JP2022131271A - Laser annealing apparatus and laser annealing method - Google Patents

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Abstract

To provide a laser annealing apparatus capable of improving production efficiency until a film is reformed into a film for crystallization, and enabling space saving and cost reduction.SOLUTION: A laser annealing apparatus includes an optical head for dehydrogenation that emits laser beam for dehydrogenation, the optical head for dehydrogenation irradiates at least a region to be modified in an amorphous silicon film with a laser beam for dehydrogenation prior to a laser beam for crystallization, and the optical head for dehydrogenation is moved relative to the amorphous silicon film in the scanning direction so as to dehydrogenate the amorphous silicon film.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ＴＦＴ基板において非晶質シリコン膜を疑似単結晶シリコン膜に改質させるレーザアニール装置およびレーザアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method for reforming an amorphous silicon film into a quasi-single crystal silicon film on a TFT substrate.

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ:Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Organic Electroluminescence Display）などの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）において、大型化および高精細化が進んでいる。 2. Description of the Related Art Thin displays (FPDs: Flat Panel Displays) such as liquid crystal displays (LCDs) and organic electroluminescence displays (OLEDs) are becoming larger in size and higher in definition.

ＦＰＤは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成されたＴＦＴ基板を備える。ＴＦＴ基板は、マトリクス状に配置された画素のそれぞれにアクティブ駆動するための微細なＴＦＴを形成した基板であり、例えば、フルＨＤ（１９２０×１０８０ドット）の解像度で１２０Ｈｚ駆動のディスプレイの場合、１０００万個以上の画素が形成されている。 The FPD includes a TFT substrate on which thin film transistors (TFTs) are formed. The TFT substrate is a substrate on which fine TFTs are formed for active driving of pixels arranged in a matrix. More than 10,000 pixels are formed.

ＴＦＴにおけるチャネル領域の移動度を高めるため、非晶質シリコン膜に対して疑似単結晶シリコンを横方向（ラテラル）結晶成長させるレーザアニール方法が知られている。このレーザアニール方法では、エキシマレーザアニールによって形成した微結晶シリコン膜の結晶粒を種結晶として用いる。このレーザアニール方法では、種結晶を起点として、連続発振レーザ光のスキャン方向にラテラル結晶成長させて、移動度の高い疑似単結晶シリコン膜を形成することができる。 In order to increase the mobility of a channel region in a TFT, a laser annealing method is known in which pseudo-single-crystal silicon is laterally grown on an amorphous silicon film. In this laser annealing method, crystal grains of a microcrystalline silicon film formed by excimer laser annealing are used as seed crystals. In this laser annealing method, a quasi-single-crystal silicon film with high mobility can be formed by causing lateral crystal growth in the scanning direction of the continuous wave laser beam starting from the seed crystal.

上述の非晶質シリコン膜のレーザアニール方法では、前処理として、非晶質シリコン膜内に含まれる水素を離脱させるための脱水素処理が必要である。この脱水素処理を行う装置としては、ＴＦＴ基板を収納して脱水素処理温度で加熱する脱水素処理炉と、ＴＦＴ基板におけるゲート配線に電流を発生させてこのゲート配線を発熱させる電流発生部と、を備える脱水素処理装置が知られている(例えば、特許文献１参照)。 In the laser annealing method for the amorphous silicon film described above, a dehydrogenation treatment is required as a pretreatment for removing hydrogen contained in the amorphous silicon film. The apparatus for performing the dehydrogenation includes a dehydrogenation furnace that houses the TFT substrate and heats it at the dehydrogenation temperature, and a current generator that generates current in the gate wiring of the TFT substrate to heat the gate wiring. is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２０２０－１１９９１３号公報JP 2020-119913 A

しかしながら、上述のように、非晶質シリコン膜内に含まれる水素を離脱させる脱水素処理装置を用いた後、ＴＦＴ基板をレーザアニール装置に移して非晶質シリコン膜のレーザアニールを行った場合、生産効率が低下するという課題がある。また、脱水素処理装置は、ＴＦＴ基板を収容するスペースが必要となる。このため、上述のレーザアニール方法では、非晶質シリコン膜を結晶化膜（疑似単結晶シリコン膜）に改質させるまでに、高いコストを要するという課題がある。 However, as described above, when the TFT substrate is transferred to the laser annealing apparatus and laser annealing of the amorphous silicon film is performed after using the dehydrogenation apparatus for removing hydrogen contained in the amorphous silicon film. , there is a problem that production efficiency decreases. Also, the dehydrogenation apparatus requires a space for accommodating the TFT substrate. For this reason, the above-described laser annealing method has a problem that high cost is required until the amorphous silicon film is reformed into a crystallized film (pseudo-single-crystal silicon film).

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、レーザアニールして非晶質シリコン膜を結晶化膜に改質するまでの生産効率を向上し、しかも省スペース化および低コスト化を可能とするレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and is intended to improve the production efficiency until the amorphous silicon film is reformed into a crystallized film by laser annealing, and at the same time to save space and reduce costs. It is an object of the present invention to provide a laser annealing apparatus and a laser annealing method that enable

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射する結晶化用光学ヘッドを備え、当該結晶化用光学ヘッドは、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対して相対的にスキャン方向に沿って移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、脱水素化用レーザビームを出射する脱水素化用光学ヘッドを備え、前記脱水素化用光学ヘッドは、前記脱水素化用レーザビームが、前記結晶化用レーザビームに先駆けて、少なくとも前記改質予定領域を照射して前記非晶質シリコン膜の脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向に沿って相対的に移動されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to an aspect of the present invention, continuous wave laser light converges toward a region to be modified in an amorphous silicon film formed on a substrate. a crystallization optical head configured to emit a crystallization laser beam processed so that the most convergent spot portion of the crystallization laser beam is located on the amorphous silicon film a laser that is moved along the scanning direction relative to the amorphous silicon film to modify the region to be modified in the amorphous silicon film into a crystallized film. An annealing apparatus comprising a dehydrogenation optical head for emitting a dehydrogenation laser beam, wherein the dehydrogenation optical head emits a dehydrogenation laser beam prior to the crystallization laser beam. and is moved relative to the amorphous silicon film along the scanning direction so as to dehydrogenate the amorphous silicon film by irradiating at least the region to be modified. Characterized by

上記態様としては、前記脱水素化用光学ヘッドは、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された脱水素化用レーザビームを出射し、前記脱水素化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置することが好ましい。 In the above aspect, the dehydrogenation optical head emits a dehydrogenation laser beam processed so that continuous wave laser light converges, and the dehydrogenation laser beam has the most converged spot. It is preferable that the portion is located inside the amorphous silicon film.

上記態様としては、前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記脱水素化用レーザビームのビームスポットは、前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記結晶化用レーザビームのビームスポットよりも、前記スキャン方向の上流側に配置され、前記脱水素化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法は、前記結晶化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法よりも、長く設定されていることが好ましい。 In the above aspect, the beam spot of the dehydrogenation laser beam with which the surface of the amorphous silicon film is irradiated is the beam spot of the crystallization laser beam with which the surface of the amorphous silicon film is irradiated. , and the width dimension of the beam spot of the dehydrogenation laser beam is set longer than the width dimension of the beam spot of the crystallization laser beam. is preferred.

上記態様としては、前記結晶化用光学ヘッドは、結晶化用光源から結晶化用光ファイバを介してレーザ光が導かれ、前記脱水素化用光学ヘッドは、脱水素化用光源から脱水素化用光ファイバを介してレーザ光が導かれることが好ましい。 In the above aspect, the optical head for crystallization receives a laser beam from a light source for crystallization through an optical fiber for crystallization, and the optical head for dehydrogenation performs dehydrogenation from the light source for dehydrogenation. Preferably, the laser light is guided through an optical fiber.

上記態様としては、前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなることが好ましい。 As the above aspect, it is preferable that the optical head for crystallization and the optical head for dehydrogenation are a single optical head.

上記態様としては、前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなり、前記光学ヘッドに、光源から単一の光ファイバを介してレーザ光が導かれ、前記光ファイバの出射端面に、結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが離隔して形成された絞りが、前記結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが前記出射端面に対向するように配置され、前記結晶化用開口部から前記結晶化用レーザビームが出射され、前記脱水素化用開口部から前記脱水素化用レーザビームが出射されることが好ましい。 In the above aspect, the optical head for crystallization and the optical head for dehydrogenation are formed as a single optical head, and a laser beam is transmitted from a light source to the optical head through a single optical fiber. is guided, and a diaphragm having a crystallization opening and a dehydrogenation opening separated from each other is formed on the output end face of the optical fiber. It is preferable that the laser beam for crystallization is emitted from the opening for crystallization, and the laser beam for dehydrogenation is emitted from the opening for dehydrogenation. .

上記態様としては、前記光ファイバの出射側は、前記出射端面に向けて径寸法が大きくなるように拡大する形状であることが好ましい。 As the above aspect, it is preferable that the output side of the optical fiber has a shape that expands so that the diameter dimension increases toward the output end face.

上記態様としては、前記改質予定領域は、薄膜トランジスタのチャネル半導体層であることが好ましい。 As the above aspect, it is preferable that the region to be modified is a channel semiconductor layer of a thin film transistor.

本発明の他の態様は、基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射し、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対してスキャン方向へ相対的に移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、脱水素化用レーザビームを、前記結晶化用レーザビームに先駆けて前記非晶質シリコン膜における少なくとも改質予定領域を照射して脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向へ相対的に移動させることを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, a laser beam for crystallization, which is processed so as to be continuously oscillated and converged, is directed toward a region to be modified in an amorphous silicon film formed on a substrate. A spot portion that is emitted and most converged in the laser beam for crystallization is moved relatively to the amorphous silicon film in a scanning direction in a state where the spot portion is positioned inside the amorphous silicon film. A laser annealing method for modifying the region to be modified in the amorphous silicon film into a crystallized film, wherein a dehydrogenation laser beam is applied to the amorphous silicon film prior to the crystallization laser beam. is relatively moved in the scanning direction with respect to the amorphous silicon film so that at least the region to be modified is irradiated and dehydrogenated.

