專利名稱：拾取激光的截面圖像的方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種拾取截面圖像(sectional image)的方法(即，某一截面上的光強度分布)。本發(fā)明的方法尤其適合于測量激光退火半導體薄膜時所使用的激光的二維強度分布。
在平板型顯示器件如有源矩陣型液晶器件和有機EL顯示器件中，為了獨立地驅(qū)動每個像素，在玻璃、塑料等的絕緣基板上形成很多的薄膜晶體管(在下文中縮寫為TFT)。至于非晶硅(a-Si)膜，由于形成溫度低，該膜可以通過氣相工藝相對容易地形成，且批量生產(chǎn)率也很高，所以該膜已廣泛地用作形成TFT的源極、漏極和溝道區(qū)的半導體薄膜。
然而，非晶硅膜具有如下缺點，即該膜在物體特性如導電性方面比多晶硅(多晶-Si)膜差(a-Si的遷移率比多晶-Si低兩個或更多數(shù)位(digit))。因此，為了增加TFT的工作速度，需要一種技術(shù)以在多晶硅膜中建立形成TFT的源極、漏極或溝道區(qū)。
例如，使用利用準分子激光器的退火方法(準分子激光器退火下文稱為ELA工藝)作為形成多晶硅膜的方法。該退火方法可以在可使用一般用途的玻璃基板的溫度范圍(即，從室溫到約500℃)內(nèi)進行。
在ELA工藝中，例如，在基板上淀積預定厚度的非晶硅膜(例如，約50nm)之后，用氟化氪(KrF)準分子激光(波長為248nm)、氯化氙(XeCl)準分子激光(波長為308nm)等照射非晶硅膜。該非晶硅膜被局部熔融、再結(jié)晶并改變成多晶硅膜。
要注意的是，當激光的平均強度(能流)改變時，可將ELA工藝應用到各種其它的工藝上。例如，當將激光的強度設定在具有唯一加熱功能的范圍時，該工藝可用于TFT的雜質(zhì)活化步驟中。當激光的強度過度增加時，會引起溫度快速升高，因此該工藝可用于從TFT移除該膜。要注意的是，對該現(xiàn)象(phenomena)的應用并不局限于TFT，且該現(xiàn)象可廣泛地應用到半導體制造工藝上。
另外，在為了增加平板型顯示器件如液晶顯示器件、有機EL顯示器件等的工作速度，TFT由多晶硅膜形成的情況下，當每個TFT的溝道區(qū)中包括的晶粒界面的數(shù)量或分布有波動時，TFT的閾值電壓(Vth)會產(chǎn)生大的波動。這是降低整個顯示器件的工作特性的原因。因此，對于TFT要求的是，其中在每個溝道區(qū)中晶粒界面的數(shù)量盡可能多地均勻，或晶粒生長到比溝道區(qū)大，并控制晶粒的位置，以由此從每個溝道區(qū)移除晶粒界面。
本發(fā)明人發(fā)展了用于形成具有大晶粒直徑的硅膜的激光退火工藝。在該工藝中，將稱為“移相器”的光學器件(相位調(diào)制器件)插入在被激光照射的光路中間，從而調(diào)節(jié)在非晶硅膜上激光的二維強度分布，以生長具有大粒徑的晶粒。在此，移相器是這樣一種光學器件，其中在透明的石英基板中精細的平面圖案由包括溝槽或突起的梯狀部分形成。移相器在穿過該移像器的一部分激光中因入相位差，并通過激光的衍射和具有不同相位的激光的干擾產(chǎn)生了激光的二維強度分布。當以這種方式調(diào)節(jié)激光的二維強度分布時，會在待處理的基板上產(chǎn)生適當?shù)臏囟确植?。從而，在形成晶體時能夠控制具有約2至7微米大粒徑的單晶硅的位置。
作為研究激光退火工藝的結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以下情況。即，關(guān)于用來照射非晶硅膜的激光，在亞微米級的微區(qū)域中強度分布的圖案對于控制晶粒的位置以形成具有大粒徑的晶粒非常重要。然而，精確地測量該強度分布的方法是很困難的，在一定程度上是因為準分子激光是紫外線區(qū)的不可見光，且還沒有建立該方法。
迄今為止，以下方法公知為測量ELA工藝中所使用激光的強度分布的方法。
