所示，如果预先除去元件形成区之外的半导体膜，则可防止薄膜被剥离，可降低对正常膜的不良影响。
图1(B)的特征在于：按显示装置等的最终形态的大小，来使元件形成区预先形成图案。因此本发明与专利文献2所示的按元件大小来预先形成图案的场合相比，可以不留意基于激光照射的溶融所带来的图案形状的变形，因而较好。
在图1(A)(B)中，激光射束与被照射物可相对移动，可以是激光射束移动，也可以是被照射物移动，也可以是双方均移动。作为被照射物的移动手段，可采用沿X-Y轴来移动的平台。比如使沿X轴方向移动的导轨、沿Y轴方向移动的导轨交叉配置，使其被照射物由吸附等来固定的平台沿XY方向移动。或者也可以使被照射物由空气等来悬浮，使其沿XY方向移动。在使其沿照射区的短轴方向来移动的场合下，对平台进行控制，以便与使激光射束的扫描方向变更的定时同步。如果采用2个电反射镜，则也可由电反射镜来控制激光射束的扫描速度。
尤其在作为扫描手段，采用多面反射镜的场合下，平台的移动距离最好按各反射镜来微调。这是因为多面反射镜具有多个反射镜，因而基于相邻反射镜的激光射束的反射方向相异。
比如实施者可对多面反射镜所具有的多个反射镜进行编号，使其扫描一次。这样可掌握各反射镜的移动特性，以此为基础来控制平台的移动。
由上述本发明，可提供基于激光射束尤其是CW激光的高均匀性的处理方法及照射装置。
此外通过将本发明的处理方法及照射装置用于半导体膜的结晶化，可以提供高均匀性结晶性半导体膜，即多结晶TFT。
此外根据本发明，可在元件形成区即整个面板区，均等地形成结晶化了的半导体膜。因此，与按元件规格来设置结晶性半导体膜的方法相比，设置薄膜晶体管的区域不受限制，可提高设计的自由性。
此外在本实施方式中，对形成4个元件形成区的被照射物的场合作了说明，但形成单个或其它多个元件形成区的场合也同样，通过将其激光扫描速度超出规定值的照射区有选择地设为元件形成之外区，可以进行均匀的激光处理。
此外也可根据激光射束的扫描幅度，对多个显示装置或集成电路与多个显示装置或集成电路之间的元件形成区之外照射激光射束。比如，在形成9个(3×3)元件形成区的被照射物的场合下，也可以在第一列中，在2个元件形成区与1个元件形成区之间，照射其光点的扫描速度超出规定值的激光射束。
此外在本实施方式中，可以采用多个光源，或分为多个光，以频率良好地将激光射束照射到被照射物。尤其在处理大型基片的场合下，可改善处理量。即，处理能力大大提高。
(实施方式2)
在本实施方式中，利用图2，对作为射束的一种方式采用了CW激光的射束照射装置，即激光照射装置及射束照射方法，即激光照射方法作以说明。此外对作为被照射物采用半导体膜，作为第一扫描手段采用电反射镜的一例作以说明。
首先，从激光振荡器101射出的CW激光由光学系统102而伸展，被进行线状加工。具体地说，从光学系统102所具有的圆柱状透镜及凸透镜通过之后，激光射束可加工成线状。
其后，被线状加工的激光射束(也称线状射束)通过电反射镜103及fθ透镜104，向半导体膜106入射。此时线状射束被调整，从而在半导体膜上形成规定大小的激光光点(以下称激光点)105。此外由fθ透镜104而不是由电反射镜的角度，在被照射物表面，激光点105的形状达到稳定。
此外在图2中，对在1500mm(图中Y方向的长度)×1800mm(图中X方向的长度)的大面积基片上成膜的半导体膜进行激光处理，即进行激光退火。fθ透镜104的直径为100～300mm是现实的，即可在幅度100～300mm的范围内进行扫描。
此时由控制电反射镜的振动的装置(控制装置)110来控制电反射镜的振动。即按照反射镜的角度发生变化的原则来振动，激光点105向一个方向(比如图中的X轴方向)移动。比如电反射镜进行半周期振动后，激光点在半导体膜上的X轴方向进行一定幅度移动(去路)。
