(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
線状ビームを半導体膜に照射する半導体装置の作製方法であって、
前記線状ビームの短軸方向において、
レーザ光源から出射された光を第１の凹球面レンズに入射して拡大し、
前記第１の凹球面レンズから出射された光を第１の凸球面レンズに入射して平行光にし、
前記第１の凸球面レンズから出射された光をシリンドリカルレンズアレイに入射して光のエネルギー密度を均一にし、
前記シリンドリカルレンズアレイから出射された光を第１の凸シリンドリカルレンズに入射して集光し、
前記第１の凸シリンドリカルレンズで集光された光の結像面で遮蔽機構により光の両裾部を遮蔽し、
前記遮蔽機構により両裾部が遮蔽された光を第２の凸シリンドリカルレンズに入射して、平行光にし、
前記第２の凸シリンドリカルレンズから出射された光を第３の凸シリンドリカルレンズにより光を集光し、前記半導体膜をアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ光源は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ガラスレーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂ：ＹＬＦレーザ、Ｙｂ：ＹＶＯ４レーザまたはＹｂ：ガラスレーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記半導体膜は非晶質半導体膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光を非晶質半導体膜に照射して多結晶化するレーザアニール装置及びレーザアニール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、液晶の分野では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の製造工程において、キャリアの移動度を向上させるため、基板上に形成されたアモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜という）にレーザビームを照射し、溶融、固化させて再結晶化させることにより多結晶シリコンを形成するレーザアニールが行われている。
このレーザアニールは、大面積の基板に対するアニール処理を効率的に実施するために、断面が細長い長方形状ビーム、つまり線状ビームに加工したレーザ光を、基板上のａ−Ｓｉ膜に対して線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射する。
【０００３】
このようなレーザアニールのレーザ光源として、従来は主にエキシマレーザが用いられているが、近年、ＹＡＧ、ＹＬＦ、ＹＶＯ４等の固体レーザの基本波を可視領域に波長変換して利用するレーザアニール装置が注目されている（例えば下記特許文献１〜３を参照）。このように固体レーザが用いられるのは、エキシマレーザよりもコスト面、メンテナンス面で有利だからである。
また、多結晶シリコンや結晶シリコンのデバイスにおいても、不純物の活性化等のプロセスに、固体レーザの波長変換光が利用できると注目されている。
【０００４】
固体レーザの可視光を用いたレーザアニール装置では、線状ビームの長軸方向についてはエネルギー分布を均一化するが、線状ビームの短軸方向については加工せずに元々のビームがもつガウシアン形状のエネルギー分布を利用して、半導体膜の結晶を膜の面方向に成長させることにより（これを一方向成長という）、大粒径の結晶粒を得ることができる。
しかしながら、一方向成長のために結晶粒に異方性を生じ、また、レーザパルスの１ショット毎のエネルギーのばらつきが成長距離に影響するために、等方的で均一な結晶粒を作製することが困難である。このため、トランジスタ特性が不均一になるという問題がある。
【０００５】
また、可視領域光のシリコン膜に対する吸収係数が低いため、固体レーザの可視領域光を用いたレーザアニールでは、入射レーザ光エネルギーの利用効率は低く、結晶化に多くのエネルギーが必要となり、処理能力が低いという問題がある。
また、レーザ光を低エネルギー密度で照射してガウシアン形状のエネルギー分布の勾配を緩やかにし、一方向成長距離を抑制することにより、固体レーザを用いつつ等方的で均一な結晶粒を得ることができる。しかしながら、このように低エネルギー密度の照射を行うと、処理能力が益々低下するという問題がある。
【０００６】
上述した問題を解決するため、本出願人は、コスト面及びメンテナンス面で有利な固体レーザを用いつつ、等方的で均一な結晶粒を得ることができ、且つ処理能力を高めることができるレーザアニール方法を開発し、特願２００６−１４８３３７として出願した。以下、特願２００６−１４８３３７を「先行出願」という。
【０００７】
図６を参照して、先行出願に係るレーザアニール方法を説明する。
