(57)【要約】【課題】  レーザビームのエネルギの利用効率を向上させることが可能なレーザアニール装置を提供する。【解決手段】  レーザアニール装置は、レーザ光源と、レーザビームを複数本に分岐する分岐光学系と、分岐された複数本のレーザビームが入射する第１のズーム光学系と、第１のズーム光学系から出射した複数本のレーザビームが入射する加工対象物を保持する保持台と、加工対象物の表面と平行な方向に保持台を移動させる移動機構と、加工対象物の表面上で複数本のレーザビームが第１の方向に走査されるように移動機構を制御する制御装置とを有し、分岐光学系が、加工対象物の表面上で複数本のレーザビームの断面が第１の方向と交差する第２の方向に並ぶようにレーザビームを分岐させ、第１のズーム光学系が、加工対象物の表面で複数本のレーザビームの断面が第２の方向に並んで形成されるパタンの大きさを変化させる。【選択図】  図１
2008060314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザビームを複数本のレーザビームに分岐する分岐光学系と、
前記分岐光学系で分岐された複数本のレーザビームが入射する第１のズーム光学系と、
前記第１のズーム光学系から出射した前記複数本のレーザビームが加工対象物に入射するように、該加工対象物を保持する保持台と、
前記加工対象物の表面と平行な方向に前記保持台を移動させる移動機構と、
前記加工対象物の表面上で前記複数本のレーザビームが第１の方向に走査されるように、前記移動機構を制御する制御装置と
を有し、
前記分岐光学系は、前記加工対象物の表面上で複数本のレーザビームの断面が前記第１の方向と交差する第２の方向に並ぶように、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを分岐させ、
前記第１のズーム光学系は、前記加工対象物の表面で前記複数本のレーザビームの断面が前記第２の方向に並んで形成されるパタンの大きさを変化させるレーザアニール装置。
【請求項２】
前記分岐光学系で分岐された各レーザビームの断面の大きさは、該分岐光学系に入射するレーザビームの断面の大きさに応じて変化し、さらに、
前記レーザ光源から出射したレーザビームが入射し、前記分岐光学系に入射するレーザビームの断面の大きさを変化させる第２のズーム光学系を有する請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
さらに、前記加工対象物の表面上の各レーザビームの断面が、前記第１の方向と直交する直線状の縁を持つように、レーザビームの断面を整形する整形光学系を有する請求項１または２に記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記第２の方向が前記第１の方向と直交する請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記レーザ光源が出射するレーザビームの波長は６５０ｎｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
表面に非晶質シリコン膜が形成された加工対象物上において、レーザビームの入射位置が第１の方向に並ぶように、レーザビームを分岐させて該加工対象物上に入射させる工程と、
前記加工対象物上へのレーザビームの入射位置が、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動するように、分岐後のレーザビームを走査しながら、該レーザビームが該加工対象物に入射する状態と、入射しない状態と交互に繰り返す工程と
を有するレーザアニール方法。
【請求項７】
表面に非晶質シリコン膜が形成された加工対象物上において、レーザビームの入射位置が第１の方向に並ぶように、レーザビームを分岐させて該加工対象物上に入射させる工程と、
前記加工対象物上へのレーザビームの入射位置が、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動するように、分岐後のレーザビームを走査する走査工程と、
前記加工対象物上の前記走査工程でレーザビームが入射した領域内に、キャリアの移動方向が前記第２の方向と平行になるように薄膜トランジスタを形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
