JP2003289052A

JP2003289052A - 半導体の結晶化方法及びそれに用いるレーザ照射装置

Info

Publication number: JP2003289052A
Application number: JP2002092470A
Authority: JP
Inventors: Norihito Kawaguchi; 紀仁河口; Takahiko Murayama; 隆彦村山; Mikito Ishii; 幹人石井; Kenichiro Nishida; 健一郎西田; Miyuki Masaki; みゆき正木
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】結晶粒サイズが大きく、短時間で結晶化処理
が可能な半導体の結晶化方法、及びレーザ集光のための
光学系の装置構成が簡易なレーザ照射装置を提供するも
のである。【解決手段】本発明に係る半導体の結晶化方法は、ア
モルファス半導体膜にレーザビームＬ３を照射してレー
ザアニールを行い、アモルファス半導体膜２２を結晶化
する方法であって、強度分布が不均一なレーザビームＬ
１を複数台のレーザ出射装置１１ａ〜１１ｅからそれぞ
れ出射し、各レーザビームＬ１をホモジナイザ１２に通
して各ビームＬ１の強度分布を均一化・合成すると共
に、均一化・合成されたレーザＬ３を集光レンズ１５な
どを使って集光させて上記アモルファス半導体膜２２に
照射し、結晶粒サイズが１μｍ以上の多結晶半導体膜を
形成するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の結晶化方
法及びそれに用いるレーザ照射装置に係り、特に、大型
の半導体基板の結晶化方法及びそれに用いるレーザ照射
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコン、携帯情報端末、及びテ
レビ等の表示手段として液晶ディスプレイの需要が高ま
っている。この液晶ディスプレイの駆動回路・制御回路
等を構成する薄膜トランジスタは、多結晶シリコン（特
に、低温ポリシリコン）で形成されている。

【０００３】液晶ディスプレイ用の大型の基板上に形成
される多結晶シリコンは、一般に、基板上にＣＶＤ法に
よりアモルファスシリコン膜を成長させると共に、その
アモルファスシリコン膜を融解・再結晶化させることで
形成される。この融解・再結晶には、融解・再結晶を行
うアモルファスシリコン膜以外は比較的低温に保つこと
が可能で、３次元集積回路の作製に適しているレーザア
ニールが用いられている。このレーザアニールに用いる
レーザとしては、エキシマレーザ等が挙げられる。

【０００４】エキシマレーザによるレーザアニールで
は、レーザビームはホモジナイザと呼ばれる光学系によ
り、図６（ａ）に示すトップハット状の形状に整形さ
れ、アモルファスシリコンに照射される。トップハット
形状のビームをアモルファスシリコンに照射すると、結
晶化シリコンの粒径は数百ｎｍ程度となる。ここで、図
６（ａ）における横軸は光軸方向及び／又は光軸と垂直
な方向の長さ、縦軸はエネルギーの強さを示している。

【０００５】具体的には、図７に示すように、レーザ出
射装置（図示せず）から出射されたレーザビームは、焦
点距離ｆ₁を持つ第１直交シリンドリカルレンズアレイ
７１に入射される。焦点面を通過した各ビーム群は再び
広がり、焦点距離ｆ₂を持つ第２直交シリンドリカルレ
ンズアレイ７２に入射する。各シリンドリカルレンズア
レイ７１，７２は、所定距離ａ（ｆ₁＜ａ＜ｆ₁＋ｆ₂）
を隔てて配置される。次に、レンズアレイ７２通過後の
各ビーム群Ｌ２は、焦点距離ｆ_fを持つコンデンサレン
ズ７３で屈折し、焦点面（基板）７４上で光軸Ｏから距
離Ｄ／２の範囲内に収束して重なり合う。つまり、全て
のビーム群Ｌ２が縦幅（又は横幅）Ｄの領域内で重なり
合い、エネルギー分布が均一なレーザビームとなる。

