(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に、複数のシリンドリカルレンズを通過した線状のパルスレーザー光を照射し、
前記レーザー光が照射された珪素膜をパターニングして薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法において、
前記レーザー光は、前記複数のシリンドリカルレンズを通過した前記レーザー光の一部が、前記複数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を通過することによって、エネルギー密度Ｅ１の領域とＥ１より高いエネルギー密度Ｅ２の領域でなる段階的なエネルギープロファイルを有し、
前記非晶質珪素膜に対して相対的に前記レーザー光を幅方向にピッチＤで走査し、
前記エネルギー密度Ｅ１の領域の前記幅方向の寸法Ｌ１、及び前記エネルギー密度Ｅ２の領域の前記幅方向の寸法Ｌ２は、Ｌ１≧Ｄ、及びＬ２≧Ｄを満たし、
前記エネルギー密度Ｅ１の領域は、前記エネルギー密度Ｅ２の領域よりも走査方向側にあることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項２】
基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜に、複数のシリンドリカルレンズを通過した線状のパルスレーザー光を照射し、
前記レーザー光が照射された珪素膜をパターニングして薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成し、
前記ゲイト電極をマスクとして前記活性層に不純物領域を形成し、
前記不純物領域に前記レーザー光を照射して活性化する薄膜トランジスタの作製方法において、
前記レーザー光は、前記複数のシリンドリカルレンズを通過した前記レーザー光の一部が、前記複数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を通過することによって、エネルギー密度Ｅ１の領域とＥ１より高いエネルギー密度Ｅ２の領域でなる段階的なエネルギープロファイルを有し、
前記非晶質珪素膜に対して相対的に前記レーザー光を幅方向にピッチＤで走査し、
前記エネルギー密度Ｅ１の領域の前記幅方向の寸法Ｌ１、及び前記エネルギー密度Ｅ２の領域の前記幅方向の寸法Ｌ２は、Ｌ１≧Ｄ、及びＬ２≧Ｄを満たし、
前記エネルギー密度Ｅ１の領域は、前記エネルギー密度Ｅ２の領域よりも走査方向側にあることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項３】
基板上に非晶質珪素膜を形成し、
前記非晶質珪素膜上にニッケル元素を含む溶液を塗布し、
前記非晶質珪素膜に、複数のシリンドリカルレンズを通過した線状のパルスレーザー光を照射し、
前記レーザー光が照射された珪素膜をパターニングして薄膜トランジスタの活性層を形成し、
前記活性層上にゲイト絶縁膜を形成し、
前記ゲイト絶縁膜上にゲイト電極を形成する薄膜トランジスタの作製方法において、
前記レーザー光は、前記複数のシリンドリカルレンズを通過した前記レーザー光の一部が、前記複数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を通過することによって、エネルギー密度Ｅ１の領域とＥ１より高いエネルギー密度Ｅ２の領域でなる段階的なエネルギープロファイルを有し、
前記非晶質珪素膜に対して相対的に前記レーザー光を幅方向にピッチＤで走査し、
前記エネルギー密度Ｅ１の領域の前記幅方向の寸法Ｌ１、及び前記エネルギー密度Ｅ２の領域の前記幅方向の寸法Ｌ２は、Ｌ１≧Ｄ、及びＬ２≧Ｄを満たし、
前記エネルギー密度Ｅ１の領域は、前記エネルギー密度Ｅ２の領域よりも走査方向側にあることを特徴とすることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一において、
前記レーザー光はエキシマレーザー光であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一において、
大気圧下で前記非晶質珪素膜に前記レーザー光を照射することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一において、
前記非晶質珪素膜に前記レーザー光を照射する雰囲気は酸素含有雰囲気であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一において、
ＴＥＯＳを原料ガスに用いたプラズマＣＶＤ法により、前記ゲイト絶縁膜を形成することを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一において、
前記エネルギー密度Ｅ１は、前記非晶質珪素膜を結晶化させるのに適した値に設定され、
前記エネルギー密度Ｅ２は、前記結晶化した珪素膜の結晶性を助長するのに適した値に設定されることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一において、
前記エネルギー密度Ｅ１は、１００ｍＪ／ｃｍ２≦Ｅ１≦２５０ｍＪ／ｃｍ２であり、
前記エネルギー密度Ｅ２は、２００ｍＪ／ｃｍ２≦Ｅ２≦３００ｍＪ／ｃｍ２であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。
【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ｃｍ□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Ｅ２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Ｅ１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Ｅ１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Ｅ１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、Ｅ２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３０２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８０１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９０１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）１０２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１０９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１１２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５００Å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≦２５０ｍＪ／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２００ｍＪ／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／０．０２５ｍｍ＝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、６０００Å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１１０７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／ｃｍ2 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（Ｂ2 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＝１５０ｍＪ／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、１．１ｍｍ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２００ｍＪ／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たは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１２０２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
【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】
0003971152.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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