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JP7575788B2 - Laser annealing apparatus and laser annealing method - Google Patents

Laser annealing apparatus and laser annealing method Download PDF

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Description

本発明は、レーザアニール装置およびレーザアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method.

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ:Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Organic Electroluminescence Display）などの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）において、大型化および高精細化が進んでいる。 Flat panel displays (FPDs) such as liquid crystal displays (LCDs) and organic electroluminescence displays (OLEDs) are becoming larger and more precise.

ＦＰＤは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成されたＴＦＴ基板を備える。ＴＦＴ基板は、マトリクス状に配置された画素のそれぞれにアクティブ駆動するための微細なＴＦＴを形成した基板であり、例えば、フルＨＤ（１９２０×１０８０ドット）の解像度で１２０Ｈｚ駆動のディスプレイの場合、１０００万個以上の画素が形成されている。FPDs are equipped with a TFT substrate on which thin film transistors (TFTs) are formed. The TFT substrate is a substrate on which minute TFTs are formed to actively drive each of the pixels arranged in a matrix. For example, in the case of a display with a full HD (1920 x 1080 dots) resolution and a 120 Hz drive, more than 10 million pixels are formed.

ＴＦＴを構成する半導体層の材料としては、非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ：amorphous Silicon）や、多結晶シリコン（p－Ｓｉ：polycrystalline Silicon）などが用いられている。非晶質シリコンは、電子の動き易さの指標である移動度が低く、さらに高密度・高精細化が進むＦＰＤで要求される高移動度には対応しきれない。そこで、ＦＰＤにおけるＴＦＴとしては、非晶質シリコンよりも移動度が高い多結晶シリコンでなる半導体層を形成することが好ましい。Materials used for the semiconductor layer that makes up the TFT include amorphous silicon (a-Si) and polycrystalline silicon (p-Si). Amorphous silicon has low mobility, which is an index of the ease of electron movement, and is unable to meet the high mobility required for FPDs, which are becoming increasingly dense and precise. For this reason, it is preferable to form a semiconductor layer made of polycrystalline silicon, which has a higher mobility than amorphous silicon, for the TFTs in FPDs.

近年、多結晶シリコンや、横方向（ラテラル）結晶成長させた疑似単結晶シリコンを形成する方法として、例えば、波長が５３２ｎｍ程度の緑色系の連続発振（ＣＷ）レーザ光でなるラインビーム状のレーザビームで、複数列のリボン状もしくはアイランド状に加工した非晶質シリコン膜を跨ぐように、スキャンするという方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、非晶質シリコン膜の形成領域をＴＦＴの形成領域に限定することにより、レーザアニールによって加熱される非晶質シリコン膜の面積を小さくしている。これによって、非晶質シリコン膜からガラス基板へ熱が及びガラス基板の温度を上昇されてクラックが発生することや、不純物が材料膜中に拡散したりすることなどを防止することが試みられている。In recent years, as a method for forming polycrystalline silicon or pseudo-single-crystalline silicon by lateral crystal growth, for example, a line beam of green continuous wave (CW) laser light with a wavelength of about 532 nm is used to scan across multiple rows of ribbon-shaped or island-shaped amorphous silicon films (see, for example, Patent Document 1). In this method, the area in which the amorphous silicon film is formed is limited to the area in which the TFT is formed, thereby reducing the area of the amorphous silicon film heated by laser annealing. This is an attempt to prevent heat from reaching the glass substrate from the amorphous silicon film, raising the temperature of the glass substrate and causing cracks, and to prevent impurities from diffusing into the material film.

特開２００３－８６５０５号公報JP 2003-86505 A

上述のＣＷレーザを用いた従来のレーザアニール方法においては、以下のような課題がある。このレーザアニール方法では、非晶質シリコン膜を最小限の領域に残したとしても、ＴＦＴを構成する非晶質シリコン膜の下方（下層）には、ゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板が存在する。また、レーザビームが連続発振であるため、ガラス基板上に熱が蓄積してこもることによりゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板を過熱して損傷させるという問題がある。加えて、このレーザアニール方法では、４００～５５０ｎｍ程度の青色もしくは緑色系のレーザ光を用いた場合、ビームが非晶質シリコン膜よりも下層のゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板まで達してしまうため、こもった熱の作用と相まってゲートラインなどの金属配線パターンやガラス基板を過熱して損傷させるという問題がある。特に、上述のＣＷレーザを用いたレーザアニール方法では、基板として可撓性を有する、例えば、ポリイミドなどの樹脂でなる基板を適用することが困難であった。さらに、上述のＣＷレーザを用いたレーザアニール方法では、ラインビーム状のレーザビームを用いるため、ＴＦＴの活性半導体層とすべき領域以外の領域（非晶質シリコン膜を除去した領域）もアニールするため、エネルギー利用効率が悪いという課題がある。The conventional laser annealing method using the CW laser described above has the following problems. In this laser annealing method, even if the amorphous silicon film is left in a minimum area, the metal wiring pattern such as the gate line and the glass substrate are present below (underlying layer) the amorphous silicon film that constitutes the TFT. In addition, since the laser beam is a continuous oscillation, there is a problem that heat accumulates and accumulates on the glass substrate, causing overheating and damage to the metal wiring pattern such as the gate line and the glass substrate. In addition, in this laser annealing method, when a blue or green laser beam of about 400 to 550 nm is used, the beam reaches the metal wiring pattern such as the gate line and the glass substrate below the amorphous silicon film, and combined with the action of the accumulated heat, there is a problem that the metal wiring pattern such as the gate line and the glass substrate are overheated and damaged. In particular, in the laser annealing method using the CW laser described above, it was difficult to apply a substrate made of a flexible resin such as polyimide as a substrate. Furthermore, in the above-mentioned laser annealing method using a CW laser, a line-shaped laser beam is used, and therefore regions other than the region to be the active semiconductor layer of the TFT (regions from which the amorphous silicon film has been removed) are also annealed, resulting in a problem of poor energy utilization efficiency.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、非晶質シリコン膜よりも下層に配置された、基板ならびに配線層などを熱的損傷させることなく、ＴＦＴが形成される領域の非晶質シリコン膜のみを効率的に結晶化させるレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the above problems, and aims to provide a laser annealing apparatus and a laser annealing method that efficiently crystallizes only the amorphous silicon film in the region where the TFT is formed, without thermally damaging the substrate and wiring layer, which are arranged below the amorphous silicon film.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射された前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされることを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a laser annealing device is provided that irradiates a continuous wave laser beam onto an amorphous silicon film formed on an upper layer of a gate line so as to cover the entire gate line, thereby modifying a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a light source that emits a continuous wave laser beam; and an optical head that processes the laser beam emitted from the light source into a converging laser beam so that the laser beam can be projected correspondingly into the region to be modified located above the gate line, and the optical head is characterized in that the laser beam is relatively scanned within the region to be modified while the most converging spot portion of the laser beam is located inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射された前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing device that irradiates a continuous wave laser beam onto an amorphous silicon film formed on a substrate so as to cover the entire substrate above the gate line, thereby modifying a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a light source that emits a continuous wave laser beam; and an optical head that processes the laser beam emitted from the light source into a converging laser beam so that the laser beam can be projected corresponding to the region to be modified located above the gate line, the optical head being characterized in that the laser beam relatively scans a predetermined region including the region to be modified with the laser beam, with the most converging spot portion of the laser beam being located inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射された前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、前記レーザビームにおける焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なる状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing device that irradiates a continuous wave laser beam onto an amorphous silicon film formed on a substrate so as to cover the entire gate line, thereby modifying a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a light source that emits a continuous wave laser beam; and an optical head that processes the laser beam emitted from the light source into a converging laser beam so that the laser beam can be projected into the region to be modified located above the gate line, the optical head being characterized in that the laser beam is relatively scanned within the region to be modified in a state in which a region of the laser beam that includes the focus and the vicinity of the focus and in which the beam profile maintains a top hat shape overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光を出射する光源と、前記光源から出射された前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、前記レーザビームにおける焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なる状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, a gate line is formed on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on the gate line so as to cover the entire substrate,
A laser annealing device that irradiates continuous wave laser light to modify a region of an amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a light source that emits continuous wave laser light; and an optical head that processes the laser light emitted from the light source into a converging laser beam so that the laser beam can be projected corresponding to the region to be modified located above the gate line, the optical head being characterized in that the laser beam relatively scans a predetermined region including the region to be modified, in a state in which a region of the laser beam that includes the focus and the vicinity of the focus and in which the beam profile maintains a top hat shape overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

上記態様としては、前記光源から出射された前記レーザ光は、前記光学ヘッドに設けられた光ファイバに導かれることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the laser light emitted from the light source is guided to an optical fiber provided in the optical head.

