WO2021039310A1 - レーザアニール装置およびレーザアニール方法 - Google Patents

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WO2021039310A1
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optical head
laser annealing
laser beam
amorphous silicon
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純一 小杉
映保 楊
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株式会社ブイ・テクノロジー
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    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film

Definitions

  • the present invention relates to a laser annealing device and a laser annealing method.
  • Thin displays such as liquid crystal displays (LCD: Liquid Crystal Display) and organic EL displays (OLED: Organic Electroluminescence Display) are becoming larger and higher in definition.
  • LCD Liquid Crystal Display
  • OLED Organic Electroluminescence Display
  • the FPD includes a TFT substrate on which a thin film transistor (TFT) is formed.
  • TFT substrate is a substrate on which fine TFTs for active driving are formed in each of the pixels arranged in a matrix. For example, in the case of a display driven at 120 Hz at a resolution of full HD (1920 ⁇ 1080 dots), 1000 More than 10,000 pixels are formed.
  • Amorphous silicon (a-Si: amorphous Silicon), polycrystalline silicon (p-Si: polysilicon Silicon), etc. are used as the material of the semiconductor layer constituting the TFT.
  • Amorphous silicon has low mobility, which is an index of electron mobility, and cannot meet the high mobility required for FPDs, which are becoming more dense and high-definition. Therefore, as the TFT in the FPD, it is preferable to form a semiconductor layer made of polycrystalline silicon having a higher mobility than amorphous silicon.
  • a line beam-shaped laser having a wavelength of about 532 nm and a green continuous oscillation (CW) laser beam is used as a method for forming polycrystalline silicon or pseudo-single crystal silicon in which lateral (lateral) crystals have been grown.
  • CW green continuous oscillation
  • There is a method of scanning with a beam so as to straddle a plurality of rows of amorphous silicon films processed into a ribbon shape or an island shape see, for example, Patent Document 1).
  • the area of the amorphous silicon film heated by laser annealing is reduced by limiting the forming region of the amorphous silicon film to the forming region of the TFT. This has been attempted to prevent heat from being applied from the amorphous silicon film to the glass substrate, causing the temperature of the glass substrate to rise and causing cracks, and preventing impurities from diffusing into the material film. There is.
  • the conventional laser annealing method using the above-mentioned CW laser has the following problems.
  • this laser annealing method even if the amorphous silicon film is left in the minimum region, a metal wiring pattern such as a gate line or a glass substrate is formed below the amorphous silicon film constituting the TFT (lower layer). Exists. Further, since the laser beam is continuously oscillated, there is a problem that heat is accumulated on the glass substrate and the metal wiring pattern such as a gate line or the glass substrate is overheated and damaged.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and is a region in which a TFT is formed without thermally damaging a substrate, a wiring layer, or the like, which is arranged below the amorphous silicon film.
  • An object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus and a laser annealing method for efficiently crystallizing only an amorphous silicon film.
  • a plurality of gate lines parallel to each other are formed on the substrate, and the plurality of gates are formed on the upper layer of the plurality of gate lines.
  • a laser annealing device that irradiates a continuously oscillating laser beam on an amorphous silicon film formed so as to cover the entire line to modify the planned modification region of the amorphous silicon film into a crystallized film.
  • a plurality of light sources that emit continuously oscillating laser light and each of the laser light emitted from the plurality of light sources are processed so as to form a convergent laser beam, and each of the lasers is processed.
  • the optical head includes an optical head that allows the beam to be sequentially and correspondingly projected within the planned modification region located above the gate line, and the optical head has a spot portion that is most convergent in each of the laser beams.
  • the laser beam is relatively scanned in the planned modification region while being located inside the amorphous silicon film in the planned modification region.
  • the region to be modified is a channel semiconductor layer of a thin film transistor.
  • the laser beam emitted from the optical head is projected onto the surface of the amorphous silicon film so as to be aligned at a constant pitch along a predetermined straight line.
  • the optical head can rotate and move so that the pitch of the plurality of laser beams is equal to the pitch of the gate line.
  • the light amount sensor for detecting the light amount of each of the plurality of laser beams is provided, and the output of the light source that emits the laser beam is output based on the light amount of the laser beam detected by the light amount sensor. It is preferably adjustable.
  • the light amount sensor is arranged behind the optical head.
  • the optical head includes a beam splitter that reflects the laser beam laterally, and the light amount sensor is arranged on the side of the optical head.
  • the optical head includes a scan mirror that reflects the laser beam sideways, and the light amount sensor is arranged on the side of the optical head.
  • each of the laser beams emitted from the plurality of light sources is guided to each optical fiber of the fiber array provided in the optical head.
  • the optical head includes the fiber array and the imaging optical system, the fiber array can be moved along the optical axis direction by an actuator, and the imaging optical system is telecentric. It is preferably composed of an optical system.
  • a plurality of gate lines parallel to each other are formed on the substrate, and the plurality of gate lines are formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entire gate lines.
  • This is a laser annealing method in which a crystalline silicon film is irradiated with continuously oscillating laser light to modify the area to be modified of the amorphous silicon film into a crystallized film, which is continuous from each of a plurality of light sources.
  • the oscillated laser light is emitted, and each of the laser light emitted from the plurality of light sources is processed by an optical head so as to be a convergent laser beam, and each laser beam is formed on the gate line.
  • the spots that are sequentially and correspondingly projected into the planned modification region located above and that converge most in each of the laser beams are located inside the amorphous silicon film of the planned modification region.
  • the optical head is moved so that the laser beam is relatively scanned in the planned modification region.
  • the amorphous silicon in the region to be modified is not thermally damaged, such as the substrate and the gate line, which are arranged below the amorphous silicon film. It has the effect of efficiently crystallizing only the film.
  • FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a method of manufacturing a TFT array using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan explanatory view showing a method of manufacturing a TFT array using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4-1 is a plan explanatory view showing a laser annealing method using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view showing a method of manufacturing a TFT array using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan explanatory view showing a method of manufacturing
  • FIG. 4-2 is a plan explanatory view showing a method of manufacturing a TFT array showing a state in which the optical head is rotated to change the beam pitch in the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view showing a main part of the laser annealing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram of an imaging optical system in the laser annealing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the laser annealing device 1 includes a light source unit 2, an optical head 3, a substrate transfer means (not shown) for transporting the substrate 10, and a displacement meter (not shown). Is equipped with.
  • the light source unit 2 includes a plurality of semiconductor laser LDs (LD1 to LDn) as a light source for oscillating continuously oscillating laser light (CW laser light).
  • the continuously oscillating laser light (CW laser light) is a concept including so-called pseudo continuous oscillation that continuously irradiates the target region with the laser light.
  • the laser beam is a pulse laser
  • the pulse interval is shorter than the cooling time of the silicon thin film (amorphous silicon film) after heating (irradiate with the next pulse before solidifying).
  • the laser light source various lasers such as a semiconductor laser, a solid-state laser, a liquid laser, and a gas laser can be used.
  • the semiconductor lasers LD100 to LDn are provided as the spare R of the semiconductor laser LD.
  • the light source unit 2 includes the above-mentioned plurality of semiconductor laser LDs, a drive circuit 20, and a plurality of coupling lenses 21.
  • the drive circuit 20 is connected to each of the plurality of semiconductor laser LDs and drives each of the semiconductor laser LDs.
  • the coupling lens 21 is connected to the emission side of each semiconductor laser LD.
  • One end of an optical fiber 22 as a waveguide is connected to each coupling lens 21.
  • a multimode fiber is applied as the optical fiber 22.
  • the optical head 3 includes a fiber array 31 and an imaging optical system 32.
  • the other end of the optical fiber 22 is connected to the fiber array 31.
  • the exit ends of the optical fibers 22 connected to the fiber array 31 are arranged in a line along one straight line on the exit side end surface of the fiber array 31.
  • the imaging optical system 32 includes at least a first lens 33 on the incident side and a second lens 34 on the exit side. As shown in FIG. 2, the imaging optical system 32 receives the laser light emitted from the fiber array 31. As shown in FIG. 1, the optical head 3 is processed so as to form a laser beam LBcw in which the laser beam is directed to the downstream side (rear side) and converges at the spot portion F. In the present embodiment, as shown in FIG. 4-1 on the exit side of the optical head 3, the laser beam LBcw is emitted from a position arranged at a pitch P1 along a straight line. This pitch P1 is set to be the same as the pitch of the gate line 12 described later. In this embodiment, the direction in which the laser beams LBcw are lined up is set to be perpendicular to the extending direction of the gate line 12, which will be described later.
  • a displacement meter (not shown) for correcting the positional deviation between the optical head 3 and the substrate 10 is provided on the side of the optical head 3. It has an autofocus function that can automatically adjust the focus of the laser beam LBcw emitted from the optical head 3 based on the data of the amount of misalignment between the optical head 3 and the substrate 10 detected by the displacement meter.
  • a displacement meter is used as a means of autofocus, but the present invention is not limited to this, and various known techniques can be used.
  • the laser beam LBcw has the characteristics of a top hat shape, and the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis is square.
  • the cross-sectional shape of the laser beam LBcw may be rectangular, hexagonal, or the like.
  • the cross-sectional shape of the core of the optical fiber 22 may be set to a square, a rectangle, a hexagon, or the like.
  • the substrate transporting means (not shown) includes a mechanism for transporting the substrate 10 to be subjected to the laser annealing treatment in the scanning direction at an arbitrary speed. Therefore, the laser beam LBcw is scanned relative to the substrate 10 by transporting the substrate 10 side with the position of the optical head 3 fixed.
  • the substrate 10 as the laser-annealed substrate has the glass substrate 11 as the main body.
  • a plurality of gate lines 12 and other metal wiring patterns formed of copper (Cu), a silicon nitride film (Si3N4) 13, a silicon oxide film (SiO2) 14, and a laser annealing treatment are performed.
  • Amorphous silicon film 15a or the like as a film is sequentially laminated.
  • the plurality of gate lines 12 are arranged so as to be parallel to each other. As described above, the pitch between the gate lines 12 is set to the pitch P1.
  • the gate line 12 includes a portion serving as a gate electrode of the TFT formed for each pixel region (not shown).
  • the thickness dimension of the gate line 12 is 200 to 700 nm
  • the thickness dimension of the silicon nitride film 13 is about 300 nm
  • the thickness dimension of the silicon oxide film 14 is 50 to 100 nm
  • the thickness of the amorphous silicon film 15a can be about 50 nm.
  • the beam diameter dimension of the laser beam LBcw irradiated on the surface of the amorphous silicon film 15a is set to, for example, an arbitrary dimension of 5 ⁇ m or more and 300 ⁇ m or less.
  • the range of the beam diameter dimension is such that the irradiation surface of the laser beam LBcw can be accommodated in the semiconductor active region (planned modification region) of the TFT.
  • the diameter of the irradiation surface of the laser beam LBcw is preferably 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the scanning speed at which the laser beam LBcw is scanned relative to the amorphous silicon film 15a is preferably 200 mm to 500 mm / sec, but is not limited thereto. Absent.
  • the amorphous silicon film 15a is partially formed by irradiating the laser beam LBcw in the planned modification region of the amorphous silicon film 15a along the extending direction of the gate line 12 under the above-mentioned conditions. It can be modified into a pseudo-single crystal silicon film 15La. The region where the pseudo single crystal silicon film 15La is formed coincides with the region to be modified.