这样，半导体膜由XY平台109而向Y轴方向移动。同样，由电反射镜，激光点向半导体膜上的X轴方向移动(归路)。利用这种激光射束的往复运动，激光射束沿路径107来移动，对半导体膜整体进行激光退火。
如果往复运动的方向取激光点的长轴方向与垂直方向(图中的X轴方向)，则可提高处理量，因而最好如此。此外也可以设定为：使激光束的入射角成为0度以上，成为所谓的斜向入射。即不限于垂直方向，也可以设定为其它方向。
在该往复运动时，当电反射镜103停止时(包含Y轴方向的移动区域)，激光点的速度不稳定，而是增加、减少等。这样便有可能失去激光退火的均匀性，但由于本发明中，在激光点的速度不稳定的区域内，对形成显示装置的区域之外进行照射，因而可进行均匀的激光退火。但是显示装置一边的长度有必要在光点扫描一行的幅度以内。比如在使用电反射镜的场合下，扫描一行的幅度为50mm～300mm，因而成为显示装置的元件形成区的一边在其以下。
电反射镜103按稳定的振动数来进行振子运动，其结果是，激光点105进行稳定的往复运动。这样XY平台109每次按规定的长度来移动，并在结束了一列激光退火之后，转入下一列。
比如，边使电反射镜103振动边对成为小型面板的50mm×50mm显示装置进行多次处理。比如，如果为使电反射镜的扫描速度稳定而有必要达到5mm，则显示装置可按至少5mm的间隔来设置。此时在半导体膜中，使50mm×200μm(相当于向X轴方向扫描的激光照射区，200μm相当于光点的长轴长度)的范围结晶化。接下来，由XY平台109，使半导体膜106向Y轴方向只移动200μm，由电反射镜103的振动来照射激光射束。通过反复进行这种往复运动，可对50mm×1500mm的一列范围均匀地进行激光退火。对其它区域进行同样的激光照射，进行半导体膜整体的激光退火。在本实施方式的场合下，通过重复实施上述工序36次，可对1500mm×1800mm的半导体整体进行激光退火，考虑到边缘，可制成890个左右50mm×50mm的显示装置。
CW激光的干涉性一般较高。因此通过将激光射束的入射角设为0°以上，即所谓的斜向入射，来自被照射物背面的激光射束的反射光与来自被照射物表面的激光射束的反射光在被照射面上可不发生干涉，因而最好如此。
这样在本发明中，利用CW激光器、电反射镜及多面反射镜等第一扫描单元、XY平台之类的第2扫描单元、fθ透镜，在照射大面积区域的场合下，当激光射束的扫描速度不均等时，对成为元件形成区之外的显示装置之外照射激光射束，由此可进行均匀的激光退火。其结果是，可提高批量生产性，实现显示装置制造的低成本化。
以上，在本实施方式中，作为第一扫描单元采用了电反射镜，但也可以使用多面反射镜及具有可实施旋转功能的单个或多个镜面的反射镜。此外在本实施方式中，对显示装置的场合作了说明，但对集成电路也可同样进行激光处理。
(实施方式3)
在本实施方式中，对于对基片上所形成的半导体膜，利用具有多个激光振荡器的激光照射装置来进行激光处理，以提高具有薄膜晶体管的集成电路的批量生产性的场合作以说明。
图3表示一种分别采用3个CW激光振荡器201、远心fθ透镜204、电反射镜203、一对狭缝207，对在1500mm×1800mm大面积基片上成膜的半导体膜205进行激光处理，即进行激光退火的场合。此外图3(A)表示俯视图，图3(B)表示侧面图。
在基片上，作为衬膜，使氧化膜(SiON及SiO2等氧化硅膜)、半导体膜依次成膜。半导体膜可利用CVD法、溅射法等，由以硅为主要成分的材料来形成。在本实施方式中，由采用了硅烷气的CVD法来使非晶质硅膜成膜。根据成膜方法，在有的场合下，半导体膜中的氢浓度过高后，将不耐激光退火。因此，为提高耐激光退火的概率，可使半导体膜中的氢浓度处于1020/cm3数量级以下。因此，在成膜结束时，在氢浓度超过上述值的场合下，可通过400～500℃左右的热退火，来进行1个小时的脱氢处理。对如此形成的半导体膜进行激光退火。此外也可以在激光退火之前，使半导体膜按规定形状来形成图案。
