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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】レーザアニールシステム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/20 20060101AFI20231206BHJP
H01L 21/268 20060101ALI20231206BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20231206BHJP
H01L 29/786 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
H01L21/20
H01L21/268 T
H01L21/268 F
H01L29/78 627G
H01L21/268 G
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2021503369
(86)(22)【出願日】2019-03-07
(86)【国際出願番号】 JP2019009078
(87)【国際公開番号】W WO2020179056
(87)【国際公開日】2020-09-10
【審査請求日】2022-02-01
(73)【特許権者】
【識別番号】300073919
【氏名又は名称】ギガフォトン株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】504145342
【氏名又は名称】国立大学法人九州大学
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(72)【発明者】
【氏名】妹川 要
(72)【発明者】
【氏名】納富 良一
(72)【発明者】
【氏名】若林 理
(72)【発明者】
【氏名】池上 浩
【審査官】桑原 清
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－０３２９５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２９９９１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１５１７２３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２００８－５４６１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３２９６６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１３５１９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０６０５５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０３２９４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２２１０６２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２０
Ｈ０１Ｌ ２１／２６８
Ｈ０１Ｌ ２１／３３６
Ｈ０１Ｌ ２９／７８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１のパルス時間幅の第１のパルスレーザ光と前記第１のパルス時間幅よりも短い第２のパルス時間幅の第２のパルスレーザ光を出力するレーザシステムと、前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を被照射物に照射するレーザアニール装置と、を含み、
前記レーザアニール装置は、
前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を前記被照射物に導く照射光学系と、
前記被照射物に対する前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と、
前記第１のパルスレーザ光を前記被照射物に照射し、前記第１のパルスレーザ光の照射後に、前記被照射物における前記第１のパルスレーザ光が照射された領域に前記第２のパルスレーザ光を照射するように前記レーザシステムを制御する制御部と、
を含み、
前記レーザシステムは、
パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたパルスレーザ光をパルスストレッチする光学パルスストレッチャと、
前記光学パルスストレッチャの光路を切り替えるように前記光路上に配置する光学素子を切り替える光学素子切替ユニットと、を含み、
前記制御部は、前記光学素子切替ユニットを制御して前記光路上の前記光学素子の切り替えを行うことにより、前記第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光の出力を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のレーザアニールシステムであって、前記第１のパルスレーザ光が照射される前記被照射物は非晶質半導体であり、
前記制御部は、前記第１のパルスレーザ光を前記非晶質半導体に照射することによって前記非晶質半導体を多結晶化し、前記多結晶化した半導体結晶の領域に、第２のパルスレーザ光を照射することにより前記半導体結晶のリッジの高さを低減させるように前記レーザシステム及び前記移動機構を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項3】
請求項２に記載のレーザアニールシステムであって、前記第１のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第１のパルス時間幅は、前記非晶質半導体を完全溶融させる条件に設定され、
前記第２のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第２のパルス時間幅は、前記多結晶化によって生成された前記半導体結晶の前記リッジの部分を低くさせる条件に設定される、
レーザアニールシステム。
【請求項4】
第１のパルス時間幅の第１のパルスレーザ光と前記第１のパルス時間幅よりも短い第２のパルス時間幅の第２のパルスレーザ光を出力するレーザシステムと、
前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を被照射物に照射するレーザアニール装置と、を含み、
前記レーザアニール装置は、
前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を前記被照射物に導く照射光学系と、
前記被照射物に対する前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と、
前記第１のパルスレーザ光を前記被照射物に照射し、前記第１のパルスレーザ光の照射後に、前記被照射物における前記第１のパルスレーザ光が照射された領域に前記第２のパルスレーザ光を照射するように前記レーザシステムを制御する制御部と、
を含むレーザアニールシステムであって、
前記レーザシステムは、
パルスレーザ光を出力するレーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたパルスレーザ光をパルスストレッチする光学パルスストレッチャと、
前記光学パルスストレッチャの遅延光路に配置されるシャッタと、を含み、
前記制御部は、前記シャッタの開閉を制御することにより、前記第１のパルスレーザ光と前記第２のパルスレーザ光の出力を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項5】
請求項４に記載のレーザアニールシステムであって、
前記第１のパルスレーザ光が照射される前記被照射物は非晶質半導体であり、
前記制御部は、前記第１のパルスレーザ光を前記非晶質半導体に照射することによって前記非晶質半導体を多結晶化し、前記多結晶化した半導体結晶の領域に、第２のパルスレーザ光を照射することにより前記半導体結晶のリッジの高さを低減させるように前記レーザシステム及び前記移動機構を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項6】
請求項５に記載のレーザアニールシステムであって、
前記第１のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第１のパルス時間幅は、前記非晶質半導体を完全溶融させる条件に設定され、
前記第２のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第２のパルス時間幅は、前記多結晶化によって生成された前記半導体結晶の前記リッジの部分を低くさせる条件に設定される、
レーザアニールシステム。
【請求項7】
第１のパルス時間幅の第１のパルスレーザ光と前記第１のパルス時間幅よりも短い第２のパルス時間幅の第２のパルスレーザ光を出力するレーザシステムと、
前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を被照射物に照射するレーザアニール装置と、を含み、
前記レーザアニール装置は、
前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を前記被照射物に導く照射光学系と、
前記被照射物に対する前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と、
前記第１のパルスレーザ光を前記被照射物に照射し、前記第１のパルスレーザ光の照射後に、前記被照射物における前記第１のパルスレーザ光が照射された領域に前記第２のパルスレーザ光を照射するように前記レーザシステムを制御する制御部と、
を含むレーザアニールシステムであって、
前記レーザシステムは、
パルスレーザ光を出力する第３のレーザ装置と、
前記第３のレーザ装置から出力された前記パルスレーザ光をパルスストレッチする光学パルスストレッチャと、
前記第３のレーザ装置と前記光学パルスストレッチャとの間の光路に配置されたビームスプリッタと、を含み、
前記光学パルスストレッチャによってパルスストレッチされたレーザ光である前記第１のパルスレーザ光が出力され、
前記ビームスプリッタによって分岐されたレーザ光である前記第２のパルスレーザ光が出力される、
レーザアニールシステム。
【請求項8】
請求項７に記載のレーザアニールシステムであって、
前記第１のパルスレーザ光が照射される前記被照射物は非晶質半導体であり、
前記制御部は、前記第１のパルスレーザ光を前記非晶質半導体に照射することによって前記非晶質半導体を多結晶化し、前記多結晶化した半導体結晶の領域に、第２のパルスレーザ光を照射することにより前記半導体結晶のリッジの高さを低減させるように前記レーザシステム及び前記移動機構を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項9】
請求項８に記載のレーザアニールシステムであって、
前記第１のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第１のパルス時間幅は、前記非晶質半導体を完全溶融させる条件に設定され、
前記第２のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第２のパルス時間幅は、前記多結晶化によって生成された前記半導体結晶の前記リッジの部分を低くさせる条件に設定される、
レーザアニールシステム。
【請求項10】
請求項７に記載のレーザアニールシステムであって、
前記照射光学系は、所定のマスクパターンを有するマスクを含み、
前記マスクパターンに応じた前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光の照明パターンが前記被照射物に照射される、
レーザアニールシステム。
【請求項11】
請求項１０に記載のレーザアニールシステムであって、
前記照射光学系は、前記マスクの前記マスクパターンを前記被照射物上に転写結像させる転写光学系を含む、
レーザアニールシステム。
【請求項12】
請求項１１に記載のレーザアニールシステムであって、
前記転写光学系は、前記被照射物上において薄膜トランジスタを形成する複数の領域の各々に、前記マスクパターンを結像させる投影光学系である、
レーザアニールシステム。
【請求項13】
第１のパルス時間幅の第１のパルスレーザ光と前記第１のパルス時間幅よりも短い第２のパルス時間幅の第２のパルスレーザ光を出力するレーザシステムと、
前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を被照射物に照射するレーザアニール装置と、を含み、
前記レーザアニール装置は、
前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光を前記被照射物に導く照射光学系と、
前記被照射物に対する前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と、
前記第１のパルスレーザ光を前記被照射物に照射し、前記第１のパルスレーザ光の照射後に、前記被照射物における前記第１のパルスレーザ光が照射された領域に前記第２のパルスレーザ光を照射するように前記レーザシステムを制御する制御部と、
を含むレーザアニールシステムであって、
前記レーザシステムは、
パルスレーザ光を出力する第４のレーザ装置と、
前記第４のレーザ装置から出力された前記パルスレーザ光をパルスストレッチする光学パルスストレッチャと、
前記第４のレーザ装置と前記光学パルスストレッチャとの間の光路に配置されたリターダと、を含み、
前記光学パルスストレッチャによってパルスストレッチされた第１の偏光成分のレーザ光である前記第１のパルスレーザ光が出力され、
前記光学パルスストレッチャによってパルスストレッチされない第２の偏光成分のレーザ光である前記第２のパルスレーザ光が出力される、
レーザアニールシステム。
【請求項14】
請求項１３に記載のレーザアニールシステムであって、
前記第１のパルスレーザ光が照射される前記被照射物は非晶質半導体であり、
前記制御部は、前記第１のパルスレーザ光を前記非晶質半導体に照射することによって前記非晶質半導体を多結晶化し、前記多結晶化した半導体結晶の領域に、第２のパルスレーザ光を照射することにより前記半導体結晶のリッジの高さを低減させるように前記レーザシステム及び前記移動機構を制御する、
レーザアニールシステム。
【請求項15】
請求項１４に記載のレーザアニールシステムであって、
前記第１のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第１のパルス時間幅は、前記非晶質半導体を完全溶融させる条件に設定され、
前記第２のパルスレーザ光のフルーエンスと前記第２のパルス時間幅は、前記多結晶化によって生成された前記半導体結晶の前記リッジの部分を低くさせる条件に設定される、
レーザアニールシステム。
【請求項16】
請求項１３に記載のレーザアニールシステムであって、
前記照射光学系は、所定のマスクパターンを有するマスクを含み、
前記マスクパターンに応じた前記第１のパルスレーザ光及び前記第２のパルスレーザ光の照明パターンが前記被照射物に照射される、
レーザアニールシステム。
【請求項17】
請求項１６に記載のレーザアニールシステムであって、
前記照射光学系は、前記マスクの前記マスクパターンを前記被照射物上に転写結像させる転写光学系を含む、
レーザアニールシステム。
【請求項18】
請求項１７に記載のレーザアニールシステムであって、
前記転写光学系は、前記被照射物上において薄膜トランジスタを形成する複数の領域の各々に、前記マスクパターンを結像させる投影光学系である、
レーザアニールシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、半導体結晶薄膜の製造方法、及びレーザアニールシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
ガラス基板を用いたフラットパネルディスプレイの駆動素子には薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が用いられている。高精細ディスプレイの実現には、駆動力の高いＴＦＴの作製が必要となる。ＴＦＴのチャネル材である半導体薄膜には、多結晶シリコンやＩＧＺＯ（Indium gallium zinc oxide）などが用いられている。多結晶シリコンやＩＧＺＯは、アモルファスシリコンよりもキャリア移動度が高く、トランジスタのオン／オフ特性に優れている。
【0003】
また、半導体薄膜は、より高機能なデバイスを実現する３Ｄ－ＩＣへの適用も期待されている。３Ｄ－ＩＣは、集積回路デバイスの最上層にセンサや増幅回路、ＣＭＯＳ回路などの能動素子を形成することにより実現される。そのため、より高品質な半導体薄膜を製造する技術が求められている。
【0004】
