JP2001127003A - レーザ照射装置 - Google Patents

レーザ照射装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 YAGレーザを光源とする線状レーザビームに
よる非単結晶珪素膜のアニールにおいて、線状レーザビ
ーム内に起こる光干渉に起因するエネルギーの不均一が
該珪素膜に反映しないようにする。 【解決手段】 レーザビームは、階段状のミラー６０４
により、互いに前記レーザビームのコヒーレント長以上
の光路差を持つレーザビームに分割される。分割された
レーザビームはシリンドリカルアレイレンズ６０５、シ
リンドリカルレンズ６０６の作用により、照射面６１１
にて１つにまとめられ、線状レーザビームの長さ方向の
均一化と長さが決定される。一方、シリンドリカルアレ
イレンズ６０７で分割されたレーザビームはシリンドリ
カルレンズ６０８とダブレットシリンドリカルレンズ６
０９により照射面６１１にて１つにまとめられ線状レー
ザビームの幅方向の均一化と幅が決定される。階段状の
ミラー６０４の作用より、線状レーザビーム内の、線状
レーザビームの幅方向に平行な干渉縞が消える。この線
状レーザビームを幅方向にずらしながらアニールされた
珪素膜は、従来と比較し均一性が著しく向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は薄膜で構成された
回路を有する半導体装置を作製するための装置に関す
る。例えば液晶表示装置に代表される電気光学装置、及
び電気光学装置を部品として搭載した電気機器を作製す
る装置に関する。なお、本明細書中において半導体装置
とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般
を指し、上記電気光学装置および電気機器も半導体装置
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上に形成され
た非晶質半導体膜や結晶性半導体膜（単結晶でない、多
結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）、即ち非単
結晶半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化
させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されて
いる。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。
【０００３】ガラス基板は、従来よく使用されてきた石
英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基
板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研
究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザ
が使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからであ
る。レーザは基板の温度をあまり上昇させずに非単結晶
膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００４】結晶性珪素膜は多くの結晶粒からできてい
るため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜と呼ば
れる。レーザアニールを施して形成された結晶性珪素膜
は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜を用い
て薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、一枚
のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のＴＦＴを
作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛ん
に利用されている。
【０００５】また、出力の大きい、エキシマレーザ等の
パルス発振のレーザビームを、被照射面において、数ｃ
ｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状とな
るように光学系にて加工し、レーザビームを走査させて
（あるいはレーザビームの照射位置を被照射面に対し相
対的に移動させて）、レーザアニールを行う方法が、量
産性が高く工業的に優れているため、好んで用いられて
いる。
【０００６】特に、線状レーザビームを用いると、前後
左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた
場合とは異なり、線状レーザビームの線方向に直角な方
向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射する
ことができるため、高い量産性が得られる。線方向に直
角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方
向であるからである。この高い量産性により、現在レー
ザアニールにはパルス発振のエキシマレーザから出るレ
ーザビームを適当な光学系で加工した線状レーザビーム
を使用することが主流になりつつある。
【０００７】図１に、照射面においてレーザビームの断
面形状を線状に加工するための光学系の構成の例を示
す。この構成は、レーザビームの断面形状を線状に変換
するだけでなく、同時に、照射面におけるレーザビーム
のエネルギー均質化を果たすものである。一般にビーム
のエネルギーの均質化を行う光学系を、ビームホモジナ
イザと呼ぶ。
【０００８】紫外光であるエキシマレーザを光源に使用
するならば、上記光学系の母材は例えばすべて石英とす
るとよい。なぜならば、高い透過率が得られるからであ
る。また、コーティングは、使用するエキシマレーザの
波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用す
るとよい。
【０００９】まず、図１の側面図について説明する。レ
ーザ発振器１０１から出たレーザビームは、シリンドリ
カルレンズアレイ１０２aと１０２bにより、レーザビー
ムの進行方向に対して直角な方向に分割される。該方向
を本明細書中では、縦方向と呼ぶことにする。前記縦方
向は、光学系の途中にミラーが入ったとき、前記ミラー
が曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、
４分割となっている。これらの分割されたレーザビーム
は、シリンドリカルレンズ１０４により、いったん１つ
のレーザビームにまとめられる。ミラー１０７で反射さ
れ、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ１０８に
より、照射面１０９にて再び１つのレーザビームに集光