図６（Ａ）は従来技術の短軸方向のエネルギー分布を示している。この分布において、例えば、ピークエネルギーが４５０ｍＪ／ｃｍ２、半値幅が５０μｍであるとした場合、短軸方向の有効エネルギー領域の幅は８μｍとなる。ここで「有効エネルギー」とは、レーザ照射によって結晶粒の増大に寄与し得るエネルギー密度をいう。
一方、先行出願に係るレーザアニール方法では、図６（Ｂ）に示すように、短軸方向のエネルギー分布を均一化しフラットトップ形状に変形させたレーザ光を非晶質半導体膜に照射する。
【０００８】
先行出願に係るレーザアニール方法によれば、短軸方向のエネルギー分布をフラットトップ形状に変形させるので、同一の投入パワーであってもガウシアン形状と比べて有効エネルギー領域を増大させることができる。加工前において図６（Ａ）のようなエネルギー分布であった場合は、（Ｂ）のようにフラットトップ形状に変形させることにより、有効エネルギー領域を理論上５０μｍに増大させることができる。
したがって、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー範囲も広くなり、その分、基板の搬送速度を速めることができる。また、線状ビームの短軸方向のエネルギー分布が均一化されるため、結晶の一方向成長が起こらないので、等方的かつ均一な結晶粒を製作することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３４２９５４号公報
【特許文献２】特開２００４−６３９２４号公報
【特許文献３】特開２００３−３４７２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、レーザアニールでは、大面積の基板に対するアニール処理を効率的に実施するために、レーザ光を線状ビームに加工してａ−Ｓｉ膜に照射する。一度で多くの面積を処理するためには、ビームの長軸方向寸法をなるべく伸ばす必要がある。また、長軸方向寸法を伸ばしつつ、アニールに必要なエネルギー密度を確保するためには、短軸方向寸法をできるだけ小さくすることが求められる。現在使用されている固体レーザを利用したレーザアニール装置では、１０〜１００μｍ程度まで短軸方向寸法をレンズ系で絞っている。
【００１１】
高出力レーザは、様々な発振モードを持つため、短軸方向寸法を数十μｍまで絞ると、そのエネルギー分布においてガウシアン形状の影響が大きくなる。そのために上述した先行出願の技術を用いて短軸方向のエネルギー分布を均一化しても、図７（Ａ）のような理想的なフラットトップ形状はできずに、図７（Ｂ）に示すように、裾部にガウシアン形状に起因した急峻な傾斜が発生する。理想的なフラットトップ形状によれば図７（Ａ）の右側に示すように等方的な結晶粒が得られるが、裾部に急峻な傾斜が発生したエネルギー分布では、その傾斜によるエネルギー勾配により上述した一方向成長が起き、図７（Ｂ）の右側に示すように等方的ではなく短軸方向に長い結晶粒が形成される。このため、トランジスタの特性が揃わないという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、固体レーザを用いながらも、線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を、傾斜した裾部がない理想的なフラットトップ形状に変形するができ、これにより、等方的で均一な結晶粒を得ることができるレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するため、本発明のレーザアニール装置及びレーザアニール方法は、以下の手段を採用する。
本発明は、非晶質半導体膜の表面において線状ビームに集光したレーザ光を非晶質半導体膜に対して前記線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射することにより前記非晶質半導体膜を多結晶化するレーザアニール装置であって、前記レーザ光を発振する固体レーザ光源と、前記線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化する短軸用ホモジナイザと、前記エネルギー分布を均一化した前記レーザ光の一部を遮蔽して前記短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する遮蔽機構と、を備えることを特徴とする
また、本発明は、非晶質半導体膜の表面において線状ビームに集光したレーザ光を非晶質半導体膜に対して前記線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射することにより前記非晶質半導体膜を多結晶化するレーザアニール方法であって、固体レーザ光源からレーザ光を発振し、前記線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化し、前記エネルギー分布を均一化した前記レーザ光の一部を遮蔽して前記短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する、ことを特徴とする。