表面に非晶質シリコン膜が形成された加工対象物上において、レーザビームの入射位置が第１の方向に並ぶように、レーザビームを分岐させて該加工対象物上に入射させる工程と、
前記加工対象物上へのレーザビームの入射位置が、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動するように、分岐後のレーザビームを走査する走査工程と、
前記加工対象物上の前記走査工程でレーザビームが入射した領域内に、前記第２の方向に並ぶ複数の薄膜トランジスタを形成する工程と、
前記加工対象物上の前記走査工程でレーザビームが入射した領域内に、前記第２の方向に並んで形成される複数の薄膜トランジスタのドレイン同士を結ぶ信号線を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザアニール装置及びレーザアニール方法に関し、特に、非晶質のシリコン膜にレーザビームを照射してシリコン膜を多結晶化するのに適したレーザアニール装置及びレーザアニール方法に関する。本発明はまた、レーザアニール処理工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面に非晶質のシリコン膜が形成された基板にレーザビームを入射させて、シリコン膜を多結晶化するレーザアニールが行われている。従来のレーザアニール技術では、基板上で、断面が一方向に細長い長尺形状に整形されたレーザビームを、ビーム断面の長尺方向と直交する方向に走査する。
【０００３】
次に、特許文献１が開示するレーザ加工装置について説明する。このレーザ加工装置は、レーザ光源から出射されたレーザビームを、回折光学素子により、加工対象物の表面でレーザビームの入射位置が一方向に並ぶように、複数本のレーザビームに分岐させる。加工対象物は、例えばセラミック基板である。複数本のレーザビームを、被加工面上で、ビーム断面が並ぶ方向と交差する方向に走査することにより、例えばスクライブ加工が行われる。
【０００４】
特許文献１のレーザ加工装置では、回折光学素子を、その光軸の周りに回転させて、被加工面内でビーム断面が並ぶ方向を回転させることにより、レーザビームの走査方向に直交する方向に関して、被加工面上のビーム断面同士の中心間隔を調整する。このようにして、スクライブラインの中心間隔が調整される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６８１４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーザアニール技術は、基板上で、断面が長尺形状に整形されたレーザビームを、ビーム断面の長尺方向と直交する方向に走査する。例えば、レーザビームを入射すべき領域が基板上に離散的に画定されている場合に、レーザビームの入射が必要でない領域にもレーザビームが照射される。このような場合、レーザビームのエネルギの利用効率がよくない。
【０００７】
特許文献１のレーザ加工装置では、レーザビームの走査方向に直交する方向に関して被加工面上のビーム断面同士の中心間隔を変化させるために、ビーム断面の並ぶ方向を変える。
【０００８】
本発明の一目的は、レーザビームのエネルギの利用効率を向上させることが可能なレーザアニール装置、レーザアニール方法、及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、新規な光学系を有し、被加工面上でビーム断面の並ぶ方向を変えることなく、レーザビームの走査方向に直交する方向に関してビーム断面同士の中心間隔を変化させることが可能なレーザアニール装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の観点によれば、レーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを複数本のレーザビームに分岐する分岐光学系と、前記分岐光学系で分岐された複数本のレーザビームが入射する第１のズーム光学系と、前記第１のズーム光学系から出射した前記複数本のレーザビームが加工対象物に入射するように、該加工対象物を保持する保持台と、前記加工対象物の表面と平行な方向に前記保持台を移動させる移動機構と、前記加工対象物の表面上で前記複数本のレーザビームが第１の方向に走査されるように、前記移動機構を制御する制御装置とを有し、前記分岐光学系は、前記加工対象物の表面上で複数本のレーザビームの断面が前記第１の方向と交差する第２の方向に並ぶように、前記レーザ光源から出射されたレーザビームを分岐させ、前記第１のズーム光学系は、前記加工対象物の表面で前記複数本のレーザビームの断面が前記第２の方向に並んで形成されるパタンの大きさを変化させるレーザアニール装置が提供される。
