(57)【要約】【課題】線状の結晶斑や輝度斑の発生を防止すること。【解決手段】複数の半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆから任意のレーザ出力値のレーザ光を発光する複数のドライバ４３Ａ〜４３Ｆを備え、複数のレーザ光源から発光される複数のレーザ光を導光板３４を介して出射することによって線状のレーザスポット４５を形成し、該レーザスポット４５を照射対象物に照射するレーザ照射装置であって、照射対象物を搭載する移動ステージを所定速度で移動させ且つ前記複数のドライバ４３Ａ〜４３Ｆにより半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆ毎のレーザ出力値を単位時間当たりの総和を保ちながら時間経過に伴って変化させることにより、線状レーザスポットの長手方向のレーザ出力値の変位を表すレーザプロファイルを時間的に変化させながら線状レーザスポットを照射対象物に照射するもの。【選択図】図１
2010103177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射対象物に線状レーザスポットを照射し、該線状レーザスポットの短軸方向に走査することで照射対象物を改質するレーザ照射装置において、照射対象物上を走査しながら該線状レーザスポットの長軸方向のビームプロファイルを時間的に変化させるレーザ照射装置。
【請求項２】
複数のレーザ光源から発光される複数のレーザ光を導光板を介して出射することによって線状のレーザスポットを形成し、該レーザスポットを照射対象物に照射するレーザ照射装置であって、
レーザ光を発光する複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源から発光されるレーザ光を任意の出力値で発光させるように前記レーザ光源を駆動する複数のドライバ回路と、
前記照射対象物を前記線状レーザスポットの長手方向と直交する方向に移動させる移動ステージと、
前記移動ステージを任意の移動速度で移動させると共に、前記複数のドライバ回路を通じて複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を独立制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記移動ステージを所定速度で移動させながら前記複数のドライバ回路により複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させるレーザ照射装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記複数のドライバ回路を通じて複数のレーザ光源から出光するレーザ出力値の任意時間における総和を所定値に保つ様に複数の各ドライバ回路を独立的に制御する請求項２記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
前記制御部が、所定のレーザ出力値であるベースパワーＰｂに、該ベースパワーＰｂの２％〜５０％の範囲のレーザ出力値である重畳パワーＰａを重畳することによって複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させる請求項２又は３記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
レーザ出力のパルス幅をＰｗとしたとき、前記制御部が、前記線状レーザスポットの両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源のパルス変調幅を、５０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定し、前記両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源を除く他のレーザ光源のパルス変調幅を、６０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定することにより、両端部のレーザ光源のパルス変調幅を中央部のパルス変調幅に比べて大きくなる様に制御する請求項４記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、該フラットディスプレイの画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、
前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／（５Ｌ）＜ｆ＜Ｖ／Ｌの範囲に設定してレーザ発光を行う請求項２から５何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、
前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／Ｌ＜ｆ＜Ｖ／ｄの範囲に設定してレーザ発光を行う請求項２から５何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、Ｖ／ｄ＜ｆの範囲に設定してレーザ発光を行う請求項２から５何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記レーザ光源が、レーザ波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子である請求項１から８何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
