JPH08148423A - レーザアニーリング方法 - Google Patents
レーザアニーリング方法Info
- Publication number
- JPH08148423A JPH08148423A JP28547194A JP28547194A JPH08148423A JP H08148423 A JPH08148423 A JP H08148423A JP 28547194 A JP28547194 A JP 28547194A JP 28547194 A JP28547194 A JP 28547194A JP H08148423 A JPH08148423 A JP H08148423A
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- laser beam
- linear
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- annealing
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 均一な結晶性のポリシリコン層を形成できる
レーザアニーリング方法を得ることを目的とする。 【構成】 ビーム整形光学系２７，２８により、レーザ
発振器２１から放射されたレーザビームのビーム断面形
状を整形して、ビーム断面形状が長方形状であってその
長手方向において基板３１のアモルファスシリコン膜上
の被ポリシリコン化部の縦方向及び横方向のいずれか一
方よりも長い長さを有する線状レーザビームを生成す
る。そして、線状レーザビームを該レーザビームの幅方
向に被ポリシリコン化部上を相対的に移動させて照射
し、被ポリシリコン化部の全域を照射する。
レーザアニーリング方法を得ることを目的とする。 【構成】 ビーム整形光学系２７，２８により、レーザ
発振器２１から放射されたレーザビームのビーム断面形
状を整形して、ビーム断面形状が長方形状であってその
長手方向において基板３１のアモルファスシリコン膜上
の被ポリシリコン化部の縦方向及び横方向のいずれか一
方よりも長い長さを有する線状レーザビームを生成す
る。そして、線状レーザビームを該レーザビームの幅方
向に被ポリシリコン化部上を相対的に移動させて照射
し、被ポリシリコン化部の全域を照射する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、基板上に形成された
アモルファスシリコン膜をレーザ照射によりポリシリコ
ン化するレーザアニーリング方法に関するものである。
アモルファスシリコン膜をレーザ照射によりポリシリコ
ン化するレーザアニーリング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３８は例えば特開平５−１７５２３５
号公開公報に開示された従来のレーザアニーリング方法
を説明するための図であり、図において、１は駆動回路
を作り込む部分、２は画素を作り込む部分、３は薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）形成部、１１はレーザビームスポ
ット、１２はレーザビームの走査方向を示す矢印であ
る。
号公開公報に開示された従来のレーザアニーリング方法
を説明するための図であり、図において、１は駆動回路
を作り込む部分、２は画素を作り込む部分、３は薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）形成部、１１はレーザビームスポ
ット、１２はレーザビームの走査方向を示す矢印であ
る。
【０００３】半導体膜としてアモルファスシリコンを用
いた薄膜トランジスタをスイッチング素子とする液晶デ
ィスプレイが実用化されているが、高精細化に伴って画
素サイズが小さくなってきており、薄膜トランジスタ部
の占有面積を極力小さくするために、アモルファスシリ
コンをより動作速度の速いポリシリコンに置き換えよう
とする開発が進んでいる。さらに、薄膜トランジスタを
駆動する回路までも、ポリシリコンを用いた薄膜トラン
ジスタを用いて形成していこうとしており、ポリシリコ
ンが液晶ディスプレイにおけるキーマテリアルとなって
きている。
いた薄膜トランジスタをスイッチング素子とする液晶デ
ィスプレイが実用化されているが、高精細化に伴って画
素サイズが小さくなってきており、薄膜トランジスタ部
の占有面積を極力小さくするために、アモルファスシリ
コンをより動作速度の速いポリシリコンに置き換えよう
とする開発が進んでいる。さらに、薄膜トランジスタを
駆動する回路までも、ポリシリコンを用いた薄膜トラン
ジスタを用いて形成していこうとしており、ポリシリコ
ンが液晶ディスプレイにおけるキーマテリアルとなって
きている。
【０００４】ポリシリコン層を得る手段として、図３８
に示したようなガラス基板等の基板上に形成されたアモ
ルファスシリコン層をレーザでアニーリングし、溶融再
結晶化する方法が有り、全体を高温に加熱する必要がな
いため、安価なガラスを基板として用いることができる
方法として期待されている。
に示したようなガラス基板等の基板上に形成されたアモ
ルファスシリコン層をレーザでアニーリングし、溶融再
結晶化する方法が有り、全体を高温に加熱する必要がな
いため、安価なガラスを基板として用いることができる
方法として期待されている。
【０００５】アモルファス層全域を一度に照射するに
は、極めて大きなレーザ出力が必要となるため、従来は
矩形ビームをステップ毎に重ねあわせて照射して全域を
アニーリングする手法がとられていた。しかし、重ねあ
わせの部分とそれ以外の部分で結晶性が異なり、これを
ベースに構成される薄膜トランジスタの特性が均一でな
くなるため液晶画面にムラが生じるなどの問題点があっ
た。
は、極めて大きなレーザ出力が必要となるため、従来は
矩形ビームをステップ毎に重ねあわせて照射して全域を
アニーリングする手法がとられていた。しかし、重ねあ
わせの部分とそれ以外の部分で結晶性が異なり、これを
ベースに構成される薄膜トランジスタの特性が均一でな
くなるため液晶画面にムラが生じるなどの問題点があっ
た。
【０００６】一方、レーザの必要出力を少しでも少なく
する方法として、図３８に示したように、アモルファス
層全域ではなく薄膜トランジスタを形成する部分のみを
照射する方法が提案されている。
する方法として、図３８に示したように、アモルファス
層全域ではなく薄膜トランジスタを形成する部分のみを
照射する方法が提案されている。
【０００７】次に動作について説明する。図３８から明
らかなように、薄膜トランジスタが形成される部分は幅
数μｍ〜数十μｍで一列に並んでおり、このような列が
数百列並ぶ構成となっている。ポリシリコンが必要な所
は当該部分のみであるので、レーザ発振器から放射され
た点状のガウシャンレーザビームはビームホモジナイザ
で整形された後、１つの薄膜トランジスタの幅より大き
い幅を有した均一な強度分布を有するレーザビームが当
該薄膜トランジスタが形成される部分に限定して照射さ
れる。これにより、レーザ出力は少なくてすむと言うわ
けである。また、薄膜トランジスタ一列分のレーザアニ
ーリングは、図３８に示すように矢印１２で示す薄膜ト
ランジスタ一列の長手方向にレーザ光を走査することに
より達成される。尚、レーザ光を走査するのに代わっ
て、基板をステージ等により矢印１２とは逆方向に並進
移動させてもよい。
らかなように、薄膜トランジスタが形成される部分は幅
数μｍ〜数十μｍで一列に並んでおり、このような列が
数百列並ぶ構成となっている。ポリシリコンが必要な所
は当該部分のみであるので、レーザ発振器から放射され
た点状のガウシャンレーザビームはビームホモジナイザ
で整形された後、１つの薄膜トランジスタの幅より大き
い幅を有した均一な強度分布を有するレーザビームが当
該薄膜トランジスタが形成される部分に限定して照射さ
れる。これにより、レーザ出力は少なくてすむと言うわ
けである。また、薄膜トランジスタ一列分のレーザアニ
ーリングは、図３８に示すように矢印１２で示す薄膜ト
ランジスタ一列の長手方向にレーザ光を走査することに
より達成される。尚、レーザ光を走査するのに代わっ
て、基板をステージ等により矢印１２とは逆方向に並進
移動させてもよい。
【０００８】図３９は例えば電子情報通信学会論文誌１
９９３／５Ｖｏｌ．Ｊ７６−Ｃ−ＩＩＮｏ．５，ｐ２４
１−２４８に示されている従来の他のレーザアニーリン
グ方法を説明するための構成図であり、図において、２
１はレーザ発振器、２２はレーザ発振器２１から放射さ
れたレーザ光、２３はレーザ光路のＸ軸を調整する反射
ミラー、２４はレーザ光路のＹ軸を調整する反射ミラ
ー、２５は反射ミラー２３，２４を制御するモータコン
トロールシステム、２６ａ，２６ｂはモータコントロー
ルシステム２５と反射ミラー２３，２４を接続する信号
線、２７はビームホモジナイザ、２９は真空チャンバ、
３０は真空チェンバ２９に設けられた窓、３１はアニー
リング加工対象物、１９はヒータ、３３は真空ポンプで
ある。
９９３／５Ｖｏｌ．Ｊ７６−Ｃ−ＩＩＮｏ．５，ｐ２４
１−２４８に示されている従来の他のレーザアニーリン
グ方法を説明するための構成図であり、図において、２
１はレーザ発振器、２２はレーザ発振器２１から放射さ
れたレーザ光、２３はレーザ光路のＸ軸を調整する反射
ミラー、２４はレーザ光路のＹ軸を調整する反射ミラ
ー、２５は反射ミラー２３，２４を制御するモータコン
トロールシステム、２６ａ，２６ｂはモータコントロー
ルシステム２５と反射ミラー２３，２４を接続する信号
線、２７はビームホモジナイザ、２９は真空チャンバ、
３０は真空チェンバ２９に設けられた窓、３１はアニー
リング加工対象物、１９はヒータ、３３は真空ポンプで
ある。
【０００９】次に動作について説明する。アニーリング
用レーザ発振器２１としては例えばエキシマレーザが用
いられる。図３９に示した従来例の場合、ＡｒＦエキシ
マレーザが用いられており、レーザ光のパルス幅は１７
ｎｓである。図４０はレーザ発振パルス波形の一例を示
す図である。レーザ光のパルス幅はレーザ発振パルス波
形の半値幅で定義している。以下、この明細書におい
て、レーザ光のパルス幅はレーザ発振パルス波形の半値
幅であるとする。レーザ発振器２１から出射されたレー
ザ光２２は反射ミラー２３，２４により偏向、走査さ
れ、ビームホモジナイザ２７により約３ｍｍ角の領域に
ビーム強度の均一化を行なった後、窓３０を通じて真空
チャンバ２９内のアニーリング加工対象物３１に照射さ
れる。尚、真空チャンバ２９内は真空ポンプ３３により
１×１０-4Ｐａ以下の圧力に保たれる。
用レーザ発振器２１としては例えばエキシマレーザが用
いられる。図３９に示した従来例の場合、ＡｒＦエキシ
マレーザが用いられており、レーザ光のパルス幅は１７
ｎｓである。図４０はレーザ発振パルス波形の一例を示
す図である。レーザ光のパルス幅はレーザ発振パルス波
形の半値幅で定義している。以下、この明細書におい
て、レーザ光のパルス幅はレーザ発振パルス波形の半値
幅であるとする。レーザ発振器２１から出射されたレー
ザ光２２は反射ミラー２３，２４により偏向、走査さ
れ、ビームホモジナイザ２７により約３ｍｍ角の領域に
ビーム強度の均一化を行なった後、窓３０を通じて真空
チャンバ２９内のアニーリング加工対象物３１に照射さ
れる。尚、真空チャンバ２９内は真空ポンプ３３により
１×１０-4Ｐａ以下の圧力に保たれる。
【００１０】レーザ光が照射されるとアニーリング加工
対象物３１の表面の温度が急上昇し、溶融する。そして
アニーリング加工対象物３１に到達するレーザ光が途絶
えるとアニーリング加工対象物３１の表面温度が低下
し、この過程で表面の結晶化が起こる。薄膜トランジス
タ形成部のアニーリング加工では、基板上に形成された
アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してこの部分
を溶融し、その冷却過程でポリシリコンの結晶を成長さ
せる。得られた結晶の粒塊が大きい程この部分の電子移
動度が高くなり、製作する薄膜トランジスタの動作速度
が速くなる。それ故、薄膜トランジスタ形成部のアニー
リング加工では、粒塊の大きなポリシリコン結晶を得る
ことが課題となっている。
対象物３１の表面の温度が急上昇し、溶融する。そして
アニーリング加工対象物３１に到達するレーザ光が途絶
えるとアニーリング加工対象物３１の表面温度が低下
し、この過程で表面の結晶化が起こる。薄膜トランジス
タ形成部のアニーリング加工では、基板上に形成された
アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してこの部分
を溶融し、その冷却過程でポリシリコンの結晶を成長さ
せる。得られた結晶の粒塊が大きい程この部分の電子移
動度が高くなり、製作する薄膜トランジスタの動作速度
が速くなる。それ故、薄膜トランジスタ形成部のアニー
リング加工では、粒塊の大きなポリシリコン結晶を得る
ことが課題となっている。
【００１１】また、溶融再結晶時のポリシリコン結晶の
粒塊サイズは、溶融後の温度低下速度が遅く結晶化のた
めの時間を長く取れるほど大きくなる傾向がある。従っ
て、レーザ光を用いたアモルファスシリコン膜のアニー
リングにおいて、アモルファスシリコンが一旦溶融し再
結晶化する際の温度低下速度を低減することにより、粒
塊が大きく電子移動度の高いポリシリコン層を形成する
ことができる。このため、単一のレーザ光を用いた従来
のレーザアニーリング方法においては、アニーリング加
工対象物３１であるアモルファスシリコン薄膜を形成し
た基板全体をヒータ１９で加熱することにより温度低下
速度の低減を図っていた。
粒塊サイズは、溶融後の温度低下速度が遅く結晶化のた
めの時間を長く取れるほど大きくなる傾向がある。従っ
て、レーザ光を用いたアモルファスシリコン膜のアニー
リングにおいて、アモルファスシリコンが一旦溶融し再
結晶化する際の温度低下速度を低減することにより、粒
塊が大きく電子移動度の高いポリシリコン層を形成する
ことができる。このため、単一のレーザ光を用いた従来
のレーザアニーリング方法においては、アニーリング加
工対象物３１であるアモルファスシリコン薄膜を形成し
た基板全体をヒータ１９で加熱することにより温度低下
速度の低減を図っていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来のアニーリング方
法は以上のように構成されているので、アモルファスシ
リコンが溶融し再結晶化した再結晶化部内に溶融部の流
動により生じた波紋状の不均一性層が混入してしまい、
特性の揃った薄膜トランジスタが形成されないという問
題点があった。図４１は例えば特開平５ー１７５２３５
号公開公報に開示されたレーザアニーリング方法等によ
る照射結果を示している。このように、従来はレーザビ
ームを走査して薄膜トランジスタ一列分のアニーリング
を行っているので、溶融部の流動により生じた波紋状の
不均一性層５が再結晶化部４内に混入してしまうという
問題点があった。
法は以上のように構成されているので、アモルファスシ
リコンが溶融し再結晶化した再結晶化部内に溶融部の流
動により生じた波紋状の不均一性層が混入してしまい、
特性の揃った薄膜トランジスタが形成されないという問
題点があった。図４１は例えば特開平５ー１７５２３５
号公開公報に開示されたレーザアニーリング方法等によ
る照射結果を示している。このように、従来はレーザビ
ームを走査して薄膜トランジスタ一列分のアニーリング
を行っているので、溶融部の流動により生じた波紋状の
不均一性層５が再結晶化部４内に混入してしまうという
問題点があった。
【００１３】また、レーザ発振パルス幅の短いパルスレ
ーザを用いた従来のレーザアニーリング方法では、発振
停止後の溶融部温度低下速度が大きく、それ故、粒塊が
大きく電子移動度の高いポリシリコン結晶が得られない
という問題点があった。特に、エキシマレーザ光を長い
細線ビームとして用いている場合、市販のエキシマレー
ザの発振パルス幅が１０〜２０ｎｓと非常に短いのに加
えて、加工対象物表面にてビーム照射部と非照射部との
境界領域が長いことにより熱拡散が大きいので、この問
題点が顕著に現われていた。
ーザを用いた従来のレーザアニーリング方法では、発振
停止後の溶融部温度低下速度が大きく、それ故、粒塊が
大きく電子移動度の高いポリシリコン結晶が得られない
という問題点があった。特に、エキシマレーザ光を長い
細線ビームとして用いている場合、市販のエキシマレー
ザの発振パルス幅が１０〜２０ｎｓと非常に短いのに加
えて、加工対象物表面にてビーム照射部と非照射部との
境界領域が長いことにより熱拡散が大きいので、この問
題点が顕著に現われていた。
【００１４】さらに、基板の加熱に使用するヒータはジ
ュール熱を利用しており、熱伝導により基板全体の温度
を一様に上昇させてなくてはならないため、目的の温度
に到達するまでに時間を要するという問題点があった。
また、基板全体を加熱しなければならないため、ポリシ
リコン化を要するトランジスタ形成部以外の領域におい
て不要な熱が消費されるという問題点があった。
ュール熱を利用しており、熱伝導により基板全体の温度
を一様に上昇させてなくてはならないため、目的の温度
に到達するまでに時間を要するという問題点があった。
また、基板全体を加熱しなければならないため、ポリシ
リコン化を要するトランジスタ形成部以外の領域におい
て不要な熱が消費されるという問題点があった。
【００１５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、薄膜トランジスタが形成される
部分近傍をアニーリング対象領域とすべく線状レーザビ
ームを生成し、これにより該領域において均一な結晶性
のポリシリコン層を形成できるレーザアニーリング方法
を得ることを目的とする。
ためになされたもので、薄膜トランジスタが形成される
部分近傍をアニーリング対象領域とすべく線状レーザビ
ームを生成し、これにより該領域において均一な結晶性
のポリシリコン層を形成できるレーザアニーリング方法
を得ることを目的とする。
【００１６】また、この発明は、細線状のレーザビーム
を用いたレーザアニーリング方法において線状レーザビ
ームの重なりを防止して画素一列分を一括して照射し、
均一な結晶性のポリシリコン層を形成できるレーザアニ
ーリング方法を得ることを目的とする。
を用いたレーザアニーリング方法において線状レーザビ
ームの重なりを防止して画素一列分を一括して照射し、
均一な結晶性のポリシリコン層を形成できるレーザアニ
ーリング方法を得ることを目的とする。
【００１７】また、この発明は、細線状のレーザビーム
を用いたレーザアニーリング方法において線状レーザビ
ームの重なりを防止して画素複数列分を一括して照射
し、加工速度を上げることができるレーザアニーリング
方法を得ることを目的とする。
を用いたレーザアニーリング方法において線状レーザビ
ームの重なりを防止して画素複数列分を一括して照射
し、加工速度を上げることができるレーザアニーリング
方法を得ることを目的とする。
【００１８】また、この発明は、細線状のレーザビーム
を用いたレーザアニーリング方法において溶融再結晶時
の温度低下速度を小さくすることにより粒径が大きく電
子移動度の高いポリシリコン結晶を形成できるレーザア
ニーリング方法を得ることを目的とする。
を用いたレーザアニーリング方法において溶融再結晶時
の温度低下速度を小さくすることにより粒径が大きく電
子移動度の高いポリシリコン結晶を形成できるレーザア
ニーリング方法を得ることを目的とする。
【００１９】さらに、この発明は、細線状のレーザビー
ムを用いたレーザアニーリング方法においてポリシリコ
ン化する領域周囲を確実に補助加熱することにより粒径
が大きく電子移動速度の高いポリシリコン層を形成でき
るレーザアニーリング方法を得ることを目的とする。
ムを用いたレーザアニーリング方法においてポリシリコ
ン化する領域周囲を確実に補助加熱することにより粒径
が大きく電子移動速度の高いポリシリコン層を形成でき
るレーザアニーリング方法を得ることを目的とする。
【００２０】さらに、この発明は、細線状のレーザビー
ムを用いたレーザアニーリング方法において均一で安定
した強度分布を有した線状レーザビームを生成し、安定
で均一な加工を行うことができるレーザアニーリング方
法を得ることを目的とする。
ムを用いたレーザアニーリング方法において均一で安定
した強度分布を有した線状レーザビームを生成し、安定
で均一な加工を行うことができるレーザアニーリング方
法を得ることを目的とする。
【００２１】さらに、この発明は、細線状のレーザビー
ムを用いたレーザアニーリング方法において線幅の方向
でより均一な強度分布を有した線状レーザビームを生成
し、安定で均一な加工を行うことができる上に照射位置
のアライメント精度を緩和できるレーザアニーリング方
法を得ることを目的とする。
ムを用いたレーザアニーリング方法において線幅の方向
でより均一な強度分布を有した線状レーザビームを生成
し、安定で均一な加工を行うことができる上に照射位置
のアライメント精度を緩和できるレーザアニーリング方
法を得ることを目的とする。
【００２２】さらに、この発明は、細線状のレーザビー
ムを用いたレーザアニーリング方法においてレーザビー
ムの加工対象物への入射角度を一定に維持し安定で均一
な加工を行うことができるレーザアニーリング方法を得
ることを目的とする。
ムを用いたレーザアニーリング方法においてレーザビー
ムの加工対象物への入射角度を一定に維持し安定で均一
な加工を行うことができるレーザアニーリング方法を得
ることを目的とする。
【００２３】さらにまた、この発明は、細線状のレーザ
ビームを用いたレーザアニーリング方法において線幅の
細い線状レーザビームを生成し、高精度な加工を行うこ
とができるレーザアニーリング方法を得ることを目的と
する。
ビームを用いたレーザアニーリング方法において線幅の
細い線状レーザビームを生成し、高精度な加工を行うこ
とができるレーザアニーリング方法を得ることを目的と
する。
【００２４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るレ
ーザアニーリング方法は、レーザ発振器から放射された
レーザビームのビーム断面形状を整形して、ビーム断面
形状が長方形状であり、且つその長手方向においてアモ
ルファスシリコン膜上の被ポリシリコン化部の縦方向及
び横方向のいずれか一方の長さよりも長い長さを有する
線状レーザビームを生成する線状ビーム生成ステップ
と、線状レーザビームを該レーザビームの幅方向に被ポ
リシリコン化部上を相対的に移動させて照射し、被ポリ
シリコン化部の全域を照射する照射ステップとを含むも
のである。
ーザアニーリング方法は、レーザ発振器から放射された
レーザビームのビーム断面形状を整形して、ビーム断面
形状が長方形状であり、且つその長手方向においてアモ
ルファスシリコン膜上の被ポリシリコン化部の縦方向及
び横方向のいずれか一方の長さよりも長い長さを有する
線状レーザビームを生成する線状ビーム生成ステップ
と、線状レーザビームを該レーザビームの幅方向に被ポ
リシリコン化部上を相対的に移動させて照射し、被ポリ
シリコン化部の全域を照射する照射ステップとを含むも
のである。
【００２５】請求項２の発明に係るレーザアニーリング
方法は、レーザ発振器から放射されたレーザビームのビ
ーム断面形状を整形して、ビーム断面形状が長方形状で
あり、且つその長手方向においてポリシリコン化により
基板上に形成される薄膜トランジスタ形成部の１列分よ
りも長い長さを有し、幅方向において薄膜トランジスタ
形成部の幅より広く、且つ薄膜トランジスタ形成部の列
間隔より小さい幅を有する線状レーザビームを生成する
線状ビーム生成ステップと、線状レーザビームを用いて
薄膜トランジスタ形成部の一列分を一括照射する照射ス
テップとを含むものである。
方法は、レーザ発振器から放射されたレーザビームのビ
ーム断面形状を整形して、ビーム断面形状が長方形状で
あり、且つその長手方向においてポリシリコン化により
基板上に形成される薄膜トランジスタ形成部の１列分よ
りも長い長さを有し、幅方向において薄膜トランジスタ
形成部の幅より広く、且つ薄膜トランジスタ形成部の列
間隔より小さい幅を有する線状レーザビームを生成する
線状ビーム生成ステップと、線状レーザビームを用いて
薄膜トランジスタ形成部の一列分を一括照射する照射ス
