專利名稱：激光輻射裝置、激光輻射方法及制造半導體器件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可用于使半導體薄膜結晶的激光輻射裝置。另外，本發(fā)明還涉及一種激光輻射方法和采用激光輻射裝置制造半導體器件的方法。
(2)背景技術用多晶半導體薄膜形成的薄膜晶體管(多晶硅TFT)的遷移率比用非晶半導體薄膜形成的TFT高兩倍或更多倍。因此，多晶硅TFT具有可在同一基片上集成形成半導體顯示器件的象素部分和外圍驅動電路的優(yōu)點。
可通過使用激光熱處理方法在便宜的玻璃基片上形成多晶半導體薄膜。根據振蕩方法可以將激光大致地分成脈沖激光和連續(xù)波激光兩類。由受激準分子激光分類的脈沖激光的每單位時間的輸出功率大約是連續(xù)波激光的3-6倍。因此，可通過光學系統將脈沖激光束的射束點成形橢圓形、單邊有幾厘米長的長方形、或100nm長或更長的線對半導體薄膜有效地進行激光輻射。也就是說，脈沖激光具有大批量生產的優(yōu)點。
特別是，雖然脈沖激光束的脈沖之間激光束的功率有百分之幾的起伏，但有可能通過使用成形正方形的射束點覆蓋半導體顯示器件的整個象素部分來防止半導體薄膜的結晶度由于功率的起伏而發(fā)生變化。另外，采用這樣成形的束斑，可防止在象素部分中形成由束斑的邊緣部分形成的具有較低結晶度的部分半導體薄膜。因此，可以通過使用足以覆蓋整個象素部分大小的束斑進行均勻結晶。當將采用均勻結晶所取得的多晶半導體薄膜用作TFT的有源層時，可以抑制諸如導通電流、遷移率之類的TFT屬性的變化。
然而，在激光束的能量分布均勻的時候，可以考慮通過使用這種正方形射束點覆蓋相對較廣的范圍來進行結晶。例如在受激準分子激光的情況下，可以認為由激光振蕩引起的激光束的實際能量分布約在峰值到谷值的1％-5％的范圍內。激光束的能量分布會引起半導體薄膜結晶度的變化。另外，在脈沖激光束的脈沖之間的能量分布幾乎是恒定的。因此，當為了進一步提高結晶度通過將脈沖激光束的多個脈沖輻射至同一區(qū)域來進行結晶時，由激光束的能量分布引起的結晶度的變化被放大了，從而干擾了結晶度的均勻性。值得注意的是，這里使用的“能量分布”指在受輻射表面上形成的束斑中的能量分布。
值得注意的是，當在激光束的光路中提供了包含配有多個透鏡的透鏡陣列等等的光束均化器時，可以在某種程度上使激光束的能量分布均勻化。然而，光束均化器在均勻化能量方面有局限性，它很難使能量分布完全均勻。從幾何光學的角度來看，在每單位面積的透鏡陣列中的透鏡增加得越多，激光束的能量分布越均勻。在此情況中，當每單位面積的透鏡數量增加時，由透鏡之間的干擾引起的激光束的能量密度的變化也被放大了，而且這樣會引起周期性的干擾條。另外，透鏡的小型化，需要更高的精確度。因為高精確度的透鏡非常昂貴，所以在光學系統中采用這種透鏡并不是最佳的。
(3)發(fā)明內容考慮到以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種激光輻射裝置、一種激光輻射方法及一種用能抑制激光的能量分布的激光輻射方法制造半導體器件的方法。
本發(fā)明考慮到盡管在脈沖激光束的一個脈沖中存在能量分布，可通過改變在要輻射至同一區(qū)域的脈沖激光束的多個脈沖之間的能量分布來抑制結晶度的變化。為了改變能量分布，本發(fā)明使用以下兩種方法中的一種(A)將光學系統用于改變要輻射至同一區(qū)域的脈沖激光束的多個脈沖中的至少一個脈沖的空間能量分布，或(B)改變要輻射至同一區(qū)域的脈沖激光束的多個脈沖中的至少一個脈沖入射至光束均化器的位置。
具體來說，根據激光輻射方法(A)使用光學系統將要輻射至同一區(qū)域的脈沖激光束的所有個脈沖中的至少一個脈沖的空間能量分布倒置或旋轉。另外，可以將具有倒置的空間能量分布的脈沖和具有旋轉的空間能量分布的脈沖結合。
另外，使用激光輻射方法(A)的激光輻射裝置包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器、具有多個光學系統的透鏡組和用于控制透鏡組位置的位置控制裝置，它可從與脈沖激光束的多個脈沖振蕩相同步的多個光學系統中選擇至少兩個加以控制。所選擇的多個光學系統可形成具有從上述多個脈沖相互倒置或旋轉的空間能量分布的多個脈沖。另外，激光輻射裝置可具有用于使相互倒置或旋轉的多個脈沖的空間能量分布均勻化和用于將它們輻射至同一區(qū)域的光束均化器。
