CN100483180C - 激光辐射方法及激光辐射装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种激光辐射技术，其利用柱面透镜阵列、以强度分布均匀的激光束来照射辐射表面而不受原束强度分布影响。激光振荡器发射的激光束被两种柱面透镜阵列分割成多个光束，它们是能量强度分布彼此相反的两种线性激光束，且此两种线性激光束沿短轴方向被叠加。这就能够在辐射表面上形成强度分布均匀的线性激光束。

Description

激光辐射方法及激光辐射装置

技术领域

本发明涉及到激光辐射方法及激光辐射装置，此激光辐射方法及激光辐射装置适合于例如结晶化非晶半导体膜，并能够将强度分布均匀的线性激光束投射到辐射表面。更具体地说，本发明涉及到采用柱面透镜的激光辐射方法及装置，此激光辐射方法及装置能够形成强度分布均匀的激光束，并将此强度分布均匀的线性激光束投射到辐射表面上而不引起反映原激光束强度分布的线性激光束强度分布的偏离(bias)。

背景技术

通常，借助于热处理或激光退火方法使非晶半导体硅膜结晶化，来制造半导体器件。由于热处理是在高温下进行，故玻璃衬底出现例如热造成的软化问题。激光退火优越于热处理之处在于能够避免这种问题。例如，当以利用光学系统将脉冲准分子激光束成形为线性激光束斑之后，将此线性激光束斑扫描在非晶硅膜上的方式执行激光辐射时，就能够得到多晶硅膜。

尽管有上述优点，但由于线性激光束的强度分布在激光束被扫描时发生起伏，故激光退火存在着膜上辐射不均匀的问题。这一辐射不均匀性使衬底中的半导体特性改变。因此，当利用存在着辐射不均匀性的膜来制造集成有驱动器和象素的显示器件(平板上系统)，此辐射不均匀性就直接表现在显示器件的屏幕上。特别是当制造典型为EL显示器的具有高精度和高性能的显示器件时，此辐射不均匀性就引起问题。

在用激光辐射装置来形成线性激光束的情况下，从激光振荡器发射的激光束(以下称为原束)通常被柱面透镜阵列分割。然后，分割后的激光束被柱面透镜叠加，因此就在辐射表面上形成线性激光束。当这种线性激光束被用来加工半导体膜时，要求线性激光束具有高的均匀性，其中的能量密度起伏要求在百分之几以内。

但当不满足这一要求时，例如当线性激光束沿长轴方向(即纵向)的能量分布不均匀时，就难以在最佳能量范围内在沿长轴方向的整个区域执行激光处理。结果就不可能均匀地处理衬底的整个表面，于是出现辐射不均匀性。亦即，在线性激光束的能量分布沿长轴方向依赖于原束的强度分布而起伏的情况下，就出现反映单位时间的原束强度分布改变的辐射不均匀性。

通常，为了提高线性激光束的均匀性而增大构成柱面透镜阵列的柱面透镜的数目，以使原束被分割成更多的光束。但随着分割的光束的数目的增大，分割光束之间的干涉变得明显，这可能导致在辐射表面上出现干涉条纹。而且，当利用其宽度与长度之间的宽高比都大的柱面透镜来制造柱面透镜阵列时，难以达到足够的强度和透镜精度；因而难以获得所希望的光束。因此，实际上难以将分割光束的数目增大到激光辐射中的预定数目以上。

当原束的强度分布在一个方向上有偏离时，各个分割光束的强度分布也有偏离。因此通过组合在辐射表面上的分割光束而形成的线性激光束也反映了原束分布的偏离。虽然分割光束的数目增大了，但线性激光束的强度分布以同样的方式在长轴方向上有偏离；因而不可能进行均匀的加工。如上所述，在利用常规柱面透镜阵列来使激光束均匀的情况下，当原束不具有对称的强度分布时，不可能在辐射表面上形成均匀的激光束。

而且，在气体激光器的情况下，必须对密闭有介质气体的且其中激发激光束的管进行冷却。由于激光器的振荡特性受例如冷却水流量的起伏的影响，故原束的强度分布可能起伏。而且，已知原束的强度分布可能由于共振腔中元件的热变形而起伏。此外，原束的强度分布可能由于其它各种因素而起伏。包括常规柱面透镜的光学系统对于原束的起伏是敏感的。

