(57)【要約】【課題】  平面表示装置の表示パネルを構成する絶縁基板２０上に、安定して均一な結晶性を有するシリコン薄膜を高歩留まりで形成する。【解決手段】  レーザ光３の空間強度分布及び光軸のズレを常時測定する機構を設け、レーザ光整形光学素子１５に入射する入射レーザ光３が所定の条件から外れた際に、測定した信号を処理し、その処理結果を基に光軸中に配置したビームエキスパンダ５を構成するレンズの焦点位置に挿入された空間フィルタにより、レーザ光整形光学素子に入射するレーザ光のビーム形状、ビーム径、入射位置を常時所定の条件に保持する。【選択図】    図１
2005217210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上に形成したシリコン膜にレーザ光を照射し膜質の改善を行って形成した薄膜トランジスタで構成された平面表示装置の製造装置であって、
前記シリコン膜に照射する前記レーザ光の強度分布を所望の強度分布に調整するレーザ光強度分布整形手段と、前記レーザ光強度分布整形手段に入射するレーザ光の強度分布を規定の強度分布に保持するための強度分布保持手段と、前記レーザ光強度分布整形手段に入射するレーザ光の空間強度分布を検出するレーザ光空間強度分布検出手段と、取得した空間強度分布信号を処理しビーム径状とビーム径の情報を抽出する処理手段と、前記処理手段で得られた情報によって前記ビーム径を規定の数値に制御するためのビーム径制御手段と、前記レーザ光強度分布整形手段に入射するレーザ光の光軸のズレを検出するための光軸ズレ検出手段と、前記レーザ光強度分布整形手段に入射するレーザ光の光軸を所定の光軸に制御するための光軸制御手段とを備えたことを特徴とする平面表示装置の製造装置。
【請求項２】
前記レーザ光強度分布保持手段は、二枚の凸レンズと、前記凸レンズで集束させた前記レーザ光の集光点に配置される一枚の空間フィルタとを備え、前記集束レーザ光を前記空間フィルタを通過させることで空間ノイズを除去することを特徴とする請求項１に記載の平面表示装置の製造装置。
【請求項３】
前記ビーム径制御手段は、前記レーザ光強度分布整形手段で用いられる二枚の凸レンズと、前記凸レンズを光軸方向に駆動する駆動手段から構成されることを特徴とする請求項１に記載の平面表示装置の製造装置。
【請求項４】
前記光軸制御手段は、少なくとも二枚の駆動機構を備えたミラーと、少なくとも一枚の穴の径が可変の虹彩絞りとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の平面表示装置の製造装置。
【請求項５】
前記レーザ光として、連続発振固体レーザ光または時間変調した連続発振固体レーザ光、またはパルス発振固体レーザ光の何れかを用いることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の平面表示装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板上に形成された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擬似単結晶化を行って形成した薄膜トランジスタで構成された平面表示装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、液晶表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置は、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の結晶性が悪いため、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使用されている。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）にエ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。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１５０ｃｍ2／Ｖｓ程度であり、画素の薄膜トランジスタを駆動するためには十分な性能であるが、表示パネルを駆動するドライバ回路などの高速動作を必要とする回路を構成する薄膜トランジスタに適用するには性能不足である。なお、以下では、薄膜トランジスタを単にトランジスタと称することもある。
【０００４】
また、結晶粒界には数１０ｎｍ〜１００ｎｍの突起が形成され、トランジスタの耐圧を低下させる原因となっている。更に、エキシマレーザはパルス間のエネルギのバラツキが大きいためプロセスマージンが狭い上に、有毒なガスを使用するため設備コストが大きく、また高価な発振管を定期的に交換する必要があるため、運転コストが極めて大きいなどの欠点もある。
【０００５】
これらの問題を解決する方法として、特許文献１には、ＥＯモジュレータ（電気光学素子）により任意の時間幅にパルス化した連続発振固体レーザの第２高調波を線状に集光し、シリコン薄膜上を走査させレーザ光照射を行う方法が開示されており、シリコンの溶融時間延長、冷却速度低減を促し、結晶粒の増大を図るという内容を開示する。
【０００６】
上記従来技術では、ＬＤ（レーザダイオード）励起連続発振固体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に走査することでレーザ光の走査方向に結晶を成長させ、５００ｃｍ2／Ｖｓを越える移動度を得ている。得られた多結晶膜は突起の発生がなく、この程度の移動度を持つシリコン薄膜が得られると、十分な性能の駆動回路を形成することができ、所謂システムオンパネルが実現できる。
【特許文献１】特開２００３−１２４１３６号公報
【特許文献２】特開２００３−５３５７８号公報
【特許文献３】特開平１１−２８３９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
レーザ発振器より発振するレーザ光は空間強度分布がガウス関数型である。従って、レーザ照射によってシリコン薄膜の膜質改善を行う際に、レーザ光の空間強度分布がガウス関数型のままレーザ光をシリコン薄膜に照射すると、照射領域中心部と端部における溶融時間が異なるために結晶性の不均一なシリコン膜が生成してしまい、所望の性能のシリコン膜を得ることができない。即ち、何らかのレーザ光整形手段を用いて照射レーザの空間強度分布を均一化、あるいは所望の形状に整形する必要がある。
【０００８】
ＬＤ励起固体レーザ光は、コヒーレンス長が非常に長い、即ち可干渉性が非常に高い。そのため、現在低温ポリシリコン量産技術に採用されているエキシマレーザ光の整形光学系の様に、マルチレンズアレイなどビーム分割方式のレーザ光整形手段を適用すると、レーザ光分割の際に発生する回折、レーザ光重ね合わせの際に生ずる干渉の影響が分布に現れるので、シリコン膜に照射するのに好適な分布に整形する事が非常に困難である。この為、固体レーザ光のレーザ光整形光学素子として、回折光学素子、パウエルレンズといった単体で構成された光学素子を用いるのが好適である。
