JP2001068430A - ビームホモジェナイザーおよびレーザー照射装置およびレーザー照射方法および半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザー光の照射ムラを改善する。 【解決手段】 ビームホモジェナイザーにおいて、縦
方向に光をＮ（ｎ′-１）分割する役割を果たす光学レ
ンズと、光を横方向に（２ｎ+１）分割する役割を果た
す他の光学レンズと、前記縦横に分割された光を（ｎ′
-１）個に再結合しつつ、前記（ｎ′-１）個の光を横方
向に互いにずらしあって重ね合わせる役割を果たす光学
レンズと、前記縦方向に分割された光を再結合させる役
割を果たす他の光学レンズと、を少なくとも有するレー
ザ処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本明細書で開示する発明は、
大面積にレーザー光を高い均質性で照射することができ
る技術に関する。またその応用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上に形成され
た非晶質半導体膜や結晶性半導体膜（単結晶でない、多
結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）に対し、レ
ーザーアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向
上させる技術が、広く研究されている。上記半導体膜に
は、珪素膜がよく用いられる。

【０００３】ガラス基板は、従来よく使用されてきた石
英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基
板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研
究が行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザ
ーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからであ
る。レーザーは基板の温度をあまり変えずに非単結晶膜
にのみ高いエネルギーを与えることができる。

【０００４】レーザーアニールを施して形成された結晶
性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素
膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例え
ば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用の
ＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置
等に盛んに利用されている。該結晶性珪素膜は多くの結
晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結
晶半導体膜と呼ばれる。

【０００５】また、出力の大きい、エキシマレーザー等
のパルスレーザービームを、被照射面において、数ｃｍ
角の四角いスポットや、数ミリ幅×数１０ｃｍの線状と
なるように光学系にて加工し、レーザービームを走査さ
せて（レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対
的に移動させて）、レーザーアニールを行う方法が、量
産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用され
る。

【０００６】特に、線状レーザービームを用いると、前
後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用
いた場合とは異なり、線状レーザーの線方向に直角な方
向だけの走査で被照射面全体にレーザー照射を行うこと
ができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な
方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向で
あるからである。この高い量産性により、現在レーザー
アニールには線状レーザービームを使用することが主流
になりつつある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記線状に加工された
パルスレーザービームを走査させて、非単結晶半導体膜
に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問
題が生じている。その中でも特に深刻な問題の１つはレ
ーザーアニールが膜面全体に一様に為されないことにあ
った。線状レーザーが使われ始めた頃は、ビームとビー
ムの重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立ち、こ
れらの縞の一本一本で膜の半導体特性が著しく異なって
いた。

【０００８】図１a に示すのは、この縞の状態である。
この縞は、レーザーアニール後の珪素膜の表面を観察す
ると光の反射加減によって現れる。

【０００９】図１ａの場合、ＸeＣｌエキシマレーザー
を紙面の左右方向に延長する線状のレーザービームと
し、これを紙面上から下方向に走査して照射した場合の
ものである。

【００１０】図１ａの横縞は、パルスレーザーショット
の重なり具合に起因するものであると理解される。

【００１１】図１ａに示すような縞状の模様が現れてし
まう珪素膜を用いて、アクティブマトリクス型の液晶デ
ィスプレイを作製した場合、この縞が画面にそのまま出
てしまう不都合が生じた。

【００１２】この問題は、レーザーの照射対象である非
単結晶半導体膜の改良や、線状レーザーの走査ピッチ
（隣り合う線状レーザービームの間隔。）を細かくする
ことで、改善されつつある。

【００１３】上記の縞模様が目立たなくなってくると、
今度はビーム自身のエネルギー分布の不均一が目立つよ
うになってきた。

【００１４】一般に線状レーザービームを形成する場
合、元が長方形状のビームを適当な光学系に通して線状
に加工する。前記長方形状のビームはアスペクト比が２
から５程度であるが、例えば、図２に示した光学系によ
り、アスペクト比１００以上の線状ビームに変形され
る。その際、エネルギーのビーム内分布も同時に均質化
されるように、上記光学系は設計されている。

【００１５】図２に示す装置は、発振器２０１からのレ
ーザー光（この状態では概略矩形形状を有している）を
２０２、２０３、２０４、２０６、２０８で示す光学系
を介して、線状ビームとして照射する機能を有してい
る。なお、２０５はスリット、２０７はミラーである。

【００１６】２０２はシリンドリカルレンズ群（多シリ
ンドリカルレンズとも称される）と呼ばれ、ビームを多
数に分割する機能を有する。この分割された多数のビー
ムは、シリンドリカルレンズ２０６で合成される。

【００１７】この構成は、ビーム内の強度分布を改善す
るために必要とされる。また、シリンドリカルレンズ群
２０３とシリンドリカルレンズ２０４との組み合わせも
上述したシリンドリカルレンズ群２０２とシリンドリカ
ルレンズ２０６の組み合わせと同様な機能を有する。

【００１８】即ち、シリンドリカルレンズ群２０２とシ
リンドリカルレンズ２０６の組み合わせは、線状レーザ
ービームの長手方向における強度分布を改善する機能を
有し、シリンドリカルレンズ群２０３とシリンドリカル
レンズ２０４の組み合わせは、線状レーザービームの幅
方向における強度分布を改善する機能を有している。

【００１９】ビーム内のエネルギー分布を均質化する役
割を果たす光学系をビームホモジェナイザーと呼ぶ。図
２に示した光学系もビームホモジェナイザーの１つであ
る。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形の
ビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するも
のである。

【００２０】このような方法で分割し再構成されたビー
ムは、一見、分割が細かければ細かいほどエネルギーの
分布が均質になるように思える。しかしながら、実際に
このビームを半導体膜に照射すると分割の細かさにかか
わらず、図１ｂに見られるような縞模様が膜にできてし
まった。

【００２１】図１ｂに示す珪素膜に対するレーザー照射
も、図１ａの場合と同じで紙面の左右方向に延在する線
状のＸeＣｌエキシマレーザー光を紙面上から下へと走
査して照射した場合の例である。ただし、走査条件を工
夫して図１ａに示すような縞は顕著に現れないようにし
てある。

【００２２】この縞模様は、線状レーザービームの長手
方向に直交する様に無数に形成される。このような縞模
様の形成は、元の長方形ビームのエネルギー分布が縞状
であることに起因するか、光学系に起因するかのいずれ
かである。

【００２３】本明細書で開示する発明は、図１ｂに示す
ようなレーザー光の照射ムラを改善することを課題とす
る。

【００２４】〔発明に至る過程〕本発明人は、上記いず
れに縞形成の原因があるのか、突き止めるべく簡単な実
験を行った。本実験は該光学系に長方形状のレーザービ
ームが入射する前に該レーザービームを回転させること
により上記縦縞がどう変化するかを調べるものである。

【００２５】結果は全く変化しなかった。よって、本縞
模様の形成に関与しているものは元の長方形ビームでは
なく、光学系であることが判明した。本光学系は単一波
長の位相の揃ったビーム（レーザーは位相を揃えて強度
を得るものであるから、レーザー光の位相は揃ってい
る。）を分割再結合させることにより均質化を図るもの
であるから、該縞は光の干渉縞であると説明できる。

