半導体薄膜結晶化方法及び半導体薄膜結晶化装置
【課題】複数台の光学ユニット毎のアニールのばらつきの影響を抑制できる半導体薄膜結晶化方法及び半導体薄膜結晶化装置を提供する。
【解決手段】ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニット１３のそれぞれで、第１のレーザービームＬＢをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームＬＢｓに分岐して基板１４に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化方法は、前記基板上に形成される画素４３が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチで離間する場合、前記第２のピッチ内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を前記ある一台の光学ユニットとは別の一台の光学ユニットにより照射する。
【解決手段】ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニット１３のそれぞれで、第１のレーザービームＬＢをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームＬＢｓに分岐して基板１４に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化方法は、前記基板上に形成される画素４３が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチで離間する場合、前記第２のピッチ内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を前記ある一台の光学ユニットとは別の一台の光学ユニットにより照射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された非晶質半導体薄膜にレーザービームを照射して、非晶質半導体薄膜を結晶化する装置、及びそれを用いた結晶化方法に関し、特に詳述すれば、レーザービームを照射する光学ユニットを複数有して生産性を高めた半導体薄膜結晶化方法及び半導体薄膜結晶化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイに対して、６０インチを超える大型化及び４０００×２０００画素から成る４Ｋ２Ｋ等の従来のハイビジョンよりも高精細なビデオフォーマットへの対応が求められている。このような大型化及び高精細化の要求を満たすためには、液晶ディスプレイに用いられるＴＦＴの半導体層の高移動度化が必須である。また、次世代のディスプレイと期待される有機ＥＬディスプレイに用いられるＴＦＴにも高移動度化が求められている。
【０００３】
大面積の基板上に形成されるＴＦＴの高移動度化のためには、例えば、ＴＦＴの半導体層として用いられる非晶質シリコンを効率良く多結晶化させて、低温ポリシリコンやマイクロクリスタルシリコン等の多結晶構造に変化させる必要がある。そのために、一括で大面積のシリコン薄膜を効率よく結晶化させることができるラインビーム照射方式のアニール装置が提案されている。図１０に、従来のラインビームによる結晶化装置の一例を示す。結晶化装置Ａｃｃは、レーザーステージ１０１、ガントリ１０２、及び光学ユニット１０３を含む。光学ユニット１０３は、ミラー及びレンズなどの光学素子（図示せず）を含み、レーザー発振源（図示せず）から供給されたレーザービームをライン状に整形して、レーザーステージ１０１に載置された基板１０４の表面で合焦するようにラインビームＬｂを照射する。基板１０４上の非晶質シリコン膜は、レーザービームで加熱されて、結晶化されてレーザーアニールされる。つまり、結晶化装置Ａｃｃは半導体薄膜結晶化装置（以降、必要に応じて「レーザーアニール装置」と呼ぶ）である。
【０００４】
レーザーアニール装置を用いるとレーザービームが半導体層で直接吸収され熱に変化して、この熱によって半導体層がアニールされる。レーザーアニール装置に用いるレーザー発振源としては、高出力で照射可能であるエキシマーレーザーが広く用いられている。エキシマーレーザーを用いたレーザーアニール装置の場合、数百ｍｍの照射幅をもつライン状のレーザービームＬｂを基板１０４に照射して、ラインの軸と直交する方向に基板１０４とレーザービームＬｂを相対走査させて順次基板１０４の表面の非晶質シリコン膜をアニールする。
【０００５】
エキシマーレーザーはレーザー発振源に、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌ（塩化キセノン）や、波長３５１ｎｍのＸｅＦ（フッ化キセノン）などのガスを用いるガスレーザーである。エキシマーレーザーでは、レーザーの安定性を保つためには頻繁にこれらのガスを交換する必要があり、メンテナンスが煩雑である。メンテナンスの煩雑さを解消するべく、メンテナンスが容易な固体レーザーを使ってレーザーアニールを行うという方法がある。特に発振源が安価で安定性が高く、メンテナンスが容易なＹＡＧレーザーの第２次高調波の連続波（波長５３２ｎｍ、以降「グリーンレーザー」と呼ぶ）を用いる方法を好適な例として挙げることができる。
【０００６】
レーザーアニールの生産性を高める種々の技術が考案されている。特許文献１では光学ユニットを増やさずに、生産性の向上を図る方法が提案されている。具体的には、分岐光学系を有する光学ユニットを用いてラインビームを分割し、元のラインビームから画素幅と同じピッチで分割されたビーム（以降、「サブビーム」と呼ぶ）間の非照射領域と、アニールを行う基板の照射不要領域（これから基板上に形成する画素のうち、トランジスタが形成されない領域）とを一致させ、サブビームを照射が必要な領域のみに照射する。これにより実質的に照射幅を広げ、装置１台あたりの生産性を高くする。
【０００７】
特許文献２では、光学ユニットを増やして、生産性の向上を図る方法が提案されている。具体的には、グリーンレーザーの発振源と、レーザーの形状と照射方向とを調整するレンズなどの光学素子などを有して基板にレーザービームの照射を行う光学ユニット（以降、「光学ユニット」と呼ぶ）を複数台搭載する。そして、これら複数の光学ユニットから複数のレーザービームを同時に基板に照射して、装置１台あたりの生産性を高くする。
【０００８】
特許文献３では、レーザーアニールによるシリコン薄膜の結晶化を均一に行う技術が提案されている。具体的には、複数台の光学ユニットを搭載したレーザーアニール装置を用いてディスプレイパネルを生産する場合に、基板上に複数のディスプレイパネルを多面付けで形成するにあたって、基板上の１つのディスプレイパネルは複数台の光学ユニットのうちの１台のみでアニールをされるように構成される。
【０００９】
特許文献４では、複数台の光学ユニットのそれぞれで照射される画素を基板の縦横両方向に混在させる技術が提案されている。具体的には、基板上に多面付けされるディスプレイパネルの１枚を複数台の光学ユニット（以降、「隣接した光学ユニット」と呼ぶ）で分担してレーザービームを照射し、アニール処理を行う。隣接した光学ユニットのそれぞれに対して、ディスプレイパネルのうちのある部分はそれぞれの光学ユニットのみによって照射を行う。ただし、隣接した光学ユニットがそれぞれ照射する照射エリアが隣接する部分を境界領域とし、境界領域は隣接した光学ユニットの両方で照射を行う。なお、それぞれの光学ユニットで照射される画素は基板の縦横両方向に混在させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−６０３１４号公報
【特許文献２】特許第４４１０９２６号公報
【特許文献３】特開２００４−１５３１５０号公報
【特許文献４】特開２００８−２７０５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のグリーンレーザーはエキシマーレーザーと比較して発振源の出力が低く、ラインビームの照射幅をエキシマーレーザーのように広く出来ない。ディスプレイパネルを作成する基板のサイズにもよるが、エキシマーレーザーは上述のように照射幅が広く、ディスプレイパネルの短辺方向全体をカバーできる。結果、エキシマーレーザーでは照射の走査数は１回ないし数往復でよい。これに反して、照射幅が狭いグリーンレーザーでは、基板全体を照射するためには数十往復の走査を必要とする。つまり、グリーンレーザーでは、基板１枚あたりのアニールに掛かる時間が長く、装置１台あたりの生産性が低いという問題を有する。
【００１２】
装置１台あたりの生産性が低いという問題の解消に関して、上述の特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４で提案されている技術のそれぞれについて以下にのべる。
【００１３】
先ず、特許文献１では、生産性を高める技術が開示されているが、開示された方法による生産性の向上の割合を見積もった場合、特に画素ピッチが小さい高精細なディスプレイを作成するためのＴＦＴ基板や画素内のトランジスタ数が液晶ディスプレイと比較して多く、照射が必要な領域の割合が高い有機ＥＬディスプレイ用のＴＦＴをレーザーアニール処理しようとすると、装置の生産性を十分に向上させるには他の追加の手段を必要とすることが分かる。
【００１４】
一例を挙げると、有機ＥＬディスプレイ用ＴＦＴを作成する場合、回路の設計にもよるが、１画素（本明細書においては、１画素とはフルカラーディスプレイの場合はフルカラーを表示する画素を構成する複数の発光部を形成するための各色のサブピクセルのことを指す）の中にトランジスタは３〜５個配置されており、照射が必要な領域の面積は画素全体の面積の半分程度になっていることが多い。また、レーザービームの照射位置精度や、照射方向に垂直な軸側（以降、「長軸」と呼ぶ）の裾の部分の幅を位置精度のマージンとして組み込む必要がある。そのために、分岐光学系を用いてレーザービームを分岐させた場合の元の照射幅に対する実質的な照射幅の拡大の割合、即ち生産性の向上の割合を見積もると、元の装置の生産性に対して高々１５０〜１８０％程度にしかならならず、生産性向上の効果は不十分である。
【００１５】
これに対して、特許文献２では、光学ユニットを複数台搭載しているので、装置の生産性は単純にユニットの搭載台数にほぼ比例して向上する。つまり、特許文献１に比べて装置１台あたりの生産性向上の度合いは高い。なお、「ほぼ比例」とは、照射を行わない時間、即ち基板のロード、アンロード、及びアライメントなど照射の為の準備に要する時間は光学ユニットの搭載台数とは無関係であるためである。
【００１６】
しかしながら、特許文献２のように光学ユニットを複数台搭載した場合、各々の光学ユニットから照射されるレーザービームのエネルギー密度や長軸方向の均一性、走査方向（レーザービームの短軸側）のビームプロファイルの半値幅などに、わずかにばらつきが発生する。この光学ユニット毎に生じるレーザービームのわずかなばらつきにより、異なる光学ユニットで照射を受けたそれぞれの画素の間では、そのトランジスタ特性がわずかに異なる。このトランジスタ特性のばらつきが、ディスプレイの画素の発光ばらつきとして人の目に認識されてしまう。発光ばらつきを抑えるためには、レーザー発振源の調整やレンズ及びミラーなどの光学素子の調整を入念に行う必要がある。
【００１７】
光学素子の調整を入念に行っても、量産時の長時間連続運転時においては経時で光学ユニット毎にわずかなばらつきが発生してしまうのが実情である。このように複数台の光学ユニットを搭載したレーザーアニール装置を用いてディスプレイパネルを生産する場合、異なる光学ユニットから照射されたレーザービーム間のばらつきがあったとしても、ディスプレイの画素の発光ばらつきとして使用者に認識されにくくするような対策が求められる。上述のように、レーザーアニールにおいては生産性の向上とともに、結晶化の均一性も課題である。
【００１８】
これらの課題に対して、特許文献３に開示されている技術を用いると、それぞれのパネル面内は必ず同じレーザービームでアニールをされるために、画素の発光特性はレーザービームのばらつきの影響を受けない。しかしながら、特許文献３の方法を用いてディスプレイパネルを生産した場合、照射時の走査方向に垂直な方向に配置されるパネルの面付けの数よりも照射に用いる光学ユニットの数を多くすることは出来ない。例えば３×３の９面付けの基板を照射する場合は、縦横どちらに走査するとしても、３台以上の光学ユニットを使うことは出来ない。そのため、生産するディスプレイの面付け数に応じて、装置の生産性が変わり、面付け数によらず生産タクトが一定である前後の工程とタクトタイムが合わなくなってしまうため、必ずしも最良の解決手段ではない。
【００１９】
また、特許文献４に開示されている技術を用いると、隣接した光学ユニットをそれぞれ光学ユニットＡ及び光学ユニットＢとすると、パネルの中には照射時の走査方向に垂直な方向で光学ユニットＡのみで照射される領域と、光学ユニットＡ及び光学ユニットＢの両方で照射される境界領域、光学ユニットＢのみで照射される領域とが順番に並ぶ。つまり、光学ユニットＡと光学ユニットＢのばらつきによるディスプレイの画素の発光ばらつきが境界領域で挟まれるために、ばらつきは使用者に認識されにくくなる。
【００２０】
しかしながら、特許文献４の方法によってディスプレイパネルを生産した場合、複数の光学ユニットによって照射される境界領域に形成する２次元方向の混在パターンの精細度（例えば市松模様の個々の四角の１辺）が重要である。つまり、この精細度が低いと、照射箇所を混在させて画素の全体的な発光の均一化を図ったとしても、その混在パターンそのものが使用者の目に認識されてしまう。これを避けるには混在パターンの精細度を高くする必要がある。そのためには、１本のレーザービームの照射幅を小さくしなければならない。しかし、複数台の光学ユニットを搭載したとしても、光学ユニット１台あたりの照射処理能力に制限があるので、装置の生産性向上が制限されてしまう。
【００２１】
本発明は、上述の問題に鑑みて、複数台の光学ユニット毎のアニールのばらつきの影響を抑制できる結晶化方法及び結晶化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の半導体薄膜結晶化方法は、ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニットのそれぞれで、第１のレーザービームをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームに分岐して基板に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化方法であって、前記基板上に形成される画素が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチで離間する場合、前記第２のピッチ内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を、前記ｎ台の光学ユニットのある一台とは別の一台の光学ユニットによって照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、複数台の光学ユニットのそれぞれのばらつきの影響を抑えて、半導体薄膜を結晶化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の光学ユニットを模式的に示す側面図である。
【図３】図１の半導体薄膜結晶化装置によるレーザーアニール工程が施される前の状態の基板の断面図である。
【図４】図３の基板を一部を上方から見たときの平面図である。
【図５】基板走査方向とサブビームの長軸幅との関係を示す説明図である。
【図６】図１の半導体薄膜結晶化装置におけるサブビームの照射方法の説明図である。
【図７】図１の半導体薄膜結晶化装置の変形例におけるサブビームの照射方法の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置を模式的に示す斜視図である。
【図９】図８に示した半導体薄膜結晶化装置の異なる形態を模式的に示す斜視図である。
【図１０】従来の半導体薄膜結晶化装置を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図１、図２、図３、図４、図５、図６、及び図７を参照して本発明の実施の形態１、図８及び図９を参照して本発明の実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化方法及び結晶化装置について説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置を示す。半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、ステージ１１、ガントリ１２、及び光学ユニット１３を含む。光学ユニット１３は、それぞれ図示されていないミラー及びレンズなどの光学素子と、レーザービームをその長軸方向に分岐させる分岐光学系と、レーザービームを供給するレーザー発振源とを含む。光学ユニット１３は、レーザー発振源から供給されたレーザービームから、複数本のサブビームＬＢｓを生成して、ステージ１１に載置されたガラス基板１４の表面に合焦するように照射する。