【０００９】
しかし、この方法には解決すべき以下の課題が存在する。すなわち、上記回折光学素子、パウエルレンズのように、単体素子でレーザ光の空間強度分布を整形する方式の光学素子を用いて所望の強度分布を得る際には、入射レーザ光の空間強度分布とビーム径を光学素子設計において設定された入射条件と厳密に一致させること、そしてレーザ光整形光学素子に対するレーザ光の入射位置を、設計で決められた所定の位置通りに一致させることが非常に重要な要素となる。これら要素のうち、いずれが欠如してもレーザ光は所望の分布から外れることとなる。
【００１０】
量産装置は長時間稼働が前提となるため、発振器内の共振器のアライメントのずれ、レーザ媒質の熱歪みや光学系の劣化等、レーザ光の強度分布、光軸、ビーム径が経時変化する要因が多数存在するため、これらの要因によって誘起されるレーザ光特性の変動を抑制すべく充分な対策を構築しなければならない。シリコン膜に照射されるレーザ光の強度分布が所望の分布から外れるということは、形成されるシリコン膜の結晶性が不均一となることを意味する。
【００１１】
前記結晶膜を用いてＴＦＴおよび平面表示装置を作成した場合は、結晶性の不均一性から充分な性能のトランジスタを組むことができず、回路動作不良や画面輝度ムラなどの原因となり、結果的に製造歩留りが低下するという問題が存在する。この様な問題を解決するために、レーザ光変動制御機構が種々提案されている。
【００１２】
例えば、特許文献２には、ビームプロファイルを測定、推定し、基準プロファイルからのズレに応じて、エキスパンダのレンズの相対位置をフィードバック制御するようにしたものである。しかしながら、この発明はレーザ光のビーム径を変化させるのみの技術であるため、上述した空間強度分布の形状変化の問題を解決することができない。
【００１３】
また、特許文献３は、エキシマレーザのガス交換時、もしくは透過窓交換時に生じる光軸ズレによる照射エネルギ強度の変化を解消するために、一枚の反射ミラーを駆動し強度分布が最適となるよう調整する技術を開示する。しかしながら、この技術は光軸調整に一枚のミラーを使って行っているので、入射レーザとホモジナイザの相対的な角度、位置などを所望の位置に戻すことは不可能であるため、光軸ズレを根本的に解決することができない。
【００１４】
本発明の目的は、上記した問題点を改善し、長時間稼動においてレーザ光の空間強度分布、ビーム径、光軸を常時所望の状態に保持し、安定して均一な性能のシリコン結晶膜を形成する平面表示装置の製造装置を提供し、平面表示装置の製造工程における歩留りを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明による平面表示装置の製造に用いる製造装置は、シリコン薄膜に照射するレーザ光を均一な結晶性を形成するに適した空間強度分布に整形するレーザ光整形光学素子と、レーザ光整形光学素子に入射するレーザ光の空間強度分布、ビーム径を測定する空間強度分布およびビーム径測定手段と、レーザ光整形光学素子への入射位置を検出するレーザ光入射位置検出手段と、測定した空間強度分布、ビーム径及びレーザ光入射位置を基準の空間強度分布、ビーム径レーザ光入射位置と比較するための信号処理手段と、処理結果を基にしてレーザ光の空間強度分布、ビーム径、入射位置を基準値に補正する制御手段とを有することを特徴とする。このような方法を実現する本発明の平面表示装置の製造装置によれば、安定して所望の空間強度分布を有するレーザ光をシリコン薄膜に照射することができ、均一な結晶性を有するシリコン薄膜を高歩留りで形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の平面表示装置の製造装置によれば、過干渉性の高い固体レーザ光を、レーザ光整形光学素子に入射するレーザ光、もしくはレーザ光整形光学素子によって整形されたレーザ光の強度分布を常時モニタすることで、入射レーザ光の強度分布、光軸、ビーム径の不規則な変化に対して非常に敏感な固体レーザ光整形光学素子を用いてシリコン膜の改質を行う際に、照射するレーザ光の均一性を保ち、尚且つ不良パネルを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態につき、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１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。レーザ源はＬＤ励起連続発振固体レーザ１を用い、発振した連続波レーザ光３の出力を調整するためのＮＤフィルタ２、時間変調するためのＥＯモジュレータ４、常に安定して同一の空間強度分布、ビーム径のレーザ光に調整するための空間フィルタ及びビームエキスパンダ５、レーザ光の一部を分岐するためのレーザ光分岐機構６、分岐したレーザ光の空間強度分布を計測するビームプロファイラ７、プロファイラ７で測定した空間強度分布信号を処理しビーム径と空間強度分布形状を抽出、基準値との比較を行う信号処理部８、この信号処理結果に基づいてビームエキスパンダを駆動する駆動ドライバ９、駆動機構１１、１３を備えた光軸調整用ミラー１０および１２、光軸調整のための虹彩絞り１４、レーザ光整形光学素子１５、レーザ光の出力を一部分岐するためのレーザ光分岐機構１６、分岐したレーザ光の空間強度分布を検出するためのレーザ光空間強度分布検出機構１７、この検出機構１７で検出した信号に必要に応じた処理を行う信号処理部１８、駆動機構１１、１３を駆動する駆動ドライバ１９、シリコン薄膜を搭載したガラス基板２０、基板を搭載するステージ２１、ステージ２１の位置を検出するためのリニアエンコーダ（リニアスケールとも称する）２２、リニアエンコーダ２２が発生するパルス信号をカウントし、予め設定されたパルス数ごとにＥＯモジュレータ４を駆動するためのドライバ２４に制御信号を送る制御装置２３、整形光学素子１５によって整形されたレーザ光の空間強度分布を測定するためのビームプロファイラ２５、プロファイラ２５で測定された空間強度分布と基準強度分布を比較する信号処理装置２６、駆動機構１３を駆動する駆動ドライバ２７などから構成されている。
【００１９】
レーザ発振器１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、出力の安定性等からレーザダイオード励起ＹＶＯ4レーザあるいはレーザダイオード励起ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：５３２ｎｍ）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、ＹＶＯ4あるいはＹＡＧレーザの第三あるいは第四高調波、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。
【００２０】
