特許 6167358 レーザアニール装置及びレーザアニール方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6167358

(24)【登録日】2017年7月7日

(45)【発行日】2017年7月26日

(54)【発明の名称】レーザアニール装置及びレーザアニール方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20170713BHJP

   H01L 21/20 20060101ALI20170713BHJP

   H01S 3/23 20060101ALI20170713BHJP

   H01S 3/00 20060101ALI20170713BHJP

   H01S 3/10 20060101ALI20170713BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/268 J

   H01L21/20

   H01S3/23

   H01S3/00 B

   H01S3/10 Z

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-80706(P2012-80706)

(22)【出願日】2012年3月30日

(65)【公開番号】特開2013-211415(P2013-211415A)

(43)【公開日】2013年10月10日

【審査請求日】2015年1月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】500171707

【氏名又は名称】株式会社ブイ・テクノロジー

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100154106

【弁理士】

【氏名又は名称】荒木 邦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100168608

【弁理士】

【氏名又は名称】梶 大樹

(72)【発明者】

【氏名】水村 通伸

【審査官】 桑原 清

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０１２４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０８０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１３６２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０４４００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０７８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１３０５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２７６９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３４７２３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２３３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０４４１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０８５２３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１９８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６４９２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２６８

Ｈ０１Ｌ ２１／２０

Ｈ０１Ｓ ３／００

Ｈ０１Ｓ ３／１０

Ｈ０１Ｓ ３／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、
一定のパルス幅を有する一定波長の第１のレーザ光を発生する第１のパルスレーザと、
前記第１のレーザ光よりもパルス幅及び波長の長い第２のレーザ光を発生する第２のパルスレーザと、
前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを同一の光軸に合成する合成手段と、
前記第１及び第２のパルスレーザに作用して前記第１及び第２のレーザ光の発生タイミングを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１のレーザ光の発生タイミングを前記第２のレーザ光のパルス幅内で調整し、アニール処理に適用されるレーザ光の照射エネルギーを調整することによって、前記第１のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜の表面を溶融させた後、前記第２のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜を深部まで溶融可能としたことを特徴とするレーザアニール装置。

【請求項2】

前記第１のパルスレーザは、波長が３５５ｎｍ又は５３２ｎｍの前記第１のレーザ光を発生し、
前記第２のパルスレーザは、波長が１０６４ｎｍの前記第２のレーザ光を発生する、
ことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。

【請求項3】

一定のパルス幅を有する一定波長の第１のレーザ光と、前記第１のレーザ光よりもパルス幅及び波長の長い第２のレーザ光とを同一の光軸に合成してアモルファスシリコン膜に照射し、アニール処理するレーザアニール方法であって、
前記第２のレーザ光を発生して前記アモルファスシリコン膜に照射する段階と、
前記第１のレーザ光の発生タイミングを前記第２のレーザ光のパルス幅内で調整し、アニール処理に適用されるレーザ光の照射エネルギーを調整して前記アモルファスシリコン膜に照射することにより、前記第１のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜の表面を溶融させた後、前記第２のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜を深部まで溶融させる段階と、
を行うことを特徴とするレーザアニール方法。

【請求項4】

前記第１のレーザ光は、波長が３５５ｎｍ又は５３２ｎｍであり、
前記第２のレーザ光は、波長が１０６４ｎｍである、
ことを特徴とする請求項３記載のレーザアニール方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してアニール処理するレーザアニール装置に関し、特にレーザエネルギーの利用効率を向上してアニール処理を効率よく行い得るようにしたレーザアニール装置及びレーザアニール方法に係るものである。

【背景技術】

【0002】

従来のレーザアニール装置は、基板の主面に島状に形成された複数の被アニール膜のそれぞれに間欠的に移動するレーザ光を照射して、当該複数の被アニール膜を所望の特性を有する膜となるようにアニールするもので、スポット状のレーザ光を被アニール膜に複数回重ね照射することにより被アニール膜をアニールするようになっていた（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−４５６３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、このような従来のアニール装置においては、照射するレーザ光は単一波長の紫外線のレーザ光であったので、レーザ光の照射により例えばアモルファスシリコン膜が溶融すると紫外線のレーザ光の吸収率が低下するという問題があった。したがって、アモルファスシリコン膜の深部まで溶融が十分に行われず、ポリシリコン化が不十分となることがあった。

