JP2008283069A - 照射装置、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法および表示装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】必要なビーム径に対して焦点位置の最適化を図ることで、半導体レーザの個体差等の影響を受けることなく、被照射物に対するレーザ光の照射を行えるようにする。
【解決手段】半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射する照射装置において、前記被照射物への照射ビーム半径をｗ、前記半導体レーザの発散角広がり個体差の割合をΔ、前記半導体レーザのビーム波長をλとした場合に、前記半導体レーザと前記被照射物との間に介在する照射光学系の焦点位置と前記被照射物との距離ｚが、前記ｗ、前記Δおよび前記Δから所定演算式で導出される値となるように、前記焦点位置をデフォーカスさせる。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体レーザを光源に用いてビーム光を照射する照射装置、並びに、そのビーム光の照射を利用して半導体装置を製造する半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法および表示装置の製造方法に関する。
アクティブマトリクス型液晶表示装置や有機電界発光素子（以下「有機ＥＬ素子」という）を用いた有機電界発光表示装置（以下「有機ＥＬディスプレイ」という）等を製造する場合には、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor、以下「ＴＦＴ」と略す）等の回路素子を多結晶シリコンにより形成するため、連続発振するレーザビーム光を用いてシリコン薄膜に対するアニール処理を行うことが知られている。レーザビーム光によるアニール処理によれば、シリコン薄膜を部分的に照射することから、基板全体が高温となってしまうのを回避することができ、基板としてガラス基板を用いることが可能となるからである。
また、レーザビーム光によるアニール処理を行う場合には、高スループット化の実現のために、アニール装置の照射光学系からの出力ビーム光が線状ビームであるのが望ましいということが知られている。そしてさらに、このようなアニール処理によって均一な多結晶シリコンを生成するためには、線状ビームの長軸方向をいわゆる均一化光学系により構成し、シリコン薄膜に対する長軸方向の照射むらを抑制するのが望ましいということが知られている。
図１２は、ブロードエリア型半導体レーザを用いた従来技術の例であり、エミッタ長手方向（以下「スローアクシス（SlowAxis）方向」という）の照射光学系の構成例を示している。図例の照射光学系では、半導体レーザ７１からの光束をコリメートレンズ７２によってコリメートし、これにより得られるファーフィールドパターンFFP(1)を結像レンズ７３によって投影してファーフィールドパターンFFP(2)とする。また、スローアクシス方向と垂直な方向（以下「ファストアクシス（FastAxis）方向」という）の光束は、ニヤフィールドパターンNFPで集光して、ファーフィールドパターンFFP(2)に至るときに各方向（スローアクシス，ファストアクシス）のビーム径が同一となるようにする。これにより、ファーフィールドパターンFFP(2)に置かれる被照射物が光軸方向にずれたとしても、ビーム径変化が小さく、焦点深度が大きくなるように構成されているのである（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３０５０３６号公報
しかしながら、上述した従来技術による照射光学系を用いてレーザ光を照射する場合には、以下に述べる点で問題が生じるおそれがある。
従来技術による照射光学系では、ファストアクシス方向がデフォーカスしているため、そのファストアクシス方向のビーム径に敏感なアプリケーションに対しては、図１３（ａ）に示すように、必ずしも焦点深度が大きいとは言えない。焦点深度を拡大するためには、照射開口数（ＮＡ）を小さくすることが考えられる。ただし、照射ＮＡを小さくしすぎると、図１３（ｂ）に示すように、半導体レーザ７１の発散角個体差の影響により、ビーム径が設計値からずれてしまうおそれがあり、照射光学系ではその影響を補正することができない。半導体レーザ７１の発散角は、他の仕様（例えば、波長、発振閾値、位置精度、発振出力等）に比べて、個体差によるバラツキが大きく、ビーム径や蹴られ等といった光学系の特性にも大きな影響を及ぼす。
