(57)【要約】【課題】  アニール処理時に形成されたピッチムラを低減でき、また、装置構成が簡単で、かつ汎用性が高いレーザーアニール装置及びその方法の提供。【解決手段】レーザー発振器と、生成されたレーザービームの光路内に設けられ、レーザービームを線状のプロフィールに成形するビーム成形手段と、成形されたレーザービームの被照射位置にてレーザーアニールの対象物を支持する載置台を備えた処理室とを有するレーザーアニール装置において、前記レーザービームの光路内に、複屈折結晶を、この複屈折結晶に入射するレーザービームをレーザービームの集光方向に分割するように配置するレーザーアニール装置、及びその方法。【選択図】図２
2008252064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー発振器と、当該レーザー発振器から出力されたレーザービームを、アニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形するビーム成形手段とを備えたレーザーアニール装置において、
前記レーザー発振器からビーム成形手段を経て被照射面に到るレーザービームの光路内で前記レーザービームをその集光方向に分割する第１の複屈折結晶を少なくとも１個備えたことを特徴とするレーザーアニール装置。
【請求項２】
前記光路内に、前記レーザービームをその均一化方向に分割する第２の複屈折結晶を少なくとも１個備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザーアニール装置。
【請求項３】
前記光路内で第１及び第２の複屈折結晶の複数個を列設し、当該光路の最上流側に、第２の複屈折結晶を位置させたことを特徴とする請求項２記載のレーザーアニール装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の各複屈折結晶を、前記光路内で当該レーザービームが平行光となる領域に配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレーザーアニール装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の各複屈折結晶は、１軸性の結晶であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のレーザーアニール装置。
【請求項６】
レーザー発振器からレーザービームを出力し、当該レーザービームをアニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形し、線状のレーザービームを走査させながら対象物に照射するレーザーアニール方法において、
前記レーザー発振器から出力されたレーザービームが被照射面に到るまでの間で、複屈折結晶により集光方向に分割するようにしたことを特徴とするレーザーアニール方法。
【請求項７】
前記レーザー発振器から出力されたレーザービームが被照射面に到るまでの間で、他の複屈折結晶によりレーザービームの高調波成分を除去することを特徴とする請求項６記載のレーザーアニール方法。
【請求項８】
前記レーザビームの集光方向への分割及び高調波成分の除去を、レーザービームが平行光となる領域で行うことを特徴とする請求項６または請求項７記載のレーザーアニール方法。
【請求項９】
前記レーザービームの高調波成分の除去を行った後、当該レーザビームを集光方向に分割することを特徴とする請求項７または請求項８記載のレーザーアニール方法。
【請求項１０】
前記被対象物が、アモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のレーザーアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(ＬＴＰＳ  ＴＦＴ)を用いた有機ＥＬディスプレイ(ＯＬＥＤ)や液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)は、高精細、高画質なフラットパネルディスプレイとして注目されている。このようなＬＴＰＳ  ＴＦＴの製造工程においては、ガラス基板表面に非晶質シリコン膜(以下、「ａ−Ｓｉ膜」という)を形成したものを対象物とし、当該対象物にレーザービームを照射してアニール処理することで、多結晶シリコン膜を形成するためにレーザーアニール装置が用いられている。