专利名称：激光退火方法以及激光退火装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及对非晶半导体膜的表面照射来自固体激光器光源的激光而使非 晶半导体膜多晶化的激光退火方法以及激光退火装置。
背景技术：
在半导体、液晶领域中，在薄膜晶体管(TFT)的制造工序中，为了提高载 流子的迁移率，进行如下的激光退火对形itt寂及上的非晶磡莫(下面称为a —Si膜)照射激光束，使其烙融、固化，并使其再结晶化，从而形成多晶硅。
该激光退火中，采用光学系统将从激光器光源射出的脉冲激光加工成截面 细长的矩形光束， 一边使该矩形光束在基板上的a—Si膜上在光束的短轴方向相 对于被照射面进行相对移动一,行照射。
作为这样的激光退火的激光器光源，过去主要采用受激准分子激光器，但 是，近些年来，将YAG、 YLF、 YV04等固##光器的基波波长变换到可见区 域加以利用的激光退火装置受到瞩目(例如，参照下述专利文献1 3)。这是因 为，采用固体激光驗成本方面、维护方面比受激准肝激光器有利。
此外，还受到瞩目的是，在多晶硅或结晶硅的器件中，还能够在杂质的活 性化等工艺中利用固体激光器的波长变换光。
专利文献1:特开2004—342954号公报
专利文献2:特开2004—63924号公报
专利文献3:特开2003 _347237号公报
在采用了固体激光器的可见光的激光退火装置中，在矩形光束的长轴方向 对能量分布进行均匀化，但是，在矩形光束的短轴方向未进行加工地禾拥原来 光束所具有的高斯形状的能量分布，使半导体膜的结晶在膜的面方向生长(称 其为一个方向生长)，从而得到大粒径的晶粒。
但是，由于一个方向生长而在晶粒中产生各向异性，此外，激光脉冲每一 次划寸的能量的偏差对生B巨离有影响，所以难以制作各向同性的均匀的晶粒。 因此，存在晶体管特性变得不均匀这样的问题。
此外，由于硅膜对于可见区域光的吸收系数低，所以在采用了固体激光器 的可见区域光的激光退火中，存在入射激光能量的利用效率低、结晶化时需要 大量能量、处理能力低这样的问题。
此外，以低能量密度照射激光，使高斯形状的能量分布的梯度变缓和，从 而抑制一个方向生B巨离，就可以采用固体激光器得到各向同性的均匀的晶粒。 但是，这样进行低能量密度的照射时，存在处理能力越发降低的问题。
本发明是鉴于这样的情况完成的，目的是提供一种能够采用在成本方面以 及维护方面有利的固体激光器得到各向同性的均匀的晶粒、并且能够提高处理 能力的激光退火方法以及激光退火装置。
为了解决战问题，第1发明是一种激光退火方法，将从固体激光器光源 射出的激光在非晶半导体膜的表面上聚光为矩形光束， 一边使该矩形光束在其
短轴方向相对于非晶半导体膜进行相对移动一ii^行照射，4吏该非晶半导体膜
多晶化，其特征在于，对所述非晶半导体膜照射将所述矩形光束的短轴方向的 能量分布进行均匀化后的激光。
此外，第2发明是一种激光退火装置，将从固体激光器光源射出的激光在
非晶半导体膜的表面上聚光为矩形光束， 一边使该矩形光束在其短轴方向相对 于非晶半导体膜进行相对移动一M行照射，使该非晶半导体膜多晶化，其特 征在于，在所述激光的光路上具有对所述矩形光束的短轴方向的能量分布进行 均匀化的短轴方向均匀化单元。
此外，上述"矩形光束'是视觉上直线状的光束，但是，作为细长的矩形光 束，也包含在其中。
关于采用了固体激光器的可见光的结晶化机制，通过热凝固分析进行研究 的结果是，可知为了制作各向同性并且均匀的晶粒，需要照射某固定值以上的 能量(称其为"有效能量')。并且，可知结晶粒径由有效能量的入射次数决定， 有效能量以下的能量无助于晶粒的增大。过去，因为照射到非晶半导体膜上的 矩形光束的短轴方向的能量分布成高斯形状，所以有效能量的范围是高斯形状
