JP2008130713A - レーザアニール方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】偏光パルスレーザ光5aをガラス基板上の走査方向に短くその直交方向に長い矩形断面を有しかつ異なる偏光状態の2種以上の矩形偏光ビーム9に変換し、ガラス基板上の周辺回路部3と画素部2とで矩形偏光ビーム9を異なる偏光状態(偏光状態6、7)で照射する
【選択図】図2
Description
またその手段として、特許文献1の発明では、半導体薄膜に対するレーザ光の照射によるアニール工程において、部分的にマスクを用いてレーザ光を選択的に照射する。例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の作製において、周辺回路領域と画素領域とに対して、それぞれ異なる条件でレーザ光を照射するために、マスクを用いて、必要とする照射エネルギー密度でレーザ光を照射し、必要とする結晶性を選択的に有する結晶性珪素膜を得るものである。
またその手段として、特許文献2のレーザ照射装置は、パルスレーザ光を出射する複数のレーザ発振器と、複数のレーザ発振器のパルスタイミングがずれるように各々に制御信号を出力するパルス制御部と、複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタと、合成したレーザ光の光路上に配置され入射するレーザ光中の互いに直交する偏光成分のうち揃えるべき偏光方向と異なるものの偏光方向を選択的に回転させて、被照射物に照射するレーザ光の偏光方向を揃える偏光変換光学系と、を備えたものである。
一般に画素部のトランジスタには電気特性の均一性が必要とされ、結晶粒径の均一性を向上させる必要がある。一方、周辺回路部のトランジスタには高移動度が要求され、結晶粒径を増大させる必要がある。
しかし異なるエネルギーでレーザ照射するためにはマスクが必要となる場合があり、また金属元素を添加することは工程及び装置を複雑化させる問題点がある。
偏光パルスレーザ光をガラス基板上の走査方向に短くその直交方向に長い矩形断面を有しかつ異なる偏光状態の2種以上の矩形偏光ビームに変換し、前記ガラス基板上の周辺回路部と画素部とで前記矩形偏光ビームを異なる偏光状態で照射する、ことを特徴とするレーザアニール方法が提供される。
偏光パルスレーザ光を周期的に出射するレーザ出射装置と、
該レーザ出射装置からの偏光パルスレーザ光を、ガラス基板上の走査方向に直交する方向に電場が向く偏光状態と前記走査方向に電場が向く偏光状態とに変換可能な偏光変換光学系と、
該偏光変換光学系からの偏光パルスレーザ光を、ガラス基板上の走査方向に短くその直交方向に長い矩形断面の矩形偏光ビームに変換する形状変換光学系とを備え、
ガラス基板上の周辺回路部と画素部とで矩形偏光ビームを異なる偏光状態で照射する、ことを特徴とするレーザアニール装置が提供される。
前記偏光変換光学系は、レーザ共振器と形状変換光学系の間の光路上に配置された1/2波長板と、該1/2波長板を光軸を中心に回転させる駆動部とからなる。
前記偏光変換光学系は、複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタと形状変換光学系の間の光路上に配置された1/2波長板と、該1/2波長板を光軸を中心に回転させる駆動部とからなる。
前記矩形偏光ビームを短辺方向に集光しかつ焦点距離が可変な1対のシリンドリカルレンズアレイと、
該シリンドリカルレンズアレイを通過した前記矩形偏光ビームをガラス基板上に集光するコンデンサーレンズとからなる、ことが好ましい。
走査方向4は、この図に示すように、基板の長手方向に走査しても、短手方向に走査してもよい。
