JP2002270536A - レーザアニール方法及びその装置、マスク、半導体デバイス製造方法、半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】必要な結像性能を維持してスループットを大き
くし、生産性を向上すること。 【解決手段】エキシマレーザ光をシェブロン形式の複数
の繰り返しパターン開口部２１−１〜２１−Ｎが形成さ
れたレチクル２１を通して被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に
照射し、この被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６のレーザ照射領
域内を多結晶化するに、エキシマレーザ光を分割しかつ
縮小して複数のレーザビームをレチクル２１の各パター
ン開口部２１−１〜２１−Ｎにそれぞれ照射し、これら
パターン開口部２１−１〜２１−Ｎをそれぞれ通過した
レーザビームを被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に結像する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザアニール方
法及びその装置、マスク、半導体デバイス製造方法、半
導体デバイスに関し、例えばｐ−ＳｉＴＦＴ液晶ディス
プレイなどの半導体デバイスの製造に係るもので、ａ−
Ｓｉ膜などの被加工物に対してパルスレーザ光を照射し
てａ−Ｓｉ膜を多結晶化するレーザアニール方法及びそ
の装置、このレーザアニールに適用するマスク、ａ−Ｓ
ｉ膜を多結晶化してｐ−ＳｉＴＦＴ液晶ディスプレイな
どを製造する半導体デバイス製造方法、その半導体デバ
イスに関する。

【０００２】

【従来の技術】ｐ−ＳｉＴＦＴ液晶ディスプレイの製造
工程には、液晶ディスプレイ装置のガラス基板上に薄膜
（ａ−Ｓｉ膜）を形成し、この薄膜を多結晶化（多結晶
シリコン膜：多結晶Ｓｉ膜）するプロセスがある。この
多結晶化する方法としては、固相成長法又はエキシマレ
ーザアニール法などが用いられる。

【０００３】このうちエキシマレーザアニール法は、エ
キシマレーザ光というパルス幅２０ｎｓ程度の短パルス
レーザをａ−Ｓｉ膜に照射して多結晶Ｓｉ膜を得るもの
で、低温プロセスであることから、この方法により近年
において量産化が実現している。

【０００４】図１２はエキシマレーザアニール装置の概
略構成図である。エキシマレーザ装置（ＸｅＣｌ、Ｋｒ
Ｆ）１は、パルス幅２０ｎｓ程度のエキシマレーザ光を
出力するものである。このエキシマレーザ装置１から出
力されるエキシマレーザ光の光路上には、照明光学系
２、ミラー３、レチクル４、結像レンズ５が配置されて
いる。

【０００５】このような構成において、エキシマレーザ
装置１から出力されたエキシマレーザ光は、照明光学系
２により光強度が均一化され、ミラー３で反射してレチ
クル（マスク）４に照射され、このレチクル４に形成さ
れたパターン開口部を通過し、結像レンズ５によりレチ
クル４のパターンが被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に結像さ
れる。これにより、ａ−Ｓｉ膜は、多結晶化（多結晶シ
リコン膜：多結晶Ｓｉ膜）される。

【０００６】このようなエキシマレーザアニール装置の
照明光学系２からレチクル４、結像レンズ５までの光学
系の構成を図１３に示す。照明光学系２は、エキシマレ
ーザ光の入射側からフライアイレンズ１０、光学レンズ
１１が配置されて、ホモジナイザー照明系が形成されて
いる。又、レチクル４のレーザビームの出射側には、結
像レンズ５が配置されている。

【０００７】このような光学系において、フライアイレ
ンズ１０の焦点距離をｆ_１、同フライアイレンズ１０の
各セグメントサイズをｄ、光学レンズ１１の焦点距離を
ｆ_２、レチクル４と結像レンズ５との距離をｆ_３、結像
レンズ５と被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６との距離をｆ_４、
結像レンズ５の焦点距離をｆ_５とすると、レチクル４面
での照明サイズＤ_Ｒは、 Ｄ_Ｒ＝（ｆ_２／ｆ_１）・ｄ …(1) により表わされ、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６の面での照
明サイズＤは、 Ｄ＝（ｆ_４／ｆ_３）・Ｄ_Ｒ …(2) により表わされる。なお、 １／ｆ_５＝１／ｆ_３＋１／ｆ_４ …(3) の関係がある。

