(57)【要約】【課題】簡単な光学系で連続発振レーザ光を線状に成形し、レーザを照射すべき領域のみに正確に照射して、シリコン膜及び基板に熱的なダメージを与えることなく実質的に単結晶と同等の多結晶シリコン膜を得る。【解決手段】プリズムでレーザ光を２分割して偏向させ、分割された各レーザ光の偏光方向を直交させて重ねて、偏向方向に対しては均一なエネルギ分布とし、それと直交する方向にはシリンドリカルレンズで集光する、あるいはパウエルレンズとシリンドリカルレンズの組み合わせで線状のビームを形成する。このビームを、レーザ照射を必要とする複数の領域に、ステージが停止することなく連続して走査しながら照射してアニールを行うことにより、レーザを照射した領域のみに実質的に単結晶と同等の特性を有する多結晶シリコン膜が形成される。【選択図】　図１
2004103628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を載置して移動可能なステージ手段と、上記ステージの位置を検出する位置検出手段と、空間分布が円形でガウス形の分布を有する連続発振レーザ光を発生するレーザ光源手段と、前記レーザ光源手段から発生した連続発振レーザ光のＯＮ／ＯＦＦ（通過／非通過）を行う変調手段と、上記変調手段を通過した上記連続発振レーザ光を長手方向には均一で、幅方向にはガウス形の分布を有する線状あるいは帯状に成形する成形光学手段と、上記線状あるいは帯状に成形されたレーザ光を前記基板上に照射する照射光学手段と、上記ステージ手段および変調手段を制御する制御手段とを有し、上記位置検出手段で検出された位置が予め設定された位置と一致した時点で上記制御手段で上記変調手段をレーザ光通過状態とすることで、上記ステージ手段を連続的に移動させながら任意の領域に連続発振レーザ光を照射することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザアニール装置において、前記成形光学手段がプリズムと１／２波長板とシリンドリカルレンズから構成され、上記プリズムで前記連続発振レーザ光を２分割するとともに分割されたビームを偏向させ、かつ１／２波長板で２分割したビームの１方の偏光方向を９０度回転させて重ね合わせるとともに、上記偏向させる方向と直交する方向にはシリンドリカルレンズで集光することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項３】
請求項１記載のレーザアニール装置において、前記成形光学手段がパウエルレンズとシリンドリカルレンズから構成され、パウエルレンズにより１方向に均一な分布に広げるとともに、上記１方向と直交する方向にシリンドリカルレンズで集光することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項４】
請求項３記載のレーザアニール装置において、前記成形光学手段がパウエルレンズとシリンドリカルレンズが１体になった光学素子で構成され、パウエルレンズ部分により１方向に均一な分布に広げるとともに、上記１方向と直交する方向にシリンドリカルレンズ部分で集光することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項５】
請求項１〜４記載のレーザアニール装置において、レーザ光源手段がレーザダイオード励起連続発振ＹＶＯ４レーザの第二高調波を発生する発振器であることを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項６】
１主面に非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜が形成された絶縁基板をステージ上に載置し、上記絶縁基板上の非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜の任意の領域にレーザ光を照射するレーザアニール方法であって、上記レーザ光が１方向に均一な分布を有し、上記１方向と直交する方向にガウス形の分布を有する線状あるいは帯状に成形された連続発振光であり、上記絶縁基板を連続的に移動させた状態でレーザ光を照射すべき領域のみに上記連続発振レーザ光を照射することを特徴とするレーザアニール方法。
【請求項７】
駆動回路を構成する薄膜トランジスタの能動領域の移動度が４００ｃｍ２／Ｖｓ以上であり、画素部薄膜トランジスタの能動領域の移動度が２００ｃｍ２／Ｖｓ以下であることを特徴とするＴＦＴ基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は絶縁基板上に形成された非晶質または多結晶半導体膜に、レーザ光を照射して膜質の改善あるいは結晶粒の拡大あるいは単結晶化を行うのに好適なしーザアニール方法およびレーザアニール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、液晶パネルはガラスや溶融石英などの基板上の非晶質シリコン膜で形成された薄膜トランジスタのスイッチングにより画像を形成している。この基板上に画素トランジスタを駆動するドライバ回路を同時に形成することが可能になれば、飛躍的な製造コスト低減および信頼性の向上が期待できる。しかし、現状ではトランジスタの能動層を形成するシリコン膜は結晶性が悪いため、移動度に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速・高機能が要求される回路の製作は困難である。これら高速・高機能の回路を製作するためには、高移動度薄膜トランジスタを必要とし、これを実現するためにシリコン薄膜の結晶性を改善する必要がある。
【０００３】
この結晶性改善の手法として、従来からエキシマレーザアニールが注目を浴びている。この方法はガラスなどの絶縁基板上に形成された非晶質シリコン膜（移動度は１ｃｍ２／Ｖｓ以下）に工キシマレーザを照射して、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変化させることで、移動度を改善するものである。しかしながら、エキシマレーザの照射により得られた多結晶膜は、結晶粒径が数１００ｎｍ程度、移動度も１００ｃｍ２／Ｖｓ程度であり、液晶パネルを駆動するドライバー回路などに適用するには性能不足である。
【０００４】
この問題を解決する連続発振レーザによるアニール方法として、非特許文献１及び特許文献１に記載されている。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｆ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙ−Ｓｉ　ＴＦＴｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　ａ　Ｓｔａｂｌｅ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　ＣＷ　Ｌａｓｅｒ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ，　ＡＭ−ＬＣＤ’０１（ＴＦＴ４−３）
