(57)【要約】【課題】低コストで、結晶化シリコン膜を必要な面積の領域に形成することができるレーザアニール方法を提供すること。【解決手段】非晶質シリコン膜の表面に、非晶質シリコンに吸収される波長域の第１レーザ光でなる第１レーザビームスポットを照射して、非晶質シリコンを溶融させる第１照射を行って種結晶領域を形成する種結晶領域形成工程と、前記種結晶領域に前記第１照射を行ってシリコンを溶融させた状態で、溶融されたシリコンに吸収される波長域の第２レーザ光でなる第２レーザビームスポットを、前記第１レーザスポットと隣接する領域に照射する第２照射を行い、前記種結晶領域を起点として当該種結晶領域と連続する改質領域の結晶化シリコンを成長させる改質領域形成工程と、を備える。【選択図】図１
2020098895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームのビームスポットに対して、非晶質シリコン膜が表面に成膜された被処理基板を相対的に移動させ、前記非晶質シリコン膜を前記ビームスポットで照射して結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール方法であって、
前記非晶質シリコン膜の表面に、非晶質シリコンに吸収される波長域の第１レーザ光でなる第１レーザビームスポットを照射して、非晶質シリコンを溶融させる第１照射を行って種結晶領域を形成する種結晶領域形成工程と、
前記種結晶領域に前記第１照射を行ってシリコンを溶融させた状態で、溶融されたシリコンに吸収される波長域の第２レーザ光でなる第２レーザビームスポットを、前記第１レーザビームスポットと隣接する領域に照射する第２照射を行い、前記種結晶領域を起点として当該種結晶領域と連続する改質領域の結晶化シリコンを成長させる改質領域形成工程と、
を備えるレーザアニール方法。
【請求項２】
前記第１レーザ光の波長域は、近紫外から可視光であり、
前記第２レーザ光の波長域は、可視光以上である
請求項１に記載のレーザアニール方法。
【請求項３】
前記第１レーザ光および前記第２レーザ光は、それぞれ半導体レーザから発振される
請求項１または請求項２に記載のレーザアニール方法。
【請求項４】
前記第１レーザ光のパワー密度は、前記第２レーザ光のパワー密度よりも低い
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。
【請求項５】
前記第１レーザビームスポットは、前記第２レーザビームスポットよりも、前記被処理基板の搬送方向の同じ位置か下流側に配置する
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方法。
【請求項６】
前記第１レーザビームスポットを、前記改質領域の一部を通過するように配置し、
前記第２レーザビームスポットを、前記改質領域の全面を通過するように形成する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。
【請求項７】
複数の前記第２レーザビームスポットが、前記第１レーザビームスポットから延びるように形成する
請求項５または請求項６に記載のレーザアニール方法。
【請求項８】
前記第２レーザビームスポットは、前記第１レーザビームスポットから前記被処理基板の搬送方向の斜め上流側へ向けて延びるように配置されている
請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のレーザアニール方法。
【請求項９】
レーザビームのビームスポットに対して、非晶質シリコン膜が表面に成膜された被処理基板を相対的に移動するように設定され、前記非晶質シリコン膜を前記ビームスポットで前記レーザビームを照射して結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール装置であって、
前記非晶質シリコンに吸収される波長域の第１レーザ光を発振する第１光源部と、
溶融されたシリコンに吸収される波長域の第２レーザ光を発振する第１光源部と、
を備え、
前記第１レーザ光でなる第１レーザビームスポットを照射して前記非晶質シリコン膜を溶融させ、前記第１レーザ光により溶融されたシリコンに前記第２レーザ光でなる第２レーザビームスポットを、前記第１レーザビームスポットと隣接する領域に照射する
レーザアニール装置。
【請求項１０】
前記第１レーザ光の波長域は、近紫外から可視光であり、
前記第２レーザ光の波長域は、可視光以上である
請求項９に記載のレーザアニール装置。
【請求項１１】
前記第１レーザ光および前記第２レーザ光は、それぞれ半導体レーザから発振される
請求項９または請求項１０に記載のレーザアニール装置。
【請求項１２】
前記第１レーザ光のパワー密度は、前記第２レーザ光のパワー密度よりも低く設定されている
請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項１３】