本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、レーザアニールして非晶質シリコン膜を結晶化膜に改質するまでの生産効率を向上し、しかも省スペース化および低コスト化を可能とするレーザアニール装置およびレーザアニール方法を実現するという効果がある。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the laser annealing apparatus and the laser annealing method according to the present invention, the production efficiency is improved until the amorphous silicon film is reformed into a crystallized film by laser annealing, and space saving and cost reduction are possible. There is an effect of realizing a laser annealing apparatus and a laser annealing method to achieve the above.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたＴＦＴアレイの製造方法を示す断面説明図である。FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a method of manufacturing a TFT array using a laser annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置の結晶化用光学ヘッドおよび脱水素化用光学ヘッドを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a crystallization optical head and a dehydrogenation optical head of the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置における結晶化用ファイバアレイおよび脱水素化用ファイバアレイを下方から見た状態を示す下面図である。FIG. 4 is a bottom view of the crystallization fiber array and the dehydrogenation fiber array in the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention, viewed from below. 図５は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置における、非晶質シリコン膜の表面に照射される結晶化用レーザビームのビームスポットと脱水素化用レーザビームのビームスポットとを示す平面図である。FIG. 5 shows the beam spot of the crystallization laser beam and the beam spot of the dehydrogenation laser beam irradiated on the surface of the amorphous silicon film in the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is a plan view showing the. 図６は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたＴＦＴアレイの製造方法を示す平面説明図である。FIG. 6 is an explanatory plan view showing a TFT array manufacturing method using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図７－１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法を示す平面説明図である。FIG. 7-1 is an explanatory plan view showing the laser annealing method using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図７－２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置において結晶化用光学ヘッドを回転させてビームピッチを変更した状態を示すＴＦＴアレイの製造方法を示す平面説明図である。FIG. 7B is an explanatory plan view showing a TFT array manufacturing method showing a state in which the beam pitch is changed by rotating the crystallization optical head in the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. . 図８は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置に備えられる光学ヘッドを示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing an optical head provided in a laser annealing apparatus according to a second embodiment of the invention. 図９は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学ヘッドにおけるファイバアレイの出射端面を示す下面図である。FIG. 9 is a bottom view showing the emission end face of the fiber array in the optical head of the laser annealing apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図９は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置における、非晶質シリコン膜の表面に照射される結晶化用レーザビームのビームスポットと脱水素化用レーザビームのビームスポットとを示す平面図である。FIG. 9 shows the beam spot of the crystallization laser beam and the beam spot of the dehydrogenation laser beam irradiated on the surface of the amorphous silicon film in the laser annealing apparatus according to the second embodiment of the present invention. It is a plan view showing the. 図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学ヘッドの説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of the optical head of the laser annealing apparatus according to the third embodiment of the invention. 図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学ヘッドを示す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing an optical head of a laser annealing apparatus according to a fourth embodiment of the invention. 図１３は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. 図１４は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 14 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. 図１５は、本発明の第７の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 15 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a seventh embodiment of the invention. 図１６は、本発明の第７の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示す側面図である。FIG. 16 is a side view showing a main part of a laser annealing apparatus according to a seventh embodiment of the invention. 図１７は、本発明の第８の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 17 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention. 図１８は、本発明の第９の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 18 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention. 図１９は、本発明の第９の実施の形態に係るレーザアニール装置における結像光学系の構成図である。FIG. 19 is a configuration diagram of an imaging optical system in a laser annealing apparatus according to a ninth embodiment of the present invention. 図２０は、本発明の第１０の実施の形態に係るレーザアニール装置を示す概略構成図である。FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing a laser annealing apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. 図２１は、本発明の第１１の実施の形態に係るレーザアニール装置におけるレーザビームの焦点および焦点近傍を含み、エネルギー密度のプロファイルがトップハット型を維持する領域Ａを示す説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram showing an area A in which the energy density profile maintains a top-hat shape, including the focus and the vicinity of the focus of the laser beam in the laser annealing apparatus according to the eleventh embodiment of the present invention. 図２２－１は、図２１における（４）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 22-1 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam in the region (4) in FIG. 21 and the power density. 図２２－２は、図２１における（２）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 22-2 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the region (2) in FIG. 図２２－３は、図２１における（１）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 22-3 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the region (1) in FIG. 図２２－４は、図２１における（３）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 22-4 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam in the region (3) in FIG. 21 and the power density. 図２２－５は、図２１における（５）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 22-5 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam in the region (5) in FIG. 21 and the power density.

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。 Details of the laser annealing apparatus and the laser annealing method according to the embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the number of each member, the dimensions of each member, the ratio of the dimensions, the shape, etc. are different from the actual ones. In addition, there are portions with different dimensional relationships, ratios, and shapes between the drawings.

［第１の実施の形態］
（レーザアニール装置の構成）
図１および図２に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、光源ユニット２と、光学ヘッド３と、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、図示しない変位計と、を備えている。 [First embodiment]
(Configuration of laser annealing apparatus)
As shown in FIGS. 1 and 2, a laser annealing apparatus 1 according to the present embodiment includes a light source unit 2, an optical head 3, substrate transport means (not shown) for transporting a substrate 10, a displacement meter (not shown), It has

光源ユニット２は、結晶化用光源ユニット２Ａと脱水素化用光源ユニット２Ｂとを備える。これら結晶化用光源ユニット２Ａと脱水素化用光源ユニット２Ｂは、同様の構成を有しているため、ここでは、結晶化用光源ユニット２Ａの構成について説明し、脱水素化用光源ユニット２Ｂの詳細な構成の説明は省略する。 The light source unit 2 includes a crystallization light source unit 2A and a dehydrogenation light source unit 2B. Since the crystallization light source unit 2A and the dehydrogenation light source unit 2B have the same configuration, the configuration of the crystallization light source unit 2A will be described here, and the dehydrogenation light source unit 2B will be described. A detailed description of the configuration is omitted.

図２に示すように、結晶化用光源ユニット２Ａは、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する光源としての複数の半導体レーザＬＤ（ＬＤ１～ＬＤｎ）を備えている。ここで、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜（非晶質シリコン膜）の冷却時間よりも短い（固まる前に次のパルスで照射する）疑似連続発振レーザであってもよい。レーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの各種のレーザを用いることが可能である。 As shown in FIG. 2, the crystallization light source unit 2A includes a plurality of semiconductor lasers LD (LD1 to LDn) as light sources for oscillating continuous wave laser light (CW laser light). Here, the continuous wave laser light (CW laser light) is a concept including so-called pseudo continuous wave that continuously irradiates a target area with laser light. In other words, even if the laser beam is a pulsed laser, the pulse interval should be shorter than the cooling time of the silicon thin film (amorphous silicon film) after heating (i.e., the next pulse should be applied before the silicon thin film hardens). may Various lasers such as semiconductor lasers, solid-state lasers, liquid lasers, and gas lasers can be used as the laser light source.

なお、本実施の形態では、半導体レーザＬＤの予備Ｒとして、例えば、半導体レーザＬＤ１００～ＬＤｎを備えている。 In this embodiment, for example, semiconductor lasers LD100 to LDn are provided as spares R for the semiconductor lasers LD.

結晶化用光源ユニット２Ａは、上記の複数の半導体レーザＬＤと、ドライブ回路２０と、複数のカップリングレンズ２１と、を備えている。ドライブ回路２０は、複数の半導体レーザＬＤのそれぞれに接続されており、それぞれの半導体レーザＬＤを駆動する。 The crystallization light source unit 2A includes the plurality of semiconductor lasers LD, the drive circuit 20, and the plurality of coupling lenses 21 described above. The drive circuit 20 is connected to each of the plurality of semiconductor lasers LD and drives each semiconductor laser LD.

カップリングレンズ２１は、それぞれの半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。それぞれのカップリングレンズ２１には、導波路としての結晶化用光ファイバ２２Ａの一端部が接続されている。本実施の形態では、結晶化用光ファイバ２２Ａとしてマルチモードファイバを適用している。 A coupling lens 21 is connected to the emission side of each semiconductor laser LD. One end of a crystallization optical fiber 22A as a waveguide is connected to each coupling lens 21 . In this embodiment, a multimode fiber is applied as the crystallization optical fiber 22A.

光学ヘッド３は、結晶化用光学ヘッド３Ａと、脱水素化用光学ヘッド３Ｂと、を備える。結晶化用光学ヘッド３Ａは、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと、結像光学系３２Ａと、を備える。結晶化用ファイバアレイ３１Ａは、結晶化用光ファイバ２２Ａの他端部が接続されている。図４に示すように、結晶化用ファイバアレイ３１Ａに接続された結晶化用光ファイバ２２Ａの出射端は、結晶化用ファイバアレイ３１Ａの出射端面において、一つの直線上に沿って等間隔に一列に並ぶように配置されている。 The optical head 3 includes a crystallization optical head 3A and a dehydrogenation optical head 3B. The crystallization optical head 3A includes a crystallization fiber array 31A and an imaging optical system 32A. The other end of the crystallization optical fiber 22A is connected to the crystallization fiber array 31A. As shown in FIG. 4, the output ends of the crystallization optical fibers 22A connected to the crystallization fiber array 31A are arranged in a line at equal intervals along one straight line on the output end surface of the crystallization fiber array 31A. are arranged side by side.

図１に示す脱水素化用光源ユニット２Ｂには、図３に示すような脱水素化用光ファイバ２２Ｂを介して脱水素化用光学ヘッド３Ｂが接続されている。図３に示すように、脱水素化用光学ヘッド３Ｂは、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂと、結像光学系３２Ｂと、を備える。 A dehydrogenation optical head 3B is connected to the dehydrogenation light source unit 2B shown in FIG. 1 via a dehydrogenation optical fiber 22B as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the dehydrogenation optical head 3B includes a dehydrogenation fiber array 31B and an imaging optical system 32B.

脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂには、脱水素化用光ファイバ２２Ｂの他端部が接続されている。図４に示すように、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂに接続された脱水素化用光ファイバ２２Ｂの出射端は、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂの出射端面において、一つの直線上に沿って等間隔に一列に並ぶように配置されている。 The other end of the dehydrogenation optical fiber 22B is connected to the dehydrogenation fiber array 31B. As shown in FIG. 4, the emission ends of the dehydrogenation optical fibers 22B connected to the dehydrogenation fiber array 31B are aligned along one straight line on the emission end surface of the dehydrogenation fiber array 31B. They are arranged in a line at intervals.

結像光学系３２Ａは、少なくとも入射側の第１レンズ３３Ａと、出射側の第２レンズ３４Ａと、を備えている。図２および図３に示すように、結像光学系３２Ａは、結晶化用ファイバアレイ３１Ａから出射されたレーザ光が入射される。図１に示すように、結晶化用光学ヘッド３Ａは、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束する結晶化用レーザビームＬＢ１となるように加工する。 The imaging optical system 32A includes at least an incident-side first lens 33A and an exit-side second lens 34A. As shown in FIGS. 2 and 3, the imaging optical system 32A receives laser light emitted from the crystallization fiber array 31A. As shown in FIG. 1, the crystallization optical head 3A processes the laser beam to be a crystallization laser beam LB1 converging at the spot portion F toward the downstream side (rear side).

