專利名稱：光束均化器和激光輻照裝置以及半導(dǎo)體器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到對在特定區(qū)域中待要輻照的表面上的束斑進(jìn)行均化的光束均化器，還涉及到將均化的束斑輻照在待要輻照的表面上的激光輻照裝置。注意，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括諸如有源矩陣液晶顯示器件和有源矩陣電致發(fā)光顯示器件之類的顯示器件、電光器件、以及諸如采用這種顯示器件或電光器件的電器，本發(fā)明還涉及到半導(dǎo)體器件的制造方法。
背景技術(shù)：
新近，對于激光退火技術(shù)已經(jīng)廣泛地進(jìn)行了研究，這種激光退火技術(shù)對形成在玻璃之類的絕緣襯底上的非晶半導(dǎo)體膜或結(jié)晶半導(dǎo)體膜(具有除單晶性之外的諸如多晶性或微晶性之類的結(jié)晶性的半導(dǎo)體膜)進(jìn)行晶化或提高其結(jié)晶性。此半導(dǎo)體膜通常由硅半導(dǎo)體膜組成。
與已經(jīng)被廣泛使用的石英襯底相比，玻璃襯底更經(jīng)濟(jì)，具有更高的可加工性，并具有能夠容易地生產(chǎn)大面積襯底的優(yōu)點。這就是被廣泛研究的原因。由于玻璃襯底的熔點低，故最好用激光器來進(jìn)行晶化。激光器能夠?qū)⒏叩哪芰績H僅施加到非單晶半導(dǎo)體膜而不明顯地改變襯底的溫度。
借助于執(zhí)行激光退火而形成的結(jié)晶硅膜具有高的遷移率。因此，采用此結(jié)晶硅膜來制作薄膜晶體管(TFT)，且通常被用作例如單片液晶電光器件，其中象素TFT和驅(qū)動電路TFT被制作在同一個玻璃襯底上。由于結(jié)晶硅膜由大量晶粒組成，故稱為“多晶硅膜”或“多晶半導(dǎo)體膜”。
此外，最好采用這樣一種方法，其中，用光學(xué)系統(tǒng)對來自準(zhǔn)分子激光器之類的大功率脈沖激光束的光束進(jìn)行處理，以便在待要輻照的表面上確定尺寸為幾厘米見方的正方形束斑或長度至少為10厘米的線條，且束斑的投影位置相對于待要輻照的表面被掃描，從而進(jìn)行激光退火，因為這種方法具有良好的產(chǎn)率，并在工業(yè)上很優(yōu)異。
確切地說，當(dāng)采用線狀束斑時，與采用需要沿正反左右方向掃描的點狀束斑的情況不同，借助于僅僅沿垂直于線狀束斑長邊的方向進(jìn)行掃描，待要輻照的整個表面就能夠被光束輻照。這就導(dǎo)致高產(chǎn)率。此線狀束斑此處將是一種具有大的形狀比的矩形束斑。掃描沿垂直于長邊的方向進(jìn)行，因為這是最有效的掃描方向。由于高的產(chǎn)率，故使用借助于在激光退火中用適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)對脈沖準(zhǔn)分子激光束進(jìn)行處理而得到的線狀束斑，正在成為目前制造技術(shù)的主流。
圖10示出了用來使輻照表面上的束斑形狀(激光束的剖面形狀)線形化的光學(xué)系統(tǒng)。圖10所示的光學(xué)系統(tǒng)是一種非常普通的光學(xué)系統(tǒng)。上述光學(xué)系統(tǒng)不僅將激光束的剖面形狀轉(zhuǎn)變成線狀，而且還同時均化輻照表面中束斑的能量。通常，對光束能量進(jìn)行均化的光學(xué)系統(tǒng)被稱為光束均化器。亦即，圖10所示的光學(xué)系統(tǒng)還是一種光束均化器。
當(dāng)是為紫外光的準(zhǔn)分子激光器被用作光源時，上述光學(xué)系統(tǒng)的基質(zhì)材料可以例如整個是石英。采用石英的理由在于能夠得到高的透射率。而且，最好可以采用對所用準(zhǔn)分子激光器的波長具有99％或以上透射率的涂層。
首先來解釋圖10A的側(cè)面圖。從激光振蕩器1201發(fā)射的激光束沿一個方向被柱面透鏡陣列1202a和1202b分裂。此處將此方向稱為縱向方向。當(dāng)平面鏡被組合到光學(xué)系統(tǒng)中途時，縱向方向?qū)⒀仄矫骁R反射光的方向。此結(jié)構(gòu)的束斑被分裂成4個光束。分裂的各個束斑然后被柱面透鏡1204匯聚成一個束斑。然后，此束斑再次被分裂并在平面鏡1207處反射。然后，分裂的各個束斑被雙合柱面透鏡1208再次匯聚成輻照表面1209處的一個束斑。雙合柱面透鏡是一種由2片柱面透鏡組成的透鏡。因此，線狀激光束斑沿縱向的能量被均化，且線狀束斑的縱向長度被確定。
下面解釋圖10B的俯視圖。從激光振蕩器1201發(fā)射的激光束沿垂直于縱向方向被柱面透鏡陣列1203分裂。此處將此垂直方向稱為橫向方向。當(dāng)平面鏡被組合到光學(xué)系統(tǒng)中途時，橫向方向?qū)⒀仄矫骁R反射光的方向。此結(jié)構(gòu)的束斑被分裂成7個光束。然后，被柱面透鏡1205分裂成7個光束的激光束，在輻照表面1209處被匯聚成一個束斑。參考號1207-1209所示的各個步驟被示于虛線中；這些虛線示出了實際光路的位置、各個透鏡的位置、以及沒有安排平面鏡1207情況下的輻照表面的位置。于是，線狀束斑沿橫向的能量被均化，且橫向方向的長度也被確定。
如上所述，柱面透鏡陣列1202a、1202b、1203用作分裂激光束的透鏡。線狀束斑處能量分布的均勻性依賴于分裂光束的數(shù)目。
