(57)【要約】【課題】レーザ光の照射ムラを低減するレーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法を提供する【解決手段】  本実施形態にかかるレーザ照射装置は、波形成形装置２０を備えている。波形成形装置２０は、レーザ光源１１と、第１のビームスプリッタ３１で分岐された２つの光ビームＬ１１、Ｌ１２に光路長差に応じた遅延を与えることでパルスレーザ光のパルス波形を成形する第１の波形成形部３０と、第１の波形成形部３０からのパルスレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、第２のビームスプリッタ４１で分岐された２つの光ビームＬ１５、Ｌ１６に光路長差に応じた遅延を与えることでパルスレーザ光のパルス波形を成形する第２の波形成形部４０と、を備えたレーザ照射装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザ光を発生させるレーザ光源と、
前記パルスレーザ光を分岐する第１のビームスプリッタを備え、前記第１のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記パルスレーザ光のパルス波形を成形する第１の波形成形部と、
前記第１の波形成形部からの前記パルスレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、
前記波長板からの前記パルスレーザ光を分岐する第２のビームスプリッタを備え、前記第２のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記パルスレーザ光のパルス波形を成形する第２の波形成形部と、を備えたレーザ照射装置。
【請求項２】
前記第１のビームスプリッタが前記パルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記パルスレーザ光が第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され、
前記第１の波形成形部は、前記第２の光ビームの光路長が前記第１の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第２の光ビームを反射する複数のミラーを備え、
前記第１のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第２の光ビームを前記第１の光ビームと合成し、
前記第２のビームスプリッタが前記パルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記パルスレーザ光が第３の光ビームと第４の光ビームとに分岐され、
前記第２の波形成形部は、前記第４の光ビームの光路長が前記第３の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第４の光ビームを反射する複数のミラーを備え、
前記第２のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第４の光ビームを前記第３の光ビームと合成する請求項１に記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
第１のパルスレーザ光及び第２のパルスレーザ光を発生させるレーザ光源と、
前記第１のパルスレーザ光を分岐する第１のビームスプリッタを備え、前記第１のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記第１のパルスレーザ光のパルス波形を成形する第１の波形成形部と、
前記第１の波形成形部からの前記第１のパルスレーザ光の偏光状態を変化させる第１の波長板と、
前記レーザ光源からの前記第２のパルスレーザ光の偏光状態を変化させる第２の波長板と、
前記第２の波長板からの前記第２のパルスレーザ光を分岐する第２のビームスプリッタを備え、前記第２のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記第２のパルスレーザ光のパルス波形を成形する第２の波形成形部と、
前記第１の波長板からの第１のパルスレーザ光と、前記第２の波形成形部からの第２のパルスレーザ光とを合成する合成器と、を備えたレーザ照射装置。
【請求項４】
前記第１のビームスプリッタが前記第１のパルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記第１のパルスレーザ光が第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され、
前記第１の波形成形部は、前記第２の光ビームの光路長が前記第１の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第２の光ビームを反射する複数のミラーを備え、
前記第１のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第２の光ビームを前記第１の光ビームと合成し、
前記第２のビームスプリッタが前記第２のパルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記第２のパルスレーザ光が第３の光ビームと第４の光ビームとに分岐され、
前記第２の波形成形部は、前記第４の光ビームの光路長が前記第３の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第４の光ビームを反射する複数のミラーを備え、
前記第２のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第４の光ビームを前記第３の光ビームと合成する請求項３に記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
対象物に照射されるパルスレーザ光において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との強度をパルスエネルギーで規格化した場合に、前記Ｐ偏光成分と前記Ｓ偏光成分の強度の差が１２％以下となっている請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
対象物に照射されるパルスレーザ光をラインビームに変換する手段をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
対象物に対するパルスレーザ光の照射位置を変えながらパルスレーザ光を非晶質膜に照射していくことで、前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成する請求項１〜６のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
（Ａ）パルスレーザ光を発生させるステップと
（Ｂ）第１のビームスプリッタにより、前記パルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（Ｃ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、
（Ｄ）（Ｃ）ステップの後に、波長板によって前記パルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、
（Ｅ）第２のビームスプリッタにより、前記波長板からの前記パルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（Ｆ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、を備えたレーザ照射方法。
【請求項９】
（Ｂ）ステップでは、
前記第１のビームスプリッタが前記パルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記パルスレーザ光が第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され、
（Ｃ）ステップでは、
前記第２の光ビームの光路長が前記第１の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第２の光ビームが複数のミラーが反射され、
前記第１のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第２の光ビームを前記第１の光ビームと合成し、
（Ｅ）ステップでは、
前記第２のビームスプリッタが前記パルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記パルスレーザ光が第３の光ビームと第４の光ビームとに分岐され、
（Ｆ）ステップでは
前記第４の光ビームの光路長が前記第３の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第４の光ビームが複数のミラーで反射され、
前記第２のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第４の光ビームを前記第３の光ビームと合成する請求項８に記載のレーザ照射方法。
【請求項１０】
（ａ）第１のパルスレーザ光、及び第２のパルスレーザ光を発生させるステップと
