JP2008218741A - レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度分布の均一なレーザービームを用いてレーザーアニールを行う。
【解決手段】レーザー発振器１１、レーザービームを２以上に分割させるビームホモジナイザ１３、分割されたレーザービームを一つに重ね合わせる集光手段、及び重ね合わされたレーザービームが照射される基板を載置する載置台を備えたレーザーアニール装置１であって、集光手段と載置台との間に２以上のスリット板１６、１７が配置され、それぞれのスリット板の開口部１６１、１７１の長手方向の長さは、レーザービームの長手方向の長さより短く、載置台に近づくにつれて順次短くなるように構成されているレーザーアニール装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法に関する。

低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(ＬＴＰＳ ＴＦＴ)を用いた有機ＥＬディスプレイ(ＯＥＬＤ)や液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)は、高精細、高画質なフラットパネルディスプレイとして注目されている。このＬＴＰＳ ＴＦＴの製造工程においては、レーザービーム源から発振されたレーザービームを線状のレーザービームに成形し、線状のレーザービームをガラス基板上の非晶質シリコン膜(以下、ａ−Ｓｉ膜とも称す)に対して走査することにより、ａ−Ｓｉ膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成するレーザーアニール工程が用いられる。

この線状のレーザービームの長手方向の強度分布が均一でないと、レーザーアニール工程によって得られた多結晶シリコン膜の結晶性が不均一となり、ＴＦＴの電気特性がばらついてしまい、製品に大きな影響を与えることとなる。そのため、レーザー発振器から射出したレーザービームをビームホモジナイザを用いて複数に分割させ、このレーザービームをアニール対象であるａ−Ｓｉ膜上で再びひとつになるように重ね合わせることで、レーザービームの強度分布を均一にして、多結晶シリコン膜の結晶性を均一にする方法がある。ところが、この方法では、複数に分割したレーザービームを完全にひとつになるように重ね合わせることは困難である。完全にひとつになるように重ね合わせられないと、線状のレーザービームの端部が、中央部とは異なる強度を有するようになる。アニール対象物は、このようなレーザービームの端部が照射された領域においては、他の領域とは異なる結晶性となることが多い。

このような問題を解決するため、光学系にスリット板を設けて、線状のレーザービームの中央部のみスリット板の開口部を通過させ、端部はスリット板の開口部以外の箇所にあたって遮られるようにする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−９１２６４号公報（図６及び請求項２等）

しかしながら、上記方法では、スリット板にあたったレーザービームによってスリット板の温度が上昇し、この温度上昇により、開口部の縁部周辺に、開口部中央部とはレーザービームの屈折率が異なる領域が形成される。このため、アニールを続けていると、レーザービームのうち、この開口部の縁部周辺の領域を通過したレーザービームと開口部の中央部を通過したレーザービームとでは強度が異なってくるので、所望の結晶性の均一な多結晶シリコン膜を得ることができないという問題がある。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、結晶性の均一な多結晶シリコン膜を得るために、強度分布が均一なレーザービームを用いたレーザーアニール装置及びレーザーアニール方法を提供することにある。

本発明のレーザーアニール装置は、レーザー発振器、レーザービームを２以上に分割させるビームホモジナイザ、分割されたレーザービームを一つに重ね合わせる集光手段、及び重ね合わされたレーザービームが照射される基板を載置する載置台を備えたレーザーアニール装置であって、集光手段と載置台との間に２以上のスリット板が配置され、それぞれのスリット板の開口部の長手方向の長さは、レーザービームの長手方向の長さより短く、載置台に近づくにつれて順次短くなるように構成されていることを特徴とする。このような２以上のスリット板を設けることで、均一な強度分布をもつレーザービームの中央部のみ開口部を通過させてアニール対象に照射することが可能となる。

前記スリット板を２つ設けた場合に、ビームホモジナイザの射出口と集光手段としての結像レンズとの距離をＸ１、結像レンズと載置台との距離をＸ２、レーザー発振器側のスリット板と載置台との距離をＸ３、載置台側のスリット板と載置台との距離をＸ４、ビームホモジナイザの射出口の一辺の長さをＹとすると、レーザー発振器側のスリット板の開口部の長手方向の長さＹ１は、
Ｙ１＞Ｙ×（Ｘ２−Ｘ３）／Ｘ１
を満たすように構成され、載置台側のスリット板の開口部の長手方向の長さＹ２は、
Ｙ２≦Ｙ×（Ｘ２−Ｘ４）／Ｘ１
を満たすように構成されることが好ましい。

