CN1492255A - 光束均化器和激光辐照装置以及半导体器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

辐照表面上束斑处的不均匀能量分布是由形成光学系统的柱面透镜阵列的结构问题以及加工精度引起的。根据本发明，在形成矩形束斑的光学系统中，用光导来代替用来均化辐照表面上矩形激光束斑短边方向的能量分布的光学系统。此光导是一种能够将发射的光束限制在一定区域内并平行于其光路轴引导和传输其能量流的通路。

Description

光束均化器和激光辐照装置 以及半导体器件制造方法
技术领域
本发明涉及到对在特定区域中待要辐照的表面上的束斑进行均化的光束均化器，还涉及到将均化的束斑辐照在待要辐照的表面上的激光辐照装置。注意，根据本发明的半导体器件包括诸如有源矩阵液晶显示器件和有源矩阵电致发光显示器件之类的显示器件、电光器件、以及诸如采用这种显示器件或电光器件的电器，本发明还涉及到半导体器件的制造方法。
背景技术
新近，对于激光退火技术已经广泛地进行了研究，这种激光退火技术对形成在玻璃之类的绝缘衬底上的非晶半导体膜或结晶半导体膜(具有除单晶性之外的诸如多晶性或微晶性之类的结晶性的半导体膜)进行晶化或提高其结晶性。此半导体膜通常由硅半导体膜组成。
与已经被广泛使用的石英衬底相比，玻璃衬底更经济，具有更高的可加工性，并具有能够容易地生产大面积衬底的优点。这就是被广泛研究的原因。由于玻璃衬底的熔点低，故最好用激光器来进行晶化。激光器能够将高的能量仅仅施加到非单晶半导体膜而不明显地改变衬底的温度。
借助于执行激光退火而形成的结晶硅膜具有高的迁移率。因此，采用此结晶硅膜来制作薄膜晶体管(TFT)，且通常被用作例如单片液晶电光器件，其中象素TFT和驱动电路TFT被制作在同一个玻璃衬底上。由于结晶硅膜由大量晶粒组成，故称为“多晶硅膜”或“多晶半导体膜”。
此外，最好采用这样一种方法，其中，用光学系统对来自准分子激光器之类的大功率脉冲激光束的光束进行处理，以便在待要辐照的表面上确定尺寸为几厘米见方的正方形束斑或长度至少为10厘米的线条，且束斑的投影位置相对于待要辐照的表面被扫描，从而进行激光退火，因为这种方法具有良好的产率，并在工业上很优异。
确切地说，当采用线状束斑时，与采用需要沿正反左右方向扫描的点状束斑的情况不同，借助于仅仅沿垂直于线状束斑长边的方向进行扫描，待要辐照的整个表面就能够被光束辐照。这就导致高产率。此线状束斑此处将是一种具有大的形状比的矩形束斑。扫描沿垂直于长边的方向进行，因为这是最有效的扫描方向。由于高的产率，故使用借助于在激光退火中用适当的光学系统对脉冲准分子激光束进行处理而得到的线状束斑，正在成为目前制造技术的主流。
图10示出了用来使辐照表面上的束斑形状(激光束的剖面形状)线形化的光学系统。图10所示的光学系统是一种非常普通的光学系统。上述光学系统不仅将激光束的剖面形状转变成线状，而且还同时均化辐照表面中束斑的能量。通常，对光束能量进行均化的光学系统被称为光束均化器。亦即，图10所示的光学系统还是一种光束均化器。
当是为紫外光的准分子激光器被用作光源时，上述光学系统的基质材料可以例如整个是石英。采用石英的理由在于能够得到高的透射率。而且，最好可以采用对所用准分子激光器的波长具有99％或以上透射率的涂层。
首先来解释图10A的侧面图。从激光振荡器1201发射的激光束沿一个方向被柱面透镜阵列1202a和1202b分裂。此处将此方向称为纵向方向。当平面镜被组合到光学系统中途时，纵向方向将沿平面镜反射光的方向。此结构的束斑被分裂成4个光束。分裂的各个束斑然后被柱面透镜1204汇聚成一个束斑。然后，此束斑再次被分裂并在平面镜1207处反射。然后，分裂的各个束斑被双合柱面透镜1208再次汇聚成辐照表面1209处的一个束斑。双合柱面透镜是一种由2片柱面透镜组成的透镜。因此，线状激光束斑沿纵向的能量被均化，且线状束斑的纵向长度被确定。
下面解释图10B的俯视图。从激光振荡器1201发射的激光束沿垂直于纵向方向被柱面透镜阵列1203分裂。此处将此垂直方向称为横向方向。当平面镜被组合到光学系统中途时，横向方向将沿平面镜反射光的方向。此结构的束斑被分裂成7个光束。然后，被柱面透镜1205分裂成7个光束的激光束，在辐照表面1209处被汇聚成一个束斑。参考号1207-1209所示的各个步骤被示于虚线中；这些虚线示出了实际光路的位置、各个透镜的位置、以及没有安排平面镜1207情况下的辐照表面的位置。于是，线状束斑沿横向的能量被均化，且横向方向的长度也被确定。