【特許文献１】
特開平１０−６４８４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、ダイオード励起連続発振ＹＶＯ４レーザの第二高調波を、ガラス基板上に形成した非晶質シリコン薄膜上を走査することで結晶成長させ、５００ｃｍ２／Ｖｓを越える移動度を得ている。この程度の移動度が得られると、十分な性能の駆動回路を形成することができ、システムオンパネルが実現できる。
【０００７】
上記ダイオード励起連続発振ＹＶＯ４レーザの第二高調波の様な固体レーザの場合には、発振されるビームはガウス形の分布を持つ。また、エキシマレーザのような大出力レーザの場合にはマルチモードで発振するため、いずれの場合にも照射領域全体に均一なエネルギ密度の照射が必要なレーザアニールに適用する場合の問題点となる。そのため、例えば特開平１０−６４８４２に開示されているような複数のレンズアレイを組み合わせたビームホモジナイザを設置してエネルギ密度分布の均一化を図るのが一般的である。
【０００８】
しかしながら、上記技術は複数のレンズアレイを組み合わせたもので非常に複雑で大がかりな光学系となっており、装置価格増大の原因となっていた。また、上記ダイオード励起連続発振ＹＶＯ４レーザの第二高調波の様な固体レーザの場合には、エキシマレーザに比べて可干渉性が高く、レンズアレイを組み合わせたホモジナイザでは均一なエネルギ密度分布のビームを得るのが困難である問題点があった。
【０００９】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解決し、簡単な構造の光学系で均一なエネルギ密度分布を有する線状ビームを得て、安定に高品質なシリコン薄膜を得ることができるレーザアニール方法およびレーザアニール装置並びに方法と装置により得られたＴＦＴ基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザアニール方法は上記目的を達成するために、ガウス分布形のエネルギ分布をもつ固体レーザ光を線状ビームに成形するに際し、幅方向に対しては円柱レンズ（シリンドリカルレンズ）で集光しつつ、長手方向に対しては屈折あるいは反射手段でビームを２分割し、分割したビームの偏光方向が互いに９０度をなすように調整して、分割前のビーム径の１／２となるように重ね合わせ、得られた線状ビームを必要に応じて対物レンズで縮小投影して非晶質あるいは多結晶シリコン薄膜に照射しつつ、レーザ光の幅方向へ走査する。
【００１１】
また、本発明のレーザアニール装置は上記目的を達成するために、レーザ光を線状に成形するためのビームホモジナイザとして、幅方向に集光するための円柱レンズと、長手方向（前記幅方向と直交する方向）にレーザ光を２分割するビーム分割手段と、分割されたビームの偏光方向が直交するように調整する偏光方向調整手段と、分割されたビームを重ね合わせる手段とから構成された光学系を有し、得られた線状のビームを対象となる基板上を走査するものである。
【００１２】
また、本発明のレーザアニール装置は上記目的を達成するために、１方向にレーザ光を広げるパウエルレンズと、１方向と直交する方向に集光するための円柱レンズで構成された光学系を有し、得られた線状のビームを対象となる基板上を走査するものである。尚、パウエルレンズは米国特許（ＵＳＰ４８２６２９９）に開示されている。
【００１３】
また、本発明の平面ディスプレイ装置は上記レーザアニール装置により、上記レーザアニール方法を適用して製造された高性能シリコン薄膜を有するトランジスタ回路の形成された平面ディスプレイ装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、図に従って本発明を詳細に説明する。図１は本発明の１実施例であるレーザアニール装置の構成を示す図である。ガラス基板１はＸＹθステージ２上に載置されている。防振機構を備えた定盤（図示せず）上に固定されたＸＹθステージ２にはそれぞれＸ方向及びＹ方向の位置座標を検出するためのリニアスケール３、４が付加されている。
【００１５】
アニール光学系は連続発振レーザ光１８を発振するレーザ発振器６、レーザ光１８が不用意に照査されるのを防ぐためのシャッタ７、レーザ光１８のビーム径を拡大するためのビームエキスパンダ８、レーザ光１８の出力（エネルギ）を調整するための透過率可変フィルタ９、レーザ光１８のＯＮ／ＯＦＦおよび必要に応じて時間的な変調を行うためのＥＯ（電気光学）モジュレータ１０とその電源２１、レーザ光１８を一方向に圧縮して線状ビームに変換するビーム成形光学系１１、線状に成形されたレーザ光１８の必要部分のみを切り出すための電動矩形スリット１２、電動矩形スリット１２を透過したレーザ光１８をガラス基板１上に投影するための対物レンズ１３、レーザ光１８の照射位置・形状を確認するためのスリット参照光源１４、ガラス基板表面を照明するための落射照明光源１５、ガラス基板１面の観察あるいは必要に応じてアライメント時にアライメントマークを撮像するためのＣＣＤカメラ１６、シャッタ７の開閉、透過率可変フィルタ９の透過率調整、ＥＯモジュレータ電源２１の制御、電動矩形スリット１２の制御、ステージ２の制御、リニアスケール３、４からの信号処理、ＣＣＤカメラ１６で撮像した画像の処理等を行うための制御装置２２から構成されている。尚、図１には電気的な接続として、リニアスケール３、４と制御装置２２とＥＯモジュレータ１０と電源２１の関係のみを示してある。
【００１６】
レーザ発振器６は紫外あるいは可視波長の連続発振光を発生するものが用いられ、特に出力の大きさ、安定性等からレーザダイオード励起ＹＶＯ４レーザの第二高調波が最適である。しかし、これに限定されることなく、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザの高調波、ファイバで結合した複数の半導体レーザ等を使用することが可能である。
【００１７】
シャッタ７はガラス基板１の搬送中・位置決め中などに、不用意にレーザ光１８が照射されないように設置するもので、レーザアニール時のレーザ光１８のＯＮ／ＯＦＦに使用するものではない。ビームエキスパンダ８は光学素子、特にＥＯモジュレータ１０を構成するポッケルスセルなどの結晶にダメージが発生するのを防止するためにビーム径を拡大するものであるが、高エネルギ密度に耐えるポッケルスセルを使用する場合には、特に使用しなくても良い。
【００１８】
