JP2005175444A

JP2005175444A - レーザ照射装置並びに半導体装置の作製方法。

Info

Publication number: JP2005175444A
Application number: JP2004317433A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Tanaka; 幸一郎田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-01
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】
強度分布の均一な矩形状の像を、結像光学系を用いて伝達するとき、収差が起こることで、強度分布の均一性に悪影響がでるという問題がある。本発明は、シリンドリカルレンズに代表される結像光学系による収差を低減し、照射面において強度分布の均一なビームスポットの面積を拡大し、照射面に均一なアニールを効率的に行うことができるレーザ照射装置並びに該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を提供する。
【解決手段】
本発明においては、軸外しシリンドリカルレンズアレイ１０１等の軸外しレンズアレイを用いることで、レーザビームの広がりを抑え、結像光学系のサイズを小型化する。小型化によってコストの削減、メンテナンス作業の煩雑さを低減し、さらには収差を低減させることができる。収差が低減されることによって、ビームスポットの強度分布の均一性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザ照射装置に関する。また、該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法に関する。

近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す。）を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度が高いので、高速動作が可能である。そのため、画素の駆動用の回路を外付けのＩＣチップで実装していたものを、画素と同一の基板上にＴＦＴを用いて一体形成することが可能となっている。

ＴＦＴを作製するために適した多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜を結晶化して得られているが、通常この結晶化にはレーザアニール法が用いられている。これは、通常の熱アニールでは６００℃以上の高温が必要であるのに対し、廉価なガラス基板は耐熱性に劣り熱変形しやすいためである。すなわち、レーザアニール法は輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないといった有利な特徴を有しているため、ガラス基板上に形成した非晶質半導体膜の結晶化に広く用いられている。

なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。

レーザアニールに用いられるレーザ発振器はその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。前記レーザアニールには、エキシマレーザに代表されるパルス発振のレーザ発振器から発振されたレーザビームが用いられることが多い。その理由として、パルス発振のレーザ発振器は連続発振のレーザ発振器に比べて単位時間当たりの出力エネルギーが３〜６桁程度高い点が挙げられる。よって、ビームスポット（被処理物の表面において実際にレーザビームが照射される領域）を数センチ角の長方形状や、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて整形し、レーザビームの照射位置を照射面に対し相対的に移動させて、照射する方法は生産性が高く工業的に優れている。（例えば特許文献１参照）このことから、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザ発振器を用いることが主流となっている。なお、本明細書中では、照射面における形状が長方形状であるレーザビームを長方形状ビームと呼び、線状であるレーザビームを線状ビームと呼ぶ。

特開平０８‐０８８１９６号公報

なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上（好ましくは１０〜１００００）のものを線状と呼ぶが、線状が長方形状に含まれることに変わりはない。

レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布は一般的にガウス分布であり、前記レーザビームの中央から端部に向かって強度が弱まる特徴を有している。均一なレーザアニールを行うためには、照射面上において前記レーザビームの強度分布を均一化する必要がある。近年、均一化の手法として、レンズアレイを用いて、レーザビームを所定の方向に分割し、分割されたそれぞれのレーザビームを同一面内において重ね合わせることによって強度分布を均一化する手法がとられることが多い。このようにして形成された長方形状ビームの長辺の長さを３００ｍｍ以上、その短辺の長さを１ｍｍ以下とすることで大型基板に成膜された半導体膜のレーザアニールをより効率的に行うことができるようになった。

レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布を、レンズアレイを用いて均一化する一般的な手法を、図６を用いて説明する。図６には、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを組み合わせ、照射面上に線状ビームを形成する構成を簡潔に示したものである。なお、図６（ａ）において、照射面６０８上に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が短辺方向である。図６（ａ）において、レーザ発振器６０１はＸｅＣｌエキシマレーザである。レーザ発振器６０１から発振されたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ６０２に入射し、４分割された後、シリンドリカルレンズ６０４によっていったん一つのビームスポットに合成され、強度分布の均一な像を形成する。その後、再び分離したビームスポットは、ミラー６０６で反射された後にシリンドリカルレンズ６０７によって再び一つのビームスポットに集光され、照射面６０８上に照射される。こうして、短辺方向に強度分布の均一化された線状ビームが照射面６０８上に形成され、同時に前記短辺方向の長さが決定される。

