[发明专利]光学装置和结晶装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将入射激光分成多个光分量的光学装置，更具体而言，涉及一种适于用作结晶装置的光学装置，该结晶装置用于通过以具有预定光强分布的脉冲激光照射诸如非晶硅(a-Si)膜的非单晶半导体膜来制造结晶半导体膜。

背景技术

在非晶硅膜或多晶硅膜上形成薄膜晶体管(TFT)，其用作开关元件以选择液晶显示器(LCD)的显示像素。多晶硅膜由大量的晶粒构成，因此当在多晶硅膜上形成TFT时，在沟道区中形成晶粒边界，并且晶粒边界变成阻挡电子和空穴运动的势垒。由此，存在一个问题，即，在多晶硅膜中，与单晶硅膜的情况相比，电子或空穴的迁移率变低。此外，形成在多晶硅膜上的大量TFT在形成于沟道区中的晶粒边界的数量、位置和形状等方面彼此不同，导致TFT特性的变化，在液晶显示器的情况下导致显示不均匀的问题。

为了改善电子或空穴的迁移率并减小TFT特性的变化，在Surface Science vol.2，No.5，pp.278-287(pp.32-41)，2000(非专利文献1)和公开号为2000-306859的日本专利申请(专利文献1)等中提出了相位控制ELA(准分子激光退火)方法。在相位控制ELA方法中，通过使用配备有用于使平面内光强分布均匀的匀化器和用于对入射激光进行相位调制以形成强弱的光强分布的移相器的照明光学系统，可以形成具有期望的强弱的光强分布的脉冲激光，并通过利用如此形成的脉冲激光照射非单晶硅薄膜的期望位置来形成大晶粒尺寸的结晶区。具体而言，利用具有期望的强弱的光强分布的脉冲激光照射的非单晶硅薄膜的光接收区被熔化，在激光关闭期间在熔化区的温度下降的过程中，随着固液分离位置根据强弱的光强分布而沿着横向移动，结晶的位置也沿着横向移动，并且可以形成由晶粒尺寸大到可以形成至少一个沟道区的晶粒构成的结晶硅。

在公开号为2005-311340的日本专利申请(专利文献2)中披露，为了提高相位控制ELA方法中的光学系统的设计自由度，将一种特殊类型的离轴柱面透镜用作匀化器。专利文献2所述的柱面透镜由透镜阵列构成，其中如图7A所示排列大小与形状相同的透镜部分M(通过沿轴向将圆柱切割成两半获得半圆柱形，且具有相同的光透射表面的曲率)。

然而，存在一个问题，即，在通过使用专利文献2所述的常规柱面透镜300使平面内光强分布均匀、并通过使用非专利文献1或专利文献1所述的结晶装置执行结晶过程时，无法形成具有如非专利文献1第284页(第38页)图9(a)所示的正弦波形状的强弱的光强分布。本发明人曾经认真研究过其因果关系。结果，发现在匀化器的透射光边缘产生了其中光强不稳定波动的振铃(瞬态振荡)现象，如图8A所示。发现在利用其中产生振铃现象的光照射的非单晶半导体区域中，期望尺寸的结晶并没有进行下去，因此，振铃区中的结晶区变小，并且无法形成大小与沟道区相应的结晶区，从而降低了制造的成品率。

作为消除其中产生振铃现象的光的手段，可以构思在匀化器的光透射路径中提供掩模，然而存在着不能有效利用来自激光源的激光的问题。

发明内容

做出本发明是为了解决上述问题，其目的在于提供一种能够抑制振铃并发射出均匀激光的光学装置和结晶装置。

根据本发明的光学装置的特征在于包括：第一柱面透镜阵列，其中设置多个第一透镜部分，每个所述第一透镜部分具有第一曲率半径和第一宽度以便将激光分成多个光分量；以及第二透镜部分，每个所述第二透镜部分具有分别与第一曲率半径和第一宽度不同的第二曲率半径和第二宽度，并设置在第一柱面透镜阵列中的至少一个位置上以便使其置于相邻的第一透镜部分之间。

根据本发明的结晶装置是这样一种装置，即，通过用于使入射脉冲激光的光强分布均匀化的光学装置使入射脉冲激光的光强分布均匀化，将所均匀化的脉冲激光变为具有倒峰图案的光分布的脉冲激光，并通过利用脉冲激光照射非单晶膜来使所述膜结晶，并且其特征在于，所述用于使光强分布均匀化的光学装置包括：第一柱面透镜阵列，其中设置多个第一透镜部分，每个所述第一透镜部分具有第一曲率半径和第一宽度以便将激光分成多个光分量；以及第二透镜部分，每个所述第二透镜部分具有不同于第一曲率半径的第二曲率半径和不同于第一宽度的第二宽度，并设置在第一柱面透镜阵列中的至少一个位置上以便使其置于相邻的第一透镜部分之间。

本说明书中的技术术语定义如下。

术语“移相器”表示一种用于调制光的相位的空间强度调制元件，并且不同于在光刻工艺中的曝光步骤中使用的相移掩模。移相器是通过例如在石英基板上形成梯状部分而形成的。