本実施の形態では、図７－１に示すように、結晶化用光学ヘッド３Ａの出射側において、結晶化用レーザビームＬＢ１は、一直線の上に沿ってピッチＰ１で配置された位置から出射される。このピッチＰ１は、後述するゲートライン１２のピッチと同一に設定されている。なお、この実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１の並ぶ方向が後述するゲートライン１２の延びる方向と直角をなすように設定されている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 7-1, the crystallization laser beam LB1 is emitted from positions arranged at a pitch P1 along a straight line on the emission side of the crystallization optical head 3A. be. This pitch P1 is set to be the same as the pitch of the gate lines 12, which will be described later. In this embodiment, the direction in which the crystallization laser beam LB1 is arranged is set to be perpendicular to the direction in which the gate lines 12, which will be described later, extend.

結像光学系３２Ｂは、上記結像光学系３２Ａと同様の構成であり、少なくとも入射側の第１レンズ３３Ｂと、出射側の第２レンズ３４Ｂと、を備えている。図３に示すように、結像光学系３２Ｂには、脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂから出射されたレーザ光が入射される。脱水素化用光学ヘッド３Ｂにおいても、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部で収束する脱水素化用レーザビームＬＢ２となるように加工する。 The imaging optical system 32B has the same configuration as the imaging optical system 32A, and includes at least a first lens 33B on the incident side and a second lens 34B on the outgoing side. As shown in FIG. 3, laser light emitted from the dehydrogenation fiber array 31B is incident on the imaging optical system 32B. Also in the dehydrogenation optical head 3B, the laser beam is processed so as to become a dehydrogenation laser beam LB2 directed downstream (rear side) and converged at the spot portion.

結晶化用光学ヘッド３Ａの側方には、結晶化用光学ヘッド３Ａと基板１０との位置ずれを補正する、図示しない変位計が設けられている。この変位計で検出した結晶化用光学ヘッド３Ａと基板１０との位置ずれ量のデータに基づいて、結晶化用光学ヘッド３Ａから出射される結晶化用レーザビームＬＢ１のピント調整を自動で行えるオートフォーカスの機能を備える。なお、本実施の形態では、オートフォーカスの手段として変位計を用いたが、これには限定されず、様々な公知の技術を用いることができる。なお、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの側方にも、同様の変位計を設けて、脱水素化用光学ヘッド３Ｂと基板１０との位置ずれ量のデータに基づいて、脱水素化用光学ヘッド３Ｂから出射される脱水素化用レーザビームＬＢ２のピント調整を自動で行えるオートフォーカスの機能を備えるようにしてもよい。 A displacement gauge (not shown) is provided on the side of the crystallization optical head 3A for correcting the positional deviation between the crystallization optical head 3A and the substrate 10. As shown in FIG. Based on the data of the amount of positional deviation between the optical head 3A for crystallization and the substrate 10 detected by the displacement meter, an automatic focus adjustment of the laser beam LB1 for crystallization emitted from the optical head 3A for crystallization can be automatically performed. It has a focus function. In this embodiment, a displacement meter is used as autofocus means, but the present invention is not limited to this, and various known techniques can be used. A similar displacement gauge is also provided on the side of the dehydrogenation optical head 3B, and based on data on the amount of positional deviation between the dehydrogenation optical head 3B and the substrate 10, the dehydrogenation optical head An autofocus function may be provided to automatically adjust the focus of the dehydrogenation laser beam LB2 emitted from 3B.

本実施の形態において、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２は、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が正方形である。なお、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２の断面形状は、長方形、六角形などであってもよい。結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２の断面形状をこのような形状にするには、結晶化用光ファイバ２２Ａおよび脱水素化用光ファイバ２２Ｂのコアの断面形状を、正方形、長方形、六角形などに設定すればよい。 In the present embodiment, the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 have top-hat shape characteristics, and the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the optical axis is square. The cross-sectional shapes of the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 may be rectangular, hexagonal, or the like. In order to make the cross-sectional shapes of the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 such shapes, the cross-sectional shapes of the cores of the crystallization optical fiber 22A and the dehydrogenation optical fiber 22B should be square, You can set it to rectangle, hexagon, etc.

図示しない基板搬送手段は、レーザアニール処理を施す基板１０をスキャン方向（本実施の形態ではＸ方向の一方の向き）へ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、結晶化用光学ヘッド３Ａおよび脱水素化用光学ヘッド３Ｂの位置を固定した状態で基板１０側を搬送することによって、基板１０に対して結晶化用レーザビームＬＢ１，脱水素化用レーザビームＬＢ２を相対的にスキャンするようになっている。 The substrate transport means (not shown) has a mechanism for transporting the substrate 10 to be laser annealed in the scanning direction (one direction of the X direction in this embodiment) at an arbitrary speed. Therefore, by transporting the substrate 10 side with the positions of the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B fixed, the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB1 can be applied to the substrate 10. LB2 is relatively scanned.

なお、本実施の形態では、図３に示すように、後述する非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットは、非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットよりも、スキャン方向Ｓの下流側に配置されている。このため、非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域は、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射に先駆けて脱水素化用レーザビームＬＢ２の照射が行われる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the beam spot of the crystallization laser beam LB1 applied to the surface of the amorphous silicon film 15a, which will be described later, irradiates the surface of the amorphous silicon film 15a. It is arranged downstream in the scanning direction S from the beam spot of the dehydrogenation laser beam LB2. Therefore, the region to be modified in the amorphous silicon film 15a is irradiated with the dehydrogenation laser beam LB2 prior to the irradiation with the crystallization laser beam LB1.

図５に示すように、脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）は、後述する非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）よりも、長く設定されている。 As shown in FIG. 5, the width dimension (length in the Y direction) of the beam spot of the dehydrogenation laser beam LB2 is the same as that of the crystallization laser beam LB1 irradiated onto the surface of the amorphous silicon film 15a described later. It is set longer than the width dimension (length in the Y direction) of the beam spot.

以下、基板１０の構成について説明する。図１に示すように、被レーザアニール処理基板としての基板１０は、ガラス基板１１を本体とする。このガラス基板１１の上には、銅（Ｃｕ）でパターン形成された複数のゲートライン１２およびその他の金属配線パターン、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）１３、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１４、被レーザアニール処理膜としての非晶質シリコン膜１５ａなどが順次積層されている。複数のゲートライン１２は、互いに平行をなすように配置されている。上述したように、ゲートライン１２同士のピッチは、上記したピッチＰ１に設定されている。 The configuration of the substrate 10 will be described below. As shown in FIG. 1, a substrate 10 as a substrate to be subjected to laser annealing treatment has a glass substrate 11 as its main body. On this glass substrate 11 are formed a plurality of gate lines 12 and other metal wiring patterns patterned with copper (Cu), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) 13, a silicon oxide film (SiO 2 ) 14, An amorphous silicon film 15a as a film to be laser annealed is successively laminated. A plurality of gate lines 12 are arranged parallel to each other. As described above, the pitch between the gate lines 12 is set to the above pitch P1.

ゲートライン１２は、図示しない画素領域毎に形成されるＴＦＴのゲート電極となる部分を含む。因みに、一例として、ゲートライン１２の厚さ寸法は２００～７００ｎｍ、シリコン窒化膜１３の厚さ寸法は３００ｎｍ程度、シリコン酸化膜１４の厚さ寸法は５０～１００ｎｍ、非晶質シリコン膜１５ａの厚さ寸法は５０ｎｍ程度を挙げることができる。 The gate line 12 includes a portion that becomes a gate electrode of a TFT formed for each pixel region (not shown). Incidentally, as an example, the thickness of the gate line 12 is 200-700 nm, the thickness of the silicon nitride film 13 is about 300 nm, the thickness of the silicon oxide film 14 is 50-100 nm, and the thickness of the amorphous silicon film 15a. The height dimension can be about 50 nm.

本実施の形態では、非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットのビーム径寸法は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以内の任意の寸法に設定されている。また、脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットのビーム径は、上記結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットのビーム径よりも大きく設定することが好ましい。なお、この結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットのビーム径寸法の範囲は、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射面がＴＦＴの半導体活性領域（改質予定領域）に収容され得る大きさである。なお、このレーザビームＬＢｃｗの照射面の径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。 In this embodiment, the beam spot size of the crystallization laser beam LB1 applied to the surface of the amorphous silicon film 15a is set to an arbitrary size, for example, between 5 μm and 300 μm. The beam spot diameter of the dehydrogenation laser beam LB2 is preferably set larger than the beam spot diameter of the crystallization laser beam LB1. The beam spot size range of the crystallization laser beam LB1 is such that the irradiated surface of the crystallization laser beam LB1 can be accommodated in the semiconductor active region (region to be modified) of the TFT. The diameter of the surface irradiated with the laser beam LBcw is preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

本実施の形態においては、結晶化用レーザビームＬＢ１が非晶質シリコン膜１５ａに対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、２００ｍｍ～５００ｍｍ／秒であることが好ましいが、これに限定されるものではない。また、スキャン方向Ｓに沿って上流側と下流側に配置される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットと脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットとの間の距離は、光の回折限界以上の距離を離れていればよい。 In the present embodiment, the scanning speed at which the crystallization laser beam LB1 scans the amorphous silicon film 15a relative to the amorphous silicon film 15a is preferably 200 mm to 500 mm/sec, but is not limited thereto. not something. Further, the distance between the beam spot of the crystallization laser beam LB1 and the beam spot of the dehydrogenation laser beam LB2 arranged upstream and downstream along the scanning direction S is greater than or equal to the diffraction limit of light. Keep your distance.