される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚の
シリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを
いう。これにより、線状レーザビームの幅方向のエネル
ギー均質化がなされ、幅方向の長さが決定される。
【００１０】次に、上面図について説明する。レーザ発
振器１０１から出たレーザビームは、シリンドリカルレ
ンズアレイ１０３により、レーザビームの進行方向に対
して直角な方向でかつ、縦方向に対して直角な方向に分
割される。該方向を本明細書中では、横方向と呼ぶこと
にする。前記横方向は、光学系の途中でミラーが入った
とき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとす
る。この構成では、７分割となっている。その後、シリ
ンドリカルレンズ１０５にて、レーザビームは照射面１
０９にて１つに合成される。これにより、線状レーザビ
ームの長さ方向のエネルギー均質化がなされ、また線状
ビームの長さが決定される。
【００１１】上記の諸レンズは、エキシマレーザに対応
するため合成石英製である。また、エキシマレーザをよ
く透過するように表面にコーティングを施している。こ
れにより、レンズ１つのエキシマレーザの透過率は９９
％以上になった。
【００１２】上記の構成で加工された線状レーザビーム
をそのレーザビームの幅方向に徐々にずらしながら重ね
て照射することにより、非単結晶珪素膜全面に対し、レ
ーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上
させることができる。
【００１３】次に、照射対象となる半導体膜の典型的な
作成方法を示す。
【００１４】まず基板として、厚さ0.7mm、５インチ角
のコーニング１７３７基板を用意した。基板にプラズマ
CVD装置を用いて、厚さ２００nmのSiO2膜（酸化珪素
膜）を成膜し、SiO2膜表面に厚さ５０nmの非晶質珪素膜
（以下、a-Si膜と表記する）を成膜した。
【００１５】基板を、温度５００℃の窒素雰囲気に１時
間加熱し、膜中の水素濃度を減らした。これにより、膜
の耐レーザ性が著しく向上した。
【００１６】レーザ装置は、ラムダ社製のXeClエキシマ
レーザ（波長３０８nm、パルス幅３０ｎｓ）L３３０８
を使用した。このレーザ装置はパルス発振レーザを発
し、５００mJ/パルスのエネルギーを出す能力を持って
いる。レーザビームのサイズは、レーザビームの出口
で、１０×３０ｍｍ（共に半値幅）である。レーザビー
ムの出口は本明細書中では、レーザ照射装置からレーザ
ビームが出た直後における、レーザビームの進行方向に
垂直な平面で定義する。
【００１７】エキシマレーザの発生するレーザビームの
形状は一般的に長方形状であり、アスペクト比で表現す
ると、３〜５位の範囲に入る。レーザビームの強度は、
レーザビームの中央ほど強い、ガウシアンの分布を示
す。前記レーザビームのサイズは、図１に示した構成を
もつ光学系により、エネルギー分布の一様な１２５mm×
0.４mmの線状レーザビームに変換された。
【００１８】本発明者の実験によると、上述の半導体膜
に対しレーザを照射する場合、重ね合わせのピッチは線
状レーザビームの幅（半値幅）の１／１０前後が最も適
当であった。これにより、結晶性の膜内における均一性
が向上した。上記の例では、前記半値幅が０．４ｍｍで
あったので、エキシマレーザのパルス周波数を３０ヘル
ツ、走査速度を１．０ｍｍ／ｓとし、レーザビームを照
射した。このとき、レーザビームの照射面におけるエネ
ルギー密度は４２０ｍＪ／ｃｍ2とした。これまで述べ
た方法は線状レーザビームを使って半導体膜を結晶化す
るために用いられる極めて一般的なものである。
【００１９】上記の線状レーザビームを用いて、レーザ
アニールされた珪素膜を非常に注意深く観察すると、非
常に淡い干渉縞が見られた。干渉縞が見られる原因は、
レーザビームを分割して１つの領域にまとめているた
め、分割された光が互いに干渉を起こしていることにあ
る。しかしながら、エキシマレーザのコヒーレント長は
数ミクロン〜数十ミクロン程度であるため強い干渉は起
こらない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザは大出
力で高繰り返しのパルスを発振できる(現状で３００ヘ
ルツ程度)ので、半導体膜の結晶化によく用いられてい
る。近年、製品化が進んでいる低温ポリシリコンTFTの
液晶ディスプレイの作成には、エキシマレーザが半導体
膜の結晶化工程で用いられている。
【００２１】最近、YAGレーザの最大出力が著しく向上
している。YAGレーザは、固体レーザであるため、ガス
レーザであるエキシマレーザと比較すると扱いやすく、
保守が容易である。本発明者は、YAGレーザの出力の向
上に伴い、YAGレーザを半導体膜の結晶化に用いる可能
性について考察した。
【００２２】YAGレーザは、基本波として、波長１０６
５ｎｍのレーザビームを出すことで知られている。この
レーザビームの珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、
このままでは珪素膜の１つであるa-Si膜の結晶化には使
えない。ところが、このレーザビームは非線型光学結晶
をもちいることにより、より短波長に変換することがで
きる。変換される波長により、第２高調波（５３３ｎ
ｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６
ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）、と名づけられてい
る。
【００２３】第２高調波は波長５３３ｎｍであるから、
a-Si膜に対し十分な吸収係数があるので、a-Si膜の結晶
化に用いる事ができる。
【００２４】しかしながら、上述の例に出した厚さ５０
ｎｍ程度のa-Si膜に対して、エキシマレーザほど吸収係
数が高くない。第３高調波、第４高調波、第５高調波
は、前記a-Si膜に対する吸収係数が非常に高いので、高
いエネルギー効率で結晶化を行うことができる。
【００２５】現存するYAGレーザの第３高調波の最大出
力は７５０ｍJ/パルスくらいである。また、第４高調波
の最大出力は２００ｍJ/パルスくらいである。第５高調
波は、前記した最大出力よりもさらに低いので、これは
まだa-Si膜の結晶化には不向きである。レーザビームの
出力と、a-Si膜に対する吸収係数との兼ね合いから考え
ると、現段階では第２高調波または第３高調波を使うの
が最もよい。
【００２６】さて、YAGレーザを半導体膜の結晶化に使
用する場合、やはり、照射面でのレーザビームの形状は
線状であるのが量産には好ましい。前記に示した光学系
をそのままYAGレーザに適用できればよいが、その可能
性について以下に考察する。
【００２７】まず、YAGレーザとエキシマレーザとの違
いについて述べる。エキシマレーザから出るレーザビー
ムの形状は一般に長方形状であり、YAGレーザから出る
レーザビームの形状は一般に円状である。５００ｍＪ／