前記第１レーザビームスポットは、前記第２レーザビームスポットよりも、前記被処理基板の搬送方向の同じ位置か下流側に配置されている
請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項１４】
前記第１レーザビームスポットは、改質領域の一部を通過するように配置され、
前記第２レーザビームスポットは、前記改質領域の全面を通過するように形成されている
請求項９から請求項１３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項１５】
複数の前記第２レーザビームスポットが前記第１レーザビームスポットから延びるように形成される
請求項１３または請求項１４に記載のレーザアニール装置。
【請求項１６】
前記第２レーザビームスポットは、前記第１レーザビームスポットから前記被処理基板の搬送方向の斜め上流側へ向けて延びるように配置されている
請求項１３から請求項１５のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアニール方法およびレーザアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非晶質シリコン膜に連続発振レーザ光を照射することにより、非晶質シリコン膜内に形成される結晶の粒径が大きくなって疑似単結晶シリコン膜が形成されることが知られている。この疑似単結晶シリコン膜を薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のチャネル層に適用することにより、チャネル層の移動度を大きくすることが可能となる。
【０００３】
従来の連続発振レーザ光によるレーザアニール方法では、アニールされる非晶質シリコン膜への吸収がある波長で単一波長のレーザを使用してレーザアニール処理を行っていた。特に、非晶質シリコン膜に対して吸収率の高いレーザ波長は紫外になるため、半導体レーザでは波長域が４００〜４５０ｎｍ程度のものが必要である。しかし、半導体レーザの出力は、数Ｗ程度であり、広い領域にレーザアニール処理を行うためには、複数の半導体レーザをまとめて出力を得るような構造が提案されていた。そのため、従来の連続発振レーザ光によるレーザアニール方法では、レーザアニール処理の効率が悪く、また高コストとなる問題があった。
【０００４】
この他の従来のレーザアニール方法としては、可視光線以下の波長の第１のレーザビームを照射面で長いビームになるように加工し、この第１のレーザビームにおいてエネルギー密度の低い部分に、基本波でなる第２のレーザビームを照射する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来のレーザアニール方法では、レーザとしては、気体レーザ、固体レーザ、および金属レーザを用いる。
【０００５】
特許文献１に開示されたレーザアニール方法では、第１のレーザビームの照射面でのビームの外周を取り囲んで覆うように第２のレーザビームを配置してエネルギー密度を補完している。第１のレーザビームのエネルギー密度の分布から第２のレーザビームを重ね合わせる領域を算出して、重ね合わせた領域全体におけるエネルギー密度を平均化している。特許文献１に開示されたレーザアニール方法では、エネルギー密度の平均化を行うために、レーザビームの所定の入射角度のときに、基板の表面での反射光と、基板の裏面からの反射光と、が干渉せずに一様なレーザビームとなるように工夫されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２８３０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示されたレーザアニール方法では、レーザビームのエネルギー密度の平均化を達成しても、被処理膜である非晶質シリコン膜で吸収されない波長のレーザビームが照射された領域では、結晶化することができず、仮に結晶化することができたとしても結晶成長が不規則となる虞がある。また、特許文献１に開示されたレーザアニール方法では、気体レーザや固体レーザを用いるため、設備コストならびに維持コストが高くなるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、低コストで、結晶化シリコン膜を必要な面積の領域に形成することができるレーザアニール方法およびレーザアニール装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、レーザビームのビームスポットに対して、非晶質シリコン膜が表面に成膜された被処理基板を相対的に移動させ、前記非晶質シリコン膜を前記ビームスポットで照射して結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール方法であって、前記非晶質シリコン膜の表面に、非晶質シリコンに吸収される波長域の第