(57)【要約】【課題】レーザ光源として固体レーザを採用したときにも、被照射物の全面を均一なエネルギーで照射することができる照射装置を提供する。【解決手段】ガルバノメータ１２及びガルバノメータ１２に取り付けられた反射鏡１３からなるレーザ光偏向部９を備える。ガルバノメータ１２が、可動ステージ１１の移動方向に対して垂直な方向に、アニール対象物１４におけるレーザ光の照射領域が一定の速度で移動するように、反射鏡１３を振動させる。すなわち、レーザ光偏向部９は、当該照射領域の移動軌跡が三角波となるように、レーザ光を偏向する。【選択図】　図１
2004063692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光をパルス発振する固体レーザと、
所定の方向に移動可能とされており、被照射物を支持するステージと、
上記各レーザ光を上記被照射物に対して照射する照射手段と、
上記被照射物上の照射領域を移動させる照射領域移動手段とを備え、
上記照射領域移動手段は、上記被照射物における上記照射領域の移動軌跡が三角波となるように、上記照射領域を、上記ステージの移動方向に対する角度がθ°（０＜θ≦９０）となる方向へ移動させること
を特徴とする照射装置。
【請求項２】
上記照射領域移動手段は、ガルバノメータであること
を特徴とする請求項１記載の照射装置。
【請求項３】
上記三角波の周波数ｆは、上記ステージの移動方向を時間軸とし、上記固体レーザにおけるパルス発振の繰り返し周波数をＦｒｅｐとし、上記ステージの移動方向に対して垂直な方向の上記照射領域の幅をＷｘとし、上記被照射物の一点に対して上記レーザ光が照射される平均回数をｎとし、上記ステージの移動方向に対して垂直な方向の当該ステージの幅をＤとしたときに、以下の式１に示す条件を満たすこと
を特徴とする請求項１記載の照射装置。
ｆ≧（Ｆｒｅｐ×Ｗｘ）／（ｎ×Ｄ）・・・式１
【請求項４】
上記三角波の周波数ｆは、以下の式２に示す条件を満たすこと
を特徴とする請求項３記載の照射装置。
ｆ＝（Ｆｒｅｐ×Ｗｘ）／（２×Ｄ）・・・式２
【請求項５】
上記三角波の周波数ｆは、上記レーザ光が照射される平均回数をｎが４の倍数に限定した場合、以下の式３に示す条件を満たすこと
を特徴とする請求項３記載の照射装置。
ｆ＝（Ｆｒｅｐ×Ｗｘ）／（４×Ｄ）・・・式３
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造などに適用して好適な照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタなどの半導体素子を、単結晶シリコン基板上にシリコン薄膜を形成して作製する代わりに、ガラス基板やプラスチック基板上にシリコン薄膜を形成して作製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などは安価であるため、ガラス基板やプラスチック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。ガラス基板やプラスチック基板を使用した半導体素子は、大面積であり且つ微細化が要求されるアクティブマトリックス液晶ディスプレイなどに使用される。
【０００３】
ガラス基板やプラスチック基板上にシリコン薄膜を形成したときには、当該シリコン薄膜はアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと称する。）となる。ａ−Ｓｉ薄膜を使用して半導体素子を形成すると、消費電力やスイッチング特性などの電気特性が不十分なものとなる。
【０００４】
しかし、ａ−Ｓｉは、アニールすることによってポリシリコン（以下、ｐ−Ｓｉと称する。）となる。ｐ−Ｓｉは、ａ−Ｓｉと比較して電子やホールの移動度が高く、電気特性が良好である。そこで、ガラス基板やプラスチック基板を使用して半導体素子を作製するときには、ガラス基板やプラスチック基板上にａ−Ｓｉを形成した後に、当該ａ−Ｓｉをアニールしている。
【０００５】
ところで、ガラス基板やプラスチック基板などは融点が低い。したがって、ガラス基板やプラスチック基板上にａ−Ｓｉ薄膜を形成して基板全体を加熱したときや、ａ−Ｓｉ薄膜に対してレーザ光を連続照射したときなどには、ガラス基板やプラスチック基板が加熱されすぎてしまい、例えば割れてしまうなどの問題が生じる虞がある。すなわち、ガラス基板やプラスチック基板上に形成されたａ−Ｓｉ薄膜をアニールするときには、基板全体を加熱することなどが不可能となる。
【０００６】
以上説明した理由により、ガラス基板やプラスチック基板上に形成されたａ−Ｓｉ薄膜をアニールする方法としては、ガラス基板やプラスチック基板上のａ−Ｓｉにエキシマレーザなどの高出力レーザを照射してａ−Ｓｉのみを局所的に加熱することにより、ａ−Ｓｉを融解して再結晶化するレーザアニール法が採用されている。
【０００７】