本実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射に先駆けて、脱水素化用レーザビームＬＢ２で非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域をゲートライン１２の延びる方向に沿って照射することにより、非晶質シリコン膜１５ａを部分的に脱水素化できる。このように脱水素化された改質予定領域へ結晶化用レーザビームＬＢ１を照射することにより、図６に示すように、水素の作用により損傷されることがなく、良質な疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質することができる。 In the present embodiment, prior to irradiation with the crystallization laser beam LB1, the dehydrogenation laser beam LB2 is applied to the region to be modified in the amorphous silicon film 15a along the direction in which the gate line 12 extends. Thus, the amorphous silicon film 15a can be partially dehydrogenated. By irradiating the dehydrogenated region to be modified with the crystallization laser beam LB1, as shown in FIG. 6, a high-quality pseudo-single-crystal silicon film is formed without being damaged by the action of hydrogen. It can be modified to 15La.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２におけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜１５ａに重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方（図１における矢印ｈ方向）に向けて非晶質シリコン膜１５ａ内を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜１４等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜１５ａの下層側を過熱することを抑制できる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ゲートライン１２やその他の配線パターンやガラス基板１１などが過熱により損傷されることを回避できる。 According to the laser annealing apparatus 1 according to the present embodiment, the spot portion F with high power density in the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 is located inside the amorphous silicon film 15a. , a large amount of heat is mainly supplied to the amorphous silicon film 15a. Most of the heat is transmitted laterally (in the direction of arrow h in FIG. 1) from the spot portion F through the amorphous silicon film 15a. Since the beam is diffused on the rear side (lower side) of the spot portion F, the power density of the light reaching the underlying silicon oxide film 14 or the like is low, thereby preventing overheating of the lower layer side of the amorphous silicon film 15a. can be suppressed. Therefore, according to the laser annealing apparatus 1 according to the present embodiment, damage to the gate line 12, other wiring patterns, the glass substrate 11, and the like due to overheating can be avoided.

特に、本実施の形態では、別工程で非晶質シリコン膜の脱水素化を施すことが必要ないため、レーザアニールして非晶質シリコン膜１５ａを疑似単結晶シリコン膜（結晶化膜）に改質するまでの生産効率を向上し、しかも省スペース化および低コスト化を可能とする。 In particular, in this embodiment, since it is not necessary to dehydrogenate the amorphous silicon film in a separate process, laser annealing is performed to turn the amorphous silicon film 15a into a pseudo-single-crystal silicon film (crystallized film). To improve production efficiency until reforming, and to save space and reduce costs.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ＴＦＴのチャネル半導体層とすべき改質予定領域のみに脱水素化用レーザビームＬＢ２と結晶化用レーザビームＬＢ１とを照射すればよいため、エネルギー効率を高めることができる。 According to the laser annealing apparatus 1 according to the present embodiment, the dehydrogenation laser beam LB2 and the crystallization laser beam LB1 need only be applied to the region to be modified, which is to be the channel semiconductor layer of the TFT. Energy efficiency can be improved.

なお、上記スポット部Ｆは、パワー密度がトップハット型形状の特性を維持する範囲として、光軸方向に有限の幅（余裕）を持っても構わない。このような範囲内であれば均一なアニール処理が可能であり、非晶質シリコン膜１５ａにエネルギーが集中する状態が維持されるからである。スポット部Ｆにおけるパワー密度がトップハット型形状の特性を維持する範囲については、第８の実施の形態において後述する。 Note that the spot portion F may have a finite width (margin) in the optical axis direction as a range in which the power density maintains the characteristics of the top hat shape. This is because within such a range, a uniform annealing process is possible, and a state in which energy is concentrated on the amorphous silicon film 15a is maintained. The range in which the power density in the spot portion F maintains the characteristics of the top hat shape will be described later in the eighth embodiment.

また、本発明においては、結晶化用レーザビームＬＢ１のビーム径は、トップハット型形状の平坦部の径寸法として考えることができる。これは、改質予定領域に均一なアニール処理を施すことができればよく、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２におけるトップハット型形状の平坦部の外側ではパワー密度が急激に減少するため、熱的損傷の回避とエネルギー利用効率の改善とを両立することが可能となるからである。 Further, in the present invention, the beam diameter of the crystallization laser beam LB1 can be considered as the diameter dimension of the flat portion of the top hat shape. It suffices if the region to be modified can be uniformly annealed, and the power density of the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 sharply decreases outside the flat portion of the top-hat shape. Therefore, it is possible to achieve both avoidance of thermal damage and improvement of energy utilization efficiency.

さらに、基板全面に非晶質シリコン膜１５ａが形成されていて、かつ、ビーム径（照射領域の幅）がゲートライン間の距離よりも十分小さい場合であれば、ビーム径が改質予定領域より大きくても構わない。熱の発生は非晶質シリコン膜１５ａに集中し、従来のようなラインビームでのアニール処理に比べてエネルギー利用効率が大きく改善されるからである。ここで、ビーム径がゲートライン間の距離より十分小さいとは、例えば、ビーム径がゲートライン間の距離の１／１０以下である。 Furthermore, if the amorphous silicon film 15a is formed on the entire surface of the substrate and the beam diameter (the width of the irradiation region) is sufficiently smaller than the distance between the gate lines, the beam diameter is larger than the region to be modified. It doesn't matter if it's big. This is because the heat generation is concentrated in the amorphous silicon film 15a, and the energy utilization efficiency is greatly improved as compared with the conventional annealing treatment with a line beam. Here, the beam diameter sufficiently smaller than the distance between the gate lines means that the beam diameter is 1/10 or less of the distance between the gate lines, for example.

図７－２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の結晶化用光学ヘッド３Ａを図示しない回転駆動部により回転可能に駆動されるように設定した実施例である。この場合、結晶化用光学ヘッド３Ａでは、ゲートライン１２同士のピッチＰ２が図７－１に示すゲートライン１２のピッチＰ１より短い場合に適用できる。図７－２に示すように、複数のゲートライン１２に結晶化用レーザビームＬＢ１が対応するように結晶化用光学ヘッド３Ａを回転調整することにより、ゲートライン１２の上方の非晶質シリコン膜１５ａの改質予定領域に的確に結晶化用レーザビームＬＢ１を照射することが可能となる。 FIG. 7-2 shows an example in which the crystallization optical head 3A of the laser annealing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is set to be rotatably driven by a rotation driving section (not shown). In this case, the crystallization optical head 3A can be applied when the pitch P2 between the gate lines 12 is shorter than the pitch P1 between the gate lines 12 shown in FIG. 7-1. As shown in FIG. 7-2, by adjusting the rotation of the crystallization optical head 3A so that the crystallization laser beam LB1 corresponds to a plurality of gate lines 12, the amorphous silicon film above the gate lines 12 is formed. It is possible to accurately irradiate the crystallization laser beam LB1 to the region 15a to be modified.

なお、図７－２に示すように斜めに回転移動させた結晶化用光学ヘッド３Ａを基板１０に対して相対的にスキャンした場合、適正な改質予定領域に結晶化用レーザビームＬＢ１が照射されるタイミングは、ゲートライン１２毎に順次ずれるため、ドライブ回路２０で半導体レーザＬＤへの出力タイミングを順次遅延させるように設定すればよい。 When the crystallization optical head 3A rotated obliquely is scanned relative to the substrate 10 as shown in FIG. Since the timing of outputting is sequentially shifted for each gate line 12, the output timing to the semiconductor laser LD may be set so as to be sequentially delayed by the drive circuit 20. FIG.

この実施例によれば、結晶化用レーザビームＬＢ１が照射される列同士のピッチを結晶化用光学ヘッド３Ａの回転により変えることができる。したがって、基板におけるゲートライン１２のピッチが変更された場合にも適用できるレーザアニール装置を実現できる。なお、同様に、脱水素化用光学ヘッド３Ｂも回転駆動してゲートライン１２のピッチが変更された場合に適用できるようにしてもよい。 According to this embodiment, the pitch between the rows irradiated with the crystallization laser beam LB1 can be changed by rotating the crystallization optical head 3A. Therefore, it is possible to realize a laser annealing apparatus that can be applied even when the pitch of the gate lines 12 on the substrate is changed. Similarly, the dehydrogenation optical head 3B may also be rotationally driven so that it can be applied when the pitch of the gate lines 12 is changed.

［レーザアニール方法］
次に、本実施の形態に係るレーザアニール方法について説明する。レーザアニール方法は、レーザアニール装置１を用いて基板１０における改質予定領域に疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成するためのレーザアニール処理方法である。 [Laser annealing method]
Next, a laser annealing method according to this embodiment will be described. The laser annealing method is a laser annealing treatment method for forming the pseudo-single-crystal silicon film 15La in the region to be modified in the substrate 10 using the laser annealing apparatus 1. FIG.

まず、このレーザアニール方法では、図１に示すように、ガラス基板１１の上に互いに平行をなす複数のゲートライン１２が形成され、複数のゲートライン１２の上層にこれらゲートライン１２の全体を覆うように非晶質シリコン膜１５ａが成膜された基板１０を用意する。 First, in this laser annealing method, as shown in FIG. 1, a plurality of parallel gate lines 12 are formed on a glass substrate 11, and the gate lines 12 are entirely covered with an upper layer of the plurality of gate lines 12. A substrate 10 having an amorphous silicon film 15a formed thereon is prepared as follows.

次に、基板１０を図示しない基板搬送手段に基板１０をスキャン方向Ｓに相対的に移動させながら、非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域に向けて、図３に示すように、脱水素化用レーザビームＬＢ２を結晶化用レーザビームＬＢ１に先駆けて照射させる。 Next, while the substrate 10 is relatively moved in the scanning direction S by a substrate transport means (not shown), the substrate 10 is dehydrogenated toward the region to be modified in the amorphous silicon film 15a as shown in FIG. The crystallization laser beam LB2 is irradiated prior to the crystallization laser beam LB1.

ここで、結晶化用レーザビームＬＢ１および脱水素化用レーザビームＬＢ２において最も収束するスポット部Ｆが、非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置する状態を維持するようにする。この結果、図６に示すように、ＴＦＴのチャネル半導体層となるべき領域を疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質できる。 Here, the state where the most converging spot portion F of the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 is positioned inside the amorphous silicon film 15a is maintained. As a result, as shown in FIG. 6, the region to be the channel semiconductor layer of the TFT can be reformed into the pseudo-single-crystal silicon film 15La.

本実施の形態のレーザアニール方法では、ＴＦＴのチャネル半導体層を形成すべき領域だけに疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成できるため、エネルギー効率のよいアニールを行うことができる。このため、このレーザアニール方法では、レーザアニールして非晶質シリコン膜１５ａを結晶化膜に改質するまでの生産効率を向上し、しかも従来のようなファーネス炉を必要とせず、省スペース化および低コスト化を実現できる。 In the laser annealing method of the present embodiment, the pseudo-single-crystal silicon film 15La can be formed only in the region where the channel semiconductor layer of the TFT is to be formed, so annealing can be performed with good energy efficiency. Therefore, in this laser annealing method, the production efficiency is improved until the amorphous silicon film 15a is reformed into a crystallized film by laser annealing. And cost reduction can be realized.

また、本実施の形態のレーザアニール方法では、ゲートライン１２やガラス基板１１などを熱的に損傷させることがないため、歩留まりの高いＴＦＴ基板の製造を実現することができる。 In addition, since the laser annealing method of the present embodiment does not thermally damage the gate lines 12, the glass substrate 11, and the like, it is possible to manufacture TFT substrates with a high yield.