（ｂ）第１のビームスプリッタにより、前記第１のパルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（ｃ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第１のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、
（ｄ）（ｃ）ステップの後に、第１の波長板によって前記第１のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、
（ｅ）第２の波長板により第２のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、
（ｆ）（ｅ）ステップの後に、第２のビームスプリッタにより、前記第２のパルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（ｇ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第２のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、
（ｈ）前記パルス波形が成形された第１及び第２のパルスレーザ光を合成するステップと、を備えたレーザ照射方法。
【請求項１１】
（ｂ）ステップでは、
前記第１のビームスプリッタが前記第１のパルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記第１のパルスレーザ光が第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され、
（ｃ）ステップでは、
前記第２の光ビームの光路長が前記第１の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第２の光ビームが複数のミラーで反射され、
前記第１のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第２の光ビームを前記第１の光ビームと合成し、
（ｆ）ステップでは、
前記第２のビームスプリッタが前記第２のパルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記第２のパルスレーザ光が第３の光ビームと第４の光ビームとに分岐され、
（ｇ）ステップでは、
前記第４の光ビームの光路長が前記第３の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第４の光ビームが複数のミラーで反射され、
前記第２のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第４の光ビームを前記第３の光ビームと合成する請求項１０に記載のレーザ照射方法。
【請求項１２】
対象物に照射されるパルスレーザ光において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との強度をパルスエネルギーで規格化した場合に、前記Ｐ偏光成分と前記Ｓ偏光成分の強度の差が１２％以下となっている請求項８〜１１のいずれか１項に記載のレーザ照射方法。
【請求項１３】
パルスレーザ光をラインビームに変換して、対象物に照射する請求項８〜１２のいずれか１項に記載のレーザ照射方法。
【請求項１４】
対象物に対するパルスレーザ光の照射位置を変えながらパルスレーザ光を非晶質膜に照射していくことで、非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成する請求項８〜１３のいずれか１項に記載のレーザ照射方法。
【請求項１５】
（Ｓ１）基板上に非晶質膜を形成するステップと、
（Ｓ２）前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するように、パルスレーザ光を前記非晶質膜に照射するステップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
（Ｓ２）のステップは、
（ＳＡ）パルスレーザ光を発生させるステップと
（ＳＢ）第１のビームスプリッタにより、前記パルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（ＳＣ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、
（ＳＤ）（ＳＣ）ステップの後に、波長板によって前記パルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、
（ＳＥ）第２のビームスプリッタにより、前記波長板からの前記パルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（ＳＦ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
（ＳＢ）ステップでは、
前記第１のビームスプリッタが前記パルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記パルスレーザ光が第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され、
（ＳＣ）ステップでは、
前記第２の光ビームの光路長が前記第１の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第２の光ビームが複数のミラーが反射され、
前記第１のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第２の光ビームを前記第１の光ビームと合成し、
（ＳＥ）ステップでは、
前記第２のビームスプリッタが前記パルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記パルスレーザ光が第３の光ビームと第４の光ビームとに分岐され、
（ＳＦ）ステップでは
前記第４の光ビームの光路長が前記第３の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第４の光ビームが複数のミラーで反射され、
前記第２のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第４の光ビームを前記第３の光ビームと合成する請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
（Ｓ１）基板上に非晶質膜を形成するステップと、
（Ｓ２）前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するように、パルスレーザ光を前記非晶質膜に照射するステップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、
（Ｓ２）ステップは、
（ｓａ）第１のパルスレーザ光、及び第２のパルスレーザ光を発生させるステップと
（ｓｂ）第１のビームスプリッタにより、前記第１のパルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（ｓｃ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第１のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、
（ｓｄ）（ｓｃ）ステップの後に、第１の波長板によって前記第１のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、
（ｓｅ）第２の波長板により第２のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、
（ｓｆ）（ｓｅ）ステップの後に、第２のビームスプリッタにより、前記第２のパルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、
（ｓｇ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第２のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、
（ｓｈ）前記パルス波形が成形された第１及び第２のパルスレーザ光を合成するステップと、を備えた半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
（ｓｂ）ステップでは、
前記第１のビームスプリッタが前記第１のパルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記第１のパルスレーザ光が第１の光ビームと第２の光ビームとに分岐され、
（ｓｃ）ステップでは、
前記第２の光ビームの光路長が前記第１の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第２の光ビームが複数のミラーで反射され、
前記第１のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第２の光ビームを前記第１の光ビームと合成し、
（ｓｆ）ステップでは、
前記第２のビームスプリッタが前記第２のパルスレーザ光の一部を反射し、一部を透過することで、前記第２のパルスレーザ光が第３の光ビームと第４の光ビームとに分岐され、
（ｓｇ）ステップでは、