  • the laser annealing apparatus 1 since the spot portion F having a high power density in the laser beam LBcw is located inside the amorphous silicon film 15a, the focus is on the amorphous silicon film 15a. A large amount of heat is supplied. Then, most of the heat is transferred from the spot portion F toward the side (direction of arrow h in FIG. 1) in the amorphous silicon film 15a. Since the beam is diffused on the rear side (lower side) of the spot portion F, the power density of the light reaching the underlying silicon oxide film 14 or the like becomes low, and the lower layer side of the amorphous silicon film 15a is overheated. Can be suppressed. Therefore, according to the laser annealing device 1 according to the present embodiment, it is possible to prevent the gate line 12, other wiring patterns, the glass substrate 11, and the like from being damaged by overheating.
  • the laser annealing apparatus 1 According to the laser annealing apparatus 1 according to the present embodiment, even in a state where the amorphous silicon film 15a is formed so as to cover the entire gate line 12, the gate line 12 and other wiring and the glass substrate 11 are covered. No damage occurs.
  • the energy efficiency can be improved.
  • FIG. 4-2 shows an optical head 3 of a modified example of the laser annealing device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the optical head 3 is set to be rotatably driven by a rotary drive unit (not shown).
  • the basic configuration of the optical head 3 in this modification is the same as that of the first embodiment.
  • the pitch P2 between the gate lines 12 is shorter than the pitch P1 of the gate line 12 shown in FIG. 4-1.
  • the region to be modified of the amorphous silicon film 15a above the gate line 12 is planned to be modified by rotating and adjusting the optical head 3 so that the laser beam LBcw corresponds to the plurality of gate lines 12. It is possible to accurately irradiate the laser beam LBcw.
  • the optical head 3 rotated and moved diagonally as shown in FIG. 4-2 is scanned relative to the substrate 10, the timing at which the laser beam LBcw is irradiated to the appropriate modification planned region is the gate. Since the lines 12 are sequentially shifted, the drive circuit 20 may be set to sequentially delay the output timing to the semiconductor laser LD.
  • the pitch between the rows irradiated with the laser beam LBcw can be changed by the rotation of the optical head 3. Therefore, it is possible to realize a laser annealing device that can be applied even when the pitch of the gate line 12 on the substrate is changed.
  • the laser annealing method is a laser annealing treatment method for forming a pseudo single crystal silicon film 15La in a region to be modified on the substrate 10 by using the laser annealing apparatus 1.
  • a plurality of gate lines 12 parallel to each other are formed on the glass substrate 11, and the entire gate lines 12 are covered on the upper layers of the plurality of gate lines 12.
  • the substrate 10 on which the amorphous silicon film 15a is formed is prepared.
  • the substrate 10 is set in a substrate transport means (not shown), continuously oscillating laser light is emitted from each of the semiconductor laser LDs, and the laser beam is converged by the optical head 3 to become a laser beam LBcw.
  • Each laser beam LBcw is sequentially projected into a region to be modified (not shown) located above the gate line 12 so as to correspond to the processing.
  • the spot portion F that converges most in the laser beam LBcw is arranged so as to be located inside the amorphous silicon film 15a in the planned modification region.
  • the substrate 10 is moved by a substrate transport means (not shown) so that the laser beam LBcw relatively scans the inside of the planned modification region along the direction in which the gate line 12 extends.
  • the region to be the channel semiconductor layer of the TFT can be modified into a pseudo single crystal silicon film 15La.
  • the pseudo single crystal silicon film 15La can be formed only in the region where the channel semiconductor layer of the TFT should be formed, energy-efficient annealing can be performed. Therefore, this laser annealing method can realize a significant cost reduction.
  • the area of the entire amorphous silicon film is irradiated with the laser so as to fill the area with the line beam to crystallize the area. There was a seam. Therefore, the mobility of the channel semiconductor layer in the seam region and the channel semiconductor layer in the other regions are different, and the mobility of the channel semiconductor layer of the entire TFT substrate varies.
  • the laser annealing method of the present embodiment since the seam of the irradiation region does not occur, the mobility of the channel semiconductor layer can be made uniform.
  • the gate line 12 and the glass substrate 11 are not thermally damaged, it is possible to realize the production of a TFT substrate having a high yield.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a laser annealing device 1A according to a second embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is characterized by including a light amount sensor D1 that detects the light amount of each of the plurality of laser beams LBcw. Since the other configurations in the present embodiment are the same as those in the laser annealing apparatus 1 according to the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the light amount sensor D1 is arranged behind the optical head 3 and can be sequentially moved to the spot portion F of the laser beam LBcw. Further, the light amount sensor D1 is set so that the adjacent laser beam LBcw does not enter when detecting the light amount of one laser beam LBcw.
  • the data detected by the light amount sensor D1 is fed back to the drive circuit 20, and the output of the semiconductor laser LD as the light source of the laser beam LBcw is adjusted.
  • the light amount of each laser beam LBcw can be adjusted before the laser annealing process is performed to make the output (light amount) of these laser beam LBcw uniform. Therefore, according to the laser annealing device 1A according to the present embodiment, it is possible to make the electrical characteristics of the channel semiconductor layers of the TFTs uniform.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of the laser annealing device 1B according to the third embodiment of the present invention.
  • the laser annealing apparatus 1B according to the present embodiment includes a beam splitter 35 in the optical path in the imaging optical system 32B, and a side lens 36 and a light amount sensor D2 are arranged on the side of the beam splitter 35.
  • the laser beam LBcw reflected by the beam splitter 35 is set to be incident on the light amount sensor D2 through the side lens 36.
  • the other configuration of the laser annealing device 1B according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the data detected by the light amount sensor D2 is fed back to the drive circuit 20, and the output of the semiconductor laser LD as the light source of the laser beam LBcw is adjusted.