さらに、情報端末機器の多様化にともない、小型・軽量で消費電力が少なく自由に折り曲げが可能なフレキシブルディスプレイやフレキシブルコンピュータに対する要求が高まりつつある。そのため、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）などのプラスティック基板上に高品質な半導体薄膜を形成する技術の確立が求められている。
【0005】
ガラス基板上、集積回路上、あるいはプラスティック基板上に高品質な半導体薄膜を形成するためには、これらの基板に熱損傷を与えることなく半導体薄膜の結晶化を行う必要がある。ディスプレイに用いられるガラス基板では４００℃、集積回路では４００℃、プラスティック基板であるＰＥＴでは２００℃以下のプロセス温度が求められている。
【0006】
半導体薄膜の下地基板に熱損傷を与えることなく結晶化を行う技術としてレーザアニール法が用いられている。この方法では、熱拡散による基板への損傷を抑制するため、上層の半導体薄膜で吸収されるパルス紫外レーザ光が用いられる。
【0007】
半導体薄膜がシリコンである場合には、波長３５１ｎｍのＸｅＦエキシマレーザ、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザなどが用いられる。これら紫外領域のガスレーザは、固体レーザと比較してレーザ光の干渉性が低く、レーザ光照射面でのエネルギ均一性に優れ、高いパルスエネルギで広い領域を均一にアニールできるという特徴を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２１１９８７号
【文献】特開２００７－２８７８６６号公報
【文献】米国特許第６１１７７５２号
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００４０７１８号
【文献】国際公開第２０１８／０４７２２０号
【概要】
【0009】
本開示の１つの観点に係る半導体結晶薄膜の製造方法は、第１のパルス時間幅の第１のパルスレーザ光を非晶質半導体に照射することによって非晶質半導体を多結晶化することと、第１のパルスレーザ光が照射されて多結晶化した半導体結晶の領域に、第１のパルス時間幅よりも短い第２のパルス時間幅の第２のパルスレーザ光を照射することにより半導体結晶のリッジの高さを低減させることと、を含む。
【0010】
本開示の他の１つの観点に係るレーザアニールシステムは、第１のパルス時間幅の第１のパルスレーザ光と第１のパルス時間幅よりも短い第２のパルス時間幅の第２のパルスレーザ光を出力するレーザシステムと、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光を被照射物に照射するレーザアニール装置と、を含み、レーザアニール装置は、第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光を被照射物に導く照射光学系と、被照射物に対する第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光の照射位置を相対的に移動させる移動機構と、第１のパルスレーザ光を被照射物に照射し、第１のパルスレーザ光の照射後に、被照射物における第１のパルスレーザ光が照射された領域に第２のパルスレーザ光を照射するようにレーザシステムを制御する制御部と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本開示のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【実施形態】
【0012】
－目次－
１．用語の説明
２．レーザアニールシステムの全体説明
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ 動作の例
２．４ その他
３．課題
４．実施形態１
４．１ 半導体結晶薄膜の製造方法の概要
４．２ 照射条件に関する実施例
４．３ マスクパターンと結晶成長の例
４．４ レーザアニールシステムの構成
４．５ 動作
４．６ 動作の例
４．７ 作用・効果
４．８ 変形例
５．実施形態２
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ 作用・効果
６．実施形態３
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 作用・効果
７．実施形態４
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 作用・効果
７．４ 変形例
８．実施形態５
８．１ 構成
８．２ 動作
８．３ 作用・効果
８．４ 変形例
９．実施形態６
９．１ 構成
９．２ 動作
９．３ 作用・効果
９．４ 変形例
１０．実施形態７
１０．１ 構成
１０．２ 動作
１０．３ 作用・効果
１０．４ 変形例
１１．実施形態８
１１．１ 構成
１１．２ 動作
１１．３ 作用・効果
１１．４ 変形例
１２．その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
１．用語の説明
２．レーザアニールシステムの全体説明
２．１ 構成
２．２ 動作
２．３ 動作の例
２．４ その他
３．課題
４．実施形態１
４．１ 半導体結晶薄膜の製造方法の概要
４．２ 照射条件に関する実施例
４．３ マスクパターンと結晶成長の例
４．４ レーザアニールシステムの構成
４．５ 動作
４．６ 動作の例
４．７ 作用・効果
４．８ 変形例
５．実施形態２
５．１ 構成
５．２ 動作
５．３ 作用・効果
６．実施形態３
６．１ 構成
６．２ 動作
６．３ 作用・効果
７．実施形態４
７．１ 構成
７．２ 動作
７．３ 作用・効果
７．４ 変形例
８．実施形態５
８．１ 構成
８．２ 動作
８．３ 作用・効果
８．４ 変形例
９．実施形態６
９．１ 構成
９．２ 動作
９．３ 作用・効果
９．４ 変形例
１０．実施形態７
１０．１ 構成
１０．２ 動作
１０．３ 作用・効果
１０．４ 変形例
１１．実施形態８
１１．１ 構成
１１．２ 動作
１１．３ 作用・効果
１１．４ 変形例
１２．その他
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明される実施形態は、本開示のいくつかの例を示すものであって、本開示の内容を限定するものではない。また、各実施形態で説明される構成及び動作の全てが本開示の構成及び動作として必須であるとは限らない。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
【0013】
１．用語の説明
図１は、レーザ光のパルス時間幅の説明図である。図１の縦軸は光強度Ｉ［ａ．ｕ．］であり、横軸は時間ｔ［ｎｓ］である。光強度Ｉ［ａ．ｕ．］は、光強度の波形のピーク値（最大光強度値）を１として規格化した値である。レーザ光のパルス時間幅の指標の１つとしてパルス時間幅ΔＴ５０％を用いることができる。パルス時間幅ΔＴ５０％は、図１に示されるように、最大光強度値の５０％値における時間の全幅をいう。
図１は、レーザ光のパルス時間幅の説明図である。図１の縦軸は光強度Ｉ［ａ．ｕ．］であり、横軸は時間ｔ［ｎｓ］である。光強度Ｉ［ａ．ｕ．］は、光強度の波形のピーク値（最大光強度値）を１として規格化した値である。レーザ光のパルス時間幅の指標の１つとしてパルス時間幅ΔＴ５０％を用いることができる。パルス時間幅ΔＴ５０％は、図１に示されるように、最大光強度値の５０％値における時間の全幅をいう。
【0014】
また、レーザ光のパルス時間幅の他の指標の１つとしてＴＩＳパルス時間幅ΔＴＴＩＳを用いることができる。
【0015】
ＴＩＳパルス時間幅ΔＴＴＩＳは、以下の式（１）によって定義される。
【0016】
【数1】
【0017】
ここで、ｔは時間である。Ｉ（ｔ）は時間ｔにおける光強度である。
【0018】
２．レーザアニールシステムの全体説明
２．１ 構成
図２は、例示的なレーザアニールシステムの構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０は、レーザ装置２０と、光路管２５と、レーザアニール装置１００と、を含む。光路管２５は、レーザ装置２０のレーザ光出射口とレーザアニール装置１００のレーザ光入射口との間のレーザ光の光路上に配置される。
２．１ 構成
図２は、例示的なレーザアニールシステムの構成を概略的に示す。レーザアニールシステム１０は、レーザ装置２０と、光路管２５と、レーザアニール装置１００と、を含む。光路管２５は、レーザ装置２０のレーザ光出射口とレーザアニール装置１００のレーザ光入射口との間のレーザ光の光路上に配置される。
【0019】
レーザ装置２０は、紫外線のパルスレーザ光を出力するレーザ装置である。例えば、レーザ装置２０は、Ｆ２、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ、又はＸｅＦをレーザ媒質とする放電励起式レーザ装置であってよい。レーザ装置２０は、マスターオシレータ（ＭＯ：Master Oscillator）３０と、光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ：Optical Pulse Stretcher）システム３２と、モニタモジュール３４と、シャッタ３６と、レーザ制御部３８と、を含む。
【0020】
マスターオシレータ３０は、チャンバ４０と、光共振器４２と、充電器４４と、パルスパワーモジュール（ＰＰＭ）４６と、を含む。
【0021】
チャンバ４０の中には、レーザ媒質を含むエキシマレーザガスが封入される。エキシマレーザガスはＡｒ又はＫｒ又はＸｅ等の希ガスと、Ｆ２又はＣｌ２等のハロゲンガスと、Ｈｅ又はＮｅ等のバッファガスとを含む混合ガスであってよい。
【0022】
チャンバ４０は、１対の電極４８ａ及び４８ｂと、ウインドウ５０及び５２と、を含む。一対の電極４８ａ及び４８ｂは、チャンバ４０内に配置される。電極４８ａは絶縁部材５４に支持されている。電極４８ａは絶縁部材５４のフィードスルーに埋め込まれた導電部５６を介してＰＰＭ４６と接続される。電極４８ｂは図示しないリターンプレートに支持されており、リターンプレートは図示しない配線を用いてチャンバ４０の内面と接続されている。
【0023】
ＰＰＭ４６は、スイッチ４７と、いずれも図示しない昇圧トランス及び磁気圧縮回路と、を含む。ＰＰＭ４６は充電器４４と接続される。充電器４４は、ＰＰＭ４６の中の図示しない充電コンデンサを所定の電圧で充電する直流電源装置である。
【0024】
光共振器４２は、リアミラー６０と出力結合ミラー６２とを含んで構成される。リアミラー６０は、平面基板に高反射膜がコートされる。出力結合ミラー６２は、平面基板に部分反射膜がコートされる。チャンバ４０は、光共振器４２の光路上に配置される。
【0025】
ＯＰＳシステム３２は、マスターオシレータ３０とモニタモジュール３４の間の光路上に配置される。ＯＰＳシステム３２は、入射した光の一部を遅延させてパルスレーザ光の時間幅をストレッチする光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ）３３を含む。
【0026】
ＯＰＳ３３は、ビームスプリッタ７０と、凹面ミラー７１～７４と、を含む。ビームスプリッタ７０は、マスターオシレータ３０とモニタモジュール３４の間の光路上に配置される。ビームスプリッタ７０は入射するパルスレーザ光の一部を部分反射する膜がコートされている。
【0027】
凹面ミラー７１～７４は、それぞれの焦点距離が同じであり、ビームスプリッタ７０から反射したパルスレーザ光のビームが４枚の凹面ミラー７１～７４を高反射して、再びビームスプリッタ７０に入射する位置でビームが転写されるように配置される。
【0028】
モニタモジュール３４は、ビームスプリッタ７６と、光センサ７７と、を含む。
【0029】
シャッタ３６は、モニタモジュール３４から出力されるパルスレーザ光の光路上に配置される。
【0030】
パルスレーザ光の光路は、図示しない筐体及び光路管２５によってシールされ、Ｎ２ガスなどを用いてパージされていてもよい。
【0031】
レーザアニール装置１００は、照射光学システム１１０と、フレーム１７０と、ＸＹＺ軸ステージ１７２と、テーブル１７４と、レーザアニール制御部１８０と、を含む。テーブル１７４上に被照射物１９０が固定される。
【0032】
照射光学システム１１０は、高反射ミラー１２１～１２３と、アッテネータ１３０と、照明光学系１４０と、マスク１４８と、投影光学系１５０と、ウインドウ１６０と、筐体１６４と、を含む。
【0033】
高反射ミラー１２１は、光路管２５を通過したレーザ光がアッテネータ１３０を通過して高反射ミラー１２２に入射するように配置される。
【0034】
アッテネータ１３０は、高反射ミラー１２１と高反射ミラー１２２の間の光路上に配置される。アッテネータ１３０は、２枚の部分反射ミラー１３１及び１３２と、それぞれの部分反射ミラー１３１、１３２の入射角度を可変する回転ステージ１３５及び１３６と、を含む。
【0035】
高反射ミラー１２２は、アッテネータ１３０を通過したレーザ光が高反射ミラー１２３に入射するように配置される。高反射ミラー１２３は、入射したパルスレーザ光が照明光学系１４０のフライアイレンズ１４５に入射するように配置される。
【0036】
照明光学系１４０は、フライアイレンズ１４５と、コンデンサレンズ１４６と、を含む。照明光学系１４０は、マスク１４８上における所定の照明領域を均一照明するための光学系であり、マスク１４８を矩形のビームでケーラ照明するように配置される。マスク１４８上に照射される矩形のビームのＸ軸方向のビーム幅をＢｍｘ、Ｙ軸方向のビーム幅をＢｍｙとする。ここではＢｍｘ＜Ｂｍｙを満たす矩形、すなわち、Ｙ軸方向を長軸方向とする矩形のビームとする。本明細書では矩形のビームを「ラインビーム」という。
【0037】
フライアイレンズ１４５は、例えば、フライアイレンズ１４５の焦点面とコンデンサレンズ１４６の前側焦点面とが一致するように配置され、コンデンサレンズ１４６は、コンデンサレンズ１４６の後側焦点面とマスク１４８の位置とが一致するように配置される。
【0038】
マスク１４８は、例えば、紫外光を透過する合成石英基板に、金属又は誘電体多層膜のパターンが形成されたマスクである。マスク１４８には、例えば、ラインアンドスペースのパターンが形成されている（図３参照）。
【0039】
投影光学系１５０は、ウインドウ１６０を介して、マスク１４８の像が被照射物１９０の表面で結像するように配置される。投影光学系１５０は、複数のレンズ１５２の組合せレンズであって、縮小投影光学系であってもよい。
【0040】
ウインドウ１６０は、投影光学系１５０と被照射物１９０の間の光路上に配置される。ウインドウ１６０は、筐体１６４に設けられた穴に、図示しないＯリング等を介して配置される。ウインドウ１６０は、エキシマレーザ光を透過するＣａＦ２結晶や合成石英基板であって、両面に反射抑制膜がコートされてもよい。
【0041】
筐体１６４には、窒素（Ｎ２）ガスの入口１６６と出口１６８とが配置されている。筐体１６４は、筐体１６４内に外気が混入するのを抑制するように図示しないＯリング等を介してシールされていてもよい。Ｎ２ガスの入口１６６は、図示しないＮ２ガス供給源と接続される。
【0042】
照射光学システム１１０とＸＹＺ軸ステージ１７２はフレーム１７０に固定される。ＸＹＺ軸ステージ１７２は、被照射物１９０に対するパルスレーザ光の照射位置を相対的に移動させる電動ステージである。テーブル１７４はＸＹＺ軸ステージ１７２の上に固定される。被照射物１９０はテーブル１７４の上に固定される。
【0043】
被照射物１９０は、例えば、ガラス基板上にアモルファスシリコンがコートされた基板である。ここではシリコン薄膜を例に説明するが、半導体薄膜は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、及びＧｅＳｎのうち少なくとも１つであってよい。
【0044】
図３は、マスク１４８のパターンとマスク１４８を照明するラインビームＬＢｍの関係の例を示す平面図である。マスク１４８のパターンは、例えば、遮光部であるライン部１４８Ｌと、光通過部（非遮光部）であるスペース部１４８Ｓと、が交互に並ぶラインアンドスペースのパターンである。マスク１４８を均一照明するラインビームＬＢｍの短軸方向（Ｘ軸方向）とライン部１４８Ｌのライン方向は平行であり、ラインビームＬＢｍの長軸方向（Ｙ軸方向）に複数本のライン部１４８Ｌが所定の間隔で配置される。
【0045】
マスク１４８を介して被照射物１９０に照射されるレーザ光は、マスク１４８のパターンの像に対応したパターンを含むビーム群である。マスク１４８を介して被照射物１９０に照射されるレーザ光のパターンは、マスク１４８による遮光部を含めた全体として概ね矩形であるため、被照射物１９０に照射されるレーザ光についても「ラインビーム」と呼ぶ。
【0046】
被照射物１９０上におけるラインビームのＸ軸方向のビーム幅をＢｘ、Ｙ軸方向のビーム幅をＢｙとすると、ここではＢｘ＜Ｂｙを満たすラインビームである（図４参照）。
【0047】
２．２ 動作
レーザアニール制御部１８０は、レーザアニール時の照射条件パラメータを読み込む。具体的には、レーザアニールを行う際の被照射物１９０上でのフルーエンスＦａと、照射パルス数Ｎａと、繰り返し周波数ｆａとの各データを読み込む。
レーザアニール制御部１８０は、レーザアニール時の照射条件パラメータを読み込む。具体的には、レーザアニールを行う際の被照射物１９０上でのフルーエンスＦａと、照射パルス数Ｎａと、繰り返し周波数ｆａとの各データを読み込む。