上記態様としては、前記光ファイバの光軸方向と直角をなす断面形状が、正方形、長方形、あるいは六角形であることが好ましい。In the above embodiment, it is preferable that the cross-sectional shape perpendicular to the optical axis direction of the optical fiber is a square, rectangular, or hexagonal shape.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数の前記ゲートラインの上層に前記複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing device that irradiates a continuous wave laser beam onto an amorphous silicon film formed on a substrate so as to cover the entirety of the gate lines, and modifies a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a plurality of light sources that each emit a continuous wave laser beam; and an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected into the region to be modified located above the gate lines, the optical head being characterized in that the laser beams are relatively scanned within the region to be modified, with the most converging spot portion of each of the laser beams being located inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数の前記ゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing device that irradiates a continuous wave laser beam onto an amorphous silicon film formed on a substrate so as to cover the entire substrate on top of a plurality of gate lines, thereby modifying a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a plurality of light sources that each emit a continuous wave laser beam; and an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected into the region to be modified located above the gate lines, the optical head being characterized in that the laser beams relatively scan a predetermined region including the region to be modified with the most convergent spot portion of each of the laser beams located inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数の前記ゲートラインの上層に前記複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおける焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なる状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing device that irradiates a continuous wave laser beam onto an amorphous silicon film formed on a substrate so as to cover the entirety of the gate lines, and modifies a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a plurality of light sources that each emit a continuous wave laser beam; and an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected into the region to be modified located above the gate lines, the optical head being characterized in that the laser beam is relatively scanned within the region to be modified in a state in which the region of each of the laser beams, including the focus and the vicinity of the focus, and in which the beam profile maintains a top hat shape, overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数の前記ゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、を備え、前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおける焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なる状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing device that irradiates a continuous wave laser beam onto an amorphous silicon film formed on a substrate so as to cover the entire substrate on top of a plurality of gate lines, thereby modifying a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the device comprising: a plurality of light sources that each emit a continuous wave laser beam; and an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected into the region to be modified located above the gate lines, the optical head being characterized in that the laser beam relatively scans a predetermined region including the region to be modified, with the laser beam being in a state in which the region including the focus and the vicinity of the focus of each of the laser beams and in which the beam profile maintains a top hat shape overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified.

上記態様としては、前記改質予定領域は、薄膜トランジスタのチャネル半導体層であることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the region to be modified is a channel semiconductor layer of a thin film transistor.

上記態様としては、前記光学ヘッドから出射された前記レーザビームは、前記非晶質シリコン膜の表面に対して所定の直線に沿って一定のピッチで並ぶように投影されることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the laser beam emitted from the optical head is projected onto the surface of the amorphous silicon film so as to be aligned at a constant pitch along a predetermined straight line.

上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記複数の前記レーザビームのピッチが、ゲートラインのピッチに等しくなるように回転移動可能であることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the optical head is rotatable so that the pitch of the multiple laser beams is equal to the pitch of the gate lines.

上記態様としては、前記複数の前記レーザビームのそれぞれの光量を検出する光量センサを備え、前記光量センサで検出された前記レーザビームの光量に基づいて、当該レーザビームを出射する前記光源の出力を調整可能であることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that a light intensity sensor is provided for detecting the light intensity of each of the plurality of laser beams, and the output of the light source emitting the laser beams can be adjusted based on the light intensity of the laser beams detected by the light intensity sensor.

上記態様としては、前記光量センサは、前記光学ヘッドの後方に配置されることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the light intensity sensor is positioned behind the optical head.

上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するビームスプリッタを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置されることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the optical head is provided with a beam splitter that reflects the laser beam to the side, and the light intensity sensor is positioned to the side of the optical head.

上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するスキャンミラーを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置されることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the optical head is provided with a scan mirror that reflects the laser beam to the side, and the light quantity sensor is arranged to the side of the optical head.

上記態様としては、前記複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光は、前記光学ヘッドに設けられたファイバアレイのそれぞれの光ファイバに導かれることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that each of the laser beams emitted from the plurality of light sources is guided to a respective optical fiber of a fiber array provided in the optical head.

上記態様としては、前記光学ヘッドは、前記ファイバアレイと、結像光学系と、を備え、前記ファイバアレイは、アクチュエータにより光軸方向に沿って移動可能であり、前記結像光学系は、テレセントリック光学系で構成されていることが好ましい。In the above aspect, it is preferable that the optical head comprises the fiber array and an imaging optical system, the fiber array is movable along the optical axis direction by an actuator, and the imaging optical system is configured as a telecentric optical system.

上記態様としては、前記光ファイバの光軸方向と直角をなす断面形状が、正方形、長方形、あるいは六角形であることが好ましい。In the above embodiment, it is preferable that the cross-sectional shape perpendicular to the optical axis direction of the optical fiber is a square, rectangular, or hexagonal shape.

本発明の他の態様は、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、光源から、連続発振されるレーザ光を出射させ、前記光源から出射された前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影させ、前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置するように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing method in which a gate line is formed on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on top of the gate line so as to cover the entire gate line, and continuous wave laser light is irradiated to modify a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the method comprising the steps of: emitting continuous wave laser light from a light source; processing the laser light emitted from the light source into a converging laser beam by an optical head; projecting the laser beam corresponding to the region to be modified located above the gate line; positioning the most converging spot portion of the laser beam so as to be located inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head so that the laser beam is relatively scanned within the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、光源から、連続発振されるレーザ光を出射させ、前記光源から出射された前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影させ、前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置するように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, a gate line is formed on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on the gate line so as to cover the entire substrate,
A laser annealing method for modifying a region of an amorphous silicon film to be modified into a crystallized film by irradiating continuous wave laser light, comprising the steps of: emitting continuous wave laser light from a light source; processing the laser light emitted from the light source into a converging laser beam by an optical head; projecting the laser beam corresponding to the region to be modified located above the gate line; positioning the most converging spot portion of the laser beam so as to be located inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head so that the laser beam relatively scans a predetermined region including the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、光源から、連続発振されるレーザ光を出射させ、前記光源から出射された前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影させ、前記レーザビームにおいて焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なるように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing method in which a gate line is formed on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the gate line so as to cover the entire gate line, and a continuous wave laser light is irradiated to modify a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the method comprising: emitting continuous wave laser light from a light source; processing the laser light emitted from the light source into a converging laser beam by an optical head; projecting the laser beam corresponding to the region to be modified located above the gate line; positioning the laser beam so that a region of the laser beam including the focal point and the vicinity of the focal point and having a top hat-shaped beam profile overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head so that the laser beam is relatively scanned within the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上にゲートラインが形成され、前記ゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、光源から、連続発振されるレーザ光を出射させ、前記光源から出射された前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に対応して投影させ、前記レーザビームにおいて焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なるように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。 In another aspect of the present invention, a gate line is formed on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on the gate line so as to cover the entire substrate,
A laser annealing method for modifying a region of an amorphous silicon film to be modified into a crystallized film by irradiating continuous wave laser light, comprising the steps of: emitting continuous wave laser light from a light source; processing the laser light emitted from the light source into a converging laser beam by an optical head; projecting the laser beam corresponding to the region to be modified located above the gate line; positioning the laser beam such that a region of the laser beam including a focus and the vicinity of the focus and having a top hat beam profile overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head such that the laser beam relatively scans a predetermined region including the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数のゲートラインの上層に前記複数のゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、複数の光源のそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影させ、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置するように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing method in which a substrate is provided with a plurality of gate lines parallel to one another, and an amorphous silicon film is formed on top of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines, and a continuous wave laser beam is irradiated to modify a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the method comprising: emitting continuous wave laser beams from each of a plurality of light sources; processing each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams with an optical head; projecting each of the laser beams sequentially into the region to be modified located above the gate lines; positioning each of the laser beams so that the most convergent spot portion is located inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head so that the laser beam is relatively scanned within the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数のゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、複数の光源のそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影させ、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置するように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing method in which a substrate is formed with a plurality of gate lines parallel to one another, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entire substrate, and a continuous wave laser beam is irradiated to modify a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the method comprising: emitting continuous wave laser beams from each of a plurality of light sources; processing each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams with an optical head; projecting each of the laser beams sequentially into the region to be modified located above the gate lines; positioning each of the laser beams so that the most converging spot portion is located inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head so that the laser beam relatively scans a predetermined region including the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数のゲートラインの上層に前記複数のゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、複数の光源のそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影させ、それぞれの前記レーザビームにおいて焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なるように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing method in which a substrate is provided with a plurality of gate lines parallel to one another, and an amorphous silicon film is formed on top of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines, and a continuous wave laser beam is irradiated to modify a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the method comprising: emitting continuous wave laser beams from each of a plurality of light sources; processing each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams with an optical head; projecting each of the laser beams sequentially into the region to be modified located above the gate lines; positioning each of the laser beams such that a region of the laser beam that includes the focal point and the vicinity of the focal point and maintains a top hat-shaped beam profile overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head so that the laser beam is relatively scanned within the region to be modified.

本発明の他の態様は、基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、前記複数のゲートラインの上層に前記基板の全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール方法であって、複数の光源のそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、光学ヘッドで、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影させ、それぞれの前記レーザビームにおいて焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なるように配置させ、前記光学ヘッドを、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされるように移動させることを特徴とする。Another aspect of the present invention is a laser annealing method in which a plurality of gate lines parallel to one another are formed on a substrate, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entire substrate, and a continuous wave laser beam is irradiated to modify a region of the amorphous silicon film to be modified into a crystallized film, the method comprising: emitting continuous wave laser beams from each of a plurality of light sources; processing each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams with an optical head; projecting each of the laser beams sequentially into the region to be modified located above the gate lines; positioning each of the laser beams such that a region of the laser beam that includes the focal point and the vicinity of the focal point and maintains a top hat shape of the beam profile overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified; and moving the optical head so that the laser beam relatively scans a predetermined region that includes the region to be modified.

