(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を前記アモルファス膜に誘導する光学系と、
前記光学系の一部を構成し、前記アモルファス膜に照射するレーザ光を集光する対物レンズと、
前記光学系のレーザ光光路上で前記対物レンズよりも前段側に位置して配置され、前記レーザ光の一部を透過させるレーザ光透過領域および前記レーザ光の一部を遮蔽するレーザ光遮蔽領域を有し、前記レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とによってイメージパターンを形成する光学部材と、を備え、
前記光学部材は、前記レーザ光遮蔽領域に、前記対物レンズの解像度（Ｒ）と対物レンズの倍率（Ｍ）の逆数との積で求められる値（Ｒ／Ｍ）よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有して前記レーザ光の透過を可能にする昇温抑制用レーザ光透過部が設けられており、前記昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光の照射面において前記規制寸法を径とする円形状を有することを特徴とするアモルファス膜結晶化装置
ただし、対物レンズの倍率（Ｍ）は、アモルファス膜と対物レンズとの距離（ｂ）と前記光学部材と対物レンズとの距離（ａ）との比（ｂ／ａ）、又は、アモルファス膜上のパターンイメージサイズ（ｄ）と前記光学部材のパターンイメージサイズ（Ｄ）の比（ｄ／Ｄ）に等しい。
【請求項２】
アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を前記アモルファス膜に誘導する光学系と、
前記光学系の一部を構成し、前記アモルファス膜に照射するレーザ光を集光する対物レンズと、
前記光学系のレーザ光光路上で前記対物レンズよりも前段側に位置して配置され、前記レーザ光の一部を透過させるレーザ光透過領域および前記レーザ光の一部を遮蔽するレーザ光遮蔽領域を有し、前記レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とによってイメージパターンを形成する光学部材と、を備え、
前記光学部材は、前記レーザ光遮蔽領域に、前記対物レンズの解像度（Ｒ）と対物レンズの倍率（Ｍ）の逆数との積で求められる値（Ｒ／Ｍ）よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有して前記レーザ光の透過を可能にする複数の昇温抑制用レーザ光透過部が設けられており、前記複数の昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光遮蔽領域に同じ間隔を有して配列されていることを特徴とするアモルファス膜結晶化装置
ただし、対物レンズの倍率（Ｍ）は、アモルファス膜と対物レンズとの距離（ｂ）と前記光学部材と対物レンズとの距離（ａ）との比（ｂ／ａ）、又は、アモルファス膜上のパターンイメージサイズ（ｄ）と前記光学部材のパターンイメージサイズ（Ｄ）の比（ｄ／Ｄ）に等しい。
【請求項３】
前記昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光の照射面において前記規制寸法を短幅側に有する細片形状を有することを特徴とする請求項２に記載のアモルファス膜結晶化装置。
【請求項４】
前記昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光の照射面において前記規制寸法を径とする円形状を有することを特徴とする請求項２に記載のアモルファス膜結晶化装置。
【請求項５】
前記昇温抑制用レーザ光透過部は、貫通部位または前記レーザ光の透過率が相対的に高い部位で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアモルファス膜結晶化装置。
【請求項６】
前記光学部材は、前記レーザ光が照射されない未照射領域を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアモルファス膜結晶化装置。
【請求項７】
