CN101604627B - 激光辐射方法和使用其方法制造半导体装置的方法 - Google Patents

激光辐射方法和使用其方法制造半导体装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种激光辐射方法，用于即使被辐射物的厚度不均匀也能够对被辐射物进行均匀的激光辐射。在对具有不均匀厚度的被辐射物进行辐射的情况下，通过使用自动聚焦机构，可以在执行激光辐射的同时使被辐射物和透镜之间的距离保持不变，其中该透镜用于使激光束在被辐射物的表面上聚光。特别是，在用激光束对被辐射物进行辐射时，通过沿被辐射物上形成的光斑的第一方向和第二方向相对于激光束移动该被辐射物，在被辐射物沿第一和第二方向移动被辐射物之前，由自动聚焦机构控制被辐射物和透镜之间的距离。

Description

激光辐射方法和使用其方法制造半导体装置的方法
本申请是2005年4月28日提交的、申请号为200510081724.4、发明名称为“激光辐射方法和使用其方法制造半导体装置的方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种激光辐射方法，特别涉及一种通过自动聚焦机构对辐射目标的激光辐射进行控制的激光辐射方法。另外，本发明还涉及一种采用这种激光辐射方法制造半导体装置的方法。
背景技术
最近几年，在一个衬底上制造薄膜晶体管(TFT)的技术已经有了很大的进步，有源矩阵显示装置的应用发展也得到了提高。尤其是，使用多结晶半导体膜形成的TFT在场效应迁移率方面要优于使用常规非晶半导体膜所形成的TFT，因此在TFT是用多结晶半导体膜形成时可以实现高速操作。因为这个原因，已经尝试通过在和该象素相同的衬底上形成的驱动电路来控制这个象素，而该象素通常利用设置在该衬底外的驱动电路来控制。
出于成本考虑，希望用于半导体装置中的衬底是玻璃衬底。然而玻璃衬底在抗热方面较差并且容易因为受热而变形。因此，在采用多结晶半导体膜的TFT在玻璃衬底上形成的时候，为了防止玻璃衬底因为受热而变形，采用激光退火使形成在玻璃衬底上的半导体膜结晶。
同另一种采用辐射热或传导热的退火方法相比，激光退火具有的优点是，可以大大缩短处理时间，而且半导体衬底或衬底上的半导体膜可以选择性地局部受热，这样衬底可以几乎不受热损害。
一般来说，常常使用一种准分子激光器对半导体膜进行激光退火。准分子激光器具有高输出功率和高重复频率的优点。此外，准分子激光器发出的激光束具有可以被硅膜充分吸收的优点，其中硅膜经常作为半导体膜。在激光辐射阶段，激光束在被辐射物体上的光斑通过一种光学系统而被成形为一个线性点(包括矩形点和椭圆形点)，然后该光斑沿该线性光斑的短边方向相对被辐射物体运动。通过采用这种激光辐射的方法，可以对被辐射物体进行有效的激光退火。
此外，我们也可以在激光退火阶段使用连续波激光器(也被称为CW激光器)。当CW激光器发出的激光束波成形成一个线性点时，作为被辐射物体的半导体膜沿着该被辐射物体上的光斑的短边方向做相对运动，这样在半导体膜上形成一个沿运动方向伸长的大晶粒。根据大晶粒的伸展方向制造的TFT比使用准分子激光器制造的TFT具有更高的载流子迁移率。采用具有高载流子迁移率的TFT，电路可以以更高的速度驱动，因此可以制造驱动器和CPU等等。
连续波激光器发出的激光束通常用在激光退火中，并且其波长是532nm，因为这个波长的激光可以被非晶硅(a-Si)充分吸收，并且使用非线性光学元件从基波进行转换的效率高。通常，激光束的波长越短，非晶硅对其吸收的能力就越强。同时，激光束波长越短，激光束的功率越低。
使用通过上述方法而结晶的半导体膜形成TFT的技术已经应用在许多领域中。
当激光束的功率低时，为了增加能量密度或者激光束的功率强度，可以使用透镜将激光束在被辐射物体上凝聚成一点。此外，甚至在使用激光束直接辐射被辐射物体从而在该被辐射物体上形成一个图案时，也可以使用透镜将光斑凝聚到被辐射物体上。例如，当使用CW激光器对半导体膜进行结晶时，在被辐射物体上，光斑被成形成一个伸长的点，例如矩形光斑、椭圆形光斑或线性光斑，同时为了尽可能地增加输出，使用透镜将光斑凝聚成一个沿短边方向具有几个微米长度的光斑。并且，使用激光辐射直接在被辐射物体上形成一个精细图案时，光斑也将进一步缩小。
可以对激光束进行汇聚来减小形成在被辐射物体上的光斑的直径，为了实现上述目的，必须选择具有大孔径(NA)的透镜。一般来讲，NA和焦点深度(focusdapth)Z满足公式：Z＝±λ/2NA2，这里λ是激光束的波长。这样，当透镜的NA越大时，相应地，透镜的焦点深度越短。例如，使用CW激光器时，需要将焦点深度调整到约几个微米。
然而，作为通常为玻璃衬底的衬底越大，衬底厚度的变化越显著。衬底的厚度可以在几十个微米中变化。例如，在玻璃衬底或其他衬底上形成的半导体膜被激光退火时，透镜和被辐射物体之间的距离依在衬底的位置而定，其中这里衬底的厚度是不均匀的，并且光斑的形状依该位置的变动做相应的变化。由于这个原因，甚至结晶也依在同一衬底上形成的半导体膜的位置变化。
发明内容
考虑到上述的问题，本发明的目标之一就是要提出一种激光辐射方法，即使被辐射物体的厚度不均匀，也可以使用激光束对被辐射物体进行均匀辐射。本发明的另一个目标是提出一种使用激光辐射方法制造半导体装置的方法。
本发明公开了一种激光辐射方法，在激光辐射过程中，该方法使用自动聚焦装置保持被辐射物体和用于聚焦该激光束到被辐射物体上的透镜之间的距离不变。特别是，通过沿被辐射物体上形成的光斑的第一方向和第二方向，使被辐射物体相对于对其入射的激光束移动而进行激光辐射时，在被辐射物体沿第一方向和第二方向移动之前，使用自动聚焦装置控制透镜和被辐射物体之间的距离。必须注意：自动聚焦装置是用来调整穿过透镜传递到被辐射物体上的激光束的焦点，其中透镜位于被辐射物体上。
当对具有凸起的被辐射物进行激光辐射时，考虑到这个凸起，自动聚焦应该提前进行。例如，当凸起存在于被辐射物的第一方向，并且激光辐射沿第一方向以及垂直于第一方向的第二方向进行时，自动聚焦可以在被辐射物沿第二方向移动前进行，其中在该第二方向不存在凸起。
特定地，在将被辐射物沿凸起存在的第一方向相对入射到被辐射物体上的激光束做相对运动后，自动聚焦装置校正由于衬底的凸起引起的透镜和被辐射物体之间的距离变化。当被辐射物沿凸起存在的第一方向进行运动时，自动聚焦装置可以控制透镜和被辐射物体之间的距离。
在被辐射物体上形成的光斑可以通过光学系统被成形成矩形光斑或伸长光斑，例如可以形成具有短边和长边的椭圆形光斑或线形光斑。当形成狭长光斑时，可以有效地进行激光辐射，这样光斑的长边将与凸起存在的第一方向平行。这里描述的光学系统是用于在任何部分对激光进行汇聚的一个或多个透镜和镜子的组合。
在用激光对被辐射物体进行辐射时，可以移动它们其中的一个或者同时移动被辐射物体和激光。最好在凸起存在的第一方向以比在第二方向移动速度更慢的速度同时移动被辐射物体和激光或者它们中的一个，这是因为辐射位置可以被高精确地控制，均匀辐射成为可能。
为了进行自动聚焦，在激光束汇聚在被辐射物体的表面时，任何方法都可以使用。例如，可以使用激光束和检测激光束的检测器(4阵列光检测器、CCD(电荷耦合装置)、PSD(位置敏感探测器)或类似装置)。通过使用这些激光束和探测器来测量透镜和被辐射物体之间的距离并保持它们之间的距离不变，从而保证激光总是汇聚在被辐射物上。可以设置一个到透镜或台的微动装置(micro-motion device)来控制透镜和被辐射物体之间的距离。此外，用于测量透镜和被辐射物体之间距离的激光束可以从对被辐射物体进行退火的激光中分离出来，单独提供；或者也可以用作对被辐射物体进行退火的激光束。作为另外一种自动聚焦方法，可以使用这种用于播放CD、DVD等的方法(例如像散法、刀缘法、傅科法或者临界角方法)。此外，可以通过直接将接触位移传感器与被辐射物体接触来控制透镜和被辐射物体之间的距离。当对包括透镜的光学系统或被辐射物体进行移动时，可以通过自动聚焦装置来控制透镜和被辐射物体之间的距离。
例如，当用根据上述提到的激光辐射方法得到的激光束对半导体膜辐射来进行退火时，半导体膜会结晶或者被激活。并且，经退火的半导体膜可以用来制造半导体设备。
