激光照射臺、激光照射裝置以及制造半導體裝置的方法制造方法及圖紙

當激光振蕩器的輸出變得更高，發展用于半導體膜激光退火工藝的更長的線形光束變成必要的。然而，如果線形光束的長度是３００－１０００ｍｍ或更長，那么用于形成線形光束的光學系統的光路長度變得非常長，從而增加了其占地面積尺寸。本發明專利技術縮短了光路長度。為了使光學系統的光路長度盡可能地短，并只增加線形光束的長度，可以在線形光束縱向上給半導體膜曲率。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于規定激光束照射到其上的照射表面的形狀的臺子。另外，本專利技術涉及激光照射裝置，其中激光束的能量分布在某特定區域上是均勻的。本專利技術還涉及使能量分布均勻的方法，以及實現均勻性的光學系統。此外，本專利技術涉及使激光束的能量分布在某特定區域均勻的方法，以及用激光束對半導體膜退火的方法(該方法在下文中稱作“激光退火”)。本專利技術還涉及制造半導體裝置的方法，該半導體裝置具有由薄膜晶體管(下文中稱作“TFT”)構造的電路，其包括激光退火工藝。例如，電光裝置，典型地液晶顯示器，和其中安裝這類電光裝置作為部件的電子設備都包括在半導體裝置這一類別中。也就是，整個技術說明中使用的術語“半導體裝置”指能夠利用半導體裝置性能起作用的通用裝置，電光裝置、半導體電路、和電子設備都落在半導體裝置的類別中。
技術介紹
最近已經對通過實施非晶半導體膜或結晶半導體膜(不是單晶的半導體膜，但是具有諸如多晶性或微晶性的結晶性)換言之，形成于諸如玻璃的絕緣襯底上的非單晶半導體膜的激光退火實施晶化、或提高結晶度的技術進行了廣泛地研究。諸如硅膜的膜經常用作半導體膜。與經常被使用的傳統石英襯底相比，玻璃襯底是低成本的，且能容易地做成大面積襯底。這是因為上述研究正積極地進行著。激光能將高能量只給予非單晶半導體膜，而不引起襯底溫度很大的變化，因而激光適用于對形成于具有低熔點溫度的玻璃襯低上的半導體膜退火(通常可利用的玻璃襯底的畸變溫度是600℃的數量級)。由激光退火形成的結晶半導體膜具有高遷移率。隨著有源矩陣液晶電光裝置的制造，通過使用結晶半導體膜、用于驅動像素并用在驅動電路中的TFT在單個玻璃襯底上的制造因而是蓬勃發展的。結晶半導體膜由許多晶粒構成，因而它們也稱作多晶半導體膜。在激光退火中，因為其具有良好的生產力并且是工業上有優勢的，所以優選地使用了一種方法，其中具有高輸出的脈沖型準分子激光器等的激光束由光學系統形成以便于在照射表面上有幾平方厘米的正方形光斑，或長度等于或大于10cm的線形，然后實施激光束的掃描(使得激光束的照射位置相對于照射表面移動)。特別是，如果使用線形激光束(下文中稱作線形光束)，那么激光束能通過只在垂直于線形光束縱向的方向掃描照射在整個照射表面上。這不同于使用斑點形激光束的情形，用斑點形激光束時必需前、后、左、右掃描，因而能獲得高的生產力。在垂直于縱向的方向進行掃描，因為該掃描方向具有最高的效率。由于它們的高生產力，由適當的光學系統形成的線形光束主要用在激光退火工藝中。注意，在這個技術說明中，線形光束長邊的方向稱作縱向，而短邊稱作橫向。說明用于將激光束的形狀在照射表面形成為線形的光學系統的實例。圖2所示的光學系統是極普通的一個。光學系統不僅在照射表面上將激光束的形狀轉換成線形，而且同時使激光束的能量分布均勻。通常，使光束能量分布更均勻的光學系統稱作光束均化器。圖2所示的光學系統是一種光束均勻器。假如將是紫外光的準分子激光用作光源，人造石英可以例如作為光學照明系統的基本材料用在所有的情形中。因為能得到高透射率，所以這是可行的。另外，對于準分子激光的波長，可以采用能得到99％或更高的透射率的涂層材料作為涂層。首先說明圖2的側視圖。包含光軸并平行于側視圖頁面的平面作為子午面，包含光軸并垂直于子午面的平面作為矢狀面(sagittalplane)。