在激光振荡器201中，比如利用从LD激励CW的Nd：YVO4激光器射出的射束，采用其第2高次谐波(波长532nm)来进行激光退火。使用输出为10W、TEM00模式的。激光射束的射束点径为Φ2.3mm，宽视角为0.35mrad。
具有该波长的激光射束中，由于激光射束对非晶质硅膜及基片有透光性，因而在有的场合下，有必要抑制基于干涉的激光退火的不均匀性。在该场合下，可以进行比如将激光射束针对半导体膜205的入射角设为0°之外的斜向入射。此时，适当的入射角取决于激光射束的光点形状及尺寸大小。激光光点208的伸展方向，即该光点的长轴方向是图3(A)中的Y轴方向。根据目的，有时也向其它方向伸展，但在本实施方式中，为使处理量达到最大，最好向Y轴方向伸展。比如在本实施方式中，如果将半导体膜205上激光光点的尺寸设为其长径是400μm，短径是20μm的线状椭圆，并设定为入射面包含长径，则适当的入射角θ便为20°。
远心fθ透镜204的焦距设为300mm程度、120mm。光学系统202对激光射束的光点形状进行线状加工，比如将焦距为50mm的平凹透镜与焦距为200mm的平凸透镜配置为相距145mm，并在平凸透镜后面140mm处，配置其焦距为250mm的平凸圆柱透镜，在平凸圆柱透镜后面145mm处，配置其焦距为100mm的平凹圆柱透镜。平凸圆柱透镜与平凹圆柱透镜的曲率方向相同。此外在相距平凹圆柱透镜250mm的后面，配置电反射镜203，远心fθ透镜204根据这些透镜的规格来配置。
在具有上述光学系统的激光照射装置中，在半导体膜205上线状延伸的激光射束的光点208由电反射镜203，以500mm/s的速度在半导体膜205上扫描。当激光射束的光点208在半导体膜205上加减速时，只有在形成集成电路的区域之外，光点的扫描速度稳定的场合下，才对形成集成电路的A区域进行照射。由于此时电反射镜的加速在数mm便足够，因而形成集成电路的区域之外的距离设为5mm。这样，如果将由激光的光点尺寸所决定的、由电反射镜的一次动作便可形成的多结晶区的幅度(Y轴方向的光点幅度)设为200μm，则在由电反射镜来使激光射束的光点208在X轴方向扫描110mm后，使XY平台206在Y方向移动200μm，再次由电反射镜203来使激光射束的光点在半导体膜205上扫描。
重复上述过程，以此来对图中的A区域进行激光退火。A区域的退火结束后，由XY平台206，使半导体膜205移动，直至达到可对B区域进行激光退火的位置为止。对B区域进行与A区域同样的激光退火。通过这一系列的动作，可对半导体膜205整体进行激光退火。当然，不必对半导体膜205整体进行激光退火，只在必要的位置进行激光退火，这样可进一步缩短处理时间，最好如此。在该场合下，有必要精密地设置位置决定机构等，但也可以构成为，实施者计算出必要的精度来适宜地决定。
在本实施方式中，相隔一定间隔来配置多个远心fθ透镜204。这样，相邻的远心fθ透镜可不发生干涉，可将多个激光射束同时照射到半导体膜。这样，与只采用1台激光振荡器的场合相比，可获得高处理量，因此尤其适于大型基片。在本实施方式中，为使透镜射束入射到半导体膜的角度稳定，采用远心fθ透镜。这样，可获得激光退火的均匀性，但在没有要求时，也可以采用fθ透镜。
按上述方法来进行半导体膜的结晶化。
接下来，根据需要，使半导体膜按规定形状来形成图案，形成栅极绝缘膜、栅极、杂质区，并进行活性化。本发明的激光照射装置及激光照射方法也可用于半导体膜的活性化。为此，形成层间绝缘膜、源极配线、漏极配线、像素电极等，形成具有多个薄膜晶体管的有源矩阵基片。此外可利用有源矩阵基片来形成集成电路等。
如上所述，通过利用多个激光振荡器来进行激光退火，可以提高薄膜晶体管以及集成电路的批量生产性。
在本实施方式中采用多个激光振荡器，但也可以由反射镜等，来分割来自一个激光振荡器的激光射束，形成多个光点。