【０００６】ここで、エキシマレーザは、その平均出力
が最大で１００〜３００Ｗ程度（１パルス当たりのパル
スエネルギーが０．５〜１．５Ｊ程度）と高いことか
ら、レーザアニールを行うためのレーザ出射装置の台数
は１台で十分であると共に、ビームをあまり小さく絞る
必要がなく、ビームサイズは、例えば横幅（長さ）３０
０ｍｍ、縦幅０．２〜０．４ｍｍ（２００〜４００μ
ｍ）と大きくなる（ビームの照射領域が広くなる）。こ
のため、例えば、６００ｍｍ×７２０ｍｍの大型基板を
レーザアニールする場合、その処理に要する時間は短く
て済む（例えば、約３分）。

【０００７】ところが、従来のエキシマレーザによるレ
ーザアニールでは、得られる結晶化シリコンの粒径はせ
いぜい数百ｎｍ程度である。１μｍを超える粒径の結晶
化シリコンを得るためには、図６（ｂ）に示すような半
値幅が５０μｍ程度の急峻なエネルギー勾配を持ったビ
ームを形成する必要がある。しかし、従来のエキシマレ
ーザでは、トップハット形状のビームを形成しているこ
と、また、自身のビーム品質により、図６（ｂ）に示す
ビームを得ることは難しいことから、エキシマレーザに
よってレーザアニールを行うと、多結晶シリコンの結晶
粒サイズが１μｍ以下、即ち数百ｎｍ程度に制限されて
しまう。得られた多結晶シリコンの結晶粒サイズが小さ
いと電子移動度が小さくなってしまい、延いては薄膜ト
ランジスタの特性低下を招いてしまう。

【０００８】そこで、結晶粒が１μｍを超える結晶化シ
リコンを得るレーザ源として、ＹＡＧレーザの光第２高
調波（５３２ｎｍ）等が注目されてきている。発振方式
は、パルス発振でも連続発振（以下、ＣＷと示す）でも
よいが、ＣＷレーザの方が粒径の大きい結晶化シリコン
を得ることができる。

【０００９】ＣＷレーザを用いてアモルファスシリコン
のレーザアニールを行うことで、多結晶シリコンの融解
・固化の時間を十分に確保できるため、結晶粒サイズが
１μｍ以上の多結晶シリコン、特に好ましくは結晶粒サ
イズが１０μｍ以上の多結晶シリコンが得られる。ＣＷ
レーザとしては、アークランプ励起のものとＬＤ励起
（半導体レーザ励起）のものが挙げられるが、ＬＤ励起
のＣＷレーザの方がアークランプ励起のＣＷレーザより
も、レーザアニールにより得られる多結晶シリコンの結
晶粒サイズが大きくなり、多結晶シリコンの品質も良好
となる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＬＤ励
起のＣＷレーザであるＹＡＧレーザをレーザアニールに
用いる場合、パワーの大きな基本波（波長：１０６４ｎ
ｍ）ではなく、光第２高調波（波長：５３２ｎｍ）が用
いられるが、光第２高調波の平均出力は最大で約１０Ｗ
程度と低いことから、アモルファスシリコンのレーザア
ニールを行うためのレーザ出射装置を複数台必要とす
る。ここで、各レーザ出射装置からそれぞれ出射された
レーザビームを集光する必要があるが、この集光のため
に各レーザ出射装置と同数の光学系を必要としていた。
即ち、エキシマレーザを用いる場合と比較して装置構成
が複雑になり、装置コストが大幅に上昇するという問題
があった。

【００１１】また、ＹＡＧレーザの平均出力が低いこと
から、レーザアニールに必要なエネルギーを得るために
は、ビームを小さく絞る必要があり、ビームサイズは、
例えば横幅（長さ）０．４ｍｍ、縦幅０．０２ｍｍ（２
０μｍ）と非常に小さくなる（ビームの照射領域が非常
に狭くなる）。このため、例えば、６００ｍｍ×７２０
ｍｍの大型基板をレーザアニールする場合、その処理に
要する時間は、エキシマレーザを用いる場合と比較し
て、非常に長くなるという問題があった。