光學(xué)系統(tǒng)中的上述各個透鏡由對準(zhǔn)分子激光器敏感的人造石英制成。而且，透鏡表面上被涂敷，以便準(zhǔn)分子激光能夠容易地透射。因此，準(zhǔn)分子激光通過一個透鏡的透射率能夠達(dá)到99％或以上。
被上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)系統(tǒng)線形化了的線狀束斑，以逐漸偏移到其橫向方向的重疊方式被輻照。這使得能夠借助于激光退火對非單晶硅膜進(jìn)行晶化并提高其整個表面的結(jié)晶性。
下面示出了作為待要輻照的物體的半導(dǎo)體膜的典型制造方法。首先，厚度為0.7mm的5英寸見方的Corning 1737襯底被制備作為襯底。然后形成厚度為200nm的SiO2膜(氧化硅膜)，并在SiO2膜的表面上形成厚度為50nm的非晶硅膜(以下表示為a-Si膜)。二種膜都用等離子體CVD裝置來形成。襯底在500℃的溫度下被暴露于含有氮氣的氣氛中1小時，從而降低膜中的氫濃度。因此，膜的抗激光能力被明顯地改善。
Lambda公司制造的XeCl準(zhǔn)分子激光器L4308(波長為308nm，脈沖寬度為30ns)被用作激光振蕩器。這種激光振蕩器產(chǎn)生脈沖振蕩激光并具有每脈沖發(fā)射670mJ能量的能力。激光束出口處的激光束束斑尺寸為10×30mm(都是半寬度)。激光束的出口由激光束剛剛從激光振蕩器發(fā)射之后垂直于激光束行進(jìn)方向的平面確定。
由準(zhǔn)分子激光器產(chǎn)生的激光束的形狀通常是矩形的，且用范圍約為1-5的形狀比表示。激光束的強(qiáng)度表示強(qiáng)度向束斑中心增大的高斯分布。準(zhǔn)分子激光束的束斑尺寸被轉(zhuǎn)變成125mm×0.4mm的線狀束斑，具有圖10所示光學(xué)系統(tǒng)引起的均勻能量分布。
當(dāng)將激光束輻照到上述半導(dǎo)體膜時，最合適的重疊間距約為線狀束斑短邊寬度(半寬度)的1/10。從而改善了半導(dǎo)體膜中的結(jié)晶均勻性。根據(jù)上述例子，線狀束斑的半寬度為0.4mm，因此，準(zhǔn)分子激光器的脈沖頻率被設(shè)定為30Hz，且掃描速度被設(shè)定為1.0mm/s，從而輻照激光束。此時，激光束輻照表面處的能量密度被設(shè)定為450mJ/cm2。迄今描述的方法是一種用線狀束斑來晶化半導(dǎo)體膜的非常一般的方法。
某些常規(guī)的光束均化器采用能夠容易地執(zhí)行精確處理的反射平面鏡(見例如日本專利公開2001-291681)。
為了制造柱面透鏡陣列，要求高的加工精度。
柱面透鏡陣列由沿曲線方向排列的多個柱面透鏡組成。此處的曲線方向被稱為柱面母面的垂直方向。形成柱面透鏡陣列的各個柱面透鏡之間必定具有連接部分。各個連接部分不具有彎曲的表面；通過連接部分輻照的光束發(fā)生透射而不受柱面透鏡的影響。到達(dá)待要輻照的表面而沒有此影響的光束，能夠在輻照表面上的矩形束斑處引起不均勻的能量分布。
形成柱面透鏡陣列的各個柱面透鏡必須以完全相同的精度加以制造。當(dāng)各個柱面透鏡具有不同的曲率時，即使用匯聚透鏡，被柱面透鏡陣列分裂的各個激光束也不會在輻照表面處被匯聚到同一個位置。亦即，輻照表面上矩形束斑處的能量分布不均勻。
輻照表面上束斑處的不均勻能量分布是由形成光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡陣列的結(jié)構(gòu)問題和加工精度引起的。亦即，不均勻性起源于引入到均化器中的所有激光束未被引入到各個柱面透鏡起作用的部分以及被柱面透鏡陣列分裂的所有激光束未被匯聚到同一個位置。
而且，當(dāng)利用現(xiàn)有技術(shù)所述的方法，借助于掃描沿輻照表面上矩形短邊方向的能量分布為高斯分布的矩形激光束而對半導(dǎo)體膜進(jìn)行晶化時，沿與掃描方向垂直的方向的條形圖形清楚地出現(xiàn)在半導(dǎo)體膜上。此條形圖形與半導(dǎo)體膜的不均勻結(jié)晶性同步。例如，不均勻性呈現(xiàn)為TFT電學(xué)特性的分散，并在采用此TFT的平板上顯示出條形圖形。
此條形圖形是由激光振蕩器不穩(wěn)定的輸出造成的。因此，消除條形圖形的唯一方法是改善激光振蕩器。但當(dāng)沿輻照表面上矩形束斑短邊方向的能量分布被均化時，激光振蕩器輸出的不穩(wěn)定性就被均化了，條形圖形就消失到背景中。亦即，防止了條形圖形的出現(xiàn)。因此，需要均化能量分布的光學(xué)系統(tǒng)。亦即，利用柱面透鏡陣列能夠獲得具有均勻能量分布的矩形束斑，但要求高度精確的光學(xué)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，在用來形成矩形束斑的光學(xué)系統(tǒng)中，用光導(dǎo)來代替用來均化輻照表面上矩形束斑短邊方向能量分布的光學(xué)系統(tǒng)。此光導(dǎo)是一種通路，它能夠在某些區(qū)域中俘獲光發(fā)射，并沿平行于其光路軸引導(dǎo)和透射其光流。
