(57)【要約】【課題】被処理対にレーザ光を照射してアニール処理する際に、レーザ光の周辺に生成される強度低下域による影響を軽減する。【解決手段】被処理体の照射面上のビーム断面において強度が外側に向かって小さくなる強度勾配を有する周囲強度勾配域を周囲に有し、該周囲強度勾配域の内側に強度が平坦な強度平坦域を有するパルス状のレーザ光を、前記被処理体に対し相対的に走査しつつ同一位置にＮ回（Ｎは２以上の整数）照射するレーザアニール方法であって、レーザ光が、強度平坦域３０を複数有し、複数の強度平坦域３０間に該強度平坦域よりも強度が小さい強度低下域３１が介在し、強度低下域３１がビーム断面に沿った方向に間隔を置いて配列されており、強度低下域３１の配列方向に沿った方向、または該配列方向と交差する方向に走査を行いつつレーザ光を被処理体に照射する。【選択図】図３
2014033002.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の照射面上のビーム断面において強度が外側に向かって小さくなる強度勾配を有する周囲強度勾配域を周囲に有し、該周囲強度勾配域の内側に強度が平坦な強度平坦域を有するパルス状のレーザ光を、前記被処理体に対し相対的に走査しつつ同一位置にＮ回（Ｎは２以上の整数）照射するレーザアニール方法であって、
前記レーザ光が、前記強度平坦域を複数有し、かつ複数の前記強度平坦域間に該強度平坦域よりも強度が小さい強度低下域が介在し、前記強度低下域が前記ビーム断面に沿った方向に間隔を置いて配列されており、前記強度低下域の配列方向に沿った方向、または該配列方向と交差する方向に前記走査を行いつつ前記レーザ光を前記被処理体に照射することを特徴とするレーザアニール方法。
【請求項２】
前記強度低下域が前記ビーム断面に沿った方向に間隔を置いて周期的に配列されていることを特徴とする請求項１記載のレーザアニール方法。
【請求項３】
前記強度低下域は、前記強度平坦域を挟んで前記走査方向に沿って等間隔Ｗで並列しており、前記走査に伴って、前記レーザ光の照射位置を送りピッチＤで移動して、前記レーザ光を前記被処理体に照射する場合、
下記式（１）を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザアニール方法。
Ｄ＝ｎ・Ｗ＋Ｐ          （１）
（ただし、ｎは０以上の整数、Ｐは０＜Ｐ＜Ｗである。）
【請求項４】
下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項３記載のレーザアニール方法。
Ｐ＝Ｗ／Ｎ                （２）
【請求項５】
前記レーザ光は、照射面上のビーム断面において前記走査方向で所定の長さＬを有し、
前記強度低下域は、前記走査方向において前記間隔Ｗで（Ｎ−１）本配置されており、
下記式（３）を満たすことを特徴とする請求項４記載のレーザアニール方法。
Ｌ＝Ｄ・Ｎ              （３）
【請求項６】
前記レーザ光が、前記照射面上でのビーム断面形状で四辺形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のレーザアニール方法。
【請求項７】
前記レーザ光が、前記照射面上でのビーム断面形状で、互いに隣接する辺ｌ１、辺ｌ２を有する平行四辺形の形状を有し、前記辺ｌ２と間隔を有する強度低下域がｌ１方向に等間隔ｗ１で配列され、前記辺ｌ１と間隔を有する強度低下域がｌ２方向に等間隔ｗ２で配列されていることを特徴とする請求項１記載のレーザアニール方法。
【請求項８】
前記照射面上で、前記走査方向に沿った方向をＸ方向、前記走査方向と直交する方向をＹ方向、前記Ｘ方向に、より小さい角度θ１を有する方向の辺を前記辺ｌ１、前記Ｙ方向に、より小さい角度θ２を有する方向の辺を前記辺ｌ２、前記辺ｌ１方向に配列された前記強度低下域の前記Ｘ方向における配列間隔をＷｘ、前記辺ｌ２方向に配列された前記強度低下域の前記Ｙ方向における配列間隔をＷｙとし、
前記走査に伴って、前記レーザ光の照射位置を所定の送りピッチで移動して、前記レーザ光を前記被処理体の同一位置にＮ回照射する場合、
前記辺ｌ１方向に配列された強度低下域が移動するＸ方向ピッチをＤｘ、前記辺ｌ２方向に配列された強度低下域が移動するＹ方向ピッチをＤｙ、照射面上のビーム断面における前記レーザ光のＸ方向長さをＬｘ、Ｙ方向長さをＬｙとして、下記式（４）〜（１１）を満たすことを特徴とする請求項７記載のレーザアニール方法。
Ｗｘ＝ｗ１（ｃｏｓθ１＋ｓｉｎθ１・ｔａｎθ２）  （４）
Ｗｙ＝ｗ２（ｃｏｓθ２＋ｓｉｎθ２・ｔａｎθ１）  （５）
Ｗｘ＝Ｐｘ・Ｎ                                    （６）
Ｗｙ＝Ｐｙ・Ｎ                                    （７）
Ｄｘ＝（ｎ・Ｗｘ＋Ｐｘ）                          （８）
Ｄｙ＝（ｍ・Ｗｙ＋Ｐｘ）                          （９）
Ｌｘ＝Ｄｘ・Ｎ                                    （１０）
Ｌｙ＝Ｄｙ・Ｎ                                    （１１）
ただし、０＜Ｐｘ＜Ｗｘ、０＜Ｐｙ＜Ｗｙ、ｎ、ｍ：０以上の整数
【請求項９】
前記強度低下域が、前記ビーム断面において、少なくとも、前記照射面上で前記Ｎ回照射の最終回照射域を形成する領域に介在されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のレーザアニール方法。
【請求項１０】
前記走査に伴って、前記レーザ光の照射位置を所定の送りピッチで相対的に移動しつつ前記照射位置毎に前記レーザ光を被処理体の同一位置にＮ回照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光照射工程後、前記レーザ光が前記照射面上でのビーム断面で前記走査方向における長さ分移動するように前記レーザ光を前記被処理体に対して相対的に移動するレーザ光移動工程とを有し、
前記レーザ光照射工程と、前記レーザ光移動工程とを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のレーザアニール方法。
【請求項１１】
前記レーザ光照射工程における前記レーザ光の相対移動速度よりも、前記レーザ光移動工程における前記レーザ光の相対移動速度を高速にすることを特徴とする請求項１０記載のレーザアニール方法。
【請求項１２】
前記レーザ光を繰り返し周波数Ｒで発生するＮ台のレーザ光源からレーザ光源毎に順次、発振時間間隔Ｔで出力して前記被処理体に照射することにより、前記被処理体に送りピッチＤでレーザ光をＮ回照射するレーザ光照射工程が実行され、かつ、前記照射面上での前記走査方向における前記レーザ光の長さをＬとして、Ｖ＝Ｌ×ＲおよびＴ＝Ｄ／Ｖの条件を満たして前記レーザ光移動工程が実行されるように、前記レーザ光を前記被処理体に対し速度Ｖで相対的に移動させることを特徴とする請求項１０記載のレーザアニール方法。
【請求項１３】
前記被処理体がアモルファスシリコン膜であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のレーザアニール方法。
【請求項１４】
照射面上のビーム断面において強度が外側に向かって小さくなる強度勾配を有する周囲強度勾配域を周囲に有し、該周囲強度勾配域の内側に強度が平坦な強度平坦域を有するパルス状のレーザ光を、被処理体に対し相対的に走査しつつＮ回照射するレーザアニール装置であって、
前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
前記レーザ光源で発生した前記レーザ光を前記被処理体に導いて前記被処理体に照射する光学系と、
前記被処理体に照射される前記レーザ光を前記被処理体に対して相対的に移動させる移動装置と、を有し、