次に、図６（ｂ）について説明する。図６（ｂ）において、レーザ発振器６０１から発振されたレーザビームはシリンドリカルレンズアレイ６０３によって３分割された後、シリンドリカルレンズ６０５にて、３分割された前記スポットは照射面６０８にて１つに合成される。ミラー６０６以降が破線で示されているが、前記破線は、ミラー６０６を配置しなかった場合の正確な光路とレンズ及び照射面の位置を示している。これにより、線状に整形されたビームスポットの長辺方向の強度分布が均一化され、前記長辺方向の長さが決定される。

上記の構成で整形された線状のビームスポットをそのビームスポットの短辺方向に徐々にずらしながら重ねて照射する。そうすると、例えば非単結晶珪素膜全面に対して効率的にレーザアニールを施して結晶化及び結晶性を向上させることができる。

しかし、前記シリンドリカルレンズによって、強度分布の均一な像を照射面に伝達する際、収差が起こることによって、照射面上に形成されるビームスポット内の均一性に悪影響がでるという問題がある。図２に、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズによって、線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する構成の拡大図を示す。シリンドリカルレンズアレイ２０１によって４分割されたレーザビームはシリンドリカルレンズ２０２によって一つのビームスポットに合成され、該ビームスポットにおいて強度分布が均一化されている。このビームスポットを、結像光学系ともいうシリンドリカルレンズ２０３を用いて照射面に伝達する。このとき、図２に示すように該シリンドリカルレンズ２０３に入射したレーザビームは、前記シリンドリカルレンズ２０３への入射高によって結像点が異なるために、収差を起こしていることがわかる。このため、ビームスポットの全面積に占める強度分布の均一な領域の割合を増やすことが困難である。結果として、照射面として半導体膜を用いてレーザアニールを行うとき、強度分布の均一なビームスポットを用いてアニールできる領域が広くとれず、スループットが低いという問題がある。

そこで本発明は、シリンドリカルレンズに代表される結像光学系による収差を低減し、照射面において強度分布の均一なビームスポットの面積を拡大し、照射面に均一なアニールを効率的に行うことができるレーザ照射装置並びに、該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。

本発明が開示するレーザ照射装置は、レーザ発振器と、軸外しレンズアレイと、結像光学系とを有し、前記軸外しレンズアレイによって前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを分割し、分割した前記レーザビームを重ね合わせることによって所定の平面上に強度分布の均一な像を形成し、前記所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前記強度分布の均一な像を照射面に伝達することを特徴とする。前記軸外しレンズアレイを構成する各軸外しレンズの軸外し量は、形成したい像のサイズや場所等の条件によって、適宜決定すればよい。

上記の発明において、前記強度分布の均一な像は長方形であることを特徴とする。

上記の発明において、前記軸外しレンズアレイとして軸外しシリンドリカルレンズアレイを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする。

上記の発明において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカルレンズは、前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。短辺方向に短くすることができると、長辺方向により長い線状ビームが形成でき、一度の走査によってアニールできる領域が広がるため、スループットの向上につながる。また、大面積の基板上に半導体装置を作製する場合にも、基板の大きさに合わせて線状ビームの長辺方向の長さを長くし、少ない走査回数でアニールを行うことができるため、短時間で多数の基板が処理でき、スループットが向上する。

ここで、軸外しレンズについて説明する。軸外しレンズとは、該レンズの中心から主点の位置がずれているものである。

前記軸外しレンズアレイによって一旦形成される強度分布の均一な像を、前記結像光学系によって伝達するとき、前記強度分布の均一な像の広がりが小さいために、前記結像光学系は、従来に比べて格段に小型化することが可能である。前記結像光学系の小型化によって、コストの削減やメンテナンス作業の煩雑さの低減、さらには収差を抑えることが可能になる。収差が低減されることによって、照射面において強度分布の均一なビームスポット内の面積を拡大することができる。また、均一なビームスポットの形成が可能なことから、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば均一な結晶性が得られる。

本発明が開示するレーザ照射装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせることによって強度分布の均一な長方形状の像を形成する軸外しシリンドリカルレンズアレイとを有し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは前記長方形状の像の長辺方向に曲率を持つことを特徴とする。

本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成する工程と、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザアニールする工程においては、軸外しレンズアレイによりレーザビームを分割し、分割されたレーザビームを重ね合わせることで所定の平面上に強度分布が均一な像を形成し、前記所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前記強度分布の均一な像を照射面に伝達することを特徴とする。

上記の発明において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカルレンズは前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。