テップとを含むものである。
【００２６】請求項３の発明に係るレーザアニーリング
方法は、線状ビーム生成ステップにおいて、長手方向に
おいて基板上に形成される薄膜トランジスタ形成部の１
列分よりも長い長さを有し、幅方向において薄膜トラン
ジスタ形成部の幅より広く、且つ薄膜トランジスタ形成
部の列間隔より小さい幅を有する線状レーザビームを複
数生成し、照射ステップにおいて、複数の線状レーザビ
ームを使用して薄膜トランジスタ形成部の複数列分を一
括照射するものである。
方法は、線状ビーム生成ステップにおいて、長手方向に
おいて基板上に形成される薄膜トランジスタ形成部の１
列分よりも長い長さを有し、幅方向において薄膜トラン
ジスタ形成部の幅より広く、且つ薄膜トランジスタ形成
部の列間隔より小さい幅を有する線状レーザビームを複
数生成し、照射ステップにおいて、複数の線状レーザビ
ームを使用して薄膜トランジスタ形成部の複数列分を一
括照射するものである。
【００２７】請求項４の発明に係るレーザアニーリング
方法は、基板上に照射される線状レーザビームのパルス
幅が５０ｎｓ以上であるものである。
方法は、基板上に照射される線状レーザビームのパルス
幅が５０ｎｓ以上であるものである。
【００２８】請求項５の発明に係るレーザアニーリング
方法は、５０ｎｓ以上のパルス幅のレーザビームを生成
するために、レーザ発振器から放射されたレーザビーム
を複数のレーザビームに分割し、該複数のレーザビーム
のうちの少なくとも１つのレーザビームを他のレーザビ
ームに対して遅延させ、複数のレーザビームを重畳して
基板上に照射する光学的遅延ステップをさらに含むもの
である。
方法は、５０ｎｓ以上のパルス幅のレーザビームを生成
するために、レーザ発振器から放射されたレーザビーム
を複数のレーザビームに分割し、該複数のレーザビーム
のうちの少なくとも１つのレーザビームを他のレーザビ
ームに対して遅延させ、複数のレーザビームを重畳して
基板上に照射する光学的遅延ステップをさらに含むもの
である。
【００２９】請求項６の発明に係るレーザアニーリング
方法は、レーザ発振器が、レーザ媒質としてのレーザガ
ス中において相対して設けられた第１及び第２の主電極
と、第１及び第２の主電極に並列に接続されたスパイカ
コンデンサと、第１及び第２の主電極にスイッチング素
子を介して並列に接続されたサステイナコンデンサと、
スパイカコンデンサを充電するスパイカ充電用電源と、
サステイナコンデンサを充電するサステイナ充電用電源
とを具備するものである。
方法は、レーザ発振器が、レーザ媒質としてのレーザガ
ス中において相対して設けられた第１及び第２の主電極
と、第１及び第２の主電極に並列に接続されたスパイカ
コンデンサと、第１及び第２の主電極にスイッチング素
子を介して並列に接続されたサステイナコンデンサと、
スパイカコンデンサを充電するスパイカ充電用電源と、
サステイナコンデンサを充電するサステイナ充電用電源
とを具備するものである。
【００３０】請求項７の発明に係るレーザアニーリング
方法は、アニール用のレーザ発振器とは別に設けられた
他のレーザ発振器を使用して、アモルファスシリコン膜
又は基板を補助加熱する補助加熱ステップをさらに含ん
でおり、補助加熱用の他のレーザ発振器から放射された
レーザビームは、長手方向においてアニール用レーザビ
ームの長さより大きな長さを有し、且つ幅方向において
アニール用レーザビームの幅より大きな幅を有してお
り、更に、アニール用レーザビームパルスの時間幅より
も長いパルス状のレーザビームか又は定常発振のレーザ
ビームであり、補助加熱ステップにおいて同一の被ポリ
シリコン化部に対しアニール用及び補助加熱用レーザビ
ームを同時に一括照射し、且つ補助加熱用レーザビーム
の照射中にアニール用レーザビームの照射が完了するも
のである。
方法は、アニール用のレーザ発振器とは別に設けられた
他のレーザ発振器を使用して、アモルファスシリコン膜
又は基板を補助加熱する補助加熱ステップをさらに含ん
でおり、補助加熱用の他のレーザ発振器から放射された
レーザビームは、長手方向においてアニール用レーザビ
ームの長さより大きな長さを有し、且つ幅方向において
アニール用レーザビームの幅より大きな幅を有してお
り、更に、アニール用レーザビームパルスの時間幅より
も長いパルス状のレーザビームか又は定常発振のレーザ
ビームであり、補助加熱ステップにおいて同一の被ポリ
シリコン化部に対しアニール用及び補助加熱用レーザビ
ームを同時に一括照射し、且つ補助加熱用レーザビーム
の照射中にアニール用レーザビームの照射が完了するも
のである。
【００３１】請求項８の発明に係るレーザアニーリング
方法は、線状ビーム生成ステップにおいて、レーザ発振
器から放射されたレーザビームを線状に整形すべく、遠
視野で複数の点を少なくとも１つの直線上に任意の位相
で結像するフーリエ変換型位相ホログラムを用いるもの
である。
方法は、線状ビーム生成ステップにおいて、レーザ発振
器から放射されたレーザビームを線状に整形すべく、遠
視野で複数の点を少なくとも１つの直線上に任意の位相
で結像するフーリエ変換型位相ホログラムを用いるもの
である。
【００３２】請求項９の発明に係るレーザアニーリング
方法は、遠視野で複数の点を互いに平行な複数の直線上
にそれぞれ任意の位相で結像する位相ホログラムを用い
るものである。
方法は、遠視野で複数の点を互いに平行な複数の直線上
にそれぞれ任意の位相で結像する位相ホログラムを用い
るものである。
【００３３】請求項１０の発明に係るレーザアニーリン
グ方法は、フーリエ変換型位相ホログラムによって結像
される複数の点に相当する複数のレーザビームがアモル
ファスシリコン膜に対して実質的に垂直に入射すべくフ
ーリエ変換型位相ホログラムの後方にレンズの前側の焦
点位置にフーリエ変換型位相ホログラムが配置されたも
のである。
グ方法は、フーリエ変換型位相ホログラムによって結像
される複数の点に相当する複数のレーザビームがアモル
ファスシリコン膜に対して実質的に垂直に入射すべくフ
ーリエ変換型位相ホログラムの後方にレンズの前側の焦
点位置にフーリエ変換型位相ホログラムが配置されたも
のである。
【００３４】請求項１１の発明に係るレーザアニーリン
グ方法は、線状ビーム生成ステップにおいて線状レーザ
ビームを生成する前に、少なくとも線状のレーザビーム
の幅方向に相当するレーザビームの一断面方向にビーム
幅を拡大するステップをさらに含むものである。
グ方法は、線状ビーム生成ステップにおいて線状レーザ
ビームを生成する前に、少なくとも線状のレーザビーム
の幅方向に相当するレーザビームの一断面方向にビーム
幅を拡大するステップをさらに含むものである。
【００３５】請求項１２の発明に係るレーザアニーリン
グ方法は、レーザ発振器が、少なくとも線状レーザビー
ムの幅方向に相当するレーザビームの一断面方向に関す
るビーム発散角を低減するための不安定型共振器を具備
するものである。
グ方法は、レーザ発振器が、少なくとも線状レーザビー
ムの幅方向に相当するレーザビームの一断面方向に関す
るビーム発散角を低減するための不安定型共振器を具備
するものである。
【００３６】
【作用】請求項１の発明におけるレーザアニーリング方
法は、レーザ発振器から放射されたレーザビームのビー
ム断面形状を整形して、長手方向においてアモルファス
シリコン膜上の被ポリシリコン化部の縦方向及び横方向
のいずれか一方の長さよりも長い長さを有する線状レー
ザビームを生成し、線状レーザビームを該レーザビーム
の幅方向に被ポリシリコン化部上を相対的に移動させて
照射し、被ポリシリコン化部の全域を照射する。このよ
うに、線状レーザビームを用いて長手方向において被ポ
リシリコン化部のいずれかの辺の長さよりも長い長さの
領域を一括照射するので、レーザビームの重ね合わせ部
に見られるような結晶の不均一性や、連続発振のレーザ
ビームを走査することによる再結晶化部の波紋状の不均
一性がなく、照射部長手方向全域にわたって均一なポリ
シリコン結晶が得られる。
法は、レーザ発振器から放射されたレーザビームのビー
ム断面形状を整形して、長手方向においてアモルファス
シリコン膜上の被ポリシリコン化部の縦方向及び横方向
のいずれか一方の長さよりも長い長さを有する線状レー
ザビームを生成し、線状レーザビームを該レーザビーム
の幅方向に被ポリシリコン化部上を相対的に移動させて
照射し、被ポリシリコン化部の全域を照射する。このよ
うに、線状レーザビームを用いて長手方向において被ポ
リシリコン化部のいずれかの辺の長さよりも長い長さの
領域を一括照射するので、レーザビームの重ね合わせ部
に見られるような結晶の不均一性や、連続発振のレーザ
ビームを走査することによる再結晶化部の波紋状の不均
一性がなく、照射部長手方向全域にわたって均一なポリ
シリコン結晶が得られる。
【００３７】請求項２の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、線状レーザビームを生成する際に、長手方向
においてポリシリコン化により基板上に形成される薄膜
トランジスタ形成部の１列分よりも長い長さを有し、幅
方向において薄膜トランジスタ形成部の幅より広く、且
つ薄膜トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅を有す
る線状レーザビームを生成し、薄膜トランジスタ形成部
の一列分を一括照射する。このように、線状レーザビー
ムを用いて長手方向において薄膜トランジスタ形成部の
１列分よりも長い長さの領域を一括照射するので、レー
ザビームの重ね合わせ部に見られるような結晶の不均一
性や、連続発振のレーザビームを走査することによる再
結晶化部の波紋状の不均一性がなく、照射部長手方向全
域にわたって均一なポリシリコン結晶が得られる。
グ方法は、線状レーザビームを生成する際に、長手方向
においてポリシリコン化により基板上に形成される薄膜
トランジスタ形成部の１列分よりも長い長さを有し、幅
方向において薄膜トランジスタ形成部の幅より広く、且
つ薄膜トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅を有す
る線状レーザビームを生成し、薄膜トランジスタ形成部
の一列分を一括照射する。このように、線状レーザビー
ムを用いて長手方向において薄膜トランジスタ形成部の
１列分よりも長い長さの領域を一括照射するので、レー
ザビームの重ね合わせ部に見られるような結晶の不均一
性や、連続発振のレーザビームを走査することによる再
結晶化部の波紋状の不均一性がなく、照射部長手方向全
域にわたって均一なポリシリコン結晶が得られる。
【００３８】請求項３の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、線状レーザビームを生成する際に、長手方向
において基板上に形成される薄膜トランジスタ形成部の
１列分よりも長い長さを有し、幅方向において薄膜トラ
ンジスタ形成部の幅より広く、且つ薄膜トランジスタ形
成部の列間隔より小さい幅を有する線状レーザビームを
複数生成し、複数の線状レーザビームを使用して薄膜ト
ランジスタ形成部の複数列分を一括照射する。このよう
に、線状レーザビームを用いて長手方向において薄膜ト
ランジスタ形成部の１列分よりも長い長さの複数の領域
を一括照射するので、レーザビームの重ね合わせ部に見
られるような結晶の不均一性や、連続発振のレーザビー
ムを掃引することによる再結晶化部の波紋状の不均一性
がなく、照射部長手方向全域にわたって均一なポリシリ
コン結晶が得られる上に加工速度を向上させ得る。
グ方法は、線状レーザビームを生成する際に、長手方向
において基板上に形成される薄膜トランジスタ形成部の
１列分よりも長い長さを有し、幅方向において薄膜トラ
ンジスタ形成部の幅より広く、且つ薄膜トランジスタ形
成部の列間隔より小さい幅を有する線状レーザビームを
複数生成し、複数の線状レーザビームを使用して薄膜ト
ランジスタ形成部の複数列分を一括照射する。このよう
に、線状レーザビームを用いて長手方向において薄膜ト
ランジスタ形成部の１列分よりも長い長さの複数の領域
を一括照射するので、レーザビームの重ね合わせ部に見
られるような結晶の不均一性や、連続発振のレーザビー
ムを掃引することによる再結晶化部の波紋状の不均一性
がなく、照射部長手方向全域にわたって均一なポリシリ
コン結晶が得られる上に加工速度を向上させ得る。
【００３９】請求項４の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、パルス幅が５０ｎｓ以上である線状レーザビ
ームを用いて基板上のアモルファスシリコン膜を照射す
る。これにより、アニーリング加工時に幅方向の拡散に
より失われる熱を補い、十分な加熱効果を得ることがで
きる。従って、アモルファスシリコンを線状レーザビー
ムにて十分加熱することができ、溶融後結晶化が進む部
分の時間を長くすることができる。この結果、粒塊が大
きく電子移動度の高い良質のポリシリコン結晶を得るこ
とができる。
グ方法は、パルス幅が５０ｎｓ以上である線状レーザビ
ームを用いて基板上のアモルファスシリコン膜を照射す
る。これにより、アニーリング加工時に幅方向の拡散に
より失われる熱を補い、十分な加熱効果を得ることがで
きる。従って、アモルファスシリコンを線状レーザビー
ムにて十分加熱することができ、溶融後結晶化が進む部
分の時間を長くすることができる。この結果、粒塊が大
きく電子移動度の高い良質のポリシリコン結晶を得るこ
とができる。
【００４０】請求項５の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、レーザ発振器から放射されたレーザビームを
複数のレーザビームに分割し、複数のレーザビームのう
ちの少なくとも１つのレーザビームを他のレーザビーム
に対して遅延させ、複数のレーザビームを重畳して基板
上に照射する。これにより、照射するレーザビームのパ
ルス幅を見かけ上増大させることができ、アニーリング
加工時に幅方向の拡散により失われる熱を補い、十分な
加熱効果を得ることができる。従って、アモルファスシ
リコンを線状レーザビームにて十分加熱することがで
き、溶融後結晶化が進む部分の時間を長くすることがで
きる。この結果、粒塊が大きく電子移動度の高い良質の
ポリシリコン結晶を得ることができる。
グ方法は、レーザ発振器から放射されたレーザビームを
複数のレーザビームに分割し、複数のレーザビームのう
ちの少なくとも１つのレーザビームを他のレーザビーム
に対して遅延させ、複数のレーザビームを重畳して基板
上に照射する。これにより、照射するレーザビームのパ
ルス幅を見かけ上増大させることができ、アニーリング
加工時に幅方向の拡散により失われる熱を補い、十分な
加熱効果を得ることができる。従って、アモルファスシ
リコンを線状レーザビームにて十分加熱することがで
き、溶融後結晶化が進む部分の時間を長くすることがで
きる。この結果、粒塊が大きく電子移動度の高い良質の
ポリシリコン結晶を得ることができる。
【００４１】請求項６の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、スパイカ充電用電源により充電されたスパイ
カコンデンサから第１及び第２の主電極間に電力を供給
し、第１及び第２の主電極間の放電を開始させる。この
時点まではスイッチング素子はオフしており、第１及び
第２の主電極間の放電はスパイカコンデンサのみから供
給されるエネルギにより生ずる。次に、サステイナコン
デンサをサステイナ充電電源により充電した後、スパイ
カ回路による放電が終了する前にスイッチング素子をオ
ンする。この結果、スパイカ回路から供給されるエネル
ギで開始された主放電部に、サステイナコンデンサに充
電したエネルギが注入される。これにより、レーザ発振
器はパルス幅が大きいレーザビームを発振し、アニーリ
ング加工時に幅方向の拡散により失われる熱を補い、十
分な加熱効果を得ることができる。従って、アモルファ
スシリコンを線状レーザビームにて十分加熱することが
でき、溶融後結晶化が進む部分の時間を長くすることが
できる。この結果、粒塊が大きく電子移動度の高い良質
のポリシリコン結晶を得ることができる。
グ方法は、スパイカ充電用電源により充電されたスパイ
カコンデンサから第１及び第２の主電極間に電力を供給
し、第１及び第２の主電極間の放電を開始させる。この
時点まではスイッチング素子はオフしており、第１及び
第２の主電極間の放電はスパイカコンデンサのみから供
給されるエネルギにより生ずる。次に、サステイナコン
デンサをサステイナ充電電源により充電した後、スパイ
カ回路による放電が終了する前にスイッチング素子をオ
ンする。この結果、スパイカ回路から供給されるエネル
ギで開始された主放電部に、サステイナコンデンサに充
電したエネルギが注入される。これにより、レーザ発振
器はパルス幅が大きいレーザビームを発振し、アニーリ
ング加工時に幅方向の拡散により失われる熱を補い、十
分な加熱効果を得ることができる。従って、アモルファ
スシリコンを線状レーザビームにて十分加熱することが
でき、溶融後結晶化が進む部分の時間を長くすることが
できる。この結果、粒塊が大きく電子移動度の高い良質
のポリシリコン結晶を得ることができる。
【００４２】請求項７の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、アモルファスシリコン膜をポリシリコン化す
るアニール用のレーザ発振器とは別に設けられた他のレ
ーザ発振器を使用して、アモルファスシリコン膜又は基
板を補助加熱する。この際、補助加熱用の他のレーザ発
振器から放射されたレーザビームは、長手方向において
アニール用レーザビームの長さより大きな長さを有し且
つ幅方向においてアニール用レーザビームの幅より大き
な幅を有しており、更に、アニール用レーザビームパル
スの時間幅よりも長いパルス状のレーザビームか又は定
常発振のレーザビームである。また、補助加熱する際
に、同一の被ポリシリコン化部に対しアニール用及び補
助加熱用レーザビームを同時に一括照射し、且つ補助加
熱用レーザビームの照射中にアニール用レーザビームの
照射が完了する。これにより、基板全体を加熱すること
なく効果的に再結晶時の温度低下速度の低減を図ること
が可能となり、熱の影響を考慮することなく設計し得る
簡易な基板保持機構のもとで、精度よく瞬時に効率的な
アニーリングを行い、粒径が大きく均一な結晶性を有す
るポリシリコン層を得ることができる。
グ方法は、アモルファスシリコン膜をポリシリコン化す
るアニール用のレーザ発振器とは別に設けられた他のレ
ーザ発振器を使用して、アモルファスシリコン膜又は基
板を補助加熱する。この際、補助加熱用の他のレーザ発
振器から放射されたレーザビームは、長手方向において
アニール用レーザビームの長さより大きな長さを有し且
つ幅方向においてアニール用レーザビームの幅より大き
な幅を有しており、更に、アニール用レーザビームパル
スの時間幅よりも長いパルス状のレーザビームか又は定
常発振のレーザビームである。また、補助加熱する際
に、同一の被ポリシリコン化部に対しアニール用及び補
助加熱用レーザビームを同時に一括照射し、且つ補助加
熱用レーザビームの照射中にアニール用レーザビームの
照射が完了する。これにより、基板全体を加熱すること
なく効果的に再結晶時の温度低下速度の低減を図ること
が可能となり、熱の影響を考慮することなく設計し得る
簡易な基板保持機構のもとで、精度よく瞬時に効率的な
アニーリングを行い、粒径が大きく均一な結晶性を有す
るポリシリコン層を得ることができる。
【００４３】請求項８の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、線状レーザビームを生成する際、フーリエ変
換型位相ホログラムを用いてレーザ発振器から放射され
たレーザビームから、遠視野で複数の点を生成して少な
くとも１つの直線上に任意の位相で結像する。これによ
り、一直線上に多数の集光スポットを作りそれらを重ね
合せることにより、長手方向に均一な光強度分布を有す
る線状レーザビームを生成し、安定で均一なアニールを
行うことができる。
グ方法は、線状レーザビームを生成する際、フーリエ変
換型位相ホログラムを用いてレーザ発振器から放射され
たレーザビームから、遠視野で複数の点を生成して少な
くとも１つの直線上に任意の位相で結像する。これによ
り、一直線上に多数の集光スポットを作りそれらを重ね
合せることにより、長手方向に均一な光強度分布を有す
る線状レーザビームを生成し、安定で均一なアニールを
行うことができる。
【００４４】請求項９の発明におけるレーザアニーリン
グ方法は、フーリエ変換型位相ホログラムを用いて遠視
野で複数の点を互いに平行な複数の直線上にそれぞれ任
意の位相で結像する。これにより、複数の平行な直線上
に多数の集光スポットを作りそれらを重ね合せることに
より、より均一な光強度分布を有する線状レーザビーム
を生成し、安定で均一なアニールを行うことができる。
グ方法は、フーリエ変換型位相ホログラムを用いて遠視
野で複数の点を互いに平行な複数の直線上にそれぞれ任
意の位相で結像する。これにより、複数の平行な直線上
に多数の集光スポットを作りそれらを重ね合せることに
より、より均一な光強度分布を有する線状レーザビーム
を生成し、安定で均一なアニールを行うことができる。
【００４５】請求項１０の発明におけるレーザアニーリ
ング方法は、レンズを用いてフーリエ変換型位相ホログ
ラムによって結像される複数の点に相当する複数のビー
ムがアモルファスシリコン膜に対して実質的に垂直に入
射するように調整する。従って、分割されて基板へ照射
されるレーザビームそれぞれの光軸が全て基板に対して
垂直になるので、入射角の変動によって基板へのエネル
ギー吸収率が変化することがなくなり、安定で均一なア
ニールを行うことができる。
ング方法は、レンズを用いてフーリエ変換型位相ホログ
ラムによって結像される複数の点に相当する複数のビー
ムがアモルファスシリコン膜に対して実質的に垂直に入
射するように調整する。従って、分割されて基板へ照射
されるレーザビームそれぞれの光軸が全て基板に対して
垂直になるので、入射角の変動によって基板へのエネル
ギー吸収率が変化することがなくなり、安定で均一なア
ニールを行うことができる。
【００４６】請求項１１の発明におけるレーザアニーリ
ング方法は、線状レーザビームを生成する際、前もっ
て、少なくとも線状のレーザビームの幅方向に相当する
レーザビームの一断面方向にビーム幅を拡大する。従っ
て、線状レーザビームの幅を小さくでき、ビーム発散角
の大きなレーザ発振器が使用できる。また、ビーム幅が
小さくなるに伴いトランジスタ形成部の列間隔を小さく
できるので、高精細の液晶ディスプレイを製作すること
ができる。
ング方法は、線状レーザビームを生成する際、前もっ
て、少なくとも線状のレーザビームの幅方向に相当する
レーザビームの一断面方向にビーム幅を拡大する。従っ
て、線状レーザビームの幅を小さくでき、ビーム発散角
の大きなレーザ発振器が使用できる。また、ビーム幅が
小さくなるに伴いトランジスタ形成部の列間隔を小さく
できるので、高精細の液晶ディスプレイを製作すること
ができる。
【００４７】請求項１２の発明におけるレーザアニーリ
ング方法は、レーザ発振器が具備する不安定共振器によ
り、少なくとも線状レーザビームの幅方向に相当するレ
ーザビームの一断面方向に関するビーム発散角を低減す
る。従って、幅方向のビーム発散角を小さくすることに
より、線状レーザビームの幅を小さくできる。それ故、
ビーム幅が小さくなるに伴いトランジスタ形成部の列間
隔を小さくできるので、高精細の液晶ディスプレイを製
作することができる。
ング方法は、レーザ発振器が具備する不安定共振器によ
り、少なくとも線状レーザビームの幅方向に相当するレ
ーザビームの一断面方向に関するビーム発散角を低減す
る。従って、幅方向のビーム発散角を小さくすることに
より、線状レーザビームの幅を小さくできる。それ故、
ビーム幅が小さくなるに伴いトランジスタ形成部の列間
隔を小さくできるので、高精細の液晶ディスプレイを製
作することができる。
【００４８】
実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の一実施例によるレーザアニーリン
グ方法を示す説明図であり、図１（ａ）はこの実施例に
よるレーザアニーリング方法が適用される、アモルファ
