激光照射台、装置、方法及制造半导体装置的方法制造方法及图纸

当激光振荡器的输出变得更高，发展用于半导体膜激光退火工艺的更长的线形光束变成必要的。然而，如果线形光束的长度是３００－１０００ｍｍ或更长，那么用于形成线形光束的光学系统的光路长度变得非常长，从而增加了其占地面积尺寸。本发明专利技术缩短了光路长度。为了使光学系统的光路长度尽可能地短，并只增加线形光束的长度，可以在线形光束纵向上给半导体膜曲率。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于规定激光束照射到其上的照射表面的形状的台子。另外，本专利技术涉及激光照射装置，其中激光束的能量分布在某特定区域上是均匀的。本专利技术还涉及使能量分布均匀的方法，以及实现均匀性的光学系统。此外，本专利技术涉及使激光束的能量分布在某特定区域均匀的方法，以及用激光束对半导体膜退火的方法(该方法在下文中称作“激光退火”)。本专利技术还涉及制造半导体装置的方法，该半导体装置具有由薄膜晶体管(下文中称作“TFT”)构造的电路，其包括激光退火工艺。例如，电光装置，典型地液晶显示器，和其中安装这类电光装置作为部件的电子设备都包括在半导体装置这一类别中。也就是，整个技术说明中使用的术语“半导体装置”指能够利用半导体装置性能起作用的通用装置，电光装置、半导体电路、和电子设备都落在半导体装置的类别中。
技术介绍
最近已经对通过实施非晶半导体膜或结晶半导体膜(不是单晶的半导体膜，但是具有诸如多晶性或微晶性的结晶性)换言之，形成于诸如玻璃的绝缘衬底上的非单晶半导体膜的激光退火实施晶化、或提高结晶度的技术进行了广泛地研究。诸如硅膜的膜经常用作半导体膜。与经常被使用的传统石英衬底相比，玻璃衬底是低成本的，且能容易地做成大面积衬底。这是因为上述研究正积极地进行着。激光能将高能量只给予非单晶半导体膜，而不引起衬底温度很大的变化，因而激光适用于对形成于具有低熔点温度的玻璃衬低上的半导体膜退火(通常可利用的玻璃衬底的畸变温度是600℃的数量级)。由激光退火形成的结晶半导体膜具有高迁移率。随着有源矩阵液晶电光装置的制造，通过使用结晶半导体膜、用于驱动像素并用在驱动电路中的TFT在单个玻璃衬底上的制造因而是蓬勃发展的。结晶半导体膜由许多晶粒构成，因而它们也称作多晶半导体膜。在激光退火中，因为其具有良好的生产力并且是工业上有优势的，所以优选地使用了一种方法，其中具有高输出的脉冲型准分子激光器等的激光束由光学系统形成以便于在照射表面上有几平方厘米的正方形光斑，或长度等于或大于10cm的线形，然后实施激光束的扫描(使得激光束的照射位置相对于照射表面移动)。特别是，如果使用线形激光束(下文中称作线形光束)，那么激光束能通过只在垂直于线形光束纵向的方向扫描照射在整个照射表面上。这不同于使用斑点形激光束的情形，用斑点形激光束时必需前、后、左、右扫描，因而能获得高的生产力。在垂直于纵向的方向进行扫描，因为该扫描方向具有最高的效率。由于它们的高生产力，由适当的光学系统形成的线形光束主要用在激光退火工艺中。注意，在这个技术说明中，线形光束长边的方向称作纵向，而短边称作横向。说明用于将激光束的形状在照射表面形成为线形的光学系统的实例。图2所示的光学系统是极普通的一个。光学系统不仅在照射表面上将激光束的形状转换成线形，而且同时使激光束的能量分布均匀。通常，使光束能量分布更均匀的光学系统称作光束均化器。图2所示的光学系统是一种光束均匀器。假如将是紫外光的准分子激光用作光源，人造石英可以例如作为光学照明系统的基本材料用在所有的情形中。因为能得到高透射率，所以这是可行的。另外，对于准分子激光的波长，可以采用能得到99％或更高的透射率的涂层材料作为涂层。首先说明图2的侧视图。包含光轴并平行于侧视图页面的平面作为子午面，包含光轴并垂直于子午面的平面作为矢状面(sagittalplane)。光轴的方向对于一些情形在此改变，该情形中由于光学系统的设计有必要用反射镜等弯曲光路，并且假定子午面和矢状面也在这时改变。从激光振荡器1201输出的激光束通过柱面透镜阵列1202a和1202b在垂直于矢状面的方向被分开。