具體來說，根據激光輻射方法(B)，當存在能量分布時，可通過改變透鏡陣列中的激光束的入射位置來改變入射至透鏡陣列的每個透鏡中的激光束的能量分布。因此，在透鏡陣列中的入射位置改變之前和之后的激光束的能量分布是不同的。
另外，使用激光輻射方法(B)的激光輻射裝置包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器、具有一透鏡陣列的光束均化器、和用于通過控制與脈沖激光束的多個脈沖的振蕩相同步的透鏡陣列的位置來控制激光束在透鏡陣列中的入射位置的位置控制裝置。另外，激光輻射裝置可具有諸如聚光透鏡之類用于將從透鏡陣列發(fā)出的激光束輻射至同一區(qū)域的光學系統。
在本發(fā)明中，通過運用方法(A)或(B)將要輻射至同一區(qū)域的激光束的總能量分布均勻化。另外，可通過結合方法(A)和(B)將總能量分布進一步均勻化。
為了使總能量分布均勻化，最有效的是改變每個脈沖的能量分布。然而，本發(fā)明不限于此結構，且可改變要輻射到同一區(qū)域的脈沖激光束的多個脈沖中至少一個脈沖的空間能量分布。
可將本發(fā)明用于制造半導體器件的方法用于制造集成電路和半導體顯示器件。特別是，可將本發(fā)明用于諸如液晶顯示器件之類的半導體顯示器件象素部分中所設置的晶體管的半導體元件、具有配置在每個象素中的發(fā)光元件特別是有機發(fā)光元件的發(fā)光器件、DMD(數字微鏡器件)、PDP(等離子體顯示面板)、FED(場致發(fā)射顯示器)。在此情況中，有可能抑制由輻射至象素部分的激光束的能量干擾引起的可見亮度變化。特別是在TFT的情況中，可抑制諸如導通電流和遷移率之類的TFT的屬性的變化。
本發(fā)明不僅可以應用于受激準分子光器，還可以應用于另一種脈沖激光器，例如玻璃激光器、YAG激光器、YVO4激光器或GdVO4激光器。另外，本發(fā)明不僅可應用于脈沖激光器，還可應用于連續(xù)波激光器。
本發(fā)明的有益效果根據本發(fā)明的上述結構，雖然在脈沖激光束的一個脈沖中存在著能量分布，使得要輻射到同一區(qū)域的激光束的總能量分布均勻化，從而可執(zhí)行均勻的熱處理。當將上述方法用于使半導體薄膜結晶時，可均勻半導體薄膜的結晶度。
另外，可通過改變激光束在透鏡陣列中的入射位置來改變入射至透鏡陣列的每個透鏡中的激光束的能量分布。因此，可以改變在受輻射表面上的能量分布。
(4)


以下參照附圖解釋本發(fā)明的實施方式和實施例。然而，因為本發(fā)明能以許多不同的方式體現，本領域的技術人員很容易理解可以用各種方式改變和修改本發(fā)明的方式和細節(jié)，除非該改變和修改偏離了本發(fā)明以下定義的范圍和內容。因此，本發(fā)明不局限于實施方式的說明。
在附圖中圖1A和1B為示出本發(fā)明的激光輻射裝置的一種結構的附圖；圖2A-2C是示出在透鏡組中使用的光學系統的附圖；圖3A和3B是示出在焦點數和圖象倒置之間關系的附圖；圖4A-4D是用圖表示出從透鏡組發(fā)出的激光束的能量分布的附圖；圖5為示出本發(fā)明的激光輻射裝置的一種結構的附圖；圖6A和6B為示出透鏡陣列位置和在透鏡陣列中的激光束的入射位置之間的關系和示出與入射位置有關的能量分布的附圖；圖7A和7B為示出從激光入射處的方向觀察到的透鏡陣列位置和透鏡陣列中的激光束的入射位置之間的關系的附圖；圖8A-8D為示出本發(fā)明的半導體器件的制造方法的附圖；圖9A-9D為示出在處理對象的過程中脈沖激光束輻射到每個區(qū)域的輻射次序的附圖；圖10A-10D為示出在處理對象的過程中脈沖激光束對每個區(qū)域的輻射次序的附圖；和圖11為示出本發(fā)明的激光輻射裝置的一種結構的附圖。
(5)具體實施方式
實施方式1參照圖1A和1B解釋本發(fā)明的激光輻射裝置的一種結構。如圖1A所示的激光輻射裝置包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器101、包含了用于將從激光振蕩器101發(fā)出的脈沖激光束的脈沖中選擇的脈沖的能量分布倒置或旋轉的光學系統的透鏡組102、用于改變從透鏡組102發(fā)出的激光束的光路的方向的光學系統103、用于安裝處理對象的平臺104(以下指其上形成有半導體薄膜的基片)。