在本实施方式中，作为第一扫描单元采用了电反射镜，但也可以使用多面反射镜及具有可实施旋转功能的单个或多个镜面的反射镜。
本实施方式的有源矩阵基片可作为液晶显示装置、发光装置、其它显示装置的半导体元件来使用。
(实施方式4)
在本实施方式中，利用图4，对采用有源矩阵基片来制作的发光装置作以说明。
图4(A)表示发光装置，具体地说是EL模块的断面。图4(B)是EL模块的发光元件(具有有机化合物层、第1导电膜及第2导电膜)的积层结构的放大图。
图4(A)表示第1基片400、衬底绝缘膜401、具有由采用了本发明激光照射装置的激光退火所形成的半导体膜的TFT422、第1导电膜(电极)403、绝缘物(也称为隔壁、堤坝、堤岸、障壁)404、有机化合物层405、第2导电膜(电极)406、保护膜407、空隙408、第2基片409。
作为第1基片及第2基片，可采用玻璃基片、石英基片及硅基片、塑料基片、金属基片、不锈钢基片、可挠性基片等。所谓可挠性基片是由PET、PES、PEN、丙烯等组成的膜状基片，如果采用可挠性基片来制作发光装置，可实现轻量化。如果在可挠性基片的表面，或表面及背面，形成单层或多层的铝膜(AlON、AlN、AlO等)、碳化膜(DLC等)、SiN等屏障层，则可提高耐久性及气体屏障性等，因而希望如此。
根据来自有机化合物层的发光是向上方还是向下方出射，由具有透光性的ITO等导电膜来形成第1导电膜及第2导电膜的任意一方。在向两方出射的场合下，可以用具有透光性的导电膜来作为第1导电膜及第2导电膜。
第1基片400上设置的TFT422(在本实施方式中为p沟道型TFT)是控制有机化合物层405中流动的电流的元件，具有作为漏极区(或根据极性为源极区)来发挥作用的杂质区411、沟道形成区412、沟道形成区上所设置的栅极417。此外还有第1导电膜403、与杂质区电连接的漏极(或源极)416。此外可在与漏极416的同一工序中，同时形成电源供应线及源极配线等配线418。
在第1基片400上，形成有成为衬底绝缘膜(这里，将下层作为氮化绝缘膜，将上层作为氧化绝缘膜)的衬底绝缘膜401，在栅极417与半导体膜之间，设有栅极绝缘膜。层间绝缘膜402的各层采用有机材料或无机材料来构成，可以采取单层结构或多层结构。这里未图示，在一个像素中，除其它之外，还设有一个或多个TFT(n沟道型TFT或p沟道型TFT)。此外虽然所表示的是具有一个沟道形成区412的TFT，但这并非构成特别限定，也可以是具有多个沟道形成区的所谓多沟道型TFT。
在本实施方式中，以顶置栅极型TFT为例作了说明，但也可与TFT结构无关来采用本发明，比如也可适用于底置栅极型(逆交错型)TFT及顺交错型TFT。
第1导电膜403成为发光元件的阳极(或阴极)。在第1导电膜中采用透明导电膜的场合下，可采用ITO(氧化铟氧化锡合金)、氧化铟氧化锌合金(In2O3-ZnO)、氧化锌(ZnO)等。
此外还有覆盖第1导电膜403的端部(以及配线418)的绝缘物404(也称堤岸、隔壁、障壁、堤坝等)。作为绝缘物404，可采用无机材料(氧化硅、氮化硅、氧化氮化硅等)、感光性或非感光性有机材料(聚酰亚胺、丙烯、聚酰胺、聚酰亚胺酰胺、抗蚀剂或苯环丁烯)或它们的积层等。在本实施方式中，采用由氮化硅膜覆盖的感光性有机树脂。比如，在作为有机树脂材料，采用了正性感光性丙烯的场合下，最好只使绝缘物的上端部形成具有曲率半径的曲面。此外作为绝缘物，可采用由感光性的光而在蚀刻剂中成为不溶解性的负性绝缘物，或者由感光性的光而在蚀刻剂中成为溶解性的正性绝缘物的任意一种。
有机化合物层405利用蒸镀法或涂覆法来形成。在本实施方式中，由蒸镀装置来使有机化合物层成膜，得到均匀的膜厚。此外为提高可靠性，最好在有机化合物层405形成之前，进行真空加热(100℃～250℃)来脱气。比如，在采用蒸镀法的场合下，在进行了其真空度达到5×10-3Torr(0.665Pa)以下，最好为10-4～10-6Pa的真空排气的成膜室内进行蒸镀。在蒸镀时，有机化合物预先由加热而气化，在蒸镀时打开开关后，向基片方向飞散。气化了的有机化合物向上方飞散，通过金属掩模上设置的开口部来蒸镀。