在本发明使用的激光振荡器没有特别限制，可以使用脉冲式激光振荡器或者连续波(CW)激光振荡器。例如，脉冲式激光器可以是准分子激光器，YAG激光器或YVO4激光器。而CW激光器可以例如是YAG激光器、YVO4激光器、GdVO4激光器、YLF激光器或者Ar激光器。通过使用CW激光器光束，可以形成一个巨大晶粒，这个晶粒在激光束的扫描的方向伸长。并且，可以使用重复频率为10MHz的脉冲式激光振荡器。甚至可以使用重复频率在10MHz或者更大的脉冲式激光振荡器(这个激光束也被称作准CW激光器束)发出的激光来形成沿激光的扫描方向伸长的巨大晶粒。
根据本发明，即使被辐射物体的厚度不均匀的条件下，仍可对被辐射物体进行均匀辐射。并且，可以考虑被辐射物体上的凸起，用激光对被辐射物体进行有效地辐射。
附图说明
在附图中：
图1显示的是本发明提出的激光辐射方法；
图2显示的是光学系统中光学路径的长度与光斑的形状之间的关系；
图3A-3E显示的是4阵列光学探测器和光斑之间的关系；
图4给出的是本发明的激光辐射方法的示意图；
图5给出的是光学系统的示意图；
图6给出的是自动聚焦装置的示意图；
图7A-7C给出的是自动聚焦装置的示意图；
图8给出的是本发明的激光辐射方法的示意图；
图9给出的是本发明的激光辐射方法的示意图；
图10给出的是本发明的激光辐射方法的示意图；
图11A-11E给出的是使用本发明的激光辐射方法的半导体设备的制造步骤；
图12A-12E给出的是使用本发明的激光辐射方法的半导体设备的制造步骤；
图13A和13B给出的是使用本发明的激光辐射方法的半导体设备的制造步骤；
图14给出的是本发明的激光辐射方法的示意图；
图15给出的是本发明的激光辐射方法的示意图；
图16A-16H给出的是通过使用在本发明的激光辐射方法而制造的电子元件的示意图；以及
图17A-17B给出的是本发明的激光辐射方法的示意图。
具体实施方式
[实施方式]
下面参照附图对本发明的实施方式进行描述。然而，因为本发明可以用许多种方式实现，所以对于本领域技术人员来讲，容易理解的是，可以在本发明的内容和范围内对本发明的方式和细节进行修改或者改变。因此，本发明不仅仅限制在实施方式的描述中。并且，相同的附图标记在所有附图中表示相同的部件。
在本发明中，对被辐射物进行激光辐射时，通过使用自动聚焦装置来保持透镜和被辐射物体之间的距离不变。自动聚焦装置包括一个探测器、一个控制器，其中探测器用于检测通过透统辐射到被辐射物体上的激光束的焦点是否位于被辐射物体表面上，而控制器用于控制透镜和被辐射物体之间的距离。为了控制透镜和被辐射物体之间的距离，给出了两种控制方法：一种是移动被辐射物体，另外一种是移动包括透镜在内的光学系统。
并且，当被辐射物体具有规则的凸起时，考虑凸起进行激光辐射。例如，由于生产工艺通常一个玻璃衬底在某个特定的方向具有一个凸起。因此，在使用玻璃衬底的情况，仅当玻璃衬底沿着存在凸起的方向上移动时，使用自动聚焦装置来调整被辐射物体上的焦点；而当衬底沿没有凸起的方向运动时，可以不使用自动聚焦装置。
例如，在本发明中可以按照如下方式使用激光束对被辐射物体进行辐射：用激光束对半导体膜进行退火；通过用激光束辐射半导体膜来激活半导体膜；用光刻技术对被辐射物体进行微处理；或利用直接激光辐射来形成图案。另外，本发明不限于这些例子，并包括用激光辐射处理被辐射物中的各种步骤。
用于激光辐射的激光振荡器不做特定限定，可以采用脉冲激光振荡器或CW激光振荡器。另外，也可以采用具有10MHz或更高重复频率的脉冲激光振荡器。
【实施方式1】
参考附图1，实施方式1描述了一种控制透镜和被辐射物之间距离的结构，根据采用自动聚焦机构的激光辐射法来移动被辐射物可以进行这种控制。
图1中，具有10MHz或更大重复频率的激光振荡器101发出第一激光束，该激光束在镜子102上反射以垂直地入射到被辐射物106中。之后，第一激光束入射到圆柱透镜103和104上再汇集到被辐射物106上，其中圆柱透镜103和104分别在不同方向起作用。因此，在被辐射物106上形成了线性光斑105。
虽然这个激光振荡器101是具有10MHz或更大重复频率的激光振荡器，但是本发明不限于此，可以采用CW激光振荡器。在采用CW激光振荡器的情况下，第一激光束会以一定角度或更大角度斜着而不是垂直的入射到被辐射物上，以避免被辐射物上的反射光束和入射光束之间的干涉。这种情况下，激光束的入射角θ可以满足不等式θ＝tan-1(1/2d)，其中1是光斑沿激光束入射方向的长度，d是被辐射物的厚度。
被辐射物106可以由Z轴台116、X轴台117、Y轴台118移动。Z轴台116可以调整被辐射物106的斜度并可向上或向下移动该被辐射物106。在本实施方式中，第一激光束是通过移动X轴台117和Y轴台118传送到被辐射物106的。
为了保持被辐射物106和每个圆柱透镜103、104之间的距离不变，采用了一种自动聚焦机构，该机构包括一个激光振荡器109、圆柱透镜110和111、四阵列光检测器112和Z轴台116。为了保持被辐射物106和每个圆柱透镜103、104之间的距离不变意味着保持圆柱透镜103、104的聚焦点到被辐射物106上。值得注意的是，圆柱透镜103和104之间的距离是固定的。当圆柱透镜104的焦点在被辐射物106的表面上时，圆柱透镜103的焦点也在被辐射物106的表面上。
从激光振荡器109中发出的第二激光束穿过两个圆柱透镜110和111入射到被辐射物106上，用四阵列光探测器112检测在被辐射物106上发生反射的该激光束。这里，第二激光束的光程长度在被辐射物106的表面变高或变低的时候改变。四阵列光检测器112将检测后的光束转换成一个与光束的密度成正比的电信号。根据这个电信号，与四阵列光检测器112配合的Z轴台116移动，以保持圆柱透镜104与被辐射物106之间的距离不变。优选的是使第二激光束斜着入射到被辐射物106的表面上，如图1所示。这种情况下，由于第一激光束是垂直入射到被辐射物106上，第二激光束是斜着入射到被辐射物106上，所以可以提供在不同位置发出第一激光束和第二激光束的光学系统，而且这种结构使该光学系统容易构造。
参考附图2，描述了该光学系统中的光束形状和光程长度之间的关系，其中该光学系统包括两个圆柱透镜。
在图2中平面112b的位置处，图1中示出的第一激光束在被辐射物106上聚焦。这里，对两个圆柱透镜110和111的焦点进行调节，使光斑在被辐射物106上变成圆形。
在被辐射物106更靠近圆柱透镜104时，光斑变成椭圆形，如平面112a处所示，这是因为光程长度变短了。另一方面，在被辐射物106离圆柱透镜104更远时，如平面112c处所示，光斑变成与平面112a处形成的椭圆的方向垂直的方向上的椭圆形，这是因为光程长度变长了。另外，在被辐射物106离得远得多时，如平面112d处所示，激光束的密度变低，由四阵列光检测器测得的值变低。
在被辐射物106处于倾斜状态的情况下，反射激光束没有到达四阵列光检测器112，因此没有检测到电流值。如果反射光束到达了四阵列光检测器112，则由四个光检测器分别检测不同的电流。
接着，参照图3A到3E描述四阵列光检测器和光斑之间的关系。
图3A到3E中，四阵列光检测器中的每一个用附图标记(a)到(d)表示。当光束传送到每个光检测器上时，光束转换成与光束密度成正比的电流。
当光程长度短时，如图3A所示，意味着当圆柱透镜104和被辐射物106之间的距离比圆柱透镜104的焦点长度短时，在四阵列光检测器处形成的光斑是椭圆形的。因此检测到的电流是(a)＝(c)＜(b)＝(d)。为了在圆柱透镜104的焦点处提供被辐射物106，Z轴台116可以沿离开圆柱透镜104的方向移动。
在光程长度比较适当的时候，如图3B所示，意味着当圆柱透镜104和被辐射物106之间的距离与圆柱透镜104的焦点长度相等时，在四阵列光检测器处形成的光斑是圆形的。因此检测到的电流是(a)＝(b)＝(c)＝(d)。
在光程长度长时，如图3C所示，意味着当圆柱透镜104和被辐射物106之间的距离比圆柱透镜104的焦点长度长时，在四阵列光检测器处形成的光斑是椭圆形的。因此检测到的电流是(a)＝(c)＞(b)＝(d)。为了在圆柱透镜104的焦点处提供被辐射物106，Z轴台116可以朝着圆柱透镜104的方向移动。
在光程长度非常长时，如图3D所示，意味着当圆柱透镜104和被辐射物106之间的距离远远大于圆柱透镜104的焦点长度时，在四阵列光检测器处形成的光斑是椭圆形的，并且光斑的一部分没有入射到四阵列光检测器上。这里，由于部分光斑没有入射到光检测器上，则由各个光检测器检测到的电流值总和是较低的。这种情况下，如图3C所示，Z轴台116可以朝着圆柱透镜104的方向移动。