【0005】

また、１台の光源装置で発生した１つのレーザ光からスポット状の複数のレーザ光を生成して被アニール膜の複数個所を同時にアニール処理できるようにしようとした場合には、レーザ光の照射エネルギーが低下するため、レーザエネルギーのより大きな大型の光源装置が必要となり、アニール装置の製造コストが高くなるという問題がある。

【0006】

これらの問題に対しては、被アニール膜をレーザ光の複数ショットによりアニールすることも考えられるが、アニール処理効率が低下し、アニール処理工程のタクトが長くなるという問題がある。

【0007】

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、レーザエネルギーの利用効率を向上してアニール処理を効率よく行い得るようにした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目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明によるレーザアニール装置は、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してアニール処理するレーザアニール装置であって、一定のパルス幅を有する一定波長の第１のレーザ光を発生する第１のパルスレーザと、前記第１のレーザ光よりもパルス幅及び波長の長い第２のレーザ光を発生する第２のパルスレーザと、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを同一の光軸に合成する合成手段と、前記第１及び第２のパルスレーザに作用して前記第１及び第２のレーザ光の発生タイミングを制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１のレーザ光の発生タイミングを前記第２のレーザ光のパルス幅内で調整し、アニール処理に適用されるレーザ光の照射エネルギーを調整することによって、前記第１のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜の表面を溶融させた後、前記第２のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜を深部まで溶融可能としたものである。

【0009】

このような構成により、制御手段で第１のパルスレーザを制御して一定のパルス幅を有する一定波長の第１のレーザ光を発生し、第２のパルスレーザを制御して第１のレーザ光よりもパルス幅及び波長の長い第２のレーザ光を発生し、合成手段で第１のレーザ光と第２のレーザ光とを同一の光軸に合成してアモルファスシリコン膜に第１及び第２のレーザ光を照射してアニール処理する。このとき、制御手段で第１のレーザ光の発生タイミングを第２のレーザ光のパルス幅内で調整し、アニール処理に適用されるレーザ光の照射エネルギーを調整することによって、第１のレーザ光によりアモルファスシリコン膜の表面を溶融させた後、第２のレーザ光によりアモルファスシリコン膜を深部まで溶融する。

【0011】

好ましくは、前記第１のパルスレーザは、波長が３５５ｎｍ又は５３２ｎｍの前記第１のレーザ光を発生し、前記第２のパルスレーザは、波長が１０６４ｎｍの前記第２のレーザ光を発生するのが望ましい。

【0012】

また、本発明によるレーザアニール方法は、一定のパルス幅を有する一定波長の第１のレーザ光と、前記第１のレーザ光よりもパルス幅及び波長の長い第２のレーザ光とを同一の光軸に合成してアモルファスシリコン膜に照射し、アニール処理するレーザアニール方法であって、前記第２のレーザ光を発生して前記アモルファスシリコン膜に照射する段階と、前記第１のレーザ光の発生タイミングを前記第２のレーザ光のパルス幅内で調整し、アニール処理に適用されるレーザ光の照射エネルギーを調整して前記アモルファスシリコン膜に照射することにより、前記第１のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜の表面を溶融させた後、前記第２のレーザ光により前記アモルファスシリコン膜を深部まで溶融させる段階と、を行うものである。

【0013】

好ましくは、前記第１のレーザ光は、波長が３５５ｎｍ又は５３２ｎｍであり、前記第２のレーザ光は、波長が１０６４ｎｍであるのが望ましい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、第１のレーザ光の照射によりアモルファスシリコン膜が溶融して該第１のレーザ光の吸収率が低下しても、該第１のレーザ光よりも波長の長い第２のレーザ光を吸収してアモルファスシリコン膜の溶融が進行し、アモルファスシリコン膜を深部までアニール処理することができる。したがって、従来技術における紫外線のレーザ光のみを使用する場合よりも、レーザエネルギーの利用効率を向上することができ、アニール処理を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明によるレーザアニール装置の実施形態を示す正面図である。