スシリコンの薄膜が形成された、例えばガラス基板の平
面図を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）のガラス基
板に照射される、この実施例によるレーザアニーリング
方法に使用されるレーザビームのビーム長手方向のレー
ザ光強度分布を示す図である。図１（ａ）において、１
はガラス基板の駆動回路を作り込む部分、２は画素を作
り込む部分、３は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）形成部、
６は長手方向において薄膜トランジスタ形成部３の１列
分よりも長い長さを有し、幅方向において薄膜トランジ
スタ形成部３の幅より広く且つ、トランジスタが形成さ
れる列の間隔より小さい幅を有するような線状レーザビ
ームが基板上に投影されたビームスポットである。
る。図１はこの発明の一実施例によるレーザアニーリン
グ方法を示す説明図であり、図１（ａ）はこの実施例に
よるレーザアニーリング方法が適用される、アモルファ
スシリコンの薄膜が形成された、例えばガラス基板の平
面図を示しており、図１（ｂ）は図１（ａ）のガラス基
板に照射される、この実施例によるレーザアニーリング
方法に使用されるレーザビームのビーム長手方向のレー
ザ光強度分布を示す図である。図１（ａ）において、１
はガラス基板の駆動回路を作り込む部分、２は画素を作
り込む部分、３は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）形成部、
６は長手方向において薄膜トランジスタ形成部３の１列
分よりも長い長さを有し、幅方向において薄膜トランジ
スタ形成部３の幅より広く且つ、トランジスタが形成さ
れる列の間隔より小さい幅を有するような線状レーザビ
ームが基板上に投影されたビームスポットである。
【００４９】図２はこの実施例によるレーザアニーリン
グ方法を実現する装置であり、上記したような断面形状
を有するレーザビームを生成して、基板に照射するため
のレーザアニーリング装置を概略的に示すブロック図で
あり、２１はエキシマレーザ等のレーザ発振器、２２は
レーザ光、２３はレーザ光路のＸ軸を調整する反射ミラ
ー、２４はレーザ光路のＹ軸を調整する反射ミラー、２
５は反射ミラー２３，２４を制御するモータコントロー
ルシステム、２６ａ，２６ｂはモータコントロールシス
テム２５と反射ミラー２３，２４を接続する信号線、２
７はレーザビームの強度分布を均一にするためのビーム
ホモジナイザ、２８はビームホモジナイザ２７から出射
したレーザビームを細線状の形状に整形して集光するた
めのレンズ系（例えば、シリンドリカルレンズ）、２９
は真空チャンバ、３０は真空チャンバ２９に取り付けら
れたレーザ光を導入するための窓、３１はアニーリング
加工対象物、３２はアニーリング加工対象物３１を載置
するための台、３３は真空ポンプである。尚、線状ビー
ム生成ステップは、主にビームホモジナイザ２７及びレ
ンズ２８によって実現され、照射ステップは、主に反射
ミラー２３，２４及び台３２によって実現される。ま
た、ビームホモジナイザ２７及びレンズ２８は、線状レ
ーザビームを生成するためのビーム整形光学系を構成す
る。
グ方法を実現する装置であり、上記したような断面形状
を有するレーザビームを生成して、基板に照射するため
のレーザアニーリング装置を概略的に示すブロック図で
あり、２１はエキシマレーザ等のレーザ発振器、２２は
レーザ光、２３はレーザ光路のＸ軸を調整する反射ミラ
ー、２４はレーザ光路のＹ軸を調整する反射ミラー、２
５は反射ミラー２３，２４を制御するモータコントロー
ルシステム、２６ａ，２６ｂはモータコントロールシス
テム２５と反射ミラー２３，２４を接続する信号線、２
７はレーザビームの強度分布を均一にするためのビーム
ホモジナイザ、２８はビームホモジナイザ２７から出射
したレーザビームを細線状の形状に整形して集光するた
めのレンズ系（例えば、シリンドリカルレンズ）、２９
は真空チャンバ、３０は真空チャンバ２９に取り付けら
れたレーザ光を導入するための窓、３１はアニーリング
加工対象物、３２はアニーリング加工対象物３１を載置
するための台、３３は真空ポンプである。尚、線状ビー
ム生成ステップは、主にビームホモジナイザ２７及びレ
ンズ２８によって実現され、照射ステップは、主に反射
ミラー２３，２４及び台３２によって実現される。ま
た、ビームホモジナイザ２７及びレンズ２８は、線状レ
ーザビームを生成するためのビーム整形光学系を構成す
る。
【００５０】図３及び図４はビームホモジナイザ２７の
構成例を示す図である。ビームホモジナイザ２７は、線
状レーザビームのような均一な強度分布を作り出すビー
ム整形光学系として用いられ、図３は「プロシーディン
グズ オブ エス・ピー・アイ・イー、第１３７７巻、
第３０−３５頁(Proceedings of SPIE Vol1377 p30-3
5)」に示されたビームホモジナイズ光学系を示してお
り、２７１はフライアイレンズ、２７２はコリメートレ
ンズである。この例では、レーザ光はフライアイレンズ
２７１によって多数の部分に分割されると同時に、それ
ぞれが拡大され、重ね合わされる。その後、コリメート
レンズ２７２によってコリメートされて均一な強度分布
のレーザビームが生成される。図４は同様に「プロシー
ディングズオブ エス・ピー・アイ・イー、第１３７７
巻、第３０−３５頁 (Proceedingsof SPIE Vol1377 p30
-35) 」に示された、ビームホモジナイズ光学系の第２
の例であり、２７３はプリズムである。この例では、レ
ーザ光はプリズム２７３で中央から分割され、それぞれ
が偏向されて重ね合わされることによって、均一な強度
分布を有するレーザビームが生成される。ビームホモジ
ナイザ２７としては、図３又は図４に記載された光学系
が使用されるが、これに限定されるものではない。後述
するように、このようなビームホモジナイザは、良好な
均一強度分布を有するレーザビームを生成するのが困難
であるという問題点を抱えている。
構成例を示す図である。ビームホモジナイザ２７は、線
状レーザビームのような均一な強度分布を作り出すビー
ム整形光学系として用いられ、図３は「プロシーディン
グズ オブ エス・ピー・アイ・イー、第１３７７巻、
第３０−３５頁(Proceedings of SPIE Vol1377 p30-3
5)」に示されたビームホモジナイズ光学系を示してお
り、２７１はフライアイレンズ、２７２はコリメートレ
ンズである。この例では、レーザ光はフライアイレンズ
２７１によって多数の部分に分割されると同時に、それ
ぞれが拡大され、重ね合わされる。その後、コリメート
レンズ２７２によってコリメートされて均一な強度分布
のレーザビームが生成される。図４は同様に「プロシー
ディングズオブ エス・ピー・アイ・イー、第１３７７
巻、第３０−３５頁 (Proceedingsof SPIE Vol1377 p30
-35) 」に示された、ビームホモジナイズ光学系の第２
の例であり、２７３はプリズムである。この例では、レ
ーザ光はプリズム２７３で中央から分割され、それぞれ
が偏向されて重ね合わされることによって、均一な強度
分布を有するレーザビームが生成される。ビームホモジ
ナイザ２７としては、図３又は図４に記載された光学系
が使用されるが、これに限定されるものではない。後述
するように、このようなビームホモジナイザは、良好な
均一強度分布を有するレーザビームを生成するのが困難
であるという問題点を抱えている。
【００５１】次に動作について説明する。エキシマレー
ザ等のレーザ発振器２１から出射されたレーザ光２２
は、反射ミラー２３，２４により走査され、ビームホモ
ジナイザ２７によりビーム強度の均一化を行なった後、
その断面形状はレンズ系２８により細線状に整形され且
つ集光され、窓３０を通じて真空チャンバ２９内のアニ
ーリング加工対象物３１に照射される。
ザ等のレーザ発振器２１から出射されたレーザ光２２
は、反射ミラー２３，２４により走査され、ビームホモ
ジナイザ２７によりビーム強度の均一化を行なった後、
その断面形状はレンズ系２８により細線状に整形され且
つ集光され、窓３０を通じて真空チャンバ２９内のアニ
ーリング加工対象物３１に照射される。
【００５２】レーザビームの整形は、アニーリング加工
対象物３１に投影されたビームスポットの形状が、長手
方向においてアモルファスシリコン膜のポリシリコン化
する部分のいずれかの辺の長さより長い長さを有し、さ
らに、薄膜トランジスタ形成部３の１列分よりも長い長
さを有し、幅方向において薄膜トランジスタ形成部３の
幅より広く且つ、トランジスタが形成される列の間隔よ
り小さい幅を有するようになされる。この際、アニーリ
ング加工対象物であるガラス基板の画素を作り込む部分
２に照射されたレーザビームスポットはのビーム長手方
向のレーザ光強度分布は図１（ｂ）に示すように均一で
ある。
対象物３１に投影されたビームスポットの形状が、長手
方向においてアモルファスシリコン膜のポリシリコン化
する部分のいずれかの辺の長さより長い長さを有し、さ
らに、薄膜トランジスタ形成部３の１列分よりも長い長
さを有し、幅方向において薄膜トランジスタ形成部３の
幅より広く且つ、トランジスタが形成される列の間隔よ
り小さい幅を有するようになされる。この際、アニーリ
ング加工対象物であるガラス基板の画素を作り込む部分
２に照射されたレーザビームスポットはのビーム長手方
向のレーザ光強度分布は図１（ｂ）に示すように均一で
ある。
【００５３】図１（ａ）に示す画素を作り込む部分２の
全体に渡ってポリシリコン化するには、線状のレーザビ
ームを基板に対して相対的にそのビーム幅の方向（短辺
方向）に移動させなければならない。そのような相対的
な移動は、レーザビームを光学系によって偏向させる
か、又は、アニーリング加工対象物３１を並進移動させ
ることによって達成される。
全体に渡ってポリシリコン化するには、線状のレーザビ
ームを基板に対して相対的にそのビーム幅の方向（短辺
方向）に移動させなければならない。そのような相対的
な移動は、レーザビームを光学系によって偏向させる
か、又は、アニーリング加工対象物３１を並進移動させ
ることによって達成される。
【００５４】長手方向に強度分布が均一であるように整
形された線状のレーザビームは、アニーリング加工対象
物上で図１（ａ）における斜線部分で示されたビームス
ポット６を形成する。このように薄膜トランジスタ形成
部３の一列に対応する斜線部分を一括にレーザ光により
照射すると、アニーリング加工対象物３１の斜線部分の
表面の温度が急上昇し溶融する。そして、加工対象物へ
到達するレーザ光が途絶えるとアニーリング加工対象物
３１の表面温度が低下し、この過程で表面の結晶化が起
こる。これにより、一度のレーザビームの照射により斜
線部分を一括して溶融再結晶化させることが可能とな
る。尚、所望するポリシリコン化を達成するためには、
レーザビームの照射回数は複数回でも良い。また、アニ
ーリング中真空チャンバ２９内は真空ポンプ３３により
１×１０-4Ｐａ以下の圧力に保たれている。
形された線状のレーザビームは、アニーリング加工対象
物上で図１（ａ）における斜線部分で示されたビームス
ポット６を形成する。このように薄膜トランジスタ形成
部３の一列に対応する斜線部分を一括にレーザ光により
照射すると、アニーリング加工対象物３１の斜線部分の
表面の温度が急上昇し溶融する。そして、加工対象物へ
到達するレーザ光が途絶えるとアニーリング加工対象物
３１の表面温度が低下し、この過程で表面の結晶化が起
こる。これにより、一度のレーザビームの照射により斜
線部分を一括して溶融再結晶化させることが可能とな
る。尚、所望するポリシリコン化を達成するためには、
レーザビームの照射回数は複数回でも良い。また、アニ
ーリング中真空チャンバ２９内は真空ポンプ３３により
１×１０-4Ｐａ以下の圧力に保たれている。
【００５５】図５は、この実施例によるレーザアニーリ
ング方法におけるレーザビームを用いて、アモルファス
シリコン膜を照射再結晶化した際の結晶性の状況を示す
図であり、７は粒径が０．１μｍ以上のポリシリコン層
の領域、８は０．１μｍ以下の領域である。なお、粒径
は照射条件、アモルファスシリコン膜厚みによって変化
するので絶対値そのものは、この発明に係る重要なファ
クターではない。このようなポリシリコン層の区分けは
粒径の大きな部分と小さな部分という定義に等しい。
ング方法におけるレーザビームを用いて、アモルファス
シリコン膜を照射再結晶化した際の結晶性の状況を示す
図であり、７は粒径が０．１μｍ以上のポリシリコン層
の領域、８は０．１μｍ以下の領域である。なお、粒径
は照射条件、アモルファスシリコン膜厚みによって変化
するので絶対値そのものは、この発明に係る重要なファ
クターではない。このようなポリシリコン層の区分けは
粒径の大きな部分と小さな部分という定義に等しい。
【００５６】従来、先述のように照射再結晶化部におい
て粒径のバラツキがみられるのが問題であったが、この
実施例によるレーザアニーリング方法によれば、薄膜ト
ランジスタ一列分に対応する領域が長手方向に対して一
括、同時に溶融再結晶化されるため、図５に示すように
長手方向全域にわたって均一な結晶化が実現されてい
る。これに対して、ポリシリコン化した部分は線状のレ
ーザビームの幅方向には、粒径の大きなポリシリコン層
の領域７と小さなポリシリコン層の領域８に分かれてお
り、粒径のバラツキが観測されたが、粒径の大きな部分
のポリシリコン層の領域７の幅は薄膜トランジスタを形
成するのに必要な領域の幅よりも十分広いため実質上問
題はない。
て粒径のバラツキがみられるのが問題であったが、この
実施例によるレーザアニーリング方法によれば、薄膜ト
ランジスタ一列分に対応する領域が長手方向に対して一
括、同時に溶融再結晶化されるため、図５に示すように
長手方向全域にわたって均一な結晶化が実現されてい
る。これに対して、ポリシリコン化した部分は線状のレ
ーザビームの幅方向には、粒径の大きなポリシリコン層
の領域７と小さなポリシリコン層の領域８に分かれてお
り、粒径のバラツキが観測されたが、粒径の大きな部分
のポリシリコン層の領域７の幅は薄膜トランジスタを形
成するのに必要な領域の幅よりも十分広いため実質上問
題はない。
【００５７】また、上記の説明では、一本の線状レーザ
ビームを用いたが、該レーザビームを適当な光学素子を
用いて複数に分割するか、もしくは、複数個のレーザビ
ームを用いて、複数列を同時に照射するようにしても良
い。
ビームを用いたが、該レーザビームを適当な光学素子を
用いて複数に分割するか、もしくは、複数個のレーザビ
ームを用いて、複数列を同時に照射するようにしても良
い。
【００５８】以上示したように、この発明によるレーザ
アニーリング方法は、典型的には、ポリシリコンを用い
た薄膜トランジスタを画素用スイッチング素子として備
えた液晶ディスプレイを製造するために使用されるが、
これに限定されるものではない。
アニーリング方法は、典型的には、ポリシリコンを用い
た薄膜トランジスタを画素用スイッチング素子として備
えた液晶ディスプレイを製造するために使用されるが、
これに限定されるものではない。
【００５９】実施例２．図６は、この発明の他の実施例
によるレーザアニーリング方法を説明するためのアニー
リング加工対象物の平面図であり、図において、図１に
示す参照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素
を示しており、９は薄膜トランジスタの駆動回路を構成
する要素であるトランジスタが形成される部分、１０は
形状がその長手方向において被ポリシリコン化部（上記
トランジスタ形成部）の縦方向又は横方向の総長よりも
長い長さを持つような線状レーザビームのスポットであ
る。
によるレーザアニーリング方法を説明するためのアニー
リング加工対象物の平面図であり、図において、図１に
示す参照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素
を示しており、９は薄膜トランジスタの駆動回路を構成
する要素であるトランジスタが形成される部分、１０は
形状がその長手方向において被ポリシリコン化部（上記
トランジスタ形成部）の縦方向又は横方向の総長よりも
長い長さを持つような線状レーザビームのスポットであ
る。
【００６０】次に動作について説明する。一般に、ガラ
ス基板の駆動回路を作り込む部分１の薄膜トランジスタ
の駆動回路を構成する要素であるトランジスタが形成さ
れる部分９は、ある回路パターンに従って配置される
が、この実施例では、その配置に制限を設け、縦列分又
は横列分の少なくとも一方が規則的な列をつくるように
したものである。この配置をとることにより、線状レー
ザビームを用いて、該一列分を一括してアニーリングす
ることができる。回路設計上に制限が生じるが、アニー
リング工程をきわめて簡易にすることができ、歩留まり
の向上をはかるとともに、制作コストを低減することが
できる。
ス基板の駆動回路を作り込む部分１の薄膜トランジスタ
の駆動回路を構成する要素であるトランジスタが形成さ
れる部分９は、ある回路パターンに従って配置される
が、この実施例では、その配置に制限を設け、縦列分又
は横列分の少なくとも一方が規則的な列をつくるように
したものである。この配置をとることにより、線状レー
ザビームを用いて、該一列分を一括してアニーリングす
ることができる。回路設計上に制限が生じるが、アニー
リング工程をきわめて簡易にすることができ、歩留まり
の向上をはかるとともに、制作コストを低減することが
できる。
【００６１】この実施例では、薄膜トランジスタの駆動
回路を構成する要素であるトランジスタが形成される部
分９をレーザビームスポット１０を生じさせるレーザを
用いてアニーリングしたが、図７に示すように、トラン
ジスタが形成される部分の配置を画素部２内のＴＦＴ配
置と同じ横列又は縦列上にもってくることにより、線状
スポット１０’を有する線状レーザビームで両者を同時
にアニーリングしてもよい。これによって、線状レーザ
ビームを用いて、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジス
タの駆動回路を構成するトランジスタの一列分を一括し
てアニーリングすることができ、アニーリング工程をき
わめて簡易にすることができ、歩留まりの向上をはかる
とともに、制作コストを低減することができる。
回路を構成する要素であるトランジスタが形成される部
分９をレーザビームスポット１０を生じさせるレーザを
用いてアニーリングしたが、図７に示すように、トラン
ジスタが形成される部分の配置を画素部２内のＴＦＴ配
置と同じ横列又は縦列上にもってくることにより、線状
スポット１０’を有する線状レーザビームで両者を同時
にアニーリングしてもよい。これによって、線状レーザ
ビームを用いて、薄膜トランジスタ及び薄膜トランジス
タの駆動回路を構成するトランジスタの一列分を一括し
てアニーリングすることができ、アニーリング工程をき
わめて簡易にすることができ、歩留まりの向上をはかる
とともに、制作コストを低減することができる。
【００６２】実施例３．図８はこの発明の他の実施例に
よるレーザアニーリング方法を説明するためのアニーリ
ング加工対象物の平面図であり、図において、図６に示
す参照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を
示しており、１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、形状がその長
手方向において被ポリシリコン化部（上記トランジスタ
形成部）の縦又は横方向の総長よりも長い長さを持つよ
うな線状であるようなレーザビームのスポットである。
よるレーザアニーリング方法を説明するためのアニーリ
ング加工対象物の平面図であり、図において、図６に示
す参照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を
示しており、１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、形状がその長
手方向において被ポリシリコン化部（上記トランジスタ
形成部）の縦又は横方向の総長よりも長い長さを持つよ
うな線状であるようなレーザビームのスポットである。
【００６３】次に動作について説明する。上記実施例２
では、薄膜トランジスタの駆動回路を構成する要素であ
るトランジスタが形成される部分９をレーザ照射した
が、この実施例では回路設計に自由度を与え、代わりに
駆動回路対応部分全体をアニーリングするものである。
ただしこの際、線状レーザビームを図８に示すように密
接してステップ＆リピート照射するように工夫すること
で、小出力のレーザで全体をアニーリングすることが可
能である。
では、薄膜トランジスタの駆動回路を構成する要素であ
るトランジスタが形成される部分９をレーザ照射した
が、この実施例では回路設計に自由度を与え、代わりに
駆動回路対応部分全体をアニーリングするものである。
ただしこの際、線状レーザビームを図８に示すように密
接してステップ＆リピート照射するように工夫すること
で、小出力のレーザで全体をアニーリングすることが可
能である。
【００６４】実施例４．図９はこの発明の他の実施例に
よるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を示
すブロック図であり、図において、図２に示す参照符号
と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、２１ａは発振パルス幅２００ｎｓのパルスレーザ光
を放射するエキシマレーザである。
よるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を示
すブロック図であり、図において、図２に示す参照符号
と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、２１ａは発振パルス幅２００ｎｓのパルスレーザ光
を放射するエキシマレーザである。
【００６５】次に動作について説明する。エキシマレー
ザ２１ａは発振パルス幅が２００ｎｓと従来用いられて
きたエキシマレーザに比べて発振パルス幅が長い特徴を
有している。図１０はこのエキシマレーザ２１ａの発振
パルス波形を示す図である。
ザ２１ａは発振パルス幅が２００ｎｓと従来用いられて
きたエキシマレーザに比べて発振パルス幅が長い特徴を
有している。図１０はこのエキシマレーザ２１ａの発振
パルス波形を示す図である。
【００６６】エキシマレーザ２１ａから出射されたレー
ザ光は反射ミラー２３，２４により偏向、走査され、ビ
ームホモジナイザ２７によりビーム強度の均一化を行な
った後、レンズ系２８（例えば、シリンドリカルレン
ズ）により細線状に集光され、真空チェンバ２９に設け
られた窓３０を通じて真空チャンバ２９内のアニーリン
グ加工対象物３１に照射される。真空チャンバ内は真空
ポンプ３３により１×１０-4Ｐａ以下の圧力に保たれ
る。
ザ光は反射ミラー２３，２４により偏向、走査され、ビ
ームホモジナイザ２７によりビーム強度の均一化を行な
った後、レンズ系２８（例えば、シリンドリカルレン
ズ）により細線状に集光され、真空チェンバ２９に設け
られた窓３０を通じて真空チャンバ２９内のアニーリン
グ加工対象物３１に照射される。真空チャンバ内は真空
ポンプ３３により１×１０-4Ｐａ以下の圧力に保たれ
る。
【００６７】レーザビームの整形は、実施例１と同様
に、アニーリング加工対象物３１に投影されたビームス
ポットの形状が、長手方向において被加工領域、例えば
アモルファスシリコン膜のポリシリコン化する部分のい
ずれかの辺の長さより長い長さを有し、幅方向におい
て、被加工領域の複数の加工部のそれぞれの幅、例えば
薄膜トランジスタ形成部の幅より広く且つ、トランジス
タが形成される列の間隔より小さい幅を持つようになさ
れる。この際、アニーリング加工対象物３１であるガラ
ス基板の画素を作り込む部分に照射されたレーザビーム
スポットはのビーム長手方向のレーザ光強度分布は図１
（ｂ）に示すように均一である。また、図１（ａ）に示
す画素を作り込む部分２の全体に渡ってポリシリコン化
するには、線状のレーザビームを基板に対して相対的に
レーザビームの幅方向（短辺方向）に移動させなければ
ならない。そのような相対的な移動は、レーザビームを