パルスを越える大出力のエキシマレーザで、２００Ｈｚ
以上の高繰り返しが可能なもののレーザビームのサイズ
は、１０×３０ｍｍ程度のものが主流であり、上述の光
学系はそのレーザビームのサイズに合わせて作成されて
いる。一方、５００ｍＪ／パルスを越えるYAGレーザの
レーザビームのサイズは直径１０ｍｍ程度の円である。
前記、直径１０ｍｍのYAGレーザを前記光学系に合わせ
込むには、レーザビームのサイズを変更することができ
るビームエキスパンダーを使って、前記円状のレーザビ
ームを楕円状に変換すればよい。この例の場合は、前記
円状のレーザビームを、レーザビームのサイズを１方向
に引き延ばすことのできるシリンドリカルレンズで構成
されるビームエキスパンダーを使って３倍引き延ばし、
長直径３０ｍｍ、短直径１０ｍｍの楕円状とすればよ
い。
【００２８】前記ビームエキスパンダーを、図１に示し
た光学系に組み込んで、YAGレーザ３００に適応させた
光学系の例を図３に示す。図３において、図１のものと
同一符号のものは同一形状のレンズであることを示す。
【００２９】シリンドリカルレンズ３０１は、焦点距離
１００ｍｍ、長さ、幅、共に５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの
ものである。このレンズにまずレーザビームを入射させ
る。シリンドリカルレンズ３０２は、焦点距離３００ｍ
ｍ、長さ、幅、共に５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのものであ
る。これらのレンズを４００ｍｍ離して配置する。これ
により、レーザビームは一方向に３倍引き延ばされる。
【００３０】次に、YAGレーザとエキシマレーザのコヒ
ーレント長の相違について考える。前述したように、エ
キシマレーザのコヒーレント長は数ミクロン〜数十ミク
ロン程度であり、レーザビームを分割して１つにするよ
うな光学系を通したときの光干渉は非常に弱い。一方
で、YAGレーザのコヒーレント長は非常に長く１ｃｍ程
度ある。これによる干渉の影響は、無視できない。
【００３１】もしもYAGレーザから出るレーザビームを
図３で示した光学系に通して線状レーザビームに加工し
たとすると、図２(a)に示したような格子状に強弱が繰
り返すエネルギー分布をもつ線状レーザビーム２００が
できる。
【００３２】格子状のエネルギー分布は、光干渉による
ものである。図２(a)で線の濃いライン２０１がエネル
ギーの比較的高い領域を指し、その間の空白のライン２
０２がエネルギーの比較的低い領域を指す。
【００３３】格子状のエネルギー分布をもつ線状レーザ
ビーム２００で、a-Si膜を結晶化するとやはりa-Si膜面
内で不均一な結晶化が起こる。図２(b)に、線状レーザ
ビームで結晶化される珪素膜２０３の表面の様子を示
す。先にも述べたように、線状レーザビームはa-Si膜上
で、線状レーザビームの幅方向に、前記線状レーザビー
ムの幅の１／１０程度ずつ重ね合わせながら照射される
ので、線状レーザビームの線方向に平行な縞は互いにう
ち消され、あまり目立たなくなるが、線状レーザビーム
の幅方向に平行な線２０４、２０５は強く残る。図２
(b)で線の濃いライン２０４がエネルギーの比較的高い
領域を指し、その間の空白のライン２０５がエネルギー
の比較的低い領域を指す。
【００３４】本発明の課題は、上述の問題点を解消し、
縞模様の少ない多結晶珪素膜を得るためのレーザ照射装
置を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】本発明者は、たとえ同一
光源から出た光であっても、コヒーレント長以上の光路
差のあるレーザビームは、互いに干渉しないという性質
を利用し、干渉現象を抑えた光学系を考案した。本発明
では、特に、線状レーザビームの幅方向に平行にできる
干渉縞を消すことにより、上述の問題を解決する。
【００３６】線状レーザビームの幅方向に平行にできる
干渉縞を無くすためには、横方向に分割されたレーザビ
ーム各々の照射面における光路差が、光源のレーザビー
ムのコヒーレント長以上あればよい。本発明で用いるレ
ーザビームの光源は、YAGレーザである。前記レーザビ
ームのコヒーレント長は１ｃｍ程度である。
【００３７】このようなことを実現できる光学系の例を
図４に示す。図４に示した光学系と、図３に示したもの
との大きな違いは、反射ミラー４０１にある。図４にお
いて、図３のものと同一符号のものは同一形状のレンズ
であることを示す。
【００３８】ビームエキスパンダーを形成するシリンド
リカルレンズ３０１と３０２の後ろに、階段状に加工さ
れた反射面を持つミラー４０１を配置する。ミラー４０
１の役割は、シリンドリカルアレイレンズ４０２の各々
のシリンドリカルレンズに、それぞれ光路差のあるレー
ザービームを入射させることにある。例えば、ミラー４
０１の反射面の１つ４０１aに入射したレーザビームは
進行方向を変え、シリンドリカルアレイレンズ４０２を
形成するシリンドリカルレンズの１つ４０２aに入射す
る。同様にして、ミラー４０１の、反射面４０１aとは
異なる反射面の１つ４０１bに入射したレーザビームは
進行方向を変え、シリンドリカルアレイレンズ４０２を
形成するシリンドリカルレンズの１つ４０２bに入射す
る。
【００３９】ミラー４０１を階段状のミラーとしたた
め、レーザビームがYAGレーザのレーザビームの出口を
出てからシリンドリカルレンズ４０２aに入射するまで
のレーザビームの光路長は、レーザビームがYAGレーザ
のレーザビームの出口を出てからシリンドリカルレンズ
４０２bに入射するまでのレーザビームの光路長と、長
さｄだけ異なる。この長さｄが、YAGレーザのコヒーレ
ント長よりも長ければ、シリンドリカルレンズ４０２a
を出たレーザビームと、シリンドリカルレンズ４０２b
を出たレーザビームが照射面で干渉しあうことはない。
【００４０】シリンドリカルアレイレンズ４０２は、シ
リンドリカルアレイレンズ１０３と同様の役割を果た
し、レーザビームを横方向に分割する。シリンドリカル
アレイレンズ４０２により分割されたレーザビームは、
シリンドリカルレンズ４０３により、照射面４０４にて
１つに合成される。
【００４１】縦方向にレーザビームを分割し、照射面に
て１つに合成する構成は、図１に示した従来の光学系と
同様な光学系でよい。このようにしてできた線状レーザ
ビームのエネルギー分布は、図５（a）に示したような
線状レーザビーム５００の長さ方向に平行な縞状の分布
となる。縞状のエネルギー分布は、光干渉によるもので
ある。図５（a）で線の濃いライン５０１がエネルギー
の比較的高い領域を指し、その間の空白のライン５０２
がエネルギーの比較的低い領域を指す。
【００４２】これは、階段状のミラー４０１による効果
であり、線状レーザビームの幅方向に平行な縞状のエネ
ルギー分布は消えてしまう。図５（b）に、線状レーザ
ビーム５００で結晶化された珪素膜５０３の表面の様子
を示す。先にも述べたように、線状レーザビームはa-Si
膜上で、線状レーザビームの幅方向に、前記線状レーザ