ＥＯモジュレータ４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、駆動周波数が低く、回折効率が７０％〜８０％とやや低い欠点があるが、使用することができる。このようにＥＯモジュレータ４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１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（あるいは位置）で照射を開始し、任意出力変化を経て任意の時点で照射を終了することができる。即ち、任意の時間変調をかけることが可能である。
【００２１】
図２は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１を用いて線状レーザ光を照射して擬似単結晶を形成する前および後のシリコン膜の状態を示す平面図である。ここで時間変調をかけたレーザ光をシリコン膜に照射した際のシリコン膜の挙動、形成される多結晶薄膜の形状・性能について説明する。図２（ａ）に示すように、線状に集光したレーザ光２８を基板上に形成されたシリコン薄膜２９（この場合、出発試料は非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜どちらでもよい）に対して相対的に走査させて結晶化を行う。
【００２２】
線状のレーザ光２８を照射されたシリコン薄膜が溶融、再凝固する過程において、図２（ｂ）に示すように結晶粒はレーザ光走査方向、即ち横方向成長し、レーザ光照射終了地点で結晶成長は停止する。該横方向成長結晶３０を用いてトランジスタを形成する際に、レーザ走査方向に成長した結晶粒に対して平行にソース領域３１・ドレイン領域３２・チャネル領域３３が形成されるように設定すれば、結晶粒界がチャネル３３内を横断しないトランジスタを形成することができ、移動度、閾値電圧バラつきの面で単結晶で形成したトランジスタに近い性能を得ることができるため、以後先に述べたようなレーザ走査方向に成長した横方向成長多結晶３０を、以下擬似単結晶と呼ぶ。
【００２３】
次に、上記した製造装置を用いた際の表示装置の製造工程の１実施例を説明する。図３は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１を用いてレーザ照射によりシリコン膜の結晶化を行う工程を説明する斜視図である。図３（ａ）に大型基板から製造される複数のパネル（平面表示装置を構成するパネル（表示パネル）、通常は数１０〜数１００パネルが形成される）のうち、隣り合う２パネルを代表として示す。ここで、パネルの試料としてガラス基板の１主面に絶縁体薄膜を介して非晶質シリコン薄膜を形成した基板を用いる。
【００２４】
各パネル上には、表示領域（画素領域）、走査線駆動回路領域、および信号線駆動回路領域が形成される。本実施例では上記表示領域中にゲートが多結晶シリコン膜で構成される画素トランジスタを、信号線駆動回路領域、走査線駆動回路領域中にゲートが擬似単結晶で構成される高速駆動が可能なトランジスタを形成する例を示す。なお、本実施例では、上記３領域のみを多結晶化し、トランジスタを形成する例を示したが、上記３領域以外にもＤ／Ａコンバータといった回路を設ける為の領域を形成してもよい。
【００２５】
図３（ａ）に示すように、ステージ（図示せず）に非晶質シリコン薄膜１５０を形成した大型基板１５１を搭載し、エキシマレーザ光１５２を矢印で示した方向へ走査し、基板全面に渡って非晶質シリコン薄膜１５０に照射することにより多結晶シリコン薄膜１５３に変換する。次に、図３（ｂ）に示すように、線状に集光した固体レーザ光１５４をＥＯモジュレータで時間変調しながら矢印で示した方向に相対的に走査し、信号線駆動回路形成に必要な性能の擬似単結晶を所望の領域１５５、１５６にのみ選択的に形成する。なお、走査は一般的には基板を移動することで行うが、レーザ光を移動させてもよい。
【００２６】
基板全面に渡って信号線駆動回路領域の結晶化が終了すると、基板を９０°回転させ、図３（ｃ）に示すように、走査線駆動回路形成の為に時間変調した線状レーザ光１５７を照射し、擬似単結晶を所望の領域１５８、１５９にのみ選択的に形成する。この場合、基板を一度ステージから排出し、回転させてから再度基板をステージへ戻しアニールを行ってもよいし、光学系を回転させることでレーザ光を９０°回転させてもよい。なお、走査を行う際に、一定周期で、あるいは任意の周期でレーザ光のオン・オフを繰り返して照射する例を説明したが、レーザ光は常時ＯＮ状態で走査しても良い。こうして走査を繰り返し、パネル内の走査線駆動回路領域１５８、１５９を全て擬似単結晶化し照射が終了する。
【００２７】
なお、本実施例においては、レーザ光のパワー密度を擬似単結晶を形成するパワー密度に設定し結晶化を行う例について説明したが、走査線駆動回路領域において要求される結晶が多結晶である場合には、パワー密度を多結晶粒を形成するのに適したパワー密度に設定して結晶化を行っても良い。また、エキシマレーザ照射による多結晶化と固体レーザ照射による選択的擬似単結晶化工程は、エキシマレーザと固体レーザについてそれぞれ別なアニール室において別工程として行ってもよいし、エキシマレーザ光学系と固体レーザ光学系からのレーザ光を一つのアニール室に導いて行ってもよい。
【００２８】
以上の動作を繰り返して、基板全面を走査してアニールを終了する。これにより、基板１５１内の各パネルは、画素部は移動度１５０ｃｍ2/Ｖｓ程度の多結晶シリコン膜が、走査線駆動回路領域および信号線駆動回路領域（その他周辺回路領域も含む）は移動度３００〜４００ｃｍ2/Ｖｓの多結晶シリコン（擬似単結晶シリコン）膜に変換される。以上が製造工程の実施例についての説明である。
【００２９】
シリコン膜に照射するレーザ光３は、レーザ光整形光学素子１５によって線状（あるいは矩形）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、通常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。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。
【００３０】
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、レーザ光整形光学素子１５を用いる。レーザ光整形光学素子１５にはパウエルレンズとシリンドリカルレンズを組み合わせたもの、回折形光学素子を用いたもの等、種々の形式のものがあるが、線状に集光でき、かつ長手方向に均一な、あるいはアニールに好適なエネルギ分布が実現できるものであれば、どのような手段を用いてもよい。幅（短手）方向の分布は均一でもガウス分布のままでもよい。また、レーザ光整形光学素子１５で整形されたレーザ光３の強度分布を保ったままパワー密度を上げるために、レーザ光整形光学素子１５とガラス基板の間に対物レンズ（図示せず）を挿入し、所望の強度分布を縮小投影してもよい。
