JP5097414B2 - レーザーアニール装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーザーアニール装置及びその方法に関する。

低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(ＬＴＰＳ ＴＦＴ)を用いた有機ＥＬディスプレイ(ＯＬＥＤ)や液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)は、高精細、高画質なフラットパネルディスプレイとして注目されている。このＬＴＰＳ ＴＦＴの製造工程では、レーザービーム源から発振されたレーザービームをライン状ビームに成形し、ガラス基板上の非晶質シリコン膜(以下、ａ−Ｓｉ膜とも称す)に対して成形したライン状レーザービームを走査しながらアニールすることにより、ａ−Ｓｉ膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成するレーザーアニール工程が重要であり、この工程を実施するためのレーザーアニール装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１５８１８４号公報（図１及び図２等）

ところで、このライン状ビームを走査してアニールした場合、形成された多結晶シリコン膜上に、走査方向に対して斜めの縞状の照射痕が生じることがある。この照射痕は、レーザービーム自体のコヒーレント性に起因する干渉縞であり、ディスプレイ等の表示ムラの原因となり、画質劣化を招くこととなる。即ち、この照射痕は、ライン状ビームの長軸方向の光強度分布が一様ではないために、アニールにより形成された多結晶シリコンの特性の異なる領域が縞状に分布していることを示している。特に、ビーム品質がよい固体グリーンレーザーは、コヒーレント性が高いため照射痕が生じやすい。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、多結晶シリコン膜上に形成された縞状の照射痕を低減できるレーザーアニール装置及び方法を提供することにある。

本発明のレーザーアニール装置は、少なくとも２つの波長変換結晶を備え、該波長変換結晶を結晶方位軸が互いに異なるように直列に配置して波長変換を行い、２方向以上の直線偏光成分を含むレーザービームを生成するレーザー発振器と、レーザービームの光路内に設けられ、レーザービームを所望のライン状ビームに成形するビーム成形手段と、成形されたレーザービームの被照射位置にてレーザーアニールの対象物を支持する載置台を備えた処理室とを有するレーザーアニール装置において、前記レーザービームの光路内に、波長板を、この波長板の遅延軸に対する垂線と、レーザービームの偏光方向のうちの長軸方向とが所定の角度をなすように配置したことを特徴とする。所定の角度になるように波長板を配置したことで、レーザービームの各偏光方向の成分のうち、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を生成する原因となる偏光成分を円偏光に変えることができ、その結果、干渉を抑制して、斜めの照射痕を低減することができる。ここで、２方向以上の直線偏光成分を含む偏光とは、レーザービームの偏光状態が２方向以上の直線偏光が混在してなり、レーザービームの各偏光方向が均一に揃っていない状態のことをいう。この所定の角度とするために、波長板が４分の１波長板の場合には、前記所定の角度φが、前記長軸方向を基準として反時計回りで、−１０＜φ＜３０°、１００＜φ＜１５０°、１７０＜φ＜２１０°、又は２８０＜φ＜３３０°となるように４分の１波長板を配置することが好ましい。前記波長板が３分の１波長板である場合には、前記所定の角度φが、前記長軸方向を基準として反時計回りで、４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°となるように３分の１波長板を配置することが好ましい。また、前記波長板が４分の３波長板である場合には、前記所定の角度φが、前記長軸方向を基準として反時計回りで、−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°となるように配置することが好ましい。

この場合に、前記レーザー発振器は、レーザービーム源を更に備え、前記波長変換結晶は、レーザービーム源から発せられたレーザービームの高調波を生成することが好ましい。このレーザービーム源は、波長１０６４ｎｍの基本波レーザービームを発するＮｄ：ＹＡＧ、波長１０４８ｎｍの基本波レーザービームを発するＮｄ：ＹＬＦ、又は波長１０３０ｎｍの基本波レーザービームを発するＹｂ：ＹＡＧであることが好ましい。これらのレーザービーム源を備えた装置を用いることで、効率よくレーザーアニールを行うことが可能である。