【0048】
レーザアニール制御部１８０とレーザ制御部３８との間で目標パルスエネルギＥｔ等の各種データや信号の送受信が行われる。レーザアニール制御部１８０は、レーザ装置２０に調整発振をさせる。レーザ制御部３８は、目標パルスエネルギＥｔのデータをレーザアニール制御部１８０から受信する。
【0049】
レーザ制御部３８は、目標パルスエネルギＥｔのデータを受信すると、シャッタ７８を閉じ、目標パルスエネルギＥｔとなるように充電器４４を制御する。
【0050】
レーザ制御部３８は、図示しない内部トリガ生成部によって内部トリガ信号を生成し、ＰＰＭ４６のスイッチ４７に内部トリガ信号が入力される。その結果、マスターオシレータ３０は自然発振する。
【0051】
マスターオシレータ３０から出力されたパルスレーザ光はＯＰＳシステム３２によって、パルスレーザ光の時間幅がストレッチされる。ＯＰＳシステム３２から出射されたパルスレーザ光は、モニタモジュール３４のビームスプリッタ７６によってサンプルされ、パルスエネルギＥが計測される。
【0052】
レーザ制御部３８は、パルスエネルギＥと目標パルスエネルギＥｔとの差ΔＥが０に近づくように、充電器４４の充電電圧を制御する。
【0053】
レーザ制御部３８は、ΔＥが許容範囲となったら、レーザアニール制御部１８０に外部トリガＯＫ信号を送信し、シャッタ７８を開ける。
【0054】
レーザアニール制御部１８０は、レーザ制御部３８から外部トリガＯＫ信号を受信する。
【0055】
その後、レーザアニール制御部１８０は、投影光学系１５０によってマスク１４８の像が転写される位置が初期位置となるようにＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸及びＹ軸を制御する。
【0056】
続いて、レーザアニール制御部１８０は、マスク１４８の像が被照射物１９０の表面の位置に結像するようにＸＹＺ軸ステージ１７２のＺ軸を制御する。
【0057】
レーザアニール制御部１８０は、被照射物１９０の表面位置（すなわち、マスク１４８の像の位置）でのフルーエンスが目標のフルーエンスＦａとなるように、アッテネータ１３０の透過率Ｔを計算する。
【0058】
続いて、レーザアニール制御部１８０は、アッテネータ１３０の透過率がＴとなるように、２つの部分反射ミラー１３１及び１３２の入射角度をそれぞれの回転ステージ１３５及び１３６によって制御する。
【0059】
続いて、レーザアニール制御部１８０は、繰り返し周波数ｆａで被照射物１９０上のラインビーム幅Ｂｘである場合の照射パルス数がＮａとなるようにＸＹＺ軸ステージ１７２の移動速度Ｖｘを計算する。
【0060】
レーザアニール制御部１８０は、Ｘ軸方向にＶｘの速度でテーブル１７４が等速直線運動で移動するようにＸＹＺ軸ステージ１７２を制御する。その結果、被照射物１９０の表面上をラインビームがテーブル１７４の移動方向と逆方向にＶｘの速度で等速直線運動する。
【0061】
この間、レーザアニール制御部１８０は、繰り返し周波数ｆａの発光トリガ信号Ｔｒをレーザ制御部３８に送信する。その結果、発光トリガ信号Ｔｒに同期して、マスターオシレータ３０からパルスレーザ光が出力され、モニタモジュール３４のビームスプリッタ７６を透過したパルスレーザ光は、光路管２５を介してレーザアニール装置１００に入射する。
【0062】
レーザアニール装置１００に入射したパルスレーザ光は、高反射ミラー１２１によって反射され、アッテネータ１３０を通過して減光され、高反射ミラー１２２によって反射される。
【0063】
高反射ミラー１２２及び１２３を高反射したパルスレーザ光は、照明光学系１４０によって光強度が空間的に均一化されて、ラインビームＬＢｍとしてマスク１４８に入射する。
【0064】
マスク１４８を透過したパルスレーザ光は、投影光学系１５０によって被照射物１９０の表面に投影される。こうして、パルスレーザ光は、投影光学系１５０を通過して、転写結像した領域の被照射物１９０に照射される。その結果、被照射物１９０の表面でパルスレーザ光が照射された部分がレーザアニールされる。
【0065】
【0066】
被照射物１９０の表面に照射されるラインビームＬＢａは、図３で説明したマスク１４８のラインアンドスペースの像パターンである。図４に示すように、被照射物１９０の表面に照射されるラインビームＬＢａは、Ｘ軸方向のビーム幅がＢｘ、Ｙ軸方向のビーム幅がＢｙである。ラインビームＬＢａは、ＸＹＺ軸ステージ１７２の移動によって、被照射物１９０に対して相対的に移動する。ＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸の正の方向に移動させることにより、ラインビームＬＢは被照射物１９０の表面をＸ軸の負の方向（図４において左方向）に移動する。
【0067】
図４には、被照射物１９０に対してスキャン照射初期位置ＳＰｉｎｉからスキャン照射終了位置ＳＰａｅｎｄまでラインビームＬＢａを移動させて被照射物１９０の表面にレーザ光を照射するスキャン照射の様子が示されている。スキャン照射初期位置ＳＰａｉｎｉからスキャン照射終了位置ＳＰａｅｎｄに向かうラインビームＬＢａの移動方向をレーザアニール時の「スキャン照射方向」という。
【0068】
図４において、被照射物１９０の表面のうちラインビームＬＢａが通過した領域、つまり、スキャン照射が行われた領域は、アモルファスシリコンが溶融し、結晶成長によりシリコンが多結晶化した結晶化領域１９０ｐとなる。結晶化領域１９０ｐはポリシリコン膜となる。被照射物１９０の表面のうちラインビームＬＢａが通過していない領域、つまり、スキャン照射が行われていない領域は、未だレーザ光が照射されておらず、アモルファス（非晶質）の状態のままのアモルファス領域１９０ａである。
【0069】
図４において破線円で囲んだ部分の拡大図を図５に示す。被照射物１９０の照射されるラインビームＬＢａにおけるマスク１４８の結像パターンのライン部ＭＬＩのフルーエンスは、スペース部ＭＳＩよりも低くなる。このため、レーザアニールされた結晶の形態は、図５に示すように、被照射物１９０表面のライン部ＭＬＩに対応する位置に結晶の核が生成され、各ライン部ＭＬＩの間のスペース部ＭＳＩのＹ軸方向の略中央部で大きな結晶粒界１９２が生成される。
【0070】
ラインビームＬＢａがＸ軸の負の方向に移動しながらスキャン照射が行われ、被照射物１９０に対するラインビームＬＢａの位置がスキャン照射終了位置ＳＰａｅｎｄ（図４参照）に到達したら、ＸＹＺ軸ステージ１７２の移動を停止させる。
【0071】
２．３ 動作の例
図６は、レーザアニールシステム１０における動作の例を示すフローチャートである。図６のフローチャートに示す処理及び動作は、例えば、レーザアニール制御部１８０として機能するプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
図６は、レーザアニールシステム１０における動作の例を示すフローチャートである。図６のフローチャートに示す処理及び動作は、例えば、レーザアニール制御部１８０として機能するプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。
【0072】
ステップＳ１０において、被照射物１９０がＸＹＺ軸ステージ１７２のテーブル１７４上にセットされる。被照射物１９０は、図示しないワーク搬送ロボットやその他の自動搬送装置によってテーブル１７４上にセットされてよい。
【0073】
ステップＳ１２において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール時のレーザ照射条件パラメータの読み込み（１）を行う。レーザアニール時のレーザ照射条件パラメータを「レーザアニール条件のパラメータ」という。
【0074】
ステップＳ１４において、レーザアニール制御部１８０はレーザ装置２０に調整発振を実施させる。レーザアニール制御部１８０は、繰り返し周波数ｆで、レーザ装置２０が目標パルスエネルギＥｔとなるように調整発振させる。
【0075】
ステップＳ１６において、レーザアニール制御部１８０は被照射物１９０上でのラインビームＬＢの位置が初期位置となるようにＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸方向及びＹ軸方向に制御する。
【0076】
ステップＳ１８において、レーザアニール制御部１８０はマスク１４８の像が被照射物１９０の表面に結像するようにＸＹＺ軸ステージ１７２をＺ軸方向に制御する。
【0077】
ステップＳ２０において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール時の制御パラメータの計算と設定（１）を行う。具体的には、レーザアニール制御部１８０は、短軸方向のラインビーム幅Ｂｘの場合に、フルーエンスＦａとなるように、アッテネータ１３０の透過率Ｔａの計算及び透過率Ｔａの設定を行う。また、レーザアニール制御部１８０は、短軸方向のラインビーム幅Ｂｘの場合に、照射パルス数Ｎａとなるように、ＸＹＺ軸ステージ１７２の移動速度Ｖｘを計算し、移動速度Ｖｘの設定を行う。
【0078】
ステップＳ２２において、レーザアニール制御部１８０はステップＳ２０における制御パラメータの設定に従い、レーザアニール時のビームスキャン照射を行う。このビームスキャン照射時には、設定された繰り返し周波数ｆａ、フルーエンスＦａ、及び照射パルス数Ｎａの条件で被照射物１９０に対してパルスレーザ光が照射される。
【0079】
ステップＳ２２の後、レーザアニール制御部１８０は図６のフローチャートを終了する。
【0080】
図７は、図６のステップＳ１２に適用されるサブルーチンの例を示すフローチャートである。すなわち、図７は、レーザアニール時のレーザ照射条件パラメータの読み込み（１）のステップにて実施される処理内容の例を示す。
【0081】
図７のステップＳ３１において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール条件のパラメータの読み込みを行う。例えば、レーザアニール制御部１８０は、レーザアニール処理を行う際の被照射物１９０上でのフルーエンスＦａと、照射パルス数Ｎａと、繰り返し周波数ｆａと、の各データを読み込む。ここで照射パルス数Ｎａは２以上の整数とする。レーザアニール制御部１８０はステップＳ３１の後、図６のフローチャートに復帰する。
【0082】
【0083】
図８のステップＳ４０において、レーザアニール制御部１８０は目標パルスエネルギＥｔと繰り返し周波数ｆａのデータをレーザ制御部３８に送信する。この場合の目標パルスエネルギＥｔと繰り返し周波数ｆａは、レーザ装置２０が安定して動作し得る定格のデータであることが好ましい。例えば、目標パルスエネルギＥｔは３０ｍＪから１０００ｍＪの範囲内の値であってよい。また、繰り返し周波数ｆａは６００Ｈｚから６０００Ｈｚの範囲内の値であってよい。また、レーザアニール制御部１８０は、レーザ装置２０の定格のパルスエネルギを目標パルスエネルギＥｔとして予め記憶し、この値を用いてもよい。
【0084】
ステップＳ４２において、レーザアニール制御部１８０はレーザ制御部３８からパルスエネルギＯＫ信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ４２の判定処理は、例えば、レーザ装置２０から出力されるパルスレーザ光のパルスエネルギＥと目標パルスエネルギＥｔとの差が許容範囲に収まっているか否かの判定に相当する。
【0085】
レーザアニール制御部１８０は、ステップＳ４２の判定結果がＹｅｓ判定となるまで、ステップＳ４２を繰り返す。ステップＳ４２の判定結果がＹｅｓ判定となった場合、レーザアニール制御部１８０は図８のサブルーチンを抜けて、図６のフローチャートに復帰する。
【0086】
【0087】
図９のステップＳ５０において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール条件のフルーエンスＦａとなるアッテネータ１３０の透過率Ｔａを計算する。
【0088】
被照射物１９０表面のフルーエンスは以下の式（２）で表される。
【0089】
Ｆ＝Ｍ－２（Ｔ・Ｔｐ・Ｅｔ）／（Ｂｘ・Ｂｙ） （２）
式中のＭは、投影光学系１５０の倍率を表す。Ｍは、例えば１から１／５の範囲の値であってよい。
式中のＭは、投影光学系１５０の倍率を表す。Ｍは、例えば１から１／５の範囲の値であってよい。
【0090】
式中のＴｐは、アッテネータ１３０が最大透過率時のレーザ装置２０から出力されたパルスレーザ光が、被照射物１９０に到達するまでの光学系の透過率を表す。
【0091】
式（２）からアッテネータ１３０の透過率Ｔａの計算式として次式（３）が得られる。
【0092】
Ｔａ＝（Ｍ２／Ｔｐ）（Ｆａ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ） （３）
レーザアニール制御部１８０は式（３）からアッテネータ１３０の透過率Ｔａを求める。
レーザアニール制御部１８０は式（３）からアッテネータ１３０の透過率Ｔａを求める。
【0093】
ステップＳ５２において、レーザアニール制御部１８０はアッテネータ１３０の透過率ＴをＴａに設定する。すなわち、レーザアニール制御部１８０は、アッテネータ１３０の透過率ＴがＴａとなるように、部分反射ミラー１３１及び１３２の角度を制御する。
【0094】
次に、ステップＳ５４において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール時のＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度の絶対値Ｖｘａを計算する。Ｖｘａは次式（４）から計算できる。
【0095】
Ｖｘａ＝ｆａ・Ｂｘ／Ｎａ （４）
式（４）の導出は次のとおりである。
式（４）の導出は次のとおりである。
【0096】
ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度の絶対値をＶｘａとすると、レーザアニール時の照射パルス数Ｎａは、次式（５）で表される。
【0097】
Ｎａ＝ｆａ・Ｂｘ／Ｖｘａ （５）
ここで、Ｎａは同じ位置でパルスレーザ光が照射されるパルス数（Ｎａ≧２）となる。
ここで、Ｎａは同じ位置でパルスレーザ光が照射されるパルス数（Ｎａ≧２）となる。
【0098】
よって、移動速度の絶対値Ｖｘａは、式（５）を変形した式（４）から求めることができる。
【0099】
【0100】
【0101】
図１０のステップＳ６０において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸についての移動方向を規定するパラメータＸａの値を「Ｘａ＝１」に設定する。「Ｘａ＝１」はＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸の「正の方向」に移動させることを表す。
【0102】
ステップＳ６２において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度Ｖｘを計算する。Ｖｘは、次の式（６）に従って決定される。
【0103】
Ｖｘ＝Ｘａ・Ｖｘａ （６）
ステップＳ６４において、レーザアニール制御部１８０はステップＳ６２の計算結果に従い、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度のパラメータＶｘをセットする。なお、実際には、ビームスキャンの移動距離に対応して、加速、等速直線運動、及び減速のそれぞれが所定の時間で行われるようにパラメータをセットする。ここでは、説明を簡単にするために、等速直線運動時の速度の絶対値がＶｘａである場合を例示する。
ステップＳ６４において、レーザアニール制御部１８０はステップＳ６２の計算結果に従い、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度のパラメータＶｘをセットする。なお、実際には、ビームスキャンの移動距離に対応して、加速、等速直線運動、及び減速のそれぞれが所定の時間で行われるようにパラメータをセットする。ここでは、説明を簡単にするために、等速直線運動時の速度の絶対値がＶｘａである場合を例示する。
【0104】
式（６）から定まるＶｘが正の場合は、ＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸の正の方向に移動させる。その結果、被照射物１９０の表面においてラインビームＬＢは被照射物１９０に対して相対的にＸ軸の負の方向に移動する。
【0105】
ステップＳ６６において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２の移動開始信号を送信する。この移動開始信号は、ＸＹＺ軸ステージ１７２の移動を開始させる指令を行う制御信号である。レーザアニール制御部１８０から送信された移動開始信号に従い、ＸＹＺ軸ステージ１７２が移動を開始する。
【0106】
ステップＳ６８において、レーザアニール制御部１８０は繰り返し周波数ｆａで発光トリガ信号を出力する。
【0107】