为了均匀而稳定地对目标进行加工，要求光学系统能够持续地形成均匀的线性激光束而不依赖于原束的强度分布。而且，要求光学系统对原束强度分布的起伏较不敏感。因此，需要这样的激光辐射方法及激光辐射装置，其能够投射强度分布均匀的线性激光束而不受原束强度分布的影响。包括柱面透镜的激光退火装置已经被本发明人申请了专利(见参考文献1：日本待审专利申请No.10-253916)。此激光退火装置包括凸柱面透镜和凹柱面透镜交替排列的柱面透镜阵列。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光辐射方法及激光辐射装置，此激光辐射方法及激光辐射装置适合于例如结晶化非晶半导体膜，并能够提供强度分布均匀的激光束而不引起反映原激光束强度分布偏离的能量强度的偏离。要指出的是，本发明采用了柱面透镜来使采用不同于参考文献1所述的结构的光学对准变得容易。

如上所述，本发明的目的是提供一种激光辐射方法及激光辐射装置，此激光辐射方法及激光辐射装置适合于例如结晶化非晶半导体膜，并能够将强度分布均匀的线性激光束投射到辐射表面。根据本发明的激光辐射方法包含下列步骤：通过两种柱面透镜阵列对激光振荡器发射的激光束进行分割而形成能量强度分布相反的两种线性激光束，以及投射该两种线性激光束，以便使它们在短轴方向叠加。根据本发明的激光辐射装置包含激光振荡器；两种柱面透镜阵列，用来将激光振荡器发射的激光束分割成能量强度分布相反的多个光束；会聚透镜，用来沿短轴方向叠加被所述两种阵列分割的光束以便形成线性激光束；以及用来安装辐射表面的平台，透过会聚透镜的激光透射到该平台上。

在本发明的激光辐射方法和激光辐射装置中，两种柱面透镜阵列优选具有下列结构中的任一种：凹柱面透镜阵列与凸柱面透镜阵列沿它们的母线连接；以及其中凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列的第一组合柱面透镜阵列，被连接到其中凸柱面透镜和凹柱面透镜以相反于第一组合柱面透镜阵列的方式沿曲率方向交替排列的第二组合柱面透镜阵列。具体地说，在后一种结构中，第一组合柱面透镜阵列中的凹柱面透镜优选与第二组合柱面透镜阵列中的凸柱面透镜沿它们的母线方向连接。

根据本发明，两种柱面透镜阵列被组合，以便使激光振荡器发射的激光束被分割成其能量分布相反的多个光束。例如，如图3A所示，凸柱面透镜阵列与凹柱面透镜阵列沿它们的母线方向连接和组合。因此，透射通过凸柱面透镜阵列的激光束以及透射通过凹柱面透镜阵列的激光束以其能量强度分布相反的方式被会聚透镜会聚。

结果，虽然原束具有能量强度分布的偏离，但由于透射通过凸柱面透镜阵列和凹柱面透镜阵列的激光束以彼此分布相反的方式被投射到辐射表面，所以此偏离能够在辐射表面上被补偿。因此，根据本发明，沿一个方向有偏离的强度分布能够被补偿，从而在辐射表面上形成高度均匀的线性激光束。而且，能够构成难以受到原束强度分布起伏影响的光学系统。

附图说明

在附图中：

图1A-1C示出了线性激光束沿长轴方向通过凹柱面透镜阵列形成的情况下激光束的能量强度分布；

图2A-2C示出了线性激光束沿长轴方向通过凸柱面透镜阵列形成的情况下激光束的能量强度分布；

图3A-3D示出了被用来匀化辐射表面上的能量强度分布的凸柱面透镜阵列与凹柱面透镜阵列的组合模式；

图4A和4B示出了采用图3A中的柱面透镜阵列组合的本发明的激光辐射装置的第一实施模式；

图5A和5B是用光学设计软件模拟的有关以与图4中本发明第一实施模式所示激光辐射装置情况相同的方式但仅仅采用凸柱面透镜的比较实施模式以及图2所示情况的能量强度分布曲线；

图6示出了采用图3B所示透镜组合的本发明激光辐射装置的第二实施模式；

图7A-7D示出了用本发明的激光辐射装置来制造薄膜晶体管(TFT)的工艺；以及

图8A-8C示出了具有能够用本发明的激光辐射方法制造的显示器件的各种电子装置。

具体实施方式

[实施模式]

以下参照附图来描述实施方式和实施例。但本发明不局限于对下列的实施方式和实施例的描述，而是由权利要求范围的描述来规定。在本发明中，激光振荡器发射的激光束被两种柱面透镜阵列分割成能量强度分布相反的多个光束。因此，能量强度分布的偏离被补偿，从而能够在辐射表面上形成高度均匀的线性激光束。下面来描述这些柱面透镜的结构、功能、特征、使用等。

