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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022131271
(43)【公開日】2022-09-07
(54)【発明の名称】レーザアニール装置およびレーザアニール方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/20 20060101AFI20220831BHJP
【ＦＩ】
H01L21/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021030131
(22)【出願日】2021-02-26
(71)【出願人】
【識別番号】500171707
【氏名又は名称】株式会社ブイ・テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】110001520
【氏名又は名称】弁理士法人日誠国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小杉 純一
(72)【発明者】
【氏名】針谷 香織
(72)【発明者】
【氏名】木下 理裕
【テーマコード（参考）】
5F152
【Ｆターム（参考）】
5F152AA20
5F152BB03
5F152CC02
5F152CE05
5F152EE02
5F152EE03
5F152FF02
5F152FF05
5F152FF09
5F152FF10
5F152FF32
5F152FG01
5F152FG05
5F152FG19
5F152FG22
5F152FH03
(57)【要約】
【課題】結晶化用膜に改質するまでの生産効率を向上し、省スペース化および低コスト化を可能とするレーザアニール装置を提供すること。
【解決手段】
脱水素化用レーザビームを出射する脱水素化用光学ヘッドを備え、前記脱水素化用光学ヘッドは、前記脱水素化用レーザビームが、前記結晶化用レーザビームに先駆けて前記非晶質シリコン膜における少なくとも改質予定領域を照射して前記非晶質シリコン膜の脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向へ相対的に移動される。
【選択図】図３
【解決手段】
脱水素化用レーザビームを出射する脱水素化用光学ヘッドを備え、前記脱水素化用光学ヘッドは、前記脱水素化用レーザビームが、前記結晶化用レーザビームに先駆けて前記非晶質シリコン膜における少なくとも改質予定領域を照射して前記非晶質シリコン膜の脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向へ相対的に移動される。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射する結晶化用光学ヘッドを備え、当該結晶化用光学ヘッドは、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対して相対的にスキャン方向に沿って移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、
脱水素化用レーザビームを出射する脱水素化用光学ヘッドを備え、
前記脱水素化用光学ヘッドは、前記脱水素化用レーザビームが、前記結晶化用レーザビームに先駆けて、少なくとも前記改質予定領域を照射して前記非晶質シリコン膜の脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向に沿って相対的に移動される、
ことを特徴とするレーザアニール装置。
脱水素化用レーザビームを出射する脱水素化用光学ヘッドを備え、
前記脱水素化用光学ヘッドは、前記脱水素化用レーザビームが、前記結晶化用レーザビームに先駆けて、少なくとも前記改質予定領域を照射して前記非晶質シリコン膜の脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向に沿って相対的に移動される、
ことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項2】
前記脱水素化用光学ヘッドは、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された前記脱水素化用レーザビームを出射し、前記脱水素化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する、
請求項１に記載のレーザアニール装置。
請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項3】
前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記脱水素化用レーザビームのビームスポットは、前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記結晶化用レーザビームのビームスポットよりも、前記スキャン方向の上流側に配置され、
前記脱水素化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法は、前記結晶化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法よりも、長く設定されている、
請求項１または請求項２に記載のレーザアニール装置。
前記脱水素化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法は、前記結晶化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法よりも、長く設定されている、
請求項１または請求項２に記載のレーザアニール装置。
【請求項4】
前記結晶化用光学ヘッドは、結晶化用光源から結晶化用光ファイバを介してレーザ光が導かれ、
前記脱水素化用光学ヘッドは、脱水素化用光源から脱水素化用光ファイバを介してレーザ光が導かれる、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
前記脱水素化用光学ヘッドは、脱水素化用光源から脱水素化用光ファイバを介してレーザ光が導かれる、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項5】
前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなる、
請求項４に記載のレーザアニール装置。
請求項４に記載のレーザアニール装置。
【請求項6】
前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなり、
前記光学ヘッドに、光源から単一の光ファイバを介してレーザ光が導かれ、
前記光ファイバの出射端面に、結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが離隔して形成された絞りが、前記結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが前記出射端面に対向するように配置され、
前記結晶化用開口部から前記結晶化用レーザビームが出射され、前記脱水素化用開口部から前記脱水素化用レーザビームが出射される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
前記光学ヘッドに、光源から単一の光ファイバを介してレーザ光が導かれ、
前記光ファイバの出射端面に、結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが離隔して形成された絞りが、前記結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが前記出射端面に対向するように配置され、
前記結晶化用開口部から前記結晶化用レーザビームが出射され、前記脱水素化用開口部から前記脱水素化用レーザビームが出射される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項7】
前記光ファイバの出射側は、前記出射端面に向けて径寸法が大きくなるように拡大する形状である、
請求項６に記載のレーザアニール装置。