また、半導体レーザ７１の発散角は個体差によるバラツキが大きいことから、例えば半導体レーザ７１を交換する場合や複数の半導体レーザ７１による並行照射を行う場合等には、発散角の相違に起因してファーフィールドパターンFFP(2)におけるビーム径が変わってしまい、その結果、半導体レーザ７１の交換前後や各半導体レーザ７１別等で、レーザ光の照射条件に相違が生じてしまうおそれがある。このような相違に対応するためには、例えば図１４に示すように、半導体レーザ７１および照射光学系７４を光軸方向に沿って移動させるＺステージ７５を用いて焦点位置調整を行い得るようにすることが考えられるが、その場合には、Ｚステージ７５等の調整機構や、調整に必要となるビーム径の測定装置７６等が必要となり、装置構成の複雑化や、処理手順の煩雑化に伴う処理効率の低下等を招いてしまうことになる。
そこで、本発明は、必要なビーム径に対して焦点位置の最適化を図ることで、半導体レーザの個体差等の影響を受けることなく、被照射物に対するレーザ光の照射を行うことのできる照射装置、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法および表示装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために案出されたもので、半導体レーザからの出射光を被照射物へ照射する照射装置であって、前記被照射物への照射ビーム半径をｗ、前記半導体レーザの発散角広がり個体差の割合をΔ、前記半導体レーザのビーム波長をλとした場合に、前記半導体レーザと前記被照射物との間に介在する照射光学系の焦点位置と前記被照射物との距離ｚが、
Figure 2008283069
 となるように、前記焦点位置がデフォーカスしていることを特徴とする。
上記構成の照射装置では、照射光学系の焦点位置が被照射物上には無く、距離ｚの分だけ当該被照射物上からデフォーカスしており、しかもそのデフォーカス量が必要な照射ビーム径ｗに対して最適化されたものとなっている。したがって、半導体レーザの発散角個体差の影響を受けること無く、要求される照射ビーム径ｗを得ることが可能となり、また焦点深度が最も深くなる照射光学系が実現されることになる。
本発明によれば、半導体レーザの発散角個体差の影響を受けること無く、要求されるビーム径を得ることが可能となるので、半導体レーザの交換前後でレーザビーム光の照射条件に相違が生じてしまうのを回避でき、フォーカス調整等の条件出しを行わずに済み、Ｚステージ等の不要化による装置構成の簡素化や処理手順の簡略化に伴う処理効率の向上等が期待できる。また、例えば、半導体レーザおよび照射光学系を備える装置を量産する場合においても、半導体レーザの発散角個体差の影響を受けないので、製品歩留まりが格段に向上し、当該製品価格のコストダウンにも繋がる。
以下、図面に基づき本発明に係る照射装置、半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法および表示装置の製造方法について説明する。
先ず、はじめに、レーザ光の照射を利用して製造される半導体装置の概要を説明する。
ここで説明する半導体装置は、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン、以下「ａ−Ｓｉ」と記述する）の非結晶状態から多結晶状態への改質、すなわちａ−Ｓｉから多結晶シリコン膜（ポリシリコン、以下「ｐ−Ｓｉ」と記述する）への改質を経て得られるものをいい、具体的には薄膜半導体装置であるＴＦＴが例に挙げられる。
ＴＦＴは、例えば、アクティブマトリクス型液晶表示装置や有機ＥＬディスプレイ等の表示装置を構成するのに用いられる。
図１は、ＴＦＴを備えた有機ＥＬディスプレイの構成例を示す説明図である。
図例の構成の有機ＥＬディスプレイ１は、以下に述べる手順で製造される。
