雷射系統和雷射退火裝置的製作方法

2023-04-23 19:32:21 2

本公開涉及雷射系統和雷射退火裝置。

背景技術：

在使用玻璃基板的平板顯示器的驅動元件中使用tft(薄膜電晶體)。為了實現高精細顯示屏，需要製作高驅動力的tft。在作為tft的通道材料的半導體薄膜中使用多晶矽或igzo(indiumgalliumzincoxide，氧化銦鎵鋅)等。多晶矽或igzo的載流子遷移率高於非晶矽，電晶體的導通/截止特性優異。

另外，薄膜半導體還被期待用於可實現更高功能的器件的3d-ic中。3d-ic可以通過在集成電路器件的最上層形成傳感器、放大電路、cmos電路等有源元件來實現。因此，要求製造更高品質的半導體薄膜的技術。

此外，隨著信息終端設備的多樣化，對於小型、輕量且消耗電力少、能夠自由彎折的柔性顯示屏、柔性計算機的要求正在提高。因此，要求確立在pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)等塑料基板上面形成高品質的半導體薄膜的技術。

為了在玻璃基板上面、集成電路上面或者塑料基板上面形成高品質的半導體薄膜，需要在不會對這些基板帶來熱損傷的條件下進行半導體薄膜的晶化。對於顯示屏使用的玻璃基板，要求400℃以下的處理溫度；對於集成電路，要求400℃以下的處理溫度；對於作為塑料基板的pet，要求200℃以下的處理溫度。

作為在不會對半導體薄膜的襯底基板帶來熱損傷的條件下進行晶化的技術，使用了雷射退火法。利用該方法可抑制由於熱擴散而對基板帶來的損傷，因而使用被上層的半導體薄膜吸收的脈衝紫外雷射。

在半導體薄膜為矽的情況下，使用波長351nm的xef準分子雷射器、波長308nm的xecl準分子雷射器、波長248nm的krf準分子雷射器等。與固體雷射器相比，這些紫外區域的氣體雷射器具有雷射的幹涉性低、雷射照射面的能量均勻性優異、以及能夠利用高脈衝能量對廣泛的區域均勻地進行退火的特徵。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平10-012950號公報

專利文獻2：美國專利公開第2012/0260847號說明書

專利文獻3：國際公開第2014/156818號

專利文獻4：日本專利第4373115號公報

專利文獻5：日本特開2008-211136號公報

專利文獻6：美國專利第8737438號說明書

技術實現要素：

本公開的一個觀點的雷射系統是對被加工物照射脈衝雷射的雷射退火裝置的光源，該雷射系統可以具備：雷射裝置，其生成脈衝雷射；脈衝時間波形可變裝置，其能夠改變脈衝雷射的脈衝時間波形；以及控制部，其從雷射退火裝置接收脈衝時間波形生成參數，對脈衝時間波形可變裝置進行控制。

本公開的另一觀點的雷射退火裝置是對被加工物照射脈衝雷射的雷射退火裝置，其可以具備：雷射裝置，其生成脈衝雷射；脈衝時間波形可變裝置，其能夠改變脈衝雷射的脈衝時間波形；光學系統，其對被加工物照射脈衝雷射；能量密度(fluence)可變部，其能夠改變被加工物的脈衝雷射的能量密度；以及控制部，其根據包含脈衝時間波形生成參數以及被加工物的脈衝雷射的能量密度的目標值的照射條件參數，對脈衝時間波形可變裝置和能量密度可變部進行控制。

附圖說明

下面參照附圖對本公開的幾個實施方式僅作為示例進行說明。

圖1概略性示出比較例的雷射退火裝置的機構。

圖2示出圖1所示的雷射裝置的具體結構。

圖3示出圖2所示的雷射腔室的內部結構和脈衝功率模塊的結構。

圖4是示出從雷射裝置輸出的脈衝雷射的時間波形的示例的曲線圖。

圖5概略性示出本公開第一實施方式的雷射退火裝置的結構。

圖6a示出圖5所示的光學脈衝擴展器(pulsestrecher)的結構。

圖6b示出使分束器向著與圖6a不同的位置移動、並且凹面鏡的姿勢與圖6a不同的狀態。

圖6c示出凹面鏡的姿勢與圖6b不同的狀態。

圖6d是從垂直於分束器的反射面的方向對分束器、保持架、臂、移動臺和單軸臺進行觀察得到的圖。

圖6e示出使分束器向著與圖6d不同的位置移動的狀態。

圖7是示出利用圖5所示的退火控制部進行脈衝時間波形的設定處理的流程圖。

圖8a是示出圖7所示的使分束器的反射率最小來計算脈衝時間寬度的詳細處理的流程圖。

圖8b示出將分束器的反射率設定為最小時從光學脈衝擴展器中輸出的脈衝雷射的時間波形的示例。

圖9a是示出圖7所示的生成照射條件參數的詳細處理的流程圖。

圖9b是示出以表的形式存儲照射條件參數的情況下的數據結構的示例。

圖10是示出圖7所示的將雷射系統設定為照射條件參數的詳細處理的流程圖。

圖11a是示出圖7所示的計算脈衝參數的詳細處理的流程圖。

圖11b示出從光學脈衝擴展器輸出的脈衝雷射的時間波形的示例。

圖12a是示出圖7所示的對熔融持續時間和結晶狀態進行計測的詳細處理的流程圖。

圖12b示出被加工物的照射區域中的雷射的反射率的時間變化的示例。

圖13是示出圖7所示的選出最佳照射條件參數的詳細處理的流程圖。

圖14是示出照射被加工物的脈衝雷射的能量密度與被加工物中形成的結晶粒徑之間的關係、以及照射被加工物的脈衝雷射的能量密度與熔融持續時間之間的關係的曲線圖。

圖15是示出優選的脈衝時間波形的示例的曲線圖。

圖16a示出本公開第二實施方式的雷射退火裝置中使用的光學脈衝擴展器的結構。

圖16b是對於圖16a所示的光學脈衝擴展器中使用的多個分束器從與這些分束器的反射面垂直的方向進行觀察得到的圖。

圖17a是示出本公開第三實施方式的雷射退火裝置中的選出最佳照射條件參數的詳細處理的流程圖。

圖17b示出熔融持續時間與能量密度之間的關係的示例。

圖18概略性示出本公開第四實施方式的雷射退火裝置的結構。

圖19是示出圖18所示的利用退火控制部進行的脈衝時間波形的設定處理的流程圖。

圖20是示出圖19所示的計算從一臺雷射部輸出的脈衝雷射的脈衝時間寬度的詳細處理的流程圖。

圖21a是示出圖19所示的生成照射條件參數的詳細處理的流程圖。

圖21b示出從雷射系統輸出的脈衝雷射的時間波形的示例。

圖21c示出以表的形式存儲照射條件參數的情況下的數據結構的示例。

圖22是示出本公開第五實施方式中的照射條件參數的設定處理的流程圖。

圖23a是示出圖22所示的接收照射條件參數的處理的第一示例的流程圖。

圖23b是示出圖22所示的接收照射條件參數的處理的第二示例的流程圖。

圖24a是示出圖22所示的設定為接收到的照射條件參數的處理的第一示例的流程圖。

圖24b是示出圖22所示的設定為接收到的照射條件參數的處理的第二示例的流程圖。

圖25是示出控制部的概略結構的框圖。

具體實施方式

1.概要

2.比較例的雷射退火裝置

2.1雷射退火裝置的結構

2.2雷射退火裝置的動作

2.3雷射裝置的詳細內容

2.4課題

3.包含光學脈衝擴展器的雷射退火裝置(第一實施方式)

3.1結構

3.2動作

3.3光學脈衝擴展器的結構

3.4光學脈衝擴展器的動作

3.5退火控制部的處理

3.5.1主流程

3.5.2s100的詳細內容

3.5.3s110的詳細內容

3.5.4s130的詳細內容

3.5.5s150的詳細內容

3.5.6s160的詳細內容

3.5.7s200的詳細內容

3.6照射條件的選定

4.分束器的變形(第二實施方式)

5.照射條件選定的變形(第三實施方式)

6.包含多個雷射部的雷射退火裝置(第四實施方式)

6.1結構和動作

6.2退火控制部的處理

6.2.1主流程

6.2.2s100b的詳細內容

6.2.3s110b的詳細內容

6.3作用

7.從外部裝置接收照射條件參數的示例(第五實施方式)

7.1主流程

7.2s320的詳細內容(第一例)

7.3s320的詳細內容(第二例)

7.4s330的詳細內容(第一例)

7.5s330的詳細內容(第二例)

8.控制部的結構

下面，參照附圖對本公開的實施方式進行詳細說明。以下說明的實施方式示出了本公開的數個示例，但它們並非用來限定本公開的內容。另外，各實施方式中說明的全部結構和動作作為本公開的結構和動作並不一定是必須的。需要說明的是，對於相同結構要素標註相同的參照標號而省略重複的說明。