【００２６】図２の光学系を介して形成される線状レー
ザービーム301 内の光干渉縞の様子302 は図３に示し
た。図中、I はレーザー強度を表している。このような
干渉縞が発生するのは、図２に示す光学系のシリンドリ
カルレンズ群２０２及び２０３で複数に分割されたビー
ムがシリンドリカルレンズ２０４及び２０６で合成され
る際に先に分割されたビーム同士が干渉し、該ビーム内
に定常波を形成することに起因する。

【００２７】すなわち、一端分割されたレーザービーム
が被照射面において、同一領域において重なるようにし
ていることに周期的な鋭い干渉ピークが発生する原因で
ある。

【００２８】図３において、波の振り幅は周期的に変化
している。図２の光学系の場合、線状ビームの長手方向
で１周期つき波が３個形成されている。（図３参照）

【００２９】この波の数ｎ（干渉のピークの数といって
もよい）とシリンドリカルレンズ群２０２のレンズ数ｓ
とは、以下の関係式を満たしている。

【００３０】ｎ＝（ｓ−１）÷２ （ｓは奇数）

【００３１】ｎ＝ｓ÷２ （ｓは偶数）

【００３２】図２に示す光学系の場合は、シリンドリカ
ルレンズ群２０２のレンズ数は、ｓ＝７（奇数）であ
る。ここでｎ＝３である。

【００３３】この場合、図４ａに示すような干渉状態が
得られる。図４ａに示すのは、コンピューター計算で求
めたものであり、ある瞬間の時間の線状レーザービーム
内の干渉の様子を表している。図４ａの横軸は線状レー
ザービームの長手方向における位置に対応する。図４ａ
に示す縦軸の値を２乗したものが、実際の干渉状態にお
ける光強度に対応する。

【００３４】例えば、図４ａに示す干渉状態は、実際に
は図３に示すような光強度の分布として観察される。

【００３５】また、シリンドリカルレンズ群２０２のレ
ンズ数がｓ＝８個の場合、干渉のパターンは図４ｂに示
すようなものとなる。

【００３６】なお、図４においては、振幅の２乗の値が
干渉の強さ（同位相の光が強め合う度合い）を示す。ま
た、図４において、ｄが干渉のピークの１周期分の長さ
と定義する。

【００３７】図４に示すのは、コンピューターシュミレ
ーションによって得られたものであり、実際のレーザー
による干渉縞はこのようにはっきりとした強弱を示さな
い。これは、微妙な光学系のズレや、光学系を構成する
材質や光学系の加工誤差加工誤差に起因する光の分散や
屈折や損失、さらには半導体膜中で熱伝導によるエネル
ギーの分散等に起因するものと推測される。

【００３８】ところで、図２において、シリンドリカル
レンズ２０６を破線２１０に沿って分割し、紙面に垂直
な方向に適当にずらし合うと、該シリンドリカルレンズ
２０６の上半分を通るレーザー光が照射面上で作るビー
ムと、下半分を通るレーザー光が照射面上で作るビーム
とが、照射面上で適当にずれて重なり合いビームの干渉
のパターンを変えることができるようになる。この現象
をうまく利用すると、シリンドリカルレンズ２０６の上
下に分割されたレンズのずらし合う程度により、干渉の
ピークがビーム内で平均的に分散化される現象が起こ
る。このことは、波の重ね合わせの原理から明らかであ
る。

【００３９】上記のような光学系の図を図５、図６に示
した。図５に示したシリンドリカルレンズ５０１が上記
の上下に分割したシリンドリカルレンズ２０６に対応す
る。図６は、図５に示した光学系を斜めから描写したも
のである。なお、図６は、図５のミラー２０７を省略し
て示した。

【００４０】本発明では、干渉のピークの分布が最も効
率よく分散化される光学系の特徴を開示するものであ
る。図７ａに示した干渉縞のパターンは、図２に示す装
置において、シリンドリカルレンズ群２０２のレンズ数
が７個の場合のものである。

【００４１】この干渉パターンは、値を２乗することに
より光強度の強さとなる。図の左右の方向が線状レーザ
ービームの長手方向に対応する。

【００４２】ここで図７ａのパターンの１周期の長さを
ｄと定義する。これが干渉縞のピッチと対応している。

【００４３】この図７ａのパターンを複数個たし合わせ
て、干渉のピークが最も分散化されるパターンをコンピ
ュータにより計算させたところ、該パターン２個を半周
期ずらして互いに重ね合わせるとよいことが判った。

【００４４】即ち、図７ａのパターンを半周期ずらした
図７ｂのパターンを用意し、ａのパターンとｂのパター
ンとを重ね合わせる。こうすると図７ｃのパターンが得
られる。

【００４５】図７ｃの干渉パターンはａやｂのものに比
較すれば、干渉の度合いがより分散化されたものとなっ
ている。

【００４６】また、図７ｈに示した干渉縞のパターン
は、シリンドリカルレンズ群２０２のレンズ数が９個の
場合のものである。該パターンの１周期の長さをｄと定
義する。

【００４７】この図７ｈに示した干渉縞のパターンを複
数個たし合わせて、干渉のピークが最も分散化されるパ
ターンをコンピュータにより計算させたところ、該パタ
ーン３個を１／３周期づつずらして互いに重ね合わせる
とよいことが判った。（図７ｋ参照）

【００４８】即ち、図２に示す構成において、シリンド
リカルレンズ群２０２のレンズ数が９個の場合に得られ
る図７ｈの干渉パターンｈを１／３周期づつずらした図
７ i及び図７ j を考え、これらを重ね合わせることに
より図７kに示す干渉パターンを得ることができる。

【００４９】図７kに示す干渉パターンは、h乃至jに示
すものに比較すれば、干渉のピークが非常に分散化され
たものとなっている。

【００５０】このようなことを実現するには、例えば、
図7ａに示す干渉状態を有するレーザービームと、図7ｂ
に示す干渉状態を有するレーザービームと、を作製する
必要がある。

【００５１】シリンドリカルレンズ群２０２とシリンド
リカルレンズ２０６との組み合わせを通ってできるレー
ザービームは、シリンドリカルレンズ群２０３によって
複数個に分割される。

【００５２】よって、シリンドリカルレンズ群２０３に
よって分割されたそれぞれのレーザービームが微妙な位
置関係でもってずれて重ね合わされるようにすれば、図
7ｃあるいは図７kに示すような干渉ピークがより分散化
されたレーザービームを得ることができる。

【００５３】レーザービームをずらす役割は、シリンド
リカルレンズ５０１が果たす。例えば、シリンドリカル
レンズ群２０２のレンズ数が７個の場合、シリンドリカ
ルレンズ５０１には、上下に２分割されたものを使用す
れば、図７ｃに示したようなレーザービームを得ること
ができる。このとき、シリンドリカルレンズ群２０３に
よって分割されたレーザービームは偶数本あるとよい。
そうすれば、図５の下に示したようにレーザービームが
上下のレンズにうまく分離して入るので、レーザービー
ムの光路がみだれずに済む。図５の場合、シリンドリカ
ルレンズ群２０３は４本あるので、シリンドリカルレン
ズ５０１の上下レンズに２本ずつビームが入ることにな
る。

【００５４】また、シリンドリカルレンズ群２０２のレ
ンズ数が９個の場合、シリンドリカルレンズ５０１に
は、上中下に３分割されたものを使用すれば、図7ｋに
示したようなレーザービームを得ることができる。この
とき、シリンドリカルレンズ群２０３によって分割され
たレーザービームは３の倍数本あるとよい。そうすれ
ば、レーザービームが上中下のレンズにうまく分離して
入るので、レーザービームの光路がみだれずに済む。