図１９に示すように、レーザアニール装置１００では、先ず、レーザ光源１０１が、レーザ光を射出する。次に、ホモジナイザなどを備えるレーザ光成形光学系１０２が、レーザ光の光軸に垂直な断面のエネルギー密度を平均化するとともに、当該断面を成形して例えば２００ｍｍ×０．４ｍｍのライン状とする。次に、折り返しミラー１０３が、レーザ成形光学系１０２から射出されたレーザ光を反射して対物レンズ１０４へ導光する。そして、対物レンズ１０４が、レーザ光を、可動ステージ１０５に支持されたａ−Ｓｉなどのアニール対象物１０６に対して照射する。また、可動ステージ１０５は、アニール対象物１０６におけるレーザ光の照射領域１０６ａの短辺方向に移動する。なお、以下では、照射領域１０６ａの短辺方向をＸ方向と称し、Ｘ方向に対して９０°異なる方向をＹ方向と称する。レーザアニール装置１００は、可動ステージ１０５をＸ方向に移動させながら、レーザ光をアニール対象物１０６に対して照射することにより、アニール対象物１０６の全体をアニールする。
【０００８】
レーザアニール装置１００では、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを使用している。エキシマレーザの動作原理は以下に説明する通りとなる。先ず、希ガスとハロゲンガスとの混合ガスを通して放電を起こすことで、希ガスを励起させる。次に、励起された希ガスがハロゲンと結合し、励起したエキシマ分子が形成される。そして、エキシマ分子が基底状態に戻るときに、レーザビームが射出される。なお、エキシマレーザは、エキシマ分子が励起したときの不安定性などから連続発振はできず、パルス発振を行う。
【０００９】
以上説明したレーザアニール装置１００においては、可動ステージ１０５の移動速度を、以下に説明するように決定する。
【００１０】
まず、可動ステージ１０５は、アニール対象物１０６全体に対してレーザ光が照射される速度で移動する必要がある。可動ステージ１０５が、アニール対象物１０６全体に対してレーザ光が照射される速度で移動するためには、可動ステージ１０５の移動速度をＶｓｔａｇｅ（ｍｍ／ｓ）とし、照射領域１０６ａの短辺の長さをＷｙ（ｍｍ）とし、レーザ光源１０１がａ（但し、ａは自然数。）回目にレーザ光をパルス発振してから（ａ＋１）回目にレーザ光をパルス発振するまでの時間をｔ（ｓ）としたときに、以下の式４が成立する必要がある。
【００１１】
Ｖｓｔａｇｅ≦Ｗｙ／ｔ・・・式４
Ｖｓｔａｇｅ＞Ｗｙ／ｔであるときには、レーザ光源１０１におけるパルス発振の繰り返し周波数に対してＶｓｔａｇｅが速い。すなわち、Ｖｓｔａｇｅ＞Ｗｙ／ｔであるときには、ａ回目（但し、ａは自然数。）にパルス発振されたレーザ光の照射領域と（ａ＋１）回目にパルス発振されたレーザ光の照射領域との間に空間が生じるために、アニール対象物１０６上に、レーザ光が照射されずにアニールされない領域が生じる。したがって、Ｖｓｔａｇｅは、式４を満たす必要がある。
【００１２】
また、Ｖｓｔａｇｅ≦Ｗｙ／ｔであるときには、図２０に示すように、ａ回目にパルス発振されたレーザ光による照射領域１０６ａ１と（ａ＋１）回目にパルス発振されたレーザ光による照射領域１０６ａ２とが、所定の面積だけ重畳する。照射領域全体の面積に対する隣接した照射領域と重畳した領域の面積の割合（以下、オーバーラップ量と称する。）ＯＬは、レーザ光がアニール対象物１０６上の一点に照射される平均回数をｎ回（但し、ｎ＞０）としたときに、以下の式５で示される。
【００１３】
ＯＬ＝（ｎ−１）／ｎ・・・式５
以上説明したレーザアニール装置１００では、ｎ≧１０とすることでａ−Ｓｉを充分にアニールすることが可能となり、電子やホールの移動度が高く良好な電気特性を有するｐ−Ｓｉを形成することが可能となる。一方、ｎが大きすぎるときには、ａ−Ｓｉの表面が割れたり、ａ−Ｓｉ全体をアニールするために時間がかかりｐ−Ｓｉの生産効率が落ちるなどの問題が生じるため、ｎは大きすぎない方が好ましい。
【００１４】
以上説明した理由により、レーザアニール装置１００では、ｎ＝１０（ＯＬ＝０．９）としている。また、エキシマレーザを採用しているために、レーザ光源１０１におけるパルス発振の繰り返し周波数Ｆｒｅｐは、２００Ｈｚである。
【００１５】
また、Ｖｓｔａｇｅは、以下の式６で表される。
【００１６】
Ｖｓｔａｇｅ＝（１−ＯＬ）×Ｗｙ×Ｆｒｅｐ・・・式６
したがって、レーザアニール装置１において、Ｗｙ＝０．４（ｍｍ）とされているときには、Ｖｓｔａｇｅ＝８ｍｍ／ｓに設定されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エキシマレーザは、以上説明したようにガスを使用しており、ＸｅやＣｌ２などのガスが充填されている。エキシマレーザに充填されているガスは、化学反応を起こすことや、不純物ガスが発生すること、少しずつ漏れることなどによって劣化する。したがって、エキシマレーザは、ガスの劣化に伴ってガスを交換する必要がある。ガスを交換するときには、エキシマレーザから射出されるレーザ光のエネルギーが不安定となる。したがって、エキシマレーザを使用したときには、ガスの交換によって生産効率が低下する。
【００１８】
また、エキシマレーザでは、共振器部分であるガスチャンバーの信頼性が低く、定期的なメンテナンスにおけるガスチャンバーの交換によっても、レーザ光から射出されるエネルギーが非常に不安定になることがある。
【００１９】
一方、射出するレーザ光のエネルギーが安定であり、信頼性が高く制御性が良いレーザ光源としては、固体レーザが知られている。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を光によって励起して、レーザ光の射出を行う装置である。レーザアニール装置１００のレーザ光源１０１として固体レーザを採用することによって、エキシマレーザを採用したときに生じる問題点が解決されると考えられる。