前記第４の光ビームの光路長が前記第３の光ビームの光路長よりも長くなるように、前記第４の光ビームが複数のミラーで反射され、
前記第２のビームスプリッタは、前記複数のミラーで反射された前記第４の光ビームを前記第３の光ビームと合成する請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
対象物に照射されるパルスレーザ光において、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分との強度をパルスエネルギーで規格化した場合に、前記Ｐ偏光成分と前記Ｓ偏光成分の強度の差が１２％以下となっている請求項１５〜１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
パルスレーザ光をラインビームに変換して、前記非晶質膜に照射する請求項１５〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
（Ｓ２）ステップでは、対象物に対するパルスレーザ光の照射位置を変えながらパルスレーザ光を前記非晶質膜に照射していくことで、前記非晶質膜を結晶化して前記結晶化膜を形成する請求項１５〜２０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、多結晶シリコン薄膜を形成するためのレーザアニール装置が開示されている。特許文献１の図２には、レーザ光パルスの波形を整形する波形整形装置が示されている
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５５４５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなレーザ照射装置では、レーザ光の照射ムラをより低減することが望まれる。
【０００５】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施の形態によれば、レーザ照射装置は、パルスレーザ光を分岐する第１のビームスプリッタを備え、前記第１のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記パルスレーザ光のパルス波形を成形する第１の波形成形部と、前記第１の波形成形部からの前記パルスレーザ光の偏光状態を変化させる波長板と、前記波長板からの前記パルスレーザ光を分岐する第２のビームスプリッタを備え、前記第２のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記パルスレーザ光のパルス波形を成形する第２の波形成形部と、を備えている。
【０００７】
一実施の形態によれば、レーザ照射装置は、第１のパルスレーザ光を分岐する第１のビームスプリッタを備え、前記第１のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記第１のパルスレーザ光のパルス波形を成形する第１の波形成形部と、前記第１の波形成形部からの前記第１のパルスレーザ光の偏光状態を変化させる第１の波長板と、前記第２のパルスレーザ光の偏光状態を変化させる第２の波長板と、前記第２の波長板からの前記第２のパルスレーザ光を分岐する第２のビームスプリッタを備え、前記第２のビームスプリッタで分岐された２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで前記第２のパルスレーザ光のパルス波形を成形する第２の波形成形部と、前記第１の波長板からの第１のパルスレーザ光と、前記第２の波形成形部からの第２のパルスレーザ光とを合成する合成器と、を備えている。
【０００８】
一実施の形態によれば、レーザ照射装置は、（Ｂ）第１のビームスプリッタにより、前記パルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、（Ｃ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、（Ｄ）（Ｃ）ステップの後に、波長板によって前記パルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、（Ｅ）第２のビームスプリッタにより、前記波長板からの前記パルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、（Ｆ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、を備えている。
【０００９】
一実施の形態によれば、レーザ照射方法は、（ｂ）第１のビームスプリッタにより、前記第１のパルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、（ｃ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第１のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、（ｄ）（ｃ）ステップの後に、第１の波長板によって前記第１のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、（ｅ）第２の波長板により第２のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、（ｆ）（ｅ）ステップの後に、第２のビームスプリッタにより、前記第２のパルスレーザ光を２つの光ビームに分岐するステップと、（ｇ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第２のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、を備えている。
【００１０】
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、（Ｓ２）前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するように、パルスレーザ光を前記非晶質膜に照射するステップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、（Ｓ２）のステップは、（ＳＣ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、（ＳＤ）（ＳＣ）ステップの後に、波長板によって前記パルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、（ＳＦ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記パルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、を備えている。
【００１１】
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、（Ｓ２）前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するように、パルスレーザ光を前記非晶質膜に照射するステップと、を備えた半導体装置の製造方法であって、（Ｓ２）ステップは、（ｓｃ）前記第１のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第１のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、（ｓｄ）（ｓｃ）ステップの後に、第１の波長板によって前記第１のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、（ｓｅ）第２の波長板により第２のパルスレーザ光の偏光状態を変化させるステップと、（ｓｇ）前記第２のビームスプリッタで分岐された前記２つの光ビームに光路長差に応じた遅延を与えることで、前記第２のパルスレーザ光のパルス波形を成形するステップと、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
前記一実施の形態によれば、照射ムラを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態にかかるレーザアニール装置の光学系を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる波形成形装置の光学系を示す図である。
【図３】Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のパルス波形を示す図である。
【図４】Ｐ偏光成分とＳ偏光成分のパルス波形を示すグラフである。
【図５】照射エネルギー密度を変えて、レーザ光の照射ムラを評価した評価結果を示すグラフである。
【図６】実施の形態２にかかる波形成形装置の光学系を示す図である。
【図７】有機ＥＬディスプレイの構成を簡略化して示す断面図である。