的中心部附近的极其有限的范围，因此，如果不减慢基板的搬^iliS就不能得 到需要的照射次数。
与此相对，在上述第1及第2发明中，将矩形光束的短轴方向的能量分布均
发明内容
匀化，由此，将该能量分布从高斯形状变形为平顶形状。通过这样对能量分布 进行^f》，即《顿用与过去相同的投入功率，也能够使有效能量区域增大，因 此被照射到非晶半导体膜上的有效能量范围也变宽，并且能够加速基板的搬送 。因此激光退火处理能力提高。
此外，由于矩形光束的短轴方向的能量分布被均匀化，所以，不会引起结晶 的一个方向生长，从而會滩制作各向同性的均匀的晶粒。
这样，根据上述第1及第2发明，采用在成本方面以及维护方面有利的固体 激光器，能够得到各向同性的均匀的晶粒，并且會嫩提高处理能力。
此外，第3发明是，第2发明的优选实施方式，其特征在于，所述短轴
方向均匀化单元具有在与所述矩形光束的短轴方向相对应的方向上将所述激光 分割为多个的柱面透镜阵列或波导、以及在所述非晶半导体膜的表面将来自该 柱面透镜阵歹蜮波导的射出光聚光到矩形光束的短轴方向上的聚光光学系统。
此外，第4发明是，第2发明的优选实施方式，其特征在于，所述短轴
方向均匀化单元是包含衍射光学元件的光学系统。
根据，第3以及第4发明，利用短轴方向均匀化单元，在与所述矩形光
束的短轴方向相对应的方向上分害微光，在非晶半导体膜的表面上聚光为矩形 光束，因此育嫩对矩形光束的短轴方向的能量分布进行均匀化。
此外，第5发明是上述第2发明的优选实施方式，其特征在于，所述非晶 半导体膜是非晶硅膜。
根据，第5发明，ilil对非晶硅膜进行退火，从而能够得到具有各向同 性并且均匀的晶粒的多晶硅膜，因此肖^)多制作载流子的迁移率较高的高品质薄 膜晶体管(TFT)。
此外，第6发明是上述第2发明的优选实施方式，其特征在于，在本发明 的激光退火装置中，所述固体激光器光源是Nd:YAG激光器、Nd:YLF激光器、 Nd:YV04激光器、Nd:玻璃激光器、Yb:YAG激光器、Yb:YLF激光器、Yb:YV04
激光器、Yb:玻璃激光器中的任何一种。
根据上述第6发明，使用可靠性较高的固体激光器，从而能够以较高的效率 实现稳定的激光能量的利用。
图1是现有技术和本发明的有效能量的图像图。
图2是表示在照射具有图1中示出的高斯形状的矩形光束的情况下的平均 结晶粒径与有效育讀的入射次数1繊性的图。
图3是表示在照射具有图1中示出的高斯形状的矩形光束的情况下的有效
能量的入射次数的 31度依赖性的图。
图4是表示本发明第1实施方式的激光退火装置的概要结构的图，是X方 向(矩形光束的长轴方向)的结构图。
图5是表示本发明第1实施方式的激光退火装置的概要结构的图，是Y方 向(矩形光束的短轴方向)的结构图。
图6是表示本发明第2实施方式的激光退火装置的概要结构的图，是X方 向(矩形光束的长轴方向)的结构图。
图7是表示本发明第2实施方式的激光退火装置的概要结构的图，是Y方 向(矩形光束的短轴方向)的结构图。
图8是表示根据图5中示出的短轴方向均匀化单元25将矩形光束的短轴方
向的能量分布加工成平顶形状时的短轴能量分布形状的图。
图9是表示照射了将短轴能量分布加工成平顶开沐的激光的样品的SEM像 的图。
图10是表示从图9的SEM像算出的平均粒径与O.L.率的关系的图。 图11是表示喇曼半值宽度与O.L.率的关系的图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。此外，各图中共同的部分 赋予相同标记，省略重复的说明。