【図2】上記実施形態において使用される第２のパルスレーザの一構成例を示す平面図である。

【図3】上記第２のパルスレーザにおいて、Ｑスイッチのポッケルスセルの印加電圧を制御してロングパルスの第２のレーザ光の生成について示す説明図であり、（ａ）は通常の制御を示すグラフ、（ｂ）は印加電圧を漸減したときのグラフである。

【図4】上記図３（ｂ）において印加電圧の漸減勾配に１回の変曲点が生ずるように印加電圧を制御したときに生成されるレーザパルスについて示すグラフである。

【図5】上記第２のパルスレーザにおいて使用されるレーザ用アッテネータの一構成例を示す平面図である。

【図6】上記レーザ用アッテネータによる１パルスのレーザ光における特定時間のエネルギーが選択的に低減される様子を示す説明図であり、（ａ）は低減前の状態を示し、（ｂ）は低減後の状態を示す。

【図7】上記実施形態において使用される第１及び第２のレーザ光のパルス波形の一例を示す説明図であり、（ａ）は第１のレーザ光を示し、（ｂ）は第２のレーザ光を示す。

【図8】各種無機材料の波長対光吸収係数の関係を示すグラフである。

【図9】本発明のレーザアニール方法において、アニール処理のために有効に作用するレーザエネルギーを示す説明図であり、（ａ）は第２のレーザ光のパルス幅内の所定のタイミングで第１のレーザ光を発生させた場合を示し、（ｂ）は第１及び第２のレーザ光を同時に発生させた場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるレーザアニール装置の実施形態を示す正面図である。このレーザアニール装置は、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してアニール処理するもので、光源装置１と、照明光学系２と、制御手段３とを備えている。

【0017】

上記光源装置１は、基板４上に成膜されたアモルファスシリコン膜５をアニール処理するためのレーザ光を生成するものであり、第１のパルスレーザ６と、第２のパルスレーザ７と、合成手段８とを含んで構成されている。

【0018】

ここで、上記第１のパルスレーザ６は、例えばパルス幅Ｗ_１が２０ｎｓｅｃで波長λ_１が３５５ｎｍ又は５３２ｎｍの第１のレーザ光Ｌ_１を発生するもので、例えば非線形光学結晶を用いて波長が１０６４ｎｍの基本波から波長変換して生成する公知のＹＡＧレーザである。なお、以下の説明においては、第１のレーザ光Ｌ_１がλ_１＝３５５ｎｍのレーザ光である場合について述べる。また、第１のパルスレーザ６は、ＹＡＧレーザに限られず、短波長のレーザ光を発生するものであれば、例えばエキシマレーザー等であってもよいが、ここでは、ＹＡＧレーザの場合について説明する。

【0019】

上記第２のパルスレーザ７は、第１のレーザ光Ｌ_１よりもパルス幅及び波長の長い第２のレーザ光Ｌ_２を発生するもので、例えばパルス幅Ｗ_２が３５０ｎｓｅｃ、波長λ_２が１０６４ｎｍのレーザ光を生成するＹＡＧレーザである。なお、第２のパルスレーザ７は、ＹＡＧレーザに限られず、長波長のレーザ光を発生するものであれば、例えばＣＯ_２レーザ等であってもよいが、ここでは、ＹＡＧレーザの場合について説明する。

【0020】

より詳細には、第２のパルスレーザ７は、図２に示すように、共振器９と、光増幅器１０と、レーザ用アッテネータ１１と、を第２のレーザ光Ｌ_２の進行方向上流から下流に向かってこの順に配置して備えている。