本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成する工程と、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザアニールする工程においては、軸外しシリンドリカルレンズアレイによりレーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせることで強度分布が均一な長方形状の像を形成し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは、前記長方形状の像の長辺方向に曲率を持つことを特徴とする。

上記の発明において、前記レーザビームはエキシマレーザから発振されることを特徴とする。

本発明によって、次のような効果が得られる。まず、軸外しレンズアレイを用いることによって、結像光学系に入射するレーザビームの広がりを抑えることができるため、前記結像光学系を小型化することができる。光学系を小型化することによって、コストの削減やメンテナンス作業の煩雑さを低減できるという利点がある。さらに、結像光学系を小型することによって収差を抑えることができ、ビームスポット内において強度分布の均一な領域を拡大することができる。このことから、照射面において線状ビームを形成する場合、特に短辺において強度分布が不均一な領域を小さくすることができる。より長い線状ビームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でより多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。また、収差が抑えられることから、均一なビームスポットを形成することができるため、均一なアニールが可能となる。均一なアニールを行えば均一な結晶性が得られ、好ましい。

本発明を用いた実施の形態を、図１及び図２を用いて説明する。まず、図１を用いて、本実施の形態で用いる軸外しシリンドリカルレンズアレイについて説明する。軸外しシリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズは該シリンドリカルレンズの平面から最も遠い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを用いている。軸外しシリンドリカルレンズアレイを設計する上で重要な点は、該軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームが、所定の平面において重なり合って、強度分布が均一な像を形成するように軸外し量を決定することである。本実施の形態においては、照射面において長方形状のビームスポットを形成し、また該軸外しシリンドリカルレンズアレイと結像光学系であるシリンドリカルレンズを長方形状のビームスポットの短辺方向に作用する例について説明する。軸外しシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを組み合わせることで、形成される長方形状ビームスポットの短辺方向の長さをより短くすることができるため、上記のように長辺方向の長さをより長くすることができ、スループットの向上を実現することができる。

図１において、軸外しシリンドリカルレンズアレイ１０１は焦点距離Ａ₁であり、焦点からさらに距離Ａ₂後方において強度分布の均一な長方形状の像を形成する。前記長方形状の像を第１の像とする。この像から距離Ａ₃後方に結像光学系としてシリンドリカルレンズ１０２を配置する。シリンドリカルレンズ１０２は前記第１の像を照射面１０３上に伝達し、照射面１０３上に強度分布の均一な長方形状の像（これを第２の像とする。）を形成する。図１に示した本発明の構成において、結像光学系であるシリンドリカルレンズ１０２に入射するレーザビームの広がりＤ₂が、従来技術と比較して大幅に抑えられることが本発明による利点であり、本実施の形態では、図２に示す従来技術とこれとを比較する。

図２は従来技術を示しており、シリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズを用いて照射面上に長方形状のビームスポットを形成する構成を示している。図１に示す本発明の構成と比較するため、比較対象である従来技術の構成において用いられる各光学系の条件（焦点距離、サイズ、材質等）は図１に示すものと同じとする。シリンドリカルレンズアレイ２０１は焦点距離Ａ₁であり、これは図１に示す軸外しシリンドリカルレンズアレイ１０１の焦点距離と同じである。また、シリンドリカルレンズアレイ２０１の焦点から距離Ａ₂後方に焦点距離Ａ₂のシリンドリカルレンズ２０２を配置し、シリンドリカルレンズ２０２によって強度分布の均一な長方形状の像（第１の像と呼ぶ）を形成する。そして、第１の像から距離Ａ₃後方に結像光学系としてシリンドリカルレンズ２０３を配置する。

つまり、図１、図２の両図において、第１の像からそれぞれ同距離後方に同じ焦点距離を有する結像光学系を配置し、さらに同距離後方に照射面を配置し、同じサイズの第２の像を形成するものとする。図２において、シリンドリカルレンズ２０２に入射するレーザビームの広がりはＤ₁であり、結像光学系であるシリンドリカルレンズ２０３に入射するレーザビームの広がりはＤ₃とする。上記に示したＡ₁、Ａ₂、Ａ₃の大小関係は、Ａ₁＞Ａ₂、Ａ₂＜Ａ₃とする。その理由は以下の通りである。Ａ₁＞Ａ₂とすれば、Ａ₁、Ａ₂の比に応じて第１の像のサイズを小さくすることができ、Ａ₁＞＞Ａ₂とするほど、第１の像は小さくすることができる。またＡ₂＜Ａ₃とすれば、第１の像に対して照射面上に形成される第２の像の縮小率を上げることができ、さらに、Ａ₂＜＜Ａ₃とするほどその縮小率は上がり、より小さいビームスポットにすることができる。