【図８】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図９】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１０】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１１】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１２】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１３】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１４】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１５】本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
本実施の形態にかかるレーザ照射装置は、例えば、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Poly-Silicon)膜を形成するエキシマレーザアニール（ELA:Excimer laser Anneal）装置である。以下、図面を参照して本実施の形態にかかるレーザ照射装置、レーザ照射方法、及び製造方法について説明する。
【００１５】
（ＥＬＡ装置の光学系）
図１を用いて、本実施の形態にかかるＥＬＡ装置１の構成について説明する。図１は、ＥＬＡ装置１の光学系を模式的に示す図である。ＥＬＡ装置１は、レーザ光Ｌ２を基板１００上に形成されたシリコン膜１０１に照射する。これにより、非晶質のシリコン膜（アモルファスシリコン膜:ａ−Ｓｉ膜）１０１を多結晶のシリコン膜（ポリシリコン膜：ｐ−Ｓｉ膜）１０１に変換することができる。基板１００は、例えば、ガラス基板などの透明基板である。
【００１６】
なお、図１では説明の明確化のため、ＸＹＺ三次元直交座標系が示されている。Ｚ方向は鉛直方向となり、基板１００に垂直な方向である。ＸＹ平面は、基板１００のシリコン膜１０１が形成された面と平行な平面である。Ｘ方向は、矩形状の基板１００の長手方向となり、Ｙ方向は基板１００の短手方向となる。また、ＥＬＡ装置１では、ステージなどの搬送機構（不図示）により基板１００を＋Ｘ方向に搬送しながら、シリコン膜１０１にレーザ光Ｌ２が照射される。なお、図１では、シリコン膜１０１において、レーザ光Ｌ２の照射前のシリコン膜１０１をアモルファスシリコン膜１０１ａと示し、レーザ光Ｌ２の照射後のシリコン膜１０１はポリシリコン膜１０１ｂと示している。
【００１７】
ＥＬＡ装置１は、アニール光学系１０を備えている。アニール光学系１０は、アモルファスシリコン膜１０１ａを結晶化するためのレーザ光Ｌ２をシリコン膜１０１に照射するための光学系である。
【００１８】
具体的には、アニール光学系１０は、レーザ光源１１、ミラー１２、プロジェクションレンズ１３、及び波形成形装置２０を備えている。
【００１９】
アニール光学系１０は、基板１００の上側（＋Ｚ側）に配置されている。レーザ光源１１はパルスレーザ光源であり、パルスレーザ光を発生させる。レーザ光源１１は、例えば、中心波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光を放出するエキシマレーザ光源である。また、レーザ光源１１はパルス状のレーザ光Ｌ１を放出する。レーザ光源１１はレーザ光Ｌ１を波形成形装置２０に向けて出射する。
【００２０】
レーザ光Ｌ１は、波形成形装置２０に入射する。波形成形装置２０は、時間軸上において、パルス波形を成形する。より具体的には、波形成形装置２０は、レーザ光Ｌ１のパルス幅を伸ばす。波形成形装置２０の構成については後述する。波形成形装置２０で成形されたレーザ光Ｌ１をレーザ光Ｌ２とする。波形成形装置２０からのレーザ光Ｌ２はミラー１２に入射する。
【００２１】
基板１００の上には、ミラー１２、及びプロジェクションレンズ１３が配置されている。ミラー１２は、例えば、波長に応じて選択的に光を透過するダイクロイックミラーである。ミラー１２は、レーザ光Ｌ２を反射する。
【００２２】
レーザ光Ｌ２はミラー１２で反射して、プロジェクションレンズ１３に入射する。プロジェクションレンズ１３は、レーザ光Ｌ２を基板１００上、すなわち、シリコン膜１０１に投射するための複数のレンズを有している。
【００２３】
プロジェクションレンズ１３はレーザ光Ｌ２を基板１００上に集光している。レーザ光Ｌ２は、基板１００上において、ライン状の照射領域を形成している。すなわち、基板１００上において、レーザ光Ｌ２は、Ｙ方向に沿ったラインビームとなっている。つまり、基板１００上に集光されたレーザ光Ｌ２は、Ｙ方向を長手方向（長軸方向）とし、Ｘ方向を短手方向（短軸方向）とするライン状の照明領域を形成している。また、＋Ｘ方向に基板１００を搬送しながら、レーザ光Ｌ１がシリコン膜１０１に照射される。これにより、Ｙ方向における照射領域の長さを幅とする帯状の領域にレーザ光Ｌ２を照射することができる。
【００２４】
レーザ光Ｌ２の照射によって、アモルファスシリコン膜１０１ａが結晶化する。基板１００に対するレーザ光Ｌ２の照射位置を変えてながら、レーザ光Ｌ２をシリコン膜１０１に照射する。搬送機構（不図示）により基板１００を＋Ｘ方向に搬送することで、基板１００上に均一なポリシリコン膜１０１ｂが形成される。もちろん、基板１００を搬送する構成ではなく、プロジェクションレンズなどの光学系を移動させてもよい。つまり、基板と光学系とを相対的に移動させることで、レーザ光Ｌ２の照射領域が走査されていればよい。
【００２５】
（波形成形装置２０）
次に、波形成形装置２０について、図２を用いて説明する。図２は、波形成形装置２０の光学系を示す図である。波形成形装置２０は、第１の波形成形部３０と、１／２波長板３７と、第２の波形成形部４０と、を備えている。レーザ光源１１側から、第１の波形成形部３０と、１／２波長板３７、第２の波形成形部４０の順番で配置されている。波形成形装置２０は、第１の波形成形部３０と第２の波形成形部４０とが直列に配置された２段構成を備えている。
【００２６】
第１の波形成形部３０、及び第２の波形成形部４０は、パルス幅を伸ばすパルスエキスパンダーである。第１の波形成形部３０は、第１のビームスプリッタ３１と、ミラー３２〜３５とを備えている。同様に、第２の波形成形部４０は、第２のビームスプリッタ４１と、ミラー４２〜４５とを備えている。第１の波形成形部３０と第２の波形成形部４０との間の光路には、１／２波長板３７が配置されている。
【００２７】
レーザ光源１１からのレーザ光Ｌ１は、特定の偏光比率を有している。つまり、レーザ光Ｌ１は、第１の偏光成分と、第２の偏光成分とを有している。第１の偏光成分と第２の偏光成分は互いに直交する偏光成分である。つまり、光軸と直交する平面において互いに直交する方向を第１の方向及び第２の方向とすると、第１の偏光成分は、第１の方向と平行な直線偏光成分であり、第２の偏光成分は第２の方向と平行な直線偏光成分となる。第１の偏光成分の電場ベクトルは、第１の方向に沿って振動し、第２の偏光成分の電場ベクトルは、第２の方向に沿って振動する。
【００２８】
第１の偏光成分は、基板１００に対するＳ偏光成分となり、第２の偏光成分は基板１００に対するＰ偏光成分となる。また、ラインビームの長手方向が第１の方向と平行となり、短手方向が第２の方向となる。したがって、Ｓ偏光がラインビームの長手方向と平行になり、Ｐ偏光がラインビームの短手方向と平行になる。
【００２９】
レーザ光Ｌ１では、第２の偏光成分の強度が第１の偏光成分の強度よりも大きくなっている。例えば、レーザ光Ｌ１における第１の偏光成分の割合は３０％〜４０％であり、第２の偏光成分の割合は６０％〜７０％となっている。パルス光全体に対する第１の偏光成分の比率を偏光比率とし、（第１の偏光成分）／（第１の偏光成分＋第２の偏光成分）で表す。レーザ光Ｌ１における偏光比率は、（第１の偏光成分）／（第１の偏光成分＋第２の偏光成分）＝３０％〜４０％となっている。
【００３０】
レーザ光Ｌ１はまず、第１の波形成形部３０の第１のビームスプリッタ３１に入射する。第１のビームスプリッタ３１は、例えば、プレート型のビームスプリッタであり、レーザ光Ｌ１の光軸に対して４５度傾いて配置されている。第１のビームスプリッタ３１は、入射光の一部を透過し、一部を反射することで、レーザ光Ｌ１を２本の光ビームＬ１１、Ｌ１２に分岐する。第１のビームスプリッタ３１を透過した光ビームを光ビームＬ１１とし、ビームスプリッタで反射した光ビームを光ビームＬ１２とする。第１のビームスプリッタ３１は、ハーフミラーであり、無偏光に対する透過率が５０％、反射率が５０％となっている。第１のビームスプリッタ３１は、プレート型に限らず、キューブ型でもよい。
【００３１】
第１のビームスプリッタ３１は、第１の偏光成分の一部を透過し、一部を反射する。同様に、第１のビームスプリッタ３１は、第２の偏光成分の一部を透過し、一部を反射する。第１のビームスプリッタ３１は、例えば、非偏光ビームビームスプリッタであり、所定の偏光特性を有している。第１のビームスプリッタ３１では、第１の偏光成分に対する分岐比と第２の偏光成分に対する分岐比とが異なっている。なお、ビームスプリッタの分岐比とは、ビームスプリッタにおける反射光と透過光の強度比である。換言すると、第１のビームスプリッタ３１において、第１の偏光成分に対する透過率と、第２の偏光成分に対する透過率は異なっている。第１のビームスプリッタ３１において、第１の偏光成分に対する反射率と、第２の偏光成分に対する反射率は異なっている。
【００３２】