在一個方法中，用激光照射非晶硅膜，并基于該膜的物理特性的改變來估算激光的強度分布。即，用具有一個閾值的光強度(能流)的激光照射作為處理目標的非晶硅膜，在該閾值產(chǎn)生結(jié)晶。然后，具有高光強度的唯一部分形成了多晶硅，且物理特性部分地改變了。因此，在用激光照射非晶硅膜之后，用顯微鏡觀察對應部分的組織，以便可以估算激光的強度分布。要注意的是，基于物理特性變化的估算方法中，不僅能夠利用非晶硅膜的結(jié)晶而且能夠利用另一種材料(例如，光刻膠)的物理或化學特性的變化。
在另一方法中，使用了專用于圖像拾取的基板，其表面涂敷有熒光劑(日本專利申請No.2004-020104)。在該方法中，使熒光劑的涂敷膜的表面對準一個橫切面，激光強度分布在該橫切面處被測量。保持用于圖像拾取的上述基板，并用激光照射用于圖像拾取的基板表面。在該情況下，使用成像光學系統(tǒng)二維地放大了從熒光劑發(fā)出的熒光，并在用于圖像拾取的基板背面上拾取激光的截面圖像(光強度分布)。
在此，基于物理特性的變化測量激光強度分布的前一個方法具有以下問題。即，由于物理特性的變化取決于光強度的閾值，所以該激光強度必須以階躍的方式改變，并需要多次的激光照射和物理特性估計。結(jié)果，在估算結(jié)果中包括了用于激光照射的條件的波動。由于材料本身中也有引起物理特性變化的波動，所以很難抓住光強度分布作為“平面圖像”，且不能說估算是正確的。此外，由于物理特性通過脫機檢查來估算，所以需要許多時間直至獲得了該結(jié)果。
另一方面，通過轉(zhuǎn)換成熒光來拾取激光的截面圖像的后一方法具有以下問題。即，由于熒光是可見光，對應于熒光波長，得到的截面圖像的空間分辨率不是約0.5μm或更小。通常，熒光材料有毒，且很大程度上會影響環(huán)境。
發(fā)明概述鑒于有關(guān)測量激光強度分布的方法的上述常規(guī)問題，研究了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目的在于提供一種圖像拾取方法，其能夠在短時間內(nèi)精確地拾取在激光某一截面上具有高空間分辨率的截面圖像(光強度分布)。
本發(fā)明提供了一種拾取激光的截面上的截面圖像的方法，包括如下步驟
相對于激光行進方向，在截面的前面設置圖像拾取裝置；在截面中設置攔截單元(intercepting unit)以攔截部分激光；使用圖像拾取裝置拾取表明部分被攔截單元攔截的激光的強度分布的光與影圖像；調(diào)節(jié)圖像拾取裝置的光學系統(tǒng)的焦點，使所得到的光與影圖像的圖案滿足預定的條件；以及從激光的光路縮回攔截單元，并利用圖像拾取裝置拾取激光的截面圖像。
根據(jù)本發(fā)明的方法，根據(jù)光與影圖像的亮和暗部分之間的邊界的銳度，可以將圖像拾取裝置的光學系統(tǒng)的焦點與該截面(例如，對應待處理基板的表面的位置)精確地相匹配。另外，由于直接檢測激光，所以能夠精確地拾取截面上的激光的截面圖像(光強度分布)。
例如，攔截單元是刃狀物(knife edge)的組件，并設置使得當利用該單元攔截部分激光時該刀刃的尖端位于截面內(nèi)。
可選地，攔截單元是透明基板，其部分表面涂敷有攔截薄膜(interceptive thin film)。此外，設置攔截單元使得當利用該基板攔截部分激光時攔截薄膜位于截面內(nèi)。
而且，在激光退火設備中，可以利用上述方法監(jiān)測激光的光強度分布。在該情況下，該激光退火設備用具有光強度梯度的激光照射形成在待處理基板上的半導體薄膜，以結(jié)晶該半導體薄膜，該設備包括樣品臺，用于放置基板；激光源，其朝著基板發(fā)出激光；衰減器，其設置在激光源和樣品臺之間并減小了激光的強度；攔截單元，配置該攔截單元來攔截與基板同一平面中的部分激光，同時從激光的光路縮回樣品臺；驅(qū)動機構(gòu)，配置來相對于激光的光路交替地插入和縮回樣品臺和攔截單元；圖像拾取裝置，設置在激光的光路中的攔截單元的背面上；以及聚焦機構(gòu)，其利用圖像拾取裝置拾取表明部分被攔截單元攔截的激光的強度分布的光與影圖像，并調(diào)節(jié)圖像拾取裝置的光學系統(tǒng)的焦點。
在該激光退火設備中，聚焦圖像拾取裝置的光學系統(tǒng)，并根據(jù)上述方法拾取激光的截面圖像。結(jié)果，在確認在對應待處理基板表面位置處的激光的強度分布滿足預定的條件之后，移動樣品臺，并將待處理的基板設置在激光的光路上。在該情形下，用激光照射待處理基板上的半導體薄膜。
