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JP3301054B2 - レーザー照射装置及びレーザー照射方法 - Google Patents

レーザー照射装置及びレーザー照射方法

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JP3301054B2
JP3301054B2 JP05088896A JP5088896A JP3301054B2 JP 3301054 B2 JP3301054 B2 JP 3301054B2 JP 05088896 A JP05088896 A JP 05088896A JP 5088896 A JP5088896 A JP 5088896A JP 3301054 B2 JP3301054 B2 JP 3301054B2
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JP
Japan
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energy density
energy
laser
laser beam
irradiated
Prior art date
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舜平 山崎
幸一郎 田中
直人 楠本
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Priority to US09/930,758 priority patent/US6558991B2/en
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜にレー
ザー光を照射してアニールを行なう構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】基板上に形成された非晶質や結晶性の半
導体薄膜に対してレーザー光を照射して、レーザーアニ
ールを施し、半導体薄膜の結晶化や結晶性の向上を図る
技術が広く研究されている。
【０００３】特に線状レーザー光を用いることで、均質
なアニールを生産性良く行なうことができる。
【０００４】線状レーザー光について説明する。通常、
レーザー光源から出力されるレーザー光の断面は、数ｃ
ｍ□のスポット状断面を有している。このレーザー光を
ホモジナイザや、ビームエキスパンダを介して拡大・均
質化し、シリンドリカルレンズにより集光する。このよ
うにして被照射面での形状が数ｍｍ×数１０ｃｍ程度の
線状レーザー光が得られる。
【０００５】シリンドリカルレンズと被照射面との間に
スリットを介することにより、被照射面での線状レーザ
ー光の線幅方向のエネルギープロファイルが矩形状とな
り、より均質なアニールを行なうことができる。
【０００６】レーザー光源としては、出力の大きいエキ
シマレーザー等のパルスレーザー光がよく用いられる。
【０００７】このような線状レーザー光を、被照射面に
対して相対的にスキャン（走査）しながら照射する。ス
キャンは線状レーザー光の線方向（長手方向）に対して
直角な方向になされる。一般的には被照射面を移動して
スキャンが実施される。
【０００８】このようにすることで、数１０ｃｍ□程度
の比較的大面積の被照射面に対して、均質に生産性よく
レーザーアニールを行なうことができる。
【０００９】
【従来技術の問題点】レーザーアニールによって被膜の
結晶性をより高いものとするために、半導体薄膜全体に
対して線状レーザー光を走査してレーザーアニールする
工程を、２回またはそれ以上の回数行なうことがよく行
なわれる。
【００１０】例えば、アモルファスシリコン膜に対し、
まず低いエネルギー密度のレーザー光でアニールし、結
晶化させる。その後、結晶化させた時より高いエネルギ
ー密度のレーザー光でアニールする。これにより、シリ
コン膜の結晶性をより向上させることができる。
【００１１】このような２段階の工程をとる理由は、最
初から高いエネルギー密度のレーザー光を照射すると、
エネルギーが高すぎて半導体薄膜がひどく荒れてしまう
ためである。荒れてしまった膜は半導体素子を構成する
のには適さない。
【００１２】例えば、アモルファスシリコン膜を結晶化
させる場合と、結晶性シリコン膜の結晶性を向上させる
場合とでは、必要とされるレーザー光のエネルギー密度
は大きく異なる。アモルファスシリコン膜にとっては結
晶性向上のためのレーザー光のエネルギー密度は高す
ぎ、膜が荒れてしまう。
【００１３】このような２段階照射は、結晶性シリコン
膜の結晶性を向上させる上でも有効である。すなわち、
結晶性シリコン膜に対し、まず低いエネルギー密度のレ
ーザー光でアニールを行なった後、高いエネルギー密度
のレーザー光でアニールを行なう。
【００１４】このようにすることで、はじめから高いエ
ネルギー密度のレーザー光でアニールを行なう場合に比
較して、より大きな結晶粒径が得られ、かつ膜の荒れを
少なくすることができる。
【００１５】すなわち、シリコンなどの半導体薄膜をレ
ーザー光により結晶化させるあるいは結晶性を助長させ
るためには、まず弱いエネルギー密度のレーザー光を照
射し、次に先のレーザー光より強いエネルギー密度のレ
ーザー光を照射するということが、膜の荒れを少なくす
るためには重要である。
【００１６】しかしながらこのような複数段階のレーザ
ー照射を行うと、１度だけの照射を行なう場合に比較し
てアニール工程に要する時間が長くなってしまう。
【００１７】このような欠点を改善する方法の一つとし
て、線状レーザー光の線幅方向のエネルギープロファイ
ルを、台形状あるいはガウス分布状とする構成がある。
【００１８】台形状のエネルギープロファイルを得るた
めには、矩形状のエネルギープロファイルのレーザー光
を形成するスリットを有する光学系にて、最終段のシリ
ンドリカルレンズ（焦点レンズ）と被照射面との距離を
制御する。
【００１９】また、ガウス分布状のエネルギープロファ
イルを得るためには、台形状のエネルギープロファイル
を有するレーザー光を形成する光学系中のスリットをは
ずす、あるいはスリットの線幅方向の幅を大きくする。
【００２０】このような台形状のエネルギープロファイ
ルの線状レーザー光を、スキャンしながら照射すると、
被照射面上に対して、まず低いエネルギー密度のレーザ
ー光が照射されてから、次第に高いエネルギー密度のレ
ーザー光が照射されることになる。
【００２１】したがって、矩形状のエネルキープロファ
イルのレーザー光に比較して、被膜に対していきなり高
いエネルギー密度のレーザー光が照射されることがな
い。ゆえに、被照射面全体に対する１度のスキャンニン
グで、良好に結晶化させることもできる。これはガウス
分布状のプロファイルを用いてもほぼ同様の結果とな
る。
【００２２】
【従来技術の問題点】ところが、このような台形状やガ
ウス分布状のエネルギープロファイルを用いてレーザー
アニールを行なうと、アニール後の半導体薄膜に、縞状
に膜の荒れが生じることがある。
【００２３】膜の荒れは、レーザー照射時の線状レーザ
ー光の長手方向に平行な複数の線状に生じ、縞模様状を
