(57)【要約】レーザアニール装置（１０）は、一定の周期のパルスレーザ光を出射するレーザ発振器（１２）と、アモルファスシリコン膜（１）に対してパルスレーザを照射する照射光学系（１５）とを備えている。照射光学系（１５）は、アモルファスシリコン膜（１）上の同一に位置に複数回のパルス光が照射されるように、レーザスポットを移動させる制御を行う。レーザ発振器（１２）は、基準周期より短いパルス発生周期のレーザ光を出射する。基準周期は、１つのパルスのレーザ光を上記膜（１）の表面に照射した場合に、そのレーザ光の出射タイミングから、そのレーザ光が照射されることにより昇温された基板温度が元の基板温度に戻るタイミングまでの時間間隔である。
2003043070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面に形成された物質の表面にレーザ光を照射することによって、当該物質に対してアニール処理を施すレーザアニール装置において、
一定の周期でレーザ光をパルス出射し、パルス出射した当該レーザ光を上記物質の表面に照射するレーザ光出射手段と、
上記レーザ光出射手段及び／又は上記基板の位置を制御することにより、上記レーザ光出射手段から照射されたレーザ光の上記物質の表面に対する照射位置を移動させる移動制御手段とを備え、
１つのパルスのレーザ光を上記物質の表面に照射した場合に、そのレーザ光の出射タイミングから、そのレーザ光が照射されることにより昇温された基板温度が元の基板温度に戻るタイミングまでの時間間隔を基準周期としたとき、
上記レーザ光出射手段は、上記基準周期より短い周期でレーザ光をパルス出射し、
上記移動制御手段は、上記レーザ光出射手段からパルス出射されたレーザ光が、上記物質の表面上の同一の位置に複数回照射されるように、当該レーザ光の上記物質の表面に対する照射位置を移動させること
を特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
基板の主面に形成された物質の表面にレーザ光を照射することによって、当該物質にアニール処理を施すレーザアニール方法において、
１つのパルスのレーザ光を上記物質の表面に照射した場合に、そのレーザ光の出射タイミングから、そのレーザ光が照射されることにより昇温された基板温度が元の基板温度に戻るタイミングまでの時間間隔を、基準周期とし、
上記基準周期よりも短い周期でレーザ光を上記物質の表面に対してパルス出射し、
パルス出射された上記レーザ光が、上記物質の表面上の同一の位置に複数回照射されるように、当該レーザ光の上記物質の表面に対する照射位置を制御すること
を特徴とするレーザアニール方法。
【請求項３】
多結晶シリコン膜を有する薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタの製造方法において、
基板上に形成された非晶質シリコン膜に対してレーザ光を照射することによって、当該非晶質シリコン膜に対してアニール処理を施して多結晶シリコン膜に転換させるレーザアニール工程を有し、
上記レーザアニール工程では、
１つのパルスのレーザ光を上記非晶質シリコン膜の表面に照射した場合に、そのレーザ光の出射タイミングから、そのレーザ光が照射されることにより昇温された基板温度が元の基板温度に戻るタイミングまでの時間間隔を基準周期としたとき、当該基準周期よりも短い周期でレーザ光を上記非晶質シリコン膜の表面に対してパルス出射し、
パルス出射された上記レーザ光が、上記非晶質シリコン膜の表面上の同一の位置に複数回照射されるように、当該レーザ光の上記非晶質シリコン膜の表面に対する照射位置を制御すること
を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項４】
基板の主面上に形成された物質の表面にレーザ光を照射して、上記物質にアニール処理を施すレーザアニール装置において、
レーザ光を所定の周期でパルス出射する複数のレーザ光出射手段と、
上記複数のレーザ光出射手段から出射された複数のレーザ光を合成して、合成したレーザ光を上記物質の表面に照射するレーザ光合成手段と、
上記複数のレーザ光出射手段から出射される各レーザ光の出射タイミングを制御するタイミング制御手段とを備え、
上記タイミング制御手段は、
各レーザ光出射手段のレーザ光の出射の周期を同一とするとともに、任意の上記レーザ光出射手段から出射されるレーザ光の発光が終了する前に他の上記レーザ光出射手段からレーザ光を出射させ、各上記レーザ光出射手段のレーザ光の出射タイミングをずらすこと
を特徴とするレーザアニール装置。
【請求項５】
上記複数のレーザ光出射手段は、パルス状のレーザ光を出力する固体レーザ光源を有し、当該固体レーザ光源から出力されたレーザ光をパルス出射すること
を特徴とする請求の範囲第４項記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
上記複数のレーザ光出射手段は、レーザ光を連続発振する連続波光源を有し、当該連続波光源から出射されたレーザ光を基本光としたインジェクションシーディングによってパルス状のレーザ光を生成し、生成した当該パルス状のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第４項記載のレーザアニール装置。
【請求項７】
基板の主面上に形成された物質の表面にレーザ光を照射して、上記物質にアニール処理を施すレーザアニール方法において、
複数のレーザ光を所定の周期でパルス出射し、出射された複数のレーザ光を合成して上記物質の表面に照射するとともに、
各レーザ光のパルス出射の周期が同一であり、且つ、任意のレーザ光の発光が終了する前に他のレーザ光を出射するタイミングに、上記複数のレーザ光のパルス出射のタイミングをずらす制御を行うこと
を特徴とするレーザアニール方法。
【請求項８】
パルス状のレーザ光を出力する複数の固体レーザ光源から、上記複数のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第７項記載のレーザアニール方法。
【請求項９】
連続波光源から出射されたレーザ光を基本光としたインジェクションシーディングによってパルス状のレーザ光を生成し、生成した当該パルス状のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第７項記載のレーザアニール方法。
【請求項１０】
多結晶シリコン膜を有する薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタの製造方法において、
基板上に形成された非晶質シリコン膜に対してレーザ光を照射することによって、当該非晶質シリコン膜に対してアニール処理を施して多結晶シリコン膜に転換させるレーザアニール工程を有し、
上記レーザアニール工程では、
複数のレーザ光を所定の周期でパルス出射し、出射された複数のレーザ光を合成して上記物質の表面に照射するとともに、
各レーザ光のパルス出射の周期が同一であり、且つ、任意のレーザ光の発光が終了する前に他のレーザ光を出射するタイミングに、上記複数のレーザ光のパルス出射のタイミングをずらす制御を行うこと
を特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１１】
上記レーザアニール工程では、パルス状のレーザ光を出力する複数の固体レーザ光源から、上記複数のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第１０項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１２】
上記レーザアニール工程では、連続波光源から出射されたレーザ光を基本光としたインジェクションシーディングによってパルス状のレーザ光を生成し、生成した当該パルス状のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第１０項記載の薄膜トランジスタの製造方法。
【請求項１３】
基板の主面上に形成された物質の表面にレーザ光を照射して、上記物質にアニール処理を施すレーザアニール装置において、
所定部分のエネルギーが他の部分のエネルギーと異なっており、当該他の部分のエネルギー分布が均一化された第１のレーザ光を生成する第１のレーザ光生成手段と、
エネルギー分布が均一化された第２のレーザ光を生成する第２のレーザ光生成手段と、
上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを合成し、合成したレーザ光を上記物質の表面に対して照射する照射手段と、
上記第１のレーザ光生成手段から出射される第１のレーザ光の出射タイミング及び上記第２のレーザ光生成手段から出射される第２のレーザ光の出射タイミングとを制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記第１のレーザ光生成手段により生成された第１のレーザ光を上記物質の表面に照射したのちに、上記第２のレーザ光生成手段により生成された第２のレーザ光を上記物質の表面に照射すること
を特徴とするレーザアニール装置。
【請求項１４】
上記第１のレーザ光生成手段及び上記第２のレーザ光生成手段は、パルス状のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第１３項記載のレーザアニール装置。
【請求項１５】
上記第１のレーザ光生成手段及び上記第２のレーザ光生成手段は、パルス状のレーザ光を出射する固体レーザ光源を有し、当該固体レーザ光源から出射されたレーザ光に基づき、上記第１のレーザ光及び上記第２のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第１４項記載のレーザアニール装置。
【請求項１６】
上記制御手段は、レーザ光の各パルスの出力タイミング及びパルス周期を制御すること
を特徴とする請求の範囲第１４項記載のレーザアニール装置。
【請求項１７】
上記第１のレーザ光生成手段及び上記第２のレーザ光生成手段は、レーザ光を連続発振する連続波光源を有し、当該連続波光源から出射されたレーザ光を基本光としたインジェクションシーディングによってパルス状のレーザ光を生成し、生成した当該パルス状のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第１４項記載のレーザアニール装置。
【請求項１８】
上記物質に対するレーザ光の照射位置を移動させる移動手段を備え、
上記制御手段は、レーザ光の各パルスの出力タイミング及びパルス周期を制御するとともに、上記移動手段を駆動して上記物質に対するレーザ光の照射位置を制御することによって、上記物質に対して照射される各パルス光の照射位置を制御すること
を特徴とする請求の範囲第１４項記載のレーザアニール装置。
【請求項１９】
基板の主面上に形成された物質の表面にレーザ光を照射して、上記物質にアニール処理を施すレーザアニール方法において、
所定部分のエネルギーが他の部分のエネルギーと異なっており、当該他の部分のエネルギー分布が均一化された第１のレーザ光を生成し、
エネルギー分布が均一化された第２のレーザ光を生成し、
上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを合成し、合成したレーザ光を上記物質の表面に対して照射し、
第１のレーザ光の出射タイミング及び上記第２のレーザ光の出射タイミングとを、第１のレーザ光を上記物質の表面に照射したのちに、上記第２のレーザ光を上記物質の表面に照射するように制御すること
を特徴とするレーザアニール方法。
【請求項２０】
第１及び第２のレーザ光は、パルス状のレーザ光であること
を特徴とする請求の範囲第１９項記載のレーザアニール方法。
【請求項２１】
固体レーザ光源から出射されたレーザ光に基づき、上記第１のレーザ光及び上記第２のレーザ光を出射すること
を特徴とする請求の範囲第２０項記載のレーザアニール方法。
【請求項２２】
レーザ光の各パルスの出力タイミング及びパルス周期を制御すること
を特徴とする請求の範囲第２０項記載のレーザアニール方法。
【請求項２３】
連続波光源から出射されたレーザ光を基本光としたインジェクションシーディングによってパルス状のレーザ光を生成し、生成した当該パルス状のレーザ光を第１及び第２のレーザ光として出射すること
を特徴とする請求の範囲第２０項記載のレーザアニール方法。
【請求項２４】
レーザ光の各パルスの出力タイミング及びパルス周期を制御するとともに、上記物質に対するレーザ光の照射位置を制御することによって、上記物質に対して照射される各パルス光の照射位置を制御すること
を特徴とする請求の範囲第２０項記載のレーザアニール方法。
【請求項２５】
ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタ製造方法において、