如上所述，柱面透镜阵列1202a、1202b、1203用作分裂激光束的透镜。线状束斑处能量分布的均匀性依赖于分裂光束的数目。
光学系统中的上述各个透镜由对准分子激光器敏感的人造石英制成。而且，透镜表面上被涂敷，以便准分子激光能够容易地透射。因此，准分子激光通过一个透镜的透射率能够达到99％或以上。
被上述结构的光学系统线形化了的线状束斑，以逐渐偏移到其横向方向的重叠方式被辐照。这使得能够借助于激光退火对非单晶硅膜进行晶化并提高其整个表面的结晶性。
下面示出了作为待要辐照的物体的半导体膜的典型制造方法。首先，厚度为0.7mm的5英寸见方的Corning 1737衬底被制备作为衬底。然后形成厚度为200nm的SiO2膜(氧化硅膜)，并在SiO2膜的表面上形成厚度为50nm的非晶硅膜(以下表示为a-Si膜)。二种膜都用等离子体CVD装置来形成。衬底在500℃的温度下被暴露于含有氮气的气氛中1小时，从而降低膜中的氢浓度。因此，膜的抗激光能力被明显地改善。
Lambda公司制造的XeCl准分子激光器L4308(波长为308nm，脉冲宽度为30ns)被用作激光振荡器。这种激光振荡器产生脉冲振荡激光并具有每脉冲发射670mJ能量的能力。激光束出口处的激光束束斑尺寸为10×30mm(都是半宽度)。激光束的出口由激光束刚刚从激光振荡器发射之后垂直于激光束行进方向的平面确定。
由准分子激光器产生的激光束的形状通常是矩形的，且用范围约为1-5的形状比表示。激光束的强度表示强度向束斑中心增大的高斯分布。准分子激光束的束斑尺寸被转变成125mm×0.4mm的线状束斑，具有图10所示光学系统引起的均匀能量分布。
当将激光束辐照到上述半导体膜时，最合适的重叠间距约为线状束斑短边宽度(半宽度)的1/10。从而改善了半导体膜中的结晶均匀性。根据上述例子，线状束斑的半宽度为0.4mm，因此，准分子激光器的脉冲频率被设定为30Hz，且扫描速度被设定为1.0mm/s，从而辐照激光束。此时，激光束辐照表面处的能量密度被设定为450mJ/cm2。迄今描述的方法是一种用线状束斑来晶化半导体膜的非常一般的方法。
某些常规的光束均化器采用能够容易地执行精确处理的反射平面镜(见例如日本专利公开2001-291681)。
为了制造柱面透镜阵列，要求高的加工精度。
柱面透镜阵列由沿曲线方向排列的多个柱面透镜组成。此处的曲线方向被称为柱面母面的垂直方向。形成柱面透镜阵列的各个柱面透镜之间必定具有连接部分。各个连接部分不具有弯曲的表面；通过连接部分辐照的光束发生透射而不受柱面透镜的影响。到达待要辐照的表面而没有此影响的光束，能够在辐照表面上的矩形束斑处引起不均匀的能量分布。
形成柱面透镜阵列的各个柱面透镜必须以完全相同的精度加以制造。当各个柱面透镜具有不同的曲率时，即使用汇聚透镜，被柱面透镜阵列分裂的各个激光束也不会在辐照表面处被汇聚到同一个位置。亦即，辐照表面上矩形束斑处的能量分布不均匀。
辐照表面上束斑处的不均匀能量分布是由形成光学系统的柱面透镜阵列的结构问题和加工精度引起的。亦即，不均匀性起源于引入到均化器中的所有激光束未被引入到各个柱面透镜起作用的部分以及被柱面透镜阵列分裂的所有激光束未被汇聚到同一个位置。
而且，当利用现有技术所述的方法，借助于扫描沿辐照表面上矩形短边方向的能量分布为高斯分布的矩形激光束而对半导体膜进行晶化时，沿与扫描方向垂直的方向的条形图形清楚地出现在半导体膜上。此条形图形与半导体膜的不均匀结晶性同步。例如，不均匀性呈现为TFT电学特性的分散，并在采用此TFT的平板上显示出条形图形。
此条形图形是由激光振荡器不稳定的输出造成的。因此，消除条形图形的唯一方法是改善激光振荡器。但当沿辐照表面上矩形束斑短边方向的能量分布被均化时，激光振荡器输出的不稳定性就被均化了，条形图形就消失到背景中。亦即，防止了条形图形的出现。因此，需要均化能量分布的光学系统。亦即，利用柱面透镜阵列能够获得具有均匀能量分布的矩形束斑，但要求高度精确的光学系统。
发明内容
根据本发明，在用来形成矩形束斑的光学系统中，用光导来代替用来均化辐照表面上矩形束斑短边方向能量分布的光学系统。此光导是一种通路，它能够在某些区域中俘获光发射，并沿平行于其光路轴引导和透射其光流。