  • the output of each semiconductor laser LD can be adjusted while operating the laser annealing device 1B.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the laser annealing device 1C according to the fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a side view of a main part of the laser annealing device 1C.
  • the laser annealing device 1C according to the present embodiment reflects the laser light emitted from the fiber array 31 downward (sideways) through the first lens 33 by, for example, a scan mirror SM such as a galvano mirror.
  • the laser beam LBcw reflected by the scan mirror SM is irradiated to the substrate side through the second lens 34 arranged below.
  • the scan mirror SM is set to be rotatable in the direction of arrow A in order to make the degree of inclination changeable.
  • the height dimension of the device can be shortened to make the device compact. Further, by adjusting the rotation of the scan mirror SM, it is possible to adjust the irradiation position of the laser beam LBcw and the depth position of the spot portion F in the film thickness direction from the surface of the amorphous silicon film 15a.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of the laser annealing device 1D according to the fifth embodiment of the present invention.
  • This embodiment includes an imaging optical system 32D configured by arranging a mask 37 having an opening 37A at the pupil position in the imaging optical system 32 of the laser annealing apparatus 1A according to the second embodiment.
  • Other configurations of the laser annealing device 1D according to the present embodiment are the same as those of the laser annealing device 1A according to the second embodiment.
  • the pattern of the laser beam LBcw passing through the imaging optical system 32D can be changed by the mask 37. Also in the present embodiment, since the light amount sensor D1 is provided, each light amount of the laser beam LBcw whose pattern is changed can be detected by the light amount sensor D1.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of the laser annealing device 1E according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of the imaging optical system 38 in the laser annealing apparatus 1E.
  • the laser annealing device 1E includes a fiber array 31 and an imaging optical system 38 as the optical head 3 as in the first embodiment.
  • the other end of the optical fiber 22 is connected to the fiber array 31.
  • the exit ends of the optical fiber 22 are arranged in a row along one straight line on the exit side end surface of the fiber array 31.
  • the imaging optical system 38 is composed of a telecentric optical system. Further, the fiber array 31 is displaced by the actuator 39 along the optical axis direction. In the present embodiment, when the laser annealing device 1E is autofocused, only the fiber array 31 is moved along the optical axis by the actuator 39. At this time, the light source unit 2 and the imaging optical system 38 do not move.
  • the imaging optical system 38 is composed of optical members L1 to L14 such as a plurality of lenses sequentially arranged along the optical axis direction to form a telecentric optical system.
  • the imaging optical system 38 made of such a telecentric optical system, when focusing on the substrate 10, only the lightweight fiber array 31 needs to be moved by the actuator 39, so that quick response is achieved. It is possible to obtain the autofocus performance having the above.
  • the imaging optical system 38 is a telecentric optical system, there is an advantage that the image does not shift with respect to the substrate 10 and the pitch of the irradiation positions of the plurality of laser beams LBcw on the surface of the substrate 10 does not change.
  • a piezo actuator which is a positioning element to which the piezo piezoelectric effect is applied, can be applied.
  • Piezo actuators can accurately position from extremely small ranges such as nanometers to hundreds of microns. Further, since the piezo actuator is made of ceramic, it is very hard and can generate a large force. In addition, the piezo actuator can be driven compactly and energy-saving. In the present embodiment, the piezo actuator is applied as the actuator 39, but it is of course possible to apply another driving means such as a linear motor.
  • the top hat type is applied as the laser beam LBcw, but a donut-shaped laser beam LBcw may be used.
  • a donut-shaped laser beam LBcw By using such a donut-shaped laser beam LBcw, there is an advantage that the contour portion of the crystallization film formed in the planned modification region can be reliably crystallized.
  • the other ends of the optical fibers 22 are arranged so as to be aligned on the emission end surface of the fiber array 31, but if the laser beam LBcw can be irradiated corresponding to the gate lines 12 at equal intervals. , The other end of the optical fiber 22 does not have to be aligned in a straight line.
  • the pitch of the plurality of laser beams LBcw is set to be the same as the pitch of the gate line, and the laser beam LBcw is scanned in the direction along the gate line 12, but the laser beam LBcw If the pitch of the laser beam is set to an integral multiple of the pitch of the region to be modified along the gate line 12, the laser beam LBcw can be scanned in the direction orthogonal to the gate line 12.