１レーザ光でなる第１レーザビームスポットを照射して、非晶質シリコンを溶融させる第１照射を行って種結晶領域を形成する種結晶領域形成工程と、前記種結晶領域に前記第１照射を行ってシリコンを溶融させた状態で、溶融されたシリコンに吸収される波長域の第２レーザ光でなる第２レーザビームスポットを、前記第１レーザビームスポットと隣接する領域に照射する第２照射を行い、前記種結晶領域を起点として当該種結晶領域と連続する改質領域の結晶化シリコンを成長させる改質領域形成工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記態様としては、前記第１レーザ光の波長域は、近紫外から可視光であり、前記第２レーザ光の波長域は、可視光以上であることが好ましい。
【００１１】
上記態様としては、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光は、それぞれ半導体レーザから発振されることが好ましい。
【００１２】
上記態様としては、前記第１レーザ光のパワー密度は、前記第２レーザ光のパワー密度よりも低いことが好ましい。
【００１３】
上記態様としては、前記第１レーザビームスポットは、前記第２レーザビームスポットよりも、前記被処理基板の搬送方向の同じ位置か下流側に配置することが好ましい。
【００１４】
上記態様としては、前記第１レーザビームスポットを、前記改質領域の一部を通過するように配置し、前記第２レーザビームスポットを、前記改質領域の全面を通過するように形成することが好ましい。
【００１５】
上記態様としては、複数の前記第２レーザビームスポットが、前記第１レーザビームスポットから延びるように形成することが好ましい。
【００１６】
上記態様としては、前記第２レーザビームスポットは、前記第１レーザビームスポットから前記被処理基板の搬送方向の斜め上流側へ向けて延びるように配置されていることが好ましい。
【００１７】
本発明の他の態様としては、レーザビームのビームスポットに対して、非晶質シリコン膜が表面に成膜された被処理基板を相対的に移動するように設定され、前記非晶質シリコン膜を前記ビームスポットで前記レーザビームを照射して結晶化シリコン膜に改質させるレーザアニール装置であって、前記非晶質シリコンに吸収される波長域の第１レーザ光を発振する第１光源部と、溶融されたシリコンに吸収される波長域の第２レーザ光を発振する第１光源部と、を備え、前記第１レーザ光でなる第１レーザビームスポットを照射して前記非晶質シリコン膜を溶融させ、前記第１レーザ光により溶融されたシリコンに前記第２レーザ光でなる第２レーザビームスポットを前記第１レーザビームスポットと隣接する領域に照射することを特徴とする。
【００１８】
上記態様としては、前記第１レーザ光の波長域は、近紫外から可視光であり、前記第２レーザ光の波長域は、可視光以上であることが好ましい。
【００１９】
上記態様としては、前記第１レーザ光および前記第２レーザ光は、それぞれ半導体レーザから発振されることが好ましい。
【００２０】
上記態様としては、前記第１レーザ光のパワー密度は、前記第２レーザ光のパワー密度よりも低く設定されていることが好ましい。
【００２１】
上記態様としては、前記第１レーザビームスポットは、前記第２レーザビームスポットよりも、前記被処理基板の搬送方向の同じ位置か下流側に配置されていることが好ましい。
【００２２】
上記態様としては、前記第１レーザビームスポットは、改質領域の一部を通過するように配置され、前記第２レーザビームスポットは、前記改質領域の全面を通過するように形成されていることが好ましい。
【００２３】
上記態様としては、複数の前記第２レーザビームスポットが前記第１レーザビームスポットから延びるように形成されることが好ましい。
【００２４】
上記態様としては、前記第２レーザビームスポットは、前記第１レーザビームスポットから前記被処理基板の搬送方向の斜め上流側へ向けて延びるように配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、低コストで、結晶化シリコン膜を必要な面積の領域に形成することができるレーザアニール方法およびレーザアニール装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法を示すフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法に用いるレーザアニール装置の概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法に用いるレーザアニール装置におけるマイクロミラーの配置例を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法において、非晶質シリコン膜に種結晶領域を形成する第１照射を行ったときのビームスポット（斜めハッチングで示す）を示す説明図