ビームの幅の１／１０程度ずつ重ね合わせながら照射さ
れるので、線状レーザビームの線方向に平行な縞は互い
にうち消され、あまり目立たなくなる。
【００４３】これにより、半導体膜を線状レーザビーム
に加工されたYAGレーザでレーザアニールする際に懸念
される、線状レーザビームの長さ方向に垂直な方向（幅
方向）にできる縞模様を消すことができる。
【００４４】他に光路差をつける手段としては、レーザ
ビームに対して透明な板がある。前記板を、シリンドリ
カルアレイレンズを形成するあるシリンドリカルレンズ
の前に挿入することにより、前記シリンドリカルレンズ
に入射するレーザビームの光路長のみ変更することがで
きる。ただし、一般にレーザビームに対して透明な板の
屈折率（1.4〜2.5）があまり大きくないので、レーザビ
ームのコヒーレント長以上の光路差をつけようとする
と、前記コヒーレント長の３倍の厚さが必要となる。
【００４５】本発明は、YAGレーザに限らず、Arレーザ
等を用いたレーザ照射装置すべてに適応できるが、特に
コヒーレント長が０．１ｍｍ以上と長い場合に有効であ
り、コヒーレント長が０．１ｍｍ以下である場合には特
に本発明による顕著な効果は得られない。
【００４６】すなわち本発明は、照射面において断面形
状が線状となるレーザビームを照射するレーザ照射装置
であって、レーザビームを出射するレーザ発振器と、光
学系と、少なくとも１方向に動くステージと、を有し、
前記光学系は、前記レーザビームを、該レーザビームの
進行方向に対し、直角方向に分割する役割を果たす光学
系１（図６では６０７ａ、６０７ｂに対応）と、光学系
１にて分割されたレーザビームを照射面で１つにし、前
記照射面において断面形状が線状となるレーザビームの
幅方向においてレーザビームのエネルギーを均一化する
役割を果たす光学系２（図６では６０８、６０９に対
応）と、前記直角方向と直角な面に含まれる方向であ
り、かつレーザビームの進行方向に対し直角である方向
にレーザビームを分割する役割を果たす光学系３（図６
では６０５に対応）と、光学系３にて分割されたレーザ
ビームを照射面で１つにし、前記照射面において断面形
状が線状となるレーザビームの長さ方向においてレーザ
ビームのエネルギーを均一化する役割を果たす光学系４
（図６では６０６に対応）と、前記光学系３にて分割さ
れるレーザビームの各々の光路長（前記レーザビームの
出口から照射面まで）を、互いに前記レーザビームのコ
ヒーレント長以上の差にする手段（図６では６０４に対
応）とを有することを特徴とするレーザ照射装置であ
る。
【００４７】また、他の構成は、照射面において断面形
状が線状となるレーザビームを照射するレーザ照射装置
であって、レーザビームを出射するレーザ発振器と、光
学系と、少なくとも１方向に動くステージと、を有し、
前記光学系は、前記レーザビームを、該レーザビームの
進行方向に対し、直角方向に分割する役割を果たすシリ
ンドリカルアレイレンズ１（図６では６０７ａ、６０７
ｂに対応）と、光学系１にて分割されたレーザビームを
照射面で１つにし、前記照射面において断面形状が線状
となるレーザビームの幅方向においてレーザビームのエ
ネルギーを均一化する役割を果たす光学系（図６では６
０８、６０９に対応）と、前記直角方向と直角な面に含
まれる方向であり、かつレーザビームの進行方向に対し
直角である方向にレーザビームを分割する役割を果たす
シリンドリカルアレイレンズ２（図６では６０５に対
応）と、光学系３にて分割されたレーザビームを照射面
で１つにし、前記照射面において断面形状が線状となる
レーザビームの長さ方向においてレーザビームのエネル
ギーを均一化する役割を果たすシリンドリカルレンズ
（図６では６０６に対応）と、前記シリンドリカルアレ
イレンズ２にて分割されるレーザビームの各々の光路長
（前記レーザビームの出口から照射面まで）を、互いに
前記レーザビームのコヒーレント長以上の差にする手段
（図６では６０４に対応）と、を有することを特徴とす
るレーザ照射装置である。
【００４８】上記何れの発明に関しても、前記手段に
は、階段状のミラーを用いることができる。
【００４９】上記何れの発明に関しても、照射面におい
て断面形状が線状となる前記レーザビームの長さ方向
と、少なくとも１方向に動く前記ステージの動作方向と
が、直角であると生産性が高いので好ましい。
【００５０】上記何れの発明に関しても、前記レーザ発
振器はYAGレーザの第２高調波、または、第３高調波、
または、第４高調波、を発生するものであると、レーザ
装置の保守管理が容易であるから、生産性が上がるので
好ましい。
【００５１】上記何れのレーザ照射装置に、ロードアン
ロード室と、トランスファ室と、プレヒート室と、レー
ザ照射室と、徐冷室と、を有していると、大量生産に使
用できるので好ましい。
【００５２】
【発明の実施の形態】まず、照射対象として、５インチ
角のa-Si膜が製膜された基板に対し照射面で線状に加工
されたレーザビームを照射する例を示す。
【００５３】基板は、厚さ０.７mmのコーニング１７３
７を用いる。この基板は６００℃までの温度であれば充
分な耐久性がある。この基板の片面に、プラズマCVD法
によりSiO2膜を２００nm成膜する。さらに、その上か
ら、a-Si膜を５５nm成膜する。成膜法は他の方法、たと
えば、スパッタ法等を用いてもよい。
【００５４】成膜済みの基板を５００℃の窒素雰囲気に
１時間さらし、a-Si膜中の水素濃度を減少させる。これ
により、a-Si膜の耐レーザ性を飛躍的に高めることがで
きる。該膜内の水素濃度は１０20atoms/cm3オーダーが
適当である。
【００５５】図６にレーザ照射装置を図示する。図６に
示したものは、線状レーザビームを基板に照射する装置
の１つの例である。レーザビームは、図６中に示した光
学系により、長さ１２５mm、幅0.４mmの線状レーザビー
ムに加工される。線状レーザビームの長さが１２５mmで
あるから、５インチ角の基板に対し、線状レーザビーム
を１方向に走査させることで、基板のほぼ全面にレーザ
ビームを照射することができる。
【００５６】図６に示した光学系は、１つの例である。
線状レーザビームはa-Si膜上に結像させる。上記した線
状レーザビームのサイズは、結像したときのビームのサ
イズである。該構成の説明を以下に列挙する。
【００５７】パルス発振式のYAGレーザ発振器６０１
は、第３高調波（波長３５５ｎｍ）のレーザビームを発
振する。前記レーザビームのサイズは、レーザビームの
出口で直径１０ｍｍである。レーザビームの最大出力
は、５００ｍＪ／パルスである。最大繰り返し周波数は
３０Ｈｚである。パルス幅は１０ｎｓである。
【００５８】波長が３５５ｎｍの紫外光を用いることか
ら、その波長域で透過率の高い合成石英をレンズの母材
として用いる。波長３５５ｎｍの紫外光がよく透過する
ように、適当なコーティングをするとよりエネルギー効
率が高くなるので好ましい。また、コーティングにより
レンズの寿命を延ばすこともできる。
【００５９】YAGレーザ発振器６０１から発生した、直
径１０ｍｍの円状のレーザビームは、ミラー６０２で進