【００２７】
照射された複数のサブビームＬＢｓは、ガラス基板１４で熱に代わり、ガラス基板１４上に成膜されている非晶質シリコン膜が加熱されて、再結晶化されてアニールされる。なお、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、生産性向上のためにサブビームＬＢｓを照射する光学ユニット１３をｎ台（ｎは２以上の整数）搭載している。図１に示す例では、４台（ｎ＝４）の光学ユニット１３が搭載されているが、搭載台数は２台以上（ｎ≧２）であれば特に制限は無い。光学ユニット１３の搭載台数は、照射する基板の面積、光学ユニット１３の１台あたりの照射処理能力、及びアニール工程のタクトタイムに応じて決定すれば良い。
【００２８】
レーザー発振源は、照射するレーザーによってガラス基板１４上の非晶質シリコン膜を結晶化させることが出来るものであれば制限はないが、特にメンテナンスが容易な波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザー第２次高調波の連続波（グリーンレーザー）を好適に用いることができる。１台の光学ユニット１３に接続するレーザー発振源の数は１台でも複数台でも良いが、装置の生産性を高めるためには、１台の光学ユニット１３に接続するレーザー発振源を複数台にして、レーザービーム（サブビームＬＢｓ）の出力を大きくし、光学ユニット１３の１台あたりの照射処理能力を向上させることが好ましい。複数台のレーザー発振源から供給されるレーザービームは、ファイバーやフライアイレンズなどを通して１箇所に重畳され、光学ユニット１３において１本のレーザービームに合成される。ただし、１台で十分な出力のレーザービームが得られる高出力の発振源を用いることができる場合にはこのようなビームの合成は行わなくてよい。
【００２９】
図２を参照して、光学ユニット１３について説明する。光学ユニット１３は、ビームシェイパー２３、ビーム分岐手段２４、及びｆθレンズ２６を含む。ビームシェイパー２３は、レーザー発振源より供給されたレーザビームを、ガラス基板１４上に照射される時に走査軸と直交する向きの軸（長軸）方向に、トップハット形状のプロファイルを有するラインビームに整形してレーザービームＬＢをビーム分岐手段２４に出力する。この場合、長軸と直交する向き、即ち基板走査方向（以降、「短軸」と呼ぶ）のプロファイルには特に制限は無く、ガウシアン形状でもトップハット形状でも良い。
【００３０】
レーザービームＬＢは、ビーム分岐手段２４にて複数のサブビームＬＢｓ’に分岐される。入射光を複数に分岐する光学素子は、ビームスプリッターや回折格子などいくつかあるが、本発明においてはビーム分岐手段２４としては高い分岐精度を得ることができる回折格子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ：以降、「ＤＯＥ」と呼ぶ）が好適に用いられる。通常、ＤＯＥは石英やガラスなどを基板にして、ドライエッチング加工などにより、表面に周期的な凹凸の微細模様が形成されている。ＤＯＥを通ったレーザービームＬＢは、ＤＯＥ表面の凹凸により回折が発生し、元の光軸に対してそれぞれ一定の角度を持った複数のサブビームＬＢｓ’に分岐される。
【００３１】
上述のように、本明細書においては、元のレーザービームＬＢに対して、ＤＯＥを通過し、分岐されたビームをサブビームＬＢｓ’と呼んで識別する。なお、レーザービームＬＢとサブビームＬＢｓ’とを包括して表現する場合は単にレーザーと呼ぶものとする。分岐され、扇状に進行するサブビームＬＢｓ’は、ｆθレンズ２６を通過することで各サブビームＬＢｓ’が平行な向きに進行するサブビームＬＢｓになる。サブビームＬＢｓ同士の中心間距離は、ＤＯＥの設計及び配置によって設定することができる。サブビームＬＢｓの適切な中心間距離については後述する。
【００３２】
またサブビームＬＢｓのプロファイルは、元のビーム（レーザービームＬＢ）のプロファイルをほぼ維持する。ただし、当然ながらサブビームＬＢｓ（サブビームＬＢｓ’）は分岐されたビームであるため、そのエネルギー密度は元のビーム（レーザービームＬＢ）の分岐数分の１以下になっている。
【００３３】
また本発明においてサブビームＬＢｓ（サブビームＬＢｓ’）の分岐数は、特に限定はされない。しかし、あまり分岐数が多いとサブビームＬＢｓの１本あたりのエネルギー密度が低下し、照射エネルギーの低下によって非晶質シリコン膜の結晶化がうまく進まなくなる為、発振源の出力に応じて適切に決められる。ただしＤＯＥは、その原理上、奇数個のサブビームへの分岐を行うとサブビームの強度を揃えることが難しいため、通常はサブビームの分岐数は偶数（図２の例では４本）である。
【００３４】
上述の光学系を通過して、光学ユニット１３から出射したサブビームＬＢｓは、ガラス基板１４の表面で焦点が合うように光学設計されているため、合焦してガラス基板１４の表面に照射される。本実施の形態において好適に使用されるグリーンレーザーは、非晶質シリコンに対する吸収係数が比較的低く、透過しやすいため、ガラス基板１４の表面に到達したサブビームＬＢｓは、非晶質シリコンの膜深くにまで到達することができ、膜の深さ方向に均一に吸収されて熱に変わり効率的にシリコン膜を結晶化することができる。さらに、レーザー照射によって半導体層を結晶化するＴＦＴ基板でボトムゲート型トランジスタを形成する場合、半導体層の下部にはゲート絶縁膜層とトランジスタ形状に応じたゲート電極が形成されている。そのため、一部のサブビームＬＢｓの光は下部のゲート電極表面で反射し、再度シリコン膜を通過して熱に変わるため、さらにアニールを効果的に行うことが出来る。
【００３５】
ガラス基板１４と光学ヘッド（光学ユニット１３）を、レーザービームＬＢの短軸方向に走査することにより、ガラス基板１４上の非晶質シリコン膜のうち、トランジスタが形成される部分の列全体をアニールすることができる。そして、１回の走査が終了する毎に、光学ヘッドをガントリ１２上で移動させて、ガラス基板１４上の別のトランジスタが形成される部分に対して走査を行う。この動作を繰り返すことで、ガラス基板１４全体のトランジスタの列をアニールできる。このように、複数台の光学ユニット１３の各々が照射する複数のサブビームＬＢｓが同時にガラス基板１４上の複数のトランジスタの列を照射すことにより、装置１台あたりの生産性を高くできる。
【００３６】
半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、複数台の光学ユニット１３を搭載しているために、上述のように、長期間連続の運転を行っていると、光学ユニット１３毎にレーザービームＬＢのプロファイルにわずかなばらつきが発生する。結果、アニールして結晶化したシリコン膜の膜質にわずかなばらつきが発生し、形成したトランジスタの電気特性にばらつき、特に移動度にばらつきが発生してしまう。この膜質にばらつきを有する結晶化シリコン膜に形成されたＴＦＴで液晶ディスプレイパネル、或いは有機ＥＬディスプレイパネル（以降、液晶ディスプレイパネルと有機ＥＬディスプレイパネルとを「ディスプレイパネル」と総称する）を作成すると入力信号に対する各画素の発光が画素毎にわずかにばらついてしまう。
【００３７】
しかしながら、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１において、照射されるガラス基板１４上に形成される画素のピッチをａとした場合、レーザー照射を行うｎ台の光学ユニット１３（ｎは２以上の整数）はａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチで照射光（サブビームＬＢｓ）を等間隔に分岐する光学系を有している。かつ、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチａの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素のうち、隣接する画素をｎ台の光学ユニット１３中の別の光学ユニット１３によって照射する機構が設けられている。
【００３８】
このため、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によって、非晶質シリコン膜の結晶化を行ったＴＦＴで作成したディスプレイパネルは、画素毎に詳細に観察すると、照射した光学ユニット１３毎にばらついているレーザービームＬＢ（サブビームＬＢｓ）の影響で発光の様子がばらついているのが認められる。しかし、アニールを行ったときの走査方向と垂直な方向に隣接する画素同士は必ず異なった光学ユニット１３で照射が行なわれているので、ばらつきの様子が均一化される。そのために、レーザビームＬＢ（サブビームＬＢｓ）の照射ユニット（光学ユニット１３）毎の画素の発光のばらつきの境界がない。よって、レーザー照射した光学ユニット１３の違いによる画素毎の発光のばらつきがあったとしてもディスプレイパネルの使用者はその境界を認識することが困難である。
【００３９】
図３に、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によるレーザーアニール工程が施される前の製造工程途中のボトムゲート型ＴＦＴ基板（以降、「被照射基板」と呼ぶ）の断面を模式的に示す。ＴＦＴを形成するガラス基板１４上には、モリブデンやモリブデンタングステンなどの高融点金属で形成されたゲート電極３２がパターニングされ、その上にゲート絶縁膜３３、及び半導体層のプリカーサとして非晶質シリコン膜３４が形成されている。化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）などにより成膜された非晶質シリコン膜は、レーザービーム（サブビームＬＢｓ）の照射時に膜中に含まれる水素が照射の熱で爆発的に気化し、シリコン膜が破裂してしまうこと（アブレーション）がある。このアブレーションを防ぐために、通常はレーザーアニールを行う前にバッチ式オーブンなどで脱水素アニールを行う。
【００４０】
図４に、被照射基板の一部を上方から見たときの概略を示す。ゲート電極が形成されている領域４１は、２つの直交する基板辺の向きに２次元的に周期的に配列されていて、これが最終的にはディスプレイの画素の配列になる。なお、紙面左右方向をｘ方向とし、紙面上下方向をｙ方向とする。ディスプレイパネルの画素配列には各種あるが、同図には、一般的なストライプ配列が例示されている。ストライプ配列とは、ディスプレイの画素４３がなす格子が正方形で、各画素が持っているサブピクセル４２（通常は赤青緑に発光する３つのサブピクセルで１つの画素をなしている）のうち、同じ色のサブピクセルが縦あるいは横に１列に並んだ配列を指し、ここでは同じ発光色のサブピクセルはｙ方向に並んでいる。
【００４１】
正方形の画素４３の１辺の長さ（画素ピッチ）は、ａ（μｍ）であり、サブピクセル４２はｘ方向に並んでいるため、サブピクセル４２が３つである場合、サブピクセル４２の大きさ、即ちピッチはｘ方向はａ／３（μｍ）、ｙ方向はａ（μｍ）である。ただし、発光色毎に発光の効率が大きく違っている場合などは、サブピクセル４２の大きさを変えた画素設計も行うこともある。例えば、フルカラー有機ＥＬディスプレイの場合、赤及び緑に比べて青の発光効率が悪いため、青のサブピクセル４２のサイズ（ｘ方向の幅）を赤及び緑のサブピクセル４２よりも大きくするということが行われているが、本発明においてはサブピクセル４２の大きさが色毎に異なっていても問題はない。
【００４２】
図５に、基板走査方向とサブビームＬＢｓの長軸幅との関係を示す。図５に示すように、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によって、ＴＦＴ基板のシリコン膜の結晶化を行う場合、アニール時の走査方向はｘ方向でもｙ方向でも構わない。但し、ｙ方向に走査してレーザー（サブビームＬＢｓの）照射を行う場合、照射するサブビームＬＢｓの長軸幅はビーム幅５１のように画素幅とほぼ等しくする必要がある。これに対して、ｘ方向に走査して照射を行う場合、サブビームＬＢｓの長軸幅は画素のうち、ゲート電極がある領域、即ちトランジスタが形成される領域だけに絞ってビーム幅５２の照射幅で照射を行うだけでよい。なお、照射されなかった部分の非晶質シリコン膜は結晶化されないが、この部分は後の工程で除去される部分であるため問題はない。照射幅（ビーム幅５２）を狭められる分だけ、レーザービームの利用効率を高めることができる。
【００４３】
被照射基板であるガラス基板１４は、搬送ロボット及びコンベヤなどによって上流の工程から搬送され、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１のステージ１１に戴置される。ガラス基板１４に形成されたアライメントマーク（通常はゲート電極と同時に形成される）がアライメントカメラで読みとられて、アライメントが行われて、サブビームＬＢｓの照射位置が決定される。
【００４４】
次に、光学ユニット１３から、ガラス基板１４にレーザビーム（サブビームＬＢｓ）が照射される。半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、上述のように、それぞれが分岐光学系を有するｎ台（ｎは２以上の整数））の光学ユニット１３を備えている。レーザー発振源から供給されたレーザービームは、この分岐光学系によりＬ本のサブビームＬＢｓに分岐される（Ｌは２以上の整数）。分岐した各サブビームＬＢｓのピッチは、ａ×ｎ×ｍ（μｍ）（ｍは１以上の整数）である。
【００４５】
分岐したサブビームＬＢｓの列の方向をｙ方向として画素４３上に照射し、ガラス基板１４と光学ユニット１３をｘ方向に相対的に走査し、画素列に対してはｘ方向に順次サブビームＬＢｓが照射される。このとき、ガラス基板１４（被照射基板）の画素４３のｙ方向の列に注目し、或る光学ユニット１３のＬ本のサブビームの１回目の走査で照射を受ける画素列のｙ方向の位置の一方の端を１列目とすると、照射を受ける画素列は、１列目、１＋ｎ×ｍ列目、１＋２×ｎ×ｍ列目・・・、１＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目、である。また、照射を行った光学ユニット１３をＵ（１）とする（光学ユニット１３はｎ台、即ちＵ（２）、Ｕ（３）・・・、Ｕ（ｎ）まである）。
【００４６】
１回目の走査が終わると、Ｕ（１）と被照射基板（ガラス基板１４）とは、走査方向と垂直の方向（本例においては、ｙ方向）にａ×ｎ×ｍ×Ｌだけ相対的に移動し、次の照射位置につく。Ｕ（１）の２回目の照射画素列のうち、１回目の照射位置に一番近い画素列は１回目の照射位置のうち、２回目の照射位置に一番近い画素列からｎ×ｍ画素列分だけ離れて隣接するので、２回目の走査で照射するｙ方向の画素列はＬ×ｎ×ｍ＋１列目、Ｌ×ｎ×ｍ＋１＋ｎ×ｍ列目、Ｌ×ｎ×ｍ＋１＋２×ｎ×ｍ列目・・・Ｌ×ｎ×ｍ＋１＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目、である。
【００４７】
さらに走査数ｋ（回目）に対しては、サブビームＬＢｓのｋ回目の走査で照射を受ける画素列のｘ方向の位置の一方の端は（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１列目になり、照射を受ける画素列は（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１＋ｎ×ｍ列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１＋２×ｎ×ｍ列目・・・、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目となる。
【００４８】
なお、上述の「隣接する」とは、光学ユニットＵ（ｎ）でｋ回目の走査で照射される両端の画素列とｋ±１回目の走査で照射を受ける画素列のうち、両端の画素列同士が分岐数分の画素列、即ちＬ−１列分だけ離れて隣接していることを指す。本例においては、ｍ＝１になる。ただし、ｍを２以上にして、ｋ±１回目の走査ではｍ−１走査分の照射列分を飛ばして照射を行ってもよい。この場合、光学ユニットＵ（ｎ）が被照射基板の照射エリアの端から端までｘ方向に順次移動して照射を行ったあと、光学ユニットＵ（ｎ）を引き返して残りの部分の照射を行うことになる。この動作をｍ回繰り返すことで、最終的にはｍ＝１の時と同様に照射すべき画素列を全て照射する。
【００４９】
さらに、１台目の光学ユニットＵ（１）が１列目の画素列を照射した後に、もしくは同時に２台目の光学ユニットＵ（２）が２列目の画素列を、３台目の光学ユニットＵ（３）が３列目の画素列を、・・・、ｎ台目の光学ユニットＵ（ｎ）がｎ列目の画素列を照射する。即ちＵ（ｎ）＝ｎとすると、走査ｋ回目の照射において、ｎ台目の光学ユニットは（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）＋ｎ×ｍ列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）＋２×ｎ×ｍ列目・・・、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目を照射する。