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法において、第１照射と第２照射とを同時に行ったときのビームスポット（格子状のハッチングで示す）を示し、種結晶領域を起点にして疑似単結晶シリコン膜を形成し始めた状態を示す説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法において、第１照射を停止して第２照射のみを行っているときのビームスポット（斜めハッチングで示す）を示す説明図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法において、広い領域に疑似単結晶シリコン膜を成長させた状態を示す説明図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法に用いる他のレーザアニール装置としてのＭＬＡレーザアニール装置における結像光学系を示す説明図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法に用いる他のレーザアニール装置としてのＭＬＡレーザアニール装置におけるマスクを示す平面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法およびレーザアニール装置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。
【００２８】
［実施の形態］
（被処理基板）
レーザアニール方法は、図２に示すような、レーザアニール装置１０を用いて被処理基板１に対してレーザアニール処理を行う。図２に示すように、被処理基板１は、ガラス基板２と、このガラス基板２の表面に配置された複数のゲート配線３と、ガラス基板２およびゲート配線３の上に形成されたゲート絶縁膜４と、このゲート絶縁膜４の上に全面に堆積された非晶質シリコン膜５と、を備える。なお、この被処理基板１は、最終的に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などが作り込まれたＴＦＴ基板となる。
【００２９】
（レーザアニール装置の概略構成）
以下、本実施の形態に係るレーザアニール方法の説明に先駆けて、本実施の形態に係るレーザアニール装置１０の概略構成を説明する。図２に示すように、レーザアニール装置１０は、基台１１と、第１レーザ光源部１２Ａと、第２レーザ光源部１２Ｂと、レーザビーム照射部１３と、制御部１４と、を備える。
【００３０】
本実施の形態では、アニール処理時にはレーザビーム照射部１３は移動せず、被処理基板１を移動させるようになっている。基台１１は、図示しない基板搬送手段を備えている。このレーザアニール装置１０においては、被処理基板１を基台１１の上に配置した状態で、図示しない基板搬送手段によって、搬送方向（スキャン方向）Ｔに向けて搬送する。本実施の形態においては、図４から図７に示す搬送方向Ｔは、ゲート配線３の長手方向でもよいし、長手方向に直交する方向であってもよい。
【００３１】
図２に示すように、第１レーザ光源部１２Ａは、第１レーザ光を発振する第１半導体レーザ２５と、第１レーザ光をレーザビーム照射部１３へ向けてレーザビームＬＢを出射する光出射部２６と、を備える。
【００３２】
第１半導体レーザ２５は、第１レーザ光として、波長域が４００〜５００ｎｍの紫、青、緑青、青緑、緑などの色の連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振するものを用いる。このような波長域の第１レーザ光は、非晶質シリコン膜５を構成する非晶質シリコンに吸収されてこの非晶質シリコンを溶融させることができる。レーザビーム照射部１３は、第１レーザ光を選択的に反射して、図４に示すように、非晶質シリコン膜５の表面に第１レーザビームスポットＬＢＳ１を照射（第１照射）するようになっている。なお、第１半導体レーザ２５の出力は、ＤＭＤのスポット領域にあたる部分にのみ照射するので、例えば数Ｗ程度でよい。
【００３３】
図２に示すように、第２レーザ光源部１２Ｂは、第２レーザ光を発振する第２半導体レーザ１５と、第２レーザ光をレーザビーム照射部１３へ向けてレーザビームＬＢを出射する光出射部１７と、を備える。
【００３４】
第２半導体レーザ１５は、第２レーザ光として、波長域が可視光以上の例えば、近赤外光の連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する。この波長域の第２レーザ光は、上記の第１レーザビームスポットＬＢＳ１による第１照射により溶融したシリコンに吸収されて、第１レーザビームスポットＬＢＳ１で照射された領域に隣接する領域の非晶質シリコン膜５を搬送方向Ｔおよび搬送方向Ｔに直交する方向に向けて溶融させる。
【００３５】
