JP2004342875A - レーザアニール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザアニール装置によりアニール処理を行っている位置で検出したアニール状態の情報に基づいてフィードバック制御を行い、アニール処理された高品位な製品を高い歩留まりで製造する。
【解決手段】半導体レーザのレーザ光源３００から出射され、空間光変調手段３１６で空間強度分布を変更調整されたレーザビームをレーザ照射手段で膜状のアニールの対象物１５０に照射すると共に走査手段１５２、３３０でアニールの対象物１５０とレーザビームとを相対的に移動して走査することによりアニール処理を行う。この際、アニール制御手段が、アニール位置でアニール状態のモニタとして計測した情報に基づいて、空間光変調手段３１６と走査手段１５２、３３０との少なくとも一方に対するフィードバック制御を行い、アニール処理を適正化する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザビームを対象物に照射してアニール処理を行っている最中に、アニール状態をモニタしながらフィードバック制御を行い大結晶粒形成を実現する、レーザアニール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬ（エレクトロ・ルミネッセンス）ディスプレイ等のフラットパネル・ディスプレイの小型軽量化、低コスト化の観点から、画素表示ゲート用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）だけでなく、駆動回路や信号処理回路、画像処理回路などをＬＣＤのガラス基板上に直接形成するシステム・オン・ガラス（ＳＯＧ）−ＴＦＴが注目されている。
【０００３】
このような画素表示ゲート用のＴＦＴには、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が使用されてきたが、ＳＯＧ−ＴＦＴにはキャリア移動度の大きいポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）が必要である。しかしながら、ガラスの変形温度は６００°Ｃと低いことから、ポリシリコン膜の形成に６００℃以上の高温を利用した結晶成長技術を使用することができない。このため、ポリシリコン膜の形成には、アモルファスシリコン膜を低温（１００〜３００°Ｃ）で形成した後、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザによるパルス照射でアモルファスシリコン膜を熱溶融し、冷却過程で結晶化させるエキシマ・レーザアニール（ＥＬＡ）が用いられている。このＥＬＡを用いることにより、ガラス基板に熱的損傷を与えずにポリシリコン膜を形成することができる。
【０００４】
従来のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）をポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）化させるレーザアニール処理は、ＸｅＣｌエキシマレーザの波長３０８ｎｍ光を、ａ−Ｓｉ膜に対して照射することにより行われている。このＸｅＣｌエキシマレーザの波長３０８ｎｍ光のａ−Ｓｉに対する吸収係数は１×１０^６ｃｍ^−１と大きいので、入力エネルギーは表面の極近傍（＜１ｎｍ）で吸収される。
【０００５】
このため、エキシマ・レーザアニールでは、レーザエネルギーの吸収および熱伝搬によって溶融したＳｉ層では深度方向に大きな温度勾配が生じ、例えば図２４に示す部分溶融の状態となることがある。
【０００６】
この場合には、熱が主に基板方向に拡散し、溶融しないで残存したａ−Ｓｉが８００℃で固相間で結晶相へ相転移を起すため、溶融Ｓｉ相とａ−Ｓｉ相の境界部に結品核が発生する。発生した結晶核は、それを起点として、温度勾配に沿って図の上向き方向に結晶成長する。隣接結晶核から成長した結晶粒とぶつかり、結晶粒が小さく結晶粒界が多い状態で結晶成長が止まる。
【０００７】
ここで、ＴＦＴの高性能化には、高い電荷移動度が要求される。電子にとって結晶粒界は移動の障壁になるため、電荷移動度を上げるためには、結晶粒界の少ないすなわち大きい結晶粒の生成が重要である。
【０００８】
そこで、エキシマ・レーザアニールでは、図２５に示すように、エキシマレーザの出力を上げ残存ａ−Ｓｉ相を島状にすると、発生する結晶核の数が少なくなり一つひとつの結晶粒が大きく成長する状態となる。
【０００９】
またエキシマ・レーザアニールでは、図２６に示すように、さらにエキシマレーザの出力を上げａ−Ｓｉ相を完全溶融してしまうと、融点以下になっても結晶化しない過冷却状態となる。そして温度が下がると一転して結晶核が一斉に発生し微小結晶粒で全体が埋め尽くされる状態となる。
【００１０】
上述したレーザ強度と結晶粒径の関係を定性的に表すと図２７のようになる。レーザ強度を上げていくと、それにつれ部分溶融（ａ）の状態から残存ａ−Ｓｉ相を島状にする溶融状態（ｂ）となるように結晶粒径は増大するが、ａ−Ｓｉが完全溶融するレーザ強度を超えた途端に完全溶融状態（ｃ）となり、結晶粒径は一気に微細化する。一方エキシマレーザの出力安定度は悪く通常１０〜１５％程度の強度揺らぎ（図２７にハッチングで例示）が避けられない。このため実効的にはエキシマレーザアニールで得られる結晶粒径は現状０．３μｍ程度に止まる。これは、結晶成長方向を鉛直方向（図２４、図２５に向かって鉛直方向）にしたことの限界でもある。
【００１１】
こうした問題に対し、ａ−Ｓｉを完全溶融させ過冷却状態を生じさせないようにゆっくりと基板を走査し、結晶成長を横方向に制御するアニール法が考案されている。
【００１２】
このアニール法では、図２８に示すようにレーザが照射されないａ−Ｓｉ層から結晶核が発生するが、温度勾配のためａ−Ｓｉと溶融層境界の底部の結晶核から斜め上方に結晶成長が進む。これは深度方向に温度勾配があるため、固液界面が斜め方向にねてしまい斜めの固液界面に垂直に結晶成長が進むと考えられる。
【００１３】
いずれにしても膜厚と反対側からの結晶粒との衝突により、結晶粒界の大きさが制限されてしまう。これは溶融層深度方向の温度勾配が大きいことが本質的原因である（例えば、非特許文献１参照。）。
【００１４】
そこで、エキシマレーザ横方向結晶成長の問題点を解決するものとして、レーザ出力安定度の高い（１％）高出力Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの５３２ｎｍ光によるレーザアニールが考案されている。
【００１５】
Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの５３２ｎｍ光のａ−Ｓｉに対する吸収係数は、５×１０^４ｃｍ^−１のため入力エネルギーの９０％を吸収するのに４６０ｎｍの膜厚を必要とする。このＮｄ：ＹＶＯ_４レーザの５３２ｎｍ光は、エキシマレーザの波長３０８ｎｍ光に比べて吸収係数が１．５桁ほど少ないため、図２９に示すように、同じ膜厚で比較すれば５３２ｎｍのほうが深度方向に対する温度勾配は平坦となり、固液界面は垂直に立ちやすい。このため横方向への成長距離が長くとれ大きな結晶粒界が生成される（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
【非特許文献１】
松村 正清 著 表面科学２１巻 第５号 ｐｐ２７８−２８７、２０００
２０００年３月２８日受理
【特許文献１】
特開２００１−１４４０２７号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ａ−Ｓｉ膜における膜厚の深度方向に対する温度勾配を平坦とし、固液界面を垂直に立てた状態でアニール処理した場合には、固液界面から成長する結晶の膜の横方向への成長距離が長くとれるので、大きな結晶粒界が生成できる。このためには、レーザアニール装置によって、固液界面の傾きや移動速度を制御しながらアニール処理を進める必要がある。
【００１８】
しかし従来のレーザアニール装置は、単にレーザ照射を行なうのみで、偶発的結晶化がなされており、アニール処理されている位置で固液界面状態や結晶性の情報を検出し、この情報をフィードバックしてレーザ出力、レーザ強度分布、走査速度等を調整可能なレーザアニール装置はなかった。
【００１９】
本発明は上述の事実を考慮し、レーザビームを対象物に照射してアニール処理を行っている位置でアニール状態の情報を検出し、この情報に基づいてフィードバック制御を行って適切なアニール処理を可能としたレーザアニール装置を新たに提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載のレーザアニール装置は、レーザビームを出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザビームを、膜状のアニールの対象物に照射させるレーザ照射手段と、アニールの対象物に照射するレーザビームの空間強度分布を変更調整する空間光変調手段と、アニールの対象物とレーザビームとを、相対的に移動して走査する走査手段と、レーザビームをアニールの対象物に照射してアニール処理を行っている位置でアニール状態のモニタとして計測した情報に基づいて、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対するフィードバック制御を行うアニール制御手段と、を有することを特徴とする。
【００２１】
上述のように構成することにより、レーザビームをアニールの対象物に照射してアニール処理を行っている位置において対象物がアニールされている状態をモニタし、このモニタしたときの情報に基づいて、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対し、アニール処理を適正化するフィードバック制御を行うことにより、アニール処理された高品位な製品を高い歩留まりで製造できる。
【００２２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザアニール装置において、レーザ光源が、固体レーザであることを特徴とする。
【００２３】
上述のように構成することにより、レーザ光源を高出力で安定駆動できるので、レーザアニール処理を迅速にかつ、安定して実行できる。