呈する。
【００２４】この縞状の膜荒れの原因の一つは、レーザ
ー光のエネルギープロファイルにより、被照射面上の位
置が異なると同一なエネルギー密度のレーザー光が照射
できなくなる場合があるためである。この様子を図６を
用いて説明する。
【００２５】ここでは、アモルファスシリコン膜にレー
ザーアニールして結晶化させる場合の例を示す。
【００２６】図６に、台形状のエネルギープロファイル
を有する線状レーザー光のスキャン過程を示す。図６
（ａ）〜（ｄ）は、エキシマレーザー等のパルスレーザ
ーを光源とする台形状のエネルギープロファイルを有す
る線状レーザー光が、照射される毎にスキャン方向にピ
ッチＤでスキャンされたときの様子を示す。図６におい
て、α’およびβ’は被照射面上の特定の位置を示す。
【００２７】また、Ｅ１、Ｅ２はエネルギー密度の高さ
を示す。Ｅ２はＥ１より高いエネルギー密度である。
【００２８】まず第１のショットとして図６（ａ）に示
すように、台形状のエネルギープロファイルを有するレ
ーザー光が、位置α’の付近に照射されている。
【００２９】次に、第２のショットのレーザー光が、図
６（ｂ）に示すように、ピッチＤだけスキャンした位置
に照射される。このとき、位置α’には、エネルギー密
度Ｅ１のレーザー光が照射される。これにより位置α’
付近のアモルファスシリコンは良好に結晶化される。
【００３０】ここでは、エネルギー密度Ｅ１は、アモル
ファスシリコンを良好に結晶化させるエネルギーの範囲
とする。
【００３１】またエネルギー密度Ｅ２は、エネルギーＥ
１が照射されたシリコン膜の結晶性を良好に向上させる
エネルギーの範囲とする。
【００３２】他方、図６において位置α’とは異なる位
置β’には、殆どレーザー光は照射されない（実際には
弱いエネルギー密度で照射されている部分もあるが、エ
ネルギー密度がＥ１よりもかなり低いので、膜質は変化
しない）。
【００３３】さらに、第３のショットにおいて、図６
（ｃ）に示すようにピッチＤでスキャンされた位置にレ
ーザー光が照射されるとき、位置α’にはＥ２のエネル
ギー密度でレーザー光が照射される。これにより、位置
α’付近の結晶性シリコン膜は、結晶性が向上される。
【００３４】ところが、位置β’には、いきなりエネル
ギー密度Ｅ１よりも強いエネルギーのレーザー光が照射
されてしまう。その結果、位置β’付近のアモルファス
シリコン膜は、結晶化はされるものの、ひどく荒れてし
まう。
【００３５】そして、第４のショットにおいて、図６
（ｄ）に示すように、位置α’には再びＥ２のエネルギ
ー密度でレーザー光が照射される。
【００３６】シリコン膜のレーザー結晶化では、シリコ
ン膜のある位置に対して最初に照射される、膜質を変え
るだけのエネルギーを持ったレーザー光が、その位置の
膜質に対して極めて重大な影響を与える。
【００３７】言い換えれば、１回目に照射されたものと
同程度またはそれ以下のエネルギー密度を有するレーザ
ー光を、同位置に対し２回以上照射することは、その位
置の膜に対してはあまり重要ではない。
【００３８】したがって、位置α’に対してエネルギー
密度Ｅ２で再びレーザー照射がされても、膜質にはあま
り影響しない。
【００３９】他方、位置β’においてはすでに膜が荒れ
てしまっている。そのために結晶性を向上させるための
強いエネルギー密度Ｅ２が照射されると、結晶性は向上
するものの、他の位置とは異なる膜質となってしまう。
【００４０】その結果、膜質の面内均質性が損なわれ、
このシリコン膜を用いて同一基板上に複数の半導体素子
を作製しても、各素子間で特性が異なるという問題が発
生する。
【００４１】加えて、レーザー光源の出力変動の問題が
ある。すなわち、パルスレーザー光源（発振器）は、所
定のエネルギー密度のレーザー光を所定の周波数（パル
ス間隔）で発生させる。
【００４２】ところが、ある時点でレーザー光源の出力
が突発的に低下することがある。通常は数十〜数百ショ
ットのうちの数ショットにおいて出力の低下がある。複
数ショット続けて出力が低下することは少ない。
【００４３】図７にレーザー光源の出力変動の伴った線
状レーザー光のスキャン工程を示す。図７では、レーザ
ー光の線幅方向のエネルギープロファイルは、図６と同
様に台形状である。
【００４４】図７（ａ）〜（ｄ）は、台形状のエネルギ
ープロファイルを有する線状レーザー光が、照射される
毎にスキャン方向にピッチＤでスキャンされたときの様
子を示す。図７において、ｘは被照射面上の特定の位置
を示す。
【００４５】まず第１のショットにおいて、図７（ａ）
に示すようにレーザー光が照射される。ここでは第１の
ショットにおいてレーザー光源の出力低下によりレーザ
ー光のエネルギー密度がΔＥだけ低下したものとする。
この時点では、位置ｘ’にはほとんどレーザー光は照射
されていない。
【００４６】次の第２のショットにおいても、図７
（ｂ）に示すように、エネルギー密度がΔＥ’低下した
レーザー光が照射されるとする。この時点では、位置
ｘ’に、極弱いエネルギー密度のレーザー光が照射され
る。しかし、エネルギー密度が低いため結晶化はほとん
どされない。
【００４７】そして第３のショットにおいて、図７
（ｃ）に示すように、エネルギー密度が正常なレーザー
光が照射されるとする。すると、位置ｘには、いきな
り、結晶化に要する以上にエネルギー密度の高いレーザ
ー光が照射されてしまう。その結果、膜が荒れてしま
う。
【００４８】その結果、図７（ｄ）に示すように、第４
のショットによるレーザー照射が行われても、半導体薄
膜の膜質は改善しない。したがって、結晶性は向上する
ものの、均質な膜質ではなくなってしまう。
【００４９】これらの問題点は、ガウス分布状のエネル
ギープロファイルを有するレーザー光でも同様に発生す
る。
【００５０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体薄膜
に線状レーザー光を走査しながら照射してレーザーアニ
ールを行い、結晶化や結晶性の向上を図るに際し、アニ
ール後の半導体薄膜の面内均質性を向上させることを目
的とする。
【００５１】さらにレーザー光源の出力の変動があって
も、基板面内において均質にアニールすることを目的と
する。
【００５２】
【課題を解決するための手段】本明細書で開示する発明
の一つは、幅方向に段階的なビームブロファイルを有し
た線状のパルスレーザー光を照射する手段と、前記レー
ザー光を線状の幅方向にピッチＤで走査して照射する手
段と、を有し、前記段階のそれぞれは所定の照射エネル
ギー密度を有し、かつ前記幅方向における寸法がＬn の
領域でなり、Ｌn ≧Ｄであることを特徴とする。
【００５３】また、幅方向に段階的なビームブロファイ
ルを有した線状のパルスレーザー光を照射する方法であ
って、前記レーザー光は線状の幅方向にピッチＤで走査
して照射され、前記段階のそれぞれは所定の照射エネル
ギー密度を有し、かつ前記幅方向における寸法がＬn の
領域でなり、Ｌn ≧Ｄとすることを特徴とする。
【００５４】上記の構成において、Ｌn ≧３Ｄとするこ
とが好ましい。これは、被照射領域の指定の領域に同一
の照射エネルギー密度を有したレーザーパルスが２回以
上照射されるようにした方がレーザー光の照射エネルギ