下面将解释用来解决上述问题的方法。图1A和1B示出了有助于解释用来解决上述问题的方法的示意图。首先来描述示意图之一的俯视图图1A。具有二个彼此面对的反射表面以及辐照表面1303的光导1302，被制备来从图左侧向其发射光束。当光导1302存在时，用实线1301a表示光束。当光导1302不存在时，用虚线1301b表示光束。
在不存在光导1302的情况下，如光束1301b所示，从左侧入射的光束到达辐照表面1303a、1303b、1303c。
在存在光导1302的情况下，如光束1301a所示，入射的光束被光导1302的反射表面反射，它们都到达辐照表面区域1303b。亦即，在存在光导1302的情况下，当不存在光导1302时应该到达辐照表面区域1303a和1303c的所有的入射光束，都到达辐照表面区域1303b。因此，当光束被发射进入光导1302时，入射的光束被分裂，然后所有的分裂光束被重叠在辐照表面1303b上的同一个位置。于是，分裂入射光束以便将各个分裂的光束重叠在同一个位置，就能够在各个分裂的光束被重叠的位置处均化光的能量分布。
通常，利用均化器从光束的分裂得到的光束的数目越大，分裂的光束被重叠的位置处的能量分布的均匀性就越高。光导1302内部较大的反射数目，能够增大由于光束分裂而得到的光束的数目。换言之，使光导的二个反射表面沿发射光束到其中的方向更长，可以增大上述反射的数目。同样，使彼此面对的反射表面之间的间距更小，能够增大光束被分裂的数目。
根据本发明的另一种结构，在用来形成矩形束斑的光学系统中，用光管来代替用来均化辐照表面上矩形束斑沿光束短边方向能量分布的光学系统。此光管是一种用拉挤成型(pultrusion)制作成锥形、棱柱形、柱形等的元件，通常借助于反射从其一端传送到另一端。
此处公开的激光装置的特征是具有包括上述光导或光管的均化器。具有二个彼此面对的反射表面的光导或光管，能够均化辐照表面上矩形束斑短边方向的能量分布。
在制造半导体器件的过程中，采用上述激光辐照装置能够抑制来自辐照表面上束斑能量不均匀的条形图形的出现，并改善半导体膜结晶性的均匀性。
根据本发明的一种情况，本发明的方法包含下列步骤：提供激光束，将激光束通过光导，以及用通过光导之后的激光束辐照半导体膜以便晶化半导体膜，其中，半导体膜表面处的激光束能量分布被光导均化。
附图说明
在附图中：
图1示出了本发明的方法；
图2示出了本发明公开的激光辐照装置的例子；
图3示出了被图2所示光学系统处理过的矩形束斑的能量分布；
图4示出了本发明公开的激光辐照装置的例子；
图5示出了被图4所示光学系统处理过的矩形束斑的能量分布；
图6示出了本发明公开的激光辐照装置的例子；
图7示出了被图6所示光学系统处理过的矩形束斑的能量分布；
图8示出了本发明公开的激光辐照装置的例子；
图9示出了被图8所示光学系统处理过的矩形束斑的能量分布；而
图10示出了常规的激光辐照装置。
具体实施方式
参照图2来描述本发明所公开的产生矩形束斑的光学系统。
首先来解释图2B中的侧面图。从激光振荡器1101发射的激光束沿图2B中所示箭头的方向传播。此激光束被球面透镜1102a和1102b扩展。在从激光振荡器1101发射的束斑足够大的情况下，不需要这些组成部分。
束斑沿矩形短边方向被第二侧面曲率半径为-486mm且厚度为20mm的柱面透镜1105聚焦。当弯曲中心位于光束从透镜面出射侧时，曲率半径的符号为正，而当弯曲中心位于激光进入透镜面侧时，符号为负。而且，光束进入的透镜面为第一表面，而光束出射的透镜面为第二表面。辐照表面上矩形束斑短边处的能量分布被具有二个彼此面对的反射表面1106a和1106b的位于柱面透镜1105后面1030mm的光导1106均化。光导1106沿光束发射方向的长度为300mm，而反射表面之间的距离为2mm。
在常规的光学系统中，辐照表面上矩形束斑的不均匀的能量分布由柱面透镜阵列的结构和制造精度以及组合分裂激光束的柱面透镜的制造精度的问题引起。根据本发明的具有光导1302的光学系统能够纠正上述问题。
利用排列在1250mm后面的双合柱面透镜1107a和1107b，从光导1106出射的激光束沿矩形短边方向被聚焦在双合柱面透镜后面237mm处安置的辐照表面1108上。此处的双合柱面透镜指的是由二个柱面透镜组成的透镜。形成双合柱面透镜的二个柱面透镜之一具有曲率半径为125mm的第一表面、曲率半径为+77mm的第二表面、以及10mm的厚度；另一个柱面透镜具有曲率半径为+97mm的第一表面、曲率半径为-200mm的第二表面、以及20mm的厚度。二个柱面透镜之间的间距为5.5mm。因此，矩形束斑短边处的能量分布被均化，且短边方向的长度被确定。不一定采用双合柱面透镜，但双合柱面透镜使光学系统与辐照表面之间具有空间，从而能够有余地。