請求項６に記載のレーザアニール装置。
【請求項8】
前記改質予定領域は、薄膜トランジスタのチャネル半導体層である、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項9】
基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射し、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対してスキャン方向へ相対的に移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、
脱水素化用レーザビームを、前記結晶化用レーザビームに先駆けて前記非晶質シリコン膜における少なくとも前記改質予定領域を照射して脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向へ相対的に移動させる、
ことを特徴とするレーザアニール方法。
脱水素化用レーザビームを、前記結晶化用レーザビームに先駆けて前記非晶質シリコン膜における少なくとも前記改質予定領域を照射して脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向へ相対的に移動させる、
ことを特徴とするレーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＴＦＴ基板において非晶質シリコン膜を疑似単結晶シリコン膜に改質させるレーザアニール装置およびレーザアニール方法に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ:Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Organic Electroluminescence Display）などの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）において、大型化および高精細化が進んでいる。
【0003】
ＦＰＤは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成されたＴＦＴ基板を備える。ＴＦＴ基板は、マトリクス状に配置された画素のそれぞれにアクティブ駆動するための微細なＴＦＴを形成した基板であり、例えば、フルＨＤ（１９２０×１０８０ドット）の解像度で１２０Ｈｚ駆動のディスプレイの場合、１０００万個以上の画素が形成されている。
【0004】
ＴＦＴにおけるチャネル領域の移動度を高めるため、非晶質シリコン膜に対して疑似単結晶シリコンを横方向（ラテラル）結晶成長させるレーザアニール方法が知られている。このレーザアニール方法では、エキシマレーザアニールによって形成した微結晶シリコン膜の結晶粒を種結晶として用いる。このレーザアニール方法では、種結晶を起点として、連続発振レーザ光のスキャン方向にラテラル結晶成長させて、移動度の高い疑似単結晶シリコン膜を形成することができる。
【0005】
上述の非晶質シリコン膜のレーザアニール方法では、前処理として、非晶質シリコン膜内に含まれる水素を離脱させるための脱水素処理が必要である。この脱水素処理を行う装置としては、ＴＦＴ基板を収納して脱水素処理温度で加熱する脱水素処理炉と、ＴＦＴ基板におけるゲート配線に電流を発生させてこのゲート配線を発熱させる電流発生部と、を備える脱水素処理装置が知られている(例えば、特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２０－１１９９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述のように、非晶質シリコン膜内に含まれる水素を離脱させる脱水素処理装置を用いた後、ＴＦＴ基板をレーザアニール装置に移して非晶質シリコン膜のレーザアニールを行った場合、生産効率が低下するという課題がある。また、脱水素処理装置は、ＴＦＴ基板を収容するスペースが必要となる。このため、上述のレーザアニール方法では、非晶質シリコン膜を結晶化膜（疑似単結晶シリコン膜）に改質させるまでに、高いコストを要するという課題がある。
【0008】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、レーザアニールして非晶質シリコン膜を結晶化膜に改質するまでの生産効率を向上し、しかも省スペース化および低コスト化を可能とするレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射する結晶化用光学ヘッドを備え、当該結晶化用光学ヘッドは、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対して相対的にスキャン方向に沿って移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、脱水素化用レーザビームを出射する脱水素化用光学ヘッドを備え、前記脱水素化用光学ヘッドは、前記脱水素化用レーザビームが、前記結晶化用レーザビームに先駆けて、少なくとも前記改質予定領域を照射して前記非晶質シリコン膜の脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向に沿って相対的に移動されることを特徴とする。
【0010】
上記態様としては、前記脱水素化用光学ヘッドは、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された脱水素化用レーザビームを出射し、前記脱水素化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置することが好ましい。
【0011】
上記態様としては、前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記脱水素化用レーザビームのビームスポットは、前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記結晶化用レーザビームのビームスポットよりも、前記スキャン方向の上流側に配置され、前記脱水素化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法は、前記結晶化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法よりも、長く設定されていることが好ましい。
【0012】
上記態様としては、前記結晶化用光学ヘッドは、結晶化用光源から結晶化用光ファイバを介してレーザ光が導かれ、前記脱水素化用光学ヘッドは、脱水素化用光源から脱水素化用光ファイバを介してレーザ光が導かれることが好ましい。
【0013】
上記態様としては、前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなることが好ましい。
【0014】
上記態様としては、前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなり、前記光学ヘッドに、光源から単一の光ファイバを介してレーザ光が導かれ、前記光ファイバの出射端面に、結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが離隔して形成された絞りが、前記結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが前記出射端面に対向するように配置され、前記結晶化用開口部から前記結晶化用レーザビームが出射され、前記脱水素化用開口部から前記脱水素化用レーザビームが出射されることが好ましい。
【0015】
上記態様としては、前記光ファイバの出射側は、前記出射端面に向けて径寸法が大きくなるように拡大する形状であることが好ましい。
【0016】
上記態様としては、前記改質予定領域は、薄膜トランジスタのチャネル半導体層であることが好ましい。
【0017】