ー密度のバラツキに起因する照射効果のバラツキを是正
できるからである。
【００５５】またさらにレーザー光の照射効果のバラツ
キを是正するには、Ｌn ≧５Ｄとすることがより好まし
い。
【００５６】段階的なビームプロファイルとしては、図
１に示すような２段階に照射エネルギー密度が設定され
た例を挙げることができる。
【００５７】この場合、幅Ｌn を有する領域はその幅が
Ｌ１とＬ２で示される２つである。なお一般にｎの数
は、２以上の自然数となる。
【００５８】図１の場合、第１のエネルギー密度Ｅ１で
ある幅（線状ビームの幅方向における）の寸法がＬ1 ＝
Ｌ１（ｎ＝１）である領域と、第２のエネルギー密度Ｅ
２である幅の寸法がＬ2 ＝Ｌ２（ｎ＝２）である領域
と、でビームプロファイルが構成されている。
【００５９】ここで、エネルギー密度Ｅ１は、被照射物
を第１の状態とするのに適した値に設定し、エネルギー
密度Ｅ２は、被照射物を第２の状態とするのに適した値
に設定することができる。
【００６０】例えば、エネルギー密度Ｅ１は、非晶質珪
素膜を結晶化させるのに適した値とし、エネルギー密度
Ｅ２は、結晶化した珪素膜の結晶性を助長するのに適し
た値とすることで、レーザー光の照射による非晶質珪素
膜の結晶化を効果的に行うことができる。
【００６１】
【００６２】
【発明の実施の形態】図１に線状レーザー光の線幅方向
のエネルギープロファイルの概念図を示す。本明細書で
開示する発明は、線状レーザ光の線幅方向のエネルギー
プロファイルとして、図１に示すような、エネルギー密
度が段階的に異なった領域、言い換えれば、階段状の領
域を有して構成されるものを用いる。このレーザー光
を、被照射面に対して線幅方向（線状レーザー光の長手
方向に対して垂直）にスキャン（走査）させる。
【００６３】図１に示すレーザー光は、エネルギー密度
Ｅ１で幅Ｌ１の領域（ａ）と、エネルギー密度Ｅ２で幅
Ｌ２の領域（ｂ）とを少なくとも有する。
【００６４】図１において、Ｅ１、Ｅ２はエネルギー密
度を示す。Ｅ２はＥ１より高いエネルギー密度である。
【００６５】例えば、Ｅ１をアモルファスシリコン膜を
結晶化させるエネルギー密度、Ｅ２をエネルギー密度Ｅ
１で結晶化された膜の結晶粒径の拡大を促すエネルギー
密度とする。
【００６６】またＬ１は、エネルギー密度が概略Ｅ１と
なる幅、Ｌ２はエネルギー密度が概略Ｅ２となる幅（線
幅方向の長さ）を示す。
【００６７】エネルギー密度Ｅ１およびＥ２は、Ｌ１ま
たはＬ２の幅内で完全に同一なエネルギー密度、すなわ
ち完全に平坦なエネルギープロファイルを呈するわけで
はない。
【００６８】また、レーザー光源の出力の微小な変動
や、光学系等の影響で、エネルギー密度は各ショット間
である程度のぶれがある。
【００６９】そのため本明細書では、それぞれのエネル
ギー密度Ｅ１及びＥ２は、±５％以内の変位幅を含むも
のとする。
【００７０】言い換えれば、Ｌ１およびＬ２は、それぞ
れのエネルギー密度が±５％以内となる範囲の幅であ
る。
【００７１】エネルギー密度の変位幅（ぶれ）が±５％
より大きくなると、レーザー照射後の被膜の結晶性が不
均一となりやすい。逆に小さい程、結晶性の均一性向上
に寄与する。
【００７２】また領域（ｃ）は、エネルギープロファイ
ルのうちスキャン方向の反対側の領域である。領域
（ｃ）は、エネルギー密度がＥ２より低いものであれ
ば、どのようなプロファイルであっても、被膜への影響
はほとんどない。
【００７３】このようなエネルギープロファイルにおい
て、領域（ａ）のスキャン方向側の領域Ｓ１、および領
域（ｂ）のスキャン方向側の領域Ｓ２は、立ち上がりが
急峻で垂直に近いほど、均質なレーザーアニールが可能
となる。
【００７４】このようなレーザービームをスキャン（走
査）しながら照射して、アモルファスシリコン膜や結晶
性シリコン膜に対してレーザー照射を行う。
【００７５】次に、レーザーアニール時のスキャン過程
を説明する。図２にスキャン過程を示す。図２の（ａ）
〜（ｄ）は、所定のエネルギープロファイルを有する線
状レーザービームが、照射される毎にスキャン方向にピ
ッチＤでスキャンされたときの様子を示す。図２におい
て、αおよびβは被照射面上の特定の位置を示す。
【００７６】図２において、ピッチＤは、レーザー光を
１照射する毎の、レーザー光の被照射面に対する走査方
向への相対的な移動量とする。
【００７７】図２において、エネルギープロファイル
は、Ｌ１、Ｌ２共にピッチＤの２倍の長さである。
【００７８】まず第１のショットにおいて、図２（ａ）
に示すように、位置αにはエネルギー密度Ｅ１のレーザ
ービームが照射される。
【００７９】次に第２のショットにおいて、図２（ｂ）
に示すように、位置αおよびβに共にエネルギー密度Ｅ
１のレーザービームが照射される。
【００８０】次の第３のショットにおいて、図２（ｃ）
に示すように、位置αにはエネルギー密度Ｅ２のレーザ
ービームが照射され、位置βには再びエネルギー密度Ｅ
１のレーザービームが照射される。
【００８１】さらに、第４のショットにおいて、図２
（ｄ）に示すように、位置α、βともにエネルギー密度
Ｅ２のレーザビームが照射される。
【００８２】このように、ここで示した例においては、
被照射面のスキャン方向における全ての位置に対し、ま
ずエネルギー密度Ｅ１のレーザービームを２回照射し、
次により高いエネルギー密度Ｅ２のレーザービームを２
回照射することができる。
【００８３】したがって、例えばＥ１をアモルファスシ
リコン膜を結晶化させるのに適したエネルギー密度、Ｅ
２を結晶化した膜の結晶性をさらに高めるのに適したエ
ネルギー密度とした、階段状のエネルギープロファイル
を有するレーザー光でアニールを行うことで、結晶化と
結晶性の向上を、１回のレーザー光照射により同時に行
うことができる。よって、工程時間の短縮が図れる。
【００８４】加えて、半導体薄膜にいきなり強いエネル
ギー密度のレーザー光を照射してしまうことがない。そ
のため半導体薄膜の荒れの発生を防ぎ、基板面内におい
て均質な結晶性を有する被膜を得ることができる。
【００８５】次に、レーザー光源から出力されるレーザ
ー光のエネルギー密度が突発的に変動する場合について
示す。
【００８６】図４に、レーザー光のエネルギー密度が突
発的に変動する場合のスキャン過程の例を示す。図４
（ａ）〜（ｄ）は、所定のエネルギープロファイルを有
する線状レーザー光が、照射される毎にスキャン方向に
ピッチＤでスキャンされたときの様子を示す。図４にお
いて、ｘは被照射面上の特定の位置を示す。
【００８７】図４において、エネルギープロファイルは
図１のものに従う。またＬ１、Ｌ２共にピッチＤの４倍
の長さを有するものとしている。
【００８８】まず第１のショットにおいて、図４（ａ）
に示すように、位置ｘにレーザー光が照射される。ここ
ではレーザー光源の出力変動によりレーザー光のエネル
ギー密度がΔＥだけ低下したものとする。したがって、
位置ｘには、エネルギー密度がＥ１−ΔＥのエネルギー
が照射される。
【００８９】次の第２のショットにおいても、図４
（ｂ）に示すように、位置ｘには低下したエネルギー密
度Ｅ１−ΔＥ’のレーザービームが照射されるとする。
【００９０】第１および第２のショットで与えられたエ