在上述的激光退火設備中，優(yōu)選將光均勻系統(tǒng)(opticalhomogenizing system)和移相器依序設置在衰減器和樣品臺之間的激光的光路上。光均勻系統(tǒng)使激光的二維強度分布均勻。將移相器設置在光均勻系統(tǒng)的焦點位置上，并得到了激光的二維的強度分布。
當在激光退火設備中使用本發(fā)明的方法時，能夠以相對短的時間精確地測量在與待處理基板表面對應的位置處激光的強度分布。因此，激光的強度分布能夠保持在滿意的狀態(tài)。當精確地調(diào)節(jié)激光的強度分布時，可以自基板上的非晶硅薄膜或多晶硅薄膜生長具有大粒徑的目標硅晶體。
附圖的簡要說明

圖1是示出在使用本發(fā)明的方法拾取激光的截面圖像的情況中的設備結(jié)構(gòu)的例子的示意圖；圖2是示出在使用本發(fā)明方法中使用刃狀物聚焦圖像拾取裝置的光學系統(tǒng)時的光與影圖像(二維的光強度分布)的例子的簡圖；圖3A是示出沿著圖2所示例子中的線A-A′的光強度分布的簡圖；圖3B是示出沿著圖2所示例子中的線A-A′的光強度分布的導數(shù)值的簡圖；圖4是示出在使用涂敷有攔截薄膜的透明基板的情況下透明基板布置的一個例子的簡圖；圖5是示出在使用涂敷有攔截薄膜的透明基板的情況下透明基板布置的另一個例子的簡圖；圖6是激光退火設備并入使用本發(fā)明方法的拾取激光截面圖像的裝置的信號方塊圖；圖7是將圖像拾取裝置的光學系統(tǒng)的焦點調(diào)節(jié)到預定截面上的方法的說明性示圖；圖8示出了采用鄰近系統(tǒng)(proximity system)的激光退火設備的一個例子的簡圖，其中并入了使用本發(fā)明的方法拾取激光截面圖像的裝置；圖9是示出采用投影系統(tǒng)的激光退火設備、并入使用本發(fā)明的方法拾取激光截面圖像的裝置的例子的簡圖。
發(fā)明的詳細說明實施例1將根據(jù)本發(fā)明描述拾取激光的截面圖像的方法。
圖1示出了用于拾取激光截面圖像的裝置的示意結(jié)構(gòu)的例子。沿著從激光源1發(fā)出的激光20的光路依序設置衰減器2、刃狀物30(攔截單元)和圖像拾取裝置51。衰減器2將激光20的強度調(diào)節(jié)為預定的強度。為了指定一個截面，在該截面上測量激光20的二維強度分布的截面，將刃狀物30設置在一個截面中來攔截部分激光20。相對于激光20行進方向，圖像拾取裝置51設置在刃狀物30的前面，并拾取刃狀物30尖端部分的圖像。此外，在從激光20的光路縮回刃狀物30之后，在上述平面上拾取激光20的截面圖像。
圖像拾取裝置51包括圖像形成光學系統(tǒng)40和CCD 50。圖像形成光學系統(tǒng)40包括物鏡41和光學圓筒(optical cylinder)42。將CCD50貼附到光學圓筒42的后端(下表面)上。物鏡41使入射光在CCD50的光電轉(zhuǎn)換表面上形成圖像。通過光電效應CCD 50將入射光轉(zhuǎn)換成電信號。光學圓筒42遮蔽來自從物鏡41到CCD 50的光路以外的光。
將圖像拾取裝置51保持在圖像拾取臺60上。圖像拾取臺60包括X臺61，其在X軸方向上移動；Y臺62，其由X臺61支撐并在Y軸方向上移動；以及Z臺63，其由Y臺62支撐并在垂直方向(Z方向)上移動。通過X臺61和Y臺62相對于激光20的光軸定位圖像拾取裝置51。通過垂直移動Z臺63來進行物鏡41的聚焦。
要注意的是，當沒有拾取任何的截面圖像時，即，當激光退火待處理的基板時，刃狀物30、圖像拾取裝置51和圖像拾取臺60可以從激光20的光軸縮回到延長線的外面。
CCD 50的輸出電路連接到計算機80上，并將該計算機80連接到顯示器81上，顯示器81選擇性地顯示輸入或輸出信息。計算機80通過激光光源1自動地控制激光振蕩，由衰減器2控制激光的量，通過刃狀物30的遮蔽根據(jù)光與影圖像的信息控制衰減器，在X-Y-Z軸方向上控制圖像拾取裝置51的位置等。
接下來，將描述使用該系統(tǒng)拾取激光的截面圖像的方法。