前記波長板を、前記レーザービームの光路内のレーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。平行光である位置に配置することで、収差の問題がおきにくくなるからである。

また、前記レーザービームの光路内に複屈折結晶を配置したレーザーアニール装置を用いて設けることが好ましい。複屈折結晶を設けることで、複屈折結晶に入射したレーザービームを分割し、走査方向に対して平行に生じた照射痕を低減することができる。特に、収差の問題が起きないように、この複屈折結晶をレーザービームの光路内のレーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。

本発明のレーザーアニール方法は、少なくとも２つの波長変換結晶を結晶方位軸が互いに異なるように直列に配置して波長変換を行い、レーザー発振器で生成した２方向以上の直線偏光成分を含むレーザービームをビーム成形手段によって所望のライン状ビームに成形し、成形されたレーザービームをレーザーアニールの対象物に照射して対象物をアニールするレーザーアニール方法において、前記レーザービームの光路内に、波長板を、偏光方向のうちの長軸方向と前記波長板の遅延軸に対する垂線とのなす角度が所定の角度となるように配置し、レーザービームの偏光成分のうち、レーザービーム走査方向に対して斜めの照射痕の原因となる偏光成分を除去して、この偏光成分が除去されたレーザービームを対象物に照射することを特徴とする。この所定の角度とすべく、波長板として、前記所定の角度が前記長軸方向を基準として反時計回りで−１０＜φ＜３０°、１００＜φ＜１５０°、１７０＜φ＜２１０°、又は２８０＜φ＜３３０°となるように４分の１波長板を配置するか、前記所定の角度が前記長軸方向を基準として反時計回りで４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°となるように３分の１波長板を配置するか、又は、前記所定の角度が前記長軸方向を基準として反時計回りで−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°となるように４分の３波長板を配置することが好ましい。

この場合、前記光路内に、複屈折結晶が配置されれば、走査方向に対して平行に照射痕が生じる場合に、複屈折結晶によってレーザービームが分割され、レーザービーム走査方向に対して平行な照射痕の原因となる高調波成分を除去し、その照射痕を低減することができる。この複屈折結晶は、特にレーザービームが平行光である位置に配置されることが好ましい。

また、前記レーザーアニールの対象物が、アモルファスシリコン膜であることが好ましい。

本発明のレーザーアニール装置及びその方法によれば、コヒーレント性の高いレーザービームを照射しても、アニール処理した対象物（例えば、多結晶シリコン膜）上に、走査方向に対して斜めの縞状の照射痕（干渉縞）が生じないので、表示ムラのない高品質のディスプレイを作製することが可能であるという優れた効果を奏する。

以下、本発明のレーザーアニール装置を、図１を用いて詳細に説明する。

図１は、本発明のレーザーアニール装置の光学部品の配置とレーザービームの光路とを模式的に示したものであり、（ａ）はレーザービームの集光方向（成形されたライン状レーザービームの短軸方向を示す、これをｘ軸方向とする）の模式図であり、（ｂ）はレーザービームの均一化方向（成形されたライン状レーザービームの長軸方向を示す、これをｙ軸方向とする）の模式図である。後述する図３は図１（ｂ）中のＡ部分の拡大図である。

図１によれば、１は、レーザー発振器であり、このレーザー発振器から発振されたレーザービームは、初めに、光軸補正ミラー２に入射されて、レーザービームの光軸が補正される。これは、レーザー発振器からのビームを光学光路内に導くためのものである。

この場合、レーザー発振器１としては、Ｑスイッチパルス発振し、２方向以上の直線偏光成分を含むレーザービーム（発振波長が１０３０〜１０６５ｎｍ）を生成する固体パルスレーザーを用いることができる。このようなレーザー発振器としては、例えば、その内部にレーザービーム源と、このレーザービーム源から発せられた基本波レーザービームの波長変換を行って第２高調波を生成する波長変換結晶と、分離ミラーとを備えたものがあげられる。レーザービーム源から発生された基本波レーザービームは、波長変換結晶に入射して、その一部が高調波に波長変換された基本波・高調波混合レーザービームとなり、その後、分離ミラーに入射することで、その基本波成分は反射されて、高調波成分のみが透過し、レーザー発振器１の外部に取り出されるように構成されている。