如图4(B)所示，有机化合物层(EL层)405从阳极侧依次按HIL(空穴注入层)、HTL(空穴输送层)、EML(发光层)、ETL(电子输送层)、EIL(电子注入层)的顺序来积层。代表性示例如下：作为HIL，采用CuPc，作为HTL，采用α-NPD，作为ETL，采用BCP，作为EIL，采用BCP：Li。此外有机化合物可以含有无机材料，也可以含有有机材料与无机材料的混合材料。
作为有机化合物层(EL层)405，在全色显示的场合下，可以由分别采用了蒸镀掩模的蒸镀法或喷墨法等，来适宜地有选择地形成表示红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的发光的材料。所谓喷墨法，是一种有选择地吐出(喷出)混入了导电膜及绝缘膜等材料的组成物液滴(也称液点)的方法。具体地说，作为HIL，采用CuPc及PEDOT，作为HTL，采用α-NPD，作为ETL，采用BCP及Alq3，作为EIL，采用BCP：Li及CaF2。比如EML可以采用掺杂了与R、G、B各自的发光色对应的掺杂剂(在R的场合下为DCM等，在G的场合下为DMQD等)的Alq3。此外不限定于上述有机化合物层的积层结构。
更具体的有机化合物层的积层结构为：在形成表示红色发光的有机化合物层405的场合下，在比如作为HIL，形成30nm的CuPc，作为HTL，形成60nm的α-NPD后，利用同一掩模，作为红色发光层，形成40nm的添加了DCM2及红荧烯的Alq3，作为电子输送层，形成40nm的BCP，作为电子注入层，形成1nm的添加了Li的BCP。在形成表示绿色发光的有机化合物层的场合下，在比如作为HIL，形成30nm的CuPc，作为HTL，形成60nm的α-NPD膜后，利用同一蒸镀掩模，作为绿色发光层，形成40nm的添加了邻吡喃酮545T的Alq3，作为电子输送层，形成40nm的BCP，作为电子注入层，形成1nm的添加了Li的BCP。在形成包含表示蓝色发光的有机化合物的层面的场合下，在比如作为HIL，形成30nm的CuPc，作为HTL，形成60nm的α-NPD后，利用同一掩模，作为发光层，形成10nm的2[2-(2-羟苯)苯并恶唑合]锌：Zn(PBO)2，作为电子输送层，形成40nm的BCP膜，作为电子注入层，形成1nm的添加了Li的BCP。
以上，各种颜色的有机化合物层中共有的CuPc及α-NPD可在像素部全面形成。此外掩模也可由各色所共有，比如，可在形成红色的有机化合物层后，错开掩模，形成绿色的有机化合物层，然后再次错开掩模，形成蓝色的有机化合物层。此外所形成的各种颜色的有机化合物层的顺序可适宜设定。
在白色发光的场合下，也可以通过另外设置滤色层及色变换层等，来进行全色显示。针对在上方发光的白色光的滤色层及色变换层在设置到第2基片之后，也可以被包覆到第1基片。此外针对在下方发光的白色光的滤色层及色变换层在形成漏极(或源极)416后，可通过绝缘膜来形成。接下来，在滤色层及色变换层上依次形成绝缘膜和第2导电膜，漏极(或源极)416与第2导电膜可通过绝缘膜上所形成的触点来连接。
由本发明的激光照射装置及激光照射方法，可提供具有高均匀性的结晶性半导体膜的发光装置。其结果是，在显示部中，可提供一种降低了由激光射束的斑驳所引起的显示斑驳的发光装置。
此外本发明的有源矩阵基片也可用于液晶显示装置及其它显示装置，以及半导体集成电路及CPU。
(实施方式5)
由本发明来制作的有源矩阵基片可适用于各种电子设备。作为电子设备，可举出便携信息终端(便携电话机、手提电脑、便携型游戏机或电子图书等)、摄像机、数字照相机、防护型显示器、显示性显示器、导航系统等。图5表示这些电子设备的具体示例。