この種のレーザーアニール装置においては、レーザービームを対象物の被照射面で線状のプロフィールに成形し、当該線状のレーザービームに対して直交する方向（ビームの幅方向）に一定の速度でレーザービームを走査させながら照射することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２７０３７９号公報（図９及び段落００６９等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のように線状に成形したレーザービームを走査させながら照射すると、アニール処理により得られた多結晶シリコン膜に線状のレーザービームに沿うピッチムラが周期的または局所的に発生し、結晶の均一性が悪くなるという不具合がある。このようなピッチムラが存するものを上述のディスプレイに用いると、その点灯時にスジムラとして現れることから、高品位パネル用のものとしては利用できない。
【０００４】
ここで、結晶の不均一性に基づくピッチムラの発生は、レーザー発振器からパルス発振されるレーザービームのパルス変動に起因している。つまり、レーザー発振器において時間軸に対するパルスの立ち上がり時間やパルスの到達最大強度を略一定にできないことで、対象物に照射されるレーザービームの強度（エネルギ）がパルス毎にばらつき、当該レーザービームの強度のばらつきが、被照射面にレーザービームを照射したときにそのまま照射強度の変化となる。その結果、アニール処理により多結晶シリコン膜を形成するような場合には、多結晶化の程度に差異が生じ、結晶の均一性が悪くなる。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、線状のレーザービームを走査させながら照射してアニール処理を行う場合に、被照射面でのレーザービームの照射強度を略均一化できる装置構成が簡単なレーザーアニール装置及びレーザーアニール方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のレーザーアニール装置は、レーザー発振器と、当該レーザー発振器から出力されたレーザービームを、アニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形するビーム成形手段とを備えたレーザーアニール装置において、 前記レーザー発振器からビーム成形手段を経て被照射面に到るレーザービームの光路内で前記レーザービームをその集光方向に分割する第１の複屈折結晶を少なくとも１個備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、レーザービームの光路内に第１の複屈折結晶を配置し、レーザー発振器から出力されたレーザービームをその集光方向に分割するようにしたため、当該第１の複屈折結晶の非線形光学効果により、レーザー発振器からパルス発振されるレーザービームの強度（エネルギ）がパルス毎にばらついたとしても、対象物の被照射面でのレーザービームの照射強度を略均一化できる。その結果、本発明をアニール処理による多結晶シリコン膜の形成に適用すれば、ピッチムラが周期的または局所的に発生することを低減できる。また、本発明においては、光路内に第１の複屈折結晶を設けるだけだから、簡単な装置構成で被照射面での照射強度を均一化する構成を実現できる。
【０００８】
本発明においては、前記光路内に、前記レーザービームをその均一化方向に分割する第２の複屈折結晶を少なくとも１個備えておけば、当該複屈折結晶が光学的ローパスフィルターとしての役割を果たし、レーザービームの高調波成分が除去されるため、レーザービームの走査方向に縞状の干渉縞が生じることが低減されてよい。
【０００９】
前記光路内で第１及び第２の複屈折結晶の複数個を列設し、当該光路の最上流側に、第２の複屈折結晶を位置させておけば、アニール処理により多結晶シリコン膜を形成するような場合に、レーザービームの走査の痕跡が殆ど残らず、略均一に多結晶化でき、高品位パネル用のものとして最適なものが得られる。
【００１０】
なお、本発明においては、前記第１及び第２の各複屈折結晶は、１軸性の結晶とすればよい。
【００１１】
また、前記第１及び第２の各複屈折結晶を、前記光路内で当該レーザービームが平行光となる領域に配置しておけば、収差が生じ難くできてよい。