【0021】

上記共振器９は、レーザ光を往復させて定在波を発生させるものであり、共振器ミラーとしてのフロントミラー１２及びリアミラー１３の間に、図示省略のフラッシュランプによって励起されてレーザ光を発生するレーザ媒質としての例えばＮＤ：ＹＡＧロッド１４と、該ＮＤ：ＹＡＧロッド１４の後方に配置され、偏光素子としての偏光ビームスプリッタ１５、λ／４波長板１６及びポッケルスセル１７から成るＱスイッチ１８と、を備えて構成されている。

【0022】

この場合、上記ポッケルスセル１７に対する印加電圧は、別に設けた図示省略の制御部によって漸減するように制御され、第２のレーザ光Ｌ_２のパルス幅を拡大することができるようになっている。

【0023】

これについて説明すると、図３（ａ）に示すように、ポッケルスセル１７に対する印加電圧を急激に引き下げる通常の制御に対して、同図（ｂ）に示すようにポッケルスセル１７に対する印加電圧を漸減するよう制御した場合には、パルス幅が例えば１０ｎｓから７０ｎｓへと拡大される。これは、共振器９内での発振において、Ｑスイッチ１８からの戻り出力エネルギーが時間軸で徐々に増加すると共に通常のエネルギーよりも低いため、ＮＤ：ＹＡＧロッド１４内のエネルギーの取り出しもゆっくりとなり、Ｑスイッチ１８内でのパルス発振時間が伸びて、出力されるパルス幅が長くなったのである。

【0024】

さらに、ポッケルスセルに対する印加電圧の漸減勾配に、図４に示すような、少なくとも１回の変曲点が生じるように印加電圧を制御すれば、パルス幅をさらに拡大することができる。このように、ポッケルセル１７に対する印加電圧を制御することにより、パルス幅Ｗ_２が３５０ｎｓｅｃの第２のレーザ光Ｌ_２を生成することができる。

【0025】

また、上記共振器９の下流には、光増幅器１０が設けられている。この光増幅器１０は、レーザ光のパルスエネルギーを増幅して出力するもので、例えばＮＤ：ＹＡＧロッドが使用される。

【0026】

さらに、上記光増幅器１０の下流には、レーザ用アッテネータ１１が設けられている。このレーザ用アッテネータ１１は、第２のレーザ光Ｌ_２のエネルギーを低減するもので、図５に示すように、第２のレーザ光Ｌ_２の光路上にクロスニコルに配置された偏光素子としての第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１９Ａ，１９Ｂと、該第１及び第２の偏光ビームスプリッタ１９Ａ，１９Ｂの間に、入射する直線偏光（例えばＰ偏光）に対して光学軸が４５°を成すように配置され、電圧の印加により内部を通過するレーザ光の偏光面を回転させる電気光学素子としてのポッケルスセル２０と、該ポッケルスセル２０に対する印加電圧値及び印加タイミングを制御する制御部２１と、を備えて構成されている。

【0027】

本実施形態において使用するポッケルスセル２０は、一例として最大−３．６ｋＶの電圧印加によりλ／４波長板の効果が得られるものであり、第１及び第２のポッケルスセル２０Ａ，２０Ｂを直列に並べて配置すると共に印加電圧を最大−３．６ｋＶで並列制御することによって、第１及び第２のポッケルスセル２０Ａ，２０Ｂの組合せでλ／２波長板の効果が得られるようになっている。この場合、第１及び第２のポッケルスセル２０Ａ，２０Ｂの印加電圧を、例えば０ｋＶ〜−３．６ｋＶまで変化させたとき、レーザ用アッテネータ１１の光透過率は０％〜１００％まで変化することになる。

【0028】

また、上記レーザ用アッテネータ１１は、ポッケルスセル２０の印加電圧を時間により制御することにより、１パルスのレーザ光の包絡線をならし、レーザエネルギーを時間軸に沿って均一にすることができる。例えば、レーザ用アッテネータ１１に、図６（ａ）に示すような時間ｔ_ｎ内に過大なパルスエネルギーを放出するロングパルスの第２のレーザ光Ｌ_２が入力する場合、例えばこのパルスエネルギーを５０％低減しようとするときには、時間ｔ_ｎ内の第１及び第２のポッケルスセル２０Ａ，２０Ｂへの印加電圧を−１．８ｋＶとし、時間ｔ_ｎ経過後は、−３．６ｋＶに制御する。