ステップＳ７０において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動が終了したか否かの判定を行う。例えば、レーザアニール制御部１８０は図４で説明したスキャン照射終了位置ＳＰａｅｎｄに到達したか否かを判定する。ステップＳ７０の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザアニール制御部１８０はステップＳ６８に戻る。ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動が終了するまで、ステップＳ６８～Ｓ７０を繰り返す。ビームスキャンが開始されてから停止するまでの間は、レーザアニール制御部１８０からレーザ制御部３８に対し、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向への等速直線運動中に繰り返し周波数ｆａで発光トリガ信号を出力する。これにより、パルスレーザ光は繰り返し周波数ｆａで被照射物１９０のスキャン照射領域に照射される。
【0108】
ステップＳ７０の判定結果がＹｅｓ判定である場合、すなわち、１つのスキャン照射領域に対するビームスキャン照射が完了して、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動が終了すると、レーザアニール制御部１８０はステップＳ７２に進み、発光トリガ信号の出力を停止する。これにより、レーザ装置２０からのパルスレーザ光の出力が停止される。
【0109】
【0110】
２．４ その他
図２から図１０を用いて説明した例では、マスク１４８の結像パターンを被照射物１９０に導き、被照射物１９０の表面上にマスク１４８の結像パターンをスキャン照射することによってレーザアニールを実施する方式を示した。しかし、レーザアニールを実施する際のレーザ光の照射方式はこの例に限定されない。例えば、スキャン照射方式でなく、ＸＹＺ軸ステージ１７２を固定して、照射パルス数Ｎａに到達したら、ＸＹＺ軸ステージ１７２を移動させて次の位置に位置決めしてパルスレーザ光を照射するステップアンドリピート方式であってもよい。
図２から図１０を用いて説明した例では、マスク１４８の結像パターンを被照射物１９０に導き、被照射物１９０の表面上にマスク１４８の結像パターンをスキャン照射することによってレーザアニールを実施する方式を示した。しかし、レーザアニールを実施する際のレーザ光の照射方式はこの例に限定されない。例えば、スキャン照射方式でなく、ＸＹＺ軸ステージ１７２を固定して、照射パルス数Ｎａに到達したら、ＸＹＺ軸ステージ１７２を移動させて次の位置に位置決めしてパルスレーザ光を照射するステップアンドリピート方式であってもよい。
【0111】
３．課題
図１１は、レーザアニールによる半導体結晶薄膜の製造方法の模式図である。ここではガラス基板２００の上にアモルファスシリコン膜２０２が配置された被照射物１９０の例が示されている。このアモルファスシリコン膜２０２にパルスレーザ光を照射してレーザアニールを実施すると、シリコンの溶融及び多結晶化により半導体結晶薄膜であるポリシリコン膜２０４が得られる。
図１１は、レーザアニールによる半導体結晶薄膜の製造方法の模式図である。ここではガラス基板２００の上にアモルファスシリコン膜２０２が配置された被照射物１９０の例が示されている。このアモルファスシリコン膜２０２にパルスレーザ光を照射してレーザアニールを実施すると、シリコンの溶融及び多結晶化により半導体結晶薄膜であるポリシリコン膜２０４が得られる。
【0112】
ところが、レーザアニールによって生成した結晶の表面には、シリコンを溶融及び多結晶化させる過程で表面におよそ５０ｎｍ程度のリッジ２０５と呼ばれる突起（隆起部分）が発生する。例えば、膜厚が５０ｎｍのアモルファスシリコン膜２０２をレーザアニールして形成されるポリシリコン膜２０４の表面に、高さ５０ｎｍ～７０ｎｍのリッジが発生する場合がある。
【0113】
このリッジ２０５は、ポリシリコン膜２０４を用いて形成される半導体素子の特性に大きな影響を与えるため、リッジ２０５の高さを抑制することが望まれる。リッジ２０５の問題については、特開２００７－２８７８６６号公報の段落００５２にも記載がある。例えば、ポリシリコン膜２０４を用いて形成される薄膜トランジスタの閾値電圧がリッジ２０５の影響によってばらつき、電源電圧を低くすることが困難になり得る。このような薄膜トランジスタを例えば液晶表示素子に適用した場合には消費電力の低減が困難である。
【0114】
４．実施形態１
４．１ 半導体結晶薄膜の製造方法の概要
図１２は、実施形態１に係る半導体結晶薄膜の製造方法を例示的に示す模式図である。実施形態１に係る半導体結晶薄膜の製造方法は、アモルファスシリコン膜２０２に第１のパルスレーザ光を照射してアモルファスシリコンを多結晶化すること（ステップ１）と、第１のパルスレーザ光の照射によって生成された多結晶のポリシリコン膜２０４のリッジ２０５に対して第２のパルスレーザ光を照射してリッジを平坦化すること（ステップ２）と、を含む。「リッジを平坦化する」とは、リッジの高さを低減することを意味する。
４．１ 半導体結晶薄膜の製造方法の概要
図１２は、実施形態１に係る半導体結晶薄膜の製造方法を例示的に示す模式図である。実施形態１に係る半導体結晶薄膜の製造方法は、アモルファスシリコン膜２０２に第１のパルスレーザ光を照射してアモルファスシリコンを多結晶化すること（ステップ１）と、第１のパルスレーザ光の照射によって生成された多結晶のポリシリコン膜２０４のリッジ２０５に対して第２のパルスレーザ光を照射してリッジを平坦化すること（ステップ２）と、を含む。「リッジを平坦化する」とは、リッジの高さを低減することを意味する。
【0115】
ステップ１はレーザアニールによる溶融及び多結晶化の工程である。ステップ２はステップ１で生成された多結晶のリッジをレーザ照射によって平坦化する工程である。ここでは説明の便宜上、ステップ１の動作を「レーザアニール」といい、ステップ２の動作を「リッジ平坦化」という。
【0116】
レーザアニール時のレーザ光の照射条件には、フルーエンスＦａ、パルス時間幅ΔＴａ、及び照射パルス数Ｎａが含まれる。
【0117】
リッジ平坦化時のレーザ光の照射条件には、フルーエンスＦｒ、パルス時間幅ΔＴｒ、及び照射パルス数Ｎｒが含まれる。
【0118】
レーザアニール時の照射条件とリッジ平坦化時の照射条件の関係として、第２のパルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴｒは第１のパルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴａよりも短いものとする。すなわち、ΔＴｒ＜ΔＴａである。
【0119】
パルスレーザ光をリッジが形成された多結晶Ｓｉ薄膜に適切なパルス幅及びフルーエンスで照射すると、リッジ部の形状効果による電界集中のため、リッジ部に与えられるレーザのパルスエネルギが他の領域と比較して大きくなる。その結果、膜全体を溶融固化させることなく、リッジ部及びその周辺を部分溶融させることでリッジ部の結晶状態が改善し高さが制御できると考えられる。
【0120】
好ましくは追加の条件として、第２のパルスレーザ光のフルーエンスＦｒは第１のパルスレーザ光のフルーエンスＦａよりも小さいものとする。すなわち、Ｆｒ＜Ｆａであることが好ましい。さらなる追加の条件として、第２のパルスレーザ光の照射パルス数Ｎｒは第１のパルスレーザ光の照射パルス数Ｎａよりも少ないものとする。すなわちＮｒ＜Ｎａであることが好ましい。
【0121】
つまり、ステップ１のレーザアニール用のレーザ照射条件はアモルファスシリコンを完全溶融させる条件に設定され、ステップ２のリッジ平坦化用のレーザ照射条件はレーザアニールの多結晶化によって生成されたポリシリコンのリッジの部分を低くさせる条件に設定される。ステップ２のレーザ照射を実施することにより、ステップ１の多結晶化で発生したリッジ２０５の高さを１０ｎｍ未満の高さに低減することができる。
【0122】
４．２ 照射条件に関する実施例
図１３は、半導体結晶薄膜を生成する試験の際に適用した照射条件の例を示す図表である。図１３に示される照射条件の組み合わせにより、リッジの高さが１０ｎｍ未満に抑制された半導体結晶薄膜が得られることが確認された。図１３に示されたリッジ平坦化用のパルスレーザ光の半値全幅のパルス時間幅ΔＴｒ５０％＝１４ｎｓは、レーザアニール用のパルスレーザ光の半値全幅のパルス時間幅ΔＴａ５０％＝３９ｎｓの３５．８％の時間幅となっている。リッジ平坦化用のパルスレーザ光の半値全幅のパルス時間幅は、レーザアニール用のパルスレーザ光のパルス時間幅の４０％以下の時間幅であることが好ましい。
図１３は、半導体結晶薄膜を生成する試験の際に適用した照射条件の例を示す図表である。図１３に示される照射条件の組み合わせにより、リッジの高さが１０ｎｍ未満に抑制された半導体結晶薄膜が得られることが確認された。図１３に示されたリッジ平坦化用のパルスレーザ光の半値全幅のパルス時間幅ΔＴｒ５０％＝１４ｎｓは、レーザアニール用のパルスレーザ光の半値全幅のパルス時間幅ΔＴａ５０％＝３９ｎｓの３５．８％の時間幅となっている。リッジ平坦化用のパルスレーザ光の半値全幅のパルス時間幅は、レーザアニール用のパルスレーザ光のパルス時間幅の４０％以下の時間幅であることが好ましい。
【0123】
また、図１３に示されたリッジ平坦化用のパルスレーザ光のＴＩＳのパルス時間幅ΔＴｒＴＩＳ＝４７ｎｓは、レーザアニール用のパルスレーザ光のＴＩＳのパルス時間幅ΔＴａＴＩＳ＝８７ｎｓの５４．０％の時間幅となっている。リッジ平坦化用のパルスレーザ光のＴＩＳのパルス時間幅は、レーザアニール用のパルスレーザ光のパルス時間幅の６０％以下の時間幅であることが好ましい。
【0124】
また、図１３には示さないが、リッジ平坦化時の照射条件としてのフルーエンスＦａと照射パルス数Ｎａの組み合わせの好ましい例として、（Ｆａ，Ｎａ）＝（５０，２０），（１００，１０），（１５０，１０），（２００，１）などがある。なお、フルーエンスＦａの単位は、図１３と同様に、ミリジュール毎平方センチメートル［ｍＪ／ｃｍ２］である。
【0125】
図１４は、試験に用いたレーザ光のパルス波形の例を示すグラフである。図１４に示すように、リッジ平坦化時のパルス波形は、レーザアニール時のパルス波形よりもパルス時間幅が短いものである。なお、図１４ではパルス時間幅を比較するために、両パルスの先頭を揃えて表示している。実際は、被照射物１９０の同じ位置（照射領域）に対して、第１のパルスレーザ光の照射後に、第２のパルスレーザ光が照射される。したがって、被照射物１９０の同一位置に対する第１のパルスレーザ光と第２のパルスレーザ光の照射のタイミングとしては両パルスに時間差がある。
【0126】
すなわち、第２のパルスレーザ光は、第１のパルスレーザ光の照射によってシリコン膜が多結晶化した後に、つまりリッジ２０５が形成された後に、同領域への照射が開始される。第１のパルスレーザ光の照射による溶融及び多結晶化の時間は、概ね２００ｎｓである。したがって、例えば、レーザアニール用パルスである第１のパルスレーザ光の照射タイミングから２００ｎｓ以上後に（つまり結晶化後に）、リッジ平坦化用パルスである第２のパルスレーザ光を、第１のパルスレーザ光の照射領域と同一領域（場所）に照射すればよい。これにより、多結晶化によって形成されたリッジ２０５を部分溶融させ、リッジ２０５を平坦化することができる。
【0127】
図１５は、パルス時間幅を調整するための光学パルスストレッチャ（ＯＰＳ）システムの構成例を示す。図１４に示したレーザアニール時のパルス波形は、図１５のＯＰＳシステム２２０を用いて実現できる。また、図１４に示したリッジ平坦化時のパルス波形は、図１５のＯＰＳシステム２２０における遅延光路の部分を遮光することにより実現できる。
【0128】
図１５に示すＯＰＳシステム２２０は、第１のＯＰＳ２２１と第２のＯＰＳ２２２とを含む。第１のＯＰＳ２２１と第２のＯＰＳ２２２のそれぞれは、図２で説明したＯＰＳシステム３２と同様の構成であってよい。第１のＯＰＳ２２１は、ビームスプリッタ２３０と凹面ミラー２３１～２３４とを含む。第１のＯＰＳ２２１による遅延光路長Ｌ（１）は、例えばＬ（１）＝３ｍ（メートル）である。
【0129】
第２のＯＰＳ２２２は、ビームスプリッタ２４０と凹面ミラー２４１～２４４とを含む。第２のＯＰＳ２２２による遅延光路長Ｌ（２）は、例えばＬ（２）＝７ｍである。第２のＯＰＳ２２２は、第１のＯＰＳ２２１のビームスプリッタ２３０を透過したレーザ光が第２のＯＰＳ２２２のビームスプリッタ２４０に入射するように配置される。
【0130】
ＯＰＳシステム２２０は、エキシマレーザ装置２１０と、レーザアニール装置１００との間の光路上に配置される。エキシマレーザ装置２１０は、例えば、図２で説明したマスターオシレータ３０であってよい。
【0131】
４．３ マスクパターンと結晶成長の例
図１６は、マスクパターンと結晶成長の例を示す。図１６は、マスクパターンの像とレーザアニール後の結晶の状態の例を示す。ここでは、被照射物１９０に照射されるマスクパターンの像がライン幅Ｌ＝０．１５μｍ、スペース幅Ｓ＝１μｍの場合のレーザアニール後の結晶の状態を示す。
図１６は、マスクパターンと結晶成長の例を示す。図１６は、マスクパターンの像とレーザアニール後の結晶の状態の例を示す。ここでは、被照射物１９０に照射されるマスクパターンの像がライン幅Ｌ＝０．１５μｍ、スペース幅Ｓ＝１μｍの場合のレーザアニール後の結晶の状態を示す。
【0132】
図１６の左図は、被照射物１９０の表面上に投影されるマスクパターンの像を示す。図１６の右図は、マスクパターンの像に対応する位置のレーザアニール後の結晶の状態を示す。なお、図１６の右図は、リッジの部分（結晶粒界）を観察しやすくするために、リッジの部分をエッチングによって除去したサンプルを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察した際の画像の例である。図１６の右図において「ひび割れ」のように見える線が結晶粒界である。図１６に示すように、マスクパターン像のスペース部の略中間位置に太い結晶粒界が生成される。
【0133】
レーザアニール用のパルスを照射後、例えば２００ｎｓ以上後にリッジ平坦化用のパルスを照射する。これにより、リッジが部分溶融して平坦化される。「平坦化」は、リッジが許容範囲（例えば、１０ｎｍ未満）の高さに抑制されること、つまり、平坦性が改善されることを含意する。
【0134】
４．４ レーザアニールシステムの構成
図１７は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１１の構成を概略的に示す。図１７に示す構成について図２との相違点を説明する。図１７に示すレーザアニールシステム１１は、ＯＰＳシステム３２のビームスプリッタ７０がウインドウ８０と置換可能な光学素子切替ユニット８２を備えている点で図２の構成と異なる。
図１７は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１１の構成を概略的に示す。図１７に示す構成について図２との相違点を説明する。図１７に示すレーザアニールシステム１１は、ＯＰＳシステム３２のビームスプリッタ７０がウインドウ８０と置換可能な光学素子切替ユニット８２を備えている点で図２の構成と異なる。
【0135】
４．５ 動作
レーザアニール時の動作は図２の例と同様である。リッジ平坦化時は、リッジ平坦化時の照射条件に変更して、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸を負の方向に移動させて、スキャン照射を行う。ただし、レーザアニール時とリッジ平坦化時とでパルス波形を変更する際には、ＯＰＳシステム３２の光学素子切替ユニット８２を制御する。
レーザアニール時の動作は図２の例と同様である。リッジ平坦化時は、リッジ平坦化時の照射条件に変更して、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸を負の方向に移動させて、スキャン照射を行う。ただし、レーザアニール時とリッジ平坦化時とでパルス波形を変更する際には、ＯＰＳシステム３２の光学素子切替ユニット８２を制御する。
【0136】
すなわち、レーザアニール制御部１８０は、レーザアニール時にビームスプリッタ７０を光路上に配置し、リッジ平坦化時にはビームスプリッタ７０に代えてウインドウ８０を光路上に配置するように、レーザ制御部３８を介して光学素子切替ユニット８２を制御する。
【0137】
図１８は、実施形態１におけるリッジ平坦化時のビームスキャン照射の例を示す平面図である。リッジ平坦化時に被照射物１９０の表面に照射されるラインビームＬＢｒは、図３で説明したマスク１４８のラインアンドスペースパターンの像を含む。図１８に示すように、被照射物１９０の表面に照射されるラインビームＬＢｒは、Ｘ軸方向のビーム幅がＢｘ、Ｙ軸方向のビーム幅がＢｙである。ラインビームＬＢｒは、ＸＹＺ軸ステージ１７２の移動によって、被照射物１９０に対して相対的に移動する。ここでは、ＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸の負の方向に移動させることにより、ラインビームＬＢｒが被照射物１９０の表面をＸ軸の正の方向（図１８において右方向）に移動する。
【0138】
図１８には、被照射物１９０に対してスキャン照射初期位置ＳＰｒｉｎｉからスキャン照射終了位置ＳＰｒｅｎｄまでラインビームＬＢｒを移動させて被照射物１９０の表面にレーザ光を照射するスキャン照射の様子が示されている。スキャン照射初期位置ＳＰｒｉｎｉからスキャン照射終了位置ＳＰｒｅｎｄに向かうラインビームＬＢｒの移動方向を「リッジ平坦化時のスキャン照射方向」という。リッジ平坦化時のスキャン照射初期位置ＳＰｒｉｎｉは、図４で説明したレーザアニール時のスキャン照射終了位置ＳＰａｅｎｄであってよい。また、図１８に示すリッジ平坦化時のスキャン照射終了位置ＳＰｒｅｎｄは、図４で説明したレーザアニール時のスキャン照射初期位置ＳＰａｉｎｉであってよい。