光学系によって偏向させるか、又は、アニーリング加工
対象物３１を並進移動させることによって達成される。
に、アニーリング加工対象物３１に投影されたビームス
ポットの形状が、長手方向において被加工領域、例えば
アモルファスシリコン膜のポリシリコン化する部分のい
ずれかの辺の長さより長い長さを有し、幅方向におい
て、被加工領域の複数の加工部のそれぞれの幅、例えば
薄膜トランジスタ形成部の幅より広く且つ、トランジス
タが形成される列の間隔より小さい幅を持つようになさ
れる。この際、アニーリング加工対象物３１であるガラ
ス基板の画素を作り込む部分に照射されたレーザビーム
スポットはのビーム長手方向のレーザ光強度分布は図１
（ｂ）に示すように均一である。また、図１（ａ）に示
す画素を作り込む部分２の全体に渡ってポリシリコン化
するには、線状のレーザビームを基板に対して相対的に
レーザビームの幅方向（短辺方向）に移動させなければ
ならない。そのような相対的な移動は、レーザビームを
光学系によって偏向させるか、又は、アニーリング加工
対象物３１を並進移動させることによって達成される。
【００６８】レーザ光が照射されるとアニーリング加工
対象物３１の表面の温度が急上昇し溶融する。そしてア
ニーリング加工対象物３１に到達するレーザ光が途絶え
るとアニーリング加工対象物３１の表面温度が低下し、
この過程で表面の結晶化が起こる。ここで、この実施例
の場合、エキシマレーザ２１ａから出射されるレーザ光
２２の発振パルス幅が２００ｎｓと長い。このため発振
パルス幅が短いレーザ光を用いた場合に比べて加熱時間
が長く、さらにレーザ光強度がピークに達した後レーザ
発振が終了するまでの時間が長い。レーザ光照射時のア
ニーリング加工対象物３１表面の温度変化の一例を図１
１に示す。パルス幅３０ｎｓのエキシマレーザ光を照射
した場合、加工対象物表面温度は１５ｎｓ程度の短時間
に急激に上昇し、融点ＴＭを越す。レーザ強度がピーク
値を迎えた後低下し始めると表面温度も低下する。融点
ＴＭ付近では溶融部の潜熱により温度勾配が緩やかにな
る。この部分で結晶化が進む。やがて溶融部の結晶化が
終わり固化すると、室温にむけて以後同一時定数にて温
度が低下していく。これに対して、この実施例のように
レーザ発振パルス幅が２００ｎｓと長い場合には、図１
１に示すように、レーザ強度がピーク値を迎えた後表面
温度が低下し結晶化が進む部分の時間が長くなる。
対象物３１の表面の温度が急上昇し溶融する。そしてア
ニーリング加工対象物３１に到達するレーザ光が途絶え
るとアニーリング加工対象物３１の表面温度が低下し、
この過程で表面の結晶化が起こる。ここで、この実施例
の場合、エキシマレーザ２１ａから出射されるレーザ光
２２の発振パルス幅が２００ｎｓと長い。このため発振
パルス幅が短いレーザ光を用いた場合に比べて加熱時間
が長く、さらにレーザ光強度がピークに達した後レーザ
発振が終了するまでの時間が長い。レーザ光照射時のア
ニーリング加工対象物３１表面の温度変化の一例を図１
１に示す。パルス幅３０ｎｓのエキシマレーザ光を照射
した場合、加工対象物表面温度は１５ｎｓ程度の短時間
に急激に上昇し、融点ＴＭを越す。レーザ強度がピーク
値を迎えた後低下し始めると表面温度も低下する。融点
ＴＭ付近では溶融部の潜熱により温度勾配が緩やかにな
る。この部分で結晶化が進む。やがて溶融部の結晶化が
終わり固化すると、室温にむけて以後同一時定数にて温
度が低下していく。これに対して、この実施例のように
レーザ発振パルス幅が２００ｎｓと長い場合には、図１
１に示すように、レーザ強度がピーク値を迎えた後表面
温度が低下し結晶化が進む部分の時間が長くなる。
【００６９】前述したように、薄膜トランジスタ形成部
のアニーリング加工では、溶融後の温度低下速度が遅く
結晶化のための時間を長く取れるほど、得られるポリシ
リコン結晶の粒塊サイズが大きくなり、電子移動度の高
いトランジスタを得ることができる。従って、この実施
例では、パルス幅が２００ｎｓと長いレーザ光を用いて
いるので結晶化が進む部分の時間を長くすることがで
き、粒塊サイズの大きなポリシリコン結晶を得ることが
できる。これにより、電子移動度が高く高速動作が可能
なトランジスタを得ることができる。照射するレーザパ
ルス幅とアニーリングにより得られるポリシリコン結晶
の電子移動度との関係の例を図１２に示す。電子移動度
はレーザパルス幅の増大に伴って増加する。アニーリン
グにより製作する薄膜トランジスタでは、１００ｃｍ2
／ＶＳを越す電子移動度が要求される。図１２から明ら
かなように、これを実現するためにはレーザアニール用
のレーザ発振器としてパルス幅が５０ｎｓ以上のレーザ
を用いる必要があることがわかる。
のアニーリング加工では、溶融後の温度低下速度が遅く
結晶化のための時間を長く取れるほど、得られるポリシ
リコン結晶の粒塊サイズが大きくなり、電子移動度の高
いトランジスタを得ることができる。従って、この実施
例では、パルス幅が２００ｎｓと長いレーザ光を用いて
いるので結晶化が進む部分の時間を長くすることがで
き、粒塊サイズの大きなポリシリコン結晶を得ることが
できる。これにより、電子移動度が高く高速動作が可能
なトランジスタを得ることができる。照射するレーザパ
ルス幅とアニーリングにより得られるポリシリコン結晶
の電子移動度との関係の例を図１２に示す。電子移動度
はレーザパルス幅の増大に伴って増加する。アニーリン
グにより製作する薄膜トランジスタでは、１００ｃｍ2
／ＶＳを越す電子移動度が要求される。図１２から明ら
かなように、これを実現するためにはレーザアニール用
のレーザ発振器としてパルス幅が５０ｎｓ以上のレーザ
を用いる必要があることがわかる。
【００７０】以上述べたように、この実施例によれば、
アニーリング加工時に幅方向の拡散により失われる熱を
補い、十分な加熱効果を得ることができるレーザアニー
リング装置を提供できる。かかる実施例をＴＦＴアニー
リング加工に適用することにより、アモルファスシリコ
ンを細線状ビームにて十分加熱することができ、溶融後
結晶化が進む部分の時間を長くすることができる。これ
により粒塊が大きく電子移動度の高い良質のポリシリコ
ン結晶を得ることができる。
アニーリング加工時に幅方向の拡散により失われる熱を
補い、十分な加熱効果を得ることができるレーザアニー
リング装置を提供できる。かかる実施例をＴＦＴアニー
リング加工に適用することにより、アモルファスシリコ
ンを細線状ビームにて十分加熱することができ、溶融後
結晶化が進む部分の時間を長くすることができる。これ
により粒塊が大きく電子移動度の高い良質のポリシリコ
ン結晶を得ることができる。
【００７１】実施例５．図１３はこの発明の他の実施例
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
概略的に示すブロック図であり、図において、図９に示
す参照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を
示しており、３４ａ，３４ｂはビームスプリッタ、３５
は全反射ミラー、３６ａ，３６ｂはレーザ光の伝搬を遅
らせる光遅延部、３７ａ，３７ｂはそれぞれ、光遅延部
３６ａ，３６ｂにより遅延されたレーザ光である。光遅
延部３６ａ，３６ｂはそれぞれ、一般的に、複数の反射
ミラーで構成されており、光遅延部に入射したレーザ光
は反射ミラーで折り返され、所望する遅延時間分だけ余
計に空中伝搬させられる。尚、光学的遅延ステップは、
光遅延部３６ａ，３６ｂ、ビームスプリッタ３４ａ，３
４ｂ、及び全反射ミラー３５によって実現される。
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
概略的に示すブロック図であり、図において、図９に示
す参照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を
示しており、３４ａ，３４ｂはビームスプリッタ、３５
は全反射ミラー、３６ａ，３６ｂはレーザ光の伝搬を遅
らせる光遅延部、３７ａ，３７ｂはそれぞれ、光遅延部
３６ａ，３６ｂにより遅延されたレーザ光である。光遅
延部３６ａ，３６ｂはそれぞれ、一般的に、複数の反射
ミラーで構成されており、光遅延部に入射したレーザ光
は反射ミラーで折り返され、所望する遅延時間分だけ余
計に空中伝搬させられる。尚、光学的遅延ステップは、
光遅延部３６ａ，３６ｂ、ビームスプリッタ３４ａ，３
４ｂ、及び全反射ミラー３５によって実現される。
【００７２】次に動作について説明する。エキシマレー
ザ等のレーザ発振器２１から出射されたレーザ光２２
は、まず、ビームスプリッタ３４ａによって２つのビー
ムに分割され、更にビームスプリッタ３４ｂにより２つ
のビームに分割され、その結果３つのレーザビームに分
割される。ビームスプリッタ３４ａで分割されたビーム
の一方は、例えばシリンドリカルレンズのような集光レ
ンズ２８により細線状に集光され、アニーリング加工対
象物３１に照射される。ビームスプリッタ３４ａで分割
されたビームの他方は、ビームスプリッタ３４ｂにより
さらに２つのビームに分割され、それぞれ光遅延部１の
３６ａ、光遅延部２の３６ｂにより時間ｔ１，ｔ２だけ
伝搬を遅らせた後、集光レンズ２８により細線状に集光
され、アニーリング加工対象物３１に照射される。
ザ等のレーザ発振器２１から出射されたレーザ光２２
は、まず、ビームスプリッタ３４ａによって２つのビー
ムに分割され、更にビームスプリッタ３４ｂにより２つ
のビームに分割され、その結果３つのレーザビームに分
割される。ビームスプリッタ３４ａで分割されたビーム
の一方は、例えばシリンドリカルレンズのような集光レ
ンズ２８により細線状に集光され、アニーリング加工対
象物３１に照射される。ビームスプリッタ３４ａで分割
されたビームの他方は、ビームスプリッタ３４ｂにより
さらに２つのビームに分割され、それぞれ光遅延部１の
３６ａ、光遅延部２の３６ｂにより時間ｔ１，ｔ２だけ
伝搬を遅らせた後、集光レンズ２８により細線状に集光
され、アニーリング加工対象物３１に照射される。
【００７３】図１４は発振パルス幅３０ｎｓのエキシマ
レーザ光をビームスプリッタ３４ａ，３４ｂにより３分
割し、光遅延部１の３６ａ、光遅延部２の３６ｂにより
時間ｔ１＝２０ｎｓ、ｔ２＝４０ｎｓそれぞれ遅延させ
た後アニーリング加工対象物３１に照射した場合の加工
対象物３１上でのビーム強度時間変化を示す図である。
Ａは光遅延部３６ａ，３６ｂを通らずにアニーリング加
工対象物３１に入射したレーザ光のパルス、Ｂは光遅延
部３６ａを通りｔ１＝２０ｎｓだけ遅延されてアニーリ
ング加工対象物３１に入射したレーザ光のパルス、Ｃは
光遅延部３６ｂを通りｔ２＝４０ｎｓだけ遅延されてア
ニーリング加工対象物３１に入射したレーザ光である。
この場合、図１４に示す様にアニーリング加工対象物３
１にはレーザビームＡ，Ｂ，Ｃが重畳されて照射され
る。これにより、エキシマレーザ等のレーザ発振器２１
が放射するレーザ光のパルス幅より長い時間アニーリン
グ加工対象物３１にレーザ光を照射することができる。
レーザ光をビームスプリッタ３４ａ，３４ｂにより３分
割し、光遅延部１の３６ａ、光遅延部２の３６ｂにより
時間ｔ１＝２０ｎｓ、ｔ２＝４０ｎｓそれぞれ遅延させ
た後アニーリング加工対象物３１に照射した場合の加工
対象物３１上でのビーム強度時間変化を示す図である。
Ａは光遅延部３６ａ，３６ｂを通らずにアニーリング加
工対象物３１に入射したレーザ光のパルス、Ｂは光遅延
部３６ａを通りｔ１＝２０ｎｓだけ遅延されてアニーリ
ング加工対象物３１に入射したレーザ光のパルス、Ｃは
光遅延部３６ｂを通りｔ２＝４０ｎｓだけ遅延されてア
ニーリング加工対象物３１に入射したレーザ光である。
この場合、図１４に示す様にアニーリング加工対象物３
１にはレーザビームＡ，Ｂ，Ｃが重畳されて照射され
る。これにより、エキシマレーザ等のレーザ発振器２１
が放射するレーザ光のパルス幅より長い時間アニーリン
グ加工対象物３１にレーザ光を照射することができる。
【００７４】図１４に示した例では、レーザ光源として
パルス幅３０ｎｓのレーザ光を用いて、ビームスプリッ
タによって３つのビームに分割して、その内２つのビー
ムについては光遅延部３６ａ，３６ｂにより時間ｔ１＝
２０ｎｓ、ｔ２＝４０ｎｓそれぞれ遅延させ再度合成す
ることにより、ピーク値の半分以上のビーム強度が７０
ｎｓにわたるレーザ光を得て照射している。これによ
り、上記実施例４に述べた長パルスビームを用いるの場
合と同様に、かかる実施例をＴＦＴアニーリング加工に
適用することにより、加工対象物にて溶融後結晶化が進
む部分の時間を長くすることができ、粒塊サイズの大き
なポリシリコン結晶を得ることができる。これにより電
子移動度が高く高速動作が可能なトランジスタを得るこ
とができる。
パルス幅３０ｎｓのレーザ光を用いて、ビームスプリッ
タによって３つのビームに分割して、その内２つのビー
ムについては光遅延部３６ａ，３６ｂにより時間ｔ１＝
２０ｎｓ、ｔ２＝４０ｎｓそれぞれ遅延させ再度合成す
ることにより、ピーク値の半分以上のビーム強度が７０
ｎｓにわたるレーザ光を得て照射している。これによ
り、上記実施例４に述べた長パルスビームを用いるの場
合と同様に、かかる実施例をＴＦＴアニーリング加工に
適用することにより、加工対象物にて溶融後結晶化が進
む部分の時間を長くすることができ、粒塊サイズの大き
なポリシリコン結晶を得ることができる。これにより電
子移動度が高く高速動作が可能なトランジスタを得るこ
とができる。
【００７５】光遅延部３６ａ，３６ｂとしては、反射ミ
ラーで折り返して希望の遅延時間分だけ光を空中伝搬さ
せる構成にしてもよいし、図１５に示すように、所望す
る遅延時間だけ伝搬に要する長さの光ファイバ３６ｃ，
３６ｄを用いてもよい。
ラーで折り返して希望の遅延時間分だけ光を空中伝搬さ
せる構成にしてもよいし、図１５に示すように、所望す
る遅延時間だけ伝搬に要する長さの光ファイバ３６ｃ，
３６ｄを用いてもよい。
【００７６】また、この実施例ではレーザビームを３つ
に分割し、その内２つのビームに所定の時間遅延を与え
て再度合成してレーザ光のパルス幅を見かけ上増大させ
たが、レーザビームの分割数は２つでも４つ以上でもよ
く、同様の効果を奏する。
に分割し、その内２つのビームに所定の時間遅延を与え
て再度合成してレーザ光のパルス幅を見かけ上増大させ
たが、レーザビームの分割数は２つでも４つ以上でもよ
く、同様の効果を奏する。
【００７７】さらに、この実施例では１つのレーザビー
ムを複数個に分割してそれぞれに所定の時間遅延を与え
たが、複数のレーザ発振器から得られるレーザビームを
用いてこれらの複数のレーザビームを時間をずらして照
射してもよく、同様の効果を奏する。
ムを複数個に分割してそれぞれに所定の時間遅延を与え
たが、複数のレーザ発振器から得られるレーザビームを
用いてこれらの複数のレーザビームを時間をずらして照
射してもよく、同様の効果を奏する。
【００７８】実施例６．図１６はこの発明の他の実施例
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
示すブロック図であり、図において、図９に示す参照符
号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、２１ｂはスパイカ・サステイナ方式エキシマレーザ
である。また、図１７はスパイカ・サステイナ方式レー
ザの励起回路構成を示す図であり、図において、４０は
レーザガスを封入するチャンバ、４１はチャンバ４０内
のレーザガス中に設けられた第１の電極、４２はチャン
バ４０内のレーザガス中において第１の電極４１と相対
するように設けられた第２の主電極、４３は第１の電極
４１と第２の電極４２との間に印加された電圧によって
起こったレーザ媒質を励起する放電、４４は第１及び第
２の主電極４１，４２に並列に接続されたスパイカコン
デンサ、４５はスパイカコンデンサ４４を充電するスパ
イカ充電用電源、４６は第１及び第２の主電極４１，４
２にスイッチング素子を介して並列に接続されたサステ
イナコンデンサ、４７はサステイナコンデンサ４６を充
電するサステイナ充電用電源、４８は予備電離溶電源、
４９は予備電離用誘電体、５０は予備電離用補助電極、
５１はスパイカ回路とサステイナ回路を分離するスイッ
チ素子としての磁気飽和スイッチである。
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
示すブロック図であり、図において、図９に示す参照符
号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、２１ｂはスパイカ・サステイナ方式エキシマレーザ
である。また、図１７はスパイカ・サステイナ方式レー
ザの励起回路構成を示す図であり、図において、４０は
レーザガスを封入するチャンバ、４１はチャンバ４０内
のレーザガス中に設けられた第１の電極、４２はチャン
バ４０内のレーザガス中において第１の電極４１と相対
するように設けられた第２の主電極、４３は第１の電極
４１と第２の電極４２との間に印加された電圧によって
起こったレーザ媒質を励起する放電、４４は第１及び第
２の主電極４１，４２に並列に接続されたスパイカコン
デンサ、４５はスパイカコンデンサ４４を充電するスパ
イカ充電用電源、４６は第１及び第２の主電極４１，４
２にスイッチング素子を介して並列に接続されたサステ
イナコンデンサ、４７はサステイナコンデンサ４６を充
電するサステイナ充電用電源、４８は予備電離溶電源、
４９は予備電離用誘電体、５０は予備電離用補助電極、
５１はスパイカ回路とサステイナ回路を分離するスイッ
チ素子としての磁気飽和スイッチである。
【００７９】次に動作について説明する。レーザチャン
バ４０にレーザガスを封入した後、先ず予備電離用誘電
体３９を介して予備電離用補助電極５０と主電極４１，
４２間に電圧を印加し、主電極４１，４２間に予備電離
電子を供給する。
バ４０にレーザガスを封入した後、先ず予備電離用誘電
体３９を介して予備電離用補助電極５０と主電極４１，
４２間に電圧を印加し、主電極４１，４２間に予備電離
電子を供給する。
【００８０】この後、スパイカ充電用電源４５により充
電されたスパイカコンデンサ４４から主放電電極４１，
４２間に電力を供給し、主放電電極４１，４２間の放電
４３を開始させる。この時点までは磁気飽和スイッチ５
１はオフしており、主放電電極４１，４２間の放電４３
はスパイカコンデンサ４４のみから供給されるエネルギ
により生ずる。次に、サステイナコンデンサ４６をサス
テイナ充電電源４７により充電した後、スパイカ回路に
よる放電が終了する前に磁気飽和スイッチ５１をオンす
る。これによりスパイカ回路から供給されるエネルギで
開始された主放電部に、サステイナコンデンサ４６に充
電したエネルギを注入することができる。このようにス
パイカ・サステイナ方式エキシマレーザ２１ｂでは放電
場に２段階にエネルギを注入することができ、従来用い
られてきたエキシマレーザに比べて長い発振時間を得る
ことができる。
電されたスパイカコンデンサ４４から主放電電極４１，
４２間に電力を供給し、主放電電極４１，４２間の放電
４３を開始させる。この時点までは磁気飽和スイッチ５
１はオフしており、主放電電極４１，４２間の放電４３
はスパイカコンデンサ４４のみから供給されるエネルギ
により生ずる。次に、サステイナコンデンサ４６をサス
テイナ充電電源４７により充電した後、スパイカ回路に
よる放電が終了する前に磁気飽和スイッチ５１をオンす
る。これによりスパイカ回路から供給されるエネルギで
開始された主放電部に、サステイナコンデンサ４６に充
電したエネルギを注入することができる。このようにス
パイカ・サステイナ方式エキシマレーザ２１ｂでは放電
場に２段階にエネルギを注入することができ、従来用い
られてきたエキシマレーザに比べて長い発振時間を得る
ことができる。
【００８１】図１８はスパイカ・サステイナ方式エキシ
マレーザにより得られたレーザ発振波形の例を示す図で
ある。このように、スパイカ・サステイナ方式エキシマ
レーザ２１ｂが放射するレーザ発振光の半値幅は約１９
０ｎｓとなり、従来用いてきたパルス幅１７ｎｓに比べ
て十倍以上長いレーザ光パルス得ることができる。従っ
て、図１６に示す様に、スパイカ・サステイナ方式エキ
シマレーザ２１ｂをレーザアニーリング装置に用いれ
ば、パルス幅が従来の装置に比べて十分長いレーザ光を
加工対象物に照射することができる。これにより、かか
る実施例をＴＦＴアニーリング加工に適用することによ
り、ポリシリコンの結晶化が進む部分の時間を長くする
ことができ、粒塊サイズの大きなポリシリコン結晶を得
ることができる。これにより電子移動度が高く高速動作
が可能なトランジスタを得ることができる。
マレーザにより得られたレーザ発振波形の例を示す図で
ある。このように、スパイカ・サステイナ方式エキシマ
レーザ２１ｂが放射するレーザ発振光の半値幅は約１９
０ｎｓとなり、従来用いてきたパルス幅１７ｎｓに比べ
て十倍以上長いレーザ光パルス得ることができる。従っ
て、図１６に示す様に、スパイカ・サステイナ方式エキ
シマレーザ２１ｂをレーザアニーリング装置に用いれ
ば、パルス幅が従来の装置に比べて十分長いレーザ光を
加工対象物に照射することができる。これにより、かか
る実施例をＴＦＴアニーリング加工に適用することによ
り、ポリシリコンの結晶化が進む部分の時間を長くする
ことができ、粒塊サイズの大きなポリシリコン結晶を得
ることができる。これにより電子移動度が高く高速動作
が可能なトランジスタを得ることができる。
【００８２】実施例７．図１９はこの発明の他の実施例
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
示すブロック図であり、図において、図２に示す参照符
号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、３１ａはアニーリング加工対象物であるアモルファ
スシリコン膜、３１ｂはアモルファスシリコン膜３１ａ
が形成された基板、Ｄはアモルファスシリコン膜３１ａ
の溶融再結晶化を行う第１のレーザ光、Ｅはアモルファ
スシリコン膜３１ａの補助加熱を行う第２のレーザ光、
２１は第１のレーザ光Ｄを発生する第１のレーザ発振
器、３７は第２のレーザ光Ｅを発生する第２のレーザ発
振器、３８は第２のレーザ光Ｅのビーム形状を線状に整
形するビーム整形光学系、３９は第２のレーザ光Ｅの進
行方向を変更するベンディングミラーである。尚、補助
加熱ステップは主に第２のレーザ発振器３７により実現
される。
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
示すブロック図であり、図において、図２に示す参照符
号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、３１ａはアニーリング加工対象物であるアモルファ
スシリコン膜、３１ｂはアモルファスシリコン膜３１ａ
が形成された基板、Ｄはアモルファスシリコン膜３１ａ
の溶融再結晶化を行う第１のレーザ光、Ｅはアモルファ
スシリコン膜３１ａの補助加熱を行う第２のレーザ光、
２１は第１のレーザ光Ｄを発生する第１のレーザ発振
器、３７は第２のレーザ光Ｅを発生する第２のレーザ発
振器、３８は第２のレーザ光Ｅのビーム形状を線状に整
形するビーム整形光学系、３９は第２のレーザ光Ｅの進
行方向を変更するベンディングミラーである。尚、補助
加熱ステップは主に第２のレーザ発振器３７により実現
される。
【００８３】既に述べたように、溶融再結晶時のポリシ
リコン結晶の粒塊サイズは、溶融後の温度低下速度が遅
く結晶化のための時間を長く取れるほど大きくなる傾向
がある。従って、アモルファスシリコンが一旦溶融し、
再結晶化する際の温度低下速度を低減することにより、
粒塊が大きく電子移動度の高いポリシリコン層を形成す
ることができる。このため、単一のレーザ光を用いた従
来のレーザアニーリング方法においては、アニーリング
加工対象物であるアモルファスシリコン薄膜を形成した
基板全体をヒータで加熱することにより温度低下速度の
低減を図っていた。これに対して、アニーリング加工に
おいてレーザビームと基板との間で〜１０μｍ程度の位
置精度が必要となるので、この発明の上記実施例の如く
線状レーザビームを用いてレーザアニーリングを行う場
合、従来のように基板全体を加熱してしまうと、熱によ