前記各スリット板のうち少なくとも１つのスリット板が、冷却手段を備えることが好ましい。冷却手段を設けることで、スリット板が加熱されるのを防止し、レーザービームの光路中の屈折率の変化を抑えることができる。

前記各スリット板のうち少なくとも１つのスリット板が、スリット板にあたるレーザービームを反射させる反射手段を備えたことが好ましい。反射手段を設けることで、スリット板に照射されるレーザービーム量を減少させ、スリット板の加熱を防止するので、レーザービームの光路中の屈折率の変化を抑えることができる。

本発明のレーザーアニール方法は、レーザービーム発振器から射出されたレーザービームをビームホモジナイザで２以上に分割し、次いで、分割したレーザービームを一つに重ね合わせ、この重ね合わせたレーザービームを基板に照射してレーザーアニールを行うレーザーアニール方法であって、重ね合わせたレーザービームを、基板に照射する前に、２以上配置されたスリット板の各開口部で、その長手方向の長さがレーザービームの長手方向の長さより短く、基板に近づくにつれて順次短くなる各開口部を通過させ、次いで、スリット板の開口部を通過したレーザービームを、アニール対象物に照射してレーザーアニールを行うことを特徴とする。

この場合に、前記スリット板に設けられた冷却手段によって、レーザービームがあたって加熱されたスリット板を冷却しながらレーザーアニールを行うことが好ましい。また、前記スリット板に設けられたレーザービーム反射手段によって、レーザービームの一部を反射して、スリット板が加熱されることを防止しながらレーザーアニールを行うことが好ましい。

本発明のレーザーアニール装置及びレーザーアニール方法によれば、レーザービームの強度分布が均一となるので、結晶均一性のよい多結晶膜を得ることができるという優れた効果を奏する。

図１は、本発明のレーザーアニール装置１の光学系の配置の概略を示す模式図であり、（ａ）はレーザービームＬの長手方向（幅広方向）の模式図、（ｂ）はレーザービームＬの短手方向（集光方向）の模式図を示す。レーザーアニール装置１は、レーザー発振器１１と、レーザー発振器１１から発振されたレーザービームを長手方向でのみ集光する１軸方向シリンドリカルレンズ１２と、レーザービームを複数に分割（分岐）させるビームホモジナイザ１３と、この分割したレーザービームを長手方向でのみ重ね合わせる結像レンズ１４と、結像レンズ１４から射出したレーザービームを短手方向でのみ集光するフォーカスレンズ１５と、通過するレーザービームの一部を遮断するための第１スリット板１６及び第２スリット板１７と、レーザービームが照射されてアニールされるａ−Ｓｉ膜を形成した基板が載置される載置台１８とからなる。以下、このレーザーアニール装置１について説明する。

まず、レーザー発振器１１から発振されたレーザービームＬは、図示しないビームエキスパンダに入射され、平行光の状態で直径だけを拡大された後、１方向シリンドリカルレンズ１２に入射されて、長手方向でのみ集光される。レーザー発振器１１としては、ランダム偏光のレーザー発振器であって、高出力（例えば、２００Ｗ以上）のものが好ましい。このようなレーザー発振器としては、ガスレーザーであれば、例えば、ＣＯ_２レーザー、エキシマレーザー、希ガスレーザーがあげられる。また、固体レーザーとしては、例えば、ＹＡＧ(イットリウム・アルミニウム・ガーネット単結晶)レーザー、セラミックレーザー、半導体レーザー等が上げられる。

次いで、長手方向でのみ集光されたレーザービームは、ビームホモジナイザ１３に入射され、光路内で全反射を複数回繰り返し、複数に分割される。このビームホモジナイザは、図１中では、例として光導波管としたが、レーザービームを分割することができればどのようなものであってもよく、回折格子や、複数のレンズが１次元又は２次元に配列されたシリンドリカルレンズアレイや、フライレンズアレイなどでもよい。また、ライトパイプであってもよい。この場合、干渉縞による影響を低減するためには、分割数は多いほうがよい。

