(57)【要約】液晶ディスプレイ装置に好適なレーザ照射装置及びレーザ照射方法を提供する。レーザ照射装置は、レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を照射する複数の半導体レーザ素子（１）を配置した半導体レーザ素子群（１Ａ）と、複数の半導体レーザ素子（１）から照射したレーザ光を伝送する光ファイバー（２）と、該光ファイバー（２）を直線状に保持する直線バンドル（３）と、該直線バンドル（３）より保持した光ファイバーから出力されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布のトップを平滑化して出力する光補整器（４）と、該光補整器（４）から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズ（５）とを備える。前記半導体レーザ素子群（１Ａ）の総照射出力値は６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下である。
2007114031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被対象物をレーザ照射により改質するレーザ照射装置であって、
レーザ波長が３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを照射するレーザ照射装置。
【請求項２】
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出光されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出光する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを備えた請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍの線状レーザスポットを整形する請求項２記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを備えた請求項１乃至３何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記フォーカスエラー信号生成手段が、レーザ波長が５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザフォーカス用のレーザ光を出光する第２半導体レーザ素子を備えた請求項４記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを備えた請求項１乃至５何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記制御手段が、複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有し、該パルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御する請求項６に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面内に０°〜９０°の角度範囲で回転させるスポット回転手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至７何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至８何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１乃至９何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が線状レーザスポットを照射することにより被対象物の改質を行うレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記該半導体レーザ素子群の総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを被対象物に照射するレーザ照射方法。
【請求項１２】
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出光されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布のトップを平滑化して出力する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を直線バンドルにより保持された光ファイバーにより光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して対物レンズに出光し、該対物レンズが被対象物に線状レーザスポットを集光して被対象物を改質する請求項１１記載のレーザ照射方法。
【請求項１３】
前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射して被対象物を改質する請求項１２記載のレーザ照射方法。
【請求項１４】
被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行いながら被対象物を改質する請求項１３記載のレーザ照射方法。
【請求項１５】
レーザフォーカス用のレーザ光を出光する第２半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記フォーカスエラー信号生成手段が、第２半導体レーザ素子から照射される波長５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザフォーカス用レーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改質する請求項１４記載のレーザ照射方法。
【請求項１６】
前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、前記レーザドライバーが制御手段の制御下において複数の第１半導体レーザ素子のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項１５記載のレーザ照射方法。
【請求項１７】
前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有する制御手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、前記制御手段のパルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御する請求項１６に記載のレーザ照射方法。
【請求項１８】
前記線状レーザスポットを所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
スポット回転手段が、線状レーザスポットを、被対象物の面内に０°〜９０°の角度範囲で回転させることにより被対象物を改質することを特徴とする請求項１１乃至１７何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項１９】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査しながら被対象物を改質することを特徴とする請求項１１乃至１８何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項２０】
前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１１乃至１９何れかに記載のレーザ照射装置のレーザ照射方法。
【請求項２１】
被対象物をレーザ照射により製造する被対象物の製造方法であって、
レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を設け、該該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射して被対象物を改質する被対象物の製造方法。
【請求項２２】
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出力されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出力する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを設け、前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を直線バンドルにより保持された光ファイバーにより光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して対物レンズに照射し、該対物レンズが被対象物に線状レーザスポットとして集光することを特徴とする請求項２１記載の被対象物の製造方法。
【請求項２３】
前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射する請求項２２記載の被対象物の製造方法。
【請求項２４】
前記第１半導体レーザ素子とはレーザ波長が異なる第２半導体レーザ素子と、該第２半導体レーザ素子によりレーザ光を前記被対象物に照射した戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを設け、
前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行う請求項２１乃至２３何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２５】