基板上に成膜されたアモルファスシリコン膜に対して、固体レーザ光源から出射される２５０ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長であるレーザ光を照射することにより、ポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成工程を有すること
を特徴とする薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項２６】
上記ポリシリコン膜形成工程では、ＹＡＧレーザ又はＹＬＦレーザを波長変換した２５０ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長であるレーザ光を照射すること
を特徴とする請求の範囲第２５項記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項２７】
上記ポリシリコン膜形成工程では、半導体レーザ光源から出射される２５０ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長であるレーザ光を照射すること
を特徴とする請求の範囲第２５項記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項２８】
ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタ製造方法において、
基板上にアモルファスシリコン膜を成膜する成膜工程と、
上記成膜したアモルファスシリコン膜に対してレーザ光を照射することによりポリシリコン膜を形成するポリシリコン膜形成工程とを有し、
上記成膜工程では、上記アモルファスシリコン膜の膜厚を、上記レーザ光の波長に応じて、上記レーザ光の透過率が２％以上且つ２０％以下となるように制御すること
を特徴とする薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項２９】
上記ポリシリコン膜形成工程では、固体レーザ光源から出射されるレーザ光を照射すること
を特徴とする請求の範囲第２８項記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項３０】
上記ポリシリコン膜形成工程では、ＹＡＧレーザ光源又はＹＬＦレーザ光源から出射されるレーザ光、又は当該レーザ光を波長変換した高調波を照射すること
を特徴とする請求の範囲第２９項記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項３１】
上記ポリシリコン膜形成工程では、半導体レーザ光源から出射されるレーザ光を照射すること
を特徴とする請求の範囲第２８項記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項３２】
上記ポリシリコン膜形成工程では、３００ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長であるレーザ光を照射すること
を特徴とする請求の範囲第２８項記載の薄膜トランジスタ製造方法。
【請求項３３】
ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタの基板上に成膜されたアモルファスシリコン膜にレーザアニール処理を行う薄膜トランジスタ製造装置において、
２５０ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長である固体レーザのレーザ光を発振するレーザ発振手段と、
発振した上記レーザ光を上記アモルファスシリコン膜に対して照射するレーザ照射手段とを備えること
を特徴とする薄膜トランジスタ製造装置。
【請求項３４】
上記レーザ発振手段は、ＹＡＧレーザ又はＹＬＦレーザを波長変換し、２５０ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長である高調波を照射すること
を特徴とする請求の範囲第３３項記載の薄膜トランジスタ製造装置。
【請求項３５】
上記レーザ発振手段は、２５０ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長である半導体レーザのレーザ光を発振すること
を特徴とする請求の範囲第３３項記載の薄膜トランジスタ製造装置。
【請求項３６】
ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタを製造する薄膜トランジスタ製造装置において、
基板上にアモルファスシリコン膜を成膜する成膜手段と、
レーザ光を発振するレーザ発振手段と、
発振した上記レーザ光を上記アモルファスシリコン膜に対して照射するレーザ照射手段とを備え、
上記成膜手段は、上記アモルファスシリコン膜の膜厚を、上記レーザ光の波長に応じて、上記レーザ光の透過率が２％以上且つ２０％以下となるように制御すること
を特徴とする薄膜トランジスタ製造装置。
【請求項３７】
上記レーザ発振手段は、固体レーザのレーザ光を発振すること
を特徴とする請求の範囲第３６項記載の薄膜トランジスタ製造装置。
【請求項３８】
上記レーザ発振手段は、ＹＡＧレーザ又はＹＬＦレーザのレーザ光を発振し、
上記レーザ照射手段は、上記レーザ光、又は上記レーザ光を波長変換した高調波を照射すること
を特徴とする請求項３７記載の薄膜トランジスタ製造装置。
【請求項３９】
上記レーザ発振手段は、半導体レーザのレーザ光を発振すること
を特徴とする請求の範囲第３６項記載の薄膜トランジスタ製造装置。
【請求項４０】
上記レーザ発振手段は、３００ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長であるレーザ光を発振すること
を特徴とする請求の範囲第３６項記載の薄膜トランジスタ製造装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、物質にレーザ光を照射することでアニール処理を施すレーザアニール装置及び方法、並びに、上記レーザアニールを行うレーザアニール工程を有する薄膜トランジスタの製造方法及び装置に関するものである。
本出願は、日本国において２００１年１１月１２日に出願された日本特許出願番号２００１−３４６４５４、２００１年１１月１６日に出願された日本特許出願番号２００１−３５２１６２、２００１年１２月７日に出願された日本特許出願番号２００１−３７４９２１及び２００１年１２月６日に出願された日本特許出願番号２００１−３７３１８９を基礎として優先権を主張するものであり、これらの出願は参照することにより、本出願に援用される。
背景技術
（１）  ガラス基板やプラスチック基板などの絶縁基板上にポリシリコン膜を形成し、このポリシリコン膜をチャネル層とした薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという。）を製造する技術が開発されている。単結晶シリコン基板が高価であるのに対してガラス基板やプラスチック基板等の絶縁基板は安価であるため、絶縁基板を使用した半導体素子は、コスト面で有利なものとなり、且つ大型化を図ることが容易になる。ＴＦＴは、一般に液晶ディスプレイのスイッチング素子として用いられるが、近年では、中央処理装置（ＣＰＵ）などの高度な機能素子にも用いられることが提案されている。
絶縁基板上にポリシリコン膜を形成するには、通常、その絶縁基板上にアモルファスシリコン膜を蒸着等で成膜した後に、そのアモルファスシリコン膜をレーザアニールすることによって行われる。
ところで、ポリシリコン膜の電子やホールの移動度は、結晶の粒径サイズや結晶境界面の状態によって変化するといわれている。つまり、ポリシリコン膜の結晶の粒径が大きく、また、粒径サイズが揃っていると、キャリアの移動度が高くなり、動作が高速であり且つ低消費電力の半導体素子を作製することが可能となる。
そのため、高精度のＴＦＴを製造するためには、ポリシリコン膜の結晶の粒径が大きく、また、粒径サイズを均一化することができるレーザアニールが求められる。
（２）  ポリシリコン膜の結晶の粒径は、レーザ光により加熱溶融されたシリコンが、再結晶化するときの冷却速度に大きく依存すると考えられている。その理論は、定量的には解明されていない。しかしながら、定性的には、加熱融解した後の冷却速度が早いときには結晶が成長せず粒径が小さくなり、冷却速度が遅いときには結晶が成長して粒径が大きくなるという傾向があるといわれている。
そこで、シリコンが再結晶化する際の冷却速度を遅くすることができるレーザアニールが求められる。
シリコンが再結晶化の際の冷却速度を遅くする方法として、絶縁基板を溶解しない程度の温度まで加熱した状態で、レーザアニールを行う方法が提案されている。また、絶縁基板を加熱する方法として、その絶縁基板をヒータで加熱する方法や、フラッシュランプで加熱する方法が提案されている。
しかしながら、以上のような加熱方法では、加熱機構を設けなければならないので、レーザアニール装置の構造が複雑となってしまう。また、絶縁基板を加熱するために時間が費やされてしまい、当該装置のスループットが落ちてしまう。また、加熱に伴う絶縁基板の熱膨張により、基板の位置ずれが生じて、正確な位置にレーザ光を照射することができなくなる。
したがって、従来のレーザアニール装置では、簡易な構成で、ポリシリコン膜の結晶の粒径が大きく、また、粒径サイズを均一化することはできなかった。
（３）  従来のレーザアニール装置では、一般に、パルス発振型のレーザ光源が用いられる。ところが、例えばパルス幅が１０ナノ秒以下のパルスレーザ光等を出射するようなレーザ光源を用いてアニールをすることを考えた場合、シリコンが融解してから基板温度に戻るまでの時間が短くなり、冷却速度が速くなってしまう。そのため、結晶成長をしている期間が短くなってしまい、粒径を大きくできないという問題がある。
一般に、結晶成長をしている期間を長くするには、１回のパルス光による照射時間を長くすればよい。つまり、レーザ光のパルス幅を長くすればよい。しかしながら、レーザ光の出力パワーを最大化するように設計を行った場合には、レーザ光源の特性上、パルス幅を変更することは非常に困難である。
レーザのパルス幅を変更せずに、１回のパルス光による照射時間を長くする方法として、例えば、複数のレーザ光源から出射されたレーザ光を、時間的にずらしながらシリコンに照射する方法が提案されている。
しかしながら、従来からレーザアニール装置に用いられているエキシマレーザは、出力が不安定であり、パルスの発振タイミングに１００ナノ秒以上の誤差が生じてしまう。したがって、上述のようにエキシマレーザ光源から出射されたレーザ光のパルス幅を１０ナノ秒以下とし、更に、複数のエキシマレーザ光源から出射されたレーザ光を時間的にずらしながら、１回のパルスによる照射時間を長くすることはほぼ不可能である。
したがって、従来のエキシマレーザ光源を用いたレーザアニール装置では、光源からのパルスの幅を短くするとともに、ポリシリコン膜の結晶の粒径が大きく、また、粒径サイズを均一化することはできなかった。
（４）  ポリシリコン膜の結晶粒は、まず、微小な結晶核が発生し、その結晶核が成長していくことにより形成される。すなわち、再結晶化の初期の段階で結晶核が発生する。
ここで、ポリシリコン膜の結晶粒のサイズは、再結晶化の初期の段階で発生する結晶核が密集しているか、まばらになっているかによって異なると考えられている。
例えば、発生した結晶核同士の間隔が短い場合、各結晶核が成長していく過程で隣接する結晶の境界面同士が衝突してしまい、それ以上の成長ができなくなってしまう。それに対して、発生した結晶核同士の間隔が短い場合、各結晶核が成長していく過程で、隣接する結晶の境界面同士が衝突せず、大きな結晶に成長することができる。
したがって、ポリシリコン膜の結晶粒サイズを大きくし、且つ、粒径サイズを均一化するには、結晶核の発生位置を制御して、隣接する結晶核の間隔を広くするようにできればよい。
しかしながら、従来のレーザアニール装置では、結晶核の発生位置を制御することはできなかった。そのため、従来のレーザアニール装置では、ポリシリコン膜の結晶の粒径が大きく、また、粒径サイズを均一化することはできなかった。
（５）  ＴＦＴのなかの１つに、ボトムゲート構造を採用したＴＦＴがある（以下、ボトムゲート構造を採用したＴＦＴのことをボトムゲート型ＴＦＴという。）。ボトムゲート型ＴＦＴは、チャネル層となるポリシリコン膜の下層に例えばモリブデン等のゲート用電極が形成されたＴＦＴである。
ボトムゲート型ＴＦＴを製造するには、まず、ガラス基板等の絶縁基板上にゲート電極を形成した後にアモルファスシリコン膜を成膜し、その後、そのアモルファスシリコン膜に対してレーザアニール処理を施す必要がある。