前記レーザ光の照射によって前記アモルファス膜の順次側面結晶化を行うものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアモルファス膜結晶化装置。
【請求項８】
レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とを有する光学部材を通してレーザ光を照射し、前記レーザ光透過領域と前記レーザ光遮蔽領域に応じて前記光学部材を透過したパターンのレーザ光を対物レンズで集光してアモルファス膜に照射し、順次側面結晶化によって前記アモルファス膜を結晶化させる結晶化方法であって、
前記レーザ光遮蔽領域に照射される前記レーザ光の一部を、前記レーザ光遮蔽領域内で前記対物レンズの解像度と倍率の逆数との積よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有する円形の昇温抑制用レーザ光透過部を通して前記光学部材を透過させて、少なくともその一部を前記レーザ光透過領域を透過した前記レーザ光が前記アモルファス膜に照射される照射領域に照射することを特徴とするアモルファス膜結晶化方法。
【請求項９】
レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とを有する光学部材を通してレーザ光を照射し、前記レーザ光透過領域と前記レーザ光遮蔽領域に応じて前記光学部材を透過したパターンのレーザ光を対物レンズで集光してアモルファス膜に照射し、順次側面結晶化によって前記アモルファス膜を結晶化させる結晶化方法であって、
前記レーザ光遮蔽領域に照射される前記レーザ光の一部を、前記レーザ光遮蔽領域内で前記対物レンズの解像度と倍率の逆数との積よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有し、前記レーザ光遮蔽領域内で同じ間隔で配列された昇温抑制用レーザ光透過部を通して前記光学部材を透過させて、少なくともその一部を前記レーザ光透過領域を透過した前記レーザ光が前記アモルファス膜に照射される照射領域に照射することを特徴とするアモルファス膜結晶化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アモルファス膜にレーザ光を照射して順次側面結晶化を行うアモルファス膜結晶化装置およびその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイの基板などに用いられる半導体薄膜では、アモルファス膜を用いるものの他、結晶薄膜を用いるものが知られている。この結晶薄膜に関し、アモルファス膜をアニールして結晶化させることにより製造する方法が提案されている。この他に、エネルギー源をレーザにしてシリコン結晶の側面成長を誘導して巨大な単結晶シリコンを製造するＳＬＳ（sequential lateral solidification：順次側面結晶化）技術が特許文献１や特許文献２で提案されている。
【０００３】
ＳＬＳ技術は、シリコングレインが液状シリコンと固相シリコンの境界面でその境界面に対して垂直方向で成長するという現象に基づいている。レーザエネルギーの強さとレーザビームの走査範囲の移動を適切に調節して、シリコングレインを所定の長さに側面成長させることで非晶質シリコン薄膜を結晶化させることである。
さらに、従来の装置では、シリコンを結晶化するために順次側面結晶化（ＳＬＳ）方法を利用する時の生産効率の改善した手法を提供することが特許文献３で提案されている。
【０００４】
特許文献３に示される装置では、上記工程を効率化するために、図６に示すように、光学部材に透過領域４０ａ、４１ａと遮断領域４０ｂ、４１ｂを有する２つのブロック４０、４１を横に並べて設け、さらに、これらブロックに並べて小さい四角形のスリット４２ａが多数形成された活性化領域４２が設けられている。
上記光学部材では、透過領域をレーザビームが透過し、遮蔽領域はレーザビームが透過できず光を吸収して熱に変化させることで、パターン化されたレーザビームが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第９７／４５８２７パンフレット
【特許文献２】韓国特許出願公開第２００１−００４１２９号明細書