下面將解釋用來解決上述問題的方法。圖1A和1B示出了有助于解釋用來解決上述問題的方法的示意圖。首先來描述示意圖之一的俯視1A。具有二個彼此面對的反射表面以及輻照表面1303的光導(dǎo)1302，被制備來從圖左側(cè)向其發(fā)射光束。當(dāng)光導(dǎo)1302存在時，用實線1301a表示光束。當(dāng)光導(dǎo)1302不存在時，用虛線1301b表示光束。
在不存在光導(dǎo)1302的情況下，如光束1301b所示，從左側(cè)入射的光束到達(dá)輻照表面1303a、1303b、1303c。
在存在光導(dǎo)1302的情況下，如光束1301a所示，入射的光束被光導(dǎo)1302的反射表面反射，它們都到達(dá)輻照表面區(qū)域1303b。亦即，在存在光導(dǎo)1302的情況下，當(dāng)不存在光導(dǎo)1302時應(yīng)該到達(dá)輻照表面區(qū)域1303a和1303c的所有的入射光束，都到達(dá)輻照表面區(qū)域1303b。因此，當(dāng)光束被發(fā)射進(jìn)入光導(dǎo)1302時，入射的光束被分裂，然后所有的分裂光束被重疊在輻照表面1303b上的同一個位置。于是，分裂入射光束以便將各個分裂的光束重疊在同一個位置，就能夠在各個分裂的光束被重疊的位置處均化光的能量分布。
通常，利用均化器從光束的分裂得到的光束的數(shù)目越大，分裂的光束被重疊的位置處的能量分布的均勻性就越高。光導(dǎo)1302內(nèi)部較大的反射數(shù)目，能夠增大由于光束分裂而得到的光束的數(shù)目。換言之，使光導(dǎo)的二個反射表面沿發(fā)射光束到其中的方向更長，可以增大上述反射的數(shù)目。同樣，使彼此面對的反射表面之間的間距更小，能夠增大光束被分裂的數(shù)目。
根據(jù)本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)，在用來形成矩形束斑的光學(xué)系統(tǒng)中，用光管來代替用來均化輻照表面上矩形束斑沿光束短邊方向能量分布的光學(xué)系統(tǒng)。此光管是一種用拉擠成型(pultrusion)制作成錐形、棱柱形、柱形等的元件，通常借助于反射從其一端傳送到另一端。
此處公開的激光裝置的特征是具有包括上述光導(dǎo)或光管的均化器。具有二個彼此面對的反射表面的光導(dǎo)或光管，能夠均化輻照表面上矩形束斑短邊方向的能量分布。
在制造半導(dǎo)體器件的過程中，采用上述激光輻照裝置能夠抑制來自輻照表面上束斑能量不均勻的條形圖形的出現(xiàn)，并改善半導(dǎo)體膜結(jié)晶性的均勻性。
根據(jù)本發(fā)明的一種情況，本發(fā)明的方法包含下列步驟提供激光束，將激光束通過光導(dǎo)，以及用通過光導(dǎo)之后的激光束輻照半導(dǎo)體膜以便晶化半導(dǎo)體膜，其中，半導(dǎo)體膜表面處的激光束能量分布被光導(dǎo)均化。


在附圖中圖1示出了本發(fā)明的方法；圖2示出了本發(fā)明公開的激光輻照裝置的例子；圖3示出了被圖2所示光學(xué)系統(tǒng)處理過的矩形束斑的能量分布；圖4示出了本發(fā)明公開的激光輻照裝置的例子；圖5示出了被圖4所示光學(xué)系統(tǒng)處理過的矩形束斑的能量分布；圖6示出了本發(fā)明公開的激光輻照裝置的例子；圖7示出了被圖6所示光學(xué)系統(tǒng)處理過的矩形束斑的能量分布；圖8示出了本發(fā)明公開的激光輻照裝置的例子；圖9示出了被圖8所示光學(xué)系統(tǒng)處理過的矩形束斑的能量分布；而圖10示出了常規(guī)的激光輻照裝置。
具體實施例方式
參照圖2來描述本發(fā)明所公開的產(chǎn)生矩形束斑的光學(xué)系統(tǒng)。
首先來解釋圖2B中的側(cè)面圖。從激光振蕩器1101發(fā)射的激光束沿圖2B中所示箭頭的方向傳播。此激光束被球面透鏡1102a和1102b擴(kuò)展。在從激光振蕩器1101發(fā)射的束斑足夠大的情況下，不需要這些組成部分。
束斑沿矩形短邊方向被第二側(cè)面曲率半徑為-486mm且厚度為20mm的柱面透鏡1105聚焦。當(dāng)彎曲中心位于光束從透鏡面出射側(cè)時，曲率半徑的符號為正，而當(dāng)彎曲中心位于激光進(jìn)入透鏡面?zhèn)葧r，符號為負(fù)。而且，光束進(jìn)入的透鏡面為第一表面，而光束出射的透鏡面為第二表面。輻照表面上矩形束斑短邊處的能量分布被具有二個彼此面對的反射表面1106a和1106b的位于柱面透鏡1105后面1030mm的光導(dǎo)1106均化。光導(dǎo)1106沿光束發(fā)射方向的長度為300mm，而反射表面之間的距離為2mm。
在常規(guī)的光學(xué)系統(tǒng)中，輻照表面上矩形束斑的不均勻的能量分布由柱面透鏡陣列的結(jié)構(gòu)和制造精度以及組合分裂激光束的柱面透鏡的制造精度的問題引起。根據(jù)本發(fā)明的具有光導(dǎo)1302的光學(xué)系統(tǒng)能夠糾正上述問題。