【００１２】
さらに、上記課題を解決するために、本発明のレーザーアニール方法は、レーザー発振器からレーザービームを出力し、当該レーザービームをアニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形し、線状のレーザービームを走査させながら対象物に照射するレーザーアニール方法において、前記レーザー発振器から出力されたレーザービームが被照射面に到るまでの間で、複屈折結晶により集光方向に分割するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
この場合、前記レーザー発振器から出力されたレーザービームが被照射面に到るまでの間で、他の複屈折結晶によりレーザービームの高調波成分を除去することが好ましい。
【００１４】
また、前記レーザビームの集光方向への分割及び高調波成分の除去を、レーザービームが平行光となる領域で行うようにすればよい。
【００１５】
前記レーザービームの高調波成分の除去を行った後、当該レーザビームを集光方向に分割すればよい。
【００１６】
なお、本発明においては、前記被対象物が、アモルファスシリコン膜であるときに特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のレーザーアニール装置は、レーザー発振器と、レーザー発振器から出力されたレーザービームを、アニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形するビーム成形手段と、被照射面にてアニール処理すべき対象物を保持する載置台を有する処理室とを備え、レーザー発振器からビーム成形手段を経て被照射面に到るレーザービームの光路内に、第１の複屈折結晶を、この第１の複屈折結晶に入射するレーザービームをその集光方向に分割するように配置している。
【００１８】
図１を参照して第１の複屈折結晶について説明する。複屈折結晶Ａに入射した平行なレーザービームＬは、２つのビームレット、即ち、そのまま直進する常光線Ｌ１と、図１中の矢印で示した結晶軸（光学軸）方向に沿って進む異常光線Ｌ２とに分割される。この常光線Ｌ１と異常光線Ｌ２との間のビームレット間隔Ｓに平行な方向Ｄが、レーザービームの集光方向と同一となるように配置することで、レーザービームのパルス毎のエネルギーを均一化できる。これにより、非晶質シリコン膜にレーザービームを照射してアニール処理し、多結晶シリコン膜を得るような場合に、レーザー発振器でのパルス毎の強度（エネルギー）の違いに起因した、線状のレーザービームに沿うピッチムラが生じることを低減できる。
【００１９】
このビームレット間隔Ｓは、第１の複屈折結晶の材料固有の屈折率と複屈折結晶の厚みとの関係で変更できる。例えば、当該複屈折結晶の厚みを大きくすれば、ビームレット間隔Ｓを大きくでき、また、材料固有の屈折率、即ち光学軸の傾きを大きくすれば、同じ厚みのものであってもビームレット間隔Ｓを大きくできる。
【００２０】
本実施の形態において用いられる第１の複屈折結晶としては、１軸性の結晶、例えば、水晶や、Ｌi２Ｂ４Ｏ７結晶やＬiＢ３Ｏ５結晶などが上げられる。入手のしやすさ、加工性、耐水性の観点からは水晶を用いることが好ましく、分割幅を大きくしたい場合には、Ｌi２Ｂ４Ｏ７結晶やＬiＢ３Ｏ５結晶を用いることが好ましい。このような複屈折結晶は、入手が容易で、かつ、加工性もよいため、このようなレーザービームのパルス毎のエネルギーを均一化できる光学系を作製することは非常に簡易である。
【００２１】
次に、図２を参照して上記複屈折結晶を備えた本発明のレーザーアニール装置を説明する。ここで、図２は、本発明のレーザーアニール装置の光学部品の配置とレーザービームの光路とを模式的に示したものであり、（ａ）はレーザービームの集光方向（以下、これをｘ方向とする）の模式図であり、（ｂ）はレーザービームの均一化方向（以下、これをｙ方向とする）の模式図であり、後述する（ｃ）は均一化方向の一部拡大図である。
【００２２】
図２を参照して説明すれば、本実施の形態のレーザーアニール装置は、パルス発振のレーザー発振器１を備える。レーザー発振器１から発振されたレーザービームは、光軸補正ミラー２に入射され、レーザービームの光軸が補正される。レーザー発振器１としては、固体グリーンレーザー、ガスレーザー、半導体レーザー、色素レーザー等、公知の構造を有するものを用いることができる。また、このレーザー発振器１から発振されたレーザービームは、ランダム偏光したものであることが好ましい。