行方向を９０度変更される。その後、ビームエキスパン
ダー６０３で、レーザビームの形状を、長直径３０ｍ
ｍ、短直径１０ｍｍの楕円状に変換する。前記ビームエ
キスパンダー６０３は、シリンドリカルレンズ３０１と
３０２の組み合わせで構成する。
【００６０】楕円状に変換されたレーザビームは、階段
状のミラー６０４に入射し、ここで、シリンドリカルア
レイレンズ６０５を形成する隣り合う２つのシリンドリ
カルレンズに光路差ｄをもって入射する。前記光路差ｄ
は、YAGレーザ発振器６０１のコヒーレント長以上の長
さをとる。YAGレーザ発振器６０１のコヒーレント長
は、１ｃｍ程度であるから、光路差ｄを１ｃｍ以上とと
れば干渉を抑えることができる。
【００６１】光路差ｄの調整は、階段状のミラー６０４
の作成段階で、階段の高さを調整すればよい。図７に光
路差ｄを１ｃｍにする階段状のミラー６０４の例を示
す。階段状のミラー６０４の階段の段数は５段である。
各段の幅は１４ｍｍである。また、格段の高さは７ｍｍ
である。前記階段状のミラーに対し平行光線を入射させ
たときのの各段にできる陰の幅が７ｍｍになるような方
向から、レーザビームを前記階段状のミラーに入射させ
ると、階段の各段から反射されるレーザビームは、シリ
ンドリカルアレイレンズ６０５を形成する隣り合う２つ
のシリンドリカルレンズに光路差１ｃｍで入射する。
【００６２】階段状のミラー６０４の階段の各段から反
射されるレーザビームは、それぞれ幅５ｍｍのレーザビ
ームとなって、シリンドリカルアレイレンズ６０５を形
成するシリンドリカルレンズ１つ１つに入射する。階段
状のミラーの形状から、シリンドリカルアレイレンズ６
０５の幅が決定され、シリンドリカルアレイレンズ６０
５を形成するそれぞれのシリンドリカルレンズの幅は、
この場合１５ｍｍとなる。階段状のミラーを介したレー
ザビームは、図１に準じた構造をもつ光学系に通せば、
照射面にて線状レーザビームが得られる。前記図１に準
じた構造をもつ光学系の具体的な構成の例を以下に示
す。以下に示すレンズすべては、幅方向に曲率をもつ。
【００６３】まず、横方向に作用する光学系の構成につ
いて述べる。
【００６４】シリンドリカルアレイレンズ６０５は、幅
１５ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、焦点距離９０
ｍｍのシリンドリカルレンズ５本を幅方向に互いに合わ
せアレイ状にしたものである。前記シリンドリカルレン
ズは、平凸レンズであり、凸の曲面は球面である。本明
細書中特に断らない限り、前記シリンドリカルレンズ
は、入射面が球面で、他の面が平面である。アレイ状に
する方法は、熱をかけることで接着しても、枠にはめて
外から固定してもよい。シリンドリカルアレイレンズ６
０５はレーザビームを横方向に分割する役割を果たす。
【００６５】分割されたレーザビームは、シリンドリカ
ルレンズ６０６に入射する。シリンドリカルレンズ６０
６は横方向に分割されたレーザビームを照射面６１１に
て１つにする役割を果たす。シリンドリカルレンズ６０
６は、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、焦点距
離２２５０ｍｍのレンズである。これにより、線状レー
ザビームの長さ方向の均一化がなされ、線状レーザビー
ムの長さが決定される。シリンドリカルアレイレンズ６
０５とシリンドリカルレンズ６０６との距離は、２００
ｍｍとする。
【００６６】次に、縦方向に作用する光学系の構成につ
いて述べる。
【００６７】シリンドリカルレンズ６０６を出たレーザ
ビームは、シリンドリカルレンズ６０６と距離１００ｍ
ｍ離れたところで、シリンドリカルアレイレンズ６０７
aに入射する。シリンドリカルアレイレンズ６０７aを形
成するシリンドリカルレンズは、各々幅３ｍｍ、長さ６
０ｍｍ、厚さ３ｍｍで、焦点距離が３００ｍｍである。
これらのシリンドリカルレンズ４本を幅方向に組み合わ
せることでシリンドリカルアレイレンズを形成する。組
み合わせる方法は、シリンドリカルアレイレンズ６０５
と同様の方法でよい。シリンドリカルアレイレンズ６０
７aにより、レーザビームは縦方向に分割される。
【００６８】シリンドリカルアレイレンズ６０７aを出
たレーザビームは、シリンドリカルアレイレンズ６０７
aと距離４４３ｍｍ離れたところで、シリンドリカルア
レイレンズ６０７bに入射する。シリンドリカルアレイ
レンズ６０７bを形成するシリンドリカルレンズは、各
々幅３ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ３ｍｍで、焦点距離が
４５０ｍｍである。これらのシリンドリカルレンズ４本
を幅方向に組み合わせることでシリンドリカルアレイレ
ンズを形成する。組み合わせる方法は、シリンドリカル
アレイレンズ６０５と同様の方法でよい。シリンドリカ
ルアレイレンズ６０７aにより、分割されたレーザビー
ムは、シリンドリカルアレイレンズ６０７bを形成する
各々のシリンドリカルレンズに入射する。
【００６９】シリンドリカルアレイレンズ６０７bを出
たレーザビームは、シリンドリカルレンズ６０７bと距
離８９ｍｍ離れたところで、シリンドリカルレンズ６０
８に入射する。シリンドリカルレンズ６０８は、幅５０
ｍｍ、長さ６０ｍｍ、厚さ５ｍｍで焦点距離が３５０ｍ
ｍである。シリンドリカルレンズ６０８のレーザビーム
の入射面は、平凸レンズの平面側にする。シリンドリカ
ルレンズ６０８により、いったんレーザビームは、同一
面にて１つにまとめられる。前記同一面は、シリンドリ
カルレンズ６０８の焦点の位置にある。前記同一面は光
路の途中にあるので、再びレーザビームは分離する。
【００７０】シリンドリカルレンズ６０８を出たレーザ
ビームは、シリンドリカルレンズ６０８と距離１３７７
ｍｍ離れたところで、ダブレットシリンドリカルレンズ
６０９に入射する。レンズ配置の関係で、シリンドリカ
ルレンズ６０８とダブレットシリンドリカルレンズ６０
９の間にミラー６１３を入れる。これにより、レーザビ
ームの進行方向を下方に変更する。これにより、照射対
象である基板を水平面に配置することができる。
【００７１】ダブレットシリンドリカルレンズ６０９
は、幅７０ｍｍ、長さ１４０ｍｍ、厚さ３１ｍｍで焦点
距離が１７７ｍｍである。ダブレットシリンドリカルレ
ンズ６０９により、縦方向に分割されたレーザビームは
照射面６１１にて１つにされる。これにより、線状レー
ザビームの幅方向の均一化がなされる。また、線状レー
ザビームの幅が決定される。
【００７２】ダブレットシリンドリカルレンズ６０９と
照射面６１１の間には、厚さ１５ｍｍの石英窓６１０を
配置する。ダブレットシリンドリカルレンズ６０９と石
英窓６１０との距離は、７０ｍｍ、石英窓６１０と照射
面６１１との距離は１４０ｍｍである。
【００７３】石英窓６１０は外気と半導体膜が付けられ
た基板とを遮断する役割を果たすチャンバー６１２に付
けられた、レーザビームを通すための窓である。前記チ
ャンバー６１２には、図示しない排気装置やガスライン
が接続されており、適当な雰囲気に調整することが可能
になっている。