【００２４】
請求項３の発明は、請求項１に記載のレーザアニール装置において、レーザ光源が、半導体レーザであることを特徴とする。
【００２５】
上述のように構成することにより、レーザ光源を駆動する上での安定性を向上し、個々の半導体レーザ素子の出力が小さくても、これらの総数を増加又は減少させて高出力化したり、比較的低い出力に設定する調整を容易に行うことができ、かつ半導体レーザ光源は安価なので、製品を廉価に製造できる。
【００２６】
請求項４の発明は、請求項３に記載のレーザアニール装置において、レーザ光源が、ＧａＮ系半導体レーザであることを特徴とする。
【００２７】
上述のように構成することにより、ＧａＮ系レーザ光源を駆動する上での安定性をより向上し、個々のＧａＮ系半導体レーザ素子の出力が半導体レーザのうちでは比較的強くでき、これらの総数を増加又は減少させてより高出力化したり、比較的低い出力に設定する調整を容易に行うことができ、かつＧａＮ系半導体レーザ光源はより安価なので、製品をより廉価に製造できる。
【００２８】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレーザアニール装置において、アニール制御手段が、アニール処理を行っているレーザビームの投射範囲内にある結晶化域で結晶性に応じて放射されるラマン散乱光からラマン分光スペクトルの情報を計測し、結晶の品位と固液界面の位置を解析し、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対し、結晶化の状態又は固液界面の移動状態を適正化するフィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする。
【００２９】
上述のように構成することにより、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明の作用、効果に加えて、レーザビームをアニールの対象物に照射してアニール処理を行っている位置において、アニール用のレーザビームを利用し、アニール用レーザビームの投射範囲内にある結晶化域で結晶性に応じて放射されるラマン散乱光からラマン分光スペクトルの情報を計測し、結晶の品位と固液界面の位置を解析し、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対し、結晶の品位を所定基準以上に保つために必要とされるフィードバック制御を行って、アニール処理された高品位な製品を高い歩留まりで製造できる。
【００３０】
また、このアニール制御手段は、レーザ光源から照射されるレーザビームを、アニール用と、ラマン励起光用とに共用しているので、ラマン励起光用のレーザ光源を別途設けるものに比較して、構成を簡素化できる。
【００３１】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレーザアニール装置において、アニール制御手段が、アニール処理を行っている位置に、ラマン励起光用のレーザ光源から出射されたアニール用のレーザビームと異なる波長のレーザビームを照射した際に結晶化域で結晶性に応じて放射されるラマン散乱光からラマン分光スペクトルの情報を計測し、結晶の品位と固液界面の位置を解析し、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対し、結晶化の状態又は固液界面の移動状態を適正化するフィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする。
【００３２】
上述のように構成することにより、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明の作用、効果に加えて、レーザビームをアニールの対象物に照射してアニール処理を行っている位置において、ラマン励起光用のレーザ光源から出射されたアニール用のレーザビームと異なる波長のレーザビームを利用し、アニール用レーザビームの投射範囲内にある結晶化域で結晶性に応じて放射されるラマン散乱光からラマン分光スペクトルの情報を計測し、結晶の品位と固液界面の位置を解析し、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対し、結晶の品位を所定基準以上に保つために必要とされるフィードバック制御を行って、アニール処理された高品位な製品を高い歩留まりで製造できる。
【００３３】
また、ラマン励起光用のレーザ光源から出射されたアニール用のレーザビームと異なる波長のレーザビームを利用することにより、アニールレーザ光が温度勾配を形成するために、空間的に強度分布を持ため励起光強度が変わるとラマン効率が大きく変化してラマン信号強度の相対比較が困難となることを防止し、アニール用のレーザビームと別波長のレーザビームをラマン励起光とすることにより、ラマン信号強度の相対比較を可能として、より詳細なアニール部の状態把握を行える。
【００３４】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレーザアニール装置において、アニール制御手段が、反射率測定用レーザ光源から出射されたアニール用のレーザビームと異なる波長で均一な光強度の反射率測定用レーザビームを、アニール処理を行っている位置に反射させたときの結晶化の部分と溶融状態の部分とで異なる反射強度を計測して検出した結晶化部分と溶融部分との２次元的な情報から得られる結晶化域、溶融域、結晶化域の移動速度のデータを解析し、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対し、結晶化の状態又は固液界面の移動状態を適正化するフィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする。
【００３５】
上述のように構成することにより、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の発明の作用、効果に加えて、レーザビームをアニールの対象物に照射してアニール処理を行っている位置に対して、反射率測定用レーザ光源から出射されたアニール用のレーザビームと異なる波長で均一な光強度の反射率測定用レーザビームを反射させたときの結晶化の部分と溶融状態の部分とで異なる反射強度を計測し、このときの結晶化部分と溶融部分との２次元的な情報から得られた、結晶化域と溶融域との境界にある固液界面の状態と、固液界面の移動速度のデータを解析し、空間光変調手段と走査手段との少なくとも一方に対して結晶の品位を所定基準以上に保つために必要とされるフィードバック制御を行うことにより、アニール処理された高品位な製品を高い歩留まりで製造できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のレーザアニール装置を低温ポリシリコンＴＦＴ形成に適用した実施の形態について詳細に説明する。
【００３７】
本実施の形態に係わるレーザアニール装置が用いられる低温ポリシリコンＴＦＴ形成プロセスでは、まず、図１８（Ａ）に示すように、ガラス製又はプラスチック製（フィルム等を含む）の透明な基板１５０上に、酸化ケイ素（ＳｉＯ_ｘ）絶縁膜１９０を堆積し、ＳｉＯ_ｘ絶縁膜１９０上にアモルファスシリコン膜１９２を堆積する。
【００３８】
このアモルファスシリコン膜１９２をレーザアニールにより多結晶化してポリシリコン膜を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、例えば、図１８（Ｂ）に示すように、透明な基板１５０上に、ＳｉＯ_ｘ絶縁膜１９０を介して、ポリシリコンゲート１９４、ポリシリコンソース／ポリシリコンドレイン１９６、ゲート電極１９８、ソース／ドレイン電極２００、及び層間絶縁膜２０２を備えたポリシリコンＴＦＴを形成する。
［レーザアニール装置の構成］
本実施の形態に係るレーザアニール装置は、図１に示すように、対象物としてのアモルファスシリコン膜が堆積された透明な基板１５０を表面に吸着して保持する平板状のステージ１５２を備えている。なお、ステージ１５２は、アニールの対象物とレーザビームとを相対的に移動して走査する走査手段を構成する。
【００３９】
４本の脚部１５４に支持された厚い板状の設置台１５６の上面には、ステージ移動方向に沿って延びた２本のガイド１５８が設置されている。ステージ１５２は、その長手方向がステージ移動方向を向くように配置されると共に、ガイド１５８によって往復移動可能に支持されている。なお、このレーザアニール装置には、ステージ１５２をガイド１５８に沿って駆動するための図示しない駆動装置が設けられている。
【００４０】
設置台１５６の中央部には、ステージ１５２の移動経路を跨ぐようにコ字状のゲート１６０が設けられている。コ字状のゲート１６０の各端部は、それぞれ設置台１５６の両側面に固定されている。このゲート１６０を挟んで一方の側にはスキャナ１６２が設けられ、他方の側には透明な基板１５０の先端及び後端を検知する複数（例えば、２個）の検知センサ１６４が設けられている。スキャナ１６２及び検知センサ１６４はゲート１６０に各々取り付けられて、ステージ１５２の移動経路の上方に固定配置されている。なお、スキャナ１６２及び検知センサ１６４は、これらを制御する図示しないコントローラに接続されている。
【００４１】
このレーザアニール装置では、そのスキャナ１６２及びステージ１５２とこれらの制御系の部分に、ａ−Ｓｉ膜にＧａＮ系半導体レーザ光（４０５ｎｍ）を照射してアニール処理を行っている位置でアニール状態のモニタとして計測した結晶性の情報に基づいてａ−Ｓｉ膜の横方向への結晶成長を促すフィードバック制御を行って大結晶粒形成を実現するための、図２に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段が構成されている。
【００４２】
このアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、レーザ光源３００として、ＧａＮ半導体レーザで発光された波長４０５ｎｍ光を、光ファイバー３０１内で集積し、投射する光ファイバーモジュール光源を用いる。なお、レーザ光源３００は、波長３５０ｎｍから波長４５０ｎｍの範囲内における任意の波長のアニール用のレーザビームを出射するように構成しても良い。
【００４３】