接着来解释图2A的俯视图。从激光振荡器1101发射的激光束的束斑沿矩形长边方向被柱面透镜阵列1103a和1103b分裂。柱面透镜阵列1103a包含30个沿曲线方向排列的曲率半径为28mm、厚度为5mm、以及宽度为2mm的柱面透镜。柱面透镜阵列1103b包含30个沿曲线方向排列的曲率半径为-13.33mm、厚度为5mm、以及宽度为2mm的柱面透镜。且柱面透镜阵列1103a和1103b之间的间距为88mm。然后，激光束被排列在柱面透镜1103b后面120mm的具有曲率半径为2140mm的第一表面和20mm厚度的柱面透镜1104组合在辐照表面1108上。因此，矩形束斑长边的能量分布被均化，且长边方向的长度被确定。
图3示出了光学设计软件模拟运行的结果，其中，能够得到长边方向长度为300mm而短边方向长度为0.4mm的具有均匀能量分布的束斑。图3A示出了从矩形束斑中心沿长边方向延伸±0.3mm以及沿短边方向延伸±0.2mm部分内的能量分布。图3B示出了矩形束斑短边中心处的能量分布剖面图。
在上述结构中，与根据本发明的光学系统组合的激光振荡器最好在一定波段中具有大的输出，以便被半导体膜完全吸收。若硅膜被用作半导体膜，则考虑到吸收率，从所用激光振荡器发射的激光束的波长最好等于或小于600nm。例如，准分子激光器、YAG激光器(高次谐波)、以及玻璃激光器(高次谐波)可以被用作激光振荡器，用来发射这种激光束。
而且，虽然用目前技术，例如YVO4激光器(高次谐波)、YLF激光器(高次谐波)、以及Ar激光器，还得不到大的功率，但能够被列举为产生波长适合于硅膜晶化的激光的激光振荡器。
下面描述根据本发明的半导体器件的制造方法，其中采用了根据本发明的光束均化器和激光辐照装置。首先准备尺寸127mm见方且厚度为0.7mm的玻璃衬底(“Corning 1737玻璃”)。此衬底足以承受高达600℃的温度。在玻璃衬底上形成厚度为200nm的氧化硅膜作为基底膜。而且，在氧化硅膜上形成厚度为55nm的非晶硅膜。二种膜都用溅射方法来形成。作为变通，也可以用等离子体CVD方法来形成。
在450℃的氮气气氛中，对形成有淀积膜的衬底加热1小时。此加热过程用来降低非晶硅膜中的氢含量。当非晶硅膜中的氢含量高时，此膜无法抵抗激光能量，因此进行加热步骤。膜的氢含量应该适当地约为1020/cm3。此处，表式“1020/cm3”表示每立方厘米含有1020个氢原子。
在本实施方案模式中，Lambda Physik公司制造的XeCl准分子激光器“L4308”被用作激光振荡器。此准分子激光器是一种脉冲激光器。此准分子激光器的最大能量是每脉冲670mJ，其振荡波长是308nm，而其最大频率是300Hz。当脉冲激光器的各个脉冲的能量起伏在±10％之内，最好是±5％之内时，在衬底的激光处理过程中，能够得到均匀的晶化。
此处指出的激光能量电平的起伏被定义如下：激光能量电平在衬底辐照期间内的平均值被设定为判据，而此期间内最小能量或最大能量与此平均值之间的差别被表示为％。
例如，借助于沿矩形束斑的短边方向扫描其上放置图2所示待要辐照的表面1108的平台，来进行激光束辐照。此时，可以由光学系统的操作人员适当地确定待要辐照的表面1108上束斑的能量密度和扫描速度。能量密度大致在200-1000mJ/cm2范围内。当适当地选择扫描速度，使矩形束斑短边方向的宽度可以在大约90％或以上范围内彼此重叠时，非常可能进行均匀的激光退火。最佳的扫描速度依赖于激光振荡器的脉冲频率，并可以认为正比于频率。
以这种方式，来完成激光退火工艺。借助于重复此工艺，能够处理大量的衬底。例如，利用衬底能够制造有源矩阵液晶显示器。可以根据熟知的方法来完成制造。
在上述例子中，准分子激光器被用作激光振荡器。准分子激光器由于其相干长度非常小，仅仅几微米，故适合于上述例子的光学系统。下面所述某些激光器本来具有大的相干长度，但能够采用人工改变了相干长度的激光器。为了得到同样大的功率以及硅膜大量吸收激光束的能量，作为变通最好采用YAG激光器的高次谐波或玻璃激光器的高次谐波。诸如YVO4激光器(高次谐波)、YLF激光器(高次谐波)、Ar激光器之类的适合于硅膜晶化的激光器，被列为例子。这些激光束的波段被硅膜完全吸收。