【００７４】ダブレットシリンドリカルレンズ６０９の
仕様の例を、図８に沿って示す。
【００７５】ダブレットシリンドリカルレンズ６０９
は、焦点距離１７７ｍｍ、幅７０ｍｍ、長さ１４０ｍ
ｍ、厚さ３１ｍｍである。１つ目のシリンドリカルレン
ズは、面８０１と面８０２とを有し、厚さは１０ｍｍで
ある。レーザビームの入射面８０１の曲率半径は１２５
ｍｍ、もう一つの面８０２の曲率半径は６９ｍｍであ
る。また、２つ目のシリンドリカルレンズは、面８０３
と面８０４とを有し、厚さは２０ｍｍである。レーザビ
ームの入射面８０３の曲率半径は７５ｍｍ、もう一つの
面８０４の曲率半径は、―２２６ｍｍである。曲率半径
に付けた符号は、曲率の向きを示す。また、２つ目のシ
リンドリカルレンズは、レーザビームの入射面８０３を
１つ目のシリンドリカルの面８０２から１ｍｍ離れたと
ころに配置する。即ち、ダブレットシリンドリカルレン
ズ６０９の厚さ（３１ｍｍ）は、１つ目のシリンドリカ
ルレンズの厚さ（１０ｍｍ）＋２つ目のシリンドリカル
レンズの厚さ（２０ｍｍ）＋１つ目のシリンドリカルレ
ンズと２つ目のシリンドリカルレンズとの距離（１ｍ
ｍ）である。
【００７６】なお光学系保護のため、光学系のまわりの
雰囲気を窒素等のレンズコーティング物質と反応しにく
い気体としてもよい。そのために、光学系を光学系保護
室に封入してもよい。該光学系保護室に出入射するレー
ザの窓には、コーティングされた石英を用いると９９％
以上の高い透過率が得られるのでよい。
【００７７】線状レーザビームの線方向におけるエネル
ギー分布が±５％以内であるとa-Si膜に対し均質な結晶
化を行える。好ましくは、±３％以内、より好ましく
は、±１％以内にするとより均質な結晶化が行える。エ
ネルギー分布を均一するためには、精密なレンズのアラ
イメントが必要となる。
【００７８】照射面６１１にa-Si膜が製膜された基板を
配置し、レーザビームを照射させながら、ステージ６１
４を移動機構６１５を使って線状レーザビームの長さ方
向と直角の方向（図中矢印の方向）に一定の速度で動か
す。これにより、基板全面にレーザビームを照射するこ
とができる。移動機構６１５には、ボールねじ式やリニ
アモータ等が使える。
【００７９】照射条件は、下記の範囲を目安に決定する
とよい。
【００８０】線状レーザビームのエネルギー密度：５０
〜５００ｍＪ／ｃｍ2 ステージの動作速度：０．１〜２ｍｍ／ｓ レーザ発振器の発振周波数：３０Ｈｚ
【００８１】上記の条件は、レーザ発振器のパルス幅や
半導体膜の状態や、作成するデバイスの仕様により変化
する。条件の細かい設定は実施者が適宜行わねばならな
い。
【００８２】レーザビームの照射時のチャンバー６１２
中の雰囲気は、２０℃の大気とする。その他、Ｈ2に置
換してもよい。雰囲気の置換は、主に基板の汚染防止の
ために行う。ガスの供給は、ガスボンベを通して行う。
前記雰囲気はＨ2、Ｈe、Ｎ2、またはＡｒでもよい。ま
た、それらの混合気体でもよい。また、該雰囲気を真空
（10の-1乗torr以下）にしても、汚染防止効果はある。
【００８３】基板として、コーニング１７３７の他に、
コーニング７０５９、AN100等のガラス基板を用いるこ
とができる。あるいは、石英基板を用いてもよい。
【００８４】レーザビームの照射中に、赤外ランプ等に
より基板の線状レーザビームが照射されている箇所に強
光を照射して加熱すると、加熱しないときと比較し、レ
ーザビームのエネルギーを下げることができる。加熱
は、基板の下部にヒータを設置することで行ってもよ
い。線状レーザビームをより長くし、より大面積の基板
に線状レーザビームを使用するとき、レーザビームのエ
ネルギーが足りない場合、この加熱によるエネルギーの
補足が役にたつ。
【００８５】本発明のレーザ照射装置は、非単結晶珪素
膜だけでなく、その他の非単結晶半導体膜にも適応で
き、例えばゲルマニウムやその他の非単結晶半導体膜、
あるいはダイヤモンド膜等にも適用できる。
【００８６】上述したレーザ照射装置にて結晶化された
半導体膜を用いて、公知の方法で半導体デバイス、例え
ば、低温ポリシリコンＴＦＴの液晶ディスプレイを作成
すればよい。あるいは、実施者の考案した半導体デバイ
スを作成してもよい。
【００８７】
【実施例】〔実施例１〕本実施例では、多結晶珪素膜に
レーザビームを照射する例を示す。用いるレーザ照射装
置は、発明の実施の形態に記載したものを用いる。
【００８８】基板は、厚さ０.７mmのコーニング１７３
７を用いる。この基板は６００℃までの温度であれば充
分な耐久性がある。この基板の片面に、プラズマCVD法
によりSiO2膜を２００nm成膜する。さらに、その上か
ら、a-Si膜を５５nm成膜する。成膜法は他の方法、たと
えば、スパッタ法等を用いてもよい。
【００８９】次に、特開平７―１３０６５２号公報に記
載の方法で、前記a-Si膜を結晶化させる。以下、前記方
法に関し簡単に述べる。前記a-Si膜に、濃度が１０ｐｐ
ｍの酢酸ニッケル水溶液を塗布し、これを５５０℃の窒
素雰囲気で４時間加熱し、a-Si膜を結晶化させる。前記
塗布の方法は例えばスピンコート法を使うとよい。この
ように、ニッケルを添加したa-Si膜は、低温短時間で結
晶化する。これは、ニッケルが結晶成長の核の役割を果
たし、結晶成長を促進させるのが原因と考えられてい
る。
【００９０】上記の方法で結晶化される多結晶珪素膜
は、レーザビームを照射することで、さらに、半導体素
子の材料として特性の高いものになる。そこで、前記多
結晶珪素膜の特性を向上させるため、発明の実施の形態
で用いたレーザ照射装置を使って、前記多結晶珪素膜に
レーザビームを照射する。
【００９１】上述したレーザ照射装置にて結晶化された
半導体膜を用いて、公知の方法で半導体デバイス、例え
ば、低温ポリシリコンＴＦＴの液晶ディスプレイを作成
すればよい。あるいは、実施者の考案した半導体デバイ
スを作成してもよい。発明の実施の形態と本実施例とは
組み合わせて用いることができる。
【００９２】〔実施例２〕本実施例では、レーザ発振器
として、YAGレーザの第２高調波を用いる例を示す。第
２高調波を用いる利点は、光学レンズが劣化しにくい点
にある。また、a-Si膜に対する反射率が第３高調波や第
４高調波と比較して低いので、エネルギー効率も第３高
調波や第４高調波を用いる場合よりやや劣る程度で、あ
まり変わらない。最大パルスエネルギーは、現存するも
ので１４００ｍＪ／パルス出せるものがある。これは、
第３高調波の２倍であるから、線状レーザビームを長く
して大面積基板に製膜されたa-Si膜の結晶化には、第２
高調波を用いるとよい。
【００９３】第２高調波を線状レーザビームに加工し半
導体膜に照射する装置及び方法は、発明の実施の形態に
示したものと同様のものを用いればよい。ただし、第３
高調波と第２高調波とは、波長が異なるので、焦点の位
置を変更する必要がある。本実施例の場合、石英窓６１
０と照射面６１１との距離を１５０ｍｍに変更すればよ
い。レンズのコーティングは、YAGレーザの第２高調波
の波長５３０ｎｍに合わせたものとする。
【００９４】本実施例は、実施例１と組み合わせること