【特許文献３】特開２００５−５７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の装置で使用している光学部材は、上記のようにレーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域で構成されている。レーザ光遮蔽領域はレーザビームを完全に遮蔽することで、レーザ光透過領域のパターンを正確に被照射物であるアモルファス膜にイメージとして投影できるようにする。
レーザ光遮蔽領域は金属であるＣｒやＣｒＯ膜を石英ガラスに付けたものなどで構成され、入射されたレーザ光を吸収し、光を熱に変えることで、レーザ光を遮蔽している。そのために、高温の熱が発生し、Ｃｒ膜やＣｒＯ膜がダメージを受けるという問題がある。また、光学部材で熱が発生すると空気の対流が発生し、光学部材によるパターンイメージを歪める原因になる。
上記した熱の発生による弊害を防止するために光学部材を冷却する方法も考えられる。例えば、光学部材にエアーを吹き付けるなどして冷却することが考えられるが、光学部材を冷却した空気に乱流が発生し、パターンイメージの歪みを発生させるおそれがある。また、水などの冷却剤を用いる方法が考えられるが、冷却剤の流量制御や冷却剤の蒸発による蒸気の制御が難しいという問題がある。
【０００７】
この発明は、上記のような従来のものの課題を解決するためになされたものであり、冷却手段を講じることなくレーザ光照射時の前記光学部材における熱の発生を少なくして昇温による弊害を排除できるすることができるアモルファス膜結晶化装置および結晶化方法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】
【０００８】
すなわち、本発明のアモルファス膜結晶化装置のうち、第１の本発明は、
アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を前記アモルファス膜に誘導する光学系と、
前記光学系の一部を構成し、前記アモルファス膜に照射するレーザ光を集光する対物レンズと、
前記光学系のレーザ光光路上で前記対物レンズよりも前段側に位置して配置され、前記レーザ光の一部を透過させるレーザ光透過領域および前記レーザ光の一部を遮蔽するレーザ光遮蔽領域を有し、前記レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とによってイメージパターンを形成する光学部材と、を備え、
前記光学部材は、前記レーザ光遮蔽領域に、前記対物レンズの解像度（Ｒ）と対物レンズの倍率（Ｍ）の逆数との積で求められる値（Ｒ／Ｍ）よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有して前記レーザ光の透過を可能にする昇温抑制用レーザ光透過部が設けられており、前記昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光の照射面において前記規制寸法を径とする円形状を有することを特徴とする
ただし、対物レンズの倍率（Ｍ）は、アモルファス膜と対物レンズとの距離（ｂ）と前記光学部材と対物レンズとの距離（ａ）との比（ｂ／ａ）、又は、アモルファス膜上のパターンイメージサイズ（ｄ）と前記光学部材のパターンイメージサイズ（Ｄ）の比（ｄ／Ｄ）に等しい。
第２の本発明のアモルファス膜結晶化装置は、
アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、
前記レーザ光を前記アモルファス膜に誘導する光学系と、
前記光学系の一部を構成し、前記アモルファス膜に照射するレーザ光を集光する対物レンズと、
前記光学系のレーザ光光路上で前記対物レンズよりも前段側に位置して配置され、前記レーザ光の一部を透過させるレーザ光透過領域および前記レーザ光の一部を遮蔽するレーザ光遮蔽領域を有し、前記レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とによってイメージパターンを形成する光学部材と、を備え、