1.概要

所生成的多晶的特性可能根據從雷射退火裝置輸出的脈衝雷射的脈衝時間波形而不同。在現有的雷射退火裝置中，難以使脈衝雷射的脈衝時間波形優化。

本公開涉及可改變從作為雷射退火裝置的光源的雷射系統中輸出的脈衝雷射的脈衝時間波形的雷射退火裝置。

2.比較例的雷射退火裝置

2.1雷射退火裝置的結構

圖1概略性示出比較例的雷射退火裝置的結構。雷射退火裝置可以具備雷射系統3和退火裝置4。

雷射系統3可以包含雷射裝置2和衰減器18。雷射裝置2可以是將arf、krf、xecl、xef中的任意一方作為雷射介質的雷射裝置。衰減器18配置在從雷射裝置2輸出的脈衝雷射的光路上，可以包含2片部分反射鏡18a和18b、以及這些部分反射鏡的旋轉臺18c和18d。2片部分反射鏡18a和18b可以是透過率根據脈衝雷射的入射角度而變化的光學元件。

退火裝置4可以包含狹縫42、高反射鏡43a和43b、轉印光學系統43d、工作檯43f以及xyz臺43g。狹縫42可以配置在通過了衰減器18後的脈衝雷射的光路上。狹縫42可以按照脈衝雷射的光束截面中的光強度分布均勻的區域通過該狹縫的方式進行配置。

高反射鏡43a和43b可以按照使通過了狹縫42的脈衝雷射入射到轉印光學系統43d中的方式進行配置。轉印光學系統43d可以為包含一個或多個凸透鏡的光學系統，也可以為包含一個或多個凸透鏡以及一個或多個凹透鏡的光學系統。

工作檯43f可以支承被加工物43e。被加工物43e可以在玻璃基板上面形成非晶矽薄膜。xyz臺43g可以支承工作檯43f。xyz臺43g可以按照使得狹縫42的轉印像在工作檯43f上面的被加工物43e的表面成像的方式進行調整。

2.2雷射退火裝置的動作

2片部分反射鏡18a和18b可以按照脈衝雷射的入射角度彼此大致相等的方式、且按照脈衝雷射的透過率成為所期望的透過率的方式，利用旋轉臺18c和18d控制它們的姿勢。由此，從雷射裝置2輸出的脈衝雷射能夠被減光至所期望的脈衝能量，並通過衰減器18。

通過了衰減器18後的脈衝雷射可以通過狹縫42，並經由高反射鏡43a和43b入射到轉印光學系統43d。轉印光學系統43d可以將狹縫42的轉印像成像在被加工物43e上。由此，脈衝雷射被照射至被加工物43e，可將照射區域的非晶矽熔融。熔融的非晶矽在脈衝雷射的照射終止後可以發生晶化。

2.3雷射裝置的詳細內容

圖2示出圖1所示的雷射裝置的具體結構。圖2所示的雷射裝置2可以包含雷射腔室10、一對電極11a和11b、充電器12以及脈衝功率模塊(ppm)13。圖2中示出了從與雷射的行進方向大致垂直的方向觀察到的雷射腔室10的內部結構。

雷射裝置2可以進一步包含橫流風扇21和電機22。雷射裝置2也可以進一步包含高反射鏡14、輸出耦合鏡15、脈衝能量計測部17以及雷射器控制部30。

雷射腔室10可以為封入了上述雷射介質的腔室。一對電極11a和11b可作為用於通過放電激發雷射介質的電極被配置在雷射腔室10內。在雷射腔室10可以形成有開口，電絕緣部20可以封堵該開口。電極11a可以被電絕緣部20支承，電極11b可以被雷射腔室10的內部隔板10c支承。在電絕緣部20中可以埋入導電部20a。導電部20a可以對脈衝功率模塊13的高電壓端子和電極11a進行電連接，以將由脈衝功率模塊13供給的高電壓施加給電極11a。

橫流風扇21的旋轉軸可以與配置在雷射腔室10的外部的電機22連接。電機22可以通過使橫流風扇21旋轉而使雷射氣體在雷射腔室10的內部循環。

充電器12例如可以由與電源裝置連接的電容器構成，其能夠保持用於向一對電極11a和11b間施加高電壓的電能。脈衝功率模塊13可以包含由雷射器控制部30控制的開關13a。開關13a由斷開變為接通時，脈衝功率模塊13由保持在充電器12中的電能生成脈衝狀的高電壓，該高電壓可被施加給一對電極11a和11b之間。

當向一對電極11a和11b之間施加高電壓時，能夠在一對電極11a和11b之間產生放電。由於該放電的能量，雷射腔室10內的雷射介質被激發而能夠躍遷到高能級。被激發的雷射介質在其後躍遷到低能級時，能夠放出與該能級差相應的波長的光。

在雷射腔室10的兩端可以設置窗10a和10b。在雷射腔室10內產生的光能夠經窗10a和10b射出到雷射腔室10的外部。

高反射鏡14可以將從雷射腔室10的窗10a射出的光以高反射率進行反射，使其返回到雷射腔室10內。

在輸出耦合鏡15的表面可以塗布部分反射膜。由此，輸出耦合鏡15可使從雷射腔室10的窗10b輸出的光中的一部分透射而被輸出，使另一部分被反射而返回到雷射腔室10內。

能夠利用高反射鏡14和輸出耦合鏡15構成光諧振器。從雷射腔室10射出的光在高反射鏡14與輸出耦合鏡15之間往復，每次通過電極11a與電極11b之間的雷射增益空間時可被放大。被放大的光的一部分可以經輸出耦合鏡15作為脈衝雷射進行輸出。

脈衝能量計測部17可以包含分束器17a、會聚光學系統17b以及光傳感器17c。分束器17a可以使透過輸出耦合鏡15後的脈衝雷射以高透過率透過同時使脈衝雷射的一部分朝向會聚光學系統17b反射。會聚光學系統17b可以使被分束器17a反射的光會聚在光傳感器17c的感光面上。光傳感器17c可以檢測在感光面會聚的雷射的脈衝能量並將脈衝能量的檢測數據輸出給雷射器控制部30。

雷射器控制部30例如可以對充電器12發送充電電壓的設定信號、或者對脈衝功率模塊13發送開關接通或者斷開的發光觸發信號。

雷射器控制部30可以從脈衝能量計測部17接收脈衝能量的檢測數據，也可以參照該脈衝能量的檢測數據對充電器12的充電電壓進行控制。可以通過控制充電器12的充電電壓，來控制脈衝雷射的脈衝能量。另外，雷射器控制部30可以基於從脈衝能量計測部17接收到的數據，對準分子雷射裝置的振蕩脈衝數進行計數。

圖3示出圖2所示的雷射腔室的內部結構和脈衝功率模塊的結構。圖3中示出了從與雷射的行進方向大致平行的方向觀察到的雷射腔室10的內部結構。雷射腔室10的包含內部隔板10c的導電性部件可以與接地電位連接。電極11b可以經內部隔板10c與接地電位連接。

在雷射腔室10的內部除了配置一對電極11a和11b以及橫流風扇21以外，還可以配置熱交換器26。可以通過使橫流風扇21旋轉，由此雷射氣體如箭頭a所示在雷射腔室10的內部循環。熱交換器26可以將由於放電而變成高溫的雷射氣體的熱能排出到雷射腔室10的外部。

脈衝功率模塊13可以構成為包含充電電容器c0、開關13a、升壓變壓器tc1、多個磁開關sr1～sr3以及多個電容器c1、c2、c3。

磁開關sr1～sr3均可以包含可飽和電抗器。對於各個磁開關sr1～sr3可以設定為，當施加在其兩端的電壓的時間積分值成為由各磁開關的特性決定的規定值時，上述各個磁開關sr1～sr3為低阻抗。

可利用雷射器控制部30對充電器12設定充電電壓。充電器12可以基於所設定的充電電壓對充電電容器c0進行充電。

可利用雷射器控制部30對脈衝功率模塊13的開關13a輸入發光觸發信號。在發光觸發信號被輸入到開關13a時，開關13a可以變成接通。在開關13a變成接通時，電流可以由充電電容器c0流向升壓變壓器tc1的1次側。

在電流流向升壓變壓器tc1的1次側時，由於電磁感應，反方向的電流可以流向升壓變壓器tc1的2次側。在電流流向升壓變壓器tc1的2次側時，施加至磁開關sr1的電壓的時間積分值可以立即達到閾值。