ネルギーは、アモルファスシリコン膜の結晶化や結晶性
の向上には不十分である。その結果、第１および第２の
ショットでは、被膜がほとんど結晶化されない。
【００９１】次の第３のショットでは、図４（ｃ）に示
すように、位置ｘには正常なエネルギー密度Ｅ１のレー
ザ光が照射される。
【００９２】照射されたレーザー光は、正常なエネルギ
ー密度Ｅ１であるので、この時点で、アモルファスシリ
コンでなる半導体薄膜は良好に結晶化される。
【００９３】すなわち、レーザー光源の出力の低下によ
りエネルギー密度が低くなったレーザー光が照射された
後に、正常なエネルギー密度のレーザー光が照射されて
も、半導体薄膜を荒らすことがない。
【００９４】次に、図４（ｄ）に示すように、第４のシ
ョットにおいて、結晶性を高めるためのエネルギー密度
Ｅ２のレーザー光が、位置ｘに照射される。
【００９５】第３のショットにおいて、すでにエネルギ
ー密度Ｅ１のレーザー光により結晶化がされている。そ
のため、より高いエネルギー密度Ｅ２のレーザー光が照
射されると、結晶性が向上する。また膜の荒れは生じな
い。その結果、半導体薄膜を基板面内において均質に結
晶化させることができる。
【００９６】このように、図１に示す階段状のエネルギ
ープロファイルを有するレーザー光を用い、レーザー光
のスキャンのピッチＤを、同一位置に複数回、同一エネ
ルギー密度として設定されたレーザー光が照射されるよ
うにする。
【００９７】すると、これら複数回の照射のうち１回で
も正常なエネルギー密度を有するレーザー光が照射され
れば、レーザー光源の出力が突然低下しても不均質な結
晶化を防ぐことができる。
【００９８】同一位置に同一エネルギー密度のレーザー
光を照射する回数は、レーザー光源の出力が変動する確
率に合わせて定めればよい。回数が多いほど均質化には
寄与するが、その分アニール工程に要する時間は長くな
る。
【００９９】各エネルギー密度の線幅方向の長さＬ１、
Ｌ２は、要求されるアニール特性に応じた長さとする。
Ｌ１とＬ２は同じであっても、異なっていてもよい。
【０１００】Ｌ１とＬ２の長さを制御することにより、
各エネルギー密度で照射されるレーザー光が、半導体薄
膜に与えるエネルギー量を制御することができる。線状
レーザー光の線幅方向の長さは極めて限られたものであ
る。そのためＬ１とＬ２の長さの制御により、最も効率
の良いアニールを行う条件を得ることは、生産性を向上
させるためには極めて好ましいことである。
【０１０１】以上に述べたように、線状レーザー光によ
るレーザーアニール工程において、本明細書で開示する
階段状のエネルギープロファイルを用いることで、 ・半導体薄膜に対し、一度のスキャン（走査）で高い結
晶性が得られる。 ・アニール後の半導体薄膜に、良好な面内均質性を付与
する。 ・レーザー光源の出力の突発的な低下があっても、半導
体薄膜の面内均質性を損なわない。 という優れた効果が得られる。
【０１０２】本明細書で開示するレーザーアニール方法
において、レーザー光源の出力が±５％以内の安定性を
有していれば、本方法による効果は極めて好ましいもの
となる。
【０１０３】また、本明細書で開示するレーザーアニー
ル方法において、図２におけるピッチＤが、Ｄ≦Ｌ１お
よびＤ≦Ｌ２とすることは極めて重要である。ピッチＤ
がＬ１またはＬ２より大きいと、被照射面にＥ１または
Ｅ２が照射されない領域が発生してしまう。その結果、
被膜の荒れや面内不均質性を招く。
【０１０４】なお、本明細書では、階段状のエネルキー
プロファイルとして、スキャン方向側のエネルギー密度
が低いものを示したが、図５に示すようなスキャン方向
側のエネルギー密度を高いものとした方が有効な場合も
ある。
【０１０５】また、ここでは階段状エネルギープロファ
イルとして、Ｅ１、Ｅ２の２種のエネルギー密度で構成
した例を示した。しかし、３種以上のエネルギー密度で
構成してもよい。
【０１０６】
【実施例】
〔実施例１〕本実施例では、被照射面において階段状の
エネルギープロファイルを得るための構成の例を示す。
【０１０７】図３に、図１に示すような階段状のエネル
ギープロファイルを得るための構成の例を示す。階段状
のエネルギープロファイルを得るために、エネルギープ
ロファイルの頂点が平坦なレーザー光を減光フィルター
で加工する方法がある。
【０１０８】レーザー光の被照射面におけるエネルギー
プロファイルを階段状にするために、まず、レーザー光
源から出力されるレーザー光を、光学系を通して台形状
またはガウス分布状のエネルギープロファイルを有する
線状レーザー光とする。そしてこの線状レーザー光のエ
ネルギープロファイルを、マスクおよび減光フィルター
により変化させる。
【０１０９】図３にマスクおよび減光フィルターの例を
示す。図３において、マスク３０１に減光フィルター３
０２が連結して設けられている。
【０１１０】マスク３０１は、レーザー光３０３のスキ
ャン方向側のエネルギープロファイルの立ち上がりを急
峻にする。また、減光フィルター３０２は、幅Ｌ１（図
１）を得るのに必要な幅（スキャン方向の長さ）を有し
ている。
【０１１１】減光フィルター３０２を透過したレーザー
光３０４のエネルギー密度は低減されて、半導体薄膜で
なる被照射面３０５に照射される。また減光フィルター
を通過しなかったレーザー光３０３は、そのまま被照射
面３０５に照射される。
【０１１２】その結果、被照射面３０５においては、照
射されるレーザー光のエネルギープロファイルは、図１
のような階段状のエネルギープロファイルとなってい
る。
【０１１３】マスク３０１および減光フィルター３０２
は、台形状またはガウス分布状のエネルギープロファイ
ルが得られる光学系において、最終段の凸レンズと被照
射面との間に配置する。
【０１１４】マスク３０１および減光フィルター３０２
は、極力被照射面３０５に近い方が好ましい。エネルギ
ープロファイルのスキャン方向側の立ち上がりを急峻に
することができるためである。ただし、回折光の影響が
問題にならない程度の被照射面からの距離を維持する必
要はある。
【０１１５】レーザー光源から出力されるレーザー光を
台形状またはガウス分布状のエネルギープロファイルと
するための光学系の例を図８および図９に示す。
【０１１６】図８、図９共に、レーザー光源から出力さ
れるレーザー光を拡大、均質化した後、線状に集光して
被照射面に照射する光学系の構成の例である。図８
（Ａ）および図９（Ａ）は光学系の上面図、図８（Ｂ）
および図９（Ｂ）は光学系の側面図を示す。
【０１１７】図８に示す光学系では、レーザ発振器８０
１から照射されたレーザー光は、ホモジナイザ８０２〜
８０５、凸レンズ８０６、８０７、を通過して拡大、均
質化される。さらにシリンドリカルレンズ８０８により
線状化され、ミラー８０９で反射された後、シリンドリ
カルレンズ８１０を介して被照射面８１１に照射され
る。シリンドリカルレンズ８１０は焦点の制御をする。
【０１１８】図９に示す光学系では、レーザー発振器９
０１から照射されたレーザー光は、凹レンズ９０２及び
凸レンズ９０３で構成されるビームエキスパンダ、ホモ
ジナイザ９０４、９０５を通過して拡大、均質化され
る。さらにシリンドリカルレンズ９０６、９０７により