ができる。
【００９５】〔実施例３〕本実施例では、レーザ発振器
として、YAGレーザの第４高調波を用いる例を示す。第
４高調波を用いる利点は、珪素膜に対し、吸収係数が非
常に高い点にある。
【００９６】第４高調波を線状レーザビームに加工し半
導体膜に照射する装置、方法は、発明の実施の形態に示
したものと同様のものを用いればよい。ただし、第４高
調波と第３高調波とは、波長が異なるので、焦点の位置
を変更する必要がある。本実施例の場合、石英窓６１０
と照射面６１１との距離を１２６ｍｍに変更すればよ
い。レンズのコーティングは、YAGレーザの第４高調波
の波長２６６ｎｍに合わせたものとする。
【００９７】本実施例は、実施例１と組み合わせること
ができる。
【００９８】〔実施例４〕本実施例では、大量生産用の
レーザ照射装置の例を図９に沿って示す。図９はレーザ
照射装置の上面図である。
【００９９】ロードアンロード室９０１から、トランス
ファ室９０２に設置された搬送用のロボットアーム９０
３を使って基板を運ぶ。まず、基板は、アライメント室
９０４で位置合わせがなされた後、プレヒート室９０５
に運ばれる。ここで例えば赤外ランプヒータを使って基
板の温度を所望の温度、例えば３００℃程度にあらかじ
め加熱しておく。その後、ゲートバルブ９０６を経由
し、レーザ照射室９０７に基板を設置する。その後、ゲ
ートバルブ９０６を閉める。
【０１００】レーザビームは、発明の実施の形態で示し
たレーザ発振器９００を出た後、光学系９０９を介し、
石英窓９１０の直上に設置した図示しないミラーで９０
度下方に曲げられ、石英窓９１０を介し、レーザ照射室
９０７内にある照射面にて線状レーザビームに加工され
る。レーザビームは、照射面に設置された基板に照射さ
れる。光学系９０９は、前述に示したものを使用すれば
よい。また、それに準ずる構成のものを使用してもよ
い。
【０１０１】レーザビームの照射の前にレーザ照射室９
０７の雰囲気を、真空ポンプ９１１を使って高真空（１
０-3Pa）程度に引く。または、真空ポンプ９１１とガス
ボンベ９１２を使って所望の雰囲気にする。前記雰囲気
は、前述したように、He、Ar、H2、あるいはそれらの混
合気体でもよい。
【０１０２】その後、レーザビームを照射しながら、移
動機構９１３により基板を走査させることで、基板に線
状レーザビームを照射する。このとき、図示しない赤外
線ランプを線状レーザビームが照射されている部分に当
ててもいい。
【０１０３】レーザビームの照射が終了した後は、クー
リング室９０８に基板を運び、基板を徐冷したのち、ア
ライメント室９０４を経由してロードアンロード室９０
１に基板を帰す。これら一連の動作を繰り返すことで、
基板を多数、レーザアニールできる。
【０１０４】本実施例は発明の実施の形態や他の実施例
と組み合わせて用いることができる。
【０１０５】〔実施例５〕本実施例では、光路差をつけ
る手段として石英板を用いた例を図１０に示す。この石
英板は、レーザビームに対して透明である。
【０１０６】図１０に、照射面においてレーザビームの
断面形状を線状に加工するための光学系の構成例を示
す。なお、図１０は上面図である。
【０１０７】レーザ発振器１００１から出たレーザビー
ムの一部は、厚さ１５ｍｍの石英板１０００に入射し
て、石英板に入射しなかったレーザービームと光路差が
生じる。前記石英板の屈折率は波長５３２ｎｍに対し、
約１.５であることから、約７ｍｍの光路差が生じる。
７ｍｍの光路差は、YAGレーザのコヒーレント長と同等
であることから、干渉を消す効果を期待できる。
【０１０８】石英板１０００を介し光路長が伸ばされた
レーザビームはシリンドリカルレンズアレイ１００３の
片方のシリンドリカルレンズに入射し、石英板１０００
を介していないレーザビームはシリンドリカルレンズア
レイ１００３の他方のシリンドリカルレンズに入射し、
２分割される。その後、シリンドリカルレンズ１００５
にて、レーザビームは照射面１００９にて１つに合成さ
れる。これにより、線状レーザビームの長さ方向のエネ
ルギー均質化と長さが決定される。
【０１０９】こうして、石英板により光路差をもったレ
ーザビームをａ―Ｓｉ膜に照射すると、図１１（Ａ）に
示したように線状レーザビームの幅方向に平行な縞模様
を消すことができる。なお、図１１（Ａ）の縦方向が、
線状レーザビームの幅方向に対応する。
【０１１０】図１１（Ａ）は、本実施例を用いて形成し
た線状レーザビームを照射したａ―Ｓｉ膜の表面状態の
写真図である。また、図１１（Ｂ）は、本実施例を用い
て形成した線状レーザビームをＣＣＤカメラでとらえた
映像である。
【０１１１】比較するために、光路差をつけることな
く、すなわち、石英板１０００を使用せずに形成した線
状レーザビームを照射したａ―Ｓｉ膜の表面状態の写真
図を図１２（Ａ）に示す。また、図１２（Ｂ）は、光路
差をつけることなく、すなわち、石英板１０００を使用
せずに形成した線状レーザービームをＣＣＤカメラでと
らえた映像である。干渉により線状レーザビームの幅方
向に平行な縞が形成された様子が見て取れる。
【０１１２】本実施例では、レーザビームを２分割し合
成した例を示したが、レーザビームを３分割以上し１つ
に合成する場合も、分割された各々のレーザビームに対
し光路差が十分についていれば、本実施例が示す効果が
得られる。たとえば、レーザビームを３分割する場合、
石英板を介さないレーザビームと、厚さｔの石英板を介
したレーザビームと、厚さ２ｔの石英板を介したレーザ
ビームを合成すればよい。なお、厚さｔは使用するレー
ザビームのコヒーレント長を考慮に入れて決定すればよ
い。
【０１１３】なお、図１０において、１００７はミラー
である。
【０１１４】
【発明の効果】本発明により、線状レーザビームの幅方
向に平行にできる干渉縞の強弱を著しく低下させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 線状レーザビームを形成する光学系。（従来
例）
【図２】 (a)線状レーザビームのエネルギー分布を示
す図、(b)線状レーザビームを前記線状レーザビームの
長さ方向に垂直な方向にスキャンさせながら照射した珪
素膜の様子を示す図。
【図３】 ビームエキスパンダーと線状レーザビームを
形成する光学系とを組み合わせた例を示す図。
【図４】 ビームエキスパンダーと本発明が開示する線
状レーザビームを形成する光学系とを組み合わせた例を
示す図。
【図５】 (a)線状レーザビームのエネルギー分布を示
す図、(b)線状レーザビームを前記線状レーザビームの
長さ方向に垂直な方向にスキャンさせながら照射した珪
素膜の様子を示す図。
【図６】 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す
図。
【図７】 本発明が開示する線状レーザビームを形成す
る光学系の一部を示す図。
【図８】 線状レーザビームを形成する光学系の一部の
レンズを示す図。
【図９】 量産用のレーザ照射装置を示す図。
【図１０】本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す