この第２レーザ光は、レーザビーム照射部１３で選択的に反射され、図５に示すように、非晶質シリコン膜５の表面に第１レーザビームスポットＬＢＳ１とこれに隣接する第２レーザビームスポットＬＢＳ２の両方に照射（第２照射）するようになっている。図４に示すように、第２レーザビームスポットＬＢＳ２は、例えば、略Ｖ字形状となるように一対で構成されている。それぞれの第２レーザビームスポットＬＢＳ２は、小円状に示した第１レーザビームスポットＬＢＳ１から延びるように形成されている。なお、この第２レーザビームスポットＬＢＳ２は、第１レーザビームスポットＬＢＳ１から被処理基板の搬送方向Ｔの斜め上流側へ向けて延びるように配置されている。なお、第２半導体レーザ１５の出力は、ＤＭＤのスポット領域にあたる部分にのみ照射するので、例えば５０Ｗ程度となる。
【００３６】
上述のように、第１レーザ光源部１２Ａと第２レーザ光源部１２Ｂでは、レーザビーム照射部１３へ向けて第１レーザ光および第２レーザ光を出射する。レーザビーム照射部１３は、後述するデジタルマイクロミラーデバイス１８にてこれら第１レーザ光および第２レーザ光のレーザビームを受けて、選択的に被処理基板１の表面へ第１レーザビームスポットＬＢＳ１と第２レーザビームスポットＬＢＳ２とを照射する。
【００３７】
図２に示すように、レーザビーム照射部１３は、図示しない支持フレームなどにより、基台１１の上方に配置されている。レーザビーム照射部１３は、空間光変調器としてのデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ：Digital Micro-mirror Device, Texas Instruments 社の登録商標）１８と、ダンパ（アブソーバ）１９と、マイクロレンズアレイ２０と、投影レンズ２１と、を備える。
【００３８】
図２および図３に示すように、デジタルマイクロミラーデバイス（以下、ＤＭＤという）１８は、駆動基板（ＣＭＯＳ基板）２２と、多数のマイクロミラー（薄膜ミラー）２３（２３Ａ〜２３Ｆ：Ａ〜Ｆの列にそれぞれ１〜６の符号を付す）と、を備えている。本実施の形態では、説明の便宜上、マイクロミラー２３の数を３６として説明するが、実際の数はハイビジョンの画素数以上である。マイクロミラー２３は、一辺の長さが例えば、十数μm程度の正方形状に形成されている。駆動基板２２には、多数のピクセル領域がマトリクス状に配置され、個々のピクセル領域にはＣＭＯＳ ＳＲＡＭセルが構成されている。
【００３９】
マイクロミラー２３は、駆動基板２２の上にそれぞれのＣＭＯＳ ＳＲＡＭセルに対応して配置されている。マイクロミラー２３は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術により設けられている。それぞれのマイクロミラー２３は、２つの位置に移動可能に設けられている。具体的には、基板面に対して例えば、＋１０度の角度と−１０度の角度をなす２つの位置に回転移動するようになっている。マイクロミラー２３は、ＣＭＯＳ ＳＲＡＭセル側からの出力データに対応して、上記２つの位置に変位するように駆動される。
【００４０】
図３に示すように、アレイを構成する多数のマイクロミラー２３には、第１レーザ光源部１２Ａおよび第２レーザ光源部１２Ｂ側からの第１レーザビームスポットＬＢＳ１が、同時にまたはいずれか一方が一括して入射するようになっている。そして、それぞれのマイクロミラー２３（２３Ａ〜２３Ｆ）は、上記の２つの位置に選択的に移動することにより、レーザビームＬＢの一部のレーザ光を２つの方向に反射するように設定されている。これら２つの方向のうちの一方の方向は、レーザビームＬＢの一部のレーザ光をダンパ１９に向かわせる方向であり、２つの方向のうちの他方の方向は、レーザビームＬＢの一部のレーザ光を被処理基板１の表面に向かわせる方向である。
【００４１】
図３においては、一対のマイクロミラー２３Ａ３，２３Ａ４が第１レーザビームスポットＬＢＳ１を作成するために用いられ、略Ｖ字状に並ぶ２３Ｄ１，２３Ｃ２，２３Ｂ３，２３Ｂ４，２３Ｃ５，２３Ｄ６が第２レーザビームスポットＬＢＳ２を作成するために用いられる。
【００４２】
ダンパ１９は、マイクロミラー２３がオフ状態（例えば、駆動基板２２に対する角度が−１０度の状態、非照射状態）のときに、オフ状態のマイクロミラー２３で反射されたレーザ光を受け入れる位置に配置されている。
【００４３】
マイクロレンズアレイ２０は、オン状態（例えば、駆動基板２２に対する角度が＋１０度の状態、照射状態）のマイクロミラー２３で反射されたそれぞれのレーザビームを投影レンズ２１に向けて集光する。投影レンズ２１は、導入されたレーザビームを被処理基板１の表面に、第１レーザビームスポットＬＢＳ１や第２レーザビームスポットＬＢＳ２の一部として結像させるように設定されている。
【００４４】
制御部１４は、基台１１に設けられた図示しない基板搬送手段と、第１レーザ光源部１２Ａと、第２レーザ光源部１２Ｂと、ＤＭＤ１８と、の制御を行う。
【００４５】
まず、制御部１４は、図示しない基板搬送手段を駆動制御して被処理基板１を搬送方向Ｔへ向けて所定の速度で移動させるように設定されている。