［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第１の実施の形態における結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１でなる。結晶化用レーザビームＬＢ１は、図示しない結晶化用光源から比較的断面積の小さい結晶化用光ファイバ２２Ａを介して導かれたレーザ光で形成される。脱水素化用レーザビームＬＢ２は、図示しない脱水素化用光源から比較的断面積の大きい脱水素化用光ファイバ２２Ｂを介して導かれたレーザ光で形成される。 [Second embodiment]
FIG. 8 shows a main part of a laser annealing apparatus according to a second embodiment of the invention. In this embodiment, a single fiber array 31 is formed in which the crystallization fiber array 31A and the dehydrogenation fiber array 31B in the first embodiment are shared. The crystallization laser beam LB1 is formed by laser light guided from a crystallization light source (not shown) through a crystallization optical fiber 22A having a relatively small cross-sectional area. The dehydrogenation laser beam LB2 is formed by laser light guided from a dehydrogenation light source (not shown) through a dehydrogenation optical fiber 22B having a relatively large cross-sectional area.

図９に示すように、本実施の形態では、単一のファイバアレイ３１の出射端面に複数の結晶化用光ファイバ２２Ａと複数の脱水素化用光ファイバ２２Ｂの端部を配列することができる。 As shown in FIG. 9, in this embodiment, the ends of a plurality of crystallization optical fibers 22A and a plurality of dehydrogenation optical fibers 22B can be arranged on the output end face of a single fiber array 31. .

図８に示すように、本実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２との両方を、共通の第１レンズ３３と第２レンズ３４とで、収束するように加工する。本実施の形態においても、図１０に示すように、脱水素化用レーザビームＬＢ２のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）は、後述する非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射される結晶化用レーザビームＬＢ１のビームスポットの幅寸法（Ｙ方向の長さ）よりも、長く設定されている。 As shown in FIG. 8, in the present embodiment, both the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 are converged by the common first lens 33 and second lens . process. Also in this embodiment, as shown in FIG. 10, the width dimension (length in the Y direction) of the beam spot of the dehydrogenation laser beam LB2 is such that the surface of the amorphous silicon film 15a to be described later is irradiated. It is set longer than the width dimension (length in the Y direction) of the beam spot of the crystallization laser beam LB1.

本実施の形態では、光学ヘッド３を構成するファイバアレイ３１ならびに第１レンズ３３、第２レンズ３４がそれぞれ単一であるため、装置をコンパクト化することができる。 In this embodiment, since the fiber array 31, the first lens 33, and the second lens 34 constituting the optical head 3 are each single, the apparatus can be made compact.

［第３の実施の形態］
図１１は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１で構成されている。ファイバアレイ３１には、光源から単一の径寸法の長い光ファイバ２２を介してレーザ光が導かれる。 [Third embodiment]
FIG. 11 shows a main part of a laser annealing apparatus according to a third embodiment of the invention. In the present embodiment, as in the second embodiment, the crystallization fiber array 31A and the dehydrogenation fiber array 31B are composed of a single fiber array 31 in common. Laser light is guided from a light source to the fiber array 31 through a single optical fiber 22 having a long diameter.

図１１に示すように、光ファイバ２２の出射端面には、比較的小さい結晶化用開口部４０Ａと比較的大きい脱水素化用開口部４０Ｂとが離隔して形成された絞り４０が、結晶化用開口部４０Ａと脱水素化用開口部４０Ｂとが光ファイバ２２の出射端面に対向するように配置されている。結晶化用開口部４０Ａからは、結晶化用レーザビームＬＢ１が出射され、脱水素化用開口部４０Ｂからは、脱水素化用レーザビームＬＢ２が出射される。本実施の形態においても、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２との両方を、共通の第１レンズ３３と第２レンズ３４とで、収束するように加工する。 As shown in FIG. 11, on the output end face of the optical fiber 22, an aperture 40 is formed with a relatively small crystallization opening 40A and a relatively large dehydrogenation opening 40B separated from each other. The opening 40A for dehydrogenation and the opening 40B for dehydrogenation are arranged so as to face the output end face of the optical fiber 22. As shown in FIG. A crystallization laser beam LB1 is emitted from the crystallization opening 40A, and a dehydrogenation laser beam LB2 is emitted from the dehydrogenation opening 40B. Also in this embodiment, as in the second embodiment, both the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 are transmitted by the common first lens 33 and second lens 34. , processed to converge.

本実施の形態においても、光学ヘッド３を構成するファイバアレイ３１ならびに第１レンズ３３、第２レンズ３４がそれぞれ単一であるため、装置をコンパクト化できる。 Also in this embodiment, since the fiber array 31, the first lens 33, and the second lens 34 constituting the optical head 3 are each single, the apparatus can be made compact.

［第４の実施の形態］
図１２は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示している。本実施の形態では、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと脱水素化用ファイバアレイ３１Ｂとが共通化された単一のファイバアレイ３１で構成されている。ファイバアレイ３１には、光源から単一の径寸法の小さい光ファイバ２２を介してレーザ光が導かれる。なお、図１２に示すように、光ファイバ２２は、ファイバアレイ３１において出射端面に向けて径寸法が大きくなるように拡大する形状の拡径部２２Ｅが形成されている。 [Fourth embodiment]
FIG. 12 shows a main part of a laser annealing apparatus according to a fourth embodiment of the invention. In the present embodiment, as in the second embodiment, the crystallization fiber array 31A and the dehydrogenation fiber array 31B are composed of a single fiber array 31 in common. Laser light is guided to the fiber array 31 from a light source through a single optical fiber 22 having a small diameter. As shown in FIG. 12, the optical fiber 22 is formed with an enlarged diameter portion 22E having a shape that increases in diameter toward the output end face of the fiber array 31. As shown in FIG.

図１２に示すように、光ファイバ２２の出射端面には、比較的小さい結晶化用開口部４０Ａと比較的大きい脱水素化用開口部４０Ｂとが離隔して形成された絞り４０が、結晶化用開口部４０Ａと脱水素化用開口部４０Ｂとが光ファイバ２２の出射端面に対向するように配置されている。結晶化用開口部４０Ａからは、結晶化用レーザビームＬＢ１が出射され、脱水素化用開口部４０Ｂからは、脱水素化用レーザビームＬＢ２が出射される。本実施の形態においても、上記第２の実施の形態と同様に、結晶化用レーザビームＬＢ１と脱水素化用レーザビームＬＢ２との両方を、共通の第１レンズ３３と第２レンズ３４とで、収束するように加工する。 As shown in FIG. 12, on the output end face of the optical fiber 22, a diaphragm 40 is formed with a relatively small crystallization opening 40A and a relatively large dehydrogenation opening 40B separated from each other. The opening 40A for dehydrogenation and the opening 40B for dehydrogenation are arranged so as to face the output end face of the optical fiber 22. As shown in FIG. A crystallization laser beam LB1 is emitted from the crystallization opening 40A, and a dehydrogenation laser beam LB2 is emitted from the dehydrogenation opening 40B. Also in this embodiment, as in the second embodiment, both the crystallization laser beam LB1 and the dehydrogenation laser beam LB2 are transmitted by the common first lens 33 and second lens 34. , processed to converge.

本実施の形態においては、細い光ファイバ２２を用いているが、光ファイバ２２の端部が出射端面に向けて径寸法の長い拡径部２２Ｅが形成されているため、絞り４０における結晶化用開口部４０Ａと脱水素化用開口部４０Ｂとの間の距離が確保できる。 In the present embodiment, the thin optical fiber 22 is used. A distance can be secured between the opening 40A and the dehydrogenation opening 40B.

［第５の実施の形態］
図１３は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａを示す概略構成図である。なお、本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。 [Fifth embodiment]
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a laser annealing apparatus 1A according to the fifth embodiment of the invention. In this embodiment, the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B (not shown) are provided, but since they have the same configuration, the crystallization optical head 3A will be described, and the dehydrogenation optical head 3A will be described. A description of the head 3B is omitted.

本実施の形態では、複数の結晶化レーザビームＬＢ１のそれぞれの光量を検出する光量センサＤ１を備えることを特徴とする。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１と同様であるため、説明を省略する。 This embodiment is characterized by including a light intensity sensor D1 for detecting the light intensity of each of the plurality of crystallization laser beams LB1. Since other configurations in the present embodiment are the same as those of the laser annealing apparatus 1 according to the first embodiment, description thereof will be omitted.

光量センサＤ１は、結晶化用光学ヘッド３Ａの後方に配置され、結晶化用レーザビームＬＢ１のスポット部Ｆに順次移動できるようになっている。また、この光量センサＤ１は、１つ結晶化用レーザビームＬＢ１の光量を検出するときに、隣接する結晶化用レーザビームＬＢ１が入射しないように設定されている。 The light amount sensor D1 is arranged behind the crystallization optical head 3A, and can be sequentially moved to the spot portion F of the crystallization laser beam LB1. Further, the light amount sensor D1 is set so that when detecting the light amount of one crystallization laser beam LB1, the adjacent crystallization laser beam LB1 does not enter.

本実施の形態では、光量センサＤ１で検出したデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該結晶化用レーザビームＬＢ１の光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。 In this embodiment, the data detected by the light amount sensor D1 is fed back to the drive circuit 20 to adjust the output of the semiconductor laser LD as the light source of the crystallization laser beam LB1.

本実施の形態では、レーザアニール処理を行う前に、それぞれの結晶化用レーザビームＬＢ１の光量調整を行って、これら結晶化用レーザビームＬＢ１の出力(光量)の均一化を図ることができる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａによれば、ＴＦＴ同士のチャネル半導体層の電気的特性の均一化を図ることができる。なお、同様に、脱水素化用レーザビームＬＢ２の光量を図示しない光量センサで検出して、図示しない半導体レーザＬＤの出力調整を行うようにしてもよい。 In the present embodiment, the light intensity of each crystallization laser beam LB1 is adjusted before performing the laser annealing process, so that the output (light intensity) of these crystallization laser beams LB1 can be made uniform. Therefore, according to the laser annealing apparatus 1A according to the present embodiment, it is possible to make the electrical characteristics of the channel semiconductor layers of the TFTs uniform. Similarly, the light intensity of the dehydrogenation laser beam LB2 may be detected by a light intensity sensor (not shown) to adjust the output of the semiconductor laser LD (not shown).