【００２３】
補正ミラー２を経たレーザビームは、減衰器３に入射され、レーザービームのエネルギーが所定値に減衰させる。そして、レーザービームは、入射するレーザービームをレーザービームの集光方向に分割するように配置された第１の複屈折結晶４に入射され、第１の複屈折結晶４に入射されたレーザービームが、図２において図示省略した異常光線と常光線とに分割される（図１参照）。
【００２４】
ここで、複屈折結晶４を経たレーザービームに対しては、後述する拡大レンズ８に入射する前に、初期直径を与える必要があるため、第１の拡大レンズ５及びコリメートレンズ６に順次入射される。これにより、第１の拡大レンズ５によりレーザービームの直径が拡大され、コリメートレンズ６により平行光に整えられる。そして、コリメートレンズ６により平行光に整えられたレーザービームは、光軸補正ミラー７に入射され、レーザービームの光軸が補正される。そして、光軸が補正されたレーザービームはビーム成形手段に入射され、対象物の被照射面において線状のプロフィールに成形される。
【００２５】
ビーム成形手段においては、光軸補正ミラー７を通過したレーザービームが、先ず拡大レンズ８を通って集光方向及び均一化方向にその直径が拡大される。例えば、拡大レンズ８に入射されたレーザービームはスポット状であり、その直径が１２ｍｍ程度であり、拡大レンズ８を通ると、集光方向については直径８０ｍｍ程度、均一化方向については直径３０ｍｍ程度に拡大され、楕円状とされる。次いで、この楕円状のレーザービームは、ｙ方向のみ平行光とするｙコリメートレンズ９に入射され、集光方向については直径を拡大し、均一化方向に対しては平行光となる。
【００２６】
次いで、レーザービームはｘ方向のみ平行光とするｘコリメートレンズ１０に入射され、集光方向に対しては平行光となり、均一化方向に対してはｘコリメートレンズ１０入射時と同一の平行光の状態で射出される。そして、レーザービームはｙ方向のみ集光するｙ集光レンズ１１に入射される。均一化方向については、後述する導波路１２内で多重反射させるために、レーザービームがｙ集光レンズ１１の先にある導波路１２より前で集束し、その後発散するようにｙ集光レンズ１１を構成する。集光方向については平行光のままで射出される。
【００２７】
次いで、レーザービームは導波路１２に入射される。この導波路１２内でレーザービームは多重反射されて、反射ごとにビームレットが２本ずつ増える。従って、レーザービームは、導波路１２から射出する時には、反射回数ｍに対して（２ｍ＋１）で表される複数本のレーザービーム（ビームレット）に分割されるので、レーザービームのコヒーレント性を低減することができる（図２（ａ）及び図２（ｂ）では各ビームレットを図示せず）。導波路１２に入射される前で均一化方向のみ集光レンズによって集束されていたことから、導波路１２から射出した複数のレーザービームは、均一化方向でのみ広がり、集光方向に対しては平行光の状態を保つ。
【００２８】
これらの複数のビームレットは、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４に入射され、集光方向に対しては平行光の状態で射出される。均一化方向でのレーザービーム（ビームレット）の振る舞いについて、導波路１２〜第３のｙ転写レンズ１６間の拡大図（図２（ｃ））を用いて説明する。なお、図２（ｃ）では説明のため全てのビームレットについては図示していないが、図２（ｃ）中、Ｌはビームレットの光路である。
【００２９】
次いで、導波路１２から射出したビームレットは、導波路１２から射出すると広がりながら直進し、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４とに順次入射され、屈折して、二つのビームレット群に分かれるが、後述する基板Ｓの照射位置で各ビームレットが重なって、１つのレーザービームとなるように構成されている。
【００３０】