したがって、光ビームＬ１１における偏光比率は、光ビームＬ１２の偏光比率と異なっている。例えば、第１のビームスプリッタ３１において、第２の偏光成分に対する反射率は、第１の偏光成分に対する反射率よりも高くなる。第１のビームスプリッタ３１において、第２の偏光成分に対する透過率は、第１の偏光成分に対する透過率よりも低くなる。よって、レーザ光Ｌ１が第１のビームスプリッタ３１で反射すると、反射した光ビームＬ１２では相対的に第２の偏光成分が高くなる。レーザ光Ｌ１が第１のビームスプリッタ３１を透過すると、光ビームＬ１１では相対的に第１の偏光成分が高くなる。偏光比率は（第１の偏光成分）／（第１偏光比率＋第２の偏光成分）で示されるため、光ビームＬ１１の偏光比率は、光ビームＬ１２の偏光比率よりも大きくなる。
【００３３】
第１のビームスプリッタ３１は、光ビームＬ１２をミラー３２に向けて反射する。ミラー３２〜３５は、入射光のほぼ全てを反射する全反射ミラーであり、光軸に対して４５°傾いて配置されている。第１のビームスプリッタ３１で反射した光ビームＬ１２は、ミラー３２、ミラー３３、ミラー３４、ミラー３５の順番で反射される。ミラー３５で反射した光ビームＬ１２は、第１のビームスプリッタ３１に入射する。第１のビームスプリッタ３１は、上記のように所定の偏光特性を有しているため、光ビームＬ１２の一部を透過して、一部を反射する。
【００３４】
光ビームＬ１２の一部は、第１のビームスプリッタ３１で、１／２波長板３７に向けて反射される。第１のビームスプリッタ３１で再び反射した光ビームＬ１２は、第１のビームスプリッタ３１を透過した光ビームＬ１１と合成される。光軸と直交する平面視において、ミラー３５及び第１のビームスプリッタ３１で反射した光ビームＬ１２は、第１のビームスプリッタ３１を透過した光ビームＬ１１とが重複する。光ビームＬ１２は第１のビームスプリッタ３１で再び反射すると、光ビームＬ１１と同軸の光ビームとなる。第１のビームスプリッタ３１で合成された光ビームＬ１１、Ｌ１２をレーザ光Ｌ１３とする。
【００３５】
第１のビームスプリッタ３１で分岐された後、ミラー３２〜ミラー３５を介して、再度第１のビームスプリッタ３１に入射するまでの光路を遅延パスとする。遅延パスの光路長は、例えば、１６ｎｓｅｃに対応する。
【００３６】
第１のビームスプリッタ３１で合成された２つの光ビームＬ１１、Ｌ１２には、光路長差に応じた時間遅延が与えられている。つまり、光ビームＬ１２は、ミラー３２〜ミラー３５での反射を繰り返した後に、第１のビームスプリッタ３１で光ビームＬ１１と合成されている。光ビームＬ１２は光ビームＬ１１よりも遅延パスの光路長分だけ遅延している。成形後のレーザ光Ｌ１３のパルス長は、成形前のレーザ光Ｌ１のパルス長よりも長くなっている。第１の波形成形部３０は、光ビームＬ１１と光ビームＬ１２の光路長差を利用して、レーザ光Ｌ１３のパルス幅を伸ばしている。
【００３７】
さらに、再度第１のビームスプリッタ３１に入射した光ビームＬ１２の一部は、第１のビームスプリッタ３１を透過する。第１のビームスプリッタ３１を透過した光ビームＬ１２は、ミラー３２〜ミラー３５で反射されて、第１のビームスプリッタ３１に再度入射する。このように光ビームＬ１２の一部は、遅延パスを繰り返し通過して、光ビームＬ１１と合成される。光ビームＬ１２の一部は、第１のビームスプリッタ３１での分岐と遅延パスの通過を複数回繰り返す。光ビームＬ１２は、遅延パスを通過した回数だけ遅延して、光ビームＬ１１と合成される。例えば、遅延パスを１回通過した光ビームＬ１２は光ビームＬ１１に対して１６ｎｓｅｃ遅延し、２回通過した光ビームＬ１２は光ビームＬ１１に対して３２ｎｓｅｃ遅延する。また、遅延パスを通過する光ビームＬ１２の光量は、第１のビームスプリッタ３１で分岐される毎に減少する。
【００３８】
第１の波形成形部３０は、レーザ光Ｌ１の一部を反射し、一部を透過することで、２本の光ビームＬ１１、Ｌ１２に分岐する第１のビームスプリッタ３１を備えている。第１の波形成形部３０は、２つの光ビームＬ１１、Ｌ１２に光路長差に応じた時間遅延を与えることで、パルス波形を成形する。具体的には、第１のビームスプリッタ３１で分岐された光ビームＬ１２が、第１のビームスプリッタ３１に再度入射するまでの遅延パスの通過を繰り返すことで、パルス幅を伸ばすことができる。
【００３９】
第１の波形成形部３０からのレーザ光Ｌ１３は、１／２波長板３７を透過する。１／２波長板３７は、直交する偏光成分の間に位相差を生じさせる複屈折素子であり、レーザ光Ｌ１３の偏光状態を変化させる。１／２波長板３７を透過したレーザ光をレーザ光Ｌ１４とする。光軸と直交する平面において、１／２波長板３７の光学軸は、第１の方向に対して４５度傾いている。よって、１／２波長板３７は、第１及び第２の直線偏光成分をそれぞれ９０°回転させる。１／２波長板３７は、第１の偏光成分を第２の偏光成分に変換し、第２の偏光成分を第１の偏光成分に変換する。レーザ光Ｌ１４の偏光比率が逆転する。レーザ光Ｌ１３における偏光比率が３０％であるとすると、レーザ光Ｌ１４における偏光比率は７０％（＝１００―３０）となっている。
【００４０】
１／２波長板３７を透過したレーザ光Ｌ１４は、第２の波形成形部４０に入射する。第２の波形成形部４０は第１の波形成形部３０と同様の構成を備えている。第２の波形成形部４０の第２のビームスプリッタ４１、及びミラー４２〜ミラー４５は、それぞれ第１の波形成形部３０の第１のビームスプリッタ３１、及びミラー３２〜ミラー３５に対応する。例えば、第２のビームスプリッタ４１、ミラー４２〜ミラー４５の配置は、第１のビームスプリッタ３１、ミラー３２〜ミラー３５の配置と一致している。第１の波形成形部３０における遅延パスと、第２の波形成形部４０における遅延パスは、実質的に同じ光路長となっている。ミラー４２〜ミラー４５は、全反射ミラーであり、光軸に対して４５度傾いている。
【００４１】
第２のビームスプリッタ４１は、第１のビームスプリッタ３１と同様の非偏光ビームスプリッタを用いることができる。よって、第２のビームスプリッタ４１は、レーザ光Ｌ１４の一部を透過し、一部を反射することで、レーザ光Ｌ１４を２本の光ビームＬ１５、Ｌ１６に分岐する。そして、第２のビームスプリッタ４１で反射した光ビームＬ１６は、ミラー４２〜４５で反射された後、再度第２のビームスプリッタ４１に入射する。第２のビームスプリッタ４１は、ミラー４５で反射した光ビームＬ１６を第２のビームスプリッタ４１を透過した光ビームＬ１５と合成する。２本の光ビームＬ１５、Ｌ１６には、ミラー４２〜ミラー４５の遅延パスの光路長に応じた遅延時間が与えられる。
【００４２】
このように、第２の波形成形部４０は、レーザ光Ｌ１４の一部を反射し、一部を透過することで、２本の光ビームＬ１５、Ｌ１６に分岐する。第２の波形成形部４０の構成は、第１の波形成形部３０と同様であるため、詳細な説明を省略する。第２の波形成形部４０は、２つの光ビームＬ１５、Ｌ１６に光路長差に応じた時間遅延を与えることでパルスレーザ光のパルス波形を成形する。具体的には、第２のビームスプリッタ４１で分岐された後、第２のビームスプリッタ４１に再度入射するまでの遅延パスの通過を繰り返すことで、パルス幅を伸ばすことができる。
【００４３】
そして、第２の波形成形部４０からのレーザ光が図１のレーザ光Ｌ２となり、ミラー１２に入射する。レーザ光Ｌ２は、プロジェクションレンズ１３を介して、シリコン膜１０１に照射される。
【００４４】
第１のビームスプリッタ３１と第２のビームスプリッタ４１とは、同じ偏光特性を有している。第１のビームスプリッタ３１と第２のビームスプリッタ４１との透過率、及び反射率の偏光特性は同じになっている。第１のビームスプリッタ３１と第２のビームスプリッタ４１との間で、第１の偏光成分に対する分岐比が同じとなっている。第１のビームスプリッタ３１と第２のビームスプリッタ４１との間で、第２の偏光成分に対する分岐比が同じとなっている。例えば、第１の偏光成分に対して、第１のビームスプリッタ３１と第２のビームスプリッタ４１との透過率は同じとなっている。第２の偏光成分に対して、第１のビームスプリッタ３１と第２のビームスプリッタ４１との透過率は同じとなっている。さらに、第２の波形成形部４０における遅延パスは、第１の波形成形部３０における遅延パスと同じ光路長となっている。
【００４５】
よって、第２の波形成形部４０は、第１の波形成形部３０と同様に、パルス幅を伸ばすことできる。さらに、第１の波形成形部３０と第２の波形成形部４０との間には、１／２波長板３７が配置されている。よって、第１の波形成形部３０における第１の偏光成分及び第２の偏光成分が第２の波形成形部４０では入れ替わる。つまり、第１の波形成形部３０における第１の偏光成分が第２の波形成形部４０では第２の偏光成分になる。第１の波形成形部３０における第２の偏光成分が第２の波形成形部４０では第１の偏光成分になる。
【００４６】
レーザ光Ｌ１のパルス波形が第１の波形成形部３０、及び第２の波形成形部４０で成形されることで、基板１００に対するＳ偏光成分とＰ偏光成分には、同様の時間遅延が与えられる。基板１００に照射されるレーザ光Ｌ２において、Ｓ偏光成分のパルス形状と、Ｐ偏光成分のパルス形状が同様になる。このように、第１の波形成形部３０、１／２波長板３７、及び第２の波形成形部４０を用いることで、レーザ光Ｌ１の直交する偏光成分に対して、同様の時間遅延を与えることができる。
【００４７】