值得注意的是，雖然圖1A示出作為用于改變激光束的光路方向的光學系統103的鏡，但也可用另一個光學系統代替該鏡。
另外，雖然圖1A中未示出，本發(fā)明的激光輻射裝置具有控制平臺104的位置的部件。值得注意的是，圖1A所示的激光裝置使用處理對象移動的方法，其中基片105移動時激光束的輻射位置是固定的。然而，本發(fā)明不限于此方法?？梢赃\用激光束的輻射位置移動時基片105(處理對象)是固定的輻射系統移動方法。另外，還可以將這兩種方法結合。
透鏡組102包括多個用于倒置或旋轉激光束的能量分布的光學系統。圖1B是透鏡組102的放大視圖。透鏡組102中的多個光學系統查改變脈沖激光束的脈沖之間的空間能量分布。具體來說，圖1B中提供了4個光學系統110-113。
光學系統110發(fā)射激光束而不改變入射激光束的能量分布。光學系統111在將激光束的能量分布沿虛線121倒置之后再發(fā)射激光束。象光學系統111一樣，光學系統112在將放射激光束的能量分布沿虛線122倒置之后再發(fā)射激光束。值得注意的是，在光學系統111和112中的這些虛線(倒置軸)相互交叉。光學系統113在將入射激光束的能量分布旋轉180°之后再發(fā)射激光束。
在圖1A和1B中，透鏡組102中的激光束的入射位置是通過旋轉透鏡組102來控制的，并選擇光學系統110-113中的任何一個。雖然圖1A中未示出，本發(fā)明的激光輻射裝置具有控制透鏡組102中的激光束入射位置的位置控制裝置。由透鏡組102中所選擇的光學系統來控制在受輻射表面上的激光束的能量分布。
雖然在圖1A示出的結構中，透鏡組102中的激光束的入射位置是通過旋轉透鏡102來控制的，但是在所選擇的光學系統110-113與脈沖激光束的頻率同步時，本發(fā)明不限于此結構。
另外，雖然圖1B中使用了4個光學系統110-113，但是控制能量分布的光學系統的數量不限于4?？墒褂弥辽賰蓚€能相互不同的相應能量分布的光學系統。當然，也可以使用3個或5個或更多的光學系統。
下面將詳細解釋能倒置或旋轉能量分布的3個光學系統111-113。圖2A示出光學系統111的一個例子。如圖2A所示的光學系統111具有兩個柱面透鏡201和202。柱面透鏡201的母線的方向與由實線箭頭所指的柱面透鏡202的方向相同。將柱面透鏡201和202排列成使得由虛線畫出的入射激光束聚焦在兩個柱面透鏡之間。采用以上結構，激光所發(fā)出的激光束的能量分布沿母線倒置。此說明書中描述的母線指位于離圓柱的平面部分最遠的柱面透鏡的彎曲部分的母線。
圖2B示出光學系統112的例子。象圖2A一樣，如圖2B所示的光學系統112具有兩個柱面透鏡203和204。柱面透鏡203的母線的方向與由實線箭頭所指的柱面透鏡204的方向相同。柱面透鏡203和204排列成使得由虛線畫出的入射激光束聚焦在兩個柱面透鏡之間。采用以上結構，所發(fā)出的激光束的能量分布沿母線倒置。值得注意的是，如圖2B所示的光學系統112的母線的方向與圖2A所示的光學系統111的不同。具體來說，為了大輻度地改變能量分布，最好是這兩個方向成90°角。
圖2C示出光學系統113的例子。圖2C示出的光學系統112具有兩個平凸球面透鏡205和206。平凸球面透鏡205和206排列成使得由虛線表示的入射激光束聚焦在兩個平凸球面透鏡205和206之間。采用以上結構，所發(fā)出的激光束的能量分布繞焦點旋轉180°。
圖4A-4D圖示出在使用圖1B所示的透鏡組時從各個光學系統110-113中發(fā)出的激光束的能量分布。假設由光學系統110發(fā)出的激光束具有圖4A所示的能量分布。在這種情況下，由光學系統111發(fā)出的激光束的能量分布可沿圖4B所示的虛線倒置，以使其與如圖4A所示的能量分布相對虛線對稱。另外，由光學系統112發(fā)出的激光束的能量分布沿圖4C所示的虛線倒置，以使其與如圖4A所示的能量分布相對虛線對稱。值得注意的是，圖4B和4C中的這兩條虛線相互交叉。另外，如圖4D所示由光學系統113發(fā)出的激光束的能量分布旋轉180°。