如上所述，在激光退火中，采用光学系统，将从激光器光源射出的脉冲激 光在形成于基板上的非晶半导体膜(例如a—Si膜)的表面聚光为矩形光束，一 边使该矩形光束在其短轴方向相对于非晶半导体膜进行相对移动一边进行照 射。
图1表示，矩形光束的被照射面的短轴方向的能量分布糊犬(峰值能量 450mJ/cm2、半值宽度50pm的情况)，左侧是现有技术的能量分布^1犬，右侧 是本发明的能量分布形状。这样，在现有技术中，矩形光束的短轴方向的能量 分布是高斯开m。
本发明者发现，通过热凝固分析对采用了固体激光器的可见光的结晶化机
制进行研究的结果是，发现为了制作各向同性并且均匀的晶粒，需要照射具有
某固定值以上的能量(将其定义为"有效能量'。)的激光。在对a—Si进行多晶 化的情况下，有效能量为430 mJ/cn^以上。此外，可知结晶粒径由有效能量的 入射次数决定，有效能量以下的能量对晶粒的增大没有贡献。
在图l的现有技术的高斯糊犬的能量分布中，在峰值能量450mJ/cm2、半值 宽度50pm的情况下，短轴方向的有效能量区域的宽度为8(Lim。
图2示出照射具有图1所示的高斯形状的矩形光束的情况下的、平均结晶 粒径的有效能量的入射次数依赖性。如图2所示，结晶粒径由有效能量的入射 次数决定，但是，如图1的左侧所示，有效能量以下的能量对晶粒的增大没有贡献。
图3示出照射具有图1所示的高斯形状的矩形光束的情况下的、有效能量 的入射次数的基板搬,度依赖性。在现有技术中，由于矩形光束的短轴方向 的能量分布是高斯形状，所以，有效能量的范围是高斯形状的中心部附近很小 的范围(在图l的例子中是8,)，因此，如果不减慢對及的 31度就不能得 到需要的照射次数。
与此相对，在本发明的激光退火方法中，对矩形光束的短轴方向的能量分 布进行均匀化并照射到非晶半导体膜上。
禾拥本发明的激光退火方法照射的矩形光束的短轴方向的能量分布形状如 图1的右侧所示。因为这样将矩形光束的短轴方向的能量分布进行均匀化，所 以，其能量分布从现有技术的高斯形状变形为平顶形状。
并且，如图1所示，在加工前的糊犬是峰值能量450mJ/cm2、半值宽度50拜 的高斯形状的情况下，将该矩形光束的能量分布加工成平顶形状时，即使是相 同的&A功率也育的多使有效能量区域增大到50,。
因此，根据本发明的激光退火方法，被照射到非晶半导体膜上的有效能量范 围也变宽，并且能够加快基板的搬，度。在上述的例子中，是单纯计算，但 是，为了得到相同直径的晶粒，能够使 为6.25倍。因此，激光退火的 处理能力飞跃性地提高。
此外，由于矩形光束的短轴方向的能量分布被均匀化，所以不会引起结晶的 一个方向生长，从而能够制作各向同性并且均匀的晶粒。
因此，根据本发明，采用在成本方面以及维护方面有利的固^繊光器，鼬多
得到各向同性的均匀的晶粒，并且能够提高处理能力。
接下来，对用来实施上述激光退火方法的激光退火装置例示的几个实施方 式。但是，本发明的范围不限定于下面的实施方式的结构。
第1实施方式
图4、图5是表示本发明第1实施方式的激光退火装置10的概要结构的图，
图4是与固体激光器光源12的光轴相垂直的一个方向(将其作为X方向)上的 结构图，图5是与固体激光器的光轴以及上述X方向相垂直的方向(将其作为 Y方向)上的结构图。此外，为了容易理解，在图4中用虚线表示仅在Y方向 上有影响的光学元件，在图5中用虚线表示仅在X方向上有影响的光学元件。
该激光退火装置10是如下装置:将从固体激光器光源12射出的激光1在形 鹏織3上的非晶半导体膜的表面上聚光为矩形光束， 一边使该矩形光束在 其短轴方向相对于非晶半导体膜进行相对移动一皿行照射，使该非晶半导体 膜多晶化。例如，使载置有基板3的基板载物台5在矩形光束的短轴方向(在 图4中与纸面垂直的方向)移动，从而进行J^相对移动。