【００１１】
本発明の第２の観点によれば、表面に非晶質シリコン膜が形成された加工対象物上において、レーザビームの入射位置が第１の方向に並ぶように、レーザビームを分岐させて該加工対象物上に入射させる工程と、前記加工対象物上へのレーザビームの入射位置が、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動するように、分岐後のレーザビームを走査しながら、該レーザビームが該加工対象物に入射する状態と、入射しない状態と交互に繰り返す工程とを有するレーザアニール方法が提供される。
【００１２】
本発明の第３の観点によれば、表面に非晶質シリコン膜が形成された加工対象物上において、レーザビームの入射位置が第１の方向に並ぶように、レーザビームを分岐させて該加工対象物上に入射させる工程と、前記加工対象物上へのレーザビームの入射位置が、前記第１の方向と交差する第２の方向に移動するように、分岐後のレーザビームを走査する走査工程と、前記加工対象物上の前記走査工程でレーザビームが入射した領域内に、キャリアの移動方向が前記第２の方向と平行になるように薄膜トランジスタを形成する工程とを有する半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
第１の観点のレーザアニール装置では、分岐された複数本のレーザビームで加工対象物の表面を走査する。例えば、加工対象物の表面に、レーザビームを入射すべき領域が行列状に離散的に配置されているような場合に、レーザビームを入射すべき領域及びその近傍のみにレーザビームを入射させることが容易であり、レーザビームのエネルギの利用効率向上が図られる。第１の観点のレーザアニール装置ではまた、第１のズーム光学系が、加工対象物の表面上で第２の方向に並ぶビーム断面からなるパタンの大きさを変化させる。これにより、ビーム断面の並ぶ方向を変えることなく、相互に隣接するビーム断面の中心間隔を調整することができる。
【００１４】
第２の観点のレーザアニール方法、及び第３の観点の半導体装置の製造方法では、分岐後のレーザビームを加工対象物の表面で走査する。例えば、加工対象物の表面に、レーザビームを入射すべき領域が行列状に離散的に配置されているような場合に、レーザビームを入射すべき領域及びその近傍のみにレーザビームを入射させることが容易であり、レーザビームのエネルギの利用効率向上が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施例によるレーザアニール装置について説明する。図１は、第１の実施例のレーザアニール装置の概略図である。レーザ光源１が、平行光線のレーザビームＬを出射する。レーザビームＬはパルスレーザビームであり、その繰り返し周波数は、２００Ｈｚ以上であることが好ましく、例えば１〜５ｋＨｚであり、その波長は、２５０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲であることが好ましい。レーザ光源１として、例えば、第２高調波の発生装置を含むＹＡＧレーザ発振器（波長５３２ｎｍ）を用いることができる。
【００１６】
レーザ光源１から出射したレーザビームＬの、進行方向に直交するビーム断面は円形であり、ビーム断面内の光強度分布はガウス分布で近似される。制御装置１００がレーザ光源１を制御して、レーザ光源１から所定の繰り返し周波数でレーザビームＬが出射される状態と、レーザ光源１からレーザビームＬが出射されない状態とを切換える。
【００１７】
レーザ光源１から出射したレーザビームＬが、ホモジナイザ光学系２に入射する。ホモジナイザ光学系２は、レーザビームＬのビーム断面を例えば正方形に整形し、ビーム断面内の光強度分布を均一に近づけて、平行光線を出射する。