在拾取激光的截面圖像之前，首先利用刃狀物30進行圖像形成光學系統(tǒng)40的聚焦。即，將刃狀物30定位于并保持在激光20的光軸上，使得該刃狀物的一部分攔截部分激光20。調(diào)節(jié)刃狀物30的尖端的高度，使該尖端對準欲測量其上激光20的強度分布的截面(從而，利用激光20與待處理基板的表面對齊)。
在該情況下，激光20從激光源1向著刃狀物30發(fā)射，被刃狀物30遮蔽的光與影圖像被物鏡41二維地放大，并由CCD 50拾取該圖像。在計算機80中分析由CCD 50獲得的數(shù)據(jù)。計算機80控制圖像拾取臺60、用于攔截單元的臺110(圖8)、衰減器2和激光源1，并調(diào)節(jié)圖像拾取裝置51的視場和焦點，同時重復圖像拾取。即，計算機80移動X臺61和Y臺62以使圖像拾取裝置51的視場與刃狀物30的尖端匹配，并移動Z臺63以使圖像拾取裝置51的焦點與刃狀物30的尖端匹配。
其后，使刃狀物30縮回，并由圖像拾取裝置51拾取上述截面中激光20的截面圖像。在該情況下，計算機80通過激光源1自動地執(zhí)行對激光振蕩定時的控制、調(diào)節(jié)激光的量等。
將進一步描述圖像拾取裝置51聚焦的詳細情況。當如上所述將刃狀物30定位在激光20的光路上時，由CCD 50拾取刃狀物30尖端部分的圖像(光與影圖像)。當以這種方式重復拾取刃狀物30尖端部分的圖像時，調(diào)節(jié)圖像形成光學系統(tǒng)40的焦點，使得在被刃狀物30遮蔽的邊界部分中光強度梯度具有不小于預置目標值的陡峭度。
具體地，如同在圖2示出的二維圖像，被刃狀物30遮蔽的區(qū)域顯示得暗且另一區(qū)域顯示得亮。圖3A示出了沿著圖2的A-A′的歸一化的一維光強度分布。在點A示出了暗級別(0)，但該級別在刃狀物30的區(qū)域外快速增長，而點A′示出了亮級別(1)。當從該暗級別到亮級別的轉(zhuǎn)變區(qū)域的距離最短時，圖像拾取裝置51的焦點與刃狀物30的尖端一致。要注意的是，當激光20具有良好的相干性時，由于菲涅耳衍射的影響往往會在轉(zhuǎn)變區(qū)域的相對端產(chǎn)生條紋(高頻成分)。在該情況下，當將合適的低通濾波器應用到波形上時，能夠移除該條紋。為了明確焦點位置，將圖3A的波形對距離x求微分。結(jié)果，獲得了如圖3B所示分布曲線。當表示分布曲線最大值的一半的寬度D最短時，圖像拾取裝置51的焦點與刃狀物30的尖端一致。
當在半導體薄膜的結(jié)晶設備中使用這種系統(tǒng)時，將刃狀物30設置在對應待處理基板表面的位置處(即，與其一樣高)。當在結(jié)晶設備工作期間需要確認激光的光強度分布時，縮回待處理的基板，并將刃狀物30設置在相應的位置。在該階段，定位并聚焦圖像拾取裝置51。接下來，在縮回刃狀物30之后，激光振蕩。然后，在CCD 50的光電轉(zhuǎn)換表面上形成焦點位置處的截面圖像。以這種方式能夠確認在待處理基板表面上的光強度分布的圖案。
優(yōu)選地使用刃狀物30作為如上所述的攔截單元。在該情況下，將刃狀物30的尖端加工為±0.1μm或更小的平整度精度，從而可以精確地指定一個截面(目標表面，在該目標表面上拾取截面圖像)作為圖像拾取裝置51的聚焦目標。此外，當使用刃狀物時，在刃狀物外的部分中，在刃狀物30的尖端所在的平面中沒有任何物體攔截激光20的光路。因此，可以將圖像拾取裝置51精確地聚焦在對應待處理基板表面的位置上。
而且，如圖4和5所示，可使用攔截板33作為攔截單元。通過用攔截薄膜32涂敷透明基板31的部分表面來獲得該板。攔截板33的攔截薄膜32的厚度優(yōu)選約1μm或更小。在圖4的設置中聚焦的目標表面是攔截板33的背面，且在圖5的設置中是攔截板33的正面。在圖5的設置中，當進行圖像拾取裝置的聚焦時，考慮到攔截板33的厚度t和折射，這樣設置攔截板33，使得在激光20的光路中攔截薄膜32的邊緣部分面向待處理的基板表面。