光軸的方向對于一些情形在此改變，該情形中由于光學系統的設計有必要用反射鏡等彎曲光路，并且假定子午面和矢狀面也在這時改變。從激光振蕩器1201輸出的激光束通過柱面透鏡陣列1202a和1202b在垂直于矢狀面的方向被分開。根據這種結構，有4個柱面透鏡包含在柱面透鏡陣列1201中，因而分成四份。假定包含在柱面透鏡陣列1202b中柱面透鏡的數目也是4。分開的激光束通過柱面透鏡1204在某一平面中互相重疊。不總是必須使用兩個柱面透鏡陣列1202a和1202b；也可以使用一個柱面透鏡陣列。使用兩個柱面透鏡陣列的優點是能夠改變線形光束的尺寸，線形光束在橫向的寬度可以做得更短。再一次分開的激光束用反射鏡1207以直角彎曲，然后用雙柱面透鏡1208在照射表面1209上再做一次重疊。雙柱面透鏡指由兩個柱面透鏡構造的透鏡。能量分布的均勻性就這樣形成于線形光束的橫向中，并確定線形光束橫向內的寬度。使用反射鏡1207以便于使照射表面成為水平表面(level surface)，且不總是必須的。其次說明圖2的上圖。發自激光振蕩器1201的激光束通過柱面透鏡陣列1203在垂直于子午面的方向被分開。根據這種結構，柱面透鏡陣列1203中包含7個透鏡，因而激光束被分成7部分。也可以使用2個柱面透鏡陣列1203以便于在縱向改變線形光束的長度。然后通過柱面透鏡1205使激光束在照射表面1209上重疊成一個光束。對于不安置反射鏡1207的情形，從反射鏡1207向前用虛線給出的是正確的光路，以及透鏡和照射表面的位置。這樣在線形光束的縱向就形成能量分布的均勻性，并確定線形光束在縱向的長度。線形光束的長度L用下面的要素確定包含在柱面透鏡陣列1203中的柱面透鏡的寬度d；該柱面透鏡的焦距f1；柱面透鏡1205的焦距f2。這跟隨圖3來說明。柱面透鏡1301由具有寬度d的柱面透鏡構造。入射到柱面透鏡陣列1301的激光束在焦距f1的位置會聚成多個位置。激光束然后在擴散的同時入射到柱面透鏡1302上。柱面透鏡1302是凸透鏡，因而圖中的兩束平行光通量各自會聚在位于柱面透鏡1302后面距離f2的位置。距離f2是柱面透鏡1302的焦距。各自入射到柱面透鏡陣列1301的激光束因而轉變成具有長度L的線形光束。簡單的計算表明[等式1]L＝d·f2/f1 (1)如上所述，柱面透鏡陣列1202a、柱面透鏡陣列1202b、和柱面透鏡陣列1203作為分開激光束的透鏡起作用。所得到的激光束的均勻性由分開部分的數目決定。根據前面提到的結構，有4部分乘7部分，因而形成28部分的總數。通過照射根據上述結構這樣獲得的線形光束以便于被重疊，同時逐漸在橫向移動光束，能夠對于非單晶硅膜的整個表面進行激光退火，例如，能實現晶化且膜的結晶度得到提高。發自準分子激光器的激光束的形狀通常是矩形，落在近似1-5的長寬比的范圍。激光束強度表現出高斯(Gaussian)分布，其中向著中心變得越來越強。激光束通過圖2所示的光學系統能轉變成，例如，均勻能量分布300mm×0.4mm線形光束。根據本專利技術申請人進行的實驗，當相對于半導體膜照射脈沖振蕩的線形光束時，重疊間距在橫向最適當地設為線形光束寬度的大約1/10。也就是，如果線形光束的橫向寬度是0.4mm，那么可以在發射一個光脈沖直到發射下一個光脈沖的時間內在沿線形光束的橫向移動半導體膜0.04mm的同時可實施激光退火。這樣就提高了半導體膜激光退火的均勻性。迄今說明的方法是用來通過使用線形光束進行半導體膜的激光退火極其通用的方法。最近激光振蕩器越來越高的輸出已經很值得注意了，且能夠具有超過300mm的線形光束長度的激光振蕩器已經變得可用了。然而，用在生產工廠的襯底尺寸也改變了，例如，現在設計600mm×720mm襯底，和1000×1200mm襯底。線形光束300mm量級的長度正變得不夠用。如果考慮用，例如，300mm長線形光束對形成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種激光照射臺，包括：一個表面，在其上放置有被光束照射的物體，其中，所述表面給被光束照射的所述物體提供柱面形曲率。