【００５５】ただし、３分割以上は、光学系のアライメ
ントが複雑となるので、２分割で済ませてもよい。図７
ｈに示したようなレーザービーム２個を１/２周期づつ
ずらして互いに重ね合わせても干渉のピークは適当に分
散化された。このとき、シリンドリカルレンズ５０１
は、上下に２分割されたものを使用し、シリンドリカル
レンズ群２０３よって分割されたレーザービームは２の
倍数本あればよい。

【００５６】本明細書で開示する発明は、この点に関し
て最適な諸パラメータの組み合わせを提供するものであ
る。

【００５７】

【課題を解決するための手段】本発明では、干渉のピー
クの分布が最も効率よく分散化される光学系の特徴を開
示するものである。

【００５８】ここで以下、Ｎを自然数、ｎを３以上の整
数とする。図５に示す光学系においては、Ｎ＝２、ｎ＝
３の場合の例である。なぜならば、ｎ＝３のときシリン
ドリカルレンズ群２０２のレンズ数ｓは７、シリンドリ
カルレンズ群２０３のレンズ数Ｎ（ｎ-１）は４である
からである。

【００５９】図４および図７において、ｄというのは、
シリンドリカルレンズ５０１を構成するレンズの一つを
通過したビームが被照射面において形成する干渉パター
ンの間隔（１周期の長さ）である。

【００６０】ｄの値を得るには、シリンドリカルレンズ
５０１において、一つのレンズだけを残し、他を覆い隠
してしまった場合に得られるレーザービームを観察すれ
ばよい。またはそのレーザービームのアニール効果等を
観察すれば良い。また、後に実施例で示すように計算で
求めることもできる。

【００６１】以下、シリンドリカルレンズ５０１をどの
程度互いにずらし合えば、本発明が開示する効果が得ら
れるかを説明する。

【００６２】まず、シリンドリカルレンズ群２０２のレ
ンズ数が７個である場合、ｎ＝３なので、シリンドリカ
ルレンズ群２０３は（ｎ-１）の倍数個、すなわち偶数
個あればよい。このとき、シリンドリカルレンズ５０１
の上下レンズの互いにずらし合う距離はｄ/２で定義さ
れる値を使えばよい。

【００６３】また、シリンドリカルレンズ群２０２のレ
ンズ数が９個である場合、ｎ＝４なので、シリンドリカ
ルレンズ群２０３が３（ｎ-１に相当）の倍数個、例え
ば６個あれば十分に均質性の良いビームが得られる。こ
のとき、シリンドリカルレンズ５０１は２分割よりも３
分割された方がより均質性の優れたビームが得られる。
このとき、シリンドリカルレンズ５０１の上中下レンズ
の互いにずらし合う距離はｄ/３で定義される値を使え
ばよい。

【００６４】しかしながら、３分割以上は光学系の構造
上、光学系のアライメントがより困難になってくるの
で、例えば本来３分割で光学設計したほうがより均質性
のよいビームが得られる光学系を２分割ですましてしま
う方法をとってもよい。

【００６５】以上の考察及び計算から、シリンドリカル
レンズ群２０２のレンズ数が奇数である場合、シリンド
リカルレンズ５０１を（ｎ′-１）分割のものとし、該
（ｎ′-１）分割されたレンズ群を互いにｄ/（ｎ′-
１）ずつずらし合えばよいことが判る。ここで、ｎ′は
３≦ｎ′≦ｎの範囲にある整数である。このとき、シリ
ンドリカルレンズ群２０３はN（ｎ′-１）個で構成され
ているとよかった。

【００６６】こうすることで、シリンドリカルレンズ群
２０３で分割されるレーザービームのそれぞれが、図７
で示すような状態で重ね合わせられる。そして、図７ｃ
や図７ｋに示すような干渉状態が均一化されたレーザー
ビームを得ることができる。

【００６７】図５や図６に示したレンズ群の構成は、基
本的なものであり、さらに他の光学系を配置してもよ
い。また、同様な作用をする他のレンズに一部を置換し
てもよい。また、上記構成を全体の一部として利用して
もよい。たとえば、図５に示すシリンドリカルレンズ群
２０２、シリンドリカルレンズ群２０３は凸レンズ群で
あるが、凹レンズ群もしくは、凹凸混合のレンズ群を用
いてもよい。

【００６８】また、シリンドリカルレンズではなく、他
の方法でレーザービームを分割してもよい。例えば、図
５記載のシリンドリカルレンズ群２０３とシリンドリカ
ルレンズ２０４とを、ほぼ同様の作用を持つマルチフェ
イズレンズ（図１１ｂ参照。）に置き換えてもよい。

【００６９】上記の構成は、縦横比があまり大きく無い
レーザービームを縦横比が１００以上あるような線状の
レーザービームにビーム加工する場合に特に有効なもの
となる。

【００７０】一方、シリンドリカルレンズ群２０２のレ
ンズ数が偶数である場合、奇数である場合と比較し著し
い効果は得られない。（なお、シリンドリカルレンズ群
２０２のレンズ数が偶数個であっても、レーザー光が実
質的に該レンズ群の奇数個分だけ入っていれば、シリン
ドリカルレンズ群２０２は奇数個のレンズで構成されて
いると考えてよいことは言うまでもない。）

【００７１】シリンドリカルレンズ群２０２のレンズ数
が奇数個であると、得られるビーム内の干渉の分布が、
図７ｃや図７ｋに示したような正弦波状に整形すること
が可能となり、より干渉のピークがビーム内で分散化さ
れたものが得られる。シリンドリカルレンズ群２０２の
レンズ数が２個または３個の場合は、図２に示すような
光学系からでも、正弦波状の干渉をもつビームが得られ
るが、分割数が不十分で均質なビームが得られにくい。
本発明は分割数が充分でかつ正弦波状の干渉をもつビー
ムが得られるので非常に画期的である。

【００７２】シリンドリカルレンズ群２０２のレンズ数
が偶数個ではそのようにきれいに分散化されたビームは
得られない。しかしながら、従来の光学系（図２のも
の）と比較すれば、格段の効果を得ることができる。即
ち、干渉を分散させて、照射のムラを是正する効果は得
ることができる。

【００７３】この様な場合も、シリンドリカルレンズ５
０１を（ｎ′-１）分割したものとし、ｄ/（ｎ′-１）
ずつ互いにずらし合えば、よく干渉のピークが分散化さ
れた。なお、この場合のｄは図４ｂで示されたもので定
義される。このとき、シリンドリカルレンズ群２０３は
N（ｎ′-１）個で構成されているとよかった。

【００７４】ところで、ｄは図４で示すような干渉ピー
クの周期幅（１周期の長さ）で定義される。即ち、シリ
ンドリカルレンズ５０１を構成するシリンドリカルレン
ズの一つが寄与するビーム（線状のレーザービーム）に
現れる干渉状態の周期幅として定義される。

【００７５】上記の説明から判るように、干渉縞の間隔
ｄは線状レーザービーム中で一定である方が好ましい。
即ち、図４で示すような指定の周期でもって干渉が線状
ビームの長手方向に沿って現れるものであることが好ま
しい。

