束均化器，激光辐照设备，以及制造半导体器件的方法技术

柱形透镜阵列无法被制造成各个柱形透镜具有相同的曲率半径和相同的表面精度。因此，当用柱形透镜阵列来执行激光退火时，被柱形透镜阵列分裂的各个束斑无法在相同的表面内被完全地叠加。结果，就形成了矩形束边沿部分能量被衰减了的区域，激光束的强度分布从而变得不均匀。在本发明专利技术中，柱形透镜阵列结合光波导被使用。在激光束沿预定方向被柱形透镜阵列分裂之后，各个分裂的束被组合，然后激光束被入射到沿与预定方向相同的方向作用的光波导中。这能够修正由柱形透镜阵列加工不精确所造成的激光束强度的变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到用来使被辐照表面特定区域内的激光束强度分布均匀的束均化器。此外，本专利技术涉及到用来将激光束辐照到被辐照表面的激光辐照设备。本专利技术还涉及到具有用激光辐照设备形成的结晶半导体膜的半导体器件的制造方法。
技术介绍
近年来，借助于将激光束辐照到形成在玻璃衬底上的非晶半导体膜而制造结晶半导体膜的方法，已经被广泛地使用(以下将此方法称为激光退火)。要指出的是，此处所用的术语“结晶半导体膜”意味着具有被晶化的区域的半导体膜，且包括在其整个表面上具有晶化区域的半导体膜。玻璃衬底比人造石英衬底更便宜，因而具有能够容易地制造大衬底的优点。另一方面，玻璃衬底的缺点是其熔点低于人造石英的熔点。但当对形成在玻璃衬底上的半导体膜进行激光退火时，有可能仅仅对半导体膜提供高温而对玻璃衬底不造成任何热损伤。此外，与采用电炉的加热方法相比，激光退火提供了高得多的产率。由于用激光退火方法制造的结晶半导体膜具有高的迁移率，故此结晶半导体膜被广泛地用作例如构成有源矩阵液晶显示器件的驱动电路的TFT的有源层。从准分子激光器发射的激光束常常被用作此激光束。准分子激光器的优点是具有高的输出，能够以高的重复速率振荡激光束，以及通常被用作半导体膜的硅膜对从准分子激光束发射的激光束的吸收系数高。而且，以激光束通过光学系统被成形为在被辐照表面上具有矩形形状，以及矩形激光束的辐照位置相对于被辐照表面移动的方式，来执行激光辐照。由于这种方法提供了高的生产率，故在工业上是优异的。要指出的是，在本说明书中，在被辐照表面上具有矩形形状的激光束被称为矩形束。由于从激光振荡器发射的激光束通常具有高斯强度分布，故为了进行均匀的激光退火，必须对被辐照表面上激光束的强度分布进行均化。近年来，为了均化强度分布，常常采用这样一种方法，其中，柱形透镜阵列被用来沿预定方向分裂激光束，然后将备个被分裂的激光束叠加在同一个表面上。根据此方法，矩形束能够被形成为沿长轴具有300mm或以上的长度而沿短轴具有1mm或以下的长度，因而有可能有效地对形成在大衬底上的半导体膜进行激光退火。但当采用柱形透镜阵列时，各个柱形透镜的加工精度是一个问题。柱形透镜阵列由排列的多个柱形透镜组成，不可能将各个柱形透镜制造成具有相同的曲率半径和相同的表面精度。结果，由于被柱形透镜阵列分裂的各个束斑无法完全被叠加在相同的辐照表面中，故在矩形束中形成有强度分布被衰减的区域。当时半导体膜进行激光退火时就出现问题。当用具有这种不均匀强度分布的矩形束的激光退火形成的半导体膜被用来制造TFT时，尤其是当这种TFT被用来制造液晶或有机EL显示器时，就可能在显示器上出现条纹或颜色变化。
技术实现思路
考虑到上述问题而提出了本专利技术，本专利技术的目的是改善激光束的强度分布均匀性，并提供一种能够修正特别是由于柱形透镜阵列加工不精确性造成的激光束的强度变化的技术。本专利技术结合用来形成矩形束的柱形透镜阵列而采用一种光波导，以便得到强度分布更均匀的矩形束。亦即，以激光束沿预定方向被柱形透镜阵列分裂之后，各个分裂的束被组合，激光束然后被引入到沿与预定方向相同的方向作用的光波导中的方式，来修正由于柱形透镜阵列加工不精确性造成的激光束强度分布的变化。当在光波导中面对地提供一对反射平面时，预定方向就与要形成的矩形束的短轴方向一致。使光波导沿矩形束短轴方向作用的原因如下。通常用来对半导体膜进行激光退火的矩形束具有非常短的短轴，一般为1mm或以下。为了沿这种非常窄的矩形束的短轴方向均化激光束的强度分布，分裂的束斑必须以非常高的精度被叠加。正是光波导容易地使得这种叠加成为可能，分裂的束斑从而能够完全被叠加在同一个位置。