ここで、ボトムゲート型ＴＦＴのアモルファスシリコン膜に対してレーザアニール処理を行う場合、レーザ照射により加熱されたシリコンの熱が、下層のゲート用電極から逃げてしまうという問題がある。このため、一定のエネルギーでレーザ光を照射したとしても、下層にゲート用電極が形成されている部分と、下層にゲート用電極が形成されていない部分とで、シリコン膜に与えられるエネルギー異なってしまい、基板全体を均一なエネルギーでアニール処理することが困難である。
特に、従来のレーザアニール装置のレーザ光源は、エキシマレーザである。エキシマレーザは、パルス毎のエネルギーのばらつきが大きいため、基板全体に対して一定のエネルギーを与え続けることが非常に困難である。したがって、エキシマレーザアニール装置により生成されたポリシリコン膜は、下層にゲート電極が形成されている部分が、レーザ光の照射不足による欠陥となってしまったり、又は、下層にゲート電極が形成されていない部分が、レーザ光の過剰照射による欠陥となってしまったりすることがあり、歩留まりが低下してしまう場合がある。
そのため、従来のレーザアニール装置では、ボトムゲート型ＴＦＴを製造する際に、結晶粒径を大きく、また、粒径サイズを均一化することが困難であった。
発明の開示
本発明は、以上のような各問題を解決し、ポリシリコン膜の結晶の粒径を大きくし、更に、粒径サイズを均一化することができるレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、結晶の粒径を大きくし、更に、粒径サイズを均一化したポリシリコン膜を形成することができる薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
以上の目的を実現するために、本発明に係るレーザアニール装置及びレーザアニール方法、並びに、本発明に係る薄膜トランジスタのポリシリコン膜のアニール工程では、基準周期より短い周期でレーザ光をパルス出射するとともに、レーザ光出射手段からパルス出射されたレーザ光が、上記物質の表面上の同一の位置に複数回照射されるように、当該レーザ光の上記物質の表面に対する照射位置を移動させる。上記基準周期は、１つのパルスのレーザ光を上記物質の表面に照射した場合に、そのレーザ光の出射タイミングから、そのレーザ光が照射されることにより昇温された基板温度が元の基板温度に戻るタイミングまでの時間間隔である。
また、以上の目的を実現するために、本発明に係るレーザアニール装置及びレーザアニール方法、並びに、本発明に係る薄膜トランジスタのポリシリコン膜のアニール工程では、複数のレーザ光を所定の周期でパルス出射し、出射された複数のレーザ光を合成して上記物質の表面に照射するとともに、各レーザ光のパルス出射の周期が同一であり、且つ、任意のレーザ光の発光が終了する前に他のレーザ光を出射するタイミングに、上記複数のレーザ光のパルス出射のタイミングをずらす制御を行う。
また、以上の目的を実現するために、本発明に係るレーザアニール装置及びレーザアニール方法では、所定部分のエネルギーが他の部分のエネルギーと異なっており、当該他の部分のエネルギー分布が均一化された第１のレーザ光を生成し、エネルギー分布が均一化された第２のレーザ光を生成し、上記第１のレーザ光と上記第２のレーザ光とを合成し、合成したレーザ光を上記物質の表面に対して照射し、第１のレーザ光の出射タイミング及び上記第２のレーザ光の出射タイミングとを、第１のレーザ光を上記物質の表面に照射したのちに、上記第２のレーザ光を上記物質の表面に照射するように制御する。
また、以上の目的を実現するために、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置では、基板上に成膜されたアモルファスシリコン膜に対して、固体レーザ光源から出射される２５０ｎｍ以上且つ５５０ｎｍ以下の波長であるレーザ光を照射することにより、ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタのポリシリコン膜を形成する。
また、以上の目的を実現するために、本発明に係る薄膜トランジスタの製造方法及び製造装置では、基板上にアモルファスシリコン膜を成膜し、上記成膜したアモルファスシリコン膜に対してレーザ光を照射することにより、ボトムゲート型構造の薄膜トランジスタのポリシリコン膜を形成し、更に、上記アモルファスシリコン膜の膜厚を、上記レーザ光の波長に応じて、上記レーザ光の透過率が２％以上且つ２０％以下となるように制御する。
発明を実施するための最良の形態
（第１の実施の形態）
本発明を適用した第１の実施の形態として、絶縁基板の温度を上昇させた状態でレーザアニールを行うレーザアニール装置について説明をする。
なお、第１の実施の形態のレーザアニール装置は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程の中の、チャネル層となるポリシリコン膜を形成する多結晶化工程で用いられる。つまり、第１の実施の形態のレーザアニール装置は、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコンに対してレーザ光を照射してアニール処理を行う工程で用いられる。
図１に、本発明の実施の第１の実施の形態のレーザアニール装置１０の構成図を示す。レーザアニール装置１０は、アニール対象となるＴＦＴ基板１を載置する移動ステージ１１と、レーザ光をパルス出射するレーザ発振器１２と、所定周期のパルス駆動信号を発生するパルス信号発生部１３と、レーザ発振器１２から出射されたレーザ光のビーム整形を行うビーム整形光学系１４と、ビーム整形されたレーザ光を移動ステージ１１に載置されたＴＦＴ基板１に照射する照射光学系１５と、制御部１６とを備えている。
移動ステージ１１は、平板状のＴＦＴ基板１が載せ置かれ、そのＴＦＴ基板１を保持する載置台である。ＴＦＴ基板１は、絶縁基板となるガラス基板上に、アモルファスシリコン膜が成膜された後の状態の基板である。移動ステージ１１は、ＴＦＴ基板１の置載面が高い平坦性を有している。移動ステージ１１は、平板状のＴＦＴ基板１をその主面に対して平行な方向に移動させる機能と、平板状のＴＦＴ基板１をその主面に対して垂直な方向に移動させる機能とを備えている。
具体的には、移動ステージ１１は、Ｘステージ１７と、Ｙステージ１８と、Ｚステージ１９とを備えている。Ｘステージ１７及びＹステージ１８は、平板状のＴＦＴ基板１を、その主面に対して平行な方向に移動させるステージである。Ｘステージ１７は、ＴＦＴ基板１の主面に平行な一方向（Ｘ方向）に、当該ＴＦＴ基板１を移動させるステージである。Ｙステージ１８は、ＴＦＴ基板１の主面に平行でＸ方向と直交する方向（Ｙ方向）に、当該ＴＦＴ基板１を移動させるステージである。そのため、Ｘステージ１７及びＹステージ１８は、照射されているレーザ光の照射スポットを、ＴＦＴ基板１上の任意の位置に移動させることができる。したがって、Ｘステージ１７及びＹステージ１８は、ＴＦＴ基板１をレーザアニール処理が施される位置へ移動させることができる。Ｚステージ１９は、平板状のＴＦＴ基板１を、その主面に対して垂直な方向に移動させるステージである。そのため、Ｚステージ１９は、照射されているレーザ光の焦点位置を、ＴＦＴ基板１のアモルファスシリコン膜上にジャストフォーカスさせることができる。
また、移動ステージ１１は、ＴＦＴ基板１を固定する機能を備えていても良い。移動ステージ１１は、例えば、ＴＦＴ基板１を裏面側から吸着し、移動ステージ１１に固定させる吸着機構を備えていても良い。
レーザ発振器１２は、アモルファスシリコン膜にレーザアニール処理を施すためのレーザ光を、パルス出射する。つまり、レーザ発振器１２は、所定の時間間隔毎に、照射と停止とが繰り返し行われるパルスレーザ光を出射する。なお、パルス光の発生周期、すなわち、ある任意のパルス光の照射が開始されるタイミングから、次のパルス光の照射が開始されるタイミングまでの間の期間を、パルス出射周期と呼ぶものとする。
レーザ発振器１２の光源となるレーザ素子には、高い繰り返し周期でパルス照射が可能な固体レーザが用いられる。
レーザ発振器１２の光源となる固体レーザの媒質は、例えば、ＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｇａｒｎｅｔ）にＮｄ３＋イオンをドープしたＮｄ／ＹＡＧレーザ、Ｎｄ／ＹＬＦ（Ｙｔｔｒｉｕｍ  Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）レーザ、チタン／サファイヤレーザといった固体レーザ等が用いられる。また、Ｎｄ／ＹＡＧレーザの第２高調波（波長５３２ｎｍ）、第３高調波（波長３５５ｎｍ）、第４高調波（波長２６６ｎｍ）等の高調波を用いてもよい。また、レーザ媒質としてＧａＮ、ＧａＡｓ等の化合物半導体、例えばＧａ、Ａｌ、Ｉｎのうち何れか一種又は複数種からなる化合物と、Ｎ、Ａｓ、Ｐ、Ｚｎ、Ｓｅ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｓのうち何れか一種又は複数種からなる化合物とを合成することで得られる化合物半導体、ＳｉＣやダイヤモンドを主成分とする化合物半導体を用いても良い。
パルス信号発生部１３は、レーザ発振器１２からパルス出射されるレーザ光のパルス出射タイミングを制御する回路である。パルス信号発生部１３は、例えば、図２に示すような、所定の時間間隔の周期のパルス駆動信号を発生し、このパルス駆動信号をレーザ発振器１２のレーザ素子に供給する。レーザ素子は、このパルス駆動信号に同調してレーザ光をパルス出射、すなわちレーザ光を繰り返し出射する。したがって、レーザ発振器１２から出射されるレーザ光の出射タイミングは、このパルス駆動信号により制御される。
ビーム整形光学系１４は、レーザ発振器１２から出射されたレーザ光のビーム整形を行う。例えば、ビーム整形光学系１４は、内部に矩形状ホモジナイザ等を備えており、レーザ発振器１２より出射されたレーザ光のビームを矩形状にする。つまり、ビーム整形光学系１４は、ＴＦＴ基板１にレーザ光を照射したときの照射スポットの形状を、ホモジナイザ等により整形する。なお、ビーム形状は、矩形状に限らず、例えば円状であっても、線状であってもよい。
更に、ビーム整形光学系１４は、ホモジナイザ等により、レーザ光の光強度の分布を均一にする。つまり、ビーム整形光学系１４は、ＴＦＴ基板１にレーザ光を照射したときの照射スポット内の各位置で、光強度が均一となるようにする。
照射光学系１５は、ビーム整形光学系１４から出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を移動ステージ１１上のＴＦＴ基板１に照射するための光学系である。
照射光学系１５は、例えば、内部に、ガルバノメータ及び反射鏡とから構成されるガルバノスキャナー、ガルバノスキャナーによって生じる光の歪を補正するｆθレンズ、ＴＦＴ基板１に対してレーザ光を集光するコリメータレンズ等を備えている。照明光学系１５は、例えば、ガルバノスキャナーによって、入射されたレーザ光を反射して移動ステージ１１上のＴＦＴ基板１に照射するとともに、ＴＦＴ基板１上のレーザ光の照射スポットの位置を、図３に示すように、所定の範囲内で直線的に往復移動させる。レーザアニール装置１０では、この照射光学系１５によるレーザ光の照射スポットの移動位置制御と、移動ステージ１１によるＴＦＴ基板１の移動制御とにより、ＴＦＴ基板１の全面に対してレーザ光を照射するように制御を行う。
制御部１６は、パルス信号発生部１３を制御することにより、レーザ発振器１２から出射されるパルスレーザのパルス出射周期やパルス出射タイミングを制御する。また、制御部１６は、移動ステージ１１及び照射光学系１５の動作制御を行うことにより、ＴＦＴ基板１に対するレーザ光の照射スポットの移動制御等を行う。
次に、レーザ光の照射スポットを移動させ、ＴＦＴ基板１の全面に対してアニール処理を行う制御動作について説明をする。なお、ＴＦＴ基板１の表面に照射されるレーザ光の照射スポットは、ＴＦＴ基板１の主面の大きさより小さい大きさに集光されている。
図４は、レーザアニール中においてＴＦＴ基板１の表面上を移動する照射スポットの軌跡を示した模式図である。レーザアニール装置１０は、照射光学系１５を動作させて、ＴＦＴ基板１上のレーザ光の照射スポットＳを、一定の範囲内で直線的に往復移動させる。ここでは、平板状のＴＦＴ基板１の主面に対して平行な方向のうちの一方向（例えば、図４中のＸ方向）に、照射スポットＳを往復移動させるとする。また、その移動範囲は、例えば、図４中Ｘ１で示す範囲であるものとする。
更に、レーザアニール装置１０は、上述のように照射スポットＳを往復移動させるとともに、照射スポットＳの移動方向と直交する方向（例えば、図４中のＹ方向）に、移動ステージ１１を例えば一定速度で移動させる。移動ステージ１１の移動範囲は、例えば図４中のＹ１の範囲で示すように、ＴＦＴ基板１のＹ方向の端部からＹ方向の他方の端部まで、照射スポットＳの位置が移動する範囲である。