レーザ光源が、レーザ波長６００ｎｍ〜８５０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子である請求項１から８何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源が、レーザ波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を発光する固体レーザである請求項１から８何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項１２】
照射対象物に線状レーザスポットを照射し、該線状レーザスポットの短軸方向に走査することで照射対象物を改質するレーザ照射方法において、照射対象物上を走査しながら該線状レーザスポットの長軸方向のビームプロファイルを時間的に変化させるレーザ照射方法。
【請求項１３】
レーザ光を発光する複数のレーザ光源と、複数のレーザ光源から発光されるレーザ光を任意の出力値で発光させるように前記レーザ光源を駆動する複数のドライバ回路と、照射対象物を前記線状レーザスポットの長手方向と直交する方向に移動させる移動ステージと、前記移動ステージを任意の移動速度で移動させると共に前記複数のドライバ回路を通じて複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を独立制御する制御部とを備え、複数のレーザ光源から発光される複数のレーザ光を導光板を介して出射することによって線状のレーザスポットを形成し、該レーザスポットを照射対象物に照射するレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
該制御部が、前記移動ステージを所定速度で移動させながら前記複数のドライバ回路により複数の各レーザ光源から出射する個々のレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させるレーザ照射方法。
【請求項１４】
前記制御部が、前記複数のドライバ回路を通じて複数のレーザ光源から出光するレーザ出力値の任意時間における総和を所定値に保つ様に複数の各ドライバ回路を独立的に制御する請求項１３記載のレーザ照射方法。
【請求項１５】
前記制御部が、所定のレーザ出力値であるベースパワーＰｂに、該ベースパワーＰｂの２％〜５０％の範囲のレーザ出力値である重畳パワーＰａを重畳することによって複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させる請求項１３又は１４記載のレーザ照射方法。
【請求項１６】
レーザ出力のパルス幅をＰｗとしたとき、前記制御部が、前記線状レーザスポットの両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源のパルス変調幅を、５０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定し、前記両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源を除く他のレーザ光源のパルス変調幅を、６０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定することにより、両端部のレーザ光源のパルス変調幅を中央部のパルス変調幅に比べて大きくなる様に制御する請求項１５記載のレーザ照射方法。
【請求項１７】
前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、該フラットディスプレイの画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、
前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／（５Ｌ）＜ｆ＜Ｖ／Ｌの範囲に設定してレーザ発光を行う請求項１３から１６何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項１８】
前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、
前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／Ｌ＜ｆ＜Ｖ／ｄの範囲に設定してレーザ発光を行う請求項１３から１６何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項１９】
前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、Ｖ／ｄ＜ｆの範囲に設定してレーザ発光を行う請求項１３から１６何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項２０】
前記レーザ光源が、レーザ波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子である請求項１２から１９何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項２１】
レーザ光源が、レーザ波長６００ｎｍ〜８５０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子である請求項１２から１９何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項２２】
前記レーザ光源が、レーザ波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を発光する固体レーザである請求項１２から１９何れかに記載のレーザ照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射対象物に線状のレーザスポットを照射するレーザ照射装置及びレーザ照射方法に係り、特にフラットディスプレイに線状の輝度斑が生じることを防止することができるレーザ照射装置及びレーザ照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にレーザ照射装置は、例えばシリコン膜等の照射対象物に合焦点したレーザスポットを照射することにより、シリコン膜の物理的特性を改質してポリシリコンを生成するレーザアニール装置等に使用されている。