この構成を、長方形状のレーザビームの短辺方向に用いれば、より細いビームを形成することができるため、好ましい。本発明による構成において、Ｄ₂の広がりは、以下のように求めることができる。Ｄ₁：Ｄ₂＝（Ａ₁＋Ａ₂）：Ａ₃より、Ｄ₂＝Ａ₃・Ｄ₁／（Ａ₁＋Ａ₂）となる。一方で、図２において、広がりＤ₃は、Ｄ₁：Ｄ₃＝Ａ₂：Ａ₃より、Ｄ₃＝Ａ₃・Ｄ₁／Ａ₂となる。Ｄ₂とＤ₃を比較すると、Ｄ₂の方が分母が大きいため、得られる数値が小さいことがわかり、このことから、本発明によってレーザビームの広がりが抑えられることがわかる。またＡ₁＞＞Ａ₂、Ａ₂＜＜Ａ₃とすることで、Ｄ₃／Ｄ₂＝１＋Ａ₁／Ａ₂＞＞１となり、その効果は顕著に表れ、より小さなビームスポットとすることができる。

図２に示す従来技術と比較して、図１に示す本発明が優れている点はこのビームの広がりが抑えられることにある。この理由を以下に説明する。図１、図２の両図で示した第１の像から同距離後方に結像光学系を配置し、レーザビームを集光させ、像を形成するとき、図２に示すシリンドリカルレンズ２０３は、図１に示すシリンドリカルレンズ１０２より大きくなることは、上記のように、広がりが大きくなることから明らかである。一方、図１に示す本発明を適用した例においては、ビームの広がりが小さいために、シリンドリカルレンズ１０２のサイズを小さくすることができる。結像光学系の小型化によって、コストや、メンテナンスの煩雑さを低減し、さらに、収差を抑えることができるという利点がある。

結像光学系のサイズは、大きくなればなるほど結像光学系の端部が該結像光学系の中心から遠くなる。光学系へのレーザビームの入射高によって結像点は異なることから、結像光学系が大きくなるに従って、焦点において収差は大きくなる。図２に示す照射面２０４上では、結像光学系２０３のサイズが大きいことから収差が増大し、均一なアニールが困難となる。このことから、結像光学系としてのシリンドリカルレンズはサイズが小さい方が好ましく、収差を抑えることによって、照射面において、強度分布の均一なビームスポットの面積を拡大することができる。照射面において線状ビームを形成するのであれば、強度分布が均一である、線状ビームをより長くすることができる。より長い線状ビームを用いて半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でより多くの枚数を処理できるため、スループットが向上する。さらに、収差を抑えることによって均一なアニールが可能になり、均一な結晶性が得られる。

本実施例では、発明を実施するための最良の形態に記載した光学系の条件を具体的に示し、その光学系を用いたレーザ照射装置を、図３を用いて説明する。

図３（ａ）では、軸外しシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズを用いて、照射面３０５上に形成される線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する例を説明する。さらに、図３（ｂ）では、該線状ビームの長辺方向においても、軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いて、強度分布を均一化する例を説明する。レーザ発振器３０１として、エキシマレーザを用いる。レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは矢印の方向に伝搬し、軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０２及び３０３、シリンドリカルレンズ３０４を経て、照射面３０５に照射される。軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０２は焦点距離７５０ｍｍで幅６ｍｍのシリンドリカルレンズ４枚から構成されている。

図３（ａ）の側面図において、レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０２に入射し、４分割された後、完全に重なり合い、強度分布の均一な２ｍｍの像を形成する。本実施例では、この像を第１の像と呼ぶ。そして、該シリンドリカルレンズ３０４は、第１の像を照射面３０５上に伝達するリレーレンズとして機能する。該シリンドリカルレンズ３０４は、本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０２を用いることで、レーザビームの広がりを抑えられることから、そのサイズを小さくすることができるため、照射面３０５上において、収差がほとんど見られないビームスポットを伝達することができる。また、前記シリンドリカルレンズ３０４によって、照射面３０５上における線状ビームの短辺方向の長さが決定される。本実施例では、第１の像から１０００ｍｍの距離にシリンドリカルレンズ３０４を配置し、さらにシリンドリカルレンズ３０４から照射面３０５までの距離が２５０ｍｍであることから、照射面３０５上に形成される線状ビームの短辺方向の長さは５００μｍである。