前記光学部材は、前記レーザ光遮蔽領域に、前記対物レンズの解像度（Ｒ）と対物レンズの倍率（Ｍ）の逆数との積で求められる値（Ｒ／Ｍ）よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有して前記レーザ光の透過を可能にする複数の昇温抑制用レーザ光透過部が設けられており、前記複数の昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光遮蔽領域に同じ間隔を有して配列されていることを特徴とする
ただし、対物レンズの倍率（Ｍ）は、アモルファス膜と対物レンズとの距離（ｂ）と前記光学部材と対物レンズとの距離（ａ）との比（ｂ／ａ）、又は、アモルファス膜上のパターンイメージサイズ（ｄ）と前記光学部材のパターンイメージサイズ（Ｄ）の比（ｄ／Ｄ）に等しい。
【０００９】
第３の本発明のアモルファス膜結晶化装置は、前記第２の本発明において、前記昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光の照射面において前記規制寸法を短幅側に有する細片形状を有することを特徴とする。
第４の本発明のアモルファス膜結晶化装置は、前記第２の本発明において、前記昇温抑制用レーザ光透過部は、前記レーザ光の照射面において前記規制寸法を径とする円形状を有することを特徴とする。
第５の本発明のアモルファス膜結晶化装置は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記昇温抑制用レーザ光透過部は、貫通部位または前記レーザ光の透過率が相対的に高い部位で構成されていることを特徴とする。
第６の本発明のアモルファス膜結晶化装置は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記光学部材は、前記レーザ光が照射されない未照射領域を有することを特徴とする。
第７の本発明のアモルファス膜結晶化装置は、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記レーザ光の照射によって前記アモルファス膜の順次側面結晶化を行うものであることを特徴とする。
【００１０】
第８の本発明のアモルファス膜結晶化方法は、レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とを有する光学部材を通してレーザ光を照射し、前記レーザ光透過領域と前記レーザ光遮蔽領域に応じて前記光学部材を透過したパターンのレーザ光を対物レンズで集光してアモルファス膜に照射し、順次側面結晶化によって前記アモルファス膜を結晶化させる結晶化方法であって、
前記レーザ光遮蔽領域に照射される前記レーザ光の一部を、前記レーザ光遮蔽領域内で前記対物レンズの解像度と倍率の逆数との積よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有する円形の昇温抑制用レーザ光透過部を通して前記光学部材を透過させて、少なくともその一部を前記レーザ光透過領域を透過した前記レーザ光が前記アモルファス膜に照射される照射領域に照射することを特徴とする。
第９の本発明のアモルファス膜結晶化方法は、レーザ光透過領域とレーザ光遮蔽領域とを有する光学部材を通してレーザ光を照射し、前記レーザ光透過領域と前記レーザ光遮蔽領域に応じて前記光学部材を透過したパターンのレーザ光を対物レンズで集光してアモルファス膜に照射し、順次側面結晶化によって前記アモルファス膜を結晶化させる結晶化方法であって、
前記レーザ光遮蔽領域に照射される前記レーザ光の一部を、前記レーザ光遮蔽領域内で前記対物レンズの解像度と倍率の逆数との積よりも小さく、かつ前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有し、前記レーザ光遮蔽領域内で同じ間隔で配列された昇温抑制用レーザ光透過部を通して前記光学部材を透過させて、少なくともその一部を前記レーザ光透過領域を透過した前記レーザ光が前記アモルファス膜に照射される照射領域に照射することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、レーザ光遮蔽領域にある昇温抑制用レーザ光透過部に照射されたレーザ光は、レーザ光遮蔽領域のうち昇温抑制用レーザ光透過部の領域においてレーザ光が透過するものの、対物レンズの解像度と倍率の逆数との積よりも小さい規制寸法を有する領域を透過することでアモルファス膜上で十分なエネルギーを有して照射されることがない。