为了用柱面透镜来均匀化激光束，通常采用凹柱面透镜或凸柱面透镜。图1A-1C示出了利用凹柱面透镜的凹柱面透镜阵列101沿长轴方向成形线性激光束的一个步骤。图1A示出了原激光束在透过柱面透镜阵列之前的能量强度分布，图1B示意地示出了透过柱面透镜阵列之后的激光束，而图1C示出了辐射表面上的激光束能量强度分布。以激光束被凹柱面透镜阵列101分割成多个光束之后再被会聚透镜102组合在辐射表面103上的方式，在辐射表面103上形成了线性激光束。当借助于阵列101分割能量分布104沿一个方向具有偏离的原束而形成线性激光束时，沿一个方向具有偏离的能量分布105被形成在辐射表面103上。

另一方面，图2A-2C示出了利用凸柱面透镜的凸柱面透镜阵列201沿长轴方向成形线性激光束的一个步骤。图2A示出了原激光束在入射到柱面透镜阵列中之前的能量强度分布，图2B示意地示出了透过柱面透镜阵列201之后的激光束，而图2C示出了辐射表面203上的激光束能量强度分布。当原束具有有偏离的能量分布204时，被凸柱面透镜阵列201分割的光束，以相同于由凹柱面透镜阵列101形成的分布的方式，也具有带偏离的能量分布。但由于通过凸柱面透镜的激光束在一次会聚之后又扩展，故形成在辐射表面203上的能量分布205与通过凹柱面透镜阵列101形成的能量分布105相反。

如上所述，当用凸柱面透镜阵列或凹柱面透镜阵列来形成线性激光束时，形成在辐射表面上的线性激光束的强度分布通常反映了原束的能量强度分布。但由这两种阵列形成在辐射表面上的能量强度分布是相反的。本发明人已经注意了这一点，并基于这一事实而提出了本发明。

根据基于这一事实的本发明，原束被分割成多个区域，并使凸柱面透镜阵列或凹柱面透镜阵列作用在各个区域上，以便补偿原束强度分布的偏离。例如，借助于层叠凸柱面透镜阵列和凹柱面透镜阵列来制造图3A所示的连接的柱面透镜阵列。图3C是图3A的正视图。

如上所述，反映原束的能量强度分布的通过凸柱面透镜阵列和凹柱面透镜阵列形成在辐射表面上的能量强度分布是相反的。这是这两种柱面透镜阵列的组合的一个特征。因此，有可能借助于将原束分割成多个区域并使凸柱面透镜阵列或凹柱面透镜阵列作用于每个区域上，来补偿原束强度分布的偏离。例如，通过沿它们的母线层叠采用多个凸柱面透镜的凸柱面透镜阵列以及采用多个凹柱面透镜的凹柱面透镜阵列，能够制造图3A所示的连接的柱面透镜阵列。

当图3A所示的柱面透镜阵列被用来形成线性激光束时，凹柱面透镜阵列沿短轴方向作用在激光束的上半区域上，而凸柱面透镜阵列沿短轴方向用作于激光束的下半区域上。因此，由于由凸柱面透镜阵列形成的分布以及由凹柱面透镜阵列形成的分布都对沿长轴方向形成在辐射表面上的能量分布有贡献，故能够补偿原束强度分布的偏离。

根据本发明，激光振荡器发射的激光束被分割成多个光束，优选是偶数个光束，且分割的光束透过其中凸柱面透镜阵列和凹柱面透镜阵列被组合的被称为连接的柱面透镜阵列的二种柱面透镜阵列。当光束被分割时，优选预先用柱面透镜调节入射到构成连接的柱面透镜阵列的凸柱面透镜阵列或凹柱面透镜阵列中的激光束沿短轴方向的宽度，以便其宽度不超过凹柱面透镜阵列或凸柱面透镜阵列的宽度。于是，激光束不透过连接的柱面透镜阵列中的凹柱面透镜阵列与凸柱面透镜阵列的接点，从而形成更均匀的线性激光束。

此外，除了图3A所示的二种柱面透镜阵列之外，如图3B所示，利用凹柱面透镜和凸柱面透镜沿曲率方向交替排列的柱面透镜阵列，可以形成称为波状柱面透镜阵列的两种柱面透镜阵列。图3D是图3B的正视图。在此情况下，它们的凸部位于相反位置的两种波状柱面透镜阵列被用于图6所示的组合中。虽然原束的能量强度分布以相同于图3A所示的方式具有偏离，但组合的波状柱面透镜阵列使得有可能将透过柱面透镜阵列的激光束投射到辐射表面并使它们的分布相反，以便补偿原束能量强度分布的偏离，并在辐射表面上形成高度均匀的线性激光束。要指出的是，稍后要详细地描述采用这种波状柱面透镜阵列的实施模式。