このレーザービーム源としては、波長１０６４ｎｍの基本波レーザービームを発振するＮｄ：ＹＡＧを活性媒質としてもつものや、波長１０４８ｎｍの基本波レーザービームを発振するＮｄ：ＹＬＦを活性媒質としてもつもの、また、波長１０３０ｎｍの基本波レーザービームを発するＹｂ：ＹＡＧを活性媒質としてもつものがあげられる。

波長変換結晶としては、非線形光学結晶、例えば、リチウム・ボレイト（ＬｉＢ_３Ｏ_５）、セシウム・リチウム・ボレイト（ＣｓＬｉＢ_６Ｏ_１０）、セシウム・ボレイト（ＣｓＢ_３Ｏ_５）、ベータ・バリウム・ボレイト（β−ＢａＢ_２Ｏ_４）、ガドリニウム・イットリウム・カルシウム・オキシボレイト（Ｇｄ_ｘＹ_１−ｘＣａ_４（ＢＯ_３）_３）、ポタシウム・チタニル・フォスフェイト（ＫＴｉＯＰＯ_４）等の結晶があげられる。この波長変換結晶は、変換した波長同士が干渉することを防ぐために、結晶方位軸が異なる方向となるように直列に少なくとも２つ配置する。また、これらの結晶のレーザービームの透過方向の厚さは、２０ｍｍ以下であり、２以上光路に設置した場合には、それぞれ同じ厚さでも異なる厚さでもよい。２０ｍｍより大きいと、レーザービームが同調しにくくなるからである。

このように構成されたレーザー発振器では、得られたレーザービームは、平均パワー：２００〜４００Ｗ、パルス繰り返し周波数：４〜８ｋＨｚ、ビーム品質（ビームの集光性Ｍ^２）：２０以下である。

次いで、レーザービームのエネルギーを減衰させるために、レーザービームは減衰器３に入射され、例えば、エネルギーが５０％程度以下に減衰される。その後、レーザービームは、レーザービームの進行方向に対する垂直面内で回転自在に構成された波長板４に入射される。この波長板４は、遅延軸に対する垂線とビーム偏光方向のうちの長軸方向との間で所定の角度をなすように傾けて配置されている。レーザービームはこの所定の角度をなすように傾けて配置された波長板４に入射されることで、２方向以上の直線偏光成分を含むレーザービームのうち、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となるので、干渉しにくくなり、斜めの縞状の照射痕を低減することができる。
このような波長板４としては、入射光線に対して１波長未満の位相差を生じさせる機能を有する波長板が好ましい。例えば、１／２波長板、１／３波長板、２／３波長板、１／４波長板、３／４波長板、１／５波長板、２／５波長板、３／５波長板、４／５波長板、１／８波長板、３／８波長板、５／８波長板などが挙げられる。

この場合の斜めの照射痕の原因となる偏光成分を低減するための所定の角度は、波長板の種類及びレーザー発振器１によって変わってくるが、例えば、波長板としての４分の１波長板と、Ｎｄ：ＹＡＧを活性媒質とし、平均パワー２００Ｗ、パルス繰り返し周波数：４ｋＨｚ、ビーム品質：Ｍ^２≒２０、レーザー直径：１２．５ｍｍのレーザー発振器１を用いた場合について図２を用いて説明する。図２中、レーザービームの偏光成分のうち、例として、長軸方向Ｌ１と短軸方向Ｌ２とを示している。そして、４１は、４分の１波長板の遅延軸（光学軸）、４２は、この遅延軸４１に対する垂線を示す。この偏光成分のうち長軸方向Ｌ１を基準とし、この基準に対して反時計回りに傾けた前記遅延軸４１の垂線４２がこの基準となす傾斜角φが、−１０＜φ＜３０°となるように４分の１波長板が配置されている場合には、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。特に、傾斜角φが０≦φ≦２０°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。また、傾斜角φが１７０＜φ＜２１０°の場合にも、それぞれ前記の長軸方向Ｌ１と垂線４２との関係が−１０＜φ＜３０°の場合と同一であるので、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となって干渉しにくくなり、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。この場合にも、傾斜角φが１８０≦φ≦２００°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。これ以外にも、傾斜角φが１００＜φ＜１５０°又は２８０＜φ＜３３０°の場合にも、レーザービームの走査方向に対して斜めの縞状の照射痕を低減することが可能である。特に、傾斜角φが１１０≦φ≦１４０°又は２９０≦φ≦３２０°である場合には、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。