【００４６】
また、制御部１４は、第１レーザ光源部１２Ａと、第２レーザ光源部１２Ｂと、レーザビーム照射部１３と、を駆動制御して、被処理基板１に対して上記の第１照射および第２照射とを行わせるように設定されている。
【００４７】
第１照射は、第１レーザ光源部１２Ａから第１レーザ光を出射させて、マイクロミラー２３Ａ３，２３Ａ４で反射したレーザビームを被処理基板１の非晶質シリコン膜５の表面に第１レーザビームスポットＬＢＳ１として照射する。
【００４８】
第２照射は、第２レーザ光源部１２Ｂから第２レーザ光を出射させて、マイクロミラー２３Ｄ１，２３Ｃ２，２３Ｂ３，２３Ｂ４，２３Ｃ５，２３Ｄ６で反射したレーザビームを被処理基板１の非晶質シリコン膜５の表面に第２レーザビームスポットＬＢＳ２として照射する。なお、本実施の形態では、第２レーザ光を第１レーザビームスポットＬＢＳ１にも照射する。
【００４９】
制御部１４は、第２照射において、レーザ光源部１２から第２レーザ光としてのＣＷレーザ光を連続して出射させる。第１照射および第２照射を行わないときは、レーザ光源部１２をオフにするか、またはＤＭＤ１８における全てのマイクロミラー２３（２３Ａ〜２３Ｆ）を、レーザビームＬＢをダンパ１９に向けて反射させるオフ状態にするように設定されている。また、第１照射および第２照射は、マイクロミラー２３（２３Ａ〜２３Ｆ）を選択的にオン・オフすることにより、マイクロミラー２３Ａ３，２３Ａ４の対と、略Ｖ状をなすように配列されたマイクロミラー２３Ｄ１，２３Ｃ２，２３Ｂ３，２３Ｂ４，２３Ｃ５，２３Ｄ６の群と、を選択することもできる。
【００５０】
制御部１４は、改質を行う改質領域の搬送方向の最下流部で第１照射を開始するように制御する。また、制御部１４は、上記の第１照射が開始と同時または第１照射の所定時間後に第２照射を開始するように設定されている。本実施の形態において、制御部１４は、図示しない基板位置検出センサの位置情報データに基づいて、非晶質シリコン膜５が所定の位置に移動したときに、ＤＭＤ１８へ駆動信号を出力するように設定されている。上記駆動信号が入力されたＤＭＤ１８は、所定のマイクロミラー２３をオン状態にするように制御される。
【００５１】
上記の複数のマイクロミラー２３がオン状態になると、第１レーザ光源部１２Ａまたは第２レーザ光源部１２Ｂから出射されたレーザ光でなるレーザビームＬＢは、所定のマイクロミラー２３で反射されて被処理基板１の表面に入射する。
【００５２】
図４に示すように、それぞれのマイクロミラー２３から反射されたレーザビームは、非晶質シリコン膜５の所定位置に第１照射を行って第１レーザビームスポットＬＢＳ１を照射する。第１照射が行われた非晶質シリコン膜５では、図５に示すように、微結晶シリコンでなる種結晶領域５Ａが形成できる。
【００５３】
制御部１４は、図５に示すように、上記位置情報に基づいて非晶質シリコン膜５が僅かに移動した時点で、第１レーザ光源部１２Ａ、第２レーザ光源部１２Ｂおよびレーザビーム照射部１３を駆動制御して、第１照射および第２照射を同時に行うように設定されている。
【００５４】
その後、図６に示すように、制御部１４は、第１照射を停止させた状態で、上記の種結晶領域５Ａを起点として、第２レーザ光でなる第２レーザビームスポットＬＢＳ２を照射する第２照射を行うように設定されている。
【００５５】
制御部１４は、第２レーザビームスポットＬＢＳ２の軌跡が改質領域の全面を通過したときに第２照射を停止するように設定されている。
【００５６】
図６および図７に示すように、この第２照射によって、非晶質シリコン膜５が結晶化シリコン膜としての疑似単結晶（以下、ラテラル結晶ともいう）シリコン膜５Ｂになるように条件設定されている。なお、この疑似単結晶シリコン膜５Ｂは、改質領域を構成する。
【００５７】
以上、本実施の形態に係るレーザアニール方法で用いる被処理基板１、レーザアニール装置１０およびその作用・動作について説明したが、以下に、これらを用いたレーザアニール方法について説明する。
【００５８】
（レーザアニール方法）
本発明のレーザアニール方法では、非晶質シリコン膜５の表面に、非晶質シリコンに吸収される波長域の第１レーザ光の第１レーザビームスポットＬＢＳ１を照射して、非晶質シリコンを溶融させる第１照射を行って種結晶領域５Ａを形成する種結晶領域形成工程と、種結晶領域５Ａに第１照射を行ってシリコンを溶融させた状態で、溶融されたシリコンに吸収される波長域の第２レーザ光の第２レーザビームスポットＬＢＳ２を、第１レーザビームスポットＬＢＳ１と隣接する領域に照射する第２照射を行い、種結晶領域５Ａを起点として種結晶領域５Ａと連なる改質領域の結晶化シリコン（疑似単結晶シリコン）を成長させる改質領域形成工程と、を備える。
【００５９】
以下、本実施の形態に係るレーザアニール方法を、図１のフローチャートに基づいて説明する。なお、本実施の形態に係るレーザアニール方法は、薄膜トランジスタの製造方法に用いられるものであり、以下に説明するステップＳ４〜７で構成されている。
