(57)【要約】【課題】  照射するレーザ光の形状を単に均一化するのではなく、薄膜の微結晶化および微結晶膜の結晶粒径の大口径化のために最適な形状に成形した上で照射し、薄膜上の温度分布をコントロールすることが可能なレーザアニーリング方法および装置を実現する。【解決手段】  レーザ光源１からレーザ光２を放出した後、このレーザ光２の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光２の形状を均一化した後、レーザ光２の一方向と垂直な方向の断面のビーム形状を、レーザ光の強度の頂点を挟み、なだらかな強度分布を有する形状の部分と、急峻な強度分布を有する形状の部分とに分かれるよう、非対称に成形し、非晶質膜５に対し、なだらかな強度分布を有する形状の部分が、急峻な強度分布を有する形状の部分よりも先に照射されるように、非晶質膜５とレーザ光２を相対移動させる。【選択図】        図１
2004260144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からレーザ光を放出した後、このレーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化するレーザ光均一化工程と、
前記断面内の、前記一方向と垂直な方向のレーザ光の形状を、前記レーザ光の強度の頂点を挟み、第一の形状の部分と、この第一の形状の部分よりも急峻な強度分布を有する第二の形状の部分とに分かれるよう、非対称に成形するレーザ光成形工程と、
非晶質膜に対し、前記第一の形状の部分が、前記第二の形状の部分よりも先に照射されるように、前記非晶質膜と前記レーザ光を相対移動させる工程を備えてなるレーザアニーリング方法。
【請求項２】
前記非晶質膜が珪素からなることを特徴とする請求項１記載のレーザアニーリング方法。
【請求項３】
前記非晶質膜に代えて多結晶膜を用いることを特徴とする請求項１または２記載のレーザアニーリング方法。
【請求項４】
非晶質膜を結晶化させるためのレーザ光を発振するレーザ光源と、
前記レーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化する第一のレーザ光形状成形手段と、
前記断面内の、前記一方向と垂直な方向のレーザ光の形状を、前記レーザ光の強度の頂点を挟み、第一の形状の部分と、この第一の形状の部分よりも急峻な強度分布を有する第二の形状の部分とに分かれるよう、非対称に成形する第二のレーザ光形状成形手段と、
前記非晶質膜を、前記レーザ光に対し相対的に移動する移動手段を備え、
この移動手段により、前記非晶質膜に対して前記第一の形状の部分が前記第二の形状の部分よりも先に照射されるよう、前記非晶質膜を前記レーザ光に対し相対的に移動させてなるレーザアニーリング装置。
【請求項５】
前記第一の形状の部分が、前記非晶質膜の微結晶化を促進するための部分で、かつ、前記第二の形状の部分が、前記微結晶化により生成された微結晶膜の多結晶化を促進するための部分である請求項４記載のレーザアニーリング装置。
【請求項６】
前記第二のレーザ光形状成形手段が、光軸中心をはさみ非対称な円筒形状を有する円筒レンズにて構成されてなる請求項４または５記載のレーザアニーリング装置。
【請求項７】
前記第二のレーザ光形状成形手段が、前記レーザ光の一部を遮光するスリットと円筒レンズにて構成されてなる請求項４または５記載のレーザアニーリング装置。
【請求項８】
前記レーザ光源が、固体レーザもしくは半導体レーザである請求項４から７のいずれか１項記載のレーザアニーリング装置。
【請求項９】
前記レーザ光源が、３３０ｎｍから８００ｎｍの発振波長を有するパルスレーザ発振器である請求項４から８のいずれか１項記載のレーザアニーリング装置。
【請求項１０】
前記非晶質膜が珪素からなることを特徴とする請求項４記載のレーザアニーリング装置。
【請求項１１】