る基板の変形のため加工精度が低下するという問題点が
ある。
リコン結晶の粒塊サイズは、溶融後の温度低下速度が遅
く結晶化のための時間を長く取れるほど大きくなる傾向
がある。従って、アモルファスシリコンが一旦溶融し、
再結晶化する際の温度低下速度を低減することにより、
粒塊が大きく電子移動度の高いポリシリコン層を形成す
ることができる。このため、単一のレーザ光を用いた従
来のレーザアニーリング方法においては、アニーリング
加工対象物であるアモルファスシリコン薄膜を形成した
基板全体をヒータで加熱することにより温度低下速度の
低減を図っていた。これに対して、アニーリング加工に
おいてレーザビームと基板との間で〜１０μｍ程度の位
置精度が必要となるので、この発明の上記実施例の如く
線状レーザビームを用いてレーザアニーリングを行う場
合、従来のように基板全体を加熱してしまうと、熱によ
る基板の変形のため加工精度が低下するという問題点が
ある。
【００８４】また、線状レーザビームを用いたレーザア
ニーリングは、図２に示した精密テーブル等の台３２に
アモルファスシリコン膜を形成した基板を固定し、精密
テーブルを順次移動させながら標的とする薄膜トランジ
スタ形成列に対しアニーリングを行っていくが、基板全
体を加熱した場合、基板の熱が精密テーブルに伝わると
熱膨張により精密テーブルの移動精度が低下するため、
基板と精密テーブルとの間では断熱を保たねばならず、
基板の保持機構が複雑になるという問題点がある。
ニーリングは、図２に示した精密テーブル等の台３２に
アモルファスシリコン膜を形成した基板を固定し、精密
テーブルを順次移動させながら標的とする薄膜トランジ
スタ形成列に対しアニーリングを行っていくが、基板全
体を加熱した場合、基板の熱が精密テーブルに伝わると
熱膨張により精密テーブルの移動精度が低下するため、
基板と精密テーブルとの間では断熱を保たねばならず、
基板の保持機構が複雑になるという問題点がある。
【００８５】この実施例は、以上の問題点を解決するた
めに補助加熱用のレーザ発振器をさらに具備したもの
で、これにより大粒径且つ均一な結晶性を有するポリシ
リコン層を形成するものである。
めに補助加熱用のレーザ発振器をさらに具備したもの
で、これにより大粒径且つ均一な結晶性を有するポリシ
リコン層を形成するものである。
【００８６】次に動作について説明する。第１のレーザ
発振器２１より出射した第１のレーザ光Ｄは、ビーム整
形光学系であるビームホモジナイザ２７及びレンズ２８
によりアモルファスシリコン膜３１ａ上で線状集光する
よう整形され、アモルファスシリコン膜３１ａに照射さ
れる。第２のレーザ発振器３７より出射した第２のレー
ザ光Ｅも同様にビーム整形光学系３８によりアモルファ
スシリコン膜３１ａ上でのビーム形状が線状となるよう
整形され、アモルファスシリコン膜３１ａに照射され
る。このとき第２のレーザ光Ｅのアモルファスシリコン
膜３１ａ上における照射位置が、第１のレーザ光Ｄによ
る照射位置とほぼ同位置となるように、第２のレーザ光
Ｅの進行方向はベンディングミラー３９により調整され
る。
発振器２１より出射した第１のレーザ光Ｄは、ビーム整
形光学系であるビームホモジナイザ２７及びレンズ２８
によりアモルファスシリコン膜３１ａ上で線状集光する
よう整形され、アモルファスシリコン膜３１ａに照射さ
れる。第２のレーザ発振器３７より出射した第２のレー
ザ光Ｅも同様にビーム整形光学系３８によりアモルファ
スシリコン膜３１ａ上でのビーム形状が線状となるよう
整形され、アモルファスシリコン膜３１ａに照射され
る。このとき第２のレーザ光Ｅのアモルファスシリコン
膜３１ａ上における照射位置が、第１のレーザ光Ｄによ
る照射位置とほぼ同位置となるように、第２のレーザ光
Ｅの進行方向はベンディングミラー３９により調整され
る。
【００８７】図２０はこの実施例における第１のレーザ
光Ｄと第２のレーザ光Ｅとのアモルファスシリコン膜３
１ａ上におけるビーム照射領域を示すものであり、図に
おいて、６０は第１のレーザ光Ｄのビーム照射領域、６
１は第２のレーザ光Ｅのビーム照射領域である。
光Ｄと第２のレーザ光Ｅとのアモルファスシリコン膜３
１ａ上におけるビーム照射領域を示すものであり、図に
おいて、６０は第１のレーザ光Ｄのビーム照射領域、６
１は第２のレーザ光Ｅのビーム照射領域である。
【００８８】図２０に示すように、アモルファスシリコ
ン膜３１ａ上の第２のレーザ光Ｅのビーム照射領域６１
は、幅、長さともに第１のレーザ光Ｄのビーム領域６０
よりも大なる寸法を有しており、また、第２のレーザ光
Ｅの照射領域６１が、第１のレーザ光Ｄの照射領域６０
を覆うように、第１及び第２のレーザ光Ｄ，Ｅの照射位
置を調整している。このように、第２のレーザ光Ｅの照
射領域６１が、第１のレーザ光Ｄの照射領域６０を覆う
ようビーム形状、照射位置を設定しているので、第１の
レーザ光Ｄの照射位置と第２のレーザ光Ｅの照射位置と
のズレをある程度許容することが可能となる。
ン膜３１ａ上の第２のレーザ光Ｅのビーム照射領域６１
は、幅、長さともに第１のレーザ光Ｄのビーム領域６０
よりも大なる寸法を有しており、また、第２のレーザ光
Ｅの照射領域６１が、第１のレーザ光Ｄの照射領域６０
を覆うように、第１及び第２のレーザ光Ｄ，Ｅの照射位
置を調整している。このように、第２のレーザ光Ｅの照
射領域６１が、第１のレーザ光Ｄの照射領域６０を覆う
ようビーム形状、照射位置を設定しているので、第１の
レーザ光Ｄの照射位置と第２のレーザ光Ｅの照射位置と
のズレをある程度許容することが可能となる。
【００８９】図２１はこの実施例における第１のレーザ
光Ｄと第２のレーザ光Ｅの光強度の時間変化を示した図
であり、図において、Ｄは第１のレーザ光Ｄの光強度の
時間変化、Ｅは第２のレーザ光Ｅの光強度の時間変化を
示している。第２のレーザ光Ｅのピーク強度は、アモル
ファスシリコン膜を溶融せしめる第１のレーザ光Ｄのピ
ーク強度に比べ非常に低く、また、第２のレーザ光Ｅの
時間幅は、第１のレーザ光Ｄの時間幅に比べ短い。ま
た、第１のレーザ光Ｄは第２のレーザ光Ｅの照射中にア
モルファスシリコン膜への照射が開始して完了するよ
う、第１及び第２のレーザ光Ｄ，Ｅの照射タイミングは
制御される。
光Ｄと第２のレーザ光Ｅの光強度の時間変化を示した図
であり、図において、Ｄは第１のレーザ光Ｄの光強度の
時間変化、Ｅは第２のレーザ光Ｅの光強度の時間変化を
示している。第２のレーザ光Ｅのピーク強度は、アモル
ファスシリコン膜を溶融せしめる第１のレーザ光Ｄのピ
ーク強度に比べ非常に低く、また、第２のレーザ光Ｅの
時間幅は、第１のレーザ光Ｄの時間幅に比べ短い。ま
た、第１のレーザ光Ｄは第２のレーザ光Ｅの照射中にア
モルファスシリコン膜への照射が開始して完了するよ
う、第１及び第２のレーザ光Ｄ，Ｅの照射タイミングは
制御される。
【００９０】図２２はレーザアニール時のアモルファス
シリコン膜３１ａの表面温度の時間変化を示しているグ
ラフ図であり、図において、６２はこの実施例によるレ
ーザアニーリング装置によりアニーリングを行ったとき
のアモルファスシリコン膜３１ａの表面温度、６３は単
一のレーザ光のみを用いる従来の方法でアニーリングを
行ったときのアモルファスシリコン膜の表面温度であ
る。この実施例によるレーザアニーリング装置を用いて
アニーリングを行った場合、第２のレーザ光Ｅを照射し
アモルファスシリコン膜３１ａを補助加熱しながら、第
１のレーザ光Ｄを照射することにより溶融再結晶化を行
うので、単一のレーザ光のみを用いた従来の場合に比
べ、図２２に示すように、アモルファスシリコン表面の
温度がピークに到達したのち温度の低下する速度が遅く
なっている。
シリコン膜３１ａの表面温度の時間変化を示しているグ
ラフ図であり、図において、６２はこの実施例によるレ
ーザアニーリング装置によりアニーリングを行ったとき
のアモルファスシリコン膜３１ａの表面温度、６３は単
一のレーザ光のみを用いる従来の方法でアニーリングを
行ったときのアモルファスシリコン膜の表面温度であ
る。この実施例によるレーザアニーリング装置を用いて
アニーリングを行った場合、第２のレーザ光Ｅを照射し
アモルファスシリコン膜３１ａを補助加熱しながら、第
１のレーザ光Ｄを照射することにより溶融再結晶化を行
うので、単一のレーザ光のみを用いた従来の場合に比
べ、図２２に示すように、アモルファスシリコン表面の
温度がピークに到達したのち温度の低下する速度が遅く
なっている。
【００９１】以上のように、第２のレーザ光Ｅを用いて
アモルファスシリコン膜３１ａを補助加熱している間
に、第１のレーザ光Ｄでアモルファスシリコン膜の溶融
再結晶化を行えば、アモルファスシリコン膜３１ａがピ
ーク温度に達した後の温度低下速度を効果的に減少させ
ることが可能となるので、粒径が大きく電子移動度の高
いポリシリコン層を形成することができる。また、この
実施例で示したように第２のレーザ光Ｅを用いてアモル
ファスシリコン膜３１ａの補助加熱を行えば、第２のレ
ーザ光Ｅのビーム形状を第１のレーザ光Ｄと同じく線状
に整形することにより、アモルファスシリコン膜３１ａ
上の補助加熱する領域をポリシリコン化する部位の周囲
のみに限定することが可能となるので、不必要な領域で
の熱の消費を防ぐことができるばかりでなく、アモルフ
ァスシリコン膜３１ａを形成した基板３１ｂの保持機構
の構成において熱の影響を考慮する必要がなくなり、そ
の結果簡易な機構で基板３１ｂを保持することができ
る。また、第２のレーザ光Ｅを用いて補助加熱を行う
と、アモルファスシリコン膜３１ａ自体の光吸収により
温度が上昇するため、瞬時にポリシリコン化領域の加熱
を行うことができる。
アモルファスシリコン膜３１ａを補助加熱している間
に、第１のレーザ光Ｄでアモルファスシリコン膜の溶融
再結晶化を行えば、アモルファスシリコン膜３１ａがピ
ーク温度に達した後の温度低下速度を効果的に減少させ
ることが可能となるので、粒径が大きく電子移動度の高
いポリシリコン層を形成することができる。また、この
実施例で示したように第２のレーザ光Ｅを用いてアモル
ファスシリコン膜３１ａの補助加熱を行えば、第２のレ
ーザ光Ｅのビーム形状を第１のレーザ光Ｄと同じく線状
に整形することにより、アモルファスシリコン膜３１ａ
上の補助加熱する領域をポリシリコン化する部位の周囲
のみに限定することが可能となるので、不必要な領域で
の熱の消費を防ぐことができるばかりでなく、アモルフ
ァスシリコン膜３１ａを形成した基板３１ｂの保持機構
の構成において熱の影響を考慮する必要がなくなり、そ
の結果簡易な機構で基板３１ｂを保持することができ
る。また、第２のレーザ光Ｅを用いて補助加熱を行う
と、アモルファスシリコン膜３１ａ自体の光吸収により
温度が上昇するため、瞬時にポリシリコン化領域の加熱
を行うことができる。
【００９２】尚、この実施例では、第２のレーザＥをア
モルファスシリコン自体に吸収させ補助加熱を行う方法
を示したが、第２のレーザ光Ｅの波長として、基板３１
ｂがレーザ光を吸収するような波長を選択し、第２のレ
ーザ光Ｅで基板３１ｂを補助加熱しても同様な効果が得
られることはいうまでもない。
モルファスシリコン自体に吸収させ補助加熱を行う方法
を示したが、第２のレーザ光Ｅの波長として、基板３１
ｂがレーザ光を吸収するような波長を選択し、第２のレ
ーザ光Ｅで基板３１ｂを補助加熱しても同様な効果が得
られることはいうまでもない。
【００９３】実施例８．図２３はこの発明の他の実施例
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成図
であり、図において、図１９に示す参照符号と同一の符
号は同一又は相当する構成要素を示している。この実施
例では上記した実施例７とは異なり、アモルファスシリ
コン膜３１ａの表面に対し、第１のレーザ光Ｄの照射方
向とは逆側から第２のレーザ光Ｅの照射を行っている。
第２のレーザ光Ｅの波長として、基板３１ｂがレーザ光
をある程度透過し、アモルファスシリコンがレーザ光を
吸収するような波長が選択される。
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成図
であり、図において、図１９に示す参照符号と同一の符
号は同一又は相当する構成要素を示している。この実施
例では上記した実施例７とは異なり、アモルファスシリ
コン膜３１ａの表面に対し、第１のレーザ光Ｄの照射方
向とは逆側から第２のレーザ光Ｅの照射を行っている。
第２のレーザ光Ｅの波長として、基板３１ｂがレーザ光
をある程度透過し、アモルファスシリコンがレーザ光を
吸収するような波長が選択される。
【００９４】次に動作について説明する。第１のレーザ
発振器２１より出射した第１のレーザ光Ｄは、ビーム整
形光学系であるビームホモジナイザ２７及びレンズ２８
によりアモルファスシリコン膜３１ａ上で線状集光する
よう整形され、アモルファスシリコン膜３１ａに照射さ
れる。第２のレーザ発振器３７より出射した第２のレー
ザ光Ｅも同様にビーム整形光学系３８によりアモルファ
スシリコン膜３１ａ上でのビーム形状が線状となるよう
整形され、基板３１ｂを透過した後アモルファスシリコ
ン膜３１ａに照射される。このとき、第２のレーザ光Ｅ
のアモルファスシリコン膜３１ａ上における照射位置
が、第１のレーザ光Ｄによる照射位置とほぼ同位置とな
るように、第２のレーザ光Ｅの進行方向はビーム整形光
学系３８に含まれる光学系又は図示していない反射ミラ
ーにより調整される。また、上記実施例７と同様に、図
２０に示すように、アモルファスシリコン膜３１ａ上の
第２のレーザ光Ｅのビーム照射領域６１は、幅、長さと
もに第１のレーザ光Ｄのビーム領域６０よりも大なる寸
法を有しており、また、第２のレーザ光Ｅの照射領域６
１が、第１のレーザ光Ｄの照射領域６０を覆うように、
第１及び第２のレーザ光Ｄ，Ｅの照射位置を調整してい
る。
発振器２１より出射した第１のレーザ光Ｄは、ビーム整
形光学系であるビームホモジナイザ２７及びレンズ２８
によりアモルファスシリコン膜３１ａ上で線状集光する
よう整形され、アモルファスシリコン膜３１ａに照射さ
れる。第２のレーザ発振器３７より出射した第２のレー
ザ光Ｅも同様にビーム整形光学系３８によりアモルファ
スシリコン膜３１ａ上でのビーム形状が線状となるよう
整形され、基板３１ｂを透過した後アモルファスシリコ
ン膜３１ａに照射される。このとき、第２のレーザ光Ｅ
のアモルファスシリコン膜３１ａ上における照射位置
が、第１のレーザ光Ｄによる照射位置とほぼ同位置とな
るように、第２のレーザ光Ｅの進行方向はビーム整形光
学系３８に含まれる光学系又は図示していない反射ミラ
ーにより調整される。また、上記実施例７と同様に、図
２０に示すように、アモルファスシリコン膜３１ａ上の
第２のレーザ光Ｅのビーム照射領域６１は、幅、長さと
もに第１のレーザ光Ｄのビーム領域６０よりも大なる寸
法を有しており、また、第２のレーザ光Ｅの照射領域６
１が、第１のレーザ光Ｄの照射領域６０を覆うように、
第１及び第２のレーザ光Ｄ，Ｅの照射位置を調整してい
る。
【００９５】これにより、上記実施例７と同様に、第２
のレーザ光Ｅを用いてアモルファスシリコン膜３１ａを
補助加熱している間に、第１のレーザ光Ｄでアモルファ
スシリコン膜の溶融再結晶化を行えば、アモルファスシ
リコン膜３１ａがピーク温度に達した後の温度低下速度
を効果的に減少させることが可能となるので、粒径が大
きく電子移動度の高いポリシリコン層を形成することが
できる。また、アモルファスシリコン膜３１ａ上の補助
加熱する領域をポリシリコン化する部位の周囲のみに限
定することが可能となるので、不必要な領域での熱の消
費を防ぐことができるばかりでなく、アモルファスシリ
コン膜３１ａを形成した基板３１ｂの保持機構の構成に
おいて熱の影響を考慮する必要がなくなり、その結果簡
易な機構で基板３１ｂを保持することができる。また、
第２のレーザ光Ｅを用いて補助加熱を行うと、アモルフ
ァスシリコン膜３１ａ自体の光吸収により温度が上昇す
るので、瞬時にポリシリコン化領域の加熱を行うことが
できる。
のレーザ光Ｅを用いてアモルファスシリコン膜３１ａを
補助加熱している間に、第１のレーザ光Ｄでアモルファ
スシリコン膜の溶融再結晶化を行えば、アモルファスシ
リコン膜３１ａがピーク温度に達した後の温度低下速度
を効果的に減少させることが可能となるので、粒径が大
きく電子移動度の高いポリシリコン層を形成することが
できる。また、アモルファスシリコン膜３１ａ上の補助
加熱する領域をポリシリコン化する部位の周囲のみに限
定することが可能となるので、不必要な領域での熱の消
費を防ぐことができるばかりでなく、アモルファスシリ
コン膜３１ａを形成した基板３１ｂの保持機構の構成に
おいて熱の影響を考慮する必要がなくなり、その結果簡
易な機構で基板３１ｂを保持することができる。また、
第２のレーザ光Ｅを用いて補助加熱を行うと、アモルフ
ァスシリコン膜３１ａ自体の光吸収により温度が上昇す
るので、瞬時にポリシリコン化領域の加熱を行うことが
できる。
【００９６】尚、この実施例では、第２のレーザ光Ｅを
アモルファスシリコン自体に吸収させ補助加熱を行う方
法を示したが、第２のレーザ光Ｅの波長として、基板３
１ｂがレーザ光を吸収するような波長を選択し、第２の
レーザ光Ｅで基板３１ｂを補助加熱しても同様な効果が
得られることはいうまでもない。
アモルファスシリコン自体に吸収させ補助加熱を行う方
法を示したが、第２のレーザ光Ｅの波長として、基板３
１ｂがレーザ光を吸収するような波長を選択し、第２の
レーザ光Ｅで基板３１ｂを補助加熱しても同様な効果が
得られることはいうまでもない。
【００９７】実施例９．図２４はこの発明の他の実施例
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
示すブロック図であり、図において、図２に示す参照符
号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、７０はレンズ、７１はフーリエ変換型位相ホログラ
ム（以下ホログラムと略す）、７２はレンズ７０及びホ
ログラム７１から構成されるビーム整形光学系である。
即ち、レンズ７０及びホログラム７１は、アニーリング
加工対象物３１上で長手方向に均一なレーザ強度分布を
有する線状レーザビームを得るためのビーム整形光学系
７２を構成している。
によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成を
示すブロック図であり、図において、図２に示す参照符
号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示してお
り、７０はレンズ、７１はフーリエ変換型位相ホログラ
ム（以下ホログラムと略す）、７２はレンズ７０及びホ
ログラム７１から構成されるビーム整形光学系である。
即ち、レンズ７０及びホログラム７１は、アニーリング
加工対象物３１上で長手方向に均一なレーザ強度分布を
有する線状レーザビームを得るためのビーム整形光学系
７２を構成している。
【００９８】実施例１で述べたように、一般に、線状レ
ーザビームのような均一な強度分布を作り出すビーム整
形光学系として図３及び図４に示したビームホモジナイ
ズ光学系とシリンドリカルレンズとの組み合わせが用い
られるが、例えば図３に示したようビームホモジナイザ
では、レーザビームの小さな一部分が拡大されて他の部
分と大きく重ね合わせられるために、お互いに干渉して
干渉縞ができてしまい、均一な強度分布にならないとい
う問題点がある。また、均一強度分布以外の任意の強度
分布を作り出すことも大変困難である。
ーザビームのような均一な強度分布を作り出すビーム整
形光学系として図３及び図４に示したビームホモジナイ
ズ光学系とシリンドリカルレンズとの組み合わせが用い
られるが、例えば図３に示したようビームホモジナイザ
では、レーザビームの小さな一部分が拡大されて他の部
分と大きく重ね合わせられるために、お互いに干渉して
干渉縞ができてしまい、均一な強度分布にならないとい
う問題点がある。また、均一強度分布以外の任意の強度
分布を作り出すことも大変困難である。
【００９９】さらに、エキシマレーザは、短パルスの放
電励起レーザであり、放電の不安定性や、共振器内で発
振モードが十分に形成されないので、パルスごとのビー
ムプロファイルやビームの重心が不安定になっている。
さらに、放電電極の消耗などにより長期的にもビームプ
ロファイルやビームの重心が変化する。従って、図４に
示したビームホモジナイザでは、ビームの重心がずれる
と中央から分割できなくなってしまうという問題点があ
る。また、設計どうりのビームプロファイルにならない
と、重ね合わせても均一な強度分布にならない。
電励起レーザであり、放電の不安定性や、共振器内で発
振モードが十分に形成されないので、パルスごとのビー
ムプロファイルやビームの重心が不安定になっている。
さらに、放電電極の消耗などにより長期的にもビームプ
ロファイルやビームの重心が変化する。従って、図４に
示したビームホモジナイザでは、ビームの重心がずれる
と中央から分割できなくなってしまうという問題点があ
る。また、設計どうりのビームプロファイルにならない
と、重ね合わせても均一な強度分布にならない。
【０１００】このように、従来のビームホモジナイズ光
学系は、短パルスレーザに対して安定に均一な強度分布
をつくることができず、安定な線状レーザビームを実現
するのが困難であるため、安定なアニールは難しかっ
た。
学系は、短パルスレーザに対して安定に均一な強度分布
をつくることができず、安定な線状レーザビームを実現
するのが困難であるため、安定なアニールは難しかっ
た。
【０１０１】このような問題点を解消するために、この
実施例によるレーザアニーリング装置は、ビーム整形光
学系７２を構成する重要な要素としてフーリエ変換型位
相ホログラムタイプのホログラム７１を具備している。
実施例によるレーザアニーリング装置は、ビーム整形光
学系７２を構成する重要な要素としてフーリエ変換型位
相ホログラムタイプのホログラム７１を具備している。
【０１０２】次に動作について説明する。レーザ発振器
２１から発せられたレーザ光は、レンズ７０及びホログ
ラム７１から構成されるビーム整形光学系７２を通る。
この際、レーザ光はレンズ７０によって基板３１上に照
射されるが、図２５に示す様に、レンズ７０と基板３１
との間に設けられたホログラム７１によって基板３１上
に一直線上に並んだいくつもの重なりあった照射スポッ
トを持つように空間変調される。ホログラム７１は、そ
れぞれの照射スポットを基板３１上の任意の位置に、任
意の強度で配置することができる。この実施例では、図
２６（ａ）に示すように一直線上に照射スポットが並ぶ
ようなホログラム７１を用い、図２６（ｂ）に示すよう
にそれぞれの照射スポットが重なりあうように調整す
る。これにより、基板３１上で長手方向に均一なレーザ
照射強度分布を持つ線状レーザビームを得ることがで
き、安定なレーザアニールを実行することができる。
２１から発せられたレーザ光は、レンズ７０及びホログ
ラム７１から構成されるビーム整形光学系７２を通る。
この際、レーザ光はレンズ７０によって基板３１上に照
射されるが、図２５に示す様に、レンズ７０と基板３１
との間に設けられたホログラム７１によって基板３１上
に一直線上に並んだいくつもの重なりあった照射スポッ
トを持つように空間変調される。ホログラム７１は、そ
れぞれの照射スポットを基板３１上の任意の位置に、任
意の強度で配置することができる。この実施例では、図
２６（ａ）に示すように一直線上に照射スポットが並ぶ
ようなホログラム７１を用い、図２６（ｂ）に示すよう
にそれぞれの照射スポットが重なりあうように調整す
る。これにより、基板３１上で長手方向に均一なレーザ
照射強度分布を持つ線状レーザビームを得ることがで
き、安定なレーザアニールを実行することができる。
【０１０３】図２７はこの実施例によるホログラム７１
によって生成される複数のスポットの重なりぐあいを示
す図である。均一な強度分布を得るためには、図２７に
示すように重なり合わせる照射スポットは、それぞれの
照射スポットの半値幅よりも小さな間隔で配置されて互
いに一部が重ね合わせられなければならない。隣り合う
照射スポットの中心間の距離、即ち重ね合せ間隔は狭い
ほど同一点上に重ね合わされる照射スポットの数が増す
ので、強度分布均一性は高くなる。しかしながら、レー
ザ光の空間的可干渉距離よりも狭い間隔で重ね合せる
