[发明专利]激光热处理用光学系统和激光热处理装置

说明书

本发明特别涉及一种用于热处理非晶或多晶硅膜使之多晶硅化的，热处理基板上形成的硅薄膜用的激光热处理用光学系统及其装置。

液晶面板的象素部分，由在玻璃或合成石英基板上以非晶或多晶硅膜制作的开关薄膜晶体管构成。要是能在该面板上同时构成驱动象素晶体管的驱动电路(主要是独立设置于外部)，在液晶面板的制造成本、可靠性等方面就有突出的优点了。

然而现在，因为构成晶体管有源层的硅膜晶体性差，薄膜晶体管，象低迁移率所代表的那样性能差，要求高速、高性能的集成电路制作就困难了。

硅膜的晶体性与薄膜晶体管的载流子迁移率之间的关系说明如下。用激光热处理得到的硅膜一般为多晶。多晶的晶界上局部存在着晶体缺陷，而缺陷妨碍薄膜晶体管有源层的载流子移动。因此，为了提高薄膜晶体管的迁移率，载流子就要减少在有源层移动过程中横切晶界的次数，而且减少晶体缺陷。

一种改善硅膜晶体性的方法是用激光热处理，以便提供高迁移率薄膜晶体管。激光热处理的目的在于形成晶粒直径大且晶界中的晶体缺陷少的多晶硅膜。

以前，在Appl.Phys.Lett.，39，1981，p425-427(文献2)和Mat.Res.Soc.Symp.Proc.，Vol.358，1995，p915-p920(文献3)做过激光热处理的试验。这些文献中，使用Nd-YAG激光器的二次谐波(波长：532nm)作为激光器。在本例中，图12示出包括由Nd-YAG激光器的二次谐波产生的激光热处理用光学系统的激光热处理装置。在这里，振荡装置1，作为热处理用激光器所用的代表性的可见光脉冲激光光源，使用Nd-YAG激光器二次谐波(波长：532nm)。其振荡激光2用聚光用透镜4进行聚光，对介以衬底膜6淀积于基板7上的非晶或多晶硅膜5进行照射和加热。多晶硅膜5，由于脉冲激光2的照射，在照射区域随加热而熔融，接着被冷却。

可是，在文献的报告中，在照射位置的束剖面为轴对称高斯分布，因此，说到熔融硅的晶体，晶粒以中心对称性地放射状生长，就象图13一样。就是，激光热处理后的多晶硅膜性质，在面宽范围均匀性非常低，因而未见到利用此项技术制成薄膜晶体管的报告。

另一方面，虽然以往一直使用波长很短的激态复合物激光器，采用线状束的剖面进行激光热处理，但是这与用波长330nm以上的激光热处理，根本上有不同的观点。如上所述，用波长330nm以上的激光热处理，在结晶过程中，熔融硅发生涉及膜表面区域方向，即横向晶体生长，因而把晶粒直径做大作为目的。用激态复合物激光的热处理，由于涉及膜厚方向的生长，只不过谋求提高激光热处理后的薄膜在面宽范围的薄膜质量均匀性和可生产性，连做大晶粒直径也不作为目的。

并且，在激态复合物激光器中，采用线状束的光学系统，已公开于日本特许公开(Japanese Patent Publication Nos.)11-16851和10-3330777中，其中，从激态复合物激光器振荡器来的光束，在与束的光轴垂直面内正交的2个方向，同时通过排列(圆)柱形透镜的(圆)柱阵列后，用会聚透镜会聚，用作使两个方向一起分布均匀化的束均化器，把这2个方向的会聚宽度作成不同的方式。

在用长方形剖面激光束的热处理中，为了制作特性优良的薄膜晶体管，必须使光强度分布的剖面最优化。特别是，束宽度方向的剖面，在晶体生长过程中影响大，是因为长度方向的分布左右生长晶体的区域。但是，用现有的线状束形成用的光学系统，不适合选择宽度方向的剖面。另外，在正交的两个方向同时进行均化，也不可能把线状束的宽度方向聚光到极限细小。

本发明就是为了消除这样的问题而作出的发明，特别是，其目的在于提供一种制作高性能薄膜晶体管，而必须控制用于使薄膜晶粒粗大，降低晶格缺陷，形成晶体性优良的薄膜的激光光强度分布剖面的光学系统。

本发明的另一个目的就是提供一种极细的矩形状，特别是，提供用于在膜材料表面的扫描方向，获得光强度分布具有陡峻分布的激光的光学系统。

并且，本发明的又一个目的在于提供一种制作高性能的薄膜晶体管，而必须形成晶体性优良薄膜的激光热处理装置。

另外，再一个目的就是提供一种制作高性能的薄膜晶体管，而必须制造晶体性优良薄膜的方法。