在光程长度比较适当并且被辐射物106是倾斜着的时候，如图3E所示，意味着在圆柱透镜104的平面部分不平行于被辐射物106的表面时，在四阵列光检测器处的光斑时圆形的。这时，由四阵列光检测器检测到的电流值是(a)＞(b)＝(d)＞(c)。这些光检测器中，只有(b)和(d)具有相同的电流值，而(a)和(c)电流值是不同的。这种情况下，可以对Z轴台116进行调节，将其朝着四阵列光检测器倾斜。
正如所描述的，可以对Z轴台116进行控制，这样传送到四阵列光检测器上的光束的密度在全部四个光检测器上是不变的。
被辐射物106可以由任何能够用激光辐射进行处理的材料构成。特别是，被辐射物106可以例如为半导体；形成在玻璃、塑料或类似的物衬底上的半导体膜；金属；有机树脂膜；或类似物。当被辐射物106为形成在玻璃衬底上的半导体膜时，可以通过用激光束辐射该半导体膜来退火该半导体膜。即使在因为玻璃衬底的不均匀性导致了半导体膜的厚度不均匀时，半导体膜也可以被均匀地退火，这是因为激光辐射可以采用自动聚焦机构来实现。另外，在被辐射物106为有机树脂膜时，可以通过激光辐射在该有机树脂膜上形成图案或在其内形成开口。通过用自动聚焦机构按照激光束在有机树脂膜的表面正确聚焦的方式来实现激光辐射，可以正确地形成图案和开口。
虽然本实施方式已经描述了采用四阵列光检测器检测第二激光束的例子，但是本发明不限于此，CCD、PSD或类似物也可以用于检测第二激光束。还有，替代第二激光束，可以采用接触位移传感器、静电容量位移传感器、涡电流位移传感器作为自动聚焦机构，其中接触位移传感器是与被辐射物106直接接触的，静电容量位移传感器利用静电容量的改变，涡电流位移传感器利用高频磁场。
虽然本实施方式中具有10MHz或更大重复频率的激光振荡器101中发出的第一激光束是垂直入射到被辐射物106上的，但是在采用CW激光器时可按照相同方式使激光束斜着入射。在这种情况下，优选的是，使从激光振荡器109发出的第二激光束垂直入射。通过在第一激光束斜着入射时使第二激光束垂直入射，形成第一和第二激光束的光学系统不会彼此重叠；因此，可以轻易的组装该光学系统。另外，在第二激光束垂直入射时，该第二激光束可以轻易地传送到形成在被辐射物106上的第一激光束光斑的附近，因此可以改善自动聚焦的精确性。
通过在上述激光辐射中提供自动聚焦机构，可以实现激光辐射的同时对透镜和被辐射物之间的距离进行控制。
【实施方式2】
为了使由透镜聚光的激光束的焦点处于被辐射物上，优选始终进行自动聚焦。然而，当预先知晓被辐射物上有凸起或类似物时，可以仅当需要提高处理效率时进行自动聚焦。这个实施方式描述了在玻璃衬底沿某一方向有凸起时的激光辐射方法，参照附图8。
一般来讲，较大的玻璃衬底更容易出现凸起，这只有在玻璃衬底制造过程中才会有的。这个凸起基于在玻璃衬底上具有一个或更少转折点(inflectionpoint)的性质而改变并沿某特定方向存在。同时，凸起不会在垂直于该凸起所处方向的方向上存在。由于这个原因，优选考虑到玻璃衬底的独特特性来进行激光辐射。
在图8中，由于在沿某一方向具有凸起的玻璃衬底上形成半导体膜206，所以半导体膜206的表面因玻璃衬底的凸起而突起。与图1中所示的方式相同，从激光振荡器101(具有10MHz或更高重复频率的CW激光器或脉冲激光器)中发出的第一激光束反射到镜子102上。随后，该激光束垂直入射到半导体膜206中。之后，第一激光束入射到圆柱透镜103和104上，并在玻璃衬底上形成的半导体膜206上聚焦。因此，第一激光束在半导体膜206上形成为线性光斑105。当采用了前面描述过的CW激光振荡器时，第一激光束可以以一定角度而不是垂直地入射到半导体膜206上。
在包括了X轴、Y轴和Z轴的三维结构中，玻璃衬底设置在X-Y轴平面中。X轴方向是玻璃衬底没有凸起的方向，Y轴方向是垂直于X轴的方向，Z轴方向是垂直于X轴和Y轴的方向。这种情况下，玻璃衬底仅在Y轴方向而非X轴方向变化到Z轴方向。换句话说，玻璃衬底只在Y轴方向上具有凸起。这里，形成了线性光斑，使它的短边方向平行于玻璃衬底不具有凸起(X轴方向)的方向。玻璃衬底的移动由X轴台117、Y轴台118和Z轴台116控制。X轴台117沿X轴方向移动该玻璃衬底，Y轴台118沿Y轴方向移动它。Z轴台116调节玻璃衬底的斜度并沿Z轴方向移动它。
在实施方式2中，进行激光辐射的同时沿X轴和Y轴方向移动作为被辐射物的半导体膜206。在半导体膜206沿线性光斑的短边方向(X轴方向)移动半导体膜206时，是按照用第一激光束辐射半导体膜206的方式进行退火的。
在沿X轴方向移动半导体膜206以将第一激光束从衬底的一端传送到另一端之后，半导体膜206沿Y轴方向移动。半导体膜206沿Y轴方向移动以检测接下来沿X轴方向上要对哪里进行退火。比如，在对衬底的全部表面进行退火时，半导体膜206沿Y轴方向移动线性光斑在长边方向上的长度，随即进行激光辐射。
虽然本实施方式中激光辐射是通过由X轴台117和Y轴台118来移动半导体膜206而同时固定第一激光束的方式进行的，但是激光辐射也可以通过移动激光束而同时固定半导体膜206的方式进行。还有，也可以使半导体膜206和激光束都移动来进行激光辐射。
由于衬底沿X轴方向的厚度变化是很小的，因此即使当通过沿X轴方向移动半导体膜206进行激光辐射时，圆柱透镜104和半导体膜206之间的距离也几乎不会改变。另一方面，由于玻璃衬底沿Y轴方向具有玻璃衬底独有的凸起，所以圆柱透镜104和半导体膜206之间的距离跟着半导体膜206沿Y轴方向的移动而变化。
当凸起沿某一方向存在的时候，激光辐射期间不必始终进行自动聚焦。激光束的焦点可以在半导体206沿X轴方向移动之前调节一次。在X轴方向上，通过按照上述方式调节焦点一次，该焦点可以始终处于半导体膜上；因此，可以进行均匀的激光辐射。
换句话说，可以在沿X轴方向给半导体膜206从一端到另一端退火之后，沿Y轴方向并且再沿X轴方向移动半导体膜206之前，可以将激光束的焦点调节为处于半导体膜206之上。还有，在玻璃衬底具有一个较宽的凸起或一个较复杂的凸起时，半导体膜206可以沿Y轴方向移动同时通过所需的自动聚焦机构控制圆柱透镜103与半导体膜206之间的距离。
半导体膜206沿已经完成了退火的X轴方向以适合结晶的速度移动。特别是，半导体膜206沿X轴方向以100mm/s到20m/s的速度移动，优选从10到100cm/s。在这个速度范围内，通过退火可以获得大的结晶颗粒。在速度为20m/s或更高时，晶体不会沿激光束的扫描方向生长。同时，半导体膜206沿已经调节了退火位置的Y轴方向的移动速度比X轴方向的移动速度缓慢的多。特别是，速度优选为100mm/s或更少以精确控制退火位置。
可以采用与实施方式1示出的自动聚焦机构相同的自动聚焦机构。激光振荡器109发出的第二激光束通过两个圆柱透镜110和111入射到半导体膜206上，在半导体膜206上反射的激光束由四阵列光检测器112进行检测。Z轴台116根据由四阵列光检测器112测得的条件进行调节，这样圆柱透镜104和半导体膜206之间的距离保持不变。
虽然本实施方式已经描述了激光辐射形成在玻璃衬底上的半导体膜的例子，其中该玻璃衬底沿某一方向具有宽的凸起，但是本发明并不限于此。可以对任何具有凸起的诸如半导体、金属、有机树脂膜、玻璃和塑料的被辐射物进行如前面所描述过的考虑了凸起的激光辐射。
如实施方式2所示，当进行考虑了被辐射物凸起的激光辐射时，不必始终进行自动聚焦。这可以提高处理效率。
【实施方式3】
本实施方式参照附图4到7C描述了一种激光辐射方法，其中透镜和被辐射物之间的距离通过移动光学系统进行调节，该光学系统包括透镜。
图4中，激光振荡器401(具有10MHz和更高重复频率的CW激光器或脉冲激光器)发出第一激光束，然后该激光束在镜子402上反射。然后，激光束垂直入射到被辐射物405上。激光束垂直入射到被辐射物405上之后入射到光学系统404上，该光学系统404的高度可以由自动聚焦机构403控制。之后，聚集该激光束以在被辐射物405上成线性。
当采用CW激光振荡器时，第一激光束可以形成为沿一定角度入射到被辐射物405上。
如实施方式2所示，当被辐射物405上存在凸起的时候，会形成线性光斑，使它的短边平行于被辐射物405具有更少凸起的方向。被辐射物405的移动由X轴台406和Y轴台407控制。自动聚焦机构403可以用自动聚焦机构408上下移动。
进行对被辐射物405激光辐射的同时移动X轴台406和Y轴台407，被辐射物405固定在其上。另外，可以进行激光辐射的同时移动激光束。
