[发明专利]激光照射设备和激光照射方法

说明书

本申请是国际申请日为2005年6月15日，申请号为 200580020022.3，发明名称为“激光照射设备和激光照射方法”的申 请的分案申请。

技术领域

本发明涉及激光照射设备(该设备包括激光器和引导激光器输出 的激光束到照射物体的光学系统)以及一种激光照射方法，例如用于 对半导体材料进行有效和均匀地退火。

背景技术

近年来，在基板上制造薄膜晶体管(此后称为TFT)的技术得到 很大的发展，且它在有源矩阵显示装置中的应用得到提高。具体而言， 因为使用多晶半导体薄膜的TFT比使用非晶半导体薄膜的常规TFT具 有更高的场效应迁移率，可以实现高速操作。因此，试图通过在和象 素相同的基板上形成驱动电路而控制象素，而驱动电路通常在基板外 提供。

随着半导体器件需求的增加，需要在较短的时间以较低的温度制 造半导体器件。在价格方面优于石英基板的玻璃基板用作半导体器件 的基板。在玻璃基板上形成具有多晶半导体薄膜的TFT的情况下，尽 管玻璃基板对热敏感且由于热而容易变形，通过采用激光退火，半导 体薄膜容易在低温结晶。

此外，和使用辐射热或传导热的其他退火方法相比，激光退火具 有这样的优点，它可以极大地缩短处理时间，且基板上的半导体薄膜 可以被选择性地和局部地加热，从而不对基板构成热损害。

作为激光退火中使用的激光振荡器，根据它们的振荡方法，有脉 冲激光振荡器和连续波(CW)激光振荡器。准分子激光器具有高输出 功率和高重复频率重复照射能力的优点。而且，准分子激光器发射的 激光束的优点在于对于硅薄膜具有高吸收系数，硅薄膜通常用作半导 体薄膜。优选地，以这种方式执行激光照射：通过光学系统，在照射 表面上，激光束被转换成矩形、线形或椭圆形状，然后该光束相对于 照射表面在矩形、线形或椭圆形光束的短轴方向进行扫描，因为这种 方法提供高产出率且是具有工业优势的。目前，通常通过在根据本技 术结晶的半导体薄膜上形成的TFT而制造液晶显示器和EL(电致发 光)显示器。

另一方面，当从连续波激光器发射的激光束(此后该激光束称为 CW激光束)被转换成矩形、线形或椭圆形状且基板在矩形、线形或 椭圆形状的短轴方向上相对移动时，可以形成沿移动方向延伸的大晶 粒晶体。在根据大晶粒晶体的长轴方向制造TFT的情况下，该TFT比 使用准分子激光器制造的TFT具有更高的迁移率。因为通过使用CW 激光束形成的TFT，可以高速地驱动电路，所以可以制造用于驱动显 示器、CPU等的驱动电路。

通常，已知图8所示的激光照射设备。该激光照射设备包括多个 柱面透镜阵列等等。使用多个柱面透镜阵列2～6，激光振荡器1发 射的激光束被分割成多个光束并会聚。然后，在激光束在反射镜7上 反射之后，使用两个柱面透镜组成的双柱面透镜(doublet cylindrical lens)，激光束会聚成一个矩形、线形或椭圆形激光束。 此后，激光束被垂直传送到照射表面9。通过向照射表面传送矩形、 线形或椭圆形光束，同时在线形光束的短轴方向相对移动光束，可以 对非晶半导体的整个表面进行退火，从而使该非晶半导体结晶，其结 晶度提高，或杂质元素被激活。

然而，因为常规激光照射设备需要使用多个昂贵的柱面透镜阵列 且安置它们以形成如上所述所需的矩形、线形或椭圆形光束，设备在 尺寸上存在问题且其成本增加。而且，因为整形成矩形、线形或椭圆 形光点的激光束被垂直传送到照射表面，即，基板上形成的半导体薄 膜的表面，从上面入射到半导体薄膜的光束穿过基板并被基板的底面 反射。然后，从上面入射的光束与在底面反射的光束干涉。这样，有 时不能制造均匀结晶的半导体薄膜。

本申请提出一种克服常规激光照射设备问题的紧凑和便宜的激 光照射设备。该激光照射设备在图9中示出。该激光照射设备使用凸 透镜13，激光束斜着入射到该凸透镜，使得激光束延伸，从而形成 矩形、线形或椭圆形光束14。然后，延伸的光束斜着照射到照射表 面15。