【０００８】このような光学系では、１μｍ程度の結像
性能が得られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記光学系においてレ
チクル４には、図１４に示すようなシェブロン形状の繰
り返しパターン（パターン開口部）４ａが形成されたＣ
ｒマスクが用いられている。このレチクル４を用いてエ
キシマレーザアニールを行なう場合に、上記１μｍ程度
の結像性能を維持しようとすると、大きなマスクサイ
ズ、フィールドサイズが得られず、スループットが小さ
い。

【００１０】被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６の必要な領域の
全面に多結晶Ｓｉ膜を生成するには、レチクル４を通過
したレーザビームを被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６上の必要
領域の全面にスキャンさせることになるが、この方法で
は必要な領域の全面を多結晶化するのに時間がかかり生
産性が悪くなる。

【００１１】又、エキシマレーザ光を照明光学系２によ
り光強度を均一化してレチクル４に照射し、その通過し
たレーザビームを被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に結像して
いるが、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６の多結晶化に用いら
れるレーザビームはレチクル４のパターン開口部４ａを
通過した光のみであり、その他にレチクル４に照射され
た光はレチクル４によって遮光され、レチクル４に対し
て無駄な照明が行われている。

【００１２】そこで本発明は、必要な結像性能を維持し
てスループットを大きくし、生産性を向上できるレーザ
アニール方法及びその装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】又、本発明は、レーザアニールに用いて生
産性を向上できるマスクを提供することを目的とする。

【００１４】又、本発明は、必要な結像性能を維持して
スループットを大きくし、半導体デバイスの生産性を向
上できる半導体デバイス製造方法を提供することを目的
とする。

【００１５】又、本発明は、必要な結像性能を維持して
スループットを大きくし、生産性を向上させたレーザア
ニールにより製造された半導体デバイスを提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載による本発
明は、パルスレーザ光を複数のパターン開口部が形成さ
れたマスクを通して被加工物に照射し、この被加工物を
アニール化するレーザアニール方法において、前記パル
スレーザ光を分割しかつ縮小して複数のレーザビームを
前記マスクの前記各パターン開口部にそれぞれ照射し、
これらパターン開口部をそれぞれ通過した前記レーザビ
ームを前記被加工物に照射することを特徴とするレーザ
アニール方法である。

【００１７】請求項２記載による本発明は、開口部が複
数離間して形成されたマスクにパルスレーザ光を照明
し、前記各開口部を通過した前記パルスレーザ光を被加
工物に照射させることにより、前記被加工物の少なくと
も一部をアニール化するレーザアニール方法において、
前記パルスレーザ光を分割し、前記パルスレーザ光が前
記各開口部に対応して離間して前記マスクを照明するこ
とを特徴とするレーザアニール方法である。

【００１８】請求項３記載による本発明は、パルスレー
ザ光を複数のパターン開口部が形成されたマスクを通し
て被加工物に照射し、この被加工物をアニール化するレ
ーザアニール装置において、前記パルスレーザ光を分割
しかつ縮小して複数のレーザビームを前記マスクの前記
各パターン開口部にそれぞれ照射する光学系、を具備し
たことを特徴とするレーザアニール装置である。

【００１９】請求項４記載による本発明は、請求項３記
載のレーザアニール装置において、前記光学系は、前記
パルスレーザ光の入射側に配置された複数のシリンドリ
カルレンズを一方向に配列してなる第１の光学レンズ
と、この第１の光学レンズにより分割された複数の前記
レーザビームを一括して他方向に縮小する第２の光学レ
ンズと、この第２の光学レンズにより縮小された複数の
前記レーザビームをそれぞれ前記マスク上の複数の前記
パターン開口部に照射する複数のシリンドリカルレンズ
を一方向に配列してなる第３の光学レンズとからなるこ
とを特徴とする。

【００２０】請求項５記載による本発明は、請求項３記
載のレーザアニール装置において、前記マスクは、シェ
ブロン形式の繰り返しパターン開口部が複数形成された
ことを特徴とする。

【００２１】請求項６記載による本発明は、請求項３記
載のレーザアニール装置において、前記マスクの前記パ
ターン開口部に隣接して計測用開口部を形成し、この計
測用開口部を通過した前記レーザビームの時間ごとの強
度を計測する計測手段を備えたことを特徴とする。

【００２２】請求項７記載による本発明は、パルスレー
ザ光を被加工物に照射してアニール化するレーザアニー
ルに用いられるもので、シェブロン形式の繰り返しパタ
ーン開口部が複数形成されたマスクにおいて、前記パタ
ーン開口部内には、当該パターン開口部のピッチよりも
狭いピッチの遮光パターンが形成されたことを特徴とす
るマスクである。