将参考图5进一步描述光学系统404。图5是该光学系统404的截面图，图4和5中相同的附图标记表示相同的部件。该光学系统404包括两个分别沿不同方向作用的圆柱透镜610和611。本实施方式中，圆柱透镜610具有300mm的焦点长度，并仅对激光束的长边起作用，圆柱透镜611具有15mm的焦点长度，仅对激光束的短边起作用。通过使用圆柱透镜610和611，激光束在被辐射物405上成形为线性光斑。该光斑在短边方向具有大约10μm的尺寸，在长边方向具有大约300μm的尺寸。
接下来，参考附图6描述自动聚焦机构403。在图6中，当驱动电流从伺服电路流到音圈601中时，由音圈601、磁体602和铁芯603可以使光学系统404精微地移动，其中音圈601、磁体602和铁芯603包围着光学系统404。
下面，参考附图7A到7C描述自动聚焦机构408。激光振荡器701中发出的第二激光束通过凸球面透镜704和圆柱透镜705入射到被辐射物405上，反射的激光束由四阵列光检测器706进行检测以测量被辐射物405与自动聚焦机构408之间的距离。根据测得的结果，自动聚焦机构403上下移动该光学系统404以控制光学系统404和被辐射物405之间的距离。
下面描述测量自动聚焦机构408与被辐射物405之间距离的测量方法。在7A到7C中，激光振荡器701发出的激光束的偏振方向利用λ/2波板702旋转90□。之后，激光束穿过光束分裂器703，然后利用凸球面透镜704聚光。
当被辐射物体405位于凸球面透镜704(图7A)的焦点处时，在被辐射物405上反射的激光束沿某一光路传播，该光路和该激光束入射到被辐射物405的壳路相同，然后该激光束入射到凸球面透镜704。然后，光束分裂器703使部分激光束偏斜，这部分激光束入射到圆柱透镜705中。
圆柱透镜705是一个仅在一个方向起作用的聚光透镜，虚线表示激光束沿圆柱透镜705起作用的方向的光路，实线表示激光束沿圆柱透镜705不起作用的方向的光路。这里，在四阵列光检测器706上的光斑是圆形的。
当被辐射物405在凸球面透镜704(图7B)的焦点之前时，在被辐射物405上反射的激光束沿某一光路传播，该光路比激光束入射时的光路更靠里面，然后激光束入射到凸球面透镜704中。之后，光束分裂器703使部分激光束偏斜，这部分激光束入射到圆柱透镜705中。
圆柱透镜705是一个仅在一个方向起作用的聚光透镜，虚线表示激光束沿圆柱透镜705起作用的方向的光路，实线表示激光束沿圆柱透镜705不起作用的方向的光路。这里，在四阵列光检测器706上的光斑是椭圆形的。
当被辐射物405在凸球面透镜704(图7C)的焦点之后时，在被辐射物405上反射的激光束沿某一光路传播，该光路比激光束入射时的光路更靠外面，然后激光束入射到凸球面透镜704中。之后，光束分裂器703使部分激光束偏斜，这部分激光束入射到圆柱透镜705中。
圆柱透镜705是一个仅在一个方向起作用的聚光透镜，虚线表示激光束沿圆柱透镜705起作用的方向的光路，实线表示激光束沿圆柱透镜705不起作用的方向的光路。这里，在四阵列光检测器706上的光斑是椭圆形的，它和图7B中示出的椭圆相比旋转90。
因此，由于光斑根据被辐射物405的位置在四阵列光检测器上具有不同的形状，所以由四阵列光检测器的每一个检测的电流值是不同的。所以，被辐射物405与自动聚焦机构408之间的距离是可以测量的。当自动聚焦机构408与自动聚焦机构403配合工作时，光学系统404和被辐射物405之间的距离可以保持不变。
本实施方式3可以与实施方式1或2自由结合。
【实施方式4】
参考附图9和10，本实施方式描述了一种采用由一个激光振荡器进行自动聚焦的激光辐射的例子。
图9中，激光振荡器101发出的激光束在镜子102上反射，使该激光束的传播方向得以改变，其相对于被辐射物106的表面倾斜。之后，激光束入射到圆柱透镜103和104中，圆柱透镜103和104分别沿不同方向汇集激光束，将激光束汇集以使在被辐射物106上形成线性光斑105。
被辐射物106可以由Z轴台116、X轴台117、Y轴台118移动。Z轴台116可以调整被辐射物106的斜度并且可向上和向下移动该被辐射物106。
另外，提供了一种可保持被辐射物106与圆柱透镜103、104之间距离不变的自动聚焦机构。本实施方式中，激光振荡器101发出的激光束斜着入射到被辐射物106上，经反射的激光束由四阵列光检测器112检测，因此，完成了自动聚焦。换句话来说，激光振荡器101发出的激光束也用作用于自动聚焦的激光束。例如，当被辐射物106为半导体膜时，激光振荡器101发出的激光束可以用作给半导体膜退火的激光束，也可以用作自动聚焦的激光束
通过采用四阵列光检测器以图2和图3A到3E相同的方式检测在被辐射物106上反射的激光束，可以控制被辐射物106与圆柱透镜103、104之间的距离。
这种情况下优选采用CW激光振荡器。然而当在激光辐射中采用CW激光振荡器时，在被辐射物106上入射光束可能会和在被辐射物106的背面反射的激光束发生干涉。为了避免激光束的干涉，可以使激光束以一定角度或更大角度入射到被辐射物106上，这样入射光不会与被辐射物106上的反射光重叠了。由于图9示出了激光束是斜着入射的结构，故这种结构适于采用CW激光器的情况。
图10示出了一种激光振荡器的方法，其中该激光束是垂直入射并且由一个激光振荡器完成自动聚焦。
激光振荡器201是一个具有10MHz或更高重复脉冲的模式锁定脉冲激光振荡器。用一个偏振板202使激光振荡器201发出的激光束的偏振方向旋转90。之后，激光束穿过光束分裂器203，由聚光透镜204汇集在被辐射物207上。这个汇集的激光束可以用于执行诸如退火的激光辐射。
如图7A到7C所示，在被辐射物207上反射的激光束入射到聚光透镜204中，该激光束穿过光束分裂器203和圆柱透镜208，并由四阵列光检测器209检测。检测的激光束由四阵列光检测器209转换成电信号。通过移动聚光透镜204或被辐射物207，由各个光检测器检测的电信号是相等的，可以使聚光透镜和被辐射物之间的距离保持不变。
如图10所示，当激光束垂直入射到被辐射物207上时，例如可以采用具有几十ps或更少的短脉宽的激光器。即使当短脉冲调制的激光束垂直入射时，入射激光束和在被辐射物207的背面上反射的激光束之间的干涉不会影响均匀的激光辐射。因此，在采用具有几十ps或更少短脉宽的激光器时，可以实现均匀的激光辐射而不会受到激光束垂直传送到被辐射物上时光束干涉的影响。
当被辐射物上具有凸起时，可以实现考虑了凸起的自动聚焦，如实施方式2所示。实施方式4可以与实施方式1到3任意一个自由结合。
【实施方式5】
本发明可以应用到对任何厚度不均匀的物体进行的激光辐射中。另外，本发明不仅可以应用到激光辐射中，还可以应用到电子束成像或离子束成像中。本实施方式参考附图14描述了一种采用激光直接成像系统时的激光辐射方法。
如图14所示，激光直接成像系统1001包括一个用于在激光辐射中执行各种控制的计算机1002(下文称作PC)；一个用于发出激光束的激光振荡器1003；一个用于衰减激光束的光学系统1005(ND滤光器)；一个用于调制激光束密度的声光调制器(AOM)1006；一个包括一个透镜、一个镜子等的光学系统1007，该透镜用于减少激光束的截面，该镜子用于改变激光束的光路；包括X轴台和Y轴台的衬底移动机构1009；用于将从PC输出的控制数据进行数模转换的D/A转换器1010；根据从D/A转换器1010输出的模拟电压对声光调制器1006进行控制的驱动器1011；输出驱动信号以驱动衬底移动机构1009的驱动器1012。还提供一种自动聚焦机构1013。
激光振荡器1003是一种可以发出紫外线、可见光或红外线的激光振荡器。尤其是，激光振荡器1003可以例如是ArF准分子激光器、KrF准分子激光器、XeCl准分子激光器或Xe准分子激光器。还有，也可以采用诸如He激光器、He-Cd激光器、Ar激光器、He-Ne激光器或HF激光器的气体激光振荡器。另外，也可以采用一种固态激光振荡器，其采用诸如每一种掺杂有Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti或Tm的YAG、GdVO4、YVO4、YLF或YALO3的晶体。还有，也可以采用诸如GaN激光器、GaAs激光器、GaAlAs激光器或InGaAsP激光器的半导体激光振荡器。当采用固态激光器时，优选采用基波或二次到五次谐波中的任何一种。