【0139】
図１８において、被照射物１９０の表面のうちラインビームＬＢｒが通過した領域、つまり、リッジ平坦化用のスキャン照射が行われた領域は、リッジが平坦化されたリッジ平坦化領域１９０ｒとなる。ラインビームＬＢｒが通過していない領域、つまり、リッジ平坦化用のスキャン照射が行われていない領域は、高いリッジを含んだ状態のままの結晶化領域１９０ｐである。
【0140】
図１８に示す状態からさらにラインビームＬＢｒをスキャン照射終了位置ＳＰｒｅｎｄまで移動させることにより、結晶化領域１９０ｐの全域をリッジ平坦化領域１９０ｒに変えることができる。
【0141】
４．６ 動作の例
図１９は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１１における動作の例を示すフローチャートである。図１９について図６との相違点を説明する。図１９に示すフローチャートは、図６のステップＳ１２及びステップＳ２０に代えて、ステップＳ１３及びステップＳ２１を含み、さらに、ステップＳ２２の後に、ステップＳ２４、ステップＳ２６、及びステップＳ２８が追加されている。
図１９は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１１における動作の例を示すフローチャートである。図１９について図６との相違点を説明する。図１９に示すフローチャートは、図６のステップＳ１２及びステップＳ２０に代えて、ステップＳ１３及びステップＳ２１を含み、さらに、ステップＳ２２の後に、ステップＳ２４、ステップＳ２６、及びステップＳ２８が追加されている。
【0142】
ステップＳ１３において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール時のレーザ照射条件パラメータの読み込み（２）を行う。ステップＳ１３の後のステップＳ１４からステップＳ１８は図６と同様である。
【0143】
ステップＳ１８の後、ステップＳ２１において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール時の制御パラメータの計算と設定（２）を行う。ステップＳ２１の後のステップＳ２２は図６と同様である。
【0144】
ステップＳ２２の後、ステップＳ２４において、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化時のレーザ照射条件パラメータの読み込み（１）を行う。
【0145】
ステップＳ２６において、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化時の制御パラメータの計算と設定（１）を行う。
【0146】
ステップＳ２８において、レーザアニール制御部１８０はステップＳ２６における制御パラメータの設定に従い、リッジ平坦化時のビームスキャン照射を行う。このビームスキャン照射時には、設定された繰り返し周波数ｆｒ、フルーエンスＦｒ、及び照射パルス数Ｎｒの条件で被照射物１９０に対してパルスレーザ光が照射される。
【0147】
ステップＳ２８の後、レーザアニール制御部１８０は図１９のフローチャートを終了する。
【0148】
図２０は、図１９のステップＳ１３に適用されるサブルーチンの例を示すフローチャートである。すなわち、図２０は、レーザアニール時のレーザ照射条件パラメータの読み込み（２）のステップにて実施される処理内容の例を示す。
【0149】
図２０のステップＳ３２において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール条件のパラメータの読み込みを行う。例えば、レーザアニール制御部１８０は、レーザアニール処理を行う際の被照射物１９０上でのフルーエンスＦａと、照射パルス数Ｎａと、繰り返し周波数ｆａと、パルス時間幅ΔＴａとの各データを読み込む。照射パルス数Ｎａは２以上の整数とする。レーザアニール制御部１８０はステップＳ３２の後、図１９のフローチャートに復帰する。
【0150】
図２１は、図１９のステップＳ２１に適用されるサブルーチンの例を示すフローチャートである。すなわち、図２１は、レーザアニール時の制御パラメータの計算と設定（２）のステップにて実施される処理内容の例を示す。図２１について図９との相違点を説明する。図２１に示すフローチャートは、図９のステップＳ５０～Ｓ５４に、さらにステップＳ５６が追加されている。
【0151】
ステップＳ５６において、レーザアニール制御部１８０はレーザアニール時のパルス時間幅ΔＴａに基づいて、ＯＰＳシステム３２を制御する。レーザアニール制御部１８０は、ＯＰＳシステム３２から出射されるパルスレーザ光のパルス時間幅が、レーザアニール時の条件として要求されているパルス時間幅ΔＴａに近くなるようにＯＰＳシステム３２を制御する。図１７に示す構成の場合、レーザアニール制御部１８０は、光路上にビームスプリッタ７０を配置するように光学素子切替ユニット８２を制御する。
【0152】
【0153】
図２２は、図１９のステップＳ２４に適用されるサブルーチンの例を示すフローチャートである。すなわち、図２２は、リッジ平坦化時のレーザ照射条件パラメータの読み込み（１）のステップにて実施される処理内容の例を示す。リッジ平坦化時のレーザ照射条件パラメータを「リッジ平坦化条件のパラメータ」という。
【0154】
図２２のステップＳ８０において、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化条件のパラメータの読み込みを行う。例えば、レーザアニール制御部１８０は、リッジ平坦化処理を行う際の被照射物１９０上でのフルーエンスＦｒと、照射パルス数Ｎｒと、繰り返し周波数ｆｒと、パルス時間幅ΔＴｒと、の各データを読み込む。ここで照射パルス数Ｎｒは１以上の整数とする。レーザアニール制御部１８０はステップＳ８０の後、図１９のフローチャートに復帰する。
【0155】
図２３は、図１９のステップＳ２６に適用されるサブルーチンの例を示すフローチャートである。すなわち、図２３は、リッジ平坦化時の制御パラメータの計算と設定（１）のステップにて実施される処理内容の例を示す。図２３のステップＳ９０において、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化条件のフルーエンスＦｒとなるアッテネータ１３０の透過率Ｔｒを計算する。
【0156】
アッテネータ１３０の透過率Ｔｒは、式（２）から次式（７）によって求めることができる。
【0157】
Ｔｒ＝（Ｍ２／Ｔｐ）（Ｆｒ／Ｅｔ）（Ｂｘ・Ｂｙ） （７）
ステップＳ９２において、レーザアニール制御部１８０はアッテネータ１３０の透過率ＴをＴｒに設定する。すなわち、レーザアニール制御部１８０は、アッテネータ１３０の透過率ＴがＴｒとなるように、部分反射ミラー１３１及び１３２の角度を制御する。
ステップＳ９２において、レーザアニール制御部１８０はアッテネータ１３０の透過率ＴをＴｒに設定する。すなわち、レーザアニール制御部１８０は、アッテネータ１３０の透過率ＴがＴｒとなるように、部分反射ミラー１３１及び１３２の角度を制御する。
【0158】
ステップＳ９４において、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化時に被照射物１９０の表面をラインビームＬＢｒが移動する速度の絶対値Ｖｘｒを計算する。すなわち、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化時のＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度の絶対値Ｖｘｒを計算する。Ｖｘｒは次式（８）から計算できる。
【0159】
Ｖｘｒ＝ｆｒ・Ｂｘ／Ｎｒ （８）
ステップＳ９６において、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化時のパルス時間幅ΔＴｒに基づいてＯＰＳシステム３２を制御する。レーザアニール制御部１８０は、ＯＰＳシステム３２から出射されるパルスレーザ光のパルス時間幅が、リッジ平坦化時の条件として要求されているパルス時間幅ΔＴｒに近くなるようにＯＰＳシステム３２を制御する。図１７に示す構成の場合、レーザアニール制御部１８０は、光路上にウインドウ８０を配置するように光学素子切替ユニット８２を制御する。
ステップＳ９６において、レーザアニール制御部１８０はリッジ平坦化時のパルス時間幅ΔＴｒに基づいてＯＰＳシステム３２を制御する。レーザアニール制御部１８０は、ＯＰＳシステム３２から出射されるパルスレーザ光のパルス時間幅が、リッジ平坦化時の条件として要求されているパルス時間幅ΔＴｒに近くなるようにＯＰＳシステム３２を制御する。図１７に示す構成の場合、レーザアニール制御部１８０は、光路上にウインドウ８０を配置するように光学素子切替ユニット８２を制御する。
【0160】
【0161】
図２４は、図１９のステップＳ２８に適用されるサブルーチンの例を示すフローチャートである。すなわち、図２４は、リッジ平坦化時のビームスキャン照射にて実施される処理内容の例を示す。図２４のステップＳ１００において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸についての移動方向を規定するパラメータＸｒの値を「Ｘｒ＝－１」に設定する。「Ｘｒ＝－１」はＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸の「負の方向」に移動させることを表す。
【0162】
ステップＳ１０２において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度Ｖｘを計算する。Ｖｘは次の式（９）に従って決定される。
【0163】
Ｖｘ＝Ｘｒ・Ｖｘｒ （９）
ステップＳ１０４において、レーザアニール制御部１８０はステップＳ１０２の計算結果に従い、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度のパラメータＶｘをセットする。なお、実際には、ビームスキャンの移動距離に対応して、加速、等速直線運動、及び減速のそれぞれが所定の時間で行われるようにパラメータをセットする。ここでは、説明を簡単にするために、等速直線運動時の速度の絶対値がＶｘｒである場合を例示する。
ステップＳ１０４において、レーザアニール制御部１８０はステップＳ１０２の計算結果に従い、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動速度のパラメータＶｘをセットする。なお、実際には、ビームスキャンの移動距離に対応して、加速、等速直線運動、及び減速のそれぞれが所定の時間で行われるようにパラメータをセットする。ここでは、説明を簡単にするために、等速直線運動時の速度の絶対値がＶｘｒである場合を例示する。
【0164】
ステップＳ１０６において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２の移動開始信号を送信する。式（９）から定まるＶｘが負の場合は、ＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸の負の方向に移動させる。その結果、被照射物１９０の表面においてラインビームＬＢｒは被照射物１９０に対して相対的にＸ軸の正の方向に移動する。
【0165】
図２４のステップＳ１０８において、レーザアニール制御部１８０は繰り返し周波数ｆｒで発光トリガ信号を出力する。
【0166】
ステップＳ１１０において、レーザアニール制御部１８０はＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動が終了したか否かの判定を行う。レーザアニール制御部１８０は、図１８に示すスキャン照射終了位置ＳＰｒｅｎｄに到達したか否かを判定する。ステップＳ１１０の判定結果がＮｏ判定である場合、レーザアニール制御部１８０はステップＳ１０８に戻る。ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動が終了するまで、ステップＳ１０８～Ｓ１１０を繰り返す。レーザアニール制御部１８０からレーザ制御部３８に対し、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向への等速直線運動中に繰り返し周波数ｆｒで発光トリガ信号が出力される。これにより、パルスレーザ光は繰り返し周波数ｆｒで被照射物１９０のスキャン照射領域に照射される。
【0167】
ステップＳ１１０の判定結果がＹｅｓ判定である場合、すなわち、１つのスキャン照射領域に対するビームスキャン照射が完了して、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動が終了すると、レーザアニール制御部１８０はステップＳ１１２に進み、発光トリガ信号の出力を停止する。これにより、レーザ装置２０からのパルスレーザ光の出力が停止される。
【0168】
【0169】
４．７ 作用・効果
実施形態１に係るレーザアニールシステム１１によれば、ＯＰＳシステム３２を制御することによってレーザ装置１台でパルス時間幅の異なる２種類のパルスレーザ光を出力することができ、これら２種類のパルスレーザ光を用いてレーザアニールとリッジ平坦化を行うことが可能である。
実施形態１に係るレーザアニールシステム１１によれば、ＯＰＳシステム３２を制御することによってレーザ装置１台でパルス時間幅の異なる２種類のパルスレーザ光を出力することができ、これら２種類のパルスレーザ光を用いてレーザアニールとリッジ平坦化を行うことが可能である。
【0170】
実施形態１におけるレーザ装置２０は本開示における「レーザシステム」の一例である。マスターオシレータ３０は本開示における「レーザ発振器」の一例である。ＸＹＺ軸ステージ１７２は本開示における「移動機構」の一例である。レーザアニール制御部１８０は本開示における「制御部」の一例である。照射光学システム１１０の照明光学系１４０と投影光学系１５０とを含む光学系は本開示における「照射光学系」の一例である。光学素子切替ユニット８２のビームスプリッタ７０とウインドウ８０の各々は本開示における「光学素子」の一例である。投影光学系１５０は本開示における「転写光学系」の一例である。アモルファスシリコン膜２０２は本開示における「非晶質半導体」の一例である。レーザアニール用のラインビームＬＢａが照射されて多結晶化した領域は本開示における「半導体結晶の領域」の一例である。ポリシリコン膜２０４は本開示における「半導体結晶」及び「半導体結晶薄膜」の一例である。被照射物１９０に照射されるラインビームＬＢａは本開示における「第１のパルスレーザ光の照明パターン」の一例であり、被照射物１９０に照射されるラインビームＬＢｒは本開示における「第２のパルスレーザ光の照明パターン」の一例である。レーザアニール用のパルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴａは本開示における「第１のパルス時間幅」の一例である。リッジ平坦化用のパルスレーザ光のパルス時間幅ΔＴｒは本開示における「第２のパルス時間幅」の一例である。
【0171】
４．８ 変形例
（１）実施形態１ではＯＰＳシステム３２にＯＰＳ３３を１台のみ用いる場合を示したが、図５のように、ＯＰＳシステムは複数台の光学パルスストレッチャを含む構成であってもよい。この場合、ＯＰＳシステムに配置された複数台の光学パルスストレッチャのそれぞれに、光学素子切替ユニット８２と同様の光学素子切替ユニットを配置して光学素子の切替を制御してもよい。
（１）実施形態１ではＯＰＳシステム３２にＯＰＳ３３を１台のみ用いる場合を示したが、図５のように、ＯＰＳシステムは複数台の光学パルスストレッチャを含む構成であってもよい。この場合、ＯＰＳシステムに配置された複数台の光学パルスストレッチャのそれぞれに、光学素子切替ユニット８２と同様の光学素子切替ユニットを配置して光学素子の切替を制御してもよい。
【0172】
（２）実施形態１ではＯＰＳシステム３２をレーザ装置２０内に配置した例を示したが、ＯＰＳシステム３２はレーザアニール装置１００とレーザ装置２０の間の光路上に配置してもよい。
【0173】
（３）実施形態１ではマスク１４８の結像パターンを被照射物１９０上で移動させるビームスキャン照射を行うことによって、レーザアニールとリッジ平坦化を実施する方式を示したが、この例に限定されない。例えば、レーザアニール時に、レーザアニール時の照射条件でステップアンドリピート方式によってレーザ照射を行い、その後、リッジ平坦化時にリッジ平坦化時の照射条件でステップアンドリピート方式によりレーザ照射を行ってもよい。
【0174】
５．実施形態２
５．１ 構成
図２５は、実施形態２に係るレーザアニールシステム１２の構成を概略的に示す。図２５に示す構成について図１７との相違点を説明する。図２５に示すレーザアニールシステム１２は、図１７の光学素子切替ユニット８２に代えて、ＯＰＳ３３の遅延光路上に遅延光路を開閉するためのシャッタ８４が配置されている点で図１７の構成と異なる。他の構成は、図１７と同様である。レーザアニール制御部１８０は、レーザ制御部３８を介してシャッタ８４の開閉動作を制御する。