【００７６】しかしながら、ある特別な場合を除き、図
２の光学系で形成される線状レーザービームの干渉のピ
ークの間隔は、一様とはならない。

【００７７】なぜならば、該線状ビームは球面波を線状
に合成しているからである。（図８ａ参照。球面波を直
線で切ると、同位相同士の間隔は一定でない）

【００７８】もし、干渉のピーク間隔をほぼ一定にした
いならば、平面波を線状に合成すればよい。（平面波を
斜めに直線で切ると、同位相同士の間隔は一定となる）

【００７９】このような光波を形成する光学系を図８ｂ
に示す。

【００８０】上記両光学系の異なる点は、ビーム入射側
のシリンドリカルレンズ群が分割したレーザービーム
が、後続のシリンドリカルレンズによりすべて平行光線
に加工されることである。

【００８１】このような光学系は、前方のシリンドリカ
ルレンズ群と後方のシリンドリカルレンズとの間の距離
を適当に選ぶことにより簡単に得られる。この様にすれ
ば、シリンドリカルレンズ群で分割されたどのビームも
シリンドリカルレンズにより平面波に加工される。本光
学系により加工されたビームを使用すると該縦縞の間隔
はほぼ一定となる。このような配置の光学系が本発明に
最も適当である。

【００８２】しかしながら、球面波で合成される線状ビ
ームでも、該球面波の曲率半径は十分大きいので、実際
問題としては平行光線と見なすことができ、本発明が適
用できる。この場合、干渉縞の間隔ｄは全体の平均値で
定義する。

【００８３】以上述べてきたように、本明細書で開示す
る発明を利用することで、線状レーザービーム内の干渉
縞の分布は飛躍的に均質化される。特に、シリンドリカ
ルレンズ群２０２を構成するレンズ数が奇数個である場
合は、線状レーザービーム内の干渉縞の分布を正弦波状
（図７ｃ、図７ｋ、参照）に整形することが可能とな
り、本発明が最も効果的に機能する。

【００８４】しかしながら、依然として光干渉によるエ
ネルギーの不均質が該線状レーザービーム内に存在す
る。この不均質はレーザービームの照射条件により、強
調される場合もある。

【００８５】この様なときはレーザービームの走査方向
を微調整すると改善される。前記微調整は、該線状レー
ザービームを、該ビームの線方向と直交しかつ該線状レ
ーザービームが形成する面を含む方向より該平面内で角
度ｙだけずれた方向に走査させながらレーザー処理する
ことで行う。この角度ｙは、｜tan ｙ｜≦0.1 の範囲で
見つけることができる。（但し、｜tan ｙ｜≠０）

【００８６】本発明記載の光学系を介して半導体膜のレ
ーザーアニールを行い、多結晶半導体膜とし、例えばＴ
ＦＴ液晶ディスプレイのようなデバイスを作製すると、
個々のＴＦＴの特性のばらつきが抑えられて、高画質な
ものを得ることができる。

【００８７】また、半導体集積回路の作製に際するレー
ザーアニールに本明細書で開示する発明を利用すると、
同一基体上に形成される素子の特性をそろえることがで
き、高い性能を有する回路を得ることができる。

【００８８】以下において、本明細書で開示する発明の
一つ一つを示す。先に述べたように、ｄをシリンドリカ
ルレンズ５０１中任意に選んだ１つのレンズと、図５中
シリンドリカルレンズ５０１以外のレンズ群とを介して
形成される線状レーザービーム内に分布する光干渉縞の
ピッチとする。また、Ｎは自然数、ｎは３以上の整数で
ある。ここで、ｎ′は３≦ｎ′≦ｎの範囲にある整数で
ある。

【００８９】本発明の第一は、レーザー光を分割し、か
つ前記分割されたレーザー光を再結合させることによ
り、正弦波状の定常波を照射面上に形成させる機能を有
することを特徴とするビームホモジェナイザーである。

【００９０】本発明の第二は、縦方向に光をＮ（ｎ′-
１）分割する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に
（２ｎ+１）分割する役割を果たす他の光学レンズと、
前記縦横に分割された光を（ｎ′-１）個に再結合しつ
つ、前記（ｎ′-１）個の光を横方向に互いにずらしあ
って重ね合わせる役割を果たす光学レンズと、前記縦方
向に分割された光を再結合させる役割を果たす他の光学
レンズと、を少なくとも有することを特徴とするビーム
ホモジェナイザーである。

【００９１】本発明の第三は、縦方向に光をＮ（ｎ-
１）分割する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に
（２ｎ+１）分割する役割を果たす他の光学レンズと、
前記縦横に分割された光を（ｎ-１）個に再結合しつ
つ、前記（ｎ-１）個の光を横方向に互いにずらしあっ
て重ね合わせる役割を果たす光学レンズと、前記縦方向
に分割された光を再結合させる役割を果たす他の光学レ
ンズと、を少なくとも有することを特徴とするビームホ
モジェナイザーである。

【００９２】本発明の第四は、縦方向に光をＮ（ｎ′-
１）分割する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に
（２ｎ）分割する役割を果たす他の光学レンズと、前記
縦横に分割された光を（ｎ′-１）個に再結合しつつ、
前記（ｎ′-１）個の光を横方向に互いにずらしあって
重ね合わせる役割を果たす光学レンズと、前記縦方向に
分割された光を再結合させる役割を果たす他の光学レン
ズと、を少なくとも有することを特徴とするビームホモ
ジェナイザーである。

【００９３】本発明の第五は、縦方向に光をＮ（ｎ-
１）分割する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に
（２ｎ）分割する役割を果たす他の光学レンズと、前記
縦横に分割された光を（ｎ-１）個に再結合しつつ、前
記（ｎ-１）個の光を横方向に互いにずらしあって重ね
合わせる役割を果たす光学レンズと、前記縦方向に分割
された光を再結合させる役割を果たす他の光学レンズ
と、を少なくとも有することを特徴とするビームホモジ
ェナイザーである。

【００９４】本発明の第六は、（１）レーザビームを発
生させる手段と、（２）縦方向に光をＮ（ｎ′-１）分
割する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に（２ｎ
+１）分割する役割を果たす他のシリンドリカルレンズ
群と、前記横方向に分割された光を再結合させる役割を
果たし、かつ、分割された光を横方向にｄ/（ｎ′-１）
ずつ互いにずらして重ね合わせる役割を果たす（ｎ′-
１）個のシリンドリカルレンズと、前記縦方向に分割さ
れた光を再結合させる役割を果たす他のシリンドリカル
レンズと、を含む光学系から構成されるビームホモジェ
ナイザーと、（３）一方向に動く移動テーブルと、を有
し、前記ｄは、前記（ｎ′-１）個のシリンドリカルレ
ンズを構成するレンズの一つを通過するビームが照射面
において形成する干渉縞のピークの間隔として定義され
ることを特徴とする。

【００９５】本発明の第七は、（１）レーザビームを発
生させる手段と、（２）縦方向に光をＮ（ｎ-１）分割
する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に（２ｎ+
１）分割する役割を果たす他のシリンドリカルレンズ群
と、前記横方向に分割された光を再結合させる役割を果
たし、かつ、分割された光を横方向にｄ/（ｎ-１）ずつ
互いにずらして重ね合わせる役割を果たす（ｎ-１）個
のシリンドリカルレンズと、前記縦方向に分割された光
を再結合させる役割を果たす他のシリンドリカルレンズ
と、を含む光学系から構成されるビームホモジェナイザ
ーと、（３）一方向に動く移動テーブルと、を有し、前
記ｄは、前記（ｎ-１）個のシリンドリカルレンズを構
成するレンズの一つを通過するビームが照射面において
形成する干渉縞のピークの間隔として定義されることを
特徴とする。