レーザ波長を５００ｎｍ〜９００ｎｍとする第２半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を設け、
前記フォーカスエラー信号生成手段が、第２半導体レーザ素子から照射される波長５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項２１乃至２４何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２６】
前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを設け、
前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、前記レーザドライバーが制御手段の制御において複数の第１半導体レーザ素子のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項２１乃至２５何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２７】
前記制御手段が、複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御を有し、該制御手段のパルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御する請求項２６に記載の被対象物の製造方法。
【請求項２８】
前記線状レーザスポットを被対象物の面に対して所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を設け、
スポット回転手段が、線状レーザスポットを被対象物の面内に０°〜９０°で回転させることにより被対象物を改質することを特徴とする請求項２１乃至２７何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２９】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を設け、
前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査しながら被対象物を改質する請求項２１乃至２８何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項３０】
前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項２１乃至２９記載の改質された被対象物を製造する方法。
【請求項３１】
膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置であって、
前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを出光するレーザ照射装置。
【請求項３２】
膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を設け、該半導体レーザ素子群の総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下に設定しながら線状レーザスポットをアモルファスシリコン膜に照射するレーザ照射方法。
【請求項３３】
レーザ照射により改質された膜厚がある被対象物の製造方法であって、
レーザ波長を被対象物の膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を設け、前記該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射する被対象物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットディスプレイの製造システムに好適なレーザ照射装置及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法に係り、特に絶縁基板上に形成したアモルファスシリコン（非結晶質）やポリシリコン（多結晶質）にレーザ光を照射してシリコン膜の改質を行うフラットディスプレイの製造システムに好適なレーザ照射装置及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のディスプレイ装置は、表示素子として液晶素子を使用し、この液晶素子（画素素子）や該液晶素子のドライバー回路は薄膜トランジスター（ＴＦＴ［Thin Film Transistor］、以下、ＴＦＴと呼ぶ）により構成されている。このＴＦＴは、製造過程においてガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質する工程が必要である。尚、本明細書において改質とは、アモルファスシリコンをポリシリコンに変化させることに限られるものではなく、ある物質の物理的特性を変化させることを言う。【０００３】
この改質工程は、レーザ照射によるシリコン膜の改質を行うものであり、図９に示す如く、石英ガラスや無アルカリガラスの絶縁基板上７２に絶縁基板７２から不純物の混入を阻止するアンダーコート膜（ＳｉＯ２）７３を形成する工程と、該アンダーコート膜７３上にアモルファスシリコン膜面７４を形成する工程と、高出力レーザを光源とし、アモルファスシリコン膜面７４に線状レーザビーム７５を照射する工程と、線状レーザビーム７５の短手方向に走査７４Ａさせることによりポリシリコン７４Ｂに改質する工程と、ＴＦＴを構成する位置のみポリシリコンを切り出す工程と、その上にゲート酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し最上部にゲート電極を取り付ける工程と、酸化膜（ＳｉＯ２）に所定の不純物イオンを注入してソース／ドレインを形成する工程と、ソース／ドレインにアルミ電極を立て全体を保護膜で被いＴＦＴを造る工程から成る。尚、前記絶縁基板７２とアンダーコート膜７３の間にSiNまたはSiONを挟み込んでも良い【０００４】
前記レーザ照射によるシリコン膜の改質工程は、エキシマレーザを用いるエキシマレーザアニールが一般的であり、シリコン膜に光吸収率の高い波長３０７ｎｍでパルス幅が数十ｎSのＸeClエキシマレーザを照射し、１６０ｍJ/ｃｍ２の比較的低いエネルギー注入によりシリコン膜を一気に融点まで加熱することによりポリシリコン膜を形成している。前記エキシマレーザは、数百Ｗの大出力を持ち、長方形マザーガラスの一辺以上の長さを持つ大型線状レーザスポットを形成させることができ、マザーガラス上に形成したシリコン膜全面を一括で効率よく改質できるといった特徴をもつ。このエキシマレーザによるシリコン改質では、ＴＦＴの性能に強く影響を与えるポリシリコンの結晶粒径が１００ｎｍから５００ｎｍと小さく、ＴＦＴ性能の指標である電界効果移動度は１５０ｃｍ２／V・S程度に留まることができる。【０００５】
近年、フラットディスプレイ上の画素子やドライバー回路以外に、コントロール回路やインタフェース回路、更には演算回路など高機能回路を搭載するシステム・オン・ガラスが提案され、一部実現している。前記高機能回路を形成するＴＦＴは高性能なものが要求され、良質（大型結晶粒）なポリシリコン改質が必須である。この良質なポリシリコン改質に関する技術が記載された文献としては下記特許文献が挙げられ、特許文献１には、光源に半導体励起用の固体レーザを用いて連続発光（CＷ）しながらシリコン膜上に照射したレーザビームを走査させることにより、走査方向に細長い大型結晶粒をもつ良質なアモルファスシリコン膜を形成することや、高性能ＴＦＴが必要な箇所に予めアモルファスシリコンを線状（リボン状）または島状（アイランド状）にパターニングしておくことにより、３００ｃｍ２／V・ｓ以上の電界効果移動度が得られ、高性能ＴＦＴを形成することが記載されている。【０００６】
他方、特許文献２には、半導体励起用連続発光固体レーザを用いて走査方向に細長い大型結晶粒を形成する方法として、シリコン膜上に形成した線状レーザスポットの走査方向幅と走査速度の関係を規定したものが記載されている。前記特許文献に記載されている主な固体レーザは、波長が５３２ｎｍのNd：ＹＶＯ4レーザの第二高調波固体レーザである。
【特許文献１】特開２００３−８６５０５号公報
【特許文献２】特開２００５−２１７２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記したエキシマレーザアニールでは、光源となるエキシマレーザ発振器がガスレーザであるが故、レーザ出力に不安定性が生じやすく、基板上シリコン膜に対し均一な改質が困難となり、局所的にＴＦＴ性能の偏が生じ易すくなると言う不具合があった。また、レーザ発振を重ねるごとに、レーザ発振管及び光学部品や充填ガス等の劣化が進み、改質のむらである改質班を防止するためには短期的なメンテナンスが必要となり、装置の安定性、保守性、ランニングコストから生じる生産性低下は避けられず、装置規模も大きく重厚壮大な大掛かりなものであると言う不具合もあった。【０００８】
一方、特許文献に記載された半導体励起用の固体レーザを用いた装置は、前記の通り第二高調波を利用しているため、装置投入パワーに対し光出力パワーが小さく光変換効率が十分でないと言う不具合があった。更に、固体レーザを用いた装置は、出力レーザ波長が５３２ｎｍであり、シリコンの光吸収ピーク値（約３００nm）から大きく離れているため、シリコン膜の光エネルギー吸収が大きくなく、相乗して装置投入エネルギーに対しシリコン改質エネルギーが小さく成り、エネルギー変換効率が好ましくないと言う不具合もあった。【０００９】