【００５０】
ｍ＝１或いはｍ≧２の何れの場合でも、レーザー（サブビームＬＢｓ）の照射走査を所定回数分行うことで、被照射基板（ガラス基板１４）のレーザーアニール（結晶化）工程を終える。このとき、被照射基板（ガラス基板１４）のｘ方向の画素列は、１走査目で照射を始めた側から順にＵ（１）、Ｕ（２）・・・、Ｕ（ｎ）、Ｕ（１）、Ｕ（２）・・・、Ｕ（ｎ）、・・・の光学ユニット１３で照射を受けており、隣接する画素列は常に異なる光学ユニット１３のサブビームＬＢｓで照射を受けている。
【００５１】
図６を参照して、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によるサブビームＬＢｓの照射方法について説明する。同図には、光学ユニット１３の数ｎ＝２、サブビームＬＢｓの分岐数Ｌ＝２の場合の例が示されている。つまり、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、レーザービームＬＢを２本のサブビームＬＢｓに分岐する２台の光学ユニット１３（以下Ｕ（１）及びＵ（２）とする）のそれぞれから出力された２本のサブビームＬＢｓをディスプレイ基板に照射している様子を示している。
【００５２】
光学ユニットＵ（１）及びＵ（２）は、ディスプレイの画素４３のピッチをａとした場合、ａ×２×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチで照射光を等間隔のサブビームＬＢｓに分岐する光学系を有しており、かつＵ（１）が基板上に分岐したサブビームを走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、このＵ（１）によって照射されなかった画素４３のうち、隣接する画素４３をＵ（２）によって照射する。
【００５３】
図６においては、ｍ＝１での例を示す。なお、説明の都合上、２台の光学ユニット１３であるＵ（１）及びＵ（２）の内、Ｕ（１）から１回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６１ａ及び６１ｂとして表示し、Ｕ（２）から１回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６２ａ及び６２ｂとして表示し、Ｕ（１）から２回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６３ａ及び６３ｂとして表示し、Ｕ（２）から２回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６４ａ及び６４ｂとして表示している。
【００５４】
従って、同図に示すように、画素列は上から順にサブビーム６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂ、６３ａ、６４ａ、６３ｂ、６４ｂによって照射される。つまり、１画素列毎にＵ（１）、Ｕ（２）の２台の光学ユニット１３で交互に照射を受けており、Ｕ（１）とＵ（２）のサブビームＬＢｓ（レーザービームＬＢ）にばらつきがあり、これが原因でディスプレイの発光ばらつきがあったとしても、ばらつきが１画素レベルの精細さで平均化されるために、使用者にはそのばらつきを認識することは困難である。
【００５５】
上記の説明では、繰り返しの数ｍ＝１の場合を示しているが、次に、ｍ＞１の一例としてｍ＝２の場合について説明する。なお、繰り返しの数とは、繰り返しの数が１の時、光学ユニット１３の列が１回の走査を終えてガントリ１２の方向に移動し、次の回の走査に入る、という動作をガラス基板１４上の必要な照射領域に対して照射できるようにガントリ１２の一端から別の一端までステップ移動する際の各々の光学ユニット１３のガントリ１２への方向に片道移動する回数を指している。つまり、繰り返しの数ｍが１であればガントリの一端から別の一端まで１回の片道の移動をしながら走査、照射することでガラス基板１４基板上の必要な照射領域の全体に対して照射が行えることを表す。また、繰り返しの数ｍが２であれば、ガントリ１２の一端から別の一端まで２回の片道移動、即ち１往復の移動をしながら走査、照射することでガラス基板１４上の必要な照射領域の全体に対して照射が行えるということを意味している。
【００５６】
ｍ＝２の場合でも１画素列毎に、Ｕ（１）、Ｕ（２）の２台の光学ユニット１３で交互に照射する点では変わりはなく、時間軸での照射順が変化するのみである。即ち、ｍ＝１の場合は１回目の走査でサブビーム６１ａ、６２ａ、６１ｂ、及び６２ｂが照射され、２回目の走査でサブビーム６３ａ、６４ａ、６３ｂ、及び６４ｂが照射される。一方、ｍ＝２の場合は、１回目の走査でサブビーム６１ａ、６２ａ、６３ａ、及び６４ａが照射され、２回目の走査でサブビーム６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、及び６４ｂが照射される。しかし上述のように、照射するサブビームＬＢｓと照射される画素列の組み合わせは同じである。
【００５７】
このように、照射した光学ユニット１３毎に、ばらついているレーザービームＬＢ（サブビームＬＢｓ）の影響で、画素の発光の様子がばらついていたとしても、アニールを行ったときの走査方向と垂直な方向に隣接する画素列同士は常に異なった光学ユニット１３（Ｕ）で照射が行なわれているため、ばらつきの様子が均一化される。従って照射する光学ユニット１３毎の発光のばらつきの境界がなくなる。よって画素４３毎の発光のばらつきがあったとしても、ディスプレイパネルの使用者にはその境界を認識することが困難になる。また、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、光学ユニット１３を少なくともｎ（ｎは２以上の整数）台搭載しており、さらに、分岐光学系によって１本のレーザービームＬＢがＬ本のサブビームＬＢｓに分岐されているために、１回の走査動作でｎ×Ｌ列の画素列を同時に照射でき生産性が高い。
よって本発明は生産性を高めるために複数台の光学ユニットを用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化アニールする場合でも、光学ユニット１３毎のアニールのばらつきの影響を抑制でき、本発明の目的を実現するものである。
【００５８】
以下に、上述の半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１の変形例について説明する。上述のように、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、被照射基板（ガラス基板１４）上に形成される画素４３のピッチをａとした場合、レーザー照射を行うｎ台の光学ユニット１３（ｎは２以上の整数）は、ａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチで照射光（レーザービームＬＢ）を等間隔に分岐する光学系を有している。そして、ｎ台の光学ユニット１３の或る１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、隣接する画素をｎ台の中の別の光学ユニット１３によって照射する。そして、ｎ台の光学ユニットの中のある１台が基板上に分岐したＬ本のサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際に、Ｌ本のサブビームＬＢｓのうちの両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素４３と、別の１台の光学ユニット１３がガラス基板１４上に分岐したＬ本のサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際のサブビームＬＢｓのうちの両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素４３とが隣接しないように照射するように構成されている。
【００５９】
なお、発振源から出射されたレーザービーム（サブビームＬＢｓ）は、分岐光学系により複数（Ｌ本）のサブビームＬＢｓに分割される。このとき、分岐光学系の光学素子であるＤＯＥで分岐された、Ｌ本のサブビームＬＢｓ’はある角度を持った扇状に分かれて進み、ｆθレンズ２６によって進行方向が平行なサブビームＬＢｓになる（図２を参照）。しかしながら、扇状に進もうとするＬ本のサブビームＬＢｓ’のうち、一番外側を進行する２本のサブビームＬＢｓは元のレーザービームＬＢの光軸から大きく角度をとって進み、ｆθレンズ２６の中心から遠い部分で屈折するために、ＤＯＥやｆθレンズ２６の加工精度や配置精度の誤差の影響を受けやすい。そのため分岐光学系を用いて被照射基板であるガラス基板１４をアニールした場合に、両端のサブビームＬＢｓの照射を受けた画素列はそれ以外の画素列と比較すると結晶化のばらつき、ひいては画素列の発光ばらつきが大きくなる傾向がある。さらにこの両端の画素列は１列だけ独立してばらついている場合よりも、複数列が隣接してばらついている場合の方がディスプレイの画素列の筋状の発光ばらつきとして使用者の目に認識されやすい。
【００６０】
しかしながら、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１により両端のサブビームＬＢｓの照射を受ける画素列は常に独立した１列になっているため、ディスプレイの画素列の発光ばらつきは目立たない。以下に、ある光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素列と、別の光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素列とが隣接しないように照射する照射方法について具体的に説明する。
【００６１】
これまで述べたように、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、１本のレーザービームＬＢをＬ本のサブビームＬＢｓに分岐する光学系を有する光学ユニット１３をｎ台有している。また、画素４３のピッチを、ａ（μｍ）とすると、光学ユニット１３の光学系によって分岐されたＬ本のサブビームＬＢｓのピッチはａ×ｎ×ｍ（μｍ）（ｍは１以上の整数）である。ただし、ｍの値は画素列の時系列的な照射順には影響するが、ガラス基板１４の全体を照射し終わった後に、どの画素列が、どの光学ユニット１３の、どのサブビームＬＢｓによって照射されたかの組み合わせについては影響を与えないため、以下にｍ＝１の場合についてのみ説明する。
【００６２】
また、サブビームＬＢｓの照射時の走査Ｓ（ｋ）（ｋ回目の走査動作という意味）に対して、これまでに示してきた照射方法での走査順をＳ（１）、Ｓ（２）・・・、Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋１）・・・とすると、走査順を変更して、例えばＳ（１）、Ｓ（３）、・・・Ｓ（ｋ−２）、Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋２）・・・、・・・Ｓ（ｋ＋１）、Ｓ（ｋ−１）・・・、Ｓ（２）というように飛ばし飛ばしに走査して、折り返しの動作で残りの画素を照射するというようなことも出来る。
【００６３】
この場合でも画素列の時系列的な照射順には影響するが、ガラス基板１４全体を照射し終わった後に、どの画素列が、どの光学ユニット１３の、どのサブビームＬＢｓによって照射されたかの組み合わせについては影響を与えないため、照射動作の走査順はＳ（１）、Ｓ（２）・・・、Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋１）・・・とする。また、以降の説明ではｎ台の光学ユニットを画素列への照射位置順にＵ（１）、Ｕ（２）・・・、Ｕ（ｐ）・・・、Ｕ（ｎ）とし、ｐ列目の画素列をＵ（ｐ）のサブビームＬＢｓで照射したとすると、隣接するｐ−１列目の画素列はＵ（ｐ−１）、ｐ＋１列目の画素列はＵ（ｐ＋１）の光学ユニット１３で照射するものとする。なお、Ｕ（ｎ＋１）＝Ｕ（１）とする。
【００６４】
さらに、Ｕ（ｐ）の光学ユニット１３からはそれぞれＬ本のサブビームが照射されている。このＬ本のサブビームＬＢｓを端から順にＵ（ｐ，１）、Ｕ（ｐ，２）・・・、Ｕ（ｐ，ｑ）・・・、Ｕ（ｐ，Ｌ）とする。これら各光学ユニット１３のサブビームＬＢｓのうち、ばらつきが発生しやすい両端のサブビームはＵ（ｐ，１）とＵ（ｐ，Ｌ）である。以降、これらのサブビームＬＢｓを両端のサブビームＬＢｓｅと呼び、そうでないサブビームを中央のサブビームＬＢｓｃと呼んで識別する。
【００６５】
まず、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅが全て隣接している場合について述べる。この場合、画素列に対するサブビームＬＢｓの照射配列は次列（１）で表される。
【００６６】
Ｕ（１，１）、Ｕ（２，１）、・・・、Ｕ（ｐ，１）、・・・、Ｕ（ｎ，１）、Ｕ（１，２）、Ｕ（２，２）、・・・、Ｕ（ｎ，２）、・・・、Ｕ（ｐ，ｑ）、・・・、Ｕ（１，Ｌ）、Ｕ（２，Ｌ）、・・・、Ｕ（ｎ，Ｌ） ・・・・ （１）
以降、どの画素列がどの光学ユニット１３のどのサブビームＬＢｓによって照射を受けているかを画素列順に並べたものの１繰り返し単位を照射配列と呼ぶ。
【００６７】
Ｕ（ｎ，Ｌ）の隣の画素列はＵ（１，１）になるため、２×ｎ個の両端のサブビームＬＢｓｅで照射される画素列が隣接している。ここでＵ（２）について、ｎ画素列分だけ（ｎ及びＬの値が大きくなる方向に）照射位置をずらすとする。この場合、（１）の照射配列は、次列（２）で表される。
【００６８】
Ｕ（１，１）、Ｕ（２，Ｌ）、Ｕ（３，１）、・・・、Ｕ（ｐ，１）、・・・、Ｕ（ｎ，１）、Ｕ（１，２）、Ｕ（２，１）、Ｕ（３，２）・・・、Ｕ（ｎ，２）・・・、Ｕ（ｐ，ｑ）、・・・、Ｕ（１，Ｌ）、Ｕ（２，Ｌ−１）、Ｕ（３，Ｌ）、・・・、Ｕ（ｎ，Ｌ） ・・・・ （２）
照射配列のｎ＋１番目、ｎ＋２番目、ｎ＋３番目の画素列はそれぞれＵ（１，２）、Ｕ（２，１）、Ｕ（３，２）となり、両端のサブビームＬＢｓｅであるＵ（２，１）の隣接画素列は中央のサブビームＬＢｓｃの照射を受けている。以降、この状態を「両端のサブビームＬＢｓｅが孤立している」と呼ぶ。つまり、本変形例は、全ての両端のサブビームを孤立させるようなレーザーの照射方法とも言える。
【００６９】
一方、そのｎ画素列前の２番目の画素列は、照射配列Ｕ（２、Ｌ）で両端のサブビームＬＢｓｅの照射を受けているが、１番目と３番目の画素列も両端のサブビームＬＢｓｅで照射を受けており、照射配列がＵ（２、Ｌ）の画素４３は孤立していない。
【００７０】
ここでＵ（２）について、ｎ画素列分だけ（ｎ、Ｌの値が大きくなる方向に）ずらす操作を行っているが、ｎ画素列でｎ台の光学ユニット１３が一巡しているので、この操作を「Ｕ（２）を＋１シフトさせる」と呼ぶことにする。ｎで一巡する周期がＬ回繰り返されるので、＋Ｌのシフトは０のシフトに等しい。
【００７１】
また、照射配列に対して、各光学ユニット１３のシフトの量を光学ユニット１３の順に並べたｎ個の数字から並ぶ配列をシフト配列と呼ぶことにする。即ち、列（１）はシフト配列で表記すると（０，０，０・・・，０）となり、同様に列（２）は（０，１，０・・・，０）となる。
【００７２】
上述のように、＋１のシフトでは両端のサブビームＬＢｓｅのうちの１つしか孤立させることができない。従って、Ｕ（２）の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させるためには、＋２以上のシフトが必要になる。つまり、Ｕ（２）の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させるために、シフト配列を（０，２，０・・・，０）にする。
【００７３】
次に、Ｕ（３）について述べる。Ｕ（２）は、既に＋２シフトされており、Ｕ（３）と両端のサブビームＬＢｓｅ同士は隣接していない。従って、Ｕ（３）のシフト量は０でよい。
【００７４】
次にＵ（４）について述べる。Ｕ（３）のシフト量は０であるため、Ｕ（１）と同じように考えることが出来る。従って、Ｕ（４）は＋２シフトさせることで、Ｕ（３）の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることができる。この操作を繰り返すとシフト配列は（０，２，０，２，０，２・・・）となり、ｎが奇数ならば（０，２，０，２，０，２・・・，０）、ｎが偶数ならば（０，２，０，２，０，２・・・，２）となる。
【００７５】
Ｕ（ｎ）とＵ（１）とを考えると、照射を受ける画素列はＵ（ｎ）とＵ（１）とで隣接するので、Ｕ（ｎ＋１）＝Ｕ（１）である。従って、上記のシフト配列のうち、ｎが偶数の場合のシフト配列（０，２，０，２，０，２・・・，２）は全ての光学ユニット１３の両端のサブビームを孤立させることが出来るので問題はない。しかし、ｎが奇数の場合のシフト配列（０，２，０，２，０，２・・・，０）は、Ｕ（１）とＵ（ｎ）とのシフト量が同じになり、Ｕ（１）とＵ（ｎ）との両端のサブビームＬＢｓｅは孤立しない。この場合、Ｕ（ｎ）をさらに＋２シフトさせ、シフト配列を（０，２，０，２，０，２・・・，４）とすれば良い。
【００７６】