本発明に係る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、非晶質シリコン膜よりも下層に配置された、基板ならびにゲートラインなどを熱的損傷させることなく、改質予定領域の非晶質シリコン膜のみを効率的に結晶化させるという効果がある。The laser annealing apparatus and laser annealing method of the present invention have the effect of efficiently crystallizing only the amorphous silicon film in the area to be modified, without causing thermal damage to the substrate and gate lines, etc., which are arranged below the amorphous silicon film.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたＴＦＴアレイの製造方法を示す断面説明図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a TFT array using a laser annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたＴＦＴアレイの製造方法を示す平面説明図である。FIG. 3 is a plan view illustrating a method for manufacturing a TFT array using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図４－１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いたレーザアニール方法を示す平面説明図である。FIG. 4A is a plan view illustrating a laser annealing method using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図４－２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置において光学ヘッドを回転させてビームピッチを変更した状態を示すＴＦＴアレイの製造方法を示す平面説明図である。FIG. 4B is a plan view illustrating the method for manufacturing a TFT array, showing a state in which the beam pitch is changed by rotating the optical head in the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図５は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to a second embodiment of the present invention. 図６は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to a third embodiment of the present invention. 図７は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 図８は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置の要部を示す側面図である。FIG. 8 is a side view showing a main part of a laser annealing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 図９は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 図１０は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 図１１は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置における結像光学系の構成図である。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of an imaging optical system in a laser annealing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 図１２は、本発明の第7の実施の形態に係るレーザアニール装置を示す概略構成図である。FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of a laser annealing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. 図１３は、本発明の第８の実施の形態に係るレーザアニール装置におけるレーザビームの焦点および焦点近傍を含み、エネルギー密度のプロファイルがトップハット型を維持する領域Ａを示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a region A including the focal point and the vicinity of the focal point of a laser beam in a laser annealing apparatus according to an eighth embodiment of the present invention, where the energy density profile maintains a top hat shape. 図１４－１は、図１３における（４）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 14A is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the region (4) in FIG. 図１４－２は、図１３における（２）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 14B is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the region (2) in FIG. 図１４－３は、図１３における（１）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 14-3 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the region (1) in FIG. 図１４－４は、図１３における（３）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 14-4 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the region (3) in FIG. 図１４－５は、図１３における（５）の領域のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示す説明図である。FIG. 14-5 is an explanatory diagram showing the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the region (5) in FIG.

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。 The following describes in detail the laser annealing apparatus and the laser annealing method according to the embodiment of the present invention with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic and the number of components, the dimensions of each component, the dimensional ratios, the shapes, etc. differ from the actual ones. In addition, the drawings include parts with different dimensional relationships, ratios, and shapes.

［第１の実施の形態］
（レーザアニール装置の構成）
図１および図２に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、光源ユニット２と、光学ヘッド３と、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、図示しない変位計と、を備えている。 [First embodiment]
(Configuration of laser annealing device)
As shown in Figures 1 and 2, the laser annealing apparatus 1 according to this embodiment includes a light source unit 2, an optical head 3, a substrate transport means (not shown) for transporting a substrate 10, and a displacement meter (not shown).

光源ユニット２は、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する光源としての複数の半導体レーザＬＤ（ＬＤ１～ＬＤｎ）を備えている。ここで、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜（非晶質シリコン膜）の冷却時間よりも短い（固まる前に次のパルスで照射する）疑似連続発振レーザであってもよい。レーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの各種のレーザを用いることが可能である。The light source unit 2 is equipped with multiple semiconductor lasers LD (LD1 to LDn) as light sources that emit continuous wave laser light (CW laser light). Here, continuous wave laser light (CW laser light) is a concept that also includes so-called pseudo-continuous wave, in which laser light is continuously irradiated to a target area. In other words, the laser light may be a pulsed laser, or a pseudo-continuous wave laser in which the pulse interval is shorter than the cooling time of the silicon thin film (amorphous silicon film) after heating (the next pulse is irradiated before it solidifies). As the laser light source, various lasers such as semiconductor lasers, solid lasers, liquid lasers, and gas lasers can be used.

なお、本実施の形態では、半導体レーザＬＤの予備Ｒとして、例えば、半導体レーザＬＤ１００～ＬＤｎを備えている。In this embodiment, for example, semiconductor lasers LD100 to LDn are provided as spare semiconductor lasers R.

光源ユニット２は、上記の複数の半導体レーザＬＤと、ドライブ回路２０と、複数のカップリングレンズ２１と、を備えている。ドライブ回路２０は、複数の半導体レーザＬＤのそれぞれに接続されており、それぞれの半導体レーザＬＤを駆動する。The light source unit 2 includes the above-mentioned multiple semiconductor lasers LD, a drive circuit 20, and multiple coupling lenses 21. The drive circuit 20 is connected to each of the multiple semiconductor lasers LD and drives each semiconductor laser LD.

カップリングレンズ２１は、それぞれの半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。
それぞれのカップリングレンズ２１には、導波路としての光ファイバ２２の一端部が接続されている。本実施の形態では、光ファイバ２２としてマルチモードファイバを適用している。 The coupling lens 21 is connected to the emission side of each of the semiconductor lasers LD.
One end of an optical fiber 22 serving as a waveguide is connected to each of the coupling lenses 21. In this embodiment, a multimode fiber is used as the optical fiber 22.

光学ヘッド３は、ファイバアレイ３１と、結像光学系３２と、を備える。ファイバアレイ３１は、光ファイバ２２の他端部が接続されている。本実施の形態では、ファイバアレイ３１に接続された光ファイバ２２の出射端は、ファイバアレイ３１の出射側端面において、一つの直線上に沿って一列に並ぶように配置されている。The optical head 3 includes a fiber array 31 and an imaging optical system 32. The other ends of the optical fibers 22 are connected to the fiber array 31. In this embodiment, the output ends of the optical fibers 22 connected to the fiber array 31 are arranged in a row along a straight line on the output end face of the fiber array 31.

結像光学系３２は、少なくとも入射側の第１レンズ３３と、出射側の第２レンズ３４と、を備えている。図２に示すように、結像光学系３２は、ファイバアレイ３１から出射されたレーザ光が入射される。図１に示すように、光学ヘッド３では、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束するレーザビームＬＢｃｗとなるように加工する。本実施の形態では、図４－１に示すように、光学ヘッド３の出射側において、レーザビームＬＢｃｗは、一直線の上に沿ってピッチＰ１で配置された位置から出射される。このピッチＰ１は、後述するゲートライン１２のピッチと同一に設定されている。なお、この実施の形態では、レーザビームＬＢｃｗの並ぶ方向が後述するゲートライン１２の延びる方向と直角をなすように設定されている。The imaging optical system 32 includes at least a first lens 33 on the incident side and a second lens 34 on the exit side. As shown in FIG. 2, the imaging optical system 32 receives the laser light emitted from the fiber array 31. As shown in FIG. 1, the optical head 3 processes the laser light toward the downstream side (rear side) to become a laser beam LBcw that converges at a spot portion F. In this embodiment, as shown in FIG. 4-1, on the exit side of the optical head 3, the laser beam LBcw is emitted from positions arranged at a pitch P1 along a straight line. This pitch P1 is set to be the same as the pitch of the gate line 12 described later. In this embodiment, the direction in which the laser beam LBcw is arranged is set to be perpendicular to the direction in which the gate line 12 described later extends.

なお、光学ヘッド３の側方には図示しない、光学ヘッド３と基板１０との位置ずれを補正する変位計が設けられている。この変位計で検出した光学ヘッド３と基板１０との位置ずれ量のデータに基づいて、光学ヘッド３から出射されるレーザビームＬＢｃｗのピント調整を自動で行えるオートフォーカスの機能を備える。なお、本実施の形態では、オートフォーカスの手段として変位計を用いたが、これには限定されず、様々な公知の技術を用いることができる。A displacement meter (not shown) is provided on the side of the optical head 3 to correct the positional misalignment between the optical head 3 and the substrate 10. Based on the data on the amount of positional misalignment between the optical head 3 and the substrate 10 detected by this displacement meter, an autofocus function is provided that can automatically adjust the focus of the laser beam LBcw emitted from the optical head 3. Note that in this embodiment, a displacement meter is used as a means for autofocusing, but this is not limited to this and various known techniques can be used.

なお、本実施の形態において、レーザビームＬＢｃｗは、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が正方形である。なお、レーザビームＬＢｃｗの断面形状は、長方形、六角形などであってもよい。レーザビームＬＢｃｗの断面形状をこのような形状にするには、光ファイバ２２のコアの断面形状を、正方形、長方形、六角形などに設定すればよい。In this embodiment, the laser beam LBcw has a top hat shape characteristic, and the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the optical axis is a square. The cross-sectional shape of the laser beam LBcw may be rectangular, hexagonal, etc. In order to make the cross-sectional shape of the laser beam LBcw such a shape, the cross-sectional shape of the core of the optical fiber 22 may be set to a square, rectangle, hexagon, etc.

図示しない基板搬送手段は、レーザアニール処理を施す基板１０をスキャン方向へ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、光学ヘッド３の位置を固定した状態で基板１０側を搬送することによって、基板１０に対してレーザビームＬＢｃｗを相対的にスキャンするようになっている。The substrate transport means (not shown) is equipped with a mechanism for transporting the substrate 10 to be subjected to the laser annealing process in the scanning direction at any speed. Therefore, by transporting the substrate 10 with the optical head 3 in a fixed position, the laser beam LBcw is scanned relative to the substrate 10.

図１に示すように、被レーザアニール処理基板としての基板１０は、ガラス基板１１を本体とする。このガラス基板１１の上には、銅（Ｃｕ）でパターン形成された複数のゲートライン１２およびその他の金属配線パターン、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）１３、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１４、被レーザアニール処理膜としての非晶質シリコン膜１５ａなどが順次積層されている。複数のゲートライン１２は、互いに平行をなすように配置されている。上述したように、ゲートライン１２同士のピッチは、ピッチＰ１に設定されている。As shown in FIG. 1, the substrate 10 to be laser annealed has a glass substrate 11 as its main body. On the glass substrate 11, a plurality of gate lines 12 patterned with copper (Cu), other metal wiring patterns, a silicon nitride film (Si3N4) 13, a silicon oxide film (SiO2) 14, an amorphous silicon film 15a to be laser annealed, and the like are sequentially laminated. The plurality of gate lines 12 are arranged so as to be parallel to each other. As described above, the pitch between the gate lines 12 is set to the pitch P1.