先ず、ガラス基板からなる基板１１上に、例えばＭｏ膜からなるゲート膜１２をパターン形成した後、これを例えばＳｉＯ／ＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜１３で覆う。そして、ゲート絶縁膜１３上にａ−Ｓｉ膜からなる半導体層１４を成膜する。この半導体層１４に対しては、レーザアニール処理を施して、結晶化によりａ−Ｓｉ膜からｐ−Ｓｉ膜への改質を行う。次いで、ゲート膜１２を覆う島状に半導体層１４をパターニングする。その後、基板１１側からの裏面露光により、半導体層１４のゲート膜１２上に重なる位置に絶縁性パターン（図示省略）を形成し、これをマスクにしたイオン注入と活性化アニール処理により半導体層１４にソース／ドレインを形成する。以上により、基板１１上にゲート膜１２、ゲート絶縁膜１３および半導体層１４が順に積層された、いわゆるボトムゲートタイプのＴＦＴ１０を形成する。ここでは、ボトムゲートタイプを例に挙げているが、トップゲートタイプのＴＦＴを利用しても構わない。
その後は、ＴＦＴ１０を層間絶縁膜２１で覆い、層間絶縁膜２１に形成した接続孔を介してＴＦＴ１０に接続された配線２２を設けて画素回路を形成する。以上のようにして、いわゆるＴＦＴ基板２０を形成する。
ＴＦＴ基板２０の形成後は、そのＴＦＴ基板２０上を平坦化絶縁膜３１で覆うとともに、配線２２に達する接続孔３１ａを平坦化絶縁膜３１に形成する。そして、平坦化絶縁膜３１上に接続孔３１ａを介して配線２２に接続された画素電極３２を例えば陽極として形成し、画素電極３２の周縁を覆う形状の絶縁膜パターン３３を形成する。また、画素電極３２の露出面は、これを覆う状態で有機ＥＬ材料層３４を積層成膜する。さらに、画素電極３２に対して絶縁性を保った状態で対向電極３５を形成する。この対向電極３５は、例えば透明導電性材料からなる陰極として形成するとともに、全画素に共通のベタ膜状に形成する。このようにして、陽極としての画素電極３２と陰極としての対向電極３５との間に有機正孔輸送層や有機発光層等の有機ＥＬ材料層３４が配されてなる有機ＥＬ素子が構成されるのである。なお、ここでは、トップエミッション方式のものを例に挙げているが、ボトムエミッション方式であれば、画素電極３２を導電性透明膜で形成し、対向電極３５を高反射金属膜で形成すればよい。また、対向電極３５または画素電極３２にハーフミラーを用いて光を共振させるマイクロキャビティ構造を採用することも考えられる。
その後、対向電極３５上に光透過性を有する接着剤層３６を介して透明基板３７を貼り合わせ、有機ＥＬディスプレイ１を完成させる。
図２は、有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いたアクティブマトリックス方式の有機ＥＬディスプレイ１を例に挙げている。
図２（Ａ）に示すように、この有機ＥＬディスプレイ１の基板４０上には、表示領域４０ａとその周辺領域４０ｂとが設定されている。表示領域４０ａは、複数の走査線４１と複数の信号線４２とが縦横に配線されており、それぞれの交差部に対応して１つの画素ａが設けられた画素アレイ部として構成されている。これらの各画素ａには有機ＥＬ素子が設けられている。また周辺領域４０ｂには、走査線４１を走査駆動する走査線駆動回路４３と、輝度情報に応じた映像信号（すなわち入力信号）を信号線４２に供給する信号線駆動回路４４とが配置されている。
そして、表示領域４０ａには、フルカラー対応の画像表示を行うために、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分に対応した有機ＥＬ素子が混在しており、これらが所定規則に従いつつマトリクス状にパターン配列されているものとする。各有機ＥＬ素子の設置数および形成面積は、各色成分で同等とすることが考えられるが、例えば各色成分別のエネルギー成分に応じてそれぞれを相違させるようにしても構わない。
また、図２（Ｂ）に示すように、各画素ａに設けられる画素回路は、例えば有機ＥＬ素子４５、駆動トランジスタＴｒ１、書き込みトランジスタ（サンプリングトランジスタ）Ｔｒ２、および保持容量Ｃｓで構成されている。そして、走査線駆動回路４３による駆動により、書き込みトランジスタＴｒ２を介して信号線４２から書き込まれた映像信号が保持容量Ｃｓに保持され、保持された信号量に応じた電流が有機ＥＬ素子４５に供給され、この電流値に応じた輝度で有機ＥＬ素子４５が発光する。
なお、以上のような画素回路の構成は、あくまでも一例であり、必要に応じて画素回路内に容量素子を設けたり、さらに複数のトランジスタを設けて画素回路を構成してもよい。また、周辺領域４０ｂには、画素回路の変更に応じて必要な駆動回路が追加される。