在施加給磁開關sr1的電壓的時間積分值達到閾值時，磁開關sr1成為磁飽和狀態，磁開關sr1可以關閉。

在磁開關sr1關閉時，電流從升壓變壓器tc1的2次側流向電容器c1，電容器c1可以被充電。

通過使電容器c1被充電，磁開關sr2立即成為磁飽和狀態，磁開關sr2可以關閉。

在磁開關sr2關閉時，電流從電容器c1流向電容器c2，電容器c2可以被充電。此時，可以利用比對電容器c1進行充電時的電流的脈衝寬度短的脈衝寬度對電容器c2進行充電。

通過對電容器c2進行充電，磁開關sr3立即成為磁飽和狀態，磁開關sr3可以關閉。

在磁開關sr3關閉時，電流可以從電容器c2流向電容器c3，電容器c3被充電。此時，可以利用比對電容器c2進行充電時的電流的脈衝寬度短的脈衝寬度對電容器c3進行充電。

由此，通過使電流依次從電容器c1流向電容器c2、從電容器c2流向電容器c3，該電流的脈衝寬度被壓縮，可被高電壓化。

在電容器c3的電壓達到雷射氣體的擊穿電壓時，在一對電極11a和11b之間的雷射氣體中可以產生絕緣破壞。由此，雷射氣體可以被激發而振蕩出雷射，輸出脈衝雷射。可以通過開關13a的開關動作而反覆進行這樣的放電動作，能夠以規定的振蕩頻率輸出脈衝雷射。

2.4課題

圖4是示出從雷射裝置輸出的脈衝雷射的時間波形的示例的曲線圖。圖4中的虛線表示電容器c3的電容cp與電容器c2的電容cp-1之比k＝cp/cp-1為0.7的情況下的脈衝雷射的時間波形，實線表示比值k為0.95的情況下的脈衝雷射的時間波形。

在比值k為小於1的值的情況下，被充電到電容器c3中的能量小於被充電到電容器c2中的能量，因而能夠產生剩餘能量。於是，在通過被充電到電容器c3中的能量而在放電電極11a、11b產生放電後，由於剩餘能量而發生反轉、再次引起放電，因而能夠使脈衝雷射的脈衝時間寬度變長。

在日本特開平10-012950號公報中公開了通過由該放電所致的脈衝擴展而實現適合於退火的脈衝時間寬度的內容。但是，對於放電來說，根據雷射氣體條件的變化和/或放電狀態，脈衝時間波形能夠按照每1脈衝發生變動。在脈衝時間波形發生變動時，通過退火生成的多晶的特性可能發生變化。

另外，在美國專利公開第2012/0260847號說明書和美國專利第8737438號說明書中公開了利用光學脈衝擴展器來增長脈衝時間寬度的內容。但是，僅利用光學脈衝擴展器可能難以將脈衝時間波形優化。

在以下說明的實施方式中，為了解決該課題，可以將光學脈衝擴展器中包含的分束器的反射率設為可變更。此外，可以將光學脈衝擴展器中包含的延遲光學系統的延遲光路的光路長度設為可變更。另外，可以將脈衝功率模塊13的電容器c3的電容cp與電容器c2的電容cp-1之比k＝cp/cp-1設定為以下的範圍。

優選的是，0.85≦k≦1.15

更優選的是，0.9≦k≦1.05

通過使比值k為接近於1的值，可降低剩餘能量而抑制反轉電流的發生。其結果，可生成穩定的放電，因此，可以使輸出的脈衝雷射的時間波形穩定。

3.包含光學脈衝擴展器的雷射退火裝置(第一實施方式)

3.1結構

圖5概略性示出本公開第一實施方式的雷射退火裝置的結構。在第一實施方式的雷射退火裝置中，雷射系統3a除了參照圖1進行說明的雷射系統以外，還可以具備光學脈衝擴展器16、脈衝時間波形計測部19以及雷射系統控制部31。另外，在第一實施方式的雷射退火裝置中，退火裝置4a除了參照圖1進行說明的退火裝置4以外，還可以具備光束均化器(beamhomogenizer)41、熔融計測部44、以及退火控制部45。在退火裝置4a中，也可以配置高反射鏡43c來替代高反射鏡43b。

光學脈衝擴展器16可以配置在雷射裝置2與衰減器18之間的脈衝雷射的光路上。光學脈衝擴展器16可以包含分束器和延遲光學系統。關於光學脈衝擴展器16的詳細內容，參照圖6a～圖6e在下文敘述。

脈衝時間波形計測部19可以配置在衰減器18與退火裝置4a之間的脈衝雷射的光路上。脈衝時間波形計測部19可以包含分束器19a、會聚光學系統19b以及光傳感器19c。分束器19a可以使通過了衰減器18的脈衝雷射以高透過率透過，同時使脈衝雷射的一部分朝向會聚光學系統19b反射。會聚光學系統19b可以使由分束器19a反射後的光會聚在光傳感器19c的感光面上。光傳感器19c可以為高速的光電二極體或雙平面(biplanar)管。

光束均化器41可以配置在脈衝時間波形計測部19與狹縫42之間的脈衝雷射的光路上。光束均化器41可以包含複眼透鏡41a和聚光光學系統41b。聚光光學系統41b可以以使得其後側焦點的位置與狹縫42的位置大致一致的方式進行配置。複眼透鏡41a可以以使得如下的焦點面的位置與聚光光學系統41b的前側焦點面的位置大致一致的方式進行配置，其中，上述焦點面包含複眼透鏡41a中所含的多個透鏡的前側焦點。

高反射鏡43c可以為將從雷射裝置2輸出的紫外區域的脈衝雷射以高反射率進行反射、使可見光透過的分色鏡。

熔融計測部44可以包含分束器44a、半導體雷射器44b以及光傳感器44c。半導體雷射器44b可以輸出可見光區域的雷射。例如，半導體雷射器44b可以為輸出波長1μm～660nm的雷射的半導體雷射器。分束器44a可以為反射雷射的一部分並使另一部分透過的半透半反鏡。

從半導體雷射器44b輸出的雷射的一部分可以被分束器44a反射，透過高反射鏡43c，被被加工物43e反射，依序透過高反射鏡43c和分束器44a。光傳感器44c可以配置在依序透過高反射鏡43c和分束器44a的光的光路上。光傳感器44c可以為對於從半導體雷射器44b輸出的雷射的波長具有靈敏度的光電二極體。或者，可以將使從半導體雷射器44b輸出的雷射的波長選擇性地透過的帶通濾波器配置在高反射鏡43c與光傳感器44c之間的雷射的光路上。

3.2動作

退火控制部45可以以使得被加工物43e被配置在規定位置的方式來控制xyz臺43g。退火控制部45可以將通過了衰減器18的脈衝雷射的目標脈衝能量et的數據發送給雷射系統控制部31，以使得被加工物43e處的脈衝雷射的能量密度成為規定的值。

雷射系統控制部31可以將從雷射裝置2輸出的脈衝雷射的脈衝能量的目標值el1發送給雷射裝置2。接著，雷射系統控制部31可以發送控制衰減器18的透過率t2的信號，以使得通過了衰減器18的脈衝雷射的目標脈衝能量et＝t1·t2·el1。此處，t1可以為光學脈衝擴展器16的透過率。

退火控制部45可以經雷射系統控制部31向雷射裝置2發送發光觸發信號。當發光觸發信號被輸入到雷射裝置2中時，可以從雷射裝置2輸出脈衝能量el1的脈衝雷射。該被輸出的脈衝雷射可以入射到光學脈衝擴展器16中而被脈衝擴展。

被脈衝擴展後的脈衝雷射可以由衰減器18進行減光使其成為所期望的脈衝能量。其後，脈衝雷射可以由脈衝時間波形計測部19的分束器19a部分反射，經會聚光學系統19b入射到光傳感器19c中。

雷射系統控制部31可以接收來自光傳感器19c的信號，計測脈衝雷射的脈衝時間波形。另外，可以對該脈衝時間波形進行積分，計算脈衝能量，確認是否成為目標脈衝能量et。另外，所計測的脈衝時間波形的數據可以被發送給退火控制部45。

通過了脈衝時間波形計測部19的脈衝雷射可以入射到退火裝置4a中。入射到退火裝置4a中的脈衝雷射可以利用光束均化器41對狹縫42進行科勒照明。其結果，可以使脈衝雷射的光強度分布均勻。通過了狹縫42後的脈衝雷射依次由高反射鏡43a和43c進行反射，可以利用轉印光學系統43d將狹縫42的轉印像成像在被加工物43e上。由此，在被加工物43e中，非晶矽的一部分熔融，其後可進行晶化。

另一方面，從熔融計測部44的半導體雷射器44b輸出的雷射可以通過分束器44a被反射，可經高反射鏡43c和轉印光學系統43d入射到被加工物43e的脈衝雷射照射區域。