【００３１】
ここで、回折光学素子、パウエルレンズといったレーザ光整形光学素子に入射するレーザ光の入射位置が所定位置から外れた場合に、整形レーザ光強度分布及びレーザ照射によって形成される多結晶シリコン薄膜が受ける影響について図を用いて説明する。
【００３２】
図４は回折光学素子へのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。図４（ａ）は、回折光学素子へのレーザ光の入射位置が理想的な場合のレーザ光強度分布を示した図である。回折光学素子３６は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光３７は、ガウス関数型強度分布３８で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸３９に対して一致している。
【００３３】
この場合の光軸３９とは、回折光学素子３６の中心位置を通り回折光学素子表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち回折光学素子３６の中心とレーザ光３７の中心が一致している。この様な状態でレーザ光３７が入射した際に、投光面４０における整形レーザ光強度分布４１は、設計通り均一な分布となる。しかし図４（ｂ）に示すように、回折光学素子４２の中心を通過する光軸４５に対して入射レーザ光４３の進行方向がずれた場合、または回折光学素子４２の入射面上での入射位置がずれた場合、投光面４６上での整形レーザ光強度分布４７は、不均一な分布に崩れる。
【００３４】
図５はパウエルレンズへのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図であり、パウエルレンズに入射するレーザ光の入射位置が所定位置から外れた場合について示す。図５（ａ）は、パウエルレンズへのレーザ光の入射位置が理想的な場合のレーザ光強度分布を示した図である。パウエルレンズ４８は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光４９は、ガウス関数型強度分布５０で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸５１に対して一致している。この場合の光軸５１とは、パウエルレンズ４８の中心位置を通り回折光学素子表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち、パウエルレンズ４８の中心とレーザ光４９の中心が一致している。
【００３５】
この様な状態でレーザ光４９が入射した際に、投光面５２における整形レーザ光強度分布５３は、設計通り均一な分布となる。しかし、図５（ｂ）に示すように、パウエルレンズ５４の中心を通過する光軸５７に対して入射レーザ光５５の進行方向がずれた場合、またはパウエルレンズ５４の入射面上での入射位置がずれた場合、投光面５８上での整形レーザ光強度分布５９は不均一な分布に崩れる。
【００３６】
図６は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１を用いて不均一な空間強度分布に整形されたレーザ光を照射してシリコン膜の結晶化を行った際に形成される結晶の状態を示す平面図であり、上記不均一整形レーザ光強度分布４７、５９を有するレーザ光をシリコン膜上に照射し結晶化を行った際に形成される結晶の様子を示す。線状に集光した不均一強度分布を有するレーザ光（図示せず）を基板上に形成されたシリコン薄膜１３０（この場合、出発試料は非晶質薄膜、多結晶薄膜どちらでもよい）に対して相対的に走査させて結晶化を行う。
【００３７】
線状レーザ光を照射されたシリコン膜の溶融時間は照射レーザ光の強度分布の高低と相関があり、高強度レーザ光を照射すると、シリコン膜の溶融時間の延長に伴い、横方向成長が促進された結晶１３１が形成される。逆に、低強度レーザ光を照射すると溶融時間は短く、横方向成長を充分に促進することができず、小粒径結晶１３２が形成される。結晶１３１、１３２を用いて、チャネル１３３、１３４がレーザ走査方向に成長した結晶粒に対して平行に形成されるようにトランジスタを形成すると、結晶１３１を用いて形成したトランジスタのチャネル１３３内には結晶粒界が存在しないため高移動度が得られるが、結晶１３２を用いて形成したトランジスタのチャネル１３４内にはチャネル内電流方向を幾つもの粒界が横断するため、移動度、閾値電圧といった特性がバラつく不具合が発生してしまう。
【００３８】
また、回折光学素子、パウエルレンズといったレーザ光整形光学素子に入射するレーザ光の強度分布、ビーム径が所定の値から外れた場合に、整形レーザ光強度分布に及ぼす影響について、図７、図８を用いて説明する。図７は回折光学素子へ入射するレーザ光の空間強度分布が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。また、図８は回折光学素子へ入射するレーザ光のビーム径が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。
【００３９】
図７（ａ）は、回折光学素子へのレーザ光の入射強度分布が回折光学素子設計時に仮定した強度分布と一致している場合の整形レーザ光強度分布を示した図である。回折光学素子８１は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光８２は、ガウス関数型強度分布８３で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸８４に対して一致している。この場合の光軸８４とは、回折光学素子８１の中心位置を通り回折光学素子表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち、回折光学素子８１の中心とレーザ光８２の中心が一致している。この様な状態でレーザ光８２が入射した際に、投光面８５における整形レーザ光強度分布８６は、設計通りに均一な分布となる。しかし、図７（ｂ）に示すように、回折光学素子８７の中心に入射するレーザ光８８の強度分布が経時変化により所定の分布から外れて９０に示した分布になった場合、投光面９２上での整形レーザ光強度分布９３は不均一な分布に崩れる。なお、８９は光軸を示す。
【００４０】
図８（ａ）は、回折光学素子へ入射するレーザ光のビーム径が回折光学素子設計時に仮定したレーザ光のビーム径と一致している場合の整形レーザ光強度分布を示した図である。回折光学素子１１１は、ガウス関数型の強度分布を有するレーザ光が素子中心に入射した際に投光面上に均一な分布が形成されるよう設計されている。入射レーザ光１１２は、ガウス関数型強度分布１１３で、なおかつレーザ光の中心位置、進行方向は光軸１１４に対して一致している。この場合の光軸１１４とは、回折光学素子１１１の中心位置を通り回折光学素子１１１の表面に対して垂直な方向に伸びる軸を意味する。即ち、回折光学素子１１１の中心とレーザ光１１２の中心が一致している。