在本实施方式中，基板3是玻璃基板，通过等离子体CVD法、领划寸法等成 膜法，在i^玻璃S^反3上形成例如200nm的SiO2膜，在其上形成例如50nm 的a—Si膜。
在本实施方式中，激光退火装置10包括:射出激光1的固体激光器光源12;
在X方向和Y方向上将来自激光器光源12的激光1放大的光束扩展器14;降 低激光1的X方向的干涉作用的X方向干涉降低光学系统18;将激光1在X 方向上分割为多个的X方向柱面透镜阵列20;将在X方向上被分割为多个后的
激光l在被照射面上聚光的X方向聚光透镜22;斷氐激光l的Y方向的干涉作 用的Y方向干涉降低光学系统24;将激光1在Y方向上分割为多个的Y方向 柱面透镜阵列26;将在Y方向上被分割为多个后的激光1在被照射面上聚光的 Y方向聚光透镜28。
固体激光器光源12例如以2 4kHz的脉冲频率输出脉冲激光1 。该固体激 光器光源12的种类没有特别的限定，可以采用Nd:YAG激光器、Nd:YLF激光 器、Nd:YV04激光器、Nd:玻璃激光器、Yb:YAG激光器、Yb:YLF激光器、 Yb:YVCM敫光器、Yb:玻璃激光器中的任何一种。这些固体激光器的可靠性高， 能够高效率地实现稳定的激光能量的利用。
此外，对于硅膜，吸收系数在330nm 800nm的可见光区域较高，所以， 作为固体激光器光源12， i^是上述的YAG激光器、YLF激光器、YVCV激光 器、玻璃激光器的射出二次谐波或三次谐波的脉冲激光l的激光器。
光束扩展器14由凹球面透镜15和凸球面透镜16构成，以凹球面透镜15 对从固体激光器光源12射出的激光1进行扩径，以凸球面16成为平行光。
下面，分X方向和Y方向进fiH兑明。首先，参照图4，说明激光1的X方 向加工。
X方向干涉降低光学系统18由多个透明玻璃板18a构成。各透明玻璃板的 宽度(X方向尺寸)与X方向柱面透镜阵列20的各个透镜宽度(X方向尺寸) 相同，在X方向上配置光轴方向的长度相差比激光1的相干长度长的预定长度 的各透明玻璃板18a。禾,该X方向干涉降低光学系统18， Mil各透明玻璃板 18a的激光1的光路变得长玻璃的长度部分，所以，各个激光1产生比相干长度 长的距离的光路差，相干性的影响消失，相互不产生干涉。
由光束扩展器14放大并通过X方向干涉降低光学系统18的激光l被X方 向柱面透镜阵列20在X方向上分割为多个。通过X方向柱面透镜阵列20并被 分割后的激光l分别聚集在焦点上一次，然后再进行放大，利用由柱面透镜构 成的X方向聚光透镜22，在基板3上的被照射面上，在X方向上成像为细长的 矩形光束。这时的矩形光束长轴方向的长度例如可以为数10mm。
该矩形光^I31上述X方向柱面透镜阵列20和X方向聚光透镜22，从而 长轴方向的能量分布被平均化。
接下来，参照图5，说明激光1在Y方向上的加工。Y方向干涉降低光学系 统24由多个透明玻璃板24a构成。各透明玻璃板24a的宽度(Y方向尺寸)与 Y方向柱面透镜阵列26的各个透镜宽度(Y方向尺寸)相同，在Y方向上配置 光轴方向的长度相差比激光1的相干长度长的预定长度的各透明玻璃板24a。利 用该Y方向干涉降低光学系统24， ilil各透明玻璃板24a的激光1的光路变得 长玻璃的长度部分，所以各个;敫光1产生比相干长度长的S巨离的光路差，相干 性的影响消失，相互不产生干涉。
由光束扩展器14放大并通过Y方向干涉降低光学系统24的激光1被Y方 向柱面透镜阵列26在Y方向上分割为多个。通过Y方向柱面透镜阵列26并被 分割后的激光1分别聚驗焦点上一次，然后再进行放大，利用由两个柱面透