前記非晶質膜に代えて多結晶膜を用いることを特徴とする請求項４または１０記載のレーザアニーリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザアニーリング方法および装置に関し、ことに非晶質膜から生成する多結晶膜の結晶粒径の大口径化または結晶粒径の調整に好適なレーザ光の照射を可能とするレーザアニーリング方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマＣＶＤ法やスパッタ法等の薄膜形成法にて形成される薄膜は、通常は非晶質状態（アモルファス状態）を有しているが、非晶質状態の薄膜は結晶状態の薄膜に比して、電子の移動度等の特性が劣る。そのため、何らかの方法で、非晶質状態を結晶状態（通常は多結晶）に変える処理が行われる。この時、被加工物が薄膜であるため、局所処理（通常は加熱）が可能な方法が好ましく、例えば、レーザ光を用いたレーザアニーリング処理が用いられる。従来のレーザアニーリング処理においては、レーザ光の断面の一方向を円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）等により均一にした後、集光レンズにて薄膜上に照射する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−７０４５号公報（第４−５頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
多結晶を構成する結晶粒界は、通常は、多結晶膜中を移動する電子に対し障害となる。そのため、多結晶膜においては、一般的には、結晶粒界が少ない方が電子の移動度等の特性が向上することになる。このことは、多結晶膜の結晶粒径が大きい方が電子の移動度等の特性が向上する、もしくは、結晶粒径の大きさにより多結晶膜の特性が左右されることを意味する。
【０００５】
しかしながら、本願発明者らの研究によって、かかる多結晶膜の結晶粒径の大口径化または結晶粒径の調整には、薄膜上の温度分布を最適にコントロールすることが重要で、そのためには、照射するレーザ光の形状を結晶成長に適した所定の形状にすることが重要であることが判明した。すなわち、薄膜の微結晶化のためのレーザ光の照射条件と、この微結晶化により生成された微結晶膜がさらに成長することにより生成される多結晶膜の結晶粒径の大口径化に適したレーザ光の照射条件は異なり、これらの照射条件を別個に調整しないと、粒径の大きな多結晶膜が得られないことが判明した。ところが、従来のレーザアニーリング処理においては、単に、レーザ光源から発振されたレーザ光の一方向を均一化するだけであったため、他方向の断面形状（強度分布）は、レーザ発振器を出た直後の形状（通常は、ガウシアン形状と呼ばれる、レーザ光のピーク強度を中心とした対称な形状）を有しているだけである。従って、非晶質膜に照射されるレーザ光は、必ずしも粒径の大きな多結晶膜の成長に適したものではなく、大口径を有する多結晶膜、もしくは、所定の結晶粒径を有する多結晶膜の生成は容易ではなかった。
【０００６】
そこで、本願発明においては、非晶質膜に照射するレーザ光の形状を、単に均一化するのではなく、微結晶化および多結晶化の各々の成長反応に合わせた形状に成形した上で照射することにより、薄膜上の温度分布をコントロールし、結晶粒径が大きい多結晶膜の生成、もしくは、所定の結晶粒径を有する多結晶膜の生成を可能とするレーザアニーリング方法および装置を実現した。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーザアニーリング方法は、レーザ光源からレーザ光を放出した後、レーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化するレーザ光均一化工程と、断面内の、一方向と垂直な方向のレーザ光の形状を、レーザ光の強度の頂点を挟み、第一の形状の部分と、第一の形状の部分よりも急峻な強度分布を有する第二の形状の部分とに分かれるよう非対称に成形するレーザ光成形工程と、非晶質膜に対し、第一の形状の部分が、第二の形状の部分よりも先に照射されるように、非晶質膜とレーザ光を相対移動させる工程を備えたものである。
【０００８】