【００１８】
ホモジナイザ光学系２から出射したレーザビームＬが、マスク３に入射する。マスク３は、ホモジナイザ光学系２で整形されたレーザビームＬの断面よりやや小さい正方形の貫通孔を有する。マスク３に入射したレーザビームＬの断面の縁の部分が遮光され、残りの部分がマスク３の貫通孔を透過する。マスク３から出射したレーザビームＬの、進行方向に直交するビーム断面が、マスク３の貫通孔に対応する正方形となる。
【００１９】
マスク３の貫通孔を透過したレーザビームＬが、ビーム幅調整ズーム光学系４に入射する。ビーム幅調整ズーム光学系４は、ズームレンズを含んで構成され、レーザビームＬの断面を所望の倍率で拡大または縮小し、平行光線を出射する。
【００２０】
ビーム幅調整ズーム光学系４から出射したレーザビームＬが、折り返しミラー５で反射されて、回折光学素子６に入射する。回折光学素子６は、入射したレーザビームＬを複数本のレーザビームＬｂに分岐する。分岐された複数本のレーザビームＬｂは、回折光学素子６から放射状（扇の骨状）に出射し、相互に隣り合う２本のレーザビームＬｂの進行方向が一定の角度をなし、同一の平面に沿って進行する。分岐されたレーザビームＬｂのそれぞれは、進行方向に直交する断面が回折光学素子６に入射するレーザビームＬのそれと合同な平行光線である。
【００２１】
回折光学素子６で分岐されたレーザビームＬｂの本数は、例えば１００本〜１０００本程度である。なお、一般に回折光学素子は、例えば石英基板の表面に微細な凹凸パタンを形成することにより作製され、回折光学素子が所望の機能を有するように、凹凸パタンが設計される。
【００２２】
回折光学素子６で分岐された複数本のレーザビームＬｂが、平行化光学系７に入射する。平行化光学系７はｆθレンズを含んで構成され、回折光学素子６で分岐された複数本のレーザビームＬｂの進行方向を相互に平行にする。平行化光学系７は、それぞれ平行光線であるレーザビームＬｂを出射する。平行化光学系７から出射した複数本のレーザビームＬｂの断面は、レーザビームＬｂの進行方向と直交する仮想的な平面上で、一定の中心間隔で一方向に並ぶ。この平面上で複数本のレーザビームＬｂの断面が一方向に並んで形成されるパタンを、ビーム断面配列パタンと呼ぶこととする。
【００２３】
平行化光学系７から出射した複数本のレーザビームＬｂが、ビーム間隔調整ズーム光学系８に入射する。ビーム間隔調整ズーム光学系８は、ズームレンズを含んで構成され、ビーム断面配列パタンを所望の倍率で拡大または縮小し、それぞれ平行光線であるレーザビームＬｂを出射する。
【００２４】
ビーム間隔調整ズーム光学系８から出射した複数本のレーザビームＬｂが、加工対象物９の表面（被加工面）に垂直に入射する。被加工面上で複数本のレーザビームＬｂの断面が一定の中心間隔で一方向に並ぶ。
【００２５】
ビーム幅調整ズーム光学系４が、回折光学素子６に入射するレーザビームＬの断面の大きさを変化させる。これにより、回折光学素子６で分岐された各レーザビームＬｂの断面の大きさが変化するので、被加工面上の各レーザビームＬｂの断面の大きさが変化する。
【００２６】
また、ビーム間隔調整ズーム光学系８が、被加工面上のビーム断面配列パタンの大きさを変化させる。これにより、被加工面上で相互に隣接するレーザビームＬｂの断面の中心間隔（これをビーム間隔と呼ぶこととする）が変化するとともに、各レーザビームＬｂの断面の大きさが変化する。
【００２７】
ビーム間隔調整ズーム光学系８の拡大または縮小倍率を調整することにより、ビーム間隔を所望の値に調整できる。さらに、ビーム幅調整ズーム光学系４の拡大または縮小倍率を調整することにより、被加工面上の各レーザビームＬｂの断面を所望の大きさに調整できる。各レーザビームＬｂの断面の形状は、マスク３の貫通孔に対応した正方形である。ビーム幅調整ズーム光学系４により、被加工面上の各レーザビームＬｂの断面の一辺の長さを調整することができる。
【００２８】
ビーム間隔は、例えば８０μｍ〜５００μｍの範囲内で変化させることができる。被加工面上の各レーザビームＬｂの断面の一辺の長さは、例えば３μｍ〜３０μｍの範囲内で変化させることができる。
【００２９】