ゲートライン１２は、図示しない画素領域毎に形成されるＴＦＴのゲート電極となる部分を含む。因みに、一例として、ゲートライン１２の厚さ寸法は２００～７００ｎｍ、シリコン窒化膜１３の厚さ寸法は３００ｎｍ程度、シリコン酸化膜１４の厚さ寸法は５０～１００ｎｍ、非晶質シリコン膜１５ａの厚さ寸法は５０ｎｍ程度を挙げることができる。The gate line 12 includes a portion that will become the gate electrode of the TFT formed for each pixel region (not shown). By way of example, the thickness of the gate line 12 is 200 to 700 nm, the thickness of the silicon nitride film 13 is about 300 nm, the thickness of the silicon oxide film 14 is 50 to 100 nm, and the thickness of the amorphous silicon film 15a is about 50 nm.

本実施の形態では、非晶質シリコン膜１５ａの表面に照射されるレーザビームＬＢｃｗのビーム径寸法は、例えば、５μｍ以上３００μｍ以内の任意の寸法に設定されている。
なお、このビーム径寸法の範囲は、レーザビームＬＢｃｗの照射面がＴＦＴの半導体活性領域（改質予定領域）に収容され得る大きさである。なお、このレーザビームＬＢｃｗの照射面の径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。 In this embodiment, the beam diameter of the laser beam LBcw irradiated onto the surface of the amorphous silicon film 15a is set to an arbitrary size within a range of, for example, 5 μm to 300 μm.
The range of the beam diameter is a size in which the irradiated surface of the laser beam LBcw can be accommodated in the semiconductor active region (region to be modified) of the TFT. The diameter of the irradiated surface of the laser beam LBcw is preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

本実施の形態においては、レーザビームＬＢｃｗが非晶質シリコン膜１５ａに対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、２００ｍｍ～５００ｍｍ／秒であることが好ましいが、これに限定されるものではない。In this embodiment, the scanning speed at which the laser beam LBcw is scanned relative to the amorphous silicon film 15a is preferably 200 mm to 500 mm/sec, but is not limited to this.

図３に示すように、上述した条件でレーザビームＬＢｃｗを非晶質シリコン膜１５ａにおける改質予定領域内をゲートライン１２の延びる方向に沿って照射することにより、非晶質シリコン膜１５ａを部分的に疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質することができる。なお、疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａが形成された領域は、改質予定領域と一致する。3, by irradiating the laser beam LBcw to the region to be modified in the amorphous silicon film 15a along the direction in which the gate line 12 extends under the above-mentioned conditions, the amorphous silicon film 15a can be partially modified to a pseudo single-crystal silicon film 15La. The region in which the pseudo single-crystal silicon film 15La is formed coincides with the region to be modified.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、レーザビームＬＢｃｗにおけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜１５ａに重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方（図１における矢印ｈ方向）に向けて非晶質シリコン膜１５ａ内を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜１４等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜１５ａの下層側を過熱することを抑制できる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ゲートライン１２やその他の配線パターンやガラス基板１１などが過熱により損傷されることを回避できる。According to the laser annealing device 1 of this embodiment, the spot portion F with high power density of the laser beam LBcw is located inside the amorphous silicon film 15a, so that a large amount of heat is supplied to the amorphous silicon film 15a in a focused manner. Then, most of the heat is transmitted from the spot portion F to the side (in the direction of the arrow h in FIG. 1) inside the amorphous silicon film 15a. At the rear (lower side) of the spot portion F, the beam is diffused, so that the power density of the light reaching the underlying silicon oxide film 14, etc. is lowered, and overheating of the lower layer side of the amorphous silicon film 15a can be suppressed. Therefore, according to the laser annealing device 1 of this embodiment, it is possible to avoid damage to the gate line 12, other wiring patterns, the glass substrate 11, etc. due to overheating.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、非晶質シリコン膜１５ａを全てのゲートライン１２の全体を覆うように成膜した状態でも、ゲートライン１２やその他の配線やガラス基板１１にダメージが発生することがない。 According to the laser annealing apparatus 1 of this embodiment, even when the amorphous silicon film 15a is formed to cover the entire gate lines 12, no damage occurs to the gate lines 12, other wiring, or the glass substrate 11.

また、本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ＴＦＴのチャネル半導体層とすべき改質予定領域のみにレーザビームＬＢｃｗを照射すればよいため、エネルギー効率を高めることができる。 Furthermore, according to the laser annealing apparatus 1 of this embodiment, it is only necessary to irradiate the laser beam LBcw onto the region to be modified that is to become the channel semiconductor layer of the TFT, thereby improving energy efficiency.

なお、上記スポット部Ｆは、パワー密度がトップハット型形状の特性を維持する範囲として、光軸方向に有限の幅（余裕）を持っても構わない。このような範囲内であれば均一なアニール処理が可能であり、非晶質シリコン膜１５ａにエネルギーが集中する状態が維持されるからである。スポット部Ｆにおけるパワー密度がトップハット型形状の特性を維持する範囲については、第８の実施の形態において後述する。In addition, the spot portion F may have a finite width (margin) in the optical axis direction as a range in which the power density maintains the top hat shape characteristics. This is because within such a range, uniform annealing is possible and the state in which energy is concentrated in the amorphous silicon film 15a is maintained. The range in which the power density in the spot portion F maintains the top hat shape characteristics will be described later in the eighth embodiment.

また、本発明においては、レーザビームＬＢｃｗのビーム径は、トップハット型形状の平坦部の径寸法として考えることができる。これは、改質予定領域に均一なアニール処理を施すことができればよく、レーザビームＬＢｃｗにおけるトップハット型形状の平坦部の外側ではパワー密度が急激に減少するため、熱的損傷の回避とエネルギー利用効率の改善とを両立することが可能となるからである。 In the present invention, the beam diameter of the laser beam LBcw can be considered as the diameter dimension of the flat part of the top hat shape. This is because it is sufficient to perform a uniform annealing treatment on the region to be modified, and since the power density of the laser beam LBcw decreases rapidly outside the flat part of the top hat shape, it is possible to avoid thermal damage and improve the energy utilization efficiency at the same time.

さらに、基板全面に非晶質シリコン膜１５ａが形成されていて、かつ、ビーム径（照射領域の幅）がゲートライン間の距離よりも十分小さい場合であれば、ビーム径が改質予定領域より大きくても構わない。熱の発生は非晶質シリコン１５ａに集中し、従来のようなラインビームでのアニール処理に比べてエネルギー利用効率が大きく改善されるからである。ここで、ビーム径がゲートライン間の距離より十分小さいとは、例えば、ビーム径がゲートライン間の距離の１／１０以下である。このような条件において、レーザビームＬＢｃｗの照射領域がゲートラインの幅方向にはみ出した場合の照射領域が、本発明における、改質予定領域を内包する所定の領域と定義する。 Furthermore, if an amorphous silicon film 15a is formed on the entire surface of the substrate and the beam diameter (width of the irradiated area) is sufficiently smaller than the distance between the gate lines, the beam diameter may be larger than the area to be modified. This is because heat generation is concentrated in the amorphous silicon 15a, and energy utilization efficiency is greatly improved compared to conventional annealing processing using a line beam. Here, the beam diameter being sufficiently smaller than the distance between the gate lines means, for example, that the beam diameter is 1/10 or less of the distance between the gate lines. Under such conditions, the irradiation area when the irradiation area of the laser beam LBcw extends beyond the width direction of the gate lines is defined as the predetermined area containing the area to be modified in this invention.

［第１の実施の形態の変形例］
図４－２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の変形例の光学ヘッド３を示す。この変形例では、光学ヘッド３が図示しない回転駆動部により回転可能に駆動されるように設定されている。なお、この変形例における光学ヘッド３の基本的な構成は、上記第１の実施の形態と同様である。 [Modification of the first embodiment]
4-2 shows an optical head 3 of a modified example of the laser annealing device 1 according to the first embodiment of the present invention. In this modified example, the optical head 3 is set to be rotatably driven by a rotary drive unit (not shown). The basic configuration of the optical head 3 in this modified example is the same as that of the first embodiment.

この変形例では、ゲートライン１２同士のピッチＰ２が図４－１に示すゲートライン１２のピッチＰ１より短い場合に適用できる。図４－２に示すように、複数のゲートライン１２にレーザビームＬＢｃｗが対応するように光学ヘッド３を回転調整することにより、ゲートライン１２の上方の非晶質シリコン膜１５ａの改質予定領域に的確にレーザビームＬＢｃｗを照射することが可能となる。なお、図４－２に示すように斜めに回転移動させた光学ヘッド３を基板１０に対して相対的にスキャンした場合、適正な改質予定領域にレーザビームＬＢｃｗが照射されるタイミングは、ゲートライン１２毎に順次ずれるため、ドライブ回路２０で半導体レーザＬＤへの出力タイミングを順次遅延させるように設定すればよい。This modified example can be applied when the pitch P2 between the gate lines 12 is shorter than the pitch P1 between the gate lines 12 shown in FIG. 4-1. As shown in FIG. 4-2, by rotating and adjusting the optical head 3 so that the laser beam LBcw corresponds to the multiple gate lines 12, it is possible to accurately irradiate the laser beam LBcw to the intended modification area of the amorphous silicon film 15a above the gate line 12. Note that when the optical head 3 rotated and moved obliquely as shown in FIG. 4-2 is scanned relative to the substrate 10, the timing at which the laser beam LBcw is irradiated to the appropriate intended modification area shifts sequentially for each gate line 12, so the drive circuit 20 can be set to sequentially delay the output timing to the semiconductor laser LD.

この変形例によれば、レーザビームＬＢｃｗが照射される列同士のピッチを光学ヘッド３の回転により変えることができる。したがって、基板におけるゲートライン１２のピッチが変更された場合にも適用できるレーザアニール装置を実現できる。According to this modification, the pitch between the rows irradiated with the laser beam LBcw can be changed by rotating the optical head 3. Therefore, a laser annealing device can be realized that can be applied even when the pitch of the gate lines 12 on the substrate is changed.