【００１２】以上の事情を考慮して創案された本発明の
一の目的は、結晶粒サイズが大きく、短時間で結晶化処
理が可能な半導体の結晶化方法を提供することにある。

【００１３】一方、本発明の他の目的は、レーザ集光の
ための光学系の装置構成が簡易なレーザ照射装置を提供
することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく本
発明に係る半導体の結晶化方法は、基板上のアモルファ
ス半導体膜にレーザビームを照射してレーザアニールを
行い、アモルファス半導体膜を結晶化する方法におい
て、強度分布が不均一なレーザビームを複数台のレーザ
出射装置からそれぞれ出射し、各レーザビームをホモジ
ナイザ及び集光レンズなどの光学系に通して、アモルフ
ァス半導体膜上で均一化、かつ、合成させることで、結
晶粒サイズが１μｍ以上の多結晶半導体膜を形成するも
のである。

【００１５】また、上記レーザビームとして連続発振レ
ーザを用いることが好ましい。

【００１６】以上の方法によれば、結晶粒サイズが大き
な多結晶半導体膜が得られ、また、短時間で結晶化処理
が可能となる。

【００１７】一方、本発明に係る半導体の結晶化に用い
るレーザ照射装置は、基板上のアモルファス半導体膜に
レーザビームを照射してレーザアニールを行い、アモル
ファス半導体膜を結晶化するレーザ照射装置において、
強度分布が不均一なレーザビームを出射する複数台のレ
ーザ出射装置と、各レーザ出射装置から出射された各レ
ーザビームの強度分布を均一化・合成するホモジナイザ
と、均一化・合成されたビームを集光する集光レンズと
を備えたものである。

【００１８】また、上記各レーザ出射装置と上記ホモジ
ナイザとの間に、各レーザ出射装置から出射されたレー
ザビームをホモジナイザに導くためのミラー又は光ファ
イバを有している。

【００１９】以上の構成によれば、複数台のレーザ出射
装置からそれぞれ出射されたレーザビームを集光するた
めの光学系の装置構成が簡易なレーザ照射装置となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適一実施の形態
を添付図面に基いて説明する。

【００２１】第１の実施の形態に係るレーザ照射装置の
概略図を図１に示す。

【００２２】図１に示すように、半導体の結晶化に用い
る第１の実施の形態に係るレーザ照射装置１０は、強度
分布が不均一なレーザビームＬ１を出射する複数台（図
１中では５台を図示）のレーザ出射装置１１ａ〜１１ｅ
と、各レーザ出射装置１１ａ〜１１ｅから出射された各
レーザビームＬ１の強度分布を合成・均一化するホモジ
ナイザ１２と、合成・均一化されたビームＬ３を集光す
る集光レンズ１５とを備えたものである。ここで、ホモ
ジナイザ１２は、垂直（又は水平）シリンドリカルレン
ズアレイ１３と、レンズアレイ１３の後段側に配置され
るコンデンサレンズ１４とで構成される。また、レーザ
出射装置の台数と、レンズアレイ１３の片面側（図１中
では上面側）の凸レンズ１３ａの数とは、同じ数となっ
ている。

【００２３】また、各レーザ出射装置１１とホモジナイ
ザ１２との間には、レーザ導入光学系としてミラー１６
が配置されている。このミラー１６によって、各レーザ
出射装置１１から出射されたレーザビームＬ１はホモジ
ナイザ１２に導かれる。