このように移動ステージ１１及び照射光学系１５を同時に動作させると、ＴＦＴ基板１上の照射スポットＳは、図４中の軌跡１で示しているように、照射スポットＳがＴＦＴ基板１の表面をラスタ状に移動していく。
したがって、レーザアニール装置１０では、照射スポットＳの大きさに応じて、移動ステージ１１の移動速度と、照射スポットＳの往復移動速度とを調整すれば、平板状のＴＦＴ基板１の表面の全範囲にわたりレーザ光を照射することが可能となる。つまり、ＴＦＴ基板１の全面に対してアニールを行うことができる。
なお、ここでは、照射スポットＳの形状が矩形状である場合について説明をしたが、例えば、図５に示すように、照射スポットＳの形状が線状であってもよい。この場合には、照射光学系１５により照射スポットＳをガルバノメータ等により往復移動させずに、移動ステージ１１を線状の照射スポットＳの長手方向に直交する方向（例えば、図５中のＹ方向）に、定速度移動させればよい。
次に、レーザ光のパルス光の出射タイミングについて説明をする。
上述したように照射スポットＳはＴＦＴ基板１の表面の全面にわたってラスタ走査されていくが、レーザ光はパルス出射されているため、常時、レーザ光がＴＦＴ基板１に照射されているわけではない。
ここで、レーザアニール装置１０では、照射スポットＳと移動ステージ１１との相対移動速度を、パルス出射周期よりも充分遅くすることにより、図６に示すように、ある任意のタイミングで出射されたパルス光と、その次に出射されるパルス光とが、重なるように制御している。例えば、図６に示すように、ある任意のタイミングで出射されたパルス光の照射スポットＳ１の照射範囲が、その直前のタイミングで出射されたパルス光の照射スポットＳ２の照射範囲と重なるように、照射スポットＳと移動ステージ１１との相対移動速度、及び、パルス出射周期が制御されている。
すなわち、レーザアニール装置１０では、ＴＦＴ基板１上の同一位置に対して、連続する複数のパルス光が照射されるように、レーザ光のパルス出射周期及び照射スポットＳと移動ステージ１１との相対移動速度が制御されている。例えば、図６に示すように、照射スポットＳの移動方向における任意の位置Ａには、ある任意のタイミングで出射されたパルス光の照射スポットＳ１、その直前のタイミングで出射されたパルス光の照射スポットＳ２、更に１つの前のタイミングで出射されたパルス光の照射スポットＳ３の、３つ連続したパルス光が照射されている。
更に、第１の実施の形態では、レーザアニールを行っている間、ＴＦＴ基板１の基板温度が定常的に上昇するように、ある所定のパルス出射周期（以下、基準出射周期という。）より短い周期で、レーザ光をパルス出射している。
以下、具体的に、この基準出射周期について説明をする。なお、この基準出射周期について説明をするにあたり、光源として、Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を用いた場合を例にとって説明をする。
図７は、Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波のレーザ光をアモルファスシリコンに照射した場合の、その照射位置における表面温度の時間変化を示すグラフである。なお、図７において、点線Ｐは１回のパルス光の照射強度の時間変化を示すグラフであり、実線Ｔはこのパルス光が照射された場合のシリコンの表面温度の時間変化を示すグラフである。
Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波のレーザ光は、図７に示すように、１回のパルス光が、約１０ナノ秒〜６０ナノ秒のパルス幅となる。この１つのパルス光をアモルファスシリコンに照射した場合、その照射位置における表面温度は、図７に示すように、１４００°Ｃまで上昇する。したがって、アモルファスシリコンが溶解する温度以上となる。そして、その照射位置における表面温度は、温度が熱伝導や放熱により徐々に低下していき、１００マイクロ秒程度で低下率が急激に減少し、更に、レーザ光の照射開始タイミングから約１ミリ秒経過した程度でレーザ光の照射前の温度（例えば室温）となる。
ここで、１つのパルス光をアモルファスシリコンの表面に照射したときにおける、そのレーザ光の出射タイミングから、そのレーザ光が照射されることにより昇温された基板温度が元の基板温度に戻るタイミングまでの時間間隔を、基準出射周期として設定する。例えば、図７に示すように、Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波のパルス光を、６０ナノ秒程度のパルス幅でアモルファスシリコンに照射する場合であれば、１ミリ秒を基準出射周期とする。または、Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波のパルス光であれば、低下率が急激に減少する１００マイクロ秒を基準出射周期としてもよい。
そして、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０は、この基準出射周期より短い周期で、レーザ光を連続的にパルス出射する。
次に、上述のように基準出射周期より短い周期のパルスレーザ光を出射した場合におけるＴＦＴ基板１の表面温度について説明をする。
図８の実線Ｂに、基準出射周期よりも短い周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合における、ＴＦＴ基板１上の任意の位置のシリコン膜の温度の時間変化を示す。図８は、横軸に時間を示し、縦軸にアモルファスシリコン膜の表面温度を示している。なお、図８には、上記の基準出射周期よりも長い周期でレーザ光を連続的に出射した場合における、ＴＦＴ基板１上のシリコン膜の温度の時間変化も比較のために、破線Ｃで示している。また、レーザ光をなんら照射せず、初期段階のアモルファスシリコンの温度をＴ０としている。
基準出射周期よりも短い周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合、図８の実線Ｂで示すように、アモルファスシリコン膜には、ある任意のタイミングで出射された１つのパルス光により上昇した温度が完全に除冷されきる前に、次のパルス光が照射される。そのため、ある任意の位置に対してパルス光を連続的に照射していくと、その照射位置の温度が、定常的に元々の基板温度Ｔ０よりも高い温度Ｔ１（Ｔ１＞Ｔ０）となる。つまり、基準出射周期よりも短い周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合には、なんらかの加熱手段（例えば、ヒータやランプ）等で基板を加熱した状態でレーザアニールを行った状態と、同様の状態となる。
それに対して、基準出射周期以上の周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合、図８の破線Ｃで示すように、アモルファスシリコン膜には、ある任意のタイミングで出射された１つのパルス光により上昇した温度が完全に除冷されきった後に、次のパルス光が照射される。そのため、ある任意の位置に対してパルス光を連続的に照射していっても、その照射位置の温度が、元々の基板温度Ｔ０まで戻ってしまう。つまり、基準出射周期以上の周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合には、なんらかの加熱手段等で基板を加熱していない状態でレーザアニールを行った状態と、同様の状態となる。
ここで、基準出射周期よりも短い周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合の温度低下率（一定時間当たりのアモルファスシリコン膜の温度低下量：傾きＢ１）と、基準出射周期以上の周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合の温度低下率（傾きＣ１）とを比較すると、図８に示すように、傾きＣ１の方が緩やかであることがわかる。
つまり、基準出射周期よりも短い周期でレーザ光を連続的にパルス出射した場合には、温度が上昇した後における温度低下率が小さくなる。すなわち、加熱溶融されたシリコンが、再結晶化するときの冷却速度が遅くなり、結晶が成長して粒径を大きくすることができる。
以上のように第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、基準出射周期より短い周期でレーザ光をパルス出射するとともに、パルス出射されたレーザ光をＴＦＴ基板１の表面上の同一の位置に複数回照射されるように、当該レーザ光の物質の表面に対する照射スポットＳの位置を移動制御する。上記基準出射周期は、１つのパルスのレーザ光を上記ＴＦＴ基板１の表面に照射した場合に、そのレーザ光の出射タイミングから、そのレーザ光が照射されることにより昇温された基板温度が元の基板温度に戻るタイミングまでの時間間隔である。
このため、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、例えばヒータやランプ等の加熱手段を別途設けることなく、簡易な構成で、ＴＦＴ基板１の温度を上昇させた状態で、アニール処理をすることができる。したがって、第１の実施の形態のレーザアニール装置１０では、加熱溶解されたシリコンが再結晶化する際の冷却速度を遅くし、ポリシリコン膜の結晶の粒径が大きく、また、粒径サイズを均一化することができる。
例えば、Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波のパルス光をレーザ光源として用い、更に１０ナノ〜６０ナノ秒程度のパルス幅でアモルファスシリコンに照射する場合であれば、２５マイクロ秒〜１００マイクロ秒毎にレーザ光をパルス出射することが好適である。この範囲は、Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波のパルス光をレーザ光源として用いた場合に、パルス出射周期が２５マイクロ秒より短いと、レーザ光の出射間隔が短すぎるために、ＴＦＴ基板１がレーザ光のパルス照射による蓄熱で高温になりすぎて破損してしまうためである。また、パルス出射周期が１００マイクロ秒を越えると、レーザ光の出射間隔が長すぎるために、レーザ光が照射されて昇温したＴＦＴ基板１が、次のレーザ光が照射されるまでに冷めてしまい、アニール処理を施す前のＴＦＴ基板１の温度より高い温度に加熱することが困難になるためである。例えば、上記のＮｄ：ＹＡＧの第３高調波のパルス光を用いて、パルス出射の周期を２５マイクロ秒（４０ｋＨｚ）に設定した場合、ＴＦＴ基板１のシリコンの表面温度を、２００℃〜４００℃の範囲の温度まで加熱することが可能となる。
なお、レーザ発振器が上記基準出射周期より短い周期のパルス光を出射することができない光源を用いている場合であっても、例えば、図９に示すように、２つのレーザ発振器１２−１、１２−２と、２つのレーザ発振器１２−１、１２−２から出射されたレーザ光を合成する合成光学系１２−３を設け、２つのレーザ発振器１２−１、１２−２に対して例えば半周期分の位相をずらしたパルス出射をさせるようにすればよい。そして、照射光学系１５は、２本のレーザ光の合成光をＴＦＴ基板１に照射すればよい。
もちろん、３つ以上のレーザ発振器を用いて、これらから出射されたレーザ光を合成して、より高い周期のパルス光をＴＦＴ基板１に照射してもよい。
（第２の実施の形態）
本発明を適用した第２の実施の形態として、複数のパルス光を合成してパルス幅を長くした合成光を生成し、その合成光を物質に照射するレーザアニール装置について説明をする。
なお、この第２の実施の形態のレーザアニール装置は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程の中の、チャネル層となるポリシリコン膜を形成する多結晶化工程で用いられる。つまり、第２の実施の形態のレーザアニール装置は、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコンに対してレーザ光を照射してアニール処理を行う工程で用いられる。
また、第２の実施の形態のレーザアニール装置について説明をする際に、上述した第１の実施の形態のレーザアニール装置１０の構成要素と同一の構成要素に対しては同一の符号を付け、その詳細な説明を省略する。
図１０に、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置２０の構成図を示す。レーザアニール装置２０は、アニール対象となるＴＦＦ基板１を載置する移動ステージ１１と、レーザ光をパルス出射する第１のレーザ発振器２１と、レーザ光をパルス出射する第２のレーザ発振器２２と、所定周期のパルス駆動信号を発生するパルス信号発生部２３と、上記パルス信号発生部２３から出力されたパルス駆動信号を所定時間遅延する遅延部２４と、第１及び第２のレーザ発振器２１、２２から出射された２本のレーザ光を合成して１本のレーザ光とする合成光学系２５と、合成光学系２５から出射されたレーザ光のビーム整形を行うビーム整形光学系１４と、ビーム整形されたレーザ光を移動ステージ１１に載置されたＴＦＴ基板１に照射する照射光学系１５と、制御部２６とを備えている。