【００６０】
まず、図１に示すような、ガラス基板２の上にゲート配線３、ゲート絶縁膜４および非晶質シリコン膜５が形成された被処理基板１を用意する（ステップＳ１）。
【００６１】
次に、被処理基板１を洗浄する（ステップＳ２）。洗浄した被処理基板１の非晶質シリコン膜５は、水素を含んでいるため、例えば、約４５０℃で数時間程度の脱水素処理を行う（ステップＳ３）。
【００６２】
図２に示すように、被処理基板１をレーザアニール装置１０の基台１１の上にセットして、搬送方向Ｔに沿って所定のスキャン速度で走行させる。
【００６３】
次に、種結晶領域形成工程として、種結晶を形成する第１照射を行う（ステップＳ４）。このステップＳ４において、制御部１４は、非晶質シリコン膜５の位置情報に基づいて改質を予定する領域が所定の位置に到達したときに、ＤＭＤ１８へ駆動信号を出力する。駆動信号に基づいて、ＤＭＤ１８は、予め設定した対のマイクロミラー２３Ａ３，２３Ａ４のみをオン状態にする。
【００６４】
図４は、第１レーザ光源部１２Ａから出射されたレーザビームＬＢが、オン状態の２３Ａ３，２３Ａ４で反射され、第１レーザビームスポットＬＢＳ１のみが非晶質シリコン膜５に照射された状態を示す。なお、図４において、第２レーザビームスポットＬＢＳ２の照射領域を示すが、実際には第２レーザ光は非晶質シリコン膜５に照射されていない。この第１レーザビームスポットＬＢＳ１が照射された領域は、第１レーザ光（波長域４００〜５００ｎｍ）により溶融される。
【００６５】
その後、被処理基板１が搬送方向Ｔへ極僅か移動すると、溶融されていたシリコンは冷却されて微結晶シリコンでなる種結晶領域５Ａとなる。
【００６６】
次に、図５に示すように、種結晶領域５Ａに第１レーザビームスポットＬＢＳ１が照射しているときに、第２照射を同時に行う（ステップＳ５）。第２照射は、マイクロミラー２３Ｄ１，２３Ｃ２，２３Ｂ３，２３Ｂ４，２３Ｃ５，２３Ｄ６をオン状態にして第２レーザ光（波長域８００ｎｍ以上）を第２レーザビームスポットＬＢＳ２として照射する。なお、このとき、第２レーザ光は、第１レーザビームスポットＬＢＳ１の領域にもマイクロミラー２３Ａ３，２３Ａ４を介して照射される。また、第１レーザ光は、第２レーザビームスポットＬＢＳ２の領域にマイクロミラー２３Ｄ１，２３Ｃ２，２３Ｂ３，２３Ｂ４，２３Ｃ５，２３Ｄ６を介して照射される。このため、図５では、第１レーザビームスポットＬＢＳ１と第２レーザビームスポットＬＢＳ２を同じ格子状のハッチングで示す。
【００６７】
ステップＳ５を行った結果、図６に示すように、種結晶領域５Ａを起点として、この種結晶領域５Ａに連続するように、搬送方向Ｔおよび搬送方向Ｔと直交する方向にも疑似単結晶シリコン膜５Ｂが幅広く成長して改質領域となる。
【００６８】
次に、図６に示すように、第１照射を停止させた状態で、第２照射のみを行う（ステップＳ６）。なお、図６に示すように、この第２照射では、第１レーザビームスポットＬＢＳ１の領域にも第２レーザ光が照射される。このため、図６において第１レーザビームスポットＬＢＳ１は、第２レーザビームスポットＬＢＳ２と同様のハッチングを用いる。そして、所定の領域に亘って疑似単結晶（ラテラル結晶）シリコン膜５Ｂを形成した後は、第２照射を停止してレーザアニール処理が終了する（ステップＳ７）。
【００６９】
本実施の形態に係るレーザアニール方法では、種結晶領域５Ａを形成する領域は面積の小さい領域であるにも拘わらず、疑似単結晶シリコン膜５Ｂを、種結晶領域５Ａを起点として、搬送方向Ｔならびに搬送方向Ｔと直交する方向にも幅広く成長させることができる。疑似単結晶シリコン膜５Ｂには、図７に示すような粒界５ＧＢが形成される。この粒界５ＧＢは、種結晶領域５Ａから幅方向（搬送方向Ｔに直交する方向）に拡がった後、搬送方向Ｔに沿って平行に規則正しく延びている。なお、図４から図７に示すように、本実施の形態においては、被処理基板１を搬送方向Ｔに沿って移動させたが、この搬送方向Ｔと逆向きとしてもよい。
【００７０】
本実施の形態では、パワー密度が低く安価な第１半導体レーザ２５を用いて第１照射を行うことができる。加えて、本実施の形態によれば、従来、非晶質シリコン膜５のアニールに用いることができなかった近赤外光を発振する第２半導体レーザ１５をも用いることが可能となる。したがって、本実施の形態に係るレーザアニール方法およびレーザアニール装置では、設備コストを大幅に低減させることが可能となる。
【００７１】
本実施の形態に係るレーザアニール方法およびレーザアニール装置１０では、空間光変調器としてＤＭＤ１８を用いることにより、マイクロミラー２３のオン・オフ動作だけで、レーザビームを簡単に作成することが可能となる。
【００７２】
また、本実施の形態に係るレーザアニール装置１０では、第１照射や第２照射で出射する第１レーザビームスポットＬＢＳ１や第２レーザビームスポットＬＢＳ２の形状を任意に形成することが容易になり、レーザアニール処理を行う領域の大きさに容易に追従できる。