ＸＹステージ機構１０が、保持台１１、基台１２、及び移動機構１３を含んで構成される。保持台１１が加工対象物９を保持する。移動機構１３が、基台１２に対し、被加工面に平行な面内で、保持台１１を移動させる。制御装置１００が、移動機構１３を制御し、所望の時刻に所望の位置に保持台１１を移動させる。基台１２に対して固定され、Ｘ軸及びＹ軸が被加工面と平行であるＸＹ直交座標系を定義する。
【００３０】
図２（Ａ）は、被加工面上で一方向に並ぶ複数のビーム断面Ｓを示す加工対象物９の平面図である。複数のビーム断面ＳがＸ軸と平行な方向に並んでいる。また、各ビーム断面Ｓの一対の辺がＸ軸に平行であり、他の一対の辺がＹ軸に平行である。
【００３１】
なお、被加工面上でビーム断面Ｓが並ぶ方向は、回折光学素子６を、それに入射するレーザビームＬの中心軸の周りに回転させることにより設定することができる。また、ビーム断面Ｓの一辺の長さ方向は、マスク３を、その貫通孔を透過するレーザビームＬの中心軸の周りに回転させることにより設定することができる。なお、マスク３の姿勢を変化させて、ビーム断面Ｓの一辺の長さ方向を変化させても、ビーム断面Ｓが並ぶ方向は変化しない。
【００３２】
図２（Ｂ）に、被加工面上の１つのビーム断面Ｓ内の光強度分布のグラフを示す。他のビーム断面Ｓ内の光強度分布についても同様である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向の双方に関して、光強度はビーム断面Ｓ内で均一であり、ビーム断面Ｓの縁部での光強度の変化が急峻である。なお、ホモジナイザ光学系２によってもビーム断面Ｓを正方形に整形することができるが、マスク３で整形する方が、縁部での光強度の変化を急峻にしやすい。
【００３３】
次に、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を参照して、第２の実施例によるレーザアニール方法について説明する。第１の実施例のレーザアニール装置が用いられる。
【００３４】
まず、図３（Ａ）を参照して、加工対象物９について説明する。加工対象物９は、表面に非晶質シリコン膜が形成されたガラス基板であり、アニール処理後に、アクティブマトリックス方式のフラットパネルディスプレイ装置の部品となる。加工対象物９は、矩形形状を有し、一対の辺がＸ軸に平行となり、他の一対の辺がＹ軸に平行となる姿勢で保持台１１に保持される（図１も参照）。
【００３５】
加工対象物９の表面の非晶質シリコン膜上に、同一な構成の画素領域２１が、正方行列状に複数個画定されている。画素領域２１の各々が、１つの画素に対応する。各画素領域２１は、画素領域２１の大部分を占める表示領域２２と、画素領域２１の一角に画定されたスイッチ領域２３とを含む。各スイッチ領域２３は、内部に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されるべき領域である。スイッチ領域２３内に形成されるＴＦＴにより、そのスイッチ領域２３に対応する表示領域２２内の表示状態が制御される。
【００３６】
スイッチ領域２３の非晶質シリコン膜にレーザビームを入射させてシリコン膜を多結晶化することにより、そこに形成されるＴＦＴの性能を高めることができる。スイッチ領域２３以外の、ＴＦＴが形成されない領域は、シリコン膜を必ずしも多結晶化する必要がない。
【００３７】
画素領域２１が並ぶ行方向及び列方向が、それぞれＸ軸方向及びＹ軸方向と平行である。スイッチ領域２３の列が、Ｙ軸方向と平行となる。Ｘ軸方向に関して、１つのスイッチ領域２３の幅Ｗｓは、例えば２０μｍであり、相互に隣接するスイッチ領域２３同士の中心間隔Ｄｓは、例えば２００μｍである。
【００３８】
被加工面上に、スイッチ領域２３の列ごとに、Ｙ軸に平行で、それぞれ始点Ｐｓと終点Ｐｅとを結ぶ被走査線分ＳＬを定義する。始点Ｐｓと終点Ｐｅとを結ぶ方向ベクトルは、Ｙ軸正方向を向く。各被走査線分ＳＬは、Ｘ軸方向に関して、対応する列のスイッチ領域２３の中心に配置されている。つまり、被走査線分ＳＬそれぞれの上に、被走査線分ＳＬに対応する列のスイッチ領域２３が配置されている。被走査線分ＳＬの始点Ｐｓから終点Ｐｅまでの間に、その被走査線分ＳＬに対応する列のスイッチ領域２３がすべて含まれる。
【００３９】