この図において、本発明のレーザアニール装置は、レーザ出射装置10、偏光変換光学系20、及び形状変換光学系30を備える。
偏光パルスレーザ光5aの偏光方向は、ガラス基板上の走査方向4に直交する方向(この図で紙面に平行な方向)に電場が向く偏光状態6と、走査方向4(この図で紙面に直交する方向)に電場が向く偏光状態7のどちらでもよい。
なお、この図において偏光状態6を上下方向の矢印、偏光状態7を二重丸で示す。
図1において、偏光状態6は、電場が矩形偏光ビーム9の長辺方向に向く偏光状態であり、偏光状態7は、電場が矩形偏光ビーム9の短辺方向に向く偏光状態である。
偏光変換光学系20は、この例ではレーザ共振器12と形状変換光学系30の間の光路上に配置された1/2波長板22と、1/2波長板22を光軸を中心に回転又は揺動させる駆動部24とからなる。
この構成により、駆動部24により1/2波長板22を回転又は揺動させることにより、45度回転毎に、1/2波長板22を通過する偏光パルスレーザ光5aを、偏光状態6と偏光状態7に交互に変換することができる。従って、1/2波長板22をどちらかの位置で停止することで、通過した偏光パルスレーザ光5bを常に偏光状態6又は偏光状態7に変換することができる。
なお、ビームエキスパンダー32は、上述した以外の構成の光学系であってもよい。
なお、1対のシリンドリカルレンズアレイ34は、上述した以外の構成の光学系であってもよい。
なお、コンデンサーレンズ36は、上述した以外の構成の光学系であってもよい。
この図において、本発明のレーザアニール装置は、レーザ出射装置10、偏光変換光学系20、及び形状変換光学系30を備える。
レーザ共振器12A,12Bは、それぞれ偏光状態7と偏光状態6を周期的に出射する。またこの偏光状態7と偏光状態6は、パルス制御部14により出射するパルスタイミングが異なり、交互に出射するようになっている。
反射ミラー26は、偏光状態7を偏光状態6と直交する方向に全反射させて、偏光状態7を偏光ビームスプリッタ28に入射させる。
偏光ビームスプリッタ28は、2つの偏光パルスレーザ光5a(偏光状態7と偏光状態6)を同軸光路上に合成する機能を有する。
また、駆動部24により1/2波長板22を適宜回転又は揺動させることにより、形状変換光学系30に入射する偏光パルスレーザ光5を、(1)偏光状態6のみ、(2)偏光状態7のみ、或いは(3)偏光状態7と偏光状態6に交互に変換して、ガラス基板上の周辺回路部3と画素部2とに照射することができる。
この図から、短辺方向の結晶粒寸法は1.5μm程度であり、本発明の第1の方法により、短辺方向に結晶粒を増大させることができることが確認された。
この図から、長辺方向及び短辺方向の結晶粒寸法は0.3μm程度であり、本発明の第2の方法により、均一な結晶粒を成長させることができることが確認された。
この図から、長辺方向及び短辺方向の結晶粒寸法は0.3μm程度であり、本発明の第3の方法により、均一な結晶粒を成長させることができることが確認された。
そのため、本発明では、上述した装置を用いて、例えば1対のシリンドリカルレンズアレイ34の上流側シリンドリカルレンズアレイ34aと下流側シリンドリカルレンズアレイ34bの間隔Δを変化させることにより、1対のシリンドリカルレンズアレイ34の焦点距離を変化し、矩形偏光ビーム8の長辺方向の長さを変化させる。
これにより、マスクを用いずに、アモルファスシリコン膜などの非晶質半導体膜を有する同一のガラス基板内に、周辺回路部3と画素部2とで矩形偏光ビーム9を異なる偏光状態で照射することができる。
5 偏光パルスレーザ光、6,7 偏光状態、
8a,8b 矩形偏光ビーム、9 矩形偏光ビーム、
10 レーザ出射装置、12,12A,12B レーザ共振器、
14 パルス制御部、
20 偏光変換光学系、22 1/2波長板、24 駆動部、
26 反射ミラー、28 偏光ビームスプリッタ、