この分割数は、ビームホモジナイザ１３として光導波管を用いた場合には、レーザービームの半径、光導波管の直前に配置されたシリンドリカルレンズ１２の焦点距離及び光導波管の外寸によって決定される。

レーザービームは、上記のように光導波管の内壁で全反射し、反射ごとに２つずつビームレットが増えていくことから、反射回数をｍとすれば、分割数は（２ｍ＋１）であらわすことができる。この分割数２ｍ＋１を、シリンドリカルレンズに入射する前のレーザ光のビームの半径をｒ１、シリンドリカルレンズ１２の焦点距離をｆ、光導波管の幅を２ｒ２、光導波管中でレーザービームが正反射を繰り返す距離を２ｙからどのように決定できるのか、以下図２を参照して説明する。

図２に示すように、レーザービームが、光導波管の内側及び外側で互いに相似な三角形を形成するので、この関係から、
ｙ = ｆ・ｒ２ / ｒ１
を得る。ここで、レーザービームＬの長手方向における光導波管１２の長さをｌとするとこの導波管の中でのレーザービームの反射回数ｍは、
ｍ＝ｌ／２ｙと表すことができる。
そうすると、上記各式から、分割数（２ｍ＋１）は、
２ｍ＋１＝｛（ｌ・ｒ１）／（ｆ・ｒ２）｝＋１
で表すことができ、分割数は、レーザービームの半径、シリンドリカルレンズ１２の焦点距離及び光導波管の外寸で決定されていることが明らかである。

ビームホモジナイザ１３を通過したレーザービームは、長手方向でのみレーザービームを重ね合わせ、短手方向ではレーザービームがそのまま通過する結像レンズ１４に入射され、その後、フォーカスレンズ１５に入射される。このようにしてレーザービームを重ね合わせることで、レーザービームの強度が均一になる。この点について、図３を用いて説明する。

図３（ａ）は、ビームホモジナイザ１３を通過する前のレーザービームＬの強度分布を模式的に示すものである。このように、中心部の強度が高いレーザービームを、ビームホモジナイザ１３で、例えば、説明のため（１）〜（４）の４つのビームレットに分割する。そして、この各ビームレットを、結像レンズ１４によって一つに重ね合わせると、図３（ｂ）に示すように、矩形のレーザービームとなって、強度が均一となる。しかしながら、実際には、レーザービームはレンズの収差等により完全に重なり合わず、図３（ｃ）に示すように、重ね合わせたレーザービームの端部の強度はなだらかな曲線を描き、中央部の強度と同一にならない。

そこで、レーザービーム中央部の強度とは異なる強度のレーザービーム端部が基板に照射されないように、図１中では、第１スリット板１６及び第２スリット板１７を設けている。スリット板について、以下図４及び図５を用いて説明する。

図４は、スリット板を一枚設けた場合のスリット板とレーザービームとの関係を示す模式図である。スリット板を１段のみとしたレーザーアニール装置では、レーザービームＬの端部のレーザービームＬ１がスリット板にあたって、スリット板が加熱され、開口部の縁部周辺には、熱の影響を受けにくい中央部とはレーザービームの屈折率が異なる領域Ａ１が形成される。この領域Ａ１を通過したレーザービームＬ２にはゆらぎが生じる。その結果、レーザービームＬ中の、レーザービームの屈折率の異なる領域Ａ１を通過したレーザービーム（端部）Ｌ２と、この領域Ａ１を通過していないレーザービーム（中央部）Ｌ３とでは、強度分布が同一にはならず、このレーザービームを用いてレーザーアニール処理すれば、得られた多結晶膜の結晶性にばらつきが生じることとなる。

そこで、本発明では、図５に示すように、それぞれ開口部を有するスリット板を２段としている。第１スリット板１６の開口部１６１は、その長手方向の長さがレーザービームの長手方向の長さより短くなるように、第２スリット板１７の開口部１７１は、第１スリット板よりもさらにその長手方向の長さが短くなるように構成し、強度分布が異なる端部を完全にスリット板で遮断するようにしている。即ち、レーザービーム端部のレーザービームＬ１が第１スリット板１６に当たって生じた熱によって、第１スリット板の開口部の縁部周辺には、レーザービームの屈折率が異なる領域Ａ２が形成される。そして、第１スリットを通過したレーザービームのうち、屈折率が異なる領域Ａ２を通過したレーザービームＬ２のみが、第１スリット板よりもさらにその長手方向の長さが短い、即ち狭い開口部１７１を有する第２スリット板１７にあたり、所望の強度分布の均一なレーザービームＬ３のみ開口部１７１を通過して、基板に照射されるように構成している。この場合、第２スリット板１７に当たるレーザービームＬ２が少ない量なので、第２スリット板では温度上昇もほとんどない。従って、レーザービームの屈折率が中央部とは異なる領域もほとんど形成されず、強度分布の均一なレーザービームを得ることができる。