利用排列在1250mm后面的雙合柱面透鏡1107a和1107b，從光導(dǎo)1106出射的激光束沿矩形短邊方向被聚焦在雙合柱面透鏡后面237mm處安置的輻照表面1108上。此處的雙合柱面透鏡指的是由二個柱面透鏡組成的透鏡。形成雙合柱面透鏡的二個柱面透鏡之一具有曲率半徑為125mm的第一表面、曲率半徑為+77mm的第二表面、以及10mm的厚度；另一個柱面透鏡具有曲率半徑為+97mm的第一表面、曲率半徑為-200mm的第二表面、以及20mm的厚度。二個柱面透鏡之間的間距為5.5mm。因此，矩形束斑短邊處的能量分布被均化，且短邊方向的長度被確定。不一定采用雙合柱面透鏡，但雙合柱面透鏡使光學(xué)系統(tǒng)與輻照表面之間具有空間，從而能夠有余地。
接著來解釋圖2A的俯視圖。從激光振蕩器1101發(fā)射的激光束的束斑沿矩形長邊方向被柱面透鏡陣列1103a和1103b分裂。柱面透鏡陣列1103a包含30個沿曲線方向排列的曲率半徑為28mm、厚度為5mm、以及寬度為2mm的柱面透鏡。柱面透鏡陣列1103b包含30個沿曲線方向排列的曲率半徑為-13.33mm、厚度為5mm、以及寬度為2mm的柱面透鏡。且柱面透鏡陣列1103a和1103b之間的間距為88mm。然后，激光束被排列在柱面透鏡1103b后面120mm的具有曲率半徑為2140mm的第一表面和20mm厚度的柱面透鏡1104組合在輻照表面1108上。因此，矩形束斑長邊的能量分布被均化，且長邊方向的長度被確定。
圖3示出了光學(xué)設(shè)計軟件模擬運行的結(jié)果，其中，能夠得到長邊方向長度為300mm而短邊方向長度為0.4mm的具有均勻能量分布的束斑。圖3A示出了從矩形束斑中心沿長邊方向延伸±0.3mm以及沿短邊方向延伸±0.2mm部分內(nèi)的能量分布。圖3B示出了矩形束斑短邊中心處的能量分布剖面圖。
在上述結(jié)構(gòu)中，與根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)組合的激光振蕩器最好在一定波段中具有大的輸出，以便被半導(dǎo)體膜完全吸收。若硅膜被用作半導(dǎo)體膜，則考慮到吸收率，從所用激光振蕩器發(fā)射的激光束的波長最好等于或小于600nm。例如，準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器(高次諧波)、以及玻璃激光器(高次諧波)可以被用作激光振蕩器，用來發(fā)射這種激光束。
而且，雖然用目前技術(shù)，例如YVO4激光器(高次諧波)、YLF激光器(高次諧波)、以及Ar激光器，還得不到大的功率，但能夠被列舉為產(chǎn)生波長適合于硅膜晶化的激光的激光振蕩器。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中采用了根據(jù)本發(fā)明的光束均化器和激光輻照裝置。首先準(zhǔn)備尺寸127mm見方且厚度為0.7mm的玻璃襯底(“Corning 1737玻璃”)。此襯底足以承受高達(dá)600℃的溫度。在玻璃襯底上形成厚度為200nm的氧化硅膜作為基底膜。而且，在氧化硅膜上形成厚度為55nm的非晶硅膜。二種膜都用濺射方法來形成。作為變通，也可以用等離子體CVD方法來形成。
在450℃的氮氣氣氛中，對形成有淀積膜的襯底加熱1小時。此加熱過程用來降低非晶硅膜中的氫含量。當(dāng)非晶硅膜中的氫含量高時，此膜無法抵抗激光能量，因此進(jìn)行加熱步驟。膜的氫含量應(yīng)該適當(dāng)?shù)丶s為1020/cm3。此處，表式“1020/cm3”表示每立方厘米含有1020個氫原子。
在本實施方案模式中，Lambda Physik公司制造的XeCl準(zhǔn)分子激光器“L4308”被用作激光振蕩器。此準(zhǔn)分子激光器是一種脈沖激光器。此準(zhǔn)分子激光器的最大能量是每脈沖670mJ，其振蕩波長是308nm，而其最大頻率是300Hz。當(dāng)脈沖激光器的各個脈沖的能量起伏在±10％之內(nèi)，最好是±5％之內(nèi)時，在襯底的激光處理過程中，能夠得到均勻的晶化。
此處指出的激光能量電平的起伏被定義如下激光能量電平在襯底輻照期間內(nèi)的平均值被設(shè)定為判據(jù)，而此期間內(nèi)最小能量或最大能量與此平均值之間的差別被表示為％。
例如，借助于沿矩形束斑的短邊方向掃描其上放置圖2所示待要輻照的表面1108的平臺，來進(jìn)行激光束輻照。此時，可以由光學(xué)系統(tǒng)的操作人員適當(dāng)?shù)卮_定待要輻照的表面1108上束斑的能量密度和掃描速度。能量密度大致在200-1000mJ/cm2范圍內(nèi)。當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x擇掃描速度，使矩形束斑短邊方向的寬度可以在大約90％或以上范圍內(nèi)彼此重疊時，非常可能進(jìn)行均勻的激光退火。最佳的掃描速度依賴于激光振蕩器的脈沖頻率，并可以認(rèn)為正比于頻率。
以這種方式，來完成激光退火工藝。借助于重復(fù)此工藝，能夠處理大量的襯底。例如，利用襯底能夠制造有源矩陣液晶顯示器。可以根據(jù)熟知的方法來完成制造。
在上述例子中，準(zhǔn)分子激光器被用作激光振蕩器。準(zhǔn)分子激光器由于其相干長度非常小，僅僅幾微米，故適合于上述例子的光學(xué)系統(tǒng)。下面所述某些激光器本來具有大的相干長度，但能夠采用人工改變了相干長度的激光器。為了得到同樣大的功率以及硅膜大量吸收激光束的能量，作為變通最好采用YAG激光器的高次諧波或玻璃激光器的高次諧波。諸如YVO4激光器(高次諧波)、YLF激光器(高次諧波)、Ar激光器之類的適合于硅膜晶化的激光器，被列為例子。這些激光束的波段被硅膜完全吸收。