と、干渉縞によってかえって均一性が悪くなる可能性が
あるので、重ね合せ間隔は狭ければよいというものでは
ない。
によって生成される複数のスポットの重なりぐあいを示
す図である。均一な強度分布を得るためには、図２７に
示すように重なり合わせる照射スポットは、それぞれの
照射スポットの半値幅よりも小さな間隔で配置されて互
いに一部が重ね合わせられなければならない。隣り合う
照射スポットの中心間の距離、即ち重ね合せ間隔は狭い
ほど同一点上に重ね合わされる照射スポットの数が増す
ので、強度分布均一性は高くなる。しかしながら、レー
ザ光の空間的可干渉距離よりも狭い間隔で重ね合せる
と、干渉縞によってかえって均一性が悪くなる可能性が
あるので、重ね合せ間隔は狭ければよいというものでは
ない。
【０１０４】ホログラム７１としては、設計したパター
ン、即ち一直線上に並ぶ複数の照射スポットへ回折する
光のエネルギーの割合である回折効率の高い位相ホログ
ラムを用い、光利用効率を高めている。これによって、
レーザ出力の数１０％のエネルギーが実際のアニーリン
グ加工に利用できるようになる。
ン、即ち一直線上に並ぶ複数の照射スポットへ回折する
光のエネルギーの割合である回折効率の高い位相ホログ
ラムを用い、光利用効率を高めている。これによって、
レーザ出力の数１０％のエネルギーが実際のアニーリン
グ加工に利用できるようになる。
【０１０５】次にホログラム７１によるレーザ光の空間
変調の方法について説明する。例えば、文献ジーグマン
(A.E.Siegman) 「レーザー("LASERS")」に示されるよう
に、ＡＢＣＤ光線行列で表わされる光学系を通して伝播
する光の回折像は次のように計算できる。
変調の方法について説明する。例えば、文献ジーグマン
(A.E.Siegman) 「レーザー("LASERS")」に示されるよう
に、ＡＢＣＤ光線行列で表わされる光学系を通して伝播
する光の回折像は次のように計算できる。
【０１０６】
【数１】
【０１０７】この入力像ｕ（ｘ1 ）に空間周波数ａで位
相が変化する変調板を重ね合せると、回折像は次のよう
になる。
相が変化する変調板を重ね合せると、回折像は次のよう
になる。
【０１０８】
【数２】
【０１０９】右辺のｇ（ｘ2 −Ｂλａ）は変調板を挿入
していないときの回折像であるｇ（ｘ2 ）をＢλａだけ
移動させたものである。右辺のその他の項は位相だけを
変化させる項である。入力像ｕ（ｘ1 ）空間周波数ａを
持った変調板を重ね合せるとＢλａずれた位置に像が現
われ、空間周波数ａ１と空間周波数ａ２の成分が等しい
強度で重なりあった変調板を重ね合せると、Ｂλａ1 及
びＢλａ2 ずれた位置に２つの像が現われる。これよ
り、いくつかの空間周波数成分を重ね合せてできた位相
分布を持つ変調板としての位相ホログラムを光学系に挿
入すると、それぞれの空間周波数に相当する位置にいく
つかの像を作ることができる。像と像との距離を互いに
インコヒーレントになる程度に離せば、像の位相は任意
の値でも干渉しないので、図２５に示したようにレンズ
７０による集光光学系にこのようなホログラム７１を挿
入することにより、基板３１上に一直線上に並んだ複数
の照射スポットを形成し、それらの照射スポットを互い
に重なりあうように配置することにより、アニールに適
した任意の照射強度分布を作り出すことができる。
していないときの回折像であるｇ（ｘ2 ）をＢλａだけ
移動させたものである。右辺のその他の項は位相だけを
変化させる項である。入力像ｕ（ｘ1 ）空間周波数ａを
持った変調板を重ね合せるとＢλａずれた位置に像が現
われ、空間周波数ａ１と空間周波数ａ２の成分が等しい
強度で重なりあった変調板を重ね合せると、Ｂλａ1 及
びＢλａ2 ずれた位置に２つの像が現われる。これよ
り、いくつかの空間周波数成分を重ね合せてできた位相
分布を持つ変調板としての位相ホログラムを光学系に挿
入すると、それぞれの空間周波数に相当する位置にいく
つかの像を作ることができる。像と像との距離を互いに
インコヒーレントになる程度に離せば、像の位相は任意
の値でも干渉しないので、図２５に示したようにレンズ
７０による集光光学系にこのようなホログラム７１を挿
入することにより、基板３１上に一直線上に並んだ複数
の照射スポットを形成し、それらの照射スポットを互い
に重なりあうように配置することにより、アニールに適
した任意の照射強度分布を作り出すことができる。
【０１１０】ホログラム７１の位相分布パターンは各照
射スポット即ち転写パターンそれぞれの位置に相当する
空間周波数を重ね合せて決定される。ホログラム７１の
位相分布パターンは計算機で計算することによって決定
することもできる。ホログラム７１は滑らかな位相分布
をいくつかの段階に量子化して製作することもできる。
この実施例では、ホログラム７１は様々な空間周波数を
任意の初期位相で重ねあわせるものとしている。このよ
うなホログラム７１では、位相を量子化する場合でも、
重ね合わせる初期位相をパラメータとして量子化誤差が
最小になるように最適化でき、高回折効率、低ノイズの
ホログラム７１をパターニングできる。
射スポット即ち転写パターンそれぞれの位置に相当する
空間周波数を重ね合せて決定される。ホログラム７１の
位相分布パターンは計算機で計算することによって決定
することもできる。ホログラム７１は滑らかな位相分布
をいくつかの段階に量子化して製作することもできる。
この実施例では、ホログラム７１は様々な空間周波数を
任意の初期位相で重ねあわせるものとしている。このよ
うなホログラム７１では、位相を量子化する場合でも、
重ね合わせる初期位相をパラメータとして量子化誤差が
最小になるように最適化でき、高回折効率、低ノイズの
ホログラム７１をパターニングできる。
【０１１１】図２８はこの実施例による位相ホログラム
形式のホログラム７１のパターニング方法を説明するた
めの図であり、図２８（ａ）は、複数のセルに分割され
たホログラム７１の一部における、位相を０度と１８０
度の２段階に量子化して計算機によって算出された位相
分布パターンを拡大して示しており、７４は位相０度
部、７５は位相１８０度部である。また、図２８（ｂ）
は、ホログラム７１の位相分布パターン全体を示してい
る。このように、ホログラム全体を多数のセルに分割
し、それぞれのセルにおいて２段階に量子化して重ね合
わせる初期位相をパラメータとして量子化誤差が最小に
なるように最適化して位相を決めていく方法でパターニ
ングしている。レーザ用のホログラムを製作する場合、
使用できる材料が限られている。しかしながら、この実
施例のように位相を量子化して計算機でパターンを決定
すれば、限られた材料であっても実際の製作は比較的容
易である。
形式のホログラム７１のパターニング方法を説明するた
めの図であり、図２８（ａ）は、複数のセルに分割され
たホログラム７１の一部における、位相を０度と１８０
度の２段階に量子化して計算機によって算出された位相
分布パターンを拡大して示しており、７４は位相０度
部、７５は位相１８０度部である。また、図２８（ｂ）
は、ホログラム７１の位相分布パターン全体を示してい
る。このように、ホログラム全体を多数のセルに分割
し、それぞれのセルにおいて２段階に量子化して重ね合
わせる初期位相をパラメータとして量子化誤差が最小に
なるように最適化して位相を決めていく方法でパターニ
ングしている。レーザ用のホログラムを製作する場合、
使用できる材料が限られている。しかしながら、この実
施例のように位相を量子化して計算機でパターンを決定
すれば、限られた材料であっても実際の製作は比較的容
易である。
【０１１２】図２９はホログラム７１の製作方法を説明
するための図であり、７１１は位相シフト膜、７１２は
位相シフト部、７１３は屈折率変化部、７１４は位相シ
フト膜７１１，位相シフト部７１２，又は屈折率変化部
７１３が形成された合成石英等の基板である。図２９
（ａ）は基板７１４に位相シフト膜７１１をつけて位相
分布を作る方法を示しており、このような位相ホログラ
ムは位相シフト膜７１１の膜厚によって位相シフト量が
決まるが膜圧の制御は比較的容易であるので、位相誤差
は小さい。図２９（ｂ）は合成石英等の基板７１４をエ
ッチングし、エッチング溝により位相シフト部７１２を
形成し位相分布を作る方法を示しており、図２９（ａ）
に示したような耐光強度が比較的低い位相シフト膜と基
板と間の界面がないので、ホログラムの耐光強度を向上
させることができる。図２９（ｃ）は合成石英等の基板
７１４に屈折率変化部７１３を作ることによって位相シ
フト部を形成し位相分布を作る方法を示しており、この
方法でもやはり界面がなくなるので、ホログラムの耐光
強度を向上させることができる。
するための図であり、７１１は位相シフト膜、７１２は
位相シフト部、７１３は屈折率変化部、７１４は位相シ
フト膜７１１，位相シフト部７１２，又は屈折率変化部
７１３が形成された合成石英等の基板である。図２９
（ａ）は基板７１４に位相シフト膜７１１をつけて位相
分布を作る方法を示しており、このような位相ホログラ
ムは位相シフト膜７１１の膜厚によって位相シフト量が
決まるが膜圧の制御は比較的容易であるので、位相誤差
は小さい。図２９（ｂ）は合成石英等の基板７１４をエ
ッチングし、エッチング溝により位相シフト部７１２を
形成し位相分布を作る方法を示しており、図２９（ａ）
に示したような耐光強度が比較的低い位相シフト膜と基
板と間の界面がないので、ホログラムの耐光強度を向上
させることができる。図２９（ｃ）は合成石英等の基板
７１４に屈折率変化部７１３を作ることによって位相シ
フト部を形成し位相分布を作る方法を示しており、この
方法でもやはり界面がなくなるので、ホログラムの耐光
強度を向上させることができる。
【０１１３】以上示したように、この実施例によるレー
ザアニーリング装置によれば、ホログラムを用いた光学
系により、ビームホモジナイザ光学系の欠点を克服する
ことができ、アニーリング加工対象物をアニールに適し
たレーザ照射強度分布でレーザ照射することができるの
で、安定で均一なレーザアニールを実行できる。
ザアニーリング装置によれば、ホログラムを用いた光学
系により、ビームホモジナイザ光学系の欠点を克服する
ことができ、アニーリング加工対象物をアニールに適し
たレーザ照射強度分布でレーザ照射することができるの
で、安定で均一なレーザアニールを実行できる。
【０１１４】実施例１０．図３０はこの発明の他の実施
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置による
アニーリング加工対称物上での照射スポットを示す図で
ある。この実施例によるレーザアニーリング装置の構成
は、基本的には図２４に示した実施例９によるものと同
一である。
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置による
アニーリング加工対称物上での照射スポットを示す図で
ある。この実施例によるレーザアニーリング装置の構成
は、基本的には図２４に示した実施例９によるものと同
一である。
【０１１５】上記実施例９によるホログラムによって、
線状レーザビームの長手方向は均一な強度分布が得られ
るが、幅方向の強度分布は単一の照射スポットの強度分
布がそのまま反映されるので、レーザアニールにおいて
許容される強度を持つ領域は狭い範囲に限られる。この
ようなレーザビームでアニールを行う場合、薄膜トラン
ジスタ形成部１列をこの許容範囲内に収めるためには、
精度の高いアライメントを行うことが必要になることが
ある。そこで、この実施例によるホログラムは、図３０
（ａ）に示すように、平行な２本の直線上にそれぞれ複
数の照射スポットを作るように構成されている。
線状レーザビームの長手方向は均一な強度分布が得られ
るが、幅方向の強度分布は単一の照射スポットの強度分
布がそのまま反映されるので、レーザアニールにおいて
許容される強度を持つ領域は狭い範囲に限られる。この
ようなレーザビームでアニールを行う場合、薄膜トラン
ジスタ形成部１列をこの許容範囲内に収めるためには、
精度の高いアライメントを行うことが必要になることが
ある。そこで、この実施例によるホログラムは、図３０
（ａ）に示すように、平行な２本の直線上にそれぞれ複
数の照射スポットを作るように構成されている。
【０１１６】次に動作について説明する。図３０（ａ）
に示すような照射スポットを生成するホログラムを用い
て、図３０（ｂ）に示すようにそれぞれの照射スボット
が長手方向に重なりあって線状のビームを形成するとと
もに、２本の線状レーザビームも互いに１つの照射スポ
ットの強度分布の半値幅程度の重ね合せ距離で重なり合
うように調整する。これによって、図３１（ａ）に示す
実施例９等によって形成されるアニーリング加工対称物
上における１つの線状レーザビームの幅方向の強度分布
と比べると、図３１（ｂ）に示すように前記重ね合わせ
距離で２本の線状レーザビームが重なり合い、幅方向に
ついても均一強度分布を持つ範囲が広がっている。これ
により、照射位置のアライメント精度を緩和することが
でき、安定なアニールが可能になる。さらに、多くの平
行な線状レーザビームを重ねることにより幅方向の均一
強度領域を広げることができ、さらに照射位置のアライ
メント精度を緩和できる。
に示すような照射スポットを生成するホログラムを用い
て、図３０（ｂ）に示すようにそれぞれの照射スボット
が長手方向に重なりあって線状のビームを形成するとと
もに、２本の線状レーザビームも互いに１つの照射スポ
ットの強度分布の半値幅程度の重ね合せ距離で重なり合
うように調整する。これによって、図３１（ａ）に示す
実施例９等によって形成されるアニーリング加工対称物
上における１つの線状レーザビームの幅方向の強度分布
と比べると、図３１（ｂ）に示すように前記重ね合わせ
距離で２本の線状レーザビームが重なり合い、幅方向に
ついても均一強度分布を持つ範囲が広がっている。これ
により、照射位置のアライメント精度を緩和することが
でき、安定なアニールが可能になる。さらに、多くの平
行な線状レーザビームを重ねることにより幅方向の均一
強度領域を広げることができ、さらに照射位置のアライ
メント精度を緩和できる。
【０１１７】実施例１１．図３２はこの発明の他の実施
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図２４に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ている。この実施例によるレーザアニーリング装置の構
成は、基本的に図２４に示した実施例９によるものと同
一である。
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図２４に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ている。この実施例によるレーザアニーリング装置の構
成は、基本的に図２４に示した実施例９によるものと同
一である。
【０１１８】実施例９ではホログラム７１はレンズ７０
の後方に配置されていたのに対して、この実施例では、
ホログラム７１はレンズ７０の前側の焦点位置に配置さ
れている。
の後方に配置されていたのに対して、この実施例では、
ホログラム７１はレンズ７０の前側の焦点位置に配置さ
れている。
【０１１９】次に動作について説明する。図３２に示し
たこの実施例によるホログラム７１及びレンズ７０の配
置においては、ホログラム７１で分割されたレーザビー
ムそれぞれの主光線がレンズ７０によって元の光軸と平
行になる。このため、基板３１に入射する全てのレーザ
ビームの主光線を基板３１に垂直に入射させることがで
きる。基板３１に対して光の入射角度が異なると、基板
３１の光反射率や光吸収率が変化してしまい、たとえ照
射強度分布が均一であっても、基板３１に吸収される光
エネルギーが均一でなくなり、アニールが不均一になる
ことがある。これに対して、図３２に示すような配置を
とることにより、基板３１に入射するレーザビームの主
光線がすべて同じ角度で入射するため、光入射角の影響
がなくなり均一で安定なアニールが可能になる。
たこの実施例によるホログラム７１及びレンズ７０の配
置においては、ホログラム７１で分割されたレーザビー
ムそれぞれの主光線がレンズ７０によって元の光軸と平
行になる。このため、基板３１に入射する全てのレーザ
ビームの主光線を基板３１に垂直に入射させることがで
きる。基板３１に対して光の入射角度が異なると、基板
３１の光反射率や光吸収率が変化してしまい、たとえ照
射強度分布が均一であっても、基板３１に吸収される光
エネルギーが均一でなくなり、アニールが不均一になる
ことがある。これに対して、図３２に示すような配置を
とることにより、基板３１に入射するレーザビームの主
光線がすべて同じ角度で入射するため、光入射角の影響
がなくなり均一で安定なアニールが可能になる。
【０１２０】実施例１２．図３３はこの発明の他の実施
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図２４に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８０は少なくとも線状のビーム形状の長手方向
と垂直方向にレーザビームのビーム幅を拡大するための
凹面のシリンドリカルレンズである。図３３（ａ）はこ
の実施例によるレーザアニーリング装置の平面図を示し
ており、図３３（ｂ）はその側面図を示している。
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図２４に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８０は少なくとも線状のビーム形状の長手方向
と垂直方向にレーザビームのビーム幅を拡大するための
凹面のシリンドリカルレンズである。図３３（ａ）はこ
の実施例によるレーザアニーリング装置の平面図を示し
ており、図３３（ｂ）はその側面図を示している。
【０１２１】上記実施例９から１１においては、レーザ
発振器から出射されたレーザ光は、そのまま線状のビー
ム形状に整形されていたため、レーザ発振器からのビー
ム発散角が大きい場合には、トランジスタ形成部の列間
隔より小さい幅に集光できず、トランジスタ形成部の列
間隔を小さくして高精細の液晶ディスプレイを製作する
ことができないという問題点がある。
発振器から出射されたレーザ光は、そのまま線状のビー
ム形状に整形されていたため、レーザ発振器からのビー
ム発散角が大きい場合には、トランジスタ形成部の列間
隔より小さい幅に集光できず、トランジスタ形成部の列
間隔を小さくして高精細の液晶ディスプレイを製作する
ことができないという問題点がある。
【０１２２】この実施例は、このような問題点を解消す
るためになされたもので、そのために凹面のシリンドリ
カルレンズ８０を具備している。
るためになされたもので、そのために凹面のシリンドリ
カルレンズ８０を具備している。
【０１２３】次に動作について説明する。レーザ発振器
２１から出射されたレーザ光は、凹面のシリンドリカル
レンズ８０、凸レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され
線状レーザビームに整形されて、アニーリング加工対象
物である基板３１上のトランジスタ形成部に照射される
が、この途中でレーザ光は凹面のシリンドリカルレンズ
８０により線状レーザビームの長手方向と垂直方向に拡
げられる。
２１から出射されたレーザ光は、凹面のシリンドリカル
レンズ８０、凸レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され
線状レーザビームに整形されて、アニーリング加工対象
物である基板３１上のトランジスタ形成部に照射される
が、この途中でレーザ光は凹面のシリンドリカルレンズ
８０により線状レーザビームの長手方向と垂直方向に拡
げられる。
【０１２４】一般に、焦点距離ｆの凸レンズを用いて光
を集光した場合、最小の集光幅ω0は、 ω0 ＝ｆ・（α・λ／Ｄ） で表される。
を集光した場合、最小の集光幅ω0は、 ω0 ＝ｆ・（α・λ／Ｄ） で表される。
【０１２５】ここで、λはレーザ光の波長、Ｄはレーザ
光が凸レンズに入射するときのビームの幅、αはレーザ
ビームのプロファイルやレーザ発振器２１が出射される
レーザ光の発散角で決まる定数である。
光が凸レンズに入射するときのビームの幅、αはレーザ
ビームのプロファイルやレーザ発振器２１が出射される
レーザ光の発散角で決まる定数である。
【０１２６】従って、集光幅ω0 を小さくするには、凸
レンズの焦点距離ｆ、若しくはレーザ光の波長λを小さ
くする必要がある。又は、凸レンズに入射するときのレ
ーザビームの幅Ｄを大きくする必要がある。
レンズの焦点距離ｆ、若しくはレーザ光の波長λを小さ
くする必要がある。又は、凸レンズに入射するときのレ
ーザビームの幅Ｄを大きくする必要がある。
【０１２７】しかしながら、焦点距離ｆを小さくする
と、凸レンズの収差が大きくなり、むしろ集光幅が大き
くなる。加えて、凸レンズ７０と基板３１との間隔が近
づくことになるため、基板３１からの飛散物が凸レンズ
７０に付着するなどの弊害がある。また、レーザ光の波
長を小さくするとレンズ材料の選定が困難となり、レー
ザ発振器２１の安定性が悪くなる。
と、凸レンズの収差が大きくなり、むしろ集光幅が大き
くなる。加えて、凸レンズ７０と基板３１との間隔が近
づくことになるため、基板３１からの飛散物が凸レンズ
７０に付着するなどの弊害がある。また、レーザ光の波
長を小さくするとレンズ材料の選定が困難となり、レー
ザ発振器２１の安定性が悪くなる。
【０１２８】凹面のシリンドリカルレンズ８０に入射す
るビーム幅ｄのレーザ光を凹面のシリンドリカルレンズ
８０によって、凸レンズ７０に入射するときにはビーム
幅を拡大してＤとすることにより、レーザ発振器のビー
ム発散角で決まるαが大きくても、ω0 の値を小さく抑
えることができる。即ち、ビーム発散角の大きなレーザ
発振器２１でも集光幅を小さくできる。また、同一のα
を持つレーザビームを用いる場合は、最小の集光幅ω0
をｄ／Ｄに縮小することができ、この分だけ微細なトラ
ンジスタ形成部の列幅を小さくすることができる。
るビーム幅ｄのレーザ光を凹面のシリンドリカルレンズ
８０によって、凸レンズ７０に入射するときにはビーム
幅を拡大してＤとすることにより、レーザ発振器のビー
ム発散角で決まるαが大きくても、ω0 の値を小さく抑
えることができる。即ち、ビーム発散角の大きなレーザ
発振器２１でも集光幅を小さくできる。また、同一のα
を持つレーザビームを用いる場合は、最小の集光幅ω0
をｄ／Ｄに縮小することができ、この分だけ微細なトラ
ンジスタ形成部の列幅を小さくすることができる。
【０１２９】なお、この実施例では、凸レンズ７０に入
射するビーム幅を大きくするために、凹面のシリンドリ
カルレンズ８０を使用したが、重ね合わせピッチが十分
小さい場合、線状レーザビームの長手方向と平行方向に
ビーム幅を拡大して集光幅が小さくなっても均一な線状
レーザビームが得られるときは、凹面のシリンドリカル
レンズの代わりに通常の凹面レンズを用いても良い。
射するビーム幅を大きくするために、凹面のシリンドリ
カルレンズ８０を使用したが、重ね合わせピッチが十分
小さい場合、線状レーザビームの長手方向と平行方向に
ビーム幅を拡大して集光幅が小さくなっても均一な線状
レーザビームが得られるときは、凹面のシリンドリカル
レンズの代わりに通常の凹面レンズを用いても良い。
【０１３０】実施例１３．図３４はこの発明の他の実施
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８１は反射ミラー、８２は少なくとも線状のビ
ーム形状の長手方向と垂直方向にビーム幅を拡大するた
めの凸面のシリンドリカルミラーである。図３４（ａ）
はこの実施例によるレーザアニーリング装置の平面図を
示しており、図３４（ｂ）はその側面図を示している。
この実施例では、上記実施例１２の凹面のシリンドリカ
ルレンズの代わりに凸面のシリンドリカルミラー８２を
用いる。
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８１は反射ミラー、８２は少なくとも線状のビ
ーム形状の長手方向と垂直方向にビーム幅を拡大するた
めの凸面のシリンドリカルミラーである。図３４（ａ）
はこの実施例によるレーザアニーリング装置の平面図を