なお、半導体レーザを利用したレーザ光源の場合には、個々の半導体レーザ素子の出力が小さくても、これらの総数を増加又は減少させて高出力化したり、比較的低い出力に設定する調整を容易に行うことができる。また、半導体レーザ光源は安価なので、製品を廉価に製造できる。
【００４４】
特に、ＧａＮ系半導体レーザを利用すれば、ＧａＮ系レーザ光源を駆動する上での安定性をより向上し、個々のＧａＮ系半導体レーザ素子の出力が半導体レーザのうちでは比較的強くでき、これらの総数を増加又は減少させてより高出力化したり、比較的低い出力に設定する調整（パワースケーリングの調整）を容易に行うことができ、かつＧａＮ系半導体レーザ光源はより安価なので、製品をより廉価に製造できる。
【００４５】
さらに、レーザ光源３００には、ＬＤ励起固体レーザを利用したレーザ光源であるＮｄ：ＹＶＯ_４ＳＨ_６レーザ、Ｎｄ：ＹＡＧＳＨ_６レーザ、Ｐｒ：ＹＬＦレーザを利用しても良い。この固体レーザをレーザ光源とした場合には、レーザ光源を高出力で安定駆動できる。
【００４６】
このアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段には、光ファイバーモジュール光源であるレーザ光源３００の光ファイバー３０１から投射された波長４０５ｎｍのレーザビームを、ビーム成形光学系３０２によりビーム成形し、空間光変調手段である空間光変調器３１６を通し、ダイクロイックミラー３０４により投影レンズ３０８へ折り曲げて投影レンズ３０８により所望のビームパターンにてａ−Ｓｉ膜の表面に上方から投射するレーザ照射手段が設けられている。
【００４７】
この図２に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、空間光変調手段としての空間光変調器３１６を、入射された光ビームをデータに応じて各画素毎に変調して、光ビームを所定の空間分布に形成する空間光変調素子であるデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）で構成することができる。
【００４８】
この空間光変調器（ＤＭＤ）３１６は、データ処理部とミラー駆動制御部とを備えた図示しないコントローラに接続されている。このコントローラのデータ処理部では、入力されたデータに基づいて、各空間光変調器３１６毎に制御すべき領域内の各マイクロミラーを駆動制御する制御信号を生成する。このデータは、各画素の濃度を２値（ドットの記録の有無）で表したデータである。また、ミラー駆動制御部では、データ処理部で生成した制御信号に基づいて、空間光変調器３１６毎に各マイクロミラーの反射面の角度を制御する。
【００４９】
空間光変調器（ＤＭＤ）３１６は、図６に示すように、ＳＲＡＭセル（メモリセル）６０上に、微小ミラー（マイクロミラー）６２が支柱により支持されて配置されたものであり、画素（ピクセル）を構成する多数の（例えば、６００個×８００個）の微小ミラーを格子状に配列して構成されたミラーデバイスである。各ピクセルには、最上部に支柱に支えられたマイクロミラー６２が設けられており、マイクロミラー６２の表面にはアルミニウム等の反射率の高い材料が蒸着されている。なお、マイクロミラー６２の反射率は９０％以上である。また、マイクロミラー６２の直下には、ヒンジ及びヨークを含む支柱を介して通常の半導体メモリの製造ラインで製造されるシリコンゲートのＣＭＯＳのＳＲＡＭセル６０が配置されており、全体はモノリシック（一体型）に構成されている。
【００５０】
空間光変調器（ＤＭＤ）３１６のＳＲＡＭセル６０にデジタル信号が書き込まれると、支柱に支えられたマイクロミラー６２が、対角線を中心として空間光変調器（ＤＭＤ）３１６が配置された基板側に対して±α度（例えば±１０度）の範囲で傾けられる。図７（Ａ）は、マイクロミラー６２がオン状態である＋α度に傾いた状態を示し、図７（Ｂ）は、マイクロミラー６２がオフ状態である−α度に傾いた状態を示す。従って、データ信号に応じて、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６の各ピクセルにおけるマイクロミラー６２の傾きを、図に示すように制御することによって、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６に入射された光はそれぞれのマイクロミラー６２の傾き方向へ反射される。
【００５１】
なお、図７には、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６の一部を拡大し、マイクロミラー６２が＋α度又は−α度に制御されている状態の一例を示す。それぞれのマイクロミラー６２のオンオフ制御は、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６に接続された図示しないコントローラによって行われる。なお、オフ状態のマイクロミラー６２により光ビームが反射される方向には、光吸収体（図示せず）が配置されている。
【００５２】
また、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６は、その短辺が副走査方向と所定角度θ（例えば、１°〜５°）を成すように僅かに傾斜させて配置するのが好ましい。図８（Ａ）は空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を傾斜させない場合の各マイクロミラーによる反射光像（照射ビーム）５３の走査軌跡を示し、図８（Ｂ）は空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を傾斜させた場合の照射ビーム５３の走査軌跡を示している。
【００５３】
空間光変調器（ＤＭＤ）３１６には、長辺方向にマイクロミラーが多数個（例えば、８００個）配列されたマイクロミラー列が、短辺方向に多数組（例えば、６００組）配列されているが、図８（Ｂ）に示すように、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を傾斜させることにより、各マイクロミラーによる照射ビーム５３の走査軌跡（走査線）のピッチＰ_２が、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を傾斜させない場合の走査線のピッチＰ_１より狭くなり、解像度を大幅に向上させることができる。一方、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６の傾斜角は微小であるので、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を傾斜させた場合の走査幅Ｗ_２と、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を傾斜させない場合の走査幅Ｗ_１とは略同一である。
【００５４】
また、異なるマイクロミラー列により同じ走査線上が重ねてレーザ照射（多重露光）されることになる。このように、多重露光されることで、レーザ照射位置の微少量をコントロールすることができ、高精細なアニールを実現することができる。また、主走査方向に配列された複数のレーザ光源３００の間のつなぎ目を微少量のレーザ照射位置制御により段差無くつなぐことができる。
【００５５】
なお、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を傾斜させる代わりに、各マイクロミラー列を副走査方向と直交する方向に所定間隔ずらして千鳥状に配置しても、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
このレーザアニール装置におけるアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を利用することにより、基板１５０のａ−Ｓｉ膜に対して、微細な帯状の範囲に投射される光エネルギーの分布を、図３に想像線ＬＰで示すように、基板１５０の搬送方向前端側で強く、搬送方向後端側に行くのに従って弱くして光エネルギーの強度に勾配を持たせる分布にする調整を行い、図４に示すような、理想的なａ−Ｓｉ膜内の深さ方向（膜厚方向）の温度分布となるように制御することが可能となる。
【００５７】
すなわち、このアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を利用してａ−Ｓｉ膜に対する光エネルギーの分布を図３に想像線ＬＰで示すように基板１５０の搬送方向前端側で強く、搬送方向後端側に行くのに従って弱くした場合には、ａ−Ｓｉ膜におけるレーザビームが投射されて溶融を開始された搬送方向前端側（搬送方向上流側）の溶融開始位置から搬送方向後端側（搬送方向下流側）の固液界面ＬＳの位置までの溶融状態にある部分における温度勾配を、図４に実線ＴＬで示すように、溶融開始位置から固液界面ＬＳの位置にかけて滑らかに温度が低下するよう制御できる。
【００５８】
このように溶融開始位置から固液界面ＬＳの位置にかけて滑らかに温度が低下するような温度勾配を呈するように加熱制御する場合には、ａ−Ｓｉ膜におけるレーザビームで溶融されたものを、必ず固液界面ＬＳに生じる結晶核から結晶を成長させるように制御できる。
【００５９】
よって例えば、溶融開始位置から固液界面ＬＳの位置の間において、部分的に冷却された所（固液界面ＬＳ以外の部分）に生じた結晶核から結晶が成長して横方向結晶成長が妨げられ、大結晶粒の形成が阻害されることを防止できる。
【００６０】
なお、この加熱制御にあたっては、ａ−Ｓｉ膜におけるレーザビームで溶融された部分が種々の要因で冷却されても、固液界面ＬＳ以外の部分に結晶核が生じないようにできる温度勾配に設定することが望ましい。
【００６１】
上述のように空間光変調器３１６により温度勾配をもたせるための空間分布形成された光ビームが投射されている光ビームの投射範囲内におけるａ−Ｓｉ膜は、光ビームの投射範囲内における搬送方向前端側の溶融開始位置から固液界面ＬＳの位置までの部分で加熱溶融し、光ビームの投射範囲内における固液界面ＬＳから搬送方向後端側にかけての結晶化域ＳＡで熱放射とともに結晶化する。
【００６２】
図３に示すように、光ビームの投射範囲内における結晶化域ＳＡには、４０５ｎｍ光が照射されているので、この４０５ｎｍ光がラマン励起光として機能し、結晶化域ＳＡから結晶性に応じたラマン散乱光ＲＬが放射される。ラマン散乱光は、励起光から５１８ｃｍ^−１シフトした波長であり、図５に示すように、そのスペクトル形状は結晶性が良好なほどそのスペクトル半値幅が狭くなる。