【００２３】請求項８記載による本発明は、一定ピッチ
で同一形状の開口部が複数形成されたレーザアニール用
のマスクであって、前記開口部内には、ピッチが１μｍ
以内の遮光パターンが形成されていることを特徴とする
マスクである。

【００２４】請求項９記載による本発明は、請求項７記
載のマスクにおいて、前記遮光パターンは、前記マスク
を通過したレーザビームを前記被加工物に結像する結像
光学系の結像限界よりも小さく形成されたことを特徴と
する。

【００２５】請求項１０記載による本発明は、請求項７
記載のマスクにおいて、前記遮光パターンのピッチＰ
は、前記パルスレーザ光の波長をλ、前記マスクを通過
して前記被加工物に結像する結像レンズの前記被加工物
側の開口率をＮＡとすると、 Ｐ＜λ／（２・ＮＡ） により表わされることを特徴とする。

【００２６】請求項１１記載による本発明は、基板上に
アモルファスシリコン薄膜を形成する工程と、このアモ
ルファスシリコン薄膜の少なくとも一部の領域をアニー
ルする工程と、このアニールされた領域を備えるトラン
ジスタを作成し半導体デバイスを製造する工程とを有す
る半導体デバイス製造方法において、前記アニールする
工程は、パルスレーザ光を分割しかつ縮小して複数のレ
ーザビームをマスクに形成された複数の繰り返しパター
ン開口部にそれぞれ照射し、これらパターン開口部をそ
れぞれ通過したレーザビームを前記薄膜に照射させて前
記アモルファスシリコン薄膜の少なくとも一部の領域を
アニールすることを特徴とする半導体デバイス製造方法
である。

【００２７】請求項１２記載による本発明は、パルスレ
ーザ光を分割しかつ縮小して複数のレーザビームをマス
クに形成された複数の繰り返しパターン開口部にそれぞ
れ照射し、これらパターン開口部をそれぞれ通過したレ
ーザビームを前記薄膜に照射してアニール化された領域
を有することを特徴とする半導体デバイスである。

【００２８】しかるに、従来は照明されていた開口部と
開口部との間のスペースを照明する必要がないので、パ
ルスレーザ光の装置を小型化できる。又は、被加工物へ
の照射領域を増大させることができる。なお、本発明に
おいてアニールとは、レーザ光の照射により被加工物の
温度を上昇させた後、冷却する操作のことをいい、例え
ばレーザ光の照射により被加工物の温度を上昇させた
後、冷却する過程で被加工物を多結晶化させることを含
む。

【００２９】上記マスクを用いれば、例えば、開口率が
０．２で倍率が１／４倍の投影レンズを備える結像光学
系において、波長が４５０ｎｍ以下の光を照射してレー
ザアニールを行なった場合であっても、結像限界Ｐ（但
しＰ＝λ／（２・ＮＡ）：λは光の波長、ＮＡは結像レ
ンズの開口率）に対応するマスク上のサイズＰ×Ｍ（Ｍ
は投影レンズの倍率に対応し、ここでは４）よりも遮光
パターンのピッチが小さいから、前記遮光パターン付近
を通過して照射されるレーザ光のエネルギ強度を調整す
ることが可能となり好適なレーザアニールを行なうこと
ができる。なお、遮光パターンのピッチは、一定の必要
はない。

【００３０】又、本発明における一定ピッチとは、完全
に一定を意味するものでなく、実質的に一定（例えばピ
ッチ誤差が２０％以内程度）であることをいう。又、本
発明における同一形状とは、完全に同一を意味するもの
でなく、実質的に一定（例えば２つの開口部を重ね合わ
せたときに、全体の開口部の面積に対して重なり部分の
面積が７０％以上であるような程度）であることをい
う。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、図１２及び図１３
と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は省略
する。

【００３２】図１はレーザアニール装置の概略構成図で
ある。照明光学系２０は、エキシマレーザ装置１から出
力されたエキシマレーザ光、例えば波長がＫｒＦであれ
ば２４８ｎｍ、ＸｅＣｌであれば３０８ｎｍでパルス幅
２０ｎｓ程度のエキシマレーザ光の光強度を均一化する
もので、このエキシマレーザ光を複数に分割しかつそれ
ぞれ縮小して複数のレーザビームを得る機能を有してい
る。

【００３３】レチクル２１は、図２に示すようにシェブ
ロン形式の複数の繰り返しパターン開口部２１−１〜２
１−Ｎが一方向に配列されて形成されている。又、この
レチクル２１には、これらパターン開口部２１−１〜２
１−Ｎに対応しかつ隣接して複数の計測用開口部｛品質
管理（ＱＣ）用ピンホール｝２２−１〜２２−Ｎが形成
されている。

