JP2000323428A - ビームホモジナイザーおよびレーザー照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 線状レーザー光の長手方向のエネルギー分布
を均一にする。 【解決手段】ビームを分割するためのシリンドリカルレ
ンズ群２０２、２０３と、分割されたビームを集光する
ためのシリンドリカルレンズ２０４、シリンドリカルレ
ンズ群２０６を有するビームホモジナイザーにおいて、
分割されたビームを集光するためのシリンドリカルレン
ズ群２０６の各シリンドリカルレンズを通過した線状ビ
ームの長手方向の位相をずらしてから、合成すること
で、線状ビームの被照射面での干渉じまの強度を均一に
する。

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、
レーザー光を大面積に均質に照射するための技術に関す
る。またその応用に関する。

【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）、すなわ
ち、非単結晶半導体膜に対し、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
板を容易に作製できる利点がある。これが上記研究の行
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）が作製されてい
る。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
の矩形や、幅数mm×長さ１０cm以上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
アニールにはエキシマレーザービームを適当な光学系で
加工した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】最近では、Ａｒレーザー等の連続発振レー
ザーで、出力のより高いものが開発されてきている。半
導体膜のアニールにＡｒレーザーを使用し、よい結果が
でたとの報告もある。この場合は、Ａｒレーザーの出力
が十分でないため照射面はスポット状である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】結晶化に広く用いられ
るレーザーには、気体レーザーとしてエキシマレーザー
が知られ、固体レーザーとして、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
や、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザーやアルゴンレーザーが知ら
れている。

【０００９】連続発振アルゴンレーザーは波長５００nm
前後に波長をもつため、アルゴンレーザーの珪素膜に対
する吸収係数は、１０⁵/cm程度である。他方、エキシマ
レーザーは４００nm以下の紫外光であるため、吸収係数
が１０⁶/cm程度と、アルゴンレーザーに比べて１桁高
い。このためアルゴンレーザーでは、珪素膜を１００nm
透過した時点で強度が１／ｅ（ｅは自然対数。）に減衰
し、エキシマレーザーでは、珪素膜を１０nm透過した時
点で強度が１／e に減衰した。

【００１０】一般に、ＴＦＴの分野では、多結晶珪素膜
の厚さは５０nm前後が適当とされている。珪素膜が５０
nmより厚いとオフ特性が悪くなる傾向にあり、薄いと信
頼性に影響する。膜厚５０nmの珪素膜にアルゴンレーザ
ーを照射した場合、レーザー光の半分以上が珪素膜を透
過し、ガラス基板に吸収されてしまい、ガラス基板を必
要以上に加熱してしまう。実際、コーニング１７３７基
板上に酸化珪素膜２００nmと、珪素膜５０nmとを順に成
膜しアルゴンレーザーで結晶化を試みたが、珪素膜が十
分結晶化しないうちにガラスが変形してしまった。

【００１１】一方、エキシマレーザーを照射した場合、
５０nmの珪素膜にエネルギーの殆どが吸収され、レーザ
ー光の殆どを珪素膜の結晶化に使うことができる。この
ように、珪素膜の結晶化にエキシマレーザーを使用する
利点は、珪素膜のエキシマレーザーに対する吸収係数の
高さにある。

【００１２】図２４（Ａ）に示した図は、従来のパルス
発振エキシマレーザーを走査させながら照射した珪素膜
を、上から見た図である。パルス発振エキシマレーザー
の走査方向に平行な断面（線分EFを含む珪素膜に垂直な
面）で該珪素膜を切った断面図が、図２４（Ｂ）であ
り、前記断面に垂直かつ珪素膜に垂直な面（線分ＧＨを
含む珪素膜に垂直な面）で該珪素膜を切った断面図が図
２４（Ｃ）である。

【００１３】図２４（Ｂ）をみてわかるとおり、パルス
レーザーの照射跡は珪素膜厚と同じオーダーの起伏を発
生させる。一方、図２４（Ｃ）が示す起伏は図２４
（Ｂ）の起伏と比較して非常に小さいが、周期的な起伏
が現れている。これは、後述するように、ビームホモジ
ナイザーによって、整形された線状ビームの干渉による
ものである。

【００１４】線状ビーム内のエネルギー分布（光強度）
を均質化する役割を果たす光学系をビームホモジナイザ
ーと呼んでいる。図２５にビームホモジナイザーの１例
を示す。

【００１５】光路上には、エキシマレーザーの光源であ
るレーザー装置１１の出射側から、シリンドリカルレン
ズ群（多シリンドリカルレンズやシリンドリカルレンズ
アレイともいう）１２、１３、シリンドリカルレンズ１
４、スリット１５、シリンドリカルレンズ１６、ミラ−
１７が順次に配置され、ミラ−１７の反射方向の光路上
には、シリンドリカルレンズ１８が配置されている。

【００１６】シリンドリカルレンズ１２は、ビームを複
数に所定の一方向（側面図で紙面垂直な方向）に分割
し、シリンドリカルレンズ１６において、この方向に分
割されたビームが合成される。他方、シリンドリカルレ
ンズ群１３もビームを所定の一方向（側面図において、
紙面に平行な方向）に複数に分割し、シリンドリカルレ
ンズ１４において、シリンドリカルレンズ群１３の分割
方向に分かれたビームを合成する。

【００１７】よって、発振器を出射したレーザービーム
はシリンドリカルレンズ群１２、１３により、２次元的
に分割され、シリンドリカルレンズ１４に入射し、複数
のビームに所定の方向（側面図で紙面垂直な方向）に合
成され、一方向（紙面に平行な方向）に分割されてた複
数のビームとなってスリット１５を通過し、シリンドリ
カルレンズ１６によって再び１本のビームになるように
集光される。集光されたビームはミラ−１７により反射
され、シリンドリカルレンズ１８により集光されて、線
状ビーム１９（側面図で紙面に垂直な方向に長手方向を
持つ）として、照射される。

【００１８】図２５のホモジナイザーでは、シリンドリ
カルレンズ群１２、１３ではビームを分割する方向が直
交し、シリンドリカルレンズ１４と１６がビームを集光
する方向は互いに直交している。シリンドリカルレンズ
群１２によるとシリンドリカルレンズ１６の組合せによ
り、線状レーザービーム１９の長手方向の強度分布が均
一化され、シリンドリカルレンズ群１３とシリンドリカ
ルレンズ１４との組み合わせにより、線状レーザービー
ム１９の幅方向の強度分布が均一化されるすなわち、ビ
ームを２次元的に分割し再び重ね合わせることで、線状
ビームのエネルギーを均一にしている。

【００１９】よって、シリンドリカルレンズ群１２や１
３でビームを分割する数が多くなるほど、エネルギーの
分布が均一になるように思える。しかしながら、分割の
細かさにかかわらず、珪素膜には線状レーザービームの
照射跡であるしま模様ができてしまった。図２４（Ａ）
に示すように、しま模様は、線状レーザービームの長手
方向（または線状ビームの走査方向、ＧＨの方向）に直
交するように無数に現れ、図２４（Ｃ）に示すように、
珪素膜に周期的にピークが現れる。しま模様の原因は、
ビームホモジナイザーに入射する前のビームか、ビーム
ホモジナイザーの光学系のいずれかと予想される。

【００２０】そこで本発明人は、しま模様の原因を突き
止めるべく簡単な実験を行った。ビームホモジナイザー
に矩形状のレーザービームが入射する前に、レーザービ
ームを回転させることにより上記縦しまがどう変化する
かを調べた。しま模様は全く変化しないという結果であ
った。しま模様の原因はビームホモジナイザーに入射す
る前のビームではなく、ビームホモジナイザーにあるこ
とが判明した。ビームホモジナイザーは単一波長の位相
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、当然位相は揃った光である。）を分割し
再び重ね合わせることでエネルギーを均一にしているた
め、しま模様は光を重ね合わせたときの光の干渉じまで
あると説明できる。

【００２１】本発明は、上述したようなレーザー光のよ
うに位相の揃ったビームの干渉の問題を解消し、線状レ
ーザー光の長手方向のエネルギー分布を均一することを
目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】［発明に至る過程］ 図
２５のビームホモジナイザーによって形成される線状レ
ーザービーム１９の光干渉じまの様子を図２６に模式的
に示す。図２６において、縦軸はレーザー強度Ｉを表し
ている。図に示すように線状レーザービーム３０１には
周期的にレーザー強度にピーク３０２が現れている。こ
のピーク３０２が干渉じまである。

【００２３】ピーク３０２が発生するのは、ホモジナイ
ザーのシリンドリカルレンズ群１２及び１３で分割され
たビームがシリンドリカルレンズ１４及び１６で合成さ
れる時に、ビームが干渉し、ビーム内に定常波を形成す
ることに起因する。すなわち、分割したレーザービーム
を被照射面の同一領域に重なるようにしているために、
周期的に大きなピーク３０２が発生すると考えられる。

【００２４】図２６に示すように、図２５のホモジナイ
ザーでは線状ビーム１９の長手方向で１周期ごとに波が
３個が形成される。波の数ｎ（１周期の干渉じまの明線
の数といってもよい）とシリンドリカルレンズ群１２の
レンズ数ｓとは、以下の関係式を満たす。

【００２５】ｎ＝（ｓ−１）÷２ （ｓは奇数）

【００２６】ｎ＝ｓ÷２ （ｓは偶数）

【００２７】図２５のホモジナイザーでは、シリンドリ
カルレンズ群１２のレンズ数は、ｓ＝７（奇数）であ
り、ｎ＝３となる。

【００２８】本発明人は、線状レーザービームのある時
間における線状ビームの長手方向の波の形状と、レンズ
数ｓとの関係をコンピュータで計算した。図２７に計算
結果を示す。図２７（Ａ）はｓ＝７、ｎ＝３の場合であ
り、図２７（Ｂ）はｓ＝８、ｎ＝４の場合である。

【００２９】図２７において、横軸は線状レーザービー
ムの長手方向の位相（位置）を示し、縦軸は波の振幅を
示す。振幅（縦軸の値）の２乗が光の強度（同位相の光
が強め合う度合い）となる。ｄは波の１周期の長さであ
り、干渉じまの最も明るい明線間の間隔である。図２７
（Ａ）の波を干渉させたものが図２６に対応し、ｄは最
も強度の高いピーク３０２の間隔となる。

【００３０】図２７は、コンピューターシュミレーショ
ンの結果であり、実際の線状レーザービームではシュミ
レーションほど光強度の強弱が明確にはならない。これ
は、光学系の微妙なズレ、光学部材の材質、加工誤差、
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。実際のレーザー光の強度
の強弱は図２４に示したとおりである。

【００３１】ところで、図２５において、シリンドリカ
ルレンズ１６を破線２０により２つに分割し、側面図に
おいて紙面に垂直な方向に光軸（主点）をずらすと、シ
リンドリカルレンズ１６の上半分のシリンドリカルレン
ズ１６ａを通ったビームと、下半分のシリンドリカルレ
ンズ１６ｂを通ったビームが、照射面上で適当にずれて
重なり合うために、干渉じまのパターンが変化する。即
ち線状ビームの長手方向の強度（エネルギー）分布が変
化する。この現象をうまく利用すると、波の重ね合わせ
の原理から、分割されたシリンドリカルレンズ１６ａと
１６ｂのずらす距離を最適化することにより、光強度を
平均化することができる。

【００３２】本発明はこの現象を利用して、ビームホモ
ジナイザーを設計した。そのため、ビームホモジナイザ
ーのパラメータを変化させて、線状ビームの波形の変化
をコンピュータでシュミレーションした。図２８、図２
９にシュミレーション結果を示す。図２８、図２９のグ
ラフは、図２７と同様に、ある時間の線状レーザービー
ムの長手方向の位相と光強度の関係を示す。図２８は、
図２５のホモジナイザーのシリンドリカルレンズ群１２
のレンズ数ｓが７の場合であり、図２９はレンズ数ｓが
９の場合である。

【００３３】以下、図２８を用いて、ｓ＝７の場合を考
察する。ｓ＝７の場合に、長手方向の強度分布が平均化
するには、波の位相が半周期（ｄ／２）ずれた波を重ね
合わせるとよいことが判った。

【００３４】図２８（Ｂ）に示す波は図２８（Ａ）と位
相が半周期ずれた波である。図２８（Ａ）の波と図２８
（Ｂ）の波を重ね合わさせると、図２８（Ｃ）に示す波
形となる。パターンが得られる。

【００３５】図２８（Ｃ）の波は振幅の変動が平均化さ
れ、かつ波の周期ｄ' が図２８（Ａ）の波の周期ｄより
も小さくなっている。図２８（Ａ）、図２８（Ｃ）の波
の振幅を二乗した値を比較すれば、図２８（Ｃ）では長
手方向の位置における光の強度変動が小さくなり、平均
化されていることが理解できる。