対物レンズの解像度は、レーザ光照射によって光学部材のパターンがアモルファス膜上でパターン化できる最小の寸法である。すなわち、ＳＬＳ方法のプロセスに用いる条件（結晶化に用いるエネルギー密度および対物レンスの焦点位置）でアモルファス膜が結晶化されない最小の寸法（アモルファス膜表面換算）である。
また、対物レンズの倍率（Ｍ）は以下により決定することができる。
すなわち、対物レンズの倍率（Ｍ）＝（アモルファス膜と対物レンズとの距離（ｂ））／（前記光学部材と対物レンズとの距離（ａ））、又は、
対物レンズの倍率（Ｍ）＝（アモルファス膜上のパターンイメージサイズ（ｄ））／（光学部材のパターンイメージサイズ（Ｄ））
したがって、対物レンズの倍率は、光学部材と対物レンズとアモルファス膜との位置関係によって異なってくる。また、対物レンズと光学部材との距離は、光軸における対物レンズの光心と光学部材表面との距離、対物レンズとアモルファス膜との距離は、光軸における対物レンズの光心とアモルファス膜表面との距離で示すことができる。
【００１２】
なお、昇温抑制用レーザ光透過部の領域が、上記対物レンズの解像度と倍率の逆数との積よりも小さい寸法を有していない場合、該領域が透過したレーザ光が十分なエネルギーを有する状態でアモルファス膜に照射され、レーザ光遮蔽領域としての機能を損なう。なお、昇温抑制用レーザ光透過部が前記積より小さい規制寸法を有するとは、面方向における昇温抑制用レーザ光透過部のいずれの位置においても、いずれかの方向（面方向における）で前記積よりも小さい寸法を有していることを示している。
【００１３】
また、昇温抑制用レーザ光透過部の規制寸法が前記レーザ光の波長よりも大きい寸法を有していないと、昇温抑制用レーザ光透過部をレーザ光が透過する際に、回折が顕著に生じ、アモルファス膜の照射面以外に散乱する。このため、昇温抑制用レーザ光透過部は前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有していることが必要である。
なお、昇温抑制用レーザ光透過部が前記レーザ光の波長よりも大きい規制寸法を有していることについては、上記規制寸法がこの条件を満たすことを示している。
なお、上記対物レンズの解像度、レーザ光の波長は一律ではないので、昇温抑制用レーザ光透過部に要求される規制寸法も特定の数値に限定されるものではない。通常は、要求される規制寸法としてはアモルファス膜上において０．５〜１．０μｍとなる寸法が例示される。
【００１４】
なお、本発明における光学部材としては、特定の材料に限定されるものではなく、レーザ光照射領域とレーザ光遮蔽領域とが得られるものであればよく、レーザ光遮蔽領域を光学部材表面への膜形成などによって形成することも可能である。
レーザ光透過領域は、レーザ光が透過してアモルファス膜へのレーザ光照射によって順次側面結晶化がなされる程度にアモルファス膜にエネルギーを付与できるものであればよい。レーザ光透過領域は、貫通部位で形成されていてもよく、また、透過率の相対的に高い部位で構成されているものであってもよい。
一方、レーザ光遮蔽領域は、レーザ光が透過しない領域の他、前記レーザ光透過領域に比べて相対的に低いエネルギーでレーザ光が透過するものであってもよい。すなわち、レーザ光遮蔽領域を透過するレーザ光のエネルギーがレーザ光透過領域を透過するレーザ光のエネルギーと区別されて順次側面結晶化が良好になされるものであればよい。
【００１５】
本発明の昇温抑制用レーザ光透過部は、レーザ光遮蔽領域でレーザ光の透過がなされない場合、該レーザ光遮蔽領域内で部分的にレーザ光の透過を許容するものである。該レーザ光の透過は、レーザ光透過領域に比べてアモルファス膜に小さなエネルギーを与えるに過ぎない。また、レーザ光遮蔽領域で、制限されつつレーザ光の透過がなされる場合、昇温抑制用レーザ光透過部は、このレーザ光遮蔽領域よりも高い透過率でレーザ光が透過する。ただし、昇温抑制用レーザ光透過部における透過レーザ光は、レーザ光透過領域を透過するレーザ光よりもアモルファス膜に与えるエネルギー量は格段に小さくなっており、順次側面結晶化の支障とならない。
【００１６】