30 形状変換光学系、32 ビームエキスパンダー、
34 シリンドリカルレンズアレイ、36 コンデンサーレンズ
Claims (8)
- 液晶および有機ディスプレイ装置用のガラス基板上に成膜された非晶質半導体膜をレーザ光の照射により結晶化するレーザアニール方法であって、
偏光パルスレーザ光をガラス基板上の走査方向に短くその直交方向に長い矩形断面を有しかつ異なる偏光状態の2種以上の矩形偏光ビームに変換し、前記ガラス基板上の周辺回路部と画素部とで前記矩形偏光ビームを異なる偏光状態で照射する、ことを特徴とするレーザアニール方法。 - 前記周辺回路部に、電場が矩形偏光ビームの長辺方向に向く偏光状態の偏光パルスレーザ光を照射し、該偏光パルスレーザ光のエネルギー勾配により短辺方向に結晶粒を増大させる、ことを特徴とする請求項1に記載のレーザアニール方法。
- 前記画素部に、電場が矩形偏光ビームの短辺方向に向く偏光状態の偏光パルスレーザ光を照射し、短辺方向に発生する定在波により、結晶粒の短辺方向の伸長を抑制し、均一な結晶粒を成長させる、ことを特徴とする請求項1に記載のレーザアニール方法。
- 前記画素部に、電場が矩形偏光ビームの長辺方向に向く偏光状態の偏光パルスレーザ光と、電場が矩形偏光ビームの短辺方向に向く偏光状態の偏光パルスレーザ光とを交互に照射し、長辺方向及び短辺方向に発生する定在波により、長辺方向に結晶粒を均一化させかつ結晶粒の短辺方向の伸長を抑制し、均一な結晶粒を成長させる、ことを特徴とする請求項1に記載のレーザアニール方法。
- 液晶および有機ディスプレイ装置用のガラス基板上に成膜された非晶質半導体膜をレーザ光の照射により結晶化するレーザアニール装置であって、
偏光パルスレーザ光を周期的に出射するレーザ出射装置と、
該レーザ出射装置からの偏光パルスレーザ光を、ガラス基板上の走査方向に直交する方向に電場が向く偏光状態と、前記走査方向に電場が向く偏光状態とに変換可能な偏光変換光学系と、
該偏光変換光学系からの偏光パルスレーザ光を、ガラス基板上の走査方向に短くその直交方向に長い矩形断面の矩形偏光ビームに変換する形状変換光学系とを備え、
ガラス基板上の周辺回路部と画素部とで矩形偏光ビームを異なる偏光状態で照射する、ことを特徴とするレーザアニール装置。 - 前記レーザ出射装置は、偏光パルスレーザ光を周期的に出射する単一のレーザ共振器であり、
前記偏光変換光学系は、レーザ共振器と形状変換光学系の間の光路上に配置された1/2波長板と、該1/2波長板を光軸を中心に回転させる駆動部とからなる、ことを特徴とする請求項5に記載のレーザアニール装置。 - 前記レーザ出射装置は、偏光パルスレーザ光を周期的に出射する複数のレーザ共振器と、該複数のレーザ共振器のパルスタイミングがずれるように各々に制御信号を出力するパルス制御部とからなり、
前記偏光変換光学系は、複数のレーザ光を同軸光路上に合成する偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタと形状変換光学系の間の光路上に配置された1/2波長板と、該1/2波長板を光軸を中心に回転させる駆動部とからなる、ことを特徴とする請求項5に記載のレーザアニール装置。 - 前記形状変換光学系は、円形断面のレーザ光をガラス基板上の走査方向に短くその直交方向に長い矩形断面の矩形偏光ビームに変換するビームエキスパンダーと、
前記矩形偏光ビームを短辺方向に集光しかつ焦点距離が可変な1対のシリンドリカルレンズアレイと、
該シリンドリカルレンズアレイを通過した前記矩形偏光ビームをガラス基板上に集光するコンデンサーレンズとからなる、ことを特徴とする請求項5に記載のレーザアニール装置。
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