このように所定の角度を満たすように配置された波長板４から射出されたレーザービームは、後述する拡大レンズ８に入射される前に、初期直径を与える必要があり、そのために、第１の拡大レンズ５及びコリメートレンズ６に順次入射され、第１の拡大レンズ５で、レーザービームの直径が拡大され、コリメートレンズ６で平行光に整えられる。次いで、レーザービームは光軸補正ミラー７に入射される。

続いて、以下に述べるように、このレーザービームを所望のライン状レーザービームに成形する。

初めに、光軸補正ミラー７を透過したレーザービームは、拡大レンズ８を通って、集光方向にも均一化方向にもその直径が拡大され楕円状に成形される。例えば、拡大レンズ８に入射されたレーザービームは、集光方向においても均一化方向においても直径が１２ｍｍ程度であったものが、集光方向については直径８０ｍｍ程度に、均一化方向については直径３０ｍｍ程度に拡大され、楕円状に成形される。次いで、この楕円状のレーザービームは、ｙ方向のみ平行光とするｙコリメートレンズ９に入射され、集光方向については直径を拡大し、均一化方向に対しては平行光となる。

その後、レーザービームはｘ方向のみ平行光とするｘコリメートレンズ１０に入射され、集光方向に対しては平行光となり、均一化方向に対してはｘコリメートレンズ１０入射時と同一の平行光の状態で射出される。次いで、レーザービームはｙ方向のみ集光するｙ集光レンズ１１に入射される。均一化方向については、後述する導波路１２内で多重反射させるために、レーザービームがｙ集光レンズ１１の先にある導波路１２より前で集束し、その後発散するようにｙ集光レンズ１１を構成する。集光方向については平行光のままで射出される。

次いで、レーザービームは導波路１２に入射される。この導波路１２内でレーザービームは多重反射されてビームが複数本のレーザービーム（ビームレット）に分割されるので、レーザービームのコヒーレント性を低減することができる（図１（ａ）（ｂ）では各ビームレットを図示せず）。導波路１２に入射される前で均一化方向のみｙ集光レンズ１１によって集束されていたことから、導波路１２から射出された複数のレーザービーム（ビームレット）は、均一化方向でのみ広がり、集光方向に対しては平行光の状態を保つ。これらの複数のビームレットは、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４に入射され、集光方向に対しては平行光の状態で射出される。均一化方向でのレーザービーム（ビームレット）の光路について、Ａ部分（導波路１２〜第３のｙ転写レンズ１６間）の拡大図（図３）を用いて説明する。なお、図３では説明のため全てのビームレットについては図示していないが、図３中、Ｌはビームレットの光路を示している。

導波路１２から射出されたビームレットは、広がりながら直進し、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４とに順次入射され、屈折して、二つのビームレット群に分かれる。図３中、上部のビームレット群をビームレット群Ｌｘとし、下部のビームレット群をビームレット群Ｌｙとする。これらの２つのビームレット群のうち、一方に光学的遅延を与えれば、各ビームレットはより干渉しにくくなる。そこで、一方のビームレット群の光路内に光学的遅延板１５を配置して（図中では例としてＬｙ側に配置した）、光学的遅延を与えて干渉を緩和させてもよい。これにより、ビームレット群Ｌｙはビームレット群Ｌｘより光学的遅延板分だけ時間的差分が与えられた状態となる。ここで、光学的遅延板１５は、石英またはガラスのような透明材料で形成されているものである。