［レーザアニール方法］
次に、本実施の形態に係るレーザアニール方法について説明する。レーザアニール方法は、レーザアニール装置１を用いて基板１０における改質予定領域に疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成するためのレーザアニール処理方法である。 [Laser annealing method]
Next, a laser annealing method according to the present embodiment will be described. The laser annealing method is a laser annealing processing method for forming a pseudo single crystal silicon film 15La in a region of a substrate 10 to be modified by using a laser annealing apparatus 1.

まず、このレーザアニール方法では、図１に示すように、ガラス基板１１の上に互いに平行をなす複数のゲートライン１２が形成され、複数のゲートライン１２の上層にこれらゲートライン１２の全体を覆うように非晶質シリコン膜１５ａが成膜された基板１０を用意する。First, in this laser annealing method, as shown in FIG. 1, a substrate 10 is prepared on which a plurality of gate lines 12 parallel to each other are formed on a glass substrate 11, and an amorphous silicon film 15a is formed on top of the plurality of gate lines 12 so as to cover the entire gate lines 12.

次に、基板１０を図示しない基板搬送手段に基板１０をセットし、半導体レーザＬＤのそれぞれから、連続発振されるレーザ光を出射させ、レーザ光を光学ヘッド３で、収束するレーザビームＬＢｃｗとなるように加工して、それぞれのレーザビームＬＢｃｗをゲートライン１２の上方に位置する図示しない改質予定領域内に順次、対応するように投影する。Next, the substrate 10 is set on a substrate transport means (not shown), and each of the semiconductor lasers LD is caused to emit a continuous laser beam. The laser beam is processed by the optical head 3 to become a converging laser beam LBcw, and each laser beam LBcw is projected sequentially in a corresponding manner into the intended modification area (not shown) located above the gate line 12.

このとき、レーザビームＬＢｃｗにおいて最も収束するスポット部Ｆを、改質予定領域の非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置するように配置する。At this time, the most convergent spot portion F of the laser beam LBcw is positioned inside the amorphous silicon film 15a in the area to be modified.

そして、図示しない基板搬送手段で基板１０を移動させて、レーザビームＬＢｃｗが改質予定領域内をゲートライン１２が延びる方向に沿って、相対的にスキャンさせる。この結果、ＴＦＴのチャネル半導体層となるべき領域を疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａに改質できる。Then, the substrate 10 is moved by a substrate transport means (not shown), and the laser beam LBcw scans the region to be modified relatively along the direction in which the gate line 12 extends. As a result, the region to become the channel semiconductor layer of the TFT can be modified to a pseudo single crystal silicon film 15La.

本実施の形態のレーザアニール方法では、ＴＦＴのチャネル半導体層を形成すべき領域だけに疑似単結晶シリコン膜１５Ｌａを形成できるため、エネルギー効率のよいアニールを行うことができる。このため、このレーザアニール方法では、大幅な低コスト化を実現できる。因みに、エキシマレーザによるラインビームを用いた従来のアニール方法では、非晶質シリコン膜全体の領域をラインビームで塗りつぶすようにレーザ照射して結晶化させるため、非晶質シリコン膜への照射領域に継ぎ目が発生していた。このため、この継ぎ目領域でのチャネル半導体層と、それ以外の領域でのチャネル半導体層とでは、移動度が異なりＴＦＴ基板全体のチャネル半導体層で移動度にばらつきがであった。これに対して、本実施の形態のレーザアニール方法では、照射領域の継ぎ目が発生しないため、チャネル半導体層の移動度を均一にすることができる。In the laser annealing method of the present embodiment, the pseudo single crystal silicon film 15La can be formed only in the region where the channel semiconductor layer of the TFT is to be formed, so that annealing with good energy efficiency can be performed. Therefore, this laser annealing method can realize a significant cost reduction. Incidentally, in the conventional annealing method using a line beam of an excimer laser, the entire region of the amorphous silicon film is irradiated with a laser so as to fill it with a line beam to crystallize it, so that a seam occurs in the irradiated region of the amorphous silicon film. Therefore, the mobility of the channel semiconductor layer in this seam region and the channel semiconductor layer in the other region is different, and there is a variation in the mobility in the channel semiconductor layer of the entire TFT substrate. In contrast, in the laser annealing method of the present embodiment, no seam occurs in the irradiated region, so the mobility of the channel semiconductor layer can be made uniform.

また、本実施の形態のレーザアニール方法では、ゲートライン１２やガラス基板１１などを熱的に損傷させることがないため、歩留まりの高いＴＦＴ基板の製造を実現することができる。 In addition, the laser annealing method of this embodiment does not thermally damage the gate line 12, the glass substrate 11, etc., making it possible to manufacture TFT substrates with a high yield.

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａを示す概略構成図である。 [Second embodiment]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a laser annealing apparatus 1A according to a second embodiment of the present invention.

本実施の形態では、複数のレーザビームＬＢｃｗのそれぞれの光量を検出する光量センサＤ１を備えることを特徴とする。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１と同様であるため、説明を省略する。This embodiment is characterized by including a light quantity sensor D1 that detects the light quantity of each of the multiple laser beams LBcw. The other configurations of this embodiment are the same as those of the laser annealing device 1 according to the first embodiment, and therefore will not be described.

光量センサＤ１は、光学ヘッド３の後方に配置され、レーザビームＬＢｃｗのスポット部Ｆに順次移動できるようになっている。また、この光量センサＤ１は、１つレーザビームＬＢｃｗの光量を検出するときに、隣接するレーザビームＬＢｃｗが入射しないように設定されている。The light quantity sensor D1 is disposed behind the optical head 3 and is capable of moving sequentially to the spot portion F of the laser beam LBcw. Furthermore, this light quantity sensor D1 is set so that when detecting the light quantity of one laser beam LBcw, an adjacent laser beam LBcw is not incident thereon.

本実施の形態では、光量センサＤ１で検出したデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該レーザビームＬＢｃｗの光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。In this embodiment, the data detected by the light intensity sensor D1 is fed back to the drive circuit 20 to adjust the output of the semiconductor laser LD, which serves as the light source of the laser beam LBcw.

本実施の形態では、レーザアニール処理を行う前に、それぞれのレーザビームＬＢｃｗの光量調整を行って、これらレーザビームＬＢｃｗの出力(光量)の均一化を図ることができる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａによれば、ＴＦＴ同士のチャネル半導体層の電気的特性の均一化を図ることができる。In this embodiment, the light intensity of each laser beam LBcw can be adjusted before performing the laser annealing process, so that the output (light intensity) of these laser beams LBcw can be made uniform. Therefore, with the laser annealing device 1A according to this embodiment, the electrical characteristics of the channel semiconductor layers of the TFTs can be made uniform.

［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂは、結像光学系３２Ｂ内の光路にビームスプリッタ３５を備え、ビームスプリッタ３５の側方に側方レンズ３６および光量センサＤ２が配置されている。本実施の形態では、ビームスプリッタ３５で反射されたレーザビームＬＢｃｗが側方レンズ３６を通して光量センサＤ２に入射されるように設定されている。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂの他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。 [Third embodiment]
6 is a schematic diagram of a laser annealing apparatus 1B according to a third embodiment of the present invention. The laser annealing apparatus 1B according to this embodiment includes a beam splitter 35 in the optical path in the imaging optical system 32B, and a side lens 36 and a light quantity sensor D2 are arranged on the side of the beam splitter 35. In this embodiment, the laser beam LBcw reflected by the beam splitter 35 is set to enter the light quantity sensor D2 through the side lens 36. The other configurations of the laser annealing apparatus 1B according to this embodiment are the same as those of the first embodiment.

本実施の形態では、光量センサＤ２で検出されたデータは、ドライブ回路２０へフィードバックされ、当該レーザビームＬＢｃｗの光源としての半導体レーザＬＤの出力調整を行うようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｂを運転しながら、各半導体レーザＬＤの出力調整を行うことができる。In this embodiment, the data detected by the light quantity sensor D2 is fed back to the drive circuit 20 to adjust the output of the semiconductor laser LD as the light source of the laser beam LBcw. In this embodiment, the output of each semiconductor laser LD can be adjusted while the laser annealing device 1B is operating.

［第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃを示す概略構成図、図８はレーザアニール装置１Ｃの要部側面図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃは、ファイバアレイ３１から出射されたレーザ光を、第１レンズ３３を通して例えば、ガルバノミラーなどのスキャンミラーＳＭで下方(側方)へ向けて反射させる。スキャンミラーＳＭで反射されたレーザビームＬＢｃｗは、下方に配置された第２レンズ３４を通して基板側へ照射される。図８に示すように、スキャンミラーＳＭは、傾斜度合いを変更可能にするために、矢印Ａ方向に回転調整可能に設定されている。 [Fourth embodiment]
Fig. 7 is a schematic diagram showing a laser annealing apparatus 1C according to a fourth embodiment of the present invention, and Fig. 8 is a side view of the main part of the laser annealing apparatus 1C. In the laser annealing apparatus 1C according to this embodiment, the laser light emitted from the fiber array 31 is reflected downward (to the side) by a scan mirror SM such as a galvanometer mirror through a first lens 33. The laser beam LBcw reflected by the scan mirror SM is irradiated to the substrate side through a second lens 34 arranged below. As shown in Fig. 8, the scan mirror SM is set to be rotatable in the direction of the arrow A so that the degree of inclination can be changed.

本実施の形態によれば、装置の高さ寸法を短くして、装置をコンパクトにすることができる。また、スキャンミラーＳＭを回転調整することにより、レーザビームＬＢｃｗの照射位置や、非晶質シリコン膜１５ａ表面からの膜厚方向におけるスポット部Ｆの深さ位置を調整することが可能となる。According to this embodiment, the height dimension of the device can be shortened to make the device compact. In addition, by rotating and adjusting the scan mirror SM, it is possible to adjust the irradiation position of the laser beam LBcw and the depth position of the spot portion F in the film thickness direction from the surface of the amorphous silicon film 15a.