根据这种结构，有4个柱面透镜包含在柱面透镜阵列1201中，因而分成四份。假定包含在柱面透镜阵列1202b中柱面透镜的数目也是4。分开的激光束通过柱面透镜1204在某一平面中互相重叠。不总是必须使用两个柱面透镜阵列1202a和1202b；也可以使用一个柱面透镜阵列。使用两个柱面透镜阵列的优点是能够改变线形光束的尺寸，线形光束在横向的宽度可以做得更短。再一次分开的激光束用反射镜1207以直角弯曲，然后用双柱面透镜1208在照射表面1209上再做一次重叠。双柱面透镜指由两个柱面透镜构造的透镜。能量分布的均匀性就这样形成于线形光束的横向中，并确定线形光束横向内的宽度。使用反射镜1207以便于使照射表面成为水平表面(level surface)，且不总是必须的。其次说明图2的上图。发自激光振荡器1201的激光束通过柱面透镜阵列1203在垂直于子午面的方向被分开。根据这种结构，柱面透镜阵列1203中包含7个透镜，因而激光束被分成7部分。也可以使用2个柱面透镜阵列1203以便于在纵向改变线形光束的长度。然后通过柱面透镜1205使激光束在照射表面1209上重叠成一个光束。对于不安置反射镜1207的情形，从反射镜1207向前用虚线给出的是正确的光路，以及透镜和照射表面的位置。这样在线形光束的纵向就形成能量分布的均匀性，并确定线形光束在纵向的长度。线形光束的长度L用下面的要素确定包含在柱面透镜阵列1203中的柱面透镜的宽度d；该柱面透镜的焦距f1；柱面透镜1205的焦距f2。这跟随图3来说明。柱面透镜1301由具有宽度d的柱面透镜构造。入射到柱面透镜阵列1301的激光束在焦距f1的位置会聚成多个位置。激光束然后在扩散的同时入射到柱面透镜1302上。柱面透镜1302是凸透镜，因而图中的两束平行光通量各自会聚在位于柱面透镜1302后面距离f2的位置。距离f2是柱面透镜1302的焦距。各自入射到柱面透镜阵列1301的激光束因而转变成具有长度L的线形光束。简单的计算表明L＝d·f2/f1(1)如上所述，柱面透镜阵列1202a、柱面透镜阵列1202b、和柱面透镜阵列1203作为分开激光束的透镜起作用。所得到的激光束的均匀性由分开部分的数目决定。根据前面提到的结构，有4部分乘7部分，因而形成28部分的总数。通过照射根据上述结构这样获得的线形光束以便于被重叠，同时逐渐在横向移动光束，能够对于非单晶硅膜的整个表面进行激光退火，例如，能实现晶化且膜的结晶度得到提高。发自准分子激光器的激光束的形状通常是矩形，落在近似1-5的长宽比的范围。激光束强度表现出高斯(Gaussian)分布，其中向着中心变得越来越强。激光束通过图2所示的光学系统能转变成，例如，均匀能量分布300mm×0.4mm线形光束。根据本专利技术申请人进行的实验，当相对于半导体膜照射脉冲振荡的线形光束时，重叠间距在横向最适当地设为线形光束宽度的大约1/10。也就是，如果线形光束的横向宽度是0.4mm，那么可以在发射一个光脉冲直到发射下一个光脉冲的时间内在沿线形光束的横向移动半导体膜0.04mm的同时可实施激光退火。这样就提高了半导体膜激光退火的均匀性。迄今说明的方法是用来通过使用线形光束进行半导体膜的激光退火极其通用的方法。最近激光振荡器越来越高的输出已经很值得注意了，且能够具有超过300mm的线形光束长度的激光振荡器已经变得可用了。然而，用在生产工厂的衬底尺寸也改变了，例如，现在设计600mm×720mm衬底，和1000×1200mm衬底。线形光束300mm量级的长度正变得不够用。如果考虑用，例如，300mm长线形光束对形成于600mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光照射台，包括： 使在单方向扩展的光束的照射表面成为在平行于该单个方向的方向上具有曲率的形状。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：田中幸一郎，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]