【００３４】各パターン開口部２１−１〜２１−Ｎにお
ける繰り返しパターンの切替部分となる各コーナ部、例
えばコーナ部Ｅの内部には、図３に示すように当該パタ
ーン開口部２１−１〜２１−Ｎのピッチよりも狭いピッ
チＰの遮光パターン２３が形成されている。この遮光パ
ターン２３は、繰り返しパターンの切替部分における外
側に沿って例えば四辺形の遮蔽部分を複数配列して形成
されている。

【００３５】この遮光パターン２３は、当該レチクル２
１を通過したレーザビームを被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６
に結像する結像光学系（結像レンズ５）の結像限界より
も小さく形成されている。

【００３６】具体的に遮光パターン２３のピッチＰは、
エキシマレーザ光の波長をλ、レチクル２１を通過して
被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に結像する結像レンズ５の被
加工物（ａ−Ｓｉ膜）６側の開口率をＮＡとすると、 Ｐ＜λ／（２・ＮＡ） …(4) により表わされる。

【００３７】例えば、ＮＡ＝０．５とすると、 Ｐ＜λ＝３０８ｎｍ …(5) になる。

【００３８】しかるに、結像レンズ５の倍率が１／Ｍで
あれば、レチクル２１のサイズは、Ｐ×Ｍとなり、例え
ば１／Ｍ＝１／４であれば、Ｐ×Ｍ＝〜１．２μｍとな
る。

【００３９】図４(a)(b)は照明光学系２０からレチクル
２１、結像レンズ５までの光学系の構成図であって、同
図(a)は短軸方向から見た図、同図(b)は長軸方向から見
た図である。照明光学系２０は、フライアイレンズ１０
を用いてエキシマレーザ光の強度を均一化する光学系の
後段側に、エキシマレーザ光を分割しかつ縮小する光学
系を配置したもので、エキシマレーザ光の入射側に配置
された複数のシリンドリカルレンズを一方向に配列して
なる第１の光学レンズ（コンデンサレンズ）２４と、こ
のコンデンサレンズ２４により分割された複数のレーザ
ビームを一括して他方向に縮小する第２の光学レンズ２
５と、この第２の光学レンズ２５により縮小された複数
のレーザビームをそれぞれレチクル２１上の複数のパタ
ーン開口部２１−１〜２１−Ｎに照射する複数のシリン
ドリカルレンズを一方向に配列してなる第３の光学レン
ズ２６とからなっている。

【００４０】このような光学系において、フライアイレ
ンズ１０の焦点距離をｆ_１、同フライアイレンズ１０の
各セグメントサイズをｄ、光学レンズ１１の焦点距離を
ｆ_２、レチクル２１と結像レンズ５との距離をｆ_３、結
像レンズ５と被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６との距離を
ｆ_４、コンデンサレンズ２４と第３の光学レンズ２６と
の距離をｆ_６、第３の光学レンズ２６とレチクル２１と
の距離をｆ_７、第３の光学レンズ２６の焦点距離を
ｆ_８、コンデンサレンズ２４と第２の光学レンズ２５と
の距離をｆ_９、第２の光学レンズ２５とレチクル２１と
の距離をｆ_１０、第２の光学レンズ２５の焦点距離をｆ
_１１、エキシマレーザ光の分割数をＮとすると、レチク
ル４の面上での照明サイズＤ_Ｒは、上記式(1)からＤ_Ｒ
＝（ｆ_２／ｆ_１）・ｄにより表わされ、レチクル２１の
面上での各セグメントごとの照明サイズＤ_Ｒ２は、 Ｄ_Ｒ２＝（ｆ_７／ｆ_６）・（Ｄ_Ｒ／Ｎ） …(6) により表わされる。なお、 １／ｆ_８＝１／ｆ_６＋１／ｆ_７ …(7) ｆ_９＝ｆ_１０＝２・ｆ_１１ …(8) の関係がある。

【００４１】一方、図５に示すようにレチクル２１に形
成された複数の計測用開口部２２−１〜２２−Ｎのレー
ザビーム通過光路上には、ミラー２７が配置され、この
ミラー２７の反射光路上に検出器２８が配置されてい
る。この検出器２８は、複数の計測用開口部２２−１〜
２２−Ｎを通過したレーザビームの強度、時間に対する
波形を計測する計測手段としての機能を有している。