雖然在上述例子中非晶硅膜被指出作為非單晶硅半導(dǎo)體膜，但容易推測的是，本發(fā)明可以應(yīng)用于其它的非單晶半導(dǎo)體膜。舉例來說，此非單晶半導(dǎo)體膜完全可以是諸如非晶硅鍺膜之類的具有非晶結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體膜?；蛘撸朔菃尉О雽?dǎo)體膜完全可以是多晶硅膜。
實施方案1此處描述與上述光學(xué)系統(tǒng)不同的光學(xué)系統(tǒng)例子。
圖4A和4B示出了本實施方案要解釋的光學(xué)系統(tǒng)的例子。首先來解釋圖4B的側(cè)面圖。從激光振蕩器1401發(fā)射的激光束向圖中所示箭頭的方向傳播。束斑尺寸沿其短邊被具有曲率半徑為-182mm的第二表面的厚度為10mm的柱面透鏡減小。具有二個彼此面對的反射表面1405a和1405b的光導(dǎo)1405，被安置成其光束入口位于柱面透鏡的聚焦區(qū)域。光導(dǎo)1405使束斑的能量分布均化。此光導(dǎo)1405沿光束行進(jìn)方向的長度為300mm，反射表面之間的距離為0.4mm。輻照表面1406位于離光導(dǎo)1405出口0.2mm的位置處。在輻照表面1406上，形成具有被均化了的能量分布的且其短邊為0.4mm的矩形束斑。
其次來描述圖4A的俯視圖。從激光振蕩器1401發(fā)射的激光束向圖中所示箭頭的方向傳播。光束通過由7個沿彎曲方向鍵合的3mm寬柱面透鏡組成柱面透鏡陣列1403，各個柱面透鏡具有曲率半徑為+35mm的第一表面，光束從而沿矩形的長邊被分裂。各個分裂的光束通過具有曲率半徑為+816mm的第一表面的5mm厚柱面透鏡1404，各個光束從而被重疊在輻照表面1406上。于是能夠產(chǎn)生其能量分布沿矩形長邊方向被均化了的矩形束斑。在柱面透鏡1404具有較長焦距的情況下，對光進(jìn)行會聚的能力受到損害。因此，不必放入柱面透鏡1404。
圖4A和4B所示的光學(xué)系統(tǒng)使得能夠形成具有被均化了的能量分布且矩形短邊為0.4mm的矩形束斑。圖5A和5B示出了用光學(xué)設(shè)計軟件進(jìn)行模擬的結(jié)果。圖5A示出了矩形束斑從束斑中心沿長邊方向±0.3mm范圍內(nèi)以及沿短邊方向±0.2mm范圍內(nèi)的能量分布。圖5B是矩形中心部分中沿其短邊方向的矩形束斑能量分布的剖面圖。
實施方案2此處描述與上述光學(xué)系統(tǒng)不同的光學(xué)系統(tǒng)例子。圖6A和6B示出了本實施方案要解釋的光學(xué)系統(tǒng)的例子。
首先來描述圖6B的側(cè)面圖。在此圖中，激光束準(zhǔn)確地通過與圖4A和4B所示相同的光路，直至激光束到達(dá)具有二個彼此面對的反射表面1605a和1605b的光導(dǎo)1605。此光導(dǎo)1605與光導(dǎo)1405一樣具有二個彼此面對的反射表面。此光導(dǎo)1605沿光束行進(jìn)方向的長度為900mm，反射表面之間的距離為2.6mm。從光導(dǎo)1605輸出的光束被成形，以便形成其短邊為2.6mm的沿短邊方向具有被均化了的能量分布的矩形束斑。從光導(dǎo)1605輸出的光束的尺寸被排列在光導(dǎo)1605后面1000mm的雙合柱面透鏡1606a和1606b減小。然后，光束被會聚在排列在雙合柱面透鏡后面220mm的輻照表面1607上。此雙合柱面透鏡包含具有曲率半徑為+125mm的第一表面和曲率半徑為+69mm的第二表面的厚度為10mm的柱面透鏡；以及具有曲率半徑為+75mm的第一表面和曲率半徑為-226mm的第二表面的厚度為20mm的柱面透鏡。此外，柱面透鏡之間的間距為1mm。在輻照表面1607上，形成有具有沿矩形短邊方向被均化了的能量分布的矩形束斑。可以用具有曲率半徑為+963mm的第一表面和曲率半徑為-980mm的第二表面的厚度為30mm的柱面透鏡來代替雙合透鏡。在此情況下，柱面透鏡最好被排列在光導(dǎo)1605后面2000mm，而輻照表面被排列在柱面透鏡后面2000mm。
其次來描述圖6A的俯視圖。從激光振蕩器1601發(fā)射的激光束向圖中所示箭頭的方向傳播。光束通過由7個沿彎曲方向鍵合的3mm厚、3mm寬柱面透鏡組成的柱面透鏡陣列1603，各個柱面透鏡具有曲率半徑為+35mm的第一表面，光束從而沿矩形的長邊被分裂。各個分裂的光束通過具有曲率半徑為+816mm的第一表面的5mm厚柱面透鏡1604，各個光束從而被重疊在輻照表面1607上。于是能夠產(chǎn)生其能量分布沿矩形長邊方向被均化了的矩形束斑。在柱面透鏡1604具有較長焦距的情況下，對光進(jìn)行會聚的能力受到損害。因此，不必安置柱面透鏡1604。
圖6A和6B所示的光學(xué)系統(tǒng)使得能夠形成具有被均化了的能量分布且矩形短邊為0.6mm的矩形束斑。圖7A和7B示出了用光學(xué)設(shè)計軟件進(jìn)行模擬的結(jié)果。圖7A示出了矩形束斑從束斑中心沿長邊方向±0.3mm范圍內(nèi)以及沿短邊方向±0.2mm范圍內(nèi)的能量分布。圖7B是矩形中心部分中沿其短邊方向的矩形束斑能量分布的剖面圖。