図３は、本実施の形態における波形成形装置２０により成形されたパルス波形を示すグラフである。図４は、比較例にかかる波形整形装置で成形されたパルス波形を示すグラフである。比較例としては、特許文献１の図２に開示された波形整形装置と用いている。図３，図４において、横軸は時間、縦軸なレーザ光強度を示している。また、図３，図４において、Ｗ１がＰ偏光成分、つまりラインビームの短手方向と平行な直線偏光成分を示し、Ｗ２がＳ偏光成分、つまりラインビームの長手方向と平行な直線偏光成分を示す。また、図３、図４では、パルスエネルギーでＳ偏光成分とＰ偏光成分の強度が規格化されている。つまり、１パルスにおけるＳ偏光成分とＰ偏光成分の面積が一致するようにＳ偏光成分とＰ偏光成分の少なくとも一方に一定の係数を乗じることで、光強度が規格化されている。
【００４８】
本実施の形態にかかる波形成形装置２０を用いることで、アモルファスシリコン膜１０１ａに照射されるレーザ光の偏光比率の時間変化を小さくすることができる。つまり、パルス波形において、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との偏光比率の変動が小さくなっている。溶融、結晶化のプロセスにおいて、偏光に対する影響を小さくすることができる。これにより、照射ムラを低減することができる。例えば、基板１００を移動しながら、パルスレーザ光が基板１００に照射されている。よって、照射位置毎に偏光比率が大きく異なってしまうと、結晶状態にムラが生じるおそれがある。これに対して、本実施の形態によれば、結晶状態にムラが生じることを抑制することができる。
【００４９】
本実施の形態によれば、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の強度差（以下、偏光比差とする）を常時１２％以下にすることができる。例えば、図３では、最大の偏光比差が１０％となっている。つまり、図３では、パルスのいずれのタイミングにおいても、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との強度差が１０％以下になっている。図４では、最大の偏光比差が２２％となっている。このように、レーザパルスにおけるＳ偏光成分とＰ偏光成分の強度差である偏光比差を小さくすることができる。
【００５０】
図５は、図３、及び図４のパルス波形における照射ムラの評価結果を示す図である。図３のパルス波形での評価結果をＰ１とし、図４のパルス波形での評価結果をＰ２としている。図５の横軸は、レーザ光の照射エネルギー密度で有り、縦軸はムラスコアである。ムラスコアは、結晶化されたポリシリコン膜１０１ｂのムラを評価した値であり、小さいほどムラが小さいことを示す。図６では、レーザ光の照射エネルギー密度を４３０ｍＪ／ｃｍ２〜４５５ｍＪ／ｃｍ２範囲で５ｍＪ／ｃｍ２刻みに変化させた結果を示している。
【００５１】
評価結果Ｐ１に示すように、波形成形装置２０で成形されたパルスレーザ光を用いることで、４４０ｍＪ／ｃｍ２〜４５０ｍＪ／ｃｍ２からの範囲で低いムラスコアを得ることができる。つまり、プロセス中にパルスレーザ光の照射エネルギーが変動した場合でも、ポリシリコン膜１０１ｂの結晶構造のムラを抑制することができる。一方、評価結果Ｐ２では、ムラスコアが小さくなる照射エネルギー密度が４３５ｍＪ／ｃｍ２しかない。よって、比較例では、照射エネルギー変動に対するプロセスマージンが小さくなってしまう。
【００５２】
本実施の形態によれば、溶融、結晶化のプロセスにおいて、照射エネルギー密度に対するマージンを広げることができる。より均一な結晶構造を有するポリシリコン膜を形成することができる。これにより、半導体装置の性能向上に資することができる。
【００５３】
また、レーザ光Ｌ２において、Ｐ偏光成分をＳ偏光成分よりも高くすることが好ましい。つまり、レーザ光Ｌ２における偏光比率を５０％以上とすることが好ましい。また、レーザ光Ｌ２の照射対象はアモルファスシリコン膜１０１ａを備えた基板１００に限られるものではない。つまり、上記の波形成形装置２０は、レーザアニール装置以外のレーザ照射装置に適用可能である。
【００５４】
実施の形態２．
本実施の形態について、図６を用いて説明する。図６は、波形成形装置２０の構成を示すである。なお、ＥＬＡ装置１の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、適宜説明を省略する。本実施の形態では、第１の波形成形部３０と第２の波形成形部４０とが並列に配置されている。なお、第１の波形成形部３０と第２の波形成形部４０の基本的な構成は、実施の形態１と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００５５】
本実施の形態では、２台のレーザ光源を用いている。具体的には、レーザ光源１１は、第１のレーザ光源１１ａと、第２のレーザ光源１１ｂとを有している。第１のレーザ光源１１ａと、第２のレーザ光源１１ｂは、同様のレーザ発振器である。例えば、第１のレーザ光源１１ａと、第２のレーザ光源１１ｂとは、実施の形態１と同様に、エキシマレーザであり、波長３０８ｎｍのパルスレーザ光を出射する。第１のレーザ光源１１ａは発生するレーザ光をレーザ光Ｌ１００とし、第２のレーザ光源１１ｂが発生するレーザ光をレーザ光Ｌ２００とする。レーザ光Ｌ１００とレーザ光Ｌ２００とは同じ偏光比率を有している。
【００５６】
レーザ光Ｌ１００は、第１の波形成形部３０、及び１／２波長板３７を介して、合成器７０に入射する。第１の波形成形部３０、及び１／２波長板３７は、実施の形態１の第１の波形成形部３０、及び１／２波長板３７と同様に配置されている。第１のビームスプリッタ３１は、レーザ光Ｌ１００を２本の光ビームＬ１１１、Ｌ１１２に分岐する。第１のビームスプリッタ３１で反射した光ビームＬ１１２は、ミラー３２〜３５で反射して、第１のビームスプリッタ３１に入射する。よって、第１のビームスプリッタ３１は、光ビームＬ１１２を第１のビームスプリッタ３１を透過した光ビームＬ１１１と合成する。
【００５７】
第１のビームスプリッタ３１で合成された光ビームＬ１１１、Ｌ１１２をレーザ光Ｌ１１３とする。レーザ光Ｌ１１３は、１／２波長板３７を透過する。１／２波長板３７を透過したレーザ光Ｌ１１３をレーザ光Ｌ１１４とする。レーザ光Ｌ１１４は、合成器７０に入射する。
【００５８】
第１の波形成形部３０は、２つの光ビームＬ１１１、Ｌ１１２に光路長差に応じた時間遅延を与えることで、パルス波形を成形する。具体的には、第１のビームスプリッタ３１で分岐された光ビームＬ１１２が、第１のビームスプリッタ３１に再度入射するまでの遅延パスの通過を繰り返すことで、パルス幅を伸ばすことができる。
【００５９】
レーザ光Ｌ２００は、１／２波長板４７、及び第２の波形成形部４０を介して、合成器７０に入射する。１／２波長板４７が第２の波形成形部４０の前段に配置されている。図６の１／２波長板４７、及び第２の波形成形部４０の配置は、図２の１／２波長板３７と第２の波形成形部４０の配置と同じとなっている。
【００６０】
１／２波長板４７は、レーザ光Ｌ２００の偏光状態を変化させる。１／２波長板４７を透過したレーザ光Ｌ２００をレーザ光Ｌ２１０とする。１／２波長板４７は、１／２波長板３７と同様になっている。すなわち、レーザ光Ｌ２００の光軸と直交する平面において、１／２波長板４７の光学軸は、第１の方向に対して４５度傾いている。１／２波長板４７は、第１の偏光成分を第２の偏光成分に変換し、第２の偏光成分を第１の偏光成分に変換する。レーザ光Ｌ２００とレーザ光Ｌ２１０との偏光比率は逆転する。レーザ光Ｌ１００とレーザ光Ｌ２００の偏光比率が同じである場合、レーザ光Ｌ２１０の偏光比率＝｛１−（レーザ光Ｌ１００の偏光比率）｝となる。例えば、レーザ光Ｌ１００における偏光比率が３０％であるとすると、レーザ光Ｌ２１０の偏光比率は７０％となる。
【００６１】
第２のビームスプリッタ４１は、レーザ光Ｌ２１０を２本の光ビームＬ２１１、Ｌ２１２に分岐する。第２のビームスプリッタ４１で反射した光ビームＬ２１２は、ミラー４２〜４５で反射して、第２のビームスプリッタ４１に入射する。よって、第２のビームスプリッタ４１は、光ビームＬ２１２を第２のビームスプリッタ４１を透過した光ビームＬ２１１と合成する。
【００６２】
第２のビームスプリッタ４１で合成された光ビームＬ２１１、Ｌ２１２をレーザ光Ｌ２１３とする。レーザ光Ｌ２１３は、合成器７０に入射する。第２の波形成形部４０は、２つの光ビームＬ２１１、Ｌ２１２に光路長差に応じた時間遅延を与えることで、パルス波形を成形する。具体的には、第２のビームスプリッタ４１で分岐された光ビームＬ２１２が、第２のビームスプリッタ４１に再度入射するまでの遅延パスの通過を繰り返すことで、パルス幅を伸ばすことができる。
【００６３】
合成器７０は、ビームスプリッタなどを有しており、レーザ光Ｌ１１４とレーザ光Ｌ２１３とを合成する。光軸と直交する平面視において、レーザ光Ｌ１１４とレーザ光Ｌ２１３が重複する。レーザ光Ｌ１１４とレーザ光Ｌ２１３とが空間的に重複して、レーザ光Ｌ２となる。具体的には、レーザ光Ｌ１１４とレーザ光Ｌ２１３とが同軸のレーザ光Ｌ２となる。合成器７０で合成されたレーザ光Ｌ２が、ミラー１２、及びプロジェクションレンズ１３を介して基板１００に照射される（図１参照）。なお、プロジェクションレンズ１３の前段で合成器７０がレーザ光Ｌ１１４、Ｌ２１３を合成するとしたが、レーザ光Ｌ１１４、Ｌ２１３を合成する位置は特に限定されるものではない。つまり、照射対象物である基板１００において、レーザ光Ｌ１１４の照射位置とレーザ光Ｌ２１３の照射位置とが重複していればよい。
【００６４】
また、第１のレーザ光源１１ａと、第２のレーザ光源１１ｂは、同期して動作している。つまり、第１の波形成形部３０からのレーザ光Ｌ１１４と、第２の波形成形部４０からのレーザ光Ｌ２１３が同じタイミングで、合成器７０に入射する。基板１００に対して、レーザ光Ｌ１１４とレーザ光Ｌ２１３が同時に照射される。