【００９６】本発明の第八は、（１）レーザビームを発
生させる手段と、（２）縦方向に光をＮ（ｎ′-１）分
割する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に（２
ｎ）分割する役割を果たす他のシリンドリカルレンズ群
と、前記横方向に分割された光を再結合させる役割を果
たし、かつ、分割された光を横方向にｄ/（ｎ′-１）ず
つ互いにずらして重ね合わせる役割を果たす（ｎ′-
１）個のシリンドリカルレンズと、前記縦方向に分割さ
れた光を再結合させる役割を果たす他のシリンドリカル
レンズと、を含む光学系から構成されるビームホモジェ
ナイザーと、（３）一方向に動く移動テーブルと、を有
し、前記ｄは、前記（ｎ′-１）個のシリンドリカルレ
ンズを構成するレンズの一つを通過するビームが照射面
において形成する干渉縞のピークの間隔として定義され
ることを特徴とする。

【００９７】本発明の第九は、（１）レーザビームを発
生させる手段と、（２）縦方向に光をＮ（ｎ-１）分割
する役割を果たす光学レンズと、光を横方向に（２ｎ）
分割する役割を果たす他のシリンドリカルレンズ群と、
前記横方向に分割された光を再結合させる役割を果た
し、かつ、分割された光を横方向にｄ/（ｎ-１）ずつ互
いにずらして重ね合わせる役割を果たす（ｎ-１）個の
シリンドリカルレンズと、前記縦方向に分割された光を
再結合させる役割を果たす他のシリンドリカルレンズ
と、を含む光学系から構成されるビームホモジェナイザ
ーと、（３）一方向に動く移動テーブルと、を有し、前
記ｄは、前記（ｎ-１）個のシリンドリカルレンズを構
成するレンズの一つを通過するビームが照射面において
形成する干渉縞のピークの間隔として定義されることを
特徴とする。

【００９８】上記発明六乃至九において、ｄは、λをレ
ーザー光の波長、ｆを横方向に分割されたレーザービー
ムを再結合させる役割を果たすシリンドリカルレンズの
焦点距離、Ｌをレーザービームを横方向に分割する役割
を果たすシリンドリカルレンズ群を構成する一つのレン
ズの幅として、概略ｄ＝λｆ／Ｌで示される。すなわ
ち、ｄは計算より求めることができる。

【００９９】また、被照射面におけるレーザービーム
は、横方向に長手形状を有する線状ビームである場合に
上記発明は特に有効となる。

【０１００】また、レーザービームとしては、一般的に
エキシマレーザーが利用される。

【０１０１】また、移動テーブルの移動方向が可変であ
ることが好ましい。

【０１０２】なお、誤解を避けるため、本明細書中、横
方向といえば、線状レーザービームの線方向をさし、縦
方向といえば、線状レーザービームの幅方向を指すもの
とする。

【０１０３】本発明の第十は、本発明の第一記載のビー
ムホモジェナイザーを介したレーザ光により、レーザー
アニールされた半導体膜を使用し作製されることを特徴
とする半導体デバイスである。

【０１０４】本発明の第十一は、本発明の第二記載のビ
ームホモジェナイザーを介したレーザ光により、レーザ
ーアニールされた半導体膜を使用し作製されることを特
徴とする半導体デバイスである。

【０１０５】本発明の第十二は、本発明の第四記載のビ
ームホモジェナイザーを介したレーザ光により、レーザ
ーアニールされた半導体膜を使用し作製されることを特
徴とする半導体デバイスである。

【０１０６】また、上記の構成において、ｄは、λをレ
ーザー光の波長、ｆを横方向に分割されたレーザービー
ムを再結合させる役割を果たすシリンドリカルレンズ５
０１の焦点距離、Ｌをレーザービームを横方向に分割す
る役割を果たすシリンドリカルレンズ群２０２を構成す
る一つのレンズの幅として、概略ｄ＝λｆ／Ｌで示され
る。この場合、ｄは計算より求めることができる。

【０１０７】また、被照射面におけるレーザービーム
は、横方向に長手形状を有する線状ビームである場合に
上記発明は特に有効となる。

【０１０８】また、レーザービームとしては、一般的に
エキシマレーザーが利用される。

【０１０９】また、移動テーブルの移動方向が可変であ
ることが好ましい。

【０１１０】

【作用】本発明は、非単結晶半導体膜にレーザー光線を
分割後再構成し線状に加工されたレーザービームを使用
してレーザーアニールを施し結晶化また結晶性を向上さ
せるに際し、該線状レーザービーム内に形成される光干
渉によるエネルギーの周期的不均一を、前記非単結晶半
導体膜に反映させないものである。

【０１１１】例えば、図２に示される光学系により形成
される線状レーザービームのエネルギーは、その線方向
に、図４で示されるようなエネルギーの強弱の周期的繰
り返しが見られる。

【０１１２】このようなエネルギー分布を持つ線状レー
ザービームを、半導体膜に対し照射すると、線状レーザ
ービーム内のエネルギーの分布が該膜にそのまま反映さ
れてしまう。

【０１１３】本発明では、本発明のビームホモジェナイ
ザーを使って線状レーザービーム内の干渉の分布を従来
のものより飛躍的に分散化（図７参照。）させ、線状レ
ーザービーム内のエネルギー分布を均質化する。このよ
うにすれば、より一様にレーザーアニールを行うことが
できる。

【０１１４】

【実施例】〔実施例１〕実施例の作製工程で、まず、レ
ーザー照射される膜の作製方法を示す。レーザー照射さ
れる膜は、本明細書中で３種類である。いずれの膜に対
しても、本発明は効果的である。

【０１１５】まず、３種類いずれの膜も、基板として、
１２７ｍｍ角のコーニング１７３７ガラス基板上に、下
地膜としての酸化珪素膜を２００ｎｍの厚さに、その上
に非晶質珪素膜を５０ｎｍの厚さに共にプラズマＣＶＤ
法にて成膜する。この膜を今後、出発膜と呼ぶ。

【０１１６】（膜Ａの作製手順）出発膜を、４５０℃の
熱浴に１時間さらす。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃
度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると
膜がレーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工
程が必要とされる。

【０１１７】膜内の水素の密度は１０20atoms/cm3 オー
ダーが適当であある。この膜を非単結晶珪素膜Ａと呼
ぶ。

【０１１８】（膜Ｂの作製手順）１０ｐｐｍの酢酸ニッ
ケル水溶液が、スピンコート法により、出発膜上に塗布
され、酢酸ニッケル層が形成される。酢酸ニッケル水溶
液には、界面活性剤を添加するとより好ましい。酢酸ニ
ッケル層は、極めて薄いので、膜状となっているとは限
らないが、以後の工程において問題はない。

【０１１９】次に、上記のようにして各膜が積層された
基板に、６００℃で４時間の熱アニールを施す。する
と、非晶質珪素膜が結晶化し、非単結晶珪素膜である結
晶性珪素膜Ｂが形成される。

【０１２０】このとき、触媒元素であるニッケルが結晶
成長の核の役割を果たし、結晶化が促進される。６００
℃、４時間という低温、短時間で結晶化を行うことがで
きるのは、ニッケルの機能による。詳細については、特
開平６−２４４１０４号に記載されている。