線状化され、ミラー９０８で反射された後、シリンドリ
カルレンズ９０９を介して被照射面９１０に照射され
る。シリドリカルレンズ９０９は焦点の制御をする。な
おホモジナイザの数は、３個、５個、７個というように
奇数個にしてもよい。また６個、８個、１０個というよ
うに偶数個でさらにその数を多くしてもよい。
【０１１９】図８、図９いずれの光学系も、レーザー光
の被照射面におけるエネルギープロファイルの頂点を、
極めて平坦なものとすることができる。
【０１２０】レーザー発振器（レーザー光源）として
は、エキシマレーザー、例えばＸｅＣｌエキシマレーザ
ー（波長３０８ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（波長
２４８ｎｍ）等、出力の大きいパルスレーザー発振器を
使用できる。
【０１２１】このような光学系において、最終段のシリ
ンドリカルレンズと被照射面との距離を制御することに
より、レーザー光の被照射面におけるエネルギープロフ
ァイルを概略台形状とすることができる。最終段のシリ
ンドリカルレンズと被照射面との間にスリットを配置し
て、スリットを介して照射させることで、より台形状に
近いプロファイルを得ることができる。
【０１２２】図３において、マスクに変えてスリットを
用いると、スキャン方向の反対側のエネルギープロファ
イルの立ち下がりを急峻にできる。ただしスキャン方向
の反対側のエネルギープロファイルは、特に限定せずと
も結晶化には影響しない。
【０１２３】〔実施例２〕実施例２では、レーザー照射
装置の構成の例を示す。図１０に、レーザー照射装置の
構成の例を示す。
【０１２４】図１０において、１０１はレーザー照射室
である。レーザー照射室１０１は外部から遮断され、減
圧状態に保つこともできる構成となっている。
【０１２５】レーザー光はレーザー光源（発振器）１０
２で発振され、光学系１０３により断面形状が線状に加
工される。そしてミラー１０４で反射され、焦点調整用
の凸レンズ（シリンドリカルレンズ）１０５、石英で構
成された窓１０６を介して被処理基板１００に照射され
る。１０２〜１０５は、実施例１で示した図８、図９の
レーザー光源及び光学系に対応する。
【０１２６】被処理基板１００は、台１０８上に設けら
れたステージ１１１上に配置され、台１０８内に設置さ
れたヒーターによって、所定の温度（室温〜７００℃、
好ましくは１００〜５００℃）に保たれる。
【０１２７】台１０８は、移動機構１０９によって、線
状レーザー光の線方向に対して直角の方向に移動され、
被処理基板１００上面に対しレーザービームを走査しな
がら照射することを可能としている。
【０１２８】レーザー照射室１０１は、真空排気ポンプ
１１０を備えており、必要に応じて内部を減圧状態また
は真空状態にすることができる。
【０１２９】レーザー照射室１０１は、気体供給部１０
９を有している。気体供給部１０９は、レーザー照射室
１０１内に酸素、水素、窒素、ヘリウム等の気体を導入
して、所望の雰囲気を形成する。必要に応じて、他の気
体を導入するための別の気体供給部を設けてもよい。
【０１３０】レーザー照射室１０１は、ゲイトバルブ１
１２を有し、他の処理室との接続を可能なものとしてい
る。また必要に応じて、ゲイトバルブ１１２を介して基
板（試料）の出し入れを行うことができる構成となって
いる。
【０１３１】ゲイトバルブ１１２を介して、基板搬送
室、加熱室、徐冷室、ロード／アンロード室などを配置
したマルチチャンバー構成としてもよい。
【０１３２】被処理基板１００上には、図３にて示した
ようなマスクおよび減光フィルター１０７が図示しない
固定手段に支持されて設けられている。減光フィルター
は、マスクに連結して設けられている。
【０１３３】マスクは、窓１０６を透過してきた線状レ
ーザー光のスキャン方向（図１０においては矢印の方
向）側を遮る。これにより、線状レーザー光のエネルギ
ープロファイルの立ち上がりを急峻にする。
【０１３４】減光フィルターは、線状レーザー光のスキ
ャン方向側のエネルギー密度を部分的に低下させる。
【０１３５】このような構成のレーザー照射装置によ
り、階段状のエネルギープロファイルを有するレーザー
光によるレーザーアニールを、高品質かつ高生産性を有
して行うことができる。
【０１３６】〔実施例３〕本実施例は、ガラス基板上に
薄膜トランジスタを作製する場合の例を示す。
【０１３７】図１１に、実施例の作製工程を示す。ま
ず、被処理基板１１０１として１２７ｍｍ角のコーニン
グ１７３７ガラス基板を用意する。
【０１３８】そして基板１１０１上に下地膜としての酸
化珪素膜１１０２を２０００Åの厚さに成膜する。成膜
方法はプラズマＣＶＤ法を用いる。次に図示しないアモ
ルファスシリコン膜を５００〜１０００Å例えば５００
Åの厚さに減圧ＣＶＤ法により成膜する。
【０１３９】次に１０ｐｐｍ程度の酢酸ニッケル水溶液
を、スピンコート法によりアモルファスシリコン膜上に
塗布し、ニッケル元素がアモルファスシリコン膜の表面
に接して保持された状態とする。このニッケルを用いた
結晶化技術の詳細については、特開平６−２４４１０４
号に記載されている。
【０１４０】この状態において、４５０〜６００℃、例
えば６００℃、４時間の加熱処理を水素含有雰囲気（即
ち還元雰囲気）中で行う。この加熱処理により、アモル
ファスシリコン膜は結晶化し結晶性シリコン膜へと変成
される。（図１１（Ａ））
【０１４１】なお、最終的に膜中に残留するニッケル元
素の濃度は、１×１０15〜５×１０19原子／ｃｍ3 の範
囲内に収まることが望ましい。
【０１４２】このようにして結晶性シリコン膜１１０３
が得られる。次に得られた結晶シリコン膜１１０３の結
晶性をさらに高めるために、レーザーアニールを行う。
【０１４３】レーザーアニールは、図１０に示す装置を
用いて行う。また光学系として図８に示すものを用い
る。アニール時は、大気圧、酸素含有雰囲気中とする。
【０１４４】被処理基板１１０１を２００℃に加熱した
状態でレーザーアニールを行う。照射される線状レーザ
ー光は、マスクおよび減光フィルターを介さない状態
で、被照射面上で幅約０．３ｍｍ×長さ１３５ｍｍの大
きさを有する。
【０１４５】またレーザー光は、図３に示すようなマス
クおよび減光フィルターにより、エネルギープロファイ
ルが図１に示すような階段状にされている。減光フィル
ターのスキャン方向の幅は、０．１ｍｍとする。
【０１４６】レーザー光の階段状のエネルギープロファ
イルは、図１に対応させて示すと、Ｅ１＝１５０ｍＪ／
ｃｍ2 、Ｅ２＝２８０ｍＪ／ｃｍ2 、Ｌ１＝Ｌ２＝０．
１ｍｍと設定する。
【０１４７】エネルギー密度Ｅ１は、熱結晶化された結
晶性シリコン膜を、良好に加熱するエネルギーの範囲で
あればよい。代表的には１００ｍＪ／ｃｍ2 ≦Ｅ１≦２
５０ｍＪ／ｃｍ2 である。
【０１４８】また、エネルギー密度Ｅ２は、エネルギー
密度Ｅ１が照射されたシリコン膜の結晶性を良好に向上
させるエネルギーの範囲であればよい。代表的には２０
０ｍＪ／ｃｍ2 ≦Ｅ２≦３００ｍＪ／ｃｍ2 である。
【０１４９】なおエネルギー密度Ｅ１およびＥ２は、±
５％以内の変位幅を含む。
【０１５０】線状レーザー光はマスクにより線幅方向に
おいて約０．１ｍｍ程度遮られる。これによりスキャン