镜29、 30构成的Y方向聚光透镜28，在基板3上的被照射面上，在Y方向上 聚光为窄宽度的矩形光束。即，上述Y方向聚^f镜28相当于技术方案中所谓 的"聚光光学系统"。
这样聚光后的矩形光束MM上述Y方向柱面透镜阵列26和Y方向聚光透镜 28，从而短轴方向的能量分布被均匀化。即，在本实施方式中，Y方向柱面透 镜阵列26和Y方向聚光透镜28构成j数巨形光束短轴方向的能量分布均匀化的 短轴方向均匀化单元25。这时的矩形光束短轴方向的长度例如可以为数10nm， 为了进行多晶化，需要以具有有效能量以上的能量密度的方式设定。
如上所述，将从固体激光器光源12射出的激光1在形#基板3上的a— Si膜的表面上聚光为矩形光束，以各激光脉冲划寸的照射的范围重复的速度， 一边利用基板载物台5在矩形光束的短轴方向上 基板3 —边照射激光1 ，使 a—SU莫多晶化。设定此时的基板3的搬i^I度，使得激光脉冲发射的重复照射 次数成为为了得到希望的结晶粒径(例如250 350nm)所需的有效的能量的入 射次数。
这样，根据第1实施方式的激光退火装置10，使矩形光束的短轴方向的能 量分布均匀化，由此，如在图1中说明的，育l多使矩形光束的短轴方向的能量 分布变成平顶形状，所以，使照射到a—&膜上的有效能量范围也变宽，并且能 够加速基板3的祸5itil度，提高激光退火的处理能力。
此外，在上述第1实施方式中，X方向柱面透镜阵列20和Y方向柱面透镜 阵列26是单独的结构，但是也可以是兼具它们二者功能的一体的透镜阵列。
此外，尽管X方向干涉降低光学系统18和Y方向干涉降低光学系统24不 是实施本发明时必须的结构，但是，采用这样的干涉降低光学系统，由此，在 采用相干性较高的固体激光1的情况下，也能够降低干涉作用并均匀地照射。 此外，X方向干涉降低光学系统18和Y方向干涉降低光学系统24也可以釆用 其它公知的结构，例如，也可以采用特开2002—321081号公报中记载的结构、 或特开2004—341299号公报的图4中记载的结构。
第2实施方式
图6、图7是表示本发明的第2实施方式的激光退火装置10的概要结构的 图，图6是X方向的结构图，图7是Y方向的结构图。
此外，为了容易理解，在图6中用虚线表示仅在Y方向上有影响的光学元
件，在图7中用虚线表示仅在X方向上有影响的光学元件。此外，图6、图7 中X方向和Y方向的意义以及与图4、图5相同标记的部，示与这些图相同 的结构，适当省略其说明。
该激光退火装置10是如下装置:将从固体激光器光源12射出的激光1在形 鹏基板3上的非晶半导体膜(在本实施方式中是a-Si膜)的表面上聚光为矩 形光束， 一边使该矩形光束在其短轴方向相对于非晶半导体膜进行相对移动一 皿行照射，使该非晶半导体膜多晶化。
在本实施方式中，激光退火装置10包括:射出激光1的固体激光器光源12;
在X方向和Y方向上将来自激光器光源12的激光1放大的光束扩展器14;将 激光1导入到波导36中的入射透镜34;将入射的激光1在X方向和Y方向上 分割为多个的波导36;将在X方向上被分割的激光1在X方向上聚光并在被照 射面上重合且进行成像的X方向端面转印光学系统38;降低激光1的X方向干 涉作用的X方向干涉降低光学系统42;将在Y方向上被分割后的激光1在Y 方向上聚光并在被照射面上重合且进行成像的Y方向端面转印光学系统44;以 及降低激光1的Y方向干涉作用的Y方向干涉降低光学系统48。
波导36由实心平行六面体的透明体形成，是具有沿光轴在X方向上间隔距 离且相互面对的X方向反射面36a、 36b、沿光轴在Y方向上间隔距离且相互面 对的Y方向反射面36c、 36d的光学元件，例如，由BK7、光折射玻璃等构成。 X方向和Y方向上的激光1的分割数可以根据X方向反射面36a、 36b间的距 离、Y方向反射面36c、 36d间的距离、波导36的光轴方向长度来设定。