下面描述使用激光直接成像系统的激光辐射方法。当衬底1008安装在衬底移动机构1009之上时，PC1002用照相机(未示出)检测在衬底上形成的标记的位置。随后，PC1002根据检测的标记的位置数据和预先输入的图象图案数据产生用于移动衬底移动机构1009的移动数据。
然后，在光学系统1005将激光振荡器1003发出的激光束衰减以后，声光调制器1006控制光发射的量以使之成为预先确定的量，这是按照下列的方式进行的，即PC1002通过驱动器1011控制从声光调制器1006发出激光束的量。同时，该声光调制器1006发出的激光束穿过光学系统1007，这样可以改变激光束的光路和光斑形状。在透镜将激光束汇集之后，激光束传送到形成在衬底上的光吸收层。
这里，对衬底移动机构1009进行控制以使之根据由PC1002产生的移动数据沿X方向和Y方向移动。结果，激光束辐射预定区域，该激光束的能量密度在光吸收层里转换成热能。
在使用激光直接成像系统的激光辐射中，必须通过透镜将激光束的光斑聚焦到衬底上形成的光吸收层上。因此，光学系统1007和衬底1008之间的距离与采用实施方式1或3所示的自动聚焦机构1013时的距离是相同的。另外，当该激光直接成像系统在诸如玻璃衬底的衬底上形成图案时，其中该玻璃衬底具有凸起，可以采用实施方式2所示的考虑了凸起的自动聚焦机构。可以通过如图4所示移动光学系统1007或通过如图1中所示移动衬底1008，来控制光学系统1007和衬底1008之间的距离。
为了使激光直接成像系统形成显微图案，该光斑必须很小。这将引起焦点深度很浅的问题。由于这个原因，有效的方法是在激光直接成像系统的激光辐射中采用自动聚焦机构。
本实施方式5可以与实施方式1到4中的任意一个自由结合。
【实施方式6】
参考附图15，实施方式6描述既移动激光束又移动安装了被辐射物的扫描台的激光辐射的例子。
图15中，被辐射物805安装在转动台803上，转动台803安装在沿X轴方向上的一个方向移动的X轴扫描台801上。
还有，可以设置Y轴扫描台804以在X轴扫描台801上跨桥。Y轴扫描台804具有发出激光束的激光振荡器807和在被辐射物上使激光束汇集的光学系统808。更优的是，光学系统808在被辐射物上形成的光斑拉长，例如矩形、椭圆形、或线形，因为这样可以有效的进行激光辐射。激光振荡器807和光学系统808可以沿Y轴方向移动。
激光振荡器807不被特定限制的，它可以是CW激光振荡器也可以是脉冲激光振荡器。另外，激光振荡器807可以为半导体激光器。由于半导体激光器属于小型结构，所以它具有易于移动的优点。
提供了一种保持光学系统808与被辐射物体805之间的距离不变的自动聚焦机构810。自动聚焦可以用实施方式1到5中的任何一种结构来完成。在本实施方式中，光学系统808和被辐射物805之间的距离用图7A到7C中示出的结构测量。根据测量的结果，移动Z轴台802来控制光学系统808和被辐射物805之间的距离。虽然本实施方式中移动被辐射物805，但是也可以沿Z轴方向移动光学系统808来控制光学系统808和被辐射物805之间的距离。
当被辐射物805具有图8所示的凸起时，该激光辐射是考虑了凸起而完成的。例如，当被辐射物805具有沿Y轴方向的凸起时，可以如下进行该激光辐射。
首先，形成光斑，它的短边平行于X轴方向，被辐射物805沿X轴方向移动。在从被辐射物805的一端到另一端辐射一次以后，对Y轴扫描台804提供的激光振荡器807和光学系统808沿Y轴方向移动。在激光振荡器807和光学系统808沿Y轴方向移动之后，自动聚焦机构810校正在光学系统808和被辐射物805之间的距离，该自动聚焦机构是由于凸起而设置的。随后，通过沿与前述X轴方向相反的方向移动被辐射物，使激光束从被辐射物805的一端传播到另一端，激光振荡器807再次沿Y轴方向移动。通过重复上述操作，可以给衬底的整个表面完成均匀的激光辐射，即使衬底具有凸起。
激光辐射中的沿X轴方向或沿Y轴方向移动可以由专业人员进行适当的设定。例如，当作为被辐射物805的半导体膜通过激光辐射结晶时，该半导体膜沿X轴方向以适于结晶的速度移动。该移动速度优选在100mm/s到20m/s范围内，更优选10到100cm/s。另外，当激光振荡器807和光学系统808沿平行于光斑的长边方向的方向(Y轴方向)移动时，为了控制激光束的辐射位置，优选精确地移动它们。
这种情况下，激光振荡器807是沿Y轴方向缓慢移动地，被辐射物805沿X轴方向移动。然而，它们可以是相反的。还有，激光振荡器807可以既沿X轴方向移动又可以沿Y轴方向移动，而不用移动被辐射物805。
实施方式6可以与实施方式1到5中的任何一个自由结合。
【实施方式7】
本实施方式描述了一种激光辐射方法，其不同于前面的实施方式。特别是，本实施方式中的自动聚焦机构也与前述实施方式中的自动聚焦机构不同。
图17A和17B示出了该激光辐射方法的例子，该方法采用接触位移传感器作为自动聚焦机构。本实施方式示出了通过用激光束斜着辐射该半导体膜906来给半导体膜906退火的步骤。
图17A和17B中，激光振荡器101发出的激光束在镜子102上反射，经过圆柱透镜103和104斜着入射到半导体膜906上，以在半导体膜906上形成一个线形光斑105。圆柱透镜103和104分别沿不同的方向作用。本实施方式中，激光振荡器101是一个CW激光振荡器。
半导体膜906由Z轴台116、X轴台117和Y轴台118移动。Z轴台116可以调整半导体膜906的斜度并且可向上或向下移动它。采用激光束对半导体膜906激光辐射并且同时相对于该激光束移动半导体膜906，可以给半导体膜906的整个表面退火。
提供一个自动聚焦机构以保持半导体膜906和圆柱透镜103和104之间的距离不变。本实施方式中，接触位移传感器901通过与半导体膜906直接接触来控制该半导体膜906与圆柱透镜103、104之间的距离。该接触位移传感器901可以是任何通过与半导体膜906接触来控制向上和向下方向的距离的接触位移传感器。
当通过激光辐射给半导体膜906退火时，其中该激光辐射采用CW激光器作为激光振荡器101，在被辐射位置上一般形成两个区域。一个区域是大晶粒区903，在该区域内晶粒较大，另一个区域是次结晶度区904，在该区域内没有充分地完成结晶。由于光斑105具有能量密度分布，所以该次结晶度区904是形成在半导体膜906上对应于光斑105的相对两端的那部分上。通常，由于在次结晶度区904内没有充分地完成结晶，所以，该次结晶度区904不适于制造半导体元件；因此，要在随后的步骤中将它除去。
当接触位移传感器901用作自动聚焦机构时，该接触位移传感器901的探针与半导体膜906直接接触，这将引起与探针接触的那部分半导体膜906会受杂质污染或损坏。然而，在使用了前面所述的CW激光器的情况下，在探针与该次结晶度区904接触时可以减轻这种担忧，该次结晶度区904由CW激光器形成并将在随后步骤中被除去，以测量半导体膜906沿向上或向下方向的位移。因此，可以完成自动聚焦而不会影响半导体膜906。
为了精确测量半导体膜906与每一个圆柱透镜103、104之间的距离，优选通过与接触位移传感器的探针902接触来进行测量，接触的位置在半导体膜上激光束传送到的位置的附近。本实施方式中，由于激光束是斜着入射的，因此接触位置传感器901可以轻易地设置在光斑105上，其中该光斑形成在半导体膜906上。
尽管这个实施方式给出的是采用CW激光器的例子，但是该实施方式中也可以使用重复频率为10MHz或更大的脉冲式激光器。自动调焦装置不仅可以是接触位移传感器，而且也可以是静电容量位移传感器、涡电流位移传感器等等。
实施方式7可以与实施方式1到6中任何一个自由的结合。
[实施方式8]
本实施方式描述的是采用本发明提出的激光辐射方法制造半导体设备的方法的例子。尽管本实施方式以半导体设备中的一种发光设备为例进行描述，但是利用本发明制造的半导体设备不仅仅限于这种发光设备，它还可以是一种液晶显示设备，或者其他半导体设备。
该发光设备是一种半导体设备，它有一个发光元件和一个单元，这个单元向多个象素的每一个中的发光元件提供电流。发光元件中典型的是OLED(有机发光二极管)，它具有一个阳极、一个阴极和一个层(电致发光层)，该层包括电致发光材料，在对这种发光材料施加电场时，它就发光。电致发光层可以是形成在阳极和阴极之间的单层，也可以是多层。这些层可以包括无机化合物。