説明の便宜上、シフト配列の１例を示したが、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることが出来れば、シフト配列は上記のものに限定されない。また、Ｌが十分に大きく、シフト量に制限が無いものとして説明した。しかしながら、ｎが奇数の場合、シフト量が０から４まであるため、Ｌは８（前述のようにＬは偶数である）以上必要になる。即ち、Ｌ≧８ならばｎの値によらず全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることが出来るシフト配列が少なくとも１つ存在する。
【００７７】
次にＬ＝６の場合について述べる。まずｎが偶数の場合、シフト配列を（０，２，０，２，０，２・・・）とすれば全てのサブビームＬＢｓを孤立させることが出来る。ただし、ｎが奇数の場合、シフト配列を（０，２，０，２，０，２・・・）とすると、Ｕ（ｎ）のシフト量は０、＋２及び＋４のいずれの場合でもＵ（ｎ）の両端のサブビームＬＢｓｅのうちの少なくとも１つはＵ（１）の両端のサブビームＬＢｓｅと隣接してしまう。
【００７８】
この場合、Ｕ（ｎ）の代わりにＵ（ｎ−１）のシフト量を＋４にして、Ｕ（ｎ）のシフト量を＋２にする。即ち、シフト配列は（０，２，０，２，０，２・・・，０，４，２）となる。すると、Ｕ（ｎ−１）とＵ（ｎ−２）とは、＋４シフトがずれている。そのため、両端のサブビームＬＢｓｅは孤立し、Ｕ（ｎ）とＵ（ｎ−１）とは＋２シフトずれているため、両端のサブビームＬＢｓｅは孤立する。そして、Ｕ（ｎ）とＵ（１）とは＋２シフトずれているため、両端のサブビームＬＢｓｅが孤立する。即ち、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることが出来る。説明の便宜上、Ｌ＝６の場合のシフト配列の１例を示したが、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームを孤立させることが出来れば、シフト配列は上記のものに限定されない。
【００７９】
次にＬ＝４の場合について述べる。この場合、シフト量は＋３までであり、ｎの値によらず全ての両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させるようなシフト配列は存在しない。
【００８０】
次に最小のＬであるＬ＝２の場合について述べる。この場合、全てのサブビームＬＢｓは両端のサブビームＬＢｓｅであるため、両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることはできない。但し、４分岐、あるいは２分岐の場合は、そもそも分岐数が少なく、扇状に進行する２本のサブビームＬＢｓは元のレーザービームの光軸からの角度はそれほど大きく離れることはない。従って、ＤＯＥやｆθレンズ２６の加工精度や配置精度の誤差の影響はあまり受けないため、本変形例の照射方法を用いなくても、同一の光学ユニット１３内でのサブビームＬＢｓのばらつきはあまり問題にならない。
【００８１】
また、４分岐、あるいは２分岐の場合でも、実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１を用いて、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に２つに分岐したサブビームＬＢｓ（ＬＢｓｅ）を走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓ（ＬＢｓｅ）のピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、隣接する画素４３をｎ台の中の別の光学ユニット１３のサブビームＬＢｓによって照射することは、光学ユニット１３のばらつきに対して発生するディスプレイの画素の発光ばらつきを認識させ難くするのに有効である。
【００８２】
図７を参照して、レーザービームＬＢを６本のサブビームＬＢｓに分岐する２台の光学ユニット（以下Ｕ（１）、Ｕ（２）とする）を備える半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によるレーザー照射について説明する。Ｕ（１）、Ｕ（２）は、それぞれ６本のサブビームを照射しており、画素ピッチをａとすると、サブビームＬＢｓのピッチは２×ａである。図７においては、ｍ＝１での例を示す。なお、２台の光学ユニット１３であるＵ（１）及びＵ（２）の内、Ｕ（１）からｋ−１回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７１として表示し、Ｕ（２）からｋ回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７２として表示し、Ｕ（１）のｋ回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７３として表示し、Ｕ（２）からｋ＋１回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７４として表示し、Ｕ（１）からｋ＋１回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７５として表示している。
【００８３】
Ｕ（１）の両端のサブビーム７３のうち、紙面上側にある両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８は、サブビーム７２のうちの２本の中央のサブビームＬＢｓｃによって照射される画素列７８の間の画素列７８に照射されている。また、サブビーム７３のうち、紙面下側にある両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８はＵ（２）のｋ＋１回目の走査で照射されるサブビーム７４のうちの２本の両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８に挟まれている。すなわち、この場合、Ｕ（１）の両端のサブビームＬＢｓｅは孤立している。
【００８４】
同様に繰り返しを見ていくと、Ｕ（１）及びＵ（２）の両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８は、すべてもう１台の光学ユニット１３の中央のサブビームＬＢｓｃによって照射を受けていることが分かる。ちなみに、上記の場合のＵ（１）及びＵ（２）の照射の方法をこれまで説明したシフト配列で表記すると（０，２）になる。このような照射方法を行うことで、ディスプレイの発光ばらつきのでやすい両端のサブビームＬＢＳｅによって照射される画素列７８を中央のサブビームＬＢｓｃによって照射される画素列７８で挟み込むことができ、ディスプレイの画素の発光ばらつきを使用者に認識されにくくすることが出来る。
【００８５】
（実施の形態２）
以下に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ａ及びＡｃ２ｂについて説明する。半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ａ及びＡｃ２ｂを、実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２と呼ぶ。なお、実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１と、実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２とを、本発明に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃと呼ぶ。
【００８６】
半導体薄膜結晶化装置Ａｃは、少なくともｎ台（ｎは２以上の整数）のレーザーの照射を行う光学ユニット１３と、レーザーが照射されるガラス基板１４に形成される画素のピッチをａとした場合に、ａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチでレーザービームＬＢを等間隔のサブビームＬＢｓに分岐する各光学ユニット内の光学系と、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓの照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、照射された画素４３と隣接する画素４３をｎ台の中の別の光学ユニットによって照射することができる制御機構とを有している。なお、実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２は、上述の実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１と基本的に同様に構成されており、少なくともｎ台（ｎは２以上の整数）の光学ユニット１３を有しているので生産性が高い。
【００８７】
また、サブビームＬＢｓが照射されるガラス基板１４上に形成される画素４３のピッチをａとした場合、ａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチでレーザービームＬＢを等間隔のサブビームＬＢｓに分岐する各光学ユニット１３内の光学系と、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓの照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、照射された画素４３と隣接する画素４３とをｎ台の中の別の光学ユニット１３によって照射することができる制御機構とを有している。結果、複数台の光学ユニット１３を用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化アニールする場合でも、光学ユニット１３毎のアニールのばらつきの影響を抑制できる。
【００８８】
複数台の光学ユニット１３を並べる場合は、光学ユニット１３同士が接触干渉しないように、図８に示す半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ａのようにガントリ１２の前後に配置したり、また図９に示す半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ｂのようにガントリ１２を複数設けて、それぞれに複数の光学ユニット１３を配置しても良い。
【００８９】
また、ここまで分岐光学系を有する複数台の光学ユニットが照射する画素列、即ち操作方向に直交する方向について説明してきたが、本発明のレーザーアニールの照射方法及び装置は走査方向に関しては特に制限を有していない。１回の走査で基板の走査方向全体を走査して照射しても良いし、パネルの面付け毎に走査を分割しても良い。
【００９０】
さらに、本実施の形態に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２は、少なくともｎ台の光学ユニット１３を有している。従って、複数回の走査で１台の光学ユニット１３が操作方向に直交する方向の画素列全体を照射しても良いし、ディスプレイパネルの面付け数に応じて、複数台の光学ユニット１３のうちの一部の光学ユニット群はガラス基板１４の一部の領域を照射するように照射領域を分割しても良い。
【００９１】
例えば、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２に、光学ユニット１３を２×ｎ台搭載し、操作方向に直交する方向、即ちガントリ１２の軸の方向でガラス基板１４を２分割し、その右側をガントリ１２に取り付けられた光学ユニット１３のうち右側半分にある複数の光学ユニット１３で照射するようにし、左側をガントリ１２に取り付けられた光学ユニット１３のうち左側半分にある複数の光学ユニット１３で照射することができる。
【００９２】
また、上記のように照射する領域を基板の面付けに応じて変えるという構成をとる場合、生産するディスプレイパネルの品種が変わり、ガラス基板１４の面付け数が変わった場合でも光学ユニット群の数と１群あたりの光学ユニット１３の台数、ガラス基板１４の照射領域の分割方法の組み合わせを適切に変えることができる。
【００９３】
例えば、６台の光学ユニット１３を有する半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２のステージ１１上に載置されているガラス基板１４上にディスプレイパネルが３×３面付けになっている場合には、６台の光学ユニット１３を２台、２台、２台の３群に分ける。そしてディスプレイパネルが２×２面や４×４面付けになっている場合には、６台の光学ユニット１３を３台、３台の２群に分けることができる。即ち、ｎ＝２として６台の光学ユニット１３を、３×ｎ台の光学ユニット１３として扱うこともできるし、ｎ＝３として６台の光学ユニットを２×ｎ台の光学ユニットとして扱うこともできる。
【００９４】
ただし、この場合、ｎが変わるため、光学ユニット群の数によってサブビームＬＢｓの分岐のピッチの値が変化することに留意しなければならない。サブビームＬＢｓの分岐のピッチはＤＯＥを交換することで変更できる。また、ＤＯＥを回転すると分岐のピッチが変わるため、ＤＯＥを回転してピッチを変更することも可能である。また、ズームを有する光学系を使用することでも、ピッチを変更できる。
【００９５】
このように、本発明に係る半導体薄膜結晶化装置は、面付け数の違いによる装置当たりの生産性の変化は少なく、前後の工程と連動して安定して生産を行うことができる。以上の説明により、本発明の半導体薄膜結晶化装置及び正結晶化方法を用いることで、生産性を高めるために複数台の光学ユニットを用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化アニールする場合でも、光学ユニット毎のアニールのばらつきの影響を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、高品質の液晶ディスプレイパネルや有機ＥＬディスプレイパネルの生産に利用できる。
【符号の説明】
【００９７】
Ａｃ、Ａｃ１、Ａｃ２、Ａｃ２ａ、Ａｃ２ｂ、Ａｃｃ 半導体薄膜結晶化装置
１１、１０１ ステージ
１２、１０２ ガントリ
１３、１０３ 光学ユニット
１４、１０４ ガラス基板
ＬＢ、Ｌｂ レーザービーム
ＬＢｓ’、ＬＢｓ、ＬＢｓｃ、ＬＢｓｅ サブビーム
２３ ビームシェイパー
２４ ビーム分岐手段
２６ ｆθレンズ
３２ ゲート電極
３３ ゲート絶縁膜
３４ 非晶質シリコン膜
４１ ゲート電極が形成されている領域
４２ サブピクセル
４３ 画素
５１ ｙ方向に走査する場合に照射するサブビームの長軸幅
５２ ｘ方向に走査する場合に照射するサブビームの長軸幅
６１ａ、６１ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（１）の１回目の走査により照射されるサブビーム
６２ａ、６２ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（２）の１回目の走査により照射されるサブビーム
６３ａ、６３ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（１）の２回目の走査により照射されるサブビーム
６４ａ、６４ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（２）の２回目の走査により照射されるサブビーム
７１ 実施の形態１の変形例におけるＵ（１）のｋ−１回目の走査により照射されるサブビーム
７２ 実施の形態１の変形例におけるＵ（２）のｋ回目の走査により照射されるサブビーム
７３ 実施の形態１の変形例におけるＵ（１）のｋ回目の走査により照射されるサブビーム
７４ 実施の形態１の変形例におけるＵ（２）のｋ＋１回目の走査により照射されるサブビーム
７５ 実施の形態１の変形例におけるＵ（１）のｋ＋１回目の走査により照射されるサブビーム
７８ 画素列
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された非晶質半導体薄膜にレーザービームを照射して、非晶質半導体薄膜を結晶化する装置、及びそれを用いた結晶化方法に関し、特に詳述すれば、レーザービームを照射する光学ユニットを複数有して生産性を高めた半導体薄膜結晶化方法及び半導体薄膜結晶化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶ディスプレイに対して、６０インチを超える大型化及び４０００×２０００画素から成る４Ｋ２Ｋ等の従来のハイビジョンよりも高精細なビデオフォーマットへの対応が求められている。このような大型化及び高精細化の要求を満たすためには、液晶ディスプレイに用いられるＴＦＴの半導体層の高移動度化が必須である。また、次世代のディスプレイと期待される有機ＥＬディスプレイに用いられるＴＦＴにも高移動度化が求められている。
【０００３】