本発明は前述の従来技術による不具合を鑑みてなされたもので、出力安定性、保守性に優れかつ、省スペース化、低ランニングコスト化が可能なシリコン膜を改質するレーザ照射装置及びレーザ照射方法及び改質された被対象物の製造方法を提供するもことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために本発明は、被対象物をレーザ照射により改質するレーザ照射装置であって、レーザ波長が３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを照射することを第１の特徴とする。【００１１】
更に本発明は、前記特徴のレーザ照射装置において、前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出光されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出光する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを備えたことを第２の特徴とする。【００１２】
更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍの線状レーザスポットを整形することを第３の特徴とし、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを備えたことを第４の特徴とし、該第４の特徴のレーザ照射装置において、前記フォーカスエラー信号生成手段が、レーザ波長が５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザフォーカス用のレーザ光を出光する第２半導体レーザ素子を備えたことを第５の特徴とする。【００１３】
更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを備えたことを第６の特徴とし、該第６の特徴のレーザ照射装置において、前記制御手段が、複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有し、該パルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御することを第７の特徴とする。【００１４】
更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面内に０°〜９０°の角度範囲で回転させるスポット回転手段を備えたことを第８の特徴とし、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を備えたことを第９の特徴とし、前記何れかの特徴のレーザ照射装置において、前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを第１０の特徴とする。【００１５】
また本発明は、レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が線状レーザスポットを照射することにより被対象物の改質を行うレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、前記該半導体レーザ素子群の総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを被対象物に照射することを第１１の特徴とする。【００１６】
更に本発明は、第１１の特徴の特徴のレーザ照射方法において、前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出光されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布のトップを平滑化して出力する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを設け、前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を直線バンドルにより保持された光ファイバーにより光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して対物レンズに出光し、該対物レンズが被対象物に線状レーザスポットを集光して被対象物を改質することを第１２の特徴とする。【００１７】
更に本発明は、前記何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射して被対象物を改質することを第１３の特徴とし、該第１３の特徴のレーザ照射方法において、被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを設け、前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行いながら被対象物を改質することを第１４の特徴とし、該第１４の特徴のレーザ照射方法において、レーザフォーカス用のレーザ光を出光する第２半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を設け、前記フォーカスエラー信号生成手段が、第２半導体レーザ素子から照射される波長５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザフォーカス用レーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改質することを第１５の特徴とする。【００１８】
更に本発明は、前記第１５の特徴のレーザ照射方法において、前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを設け、前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、前記レーザドライバーが制御手段の制御下において複数の第１半導体レーザ素子のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを第１６の特徴とし、第１６の特徴のレーザ照射方法において、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有する制御手段を設け、前記制御手段のパルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御することを第１８の特徴とし、前記第１０乃至第１７何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記線状レーザスポットを所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を設け、スポット回転手段が、線状レーザスポットを、被対象物の面内に０°〜９０°の角度範囲で回転させることにより被対象物を改質することを第１８の特徴とし、前記第１０乃至１８何れかの特徴のレーザ照射方法において、前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を設け、前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査しながら被対象物を改質することを第１９の特徴とし、該１０乃至１９何れかに記載のレーザ照射方法において、前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを第２０の特徴とする。【００１９】
また本発明は、被対象物をレーザ照射により製造する被対象物の製造方法であって、レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を設け、該該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射して被対象物を改質することを第２１の特徴とする。【００２０】
更に本発明は、前記第２１の特徴の被対象物の製造方法において、前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出力されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出力する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを設け、前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を直線バンドルにより保持された光ファイバーにより光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して対物レンズに照射し、該対物レンズが被対象物に線状レーザスポットとして集光することを第２２の特徴とする。【００２１】
更に本発明は、前記第２２の特徴の被対象物の製造方法において、前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射することを第２３の特徴とし、該第２１乃至第２３の特徴の被対象物の製造方法において、前記第１半導体レーザ素子とはレーザ波長が異なる第２半導体レーザ素子と、該第２半導体レーザ素子によりレーザ光を前記被対象物に照射した戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを設け、前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行うことを第２４の特徴とし、該第２０乃至２４記載の被対象物の製造方法において、レーザ波長を５００ｎｍ〜９００ｎｍとする第２半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を設け、前記フォーカスエラー信号生成手段が、第２半導体レーザ素子から照射される波長５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改質することを第２５の特徴とする。【００２２】