さらに、前記光学系に、前記レーザ光源により発生した前記レーザ光を整形して、前記強度平坦域を複数有し、かつ複数の前記強度平坦域が該強度平坦域の強度よりも強度が小さい強度低下域を介して前記ビーム断面に沿った方向に周期的に配列されている前記ビーム断面形状にする整形部を有することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項１５】
前記整形部が、レーザ光の断面方向において、前記レーザ光の一部が透過して前記強度平坦域を形成する透過領域と、前記レーザビームの一部の透過率を低下させる低透過領域とを有し、前記透過領域を複数有し、かつ複数の前記透過領域が前記低透過領域を介して前記レーザ光の断面方向に沿って周期的に配列されていることを特徴とする請求項１４記載のレーザアニール装置。
【請求項１６】
前記整形部は、照射面上を基準にして、前透過領域が前記低透過領域を介して前記走査方向において等間隔Ｗで（Ｎ−１）で並列し、前記走査方向で長さＬを有するビーム断面形状に整形するものであり、
前記移動装置は、前記レーザ光の照射位置を送りピッチＤで相対的に移動させるものであり、
下記式（１）（２）（３）を満たすことを特徴とする請求項１４または１５に記載のレーザアニール方法。
Ｄ＝ｎ・Ｗ＋Ｐ          （１）
Ｐ＝Ｗ／Ｎ              （２）
Ｌ＝Ｄ・Ｎ              （３）
（ただし、ｎは０以上の整数、Ｐは０＜Ｐ＜Ｗ、Ｎは２以上の整数である。）
【請求項１７】
前記整形部は、前記照射面上でのビーム断面形状で、互いに隣接する辺ｌ１、辺ｌ２を有する平行四辺形の形状を有し、前記辺ｌ２と間隔を有する強度低下域がｌ１方向に等間隔ｗ１で配列され、前記辺ｌ１と間隔を有する強度低下域がｌ２方向に等間隔ｗ２で配列されるように前記透過領域と前記低透過領域とが配置されていることを特徴とする請求項１５記載のレーザアニール装置。
【請求項１８】
前記整形部は、前記照射面上でのビーム断面形状で、前記走査方向に沿った方向をＸ方向、前記走査方向と直交する方向をＹ方向、前記Ｘ方向に、より小さい角度θ１（θ１＞０）を有する方向の辺を前記辺ｌ１、前記Ｙ方向に、より小さい角度θ２（θ２≧０またはθ２＜０）を有する方向の辺を前記辺ｌ２、前記辺ｌ１方向に配列された前記強度低下域の前記Ｘ方向の配列間隔をＷｘ、前記辺ｌ２方向に配列された前記強度低下域の前記Ｙ方向の配列間隔をＷｙとし、
下記式（４）〜（７）を満たすように前記レーザ光を整形するものであることを特徴とする請求項１７に記載のレーザアニール装置。
Ｗｘ＝ｗ１（ｃｏｓθ１＋ｓｉｎθ１・ｔａｎθ２）  （４）
Ｗｙ＝ｗ２（ｃｏｓθ２＋ｓｉｎθ２・ｔａｎθ１）  （５）
Ｗｘ＝Ｐｘ・Ｎ                                    （６）
Ｗｙ＝Ｐｙ・Ｎ                                    （７）
ただし、０＜Ｐｘ＜Ｗｘ、０＜Ｐｙ＜Ｗｙ、ｎ、ｍ：０以上の整数
【請求項１９】
前記整形部が、前記レーザ光を整形して、前記強度低下域が、前記ビーム断面において、少なくとも、前記照射面上で前記Ｎ回照射の最終回照射域を形成する領域に介在する前記ビーム断面形状にするものであることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載のレーザアニール装置。
【請求項２０】
前記レーザ光を繰り返し周波数Ｒで出力し、かつレーザ光源毎に順次、発振時間間隔Ｔで出力するＮ台のレーザ光源を有し、
前記光学系は、前記相対的な移動に伴って、レーザ光源毎に出力するレーザ光が走査方向に沿って所定の送りピッチＤで照射面上で移動するように前記レーザ光を被処理体の照射面上に導き、
前記移動装置は、前記照射面上を基準にして、前記走査方向における前記レーザ光の長さをＬとして、Ｖ＝Ｌ×ＲおよびＴ＝Ｄ／Ｖの条件を満たすように、前記レーザ光源毎に順次出力されるレーザ光の照射位置を速度Ｖで相対的に移動させることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被処理体にレーザ光を照射して該被処理体をアニールするレーザーアニール方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばガラス上の薄膜シリコン基板をレーザ光で結晶化する際には、特許文献１の従来技術で言及されているように、ラインビームを基板に対して一方向に相対的に移動しながら照射することで、全面を結晶化していた（以下、ラインビーム方式とする）。ここでラインビームの強度分布は、ビーム断面プロファイルで、強度が平坦な領域である平坦部と強度が傾いている傾斜部で構成されており、例えば被処理体の同一箇所に平坦部が１０〜２０回照射されるようにラインビームの移動速度を設定している。
【０００３】
ラインビームによる結晶化における結晶化過程は、図１４（ａ）に基づき概ね下記で説明することができる。
ラインビーム８００では、均一化したエネルギー領域８０１の周辺はビーム強度が傾いており、長尺方向端部には、エネルギー強度勾配域８０３、８０３を有し、走査方向の両端部には、エネルギー強度勾配域８０２、８０２を有している。
上記ラインビーム８００を薄膜シリコン８１０へ照射すると、図１４（ｂ）に示すように、強度分布を均一化したビーム８０１が照射された照射部分で薄膜シリコン８１０が溶融し、溶融池８２０が形成される。
【０００４】
溶融池８２０のほとんどは、シリコンとガラスとの界面から垂直方向へ成長し、溶融池端部８２１ではやや水平方向へ成長する。このとき溶融池端部８２１は溶融したシリコンが水平方向へ移動し、またシリコンは固化すると膨張することから、図１５に示すように膨出してその部分が局部的に厚くなる。ここをビーム端の厚膜化部８３０とする。厚膜化部８３０の高さは、溶融池８２０の深さや、溶融池端部８２１の固液界面の形状に依存すると考えられ、従って照射ビームのエネルギー強度勾配部８０２の勾配度に依存する。
図１５に示すように、厚膜化部８３０の幅は２０μｍ、高低差は１０μｍほどである。なお、これは特定のエネルギー強度、強度勾配で照射されたときのものであるから、厚膜化部の幅や高さは必ずしもこの幅、高低差にはならない。
【０００５】
図１４（ｂ）に示すようにビーム照射域を移動して、２回目のラインビーム８００ａの照射を行うと、厚膜化部８３０の上に照射されたところは、再溶融により平坦になりつつ溶融池８２０ａが形成され、２回目の照射により新しい厚膜化部が形成される。
【０００６】
複数回の照射により結晶粒径は次第に大きくなり一定の照射回数を超えると図１６に示すように結晶粒は均一になる。この結晶粒が均一化されるメカニズムには数多くの推察が提案されているが、実験事実として、結晶粒を均一にするには複数回必要であることが知られており、図１６のように最適エネルギー密度（図１６では３１５Ｊ／ｃｍ２）では５回以上で粒径が一定になる。
【０００７】
上記結晶化過程であるために、ラインビーム法での照射条件は一般的に下記の条件で実施される。
（１）照射回数は多いほど結晶粒が大きく、均一化し、特定回数以上飽和するため、５回以上照射されることが一般的である。
（２）溶融池端部での厚膜化部の幅以下で照射されるよう、厚膜化部の幅と同程度の送りピッチで照射する。送りピッチは、１０〜２０μｍが一般的である。より小さい送りピッチで照射すると高低差は小さくなるが、生産性に支障があって小さくすることは難しい。
（３）ラインビームの長軸方向端部のエネルギー強度勾配域８０３は、短軸方向の強度勾配域８０２より大きくなるため、結晶成長過程に差があり、製品には使用しないのが一般的である。
【０００８】