本発明の他の態様は、基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射し、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対してスキャン方向へ相対的に移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、脱水素化用レーザビームを、前記結晶化用レーザビームに先駆けて前記非晶質シリコン膜における少なくとも改質予定領域を照射して脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向へ相対的に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、レーザアニールして非晶質シリコン膜を結晶化膜に改質するまでの生産効率を向上し、しかも省スペース化および低コスト化を可能とするレーザアニール装置およびレーザアニール方法を実現するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図5】図５は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置における、非晶質シリコン膜の表面に照射される結晶化用レーザビームのビームスポットと脱水素化用レーザビームのビームスポットとを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。
【0021】
［第１の実施の形態］
（レーザアニール装置の構成）
図１および図２に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、光源ユニット２と、光学ヘッド３と、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、図示しない変位計と、を備えている。
（レーザアニール装置の構成）
図１および図２に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、光源ユニット２と、光学ヘッド３と、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、図示しない変位計と、を備えている。
【0022】
光源ユニット２は、結晶化用光源ユニット２Ａと脱水素化用光源ユニット２Ｂとを備える。これら結晶化用光源ユニット２Ａと脱水素化用光源ユニット２Ｂは、同様の構成を有しているため、ここでは、結晶化用光源ユニット２Ａの構成について説明し、脱水素化用光源ユニット２Ｂの詳細な構成の説明は省略する。
【0023】
図２に示すように、結晶化用光源ユニット２Ａは、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する光源としての複数の半導体レーザＬＤ（ＬＤ１～ＬＤｎ）を備えている。ここで、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜（非晶質シリコン膜）の冷却時間よりも短い（固まる前に次のパルスで照射する）疑似連続発振レーザであってもよい。レーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの各種のレーザを用いることが可能である。
【0024】
なお、本実施の形態では、半導体レーザＬＤの予備Ｒとして、例えば、半導体レーザＬＤ１００～ＬＤｎを備えている。
【0025】
結晶化用光源ユニット２Ａは、上記の複数の半導体レーザＬＤと、ドライブ回路２０と、複数のカップリングレンズ２１と、を備えている。ドライブ回路２０は、複数の半導体レーザＬＤのそれぞれに接続されており、それぞれの半導体レーザＬＤを駆動する。
【0026】
カップリングレンズ２１は、それぞれの半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。それぞれのカップリングレンズ２１には、導波路としての結晶化用光ファイバ２２Ａの一端部が接続されている。本実施の形態では、結晶化用光ファイバ２２Ａとしてマルチモードファイバを適用している。
【0027】
光学ヘッド３は、結晶化用光学ヘッド３Ａと、脱水素化用光学ヘッド３Ｂと、を備える。結晶化用光学ヘッド３Ａは、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと、結像光学系３２Ａと、を備える。結晶化用ファイバアレイ３１Ａは、結晶化用光ファイバ２２Ａの他端部が接続されている。図４に示すように、結晶化用ファイバアレイ３１Ａに接続された結晶化用光ファイバ２２Ａの出射端は、結晶化用ファイバアレイ３１Ａの出射端面において、一つの直線上に沿って等間隔に一列に並ぶように配置されている。
【0028】
図１に示す脱水素化用光源ユニット２Ｂには、図３に示すような脱水素化用光ファイバ２２Ｂを介して脱水素化用光学ヘッド３Ｂが接続されている。図３に示すように、脱水素化用光学ヘッド３Ｂは、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂと、結像光学系３２Ｂと、を備える。
【0029】
脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂには、脱水素化用光ファイバ２２Ｂの他端部が接続されている。図４に示すように、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂに接続された脱水素化用光ファイバ２２Ｂの出射端は、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂの出射端面において、一つの直線上に沿って等間隔に一列に並ぶように配置されている。
【0030】
結像光学系３２Ａは、少なくとも入射側の第１レンズ３３Ａと、出射側の第２レンズ３４Ａと、を備えている。図２および図３に示すように、結像光学系３２Ａは、結晶化用ファイバアレイ３１Ａから出射されたレーザ光が入射される。図１に示すように、結晶化用光学ヘッド３Ａは、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束する結晶化用レーザビームＬＢ１となるように加工する。
【0031】
本実施の形態では、図７－１に示すように、結晶化用光学ヘッド３Ａの出射側において、結晶化用レーザビームＬＢ１は、一直線の上に沿ってピッチＰ１で配置された位置から出射される。このピッチＰ１は、後述するゲートライン１２のピッチと同一に設定されている。なお、この実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１の並ぶ方向が後述するゲートライン１２の延びる方向と直角をなすように設定されている。
【0032】
結像光学系３２Ｂは、上記結像光学系３２Ａと同様の構成であり、少なくとも入射側の第１レンズ３３Ｂと、出射側の第２レンズ３４Ｂと、を備えている。図３に示すように、結像光学系３２Ｂには、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂから出射されたレーザ光が入射される。脱水素化用光学ヘッド３Ｂにおいても、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部で収束する脱水素化用レーザビームＬＢ２となるように加工する。
【0033】
結晶化用光学ヘッド３Ａの側方には、結晶化用光学ヘッド３Ａと基板１０との位置ずれを補正する、図示しない変位計が設けられている。この変位計で検出した結晶化用光学ヘッド３Ａと基板１０との位置ずれ量のデータに基づいて、結晶化用光学ヘッド３Ａから出射される結晶化用レーザビームＬＢ１のピント調整を自動で行えるオートフォーカスの機能を備える。なお、本実施の形態では、オートフォーカスの手段として変位計を用いたが、これには限定されず、様々な公知の技術を用いることができる。なお、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの側方にも、同様の変位計を設けて、脱水素化用光学ヘッド３Ｂと基板１０との位置ずれ量のデータに基づいて、脱水素化用光学ヘッド３Ｂから出射される脱水素化用レーザビームＬＢ２のピント調整を自動で行えるオートフォーカスの機能を備えるようにしてもよい。
【0034】