【０１２１】触媒元素の濃度は、１×１０15〜１０19原
子／ｃｍ3 であると好ましい。１×１０19原子／ｃｍ3
以上の高濃度では、結晶性珪素膜に金属的性質が現れ、
半導体としての特性が消滅する。本実施例において、結
晶性珪素膜中の触媒元素の濃度は、膜中のおける最小値
で、１×１０17〜５×１０18原子／ｃｍ3 である。これ
らの値は、２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により分
析、測定したものである。

【０１２２】（膜Ｃの作製手順）出発膜の上からさらに
酸化珪素膜を７００Åの厚さに成膜する。成膜方法はプ
ラズマＣＶＤ法を用いる。

【０１２３】次に該酸化珪素膜の一部をフォトリソパタ
ーニング工程によって完全に開孔する。

【０１２４】さらに、該開孔部に薄い酸化膜を形成する
ために酸素雰囲気中でUV光を５分間照射する。この薄い
酸化膜は、後に導入するニッケル水溶液に対する上記開
孔部の濡れ性改善のために形成されるものである。

【０１２５】次に１００ｐｐｍの酢酸ニッケル水溶液
が、スピンコート法により、該膜上に塗布され、酢酸ニ
ッケルが上記開孔部分に入る。酢酸ニッケル水溶液に
は、界面活性剤を添加するとより好ましい。

【０１２６】次に、６００℃で８時間の熱アニールが施
され、ニッケル導入部分から横方向に結晶が成長してゆ
く。このとき、ニッケルが果たす役割は膜Ｂと同様のも
のである。今回の条件では横成長量として４０μｍ程度
が得られる。

【０１２７】このようにして非晶質珪素膜が結晶化し、
非単結晶珪素膜である結晶性珪素膜Ｃが形成される。そ
の後、結晶性珪素膜上の酸化珪素膜をバッファーフッ酸
を用い剥離除去する。

【０１２８】このようにして得られる非単結晶珪素膜
Ａ、Ｂ、Ｃを結晶化させる。

【０１２９】次に結晶性をさらに高めるために、エキシ
マレーザーを用いてレーザーアニールを行う。

【０１３０】図９に、実施例におけるレーザー照射シス
テムを示す。図９は、レーザー照射システムの概観であ
る。

【０１３１】図９において、レーザー照射システムは、
レーザー発振装置２０１から照射され、2対の反射ミラ
ー９０１によりレーザーの進行方向を調整後、本発明が
開示する光学系９０２により、断面形状が線状に加工さ
れたパルスレーザービームを、ミラー２０７で反射さ
せ、シリンドリカルレンズ２０８にて集光しつつ、被処
理基板９０４に照射させる機能を有している。2対の反
射ミラー９０１の間には、レーザービームの広がり角を
抑え、かつ、ビームの大きさを調整できるビームエキス
パンダーを挿入してもよい。

【０１３２】光学系９０２、ミラー２０７、及びシリン
ドリカルレンズ２０８は図５に示した構造に準じてい
る。

【０１３３】本実施例で使用する光学系は、本発明の第
三で明記したものとする。また、シリンドリカルレンズ
群２０２のレンズ数を本実施例では７（２ｎ＋１にあた
る。）個とするので、図５に示す構造においてシリンド
リカルレンズ５０１のレンズは２（ｎ-１にあたる）分
割となる。

【０１３４】ここでシリンドリカルレンズ５０１の上下
のレンズの互いにずらす距離を決定する方法を記載す
る。

【０１３５】本実施例の場合、シリンドリカルレンズ５
０１中任意に選んだ１つのレンズと、図５中シリンドリ
カルレンズ５０１以外のレンズ群とを介して形成される
線状レーザービーム内に分布する光干渉縞のピッチが
０.１ ｍｍであった。この値が発明で利用されるパラメ
ータｄにあたる。

【０１３６】先に示したように、ｄ／（ｎ−１）で算出
される距離が、最も干渉のピークを線状レーザービーム
内で分散化できる距離である。

【０１３７】ここで該式にｄ、ｎの値を代入する。本実
施例ではｎ＝３なので、求める距離は０.０５ｍｍとな
る。波の重ね合わせの原理により、前記距離は、０.１
５ｍｍ、０.２５ｍｍ、０.３５ｍｍ、・・・と０.１ｍ
ｍ間隔で変えても効果は同様であることは、言うまでも
ないが、この間隔を広くとればとるほど線状ビームの長
手方向の有効に使える長さは短くなることになる。

【０１３８】すなわち、シリンドリカルレンズ５０１の
上下のレンズを互いにずらし合うと、線状レーザービー
ムの長手方向の両端はずらし合う距離分ぼけてしまう。
しかしながら、幅方向の両端は全くぼけることがない。
線状レーザービームの長手方向の両端は、素子領域外に
もっていけるので多少のぼけは全く加工に影響しない。
一方、幅方向の両端は全くぼけていないので、素子領域
にうたれても悪影響はない。

【０１３９】本実施例ではｎ＝３なので、これにより、
レーザービームを縦方向（線状ビームの幅方向）に分割
する数は（３-１）の倍数で決まる。本明細書の場合
は、Ｎ＝４とし、８分割とした。また、レーザービーム
を横方向（線状ビームの長手方向）に分割する数は（２
×３＋１）＝７個である。

【０１４０】図２や図５で示したような光学系を用いる
のは、光学系に入射する前のビームのエネルギー不均質
を分割後重ね合わせることにより平均化しつつ、ビーム
形状を線状に加工することが出来るからである。

【０１４１】本発明で使用する線状レーザービームはす
べて図５記載の光学系に準じたものを使用している。図
５のようなタイプのレンズ群の役割を以下に記述する。

【０１４２】シリンドリカルレンズ群２０２、２０３は
ビームを縦横に分割する役割を果たしている。該分割さ
れた光束をシリンドリカルレンズ２０４、５０１がその
分割されたレーザービームを重ね合わせる役割を果たし
ている。

【０１４３】本実施例では、元のビームを縦方向（線状
レーザービームの幅方向）に８分割、横方向（線状レー
ザービームの長手方向）に７分割している。

【０１４４】都合上、レーザービームは、５６分割され
たビームを一つに合成したものとなっている。このよう
にすることにより、ビームのエネルギー分布を平均化し
ている。

【０１４５】ビームの縦横の長さの比はレンズ群の構造
上、可変であるが、レンズの大きさ、焦点距離の組合せ
により、造りやすいビーム形状は制限される。なお、本
光学系においてビームの長辺の長さを変えることはでき
ない。

【０１４６】本実施例は、図８ａ、あるいは図８ｂ、何
れの記載の配置のレンズ群を用いても効果がある。しか
しながら、図８ｂ記載の配置がより効果的である。

【０１４７】なお、図５に示すシリンドリカルレンズ群
２０２、シリンドリカルレンズ群２０３は凸レンズ群で
あるが、凹レンズ群もしくは、凹凸混合のレンズ群を用
いてもよい。また、シリンドリカルレンズではなく、他
の方法でレーザービームを分割してもよい。

【０１４８】図５記載のシリンドリカルレンズ群２０２
を、ほぼ同様の作用を持つ凹凸混合のレンズ群に置き換
えると、例えば図１１aに示すもののようになる。ある
いは、図５記載のシリンドリカルレンズ群２０３とシリ
ンドリカルレンズ２０４とを、ほぼ同様の作用を持つマ
ルチフェイズレンズ（図１１ｂ参照。）に置き換えても
よい。マルチフェイズレンズ１４０１を図１４のように
配置すると、図６に示したレンズ群が作り出すビームと
同様のものを形成することができる。また、シリンドリ
カルレンズ２０８をマルチフェイズレンズや複数のシリ
ンドリカルレンズで構成されたものに置き換えてもよ
い。