レーザ発振器６で発振された連続発振レーザ光１８はシャッタ７が開の状態で通過し、ビームエキスパンダ８でビーム径を拡大され、ＥＯモジュレータ１０に入射される。この時、ＥＯモジュレータ１０の耐パワー性を考慮して、ＥＯモジュレータ１０の有効径に近い大きさまで、ビームエキスパンダ８でビーム径を拡大する。レーザ発振器６から発振されたレーザ光１８のビーム径がおよそ２ｍｍで、有効径１５ｍｍのＥＯモジュレータ１０を使用する場合、ビームエキスパンダ８の拡大率は３〜５倍程度が適している。
【００１９】
ビームエキスパンダ８でビーム径を拡大されたレーザ光１８はＥＯモジュレータ１０に入射する。ＥＯモジュレータ１０は、図２及び図３に示すようにポッケルス・セル６１（以下、結晶と称する）と偏光ビームスプリッタ６２を組み合わせて使用する。
【００２０】
レーザ光１８が直線偏光の場合、図２に示すようにＥＯモジュレータ電源（図示せず）を介して結晶６１に電圧Ｖ１（通常は電圧０Ｖ）を印加することにより、結晶６１を透過するレーザ光１８の偏光方向は回転せずにそのまま保存され、偏光ビームスプリッタ６２にＳ偏光として入射して、９０度偏向されるように設定する。即ちこの状態では、レーザ光１８は９０度偏向して出力してしまうため、以後の光学系には入射せず、ガラス基板１上ではレーザ光１８はＯＦＦ状態となる。
【００２１】
また図３に示すように、結晶６１を透過するレーザ光１８の偏光方向を９０度回転させることのできる電圧Ｖ２を印加することにより、結晶６１を透過するレーザ光１８の偏光方向は９０度回転し、偏光ビームスプリッタ６２にＰ偏光として入射する。この時、レーザ光１８は偏光ビームスプリッタ６２を透過・直進する。即ち、この状態では、レーザ光１８は直進して以後の光学系に入射するので、ガラス基板１上ではレーザ光１８はＯＮ状態となる。
【００２２】
さらに、図４に結晶６１に印加する電圧とＥＯモジュレータ６を透過するレーザ光１８の透過率Ｔ１の関係を示す。この図から分かるように、結晶６１に印加する電圧をＶ１（通常は０Ｖ）とＶ２の間で変化させることにより、ＥＯモジュレータ６を透過するレーザ光１８の透過率をＴ１（通常は０）とＴ２（ここでは最大透過率、即ち１）の間で任意に設定することができる。即ち、ＥＯモジュレータ６を透過するレーザ光１８の透過率を０から１の間で任意に設定することができる。ただし、ここでは結晶６１や偏光ビームスプリッタ６２表面での反射や吸収はないものとして考えている。
【００２３】
これらのことから、図５に示すように、ＥＯモジュレータ１０に入射するレーザ光１８の出力（ＥＯモジュレータ１０への入力）をＰ０一定とし、結晶６１への印加電圧をＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ１と変化させることにより、ＥＯモジュレータ１０からのレーザ出力として、出力Ｐ２，Ｐ３の階段状のパルス出力が得られる。ここで出力Ｐ２はＥＯモジュレータ１０への入力Ｐ０と電圧Ｖ２を印加したときの透過率Ｔ２との積で求められ、Ｐ３はＰ０と電圧Ｖ３を印加したときの透過率Ｔ３との積で求められる。当然、結晶６１に印加する電圧を連続的に変化させることにより、透過するレーザ光２の出力を連続的に変化させることができ、結果的に任意の時間変化を有するパルスレーザ光２を得ることができることになる。
【００２４】
ここではＥＯモジュレータ１０として、ポッケルス・セル６１と偏光ビームスプリッタ６２を組み合わせることで説明したが、各種偏光板を用いることができる。尚、以後の説明では結晶６１と偏光ビームスプリッタ６２（または偏光板）の組み合わせをＥＯモジュレータ１０と称する。
【００２５】
ＥＯモジュレータ１０の他に、ＡＯ（音響光学）モジュレータを使用することができる。ただし、一般的にＡＯモジュレータはＥＯモジュレータと比較して、駆動周波数が低いため、高速の立ち上がり・立ち下がりが必要な場合や、パルス幅の小さいパルス光を切り出すには適さない場合もある。このようにＥＯモジュレータ１０あるいはＡＯモジュレータなどの変調器を用いることにより、レーザ発振器からは常にレーザ光を出力した状態で、被照射部に任意の時点で照射を開始し、任意の時点で照射を終了することができる。
【００２６】
ＥＯモジュレータ１０によりＯＮ状態になったレーザ光１８はビーム成型光学系で線状のビームに成形する。通常、ガスレーザ発振器や固体レーザ発振器からの出力ビームは、円形でガウス形のエネルギ分布を持っているため、そのままでは本発明のレーザアニールに使用することはできない。
【００２７】
発振器出力が十分に大きければ、ビーム径を十分に広げ、中心部分の比較的均一な部分から必要な形状に切り出すことで、ほぼ均一なエネルギ分布の任意の形状を得ることができるが、ビームの周辺部分を捨てることになり、エネルギの大部分が無駄になる。この欠点を解決して、ガウス形の分布を均一な分布に変換するために、ビーム成形光学系１１を用いる。
【００２８】
ビーム成形光学系１１は図６に示すように１／２波長板３１、プリズム３２、シリンドリカルレンズ３３から構成されている。１／２波長板３１はプリズム３２に入射する直線偏光の偏光方向を９０度回転するように調整され、入射するレーザ光のちょうど半分が透過するように設置される。半分が互いに偏光方向が直交するレーザ光１８はプリズム３２を透過し、プリズム３２の頂角部を境に２分割され、互いに重なる方向に偏向される。
【００２９】
この時、２分割されたビーム各々は、１／２波長板３１を透過した部分４１（図６において、網掛けで表示）と透過しなかった部分４１’とに対応し、偏向方向が互いに直交するように設定されている。ビーム形成光学系１１の手前に別な１／２波長板（図示せず）を設置し、ビーム成形光学系１１に入射するレーザ光１８の偏光方向を回転させ、図６に示した１／２波長板３１で偏光方向が９０度回転するように調整することが可能である。
【００３０】
プリズム３２の頂角は２分割されたビームが後で説明する電動矩形開口スリット１２面でちょうど重なるように設計されている。また同時に、プリズム３２により偏向される方向と直交する方向には、シリンドリカルレンズ３３により集光される。このシリンドリカルレンズ３３は電動矩形開口スリット１２面でちょうど集光する焦点距離のものが選択される。
【００３１】
図７（ａ）に示すようにもともとガウス形の分布であったレーザ光はプリズムを透過した直後に半分が残りの半分と偏向方向が直交する関係を保持したまま徐々に重なり、電動矩形開口スリット１２面で図７（ｂ）に示すように完全に重なる。ここで、ビーム径をビーム中心のエネルギ密度の１／ｅ２となる点で規定している。
【００３２】
この結果、分割された各々のビームの偏向方向が直交しているため、重ねても互いに干渉することはなく、図７（ｃ）に示すようにほぼ均一なエネルギ分布を持つビームが形成される。また、図７に示した分布と直交する方向のエネルギ分布は、シリンドリカルレンズ３３で集光される結果、ほぼガウス形の分布となる。即ち、長手方向に対してはビーム成形光学系１１に入射したビーム径の１／２でほぼ均一な、幅方向に対してはシリンドリカルレンズ３３で集光された寸法の線状ビームが得られる。この時のエネルギ密度は、シリンドリカルレンズのみで集光した場合の中心におけるエネルギ密度に対して、中央部で約１２１％、周辺部で約１１４％である。