なお、昇温抑制用レーザ光透過部の形状は、上記規制寸法を満たすものであれば特に限定されるものではない。例えば、上記規定の規制寸法を短幅方向に有する細片形状とすることができる。昇温抑制用レーザ光透過部を貫通部位で構成する場合は、スリット形状と言うこともできる。該細片は、複数を所定の間隔で並列させたり、縦横に並べて配置することができ、光学部材の昇温を効果的に抑制することができる。
また、昇温抑制用レーザ光透過部の形状として、上記規定の規制寸法を径とする円形状にすることもできる。昇温抑制用レーザ光透過部を貫通部位で構成する場合は、孔形状と言うこともできる。該円形状は、複数を点在させることで、光学部材の昇温を効果的に抑制することができる。昇温抑制用レーザ光透過部は、形状の異なるものを光学部材に設けるようにしてもよい。
【００１７】
本発明は、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイの画素スイッチや駆動回路に用いられる薄膜トランジスタの多結晶あるいは単結晶半導体膜を製造するＳＬＳ結晶化方法およびその装置として好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、光学部材のレーザ光遮蔽領域内に設けた昇温抑制用レーザ光透過部を通して、レーザ光が結晶化に支障がないように透過し、光学部材での熱の発生を抑えて昇温による損傷を効果的に防止し、耐久性を向上させる。また光学部材での熱の発生を抑えることにより、パターンイメージの歪発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態のアモルファス膜結晶化装置を示す概略図である。
【図２】同じく、光学部材を示す平面図である。
【図３】同じく、光学部材を示す拡大した平面図である。
【図４】同じく、光学部材と対物レンズとアモルファス膜との位置関係を示す図である。
【図５】同じく、光学部材の変更例を示す拡大した平面図である。
【図６】従来の光学部材を示す平面図である。
【図７】従来の光学部材におけるレーザ光照射によるダメージ状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のアモルファス膜結晶化装置に相当するレーザアニール装置１を示す概略図である。
レーザアニール装置１は、アモルファスシリコン膜が形成された基板２を載置するステージ３を有している。さらに、該ステージ３をＸ軸方向に移動するＸ移動モータ４ａ、Ｙ軸方向に移動可能とするＹ移動モータ４ｂを有し、各モータには、Ｘ移動ドライバ５ａ、Ｙ移動ドライバ５ｂが電気的に接続されている。各ドライバは、コンピュータで構成されるシステムコントローラ６に接続されて、各移動モータの制御が可能になっている。
【００２１】
さらにレーザアニール装置１では、所定波長のレーザ光１０ａを出力するレーザ光源１０を備えている。上記シリコン膜は、処理前においてアモルファスの状態にある。レーザ光源１０としては、例えばコヒレント社のレーザ発振器ＬＳ２０００（１）もしくはＬＳＸ３１５（波長３０８ｎｍ、繰り返し発振数３００Ｈｚ）を用いることができる。但し、本発明としてはレーザ光源１０が特定のものに限定されるものではない。
【００２２】
レーザ光源１０で発振されたレーザ光１０ａの照射方向には、アッテネータ１１が配置され、アッテネータ１１の出射方向に、ミラー１２、ビーム整形器１３、対物レンズ１４などにより構成される光学系１５が設置されている。この光学系１５を通してレーザ光１０ａが誘導され、基板２のシリコン膜に照射される。
アッテネータ１１は、レーザ光１０ａを減衰して所定のエネルギーに調節する。アッテネータ１１には、減衰率の調整が可能な可変アッテネータを用いることも可能である。アッテネータ１１では、例えばシリコン膜上で約６００ｍＪ／ｃｍ２−１０００ｍＪ／ｃｍ２のエネルギ密度となるようにレーザ光１０ａの減衰率を調整する。
【００２３】
ミラー１２は、レーザ光源１０から出力されたレーザ光１０ａの照射方向を偏向するものであり、例えばレーザ光源１０から水平方向に出力されたレーザ光１０ａをシリコン膜が形成された基板２に照射させるために垂直に向きを変えるものである。
ビーム整形器１３は、レーザ光１０ａを矩形状、円形状などのビーム断面形状に整形するものである。