在被加工物43e中，由於非晶矽熔融和其後的晶化的過程，從半導體雷射器44b輸出的雷射的反射率可發生變化。退火控制部45可以通過光傳感器44c來計測從該半導體雷射器44b輸出的雷射的反射光的光強度的時間變化。並且，可以計算被加工物43e中的反射率的時間變化。反射率的計算可以通過預先將反射率高的樣品配置在被加工物的位置，將來自該樣品的反射光的光強度作為基準來進行。

3.3光學脈衝擴展器的結構

圖6a示出圖5所示的光學脈衝擴展器的結構。光學脈衝擴展器16可以包含分束器16n和凹面鏡16a～16h。

分束器16n可以包含以高透過率使脈衝雷射透過的基板。可以在該基板的第一面161塗布減反射膜、在該基板的第二面162塗布在箭頭b方向具有反射率分布的部分反射膜。分束器16n可以藉助於保持架16o被臂16p支承。臂16p可被移動臺16q支承，移動臺16q可被單軸臺16r支承。

圖6d和圖6e是從與分束器16n的反射面垂直的方向對分束器16n、保持架16o、臂16p、移動臺16q和單軸臺16r進行觀察得到的圖。圖6b、圖6c和圖6e表示使分束器16n等移動到與圖6a和圖6d不同的位置後的狀態。單軸臺16r可以以能夠使分束器16n、保持架16o、臂16p和移動臺16q沿箭頭b的方向往復移動的方式來構成。單軸臺16r可以由雷射系統控制部31(圖5)進行控制。由此，分束器16n可以按照在維持脈衝雷射的入射角度的狀態下能夠沿箭頭b的方向往復移動的方式來構成。

凹面鏡16a～16h可構成延遲光學系統。各個凹面鏡16a～16h可以為相互具有大致相等的焦距f的凹面鏡。這些凹面鏡之中，凹面鏡16c、16d、16e、16f可以分別被旋轉臺16i、16j、16k、16m支承。旋轉臺16i、16j、16k、16m可以按照使各凹面鏡16c、16d、16e、16f在紙面的面內旋轉、能夠控制各自的姿勢的方式來構成。旋轉臺16i、16j、16k、16m可以由雷射系統控制部31(圖5)來控制。焦距f例如可以相當於從分束器16n到凹面鏡16a的距離。

3.4光學脈衝擴展器的動作

從圖中的左側入射到分束器16n中的脈衝雷射可以以高透過率透過第一面161併入射到第二面162的部分反射膜。入射到第二面162的脈衝雷射可以分支成第一光路和第二光路。即，入射到第二面162的脈衝雷射的一部分可以透過，在第一光路中前進，而成為第一輸出脈衝p1。入射到第二面162的脈衝雷射的另一部分可被反射，在第二光路中前進，而被凹面鏡16a反射。

凹面鏡16c、16d、16e、16f的姿勢為圖6a所示的狀態時，被凹面鏡16a反射後的脈衝雷射可以依次被凹面鏡16d、16e、16h、16g、16f、16c、16b反射，從圖中的上側入射到分束器16n中。從圖中的上側入射到分束器16n中的脈衝雷射的一部分被反射，可以在上述第一光路中前進而成為第二輸出脈衝p2。從圖中的上側入射到分束器16n中的脈衝雷射的另一部分可以透過分束器16n而再次在上述第二光路中前進。

從圖中的左側入射到分束器16n中並透過該分束器16n的第一輸出脈衝p1和從圖中的上側入射到分束器16n中並被反射的第二輸出脈衝p2可以沿大致相同的光路軸從光學脈衝擴展器16朝向圖中的右側輸出。經由凹面鏡16a、16d、16e、16h、16g、16f、16c、16b的延遲光路的光路長度可以相當於凹面鏡16a～16h各自的焦距f的16倍。這種情況下，當將光速設為c時，第二輸出脈衝p2相對於第一輸出脈衝p1的延遲時間可以為16f/c。

從圖中的上側入射到分束器16n中並透過該分束器16n的脈衝雷射可以再次被凹面鏡16a反射，通過與上述相同的延遲光路再次從圖中的上側入射到分束器16n中。再次從圖中的上側入射到分束器16n中的脈衝雷射的一部分被反射，可以從光學脈衝擴展器16向著圖中的右側輸出。通過使該動作反覆，可以沿與第一和第二輸出脈衝p1和p2大致相同的光路軸輸出未圖示的第三和第四輸出脈衝，由此脈衝雷射被脈衝擴展。

圖6b示出凹面鏡16c、16d、16e、16f的姿勢與圖6a不同的狀態。凹面鏡16c、16d、16e、16f的姿勢為圖6b所示的狀態時，被凹面鏡16a反射後的脈衝雷射可以依次被凹面鏡16d、16e、16f、16c、16b反射。即，可以略過凹面鏡16h和16g。這種情況下的延遲光路的光路長度可以相當於凹面鏡16a～16h各自的焦距f的約12倍。

圖6c示出凹面鏡16c、16d、16e、16f的姿勢與圖6a和圖6b不同的狀態。凹面鏡16c、16d、16e、16f的姿勢為圖6c所示的狀態時，被凹面鏡16a反射後的脈衝雷射可以依次被凹面鏡16d、16c、16b反射。即，可以略過凹面鏡16e、16h、16g和16f。這種情況下的延遲光路的光路長度可以相當於凹面鏡16a～16h各自的焦距f的約8倍。

如此，根據凹面鏡16c、16d、16e、16f的姿勢的不同，延遲光路的光路長度可以變為8f、12f和16f。在上述的任意情況下，從圖中的左側入射到分束器16n的第二面162的脈衝雷射的光束截面的轉印像均可以在分束器16n的第二面162成像。通過變更延遲光路的光路長度，可以變更第二輸出脈衝p2或上述第三、第四輸出脈衝相對於第一輸出脈衝p1的延遲時間，因而可以變更從光學脈衝擴展器16輸出的脈衝雷射的時間波形。旋轉臺16i、16j、16k、16m可以相當於本公開中的光路長度可變部。

通過使單軸臺16r沿箭頭b方向往復移動而使分束器16n的位置往復移動，由此可以變更分束器16n中的脈衝雷射的反射率。通過變更分束器16n中的脈衝雷射的反射率，可以變更第二輸出脈衝p2或第三、第四輸出脈衝相對於第一輸出脈衝p1的強度比，因而可以變更從光學脈衝擴展器16輸出的脈衝雷射的時間波形。單軸臺16r可以相當於本公開中的反射率可變部。

通過像上述那樣改變光學脈衝擴展器16中包含的分束器的反射率和延遲光路的光路長度，可以變更第一～第四輸出脈衝的脈衝時間間隔、第一～第四輸出脈衝的光強度比。需要說明的是，光學脈衝擴展器16可以相當於本公開中的脈衝時間波形可變裝置。

需要說明的是，在圖6a～圖6e中，示出了使用8枚凹面鏡的示例，但本公開並不限於該例，也可以同樣地配置更多的凹面鏡。

關於其他方面，可以與參照圖1～圖3進行說明的雷射退火裝置相同。

3.5退火控制部的處理

3.5.1主流程

圖7是示出利用圖5所示的退火控制部進行的脈衝時間波形的設定處理的流程圖。退火控制部45可以通過以下的處理進行基於多個照射條件的退火，計測各照射條件下的熔融狀態，選定最佳的照射條件。

首先，在s100中，退火控制部45可以使分束器16n的反射率為最小，來計測脈衝雷射的時間波形，計算脈衝時間寬度。由此，可以獲得與從雷射裝置2輸出併入射到光學脈衝擴展器16中之前的脈衝雷射的時間波形相近的波形。關於詳細處理參照圖8a和圖8b在下文敘述。

接著，在s110中，退火控制部45可以生成從編號n＝1到編號n＝nmax的照射條件參數，並將這些參數存儲在存儲器中。關於存儲器參照圖25在下文敘述。照射條件參數可以包含關於光學脈衝擴展器16的延遲光路的光路長度的目標值、分束器16n的反射率的目標值以及被加工物43e中的脈衝雷射的能量密度的目標值的nmax種組合。關於該s110的詳細處理參照圖9a在下文敘述。照射條件參數可以參照圖9b利用後述的數據表的形式來存儲。

此處，照射條件參數可以包含脈衝時間波形生成參數以及被加工物43e中的能量密度的目標值。脈衝時間波形生成參數是為了生成脈衝時間波形所需的參數，在這種情況下，可以包含分束器16n的反射率的目標值以及光學脈衝擴展器16的延遲光路的光路長度的目標值。

接著，在s120中，退火控制部45可以將編號n的值設置為1。

接著，在s130中，退火控制部45可以將雷射系統3a設定為編號n的照射條件參數。即，退火控制部45可以將光學脈衝擴展器16的延遲光路的光路長度的目標值、分束器16n的反射率的目標值、以及被加工物43e中的能量密度的目標值發送給雷射系統控制部31。關於該詳細處理參照圖10在下文敘述。