图5(A)是一个显示器，包含壳体4001、语音输出部4002、显示部4003等。利用由本发明所形成的有源矩阵基片，可完成具有发光元件或液晶材料的显示部4003。显示装置包含个人计算机用、电视广播接收用、广告显示用等所有的信息显示装置。
图5(B)是一个手提电脑，包含本体4101、书写笔4102、显示部4103、操作钮4104、外部接口4105等。利用由本发明所形成的有源矩阵基片，可完成具有发光元件及液晶材料的显示部4103。
图5(C)是一个游戏机，包含本体4201、显示部4202、操作钮4203等。利用由本发明所形成的有源矩阵基片，可完成具有发光元件及液晶材料的显示部4202。
图5(D)是一个便携电话机，包含本体4301、语音输出部4302、语音输入部4303、显示部4304、操作开关4305、天线4306等。利用由本发明所形成的有源矩阵基片，可完成具有发光元件及液晶材料的显示部4304。
图5(E)是一个电子图书阅读器，包含显示部4401等。利用由本发明所形成的有源矩阵基片，可完成具有发光元件及液晶材料的显示部4401。
如上所述，本发明的适用范围极广，可用于所有领域的电子设备。尤其是，通过将有源矩阵基片的绝缘基片设为柔性基片，可以实现薄型化及轻量化。
(实施方式6)
本发明采用的射束不限定于CW射束，即使对于脉冲性输出的能量射束(脉冲射束，尤其在光源中使用激光的场合下，称脉冲激光)，如果通过按照在半导体膜从由激光而溶融至固化为止的期间，可照射下个激光的振荡频率来使激光振荡，可以得到在扫描方向连续成长的晶粒，则可显示出本发明的效果。即，也可以按照脉冲振荡的周期(振荡频率)短于从半导体膜溶融至完全固化为止的时间的原则，来使用规定了振荡频率下限的脉冲射束。
比如在光源采用了激光的脉冲激光器中，具体的振荡频率为10MHz以上，使用显著比通常采用的数十Hz～数百Hz的频率高的频率。
采用高频的理由是，在一般的脉冲激光器中，从将激光照射到半导体膜上至半导体膜完全固化为止的时间为数十nsec～数百nsec，通过采用10MHz以上的频率，可在从半导体膜由激光而溶融至固化为止的期间，照射下个脉冲激光。因此与采用传统的脉冲激光的场合不同，由于可在半导体膜中使固液界面连续移动，因而可形成具有在扫描方向连续成长的晶粒的半导体膜。具体地说，可形成其晶粒在扫描方向的幅度为10～30μm，在与扫描方向垂直的方向的幅度为1～5μm的晶粒集合，可获得与CW激光相同程度的晶粒。通过形成沿着该扫描方向伸长的单结晶的晶粒，可以形成至少在TFT载体的移动方向几乎不存在晶粒边界的半导体膜。
如果可进行上述频率下的振荡，作为脉冲射束，可采用从以下激光器射出的射束：Ar激光器、Kr激光器、准分子激光器、CO2激光器、YAG激光器、Y2O3激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YalO3激光器、玻璃激光器、红宝石激光器、绿宝石激光器、Ti：蓝宝石激光器、铜蒸气激光器或金蒸气激光器。
比如作为激光，可采用从能量2W、TEM(00)振荡模式、第2高次谐波(532nm)、振荡频率80MHz、脉冲幅度12psec的YVO4激光器输出的光，可采用具有该振荡器的脉冲激光照射装置。此外，通过由光学系统来加工激光，半导体膜表面所形成的光点可形成一个其短轴为10μm，长轴为100μm的矩形。通过将振荡频率设为80MHz，可使固液界面连续移动，因而可在扫描方向形成连续成长的晶粒。通过形成沿着该扫描方向来延长的单结晶晶粒，可以形成至少在TFT的沟道方向几乎不存在晶粒边界的半导体膜。
即本发明的特征在于：即使在利用任意一种连续或脉冲性振荡的激光射束来进行扫描的场合下，当激光光点的扫描速度超出规定值时，该激光射束也可照射到元件形成区之外。
发明效果