【００６３】
ラマン散乱光ＲＬは投影レンズ３０８で収集され、ダイクロイックミラー３０４を透過し、レンズ３１０により、スリット３１４を穿設したスリット部材３１２上に投影される。このスリット３１４を透過したラマン散乱光ＲＬは、凹面ミラー３１８により反射されて平行ビームへ変換され、回折格子３２０に入射する。
【００６４】
回折格子３２０により回折されたラマン散乱光ＲＬは、凹面ミラー３２２により反射されてＣＣＤ３２４上に結像される。ＣＣＤ３２４上に結像されたラマン散乱光ＲＬのスリット像における長手方向は、ａ−Ｓｉ膜上の空間位置に対応し、短手方向は回折格子により波長軸に展開される。
【００６５】
すなわち、図３に想像線ＬＰで示すような強度パターン（強度勾配）の４０５ｎｍ光がａ−Ｓｉ膜上に投影されると、その光エネルギーを吸収してａ−Ｓｉ膜の温度と相状態は図４に示すようになる。熱拡散やａ−Ｓｉ膜を設けた基板１５０の走査方向への移動により温度勾配が順次移動し結晶化が進展する。
【００６６】
したがって図３に示すように、４０５ｎｍビーム投影パターン内（光ビームの投射範囲内）では、４０５ｎｍビーム投影パターン内の一部である結晶化域ＳＡで結晶化していることになる。
【００６７】
この結晶化域ＳＡの領域にも４０５ｎｍ光が投影されているので、この４０５ｎｍ光はラマン励起光として機能し、結晶品位に応じたラマンスペクトルを呈することになる。
【００６８】
結晶化域ＳＡで生じたラマン散乱光は、投影レンズ３０８とレンズ３１０によりスリット部材３１２のスリット３１４上にそのパターンが投影される。スリット３１４を透過した投影像は上述したようにスペクトルに分解され、ＣＣＤ受光面上では図５に示すスペクトルパターンとして検出される。
【００６９】
この図５では、Ｘ軸が、スリット３１４の長手方向となるａ−ＳｉのＸ軸方向（走査方向）の位置関係と対応しており、Ｙ軸が、ラマン散乱光の波長に対応している。
【００７０】
この図５に示すようなＣＣＤ３２４から出力されるラマン分光スペクトル画像の情報（データ）は、制御部３２６へ送信され、そのデータの出力パターンから４０５ｎｍ光投影領域内の結晶化域ＳＡにおけるポリシリコンの結晶の品位と固液界面ＬＳの位置が解析される。
【００７１】
この制御部３２６は、解析された結晶の品位と固液界面ＬＳの位置との情報に基づいて制御信号を生成し、この制御信号を空間光変調器３１６とステージ駆動部３３０へ送信してフィードバック制御を行う（必要に応じてレーザ光源３００のレーザ出力を調整する制御も行う）ことで、固液界面ＬＳの移動状態や結晶化の状態を適正に制御し、結晶を横方向成長させて結晶粒を大型化させる。
【００７２】
この制御部３２６で行うフィードバック制御では、例えば、ポリシリコンの結晶の品位が所定の基準より低下した場合に、ステージ駆動部３３０へ制御信号を送信して、ステージ１５２を通常のそれまでの搬送方向と逆方向に所定距離移動させてから再度通常の搬送方向に移動させる制御を行うことにより、基板１５０上に形成された結晶の品位が所定の基準より低下した部分を再度結晶化させて適切な結晶を成長させるようにできる。これによって、アニール処理された製品としての基板１５０は、その製造上の歩留まりを向上できる。
【００７３】
さらに、この制御部３２６で行うフィードバック制御では、例えば、ステージ駆動部３３０へ制御信号を送信して、固液界面ＬＳの移動速度が所定の速度となるように制御し、又は固液界面ＬＳの移動速度とステージ１５２が基板１５０を搬送する速度とが一致するように逐次調整する制御を行うこと等により、基板１５０上に安定して適切な結晶を成長させるようにできる。
【００７４】
また、この制御部３２６で行うフィードバック制御では、ポリシリコンの結晶の品位が所定の基準より低下した場合に、例えば、空間光変調器３１６へ制御信号を送信して、空間光変調器３１６により空間分布形成された波長４０５ｎｍの光ビームの強度パターン（強度勾配）を変更調節して、適切な結晶を成長させるようにできる。
【００７５】
すなわち、この制御部３２６では、上述のようなフィードバック制御をして結晶化をコントロールすることにより、従来の制御無しのレーザアニール処理に比して結晶の横方向成長を容易に行えるようにし結晶粒の大型化を図ることができる。
【００７６】
また、レーザアニール装置でアニール処理の最中にアニール位置をモニタした情報に基づいてレーザ駆動制御にフィードバックかけられるためには、レーザ光源３００が駆動制御性にすぐれた半導体レーザで構成されていることではじめて実現できる。また、従来のようにエキシマレーザをレーザ光源とした場合には不可能なことである。よって、レーザアニール装置では、結晶性の状態や固液界面状態を即座に評価しその結果を、半導体レーザを用いたレーザ光源３００に対するレーザ駆動制御にフィードバックをかけることで、安定した高品位のＳｉ結晶膜が実現できる。
［レーザアニール装置の他の構成例］
次に、図１９に示す、レーザアニール装置におけるアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の構成について説明する。
【００７７】
この図１９に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、レーザ光源としてファイバアレイ光源３０００を用い、副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列又は複数列に配列されたレーザ出射部から照射されたレーザビームを所望のビーム強度の光ビームに成形するビーム成形光学系３００２を利用して構成する。なお、その他の構成は、前述した図２に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段と同等である。
【００７８】
ファイバアレイ光源３０００は、図９（Ａ）に示すように、多数のレーザモジュール６４を備えており、各レーザモジュール６４には、マルチモード光ファイバ３０の一端が結合されている。マルチモード光ファイバ３０の他端には、コア径がマルチモード光ファイバ３０と同一で且つクラッド径がマルチモード光ファイバ３０より小さい光ファイバ３１が結合され、光ファイバ３１の出射端部（発光点）が副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されてレーザ出射部６８が構成されている。なお、発光点を主走査方向に沿って複数列に配列することもできる。
【００７９】
光ファイバ３１の出射端部は、図９（Ｂ）に示すように、表面が平坦な２枚の支持板６５に挟み込まれて固定されている。また、光ファイバ３１の光出射側には、光ファイバ３１の端面を保護するために、ガラス等の透明な保護板６３が配置されている。保護板６３は、光ファイバ３１の端面と密着させて配置してもよく、光ファイバ３１の端面が密封されるように配置してもよい。光ファイバ３１の出射端部は、光密度が高く集塵し易く劣化し易いが、保護板６３を配置することにより端面への塵埃の付着を防止することができると共に劣化を遅らせることができる。
【００８０】
この例では、クラッド径が小さい光ファイバ３１の出射端を隙間無く１列に配列するために、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０の間にマルチモード光ファイバ３０を積み重ね、積み重ねられたマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の出射端が、クラッド径が大きい部分で隣接する２本のマルチモード光ファイバ３０に結合された光ファイバ３１の２つの出射端の間に挟まれるように配列されている。
【００８１】
このような光ファイバは、例えば、図１０に示すように、クラッド径が大きいマルチモード光ファイバ３０のレーザ光出射側の先端部分に、長さ１〜３０ｃｍのクラッド径が小さい光ファイバ３１を同軸的に結合することにより得ることができる。２本の光ファイバは、光ファイバ３１の入射端面が、マルチモード光ファイバ３０の出射端面に、両光ファイバの中心軸が一致するように融着されて結合されている。上述した通り、光ファイバ３１のコア３１ａの径は、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの径と同じ大きさである。
【００８２】
また、長さが短くクラッド径が大きい光ファイバにクラッド径が小さい光ファイバを融着させた短尺光ファイバを、フェルールや光コネクタ等を介してマルチモード光ファイバ３０の出射端に結合してもよい。コネクタ等を用いて着脱可能に結合することで、クラッド径が小さい光ファイバが破損した場合等に先端部分の交換が容易になり、照射ヘッドのメンテナンスに要するコストを低減できる。なお、以下では、光ファイバ３１を、マルチモード光ファイバ３０の出射端部と称する場合がある。
【００８３】
マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１としては、ステップインデックス型光ファイバ、グレーテッドインデックス型光ファイバ、及び複合型光ファイバの何れでもよい。例えば、三菱電線工業株式会社製のステップインデックス型光ファイバを用いることができる。本実施の形態では、マルチモード光ファイバ３０及び光ファイバ３１は、ステップインデックス型光ファイバであり、マルチモード光ファイバ３０は、クラッド径＝１２５μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２、入射端面コートの透過率＝９９．５％以上であり、光ファイバ３１は、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝２５μｍ、ＮＡ＝０．２である。
【００８４】
一般に、赤外領域のレーザ光では、光ファイバのクラッド径を小さくすると伝搬損失が増加する。このため、レーザ光の波長帯域に応じて好適なクラッド径が決定されている。しかしながら、波長が短いほど伝搬損失は少なくなり、ＧａＮ系半導体レーザから出射された波長４０５ｎｍのレーザ光では、クラッドの厚み｛（クラッド径−コア径）／２｝を８００ｎｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の１／２程度、通信用の１．５μｍの波長帯域の赤外光を伝搬させる場合の約１／４にしても、伝搬損失は殆ど増加しない。従って、クラッド径を６０μｍと小さくすることができる。