第１及び第２のレーザ発振器２１、２２は、アモルファスシリコン膜にレーザアニール処理を施すためのレーザ光を、パルス出射する。つまり、第１及び第２のレーザ発振器２１、２２は、所定の時間間隔毎に、照射と停止とが繰り返し行われるパルスレーザ光を出射する。
第１及び第２のレーザ発振器２１、２２の光源となるレーザ素子には、高い繰り返し周期でパルス照射が可能な固体レーザが用いられる。第１及び第２のレーザ発振器２１、２２の光源となる固体レーザの媒質は、第１の実施の形態で適用されたレーザ発振器１２と同様である。
パルス信号発生部２３は、第１及び第２のレーザ発振器２１、２２からパルス出射されるレーザ光の出射のタイミングを制御する回路である。パルス信号発生部２３は、例えば、第１の実施の形態のパルス信号発生部１３と同様の、所定の時間間隔の周期のパルス駆動信号を発生し、このパルス駆動信号を第１及び第２のレーザ発振器２１、２２のレーザ素子に供給する。
ここで、第２のレーザ発振器２２に供給されるパルス駆動信号は、遅延部２４により所定時間（Ｔｄ）だけ遅延されている。つまり、第１のレーザ発振器２１には、遅延されていないパルス駆動信号Ｐ（ｔ）が供給され、第２のレーザ発振器２２には、時間（Ｔｄ）だけ遅延されたパルス駆動信号Ｐ（ｔ＋Ｔｄ）が供給される。具体的に波形を示すと、図１１に示すように、第１のレーザ発振器２１には、所定の周期でパルスが繰り返し発生するパルス駆動信号Ｐ（ｔ）が供給され、第２のレーザ発振器２２には、Ｐ（ｔ）と同一の周期であるが、一定時間（Ｔｄ）だけ遅延したパルスを繰り返し発生するパルス駆動信号Ｐ（ｔ＋Ｔｄ）が供給される。第１及び第２のレーザ発振器２１、２２のレーザ素子は、これらのパルス駆動信号Ｐ（ｔ）、Ｐ（ｔ＋Ｔｄ）に同調して、レーザ光をパルス出射、すなわち、レーザ光を繰り返し出射する。したがって、第１及び第２のレーザ発振器２１、２２からは、繰り返し周期は同一であるが、パルスの発生タイミングの位相がずれたパルス出射を行うこととなる。
合成光学系２５は、第１及び第２のレーザ発振器２１、２２から出射された２本のレーザ光を、同一の光軸上に合成する。
ビーム整形光学系１４は、合成光学系２５から出射された合成光のビーム形状の整形を行う。更に、ビーム整形光学系１４は、ホモジナイザ等により、合成光の光強度の分布を均一にする。
照射光学系１５は、ビーム整形光学系１４から出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を移動ステージ１１上のＴＦＴ基板１に照射する。
制御部２６は、パルス信号発生部２３及び遅延部２４を制御することにより、レーザ発振器１２から出射されるパルスレーザのパルス出射周期やパルス出射タイミングを制御する。また、制御部２６は、移動ステージ１１及び照射光学系１５の動作制御を行うことにより、ＴＦＴ基板１に対するレーザ光の照射スポットの移動制御等を行う。
次に、レーザ光の照射スポットを移動させ、ＴＦＴ基板１の全面に対してアニール処理を行う制御動作について説明をする。
第２の実施の形態のレーザアニール装置２０の移動ステージ１１及び照射光学系１５の動作は、上述した第１の実施の形態の移動ステージ１１及び照射光学系１５と同一である。つまり、第２の実施の形態のレーザアニール装置２０は、照射スポットＳがＴＦＴ基板１の表面をラスタ状に移動していくように、移動ステージ１１及び照射光学系１５の制御を行う。したがって、レーザアニール装置２０では、照射スポットＳの大きさに応じて、移動ステージ１１の移動速度と、照射スポットＳの往復移動速度とを調整すれば、平板状のＴＦＴ基板１の表面の全範囲にわたりレーザ光を照射することが可能となる。つまり、ＴＦＴ基板１の全面に対してアニールを行うことができる。
次に、第２の実施の形態のレーザアニール装置２０のレーザ光のパルス出射の制御タイミングについて説明をする。
レーザアニール装置２０では、第１の実施の形態と同様に、照射スポットと移動ステージ１１との相対移動速度を、パルス出射周期よりも充分遅くすることにより、ある任意のタイミングで出射されたパルス光と、その次に出射されるパルス光とが、重なるように制御している。ただし、第２の実施の形態では、２つのレーザ発振器が設けられており、詳細は後述するが、２つのレーザ発振器から出射される２つのパルス光が合成され、１つの合成パルス光が生成される。そのため、この第２の実施の形態では、任意の合成パルス光の照射範囲と、その次のタイミングで出射された合成パルス光の照射範囲とが、重なるように照射スポットと移動ステージ１１との相対移動速度、及び、パルス出射周期が制御されている。
以下、具体的に、この２つのパルス光の合成について説明をする。
レーザアニール装置２０からＴＦＴ基板１に対して照射されるレーザ光は、第１のレーザ発振器２１から出射されたレーザ光（以下、第１のレーザ光という。）と、第２のレーザ発振器２２から出射されたレーザ光（以下、第２のレーザ光という。）との合成光である。第１のレーザ光と第２のレーザ光とは、パルス光の発生周期は同一であるが、遅延部２４によってその位相が所定時間ずらされている。そのずれ量は、第１のレーザ光の任意のパルスの発光が終了する前に、もう一方の第２のレーザ光の発光が開始されるようなタイミングに制御されている。すなわち、図１２に示すように、第１のレーザ光（点線Ｐ１）と第２のレーザ光（点線Ｐ２）との照射期間が、時間方向に重なるように出射タイミングがずらされている。
このように第１のレーザ光と第２のレーザ光との出射タイミングをずらすと、合成光学系２５により２つのパルス光が合成されて、１つのパルス光のパルス幅よりも、遅延時間分だけ長くされた合成パルス光が生成される。
以上のように、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置２０では、２つのパルス光を合成することによって、１つのパルス光によりアモルファスシリコン膜を照射しいている時間を長くすることができる。
そのため、第２の実施の形態のレーザアニール装置２０では、１つのパルス光の照射により上昇した基板温度が、元の基板温度に下がるまでの時間を長くすることができる。したがって、加熱融解した後の冷却速度を遅くすることができ、結晶粒径を大きくすることができる。
また、レーザアニール装置２０では、１つのパルス光のパルス幅を長くすることができるので、ＴＦＴ基板１上の同一の位置に連続した複数回のパルス光を照射する場合であっても、照射スポットＳの相対移動速度を早くすることができ、そのため、高速にＴＦＴ基板１の全面に対してアニール処理を行うことが可能となる。
更に、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置２０では、レーザ発振器２１、２２の光源に固体レーザを用いているため、パルス光の出力タイミングを例えば１０ナノ秒以下の高い精度で制御をすることができる。したがって、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを合成して生成された合成光のパルス発生位置の制御を、非常に高精度に制御することができる。
ここで、仮にレーザ光の光源に２つのエキシマレーザを用いて合成光を生成した場合と、レーザアニール装置２０のように光源に固体レーザを用いて合成光を生成した場合との、それぞれの場合における合成されたパルス光並びにシリコンの温度変化について考察してみる。
図１３Ａ〜図１３Ｃは、横軸にアモルファスシリコン膜の温度が変化していく際の経過時間、及び２つのレーザ光源より出力されたパルス状のレーザ光の出力時期、合成パルス光の照射時間を示し、縦軸にアモルファスシリコン膜の温度を示している。また、図１３Ａ〜図１３Ｃにおいて、図中矢印ｔ１、ｔ２、ｔ３で示した期間は、アモルファスシリコン膜を合成パルス光が加熱溶融している時間を示している。また、図１３Ａ〜図１３Ｃにおいて、点線Ｐは、パルス光による照射強度の時間変化のグラフを示している。また、図１３Ａ〜図１３Ｃにおいて、実線Ｔは、アモルファスシリコン膜の温度の時間変化を示している。また、パルス光の時間幅は、エキシマレーザ及び固体レーザともに、数１０ナノ秒程度とする。
エキシマレーザを用いてレーザアニール処理を施した場合では、２つのレーザ光源のパルス状のレーザ光の出力時期を精度良く制御することが困難であり、１００ナノ秒程度の誤差が生じる。そのため、２つのレーザ光源よりパルス状のレーザ光を出力させる出力時期のずれが早まったり、遅くなったりしており、図１３Ａ、図１３Ｂの合成パルス光になる。具体的に、図１３Ａでは、２つのパルス状のレーザ光の発光タイミングのずれが遅く合成パルス光として合成されることなく、パルス状のレーザ光が個々にアモルファスシリコン膜に照射されてしまっている。図１３Ｂでは、２つのパルス状のレーザ光の発光タイミングのずれが早く合成パルス光がアモルファスシリコン膜を照射している時間が短くなってしまっている。
固体レーザを用いてレーザアニール処理を施した場合では、２つのレーザ光源のパルス状のレーザ光の出力時期を精度良く制御することが可能であるため２つのレーザ光源よりパルス状のレーザ光を出力させるタイミングのばらつきを１０ナノ秒以下にすることができ、例えば、パルス幅が数１０ナノ秒程度あれば、合成したパルス光は、図１３Ｃのように安定化した合成ができる。また、固体レーザを用いてレーザアニール処理を施した場合では、アモルファスシリコン膜が加熱溶融している時間ｔ３が、エキシマレーザを用いた場合のアモルファスシリコン膜が加熱溶融している時間ｔ１、ｔ２に比べて長くなることがわかる。
このことから、複数のエキシマレーザを用いて合成パルス光を生成することがほぼ不可能である。また、複数の固体レーザを用いて合成パルス光を生成すると、そのタイミング制御を高精度に行うことができることがわかる。
以上、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置として、２つのレーザ発振器を備えた例を説明をしたが、第２の実施の形態のレーザアニール装置２０は、２つに限らず、例えば、図１４に示すように、３つ以上のレーザ発振器を備えても良い。
この場合、各レーザ発振器に供給されるパルス駆動信号は、それぞれ異なる遅延量でずらされている必要がある。例えば、２番目のレーザ発振器の遅延量をＴｄとした場合、３番目のレーザ発振器の遅延量を（２×Ｔｄ）とし、４番目のレーザ発振器の遅延量を（３×Ｔｄ）とするといったように異なる遅延量とする。
なお、レーザアニール装置２０では、合成する２つのパルス光の強度を同一にしてもよいし、先行するパルス光の強度の方を高く設定してもよい。先行するパルス光の強度を高くすることにより、冷却速度をなだらかにすることができ、そのため、生成される結晶粒径を大きくすることができる。
また、レーザアニール装置２０では、第１及び第２のレーザ発振器２１、２２を、いわゆるインジェクションシーディングにより安定化したパルス光を発生できる装置で構成してもよい。インジェクションシーディングは、図１５に示すように、光強度が一定な連続発振レーザ２７（ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）レーザ）を基レーザとして注入し、Ｑスイッチ開放時に光の増幅を安定化させる方式のパルスレーザ光の発生方法である。基レーザとなるＣＷレーザ光源は、例えば、回折格子帰還型の半導体レーザやＮｄ：ＹＡＧレーザ等の安定な連続波光源が用いられる。このインジェクションシーディングによりパルスレーザ光を生成することにより、パルス光の出射タイミングを、数ナノ秒以下に制御することができる。
また、以上本発明の第２の実施の形態について説明をしたが、この第２の実施の形態と第１の実施の形態とを組み合わせてもよい。すなわち、複数のパルス光を１つのパルス光とするように合成するとともに、合成されたパルス光の周期を第１の実施の形態の基準出射周期より短くしてもよい。
（第３の実施の形態）
本発明を適用した第３の実施の形態として、ポリシリコン膜の結晶核の発生位置を制御することが可能なレーザアニール装置について説明をする。
なお、この第３の実施の形態のレーザアニール装置は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程の中の、チャネル層となるポリシリコン膜を形成する多結晶化工程で用いられる。つまり、第３の実施の形態のレーザアニール装置は、ガラス基板上に成膜されたアモルファスシリコンに対してレーザ光を照射してアニール処理を行う工程で用いられる。
また、第３の実施の形態のレーザアニール装置について説明をする際に、上述した第１の実施の形態のレーザアニール装置１０の構成要素と同一の構成要素に対しては同一の符号を付け、その詳細な説明を省略する。