首先，如图11A显示，准备一个衬底500，在衬底500上方形成一个TFT(薄膜晶体管)。例如，衬底500可以是硼硅酸钡玻璃，也可以是硼硅酸铝玻璃。此外，也可以使用石英衬底或陶瓷衬底。并且，也可以使用表面具有绝缘膜的金属或半导体衬底。尽管例如塑料的合成树脂制成的柔性衬底通常在抗热性能上比上面提到的衬底要差，但是，在柔性衬底可以耐在制造步骤的处理温度时也可以使用该衬底。使用CMP或其它方法抛光衬底500的一个表面，以使得它变平。
接着，利用一种公知的方法(溅射法、LPCVD法、等离子体CVD法等等)在衬底500上形成基膜501，基膜501含有绝缘材料，如二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅等。尽管本实施方式中的基膜501是一单个绝缘膜，但是基膜501也可包括两个或更多的绝缘层。
接着，利用等离子体CVD法在基膜501上形成一个厚度为50nm的非晶半导体膜502。然后，对其进行脱氢处理。根据非晶半导体膜中的含氢量，一般最好在400-550℃对非晶半导体膜进行脱氢处理几个小时。最好通过脱氢处理将非晶半导体膜中的含氢量减少到5atoms％或者更少后，再对其进行下面的结晶处理。可以使用其他方法形成非晶半导体膜，例如溅射法或蒸发法。在任何方法中，最好充分减少非晶半导体膜中的杂质元素，例如氧和氮。
不仅硅可以作为半导体，硅锗也可以作为半导体。当使用硅锗时，锗的密度可以在约0.01-4.5atomic％的范围内。
在本实施方式中，基膜501和非晶半导体膜502都使用化学汽相沉积法形成，在这种情况下，基膜501和非晶半导体膜502可以在真空下连续形成。通过连续生成基膜501和非晶半导体膜502，而没让他们暴露在空气中，可使他们之间的界面不受污染，这样可以减少制造出来的TFT特性的变化。
接着，使用如图11B显示的激光结晶方法对非晶半导体膜502进行结晶处理，图11B中使用了本发明的自动调焦装置。可以使用激光结晶方法和其它公知的结晶方法，例如使用RTA或者退火炉的热结晶方法或者使用促进结晶的金属元素的热结晶方法，对非晶半导体膜502进行结晶处理。
当利用连续波固体激光器的基波的二次、三次或四次谐波对非晶半导体膜进行结晶处理时，可以得到一个大的晶粒。典型地，最好使用Nd:YVO4激光器(基波波长为1064nm)的二次(532nm)或三次谐波(355nm)。特别地，使用非线性光学元件将连续波YVO4激光器发出的激光束转换成具有功率为10W的谐波。非线性光学元件可以设置在具有发出谐波的YVO4晶体的谐振器中。然后，使用激光束对非晶半导体膜进行辐射，这里非晶半导体膜是处理对象，并且最好利用光学系统将落在辐射表面上的激光束形成为矩形或椭圆形光斑。需要将能量密度设置在大约0.01-100MW/cm2(最好在0.1-10MW/cm2)的范围内。在将非晶半导体膜502相对于激光束以大约每秒10-2000cm/s的速度移动的同时，对其进行激光辐射。如图8所示，当衬底有凸起时，优选考虑凸起来进行激光辐射。
可以使用连续波气体或固体激光器进行激光辐射。例如，连续波气体激光器可以是氩激光器或者是氪激光器。连续波固体激光器可以是例如YAG激光器、YVO4激光器、GdVO4激光器、YLF激光器、YAIO3激光器、变石激光器、Ti：蓝宝石激光器或者Y2O3激光器。作为连续波固体激光器，也可以采用使用下面物质作为晶体的激光器，例如YAG、YVO4、YLF、YAIO3、GdVO4等等，其中使用Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb或者Tm对上面的每种晶体进行掺杂。尽管这些激光的基波的波长取决于掺杂元素，但是他们都约为1微米。可以使用非线性光学元件得到基波的谐波。
使用上面提到的激光结晶化方法可形成具有结晶性增强的晶体半导体膜503。
接着将晶体半导体膜503构图成所需要的形状，进而形成岛状半导体膜504-506，这些膜成为TFT的有源层，如图11C所示。为了控制TFT的阈值，在岛状半导体膜504-506形成后，可用少量的杂质元素(硼或者磷)进行掺杂。
下一步，形成栅绝缘膜507，其主要包括二氧化硅或者氮化硅，使得该膜覆盖在将成为有源层的岛状半导体膜504-506上，如图11D所示。这种实施方式中，使用等离子体CVD法形成氧化硅薄，条件如下：TEOS(四乙基原硅酸盐)与氧气混合、反应压力为40Pa、衬底温度为300-400℃，并在电密度为0.5-0.8W/cm2的范围内，以高频(13.56MHz)放电。此后，通过对栅绝缘膜在400-500℃下进行加热退火，生成的氧化硅膜会具有良好特性。栅绝缘膜可用氮化铝制成。氮化铝的热传导性相对较高，因此能够有效地消散在TFT中产生的热。栅绝缘膜可以具有多层，其中氮化铝形成在氧化硅或不包括铝的氧氮化硅上。
然后，如图11E所示，厚度为100-500nm的导电膜形成在栅绝缘膜507上，将该导电膜构图形成栅电极508-510。
在这种实施方式中，栅电极可以由下面所列元素组中任选一种元素构成，元素组中的元素包括Ta、W、Ti、Mo、Al和Cu。此外，栅电极还可以用合金材料或者化合物制成，这些合金或者化合物主要包括上面列出元素中的任意一种。并且，栅电极可以用半导体膜构成，典型的半导体膜是用杂质元素例如磷掺杂的多晶硅膜。栅电极可以是一个单层导电膜也可以由多个导电膜构成。
当栅电极由两个导电膜构成时，最好的组合是氮化钽(TaN)作为第一个导电膜，钨作为第二个导电膜；或者是氮化钽(TaN)作为第一个导电膜，铝作为第二个导电膜；或者是氮化钽(TaN)作为第一个导电膜，铜作为第二个导电膜。此外，第一个导电膜和第二个导电膜可以是半导体膜，典型的半导体膜是用杂质元素例如磷掺杂的的多晶硅膜，并且第一个导电膜和第二个导电膜也可由AgPdCu合金构成。
栅电极的结构不限于两层结构，它也可以是三层结构，其中例如将钨膜、铝-硅合金(Al-Si)膜和氮化钛膜顺序层叠在一起。可以使用氮化钨膜代替钨膜，铝-钛合金(Al-Ti)膜代替铝-硅合金(Al-Si)膜，钛膜代替氮化钛膜。重要的是根据导电膜的材料选择最佳的蚀刻方法和最佳的蚀刻剂。
接着，通过添加N型杂质元素形成N型杂质区512-517。在这种实施方式中，使用了一种使用三氢化磷(PH3)的离子掺杂的方法。
接着，如图12A所示，通过将P型杂质元素添加到形成P沟道TFT的区域中，同时利用抗蚀剂掩模520覆盖形成N沟道TFT的区域，形成P型杂质区518-519。在这个实施方式中，使用了一种使用乙硼烷(B2H6)的离子掺杂方法。
然后，为了控制导电类型，分别对各个岛状半导体膜中的掺杂的杂质元素进行激活。利用退火炉进行的热退火方法来实现这个激活处理。此外，也可以使用激光退火和快速热退火(RTA)法。进行热退火时，氧气的密度在1ppm或者更小，优选在0.1ppm或者更小，在温度400-700℃的含氮的气氛中，典型的温度是500-600℃。在这个实施方式中，在500℃的条件下进行4个小时的热处理。然而，当栅电极508-510对热敏感时，为了保护布线等，最好在形成层间绝缘膜(主要含硅)后，再对其进行激活处理。
在使用激光退火方法时，可使用在结晶中使用的激光。在激活处理中，激光束的扫描速度与结晶中的速度相同，需要将能量密度设置在大约0.01-100MW/cm2的范围内(最好在0.01-10MW/cm2范围内)。连续波激光器可以用在结晶中，而脉冲式激光器可用在激活中。
接着，在含氢3-100％的气氛中，在温度300-450℃的条件下，进行热处理1到12个小时，使岛状半导体膜氢化。通过氢的热激发将使半导体膜中的悬挂链终断。作为其它方式的氢化方法，可采用等离子体氢化方法(使用等离子中受激发的氢)。
接着，如图12B所示，利用CVD法形成第一无机绝缘膜521，第一无机膜521由氧氮化硅构成，其厚度为10-200nm。第一无机绝缘膜不限于氧氮化硅膜，它也可以是含氮的无机绝缘膜，其可以抑制湿气进入后面将形成的有机树脂膜中。例如，也可以使用氮化硅、氮化铝或者氧氮化铝。注意：氮化铝的热传导性比较强，因此可以有效地消散在TFT或发光元件中产生的热。
在第一无机绝缘膜521上面形成有机树脂膜522，该有机树脂膜由正性感光有机树脂构成。尽管本实施方式中的有机树脂膜522由正性感光丙烯酸构成，但是本发明不限于此。
在本实施方式中，利用旋涂法涂覆正性感光丙烯酸并随后对其烘烤来形成有机树脂膜522。烘烤后，将有机树脂膜522的厚度设置成约0.7-5微米(最好是2-4微米)的范围。