虽然在上述例子中非晶硅膜被指出作为非单晶硅半导体膜，但容易推测的是，本发明可以应用于其它的非单晶半导体膜。举例来说，此非单晶半导体膜完全可以是诸如非晶硅锗膜之类的具有非晶结构的化合物半导体膜。或者，此非单晶半导体膜完全可以是多晶硅膜。
实施方案1
此处描述与上述光学系统不同的光学系统例子。
图4A和4B示出了本实施方案要解释的光学系统的例子。首先来解释图4B的侧面图。从激光振荡器1401发射的激光束向图中所示箭头的方向传播。束斑尺寸沿其短边被具有曲率半径为-182mm的第二表面的厚度为10mm的柱面透镜减小。具有二个彼此面对的反射表面1405a和1405b的光导1405，被安置成其光束入口位于柱面透镜的聚焦区域。光导1405使束斑的能量分布均化。此光导1405沿光束行进方向的长度为300mm，反射表面之间的距离为0.4mm。辐照表面1406位于离光导1405出口0.2mm的位置处。在辐照表面1406上，形成具有被均化了的能量分布的且其短边为0.4mm的矩形束斑。
其次来描述图4A的俯视图。从激光振荡器1401发射的激光束向图中所示箭头的方向传播。光束通过由7个沿弯曲方向键合的3mm宽柱面透镜组成柱面透镜阵列1403，各个柱面透镜具有曲率半径为+35mm的第一表面，光束从而沿矩形的长边被分裂。各个分裂的光束通过具有曲率半径为+816mm的第一表面的5mm厚柱面透镜1404，各个光束从而被重叠在辐照表面1406上。于是能够产生其能量分布沿矩形长边方向被均化了的矩形束斑。在柱面透镜1404具有较长焦距的情况下，对光进行会聚的能力受到损害。因此，不必放入柱面透镜1404。
图4A和4B所示的光学系统使得能够形成具有被均化了的能量分布且矩形短边为0.4mm的矩形束斑。图5A和5B示出了用光学设计软件进行模拟的结果。图5A示出了矩形束斑从束斑中心沿长边方向±0.3mm范围内以及沿短边方向±0.2mm范围内的能量分布。图5B是矩形中心部分中沿其短边方向的矩形束斑能量分布的剖面图。
实施方案2
此处描述与上述光学系统不同的光学系统例子。图6A和6B示出了本实施方案要解释的光学系统的例子。
首先来描述图6B的侧面图。在此图中，激光束准确地通过与图4A和4B所示相同的光路，直至激光束到达具有二个彼此面对的反射表面1605a和1605b的光导1605。此光导1605与光导1405一样具有二个彼此面对的反射表面。此光导1605沿光束行进方向的长度为900mm，反射表面之间的距离为2.6mm。从光导1605输出的光束被成形，以便形成其短边为2.6mm的沿短边方向具有被均化了的能量分布的矩形束斑。从光导1605输出的光束的尺寸被排列在光导1605后面1000mm的双合柱面透镜1606a和1606b减小。然后，光束被会聚在排列在双合柱面透镜后面220mm的辐照表面1607上。此双合柱面透镜包含：具有曲率半径为+125mm的第一表面和曲率半径为+69mm的第二表面的厚度为10mm的柱面透镜；以及具有曲率半径为+75mm的第一表面和曲率半径为-226mm的第二表面的厚度为20mm的柱面透镜。此外，柱面透镜之间的间距为1mm。在辐照表面1607上，形成有具有沿矩形短边方向被均化了的能量分布的矩形束斑。可以用具有曲率半径为+963mm的第一表面和曲率半径为-980mm的第二表面的厚度为30mm的柱面透镜来代替双合透镜。在此情况下，柱面透镜最好被排列在光导1605后面2000mm，而辐照表面被排列在柱面透镜后面2000mm。
其次来描述图6A的俯视图。从激光振荡器1601发射的激光束向图中所示箭头的方向传播。光束通过由7个沿弯曲方向键合的3mm厚、3mm宽柱面透镜组成的柱面透镜阵列1603，各个柱面透镜具有曲率半径为+35mm的第一表面，光束从而沿矩形的长边被分裂。各个分裂的光束通过具有曲率半径为+816mm的第一表面的5mm厚柱面透镜1604，各个光束从而被重叠在辐照表面1607上。于是能够产生其能量分布沿矩形长边方向被均化了的矩形束斑。在柱面透镜1604具有较长焦距的情况下，对光进行会聚的能力受到损害。因此，不必安置柱面透镜1604。
图6A和6B所示的光学系统使得能够形成具有被均化了的能量分布且矩形短边为0.6mm的矩形束斑。图7A和7B示出了用光学设计软件进行模拟的结果。图7A示出了矩形束斑从束斑中心沿长边方向±0.3mm范围内以及沿短边方向±0.2mm范围内的能量分布。图7B是矩形中心部分中沿其短边方向的矩形束斑能量分布的剖面图。