この発明に係るレーザアニーリング装置は、非晶質膜を結晶化させるためのレーザ光を発振するレーザ光源と、レーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化する第一のレーザ光形状成形手段と、断面内の、一方向と垂直な方向のレーザ光の形状を、レーザ光の強度の頂点を挟み、第一の形状の部分と、第一の形状の部分よりも急峻な強度分布を有する第二の形状の部分とに分かれるよう、非対称に成形する第二のレーザ光形状成形手段と、非晶質膜をレーザ光に対し相対的に移動する移動手段を備え、移動手段により非晶質膜に対して第一の形状の部分が第二の形状の部分よりも先に照射されるよう、非晶質膜をレーザ光に対し相対的に移動させるように構成されたものである。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明にかかるレーザアニーリング方法によれば、レーザ光源からレーザ光を放出した後、レーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化するレーザ光均一化工程と、断面内の一方向と垂直な方向のレーザ光の形状を、レーザ光の強度の頂点を挟み、第一の形状の部分と、第一の形状の部分よりも急峻な強度分布を有する第二の形状の部分とに分かれるよう非対称に成形するレーザ光成形工程と、非晶質膜に対し、第一の形状の部分が、第二の形状の部分よりも先に照射されるように、非晶質膜とレーザ光を相対移動させる工程を備えるため、レーザアニーリングにより生成される多結晶膜の結晶粒径の大口径化または結晶粒径の調整を可能とするレーザアニーリング方法が実現される。
【００１０】
本発明にかかるレーザアニーリング装置によれば、非晶質膜を結晶化させるためのレーザ光を発振するレーザ光源と、レーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化する第一のレーザ光形状成形手段と、断面内の、一方向と垂直な方向のレーザ光の形状を、レーザ光の強度の頂点を挟み、第一の形状の部分と第二の形状の部分とに分かれるように、非対称に成形する第二のレーザ光形状成形手段と、非晶質膜を、レーザ光に対し相対的に移動する移動手段を備え、移動手段により、非晶質膜に対して第一の形状の部分が第二の形状の部分よりも先に照射されるよう非晶質膜をレーザ光に対し相対的に移動させるように構成されているため、レーザアニーリングにより生成される多結晶膜の結晶粒径の大口径化または結晶粒径の調整を可能とするレーザアニーリング装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１
図１は、本発明にかかるレーザアニーリング装置の光学系の構成を説明する構成説明図である。先ず初めに、図上部の左側に配置されたレーザ発振器（レーザ光源）１からレーザ光２が発振され、第一のレーザ光形状成形手段３０に導かれる。図中、Ａは第一のレーザ光形状成形手段３０の入口を示し、図下に示されたＰＡが位置Ａにおけるレーザ光を示している。また、ＹＡ、ＸＡは、各々、Ａ点におけるレーザ光２のＹ方向、Ｘ方向の強度分布を示している。図示されたように、第一のレーザ光形状成形手段３０に導かれたレーザ光２は、Ｙ方向、Ｘ方向ともに、レーザ光のピーク強度を中心とした対称な形状、すなわち、いわゆるガウシアンの形状を有している。なお、通常のロッド型のＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザを、常法のハロゲンランプ等を用いたランプ励起にてレーザ発振させた場合、発振器出口においては、複数のガウシアンビームが重なったマルチビーム光となるが、通常、集光面ではガウシアン分布に近い形状のレーザ光が得られ、さらに、例えば、光軸中心に適当な大きさのピンホールを設置することにより、かかるガウシアン分布を１つ有するシングルモードのレーザ光が容易に得られることは周知の通りである。
【００１２】
第一のレーザ光形状成形手段３０は、レーザ光２の光軸と垂直な断面の一方向（図では上下＝Ｙ方向）に対しての強度の均一化を図るものであり、例えば、円筒レンズ（シリンドリカルレンズ）にて構成することができる。図中、Ｂは第一のレーザ光形状成形手段３０の出口を示し、図下に示されたＰＢが位置Ｂにおけるレーザ光を示している。また、ＹＢ、ＸＢは、各々、Ｂ点におけるレーザ光２のＹ方向、Ｘ方向の強度分布を示している。図示されたように、第一のレーザ光形状成形手段３０から出たレーザ光２は、Ｙ方向は均一な形状、Ｘ方向はガウシアン形状に成形されている。