［第５の実施の形態］
図９は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの概略構成図である。この実施の形態は、上記第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａの結像光学系３２における瞳位置に開口３７Ａを有するマスク３７を配置して構成した結像光学系３２Ｄを備える。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄの他の構成は、上記第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａと同様である。 [Fifth embodiment]
9 is a schematic diagram of a laser annealing apparatus 1D according to a fifth embodiment of the present invention. This embodiment includes an imaging optical system 32D configured by arranging a mask 37 having an opening 37A at the pupil position in the imaging optical system 32 of the laser annealing apparatus 1A according to the second embodiment. The other configurations of the laser annealing apparatus 1D according to this embodiment are similar to those of the laser annealing apparatus 1A according to the second embodiment.

本実施の形態によれば、マスク３７によって、結像光学系３２Ｄを通過するレーザビームＬＢｃｗのパターンを変更することができる。本実施の形態においても、光量センサＤ１を備えるため、パターンを変更したレーザビームＬＢｃｗのそれぞれの光量を光量センサＤ１で検出することできる。According to this embodiment, the pattern of the laser beam LBcw passing through the imaging optical system 32D can be changed by the mask 37. In this embodiment, the light quantity sensor D1 is also provided, so that the light quantity of each of the laser beams LBcw whose patterns have been changed can be detected by the light quantity sensor D1.

［第６の実施の形態］
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅの概略構成図である。図１１は、レーザアニール装置１Ｅにおける結像光学系３８の概略構成図である。 Sixth embodiment
Fig. 10 is a schematic diagram of a laser annealing apparatus 1E according to a sixth embodiment of the present invention, and Fig. 11 is a schematic diagram of an imaging optical system 38 in the laser annealing apparatus 1E.

図１０に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅは、第１の実施の形態と同様に、光学ヘッド３として、ファイバアレイ３１と、結像光学系３８と、を備える。ファイバアレイ３１は、光ファイバ２２の他端部が接続されている。光ファイバ２２の出射端は、ファイバアレイ３１の出射側端面において、一つの直線上に沿って一列に並ぶように配置されている。10, the laser annealing apparatus 1E according to this embodiment includes a fiber array 31 and an imaging optical system 38 as an optical head 3, similar to the first embodiment. The other ends of the optical fibers 22 are connected to the fiber array 31. The emission ends of the optical fibers 22 are arranged in a row along a straight line on the emission end face of the fiber array 31.

本実施の形態では、結像光学系３８は、テレセントリック光学系で構成されている。また、ファイバアレイ３１は、アクチュエータ３９によって光軸方向に沿って変位されるようになっている。本実施の形態では、レーザアニール装置１Ｅのオートフォーカス時に、アクチュエータ３９でファイバアレイ３１のみを光軸に沿って移動させるようになっている。このとき、光源ユニット２および結像光学系３８は、移動しないようになっている。In this embodiment, the imaging optical system 38 is configured as a telecentric optical system. The fiber array 31 is displaced along the optical axis direction by the actuator 39. In this embodiment, during autofocus of the laser annealing device 1E, the actuator 39 moves only the fiber array 31 along the optical axis. At this time, the light source unit 2 and the imaging optical system 38 do not move.

図１１に示すように、本実施の形態において、結像光学系３８は、光軸方向に沿って順次配置された複数のレンズなどの光学部材Ｌ１～Ｌ１４でテレセントリック光学系を構成している。このようなテレセントリック光学系でなる結像光学系３８によれば、基板１０に対してピント合わせを行う際に、アクチュエータ３９が軽量なファイバアレイ３１のみを移動させればよいため、迅速な応答性を有するオートフォーカス性能を得ることができる。11, in this embodiment, the imaging optical system 38 is a telecentric optical system made up of optical members L1 to L14, such as lenses, arranged sequentially along the optical axis direction. With the imaging optical system 38 being such a telecentric optical system, when focusing on the substrate 10, the actuator 39 only needs to move the lightweight fiber array 31, and therefore autofocus performance with rapid response can be obtained.

また、結像光学系３８は、テレセントリック光学系でなるため、基板１０に対して像のずれがなく、基板１０表面における複数のレーザビームＬＢｃｗの照射位置のピッチが変わらないという利点がある。 In addition, since the imaging optical system 38 is a telecentric optical system, there is no image shift relative to the substrate 10, and the pitch of the irradiation positions of the multiple laser beams LBcw on the surface of the substrate 10 does not change, which is an advantage.

なお、アクチュエータ３９としては、ピエゾ圧電効果を応用した位置決め素子であるピエゾアクチュエータを適用することができる。ピエゾアクチュエータは、ナノメータ程度の極めて微小な範囲から数百ミクロンメータまでの位置決めを正確に行うことができる。
また、ピエゾアクチュエータは、セラミックで形成されているため非常に硬く、大きな力を生み出すことができる。また、ピエゾアクチュエータは、コンパクトで省エネルギーな駆動を行うことができる。なお、本実施の形態では、アクチュエータ３９として、ピエゾアクチュエータを適用したが、リニアモータなどの他の駆動手段を適用することも勿論可能である。 A piezoelectric actuator, which is a positioning element that utilizes the piezoelectric effect, can be used as the actuator 39. The piezoelectric actuator can perform accurate positioning from an extremely minute range of about nanometers to several hundred micrometers.
In addition, since the piezoelectric actuator is made of ceramic, it is very hard and can generate a large force. Furthermore, the piezoelectric actuator is compact and can perform energy-saving driving. In this embodiment, a piezoelectric actuator is used as the actuator 39, but it is of course possible to use other driving means such as a linear motor.

このレーザアニール装置１Ｅでは、軽量なファイバアレイ３１のみを移動させるだけでよいため、アクチュエータ３９の負荷が小さく、迅速なオートフォーカス機能を備えることができる。 In this laser annealing device 1E, only the lightweight fiber array 31 needs to be moved, so the load on the actuator 39 is small and a quick autofocus function can be provided.

［第７の実施の形態］
図１２は、本発明の第7の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｆを示す概略構成図である。本実施の形態では、単一の光源としての半導体レーザＬＤと、カップリングレンズ２１と、単一の光ファイバ２２と、単一の光学ヘッド３と、基板１０を搬送する図示しない基板搬送手段と、を備えている。 [Seventh embodiment]
12 is a schematic diagram showing a laser annealing apparatus 1F according to a seventh embodiment of the present invention. This embodiment includes a semiconductor laser LD as a single light source, a coupling lens 21, a single optical fiber 22, a single optical head 3, and a substrate transport means (not shown) for transporting a substrate 10.

半導体レーザＬＤは、上記の各実施の形態と同様に、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する。カップリングレンズ２１は、半導体レーザＬＤの出射側に接続されている。カップリングレンズ２１には、導波路としての光ファイバ２２の一端部が接続されている。本実施の形態では、光ファイバ２２として例えば方形ファイバを適用している。The semiconductor laser LD oscillates continuous wave laser light (CW laser light) as in each of the above embodiments. The coupling lens 21 is connected to the output side of the semiconductor laser LD. One end of an optical fiber 22 serving as a waveguide is connected to the coupling lens 21. In this embodiment, for example, a square fiber is used as the optical fiber 22.

光学ヘッド３は、結像光学系としての、入射側の第１レンズ３３と、出射側の第２レンズ３４と、を備えている。図１２に示すように、光学ヘッド３には、光ファイバ２２の他端部から出射されたレーザ光が入射される。光学ヘッド３では、レーザ光を下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束するレーザビームＬＢｃｗとなるように加工する。本実施の形態においても、スポット部Ｆが非晶質シリコン膜の膜内部（深さ方向の内部）に位置するように設定されている。The optical head 3 is equipped with a first lens 33 on the incident side and a second lens 34 on the exit side as an imaging optical system. As shown in FIG. 12, the laser light emitted from the other end of the optical fiber 22 is incident on the optical head 3. In the optical head 3, the laser light is processed to become a laser beam LBcw that converges at a spot portion F toward the downstream side (rear side). In this embodiment, the spot portion F is also set to be located inside the amorphous silicon film (inside in the depth direction).

本実施の形態においても、レーザビームＬＢｃｗは、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が正方形である。なお、レーザビームＬＢｃｗの断面形状は、長方形、六角形などであってもよい。レーザビームＬＢｃｗの断面形状をこのような形状にするには、光ファイバ２２のコアの断面形状を、正方形、長方形、六角形などに設定すればよい。 In this embodiment, the laser beam LBcw also has top-hat shaped characteristics and has a square cross-sectional shape in a direction perpendicular to the optical axis. The cross-sectional shape of the laser beam LBcw may be rectangular, hexagonal, etc. In order to make the cross-sectional shape of the laser beam LBcw into such a shape, the cross-sectional shape of the core of the optical fiber 22 may be set to a square, rectangle, hexagon, etc.