【００４１】
この様な状態でレーザ光１１２が入射した際に、投光面１１５における整形レーザ光強度分布１１６は、設計通りに均一な分布となる。しかし、図８（ｂ）に示すように、回折光学素子１１７の中心に入射するレーザ光１１８のビーム径が何らかの理由によりガウス関数型１１９のままビーム径が所定の数値を外れて１２０となった場合、投光面１２２上での整形レーザ光強度分布１２３は不均一な分布に崩れる。
【００４２】
上記した様に、回折光学素子、パウエルレンズといったレーザ光整形光学素子は、複数のレンズを用いて複数個のレーザ光に分割し、ある投光面上で分割したレーザ光を重ね合わせるいわゆるマルチレンズアレイ方式の整形光学系とは、その性質は著しく異なる。単体でレーザ光整形を行う光学素子の設計は、通常、強度分布、レーザ光の素子入射位置を厳密に仮定し、素子上の各セルにおける回折効率や、レンズの曲率、厚みといったパラメータを精密に決定するといった作業を行い、素子形状を決定する。入射するレーザ光の相対強度分布が設計に用いた形状からわずかに崩れても、入射する位置がわずかにズレても、各セルにおける回折効率の変化、集光の度合いの変化は大きい。
【００４３】
即ち、レーザ光を設計通りの形状に整形しようと試みた場合に、入射位置、強度分布形状、ビーム径が設計値と一致したレーザ光のみが所望の分布に整形される。従って、該レーザ光整形光学素子を用いてレーザ光照射を行い、安定した性能のシリコン膜を得ようとした場合には、装置稼働中に常に安定してレーザ光強度分布を保つ機構を設けなければならないという課題が生じる。本発明の表示装置の製造方法を実施するに好適なレーザアニール装置では、以上の問題を解決するために以下に示す機構を備えている。以下、図を示しながら詳細にその形態について説明する。
【００４４】
図１において、空間フィルタを備えたビームエキスパンダ５と、レーザ光整形光学素子１５へ入射するレーザ光の入射位置を一定に保つための駆動機構１１を有するミラー１０と駆動機構１３を有するミラー１２を用いてレーザ光整形光学素子１５に入射するレーザ光の強度分布を常に一定に保つ。上記エキスパンダ５はレーザ光空間強度分布を調整する機構を有し、上記ミラー１０、１２はレーザ光のレーザ光整形光学素子１５への入射位置を調整する（即ちレーザ光の光軸を調整する）機構を有する。
【００４５】
先ず、本発明の実施例として、レーザ光の強度分布が所定の形状、ビーム径からズレた場合の検出方法及び調整方法について、図９に従いながら説明を行う。図９は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１においてレーザ光整形光学素子へ入射するレーザの空間強度分布とビーム径補正を行う工程の一例を説明する平面図である。空間フィルタを備えたビームエキスパンダ５は、図９（ａ）に示すように、二枚の凸レンズ９７、１０３と、直径数ミクロン程度の穴の開いた金属板９８から構成される。凸レンズ１０３は、ステッピングモータによって駆動するレンズ保持機構（図示せず）に保持されており、光軸１０８に対して矢印で示したように光軸に沿った方向で平行に移動する構成となっている。
【００４６】
ビームエキスパンダ５は凸レンズで一旦集光したレーザ光１０８をもう一方の凸レンズ１０３で受け止めるという、いわゆるケプラー型エキスパンダ・コリメータの構成になっており、光軸に沿った方向で平行に凸レンズ同士の相対距離を変化させることで、ビーム径を調整する機構を有する。また、凸レンズ焦点位置に空間フィルタとして穴の開いた金属板９８を配置する。
【００４７】
図９（ｂ）に示すように、金属板９８からなる空間フィルタは、入射したレーザ光がレーザ発振器の励起光学系の経時変化、位置ズレ、レーザロッドの熱歪み等の要因により、基本モード以外に高次モードが含まれたり、空間ノイズが含まれることにより、本来のガウス関数型強度分布９６から崩れた形状９５へと変化した場合に、凸レンズ９７によって集光されるレーザ光成分のうち、焦点位置において最も集光される成分、即ち基本モード成分１０１のみを通過させ、焦点位置の異なる他の光、即ち他モード成分や空間ノイズ９９、１００を遮断する機構を有する。空間フィルタ(金属板９８)を常時挿入しておくことで、レーザ光整形光学素子に入射するレーザ光を常に基本モードのガウス関数型強度分布に保つことができる。ここで用いる空間フィルタの形状は、穴の径が固定されたものでもよいし、レーザの空間モードとレーザ出力を同時に調整できるよう、穴の径が可変になっているアイリスのような形状をしたものでもどちらでもよい。
【００４８】
図１において、ビームエキスパンダ５を通過したレーザ光を、光軸中に配置したビームスプリッタやガラス板等、レーザ光を一部分岐する機構６により一部分岐し、分岐成分をプロファイラ７で測定する。上記測定値は、必要に応じて検出信号処理部８によりＡ／Ｄ変換、ガウスフィッティングなどの処理がなされ、ビーム強度分布の形状、ビーム径の情報を抽出する。しかる後に、予め登録しておいた所定の形状（ガウス関数型）、数値（規格化強度の１／ｅ2におけるビーム径）との比較を行い、ビーム径の所定値からの差分を計算する。上記差分（ビーム径の変動）がある閾値以上に達した際に、差分をゼロに近づけるように、信号処理部８より凸レンズ１０３が搭載されたレンズ保持・駆動機構にパルス信号を送信し、ステッピングモータを駆動させてエキスパンダ倍率を変動させてビーム径調整を行う。
【００４９】
こうして、出射レーザ光１１０のビーム径が所定の値に戻るまでエキスパンダ倍率を調整し、戻った時点で調整を終了する。本実施例においては、ビームエキスパンダ５に入射するレーザ光１０７（図９（a））のビーム径が、所定のビーム径を有するガウス関数型強度分布９６と比較して広がった場合を例として示す。無論、ビーム径が狭まった場合についても同様の調整方法が適用できることはいうまでもない。また、上記実施例においては、ビームエキスパンダを構成する二枚の凸レンズのうち、下流側の凸レンズ１０３に駆動機構を持たせる例を示したが、上流側の凸レンズ９７に駆動機構を持たせてビーム径調整を行ってもよい。但し、上流側の凸レンズ９７を駆動させる場合には、レンズ９７と空間フィルタ９８との相対距離が変化するため、空間フィルタ９８も駆動機構に搭載し、レンズとの相対距離を保つ必要がある。
【００５０】
また、信号処理部８における処理において、空間強度分布の形状をフィッティング処理により数式として抽出した際に、算出した数式がガウス関数から所定の値以上に離れた場合、その由を知らせる警報を発動させ、場合によっては作業を中断させる機構を付加させておく。
【００５１】
また、本実施例においては、ビームエキスパンダの直後で分岐したレーザ光の強度分布を測定する例を示したが、レーザ光を検出する場所はレーザ光整形光学素子１５に入射する直前でもよい。この場合、実際の入射レーザ光に近い状態の空間強度分布を測定できるので、より精度の良い調整を行うことが可能である。また、上記ビーム径調整を行った後に、必要に応じて基板ステージ２１上に配置したビームプロファイラ２５で整形レーザ光の空間強度分布を測定し、その結果をエキスパンダ５にフィードバックして、レンズ１０３の配置を微調整しても良い。以上が、本発明の実施例１におけるレーザ光を分岐し該レーザ光の強度分布が所定の形状、ビーム径からズレた場合の検出方法及び調整方法についての説明である。