このように各スリット板を通過させて所望のレーザービームを得るためには、第２スリット１７に照射されるレーザービーム量を減少させるための第１スリット板１６と、強度分布が均一なレーザービームのみ通過させる第２スリット板１７とが、光導波管１３の射出口と結像レンズ１４との距離をＸ１、結像レンズ１４と載置台１８との距離をＸ２とし、第１のスリット板と載置台との距離をＸ３、第２のスリット板と載置台との距離をＸ４とし、ビームホモジナイザの射出口の一辺の長手方向の長さをＹとした場合に、第１のスリット板１６の開口部１６１の長手方向の長さＹ_１６１は、Ｙ_１６１＞Ｙ×（Ｘ２−Ｘ３）／Ｘ１
を満たすように構成され、第２のスリット板の開口部１７１の長手方向の長さＹ_１７１は、Ｙ_１７１≦Ｙ×（Ｘ２−Ｘ４）／Ｘ１を満たすように構成されているという関係を満たすように設置されることが好ましい。このような関係を満たせば、レーザービームの強度分布が均一な部分のみレーザーアニールに用いることができるだけでなく、スリット板をひとつだけ設けた場合と比べて、レーザービームで加熱されて生じる熱量を大幅に減少させて強度分布が均一なレーザービームを幅広く得ることができる。

この場合、スリット板の開口部は、それぞれ矩形状で設けられている。また、結像レンズ１４に入射したビームレットのうち、一番端を通ったビームレットの焦点を点Ａとすると、第１のスリット板の開口部は、この焦点よりも外側にくるように設置される。また、第２スリット板１７は、得られたレーザービームのエッジがよりシャープになるように、基板により近い位置に設置されることが好ましい。

これらの各スリット板は、レーザービームが当たっても変形等が生じないようにモリブデン等の高融点金属からなることが好ましい。

また、各スリット板には、レーザービームの屈折率の変化を防止するために、冷却手段を設けることが好ましい。冷却手段としては、冷媒式のものがある。また、光路の屈折率の変化を防止するために、第１スリット板１６のレーザー源側表面には、反射材を設けてもよい。反射材を設けることで、レーザービームが反射され、各スリット板の温度上昇を防止できる。この場合、反射材は反射したレーザービームが光路に戻らないように、角度をつけ、レーザービームが減衰するように設置することが好ましい。

このようにして、載置台１８上に載置されているａ−Ｓｉ膜を形成した基板に４０μｍ×１４０ｍｍの線状のレーザービームを照射し、アニールして多結晶膜を得る。

本発明のレーザーアニール装置を用いてａ−Ｓｉ膜をアニールする場合、例えば、ガラス基板上にＣＶＤ法によりＳｉＮ、ＳｉＯ_ｘ、ａ−Ｓｉを、順次厚さ１００Å、３０００Å、５００Åで成膜したものをアニール装置内の載置台１８に載置し、脱水素アニール工程を３５０〜５００℃で５〜１５分間行った後に、レーザー出力３００〜７００ｍＪ／ｃｍ^２で、真空チャンバー内の雰囲気を窒素雰囲気などの不活性ガス雰囲気とし、圧力：大気圧、温度：常温の条件でレーザーアニールを行う。

本実施の形態では、スリット板の例として２段スリット板をあげたが、２段以上の多段のものであってよい。この場合に、各スリット板の開口部は、その長手方向の長さがレーザービームの長手方向の長さより短く、また、載置台１８に近づくにつれて短くなるように構成すれば、レーザービームの強度分布が均一なレーザービームの中央部のみ通過させることができる。