【００７３】
本実施の形態では、第１レーザ光源部１２Ａ、第２レーザ光源部１２Ｂが半導体レーザを用いるため、装置の軽量化を図ることができ、被処理基板１を固定し、第１レーザ光源部１２Ａ、第２レーザ光源部１２Ｂ、およびレーザビーム照射部１３を移動させる構成としてもよい。このため、装置のフットプリントの増加を抑制できる。
【００７４】
（レーザアニール方法に用いる他のレーザアニール装置）
図８は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール方法に用いることができるＭＬＡレーザアニール装置の結像光学系を示す。図９は、このＭＬＡレーザアニール装置の結像光学系に用いるマスク２８を示す。このＭＬＡレーザアニール装置においても、上記実施の形態に係るレーザアニール装置１０と同様に第１レーザ光源部１２Ａと第２レーザ光源部１２Ｂを備える。
【００７５】
このＭＬＡレーザアニール装置においては、図９に示すように、マスク２８において、第１レーザビームスポットＬＢＳ１を形成する第１照射用開口部２８Ｓ１と、第２レーザビームスポットＬＢＳ２を形成するための第２照射用開口部２８Ｓ２と、が形成されている。第１照射用開口部２８Ｓ１は、種結晶領域５Ａを形成するために用いられ、第２照射用開口部２８Ｓ２は、疑似単結晶シリコン膜５Ｂを形成するために用いる。
【００７６】
［その他の実施の形態］
以上、実施の形態について説明したが、この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。
【００７７】
上記の実施の形態では、図４に示したように、種結晶領域５Ａを形成する第１照射の際に、第２照射を停止した状態としたが、第１照射と第２照射を同時に混合した状態で行ってもよい。また、図６に示すように、種結晶領域５Ａを形成した後は、第１照射を停止して第２照射のみを行ったが、第１照射を停止させずに両方の照射を行うことも可能である。
【００７８】
上記の実施の形態では、図４から図７に示すように、第２レーザビームスポットＬＢＳ２を略Ｖ字形状としたが、このような形状に限定されるものではない。第１レーザビームスポットＬＢＳ１は、第２レーザビームスポットＬＢＳ２よりも、被処理基板１の搬送方向Ｔの下流側に配置することが好ましいが、第２レーザビームスポットＬＢＳ２の照射により非晶質シリコン膜５が速い速度で溶融する条件であればこの限りではない。また、第１レーザビームスポットＬＢＳ１および第２レーザビームスポットＬＢＳ２の形状は、第１レーザビームスポットＬＢＳ１が改質領域の一部を通過するように配置し、第２レーザビームスポットＬＢＳ２が改質領域の全面を通過するように形成することができる範囲であれば、各種の形状のものを用いることができる。
【００７９】
上記の実施の形態では、ＤＭＤ１８を用いたが、空間光変調器としては、光シャッタ機能を有する液晶セル、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve、シリコン・ライト・マシンズ社の登録商標）、薄膜マイクロミラーアレイ（ＴＭＡ：Thin-film Micro mirror Array）などを用いることも可能である。また、上記の実施の形態では、空間光変調器を用いたが、単に集光レンズを用いて第１レーザビームスポットＬＢＳ１を作ってもよいし、シリンドリカルレンズをＶ字型になるように配置して第２レーザビームスポットＬＢＳ２を形成することも可能である。
【００８０】
上記の実施の形態では、結晶化シリコン膜として、疑似単結晶シリコン膜５Ｂを形成したが、種結晶領域から多結晶シリコン膜を成長させる構成としても勿論よい。この場合も、種結晶領域を起点として、良質な多結晶シリコン膜を形成することが可能となる。
【符号の説明】
【００８１】
ＬＢ  レーザビーム
Ｔ  搬送方向
１  被処理基板
２  ガラス基板
３  ゲート配線
４  ゲート絶縁膜
５  非晶質シリコン膜
５Ａ  種結晶領域
５Ｂ  疑似単結晶シリコン膜（改質領域：結晶化シリコン膜）
５ＧＢ  粒界
１０  レーザアニール装置
１１  基台
１２Ａ  第１レーザ光源部
１２Ｂ  第２レーザ光源部
１３  レーザビーム照射部
１４  制御部
１５  第２半導体レーザ
１７  光出射部
１８  デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ、空間光変調器）
１９  ダンパ
２０  マイクロレンズアレイ
２１  投影レンズ
２２  駆動基板
２３  マイクロミラー
２５  第１半導体レーザ
２６  光出射部
２７ミラー
２８  マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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