接著，在s140中，退火控制部45可以將發光觸發信號輸出給雷射系統控制部31。

接著，退火控制部45將處理推進到s150和s160。s150和s160的處理可以並行進行。

在s150中，退火控制部45可以利用脈衝時間波形計測部19計測從光學脈衝擴展器16輸出的脈衝雷射的時間波形，計算脈衝參數。脈衝參數為根據利用脈衝時間波形計測部19計測出的脈衝雷射的時間波形計算的值，可以包含以下的值。

ip1、ip2、ip3：第一～第三峰的光強度

td：峰間隔

δttis：通過[∫i(t)dt]2/∫i(t)2dt計算出的脈衝時間寬度

關於計算該脈衝參數的詳細處理參照圖11a和圖11b在下文敘述。

在s160中，退火控制部45可以基於使用光傳感器44c計測出的被加工物43e的照射區域中的雷射的反射率的時間變化來計測被加工物43e的熔融持續時間tm和結晶狀態。結晶狀態的計測可以包含有無晶化的計測。關於其詳細處理參照圖12a和圖12b在下文敘述。

在s150和s160的處理完成後，退火控制部45可以將處理推進到s170。

在s170中，退火控制部45可以將s150和s160中的關於編號n的照射條件參數的計測結果存儲在存儲器中。該計測結果可以參照圖9b按照後述的數據表的形式進行存儲。

接著，在s180中，退火控制部45可以判定在從編號n＝1到編號n＝nmax的全部照射條件參數下計測是否結束。在全部照射條件參數下的計測未結束的情況下，退火控制部45可以將處理推進到s190。在全部照射條件參數下的計測已結束的情況下，退火控制部45可以將處理推進到s200。

在s190中，退火控制部45可以對編號n的值加1來更新編號n的值。在s190之後，退火控制部45可以將處理返回到上述的s130。

在s200中，退火控制部45可以從編號n＝1到編號n＝nmax的照射條件參數中選出最佳的照射條件參數。關於其詳細處理參照圖13在下文敘述。

接著，在s210中，退火控制部45可以將雷射系統3a設定為選出的照射條件參數。即，可以將光學脈衝擴展器16的延遲光路的光路長度的目標值、分束器16n的反射率的目標值以及被加工物43e中的能量密度的目標值發送到雷射系統控制部31中。該處理除了照射條件參數的編號不同以外，可以與上述的s130相同。

在s210之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。或者，退火控制部45可以在選出的照射條件的附近進一步設定多個精細的照射條件，再次執行本流程圖的處理。

3.5.2s100的詳細內容

圖8a是示出圖7所示的使分束器的反射率為最小來計算脈衝時間寬度的詳細處理的流程圖。圖8a所示的處理可以作為圖7所示的s100的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s101中，退火控制部45可以將分束器16n的反射率設定為最小。分束器16n的反射率可以通過利用單軸臺16r的控制使分束器16n移動來進行設定。

接著，在s102中，退火控制部45可以將發光觸發信號輸出給雷射系統控制部31。

接著，在s103中，退火控制部45可以利用脈衝時間波形計測部19來計測從光學脈衝擴展器16輸出的脈衝雷射的時間波形。

接著，在s104中，退火控制部45可以根據計測出的脈衝雷射的時間波形計算以下的脈衝時間寬度。

δtfwhm：半值全寬

δt1/20：5％全寬

圖8b示出將分束器的反射率設定為最小時從光學脈衝擴展器輸出的脈衝雷射的時間波形的示例。若將該脈衝雷射的峰強度設為imax，則上述的δtfwhm可以是光強度為imax/2的部分的脈衝時間寬度。上述的δt1/20可以是光強度為imax/20的部分的脈衝時間寬度。

在上述的s104之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

3.5.3s110的詳細內容

圖9a是示出圖7所示的生成照射條件參數的詳細處理的流程圖。圖9a所示的處理可以作為圖7所示的s110的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s111中，退火控制部45可以決定光學脈衝擴展器16的延遲光路的3個光路長度l1、l2、l3。延遲光路的光路長度可以在經由延遲光路的脈衝雷射的延遲時間為δtfwhm以上且在δt1/20以下的範圍內選定。

接著，在s112中，退火控制部45可以決定分束器16n的3個反射率r1、r2、r3。分束器16n的反射率例如可以在25％以上且在65％以下的範圍內選定。分束器16n的反射率小於25％時，脈衝擴展的效果不充分，有可能表現不出參照圖11b的後述的第二峰以後的峰。在分束器16n的反射率大於65％時，參照圖11b的後述的第二峰的光強度與第一峰的光強度的強度比大於75％，可能無法成為理想的脈衝時間波形。

接著，在s113中，退火控制部45可以決定被加工物43e中的脈衝雷射的3個能量密度的目標值f1、f2、f3。被加工物43e中的脈衝雷射的能量密度的目標值可以按照成為被加工物43e的至少一部分發生熔融這樣的值的方式來決定。

接著，在s114中，退火控制部45可以將s111～s113中決定的照射條件參數存儲在存儲器中。

圖9b示出以表的形式存儲照射條件參數的情況下的數據結構的示例。如上所述，在針對光學脈衝擴展器16的延遲光路的光路長度的目標值、分束器16n的反射率的目標值、以及被加工物43e中的脈衝雷射的能量密度的目標值分別決定3個值的情況下，照射條件參數可以為27組。在圖9b所示的表中，可以存儲編號n＝1到編號n＝27的照射條件參數。

另外，在上述的s170中，在圖9b所示的表中可以存儲27組照射條件參數各自的計測結果。

需要說明的是，照射條件參數並不限於27組的情況，只要為2組以上即可。

在上述的s114之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

3.5.4s130的詳細內容

圖10是示出圖7所示的將雷射系統設定為照射條件參數的詳細處理的流程圖。圖10所示的處理可以作為圖7所示的s130的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s131中，退火控制部45可以讀出編號n的照射條件參數。

接著，在s132中，退火控制部45可以將雷射系統3a設定為讀出的照射條件參數。雷射系統3a的雷射系統控制部31可以從退火控制部45接收照射條件參數。雷射系統控制部31可以控制使光學脈衝擴展器16的凹面鏡16c、16d、16e、16f分別旋轉的旋轉臺16i、16j、16k、16m，以使得光學脈衝擴展器16的延遲光路的光路長度接近目標值。雷射系統控制部31可以控制移動分束器16n的單軸臺16r以使得分束器16n的反射率接近目標值。雷射系統控制部31可以控制衰減器18的透過率以使得被加工物43e中的能量密度接近目標值。衰減器18可相當於本公開中的能量密度可變部。

在s132之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

3.5.5s150的詳細內容

圖11a是示出圖7所示的計算脈衝參數的詳細處理的流程圖。圖11a所示的處理可以作為圖7所示的s150的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s151中，退火控制部45可以利用脈衝時間波形計測部19計測從光學脈衝擴展器16輸出的脈衝雷射的時間波形。

圖11b示出從光學脈衝擴展器輸出的脈衝雷射的時間波形的示例。圖11b所示的波形中具有最大光強度的峰可以是由從圖6a中的左側入射到分束器16n並透過該分束器16n的第一輸出脈衝p1(圖6a)構成的第一峰pe1。

圖11b所示的波形中，除了第一峰pe1以外，還可以包含由從圖6a中的上側入射到分束器16n並被反射後的第二輸出脈衝p2構成的第二峰pe2。第二峰pe2的光強度ip2可以小於第一峰pe1的光強度ip1。

從圖6a中的上側入射到分束器16n並透過該分束器16n、再次從圖6a中的上側入射到分束器16n並被反射後的第三輸出脈衝可以構成第三峰pe3。第三峰pe3的光強度ip3可以小於第二峰pe2的光強度ip2。同樣地，在第三峰pe3之後可以具有光強度更小的第四峰pe4和第五峰pe5。

第一峰pe1與第二峰pe2的時間差可以以峰間隔td的形式測定。第二峰pe2與第三峰pe3的時間差可以與峰間隔td大致相等。即，在延遲光路的光路長度為l的情況下，若設光速為c，則峰間隔td＝l/c。

關於使第一峰pe1的光強度ip1較大的理由，可以是由於通過第一峰pe1將被用於使被加工物發生熔融的能量施加給被加工物。但是，為了抑制雷射燒蝕，優選第一峰pe1的光強度ip1不會過大。關於第二峰pe2以後的光強度小於第一峰pe1的光強度ip1即可的理由，可以是由於在第二峰pe2以後只要維持被加工物的熔融狀態即可。