根据本发明的扫描单元，在被照射物上扫描的CW射束或脉冲射束中，当激光射束的扫描方向改变时，或者当不进行等速运动时，将该射束照射到元件形成区之外，由此可进行均等的处理。其结果是，可提供半导体膜的均匀退火。这样，可防止被照射物，尤其是半导体膜的薄膜被剥离。此外在采用大型基片的场合下，适用本发明的高效率激光退火。

Claims (33)

1.一种射束照射装置，包括：
用于向在基片上形成的多个被照射物扫描连续输出的能量射束的单元；以及
用于控制基片的位置的单元，
其中，用于扫描能量射束的单元和用于控制基片的位置的单元设置成在多个被照射物外部和之间改变能量射束的扫描方向。
2.如权利要求1所述的射束照射装置，其中：
用于控制基片的位置的单元设置成与用于扫描能量射束的单元同步。
3.如权利要求1所述的射束照射装置，其中：
用于扫描能量射束的单元包括镜面体和轴，以及
镜面体固定在轴上以使镜面体可以置于能量射束的光轴上并且设置成振动。
4.如权利要求1所述的射束照射装置，其中：
用于扫描能量射束的单元设置成在多个被照射物上扫描能量射束期间使能量射束可以以恒定扫描速率来扫描。
5.如权利要求1所述的射束照射装置，其中：
连续输出的能量射束是从YVO4激光器、YAG激光器、YLF激光器、YAlO3激光器以及Ar激光器中的任意一种激光器射出的射束。
6.如权利要求1所述的射束照射装置，还包括将能量射束振荡的振荡器以及能够将能量射束处理为线状的光学系统，
其中光学系统配置于振荡器与用于扫描能量射束的单元之间。
7.如权利要求1所述的射束照射装置，还包括fθ透镜，
其中fθ透镜设置于用于扫描能量射束的单元与多个被照射物之间。
8.如权利要求1所述的射束照射装置，还包括远心fθ透镜，
其中远心fθ透镜设置在用于扫描能量射束的单元与多个被照射物之间。
9.一种射束照射装置，包括：
用于向在基片上形成的多个被照射物扫描连续输出的能量射束的单元；以及
用于控制基片的位置的单元，
其中，用于扫描能量射束的单元设置成用能量射束照射多个被照射物及其外部，以及
其中，用于扫描能量射束的单元和用于控制基片的位置的单元设置成在多个被照射物外部和之间改变能量射束的扫描方向。
10.如权利要求9所述的射束照射装置，其中：
用于扫描能量射束的单元包括镜面体和轴，以及
镜面体固定在轴上以使镜面体可以置于能量射束的光轴上并且设置成振动。
11.如权利要求9所述的射束照射装置，其中：
用于扫描能量射束的单元设置成在多个被照射物上扫描能量射束期间使能量射束可以以恒定扫描速率来扫描。
12.如权利要求9所述的射束照射装置，其中：
连续输出的能量射束是从YVO4激光器、YAG激光器、YLF激光器、YAlO3激光器以及Ar激光器中的任意一种激光器射出的射束。
13.如权利要求9所述的射束照射装置，还包括将能量射束振荡的振荡器以及能够将能量射束处理为线状的光学系统，
其中光学系统设置于振荡器与用于扫描能量射束的单元之间。
14.如权利要求9所述的射束照射装置，还包括fθ透镜，
其中fθ透镜设置于用于扫描能量射束的单元与多个被照射物之间。
15.如权利要求9所述的射束照射装置，还包括远心fθ透镜，
其中远心fθ透镜设置在用于扫描能量射束的单元与多个被照射物之间。
16.一种射束照射方法，用于以连续输出的能量射束照射在基片上形成的多个元件形成区，所述方法包括以下步骤：
沿扫描方向在多个元件形成区其中之一上扫描能量射束，然后在多个元件形成区外部扫描能量射束；以及
改变能量射束的扫描方向，
其中，扫描方向的改变在多个元件形成区外部和之间执行。
17.如权利要求16所述的射束照射方法，其中：
能量射束被处理为线状。
18.如权利要求16所述的射束照射方法，其中：
能量射束的扫描采用电反射镜或多面反射镜来执行。
19.如权利要求16所述的射束照射方法，其中：
连续输出的能量射束是从YVO4激光器、YAG激光器、YLF激光器、YAlO3激光器以及Ar激光器中的任意一种激光器射出的射束。