［第６の実施の形態］
図１４は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。 [Sixth Embodiment]
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus 1B according to the sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B (not shown) are provided. is omitted.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂは、結像光学系３２Ａ内の光路にビームスプリッタ３５を備え、ビームスプリッタ３５の側方に側方レンズ３６および光量センサＤ２が配置されている。本実施の形態では、ビームスプリッタ３５で反射された結晶化用レーザビームＬＢ１が側方レンズ３６を通して光量センサＤ２に入射されるように設定されている。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの他の構成は、上記第１の実施の形態と略同様である。 The laser annealing apparatus 1B according to the present embodiment has a beam splitter 35 on the optical path in the imaging optical system 32A, and a side lens 36 and a light quantity sensor D2 are arranged on the side of the beam splitter 35. FIG. In this embodiment, the crystallization laser beam LB1 reflected by the beam splitter 35 is set to enter the light amount sensor D2 through the side lens 36. As shown in FIG. Other configurations of the laser annealing apparatus 1B according to the present embodiment are substantially the same as those of the first embodiment.

本実施の形態では、光量センサＤ２で検出されたデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該結晶化用レーザビームＬＢ１の光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｂを運転しながら、各半導体レーザＬＤの出力調整を行うことができる。 In this embodiment, the data detected by the light amount sensor D2 is fed back to the drive circuit 20 to adjust the output of the semiconductor laser LD as the light source of the crystallization laser beam LB1. In this embodiment, the output of each semiconductor laser LD can be adjusted while operating the laser annealing apparatus 1B.

［第７の実施の形態］
図１５は、本発明の第７の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃを示す概略構成図であり、図１６はレーザアニール装置１Ｃの要部側面図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは略同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。 [Seventh embodiment]
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a laser annealing apparatus 1C according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 16 is a side view of the essential parts of the laser annealing apparatus 1C. In this embodiment, the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B (not shown) are provided. Therefore, the crystallization optical head 3A will be described, and the description of the dehydrogenation optical head 3B will be omitted.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃは、結晶化用ファイバアレイ３１Ａから出射されたレーザ光を、第１レンズ３３Ａを通して例えば、ガルバノミラーなどのスキャンミラーＳＭで下方(側方)へ向けて反射させる。スキャンミラーＳＭで反射された結晶化用レーザビームＬＢ１は、下方に配置された第２レンズ３４を通して基板側へ照射される。図１６に示すように、スキャンミラーＳＭは、傾斜度合いを変更可能にするために、矢印Ｂ方向に回転調整可能に設定されている。 In the laser annealing apparatus 1C according to the present embodiment, laser light emitted from the crystallization fiber array 31A is reflected downward (laterally) by a scan mirror SM such as a galvanomirror through the first lens 33A. Let The crystallization laser beam LB1 reflected by the scan mirror SM is irradiated to the substrate side through the second lens 34 arranged below. As shown in FIG. 16, scan mirror SM is set to be rotatable in the direction of arrow B so as to change the degree of tilt.

本実施の形態によれば、装置の高さ寸法を短くして、装置をコンパクトにすることができる。また、スキャンミラーＳＭを回転調整することにより、結晶化用レーザビームＬＢ１の照射位置や、非晶質シリコン膜１５ａ表面からの膜厚方向におけるスポット部Ｆの深さ位置を調整することが可能となる。 According to this embodiment, the height dimension of the device can be shortened, and the device can be made compact. Further, by adjusting the rotation of the scan mirror SM, it is possible to adjust the irradiation position of the crystallization laser beam LB1 and the depth position of the spot portion F in the film thickness direction from the surface of the amorphous silicon film 15a. Become.

［第８の実施の形態］
図１７は、本発明の第８の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは、略同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。 [Eighth embodiment]
FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus 1D according to the eighth embodiment of the invention. In this embodiment, the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B (not shown) are provided, and the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B (not shown) have substantially the same configuration. Therefore, the crystallization optical head 3A will be described, and the description of the dehydrogenation optical head 3B will be omitted.

この実施の形態は、上記第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａの結像光学系３２における瞳位置に開口３７Ａを有するマスク３７を配置して構成した結像光学系３２Ｄを備える。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの他の構成は、上記第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａと略同様である。 This embodiment includes an imaging optical system 32D configured by arranging a mask 37 having an aperture 37A at the pupil position of the imaging optical system 32 of the laser annealing apparatus 1A according to the fifth embodiment. Other configurations of the laser annealing apparatus 1D according to the present embodiment are substantially the same as those of the laser annealing apparatus 1A according to the fifth embodiment.

本実施の形態によれば、マスク３７によって、結像光学系３２Ｄを通過する結晶化用レーザビームＬＢ１のパターンを変更することができる。本実施の形態においても、光量センサＤ１を備えるため、パターンを変更した結晶化用レーザビームＬＢ１のそれぞれの光量を光量センサＤ１で検出することができる。 According to the present embodiment, the mask 37 can change the pattern of the crystallization laser beam LB1 passing through the imaging optical system 32D. Also in the present embodiment, since the light amount sensor D1 is provided, the light amount sensor D1 can detect each light amount of the crystallization laser beam LB1 whose pattern has been changed.

［第９の実施の形態］
図１８は、本発明の第９の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅの概略構成図である。図１９は、レーザアニール装置１Ｅにおける結像光学系３８の概略構成図である。本実施の形態では、結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、これら結晶化用光学ヘッド３Ａと図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂとは同様な構成であるため、結晶化用光学ヘッド３Ａについて説明し、脱水素化用光学ヘッド３Ｂの説明を省略する。 [Ninth Embodiment]
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus 1E according to the ninth embodiment of the present invention. FIG. 19 is a schematic configuration diagram of the imaging optical system 38 in the laser annealing apparatus 1E. In this embodiment, the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B (not shown) are provided, and the crystallization optical head 3A and the dehydrogenation optical head 3B (not shown) have the same configuration. Therefore, the crystallization optical head 3A will be described, and the description of the dehydrogenation optical head 3B will be omitted.

図１８に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅは、第１の実施の形態と同様に、結晶化用光学ヘッド３Ａとして、結晶化用ファイバアレイ３１Ａと、結像光学系３８と、を備える。結晶化用ファイバアレイ３１Ａは、結晶化用光ファイバ２２Ａの他端部が接続されている。結晶化用光ファイバ２２Ａの出射端は、結晶化用ファイバアレイ３１Ａの出射端面において、一つの直線上に沿って一列に並ぶように配置されている。 As shown in FIG. 18, a laser annealing apparatus 1E according to the present embodiment includes a crystallization optical head 3A, a crystallization fiber array 31A, and an imaging optical system 38, as in the first embodiment. And prepare. The other end of the crystallization optical fiber 22A is connected to the crystallization fiber array 31A. The output ends of the crystallization optical fibers 22A are arranged in a line along one straight line on the output end face of the crystallization fiber array 31A.

本実施の形態では、結像光学系３８は、テレセントリック光学系で構成されている。また、結晶化用ファイバアレイ３１Ａは、アクチュエータ３９によって光軸方向に沿って変位されるようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｅのオートフォーカス時に、アクチュエータ３９で結晶化用ファイバアレイ３１Ａのみを光軸に沿って移動させるようになっている。このとき、結晶化用光源ユニット２Ａおよび結像光学系３８は、移動しないようになっている。 In this embodiment, the imaging optical system 38 is configured by a telecentric optical system. The crystallization fiber array 31A is displaced along the optical axis direction by an actuator 39. As shown in FIG. In this embodiment, the actuator 39 moves only the crystallization fiber array 31A along the optical axis during autofocusing of the laser annealing apparatus 1E. At this time, the crystallization light source unit 2A and the imaging optical system 38 are not moved.

図１９に示すように、本実施の形態において、結像光学系３８は、光軸方向に沿って順次配置された複数のレンズなどの光学部材Ｌ１～Ｌ１４でテレセントリック光学系を構成している。このようなテレセントリック光学系でなる結像光学系３８を備えることにより、基板１０に対してピント合わせを行う際に、アクチュエータ３９が軽量な結晶化用ファイバアレイ３１Ａのみを移動させればよいため、迅速な応答性を有するオートフォーカス性能を得ることができる。 As shown in FIG. 19, in the present embodiment, the imaging optical system 38 constitutes a telecentric optical system with optical members L1 to L14 such as a plurality of lenses sequentially arranged along the optical axis direction. By providing the imaging optical system 38 made up of such a telecentric optical system, the actuator 39 only needs to move the lightweight crystallization fiber array 31A when the substrate 10 is brought into focus. Autofocus performance with quick response can be obtained.

また、結像光学系３８は、テレセントリック光学系でなるため、基板１０に対して像のずれがなく、基板１０表面における複数の結晶化用レーザビームＬＢ１の照射位置のピッチが変わらないという利点がある。 Further, since the imaging optical system 38 is a telecentric optical system, there is no deviation of the image with respect to the substrate 10, and there is an advantage that the pitch of the irradiation positions of the plurality of crystallization laser beams LB1 on the surface of the substrate 10 does not change. be.

なお、アクチュエータ３９としては、ピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子であるピエゾアクチュエータを適用することができる。ピエゾアクチュエータは、ナノメータ程度の極めて微小な範囲から数百ミクロンメータまでの位置決めを正確に行うことができる。また、ピエゾアクチュエータは、セラミックで形成されているため非常に硬く、大きな力を生み出すことができる。また、ピエゾアクチュエータは、コンパクトで省エネルギーな駆動を行うことができる。なお、本実施の形態では、アクチュエータ３９として、ピエゾアクチュエータを適用したが、リニアモータなどの他の駆動手段を適用することも勿論可能である。 As the actuator 39, a piezo actuator, which is a positioning element applying the piezo-electric effect, can be applied. Piezo actuators are capable of precise positioning from the very small range of nanometers to hundreds of microns. In addition, since the piezo actuator is made of ceramic, it is very hard and can generate a large force. In addition, the piezo actuator can be driven in a compact and energy-saving manner. In this embodiment, a piezo actuator is used as the actuator 39, but it is of course possible to use other driving means such as a linear motor.

このレーザアニール装置１Ｅでは、軽量な結晶化用ファイバアレイ３１Ａのみを移動させるだけでよいため、アクチュエータ３９の負荷が小さく、迅速なオートフォーカス機能を備えることができる。 In this laser annealing apparatus 1E, only the lightweight crystallization fiber array 31A needs to be moved, so the load on the actuator 39 is small, and a quick autofocus function can be provided.