接着，使用光掩膜将有机树脂膜522上形成开口的一部分暴露在光中。然后，使用基于TMAH(四甲基氢氧化铵)的显影溶液对有机树脂膜522进行显影，衬底被干燥，然后在220℃的温度下烘烤大约一个小时。如图12B所示，开口部分形成在有机树脂膜522上，第一无机绝缘膜521部分暴露在开口部分中。
因为正性感光丙稀酸被着色成淡棕色，所以当从发光元件发出到衬底侧的光时，它将被脱色。这种情况下，烘烤前，显影的感光丙稀酸就再次全部暴露在光中。进行曝光，使得通过延长曝光时间或者用比先前用来形成开口部分的曝光强度更高的光进行辐射，将使感光丙稀酸完全曝光。例如，当使用相等放大投射曝光系统(特别是佳能公司生产的MPA)，对厚度为2微米的正性丙稀酸树脂进行脱色处理时，曝光进行大约60秒，使用的曝光系统利用包括g-线(436nm)、h-线(405nm)和i-线(365nm)在内的多个波长的光，所有的波长都在超高压汞灯发出的光谱范围内。该曝光使正性丙稀酸树脂完全脱色。
在本实施方式中，尽管显影后在220℃的温度下进行烘烤，但是也可以在显影和220℃的高温烘烤之间进行大约100℃的低温预烘烤。
然后，利用RF溅射法构成由氮化硅组成的第二无机绝缘膜523，使得它覆盖在有机树脂膜522和第一无机绝缘膜521部分暴露的开口部分上，如图12C所示。第二无机绝缘膜523的厚度最好在大约10-200nm的范围内。第二无机绝缘膜的材料不限于氮化硅，可以使用任何包含氮化物的无机绝缘膜，其能抑制湿气进入有机树脂膜522。例如，可以使用氧氮化硅、氮化铝或者氧氮化铝。
当使用氧氮化硅膜和氧氮化铝膜时，氧和氮之间比例将显著影响它的阻挡性能。氮和氧之间的比值越大，阻挡性能就越高。因此，优选氮氧化物膜包括氢含量比氧的含量高。
RF溅射法形成的膜密度大，阻挡性能更好。当形成氧氮化硅膜时，RF溅射法的应用条件如下：N2、Ar和N2O的气体流速比例是31∶5∶4；目标是硅；压力是0.4Pa，电功率为3000W。另一个例子中，在形成氮化硅膜时，条件如下：腔室中的N2和Ar的气体流速比例是20∶20，压力是0.8Pa，电功率是3000W，膜形成的温度是215℃。
第一层间绝缘膜由有机树脂膜522、第一无机绝缘膜521和第二无机绝缘膜523形成。
接着，如图12C所示，在有机树脂膜522的开口部分中形成抗蚀剂掩模524，使用干法蚀刻法形成对于栅绝缘膜507、第一无机绝缘膜521和第二无机绝缘膜523的接触孔。
由于接触孔的开口，杂质区512-515以及518、519是部分暴露的。根据栅绝缘膜507、第一无机绝缘膜521和第二无机绝缘膜523的材料适合地决定干法蚀刻法的条件。因为本实施方式中，栅绝缘膜507由氧化硅构成，第一无机绝缘膜521由氧氮化硅构成，第二无机绝缘膜523由氮化硅构成，所以使用CF4、O2和He作为蚀刻气体对第一无机绝缘膜521和第二无机绝缘膜523进行蚀刻处理，然后使用CHF3对栅绝缘膜507进行蚀刻处理。
重要的是：在对有机树脂膜522进行蚀刻时，其不暴露在开口部分中。
接着，通过在第二无机绝缘膜523上形成并构图导电膜而形成与杂质区512-515、518和519相连的布线526-531，以覆盖接触孔，如图12D所示。
尽管在本实施方式中，利用溅射法在第二无机绝缘膜523上连续形成三个导电膜，即厚度100nm的钛膜，300nm厚的铝膜和150nm厚的钛膜，但是本发明不仅限于此。导电膜可以是单层、两层、四层或者更多层。而导电膜的材料也不限于上述描述的材料。
作为导电膜的另一个例子，在形成钛膜后，可将含钛的铝膜层叠在其上。可选择的，也可在形成钛膜后，将含钨的铝膜层叠在其上。
接着，在第二无机绝缘膜523上形成一个作为堤的有机树脂膜。尽管在本实施方式中，使用了一种正性感光丙稀酸，但是本发明不仅限于这种材料。在本实施方式中，使用旋涂法涂覆正性感光丙稀酸并对其进行烘烤形成有机树脂膜。将有机树脂膜的厚度设置在大约0.7-5微米的范围内(最好在2-4微米的范围)。
接着，使用光掩膜将有机树脂膜上形成开口部分的一部分暴露在光中。然后，使用基于TMAH(四甲基氢氧化铵)的显影溶液对有机树脂膜进行显影，衬底被干燥，然后在220℃的温度下烘烤大约一个小时。相应地，如图12E所示，制成具有开口部分的堤533，布线529和布线531部分在开口处暴露。
因为正性感光丙稀酸被着色成淡棕色，所以当从发光元件发出到衬底侧的光时，它将被脱色。脱色处理与对有机树脂膜522进行脱色时执行的过程相同。
当堤533由感光有机树脂构成时，可以将开口部分的横截面制成圆形。因此电致发光层的覆盖和后面将形成的阴极将得到改善，其中发光区减少(这被称为收缩)的缺陷也可以降低。
随后，利用RF溅射法由氮化硅构成第三无机绝缘膜534，以覆盖堤533和部分暴露布线529和531的开口部分，如图13A所示。第三无机绝缘膜534的厚度最好在10-200nm的范围内。第三无机绝缘膜534的材料不限于氮化硅，可以使用包括能够抑制湿气进入堤533的氮化物的无机绝缘材料。例如，可以使用氧氮化硅、氮化铝或者氧氮化铝。
当使用氧氮化硅和氧氮化铝时，氧和氮之间的atomic％比例将显著影响它的阻挡性能。氮和氧之间的比值越大，阻挡性能就越高。因此最好是氧氮化物膜中的氮含量比氧的含量高。
接着，在堤533的开口部分中形成抗蚀剂掩模535，然后使用干法蚀刻法对第三无机绝缘膜534形成接触孔。
由于接触孔的开口，布线529和531都是部分暴露的。根据第三无机绝缘膜534的材料而适当的决定干法蚀刻法的条件。本实施方式中，因为第三无机绝缘膜534由氮化硅构成，所以使用CF4、O2和He作为蚀刻气体对第三无机绝缘膜534进行蚀刻。
重要的是：在对堤533进行蚀刻时，在开口部分中不暴露堤533。
接着，通过形成和构图一个110nm厚的例如是ITO膜的透明导电膜来形成象素电极540，该象素电极与布线531和引线541连接从而可以得到二极管中产生的电流。可以使用其中将2-20％的氧化锌(ZnO)混合到氧化铟的透明导电膜。象素电极540将被作为发光元件的阳极，如图13B所示。
接着，利用蒸发法在象素电极540上形成一个电致发光层542，再用蒸发法形成一个阴极(MgAg电极)543。这里，在形成电致发光层542和阴极543之前，优选通过对象素电极540进行热处理将湿气完全除去。虽然使用MgAg电极作为发光元件的阴极，但是也可以使用其它已知的具有低功函数的导电材料，例如Ca、AL、CaF、MgAg或AlLi。
当阴极由AlLi构成时，含有氮的第三无机绝缘膜534可以防止AlLi中的Li元素穿过第三无机绝缘膜534向衬底侧移动。
可以使用已知材料作为电致发光层542。尽管本实施方式的电致发光层包括两个层，即一个空穴传输层和一个发光层，但是也可以设置空穴注射层、电子注射层和电子传输层的一个或多个。关于这些组合的许多例子都已经被公开，任何一种结构都可以使用。例如，SAlq、CAlq或者类似物都可以用作电子传输层或空穴阻挡层。
电致发光层542的厚度被设置在10-400nm的范围内(典型的是60-150nm)，阴极543的厚度被设置在80-200nm的范围内(典型的是100-150nm)。
因此，完成具有如图13B所示结构的发光装置。在图13B中，参考标记550指的是象素部分，参考标记551指的是驱动电路部分。在象素部分550上重叠了象素电极540、电致发光层542和阴极543的那部分对应发光元件。
注意：本实施方式中描述的发光装置结构和特定的制造方法仅是一个例子。本发明不限于本实施方式描述的例子。
完成到图13B的工艺之后，最好使用保护膜或光透射覆盖元件封装(包装)，使得发光元件不暴露在空气中，其中所述保护膜可以是层叠膜、紫外线固化树脂膜或者类似物，这些保护膜的密度大并且几乎不脱气。在这个步骤中，当用惰性气体填充覆盖元件的内部时或向其内部提供具有吸湿性质的材料(比如氧化钡)时，能够提高发光元件的可靠性。
本实施方式8可以与实施方式1到7中的任何一个结合。
【实施方式9】
作为采用半导体装置的电子设备，其中该半导体装置是使用本发明的激光辐射方法制造的，有摄像机、数字相机、护目镜式显示器(头戴式显示器)、导航系统、声音再现装置(汽车音响、音响组合等)、计算机、游戏机、移动信息终端(移动计算机、移动电话、移动游戏机、电子书等)、具有记录介质的图像再现装置(尤其是用于播放诸如DVD(数字通用盘)的记录介质的装置，该装置与播放图像的显示器装配在一起)，等等。图16A到16H示出了这些电子设备的具体实施例。