【０００３】
従来技術によるレーザスポットを照射するレーザ照射装置は、レーザ光を発光する複数の半導体レーザ素子と、該複数の半導体レーザ素子各々から出光したレーザ光を一端に入射する複数の光ファイバと、該複数の光ファイバの他端から出射する複数のレーザ光を一端側面から入射させ、内部で乱反射しながら他端側面から出射する導光板と、該導光板から出射したレーザビームを平行光に変換するコリメートレンズと、該コリメートレンズから出射された平行光であるレーザビームを集光した線状レーザスポットを照射対象物に照射する対物レンズと、照射対象物を線状レーザスポットの長手方向と直交する方向に移動させる移動ステージとから構成され、前記線状レーザスポットを照射対象物に照射することによって照射対象物の物理的特性を改質する様に構成されている。
【０００４】
尚、複数の半導体レーザ素子を光源としたレーザ照射装置に関する技術が記載された文献としては、下記特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特開２００７−８８０５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の従来技術によるレーザ照射装置は、特性のばらつきがある複数の半導体レーザ素子を光源とし、複数のレーザビームを導光板により１つの線状レーザスポットに集光しているため、線状レーザスポットの長手方向のレーザ出力値を高精度に均一化することが困難であると言う不具合があり、この不具合を図１４を参照して説明する。
【０００６】
図１４は、線状レーザスポットの長手方向のレーザ出力値の分布及び該線状レーザスポットにより改質された照射対象物の状態を説明するための図である。図１４を参照すれば明らかな如く、複数のレーザビームを導光板により１つに集光した線状レーザスポットは、レーザスポット長手方向において出力値に凹凸（ばらつき）が生じるレーザプロファイル１２となる特性があり、このレーザプロファイル１２をもつレーザスポット１３をシリコン膜上に走査（符号１４）した場合、シリコン膜平面上において前記出力値の凹凸に沿って、図中に斜線で示す改質が充分に行われた画素トランジスタ１５と、白抜きで示す比較的改質が不十分な画素トランジスタ１６が生じ、線状の結晶斑が発生すると言う不具合があった。
【０００７】
この線状の結晶斑は、図７に示す如く、１枚のガラス基板６０上に多数のディスプレイ６１を製造するレーザニールにおいては、レーザプロファイル１２をもつレーザスポット１３が、例えば矢印６４方向及び矢印６８に移動することによって改質を行った際、線状の結晶斑６５が発生し、この線状の結晶斑６５が生じた画素トランジスタと結晶斑が生じない画素トランジスタとでは、電気移動度、スイッチング閾値、電流ＯＮ／ＯＦＦ比などのデバイス特性が異なる。
【０００８】
また線状の結晶斑は、図７に示す如く、レーザスポット１３が矢印６４方向及び矢印６８に往復移動した際、この往復移動の際にレーザスポット１３が重複して走査された線状配置の画素トランジスタの特性が異なり、この重複走査による線状の結晶斑６９が生じると言う不具合があった。
【０００９】
このため前述の結晶斑６５及び６９が生じたディスプレイ６１は、ディプレイの駆動時において、前記特性が異なる画素トランジスタが線状に配置されるため、図８に示す如く、線状の輝度斑（重ね斑）８１が発生すると言う不具合があった。
【００１０】
特に一般顧客に販売されるディスプレイ６１における輝度斑は、線として連続的に繋がって見えるために非常に目立ち、顧客に対する見栄えが悪いという不具合を招くと言う不具合もあった。
【００１１】
本発明の目的は、照射対象物に線状の結晶斑や輝度斑が生じることを防止するレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため本発明は、照射対象物に線状レーザスポットを照射し、該線状レーザスポットの短軸方向に走査することで照射対象物を改質するレーザ照射装置において、照射対象物上を走査しながら該線状レーザスポットの長軸方向のビームプロファイルを時間的に変化させることを第１の特徴とする。
【００１３】
更に本発明は、複数のレーザ光源から発光される複数のレーザ光を導光板を介して出射することによって線状のレーザスポットを形成し、該レーザスポットを照射対象物に照射するレーザ照射装置であって、
レーザ光を発光する複数のレーザ光源と、
前記複数のレーザ光源から発光されるレーザ光を任意の出力値で発光させるように前記レーザ光源を駆動する複数のドライバ回路と、
前記照射対象物を前記線状レーザスポットの長手方向と直交する方向に移動させる移動ステージと、
前記移動ステージを任意の移動速度で移動させると共に、前記複数のドライバ回路を通じて複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を独立制御する制御部とを備え、
該制御部が、前記移動ステージを所定速度で移動させながら前記複数のドライバ回路により複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させることを第２の特徴とする。
【００１４】