［第１０の実施の形態］
図２０は、本発明の第１０の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｆを示す概略構成図である。本実施の形態では、単一の光源としての半導体レーザＬＤと、カップリングレンズ２１と、単一の光ファイバ２２と、単一の結晶化用光学ヘッド３Ａと、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、を備えている。本実施の形態においても、図示しない脱水素化用光学ヘッド３Ｂを備えるが、説明を省略する。 [Tenth embodiment]
FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing a laser annealing apparatus 1F according to the tenth embodiment of the present invention. In this embodiment, a semiconductor laser LD as a single light source, a coupling lens 21, a single optical fiber 22, a single crystallization optical head 3A, and a substrate (not shown) for transporting the substrate 10 are provided. and a transport means. Also in the present embodiment, a dehydrogenation optical head 3B (not shown) is provided, but the description thereof is omitted.

半導体レーザＬＤは、上記の各実施の形態と同様に、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する。カップリングレンズ２１は、半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。カップリングレンズ２１には、導波路としての結晶化用光ファイバ２２Ａの一端部が接続されている。本実施の形態では、結晶化用光ファイバ２２Ａとして例えば方形ファイバを適用している。 The semiconductor laser LD oscillates continuous wave laser light (CW laser light) as in the above embodiments. The coupling lens 21 is connected to the emission side of the semiconductor laser LD. One end of a crystallization optical fiber 22A as a waveguide is connected to the coupling lens 21 . In this embodiment, a square fiber, for example, is applied as the crystallization optical fiber 22A.

結晶化用光学ヘッド３Ａは、結像光学系としての、入射側の第１レンズ３３Ａと、出射側の第２レンズ３４Ａと、を備えている。図２０に示すように、結晶化用光学ヘッド３Ａには、結晶化用光ファイバ２２Ａの他端部から出射されたレーザ光が入射される。結晶化用光学ヘッド３Ａでは、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束する結晶化用レーザビームＬＢ１となるように加工する。本実施の形態においても、スポット部Ｆが非晶質シリコン膜の膜内部（深さ方向の内部）に位置するように設定されている。 The crystallization optical head 3A includes an incident-side first lens 33A and an exit-side second lens 34A as an imaging optical system. As shown in FIG. 20, the laser beam emitted from the other end of the crystallization optical fiber 22A is incident on the crystallization optical head 3A. In the crystallization optical head 3A, the laser beam is directed downstream (rear side) and processed so as to become a crystallization laser beam LB1 that converges at the spot portion F. FIG. Also in this embodiment, the spot portion F is set to be located inside the amorphous silicon film (inside in the depth direction).

本実施の形態においても、結晶化用レーザビームＬＢ１は、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が正方形である。なお、結晶化用レーザビームＬＢ１の断面形状は、長方形、六角形などであってもよい。結晶化用レーザビームＬＢ１の断面形状をこのような形状にするには、結晶化用光ファイバ２２Ａのコアの断面形状を、正方形、長方形、六角形などに設定すればよい。 Also in the present embodiment, the crystallization laser beam LB1 has a top-hat shape characteristic, and has a square cross-sectional shape in the direction perpendicular to the optical axis. The cross-sectional shape of the crystallization laser beam LB1 may be rectangular, hexagonal, or the like. In order to make the cross-sectional shape of the crystallization laser beam LB1 such a shape, the cross-sectional shape of the core of the crystallization optical fiber 22A may be set to a square, rectangle, hexagon, or the like.

図示しない基板搬送手段は、上記した各実施の形態と同様に、レーザアニール処理を施す基板１０をスキャン方向へ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、結晶化用光学ヘッド３Ａの位置を固定した状態で基板１０側を搬送することによって、基板１０に対して結晶化用レーザビームＬＢ１を相対的にスキャンするようになっている。 The substrate transport means (not shown) has a mechanism for transporting the substrate 10 to be laser-annealed at an arbitrary speed in the scanning direction in the same manner as in each of the above-described embodiments. Therefore, by transporting the substrate 10 side while the position of the crystallization optical head 3A is fixed, the substrate 10 is relatively scanned with the crystallization laser beam LB1.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｆによれば、結晶化用レーザビームＬＢ１におけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜の膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜に重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方に向けて非晶質シリコン膜の内部を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜の下層側を過熱することを抑制できる。このため、レーザアニール装置１Ｆによれば、ゲートラインやその他の配線パターンやガラス基板などが過熱により損傷されることを回避できる。 According to the laser annealing apparatus 1F according to the present embodiment, since the spot portion F having a high power density in the crystallization laser beam LB1 is located inside the amorphous silicon film, the amorphous silicon film is focused on. A large amount of heat is supplied to Most of the heat from the spot portion F is transmitted laterally through the amorphous silicon film. Since the beam is diffused on the rear side (lower side) of the spot portion F, the power density of the light reaching the underlying silicon oxide film or the like becomes low, and overheating of the lower layer side of the amorphous silicon film can be suppressed. . Therefore, according to the laser annealing apparatus 1F, damage to the gate lines, other wiring patterns, the glass substrate, etc. due to overheating can be avoided.

[第１１の実施の形態]
図２１は、本発明の第１１の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の基本原理を示す。 [Eleventh embodiment]
FIG. 21 shows the basic principle of the laser annealing apparatus and laser annealing method according to the eleventh embodiment of the present invention.

上記の第1～１０の実施の形態では、結晶化用レーザビームＬＢ１において最も収束するスポット部Ｆが、改質予定領域の非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置する状態で、結晶化用レーザビームＬＢ１をスキャンさせた。これに対して、本実施の形態では、図２１に示すように、結晶化用レーザビームＬＢ１における焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域Ａが、非晶質シリコン膜１５ａの膜内部の領域に重なる状態で、結晶化用レーザビームＬＢ１を改質予定領域内でスキャンさせる。すなわち、本実施の形態に係るレーザアニール装置では、図２１に示す結晶化用レーザビームＬＢ１の領域Ａに非晶質シリコン膜１５ａが重なる状態であればよい。 In the above-described first to tenth embodiments, the crystallization laser beam LB1 is positioned inside the amorphous silicon film 15a in the region to be modified. Laser beam LB1 was scanned. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 21, the region A in which the beam profile maintains the top hat shape including the focal point and the vicinity of the focal point of the crystallization laser beam LB1 is the amorphous silicon film 15a. The region to be modified is scanned with the laser beam LB1 for crystallization while overlapping the region inside the film. That is, in the laser annealing apparatus according to the present embodiment, it is sufficient that the amorphous silicon film 15a overlaps the region A of the crystallization laser beam LB1 shown in FIG.

図２１に示すように、領域Ａは、結晶化用レーザビームＬＢ１における（１）、（２）および（３）を含む。図２２－３は、図２１における（１）の範囲のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示している。図２１に示すように、（１）の領域は、略焦点深度の領域であり、図２２－３に示すように、典型的なトップハット型のビームプロファイルを示す。図２１における（２）の領域は、（１）の領域よりも焦点の手前に位置するが、図２２―２に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせる領域である。図２１における（３）の領域は、（１）の領域よりも焦点よりも後方に位置するが、図２２―４に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせる領域である。 As shown in FIG. 21, region A includes (1), (2) and (3) in the crystallization laser beam LB1. FIG. 22-3 shows the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the range (1) in FIG. As shown in FIG. 21, the region (1) is a region of approximate depth of focus, and shows a typical top-hat beam profile as shown in FIG. 22-3. The region (2) in FIG. 21 is positioned closer to the focal point than the region (1), but as shown in FIG. 22-2, the laser profile can be regarded as a top hat type. The region (3) in FIG. 21 is located behind the focal point than the region (1), but as shown in FIG. 22-4, the laser profile can be regarded as a top hat type.

図２１における（４）の領域は、（２）の領域よりも手前に位置し、図２２―１に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせない形状となる。図２１における（５）の領域は、（３）の領域よりも後方に位置し、図２２―５に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせない形状となる。したがって、本実施の形態では、図２１に示す領域Ａが、ビームプロファイルがトップハット型を維持する領域と定義される。なお、この領域Ａは、光学ヘッド３などの条件によって適宜設定すればよい。 The region (4) in FIG. 21 is located in front of the region (2), and as shown in FIG. 22-1, the laser profile has a shape that cannot be regarded as a top hat shape. The region (5) in FIG. 21 is located behind the region (3), and as shown in FIG. 22-5, the laser profile has a shape that cannot be regarded as a top hat shape. Therefore, in this embodiment, the area A shown in FIG. 21 is defined as an area in which the beam profile maintains the top hat shape. Note that this area A may be appropriately set depending on the conditions of the optical head 3 and the like.

図２１における（１）の領域は、図２２－３に示すように、非晶質シリコン膜１５ａをアニールするのに十分なエネルギー密度を有し、必要領域をアニールできる平坦部の幅寸法を有している。図２１における（２）および（３）の領域は、図２２―２および図２２－４に示すように、（１）の領域の特性に近似するが、（４）と（５）の領域は、図２２－１および図２２－５に示すように、エネルギー密度が不十分であり、必要領域をアニールするための平坦部の幅が狭いため、非晶質シリコン膜１５ａの局所的なアニールには不適切な領域である。 As shown in FIG. 22-3, the region (1) in FIG. 21 has a sufficient energy density to anneal the amorphous silicon film 15a. is doing. Areas (2) and (3) in FIG. 21 approximate the characteristics of area (1) as shown in FIGS. 22-2 and 22-4, but areas (4) and (5) are , as shown in FIGS. 22-1 and 22-5, the energy density is insufficient and the width of the flat portion for annealing the required area is narrow, so that local annealing of the amorphous silicon film 15a is not possible. is an inappropriate domain.

以上、本発明の第１１の実施の形態について説明したが、他の構成は、上記した第１の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法と同様である。 Although the eleventh embodiment of the present invention has been described above, other configurations are the same as those of the laser annealing apparatus and laser annealing method according to the first embodiment.

本実施の形態では、例えば、非晶質シリコン膜１５ａが、図２１に示す（２）の領域に位置する場合に、見かけ上は非晶質シリコン膜１５ａの下側の基板や配線などに焦点位置が来るが、光の大半が非晶質シリコン膜１５ａで吸引されるので、非晶質シリコン膜１５ａの下側の基板、配線などに対して熱的損傷を与えることはない。したがって、本実施の形態によれば、光学ヘッド３などの条件設定が容易となり装置コストを低減することが可能である。 In this embodiment, for example, when the amorphous silicon film 15a is located in the region (2) shown in FIG. However, since most of the light is absorbed by the amorphous silicon film 15a, there is no thermal damage to the substrate, wiring, etc. under the amorphous silicon film 15a. Therefore, according to this embodiment, it is possible to easily set the conditions of the optical head 3 and reduce the apparatus cost.