以上に説明した有機ＥＬディスプレイ１に代表される表示装置は、図３〜図７に示す様々な電子機器、例えば、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置、ビデオカメラなど、電子機器に入力された映像信号、若しくは、電子機器内で生成した映像信号を、画像若しくは映像として表示するあらゆる分野の電子機器の表示装置として用いられる。以下に、表示装置が用いられる電子機器の具体例を説明する。
なお、表示装置は、封止された構成のモジュール形状のものをも含む。例えば、画素アレイ部に透明なガラス等の対向部に貼り付けられて形成された表示モジュールが該当する。この透明な対向部には、カラーフィルタ、保護膜等、更には、上記した遮光膜が設けられてもよい。また、表示モジュールには、外部から画素アレイ部への信号等を入出力するための回路部やＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）等が設けられていてもよい。
図３は、電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。図例のテレビは、フロントパネル１０２やフィルターガラス１０３等から構成される映像表示画面部１０１を含み、その映像表示画面部１０１として表示装置を用いることにより作製される。
図４は、電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図であり、（Ａ）は表側から見た斜視図、（Ｂ）は裏側から見た斜視図である。図例のデジタルカメラは、フラッシュ用の発光部１１１、表示部１１２、メニュースイッチ１１３、シャッターボタン１１４等を含み、その表示部１１２として表示装置を用いることにより作製される。
図５は、電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。図例のノート型パーソナルコンピュータは、本体１２１に、文字等を入力するとき操作されるキーボード１２２、画像を表示する表示部１２３等を含み、その表示部１２３として表示装置を用いることにより作製される。
図６は、電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。図例のビデオカメラは、本体部１３１、前方を向いた側面に被写体撮影用のレンズ１３２、撮影時のスタート／ストップスイッチ１３３、表示部１３４等を含み、その表示部１３４として表示装置を用いることにより作製される。
図７は、電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図であり、（Ａ）は開いた状態での正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態での正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。本適用例に係る携帯電話機は、上側筐体１４１、下側筐体１４２、連結部（ここではヒンジ部）１４３、ディスプレイ１４４、サブディスプレイ１４５、ピクチャーライト１４６、カメラ１４７等を含み、そのディスプレイ１４４やサブディスプレイ１４５として表示装置を用いることにより作製される。
次に、本実施形態における特徴点を説明する。
本実施形態では、ＴＦＴ１０の製造過程にて、当該ＴＦＴ１０の半導体層１４に施すレーザアニール処理に、大きな特徴がある。
図８は、レーザアニール処理を行うレーザアニール装置、すなわちＴＦＴ１０の製造過程で用いられる製造装置の一つであるレーザアニール装置の構成例を示す説明図である。
図例のレーザアニール装置は、半導体レーザ５１ａおよび照射光学系５１ｂからなるレーザ照射光学ユニット５１が、複数（例えば３つ）並設されている。
各レーザ照射光学ユニット５１における半導体レーザ５１ａは、ブロードエリア型のエミッタを有し、当該エミッタの長手方向と垂直な方向において出射するビーム光の径方向が定義されるものである。このような半導体レーザ５１ａとしては、出射するビーム光の波長が７００〜１０００ｎｍのものを用いることが可能であるが、例えば、高出力の半導体レーザである波長が８００ｎｍ近傍のもの、または波長が９４０ｎｍ近傍のものを用いることが好ましい。このようにして照射装置の光源を構成することで、光源が小型化するとともに、後述するように出射するレーザビーム光を線状ビームに形成し易くなる。