大面積の基板上に形成されるＴＦＴの高移動度化のためには、例えば、ＴＦＴの半導体層として用いられる非晶質シリコンを効率良く多結晶化させて、低温ポリシリコンやマイクロクリスタルシリコン等の多結晶構造に変化させる必要がある。そのために、一括で大面積のシリコン薄膜を効率よく結晶化させることができるラインビーム照射方式のアニール装置が提案されている。図１０に、従来のラインビームによる結晶化装置の一例を示す。結晶化装置Ａｃｃは、レーザーステージ１０１、ガントリ１０２、及び光学ユニット１０３を含む。光学ユニット１０３は、ミラー及びレンズなどの光学素子（図示せず）を含み、レーザー発振源（図示せず）から供給されたレーザービームをライン状に整形して、レーザーステージ１０１に載置された基板１０４の表面で合焦するようにラインビームＬｂを照射する。基板１０４上の非晶質シリコン膜は、レーザービームで加熱されて、結晶化されてレーザーアニールされる。つまり、結晶化装置Ａｃｃは半導体薄膜結晶化装置（以降、必要に応じて「レーザーアニール装置」と呼ぶ）である。
【０００４】
レーザーアニール装置を用いるとレーザービームが半導体層で直接吸収され熱に変化して、この熱によって半導体層がアニールされる。レーザーアニール装置に用いるレーザー発振源としては、高出力で照射可能であるエキシマーレーザーが広く用いられている。エキシマーレーザーを用いたレーザーアニール装置の場合、数百ｍｍの照射幅をもつライン状のレーザービームＬｂを基板１０４に照射して、ラインの軸と直交する方向に基板１０４とレーザービームＬｂを相対走査させて順次基板１０４の表面の非晶質シリコン膜をアニールする。
【０００５】
エキシマーレーザーはレーザー発振源に、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌ（塩化キセノン）や、波長３５１ｎｍのＸｅＦ（フッ化キセノン）などのガスを用いるガスレーザーである。エキシマーレーザーでは、レーザーの安定性を保つためには頻繁にこれらのガスを交換する必要があり、メンテナンスが煩雑である。メンテナンスの煩雑さを解消するべく、メンテナンスが容易な固体レーザーを使ってレーザーアニールを行うという方法がある。特に発振源が安価で安定性が高く、メンテナンスが容易なＹＡＧレーザーの第２次高調波の連続波（波長５３２ｎｍ、以降「グリーンレーザー」と呼ぶ）を用いる方法を好適な例として挙げることができる。
【０００６】
レーザーアニールの生産性を高める種々の技術が考案されている。特許文献１では光学ユニットを増やさずに、生産性の向上を図る方法が提案されている。具体的には、分岐光学系を有する光学ユニットを用いてラインビームを分割し、元のラインビームから画素幅と同じピッチで分割されたビーム（以降、「サブビーム」と呼ぶ）間の非照射領域と、アニールを行う基板の照射不要領域（これから基板上に形成する画素のうち、トランジスタが形成されない領域）とを一致させ、サブビームを照射が必要な領域のみに照射する。これにより実質的に照射幅を広げ、装置１台あたりの生産性を高くする。
【０００７】
特許文献２では、光学ユニットを増やして、生産性の向上を図る方法が提案されている。具体的には、グリーンレーザーの発振源と、レーザーの形状と照射方向とを調整するレンズなどの光学素子などを有して基板にレーザービームの照射を行う光学ユニット（以降、「光学ユニット」と呼ぶ）を複数台搭載する。そして、これら複数の光学ユニットから複数のレーザービームを同時に基板に照射して、装置１台あたりの生産性を高くする。
【０００８】
特許文献３では、レーザーアニールによるシリコン薄膜の結晶化を均一に行う技術が提案されている。具体的には、複数台の光学ユニットを搭載したレーザーアニール装置を用いてディスプレイパネルを生産する場合に、基板上に複数のディスプレイパネルを多面付けで形成するにあたって、基板上の１つのディスプレイパネルは複数台の光学ユニットのうちの１台のみでアニールをされるように構成される。
【０００９】
特許文献４では、複数台の光学ユニットのそれぞれで照射される画素を基板の縦横両方向に混在させる技術が提案されている。具体的には、基板上に多面付けされるディスプレイパネルの１枚を複数台の光学ユニット（以降、「隣接した光学ユニット」と呼ぶ）で分担してレーザービームを照射し、アニール処理を行う。隣接した光学ユニットのそれぞれに対して、ディスプレイパネルのうちのある部分はそれぞれの光学ユニットのみによって照射を行う。ただし、隣接した光学ユニットがそれぞれ照射する照射エリアが隣接する部分を境界領域とし、境界領域は隣接した光学ユニットの両方で照射を行う。なお、それぞれの光学ユニットで照射される画素は基板の縦横両方向に混在させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００８−６０３１４号公報
【特許文献２】特許第４４１０９２６号公報
【特許文献３】特開２００４−１５３１５０号公報
【特許文献４】特開２００８−２７０５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述のグリーンレーザーはエキシマーレーザーと比較して発振源の出力が低く、ラインビームの照射幅をエキシマーレーザーのように広く出来ない。ディスプレイパネルを作成する基板のサイズにもよるが、エキシマーレーザーは上述のように照射幅が広く、ディスプレイパネルの短辺方向全体をカバーできる。結果、エキシマーレーザーでは照射の走査数は１回ないし数往復でよい。これに反して、照射幅が狭いグリーンレーザーでは、基板全体を照射するためには数十往復の走査を必要とする。つまり、グリーンレーザーでは、基板１枚あたりのアニールに掛かる時間が長く、装置１台あたりの生産性が低いという問題を有する。
【００１２】
装置１台あたりの生産性が低いという問題の解消に関して、上述の特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献４で提案されている技術のそれぞれについて以下にのべる。
【００１３】
先ず、特許文献１では、生産性を高める技術が開示されているが、開示された方法による生産性の向上の割合を見積もった場合、特に画素ピッチが小さい高精細なディスプレイを作成するためのＴＦＴ基板や画素内のトランジスタ数が液晶ディスプレイと比較して多く、照射が必要な領域の割合が高い有機ＥＬディスプレイ用のＴＦＴをレーザーアニール処理しようとすると、装置の生産性を十分に向上させるには他の追加の手段を必要とすることが分かる。
【００１４】
一例を挙げると、有機ＥＬディスプレイ用ＴＦＴを作成する場合、回路の設計にもよるが、１画素（本明細書においては、１画素とはフルカラーディスプレイの場合はフルカラーを表示する画素を構成する複数の発光部を形成するための各色のサブピクセルのことを指す）の中にトランジスタは３〜５個配置されており、照射が必要な領域の面積は画素全体の面積の半分程度になっていることが多い。また、レーザービームの照射位置精度や、照射方向に垂直な軸側（以降、「長軸」と呼ぶ）の裾の部分の幅を位置精度のマージンとして組み込む必要がある。そのために、分岐光学系を用いてレーザービームを分岐させた場合の元の照射幅に対する実質的な照射幅の拡大の割合、即ち生産性の向上の割合を見積もると、元の装置の生産性に対して高々１５０〜１８０％程度にしかならならず、生産性向上の効果は不十分である。
【００１５】
これに対して、特許文献２では、光学ユニットを複数台搭載しているので、装置の生産性は単純にユニットの搭載台数にほぼ比例して向上する。つまり、特許文献１に比べて装置１台あたりの生産性向上の度合いは高い。なお、「ほぼ比例」とは、照射を行わない時間、即ち基板のロード、アンロード、及びアライメントなど照射の為の準備に要する時間は光学ユニットの搭載台数とは無関係であるためである。
【００１６】
しかしながら、特許文献２のように光学ユニットを複数台搭載した場合、各々の光学ユニットから照射されるレーザービームのエネルギー密度や長軸方向の均一性、走査方向（レーザービームの短軸側）のビームプロファイルの半値幅などに、わずかにばらつきが発生する。この光学ユニット毎に生じるレーザービームのわずかなばらつきにより、異なる光学ユニットで照射を受けたそれぞれの画素の間では、そのトランジスタ特性がわずかに異なる。このトランジスタ特性のばらつきが、ディスプレイの画素の発光ばらつきとして人の目に認識されてしまう。発光ばらつきを抑えるためには、レーザー発振源の調整やレンズ及びミラーなどの光学素子の調整を入念に行う必要がある。
【００１７】
光学素子の調整を入念に行っても、量産時の長時間連続運転時においては経時で光学ユニット毎にわずかなばらつきが発生してしまうのが実情である。このように複数台の光学ユニットを搭載したレーザーアニール装置を用いてディスプレイパネルを生産する場合、異なる光学ユニットから照射されたレーザービーム間のばらつきがあったとしても、ディスプレイの画素の発光ばらつきとして使用者に認識されにくくするような対策が求められる。上述のように、レーザーアニールにおいては生産性の向上とともに、結晶化の均一性も課題である。
【００１８】
これらの課題に対して、特許文献３に開示されている技術を用いると、それぞれのパネル面内は必ず同じレーザービームでアニールをされるために、画素の発光特性はレーザービームのばらつきの影響を受けない。しかしながら、特許文献３の方法を用いてディスプレイパネルを生産した場合、照射時の走査方向に垂直な方向に配置されるパネルの面付けの数よりも照射に用いる光学ユニットの数を多くすることは出来ない。例えば３×３の９面付けの基板を照射する場合は、縦横どちらに走査するとしても、３台以上の光学ユニットを使うことは出来ない。そのため、生産するディスプレイの面付け数に応じて、装置の生産性が変わり、面付け数によらず生産タクトが一定である前後の工程とタクトタイムが合わなくなってしまうため、必ずしも最良の解決手段ではない。
【００１９】
また、特許文献４に開示されている技術を用いると、隣接した光学ユニットをそれぞれ光学ユニットＡ及び光学ユニットＢとすると、パネルの中には照射時の走査方向に垂直な方向で光学ユニットＡのみで照射される領域と、光学ユニットＡ及び光学ユニットＢの両方で照射される境界領域、光学ユニットＢのみで照射される領域とが順番に並ぶ。つまり、光学ユニットＡと光学ユニットＢのばらつきによるディスプレイの画素の発光ばらつきが境界領域で挟まれるために、ばらつきは使用者に認識されにくくなる。
【００２０】
しかしながら、特許文献４の方法によってディスプレイパネルを生産した場合、複数の光学ユニットによって照射される境界領域に形成する２次元方向の混在パターンの精細度（例えば市松模様の個々の四角の１辺）が重要である。つまり、この精細度が低いと、照射箇所を混在させて画素の全体的な発光の均一化を図ったとしても、その混在パターンそのものが使用者の目に認識されてしまう。これを避けるには混在パターンの精細度を高くする必要がある。そのためには、１本のレーザービームの照射幅を小さくしなければならない。しかし、複数台の光学ユニットを搭載したとしても、光学ユニット１台あたりの照射処理能力に制限があるので、装置の生産性向上が制限されてしまう。
【００２１】
本発明は、上述の問題に鑑みて、複数台の光学ユニット毎のアニールのばらつきの影響を抑制できる結晶化方法及び結晶化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するために、本発明の半導体薄膜結晶化方法は、ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニットのそれぞれで、第１のレーザービームをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームに分岐して基板に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化方法であって、前記基板上に形成される画素が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチで離間する場合、前記第２のピッチ内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を、前記ｎ台の光学ユニットのある一台とは別の一台の光学ユニットによって照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、複数台の光学ユニットのそれぞれのばらつきの影響を抑えて、半導体薄膜を結晶化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の光学ユニットを模式的に示す側面図である。
【図３】図１の半導体薄膜結晶化装置によるレーザーアニール工程が施される前の状態の基板の断面図である。
【図４】図３の基板を一部を上方から見たときの平面図である。
【図５】基板走査方向とサブビームの長軸幅との関係を示す説明図である。
【図６】図１の半導体薄膜結晶化装置におけるサブビームの照射方法の説明図である。
【図７】図１の半導体薄膜結晶化装置の変形例におけるサブビームの照射方法の説明図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置を模式的に示す斜視図である。
【図９】図８に示した半導体薄膜結晶化装置の異なる形態を模式的に示す斜視図である。
【図１０】従来の半導体薄膜結晶化装置を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に図１、図２、図３、図４、図５、図６、及び図７を参照して本発明の実施の形態１、図８及び図９を参照して本発明の実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化方法及び結晶化装置について説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置を示す。半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、ステージ１１、ガントリ１２、及び光学ユニット１３を含む。光学ユニット１３は、それぞれ図示されていないミラー及びレンズなどの光学素子と、レーザービームをその長軸方向に分岐させる分岐光学系と、レーザービームを供給するレーザー発振源とを含む。光学ユニット１３は、レーザー発振源から供給されたレーザービームから、複数本のサブビームＬＢｓを生成して、ステージ１１に載置されたガラス基板１４の表面に合焦するように照射する。
【００２７】
照射された複数のサブビームＬＢｓは、ガラス基板１４で熱に代わり、ガラス基板１４上に成膜されている非晶質シリコン膜が加熱されて、再結晶化されてアニールされる。なお、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、生産性向上のためにサブビームＬＢｓを照射する光学ユニット１３をｎ台（ｎは２以上の整数）搭載している。図１に示す例では、４台（ｎ＝４）の光学ユニット１３が搭載されているが、搭載台数は２台以上（ｎ≧２）であれば特に制限は無い。光学ユニット１３の搭載台数は、照射する基板の面積、光学ユニット１３の１台あたりの照射処理能力、及びアニール工程のタクトタイムに応じて決定すれば良い。
【００２８】
レーザー発振源は、照射するレーザーによってガラス基板１４上の非晶質シリコン膜を結晶化させることが出来るものであれば制限はないが、特にメンテナンスが容易な波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザー第２次高調波の連続波（グリーンレーザー）を好適に用いることができる。１台の光学ユニット１３に接続するレーザー発振源の数は１台でも複数台でも良いが、装置の生産性を高めるためには、１台の光学ユニット１３に接続するレーザー発振源を複数台にして、レーザービーム（サブビームＬＢｓ）の出力を大きくし、光学ユニット１３の１台あたりの照射処理能力を向上させることが好ましい。複数台のレーザー発振源から供給されるレーザービームは、ファイバーやフライアイレンズなどを通して１箇所に重畳され、光学ユニット１３において１本のレーザービームに合成される。ただし、１台で十分な出力のレーザービームが得られる高出力の発振源を用いることができる場合にはこのようなビームの合成は行わなくてよい。
【００２９】
図２を参照して、光学ユニット１３について説明する。光学ユニット１３は、ビームシェイパー２３、ビーム分岐手段２４、及びｆθレンズ２６を含む。ビームシェイパー２３は、レーザー発振源より供給されたレーザビームを、ガラス基板１４上に照射される時に走査軸と直交する向きの軸（長軸）方向に、トップハット形状のプロファイルを有するラインビームに整形してレーザービームＬＢをビーム分岐手段２４に出力する。この場合、長軸と直交する向き、即ち基板走査方向（以降、「短軸」と呼ぶ）のプロファイルには特に制限は無く、ガウシアン形状でもトップハット形状でも良い。
【００３０】
レーザービームＬＢは、ビーム分岐手段２４にて複数のサブビームＬＢｓ’に分岐される。入射光を複数に分岐する光学素子は、ビームスプリッターや回折格子などいくつかあるが、本発明においてはビーム分岐手段２４としては高い分岐精度を得ることができる回折格子（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ：以降、「ＤＯＥ」と呼ぶ）が好適に用いられる。通常、ＤＯＥは石英やガラスなどを基板にして、ドライエッチング加工などにより、表面に周期的な凹凸の微細模様が形成されている。ＤＯＥを通ったレーザービームＬＢは、ＤＯＥ表面の凹凸により回折が発生し、元の光軸に対してそれぞれ一定の角度を持った複数のサブビームＬＢｓ’に分岐される。