【００３６】次に、図２９を用いて、ｓ＝９の場合を考
察する。ｓ＝９の場合には、線状ビームの長手方向の強
度が最も平均化されるは、位相が１／３周期（ｄ／３）
ずれた３つの波を重ね合わせるとよいことが判った。

【００３７】図２９（Ａ）の波の位相を１／３周期ずつ
ずらしたのが図２９（Ｂ）、図２９（Ｃ）の波である。
これら図２９（Ａ）〜図２９（Ｃ）に示す波を重ね合わ
せた合成波を図２９（Ｄ）に示す。

【００３８】図２８（Ｃ）の合成波と同様に、図２９
（Ｄ）の波は振幅の変動が平均化され、かつ波の周期
ｄ' が図２９（Ａ）の波の周期ｄよりも小さくなってい
る。図２９（Ａ）、図２９（Ｄ）の波の振幅を二乗した
値を比較すれば、図２９（Ｄ）の波は長手方向の位置に
おける光の強度変動が小さくなり、平均化されているこ
とが理解できる。さらに、図２９（Ｄ）の波は、図２８
（Ｃ）よりも長手方向のエネルギー分布が平均化されて
いる。

【００３９】図２８（Ｃ）、図２９（Ｄ）のような波形
を形成するには、ちょうど、図２８（Ａ）と図２８
（Ｂ）の関係のように、同時間で波の位相（位置）をｄ
／Ｍ（ｄは周期、Ｍは自然数）でずらしたＭ本のビーム
を重ね合わせると良いことが分かる。

【００４０】図２５に示した従来のビームホモジナイザ
ーでは、シリンドリカルレンズ群１２とシリンドリカル
レンズ１６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１３によって分割される。

【００４１】よって、シリンドリカルレンズ群１３によ
って分割されたそれぞれのレーザービームの位相をずら
し、かつ同じ照射位置に重ね合わされるようにすれば、
図２８（Ｃ）や図２９（Ｄ）に示すよう長手方向のエネ
ルギー分布が均一な線状レーザービームを形成できる。

【００４２】図２５において、シリンドリカルレンズ１
６を２分割したシリンドリカルレンズ１６ａを透過した
ビームと、シリンドリカルレンズ１６ｂを透過したビー
ムは、シリンドリカルレンズ１６ａ、１６ｂの位置を互
いにずらすことで、ちょうど、図２８（Ａ）の波と図２
８（Ｂ）の波の関係と同じく、線状ビーム１９の長手方
向（側面図において紙面に垂直な方向）に位相をずらす
ことができる。従って位相のずれを最適化することによ
り、これらビームを重ね合わせたビームは、図２８
（Ｃ）の波と同様に、長手方向の強度分布が平均化する
ことが可能になる。

【００４３】本明細書で開示する発明は、位相のずれを
最適化するために、ビームホモジナイザーの最適な諸パ
ラメータの組み合わせを提供するものである。

【００４４】本発明のビームホモジナイザーは、１本の
ビームを第１の方向に（２ｎ+ １）本のビームに分割す
る第１の分割用光学レンズと、１本のビームを前記第１
の方向と垂直な第２の方向にＮ（ｎ−１）本のビームに
分割する第２の分割用光学レンズと、前記第２の方向に
集光して、前記第２の方向に分割された複数のビームを
合成する第１の合成用レンズと、前記第１の方向に集光
して、前記第１の方向に分割された複数のビームを合成
する第２の合成用レンズと、を含み、前記第２の合成用
レンズは、（ｎ' −１）個のシリンドリカルレンズでな
り、前記（ｎ' −１）個のシリンドリカルレンズのそれ
ぞれの主点を前記第２の方向に直交する平面に正射影し
た像は、同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並んだ
（ｎ' −１）個の点となり、前記ｄは、前記前記第２の
合成用レンズの１つのシリンドリカルレンズを透過した
ビームが照射面で形成する干渉じまのピークの間隔であ
り、前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であ
り、前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを
特徴とする。

【００４５】図２８、図２９を用いて説明したように、
複数の線状ビームの長手方向の位相を所定の大きさずら
して、合成することで、線状ビームの被照射面での干渉
じまの強度が均一にすることができる。

【００４６】本発明のビームホモジナイザーにおいてミ
ラーを挿入すると、光路の方向が変わるため、シリンド
リカルレンズが光ビームを分割する方向や、集光する方
向も変更されるが、本発明ではミラーによる方向の変更
は無視し、ミラーがない場合を想定している。

【００４７】本発明において、第２の合成用レンズにお
いて、複数のビームの位相をずらし、かつ複数のビーム
が同じ領域に照射されるよう集光している。このため第
２の合成用レンズにおいて、各シリンドリカルレンズの
主点をｄ／（ｎ' −１）づつ光軸に垂直な方向にずらし
ている。

【００４８】また、本発明の第１の分割用レンズは、互
いに光軸が平行な（２ｎ＋１）個のシリンドリカルレン
ズを列状（アレイ状）に連結したシリンドリカルレンズ
群で構成される。さらに、ここでは第１の分割用のシリ
ンドリカルレンズ群において奇数（２ｎ＋１）本にビー
ムを分割するようにしたが、偶数（２ｎ）本に分割して
もよい。この場合には、互いに光軸が平行な２ｎ個のシ
リンドリカルレンズを列状に連結すればよい。

【００４９】また、本発明の第２の分割用レンズは、互
いに光軸が平行なＮ（ｎ−１）個のシリンドリカルレン
ズを列状に連結したシリンドリカルレンズ群で構成すれ
ばよい。第１の合成用レンズはシリンドリカルレンズを
用いることができる。

【００５０】本発明のホモジナイザーはコヒーレントな
ビームを線状に整形した場合に顕著な効果を示し、線状
ビームの長手方向の光強度を平均化することができる。
コヒーレント光の光源としては気体レーザーや固体レー
ザーなどのレーザー装置が用いられる。連続発光型のア
ルゴンレーザー装置やパルス発振型のエキシマレーザー
装置を用いることができる。

【００５１】気体レーザーとしてエキシマレーザーが挙
げられる。エキシマレーザーはパルス発振型のレーザー
として広く認識されているが、最近、連続発光エキシマ
レーザー発振装置が開発された。連続発光させるため
に、マイクロ波を使用して発振ガスの励起を促進してい
る。

【００５２】ギガヘルツオーダーのマイクロ波を発振ガ
スに照射することで、発振の律速となっている反応を促
進させることで、エキシマレーザーを連続発光させるこ
とが可能となった。珪素膜への吸収係数の高いエキシマ
レーザーは、連続発光のものが実用化されるることで、
ますます半導体膜の結晶化に重要なものとなる。連続発
光のエキシマレーザーを使えば、パルスレーザーの照射
跡をなくすことができるため、レーザー照射処理の効果
が非常に均質化できる。

【００５３】エキシマレーザとして、例えばＫｒＦレー
ザー（波長２４８nm）、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波
長３０８nm）、ＸｅＦレーザー（波長３５１nm、３５３
nm）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３nm）、Ｘｅ
Ｆレーザー（波長４８３nm）等を用いればよい。

【００５４】固体レーザーとしてパルス発振型のＮｄ：
ＹＡＧレーザーやＮｄ：ＹＶＯ₄レーザーを使用するこ
とができる。特にレーザーダイオード励起方式のパルス
発振型レーザー装置を使用すると高出力と高いパルス発
振周波数が得られる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーやＮｄ：Ｙ
ＶＯ₄レーザーの基本周波数は１０６４nmであるが、基
本周波数だけでなく、その第２高調波（５３２nm）、第
３高調波（３５４.７nm）、第４高調波（２６６nm）の
いずれかを使用することができる。

【００５５】

【実施形態】 図を用いて、以下に本発明の実施形態を
説明する。

【００５６】図１、図２に、本実施形態のビームホモジ
ナイザーの光学系を示す。本実施形態ではホモジナイザ
ーの各レンズにシリンドリカルレンズを用いている。図
１（Ａ）は上面図であり、図１（Ｂ）は側面図であり、
図２は斜視図である。

【００５７】レーザー発生手段２０１の出射側から、ビ
ームを分割するためのシリンドリカルレンズ群２０２、
２０３、分割されたビームを重ね合わせるためのシリド
リカルレンズ２０４、シリンドリカルレンズ群２０６が
順次配置されている。さらに、シリンドリカルレンズ２
０４とシリンドリカルレンズ群２０６の間には、光路上
にスリット２０５が配置され、合成用のシリンドリカル
レンズ群２０６の透過側には、光路上にミラー２０７、
シリンドリカルレンズ２０８が順次に配置されている。
なお、説明の都合上、図２ではミラー２０７を省略し
た。

【００５８】シリンドリカルレンズ群２０２は、互いに
光軸が平行な（２ｎ＋１）個のシリンドリカルレンズで
なり、１本のビームを（２ｎ＋１）本のビームに分割す
る方向は、側面図で紙面に垂直な方向（第１の方向）と
した。

【００５９】シリンドリカルレンズ群２０３はＮ（ｎ−
１）個のシリンドリカルレンズでなり、入射した１本の
ビームをＮ（ｎ−１）本のビームに分割する方向は、上
面図で紙面に垂直な方向（第２の方向）とした。

【００６０】合成用のシリンドリカルレンズ２０４は分
割用のシリンドリカルレンズ群２０３と対になってお
り、上面図で紙面に垂直な方向に分割されたビームを集
光するレンズである。シリンドリカルレンズ群２０３を
構成するシリンドリカルレンズと、シリンドリカルレン
ズ２０４の母線は平行である。

【００６１】合成用のシリンドリカルレンズ群２０６
は、光軸が互いに平行な（ｎ' −１）個のシリンドリカ
ルレンズでなり、シリンドリカルレンズ群２０２と対に
なっており、側面図で紙面に垂直な方向に分割されたビ
ームを集光するためのレンズである。シリンドリカルレ
ンズ群２０２と２０６を構成しているシリンドリカルレ
ンズは互いに母線が平行になっている。

【００６２】なお、図１、図２には、Ｎ＝２、ｎ＝３、
ｎ' ＝３とした場合の光学系が図示されている。シリン
ドリカルレンズ群２０２のレンズ数（２ｎ＋１）は７、
シリンドリカルレンズ群２０３のレンズ数Ｎ（ｎ−１）
は４となり、シリンドリカルレンズ群２０６のレンズ数
（ｎ' −１）は２となる。

【００６３】シリンドリカルレンズ２０６群の構成を図
３に示す。図３（Ａ）は斜視図であり、図３（Ｂ）は上
面図である。図３に示すように、シリンドリカルレンズ
群２０６はシリンドリカルレンズ２０６ａと２０６ｂで
なり、レンズ２０６ａ、レンズ２０６ｂの主点が所定の
長さ△Ｄ＝ｄ／２だけ互いにずらされている。

【００６４】より詳細には、図３（Ｂ）に示すように、
各シリンドリカルレンズ２０６ａ、２０６ｂの主平面１
００ａと１００ｂは同一平面をなし、各レンズの主点１
０１ａ、１０１ｂをこれら主平面がつくる平面（または
各レンズの母線）と直交する平面に正射影した像が、同
一直線上にあって、間隔△Ｄ並ぶ点になる。この正射影
した像は紙面上の主点１０１ａ、１０１ｂにあたる。あ
るいは、シリンドリカルレンズ群２０６の構成は、各レ
ンズの後焦点１０３ａ、１０３ｂを主平面がつくる平面
（または各レンズの母線）と直交する平面に正射影した
像が、同一直線上にあって、間隔△Ｄ並ぶ点になってい
る。あるいは、各レンズの光軸１０２ａ、１０２ｂが主
平面がつくる平面と直交する平面に正射影した像が間隔
△Ｄの平行線になっている。

【００６５】なお、図３では、シリンドリカルレンズ２
０６ａ、２０６ｂとも主平面（主点）がレンズ内に１つ
しかないレンズとしたが、厳密には主平面が２つになる
が、本明細書では、像側主平面、物体側主平面のいずれ
か一方を考慮するものと考えている。

【００６６】ｄは、図２７〜図２９で説明したように、
長手方向の波の周期であり、シリンドリカルレンズ群２
０６を構成するシリンドリカルレンズ（２０６ａまたは
２０６ｂ）を透過したビームが、被照射面で形成する干
渉じまの周期である。

【００６７】干渉じまの周期ｄを計測するには、シリン
ドリカルレンズ群２０６において、一つのシリンドリカ
ルレンズ２０６ａだけを残し、他のシリンドリカルレン
ズを２０６ｂに光が通らない状態で、線状レーザービー
ムを直接観察して、周期を実測すればよい。また、その
線状レーザービームによるアニール効果により、間接的
に計測できる。例えば、図２４を用いて説明したよう
に、線状レーザを照射した珪素膜のには縦じまが現れ、
この縦じまの間隔を計測してもよい。また、後に示すよ
うに簡単な計算式から求めることもできる。