均勻的熱處理可以通過將圖4A-4D中示出的具有空間能量分布的脈沖激光束的4個脈沖輻射至同一區(qū)域使空間能量分布均勻化的方式完成。值得注意的是，所有具有分別通過透鏡組取得的不同空間能量分布的脈沖并不總是輻射到同一區(qū)域。例如圖4A-4C中示出的4個脈沖中的3個可能輻射到某一區(qū)域，而圖4B-4D中示出的4個脈沖中的3個可能輻射到另一區(qū)域。
值得注意的是，圖2A-2C所示的光學系統僅僅是用于倒置或旋轉能量分布的光學系統的范例。本發(fā)明不局限于圖A-2C所示的這些范例。
另外，雖然圖2A-2C所示的光學系統分別使用兩個透鏡，透鏡數并不限于此。可以通過形成奇數個焦點確定透鏡數，以使得能量分布倒置。圖3A為兩個凸透鏡301和302的剖面視圖并示出由凸透鏡301和302所形成的圖象。當如圖3A所示，在凸透鏡301和302之間形成焦點時，形成一個倒置的圖象。
圖3B為六個凸透鏡303-308的剖視圖并示出由凸透鏡303-308形成的圖象。當如圖3B所示，分別在凸透鏡303和304之間，凸透鏡305和306之間，凸透鏡307和308之間形成焦點時，因為焦點數為奇數3，所以形成一個倒置的圖象。
值得注意的是，用于倒置或旋轉能量分布的光學系統并不限于只使用了由柱面透鏡或平凸型透鏡分類的凸透鏡的所示范例。另外，也可結合使用棱鏡或菲涅耳透鏡。
接著參照圖5對不同于圖1A所示的本發(fā)明的激光輻射裝置進行解釋。圖5所示的激光輻射裝置具有振蕩脈沖激光束的激光振蕩器401、光束均化器(從激光振蕩器401振蕩的脈沖激光束被入射至該光束均化器中)、用于改變從光束均化器發(fā)出的激光束光路的方向的光學系統403、及用于安裝處理對象405的平臺404(這里指在其上形成有半導體薄膜的基片)。
值得注意的是，雖然鏡被用作改變圖5中的激光束的光路的方向的光學系統403，還可以使用另一光學系統來代替該鏡。
另外，雖然沒有在圖5中示出，但本發(fā)明的激光輻射裝置具有控制平臺404的位置的裝置。值得注意的是，圖5中所示的激光輻射裝置使用一種處理對象移動方法，即，在基片405移動時，激光束的輻射位置是固定的。然而，本發(fā)明并不局限于此方法。還可以使用一種輻射系統移動方法，即當激光束的輻射位置移動時，基片405(處理對象)是固定的。另外，可以將這兩種方法結合起來。
光束均化器402具有用于使從透鏡陣列406的各凸透鏡射出的激光束成形的多個凸透鏡和聚光透鏡407。值得注意的是，在圖5中聚光透鏡407的數量是一個，但它可以不止一個。并且，雖然圖5中未示出，本發(fā)明的激光輻射裝置具有用于控制透鏡陣列406位置的位置控制裝置。可以通過控制透鏡陣列406的位置來控制透鏡陣列406中的激光束的入射位置。
值得注意的是，在圖5示出的結構中，透鏡陣列406的激光束的入射位置是通過將透鏡陣列406在平行于激光束入射的方向相垂直的平面的方向上左右上下移動，來控制透鏡陣列406中的激光束的入射位置。然而，本發(fā)明并不限于該結構。例如透鏡陣列406可以在平行于激光束入射方向的方向上前后移動。
圖6A和6B示出透鏡陣列406的位置和透鏡陣列406中激光束的入射位置之間的關系。圖6A和6B還示出在與各自的入射位置相對應區(qū)域410上的激光束的能量分布。
如圖6A和6B所示，在透鏡陣列406的多個透鏡將入射到透鏡陣列406中的激光束分開之后，激光束在區(qū)域410被聚光透鏡407聚光。當將注意放在透鏡陣列406的任一透鏡408時，可以發(fā)現通過將透鏡陣列406從圖6A所示的位置移動圖6B所示的位置，入射至透鏡408中的激光束改變了。因此，當入射至透鏡陣列406的激光束中能量分布時，通過將透鏡陣列406從圖6A所示的位置移動圖6B所示的位置，在區(qū)域410聚光的激光束的能量分布改變了。
為了更易于理解入射至透鏡408的激光束的變化，圖7A和7B示出了在激光束入射的方向上觀察到的透鏡陣列406的位置和透鏡陣列406中的激光束的入射位置409之間的關系。圖7A和7B中的透鏡陣列406中的激光束的入射位置409是不同的。假設如圖7A和7B所示在透鏡陣列406中的激光束的入射位置409上的激光束中存在能量分布。當將注意放在透鏡408時，會理解在圖7A和7B中入射至透鏡408的激光束的能量分布是不同的。因此，在圖7A和7B中，從光束均化器發(fā)出的激光束的能量分布是不同的。