【００３３】
ビームエキスパンダ８で１０ｍｍのビーム径に広げてビーム形成光学系１１に入射し、プリズム３２の位置から１０００ｍｍ離れた位置で２分割されたビームが重なる場合を考える。２分割されたビームの一方は２．５ｍｍ偏向されればよいから、偏向角は２．５ミリラジアンである。プリズムの材質を石英とすると、屈折率は１．４６である。
【００３４】
偏向角が小さいプリズムの場合、偏向角ε、プリズム稜角σ、プリズム屈折率ｎの間には、次の関係が成り立つ。
ε＝（ｎ−１）σ
即ち、ε＝２．５ｍｒａｄ、ｎ＝１．４６からσ＝５．４３ｍｒａｄが求まる。これは０．３１度に相当し、プリズムの頂角αはα＝１８０−２σから１７９．３８度となる。
【００３５】
また、１０００ｍｍの焦点距離を持つシリンドリカルレンズを使用した場合、入射ビームの拡がり角を０．１ミリラジアンとすることで、１００ミクロン幅が得られる。
【００３６】
ビーム成形光学系１１で線状に集光されたレーザ光１８は電動矩形開口スリット１２で不要な部分のレーザ光を切り落とされて所望の矩形形状に成形され、対物レンズ１３でガラス基板１上に縮小投影される。対物レンズ１３の倍率をＭとすると、電動矩形開口スリット１２の像、あるいは電動矩形スリット１２を通過したレーザ光１８の大きさは倍率の逆数、即ち１／Ｍの大きさで投影される。ここで、２０倍の対物レンズを使用することで、ガラス基板１表面で長手方向２５０ミクロン、幅方向５ミクロンの線状ビームが得られることになる。
【００３７】
ガラス基板１にレーザ光１８を照射するに当たって、ステージ２をＸＹ平面内で移動しながら所望の位置にレーザ光１８をパルス的に照射するが、ガラス基板１表面の凹凸、うねりなどによる焦点はずれが起きると、集光されたレーザ光１８のパワー密度変動、照射形状の劣化が起き、所期の目的を達成することができない。このため、必要に応じて常に焦点位置で照射できるように、自動焦点光学系（図示せず）により焦点位置を検出し、焦点位置から外れた場合にはステージ２をＺ方向（高さ方向）駆動するか、あるいは光学系をＺ方向（高さ方向）駆動して、常に焦点位置（電動矩形開口スリット１２面の投影位置）とガラス基板１表面が一致するように制御する。
【００３８】
レーザ光１８を照射するガラス基板１表面は、落射照明光源１５からの照明光で照明し、ＣＣＤカメラ１６で撮像することで、モニタ（図示せず）により観察することができる。レーザ照射中に観察する場合には、ＣＣＤカメラ１６の手前にレーザカットフィルタを挿入して、ガラス基板１表面で反射したレーザ光でＣＣＤカメラ１６がハレーションを起こしたり観察できなくなったり、極端な場合にはダメージを受けるのを防止する。
【００３９】
試料基板１のアライメントは、対物レンズ１３、ＣＣＤカメラ１６でガラス基板１に形成してあるアライメントマークあるいはガラス基板角部あるいは特定のパターンを複数箇所撮像し、それぞれ制御装置２２により必要に応じて２値化処理、パターンマッチング処理などの画像処理を行って、それらの位置座標を算出し、ステージ２を駆動することで、ＸＹθ３軸に対して行うことができる。
【００４０】
図１において、対物レンズ１３は１個で表現してあるが、電動レボルバに複数の対物レンズを装着させておき、制御装置２２からの信号により切り替え、処理内容に応じて最適な対物レンズを使い分けることができる。即ち、試料をロードした時のアライメント、必要に応じて精アライメント、レーザアニール処理、処理後の観察、更には後で述べるアライメントマーク形成等に最適な対物レンズを使用することができる。
【００４１】
アライメントは専用の光学系（レンズ、撮像装置および照明装置）を設けて行うことは可能であるが、レーザアニールを行う光学系をアライメント光学系と共用することで、同一光軸での検出とレーザ照射が可能になり、アライメント精度が向上する。
【００４２】
次に、前記した本発明のレーザアニール装置を用いて実施する、本発明の１実施例であるレーザアニール方法について、図に従って説明する。ここで、アニール対象とする基板は、厚さ０．３〜１．０ｍｍ程度のガラス基板の１主面に絶縁体薄膜を介して膜厚４０〜１５０ｎｍの非晶質シリコン薄膜を形成したもの、あるいは前記非晶質シリコン薄膜全面にエキシマレーザ光を走査することで多結晶シリコン薄膜に結晶化させた多結晶シリコン薄膜を形成したものであり、以降これらをガラス基板１と称する。ここで、絶縁体薄膜とは膜厚５０〜２００ｎｍのＳｉＯ２あるいはＳｉＮあるいはそれらの複合膜である。
【００４３】
エキシマレーザでアニールした多結晶シリコン薄膜が形成されたガラス基板１をステージ２上に載置する。このガラス基板１には図８に示すように、画素部１０１と駆動回路部１０２、１０２’から構成され、外縁部にアライメントマーク１０３、１０３’が２箇所に形成されている。これらアライメントマーク１０３，１０３’はフォトエッチング技術で形成しても良いが、この目的だけでフォトレジスト工程を実施するのは無駄が多い。このためレーザアニールに使用するレーザ光１８を、ビーム成形光学系１１の回転と電動矩形スリット１２で、例えば縦長と横長の矩形に、順次成形して多結晶シリコン薄膜を除去加工することで十字マークを形成したり、一定幅・一定距離を高エネルギ密度で照射して矩形形状に加工して、アライメントマーク１０３、１０３’とすることができる。この場合、予め、ガラス基板１の角部等でプリアライメントを行っておく必要がある。
【００４４】
アライメントマーク１０３，１０３’位置を検出し、ＸＹθについて位置補正をした後、設計上の座標に従って、図８に矢印で示すようにステージ２あるいは光学系を移動させて相対的に走査させながら、ＥＯモジュレータ１０によりＯＮ状態になったレーザ光１８を対物レンズ１３により集光照射する。
【００４５】
照射する領域は、例えば各画素を駆動するためのドライバ回路を形成する部分１０２、１０２’であり、より厳密には、アニール領域（図８の拡大図で、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０で示した部分）である。必要に応じてガラス基板１を相対的に複数回数往復させながら順次照射する。装置の構成によっては、光学系を移動することで、相対的に走査しても良い。
【００４６】
アニール領域１０４〜１１０の各々の大きさは、例えば４ｍｍ×２００μｍで、この矩形領域が２５０μｍピッチで設定されている。一方、照射するレーザビームの大きさは２５０μｍ×５μｍである。即ち、レーザビームは図１６に示す長手方向が２５０μｍ、幅方向が５μｍの矩形（線状）に成形されている。
【００４７】