このように、ラインビーム方式においては、厚膜化部が周期的に形成されて、膜厚の高低差が大きくなる。一般に、薄膜トランジスターの特性は、膜厚に依存することが知られている（例えば、非特許文献１）。そのため膜厚の高低差は薄膜トランジスターの性能ばらつきを発生させ、従ってディスプレイの表示むらになるという課題がある。また、厚膜化部では結晶成長方向がエネルギー均一部と異なるため結晶形状にわずかな差があると考えられ、薄膜トランジスターの特性に差が生じる。このような理由により、送りピッチを厚膜化部の幅に対して小さくすることで、高低差を小さくしたり、結晶形状をほぼ同じにすることはできると考えられるが、生産性が著しく低下するために現実的な解決策にはならない。
【０００９】
また、ラインビーム長軸端の厚膜化部は短軸で発生するものと異質で、ディスプレイ等の商品には使えないという課題もある。特に、ラインビーム方式では、長軸端が連続的に照射されるため、得られる結晶化シリコンが他領域と比較して異質になる。
【００１０】
このようにラインビーム方式では長軸の長い方向の傾斜部を製品に使えないため、ラインビーム方式に変わる可能性のある方法として、特許文献２に示される方法が提案されている。
この方法では、ビーム断面形状が四辺形のレーザ光を利用し、該レーザ光の照射に際し、ビーム断面形状における四辺形のいずれの辺も走査方向と所定の角度を有するようにして被処理体にパルスレーザを照射するものとしている。
この方法によれば、照射・非照射面の境界を連続的に形成しないことにより同一箇所において傾斜部による照射回数および面積を減少させて、基板全面を結晶化することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３６７９２３号公報
【特許文献２】特許３５３４０６９号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】工業調査会発行，鵜飼育弘著，「薄膜トランジスタ技術のすべて」，P65
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記したように、従来のラインビーム方式においては、厚膜部の形成によりアニール処理の品質を低下させるという問題がある。
また、ビーム断面が四辺形状のレーザ光を利用する方法においても、四辺形の送りピッチの間隔が広いと、境界で発生する厚膜化部はラインビーム方式と同様に薄膜トランジスタの性能ばらつきの原因となる。
また、送りピッチを小さくするためには四辺形の大きさを小さくする必要があり、エキシマレーザのような大出力のレーザは１パルスあたりのエネルギーが高いために使うことが難しく、生産性が低いという課題がある。
【００１４】
本願発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、レーザ光が照射された被処理体を歩留まりよく利用でき、レーザ光のビーム断面におけるエネルギー強度傾斜部による弊害を小さくしてレーザビームサイズの大きさの制限をなくして高い生産性でレーザ処理することができるレーザアニール方法および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】
【００１５】
すなわち、本発明のレーザアニール方法のうち、第１の本発明は、被処理体の照射面上のビーム断面において強度が外側に向かって小さくなる強度勾配を有する周囲強度勾配域を周囲に有し、該周囲強度勾配域の内側に強度が平坦な強度平坦域を有するパルス状のレーザ光を、前記被処理体に対し相対的に走査しつつ同一位置にＮ回（Ｎは２以上の整数）照射するレーザアニール方法であって、
前記レーザ光が、前記強度平坦域を複数有し、かつ複数の前記強度平坦域間に該強度平坦域よりも強度が小さい強度低下域が介在し、前記強度低下域が前記ビーム断面に沿った方向に間隔を置いて配列されており、前記強度低下域の配列方向に沿った方向、または該配列方向と交差する方向に前記走査を行いつつ前記レーザ光を前記被処理体に照射することを特徴とする。
【００１６】
第２の本発明のレーザアニール方法は、前記第１の本発明において、前記強度低下域が前記ビーム断面に沿った方向に間隔を置いて周期的に配列されていることを特徴とする。
【００１７】
第３の本発明のレーザアニール方法は、前記第１または第２の本発明において、前記強度低下域は、前記強度平坦域を挟んで前記走査方向に沿って等間隔Ｗで並列しており、前記走査に伴って、前記レーザ光の照射位置を送りピッチＤで移動して、前記レーザ光を前記被処理体に照射する場合、
下記式（１）を満たすことを特徴とする。
Ｄ＝ｎ・Ｗ＋Ｐ          （１）
（ただし、ｎは０以上の整数、Ｐは０＜Ｐ＜Ｗである。）
【００１８】
第４の本発明のレーザアニール方法は、前記第３の本発明において、下記式（２）を満たすことを特徴とする。
Ｐ＝Ｗ／Ｎ                （２）
【００１９】
第５の本発明のレーザアニール方法は、前記第４の本発明において、前記レーザ光は、照射面上のビーム断面において前記走査方向で所定の長さＬを有し、
前記強度低下域は、前記走査方向において前記間隔Ｗで（Ｎ−１）本配置されており、
下記式（３）を満たすことを特徴とする。
Ｌ＝Ｄ・Ｎ              （３）
【００２０】
第６の本発明のレーザアニール方法は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記レーザ光が、前記照射面上でのビーム断面形状で四辺形状を有することを特徴とする。
【００２１】
第７の本発明のレーザアニール方法は、前記第１の本発明において、前記レーザ光が、前記照射面上でのビーム断面形状で、互いに隣接する辺ｌ１、辺ｌ２を有する平行四辺形の形状を有し、前記辺ｌ２と間隔を有する強度低下域がｌ１方向に等間隔ｗ１で配列され、前記辺ｌ１と間隔を有する強度低下域がｌ２方向に等間隔ｗ２で配列されていることを特徴とする。
【００２２】
第８の本発明のレーザアニール方法は、前記第７の本発明において、前記照射面上で、前記走査方向に沿った方向をＸ方向、前記走査方向と直交する方向をＹ方向、前記Ｘ方向に、より小さい角度θ１を有する方向の辺を前記辺ｌ１、前記Ｙ方向に、より小さい角度θ２を有する方向の辺を前記辺ｌ２、前記辺ｌ１方向に配列された前記強度低下域の前記Ｘ方向における配列間隔をＷｘ、前記辺ｌ２方向に配列された前記強度低下域の前記Ｙ方向における配列間隔をＷｙとし、
前記走査に伴って、前記レーザ光の照射位置を所定の送りピッチで移動して、前記レーザ光を前記被処理体の同一位置にＮ回照射する場合、
前記辺ｌ１方向に配列された強度低下域が移動するＸ方向ピッチをＤｘ、前記辺ｌ２方向に配列された強度低下域が移動するＹ方向ピッチをＤｙ、照射面上のビーム断面における前記レーザ光のＸ方向長さをＬｘ、Ｙ方向長さをＬｙとして、下記式（４）〜（１１）を満たすことを特徴とする。
Ｗｘ＝ｗ１（ｃｏｓθ１＋ｓｉｎθ１・ｔａｎθ２）  （４）
Ｗｙ＝ｗ２（ｃｏｓθ２＋ｓｉｎθ２・ｔａｎθ１）  （５）
Ｗｘ＝Ｐｘ・Ｎ                                    （６）
Ｗｙ＝Ｐｙ・Ｎ                                    （７）
Ｄｘ＝（ｎ・Ｗｘ＋Ｐ１）                          （８）
Ｄｙ＝（ｍ・Ｗｙ＋Ｐ２）                          （９）
Ｌｘ＝Ｄｘ・Ｎ                                    （１０）
Ｌｙ＝Ｄｙ・Ｎ                                    （１１）
ただし、０＜Ｐｘ＜Ｗｘ、０＜Ｐｙ＜Ｗｙ、ｎ、ｍ：０以上の整数
【００２３】
第９の本発明のレーザアニール方法は、前記第１〜第８の本発明のいずれかにおいて、前記強度低下域が、前記ビーム断面において、少なくとも、前記照射面上で前記Ｎ回照射の最終回照射域を形成する領域に介在されていることを特徴とする。
【００２４】