次に、加工対象物９へのレーザビームの照射方法について説明する。加工対象物９へのレーザビームの照射を開始する前に、図１に示したビーム幅調整ズーム光学系４及びビーム間隔調整ズーム光学系８により、Ｘ軸方向に関して、被加工面上のビーム断面Ｓの幅がスイッチ領域２３の幅Ｗｓと等しく調整され、かつ、Ｘ軸方向に関して、被加工面上の相互に隣接するビーム断面Ｓ同士の中心間隔（ビーム間隔）が、相互に隣接するスイッチ領域２３の中心間隔Ｄｓと等しくなるように調整されている。さらに、ＸＹステージ機構１０により、複数のビーム断面Ｓのそれぞれの中心が、複数の被走査線分ＳＬのそれぞれの始点Ｐｓ上に配置されるように、加工対象物９が位置合わせされている。
【００４０】
複数本のレーザビームＬｂを被加工面に入射させながら、複数本のレーザビームＬｂのそれぞれが、対応する被走査線分ＳＬ上を、Ｙ軸正方向に始点Ｐｓから終点Ｐｅまで走査されるように、加工対象物９をＹ軸負方向に移動させる。
【００４１】
図３（Ｂ）を参照して、加工対象物９の移動速度について説明する。被加工面に入射する各レーザビームＬｂは、本実施例においてはパルスレーザビームである。各レーザビームＬｂについて、あるショットの入射領域Ｓ１と、その直後のショットの入射領域Ｓ２とが重なりを持つように、加工対象物９の移動速度が制御される。相互に連続する２つのショットの入射領域Ｓ１及びＳ２の重なり部分の面積が、例えば、１つのショットの入射領域Ｓ１またはＳ２の面積の９０％程度となるように、加工対象物９の移動速度が設定される。
【００４２】
各レーザビームＬｂが入射した領域は、対応する被走査線分ＳＬに沿って細長く、当該被走査線分ＳＬ上に配置されたスイッチ領域２３をすべて含む。このようにして、スイッチ領域２３のシリコン膜の多結晶化が行われる。
【００４３】
以上説明したように、第１の実施例のレーザアニール装置及び第２の実施例によるレーザアニール方法を用いれば、スイッチ領域の多結晶化を行うことができる。スイッチ領域の列の間の、多結晶化が必要ない領域にはレーザビームが照射されないので、レーザ光源から出射されたレーザビームのエネルギの利用効率が高まる。このため、例えば、出力の低いレーザ光源を用いてアニール処理を行うことが可能となる。波長６５０ｎｍ以下のレーザビームを用いることにより、非晶質シリコン膜の多結晶化が効率的に行われる。
【００４４】
上述の例では、走査方向と直交する方向に関して、１つのスイッチ領域の幅が２０μｍであり、相互に隣接するスイッチ領域の中心間隔が２００μｍであった。この場合について、スイッチ領域１列分のアニール処理について考える。
【００４５】
従来技術では、被加工面全面にレーザビームを照射する。このため、スイッチ領域の列間の隙間にもレーザビームが照射される。すなわち、スイッチ領域１列分のアニール処理のために、走査方向に直交する幅が２００μｍの領域にレーザビームが照射される。
【００４６】
一方、実施例のアニール方法では、走査方向に直交する幅が２０μｍの領域へのレーザビーム照射で済む。実施例のアニール方法は従来の方法に比べて、１／１０（＝２０μｍ／２００μｍ）の面積のアニール処理を行えばよい。すなわち、従来の方法に比べて１０％のエネルギでアニール処理が行えることになる。
【００４７】
実施例のレーザアニール装置を用いれば、ビーム幅調整ズーム光学系及びビーム間隔調整ズーム光学系により、被加工面上のビーム断面の走査方向に交差する方向の幅、及びビーム間隔を調整することができる。これにより、被加工面に画定されたスイッチ領域の大きさや配置に応じて、適切にアニール処理を行うことができる。
【００４８】
なお、シリコン結晶は、被加工面上のビーム断面Ｓの縁の近傍で、縁に直交する方向に成長しやすい。実施例のアニール方法で、ビーム断面Ｓは、走査方向（Ｙ軸方向）に直交する縁（Ｘ軸方向に平行な縁）を有するので、走査方向に長い結晶を得やすい。実施例のレーザアニール装置は、被加工面上のビーム断面Ｓのビーム間隔を変えても、ビーム断面Ｓの並ぶ方向が変わらず、ビーム断面Ｓが被加工面内で回転しないので、走査方向とビーム断面のある縁とが直交する状態が保たれる。なお、被加工面上のビーム断面Ｓの縁部で、光強度の変化が急峻なほど、シリコン結晶を成長させやすい。
【００４９】