【００４２】次に、上記の如く構成された装置の作用に
ついて説明する。

【００４３】ｐ−ＳｉＴＦＴ液晶ディスプレイの製造工
程では、ガラス基板上にａ−Ｓｉ膜６の薄膜を形成し、
この薄膜にエキシマレーザ光を照射して、加熱して溶融
し、ａ−Ｓｉ膜６を多結晶化（多結晶Ｓｉ膜）するプロ
セスがある。

【００４４】すなわち、図１に示すようにエキシマレー
ザ装置１から出力されたエキシマレーザ光は、照明光学
系２０により光強度が均一化され、ミラー３で反射して
レチクル（マスク）２１に照射され、このレチクル２１
に形成された図２に示す複数のパターン開口部２１−１
〜２１−Ｎを通過し、結像レンズ５によりレチクル２１
のパターンが被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に結像される。
これにより、ａ−Ｓｉ膜６は、多結晶化（多結晶シリコ
ン膜：多結晶Ｓｉ膜）される。

【００４５】このとき、エキシマレーザ装置１から出力
されたエキシマレーザ光は、照明光学系２０によりその
光強度が均一化され、かつ複数のレーザビームに分割さ
れかつそれぞれ縮小されて、図６に示すようにレチクル
２１の各パターン開口部２１−１〜２１−Ｎを含む各レ
ーザ照射領域Ｗ_１〜Ｗ_Ｎに照射される。これらレーザ照
射領域Ｗ_１〜Ｗ_Ｎは、それぞれ各パターン開口部２１−
１〜２１−Ｎを含む長方形状の照射領域に形成されてい
る。

【００４６】又、各パターン開口部２１−１〜２１−Ｎ
における繰り返しパターンの切替部分となる各コーナ
部、例えばコーナ部Ｅでは、図７に示すような光強度分
布を示している。すなわち、図３に示すコーナ部Ｅの区
間Ａ−Ｂの光強度分布は、遮光パターン２３が形成され
ていることから当該遮光パターン２３が形成された部分
の光強度Ｅ_１が遮光パターン２３の形成されていない部
分の光強度Ｅ_２よりも低くなっている。なお、光強度Ｅ
_１は、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６を溶解して再結晶する
ことにより多結晶化するに必要な最小限度のエネルギー
を持っている。

【００４７】これを図８に示す従来のシェブロン形式の
繰り返しパターン開口部が形成されたレチクルを用いた
場合と比較すると、その光強度分布は図９に示すように
光強度Ｅ_２となる。この光強度Ｅ_２のレーザビームを被
加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に照射すると、このときの被加
工物（ａ−Ｓｉ膜）６の温度変化Ｔ_１は、ａ−Ｓｉ膜６
の融点を超えた温度に達し、この後、ａ−Ｓｉ膜６の温
度が低下して多結晶化する。

【００４８】これに対して本願発明の遮光パターン２３
が形成されたレチクル２１を用いると、その光強度分布
は上記図７に示すように光強度Ｅ_１、Ｅ_２となり、この
うち光強度Ｅ_２のレーザビームを照射した部分の被加工
物（ａ−Ｓｉ膜）６の温度変化は、図１０に示す温度変
化Ｔ_１と同様に、ａ−Ｓｉ膜６の融点を超えた温度に達
し、この後、ａ−Ｓｉ膜６の温度が低下して多結晶化す
るが、光強度Ｅ_１のレーザビームを照射した部分の被加
工物（ａ−Ｓｉ膜）６の温度変化Ｔ_２は、図１０に示す
ようにａ−Ｓｉ膜６の融点を僅かに超えた温度に達し、
この後、ａ−Ｓｉ膜６の温度が低下して多結晶化する。

【００４９】従って、本願発明のレチクル２１を用いれ
ば、ａ−Ｓｉ膜６の温度が温度変化Ｔ_１よりも速く下降
し、多結晶化する時間を速くできる。

【００５０】一方、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６の必要な
領域の全面に多結晶Ｓｉ膜を生成するには、レチクル２
１を通過したレーザビームを被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６
上の必要領域の全面にスキャンすることになるが、本願
発明であれば、図１１に示すようにレチクル２１に例え
ば３本のパターン開口部２１−１〜２１−３が形成され
ている場合、先ずは、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６をステ
ップ移動させた後、照明光学系２０により３本に分割さ
れた各レーザビームをそれぞれ３つのパターン開口部２
１−１〜２１−３に通過させて被加工物（ａ−Ｓｉ膜）
６に照射して多結晶化し、続いて各レーザ照射領域Ｗ_１
〜Ｗ_３の幅分だけスキャンさせて、そのスキャンの間に
２回だけ３本のレーザビームをそれぞれ３つのパターン
開口部２１−１〜２１−３に通過させて被加工物（ａ−
Ｓｉ膜）６に照射して多結晶化する。