圖6示出了在圖1的系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)?？偩€82連接到輸入/輸出裝置83、存儲器84、中央處理單元(以下簡稱為CUP)85和顯示器81上。存儲器84存儲預定的操作程序。CPU 85通過存儲在存儲器84中的操作程序來控制該系統(tǒng)。顯示器81顯示輸入/輸出信息。
總線82進一步連接到用于激光器件的控制信息存儲單元88、用于圖像拾取裝置的臺控制信息存儲單元87、基板臺控制信息存儲單元89、用于控制攔截單元臺的信息存儲單元90和共用臺控制信息存儲單元99上。在用于激光器件的控制信息存儲單元88中，存儲了自動控制激光源1的操作的程序。在用于圖像拾取裝置的臺控制信息存儲單元87中，存儲了控制用于支持CCD 50的圖像拾取臺60的程序。在基板臺控制信息存儲單元89中，存儲了控制用于支撐待處理基板10的基板臺100的程序。在共用臺控制信息存儲單元99中，存儲了控制共用臺70的程序，在共用臺70上放置了三個臺用于基板、攔截單元和圖像拾取裝置。
總線82進一步連接到用于圖像拾取和分析的控制信息存儲單元91上。在該存儲單元91中，存儲了用于自動地執(zhí)行預定的圖像拾取和分析操作的程序。
隨后，將參考圖6的方塊圖描述用于圖1的系統(tǒng)的自動聚焦法。首先，在聚焦操作之前，CPU 85讀取存儲在存儲器84中的基本程序以啟動該操作。接下來，CPU 85讀取來自共用臺控制信息存儲單元99的數(shù)據(jù)。基于該數(shù)據(jù)，控制待處理的基板10或支撐待處理的基板10的臺100從激光20的光路移動到預定的縮回位置。在該情況下，CPU 85操作基板臺控制信息存儲單元89和用于控制攔截單元臺的信息存儲單元90。CPU 85識別確認信息被輸入到輸入/輸出裝置83中，該確認信息表明基板或臺已被控制且縮回。
接下來，CPU 85自動地執(zhí)行使CCD 50聚焦的程序。CPU 85允許存儲器84存儲表明在激光20的光路中不存在待處理基板10或圖像拾取臺60的信息。在CPU識別該信息之后，CPU讀取來自用于控制攔截單元臺的信息存儲單元90的控制程序，并以這樣的方式控制攔截單元，將構(gòu)件移動到部分激光20被攔截的預定位置。同時或隨后，CPU 85讀取來自用于圖像拾取裝置的臺控制信息存儲單元87的控制程序，并將圖像拾取和分析的裝置移動到激光20的光路中的預定位置。
當表明攔截單元和圖像拾取裝置已被移動的信息經(jīng)由輸入/輸出裝置83存儲在存儲器84中，則CPU 85從用于激光器件的控制信息存儲單元88讀取激光源控制信息，并控制激光源1發(fā)出激光。CPU 85讀取來自用于圖像拾取和分析的控制信息存儲單元91的聚焦控制程序，并在顯示器81中顯示被圖像拾取裝置拾取的攔截單元的圖像的光與影信號，同時將該信號存儲在存儲器84中。CPU 85輸出從光與影信號的暗級別到亮級別的轉(zhuǎn)變區(qū)域的距離最短(即，由關(guān)于光與影信號距離的導數(shù)值獲得的峰的半值寬度)的條件作為聚焦的位置信號。該信息被存儲在存儲器84中，并同時在顯示器81的顯示屏中顯示。
接下來，將參考圖7描述具體的聚焦流程。假定充分聚焦的圖像數(shù)據(jù)是B?？梢詫D像數(shù)據(jù)B預先存儲在存儲器中(步驟(a))。對距離X求該數(shù)據(jù)的微分獲得的波形的半值寬度(FWHM)是Db(步驟(b))?？梢栽诖鎯ζ髦写鎯υ揇b作為數(shù)據(jù)庫。
輸入測量的一維圖像數(shù)據(jù)C(步驟(c))。在該情況下，如果產(chǎn)生了上述的條紋，則應用合適的低通濾波器來移除條紋。當求一維圖像數(shù)據(jù)C對距離X的導數(shù)時，相對于一維圖像數(shù)據(jù)C獲得了在最大值的一半FWHM處的全寬度值Dc(步驟(d))。由Dc和預先存儲的Db之間的差，獲得了Ds。
當該差Ds是0時，圖像形成光學系統(tǒng)處于聚焦的位置。然而，當Ds不是0時，從而計算在z方向上圖像形成光學系統(tǒng)的Z臺63的運送量的信號值ΔZ。移動Z臺63，并再次拾取一維圖像。執(zhí)行該流程直至Ds＝0。結(jié)果，確定圖像形成光學系統(tǒng)的Z臺63的最佳值作為聚焦位置。從而，完成了用于直接拾取在由刃狀物30的尖端確定的高度處(即，對應待處理基板表面的高度)的激光的截面圖像的準備。