本實施方案所示的光學(xué)系統(tǒng)可以在例如根據(jù)實施方案模式的方法下被用來進(jìn)行半導(dǎo)體膜的激光退火。半導(dǎo)體膜的使用使得能夠制造例如有源矩陣液晶顯示器。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可以根據(jù)熟知的方法來進(jìn)行這一制造。
實施方案3此處描述與上述光學(xué)系統(tǒng)不同的光學(xué)系統(tǒng)例子。圖8A和8B示出了本實施方案要解釋的光學(xué)系統(tǒng)的例子。
在這些圖中，激光束準(zhǔn)確地通過除了光導(dǎo)1805之外與圖4A和4B所示相同的光路。此光導(dǎo)1805與光導(dǎo)1405一樣具有二個彼此面對的反射表面。光導(dǎo)1405在二個彼此面對的反射表面之間具有中空的間距，而光導(dǎo)1805具有反射表面之間填充有折射率為n的媒質(zhì)1805c的間距。這是二個例子的不同之處。在媒質(zhì)的折射率n大于形成反射表面的材料的折射率的情況下，當(dāng)光束以小于或等于入射臨界角的角度進(jìn)入光導(dǎo)1805時，光束被完全反射。換言之，與光束不經(jīng)受內(nèi)部全反射的情況相比，此時光導(dǎo)對光束的透射率變得更大。因此，來自光源1801的光束能夠以更高的效率被會聚在輻照表面1806上。順便說一下，不一定要安置柱面透鏡1804。
圖8A和8B所示的光學(xué)系統(tǒng)使得能夠形成具有被均化了的能量分布且矩形短邊為0.4mm的矩形束斑。此處，媒質(zhì)的折射率和形成反射表面的材料的折射率分別為1.521和1.464。圖9A和9B示出了用光學(xué)設(shè)計軟件進(jìn)行模擬的結(jié)果。圖9A示出了矩形束斑從束斑中心沿長邊方向±0.3mm范圍內(nèi)以及沿短邊方向±0.2mm范圍內(nèi)的能量分布。圖9B是矩形中心部分中沿其短邊方向的矩形束斑能量分布的剖面圖。
本實施方案所示的光學(xué)系統(tǒng)可以在例如根據(jù)實施方案模式的方法下被用來進(jìn)行半導(dǎo)體膜的激光退火。半導(dǎo)體膜的使用使得能夠制造例如有源矩陣液晶顯示器或電致發(fā)光顯示器。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員可以根據(jù)熟知的方法來進(jìn)行這一制造。
此處公開的激光輻照裝置的特征是如上所述具有包括光導(dǎo)或光管的均化器。光導(dǎo)或光管具有二個彼此面對的反射表面，并能夠沿輻照表面上矩形束斑的短邊方向均化能量分布。
權(quán)利要求
1.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的光束均化器，它包含用來沿輻照表面上線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光導(dǎo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光束均化器，其中所述光導(dǎo)包含二個彼此面對的反射表面。
3.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的光束均化器，它包含用來沿輻照表面上線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光束均化器，其中所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
5.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的光束均化器，它包含用來沿輻照表面上的線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光導(dǎo)；以及用來沿輻照表面上的線狀形狀寬度方向會聚從所述光導(dǎo)輸出的光的至少一個柱面透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光束均化器，其中所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
7.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的光束均化器，它包含用來沿輻照表面上的線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光管；以及用來沿輻照表面上的線狀形狀寬度方向會聚從所述光管輸出的光的至少一個柱面透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光束均化器，其中所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
9.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的光束均化器，它包含用來沿輻照表面上線性形狀長度方向均化激光能量分布的裝置；以及用來沿輻照表面上寬度方向均化能量分布的光導(dǎo)，其中所述裝置至少具有一柱面透鏡陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的光束均化器，其中所述光導(dǎo)包含二個彼此面對的反射表面。