更に本発明は、前記第２０乃至第２５の何れかに記載の被対象物の製造方法において、線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを設け、前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、前記レーザドライバーが制御手段の制御において複数の第１半導体レーザ素子のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを第２６の特徴とし、該第２６の特徴の被対象物の製造方法において、前記制御手段が、複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御を有し、該制御手段のパルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御することを第２７の特徴とする。【００２３】
更に本発明は、前記第２０乃至２７何れかの特徴の被対象物の製造方法において、前記線状レーザスポットを被対象物の面に対して所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を設け、スポット回転手段が、線状レーザスポットを被対象物の面内に０°〜９０°で回転させることにより被対象物を改質することを第２８の特徴とし、前記第２０乃至２８の何れかの特徴の被対象物の製造方法において、前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を設け、前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査しながら被対象物を改質することを第２９の特徴とし、前記第２０乃至２９何れかの特徴の被対象物の製造方法において、前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを第３０の特徴とする。【００２４】
また本発明は、膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置であって、前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを出光することを第３１の特徴とする。【００２５】
また本発明は、膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を設け、該半導体レーザ素子群の総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下に設定しながら線状レーザスポットをアモルファスシリコン膜に照射することを第３２の特徴とする。【００２６】
また本発明は、レーザ照射により改質された膜厚がある被対象物の製造方法であって、レーザ波長を被対象物の膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を設け、前記該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射することを第３３の特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
前記特徴によるレーザ照射装置及びレーザ照射方法は、レーザ波長が３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ且つ総照射出力が６Ｗ以上１００Ｗ以下の複数の半導体レーザ素子から出力される線状レーザスポットを用いて被対象物を改質することによって、出力の安定性、容易な出力制御、高い光変換効率、省スペース化等の目的を達成することができる。更に本発明は、照射対象の膜厚を持つアモルファスシリコン膜等の被対象物に対し、該被対象物の膜厚と同一の光侵入長をもつレーザ光を照射することによって、シリコン膜の深さ方向の結晶成長を抑制しつつ、シリコン膜の面方向の結晶成長を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態によるレーザ照射方法及び及び改質された被対象物の製造方法を適用したレーザ照射装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明によるレーザ照射装置の基本構成を説明するための図、図２は本発明によるレーザ照射装置のフォーカス制御系を説明するための図、図３は本発明によるレーザ照射装置のスポット回転を説明するための図、図４は本発明によるレーザ照射装置のレーザ強度分布検出とレーザ出力制御を説明するための図、図５は図４のレーザ照射装置におけるレーザ強度分布制御方法を説明するための図、図６は本発明によるレーザ照射方法を説明するための図、図７はディスプレイとレーザ走査位置の関係を説明するための図、図８はシステム・オン・ガラスディスプレイを説明するための図、図９は一般的な基板上構成とレーザ照射によるシリコン膜の改質を示す図である。
＜第１実施形態基本構成＞【００２９】
本発明の一実施形態によるレーザ照射装置は、図１に示す如く、複数の半導体レーザ素子１から成る半導体レーザ素子群１Ａと、光ファイバー２にレーザ光を絞り込むためのレセプタクルモジュール（コネクタ：図示なし）と、前記半導体レーザ素子１から射されたレーザ光を案内する光ファイバー２と、該複数の光ファイバー２を該光ファイバーの長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるための直線バンドル３と、後述する光補整器４と、該光補整器４から出力されたレーザ光を集光する対物レンズ５とから構成される。【００３０】
前記半導体レーザ素子１は、例えばレーザの波長が３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ且つ出力が１個当たり数百ｍＷの青色レーザ光を照射するものであり、小型のために多数配置でき、必要出力に応じてその数を決めることができる。【００３１】
前記レセプタクルモジュールは、半導体レーザ素子１の照射部近傍に取り付けられており、光ファイバー２にレーザ光を絞り込み、カップリング効率が高いものが好ましい。前記光ファイバー２は、波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ波長を効率よく伝送する特性を持ち、コア半径が細い方が好ましく、φ５０ｕｍ以下が良い。前記直線バンドル３は、光ファイバー２の半導体レーザ素子（ＬＤ）側とは反対のもう一端を一列に直線的に並べるためのものであり、隣り合う光ファイバー２を接近または隙間なく配置する機能と、各光ファイバーの中心軸の平行度を高精度で合わせる機能と、光ファイバー中心軸と直角方向に各光ファイバーの端面を凸凹なく高精度で揃える機能を有する。【００３２】
前記光補整器４は、直線バンドル３内の光ファイバー２群の端面から近似的に線発光したレーザ光６に対し、長手方向レーザ強度分布のトップフラット化を行う機能と、対物レンズ５がシリコン膜面上（図示なし）に形成するレーザスポットの短手方向長さｄが所定値になるようビーム整形する機能を有するものであり、複数のシリンドリカルレンズを配置した一般に称するホモジナイザーで構成しても良い。前記対物レンズ５は、光補整器４を介して出射したレーザ光７をシリコン膜面上（図示なし）に強く絞り込むものである。前述の本実施形態によるレーザ照射装置を構成する光学部品は、青色波長（波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ）で高特性が得られる部品である。【００３３】
この様に構成されたレーザ照射装置は、比較的微弱な出力の青色半導体レーザ素子１を多数連ねることにより、青色波長（波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ）かつ高パワー密度で、長手方向レーザ強度分布のトップフラットな線状レーザスポット８を形成し、シリコン膜面上（図示なし）に強く絞り込むことができる。この線状レーザスポット８の形状は、短手長さｄが１ｕｍ〜３０ｕｍ且つ長手長さＬが１ｍｍ〜３０ｍｍとすることが好ましく、この形状は主に光補整器４と対物レンズ５にて調整することができる。【００３４】
またレーザ光の総照射出力は、６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下が好ましく、この総照射出力の下限値を６Ｗとする理由は、アモルファスの最大光吸収波長（約３００nm）に近い波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍである青色半導体レーザ素子を用いたことにより、波長が５３２ｎｍの固体グリーンレーザよりは約６倍の光吸収が得られ、シリコン膜の改質に係わる光エネルギーが約６倍高いことになり、結果として装置のエネルギー効率を高くすることができるためである。また上限値を１００Ｗとする理由は、投入レーザパワーが過剰に高いとシリコン膜表面の粗さが悪化したり、シリコン膜の剥離やアンダーコート膜へ熱的ダメージを与えることとなり、請求項３のスポットサイズから１００Ｗを上限とするのが妥当であるためである。【００３５】
前述の様に本発明においてレーザ波長の上限として４８０ｎｍを選択した理由は、一般にガラス基板上に形成するシリコン膜の厚みは約５０ｎｍ程度であり、発明者らはアモルファスシリコンが光吸収特性として波長４８０ｎｍ程度にて光侵入長（光強度が１／ｅに減衰する表面からの距離）が５０ｎｍであること並びにシリコン膜の加熱効率（シリコン結晶効率）を考慮し、照射対象であるシリコン膜厚と同等の光侵入長を選定したためである。このレーザ波長の上限として４８０ｎｍを選択したことにより、本発明は、シリコン膜の深さ方向の結晶成長を抑制（微結晶成長阻止）しつつ、横方向（シリコン膜の面方向）の結晶成長を促進することができ、結果として、大粒径の結晶生成を効率よく行うことができる。即ち、シリコン膜に効率よく光吸収させながら大粒径の結晶生成を行うことができる。