方向のエネルキープロファイルが急峻に立ち上がる。
【０１５１】エネルギー密度Ｅ１のレーザー光は、結晶
性シリコン膜に対し予備的な加熱を行う役割を果たす。
エネルギー密度Ｅ２のレーザー光は、予備加熱が行われ
た結晶性シリコン膜の結晶粒径のさらなる増大など、膜
全体の結晶性を向上させる役割を果たす。
【０１５２】Ｌ１及びＬ２に対する、線状レーザー光を
スキャンする際のピッチＤは０．０２５ｍｍとする。し
たがって、同一箇所に対し同一のエネルギー密度（Ｅ１
またはＥ２）のレーザー光が０．１ｍｍ／０．０２５ｍ
ｍ＝４回照射される。
【０１５３】このような条件によりレーザーアニールを
行った結果、一度のスキャンニングで充分に結晶性が向
上した。またレーザー光源は、出力が突発的に５〜１０
％程度低下するものであるが、それにも係わらず、アニ
ール後の結晶性シリコン膜１１０３の表面は極めて均質
であり、縞状の荒れは全く見られなかった。（図１１
（Ｂ））
【０１５４】次に、レーザーアニールによって結晶性が
助長された結晶性シリコン膜１１０３を用いて薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）を作製する。まず、結晶性シリコン
膜１１０３をエッチングして、島状領域１１０４を形成
する。この島状領域１１０４は後に薄膜トランジスタの
活性層を構成することとなる。
【０１５５】次に、ゲイト絶縁膜１１０５となる酸化珪
素膜をプラズマＣＶＤ法によって厚さ１２００Åの厚さ
に成膜する。ここではこの酸化珪素膜を成膜するための
原料ガスとして、ＴＥＯＳおよび酸化珪素膜を用いる。
（図１１（Ｃ））
【０１５６】次に、ゲイト電極を作製する。ここではま
ず図示しないアルミニウム膜をスパッタ法により、６０
００Åの厚さに成膜する。なお、アルミニウム膜中にス
カンジウムまたは珪素を０．１〜２．０重量％含有させ
る。そしてこのアルミニウム膜をエッチングして、ゲイ
ト電極１１０６を形成する。
【０１５７】次にソース／ドレイン領域を形成するため
の不純物イオンの注入を行う。ここではＮチャネル型の
ＴＦＴを作製するためにＰ（リン）イオンの注入をイオ
ンドーピング法によって行う。
【０１５８】このリンイオンの注入は、ゲイト電極１１
０７をマスクとして行われる。ドーピングの条件は、ド
ーピングガスとして、フォスフィン（ＰＨ3 ）を用い、
加速電圧を８０ｋＶ、ドーズ量を１×１０15原子／ｃｍ
2 として行う。また基板温度は室温とする。
【０１５９】なお、Ｐチャネル型のＴＦＴを作製するた
めに、Ｂ（硼素）イオンの注入を行う場合は、ドーピン
グガスとして水素で５％程度に希釈されたジボラン（Ｂ
2 Ｈ6 ）を用い、加速電圧を６５ｋＶ、ドーズ量を３×
１０15原子／ｃｍ2 とする。またこの際、基板温度は室
温とする。
【０１６０】このドーピング工程においては、自己整合
的にチャネル形成領域１１０９と、不純物領域であるソ
ース領域１１０７、さらにドレイン領域１１０８が形成
される。（図１１（Ｄ））
【０１６１】次にドーピングされた不純物を活性化する
ために、レーザーアニールを行う。ここでも、階段状の
エネルギープロファイルを有する線状レーザー光を用い
る。
【０１６２】このときのレーザー光の階段状のエネルギ
ープロファイルは、図１に対応させて示すと、Ｅ１＝１
５０ｍＪ／ｃｍ2 、Ｅ２＝２００ｍＪ／ｃｍ2 、Ｌ１＝
Ｌ２＝０．１ｍｍとした。その他の条件は、前述の結晶
化工程と同様とした。
【０１６３】このレーザーアニールにより、不純物が活
性化される共に、先の不純物イオンの注入時における損
傷が回復される。このレーザーアニールの終了後、窒素
雰囲気中にて２時間、４５０℃の熱アニールを行う。
（図１１（Ｅ））
【０１６４】次に、層間絶縁膜１１１０として酸化珪素
膜をプラズマＣＶＤ法で６０００Åの厚さに成膜する。
【０１６５】さらに層間絶縁膜１１１０にコンタクトホ
ールを形成し、金属材料、例えば、チタンとアルミニウ
ムの多層膜でもってソース電極１１１１とドレイン電極
１１１２を形成する。
【０１６６】最後に、１気圧の水素雰囲気で、２００〜
３５０℃の熱アニール処理を行い、図１１（Ｆ）に示す
薄膜トランジスタを完成させる。
【０１６７】このようにして、複数の結晶性シリコン薄
膜トランジスタが形成される。
【０１６８】本実施例で作製された複数の薄膜トランジ
スタは、結晶化助長のためのレーザーアニール工程に矩
形や台形のエネルギープロファイルを使用した場合に比
較して、しきい値や移動度等の諸特性の、同一基板面内
におけるばらつきが極めて低くなった。
【０１６９】〔実施例４〕実施例４は、アモルファスシ
リコン膜に対してレーザーアニールを施し、結晶性シリ
コン膜を得る構成に関する。
【０１７０】まず、基板として１２７ｍｍ角、１．１ｍ
ｍ厚のコーニング１７３７基板を用意する。この基板上
にプラズマＣＶＤ法により酸化珪素膜を２０００Åの厚
さに形成し、下地膜とする。
【０１７１】さらに減圧ＣＶＤ法でアモルファスシリコ
ン膜を５００〜１０００Åここでは５００Åの厚さに形
成する。
【０１７２】次にレーザーアニールを行う。レーザーア
ニールは、図１０に示す装置を用いて行う。また光学系
として図９に示すものを用いる。アニール時は、大気
圧、酸素含有雰囲気中とする。
【０１７３】被処理基板を２００℃に加熱した状態でレ
ーザーアニールを行う。照射される線状レーザー光は、
マスクおよび減光フィルターを介さない状態で、被照射
面上で幅約０．７ｍｍ×長さ１３５ｍｍの大きさを有す
る。
【０１７４】またレーザー光は、図３に示すようなマス
クおよび減光フィルターにより、エネルギープロファイ
ルが図１に示すような階段状にされている。減光フィル
ターのスキャン方向の幅は、０．３ｍｍとする。
【０１７５】レーザー光の階段状のエネルギープロファ
イルは、図１に対応させて示すと、Ｅ１＝１３０ｍＪ／
ｃｍ2 、Ｅ２＝２５０ｍＪ／ｃｍ2 、Ｌ１＝Ｌ２＝０．
３ｍｍである。
【０１７６】エネルギー密度Ｅ１は、アモルファスシリ
コンを良好に結晶化させるエネルギーの範囲であればよ
い。代表的には１００ｍＪ／ｃｍ2 ≦Ｅ１≦２００ｍＪ
／ｃｍ2 である。
【０１７７】また、エネルギー密度Ｅ２は、エネルギー
密度Ｅ１が照射されたシリコン膜の結晶性を良好に向上
させるエネルギーの範囲であればよい。代表的には２０
０ｍＪ／ｃｍ2 ≦Ｅ２≦３００ｍＪ／ｃｍ2 である。
【０１７８】なおエネルギー密度Ｅ１およびＥ２は、±
５％以内の変位幅を含む。
【０１７９】線状のレーザー光はマスクにより線幅方向
において０．１ｍｍ程度遮られる。これによりスキャン
方向のエネルキープロファイルが急峻に立ち上がる。
【０１８０】エネルギー密度Ｅ１のレーザー光は、アモ
ルファスシリコン膜を結晶化させる役割を果たす。エネ
ルギー密度Ｅ２のレーザー光は、エネルギー密度Ｅ１の
レーー光により結晶化された結晶性シリコン膜の結晶粒
径のさらなる増大など、膜全体の結晶性を向上させる役
割を果たす。
【０１８１】Ｌ１及びＬ２に対する、線状レーザー光を
スキャンする際のピッチＤは０．０６ｍｍとする。した
がって、同一箇所に対し同一のエネルギー密度（Ｅ１ま
たはＥ２）のレーザー光が０．３ｍｍ／０．０６ｍｍ＝
５回照射される。