第１０の本発明のレーザアニール方法は、前記第１〜第９の本発明のいずれかにおいて、前記走査に伴って、前記レーザ光の照射位置を所定の送りピッチで相対的に移動しつつ前記照射位置毎に前記レーザ光を被処理体の同一位置にＮ回照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光照射工程後、前記レーザ光が前記照射面上でのビーム断面で前記走査方向における長さ分移動するように前記レーザ光を前記被処理体に対して相対的に移動するレーザ光移動工程とを有し、
前記レーザ光照射工程と、前記レーザ光移動工程とを交互に繰り返すことを特徴とする。
【００２５】
第１１の本発明のレーザアニール方法は、前記第１０の本発明において、前記レーザ光照射工程における前記レーザ光の相対移動速度よりも、前記レーザ光移動工程における前記レーザ光の相対移動速度を高速にすることを特徴とする。
【００２６】
第１２の本発明のレーザアニール方法は、前記第１０の本発明において、前記レーザ光を繰り返し周波数Ｒで発生するＮ台のレーザ光源からレーザ光源毎に順次、発振時間間隔Ｔで出力して前記被処理体に照射することにより、前記被処理体に送りピッチＤでレーザ光をＮ回照射するレーザ光照射工程が実行され、かつ、前記照射面上での前記走査方向における前記レーザ光の長さをＬとして、Ｖ＝Ｌ×ＲおよびＴ＝Ｄ／Ｖの条件を満たして前記レーザ光移動工程が実行されるように、前記レーザ光を前記被処理体に対し速度Ｖで相対的に移動させることを特徴とする。
【００２７】
第１３の本発明のレーザアニール方法は、前記第１〜第１２の本発明のいずれかにおいて、前記被処理体がアモルファスシリコン膜であることを特徴とする。
【００２８】
第１４の本発明のレーザアニール装置は、照射面上のビーム断面において強度が外側に向かって小さくなる強度勾配を有する周囲強度勾配域を周囲に有し、該周囲強度勾配域の内側に強度が平坦な強度平坦域を有するパルス状のレーザ光を、被処理体に対し相対的に走査しつつＮ回照射するレーザアニール装置であって、
前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
前記レーザ光源で発生した前記レーザ光を前記被処理体に導いて前記被処理体に照射する光学系と、
前記被処理体に照射される前記レーザ光を前記被処理体に対して相対的に移動させる移動装置と、を有し、
さらに、前記光学系に、前記レーザ光源により発生した前記レーザ光を整形して、前記強度平坦域を複数有し、かつ複数の前記強度平坦域が該強度平坦域の強度よりも強度が小さい強度低下域を介して前記ビーム断面に沿った方向に周期的に配列されている前記ビーム断面形状にする整形部を有することを特徴とする。
【００２９】
第１５の本発明のレーザアニール装置は、前記第１４の本発明において、前記整形部が、レーザ光の断面方向において、前記レーザ光の一部が透過して前記強度平坦域を形成する透過領域と、前記レーザビームの一部の透過率を低下させる低透過領域とを有し、前記透過領域を複数有し、かつ複数の前記透過領域が前記低透過領域を介して前記レーザ光の断面方向に沿って周期的に配列されていることを特徴とする。
【００３０】
第１６の本発明のレーザアニール装置は、前記第１４または１５の本発明において、前記整形部は、照射面上を基準にして、前透過領域が前記低透過領域を介して前記走査方向において等間隔Ｗで（Ｎ−１）で並列し、前記走査方向で長さＬを有するビーム断面形状に整形するものであり、
前記移動装置は、前記レーザ光の照射位置を送りピッチＤで相対的に移動させるものであり、
下記式（１）（２）（３）を満たすことを特徴とする。
Ｄ＝ｎ・Ｗ＋Ｐ          （１）
Ｐ＝Ｗ／Ｎ              （２）
Ｌ＝Ｄ・Ｎ              （３）
（ただし、ｎは０以上の整数、Ｐは０＜Ｐ＜Ｗ、Ｎは２以上の整数である。）
【００３１】
第１７の本発明のレーザアニール装置は、前記第１５の本発明において、前記整形部は、前記照射面上でのビーム断面形状で、互いに隣接する辺ｌ１、辺ｌ２を有する平行四辺形の形状を有し、前記辺ｌ２と間隔を有する強度低下域がｌ１方向に等間隔ｗ１で配列され、前記辺ｌ１と間隔を有する強度低下域がｌ２方向に等間隔ｗ２で配列されるように前記透過領域と前記低透過領域とが配置されていることを特徴とする。
【００３２】
第１８の本発明のレーザアニール装置は、前記第１７の本発明において、前記整形部は、前記照射面上でのビーム断面形状で、前記走査方向に沿った方向をＸ方向、前記走査方向と直交する方向をＹ方向、前記Ｘ方向に、より小さい角度θ１（θ１＞０）を有する方向の辺を前記辺ｌ１、前記Ｙ方向に、より小さい角度θ２（θ２≧０またはθ２＜０）を有する方向の辺を前記辺ｌ２、前記辺ｌ１方向に配列された前記強度低下域の前記Ｘ方向の配列間隔をＷｘ、前記辺ｌ２方向に配列された前記強度低下域の前記Ｙ方向の配列間隔をＷｙとし、
下記式（４）〜（７）を満たすように前記レーザ光を整形するものであることを特徴とする。
Ｗｘ＝ｗ１（ｃｏｓθ１＋ｓｉｎθ１・ｔａｎθ２）  （４）
Ｗｙ＝ｗ２（ｃｏｓθ２＋ｓｉｎθ２・ｔａｎθ１）  （５）
Ｗｘ＝Ｐｘ・Ｎ                                    （６）
Ｗｙ＝Ｐｙ・Ｎ                                    （７）
ただし、０＜Ｐｘ＜Ｗｘ、０＜Ｐｙ＜Ｗｙ、ｎ、ｍ：０以上の整数
【００３３】
第１９の本発明のレーザアニール装置は、前記第１４〜１８のいずれかの本発明において、前記整形部が、前記レーザ光を整形して、前記強度低下域が、前記ビーム断面において、少なくとも、前記照射面上で前記Ｎ回照射の最終回照射域を形成する領域に介在する前記ビーム断面形状にするものであることを特徴とする。
【００３４】
第２０の本発明のレーザアニール装置は、前記第１４〜第１９の本発明のいずれかにおいて、前記レーザ光を繰り返し周波数Ｒで出力し、かつレーザ光源毎に順次、発振時間間隔Ｔで出力するＮ台のレーザ光源を有し、
前記光学系は、前記相対的な移動に伴って、レーザ光源毎に出力するレーザ光が走査方向に沿って所定の送りピッチＤで照射面上で移動するように前記レーザ光を被処理体の照射面上に導き、
前記移動装置は、前記照射面上を基準にして、前記走査方向における前記レーザ光の長さをＬとして、Ｖ＝Ｌ×ＲおよびＴ＝Ｄ／Ｖの条件を満たすように、前記レーザ光源毎に順次出力されるレーザ光の照射位置を速度Ｖで相対的に移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、レーザ光のビーム断面におけるエネルギー強度傾斜部による弊害を小さくしてレーザビームサイズの大きさの制限なく高い生産性で良質なレーザ処理をすることができ、歩留まりも向上する効果がある。そして、大きなビーム断面においても送りピッチを小さくすることなく、基板全面に傾斜部を特定回数以下で照射することができる。
すなわち、本発明によれば、被処理体全面にわたって均一な結晶形状と表面を作ることができ、大きなパネルを作ることができ、装置を小型化し、従来と比較して低価格の装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態のレーザアニール装置を示す概略図である。
【図２】同じく、基板へのレーザ光照射の状態を示す概念図である。
【図３】同じく、レーザ光照射面におけるビーム断面のエネルギー強度分布と、強度低下域を超えた移動ピッチでの走査におけるエネルギー強度分布の位置変化を示す概略図である。
【図４】同じく、レーザ光照射面におけるビーム断面のエネルギー強度分布と、強度低下域内での移動ピッチでの走査におけるエネルギー強度分布の位置変化を示す概略図である。
【図５】同じく、平行四辺形のビーム断面における強度低下域の配列状態と、エネルギー強度分布を示す図である。
【図６】同じく、ビーム断面での強度低下域の配列状態と、レーザ光の走査によるビーム断面での強度低下域の移動を説明する図である。