【００２０】
固体レーザは、パルス当たりのエネルギー量がエキシマレーザと比較して小さいが、パルス発振の繰り返し周波数を上げることにより、射出するエネルギーの量を増やしている。例えば、エキシマレーザでは、パルス当たりのエネルギー量が１Ｊであり且つパルス発振の繰り返し周波数が２００Ｈｚであるため、１秒間に射出するエネルギー量は２００Ｗである。一方、固体レーザでは、パルス当たりのエネルギー量が１ｍＪであり且つパルス発振の繰り返し周波数が１０ｋＨｚであるため、１秒間に射出するエネルギー量は１０Ｗである。したがって、当該固体レーザを２０個使用することにより、エキシマレーザと同じエネルギーをａ−Ｓｉに対して照射することが可能となる。
【００２１】
ところで、固体レーザは、エキシマレーザと比較してパルス発振の繰り返し周波数が約５０倍である。したがって、レーザ光源１０１として固体レーザを採用したときには、ＯＬ量を上げないために、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときと比較して、Ｖｓｔａｇｅを約５０倍とする必要がある。
【００２２】
しかしながら、Ｖｓｔａｇｅは、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときに対して５０倍とすると、非常に高速となる。例えば、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときにＶｓｔａｇｅ＝８ｍｍ／ｓとされているときには、約５０倍とすると、Ｖｓｔａｇｅ＝４００ｍｍ／ｓとなる。したがって、Ｖｓｔａｇｅを約５０倍とすると、可動ステージ１０５が摩耗するなどの問題が生じる虞がある。
【００２３】
また、アニール対象物１０６をアニールするときには、アニール対象物１０６に対して、光軸に垂直な断面のエネルギー密度が一定範囲内にあるレーザ光を照射する必要がある。
【００２４】
固体レーザを光源として使った場合は、レーザ出力が理想的なガウシアンビームに近いため、アニール対象物１０６に対してレーザ光を均一化照射したときに、照射領域１０６ａの周縁部のエネルギー密度がなだらかに低くなるために、照射領域１０６ａの周縁部はアニールに必要な所定のエネルギー密度を満たさなくなり、結果的にアニールに寄与しなくなる。すなわち、固体レーザにおいて照射領域１０６ａの周縁部が長くなると、レーザ光のエネルギーの利用効率が悪くなる。固体レーザの１パルス当たりのエネルギー量が小さいことを併せると、エネルギー利用効率の低下は、アニールするために充分なエネルギーを得る上で不利となる。すなわち、レーザ光源１０１として固体レーザを採用したときには、レーザ光の光軸に対して垂直な断面の形状をライン状に成形するよりも、アスペクト比が低い形状、例えば正方形に近い形状に成形することが好ましい。
【００２５】
しかしながら、レーザ光の光軸に対して垂直な断面の形状をアスペクト比が低い形状に成形すると、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときと比較して、Ｖｓｔａｇｅを約５０倍よりも更に速くする必要が生じる。したがって、可動ステージ１０５が摩耗するなどの問題が生じる虞がある。
【００２６】
本発明は、以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、レーザ光源として、１パルス当たりのエネルギー量が小さく、パルス発振の繰り返し周波数が高い固体レーザを採用したときにも、ステージに負担をかけるなどの問題を起すことなく、被照射物の全面に対して、充分なエネルギーのレーザ光を均一に且つ効率良く照射することが可能である照射装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明を適用した照射装置は、レーザ光をパルス発振する固体レーザと、所定の方向に移動可能とされており、被照射物を支持するステージと、上記各レーザ光を上記被照射物に対して照射する照射手段と、上記被照射物上の照射領域を移動させる照射領域移動手段とを備え、上記照射領域移動手段は、上記被照射物における上記照射領域の移動軌跡が三角波となるように、上記照射領域を、上記ステージの移動方向に対する角度がθ°（０＜θ≦９０）となる方向へ移動させることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本発明を適用したレーザアニール装置１は、図１に示すように、第１の固体レーザ２と、第２の固体レーザ３と、第３の固体レーザ４と、第４の固体レーザ５と、第５の固体レーザ６と（以下、総称するときには第１〜第５の固体レーザ２〜６と称する。）、ビーム重ね合わせ光学系７と、レーザ光成形光学系８と、レーザ光偏向部９と、ｆθレンズ１０と、可動ステージ１１とを備える。
【００３０】
第１〜第５の固体レーザ２〜６は、レーザ光を射出する。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を、光によって励起してレーザビームを射出する。固体レーザの具体例としては、Ｎｄ：ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦ（イットリウムリチウムフルオライド）レーザ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ、及びこれらの高調波レーザなどが挙げられる。