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Abstract

連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を前記ゲートラインが延びる方向に沿って相対的にスキャンされる。

Description

レーザアニール装置およびレーザアニール方法
　本発明は、レーザアニール装置およびレーザアニール方法に関する。
　液晶ディスプレイ（ＬＣＤ:Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Organic Electroluminescence Display）などの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）において、大型化および高精細化が進んでいる。
　ＦＰＤは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成されたＴＦＴ基板を備える。ＴＦＴ基板は、マトリクス状に配置された画素のそれぞれにアクティブ駆動するための微細なＴＦＴを形成した基板であり、例えば、フルＨＤ（１９２０×１０８０ドット）の解像度で１２０Ｈｚ駆動のディスプレイの場合、１０００万個以上の画素が形成されている。
　ＴＦＴを構成する半導体層の材料としては、非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ：amorphous Silicon）や、多結晶シリコン（p－Ｓｉ：polycrystalline Silicon）などが用いられている。非晶質シリコンは、電子の動き易さの指標である移動度が低く、さらに高密度・高精細化が進むＦＰＤで要求される高移動度には対応しきれない。そこで、ＦＰＤにおけるＴＦＴとしては、非晶質シリコンよりも移動度が高い多結晶シリコンでなる半導体層を形成することが好ましい。
　近年、多結晶シリコンや、横方向（ラテラル）結晶成長させた疑似単結晶シリコンを形成する方法として、例えば、波長が５３２ｎｍ程度の緑色系の連続発振（ＣＷ）レーザ光でなるラインビーム状のレーザビームで、複数列のリボン状もしくはアイランド状に加工した非晶質シリコン膜を跨ぐように、スキャンするという方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、非晶質シリコン膜の形成領域をＴＦＴの形成領域に限定することにより、レーザアニールによって加熱される非晶質シリコン膜の面積を小さくしている。これによって、非晶質シリコン膜からガラス基板へ熱が及びガラス基板の温度を上昇されてクラックが発生することや、不純物が材料膜中に拡散したりすることなどを防止することが試みられている。
特開２００３－８６５０５号公報
　上述のＣＷレーザを用いた従来のレーザアニール方法においては、以下のような課題がある。このレーザアニール方法では、非晶質シリコン膜を最小限の領域に残したとしても、ＴＦＴを構成する非晶質シリコン膜の下方（下層）には、ゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板が存在する。また、レーザビームが連続発振であるため、ガラス基板上に熱が蓄積してこもることによりゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板を過熱して損傷させるという問題がある。加えて、このレーザアニール方法では、４００～５５０ｎｍ程度の青色もしくは緑色系のレーザ光を用いた場合、ビームが非晶質シリコン膜よりも下層のゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板まで達してしまうため、こもった熱の作用と相まってゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板を過熱して損傷させるという問題がある。特に、上述のＣＷレーザを用いたレーザアニール方法では、基板として可撓性を有する、例えば、ポリイミドなどの樹脂でなる基板を適用することが困難であった。さらに、上述のＣＷレーザを用いたレーザアニール方法では、ラインビーム状のレーザビームを用いるため、ＴＦＴの活性半導体層とすべき領域以外の領域（非晶質シリコン膜を除去した領域）もアニールするため、エネルギー利用効率が悪いという課題がある。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、非晶質シリコン膜よりも下層に配置された、基板ならびに配線層などを熱的損傷させることなく、ＴＦＴが形成される領域の非晶質シリコン膜のみを効率的に結晶化させるレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数の前記ゲートラインの上層に前記複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされることを特徴とする。
　上記態様としては、前記改質予定領域は、薄膜トランジスタのチャネル半導体層であることを特徴とする。
　上記態様としては、前記光学ヘッドから出射された前記レーザビームは、前記非晶質シリコン膜の表面に対して所定の直線に沿って一定のピッチで並ぶように投影されることが好ましい。
　上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記複数の前記レーザビームのピッチが、ゲートラインのピッチに等しくなるように回転移動可能であることが好ましい。
　上記態様としては、前記複数の前記レーザビームのそれぞれの光量を検出する光量センサを備え、前記光量センサで検出された前記レーザビームの光量に基づいて、当該レーザビームを出射する前記光源の出力を調整可能であることが好ましい。
　上記態様としては、前記光量センサは、前記光学ヘッドの後方に配置されることが好ましい。
　上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するビームスプリッタを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置されることが好ましい。
　上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するスキャンミラーを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置されることが好ましい。
　上記態様としては、前記複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光は、前記光学ヘッドに設けられたファイバアレイのそれぞれの光ファイバに導かれることが好ましい。
　上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記ファイバアレイと、結像光学系と、を備え、前記ファイバアレイは、アクチュエータにより光軸方向に沿って移動可能であり、前記結像光学系は、テレセントリック光学系で構成されていることが好ましい。
　本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数の前記ゲートラインの上層に前記複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、複数の光源のそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影させ、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置するように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。
　本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、非晶質シリコン膜よりも下層に配置された、基板ならびにゲートラインなどを熱的損傷させることなく、改質予定領域の非晶質シリコン膜のみを効率的に結晶化させるという効果がある。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたＴＦＴアレイの製造方法を示す断面説明図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたＴＦＴアレイの製造方法を示す平面説明図である。 図４－１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法を示す平面説明図である。 図４－２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置において光学ヘッドを回転させてビームピッチを変更した状態を示すＴＦＴアレイの製造方法を示す平面説明図である。 図５は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。 図６は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。 図７は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。 図８は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示す側面図である。 図９は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。 図１０は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。 図１１は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置における結像光学系の構成図である。