【技術特征摘要】
JP 2001-6-15 181065/011.一種激光照射臺，包括一個表面，在其上放置有被光束照射的物體，其中，所述表面給被光束照射的所述物體提供柱面形曲率。2.一種激光照射臺，包括一個表面，在其上放置有被光束照射的物體，其中，所述表面提供曲率給將被光束照射的物體，其中，所述曲率半徑的中心和激光振蕩器之間的距離大于所述曲率半徑的中心和被光束照射的物體之間的距離。3.一種激光照射臺，包括一個表面，在其上放置有被光束照射的物體，其中，所述表面提供凹柱面形曲率給被光束照射的物體。4.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器，第一裝置，用于在第一方向擴展發自所述激光振蕩器的激光束；第二裝置，用于在與所述第一方向正交的第二方向會聚所述激光束；以及第三裝置，用于提供給被以在所述第一方向擴展和在所述第二方向會聚的光束照射的一個物體一個照射表面并且相對于所述激光束移動所述照射表面。其中，所述照射表面具有在一個平行于所述第一方向的方向上的柱面形曲率，所述第三裝置包括第一表面，在其上放置有將被在所述第一方向上擴展和在所述第二方向會聚的光束照射的物體，該第一表面在平行于所述第一方向的所述方向上具有所述柱面形曲率。5.一種激光照射裝置，包括激光振蕩器，第一裝置，用于在第一方向擴展發自所述激光振蕩器的激光束；第二裝置，用于在與所述第一方向正交的第二方向會聚所述激光束；以及第三裝置，用于提供給被以在所述第一方向擴展和在所述第二方向會聚的光束照射的一個物體一個照射表面并且相對于所述激光束移動所述照射表面。其中，所述照射表面具有在一個平行于所述第一方向的方向上的曲率，所述第三裝置包括第一表面，在其上放置有被在所述第一方向上擴展和在所述第二方向會聚的光束照射的物體，該第一表面在平行于所述第一方向的所述方向上具有所述曲率，所述曲率半徑的中心和激光振蕩器之間的距離大于所述曲率半徑的中心和被光束照射的物體之間的距離。6.一種激光照射裝置，所述裝置包括激光振蕩器；第一裝置，用于在第一方向擴展發自激光振蕩器的激光束；第二裝置，用于在與第一方向正交的第二方向會聚激光束；以及第三裝置，用于提供給被以在所述第一方向擴展和在所述第二方向會聚的激光束照射的物體一個激光束照射表面并且相對于所述激光束在所述第二方向上移動。其中，所述照射表面具有在一個平行于所述第一方向的方向上的凹柱面形曲率，以及，所述第三裝置包括第一表面，在其上放置有將被在所述第一方向上擴展和在所述第二方向會聚的激光束照射的物體，該第一表面在平行于所述第一方向的所述方向上具有所述凹柱面形曲率。7.根據權利要求4的激光照射裝置，其中第一裝置包含柱面透鏡陣列或柱面透鏡。8.根據權利要求5的激光照射裝置，其中第一裝置包含柱面透鏡陣列或柱面透鏡。9.根據權利要求6的激光照射裝置，其中第一裝置包含柱面透鏡陣列或柱面透鏡。10.根據權利要求4的激光照射裝置，其中第二裝置包含柱面透鏡陣列或柱面透鏡。11.根據權利要求5的激光照射裝置，其中第二裝置包含柱面透鏡陣列或柱面透鏡。12.根據權利要求6的激光照射裝置，其中第二裝置包含柱面透鏡陣列或柱面透鏡。13.根據權利要求4的激光照射裝置，其中激光振蕩器是準分子激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、或玻璃激光器。14.根據權利要求5的激光照射裝置，其中激光振蕩器是準分子激光器、YAG激光器、YVO4激光器、YLF激光器、YAlO3激光器、或玻璃激光器。15.根據權利要求6的激光照射裝置，其中激光振蕩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：田中幸一郎，
申請(專利權)人：株式會社半導體能源研究所，
類型：發明
國別省市：JP[日本]