【００６５】
このような構成によっても、実施の形態１と同様に、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分との偏光比差を低減することができる。よって、均一にレーザ光Ｌ２を照射することができ、照射ムラを低減することができる。さらに、２台のレーザ光源１１ａ、１１ｂを用いることで、レーザ光の照射強度を高くすることができる。
【００６６】
なお、実施の形態２では２台のレーザ光源１１ａ、１１ｂを用いて、レーザ光Ｌ１００及びレーザ光Ｌ２００を発生させたが、１つのレーザ光源１１からのレーザ光を分岐することで２つのレーザ光Ｌ１００、Ｌ２００を発生させてもよい。この場合、偏光状態によらず一定の分岐比で光ビームを透過又は反射する無偏光ビームスプリッタを用いればよい。例えば、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分のいずれにおいても分岐比が５０：５０となる無偏光ビームスプリッタを用いて、第１及び第２のレーザ光を発生させればよい。このようにすることで、同じ偏光状態の２つのレーザ光を発生させることができる。
【００６７】
さらに、３台以上のレーザ光源を用いてもよい。例えば、図２の構成と図６の構成とを組み合わせてもよい。あるいは、図２の構成を２組設けてもよい。また、図６の構成を２組設けてもよい。
【００６８】
また、実施の形態１又は実施の形態２では、レーザ光の偏光状態を変化させる波長板として、１／２波長板３７、４７が用いられているが、１／２波長板以外の波長板を用いてもよい。例えば、１／４波長板を用いて、レーザ光の偏光状態を変化させてもよい。１／２波長板３７、及び１／２波長板４７を１／４波長板に置き換えることで、右回りの円偏光と、左回りの円偏光とを同様に遅延させることができる。この場合、円偏光を直線偏光に戻すための１／４波長板をレーザ光Ｌ２の光路中に配置してもよい。あるいは、右回りの円偏光と左回りの円偏光を含むレーザ光Ｌ２を基板１００に照射してもよい。
【００６９】
さらには、第１のビームスプリッタ３１、及び第２のビームスプリッタ４１の向きを調整することで、１／２波長板３７及び１／２波長板４７を省略することも可能である。例えば、図２又は図６において、第１のビームスプリッタ３１、及び第２のビームスプリッタ４１のいずれか一方を光軸周りに９０度回転させる。具体的には、図２では、第１のビームスプリッタ３１が図５の紙面内における上下方向にレーザ光Ｌ１の一部を反射し、第２のビームスプリッタ４１が図５の紙面と直交する方向にレーザ光Ｌ１４の一部を反射すればよい。このようにすることで、第１及び第２の偏光成分の偏光比率を変えることができる。
【００７０】
（有機ＥＬディスプレイ）
上記のポリシリコン膜を有する半導体装置は、有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイ用のＴＦＴ（Thin Film transistor）アレイ基板に好適である。すなわち、ポリシリコン膜は、ＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を有する半導体層として用いられる。
【００７１】
以下、本実施の形態にかかる半導体装置を有機ＥＬディスプレイディスプレイに適用した構成について説明する。図７は、有機ＥＬディスプレイの画素回路を簡略化して示す断面図である。図７に示す有機ＥＬディスプレイ３００は、各画素ＰＸにＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス型の表示装置である。
【００７２】
有機ＥＬディスプレイ３００は、基板３１０、ＴＦＴ層３１１、有機層３１２、カラーフィルタ層３１３、及び封止基板３１４を備えている。図１７では、封止基板３１４側が視認側となるトップエミッション方式の有機ＥＬディスプレイを示している。なお、以下の説明は、有機ＥＬディスプレイの一構成例を示すものであり、本実施の形態は、以下に説明される構成に限られるものではない。例えば、本実施の形態にかかる半導体装置は、ボトムエミッション方式の有機ＥＬディスプレイに用いられていてもよい。
【００７３】
基板３１０は、ガラス基板又は金属基板である。基板３１０の上には、ＴＦＴ層３１１が設けられている。ＴＦＴ層３１１は、各画素ＰＸに配置されたＴＦＴ３１１ａを有している。さらに、ＴＦＴ層３１１は、ＴＦＴ３１１ａに接続される配線（図示を省略）等を有している。ＴＦＴ３１１ａ、及び配線等が画素回路を構成する。
【００７４】
ＴＦＴ層３１１の上には、有機層３１２が設けられている。有機層３１２は、画素ＰＸごとに配置された有機ＥＬ発光素子３１２ａを有している。有機ＥＬ発光素子３１２ａは、例えば、陽極、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、及び陰極が積層された積層構造を有している。トップエミッション方式の場合、陽極は金属電極であり、陰極はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜である。さらに、有機層３１２には、画素ＰＸ間において、有機ＥＬ発光素子３１２ａを分離するための隔壁３１２ｂが設けられている。
【００７５】
有機層３１２の上には、カラーフィルタ層３１３が設けられている。カラーフィルタ層３１３は、カラー表示を行うためのカラーフィルタ３１３ａが設けられている。すなわち、各画素ＰＸには、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、又はＢ（青色）に着色された樹脂層がカラーフィルタ３１３ａとして設けられている。有機層３１２から放出された白色光は、カラーフィルタ３１３ａを通過すると、ＲＧＢの色の光に変換される。なお、有機層３１２に、ＲＧＢの各色を発光する有機ＥＬ発光素子が設けられている３色方式の場合、カラーフィルタ層３１３を省略してもよい。
【００７６】
カラーフィルタ層３１３の上には、封止基板３１４が設けられている。封止基板３１４は、ガラス基板などの透明基板であり、有機層３１２の有機ＥＬ発光素子の劣化を防ぐために設けられている。
【００７７】
有機層３１２の有機ＥＬ発光素子３１２ａに流れる電流は、画素回路に供給される表示信号によって変化する。よって、表示画像に応じた表示信号を各画素ＰＸに供給することで、各画素ＰＸでの発光量を制御することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。
【００７８】
有機ＥＬディスプレイ等のアクティブマトリクス型表示装置では、１つの画素ＰＸに、１つ以上のＴＦＴ（例えば、スイッチング用ＴＦＴ、又は駆動用ＴＦＴ）が設けられている。そして、各画素ＰＸのＴＦＴには、ソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域を有する半導体層が設けられている。本実施の形態にかかるポリシリコン膜は、ＴＦＴの半導体層に好適である。すなわち、上記の製造方法により製造したポリシリコン膜をＴＦＴアレイ基板の半導体層に用いることで、ＴＦＴ特性の面内ばらつきを抑制することができる。よって、表示特性の優れた表示装置を高い生産性で製造することができる。
【００７９】
（半導体装置の製造方法）
本実施の形態にかかるＥＬＡ装置を用いた半導体装置の製造方法は、ＴＦＴアレイ基板の製造に好適である。ＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について、図７〜図１５を用いて説明する。図８〜図１５は半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。以下の説明では、逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について説明する。
【００８０】
まず、図８に示すように、ガラス基板４０１上に、ゲート電極４０２を形成する。なお、ガラス基板４０１は、上記した基板１００に相当する。ゲート電極４０２は、例えば、アルミニウムなどを含む金属薄膜を用いることができる。ガラス基板４０１上に、スパッタ法や蒸着法により金属薄膜を成膜する。そして、金属薄膜をフォトリソグラフィーにより、パターニングすることで、ゲート電極４０２が形成される。フォトリソグラフィーグラフィ法では、レジスト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト剥離等の処理が行われる。なお、ゲート電極４０２のパターニングと同工程で、各種の配線等を形成してもよい。
【００８１】
次に、図９に示すように、ゲート電極４０２の上に、ゲート絶縁膜４０３を形成する。ゲート絶縁膜４０３は、ゲート電極４０２を覆うように形成される。そして、図１０に示すように、ゲート絶縁膜４０３の上に、アモルファスシリコン膜４０４を形成する。アモルファスシリコン膜４０４は、ゲート絶縁膜４０３を介して、ゲート電極４０２と重複するように配置されている。
【００８２】
ゲート絶縁膜４０３は、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、又はこれらの積層膜等などである。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ゲート絶縁膜４０３とアモルファスシリコン膜４０４とを連続成膜する。