　以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。
［第１の実施の形態］
（レーザアニール装置の構成）
　図１および図２に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、光源ユニット２と、光学ヘッド３と、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、図示しない変位計と、を備えている。
　光源ユニット２は、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する光源としての複数の半導体レーザＬＤ（ＬＤ１～ＬＤｎ）を備えている。ここで、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜（非晶質シリコン膜）の冷却時間よりも短い（固まる前に次のパルスで照射する）疑似連続発振レーザであってもよい。レーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの各種のレーザを用いることが可能である。
　なお、本実施の形態では、半導体レーザＬＤの予備Ｒとして、例えば、半導体レーザＬＤ１００～ＬＤｎを備えている。
　光源ユニット２は、上記の複数の半導体レーザＬＤと、ドライブ回路２０と、複数のカップリングレンズ２１と、を備えている。ドライブ回路２０は、複数の半導体レーザＬＤのそれぞれに接続されており、それぞれの半導体レーザＬＤを駆動する。
　カップリングレンズ２１は、それぞれの半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。
それぞれのカップリングレンズ２１には、導波路としての光ファイバ２２の一端部が接続されている。本実施の形態では、光ファイバ２２としてマルチモードファイバを適用している。
　光学ヘッド３は、ファイバアレイ３１と、結像光学系３２と、を備える。ファイバアレイ３１は、光ファイバ２２の他端部が接続されている。本実施の形態では、ファイバアレイ３１に接続された光ファイバ２２の出射端は、ファイバアレイ３１の出射側端面において、一つの直線上に沿って一列に並ぶように配置されている。
　結像光学系３２は、少なくとも入射側の第１レンズ３３と、出射側の第２レンズ３４と、を備えている。図２に示すように、結像光学系３２は、ファイバアレイ３１から出射されたレーザ光が入射される。図１に示すように、光学ヘッド３では、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束するレーザビームＬＢｃｗとなるように加工する。本実施の形態では、図４－１に示すように、光学ヘッド３の出射側において、レーザビームＬＢｃｗは、一直線の上に沿ってピッチＰ１で配置された位置から出射される。このピッチＰ１は、後述するゲートライン１２のピッチと同一に設定されている。なお、この実施の形態では、レーザビームＬＢｃｗの並ぶ方向が後述するゲートライン１２の延びる方向と直角をなすように設定されている。
　なお、光学ヘッド３の側方には図示しない、光学ヘッド３と基板１０との位置ずれを補正する変位計が設けられている。この変位計で検出した光学ヘッド３と基板１０との位置ずれ量のデータに基づいて、光学ヘッド３から出射されるレーザビームＬＢｃｗのピント調整を自動で行えるオートフォーカスの機能を備える。なお、本実施の形態では、オートフォーカスの手段として変位計を用いたが、これには限定されず、様々な公知の技術を用いることができる。
　なお、本実施の形態において、レーザビームＬＢｃｗは、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が正方形である。なお、レーザビームＬＢｃｗの断面形状は、長方形、六角形などであってもよい。レーザビームＬＢｃｗの断面形状をこのような形状にするには、光ファイバ２２のコアの断面形状を、正方形、長方形、六角形などに設定すればよい。
　図示しない基板搬送手段は、レーザアニール処理を施す基板１０をスキャン方向へ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、光学ヘッド３の位置を固定した状態で基板１０側を搬送することによって、基板１０に対してレーザビームＬＢｃｗを相対的にスキャンするようになっている。
　図１に示すように、被レーザアニール処理基板としての基板１０は、ガラス基板１１を本体とする。このガラス基板１１の上には、銅（Ｃｕ）でパターン形成された複数のゲートライン１２およびその他の金属配線パターン、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）１３、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１４、被レーザアニール処理膜としての非晶質シリコン膜１５ａなどが順次積層されている。複数のゲートライン１２は、互いに平行をなすように配置されている。上述したように、ゲートライン１２同士のピッチは、ピッチＰ１に設定されている。
　ゲートライン１２は、図示しない画素領域毎に形成されるＴＦＴのゲート電極となる部分を含む。因みに、一例として、ゲートライン１２の厚さ寸法は２００～７００ｎｍ、シリコン窒化膜１３の厚さ寸法は３００ｎｍ程度、シリコン酸化膜１４の厚さ寸法は５０～１００ｎｍ、非晶質シリコン膜１５ａの厚さ寸法は５０ｎｍ程度を挙げることができる。
　本実施の形態では、非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射されるレーザビームＬＢｃｗのビーム径寸法は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以内の任意の寸法に設定されている。
なお、このビーム径寸法の範囲は、レーザビームＬＢｃｗの照射面がＴＦＴの半導体活性領域（改質予定領域）に収容され得る大きさである。なお、このレーザビームＬＢｃｗの照射面の径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。
　本実施の形態においては、レーザビームＬＢｃｗが非晶質シリコン膜１５ａに対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、２００ｍｍ～５００ｍｍ／秒であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
　図３に示すように、上述した条件でレーザビームＬＢｃｗを非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域内をゲートライン１２の延びる方向に沿って照射することにより、非晶質シリコン膜１５ａを部分的に疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質することができる。なお、疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａが形成された領域は、改質予定領域と一致する。
　本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、レーザビームＬＢｃｗにおけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜１５ａに重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方（図１における矢印ｈ方向）に向けて非晶質シリコン膜１５ａ内を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜１４等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜１５ａの下層側を過熱することを抑制できる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ゲートライン１２やその他の配線パターンやガラス基板１１などが過熱により損傷されることを回避できる。
　本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、非晶質シリコン膜１５ａを全てのゲートライン１２の全体を覆うように成膜した状態でも、ゲートライン１２やその他の配線やガラス基板１１にダメージが発生することがない。