【実施例２】
【００５２】
次に、本発明の実施例２として、レーザ光整形光学素子に対して入射するレーザ光の入射位置のズレを検出し、所定の入射位置に補正する機構についての説明を行う。先ず、図１０を用いて本実施例の概要、構成についての説明を行い、図１１から図１５を用いて本実施例による入射位置補正機構を用いた補正方法を詳細に説明する。
【００５３】
図１０は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図であり、図１に示した平面表示装置の製造装置の内、本実施例に相当するレーザ光照射位置調整機構及び照射光学系の概略構成を示す図である。本調整機構は、少なくとも２枚の光軸調整用ミラー２０１、２０３と、パルス信号を受けてミラー２０１、２０３を駆動する駆動機構２０２、２０４と、虹彩絞り２０５（アイリス）とビームスプリッタ２０９と、ビームプロファイラ２１０と、ビームプロファイラ２１０で検出した信号を処理する信号処理部（図示せず）と、処理した信号に従いミラー駆動機構にパルス信号を送るミラー駆動機構ドライバ（図示せず）から成り、上記要素をレーザ光整形光学素子２０７、ステージ２１１に対して図１０のように配置して構成される機構である。
【００５４】
レーザ光軸が規定の光軸２００に対してズレた場合に、光軸のズレをビームプロファイラ２１０の受光面上でのレーザ光照射位置のズレとして検出し、検出結果を必要に応じて信号処理し、その結果により光軸調整ミラー２０１、２０３をフィードバック制御し、規定の光軸２００へと補正する。駆動機構２０２を有するミラー２０１と駆動機構２０４を有するミラー２０３は、少なくとも任意の一軸（以下Ｘ軸と称する）と、Ｘ軸に対して垂直な軸（以下Ｙ軸と称する）の２軸について光軸を調整することができる。規定光軸２００に従って進行するレーザ光は、ミラー２０１、２０３の表面で反射され、虹彩絞り２０５（アイリス）の穴の中心２０６を通過した後に、レーザ光整形光学素子２０７の中心点２０８に素子表面に対して垂直に入射する。
【００５５】
光軸２００中に配置した虹彩絞り２０５は穴の径が可変であり、調整時以外はビーム径に対して充分に穴を大きく開放することができる。また、整形レーザ光２１２が丁度ステージ２１０上でアニールに好適な所望の空間強度分布を形成するようにレーザ光整形光学素子２０７が配置されている。また、レーザ光整形光学素子２０７は保持・駆動機構（図示せず）によって支持されており、調整時には光軸から外れるよう移動させることができ、調整終了後には、正確に所定位置へと戻せるような機構を備えている。
【００５６】
レーザ光整形光学素子２０７とステージ２１１の間には、レーザ光を一部分岐し、分岐したレーザ光の強度分布を計測するためにビームスプリッタ２０９が光軸に対して４５度の角度に配置されている。分岐したレーザ光２１３はレーザ光強度分布を二次元空間情報として検出することが可能なビームプロファイラ２１０で検出する。ここで、虹彩絞り２０５の中心２０６とレーザ光整形光学素子２０７の中心２０８を通過したレーザ光２１２のステージ２１１上の座標を基準座標（Ｘ0、Ｙ0）と規定し、スプリッタ２０９で分岐されたレーザ光２１３のプロファイラ２１０上の座標を基準座標（Ｘ0’、Ｙ0’）と規定する。
【００５７】
虹彩絞り２０５の中心２０６と、レーザ光整形光学素子２０７の中心２０８と、ステージ２１１上の基準座標（Ｘ0、Ｙ0）は、完全に同一の光軸上に存在し、また虹彩絞り２０５の中心２０６と、レーザ光整形光学素子２０７の中心２０８と、プロファイラ２１０上の基準座標（Ｘ0’、Ｙ0’）も、ビームスプリッタ２０９を介して完全に同一の光軸上に存在している。また、上記座標（Ｘ0、Ｙ0）と（Ｘ0’、Ｙ0’）がスプリッタ２０９を挟んで等価となるように各要素を配置する。
【００５８】
即ち、ビームスプリッタ２０９とステージ２１１間距離とスプリッタ２０９とプロファイラ２１０の受光面間距離が等価となるようにスプリッタ２０９、プロファイラ２１０を配置することで、ステージ上の基準座標（Ｘ0、Ｙ0）におけるレーザ光の空間強度分布をプロファイラ２１０によって観察できる構成となっている。スプリッタ２０９、プロファイラ２１０は固定されており、レーザ光軸２００が所定の方向からズレた場合、基準座標（Ｘ0、Ｙ0）からズレは、スプリッタ２１０上においてはレーザ照射位置の基準座標（Ｘ0’、Ｙ0’）からのズレとして検出されるため、プロファイラ２１０上の照射位置を基準座標に戻すようにミラーのチルトを調整することで光軸を規定の状態へと戻すことができる。
【００５９】
次に、ズレが生じた光軸を元の状態に補正する工程について具体的に説明する。図１１は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図であり、レーザ光軸が理想的な光軸からズレた際の、レーザ光軸調整の一工程を示す図である。また、図１２は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしてグラフで示した図、図１３は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光がレーザ光整形光学素子へ入射する位置がズレる事によってレーザ光整形強度分布が不均一になる様子の一例を示す斜視図である。そして、図１４は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図、図１５は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしグラフで示した図ある。
【００６０】
図１０に示す光軸２００が図１１に示すように光軸２００’に変化する。結果として、図１３に示すように、基板ステージ上でのレーザ照射位置は、基準座標（Ｘ0、Ｙ0）から（Ｘ1、Ｙ1）へとズレた状態となる。基準座標（Ｘ0、Ｙ0）においては、アニールに好適な空間強度分布２１８が形成されているが、照射位置が（Ｘ1、Ｙ1）にズレた場合には、単に照射位置座標がズレるだけでなく、強度が不均一で、アニールに適していない空間強度分布２１９が形成されてしまう。光軸調整工程の説明に戻ると、光軸調整はＸ軸、Ｙ軸について独立に行うこととする。
【００６１】