本実施の形態において、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２は、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が正方形である。なお、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２の断面形状は、長方形、六角形などであってもよい。結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２の断面形状をこのような形状にするには、結晶化用光ファイバ２２Ａおよび脱水素化用光ファイバ２２Ｂのコアの断面形状を、正方形、長方形、六角形などに設定すればよい。
【0035】
図示しない基板搬送手段は、レーザアニール処理を施す基板１０をスキャン方向（本実施の形態ではＸ方向の一方の向き）へ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、結晶化用光学ヘッド３Ａおよび脱水素化用光学ヘッド３Ｂの位置を固定した状態で基板１０側を搬送することによって、基板１０に対して結晶化用レーザビームＬＢ１，脱水素化用レーザビームＬＢ２を相対的にスキャンするようになっている。
【0036】
なお、本実施の形態では、図３に示すように、後述する非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットは、非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットよりも、スキャン方向Ｓの下流側に配置されている。このため、非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域は、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射に先駆けて脱水素化用レーザビームＬＢ２の照射が行われる。
【0037】
図５に示すように、脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）は、後述する非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）よりも、長く設定されている。
【0038】
以下、基板１０の構成について説明する。図１に示すように、被レーザアニール処理基板としての基板１０は、ガラス基板１１を本体とする。このガラス基板１１の上には、銅（Ｃｕ）でパターン形成された複数のゲートライン１２およびその他の金属配線パターン、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）１３、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１４、被レーザアニール処理膜としての非晶質シリコン膜１５ａなどが順次積層されている。複数のゲートライン１２は、互いに平行をなすように配置されている。上述したように、ゲートライン１２同士のピッチは、上記したピッチＰ１に設定されている。
【0039】
ゲートライン１２は、図示しない画素領域毎に形成されるＴＦＴのゲート電極となる部分を含む。因みに、一例として、ゲートライン１２の厚さ寸法は２００～７００ｎｍ、シリコン窒化膜１３の厚さ寸法は３００ｎｍ程度、シリコン酸化膜１４の厚さ寸法は５０～１００ｎｍ、非晶質シリコン膜１５ａの厚さ寸法は５０ｎｍ程度を挙げることができる。
【0040】
本実施の形態では、非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットのビーム径寸法は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以内の任意の寸法に設定されている。また、脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットのビーム径は、上記結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットのビーム径よりも大きく設定することが好ましい。なお、この結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットのビーム径寸法の範囲は、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射面がＴＦＴの半導体活性領域（改質予定領域）に収容され得る大きさである。なお、このレーザビームＬＢｃｗの照射面の径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。
【0041】
本実施の形態においては、結晶化用レーザビームＬＢ１が非晶質シリコン膜１５ａに対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、２００ｍｍ～５００ｍｍ／秒であることが好ましいが、これに限定されるものではない。また、スキャン方向Ｓに沿って上流側と下流側に配置される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットと脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットとの間の距離は、光の回折限界以上の距離を離れていればよい。
【0042】
本実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射に先駆けて、脱水素化用レーザビームＬＢ２で非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域をゲートライン１２の延びる方向に沿って照射することにより、非晶質シリコン膜１５ａを部分的に脱水素化できる。このように脱水素化された改質予定領域へ結晶化用レーザビームＬＢ１を照射することにより、図６に示すように、水素の作用により損傷されることがなく、良質な疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質することができる。
【0043】
本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２におけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜１５ａに重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方（図１における矢印ｈ方向）に向けて非晶質シリコン膜１５ａ内を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜１４等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜１５ａの下層側を過熱することを抑制できる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ゲートライン１２やその他の配線パターンやガラス基板１１などが過熱により損傷されることを回避できる。
【0044】
特に、本実施の形態では、別工程で非晶質シリコン膜の脱水素化を施すことが必要ないため、レーザアニールして非晶質シリコン膜１５ａを疑似単結晶シリコン膜（結晶化膜）に改質するまでの生産効率を向上し、しかも省スペース化および低コスト化を可能とする。
【0045】
本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ＴＦＴのチャネル半導体層とすべき改質予定領域のみに脱水素化用レーザビームＬＢ２と結晶化用レーザビームＬＢ１とを照射すればよいため、エネルギー効率を高めることができる。
【0046】
なお、上記スポット部Ｆは、パワー密度がトップハット型形状の特性を維持する範囲として、光軸方向に有限の幅（余裕）を持っても構わない。このような範囲内であれば均一なアニール処理が可能であり、非晶質シリコン膜１５ａにエネルギーが集中する状態が維持されるからである。スポット部Ｆにおけるパワー密度がトップハット型形状の特性を維持する範囲については、第８の実施の形態において後述する。
【0047】
また、本発明においては、結晶化用レーザビームＬＢ１のビーム径は、トップハット型形状の平坦部の径寸法として考えることができる。これは、改質予定領域に均一なアニール処理を施すことができればよく、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２におけるトップハット型形状の平坦部の外側ではパワー密度が急激に減少するため、熱的損傷の回避とエネルギー利用効率の改善とを両立することが可能となるからである。