11.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的光束均化器，它包含用來沿輻照表面上線狀形狀長度方向均化激光能量分布的裝置；以及用來沿輻照表面上線狀形狀寬度方向均化能量分布的光管，其中所述裝置至少具有一柱面透鏡陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的光束均化器，其中所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
13.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的激光輻照裝置，它包含激光振蕩器；以及光束均化器，其中所述光束均化器具有用來沿線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光導(dǎo)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
16.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的激光輻照裝置，它包含激光振蕩器；光束均化器，其中所述光束均化器具有用來沿線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光導(dǎo)，且所述光導(dǎo)包含二個彼此面對的反射表面。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
19.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的激光輻照裝置，它包含激光振蕩器；以及光束均化器，其中所述光束均化器具有用來沿線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光管。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
22.一種用來使輻照表面上的激光束斑成形為線狀形狀的激光輻照裝置，它包含激光振蕩器；以及光束均化器，其中所述光束均化器具有用來沿線狀形狀寬度方向均化激光能量分布的光管，且所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的激光輻照裝置，其中所述激光振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
25.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟在襯底上形成非單晶半導(dǎo)體膜；用激光束振蕩器產(chǎn)生激光束；至少用一柱面透鏡陣列和一光導(dǎo)來成形激光束，以便在輻照表面上形成其能量分布被均化了的激光線性束斑；將其上形成有非單晶半導(dǎo)體膜的襯底安置在平臺上，使非單晶半導(dǎo)體膜的表面與輻照表面重合；以及借助于在使所述平臺相對于激光束掃描時用線性激光束輻照半導(dǎo)體膜的表面，對非單晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行激光退火，其中所述柱面透鏡陣列沿束斑長度方向作用于線性束斑，且所述光導(dǎo)沿束斑寬度方向作用于線狀束斑。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
28.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟在襯底上形成非單晶半導(dǎo)體膜；用激光束振蕩器產(chǎn)生激光束；至少用一柱面透鏡陣列和一光導(dǎo)來成形激光束，以便在輻照表面上形成其能量分布被均化了的激光線性束斑；將其上形成有非單晶半導(dǎo)體膜的襯底安置在平臺上，使非單晶半導(dǎo)體膜的表面與輻照表面重合；以及借助于在使所述平臺相對于激光束掃描時用線性激光束輻照半導(dǎo)體膜的表面，對非單晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行激光退火，其中所述柱面透鏡陣列沿束斑長度方向作用于線性束斑，所述光導(dǎo)沿束斑寬度方向作用于線性束斑，且所述光導(dǎo)包含二個彼此面對的反射表面。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
30.根據(jù)權(quán)利要求28的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