【００２４】各レーザ出射装置１１から出射されるレー
ザビームＬ１としては、可視波長域（４００〜７００ｎ
ｍ）又は紫外波長域（４００ｎｍ未満）のＣＷレーザ
や、低出力の（１台のレーザ出射装置では出力が十分で
ない）ため従来はレーザアニールに適用困難であった可
視波長域又は紫外波長域のパルスレーザ等が適用可能で
あるが、好ましくは可視波長域のＣＷレーザがよい。Ｃ
Ｗレーザとしては、例えば、ＹＡＧレーザ（光第２高調
波（波長：５３２ｎｍ），光第３高調波（波長：３５５
ｎｍ），光第４高調波（波長：２６６ｎｍ））、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ（波長：６３２．８ｎｍ）、Ａｒレーザ（波
長：５１４．５ｎｍ，４８８ｎｍ）、及びＨｅ−Ｃｄレ
ーザ（波長：４４１．６ｎｍ）等が挙げられる。また、
パルスレーザとしては、例えば、エキシマレーザ（Ｘｅ
Ｆレーザ（波長：３０８ｎｍ），ＸｅＣｌレーザ（波
長：３５１ｎｍ））、金属蒸気レーザ（銅蒸気レーザ
（波長：５１０ｎｍ，５７８ｎｍ），金蒸気レーザ（光
第２高調波（波長：３１２ｎｍ），光第１高調波（波
長：６２４ｎｍ）），マンガン蒸気レーザ（波長：５３
４ｎｍ））等が挙げられる。

【００２５】次に、図１に示した第１の実施の形態のレ
ーザ照射装置を用いて、本発明に係る半導体の結晶化方
法を説明する。

【００２６】先ず、強度分布が不均一な（凸形のビーム
分布（図６（ｂ）参照）の）レーザビームＬ１をレーザ
出射装置１１ａ〜１１ｅからそれぞれ出射し、ミラー１
６を介してホモジナイザ１２に入射する。

【００２７】各レーザビームＬ１をホモジナイザ１２の
レンズアレイ１３に入射することで、各レーザビームＬ
１は光軸方向（又は光軸と垂直な方向）における強度分
布が均一な（略フラットなビーム分布（図６（ａ）参
照）の）ビーム群Ｌ２に分割される。ビーム群Ｌ２は、
ホモジナイザ１２のコンデンサレンズ１４によって、パ
ワーが合成される。

【００２８】ホモジナイザ１２によって、均一化及び合
成された合成レーザビームＬ３が、集光レンズ１５を介
して基板２１上のアモルファスシリコン膜（アモルファ
ス半導体膜）２２に照射される。この合成レーザビーム
Ｌ３の照射によって、アモルファスシリコン膜（例え
ば、膜厚が約５０〜１００ｎｍ）２２にレーザアニール
処理が施され、結晶粒サイズが１μｍ以上、好ましくは
１０μｍ以上の多結晶シリコン膜（多結晶半導体膜）が
形成される。

【００２９】ここで、レーザビームＬ１として、紫外波
長域のレーザビーム、例えばエキシマレーザや、可視波
長域のレーザビーム、例えば光第２高調波を用いるＹＡ
Ｇレーザを用いることで、シリコンに対する吸収係数は
それぞれ異なる。

【００３０】具体的には、エキシマレーザ等の紫外波長
域のレーザビームは、光第２高調波を用いるＹＡＧレー
ザ等の可視波長域のレーザビームと比較して波長が短い
ことから、例えば、エキシマレーザを、図５に示す基板
５１表面のアモルファスシリコン膜５２に照射すると、
エキシマレーザはアモルファスシリコン膜５２の表面で
殆ど吸収される。即ちエキシマレーザによる融解（図中
の領域５３の部分）は主にアモルファスシリコン膜５２
の表面で進行し、アモルファスシリコン膜５２の内部の
融解は、熱伝導により生じるためあまり進行しない。

【００３１】これに対して、光第２高調波を用いるＹＡ
Ｇレーザ等の可視波長域のレーザビームは、エキシマレ
ーザ等の紫外波長域のレーザビームと比較して波長が長
く、このＹＡＧレーザ等のシリコンに対する吸収係数
は、エキシマレーザ等の吸収係数の約１／１０以下であ
る。例えば、光第２高調波を用いるＹＡＧレーザを、図
４に示す基板４１表面のアモルファスシリコン膜４２に
照射すると、ＹＡＧレーザはアモルファスシリコン膜４
２の内部まで透過し、即ちＹＡＧレーザによる融解（図
中の領域４３の部分）はアモルファスシリコン膜４２の
全体で起こる。このように、アモルファスシリコン膜４
２全体が融解するので、得られる多結晶シリコン膜の結
晶粒サイズがより大きくなる。