また、レーザアニール装置では、複数のレーザ照射光学ユニット５１に加えて、ＸＹ軸に可動するステージ５２を備えており、そのステージ５２上にＴＦＴ基板２０がセットされるようになっている。さらに詳しくは、各半導体レーザ５１ａのスローアクシス方向とステージ５２のＸ軸方向とが平行になっている。
そして、各レーザ照射光学ユニット５１における半導体レーザ５１ａおよびステージ５２は、いずれも、コントローラ５３によってその動作が制御される。具体的には、ステージ５２がＹ軸方向への走査中に半導体レーザ５１ａが発振して、当該ステージ５２上のＴＦＴ基板２０に対して半導体レーザ５１ａから照射光学系５１ｂを介してレーザビーム光を照射するように、それぞれの動作が制御される。これにより、ステージ５２上のＴＦＴ基板２０は半導体レーザ５１ａのブロードエリア方向と垂直な方向に移動することになり、そのＴＦＴ基板２０上でのレーザビーム光の照射状態が図例のような線状５４となる。
このように構成されたレーザアニール装置を用いてレーザアニール処理を行えば、レーザ照射光学ユニットの並設数に対応した画素数について、同時にレーザアニール処理を施すことが可能となるため、複数軸の並行照射ではなく一軸のみの照射を行う場合に比べて、当該レーザアニール処理のスループット向上が図れるようになる。
図９は、各レーザ照射光学ユニット５１における照射光学系５１ｂの構成例を示す説明図である。図９（ａ）はブロードエリア型半導体レーザ５１ａのファストアクシス方向、図９（ｂ）はブロードエリア型半導体レーザ５１ａのスローアクシス方向を示している。
図例のように、ブロードエリア型半導体レーザ５１ａと当該半導体レーザ５１ａによる被照射物であるＴＦＴ基板２０との間に介在する照射光学系５１ｂは、当該半導体レーザ５１ａからの光束をコリメートするコリメータレンズ６１，６２、当該半導体レーザ５１ａのエミッタの長手方向に光束を均一化する均一化光学系としてのシリンドリカルレンズアレイ６３、均一化光学系を経て得られる光束をＴＦＴ基板２０へ照射するコンデンサレンズ６４、および、当該半導体レーザ５１ａのエミッタの長手方向とは垂直の方向の光束径を縮小する縮小光学系としての集光レンズ６５を備えて構成されている。そして、ファストアクシス方向では、半導体レーザ５１ａより出射された光束が、コリメータレンズ６１によりコリメートされ、集光レンズ６５によりＴＦＴ基板２０上へ集光される。一方、スローアクシス方向では、半導体レーザ５１ａより出射された光束が、コリメータレンズ６２によりシリンドリカルレンズアレイ６３を照明し、さらにはシリンドリカルレンズアレイ６３からの各々の光束によりコンデンサレンズ６４を介してＴＦＴ基板２０が均一に照射される。なお、これらの各構成要素については、公知のものを用いて実現すればよいため、ここではその説明を省略する。
ところで、本実施形態における照射光学系５１ｂは、その焦点位置、さらに詳しくは当該照射光学系５１ｂを構成する集光レンズ６５の焦点位置が、被照射物であるＴＦＴ基板２０上には無く、詳細を後述する距離ｚの分だけデフォーカスしており、しかもそのデフォーカス量が必要な照射ビーム径に対して最適化されている点に、大きな特徴がある。
ここで、本実施形態における照射光学系５１ｂの特徴点、すなわち焦点位置のデフォーカスについて詳しく説明する。
レーザ照射光学ユニット５１において、半導体レーザ５１ａの発散角個体差の割合を±Δとすると、その個体差によるバラツキを加味した集光レンズ６５による照射ＮＡは、以下の（１）式のようになる。
Figure 2008283069
この（１）式において、ＮＡ1は発散角個体差の割合が＋Δの場合の集光レンズ６５による照射ＮＡ、ＮＡ2は発散角個体差の割合が−Δの場合の集光レンズ６５による照射ＮＡ、ＮＡｃは集光レンズ６５による照射ＮＡの仕様中心値である。
このような照射ＮＡ1，ＮＡ2で照射された場合の照射光のウエスト半径は、以下の（２）式のようになる。
Figure 2008283069
この（２）式において、ｗ1は照射ＮＡ1の場合の照射光のウエスト半径、ｗ2は照射ＮＡ2の場合の照射光のウエスト半径、λは半導体レーザ５１ａからの出射ビーム光のビーム波長である。
また、半導体レーザ５１ａからの出射ビーム光がデフォーカスした場合のビーム半径は、以下の（３）式のようになる。
Figure 2008283069
この（３）式において、ｗ（ｚ）はデフォーカスした場合のビーム半径、ｚはデフォーカス量である。
これらの各式から計算すると、要求されるファストアクシス方向側のビーム径を達成させる照射ＮＡｃ、すなわち集光レンズ６５が満足すべき照射ＮＡｃは、以下の（４）式のように特定することができる。