【００１３】
第一のレーザ光形状成形手段３０にて一方向（Ｙ方向）の形状が成形されたレーザ光２は、続いて第二のレーザ光形状成形手段４０に導かれる。第二のレーザ光形状成形手段４０は、第一のレーザ光形状成形手段３０にて形状が調整されたレーザ光２のＸ方向の形状を調整するものであり、例えば、光軸中心を挟み非対称な形状を有する円筒レンズ（以下、非対称円筒レンズとも言う）にて構成することができる。図中、Ｃはアニーリング処理の対象である非晶質珪素膜５の表面を示し、図下に示されたＰＣが位置Ｃにおけるレーザ光を示している。また、ＹＣ、ＸＣは、各々、Ｃ点におけるレーザ光２のＹ方向、Ｘ方向の強度分布を示している。図示されたように、第二のレーザ光形状成形手段４０にて非晶質珪素膜５の表面に照射されるレーザ光２はＹ方向が均一、Ｘ方向はレーザ光のピーク強度位置を中心とした非対称な形状を有している。また、５０は基板７と下地膜６と非晶質珪素膜５にて構成される被加工物である。被加工物５０としては、例えば、ガラス等の基板７上に、下地膜６として厚さ１００ｎｍ程度の酸化珪素膜をＣＶＤ（化学気層成長法）により形成した上に、厚さ５０ｎｍ程度の非晶質珪素膜５等をＬＰＣＶＤ（低圧化学気層成長法）等により成膜したものを用いることができる。また、被加工物５０は、例えば、図示されない移動ステージ（移動手段）上に固定され、照射されるレーザ光２のＹ方向と垂直な方向（Ｘ方向）に移動させながらレーザ照射を行うことによりレーザアニーリング処理されることになる。
【００１４】
図２は、第二のレーザ光形状成形手段４０として光軸中心を挟み非対称な形状を有する円筒レンズ（非対称円筒レンズ）４１を用いた場合の構成を示す図である。図中、３はレーザ光の光軸中心（Ｘ方向）を意味し、非対称円筒レンズ４１の光軸中心と一致している。レーザ光２は、非対称円筒レンズ４１の直前においては、上述の通り、Ｙ方向が均一、Ｘ方向がガウシアンの断面形状を有している。しかしながら、非対称円筒レンズ４１は光軸３を中心として非対称な円筒形状を有しているため、非対称円筒レンズ４１を通過したレーザ光２は、被加工物５０の表面において、Ｘ方向については４のような断面強度分布を有することになる。なお、図右側に示された４は、レーザ光２のＸ方向の強度分布であり、図１の右下部にて開示したレーザ光の強度分布であるＸＣに相当し、レーザ光の照射と対応させるため方向を変えて図示されたものである。
【００１５】
次に、レーザ照射により非晶質膜５ａが多結晶化するメカニズムにつき、図を参照しながら説明する。図３は、非晶質膜５ａが形成された基板上の温度分布（基板上に照射されるレーザ光のＸ方向の強度分布にほぼ一致する）と結晶性の関係を示したものである。図示されたように、基板上の一定温度（図中、Ｗ）以上の領域において非晶質膜５ａは微結晶化し、微結晶膜８ａが形成される。ここでは、かかる微結晶化が始まる温度を溶融開始温度（Ｗ）とし、溶融開始温度以上にて非晶質膜５ａは溶融しているものと考える。
【００１６】
まず初め、強度の頂点を挟み、比較的なだらかな形状（第一の形状部分）を有する部分と急峻な形状（第二の形状部分）を有する部分にて構成されたレーザ光２は、非晶質膜５ａに対し相対移動するよう照射され、第一の形状部分が非晶質膜５ａに対し最初に照射されるように制御される。そして、非晶質膜５ａがレーザ光２の、この第一の形状部分のエネルギーを吸収することにより微結晶化が進展することになる。その後、微結晶膜８ａにはレーザ光の残りの部分、すなわち、強度が最大となった後の第二の形状部分が、引き続き照射されることになる。微結晶膜８ａにレーザ光の残りの部分が照射されると、微結晶膜８ａはレーザ光２のエネルギーをさらに吸収して結晶成長を続け、多結晶膜９ａに変わっていく。このように、非晶質膜５ａにレーザ光２が照射されると、非晶質膜５ａがレーザ光２の第一の形状部分のエネルギーを吸収して微結晶膜８ａとなり、この微結晶膜８ａがさらにレーザ光２の第二の形状部分のエネルギーを吸収して、多結晶膜９ａとなる。
【００１７】