【００３２】よって、結晶粒サイズが大きな多結晶シリ
コン膜を得るという観点から、レーザビームＬ１として
は、紫外波長域のレーザビームよりも可視波長域のレー
ザビームの方がより好ましく、また、パルスレーザより
もＣＷレーザの方がより好ましい。

【００３３】また、従来のレーザ照射装置（図７参照）
においては、シリンドリカルレンズアレイ７１，７２及
びコンデンサレンズ７３からなるホモジナイザを、レー
ザビームの強度分布を均一にするためだけに用いてい
た。これに対して、本実施の形態のレーザ照射装置１０
は、ホモジナイザ１２を、各レーザ出射装置１１ａ〜１
１ｅから出射される各レーザビームＬ１の強度分布の均
一化及びパワーの合成に用いることに特長を有してい
る。このため、本実施の形態のレーザ照射装置１０によ
れば、結晶粒サイズの大きな多結晶半導体を得ることは
できるものの実用上の出力が十分でなく、従来はレーザ
アニールに適用することができなかったレーザビームで
あっても、レーザアニールに適用することが可能とな
る。

【００３４】さらに、本実施の形態のレーザ照射装置１
０においては、アモルファスシリコン膜２２のレーザア
ニールを行うためのレーザ出射装置を複数台有している
が、各レーザ出射装置１１ａ〜１１ｅからそれぞれ出射
されたレーザビームＬ１を集光するための光学系は、１
組のホモジナイザ１２及び集光レンズ１５だけである。
よって、レーザ出射装置と同数の光学系を必要としてい
た従来のレーザ照射装置と比較して、装置構成が簡易に
なり、装置コストの上昇を抑えることができる。

【００３５】また、本実施の形態のレーザ照射装置１０
においては、レーザビームとして平均出力の低いＹＡＧ
レーザ等のＣＷレーザを用いても、複数本のＣＷレーザ
のパワーを合成して用いることで、ビームを小さく絞る
ことなく、レーザアニールに必要なエネルギーを得るこ
とができる。よって、例えば、６００ｍｍ×７２０ｍｍ
の大型基板を、複数本のＣＷレーザのパワーを合成して
レーザアニールする場合、１本のＣＷレーザを用いる場
合と比較して、その処理に要する時間は非常に短くな
る。

【００３６】さらに、レーザビームとして、ＹＡＧレー
ザのようなコヒーレント性の高いレーザビームをホモジ
ナイザ１２に入射する場合、ホモジナイズ面（結像面）
で重なることで干渉縞が発生する。この干渉縞の発生し
たレーザビームをアモルファスシリコン膜２２に照射し
て結晶化させると、結晶粒サイズの小さな多結晶シリコ
ン膜しか得られなかった。しかし、本実施の形態のレー
ザ照射装置１０においては、ホモジナイザ１２の各凸レ
ンズ１２ａに、独立した光源（各レーザ出射装置１１ａ
〜１１ｅ）から発振（出射）されるレーザビームＬ１を
それぞれ入射していることから、これらのレーザビーム
がホモジナイズ面で重なっても干渉縞が発生するという
ことはない。つまり、ＹＡＧレーザのようなコヒーレン
ト性の高いレーザビームを用いる場合は従来必要であっ
たコヒーレンス性を補正するような光学系（例えば、光
路補正レンズなど）を、本実施の形態のレーザ照射装置
１０は必要としなくなるという新たな作用効果を発揮す
る。