【図７】同じく、照射面上でのレーザ光の走査をビーム断面で示す概念図である。
【図８】同じく、方形のビーム断面を有するレーザ光の走査による照射位置の移動を説明する図である。
【図９】同じく、方形でない平行四辺形のビーム断面を有するレーザ光の走査方向に対する照射位置を説明する図である。
【図１０】図９（１）のビーム断面を詳細に示す図である。
【図１１】同じく、ビーム断面に島状に配置された強度低下域を形成するマスクの概略および該マスクで得られるビーム断面のエネルギー分布を示す図である。
【図１２】同じく、前記照射面上で前記Ｎ回照射の最終回照射域を形成する領域に強度低下域が設けられた例を説明する図である。
【図１３】同じく、複数のレーザ光源を用いたレーザ光照射による照射位置を説明する図である。
【図１４】従来のラインビーム形式での照射状態とエネルギー分布、結晶化過程を説明する図である。
【図１５】同じく、レーザ光照射による固化後の基板表層の性状を示す拡大図である。
【図１６】同じく、照射エネルギーに対するパルス数と平均粒径との関係を示すグラフである。
【図１７】従来の方形のビーム断面におけるエネルギー強度分布を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に、本発明の一実施形態のレーザアニール装置を説明する。
図１（ａ）は、レーザアニール装置１の平面を示す図であり、図１（ｂ）は、基板２が載置された状態のレーザアニール装置１の正面を示す図である。
レーザアニール装置１は、パルス光を出力するレーザ光源１００と基板２を載置する基板載置台１２０と、レーザ光源１００から出力されたレーザ光を導く光学系１１０を有している。光学系１１０は、この例では、レーザ光源１００に近い側から、ミラー１１１、ミラー１１３、ミラー１１４、ミラー１１６ａ、１１６ｂ、ホモジナイザ１１７、マスク１１８、投影レンズ１１９で構成されている。ここで、マスク１１８は、本発明の整形部に相当する。
なお、本発明としては光学系の各光学部材が特定のものに限定されるものではない。
【００３８】
また、基板載置台１２０の両側には、光学系支持台１３０、１３０が設置されており、光学系支持台１３０、１３０間に架け渡すように、架設部１３１が設けられている。架設部１３１は、光学系支持台１３０、１３０の長尺方向（ここではＹ方向とする）に移動可能になっている。架設部１３１の移動は図示しない駆動装置によって行われる。架設部１３１には、可動光学ユニット１３２が設けられており、可動光学ユニット１３２は、架設部１３１の長尺方向（ここではＸ方向とする）に移動可能になっている。可動光学ユニット１３２の移動は図示しない駆動装置によって行われる。
【００３９】
ミラー１１３は、ミラー１１１の反射方向に位置しており、架設部１３１に固定されて架設部１３１とともに移動する。
ミラー１１３の反射方向に可動光学ユニット１３２が位置しており、可動光学ユニット１３１には、ミラー１１４、ミラー１１６ａ、１１６ｂ、ホミジナイザ１１７、マスク１１８、投影レンズ１１９が固定されて可動光学ユニット１３２とともに移動する。
【００４０】
次に、レーザアニール装置１の動作を説明する。
基板載置台１２０上には、処理の対象となる基板２を載置する。例えばアモルファスシリコン膜（図示しない）が形成された基板２が用いられる。
架設部１３１および可動光学ユニット１３２は初期位置に位置させる。これにより可動光学ユニット１３２を通して照射されるレーザ光１０１の初期の照射位置が決定される。
レーザ光源１００には、例えば、繰り返し周波数６００Ｈｚ、波長３０８ｎｍのエキシマレーザ光をレーザ光１０１として出力する。なお、本発明としては連続発振のレーザ光源から出力されたレーザ光を擬似的なパルス光にするものを用いるようにしてもよい。
【００４１】
レーザ光源１００から出力されたパルス状のレーザ光１０１は、ミラー１１１で反射され、レンズ１１２で集光等された後、ミラー１１３で反射される。ミラー１１３で反射されたレーザ光１０１は、可動光学ユニット１３２に設けられたミラー１１４に照射され、ミラー１１４で上方に反射されて可動光学ユニット１３２内で集光等された後、ミラー１１６ａ、１１６ｂで順次反射されて下方に向けたレーザ光１０１となり、ホモジナイザ１１７でビームの強度分布が均一化される。ホモジナイザ１１７を経たレーザ光１０１は、マスク１１８を通過してビーム断面形状の整形がなされ、投影レンズ１１９によって基板２に照射される。図２は、基板２上にビーム断面３のレーザ光１０１が照射された状態を概念的に示すものである。照射面上のエネルギー密度は、例えば、３００〜４００ｍＪ／ｃｍ２に調整されている。この例では、ビーム断面形状は平行四辺形に整形されている。なお、本発明としてはビーム断面形状が平行四辺形に限定されるものではなく、長方形状のものであってもよい。
【００４２】
上記照射に際し、可動光学ユニット１３２を所定の速度で架設部１３１に沿って移動させることで、図２に示すように基板２上におけるレーザ光１０１の照射位置がＸ方向に移動する。すなわち、この例では、可動光学ユニット１３２の移動方向がレーザ光１０１の走査方向となり、可動光学ユニット１３２が移動する間に、繰り返し周波数で照射されるパルス状のレーザ光１０１の位置変化がレーザ光１０１の照射ピッチに相当し、照射ピッチの設定により基板２の同一箇所に所定の複数回数でレーザ光１０１が照射されることになる。
【００４３】
可動光学ユニット１３２が架設部１３１の長手方向、すなわちＸ方向に所定長さ分（例えば基板２の幅分）移動すると、架設部１３１を光学系支持台１３０、１３０の長手方向、すなわちＹ方向に所定長さ分移動させる。このときのＹ方向移動量は、Ｙ方向におけるビーム長さ断面とすることができる。これにより、ビーム断面３の照射位置は、図２に示すように基板２上でＹ方向に移動する。Ｙ方向移動後、可動光学ユニット１３２を前記とは逆の方向でＸ方向に移動させることで、可動光学ユニット１３２の移動方向がレーザ光１０１の走査方向となり、可動光学ユニット１３２が移動する間に、繰り返し周波数で照射されるパルス状レーザ光の位置変化がレーザ光の照射ピッチとなり、基板２の同一箇所に複数回レーザ光１０１が照射されることになる。
上記動作を繰り返すことで、基板２の一面をレーザ光照射によってアニール処理することができる。
【００４４】
なお、上記光学系１１０を通して基板２に導かれるレーザ光１０１は、回折など影響により、図１７で示されるビーム断面と同様に、周辺部分に強度が外側に向かって小さくなる強度勾配を有する周囲強度勾配域を有している。周囲強度勾配域の内側には実質的に強度が平坦な強度平坦域を有している。周囲強度勾配域では、段落０００４に記載のように、勾配域の大きさによらず厚膜化部が形成される。従って勾配域は１０μｍ以下にする必要はなく、たとえば１０〜２０μｍであれば良い。そのために前記の投影レンズ１１９は高解像度である必要がないため、焦点深度の深い低解像度（ＮＡ＜０．０５）の投影レンズを使用することができ、装置全体に要求される精度が低くて良いので、装置は複雑にならない。
【００４５】
この実施形態では、マスク１１８における透過領域と低透過領域との配置によって、複数の前記強度平坦域間に該強度平坦域よりも強度が小さい強度低下域を介在させて、周囲強度勾配域の弊害を排除している。
なお、低透過領域は、透過領域に比較して相対的にレーザ光の透過率が低いものであればよく、レーザ光を低い透過率で透過させるものや、レーザ光の透過を遮断するものにより構成することができる。このようなマスクは、例えば、レーザ光の透過性が良好な石英ガラス上に、レーザ光を透過させない薄膜Ｃｒを成膜した材料を、電子線加工等によりＣｒをアブレーション加工させて形成することができる。ただし、マスクの形成方法は特に限定されるものではない。
【００４６】
上記マスク１１８で形成されるビーム断面形状を用いたレーザ照射を以下に説明する。