图16A示出了一种电视接收器，其包括外壳2001、支架2002、显示部分2003、扬声器部分2004、视频输入端2005等等。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分2003等进行处理，从而来制造该电视接收器。
图16B示出了一种数字相机，其包括主体2101、显示部分2102、图像接收部分2103、操作键2104、外部连接口2105、快门2106等等。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分2102、电路等进行处理，从而来制造这种数字相机。
图16C示出了一种计算机，包括主体部分2201、外壳2202、显示部分2203、键盘2204、外部连接口2205、指示鼠标2206等等。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分2203、电路等进行处理，来制造这种计算机。
图16D示出了一种移动计算机，包括主体部分2301、显示部分2302、开关2303、操作键2304，红外线口2305等等。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分2302、电路等进行处理，来制造这种移动计算机。
图16E示出了一种带有记录介质(诸如DVD再现装置)的移动图像再现装置，包括主体部分2401、机壳2402、显示部分A 2403、显示部分B 2404、记录介质读取器部分2405、操作键2406、扬声器部分2407等等。显示部分A 2403主要显示图像信息，而显示部分B 2404主要显示文本信息。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分A 2403和B2404、电路等进行处理，来制造这种图像再现装置。该图像再现装置包括游戏机等。
图16F示出了一种护目镜式显示器(头戴显示器)，包括主体2501、显示部分2502、臂部分2503。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分2502、电路等进行处理，来制造这种护目镜式显示器。
图16G示出了一种摄像机，包括主体部分2601、显示部分2602、机壳2603、外部连接口2604、远程控制器接收部分2605、图像接收器部分2606、电池2607、视频输入部分260、操作键2609、目镜部分2610等等。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分2602、电路等进行处理，来制造这种摄像机。
图16H示出了一种移动电话，包括主机2701、机壳2702、显示部分2703、视频输入部分2704、视频输出部分2705、操作键2706、外部连接口2707、天线2708等等。可以通过使用上述实施方式1到7中的任何一种所描述的激光辐射方法对显示部分2703、电路等进行处理，来制造这种移动电话。
除了上述电子设备以外，前式或背式放映机也可以采用本发明来制造。
综上所述，本发明具有很广泛的应用，因此可以应用到各种领域的电子设备中。
本实施方式9可以与实施方式1到8中的任何一个自由结合。

Claims (32)

1.一种激光辐射方法，包括：
在台上提供被辐射物；
在沿第一方向移动所述台的时，通过光学系统利用线形光斑辐射所述被辐射物；以及
在沿所述第一方向移动所述台之后，沿垂直于所述第一方向的第二方向移动所述光学系统；
其中，在所述台沿第一方向移动之前，所述被辐射物与所述光学系统之间的距离由自动聚焦机构控制。
2.根据权利要求1的激光辐射方法，
其中所述线形光斑从连续波激光振荡器发出。
3.根据权利要求1的激光辐射方法，
其中所述线形光斑从半导体激光振荡器发出。
4.根据权利要求1的激光辐射方法，
其中所述自动聚焦机构包括四阵列光检测器。
5.一种激光辐射方法，包括：
在第一台上提供被辐射物；
利用光学系统将激光振荡器发出的激光束成形为线形光斑，所述光学系统设有第二台，该第二台设置为跨桥在所述第一台上；以及
在沿第一方向移动所述第一台的时，利用所述线形光斑辐射所述被辐射物；
其中，在沿第一方向移动所述第一台之前，所述被辐射物与所述光学系统之间的距离由自动聚焦机构控制。
6.根据权利要求5的激光辐射方法，
其中所述激光振荡器是连续波激光振荡器。
7.根据权利要求5的激光辐射方法，
其中所述激光振荡器是半导体激光振荡器。
8.根据权利要求5的激光辐射方法，
其中所述自动聚焦机构包括四阵列光检测器。
9.一种制造半导体装置的方法，包括：
在台上提供具有半导体膜的衬底；
在沿第一方向移动所述台的时，通过光学系统利用线形光斑辐射所述半导体膜；以及
在沿所述第一方向移动所述台之后，沿垂直于所述第一方向的第二方向移动所述光学系统；
其中，在所述台沿第一方向移动之前，所述半导体膜与所述光学系统之间的距离由自动聚焦机构控制。
10.根据权利要求9的制造半导体装置的方法，
其中所述线形光斑从连续波激光振荡器发出。
11.根据权利要求9的制造半导体装置的方法，
其中所述线形光斑从半导体激光振荡器发出。
12.根据权利要求9的制造半导体装置的方法，
其中所述自动聚焦机构包括四阵列光检测器。
13.根据权利要求9的制造半导体装置的方法，
其中所述半导体膜包括硅。
14.一种制造半导体装置的方法，包括：
在第一台上提供具有半导体膜的衬底；
利用光学系统将激光振荡器发出的激光束成形为线形光斑，所述光学系统设有第二台，该第二台设置为跨桥在所述第一台上；以及
在沿第一方向移动所述第一台的时，利用所述线形光斑辐射所述半导体膜；
其中，在沿第一方向移动所述第一台之前，所述半导体膜与所述光学系统之间的距离由自动聚焦机构控制。
15.根据权利要求14的制造半导体装置的方法，
其中所述激光振荡器是连续波激光振荡器。
16.根据权利要求14的制造半导体装置的方法，
其中所述激光振荡器是半导体激光振荡器。
17.根据权利要求14的制造半导体装置的方法，
其中所述自动聚焦机构包括四阵列光检测器。
18.根据权利要求14的制造半导体装置的方法，
其中所述半导体膜包括硅。
19.一种制造半导体装置的方法，包括：
在台上提供半导体；
在沿第一方向移动所述台的时，通过光学系统利用线形光斑辐射所述半导体；以及
在沿所述第一方向移动所述台之后，沿垂直于所述第一方向的第二方向移动所述光学系统；
其中，在所述台沿第一方向移动之前，所述半导体与所述光学系统之间的距离由自动聚焦机构控制。
20.根据权利要求19的制造半导体装置的方法，
其中所述线形光斑从连续波激光振荡器发出。
21.根据权利要求19的制造半导体装置的方法，
其中所述线形光斑从半导体激光振荡器发出。
22.根据权利要求19的制造半导体装置的方法，
其中所述自动聚焦机构包括四阵列光检测器。
23.根据权利要求19的制造半导体装置的方法，
其中所述半导体包括硅。
24.一种制造半导体装置的方法，包括：
在第一台上提供半导体；
利用光学系统将激光振荡器发出的激光束成形为线形光斑，所述光学系统设有第二台，该第二台设置为跨桥在所述第一台上；以及
在沿第一方向移动所述第一台的时，利用所述线形光斑辐射所述半导体；
其中，在沿第一方向移动所述第一台之前，所述半导体与所述光学系统之间的距离由自动聚焦机构控制。
25.根据权利要求24的制造半导体装置的方法，
其中所述激光振荡器是连续波激光振荡器。
26.根据权利要求24的制造半导体装置的方法，
其中所述激光振荡器是半导体激光振荡器。
27.根据权利要求24的制造半导体装置的方法，
其中所述自动聚焦机构包括四阵列光检测器。
28.根据权利要求24的制造半导体装置的方法，
其中所述半导体包括硅。
29.一种激光辐射设备，包括：
激光振荡器，用于发射激光束；
光学系统，包括透镜，用于汇聚所述激光束以在被辐射物的表面上形成线形光斑；
X轴台，用于沿第一方向移动所述被辐射物；
Y轴台，用于沿垂直于第一方向的第二方向移动所述光学系统；以及
自动聚焦机构，用于控制所述被辐射物与所述透镜之间的距离；
其中所述Y轴台设置为跨桥在所述X轴台上。
30.根据权利要求29的激光辐射设备，
其中所述激光振荡器是连续波激光振荡器。
31.根据权利要求29的激光辐射方法，
其中所述激光振荡器是半导体激光振荡器。
32.根据权利要求29的激光辐射方法，
其中所述自动聚焦机构是四阵列光检测器。
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