次に、図４を参照して、第３の実施例による半導体装置の製造方法について説明する。上記実施例の方法でアニール処理が行われた後、加工対象物の各スイッチ領域２３内に、ＴＦＴが形成される。なお、ＴＦＴの形成方法として、公知のどの方法を用いてもよい。
【００５０】
図４に、スイッチ領域２３内に形成されるＴＦＴ２４の構成例を概略的に示す。ＴＦＴ２４は、ソース２５とドレイン２６とを含む。キャリアの移動方向が、レーザビームの走査された方向と平行になるように、ソース２５及びドレイン２６が配置されている。
【００５１】
実施例のアニール方法により、走査方向に長い結晶が得られる。このため、上述のような配置でソース２５及びドレイン２６を形成すれば、キャリアの移動方向に関してシリコン結晶の粒界が少なくなってキャリアの移動が容易になり、ＴＦＴ２４の性能が高められるであろう。
【００５２】
なお、シリコン膜の多結晶化された領域Ａ内に、スイッチ領域２３の列方向に並んだＴＦＴ２４のドレイン２６同士を電気的に接続する信号線２７を形成することもできる。
【００５３】
次に、図５を参照して、第４の実施例によるレーザアニール方法について説明する。第４の実施例の方法でも、第２の実施例のアニール方法と同様に、被走査線分ＳＬ上でレーザビームが走査される。ただし、本実施例では、走査中に、被走査線分ＳＬ上で相互に隣接する（スイッチ領域２３の列内で列方向に隣接する）スイッチ領域２３の間の、スイッチ領域２３が配置されない隙間Ａ１では被加工面へのレーザビームの入射を中断させ、スイッチ領域２３を含むスイッチ領域２３の近傍の領域Ａ２（図中点線で囲む領域）のみにレーザビームを入射させる。図１の制御装置１００がレーザ光源１を制御して、被加工面にレーザビームが入射する状態と入射しない状態とを切換える。
【００５４】
第４の実施例の方法では、スイッチ領域２３の列同士の間の領域に加え、さらに、列方向に隣接するスイッチ領域２３に挟まれた隙間Ａ１にもレーザビームが照射されない。このため、レーザ光源から出射されたレーザビームのエネルギの利用効率を、第２の実施例のアニール方法よりもさらに高めることができる。
【００５５】
次に、図６を参照して、第５の実施例によるレーザアニール方法について説明する。図１に示す回折光学素子６で分岐されたレーザビームＬｂの本数をＮとする。第２及び第４の実施例のレーザアニール方法で、１回の走査によりＮ列のスイッチ領域２３の列が多結晶化される。被加工面上に画定されている画素領域２１の列数がＮ列より多い場合は、１回の走査だけではすべての列のスイッチ領域２３を多結晶化することができない。第５の実施例では、このような場合のレーザアニール方法について説明する。なお、図６に示す例はＮが４である。
【００５６】
まず、１回目の走査で走査されるＮ本の被走査線分ＳＬ１の始点上に、Ｎ個のビーム断面Ｓ３のそれぞれを位置合わせした後、被走査線分ＳＬ１が始点から終点まで走査される。次に、１回目の走査で未走査のＮ本の被走査線分ＳＬ２の始点上に、ビーム断面Ｓ３のそれぞれを位置合わせした後、２回目の走査で被走査線分ＳＬ２が始点から終点まで走査される。このようにＮ本ずつ被走査線分の走査を繰り返すことにより、すべてのスイッチ領域２３の列を多結晶化することができる。
【００５７】
なお、従来のアニール方法では、被加工面上で一方向に細長い長尺形状に整形されたビーム断面を、ビーム断面の長尺方向と直交する方向に走査することにより、被加工面の全面のシリコン膜を多結晶化する。走査方向に直交する方向の加工対象物の寸法が、ビーム断面の長尺方向の長さより大きく、１回の走査で被加工面の全面を多結晶化できない場合は、複数回の走査を行って被加工面全面を多結晶化することになる。
【００５８】
従来のアニール方法で、このように複数回の走査を行う場合、多結晶化のされない領域が生じないようにするため、ある回の走査で走査される領域の、走査方向に平行な縁部と、別の回の走査でその領域に隣接して走査される領域の、走査方向に平行な縁部とが重なるように、走査を行うことになる。レーザビームの照射条件が、走査領域の縁部同士が重なる部分とその他の部分とで異なる。これに起因して、走査領域の縁部同士が重なった部分のシリコン結晶の質が、その他の部分のシリコン結晶の質と異なる。
【００５９】
第５の実施例のアニール方法は、複数回の走査を行っても、各回の走査でレーザビームが入射する領域同士が重なりを持たないので、シリコン結晶の質がばらつく問題が生じない。