【００３１】
ビーム重ね合わせ光学系７は、第１〜第５の固体レーザ２〜６から射出された各レーザ光を１つに重ね合わせて射出する。
【００３２】
レーザ光成形光学系８は、ホモジナイザなどを備えており、レーザ光の光軸に垂直な断面のエネルギー密度を平均化するとともに当該断面を成形する。固体レーザは理想的なガウシアンビームであるため、照明均一化を行っても照明エリアの周辺部分までは均一化困難であることが知られている。つまり、レーザ光をアニール対象物１４に対して照射したときには、照射領域１４ａの周縁部はアニールに寄与せず結果的に利用できない。すなわち、第１〜第５のレーザ光源２〜６として固体レーザを採用したときに、レーザ光源としてエキシマレーザを採用したときと同様に当該断面をライン状に成形すると、アニール対象物１４に対して充分なエネルギーのレーザ光を高効率に照射することが困難となるために、当該断面の形状をアスペクト比が低い形状に成形することが好ましい。レーザアニール装置１では、当該断面のサイズを０．５４７ｍｍ×０．５４７ｍｍに成形している。なお、断面のサイズは、０．５４７ｍｍ×０．５４７ｍｍに限定されるものではなく、異なるサイズとしても良い。
【００３３】
レーザ光偏向部９は、レーザ光成形光学系８から射出されたレーザ光を偏向し、可動ステージ１１によって支持されたアニール対象物１４上の照射領域１４ａを移動させる。
【００３４】
レーザ光偏向部９は、ガルバノメータ１２と反射鏡１３とを備える。反射鏡１３はガルバノメータ１２に取り付けられている。ガルバノメータ１２は、図中矢印Ｍ方向に反射鏡１３を振動させ、アニール対象物１４におけるレーザ光の照射面に対する反射鏡１３の光反射面の角度を変化させることにより、レーザ光を図１中矢印Ａ方向へ偏向し、照射領域１４ａを矢印Ａ方向へ移動させる。反射鏡１３がθ°回転したときには、レーザ光は２θ°偏向する。
【００３５】
レーザ光偏向部９がレーザ光成形光学系８から射出されたレーザ光を矢印Ａ方向へ偏向することにより、レーザアニール装置１は、照射領域１４ａを矢印Ａ方向へ移動させることが可能となり、レーザ光の光軸に垂直な断面をアスペクト比が低い形状としたときにも、アニール対象物１４の全面を照射してアニールすることが可能となる。
【００３６】
なお、レーザ光偏向部９がレーザ光を偏向するときの具体的な動作については、詳細を後述する。なお、本実施の形態では、レーザ光偏向部９をガルバノメータ１２及び反射鏡１３によって構成したが、レーザ光偏向部９は、ガルバノメータ１２及び反射鏡１３によって構成されるもの限定されず、例えばポリゴンミラーによって構成することもできる。
【００３７】
ｆθレンズ１０は、反射鏡１３によって反射されたレーザ光を、可動ステージ１１に支持されたアニール対象物１４に対して照射する。
【００３８】
可動ステージ１１は、ａ−Ｓｉなどのアニール対象物１４を支持する。また、可動ステージ１１は、矢印Ａ方向に対して垂直である図１中矢印Ｂ方向へ移動する。
【００３９】
以上説明したように、レーザアニール装置１では、レーザ光偏向部９が、レーザ光成形光学系８から射出されたレーザ光を矢印Ａ方向に偏向することで、アニール対象物１４上の照射領域１４ａが、可動ステージ１１の移動方向である矢印Ｂ方向に対して垂直な方向に移動する。レーザアニール装置１では、レーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向と可動ステージ１１の移動とを組み合わせることによって、アニール対象物１４の全面を照射する。
【００４０】
以下では、レーザ光偏向部９がレーザ光を偏向するときの具体的な動作、及び可動ステージ１１の移動について詳細に説明する。
【００４１】
第１の方法としては、可動ステージ１１を静止した状態でレーザ偏向部９によってレーザ光を偏向させて照射領域１４ａをアニール対象物１４の矢印Ａ方向の一端から他端まで移動させることと、レーザ光偏向部９を静止した状態で可動ステージ１１を矢印Ｂ方向へ移動させることとを、交互に行う方法が挙げられる（以下、ステップアンドリピート法と称する。）。
【００４２】
しかしながら、ステップアンドリピート法を採用すると、可動ステージ１１の移動と静止とを交互に繰り返す必要が生じるために、可動ステージ１１に過負荷がかかる。また、可動ステージ１１の移動とレーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向とを同期させる必要が生じ、可動ステージ１１及びレーザ光偏向部９に対して複雑な制御を行う必要が生じる。したがって、レーザアニール装置１では、ステップアンドリピート法を採用することは困難となる。
【００４３】
第２の方法としては、図２に示すように、可動ステージ１１を矢印Ｂ方向へ定速移動させながら、レーザ光偏向部９が、レーザ光を、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡が正弦波となるように偏向する方法が挙げられる。アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を正弦波とすることで、可動ステージ１１は移動と静止とを交互に繰り返す必要がなくなり、また、可動ステージ１１の移動とレーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向とを同期させる必要もなくなる。