示しており、図３４（ｂ）はその側面図を示している。
この実施例では、上記実施例１２の凹面のシリンドリカ
ルレンズの代わりに凸面のシリンドリカルミラー８２を
用いる。
【０１３１】次に動作について説明する。上記したよう
に、入射するレーザ光のビーム幅を大きくすることによ
り、ビーム発散角の大きなレーザ発振器２１でも集光幅
を小さくでき、且つ同一の発散角を持つレーザビームを
用いる場合は、最小の集光幅を縮小することができ、こ
の分だけ微細なトランジスタ形成部の列幅を小さくでき
る。レーザ発振器２１から出射されたレーザ光は、反射
ミラー８１で反射された後、凸面のシリンドリカルミラ
ー８２、レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され、線状
レーザビームに整形されて、アニーリング加工対象物で
ある基板３１上のトランジスタ形成部に照射されるが、
この途中でレーザ光は凸面のシリンドリカルミラー８２
により線状レーザビームの長手方向と垂直方向に拡げら
れる。これにより、実施例１２と同様に、凹面のシリン
ドリカルミラー８２に入射するビーム幅ｄのレーザ光を
凹面のシリンドリカルミラー８２によって、凸レンズ７
０に入射するときにはビーム幅を拡大してＤとすること
により、ビーム発散角で決まるαが大きくても、ω0 の
値を小さく抑えることができる。即ち、ビーム発散角の
大きなレーザ発振器２１でも集光幅を小さくできる。ま
た、同一のαを持つレーザビームを用いる場合は、最小
の集光幅ω0 をｄ／Ｄに縮小することができ、この分だ
け微細なトランジスタ形成部の列幅を小さくすることが
できる。
に、入射するレーザ光のビーム幅を大きくすることによ
り、ビーム発散角の大きなレーザ発振器２１でも集光幅
を小さくでき、且つ同一の発散角を持つレーザビームを
用いる場合は、最小の集光幅を縮小することができ、こ
の分だけ微細なトランジスタ形成部の列幅を小さくでき
る。レーザ発振器２１から出射されたレーザ光は、反射
ミラー８１で反射された後、凸面のシリンドリカルミラ
ー８２、レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され、線状
レーザビームに整形されて、アニーリング加工対象物で
ある基板３１上のトランジスタ形成部に照射されるが、
この途中でレーザ光は凸面のシリンドリカルミラー８２
により線状レーザビームの長手方向と垂直方向に拡げら
れる。これにより、実施例１２と同様に、凹面のシリン
ドリカルミラー８２に入射するビーム幅ｄのレーザ光を
凹面のシリンドリカルミラー８２によって、凸レンズ７
０に入射するときにはビーム幅を拡大してＤとすること
により、ビーム発散角で決まるαが大きくても、ω0 の
値を小さく抑えることができる。即ち、ビーム発散角の
大きなレーザ発振器２１でも集光幅を小さくできる。ま
た、同一のαを持つレーザビームを用いる場合は、最小
の集光幅ω0 をｄ／Ｄに縮小することができ、この分だ
け微細なトランジスタ形成部の列幅を小さくすることが
できる。
【０１３２】実施例１４．図３５はこの発明の他の実施
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８３は少なくとも線状のビーム形状の長手方向
と垂直方向にビーム幅を拡大するための凹面のシリンド
リカルレンズ及び凸面のシリンドリカルレンズ、又は凸
面のシリンドリカルミラー及び凹面のシリンドリカルミ
ラーから成るビームエキスパンダーである。図３５
（ａ）はこの実施例によるレーザアニーリング装置の平
面図を示しており、図３５（ｂ）はその側面図を示して
いる。この実施例では、実施例１２の凹面のシリンドリ
カルレンズの代わりに線状のビーム形状の長手方向と垂
直方向にビーム幅を拡大するための凹面のシリンドリカ
ルレンズ及び凸面のシリンドリカルレンズから成るビー
ムエキスパンダー８３を用いる。
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８３は少なくとも線状のビーム形状の長手方向
と垂直方向にビーム幅を拡大するための凹面のシリンド
リカルレンズ及び凸面のシリンドリカルレンズ、又は凸
面のシリンドリカルミラー及び凹面のシリンドリカルミ
ラーから成るビームエキスパンダーである。図３５
（ａ）はこの実施例によるレーザアニーリング装置の平
面図を示しており、図３５（ｂ）はその側面図を示して
いる。この実施例では、実施例１２の凹面のシリンドリ
カルレンズの代わりに線状のビーム形状の長手方向と垂
直方向にビーム幅を拡大するための凹面のシリンドリカ
ルレンズ及び凸面のシリンドリカルレンズから成るビー
ムエキスパンダー８３を用いる。
【０１３３】次に動作について説明する。レーザ発振器
２１から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダー
８３、レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され、線状レ
ーザビームに整形されて、アニーリング加工対象物であ
る基板３１上のトランジスタ形成部に照射されるが、こ
の途中でレーザ光はビームエキスパンダー８３により線
状レーザビームの長手方向と垂直方向に拡げられ、実施
例１２と同様に、ビームエキスパンダー８３に入射する
ビーム幅ｄのレーザ光をビームエキスパンダー８３によ
って、凸レンズ７０に入射するときにはビーム幅を拡大
してＤとすることにより、ビーム発散角で決まるαが大
きくても、ω0 の値を小さく抑える抑えることができ
る。即ち、ビーム発散角の大きなレーザ発振器２１でも
集光幅を小さくできる。また、同一のαを持つレーザビ
ームを用いる場合は、最小の集光幅ω0 をｄ／Ｄに縮小
することができ、この分だけ微細なトランジスタ形成部
の列幅を小さくすることができる。また、この実施例で
は、レーザ光がレンズ７０に入射する際、ビーム幅の広
い平行ビームとなっているので、実施例１２の凹面のシ
リンドリカルレンズを用いた場合のように、凹面のシリ
ンドリカルレンズ８０とレンズ７０との距離により入射
ビーム幅が変化することなく、安定した集光幅でトラン
ジスタ形成部に照射することができる。
２１から出射されたレーザ光は、ビームエキスパンダー
８３、レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され、線状レ
ーザビームに整形されて、アニーリング加工対象物であ
る基板３１上のトランジスタ形成部に照射されるが、こ
の途中でレーザ光はビームエキスパンダー８３により線
状レーザビームの長手方向と垂直方向に拡げられ、実施
例１２と同様に、ビームエキスパンダー８３に入射する
ビーム幅ｄのレーザ光をビームエキスパンダー８３によ
って、凸レンズ７０に入射するときにはビーム幅を拡大
してＤとすることにより、ビーム発散角で決まるαが大
きくても、ω0 の値を小さく抑える抑えることができ
る。即ち、ビーム発散角の大きなレーザ発振器２１でも
集光幅を小さくできる。また、同一のαを持つレーザビ
ームを用いる場合は、最小の集光幅ω0 をｄ／Ｄに縮小
することができ、この分だけ微細なトランジスタ形成部
の列幅を小さくすることができる。また、この実施例で
は、レーザ光がレンズ７０に入射する際、ビーム幅の広
い平行ビームとなっているので、実施例１２の凹面のシ
リンドリカルレンズを用いた場合のように、凹面のシリ
ンドリカルレンズ８０とレンズ７０との距離により入射
ビーム幅が変化することなく、安定した集光幅でトラン
ジスタ形成部に照射することができる。
【０１３４】実施例１５．図３６はこの発明の他の実施
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８４は少なくとも線状のビーム形状の長手方向
と垂直方向に不安定型共振器を組むためのミラー対であ
る。図３６（ａ）はこの実施例によるレーザアニーリン
グ装置の平面図を示しており、図３６（ｂ）はその側面
図を示している。
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８４は少なくとも線状のビーム形状の長手方向
と垂直方向に不安定型共振器を組むためのミラー対であ
る。図３６（ａ）はこの実施例によるレーザアニーリン
グ装置の平面図を示しており、図３６（ｂ）はその側面
図を示している。
【０１３５】上記した実施例９等においては、レーザ発
振器からのビーム発散角が大きい場合には、レーザ発振
器から出射されたレーザ光を線状のビーム形状に整形し
てもトランジスタ形成部の列間隔より小さい幅に集光で
きず、またトランジスタ形成部の列間隔を小さくして高
精細の液晶ディスプレイを製作することができないとい
う問題点がある。この実施例によるレーザアニーリング
装置は、かかる問題点を解消するために線状のビーム形
状の長手方向と垂直方向のビーム発散角を低減する不安
定型共振器８４を備えている。
振器からのビーム発散角が大きい場合には、レーザ発振
器から出射されたレーザ光を線状のビーム形状に整形し
てもトランジスタ形成部の列間隔より小さい幅に集光で
きず、またトランジスタ形成部の列間隔を小さくして高
精細の液晶ディスプレイを製作することができないとい
う問題点がある。この実施例によるレーザアニーリング
装置は、かかる問題点を解消するために線状のビーム形
状の長手方向と垂直方向のビーム発散角を低減する不安
定型共振器８４を備えている。
【０１３６】次に動作について説明する。不安定型共振
器８４を具備したレーザ発振器２１から出射されたレー
ザ光は、レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され、線状
レーザビームに整形されて、アニーリング加工対象物で
ある基板３１上のトランジスタ形成部に照射される。
器８４を具備したレーザ発振器２１から出射されたレー
ザ光は、レンズ７０、ホログラム７１と伝搬され、線状
レーザビームに整形されて、アニーリング加工対象物で
ある基板３１上のトランジスタ形成部に照射される。
【０１３７】既に述べたように、一般に、焦点距離ｆの
凸レンズを用いて光を集光した場合、最小の集光幅ω0
は、 ω0 ＝ｆ・（α・λ／Ｄ） で表される。
凸レンズを用いて光を集光した場合、最小の集光幅ω0
は、 ω0 ＝ｆ・（α・λ／Ｄ） で表される。
【０１３８】ここで、λはレーザ光の波長、Ｄはレーザ
光が凸レンズに入射するときのビームの幅、αはレーザ
ビームのプロファイルやレーザ発振器２１から出射され
るレーザ光の発散角で決まる定数である。
光が凸レンズに入射するときのビームの幅、αはレーザ
ビームのプロファイルやレーザ発振器２１から出射され
るレーザ光の発散角で決まる定数である。
【０１３９】集光幅ω0 を小さくするには、凸レンズの
焦点距離ｆ、レーザ光の波長λを小さくするか、若しく
は凸レンズに入射するときのレーザビームの幅Ｄを大き
くするか、又は、焦点距離ｆ、レーザ光の波長λ、凸レ
ンズに入射するときのレーザビームの幅Ｄが変わらない
とすれば、ビーム発散角を小さくする必要がある。
焦点距離ｆ、レーザ光の波長λを小さくするか、若しく
は凸レンズに入射するときのレーザビームの幅Ｄを大き
くするか、又は、焦点距離ｆ、レーザ光の波長λ、凸レ
ンズに入射するときのレーザビームの幅Ｄが変わらない
とすれば、ビーム発散角を小さくする必要がある。
【０１４０】実施例９等によるレーザアニーリング装置
では、線状レーザビームの集光幅をできるだけ小さくす
るため、通常のレーザ発振器では発散角が小さいとされ
る、電極方向と垂直な方向のビームを線状レーザビーム
の幅方向となるように構成することが多い。しかしなが
ら、安定型共振器を用いた場合にはこの方向の発散角の
小ささにも限界があるため、集光幅を十分小さくできな
い。
では、線状レーザビームの集光幅をできるだけ小さくす
るため、通常のレーザ発振器では発散角が小さいとされ
る、電極方向と垂直な方向のビームを線状レーザビーム
の幅方向となるように構成することが多い。しかしなが
ら、安定型共振器を用いた場合にはこの方向の発散角の
小ささにも限界があるため、集光幅を十分小さくできな
い。
【０１４１】この実施例によるレーザアニーリング装置
は、電極方向と垂直な方向においてレーザビームのビー
ム発散角を抑えるような不安定型共振器８４を備え、且
つ線状のビーム形状の長手方向と垂直方向を電極方向と
垂直方向となるようにしている。これによって、不安定
型共振器８４から出射されるビームの発散角は、安定型
共振器から出射されるビームの発散角に比べ十分小さい
ため、集光幅がその分小さくなり、微細なトランジスタ
形成部の列幅を小さくできる。
は、電極方向と垂直な方向においてレーザビームのビー
ム発散角を抑えるような不安定型共振器８４を備え、且
つ線状のビーム形状の長手方向と垂直方向を電極方向と
垂直方向となるようにしている。これによって、不安定
型共振器８４から出射されるビームの発散角は、安定型
共振器から出射されるビームの発散角に比べ十分小さい
ため、集光幅がその分小さくなり、微細なトランジスタ
形成部の列幅を小さくできる。
【０１４２】実施例１６．図３７はこの発明の他の実施
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８５はレーザ光軸に対して軸対称に不安定型共
振器を組むためのミラー対である。図３７（ａ）はこの
実施例によるレーザアニーリング装置の平面図を示して
おり、図３７（ｂ）はその側面図を示している。
例によるレーザアニーリング方法を実現する装置の構成
を示すブロック図であり、図において、図３３に示す参
照符号と同一の符号は同一又は相当する構成要素を示し
ており、８５はレーザ光軸に対して軸対称に不安定型共
振器を組むためのミラー対である。図３７（ａ）はこの
実施例によるレーザアニーリング装置の平面図を示して
おり、図３７（ｂ）はその側面図を示している。
【０１４３】上記実施例１５では、電極方向と垂直な方
向のレーザビームのビーム発散角を減少させるために不
安定型共振器を構成したが、この実施例によるレーザア
ニーリング装置は、軸対称な不安定型共振器８５を具備
している。
向のレーザビームのビーム発散角を減少させるために不
安定型共振器を構成したが、この実施例によるレーザア
ニーリング装置は、軸対称な不安定型共振器８５を具備
している。
【０１４４】次に動作について説明する。軸対称な不安
定型共振器８５が組み込まれたレーザ発振器２１から出
射されたレーザ光は、レンズ７０、ホログラム７１と伝
搬され、線状レーザビームに整形されて、アニーリング
加工対象物である基板３１上のトランジスタ形成部に照
射される。重ね合わせピッチが十分小さい場合は、線状
レーザビームの長手方向と平行方向に対するビーム発散
角を小さくしても均一な線状レーザビームが得られると
きは、このような両者の方向に不安定共振器となる軸対
称の不安定型共振器８５を用いることにより、微細なト
ランジスタ形成部の列幅を小さくできる。
定型共振器８５が組み込まれたレーザ発振器２１から出
射されたレーザ光は、レンズ７０、ホログラム７１と伝
搬され、線状レーザビームに整形されて、アニーリング
加工対象物である基板３１上のトランジスタ形成部に照
射される。重ね合わせピッチが十分小さい場合は、線状
レーザビームの長手方向と平行方向に対するビーム発散
角を小さくしても均一な線状レーザビームが得られると
きは、このような両者の方向に不安定共振器となる軸対
称の不安定型共振器８５を用いることにより、微細なト
ランジスタ形成部の列幅を小さくできる。
【０１４５】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、レーザ発振器から放射されたレーザビームのビーム
断面形状を整形して、ビーム断面形状が長方形状であっ
てその長手方向においてアモルファスシリコン膜上の被
ポリシリコン化部の縦方向及び横方向のいずれか一方の
長さよりも長い長さを有する線状レーザビームを生成す
る線状ビーム生成ステップと、線状レーザビームを該レ
ーザビームの幅方向に被ポリシリコン化部上を相対的に
移動させて照射し、被ポリシリコン化部の全域を照射す
る照射ステップとを含むように構成したので、レーザビ
ームの重ね合わせ部に見られるような結晶の不均一性
や、連続発振のレーザビームを掃引することによる再結
晶化部の波紋状の不均一性がなく、照射部長手方向全域
にわたって均一なポリシリコン結晶を得ることができる
効果がある。
ば、レーザ発振器から放射されたレーザビームのビーム
断面形状を整形して、ビーム断面形状が長方形状であっ
てその長手方向においてアモルファスシリコン膜上の被
ポリシリコン化部の縦方向及び横方向のいずれか一方の
長さよりも長い長さを有する線状レーザビームを生成す
る線状ビーム生成ステップと、線状レーザビームを該レ
ーザビームの幅方向に被ポリシリコン化部上を相対的に
移動させて照射し、被ポリシリコン化部の全域を照射す
る照射ステップとを含むように構成したので、レーザビ
ームの重ね合わせ部に見られるような結晶の不均一性
や、連続発振のレーザビームを掃引することによる再結
晶化部の波紋状の不均一性がなく、照射部長手方向全域
にわたって均一なポリシリコン結晶を得ることができる
効果がある。
【０１４６】請求項２の発明によれば、レーザ発振器か
ら放射されたレーザビームのビーム断面形状を整形し
て、ビーム断面形状が長方形状であってその長手方向に
おいてポリシリコン化により基板上に形成される薄膜ト
ランジスタ形成部の１列分よりも長い長さを有し、幅方
向において薄膜トランジスタ形成部の幅より広く、且つ
薄膜トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅を有する
線状レーザビームを生成する線状ビーム生成ステップ
と、線状レーザビームを用いて薄膜トランジスタ形成部
の一列分を一括照射する照射ステップとを含むように構
成したので、レーザビームの重ね合わせ部に見られるよ
うな結晶の不均一性や、連続発振のレーザビームを掃引
することによる再結晶化部の波紋状の不均一性がなく、
薄膜トランジスタ形成部長手方向全域にわたって均一な
ポリシリコン結晶が得ることができる効果がある。
ら放射されたレーザビームのビーム断面形状を整形し
て、ビーム断面形状が長方形状であってその長手方向に
おいてポリシリコン化により基板上に形成される薄膜ト
ランジスタ形成部の１列分よりも長い長さを有し、幅方
向において薄膜トランジスタ形成部の幅より広く、且つ
薄膜トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅を有する
線状レーザビームを生成する線状ビーム生成ステップ
と、線状レーザビームを用いて薄膜トランジスタ形成部
の一列分を一括照射する照射ステップとを含むように構
成したので、レーザビームの重ね合わせ部に見られるよ
うな結晶の不均一性や、連続発振のレーザビームを掃引
することによる再結晶化部の波紋状の不均一性がなく、
薄膜トランジスタ形成部長手方向全域にわたって均一な
ポリシリコン結晶が得ることができる効果がある。
【０１４７】請求項３の発明によれば、線状ビーム生成
ステップにおいて、長手方向において基板上に形成され
る薄膜トランジスタ形成部の１列分よりも長い長さを有
し、幅方向において薄膜トランジスタ形成部の幅より広
く、且つ薄膜トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅
を有する線状レーザビームを複数生成し、照射ステップ
において、複数の線状レーザビームを使用して薄膜トラ
ンジスタ形成部の複数列分を一括照射するように構成し
たので、レーザビームの重ね合わせ部に見られるような
結晶の不均一性や、連続発振のレーザビームを走査する
ことによる再結晶化部の波紋状の不均一性がなく、照射
部長手方向全域にわたって均一なポリシリコン結晶が得
られる上に加工速度を向上することができる効果があ
る。
ステップにおいて、長手方向において基板上に形成され
る薄膜トランジスタ形成部の１列分よりも長い長さを有
し、幅方向において薄膜トランジスタ形成部の幅より広
く、且つ薄膜トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅
を有する線状レーザビームを複数生成し、照射ステップ
において、複数の線状レーザビームを使用して薄膜トラ
ンジスタ形成部の複数列分を一括照射するように構成し
たので、レーザビームの重ね合わせ部に見られるような
結晶の不均一性や、連続発振のレーザビームを走査する
ことによる再結晶化部の波紋状の不均一性がなく、照射
部長手方向全域にわたって均一なポリシリコン結晶が得
られる上に加工速度を向上することができる効果があ
る。
【０１４８】請求項４の発明によれば、基板上に照射さ
れる線状レーザビームのパルス幅が５０ｎｓ以上である
ように構成したので、アモルファスシリコン膜を線状レ
ーザビームにて十分加熱することにより溶融後結晶化が
進む部分の時間を長くすることができ、粒塊が大きく電
子移動度の高い良質のポリシリコン結晶を得ることがで
きる効果がある。
れる線状レーザビームのパルス幅が５０ｎｓ以上である
ように構成したので、アモルファスシリコン膜を線状レ
ーザビームにて十分加熱することにより溶融後結晶化が
進む部分の時間を長くすることができ、粒塊が大きく電
子移動度の高い良質のポリシリコン結晶を得ることがで
きる効果がある。
【０１４９】請求項５の発明によれば、５０ｎｓ以上の
パルス幅のレーザビームを生成するために、レーザ発振
器から放射されたレーザビームを複数のレーザビームに
分割し、該複数のレーザビームのうちの少なくとも１つ
のレーザビームを他のレーザビームに対して遅延させ、
複数のレーザビームを重畳して基板上に照射する光学的
遅延ステップをさらに含むように構成したので、アモル
ファスシリコン膜を線状レーザビームにて十分加熱する
ことにより溶融後結晶化が進む部分の時間を長くするこ
とができ、粒塊が大きく電子移動度の高い良質のポリシ
リコン結晶を得ることができる効果がある。
パルス幅のレーザビームを生成するために、レーザ発振
器から放射されたレーザビームを複数のレーザビームに
分割し、該複数のレーザビームのうちの少なくとも１つ
のレーザビームを他のレーザビームに対して遅延させ、
複数のレーザビームを重畳して基板上に照射する光学的
遅延ステップをさらに含むように構成したので、アモル
ファスシリコン膜を線状レーザビームにて十分加熱する
ことにより溶融後結晶化が進む部分の時間を長くするこ
とができ、粒塊が大きく電子移動度の高い良質のポリシ
リコン結晶を得ることができる効果がある。
【０１５０】請求項６の発明によれば、レーザ発振器
が、レーザ媒質としてのレーザガス中において相対して
設けられた第１及び第２の主電極と、第１及び第２の主
電極に並列に接続されたスパイカコンデンサと、第１及
び第２の主電極にスイッチング素子を介して並列に接続
されたサステイナコンデンサと、スパイカコンデンサを
充電するスパイカ充電用電源と、サステイナコンデンサ
を充電するサステイナ充電用電源とを具備するように構
成したので、アモルファスシリコン膜を線状レーザビー
ムにて十分加熱することにより溶融後結晶化が進む部分
の時間を長くすることができ、粒塊が大きく電子移動度
の高い良質のポリシリコン結晶を得ることができる効果
がある。
が、レーザ媒質としてのレーザガス中において相対して
設けられた第１及び第２の主電極と、第１及び第２の主
電極に並列に接続されたスパイカコンデンサと、第１及
び第２の主電極にスイッチング素子を介して並列に接続
されたサステイナコンデンサと、スパイカコンデンサを
充電するスパイカ充電用電源と、サステイナコンデンサ
を充電するサステイナ充電用電源とを具備するように構
成したので、アモルファスシリコン膜を線状レーザビー
ムにて十分加熱することにより溶融後結晶化が進む部分
の時間を長くすることができ、粒塊が大きく電子移動度
の高い良質のポリシリコン結晶を得ることができる効果
がある。
【０１５１】請求項７の発明によれば、アニール用のレ
ーザ発振器とは別に設けられた他のレーザ発振器を使用
して、アモルファスシリコン膜又は基板を補助加熱する
補助加熱ステップをさらに含んでおり、補助加熱用の他
のレーザ発振器から放射されたレーザビームは、長手方
向においてアニール用レーザビームの長さより大きな長
さを有し、且つ幅方向においてアニール用レーザビーム