参照图4A和4B来更具体地描述根据本发明的激光辐射装置的实施模式(以下称为第一实施模式)。亦即，具体描述透镜的条件，例如各个透镜的曲率半径、厚度、宽度，以及透镜之间的距离。图4A是平面图，而图4B是侧面图。首先来描述图4B。激光振荡器401发射的激光束沿图4A和4B中箭头所示的方向传播，并被球面透镜402a和402b扩展。当激光振荡器401发射尺寸足够大的激光束时，不一定需要这个结构。

激光振荡器401发射的激光束沿短轴方向被作用在短轴方向上的柱面透镜阵列分割。作用在短轴方向上的柱面透镜阵列包含凸柱面透镜阵列403a和凹柱面透镜阵列403b，它们沿短轴方向确定了线性激光束的长度和均匀性。在本发明中，激光振荡器发射的激光束如上所述被分割成多个光束，且分割的光束透过其中组合了两种柱面透镜阵列(凸柱面透镜阵列和凹柱面透镜阵列)的连接的柱面透镜阵列。分割的光束的数目最好是偶数。激光束优选被分割成使激光束不入射到形成连接的柱面透镜阵列的凹柱面透镜阵列与凸柱面透镜阵列的连接点。

因此，在图4A和4B所示的装置中，在连接的柱面透镜阵列之前，换言之在激光束入射的连接的柱面透镜阵列的一侧，提供了柱面透镜阵列403a和403b。入射到连接的柱面透镜阵列的激光束沿短轴方向的宽度被调整成使其宽度不超过构成连接的柱面透镜阵列的凸柱面透镜阵列或凹柱面透镜阵列的宽度。于是，激光束不入射到连接的柱面透镜阵列中的凸柱面透镜阵列与凹柱面透镜阵列的连接接点。虽然激光振荡器发射的激光束能够被其目的是补偿原束强度分布的偏离的连接的柱面透镜阵列分割，但优选如上所述预先用柱面透镜阵列403a和403b来分割激光束。

在图4A和4B中，柱面透镜阵列403a具有6个凸柱面透镜，分别具有3mm的厚度、3mm的宽度、以及曲率半径为+146mm的第一表面。柱面透镜阵列403b具有6个凹柱面透镜，分别具有3mm的厚度、3mm的宽度、以及曲率半径为-219mm的第一表面。柱面透镜阵列403a与403b之间的距离为510mm。当曲率中心相对于透镜表面位于光束发射的一侧时，曲率半径的符号为正。当曲率中心相对于透镜表面位于光束入射的一侧时，曲率半径的符号为负。光束入射的透镜表面被称为第一表面，而从其发射光束的表面被称为第二表面。

用来沿短轴方向会聚激光束的柱面透镜406向着辐射表面被安置在离凹柱面透镜阵列403b的195mm处。柱面透镜406具有5mm的厚度和曲率半径为+194mm的第一表面。利用这一柱面透镜406，透过两种阵列的激光束被会聚到一个区域中，并且在柱面透镜406与辐射表面之间形成一个均匀的平面。此外，利用柱面透镜406，光束斑的能量分布沿短轴方向被均匀化，并且通过将形成的均匀平面转移到辐射表面就能够形成具有均匀能量分布的线性激光束。

为了转移此均匀的平面，双柱面透镜407向着辐射表面被安置在离柱面透镜406的1465mm处。由于能够使线性激光束更长，故优选安置双柱面透镜407；但不是必须提供双柱面透镜407。双柱面透镜是一种由两个柱面透镜构成的透镜。

构成双柱面透镜的两个柱面透镜之一具有10mm的厚度、曲率半径为+125mm的第一表面、以及曲率半径为+77mm的第二表面。另一柱面透镜具有20mm的厚度、曲率半径为+97mm的第一表面、以及曲率半径为-200mm的第二表面。两个柱面透镜之间的距离为5.5mm。这能够沿短轴方向匀化束斑的能量分布并确定其沿短轴方向的长度。激光束被会聚在向着辐射表面安置于离双柱面透镜208mm处的辐射表面408上。于是能够形成沿短轴方向能量分布均匀的光束。

接着来描述图4A的平面图。激光振荡器401发射的激光束沿长轴方向被采用凸柱面透镜阵列404a和凹柱面透镜阵列404b的连接的柱面透镜阵列分割。该连接的柱面透镜阵列确定了线性激光束的长度和均匀性。此凸柱面透镜阵列404a具有7个沿曲率方向排列的凸柱面透镜。每个柱面透镜具有5mm的厚度、6.5mm的宽度、以及曲率半径为+35mm的第一表面。这些凸柱面透镜被排列成使阵列的上端等于激光束光轴的高度。因此，凸柱面透镜阵列404a仅仅作用于透过柱面透镜403b下部的光束。