【００４４】
そこで、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を正弦波として、照射領域１４ａの移動軌跡の周波数すなわち１秒間にガルバノメータ１２が振動する周波数（以下、ガルバノメータ１２の振動周波数と称する。）を３３Ｈｚとし、反射鏡１３の振り幅を１０ｍｍとし、可動ステージ１１の移動スピードを１３ｍｍ／ｓとしてａ−Ｓｉのアニールを行い、ａ−Ｓｉの表面に照射されるレーザ光の照射回数について検討し、図３及び図４に示す結果を得た。
【００４５】
なお、図３は、アニールされたａ−Ｓｉの表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００４６】
また、図４（Ａ）は図３中Ｃ−Ｃ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図４（Ｂ）は図３中Ｄ−Ｄ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図４（Ｃ）は図３中Ｅ−Ｅ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図４（Ｄ）は図３中Ｆ−Ｆ’線上における照射位置と照射回数との関係を示している。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、それぞれ横軸が矢印Ａ方向に沿った照射位置を表しており、縦軸が照射回数を示している。
【００４７】
図３及び図４に示すように、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を正弦波としてａ−Ｓｉのアニールを行ったときには、矢印Ａ方向の両端部に近接するに従って、照射回数が増えてしまい、基板全面の均一照射ができないことがわかる。
【００４８】
第３の方法としては、図５に示すように、可動ステージ１１を矢印Ｂ方向へ移動させながら、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡が三角波となるように、レーザ光偏向部９がレーザ光を矢印Ａ方向へ偏向する方法が挙げられる。アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波とするためには、矢印Ｂ方向に対する振動方向をθ°（但し、０＜θ≦９０）とし、且つ照射領域の移動速度を一定として、反射鏡１３を振動する。以上説明したように反射鏡１３を振動することによって、矢印Ｂ方向を時間軸としたときの照射領域の軌跡が、三角波となる。照射領域１４ａの移動軌跡が三角波であるときにも、可動ステージ１１は移動と静止とを交互に繰り返す必要がなくなり、また、可動ステージ１１の移動とレーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向とを同期させる必要もなくなる。
【００４９】
そこで、照射領域１４ａの移動軌跡を三角波とし、ガルバノメータ１２の振動周波数を３３Ｈｚとし、反射鏡１３の振り幅を１０ｍｍとし、可動ステージ１１の移動スピードを１３ｍｍ／ｓとしてａ−Ｓｉのアニールを行い、ａ−Ｓｉの表面に照射されるレーザ光の照射回数について検討し、図６及び図７に示す結果を得た。
【００５０】
なお、図６は、アニールされたａ−Ｓｉの表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００５１】
また、図７（Ａ）は図６中Ｇ−Ｇ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図７（Ｂ）は図６中Ｈ−Ｈ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図７（Ｃ）は図６中Ｉ−Ｉ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図７（Ｄ）は図６中Ｊ−Ｊ’線上における照射位置と照射回数との関係を示している。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、それぞれ横軸が矢印Ａ方向に沿った照射位置を表しており、縦軸が照射回数を示している。
【００５２】
図６及び図７に示すように、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波としてａ−Ｓｉのアニールを行ったときには、照射位置に拘わらず照射回数は略一定となる。したがって、レーザアニール装置１においては、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波とすることにより、レーザ光を効率良く利用し、ａ−Ｓｉの全面に対して充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射し、ａ−Ｓｉ全面を均一にアニールすることが可能となる。
【００５３】
以下では、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波としたときのガルバノメータ１２の振動周波数について検討する。