【００８５】
但し、光ファイバ３１のクラッド径は６０μｍには限定されない。従来のファイバ光源に使用されている光ファイバのクラッド径は１２５μｍであるが、クラッド径が小さくなるほど焦点深度がより深くなるので、マルチモード光ファイバのクラッド径は８０μｍ以下が好ましく、６０μｍ以下がより好ましく、４０μｍ以下が更に好ましい。一方、コア径は少なくとも３〜４μｍ必要であることから、光ファイバ３１のクラッド径は１０μｍ以上が好ましい。
【００８６】
レーザモジュール６４は、図１１に示す合波レーザ光源（ファイバ光源）によって構成されている。この合波レーザ光源は、ヒートブロック１０上に配列固定された複数（例えば、７個）のチップ状の横マルチモード又はシングルモードのＧａＮ系半導体レーザＬＤ１，ＬＤ２，ＬＤ３，ＬＤ４，ＬＤ５，ＬＤ６，及びＬＤ７と、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々に対応して設けられたコリメータレンズ１１，１２，１３，１４，１５，１６，及び１７と、１つの集光レンズ２０と、１本のマルチモード光ファイバ３０と、から構成されている。なお、半導体レーザの個数は７個には限定されない。例えば、クラッド径＝６０μｍ、コア径＝５０μｍ、ＮＡ＝０．２のマルチモード光ファイバには、２０個もの半導体レーザ光を入射することが可能であり、照射ヘッドの必要光量を実現して、且つ光ファイバ本数をより減らすことができる。
【００８７】
ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、発振波長が総て共通（例えば、４０５ｎｍ）であり、最大出力も総て共通（例えば、マルチモードレーザでは１００ｍＷ、シングルモードレーザでは３０ｍＷ）である。なお、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、３５０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲で、上記の４０５ｎｍ以外の発振波長を備えるレーザを用いてもよい。なお、好適な波長範囲については後述する。
【００８８】
上記の合波レーザ光源は、図１２及び図１３に示すように、他の光学要素と共に、上方が開口した箱状のパッケージ４０内に収納されている。パッケージ４０は、その開口を閉じるように作成されたパッケージ蓋４１を備えており、脱気処理後に封止ガスを導入し、パッケージ４０の開口をパッケージ蓋４１で閉じることにより、パッケージ４０とパッケージ蓋４１とにより形成される閉空間（封止空間）内に上記合波レーザ光源が気密封止されている。
【００８９】
パッケージ４０の底面にはベース板４２が固定されており、このベース板４２の上面には、ヒートブロック１０と、集光レンズ２０を保持する集光レンズホルダー４５と、マルチモード光ファイバ３０の入射端部を保持するファイバホルダー４６とが取り付けられている。マルチモード光ファイバ３０の出射端部は、パッケージ４０の壁面に形成された開口からパッケージ外に引き出されている。
【００９０】
また、ヒートブロック１０の側面にはコリメータレンズホルダー４４が取り付けられており、コリメータレンズ１１〜１７が保持されている。パッケージ４０の横壁面には開口が形成され、この開口を通してＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７に駆動電流を供給する配線４７がパッケージ外に引き出されている。
【００９１】
なお、図１３においては、図の煩雑化を避けるために、複数のＧａＮ系半導体レーザのうちＧａＮ系半導体レーザＬＤ７にのみ番号を付し、複数のコリメータレンズのうちコリメータレンズ１７にのみ番号を付している。
【００９２】
図１４は、このコリメータレンズ１１〜１７の取り付け部分の正面形状を示すものである。コリメータレンズ１１〜１７の各々は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取った形状に形成されている。この細長形状のコリメータレンズは、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することによって形成することができる。コリメータレンズ１１〜１７は、長さ方向がＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の発光点の配列方向（図１４の左右方向）と直交するように、上記発光点の配列方向に密接配置されている。
【００９３】
一方、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７としては、発光幅が２μｍの活性層を備え、活性層と平行な方向、直角な方向の拡がり角が各々例えば１０°、３０°の状態で各々レーザビームＢ１〜Ｂ７を発するレーザが用いられている。これらＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７は、活性層と平行な方向に発光点が１列に並ぶように配設されている。
【００９４】
従って、各発光点から発せられたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、上述のように細長形状の各コリメータレンズ１１〜１７に対して、拡がり角度が大きい方向が長さ方向と一致し、拡がり角度が小さい方向が幅方向（長さ方向と直交する方向）と一致する状態で入射することになる。つまり、各コリメータレンズ１１〜１７の幅が１．１ｍｍ、長さが４．６ｍｍであり、それらに入射するレーザビームＢ１〜Ｂ７の水平方向、垂直方向のビーム径は各々０．９ｍｍ、２．６ｍｍである。また、コリメータレンズ１１〜１７の各々は、焦点距離ｆ_１＝３ｍｍ、ＮＡ＝０．６、レンズ配置ピッチ＝１．２５ｍｍである。
【００９５】
集光レンズ２０は、非球面を備えた円形レンズの光軸を含む領域を平行な平面で細長く切り取って、コリメータレンズ１１〜１７の配列方向、つまり水平方向に長く、それと直角な方向に短い形状に形成されている。この集光レンズ２０は、焦点距離ｆ_２＝２３ｍｍ、ＮＡ＝０．２である。この集光レンズ２０も、例えば、樹脂又は光学ガラスをモールド成形することにより形成される。
【００９６】
このように構成されたファイバアレイ光源３０００では、合波レーザ光源を構成するＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各々から発散光状態で出射したレーザビームＢ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，及びＢ７の各々は、対応するコリメータレンズ１１〜１７によって平行光化される。平行光化されたレーザビームＢ１〜Ｂ７は、集光レンズ２０によって集光され、マルチモード光ファイバ３０のコア３０ａの入射端面に収束する。
【００９７】
本例では、コリメータレンズ１１〜１７及び集光レンズ２０によって集光光学系が構成され、その集光光学系とマルチモード光ファイバ３０とによって合波光学系が構成されている。即ち、集光レンズ２０によって上述のように集光されたレーザビームＢ１〜Ｂ７が、このマルチモード光ファイバ３０のコア３０ａに入射して光ファイバ内を伝搬し、１本のレーザビームＢに合波されてマルチモード光ファイバ３０の出射端部に結合された光ファイバ３１から出射する。
【００９８】
各レーザモジュールにおいて、レーザビームＢ１〜Ｂ７のマルチモード光ファイバ３０への結合効率が０．８５で、ＧａＮ系半導体レーザＬＤ１〜ＬＤ７の各出力が３０ｍＷの場合（シングルモードレーザを使用する場合）には、アレイ状に配列された光ファイバ３１の各々について、出力１８０ｍＷ（＝３０ｍＷ×０．８５×７）の合波レーザビームＢを得ることができる。従って、１００本の光ファイバ３１がアレイ状に配列されたレーザ出射部６８での出力は約１８Ｗ（＝１８０ｍＷ×１００）である。
【００９９】
ファイバアレイ光源３０００のレーザ出射部６８には、この通り高輝度の発光点が主走査方向に沿って一列に配列されている。単一の半導体レーザからのレーザ光を１本の光ファイバに結合させる従来のファイバ光源は低出力であるため、多数列配列しなければ所望の出力を得ることができなかったが、本実施の形態で使用する合波レーザ光源は高出力であるため、少数列、例えば１列でも所望の出力を得ることができる。
【０１００】
例えば、半導体レーザと光ファイバを１対１で結合させた従来のファイバ光源では、通常、半導体レーザとしては出力３０ｍＷ（ミリワット）程度のレーザが使用され、光ファイバとしてはコア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ、ＮＡ（開口数）０．２のマルチモード光ファイバが使用されているので、約１８Ｗ（ワット）の出力を得ようとすれば、マルチモード光ファイバを８６４本（８×１０８）束ねなければならず、発光領域の面積は１３．５ｍｍ^２（１ｍｍ×１３．５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は１．３（ＭＷ（メガワット）／ｍ^２）、光ファイバ１本当りの輝度は８（ＭＷ／ｍ^２）である。
【０１０１】
これに対し、本実施の形態では、上述した通り、マルチモード光ファイバ１００本で約１８Ｗの出力を得ることができ、レーザ出射部６８での発光領域の面積は０．３１２５ｍｍ^２（０．０２５ｍｍ×１２．５ｍｍ）であるから、レーザ出射部６８での輝度は５７．６（ＭＷ／ｍ^２）となり、従来に比べ約４４倍の高輝度化を図ることができる。また、光ファイバ１本当りの輝度は２８８（ＭＷ／ｍ^２）であり、従来に比べ約３６倍の高輝度化を図ることができる。
【０１０２】
また、上述した図１９に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、主走査方向に沿って１列又は複数列に配列されたレーザ出射部からレーザビームを照射するように構成したファイバアレイ光源３０００の代わりに、複数のＧａＮ系半導体レーザで出射したレーザビームを光ファイバー内で合波させてから光ファイバーの出射端から出射するファイバ光源を複数有し、複数の光ファイバの出射端における発光点の各々をバンドル状（光ファイバーを束ねたものであって、円形、矩形、多角形等の種々の断面形状に束ねることができる）に配列したファイババンドル光源で構成し、このファイババンドル光源から出射されたレーザビームを、ビーム成形光学系３００２を利用して所望のビーム強度の光ビームに成形するように構成しても良い。