図１７（ａ）は、従来の矩形状のビーム断面９００を概略的に示したものであり、図１７（ｂ）は、ビーム断面９００におけるエネルギー強度分布を示すものである。
ビーム断面９００は、強度が実質的に一定の矩形状の強度平坦域９０１と、その周辺に位置する周囲強度勾配域９０２とからなるエネルギー強度分布を有している。周囲強度勾配域９０２は、エネルギー強度が外側に向かって次第に小さくなる勾配を有している。このビーム断面９００を有するレーザ光を用いてアニール処理を行うと、移動ピッチを相当に小さくしない限りは、ラインビーム方式と同様にレーザ光の走査に際しビーム断面同士の境界で厚膜化部が発生し、アニール処理の品質を低下させる。
【００４７】
このため、本願発明は、平坦な強度分布内に、強度低下域を周期的に形成したビーム断面形状のレーザ光を照射する。なお、本願発明においても周囲強度勾配域は、従来のビーム断面と同様に有している。
具体的には、図３に示すように、ビーム断面におけるエネルギー強度分布で、周囲強度低下域３２、３２間に位置する強度平坦域３０の間に間隔Ｗで強度低下域３１を周期的に配列する。なお、各強度低下域３１は、幅ｂを有している。このビーム断面のレーザ光を基板２に照射する場合、レーザ光の移動量（移動ピッチ）をＤとして、Ｄ＝ｎ・Ｗ＋Ｐ（ｎは０以上の整数）（０＜Ｐ＜Ｗ）とすることで、強度低下域３１および周辺強度低下域を基板２の面全体にわたって均一に照射することができる。なお、Ｐは望ましくはｂ以上とする。
【００４８】
また、レーザ光の相対移動に際し強度低下域３１が重複しないで、かつ均一に照射されるためには、Ｗ＝Ｎ・Ｐとすることが望ましい。ここで、基板一箇所あたりの照射回数をＮ回とするためには、Ｎ＝Ｌ／Ｄとする必要がある。Ｌは、ビーム断面におけるビームの走査方向長さである。
さらに幅Ｌのビーム内に配置する強度低下域３１は、両端の周辺強度低下域３２を除き、間隔Ｗで（Ｎ−１）本配置し、下記の条件で照射することで、厚膜化部を均等に発生させ、かつ厚膜化部が少しずつ重ねて照射されることで膜厚の高低差を小さくすることができる。
Ｄ＝ｎ・Ｗ＋Ｐ  （１）
Ｗ＝Ｐ・Ｎ      （２）
Ｌ＝Ｄ・Ｎ      （３）
特に結晶粒径を均一にするために、Ｎ≧５とすることが望ましい。
ここで、ビーム長Ｌは、プロセスに必要なエネルギー密度と、レーザのパルスエネルギーが既知であれば決まる値であり、Ｎはプロセスで要求される値であるから既知であるため、整数ｎを設定すれば、送りピッチＤ、強度低下域の移動量Ｐを決めることができる。
【００４９】
なお、図３では、強度低下域３１が完全には重ならないように移動し、かつ隣の強度低下域を超えて移動するようにｎが１以上の場合について、模式的に示しているが、ｎを０にして、強度低下域Ｗの間隔内でレーザ光を複数回照射するようにしてもよい。この照射形態を図４に示す。この例では、レーザ光の移動ピッチＤは、Ｄ＝Ｐ（０＜Ｐ＜Ｗ）となる。また、この形態では、Ｐ＝ｂとしているが、これに限定されるものではなく、Ｐ≧ｂの範囲で適宜設定するのが望ましい。
【００５０】
強度低下域の間隔Ｗ内または強度低下域の間隔を超えてレーザ光を相対的に移動させつつ複数回照射するレーザ光照射工程を行った後、レーザ光をレーザ光の走査方向長さ（Ｌ）分、Ｘ方向に高速に移動させるレーザ光移動工程を行い、さらにレーザ光を相対的に移動させつつ複数回照射するレーザ光照射工程を繰り返すことで、Ｘ方向で順次、レーザアニールを行うことができる。Ｘ方向での照射を終えた後、レーザ光のＹ方向長さ分、Ｙ方向に高速に移動させ、上記と逆の方向にレーザ光を相対的に移動させつつ複数回照射する行程を繰り返すことで、基板２の全面を一様にレーザアニール処理を行うことができる。
【００５１】
ところで、実際のビームは有限の大きさであるために、走査方向と直交する方向の周辺強度低下域の照射も考慮することが望ましい。特にラインビームではない四辺形状のビーム断面のレーザ光では、このような考慮が必要である。
すなわち、Ｘ方向だけではなく、Ｙ方向でも強度低下域を重ねることなく、その照射条件は走査方向と同様であることが望ましい。そのための具体的方法として、照射ビームの形状を平行四辺形として、走査方向と角度差θ（＞０）を有するように強度低下域が配列されていることで、厚膜化部の発生位置を均等にすることができる。
このビーム断面３について、図５に基づいて説明する。
【００５２】
この例のビーム断面は、図５（ａ）に示すように、平行四辺形の形状を有し、Ｘ方向に対し、対向する辺ｌ１、ｌ１が所定の角度θで傾斜し、他の対向する辺ｌ２、ｌ２がＹ方向に沿うように基板２に照射される。なお、このビーム断面３でも、周辺には周囲強度勾配域３２を有しているが図示は省略する。この実施形態では、辺ｌ２と平行な線状の強度低下域３１ｘがＸ方向長さで見た間隔Ｗｘで周期的に配列され、辺ｌ１と平行な線状の強度低下域３１ｙがＹ方向長さで見た間隔Ｗｙで周期的に配列されている。そして強度低下域３１ｘ、３１ｙ間に平行四辺形状の強度平坦域３０が位置している。
また、ビーム断面３は、Ｘ方向にＬｘ、Ｙ方向にＬｙの長さを有している。
【００５３】
図５（ｂ）は、ビーム断面３のＸ方向に沿ったエネルギー強度分布を示しており、複数の強度平坦域３０の間にＷｘの間隔で、幅ｂの強度低下域３１が配列されている。図示しないが、Ｙ方向に沿ったエネルギー強度分布では、複数の強度平坦域３０の間にＷｙの間隔で、所定の幅の強度低下域３１ｙが配列されている。
なお、強度低下域３１ｘ、３１ｙは、強度平坦域３０に対し、相対的にエネルギー強度が低い。この場合、本願発明としては、強度の低さの程度が特に限定されるものではない。但し、周辺強度勾配域３２照射による影響を小さくできるように強度低下域３１のエネルギー強度を設定するのが望ましく、周囲強度低下域３２と同様の勾配を有するものがより望ましい。
【００５４】
マスク１１８は、上記ビーム断面３が基板２上で得られるように、投影レンズ１１９の倍率を考慮して上記ビーム断面と相似形で透過領域と低透過領域とを形成することができる。すなわち、強度平坦域に合わせて透過領域を設け、強度低下域に合わせて低透過領域を設けることができる。透過領域と低透過領域との境界では、レーザ光の回折によって低透過領域側に相当するビーム断面で強度勾配を得ることができる。
なお、この例では、強度低下域のエネルギー強度の勾配が周辺強度低下域の勾配と同じになっており、さらに、強度低下域の最低エネルギー強度が強度低下域と同様にゼロレベルになっている。
【００５５】
次に、上記ビーム断面３を用いたレーザの照射方法を、図６、７を参照して説明する。
上記ビーム断面３が走査方向に沿って所定の送りピッチで移動するように、レーザ光の相対移動速度が設定されているものとして説明する。
強度低下域３１ｘのＸ方向の送りピッチＤｘを、強度低下域３１ｙのＹ方向の送りピッチをＤｙとして、Ｄｘ＝ｎ・Ｗｘ＋Ｐｘ（ｎは０以上の整数）（０＜Ｐｘ＜Ｗｘ）または／およびＤｙ＝ｍ・Ｗｙ＋Ｐｙ（ｍは０以上の整数）（０＜Ｐｙ＜Ｗｙ）とすることで、傾斜部を被処理面全体にわたって均一に照射できる。
ここで、基板一箇所あたりの照射回数をＮ回とするためには、Ｌｘ＝Ｄｘ・Ｎｘ、または／および、Ｌｙ＝Ｄｙ・Ｎｙとする必要がある。Ｘ、Ｙ方向でどちらか一方が、Ｌ＝Ｄ・Ｎ（ｘ、ｙを省略して示す）を満たせば良いが、両方を満たすのが望ましい。また、強度低下域３１ｘ、３１ｙが重複しないで、かつ均一に照射されるためには、Ｗｘ＝Ｎｘ・Ｐｘ、Ｗｙ＝Ｎｙ・Ｐｙとすることが望ましい。
【００５６】
上記条件を式で示すと以下の通りとなる。
Ｄｘ＝ｎ・Ｗｘ＋Ｐｘ    （１ｘ）
Ｗｘ＝Ｎ・Ｐｘ          （２ｘ）
Ｄｘ＝Ｌｘ／Ｎ          （３ｘ）
上記式より
Ｐｘ＝Ｄｘ／（１＋ｎ・Ｎ）
Ｄｙ＝ｍ・Ｗｙ＋Ｐｙ    （１ｙ）
Ｗｙ＝Ｎ・Ｐｙ          （２ｙ）
Ｄｙ＝Ｌｙ／Ｎ          （３ｙ）
上記式より
Ｐｙ＝Ｄｙ／（１＋ｍ・Ｎ）
また、以下の式が成立するのが望ましい。
Ｐｙ＝Ｐｘ・ｔａｎθ
Ｗｙ＝Ｗｘ・ｔａｎθ