図３（ｂ）の平面図において、レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０３に入射し、４分割された後、照射面３０５上において完全に重なり合い、強度分布の均一な像を形成する。このとき、照射面３０５上に形成したい線状ビームの長辺方向の長さに応じて、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０３のサイズ、配置、また前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０３を構成する各シリンドリカルレンズ等は最適化すればよい。長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用い、結像光学系を用いることなしに、照射面に像を形成すると、結像光学系による収差をなくすことができる。収差の影響を考慮することなく、照射面において強度分布の均一なビームスポットを形成することができる。この点から、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いることは有効である。

こうして、照射面３０５上において強度分布の均一な線状ビームを形成することができる。本発明を適用することによって、前記線状ビームの長辺方向および短辺方向に収差を抑えることができ、ビームスポット内の強度分布の均一な面積を拡大することができるため、照射面において、強度分布の均一な線状ビームをより長くすることができる。より長い線状ビームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面としてアニールを行えば、短時間でより多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。

本実施例では、本発明を用いたレーザ照射装置においてライトパイプを用いる例を、図４を用いて説明する。

図４において、レーザ発振器４０１はエキシマレーザである。４０２及び４０３は軸外しシリンドリカルレンズアレイである。ライトパイプ４０４は向かい合う反射面を１組有し、反射面は照射面４０６上に形成される線状ビームスポットの短辺方向に作用するように配置する。ライトパイプの間隔は２ｍｍで配置されている。図４（ａ）において、照射面４０６上に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が短辺方向である。ライトパイプ４０４の反射面間は空気で満たされており、ライトパイプ４０４に入射したレーザビームは反射を繰り返し、分割されたレーザビームが同一面内において重ね合わされることにより、レーザビームが重ね合わされた位置である射出口においてレーザビームの強度分布が均一化される。

図４（ａ）において、軸外しシリンドリカルレンズアレイ４０２を構成するシリンドリカルレンズは、シリンドリカルレンズであり、該シリンドリカルレンズの平面から最も遠い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを用いている。この軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームは、ライトパイプ４０４の入口において重ね合わされ、強度分布が均一な像を形成する。本実施例においてこの像を第１の像と呼ぶ。ライトパイプ４０４に入射したレーザビームは、ライトパイプ４０４内で反射を繰り返して射出口に至り、射出口にて強度分布が均一な像が形成される。この射出口において形成される像を本実施例では第２の像と呼ぶ。ライトパイプ４０４の後方に配置されるシリンドリカルレンズ４０５は、第２の像を照射面４０６上に投影するためのリレーレンズとして機能する。こうして照射面４０６上において、線状ビームの短辺方向に強度分布の均一なビームスポットが形成される。

図４（ｂ）において、レーザ発振器から射出されたレーザビームは軸外しシリンドリカルレンズアレイ４０３に入射し、４分割される。その後、照射面４０６において完全に重ね合わされ、線状ビームの長辺方向に強度分布の均一なビームスポットを形成する。長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用い、結像光学系を用いることなしに、照射面に像を形成すると、結像光学系による収差をなくすことができる。収差の影響を考慮することなく、照射面において強度分布の均一なビームスポットを形成することができる。この点から、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いることは有効である。

本実施例のように、軸外しシリンドリカルレンズアレイとライトパイプを組み合わせることによって、ライトパイプ内でレーザビームの反射回数を増やすことができることから、強度分布をより均一化することができ、好ましい。

さらに、軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームが重ね合わされる際に、完全に同一に重ね合わされなくとも、ライトパイプ４０４内で反射を繰り返し、強度分布の均一性を向上させることができるため、完全に同一でなくともライトパイプで補正することができ、好ましい。

以上のようにして形成された線状ビームを用いて、例えば半導体膜を照射面としてレーザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプレイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。

本実施例では、本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイと、従来から用いられているシリンドリカルレンズアレイを組み合わせた構成を有するレーザ照射装置について、図５を用いて説明する。