本実施の形態では、位相差板を設けなかったが、結像レンズ１４を射出したレーザービームが４つに分割されているので、この分割されたレーザービームの一方の光路に、例えば、図１（ａ）中Ｂで示された位置に、位相差板をもうけて、他方のレーザービームに対して位相差を設けるように構成してもよい。このように構成すれば、よりレーザービームの干渉を抑えることができる。

また、本実施の形態においては、結像レンズ１４を１枚だけ用いたが、球面収差が問題となる場合には、複数枚のレンズからなる結像レンズを適宜配置すればよい。

前記した実施の形態では、スリット板によってレーザービームの強度を均一にして結晶性が均一な膜を得ることができるようにアニールすることについて述べたが、レーザービームが干渉して、照射方向に対して縦又は斜めの干渉縞が生じる場合がある。

そこで、第２の実施の形態として、縦の干渉縞が生じる場合には、前記レーザーアニール装置に、さらに複屈折結晶を設け、この複屈折結晶でレーザービームを２つ（常光、異常光）に分割して、干渉を低減させてもよい。この複屈折結晶が空間的な光学ローパスフィルターとして機能することにより、レーザービームの空間的な高調波成分を除去して、レーザービームのコヒーレント性に起因する縦の縞状の照射痕を低減することができる。又、レーザービームが複屈折結晶に入射されて分割して得られた各ビームレットは、それぞれ異なる偏光パターンとなるので、互いに干渉しにくいため、より照射痕を低減することが可能となる。２軸性水晶結晶又はＬi_２Ｂ_４Ｏ_７結晶であることが好ましい。

この複屈折結晶は、光路中であればどこに配置してもよい。好ましくは、収差がなるべく生じない様に、レーザービームが平行光である位置に配置することである。平行光でない位置に配置した場合には、レンズデザインを変更するか、レンズの位置調整により収差が生じないようにすればよい。

また、第３の実施の形態として、斜めの干渉縞が生じる場合には、レーザービームの光路中に波長板を設け、干渉を低減させることができる。この波長板は、波長板の遅延軸に対する垂線とビーム偏光方向のうちの長軸方向との間で所定の角度をなすように配置されている。レーザービームはこの所定の角度をなすように配置された波長板に入射されることで、ランダム偏光であるレーザービームのうち、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となるので、干渉しにくくなり、斜めの縞状の照射痕を低減することができる。波長板としては、入射光線に対して１波長未満の波長差を生じさせる機能を有する波長板が好ましい。例えば、１／２波長板、１／３波長板、２／３波長板、１／４波長板、３／４波長板、１／５波長板、２／５波長板、３／５波長板、４／５波長板、１／８波長板、３／８波長板、５／８波長板などが挙げられる。

この場合の斜めの照射痕の原因となる偏光成分を低減するための所定の角度は、波長板の種類及びレーザー発振器１１によって変わってくる。例えば、４分の１波長板と、Ｎｄ：ＹＡＧを活性媒質とし、平均パワー２００Ｗ、パルス繰り返し周波数：４ｋＨｚ、ビーム品質：Ｍ^２≒１０、レーザー直径：１２．５ｍｍのレーザー発振器を用いた場合、このランダム偏光の偏光成分のうち長軸方向を基準とし、この基準に対して反時計回りに傾けた前記遅延軸の垂線がこの基準となす傾斜角φが、−１０＜φ＜３０°となるように４分の１波長板が配置されている場合には、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。特に、傾斜角φが０≦φ≦２０°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。また、傾斜角φが１７０＜φ＜２１０°の場合にも、それぞれ前記の長軸方向と垂線との関係が−１０＜φ＜３０°の場合と同一であるので、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となって干渉しにくくなり、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。この場合にも、傾斜角φが１８０≦φ≦２００°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。これ以外にも、傾斜角φが１００＜φ＜１５０°又は２８０＜φ＜３３０°の場合にも、レーザービームの走査方向に対して斜めの縞状の照射痕を低減することが可能である。特に、傾斜角φが１１０≦φ≦１４０°又は２９０≦φ≦３２０°である場合には、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。