【０１４９】ただし、凹凸混合レンズ群に代表されるよ
うな、互いに合同でないレンズ群を使用する場合は、そ
れらのレンズで加工される平行光線の、加工後の拡がり
の角度が同じであるレンズ群で構成されたほうがよい。

【０１５０】さもなければ、分割したビームが再結合さ
れるとき、個々のビームが異なる大きさや形で重なり合
い、ビームの輪郭が不明瞭となる。

【０１５１】レーザー発振装置２０１は、ここでは、Ｘ
ｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振する
ものを用いる。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２
４８ｎｍ）等を用いてもよい。

【０１５２】被処理基板９０４は、台９０５上に配置さ
れる。そして、台９０５は、移動機構９０３によって、
線状レーザービームの線幅方向に対して直角方向（線状
レーザービームを含む平面を含む。）に真っ直ぐに移動
され、被処理基板９０４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する。

【０１５３】図１０に示す装置の説明をする。ロード／
アンロード室１００５に、被処理基板９０４が多数枚、
例えば２０枚収納されたカセット１００３が配置され
る。ロボットアーム１００５により、カセット１００３
から一枚の基板がアライメント室に移動される。

【０１５４】アライメント室１００２には、被処理基板
９０４とロボットアーム１００４との位置関係を修正す
るための、アライメント機構が配置されている。アライ
メント室１００２は、ロード／アンロード室１００５と
接続されている。

【０１５５】基板は、ロボットアーム１００４によって
基板搬送室１００１に運ばれ、さらにロボットアーム１
００４によって、レーザー照射室１００６に移送され
る。図９において、被処理基板９０４上に照射される線
状レーザービームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍと
する。本ビームは図５記載のレンズ配置で形成されてい
る。ただし、シリンドリカルレンズ群２０３のレンズ数
は８である。

【０１５６】被照射面におけるレーザービームのエネル
ギー密度は、１００ｍＪ／ｃｍ2 〜５００ｍＪ／ｃｍ2
の範囲で、例えば３００ｍＪ／ｃｍ2 とする。台９０５
を１.２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うこと
で、線状レーザービームを走査させる。レーザーの発振
周波数は３０Ｈｚとし、被照射物の一点に注目すると、
１０ショットのレーザービームが照射される。前記ショ
ット数は５ショットから５０ショットの範囲で適当に選
ぶ。

【０１５７】レーザー照射終了後、被処理基板９０４は
ロボットアーム１００４によって基板搬送室１００２に
引き戻される。

【０１５８】被処理基板９０４は、ロボットアーム１０
０４によって、ロード／アンロード室１００５に移送さ
れ、カセット１００３に収納される。

【０１５９】こうして、レーザーアニール工程が終了す
る。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、
多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。

【０１６０】本実施例は線状レーザーを用いたが、線状
から正方形状にいたるまでいずれのビーム形状を本発明
に使用しても本発明が特徴とする効果がある。

【０１６１】上記レーザーアニールされた半導体膜を活
性層とするＴＦＴを作製すると、Ｎチャネル型、Ｐチャ
ネル型、いずれも作製できる。

【０１６２】また、Ｎチャネル型とＰチャネル型とを組
み合わせた構造も得ることが可能である。また、多数の
ＴＦＴを集積化して電子回路を構成することもできる。

【０１６３】以上のことは、他の実施例で示した光学系
を介してレーザーアニールされた半導体膜についてもい
える。本発明の光学系を介してレーザーアニールされた
半導体膜を利用して、ＴＦＴで構成される液晶ディスプ
レイを作製した場合、個々のＴＦＴ特性のバラツキの少
ない高画質なものが得られる。

【０１６４】〔実施例２〕実施例１にて、縞模様が上手
く消えない場合は、光学系の配置が適当でない為である
か、線状レーザービームの重ね合わさり様が不適当かで
ある。このときは、走査方向変更装置９０６により基板
の走査方向を微調整し、干渉縞がより目立たない走査方
向を選べばよい。

【０１６５】即ち、線状レーザー光の幅方向に対して、
少し角度をもたせて、レーザー光が走査されて照射され
るようにするとよい。

【０１６６】〔実施例３〕実施例１にて、図８ｂ記載の
光学系の配置を採用したときの、干渉縞のピッチｄは計
算で容易に導出できる。本実施例ではその計算方法を示
す。まず、シリンドリカルレンズ５０１の分割されたレ
ンズを互いにずらさない状態を想定し、以下の考察をす
る。なお、ここでは前記の状態にあるシリンドリカルレ
ンズ５０１をシリンドリカルレンズ１２０６と呼ぶこと
にする。

【０１６７】図８に示す光学系は、図５に示すシリンド
リカルレンズ群２０２とシリンドリカルレンズ１２０６
の断面を示したものと考えて良い。

【０１６８】図８ｂの光学系の配置を採用した場合、シ
リンドリカルレンズ１２０６によって合成されるビーム
はそれぞれ平面波といってよい。

【０１６９】この場合、図１２において、シリンドリカ
ルレンズ群２０２を構成するレンズ中、中央のレンズに
隣接する２つのレンズ１２０１を介してシリンドリカル
レンズ１２０６に入射したレーザー光の光束は、照射面
１２０４に角度αで交差する。

【０１７０】ここでレーザーの波面１２０５は直線であ
るから、該波面の波長λ間隔で引かれた直線は照射面１
２０４を間隔βで切る。（図１３参照。）

【０１７１】前記角度αと間隔βとの関係式は波長λを
使って表現できる。すなわち、β＝λ/ sin αと表現で
きる。

【０１７２】２つのレンズ１２０１は間隔βの定常波を
照射面１２０４に形成する。また、２つのレンズ１２０
２は間隔β/２の定常波を照射面１２０４に形成する。
さらに、２つのレンズ１２０３は間隔β/３の定常波を
照射面１２０４に形成する。これらの定常波が、照射面
１２０４で合成され、図４aに示したような定常波が形
成される。よって、βは、図４、図７で示す干渉のピー
クの間隔ｄに一致する。このことは簡単な計算により解
る。

【０１７３】また、シリンドリカルレンズ１２０６の位
置を、シリンドリカルレンズ群２０２に対して矢印１２
０７の方向に左右に動かしても間隔ｄはほとんど全く変
化しないことも簡単な計算によりわかる。このことは、
シリンドリカルレンズ１２０６をシリンドリカルレンズ
５０１の状態に戻すときに、シリンドリカルレンズ１２
０６の個々のレンズをそれぞれ左右に動かすことが本発
明の本質に全く影響を及ぼさないことを示唆する。

【０１７４】またこの場合、シリンドリカルレンズ１２
０６の焦点距離ｆ、シリンドリカルレンズ群２０２のレ
ンズ１つ当たりの幅Ｌとすると、tan α＝Ｌ／ｆが成立
する。

【０１７５】また、αの角度は十分に小さいから、tan
α≒sin αが成立する。よって、β≒λｆ／Ｌが成立す
る。

【０１７６】上述したように一般にβ＝ｄであるからｄ
は概略λｆ／Ｌで示されることになる。

【０１７７】こうして、実測しなくてもシリンドリカル
レンズ１２０６の焦点距離ｆ、シリンドリカルレンズ群
２０２のレンズ１つ当たりの幅Ｌ、レーザー光の波長λ
が判れば、図５に示したシリンドリカルレンズ５０１の
一つのレンズを通過したビームに現れる干渉ピークの１
周期の長さｄを求めることができる。