而且，当光波导沿长轴方面具有另一对面对地提供的反射平面时，矩形束能够沿其长轴和短轴方向具有均匀的强度分布。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种束均化器，它包括用来沿预定方向分裂激光束并组合分裂的激光束的光学系统以及用来沿预定方向均化激光束的强度分布的光波导，其中，激光束在透射通过光学系统之后，被入射到光波导中。本专利技术公开的束均化器还包括用来沿垂直于预定方向的方向分裂激光束以及用来组合分裂的束的光学系统。在本专利技术公开的束均化器中，光波导具有面对地提供的一对反射平面。在本专利技术公开的束均化器中，光波导具有面对地提供的二对反射平面。本专利技术公开了一种激光辐照设备，它包括激光振荡器和束均化器，其中，束均化器具有用来沿预定方向分裂激光束并组合分裂的激光束的光学系统以及用来沿预定方向均化激光束的强度分布的光波导，且其中，激光束在透射通过光学系统之后，被入射到光波导中。本专利技术公开的激光辐照设备还包括用来沿垂直于预定方向的方向分裂激光束以及用来组合分裂的激光束的光学系统。在本专利技术公开的激光辐照设备中，光波导具有面对地提供的一对反射平面。在本专利技术公开的激光辐照设备中，光波导具有面对地提供的二对反射平面。在本专利技术公开的激光辐照设备中，激光振荡器是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。在本专利技术公开的激光辐照设备中，激光振荡器是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。本专利技术公开的激光辐照设备还包括用来相对于激光束移动被辐照表面的移动台。本专利技术公开的激光辐照设备还包括用来将辐照表面传送到移动台的传送装置。本专利技术公开了一种用来制造半导体器件的方法，它包括在衬底上形成非单晶半导体膜的步骤以及对作为辐照表面的非单晶半导体膜进行激光退火的步骤，其中，激光退火包括用光学系统沿预定方向分裂激光束并组合各个分裂的束的步骤、用光波导沿预定方向均化激光束的强度分布的步骤、以及在将激光束相对于非单晶半导体膜移动的情况下辐照非单晶半导体膜的步骤。在本专利技术公开的制造半导体器件的方法中，采用了用来沿垂直于预定方向的方向分裂激光束以及用来组合各个分裂的束的光学系统。用于本专利技术公开的制造半导体器件的方法中的光波导具有面对地提供的一对反射平面。用于本专利技术公开的制造半导体器件的方法中的光波导具有面对地提供的二对反射平面。用于本专利技术公开的制造半导体器件的方法中的激光振荡器，是准分子激光器、YAG激光器、或玻璃激光器。用于本专利技术公开的制造半导体器件的方法中的激光振荡器，是YVO4激光器、YLF激光器、或Ar激光器。在本专利技术公开的制造半导体器件的方法中，采用了用来相对于激光束移动辐照表面的移动台。在本专利技术公开的制造半导体器件的方法中，采用了用来将辐照表面传送到移动台的传送装置。根据本专利技术，利用用来分裂和组合激光束的光学系统，分裂的束被分别聚焦在不同的点，强度分布因而在各个焦点处被分散，而不形成强度非常高的点。而且，由于借助于调整光学系统的位置，能够将焦点设定成离开光波导一定距离，故激光束不被聚焦在光波导内部。因此，光波导不太可能被损伤。由于如上所述强度分布在焦点处被分散，故即使当激光束由于例如激光束发散角的改变而被聚焦在光波导内部时，光波导也不太可能被损伤。以在强度分布被分散的同时激光束透过那里入射到光波导中并且各个分裂的激光束被叠加在同一个表面上的方式，激光束的强度分布被均化。在各个分裂的激光束被叠加于此的光波导出口处，激光束的强度分布被均化。由于激光束的强度分布被分散，故能够使用透射型光波导，并能够降低光导损失。此外，由于激光束能够具有均匀的强度分布，故有可能具有激光束功率的宽的裕度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种束均化器，它包含：用来沿预定方向分裂和组合激光束的光学系统，以及用来沿该预定方向均化激光束的强度分布的光波导。

【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]