その後、一方のビームレット群に光学的遅延が与えられた状態で、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、第３のｙ転写レンズ１６及びｘ方向のみ集光するｘ集光レンズ１７にレーザービームが入射されることによって、集光方向に対しては集光され、また、均一化方向に対しては、レーザービームはｙ転写レンズ１６により収差を補正されつつ拡大される。このようにして、レーザービームは、ライン状の所望のプロフィールになるように成形され、入射窓１８を透過してチャンバー（図示せず）内の載置台（図示せず）に載置されたａ−Ｓｉ膜１９上に照射される。載置台によりアニール対象物としてのａ−Ｓｉ膜１９をライン状ビームの短軸方向に移動させることにより、アニール対象物の所望の領域でのアニールが可能である。これにより、ａ−Ｓｉ膜１９がアニールされて多結晶シリコン膜が形成される。この所望のプロフィールは、例えば、長軸方向：＞１００ｍｍ、短軸方向：＜５０μｍであり、アニール対象物に応じて適宜決定することができる。アニール対象物としては、例えば、ａ−Ｓｉ膜（アニールにより多結晶シリコン膜を形成する）や、Ｓｉ基板（アニールによりＳｉ基板の添加物を活性化する）などがあげられる。
なお、本実施の形態では、ビームを導波路で分割し、均一化する構成を示したが、導波路の代りにシリンドリカルレンズアレイでビームを分割し、均一化するように構成することも可能である。

ａ−Ｓｉ膜としては、例えば、ＣＶＤ法により形成された膜厚３００Å〜１０００Åのものである。

本発明のレーザーアニール装置を用いてａ−Ｓｉ膜をアニールする場合、例えば、ガラス基板上にＣＶＤ法によりＳｉＮ、ＳｉＯ_ｘ、ａ−Ｓｉを、順次厚さ１００Å、３０００Å、５００Åで成膜したものをアニール装置内の載置台に載置し、脱水素アニール工程を３５０〜５００℃で５〜１５分間行った後に、レーザー出力３００〜７００ｍＪ／ｃｍ^２で、真空チャンバー内の雰囲気を窒素雰囲気などの不活性ガス雰囲気とし、圧力：３０〜５００Ｐａ、温度：常温状態の条件でレーザーアニールを行う。この場合、基板表面でのアニール温度は、６００〜１８００℃である。

本実施の形態においては、所定の角度を満たすように配置した波長板４を減衰器３とコリメートレン５ズとの間に配置したが、光路中であればどこに配置してもよい。好ましくは、収差がなるべく生じない様に、レーザービームが平行光である位置に配置することである。例えば、コリメートレンズ６と光軸補正ミラー７との間や、光軸補正ミラー７と拡大レンズ８との間やｘコリメートレンズ１０とｙ集光レンズ１１との間に配置しても良い。平行光でない位置に配置した場合には、レンズデザインを変更するか、レンズの位置調整により収差が生じないようにすればよい。

また、本実施の形態においては、所定の角度を満たすように配置した波長板４を設けて走査方向に対して斜めの縞状の照射痕を低減したが、走査方向に対して平行の縞状の照射痕（干渉縞）が形成される場合がある。そこで、この縞状の照射痕が形成された場合には、光路中に、複屈折結晶を設けてもよい。複屈折結晶を設けることで、レーザービームを分割して各ビームレット間の干渉を低減して、即ち走査方向に対して平行な縞状の照射痕の原因となるレーザービームの高調波成分を除去し、縞状の照射痕を低減することが可能である。この場合、複屈折結晶としては、２軸性水晶結晶や、リチウムボレイトを用いることができ、また、複屈折結晶は、収差が生じないように光路のレーザービームが平行光となっている位置に配置することが好ましい。さらに、光路中に複屈折結晶を複数配置してもよい。
上記では、波長板として４分の１波長板を配置した場合について説明したが、４分の１波長板でなくとも、波長板であれば、所定の角度をなすように配置すれば、上記と同様の結果を得ることができる。例えば、波長板として、３分の１波長板を配置した場合には、所定の角度を、４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°、好ましくは５０≦φ≦８０°、１１０≦φ≦１３０°、２３０≦φ≦２６０°、又は２９０≦φ≦３１０°となるように配置すればよい。４分の３波長板を配置した場合には、−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°、好ましくは、０≦φ≦５０°、１２０≦φ≦１６０°、１８０≦φ≦２３０°、又は３００≦φ≦３４０°となるように配置すればよい。これらの４分の１波長板ではない波長板を用いた場合にも、波長板は光路中であればどこに配置してもよいが、収差がなるべく生じない様に、レーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。