　また、本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ＴＦＴのチャネル半導体層とすべき改質予定領域のみにレーザビームＬＢｃｗを照射すればよいため、エネルギー効率を高めることができる。
［第１の実施の形態の変形例］
　図４－２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の変形例の光学ヘッド３を示す。この変形例では、光学ヘッド３が図示しない回転駆動部により回転可能に駆動されるように設定されている。なお、この変形例における光学ヘッド３の基本的な構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
　この変形例では、ゲートライン１２同士のピッチＰ２が図４－１に示すゲートライン１２のピッチＰ１より短い場合に適用できる。図４－２に示すように、複数のゲートライン１２にレーザビームＬＢｃｗが対応するように光学ヘッド３を回転調整することにより、ゲートライン１２の上方の非晶質シリコン膜１５ａの改質予定領域に的確にレーザビームＬＢｃｗを照射することが可能となる。なお、図４－２に示すように斜めに回転移動させた光学ヘッド３を基板１０に対して相対的にスキャンした場合、適正な改質予定領域にレーザビームＬＢｃｗが照射されるタイミングは、ゲートライン１２毎に順次ずれるため、ドライブ回路２０で半導体レーザＬＤへの出力タイミングを順次遅延させるように設定すればよい。
　この変形例によれば、レーザビームＬＢｃｗが照射される列同士のピッチを光学ヘッド３の回転により変えることができる。したがって、基板におけるゲートライン１２のピッチが変更された場合にも適用できるレーザアニール装置を実現できる。
［レーザアニール方法］
　次に、本実施の形態に係るレーザアニール方法について説明する。レーザアニール方法は、レーザアニール装置１を用いて基板１０における改質予定領域に疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成するためのレーザアニール処理方法である。
　まず、このレーザアニール方法では、図１に示すように、ガラス基板１１の上に互いに平行をなす複数のゲートライン１２が形成され、複数のゲートライン１２の上層にこれらゲートライン１２の全体を覆うように非晶質シリコン膜１５ａが成膜された基板１０を用意する。
　次に、基板１０を図示しない基板搬送手段に基板１０をセットし、半導体レーザＬＤのそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、レーザ光を光学ヘッド３で、収束するレーザビームＬＢｃｗとなるように加工して、それぞれのレーザビームＬＢｃｗをゲートライン１２の上方に位置する図示しない改質予定領域内に順次、対応するように投影する。
　このとき、レーザビームＬＢｃｗにおいて最も収束するスポット部Ｆを、改質予定領域の非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置するように配置する。
　そして、図示しない基板搬送手段で基板１０を移動させて、レーザビームＬＢｃｗが改質予定領域内をゲートライン１２が延びる方向に沿って、相対的にスキャンさせる。この結果、ＴＦＴのチャネル半導体層となるべき領域を疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質できる。
　本実施の形態のレーザアニール方法では、ＴＦＴのチャネル半導体層を形成すべき領域だけに疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成できるため、エネルギー効率のよいアニールを行うことができる。このため、このレーザアニール方法では、大幅な低コスト化を実現できる。因みに、エキシマレーザによるラインビームを用いた従来のアニール方法では、非晶質シリコン膜全体の領域をラインビームで塗りつぶすようにレーザ照射して結晶化させるため、非晶質シリコン膜への照射領域に継ぎ目が発生していた。このため、この継ぎ目領域でのチャネル半導体層と、それ以外の領域でのチャネル半導体層とでは、移動度が異なりＴＦＴ基板全体のチャネル半導体層で移動度にばらつきがであった。これに対して、本実施の形態のレーザアニール方法では、照射領域の継ぎ目が発生しないため、チャネル半導体層の移動度を均一にすることができる。
　また、本実施の形態のレーザアニール方法では、ゲートライン１２やガラス基板１１などを熱的に損傷させることがないため、歩留まりの高いＴＦＴ基板の製造を実現することができる。
［第２の実施の形態］
　図５は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａを示す概略構成図である。
　本実施の形態では、複数のレーザビームＬＢｃｗのそれぞれの光量を検出する光量センサＤ１を備えることを特徴とする。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１と同様であるため、説明を省略する。
　光量センサＤ１は、光学ヘッド３の後方に配置され、レーザビームＬＢｃｗのスポット部Ｆに順次移動できるようになっている。また、この光量センサＤ１は、１つレーザビームＬＢｃｗの光量を検出するときに、隣接するレーザビームＬＢｃｗが入射しないように設定されている。
　本実施の形態では、光量センサＤ１で検出したデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該レーザビームＬＢｃｗの光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。
　本実施の形態では、レーザアニール処理を行う前に、それぞれのレーザビームＬＢｃｗの光量調整を行って、これらレーザビームＬＢｃｗの出力(光量)の均一化を図ることができる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａによれば、ＴＦＴ同士のチャネル半導体層の電気的特性の均一化を図ることができる。
［第３の実施の形態］
　図６は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂは、結像光学系３２Ｂ内の光路にビームスプリッタ３５を備え、ビームスプリッタ３５の側方に側方レンズ３６および光量センサＤ２が配置されている。本実施の形態では、ビームスプリッタ３５で反射されたレーザビームＬＢｃｗが側方レンズ３６を通して光量センサＤ２に入射されるように設定されている。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。
　本実施の形態では、光量センサＤ２で検出されたデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該レーザビームＬＢｃｗの光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｂを運転しながら、各半導体レーザＬＤの出力調整を行うことができる。
［第４の実施の形態］
　図７は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃを示す概略構成図、図８はレーザアニール装置１Ｃの要部側面図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃは、ファイバアレイ３１から出射されたレーザ光を、第１レンズ３３を通して例えば、ガルバノミラーなどのスキャンミラーＳＭで下方(側方)へ向けて反射させる。スキャンミラーＳＭで反射されたレーザビームＬＢｃｗは、下方に配置された第２レンズ３４を通して基板側へ照射される。図８に示すように、スキャンミラーＳＭは、傾斜度合いを変更可能にするために、矢印Ａ方向に回転調整可能に設定されている。
　本実施の形態によれば、装置の高さ寸法を短くして、装置をコンパクトにすることができる。また、スキャンミラーＳＭを回転調整することにより、レーザビームＬＢｃｗの照射位置や、非晶質シリコン膜１５ａ表面からの膜厚方向におけるスポット部Ｆの深さ位置を調整することが可能となる。
［第５の実施の形態］
　図９は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの概略構成図である。この実施の形態は、上記第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａの結像光学系３２における瞳位置に開口３７Ａを有するマスク３７を配置して構成した結像光学系３２Ｄを備える。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの他の構成は、上記第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａと同様である。
　本実施の形態によれば、マスク３７によって、結像光学系３２Ｄを通過するレーザビームＬＢｃｗのパターンを変更することができる。本実施の形態においても、光量センサＤ１を備えるため、パターンを変更したレーザビームＬＢｃｗのそれぞれの光量を光量センサＤ１で検出することできる。
［第６の実施の形態］