因此，可以用分別輻射具有不同空間能量分布的脈沖以覆蓋同一區(qū)域來使能量分布均勻化的方式進行均勻的激光退火。
除了圖1A中所示的結構之外，本發(fā)明的激光輻射裝置還可具有光束均化器。且該光束還可具有圖5所示的結構。圖11示出本發(fā)明的激光輻射裝置的結構，其中結合了圖1A所示的結構和圖5所示的結構。
圖11所示的激光輻射裝置包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器601、包括用于倒置或旋轉來自激光振蕩器601的振蕩的脈沖激光束的脈沖中選擇的空間能量分布的光學系統的透鏡組602、光束均化器(從透鏡組602發(fā)出的激光束入射至其中)、用于改變從光束均化器603(在此實施方式中用作光學系統604的鏡)發(fā)出的激光束光路的方向的光學系統604、用于安裝處理對象606的平臺605(這里指其上形成有半導體薄膜的基片)。
另外，雖然圖11中未示出，本發(fā)明的激光輻射裝置具有用于控制平臺605的位置的裝置。值得注意的是，圖11中所示的激光裝置使用一種處理對象移動方法，其中在基片606移動時，激光束的輻射位置是固定的。然而，本發(fā)明并不局限于此方法。還可以使用一種輻射系統移動方法，其中當激光束的輻射位置移動時，基片606(處理對象)是固定的。另外，可以將這兩種方法結合起來。
同圖1A中一樣，透鏡組602具有多個用于倒置或旋轉激光束的能量分布的光學系統?？尚D透鏡組602以控制激光束的入射位置，所以光學系統中的任何一個都是從透鏡組602中的多個光學系統中選擇的。雖然圖11中未示出，本發(fā)明的激光輻射裝置具有用于控制透鏡組602中的激光束的入射位置的位置控制裝置。從透鏡組602中選擇的光學系統可控制在受輻射表面上的激光束的能量分布。
值得注意的是，在圖11中雖然透鏡組602中的激光束的入射位置是通過旋轉透鏡組602控制的，但本發(fā)明并不限于此結構。當選擇多個光學系統與脈沖激光束的頻率同步時，本發(fā)明可具有任何結構。
光束均化器603具有用于將從透鏡陣列607的各凸透鏡發(fā)出的激光輻射至同一區(qū)域的多個凸透鏡和聚光透鏡608的透鏡陣列607，雖然圖11中的聚光透鏡608的個數為1，但也可以不止一個。雖然圖11中未示出，本發(fā)明的激光輻射裝置具有用于控制透鏡陣列607的位置控制裝置?？赏ㄟ^透鏡陣列607的位置來控制透鏡陣列607中的激光束的入射位置。
在圖11中，透鏡陣列607中的激光束的入射位置可在與平行于激光入射方向相垂直的平面的方向上左右上下移動透鏡陣列607來控制的。然而，本發(fā)明不限于此結構。例如可以在平行于激光入射的方向上前后移動透鏡陣列607。
如圖11所示，可以通過進一步結合圖1A和5所示的結構，使輻射到同一區(qū)域的激光束的總能量分布均勻化。
實施例1本實施例對使用本發(fā)明的激光輻射裝置制造半導體薄膜的方法進行詳細的解釋。
首先，基礎薄膜501是在圖8A所示的基片500上形成的。例如，可將由硼硅酸鋇玻璃或硼硅酸鋁玻璃制成的玻璃基片、石英基片、SUS基片等等用作基片500。另外，雖然由諸如塑料之類的柔性合成樹脂制成的基片在耐熱性方面通常比以上基片差，但當它能耐受制造過程中的溫度時，也可使用該基片。
提供基礎薄膜501是為了防止在基片500中所包括的鈉之類的堿土金屬和堿金屬擴散至半導體薄膜中而對半導體元件的特性上產生負面影響。因此，基礎薄膜501是由諸如氧化硅薄膜、氮化硅或氮氧化硅之類能抑制堿土金屬和堿金屬擴散至半導體薄膜中去的絕緣薄膜形成的。在此實施例中，可采用等離子體CVD方法形成10nm-400nm(最好是50nm-300nm)厚度的氮氧化硅薄膜。
另外，基礎薄膜501可采用單層結構或層迭了多層絕緣薄膜的多層結構來形成。另外，在使用含有堿土金屬和堿金屬的基片(例如玻璃基片、SUS基片或塑料基片之類)的情況下，為防止雜質擴散，提供基礎薄膜是有效的。當雜質擴散不引起嚴重問題時，例如當使用石英基片時，并不總需要提供基礎薄膜。