ここでθ＝４５°のとき、Ｘ、Ｙ方向で等方になるので一層望ましい。
【００５７】
ここで、ビーム長Ｌｘ、Ｌｙは、プロセスに必要なエネルギー密度と、レーザのパルスエネルギーが既知であれば決まる値であり、Ｎはプロセスで要求される値であるから既知であるため、整数ｎ、ｍを設定すれば、送りピッチＤｘ、Ｄｙ、強度低下域の移動量Ｐｘ、Ｐｙを決めることができる。
送りピッチＤｘ、Ｄｙで照射されるレーザ光は、図７（ａ）（ｂ）に示すようにＸ方向で徐々にずれながら照射位置を変えて基板２に照射され、所定の回数（Ｎ回）で照射がなされると、Ｘ方向におけるビーム長さ分で照射位置を変えて上記照射を繰り返す、図７（ｂ）では、Ｎ回の照射後、１回目の照射位置を基準にして、Ｘ方向にレーザ光の長さＬｘ分移動させている。
上記の例では、辺ｌ１が走査方向（Ｘ方向）と角度を有し、辺ｌ２はＹ方向に沿うものとして説明したが、辺ｌ２がＹ方向と角度を有するものであってもよく、少なくとも１辺がこのように走査方向またはＹ方向と角度を有するように走査すればよい。方形でない平行四辺形のビーム断面では、少なくとも一方の辺が走査方向またはＹ方向と角度を有することになる。
【００５８】
一方、方形のビーム断面形状では、全ての辺を走査方向と交差するように配置することが必要になる。
図８（ａ）は、方形のビーム断面３を示すものである。該ビーム断面３は、走査方向（Ｘ方向）と所定の角度を有する辺ｌ１とＹ方向と所定の角度を有する辺ｌ２とが隣接して方形の四辺形を構成している。ビーム断面３には、辺ｌ２と平行に強度低下域３１ｘが等間隔で配列され、辺ｌ１と平行に強度低下域３１ｙが等間隔で配列されている。
このビーム断面３は、図８（ｂ）に示すように、基板２の一辺２ｘに沿ってレーザ光を移動させるように走査するとともに、走査方向に対し辺ｌ１、ｌ２が交差するように基板２に照射される。
【００５９】
図９は、方形でない形状を含む平行四辺形のビーム断面３によって基板２を照射する形態を説明する。この形態では、辺のいずれもがＸ方向、Ｙ方向と角度差を有しており、４つの形態を示している。
該ビーム断面３は、図９に示すように、辺ｌ１がＸ方向とθ１の角度差を有し、辺ｌ２がＹ方向とθ２の角度差を有するように基板２上に照射される。辺ｌ２は、Ｘ方向とはθ１以上の角度差を有し、辺ｌ１は、Ｙ方向とはθ２以上の角度差を有している。
θ１、２は、同じ回転方向の場合にθ１≧０°、θ２≧０°となり、異なる回転方向の場合に、θ１≧０°、θ２≦０°となる。ただし、θ１、θ２の両方が０°にはならないものとする。
【００６０】
なお、各ビーム断面３では、図１０に一例を示すように、辺ｌ２に沿って強度低下域３１ｘが等間隔で配列されており、その間隔は、辺ｌ１方向でｗ１になっている。また各ビーム断面３では、辺ｌ１に沿って、強度低下域３１ｙが等間隔で配列されており、その間隔は、辺ｌ２方向でｗ２になっている。強度低下域３１ｘ、３１ｙ間に強度平坦域３０が位置している。
また、ビーム断面３は、Ｙ方向においてＬｙ、Ｘ方向においてＬｘの長さを有している。
上記ビーム断面３がＸ方向に、所定のピッチで移動しつつ照射されるものとして説明する。
【００６１】
強度低下域３１ｘのＸ方向の送りピッチをＤｘを、強度低下域３１ｙのＹ方向の送りピッチをＤｙとして、Ｄｘ＝ｎ・Ｗｘ＋Ｐｘ（ｎは０以上の整数、０＜Ｐｘ＜Ｗｘ）、Ｄｙ＝ｍ・Ｗｙ＋Ｐｙ（ｍは０以上の整数、０＜Ｐｙ＜Ｗｙ）とすることで、傾斜部を被処理面全体にわたって均一に照射できるようにすることができる。ここで、Ｗｘは、Ｘ方向における強度低下域３１ｘ間の距離であり、Ｗｙは、Ｙ方向における強度低下域３１ｖ間の距離である。この場合、Ｗｘ、ｗｘ、Ｗｙ、ｗｙの関係は下記式で示される。
Ｗｘ＝ｗ１（ｃｏｓθ１＋ｓｉｎθ１・ｔａｎθ２）  （４）
Ｗｙ＝ｗ２（ｃｏｓθ２＋ｓｉｎθ２・ｔａｎθ１）  （５）
Ｗｘ＝Ｐｘ・Ｎ                                    （６）
Ｗｙ＝Ｐｙ・Ｎ                                    （７）
Ｄｘ＝（ｎ・Ｗｘ＋Ｐｘ）                          （８）
Ｄｙ＝（ｍ・Ｗｙ＋Ｐｘ）                          （９）
Ｌｘ＝Ｄｘ・Ｎ                                    （１０）
Ｌｙ＝Ｄｙ・Ｎ                                    （１１）
【００６２】
上記設定で送りピッチＤは、ｎＷ＋Ｐに設定される。ここで、ｎは０以上の整数であり、Ｐは、０＜Ｐ＜Ｗに設定される。また、Ｐ＞「強度低下域の幅」が望ましい。
上記送りピッチＤで照射されるレーザ光は、周辺強度低下域よりも数が多い強度低下域が繰り返し照射されることで、厚膜化部の高さを小さくし、その悪影響を低下させることができる。
なお、上記では、強度低下域が線状に配列されているものについて説明したが、島状に配列されているものであってもよい。
【００６３】
図１１（ａ）は、マスク１１８の一形態を示した図である。
この形態では、マスク１１８は方形でない平行四辺形形状を有し、透過領域である開口部１１８ａと、低透過領域である非開口部１１８ｂとが、それぞれ全体の辺と平行な辺を有する平行四辺形形状を有し、全体の辺の方向に沿ってそれぞれ等間隔で交互に配列されている。これにより非開口部１１８ｂ間に開口部１１８ａが位置している。幅開口部１１８ａと非開口部１１８ｂのＸ方向幅はＷ０ｘであり、Ｙ方向幅はＷ０ｙである。
上記マスク１１８を通して基板２に照射されるレーザ光は、上記開口部１１８ａと非開口部１１８ｂの配列に従って、基板２上でマスク１１８に相似な形状で強度低下域と強度平坦域が配列されたビーム断面が得られる。このビーム断面におけるＸ方向の強度分布を図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）に示されるように、強度平坦域３１の間に強度平坦域３０のＸ方向幅と同じ幅で強度低下域３１が等間隔で配列されている。また、図示していないが、ビーム断面におけるＹ方向の強度分布においても、強度平坦域３１の間に強度平坦域３０のＹ方向幅と同じ幅で強度低下域３１が等間隔で配列されている。
このレーザ光を用いたレーザアニールにおいても上記と同様に厚膜化部の高さを小さくして良好なアニール処理を行うことができる。
【００６４】
なお、上記では、レーザ光のビーム断面全体にわたって強度低下域を配列したものについて説明したが、強度低下域は、少なくとも、前記照射面上で前記Ｎ回照射の最終回照射域を形成する領域に設けられていればよい。以下、強度低下域を前記領域のみに配置した例について図１２を用いて説明する。
【００６５】
図１２は、方形状のビーム断面３を有するパルスレーザ光を照射する場合に、ビーム断面３において、被処理体に対しパルスレーザ光を相対的に走査しつつ同一位置にＮ回（図では３回）照射する照射状態（図１２（ａ））と、このパルスレーザ光のビーム断面３におけるエネルギー強度分布（図１２（ｂ））とを示している。なお、図１２（ａ）（ｂ）では、この実施形態の特徴を示すため、ビーム断面３の周囲における周囲強度勾配域は、便宜上省略し、図示していない。
【００６６】
図１２に示すように、ビーム断面３において、照射面上で前記Ｎ回照射の最終回照射域を形成する領域は、パルスレーザ光の走査方向に基づいて、走査方向後方側に位置する方形状のビーム断面３の隣接する２辺に沿った略Ｌ字状の帯状領域３２となる。Ｌ字状の帯状領域３２には、エネルギー強度分布に示すように、強度平坦域３０の間に介在するように複数の強度低下域３１が配列されている。一方、最終回照射域を形成する領域以外の他の領域３３には、強度低下域３１が設けられておらず、強度平坦域３０のみとなっている。なお、強度低下域３１の配列方法は、上記に限定されるものではなく、既に説明したように、ライン状、島状などに配置することができる。