図５（ａ）において、レーザ発振器５０１から出力されたレーザビームは、矢印の方向に伝搬する。軸外しシリンドリカルレンズアレイ５０２は、前記レーザビームを４分割し、ある平面上で重なり合うことによって強度分布の均一な像を形成する。この像は後方に配置されたシリンドリカルレンズ５０５によって照射面５０６上に投影される。図５（ａ）において、照射面５０６上に形成される線状ビームは、紙面に平行な方向が短辺方向である。軸外しシリンドリカルレンズアレイ５０２を、線状ビームの短辺方向に曲率を持つように配置する利点は、以下の通りである。本発明によると、軸外しシリンドリカルレンズアレイ５０２を用いることでシリンドリカルレンズ５０５のサイズを小型化することができるため、照射面５０６上において収差を低減することができる。収差を抑えることによって、半導体膜をアニールするために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット内の領域を、短辺方向に拡大することができる。半導体膜のアニールを行うにあたって、線状ビームの短辺方向にレーザビームをオーバーラップさせながら走査することで、アニールを行う手法が工業的に優れており、一般的に用いられているが、半導体膜をアニールするために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット内の領域を短辺方向に拡大することで、より効率的にアニールを行うことができる。本実施例では、線状ビームの短辺方向のみに軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いたが、実施例１及び実施例２のように、短辺方向及び長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いた構成としてもよい。さらに、短辺方向に従来のシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを用い、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いてもよい。長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いれば、上記のように収差をなくすことによって、強度分布の均一な面積を長辺方向に拡大することが可能になり、より長い線状ビームを形成することができる。このことから、短時間で多数の基板を処理することができ、スループットが向上するという利点がある。

図５（ｂ）の平面図において、レーザ発振器５０１から出力されたレーザビームは矢印の方向に伝搬する。前記レーザビームはシリンドリカルレンズアレイ５０３によって３分割された後、シリンドリカルレンズ５０４によって集光され、照射面５０６上に照射される。図５（ｂ）において、照射面５０６に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が長辺方向である。

このように、本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイと、従来のシリンドリカルレンズアレイとを組み合わせた構成としても、照射面５０６上において、強度分布の均一な線状ビームを形成することができる。

本実施例では、本発明によるレーザ照射装置を用いて、薄膜トランジスタを形成する作製工程について、図７〜図９を用いて説明する。

まず図７（Ａ）に示すように、基板７００上に下地膜７０１を成膜する。基板７００には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ＳＵＳ基板等を用いることができる。また、プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いてもよい。

下地膜７０１は基板７００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜した。

なお下地膜７０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、ＳＵＳ基板又はプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板などの不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。

次に下地膜上に非晶質半導体膜７０２を形成する。非晶質半導体膜７０２の膜厚は２５ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。非晶質半導体膜７０２としては、珪素やシリコンゲルマニウムを用いる。その後、５００℃、１時間の加熱処理を行って、水素だしを行う。

次に、本発明によるレーザ照射装置を用いて、非晶質半導体膜７０２を結晶化して、結晶質半導体膜７０３を形成する。本実施例のレーザ結晶化には、エキシマレーザを使用し、発振されたレーザビームを光学系を用いて長方形状のビームスポットに加工し、半導体膜に照射する。具体的には、光学系に本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズを用い、照射面において長辺の長さ１００ｍｍ〜１０００ｍｍ、短辺方向の長さ２００μｍ〜５０００μｍの長方形状のビームスポットに加工する。本実施例では、長辺方向３００ｍｍ、短辺方向４００μｍの線状ビームに加工し、照射する。この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）は５０％〜９８％として行い、本実施例では９０％とする。また、レーザビームのエネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ²〜１０００ｍＪ／ｃｍ²とし、本実施例においては減衰器を用いて３５０ｍＪ／ｃｍ²と設定する。周波数（１秒間当たりのパルス発振数）については、１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚとし、本実施例では３００Ｈｚとする。本実施例では基板を温度５００℃の窒素雰囲気中で１時間加熱した後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行い、結晶質半導体膜を形成する。そして、ステージは１ｍｍ／ｓ〜５００ｍｍ／ｓ程度の速度で動かしてレーザビームを照射するのが望ましく、本実施例では１２ｍｍ／ｓの速度でステージを移動させてレーザビームの照射を行う。本発明を適用することによって、照射面である半導体膜において収差を低減させることができ、より均一なレーザアニールを行うことができるため、均一な結晶性を得ることができる。

このようにして得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層７０４〜７０７を形成する。その後、半導体層７０４〜７０７を覆うゲート絶縁膜７０８を形成する。ゲート絶縁膜７０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。