【0048】
さらに、基板全面に非晶質シリコン膜１５ａが形成されていて、かつ、ビーム径（照射領域の幅）がゲートライン間の距離よりも十分小さい場合であれば、ビーム径が改質予定領域より大きくても構わない。熱の発生は非晶質シリコン膜１５ａに集中し、従来のようなラインビームでのアニール処理に比べてエネルギー利用効率が大きく改善されるからである。ここで、ビーム径がゲートライン間の距離より十分小さいとは、例えば、ビーム径がゲートライン間の距離の１／１０以下である。
【0049】
図７－２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の結晶化用光学ヘッド３Ａを図示しない回転駆動部により回転可能に駆動されるように設定した実施例である。この場合、結晶化用光学ヘッド３Ａでは、ゲートライン１２同士のピッチＰ２が図７－１に示すゲートライン１２のピッチＰ１より短い場合に適用できる。図７－２に示すように、複数のゲートライン１２に結晶化用レーザビームＬＢ１が対応するように結晶化用光学ヘッド３Ａを回転調整することにより、ゲートライン１２の上方の非晶質シリコン膜１５ａの改質予定領域に的確に結晶化用レーザビームＬＢ１を照射することが可能となる。
【0050】
なお、図７－２に示すように斜めに回転移動させた結晶化用光学ヘッド３Ａを基板１０に対して相対的にスキャンした場合、適正な改質予定領域に結晶化用レーザビームＬＢ１が照射されるタイミングは、ゲートライン１２毎に順次ずれるため、ドライブ回路２０で半導体レーザＬＤへの出力タイミングを順次遅延させるように設定すればよい。
【0051】
この実施例によれば、結晶化用レーザビームＬＢ１が照射される列同士のピッチを結晶化用光学ヘッド３Ａの回転により変えることができる。したがって、基板におけるゲートライン１２のピッチが変更された場合にも適用できるレーザアニール装置を実現できる。なお、同様に、脱水素化用光学ヘッド３Ｂも回転駆動してゲートライン１２のピッチが変更された場合に適用できるようにしてもよい。
【0052】
［レーザアニール方法］
次に、本実施の形態に係るレーザアニール方法について説明する。レーザアニール方法は、レーザアニール装置１を用いて基板１０における改質予定領域に疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成するためのレーザアニール処理方法である。
次に、本実施の形態に係るレーザアニール方法について説明する。レーザアニール方法は、レーザアニール装置１を用いて基板１０における改質予定領域に疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成するためのレーザアニール処理方法である。
【0053】
まず、このレーザアニール方法では、図１に示すように、ガラス基板１１の上に互いに平行をなす複数のゲートライン１２が形成され、複数のゲートライン１２の上層にこれらゲートライン１２の全体を覆うように非晶質シリコン膜１５ａが成膜された基板１０を用意する。
【0054】
次に、基板１０を図示しない基板搬送手段に基板１０をスキャン方向Ｓに相対的に移動させながら、非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域に向けて、図３に示すように、脱水素化用レーザビームＬＢ２を結晶化用レーザビームＬＢ１に先駆けて照射させる。
【0055】
ここで、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２において最も収束するスポット部Ｆが、非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置する状態を維持するようにする。この結果、図６に示すように、ＴＦＴのチャネル半導体層となるべき領域を疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質できる。
【0056】
本実施の形態のレーザアニール方法では、ＴＦＴのチャネル半導体層を形成すべき領域だけに疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成できるため、エネルギー効率のよいアニールを行うことができる。このため、このレーザアニール方法では、レーザアニールして非晶質シリコン膜１５ａを結晶化膜に改質するまでの生産効率を向上し、しかも従来のようなファーネス炉を必要とせず、省スペース化および低コスト化を実現できる。
【0057】
また、本実施の形態のレーザアニール方法では、ゲートライン１２やガラス基板１１などを熱的に損傷させることがないため、歩留まりの高いＴＦＴ基板の製造を実現することができる。
【0058】
［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第１の実施の形態における結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１でなる。結晶化用レーザビームＬＢ１は、図示しない結晶化用光源から比較的断面積の小さい結晶化用光ファイバ２２Ａを介して導かれたレーザ光で形成される。脱水素化用レーザビームＬＢ２は、図示しない脱水素化用光源から比較的断面積の大きい脱水素化用光ファイバ２２Ｂを介して導かれたレーザ光で形成される。
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第１の実施の形態における結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１でなる。結晶化用レーザビームＬＢ１は、図示しない結晶化用光源から比較的断面積の小さい結晶化用光ファイバ２２Ａを介して導かれたレーザ光で形成される。脱水素化用レーザビームＬＢ２は、図示しない脱水素化用光源から比較的断面積の大きい脱水素化用光ファイバ２２Ｂを介して導かれたレーザ光で形成される。
【0059】
図９に示すように、本実施の形態では、単一のファイバアレイ３１の出射端面に複数の結晶化用光ファイバ２２Ａと複数の脱水素化用光ファイバ２２Ｂの端部を配列することができる。
【0060】
図８に示すように、本実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２との両方を、共通の第１レンズ３３と第２レンズ３４とで、収束するように加工する。本実施の形態においても、図１０に示すように、脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）は、後述する非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）よりも、長く設定されている。
【0061】
本実施の形態では、光学ヘッド３を構成するファイバアレイ３１ならびに第１レンズ３３、第２レンズ３４がそれぞれ単一であるため、装置をコンパクト化することができる。
【0062】
［第３の実施の形態］
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１で構成されている。ファイバアレイ３１には、光源から単一の径寸法の長い光ファイバ２２を介してレーザ光が導かれる。
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１で構成されている。ファイバアレイ３１には、光源から単一の径寸法の長い光ファイバ２２を介してレーザ光が導かれる。
【0063】
図１１に示すように、光ファイバ２２の出射端面には、比較的小さい結晶化用開口部４０Ａと比較的大きい脱水素化用開口部４０Ｂとが離隔して形成された絞り４０が、結晶化用開口部４０Ａと脱水素化用開口部４０Ｂとが光ファイバ２２の出射端面に対向するように配置されている。結晶化用開口部４０Ａからは、結晶化用レーザビームＬＢ１が出射され、脱水素化用開口部４０Ｂからは、脱水素化用レーザビームＬＢ２が出射される。本実施の形態においても、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２との両方を、共通の第１レンズ３３と第２レンズ３４とで、収束するように加工する。