【０１７８】なお、図８ａに示す配置の光学系を採用し
た場合、シリンドリカルレンズ５０１を通過したビーム
は球面波となり、上述した数式は完全には成立しない。

【０１７９】この場合は、計算機を用いた数値計算によ
り、ｄを値を算出することになる。

【０１８０】しかし、シリンドリカルレンズ５０１の焦
点距離ｆとシリンドリカルレンズ群２０２の焦点距離と
の和がシリンドリカルレンズ５０１とシリンドリカルレ
ンズ群２０２との間隔に近ければ、上述した数式により
求めたｄを利用することができる。

【０１８１】〔実施例４〕本実施例では、上記方法によ
り得られた多結晶珪素膜を利用してＴＦＴを作製する例
を示す。

【０１８２】上記の多結晶珪素膜をパターニングするこ
とで、ＴＦＴの活性層パターンを形成する。この活性層
パターンには、チャネル形成領域高抵抗領域が形成され
る。活性層を形成後、ゲイト絶縁膜として酸化珪素膜を
プラズマＣＶＤ法により１００nmの厚さに成膜する。

【０１８３】次にチタン膜をスパッタ法により４００ n
m の厚さに成膜する。そして、このチタン膜をパターニ
ングすることにより、ゲイト電極を得る。さらに、陽極
酸化法により、チタン膜パターンの露呈した表面に陽極
酸化膜を２００nmの厚さで形成する。

【０１８４】この陽極酸化膜はゲイト電極の表面を電気
的及び物理的に保護する機能を有している。また、後の
工程において、チャネル領域に隣接してオフセット領域
と称される高抵抗領域を形成するために機能する。

【０１８５】次に、ゲイト電極、及び、その周囲の陽極
酸化膜をマスクとして燐のドーピングを行う。この燐
は、ソース、ドレイン領域を決定する為のドーパントと
しての役割をになう。

【０１８６】燐のドーピングを行うことで、ソース、ド
レイン領域が自己整合的に形成される。リンのドーズ量
は本実施例では、５×１０14ions／ｃｍ2 のドーズをイ
オンドーピング装置を用いて導入した。次にレーザーに
より、燐を活性化させる。レーザーは実施例１で示した
方法で照射した。レーザービームのエネルギー密度は、
２００ｍＪ／ｃｍ2 程度とした。なお、本工程における
適当なエネルギー密度は、レーザーの種類や照射の方
法、半導体膜の状態により異なるので、それに合わせて
調整する。レーザーの照射により、ソースドレイン領域
のシート抵抗は１ＫΩ／□まで下がった。

【０１８７】次に、層間絶縁膜として、窒化珪素膜をプ
ラズマCVD法によって１５０nmの厚さに成膜し、更にア
クリル樹脂膜を成膜する。アクリル樹脂膜の膜厚は、最
少の部分で７００nmとなるようにする。ここで樹脂膜を
用いるのは、表面を平坦化する為である。

【０１８８】アクリル以外には、ポリイミド、ポリアミ
ド、ポリイミドアミド、エポキシ等の材料を用いること
ができる。この樹脂膜は多層膜として構成しても良い。

【０１８９】次に、コンタクトホールの形成を行い、ソ
ース電極、ドレイン電極を形成する。こうして、Ｎチャ
ネル型ＴＦＴが完成する。本実施例では燐をソースドレ
イン領域に導入したのでＮチャネル型ＴＦＴが作製され
たが、Ｐチャネル型を作製するのであれば、燐に変えて
ボロンをドーピングすればよい。

【０１９０】本発明を利用して作製されたＴＦＴを使っ
て、例えば、液晶ディスプレイを作製した場合、従来と
比較してレーザーの加工あとが目立たないものができ
た。

【０１９１】

【発明の効果】本発明により、分割再結合によりレーザ
ービームを均質化したレーザービームによるレーザーア
ニールの効果の面内均質性を大幅に向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 線状レーザーによりレーザー結晶化された珪
素膜の写真。

【図２】 従来例における線状レーザーを形成する光学
系と光路図。

【図３】 従来例の光学系が形成する線状レーザービー
ム内の光干渉の図解。

【図４】 従来例の光学系が形成する線状レーザービー
ム内の光干渉の様子を示す図。

【図５】 実施例における線状レーザーを形成する光学
系と光路図。

【図６】 実施例における線状レーザーを形成する光学
系と光路図。

【図７】 光干渉を目立たなくするする干渉縞の重ね合
わせ方を示す図。

【図８】 平面波をつくる光学系配置と球面波をつくる
光学系配置の違いを示す図。

【図９】 実施例におけるレーザー照射システムを示す
図。

【図１０】実施例におけるレーザーアニール装置の上面
図。

【図１１】凹凸混合シリンドリカルレンズとマルチフェ
イズレンズの例を示す図。

【図１２】干渉縞のピッチｄを計算で求めるために必要
なパラメータを示す図。

【図１３】干渉縞のピッチｄを計算で求めるために必要
なパラメータを示す図。

【図１４】実施例における線状レーザーを形成する光学
系と光路図。

【符号の説明】

２０１ レーザー発振装置 ２０２ レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ
群 ２０３ レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ
群 ２０４ レーザー光、再結合のためのシリンドリカルレ
ンズ ２０５ スリット ２０６ レーザー光、再結合のためのシリンドリカルレ
ンズ ２０７ ミラー ２０８ 線状ビームを集光するためのシリンドリカルレ
ンズ ２０９ 従来の線状レーザービーム ３０１ 従来の線状レーザービーム ３０２ 光干渉の強度ピーク ５０１ レーザー光、再結合のためのシリンドリカルレ
ンズ ５０２ 光干渉のピークがビーム内で分散化した線状レ
ーザービーム ９０１ 光学系９０２に入射するレーザー光の方向を調
整するミラー ９０２ 光学系 ９０３ 移動機構 ９０４ 基板 ９０５ 台 ９０６ 走査方向変更装置 １００１ 基板搬送室 １００２ アライメント室 １００３ カセット １００４ ロボットアーム １００５ ロード／アンロード室 １００６ レーザー照射室 １２０１ シリンドリカルレンズ群２０２を構成するレ
ンズ中、中央のレンズに隣接する２つのレンズ １２０２ シリンドリカルレンズ群２０２を構成するレ
ンズ中、線対称な位置にある２つのレンズ １２０３ シリンドリカルレンズ群２０２を構成するレ
ンズ中、線対称な位置にある２つのレンズ １２０４ 照射面 １２０５ レーザー光の波面の１つ １２０６ シリンドリカルレンズ５０１の個々のレンズ
を互いにずらし合っていない状態にあるシリンドリカル
レンズ。 １２０７ シリンドリカルレンズ１２０６の個々のレン
ズを互いにずらし合う方向を示す矢印。 １４０１ マルチフェイズレンズ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項1】 レーザー発振器からのレーザー光をビー
   ムホモジェナイザーによって線状のビームに整形して、
   前記線状のビームを走査しながら被処理物に照射するレ
   ーザー処理方法であって、 前記ビームホモジェナイザーは、前記レーザー光を複数
   のビーム分割し、該前記分割されたビームを重ね合わせ
   るとにより、定常波を被処理物の照射面にし、前記線状
   のビームを前記線状のビームの幅方向に対して斜めに走
   査することを特徴とするレーザー処理方法。