在確認聚焦的位置信息之后，通過用于控制攔截單元臺的信息存儲單元90中的程序，CPU 85將刃狀物30從激光20的光路縮回到預定的縮回位置。在經(jīng)由輸入/輸出裝置83確認刃狀物30從激光20的光路縮回之后，CPU 85讀取來自用于激光器件的控制信息存儲單元88的數(shù)據(jù)，并從激光源1發(fā)出激光。而且，CPU 85通過衰減器2調(diào)節(jié)激光強度，并通過圖像拾取裝置拾取激光的強度分布的圖像。CPU 85經(jīng)由輸入/輸出裝置83在存儲器84中存儲圖像拾取輸出信號，并同時在顯示器81中顯示該信號。從而，CPU 85拾取了激光的截面圖像。
要注意的是，當拾取了激光的截面圖像時，為了保護刃狀物30、圖像形成光學系統(tǒng)40和CCD 50，將激光的強度設置為低于實際的激光退火時的激光強度。要注意的是，關(guān)于經(jīng)由移相器(隨后描述)用準分子激光照射的待處理表面上的截面圖像，即使當準分子激光的輸出改變時，只有光強度的絕對值改變，而分布形狀(光束輪廓)不改變。
在通常的情況下，當拾取截面圖像時在2平方毫米的激光照射區(qū)中每次激光20的光束輪廓都約為100μmφ。該輪廓被物鏡41二維地放大了，例如，約100至200倍，并作為具有約10至20mmφ尺寸的圖像投射到CCD 50上。在此，例如，假定CCD 50自身的像素尺寸是10μm或更小，則待處理表面位置處的空間分辨率(即，相對于激光的光束輪廓的空間分辨率)是0.2至0.1μm或更小。
實施例2通過鄰近系統(tǒng)的激光退火設備的例子
圖8示出了激光退火設備的示意結(jié)構(gòu)，其中采用了根據(jù)本發(fā)明拾取截面圖像的方法。在該裝置中，采用了鄰近系統(tǒng)的光學系統(tǒng)，將移相器5設置在基板的上方，以用光強度被調(diào)制了的激光照射待處理的基板。該光學系統(tǒng)的一個例子是結(jié)晶設備。用相同的參考數(shù)字表示與圖1中相同的組件，并省略了詳細的說明。
沿著激光20的光路依序設置衰減器2、光均勻系統(tǒng)21、反射鏡3和移相器5。移相器5插入在光均勻系統(tǒng)21和待處理的基板10之間，并通過支撐基座(未示出)保持在離開待處理的基板10的一定間隙d處。移相器5可以相對于激光的光軸移動，且可以與光路20的光路分開。間隙d約為60至500μm。光均勻系統(tǒng)21的焦點由于通過移相器5厚度的折射而波動。因此，通過計算預先確定聚焦的位置，并將待處理的基板10預先設置在該計算出的位置。
在共用臺70上，布置并保持待處理的基板10(經(jīng)由用于待處理的基板的臺100)、刃狀物30(經(jīng)由用于攔截單元的臺110)和用于獲得截面圖像的圖像拾取裝置(40、50、60)。通過高度傳感器65測量待處理的基板10、刃狀物30和移相器5的高度。將圖像拾取裝置(40、50、60)設置在刃狀物30背面的一側(cè)。圖像拾取裝置與上述參考圖1的圖像拾取裝置相同。該裝置包括圖像形成光學系統(tǒng)40、CCD 50、圖像拾取臺60等。
在通過衰減器2衰減從激光源1發(fā)出的激光20之后，經(jīng)由光均勻系統(tǒng)21將光傳送到反射鏡3。經(jīng)由移相器5將待處理的基板10和刃狀物30設置在光均勻系統(tǒng)21的焦點上。
要注意的是，移相器5是調(diào)制光相位的光強度調(diào)制裝置，以由此在基板10的表面上形成適合處理待處理基板10的目的的光強度分布。例如，通過在石英基板中蝕刻并形成梯狀位置來制備移相器5。由移相器5調(diào)制光路20的相位，并在激光中引入二維的光強度分布。當光進入待處理的基板10的表面時，光形成了圖像。