対物レンズ１４は、レーザ光１０ａを集光して基板２上のシリコン膜表面付近に照射するものであり、光軸における対物レンズ１４の光心とシリコン膜表面との距離は、図中ｂで示されている。
【００２４】
また、レーザ光１０ａの光路上には、対物レンズ１４の入射側において、レーザ光遮蔽領域２０ａとレーザ光透過領域２０ｂとを有し、これらのレーザ光透過領域２０ａとレーザ光遮蔽領域２０ｂとによってパターンを形成する光学部材２０が配置されている。光軸における光学部材２０と対物レンズ１４の距離は図中ａで示される。
なお、この形態では、シリコン膜を処理の対象としているが、本発明は、アモルファス膜を結晶膜に処理したり、結晶膜を改質処理したりするものであり、その材料がシリコンに限定されるものではない。
【００２５】
光学部材２０は、図２（ａ）に示すように、矩形の形状を有し、その内側に面方向において、短冊状のレーザ光透過領域２０ａが長尺辺を隣接するようにして並列して設けられており、隣接するレーザ光透過領域２０ａ間は小間隔になっている。光学部材２０は、面方向において、レーザ光透過領域２０ａ以外はレーザ光遮蔽領域２０ｂになっている。
【００２６】
上記レーザ光透過領域２０ａとレーザ光遮蔽領域２０ｂとを有する光学部材２０の製造方法は本発明としては特に限定されるものではない。例えば、レーザ光を透過する材料で光学部材を構成し、レーザ光透過領域２０ａの部分を覆うシャドウマスクなどを用いてレーザ光透過領域２０ａ以外の領域に金属薄膜を蒸着などによって被覆することでレーザ光遮蔽領域２０ｂを形成することができる。また、光学部材表面に被覆された金属薄膜に対し、レーザ光透過領域２０ａに相当する領域でエッチングなどによって金属薄膜を除去することによって光学部材２０を得るようにしてもよい。
この実施形態では、光学部材２０本体をレーザ光が透過する材料で構成し、レーザ光透過領域２０ａを除いたレーザ光遮蔽領域２０ｂにＣｒまたはＣｒＯからなる金属膜が成膜されている。
【００２７】
さらに、光学部材２０のレーザ光遮蔽領域２０ｂには、図３に示すようにレーザ光透過領域２０ａの端縁に沿うように細幅の昇温抑制用レーザ光透過部２１が間隔を置いて縦横に並列されている。この形態では、昇温抑制用レーザ光透過部２１の幅と昇温抑制用レーザ光透過部２１間の間隔幅とは略同幅になっている。したがって、レーザ光遮蔽領域２０ｂにおいて、昇温抑制用レーザ光透過部２１の総面積とそれ以外の総面積は、約１／２ずつになっている。
昇温抑制用レーザ光透過部２１の幅は、対物レンズの解像度（Ｒ）と以下で説明する対物レンズの倍率（Ｍ）の逆数との積（Ｒ／Ｍ）よりも小さくなっている。さらに、昇温抑制用レーザ光透過部２１の幅は、レーザ光１０ａの波長よりも大きくなっている。この形態では、その幅は、例えばレーザ光１０ａの波長である３０８ｎｍを超えている。
対物レンズの倍率は、図４に示すように、基板２上のアモルファス膜と対物レンズ１４との距離（ｂ）と光学部材２０と対物レンズ１４との距離（ａ）との比（ｂ／ａ）、又は、基板２上のアモルファス膜上のパターンイメージサイズ（ｄ）と光学部材２０のパターンイメージサイズ（Ｄ）の比（ｄ／Ｄ）により決定される。各距離は光軸上で評価でき、対物レンズ１４における距離の基点は、光心とする。
【００２８】
次に、レーザアニール装置１の動作について説明する。
レーザ光源１０からはレーザ光１０ａが出力される。この実施形態では、３０８ｎｍの波長を持つエキシマレーザ光が出力される。レーザ光１０ａは、アッテネータ１１で、結晶化シリコンに適したエネルギーに調節され、ミラー１２で偏向されてビーム整形器１３に入射される。ビーム整形器１３では、所望のビーム断面形状に成形される。例えば、長軸１２５ｍｍ、短軸６ｍｍのビーム断面形状に整形する。
【００２９】
ビーム整形器１３を経たレーザ光１０ａは、光学部材２０に至り、レーザ光透過領域２０ａの形状、配置にしたがったパターンによってパターン化され、対物レンズ１４に至る。レーザ光１０ａは、対物レンズ１４を透過する際に集光されて基板２上のシリコン膜に所定のパターンイメージで照射される。光学部材２０の位置を変えてレーザ光１０ａを基板２上のシリコン膜に所定のパターンイメージで照射することで順次側面結晶化を行うことができる。また、前記Ｘ移動モータ４ａ、Ｙ移動モータ４ｂによってステージ２をピッチ送りしながら移動させることで、レーザ光１０ａとシリコン膜との相対的な位置を変更することができる。