【００６８】以下、シリンドリカルレンズ群２０６にお
いて、シリンドリカルレンズのずれ△Ｄの最適値を求め
る方法を説明する。

【００６９】本実施形態では、シリンドリカルレンズ群
２０２のレンズ数が７（２ｎ＋１）個で、ｎ＝３なの
で、シリンドリカルレンズ群２０３のシリンドリカルレ
ンズ数は（ｎ−１）の整数倍（Ｎ（ｎ−１））、すなわ
ち偶数個あればよい。このとき△Ｄはｄ/ ２とすればよ
い。

【００７０】図２を用いて、本実施形態の効果を説明す
る。レーザー発生装置２０１からのレーザービームはシ
リンドリカルレンズ群２０２において、７本のビームに
分割される。ここでは、簡単化のため１本のビームを追
跡する。シリンドリカルレンズ群２０２を透過したビー
ムはシリンドリカルレンズ群２０３で４つに分割され
る。４本のビームはシリンドリカルレンズ２０４におい
て、１本のビームに合成されるように集光され、スリッ
ト２０５で線状に整形され、シリンドリカルレンズ群２
０６に入射する。

【００７１】シリンドリカルレンズ群２０６において、
スリット２０５の長手方向の位相が△Ｄ（ｄ／２）ずら
された２本のビームとして出射し、シリンドリカルレン
ズ２０８で集光されて線状ビーム２１０として照射され
る。

【００７２】ここで、照射面に照射されるビームのう
ち、シリンドリカルレンズ２０６ａを透過した線状ビー
ムを２１１ａとし、シリンドリカルレンズ２０６ｂを透
過した線状ビームを２１１ｂとする。線状ビーム２１１
ａ、２１１ｂの干渉じまを白黒の濃淡で模式的に示し
た。黒が明線である。このような強い干渉じまのある線
状ビーム２１１ａまたは２１１ｂを幅方向に走査しなが
ら照射すると、図２４に示したように、線状ビームの光
強度の違いによるしま模様が現れる。

【００７３】そこで、本実施形態では、線状ビーム２１
１ａと２１１ｂを長手方向にｄ／２だけずらすことで、
強度が高い部分（黒い部分）と低い部分（白い部分）と
が互いに重なるようにすることにより、線状ビーム２１
０のように干渉じまをなくす、あるいは不明瞭にしてい
る。

【００７４】ここで、シリンドリカルレンズ群２０２の
レンズ数が９である場合は、ｎ＝４なので、シリンドリ
カルレンズ群２０３が３（ｎ−１に相当）の整数倍、例
えば６個あれば、線状ビーム２１０の長手方向のエネル
ギー分布を均一にすることができる。この場合には、シ
リンドリカルレンズ群２０６のレンズ数は２よりも３の
ほうが、よりエネルギーを均一にすることできるため、
シリンドリカルレンズ群２０６の代わりに、図４に示す
ような３つのシリンドリカルレンズでなるシリンドリカ
ルレンズ群２２０を用いればよい。

【００７５】図４に示すように、シリンドリカルレンズ
群２２０において、シリンドリカルレンズ２２０ａ、２
２０ｂ、２２０ｃの主点を正射影した点の間隔は△Ｄは
ｄ/３とすればよい。

【００７６】しかしながら、シリンドリカルレンズを３
つ組み合わせるのは構造が複雑になるため高価になり、
さらに光学系のアライメントがより困難になってくるの
で、２つのシリンドリカルレンズで構成してもよい。

【００７７】以上の考察及び計算から、シリンドリカル
レンズ群２０２のシリンドリカルレンズ数が奇数である
場合、シリンドリカルレンズ群２０６のレンズ数（ｎ’
- １）とし、該（ｎ’- １）個のシリンドリカルレンズ
の主点を順次にｄ/ （ｎ’-１）ずらせばよいことが判
る。ここで、ｎ’は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であり、
シリンドリカルレンズ群２０３のレンズ数はＮ（ｎ’−
１）個（Ｎは自然数）、即ちシリンドリカルレンズ群２
０６のレンズ数の整数倍であるとよかった。

【００７８】このようにすることで、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の
位相をずらして、重ね合わせることで、線状ビーム内で
の長手方向の光強度が均一化することができる。

【００７９】図１や図２に示したビームホモジナイザー
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。また光学部材の一部を同様な作用をする
他の光学部材に置換してもよい。また、図示の光学系を
全体の一部として利用してもよい。

【００８０】たとえば、図１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
でなるレンズアレイであるが、凹レンズ群もしくは、凹
凸混合のレンズアレイを用いてもよい。例えば図７に示
すような凹型凸型を複合したシリンドリカルレンズアレ
イを用いることができる。

【００８１】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を図８に示すマルチフェイズレ
ンズ２３１に置き換えてもよい。図９に置き換えた場合
の光学系を示す。図９において、図１と同じ符号は同じ
部材を示す。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】本実施形態は、縦横比があまり大きくな
い、矩形状の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加工する場合に特に有効
なものとなる。

【００８５】また、シリンドリカルレンズ群２０２のレ
ンズ数を偶数（２ｎ）とすることもできる。他の条件は
奇数（２ｎ＋１）の場合と同じでよい。だだしシリンド
リカルレンズ群２０２のレンズ数が奇数であるほうが著
しい効果が得られる。なお、シリンドリカルレンズ群２
０２のレンズ数が偶数個であっても、シリンドリカルレ
ンズ群２０３に奇数本のビームが入射していれば、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。

【００８６】シリンドリカルレンズ群２０２のレンズ数
が奇数であると、照射面での線状ビームの長手方向の波
形を図２８（Ａ）や図２９（Ｄ）に示したような正弦波
とすることが可能となり、長手方向のエネルギーをより
均一化できる。

【００８７】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２５に示すような従来の
ホモジナイザーでも、正弦波とすることができるが、ビ
ームの分割数が小さいため、照射面でのエネルギーが均
一なビームが得られにくい。よって、本発明では、シリ
ンドリカルレンズレンズ群のレンズ数を少なくとも６以
上とすることが好ましい。

【００８８】シリンドリカルレンズ群２０２のレンズ数
が偶数個では奇数個の場合ほど光強度が分散されたビー
ムは得られない。しかしながら、分割していないシリン
ドリカルレンズを用いた従来の光学系と比較すれば、エ
ネルギーの平均化には格段の効果がある。

【００８９】ところで、ｄは図２７で示したように、干
渉じまの周期で定義されるため、上述したように、干渉
じまの周期を実測することで値が得られるが、ｄを計算
でも求めることもできる。

【００９０】レーザ装置２０１発生されるレーザー光の
波長λと、シリンドリカルレンズ群２０６の１つのシリ
ンドリカルレンズの焦点距離ｆと、シリンドリカルレン
ズ群２０２を構成するシリンドリカルレンズ幅Ｌを用い
て、ｄ＝λｆ／Ｌの式で算出できる。

【００９１】また、上記の説明から明らかなように、干
渉じまの周期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２７に示すような一定の周期で干
渉じま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。

【００９２】しかしながら、図１のビームホモジナイザ
ーにおいては、ある特別な場合を除いて、線状ビーム２
１０の干渉じまの周期は一様にはならない。なぜなら
ば、線状ビーム２１０は球面波を線状に合成しているか
らである。（図１０（Ａ）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）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このような光波を形成する光学系
を図１０（Ｂ）に示す。

【００９３】図１０（Ｂ）が図１０（Ａ）と異なる点
は、ビーム入射側のシリンドリカルレンズ群２０２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
群２０６によりすべて平行光線に加工されるか否かであ
る。

【００９４】図１０（Ｂ）のような光学系は、前方の分
割用のシリンドリカルレンズ群２０２と後方の合成用の
シリンドリカルレンズ群２０６間の距離を適当に選ぶこ
とにより簡単に得られる。図１０（Ｂ）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
ンドリカルレンズ群２０６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しま
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。

【００９５】しかしながら、球面波を合成した線状ビー
ムであっても、球面波の曲率半径が十分大きいので、実
質的には、平行光線と見なすことができるので、本発明
を適用できる。ただし、球面波を合成する場合には、干
渉じまの周期ｄは、線状ビーム全体の平均値で定義す
る。

【００９６】上述したように、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の長手方向のエ
ネルギー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の長手方向の波形を正弦
波状（図２８（Ｃ）、図２９（Ｄ）参照）に整形するこ
とが可能となるため、本発明が最も効果的に作用する。

【００９７】しかしながら、長手方向のエネルギーの分
布を完全に一定にすることは非常に困難である。レーザ
ービームの照射条件により、エネルギー分布の変動がよ
り強調される場合もある。

【００９８】このよう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）

【００９９】本発の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。また本発明のレーザーアニー
ルは半導体結晶化だけでなく、半導体膜の導電型を制御
するためにドーピングしたリン、ボロンなどの不純物を
活性化させるために用いることができる。

【０１００】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。

【０１０１】

【実施例】 図を用いて、本発明の実施例を説明する。

【０１０２】〔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。レーザーが照
射される膜は、本明細書中で３種類の非晶質珪素膜であ
る。いずれの膜に対しても、本発明は効果的である。

【０１０３】まず、３種類いずれの非晶質珪素膜も、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２００nmの厚の酸化珪素膜上にプラズ
マＣＶＤ法にて成膜された膜である。これら非晶質珪素
膜の厚さは５０nmとする。以降、この非晶質珪素膜を出
発膜と呼ぶ。

【０１０４】（膜Ａの作製手順）出発膜を、４５０℃の
熱アニールに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。膜内の水素の密度は１０²⁰at
oms/cm³ オーダーが適当である。この膜を非単結晶珪素
膜Ａと呼ぶ。

【０１０５】（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。

【０１０６】次に、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、ニッケルの作用によ
る。詳細については、特開平６−２４４１０４号に記載
されている。

【０１０７】触媒元素の濃度は１×１０¹⁵〜１０¹⁹原子
／cm³ であると好ましい。１×１０ ¹⁹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
としての特性が失われる。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。

【０１０８】（膜Ｃの作製手順）出発膜の上に酸化珪素
膜を７０nmの厚さに成膜する。成膜方法はプラズマＣＶ
Ｄ法を用いる。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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。

【０１１２】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。今回の条件では結晶成長する距離は４０μm
程度である。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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。

【０１１６】図５に、実施例におけるレーザー照射シス
テムを示す。図５は、レーザー照射システムの概観であ
る。

【０１１７】図５において、レーザー照射システムは、
レーザー装置２０１から照射され、2 対の反射ミラー９
０１によりレーザーの進行方向を調整後、本発明が開示
するビームホモジナイザー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。

【０１１８】光学系９０２は図１に示すシリンドリカル
レンズ群２０２からシリンドリカルレンズ群２０６に至
る光路上の光学系であり、ミラー２０７及びシリンドリ
カルレンズ２０８も図１に示した構造に準じている。本
発明で使用する線状レーザービームはすべて図１記載の
光学系に準じたものを使用している。図１のようなタイ
プのレンズ群の役割を以下に記述する。

【０１１９】本実施例で使用するビームホモジナイザー
において、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１に示す構造においてシリンドリカルレンズ群２
０６のレンズ数は２（ｎ−１にあたる）となる。

【０１２０】図３にシリンドリカルレンズ群２０６の構
成図を示す。以下、シリンドリカルレンズ群２０６を構
成するシリンドリカルレンズ２０６ａと２０６ｂの主点
間の間隔△Ｄを決定する方法を記載する。

【０１２１】本実施例の場合、シリンドリカルレンズ群
２０６中任意に選んだ１つのレンズ２０６ａと、図１中
のシリンドリカルレンズ群２０６以外のレンズとを介し
て形成される線状レーザービーム内に分布する光干渉じ
まの周期は０. １mm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。

【０１２２】上述したように、式ｄ／（ｎ−１）から算
出される距離をシリンドリカルレンズ２０６ａと２０６
ｂの主点をずらす距離とすることによって、線状ビーム
の長手方向のエネルギー分布を最も均一化することがで
きる。

【０１２３】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. ３mm、・・・と０. １mm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。

【０１２４】すなわち、シリンドリカルレンズ２０６ａ
と２０６ｂの主点を光軸に直交する方向に互いにずらし
合うと、線状レーザービーム２１０の長手方向の両端は
ずらした距離分ぼけてしまう。（図２参照。両端が白い
部分がぼけた部分を示している）線状レーザービームの
長手方向の両端が照射される部分を素子領域とすること
は容易であるため、多少のぼけは全く処理に影響しな
い。他方、幅方向の両端は全くぼけることがないため、
素子領域にうたれても悪影響はない。