【００３１】
上述のように、本明細書においては、元のレーザービームＬＢに対して、ＤＯＥを通過し、分岐されたビームをサブビームＬＢｓ’と呼んで識別する。なお、レーザービームＬＢとサブビームＬＢｓ’とを包括して表現する場合は単にレーザーと呼ぶものとする。分岐され、扇状に進行するサブビームＬＢｓ’は、ｆθレンズ２６を通過することで各サブビームＬＢｓ’が平行な向きに進行するサブビームＬＢｓになる。サブビームＬＢｓ同士の中心間距離は、ＤＯＥの設計及び配置によって設定することができる。サブビームＬＢｓの適切な中心間距離については後述する。
【００３２】
またサブビームＬＢｓのプロファイルは、元のビーム（レーザービームＬＢ）のプロファイルをほぼ維持する。ただし、当然ながらサブビームＬＢｓ（サブビームＬＢｓ’）は分岐されたビームであるため、そのエネルギー密度は元のビーム（レーザービームＬＢ）の分岐数分の１以下になっている。
【００３３】
また本発明においてサブビームＬＢｓ（サブビームＬＢｓ’）の分岐数は、特に限定はされない。しかし、あまり分岐数が多いとサブビームＬＢｓの１本あたりのエネルギー密度が低下し、照射エネルギーの低下によって非晶質シリコン膜の結晶化がうまく進まなくなる為、発振源の出力に応じて適切に決められる。ただしＤＯＥは、その原理上、奇数個のサブビームへの分岐を行うとサブビームの強度を揃えることが難しいため、通常はサブビームの分岐数は偶数（図２の例では４本）である。
【００３４】
上述の光学系を通過して、光学ユニット１３から出射したサブビームＬＢｓは、ガラス基板１４の表面で焦点が合うように光学設計されているため、合焦してガラス基板１４の表面に照射される。本実施の形態において好適に使用されるグリーンレーザーは、非晶質シリコンに対する吸収係数が比較的低く、透過しやすいため、ガラス基板１４の表面に到達したサブビームＬＢｓは、非晶質シリコンの膜深くにまで到達することができ、膜の深さ方向に均一に吸収されて熱に変わり効率的にシリコン膜を結晶化することができる。さらに、レーザー照射によって半導体層を結晶化するＴＦＴ基板でボトムゲート型トランジスタを形成する場合、半導体層の下部にはゲート絶縁膜層とトランジスタ形状に応じたゲート電極が形成されている。そのため、一部のサブビームＬＢｓの光は下部のゲート電極表面で反射し、再度シリコン膜を通過して熱に変わるため、さらにアニールを効果的に行うことが出来る。
【００３５】
ガラス基板１４と光学ヘッド（光学ユニット１３）を、レーザービームＬＢの短軸方向に走査することにより、ガラス基板１４上の非晶質シリコン膜のうち、トランジスタが形成される部分の列全体をアニールすることができる。そして、１回の走査が終了する毎に、光学ヘッドをガントリ１２上で移動させて、ガラス基板１４上の別のトランジスタが形成される部分に対して走査を行う。この動作を繰り返すことで、ガラス基板１４全体のトランジスタの列をアニールできる。このように、複数台の光学ユニット１３の各々が照射する複数のサブビームＬＢｓが同時にガラス基板１４上の複数のトランジスタの列を照射すことにより、装置１台あたりの生産性を高くできる。
【００３６】
半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、複数台の光学ユニット１３を搭載しているために、上述のように、長期間連続の運転を行っていると、光学ユニット１３毎にレーザービームＬＢのプロファイルにわずかなばらつきが発生する。結果、アニールして結晶化したシリコン膜の膜質にわずかなばらつきが発生し、形成したトランジスタの電気特性にばらつき、特に移動度にばらつきが発生してしまう。この膜質にばらつきを有する結晶化シリコン膜に形成されたＴＦＴで液晶ディスプレイパネル、或いは有機ＥＬディスプレイパネル（以降、液晶ディスプレイパネルと有機ＥＬディスプレイパネルとを「ディスプレイパネル」と総称する）を作成すると入力信号に対する各画素の発光が画素毎にわずかにばらついてしまう。
【００３７】
しかしながら、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１において、照射されるガラス基板１４上に形成される画素のピッチをａとした場合、レーザー照射を行うｎ台の光学ユニット１３（ｎは２以上の整数）はａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチで照射光（サブビームＬＢｓ）を等間隔に分岐する光学系を有している。かつ、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチａの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素のうち、隣接する画素をｎ台の光学ユニット１３中の別の光学ユニット１３によって照射する機構が設けられている。
【００３８】
このため、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によって、非晶質シリコン膜の結晶化を行ったＴＦＴで作成したディスプレイパネルは、画素毎に詳細に観察すると、照射した光学ユニット１３毎にばらついているレーザービームＬＢ（サブビームＬＢｓ）の影響で発光の様子がばらついているのが認められる。しかし、アニールを行ったときの走査方向と垂直な方向に隣接する画素同士は必ず異なった光学ユニット１３で照射が行なわれているので、ばらつきの様子が均一化される。そのために、レーザビームＬＢ（サブビームＬＢｓ）の照射ユニット（光学ユニット１３）毎の画素の発光のばらつきの境界がない。よって、レーザー照射した光学ユニット１３の違いによる画素毎の発光のばらつきがあったとしてもディスプレイパネルの使用者はその境界を認識することが困難である。
【００３９】
図３に、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によるレーザーアニール工程が施される前の製造工程途中のボトムゲート型ＴＦＴ基板（以降、「被照射基板」と呼ぶ）の断面を模式的に示す。ＴＦＴを形成するガラス基板１４上には、モリブデンやモリブデンタングステンなどの高融点金属で形成されたゲート電極３２がパターニングされ、その上にゲート絶縁膜３３、及び半導体層のプリカーサとして非晶質シリコン膜３４が形成されている。化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）などにより成膜された非晶質シリコン膜は、レーザービーム（サブビームＬＢｓ）の照射時に膜中に含まれる水素が照射の熱で爆発的に気化し、シリコン膜が破裂してしまうこと（アブレーション）がある。このアブレーションを防ぐために、通常はレーザーアニールを行う前にバッチ式オーブンなどで脱水素アニールを行う。
【００４０】
図４に、被照射基板の一部を上方から見たときの概略を示す。ゲート電極が形成されている領域４１は、２つの直交する基板辺の向きに２次元的に周期的に配列されていて、これが最終的にはディスプレイの画素の配列になる。なお、紙面左右方向をｘ方向とし、紙面上下方向をｙ方向とする。ディスプレイパネルの画素配列には各種あるが、同図には、一般的なストライプ配列が例示されている。ストライプ配列とは、ディスプレイの画素４３がなす格子が正方形で、各画素が持っているサブピクセル４２（通常は赤青緑に発光する３つのサブピクセルで１つの画素をなしている）のうち、同じ色のサブピクセルが縦あるいは横に１列に並んだ配列を指し、ここでは同じ発光色のサブピクセルはｙ方向に並んでいる。
【００４１】
正方形の画素４３の１辺の長さ（画素ピッチ）は、ａ（μｍ）であり、サブピクセル４２はｘ方向に並んでいるため、サブピクセル４２が３つである場合、サブピクセル４２の大きさ、即ちピッチはｘ方向はａ／３（μｍ）、ｙ方向はａ（μｍ）である。ただし、発光色毎に発光の効率が大きく違っている場合などは、サブピクセル４２の大きさを変えた画素設計も行うこともある。例えば、フルカラー有機ＥＬディスプレイの場合、赤及び緑に比べて青の発光効率が悪いため、青のサブピクセル４２のサイズ（ｘ方向の幅）を赤及び緑のサブピクセル４２よりも大きくするということが行われているが、本発明においてはサブピクセル４２の大きさが色毎に異なっていても問題はない。
【００４２】
図５に、基板走査方向とサブビームＬＢｓの長軸幅との関係を示す。図５に示すように、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によって、ＴＦＴ基板のシリコン膜の結晶化を行う場合、アニール時の走査方向はｘ方向でもｙ方向でも構わない。但し、ｙ方向に走査してレーザー（サブビームＬＢｓの）照射を行う場合、照射するサブビームＬＢｓの長軸幅はビーム幅５１のように画素幅とほぼ等しくする必要がある。これに対して、ｘ方向に走査して照射を行う場合、サブビームＬＢｓの長軸幅は画素のうち、ゲート電極がある領域、即ちトランジスタが形成される領域だけに絞ってビーム幅５２の照射幅で照射を行うだけでよい。なお、照射されなかった部分の非晶質シリコン膜は結晶化されないが、この部分は後の工程で除去される部分であるため問題はない。照射幅（ビーム幅５２）を狭められる分だけ、レーザービームの利用効率を高めることができる。
【００４３】
被照射基板であるガラス基板１４は、搬送ロボット及びコンベヤなどによって上流の工程から搬送され、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１のステージ１１に戴置される。ガラス基板１４に形成されたアライメントマーク（通常はゲート電極と同時に形成される）がアライメントカメラで読みとられて、アライメントが行われて、サブビームＬＢｓの照射位置が決定される。
【００４４】
次に、光学ユニット１３から、ガラス基板１４にレーザビーム（サブビームＬＢｓ）が照射される。半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、上述のように、それぞれが分岐光学系を有するｎ台（ｎは２以上の整数））の光学ユニット１３を備えている。レーザー発振源から供給されたレーザービームは、この分岐光学系によりＬ本のサブビームＬＢｓに分岐される（Ｌは２以上の整数）。分岐した各サブビームＬＢｓのピッチは、ａ×ｎ×ｍ（μｍ）（ｍは１以上の整数）である。
【００４５】
分岐したサブビームＬＢｓの列の方向をｙ方向として画素４３上に照射し、ガラス基板１４と光学ユニット１３をｘ方向に相対的に走査し、画素列に対してはｘ方向に順次サブビームＬＢｓが照射される。このとき、ガラス基板１４（被照射基板）の画素４３のｙ方向の列に注目し、或る光学ユニット１３のＬ本のサブビームの１回目の走査で照射を受ける画素列のｙ方向の位置の一方の端を１列目とすると、照射を受ける画素列は、１列目、１＋ｎ×ｍ列目、１＋２×ｎ×ｍ列目・・・、１＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目、である。また、照射を行った光学ユニット１３をＵ（１）とする（光学ユニット１３はｎ台、即ちＵ（２）、Ｕ（３）・・・、Ｕ（ｎ）まである）。
【００４６】
１回目の走査が終わると、Ｕ（１）と被照射基板（ガラス基板１４）とは、走査方向と垂直の方向（本例においては、ｙ方向）にａ×ｎ×ｍ×Ｌだけ相対的に移動し、次の照射位置につく。Ｕ（１）の２回目の照射画素列のうち、１回目の照射位置に一番近い画素列は１回目の照射位置のうち、２回目の照射位置に一番近い画素列からｎ×ｍ画素列分だけ離れて隣接するので、２回目の走査で照射するｙ方向の画素列はＬ×ｎ×ｍ＋１列目、Ｌ×ｎ×ｍ＋１＋ｎ×ｍ列目、Ｌ×ｎ×ｍ＋１＋２×ｎ×ｍ列目・・・Ｌ×ｎ×ｍ＋１＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目、である。
【００４７】
さらに走査数ｋ（回目）に対しては、サブビームＬＢｓのｋ回目の走査で照射を受ける画素列のｘ方向の位置の一方の端は（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１列目になり、照射を受ける画素列は（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１＋ｎ×ｍ列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１＋２×ｎ×ｍ列目・・・、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋１＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目となる。
【００４８】
なお、上述の「隣接する」とは、光学ユニットＵ（ｎ）でｋ回目の走査で照射される両端の画素列とｋ±１回目の走査で照射を受ける画素列のうち、両端の画素列同士が分岐数分の画素列、即ちＬ−１列分だけ離れて隣接していることを指す。本例においては、ｍ＝１になる。ただし、ｍを２以上にして、ｋ±１回目の走査ではｍ−１走査分の照射列分を飛ばして照射を行ってもよい。この場合、光学ユニットＵ（ｎ）が被照射基板の照射エリアの端から端までｘ方向に順次移動して照射を行ったあと、光学ユニットＵ（ｎ）を引き返して残りの部分の照射を行うことになる。この動作をｍ回繰り返すことで、最終的にはｍ＝１の時と同様に照射すべき画素列を全て照射する。
【００４９】
さらに、１台目の光学ユニットＵ（１）が１列目の画素列を照射した後に、もしくは同時に２台目の光学ユニットＵ（２）が２列目の画素列を、３台目の光学ユニットＵ（３）が３列目の画素列を、・・・、ｎ台目の光学ユニットＵ（ｎ）がｎ列目の画素列を照射する。即ちＵ（ｎ）＝ｎとすると、走査ｋ回目の照射において、ｎ台目の光学ユニットは（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）＋ｎ×ｍ列目、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）＋２×ｎ×ｍ列目・・・、（ｋ−１）×（Ｌ×ｎ×ｍ）＋Ｕ（ｎ）＋（Ｌ−１）×ｎ×ｍ列目を照射する。
【００５０】
ｍ＝１或いはｍ≧２の何れの場合でも、レーザー（サブビームＬＢｓ）の照射走査を所定回数分行うことで、被照射基板（ガラス基板１４）のレーザーアニール（結晶化）工程を終える。このとき、被照射基板（ガラス基板１４）のｘ方向の画素列は、１走査目で照射を始めた側から順にＵ（１）、Ｕ（２）・・・、Ｕ（ｎ）、Ｕ（１）、Ｕ（２）・・・、Ｕ（ｎ）、・・・の光学ユニット１３で照射を受けており、隣接する画素列は常に異なる光学ユニット１３のサブビームＬＢｓで照射を受けている。
【００５１】
図６を参照して、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によるサブビームＬＢｓの照射方法について説明する。同図には、光学ユニット１３の数ｎ＝２、サブビームＬＢｓの分岐数Ｌ＝２の場合の例が示されている。つまり、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、レーザービームＬＢを２本のサブビームＬＢｓに分岐する２台の光学ユニット１３（以下Ｕ（１）及びＵ（２）とする）のそれぞれから出力された２本のサブビームＬＢｓをディスプレイ基板に照射している様子を示している。
【００５２】
光学ユニットＵ（１）及びＵ（２）は、ディスプレイの画素４３のピッチをａとした場合、ａ×２×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチで照射光を等間隔のサブビームＬＢｓに分岐する光学系を有しており、かつＵ（１）が基板上に分岐したサブビームを走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、このＵ（１）によって照射されなかった画素４３のうち、隣接する画素４３をＵ（２）によって照射する。
【００５３】
図６においては、ｍ＝１での例を示す。なお、説明の都合上、２台の光学ユニット１３であるＵ（１）及びＵ（２）の内、Ｕ（１）から１回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６１ａ及び６１ｂとして表示し、Ｕ（２）から１回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６２ａ及び６２ｂとして表示し、Ｕ（１）から２回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６３ａ及び６３ｂとして表示し、Ｕ（２）から２回目の走査により照射される２本のサブビームＬＢｓをサブビーム６４ａ及び６４ｂとして表示している。
【００５４】
従って、同図に示すように、画素列は上から順にサブビーム６１ａ、６２ａ、６１ｂ、６２ｂ、６３ａ、６４ａ、６３ｂ、６４ｂによって照射される。つまり、１画素列毎にＵ（１）、Ｕ（２）の２台の光学ユニット１３で交互に照射を受けており、Ｕ（１）とＵ（２）のサブビームＬＢｓ（レーザービームＬＢ）にばらつきがあり、これが原因でディスプレイの発光ばらつきがあったとしても、ばらつきが１画素レベルの精細さで平均化されるために、使用者にはそのばらつきを認識することは困難である。