図１６に、本発明の実施の第３の実施の形態のレーザアニール装置３０の構成図を示す。レーザアニール装置３０は、アニール対象となるＴＦＴ基板１を載置する移動ステージ１１と、レーザ光をパルス出射する第１のレーザ発振器３１と、レーザ光をパルス出射する第２のレーザ発振器３２と、所定周期の第１のパルス駆動信号を発生する第１のパルス信号発生部３３と、所定周期の第２のパルス駆動信号を発生する第２のパルス信号発生部３４と、第１のレーザ発振器３１から出射されたレーザ光の強度分布を均一にする結晶成長用光学系３５と、第２のレーザ発振器３２から出射されたレーザ光の強度分布を不均一にする核発生用光学系３６と、結晶成長用光学系３５から出射されたレーザ光と核発生用光学系３６から出射されたレーザ光とを合成して１本のレーザ光とする合成光学系３７と、合成光学系３７から出射されたレーザ光を移動ステージ１１に載置されたＴＦＴ基板１に照射する照射光学系１５と、制御部３８とを備えている。
第１及び第２のレーザ発振器３１、３２は、アモルファスシリコン膜にレーザアニール処理を施すためのレーザ光を出射する。第１及び第２のレーザ発振器３１、３２をパルス出射する。つまり、第１及び第２のレーザ発振器３１、３２は、所定の時間間隔毎に、照射と停止とが繰り返し行われるパルスレーザ光を出射する。
第１及び第２のレーザ発振器３１、３２の光源となるレーザ素子には、高い繰り返し周期でパルス照射が可能な固体レーザが用いられる。第１及び第２のレーザ発振器２１、２２の光源となる固体レーザの媒質は、第１の実施の形態で適用されたレーザ発振器１２と同様である。
第１のパルス信号発生部３３は、第１のレーザ発振器３１からパルス出射されるレーザ光の出射のタイミングを制御する回路である。第１のパルス信号発生部３３は、例えば、第１の実施の形態のパルス信号発生部１３と同様の、所定の時間間隔の周期のパルス駆動信号を発生し、このパルス駆動信号を第１のレーザ発振器３１のレーザ素子に供給する。
第２のパルス信号発生部３４は、第２のレーザ発振器３２からパルス出射されるレーザ光の出射のタイミングを制御する回路である。第２のパルス信号発生部３４は、例えば、第１の実施の形態のパルス信号発生部１３と同様の、所定の時間間隔の周期のパルス駆動信号を発生し、このパルス駆動信号を第２のレーザ発振器３２のレーザ素子に供給する。
なお、第１のパルス信号発生部３３と第２のパルス信号発生部３４とは、同調して駆動されており、第１のレーザ発振器３１から出射されるパルス光の出射タイミングと、第２のレーザ発振器３２から出射されるパルス光の出射タイミングとを、同調して制御している。第２のパルス信号発生部３４から出力される第２のパルス駆動信号は、第１のパルス信号発生部３３から出力される第１のパルス駆動信号に対して、例えば同一の周期で、所定時間だけ遅延されたパルス信号とされている。したがって、第１及び第２のレーザ発振器３１、３２からは、繰り返し周期は同一であるが、パルスの発生タイミングの位相がずれたパルス出射を行うこととなる。なお、第１及び第２のレーザ発振器３１、３２からパルス出射されるパルス光のずれ量についての詳細は後述する。
結晶成長用光学系３５は、第１のレーザ発振器３１から出射されたレーザ光のビーム整形、並びに、強度分布の均一化処理を行う。例えば、結晶成長用光学系３５は、内部にホモジナイザ等を備えており、このホモジナイザ等により、レーザ光のビームを円形状や矩形状に整形する。つまり、結晶成長用光学系３５は、ＴＦＴ基板１にレーザ光を照射したときの照射スポットの形状を、ホモジナイザ等により円形状や矩形状に整形する。更に、結晶成長用光学系３５は、例えば上記のホモジナイザ等により、レーザ光の光強度の分布を均一にする。
なお、結晶成長用光学系３５により強度分布が均一化されたレーザ光は、アニール処理を行う場合、結晶成長用として用いられるが、このレーザ光の詳細については後述する。
核発生用光学系３６は、第２のレーザ発振器３２から出射されたレーザ光のビーム整形、並びに、強度分布の不均一化処理を行う。例えば、核発生用光学系３５は、内部にホモジナイザ等を備えており、このホモジナイザ等により、例えば結晶成長用光学系３５により整形されたビーム形状と同一の形状に、レーザ光のビーム形状を整形する。つまり、核発生用光学系３６は、ＴＦＴ基板１にレーザ光を照射したときの照射スポットの形状を、ホモジナイザ等により円形状や矩形状に整形する。更に、核発生用光学系３６は、例えば上記のホモジナイザ及び光学マスク等により、レーザ光の光強度の分布を不均一にする。つまり、核発生用光学系３６は、ＴＦＴ基板１にレーザ光を照射したときの照射スポット内の各位置の強度を、所定の強度分布にする。
なお、核発生用光学系３６により強度分布が不均一化されたレーザ光は、アニール処理を行う場合、結晶核の発生用として用いられるが、このレーザ光の詳細については後述する。
合成光学系３７は、結晶成長用光学系３５から出射されたレーザ光及び核発生用光学系３６から出射されたレーザ光の、２本のレーザ光を、例えばビームスプリッタ等により合成して、同一の光軸上に合成する。
照射光学系１５は、合成光学系３７から出射されたレーザ光が入射され、入射されたレーザ光を移動ステージ１１上のＴＦＴ基板１に照射する。
制御部３８は、第１のパルス信号発生部３３及び第２のパルス信号発生部３４を制御することにより、第１及び第２のレーザ発振器３１、３２から出射されるパルスレーザのパルス出射周期やパルス出射タイミングを制御する。また、制御部３８は、移動ステージ１１及び照射光学系１５の動作制御を行うことにより、ＴＦＴ基板１に対するレーザ光の照射位置制御等を行う。
次に、第３の実施の形態のレーザアニール装置３０の移動ステージ１１及び照射光学系１５の動作について説明をする。
第３の実施の形態のレーザアニール装置３０の移動ステージ１１及び照射光学系１５の動作は、上述した第１の実施の形態の移動ステージ１１及び照射光学系１５と同一である。つまり、第３の実施の形態のレーザアニール装置３０は、照射スポットＳがＴＦＴ基板１の表面をラスタ状に移動していくように、移動ステージ１１及び照射光学系１５の制御を行う。したがって、レーザアニール装置３０では、照射スポットＳの大きさに応じて、移動ステージ１１の移動速度と、照射スポットＳの往復移動速度とを調整すれば、平板状のＴＦＴ基板１の表面の全範囲にわたりレーザ光を照射することが可能となる。つまり、ＴＦＴ基板１の全面に対してアニールを行うことができる。
次に、結晶成長用光学系３５により強度分布が均一化されたレーザ光、並びに、核発生用光学系３６により強度分布が不均一化されたレーザ光について説明をする。
結晶成長用光学系３５により強度分布が均一化されたレーザ光は、例えば、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すような強度分布となる。図１７Ａには、結晶成長用光学系３５にビーム整形がされたレーザ光がＴＦＴ基板１に照射されたときの照射スポットの模式図を示している。また、図１７Ｂには、図１７Ａの照射スポットの中心を通過する直線（例えば、図１７Ａ中の直線Ｘ。）上の各位置における光強度を示している。このように結晶成長用光学系３５を通過したレーザ光は、照射スポット内に各位置における強度が同一となるように、ビーム形状及び光強度が調整されている。
このように結晶成長用光学系３５により強度分布が均一化されたレーザ光は、レーザアニール時において、結晶成長用として用いられる。以下、結晶成長用光学系３５から出射されるパルス光を、結晶成長用のパルス光と呼ぶ。
なお、図１７Ａ及び図１７Ｂでは、ビーム形状を円状にしているが、例えば、ビーム形状を矩形状にしてもよいし、又は、線状にしてもよい。
核発生用光学系３６により強度分布が不均一化されたレーザ光は、例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すような強度分布となる。図１８Ａには、核発生用光学系３６にビーム整形がされたレーザ光がＴＦＴ基板１に照射されたときの照射スポットの模式図を示している。また、図１８Ｂには、図１８Ａの照射スポットの中心を通過する直線（例えば、図１８Ａ中の直線Ｘ。）上の各位置における光強度を示している。
核発生用光学系３６は、入力されたレーザ光のビーム形状を、結晶成長用光学系３５のビーム形状とほぼ同一のビーム形状にする。それとともに、核発生用光学系３６は、光強度分布が均一化された中の一部分に、強度が著しく異なっている部分が生じるようにレーザ光を加工する。核発生用光学系３６は、例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、入力されたレーザ光を加工して、照射スポットの中心部分の微小領域の強度をほぼ０に近い状態とし、その微小領域以外の部分の強度を任意の強度で均一化する。
照射スポット内の一部分の強度を著しく小さくするには、一旦ホモジナイザ等を通過させてビーム全体の強度を均一化したのち、その均一化したレーザ光を、例えば、光透過部材の一部分に光を透過しない塗料や部材を形成した光学マスクに対して、通過させればよい。このような光学マスクは、例えば、レーザ光をＴＦＴ基板１上に集光するためのコリメータレンズに対して共役な位置に設けられる。
このように核発生用光学系３６により強度分布が不均一化されたレーザ光は、レーザアニール時において、核発生用として用いられる。以下、核発生用光学系３６から出射されるパルス光を、核発生用のパルス光と呼ぶ。
なお、図１８Ａ及び図１８Ｂでは、ビーム形状を円状にしているが、例えば、結晶成長用光学系３５と合わせて、ビーム形状を矩形状にしてもよいし、又は、線状にしてもよい。
また、図１８Ａ及び図１８Ｂに示す例では、強度分布が均一な領域の中に、強度の異なる微小領域を１つだけ形成しているが、この微小領域を１つに限らず、２以上設けてもよい。また、また、図１８Ａ及び図１８Ｂに示す例では、微小領域の強度を、強度分布が均一な領域の強度よりも低くしているが、本発明では、その微小領域の強度は、強度分布が均一な領域の強度と著しく異なっていればよい。つまり、その微小領域の強度を高くするようにしてもよい。
次に、第３の実施の形態のレーザアニール装置３０のレーザ光のパルス出射の制御タイミングについて説明をする。
レーザアニール装置３０では、第１の実施の形態と同様に、照射スポットと移動ステージ１１との相対移動速度を、パルス出射周期よりも充分遅くすることにより、ある任意のタイミングで出射されたパルス光と、その次に出射されるパルス光とが、重なるように制御している。ただし、第３の実施の形態では、２つのレーザ発振器が設けられているが、例えば一方のレーザ発振器のみで動作させたときであっても、ある任意のタイミングで出射されたパルス光と、その次に出射されるパルス光とが、重なるように制御される。
また、レーザアニール装置３０からＴＦＴ基板１に対して照射されるレーザ光は、第１のレーザ発振器２１から出射されたレーザ光と、第２のレーザ発振器２２から出射されたレーザ光との合成光である。第１のレーザ光と第２のレーザ光とは、パルス発生周期は同一であるが、その位相が所定時間ずらされている。
具体的には、第３の実施の形態では、第２のレーザ発振器３２からパルス光を出射した後に、第１のレーザ発振器３１からパルス光が出射されるように制御されがされている。
すなわち、図１９に示すように、ＴＦＴ基板１には、ほぼ同一の照射位置に対して、まず、図１８の核発生用のパルス光Ｐ１が照射され、その後に、図１７の結晶成長用のパルス光Ｐ２が照射される。
例えば、光源としてＮｄ：ＹＡＧの第３高調波のレーザ光を用いた場合には、そのパルス幅は数１０ナノ秒となるので、核発生用のパルス光Ｐ１から結晶成長用のパルス光Ｐ２が照射されるまでの時間ずれを３０ナノ秒〜１００ナノ秒程度とし、核発生用のパルス光Ｐ１及び結晶成長用のパルス光Ｐ２のそれぞれの周期を、約０．５マイクロ秒程度とするのがよい。
ここで、ＴＦＴ基板１の任意の照射位置に対して核発生用のパルス光Ｐ１を照射した場合、強度が異なっている微小領域での結晶核の発生確率が高くなる。
すなわち、レーザアニール処理を行ってアモルファスシリコンをポリシリコンに転換する場合、照射したレーザ光の強度変化が著しく大きい部分と、強度変化が少ない部分とを比較すると、レーザ光の強度変換が著しく大きい部分に結晶核の発生確立が高くなることが知られている。つまり、核発生用のパルス光Ｐ１における強度が著しく低くなっている微小領域の部分や、照射スポットの周縁部分に、結晶核が発生する確立が高くなる。
したがって、ＴＦＴ基板１に対して、まず、核発生用のパルス光Ｐ１を照射すると、発生する結晶核の位置を制御することができる。
そして、このように任意の照射位置に対して核発生用のパルス光Ｐ１を照射したのちに、続けて、結晶成長用のパルス光Ｐ２を照射する。すると、結晶核が発生した部分並びにその周縁部分が均一に溶解され、発生した結晶核が結晶成長していく。