図示しない基板搬送手段は、上記した各実施の形態と同様に、レーザアニール処理を施す基板１０をスキャン方向へ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、光学ヘッド３の位置を固定した状態で基板１０側を搬送することによって、基板１０に対してレーザビームＬＢｃｗを相対的にスキャンするようになっている。The substrate transport means (not shown) is equipped with a mechanism for transporting the substrate 10 to be subjected to the laser annealing process at an arbitrary speed in the scanning direction, as in each of the above-mentioned embodiments. Therefore, by transporting the substrate 10 with the optical head 3 in a fixed position, the laser beam LBcw is scanned relative to the substrate 10.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｆによれば、レーザビームＬＢｃｗにおけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜の膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜に重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方に向けて非晶質シリコン膜の内部を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜の下層側を過熱することを抑制できる。このため、レーザアニール装置１Ｆによれば、ゲートラインやその他の配線パターンやガラス基板などが過熱により損傷されることを回避できる。 According to the laser annealing apparatus 1F of this embodiment, the spot portion F with high power density of the laser beam LBcw is located inside the amorphous silicon film, so that a large amount of heat is supplied to the amorphous silicon film in a focused manner. Then, most of the heat is transmitted from the spot portion F to the side inside the amorphous silicon film. At the rear (lower) side of the spot portion F, the beam is diffused, so that the power density of the light reaching the underlying silicon oxide film, etc. is lowered, and overheating of the lower layer side of the amorphous silicon film can be suppressed. Therefore, according to the laser annealing apparatus 1F, damage to the gate line, other wiring patterns, glass substrate, etc. due to overheating can be avoided.

なお、本実施の形態におけるレーザアニール方法は、ゲートライン上層の非晶質シリコン膜に対して、単一の光源から連続発振されるレーザ光を出射させ、単一の改質予定領域にレーザビームを照射する方法である。レーザビームＬＢｃｗによる作用は、上記第1の実施の形態に係るレーザアニール方法と同様である。The laser annealing method in this embodiment is a method in which a single light source emits continuous laser light to the amorphous silicon film above the gate line, and a single region to be modified is irradiated with the laser beam. The effect of the laser beam LBcw is the same as that of the laser annealing method in the first embodiment.

[第８の実施の形態]
図１３は、本発明の第８の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の基本原理を示す。 [Eighth embodiment]
FIG. 13 shows the basic principle of a laser annealing apparatus and a laser annealing method according to the eighth embodiment of the present invention.

上記の第1～７の実施の形態では、レーザビームＬＢｃｗにおいて最も収束するスポット部Ｆが、改質予定領域の非晶質シリコン膜１５ａの膜内部に位置する状態で、レーザビームＬＢｃｗをスキャンさせた。これに対して、本実施の形態では、図１３に示すように、レーザビームＬＢｃｗにおける焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域Ａが、非晶質シリコン膜１５ａの膜内部の領域に重なる状態で、レーザビームＬＢｃｗを改質予定領域内でスキャンさせる。すなわち、本実施の形態に係るレーザアニール装置では、図１３に示すレーザビームＬＢｃｗの領域Ａに非晶質シリコン１５ａが重なる状態であればよい。In the above first to seventh embodiments, the laser beam LBcw is scanned in a state where the most convergent spot F of the laser beam LBcw is located inside the amorphous silicon film 15a in the region to be modified. In contrast, in this embodiment, as shown in FIG. 13, the laser beam LBcw is scanned in the region to be modified in a state where the region A including the focus and the vicinity of the focus of the laser beam LBcw and where the beam profile maintains a top hat shape overlaps with the region inside the amorphous silicon film 15a. That is, in the laser annealing device according to this embodiment, it is sufficient that the amorphous silicon 15a overlaps with the region A of the laser beam LBcw shown in FIG. 13.

図１３に示すように、領域Ａは、レーザビームＬＢｃｗにおける（１）、（２）および（３）を含む。図１４－３は、図１３における（１）の範囲のレーザビームの半径方向の位置とパワー密度との関係を示している。図１３に示すように、（１）の領域は、略焦点深度の領域であり、図１４－３に示すように、典型的なトップハット型のビームプロファイルを示す。（２）の領域は、（１）の領域よりも焦点の手前に位置するが、図１４―２に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせる領域である。（３）の領域は、（１）の領域よりも焦点よりも後方に位置するが、図１４―４に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせる領域である。As shown in FIG. 13, region A includes (1), (2), and (3) in the laser beam LBcw. FIG. 14-3 shows the relationship between the radial position of the laser beam and the power density in the range of (1) in FIG. 13. As shown in FIG. 13, region (1) is a region of approximately the focal depth, and shows a typical top-hat beam profile as shown in FIG. 14-3. Region (2) is located in front of the focal point compared to region (1), but is a region where the laser profile can be considered to be top-hat shaped as shown in FIG. 14-2. Region (3) is located behind the focal point compared to region (1), but is a region where the laser profile can be considered to be top-hat shaped as shown in FIG. 14-4.

（４）の領域は、（２）の領域よりも手前に位置し、図１４―１に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせない形状となる。（５）の領域は、（３）の領域よりも後方に位置し、図１４―５に示すように、レーザプロファイルがトップハット型とみなせない形状となる。したがって、本実施の形態では、図１３に示す領域Ａが、ビームプロファイルがトップハット型を維持する領域と定義される。なお、この領域Ａは、光学ヘッド３などの条件によって適宜設定すればよい。 Area (4) is located in front of area (2), and as shown in FIG. 14-1, the laser profile has a shape that cannot be considered to be a top hat shape. Area (5) is located behind area (3), and as shown in FIG. 14-5, the laser profile has a shape that cannot be considered to be a top hat shape. Therefore, in this embodiment, area A shown in FIG. 13 is defined as the area where the beam profile maintains a top hat shape. Note that area A may be set appropriately depending on the conditions of the optical head 3, etc.

（１）の領域は、図１４－３に示すように、非晶質シリコン１５ａをアニールするのに十分なエネルギー密度を有し、必要領域をアニールできる平坦部の幅寸法を有している。（２）および（３）の領域は、図１４―２および図１４－４に示すように、（１）の領域の特性に近似するが、（４）と（５）の領域は、図１４－１および図１４－５に示すように、エネルギー密度が不十分であり、必要領域をアニールするための平坦部の幅が狭いため、非晶質シリコン１５ａの局所的なアニールには不適切な領域である。Region (1), as shown in Figure 14-3, has sufficient energy density to anneal the amorphous silicon 15a and has a flat width dimension that allows annealing of the required region. Regions (2) and (3), as shown in Figures 14-2 and 14-4, have characteristics similar to those of region (1), but regions (4) and (5), as shown in Figures 14-1 and 14-5, have insufficient energy density and a narrow flat width for annealing the required region, making them unsuitable for local annealing of the amorphous silicon 15a.

以上、本発明の第８の実施の形態について説明したが、他の構成は、上記した第１の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法と同様である。 The above describes the eighth embodiment of the present invention, but the other configurations are the same as those of the laser annealing apparatus and laser annealing method of the first embodiment described above.

本実施の形態では、例えば、非晶質シリコン１５ａが、図１３に示す（２）の領域に位置する場合に、見かけ上は非晶質シリコン１５ａの下側の基板や配線などに焦点位置が来るが、光の大半が非晶質シリコン１５ａで吸引されるので、非晶質シリコン１５ａの下側の基板、配線などに対して熱的損傷を与えることはない。したがって、本実施の形態によれば、光学ヘッド３などの条件設定が容易となり装置コストを低減することが可能である。In this embodiment, for example, when the amorphous silicon 15a is located in the region (2) shown in Figure 13, the focal position appears to be on the substrate or wiring below the amorphous silicon 15a, but since most of the light is absorbed by the amorphous silicon 15a, there is no thermal damage to the substrate or wiring below the amorphous silicon 15a. Therefore, according to this embodiment, it is easy to set the conditions of the optical head 3, etc., and it is possible to reduce the cost of the device.

（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。 Other Embodiments
Although the embodiment of the present invention has been described above, the description and drawings forming a part of the disclosure of the embodiment should not be understood as limiting the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operating techniques will become apparent to those skilled in the art.

上記の実施の形態では、レーザビームＬＢｃｗとして、トップハット型を適用したが、ドーナツ型形状のレーザビームＬＢｃｗとしてもよい。このようなドーナツ型形状のレーザビームＬＢｃｗを用いることにより、改質予定領域に形成した結晶化膜の輪郭部も確実に結晶化できるという利点がある。In the above embodiment, a top hat type laser beam LBcw is used, but a donut-shaped laser beam LBcw may also be used. By using such a donut-shaped laser beam LBcw, there is an advantage that the outline of the crystallized film formed in the area to be modified can also be reliably crystallized.

上記の各実施の形態では、ファイバアレイ３１の出射端面において、光ファイバ２２の他端部が一直線上に並ぶように配置したが、等間隔なゲートライン１２に対応してレーザビームＬＢｃｗを照射できれば、光ファイバ２２の他端部が一直線上に並ばなくともよい。In each of the above embodiments, the other ends of the optical fibers 22 are arranged so as to be aligned in a straight line at the output end face of the fiber array 31, but as long as the laser beam LBcw can be irradiated in correspondence with the equally spaced gate lines 12, the other ends of the optical fibers 22 do not need to be aligned in a straight line.

上記の第１～６の実施の形態では、複数のレーザビームＬＢｃｗのピッチが、ゲートラインのピッチと同じになるように設定して、レーザビームＬＢｃｗをゲートライン１２に沿った方向にスキャンしたが、レーザビームＬＢｃｗのピッチを、ゲートライン１２に沿ってＴＦＴを形成する改質予定領域のピッチの整数倍に設定すれば、レーザビームＬＢｃｗをゲートライン１２と直交する方向にスキャンすることも可能である。In the above first to sixth embodiments, the pitch of the multiple laser beams LBcw was set to be the same as the pitch of the gate lines, and the laser beam LBcw was scanned in a direction along the gate lines 12. However, if the pitch of the laser beam LBcw is set to an integer multiple of the pitch of the region to be modified to form a TFT along the gate lines 12, it is also possible to scan the laser beam LBcw in a direction perpendicular to the gate lines 12.