31.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟在襯底上形成非單晶半導(dǎo)體膜；用激光束振蕩器產(chǎn)生激光束；至少用一柱面透鏡陣列和一光管來成形激光束，以便在輻照表面上形成其能量分布被均化了的激光線性束斑；將其上形成有非單晶半導(dǎo)體膜的襯底安置在平臺上，使非單晶半導(dǎo)體膜的表面與輻照表面重合；以及借助于在使所述平臺相對于激光束掃描時用線性激光束輻照半導(dǎo)體膜的表面，對非單晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行激光退火，其中所述柱面透鏡陣列沿束斑長度方向作用于線性束斑，且所述光管沿束斑寬度方向作用于線性束斑。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
34.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟在襯底上形成非單晶半導(dǎo)體膜；用激光束振蕩器產(chǎn)生激光束；至少用一柱面透鏡陣列和一光管來成形激光束，以便在輻照表面上形成其能量分布被均化了的激光線性束斑；將其上形成有非單晶半導(dǎo)體膜的襯底安置在平臺上，使非單晶半導(dǎo)體膜的表面與輻照表面重合；以及借助于在使所述平臺相對于激光束掃描時用線性激光束輻照半導(dǎo)體膜的表面，對非單晶半導(dǎo)體膜進(jìn)行激光退火，其中所述柱面透鏡陣列沿束斑長度方向作用于線性束斑，所述光管沿束斑寬度方向作用于線性束斑，且所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是準(zhǔn)分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
36.根據(jù)權(quán)利要求34的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述激光束振蕩器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
37.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟提供激光；使所述激光通過光導(dǎo)；以及用通過所述光導(dǎo)后的所述激光輻照半導(dǎo)體膜，以便晶化所述半導(dǎo)體膜，其中所述半導(dǎo)體膜表面處的激光能量分布被所述光導(dǎo)均化。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述光導(dǎo)包含二個彼此面對的反射表面。
39.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟提供激光；使所述激光通過光管；以及用通過所述光管后的所述激光輻照半導(dǎo)體膜，以便晶化所述半導(dǎo)體膜，其中所述半導(dǎo)體膜表面處的激光能量分布被所述光管均化。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
41.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟提供激光，此激光具有垂直于所述激光的傳播方向的剖面，其中所述剖面具有長度和寬度；僅僅增大激光剖面的長度；使所述激光通過光導(dǎo)；以及用通過所述光導(dǎo)后的所述激光輻照半導(dǎo)體膜，以便晶化所述半導(dǎo)體膜，其中沿所述剖面寬度方向的激光能量分布被所述光導(dǎo)均化。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中利用具有多個柱面透鏡的柱面透鏡陣列來增大激光剖面的長度。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述光導(dǎo)包含二個彼此面對的反射表面。
44.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，它包含下列步驟提供激光，此激光具有垂直于所述激光的傳播方向的剖面，其中所述剖面具有長度和寬度；僅僅增大激光剖面的長度；使所述激光通過光管；以及用通過所述光管后的所述激光輻照半導(dǎo)體膜，以便晶化所述半導(dǎo)體膜，其中沿所述剖面寬度方向的激光能量分布被所述光管均化。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中利用具有多個柱面透鏡的柱面透鏡陣列來增大激光剖面的長度。
46.根據(jù)權(quán)利要求44的制造半導(dǎo)體器件的方法，其中所述光管包含二個彼此面對的反射表面。
全文摘要
輻照表面上束斑處的不均勻能量分布是由形成光學(xué)系統(tǒng)的柱面透鏡陣列的結(jié)構(gòu)問題以及加工精度引起的。根據(jù)本發(fā)明，在形成矩形束斑的光學(xué)系統(tǒng)中，用光導(dǎo)來代替用來均化輻照表面上矩形激光束斑短邊方向的能量分布的光學(xué)系統(tǒng)。此光導(dǎo)是一種能夠?qū)l(fā)射的光束限制在一定區(qū)域內(nèi)并平行于其光路軸引導(dǎo)和傳輸其能量流的通路。
文檔編號B23K26/073GK1492255SQ0315865
公開日2004年4月28日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月19日
發(fā)明者田中幸一郎 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所