【００５４】
先ず、ガルバノメータ１２の振動周波数をｆとし、第１〜第５の固体レーザ２〜６におけるパルス発振の繰り返し周波数をＦｒｅｐ（Ｈｚ）とし、照射領域１４ａのサイズをＷｘ（ｍｍ）×Ｗｙ（ｍｍ）とし、アニール対象物１４の矢印Ａ方向の長さをＤｍｍとし、可動ステージ１１の移動スピードをＶｓｔａｇｅ（ｍｍ／ｓ）とすると、可動ステージ１１がＷｙ（ｍｍ）移動する時間Ｔ（ｓ）は、以下の式７で表される。
【００５５】
Ｔ＝Ｗｙ／Ｖｓｔａｇｅ・・・式７
また、Ｗｘ（ｍｍ）×Ｗｙ（ｍｍ）で示される領域内における平均照射回数ｎは、以下の式８で表される。
【００５６】
ｎ＝（Ｗｘ×Ｗｙ×Ｆｒｅｐ）／（Ｖｓｔａｇｅ×Ｄ）・・・式８
式８より、以下に示す式９が成立する。
【００５７】
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｗｘ×Ｗｙ×Ｆｒｅｐ）／（ｎ×Ｄ）・・・式９
レーザアニール装置１では、可動ステージ１１がＷｙ（ｍｍ）移動する時間Ｔ（ｓ）内に、反射鏡１３が一周期以上振動する必要がある。可動ステージ１１がＷｙ（ｍｍ）移動する時間Ｔ（ｓ）内における反射鏡１３の振動が一周期未満であるときには、可動ステージ１１の移動速度に対してレーザ光偏向部９がレーザ光を偏向する速度が速く、アニール対象物１４上に照射されない領域が生じてしまう。したがって、ｆの最小値ｆｍｉｎは、以下の式１０で表される。
【００５８】
ｆｍｉｎ＝１／Ｔ＝Ｖｓｔａｇｅ／Ｗｙ＝（Ｗｘ×Ｆｒｅｐ）／（ｎ×Ｄ）・・・式１０
すなわち、ｆは以下の式１１を満たす必要が生じる。
【００５９】
ｆ≧ｆｍｉｎ＝（Ｆｒｅｐ×Ｗｘ）／（ｎ×Ｄ）・・・式１１
以下では、ｎ＝１０、Ｆｒｅｐ＝５ＫＨｚ、Ｄ＝２０ｍｍ、Ｗｘ＝Ｗｙ＝０．５４７ｍｍとしたときのｆを例に挙げて、ｆの更に適切な値について検討する。なお、式９よりＶｓｔａｇｅ＝７．４８（ｍｍ／ｓ）が成立し、式１０よりｆｍｉｎ＝１３．６７５（Ｈｚ）が成立する。
【００６０】
以上説明した条件でｆ＝１０．０（Ｈｚ）としてａ−Ｓｉをレーザアニールしたとき、すなわち、ｆ＜ｆｍｉｎでａ−Ｓｉをレーザアニールしたときには、図８に示す結果が得られた。なお、図８はアニール対象物１４の表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００６１】
図８より、ｆ＝１０．０（Ｈｚ）のときには、ｆ＜ｆｍｉｎであり、反射鏡１３の振動の一周期がＴ以上となるために、ａ−Ｓｉ上にはレーザ光が全く照射されず、ａ−Ｓｉ上にアニールされない領域が生じてしまう。したがって、レーザアニール装置１においては、ｆ＜ｆｍｉｎのときには、ａ−Ｓｉ全面を均一にはアニールできないことがわかる。
【００６２】
また、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）としてａ−Ｓｉをレーザアニールしたとき、すなわち、ｆ＞ｆｍｉｎでａ−Ｓｉをレーザアニールしたときには、図９に示す結果が得られた。なお、図９はアニール対象物１４の表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００６３】
図９より、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）のときには、ａ−Ｓｉの全面が照射されていることがわかる。すなわち、レーザアニール装置１では、ｆ＞ｆｍｉｎとすることによって、ａ−Ｓｉの全面がアニールされる。
【００６４】
しかしながら、図９より、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）としたときには、ａ−Ｓｉの全面がアニールされるものの、白い領域が線状となって周期的に現れることがわかる。すなわち、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）としたときには、ａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面に、照射回数が多い領域が断続して周期的に現れることがわかる。照射回数の多い領域が断続して周期的に現れたｐ−Ｓｉを使用して液晶ディスプレイなどの回路を作製すると、例えば液晶ディスプレイの画面上に、照射回数の多い領域が線として現れてしまうなどの問題が生じてしまう。
【００６５】
一方、ｆ＝５７．０（Ｈｚ）のときには、図１０に示すように、ａ−Ｓｉの全面がアニールされるとともに、白い領域が分散して現れることがわかる。すなわち、ｆ＝５７．０（Ｈｚ）としたときには、ａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面に、照射回数の多い領域が全面的に分散して現れることがわかる。ｆ＝５７．０（Ｈｚ）のときのａ−Ｓｉ上の１点における照射回数ｎの度数分布は、図１１に示すように、ｎ＝１０で最大となり、ｎ＝１０以下又はｎ＝１０以上となるに従って、徐々に値が小さくなる分布となる。なお、図１１では、横軸がａ−Ｓｉ上の一点における照射回数を示しており、縦軸が度数を示している。
【００６６】