接著，在基礎薄膜501上形成厚度為25nm-100nm(最好是30nm-60nm)的半導體薄膜502。該半導體薄膜502可以是非晶半導體或多晶半導體。另外，不僅硅可用作半導體，而且鍺化硅也可用作半導體。當使用鍺化硅時，鍺的濃度最好是在約0.01原子％-4.5原子％的范圍內。
接著，使用如圖8B所示的本發(fā)明的激光輻射裝置使半導體薄膜502結晶。在本發(fā)明中，可使用眾所周知的脈沖氣體激光器或固態(tài)激光器。例如有YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、GdVO4激光器、玻璃激光器、紅寶石激光器、綠寶石激光器、Ti藍寶石激光器等等，其中每一個都摻入了Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、或Tm。這些激光器的基波取決于摻入的材料，且獲得具有約1μm基波的激光束?？赏ㄟ^使用非線性光學元件來獲得與該基波相應的二次諧波、三次諧波和四次諧波。
在本實施例中，可使用受激準分子激光器(由Sopra公司制造)，它可采用具有308nm波長的脈沖激光束的一個脈沖來輻射幾至幾十cm2(在此實施例中為3×5cm2)大小的區(qū)域。在將射束點的能量密度設置在400mJ/cm2-900mJ/cm2(在此實施例中為600mJ/cm2)的范圍內，將脈沖寬度設置成170ns，和將脈沖重復率設置在1Hz-30Hz(在此實施例中為20Hz)的范圍內的情況下，每幾次照射(在此實施例中為4次)將激光束輻射至任意區(qū)域。
另外，在本發(fā)明中，使在多個輻射至任意區(qū)域的脈沖激光束的脈沖中至少一個脈沖的能量分布不同于其它脈沖。采用上述結構，可使總的能量分布均勻化，藉此使半導體薄膜的結晶度進一步均勻化。
因此，對半導體薄膜502的激光輻射形成了結晶度進一步提高的半導體薄膜503。
然后，半導體薄膜503被圖形化并形成如圖8C所示的島形半導體薄膜504-506。當使用如圖8D所示的島形半導體薄膜504-506來形成TFT 507-509時，可以抑制諸如導通電流和遷移率之類的TFT特性的變化。
另外，當射束點的尺寸擴大至可覆蓋半導體顯示器件的整個象素部分時，可以抑制由在脈沖激光束的脈沖之間百分之幾的功率波動引起的亮度的可見變化。
實施例2本發(fā)明對分別具有不同能量分布的脈沖激光束的多個脈沖輻射處理對象的次序進行解釋。
在本實施例中，假設脈沖激光束的第一脈沖依次輻射至圖9A的箭頭所指的處理對象中的各區(qū)域。接著，脈沖激光束的第二脈沖依次輻射至圖9B的箭頭所指的處理對象中的各區(qū)域。而脈沖激光束的第三脈沖依次輻射至圖9C的箭頭所指的處理對象中的各區(qū)域。最后，脈沖激光束的第四脈沖依次輻射至圖9D的箭頭所指的處理對象中的各區(qū)域。
且，同脈沖激光束的第一脈沖一樣，輻射脈沖激光束的第二至第四脈沖，使之在相鄰區(qū)域分別具有不同的能量分布。
在本發(fā)明示出例子中，脈沖激光束的四個脈沖輻射到各區(qū)域。然而，輻射至同一區(qū)域的脈沖數不限于四個，其數量可以是可超過一個。
實施例3本實施例對分別具有不同能量分布的脈沖激光束的多個脈沖輻射處理對象的次序進行解釋。
在本實施例中，假設脈沖激光束的第一脈沖依次輻射至圖10A的箭頭所指的處理對象中的各區(qū)域。值得注意的是，在圖10A相鄰區(qū)域中，脈沖激光束可具有相同的能量分布。
接著，脈沖激光束的第二脈沖依次輻射至圖10B的箭頭所指的處理對象中的各區(qū)域。而脈沖激光束的第三脈沖依次輻射至圖10C的箭頭所指的處理對象中的名區(qū)域。最后，脈沖激光束的第四脈沖依次輻射至圖10D的箭頭所指的處理對象中的各區(qū)域。
雖然，本發(fā)明示出例子中，脈沖激光束的四個脈沖被輻射到各區(qū)域。然而，輻射至同一區(qū)域的脈沖數不限于此，它可以是超過一個。
在本實施例中，如圖10A-10D所示，輻射到各區(qū)域的脈沖激光束分別具有不同的能量分布。在本實施例中，脈沖激光束的所有脈沖不是連續(xù)地輻射到同一區(qū)域的。在將脈沖激光束的一個脈沖輻射到一區(qū)域之后，該脈沖激光束的脈沖輻射到另一區(qū)域，而脈沖激光束的下一個脈沖可再次輻射到先前的區(qū)域。當根據本實施例所示的次序進行激光輻射時，與實施例2相比，具有可能抑制透鏡組的位置控制裝置的操作頻率和抑制透鏡陣列的位置控制裝置的操作頻率的優(yōu)點。