【０１０３】
また、図１９に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、レーザ光源としてファイバアレイ光源３０００を用い、副走査方向と直交する主走査方向に沿って１列に配列されたレーザ出射部から照射されたレーザビームを所望のビーム強度の光ビームに成形するビーム成形光学系３００２を利用して構成する。
【０１０４】
また、ファイバアレイ光源３０００は、ＬＤコントローラ３００１によって各半導体レーザ毎に駆動制御するように構成して、空間光変調器（ＤＭＤ）を設けたものと同様に、空間分布形成された波長４０５ｎｍの光ビームの強度パターン（強度勾配）を所要の空間分布に形成する空間光変調が可能なように構成する。このようにして、前述した図３に想像線ＬＰで示すように、ビーム投影パターン内で、基板１５０の搬送方向前端側で強く搬送方向後端側に行くのに従って弱くするよう光エネルギーの強度に勾配を持たせるようにできる。
【０１０５】
すなわち、ファイバアレイ光源３０００では、その出力端から投射される光ビームを、各半導体レーザ（光ファイバーモジュール光源として構成しても良い）の制御手段であるＬＤコントローラ３００１による出力制御により、光ビームを所定の空間分布に形成する空間光変調を行うことにより適宜所要の空間的な強度分布となるように成形する。また、アニール位置で計測した結晶性の情報に基づいて制御部３２６がＬＤコントローラ３００１をフィードバック制御して、固液界面の移動や結晶化の状態を制御する。
【０１０６】
なお、その他の作用、効果は、前述した図２に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段と同等である。
【０１０７】
次に、図２０に示す、レーザアニール装置におけるアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の構成について説明する。
【０１０８】
この図２０に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、アニール用のレーザ光を投射するレーザ光源３００とは別に、異なる波長のラマン励起光を投射する手段を設ける。
【０１０９】
この図２０に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、レーザ光源３００から出射されるレーザビームとは異なる波長のラマン励起光用のレーザビームを出射するレーザ光源３３２を設ける。
【０１１０】
このラマン励起光用のレーザ光源３３２は、例えば、ラマン励起光として波長４６０ｎｍから波長１０００ｎｍの光、固体レーザ光、固体レーザＳＨＧ光、半導体レーザＳＨＧ光、半導体レーザ光、波長４８８ｎｍの光、波長５３２ｎｍの光、波長６３２ｎｍの光、波長６８０ｎｍの光、波長７８０ｎｍの光又は波長８００ｎｍの光を出射するものとして構成することができる。
【０１１１】
図２０に示すように、ラマン励起光用のレーザ光源３３２から出射されたラマン励起光用のレーザビームは、ビーム成形光学系３３４で所望の光ビームに成形され、ハーフミラー３３６で反射されることにより、ダイクロイックミラー３０４を透過し、投影レンズ３０８により所望のビームパターンにてａ−Ｓｉ膜の表面に上方から投射される。
【０１１２】
このようにレーザ光源３００から投射されるアニールレーザ光と、ラマン励起光用のレーザ光源３３２から出射されたラマン励起光用のレーザビームとを別波長の光とするメリットは次のとおりである。すなわち、アニールレーザ光は温度勾配を形成するために、空間的に強度分布を持つ。またラマン散乱は非線形現象のため、励起光強度が変わるとラマン効率が大きく変化するから、ラマン信号強度の相対比較が困難となる。
【０１１３】
そこで、レーザアニール光とは独立に強度制御できるラマン励起光とすることにより、ラマン信号強度の相対比較を可能として、より詳細なアニール部の状態把握を行えるという効果がある。
【０１１４】
なお、この図２０に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段におけるその他の構成は、前述した図２に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段と同等である。また、図２０に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、ラマン励起光用のレーザ光源３３２から出射されたラマン励起光用のレーザビームを利用することによる作用及び効果以外は、前述した図２に示すものと同様の作用、効果を奏する。
【０１１５】
次に、図２１に示す、レーザアニール装置におけるアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の構成について説明する。
【０１１６】
この図２１に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、ファイバアレイ光源３０００と、ビーム成形光学系３００２を利用し、アニール用のレーザ光と異なる波長のラマン励起光を投射するアニール制御手段としてのレーザ光源３３２と、ビーム成形光学系３３４及びハーフミラー３３６を光路上に設けて構成する。
【０１１７】
なお、この図２１に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段におけるその他の構成は、前述した図２に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段又は図２０に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段と同等である。また、図２１に示すアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、ファイバアレイ光源３０００を利用することによる作用及び効果、さらに、図２０に示すアニール用のレーザ光と異なる波長のラマン励起光を投射する手段としてのレーザ光源３３２等を利用することによる作用及び効果以外は、前述した図２に示すものと同様の作用、効果を奏する。
【０１１８】
次に、図２２に示す、レーザアニール装置におけるアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の構成について説明する。
【０１１９】
この図２２に示すアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段は、レーザアニール装置におけるスキャナ１６２及びステージ１５２とこれらの制御系の部分に、ａ−Ｓｉ膜にＧａＮ半導体レーザ光（４０５ｎｍ）を照射してアニール処理を行っている位置でアニール状態のモニタとして測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてａ−Ｓｉ膜の横方向への結晶成長を促すフィードバック制御を行って大結晶粒形成を実現する構成が設けられている。
【０１２０】
このアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、レーザ光源３００として、ＧａＮ半導体レーザで発光された波長４０５ｎｍ光を、光ファイバー３０１内で集積し、投射する光ファイバーモジュール光源を用いる。
【０１２１】
このアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段は、光ファイバーモジュール光源であるレーザ光源３００の光ファイバー３０１から投射された波長４０５ｎｍのレーザビームを、ビーム成形光学系３０２によりビーム成形し、空間光変調器３１６を通し、ダイクロイックミラー３０４により投影レンズ３０８へ折り曲げて投影レンズ３０８により所望のビームパターンにてａ−Ｓｉ膜の表面に上方から投射するよう構成されている。
【０１２２】
このようにして空間光変調器３１６により空間分布形成された光ビームにより、ａ−Ｓｉ膜は加熱溶融し、熱放射とともに結晶化する。
【０１２３】
また、このアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、別途設けられた反射率測定用レーザ光源３３８（例えば波長６３３ｎｍの光ビームを出射するレーザ光源として構成する）から射出された光ビームを、ビーム成形光学系３４０で所定の光ビームに成形し、ハーフミラー３４２で反射し、ダイクロイックミラー３０４を透過し、投影レンズ３０８により所望のビームパターンにてａ−Ｓｉ膜の表面に上方から投射される。
【０１２４】
このようにしてａ−Ｓｉ膜の表面に上方から投射された反射率測定用レーザ光源３３８から射出された光ビームは、Ｓｉ膜のアニール位置（ａ−Ｓｉの領域と、溶融したＳｉの領域と、ポリシリコンの結晶化領域との部分）の各表面状態に応じて反射され、投影レンズ３０８とレンズ３４４とによりＣＣＤ３４６上に反射像として結像される。なお、この反射率測定用レーザ光源３３８から射出されＳｉ膜で反射された光ビームは、光路上にあるダイクロイックミラー３０４とハーフミラー３４２とを透過する。
【０１２５】
ここで、反射率測定用レーザ光源３３８から射出された光ビームが、Ｓｉ膜のアニール位置の各表面状態に応じて反射する反射率についてみると、一般に複素屈折率ｎ−ｉｋの物質と空気との境界面における反対率Ｒは、Ｒ＝｛（ｎ−１）^２＋ｋ^２｝／｛（ｎ＋１）^２＋ｋ^２｝で表される。また結晶Ｓｉおよび溶融Ｓｉのｎとｋは、例えば反射率測定用の波長６３３ｎｍの光ビームに対して、ｎ_ｃ＝３．８８、ｋ_ｃ＝０．０１９、ｎ_ｌ＝２．８２、ｋ_ｌ＝５．２８である。ここで添字のｃは結晶化Ｓｉ、ｌは溶融Ｓｉを表す。
【０１２６】
したがって結晶Ｓｉでは表面反射率Ｒ_ｃ＝０．３４８、溶融ＳｉではＲ_ｌ＝０．７３４４であり、結晶化の部分と溶融状態の部分とで反射率測定用光ビームの反射強度が大きく異なる。
【０１２７】