プラズマＣＶＤ法によりプラズマを形成し、ガラス基板上に、ＳｉＮ_ｘ膜を厚さ１０００Åで形成し、続けてＳｉＯ_ｘ膜を厚さ３０００Åで形成した。次いで、ＳｉＯ_ｘ膜上にａ−Ｓｉ膜を厚さ５００Åで形成し、脱水素処理を８分間行って、所望のレーザーアニール対象基板を得た。

この基板を、図１に示したレーザーアニール装置の基板載置台に載置した。４分の１波長板４としては、厚さ３ｍｍ、直径５０ｍｍの平行結晶を減衰器３とコリメートレンズ５との間に配置し、レーザー発振器１としては、Ｎｄ：ＹＡＧを活性媒質としてもつレーザービーム源と、２つの波長変換結晶（リチウムボレイト）とを有するものを用いた。そして、上記ａ−Ｓｉ膜が形成された基板に対してレーザー出力４５０ｍＪ／ｃｍ^２、Ｎ_２ガス雰囲気のチャンバー内（大気圧、常温状態）でレーザーアニールを行い（レーザービームのプロフィールは、１５０ ｍｍ×４０μｍのラインビーム）、多結晶シリコン膜を作製した。この場合、偏光方向のうち長軸方向Ｌ１を基準（０°）として、この基準と遅延軸４１に対する垂線４２との角度を変えるように４分の１波長板４を徐々に傾けて、基準と反時計周りに傾いた４分の１波長板の遅延軸に対する垂線とのなす角度φを変化させ１周させて、各角度でアニールされた多結晶シリコン膜の表面を観察した。なお、比較のために、４分の１波長板を装置内に配置せずにレーザーアニールを行い、表面を観察した。４分の１波長板を配置しなかった場合のレーザーアニール後の多結晶膜表面の模式図を図４（ａ）に示し、各角度でのレーザーアニール後の多結晶膜表面の模式図を図４（ｂ）〜（ｉ）に示す。

図４（ａ）では、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が発生した。４分の１波長板４を挿入した装置においては、偏光方向のうち長軸方向を基準とし、４分の１波長板の遅延軸に対する垂線と基準とのなす角度が反時計回りで０≦φ≦２０°、１１０≦φ≦１４０°、１８０≦φ≦２００°、又は２９０≦φ≦３２０°の場合（図４（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び（ｈ）参照）では、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が大幅に低減されたことが分かった。また、３０≦φ≦１００°、１５０≦φ≦１７０°、２１０≦φ≦２８０°又は３３０≦φ≦３５０°の角度になるように４分の１波長板を設置しても、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が低減されなかったことがわかった（図４（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）及び（ｉ）参照）。

実施例１と同一の方法で基板を作製した。次いで、複屈折結晶（２軸性単結晶水晶）を４分の１波長板４と拡大レンズ５との間に配置した以外は、実施例１と同一の条件（ただし、角度は５°）で、作製した基板にアニールを行なって基板の表面を観察したところ、レーザービームの走査方向と平行な照射痕が低減されていることが分かった。