本实施方案所示的光学系统可以在例如根据实施方案模式的方法下被用来进行半导体膜的激光退火。半导体膜的使用使得能够制造例如有源矩阵液晶显示器。本技术领域的熟练人员可以根据熟知的方法来进行这一制造。
实施方案3
此处描述与上述光学系统不同的光学系统例子。图8A和8B示出了本实施方案要解释的光学系统的例子。
在这些图中，激光束准确地通过除了光导1805之外与图4A和4B所示相同的光路。此光导1805与光导1405一样具有二个彼此面对的反射表面。光导1405在二个彼此面对的反射表面之间具有中空的间距，而光导1805具有反射表面之间填充有折射率为n的媒质1805c的间距。这是二个例子的不同之处。在媒质的折射率n大于形成反射表面的材料的折射率的情况下，当光束以小于或等于入射临界角的角度进入光导1805时，光束被完全反射。换言之，与光束不经受内部全反射的情况相比，此时光导对光束的透射率变得更大。因此，来自光源1801的光束能够以更高的效率被会聚在辐照表面1806上。顺便说一下，不一定要安置柱面透镜1804。
图8A和8B所示的光学系统使得能够形成具有被均化了的能量分布且矩形短边为0.4mm的矩形束斑。此处，媒质的折射率和形成反射表面的材料的折射率分别为1.521和1.464。图9A和9B示出了用光学设计软件进行模拟的结果。图9A示出了矩形束斑从束斑中心沿长边方向±0.3mm范围内以及沿短边方向±0.2mm范围内的能量分布。图9B是矩形中心部分中沿其短边方向的矩形束斑能量分布的剖面图。
本实施方案所示的光学系统可以在例如根据实施方案模式的方法下被用来进行半导体膜的激光退火。半导体膜的使用使得能够制造例如有源矩阵液晶显示器或电致发光显示器。本技术领域的熟练人员可以根据熟知的方法来进行这一制造。
此处公开的激光辐照装置的特征是如上所述具有包括光导或光管的均化器。光导或光管具有二个彼此面对的反射表面，并能够沿辐照表面上矩形束斑的短边方向均化能量分布。

Claims (46)

1.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的光束均化器，它包含用来沿辐照表面上线状形状宽度方向均化激光能量分布的光导。
2.根据权利要求1的光束均化器，其中所述光导包含二个彼此面对的反射表面。
3.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的光束均化器，它包含用来沿辐照表面上线状形状宽度方向均化激光能量分布的光管。
4.根据权利要求3的光束均化器，其中所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
5.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的光束均化器，它包含：
用来沿辐照表面上的线状形状宽度方向均化激光能量分布的光导；以及
用来沿辐照表面上的线状形状宽度方向会聚从所述光导输出的光的至少一个柱面透镜。
6.根据权利要求5的光束均化器，其中所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
7.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的光束均化器，它包含：
用来沿辐照表面上的线状形状宽度方向均化激光能量分布的光管；以及
用来沿辐照表面上的线状形状宽度方向会聚从所述光管输出的光的至少一个柱面透镜。
8.根据权利要求7的光束均化器，其中所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
9.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的光束均化器，它包含：
用来沿辐照表面上线性形状长度方向均化激光能量分布的装置；以及
用来沿辐照表面上宽度方向均化能量分布的光导，
其中所述装置至少具有一柱面透镜阵列。
10.根据权利要求9的光束均化器，其中所述光导包含二个彼此面对的反射表面。
11.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的光束均化器，它包含：
用来沿辐照表面上线状形状长度方向均化激光能量分布的装置；以及
用来沿辐照表面上线状形状宽度方向均化能量分布的光管，
其中所述装置至少具有一柱面透镜阵列。