【００６０】
次に、図７を参照して、第６の実施例によるレーザアニール装置について説明する。第６の実施例のレーザアニール装置は、第１の実施例のレーザアニール装置でホモジナイザ光学系２からビーム幅調整ズーム光学系４までの光路上に配置されたマスク３を除き、平行化光学系７からビーム間隔調整ズーム光学系８までの光路上にマスク３ａを挿入した構成を有する。マスク３ａは、回折光学素子６で分岐されたレーザビームＬｂの本数と同数の正方形の貫通孔を有し、マスク３ａの貫通孔により、平行化光学系７から出射した複数本のレーザビームＬｂのそれぞれの進行方向に直交する方向の断面が、正方形に整形される。
【００６１】
レーザ光源１から出射されるレーザビームＬの拡がり角が無視できない場合、第１の実施例のレーザアニール装置において、被加工面上のビーム断面の縁部の光強度変化は、マスク３の貫通孔の位置のビーム断面の縁部の光強度変化に比べて急峻でなくなる。第６の実施例のマスク３ａは、回折光学素子６よりも下流側（加工対象物側）に配置されている。このため、第１の実施例よりも、拡がり角の影響が低減されて、被加工面上のビーム断面の縁部の光強度変化を急峻にできる。
【００６２】
なお、回折光学素子６で分岐されたレーザビームＬｂの拡がり角は、分岐前のレーザビームＬの拡がり角と等しい。
【００６３】
なお、ビーム間隔調整ズーム光学系８により、マスク３ａの貫通孔を、被加工面に結像させることもできる。これにより、マスク３ａの貫通孔を被加工面に結像させない場合よりも、被加工面上のビーム断面の縁部の光強度変化を急峻にすることができる。
【００６４】
なお、上記実施例ではパルスレーザビームを出射するレーザ光源を用いたが、必要な出力のレーザビームを出射できるのであれば、連続波レーザビームを出射するレーザ光源を用いることもできる。
【００６５】
なお、上記実施例ではレーザ光源を制御して、被加工面にレーザビームが入射する状態と入射しない状態とを切り換えたが、例えば、レーザビームの光路上にメカニカルシャッタ、電気光学素子、音響光学素子等のシャッタを配置し、このようなシャッタで被加工面へのレーザビームの入射状態を切り換えてもよい。
【００６６】
なお、上記実施例では、回折光学素子が分岐させるレーザビームの本数を例えば１００本〜１０００本としたが、それ以外の本数であってもよい。必要なアニール処理に応じた本数のレーザビームを得られるように、回折光学素子を設計すればよい。
【００６７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施例によるレーザアニール装置の概略図である。
【図２】図２（Ａ）は、被加工面上のビーム断面の配置を説明するための加工対象物の平面図であり、図２（Ｂ）は、被加工面上のビーム断面内の光強度分布を示すグラフである。
【図３】図３（Ａ）は、第２の実施例によるレーザアニール方法を説明するための加工対象物の平面図であり、図３（Ｂ）は、パルスレーザビームの連続するショットの入射領域の重なりを示す加工対象物の平面図である。
【図４】図４は、第３の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための、加工対象物の平面図である。
【図５】図５は、第４の実施例によるレーザアニール方法を説明するための加工対象物の平面図である。
【図６】図６は、第５の実施例によるレーザアニール方法を説明するための加工対象物の平面図である。
【図７】図７は、第６の実施例によるレーザアニール装置の概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  レーザ光源
２  ホモジナイザ光学系
３  マスク
４  ビーム幅調整ズーム光学系
５  折り返しミラー
６  回折光学素子
７  平行化光学系
８  ビーム間隔調整ズーム光学系
９  加工対象物
１０  ＸＹステージ機構
１１  保持台
１２  基台
１３  移動機構
１００  制御装置
Ｌ  （分岐前の）レーザビーム
Ｌｂ  （分岐後の）レーザビーム
【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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