この時のエネルギ密度は５０×１０３〜５００×１０３Ｗ／ｃｍ２程度が適しているが、シリコン膜の膜厚、非晶質か多結晶か等によって変動する。１回の走査でアニールできるのが２５０μｍであるため、必要な幅（４ｍｍ）をアニールするためには１６回の片道走査、あるいは８往復走査の照射が必要になる。レーザビームの大きさはレーザ発振器６の出力で決まり、発振器６の出力が十分に大きければ、より大きな領域に照射することができ、走査回数を減らすことができる。あるいは照射するビームの形状をより小さな集光幅にすることでも、長手方向を大きくすることができる。
【００４８】
ガラス基板１を５００ｍｍ／ｓの速度で相対的に移動させながら２５０μｍピッチで、図１７に示すように２００μｍ長さだけ照射する。即ち照射開始位置でレーザ光の照射を開始し、レーザ光の照射を持続したままステージを相対的に２００μｍ移動させ、照射終了位置でレーザ光の照射を停止する。ステージは継続して移動している。
【００４９】
次にステージが２５０μｍ移動した地点で、再び照射を開始し、２００μｍ移動した時点で照射停止を行い、これを必要回数だけ繰り返す。その間、ステージは停止することなく、一定速度で連続的に移動を継続する。これにより、概ね２５０μｍ×２００μｍのアニール領域（照射するレーザの幅を考慮すると、より厳密には２５０μｍ×２０５μｍのアニール領域）が２５０μｍピッチで形成されることになり、後で詳細に説明するが、レーザ光の移動した方向に結晶粒が成長する。照射する幅を正確に２００μｍとする場合は、レーザ光を走査距離が１９５μｍとなるように、ＥＯモジュレータ１０を制御すればよい。
【００５０】
ここで、基板を相対的に走査させながらＥＯモジュレータ１０でレーザ光１８をＯＮ／ＯＦＦさせて照射する手順について、図８の矢印で示したように、Ｘ方向に走査しながら２５０ミクロンピッチで距離２００ミクロンだけ１０２４箇所に照射する場合を例に、図９に従って説明する。
【００５１】
ステージ２のＸ軸に付加したリニアスケール３はステージ２のＸ方向への移動に応じて、一定間隔でパルス信号を発生する。発生する信号が正弦波の場合には１周期を１パルスの矩形波に変換して使用しても良い。このパルス信号をカウントすることで、ステージの位置を検出することができる。リニアスケール３で発生するパルス信号は、高精度のリニアスケールでは、例えば移動量０．１ミクロン毎に１パルス発生する。パルス間隔が大きい場合には、電気的に分割して、小さなパルス間隔にすることも可能である。
【００５２】
ステージは停止状態から一定速度に達するまでに、一定の距離（加速領域）を必要とする。レーザ照射時のステージ速度を５００ｍｍ／ｓとすると、５０ｍｍ程度の加速領域が必要であり、照射開始位置（図８におけるアニール領域１０４の左辺）より、加速領域として５０ｍｍ以上、例えば６０ｍｍだけ左側の位置（図９におけるＸｓ）に位置決めし、停止する。
【００５３】
ここで、リニアスケール３からの信号をカウントするＣ１（カウンタ１）をクリアしてからカウントを開始するとともに、ステージの駆動を開始する。カウンタ１はステージの移動に従って発生するパルス信号をカウントし、ステージが照射開始位置Ｘ１に到達した時点、即ち６０ｍｍ移動に相当するパルス数ｎ１（６０００００パルス）をカウントした時点でゲートＯＮ信号を出力する。この信号により、ＥＯモジュレータ電源２１へのゲートが開き、ＥＯモジュレータ電源２１への信号が伝達可能となる。この時点では、ステージ速度は加速を終え、一定速度に達している。
【００５４】
このゲートＯＮ信号を受けて、Ｃ３（カウンタ３）がＥＯモジュレータ電源２１のＯＮ信号を出力するとともにカウントをクリアしてカウントを開始し、以降、照射ピッチに相当するパルス数ｎ３（２５００パルス）をカウントする度に、ＥＯモジュレータ電源２１にＯＮ信号を出力する。
【００５５】
一方、Ｃ４（カウンタ４）はＥＯモジュレータ電源２１へのＯＮ信号を受けて、カウントをクリアするとともにカウントを開始し、アニール長さ１００ミクロンに相当するパルス数ｎ４（２０００パルス）をカウントした時点でＥＯモジュレータ電源２１にＯＦＦ信号を出力する。この動作を、カウンタ３がＥＯモジュレータ電源２１へのＯＮ信号を発生する度に繰り返す。
【００５６】
ＥＯモジュレータ電源２１はＥＯモジュレータ電源ＯＮ信号を受けてからＥＯモジュレータ電源ＯＦＦ信号を受けるまでの間（５００ｍｍ／ｓで２００ミクロンを通過する時間：４００マイクロ秒）、ポッケルスセル６１にレーザ光１８の偏光方向が９０度回転する電圧を印加する。これにより、ポッケルスセル６１に印加される電圧と同じ時間だけ、レーザ光１８が出力され、基板１上に照射される。
【００５７】
一方、Ｃ２（カウンタ２）はカウンタ１からのゲートＯＮ信号を受けてカウントをクリアするとともに、カウンタ４のＥＯモジュレータ電源ＯＦＦ信号をカウントし、アニール領域数に相当するパルス数ｎ２（１０２４パルス）をカウントした時点で、ゲートを閉じる。これにより、ＥＯモジュレータ電源２１はＥＯモジュレータ電源ＯＮ信号やＥＯモジュレータ電源ＯＦＦ信号を受けることがなくなり、ＥＯモジュレータ電源２１は動作しない。
【００５８】
以上の手順により、図８に示したドライバ回路領域１０２の１回目のレーザアニールが終了するが、実際にはドライバ回路領域が数ミリ幅であり、１回の走査で全体をアニールできない。そのため、一定ピッチ（本実施例の場合には２５０ミクロン）Ｙ方向に移動して、上に述べた手順を繰り返す。これにより、ステージ速度の変動の影響を全く受けずに、高精度にレーザ光１８を照射することができる。ただし、走査を繰り返す場合、走査方向に平行にアニールの重なる部分、あるいはレーザが照射されなかった部分が発生する場合があるが、走査部と走査部のつながる部分にはトランジスタを形成しないようにレイアウト設計することが望ましい。
【００５９】
ここで、レーザ光１８が照射された場合の、多結晶シリコン薄膜の挙動を説明する。前述したように、本実施例では、ガラス基板１上にエキシマレーザでアニールされた多結晶シリコン薄膜が形成された基板をアニール対象に用いている。
【００６０】
エキシマレーザによるアニールで得られた多結晶シリコン薄膜は、図１０に示すように結晶粒径が１ミクロン以下（数１００ｎｍ）の微細な結晶粒１２０、１２１の集合体である。図中に示した領域にレーザ光を照射すると、レーザ照射領域外の微細結晶粒１２０はそのまま残るが、レーザ照射領域内の微細結晶粒（例えば結晶粒１２１）は溶融する。
【００６１】
その後、レーザ照射領域が通過することにより急速に凝固・再結晶する。この時、溶融したシリコンは溶融部周辺に残留している結晶粒を種結晶として、種結晶の結晶方位にならった結晶が温度勾配に従ってレーザ光の走査方向に成長して行く。また、結晶粒の成長速度は結晶方位によって異なるため、最終的には最も成長速度の早い結晶方位を持つ結晶粒だけが結晶成長を続ける。
【００６２】