続いて、結晶質半導体膜の作製方法として、上記とは異なる方法について図８を用いて説明する。この場合、図７に示した工程と同様に、バリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ＳＵＳ基板等の基板８００上に下地膜８０１を設け、その上に非晶質半導体膜８０２を形成する。（図８（Ａ））

この方法においては、非晶質半導体膜８０２の表面に、重量換算で１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液８１０をスピンコート法で塗布する。なお、触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加してもよい。

次に、５００℃〜６５０℃で４時間〜２４時間、例えば５５０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液８１０が塗布された表面から、基板８００に向かって縦方向に結晶化が促進された結晶質半導体が形成される。なお、本実施例では、触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、それ以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。

そして、上述したように、エキシマレーザを用いて、レーザ光を照射して、結晶性を向上させ、結晶質半導体膜８１１を形成する（図８（Ｂ））。なお、触媒元素を用いて結晶化された結晶質半導体膜８１１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおよそ１×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度の濃度で含まれていると考えられる。そこで、次に、結晶質半導体膜８１１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行う。

まず、図８（Ｃ）に示すように、結晶質半導体膜８１１の表面に酸化膜８１２を形成する。１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜８１２を形成することで、後のエッチング工程において結晶質半導体膜８１１の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことができる。

酸化膜８１２は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、結晶質半導体膜８１１の表面を酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで形成しても良い。

次に酸化膜８１２上に、希ガス元素を１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜８１３を、スパッタ法を用いて２５ｎｍ〜２５０ｎｍの厚さで形成する。ゲッタリング用の半導体膜８１３は、結晶質半導体膜８１１とエッチングの選択比を大きくするため、結晶質半導体膜８１１よりも膜の密度の低い方がより望ましい。希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。

次に、ファーネスアニール法やＲＴＡ法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行う。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて４５０℃〜６００℃で０．５時間〜１２時間の加熱処理を行う。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を１秒〜６０秒、好ましくは３０秒〜６０秒点灯させ、それを１回〜１０回、好ましくは２回〜６回繰り返す。半導体膜が瞬間的には６００℃〜１０００℃、好ましくは７００℃〜７５０℃程度にまで加熱されるように発光強度を設定する。

加熱処理により結晶質半導体膜８１１内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲッタリング用の半導体膜８１３に移動し、ゲッタリングされる。

次にゲッタリング用の半導体膜８１３を選択的にエッチングして除去する。エッチングは、ＣｌＦ₃によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（（ＣＨ₃）₄ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウェットエッチングで行うことができる。このとき、酸化膜８１２によって結晶質半導体膜８１１がエッチングされるのを防ぐことができる。

次に酸化膜８１２を、フッ酸により除去する。そして、酸化膜８１２を除去後の結晶質半導体膜８１１をパターニングし、半導体層８１４〜８１７を形成する（図８（Ｄ））。その後、半導体層８１４〜８１７を覆うゲート絶縁膜８０８を形成する。ゲート絶縁膜８０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。

なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。

次いで、ゲート絶縁膜８０８上に、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選択された元素、前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜やＡｇＰｄＣｕ合金などの公知の導電性を有する材料を用いて、膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍの第１導電膜９２０を形成する（図９（Ａ））。次に、第１導電膜９２０を被覆するように、膜厚１００ｎｍ〜４００ｎｍの第２導電膜及び膜厚１００ｎｍ〜４００ｎｍの窒化珪素膜を積層形成する。続いて、窒化珪素膜をパターン加工して、絶縁層９２９〜９３２を形成する。なお、この絶縁層９２９〜９３２の材料は窒化珪素に限らず、酸化珪素でも良い。より詳しくは、酸化珪素膜であれば、リン酸系のエッチング液を用いてパターン加工し、窒化珪素膜であればフッ酸系のエッチング液を用いてパターン加工する。次に絶縁層９２９〜９３２をマスクとして、第２導電膜をパターン加工して、導電層９２５〜９２８を形成する。

次に、ドーピング処理を行う。本処理では、半導体層８１４〜８１７に、リン又はヒ素などの１５族に属し、Ｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。この際、導電層９２５〜９２８及び絶縁層９２９〜９３２がＮ型を付与する不純物元素に対するマスクとなって、自己整合的に不純物領域９２１〜９２４が形成され、１×１０¹⁸〜１×１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素が添加される。