再次參照圖11a，在s152中，退火控制部45可以根據計測出的脈衝雷射的時間波形計算出以下的脈衝參數。

ip1、ip2、ip3：第一～第三峰的光強度

td：峰間隔

δttis：通過[∫i(t)dt]2/∫i(t)2dt計算出的脈衝時間寬度

在s152之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

3.5.6s160的詳細內容

圖12a是示出圖7所示的對熔融持續時間和結晶狀態進行計測的詳細處理的流程圖。圖12a所示的處理可以作為圖7所示的s160的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s161中，退火控制部45可以計測被加工物43e的照射區域中的雷射的反射率的時間變化。具體地說，退火控制部45可以利用光傳感器44c計測由被加工物43e的照射區域所反射的雷射的反射光的光強度，基於該反射光的光強度計測反射率的時間變化。

圖12b示出被加工物的照射區域中的雷射的反射率的時間變化的示例。如圖12b所示，在對被加工物43e照射脈衝雷射之前，反射率大約可為40％。

接著，若開始向被加工物43e進行脈衝雷射的照射，則被加工物43e的照射區域開始熔融。在被加工物43e的照射區域具有固體部分和液體部分時，被加工物43e的照射區域的表面形狀變得複雜，反射率可能會暫時降低。

接著，若被加工物43e的照射區域被液面覆蓋，則被加工物43e的照射區域的表面形狀平坦化，反射率與照射脈衝雷射之前相比增高，可為約70％。

若向被加工物43e的脈衝雷射的照射結束，則被加工物43e的照射區域開始固化。在被加工物43e的照射區域具有固體部分和液體部分時，被加工物43e的照射區域的表面形狀變得複雜，反射率可能會降低。

在被加工物43e的照射區域完全固化時被加工物43e的照射區域晶化的情況下，可以成為與照射脈衝雷射之前同等的反射率。在被加工物43e的照射區域未晶化的情況下，在被加工物43e的照射區域中發生凝集、表面形狀變得複雜，脈衝雷射發生散射，因而反射率與照射脈衝雷射之前相比降低，可為約10％。

再次參照圖12a，在s162中，退火控制部45可以根據反射率的隨時間的變化計算熔融持續時間tm。熔融持續時間tm可以作為反射率高於第一閾值rth1的狀態所持續的時間進行計算。第一閾值rth1例如可以為約55％。

接著，在s163中，退火控制部45可以根據反射率的隨時間的變化計算固化後的反射率rs。固化後的反射率可以作為熔融持續時間tm結束後經過了規定時間時的反射率進行計算。

接著，在s164中，退火控制部45可以判定固化後的反射率rs是否為第二閾值rth2以上。第二閾值rth2可以為小於第一閾值rth1的值。第二閾值rth2例如可以為約25％。

在固化後的反射率rs為第二閾值rth2以上的情況下(s164；是)，在s165中，退火控制部45判定為被加工物43e的照射區域發生了晶化，可以建立表示該判定結果的標誌。具體地說，可以將變量f的值設置為1。

在固化後的反射率rs並非為第二閾值rth2以上的情況下(s164；否)，在s166中，退火控制部45判定為被加工物43e的照射區域未發生晶化，可以建立表示該判定結果的標誌。具體地說，可以將變量f的值設置為0。

在s165或s166之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

3.5.7s200的詳細內容

圖13是示出圖7所示的選出最佳照射條件參數的詳細處理的流程圖。圖13所示的處理可以作為圖7所示的s200的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s201中，退火控制部45可以將f＝1且熔融持續時間最大的照射條件參數作為最佳照射條件參數選出。將f＝1作為條件是為了選出被加工物發生晶化的照射條件。關於選出熔融持續時間最大的照射條件參數的理由，參照圖14在下文敘述。

接著，在s202中，退火控制部45從上述的s170所存儲的數據中讀出最佳照射條件參數中的脈衝參數。

在s202之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

3.6照射條件的選定

圖14是示出照射至被加工物的脈衝雷射的能量密度與被加工物中形成的結晶粒徑之間的關係、以及照射至被加工物的脈衝雷射的能量密度與熔融持續時間之間的關係的曲線圖。在圖14中，示出了未使用光學脈衝擴展器的情況下的測定結果、以及如參照圖5和圖6a～圖6e所說明的那樣使用了光學脈衝擴展器的情況下的測定結果。

在未使用光學脈衝擴展器以及使用光學脈衝擴展器的任意情況下，若增大脈衝雷射的能量密度，則熔融持續時間均可增長。並且，若增大脈衝雷射的能量密度、增長熔融持續時間，則存在被加工物發生損害而得不到優選的大粒徑的傾向。

但是，與未使用光學脈衝擴展器的情況相比，可知在使用光學脈衝擴展器的情況下，在一定程度地增加脈衝雷射的能量密度、一定程度地增長熔融持續時間時，可得到優選的大粒徑。

因此，在本公開中，使用光學脈衝擴展器對被加工物照射具有光強度低於第一峰的光強度的第二、第三峰的脈衝雷射。並且，通過選出被加工物發生晶化的照射條件、且為熔融持續時間最大的照射條件，能夠得到大粒徑的多晶矽。

圖15是示出優選的脈衝時間波形的示例的曲線圖。圖15所示的脈衝時間波形可以包含第一峰、第二峰以及第三峰。

第一峰的光強度i1優選為36mw/cm2以上且在90mw/cm2以下。

第一峰與第二峰之間的最低強度i2優選為13mw/cm2以上且在第二峰的光強度以下。

第二峰的光強度i3與第一峰的光強度i1的比例優選為74％以下。

第一峰與第二峰的時間差t4優選為12ns以上且在100ns以下，或者優選為第一峰的半值全寬以上且在第一峰的5％全寬以下。

第一峰的半值全寬t5優選為15ns以上且在50ns以下。

4.分束器的變形(第二實施方式)

圖16a示出本公開第二實施方式的雷射退火裝置中使用的光學脈衝擴展器的結構。圖16b是對於圖16a所示的光學脈衝擴展器中使用的多個分束器從與這些分束器的反射面垂直的方向進行觀察得到的圖。

第二實施方式中使所用的光學脈衝擴展器16z中可以包含多個分束器16s、16t、16u、16v。多個分束器16s、16t、16u、16v可以具有相互不同的反射率。多個分束器16s、16t、16u、16v被保持架16w支承，保持架16w可以由步進電機16x可旋轉地支承。

雷射系統控制部31(圖5)可以通過控制步進電機16x而能夠將分束器16s、16t、16u、16v選擇性地配置在脈衝雷射的光路上。在分束器16s、16t、16u、16v中的任意者位於脈衝雷射的光路上的情況下，可以使脈衝雷射的入射角度一定、僅反射率相互不同。由此，可以變更從光學脈衝擴展器16z輸出的脈衝雷射的時間波形。步進電機16x可相當於本公開中的反射率可變部。

關於其他方面，可與第一實施方式相同。

5.照射條件選定的變形(第三實施方式)

圖17a是示出選出本公開第三實施方式的雷射退火裝置中的最佳照射條件參數的詳細處理的流程圖。第三實施方式的雷射退火裝置的結構可以與第一或第二實施方式的雷射退火裝置的結構相同。圖17a所示的處理可以作為圖7所示的s200的子程序由退火控制部45來執行。

再次參照圖14，在使用了光學脈衝擴展器的情況下，照射至被加工物的脈衝雷射的能量密度與熔融持續時間之間的關係可以與直線b大致平行地包括熔融持續時間隨著能量密度的增加而增大的部分。若進一步增加能量密度，則能量密度與熔融持續時間之間的關係可偏離直線b，熔融持續時間立即減小。並且，在能量密度與熔融持續時間之間的關係即將偏離直線b之前，結晶的粒徑可大致為最大。

同樣地，在不使用光學脈衝擴展器的情況下，也可由與直線a的關係進行推導。因此，在第三實施方式中，可以通過以下的處理選出最佳的照射條件參數。

在圖17a的s201a中，退火控制部45可以選出f＝1且熔融持續時間為最大的照射條件參數。

接著，在s202a中，退火控制部45可以從上述的s110(圖7)所存儲的數據中讀出與上述選出的照射條件參數的脈衝時間波形生成參數相同、且與上述選出的照射條件參數的能量密度的目標值不同的多個照射條件參數。此外，退火控制部45可以根據上述的s170所存儲的數據分別讀出所讀出的多個照射條件參數中的熔融持續時間，求出熔融持續時間與能量密度之間的關係。即，可以使上述選出的照射條件參數的脈衝時間波形生成參數固定，而求出在使能量密度變化的情況下的熔融持續時間與能量密度之間的關係。

接著，在s203a中，退火控制部45可以根據熔融持續時間與能量密度之間的關係求出近似直線。

圖17b示出熔融持續時間與能量密度之間的關係的示例。在s203a中，退火控制部45可以按照圖17b所示求出近似直線。該近似直線可以針對能量密度小於熔融持續時間為最大的部分的區域求出。