ｎ＝１０であるときのガルバノ周波数ｆと各点の照射回数のばらつきを示す標準偏差σとの関係を、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示す。例えばｆ＝１００（Ｈｚ）近傍など、ガルバノ周波数ｆの値によっては照射回数ばらつきσが著しく大きくなる条件があり、アニール対象物１４の表面に照射回数の多い領域が断続して周期的に現れてしまう。レーザアニール装置１では、σが大きくなる理由は、ｆ、Ｄ、Ｆｒｅｐ、Ｖｓｔａｇｅ、Ｗｘ、Ｗｙなどの各パラメータが同期しているためである。したがって、レーザアニール装置１においては、ｆ、Ｄ、Ｆｒｅｐ、Ｖｓｔａｇｅ、Ｗｘ、Ｗｙなどの各パラメータを、できるだけ互いに同期しない値とすることが好ましい。
【００６７】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）より、ｎ＝１０のときにσが最小となるのは、ｆ＝６７．７（Ｈｚ）のときであることがわかる。また、レーザアニール装置１においては、ｆ＝６７．７（Ｈｚ）と設定すると、ｆの変動に従ったσの変動が少ないことがわかる。以下では、σが最小となるｆの条件について述べる。
【００６８】
レーザアニール装置１は、ｆ＞ｆｍｉｎとし且つアニール対象物１４上の照射領域１４ａの軌跡が三角波となるように反射鏡１３を振動させることによって、アニール対象物１４全体をアニールしているため、１つの照射領域は隣接する照射領域のうち少なくとも１つとオーバーラップしていることとなる。以下では、１つの照射領域の面積と隣接する照射領域が重畳する面積との割合を、オーバーラップ量と称する。
【００６９】
オーバーラップ量全体をＯＬとし、図１３（Ａ）に示すような矢印Ａ方向のオーバーラップ量をＯＬｇａｌｖｏとし、図１３（Ｂ）に示すような矢印Ｂ方向のオーバーラップ量をＯＬｓｔａｇｅとすると、ＯＬ、ＯＬｇａｌｖｏ、ＯＬｓｔａｇｅは、以下の式１２に示す関係を満たす。
【００７０】
ＯＬ＝ＯＬｇａｌｖｏ＋ＯＬｓｔａｇｅ−ＯＬｇａｌｖｏ×ＯＬｓｔａｇｅ・・・式１２
図１４に示すように、ＯＬｇａｌｖｏ＝０となる周波数であるｆｏｐｔについて考えると、以下に示す３つの条件が成立する。
【００７１】
第１に、照射領域１４ａがＤ（ｍｍ）移動するために要する時間は、１／２ｆｏｐｔ（ｓ）であるため、照射領域１４ａの移動スピードは、Ｄ×２ｆｏｐｔ（ｍｍ／ｓ）となる。
【００７２】
第２に、ａ回目（但し、ａは自然数。）に第１〜第５の固体レーザ２〜６からパルスが発振された時間と（ａ＋１）回目に第１〜第５の固体レーザ２〜６からパルスが発振される時間との間隔は、１／Ｆｒｅｐとなる。
【００７３】
第３に、Ｄ×２ｆｏｐｔ／Ｆｒｅｐ＝Ｗｘが成立するために、以下に示す式１３が成立する。
【００７４】
ｆｏｐｔ＝（Ｗｘ×Ｆｒｅｐ）／２Ｄ・・・式１３
そして、式１３に具体的な値を入れると、ｆｏｐｔ＝６７．７となる。
【００７５】
また、σが最小となるのは、ｎの値に拘わらずｆ＝ｆｏｐｔである。したがって、レーザアニール装置１は、反射鏡１３を、ｆｏｐｔ（＝Ｗｘ×Ｆｒｅｐ／２Ｄ）で振動させることが好ましい。
【００７６】
ｆ＝６７．７（Ｈｚ）としてａ−Ｓｉをアニールしたときには、図１５に示すように、ａ−Ｓｉの全面が均一にアニールされ、白い領域がほとんど現れないことがわかる。ｆ＝６７．７（Ｈｚ）のときのａ−Ｓｉ上の一点における照射回数ｎの度数分布は、図１６に示すように、平均値ｎ＝１０を中心にばらつきの小さい分布となる。なお、図１６では、横軸がａ−Ｓｉ上の一点における照射回数を示しており、縦軸が相対度数を示している。
【００７７】
なお、ｆ、Ｄ、Ｆｒｅｐ、Ｖｓｔａｇｅ、Ｗｘ、Ｗｙなどの各パラメータに多少の誤差があってもσの値は変動が小さいことが好ましい。式１３より、以下に示す式１４が成立する。
【００７８】
δｆ／ｆ＝−δＤ／Ｄ＋δＦｒｅｐ／Ｆｒｅｐ＋δＷｘ／Ｗｘ・・・式１４
式１４より、各パラメータの変動はｆの変動に帰着することがわかる。また、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示すように、ｆ＝ｆｏｐｔであるときには、ｆが微変動してもσの値が急に大きくなることはない。したがって、レーザアニール装置１においては、反射鏡１３をｆｏｐｔで振幅させるように設定することで、アニール対象物１４の全面に対してレーザ光を均一に照射することが可能となり、且つｆが急に微変動することで、アニール対象物１４に対する照射が不均一となり、アニール対象物１４が不均一にアニールされることを防止できる。
【００７９】
また、照射される平均回数をｎ回が４の倍数もしくはその近傍値に限定する場合も同様に、ＯＬｇａｌｖｏ＝１／２となる周波数ｆｏｐｔ２でも各種のパラメータ変動に対して照射ばらつき変動の少ない条件がある。このときガルバノの周波数ｆｏｐｔ２は以下１５式で表される。
【００８０】
ｆｏｐｔ２＝（Ｗｘ×Ｆｒｅｐ）／４Ｄ・・・式１５
図１７、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は、照射される平均回数ｎを１２回とした場合のガルバノ周波数に対する照射ばらつきσを示したものである。式１３であらわされるｆｏｐｔ＝６８．４Ｈｚのほかに、式１５であらわされるｆｏｐｔ２＝３８．２Ｈｚでもばらつきσが小さくなることがわかる。
【００８１】