凹柱面透镜阵列404b具有7个沿曲率方向排列的凹柱面透镜。每个柱面透镜具有4.8mm的厚度、6.5mm的宽度、以及曲率半径为+35mm的第二表面。凹柱面透镜404b被安置成使阵列的下端等于激光束光轴的高度。因此，凹柱面透镜阵列404b仅仅作用于透过柱面透镜阵列403b上部的光束。

凸柱面透镜阵列404a和凹柱面透镜阵列404b对应于本发明的连接的柱面透镜阵列。作用在长轴方向的柱面透镜405向着辐射表面被安置在离连接的柱面透镜阵列70mm处，以便将激光束组合在辐射表面408上。柱面透镜405具有5mm的厚度以及曲率半径为+870mm的第一表面。柱面透镜405沿长轴方向均匀化束斑的能量分布并确定其沿长轴方向的长度。

透过凸柱面透镜阵列404a和凹柱面透镜阵列404b形成的激光束，沿长轴方向具有彼此相反的能量分布。强度分布彼此相反的透过柱面透镜阵列的激光束，被柱面透镜406会聚。因此有可能补偿激光振荡器发射的光束的强度分布的偏离。因此，柱面透镜406和连接的柱面透镜阵列在本发明中都很重要。利用这种结构，能够在不影响原始光束的条件下形成沿长轴方向能量分布均匀的线性激光束。而且，能够构成对强度分布起伏较不敏感的光学系统。

而且，图5A和5B中示出了由光学设计软件模拟的结果。此结果表明线性激光束沿长轴方向的能量分布已经得到了改善。图5A示出了当仅仅沿长轴方向采用凸柱面透镜阵列来形成线性激光束时，形成在辐射表面上的能量分布。当原束的能量分布不对称时，原束的能量分布被反映在此所示图中，辐射表面上的强度分布被偏到一侧。

同时，图5B的曲线示出了用其中根据本发明组合了上述凸柱面透镜和凹柱面透镜的柱面透镜阵列形成的线性激光束沿长轴方向的能量分布。如图所示，能量分布被匀化了而不受原束能量分布的影响。如上所述，可以理解能量分布沿长轴方向已经得到了改善，并如图5A和5B所示，利用根据本发明的柱面透镜阵列，能够在辐射表面上形成更为均匀的光束。

用于根据本发明的激光辐射装置的激光振荡器没有特别的限制，可以采用各种激光振荡器。其中优选是采用具有高输出功率且发射半导体膜充分吸收的波长的激光振荡器。当半导体膜是硅膜时，考虑到吸收比，激光振荡器发射的激光束的波长优选为600nm或以下。例如，准分子激光器、YAG激光器(谐波)、或玻璃激光器(谐波)为发射这种激光束的激光振荡器。虽然用目前的技术还得不到高的输出功率，但YVO₄激光器(谐波)、YLF激光器(谐波)、以及Ar激光器也可以被用作发射具有适合于结晶化硅膜的波长的激光束的激光振荡器。

接着利用具体的例子来描述用本发明的激光辐射装置制造半导体器件的方法。首先，准备尺寸为600×700×0.7mm的玻璃衬底(AN100)作为衬底。此玻璃衬底具有高达600℃的足够的抗热性。厚度为200nm的氧化硅膜被形成在玻璃衬底上作为基膜，并在其上形成厚度为55nm的非晶硅膜。用溅射方法来形成这些膜。也可以用等离子体CVD方法来形成这些膜。

其上形成有这些膜的衬底被置于450℃的氮气气氛中1小时，以便降低非晶硅膜中的氢浓度。执行这一过程是因为当硅膜包含太多的氢时就抵抗不了激光功率。膜中适当的氢浓度约为10²⁰原子/cm³。此处，10²⁰原子/cm³意味着1cm³中存在10²⁰个氢原子。

本实施模式采用Lambda Physik公司制造的STEEL 1000 XeCl准分子激光器作为激光振荡器。此准分子激光器为脉冲激光振荡器，最大功率为每脉冲1000mJ，发射波长为308nm，最大重复频率为300Hz。在对一个衬底执行激光处理的过程中，当每个脉冲的脉冲激光束的功率在±10％内，优选在±5％内起伏时，有可能执行均匀的结晶化。上述的激光功率起伏被如下定义。对一个衬底进行辐射期间的激光功率平均值被假设为标准。然后，激光功率的起伏被定义为以百分比表示的平均值与辐射期间的最大值或最小值之间的差。

例如，以其上安装有辐射表面的平台沿矩形束斑短轴方向被扫描的方式，来提供激光束。在激光辐射处，专业人员可以在执行所需结晶化的范围内恰当地确定辐射表面上束斑的能量密度和扫描速度。200-1000mJ/cm²的能量密度是恰当的。当扫描速度被选择为矩形束斑沿其短轴方向的宽度彼此重叠大约90％或以上时，有可能均匀地执行激光退火。最佳的扫描速度依赖于激光振荡器的脉冲重复频率，并可以认为与其脉冲重复率成比例。