強度低下域３１の間隔は、例えば、レーザ照射により溶融したシリコンの固化の際の膨張により生じる表面隆起による厚膜化部の幅として一般的な２０μｍ以下にすることが望ましい。
【００６７】
最終回照射域以外の他の領域３３は、Ｎ回照射によって、少なくとも１回以上の再度のパルスレーザ光照射を受ける領域である。この領域では、強度低下域を設けても、パルスレーザ光が再度照射されることで、強度低下域による効果が低減する。このため、最終回照射域を形成する領域にのみ強度低下域を設けても、上記帯状領域３２が走査により移動することで、照射面全体では、強度低下域による効果が得られている。なお、ビーム断面３全体に亘って強度低下域を設けることは、既に説明した形態に示すように、本発明の効果を有効に得ることができる。
【００６８】
上記図１２に示す場合、ビーム断面形状の整形に使用するマスクには、上記ビーム断面３が得られるように、強度低下域３１に合わせて低透過領域を設け、強度平坦域３０に合わせて透過領域を設ければよい。
【００６９】
また、上記では、１つのレーザ光を相対的に移動させることでレーザ光照射を行うものについて説明したが、複数台のレーザ光源から出力されるレーザ光を用いても同様にレーザアニール照射を行うことができる。なお、各レーザ光は、照射面上におけるビーム断面で強度低下域と強度平坦域が配列されているものであることは上記各形態と同様である。
この形態を図１３に基づいて説明する。なお、各レーザ光源は、繰り返し周波数Ｒで発生するレーザ光を出力するものであり、それぞれレーザ光源毎に順次、発振時間間隔Ｔでレーザ光を出力して基板２に照射するものである。このとき、基板２は、相対的に速度Ｖで移動させる。移動は、基板２のみを移動させるものでも、レーザ光源側を移動させるもののいずれであってもよく、両方を移動させるものであってもよい。
各レーザ光源から順次レーザ光が照射されると、基板２上では、走査方向においてピッチＤでビーム断面３が移動する。この際には、走査方向と、ビーム断面の少なくとも１辺は角度差を有するものとする。ピッチＤの移動に際しては、前記で示したように、各照射で強度低下域が重ならないようにビーム断面を移動させることが望ましい。
【００７０】
上記条件においては、Ｔ＝Ｄ／Ｖ、Ｖ＝Ｌ×Ｒの条件を満たすように各条件を設定する。なお、Ｌは、走査方向におけるビーム断面の長さである。
上記の装置では、基板２の相対移動速度を上記条件を満たすように移動させることで、複数回の照射工程と、ビーム断面を幅分移動させる移動工程とで移動速度を変更することなく一定に保持したままで実行することができ、装置負担が軽減され、加減速時間に要する時間を無駄にすることなく照射できる。
【実施例１】
【００７１】
以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。
（１）ビーム形状が平行四辺形の場合
図１に示すレーザアニール装置を用いて、エキシマレーザ光源より発した波長３０８ｎｍ、パルスエネルギー１Ｊのレーザ光を、シリンドリカルレンズより構成されるホモジナイザーに入射させ、マスク上にビームサイズ１２０ｍｍ×１１ｍｍの平坦な強度分布を持つビームを形成した。マスクには、幅２５μｍ、周期５００μｍのＣｒ膜を周期的にコーティングしたマスクを用い、１／２．５に縮小投影する投影レンズでガラス上のａ−Ｓｉ膜基板へ照射した。ａ−Ｓｉ膜に実際に照射して、結晶化／非結晶化のコントラストよりＬ，Ｗ，ｂを評価したところ、ビームサイズ：Ｌｘ＝１００ｍｍ、Ｌｙ＝４．２ｍｍ、強度低下域の間隔：Ｗｘ＝Ｗｙ＝２００μｍ、強度低下域の幅：ｂｘ＝ｂｙ＝１０μｍ、のビームが形成されていた。
【００７２】
上述のビームは、照射回数：Ｎ＝２０回とするために、式（１）より強度低下域の照射跡の移動量Ｐｘ＝２００μｍ／２０回＝１０μｍ、式（２）より、送りピッチ：Ｄｘ＝２００μｍ＋１０μｍ＝２１０μｍ、と設定したものである。
ここで、四辺形のビームの長軸方向（Ｙ）に垂直な方向が基板の辺と平行になるようにしてビームを、速度＝２１０μｍ×１２００Ｈｚ＝２５２ｍｍ／秒で走査した。
２２００ｍｍ×２４００ｍｍからなるガラス基板は固定とし、ホモジナイザ、マスク、投影レンズは可動光学系ユニット内に配置して、図示していないリニアモータステージでもって、前記の幅４４．２ｍｍ×４．２ｍｍのビームを、速度：Ｖ＝２５２ｍｍ／秒で基板の辺に平行に端から端まで移動した。基板端まで移動後、移動方向と直交する方向に４０ｍｍ移動し、前記の２５２ｍｍ／秒での照射を繰り返した。４０ｍｍの移動は２２００ｍｍの方向であるため、５５回繰り返した。処理後の基板をＡＦＭで観察したところ図１５に見られるような厚膜部は見られなかった。
【００７３】
（２）ビーム形状が方形の場合
図１に示すレーザアニール装置を用いて、エキシマレーザ光源より発した波長３０８ｎｍ、パルスエネルギー１Ｊのレーザ光を、シリンドリカルレンズより構成されるホモジナイザーに入射させ、マスク上にビームサイズ１６６ｍｍ×１０ｍｍの平坦な強度分布を持つビームを形成した。マスクには、幅２５μｍ、周期４７６．１９μｍのＣｒ膜を周期的にコーティングしたマスクを用い、１／２．５に縮小投影する投影レンズでガラス上のａ−Ｓｉ膜基板へ照射した。ａ−Ｓｉ膜上でのビームは、ビームサイズＬｘ＝６６．５ｍｍ、Ｌｙ＝４ｍｍ、強度低下域の間隔：Ｗｘ＝Ｗｙ＝１９０．４７６μｍ、強度低下域の幅：ｂｘ＝ｂｙ＝１０μｍ、断面の強度分布は先端が平坦なノコギリ波状のビームとなった。
照射回数：Ｎ＝２０回とするために、式（１）よりＰｘ＝１９０．４７６μｍ／２０回＝９．５２４μｍ、式（２）より、Ｄｘ＝１９０．４７６μｍ＋９．５２４μｍ＝２００μｍと設定した。
【００７４】
Ｙ方向はＸ方向と同様にして、Ｐｙ＝９．５２４μｍ、Ｄｙ＝２００μｍ、とした。
ここで、このビームの辺をガラス基板の辺に対して４５度傾くようマスクを配置し、方形のビームの辺と基板の辺が４５°になるようにした。
２２００ｍｍ×２４００ｍｍからなるガラス基板は固定とし、ホモジナイザ、マスク、投影レンズは可動光学ユニット内に配置して、図示していないリニアモータステージでもって、前記の幅６６．５ｍｍ×４ｍｍのビームを、速度：Ｖ＝２００μｍ／ｓｉｎ４５°×レーザ周波数：６００Ｈｚ＝１６９．７ｍｍ／ｓで基板の辺に平行に端から端まで移動した。基板端まで移動後、移動方向と直交する方向に６６．５ｍｍ×ｓｉｎ４５°＝４７ｍｍ移動し、前記の１６９．７ｍｍ／ｓでの照射を繰り返した。４７ｍｍの移動は２２００ｍｍの方向であるため、４７回繰り返した。
【００７５】
（３）Ｎ台のレーザ光源照射
繰り返し周波数Ｒ＝１００Ｈｚ、パルスエネルギー１０ｍＪのレーザ光源を１０台用意し、基板上でのビームサイズを１ｍｍ×２０ｍｍとした。
照射するＧ６の基板のサイズは１５００ｍｍ×１８００ｍｍであり、ステージ速度Ｖ＝１ｍｍ×１００Ｈｚ＝１００ｍｍ／秒で移動させた。この時の１０台のレーザ光源の発振時間間隔Ｔ＝Ｄ／Ｖ＝２０μｍ／（１００ｍｍ／秒）＝０．２ｍ秒とした。
上記照射を７５回繰り返すことで基板の幅全体にレーザアニール処理を行うことができる。また、同速度でＹ方向に移動させ、逆方向のＸ方向で基板を移動させつつ繰り返し上記処理を行った。
【００７６】
以上、本発明について、上記実施形態および実施例に基づいて説明を行ったが、本発明は、上記実施形態および実施例で説明した内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１    レーザアニール装置
２    基板
３    ビーム断面
３０  強度平坦域
３１  強度低下域
３１ｘ強度低下域
３１ｙ強度低下域
３２  周辺強度低下域
１００  レーザ光源
１０１  レーザ光
１１０  光学系
１１８  マスク
１１９  投影レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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