の幅より大きな幅を有しており、更に、アニール用レー
ザビームパルスの時間幅よりも長いパルス状のレーザビ
ームか又は定常発振のレーザビームであり、補助加熱ス
テップにおいて同一の被ポリシリコン化部に対しアニー
ル用及び補助加熱用レーザビームを同時に一括照射し、
且つ補助加熱用レーザビームの照射中にアニール用レー
ザビームの照射が完了するように構成したので、補助加
熱する領域をポリシリコン化する部位の周囲のみに限定
することができ、不必要な領域での熱の消費を防ぐこと
ができる効果がある。また、アモルファスシリコン膜を
形成した基板の保持機構の構成において熱の影響を考慮
する必要がないので、簡易な機構で基板を保持すること
ができる効果がある。さらに、補助加熱によりアモルフ
ァスシリコン膜又は基板自体の光吸収により温度が上昇
するので、瞬時にポリシリコン化領域の加熱を行うこと
ができる効果がある。また、補助加熱用レーザビームの
照射領域が、アニール用レーザビームの照射領域を覆う
ようビーム形状、照射位置を設定しているため、アニー
ル用レーザビームの照射位置と補助加熱用レーザビーム
の照射位置とのズレをある程度許容することができる効
果がある。
ーザ発振器とは別に設けられた他のレーザ発振器を使用
して、アモルファスシリコン膜又は基板を補助加熱する
補助加熱ステップをさらに含んでおり、補助加熱用の他
のレーザ発振器から放射されたレーザビームは、長手方
向においてアニール用レーザビームの長さより大きな長
さを有し、且つ幅方向においてアニール用レーザビーム
の幅より大きな幅を有しており、更に、アニール用レー
ザビームパルスの時間幅よりも長いパルス状のレーザビ
ームか又は定常発振のレーザビームであり、補助加熱ス
テップにおいて同一の被ポリシリコン化部に対しアニー
ル用及び補助加熱用レーザビームを同時に一括照射し、
且つ補助加熱用レーザビームの照射中にアニール用レー
ザビームの照射が完了するように構成したので、補助加
熱する領域をポリシリコン化する部位の周囲のみに限定
することができ、不必要な領域での熱の消費を防ぐこと
ができる効果がある。また、アモルファスシリコン膜を
形成した基板の保持機構の構成において熱の影響を考慮
する必要がないので、簡易な機構で基板を保持すること
ができる効果がある。さらに、補助加熱によりアモルフ
ァスシリコン膜又は基板自体の光吸収により温度が上昇
するので、瞬時にポリシリコン化領域の加熱を行うこと
ができる効果がある。また、補助加熱用レーザビームの
照射領域が、アニール用レーザビームの照射領域を覆う
ようビーム形状、照射位置を設定しているため、アニー
ル用レーザビームの照射位置と補助加熱用レーザビーム
の照射位置とのズレをある程度許容することができる効
果がある。
【０１５２】請求項８の発明によれば、線状ビーム生成
ステップにおいて、レーザ発振器から放射されたレーザ
ビームを線状に整形すべく、遠視野で複数の点を少なく
とも１つの直線上に任意の位相で結像するフーリエ変換
型位相ホログラムを用いるように構成したので、長手方
向に均一な光強度分布を有する線状レーザビームを生成
し、安定で均一なアニールを行うことができる効果があ
る。
ステップにおいて、レーザ発振器から放射されたレーザ
ビームを線状に整形すべく、遠視野で複数の点を少なく
とも１つの直線上に任意の位相で結像するフーリエ変換
型位相ホログラムを用いるように構成したので、長手方
向に均一な光強度分布を有する線状レーザビームを生成
し、安定で均一なアニールを行うことができる効果があ
る。
【０１５３】請求項９の発明によれば、遠視野で複数の
点を互いに平行な複数の直線上にそれぞれ任意の位相で
結像する位相ホログラムを用いるように構成したので、
より均一な光強度分布を有する線状レーザビームを生成
し、安定で均一なアニールを行うことができる効果があ
る。
点を互いに平行な複数の直線上にそれぞれ任意の位相で
結像する位相ホログラムを用いるように構成したので、
より均一な光強度分布を有する線状レーザビームを生成
し、安定で均一なアニールを行うことができる効果があ
る。
【０１５４】請求項１０の発明によれば、フーリエ変換
型位相ホログラムによって結像される複数の点に相当す
る複数のビームがアモルファスシリコン膜に対して実質
的に垂直に入射すべくフーリエ変換型位相ホログラムの
後方にレンズの前側の焦点位置にフーリエ変換型位相ホ
ログラムが配置されるように構成したので、安定で均一
なアニールを行うことができる効果がある。
型位相ホログラムによって結像される複数の点に相当す
る複数のビームがアモルファスシリコン膜に対して実質
的に垂直に入射すべくフーリエ変換型位相ホログラムの
後方にレンズの前側の焦点位置にフーリエ変換型位相ホ
ログラムが配置されるように構成したので、安定で均一
なアニールを行うことができる効果がある。
【０１５５】請求項１１の発明によれば、線状ビーム生
成ステップにおいて線状レーザビームを生成する前に、
少なくとも線状のレーザビームの幅方向に相当するレー
ザビームの一断面方向にビーム幅を拡大するステップを
さらに含むように構成したので、線状レーザビームの幅
を細くするのに伴いトランジスタ形成部の列間隔を小さ
くできるので、高精細の液晶ディスプレイを製作できる
効果がある。
成ステップにおいて線状レーザビームを生成する前に、
少なくとも線状のレーザビームの幅方向に相当するレー
ザビームの一断面方向にビーム幅を拡大するステップを
さらに含むように構成したので、線状レーザビームの幅
を細くするのに伴いトランジスタ形成部の列間隔を小さ
くできるので、高精細の液晶ディスプレイを製作できる
効果がある。
【０１５６】請求項１２の発明によれば、レーザ発振器
が、少なくとも線状レーザビームの幅方向に相当するレ
ーザビームの一断面方向に関するビーム発散角を低減す
るための不安定型共振器を具備するように構成したの
で、線状レーザビームの幅を細くするのに伴いトランジ
スタ形成部の列間隔を小さくできるので、高精細の液晶
ディスプレイを製作できる効果がある。
が、少なくとも線状レーザビームの幅方向に相当するレ
ーザビームの一断面方向に関するビーム発散角を低減す
るための不安定型共振器を具備するように構成したの
で、線状レーザビームの幅を細くするのに伴いトランジ
スタ形成部の列間隔を小さくできるので、高精細の液晶
ディスプレイを製作できる効果がある。
【図１】 この発明の一実施例によるレーザアニーリン
グ方法を説明するためのアニーリング加工対象物である
アモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図及び
線状レーザビームの長手方向の強度分布を示す図であ
る。
グ方法を説明するためのアニーリング加工対象物である
アモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図及び
線状レーザビームの長手方向の強度分布を示す図であ
る。
【図２】 図２はこの発明の一実施例によるレーザアニ
ーリング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成
を示すブロック図である。
ーリング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成
を示すブロック図である。
【図３】 図２に示したレーザアニーリング装置に使用
されるビームホモジナイザの一例の構成を示す構成図で
ある。
されるビームホモジナイザの一例の構成を示す構成図で
ある。
【図４】 図２に示したレーザアニーリング装置に使用
されるビームホモジナイザの他の例の構成を示す構成図
である。
されるビームホモジナイザの他の例の構成を示す構成図
である。
【図５】 図２に示したレーザアニーリング装置により
結晶化されたポリシリコン層を示す平面図である。
結晶化されたポリシリコン層を示す平面図である。
【図６】 この発明の他の実施例によるレーザアニーリ
ング方法を説明するためのアニーリング加工対象物であ
るアモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図で
ある。
ング方法を説明するためのアニーリング加工対象物であ
るアモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図で
ある。
【図７】 この発明の他の実施例によるレーザアニーリ
ング方法を説明するためのアニーリング加工対象物であ
るアモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図で
ある。
ング方法を説明するためのアニーリング加工対象物であ
るアモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図で
ある。
【図８】 この発明の他の実施例によるレーザアニーリ
ング方法を説明するためのアニーリング加工対象物であ
るアモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図で
ある。
ング方法を説明するためのアニーリング加工対象物であ
るアモルファスシリコン膜が形成された基板の平面図で
ある。
【図９】 この発明の他の実施例によるレーザアニーリ
ング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を示
すブロック図である。
ング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を示
すブロック図である。
【図１０】 図９に示したレーザアニーリング装置に用
いられたエキシマレーザの発振波形を示す図である。
いられたエキシマレーザの発振波形を示す図である。
【図１１】 図９に示したレーザアニーリング装置を用
いた場合の加工対象物表面の温度変化を示す図である。
いた場合の加工対象物表面の温度変化を示す図である。
【図１２】 レーザアニーリング装置のレーザ発振器の
レーザパルス幅と製作されるポリシリコン結晶の電子移
動度との関係を示すグラフ図である。
レーザパルス幅と製作されるポリシリコン結晶の電子移
動度との関係を示すグラフ図である。
【図１３】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
【図１４】 図１３に示したレーザアニーリング装置に
用いられたエキシマレーザの発振波形を示す図である。
用いられたエキシマレーザの発振波形を示す図である。
【図１５】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
【図１６】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
【図１７】 図１６に示したレーザアニーリング装置に
使用されるスパイカ・サステイナ方式エキシマレーザの
励起回路構成を示す回路図である。
使用されるスパイカ・サステイナ方式エキシマレーザの
励起回路構成を示す回路図である。
【図１８】 図１６に示したレーザアニーリング装置に
使用されたスパイカ・サステイナ方式エキシマレーザの
発振波形を示す図である。
使用されたスパイカ・サステイナ方式エキシマレーザの
発振波形を示す図である。
【図１９】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
【図２０】 図１９に示した実施例に係るレーザアニー
リング方法の第１のレーザ光と第２のレーザ光のアモル
ファスシリコン膜上の照射領域を示す図である。
リング方法の第１のレーザ光と第２のレーザ光のアモル
ファスシリコン膜上の照射領域を示す図である。
【図２１】 図１９に示した実施例に係るレーザアニー
リング方法の第１のレーザ光と第２のレーザ光の光強度
の時間変化を示す図である。
リング方法の第１のレーザ光と第２のレーザ光の光強度
の時間変化を示す図である。
【図２２】 図１９に示した実施例に係るレーザアニー
リング方法、及び従来のレーザアニーリング方法におけ
るレーザアニール時のアモルファスシリコン表面の温度
変化を示す図である。
リング方法、及び従来のレーザアニーリング方法におけ
るレーザアニール時のアモルファスシリコン表面の温度
変化を示す図である。
【図２３】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
【図２４】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示すブロック図である。
【図２５】 図２４に示したレーザアニーリング装置に
おけるビーム整形光学系の構成を示すブロック図であ
る。
おけるビーム整形光学系の構成を示すブロック図であ
る。
【図２６】 図２４に示したレーザアニーリング装置の
ビーム整形光学系により生成される複数の照射スポット
を示す図である。
ビーム整形光学系により生成される複数の照射スポット
を示す図である。
【図２７】 図２４に示したレーザアニーリング装置の
ビーム整形光学系により生成される複数の照射スポット
の強度分布を示す図である。
ビーム整形光学系により生成される複数の照射スポット
の強度分布を示す図である。
【図２８】 図２４に示したレーザアニーリング装置の
ビーム整形光学系に使用される位相ホログラムのパター
ニングを示す図である。
ビーム整形光学系に使用される位相ホログラムのパター
ニングを示す図である。
【図２９】 図２４に示したレーザアニーリング装置の
ビーム整形光学系に使用される位相ホログラムの製作方
法を示す図である。
ビーム整形光学系に使用される位相ホログラムの製作方
法を示す図である。
【図３０】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置に使用さ
れるビーム整形光学系により生成される複数の照射スポ
ットを示す図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置に使用さ
れるビーム整形光学系により生成される複数の照射スポ
ットを示す図である。
【図３１】 図３０に示したレーザアニーリング装置の
ビーム整形光学系により生成される線状ビームの幅方向
の複数の照射スポットの強度分布を示す図である。
ビーム整形光学系により生成される線状ビームの幅方向
の複数の照射スポットの強度分布を示す図である。
【図３２】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置に使用さ
れるビーム整形光学系の構成を示す構成図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置に使用さ
れるビーム整形光学系の構成を示す構成図である。
【図３３】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
【図３４】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
【図３５】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
【図３６】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
【図３７】 この発明の他の実施例によるレーザアニー
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
リング方法を実現するレーザアニーリング装置の構成を
示す平面図及び側面図である。
【図３８】 従来のレーザアニーリング方法を説明する
ためのアニーリング加工対象物であるアモルファスシリ
コン膜が形成された基板の平面図である。
ためのアニーリング加工対象物であるアモルファスシリ
コン膜が形成された基板の平面図である。
【図３９】 従来のレーザアニーリング方法を用いた場
合の照射結果を示す結晶化されたポリシリコン層の平面
図である。
合の照射結果を示す結晶化されたポリシリコン層の平面
図である。
【図４０】 従来のレーザアニーリング装置の構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図４１】 従来のレーザアニーリング装置に用いられ
たエキシマレーザの発振波形を示す図である。
たエキシマレーザの発振波形を示す図である。
２１，３７ レーザ発振器、２８，７０ レンズ、３１
基板（又はアニーリング加工対象物）、３１ａ アモ
ルファスシリコン膜、３１ｂ 基板、４１ 第一の主電
極、４２ 第二の主電極、４４ スパイカコンデンサ、
４５ スパイカ充電用電源、４６ サステイナコンデン
サ、４７ サステイナ充電用電源、５１磁気飽和スイッ
チ（スイッチング素子）、７１ ホログラム（フーリエ
変換型位相ホログラム）、８４，８５ 不安定型共振
器。
基板（又はアニーリング加工対象物）、３１ａ アモ
ルファスシリコン膜、３１ｂ 基板、４１ 第一の主電
極、４２ 第二の主電極、４４ スパイカコンデンサ、
４５ スパイカ充電用電源、４６ サステイナコンデン
サ、４７ サステイナ充電用電源、５１磁気飽和スイッ
チ（スイッチング素子）、７１ ホログラム（フーリエ
変換型位相ホログラム）、８４，８５ 不安定型共振
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 満夫 尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 春田 健雄 尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 八木 重典 尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三菱電機 株式会社中央研究所内 (72)発明者 後藤 令幸 尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者 吉田 和夫 尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三菱電機 株式会社生産技術センター内
Claims (12)
- 【請求項１】 基板上に形成されたアモルファスシリコ
ン膜をレーザ照射によりポリシリコン化するレーザアニ
ーリング方法において、レーザ発振器から放射されたレ
ーザビームのビーム断面形状を整形して、ビーム断面形
状が長方形状であり、且つその長手方向において前記ア
モルファスシリコン膜上の被ポリシリコン化部の縦方向
及び横方向のいずれか一方の長さよりも長い長さを有す
る線状レーザビームを生成する線状ビーム生成ステップ
と、前記線状レーザビームを該レーザビームの幅方向に
前記被ポリシリコン化部上を相対的に移動させて照射
し、前記被ポリシリコン化部の全域を照射する照射ステ
ップとを含むことを特徴とするレーザアニーリング方
法。 - 【請求項２】 基板上に形成されたアモルファスシリコ
ン膜をレーザ照射によりポリシリコン化するレーザアニ
ーリング方法において、レーザ発振器から放射されたレ
ーザビームのビーム断面形状を整形して、ビーム断面形
状が長方形状であり、且つその長手方向においてポリシ
リコン化により前記基板上に形成される薄膜トランジス
タ形成部の１列分よりも長い長さを有し、幅方向におい
て前記薄膜トランジスタ形成部の幅より広く、且つ薄膜
トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅を有する線状
レーザビームを生成する線状ビーム生成ステップと、前
記線状レーザビームを用いて薄膜トランジスタ形成部の
一列分を一括照射する照射ステップとを含むことを特徴
とする請求項１に記載のレーザアニーリング方法。 - 【請求項３】 前記線状ビーム生成ステップにおいて、
長手方向において前記基板上に形成される薄膜トランジ
スタ形成部の１列分よりも長い長さを有し、幅方向にお
いて前記薄膜トランジスタ形成部の幅より広く、且つ薄
膜トランジスタ形成部の列間隔より小さい幅を有する線
状レーザビームを複数生成し、前記照射ステップにおい
て、前記複数の線状レーザビームを使用して薄膜トラン
ジスタ形成部の複数列分を一括照射することを特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載のレーザアニーリング方
法。 - 【請求項４】 前記基板上に照射される前記線状レーザ
ビームのパルス幅が５０ｎｓ以上であることを特徴とす
る請求項２に記載のレーザアニーリング方法。 - 【請求項５】 ５０ｎｓ以上のパルス幅のレーザビーム
を生成するために、前記レーザ発振器から放射されたレ
ーザビームを複数のレーザビームに分割し、該複数のレ
ーザビームのうちの少なくとも１つのレーザビームを他
のレーザビームに対して遅延させ、前記複数のレーザビ
ームを重畳して前記基板上に照射する光学的遅延ステッ
プをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載のレー
ザアニーリング方法。 - 【請求項６】 前記レーザ発振器が、レーザ媒質として
のレーザガス中において相対して設けられた第１及び第
２の主電極と、前記第１及び第２の主電極に並列に接続
されたスパイカコンデンサと、前記第１及び第２の主電
極にスイッチング素子を介して並列に接続されたサステ
イナコンデンサと、前記スパイカコンデンサを充電する
スパイカ充電用電源と、前記サステイナコンデンサを充
電するサステイナ充電用電源とを具備することを特徴と
する請求項４に記載のレーザアニーリング方法。 - 【請求項７】 アモルファスシリコン膜をポリシリコン
化するアニール用の前記レーザ発振器とは別に設けられ
た他のレーザ発振器を使用して、前記アモルファスシリ
コン膜又は前記基板を補助加熱する補助加熱ステップを
さらに含んでおり、補助加熱用の前記他のレーザ発振器
から放射されたレーザビームは、長手方向においてアニ
ール用レーザビームの長さより大きな長さを有し、且つ
幅方向においてアニール用レーザビームの幅より大きな
幅を有しており、更に、アニール用レーザビームパルス
の時間幅よりも長いパルス状のレーザビームか又は定常
発振のレーザビームであり、前記補助加熱ステップにお
いて同一の被ポリシリコン化部に対しアニール用及び補
助加熱用レーザビームを同時に一括照射し、且つ補助加
熱用のレーザビームの照射中にアニール用レーザビーム
の照射が完了することを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載のレーザアニーリング方法。 - 【請求項８】 前記線状ビーム生成ステップにおいて、
前記レーザ発振器から放射されたレーザビームを線状に
整形すべく、遠視野で複数の点を少なくとも１つの直線
上に任意の位相で結像するフーリエ変換型位相ホログラ
ムを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載のレーザアニーリング方法。 - 【請求項９】 前記フーリエ変換型位相ホログラムは、
遠視野で複数の点を互いに平行な複数の直線上にそれぞ
れ任意の位相で結像する位相ホログラムであることを特
徴とする請求項８に記載のレーザアニーリング方法。 - 【請求項１０】 前記フーリエ変換型位相ホログラムに
よって結像される複数の点に相当する複数のレーザビー
ムが前記アモルファスシリコン膜に対して実質的に垂直
に入射すべく前記フーリエ変換型位相ホログラムの後方
にレンズが設けられており、前記フーリエ変換型位相ホ
ログラムが前記レンズの前側の焦点位置に配置されたこ
とを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のレーザア
ニーリング方法。 - 【請求項１１】 前記線状ビーム生成ステップにおいて
線状レーザビームを生成する前に、少なくとも線状のレ
ーザビームの幅方向に相当するレーザビームの一断面方
向にビーム幅を拡大するステップをさらに含むことを特
徴とする請求項８から請求項１０のうちのいずれか一項
に記載のレーザアニーリング方法。 - 【請求項１２】 前記レーザ発振器が、少なくとも線状
レーザビームの幅方向に相当するレーザビームの一断面
方向に関するビーム発散角を低減するための不安定型共
振器を具備することを特徴とする請求項８から請求項１
０のうちのいずれか一項に記載のレーザアニーリング方
法。
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