【0064】
本実施の形態においても、光学ヘッド３を構成するファイバアレイ３１ならびに第１レンズ３３、第２レンズ３４がそれぞれ単一であるため、装置をコンパクト化できる。
【0065】
［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１で構成されている。ファイバアレイ３１には、光源から単一の径寸法の小さい光ファイバ２２を介してレーザ光が導かれる。なお、図１２に示すように、光ファイバ２２は、ファイバアレイ３１において出射端面に向けて径寸法が大きくなるように拡大する形状の拡径部２２Ｅが形成されている。
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１で構成されている。ファイバアレイ３１には、光源から単一の径寸法の小さい光ファイバ２２を介してレーザ光が導かれる。なお、図１２に示すように、光ファイバ２２は、ファイバアレイ３１において出射端面に向けて径寸法が大きくなるように拡大する形状の拡径部２２Ｅが形成されている。
【0066】
図１２に示すように、光ファイバ２２の出射端面には、比較的小さい結晶化用開口部４０Ａと比較的大きい脱水素化用開口部４０Ｂとが離隔して形成された絞り４０が、結晶化用開口部４０Ａと脱水素化用開口部４０Ｂとが光ファイバ２２の出射端面に対向するように配置されている。結晶化用開口部４０Ａからは、結晶化用レーザビームＬＢ１が出射され、脱水素化用開口部４０Ｂからは、脱水素化用レーザビームＬＢ２が出射される。本実施の形態においても、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２との両方を、共通の第１レンズ３３と第２レンズ３４とで、収束するように加工する。
【0067】
本実施の形態においては、細い光ファイバ２２を用いているが、光ファイバ２２の端部が出射端面に向けて径寸法の長い拡径部２２Ｅが形成されているため、絞り４０における結晶化用開口部４０Ａと脱水素化用開口部４０Ｂとの間の距離が確保できる。
【0068】
［第５の実施の形態］
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａを示す概略構成図である。なお、本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａを示す概略構成図である。なお、本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
【0069】
本実施の形態では、複数の結晶化レーザビームＬＢ１のそれぞれの光量を検出する光量センサＤ１を備えることを特徴とする。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１と同様であるため、説明を省略する。
【0070】
光量センサＤ１は、結晶化用光学ヘッド３Ａの後方に配置され、結晶化用レーザビームＬＢ１のスポット部Ｆに順次移動できるようになっている。また、この光量センサＤ１は、１つ結晶化用レーザビームＬＢ１の光量を検出するときに、隣接する結晶化用レーザビームＬＢ１が入射しないように設定されている。
【0071】
本実施の形態では、光量センサＤ１で検出したデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該結晶化用レーザビームＬＢ１の光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。
【0072】
本実施の形態では、レーザアニール処理を行う前に、それぞれの結晶化用レーザビームＬＢ１の光量調整を行って、これら結晶化用レーザビームＬＢ１の出力(光量)の均一化を図ることができる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａによれば、ＴＦＴ同士のチャネル半導体層の電気的特性の均一化を図ることができる。なお、同様に、脱水素化用レーザビームＬＢ２の光量を図示しない光量センサで検出して、図示しない半導体レーザＬＤの出力調整を行うようにしてもよい。
【0073】
［第６の実施の形態］
図１４は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
図１４は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
【0074】
本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂは、結像光学系３２Ａ内の光路にビームスプリッタ３５を備え、ビームスプリッタ３５の側方に側方レンズ３６および光量センサＤ２が配置されている。本実施の形態では、ビームスプリッタ３５で反射された結晶化用レーザビームＬＢ１が側方レンズ３６を通して光量センサＤ２に入射されるように設定されている。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの他の構成は、上記第１の実施の形態と略同様である。
【0075】
本実施の形態では、光量センサＤ２で検出されたデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該結晶化用レーザビームＬＢ１の光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｂを運転しながら、各半導体レーザＬＤの出力調整を行うことができる。
【0076】
［第７の実施の形態］
図１５は、本発明の第７の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃを示す概略構成図であり、図１６はレーザアニール装置１Ｃの要部側面図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは略同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
図１５は、本発明の第７の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃを示す概略構成図であり、図１６はレーザアニール装置１Ｃの要部側面図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは略同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
【0077】
本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃは、結晶化用ファイバアレイ３１Ａから出射されたレーザ光を、第１レンズ３３Ａを通して例えば、ガルバノミラーなどのスキャンミラーＳＭで下方(側方)へ向けて反射させる。スキャンミラーＳＭで反射された結晶化用レーザビームＬＢ１は、下方に配置された第２レンズ３４を通して基板側へ照射される。図１６に示すように、スキャンミラーＳＭは、傾斜度合いを変更可能にするために、矢印Ｂ方向に回転調整可能に設定されている。
【0078】
本実施の形態によれば、装置の高さ寸法を短くして、装置をコンパクトにすることができる。また、スキャンミラーＳＭを回転調整することにより、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射位置や、非晶質シリコン膜１５ａ表面からの膜厚方向におけるスポット部Ｆの深さ位置を調整することが可能となる。
【0079】
［第８の実施の形態］
図１７は、本発明の第８の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは、略同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
図１７は、本発明の第８の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは、略同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
【0080】