尚、レーザ波長を４８１ｎｍ以上を選択した場合、照射光がシリコン膜を透過し、シリコン膜の加熱効率（シリコン結晶効率）が急激に低下すると考えられるが、シリコン膜の厚さに応じてレーザ波長を調整しても良い。即ち、シリコン膜の厚みが約５０ｎｍの場合のレーザ波長が４８０ｎｍであることを基準とした場合、該シリコン膜の厚みが５０ｎｍより薄い場合はレーザ波長を３７０ｎｍを下限界として４８０ｎｍより下げ、シリコン膜の厚みが５０ｎｍより厚い場合は、その厚さの増加量に応じてレーザ波長を４８０ｎｍより上げるように構成しても良い。
このように本実施形態におけるレーザ波長は、シリコン膜厚に応じて任意に選択することができ、例えば膜厚が１７ｎｍ程度のシリコン薄膜に対しては３７０ｎｍ程度のレーザ波長が膜厚と同等であるため特に有効である。尚、本願発明において前記「同等」とは、光侵入長と膜厚とが同一の場合を境にして膜厚のプラスマイナス５０％の範囲を含み、要は、少なくともレーザ光が膜厚の底面（近く又は越えて）まで達し、シリコン膜の深さ方向の結晶成長を抑制（微結晶成長阻止）しつつ、横方向（シリコン膜の面方向）の結晶成長を促進することができる程度の波長を意味するものとする。【００３６】
前記レーザ照装置は、前記線状レーザスポットの短手方向にシリコン膜を相対的に走査するものであるが、前記線状レーザスポット８の短手長さｄを長くするとシリコン膜への照射時間が長くなりリシリコン膜の剥離やダメージを与え、または、レーザパワー密度が低下し良好な改質が不能になることが考えられる。【００３７】
従って、本実施形態による線状レーザスポット８の短手長さｄは、１ｕｍ〜３０ｕｍとするのが妥当であり、長手長さＬは、高機能回路の幅に依存するため必要に応じて調整すれば良い。この線状レーザスポット８の長手長さＬは、実用的な値として１ｍｍ〜３０ｍｍとするのが好ましい。
＜第２実施形態基本構成＞【００３８】
図２は本発明によるレーザ照射装置のフォーカス制御系を説明するための図である。このレーザ照射装置の基本構成は、図１に示したレーザ照射装置と同じであり、複数の半導体レーザ素子９から成る半導体レーザ素子群９Ａと、該レーザ素子群９Ａから発したレーザ光を案内する光ファイバー１０と、該光ファイバー１０を整列させるための直線バンドル１１と、光ファイバー２群の端面から近似的に線発光したレーザ光に対し、長手方向レーザ強度分布のトップフラット化及び各方向のコリメート化を行う機能を有する光補整器１２と、対物レンズ１３と、フォーカス制御系とを含み、これら構成部品は図１に示したレーザ照射装置と同等の機能を有する。【００３９】
本実施形態によるフォーカス制御系は、フォーカス用半導体レーザ素子１４と、レーザ光２３を平行光２４に整形するコリメートレンズ１５と、戻光を分離する偏光ビームスプリッタ１６と、１／４波長板（図示なし）と、波長分離板２４Ａと、ビームスプリッタ１７と、凸レンズ１８と、フォーカス信号生成器１９と、位相補償回路２０と、対物レンズ１３と、該対物レンズ１３を矢印２５方向に駆動するボイスコイルモータ（以下ＶＣＭ）２２と、ＶＣＭドライバー２１から構成されている。【００４０】
本実施形態によるフォーカス用半導体レーザ素子１４は、メインレーザ系２６の青色（波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ）とは異なる波長のレーザとするため、波長が６５０ｎｍの半導体レーザ素子を用いることが好ましいが、これに限られるものではなく、例えば波長が５００ｎｍ〜９００ｎｍのグリーンやレッド波長を発する半導体レーザ素子を用いても良い。【００４１】
前記波長分離版２４Ａは、赤色波長（波長６５０ｎｍ）のレーザを透過させ、青色波長（波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ）を反射させる特性をもつが、これに限られるものではなく、前記フォーカス用半導体レーザ素子１４の波長のみを透過させ、前記青色波長（波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ）のレーザ光を反射させる特性を持つものを選定すれば良い。即ち、メイン系のレーザ波長からずらしたレーザ波長を用いることにより、一旦メイン光と交じり合ったフォーカス用ビームを再度、分離抽出することができることを利用し、メイン／フォーカス系の波長色を選定すれば良い。【００４２】
前記フォーカス信号生成器１９は、シリコン膜面（図示なし）に照射したフォーカスビーム（波長６５０ｎｍ）２７が、シリコン膜面にて反射し、対物レンズ１３、ビームスプリッタ１７、波長分離版２４Ａ、１／４波長板（図示なし）、偏光ビームスプリッタ１６、凸レンズ１８を介して戻ってきたレーザ光２９によりフォーカスエラー信号２３を生成し、シリコン膜面上に形成したメイン系の線状レーザビーム２８の焦点ぼけが、前記フォーカスエラー信号２３として検出できるように構成されている。【００４３】
上述フォーカス用半導体レーザ素子１４のレーザ波長をメインレーザ系２６の青色（波長３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ）とは異なる波長のレーザとしたが、本発明はこれに限ることなく、フォーカス用半導体レーザ素子１４のレーザ波長をメインレーザ系２６と同一波長とし、シリコン膜面にて反射した反射成分のみ抽出し同様の方法で、フォーカス信号を生成しても良い。この場合、波長分離版２４Ａは不要となる。
また、上述の如くフォーカス用半導体レーザ素子１４を設けたが、メインレーザ系２６のレーザ光のみ照射しシリコン膜面からの反射成分のみ抽出し、フォーカス信号を生成しても良く、この場合はフォーカス用半導体レーザ素子１４は不要となる。【００４４】
前記ＶＣＭドライバー２１は、ＶＣＭ２２に取り付けられた対物レンズ１３を容易に矢印２５方向に高速駆動できる能力を持ち、前記位相補償回路２０は、フォーカス信号生成器１９から出力したフォーカスエラー信号特性（フォーカス感度）とＶＣＭのｆ−特性から、所定のフォーカスサーボ特性で且つ安定系が得られるように調整することにより、安定したオートフォーカス制御を行うことができ、シリコン膜と装置の間隔が相対的に変化した場合でも、前記線状レーザビーム２８の形状変化を抑止できシリコン改質の安定化を図ることができる。本実施例では対物レンズ１３を矢印２５方向に駆動する手段としてＶＣＭ２２を用いる例を説明したが、本発明による駆動源はこれに限ることなく電圧の印加により力を発生する圧電素子（ピエゾ素子）を用いても良い。
＜スポット回転＞【００４５】
図３は本実施形態によるレーザ照射装置のスポット回転を説明するための図であり、シリコン膜面上(図示なし)に形成した線状レーザスポットをシリコン膜面に対し直角方向から見た形状である。図２のレーザ照射装置のスポット回転器３０を、光軸３１を中心に回転させることにより、線状レーザスポット３２を０°から９０°の角度３３で回転させることができる。このスポット回転の作用効果については後述する。
＜レーザ強度分布検出とレーザ出力制御＞【００４６】
図４は本発明によるレーザ照射装置のレーザ強度分布検出とレーザ出力制御を説明するための図である。基本構成は図１に示したレーザ照射装置と同様であり、半導体レーザ素子３４と、光ファイバー３５と、直線バンドル３６と、光補整器３７と、対物レンズ３８と、レーザ強度分布検出部とを備え、該レーザ強度分布検出部は、ビームスプリッタ３９と集光レンズ４０とラインセンサ４１とから構成される。【００４７】
前記ビームスプリッタ３９は、対物レンズ３８に向かうメインビームの光量に対し数％の光量を集光レンズ側に反射させ、前記ラインセンサ４１は、数十ｕｍの光量検出器が直線上に多数個配列してあり、集光レンズ４０を介して集光した線状レーザビームの長手方向のレーザ強度分布を検出できるように配置してある。またラインセンサ４１は検出したレーザ強度分布を電気信号に変換する機能を持つ。マイクロプロセッサ４２は、ラインセンサ４１の電気信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換機能と、ラインセンサ４１より検出したデジタルデータを所定のデジタルデータと比較する演算機能と、メモリー機能と、各々の半導体レーザ素子の出力を独立に制御する機能を有する。【００４８】
前記レーザドライバー４３は、マイクロプロセッサの指示に基づき、半導体レーザ素子を駆動する。ラインセンサ４１がＡＤ変換機能もち、デジタルデータをマイクロプロセッサ４２に送っても良い。【００４９】
前記ラインセンサ４１が検出する線状レーザスポットの長手強度分布は、対物レンズ３８を介してシリコン膜面上に形成する線状レーザスポットの長手強度分布と一致するのが好ましいが、完全に一致しなくても良い。本実施形態では一次元ラインセンサを用いたが、これに限ることなく２次元ＣＣＤであっても良い。いずれにしろ、線状レーザスポットの強度分布情報がマイクロプロセッサ４２に伝われば良い。
＜レーザ強度分布制御方法＞【００５０】
図５は図４のレーザ照射装置におけるレーザ強度分布制御方法を説明するための図であり、横軸が線状レーザスポット長手方向を示し縦軸はレーザ出力を示し、ラインセンサ４１にて検出したレーザ強度分布を示す図である。【００５１】
図５を説明すると、図５は、シリコン膜面上に形成する線状レーザスポットの長手強度分布に対応するラインセンサ４１上レーザ強度分布が存在し、図中（ａ）はシリコン膜面上に形成する線状レーザスポット強度分布が最良の場合を示し、（ｂ）はシリコン膜面上に形成する線状レーザスポット強度分布が悪化した場合を示す。前記線状レーザスポット強度分布が最良とは強度分布のトップ部がフラットで広いことである。線状レーザスポット強度分布が最良状態であれば、シリコン膜に均一なレーザビームを照射でき、シリコンの改質斑を低減することができる。【００５２】