【０１２５】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。本実施例の場合
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である。レーザ装置２０１から出射した
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。

【０１２６】線状レーザービーム２１０は、５６（７×
８）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。

【０１２７】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。

【０１２８】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２４
８nm）等を用いてもよい。

【０１２９】被処理基板９０４は、ステージ９０５上に
配置される。ステージ９０５は移動機構９０３によっ
て、一軸方向に移動可能とされている。実際の処理で
は、ステージ９０５を線状レーザービームの線幅方向に
対して垂直方向（線状レーザービームを含む平面を含
む。）に平行に移動する。

【０１３０】図６は図５のレーザー照射装置を備えたレ
ーザーアニール装置の構成図である。ロード／アンロー
ド室９１５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９１３が配置される。ロボットア
ーム９１４により、カセット９１３から一枚の基板がア
ライメント室９１２に移動される。

【０１３１】アライメント室９１２には、被処理基板９
０４とロボットアーム９１４との位置関係を修正するた
めの、アライメント機構が設けられている。アライメン
ト室９１２は、ロード／アンロード室９１５と連結され
ている。

【０１３２】基板は、ロボットアーム９１４によって基
板搬送室９１１に運ばれ、さらにロボットアーム９１４
によって、レーザー照射室９１６に移送される。

【０１３３】図５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１３５
mmとする。

【０１３４】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。ステージ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。

【０１３５】レーザー照射終了後、被処理基板９０４は
ロボットアーム９１４によって基板搬送室９１２に引き
戻される。

【０１３６】被処理基板９０４は、ロボットアーム９１
４によって、ロード／アンロード室９１５に移送され、
カセット９１３に収納される。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】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。

【０１４０】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。

【０１４１】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。

【０１４２】〔実施例２〕 実施例１にて、しま模様が
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、干渉じまがより目立たない
走査方向を選べばよい。

【０１４３】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。

【０１４４】〔実施例３〕 実施例１にて、図１に記載
の光学系の配置を採用したときの、干渉じまのピッチ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
を図１１、図１２を用いて説明する。

【０１４５】まず、シリンドリカルレンズ群２０６の分
割されたレンズを互いにずらさない状態を想定する。便
宜上、この状態にあるシリンドリカルレンズ群２０６を
シリンドリカルレンズ１２０６と呼ぶことにする。

【０１４６】図１１に示す光学系は、図１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１２０
６の断面を示したものと考えて良い。

【０１４７】図１１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。

【０１４８】この場合、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。

【０１４９】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１２参照。）

【０１５０】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。

【０１５１】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。これら定常波が、照射面１
２０４で合成され、図２８（Ｃ）や図２９（Ｄ）に示し
たような定常波が形成される。よって、βは、図２８、
図２９で示すように、長手方向の波の周期ｄに一致す
る。このことは簡単な計算により解る。

【０１５２】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１
２０７で示すレンズ１２０６の主平面に平行な方向（光
軸に垂直な方向）に沿って動かしても、周期ｄが変化し
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群
２０６の状態に戻すときに、分割したシリンドリカルレ
ンズ１２０６それぞれを、矢印１２０７で示す方向に動
かしても、本発明の本質に全く影響を及ぼさないことを
示唆する。

【０１５３】また、この場合、シリンドリカルレンズ１
２０６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。

【０１５４】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。上述したように、一般に、β＝ｄであるから、ｄ≒
λｆ／Ｌとなる。

【０１５５】従って、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、線状レ
ーザーの干渉じまの周期ｄを実測しなくても、計算で求
めることができる。

【０１５６】なお、図１０（Ａ）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群２０６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。この場合は、計算機を用いた数値計算により、
ｄを算出する。

【０１５７】この場合でも、シリンドリカルレンズ群２
０６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群２０６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。

【０１５８】〔実施例４〕 上述した実施例ではパルス
発振型のエキシマレーザーを用いたが、本実施例では連
続発光エキシマレーザーを用いる。連続発光型の場合は
パルス発振型と比べて線状レーザーの走査速度が遅くな
るため、基板にレーザ光の熱が伝わりやすくなる。その
ため、歪み点温度が高い石英基板を基板に使用すること
が望まれる。石英基板は珪素膜の融点温度に加熱されて
も全く変形、変質しない。よって、ビームサイズを広げ
ることができる。

【０１５９】本実施例では、１０００Ｗの連続発光エキ
シマレーザを線状ビーム（サイズ１２５mm×０．４mm）
に加工し使用する例を示す。図１３に本実施例のビーム
ホモジナイザーの構成を示す。図１３のビームホモジナ
イザーは図１においてスリット２０５を省略したものに
相当する。シリンドリカルレンズ群４０７はシリンドリ
カルレンズ群２０２に、シリンドリカルレンズ群４０８
はシリンドリカルレンズ群２０３に、シリンドリカルレ
ンズ４０９はシリンドリカルレンズ２０４にシリンドリ
カルレンズ群４１０はシリンドリカルレンズ群２０６に
対応する。

【０１６０】上記の光学部材はすべて石英製である。石
英は、エキシマレーザーの波長域の透過率が十分高いた
めに使用された。また、使用するエキシマレーザーの波
長（本明細書では2 ４８nm）にあわせ適当なコーティン
グを光学系表面に施した。これにより、レンズ単体で透
過率９９％以上が得られた。また、レンズの耐久性も増
した。

【０１６１】なお、上記レンズは全て幅方向に曲率を有
し、すべて球面レンズであった。レンズの材質は合成石
英で、透過光の波長２４８nmで透過率９９％以上が得ら
れるように、ＡＲコート処理を施した。

【０１６２】実施例１と同様に、シリンドリカルレンズ
群４０７とシリンドリカルレンズ群４１０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
均一にする機能を有し、シリンドリカルレンズ群４０８
とシリンドリカルレンズ４０９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均一にする機
能を有している。

【０１６３】シリンドリカルレンズ群４０８とシリンド
リカルレンズ４０９の組み合わせにより、いったんビー
ム幅ｗのビームが形成される。ミラー４１１を介して、
さらに、ダブレットシリンドリカルレンズ４１２を配置
することにより、より細い（ビーム幅ｗよりも細い）線
状レーザービームを得ることができる。

【０１６４】図１３に示す装置は、レーザー装置４０６
からの出射したレーザー光をシリンドリカルレンズ４０
７、４０８、４０９、４１０、４１２で示す光学系を介
して、線状ビーム４０５として照射する機能を有してい
る。ステージ４１３は１方向に動作する１軸ステージで
ある。これを走査させることで、ステージ４１３上に置
かれた基板にレーザを照射する。

【０１６５】なお、レーザー装置４０６から出射される
レーザービームのサイズは、もともと直径０．３mm円ビ
ームであるが、これを図示しない２組のビームエキスパ
ンダーを使って概略１０×３５mmの楕円に広げる。４１
１はミラーである。

【０１６６】図１３の光学系で形成される線状レーザー
ビームのエネルギー分布は、その幅方向の断面をみる
と、矩形状の分布を示した。すなわち、エネルギー密度
について非常に均質性の高い線状レーザービームを得る
ことができた。

【０１６７】このとき、シリンドリカルレンズ群４０７
は、焦点距離４１mm、幅５mm、長さ３０mm、中心厚５mm
のシリンドリカルレンズを７本使用した。シリンドリカ
ルレンズ群４０８は焦点距離２５０mm、幅２mm、長さ６
０mm、中心厚５mmのシリンドリカルレンズを４本使用し
た。シリンドリカルレンズ４０９は、焦点距離２００m
m、、幅３０mm、長さ１２０mm、中心厚１０mmのシリン
ドリカルレンズを使用した。シリンドリカルレンズ群は
４１０は、焦点距離１０２２mm、幅１８０mm、長さ２０
mm、中心厚３５mmのシリンドリカルレンズ２つを使用し
た。

【０１６８】ダブレットシリンドリカルレンズ４１２は
幅９０mm、長さ１６０mm、中心厚１６mmのシリンドリカ
ルレンズを２枚組にし、合成焦点距離を２２０mmとした
ものを使用した。

【０１６９】また、シリンドリカルレンズ群４０７は、
光路に沿って、照射面から、２１００mmレーザー装置寄
りに配置した。シリンドリカルレンズ群４０８は、光路
に沿って照射面から、１９８０mmレーザー装置４０６寄
りに配置した。シリンドリカルレンズ４０９は光路に沿
って照射面から、１５８０mmレーザー装置４０６寄りに
配置した。

【０１７０】シリンドリカルレンズ４１０は、レーザー
の光路に沿って照射面から、１０２０mmレーザー装置４
０６寄りに配置した。ダブレットシリンドリカルレンズ
４１２は光路に沿って照射面から、２７５mmレーザー寄
りに配置した。上記の数字はだいたいの目安であり、レ
ンズの作成精度などによった。

【０１７１】上記サイズに加工された線状の連続発光エ
キシマレーザビームを、図１４で示すような方法で走査
させることで、珪素膜全面を結晶化させる。該線状レー
ザビームの長辺の長さは珪素膜短辺の長さ以上であるか
ら、１度の走査で基板全面が結晶化できる。図１４中、
基板は４０１、ソースドライバー領域は４０２、ゲート
ドライバー領域は４０３、画素は４０４である。図１４
をみればわかるように、線状レーザビーム４０５を１方
向に１度走査するだけで、珪素膜全体が結晶化される。

【０１７２】走査のスピードは、実施者が適宜決めれば
よいが、目安は、０．５〜１００mm／ｓの範囲で選ぶ。
このとき走査スピードが所望のスピードに達するまで、
照射前に１軸ステージ４１３を助走させる必要がある。

【０１７３】〔実施例５〕 液晶パネルを量産する場
合、１枚の基板上に複数のパネルを形成し工程終了後、
基板を切断する方法が、一般に行われている。本実施例
では、このような多面取りの基板に対し、連続発光エキ
シマレーザ発振装置を光源とする、線状レーザビームを
照射する例を示す。本実施例中、多面取り基板のサイズ
は、６００mm×７２０mmとする。

【０１７４】多面取りの基板に対し線状レーザを照射す
る方法は様々考えられるが、本実施例では、代表的なも
のを挙げて説明する。

【０１７５】本実施例で用いる方法を図１５に示す。連
続発光エキシマレーザ発振装置１３０１から出射された
レーザ光は光学系１３０２、ミラ−１３０３を介するこ
とにより、照射面（基板１３０６）で線状レーザビーム
１３０４となる。光学系１３０２には、先の実施例で示
したもの、例えば、図１３に示したものを使う。

【０１７６】本実施例で、基板１３０６上には、５×６
枚、つまり３０枚の３．５インチ液晶パネルが形成され
る。多面取り基板のサイズは６００mm×７２０mmである
ことから、１枚のパネルがしめる領域は１２０mm×１２
０mmの正方形となる。図１５は簡単のため４つの液晶パ
ネルのみ図示する。その内の１つの、ソースドライバー
となる領域１３０７、ゲートドライバーとなる領域１３
０８、画素となる領域１３０９を図示する。

【０１７７】図１３に示した光学系で形成される線状レ
ーザビーム長さは、１２５mmであるので、１枚のパネル
の占める領域（１２０mm角の正方形）１辺の長さよりも
長い。よって、線状レーザビームを１方向に１回走査す
るだけで、パネル１列分の領域を処理できる。多面取り
基板１３０６上には、パネルが６行５列でならんでいる
ことから、５回の走査で基板全面をレーザ照射できる。
基板の走査には、直交する２方向に移動自在なＸＹステ
ージ１３０５を動かすことで行う。基板の走査方向は、
例えば、図１５中の点線の矢印で示す方向とする。

【０１７８】〔実施例６〕 本実施例では、多面取りの
基板に対し、連続発光エキシマレーザ発振装置を光源と
する、線状レーザビームを照射する他の例を示す。本実
施例中、多面取り基板のサイズは、６００mm×７２０mm
とする。

【０１７９】本実施例で用いる方法を図１６に示す。連
続発光エキシマレーザ発振装置１４０１から出射された
レーザ光は光学系１４０２、ミラ−１４０３を介するこ
とにより、照射面（基板１４０６）で線状レーザビーム
１４０４となる。光学系１４０２には、先の実施例で示
したもの、例えば、図１３に示したものを使う。

【０１８０】本実施例で、基板１４０６上には、１０×
１２枚、つまり１２０枚の２．６インチ液晶パネルが形
成される。多面取り基板のサイズは６００mm×７２０mm
であることから、１枚のパネルがしめる領域は６０mm×
６０mmの正方形となる。図１６は簡単のため４つの液晶
パネルのみ図示する。その内の１つの、ソースドライバ
ーとなる領域１４０７、ゲートドライバーとなる領域１
４０８、画素となる領域１４０９を図示する。