Figure 2008283069
したがって、デフォーカス量ｚの値、すなわち集光レンズ６５の焦点位置がＴＦＴ基板２０上からデフォーカスしている距離ｚの大きさを、以下の（５）式のように設定すれば、半導体レーザ５１ａの発散角個体差の影響が無く、また要求されるビーム径を達成でき、しかも焦点深度が最も深くなる照射光学系５１ｂが実現されることになる。
Figure 2008283069
この（５）式において、ｚは半導体レーザ５１ａと被照射物であるＴＦＴ基板２０との間に介在する照射光学系５１ｂの焦点位置と当該ＴＦＴ基板２０との距離、ｗはレーザ照射光学ユニット５１での要求照射ビーム半径、λは半導体レーザ５１ａのビーム波長、Δは半導体レーザ５１ａの発散角広がり個体差の割合である。
なお、スローアクシス方向については、図９（ｂ）からも明らかなように、ＴＦＴ基板２０上で焦点が合うような構成となっているものとする。
図１０は、ビーム径とデフォーカス量との関係の具体例を示す説明図である。図例は、半導体レーザ５１ａの発散角が仕様中心値の場合および±Δの割合だけ異なった場合のそれぞれにおけるデフォーカス量zと照射ビーム半径ｗとの関係を示している。
図例によれば、発散角大の場合（図中細線参照）、発散角小の場合（図中太線参照）および仕様中心値の場合（図中中太線参照）のいずれの場合も、デフォーカス量zと照射ビーム半径ｗとの対応関係を特定する線分同士が重なる位置が存在することがわかる。したがって、その位置に合致するようにデフォーカス量zを設定すれば（図中矢印参照）、半導体レーザ５１ａの発散角個体差の影響が無く、また要求されるビーム径を達成でき、しかも焦点深度が最も深くなる照射光学系５１ｂが実現できるのである。
具体的には、その一例として、波長λ＝８０８ｎｍ、要求照射ビーム半径ｗ＝８μｍ（ビーム径として１６μｍ）、半導体レーザ５１ａの発散角個体差を０．１である場合を考える。この場合において、上述した一連の式によれば、集光レンズ６５による照射ＮＡｃ＝０．０４５７、デフォーカス量ｚ＝１２４．４μｍとなる。
一般的に、ビーム半径８μｍを狙うＮＡとしては、上述した（２）式より求めて０．０３２１となる。したがって、照射ＮＡｃ＝０．０４５７、デフォーカス量ｚ＝１２４．４μｍとなるように照射光学系５１ｂを構成すれば、一般的なものより大きいことになり、途中の光路のビーム径も大きいため、例えば高出力な半導体レーザ５１ａを用いた場合には、素子の劣化に対しても非常に有利なものとなる。
図１１は、照射光学系の他の構成例を示す説明図である。図１１（ａ）はファストアクシス方向、図１１（ｂ）はスローアクシス方向を示している。なお、図中において、上述した構成例を同様の構成要素については、同一の符号を付している。
図例の照射光学系５１ｂは、半導体レーザ５１ａに高出力なタイプのものを用いた場合、または被照射物に金属系の薄膜が蒸着されているため半導体レーザ５１ａ側への戻り光が強い場合に、適応した系となっている。さらに詳しくは、図例の照射光学系５１ｂでは、半導体レーザ５１ａ側への戻り光対策等のために、偏光ビームスプリッタ６６と１／４波長板６７とでアイソレータを構成している。偏光ビームスプリッタ６６は、一般的に高いパワー密度での使用が、劣化のためにできない。よって、半導体レーザ５１ａの出力が高い場合には、コリメータレンズ６１の焦点距離を長くして、光束径を広げることで対応することが考えられる。ただし、その場合であっても、照射光学系５１ｂの全長を伸ばさずに低い照射ＮＡを得るために、アイソレータの後方には、縮小光学系６８を配置する。この縮小光学系６８の倍率は、上述した構成例の場合と同様にデフォーカス量zを設定しつつ、集光レンズ６５の焦点距離とともに決定すればよい。
このような照射光学系５１ｂを構成することで、戻り光が生じるアプリケーションに対して、半導体レーザ５１ａを高出力化することで、当該アプリケーションのスループットを向上させることができる。
以上に説明したように、半導体レーザ５１ａおよび照射光学系５１ｂからなるレーザ照射光学ユニット５１を構成し、そのレーザ照射光学ユニット５１を搭載したレーザアニール装置を用いてレーザアニール処理を行ってＴＦＴ１０を製造すれば、そのレーザアニール処理を行う際に、半導体レーザ５１ａの発散角個体差の影響を受けること無く、要求される照射ビーム径ｗを得ることが可能となり、また焦点深度が最も深くなる照射光学系５１ｂが実現される。