図。
【図１１】珪素膜の表面状態を示す写真図。（実施例
５）
【図１２】珪素膜の表面状態を示す写真図。（比較例）
【符号の説明】
１０１ レーザ発振器 １０２ レーザ光を分割するシリンドリカルアレイレン
ズ １０３ レーザ光を分割するシリンドリカルアレイレン
ズ １０４ レーザ光を集光するためのシリンドリカルレン
ズ １０５ レーザ光を集光するためのシリンドリカルレン
ズ １０７ 反射ミラー １０８ レーザ光を集光するためのダブレットシリンド
リカルレンズ １０９ 照射面 ２００ 線状レーザビーム ２０１ 線状レーザビーム２００の比較的エネルギーの
強い領域。 ２０２ 線状レーザビーム２００の比較的エネルギーの
弱い領域。 ２０３ 線状レーザビーム２００を前記線状レーザビー
ムの長さ方向に垂直な方向にスキャンさせながら照射し
たa-Si膜。 ２０４ a-Si膜の比較的強いエネルギーのレーザビーム
が照射された領域。 ２０５ a-Si膜の比較的弱いエネルギーのレーザビーム
が照射された領域。 ３００ YAGレーザ発振器 ３０１ ビームエキスパンダーを形成するシリンドリカ
ルレンズ。 ３０２ ビームエキスパンダーを形成するシリンドリカ
ルレンズ。 ４０１ 階段状のミラー ４０２ シリンドリカルアレイレンズ ４０３ シリンドリカルレンズ ４０４ 照射面 ５００ 線状レーザビーム ５０１ 線状レーザビーム５００の比較的エネルギーの
強い領域。 ５０２ 線状レーザビーム５００の比較的エネルギーの
弱い領域。 ５０３ 線状レーザビーム５００を前記線状レーザビー
ムの長さ方向に垂直な方向にスキャンさせながら照射し
たa-Si膜。 ６０１ YAGレーザ発振器 ６０２ ミラー ６０３ ビームエキスパンダー ６０４ 階段状のミラー ６０５ シリンドリカルアレイレンズ ６０６ シリンドリカルレンズ ６０７ シリンドリカルアレイレンズ ６０８ シリンドリカルレンズ ６０９ ダブレットシリンドリカルレンズ ６１０ 石英窓 ６１１ 照射面 ６１２ チャンバー ６１３ ミラー ６１４ ステージ ６１５ 移動機構 ８００ ダブレットシリンドリカルレンズ ８０１ ダブレットシリンドリカルレンズの面 ８０２ ダブレットシリンドリカルレンズの面 ８０３ ダブレットシリンドリカルレンズの面 ８０４ ダブレットシリンドリカルレンズの面 ９００ レーザ発振器 ９０１ ロードアンロード室 ９０２ トランスファ室 ９０３ ロボットアーム ９０４ アライメント室 ９０５ プレヒート室 ９０６ ゲートバルブ ９０７ レーザ照射室 ９０８ 照射面 ９０９ レーザ光学系 ９１０ 石英窓 ９１１ 真空ポンプ ９１２ ガスボンベ ９１３ 移動機構 ９１４ 赤外線ランプ ９１５ クーリング室

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】照射面において断面形状が線状となるレー
    ザビームを照射するレーザ照射装置であって、 レーザ発振器と、 光学系と、 少なくとも１方向に動くステージと、 を有し、 前記光学系は、 レーザビームを、該レーザビームの進行方向に対し、直
    角方向に分割する役割を果たす光学系１と、 分割された前記レーザビームを照射面で１つにし、前記
    照射面において断面形状が線状となるレーザビームの幅
    方向においてレーザビームのエネルギーを均一化する役
    割を果たす光学系２と、 前記直角方向と直角でかつレーザビームの進行方向に対
    し直角である方向にレーザビームを分割する役割を果た
    す光学系３と、 分割された前記レーザビームを照射面で１つにし、前記
    照射面において断面形状が線状となるレーザビームの長
    さ方向においてレーザビームのエネルギーを均一化する
    役割を果たす光学系４と、 前記光学系３にて分割されるレーザビームの各々の、前
    記レーザビームの出口から照射面までの光路長を、互い
    に前記レーザビームのコヒーレント長以上の差にする手
    段と、 を有することを特徴とするレーザ照射装置。
  2. 【請求項２】照射面において断面形状が線状となるレー
    ザビームを照射するレーザ照射装置であって、 レーザ発振器と、 光学系と、 少なくとも１方向に動くステージと、 を有し、 前記光学系は、 レーザビームを、該レーザビームの進行方向に対し、直
    角方向に分割する役割を果たすシリンドリカルアレイレ
    ンズ１と、 分割された前記レーザビームを照射面で１つにし、前記
    照射面において断面形状が線状となるレーザビームの幅
    方向においてレーザビームのエネルギーを均一化する役
    割を果たす光学系と、 前記直角方向と直角でかつレーザビームの進行方向に対
    し直角である方向にレーザビームを分割する役割を果た
    すシリンドリカルアレイレンズ２と、 分割された前記レーザビームを照射面で１つにし、前記
    照射面において断面形状が線状となるレーザビームの長
    さ方向においてレーザビームのエネルギーを均一化する
    役割を果たすシリンドリカルレンズと、 前記シリンドリカルアレイレンズ２にて分割されるレー
    ザビームの各々の、前記レーザビームの出口から照射面
    までの光路長を、互いに前記レーザビームのコヒーレン
    ト長以上の差にする手段と、 を有することを特徴とするレーザ照射装置。
  3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記手
    段は、階段状のミラーであることを特徴とするレーザ照
    射装置。
  4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか１項において、
    照射面において断面形状が線状となる前記レーザビーム
    の長さ方向と、少なくとも１方向に動く前記ステージの
    動作方向とが、直角であることを特徴とするレーザ照射
    装置。
  5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項において、
    前記レーザ発振器はYAGレーザの第２高調波を発生させ
    るものであることを特徴とするレーザ照射装置。
  6. 【請求項６】請求項１乃至４のいずれか１項において、
    前記レーザ発振器はYAGレーザの第３高調波を発生させ
    るものであることを特徴とするレーザ照射装置。
  7. 【請求項７】請求項１乃至４のいずれか１項において、
    前記レーザ発振器はYAGレーザの第４高調波を発生させ
    るものであることを特徴とするレーザ照射装置。
  8. 【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレ
    ーザ照射装置において、ロードアンロード室と、トラン
    スファ室と、ロボットアームと、レーザ照射室と、を有
    していることを特徴とするレーザ照射装置。
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