接著，在s204a中，退火控制部45可以將位於近似直線上或其附近且熔融持續時間最大的照射條件參數作為最佳的照射條件參數選出。

接著，在s205a中，退火控制部45可以從上述的s170所存儲的數據中讀出最佳的照射條件參數中的脈衝參數。

在s205a之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

關於其他方面，可以與參照圖7～圖13進行說明的處理相同。但是，在第三實施方式中，在參照圖9a進行說明的s113的處理中，能量密度的樣品數優選大於3個。例如，能量密度的樣品數優選為4個～10個左右。

根據第三實施方式，能夠根據能量密度與熔融持續時間之間的關係讀取晶粒徑增大的條件。從而，可形成比第一或第二實施方式更好的多晶矽膜。

6.包含多個雷射部的雷射退火裝置(第四實施方式)

6.1構成和動作

圖18概略性示出本公開第四實施方式的雷射退火裝置的結構。在第四實施方式的雷射退火裝置中，雷射系統3b可以具備第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c、延遲電路5、高反射鏡6a、6b、以及刀口反射鏡6c、6d。另外，在第四實施方式的雷射退火裝置中，雷射系統3b也可以不具備光學脈衝擴展器。

關於其他方面，可以與第一～第三實施方式的結構相同。

第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c分別可以具備與上述的雷射裝置2同樣的構成。各雷射部可以從雷射系統控制部31接收目標脈衝能量的數據。在第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c中，目標脈衝能量的數據可以相互不同。在各雷射部中，可以基於接收到的目標脈衝能量的數據利用雷射器控制部30設定充電器12對充電電容器c0的充電電壓。

延遲電路5可以從雷射系統控制部31接收延遲時間的設定數據。延遲電路5可以經雷射系統控制部31接收從退火控制部45輸出的發光觸發信號。延遲電路5可以在接收到該發光觸發信號時起經過了所設定的延遲時間的時刻，將發光觸發信號依序分別輸送至第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c。

高反射鏡6a和刀口反射鏡6c可以通過對從第一雷射部2a輸出的脈衝雷射以高反射率進行反射來變更光路。從第一雷射部2a輸出並被變更了光路的脈衝雷射可以與從第二雷射部2b輸出的脈衝雷射大致平行且與其靠近地向衰減器18輸出。

高反射鏡6b和刀口反射鏡6d可以通過對從第三雷射部2c輸出的脈衝雷射以高反射率進行反射來變更光路。從第三雷射部2c輸出並被變更了光路的脈衝雷射可以與從第二雷射部2b輸出的脈衝雷射大致平行且靠近地向衰減器18輸出。

從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c分別輸出的脈衝雷射可以經衰減器18和脈衝時間波形計測部19入射到光束均化器41。利用光束均化器41，狹縫42被科勒照明，由此這些脈衝雷射的光路在狹縫42重疊，可以使狹縫42的開口部的光束的光強度分布均勻化。

6.2退火控制部的處理

6.2.1主流程

圖19是示出圖18所示的利用退火控制部進行的脈衝時間波形的設定處理的流程圖。退火控制部45可以通過以下的處理選定最佳的照射條件。

首先，在s100b中，退火控制部45可以對從一臺雷射部輸出的脈衝雷射的時間波形進行計測，計算脈衝時間寬度。關於其詳細處理參照圖20在下文敘述。

其次，在s110b中，退火控制部45可以生成編號n＝1到編號n＝nmax的照射條件參數，並將這些參數存儲在存儲器中。關於存儲器參照圖25在下文敘述。照射條件參數可以包含關於從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射的脈衝時間間隔的目標值、從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射的光強度比的目標值、以及被加工物43e中的脈衝雷射的能量密度的目標值的nmax組組合。關於其詳細處理參照圖21a和圖21b在下文敘述。照射條件參數可以參照圖21c利用後述的數據表的形式來存儲。

此處，照射條件參數可以包含脈衝時間波形生成參數、以及被加工物中的能量密度的目標值。這種情況下的脈衝時間波形生成參數可以包含從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射的脈衝時間間隔的目標值、以及從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射的光強度比的目標值。

s120以後的處理可以與第一～第三實施方式中的處理相同。

第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c各自的目標脈衝能量的數據可以基於由退火控制部45設定的脈衝雷射的光強度比的目標值利用雷射系統控制部31來設定。在各雷射部中，充電器12對充電電容器c0的充電電壓可以按照使得從各雷射部輸出的脈衝雷射的脈衝能量接近各目標脈衝能量的方式來進行設定。像這樣來設定充電電壓可以使得從各雷射部輸出的脈衝雷射的光強度比接近上述光強度比的目標值。

發光觸發信號相對於第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c各自的延遲時間的設定數據可以利用雷射系統控制部31並基於由退火控制部45設定的脈衝雷射的脈衝時間間隔的目標值進行設定。延遲時間可以按照使得從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c分別輸出的脈衝雷射的脈衝時間間隔接近上述目標值的方式來進行設定。

6.2.2s100b的詳細內容

圖20是示出圖19所示的計算從一臺雷射部輸出的脈衝雷射的脈衝時間寬度的詳細處理的流程圖。圖20所示的處理可以作為圖19所示的s100b的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s102b中，退火控制部45可以將用於輸出給第一雷射部2a的發光觸發信號輸出給雷射系統控制部31。

接著，在s103中，退火控制部45可以利用脈衝時間波形計測部19計測脈衝雷射的時間波形。

接著，在s104中，退火控制部45可以根據計測出的脈衝雷射的時間波形來計算以下的脈衝時間寬度。

δtfwhm：半值全寬

δt1/20：5％全寬

這些脈衝時間寬度可以與第一實施方式中的相同。

在上述的s104之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

6.2.3s110b的詳細內容

圖21a是示出圖19所示的生成照射條件參數的詳細處理的流程圖。圖21a所示的處理可以作為圖19所示的s110b的子程序由退火控制部45來執行。

首先，在s111b中，退火控制部45可以決定從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射的3個脈衝時間間隔的目標值td1、td2、td3。脈衝時間間隔的目標值可以決定為δtfwhm以上且在δt1/20以下的範圍。

接著，在s112b中，退火控制部45可以決定從第二、第三雷射部2b、2c輸出的脈衝雷射的光強度相對於從第一雷射部2a輸出的脈衝雷射的峰強度的3個光強度比的目標值ir1、ir2、ir3。光強度比的目標值例如決定為10％以上且在75％以下的範圍。

圖21b示出從雷射系統3b輸出的脈衝雷射的時間波形的示例。通過使從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射按照脈衝時間間隔td疊加，可以以圖21b所示的波形從雷射系統3b輸出。

相對於從第一雷射部2a輸出的第一脈衝，從第二雷射部2b輸出的第二脈衝可以具有脈衝時間間隔td的延遲。相對於從第二雷射部2b輸出的第二脈衝，從第三雷射部2c輸出的第三脈衝可以具有脈衝時間間隔td的延遲。

另外，從第二雷射部2b輸出的第二脈衝所構成的第二峰的光強度ip2相對於從第一雷射部2a輸出的第一脈衝所構成的第一峰的光強度ip1可以具有光強度比ir。

從第三雷射部2c輸出的第三脈衝所構成的第三峰的光強度ip3相對於從第一雷射部2a輸出的第一脈衝所構成的第一峰的光強度ip1可以具有光強度比ir。

如此，第二峰的光強度ip2與第三峰的光強度ip3可以大致相同。

再次參照圖21a，在s113中，退火控制部45可以決定被加工物43e中的脈衝雷射的3個能量密度的目標值f1、f2、f3。被加工物43e中的脈衝雷射的能量密度的目標值可以按照使得成為被加工物43e的至少一部分發生熔融的值的方式來決定。

接著，在s114中，退火控制部45可以將s111b～s113中決定的照射條件參數存儲在存儲器中。

圖21c示出以表的形式存儲照射條件參數的情況下的數據結構的示例。如上所述，在針對從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射的脈衝時間間隔的目標值、從第一、第二、第三雷射部2a、2b、2c輸出的脈衝雷射的光強度比的目標值、以及被加工物43e中的脈衝雷射的能量密度的目標值分別決定3個值的情況下，照射條件參數可以為27組。在圖21c所示的表中，可以存儲編號n＝1到編號n＝27的照射條件參數。

另外，在s170中，在圖21c所示的表中可以存儲27組照射條件參數各自的計測結果。

需要說明的是，照射條件參數並不限於27組的情況，只要為2組以上即可。

在上述的s114之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

6.3作用

如上所述，在第四實施方式中，可以利用延遲電路5來設定多個雷射部輸出脈衝雷射的定時。另外，可以通過各雷射部的充電器12對充電電容器c0的充電電壓來設定多個雷射部所實現的脈衝雷射的光強度比。由此，延遲電路5和雷射部的充電器12可相當於本公開中的脈衝時間波形可變裝置。