以上のように本レーザアニール装置３０では、ＴＦＴ基板１の任意の位置にレーザ光を照射する場合に、まず、核発生用のパルス光Ｐ１を照射して結晶核を発生させ、次に、強度分布が均一化された結晶成長用のパルス光Ｐ２を照射することによって、結晶核の発生位置をコントロールできるとともに、発生した結晶核を成長させることができる。
このように結晶核の発生位置を制御し、続けて、結晶を成長させることにより、ポリシリコン膜の結晶粒径を大きくすることができるとともに、その粒径サイズを均一化することができる。この理由は以下の通りである。
ポリシリコン膜の結晶粒のサイズは、再結晶化の初期の段階で発生する結晶核が密集しているか、まばらになっているかによって、異なると考えられている。例えば、図２０に示すように、隣接する結晶核１００同士の間隔Ｗが短い場合、各結晶が成長していく過程で、結晶境界面１０１同士が衝突してしまい、それ以上成長できなくなってしまう。それに対して、図２１に示すように、隣接する結晶核１００同士の間隔Ｗが長い場合、各結晶核が成長していく過程で、結晶境界面１０１同士が衝突せず、大きく成長することができる。
したがって、本発明の第３の実施の形態のレーザアニール装置３０では、結晶核の発生位置を制御することができるので、ポリシリコン膜の結晶の粒径を大きし、また、粒径サイズを均一化することができる。
また、このように結晶核の発生位置を制御することができれば、ボトムゲート型のＴＦＴ基板１のゲート電極配線の中心線に沿って、結晶と結晶の境界面を形成することができる。具体的には、ゲート電極配線の両側のエッジ部分に沿って結晶核を発生させる。すると、配線の両側のエッジ部分の双方から結晶が成長していき、配線の中心部分で両者の結晶が衝突する。したがって、配線の中心線に沿って峰のように結晶境界面が形成される。このようにゲート電極配線の中心線に沿って結晶と結晶の境界面を形成すると、配線と結晶境界面とが交差する部分が少なくなり抵抗率が下がって、電気的特性が向上する。
以上、本発明の第３の実施の形態のレーザアニール装置３０として、２つのレーザ発振器を備えた例を説明をしたが、第３の実施の形態のレーザアニール装置３０は、２つに限らず、例えば、３つ以上のレーザ発振器を備えても良い。この場合、各レーザ発振器は、それぞれ異なる遅延量でずらされているのが望ましい。例えば、２番目のレーザ発振器の遅延量をＴｄとした場合、３番目のレーザ発振器の遅延量を（２×Ｔｄ）とし、４番目のレーザ発振器の遅延量を（３×Ｔｄ）とするといったように異なる遅延量とする。そして、図２２に示すように、先頭のパルスを核発生用のレーザ光Ｐ１とし、続く、パルスを全て結晶成長用のレーザ光Ｐ２とするのが望ましい。
また、レーザアニール装置３０の第１及び第２のレーザ発振器３１、３２は、第２の実施の形態で示したように、いわゆるインジェクションシーディングにより安定化したパルスレーザを発生してもよい。
また、本発明の第３の実施の形態のレーザアニール装置３０では、２つのレーザ発振器を用いて、核発生用のレーザ光Ｐ１と、結晶成長用のレーザ光Ｐ２とを生成したが、例えば、図２３に示すように、１つのレーザ発振器により２つのレーザ光を生成してもよい。この場合、１つのレーザ発振器から出射されたレーザ光を、例えば、偏光ビームスプリッタ４１等により分離して、２本のレーザ光を生成する。そして、一方を結晶成長用光学系３５に入力し、他方を核発生用光学系３６に入力するようにすればよい。なお、その際に、結晶成長用光学系３５に入力する光を、例えば光ファイバ４２等により遅延させ、所定時間の時間ずれを生じさせる必要がある。
（第４の実施の形態）
本発明を適用した第４の実施の形態として、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造方法について説明をする。
本発明の第４の実施の形態として説明を行う薄膜トランジスタ製造方法は、いわゆるボトムゲート型構造を有する薄膜トランジスタ（ボトムゲート型ＴＦＴ）を製造する製造方法である。このボトムゲート型ＴＦＴは、例えばガラス基板上に、ゲート電極、ゲート絶縁体、ポリシリコン膜（チャネル層）が下層から順次積層された構造を有している。すなわち、このボトムゲート型ＴＦＴは、チャネル層となるポリシリコン膜とガラス基板との間に、ゲート電極が形成されているＴＦＦのことである。
このような構造を有するボトムゲート型ＴＦＴの具体的な構成並びに製造方法について図２４を用いて説明する。
ボトムゲート型ＴＦＴ１は、図２４に示すように、ガラス基板５１上に、ゲート電極５２と、第１のゲート絶縁膜５３と、第２のゲート絶縁膜５４と、ポリシリコン膜５５と、ストッパ５６と、第１の層間絶縁膜５７と、第２の層間絶縁膜５８と、配線５９と、平坦化膜６０と、透明導電膜６１とが積層形成されて構成されている。
このような構成からなるボトムゲート型ＴＦＴ１を製造する際には、まずガラス基板５１上に、例えばモリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）等の電極用の金属を成膜する。そして、成膜したこれらの金属を異方性エッチングによりパターニングすることによりゲート電極５２を形成する。このゲート電極５２は、ガラス基板上に局所的に成膜される。以下、このゲート電極５２が形成されている領域をＡ領域といい、ゲート電極５２が形成されていない領域をＢ領域という。
続いて、例えば窒化シリコン（ＳｉＮｘ）等からなる第１のゲート絶縁膜５３を、ゲート電極５２が形成されたガラス基板５１上に積層形成する。
続いて、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる第２のゲート絶縁膜５４を、第１のゲート絶縁膜５３上に積層形成する。
続いて、例えばポリシリコンからなるポリシリコン膜５５を、第２のゲート絶縁膜５４上に積層形成する。このポリシリコン膜５５は、ボトムゲート型ＴＦＴ１のチャネル層として機能する。
ポリシリコン膜５５の形成方法としては、例えば、ＬＰＣＶＤ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等に基づき、第２のゲート絶縁膜５４上にアモルファスシリコン膜６２を成膜する。そして、形成したアモルファスシリコン膜６２に対してレーザ光を照射するレーザアニール処理を施すことにより、アモルファスシリコン膜６２を加熱溶融し、再結晶化することにより形成する。
続いて、ポリシリコン膜５５に、ソース／ドレイン領域を形成するための不純物をイオンドーピングする。このときゲート電極５２の上方部分のポリシリコン膜５５に不純物がドーピングされないように、ストッパ５６を設ける。
続いて、例えばＳｉＯ２等からなる第１の層間絶縁膜５７を、ストッパ５６が形成されたポリシリコン膜５５上に積層形成する。
続いて、例えばＳｉＮｘ等からなる第２の層間絶縁膜５８を、第１の層間絶縁膜５７上に積層形成する。
続いて、ポリシリコン膜５５のソース／ドレイン領域を接続するためのコンタクトホールを開口し、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属膜を成膜する。そして、この成膜した金属膜をエッチング等によってパターニングすることにより、配線５９を形成する。この配線５９は、ポリシリコン膜５５上に形成された各トランジスタのソース／ドレイン領域を接続して、基板上に所定の回路パターンを形成する。
続いて、ボトムゲート型ＴＦＴ１の表面を平坦化させるため、配線５９が形成された第２の層間絶縁膜５８上に、例えばアクリル樹脂等からなる平坦化膜６０を成膜する。
続いて、配線５９と外部端子とを接続するため、平坦化膜６０上に透明導電膜６１を形成する。
以上のような構成のボトムゲート型ＴＦＴ１では、チャネル層にポリシリコンを用いているため、チャネル層の電界移動度が非常に高くなる。そのため、例えば液晶ディスプレイ等の駆動回路として用いた場合には、ディスプレイの高精彩化、高速化、小型化等を実現することが可能となる。
次に、ポリシリコン膜５５を生成する際のレーザアニール工程で用いられるレーザアニール装置７０について説明をする。
図２５は、ポリシリコン膜５５をレーザアニール工程で用いられるレーザアニール装置７０の構成例を示している。このレーザアニール装置７０は、特にボトムゲート型構造を採用するボトムゲート型ＴＦＴ１において、均一な結晶粒径からなるポリシリコン膜５５を形成するため、各パルスにおける光強度が安定している固体レーザや半導体レーザのレーザ光を用いてレーザアニール処理を行う。
このレーザアニール装置７０は、レーザ発振器７１と、レーザ駆動電源７２と、冷却装置７３と、ホモジナイザ７４と、ミラー７５と、投射レンズ７６と、可動ステージ７７とを備える。
レーザ発振器７１は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ等の固体レーザのレーザ光を出射するパルスレーザ光源である。また、このレーザ発振器７１は、出射するレーザ光として、例えばＧａＮ系の半導体レーザを用いる場合もある。このレーザ発振器７１は、レーザ駆動電源７２により、レーザ発振するための駆動電源を受給する。更に、このレーザ発振器７１は、冷却装置７３に接続され、冷却装置７３から送出される冷却媒体を周囲において循環させる。
レーザ発振器７１は、例えば、波長が１０６４ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザを、２倍の高調波（波長５３２ｎｍ）、３倍の高調波（波長３５５ｎｍ）、４倍の高調波（波長２６６ｎｍ）へ波長変換する。また、このレーザ発振器７１は、例えば、波長が９１４ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザを、２倍の高調波（波長４５７ｎｍ）へ波長変換する。レーザ発振器７１は、例えば、波長が１０４６ｎｍであるＮｄ：ＹＬＦレーザを、２倍の高調波（波長５２３ｎｍ）、３倍の高調波（波長３４９ｎｍ）、４倍の高調波（波長２６２ｎｍ）へ波長変換する。更にこのレーザ発振器７１は、例えば、波長が３８０ｎｍ〜４５０ｎｍであるＧａＮ系半導体レーザのレーザ光を波長変換する。
ホモジナイザ７４は、レーザ発振器７１から出射されるレーザ光を所定の波長、形状、強度のレーザ光に成形する。このホモジナイザ７４は、レーザ発振器７１と一体化される場合もある。ホモジナイザ７４は、レーザ発振器７１から出射される、例えば図２６Ａに示すようなガウシアン形状のレーザ光を、図２６Ｂに示すようなトップハット型形状のレーザ光に成形する。
なお、アモルファスシリコン膜６２に照射する波長が２５０ｎｍ以下では、高出力のレーザ光を作ることができず、また波長が５５０ｎｍ以上である場合には、図２７に示すようにアモルファスシリコン膜６２の吸収係数が小さくなり、ポリシリコン化の障壁となる。このため、レーザ発振器７１は、発振する波長を２５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下に限定する。図２７において、点線Ｋｐは、ポリシリコンの光の吸収係数を示しており、実線Ｋａは、アモルファスシリコンの光の吸収係数を示している。
ミラー７５は、ホモジナイザ７４のレーザ光の出射側に配され、ホモジナイザ７４において成形されたレーザ光が入射される。またこのミラー７５は、入射されたレーザ光を投射レンズ７６側へ反射する。
投射レンズ７６は、入射されるレーザ光を集光して、ボトムゲート型ＴＦＴ１におけるアモルファスシリコン膜６２上へ照射する。
可動ステージ７７は、ガラス基板５１を支持するためのステージであり、被照射体であるガラス基板５１を所定の位置へ移動させる機能を備えている。この可動ステージ７７は、具体的にはＸステージ、Ｙステージ、Ｚステージ、吸着プレート等を備えて構成される。
Ｘステージ及びＹステージは、水平方向に移動するステージであり、ＸステージとＹステージ間で、被照射体たるガラス基板５１を互いに直交する方向へ移動させて、所定の位置へと導く構成にしている。このため、レーザアニール装置７０は、ガラス基板５１の一部又は全面をレーザアニールすることができる。
Ｚステージは、鉛直方向に移動するステージであり、ステージの高さを調整するためのものである。すなわちこのＺステージは、照射されるレーザ光の光軸方向、換言すると基板の平面に垂直な方向に移動する。
なお、ポリシリコン膜５５を生成する際のレーザアニール工程で用いられるレーザアニール装置は、この図２５に示すものに限らず、上述した第１〜第３の実施の形態のレーザアニール装置を用いてもよい。ただし、その場合には、レーザ光の波長は、２５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下とする。
次に、本発明に係る薄膜トランジスタ製造方法における第１の適用例について説明をする。