また本発明は、前記第２の特徴のレーザ照射装置において、前記制御部が、前記複数のドライバ回路を通じて複数のレーザ光源から出光するレーザ出力値の任意時間における総和を所定値に保つ様に複数の各ドライバ回路を独立的に制御することを第３の特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記第２又は３の特徴のレーザ照射装置において、前記制御部が、所定のレーザ出力値であるベースパワーＰｂに、該ベースパワーＰｂの２％〜５０％の範囲のレーザ出力値である重畳パワーＰａを重畳することによって複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させることを第４の特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記第４の特徴のレーザ照射装置において、レーザ出力のパルス幅をＰｗとしたとき、前記制御部が、前記線状レーザスポットの両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源のパルス変調幅を、５０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定し、前記両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源を除く他のレーザ光源のパルス変調幅を、６０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定することにより、両端部のレーザ光源のパルス変調幅を中央部のパルス変調幅に比べて大きくなる様に制御することを第５の特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記第２から第５何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、該フラットディスプレイの画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／（５Ｌ）＜ｆ＜Ｖ／Ｌの範囲に設定してレーザ発光を行うことを第６の特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前記前記第２から第５何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／Ｌ＜ｆ＜Ｖ／ｄの範囲に設定してレーザ発光を行うことを第７の特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記前記第２から第５何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、Ｖ／ｄ＜ｆの範囲に設定してレーザ発光を行うことを第８の特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記第１から第８何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記レーザ光源が、レーザ波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子であることを第９の特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記第１から第８何れかの特徴のレーザ照射装置において、レーザ光源が、レーザ波長６００ｎｍ〜８５０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子であることを第１０の特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記第１から第８何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記レーザ光源が、レーザ波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を発光する固体レーザであることを第１１の特徴とする。
【００２３】
更に本発明は、照射対象物に線状レーザスポットを照射し、該線状レーザスポットの短軸方向に走査することで照射対象物を改質するレーザ照射方法において、照射対象物上を走査しながら該線状レーザスポットの長軸方向のビームプロファイルを時間的に変化させることを第１２の特徴とする。
【００２４】
また本発明は、レーザ光を発光する複数のレーザ光源と、複数のレーザ光源から発光されるレーザ光を任意の出力値で発光させるように前記レーザ光源を駆動する複数のドライバ回路と、照射対象物を前記線状レーザスポットの長手方向と直交する方向に移動させる移動ステージと、前記移動ステージを任意の移動速度で移動させる共に前記複数のドライバ回路を通じて複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を独立制御する制御部とを備え、複数のレーザ光源から発光される複数のレーザ光を導光板を介して出射することによって線状のレーザスポットを形成し、該レーザスポットを照射対象物に照射するレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
該制御部が、前記移動ステージを所定速度で移動させながら前記複数のドライバ回路により複数の各レーザ光源から出射する個々のレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させることを第１３の特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記第１３の特徴のレーザ照射方法において、前記制御部が、前記複数のドライバ回路を通じて複数のレーザ光源から出光するレーザ出力値の任意時間における総和を所定値に保つ様に複数の各ドライバ回路を独立的に制御することを第１４の特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記第１３又は第１４の特徴のレーザ照射方法において、前記制御部が、所定のレーザ出力値であるベースパワーＰｂに、該ベースパワーＰｂの２％〜５０％の範囲のレーザ出力値である重畳パワーＰａを重畳することによって複数の各レーザ光源から出射するレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させることを第１５の特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記第１５の特徴のレーザ照射方法において、レーザ出力のパルス幅をＰｗとしたとき、前記制御部が、前記線状レーザスポットの両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源のパルス変調幅を、５０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定し、前記両端部のレーザ出力値に寄与するレーザ光源を除く他のレーザ光源のパルス変調幅を、６０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％の範囲に設定することにより、両端部のレーザ光源のパルス変調幅を中央部のパルス変調幅に比べて大きくなる様に制御することを第１６の特徴とする。
【００２８】
また本発明は、前記第１３から１６何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、該フラットディスプレイの画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／（５Ｌ）＜ｆ＜Ｖ／Ｌの範囲に設定してレーザ発光を行うことを第１７の特徴とする。
【００２９】
また本発明は、前記第１３から１６何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、画素トランジスタの間隔をＬ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、前記制御部が、レーザ発光パルス周波数ｆを、Ｖ／Ｌ＜ｆ＜Ｖ／ｄの範囲に設定してレーザ発光を行うことを第１８の特徴とする。
【００３０】
また本発明は、前記第１３から１６何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記照射対象物が複数の画素トランジスタを含むフラットディスプレイであり、前記線状レーザスポットの短軸長をｄ、レーザスポットの走査速度をＶ、レーザ発光パルス周波数をｆとしたとき、Ｖ／ｄ＜ｆの範囲に設定してレーザ発光を行うことを第１９の特徴とする。
【００３１】
また本発明は、前記第１２から１６何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記レーザ光源が、レーザ波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子であることを第２０の特徴とする。
【００３２】
また本発明は、前記第１２から１６何れかの特徴のレーザ照射方法において、レーザ光源が、レーザ波長６００ｎｍ〜８５０ｎｍのレーザ光を発光する半導体レーザ素子であることを第２１の特徴とする。
【００３３】
また本発明は、前記第１２から１６何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記レーザ光源が、レーザ波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を発光する固体レーザであることを第２２の特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
前述の特徴によって本発明は、制御部が、照射対象物を搭載する移動ステージを所定速度で移動させ且つ前記複数のドライバ回路により複数の各レーザ光源から出射する個々のレーザ出力値を時間経過に伴って独立的に変化させ、線状レーザスポットの長手方向のレーザ出力値の変位を表すレーザプロファイルを時間的に変化させながら線状レーザスポットを照射対象物に照射することによって、照射対象物に線状の結晶斑や輝度斑が生じることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の一実施形態によるレーザ照射装置及びレーザ照射方法を図面を参照して詳細に説明する。図１及び図２は本実施形態によるレーザ照射方法による改質効果を説明するための図、図３は本実施形態によるレーザ照射装置の基本構成を示す図、図４は本実施形態によるレーザスポットのベースパワー及び重畳パワーを説明するための図、図５は本実施形態によるレーザスポットの出力タイミングの説明図、図６は本実施形態によるレーザ照射の動作フローを示す図、図９は本実施形態のレーザ照射装置により製造されたディスプレイを説明するための図、図１０及び図１１は本実施形態によるレーザスポット短軸幅とプロファイル更新周期を説明するための図、図１２は一般的な基板上構成とレーザ照射によるシリコン膜の改質を示す図、図１３は本実施形態によるレーザ照射装置の動作を説明するための図である。
【００３６】
［構成］