したがって、例えば、各レーザ照射光学ユニット５１における半導体レーザ５１ａのいずれかを交換する必要が生じた場合に、交換前後で半導体レーザ５１ａの発散角個体差が存在しても、それを選ばずに交換するだけで交換前と同様の状態が得られ、半導体レーザ５１ａの交換前後でレーザビーム光の照射条件に相違が生じてしまうのを回避することができる。つまり、半導体レーザ５１ａの交換の際に、フォーカス調整等の条件出しを行わずに済み、従来必要であったＺステージ７５や測定装置７６等（図１４参照）の不要化による装置構成の簡素化や処理手順の簡略化に伴う処理効率の向上等が期待できる。
このことは、レーザアニール装置の製造時にも同様のことが言える。すなわち、半導体レーザ５１ａの交換を行う場合には勿論、複数の半導体レーザ５１ａを用いてレーザアニール装置の製造する場合においても、各半導体レーザ５１ａの発散角個体差の影響を受けること無く、要求されるビーム径を得ることが可能となるので、フォーカス調整等の条件出しを行わずに済み、従来必要であったＺステージ７５や測定装置７６等（図１４参照）の不要化による装置構成の簡素化や処理手順の簡略化に伴う処理効率の向上等が期待できる。特に、複数のレーザ光の並行照射を行う場合には、各レーザ光によるレーザアニール処理の効果に差異が生じないようにすべきであることから、各半導体レーザ５１ａの発散角個体差の影響を排除することは、各レーザ光によるレーザアニール処理効果の均質化を図る上で非常に有効なものとなる。
さらには、焦点深度が最も深くなることから、プロセスマージンの拡大も実現可能となることが期待できる。
つまり、本実施形態におけるレーザアニール装置および当該レーザアニール装置を用いたレーザアニール処理によれば、必要なビーム径に対して焦点位置の最適化を図ることで、半導体レーザ５１ａの個体差等の影響を受けることなく、被照射物であるＴＦＴ基板２０に対するレーザ光の照射を行うことができる。
なお、本実施形態では、本発明の好適な実施具体例を説明したが、本発明はその内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、本実施形態では、ＴＦＴ１０を備えて構成される有機ＥＬディスプレイ１の製造過程におけるレーザアニール処理を例に挙げたが、これは一具体例に過ぎず、他の半導体膜に対するアニール処理の場合であっても、全く同様に本発明を適用することは可能である。
また、本実施形態では、複数のレーザ照射光学ユニット５１を搭載してレーザ光の並行照射を行うレーザアニール装置を例に挙げたが、半導体レーザおよび照射光学系を備えてレーザ照射を行う装置であれば、レーザ光の単独照射を行うものであっても、またレーザアニール処理以外の目的でレーザ照射を行うものであっても、本発明を適用することは可能である。そして、本発明の適用によって、例えば半導体レーザおよび照射光学系を備える装置を量産する場合においても、半導体レーザの発散角個体差の影響を受けないので、製品歩留まりが従来に比べて格段に向上し、当該製品価格のコストダウンを容易に実現し得ることが期待できる。
ＴＦＴを備えた有機ＥＬディスプレイの構成例を示す説明図である。 有機ＥＬディスプレイの画素回路構成の一例を示す説明図である。 電子機器の一具体例であるテレビを示す斜視図である。 電子機器の一具体例であるデジタルカメラを示す斜視図である。 電子機器の一具体例であるノート型パーソナルコンピュータを示す斜視図である。 電子機器の一具体例であるビデオカメラを示す斜視図である。 電子機器の一具体例である携帯端末装置、例えば携帯電話機を示す図である。 ＴＦＴの製造過程で用いられる製造装置の一つであるレーザアニール装置の構成例を示す説明図である。 本発明が適用された照射光学系の構成例を示す説明図である。 ビーム径とデフォーカス量との関係の具体例を示す説明図である。 本発明が適用された照射光学系の他の構成例を示す説明図である。 従来における照射光学系の構成例を示す説明図である。 従来技術における焦点深度に関する問題点および従来技術において半導体レーザの発散角個体差が生じた場合の影響の概要を示す説明図である。 従来におけるフォーカス調整機構の構成例を示す説明図である。
符号の説明
１…有機ＥＬディスプレイ、１０…ＴＦＴ、１１…基板、１２…ゲート膜、１３…ゲート絶縁膜、１４…半導体層、５１…レーザ照射光学ユニット、５１ａ…半導体レーザ、５１ｂ…照射光学系、６５…集光レンズ