【００５５】
上記の説明では、繰り返しの数ｍ＝１の場合を示しているが、次に、ｍ＞１の一例としてｍ＝２の場合について説明する。なお、繰り返しの数とは、繰り返しの数が１の時、光学ユニット１３の列が１回の走査を終えてガントリ１２の方向に移動し、次の回の走査に入る、という動作をガラス基板１４上の必要な照射領域に対して照射できるようにガントリ１２の一端から別の一端までステップ移動する際の各々の光学ユニット１３のガントリ１２への方向に片道移動する回数を指している。つまり、繰り返しの数ｍが１であればガントリの一端から別の一端まで１回の片道の移動をしながら走査、照射することでガラス基板１４基板上の必要な照射領域の全体に対して照射が行えることを表す。また、繰り返しの数ｍが２であれば、ガントリ１２の一端から別の一端まで２回の片道移動、即ち１往復の移動をしながら走査、照射することでガラス基板１４上の必要な照射領域の全体に対して照射が行えるということを意味している。
【００５６】
ｍ＝２の場合でも１画素列毎に、Ｕ（１）、Ｕ（２）の２台の光学ユニット１３で交互に照射する点では変わりはなく、時間軸での照射順が変化するのみである。即ち、ｍ＝１の場合は１回目の走査でサブビーム６１ａ、６２ａ、６１ｂ、及び６２ｂが照射され、２回目の走査でサブビーム６３ａ、６４ａ、６３ｂ、及び６４ｂが照射される。一方、ｍ＝２の場合は、１回目の走査でサブビーム６１ａ、６２ａ、６３ａ、及び６４ａが照射され、２回目の走査でサブビーム６１ｂ、６２ｂ、６３ｂ、及び６４ｂが照射される。しかし上述のように、照射するサブビームＬＢｓと照射される画素列の組み合わせは同じである。
【００５７】
このように、照射した光学ユニット１３毎に、ばらついているレーザービームＬＢ（サブビームＬＢｓ）の影響で、画素の発光の様子がばらついていたとしても、アニールを行ったときの走査方向と垂直な方向に隣接する画素列同士は常に異なった光学ユニット１３（Ｕ）で照射が行なわれているため、ばらつきの様子が均一化される。従って照射する光学ユニット１３毎の発光のばらつきの境界がなくなる。よって画素４３毎の発光のばらつきがあったとしても、ディスプレイパネルの使用者にはその境界を認識することが困難になる。また、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、光学ユニット１３を少なくともｎ（ｎは２以上の整数）台搭載しており、さらに、分岐光学系によって１本のレーザービームＬＢがＬ本のサブビームＬＢｓに分岐されているために、１回の走査動作でｎ×Ｌ列の画素列を同時に照射でき生産性が高い。
よって本発明は生産性を高めるために複数台の光学ユニットを用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化アニールする場合でも、光学ユニット１３毎のアニールのばらつきの影響を抑制でき、本発明の目的を実現するものである。
【００５８】
以下に、上述の半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１の変形例について説明する。上述のように、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、被照射基板（ガラス基板１４）上に形成される画素４３のピッチをａとした場合、レーザー照射を行うｎ台の光学ユニット１３（ｎは２以上の整数）は、ａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチで照射光（レーザービームＬＢ）を等間隔に分岐する光学系を有している。そして、ｎ台の光学ユニット１３の或る１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、隣接する画素をｎ台の中の別の光学ユニット１３によって照射する。そして、ｎ台の光学ユニットの中のある１台が基板上に分岐したＬ本のサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際に、Ｌ本のサブビームＬＢｓのうちの両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素４３と、別の１台の光学ユニット１３がガラス基板１４上に分岐したＬ本のサブビームＬＢｓを走査して照射を行う際のサブビームＬＢｓのうちの両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素４３とが隣接しないように照射するように構成されている。
【００５９】
なお、発振源から出射されたレーザービーム（サブビームＬＢｓ）は、分岐光学系により複数（Ｌ本）のサブビームＬＢｓに分割される。このとき、分岐光学系の光学素子であるＤＯＥで分岐された、Ｌ本のサブビームＬＢｓ’はある角度を持った扇状に分かれて進み、ｆθレンズ２６によって進行方向が平行なサブビームＬＢｓになる（図２を参照）。しかしながら、扇状に進もうとするＬ本のサブビームＬＢｓ’のうち、一番外側を進行する２本のサブビームＬＢｓは元のレーザービームＬＢの光軸から大きく角度をとって進み、ｆθレンズ２６の中心から遠い部分で屈折するために、ＤＯＥやｆθレンズ２６の加工精度や配置精度の誤差の影響を受けやすい。そのため分岐光学系を用いて被照射基板であるガラス基板１４をアニールした場合に、両端のサブビームＬＢｓの照射を受けた画素列はそれ以外の画素列と比較すると結晶化のばらつき、ひいては画素列の発光ばらつきが大きくなる傾向がある。さらにこの両端の画素列は１列だけ独立してばらついている場合よりも、複数列が隣接してばらついている場合の方がディスプレイの画素列の筋状の発光ばらつきとして使用者の目に認識されやすい。
【００６０】
しかしながら、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１により両端のサブビームＬＢｓの照射を受ける画素列は常に独立した１列になっているため、ディスプレイの画素列の発光ばらつきは目立たない。以下に、ある光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素列と、別の光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓによって照射される画素列とが隣接しないように照射する照射方法について具体的に説明する。
【００６１】
これまで述べたように、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１は、１本のレーザービームＬＢをＬ本のサブビームＬＢｓに分岐する光学系を有する光学ユニット１３をｎ台有している。また、画素４３のピッチを、ａ（μｍ）とすると、光学ユニット１３の光学系によって分岐されたＬ本のサブビームＬＢｓのピッチはａ×ｎ×ｍ（μｍ）（ｍは１以上の整数）である。ただし、ｍの値は画素列の時系列的な照射順には影響するが、ガラス基板１４の全体を照射し終わった後に、どの画素列が、どの光学ユニット１３の、どのサブビームＬＢｓによって照射されたかの組み合わせについては影響を与えないため、以下にｍ＝１の場合についてのみ説明する。
【００６２】
また、サブビームＬＢｓの照射時の走査Ｓ（ｋ）（ｋ回目の走査動作という意味）に対して、これまでに示してきた照射方法での走査順をＳ（１）、Ｓ（２）・・・、Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋１）・・・とすると、走査順を変更して、例えばＳ（１）、Ｓ（３）、・・・Ｓ（ｋ−２）、Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋２）・・・、・・・Ｓ（ｋ＋１）、Ｓ（ｋ−１）・・・、Ｓ（２）というように飛ばし飛ばしに走査して、折り返しの動作で残りの画素を照射するというようなことも出来る。
【００６３】
この場合でも画素列の時系列的な照射順には影響するが、ガラス基板１４全体を照射し終わった後に、どの画素列が、どの光学ユニット１３の、どのサブビームＬＢｓによって照射されたかの組み合わせについては影響を与えないため、照射動作の走査順はＳ（１）、Ｓ（２）・・・、Ｓ（ｋ−１）、Ｓ（ｋ）、Ｓ（ｋ＋１）・・・とする。また、以降の説明ではｎ台の光学ユニットを画素列への照射位置順にＵ（１）、Ｕ（２）・・・、Ｕ（ｐ）・・・、Ｕ（ｎ）とし、ｐ列目の画素列をＵ（ｐ）のサブビームＬＢｓで照射したとすると、隣接するｐ−１列目の画素列はＵ（ｐ−１）、ｐ＋１列目の画素列はＵ（ｐ＋１）の光学ユニット１３で照射するものとする。なお、Ｕ（ｎ＋１）＝Ｕ（１）とする。
【００６４】
さらに、Ｕ（ｐ）の光学ユニット１３からはそれぞれＬ本のサブビームが照射されている。このＬ本のサブビームＬＢｓを端から順にＵ（ｐ，１）、Ｕ（ｐ，２）・・・、Ｕ（ｐ，ｑ）・・・、Ｕ（ｐ，Ｌ）とする。これら各光学ユニット１３のサブビームＬＢｓのうち、ばらつきが発生しやすい両端のサブビームはＵ（ｐ，１）とＵ（ｐ，Ｌ）である。以降、これらのサブビームＬＢｓを両端のサブビームＬＢｓｅと呼び、そうでないサブビームを中央のサブビームＬＢｓｃと呼んで識別する。
【００６５】
まず、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅが全て隣接している場合について述べる。この場合、画素列に対するサブビームＬＢｓの照射配列は次列（１）で表される。
【００６６】
Ｕ（１，１）、Ｕ（２，１）、・・・、Ｕ（ｐ，１）、・・・、Ｕ（ｎ，１）、Ｕ（１，２）、Ｕ（２，２）、・・・、Ｕ（ｎ，２）、・・・、Ｕ（ｐ，ｑ）、・・・、Ｕ（１，Ｌ）、Ｕ（２，Ｌ）、・・・、Ｕ（ｎ，Ｌ） ・・・・ （１）
以降、どの画素列がどの光学ユニット１３のどのサブビームＬＢｓによって照射を受けているかを画素列順に並べたものの１繰り返し単位を照射配列と呼ぶ。
【００６７】
Ｕ（ｎ，Ｌ）の隣の画素列はＵ（１，１）になるため、２×ｎ個の両端のサブビームＬＢｓｅで照射される画素列が隣接している。ここでＵ（２）について、ｎ画素列分だけ（ｎ及びＬの値が大きくなる方向に）照射位置をずらすとする。この場合、（１）の照射配列は、次列（２）で表される。
【００６８】
Ｕ（１，１）、Ｕ（２，Ｌ）、Ｕ（３，１）、・・・、Ｕ（ｐ，１）、・・・、Ｕ（ｎ，１）、Ｕ（１，２）、Ｕ（２，１）、Ｕ（３，２）・・・、Ｕ（ｎ，２）・・・、Ｕ（ｐ，ｑ）、・・・、Ｕ（１，Ｌ）、Ｕ（２，Ｌ−１）、Ｕ（３，Ｌ）、・・・、Ｕ（ｎ，Ｌ） ・・・・ （２）
照射配列のｎ＋１番目、ｎ＋２番目、ｎ＋３番目の画素列はそれぞれＵ（１，２）、Ｕ（２，１）、Ｕ（３，２）となり、両端のサブビームＬＢｓｅであるＵ（２，１）の隣接画素列は中央のサブビームＬＢｓｃの照射を受けている。以降、この状態を「両端のサブビームＬＢｓｅが孤立している」と呼ぶ。つまり、本変形例は、全ての両端のサブビームを孤立させるようなレーザーの照射方法とも言える。
【００６９】
一方、そのｎ画素列前の２番目の画素列は、照射配列Ｕ（２、Ｌ）で両端のサブビームＬＢｓｅの照射を受けているが、１番目と３番目の画素列も両端のサブビームＬＢｓｅで照射を受けており、照射配列がＵ（２、Ｌ）の画素４３は孤立していない。
【００７０】
ここでＵ（２）について、ｎ画素列分だけ（ｎ、Ｌの値が大きくなる方向に）ずらす操作を行っているが、ｎ画素列でｎ台の光学ユニット１３が一巡しているので、この操作を「Ｕ（２）を＋１シフトさせる」と呼ぶことにする。ｎで一巡する周期がＬ回繰り返されるので、＋Ｌのシフトは０のシフトに等しい。
【００７１】
また、照射配列に対して、各光学ユニット１３のシフトの量を光学ユニット１３の順に並べたｎ個の数字から並ぶ配列をシフト配列と呼ぶことにする。即ち、列（１）はシフト配列で表記すると（０，０，０・・・，０）となり、同様に列（２）は（０，１，０・・・，０）となる。
【００７２】
上述のように、＋１のシフトでは両端のサブビームＬＢｓｅのうちの１つしか孤立させることができない。従って、Ｕ（２）の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させるためには、＋２以上のシフトが必要になる。つまり、Ｕ（２）の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させるために、シフト配列を（０，２，０・・・，０）にする。
【００７３】
次に、Ｕ（３）について述べる。Ｕ（２）は、既に＋２シフトされており、Ｕ（３）と両端のサブビームＬＢｓｅ同士は隣接していない。従って、Ｕ（３）のシフト量は０でよい。
【００７４】
次にＵ（４）について述べる。Ｕ（３）のシフト量は０であるため、Ｕ（１）と同じように考えることが出来る。従って、Ｕ（４）は＋２シフトさせることで、Ｕ（３）の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることができる。この操作を繰り返すとシフト配列は（０，２，０，２，０，２・・・）となり、ｎが奇数ならば（０，２，０，２，０，２・・・，０）、ｎが偶数ならば（０，２，０，２，０，２・・・，２）となる。
【００７５】
Ｕ（ｎ）とＵ（１）とを考えると、照射を受ける画素列はＵ（ｎ）とＵ（１）とで隣接するので、Ｕ（ｎ＋１）＝Ｕ（１）である。従って、上記のシフト配列のうち、ｎが偶数の場合のシフト配列（０，２，０，２，０，２・・・，２）は全ての光学ユニット１３の両端のサブビームを孤立させることが出来るので問題はない。しかし、ｎが奇数の場合のシフト配列（０，２，０，２，０，２・・・，０）は、Ｕ（１）とＵ（ｎ）とのシフト量が同じになり、Ｕ（１）とＵ（ｎ）との両端のサブビームＬＢｓｅは孤立しない。この場合、Ｕ（ｎ）をさらに＋２シフトさせ、シフト配列を（０，２，０，２，０，２・・・，４）とすれば良い。
【００７６】
説明の便宜上、シフト配列の１例を示したが、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることが出来れば、シフト配列は上記のものに限定されない。また、Ｌが十分に大きく、シフト量に制限が無いものとして説明した。しかしながら、ｎが奇数の場合、シフト量が０から４まであるため、Ｌは８（前述のようにＬは偶数である）以上必要になる。即ち、Ｌ≧８ならばｎの値によらず全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることが出来るシフト配列が少なくとも１つ存在する。
【００７７】
次にＬ＝６の場合について述べる。まずｎが偶数の場合、シフト配列を（０，２，０，２，０，２・・・）とすれば全てのサブビームＬＢｓを孤立させることが出来る。ただし、ｎが奇数の場合、シフト配列を（０，２，０，２，０，２・・・）とすると、Ｕ（ｎ）のシフト量は０、＋２及び＋４のいずれの場合でもＵ（ｎ）の両端のサブビームＬＢｓｅのうちの少なくとも１つはＵ（１）の両端のサブビームＬＢｓｅと隣接してしまう。
【００７８】
この場合、Ｕ（ｎ）の代わりにＵ（ｎ−１）のシフト量を＋４にして、Ｕ（ｎ）のシフト量を＋２にする。即ち、シフト配列は（０，２，０，２，０，２・・・，０，４，２）となる。すると、Ｕ（ｎ−１）とＵ（ｎ−２）とは、＋４シフトがずれている。そのため、両端のサブビームＬＢｓｅは孤立し、Ｕ（ｎ）とＵ（ｎ−１）とは＋２シフトずれているため、両端のサブビームＬＢｓｅは孤立する。そして、Ｕ（ｎ）とＵ（１）とは＋２シフトずれているため、両端のサブビームＬＢｓｅが孤立する。即ち、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることが出来る。説明の便宜上、Ｌ＝６の場合のシフト配列の１例を示したが、全ての光学ユニット１３の両端のサブビームを孤立させることが出来れば、シフト配列は上記のものに限定されない。
【００７９】
次にＬ＝４の場合について述べる。この場合、シフト量は＋３までであり、ｎの値によらず全ての両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させるようなシフト配列は存在しない。
【００８０】
次に最小のＬであるＬ＝２の場合について述べる。この場合、全てのサブビームＬＢｓは両端のサブビームＬＢｓｅであるため、両端のサブビームＬＢｓｅを孤立させることはできない。但し、４分岐、あるいは２分岐の場合は、そもそも分岐数が少なく、扇状に進行する２本のサブビームＬＢｓは元のレーザービームの光軸からの角度はそれほど大きく離れることはない。従って、ＤＯＥやｆθレンズ２６の加工精度や配置精度の誤差の影響はあまり受けないため、本変形例の照射方法を用いなくても、同一の光学ユニット１３内でのサブビームＬＢｓのばらつきはあまり問題にならない。
【００８１】
また、４分岐、あるいは２分岐の場合でも、実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１を用いて、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に２つに分岐したサブビームＬＢｓ（ＬＢｓｅ）を走査して照射を行う際に、サブビームＬＢｓ（ＬＢｓｅ）のピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、隣接する画素４３をｎ台の中の別の光学ユニット１３のサブビームＬＢｓによって照射することは、光学ユニット１３のばらつきに対して発生するディスプレイの画素の発光ばらつきを認識させ難くするのに有効である。