【００３７】次に、本発明の他の実施の形態を添付図面
に基いて説明する。

【００３８】第２の実施の形態に係るレーザ照射装置の
概略図を図２に示す。

【００３９】図２に示すように、半導体の結晶化に用い
る第２の実施の形態に係るレーザ照射装置２０は、基本
的な装置構成はレーザ照射装置１０と同じまま、ホモジ
ナイザ３２を、図７に示したように所定距離を隔てて配
置された垂直（又は水平）シリンドリカルレンズアレイ
１３及び水平（又は垂直）シリンドリカルレンズアレイ
２３と、コンデンサレンズ１４とで構成したものであ
る。ここで、レンズアレイ１３，２３は、光軸方向に対
して鏡面対称となるように配置されている。

【００４０】本実施の形態のレーザ照射装置２０によれ
ば、各レーザ出射装置１１ａ〜１１ｅから出射された各
レーザビームＬ１は、ホモジナイザ３２のレンズアレイ
１３，２３によって光軸方向及び光軸と垂直な方向にお
ける強度分布が均一となり、その均一化されたビーム群
Ｌ４がコンデンサレンズ１４によって合成され、均一化
及び合成された合成レーザビームＬ５が、集光レンズ１
５を介して基板２１上のアモルファスシリコン膜（アモ
ルファス半導体膜）２２に照射される。

【００４１】本実施の形態のレーザ出射装置２０におい
ても、前述した第１の実施の形態のレーザ照射装置１０
と同様の作用効果が得られる。

【００４２】また、本実施の形態のレーザ出射装置２０
においては、合成されたレーザビームＬ５の強度分布
は、前実施の形態のレーザ照射装置１０における合成レ
ーザビームＬ３の強度分布と比較してより均一であるこ
とから、この合成レーザビームＬ５を基板２１上のアモ
ルファスシリコン膜２２に照射することで、その照射部
分をより均一に融解することができる。その結果、前実
施の形態のレーザ照射装置１０と比較して、より結晶粒
サイズの大きな多結晶半導体膜を得ることができるよう
になる。ここで、ホモジナイザによる各レーザビームＬ
１の強度分布の均一化を、光軸方向（又は光軸と垂直な
方向）の一方向に対して行うか、光軸方向及び光軸と垂
直な方向の二方向に対して行うかは、合成によって得ら
れたレーザビームに要求される強度分布の均一性に応じ
て適宜選択されるものである。

【００４３】第３の実施の形態に係るレーザ照射装置の
概略図を図３に示す。ここで、図１と同様の部材には同
じ符号を付している。

【００４４】図１に示した第１の実施の形態のレーザ照
射装置１０は、レーザ出射装置１１ａ〜１１ｅから出射
された各レーザビームＬ１をホモジナイザ１２に入射す
るためのレーザ導入光学系として、ミラー１６を用いて
いた。

【００４５】これに対して、図３に示すように、第３の
実施の形態に係るレーザ照射装置３０は、基本的な装置
構成はレーザ照射装置１０と同じまま、ＣＷレーザを出
射するレーザ出射装置３１ａ〜３１ｅと、レーザ導入光
学系として光ファイバ３６ａ〜３６ｅを備えたものであ
る。ここで、各光ファイバ３６ａ〜３６ｅの先端にはコ
リメータ３７がそれぞれカップリングされている。この
コリメータ３７によって、各光ファイバ３６ａ〜３６ｅ
を伝播したレーザビームＬ１がコリメートされ、ホモジ
ナイザ１２に入射される。

【００４６】本実施の形態のレーザ出射装置３０におい
ても、前述した第１の実施の形態のレーザ照射装置１０
と同様の作用効果が得られる。

【００４７】また、本実施の形態のレーザ出射装置３０
においては、各レーザ出射装置３１ａ〜３１ｅとホモジ
ナイザ１２との間のレーザ導入光学系として光ファイバ
３６ａ〜３６ｅを用いることで、レーザ出射部分（レー
ザ出射装置３１ａ〜３１ｅ）とレーザ照射部分（ホモジ
ナイザ１２、集光レンズ１５、及び基板２１）とを、別
々の場所に分離配置することができる。よって、レーザ
照射部分にレーザ出射装置を複数台設置するスペースが
ないような場合でも、レーザ照射部分から離れた場所に
各レーザ出射装置を設置し、対応することができる。