權利要求
1.一種激光輻射裝置，其特征在于，包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器；具有多個光學系統的透鏡組；和用于控制透鏡組的位置，以便于從與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩同步的多個光學系統中選擇至少兩個光學系統的位置控制部件，其中所述選擇的多個光學系統用從多個第一脈沖相互倒置或旋轉而成的空間能量分布形成多個第二脈沖。
2.一種激光輻射裝置，其特征在于，包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器；具有多個光學系統的透鏡組；用于控制透鏡組的位置，以便于從與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩同步的多個光學系統中選擇至少兩光學系統的位置控制部件個；和光束均化器，其中，所述選擇的多個光學系統用由多個第一脈沖相互倒置或旋轉而成的空間能量分布形成多個第二脈沖；和其中，所述具有相互倒置或旋轉的空間能量分布的第二脈沖，在空間能量分布被光束均化器均勻化之后，輻射至同一區(qū)域。
3.一種激光輻射裝置，其特征在于，包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器；具有多個光學系統的透鏡組；和用于控制透鏡組的位置，以便于從與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩同步的多個光學系統中選擇至少兩個光學系統的位置控制部件，其中，所述選擇的多個光學系統形成多個包括具有從多個第一脈沖，沿第一直線倒置的空間能量分布的脈沖和沿第二直線倒置的空間能量分布的脈沖的第二脈沖；和其中，所述第一直線和第二直線相互交叉。
4.一種激光輻射裝置，其特征在于，包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器；具有多個光學系統的透鏡組；和用于控制透鏡組的位置，以便于從與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩同步的多個光學系統中選擇至少兩個光學系統的位置控制部件，光束均化器，其中，所述選擇的多個光學系統形成多個包括具有從多個第一脈沖，沿第一直線倒置的空間能量分布的脈沖和沿第二直線倒置的空間能量分布的脈沖的第二脈沖；其中，所述具有相互倒置或旋轉的空間能量分布的第二脈沖，在空間能量分布被光束均化器均勻化之后，輻射至同一區(qū)域；和其中，所述第一直線和第二直線相互交叉。
5.一種激光輻射裝置，其特征在于，包括振蕩脈沖激光束的激光振蕩器；具有多個光學系統的透鏡組；和位置控制裝置，用于通過控制透鏡陣列的位置與脈沖激光束的多個脈沖的振蕩同步來控制透鏡陣列中脈沖激光束的入射位置，其中，所述從透鏡陣列發(fā)出的激光束可通過光學系統輻射至同一區(qū)域。
6.如權利要求1所述的激光輻射裝置，其特征在于，所述激光振蕩器使用從由受激準分子激光器、玻璃激光器、YAG激光器、YVO4激光器、及GdVO4激光器組成的組中選擇的一種激光器。
7.一種激光輻射方法，其特征在于，包括將具有不同空間能量分布的多個脈沖的脈沖激光束輻射到同一區(qū)域。
8.一種激光輻射方法，其特征在于，包括以下步驟從在一個與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩同步的透鏡組中的多個光學系統中選擇至少兩個；并通過選擇的多個光學系統，用從多個第一脈沖相互倒置或旋轉而成的空間能量分布形成多個第二脈沖。
9.一種激光輻射方法，其特征在于，包括以下步驟在一個與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩相同步的透鏡組中的多個光學系統；通過選擇的多個光學系統，從多個第一脈沖形成多個空間能量分布相互倒置或旋轉的第二脈沖；和將多個具有相互倒置或旋轉的空間能量分布的第二脈沖輻射至同一區(qū)域。