【００８２】
図７を参照して、レーザービームＬＢを６本のサブビームＬＢｓに分岐する２台の光学ユニット（以下Ｕ（１）、Ｕ（２）とする）を備える半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１によるレーザー照射について説明する。Ｕ（１）、Ｕ（２）は、それぞれ６本のサブビームを照射しており、画素ピッチをａとすると、サブビームＬＢｓのピッチは２×ａである。図７においては、ｍ＝１での例を示す。なお、２台の光学ユニット１３であるＵ（１）及びＵ（２）の内、Ｕ（１）からｋ−１回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７１として表示し、Ｕ（２）からｋ回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７２として表示し、Ｕ（１）のｋ回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７３として表示し、Ｕ（２）からｋ＋１回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７４として表示し、Ｕ（１）からｋ＋１回目の走査により照射されるサブビームＬＢｓをサブビーム７５として表示している。
【００８３】
Ｕ（１）の両端のサブビーム７３のうち、紙面上側にある両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８は、サブビーム７２のうちの２本の中央のサブビームＬＢｓｃによって照射される画素列７８の間の画素列７８に照射されている。また、サブビーム７３のうち、紙面下側にある両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８はＵ（２）のｋ＋１回目の走査で照射されるサブビーム７４のうちの２本の両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８に挟まれている。すなわち、この場合、Ｕ（１）の両端のサブビームＬＢｓｅは孤立している。
【００８４】
同様に繰り返しを見ていくと、Ｕ（１）及びＵ（２）の両端のサブビームＬＢｓｅによって照射される画素列７８は、すべてもう１台の光学ユニット１３の中央のサブビームＬＢｓｃによって照射を受けていることが分かる。ちなみに、上記の場合のＵ（１）及びＵ（２）の照射の方法をこれまで説明したシフト配列で表記すると（０，２）になる。このような照射方法を行うことで、ディスプレイの発光ばらつきのでやすい両端のサブビームＬＢＳｅによって照射される画素列７８を中央のサブビームＬＢｓｃによって照射される画素列７８で挟み込むことができ、ディスプレイの画素の発光ばらつきを使用者に認識されにくくすることが出来る。
【００８５】
（実施の形態２）
以下に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ａ及びＡｃ２ｂについて説明する。半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ａ及びＡｃ２ｂを、実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２と呼ぶ。なお、実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１と、実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２とを、本発明に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃと呼ぶ。
【００８６】
半導体薄膜結晶化装置Ａｃは、少なくともｎ台（ｎは２以上の整数）のレーザーの照射を行う光学ユニット１３と、レーザーが照射されるガラス基板１４に形成される画素のピッチをａとした場合に、ａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチでレーザービームＬＢを等間隔のサブビームＬＢｓに分岐する各光学ユニット内の光学系と、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓの照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、照射された画素４３と隣接する画素４３をｎ台の中の別の光学ユニットによって照射することができる制御機構とを有している。なお、実施の形態２に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２は、上述の実施の形態１に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ１と基本的に同様に構成されており、少なくともｎ台（ｎは２以上の整数）の光学ユニット１３を有しているので生産性が高い。
【００８７】
また、サブビームＬＢｓが照射されるガラス基板１４上に形成される画素４３のピッチをａとした場合、ａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）のピッチでレーザービームＬＢを等間隔のサブビームＬＢｓに分岐する各光学ユニット１３内の光学系と、ｎ台の光学ユニット１３の中のある１台がガラス基板１４上に分岐したサブビームＬＢｓの照射を行う際に、サブビームＬＢｓのピッチの間にあって、この光学ユニット１３によって照射されなかった画素４３のうち、照射された画素４３と隣接する画素４３とをｎ台の中の別の光学ユニット１３によって照射することができる制御機構とを有している。結果、複数台の光学ユニット１３を用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化アニールする場合でも、光学ユニット１３毎のアニールのばらつきの影響を抑制できる。
【００８８】
複数台の光学ユニット１３を並べる場合は、光学ユニット１３同士が接触干渉しないように、図８に示す半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ａのようにガントリ１２の前後に配置したり、また図９に示す半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２ｂのようにガントリ１２を複数設けて、それぞれに複数の光学ユニット１３を配置しても良い。
【００８９】
また、ここまで分岐光学系を有する複数台の光学ユニットが照射する画素列、即ち操作方向に直交する方向について説明してきたが、本発明のレーザーアニールの照射方法及び装置は走査方向に関しては特に制限を有していない。１回の走査で基板の走査方向全体を走査して照射しても良いし、パネルの面付け毎に走査を分割しても良い。
【００９０】
さらに、本実施の形態に係る半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２は、少なくともｎ台の光学ユニット１３を有している。従って、複数回の走査で１台の光学ユニット１３が操作方向に直交する方向の画素列全体を照射しても良いし、ディスプレイパネルの面付け数に応じて、複数台の光学ユニット１３のうちの一部の光学ユニット群はガラス基板１４の一部の領域を照射するように照射領域を分割しても良い。
【００９１】
例えば、半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２に、光学ユニット１３を２×ｎ台搭載し、操作方向に直交する方向、即ちガントリ１２の軸の方向でガラス基板１４を２分割し、その右側をガントリ１２に取り付けられた光学ユニット１３のうち右側半分にある複数の光学ユニット１３で照射するようにし、左側をガントリ１２に取り付けられた光学ユニット１３のうち左側半分にある複数の光学ユニット１３で照射することができる。
【００９２】
また、上記のように照射する領域を基板の面付けに応じて変えるという構成をとる場合、生産するディスプレイパネルの品種が変わり、ガラス基板１４の面付け数が変わった場合でも光学ユニット群の数と１群あたりの光学ユニット１３の台数、ガラス基板１４の照射領域の分割方法の組み合わせを適切に変えることができる。
【００９３】
例えば、６台の光学ユニット１３を有する半導体薄膜結晶化装置Ａｃ２のステージ１１上に載置されているガラス基板１４上にディスプレイパネルが３×３面付けになっている場合には、６台の光学ユニット１３を２台、２台、２台の３群に分ける。そしてディスプレイパネルが２×２面や４×４面付けになっている場合には、６台の光学ユニット１３を３台、３台の２群に分けることができる。即ち、ｎ＝２として６台の光学ユニット１３を、３×ｎ台の光学ユニット１３として扱うこともできるし、ｎ＝３として６台の光学ユニットを２×ｎ台の光学ユニットとして扱うこともできる。
【００９４】
ただし、この場合、ｎが変わるため、光学ユニット群の数によってサブビームＬＢｓの分岐のピッチの値が変化することに留意しなければならない。サブビームＬＢｓの分岐のピッチはＤＯＥを交換することで変更できる。また、ＤＯＥを回転すると分岐のピッチが変わるため、ＤＯＥを回転してピッチを変更することも可能である。また、ズームを有する光学系を使用することでも、ピッチを変更できる。
【００９５】
このように、本発明に係る半導体薄膜結晶化装置は、面付け数の違いによる装置当たりの生産性の変化は少なく、前後の工程と連動して安定して生産を行うことができる。以上の説明により、本発明の半導体薄膜結晶化装置及び正結晶化方法を用いることで、生産性を高めるために複数台の光学ユニットを用いて非晶質シリコン薄膜を結晶化アニールする場合でも、光学ユニット毎のアニールのばらつきの影響を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明は、高品質の液晶ディスプレイパネルや有機ＥＬディスプレイパネルの生産に利用できる。
【符号の説明】
【００９７】
Ａｃ、Ａｃ１、Ａｃ２、Ａｃ２ａ、Ａｃ２ｂ、Ａｃｃ 半導体薄膜結晶化装置
１１、１０１ ステージ
１２、１０２ ガントリ
１３、１０３ 光学ユニット
１４、１０４ ガラス基板
ＬＢ、Ｌｂ レーザービーム
ＬＢｓ’、ＬＢｓ、ＬＢｓｃ、ＬＢｓｅ サブビーム
２３ ビームシェイパー
２４ ビーム分岐手段
２６ ｆθレンズ
３２ ゲート電極
３３ ゲート絶縁膜
３４ 非晶質シリコン膜
４１ ゲート電極が形成されている領域
４２ サブピクセル
４３ 画素
５１ ｙ方向に走査する場合に照射するサブビームの長軸幅
５２ ｘ方向に走査する場合に照射するサブビームの長軸幅
６１ａ、６１ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（１）の１回目の走査により照射されるサブビーム
６２ａ、６２ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（２）の１回目の走査により照射されるサブビーム
６３ａ、６３ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（１）の２回目の走査により照射されるサブビーム
６４ａ、６４ｂ 本発明の実施の形態１におけるユニットＵ（２）の２回目の走査により照射されるサブビーム
７１ 実施の形態１の変形例におけるＵ（１）のｋ−１回目の走査により照射されるサブビーム
７２ 実施の形態１の変形例におけるＵ（２）のｋ回目の走査により照射されるサブビーム
７３ 実施の形態１の変形例におけるＵ（１）のｋ回目の走査により照射されるサブビーム
７４ 実施の形態１の変形例におけるＵ（２）のｋ＋１回目の走査により照射されるサブビーム
７５ 実施の形態１の変形例におけるＵ（１）のｋ＋１回目の走査により照射されるサブビーム
７８ 画素列
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニットのそれぞれで、第１のレーザービームをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームに分岐して基板に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化方法であって、
前記基板上に形成される画素が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）で離間する場合、
前記第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を、前記ｎ台の光学ユニットのある一台とは別の一台の光学ユニットによって照射することを特徴とする半導体薄膜結晶化方法。
【請求項２】
前記ある一台の光学ユニットから照射されたＬ本の第２のレーザービームの内の両端の２本で照射される画素に隣接する画素を避けて、前記別の一台の光学ユニットから前記第２のレーザービームを照射することを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜結晶化方法。
【請求項３】
ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニットのそれぞれで、第１のレーザービームをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームに分岐して基板に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化装置であって、
前記基板上に形成される画素が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）で離間する場合に、前記第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を、前記ｎ台の光学ユニットのある一台とは別の一台の光学ユニットによって照射する制御機構を備える半導体薄膜結晶化装置。
【請求項４】
前記制御機構は、前記ある一台の光学ユニットから照射されたＬ本の第２のレーザービームの内の両端の２本で照射される画素に隣接する画素を避けて、前記別の一台の光学ユニットから前記第２のレーザービームを照射することを特徴とする請求項３に記載の半導体薄膜結晶装置。
【請求項１】
ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニットのそれぞれで、第１のレーザービームをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームに分岐して基板に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化方法であって、
前記基板上に形成される画素が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）で離間する場合、
前記第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を、前記ｎ台の光学ユニットのある一台とは別の一台の光学ユニットによって照射することを特徴とする半導体薄膜結晶化方法。
【請求項２】
前記ある一台の光学ユニットから照射されたＬ本の第２のレーザービームの内の両端の２本で照射される画素に隣接する画素を避けて、前記別の一台の光学ユニットから前記第２のレーザービームを照射することを特徴とする請求項１に記載の半導体薄膜結晶化方法。
【請求項３】
ｎ（ｎは２以上の整数）の光学ユニットのそれぞれで、第１のレーザービームをＬ（Ｌは２以上の整数）本の第２のレーザービームに分岐して基板に照射して、当該基板上の非晶質シリコン薄膜を結晶化させる半導体薄膜結晶化装置であって、
前記基板上に形成される画素が第１のピッチａで離間し、前記Ｌ本の第２のレーザービームはａ×ｎ×ｍ（ｍは１以上の整数）で表される第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）で離間する場合に、前記第２のピッチ（ａ×ｎ×ｍ）内に在って、前記ｎ台の光学ユニットのある一台から照射された第２のレーザービームによって照射されず、当該第２のレーザービームで照射された画素に隣接する画素を、前記ｎ台の光学ユニットのある一台とは別の一台の光学ユニットによって照射する制御機構を備える半導体薄膜結晶化装置。
【請求項４】
前記制御機構は、前記ある一台の光学ユニットから照射されたＬ本の第２のレーザービームの内の両端の２本で照射される画素に隣接する画素を避けて、前記別の一台の光学ユニットから前記第２のレーザービームを照射することを特徴とする請求項３に記載の半導体薄膜結晶装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−４５３２（Ｐ２０１３−４５３２Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０５０６（Ｐ２０１１−１３０５０６）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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