そこで、アニール用のレーザビームが照射されている領域（アニール位置）に対して、反射率測定用レーザ光源３３８から射出された均一な光強度の光ビームを反射させたときの結晶化の部分と溶融状態の部分とで異なる光ビームの反射強度の状態をＣＣＤ３４６によって、結晶化部分と溶融部分との２次元的な画像情報（データ）として検出する。このＣＣＤ３４６で検出された画像情報（データ）は、制御部３２８へ送信される。
【０１２８】
制御部３２８は、画像情報（データ）から結晶化域、溶融域、結晶化域の移動速度（すなわち固液界面ＬＳの移動速度）のデータを取得し、このデータを解析し、必要に応じて、空間光変調器３１６、ステージ駆動部３３０に対する制御信号を生成し、この制御信号を空間光変調器３１６又はステージ駆動部３３０に送信してフィードバック制御を行うことで、レーザ光源３００から射出されたレーザアニール用の光ビームの空間強度分布やａ−Ｓｉ基板移動速度を最適化し、固液界面ＬＳ移動を制御し、結晶Ｓｉを適切に横方向成長させて結晶粒を大型化させる。
【０１２９】
この制御部３２８で行うフィードバック制御では、例えば、固液界面ＬＳがうねるような曲線となった場合、又は固液界面ＬＳが基板１５０の搬送方向（走査方向）に対して斜めとなった場合には、固液界面ＬＳにおける搬送方向の後端側に遅れている部位に供給する光エネルギを増大させ、搬送方向の先端側に進んでいる部位に供給する光エネルギを減少させるように空間光変調器３１６を制御して、固液界面ＬＳが搬送方向に対して直交する直線状となるように調整する。
【０１３０】
さらに、この制御部３２６で行うフィードバック制御では、例えば、固液界面ＬＳの移動速度に対してステージ１５２が基板１５０を搬送する速度が早過ぎるとａ−Ｓｉ膜に十分に熱が行き渡らないので、ステージ駆動部３３０へ制御信号を送信して、基板１５０の搬送速度を適切な速度に調整する制御を行うことにより、基板１５０上に安定して適切な結晶を成長させるようにできる。
【０１３１】
すなわち、この制御部３２６では、上述のようなフィードバック制御をして結晶化をコントロールすることにより、従来の制御無しのレーザアニール処理に比して結晶の横方向成長を容易に行えるようにし結晶粒の大型化を図ることができる。
【０１３２】
次に、図２３に示す、レーザアニール装置におけるアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の構成について説明する。
【０１３３】
この図２３に示すアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、ファイバアレイ光源３０００と、ビーム成形光学系３００２を利用して構成する。
【０１３４】
なお、この図２３に示すアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段におけるその他の構成は、前述した図２２に示すアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段と同等である。
【０１３５】
また、この図２３に示すアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段では、ファイバアレイ光源３０００におけるＬＤコントローラ３００１が各半導体レーザ毎に駆動制御して、空間光変調器（ＤＭＤ）を設けたものと同様に、適宜空間的に強度分布（強度パターン（強度勾配））を持つように空間分布形成された波長４０５ｎｍの光ビームを出射する。
【０１３６】
すなわち、ファイバアレイ光源３０００では、その出力端から投射される光ビームを、各半導体レーザ（光ファイバーモジュール光源として構成しても良い）の制御手段であるＬＤコントローラ３００１による出力制御により適宜空間的に強度分布を持った光ビームとして成形する。また、固液界面ＬＳの位置に関する情報に基づいて制御部３２６は、ＬＤコントローラ３００１とステージ駆動部３３０をフィードバック制御し、固液界面ＬＳの移動制御や、結晶化の状態の制御を適切に実行する。
【０１３７】
なお、その他の作用、効果は、前述した図２２に示すアニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段と同等である。
［レーザアニール装置の動作］
次に、レーザアニール装置の動作について説明する。
【０１３８】
図１に示すように、このレーザアニール装置では、アニールの対象物である基板１５０を表面に吸着した、アニールの対象物とレーザビームとを相対的に移動して走査する走査手段としてのステージ１５２が、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。ステージ１５２がゲート１６０下を通過する際に、ゲート１６０に取り付けられた検知センサ１６４により基板１５０の先端が検出されると、これより露光開始位置が決定され、レーザ光源３００（３０００）が駆動制御されて、レーザアニール処理が開始される。
【０１３９】
また、この際、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を備えるものでは、ミラー駆動制御部から制御信号を空間光変調器（ＤＭＤ）３１６に送信して空間光変調器（ＤＭＤ）３１６のマイクロミラーの各々がオンオフ制御され、レーザ光源３００から空間光変調器（ＤＭＤ）３１６に照射されたレーザ光を、マイクロミラーがオン状態のときに反射することにより、基板１５０のａ−Ｓｉ膜面上に結像してレーザアニール処理される。このようにして、レーザ光源３００から出射されたレーザ光が画素毎にオンオフされて、基板１５０が空間光変調器（ＤＭＤ）３１６の使用画素数と略同数の画素単位（照射エリア）でレーザ照射されアニールされる。
【０１４０】
このレーザアニール装置では、基板１５０がステージ１５２と共に所要速度で移動されることにより、基板１５０がステージ移動方向と反対の方向に副走査され、スキャナ１６２により、図１６及び図１７に例示するように帯状の照射済み領域が形成される。
【０１４１】
また、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６を備えるものでは、図１５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、例えば、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６が、主走査方向にマイクロミラーを８００個配列したマイクロミラー列を、副走査方向に６００組配列した構成とされている場合に、コントローラにより一部のマイクロミラー列（例えば、８００個×１０列）だけが駆動されるように制御しても良い。
【０１４２】
ここで、図１５（Ａ）に示すように、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６の中央部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよく、図１５（Ｂ）に示すように、空間光変調器（ＤＭＤ）３１６の端部に配置されたマイクロミラー列を使用してもよい。また、一部のマイクロミラーに欠陥が発生した場合は、欠陥が発生していないマイクロミラー列を使用するなど、状況に応じて使用するマイクロミラー列を適宜変更してもよい。
【０１４３】
空間光変調器（ＤＭＤ）３１６のデータ処理速度には限界があり、使用する画素数に比例して１ライン当りの変調速度が決定されるので、一部のマイクロミラー列だけを使用することで１ライン当りの変調速度が速くなる。
【０１４４】
このレーザアニール装置では、スキャナ１６２による基板１５０の副走査が終了し、検知センサ１６４で基板１５０の後端が検出されると、ステージ１５２は、図示しない駆動装置により、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の最上流側にある原点に復帰し、再度、ガイド１５８に沿ってゲート１６０の上流側から下流側に一定速度で移動される。
【０１４５】
このレーザアニール装置は、ガスレーザであるエキシマレーザに代えて高品位な半導体レーザをレーザ光源に用いているので、以下の１）〜６）の利点がある。
【０１４６】
１）光出力が安定化し、結晶粒径サイズの揃ったポリシリコン膜を再現性良く作製することができる。
【０１４７】
２）半導体レーザは、全部固体の半導体レーザであるため、数万時間に亘り駆動可能で高信頼性を有している。また、半導体レーザは、光出射端面の破損が生じ難く、高信頼性であり、高ピークパワーを実現できる。
【０１４８】
３）ガスレーザであるエキシマレーザを用いる場合と比べると、小型化が可能で、メンテナンスが非常に簡便になる。また、エネルギー効率も１０％〜２０％と高い。
【０１４９】
４）半導体レーザは、基本的にＣＷ（連続）駆動が可能なレーザであるため、パルス駆動する場合にも、アモルファスシリコンの吸収量、発熱量に応じて繰り返し周波数、パルス幅（ｄｕｔｙ）を自由に設定することができる。例えば、数Ｈｚ〜数ＭＨｚまでの任意の繰り返し動作を実現でき、数ｐｓｅｃ〜数１００ｍｓｅｃの任意のパルス幅を実現できる。特に、繰り返し周波数を数１０ＭＨｚ帯程度までとすることができ、ＣＷ駆動する場合と同様に、連続的な結晶粒界を形成することができる。また、繰り返し周波数を大きくすることができるので、高速アニールが可能である。
【０１５０】
５）半導体レーザをＣＷ駆動して連続したレーザ光でアニール面上を所定方向に走査することができるので、結晶成長の方向が制御され、連続的な結晶粒界を形成することができ、高キャリア移動度のポリシリコン膜を形成することが可能になる。
【０１５１】
また、このレーザアニール装置で、レーザ光源に、合波レーザ光源の光ファイバの出射端部をアレイ状に配列したファイバアレイ光源３０００を用いた場合には、以下の１）〜３）の利点がある。
【０１５２】
１）一般に、レーザアニール装置では、アニール面（露光面）において４００ｍＪ／ｃｍ^２〜７００ｍＪ／ｃｍ^２の範囲の高い光密度が必要であるが、本実施の形態では、アレイ化するファイバ本数、合波するレーザビームの本数を増加することで、容易にマルチビームでの高出力化、高光密度化を図ることができる。例えば、１本の合波レーザ光源のファイバ出力を１８０ｍＷとすると、５５６本をバンドルすれば１００Ｗの高出力を安定に得ることができる。加えて、ビーム品位も安定しており、高パワー密度である。従って、将来の低温ポリシリコンの成膜面積の大面積化やハイスループット化へも対応することができる。