【００５１】次に、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６をレーザ
照射領域Ｗ_１〜Ｗ_３の３倍分の距離だけステップ移動さ
せた後、再び、３本のレーザビームを３つのパターン開
口部２１−１〜２１−３にそれぞれ通過させて被加工物
（ａ−Ｓｉ膜）６に照射して多結晶化し、続いて各レー
ザ照射領域Ｗ_１〜Ｗ_３の幅分だけスキャンさせて、その
スキャンの間に２回だけ３本のレーザビームを３つのパ
ターン開口部２１−１〜２１−３にそれぞれ通過させて
被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に照射して多結晶化する。

【００５２】これ以降、上記動作を繰り返してレーザビ
ームを被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６上の必要領域の全面に
スキャンして多結晶化する。

【００５３】このように３本のレーザビームを３つのパ
ターン開口部２１−１〜２１−３にそれぞれ通過させて
被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に照射し、被加工物（ａ−Ｓ
ｉ膜）６をステップ及びスキャン動作させて多結晶化す
ることにより、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６へのレーザ照
射時間を従来の３分の１に短縮できる。従って、エキシ
マレーザ光を照明光学系２０により複数本のレーザビー
ムに分割し、かつ複数のパターン開口部２１−１〜２１
−Ｎが形成されたレチクル２１を用いれば、レーザ照射
時間を従来のＮ分の１に短縮できる。

【００５４】又、レチクル２１に形成された複数の計測
用開口部２２−１〜２２−Ｎのレーザビーム通過光路上
には、図５に示すようにミラー２７が配置され、このミ
ラー２７の反射光路上に検出器２８が配置されている。
この検出器２８は、複数の計測用開口部２２−１〜２２
−Ｎを通過したレーザビームの強度、時間に対する波形
を計測する。

【００５５】このように上記一実施の形態においては、
エキシマレーザ光をシェブロン形式の複数の繰り返しパ
ターン開口部２１−１〜２１−Ｎが形成されたレチクル
２１を通して被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に照射し、この
被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６のレーザ照射領域内を多結晶
化するに、エキシマレーザ光を分割しかつ縮小して複数
のレーザビームをレチクル２１の各パターン開口部２１
−１〜２１−Ｎにそれぞれ照射し、これらパターン開口
部２１−１〜２１−Ｎをそれぞれ通過したレーザビーム
を被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６に結像するようにしたの
で、エキシマレーザアニールを行なう場合に、１μｍ程
度の結像性能を維持して被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６を多
結晶化できる。、スループットを大きくできる。これに
より、設備のコスト、ランニングコストを低減できる。

【００５６】そのうえ、エキシマレーザ光を照明光学系
２０により複数本のレーザビームに分割しかつ縮小して
レチクル２１に形成された複数のパターン開口部２１−
１〜２１−Ｎにそれぞれ照射し、被加工物（ａ−Ｓｉ
膜）６をステップ及びスキャン動作させて多結晶化する
ので、レーザ照射時間を従来のＮ分の１に短縮でき、ス
ループットをＮ倍に大きくできる。これにより、被加工
物（ａ−Ｓｉ膜）６の必要な領域の全面を多結晶化する
時間を短縮でき、被加工物（ａ−Ｓｉ膜）６を多結晶化
する生産性、さらにはｐ−ＳｉＴＦＴ液晶ディスプレイ
を製造する生産性を向上できる。

【００５７】又、照明光学系２０により複数本のレーザ
ビームに分割しかつ縮小してシェブロン形式の複数の繰
り返しパターン開口部２１−１〜２１−Ｎの部分のみに
照射するので、レチクル２１に対して無駄な照明を行な
うことが無い。

【００５８】さらに、レチクル２１における各パターン
開口部２１−１〜２１−Ｎのコーナ部Ｅの内部に当該パ
ターン開口部２１−１〜２１−Ｎのピッチよりも狭いピ
ッチＰの遮光パターン２３を形成したので、この遮光パ
ターン２３の領域を通過したレーザビームを被加工物
（ａ−Ｓｉ膜）６に照射したときの温度変化を、ａ−Ｓ
ｉ膜６の融点を僅かに超えた温度に到達させ、この後に
低下させて多結晶化させることになり、ａ−Ｓｉ膜６の
温度を遮光パターン２３を用いない場合と比較してその
温度変化をよりも速く下降させることができ、多結晶化
する時間を速くでき、しかも多結晶の成長距離を長くし
て大きな多結晶を生成できる。