この実施の形態は、上記第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａの結像光学系３２における瞳位置に開口３７Ａを有するマスク３７を配置して構成した結像光学系３２Ｄを備える。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの他の構成は、上記第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａと略同様である。
【0081】
本実施の形態によれば、マスク３７によって、結像光学系３２Ｄを通過する結晶化用レーザビームＬＢ１のパターンを変更することができる。本実施の形態においても、光量センサＤ１を備えるため、パターンを変更した結晶化用レーザビームＬＢ１のそれぞれの光量を光量センサＤ１で検出することができる。
【0082】
［第９の実施の形態］
図１８は、本発明の第９の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅの概略構成図である。図１９は、レーザアニール装置１Ｅにおける結像光学系３８の概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
図１８は、本発明の第９の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅの概略構成図である。図１９は、レーザアニール装置１Ｅにおける結像光学系３８の概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。
【0083】
図１８に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅは、第１の実施の形態と同様に、結晶化用光学ヘッド３Ａとして、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと、結像光学系３８と、を備える。結晶化用ファイバアレイ３１Ａは、結晶化用光ファイバ２２Ａの他端部が接続されている。結晶化用光ファイバ２２Ａの出射端は、結晶化用ファイバアレイ３１Ａの出射端面において、一つの直線上に沿って一列に並ぶように配置されている。
【0084】
本実施の形態では、結像光学系３８は、テレセントリック光学系で構成されている。また、結晶化用ファイバアレイ３１Ａは、アクチュエータ３９によって光軸方向に沿って変位されるようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｅのオートフォーカス時に、アクチュエータ３９で結晶化用ファイバアレイ３１Ａのみを光軸に沿って移動させるようになっている。このとき、結晶化用光源ユニット２Ａおよび結像光学系３８は、移動しないようになっている。
【0085】
図１９に示すように、本実施の形態において、結像光学系３８は、光軸方向に沿って順次配置された複数のレンズなどの光学部材Ｌ１～Ｌ１４でテレセントリック光学系を構成している。このようなテレセントリック光学系でなる結像光学系３８を備えることにより、基板１０に対してピント合わせを行う際に、アクチュエータ３９が軽量な結晶化用ファイバアレイ３１Ａのみを移動させればよいため、迅速な応答性を有するオートフォーカス性能を得ることができる。
【0086】
また、結像光学系３８は、テレセントリック光学系でなるため、基板１０に対して像のずれがなく、基板１０表面における複数の結晶化用レーザビームＬＢ１の照射位置のピッチが変わらないという利点がある。
【0087】
なお、アクチュエータ３９としては、ピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子であるピエゾアクチュエータを適用することができる。ピエゾアクチュエータは、ナノメータ程度の極めて微小な範囲から数百ミクロンメータまでの位置決めを正確に行うことができる。また、ピエゾアクチュエータは、セラミックで形成されているため非常に硬く、大きな力を生み出すことができる。また、ピエゾアクチュエータは、コンパクトで省エネルギーな駆動を行うことができる。なお、本実施の形態では、アクチュエータ３９として、ピエゾアクチュエータを適用したが、リニアモータなどの他の駆動手段を適用することも勿論可能である。
【0088】
このレーザアニール装置１Ｅでは、軽量な結晶化用ファイバアレイ３１Ａのみを移動させるだけでよいため、アクチュエータ３９の負荷が小さく、迅速なオートフォーカス機能を備えることができる。
【0089】
［第１０の実施の形態］
図２０は、本発明の第１０の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｆを示す概略構成図である。本実施の形態では、単一の光源としての半導体レーザＬＤと、カップリングレンズ２１と、単一の光ファイバ２２と、単一の結晶化用光学ヘッド３Ａと、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、を備えている。本実施の形態においても、図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、説明を省略する。
図２０は、本発明の第１０の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｆを示す概略構成図である。本実施の形態では、単一の光源としての半導体レーザＬＤと、カップリングレンズ２１と、単一の光ファイバ２２と、単一の結晶化用光学ヘッド３Ａと、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、を備えている。本実施の形態においても、図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、説明を省略する。
【0090】
半導体レーザＬＤは、上記の各実施の形態と同様に、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する。カップリングレンズ２１は、半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。カップリングレンズ２１には、導波路としての結晶化用光ファイバ２２Ａの一端部が接続されている。本実施の形態では、結晶化用光ファイバ２２Ａとして例えば方形ファイバを適用している。
【0091】
結晶化用光学ヘッド３Ａは、結像光学系としての、入射側の第１レンズ３３Ａと、出射側の第２レンズ３４Ａと、を備えている。図２０に示すように、結晶化用光学ヘッド３Ａには、結晶化用光ファイバ２２Ａの他端部から出射されたレーザ光が入射される。結晶化用光学ヘッド３Ａでは、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束する結晶化用レーザビームＬＢ１となるように加工する。本実施の形態においても、スポット部Ｆが非晶質シリコン膜の膜内部（深さ方向の内部）に位置するように設定されている。
【0092】
本実施の形態においても、結晶化用レーザビームＬＢ１は、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が正方形である。なお、結晶化用レーザビームＬＢ１の断面形状は、長方形、六角形などであってもよい。結晶化用レーザビームＬＢ１の断面形状をこのような形状にするには、結晶化用光ファイバ２２Ａのコアの断面形状を、正方形、長方形、六角形などに設定すればよい。
【0093】
図示しない基板搬送手段は、上記した各実施の形態と同様に、レーザアニール処理を施す基板１０をスキャン方向へ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、結晶化用光学ヘッド３Ａの位置を固定した状態で基板１０側を搬送することによって、基板１０に対して結晶化用レーザビームＬＢ１を相対的にスキャンするようになっている。
【0094】
本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｆによれば、結晶化用レーザビームＬＢ１におけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜の膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜に重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方に向けて非晶質シリコン膜の内部を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜の下層側を過熱することを抑制できる。このため、レーザアニール装置１Ｆによれば、ゲートラインやその他の配線パターンやガラス基板などが過熱により損傷されることを回避できる。