【0029】

これにより、最初の時間ｔ_ｎ内にレーザ用アッテネータ１１を透過する第２のレーザ光Ｌ_２の透過率が５０％に低減され、時間ｔ_ｎ経過後は、透過率が１００％となる。したがって、図６（ａ）に示すロングパルスの第２のレーザ光Ｌ_２は、最初の時間ｔ_ｎ内のレーザ強度が５０％低減され、時間ｔ_ｎ経過後のレーザ強度は、元の強度がそのまま維持されることになる。その結果、図６（ｂ）に示すように１パルス内のレーザ強度が全幅に亘って略一定になる。

【0030】

なお、図２において、符号２２は、偏光ビームスプリッタであり、符号２３は、レーザビームの径を拡張するビームエキスパンダであり、符号２４は、反射ミラーである。

【0031】

上記第１のパルスレーザ６の光路と上記第２のパルスレーザ７の光路との合流点には、合成手段８が設けられている。この合成手段８は、第１のレーザ光Ｌ_１と第２のレーザ光Ｌ_２とを同一の光軸に合成するものであり、例えばλ_１＝３５５ｎｍの第１のレーザ光Ｌ_１を透過し、λ_２＝１０６４ｎｍの第２のレーザ光Ｌ_２を反射させるダイクロイックミラーである。

【0032】

上記光源装置１の下流側には、照明光学系２が設けられている。この照明光学系２は、基板４上のアモルファスシリコン膜５の予め定められた被アニール領域にレーザ光を照射させるものであり、レーザ光の進行方向上流から下流に向かって、第１のフライアイレンズ２５と、第１のコンデンサレンズ２６と、第２のフライアイレンズ２７と、ビームスキャナ２８と、第２のコンデンサレンズ２９とを備えて構成されている。

【0033】

上記第１のフライアイレンズ２５は、レーザ光の横断面内の強度分布を均一にすると共に、レーザ光の光束を拡大するビームエキスパンダの機能を果たすものであり、同一平面内に複数の凸レンズを並べて備えたものである。

【0034】

光軸上にて上記第１のフライアイレンズ２５の後焦点に前焦点を合致させて第１のコンデンサレンズ２６が設けられている。この第１のコンデンサレンズ２６は、第１のフライアイレンズ２５を射出した後、発散するレーザ光の光束を後述の第２のフライアイレンズ２７に入射するように絞るためのものである。

【0035】

上記第２のフライアイレンズ２７は、レーザ光の横断面内の強度分布を均一にするためのものであり、同一面内に複数の凸レンズを並べて備えた１対のレンズアレイを対応する凸レンズの中心軸が合致するように対向配置した構成となっている。

【0036】

上記ビームスキャナ２８は、互いに垂直な方向に偏向動作を行う角柱状の第１及び第２の電気光学結晶素子３０，３１、及び該第１及び第２の電気光学結晶素子３０，３１間にレーザ光の偏光面を９０°回転して第２の電気光学結晶素子３１の結晶軸に合わせるλ／２波長板３２を備えて構成されており、第１及び第２の電気光学結晶素子３０，３１の光軸に平行な対向面に夫々１対の電極３３Ａ，３３Ｂが設けられている。この場合、第１の電気光学結晶素子３０の１対の電極３３Ａと第２の電気光学結晶素子３１の１対の電極３３Ｂとは、取付け位置が光軸を中心に互いに９０度ずれた関係をなしている。

【0037】

上記第２のコンデンサレンズ２９は、上記第２のフライアイレンズ２７の光軸上の後焦点位置に前焦点を合致させて設けられており、基板４上に照射するレーザ光を平行光にする機能を果たす。