通过执行上述工艺，非晶硅膜就被退火并结晶化。当对非晶硅膜重复执行上述步骤时，能够加工多个衬底。加工过的衬底于是可以根据已知的方法被用来制造有源矩阵液晶显示器和EL显示器件。上述制造方法采用准分子激光器作为激光振荡器。由于准分子激光器具有短到几微米的相干长度，故准分子激光器适合于上述制造方法中的激光辐射装置的光学系统。

虽然下面所示的某些激光器具有长的相干长度，但在上述制造工艺中采用这样的激光器的情况下，也可以采用相干长度被有意改变了的激光器。也优选采用YAG激光器的谐波或玻璃激光器的谐波，因为它们也具有高的输出功率和在硅膜中被充分吸收的能量。作为适合于硅膜结晶化的激光振荡器，有YVO₄激光器(谐波)、YLF激光器(谐波)、Ar激光器等。这些激光束的波长在硅膜中被充分地吸收。

用来制造半导体器件的上述方法采用非晶硅膜作为非单晶半导体膜。但显然本发明能够被应用于其它的非单晶半导体膜。例如，可以使用例如非晶硅锗膜的具有非晶结构的化合物半导体膜。而且，非单晶半导体膜不仅仅可以是非晶膜，也可以是多晶膜，例如多晶硅膜。

接着来详细地描述不同于图4A和图4B所示第一实施模式的有关根据本发明的激光辐射方法的一个实施模式(以下称为第二实施模式)。如上所述在图3B中所示的波状柱面透镜阵列，被用作第二实施方案模式中的两种柱面透镜阵列。在此情况下，两种柱面透镜阵列包含第一组合柱面透镜阵列以及第二组合柱面透镜阵列。如图6所示，在第一和第二柱面透镜阵列中，凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列。

当第一和第二组合柱面透镜阵列被进一步组合时，必须将凸柱面透镜和凹柱面透镜的位置反转。具体地说，如图6所示，第一组合柱面透镜阵列的凹柱面透镜必须与第二组合柱面透镜阵列的凸柱面透镜沿它们的母线连接。

亦即，必须将这两个透镜阵列组合成使上部阵列的凹柱面透镜位于下部阵列的凸柱面透镜上方且以便这两个柱面透镜的母线如图6所示被连接。简而言之，两种波状柱面透镜阵列必须被排列成使凸部如图6所示相对并以反的关系被连接。结果，即使原束有能量强度分布偏离，透过柱面透镜阵列的激光束也以其能量分布彼此相反的方式被投射到辐射表面上。因此有可能补偿原束强度分布的偏离。于是能够在辐射表面上形成高度均匀的线性激光束。

[实施例1]

以下用制造TFT的实施例作为例子来更具体地描述本发明。但本发明不局限于此实施例，而是由权利要求范围来规定。参照图7A-7D，本实施例描述了用本发明的激光辐射装置来制造薄膜晶体管(TFT)的步骤。

首先，如图7A所示，基膜701被形成在具有绝缘表面的玻璃衬底700上。此玻璃衬底700可以是例如：诸如钡硼硅酸盐玻璃或铝硼硅酸盐玻璃的玻璃衬底、石英衬底、SUS衬底等。此外，虽然诸如丙烯酸树脂或典型为PET(polyethylene terephthalate)(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PES(polyethylene sulfone)(聚醚砜)、PEN(polyethylenenaphthalate)(聚萘二甲酸乙二酯)的塑料之类的柔性合成树脂就抗热性而言劣于其它衬底，但当衬底能够抗制造过程中的加工温度时，也可以采用由柔性合成树脂制作的衬底。

为了防止包括在玻璃衬底700中的诸如Na的碱土金属或碱金属扩散进入半导体膜中，提供了基膜701。当碱土金属或碱金属存在于半导体中时，对半导体元件的特性有不利影响。因此，基膜由诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅(silicon nitride oxide)之类的绝缘材料形成，这能够抑制碱土金属和碱金属扩散到半导体膜中。在本实施例中，用等离子体CVD方法形成了厚度为10-400nm的氮氧化硅膜。当采用诸如很难扩散杂质的石英衬底之类的衬底时，并不总是必须提供基膜。

接着，在基膜701上形成厚度为25-100nm(优选为30-60nm)的非晶半导体膜702。此非晶半导体膜702可以是硅或硅锗。在本实施例中采用了硅。当采用硅锗时，锗的浓度优选约为0.01-4.5原子百分比。接着，如图7B所示，本发明的激光辐射装置被用来以激光束辐射非晶半导体膜702并使其结晶化。