Claims (7)

  1. 半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射する照射装置であって、
    前記被照射物への照射ビーム半径をｗ、前記半導体レーザの発散角広がり個体差の割合をΔ、前記半導体レーザのビーム波長をλとした場合に、
    前記半導体レーザと前記被照射物との間に介在する照射光学系の焦点位置と前記被照射物との距離ｚが、
    Figure 2008283069
     となるように、前記焦点位置がデフォーカスしている
    ことを特徴とする照射装置。
  2. 半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射して当該被照射物における半導体膜を改質するアニール処理を行う半導体装置の製造装置であって、
    前記被照射物への照射ビーム半径をｗ、前記半導体レーザの発散角広がり個体差の割合をΔ、前記半導体レーザのビーム波長をλとした場合に、
    前記半導体レーザと前記被照射物との間に介在する照射光学系の焦点位置と前記被照射物との距離ｚが、
    Figure 2008283069
     となるように、前記焦点位置がデフォーカスしている
    ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
  3. 前記半導体レーザは、ブロードエリア型のエミッタを有し、当該エミッタの長手方向と垂直な方向に対してビーム径を定義する
    ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。
  4. 前記照射光学系は、
    ブロードエリア型半導体レーザからの光束をコリメートするコリメータレンズと、
    前記半導体レーザのエミッタの長手方向に光束を均一化する均一化光学系と、
    前記均一化光学系を経て得られる光束を前記被照射物へ照射するコンデンサレンズと、
    前記エミッタの長手方向とは垂直の方向の光束径を縮小する縮小光学系と
    を備えて構成されることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。
  5. 前記被照射物を前記半導体レーザのブロードエリア方向と垂直な方向に移動させるステージを備えるとともに、
    前記半導体レーザおよび前記照射光学系を複数備え、
    各半導体レーザが並行してビーム光を出射するように構成されている
    ことを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造装置。
  6. 半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射して当該被照射物における半導体膜を改質するアニール処理工程を含む半導体装置の製造方法であって、
    前記被照射物への照射ビーム半径をｗ、前記半導体レーザの発散角広がり個体差の割合をΔ、前記半導体レーザのビーム波長をλとした場合に、
    前記半導体レーザと前記被照射物との間に介在する照射光学系の焦点位置と前記被照射物との距離ｚが、
    Figure 2008283069
     となるように、前記焦点位置がデフォーカスして構成されている照射光学系を用いて、前記アニール処理工程を行う
    ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 薄膜半導体装置を備えて構成された表示装置の製造方法であって、
    半導体レーザからの出射ビーム光を被照射物へ照射して当該被照射物における半導体膜を改質するアニール処理工程アニール工程を経て、前記薄膜半導体装置が形成されるとともに、
    前記被照射物への照射ビーム半径をｗ、前記半導体レーザの発散角広がり個体差の割合をΔ、前記半導体レーザのビーム波長をλとした場合に、
    前記半導体レーザと前記被照射物との間に介在する照射光学系の焦点位置と前記被照射物との距離ｚが、
    Figure 2008283069
     となるように、前記焦点位置がデフォーカスして構成されている照射光学系を用いて、前記アニール処理工程を行う
    ことを特徴とする表示装置の製造方法。
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