【００１４】
上記の本発明の装置及び方法によれば、レーザ光の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去するので、傾斜した裾部のない理想的なフラットトップ形状を実現することができる。
したがって、結晶成長プロセスにおいて一方向成長が起こらないので、等方的で均一な結晶粒が得られる。また、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー領域を増大させることができるので、その分、基板の搬送速度の高速化が可能となり、レーザアニールの処理能力が向上する。
【００１５】
また、上記のレーザアニール装置において、前記レーザ光の光路の途中位置に前記短軸方向に係る結像面が設定されており、前記遮蔽機構は前記結像面またはその光軸方向前後近傍の位置に配置されている。
【００１６】
このように、レーザ光の光路の途中位置に短軸方向に係る結像面が設定されている場合は、その結像面またはその光軸方向前後近傍の位置に上記の遮蔽機構を設置することにより、エネルギー分布の両裾部を除去することができる。特に結像面の位置に正確に設置することにより、切断部のエネルギー分布形状をぼかすことなく両裾部を除去できる。
【００１７】
また、上記のレーザアニール装置において、前記遮蔽機構は前記非晶質半導体膜の表面に近接して配置されている。
【００１８】
このように非晶質半導体膜の表面に近接して遮蔽機構を設置した場合でも、エネルギー分布の両裾部を除去することができる。この場合、切断部のエネルギー分布形状がボケないように、遮蔽機構をできるだけ非晶質半導体膜の表面に近づけることが好ましい。
【００１９】
また、上記のレーザアニール装置において、前記遮蔽機構は、前記レーザ光が透過可能な光透過部材と、該光透過部材に成膜され入射する前記レーザ光のうち前記エネルギー分布の前記両裾部に対応する部分を遮蔽するマスクとからなる。
【００２０】
このように遮蔽機構が遮蔽板から構成されるので、簡単な機械的構成によってエネルギー分布における傾斜した両裾部を容易に除去することができる。
【００２１】
また、上記のレーザアニール装置において、前記遮蔽機構は、入射する前記レーザ光のうち前記エネルギー分布の前記両裾部に対応する部分を遮蔽する遮蔽板からなる。
【００２２】
上記の構成によれば、マスクの形成にあたりフォトリソグラフィ等によってレーザ光を通過させる隙間を精密に設定することができるので、短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を精度よく除去することができる。また、マスクは膜状であり薄いので、切断部のエネルギー分布形状をぼかすことなく両裾部を除去できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、固体レーザを用いながらも、線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を、傾斜した裾部がない理想的なフラットトップ形状に変形するができ、これにより、等方的で均一な結晶粒を得ることができるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２５】
［第１実施形態］
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態にかかるレーザアニール装置１０の概略構成を示す図である。
このレーザアニール装置１０は、非晶質半導体膜の表面において線状ビームに集光したレーザ光１を非晶質半導体膜に対して線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射することにより非晶質半導体膜を多結晶化する装置である。図１Ａでは上下方向が線状ビームの長軸方向であり、図１Ｂでは上下方向が線状ビームの短軸方向である。
【００２６】
レーザアニール装置１０は、レーザ光１を発振する固体レーザ光源１２と、固体レーザ光源１２から発振されたレーザ光１を非晶質半導体膜の表面において線状ビームに整形するビーム整形光学系１３と、非晶質半導体膜が形成された基板３を載せる基板ステージ５とを備える。なお、図１Ａでは、ビーム整形光学系１３のうち長軸方向に作用する光学系のみを示している。図１Ｂでは、ビーム整形光学系１３のうち短軸方向に作用する光学系のみを示している。
【００２７】
基板３は、無アルカリガラスなどのガラス基板であり、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などの成膜法により上記ガラス基板上に例えばＳｉＯ２膜が成膜され、その上に非晶質半導体膜として例えばａ−Ｓｉ膜が成膜される。
【００２８】