　図１０は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅの概略構成図である。図１１は、レーザアニール装置１Ｅにおける結像光学系３８の概略構成図である。
　図１０に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅは、第１の実施の形態と同様に、光学ヘッド３として、ファイバアレイ３１と、結像光学系３８と、を備える。ファイバアレイ３１は、光ファイバ２２の他端部が接続されている。光ファイバ２２の出射端は、ファイバアレイ３１の出射側端面において、一つの直線上に沿って一列に並ぶように配置されている。
　本実施の形態では、結像光学系３８は、テレセントリック光学系で構成されている。また、ファイバアレイ３１は、アクチュエータ３９によって光軸方向に沿って変位されるようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｅのオートフォーカス時に、アクチュエータ３９でファイバアレイ３１のみを光軸に沿って移動させるようになっている。このとき、光源ユニット２および結像光学系３８は、移動しないようになっている。
　図１１に示すように、本実施の形態において、結像光学系３８は、光軸方向に沿って順次配置された複数のレンズなどの光学部材Ｌ１～Ｌ１４でテレセントリック光学系を構成している。このようなテレセントリック光学系でなる結像光学系３８によれば、基板１０に対してピント合わせを行う際に、アクチュエータ３９が軽量なファイバアレイ３１のみを移動させればよいため、迅速な応答性を有するオートフォーカス性能を得ることができる。
　また、結像光学系３８は、テレセントリック光学系でなるため、基板１０に対して像のずれがなく、基板１０表面における複数のレーザビームＬＢｃｗの照射位置のピッチが変わらないという利点がある。
　なお、アクチュエータ３９としては、ピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子であるピエゾアクチュエータを適用することができる。ピエゾアクチュエータは、ナノメータ程度の極めて微小な範囲から数百ミクロンメータまでの位置決めを正確に行うことができる。
また、ピエゾアクチュエータは、セラミックで形成されているため非常に硬く、大きな力を生み出すことができる。また、ピエゾアクチュエータは、コンパクトで省エネルギーな駆動を行うことができる。なお、本実施の形態では、アクチュエータ３９として、ピエゾアクチュエータを適用したが、リニアモータなどの他の駆動手段を適用することも勿論可能である。
　このレーザアニール装置１Ｅでは、軽量なファイバアレイ３１のみを移動させるだけでよいため、アクチュエータ３９の負荷が小さく、迅速なオートフォーカス機能を備えることができる。
（その他の実施の形態）
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
　上記の実施の形態では、レーザビームＬＢｃｗとして、トップハット型を適用したが、ドーナツ型形状のレーザビームＬＢｃｗとしてもよい。このようなドーナツ型形状のレーザビームＬＢｃｗを用いることにより、改質予定領域に形成した結晶化膜の輪郭部も確実に結晶化できるという利点がある。
　上記の各実施の形態では、ファイバアレイ３１の出射端面において、光ファイバ２２の他端部が一直線上に並ぶように配置したが、等間隔なゲートライン１２に対応してレーザビームＬＢｃｗを照射できれば、光ファイバ２２の他端部が一直線上に並ばなくともよい。
　上記の各実施の形態では、複数のレーザビームＬＢｃｗのピッチが、ゲートラインのピッチと同じになるように設定して、レーザビームＬＢｃｗをゲートライン１２に沿った方向にスキャンしたが、レーザビームＬＢｃｗのピッチを、ゲートライン１２に沿ってＴＦＴを形成する改質予定領域のピッチの整数倍に設定すれば、レーザビームＬＢｃｗをゲートライン１２と直交する方向にスキャンすることも可能である。
　Ｄ１，Ｄ２　光量センサ
　ＬＤ　半導体レーザ
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ　レーザアニール装置
　２　光源ユニット
　３　光学ヘッド
　１０　基板（被レーザアニール処理基板）
　１１　ガラス基板（基板）
　１２　ゲートライン
　１３　シリコン窒化膜
　１４　シリコン酸化膜
　１５ａ　非晶質シリコン膜
　２１　カップリングレンズ
　２２　光ファイバ
　３１　ファイバアレイ
　３２，３２Ｂ　結像光学系
　３３　第１レンズ
　３４　第２レンズ
　３５　ビームスプリッタ
　３６　側方レンズ
　３７　マスク
　３７Ａ　開口
　３８　結像光学系
　３９　アクチュエータ
 

Claims (11)

  1. 　基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数の前記ゲートラインの上層に前記複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、
    　連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、
    　連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、
    　複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、
    　を備え、
    　前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされる
    　レーザアニール装置。
  2. 　前記改質予定領域は、薄膜トランジスタのチャネル半導体層である、
    　請求項１に記載のレーザアニール装置。
  3. 　前記光学ヘッドから出射された前記レーザビームは、前記非晶質シリコン膜の表面に対して所定の直線に沿って一定のピッチで並ぶように投影される、
    　請求項１または請求項２に記載のレーザアニール装置。
  4. 　前記光学ヘッドは、前記複数の前記レーザビームのピッチが、ゲートラインのピッチに等しくなるように回転移動可能である、
    　請求項３に記載のレーザアニール装置。
  5. 　前記複数の前記レーザビームのそれぞれの光量を検出する光量センサを備え、
    　前記光量センサで検出された前記レーザビームの光量に基づいて、当該レーザビームを出射する前記光源の出力を調整可能である、
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
  6. 　前記光量センサは、前記光学ヘッドの後方に配置される、
    　請求項５に記載のレーザアニール装置。
  7. 　前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するビームスプリッタを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置される、
    　請求項５に記載のレーザアニール装置。
  8. 　前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するスキャンミラーを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置される、
    　請求項５に記載のレーザアニール装置。
  9. 　前記複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光は、前記光学ヘッドに設けられたファイバアレイのそれぞれの光ファイバに導かれる、
    　請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
  10. 　前記光学ヘッドは、前記ファイバアレイと、結像光学系と、を備え、
    　前記ファイバアレイは、アクチュエータにより光軸方向に沿って移動可能であり、
    　前記結像光学系は、テレセントリック光学系で構成されている
    　請求項９に記載のレーザアニール装置。
  11. 　基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数のゲートラインの上層に前記複数のゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、
    　連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、
    　複数の光源のそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、
    　複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影させ、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置するように配置させ、
    　前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされるように移動させる
    　レーザアニール方法。
     
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