【００４８】以上、本発明の実施の形態は、上述した実
施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のもの
が想定されることは言うまでもない。

【００４９】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００５０】（１）本発明に係る半導体の結晶化方法
によれば、結晶粒サイズが大きな多結晶半導体膜が得ら
れ、また、短時間で結晶化処理が可能となる。

【００５１】（２）本発明に係る半導体の結晶化に用
いるレーザ照射装置によれば、複数台のレーザ出射装置
からそれぞれ出射されたレーザビームを集光するための
光学系の装置構成が簡易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るレーザ照射装置の概略
図である。

【図２】第２の実施の形態に係るレーザ照射装置の概略
図である。

【図３】第３の実施の形態に係るレーザ照射装置の概略
図である。

【図４】可視波長域のレーザビームをアモルファスシリ
コン膜に照射した状態を示す断面図である。

【図５】紫外波長域のレーザビームをアモルファスシリ
コン膜に照射した状態を示す断面図である。

【図６】レーザビームの強度分布を示す図である。図６
（ａ）は均一化した後のビーム分布を、図６（ｂ）は均
一化する前のビーム分布を示している。

【図７】レーザビームのホモナイゼーションを説明する
ための図である。

【符号の説明】

１０，２０，３０レーザ照射装置１１ａ〜１１ｅ，３１ａ〜３１ｅレーザ出射装置１２，３２ホモジナイザ１３，２３シリンドリカルレンズアレイ１４コンデンサレンズ１５集光レンズ１６ミラー２１基板２２アモルファスシリコン膜（アモルファス半導体
膜）３６ａ〜３６ｅ光ファイバＬ１強度分布が不均一なレーザビームＬ２，Ｌ４強度分布が均一なビーム群Ｌ３，Ｌ５合成レーザビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村山隆彦東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者石井幹人東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者西田健一郎東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内 (72)発明者正木みゆき東京都江東区豊洲三丁目１番15号石川島播磨重工業株式会社東京エンジニアリングセンター内Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA11 BB01 BB04 BB07 DA02 5F110 AA16 AA28 AA30 BB02 GG02 GG13 GG16 GG25 PP03 PP04 PP06 PP07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アモルファス半導体膜にレーザビームを
照射してレーザアニールを行い、アモルファス半導体膜
を結晶化する方法において、強度分布が不均一なレーザ
ビームを複数台のレーザ出射装置からそれぞれ出射し、
各レーザビームをホモジナイザに通して各ビームの強度
分布を均一化・合成すると共に、均一化・合成されたレ
ーザビームを集光レンズなどで集光させて上記アモルフ
ァス半導体膜に照射し、結晶粒サイズが１μｍ以上の多
結晶半導体膜を形成することを特徴とする半導体の結晶
化方法。
【請求項２】上記レーザビームとして連続発振レーザ
を用いる請求項１記載の半導体の結晶化方法。
【請求項３】基板上のアモルファス半導体膜にレーザ
ビームを照射してレーザアニールを行い、アモルファス
半導体膜を結晶化するレーザ照射装置において、強度分
布が不均一なレーザビームを出射する複数台のレーザ出
射装置と、各レーザ出射装置から出射された各レーザビ
ームの強度分布を合成・均一化するホモジナイザと、均
一化・合成されたレーザビームを集光する集光レンズと
を備えたことを特徴とする半導体の結晶化に用いるレー
ザ照射装置。
【請求項４】上記各レーザ出射装置と上記ホモジナイ
ザとの間に、各レーザ出射装置から出射されたレーザビ
ームをホモジナイザに導くためのミラー又は光ファイバ
を有する請求項３記載の半導体の結晶化に用いるレーザ
照射装置。