本実施例においては、Ｘ軸の調整工程を詳細に説明し、Ｙ軸の調整工程については省略するが、基本的に任意の軸に対して、以下で説明する調整方法を適用する。先ず、光軸上からレーザ光整形光学素子２０７を移動させる。次に虹彩絞り２０５の穴をビーム径に対して充分に小さく設定する。次にミラー２０１の駆動機構２０２に駆動ドライバから信号を送り、レーザ光がステージ２１０上でＸ軸方向に走査されるようにミラーを回転させ、光軸を変化させる。なお、この時ミラー２０３は固定しておくものとする。この場合、レーザ光２００’は、虹彩絞り２０５上を一軸方向に移動する（絞り２０５の穴をレーザ光２００’が横切る）。絞り２０５によって一部切り出されたレーザ光２００’は、スプリッタ２０９によって分岐されて、プロファイラ２１０によって検出される。絞り上でのレーザ光の振る舞いと、プロファイラ２１０受光面上でのレーザ光の振る舞いには相関があり、ミラー２０１の動きに対応して光軸が光軸２１４、２１５、２１６と変化したとき、プロファイラ２１０上においてもレーザ光は一軸方向に走査される。
【００６２】
この際、レーザ光の強度分布はガウス関数形状なので、虹彩絞り２０５によって切り出されるレーザ光の積分強度は、虹彩絞り２０５の中心２０６とレーザ光の中心が一致した時、即ちレーザ光軸が光軸２１６と一致した時に最も高くなり、左右にスキャンするとガウス関数的に積分強度は減少する。この現象を利用して基準座標からの照射位置ズレを算出する。各スキャン毎に虹彩絞り２０５で切り出されるレーザ光の積分強度をプロファイラ２１０で計測し、プロファイラ２１０受光面上での検出位置の関数としてプロットすると、図１２の様になだらかなピークを描く曲線２１７を得ることができる。
【００６３】
この曲線の中心位置Ｘ2’の座標を必要に応じてフィッティング等の処理を通して抽出し、基準座標Ｘ0’との差分を算出し、その差分が規定値以上の場合、図１４に示すように、ミラー２０３を駆動させる駆動機構２０４にフィードバックを掛け、差分を減少させる方向にミラー２０３を回転させる。その後に再びミラー２０２を回転させ、虹彩絞り２０５上をレーザ光をスキャンさせ、プロファイラ２１０でレーザ光の検出を行い、上記と同様にレーザ光積分強度を照射位置座標の関数としてプロットした曲線の中心座標と基準座標との差分を算出する。
【００６４】
この工程を差分が規定値以下に収束するまで繰り返し、図１５に示すように曲線２２０の極大値と基準座標Ｘ0’が所定の値内に収束するまで光軸調整を行い、所定の値内に収束した時点でＸ軸方向の光軸調整を終了する。次に、Ｙ軸についても所定の基準座標Ｙ0’ に戻るまで上記と同様の光軸調整を行う。最後に、虹彩絞り２０５の穴の径をビーム径に対して充分に大きくなるよう穴を開放し、レーザ光整形光学素子２０７を所定の位置に戻して、レーザ光軸２００’は、ミラー２０３以降で虹彩絞り２０５の中心２０６を通過し、レーザ光整形光学素子２０７表面に対して垂直入射し、尚且つ中心２０８を通過した整形レーザ光がステージ２１０の基準座標（Ｘ0、Ｙ0）に照射される状態に戻る。
【００６５】
なお、上記光軸調整を行った後に、必要に応じてステージ上に配置したプロファイラ２５を基準座標まで駆動させ、整形レーザ光の空間強度分布を測定し、その結果を信号処理部にて処理し、ミラー２０３にフィードバックを掛けて光軸の微調整を行っても良い。なお、本実施例ではプロファイラで検出したレーザ光の積分強度を信号として用いたが、他にもプロファイラ上のピーク強度を信号として用いてもよいし、虹彩絞りで切り出されたレーザ光の相対強度、あるいは相対エネルギをプロファイラ受光面上の位置の関数としてプロットできる方法であればどの様な方法を用いても良い。なお、本実施例では光軸ズレを検出する為の検出機構としてＣＣＤタイプのビームプロファイラを用いた例を示しているが、他にもナイフエッジ、あるいは矩形スリットをパワーメータ上でスキャンさせてビーム形状を測定するタイプのビームプロファイラなど、レーザ光照射位置を二次元空間情報として検出できるのなら、どの様な検出機構を用いて行ってもよい。
【００６６】
次に、上記とは別の実施例として、レーザ光整形光学素子に対して入射するレーザ光の入射位置ズレを上記方式とは異なる方法で検出し、所定の入射位置に補正する機構についての説明を行う。図１６は本発明の平面表示装置の製造装置の実施例３においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図であり、本発明の平面表示装置の製造装置の内、本実施例に相当するレーザ光照射位置調整機構及び照射光学系の概略構成を示す図である。本実施例のレーザ光照射位置調整機構は、少なくとも２枚の光軸調整用ミラー２５１、２５３と、パルス信号を受けてミラー２５１、２５３を駆動する駆動機構２５２、２５４と、少なくとも二枚の虹彩絞り２５５、２５６（アイリス）と、ビームスプリッタ２５９と、ビームプロファイラまたはフォトダイオードといったレーザ光強度検出機構２６０と、該検出機構２６０で検出した信号を処理する信号処理部（図示せず）と、処理した信号に従いミラー駆動機構にパルス信号を送るミラー駆動機構ドライバ（図示せず）から成り、上記要素をレーザ光整形光学素子２５７、ステージ２６１に対して図１６のように配置して構成される機構である。
【００６７】
レーザ光軸が規定の光軸に対して光軸２５０へとズレた場合に、光軸のズレを虹彩絞り２５５、２５６を通過し光強度検出機構２６０の受光面上に照射されるレーザ光の積分強度の振幅の変化として検出し、検出結果を必要に応じて信号処理し、その結果により光軸調整ミラー２５１、２５３をフィードバック制御し、規定の光軸へと補正する。先ず、保持・駆動機構（図示せず）によって支持されているレーザ光整形光学素子２５７を光軸から外れるように駆動させる。次に、虹彩絞り２５５、２５６をビーム径に対して充分に小さく設定し、通過したレーザ光強度信号を、ビームプロファイラなど光強度検出機構２６０で検出する。
【００６８】
その後、検出信号処理部（図示せず）において取得した光強度信号をＡ／Ｄ変換等の処理を施し、信号のレベルを算出する。この計算値と予め登録しておいた信号レベル（虹彩絞り２５５、２５６を通過する光量が最大となるよう、光軸、虹彩絞りの配置を予め調整しておく）と比較し、所定の値よりも下がった場合に光軸の調整を行う。光軸調整を以下に手順を示しながら説明する。上記実施例と同様に、少なくとも任意の一軸（以下Ｘ軸と称する）と、Ｘ軸に対して垂直な軸（以下Ｙ軸と称する）の２軸について独立に調整を行い規定の光軸に戻す。図１６に示すように、二枚のミラー２５１、２５３のチルトの調整を行う。
【００６９】
ミラー２５１の駆動機構２５２に駆動ドライバ（図示せず）から信号を送り、レーザ光軸を変化させる。なお、この時ミラー２５３は固定しておくものとする。この場合、レーザ光２５０は、虹彩絞り２５５上を一軸方向に移動する（絞り２５５の穴をレーザ光２５０が横切る）。絞り２５５によって一部切り出されたレーザ光２５０は、更に虹彩絞り２５６によって切り出され、二枚の虹彩絞り２５５、２５６を通過したレーザ光のみがスプリッタ２５９によって一部分岐され強度検出機構２６０によって検出される。絞り上でのレーザ光の振る舞いと、強度検出機構２６０受光面上でのレーザ光の振る舞いには相関があり、ミラー２５１の動きに対応してレーザ光がＸ軸方向に走査されると、強度検出機構２６０上においてもレーザ光は一軸方向に走査される。
【００７０】