次いで本実施形態によるレーザ強度分布制御方法を説明する。まず、マイクロプロセッサ４２が、図５（ａ）のレーザ強度分布４４を予めメモリーに格納し記憶しておき、ラインセンサ４１が検出したレーザ強度分布４５をレーザ強度分布４４と比較演算し、レーザ強度分布４４と同じになるよう各々の半導体レーザ素子の出力を独立に制御する。また同時に、レーザ光の総出力はレーザ強度分布の面積に比例するため、マイクロプロセッサ４２は予め設定されたレーザ出力に対応した面積になるよう各々の半導体レーザ素子の出力を制御する。【００５３】
本実施形態においては、前記レーザ強度分布制御方法を用いることにより、半導体レーザ素子３４の特性変化に対しても安定したレーザ強度分布が得られる。また、レーザ強度分布４４からの補正値に所定閾値を設けておけば半導体レーザ素子３４の劣化も検出できる。【００５４】
＜レーザ出力制御＞
前記実施形態によるマイクロプロセッサ４２は、半導体レーザ素子３４によるレーザ光の出力値を時間的に継続して一定値に保つように出力制御を行うものである。しかし、本発明によるマイクロプロセッサ４２は、半導体レーザ素子３４によるレーザ光の出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有しても良い。
このパルス出力制御機能を有するマイクロプロセッサ４２は、レーザドライバー４３が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下の条件においてパルス発光するように半導体レーザ素子３４を駆動することが望ましい。【００５５】
ここでパルスデューティとは、パルス出力を停止する時間であるパルストップ出力時間（Tｔ）とパルス周期（T）の比率（Tt/TX100）である。このパルス出力制御機能は、現在のエキシマレーザ素子や固体レーザ素子を用いた技術では不可能であり、半導体レーザがゆえに容易に実現できるものである。【００５６】
また前記発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚとする理由は、レーザスポットの短手方向にレーザスポツトを１００ｍｍ／ｓ〜３ｍ／ｓの線速度にてシリコン膜面上を走査するとき、レーザスポットの短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍにおいても照射スポット（パルストップ出力）が重なり合い、隙間無くレーザ照射を行うためである。また、前記パルスデューティを１０％〜９０％とした理由は、シリコン膜への照射投入エネルギーを調整できるようにするためである。さらに、パルストップ出力（Pt）とパルスボトム出力（Pb）の比率（Pｂ/PtX100）を５０％以下とした理由は、パルストップ出力（Pt）にてシリコン膜が溶融しパルスボトム出力（Pb）にてシリコンが溶融しないことが好ましく、この熔解を防止するためには５０％以下とするのが確実であるからである。【００５７】
このパルス出力制御機能を有するマイクロプロセッサ４２は、シリコン膜面上をレーザスポットをパルス照射させながら走査させることにより、シリコン膜へ投入する照射エネルギーを緩和することにより、シリコン膜のダメージの軽減、及びシリコン膜の過剰過熱や昇華を抑止することができる。また、本実施形態によるマイクロプロセッサ４２は、レーザスポットの走査速度や、レーザ発振周波数や、パルスデューティや、パルストップ出力とパルスボトム出力などの各種条件を調整することにより、結晶成長をコントロールでき、結果として所望の結晶サイズの結晶を得ることができる。【００５８】
＜レーザ照射方法動作及び製造方法＞
次いで前述した本実施形態によるレーザ照射装置を用いて液晶ディスプレイのガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質する製造装置におけるレーザ照射方法及び製造方法を図６を参照して説明する。【００５９】
本レーザ照射方法は、まず、シリコン膜が形成してある絶縁基板４６をＸ−Ｙステージ４７上に搭載する。Ｘ−Ｙステージ４７はＸ方向およびＹ方向の任意の位置へ位置決めが可能であり、Ｘ方向およびＹ方向に任意速度で移動させることができる。前記図１乃至図４のいずれかのレーザ照射装置４８を用いてレーザ光を照射し、シリコン膜面上に線状レーザスポット５０を形成する。線状レーザスポット５０の短手方向に線状レーザスポット５０が所定走査速度で走査するようにＸ−Ｙステージ４７を制御する。【００６０】
次いでレーザ照射方法は、線状レーザスポット５０の長手方向をＸ方向と平行に配置してＹ方向に走査５１を行う。Ｘ方向に所定走査速度で走査する場合は、前記図３にて説明した方法によりスポット回転させる、この様に本実施形態によるレーザ照射方法は、レーザ照射装置４８全体を回転させる必要はなく容易にスポット回転させることができる。【００６１】
尚、前述のレーザ照射方法においては、シリコン膜が形成してある絶縁基板４６が移動しスポット５０を走査５１させているが、これに限ることなくレーザ照射装置４８をＸ方向、Ｙ方向に移動させ相対的にスポット５０を走査５１しても良い。この場合、前記図１乃至図４のいずれかのレーザ照射装置４８において、半導体レーザ素子群１Ａ、９Ａ、３４Ａを離れた場所に独立に固定設置しておき直線バンドル以下の光学系のみを移動させても良い。光ファイバー２、１０、３５は一般に屈曲性を持つため可能となる。また、レーザ照射装置４８とシリコン膜が形成してある絶縁基板４６の両方を移動させ相対的にスポット５０を走査５１しても良い。
＜ディスプレイとレーザ走査位置の関係＞【００６２】
図７はディスプレイとレーザ走査位置の関係を説明するための図であり、図中（ｂ）にマザーガラス、（ａ）にディスプレイを示し、前記マザーガラス５２には複数のディプレイが形成されるものとする。【００６３】
本実施形態による走査装置は、１つのディスプレイ５３には表示するための画素部５３Ａと、Ｘ方向の（液晶）画素を駆動するＸドライバー回路５５と、Ｙ方向の（液晶）画素を駆動するＹドライバー回路５６とにより構成される。前記Ｘドライバー回路５５とＹドライバー回路５６は、前述したように液晶ディスプレイ装置においては高性能ＴＦＴにより構成する必要があり、高品質なポリシリコンが要求される。【００６４】
本実施形態によるレーザ照射装置およびレーザ照射方法は、前記Ｘドライバー回路部とＹドライバー回路部のシリコン改質に適用できる。線状レーザスポット５７、５７をＸドライバー回路５５及びＹドライバー回路５６を形成する位置にあわせ走査５９、６０させる。１つのドライバー回路形成部に対し、必要に応じ数回に分け走査しても良い。ディスプレイ５３を切り出す前のマザーガラス５２にて、線状レーザスポットを走査６２、６３、６４、６５させシリコン改質処理するのが効率的である。
＜システム・オン・ガラスディスプレイの説明＞【００６５】
図８はシステム・オン・ガラスディスプレイを説明するための図である。Ｘドライバー回路６７、Ｙドライバー回路６８の他に、コントロール回路６９やインタフェース回路７０、更にはメモリー回路（図示なし）や演算回路７１などの高機能集積回路が前記図９と同等の構成及び方法にて形成される。当然ながら高機能回路は高品質なポリシリコンが要求され、前記図７にて説明したＸドライバー回路とＹドライバー回路のシリコン改質方法と同様の方法を用いることにより、高品質ポリシリコンを形成できる。【００６６】
本実施形態では絶縁基板として石英ガラスや無アルカリガラスを例にあげたが、これに限ることなく、プラスチック基板や屈曲可能なプラスチックシートであっても良い。また、本実施形態では、液晶ディスプレイを用いたが、これに限ることなく、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイにも適用することができる。【００６７】
以上述べた如く本実施形態によるレーザ照射装置及び方法は、低出力の複数のブルー半導体レーザ素子から出力したレーザ光を光ファイバーにより効率よく１箇所に集中でき、光パワーの高密度化が図れる。前記光ファイバーの一端（レーザ光出力側とは反対側）を直線的にバンドル配置しているので、直線的な高密度レーザ出力が容易に得られ後、光補整器と対物レンズを通しているので、シリコン膜面上にトップ部がフラットなレーザ強度分布で且つ高密度な線状レーザスポットを形成することが可能となる。【００６８】
更に本実施形態によるレーザ照射装置及び方法は、シリコン薄膜上に形成する線状レーザスポットの短手長さが１ｕｍ〜３０ｕｍでかつ、長手長さが１ｍｍ〜３０ｍｍとなり、良好な改質が可能でかつ実用的な線状レーザスポットが得られ、シリコン膜と装置の間隔が相対的に変化した場合でも、前記線状レーザスポットの形状変化を抑止できシリコン改質の安定化を図ることが可能となる。【００６９】
更に本実施形態は、シリコン改質のためのメインビーム系（レーザ波長：３７０ｎｍ〜４８０ｎｍ）とフォーカス信号を得るフォーカス系の光の分離が容易になり、オートフォーカス制御が確実とし、更に線状レーザスポットの長手方向のレーザ強度分布変化を監視でき、また、前記変化に対し各々のレーザ出力を制御するため、レーザ強度分布変化を補整することができる。結果として、経時変化の小さいトップ部がフラットなレーザ強度分布を長時間に渡り確保でき、信頼性の高い安定したシリコン改質を行うことができる。【００７０】
更に本実施形態は、マザーガラス上の所望の位置、所望の走査速度、所望の方向に前記線状レーザスポットを所望のレーザ出力にて走査させることができ、良質なシリコン膜が比較的安価で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明によるレーザ照射装置の基本構成を説明するための図。