為了確認以這種方式形成圖像的激光的圖案，即，為了拾取進入待處理基板10表面的激光的截面圖像，首先驅(qū)動共用臺70、用于攔截單元的臺110和圖像拾取臺60，以將刃狀物30和圖像拾取裝置(40、50、60)移動到激光20的光軸的延伸線上。而且，從激光20的光路移除移相器5。在結(jié)束調(diào)節(jié)刃狀物30的高度和位置并相對于激光20的光軸對準圖像形成光學系統(tǒng)40、CCD 50等之后，用激光20照射刃狀物30，并根據(jù)上述的工序進行圖像形成光學系統(tǒng)40的聚焦。在結(jié)束圖像形成光學系統(tǒng)40的聚焦之后，縮回刃狀物30，將移相器5插入在激光20的光路中，并拾取激光20的截面圖像。
而且，為了確認相位已被移相器5調(diào)制的激光的圖案，在沒有使移相器5從光軸縮回的情況下通過圖像拾取裝置拾取圖像。
激光20的截面圖像(在對應于待處理基板表面的高度上的光強度分布)被圖像形成光學系統(tǒng)40二維地放大，并由CCD 50拾取。CCD 50將拾取的激光20的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并發(fā)送該信號給計算機80。在顯示器81中顯示處理了的數(shù)據(jù)(即，激光的強度分布，其圖像已被拾取)。
在顯示器81中比較拾取的截面圖像與預先存儲的目標截面圖像，且確認兩個圖像之間的差在預定的容許限度內(nèi)。當該差超出容許限度時，調(diào)節(jié)待處理的基板10和移相器5之間的距離d(即，激光20在光軸方向上的精細調(diào)節(jié))，使得該差在容許限度之內(nèi)。要注意的是，使用計算機80自動地確認和調(diào)節(jié)截面圖像。
在使用激光進行處理期間檢查截面圖像，同時設置待處理基板的數(shù)量或合適的時間間隔。當通過調(diào)節(jié)后確認截面圖像(光強度分布)適合于激光退火時，驅(qū)動共用臺70和用于待處理的基板的臺100，以將待處理的基板設置在激光20的光路上。在調(diào)節(jié)衰減器2以獲得合適的激光能流之后，進行激光退火。
要注意的是，在熔融和結(jié)晶非晶硅薄膜14時，準分子激光的能量(能流值)例如是200mJ/cm2，且在形成具有大粒徑的硅粒時需要例如約800mJ/cm2的能流。另一方面，在拾取準分子激光的截面圖像時該能量例如約為10mJ/cm2至30mJ/cm2。
實施例3采用投影系統(tǒng)的激光退火設備的例子
圖9示出了另一激光退火設備的結(jié)構(gòu)例子，其中采用根據(jù)本發(fā)明拾取截面圖像的方法。在該裝置中，為了用激光照射待處理的基板，采用了投影系統(tǒng)的光學系統(tǒng)。用相同的附圖標記表示與圖1和8相同的組件，并省略了詳細的說明。
在共用臺70上，布置并保持待處理的基板10(經(jīng)由用于待處理的基板的臺100)、刃狀物30(經(jīng)由用于攔截單元的臺110)和圖像拾取裝置(40、50、60)。用高度傳感器65測量待處理的基板10和刃狀物30的高度。將圖像拾取裝置(40、50、60)設置在刃狀物30背面的一側(cè)。圖像拾取裝置與上述參考圖1的相同，并包括圖像形成光學系統(tǒng)40、CCD 50、圖像拾取臺60等。
在激光20的光路中，依序設置衰減器2、均化器21、移相器5a、反射鏡3和投影透鏡4。用高度傳感器65測量待處理的基板10和刃狀物30的高度。
通過衰減器2使從激光源1發(fā)出的激光20衰減成合適的強度。接下來，光進入均化器21，并使光強度分布均勻。通過設置在使光強度均勻的位置上的移相器5a來調(diào)制激光20的相位。已被調(diào)制相位的激光20射在反射鏡3上，接下來進入投影透鏡4。放大率轉(zhuǎn)換成投影透鏡4中的放大率，且在待處理的照射基板10上形成了圖像。在此，設置在使光強度均勻的位置上的移相器5a形成了圖像，且該圖像具有共軛的關(guān)系，使得經(jīng)由投影透鏡4再次在基板表面位置上形成圖像。當基板設置在圖像平面中時，通過已調(diào)制了相位的光來進行退火。當拾取了該圖像平面的圖像時，能夠增強投影系統(tǒng)的激光退火的可控性。
拾取圖像平面的圖像的方法與采用上述鄰近系統(tǒng)的激光退火設備(圖8)中的相同，但幾個位置調(diào)節(jié)得略微不同。