Ｄ１，Ｄ２ 光量センサ
ＬＤ 半導体レーザ
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ レーザアニール装置
２ 光源ユニット
３ 光学ヘッド
１０ 基板（被レーザアニール処理基板）
１１ ガラス基板（基板）
１２ ゲートライン
１３ シリコン窒化膜
１４ シリコン酸化膜
１５ａ 非晶質シリコン膜
２１ カップリングレンズ
２２ 光ファイバ
３１ ファイバアレイ
３２，３２Ｂ 結像光学系
３３ 第１レンズ
３４ 第２レンズ
３５ ビームスプリッタ
３６ 側方レンズ
３７ マスク
３７Ａ 開口
３８ 結像光学系
３９ アクチュエータ
 D1, D2 Light quantity sensor LD Semiconductor laser 1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F Laser annealing device 2 Light source unit 3 Optical head 10 Substrate (substrate to be laser annealed)
11 Glass substrate (substrate)
REFERENCE SIGNS LIST 12 Gate line 13 Silicon nitride film 14 Silicon oxide film 15a Amorphous silicon film 21 Coupling lens 22 Optical fiber 31 Fiber array 32, 32B Imaging optical system 33 First lens 34 Second lens 35 Beam splitter 36 Side lens 37 Mask 37A Aperture 38 Imaging optical system 39 Actuator

Claims (6)

基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、複数の前記ゲートラインの上層に複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、A plurality of gate lines are formed on a substrate so as to be parallel to each other, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines.
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、A laser annealing apparatus for irradiating a continuous wave laser beam to modify a region of the amorphous silicon film to a crystallized film, comprising:
連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、A plurality of light sources each emitting a continuous wave laser beam;
複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected correspondingly into the intended modification region located above the gate line;
を備え、Equipped with
前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされ、the optical head relatively scans the laser beams within the intended modification region in a state in which the most convergent spot portion of each of the laser beams is located inside the amorphous silicon film in the intended modification region;
前記光学ヘッドから出射された前記レーザビームは、前記非晶質シリコン膜の表面に対して所定の直線に沿って一定のピッチで並ぶように投影され、the laser beam emitted from the optical head is projected onto the surface of the amorphous silicon film so as to be aligned at a constant pitch along a predetermined straight line,
前記光学ヘッドは、前記複数の前記レーザビームのピッチが、前記ゲートラインのピッチに等しくなるように回転移動可能である、ことを特徴とするレーザアニール装置。4. A laser annealing apparatus comprising: said optical head capable of rotating so that a pitch of said plurality of laser beams is equal to a pitch of said gate lines. 基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、複数の前記ゲートラインの上層に前記複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、A plurality of gate lines are formed on a substrate so as to be parallel to each other, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines,
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、A laser annealing apparatus for irradiating a continuous wave laser beam to modify a region of the amorphous silicon film to a crystallized film, comprising:
連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、A plurality of light sources each emitting a continuous wave laser beam;
複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected correspondingly into the intended modification region located above the gate line;
を備え、Equipped with
前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされ、the optical head relatively scans a predetermined area including the intended modification region with the laser beams in a state where the most convergent spot portion of each of the laser beams is located inside the amorphous silicon film in the intended modification region;
前記光学ヘッドから出射された前記レーザビームは、前記非晶質シリコン膜の表面に対して所定の直線に沿って一定のピッチで並ぶように投影される、the laser beam emitted from the optical head is projected onto the surface of the amorphous silicon film so as to be aligned at a constant pitch along a predetermined straight line;
前記光学ヘッドは、複数の前記レーザビームのピッチが、前記ゲートラインのピッチに等しくなるように回転移動可能である、ことを特徴とするレーザアニール装置。4. A laser annealing apparatus comprising: said optical head capable of rotating so that a pitch of said plurality of laser beams is equal to a pitch of said gate lines. 基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、複数の前記ゲートラインの上層に前記複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、A plurality of gate lines are formed on a substrate so as to be parallel to each other, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines,
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、A laser annealing apparatus for irradiating a continuous wave laser beam to modify a region of the amorphous silicon film to a crystallized film, comprising:
連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、A plurality of light sources each emitting a continuous wave laser beam;
複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected correspondingly into the intended modification region located above the gate line;
を備え、Equipped with
前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおける焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なる状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされ、the optical head relatively scans the laser beam within the region to be modified in a state where a region in which a beam profile maintains a top hat shape, including a focus and a vicinity of the focus, of each of the laser beams overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified;
前記光学ヘッドから出射された前記レーザビームは、前記非晶質シリコン膜の表面に対して所定の直線に沿って一定のピッチで並ぶように投影され、the laser beam emitted from the optical head is projected onto the surface of the amorphous silicon film so as to be aligned at a constant pitch along a predetermined straight line,
前記光学ヘッドは、複数の前記レーザビームのピッチが、前記ゲートラインのピッチに等しくなるように回転移動可能である、ことを特徴とするレーザアニール装置。4. A laser annealing apparatus comprising: said optical head capable of rotating so that a pitch of said plurality of laser beams is equal to a pitch of said gate lines. 基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、複数の前記ゲートラインの上層に複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、A plurality of gate lines are formed on a substrate so as to be parallel to each other, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines.
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、A laser annealing apparatus for irradiating a continuous wave laser beam to modify a region of the amorphous silicon film to a crystallized film, comprising:
連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、A plurality of light sources each emitting a continuous wave laser beam;
複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected correspondingly into the intended modification region located above the gate line;
を備え、Equipped with
前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおける焦点および焦点近傍を含みビームプロファイルがトップハット型を維持する領域が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部の領域に重なる状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域を内包する所定の領域を相対的にスキャンされ、the optical head relatively scans the laser beam over a predetermined area including the region to be modified, in a state in which a region including a focus and a vicinity of the focus of each of the laser beams and in which a beam profile maintains a top hat shape overlaps with a region inside the amorphous silicon film in the region to be modified;
前記光学ヘッドから出射された前記レーザビームは、前記非晶質シリコン膜の表面に対して所定の直線に沿って一定のピッチで並ぶように投影され、the laser beam emitted from the optical head is projected onto the surface of the amorphous silicon film so as to be aligned at a constant pitch along a predetermined straight line,
前記光学ヘッドは、前記複数の前記レーザビームのピッチが、前記ゲートラインのピッチに等しくなるように回転移動可能である、ことを特徴とするレーザアニール装置。4. A laser annealing apparatus comprising: said optical head capable of rotating so that a pitch of said plurality of laser beams is equal to a pitch of said gate lines. 基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、複数の前記ゲートラインの上層に複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、
連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、
複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、
を備え、
前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされ、
複数の前記レーザビームのそれぞれの光量を検出する光量センサを備え、
前記光量センサで検出された前記レーザビームの光量に基づいて、当該レーザビームを出射する前記光源の出力を調整可能であり、
前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するビームスプリッタを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置される、ことを特徴とするレーザアニール装置。 A plurality of gate lines are formed on a substrate so as to be parallel to each other, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines.
A laser annealing apparatus for irradiating a continuous wave laser beam to modify a region of the amorphous silicon film to a crystallized film, comprising:
A plurality of light sources each emitting a continuous wave laser beam;
an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected correspondingly into the intended modification region located above the gate line;
Equipped with
the optical head relatively scans the laser beams within the intended modification region in a state in which the most convergent spot portion of each of the laser beams is located inside the amorphous silicon film in the intended modification region;
a light amount sensor for detecting the light amount of each of the plurality of laser beams;
an output of the light source that emits the laser beam can be adjusted based on the amount of light of the laser beam detected by the light amount sensor;
2. A laser annealing apparatus, comprising : said optical head including a beam splitter for reflecting said laser beam laterally; and said light amount sensor disposed to the side of said optical head. 基板の上に互いに平行をなす複数のゲートラインが形成され、複数の前記ゲートラインの上層に複数の前記ゲートラインの全体を覆うように成膜された非晶質シリコン膜に対して、A plurality of gate lines are formed on a substrate so as to be parallel to each other, and an amorphous silicon film is formed on the upper layer of the plurality of gate lines so as to cover the entirety of the plurality of gate lines.
連続発振レーザ光を照射して前記非晶質シリコン膜の改質予定領域を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、A laser annealing apparatus for irradiating a continuous wave laser beam to modify a region of the amorphous silicon film to a crystallized film, comprising:
連続発振されるレーザ光をそれぞれ出射する複数の光源と、A plurality of light sources each emitting a continuous wave laser beam;
複数の前記光源から出射されたそれぞれの前記レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工して、それぞれの前記レーザビームが前記ゲートラインの上方に位置する前記改質予定領域内に順次、対応して投影可能にする光学ヘッドと、an optical head that processes each of the laser beams emitted from the plurality of light sources into converging laser beams so that each of the laser beams can be sequentially projected correspondingly into the intended modification region located above the gate line;
を備え、Equipped with
前記光学ヘッドは、それぞれの前記レーザビームにおいて最も収束するスポット部が、前記改質予定領域の前記非晶質シリコン膜の膜内部に位置する状態で、前記レーザビームが前記改質予定領域内を相対的にスキャンされ、the optical head relatively scans the laser beams within the intended modification region in a state in which the most convergent spot portion of each of the laser beams is located inside the amorphous silicon film in the intended modification region;
複数の前記レーザビームのそれぞれの光量を検出する光量センサを備え、a light amount sensor for detecting the light amount of each of the plurality of laser beams;
前記光量センサで検出された前記レーザビームの光量に基づいて、当該レーザビームを出射する前記光源の出力を調整可能であり、an output of the light source that emits the laser beam can be adjusted based on the amount of light of the laser beam detected by the light amount sensor;
前記光学ヘッドは、前記レーザビームを側方へ反射するスキャンミラーを備え、前記光量センサは、前記光学ヘッドの側方に配置される、ことを特徴とするレーザアニール装置。2. A laser annealing apparatus comprising: said optical head including a scan mirror that reflects said laser beam laterally; and said light quantity sensor disposed to the side of said optical head.
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