本実施形態によるレーザ照射装置の基本的構成は、図３に示す如く、青色レーザ光を発光する複数の青色半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆとから成る半導体レーザ素子群３１と、半導体レーザ素子群３１が発光したレーザ光を導く複数の光ファイバ３２と、複数の光ファイバ３２から出射されたレーザ光を基に線状のレーザスポット４５を形成すると共に該レーザスポット４５のシリコン膜等の照射対象物からの反射光の光強度を検出する光ヘッド３９と、前記複数の青色半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆを駆動する複数のレーザドライバ４３Ａ〜４３Ｆと、前記青色半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆへ印加する基本駆動電流を出力するベースパワー用Ｄ／Ａコンバータ４０と、前記青色半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆへ印加する重畳駆動電流を出力する重畳パワー用Ｄ／Ａコンバータ４１と、該重畳パワー用Ｄ／Ａコンバータ４１からの駆動電流をレーザドライバ４３Ａ〜４３Ｆに重畳させるか否かを切り替えるためのアナログスイッチ４４Ａ〜４４Ｆと、該アナログスイッチ４４Ａ〜４４Ｆの前記切り替えの指示を行う重畳パルス４７を出力するパルスジェネレータ４２と、前記光ヘッド３９からの光強度を入力とし、前記ベースパワー用Ｄ／Ａコンバータ４０と重畳パワー用Ｄ／Ａコンバータ４１とパルスジェネレータ４２を制御するＭＰＵ３９と、該ＭＰＵ３９を制御するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）４６と、照射対象物を搭載し、該照射対象物を線状レーザスポット４５の長手方向と直交する方向に所定の速度で移動させる移動ステージ（図示せず）とから構成される。尚、本明細書ではレーザスポット形状を線状として説明するが、長楕円形と呼ばれることもあり、このレーザスポット形状は、照射対象物の連続する複数の画素を一度に照射できる形状であれば良い。
【００３７】
前記光ヘッド３９は、複数の光ファイバ３２の出射端を１つに纏める直線バンドル３３と、該複数の光ファイバ３２の出射端から出光したレーザ光を入光して内部のコア部及びクラッド部の屈折率の相違によってレーザ光空間強度分布を平滑化して出射するホモジナイザー（：レーザ光のプロファイルを照射面において均一化するための光学モジュール。本例では導波路）３４と、該ホモジナイザー３４から出射したレーザ光を透過し、ビームスプリッタ３５と、該ビームスプリッタ３５を透過したレーザ光を集光して線状のレーザスポット４５を形成する凸レンズ３７と、シリコン膜等の照射対象物から反射され且つ前記ビームスプリッタ３５により反射光を入射して集光する凸レンズ３７と、該凸レンズ３７により集光された反射光の光強度を検出する光センサ３８とから構成される。
【００３８】
前記青色半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆから出力されるレーザ出力は、図４に示す如く、ベースパワー用Ｄ／Ａコンバータ４０から出力される基本駆動電流によってベースパワーＰｂ（符号５０）が出力され、重畳パワー用Ｄ／Ａコンバータ４１から出力される重畳駆動電流によって、重畳パワーＰａ（符号５１）が前記ベースパワー５０に重畳するように構成されている。尚、重畳パワーＰａは、ベースパワーＰｂの２％〜５０％の範囲が好ましい。
【００３９】
前記半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆは、照射対象物の物理的特性、特にディスプレイ用のTFTシリコン膜の場合、シリコンの膜厚に応じてレーザ波長を選定するのが良い。これは、波長が短いほどシリコン膜の表面にて光エネルギーを吸収し、波長が長いほどシリコン膜の奥深くまで浸透し過熱できるためである。膜厚に応じて波長を選定すれば、光エネルギーを効率よく熱エネルギ−変換できる。例えば、シリコン膜厚が〜１００ｎｍの場合はレーザ波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍが望ましく、シリコン膜厚が５０ｎｍ〜１ｕｍの場合はレーザ波長６００ｎｍ〜８５０ｎｍが望ましい。また、シリコン膜厚が〜２００ｎｍの場合は、レーザ波長３５０ｎｍ〜５５０ｎｍのレーザ光を発光する固体レーザ素子を用いても良い。
【００４０】
前記パルスジェネレータ４２は、前述の複数の青色半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆからのレーザ出力値をベースパワーＰｂ及び重畳パワーＰａを用いて個々に制御するものであって、この出力パワー値は、図５に示す如く、レーザ素子３０Ａの出力タイミング２０Ａが、時間Ｅ２〜Ｅ３間、時間Ｅ５、時間Ｅ９〜Ｅ１０間にパルス状に設定され、レーザ素子３０Ｂの出力タイミング２０Ｂが、時間Ｅ１、時間Ｅ３〜Ｅ４間、時間Ｅ７〜９間、時間Ｅ１２〜Ｅ１３間、時間Ｅ１６にパルス状に設定され、レーザ素子３０Ｃの出力タイミング２０Ｃが、時間Ｅ４〜Ｅ６間、時間Ｅ８、時間Ｅ１０〜Ｅ１１間、時間Ｅ１４〜Ｅ１５間にパルス状に設定され、レーザ素子３０Ｄの出力タイミング２０Ｄが、時間Ｅ１〜Ｅ２間、時間Ｅ５〜７間、時間Ｅ１１〜Ｅ１２間、時間Ｅ１５〜Ｅ１６間にパルス状に設定され、他のレーザ素子の出力タイミングも同様とし、且つ、各時間Ｅにおけるレーザ出力値の任意時間における総和を所定値に保つ様に設定している。
【００４１】
即ち、本実施形態によるパルスジェネレータ４２は、複数の青色半導体レーザ素子３０Ａ〜３０Ｆからのレーザ出力の時間的経過に伴う出力値を、重畳パワーＰａの印加及び非印加をスイッチングすることによりランダムに変化させ、且つどの時間Ｅにおいても全てのレーザ出力の総和を一定値を保つよう設定していることによって、時間Ｅ１〜Ｅ１６において、線状レーザスポットを形成する複数の青色半導体素子からの総レーザ出力値を一定に保ちながら、各青色半導体素子から出力するレーザ出力値をランダムに変化させることができる。
【００４２】
更に本実施形態によるＭＰＵ３９は、照射対象となるディスプレイの画素部の画素ピッチ幅に合わせてレーザプロファイルの更新周期及びレーザスポット走査速度を決め、制御しており、この画素ピッチ幅とプロファイル更新周期の関係を図１０及び図１１を参照して説明する。
【００４３】