為了拾取進入待處理基板10表面的激光的截面圖像，首先驅(qū)動共用臺70、用于攔截單元的臺110和圖像拾取臺60，以將刃狀物30和圖像拾取裝置(40、50、60)移動到激光20光軸的延伸線上。而且，從激光20的光路移除了移相器5a。在結(jié)束調(diào)節(jié)刃狀物30的高度和位置并相對于激光20光軸對準圖像形成光學系統(tǒng)40和CCD 50之后，用激光20照射刃狀物30，并根據(jù)上述的工藝進行圖像形成光學系統(tǒng)40的聚焦。在圖像形成光學系統(tǒng)40聚焦結(jié)束之后，縮回刃狀物30，將移相器5a插入在激光20的光路中，并拾取截面圖像。
激光的截面圖像(在對應于待處理基板表面的高度上的光強度分布)被圖像形成光學系統(tǒng)40二維地放大，并由CCD 50拾取。CCD50將激光拾取的圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并發(fā)送該信號給計算機80。在顯示器81中顯示處理了的數(shù)據(jù)(即，測量的激光的強度分布)。
在顯示器81中比較拾取的截面圖像與預先存儲的目標截面圖像，且確認兩個圖像之間的差落入預定的容許限度內(nèi)。當該差超出容許限度時，調(diào)節(jié)待處理的基板10和移相器5(即，調(diào)節(jié)平行于激光20光軸的方向上的距離，或者在垂直于激光20光軸的平面上旋轉(zhuǎn)基板或移位器)，并使該差處于容許限度之內(nèi)。要注意的是，使用計算機80自動地確認和調(diào)節(jié)截面圖像。
檢查上述的截面圖像，同時設置待處理基板的數(shù)量或合適的時間間隔。當通過調(diào)節(jié)確認截面圖像(光強度分布)適合于激光退火時，驅(qū)動共用臺70和用于待處理基板的臺100，以將待處理的基板設置在激光20的光路上。在調(diào)節(jié)衰減器2以獲得合適的激光能流之后，進行激光退火。
權(quán)利要求
1.一種在截面上拾取激光(20)的截面圖像的方法，其特征包括如下步驟相對于激光行進方向，在該截面的前面設置圖像拾取裝置(51)；在該截面處設置攔截單元(30)以攔截部分激光(20)；使用圖像拾取裝置(51)拾取表明部分被攔截單元(30)攔截的激光(20)的強度分布的光與影圖像；調(diào)節(jié)圖像拾取裝置(51)的光學系統(tǒng)(40)的焦點，使所得到的光與影圖像的圖案滿足預定的條件；以及從激光(20)的光路縮回攔截單元(30)，并利用圖像拾取裝置(51)拾取激光的該截面圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拾取激光的截面圖像的方法，其特征在于攔截單元是刃狀物組件(30)，并被設置為使得當部分激光(20)被攔截時該刃狀物的尖端位于該截面內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拾取激光的截面圖像的方法，其特征在于攔截單元(33)是透明基板(31)，其部分表面涂敷有攔截薄膜(32)，并且該攔截單元(33)設置為使得當部分激光被攔截時攔截薄膜(32)位于該截面內(nèi)。
全文摘要
將刃狀物(30)設置在要拾取截面圖像(光強度分布)的截面的高度處，以攔截激光(20)的部分截面。用激光(20)照射刃狀物(30)，且激光的截面圖像用圖像形成光學系統(tǒng)(40)放大，并由CCD(50)拾取。當以這種方式拾取截面圖像時，以在被刃狀物(30)遮蔽的邊界部分中的光強度的梯度具有不小于預置目標值的陡度的這種方式進行圖像形成光學系統(tǒng)(40)的聚焦。接下來，從激光的光路縮回刃狀物(30)，允許激光經(jīng)由圖像形成光學系統(tǒng)(40)進入CCD(50)，并拾取激光的截面圖像。
文檔編號H01L21/66GK1740760SQ200510096528
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月26日
發(fā)明者十文字正之, 松村正清, 谷口幸夫, 平松雅人, 小川裕之, 秋田典孝 申請人:株式會社液晶先端技術(shù)開發(fā)中心