次いで、一方のビームレット群に位相差が与えられた状態で、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、レーザービームは第１及び第２のｙ転写レンズ１３、１４とは異なる向きに配置された第３のｙ転写レンズ１６及びｘ方向のみ集光するｘ集光レンズ１７に入射することによって、集光方向に対しては集光され、また、均一化方向に対しては、レーザービームはｙ転写レンズ１６により収差を補正されつつ拡大される。このようにして、レーザービームは線状の所望のプロフィール（ｙ方向：＞１００ｍｍ、ｘ方向：＜５０μｍ）になるように成形され、入射窓１８を通ってチャンバー（図示せず）内の載置台（図示せず）に載置されたａ−Ｓｉ膜１９上（被照射面）に照射され、レーザーアニール処理により多結晶シリコン膜が形成される。このレーザービームのプロフィールは、アニール処理すべき対象物に応じて適宜選択することができる。
【００３１】
ここで、対象物としては、例えば、ａ−Ｓｉ膜（アニールにより多結晶シリコン膜を形成する）や、Ｓｉ基板（アニールによりＳｉ基板の添加物を活性化する）などがあげられる。この場合、ａ−Ｓｉ膜としては、ＣＶＤ法により形成された膜厚３００Å〜１０００Åのものである。
【００３２】
例えば、本実施の形態のレーザーアニール装置を用いてａ−Ｓｉ膜をアニール処理して多結晶シリコン膜を形成する場合には、ガラス基板上にＣＶＤ法によりＳｉＮ、ＳｉＯ、ａ−Ｓｉが、順次厚さ１００Å、３０００Å、５００Åで成膜されたものが用いられ、このような対象物をアニール装置内に載置し、脱水素アニール工程を３５０〜５００℃で５〜１５分間行った後に、レーザー出力：３００〜７００ｍＪ／ｃｍ２で、真空チャンバーの雰囲気：窒素雰囲気などの不活性ガス雰囲気、圧力：３０〜５００Ｐａ、温度：常温状態の条件に設定してレーザーアニールを行う。この場合、基板表面でのアニール温度は、６００〜１８００℃である。
【００３３】
本実施の形態においては、第１の複屈折結晶４を減衰器３とコリメートレン５ズとの間に配置したが、レーザー発振器１からビーム成形手段を経て被照射面に到る光路内であれば、いずれの位置に配置してもよいが、収差が生じないようにレーザービームが平行光となる領域に配置することが好ましい。例えば、コリメートレンズ６と光軸補正ミラー７との間や、光軸補正ミラー７と拡大レンズ８との間やｘコリメートレンズ１０とｙ集光レンズ１１との間に配置するのがよい。平行光でない位置に配置した場合には、レンズデザインを変更するか、レンズの位置調整により収差が生じないようにすればよい。
【００３４】
ところで、本実施の形態で説明したものはコヒーレント性が高いので、第１の複屈折結晶４を、当該第１の複屈折結晶４に入射されるレーザービームを集光方向に分割するように設置し、対象物の被照射面でのレーザービームの照射強度を略均一化したとしても、対象物に、レーザービームの走査方向に対して平行又は斜めの干渉縞を生じさせる虞がある。
【００３５】
このような場合には、他の実施の形態として、レーザーアニール装置の光路内に、第１の複屈折結晶４に加えて、図示省略した第２の複屈折結晶（第１の複屈折結晶４と同一構造のもの）が、そのビームレット間隔Ｓに平行な方向Ｄが均一化方向と同一となるように配置される（即ち、第２の複屈折結晶の光学軸が、第１の複屈折結晶４の光学軸に対して９０°回転させて配置される）。これにより、第２の複屈折結晶が空間的な光学ローパスフィルターとしての役割を果たすことで、レーザービームの高調波成分が除去され、レーザービームのコヒーレント性に起因した走査方向に対して平行な縞状の照射痕を低減することができる。
【００３６】
また、レーザービームが第２の複屈折結晶に入射され、分割されることで得られた各ビームレットが、それぞれ異なる偏光パターンとなるため、互いに干渉し難くなり、より照射痕を低減することができる。このような照射痕間隔は、第２の複屈折結晶を用いずにレーザーアニール処理した多結晶膜上に発生した照射痕間隔から決定することができる。そして、照射痕間隔がビームレット間隔Ｓに比べて大きい場合には、第２の複屈折結晶を光路中に２以上配置して、各別の複屈折結晶でレーザービームを２つずつ分割して、全体としてビームレット間隔を広くして、照射痕間隔を埋めることができる。
【００３７】
さらに、このような第２の複屈折結晶を複数枚用いることで、ビーム調整による照射痕間隔の変更に容易に対応することができる。第２の複屈折結晶を光路中に２以上配置すれば、１つ配置した場合に比べて干渉をより低減させることが可能である。また、ビーム品質に合わせて容易に調整が出来るという利点を有する。