（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
Although the embodiments of the present invention have been described above, it should not be understood that the statements and drawings forming a part of the disclosure of the embodiments limit the present invention. Various alternative embodiments, examples and operational techniques will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.

上記の実施の形態では、脱水素化用レーザビームＬＢ２を収束するスポット部を有するように加工して、このスポット部が非晶質シリコン膜の内部に位置するように配置したが、これに限定されるものではなく、単に非晶質シリコン膜の表面に脱水素化用レーザビームＬＢ２を照射する構成であってもよい。 In the above embodiment, the laser beam LB2 for dehydrogenation is processed so as to have a converging spot portion, and the spot portion is positioned inside the amorphous silicon film. Instead, the surface of the amorphous silicon film may be simply irradiated with the dehydrogenation laser beam LB2.

上記の実施の形態では、ゲートライン１２の上層に当該ゲートライン１２を覆うように成膜された非晶質シリコン膜の１５ａに対してアニールを行ったが、本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法は、非晶質シリコン膜の下方にゲートラインが形成されていない場合にも適用可能である。すなわち、本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法は、ボトムゲート型（逆スタガ型）の構造を有するＴＦＴおよびトップゲート型（スタガ型）の構造を有するＴＦＴの製造に適用可能である。また、本発明では、ゲートラインを設けない基板に成膜された非晶質シリコン膜のレーザアニールにも適用可能である。 In the above embodiment, the amorphous silicon film 15a formed over the gate line 12 so as to cover the gate line 12 is annealed. The annealing method can be applied even when the gate line is not formed under the amorphous silicon film. That is, the laser annealing apparatus and laser annealing method according to the present invention can be applied to the manufacture of TFTs having a bottom-gate (inverted staggered) structure and TFTs having a top-gate (staggered) structure. The present invention can also be applied to laser annealing of an amorphous silicon film formed on a substrate having no gate line.

Ｄ１，Ｄ２ 光量センサ
Ｆ スポット部
ＬＤ 半導体レーザ
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ レーザアニール装置
２ 光源ユニット
２Ａ 結晶化用光源ユニット
２Ｂ 脱水素化用光源ユニット
３ 光学ヘッド
３Ａ 結晶化用光学ヘッド
３Ｂ 脱水素化用光学ヘッド
１０ 基板（被レーザアニール処理基板）
１１ ガラス基板（基板）
１２ ゲートライン
１３ シリコン窒化膜
１４ シリコン酸化膜
１５ａ 非晶質シリコン膜
２１ カップリングレンズ
２２ 光ファイバ
２２Ａ 結晶化用光ファイバ
２２Ｂ 脱水素化用光ファイバ
２２Ｅ 拡径部
３１ ファイバアレイ
３１Ａ 結晶化用ファイバアレイ
３１Ｂ 脱水素化用ファイバアレイ
３２，３２Ａ,３２Ｂ 結像光学系
３３，３３Ａ，３３Ｂ 第１レンズ
３４，３４Ａ，３４Ｂ 第２レンズ
３５ ビームスプリッタ
３６ 側方レンズ
３７ マスク
３７Ａ 開口
３８ 結像光学系
３９ アクチュエータ
４０ 絞り
４０Ａ 結晶化用開口部
４０Ｂ 脱水素化用開口部 D1, D2 light intensity sensor F spot part LD semiconductor laser 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F laser annealing device 2 light source unit 2A light source unit for crystallization 2B light source unit for dehydrogenation 3 optical head 3A for crystallization Optical head 3B Optical head for dehydrogenation 10 Substrate (laser annealed substrate)
11 glass substrate (substrate)
REFERENCE SIGNS LIST 12 gate line 13 silicon nitride film 14 silicon oxide film 15a amorphous silicon film 21 coupling lens 22 optical fiber 22A optical fiber for crystallization 22B optical fiber for dehydrogenation 22E expanding portion 31 fiber array 31A fiber array for crystallization 31B fiber array for dehydrogenation 32, 32A, 32B imaging optical system 33, 33A, 33B first lens 34, 34A, 34B second lens 35 beam splitter 36 side lens 37 mask 37A aperture 38 imaging optical system 39 actuator 40 aperture 40A crystallization opening 40B dehydrogenation opening

Claims (9)

基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射する結晶化用光学ヘッドを備え、当該結晶化用光学ヘッドは、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対して相対的にスキャン方向に沿って移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、
脱水素化用レーザビームを出射する脱水素化用光学ヘッドを備え、
前記脱水素化用光学ヘッドは、前記脱水素化用レーザビームが、前記結晶化用レーザビームに先駆けて、少なくとも前記改質予定領域を照射して前記非晶質シリコン膜の脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向に沿って相対的に移動される、
ことを特徴とするレーザアニール装置。 An optical head for crystallization that emits a laser beam for crystallization that is processed so that continuous wave laser light converges toward a region to be modified in an amorphous silicon film formed on a substrate. wherein the crystallization optical head is positioned relative to the amorphous silicon film in a state in which the most convergent spot portion of the crystallization laser beam is located inside the amorphous silicon film. a laser annealing device that is moved along the scanning direction to reform the region to be reformed in the amorphous silicon film into a crystallized film,
Equipped with a dehydrogenation optical head that emits a dehydrogenation laser beam,
The dehydrogenation optical head dehydrogenates the amorphous silicon film by irradiating at least the region to be modified with the dehydrogenation laser beam prior to the crystallization laser beam. is relatively moved along the scanning direction with respect to the amorphous silicon film,
A laser annealing apparatus characterized by: 前記脱水素化用光学ヘッドは、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された前記脱水素化用レーザビームを出射し、前記脱水素化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する、
請求項１に記載のレーザアニール装置。 The dehydrogenation optical head emits the dehydrogenation laser beam processed so that the continuously oscillated laser beam converges, and the most converging spot portion in the dehydrogenation laser beam located inside the amorphous silicon film,
The laser annealing apparatus according to claim 1. 前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記脱水素化用レーザビームのビームスポットは、前記非晶質シリコン膜の表面に照射される前記結晶化用レーザビームのビームスポットよりも、前記スキャン方向の上流側に配置され、
前記脱水素化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法は、前記結晶化用レーザビームの前記ビームスポットの幅寸法よりも、長く設定されている、
請求項１または請求項２に記載のレーザアニール装置。 The beam spot of the dehydrogenation laser beam with which the surface of the amorphous silicon film is irradiated is higher than the beam spot of the crystallization laser beam with which the surface of the amorphous silicon film is irradiated. placed upstream in the direction of
The width dimension of the beam spot of the dehydrogenation laser beam is set longer than the width dimension of the beam spot of the crystallization laser beam.
The laser annealing apparatus according to claim 1 or 2. 前記結晶化用光学ヘッドは、結晶化用光源から結晶化用光ファイバを介してレーザ光が導かれ、
前記脱水素化用光学ヘッドは、脱水素化用光源から脱水素化用光ファイバを介してレーザ光が導かれる、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The crystallization optical head is guided by a laser beam from a crystallization light source through a crystallization optical fiber,
In the dehydrogenation optical head, laser light is guided from a dehydrogenation light source through a dehydrogenation optical fiber.
The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなる、
請求項４に記載のレーザアニール装置。 A single optical head in which the optical head for crystallization and the optical head for dehydrogenation are common,
The laser annealing apparatus according to claim 4. 前記結晶化用光学ヘッドと前記脱水素化用光学ヘッドとが共通化された単一の光学ヘッドでなり、
前記光学ヘッドに、光源から単一の光ファイバを介してレーザ光が導かれ、
前記光ファイバの出射端面に、結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが離隔して形成された絞りが、前記結晶化用開口部と脱水素化用開口部とが前記出射端面に対向するように配置され、
前記結晶化用開口部から前記結晶化用レーザビームが出射され、前記脱水素化用開口部から前記脱水素化用レーザビームが出射される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 A single optical head in which the optical head for crystallization and the optical head for dehydrogenation are common,
laser light is guided from a light source to the optical head through a single optical fiber;
A diaphragm in which a crystallization opening and a dehydrogenation opening are separated from each other is formed on the output end face of the optical fiber, and the crystallization opening and the dehydrogenation opening are formed on the output end face. arranged to face each other,
the crystallization laser beam is emitted from the crystallization opening, and the dehydrogenation laser beam is emitted from the dehydrogenation opening;
The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 3. 前記光ファイバの出射側は、前記出射端面に向けて径寸法が大きくなるように拡大する形状である、
請求項６に記載のレーザアニール装置。 The output side of the optical fiber has a shape that expands so that the diameter dimension increases toward the output end face.
The laser annealing apparatus according to claim 6. 前記改質予定領域は、薄膜トランジスタのチャネル半導体層である、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The region to be modified is a channel semiconductor layer of a thin film transistor,
The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 7. 基板の上に成膜された非晶質シリコン膜における改質予定領域に向けて、連続発振されたレーザ光が収束するように加工された結晶化用レーザビームを出射し、前記結晶化用レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記非晶質シリコン膜に対してスキャン方向へ相対的に移動されて前記非晶質シリコン膜における前記改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、
脱水素化用レーザビームを、前記結晶化用レーザビームに先駆けて前記非晶質シリコン膜における少なくとも前記改質予定領域を照射して脱水素化を行うように、前記非晶質シリコン膜に対して前記スキャン方向へ相対的に移動させる、
ことを特徴とするレーザアニール方法。 A laser beam for crystallization processed so as to converge a continuously oscillating laser beam is emitted toward a region to be modified in an amorphous silicon film formed on a substrate, and the laser for crystallization is emitted. In a state where the most converged spot portion of the beam is positioned inside the amorphous silicon film, the beam is moved relatively to the amorphous silicon film in the scanning direction to obtain the A laser annealing method for modifying a region to be modified into a crystallized film,
The amorphous silicon film is irradiated with a dehydrogenation laser beam prior to the crystallization laser beam so as to dehydrogenate at least the region to be modified in the amorphous silicon film. to relatively move in the scanning direction,
A laser annealing method characterized by:
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JP5085902B2 (en) * 2006-08-24 2012-11-28 株式会社ジャパンディスプレイイースト Manufacturing method of display device
JP5068972B2 (en) * 2006-09-12 2012-11-07 富士フイルム株式会社 Laser annealing apparatus, semiconductor film substrate, element substrate, and electro-optical device
JP5078460B2 (en) * 2007-06-28 2012-11-21 住友重機械工業株式会社 Laser processing apparatus and laser processing method
JP2012182394A (en) * 2011-03-02 2012-09-20 Panasonic Corp Laser irradiation method and laser irradiation device
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