【００５９】なお、上記レチクル２１では、遮光パター
ン２３を形成して光強度分布を２段階に変化させている
が、遮光パターン２３の形成するピッチＰを可変するこ
とにより、複数段の光強度分布を形成することができ、
これにより多結晶の成長距離を長くすることができ、よ
り大きな多結晶を生成できる。

【００６０】又、レチクル２１に複数の計測用開口部２
２−１〜２２−Ｎを形成し、これら計測用開口部２２−
１〜２２−Ｎのレーザビーム通過光路上に検出器２８を
配置したので、この検出器２８により複数の計測用開口
部２２−１〜２２−Ｎを通過したレーザビームの強度、
時間に対する波形を計測できる。

【００６１】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない
範囲で種々に変形することが可能である。

【００６２】さらに、上記実施形態には、種々の段階の
発明が含まれており、開示されている複数の構成要件に
おける適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出でき
る。例えば、実施形態に示されている全構成要件から幾
つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとす
る課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で
述べられている効果が得られる場合には、この構成要件
が削除された構成が発明として抽出できる。

【００６３】例えば、マスクの開口部の形状は、シェブ
ロン形状に限られるものでなく、波形、長方形状等でも
よい。又、アモルファスシリコンを多結晶化させる際に
のみ用いられるものでなく、レーザ光を照射して被加工
物をアニールする工程について用いることができる。

【００６４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、必
要な結像性能を維持してスループットを大きくし、生産
性を向上できるレーザアニール方法及びその装置を提供
できる。

【００６５】又、本発明によれば、レーザアニールに用
いて生産性を向上できるマスクを提供できる。

【００６６】又、本発明によれば、必要な結像性能を維
持してスループットを大きくし、半導体デバイスの生産
性を向上できる半導体デバイス製造方法を提供できる。

【００６７】又、本発明によれば、必要な結像性能を維
持してスループットを大きくし、生産性を向上させたレ
ーザアニールにより製造された半導体デバイスを提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態を示す概略構成図。

【図２】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態に用いられるレチクルの構成図。

【図３】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態に用いられるレチクルにおけるパターン開口部に形
成された遮光パターンを示す構成図。

【図４】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態における照明光学系からレチクル、結像レンズまで
の光学系の構成図。

【図５】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態におけるレーザビームの計測手段を示す構成図。

【図６】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態におけるレチクルに照射される複数のレーザビーム
の各レーザ照射領域を示す図。

【図７】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態におけるレチクルのパターン開口部におけるコーナ
部の光強度分布を示す図。

【図８】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態と比較する従来のレチクルの構成図。

【図９】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施の
形態と比較する従来のレチクルを用いたときの光強度分
布図。

【図１０】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施
の形態におけるレチクルを用いたときの多結晶化の作用
を説明するための図。

【図１１】本発明に係わるレーザアニール装置の一実施
の形態におけるレチクルを用いたときのレーザビームの
被加工物上の必要領域の全面にステップ・スキャンする
作用を示す図。

【図１２】従来のエキシマレーザアニール装置の概略構
成図。

【図１３】同装置における照明光学系からレチクル、結
像レンズの構成図。

【図１４】同装置に用いるシェブロン形状のレチクルの
構成図。

【符号の説明】

１：エキシマレーザ装置 ３：ミラー ５：結像レンズ ６：被加工物（ａ−Ｓｉ膜） １０：フライアイレンズ １１：光学レンズ ２０：照明光学系 ２１：レチクル ２１−１〜２１−Ｎ：パターン開口部 ２２−１〜２２−Ｎ：計測用開口部｛品質管理（ＱＣ）
用ピンホール｝ ２３：遮光パターン ２４：第１の光学レンズ（コンデンサレンズ） ２５：第２の光学レンズ ２６：第３の光学レンズ ２７：ミラー ２８：検出器

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA12 BB07 CA10 DA02 JA01 5F110 AA16 AA28 BB01 DD02 GG02 GG13 PP03 PP04 PP05 PP06 PP07