この第１の適用例において、レーザ発振器７１から出射するレーザ光として、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを用いる。このＮｄ：ＹＡＧレーザは、波長３５５ｎｍの３倍高調波であり、エネルギーは０．５ｍｊ／ｐｕｌｓｅ、繰り返し周波数１ｋＨｚである。また、このＮｄ：ＹＡＧレーザは、パルス毎の光強度のばらつきを５％以下に制御することが可能である。
このＮｄ：ＹＡＧレーザは、例えば米国Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社のＭｏｄｅｌ２１０Ｓ−３５５−５０００等に基づき出射される場合もある。
レーザアニール装置７０は、レーザ発振器７１から出射した上述のレーザ光を、アモルファスシリコン膜６２へ、約４００ｍｊ／ｃｍ２のエネルギー密度で、且つ１箇所につき１０〜１００ｐｕｌｓｅの割合で照射する。波長３５５ｎｍのレーザ光に対するアモルファスシリコン膜６２の吸収係数は、約２．８と比較的に高いため、アモルファスシリコン膜６２に入射した光は、ほぼ全て当該アモルファスシリコン膜６２により吸収され、アモルファスシリコンの加熱溶融に供される。
すなわち、この第１の適用例において、パルス毎の光強度のばらつきを５％以下に制御することができる固体レーザを照射するため、パルス毎の光強度のばらつきが１０％近くあるエキシマレーザと比較して、均一な結晶粒径を有するポリシリコン膜５５を成膜することができ、安定した特性を示す薄膜トランジスタを製造することが可能となる。
また、光強度のばらつきが小さい固体レーザを用いる本適用例では、Ａ、Ｂ領域間において、アモルファスシリコン膜６２の到達温度差を小さくすることができる。このため、特にボトムゲート型構造を採用する薄膜トランジスタにおいて、生成するポリシリコン膜の粒径の更なる均一化を図ることができ、不良品の発生を低減させることで歩留まりの向上を図ることが可能となる。また、固体レーザを用いる本適用例では、エキシマレーザを用いる場合と異なり、劣化した充填ガスの交換が不要となり、生産の効率化や製造コスト削減を図ることができる。
次に、本発明に係る薄膜トランジスタ製造方法における第２の適用例について説明をする。
この第２の適用例において、第１の適用例と異なる点は、照射するレーザ光の波長に応じて、アモルファスシリコンの膜厚を一定範囲に制御する点である。
アモルファスシリコン膜６２は、照射するレーザ光の透過率が２％以下では、Ａ領域においてゲート電極の温度上昇が期待できないため、Ａ、Ｂ両領域における到達温度差を解消する本適用例の効果を得ることができなくなる。一方、透過率２０％以上では、アモルファスシリコン膜６２における温度上昇を期待できなくなり、またゲート電極５２の温度上昇が著しくなり、アモルファスシリコン膜６２の到達温度及びレーザ照射後の冷却速度の差は却って拡大する可能性もある。したがって、アモルファスシリコンは、照射するレーザ光の波長に応じて、当該レーザ光の透過率が２％以上であり、且つ透過率が２０％以下になるような厚さに成膜される。
以下の表１は、各レーザ光の波長に対して、透過率が２％以上であり、２０％以下になるようなアモルファスシリコンの膜厚を示している。
2003043070.tif 000003
例えば、照射するレーザ光の波長が３５５ｎｍであるときには、アモルファスシリコンの膜厚を１６．２ｎｍに制御すれば、２０％の透過率となる。また、アモルファスシリコンの膜厚を３９．５ｎｍに制御すれば、２％の透過率となる。すなわち、３５５ｎｍのレーザ光を照射する場合において、透過率を２％以上２０％以下に抑えるためには、アモルファスシリコンの膜厚を１６．２ｎｍから３９．５ｎｍまでの間で制御する必要がある。
このときにアモルファスシリコン膜６２を透過する透過光量は、以下の計算式で与えられる。
Ｉ／Ｉ０＝ｅｘｐ（−４πｋｄ／λ）
ここでＩは透過光量、Ｉ０は入射光量、ｋは吸収係数、ｄはアモルファスシリコンの膜厚、λは照射するレーザ光の波長を示している。
例えば、照射するレーザ光の波長が３５５ｎｍである場合に、アモルファスシリコンを約３０ｎｍの膜厚に制御した場合には、上記計算式に基づき、入射したレーザ光の光量の約５％がアモルファスシリコン膜６２に吸収されずに透過する。アモルファスシリコン膜６２を透過したレーザ光は、当該レーザ光の波長に対して透明である第２のゲート絶縁膜５４と、第１のゲート絶縁膜５３を透過する。
ゲート電極５２が形成されているＡ領域において第１のゲート絶縁膜５３を透過したレーザ光は、ゲート電極５２に吸収されて、当該ゲート電極５２の温度上昇に供する。また、ゲート電極５２が形成されていないＢ領域において、第１のゲート絶縁膜５３を透過したレーザ光は、更にガラス基板５１を透過して可動ステージ７７へ吸収される。
すなわち、Ａ領域において第１のゲート絶縁膜５３を透過したレーザ光が、ゲート電極５２のみを加熱、昇温させるため、Ａ領域に成膜されたアモルファスシリコン膜６２において、ゲート電極５２との温度差が小さくなる。これにより、アモルファスシリコン膜６２からゲート電極５２への熱の逃げを防止することが可能となり、Ａ、Ｂ領域間において、アモルファスシリコン膜６２の到達温度の差やレーザ照射後の冷却速度の差を小さくすることができる。このため、特にボトムゲート型構造を採用する薄膜トランジスタにおいて、生成するポリシリコン膜の粒径の更なる均一化を図ることができ、不良品の発生を低減させることが可能となる。
また、この第２の適用例では、以下に説明する構成によっても実現可能である。この構成では、レーザ発振器７１から出射する固体レーザとして、Ｎｄ：ＹＬＦレーザを用いる。このＮｄ：ＹＬＦレーザは、波長５２３ｎｍである２倍高調波であり、エネルギーは６ｍｊ／ｐｕｌｓｅ、繰り返し周波数５ｋＨｚである。また、このＮｄ：ＹＬＦレーザは、パルス毎の光強度のばらつきを６％以下に制御することができる。この構成におけるＮｄ：ＹＬＦレーザは、例えば米国Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｌｉｇｈｔ社のＥｖｏｌｕｔｉｏｎ−３０等に基づき出射される場合もある。
上表により、波長が約５２３ｎｍであるときには、アモルファスシリコン膜６２の吸収係数が約０．９である。また透過率を２％以上２０％以下に抑えるためには、アモルファスシリコンの膜厚を７５．７ｎｍから１８４．０ｎｍまでの間で制御する必要があるため、この構成ではアモルファスシリコンの膜厚が１００ｎｍになるように成膜する。
このような条件の下では、アモルファスシリコン膜６２内に入射したレーザ光の光量のうち、１２％がアモルファスシリコン膜６２を透過する。アモルファスシリコン膜６２を透過したレーザ光は、当該レーザ光の波長に対して透明である第２のゲート絶縁膜５４と、第１のゲート絶縁膜５３を透過する。
ゲート電極５２が設けられているＡ領域において第１のゲート絶縁膜５３を透過したレーザ光は、ゲート電極５２に吸収されて、当該ゲート電極５２の温度上昇に供する。また、ゲート電極５２の無いＢ領域において、第１のゲート絶縁膜５３を透過したレーザ光は、更にガラス基板５１を透過して可動ステージ７７へ吸収される。
これにより、同様にＡ、Ｂ領域間において、アモルファスシリコン膜６２の到達温度の差と、レーザ照射後の冷却速度の差を小さくすることができ、特にボトムゲート型構造を採用するボトムゲート型ＴＦＴ１において、生成するポリシリコン膜の粒径の均一化を図ることができる。
図２８は、照射するレーザ光の各波長に対するガラス基板５１の透過率特性を示している。この図２８で示すように、レーザ光のガラス基板５１における透過率は、波長が短くなるにつれて減少する。
すなわち、Ｂ領域において、第１のゲート絶縁膜５３を透過したレーザ光は、波長が短い場合に、ガラス基板５１を透過せずに、ガラス基板５１に吸収されて熱になる。このため、Ａ、Ｂ領域間において、アモルファスシリコン膜６２の到達温度差は縮まらず、本発明の効果を得ることができなくなる。
したがって、この第２の適用例において、照射するレーザ光の波長は、ガラス基板において所定量の透過率を示す波長である３００ｎｍ以上であることが望ましい。
なお、この第２の適用例は上述した構成に限定されるものではない。レーザ発振器７１は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等の固体レーザや半導体レーザを出射する場合のみならず、エキシマレーザ光源を用いて、エキシマレーザを出射する場合においても適用可能である。この第２の適用例では、生成するポリシリコン膜の粒径の均一化を図るため、照射するレーザ光の波長に対してアモルファスシリコンの膜厚を予め最適範囲内に制御する。このため、エキシマレーザのようにパルス毎に光強度がばらついても、均一な粒径のポリシリコン膜を成膜することが可能であり、不良品の発生を低減させることができる。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置のブロック構成図である。
図２は、上記本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置に備えられたパルス信号発生部から出力されるパルス駆動信号を説明するための図である。
図３は、上記本発明の第１の実施の形態のレーザアニール装置に備えられた照射光学系からＴＦＴ基板へ照射されるレーザ光の偏向について説明をするための図である。
図４は、上記照射光学系からＴＦＴ基板へ照射されたレーザ光のスポットの移動軌跡を説明するための図である。
図５は、レーザ光の照射スポットの形状が線状であった場合の上記移動軌跡を説明するための図である。
図６は、パルス光のタイミングと、ＴＦＴ基板に照射されるスポットの移動移動との関係を説明するための図である。
図７は、１回のパルス光をアモルファスシリコン膜に照射することで昇温した当該シリコン膜の表面の温度変化を示す特性図である。
図８は、連続したパルス光をアモルファスシリコン膜に照射した場合の当該シリコン膜の表面の温度変化を示す特性図である。
図９は、複数のレーザ発振器を備えた上記第１の実施の形態のレーザアニール装置のブロック構成図である。
図１０は、本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置のブロック構成図である。
図１１は、上記本発明の第２の実施の形態のレーザアニール装置に備えられたパルス信号発生部から出力されるパルス駆動信号を説明するための図である。
図１２は、２つのレーザ発振器から出射されたパルス光の合成タイミングについて説明をするための図である。
図１３Ａ乃至図１３Ｃは、２つのパルス光の時間ずれ量に対するシリコン膜の温度変化を示す図である。
図１４は、多数の複数のレーザ発振器を備えた上記第２の実施の形態のレーザアニール装置のブロック構成図である。
図１５は、レーザ発振器から出射するパルス光を、インジェクションシーディングにより生成した場合の上記第２の実施の形態のレーザアニール装置のブロック構成図である。
図１６は、本発明の第３の実施の形態のレーザアニール装置のブロック構成図である。
図１７Ａ及び図１７Ｂは、上記第３の実施の形態のレーザアニール装置に備えられる結晶成長用光学系を通過したのちのレーザ光を説明するための図である。
図１８Ａ及び図１８Ｂは、上記第３の実施の形態のレーザアニール装置に備えられる核発生用光学系を通過したのちのレーザ光を説明するための図である。
図１９は、図１７Ａ及びＢに示したパルス光と図１８Ａ及びＢに示したパルス光の発生タイミングについて説明をするための図である。
図２０は、結晶核の密度が高いときのポリシリコン膜の結晶状態を示す図である。
図２１は、結晶核の密度が低いときのポリシリコン膜の結晶状態を示す図である。
図２２は、３以上のパルス光を合成する場合に、図１７Ａ及びＢに示したパルス光と図１８Ａ及びＢに示したパルス光の発生タイミングについて説明をするための図である。
図２３は、レーザ発振器が１つの場合のレーザアニール装置のブロック構成図である。
図２４は、ボトムゲート型構造を採用する薄膜トランジスタの模式的な断面構成を説明するための図である。
図２５は、本発明の第４の実施の形態の適用したレーザアニール装置の構成図である。
図２６は、ホモジナイザによるレーザ光の成形について説明するための図である。
図２７は、各波長に対するアモルファスシリコンとポリシリコンの吸収係数を示した図である。
図２８は、照射するレーザ光の各波長に対するガラス基板の透過率特性を示した図である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2003043070.tif 000025
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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2003043070.tif 000034
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