上記では、波長板として４分の１波長板を配置した場合について説明したが、４分の１波長板でなくとも、波長板であれば、所定の角度（傾斜角）をなすように配置すれば、上記と同様の結果を得ることができる。例えば、波長板として、例えば、波長板として、３分の１波長板を配置した場合には、所定の角度を、４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°、好ましくは５０≦φ≦８０°、１１０≦φ≦１３０°、２３０≦φ≦２６０°、又は２９０≦φ≦３１０°となるように配置すればよい。４分の３波長板を配置した場合には、−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°、好ましくは、０≦φ≦５０°、１２０≦φ≦１６０°、１８０≦φ≦２３０°、又は３００≦φ≦３４０°となるように配置すればよい。これらの４分の１波長板ではない波長板を用いた場合にも、波長板は光路中であればどこに配置してもよいが、収差がなるべく生じない様に、レーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。

また、上記の複屈折結晶及び波長板をレーザーアニール装置に共に設けることも可能である。

本実施の形態では、アニール対象物としてａ−Ｓｉ膜を挙げたが、ａ−Ｓｉ膜以外にも、非晶質シリコンゲルマニウム膜、非晶質シリコンカーバイト膜などをアニール対象物としてもよい。

図１に示すレーザーアニール装置１を用いて、レーザーアニールを行った。レーザー発振器１１としては、波長５３２ｎｍ、繰り返し周波数４ｋＨｚ、出力２００Ｗ、ビーム径１２ｍｍのＮｄ：ＹＡＧレーザー発振器を用いた。このレーザー発振器１１から発振されたレーザービームはビームエキスパンダによりビーム径８０ｍｍまで広げられて１軸方向シリンドリカルレンズ１２（焦点距離２１０ｍｍ）に入射され、次いで、レーザービームは光導波管１３（１５０ｍｍ×１００ｍｍ×７ｍｍ：射出口のビームの長手方向の長さは７ｍｍ）に入射されて４分割された。そして、この光導波管１３と５０ｍｍ離れて設置された結像レンズ１４（焦点距離５０ｍｍ）に入射されて、重ね合わされた。その後、レーザービームは、フォーカスレンズ１５（焦点距離３００ｍｍ）を通過して、第１スリット板１６の開口部（１４０ｍｍ）を通過した後に、第１スリットとは８０ｍｍ離れて設置された第２スリット板１７（開口部：１４０ｍｍ）を通過した。最後に、２段スリット板を通過させて得られた強度分布が均一なレーザービームが、結像レンズ１４からの距離が１１００ｍｍ、第２スリットからの距離が２５ｍｍの位置になるように載置されたアニール対象基板（ガラス基板上に、ＳｉＮ_ｘ膜（１０００Å）、ＳｉＯ_２膜（３０００Å）及びａ−Ｓｉ膜（５００Å）を順次形成したもの）に照射され（レーザービーム断面は２００ｍｍ×４０μｍ）、多結晶Ｓｉ膜を得た。なお、スリット板の冷却手段としては冷媒式のものを用いた。

得られた多結晶Ｓｉ膜の表面状態を、図６に示す。これは、得られた多結晶Ｓｉ膜の表面に斜めに光を当てて光の反射具合から、多結晶Ｓｉ膜の表面状態を観察したものである。図６中、レーザービーム照射領域は、Ｅ１で示された領域である。この場合には、レーザービームの強度分布が均一であるために、得られた多結晶Ｓｉ膜の表面状態は良好であった。

図６に示したように、本実施例では得られた多結晶Ｓｉ膜は、結晶均一性に優れていた。
（比較例１）

実施例１とは、冷却手段を設けなかった以外は、すべて同一の条件でレーザーアニールを行った。得られた多結晶Ｓｉ膜の表面状態を図７に示す。これは、多結晶Ｓｉ膜の表面に斜めに光を当てて光の反射具合から、多結晶Ｓｉ膜の表面状態を観察したものである。図７中、レーザービーム照射領域は、Ｅ２で示された領域である。この場合には、得られた多結晶Ｓｉ膜の端部領域での光の反射が一様ではないことから（特に図７中点線で囲った領域Ｅ２１では光の反射状態が一様ではないことが顕著である）、レーザービームの強度分布が均一ではなく、端部と他の部分とでは得られた膜の結晶性が異なっていたことがわかった。
（比較例２）