【0038】

上記光源装置１の第１のパルスレーザ６と、第２のパルスレーザ７とに電気的に接続して制御手段３が設けられている。この制御手段３は、第１及び第２のパルスレーザ６，７に作用して第１及び第２のレーザ光Ｌ_１，Ｌ_２の発生タイミングを制御するもので、詳細には、第１のレーザ光Ｌ_１が第２のレーザ光Ｌ_２のパルス幅Ｗ_２内の予め定められたタイミングで発生するように第１のパルスレーザ６を制御するようになっている。

【0039】

より詳細には、制御手段３は、第１のパルスレーザ６を制御して第１のレーザ光Ｌ_１の発生タイミングを第２のレーザ光Ｌ_２のパルス幅Ｗ_２内で調整できるようにしている。これにより、アモルファスシリコン膜５に照射するレーザ光の照射エネルギーを適宜調整することができる。

【0040】

次に、このように構成されたレーザアニール装置の動作について説明する。
先ず、表面にアモルファスシリコン膜５を成膜した基板４を上面に載置した図示省略のステージが、その上面に平行な面内を二次元方向に移動されて基板４上の被アニール領域の中心が照明光学系２の光軸に合致される。

【0041】

次に、第２のパルスレーザ７のポッケルスセル１７の印加電圧の漸減勾配が図示省略の制御部によって予め定められた漸減勾配となるように制御され、例えばパルス幅Ｗ_２＝３５０ｎｓｅｃ、波長λ_２＝１０６４ｎｍのロングパルスの第２のレーザ光Ｌ_２が生成される。

【0042】

この第２のレーザ光Ｌ_２は、後続の光増幅器１０によって一定レベルまで増幅された後、レーザ用アッテネータ１１の第１及び第２のポッケルスセル２０Ａ，２０Ｂの印加電圧を並列制御することによって、予め実験により確認されたアニール処理に必要十分なエネルギー強度まで低減される。また、同時に、図７（ｂ）に示すように１パルス内のレーザ強度が全幅に亘って略一定にされる。そして、第２のレーザ光Ｌ_２は、合成手段８のダイクロイックミラーで反射して後段の照明光学系２に入射する。

【0043】

一方、制御手段３により制御されて第１のパルスレーザ６が第２のパルスレーザ７の駆動から一定時間遅れて駆動され、例えばパルス幅Ｗ_１＝２０ｎｓｅｃ、波長λ_１＝３５５ｎｍの、例えば図７（ａ）に示すようなショートパルスの第１のレーザ光Ｌ_１が生成される。そして、この第１のレーザ光Ｌ_１は、合成手段８のダイクロイックミラーを透過して、第２のレーザ光Ｌ_２と同一の光軸に合成されて照明光学系２に入射する。

【0044】

上記合成された第１及び第２のレーザ光Ｌ_１，Ｌ_２は、照明光学系２によりビーム径が拡大され、強度分布が均一にされた後、ビームスキャナ２８によって基板４表面上を二次元方向に偏向されて照射位置が調整される。これにより、第１及び第２のレーザ光Ｌ_１，Ｌ_２の干渉縞なく基板４上にレーザ光を照射することができる。その結果、該被アニール領域のアモルファスシリコン膜５は、溶融再結晶化してポリシリコンに相変化する。

【0045】

ここで、第１及び第２のレーザ光Ｌ_１，Ｌ_２によるアニール処理について、より詳細に説明する。
図８に示すように、一般に、シリコン（Ｓｉ）は、レーザ光の波長が長くなるほど光吸収率が低下することが知られている。したがって、一般に、アモルファスシリコン膜５をアニール処理する場合には、光吸収率の高い、例えば波長が３５５ｎｍ等の紫外線のレーザ光が使用されている。

【0046】

一方、溶融したシリコンは、紫外線の吸収率が低いことも知られている。したがって、紫外線レーザ光の照射エネルギーが十分に高くない場合には、紫外線レーザ光の照射によりアモルファスシリコン膜５の表面が溶融すると、その後の紫外線レーザ光の吸収率が低下してアモルファスシリコン膜５の深部まで十分に溶融させることができない場合が起こり得る。それ故、アモルファスシリコン膜５を深部まで十分にポリシリコン化することができない場合もあり得る。