10.一種激光輻射方法，其特征在于，包括以下步驟在一個與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩相同步的透鏡組中選擇多個光學系統；和通過選擇的多個光學系統，形成多個包括具有從多個第一脈沖，沿第一直線倒置的空間能量分布的脈沖和沿第二直線倒置的空間能量分布的脈沖的第二脈沖，其中，所述第一直線和第二直線相互交叉。
11.一種激光輻射方法，其特征在于，包括以下步驟在一個與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩相同步的透鏡組中選擇多個光學系統；和通過所選擇的多個光學系統，形成多個包括具有從多個第一脈沖，沿第一直線倒置的空間能量分布的脈沖和沿第二直線倒置的空間能量分布的脈沖的第二脈沖；和將由所選擇的多個光學系統形成的多個第二脈沖輻射到同一區(qū)域，其中，所述第一直線和第二直線相互交叉。
12.一種激光輻射方法，其特征在于，包括通過控制與脈沖激光束的多個脈沖的振蕩相同步的透鏡陣列的位置來控制透鏡陣列中脈沖激光束的入射位置；和通過光學系統，將從透鏡陣列發(fā)出的激光束輻射到同一區(qū)域。
13.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟在一個與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩相同步的透鏡組中選擇多個光學系統；形成多個具有通過所選擇的多個光學系統從多個第一脈沖倒置或旋轉的空間能量分布的多個第二脈沖；和將具有相互倒置或旋轉的能量分布的多個第二脈沖輻射到半導體薄膜的同一區(qū)域。
14.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟在一個與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩相同步的透鏡組中選擇多個光學系統；通過所選擇的多個光學系統，形成多個包括具有從多個第一脈沖，沿第一直線倒置的空間能量分布的脈沖和沿第二直線倒置的空間能量分布的脈沖的第二脈沖；和將由所選擇的多個光學系統形成的多個第二脈沖輻射到半導體薄膜的同一區(qū)域，其中，所述第一直線和第二直線相互交叉。
15.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟通過控制與脈沖激光束的多個脈沖的振蕩同步的透鏡陣列位置來控制透鏡陣列中脈沖激光束的入射位置；和將從透鏡陣列發(fā)出的脈沖激光束輻射到半導體薄膜的同一區(qū)域。
16.如權利要求2所述的激光輻射裝置，其特征在于，所述激光振蕩器使用從由受激準分子激光器、玻璃激光器、YAG激光器、YVO4激光器、及GdVO4激光器組成的組中選擇的一個激光器。
17.如權利要求3所述的激光輻射裝置，其特征在于，所述激光振蕩器使用從由受激準分子激光器、玻璃激光器、YAG激光器、YVO4激光器、及GdVO4激光器組成的組中選擇的一種激光器。
18.如權利要求4所述的激光輻射裝置，其特征在于，所述激光振蕩器使用從由受激準分子激光器、玻璃激光器、YAG激光器、YVO4激光器、及GdVO4激光器組成的組中選擇的一種激光器。
19.如權利要求5所述的激光輻射裝置，其特征在于，所述激光振蕩器使用從由受激準分子激光器、玻璃激光器、YAG激光器、YVO4激光器、及GdVO4激光器組成的組中選擇的一種激光器。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種激光輻射裝置、一種激光輻射方法和用能抑制激光束的能量分布的激光輻射方法制造半導體器件的方法。本發(fā)明提供包含振蕩激光束的激光振蕩器的激光輻射裝置、具有多個光學系統的透鏡組、用于控制透鏡組的位置，以便于從與脈沖激光束的多個第一脈沖的振蕩相同步的多個光學系統中選擇至少兩個光學系統的位置控制裝置，其中所選擇的多個光學系統形成了具有相互倒置或旋轉的空間能量分布的多個脈沖。
文檔編號B23K26/06GK1612287SQ20041007913
公開日2005年5月4日 申請日期2004年9月8日 優(yōu)先權日2003年9月9日
發(fā)明者田中幸一郎, 森若智昭, 山本良明 申請人:株式會社半導體能源研究所