【０１８１】図１３に示した光学系で形成される線状レ
ーザビーム長さは、１２５mmであるので、上記４枚のパ
ネルを２行２列に並べたときの（１２０mm角の正方形）
１辺の長さよりも長い。よって、線状レーザビームを１
方向に１回走査するだけで、パネル２列分の領域を処理
できる。

【０１８２】多面取り基板１４０６上には、パネルが１
２行１０列でならんでいることから、５回の走査で基板
全面をレーザ照射できる。基板の走査には、直交する２
方向に移動自在なＸＹステージ１４０５を動かすことで
行う。基板の走査方向は、例えば、図１６中の点線の矢
印で示す方向とする。

【０１８３】線状レーザビームの長さが長くなればなる
ほど、パネルが小さくなればなるほど、線状レーザビー
ムの１回の走査でレーザ照射できるパネルの列の本数は
増える。線状レーザビームの長さとパネルサイズによっ
ては、パネル３列分、またはそれ以上を線状レーザビー
ム１回の走査でレーザ照射することができる。

【０１８４】上記の実施例では、エキシマレーザーを用
いた例を述べたが、パルス発振型のＹＡＧレーザーやＹ
ＶＯ₄レーザーを使用することが可能であり、特にレー
ザーダイオード励起方式のレーザー装置を使用すると高
出力と高いパルス発振周波数が得られる。

【０１８５】〔実施例７〕 本実施例では、実施例１で
得られた結晶性珪素膜を利用してＴＦＴ（薄膜トランジ
スタ）を作製する例を示す。本実施例の工程を図１７〜
図１９に示す。

【０１８６】まず、基板として石英基板７０１を用意す
る。石英基板を使用するのは、結晶化の手段として連続
発光型のエキシマレーザーを用いるためである。その上
に２００nm厚の酸化珪素膜（下地膜とも呼ぶ）７０２と
厚さ５５nmの非晶質珪素膜７０３ａとを大気解放しない
まま連続的に成膜した。（図１７（Ａ））こうすること
で非晶質珪素膜７０３ａの下表面に大気中に含まれるボ
ロン等の不純物が吸着することを防ぐことができる。

【０１８７】なお、本実施例では非晶質半導体膜とし
て、非晶質珪素（アモルファスシリコン）膜を用いた
が、他の半導体膜であっても構わない。非晶質シリコン
ゲルマニウム膜でも良い。また、下地膜及び半導体膜の
形成手段としては、ＰＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法またはス
パッタ法等を用いることができる。この後、水素濃度が
高い場合は水素濃度低減するための加熱処理を行うとよ
い。

【０１８８】次に、非晶質珪素膜７０３ａの結晶化を行
う。実施例４で示したレーザー照射方法を用いてレーザ
ー結晶化を行った。こうしてレーザー照射を行って結晶
化させ、結晶質珪素（ポリシリコン）膜からなる領域７
０４ａを形成した。（図１７（Ｂ））

【０１８９】また、他の方法としてパルス発振型のＹＡ
ＧレーザーやＹＶＯ₄レーザーを使用する方法がある。
特にレーザーダイオード励起方式のレーザー装置を使用
すると高出力と高いパルス発振周波数が得られる。結晶
化のためのレーザーアニールにはこれら固体レーザのの
第２高調波（５３２nm）、第３高調波（３５４.７n
m）、第４高調波（２６６nm）のいずれかを使用し、例
えばレーザーパルス発振周波数１〜２００００Ｈｚ（好
ましくは１０〜１００００Ｈｚ）、レーザーエネルギー
密度を２００〜６００mJ/cm²（代表的には３００〜５０
０mJ/cm²）とする。そして、線状ビームを基板全面に渡
って照射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オー
バーラップ率）を８０〜９０％として行う。第２高調波
を使うと、半導体層の内部にも均一に熱が伝わり、照射
エネルギー範囲が多少ばらついても結晶化が可能とな
る。それにより、加工マージンがとれるため結晶化のば
らつきが少なくなる。また、パルス周波数が高いのでス
ループットが向上する。

【０１９０】そして、形成された結晶質珪素（ポリシリ
コン）膜をパターニングして、ＴＦＴの半導体層７０４
ｂを形成した。（図１７（Ｃ））

【０１９１】なお、半導体層７０４ｂを形成する前後
に、結晶質珪素膜に対してＴＦＴのしきい値電圧を制御
するための不純物元素（リンまたはボロン）を添加して
も良い。この工程はＮＴＦＴまたはＰＴＦＴのみに行っ
ても良いし、双方に行っても良い。

【０１９２】次に、スパッタ法またはプラズマＣＶＤ法
により絶縁膜７０５を形成し、スパッタ法により第１の
導電膜７０６ａ、第２の導電膜７０６ｂを積層形成す
る。（図１７（Ｄ））

【０１９３】この絶縁膜７０５は、ＴＦＴのゲート絶縁
膜として機能することになる絶縁膜であり、膜厚は５０
〜２００nmとする。本実施例では、シリコン酸化物をタ
ーゲットとして用いたスパッタ法により１００nm厚の酸
化珪素膜を形成した。また、酸化珪素膜のみでなく酸化
珪素膜の上に窒化珪素膜を設けた積層構造とすることも
できるし、酸化珪素膜に窒素を添加した酸化窒化珪素膜
を形成してもよい。

【０１９４】なお、本実施例では非晶質珪素膜のレーザ
結晶化を行った後、パターニングを行いゲート絶縁膜を
形成した例を示したが、特に工程順序は限定されず、非
晶質珪素膜とゲート絶縁膜をスパッタ法にて連続成膜し
た後、レーザ結晶化を行いパターニングを施す工程とし
てもよい。スパッタ法にて連続成膜した場合、良好な界
面特性が得られる。

【０１９５】また、第１の導電膜７０６ａは、Ｔa 、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を主成分とする導電材料
を用いる。第１の導電膜７０６ａの厚さは５〜５０nm、
好ましくは１０〜２５nmで形成すれば良い。一方、第２
の導電膜７０７ａは、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｉを主成分とする
導電材料を用いる。第２の導電膜７０７ａは１００〜１
０００nm、好ましくは２００〜４００nmで形成すれば良
い。第２の導電膜７０７ａは、ゲート配線またはゲート
バスラインの配線抵抗を下げるために設けられている。

【０１９６】次いで、パターニングによって第２の導電
膜７０７ａの不要な部分を除去して、配線部にゲートバ
スラインの一部となる電極７０７ｂを形成した後、レジ
ストマスク７０８ａ〜ｄを形成する。レジストマスク７
０８ａはＰＴＦＴを覆い、レジストマスク７０８ｂはド
ライバー回路のＮＴＦＴのチャネル形成領域を覆うよう
にして形成する。また、レジストマスク７０８ｃは電極
７０７ｂを覆い、レジストマスク７０８ｄは画素マトリ
クス回路のチャネル形成領域を覆うようにして形成す
る。その後、レジストマスク７０８ａ〜ｄをマスクとし
てｎ型を付与する不純物元素の添加を行い、不純物領域
７１０、７１１を形成した。（図１８（Ａ））

【０１９７】本実施例ではｎ型を付与する不純物元素と
してリンを用い、フォスフィン（ＰＨ₃ ）を用いたイオ
ンドープ法で行った。この工程ではゲート絶縁膜７０５
と第１の導電膜７０６ａを通してその下の半導体層７０
４ｂにリンを添加するために、加速電圧は８０ｋｅＶと
して、高めに設定した。半導体層、７０４ｂに添加され
るリンの濃度は、１×１０¹⁶〜１×１０¹⁹atoms/cm³ の
範囲にするのが好ましく、ここでは１×１０¹⁸atoms/cm
³ とした。そして、半導体層にリンが添加された領域７
１０、７１１が形成された。ここで形成されたリンが添
加された領域の一部は、ＬＤＤ領域として機能する。ま
た、マスクで覆われてリンが添加されなかった領域（結
晶質珪素膜からなる領域７０９、７１２）の一部は、チ
ャネル形成領域として機能する。

【０１９８】なお、リンの添加工程は、質量分離を行う
イオンインプランテーション法を用いても良いし、質量
分離を行わないプラズマドーピング法を用いても良い。
また、加速電圧やドーズ量の条件等は実施者が最適値を
設定すれば良い。

【０１９９】次いで、レジストマスク７０８ａ〜ｄを除
去した後、必要があれば活性化処理を行う。そして、第
３の導電膜７１３ａをスパッタ法により成膜形成した。
（図１８（Ｂ））第３の導電膜７１３ａは、Ｔa 、Ｔ
ｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素を主成分とする導電材料
を用いる。また、第３の導電膜７１３ａの厚さは１００
〜１０００nm、好ましくは２００〜５００nmとした。

【０２００】次いで、レジストマスク７１４ａ〜ｄを新
たに形成してパターニングを行いＰＴＦＴのゲート電極
７０６ｂ、７１３ｂの形成、及び配線７０６ｃ、７１３
ｃの形成を行った後、マスク７１４ａ〜ｄをそのまま用
いてｐ型を付与する不純物元素を添加してＰＴＦＴのソ
ース領域、ドレイン領域を形成する。（図１８（Ｃ））
ここではボロンをその不純物元素として、ジボラン（Ｂ
₂ Ｈ₆ ）を用いてイオンドープ法で添加した。ここでも
加速電圧を８０ｋｅＶとして、２×１０²⁰atoms/cm³ の
濃度にボロンを添加した。

【０２０１】次いで、レジストマスク７１４ａ〜ｄを除
去して、新たにレジストマスク７１８ａ〜ｅを形成した
後、レジストマスク７１８ａ〜ｅをマスクとしてエッチ
ングを行いＮＴＦＴのゲート配線７０６ｄ、７１３ｄ、
画素マトリクス回路のＴＦＴのゲート配線７０６ｅ、７
１３ｅ、保持容量の上部配線７０６ｆ、７１３ｆを形成
する。（図１８（Ｄ））

【０２０２】次いで、レジストマスク７１８ａ〜ｅを除
去し、新たにレジストマスク７１９を形成した後、ＮＴ
ＦＴのソース領域、ドレイン領域にｎ型を付与する不純
物元素を添加して不純物領域７２０〜７２５を形成す
る。（図１９（Ａ））ここでは、フォスフィン（Ｐ
Ｈ₃ ）を用いたイオンドープ法で行った。不純物領域７
２０〜７２５に添加されたリンの濃度は、先のｎ型を付
与する不純物元素を添加する工程と比較して高濃度であ
り、１×１０¹⁹〜１×１０²¹atoms/cm³ とするのが好ま
しく、ここでは１×１０²⁰atoms/cm³ とした。

【０２０３】その後、レジストマスク７１９を除去した
後、５０nmの厚さの窒化珪素膜からなる保護膜７２７を
形成して図１９（Ｂ）の状態が得られる。

【０２０４】次いで、添加されたｎ型またはｐ型を付与
する不純物元素を活性化するための活性化処理を行う。
この工程は、電気加熱炉を用いた熱アニール法や、前述
のエキシマレーザやＹＡＧレーザーやＹＶＯ₄レーザー
を用いたレーザアニール法や、ハロゲンランプを用いた
ラピットサーマルアニール法（ＲＴＡ法）で行えば良
い。加熱処理する場合は、３００〜７００℃、好ましく
は３５０〜５５０℃、本実施例では窒素雰囲気において
４５０℃、２時間の熱処理を行った。

【０２０５】ＹＡＧレーザーやＹＶＯ₄レーザーを用い
る場合には、その基本波（１０６４nm）、第２高調波
（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５４．７ｎｍ）、第４
高調波（２６６ｎｍ）のいずれかを使用し、例えばレー
ザーパルス発振周波数１〜２００００Ｈｚ（好ましくは
１０〜１００００Ｈｚ）、レーザーエネルギー密度を２
００〜６００mJ/cm²（代表的には３００〜５００mJ/c
m²）とする。そして、線状ビームを基板全面に渡って照
射し、この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラ
ップ率）を８０〜９０％として行う。また、パルス周波
数が高いのでスループットが向上する。

【０２０６】次いで、第１の層間絶縁膜７３０を形成し
た後、コンタクトホールを形成し、ソース電極及びドレ
イン電極７３１〜７３５等を公知の技術により形成す
る。

【０２０７】その後、パッシベーション膜７３６を形成
する。パッシベーション膜７３６としては、窒化珪素
膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、またはこれらの
絶縁膜と酸化珪素膜との積層膜を用いることができる。
本実施例では３００nm厚の窒化珪素膜をパッシベーショ
ン膜として用いた。