【0095】
[第１１の実施の形態]
図２１は、本発明の第１１の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の基本原理を示す。
図２１は、本発明の第１１の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の基本原理を示す。
【0096】
上記の第1～１０の実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１において最も収束するスポット部Ｆが、改質予定領域の非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置する状態で、結晶化用レーザビームＬＢ１をスキャンさせた。これに対して、本実施の形態では、図２１に示すように、結晶化用レーザビームＬＢ１における焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域Ａが、非晶質シリコン膜１５ａの膜内部の領域に重なる状態で、結晶化用レーザビームＬＢ１を改質予定領域内でスキャンさせる。すなわち、本実施の形態に係るレーザアニール装置では、図２１に示す結晶化用レーザビームＬＢ１の領域Ａに非晶質シリコン膜１５ａが重なる状態であればよい。
【0097】
図２１に示すように、領域Ａは、結晶化用レーザビームＬＢ１における（１）、（２）および（３）を含む。図２２－３は、図２１における（１）の範囲のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示している。図２１に示すように、（１）の領域は、略焦点深度の領域であり、図２２－３に示すように、典型的なトップハット型のビームプロファイルを示す。図２１における（２）の領域は、（１）の領域よりも焦点の手前に位置するが、図２２―２に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせる領域である。図２１における（３）の領域は、（１）の領域よりも焦点よりも後方に位置するが、図２２―４に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせる領域である。
【0098】
図２１における（４）の領域は、（２）の領域よりも手前に位置し、図２２―１に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせない形状となる。図２１における（５）の領域は、（３）の領域よりも後方に位置し、図２２―５に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせない形状となる。したがって、本実施の形態では、図２１に示す領域Ａが、ビームプロファイルがトップハット型を維持する領域と定義される。なお、この領域Ａは、光学ヘッド３などの条件によって適宜設定すればよい。
【0099】
図２１における（１）の領域は、図２２－３に示すように、非晶質シリコン膜１５ａをアニールするのに十分なエネルギー密度を有し、必要領域をアニールできる平坦部の幅寸法を有している。図２１における（２）および（３）の領域は、図２２―２および図２２－４に示すように、（１）の領域の特性に近似するが、（４）と（５）の領域は、図２２－１および図２２－５に示すように、エネルギー密度が不十分であり、必要領域をアニールするための平坦部の幅が狭いため、非晶質シリコン膜１５ａの局所的なアニールには不適切な領域である。
【0100】
以上、本発明の第１１の実施の形態について説明したが、他の構成は、上記した第１の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法と同様である。
【0101】
本実施の形態では、例えば、非晶質シリコン膜１５ａが、図２１に示す（２）の領域に位置する場合に、見かけ上は非晶質シリコン膜１５ａの下側の基板や配線などに焦点位置が来るが、光の大半が非晶質シリコン膜１５ａで吸引されるので、非晶質シリコン膜１５ａの下側の基板、配線などに対して熱的損傷を与えることはない。したがって、本実施の形態によれば、光学ヘッド３などの条件設定が容易となり装置コストを低減することが可能である。
【0102】
（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【0103】
上記の実施の形態では、脱水素化用レーザビームＬＢ２を収束するスポット部を有するように加工して、このスポット部が非晶質シリコン膜の内部に位置するように配置したが、これに限定されるものではなく、単に非晶質シリコン膜の表面に脱水素化用レーザビームＬＢ２を照射する構成であってもよい。
【0104】
上記の実施の形態では、ゲートライン１２の上層に当該ゲートライン１２を覆うように成膜された非晶質シリコン膜の１５ａに対してアニールを行ったが、本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法は、非晶質シリコン膜の下方にゲートラインが形成されていない場合にも適用可能である。すなわち、本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法は、ボトムゲート型（逆スタガ型）の構造を有するＴＦＴおよびトップゲート型（スタガ型）の構造を有するＴＦＴの製造に適用可能である。また、本発明では、ゲートラインを設けない基板に成膜された非晶質シリコン膜のレーザアニールにも適用可能である。
【符号の説明】
【0105】
Ｄ１，Ｄ２ 光量センサ
Ｆ スポット部
ＬＤ 半導体レーザ
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ レーザアニール装置
２ 光源ユニット
２Ａ 結晶化用光源ユニット
２Ｂ 脱水素化用光源ユニット
３ 光学ヘッド
３Ａ 結晶化用光学ヘッド
３Ｂ 脱水素化用光学ヘッド
１０ 基板（被レーザアニール処理基板）
１１ ガラス基板（基板）
１２ ゲートライン
１３ シリコン窒化膜
１４ シリコン酸化膜
１５ａ 非晶質シリコン膜
２１ カップリングレンズ
２２ 光ファイバ
２２Ａ 結晶化用光ファイバ
２２Ｂ 脱水素化用光ファイバ
２２Ｅ 拡径部
３１ ファイバアレイ
３１Ａ 結晶化用ファイバアレイ
３１Ｂ 脱水素化用ファイバアレイ
３２，３２Ａ,３２Ｂ 結像光学系
３３，３３Ａ，３３Ｂ 第１レンズ
３４，３４Ａ，３４Ｂ 第２レンズ
３５ ビームスプリッタ
３６ 側方レンズ
３７ マスク
３７Ａ 開口
３８ 結像光学系
３９ アクチュエータ
４０ 絞り
４０Ａ 結晶化用開口部
４０Ｂ 脱水素化用開口部
Ｆ スポット部
ＬＤ 半導体レーザ
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ レーザアニール装置
２ 光源ユニット
２Ａ 結晶化用光源ユニット
２Ｂ 脱水素化用光源ユニット
３ 光学ヘッド
３Ａ 結晶化用光学ヘッド
３Ｂ 脱水素化用光学ヘッド
１０ 基板（被レーザアニール処理基板）
１１ ガラス基板（基板）
１２ ゲートライン
１３ シリコン窒化膜
１４ シリコン酸化膜
１５ａ 非晶質シリコン膜
２１ カップリングレンズ
２２ 光ファイバ
２２Ａ 結晶化用光ファイバ
２２Ｂ 脱水素化用光ファイバ
２２Ｅ 拡径部
３１ ファイバアレイ
３１Ａ 結晶化用ファイバアレイ
３１Ｂ 脱水素化用ファイバアレイ
３２，３２Ａ,３２Ｂ 結像光学系
３３，３３Ａ，３３Ｂ 第１レンズ
３４，３４Ａ，３４Ｂ 第２レンズ
３５ ビームスプリッタ
３６ 側方レンズ
３７ マスク
３７Ａ 開口
３８ 結像光学系
３９ アクチュエータ
４０ 絞り
４０Ａ 結晶化用開口部
４０Ｂ 脱水素化用開口部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7-1】
【図7-2】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22-1】
【図22-2】
【図22-3】
【図22-4】
【図22-5】