在本实施方案中，采用了提供300W的准分子激光器。激光束沿图7B中箭头所示方向在非晶半导体膜702的表面上扫描。通过用激光束辐射非晶半导体膜702，就形成了结晶的半导体膜703。可以在诸如氮气或稀有气体的惰性气氛中进行激光辐射。这能够抑制激光辐射造成的半导体膜的表面粗糙，并抑制界面态密度变化造成的阈值变化。

接着，如图7C所示，结晶的半导体膜703被图形化，以便形成岛状半导体膜704-707。岛状半导体膜704和707被用来形成典型为TFT的各种半导体元件。形成栅绝缘膜708来覆盖岛状半导体膜704-707。可以用等离子体CVD方法、溅射方法等，由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等来形成栅绝缘膜708。在本实施例中，用溅射方法形成了厚度为30-200nm的包括硅的绝缘膜。

接着，通过对栅绝缘膜上的导电膜进行图形化而形成栅电极(未示出)。然后，用栅电极作为掩模或用待要形成并图形化的抗蚀剂作为掩模，选择性地将提供n型或p型导电性的杂质加入到岛状半导体膜704-707，来形成源区、漏区、LDD区等。上述过程能够在同一个衬底上形成N沟道TFT 710和712以及P沟道TFT 711和713(图7D)。随后，形成绝缘膜714作为这些TFT的保护层。利用等离子体CVD方法或溅射方法，用包括硅的绝缘材料来形成厚度为100-200nm的绝缘膜714。此绝缘膜714可以具有单层结构或多层结构。在本实施例中，用等离子体CVD方法形成了厚度为100nm的氧氮化硅(siliconoxynitride)膜。

接着，有机绝缘膜715被形成在绝缘膜714上。此有机绝缘膜715利用SOG方法，由诸如聚酰亚胺、聚酰胺、BCB、或丙烯酸树脂的有机绝缘材料形成。由于绝缘膜715主要是为了减缓形成在玻璃衬底700上的TFT所造成的凹凸并整平表面而形成的，故绝缘膜715优选为容易被整平的膜。而且，用光刻方法对绝缘膜714和有机绝缘膜715进行图形化，以便形成达及杂质区的接触孔。

接着，用导电材料形成导电膜，然后将其图形化成布线716-723。随后，当绝缘膜724被形成为保护膜时，就完成了图7D所示的半导体器件。用本发明的激光辐射方法来制造半导体器件的方法不局限于上述制造TFT的方法。根据本发明，用激光辐射得到的结晶半导体膜被用作TFT的有源层。结果就能够抑制各个TFT之间的迁移率、阈值、以及开态电流的差异。还要指出的是，激光辐射条件不局限于本实施例所述的条件。

在激光结晶化步骤之前，可以执行采用催化剂元素的结晶化步骤。镍(Ni)、锗(Ge)、铁(Fe)、钯(Pd)、锡(Sn)、铅(Pb)、钴(Co)、铂(Pt)、铜(Cu)、或金(Au)可以被用作催化剂元素。激光辐射使半导体膜的上部熔化，但不熔化半导体膜的下部。因此，半导体膜下部保留未被熔化的晶体成为晶核，并且促使结晶化从半导体膜的下部向着上部进行。

与仅仅用激光束来结晶化半导体膜的情况相比，有可能进一步提高半导体膜的结晶性并在激光结晶化之后抑制半导体膜表面的粗糙度。因此，能够更好地抑制典型为TFT的稍后要形成的半导体元件的特性变化，并能够抑制关态电流。要指出的是，可以这样进行结晶化：即在加入催化剂元素以便促进结晶化之后执行热处理，并且执行激光辐射以提高结晶性。或者，可以省略热处理。具体地说，在加入催化剂元素之后，可以用激光束辐射半导体膜来代替热处理，以便提高结晶性。

虽然本实施方案示出了本发明的激光辐射方法被用来结晶化半导体膜的例子，但该激光辐射方法也可以被用来激活加入在半导体膜中的杂质元素。用本发明制造半导体器件的方法能够被应用于集成电路和半导体显示器件的制造方法。诸如驱动器或CPU的功能电路的晶体管优选具有LDD结构或其中LDD与栅电极交迭的结构。为了提高速度，这些晶体管优选被小型化。由于本实施例完成的晶体管710-713具有LDD结构，故被优选地用于要求高速运行的驱动电路。