【００３０】
なお、対物レンズ１４と基板２との間に図示しないシャッタがあるが、シリコン（アモルファスシリコン）膜が塗布されていない基板の端面で、レーザ光を遮断させるためのものである。対物レンズ１４の後にシャッタを配置する理由は以下の通りである。
対物レンズ１４をレーザ光１０ａが通過するか否かにより、温度変化が生じて、対物レンズ１４のフォーカスシフト等の影響を受ける。シャッタを閉じた状態でも、レーザ光１０ａを対物レンズ１４に通過させることにより、その影響を緩和させることができる。シャッタには、４５°傾けられたミラーが付いており、光学系に反射させることなく、図示しないビームダンプに向けてレーザ光１０ａのエネルギーを消費させることができる。
【００３１】
図２（ｂ）は、レーザ光１０ａが照射されているレーザ光透過領域２０ａの周辺を示す図であり、光学部材２０の一部を図示している。
なお、装置の振動やレーザ光１０ａの位置の揺らぎのため、レーザ光透過領域２０ａに合ったサイズでレーザ光１０ａ光学部材２０に入射することはできない。そこで、パターンサイズよりレーザ光１０ａを大きく整形し、光学部材２０に入射するため、レーザ光１０ａは、レーザ光透過領域２０ａ間のレーザ光遮蔽領域２０ｂに照射されるだけでなく、レーザ光透過領域２０ａの周囲にもレーザ光２０ａが照射され高温が発生する。また、レーザ光遮蔽領域２０ｂで、レーザ光が照射されない領域は、非照射領域でもある。
従来の光学部材では、図７に示すように、特にレーザ光透過領域２０ａの周囲にあるレーザ光遮蔽領域２０ｂの一部が特に高温になり、経時的に損傷が生じやすくなる。また、損傷が生じる前においても、空気の対流が生じ、光学部材２０によるパターンイメージが損なわれる。
【００３２】
一方、この実施形態の光学部材２０では、本来のレーザ光遮蔽領域２０ｂのうち、１／２の面積は昇温抑制用レーザ光透過部２１になっており、この部分ではレーザ光１０ａが照射された際の加熱が抑えられる。これにより光学部材２０全体の昇温が小さくなる。
以上のように、この実施形態によれば、光学部材２０のレーザ光遮蔽領域２０ｂの金属部分を最小限にすることで、熱の発生を抑えることができるために、光学部材２０のダメージを低減することができる。さらに、光学部材２０のパターンをアモルファスシリコン膜に正確に投影することができる。
【００３３】
なお、光学部材のレーザ光遮蔽領域に設ける昇温抑制用レーザ光透過部としては、上記細幅形状のものに限定されるものではなく、本発明の規制寸法の規定を満たせばその形状は特定のものに限定されるものではない。
図５は、他の形態の光学部材３０を示すものであり、該光学部材３０は、前記実施形態と同様にレーザ光透過領域３０ａ、レーザ光遮蔽領域３０ｂを有している。光学部材３０では、昇温抑制用レーザ光透過部２１に代えて、円形の昇温抑制用レーザ光透過部３１をレーザ光遮蔽領域３０ｂに点在させたものであり、昇温抑制用レーザ光透過部３１の径は、対物レンズ１４の解像度よりも小さく、レーザ光１０ａの波長よりも大きくなっている。昇温抑制用レーザ光透過部３０ａとレーザ光遮蔽領域３０ｂの残部の合計面積は略同じになっている。
この実施形態においても、レーザ光１０ａを照射した際に、レーザ光遮蔽領域３０ｂでの熱の発生が抑えられ、光学部材３０の昇温によるダメージの発生やパターンイメージの歪み発生が防止される。
【符号の説明】
【００３４】
１    レーザアニール装置
２    基板
３    ステージ
４ａ  Ｘ移動モータ
４ｂ  Ｙ移動モータ
１０    レーザ光源
１０ａ  レーザ光
１１    アッテネータ
１２    ミラー
１３    ビーム整形器
１４    対物レンズ
２０    光学部材
２０ａ  レーザ光透過領域
２０ｂ  レーザ光遮蔽領域
２１    昇温抑制用レーザ光透過部
３０    光学部材
３０ａ  レーザ光透過領域
３０ｂ  レーザ光遮蔽領域
３１    昇温抑制用レーザ光透過部
【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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