下面，分X方向和Y方向进行说明。首先，参照图6说明激光1的X方向 的加工。
由光束扩展器14进行放大后的激光1利用入射透镜34导入到波导36中， 在X方向上被分割为多个。ffiil波导36并被分割后的激光1利用由两个柱面透 镜39、 40构成的X方向端面转印光学系统38，被转印到X方向上，在基板3 的被照射面上，在X方向上成像为细长的矩形光束。这时的矩形光束长轴方向 的长度例如可以为数10mm。此外，X方向端面转印光学系统38的两个柱面透 镜阵列39、 40之间配置X方向干涉降低光学系统42，对被分割为多个后的激 光1赋予光路差来降低干涉作用。
i,形光^lil，波导36和X方向端面转印光学系统38，从而长轴方向的能量分布被平均化。
接下来，参照图7说明激光1的Y方向的加工。
由光束扩展器14进行放大后的激光1利用入射透镜34导入到波导36中， 在Y方向上被分害U为多个。M波导36并被分割的激光1利用由两个柱面透镜 45、 46构成的Y方向端面转印光学系统44，被转印到Y方向上，在基板3上 的被照射面上，在Y方向上成像为窄宽度的矩形光束。此外，在Y方向端面转 印光学系统44的两个柱面透镜45、 46之间配置Y方向干涉降低光学系统48， 对被分割为多个的激光l赋予光路差，降低干涉作用。上述Y方向端面转印光 学系统44相当于技术方案中所谓盼'聚光光学系统'。
这样聚光后的矩形光束ffliih述波导36和Y方向端面转印光学系统44，从 而短轴方向的能量分布被均匀化。即，在本实施方式中，利用波导36和Y方向 端面转印光学系统44构劍每矩形光束的短轴方向的肖遣分布均匀化的短轴方向 均匀化单元25。这时的矩形光束短轴方向的长度例如可以为数10pm，为了进 行多晶化，需要以具有有效能量以上的能量密度的方式设定。
如上所述，将从固体激光器光源12射出的激光1在形i^ESI反3上的a— &膜的表面上聚光为矩形光束，以各激光脉冲划寸的照射范围重复的速度，一 边利用基板载物台5在矩形光束的短轴方向上 基板3 —边照射激光1 ，使a —Si膜多晶化。设定此时的基板3的 31度，使得激光脉冲发射的重复照射 次数成为为了得到所希望的结晶粒径(例如250 350nm)所需要的有效能量的 入射次数。
这样，使矩形光束的短轴方向的能量分布均匀化，由此，如在图1中说明的， 肖^l對教巨形光束的短轴方向的能量分布变成平顶形状，所以，照射到a—Si膜上 的有效能量范围也变宽，并且能够加速基板3的 31度，提高激光退火的处 理能力。
此外，在，第2实施方式中，由同一波导36在X方向和Y方向上分割激 光l，但是，也可以分别设置X方向分害,和Y方向分害,的波导。
此外，短轴方向均匀化单元不限于上述的第1实施方式和第2实施方式中说 明的，也可以采用其它周知的光学系统，l吏矩形光束的短轴方向的能量分布均 匀化。例如，短轴方向均匀化单元也可以是包含衍射光学元件的光学系统。省 略关于衍射光学元件的详细说明，例如，在特开2005—217209号公报等中公开
了。对于衍射光学元件来说，以如下方式制作在石英等基板上，通过光刻工 序等形成细小的台阶差，使透过各台阶差部分的激光所形成的衍射图形在成像 面(基板表面)上得到希望的能量分布。 实施例
下面说明本发明的实施例。
图8是表示ffiil图5中示出的短轴方向均匀化单元25，将矩形光束的短轴 方向的能量分布加工成平顶形状时的短轴能量分布形状的图。由图8可知，由 于最优化不充分，所以，两端部下垂，但是确保了 75)Lim的平坦区域。