５．１ 構成
図２５は、実施形態２に係るレーザアニールシステム１２の構成を概略的に示す。図２５に示す構成について図１７との相違点を説明する。図２５に示すレーザアニールシステム１２は、図１７の光学素子切替ユニット８２に代えて、ＯＰＳ３３の遅延光路上に遅延光路を開閉するためのシャッタ８４が配置されている点で図１７の構成と異なる。他の構成は、図１７と同様である。レーザアニール制御部１８０は、レーザ制御部３８を介してシャッタ８４の開閉動作を制御する。
【0175】
ＯＰＳ３３のビームスプリッタ７０の反射率は５５％～６５％が好ましく、さらに好ましくは６０％である。
【0176】
５．２ 動作
レーザアニール制御部１８０は、シャッタ８４を動作させるための遅延光路開閉制御信号を出力する。レーザアニール制御部１８０から送信された遅延光路開閉制御信号は、レーザ制御部３８を介してシャッタ８４の駆動部に送られる。
レーザアニール制御部１８０は、シャッタ８４を動作させるための遅延光路開閉制御信号を出力する。レーザアニール制御部１８０から送信された遅延光路開閉制御信号は、レーザ制御部３８を介してシャッタ８４の駆動部に送られる。
【0177】
レーザアニール時は、レーザアニール制御部１８０からシャッタ８４を開状態にする制御信号が送信される。シャッタ８４を開状態にすると、ＯＰＳ３３によりパルスストレッチされたパルスレーザ光が被照射物１９０に照射される。ＯＰＳ３３によりパルスストレッチされたパルスレーザ光は本開示における「第１のパルスレーザ光」の一例である。
【0178】
リッジ平坦化時は、レーザアニール制御部１８０からシャッタ８４を閉状態にする制御信号が送信される。シャッタ８４を閉状態にすると、ＯＰＳ３３の遅延光路が遮光されるため、ＯＰＳ３３によりパルスストレッチされていないパルスレーザ光が被照射物１９０に照射される。ＯＰＳ３３によりパルスストレッチされていないパルスレーザ光、すなわち、シャッタ８４が閉状態である場合にビームスプリッタ７０を透過したパルスレーザ光は本開示における「第２のパルスレーザ光」の一例である。
【0179】
５．３ 作用・効果
実施形態２に係るレーザアニールシステム１２によれば、シャッタ８４の開閉動作のみの制御で、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光とを切り替えて照射することができる。
実施形態２に係るレーザアニールシステム１２によれば、シャッタ８４の開閉動作のみの制御で、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光とを切り替えて照射することができる。
【0180】
なお、リッジ平坦化時のフルーエンスＦｒは、レーザアニール時のフルーエンスＦａよりも小さいので（Ｆｒ＜Ｆａ）、シャッタ８４を閉じてもリッジ平坦化時の所望のフルーエンスＦｒで照射することができる。
【0181】
６．実施形態３
６．１ 構成
図２６は、実施形態３に係るレーザアニールシステム１３の構成を概略的に示す。図２６に示す構成について図１７との相違点を説明する。実施形態３に係るレーザアニールシステム１３は、レーザアニール用の第１のパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置２１と、リッジ平坦化用の第２のパルスレーザ光を出力する第２のレーザ装置２２と、第１の光路管２６と、第２の光路管２７と、を含む。第１のレーザ装置２１及び第１の光路管２６は、図１７で説明したレーザ装置２０及び光路管２５と同様の構成であってよい。第１の光路管２６は、第１のレーザ装置２１のレーザ光出射口とレーザアニール装置１００の第１のレーザ光入射口との間のレーザ光の光路上に配置される。
６．１ 構成
図２６は、実施形態３に係るレーザアニールシステム１３の構成を概略的に示す。図２６に示す構成について図１７との相違点を説明する。実施形態３に係るレーザアニールシステム１３は、レーザアニール用の第１のパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置２１と、リッジ平坦化用の第２のパルスレーザ光を出力する第２のレーザ装置２２と、第１の光路管２６と、第２の光路管２７と、を含む。第１のレーザ装置２１及び第１の光路管２６は、図１７で説明したレーザ装置２０及び光路管２５と同様の構成であってよい。第１の光路管２６は、第１のレーザ装置２１のレーザ光出射口とレーザアニール装置１００の第１のレーザ光入射口との間のレーザ光の光路上に配置される。
【0182】
第２のレーザ装置２２は、第１のレーザ装置２１から出力される第１のパルスレーザ光のパルス時間幅よりも短いパルス時間幅の第２のパルスレーザ光を出力する。第２のレーザ装置２２は、第１のレーザ装置２１の構成からＯＰＳシステム３２を削除した構成のレーザ装置であってよい。
【0183】
第２の光路管２７は、第２のレーザ装置２２のレーザ光出射口とレーザアニール装置１００の第２のレーザ光入射口との間のレーザ光の光路上に配置される。
【0184】
レーザアニールシステム１３の照射光学システム１１３は、図１７で説明した照射光学システム１１０の構成に加えて、リッジ平坦化用の第２のパルスレーザ光を被照射物１９０に照射するために、高反射ミラー３２１～３２３と、アッテネータ３３０と、照明光学系３４０と、が追加されている。
【0185】
高反射ミラー３２１は、第２の光路管２７を通過したレーザ光がアッテネータ３３０を通過して高反射ミラー３２２に入射するように配置される。
【0186】
アッテネータ３３０は、高反射ミラー３２１と高反射ミラー３２２の間の光路上に配置される。アッテネータ３３０は、２枚の部分反射ミラー３３１及び３３２と、それぞれの部分反射ミラー３３１、３３２の入射角度を可変する回転ステージ３３５及び３３６と、を含む。
【0187】
高反射ミラー３２２は、アッテネータ３３０を通過したレーザ光が高反射ミラー３２３に入射するように配置される。高反射ミラー３２３は、入射したパルスレーザ光を照明光学系３４０のフライアイレンズ３４５に入射するように配置される。
【0188】
照明光学系３４０は、フライアイレンズ３４５と、コンデンサレンズ３４６と、を含む。照明光学系３４０は、マスク１４８上における所定の照明領域を均一照明するための光学系であり、マスク１４８を矩形のビームでケーラ照明するように配置される。
【0189】
フライアイレンズ３４５は、例えば、フライアイレンズ３４５の焦点面とコンデンサレンズ３４６の前側焦点面とが一致するように配置され、コンデンサレンズ３４６は、コンデンサレンズ３４６の後側焦点面とマスク１４８の位置とが一致するように配置される。
【0190】
照明光学系１４０、及び投影光学系１５０を介して被照射物１９０の表面に照射されるレーザアニール用のラインビームＬＢａは、被照射物１９０の表面上においてＹ軸方向のビーム幅がＢｙａであり、Ｘ軸方向のビーム幅がＢｘａであるとする。また、照明光学系３４０、及び投影光学系１５０を介して被照射物１９０の表面に照射されるリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒは、被照射物１９０の表面上におけるＹ軸方向のビーム幅がＢｙｒであり、Ｘ軸方向のビーム幅がＢｘｒであるとする。そして、レーザアニール時の照射パルス数をＮａ、リッジ平坦化時の照射パルス数をＮｒとする。実施形態３の場合、ＢｙａとＢｙｒが同じであり（Ｂｙａ＝Ｂｙｒ）、ＢｘａとＢｘｒはＮａとＮｒの比となるように（Ｂｘａ：Ｂｘｒ＝Ｎａ：Ｎｒ）、照明光学系１４０と照明光学系３４０が構成されている。
【0191】
例えば、照明光学系１４０のフライアイレンズ１４５と照明光学系３４０のフライアイレンズ３４５のＹ軸方向のピッチ間隔は同じであって、Ｘ軸方向のピッチ間隔の比がＮａとＮｒの比と同じ構成とする。そして、照明光学系１４０及び照明光学系３４０のそれぞれのコンデンサレンズ１４６、３４６の焦点距離が同じであってもよい。
【0192】
６．２ 動作
第１のレーザ装置２１から出力されたパルスレーザ光を被照射物１９０に照射することによってレーザアニールを行う動作については図２で説明したレーザアニールシステム１０と同様である。レーザアニール制御部１８０は第２のレーザ装置２２の図示しないレーザ制御部との間で目標パルスエネルギ等の各種データや信号の送受信を行う。レーザアニール制御部１８０は第２のレーザ装置２２に発光トリガ信号Ｔｒ２を第１のレーザ装置２１の発光トリガＴｒ１と同期して送信する。
第１のレーザ装置２１から出力されたパルスレーザ光を被照射物１９０に照射することによってレーザアニールを行う動作については図２で説明したレーザアニールシステム１０と同様である。レーザアニール制御部１８０は第２のレーザ装置２２の図示しないレーザ制御部との間で目標パルスエネルギ等の各種データや信号の送受信を行う。レーザアニール制御部１８０は第２のレーザ装置２２に発光トリガ信号Ｔｒ２を第１のレーザ装置２１の発光トリガＴｒ１と同期して送信する。
【0193】
第２のレーザ装置２２ら出力されたパルスレーザ光は、第２の光路管２７を通過して高反射ミラー３２１で反射され、アッテネータ３３０に入射する。
【0194】
アッテネータ３３０を透過したパルスレーザ光は、高反射ミラー３２２及び３２３を介して照明光学系３４０に入射する。
【0195】
照明光学系３４０を透過したパルスレーザ光は、矩形のビーム形状であって光強度が均一化されたラインビームに整形されて、マスク１４８上に照射される。
【0196】
図２７は、マスク１４８のパターンとマスク１４８を照明するラインビームＬＢａｍ、ＬＢｒｍの関係の例を示す平面図である。図２７に示すように、レーザアニール用のラインビームＬＢａｍと、リッジ平坦化用のラインビームＬＢｒｍとがそれぞれマスク１４８上に照射される。
【0197】
レーザアニール制御部１８０は、被照射物１９０の表面上でのレーザアニール用のラインビームＬＢａのフルーエンスがＦａとなるように、アッテネータ１３０の透過率を制御する。また、レーザアニール制御部１８０は、被照射物１９０の表面上でのリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒのフルーエンスがＦｒとなるようにアッテネータ３３０の透過率を制御する。
【0198】
レーザアニール時のＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向への移動速度Ｖｘａは以下の式（１０）で求められる。
【0199】
Ｖｘａ＝ｆａ・Ｂｘａ／Ｎａ （１０）
リッジ平坦化時のＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向への移動速度Ｖｘｒは次式（１１）で表される。
リッジ平坦化時のＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向への移動速度Ｖｘｒは次式（１１）で表される。
【0200】
Ｖｘｒ＝ｆｒ・Ｂｘｒ／Ｎｒ （１１）
ここで、繰り返し周波数ｆａ＝ｆｒ、Ｒ＝Ｂｘａ／Ｂｘｒ＝Ｎａ／Ｎｒに設定することによって、Ｖｘａ＝Ｖｘｒとなる。
ここで、繰り返し周波数ｆａ＝ｆｒ、Ｒ＝Ｂｘａ／Ｂｘｒ＝Ｎａ／Ｎｒに設定することによって、Ｖｘａ＝Ｖｘｒとなる。
【0201】
図２８は、被照射物１９０に対するラインビームのスキャン照射の例を示す平面図である。被照射物１９０に対してレーザアニール用のラインビームＬＢａとリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒの２つのラインビームを、図２８に示すようにスキャン照射することによってレーザアニールとリッジ平坦化とを実施することができる。
【0202】
被照射物１９０の表面に照射されるレーザアニール用のラインビームＬＢａは、図２７で説明したマスク１４８のラインアンドスペースの結像パターンである。図２８に示すように、被照射物１９０の表面に照射されるレーザアニール用のラインビームＬＢａは、Ｘ軸方向のビーム幅がＢｘａ、Ｙ軸方向のビーム幅がＢｙａである。被照射物１９０の表面に照射されるリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒは、Ｘ軸方向のビーム幅がＢｘｒ、Ｙ軸方向のビーム幅がＢｙｒである。ここではＢｙａ＝Ｂｙｒである。
【0203】
２つのラインビームＬＢａ、ＬＢｒは、ＸＹＺ軸ステージ１７２の移動によって、被照射物１９０に対して相対的に移動する。ＸＹＺ軸ステージ１７２をＸ軸の正の方向に移動させることにより、ラインビームＬＢａ及びＬＢｒは、被照射物１９０の表面をＸ軸の負の方向（図２８において左方向）に移動する。レーザアニール用のラインビームＬＢａは、被照射物１９０に対してスキャン照射初期位置ＳＰａｉｎｉからスキャン照射終了位置ＳＰａｅｎｄまで移動する。リッジ平坦化用のラインビームＬＢｒは、レーザアニール用のラインビームＬＢａの移動の動きを追って、被照射物１９０に対してスキャン照射初期位置ＳＰｒｉｎｉからスキャン照射終了位置ＳＰｒｅｎｄまで移動する。
【0204】
図２８において、被照射物１９０の表面のうちラインビームＬＢａが通過していない領域、つまり、スキャン照射が行われていない領域は、未だレーザ光が照射されておらず、アモルファス（非晶質）の状態のままのアモルファス領域１９０ａである。被照射物１９０の表面のうちラインビームＬＢａが通過した領域は、結晶成長によりシリコンが多結晶化した結晶化領域１９０ｐとなる。被照射物１９０の表面のうちリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒが通過した領域は、リッジが平坦化されたリッジ平坦化領域１９０ｒとなる。被照射物１９０の表面のうちレーザアニール用のラインビームＬＢａが通過した領域であって、かつ、リッジ平坦化用のラインビームＬＢｒが通過していない領域は、リッジを含んだ状態のままの結晶化領域１９０ｐである。
【0205】
被照射物１９０に対するリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒの位置がスキャン照射終了位置ＳＰｒｅｎｄ（図２８参照）に到達したら、ＸＹＺ軸ステージ１７２の移動を停止させる。
【0206】
６．３ 作用・効果
実施形態３に係るレーザアニールシステム１３は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１１と比較して、以下の作用効果がある。
実施形態３に係るレーザアニールシステム１３は、実施形態１に係るレーザアニールシステム１１と比較して、以下の作用効果がある。
【0207】
［１］レーザアニール用とリッジ平坦化用の２つのラインビームをそれぞれ照明光学系１４０及び３４０によって整形し、Ｒ＝Ｂｘａ／Ｂｘｒ＝Ｎａ／Ｎｒに設定することによって、リッジ平坦化時のアッテネータ３３０の減光量を減らすことができる。これにより、パルスレーザ光の利用効率が改善される。
【0208】
［２］ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向について１回のスキャン照射の動作で、レーザアニールとリッジ平坦化とが可能となり、スループットが改善される。
【0209】
実施形態３における第１のレーザ装置２１と第２のレーザ装置２２の組み合わせは本開示における「レーザシステム」の一例である。
【0210】
７．実施形態４
７．１ 構成
図２９は、実施形態４に係るレーザアニールシステム１４の構成を概略的に示す。図２９に示す構成について図２６との相違点を説明する。図２９に示すレーザアニールシステム１４は、図２６における第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２に代えて、レーザ装置２３と分岐システム２５０とを含む。
７．１ 構成
図２９は、実施形態４に係るレーザアニールシステム１４の構成を概略的に示す。図２９に示す構成について図２６との相違点を説明する。図２９に示すレーザアニールシステム１４は、図２６における第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２に代えて、レーザ装置２３と分岐システム２５０とを含む。
【0211】
レーザ装置２３は、ＯＰＳシステムを含んでいないエキシマレーザ装置である。レーザ装置２３は、例えば、図２で説明したレーザ装置２０からＯＰＳシステム３２を削除した構成であってよく、マスターオシレータ３０とモニタモジュール３４とレーザ制御部３８とを備える。
【0212】
レーザ装置２３とレーザアニール装置１００の間の光路上に第３の光路管２８と分岐システム２５０と第１の光路管２６及び第２の光路管２７と、が配置される。第３の光路管２８は、レーザ装置２３のレーザ光出射口と分岐システム２５０のレーザ光入射口との間のレーザ光の光路上に配置される。
【0213】
分岐システム２５０は、ビームスプリッタ２５４と、ＯＰＳシステム３２と、高反射ミラー２５７と、を含む。
【0214】
ビームスプリッタ２５４は、レーザ装置２３とＯＰＳシステム３２との間のレーザ光の光路上に配置される。ビームスプリッタ２５４は、部分反射膜がコートされている。ビームスプリッタ２４５で反射された反射光は、高反射ミラー２５７と第２の光路管２７を介して、レーザアニール装置１００の高反射ミラー３２１に入射するように配置される。
【0215】
ビームスプリッタ２５４の反射率Ｒ４は、以下の式（１２）で計算される反射率に近い値である。