【０２０８】なお、本実施例では窒化珪素膜を形成する
前処理として、アンモニアガスを用いたプラズマ処理を
行い、そのままパッシベーション膜７３６を形成する。
この前処理によりプラズマで活性化した（励起した）水
素がパッシベーション膜７３６によって閉じこめられる
ため、ＴＦＴの活性層（半導体層）の水素終端を促進さ
せることができる。

【０２０９】さらに、水素を含むガスに加えて亜酸化窒
素ガスを加えると、発生した水分によって被処理体の表
面が洗浄され、特に大気中に含まれるボロン等による汚
染を効果的に防ぐことができる。

【０２１０】パッシベーション膜７３６を形成したら、
第２層間絶縁膜７３７として１μｍ厚のアクリル膜を形
成した後、パターニングしてコンタクトホールを形成
し、ＩＴＯ膜でなる画素電極７３８を形成した。こうし
て図１９（Ｃ）に示すような構造のＡＭ−ＬＣＤが完成
する。

【０２１１】以上の工程で、ドライバー回路のＮＴＦＴ
にはチャネル形成領域７０９、不純物領域７２０、７２
１、ＬＤＤ領域７２８が形成された。不純物領域７２０
はソース領域として、不純物領域７２１はドレイン領域
となった。また、画素マトリクス回路のＮＴＦＴには、
チャネル形成領域７１２、不純物領域７２２〜７２５、
ＬＤＤ領域７２９が形成された。ここで、ＬＤＤ領域７
２８、７２９は、ゲート電極と重なる領域（ＧＯＬＤ領
域）と、ゲート電極と重ならない領域（ＬＤＤ領域）が
それぞれ形成された。

【０２１２】一方、ｐチャネル型ＴＦＴは、チャネル形
成領域７１７、不純物領域７１５、７１６が形成され
た。そして、不純物領域７１５はソース領域として、不
純物領域７１６はドレイン領域となった。

【０２１３】上記方法によって形成された半導体膜を用
いて作製された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の加工あと
が目立たないものができた。これは、本発明によりＴＦ
Ｔの特性のバラツキ、特に移動度のバラツキが抑えられ
たことによる。

【０２１４】図２０（Ａ）はアクティブマトリクス型液
晶表示装置の回路構成の一例を示す。本実施例のアクテ
ィブマトリクス型液晶表示装置は、ソース信号線側ドラ
イバー回路５０１、ゲート信号線側ドライバー回路
（Ａ）５０７、ゲート信号線側ドライバー回路（Ｂ）５
１１、プリチャージ回路５１２、画素マトリクス回路５
０６を有している。

【０２１５】ソース信号線側ドライバー回路５０１はシ
フトレジスタ回路５０２、レベルシフタ回路５０３、バ
ッファ回路５０４、サンプリング回路５０５を備えてい
る。

【０２１６】また、ゲート信号線側ドライバー回路
（Ａ）５０７は、シフトレジスタ回路５０８、レベルシ
フタ回路５０９、バッファ回路５１０を備えている。ゲ
ート信号線側ドライバー回路（Ｂ）５１１も同様な構成
である。

【０２１７】また、本発明は、ＮＴＦＴの駆動電圧を考
慮して、ＬＤＤ領域の長さを同一基板上で異ならしめる
ことが容易であり、それぞれの回路を構成するＴＦＴに
対して、最適な形状を同一工程で作り込むこともでき
る。

【０２１８】また、図２０（Ｂ）は画素マトリクス回路
の上面図を示し、ＴＦＴ部分のＡ−Ａ' 断面構造と配線
部のＢ−Ｂ' 断面構造は、図１９（Ｃ）と対応している
ため、一部は同一の符号で示した。図２０（Ｂ）中、６
０１は半導体層、６０２はゲート電極、６０３は容量線
を示している。本実施例において、ゲート電極とゲート
配線は、第１の導電層と第３の導電層とから形成され、
ゲートバスラインは、第１の導電層と第２の導電層と第
３の導電層とから形成されたクラッド構造を有してい
る。

【０２１９】また、図２１（Ａ）は、ドライバー回路を
構成する一部となるＣＭＯＳ回路の上面図を示し、図１
９（Ｃ）と対応している。６１０はＰＴＦＴのソース電
極、６１１はドレイン電極、６１２はＮＴＦＴのソース
電極、６１３、６１４はゲート配線である。また、本実
施例ではＮＴＦＴとＰＴＦＴの活性層が直接接し、ドレ
イン電極を共有しているが、特にこの構造に限定され
ず、図２１（Ｂ）に示すような構造（活性層が完全に分
離した構造）としてもよい。なお、図２１中の６２０は
ＰＴＦＴのソース電極、６２１はドレイン電極、６２２
はＮＴＦＴのソース電極、６２３、６２４はゲート配線
である。

【０２２０】本実施例でトップゲート型のＴＦＴを作製
する工程を説明したが、逆スタガー型のＴＦＴを作製す
るのに、本発明のレーザー照射装置を用いることができ
るのはいうまでもない。

【０２２１】本発明のレーザ照射装置は、珪素膜の結晶
化や結晶性を向上するためのレーザーアニール処理、活
性層に添加されてドーパントを活性化するためのレーザ
ー活性化処理に用いることができる。

【０２２２】〔実施例８〕 本発明は従来のＭＯＳＦＥ
Ｔ上に層間絶縁膜を形成し、その上にＴＦＴを形成する
際に用いることも可能である。即ち、半導体回路上に反
射型ＡＭ−ＬＣＤが形成された三次元構造の半導体装置
を実現することも可能である。

【０２２３】また、前記半導体回路はＳＩＭＯＸ、Ｓｍ
ａｒｔ−Ｃｕｔ（SOITEC社の登録商標）、ＥＬＴＲＡＮ
（キャノン株式会社の登録商標）などのＳＯＩ基板上に
形成されたものであっても良い。

【０２２４】なお、本実施例を実施するにあたって、実
施例１〜７のいずれの構成を組み合わせても構わない。

【０２２５】〔実施例９〕 本実施例では、実施例７に
示した作製工程で基板上にＴＦＴを形成し、実際にＡＭ
−ＬＣＤを作製した場合について説明する。

【０２２６】図１９（Ｃ）の状態が得られたら、画素電
極７３８上に配向膜を８０nmの厚さに形成する。次に、
対向基板としてガラス基板上にカラーフィルタ、透明電
極（対向電極）、配向膜を形成したものを準備し、それ
ぞれの配向膜に対してラビング処理を行い、シール材
（封止材）を用いてＴＦＴが形成された基板と対向基板
とを貼り合わせる。そして、その間に液晶材料を保持さ
せる。このセル組み工程は公知の手段を用いれば良いの
で詳細な説明は省略する。

【０２２７】液晶材料としては、例えばＴＮ液晶、ＰＤ
ＬＣ、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、強誘電性液晶と
反強誘電性液晶の混合物が挙げられる。例えば、1998,
SID,“Characteristics and Driving Scheme of Polyme
r-Stabilized Monostable FLCD Exhibiting Fast Respo
nse Time and High Contrast Ratio with Gray-ScaleCa
pability" by H. Furue et al. や、1997, SID DIGEST,
841,“A Full-ColorThresholdless Antiferroelectric
LCD Exhibiting Wide Viewing Angle withFast Respon
se Time" by T. Yoshida et al.や、1996, J. Mater. C
hem. 6(4),671-673, "Thresholdless antiferroelectri
city in liquid crystals and itsapplication to disp
lays" by S. Inui et al.や、米国特許第5594569 号に
開示された液晶を用いることが可能である。

【０２２８】ある温度域において反強誘電相を示す液晶
を反強誘電性液晶という。反強誘電性液晶を有する混合
液晶には、電場に対して透過率が連続的に変化する電気
光学応答特性を示す、無しきい値反強誘電性混合液晶と
呼ばれるものがある。この無しきい値反強誘電性混合液
晶は、Ｖ字型の電気光学応答特性を示すものがあり、そ
の駆動電圧が約±２．５Ｖ程度（セル厚約１μｍ〜２μ
ｍ）のものも見出されている。

【０２２９】ここで、Ｖ字型の電気光学応答を示す無し
きい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率
の特性を示す例を図２３に示す。図２３に示すグラフの
縦軸は透過率（任意単位）、横軸は印加電圧である。な
お、液晶表示装置の入射側の偏光板の透過軸は、液晶表
示装置のラビング方向にほぼ一致する無しきい値反強誘
電性混合液晶のスメクティック層の法線方向とほぼ平行
に設定されている。また、出射側の偏光板の透過軸は、
入射側の偏光板の透過軸に対してほぼ直角（クロスニコ
ル）に設定されている。

【０２３０】図２３に示されるように、このような無し
きい値反強誘電性混合液晶を用いると、低電圧駆動かつ
階調表示が可能となることがわかる。

【０２３１】このような低電圧駆動の無しきい値反強誘
電性混合液晶をアナログドライバを有する液晶表示装置
に用いた場合には、画像信号のサンプリング回路の電源
電圧を、例えば、５Ｖ〜８Ｖ程度に抑えることが可能と
なる。よって、ドライバの動作電源電圧を下げることが
でき、液晶表示装置の低消費電力化および高信頼性が実
現できる。

【０２３２】また、このような低電圧駆動の無しきい値
反強誘電性混合液晶をデジタルドライバを有する液晶表
示装置に用いた場合にも、Ｄ／Ａ変換回路の出力電圧を
下げることができるので、Ｄ／Ａ変換回路の動作電源電
圧を下げることができ、ドライバの動作電源電圧を低く
することができる。よって、液晶表示装置の低消費電力
化および高信頼性が実現できる。

【０２３３】よって、このような低電圧駆動の無しきい
値反強誘電性混合液晶を用いることは、比較的ＬＤＤ領
域（低濃度不純物領域）の幅が小さなＴＦＴ（例えば０
ｎｍ〜５００ｎｍまたは０ｎｍ〜２００ｎｍ）を用いる
場合においても有効である。

【０２３４】また、一般に、無しきい値反強誘電性混合
液晶は自発分極が大きく、液晶自体の誘電率が高い。こ
のため、無しきい値反強誘電性混合液晶を液晶表示装置
に用いる場合には、画素に比較的大きな保持容量が必要
となってくる。よって、自発分極が小さな無しきい値反
強誘電性混合液晶を用いるのが好ましい。また、液晶表
示装置の駆動方法を線順次駆動とすることにより、画素
への階調電圧の書き込み期間（ピクセルフィードピリオ
ド）を長くし、保持容量が小くてもそれを補うようにし
てもよい。

【０２３５】なお、このような無しきい値反強誘電性混
合液晶を用いることによって低電圧駆動が実現されるの
で、液晶表示装置の低消費電力が実現される。

【０２３６】なお、図２３に示すような電気光学特性を
有する液晶であれば、いかなるものも本明細書に記載の
液晶表示装置の表示媒体として用いることができる。

【０２３７】次に、以上のようにして作製したＡＭ−Ｌ
ＣＤの外観を図２２に示す。図２２に示すようにアクテ
ィブマトリクス基板と対向基板とが対向し、これらの基
板間に液晶が挟まれている。アクティブマトリクス基板
は基板６３０上に形成された画素マトリクス回路６３
１、走査線駆動回路６３２、信号線駆動回路６３３を有
する。

【０２３８】走査線駆動回路６３２、信号線駆動回路６
３３はそれぞれ走査線６４１、信号線６４２によって画
素マトリクス回路６３１に接続されている。これら駆動
回路６３２、６３３はＣＭＯＳ回路で主に構成されてい
る。

【０２３９】画素マトリクス回路６３１の行ごとに走査
線６４１が形成され、列ごとに信号線６４２が形成され
ている。走査線６４１、信号線６４２の交差部近傍に
は、画素マトリクス回路のＴＦＴ６４０が形成されてい
る。画素マトリクス回路のＴＦＴ６４０のゲート電極は
走査線６４１に接続され、ソースは信号線６４２に接続
されている。さらに、ドレインには画素電極６４３、保
持容量６４４が接続されている。

【０２４０】対向基板６５０は基板全面にＩＴＯ膜等の
透明導電膜が形成されている。透明導電膜は画素マトリ
クス回路６３１の画素電極６４３に対する対向電極であ
り、画素電極、対向電極間に形成された電界によって液
晶材料が駆動される。対向基板６５０には必要に応じて
配向膜や、ブラックマスクや、カラーフィルターが形成
されている。

【０２４１】アクティブマトリクス基板側の基板にはＦ
ＰＣ６３４を取り付ける面を利用してＩＣチップ６３
５、６３６が取り付けられている。これらのＩＣチップ
６３５、６３６はビデオ信号の処理回路、タイミングパ
ルス発生回路、γ補正回路、メモリ回路、演算回路など
の回路をシリコン基板上に形成して構成される。