图9是表示照射将短轴能量分布加工成平顶^)犬的激光后的a—Si膜的SEM (扫描电子显微镜)的像。图10是表示对于平顶形状和高斯形状两种形状，根 据图9的SEM像算出的平均粒径与O丄.(overlap)率的关系的图。所谓O.L. 率表示每次照射激光^l寸时基板所移动的距离的、相对于平坦区域(在高斯形 状的情况下是半值宽度)的比例。
由图IO可知，高斯开沐在O丄.率为97 98X时得到300 400nm的平均粒 径，在平顶形状中，即使0丄.率降低到91%，也能得到400nm以上的平均粒径。 此外，换算为搬i^I度时，可知最大快4.4倍。
图11是表示喇曼半值宽度的O.L.率依赖性的图。喇曼半值宽度是表示结晶 性的指标，越接近结晶硅的半值宽度(4cm—l)，是性能越好的结晶状态。如根 据该结果可知的那样，平顶形状的样品可以得到比高斯形状的样品良好的结晶 状态。
如从上面的说明中可知的那样，根据本发明，采用在成本方面和维护方面有 利的固体激光器，能够得到各向同性的均匀晶粒、并且能够提高处理能力这样 的优异的效果。
此外，在上述内容中说明了本发明的实施方式，但是上述内容中公开的本发 明的实施方式仅仅是例示，本发明的范围不限于这些本发明的实施方式。例如， 在战实施方式中，作为非晶半导体膜，以a-Si膜作为对象，但是也可以以其 它非晶半导体膜(例如，非晶硅锗膜等具有非晶结构的化合物半导体膜)作为 对象。
本发明的范围由技术方案的记载来表示，并且包含与技术方案的记载均等的 意义以及范围内的全部变更。
权利要求
1.一种激光退火方法，将从固体激光器光源射出的激光在非晶半导体膜的表面上聚光为矩形光束，一边使该矩形光束在其短轴方向相对于非晶半导体膜进行相对移动一边进行照射，使该非晶半导体膜多晶化，其特征在于，对所述非晶半导体膜照射将所述矩形光束的短轴方向的能量分布进行均匀化后的激光。
2. —种激光退火装置，将从固体激光器光源射出的激光在非晶半导体膜的 表面上聚光为矩形光束， 一边使该矩形光束在其短轴方向相对于非晶半导体膜 进行相对移动一iiit行照射，使该非晶半导体膜多晶化，其特征在于，在所述激光的光路上具有对所述矩形光束的短轴方向的能量分布进行均匀 化的短轴方向均匀化单元。
3. 如权利要求2的激光退火装置，其特征在于，所述短轴方向均匀化单元具有在与所述矩形光束的短轴方向相对应的方向 上将所述激光分割为多个的柱面透镜阵列或波导、以及在所述非晶半导体膜的 表面将来自该柱面透镜阵列或波导的射出光聚光到矩形光束的短轴方向上的聚 光光学系统。
4. 如权利要求2的激光退火装置，其特征在于，所述短轴方向均匀化单元是包含衍射光学元件的光学系统。
5. 如权利要求2的激光退火装置，其特征在于， 所述非晶半导体膜是非晶御莫。
6. 如权利要求2的激光退火装置，其特征在于，所述固体激光器光源是Nd:YAG激光器、Nd:YLF激光器、Nd:YYQr激光 器、Nd:玻璃激光器、Yb:YAG激光器、Yb:YLF激光器、Yb:YV04激光器、Yb:玻璃激光器中的任何一种。
全文摘要
本发明涉及激光退火方法以及激光退火装置。在本发明中，使照射到非晶半导体膜(非晶硅等)上的矩形光束短轴方向的能量分布均匀。利用柱面透镜阵列(26)或波导(36)以及聚光光学系统(28，44)、或者利用包含衍射光学元件的光学系统，能够使矩形光束短轴方向的能量分布均匀。根据本发明，被照射到非晶半导体薄膜上的有效能量范围变宽，并且能够加速基板(3)的搬送速度，从而提高激光退火处理能力。
文档编号H01L21/336GK101356624SQ20068005086
公开日2009年1月28日 申请日期2006年11月7日 优先权日2006年1月13日
发明者川上隆介, 正木深雪, 河口纪仁, 西田健一郎 申请人:株式会社Ihi