以上説明したように、レーザアニール装置１は、レーザ光偏向部９が可動ステージ１１の移動方向に対して垂直な方向である矢印Ａ方向にレーザ光を偏向し、アニール対象物１４におけるレーザ光の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波としている。したがって、レーザアニール装置１は、レーザ光源としてパルス当たりのエネルギー量が少ない第１〜第５の固体レーザ２〜６を使用し、アニール対象物１４上のレーザ光の照射領域１４ａをアスペクト比が低い形状としたときにも、アニール対象物１４の全面に対して充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射し、アニール対象物１４全面を均一にアニールすることが可能となる。
【００８２】
また、レーザアニール装置１は、レーザ光源としてパルス発振の繰り返し周波数が高い第１〜第５の固体レーザ２〜６を使用したときにも、可動ステージ１１に負担をかけることなく、アニール対象物１４の全面に対して充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射し、アニール対象物１４全面を均一にアニールすることが可能となる。
【００８３】
なお、レーザアニール装置１では、光源として５台の固体レーザを使用したが、本発明を適用したレーザアニール装置１においては、光源として使用される固体レーザの数は５台に限定されるものではなく、１台又は複数台としても良い。
【００８４】
【発明の効果】
本発明に係る照射装置は、照射領域移動手段が、被照射物における照射領域の移動軌跡が三角波となるように、ステージの移動方向に対して垂直な方向へ、照射領域を移動させている。したがって、本発明に係る照射装置は、レーザ光源としてパルス当たりのエネルギー量が少ない固体レーザを使用し、レーザ光の照射領域をアスペクト比が低い形状としたときにも、被照射物の全面に対して、充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射することが可能となる。
【００８５】
また、照射装置は、レーザ光源としてパルス発振の繰り返し周波数が高い固体レーザを使用したときにも、ステージに負担をかけることなく、被照射物の全面に対して、充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したレーザアニール装置を示す模式図である。
【図２】アニール対象物上の正弦波を示す模式図である。
【図３】照射領域の軌跡が正弦波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図４】同ｐ−Ｓｉにおけるレーザ光の照射位置とレーザ光の照射回数との関係を示す図である。
【図５】アニール対象物上の三角波を示す模式図である。
【図６】照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図７】同ｐ−Ｓｉにおけるレーザ光の照射位置とレーザ光の照射回数との関係を示す図である。
【図８】反射鏡の振動周波数を１０．０Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図９】反射鏡の振動周波数を１５．０Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図１０】反射鏡の振動周波数を５７．０Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図１１】同ｐ−Ｓｉにおける照射回数の分布を示す図である。
【図１２】ｎ＝１０としたときの反射鏡の振動周波数と照射回数のばらつきを示す標準偏差との関係を示す図である。
【図１３】本発明を適用したレーザアニール装置における照射領域のオーバーラップ量を示す模式図であり、（Ａ）はレーザ光の偏向方向のオーバーラップ量を示す図であり、（Ｂ）は可動ステージの移動歩行のオーバーラップ量を示す図である。
【図１４】レーザ光方向のオーバーラップ量が０となるような照射領域の移動を示す模式図である。
【図１５】反射鏡の振動周波数を６８．５Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図１６】同ｐ−Ｓｉにおける照射回数の分布を示す図である。
【図１７】ｎ＝１２としたときの反射鏡の振動周波数と照射回数のばらつきを示す標準偏差との関係を示す図である。
【図１８】ｎ＝１２としたときの反射鏡の振動周波数と照射回数のばらつきを示す標準偏差との関係を示す図であり、（Ａ）はｆｏｐｔ＝６８．４Ｈｚ付近の拡大図であり、（Ｂ）はｆｏｐｔ２＝３８．２Ｈｚ付近の拡大図である。
【図１９】従来のレーザアニール装置を示す模式図である。
【図２０】同レーザアニール装置における照射領域のオーバーラップ量を示す模式図である。
【符号の説明】
１　レーザアニール装置、２　第１の固体レーザ、３　第２の固体レーザ、４第３の固体レーザ、５　第４の固体レーザ、６　第５の固体レーザ、７　ビーム重ね合わせ光学系、８　レーザ光成形光学系、９　レーザ光偏向部、１０　ｆθレンズ、１１　可動ステージ、１２　ガルバノメータ、１３　反射鏡、１４　アニール対象物
【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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