このとき、照射されるレーザ光２の長手方向（Ｙ方向）においては、レーザ光２の強度分布が均一なため温度勾配は原則として生じず、図中、左右方向（Ｘ方向）のみ温度勾配が生じることとなる。そして、非晶質膜５ａの溶融部が結晶化するとき、結晶は温度勾配に従って成長し、非晶質膜５ａの移動方向、即ちＸ方向への１次元成長となるため、レーザ光の強度の頂点を挟んだ後半の部分が急峻な形状（強度分布）を有していると、数μｍ程度と大きな結晶粒径を有する多結晶膜９ａが形成される。
【００１８】
結晶粒径の大口径化に際し、基板上の温度分布、すなわち、照射されるレーザ光の形状（強度分布）が関係する理由は以下の通りである。非晶質膜５ａに線状レーザ光が照射されると、非晶質膜５ａがレーザ光を吸収し加熱され、長方形上に溶融される。このとき、照射ビームの長手方向即ちＹ方向は、レーザ光２の強度分布が均一なため温度勾配は生じず、Ｘ方向のみ温度勾配が生じる。溶融部が結晶化するとき、結晶は温度勾配に従って成長するため、基板の移動方向即ちＸ方向への１次元成長になり、結晶粒径は数μｍ程度と大きな結晶粒が形成される。また、レーザ熱処理後に形成される多結晶膜９ａの結晶粒は図４のように結晶成長の方向である照射ビーム短手方向、すなわち移動ステージの移動方向に揃う。
【００１９】
上記したＸ方向成長の過程は、非晶質膜５ａ内においてＸ方向に形成された温度分布に大きく影響される。すなわち、照射される長方形ビームの短手方向の強度分布に大きく影響される。レーザ光照射により非晶質膜５ａ内に導入された熱は、一様に基板へ散逸していく。すなわち、非晶質膜５ａ内のＸ方向温度分布は一様に低下していく。従って、先に温度が融点を下回った部分から、後で温度が融点を下回る部分へ向かって横方向に結晶成長していく。そしてこの結晶成長は、温度が冷えていく過程で自然核発生により成長した微結晶膜８ａにより、その行く手を遮られてＸ方向結晶成長が止まる。すなわち、自然核発生が起こるまでの時間にできるだけ結晶粒が長く成長していれば良い訳であるが、そのためには結晶成長速度が速いことが要求される。
【００２０】
また、ある微小領域における結晶成長速度ｖは、次式（１）にて表される。
【００２１】
ｖ＝ｋΔＴ/Δｘ  −−−（１）
ここで、ｋは速度定数、ΔＴは微小領域における温度差、Δｘは微小領域の幅である。すなわち、例えば、非晶質膜５ａが珪素からなり、非晶質珪素膜内のＸ方向に関して温度分布が存在する場合、融点以上の温度である領域の温度分布が急峻な勾配であれば、結晶成長速度が速く、その結果、結晶粒径の大きい多結晶珪素膜９の形成が可能となり、高性能の薄膜トランジスタを作製するのに必要な結晶性に優れた薄膜を形成することができる。
【００２２】
急峻でない勾配（第一の形状部分の勾配）が急峻な勾配（第二の形状部分の勾配）よりも先に照射される様にレーザ光と基板を相対移動させる場合は、上述のように、結晶の大きさは結晶成長速度ｖにほぼ比例し、結晶成長速度ｖは温度勾配ΔＴに比例する。ΔＴは照射されるレーザ光の強度勾配にほぼ比例する。従って、結晶の大きさは、レーザ光強度勾配にほぼ比例する。
【００２３】
基板の送りピッチΔＬ（パルスレーザ照射の場合のパルス間の時間に基板が送られる量）と１パルス照射で第二の形状部分で成長する結晶の大きさΔｄ２が等しい場合、連続的な多結晶膜９ａが得られる。このとき、基板に先に照射される第一の形状部分でも同様の結晶成長が起こり、Δｄ１の大きさの結晶が得られる。ここで、第一の形状部分と第二の形状部分の勾配が等しいと、それぞれで生成される結晶の大きさΔｄ１とΔｄ２が等しくなり、第一の形状部分でも隙間なく結晶が得られる。このとき、第一の形状部分で成長する結晶は、自然発生核によるので、結晶性が均一でない。一方、第二の形状部分では、直前のパルスによって生成された結晶を核として結晶成長が起こるので、連続した均一な結晶が得られる。
【００２４】
このとき、特にＹＡＧレーザの第２高調波等の可視光領域のレーザでは、例えば非晶質膜５ａが珪素で構成されている場合、非晶質珪素に比べ多結晶珪素でのレーザ光の吸収率が小さく、第一の形状部分で大きな結晶粒の多結晶珪素膜９が得られると第二の形状部分におけるレーザ光の吸収が低下するため、十分な温度上昇ができず、第二の形状部分での連続した結晶成長の妨げになる。
【００２５】
そこで、第一の形状部分の勾配を緩やかにし、温度勾配ΔＴを小さくすることで、そこで生成される結晶の大きさΔｄ１を小さくし、いわゆる微結晶珪素膜８にすることで、第二の形状部分において、溶融するのに十分な温度が得られるレーザ光の吸収量を確保し、第二の形状部分での十分な結晶成長を行う。