固体レーザ光源１２の種類は特に限定されないが、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ガラスレーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザ、Ｙｂ：ＹＬＦレーザ、Ｙｂ：ＹＶＯ４レーザ、Ｙｂ：ガラスレーザのいずれかを用いるのが良い。これらの固体レーザは信頼性が高く、安定したレーザエネルギーの利用を高い効率で実現することができる。シリコン膜に対しては、３３０ｎｍ〜８００ｎｍの可視光領域において吸収係数が高いため、固体レーザ光源１２としては、上記のＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ガラスレーザの第２又は第３高調波のレーザ光１を出射するものが好適である。レーザ光１は、パルス光、連続光のいずれであってもよい。
【００２９】
ビーム整形光学系１３は、レーザ光源１２からのレーザ光１を長軸方向及び短軸方向に拡大するビームエキスパンダ１４、線状ビームの長軸方向のエネルギー分布を均一化する長軸用ホモジナイザ２０、及び線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化する短軸用ホモジナイザ２５を備えている。
【００３０】
一構成例として示したビームエキスパンダ１４は、凹球面レンズ１５と凸球面レンズ１６とからなり、凹球面レンズ１５で入射するレーザ光１を長軸方向及び短軸方向に拡大し、所定の広がり角で拡大されたレーザ光１を凸球面レンズ１６で平行光に戻す。
【００３１】
図１Ａに示すように、長軸用ホモジナイザ２０は、入射するレーザ光１を長軸方向に複数に分割する長軸用シリンドリカルレンズアレイ２１と、長軸方向に複数に分割されたレーザ光１を長軸方向に重ね合わせる長軸用コンデンサレンズ２２とからなる。
図１Ｂに示すように、短軸用ホモジナイザ２５は、入射するレーザ光１を短軸方向に複数に分割する短軸用シリンドリカルレンズアレイ２６と、短軸方向に複数に分割されたレーザ光１を短軸方向に重ね合わせる短軸用コンデンサレンズ２７とを有する。この短軸用コンデンサレンズ２７によって図中破線で示した結像面の位置で短軸方向の像（以下、「短軸像」という）が結像される。
【００３２】
図１Ｂに示すように、ビーム整形光学系１３は、さらに、上記の結像面における短軸像を所定倍率で縮小して基板３上の非晶質半導体膜の表面に転写する像転写光学系２８を有する。図１Ｂに示した構成例では、像転写光学系２８は２つのシリンドリカルレンズ２９，３０から構成されている。
【００３３】
上記のように構成されたビーム整形光学系１３により、固体レーザ光源１２から出射されたレーザ光１が線状ビームに整形されて非晶質半導体膜に照射される。非晶質半導体膜に照射される線状ビームの長軸方向の長さは、例えば数１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度とすることができ、短軸方向の長さは、例えば数１０μｍ〜１００μｍ程度とすることができる。
また、レーザ光１は、長軸用ホモジナイザ２０により線状ビームの長軸方向のエネルギー分布が均一化され、短軸用ホモジナイザ２５により線状ビームの短軸方向のエネルギー分布が均一化され、長軸方向、短軸方向ともにエネルギー分布がガウシアン形状からフラットトップ形状に変形される。
【００３４】
基板３は、基板ステージ５により保持され線状ビームの短軸方向に搬送される。基板ステージ５の移動により基板３上の非晶質半導体膜に対して線状ビームを短軸方向に相対的に走査することができる。
なお、上記とは逆に、基板３の位置を固定し、レーザ光１の照射位置を移動させることにより、上記のレーザ光１の走査を行うようにしてもよい。
【００３５】
図１Ｂに示すように、レーザアニール装置１０は、さらに、短軸方向のエネルギー分布を均一化したレーザ光１の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する遮蔽機構３２を備える。
上記の如く構成されたレーザアニール装置１０は、固体レーザ光源１２からレーザ光１を発振し、線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化し、エネルギー分布を均一化したレーザ光１の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する。
【００３６】
図２は、非晶質半導体膜に照射されるレーザ光１の短軸方向のエネルギー分布を示している。上述したように、短軸方向寸法を数１０μｍ程度まで絞った場合、そのままではフラット部ａの両側に傾斜が急峻な裾部ｂ（破線部分）が発生するが、本発明では両裾部ｂを除去するので、図２の実線で示すように、短軸方向のエネルギー分布を理想的なフラットトップ形状とすることができる。
【００３７】