実施例１と同一の方法で基板を作成した。次いで、４分の１波長板４の代わりに３分の１波長板を配置した以外は、実施例１と同一の条件で、前記基板に対してレーザーアニールを行った。結果を図５に示す。図５（ａ）では、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が発生した。３分の１波長板の遅延軸に対する垂線と長軸方向とのなす角度が長軸方向を基準として反時計回りで５０≦φ≦８０°、１１０≦φ≦１３０°、２３０≦φ≦２６０°、又は２９０≦φ≦３１０°の場合、（図５（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）及び（ｉ）参照）レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が大幅に低減されたことが分かった。また、０≦φ≦４０°、９０≦φ≦１００°、１４０≦φ≦２２０°、２７０≦φ≦２８０°又は３２０≦φ≦３６０の角度になるように３分の１波長板を設置しても、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が低減されなかったことがわかった（図５（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）（ｈ）、及び（ｊ）参照）。

実施例１と同一の方法で基板を作成した。次いで、４分の１波長板４の代わりに４分の３波長板を配置した以外は、実施例１と同一の条件で、前記基板に対してレーザーアニールを行った。結果を図６に示す。図６（ａ）では、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が発生した。４分の３波長板の遅延軸に対する垂線と長軸方向とのなす角度が、長軸方向を基準として０≦φ≦５０°、１２０≦φ≦１６０°、１８０≦φ≦２３０°、又は３００≦φ≦３４０°の場合（図６（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）及び（ｈ）参照）、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が大幅に低減されたことが分かった。また、６０≦φ≦１１０°、φ＝１７０°、２４０≦φ≦２９０°、φ＝３５０°の角度になるように４分の３波長板を設置しても、レーザーの走査方向に対して斜めの照射痕が低減されなかったことがわかった（図４（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）及び（ｉ）参照）。

本発明のレーザーアニール装置及びその方法を用いれば、例えば、ａ−Ｓｉ膜をアニールして照射痕のない多結晶シリコン膜を作製することができる。この多結晶シリコン膜を用いれば、ＬＴＰＳ ＴＦＴ等の自発光型ディスプレイ作製において表示ムラのない、高品質なディスプレイを作製することが可能である。従って、本発明はディスプレイ作製分野において利用可能である。

本発明のレーザーアニール装置の構成とレーザービームの光路とを模式的に示す図であって、（ａ）は集光方向、（ｂ）は均一化方向を示す。 ４分の１波長板と、偏光の長軸との関係を示す図。 本発明のレーザーアニール装置の均一化方向のＡ部分拡大図。 （ａ）は、４分の１波長板を配置しなかったレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の模式図、（ｂ）〜（ｉ）は、本発明のレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の模式図。 （ａ）は、３分の１波長板を配置しなかったレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の模式図、（ｂ）〜（ｊ）は、本発明のレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の模式図。 （ａ）は、４分の３波長板を配置しなかったレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の模式図、（ｂ）〜（ｉ）は、本発明のレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の模式図。

符号の説明

１ レーザー発振器 ２ 光軸補正ミラー
３ 減衰器 ４ 波長板
５ 拡大レンズ ６ コリメートレンズ
７ 光軸補正ミラー ８ 拡大レンズ
９ ｙコリメートレンズ １０ ｘコリメートレンズ
１１ ｙ集光レンズ １２ 導波路
１３ 第１のｙ転写レンズ １４ 第２のｙ転写レンズ
１５ 光学的遅延板 １６ 第３のｙ転写レンズ
１７ ｘ集光レンズ １８ 入射窓
１９ ａ−Ｓｉ膜

Claims (15)