【００２６】
例えば、ＹＡＧレーザの第２高調波では、微結晶珪素膜８に比べ大きな結晶では、レーザ光の吸収量が約２０％程小さいため、第一の形状部分で成長する結晶の大きさΔｄ１を基板の送りピッチΔＬの約８０％にすれば、第二の形状部分において、溶融するのに十分な温度が得られるレーザ光の吸収量を確保できる。従って、第一の形状部分の勾配を第二の形状部分の勾配の８０％以下の急峻性にすればよい。
【００２７】
しかし、第一の形状部分で成長する結晶の大きさΔｄ１が局部的に大きく結晶成長し、その部分が第二の形状部分で溶解されず、第二の形状部分の勾配で形成される結晶の均一性を阻害する場合もあるため、第一の形状部分の勾配を第二の形状部分の勾配の５０％以下の急峻性にするのが望ましい。
【００２８】
さらに、第一の形状部分の勾配で形成される結晶の大きさΔｄ１を第二の形状部分の勾配で形成される結晶の大きさΔｄ２の１／５以下にできれば、第二の形状部分の勾配で形成される結晶の均一性を阻害する確率を激減できるため、第一の形状部分の勾配を第二の形状部分の勾配の２０％以下の急峻性にするのがさらに望ましい。
【００２９】
一方、第一の形状部分の勾配を小さくすると、照射ピークエネルギー密度を確保するため、非晶質珪素膜５を溶解するためのレーザエネルギーも増大させる必要があり、第一の形状部分の勾配を第二の形状部分の勾配の１０％未満とすると、レーザエネルギーは約５倍必要になり、生産性に大きく影響する。
【００３０】
本実施の形態のレーザアニ―リング方法では、単に結晶粒径の大きい多結晶膜の形成が可能になることのみならず、レーザ光の形状を所定の形状に調整し、非晶質膜が形成された基板上の温度分布をコントロールすることで、非晶質膜から生成される多結晶膜を構成する多結晶粒の粒径を自由に調整することができ、所望の特性を有する多結晶膜の形成が可能になることをも意味する。
【００３１】
また、基板はレーザ光に対し、図右方向へ相対的に移動し、多結晶膜９が順次形成されることになる。上述の実施の形態にては、非晶質膜５が形成された被加工物５０を移動させる例を示したが、この移動は相対的なものであるため、レーザ光を移動させてもよく、あるいは、基板とレーザ光の両者を移動させてもよい。
【００３２】
また、加工対象物が珪素からなる非晶質膜（非晶質珪素膜、アモルファスシリコン：ａ−Ｓｉ）５の場合、光吸収特性の関係から、３３０ｎｍから８００ｎｍの発振波長を有するレーザが好ましい。すなわち、非晶質珪素膜５に波長が３３０ｎｍから８００ｎｍ程度のレーザ光を照射すると、レーザ光のエネルギーが、安定的かつ効率よく吸収され、膜厚方向に対してほぼ均一に加熱されるため、基板上の温度コントロールが容易となり、好適である。
【００３３】
なお、３３０ｎｍから８００ｎｍの間に発振波長を有するレーザの代表としては、例えば固体レーザ高調波発生源が挙げられる。すなわち、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長１．０６μｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ（波長１．０５μｍ）の第２高調波（５２４ｎｍ）や第３高調波（３４９ｎｍ）、あるいはＹｂ：ＹＡＧレーザ（波長１．０３μｍ）の第２高調波（５１５ｎｍ）や第３高調波（３４４ｎｍ）等を用いることができる。また、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザの基本波（７９２ｎｍ）または第２高調波（３９６ｎｍ）を用いてもよい。レーザ光源として、固体レーザ高調波発生源を用いることで、レーザアニーリング装置のコンパクト化が可能となり、また、長時間安定した動作が可能になる。
【００３４】
以上、本発明にかかるレーザアニーリング方法によれば、非晶質膜に照射するレーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化し、均一化した方向と垂直な方向にて微結晶膜の成長に適した形状の部分と微結晶膜から大口径を有する多結晶膜の成長に適した形状の部分とを有するように形状調整することにより、レーザアニーリングにより生成される多結晶膜の結晶粒径の大口径化または結晶粒径の調整が可能となる。