【図２】本発明によるレーザ照射装置のフォーカス制御系を説明するための図。
【図３】本発明によるレーザ照射装置のスポット回転を説明するための図。
【図４】本発明によるレーザ照射装置のレーザ強度分布検出とレーザ出力制御を説明するための図。
【図５】本レーザ照射装置におけるレーザ強度分布制御方法を説明するための図。
【図６】本発明によるレーザ照射方法を説明するための図。
【図７】ディスプレイとレーザ走査位置の関係を説明するための図。
【図８】システム・オン・ガラスディスプレイを説明するための図。
【図９】一般的な基板上構成とレーザ照射によるシリコン膜の改質を示す図。
【符号の説明】
【００７２】
１：半導体レーザ素子、２：光ファイバー、３：直線バンドル、４：光補整器、５：対物レンズ、６：レーザ光、７：レーザ光、８：線状レーザスポット、９：半導体レーザ素子、１０：光ファイバー、１１：直線バンドル、１２：光補整器、１３：対物レンズ、１４：フォーカス用半導体レーザ素子、１５：コリメートレンズ、１６：偏光ビームスプリッタ、１７：ビームスプリッタ、１８：凸レンズ、１９：フォーカス信号生成器、２０：位相補償回路、２１：ドライバー、２３：レーザ光、２３：フォーカスエラー信号、２４：平行光、２４Ａ：波長分離板、２４Ａ：波長分離版、２６：メインレーザ系、２８：線状レーザビーム、２９：レーザ光、３０：スポット回転器、３１：光軸、３２：線状レーザスポット、３３：角度、３４：半導体レーザ素子、３５：光ファイバー、３６：直線バンドル、３７：光補整器、３８：対物レンズ、３９：ビームスプリッタ、４０：集光レンズ、４１：ラインセンサ、４２：マイクロプロセッサ、４３：レーザドライバー、４４：レーザ強度分布、４５：レーザ強度分布、４６：絶縁基板、４７：ステージ、４８：レーザ照射装置、５０：線状レーザスポット、５２：マザーガラス、５３：ディスプレイ、５３Ａ：画素部、５５：Ｘドライバー回路、Ｙ５６：ドライバー回路、５７：線状レーザスポット、６７：ドライバー回路、６８：ドライバー回路、６９：コントロール回路、７０：インタフェース回路、７１：演算回路、７２：絶縁基板上、７２：絶縁基板、７３：アンダーコート膜、７５：線状レーザビーム、７４：アモルファスシリコン膜面、７４Ｂ：ポリシリコン。
【図１】
2007114031.tif 000003
【図２】
2007114031.tif 000004
【図３】
2007114031.tif 000005
【図４】
2007114031.tif 000006
【図５】
2007114031.tif 000007
【図６】
2007114031.tif 000008
【図７】
2007114031.tif 000009
【図８】
2007114031.tif 000010
【図９】
2007114031.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年8月13日(2007.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被対象物をレーザ照射により改質するレーザ照射装置であって、
レーザ波長が３７０ｎｍ〜４８０ｎｍのレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを照射するレーザ照射装置。
【請求項２】
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出光されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出光する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを備えた請求項１記載のレーザ照射装置。
【請求項３】
前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍの線状レーザスポットを整形する請求項２記載のレーザ照射装置。
【請求項４】
被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを備えた請求項１乃至３何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項５】
前記フォーカスエラー信号生成手段が、レーザ波長が５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザフォーカス用のレーザ光を出光する第２半導体レーザ素子を備えた請求項４記載のレーザ照射装置。
【請求項６】
前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを備えた請求項１乃至５何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項７】
前記制御手段が、複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有し、該パルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Ｐｔ）とパルスボトム出力（Ｐｂ）の比率（Ｐｂ／ＰｔＸ１００）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御する請求項６に記載のレーザ照射装置。
【請求項８】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面内に０°〜９０°の角度範囲で回転させるスポット回転手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至７何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項９】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを、被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至８何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項１０】
前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１乃至９何れかに記載のレーザ照射装置。
【請求項１１】
レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が線状レーザスポットを照射することにより被対象物の改質を行うレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記該半導体レーザ素子群の総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを被対象物に照射するレーザ照射方法。
【請求項１２】
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出光されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布のトップを平滑化して出力する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を直線バンドルにより保持された光ファイバーにより光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して対物レンズに出光し、該対物レンズが被対象物に線状レーザスポットを集光して被対象物を改質する請求項１１記載のレーザ照射方法。
【請求項１３】
前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射して被対象物を改質する請求項１２記載のレーザ照射方法。
【請求項１４】
被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行いながら被対象物を改質する請求項１３記載のレーザ照射方法。
【請求項１５】
レーザフォーカス用のレーザ光を出光する第２半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記フォーカスエラー信号生成手段が、第２半導体レーザ素子から照射される波長５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザフォーカス用レーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改質する請求項１４記載のレーザ照射方法。
【請求項１６】
前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、前記レーザドライバーが制御手段の制御下において複数の第１半導体レーザ素子のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項１５記載のレーザ照射方法。
【請求項１７】
前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御機能を有する制御手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、前記制御手段のパルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Ｐｔ）とパルスボトム出力（Ｐｂ）の比率（Ｐｂ／ＰｔＸ１００）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御する請求項１６に記載のレーザ照射方法。
【請求項１８】
前記線状レーザスポットを所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