本発明のレーザアニール方法は、上記のレーザアニール装置１０の動作方法を方法の発明として捉えたものである。すなわち、本発明のレーザアニール方法は、非晶質半導体膜の表面において線状ビームに集光したレーザ光１を非晶質半導体膜に対して線状ビームの短軸方向に相対的に移動させながら照射することにより非晶質半導体膜を多結晶化するレーザアニール方法であって、固体レーザ光源１２からレーザ光１を発振し、線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化し、エネルギー分布を均一化したレーザ光１の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部を除去する、ことを特徴とする。
【００３８】
上記のレーザアニール装置１０及びレーザアニール方法によれば、レーザ光１の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部ｂを除去するので、傾斜した裾部ｂのない理想的なフラットトップ形状を実現することができる。
したがって、結晶成長プロセスにおいて一方向成長が起こらないので、等方的で均一な結晶粒が得られる。また、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー領域を増大させることができるので、その分、基板３の搬送速度の高速化が可能となり、レーザアニールの処理能力が向上する。
【００３９】
図１Ｂに示すように、レーザ光１の光路の途中位置に短軸方向に係る結像面が設定されている場合は、その結像面に上記の遮蔽機構３２を設置することにより、エネルギー分布の両裾部ｂを除去することができる。遮蔽機構３２を結像面に設置することにより、切断部のエネルギー分布形状をぼかすことなく両裾部ｂを除去できる。ただし、結晶粒の等方性に関して品質上許容できる範囲内であれば、遮蔽機構３２は結像面の光軸方向前後近傍の位置に設置されてもよい。「結像面の光軸方向前後近傍」の範囲は、例えば、結像面の光軸方向前後１０ｍｍ以内が好ましく、同５ｍｍ以内がより好ましい。
【００４０】
なお、図１Ｂに示した構成例では短軸方向に係る結像面は１つのみ存在するが、短軸方向に係る結像面が光軸方向に複数存在する場合は、いずれかの結像面に遮蔽機構３２が配置されればよい。
【００４１】
また、遮蔽機構３２は、上記の結像面の位置に代えて、図３に示すように非晶質半導体膜の表面に近接して設置されてもよく、この場合でも短軸方向のエネルギー分布の両裾部ｂを除去することができる。この場合、切断部のエネルギー分布形状がボケないように、遮蔽機構３２をできるだけ非晶質半導体膜の表面に近づけることが好ましい。具体的には、遮蔽機構３２と非晶質半導体膜の表面の距離ｄは、数ｍｍ以下であるのが好ましく、１ｍｍ以下であるのがより好ましい。
【００４２】
図４Ａは、上記の遮蔽機構３２の第１構成例を示す正面図である。第１構成例の遮蔽機構３２は、入射するレーザ光１のうち短軸方向のエネルギー分布の両裾部ｂに対応する部分を遮蔽する遮蔽板３３からなる。図４Ａに示した構成例では、２枚の遮蔽板３３がレーザ光１を通過させる所定の隙間を挟んで配置され外枠３４に固定されているが、一枚の遮蔽板３３に上記の隙間に相当する長孔を形成してもよい。
このように遮蔽機構３２が遮蔽板３３から構成されるので、簡単な機械的構成によってエネルギー分布における傾斜した両裾部ｂを容易に除去することができる。
【００４３】
また、２枚の遮蔽板３３で構成する場合は各遮蔽板３３の先端（上記の隙間側の端部）を鋭利に形成するのが好ましく、一枚の遮蔽板３３に長穴を形成する場合は穴を囲む内縁部を鋭利に形成するのが好ましい。この構成により、切断部のエネルギー分布形状をぼかすことなく両裾部ｂを除去できる。
【００４４】
図４Ｂは、遮蔽機構３２の第２構成例を示す正面図である。第２構成例の遮蔽機構３２は、レーザ光１が透過可能な光透過部材３５と、光透過部材３５に成膜され入射するレーザ光１のうち短軸方向のエネルギー分布の両裾部ｂに対応する部分を遮蔽するマスク３６とからなる。上記の光透過部材３５としては光学ガラスが好適である。マスク３６はクロムやタングステンなどの金属膜であるのが好ましい。このような金属膜は、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法などの成膜法及びフォトリソグラフィ等により光透過部材３５の表面に形成することができる。
【００４５】
上記の第２構成例によれば、マスク３６の形成にあたりフォトリソグラフィ等によってレーザ光１を通過させる隙間を精密に設定することができるので、短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部ｂを精度よく除去することができる。また、マスク３６は膜状であり薄いので、切断部のエネルギー分布形状をぼかすことなく両裾部ｂを除去できる。
【００４６】
［第２実施形態］
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第２実施形態にかかるレーザアニール装置１０の概略構成を示す図である。図５Ａでは上下方向が線状ビームの長軸方向であり、図５Ｂでは上下方向が線状ビームの短軸方向である。
【００４７】
