[发明专利]激光辐照方法和激光辐照装置

说明书

本申请是国际申请号为PCT/JP2005/006207、国际申请日为2005年3月24日、中国国家申请号为200580009439.X、题为“激光辐照方法和激光辐照装置”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种激光辐照方法和激光辐照装置，该方法和装置例如可用于使无定形半导体膜结晶并且可以用强度均匀的线形光束来照射某一受辐照表面。更具体地讲，本发明涉及一种激光辐照方法和激光辐照装置，该方法和装置可以通过阻挡光束的低强度部分并在受辐照表面上抑制因光束衍射而导致的条纹，用强度均匀的线形光束来照射该受辐照表面。 

背景技术

近年来，在基片上制造薄膜晶体管(在下文中被称为TFT)的技术已经取得了很大的进步，并且有源矩阵显示设备的应用开发也有进展。特别是，与用常规无定形半导体膜形成的TFT相比，用聚结晶半导体膜形成的TFT在场效应迁移率(也被简称为迁移率)方面性能更好，因此当用聚结晶半导体膜形成TFT时，高速运行便变得更可行。因此，已经尝试用同一基片上所形成的驱动电路作为像素来控制该像素，而以前该像素通常由置于该基片外部的驱动电路来控制。 

就成本而言，更期望半导体器件中所用的基片是玻璃基片，而非石英基片。然而，玻璃基片耐热性较差，并且容易因过热而变形。因此，当用聚结晶半导体膜在玻璃基片上形成TFT时，为了防止该玻璃基片因过热而变形，使用激光退火方法使该玻璃基片上形成的半导体膜结晶。 

与另一种使用热辐射或热传导的退火方法相比，激光退火具有如下优点：处理时间可以急剧缩短；半导体基片或基片上的半导体膜可以进行选择性地加 热或局部加热，这样就几乎不会因过热而损坏该基片。注意到，本文所描述的激活退火是指：对半导体基片或半导体膜中的破损层或无定形层进行退火的技术；以及使基片上所形成的无定形半导体膜结晶的技术。此外，激光退火包括用于使半导体基片或半导体膜的表面平整化或改性的技术。 

作为激光退火过程中所用的激光振荡器，根据其振荡方法，可以有脉冲激光振荡器和连续波激光振荡器。近年来，已经知道在使半导体膜结晶的过程中，与使用诸如受激准分子激光器等脉冲激光振荡器相比，当使用诸如Ar激光器或YVO₄激光器等连续波激光振荡器时，半导体膜中所形成的晶粒会变得更大。当半导体膜中的晶粒变得更大时，在用半导体膜形成的TFT的沟道区域中晶粒界面的数目会减小，并且载流子迁移率变得更高，所以可以开发更复杂的器件。因此，连续波激光振荡器正吸引越来越多的注意力。 

在对半导体膜进行激光退火的过程中，通常使用波长在可见光或紫外光区域中的激光束，因为这样的激光束在半导体膜中可以被充分吸收。然而，CW(连续波)激光器中常用的固态激光介质发出波长在红到近红外区范围中的光，这样的光在半导体膜中无法被充分吸收。因此，通过非线形光学元件，CW激光器所发出的激光束可被转变为其波长在可见光区域中或更短的谐波。通常，容易获得高功率的近红外光区域中的基波常被转变为二次谐波的绿色激光束，因为该方法具有最高的转换效率。 

例如，当功率为10瓦、波长为532纳米的CW激光束被定形为长边约300微米、短边约10微米的线形光束并且在该线形光束的短边方向上扫描线形光斑时，如果按这种方式使半导体膜结晶化，则该线形光斑一次扫描所获得的大晶粒所在区域的宽度约为200微米。获得大晶粒的区域在下文中被称为大晶粒区域。因此，为了用CW激光束使在相当大的基片上所形成的半导体膜的整个表面结晶，有必要使线形光斑的位置在其长边方向上移动该线形光斑一次扫描所获得的大晶粒区域的宽度，如此来进行激光退火。 

另一方面，在形成大晶粒区域的同时，在线形光束长边方向上能量有所衰减的相反两端，形成了结晶区域(它不是大晶粒区域，在下文中被称为劣晶性(crystallinity)区域)。该劣晶性区域具有凹凸表面，不适宜在其上制造TFT。当用劣晶性区域形成TFT时，电学特性的变化和运行误差都会出现。结果，为 了制造可靠性高的TFT，有必要正确地判定制造TFT的区域，这样就不会在劣晶性区域中制造TFT了。然而，即使在采用这种措施之后，随着在长边方向上使线形光束更长，劣晶性区域仍然扩展。