【００８３】
そして、アモルファスシリコン膜４０４にレーザ光Ｌ１を照射することで、図１１に示すように、ポリシリコン膜４０５を形成する。すなわち、図１等で示したＥＬＡ装置１によって、アモルファスシリコン膜４０４を結晶化する。これにより、シリコンが結晶化したポリシリコン膜４０５がゲート絶縁膜４０３上に形成される。ポリシリコン膜４０５は、上記したポリシリコン膜１０１ｂに相当する。
【００８４】
この時、本実施の形態にかかる検査方法により、ポリシリコン膜４０５が検査されている。ポリシリコン膜４０５が所定の基準を満たさない場合、ポリシリコン膜４０５に再度レーザ光が照射される。このため、ポリシリコン膜４０５の特性をより均一にすることができる。面内のばらつきを抑制することができるため、表示特性の優れた表示装置を高い生産性で製造することができる。
【００８５】
なお、図示を省略するがポリシリコン膜４０５をフォトリソグラフィー法によりパターニングする。また、イオン注入法などにより、ポリシリコン膜４０５に不純物を導入してもよい。
【００８６】
その後、図１２に示すように、ポリシリコン膜４０５の上に、層間絶縁膜４０６を形成する。層間絶縁膜４０６には、ポリシリコン膜４０５を露出するためのコンタクトホール４０６ａが設けられている。
【００８７】
層間絶縁膜４０６は、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）、又はこれらの積層膜等などである。具体的には、ＣＶＤ法により、層間絶縁膜４０６を成膜する。そして、フォトリソグラフィー法により、層間絶縁膜４０６をパターニングすることで、コンタクトホール４０６ａが形成される。
【００８８】
次に、図１３に示すように、層間絶縁膜４０６の上に、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂを形成する。ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、コンタクトホール４０６ａを覆うように形成される。すなわち、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、コンタクトホール４０６ａ内から層間絶縁膜４０６の上まで形成される。よって、コンタクトホール４０６ａを介して、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、ポリシリコン膜４０５と電気的に接続される。
【００８９】
これにより、ＴＦＴ４１０が形成される。ＴＦＴ４１０は、上記したＴＦＴ３１１ａに相当する。ポリシリコン膜４０５において、ゲート電極４０２と重複する領域がチャネル領域４０５ｃとなる。ポリシリコン膜４０５において、チャネル領域４０５ｃよりもソース電極４０７ａ側がソース領域４０５ａとなり、ドレイン電極４０７ｂ側がドレイン領域４０５ｂとなる。
【００９０】
ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂは、アルミニウムなどを含む金属薄膜により形成されている。層間絶縁膜４０６上に、スパッタ法や蒸着法により金属薄膜を成膜する。そして、金属薄膜をフォトリソグラフィーにより、パターニングすることで、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂが形成される。なお、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂのパターニングと同工程で、各種の配線を形成してもよい。
【００９１】
そして、図１４に示すように、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂの上に、平坦化膜４０８を形成する。平坦化膜４０８は、ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂを覆うように形成される。さらに、平坦化膜４０８には、ドレイン電極４０７ｂを露出するためのコンタクトホール４０８ａが設けられている。
【００９２】
平坦化膜４０８は、例えば、感光性樹脂膜により形成されている。ソース電極４０７ａ、及びドレイン電極４０７ｂの上に、感光性樹脂膜を塗布して、露光、現像する。これにより、コンタクトホール４０８ａを有する平坦化膜４０８をパターニングすることができる。
【００９３】
そして、図１５に示すように、平坦化膜４０８の上に、画素電極４０９を形成する。画素電極４０９は、コンタクトホール４０８ａを覆うように形成される。すなわち、画素電極４０９は、コンタクトホール４０８ａ内から平坦化膜４０８の上まで形成される。よって、コンタクトホール４０８ａを介して、画素電極４０９は、ドレイン電極４０７ｂと電気的に接続される。
【００９４】
画素電極４０９は、透明導電膜又はアルミニウムなどを含む金属薄膜により形成される。平坦化膜４０８の上に、スパッタ法などにより、導電膜（透明導電膜、又は金属薄膜）を成膜する。そして、フォトリソグラフィー法により導電膜をパターニングする。これにより、平坦化膜４０８の上に画素電極４０９が形成される。有機ＥＬディスプレイの駆動用ＴＦＴの場合、画素電極４０９の上に、図１６で示したような有機ＥＬ発光素子３１２ａ、カラーフィルタ（ＣＦ）３１３ａ等が形成される。なお、トップエミッション方式の有機ＥＬディスプレイの場合、画素電極４０９は、反射率の高いアルミニウムや銀などを含む金属薄膜により形成される。また、ボトムエミッション方式の有機ＥＬディスプレイの場合、画素電極４０９は、ＩＴＯなどの透明導電膜により形成される。
【００９５】
以上、逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴの製造工程を説明したが、本実施の形態にかかる製造方法を逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴの製造に適用してもよい。もちろん、ＴＦＴの製造方法は、有機ＥＬディスプレイ用のＴＦＴの製造に限られるものではなく、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）用のＴＦＴの製造に適用することもできる。
【００９６】
さらに、上記の説明では、本実施の形態にかかるレーザアニール装置が、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してポリシリコン膜を形成するものとして説明したが、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してマイクロクリスタルシリコン膜を形成するものであってもよい。さらには、アニールを行うレーザ光はエキシマレーザに限定されるものではない。また、本実施の形態にかかる方法は、シリコン膜以外の薄膜を結晶化するレーザアニール装置に適用することも可能である。すなわち、非晶質膜にレーザ光を照射して、結晶化膜を形成するレーザアニール装置であれば、本実施の形態にかかる方法は適用可能である。本実施の形態にかかるレーザアニール装置によれば、結晶化膜付き基板を適切に検査することができる。
【００９７】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１  ＥＬＡ装置
１１  レーザ光源
１１ａ  第１のレーザ光源
１１ｂ  第２のレーザ光源
１２  ミラー
１３  プロジェクションレンズ
２０  波形成形装置
３０  第１の波形成形部
３１  第１のビームスプリッタ
３２〜３５  ミラー
３７  １／２波長板
４０  第２の波形成形部
４１  第２のビームスプリッタ
４２〜４５  ミラー
４７  １／２波長板
１００  基板
１０１  シリコン膜
１０１ａ  アモルファスシリコン膜１０１ａ
１０１ｂ  ポリシリコン膜１０１ｂ
３００  有機ＥＬディスプレイ
３１０  基板
３１１  ＴＦＴ層
３１１ａ  ＴＦＴ
３１２  有機層
３１２ａ  有機ＥＬ発光素子
３１２ｂ  隔壁
３１３  カラーフィルタ層
３１３ａ  カラーフィルタ（ＣＦ）
３１４  封止基板
４０１  ガラス基板
４０２  ゲート電極
４０３  ゲート絶縁膜
４０４  アモルファスシリコン膜
４０５  ポリシリコン膜
４０６  層間絶縁膜
４０７ａ  ソース電極
４０７ｂ  ドレイン電極
４０８  平坦化膜
４０９  画素電極
４１０  ＴＦＴ
ＰＸ  画素
【図１】
2020177968.tif 000003
【図２】
2020177968.tif 000004
【図３】
2020177968.tif 000005
【図４】
2020177968.tif 000006
【図５】
2020177968.tif 000007
【図６】
2020177968.tif 000008
【図７】
2020177968.tif 000009
【図８】
2020177968.tif 000010
【図９】
2020177968.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2020177968.tif 000013
【図１２】
2020177968.tif 000014
【図１３】
2020177968.tif 000015
【図１４】
2020177968.tif 000016
【図１５】
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