図５Ａに示すように、第２実施形態における長軸用ホモジナイザ２０は、入射するレーザ光１を長軸方向に複数に分割する光導波路３８と、光導波路３８の出射口の長軸像を所定の倍率で拡大して非晶質半導体膜の表面で長軸方向に重ね合わせる長軸用端面転写光学系４０とからなる。光導波路３８は長軸方向に間隔をおいて対向する反射面３８ａ，３８ｂを有する。光導波路３８は、短軸用ホモジナイザ２５の一構成要素でもある。また、光導波路３８の入側には、レーザ光１を光導波路３８に導く導入用レンズ３９が配置されている。導入用レンズ３９は、長軸方向と短軸方向とで共通である。
本実施形態の長軸用ホモジナイザ２０によっても線状ビームの長軸方向のエネルギー分布を均一化することができる。
【００４８】
図５Ｂに示すように、第２実施形態における短軸用ホモジナイザ２５は、入射するレーザ光１を短軸方向に複数に分割する光導波路３８と、光導波路３８の出射口の短軸像を所定の倍率で結像面に縮小投影する短軸用端面転写光学系４３とからなる。本実施形態の短軸用ホモジナイザ２５によっても線状ビームの短軸方向のエネルギー分布を均一化することができる。
【００４９】
本実施形態のレーザアニール装置１０は、第１実施形態と同様に、短軸方向のエネルギー分布を均一化したレーザ光１の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部ｂを除去する遮蔽機構３２を備える。遮蔽機構３２の配置位置及び構成は、第１実施形態と同様である。また、本実施形態のその他の部分の構成は、第１実施形態と同様である。
【００５０】
本実施形態によっても、レーザ光１の一部を遮蔽して短軸方向のエネルギー分布における傾斜した両裾部ｂを除去するので、傾斜した裾部ｂのない理想的なフラットトップ形状を実現することができる。
したがって、結晶成長プロセスにおいて一方向成長が起こらないので、等方的で均一な結晶粒が得られる。また、非晶質半導体膜に照射される有効エネルギー領域を増大させることができるので、その分、基板３の搬送速度の高速化が可能となり、レーザアニールの処理能力が向上する。
【００５１】
なお、長軸用ホモジナイザ２０と短軸用ホモジナイザ２５は、上述した第１実施形態及び第２実施形態において説明したものに限られず、その他周知の光学系を用いてエネルギー分布を均一化する手段であってもよい。例えば、長軸用ホモジナイザ２０及び／又は短軸用ホモジナイザ２５は、回折光学素子を含む光学系であってもよい。回折光学素子についての詳細な説明は省略するが、例えば、特開２００５−２１７２０９号公報などに開示されている。回折光学素子は、石英などの基板にフォトエッチング工程などにより微細な段差を形成し、それぞれの段差部分を透過するレーザ光が形成する回折パターンを結像面（基板表面）で所望のエネルギー分布が得られるように作製する。
【００５２】
なお、上記において、本発明の実施形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係るレーザアニール装置の全体概略構成を示す図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係るレーザアニール装置の全体概略構成を示す別の図である。
【図２】本発明の作用効果を説明する図である。
【図３】本発明における遮蔽機構の設置位置を説明する図である。
【図４Ａ】上記遮蔽機構の第１構成例を示す図である。
【図４Ｂ】上記遮蔽機構の第２構成例を示す図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態に係るレーザアニール装置の全体概略構成を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態に係るレーザアニール装置の全体概略構成を示す別の図である。
【図６】先行出願（特願２００６−１４８３３７）に係るレーザアニール方法を説明する図である。
【図７】先行出願に係るレーザアニール方法の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  レーザ光
３  基板
５  基板ステージ
１０  レーザアニール装置
１２  固体レーザ光源
１３  ビーム整形光学系
１４  ビームエキスパンダ
１５  凹球面レンズ
１６  凸球面レンズ
２０  長軸用ホモジナイザ
２１  長軸用シリンドリカルレンズアレイ
２２  長軸用コンデンサレンズ
２５  短軸用ホモジナイザ
２６  短軸用シリンドリカルレンズアレイ
２７  短軸用コンデンサレンズ
２８  像転写光学系
２９，３０，４１，４２，４５，４６  シリンドリカルレンズ
３２  遮蔽機構
３３  遮蔽板
３４  外枠
３５  光透過部材
３６  マスク
３８  光導波路
３９  導入用レンズ
４０  長軸用端面転写光学系
４３  短軸用端面転写光学系
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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