20.一种射束照射方法，用于以连续输出的能量射束照射在基片上形成的多个元件形成区，所述方法包括以下步骤：
在多个元件形成区外部照射能量射束；
沿扫描方向在多个元件形成区其中之一上扫描能量射束，然后在多个元件形成区外部扫描能量射束；以及
改变能量射束的扫描方向，
其中，扫描方向的改变在多个元件形成区外部和之间执行。
21.如权利要求20所述的射束照射方法，其中：
能量射束被处理为线状。
22.如权利要求20所述的射束照射方法，其中：
能量射束的扫描采用电反射镜或多面反射镜来执行。
23.如权利要求20所述的射束照射方法，其中：
连续输出的能量射束是从YVO4激光器、YAG激光器、YLF激光器、YAlO3激光器以及Ar激光器中的任意一种激光器射出的射束。
24.一种薄膜晶体管制作方法，包括以下步骤：
对基片上形成的多个半导体膜以连续输出的能量射束一边扫描一边照射，来形成多个结晶性半导体膜；
采用多个结晶性半导体膜中的至少一个的一些部分形成第一元件形成区和第二元件形成区；
在第一元件形成区上形成栅极以及在第二元件形成区上形成栅极；以及
在第一元件形成区中形成杂质区以及在第二元件形成区中形成杂质区，
其中，在多个半导体膜外部和之间改变能量射束的扫描方向。
25.如权利要求24所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
能量射束的扫描采用电反射镜或多面反射镜来执行。
26.如权利要求24所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
连续输出的能量射束是从YVO4激光器、YAG激光器、YLF激光器、YAlO3激光器以及Ar激光器中的任意一种激光器射出的射束。
27.如权利要求24所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
第一元件形成区和第二元件形成区是用于形成显示装置或集成电路的区域。
28.如权利要求24所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
薄膜晶体管结合到从由显示器、手提电脑、游戏机以及电子图书阅读器组成的组中选择的一个装置中。
29.一种薄膜晶体管制作方法，包括以下步骤：
对基片上形成的多个半导体膜以连续输出的能量射束一边扫描一边照射，来形成多个结晶性半导体膜；
采用多个结晶性半导体膜中的至少一个的一些部分形成第一元件形成区和第二元件形成区；
在第一元件形成区上形成栅极以及在第二元件形成区上形成栅极；以及
在第一元件形成区中形成杂质区以及在第二元件形成区中形成杂质区，
其中，能量射束从多个半导体膜的外部开始或结束照射，以及
其中，在多个半导体膜外部和之间改变扫描方向。
30.如权利要求29所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
能量射束的扫描采用电反射镜或多面反射镜来执行。
31.如权利要求29所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
连续输出的能量射束是从YVO4激光器、YAG激光器、YLF激光器、YAlO3激光器以及Ar激光器中的任意一种激光器射出的射束。
32.如权利要求29所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
第一元件形成区和第二元件形成区是用于形成显示装置或集成电路的区域。
33.如权利要求29所述的薄膜晶体管制作方法，其中：
薄膜晶体管结合到从由显示器、手提电脑、游戏机以及电子图书阅读器组成的组中选择的一个装置中。
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