まず、照射対象物であるディスプレイが、画素部を拡大した図１１に示す如く、１つの画素９７が、発光素子であるＲ（赤）画素９３とＧ（緑）画素９４とＢ（青）画素９５と、これら画素９３〜９５を駆動するための画素トランジスタ９０〜９２とから構成され、レーザスポットをＸ方向１００に走査する場合、Ｘ方向画素間隔は符号９９で示す間隔となり、レーザスポットをＹ方向１００に走査する場合、Ｙ方向画素間隔は符号９６で示す間隔となる。
【００４４】
ここで、画素間隔（トランジスタ間隔）をＬとし、スポツト走査速度をＶとすると、本実施形態により照射するレーザ光のパルス間隔２１は、Ｌ／Ｖと表され、画素間隔ごとに変化されるための周波数上限はＶ／Ｌとなる。この周波数ｆの範囲は、線状斑が５画素程度以上連続すると認識しやすくなるため、重畳パルスの周波数ｆの範囲は、［Ｖ／５Ｌ＜ｆ＜Ｖ／Ｌ］とするのが好適であるが、これに限られるものではない。
【００４５】
図１０は、他の例によるレーザスポット短軸幅とプロファイル更新周期を説明するための図である。前述の図１１の例では、画素の間隔により重畳周波数の上限を決める例を説明したが、線上斑を形成させない条件として、レーザスポットの短軸幅を基本とし、短軸距離を移動する度にビームプロファイルを更新しても良い。即ち、図１０に示す如く、レーザスポット８５を矢印８８の方向に走査速度Ｖにて走査する場合、レーザ短軸幅をｄ（符号８９）とし、短軸幅移動位置８６、８７・・・毎にレーザプロファイルを変化させても良く、この変化させる周波数はＶ／ｄとなり、重畳周波数の上限に相当する。下限は画素間Ｌ毎にプロファイルを変化させれば良いため下限周波数は［Ｖ／Ｌ］として表される。従って、重畳パルス周波数ｆの範囲は、［Ｖ／Ｌ＜ｆ＜Ｖ／ｄ］とするのが好適である。また、画素間隔に依存せず、短軸幅を移動する間に少なくとも１回以上のビームプロファイルを更新しても良い。この場合の重畳パルス周波数ｆは［Ｖ／ｄ＜ｆ］となる。
【００４６】
この様に本実施形態によるレーザ照射装置は、照射対象物の改質対象となる画素の間隔と走査速度に応じてレーザプロファイルを切り替えるように構成されている。
【００４７】
［動作］
さて、前述の様に構成したレーザ照射装置は、図６に示す如く、パーソナルコンピュータ４６より照射対象物の画素ピッチ幅（Ｌ）をＭＰＵ３９に入力するステップ１０２と、前述の基礎パワー値となるベースパワーＰｂ５０及び該基礎パワー値に加える重畳パワーＰａ５１の個々の値を入力するステップ１０３と、前述のレーザスポットの走査速度Ｖ及びスポツトオーバーラップ幅Ｄを入力するステップ１０４とを実行することによって、本実施形態によるレーザ照射装置を駆動するための必要パラメータを初期情報として登録する。
【００４８】
次いで本装置は、前記初期情報を入力したＭＰＵ３９が、重畳パルス周波数の範囲を算出するステップ１０５と、移動ステージ搭載されたガラス基板（図示なし）上の所定位置に光ヘッド３９を移動させるステップ１０６と、ＭＰＵ３９よりベースパワー用Ｄ／Ａコンバータ４０の出力レーザ値（基準駆動電流）を設定するステップ１０７と、同様に重畳パワー用Ｄ／Ａコンバータ４１の出力レーザ値（重畳駆動電流）を設定するステップ１０８とを実行する。
【００４９】
次いで本装置は、前述のステップにより設定された条件に従ってベースパワー用Ｄ／Ａコンバータ４０及び重畳パワー用Ｄ／Ａコンバータ４１が所定出力値の駆動電流を発生すると共に、パルスジェネレータ４２が図５にて説明したようにアナログスイッチ４４Ａ〜４４Ｆをオンオフ制御することによって、ランダムに出力値が変化するレーザ光の発光を開始するステップ１０９と、該レーザ光の発光により形成されるレーザスポットをガラス基板上の一端からＸ方向に速度Ｖにて走査させるステップ１１０と、レーザスポットがガラス基板上の他端に到達されたことを検出して停止させるステップ１１１と、ガラス基板の所定領域の走査が完了したか判定し、所定領域の走査が完了したと判定したときに処理を終了するステップ１１２と、該ステップ１１２において走査が終了していないと判定したとき、レーザスポットをＹ方向に移動させ、オーバーラップ幅Ｄを維持しながらガラス基板の次の領域の走査を開始し、前記ステップ１１１に戻るステップ１１３とを順次実行する。
【００５０】
これら工程により本実施形態によるレーザ照射装置は、総レーザ出力値を光センサ３８により監視して一定に保ちながらベースパワーＰｂ５０に重畳パワーＰａ５１をランダムに印加したレーザパワーによって所定領域を走査し、且つ隣接する次の走査領域を走査（レーザ照射）する際のオーバーラップ幅Ｄを所定値に保ちながら行うことによって、線状レーザスポットの長手方向のレーザ出力値分布の凸凹に起因する線状の結晶斑や輝度斑が発生することを防止することができる。
【００５１】
また前述した重畳パルスの深さ（ベースパワーに対する重畳パワー量）は、本発明効果を得るためとプロファイル凸凹悪化を回避する両制限より、５０％≦（Ｐｂ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％が望ましい。
【００５２】
この本実施形態によるレーザ照射による改質効果を図１を参照して説明する。前述の処理手順によって照射されるレーザ照射は、時間経過によってレーザ出力のプロファイルが図１上段の如く時間Ｅ１〜Ｅ３に応じて変化するものであって、このプロファイルによる線状レーザスポット１３を矢印１４方向に走査することによって、図中に斜線で示す改質が充分に行われた画素トランジスタ１５と白抜きで示す比較的改質が不十分な画素トランジスタ１６との発生位置を時間経過に応じてＹ方向にランダムに変化させることにより、前記画素トランジスタ１５及び１６が従来技術の如くＸ方向に連続して発生せず、目視により認識可能な線状の結晶斑や輝度斑の発生を防止することができる。
【００５３】