【0216】
Ｒ４＝Ｂｙ・Ｂｘａ・Ｆａ／（Ｂｙ・Ｂｘｒ・Ｆｒ）
＝（Ｂｘａ・Ｆａ）／（Ｂｘｒ・Ｆｒ） （１２）
ＯＰＳシステム３２は、ビームスプリッタ２５４の透過光の光路上であって、レーザアニール装置１００の高反射ミラー１２１とビームスプリッタ２５４との間に配置される。
＝（Ｂｘａ・Ｆａ）／（Ｂｘｒ・Ｆｒ） （１２）
ＯＰＳシステム３２は、ビームスプリッタ２５４の透過光の光路上であって、レーザアニール装置１００の高反射ミラー１２１とビームスプリッタ２５４との間に配置される。
【0217】
７．２ 動作
レーザアニール制御部１８０はレーザ装置２３に発光トリガ信号Ｔｒ３を送信する。レーザ装置２３から出力されたパルスレーザ光は分岐システム２５０に入射する。
レーザアニール制御部１８０はレーザ装置２３に発光トリガ信号Ｔｒ３を送信する。レーザ装置２３から出力されたパルスレーザ光は分岐システム２５０に入射する。
【0218】
ビームスプリッタ２５４によって反射されたパルスレーザ光はパルスストレッチされずに、高反射ミラー２５７と第２の光路管２７を通過して高反射ミラー３２１に入射する。高反射ミラー３２１で高反射されたパルスレーザ光はアッテネータ３３０に入射する。
【0219】
アッテネータ３３０を透過したパルスレーザ光は、高反射ミラー３２２及び３２３を介して照明光学系３４０に入射する。
【0220】
照明光学系３４０を透過したパルスレーザ光は、矩形のビーム形状であり、光強度が空間的に均一化されたラインビームに整形されて、リッジ平坦化用のラインビームＬＢｒｍとしてマスク１４８上に照射される。ラインビームＬＢｒｍとマスク１４８のパターンとの関係は図２７と同様である。
【0221】
一方、分岐システム２５０のビームスプリッタ２５４を透過したパルスレーザ光は、ＯＰＳシステム３２によってパルスストレッチされ、高反射ミラー１２１、アッテネータ１３０、高反射ミラー１２２及び１２３を介して、照明光学系１４０に入射する。
【0222】
照明光学系１４０を透過したパルスレーザ光は、矩形のビーム形状であり、光強度が空間的に均一化されたラインビームに整形されて、レーザアニール用のラインビームＬＢａｍとしてマスク１４８上に照射される。ラインビームＬＢａｍとマスク１４８のパターンとの関係は図２７と同様である。
【0223】
レーザアニールシステム１４において被照射物１９０に対するレーザアニール用及びリッジ平坦化用のスキャン照射の動作については、図２８で説明した実施形態３のスキャン照射の動作と同様である。
【0224】
７．３ 作用・効果
実施形態４に係るレーザアニールシステム１４は、図２６の実施形態３の構成に比べて、１台のレーザ装置２３で、レーザアニールとリッジ平坦化とが可能である。
実施形態４に係るレーザアニールシステム１４は、図２６の実施形態３の構成に比べて、１台のレーザ装置２３で、レーザアニールとリッジ平坦化とが可能である。
【0225】
また、実施形態４に係るレーザアニールシステム１４は、実施形態１（図１７）及び実施形態２（図２５）と比べて、ビームスプリッタ２５４の反射率Ｒ４を式（１２）の値に近い反射率とすることで、パルスレーザ光の利用効率が改善される。
【0226】
実施形態４におけるレーザ装置２３は本開示における「第３のレーザ装置」の一例である。レーザ装置２３と分岐システム２５０の組み合わせは本開示における「レーザシステム」の一例である。
【0227】
７．４ 変形例
（１）図２９に示す実施形態４では、分岐システム２５０をレーザアニール装置１００とレーザ装置２３の間に配置したが、この例に限定されることなく、例えば、分岐システム２５０を、レーザ装置２３内又はレーザアニール装置１００内に配置してもよい。
（１）図２９に示す実施形態４では、分岐システム２５０をレーザアニール装置１００とレーザ装置２３の間に配置したが、この例に限定されることなく、例えば、分岐システム２５０を、レーザ装置２３内又はレーザアニール装置１００内に配置してもよい。
【0228】
（２）レーザ装置２３のパルスレーザ光のパルスエネルギの制御範囲内であればアッテネータ３３０を配置しなくてもよい。
【0229】
８．実施形態５
８．１ 構成
図３０は、実施形態５に係るレーザアニールシステム１５の構成を概略的に示す。図３０に示す構成について図２９との相違点を説明する。図３０に示すレーザアニールシステム１５は、図２９におけるレーザ装置２３及び分岐システム２５０に代えて、レーザ装置２４及び偏光分岐システム２５１を含む。
８．１ 構成
図３０は、実施形態５に係るレーザアニールシステム１５の構成を概略的に示す。図３０に示す構成について図２９との相違点を説明する。図３０に示すレーザアニールシステム１５は、図２９におけるレーザ装置２３及び分岐システム２５０に代えて、レーザ装置２４及び偏光分岐システム２５１を含む。
【0230】
レーザ装置２４は、ＯＰＳシステムを含んでいないエキシマレーザ装置であって、ＸＺ平面に対して直交する直線偏光のパルスレーザ光を出力するレーザ装置である。
【0231】
レーザ装置２４の光共振器中の図示しない２枚のウインドウをブリュースタ角で配置し、ＸＺ平面に対して直交する偏光がＰ偏光となるように配置してもよい。
【0232】
【0233】
偏光分岐システム２５１は、リターダ２５５と、ＯＰＳシステム３２と、を含む。リターダ２５５は、ＯＰＳシステム３２とレーザ装置２４の間の光路上に配置される。
【0234】
リターダ２５５はλ／２板であって、リターダ２５５の材料は例えば水晶、ＭｇＦ２結晶又はサファイヤ結晶である。リターダ２５５は、リターダ２５５の光学軸とリターダ２５５に入射するパルスレーザ光の偏光面とのなす角度θを回転させる回転ステージ２５６をさらに含む。
【0235】
ＯＰＳシステム３２は、レーザ装置２４とレーザアニール装置１００との間のレーザ光の光路上に配置される。ＯＰＳシステム３２に配置されるビームスプリッタ７０Ｐは、Ｓ偏光成分が部分反射し、Ｐ偏光成分が高透過する膜がコートされ、ＸＺ平面と直交する偏光成分がＳ偏光となるように配置される。
【0236】
照射光学システム１１４は、図２９の高反射ミラー１２１及び３２１が削除され、代わりに、偏光ビームスプリッタ３２４と、高反射ミラー３２５とが追加されている。
【0237】
偏光ビームスプリッタ３２４は、ＸＺ平面に対して直交する偏光面のパルスレーザ光がＳ偏光となり、アッテネータ１３０に入射するように配置される。偏光ビームスプリッタ３２４は、Ｓ偏光を高反射し、Ｐ偏光を高透過する膜がコートされている。
【0238】
高反射ミラー３２５は、偏光ビームスプリッタ３２４の透過光を反射して、この反射光がアッテネータ３３０に入射するように配置される。
【0239】
８．２ 動作
レーザ装置２４からＸＺ平面に対して直交する偏光面のパルスレーザ光が出力される。レーザ装置２４から出力されたパルスレーザ光はリターダ２５５に入射する。
レーザ装置２４からＸＺ平面に対して直交する偏光面のパルスレーザ光が出力される。レーザ装置２４から出力されたパルスレーザ光はリターダ２５５に入射する。
【0240】
リターダ２５５によって、パルスレーザ光の偏光面は２θ回転する。偏光面が回転したパルスレーザ光はビームスプリッタ７０ｐに入射する。
【0241】
ＸＺ平面に対して直交する偏光成分のパルスレーザ光の一部は、ＯＰＳシステム３２のビームスプリッタ７０ｐで反射し、他の一部はビームスプリッタ７０ｐを透過するため、ＯＰＳシステム３２によってパルスストレッチされる。
【0242】
一方、ＸＺ平面を含む偏光成分のパルスレーザ光は、ビームスプリッタ７０ｐを高透過し、パルスストレッチされない。
【0243】
ＯＰＳシステム３２を通過したパルスレーザ光は、照射光学システム１１４の偏光ビームスプリッタ３２４に入射する。ＯＰＳシステム３２によってパルスストレッチされたＸＺ平面に対して直交する偏光成分は、偏光ビームスプリッタ３２４によって高反射され、アッテネータ１３０、高反射ミラー１２２及び１２３を介して照明光学系１４０に入射する。
【0244】
照明光学系１４０を透過したパルスレーザ光は、矩形で強度分布が均一化されたラインビームに整形されて、レーザアニール用としてマスク１４８上に照射される。
【0245】
一方、ＯＰＳシステム３２によってパルスストレッチされなかったＸＺ平面を含む偏光成分は、偏光ビームスプリッタ３２４によって高透過され、高反射ミラー３２５、アッテネータ３３０、高反射ミラー３２２及び３２３を介して照明光学系３４０に入射する。
【0246】
照明光学系３４０を透過したパルスレーザ光は、矩形で強度分布が均一化されたラインビームに整形されて、リッジ平坦化用としてマスク１４８上に照射される。
【0247】
マスク１４８を透過したレーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光とを投影光学系１５０を介して被照射物１９０に照射させる動作は、実施形態４と同様である。
【0248】
レーザアニール制御部１８０は、リターダ２５５を透過したパルスレーザ光のＸＺ平面に直交する偏光成分のパルスレーザ光のパルスエネルギＥａとＸＺ平面を含む偏光成分のパルスレーザ光のパルスエネルギＥｂの比Ｒａｂが次式（１３）の関係となるように、リターダ２５５を回転させる。
【0249】
Ｒａｂ＝Ｅａ／Ｅｂ＝Ｂｙ・Ｂｘａ・Ｆａ／（Ｂｙ・Ｂｘｒ・Ｆr）
＝（Ｂｘａ・Ｆａ）／（Ｂｘｒ・Ｆｒ） （１３）
８．３ 作用・効果
図３０に示す実施形態５は、図２６の実施形態３に比べて、１台のレーザ装置でレーザアニールとリッジ平坦化が可能である。
＝（Ｂｘａ・Ｆａ）／（Ｂｘｒ・Ｆｒ） （１３）
８．３ 作用・効果
図３０に示す実施形態５は、図２６の実施形態３に比べて、１台のレーザ装置でレーザアニールとリッジ平坦化が可能である。
【0250】
図３０に示す実施形態５は、図２６の実施形態３に比べて、リターダ２５５の光学軸を回転させることによって、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光の割合を調節することにより、パルスレーザ光の利用効率が改善される。
【0251】
また、レーザアニール時とリッジ平坦化時の照射条件が変更される場合にも、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光の割合を調節することによってパルスレーザ光の利用効率の最適化を行うことができる。
【0252】
実施形態５におけるレーザ装置２４と偏光分岐システム２５１の組み合わせは本開示における「レーザシステム」の一例である。レーザ装置２４は本開示における「第４のレーザ装置」の一例である。ＸＺ平面に対して直交する偏光成分は本開示における「第１の偏光成分」の一例である。ＸＺ平面を含む偏光成分は本開示における「第２の偏光成分」の一例である。
【0253】
８．４ 変形例
［１］実施形態５では、偏光分岐システム２５１をレーザアニール装置１００とレーザ装置２４の間に配置したが、この例に限定されることなく、例えば、偏光分岐システム２５１をレーザ装置２４内又はレーザアニール装置１００内に配置してもよい。
［１］実施形態５では、偏光分岐システム２５１をレーザアニール装置１００とレーザ装置２４の間に配置したが、この例に限定されることなく、例えば、偏光分岐システム２５１をレーザ装置２４内又はレーザアニール装置１００内に配置してもよい。
【0254】
［２］レーザ装置２４のパルスレーザ光のパルスエネルギの制御範囲内であればアッテネータ３３０を配置しなくてもよい。
【0255】
［３］リターダ２５５の回転角度を調節することによって、パルスレーザ光のＸＺ平面に直交する偏光成分のパルスレーザ光のパルスエネルギＥａとＸＺ平面を含む偏光成分のパルスレーザ光のパルスエネルギＥｂの比Ｒａｂを調整できるため、アッテネータ１３０、３３０のうちの少なくとも一方を省略する構成も可能である。
【0256】
９．実施形態６
９．１ 構成
図３１は、実施形態６に係るレーザアニールシステム１６の構成を概略的に示す。実施形態６では、投影光学系１５１を用いて、被照射物１９０上のＴＦＴを形成する領域部分を局所的にレーザアニールする場合の例を示す。図３１に示す構成について図２６との相違点を説明する。
９．１ 構成
図３１は、実施形態６に係るレーザアニールシステム１６の構成を概略的に示す。実施形態６では、投影光学系１５１を用いて、被照射物１９０上のＴＦＴを形成する領域部分を局所的にレーザアニールする場合の例を示す。図３１に示す構成について図２６との相違点を説明する。
【0257】
図３１に示すレーザアニールシステム１６の照射光学システム１１５は、図２６の照明光学系１４０、３４０に代えて、照明光学系１４１、３４１を含む。また、レーザアニールシステム１６は、図２６のマスク１４８及び投影光学系１５０に代えて、マスク１４９及び投影光学系１５１を含む。
【0258】
第１のレーザ装置２１から出力されるレーザアニール用の第１のパルスレーザ光は、高反射ミラー１２１、アッテネータ１３０、高反射ミラー１２２及び１２３を介して照明光学系１４１に入射する。
【0259】
第２のレーザ装置２２から出力されるリッジ平坦化用の第２のパルスレーザ光は、高反射ミラー３２１、アッテネータ３３０、高反射ミラー３２２及び３２３を介して照明光学系３４１に入射する。
【0260】
照明光学系１４１、３４１の各々は、マスク１４８上における所定の照明領域を均一照明するための光学系であり、マスク１４９を矩形のビームでケーラ照明するように配置される。
【0261】
図３２は、マスク１４９とマスク１４９に対するビームの照射領域の例を示す。図３２に示すように、マスク１４９は、複数のＴＦＴを形成するための複数のパターン領域１４９ｐａと、遮蔽領域１４９ｓｈと、を含む。複数のパターン領域１４９ｐａの各々は、結晶成長を促進する同じ微細パターンが形成されている（図３３参照）。
【0262】
図３２には、照明光学系１４１による均一照明領域ＬＢ１ｍと、照明光学系３４１による均一照明領域ＬＢ２ｍとが示されている。均一照明領域ＬＢ１ｍは、レーザアニール用の均一ビームの照明領域である。均一照明領域ＬＢ２ｍは、リッジ平坦化用の均一ビームの照射領域である。
【0263】
照明光学系１４１による均一照明領域ＬＢ１ｍ内のＸ軸方向のパターン領域１４９ｐａの数は、レーザアニール時の照射パルス数Ｎａに対応する数である。照明光学系３４１による均一照明領域ＬＢ２ｍ内のＸ軸方向のパターン領域１４９ｐａの数は、リッジ平坦化時の照射パルス数Ｎｒに対応する数である。
【0264】
図３２では簡単のために、Ｎａ＝４、Ｎｒ＝３の場合の例を示す。なお、例えば、Ｎａ＝２０、Ｎｒ＝１０の場合は、マスク１４９に配列されるＸ軸方向のパターン領域１４９ｐａの数を３０個として、照明光学系１４１による均一照明領域ＬＢ１ｍ内のＸ軸方向のパターン領域１４９ｐａの数を２０個、照明光学系３４１による均一照明領域ＬＢ２ｍ内のＸ軸方向のパターン領域１４９ｐａの数を２０個とすればよい。
【0265】
なお、照明光学系１４１による均一照明領域ＬＢ１ｍと、照明光学系３４１による均一照明領域ＬＢ２ｍのそれぞれの領域内におけるＹ軸方向のパターン領域１４９ｐａの数は同じ数である。図３２では、Ｙ軸方向のパターン領域１４９ｐａの数が５個の場合を示すが、この例に限定されることなく、レーザアニール時のフルーエンスが維持可能な数であればよい。
【0266】
図３３は、パターン領域１４９ｐａに形成されている微細パターンの例を示す拡大図である。この微細パターンは、図３３に示すようなライン部１４９Ｌとスペース部１４９Ｓとが交互に並ぶラインアンドスペースパターンであってもよい。
【0267】
パターン領域１４９ｐａに形成されている微細パターンは、レーザアニールによって微細パターンに応じた結晶核を形成し、結晶が成長する微細パターンであればよい。例えば、Ｘ軸方向とＹ軸方向にそれぞれ同じピッチ間隔で配列されたドットが形成された微細パターンであってもよい。
【0268】
図３１に示す投影光学系１５０は、マスク１４９の各パターン領域１４９ｐａの微細パターンを被照射物１９０上のアモルファスシリコン上のＴＦＴの形成領域に結像させるように配置される。この場合、パターン領域１４９ｐａの微細パターンが被照射物１９０上に投影される。
【0269】
９．２ 動作
レーザアニール制御部１８０は、レーザアニール用のパルスレーザ光のフルーエンスがＦａとなるように、第１のレーザ装置２１とアッテネータ１３０を制御する。また、レーザアニール制御部１８０は、リッジ平坦化用のパルスレーザ光のフルーエンスがＦｒとなるように、第２のレーザ装置２２とアッテネータ３３０を制御する。
レーザアニール制御部１８０は、レーザアニール用のパルスレーザ光のフルーエンスがＦａとなるように、第１のレーザ装置２１とアッテネータ１３０を制御する。また、レーザアニール制御部１８０は、リッジ平坦化用のパルスレーザ光のフルーエンスがＦｒとなるように、第２のレーザ装置２２とアッテネータ３３０を制御する。
【0270】
レーザアニール制御部１８０は、以下の式（１４）が成立するように、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の速度Ｖｘを計算する。
【0271】
Ｖｘ＝ｐ・ｆ （１４）
ここで、ｐは被照射物１９０上におけるＴＦＴ形成領域のＸ軸方向の間隔である（図３４参照）。ｆは第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２の繰り返し周波数である。ここでは、第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２の繰り返し周波数をそれぞれ同じｆとする。