12.根据权利要求11的光束均化器，其中所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
13.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的激光辐照装置，它包含：
激光振荡器；以及
光束均化器，
其中所述光束均化器具有用来沿线状形状宽度方向均化激光能量分布的光导。
14.根据权利要求13的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
15.根据权利要求13的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
16.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的激光辐照装置，它包含：
激光振荡器；
光束均化器，
其中所述光束均化器具有用来沿线状形状宽度方向均化激光能量分布的光导，且
所述光导包含二个彼此面对的反射表面。
17.根据权利要求16的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
18.根据权利要求16的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
19.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的激光辐照装置，它包含：
激光振荡器；以及
光束均化器，
其中所述光束均化器具有用来沿线状形状宽度方向均化激光能量分布的光管。
20.根据权利要求19的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
21.根据权利要求19的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
22.一种用来使辐照表面上的激光束斑成形为线状形状的激光辐照装置，它包含：
激光振荡器；以及
光束均化器，
其中所述光束均化器具有用来沿线状形状宽度方向均化激光能量分布的光管，且
所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
23.根据权利要求22的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
24.根据权利要求22的激光辐照装置，其中所述激光振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
25.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
用激光束振荡器产生激光束；
至少用一柱面透镜阵列和一光导来成形激光束，以便在辐照表面上形成其能量分布被均化了的激光线性束斑；
将其上形成有非单晶半导体膜的衬底安置在平台上，使非单晶半导体膜的表面与辐照表面重合；以及
借助于在使所述平台相对于激光束扫描时用线性激光束辐照半导体膜的表面，对非单晶半导体膜进行激光退火，
其中所述柱面透镜阵列沿束斑长度方向作用于线性束斑，且
所述光导沿束斑宽度方向作用于线状束斑。
26.根据权利要求25的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
27.根据权利要求25的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
28.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
用激光束振荡器产生激光束；
至少用一柱面透镜阵列和一光导来成形激光束，以便在辐照表面上形成其能量分布被均化了的激光线性束斑；
将其上形成有非单晶半导体膜的衬底安置在平台上，使非单晶半导体膜的表面与辐照表面重合；以及
借助于在使所述平台相对于激光束扫描时用线性激光束辐照半导体膜的表面，对非单晶半导体膜进行激光退火，
其中所述柱面透镜阵列沿束斑长度方向作用于线性束斑，
所述光导沿束斑宽度方向作用于线性束斑，且
所述光导包含二个彼此面对的反射表面。
29.根据权利要求28的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
30.根据权利要求28的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