【0047】

これに対して、図８に示すように、長波長の例えば１０６４ｎｍのレーザ光は、シリコンに吸収され難いため、一般には、レーザアニール処理に使用されることがない。しかし、長波長のレーザ光は、溶融したシリコンには吸収され易くなることも知られている。

【0048】

そこで、本発明においては、先ず、短波長の第１のレーザ光Ｌ_１によりアモルファスシリコン膜５を溶融させた後、長波長の第２のレーザ光Ｌ_２によりアモルファスシリコン膜５を深部まで溶融させるようにしたものである。

【0049】

詳細には、図９（ａ）に示すように、第２のレーザ光Ｌ_２を発生してアモルファスシリコン膜５に照射した後、該第２のレーザ光Ｌ_２のパルス幅Ｗ_２内にて一定のタイミング、例えば第２のレーザ光Ｌ_２の発生時刻（パルスの立ち上がり時刻）からｔ＝１００ｎｓｅｃ後のタイミングで第１のレーザ光Ｌ_１を発生させる。この場合、第１のレーザ光Ｌ_１が照射されるまでは、アモルファスシリコン膜５は第２のレーザ光Ｌ_２を吸収しないため、アモルファスシリコン膜５は溶融しない。しかし、第１のレーザ光Ｌ_１の照射により、アモルファスシリコン膜５が一旦溶融すると、その後は、アモルファスシリコン膜５は第２のレーザ光Ｌ_２を吸収してより深く溶融する。この場合、第１及び第２のレーザ光Ｌ_１，Ｌ_２において、アモルファスシリコン膜５のアニール処理に適用されるエネルギーは、同図（ａ）の斜線を付した領域のエネルギーである。

【0050】

本発明においては、第１のレーザ光Ｌ_１の発生タイミングを第２のレーザ光Ｌ_２のパルス幅Ｗ_２内で適宜調整することによって、レーザ光の照射エネルギーを調整することができるようになっている。例えば、図９（ｂ）に示すように、第２のレーザ光Ｌ_２の発生と同時に第１のレーザ光Ｌ_１を発生させた場合には、アモルファスシリコン膜５のアニール処理に適用されるエネルギーは、同図（ｂ）の斜線を付した領域のエネルギーとなり、同図（ａ）に比べて照射エネルギーを増やすことができる。当然ながら、その逆も可能である。

【0051】

なお、上記実施形態においては、アモルファスシリコン膜５上の１箇所の被アニール領域をアニール処理する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば照明光学系２の第２のコンデンサレンズ２９の光射出側に、複数の被アニール領域に対応して複数のマイクロレンズを並べて備えたマイクロレンズアレイを配置し、１つの合成レーザ光から複数の合成レーザ光を生成して複数の被アニール領域を同時にアニール処理できるようにしてもよい。この場合、レーザエネルギーの利用効率が従来技術に比して高いため、使用するパルスレーザは従来技術よりもパワーの小さいものを適用することができる。

【0052】

また、基板４を上記マイクロレンズの並び方向と交差する方向に一定速度で搬送しながら、事前に撮像手段により撮影して複数の被アニール領域を検出し、該被アニール領域が検出されてから基板４が一定距離移動して上記複数の被アニール領域がマイクロレンズアレイの複数のマイクロレンズの真下に達したときに、第１及び第２のレーザ光Ｌ_１，Ｌ_２を発生させるように第１及び第２のパルスレーザ６，７を制御してもよい。これにより、基板４の搬送方向と交差する方向の列状の複数の被アニール領域を一括アニール処理すると共に、基板搬送方向に順繰りにアニール処理して基板４の全面に亘ってアニール処理することができる。

【符号の説明】

【0053】

３…制御手段
５…アモルファスシリコン膜
６…第１のパルスレーザ
７…第２のパルスレーザ
８…合成手段
Ｌ_１…第１のレーザ光
Ｌ_２…第２のレーザ光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】