1. 少なくとも２つの波長変換結晶を備え、該波長変換結晶を結晶方位軸が互いに異なるように直列に配置して波長変換を行い、２方向以上の直線偏光成分を含むレーザービームを生成するレーザー発振器と、レーザービームの光路内に設けられ、レーザービームを所望のライン状ビームに成形するビーム成形手段と、成形されたレーザービームの被照射位置にてレーザーアニールの対象物を支持する載置台を備えた処理室とを有するレーザーアニール装置において、
   前記レーザービームの光路内に、波長板を、この波長板の遅延軸に対する垂線と、レーザービームの偏光方向のうちの長軸方向とが所定の角度をなすように配置したことを特徴とするレーザーアニール装置。
2. 前記波長板が４分の１波長板であり、前記所定の角度φが、前記長軸方向を基準として反時計回りで−１０＜φ＜３０°、１００＜φ＜１５０°、１７０＜φ＜２１０°、又は２８０＜φ＜３３０°であることを特徴とする請求項１記載のレーザーアニール装置。
3. 前記波長板が３分の１波長板であり、前記所定の角度φが、前記長軸方向を基準として反時計回りで４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°となるように配置したことを特徴とする請求項１記載のレーザーアニール装置。
4. 前記波長板が４分の３波長板であり、前記所定の角度φが、前記長軸方向を基準として反時計回りで−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°となるように配置したことを特徴とする請求項１記載のレーザーアニール装置。
5. 前記レーザー発振器が、レーザービーム源を更に備え、前記波長変換結晶は、レーザービーム源から発せられたレーザービームの高調波を生成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザアニール装置。
6. 前記レーザービーム源が、波長１０６４ｎｍの基本波レーザービームを発するＮｄ：ＹＡＧ、波長１０４８ｎｍの基本波レーザービームを発するＮｄ：ＹＬＦ、又は波長１０３０ｎｍの基本波レーザービームを発するＹｂ：ＹＡＧであることを特徴とする請求項５に記載のレーザーアニール装置。
7. 前記波長板を、前記レーザービームの光路内の該レーザービームが平行光である位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のレーザーアニール装置。
8. 前記レーザービームの光路内に複屈折結晶を配置することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のレーザーアニール装置。
9. 前記複屈折結晶が、前記レーザービームの光路内の該レーザービームが平行光である位置に配置することを特徴とする請求項８に記載のレーザーアニール装置。
10. 少なくとも２つの波長変換結晶を結晶方位軸が互いに異なるように直列に配置して波長変換を行い、レーザー発振器で生成した２方向以上の直線偏光成分を含むレーザービームをビーム成形手段によって所望のライン状ビームに成形し、成形されたレーザービームをレーザーアニールの対象物に照射して対象物をアニールするレーザーアニール方法において、
    前記レーザービームの光路内に、波長板を、偏光方向のうちの長軸方向と前記波長板の遅延軸に対する垂線とのなす角度が所定の角度となるように配置し、レーザービームの偏光成分のうち、レーザービーム走査方向に対して斜めの照射痕の原因となる偏光成分を除去して、この偏光成分が除去されたレーザービームを対象物に照射することを特徴とするレーザーアニール方法。
11. 前記波長板として、前記所定の角度が前記長軸方向を基準として反時計回りで−１０＜φ＜３０°、１００＜φ＜１５０°、１７０＜φ＜２１０°、又は２８０＜φ＜３３０°となるように４分の１波長板を配置し、レーザービームの偏光成分のうち、レーザービーム走査方向に対して斜めの照射痕の原因となる偏光成分を除去することを特徴とする請求項１０記載のレーザーアニール方法。
12. 前記波長板として、前記所定の角度φが前記長軸方向を基準として反時計回りで４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°となるように３分の１波長板を配置し、レーザービームの偏光成分のうち、レーザービーム走査方向に対して斜めの照射痕の原因となる偏光成分を除去することを特徴とする請求項１０記載のレーザーアニール方法。
13. 前記波長板として、前記所定の角度φが前記長軸方向を基準として反時計回りで−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°となるように４分の３波長板を配置し、レーザービームの偏光成分のうち、レーザービーム走査方向に対して斜めの照射痕の原因となる偏光成分を除去することを特徴とする請求項１０記載のレーザーアニール方法。
14. 前記光路内に複屈折結晶を配置して、レーザービームを分割し、レーザービーム走査方向に対して平行な照射痕の原因となる高調波成分を除去することを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載のレーザーアニール方法。
15. 前記レーザーアニールの対象物が、アモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかに記載のレーザーアニール方法。