【００３８】
第２の複屈折結晶は、光路内であればその位置は問わないが、収差が生じないように、第１の複屈折結晶４と同様にレーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。平行光でない位置に配置した場合には、レンズデザインを変更するか、レンズの位置調整により収差が生じないようにすればよい。
【００３９】
ここで、第１及び第２の複屈折結晶の複数個を光路内に配置する場合の例を図３に示す。これによれば、第１及び第２の複屈折結晶４ａ、４ｂは、減衰器３とコリメートレンズ５との間で所定の間隔を存して列設され、光路の上流側から、均一化方向にレーザービームを分割する第２の複屈折結晶４ｂが４個設けられ、次に、集光方向に分割する第１の複屈折結晶４ａ及び第２の複屈折結晶４ｂが交互に設けられている。
【００４０】
このような構成を採用することで、上流側の４個の第２の複屈折結晶４ｂを通ったレーザービームが一次元的に多分割され（楕円偏光生成領域）、下流側の第１及び第２の複屈折結晶４ａ、４ｂを通ったレーザービームが２次元的にチルトされる（この場合、第１の複屈折結晶４ａによりパルス毎の強度の均一化も併せて図られる）。これにより、スパイキービーム成分の生成確率が抑制される。その結果、アニール処理により多結晶シリコン膜を形成するような場合には、多結晶化の程度の均一化でき、レーザービームの走査方向に対して垂直なピッチムラ及び走査方向に対して平行な縞状の干渉縞を著しく低減でき、高品位パネルとして利用可能になる。
【００４１】
また、さらに他の実施の形態として、斜めの干渉縞が生じる場合には、レーザーアニール装置の光路中に波長板を設け、干渉を低減させることができる。この波長板は、波長板の遅延軸に対する垂線とビーム偏光方向のうちの長軸方向との間で所定の角度をなすように配置されている。レーザービームはこの所定の角度をなすように配置された波長板に入射されることで、ランダム偏光であるレーザービームのうち、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となるので、干渉しに難くなり、斜めの縞状の照射痕を低減することができる。波長板としては、入射光線に対して１波長未満の波長差を生じさせる機能を有する波長板が好ましい。例えば、１／２波長板、１／３波長板、２／３波長板、１／４波長板、３／４波長板、１／５波長板、２／５波長板、３／５波長板、４／５波長板、１／８波長板、３／８波長板、５／８波長板などが挙げられる。
【００４２】
この場合の斜めの照射痕の原因となる偏光成分を低減するための所定の角度は、波長板の種類及びレーザー発振器１１によって変わってくる。例えば、４分の１波長板と、Ｎｄ：ＹＡＧを活性媒質とし、平均パワー２００Ｗ、パルス繰り返し周波数：４ｋＨｚ、ビーム品質：Ｍ２≒１０、レーザー直径：１２．５ｍｍのレーザー発振器を用いた場合、このランダム偏光の偏光成分のうち長軸方向を基準とし、この基準に対して反時計回りに傾けた前記遅延軸の垂線がこの基準となす傾斜角φが、−１０＜φ＜３０°となるように４分の１波長板が配置されている場合には、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。
【００４３】
特に、傾斜角φが０≦φ≦２０°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。また、傾斜角φが１７０＜φ＜２１０°の場合にも、それぞれ前記の長軸方向と垂線との関係が−１０＜φ＜３０°の場合と同一であるので、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となって干渉しにくくなり、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。この場合にも、傾斜角φが１８０≦φ≦２００°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。これ以外にも、傾斜角φが１００＜φ＜１５０°又は２８０＜φ＜３３０°の場合にも、レーザービームの走査方向に対して斜めの縞状の照射痕を低減することが可能である。特に、傾斜角φが１１０≦φ≦１４０°又は２９０≦φ≦３２０°である場合には、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。