即ち、図１１に示すように、成長速度の遅い結晶方位をもつ結晶粒１２２は、周囲の成長速度の早い結晶方位をもつ結晶粒１２４、１２６の成長に抑えられ、結晶成長が止まる。また、成長速度が中程度の結晶方位を持つ結晶粒１２３、１２４は成長を続けるが、さらに成長速度の大きい結晶粒１２５、１２６の成長に抑えられ、やがて成長が停止する。最終的には成長速度の最も大きな結晶方位を持つ結晶粒１２５、１２６、１２７のみが成長を続ける。
【００６３】
これら、最後まで結晶成長が続いた結晶粒１２５、１２６、１２７は、厳密な意味では独立した結晶粒であるが、ほとんど同じ結晶方位を有しており、溶融再結晶した部分は実効的にほぼ単結晶と見なすことができる。
【００６４】
レーザ光を上記したように多結晶シリコン薄膜に照射することにより、レーザ光を照射した部分のみが島状にアニールされ、特定の結晶方位を有する結晶粒のみが成長して、厳密な意味では多結晶状態であるが、ほぼ単結晶に近い性質を有する領域１２５〜１２７が形成されたことになる。特に、結晶粒界を横切らない方向においては、実質的に単結晶と考えて良い。この時のシリコン膜の移動度として、４００ｃｍ２／Ｖｓ以上、典型的には５００ｃｍ２／Ｖｓが得られる。
【００６５】
ガラス基板１を相対的に走査しながらこの手順を繰り返し、順次アニールの必要な部分にレーザ光を照射することにより、ドライバ回路のトランジスタを形成する領域をすべて、ほぼ単結晶に近い性質を有する領域に変換することができる。更に、単結晶に近い性質を有する領域は図１１に示したように、結晶粒が一定方向に成長しているため、トランジスタを形成した際に、電流が流れる方向（ソース−ドレイン方向）と結晶粒の成長方向を一致させることにより、結晶粒界を横切るように電流が流れるのを避けることができる。
【００６６】
そこで、図１２に示すようにレーザ照射領域３０１のうち、成長速度の遠い結晶粒のみで構成された部分が駆動用トランジスタの能動層（活性領域）３０２、３０３となるように、位置合わせすればよい。不純物拡散工程およびフォトエッチング工程を経て、括性領域３０２、３０３以外を除去し、フォトレジスト工程により図１３に示すようなゲート絶縁膜を介したゲート電極３０５、オーミックな接続を有するソース電極３０６およびドレイン電極３０６を形成してトランジスタが完成する。
【００６７】
ここで、活性領域３０３には結晶粒界３０４、３０４’が存在する。しかし、電流はソース電極３０６とドレイン電極３０７の間を流れるため、電流が結晶粒界３０４、３０４’を横切ることがなく、実質的に単結晶で構成された場合と等価な移動度が得られる。
【００６８】
上記したように本発明のレーザアニールにより溶融再結晶した部分は、電流の流れる方向を、結晶粒界を横切らない方向に一致させることで、その移動度はエキシマレーザによるアニールを行っただけの多結晶シリコン薄膜と比較して、２倍以上に改善することができる。この移動度は、液晶を高速に駆動するためのドライバ回路を形成するに十分な値である。
【００６９】
一方、画素部のスイッチング用トランジスタは、エキシマレーザによるアニールを実施しただけの多結晶シリコン薄膜１０３の領域で形成する。工キシマレーサによるアニールで得られた多結晶膜は結晶粒が微細で結晶方向もランダムなため、本発明のレーザアニールで得られた結晶粒に比べて移動度は小さいが、画素部のスイッチング用トランジスタに使用するには十分である。
【００７０】
場合によっては、画素部のスイッチング用トランジスタとして非晶質シリコン膜でも十分に使える。この場合、ガラス基板１上に非晶質シリコン薄膜を形成し、エキシマレーザによるアニールを実施することなく、駆動回路を形成する部分に本発明のレーザアニール方法を実施すればよい。
【００７１】
即ち、最初にレーザ光１８が照射されて溶融したシリコンが凝固する過程で微細な多結晶状態になり、この時に形成された結晶粒が種結晶となって、エキシマレーザ照射により形成された多結晶状態のシリコン膜にレーザ光１８を照射した場合と同様に、種々の結晶方位を有する結晶が成長するが、最終的には成長速度の最も速い方向の結晶粒のみが成長を続け、実質的に単結晶といえる多結晶シリコン膜が形成できる。
【００７２】
図８に示す駆動回路領域１０２に対するレーザアニールが終了した後、駆動回路領域１０２’をアニールすることになるが、この場合は基板を９０度回転させても良いし、走査方向を９０度偏向しても良い。後者の場合、ビーム成型器（図１に於いてはシリンドリカルレンズ１１）を９０度回転させ、また矩形スリットの幅方向と長さ方向を切り換える必要がある。
【００７３】
ただし、図８に示したガラス基板１において、駆動回路領域１０２、１０２’のうちの一方、例えば駆動回路領域１０２に高速な動作を必要とするトランジスタをまとめることができれば、駆動回路領域１０２のみに本発明のレーザアニールを実施するだけで良い。
【００７４】
即ち、駆動回路領域１０２に形成されるトランジスタの能動層（活性領域）は電流が流れる方向に結晶粒界を持たない結晶粒を含む多結晶シリコンで構成され、高速に動作するトランジスタが得られる一方、駆動回路領域１０２’にはそれほどの高速動作を必要としないトランジスタを形成するため、トランジスタの能動層（活性領域）はエキシマレーザでアニールされただけの微細結晶粒からなる多結晶シリコン膜で構成される。この場合には、基板の回転あるいは走査方向と線状ビームの方向を回転させる必要が無くなり、しかもアニールすべき領域も小さくすることができるため、スループット向上の効果が大きい。
【００７５】
あるいは、高移動度を必要とする駆動回路領域６０２を画素領域６０１の外側の１辺にまとめることができれば、駆動回路用トランジスタ全ての能動層（活性領域）が電流の流れる方向に結晶粒界を持たない結晶粒を含む多結晶シリコンで構成され、高速に動作するトランジスタが得られる。さらに、基板の回転あるいは走査方向と線状ビームの方向を回転させる必要が無くなり、スループット向上の面からも好ましい。ただし、複数のアライメントマークが必要なことは言うまでもない。
【００７６】
なお、本実施例の説明に於いて、ステージの位置あるいは移動量を検出するために、ステージに設置されたリニアスケール（リニアエンコーダ）からの信号をカウントすることで説明したが、これに限定されるものではなく、ステージ位置を検出するために、レーザ干渉を用いた測長器、ステージを駆動するモータ軸に設置したロータリエンコーダ等からの出力信号を用いることができる。
【００７７】
上に述べた手順を含めたＴＦＴ基板の製造工程は以下のようにまとめることができる。即ち、図１８に示すように、基板上に絶縁膜形成、ａ−Ｓｉ（非晶質シリコン）膜形成を行い、エキシマレーザアニールを行った後に本発明のレーザアニールを、駆動回路を構成するトランジスタの能動層部分とその周辺のみに行う。
【００７８】
本発明のレーザアニール工程を更に詳細に述べると図１９に示すように、エキシマレーザアニールを実施した基板を本発明のレーザアニール装置に搭載し、基板端面あるいは角部でプリアライメントを行い、レーザ加工等によりアライメントマークを形成する。このアライメントマークを検出してアライメント（精アライメント）を行った後、設計データに従って駆動回路を構成するトランジスタの能動層部分とその周辺のみにレーザアニールを実施する。