実施例１とは、スリット板を１段にした以外はすべて同一の条件でレーザーアニールを行ったが、得られた多結晶Ｓｉ膜は面内の結晶均一性が悪かった。

本発明によれば、レーザーアニールに用いるレーザービームが均一な強度分布を保ったままアニール対象物に照射されるので、結晶性の均一な多結晶膜を得ることができる。これにより、デバイスの製造工程における歩留まり及び信頼性の向上、また、基板からのデバイス取り数の増加が可能になる。したがって、本発明は、フラットパネルディスプレイの製造分野に利用することができる。

本発明のレーザーアニール装置を示す模式図であり、（ａ）は幅広方向、（ｂ）は集光方向を示す。 光導波管によるレーザービームの分割について説明するための模式図である。 レーザービームの強度分布について説明する模式図であり、（ａ）は、ビームホモジナイザ入射前のレーザービームの強度分布を示す模式図、（ｂ）は、重ね合わされたレーザービームの強度分布を示す模式図、（ｃ）は実際に重ね合わされたレーザービームの強度分布を示す模式図である。 スリット板を一枚設けた場合のスリット板とレーザービームとの関係を示す模式図である。 本発明のレーザーアニール装置に用いる第１スリット板１６及び第２スリット板１７との関係について説明する模式図である。 実施例１で得られた基板の表面を示す図である。 比較例１で得られた基板の表面を示す図である。

符号の説明

１ レーザーアニール装置 １１ レーザー発振器
１２ 一方向シリンドリカルレンズ １３ 光導波管
１４ 結像レンズ １５ フォーカスレンズ
１６ 第１のスリット板 １７ 第２のスリット板
１８ 載置台 １６１ 開口部
１７１ 開口部 Ｌ レーザービーム

Claims (7)

1. レーザー発振器、レーザービームを２以上に分割させるビームホモジナイザ、分割されたレーザービームを一つに重ね合わせる集光手段、及び重ね合わされたレーザービームが照射される基板を載置する載置台を備えたレーザーアニール装置であって、集光手段と載置台との間に２以上のスリット板が配置され、それぞれのスリット板の開口部の長手方向の長さは、レーザービームの長手方向の長さより短く、載置台に近づくにつれて順次短くなるように構成されていることを特徴とするレーザーアニール装置。
2. 前記スリット板を２つ設けた場合に、ビームホモジナイザの射出口と集光手段としての結像レンズとの距離をＸ１、結像レンズと載置台との距離をＸ２、レーザー発振器側のスリット板と載置台との距離をＸ３、載置台側のスリット板と載置台との距離をＸ４、ビームホモジナイザの射出口の一辺の長さをＹとすると、レーザー発振器側のスリット板の開口部の長手方向の長さＹ１は、
   Ｙ１＞Ｙ×（Ｘ２−Ｘ３）／Ｘ１
   を満たすように構成され、載置台側のスリット板の開口部の長手方向の長さＹ２は、
   Ｙ２≦Ｙ×（Ｘ２−Ｘ４）／Ｘ１
   を満たすように構成されることを特徴とする請求項１記載のレーザーアニール装置。
3. 前記各スリット板のうち少なくとも１つのスリット板が、冷却手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のレーザーアニール装置。
4. 前記各スリット板のうち少なくとも１つのスリット板が、スリット板にあたるレーザービームを反射させる反射手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザーアニール装置。
5. レーザービーム発振器から射出されたレーザービームをビームホモジナイザで２以上に分割し、次いで、分割したレーザービームを一つに重ね合わせ、この重ね合わせたレーザービームを基板に照射してレーザーアニールを行うレーザーアニール方法であって、重ね合わせたレーザービームを、基板に照射する前に、２以上配置されたスリット板の各開口部で、その長手方向の長さがレーザービームの長手方向の長さより短く、基板に近づくにつれて順次短くなる各開口部を通過させ、次いで、スリット板の開口部を通過したレーザービームを、アニール対象物に照射してレーザーアニールを行うことを特徴とするレーザーアニール方法。
6. 前記スリット板に設けられた冷却手段によって、レーザービームがあたって加熱されたスリット板を冷却しながらレーザーアニールを行うことを特徴とする請求項５記載のレーザーアニール方法。
7. 前記スリット板に設けられたレーザービーム反射手段によって、レーザービームの一部を反射して、スリット板が加熱されることを防止しながらレーザーアニールを行うことを特徴とする請求項５または６記載のレーザーアニール方法。