【００４４】
上記においては、波長板として４分の１波長板を配置した場合について説明したが、４分の１波長板でなくとも、波長板であれば、所定の角度（傾斜角）をなすように配置すれば、上記と同様の結果を得ることができる。例えば、波長板として、例えば、波長板として、３分の１波長板を配置した場合には、所定の角度を、４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°、好ましくは５０≦φ≦８０°、１１０≦φ≦１３０°、２３０≦φ≦２６０°、又は２９０≦φ≦３１０°となるように配置すればよい。
【００４５】
４分の３波長板を配置した場合には、−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°、好ましくは、０≦φ≦５０°、１２０≦φ≦１６０°、１８０≦φ≦２３０°、又は３００≦φ≦３４０°となるように配置すればよい。これらの４分の１波長板ではない波長板を用いた場合にも、波長板は光路中であればどこに配置してもよいが、収差がなるべく生じない様に、レーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。
【００４６】
また、さらに他の実施の形態として、光路中の基板の直前に２以上のスリット板を設けて、レーザービームの強度が中央部とは異なっているレーザービームの端部を、スリット板の開口部以外の場所で反射して、レーザービームの中央部のみ開口部を通過させ、アニール対象基板に照射するように構成してもよい。このように光路中に２以上のスリット板を設けることで、強度の一定な中央部のレーザービームのみ通過せしめ、強度の異なる端部のレーザービームを照射したことによるアニール対象基板の表面に生じたピッチムラを低減することができる。
【００４７】
各スリット板の開口部の長手方向の長さは、レーザービーム断面の長手方向の長さより短く、載置台に近づくにつれて順次短くなるように構成されている。このように構成することで、一枚のスリット板に当たるレーザービーム量が低減されて、スリット板にレーザービームが当たって生じる熱を全体として低減できるので、熱によるレーザービーム端部での強度分布の変化を低減させることが可能である。
【実施例１】
【００４８】
プラズマＣＶＤ法によりプラズマを形成し、ガラス基板上に、ＳｉＮｘ膜を厚さ１０００Åで形成し、続けてＳｉＯｘ膜を厚さ３０００Åで形成した。次いで、ＳｉＯｘ膜上にａ−Ｓｉ膜を厚さ５００Åで形成し、脱水素処理を８分間行って、レーザーアニール処理すべき対象物たる基板を得た。
【００４９】
この基板を、図２に示したレーザーアニール装置の基板載置台に載置した。複屈折結晶４としては、４０ｍｍ×４０ｍｍ×８．４ｍｍの１軸性の水晶を減衰器３とコリメートレンズ５との間に配置し、レーザー発振器１としてグリーンレーザーを用いた。そして、上記ａ−Ｓｉ膜が形成された基板に対してレーザー出力４５０ｍＪ／ｃｍ２、Ｎ２ガス雰囲気、大気圧、常温状態の条件で２μｍピッチでレーザーアニールを行い（レーザービームのプロフィールは、１５０ ｍｍ×４０μｍの線状ビーム）、多結晶シリコン膜を作製し、その表面を観察した。
（比較例１）
【００５０】
比較例１では、実施例１と同様のレーザーアニール装置を用いたが、１軸性の水晶は配置せずにレーザーアニール処理し、多結晶シリコン膜を作製し、その膜の表面を観察した。
【００５１】
図４（ａ）及び（ｂ）は、実施例１により作製した多結晶シリコン膜表面の顕微鏡写真及びその一部拡大写真をそれぞれに示し、図５（ａ）及び（ｂ）は、比較例１で作製した多結晶シリコン膜表面の顕微鏡写真及びその一部拡大図をそれぞれに示す。これによれば、比較例１では、膜の表面に走査方向に対して垂直なピッチムラが約３００μｍ間隔で周期的に発生しており、パルス毎のエネルギーの変動に起因いｓてピッチムラが生じることが判る。それに対して、実施例１では、比較例１に比べて、膜の表面の、レーザービームの走査方向に対して垂直なピッチムラが低減されていることが判る。
【００５２】