【００７９】
レーザアニール装置に搭載された時点で、フォトレジストプロセス等により他の手段でアライメントマークが形成されている場合には、プリアライメント、アライメン−トマーク形成の工程は不要である。所望の領域が全てアニールされるまで繰り返した後、基板を搬出する。この後、アライメントマーク１０３、１０３’を基準に、あるいはアライメントマーク１０３、１０３’から算出される原点座標を基準に、フォトエッチング工程により、多結晶シリコン膜の必要な部分のみを島状に残す。
【００８０】
その後、フォトレジスト工程により、ゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成を経て　不純物拡散、および拡散領域活性化を行う。その後、層間絶縁膜形成、ソース・ドレイン電極形成、保護膜（バッシベーション膜）形成などのフォトレジスト工程を経て、駆動回路と画素部１０１が形成され、ＴＦＴ基板が完成する。
【００８１】
尚、アライメントマーク１０３、１０３’は本発明のレーザアニールを行った後、少なくとも１回のフォトレジスト工程での位置合わせに用いられる。その後は上記フォトレジスト工程で新たに形成したアライメントマークを使用しても良い。また、図１３に示したトランジスタは１例を示したに過ぎず、これに限定させるものではない。トランジスタとして種々の構造が可能であるが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の構造のトランジスタを形成可能であることは明らかである。
【００８２】
一方、画素部のスイッチング用トランジスタは工キシマレーザによるアニールを実施しただけの多結晶シリコン薄膜１０３の領域で形成する。即ち、アライメントマークを基準に、あるいはアライメントマークから算出される原点座標を基準に、ゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成、不純物拡散、拡散領域の活性化、ソース・ドレイン電極形成、バッシベーンョン膜形成等のためのフォトレジストプロセスを経て、ＴＦＴ基板が完成する。
【００８３】
この後、完成したＴＦＴ基板に配向膜を形成し、ラビング工程を経た後、力ラーフィルタを重ねて液晶材料を封入するＬＣＤ（パネル）工程、バックライトなどと一緒に組み込むモジュール工程を経て、高速ドライバ回路をガラス基板上に形成した液晶表示装置（いわゆるシステム・オン・パネル）が完成する。
【００８４】
本発明のレーザアニールを適用して製造された液晶表示装置を搭載した製品の一例として、図１４（ａ）に示すような液晶テレビ４０１のディスプレイ部、図１４（ｂ）に示すような携帯電話４０２のディスプレイ部、あるいは図１４（ｃ）に示すようなノート形パソコン４０３のディスプレイ部のほか、自動車のダッシュボードに格納される各種計器のディスプレイ部、携帯型ゲーム機のディスプレイ部などが上げられる。
【００８５】
次に本発明の別な実施例について図１５に従って説明する。図１５は図６に示したものとは構造の異なる、線状ビームを得るためのビーム成形光学系１１であり、プリズム７１、シリンドリカルレンズ７２、１／２波長板７４、平面ミラー７５、７６から構成されている。入射した直線偏光レーザ光１８はプリズム７１を透過し、プルズム７１の頂角部を境に２分割され、互いに重なる方向に偏向される。２分割されたビーム７３、７３’は一度重なった後分離し、平面ミラー７５、７６で反射され、再び重なる。
【００８６】
２分割されたビームが完全に分離した位置で、一方のビーム（図１５では７３）のみ、１／２波長板７４を透過する。この１／２波長板は透過するビームの偏光方向がちょうど９０度回転するように調整されている。ビーム成形光学系１１の手前に別な１／２波長板（図示せず）を設置し、ビーム成形光学系１１に入射するレーザ光１８の偏光方向を回転させ、図１５に示した１／２波長板７４で偏光方向が９０度回転するように調整することが可能である。
【００８７】
また、プリズム７１の頂角は２分割されたビーム７３、７３’が平面ミラー７５、７６で反射された後、電動矩形開口スリット面３５で完全に重なるように設計されている。また、シリンドリカルレンズ７２はプリズム７１を透過したレーザ光７３、７３’が偏向される方向と直交する方向にのみ、即ち幅方向に対して、電動矩形開口スリット１２面で集光する焦点距離のものが選択される。
【００８８】
図７（ａ）に示す様に、もともとガウス形の分布であったレーザ光はプリズムを透過して２分割され、一度重なった後に分離し、平面ミラー７５、７６で反射され、一方が他の一方と偏光方向が直交する関係を保持したまま徐々に重なり、電動矩形開口スリット面３５で図７（ｂ）に示すように完全に重なる。ここで、ビーム径をビーム中心のエネルギ密度の１／ｅ２となる点で規定している。
【００８９】
尚、本実施例において１／２波長板７４は入射レーザ光１８がプリズム７１で２分割され、完全に分離してから挿入したが、第１の実施例と同様にプリズムの手前に置いても良い。この時、１／２波長板の端部がプリズムの頂角部と一致するように調整することが必要になる。
【００９０】
この結果、分割された各ビームの偏光方向が直交しているため、重ねても互いに干渉することはなく、図７（ｃ）に示すようにほぼ均一なエネルギ分布を持つ線状ビームが形成される。尚、図７に示した分布と直交する方向（幅方向）のエネルギ分布は、シリンドリカルレンズで集光された結果、ほぼガウス形の分布となる。
【００９１】
即ち、長手方向に対してはビーム成形光学系１１に入射したビーム径の１／２で均一な、幅方向に対してはシリンドリカルレンズ３３で集光された寸法の線状ビームが得られる。この時のエネルギ密度は、中央部でシリンドリカルレンズのみで集光した場合の中心におけるエネルギ密度の約１２１％、周辺部で１１４％と、概ね一様な分布となる。
【００９２】
ビーム成形光学系１１で線状に集光されたレーザ光１８は必要に応じて電動矩形開口スリット１２で不要な部分のレーザ光を切り落とされて所望の矩形形状に成形され、対物レンズ１３でガラス基板１上に縮小投影される。対物レンズ１３の倍率をＭとすると、電動矩形開口スリット１２の像、あるいは電動矩形スリット１２面を通過したレーザ光１８の大きさは倍率の逆数、即ち１／Ｍの大きさで投影される。ビーム成形光学系１１で長手方向５ｍｍ、幅方向に１００ミクロンの線状ビームができた場合、２０倍の対物レンズを使用することで、ガラス基板１表面で長手方向２５０ミクロン、幅方向５ミクロンの線状ビームが得られることになる。
【００９３】
この線状ビームでアニールする手順、被照射部の挙動などは前述したとおりであり、レーザを照射した部分には駆動回路を形成するに十分な特性の多結晶シリコン膜が得られる。この時のシリコン薄膜の移動度として、４００ｃｍ２／Ｖｓ以上、典型的には５００ｃｍ２／Ｖｓが得られる。