また前述の隣接領域におけるオーバーラップ幅Ｄにおけるレーザ照射は、図２に示す如く、矢印１４ａ方向に走査した線状レーザスポット１３ａと矢印１４ｂ方向に走査した線状レーザスポット１３ｂの重複するオーバーラップ部１３３に対応する半導体レーザ素子の駆動パルスの変調幅を本実施形態においては大きく設定している。即ち、本例においては、線状レーザスポットの長軸方向において、線状レーザスポットの端に寄与する半導体レーザ素子のパルス変調幅を中央部より大きく（レーザ変調幅［ベースパワー値Ｐｂと重畳パワー値Ｐａとの差］を深く）することによって、オーバーラップ部１３３におけるレーザスポットが中央部に比べて結晶状態を曖昧にし、結晶斑及び輝度斑を「ぼかす」ことができ、この結果、オーバーラップ部１３３における線状の結晶斑及び輝度の斑発生を防止することができる。ベースパワー値Ｐｂに加えられる重畳パワー値Ｐａのパルス幅をＰｗとしたとき、この中央部のパルス変調幅を、６０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％両端部のパルス変調幅を５０％≦（Ｐｗ／（Ｐｂ＋Ｐａ）×１００％）≦９８％程度に設定するのが望ましい。尚、前記線状レーザスポットの両端部の出力値に寄与する半導体レーザ素子とは、例えば図３における半導体レーザ３０Ｆ及び３０Ｅ並びに半導体レーザ素子３０Ｂ及び３０Ａであり、中央部の出力値に寄与する半導体レーザ素子とは、他の半導体レーザ素子のことである。
【００５４】
本実施形態においては、線状レーザスポット両端部の重畳パワー値Ｐａを中央部に比べて上げることにより、時間的／空間的にプロファイルの凸凹を大きく（険しく）することができ、この状態で結晶処理を行うことによって、シリコン膜面上の微小空間単位で結晶状態が異なり、マクロ的に観測すれば均一にみえ、斑をちりばめた状態、即ち「ぼかした」状態とすることができる。換言すれば、本実施形態の如く、線状レーザスポット両端部に影響する半導体レーザ素子に印可するパルス変調幅を大きくすることにより、微小空間単位での結晶状態の異なりを大きくすることに相当し、「ぼかし」を強めることができる。このようにビーム重ね部の境界において、線状斑の連続性を断ち切るには「ぼかし」効果を強めた方が望ましい。
【００５５】
従って本実施形態によるレーザ照射装置は、線状レーザスポットの長手方向の中央部においては結晶斑及び輝度斑が発生するものの、これら結晶斑及び輝度斑が断続的にちりばめられることにより、線状の結晶斑及び輝度斑の発生を防止することができると共に、オーバーラップ部１３３においても前記パルス変調幅を大きくすることによって線状の結晶斑及び輝度斑の発生を防止することができる。
【００５６】
また前記実施形態においては、レーザスポットの合焦点制御を行わない例を説明したが、照射対象物からの反射光の反射光量を検出し、本動作中に対物レンズを反射光量が最大になるようにＺ方向に移動させ、レーザスポット形状が変化しないようオートフォーカス機能を加えても良い。更に前記実施形態においては、ガラス基板全面をレーザ照射する例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、トランジスタ形成部の画素部分のみを狙って照射するように構成しても良い。
【００５７】
また前記実施形態においては、アナログスイッチ用いてベースパワーに重畳パワーを印加させることにより、個々の半導体レーザ素子から出力するレーザ出力値を変化させる例を説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば個々の半導体レーザ素子に対する駆動電流とレーザ出力値との関係を予め測定しておき、ＭＰＵが各ドライバに対して前述のレーザ出力値をランダムに変化させるよう構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態によるレーザ照射方法の改質効果を説明するための図。
【図２】本発明の一実施形態によるレーザ照射方法の改質効果を説明するための図。
【図３】本実施形態によるレーザ照射装置の基本構成を示す図。
【図４】本実施形態によるレーザスポットのベース及び重畳パワーを示す図。
【図５】本実施形態によるレーザスポットの出力タイミングの説明図。
【図６】本実施形態によるレーザ照射の動作フローを示す図。
【図７】従来技術によるレーザ照射装置の不具合を説明するための図。
【図８】従来技術のレーザ照射装置により製造されたディスプレイの不具合を説明するための図。
【図９】本実施形態のレーザ照射装置により製造されたディスプレイの不具合を説明するための図。
【図１０】本実施形態によるレーザスポット短軸幅とプロファイル更新周期を説明するための図。
【図１１】他の実施形態によるレーザスポット短軸幅とプロファイル更新周期を説明するための図。
【図１２】一般的な基板上構成とレーザ照射によるシリコン膜の改質を示す図。
【図１３】本実施形態によるレーザ照射装置の動作を説明するための図。
【図１４】従来技術による線状レーザスポットの長手方向のレーザ出力値の分布及び改質された照射対象物の状態を説明するための図。
【符号の説明】
【００５９】
３０Ａ〜３０Ｆ：青色半導体レーザ素子、４３Ａ〜４３Ｆ：レーザドライバ、４４Ａ〜４４Ｆ：アナログスイッチ、１２：レーザプロファイル、１３：線状レーザスポット、１５及び１６：画素トランジスタ、２０Ａ〜２０Ｄ：出力タイミング、２１：パルス間隔、３１：半導体レーザ素子群、３２：光ファイバ、３３：直線バンドル、３４：ホモジナイザー、３４：導光板、３５：ビームスプリッタ、３７：凸レンズ、３８：光センサ、３９：光ヘッド、４０：Ａ／Ｄコンバータ、４１：Ａ／Ｄコンバータ、４２：パルスジェネレータ、４５：線状レーザスポット、４６：パーソナルコンピュータ、４７：重畳パルス、５０：ベースパワー、６０：ガラス基板、６１：ディスプレイ、Ｄ：スポットオーバーラップ幅。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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