【０１８２】このような条件によりレーザーアニールを
行った結果、一度のスキャンニングで充分に結晶性が向
上した。またレーザー光源は、出力が突発的に５〜１０
％程度変動するものであるが、それにも係わらず、アニ
ール後の結晶性シリコン膜の表面は極めて均質であり、
縞状の荒れは全く見られなかった。
【０１８３】この後、レーザーアニールによって結晶化
されおよび結晶性が助長された結晶性シリコン膜を用い
て複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を、実施例３と同
様にして作製する。
【０１８４】作製された複数の薄膜トランジスタは、そ
の諸特性が同一基板面内において極めて均質なものとす
ることができた。
【０１８５】〔実施例５〕実施例５では、階段状のエネ
ルギープロファイルを得るための他の構成を示す。階段
状のエネルギープロファイルを得るための他の方法とし
て、レーザー光を均質化するために設けられているホモ
ジナイザに減光フィルターを設けてもよい。その場合の
構成の例を図１２に示す。
【０１８６】ホモジナイザは、複数のシリンドリカルレ
ンズを平行に配置したものである。レーザー光源から出
力された、数ｃｍ角のスポット形状の断面を有するレー
ザー光は、ホモジナイザに入射すると、各シリンドリカ
ルレンズの後段で一度収束してから拡散する。
【０１８７】各シリンドリカルレンズにて拡散したレー
ザー光は、凸レンズに入射させることで収束する。この
ような加工を、レーザー光断面の縦方向、横方向でそれ
ぞれ行うと、レーザー光はエネルギー密度が均質な概略
正方形まはた長方形の断面となる。
【０１８８】この正方形や長方形断面を有するレーザー
光を、レーザー光を収束させる凸レンズによって断面の
縦横の長さを変化させる。その結果被照射面上にて所定
の線幅を有する線状レーザー光とする。レーザー光断面
の縦横の長さは、レーザー光を収束させる凸レンズの曲
率によって決定される。
【０１８９】このようにして得られる線状レーザー光
は、被照射面上では線方向（長手方向）も線幅方向もエ
ネルギー密度が均質化されている。
【０１９０】そして、線状レーザー光の線幅方向の均質
化を図るためのホモジナイザを、図１２に示すような構
成とする。すなわち、図１２に示すように、ホモジナイ
ザ１２０１を構成する各シリンドリカルレンズの前段ま
たは後段に減光フィルター１２０５を設ける。図１２で
は後段に設けている。
【０１９１】図１２に示すように、レーザー光１２０４
がホモジナイザ１２０１を透過した後、減光フィルター
を透過する部分はエネルギー密度が低下する。例えば、
縦方向の均質化を図るホモジナイザを構成する各シリン
ドリカルレンズに対し、その対応した位置の下側に減光
フィルターを設ける。つまり、各シリドリカルレンズに
一つずつ対応して減光フィルターを設ける。
【０１９２】このとき、１つのシリンドリカルレンズに
対応して設けられた減光フィルターが、他のシリンドリ
カルレンズを通過した光あるいは入射する光を遮らない
ようにする。
【０１９３】被照射面１２０３においては、凸レンズ１
２０２により集光されて、エネルギー密度が均質化され
たレーザー光が照射される。
【０１９４】被照射面１２０３においては、図１２に示
すように、減光フィルターを透過しなかったレーザー光
が照射される領域（ａ）と、減光フィルターを透過した
レーザー光が照射される領域（ｂ）が存在する。
【０１９５】領域（ｂ）の方がエネルギー密度が低くな
るため、被照射面でのレーザー光のエネルギープロファ
イルは、階段状となる。図１２の上下方向が線状レーザ
ー光の線幅方向に相当する。ゆえに、線幅方向のエネル
ギープロファイルを階段状とすることができる。
【０１９６】実施例５で示す構成は、実施例１で示した
階段状のエネルギープロファイルを得る方法に比較し
て、レーザー照射時に減光フィルターに加わるエネルギ
ーが大幅に小さくなる。そのため、長期間において安定
したフィルター特性を維持できる。
【０１９７】本実施例において、各シリンドリカルレン
ズに対応する減光フィルターの幅により、エネルギー密
度の低い側の領域の線幅方向の長さを制御できる。
【０１９８】さらに、マスクまたはスリットを凸レンズ
と被照射面との間にを設けて、エネルギープロファイル
の立ち上がりをより急峻にしてもよい。
【０１９９】スキャン方向の反対側のエネルギープロフ
ァイルは、特に限定されない。
【０２００】
【発明の効果】本発明により、線状レーザー光を用いた
半導体薄膜に対するレーザーアニールにおいて、結晶性
の向上、処理工程の短縮、膜質の面内均質性の向上、レ
ーザー光源の出力変動の影響の回避、といった優れた効
果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 線状レーザー光の線幅方向のエネルギープロ
ファイルの概念図
【図２】 スキャン過程を示す図。
【図３】 階段状のエネルギープロファイルを得るため
の構成の例を示す図。
【図４】 レーザー光のエネルギー密度が突発的に変動
する場合のスキャン過程の例を示す図。
【図５】 スキャン方向側のエネルギー密度を高いもの
とした例を示す図。
【図６】 台形状のエネルギープロファイルを有する線
状レーザー光のスキャン過程を示す図。
【図７】 レーザー光源のエネルギー変動の伴った線状
レーザー光のスキャン工程を示す図。
【図８】 光学系の例を示す図。
【図９】 光学系の例を示す図。
【図１０】 レーザー照射装置の構成の例を示す図。
【図１１】 実施例の作製工程を示す図。
【図１２】 ホモジナイザに減光フィルターを設けた構
成の例を示す。
【符号の説明】
３０１ マスク ３０２ 減光フィルター ３０３ レーザー光 ３０４ 減光フィルターを透過したレーザー光 ３０５ 被照射面
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−257511（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−286518（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−102311（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−177422（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−82662（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−275081（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−129573（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−61843（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−50961（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−241872（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