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルスレーザ光を複数のパターン開口部
   が形成されたマスクを通して被加工物に照射し、この被
   加工物をアニール化するレーザアニール方法において、 前記パルスレーザ光を分割しかつ縮小して複数のレーザ
   ビームを前記マスクの前記各パターン開口部にそれぞれ
   照射し、これらパターン開口部をそれぞれ通過した前記
   レーザビームを前記被加工物に照射することを特徴とす
   るレーザアニール方法。
2. 【請求項２】 開口部が複数離間して形成されたマスク
   にパルスレーザ光を照明し、前記各開口部を通過した前
   記パルスレーザ光を被加工物に照射させることにより、
   前記被加工物の少なくとも一部をアニール化するレーザ
   アニール方法において、 前記パルスレーザ光を分割し、前記パルスレーザ光が前
   記各開口部に対応して離間して前記マスクを照明するこ
   とを特徴とするレーザアニール方法。
3. 【請求項３】 パルスレーザ光を複数のパターン開口部
   が形成されたマスクを通して被加工物に照射し、この被
   加工物をアニール化するレーザアニール装置において、 前記パルスレーザ光を分割しかつ縮小して複数のレーザ
   ビームを前記マスクの前記各パターン開口部にそれぞれ
   照射する光学系、を具備したことを特徴とするレーザア
   ニール装置。
4. 【請求項４】 前記光学系は、前記パルスレーザ光の入
   射側に配置された複数のシリンドリカルレンズを一方向
   に配列してなる第１の光学レンズと、 この第１の光学レンズにより分割された複数の前記レー
   ザビームを一括して他方向に縮小する第２の光学レンズ
   と、 この第２の光学レンズにより縮小された複数の前記レー
   ザビームをそれぞれ前記マスク上の複数の前記パターン
   開口部に照射する複数のシリンドリカルレンズを一方向
   に配列してなる第３の光学レンズと、からなることを特
   徴とする請求項３記載のレーザアニール装置。
5. 【請求項５】 前記マスクは、シェブロン形式の繰り返
   しパターン開口部が複数形成されたことを特徴とする請
   求項３記載のレーザアニール装置。
6. 【請求項６】 前記マスクの前記パターン開口部に隣接
   して計測用開口部を形成し、この計測用開口部を通過し
   た前記レーザビームの時間ごとの強度を計測する計測手
   段を備えたことを特徴とする請求項３記載のレーザアニ
   ール装置。
7. 【請求項７】 パルスレーザ光を被加工物に照射してア
   ニール化するレーザアニールに用いられるもので、シェ
   ブロン形式の繰り返しパターン開口部が複数形成された
   マスクにおいて、 前記パターン開口部内には、当該パターン開口部のピッ
   チよりも狭いピッチの遮光パターンが形成されたことを
   特徴とするマスク。
8. 【請求項８】 一定ピッチで同一形状の開口部が複数形
   成されたレーザアニール用のマスクであって、前記開口
   部内には、ピッチが１μｍ以内の遮光パターンが形成さ
   れていることを特徴とするマスク。
9. 【請求項９】 前記遮光パターンは、前記マスクを通過
   したレーザビームを前記被加工物に結像する結像光学系
   の結像限界よりも小さく形成されたことを特徴とする請
   求項７記載のマスク。
10. 【請求項１０】 前記遮光パターンのピッチＰは、前記
    パルスレーザ光の波長をλ、前記マスクを通過して前記
    被加工物に結像する結像レンズの前記被加工物側の開口
    率をＮＡとすると、 Ｐ＜λ／（２・ＮＡ） により表わされることを特徴とする請求項７記載のマス
    ク。
11. 【請求項１１】 基板上にアモルファスシリコン薄膜を
    形成する工程と、このアモルファスシリコン薄膜の少な
    くとも一部の領域をアニールする工程と、このアニール
    された領域を備えるトランジスタを作成し半導体デバイ
    スを製造する工程とを有する半導体デバイス製造方法に
    おいて、 前記アニールする工程は、パルスレーザ光を分割しかつ
    縮小して複数のレーザビームをマスクに形成された複数
    の繰り返しパターン開口部にそれぞれ照射し、これらパ
    ターン開口部をそれぞれ通過したレーザビームを前記薄
    膜に照射させて前記アモルファスシリコン薄膜の少なく
    とも一部の領域をアニールすることを特徴とする半導体
    デバイス製造方法。
12. 【請求項１２】 パルスレーザ光を分割しかつ縮小して
    複数のレーザビームをマスクに形成された複数の繰り返
    しパターン開口部にそれぞれ照射し、これらパターン開
    口部をそれぞれ通過したレーザビームを前記薄膜に照射
    してアニール化された領域を有することを特徴とする半
    導体デバイス。