根据本发明，图7所示的薄膜晶体管能够被用来制造各种电子装置。参照图8A-8C来描述这些电子装置的例子。图8A示出了一种显示器件，它包括底盘2001、支座2002、显示部分2003、扬声器部分2004、视频输入端子2005等。提供将用图7A-7D所示的制造方法所制作的薄膜晶体管应用于显示部分2003，来制造此显示器件。此显示器件包括液晶显示器件和发光器件。具体地说，此显示器件包括用来显示信息的所有显示器件，诸如计算机、TV广播接收机、以及广告的显示器。

图8B示出了一种计算机，它包括底盘2201、显示部分2203、键盘2204、外部接口2205、点击式鼠标2206等。图7A-7D所示的制造方法能够被应用于显示部分2203和其它电路。而且，本发明能够被应用于计算机中诸如CPU和存储器的半导体器件。图8C示出了作为移动终端中的一种的移动电话，它包括底盘2301、显示部分2302等。由于典型为移动电话的诸如PDA的电子装置以及数码相机是移动终端，故它们的屏幕很小。因此，利用图7D所示的小的晶体管来制作诸如CPU的功能电路，能够使电子装置紧凑且重量轻。

本实施例中制造的薄膜晶体管能够被用作ID芯片。例如，利用图7A-7D所示的制造方法，本发明的晶体管能够被应用于ID芯片中的集成电路和存储器。当这些晶体管被用作存储器时，能够记录产品的流通过程。此外，当记录产品的制造过程时，使批发商、零售商、以及消费者容易知晓生产地区、生产者、生产日期、工艺方法等。如上所述，用本发明制造的半导体器件的应用覆盖了广阔的范围，且本发明制造的半导体器件能够被应用于所有领域的各种电子装置。

Claims (7)

1.一种激光辐射方法，包含：

从激光振荡器发射激光束；

利用至少第一柱面透镜阵列和第二柱面透镜阵列，形成其能量强度分布彼此相反的至少两个激光束；以及

通过在垂直于长轴方向的方向叠加此至少两个激光束，将在该长轴方向延伸的线性激光束投射在辐射表面上，

其中，第一柱面透镜阵列包含第一组合柱面透镜阵列，该第一组合柱面透镜阵列中凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列，且

其中，第二柱面透镜阵列包含第二组合柱面透镜阵列，该第二组合柱面透镜阵列中以相反于第一组合柱面透镜阵列的方式，凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列，且

其中，第一组合柱面透镜阵列和第二组合柱面透镜阵列沿其母线方向连接。

2.根据权利要求1的激光辐射方法，还包含用柱面透镜将激光振荡器发射的激光束分割成多个光束的步骤。

3.一种用来将线性激光束投射在辐射表面上的激光辐射装置，它包含：

激光振荡器；

至少第一柱面透镜阵列和第二柱面透镜阵列，用来将激光振荡器发射的激光束分割成其能量强度分布相反的多个激光束；

用来叠加该多个激光束的会聚透镜；以及

用来在其上安装辐射表面的平台，透过会聚透镜的激光束被投射到其上，

其中，第一柱面透镜阵列包含第一组合柱面透镜阵列，该第一组合柱面透镜阵列中凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列，且

其中，第二柱面透镜阵列包含第二组合柱面透镜阵列，该第二组合柱面透镜阵列中，以相反于第一组合柱面透镜阵列的方式，凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列，且

其中，第一组合柱面透镜阵列和第二组合柱面透镜阵列沿其母线的方向被连接。

4.根据权利要求3的激光辐射装置，还包含提供在激光振荡器与所述至少第一柱面透镜阵列和第二柱面透镜阵列之间的用来将激光振荡器发射的激光束分割成多个光束的柱面透镜阵列。

5.一种制造半导体器件的方法，它包含：

在衬底上形成半导体膜；

从激光振荡器发射激光束；

利用至少第一柱面透镜阵列和第二柱面透镜阵列，形成其能量强度分布彼此相反的至少两个激光束；

通过在垂直于长轴方向的方向叠加此至少两个激光束，将在该长轴方向延伸的线性激光束投射在辐射表面上；以及

用此线性激光束辐射半导体膜，

其中，第一柱面透镜阵列包含第一组合柱面透镜阵列，该第一组合柱面透镜阵列中凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列，且

其中，第二柱面透镜阵列包含第二组合柱面透镜阵列，该第二组合柱面透镜阵列中，以相反于第一组合柱面透镜阵列的方式，凸柱面透镜和凹柱面透镜沿曲率方向交替排列，且

其中，第一组合柱面透镜阵列和第二组合柱面透镜阵列沿其母线方向连接。

6.根据权利要求5的制造半导体器件的方法，还包含用柱面透镜将激光振荡器发射的激光束分割成多个光束的步骤。

7.根据权利要求5的制造半导体器件的方法，其中半导体器件是选自包含显示器件、计算机、以及移动电话的组中的至少一种。

Images