スポット回転手段が、線状レーザスポットを、被対象物の面内に０°〜９０°の角度範囲で回転させることにより被対象物を改質することを特徴とする請求項１１乃至１７何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項１９】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を備えたレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査しながら被対象物を改質することを特徴とする請求項１１乃至１８何れかに記載のレーザ照射方法。
【請求項２０】
前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１１乃至１９何れかに記載のレーザ照射装置のレーザ照射方法。
【請求項２１】
被対象物をレーザ照射により製造する被対象物の製造方法であって、
レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を出光する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を設け、該該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射して被対象物を改質する被対象物の製造方法。
【請求項２２】
前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を伝送する光ファイバーと、該光ファイバーを長さ方向に沿って平行且つ一列に整列させるように保持する直線バンドルと、該直線バンドルより保持した光ファイバーから出力されるレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して出力する光補整器と、該光補整器から出力したレーザ光を被対象物に線状レーザスポットとして集光する対物レンズとを設け、前記複数の第１半導体レーザ素子から出光したレーザ光を直線バンドルにより保持された光ファイバーにより光補整器に伝送し、該光補整器がレーザ光を線状に整形させ且つレーザ強度分布を平滑化して対物レンズに照射し、該対物レンズが被対象物に線状レーザスポットとして集光することを特徴とする請求項２１記載の被対象物の製造方法。
【請求項２３】
前記光補整器及び対物レンズが、前記被対象物上に短手方向の長さが１ｕｍ〜３０ｕｍであり、且つ長手方向の長さが１ｍｍ〜３０ｍｍに成型した線状レーザスポットを被対象物に照射する請求項２２記載の被対象物の製造方法。
【請求項２４】
前記第１半導体レーザ素子とはレーザ波長が異なる第２半導体レーザ素子と、該第２半導体レーザ素子によりレーザ光を前記被対象物に照射した戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成するフォーカスエラー信号生成手段と、被対象物の面と直角方向に対物レンズを駆動する対物レンズ駆動回路とを設け、
前記フォーカスエラー信号生成手段が被対象物に照射した線状レーザスポットの戻りレーザ光を基にフォーカスエラー信号を生成し、対物レンズ駆動回路が物レンズを被対象物の面と直角方向に駆動するフォーカス制御を行う請求項２１乃至２３何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２５】
レーザ波長を５００ｎｍ〜９００ｎｍとする第２半導体レーザ素子を有するフォーカスエラー信号生成手段を設け、
前記フォーカスエラー信号生成手段が、第２半導体レーザ素子から照射される波長５００ｎｍ〜９００ｎｍのレーザ光を用いてフォーカス制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項２１乃至２４何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２６】
前記線状レーザスポットの光路上に配置され、前記線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出するレーザ強度分布検出手段と、前記複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を制御するレーザドライバーと、前記レーザ強度分布手段より得たレーザ強度分布が所定の範囲に収まるよう前記レーザドライバーを制御する制御手段とを設け、
前記レーザ強度分布検出手段が線状レーザスポットのレーザ強度分布を検出し、前記レーザドライバーが制御手段の制御において複数の第１半導体レーザ素子のレーザ強度分布の制御を行いながら被対象物を改質することを特徴とする請求項２１乃至２５何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２７】
前記制御手段が、複数の第１半導体レーザ素子のレーザ出力値を時間的に断続して出力するパルス出力制御を有し、該制御手段のパルス出力制御機能が、発振周波数を０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ、パルスデューティを１０％〜９０％、パルストップ出力（Ｐｔ）とパルスボトム出力（Ｐｂ）の比率（Ｐｂ／ＰｔＸ１００）を５０％以下の条件においてパルス発光するように前記レーザドライバーを制御する請求項２６に記載の被対象物の製造方法。
【請求項２８】
前記線状レーザスポットを被対象物の面に対して所定の角度範囲で回転させるスポット回転手段を設け、
スポット回転手段が、線状レーザスポットを被対象物の面内に０°〜９０°で回転させることにより被対象物を改質することを特徴とする請求項２１乃至２７何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項２９】
前記被対象物に照射した線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査する走査機構を設け、
前記走査機構が、線状レーザスポットを被対象物の面方向に対して相対的に走査しながら被対象物を改質する請求項２１乃至２８何れかに記載の被対象物の製造方法。
【請求項３０】
前記被対象物が、ガラス基板上に形成したアモルファスシリコンをポリシリコンに改質するディスプレイ装置用の薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項２１乃至２９記載の改質された被対象物を製造する方法。
【請求項３１】
膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置であって、
前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を備え、該半導体レーザ素子群が、総照射出力値が６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下の線状レーザスポットを出光するレーザ照射装置。
【請求項３２】
膜厚を持つアモルファスシリコン膜をレーザ照射により改質するレーザ照射装置のレーザ照射方法であって、
前記アモルファスシリコンの膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ波長のレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を設け、該半導体レーザ素子群の総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下に設定しながら線状レーザスポットをアモルファスシリコン膜に照射するレーザ照射方法。
【請求項３３】
レーザ照射により改質された膜厚がある被対象物の製造方法であって、
レーザ波長を被対象物の膜厚と同等の光侵入長をもつレーザ光を出光する半導体レーザ素子群を設け、前記該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットを被対象物に照射する被対象物の製造方法。
【請求項３４】
非結晶質又は多結晶質のシリコンをレーザ照射により結晶化するシリコン結晶化装置であって、
レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を照射する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を備え、該該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットをシリコンに照射するシリコン結晶化装置。
【請求項３５】
複数の半導体レーザ素子群を備えた光源と、シリコン膜面上に設置しシリコン膜面にレーザ光を照射する光ヘッド部とを分離して設置し、前述複数の半導体レーザ素子群より出力したレーザ光を屈曲性のある光ファイバーを介して光ヘッド部に伝送する請求項３４記載のシリコン結晶化装置。
【請求項３６】
非結晶質又は多結晶質のシリコンをレーザ照射により結晶化するシリコン結晶化方法であって、
レーザ波長を３７０ｎｍ〜４８０ｎｍとするレーザ光を照射する複数の第１半導体レーザ素子を配置した半導体レーザ素子群を設け、該該半導体レーザ素子群が、総照射出力値を６Ｗ以上且つ１００Ｗ以下とする線状レーザスポットをシリコンに照射するシリコン結晶化方法。
【請求項３７】
複数の半導体レーザ素子群を備えた光源と、シリコン膜面上に設置しシリコン膜面にレーザ光を照射する光ヘッド部とを分離して設置し、前述複数の半導体レーザ素子群より出力したレーザ光を屈曲性のある光ファイバーを介して光ヘッド部に伝送する請求項３６記載のシリコン結晶化方法。
【国際調査報告】
2007114031.tif 000012
2007114031.tif 000013
2007114031.tif 000014
2007114031.tif 000015