【００３５】
また、本発明にかかるレーザアニーリング装置によれば、非晶質膜に照射するレーザ光の光軸に垂直な断面内の一方向のレーザ光の形状を均一化する光学手段と、この一方向と垂直な方向のレーザ光の形状を第一の形状の部分と第二の形状の部分とからなる非対称な形状となるように成形可能な光学手段を備えているため、レーザ照射により生成される多結晶膜の結晶粒径の大口径化または結晶粒径の調整を可能とするレーザアニーリング装置が実現される。
【００３６】
実施の形態２．
図４は、本発明にかかるレーザアニーリング装置を実現する光学系の他の実施の形態を示す図である。本実施の形態においては、実施の形態１に示した非対称形状を有する円筒レンズ４１の代わりに、円筒レンズ４２（対称形状を有する）の直前にスリット４３を配置した構成を有している。
【００３７】
このように、円筒レンズ４２の近傍にスリット４３を配置し、レーザ光２のＸ方向の一部を遮断することにより、レーザ光２の回折が生じるとともに集光性が低下する。そのため、被加工物５０に集光されるレーザ光２は、中心軸に対して比較的急峻な形状を有する部分（図中に示された、レーザ光２の断面強度分布４のうち、光軸より上の部分）と、急峻さが緩和された階段状の分布を有する部分（図中に示された、レーザ光２の断面強度分布４のうち、光軸より下の部分）とからなる、非対称な強度分布形状を有することとなる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、スリット４３を円筒レンズ４２の直前に配置したが、スリット４３は円筒レンズ４２の直後においても同様の効果が得られる。さらに、装置のコンパクト化等を考慮して、通常は、スリット４３は円筒レンズ４２の直前又は直後に配置されるが、被加工物５０の表面に集光するビームの強度分布形状を非対称にするためには、必ずしも直前直後に配置する必要がないことはいうまでもない。
【００３９】
以上、本発明にかかるレーザアニーリング装置によれば、円筒レンズ４２の近傍にスリット４３を配置し、レーザ光の一部を遮断することにより非晶質膜に照射するレーザ光の形状を、急峻さが緩和された階段状の分布を有する部分（微結晶膜の成長に適した形状の部分）と、比較的急峻な形状を有する部分（微結晶膜から大口径を有する多結晶膜の成長に適した形状の部分）とを有するように形状調整することができ、多結晶膜の結晶粒径の大口径化または結晶粒径の調整を可能とするレーザアニーリング装置が低コストにて実現され、好適である。
なお、上述説明では、非晶質膜５ａの具体例として珪素を主構成要素とする非晶質珪素膜５について述べたが、珪素以外の他の材料を用いても同様な効果が得られる。
さらに、上記説明では、レーザ照射前の加工対象物を非晶質膜としたが、非晶質膜に代えて多結晶膜を用いても同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかるレーザアニーリング装置の構成を説明する構成説明図である。
【図２】本発明にかかるレーザアニーリング装置の光学系の構成を説明する図である。
【図３】非晶質膜における結晶性長と基板上温度分布の関係を説明する図である。
【図４】本発明にかかるレーザアニーリング装置の光学系の構成を説明する図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  レーザ発振器、  ２  レーザ光、  ３  光軸中心、  ４  レーザ光の断面強度分布、  ５  非晶質珪素膜、  ５ａ  非晶質膜、  ６  下地膜、  ７  基板、  ８  微結晶珪素膜、  ８ａ  微結晶膜、  ９  多結晶珪素膜、  ９ａ  多結晶膜、  ３０  第一のレーザ光形状成形手段、  ４０  第二のレーザ光形状成形手段、  ４１  非対称円筒レンズ、  ４２  円筒レンズ、  ４３  スリット、  ５０  被加工物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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