この際、レーザ光の強度分布はガウス関数形状なので、虹彩絞り２０５によって切り出されるレーザ光の積分強度は、走査中のある一点においてピークを持ち、その一点より左右にレーザ光をスキャンするとガウス関数的に積分強度が減少する。この現象を利用して、積分強度がピークとなるようにミラーのチルトを調整する。然る後にミラー２５３を回転させ、レーザ光をＸ軸方向に走査して、レーザ光積分強度が最大となるようにミラー２５３のチルトをフィードバック制御する。
【００７１】
上記の工程を繰り返してＸ軸方向において積分強度最大になるまで繰り返してＸ軸方向の光軸調整を終了する。然る後にＹ軸方向についても積分強度が最大となるまでミラー２５１、２５３のチルトをフィードバック制御し、最大となるところでＹ軸方向の光軸調整を終了する。最後に虹彩絞り２５５、２５６の穴の径をビーム径に対して充分に大きくなるよう開放し、レーザ光整形光学素子２５７を所定の位置に戻して本実施例の光軸調整が終了する。なお、上記光軸調整を行った後に、必要に応じてステージ上に配置したプロファイラ２５を基準座標まで駆動させ、整形レーザ光の空間強度分布を測定し、その結果を信号処理部にて処理し、ミラー２５３にフィードバックを掛けて光軸の微調整を行っても良い。
【００７２】
上記の様に、本発明の平面表示装置の製造装置によれば、レーザ光強度分布、レーザ光のビーム径、光軸からのズレを常時測定しておき、それらの値の経時変動を検出した際に自動的に所定の状態に戻すようフィードバックのかかる機構を設けることで、製造歩留りが向上し、製造コストを減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１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】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１を用いて線状レーザ光を照射して擬似単結晶を形成する前および後のシリコン膜の状態を示す平面図である。
【図３】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１を用いてレーザ照射によりシリコン膜の結晶化を行う工程を説明する斜視図である。
【図４】回折光学素子へのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。
【図５】パウエルレンズへのレーザ光の入射経路が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。
【図６】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１を用いて不均一な空間強度分布に整形されたレーザ光を照射してシリコン膜の結晶化を行った際に形成される結晶の状態を示す平面図である。
【図７】回折光学素子へ入射するレーザ光の空間強度分布が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。
【図８】回折光学素子へ入射するレーザ光のビーム径が変化することによって整形されたレーザ光強度分布が変化する様子を示す平面図である。
【図９】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例１においてレーザ光整形光学素子へ入射するレーザの空間強度分布とビーム径補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。
【図１０】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。
【図１１】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。
【図１２】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしてグラフで示した図である。
【図１３】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光がレーザ光整形光学素子へ入射する位置がズレる事によってレーザ光整形強度分布が不均一になる様子の一例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。
【図１５】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例２においてプロファイラで複数点検出したレーザ光積分強度を各検出位置の関数としてプロットしグラフで示した図ある。
【図１６】本発明の平面表示装置の製造装置の実施例３においてレーザ光整形光学素子への入射位置の補正を行う工程の一例を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…………レーザ発振器、２…………エネルギ調整機構、４…………ＥＯモジュレータ、５…………ビーム径調整機構及びレーザ光強度分布補正機構、６,１６…………レーザ光分岐機構、７,１７,２５…………レーザ光空間強度分布検出機構、８,１８,２６…………検出信号処理部、９,１９,２７…………ビーム径調整機構駆動ドライバ、１０,１２…………光軸調整用ミラー、１１,１３…………ミラー駆動機構、１４…………虹彩絞り（アイリス）、１５…………レーザ光整形光学素子、２０…………ガラス基板、２１…………ステージ、２２…………リニアスケール、２３…………リニアエンコーダ、２４…………ＥＯモジュレータ駆動ドライバ、３６…………回折光学素子、３８…………入射レーザ光強度分布、４１…………整形レーザ光強度分布、４４…………光軸から外れた際の入射レーザ光強度分布、４７…………不均一な整形レーザ光強度分布、４８…………パウエルレンズ、８１…………回折光学素子、８９…………ノイズ成分を含んだ入射レーザ光強度分布、９０…………ガウス分布曲線、９３…………不均一な整形レーザ光強度分布、９５…………ノイズ成分を含んだレーザ光強度分布、９７、１０３…………平凸レンズ、９８…………空間フィルタ（アパーチャ）、９９、１００…………空間ノイズ成分、１０１…………基本モードのレーザ光、１０５…………ノイズ成分を除去したレーザ光強度分布（基本モード）、１０７,１２０…………所望のビーム径とは異なるビーム径のレーザ光強度分布、１１０,１２３…………所望のビーム径に補正されたレーザ光強度分布、２００…………光軸、２０１,２０３…………光軸調整用ミラー、２０２,２０４…………ミラー駆動機構、２０５…………虹彩絞り（アイリス）、２０７…………レーザ光整形光学素子、２０９…………レーザ光分岐機構、２１０…………レーザ光空間強度分布検出機構、２１１…………ステージ。
【図１】
2005217210.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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