ここで、実施例１及び比較例１の結果をそれぞれ示す図４（ａ）及び図５（ａ）中の顕微鏡写真における線Ｌ３及びＬ４上での色の強度を、相対強度として比較した結果のグラフを図６に示す。図６中、縦軸は相対強度を示している。横軸は、図４（ａ）及び図５（ａ）中の顕微鏡写真における線Ｌ３及びＬ４での位置（上を０、下を２４０としている）を示すものであり、図６中矢印で示した長さが３００μｍに対応する。
【００５３】
これによれば、比較例１では、３００μｍ前後の周期で相対強度が２２０前後から１６０前後まで変化している。これに対し、実施例１では、相対強度が３００μｍ前後の周期で変化しているものの、その強度は、２２０前後から１８０前後でしか変化していない。このことから、複屈折結晶を集光方向に対してレーザービームを分割するように設けることで、相対強度の変化を３０％前後抑えられることが判った（図６参照）。
【実施例２】
【００５４】
実施例１により得られた多結晶シリコン膜は、実用上問題はなかったが、レーザービームの走査方向に対して平行な干渉縞が多結晶膜表面でわずかながら発生する場合があった。そこで、さらに第２の複屈折結晶を、レーザービームの均一化方向にレーザービームを分割するように配置し、実施例１と同一条件でレーザーアニールを行なった。その結果、多結晶シリコン膜に生じていたレーザービームの走査方向に対して平行な干渉縞が低減したことが分かり、より高品質な多結晶シリコン膜を得られたことがわかった。
【実施例３】
【００５５】
実施例３では、実施例１と同様のレーザーアニール装置を用いたが、減衰器３とコリメートレンズ５との間には、図３に示すように第１及び第２の複屈折結晶４ａ、４ｂを８個所定の間隔を存して列設することとした。そして、実施例１と同様に作製した基板に対し、実施例１と同条件でレーザービームを照射してアニール処理した。
【００５６】
図７は、実施例３により作製した多結晶シリコン膜の写真である。これによれば、良好な表面モフォロジーとなり、レーザー照射均一性が格段に向上していることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のレーザーアニール装置及びその方法を用いれば、例えば、ａ−Ｓｉ膜をアニール処理して多結晶シリコン膜を得た場合に、この多結晶シリコン膜を用いれば、ＬＴＰＳ  ＴＦＴ等の自発光型ディスプレイ作製において表示ムラのない、高品質なディスプレイを作製することが可能である。従って、本発明はディスプレイ作製分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のレーザーアニール装置に用いられる複屈折結晶の模式図。
【図２】本発明のレーザーアニール装置の構成とレーザービームの光路とを模式的に示す図であって、（ａ）は集光方向、（ｂ）は均一化方向、（ｃ）は均一化方向の一部拡大図。
【図３】第１及び第２の複屈折結晶の配置を説明する斜視図。
【図４】本発明のレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の顕微鏡写真であって、（ａ）は、基板表面の顕微鏡写真、（ｂ）はその拡大写真。
【図５】複屈折結晶を用いなかったレーザーアニール装置を用いてレーザーアニールした場合の基板表面の顕微鏡写真であって、（ａ）は、基板表面の顕微鏡写真、（ｂ）はその拡大写真。
【図６】実施例１及び比較例１により得られた多結晶シリコン膜の周期的な相対強度の違いを示すグラフ。
【図７】実施例３で作製した多結晶シリコン膜を示す写真。
【符号の説明】
【００５９】
１ レーザー発振器   ２ 光軸補正ミラー
３ 減衰器    ４ 複屈折結晶
５ 拡大レンズ   ６ コリメートレンズ
７ 光軸補正ミラー   ８ 拡大レンズ
９  ｙコリメートレンズ  １０ ｘコリメートレンズ
１１ ｙ集光レンズ   １２ 導波路
１３ 第１のｙ転写レンズ  １４ 第２のｙ転写レンズ
１５ 位相差板   １６ 第３のｙ転写レンズ
１７ ｘ集光レンズ   １８ 入射窓
１９  ａ−Ｓｉ膜   Ａ 複屈折結晶
Ｌ レーザービーム   Ｓ ビームレット間隔
【図１】
2008252064.tif 000003
【図３】
2008252064.tif 000004
【図６】
2008252064.tif 000005
【図２】
2008252064.tif 000006
【図４】
2008252064.tif 000007
【図５】
2008252064.tif 000008
【図７】
2008252064.tif 000009