31.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
用激光束振荡器产生激光束；
至少用一柱面透镜阵列和一光管来成形激光束，以便在辐照表面上形成其能量分布被均化了的激光线性束斑；
将其上形成有非单晶半导体膜的衬底安置在平台上，使非单晶半导体膜的表面与辐照表面重合；以及
借助于在使所述平台相对于激光束扫描时用线性激光束辐照半导体膜的表面，对非单晶半导体膜进行激光退火，
其中所述柱面透镜阵列沿束斑长度方向作用于线性束斑，且
所述光管沿束斑宽度方向作用于线性束斑。
32.根据权利要求31的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
33.根据权利要求31的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
34.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
在衬底上形成非单晶半导体膜；
用激光束振荡器产生激光束；
至少用一柱面透镜阵列和一光管来成形激光束，以便在辐照表面上形成其能量分布被均化了的激光线性束斑；
将其上形成有非单晶半导体膜的衬底安置在平台上，使非单晶半导体膜的表面与辐照表面重合；以及
借助于在使所述平台相对于激光束扫描时用线性激光束辐照半导体膜的表面，对非单晶半导体膜进行激光退火，
其中所述柱面透镜阵列沿束斑长度方向作用于线性束斑，
所述光管沿束斑宽度方向作用于线性束斑，且
所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
35.根据权利要求34的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。
36.根据权利要求34的制造半导体器件的方法，其中所述激光束振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。
37.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
提供激光；
使所述激光通过光导；以及
用通过所述光导后的所述激光辐照半导体膜，以便晶化所述半导体膜，
其中所述半导体膜表面处的激光能量分布被所述光导均化。
38.根据权利要求37的制造半导体器件的方法，其中所述光导包含二个彼此面对的反射表面。
39.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
提供激光；
使所述激光通过光管；以及
用通过所述光管后的所述激光辐照半导体膜，以便晶化所述半导体膜，
其中所述半导体膜表面处的激光能量分布被所述光管均化。
40.根据权利要求39的制造半导体器件的方法，其中所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
41.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
提供激光，此激光具有垂直于所述激光的传播方向的剖面，其中所述剖面具有长度和宽度；
仅仅增大激光剖面的长度；
使所述激光通过光导；以及
用通过所述光导后的所述激光辐照半导体膜，以便晶化所述半导体膜，
其中沿所述剖面宽度方向的激光能量分布被所述光导均化。
42.根据权利要求41的制造半导体器件的方法，其中利用具有多个柱面透镜的柱面透镜阵列来增大激光剖面的长度。
43.根据权利要求41的制造半导体器件的方法，其中所述光导包含二个彼此面对的反射表面。
44.一种制造半导体器件的方法，它包含下列步骤：
提供激光，此激光具有垂直于所述激光的传播方向的剖面，其中所述剖面具有长度和宽度；
仅仅增大激光剖面的长度；
使所述激光通过光管；以及
用通过所述光管后的所述激光辐照半导体膜，以便晶化所述半导体膜，
其中沿所述剖面宽度方向的激光能量分布被所述光管均化。
45.根据权利要求44的制造半导体器件的方法，其中利用具有多个柱面透镜的柱面透镜阵列来增大激光剖面的长度。
46.根据权利要求44的制造半导体器件的方法，其中所述光管包含二个彼此面对的反射表面。
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