ここで、ｐは被照射物１９０上におけるＴＦＴ形成領域のＸ軸方向の間隔である（図３４参照）。ｆは第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２の繰り返し周波数である。ここでは、第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２の繰り返し周波数をそれぞれ同じｆとする。
【0272】
レーザアニール制御部１８０は、ＸＹＺ軸ステージ１７２が速度Ｖｘで等速直線運動をするようにＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の速度を設定する。
【0273】
図３４は、実施形態６に係るレーザアニールシステム１６の動作の説明図である。レーザアニール制御部１８０は、被照射物１９０の表面上のＴＦＴ形成領域に各パターン転写像が到達した時にレーザ光が照射されるように、発光トリガ信号Ｔｒ１及びＴｒ２を同期させて、それぞれの第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２に送信する。
【0274】
第１のレーザ装置２１から出力されたレーザアニール用のパルスストレッチされたパルスレーザ光が、フルーエンスＦａ、照射パルス数Ｎａ、及び繰り返し周波数ｆの照射条件で、被照射物１９０表面上のそれぞれのＴＦＴ形成領域に照射される。その結果、ＴＦＴ形成領域のアモルファスシリコンがレーザアニールされ、結晶成長し、リッジが形成される。
【0275】
その後、それぞれの結晶化したポリシリコンのＴＦＴ形成領域に対して、第２のレーザ装置２２から出力されたリッジ平坦化用のパルスレーザ光（パルスストレッチされないパルスレーザ光）が、フルーエンスＦｒ、照射パルス数Ｎｒ、及び繰り返し周波数ｆの照射条件で照射され、リッジが平坦化される。
【0276】
図３４において、５行１０列の配列によって並ぶ５０個の四角形領域の各々は、ＴＦＴが形成されるＴＦＴ形成領域を示している。図３４の右から左に向かってレーザアニール用の転写パターン像のビームと、リッジ平坦化用の転写パターン像のビームとが照射される。
【0277】
図３４における左から４列分の５×４＝２０個の四角形領域の各々はレーザアニール用パルス照射部を表す。レーザアニール用パルス照射部は、レーザアニール用のパルスレーザ光が照射され、アモルファスシリコンが結晶成長してリッジが形成される。左から第１列目の各四角形領域はレーザアニール用のパルス照射が１回だけ行われたＴＦＴ形成領域を表す。左から第２列目の各四角形領域はレーザアニール用のパルス照射が２回行われたＴＦＴ形成領域を表す。第３列目は３回、第４列目は４回のパルス照射が行われたＴＦＴ形成領域を表す。
【0278】
レーザアニール時の照射パルス数ＮａがＮａ＝４に設定される場合、１つの（同じ）ＴＦＴ形成領域に対してレーザアニール用のパルスレーザ光のパルス照射が４回実施される。
【0279】
図３４における左から第５列、第６列及び第７列の３列分の５×３＝１５個の四角形領域は、リッジ平坦化用パルス照射部を表す。リッジ平坦化用パルス照射部は、先行するレーザアニール用のパルス照射（照射パルス数Ｎａ）によって結晶化した領域であり、リッジ平坦化用のパルスレーザ光が照射され、リッジが部分溶融してリッジが平坦化される。
【0280】
第５列目のＴＦＴ形成領域は、リッジ平坦化用のパルスレーザ光のパルス照射の回数が１回目の領域である。第６列目のＴＦＴ形成領域はリッジ平坦化用のパルス照射が２回行われたＴＦＴ形成領域を表す。第７列目のＴＦＴ形成領域はリッジ平坦化用のパルス照射が３回行われたＴＦＴ形成領域を表す。リッジ平坦化時の照射パルス数ＮｒがＮｒ＝３である場合、１つの（同じ）ＴＦＴ形成領域に対してリッジ平坦化用のパルスレーザ光のパルス照射が３回実施される。
【0281】
図３４における右から３列分の５×３＝１５個のＴＦＴ形成領域は、レーザアニール用のパルス照射をＮａ回実施した後にリッジ平坦化用のパルス照射をＮｒ回実施済みのＴＦＴ形成領域を表す。
【0282】
なお、図３４においてＴＦＴ形成領域以外の領域は、レーザ光が照射されないアモルファス部である。
【0283】
９．３ 作用・効果
実施形態６は、図１７で説明した実施形態１に比べて次の作用効果がある。すなわち、投影光学系１５１によって被照射物１９０上のＴＦＴ形成領域にマスクパターンを縮小して転写結像させて、レーザアニール用パルスレーザ光とリッジ平坦化用パルスレーザ光を照射できるので、パルスレーザ光の利用効率が高くなる。
実施形態６は、図１７で説明した実施形態１に比べて次の作用効果がある。すなわち、投影光学系１５１によって被照射物１９０上のＴＦＴ形成領域にマスクパターンを縮小して転写結像させて、レーザアニール用パルスレーザ光とリッジ平坦化用パルスレーザ光を照射できるので、パルスレーザ光の利用効率が高くなる。
【0284】
９．４ 変形例
［１］実施形態６では、レーザアニール用のパルス時間幅が長いパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置２１とリッジ平坦化用のパルス時間幅が短いパルスレーザ光を出力する第２のレーザ装置２２の２台を使用する構成を示しているが、この例に限定されない。例えば、図３１の第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２に代えて、図２９のレーザ装置２３と分岐システム２５０を配置する構成、又は図３０のように、レーザ装置２４と偏光分岐システム２５１を配置する構成を採用して、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光とに分けて照射してもよい。
［１］実施形態６では、レーザアニール用のパルス時間幅が長いパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置２１とリッジ平坦化用のパルス時間幅が短いパルスレーザ光を出力する第２のレーザ装置２２の２台を使用する構成を示しているが、この例に限定されない。例えば、図３１の第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２に代えて、図２９のレーザ装置２３と分岐システム２５０を配置する構成、又は図３０のように、レーザ装置２４と偏光分岐システム２５１を配置する構成を採用して、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光とに分けて照射してもよい。
【0285】
［２］実施形態６ではマスク１４９の投影光学系１５１として、１つの投影光学系１５１で複数のパターン領域１４９ｐａをＴＦＴ形成領域に転写結像させたが、この例に限定されない。例えば、投影光学系は、複数の投影光学系を含み、１つのパターン領域に対して、１つの像をそれぞれ転写結像させる投影光学系であってもよいし、レーザアニール用の投影光学系とリッジ平坦化用の投影光学系とを含んでもよい。
【0286】
１０．実施形態７
１０．１ 構成
図３５は、実施形態７に係るレーザアニールシステム１７の構成を概略的に示す。図３５の構成について図２６との相違点を説明する。図３５に示すレーザアニールシステム１７は、投影光学系１５０を有していない点で図２６の形態と相違する。また、レーザアニールシステム１７の照射光学システム１１６は、図２６の照明光学系１４０及び照明光学系３４０に代えて、照明光学系１４２及び照明光学系３４２を含む。図３５に示すマスク１４８は、被照射物１９０の表面に近接配置される。マスク１４８と被照射物１９０との間の距離は、例えば、０．２ｍｍ～０．５ｍｍの範囲の距離であってよい。
１０．１ 構成
図３５は、実施形態７に係るレーザアニールシステム１７の構成を概略的に示す。図３５の構成について図２６との相違点を説明する。図３５に示すレーザアニールシステム１７は、投影光学系１５０を有していない点で図２６の形態と相違する。また、レーザアニールシステム１７の照射光学システム１１６は、図２６の照明光学系１４０及び照明光学系３４０に代えて、照明光学系１４２及び照明光学系３４２を含む。図３５に示すマスク１４８は、被照射物１９０の表面に近接配置される。マスク１４８と被照射物１９０との間の距離は、例えば、０．２ｍｍ～０．５ｍｍの範囲の距離であってよい。
【0287】
照明光学系１４２は、マスク１４８を介して被照射物１９０の表面上をラインビームで均一照明する。照明光学系１４２によって被照射物１９０に照射されるラインビームは、レーザアニール用として使用される。
【0288】
照明光学系３４２は、マスク１４８を介して被照射物１９０の表面上をラインビームで均一照明する。照明光学系３４２によって被照射物１９０に照射されるラインビームは、リッジ平坦化用として使用される。
【0289】
１０．２ 動作
レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光は、被照射物１９０に対して近接配置されたマスク１４８を透過し、被照射物１９０上にマスクパターンに近いパターンのパルスレーザ光が照射される。
レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光は、被照射物１９０に対して近接配置されたマスク１４８を透過し、被照射物１９０上にマスクパターンに近いパターンのパルスレーザ光が照射される。
【0290】
１０．３ 作用・効果
実施形態７によれば、投影光学系を省略することができ、実施形態３と比較して、システム構成を簡略化できる。
実施形態７によれば、投影光学系を省略することができ、実施形態３と比較して、システム構成を簡略化できる。
【0291】
１０．４ 変形例
［１］実施形態７では、レーザアニール用のパルス時間幅が長いパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置２１とリッジ平坦化用のパルス時間幅が短いパルスレーザ光を出力する第２のレーザ装置２２の２台を使用する構成を示しているが、この例に限定されない。例えば、図３５の第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２に代えて、図２９のレーザ装置２３と分岐システム２５０を配置する構成、又は図３０のように、レーザ装置２４と偏光分岐システム２５１を配置する構成を採用して、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光とに分けて照射してもよい。
［１］実施形態７では、レーザアニール用のパルス時間幅が長いパルスレーザ光を出力する第１のレーザ装置２１とリッジ平坦化用のパルス時間幅が短いパルスレーザ光を出力する第２のレーザ装置２２の２台を使用する構成を示しているが、この例に限定されない。例えば、図３５の第１のレーザ装置２１及び第２のレーザ装置２２に代えて、図２９のレーザ装置２３と分岐システム２５０を配置する構成、又は図３０のように、レーザ装置２４と偏光分岐システム２５１を配置する構成を採用して、レーザアニール用のパルスレーザ光とリッジ平坦化用のパルスレーザ光とに分けて照射してもよい。
【0292】
【0293】
図３６に示すレーザアニールシステム１８は、図２６の照射光学システム１１３に代えて照射光学システム１１７を含む。照射光学システム１１７は、図２６における高反射ミラー１２３及び３２３、照明光学系１４０及び３４０が削除されており、これら光学系の代わりに、照明光学系システム３６０を含む。
【0294】
照明光学系システム３６０は、フライアイレンズ３６１及び３６２と、高反射ミラー３６５及び３６６と、コンデンサレンズ３６８と、を含む。
【0295】
フライアイレンズ３６１と高反射ミラー３６５は、レーザアニール用のパルスレーザ光の光路上に配置される。フライアイレンズ３６１は、高反射ミラー１２２から出射されたレーザアニール用のパルスレーザ光がフライアイレンズ３６１に入射するように配置される。
【0296】
フライアイレンズ３６２と高反射ミラー３６６は、リッジ平坦化用のパルスレーザ光の光路上に配置される。フライアイレンズ３６２は、高反射ミラー３２２から出射されたリッジ平坦化用のパルスレーザ光がフライアイレンズ３６２に入射するように配置される。高反射ミラー３６６は、フライアイレンズ３６２を透過したパルスレーザ光の中心軸が、コンデンサレンズ３６８に対して、図示のように垂直に入射するように配置される。
【0297】
一方、レーザアニール用のパルスレーザ光の光路に配置される高反射ミラー３６５は、フライアイレンズ３６１を透過したパルスレーザ光の中心軸が、コンデンサレンズ３６８に対して、図示のように斜めに入射するように配置される。
【0298】
１１．２ 動作
高反射ミラー３６５の反射角度を調節することにより、被照射物１９０の表面上においてレーザアニール用のラインビームＬＢａが照射される位置を調節することができる。すなわち、高反射ミラー３６５の反射角度の調節によって、被照射物１９０の表面上におけるレーザアニール用のラインビームＬＢａとリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒの相対的な位置関係を調節することができる。
高反射ミラー３６５の反射角度を調節することにより、被照射物１９０の表面上においてレーザアニール用のラインビームＬＢａが照射される位置を調節することができる。すなわち、高反射ミラー３６５の反射角度の調節によって、被照射物１９０の表面上におけるレーザアニール用のラインビームＬＢａとリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒの相対的な位置関係を調節することができる。
【0299】
高反射ミラー３６５の反射角度は、被照射物１９０の表面上においてレーザアニール用のラインビームＬＢａの近傍にリッジ平坦化用のラインビームＬＢｒが配置されるように調節される。
【0300】
１１．３ 作用・効果
高反射ミラー３６５の角度を調節することによって、レーザアニール用のラインビームの隣にリッジ平坦化用のラインビームを近接配置することができる。その結果、Ｘ軸方向の移動距離を短くでき、スループットが改善される。
高反射ミラー３６５の角度を調節することによって、レーザアニール用のラインビームの隣にリッジ平坦化用のラインビームを近接配置することができる。その結果、Ｘ軸方向の移動距離を短くでき、スループットが改善される。
【0301】
１１．４ 変形例
「１」高反射ミラー３６５の角度の調節に代えて、又はこれに加えて、高反射ミラー３６６の角度を調節することによって、被照射物１９０の表面上におけるリッジ平坦化用のラインビームの配置位置を調節してもよい。
「１」高反射ミラー３６５の角度の調節に代えて、又はこれに加えて、高反射ミラー３６６の角度を調節することによって、被照射物１９０の表面上におけるリッジ平坦化用のラインビームの配置位置を調節してもよい。
【0302】
［２］高反射ミラー３６５に、Ｙ軸を中心にチルト回転させるチルト回転ステージを付けて、ＸＹＺ軸ステージ１７２のＸ軸方向の移動方向に応じてレーザアニール用のラインビームの位置を制御してもよい。
【0303】
【0304】
１２．その他
上述した各実施形態及び変形例で説明した技術事項は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
上述した各実施形態及び変形例で説明した技術事項は、可能な範囲で適宜組み合わせてもよい。
【0305】
本開示の半導体結晶薄膜の製造方法により製造される半導体薄膜を用いて、ＴＦＴに代表される半導体素子を含む電子デバイスを製造することができる。
【0306】
上記の説明は、制限ではなく単なる例示を意図している。したがって、特許請求の範囲を逸脱することなく本開示の実施形態に変更を加えることができることは、当業者には明らかである。また、本開示の実施形態を組み合わせて使用することも当業者には明らかである。
【0307】
本明細書及び特許請求の範囲全体で使用される用語は、明記が無い限り「限定的でない」用語と解釈されるべきである。例えば、「含む」又は「含まれる」という用語は、「含まれるものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。「有する」という用語は、「有するものとして記載されたものに限定されない」と解釈されるべきである。また、不定冠詞「１つの」は、「少なくとも１つ」又は「１又はそれ以上」を意味すると解釈されるべきである。また、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」という用語は、「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」「Ａ＋Ｂ」「Ａ＋Ｃ」「Ｂ＋Ｃ」又は「Ａ＋Ｂ＋Ｃ」と解釈されるべきである。さらに、それらと「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」以外のものとの組み合わせも含むと解釈されるべきである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【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】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】