−213341（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−203843（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−172050（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−148423（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−81074（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−106247（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−124913（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−77235（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−307727（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−282869（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−260812（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−76715（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−37713（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−198625（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/268 H01L 21/20

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】幅方向に段階的なエネルギープロファイル
    を有した線状のパルスレーザー光を被照射物に照射する
    手段と、前記被照射物に対して相対的に前記レーザー光を前記幅
    方向にピッチＤで走査する 手段とを有するレーザー照射
    装置において、 前記レーザー光の段階的なエネルギープロファイルのそ
    れぞれは所定の照射エネルギー密度を有し、かつ前記幅
    方向における寸法がＬｎの領域でなり、 Ｌｎ≧Ｄであることを特徴とするレーザー照射装置。
  2. 【請求項２】請求項１において、 Ｌｎ≧３Ｄであることを特徴とするレーザー照射装置。
  3. 【請求項３】請求項１において、 Ｌｎ≧５Ｄであることを特徴とするレーザー照射装置。
  4. 【請求項４】請求項１乃至３のいずれか一において、前記レーザー光の 段階的なエネルギープロファイルは、 第１のエネルギー密度Ｅ１である第１の領域と、 第２のエネルギー密度Ｅ２である第２の領域と、 を少なくとも有していることを特徴とするレーザー照射
    装置。
  5. 【請求項５】請求項１乃至３のいずれか一において、前記レーザー光の段階的なエネルギープロファイル は、前記 被照射物を第１の状態とするのに適したエネルギー
    密度Ｅ１と、前記 被照射物を第２の状態とするのに適したエネルギー
    密度Ｅ２とを有していることを特徴とするレーザー照射
    装置。
  6. 【請求項６】請求項１乃至３のいずれか一において、前記レーザー光の段階的なエネルギープロファイル は、 非晶質珪素膜を結晶化させるのに適したエネルギー密度
    Ｅ１と、前記 結晶化した珪素膜の結晶性を助長するのに適したエ
    ネルギー密度Ｅ２とを有していることを特徴とするレー
    ザー照射装置。
  7. 【請求項７】幅方向に段階的なエネルギープロファイル
    を有した線状のパルスレーザー光を被照射物に照射する
    方法において、前記被照射物に対して相対的に前記レーザー光を前記幅
    方向にピッチＤで走査し 、 前記レーザー光の段階的なエネルギープロファイルのそ
    れぞれは所定の照射エネルギー密度を有し、かつ前記幅
    方向における寸法がＬｎの領域でなり、Ｌｎ≧Ｄとする
    ことを特徴とするレーザー照射方法。
  8. 【請求項８】請求項７において、 Ｌｎ≧３Ｄであることを特徴とするレーザー照射方法。
  9. 【請求項９】請求項７において、 Ｌｎ≧５Ｄであることを特徴とするレーザー照射方法。
  10. 【請求項１０】請求項７乃至９のいずれか一において、前記レーザー光の 段階的なエネルギープロファイルは、 第１のエネルギー密度Ｅ１である第１の領域と、 第２のエネルギー密度Ｅ２である第２の領域とを少なく
    とも有していることを特徴とするレーザー照射方法。
  11. 【請求項１１】請求項７乃至９のいずれか一において、前記レーザー光の段階的なエネルギープロファイル は、前記 被照射物を第１の状態とするのに適したエネルギー
    密度Ｅ１と、前記 被照射物を第２の状態とするのに適したエネルギー
    密度Ｅ２とを有していることを特徴とするレーザー照射
    方法。
  12. 【請求項１２】請求項７乃至９のいずれか一において、前記レーザー光の段階的なエネルギープロファイル は、 非晶質珪素膜を結晶化させるのに適したエネルギー密度
    Ｅ１と、前記 結晶化した珪素膜の結晶性を助長するのに適したエ
    ネルギー密度Ｅ２とを有していることを特徴とするレー
    ザー照射方法。
  13. 【請求項１３】幅方向に段階的なエネルギープロファイ
    ルを有した線状のパルスレーザー光を被照射物に照射す
    る方法において、 前記レーザー光のエネルギープロファイルは前記幅方向
    における寸法がＬ１である第１のエネルギー密度Ｅ１
    と、 前記幅方向における寸法がＬ２である第２のエネルギー
    密度Ｅ２とを有し 、前記被照射物に対して相対的に前記レーザー光を前記幅
    方向にピッチＤで走査し、Ｄ≦Ｌ１およびＤ≦Ｌ２であ
    る ことを特徴とするレーザー照射方法。
  14. 【請求項１４】請求項１３において、 前記第１のエネルギー密度Ｅ１は前記第２のエネルギー
    密度Ｅ２より小さく、前記被照射物は前記第１のエネル
    ギー密度Ｅ１の後に前記第２のエネルギー密度Ｅ２が照
    射される ことを特徴とするレーザー照射方法。
  15. 【請求項１５】請求項１３において、 前記第１のエネルギー密度Ｅ１は前記第２のエネルギー
    密度Ｅ２より小さく、前記被照射物は前記第２のエネル
    ギー密度Ｅ２の後に前記第１のエネルギー密度Ｅ１が照
    射される ことを特徴とするレーザー照射方法。
  16. 【請求項１６】請求項７乃至１５のいずれか一におい
    て、 フィルターにより前記レーザー光の段階的なエネルギー
    プロファイルが生じる ことを特徴とするレーザー照射方
    法。
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