【０２４２】さらに、本実施例では液晶表示装置を例に
挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示
装置であればＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装
置やＥＣ（エレクトロクロミックス）表示装置に本願発
明を適用することも可能である。

【０２４３】〔実施例１０〕本実施例では、本願発明を
用いてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置を作
製した例について説明する。なお、図３０（Ａ）は本願
発明のＥＬ表示装置の上面図であり、図３０（Ｂ）はそ
の断面図である。

【０２４４】図３０（Ａ）において、３００１は基板、
３００２は画素部、３００３はソース側駆動回路、３０
０４はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は
配線３００５を経てＦＰＣ（フレキシブルプリントサー
キット）３００６に至り、外部機器へと接続される。

【０２４５】このとき、画素部３００２、ソース側駆動
回路３００３及びゲート側駆動回路３００４を囲むよう
にして第１シール材３１０１、カバー材３１０２、充填
材３１０３及び第２シール材３１０４が設けられてい
る。

【０２４６】また、図３０（Ｂ）は図３０（Ａ）をＡ−
Ａ’で切断した断面図に相当し、基板３００１の上にソ
ース側駆動回路３００３に含まれる駆動ＴＦＴ（但し、
ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを図
示している。）３２０１及び画素部３００２に含まれる
画素ＴＦＴ（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御す
るＴＦＴを図示している。）３２０２が形成されてい
る。

【０２４７】駆動ＴＦＴ３２０１及び画素ＴＦＴ３２０
２の上には樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）３３
０１が形成され、その上に画素ＴＦＴ３２０２のドレイ
ンと電気的に接続する画素電極（陰極）３３０２が形成
される。画素電極３３０２としては遮光性を有する導電
膜（代表的にはアルミニウム、銅もしくは銀を主成分と
する導電膜またはそれらと他の導電膜との積層膜）を用
いることができる。本実施例ではアルミニウム合金を画
素電極として用いる。

【０２４８】そして、画素電極３３０２の上には絶縁膜
３３０３が形成され、絶縁膜３３０３は画素電極３３０
２の上に開口部が形成されている。この開口部におい
て、画素電極３３０２の上にはＥＬ（エレクトロルミネ
ッセンス）層３３０４が形成される。ＥＬ層３３０４は
公知の有機ＥＬ材料または無機ＥＬ材料を用いることが
できる。また、有機ＥＬ材料には低分子系（モノマー
系）材料と高分子系（ポリマー系）材料があるがどちら
を用いても良い。

【０２４９】ＥＬ層３３０４の形成方法は公知の技術を
用いれば良い。また、ＥＬ層の構造は正孔注入層、正孔
輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層を自由に
組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。

【０２５０】ＥＬ層３３０４の上には透明導電膜からな
る陽極３３０５が形成される。透明導電膜としては、酸
化インジウムと酸化スズとの化合物または酸化インジウ
ムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。また、
陽極３３０５とＥＬ層３３０４の界面に存在する水分や
酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空
中で両者を連続成膜するか、ＥＬ層３３０４を窒素また
は希ガス雰囲気で形成し、酸素や水分に触れさせないま
ま陽極３３０５を形成するといった工夫が必要である。
本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール
方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可
能とする。

【０２５１】そして陽極３３０５は３３０６で示される
領域において配線３００５に電気的に接続される。配線
３００５は陽極３３０５に所定の電圧を与えるための配
線であり、導電性材料３３０７を介してＦＰＣ３００６
に電気的に接続される。

【０２５２】以上のようにして、画素電極（陰極）３３
０２、ＥＬ層３３０４及び陽極３３０５からなるＥＬ素
子が形成される。このＥＬ素子は、第１シール材３１０
１及び第１シール材３１０１によって基板３００１に貼
り合わされたカバー材３１０２で囲まれ、充填材３１０
３により封入されている。

【０２５３】カバー材３１０２としては、ガラス板、Ｆ
ＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ
Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライ
ド）フィルム、マイラーフィルム、ポリエステルフィル
ムまたはアクリルフィルムを用いることができる。本実
施例の場合、ＥＬ素子からの光の放射方向がカバー材３
１０２の方へ向かうため透光性材料を用いる。

【０２５４】但し、ＥＬ素子からの光の放射方向がカバ
ー材とは反対側に向かう場合には透光性材料を用いる必
要はなく、金属板（代表的にはステンレス板）、セラミ
ックス板、またはアルミニウムホイルをＰＶＦフィルム
やマイラーフィルムで挟んだ構造のシートを用いること
ができる。

【０２５５】また、充填材３１０３としては紫外線硬化
樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポ
リビニルクロライド）、アクリル、ポリイミド、エポキ
シ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラ
ル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を用い
ることができる。この充填材３１０３の内部に吸湿性物
質（好ましくは酸化バリウム）を設けておくとＥＬ素子
の劣化を抑制できる。なお、本実施例ではＥＬ素子から
の光が充填材３１０３を通過できるように、透明な材料
を用いる。

【０２５６】また、充填材３１０３の中にスペーサを含
有させてもよい。このとき、スペーサを酸化バリウムで
形成すればスペーサ自体に吸湿性をもたせることが可能
である。また、スペーサを設けた場合、スペーサからの
圧力を緩和するバッファ層として陽極３３０５上に樹脂
膜を設けることも有効である。

【０２５７】また、配線３００５は導電性材料３３０７
を介してＦＰＣ３００６に電気的に接続される。配線３
００５は画素部３００２、ソース側駆動回路３００３及
びゲート側駆動回路３００４に送られる信号をＦＰＣ３
００６に伝え、ＦＰＣ３００６により外部機器と電気的
に接続される。

【０２５８】また、本実施例では第１シール材３１０１
の露呈部及びＦＰＣ３００６の一部を覆うように第２シ
ール材３１０４を設け、ＥＬ素子を徹底的に外気から遮
断する構造となっている。こうして図３０（Ｂ）の断面
構造を有するＥＬ表示装置となる。

【０２５９】〔実施例１１〕本実施例では、実施例１０
に示したＥＬ表示装置の画素部に用いることができる画
素構造の例を図３１（Ａ）〜（Ｃ）に示す。なお、本実
施例において、３４０１はスイッチング用ＴＦＴ３４０
２のソース配線、３４０３はスイッチング用ＴＦＴ３４
０２のゲート配線、３４０４は電流制御用ＴＦＴ、３４
０５はコンデンサ、３４０６、３４０８は電流供給線、
３４０７はＥＬ素子とする。

【０２６０】図３１（Ａ）は、二つの画素間で電流供給
線３４０６を共通とした場合の例である。即ち、二つの
画素が電流供給線３４０６を中心に線対称となるように
形成されている点に特徴がある。この場合、電源供給線
の本数を減らすことができるため、画素部をさらに高精
細化することができる。

【０２６１】また、図３１（Ｂ）は、電流供給線３４０
８をゲート配線３４０３と平行に設けた場合の例であ
る。なお、図３１（Ｂ）では電流供給線３４０８とゲー
ト配線３４０３とが重ならないように設けた構造となっ
ているが、両者が異なる層に形成される配線であれば、
絶縁膜を介して重なるように設けることもできる。この
場合、電源供給線３４０８とゲート配線３４０３とで専
有面積を共有させることができるため、画素部をさらに
高精細化することができる。

【０２６２】また、図３１（Ｃ）は、図３１（Ｂ）の構
造と同様に電流供給線３４０８をゲート配線３４０３と
平行に設け、さらに、二つの画素を電流供給線３４０８
を中心に線対称となるように形成する点に特徴がある。
また、電流供給線３４０８をゲート配線３４０３a及び
３４０３bのいずれか一方と重なるように設けることも
有効である。この場合、電源供給線の本数を減らすこと
ができるため、画素部をさらに高精細化することができ
る。

【０２６３】〔実施例１２〕 本願発明を実施して作製
されたＣＭＯＳ回路や画素マトリクス回路は様々な電気
光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、
アクティブマトリクス型ＥＬディスプレイ、アクティブ
マトリクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができ
る。即ち、それら電気光学装置を表示媒体として組み込
んだ電子機器全ての作製工程に本願発明を実施できる。

【０２６４】その様な電子機器としては、ビデオカメ
ラ、デジタルカメラ、プロジェクター（リア型またはフ
ロント型）、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型
ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、
パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコン
ピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられ
る。それらの一例を図３２、図３３及び図３４に示す。

【０２６５】図３２（Ａ）はパーソナルコンピュータで
あり、本体２００１、画像入力部２００２、表示部２０
０３、キーボード２００４等を含む。本発明を画像入力
部２００２、表示部２００３やその他の信号制御回路に
適用することができる。

【０２６６】図３２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体
２１０１、表示部２１０２、音声入力部２１０３、操作
スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０
６等を含む。本発明を表示部２１０２やその他の信号制
御回路に適用することができる。

【０２６７】図３２（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モ
ービルコンピュータ）であり、本体２２０１、カメラ部
２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表
示部２２０５等を含む。本発明は表示部２２０５やその
他の信号制御回路に適用できる。

【０２６８】図３２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイで
あり、本体２３０１、表示部２３０２、アーム部２３０
３等を含む。本発明は表示部２３０２やその他の信号制
御回路に適用することができる。

【０２６９】図３２（Ｅ）はプログラムを記録した記録
媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであ
り、本体２４０１、表示部２４０２、スピーカ部２４０
３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５等を含
む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄ
ｉｇｔｉａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ
等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネッ
トを行うことができる。本発明は表示部２４０２やその
他の信号制御回路に適用することができる。

【０２７０】図３２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本
体２５０１、表示部２５０２、接眼部２５０３、操作ス
イッチ２５０４、受像部（図示しない）等を含む。本願
発明を表示部２５０２やその他の信号制御回路に適用す
ることができる。

【０２７１】図３３（Ａ）はフロント型プロジェクター
であり、投射装置２６０１、スクリーン２６０２等を含
む。本発明は投射装置２６０１の一部を構成する液晶表
示装置２８０８やその他の信号制御回路に適用すること
ができる。

【０２７２】図３３（Ｂ）はリア型プロジェクターであ
り、本体２７０１、投射装置２７０２、ミラー２７０
３、スクリーン２７０４等を含む。本発明は投射装置２
７０２の一部を構成する液晶表示装置２８０８やその他
の信号制御回路に適用することができる。

【０２７３】なお、図３３（Ｃ）は、図３３（Ａ）及び
図３３（Ｂ）中における投射装置２６０１、２７０２の
構造の一例を示した図である。投射装置２６０１、２７
０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０
４〜２８０６、ダイクロイックミラー２８０３、プリズ
ム２８０７、液晶表示装置２８０８、位相差板２８０
９、投射光学系２８１０で構成される。投射光学系２８
１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施
例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単
板式であってもよい。また、図３３（Ｃ）中において矢
印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機
能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィル
ム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。

【０２７４】また、図３３（Ｄ）は、図３３（Ｃ）中に
おける光源光学系２８０１の構造の一例を示した図であ
る。本実施例では、光源光学系２８０１は、リフレクタ
ー２８１１、光源２８１２、レンズアレイ２８１３、２
８１４、偏光変換素子２８１５、集光レンズ２８１６で
構成される。なお、図３３（Ｄ）に示した光源光学系は
一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に
実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィル
ムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光
学系を設けてもよい。

【０２７５】ただし、図３３に示したプロジェクターに
おいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示して
おり、反射型の電気光学装置及びＥＬ表示装置での適用
例は図示していない。

【０２７６】図３４（Ａ）は携帯電話であり、本体２９
０１、音声出力部２９０２、音声入力部２９０３、表示
部２９０４、操作スイッチ２９０５、アンテナ２９０６
等を含む。本願発明を音声出力部２９０２、音声入力部
２９０３、表示部２９０４やその他の信号制御回路に適
用することができる。

【０２７７】図３４（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であ
り、本体３００１、表示部３００２、３００３、記憶媒
体３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６
等を含む。本発明は表示部３００２、３００３やその他
の信号回路に適用することができる。

【０２７８】図３４（Ｃ）はディスプレイであり、本体
３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３等を含む。
本発明は表示部３１０３に適用することができる。本発
明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利
であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）の
ディスプレイには有利である。

【０２７９】

【発明の効果】本発明により、コヒーレントな光を線状
ビームに加工するレーザー照射装置において、線状ビー
ムの照射面での光強度が分散され、レーザービームによ
るレーザアニールの効果の面内均質性を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のビームホモジナイザーの構成図。

【図２】 本発明のビームホモジナイザーの構成図。

【図３】 本発明のシリンドリカルレンズ群の構成図。

【図４】 本発明のシリンドリカルレンズ群の構成図。

【図５】 実施例１のレーザー照射システムを示す図。

【図６】 実施例１のレーザーアニール装置の上面図。

【図７】 本発明のシリンドリカルレンズ群の変形例。

【図８】 本発明のシリンドリカルレンズ群の変形例。

【図９】 本発明のマルチフェイズレンズを用いたビー
ムホモジナイザーの構成図。

【図１０】本発明の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１１】実施例３の干渉じまのピッチｄを計算で求め
るために必要なパラメータを示す図。