【０１５３】
２）光ファイバの出射端部はコネクタ等を用いて交換可能に取り付けることが可能であり、メンテナンスが容易になる。
【０１５４】
３）小型の半導体レーザを合波した小型の合波モジュールなので、光源部をエキシマレーザより非常に小型化することができる。
【０１５５】
さらに、光ファイバの出射端のクラッド径を入射端のクラッド径よりも小さくした場合には、発光部径がより小さくなり、ファイバアレイ光源３０００の高輝度化が図られる。これにより、より深い焦点深度を備えたレーザアニール装置を実現することができる。例えば、ビーム径１μｍ以下、解像度０．１μｍ以下の超高解像度でのアニールの場合にも、深い焦点深度を得ることができ、高速且つ高精細なアニールが可能となる。
【０１５６】
【発明の効果】
本発明のレーザアニール装置によれば、レーザビームを対象物に照射してアニール処理を行っている位置でアニール状態の情報を検出し、この情報に基づいてフィードバック制御を行って適切なアニール処理を可能とするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る、アニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段を設けたアニール処理用の光路を示す光路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る、アニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の要部を取り出して示す概略斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における、アニール位置での温度勾配と、ａ−Ｓｉ膜の固相と溶融相（液相）との関係を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段における結晶性に応じたラマン散乱光の状態を例示する説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置におけるデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）の構成を示す部分拡大図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）はＤＭＤの動作を説明するための説明図である。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤを傾斜配置しない場合と傾斜配置する場合とで、走査ビームの配置及び走査線を比較して示す平面図である。
【図９】（Ａ）は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置におけるファイバアレイ光源の構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図である。
【図１０】マルチモード光ファイバの構成を示す図である。
【図１１】合波レーザ光源の構成を示す平面図である。
【図１２】レーザモジュールの構成を示す平面図である。
【図１３】図１５に示すレーザモジュールの構成を示す側面図である。
【図１４】図１６に示すレーザモジュールの構成を示す部分側面図である。
【図１５】（Ａ）及び（Ｂ）は、ＤＭＤの使用領域の例を示す図である。
【図１６】スキャナによる１回の走査で透明基板をアニールするアニール方式を説明するための平面図である。
【図１７】（Ａ）及び（Ｂ）はスキャナによる複数回の走査で透明基板をアニールするアニール方式を説明するための平面図である。
【図１８】（Ａ）及び（Ｂ）は、低温ポリシリコンＴＦＴ形成プロセスを説明するための図である。
【図１９】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における、ファイバアレイ光源を利用したアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の光路を示す光路図である。
【図２０】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における、空間光変調器と、ラマン励起光用のレーザ光源とを利用したアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の光路を示す光路図である。
【図２１】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における、ファイバアレイ光源と、ラマン励起光用のレーザ光源とを利用したアニール位置で計測した結晶性の情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の光路を示す光路図である。
【図２２】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における、空間光変調器を利用した、アニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の光路を示す光路図である。
【図２３】本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置における、ファイバアレイ光源を利用した、アニール位置で測定した反射率により固液界面状態を計測した情報に基づいてフィードバック制御を行うアニール制御手段の光路を示す光路図である。
【図２４】従来のエキシマ・レーザアニールにより部分溶融された状態を示す説明図である。
【図２５】従来のエキシマ・レーザアニールにより、残存ａ−Ｓｉ相を島状にして結晶粒が成長する状態を示す説明図である。
【図２６】従来のエキシマ・レーザアニールにより、ａ−Ｓｉ相を完全溶融してから過冷却状態となり、微小結晶粒で全体が埋め尽くされる状態を示す説明図である。
【図２７】従来のエキシマ・レーザアニールにおけるレーザ強度と結晶粒径の関係を定性的に示す説明図である。
【図２８】従来の結晶成長を横方向に制御するアニール法において、膜厚と反対側からの結晶粒との衝突により結晶粒界の大きさが制限されてしまう状態を示す説明図である。
【図２９】従来の結晶成長を横方向に制御するアニール法において、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの５３２ｎｍ光で深度方向に対する温度勾配を平坦とし、固液界面を垂直に立たせて結晶粒界を横方向へ大きく成長させる状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１５０ 基板
１５２ ステージ
１６２ スキャナ
３００ レーザ光源
３０１ 光ファイバー
３０２ ビーム成形光学系
３０４ ダイクロイックミラー
３０８ 投影レンズ
３１０ レンズ
３１２ スリット部材
３１４ スリット
３１６ 空間光変調器
３１８ 凹面ミラー
３２０ 回折格子
３２２ 凹面ミラー
３２６ 制御部
３２８ 制御部
３３０ ステージ駆動部
３３２ ラマン励起光用のレーザ光源
３３４ ビーム成形光学系
３３６ ハーフミラー
３３８ 反射率測定用レーザ光源
３４０ ビーム成形光学系
３４２ ハーフミラー
３４４ レンズ
３４６ ＣＣＤ

Claims (7)

1. レーザビームを出射するレーザ光源と、
   前記レーザ光源から出射された前記レーザビームを、膜状のアニールの対象物に照射させるレーザ照射手段と、
   前記アニールの対象物に照射する前記レーザビームの空間強度分布を変更調整する空間光変調手段と、
   前記アニールの対象物と前記レーザビームとを、相対的に移動して走査する走査手段と、
   前記レーザビームを前記アニールの対象物に照射してアニール処理を行っている位置でアニール状態のモニタとして計測した情報に基づいて、前記空間光変調手段と前記走査手段との少なくとも一方に対するフィードバック制御を行うアニール制御手段と、
   を有することを特徴とするレーザアニール装置。
2. 前記レーザ光源が、固体レーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザアニール装置。
3. 前記レーザ光源が、半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載のレーザアニール装置。
4. 前記レーザ光源が、ＧａＮ系半導体レーザであることを特徴とする請求項３に記載のレーザアニール装置。
5. 前記アニール制御手段が、アニール処理を行っている前記レーザビームの投射範囲内にある結晶化域で結晶性に応じて放射されるラマン散乱光からラマン分光スペクトルの情報を計測し、結晶の品位と固液界面の位置を解析し、前記空間光変調手段と前記走査手段との少なくとも一方に対し、結晶化の状態又は固液界面の移動状態を適正化するフィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレーザアニール装置。
6. 前記アニール制御手段が、アニール処理を行っている位置に、ラマン励起光用のレーザ光源から出射された前記アニール用のレーザビームと異なる波長のレーザビームを照射した際に結晶化域で結晶性に応じて放射されるラマン散乱光からラマン分光スペクトルの情報を計測し、結晶の品位と固液界面の位置を解析し、前記空間光変調手段と前記走査手段との少なくとも一方に対し、結晶化の状態又は固液界面の移動状態を適正化するフィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレーザアニール装置。
7. 前記アニール制御手段が、反射率測定用レーザ光源から出射された前記アニール用のレーザビームと異なる波長で均一な光強度の反射率測定用レーザビームを、アニール処理を行っている位置に反射させたときの結晶化の部分と溶融状態の部分とで異なる反射強度を計測して検出した結晶化部分と溶融部分との２次元的な情報から得られる結晶化域、溶融域、結晶化域の移動速度のデータを解析し、前記空間光変調手段と前記走査手段との少なくとも一方に対し、結晶化の状態又は固液界面の移動状態を適正化するフィードバック制御を行うよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のレーザアニール装置。

Images