根據第四實施方式，能夠分別設定多個雷射部的脈衝雷射的輸出定時和光強度比。從而，與第一～第三實施方式相比，可提高將這些脈衝雷射疊加後的脈衝雷射的時間波形的自由度。

7.從外部裝置接收照射條件參數的示例(第五實施方式)

7.1主流程

圖22是示出本公開第五實施方式中的照射條件參數的設定處理的流程圖。退火控制部45可以通過以下的處理接收從外部裝置輸入的照射條件參數，進行照射條件參數的設定。利用熔融計測部44進行的計測也可以不進行。

首先，在s310中，退火控制部45判定是否從外部裝置輸入了照射條件參數。外部裝置例如可以為經網絡連接的計算機系統。或者，外部裝置也可以為鍵盤或觸控面板顯示屏等輸入裝置。

在沒有從外部裝置輸入照射條件參數的情況下(s310；否)，退火控制部45可以待機直到被輸入照射條件參數為止。在從外部裝置輸入了照射條件參數的情況下(s310；是)，退火控制部45可以將處理推進到s320。

在s320中，退火控制部45可以接收所輸入的照射條件參數。關於該處理參照圖23a和圖23b在下文敘述。

接著，在s330中，退火控制部45可以將各種裝置設定為接收到的照射條件參數。關於該處理，參照圖24a和圖24b在下文敘述。

接著，在s340中，退火控制部45可以將發光觸發信號輸出給雷射系統控制部31。由此，脈衝雷射可以被照射到被加工物。

接著，在s350中，退火控制部45判定是否變更了照射條件參數。在變更了照射條件參數的情況下(s350；是)，退火控制部45可以將處理返回至上述的s310，再次接收照射條件參數。

在照射條件參數未被變更的情況下(s350；否)，退火控制部45可以將處理推進到s360。在s360中，退火控制部45可以判定是否停止脈衝雷射的照射。在不停止脈衝雷射的照射的情況下(s360；否)，退火控制部45可以將處理返回至上述的s340，反覆進行發光觸發信號的輸出。在停止脈衝雷射的照射的情況下(s360；是)，退火控制部45可以結束本流程圖的處理。

7.2s320的詳細內容(第一例)

圖23a是示出圖22所示的接收照射條件參數的處理的第一示例的流程圖。圖23a所示的處理可以作為圖22所示的s320的子程序由退火控制部45來執行。圖23a所示的處理可以在上述的第一或第二實施方式中說明的通過光學脈衝擴展器16的控制變更照射條件的結構中執行。

首先，在s321中，退火控制部45可以分別接收分束器16n的反射率r的目標值和延遲光路的光路長度l的目標值。

接著，在s322中，退火控制部45可以接收能量密度f的目標值。

在s322之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理，將處理推進到圖22的s330。

7.3s320的詳細內容(第二例)

圖23b是示出圖22所示的接收照射條件參數的處理的第二示例的流程圖。圖23b所示的處理可以作為圖22所示的s320的子程序由退火控制部45來執行。圖23b所示的處理可以在上述第四實施方式中說明的通過延遲電路5和多個雷射部2a～2c的控制來變更照射條件的結構中執行。

首先，在s323中，退火控制部45可以分別接收脈衝時間間隔td的目標值和光強度比ir的目標值。

接著，在s324中，退火控制部45可以接收能量密度f的目標值。

在s324之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理，將處理推進到圖22的s330。

7.4s330的詳細內容(第一例)

圖24a是示出圖22所示的設定為接收到的照射條件參數的處理的第一示例的流程圖。圖24a所示的處理可以作為圖22所示的s330的子程序由退火控制部45來執行。圖24a所示的處理可以在上述第一或第二實施方式中所說明的通過光學脈衝擴展器16的控制變更照射條件的結構中接著圖23a所示的處理來執行。

首先，在s331中，退火控制部45可以按照使得分束器16n的反射率r接近接收到的目標值的方式，藉助於雷射系統控制部31控制單軸臺16r或者步進電機16x。

接著，在s332中，退火控制部45可以按照使得延遲光路的光路長度l接近接收到的目標值的方式，藉助於雷射系統控制部31控制旋轉臺16i、16j、16k、16m。

接著，在s333中，退火控制部45可以按照使得能量密度f接近接收到的目標值的方式，藉助於雷射系統控制部31控制衰減器18。

在s333之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理，將處理推進到圖22的s340。

7.5s330的詳細內容(第二例)

圖24b是示出圖22所示的設定為接收到的照射條件參數的處理的第二示例的流程圖。圖24b所示的處理可以作為圖22所示的s330的子程序由退火控制部45來執行。圖24b所示的處理可以在上述第四實施方式中說明的通過延遲電路5和多個雷射部2a～2c的控制來變更照射條件的結構中接著圖23b所示的處理來執行。

首先，在s334中，退火控制部45可以按照使得脈衝時間間隔td接近接收到的目標值的方式，藉助於雷射系統控制部31控制延遲電路5。

接著，在s335中，退火控制部45可以按照光強度比ir接近接收到的目標值的方式，藉助於雷射系統控制部31控制多個雷射部2a～2c。

接著，在s336中，退火控制部45可以按照使得能量密度f接近接收到的目標值的方式，藉助於雷射系統控制部31控制衰減器18。

在s336之後，退火控制部45可以結束本流程圖的處理，將處理推進到圖22的s340。

利用第五實施方式，即使不進行熔融計測部44的計測，也可通過來自外部裝置的設定來設定照射條件參數。

8.控制部的構成

圖25是示出控制部的概略性結構的框圖。

上述實施方式中的退火控制部45、雷射系統控制部31等控制部可以由計算機、可編程控制器等通用的控制設備來構成。例如可如下來構成。

(結構)

控制部可以由處理部1000、與處理部1000連接的存儲器1005、用戶界面1010、並行i/o控制器1020、串口i/o控制器1030、a/d和d/a轉換器1040構成。另外，處理部1000可以由cpu1001、與cpu1001連接的存儲器1002、時鐘1003以及gpu1004構成。

(動作)

處理部1000可以讀出存儲在存儲器1005中的程序。另外，處理部1000可以執行所讀出的程序，或者可以依照程序的執行從存儲器1005中讀出數據，或者可以將數據存儲在存儲器1005中。

並行i/o控制器1020可以與能夠經並行i/o埠通信的設備1021～102x連接。並行i/o控制器1020可以控制在處理部1000執行程序的過程中進行的經由並行i/o埠實現的基於數位訊號的通信。

串行i/o控制器1030可以與能夠經串行i/o埠通信的設備1031～103x連接。串行i/o控制器1030可以控制在處理部1000執行程序的過程中進行的經由串行i/o埠實現的基於數位訊號的通信。

a/d和d/a轉換器1040可以與能夠經模擬埠通信的設備1041～104x連接。a/d和d/a轉換器1040可以控制在處理部1000執行程序的過程中進行的經模擬埠實現的基於模擬信號的通信。

用戶界面1010可以按照下述方式構成：顯示操作員通過處理部1000進行的程序執行過程、或者在處理部1000執行操作員所發出的中止或中斷程序執行的處理。

處理部1000的cpu1001可以進行程序的運算處理。存儲器1002可以在cpu1001執行程序的過程中進行程序的臨時存儲或運算過程中的數據的臨時存儲。時鐘1003可以計測時刻或經過時間，依照程序的執行將時刻或經過時間輸出給cpu1001。gpu1004可以在圖像數據被輸入到處理部1000時依照程序的執行來處理圖像數據，將其結果輸入至cpu1001。

與並行i/o控制器1020連接的、能夠經並行i/o埠進行通信的設備1021～102x可以在表示雷射裝置2、其他控制部等的發光觸發信號或定時的信號的收發中使用。

與串行i/o控制器1030連接的、能夠經串行i/o埠進行通信的設備1031～103x可以在雷射裝置2、光學脈衝擴展器16、衰減器18、xyz臺43g、其他控制部等的數據的收發中使用。與a/d、d/a轉換器1040連接的、能夠經模擬埠進行通信的設備1041～104x可以為脈衝時間波形計測部19、熔融計測部44等各種傳感器。

通過如上述這樣構成，控制部能夠執行在各實施方式中示出的動作。

上述的說明僅意在進行例示而並非進行限定。因此，對於本領域技術人員來說，顯然能夠在不脫離所附權利要求書的範圍內對本公開的實施方式進行變更。

本說明書和附加的權利要求書整體中使用的用語應該解釋為「非限定性的」用語。例如，「包含」或「所包含的」這樣的用語應該解釋為「不限於作為包含的內容而記載的內容」。「具有」這樣的用語應該解釋為「不限於作為具有的內容而記載的內容」。另外，本說明書和附加的權利要求書中記載的修飾句「1個」應該解釋為「至少1個」或者「1個或1個以上」的意思。