【図１２】実施例３の干渉じまのピッチ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】実施例４の線状レーザーを形成する光学系。

【図１４】実施例４の線状レーザの走査方法を示す図。

【図１５】実施例５の多面取り基板に対するレーザ照射
の様子を示す図。

【図１６】実施例６の多面取り基板に対するレーザ照射
の様子を示す図。

【図１７】実施例７のＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す
図。

【図１８】実施例７のＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す
図。

【図１９】実施例７のＡＭ−ＬＣＤの作製工程を示す
図。

【図２０】実施例７の画素マトリクス回路の上面図およ
び回路配置を示す図。

【図２１】実施例７のＣＭＯＳ回路の上面図を示す図。

【図２２】実施例９のＡＭ−ＬＣＤの外観を示す図。

【図２３】実施例９のＶ字型の電気光学応答を示す無し
きい値反強誘電性混合液晶の印加電圧に対する光透過率
の特性図。

【図２４】 従来の線状ビームを照射した珪素膜の模式
図。

【図２５】 ビームホモジナイザーの構成図。

【図２６】 線状ビームの強度分布。

【図２７】 線状ビームの長手方向の強度分布のシュミ
レーション結果。

【図２８】 線状ビームの長手方向の強度分布のシュミ
レーション結果。

【図２９】 線状ビームの長手方向の強度分布のシュミ
レーション結果。

【図３０】 実施例１０のＥＬ表示装置の上面図（Ａ）
及び断面図（Ｂ）。

【図３１】 実施例１１のＥＬ表示装置の画素部の等価
回路図。

【図３２】 実施例１２の電子機器の説明図。

【図３３】 実施例１２のプロジェクターの説明図。

【図３４】 実施例１２の電子機器の説明図。

【符号の説明】

２０１ レーザー装置 ２０２ シリンドリカルレンズ群 ２０３ シリンドリカルレンズ群 ２０４ シリンドリカルレンズ ２０５ スリット ２０６ シリンドリカルレンズ群 ２０７ ミラー ２０８ シリンドリカルレンズ ２１０ 線状レーザービーム

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １本のビームを第１の方向に（２ｎ+
   １）本のビームに分割する第１の分割用光学レンズと、 １本のビームを前記第１の方向と垂直な第２の方向にＮ
   （ｎ−１）本のビームに分割する第２の分割用光学レン
   ズと、 前記第２の方向に集光して、前記第２の方向に分割され
   た複数のビームを合成する第１の合成用レンズと、 前記第１の方向に集光して、前記第１の方向に分割され
   た複数のビームを合成する第２の合成用レンズと、を含
   んだビームホモジナイザーであって、 前記第２の合成用レンズは（ｎ' −１）個のシリンドリ
   カルレンズでなり、 前記（ｎ' −１）個のシリンドリカルレンズのそれぞれ
   の主点を前記第２の方向に直交する平面に正射影した像
   は、同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並んだ
   （ｎ' −１）個の点となり、 前記ｄは、前記前記第２の合成用レンズの１つのシリン
   ドリカルレンズを透過したビームが照射面で形成する干
   渉縞のピークの間隔であり、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするビームホモジナイザー。
2. 【請求項２】 １本のビームを第１の方向に（２ｎ）本
   のビームに分割する第１の分割用光学レンズと、 １本のビームを前記第１の方向と垂直な第２の方向にＮ
   （ｎ−１）本のビームに分割する第２の分割用光学レン
   ズと、 前記第２の方向に集光して、前記第２の方向に分割され
   た複数のビームを合成する第１の合成用レンズと、 前記第１の方向に集光して、前記第１の方向に分割され
   た複数のビームを合成する第２の合成用レンズと、を含
   んだビームホモジナイザーであって、 前記第２の合成用レンズは（ｎ' −１）個のシリンドリ
   カルレンズでなり、 前記（ｎ' −１）個のシリンドリカルレンズのそれぞれ
   の主点を前記第２の方向に直交する平面に正射影した像
   は、同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並んだ
   （ｎ' −１）個の点となり、 前記ｄは、前記前記第２の合成用レンズの１つのシリン
   ドリカルレンズを透過したビームが照射面で形成する干
   渉縞のピークの間隔であり、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするビームホモジナイザー。
3. 【請求項３】 （２ｎ+ １）個の第１のシリンドリカル
   レンズでなる第１のシリンドリカルレンズ群と、 Ｎ（ｎ−１）個の第２のシリンドリカルレンズでなる第
   ２のシリンドリカルレンズ群と、 第３のシリンドリカルレンズと、 （ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズでなる第
   ３のシリンドリカルレンズ群と、が光路上に順次に配置
   されたビームホモジナイザーであって、 前記第３のシリンドリカルレンズ群において、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズの主
   平面は、同一の平面を形成し、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズそれ
   ぞれの主点を前記平面に垂直な平面に正射影した像は、
   同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並ぶ（ｎ' −
   １）個の点であり、 λを前記エキシマレーザーの波長とし、ｆを第３のシリ
   ンドリカルレンズ群を構成する１つのシリンドリカルレ
   ンズの焦点距離とし、Ｌを前記第１のシリンドリカルレ
   ンズ群を構成する１つのシリンドリカルレンズの幅とし
   た場合、前記ｄはｄ＝λｆ／Ｌで示され、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするビームホモジナイザー。
4. 【請求項４】 （２ｎ）個の第１のシリンドリカルレン
   ズでなる第１のシリンドリカルレンズ群と、 Ｎ（ｎ−１）個の第２のシリンドリカルレンズでなる第
   ２のシリンドリカルレンズ群と、 第３のシリンドリカルレンズと、 （ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズでなる第
   ３のシリンドリカルレンズ群と、が光路上に順次に配置
   されたビームホモジナイザーであって、 前記第２のシリンドリカルレンズと第３のシリンドリカ
   ルレンズの光軸は平行であり、 前記第３のシリンドリカルレンズ群において、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズの主
   平面は、同一の平面を形成し、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズそれ
   ぞれの主点を前記平面に垂直な平面に正射影した像は、
   同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並ぶ（ｎ' −
   １）個の点であり、 λを前記エキシマレーザーの波長とし、ｆを第３のシリ
   ンドリカルレンズ群を構成する１つのシリンドリカルレ
   ンズの焦点距離とし、Ｌを前記第１のシリンドリカルレ
   ンズ群を構成する１つのシリンドリカルレンズの幅とし
   た場合、前記ｄはｄ＝λｆ／Ｌで示され、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするビームホモジナイザー。
5. 【請求項５】 請求項３または４において、前記第１の
   シリンドリカルレンズの母線に対して、第４のシリンド
   リカルレンズの母線は平行であり、第２、第３のシリン
   ドリカルレンズの母線は垂直であり、 前記第２のシリンドリカルレンズの母線と第３のシリン
   ドリカルレンズの母線は平行であることを特徴とするビ
   ームホモジナイザー。
6. 【請求項６】 レーザービームを発生するレーザー発生
   装置と、 ビームホモジナイザーと、 一方向に移動可能なステージと、を有するレーザー照射
   装置であって、前記ビームホモジナイザーは、 １本のビームを第１の方向に（２ｎ+ １）本のビームに
   分割する第１の分割用光学レンズと、 １本のビームを前記第１の方向と垂直な第２の方向にＮ
   （ｎ−１）本のビームに分割する第２の分割用光学レン
   ズと、 前記第２の方向に集光して、前記第２の方向に分割され
   た複数のビームを合成する第１の合成用レンズと、 前記第１の方向に集光して、前記第１の方向に分割され
   た複数のビームを合成する第２の合成用レンズと、を含
   み、 前記第２の合成用レンズは（ｎ' −１）個のシリンドリ
   カルレンズでなり、 前記（ｎ' −１）個のシリンドリカルレンズのそれぞれ
   の主点を前記第２の方向に直交する平面に正射影した像
   は、同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並んだ
   （ｎ' −１）個の点となり、 前記ｄは、前記前記第２の合成用レンズの１つのシリン
   ドリカルレンズを透過したビームが照射面で形成する干
   渉縞のピークの間隔であり、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするレーザー照射装置。
7. 【請求項７】 レーザービームを発生するレーザー発生
   装置と、 ビームホモジナイザーと、 一方向に移動可能なステージと、を有するレーザー照射
   装置であって、前記ビームホモジナイザーは、 １本のビームを第１の方向に（２ｎ+ １）本のビームに
   分割する第１の分割用レンズと、 １本のビームを前記第１の方向と垂直な第２の方向にＮ
   （ｎ−１）本のビームに分割する第２の分割用レンズ
   と、 前記第２の方向に集光して、前記第２の方向に分割され
   た複数のビームを合成する第１の合成用レンズと、 前記第１の方向に集光して、前記第１の方向に複数のビ
   ームを合成する第２の合成用レンズと、を含み、 前記第２の合成用レンズは（ｎ' −１）個のシリンドリ
   カルレンズでなり、 前記（ｎ' −１）個のシリンドリカルレンズのそれぞれ
   の主点を前記第２の方向に直交する平面に正射影した像
   は、同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並んだ
   （ｎ' −１）個の点となり、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするレーザー照射装置。
8. 【請求項８】 レーザービームを発生するレーザー発生
   装置と、 ビームホモジナイザーと、 一方向に移動可能なステージと、を有するレーザー照射
   装置であって、前記ビームホモジナイザーは、 （２ｎ＋１）個の第１のシリンドリカルレンズでなる第
   １のシリンドリカルレンズ群と、 Ｎ（ｎ−１）個の第２のシリンドリカルレンズでなる第
   ２のシリンドリカルレンズ群と、 第３のシリンドリカルレンズと、 （ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズでなる第
   ３のシリンドリカルレンズ群と、が光路上に前記レーザ
   ー装置の出射側から順次に配置され、 前記第３のシリンドリカルレンズ群において、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズの主
   平面は、同一の平面を形成し、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズそれ
   ぞれの主点を前記平面に垂直な平面に正射影した像は、
   同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並ぶ（ｎ' −
   １）個の点であり、 λを前記エキシマレーザーの波長とし、ｆを第３のシリ
   ンドリカルレンズ群を構成する１つのシリンドリカルレ
   ンズの焦点距離とし、Ｌを前記第１のシリンドリカルレ
   ンズ群を構成する１つのシリンドリカルレンズの幅とし
   た場合、前記ｄはｄ＝λｆ／Ｌで示され、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするレーザー照射装置。
9. 【請求項９】 レーザービームを発生するレーザー発生
   装置と、 ビームホモジナイザーと、 一方向に移動可能なステージと、を有するレーザー照射
   装置であって、前記ビームホモジナイザーは、 ２ｎ個の第１のシリンドリカルレンズでなる第１のシリ
   ンドリカルレンズ群と、 Ｎ（ｎ−１）個の第２のシリンドリカルレンズでなる第
   ２のシリンドリカルレンズ群と、 第３のシリンドリカルレンズと、 （ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズでなる第
   ３のシリンドリカルレンズ群と、が光路上に前記レーザ
   ー装置の出射側から順次に配置され、 前記第３のシリンドリカルレンズ群において、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズの主
   平面は、同一の平面を形成し、 前記（ｎ' −１）個の第４のシリンドリカルレンズそれ
   ぞれの主点を前記平面に垂直な平面に正射影した像は、
   同一直線上にｄ／（ｎ' −１）の間隔で並ぶ（ｎ' −
   １）個の点であり、 λを前記エキシマレーザーの波長とし、ｆを第３のシリ
   ンドリカルレンズ群を構成する１つのシリンドリカルレ
   ンズの焦点距離とし、Ｌを前記第１のシリンドリカルレ
   ンズ群を構成する１つのシリンドリカルレンズの幅とし
   た場合、前記ｄはｄ＝λｆ／Ｌで示され、 前記Ｎは自然数であり、前記ｎは３以上の整数であり、
   前記ｎ' は３≦ｎ' ≦ｎを満たす整数であることを特徴
   とするレーザー照射装置。
10. 【請求項１０】 請求項８または９において、 前記第１のシリンドリカルレンズの母線に対して、第４
    のシリンドリカルレンズの母線は平行であり、第２、第
    ３のシリンドリカルレンズの母線は垂直であることを特
    徴とするレーザー照射装置。
11. 【請求項１１】 請求項６〜１０のいずれか１項におい
    て、 前記レーザー発生装置は連続発光エキシマレーザービー
    ムを発生することを特徴とするレーザー照射装置。