次に別の実施例について、図１６に従って説明する。図１６は図６、図１５とは異なる構成のビーム成形光学系１１で、パウエルレンズ７８と呼ばれる光学素子とシリンドリカルレンズ７９で構成される。パウエルレンズ７８は「Ｌｉｎｅａｒ　Ｄｅｉｖｅｒｇｉｎｇ　Ｌｅｎｓ」として米国特許ＵＳＰ４８３６２９９に記載されているものである。
【００９４】
パウエルレンズ７８は１次元にビームを広げるもので、図１６（ａ）において入射したレーザ光１８を中心部は粗に、周辺部は密になるように分布を変換することで、ガウス分布形のレーザ光が入射した場合に、ほぼ均一な分布に変換する。一方、図１６（ｂ）は図１６（ａ）の側面図を示すが、レーザ光１８はパウレルレンズ７８を平行光のまま透過し、シリンドリカルレンズ７９により集光される。
【００９５】
ガウス形の分布を有するビーム径２ｍｍ、拡がり角０．４ミリラジアンのレーザ光１８に対して、投射距離５００ｍｍで５ｍｍに広がるパウエルレンズ７８を使用すると、入射レーザ光１８はパウエルレンズ７８の入射曲面の曲率に応じて中心部は粗に、即ちエネルギ密度が減少するように、また周辺部は密に、即ちエネルギ密度が増加するように、分布を変更させながらビーム径が広げられ、投射位置がスリット面３５と一致するように配置することで、長手方向５ｍｍのビームが得られる。結果として、ガウス形の分布の中心部はエネルギ密度が低下し、周辺部はエネルギ密度が増加することで、図１６（ａ）で示した拡散方向（即ち、線状ビームの長手方向）はほぼ均一なエネルギ分布となる。
【００９６】
一方、拡散方向と直交する方向には、焦点距離５００ｍｍのシリンドリカルレンズを配置することで、２００ミクロン程度の幅に集光できる。ビーム成形光学系１１で線状に集光されたレーザ光１８は必要に応じて電動矩形開口スリット１２で不要な部分のレーザ光を切り落とされて所望の矩形形状（線状）に成形され、対物レンズ１３でガラス基板１上に縮小投影される。対物レンズ１３の倍率をＭとすると、電動矩形開口スリット１２の像、あるいは電動矩形スリット面３５を通過したレーザ光１８の大きさは倍率の逆数、即ち１／Ｍの大きさで投影される。
【００９７】
ここで、２０倍の対物レンズを使用することで、ガラス基板１表面で長手方向２５０ミクロン、幅方向１０ミクロンの線状ビームが得られることになる。この線状ビームを基板１上を走査してアニールを実施するが、アニールする手順、被照射部の挙動などは前述したとおりである。
【００９８】
図１６においては、パウエルレンズ７８とシリンドリカルレンズ７９を個別に配置したが、図２０に示すように、一体に形成された光学素子８０として用いても全く同じ効果が得られる。また、パウレルレンズ７８には幾つかの形があるが、基本的には同じ機能を有しており、同様に使用することができる。
【００９９】
【発明の効果】
上記したように、本発明のレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、簡単な構造の光学系で均一なエネルギ分布を有する線状ビームを得ることができ、これにより、非晶質あるいは多結晶シリコン薄膜などの結晶粒を所望の方向に成長させ、大きさの結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜を形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例であるレーザアニール装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の１実施例に用いたＥＯモジュレータの斜視図である。
【図３】本発明の１実施例に用いたＥＯモジュレータの斜視図である。
【図４】ＥＯモジュレータにおける印加電圧と透過率の関係を示すグラフである。
【図５】ＥＯモジュレータにおける、レーザ入力と印加電圧とレーザ出力の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の１実施例におけるビーム成形光学系の構成を示す平面図と側面図である。
【図７】本発明の１実施例であるビーム成形光学系で成形されるビーム形状の説明図である。
【図８】本発明のレーザアニールを行う際のレーザ照射領域を説明する斜視図である。
【図９】本発明のほかの実施例であるステージの移動とレーザを照射するタイミングを示すタイムチャートである。
【図１０】本発明の１実施例におけるアニール方法を実施する前の結晶状態を示す平面図である。
【図１１】本発明の１実施例におけるアニール方法を実施した後の結晶状態を示す平面図である。
【図１２】本発明によるレーザアニール方法を実施した領域と駆動回路活性領域の位置関係を示す基板の平面図である。
【図１３】本発明によるレーザアニール方法を実施して形成された駆動回路用トランジスタの構成を示す基板の平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、いずれも本発明によるレーザアニールを適用したＴＦＴ基板で構成された液晶表示装置の適用製品例を示す斜視図である。
【図１５】本発明の別な実施例であるビーム成形光学系の構成を示す平面図と側面図である。
【図１６】本発明の別な実施例であるビーム成形光学系の構成を示す平面図と側面図である。
【図１７】本発明のレーザアニールを行う際のレーザ照射領域を説明する斜視図である。
【図１８】本発明のレーザアニール方法を適用した液晶表示装置製造工程を示すフローチャートである。
【図１９】本発明のレーザアニール工程を示すフローチャートである。
【図２０】本発明のレーザアニール装置のビーム成形光学系として適用可能な光学素子の平面図及び側面図である。
【符号の説明】
１…ガラス基板、２…ステージ、３、４…リニアスケール、６…レーザ発振器、７…シャッタ、８…ビームエキスパンダ、９…透過率連続可変フィルタ、１０…ＥＯモジュレータ、１２…電動矩形スリット、１３…対物レンズ、２１…ＥＯモジュレータ電源、２２…制御装置、３１…１／２波長板、３２、７１…プリズム、３３、７２、７９…シリンドリカルレンズ、６１…ポッケルス・セル、６２…偏光ビームスプリッタ、７８…パウエルレンズ、１０１…画素領域、１０２…駆動回路領域、１０３…アライメントマーク、１０４〜１１０…アニール領域、１２５、１２６、　１２７…レーザアニールにより成長した結晶粒、３０４…結晶粒界、３０５…ゲート電極、３０６…ソース電極、３０７…ドレイン電極、４０１…液晶テレビ、４０２…携帯電話、４０３…ノート型パソコン
【図１】
2004103628.tif 000003
【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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