次に、選択的にエッチングを行って導電層９２５〜９２８を後退させて、導電層９３５〜９３８を形成する（図９（Ｂ））。その後、マスクとして機能した絶縁層９２９〜９３２をエッチングにより除去する（図９（Ｃ））。次に、新たにレジストからなるマスク９４６、９４７を形成して、上記のドーピング処理よりも高い加速電圧でドーピング処理を行う。導電層９３５、９３７を不純物元素に対するマスクとして用いて、ドーピング処理を行った結果、不純物領域（Ｎ−領域、ＬＤＤ領域）９４１、９４４には１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度範囲で不純物元素が付与され、不純物領域（Ｎ＋領域）９４０、９４３には１×１０¹⁹〜５×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素を添加される。また、チャネル形成領域９４２、９４５が形成される。

次いで、レジストからなるマスク９４６、９４７を除去した後、新たにレジストからなるマスク９５６、９５７を形成する（図９（Ｄ））。その後、ドーピング処理を行って、Ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に、前記導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域を形成する。本処理では、導電層９３６、９３８を不純物元素に対するマスクとして用いて、Ｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域（Ｐ＋領域）９５０、９５３、不純物領域（Ｐ−領域）９５１、９５４及びチャネル形成領域９５２、９５５を形成する。ここでは、Ｐ型を付与する不純物元素の濃度が１×１０¹⁹〜５×１０²¹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³となるようにドーピング処理を行う。なおドーピング処理を行う条件等は上記記載に限定されず、２回以上の複数回のドーピング処理で形成しても良い。

次に、レジストからなるマスク９５６、９５７を除去し、導電層９３５〜９３８をマスクとして、第１の導電膜９２０を異方性エッチングして、導電層９６０〜９６３を形成する（図９（Ｅ））。以上の工程により、Ｎチャネル型トランジスタ９８０、９８２と、Ｐチャネル型トランジスタ９８１、９８３を同一基板上に形成することができる。

そして、保護膜として絶縁膜９７２を形成する。この絶縁膜９７２には、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜を用いて、単層又は積層構造として形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。次いで加熱処理を行って、半導体層の結晶性の回復、又は半導体層に添加された不純物元素の活性化を行ってもよい。

次いで、絶縁膜９７２上に、有機絶縁膜９７３を形成する。有機絶縁膜９７３としては、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。絶縁膜９７３は、基板９００上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。

次に、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜９７２及び有機絶縁膜９７３をパターン加工して、不純物領域９４０、９４３、９５０及び９５３に達するコンタクトホールを形成する。次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線９６４〜９７１を形成する。その後保護膜として絶縁膜９７４を形成すると、図示するような半導体装置が完成する。

ドライバやＣＰＵなどの機能回路を用途としたトランジスタは、ＬＤＤ構造又はＬＤＤがゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタの微細化を図ることが好ましい。本実施例により完成されるトランジスタ９８０〜９８３は、ＬＤＤ構造を有するため、高速動作が必要な駆動回路に用いることが好適である。また、微細化に伴って、ゲート絶縁膜８０８の薄膜化が欠かせないが、本実施例の工程では、ゲート絶縁膜８０８が第１導電膜９２０に被覆された状態でドーピング工程が行われ、該ゲート絶縁膜８０８が保護されているため、微細化にも有効な作製方法といえる。

本実施例では、本発明のＴＦＴ回路によるアクティブマトリクス型表示装置を組み込んだ半導体装置について図１０、図１１、図１２で説明する。

このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図１０と図１１に示す。

図１０（Ａ）は携帯電話であり、本体９００１、音声出力部９００２、音声入力部９００３、表示装置９００４、操作スイッチ９００５、アンテナ９００６から構成されている。本願発明は音声出力部９００２、音声入力部９００３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９００４に適用することができる。

図１０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。本願発明は音声入力部９１０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９１０２、受像部９１０６に適用することができる。

図１０（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成されている。本願発明は受像部９２０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９２０５に適用することができる。

図１０（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９３０１、表示装置９３０２、アーム部９３０３で構成される。本願発明は表示装置９３０２に適用することができる。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。

図１０（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示装置９５０２、９５０３は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用することができる。

図１１（Ａ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレイヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（ＤｉｇｔｉａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）、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。

図１１（Ｂ）はテレビであり本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３で構成される。

図１１（Ｃ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。

図１２（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。

図１２（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。

なお、図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０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１２（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。

また、図１２（Ｄ）は、図１２（Ｃ）中における光源光学系３８０１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３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１２（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。

また、本発明はその他にも、発光型表示素子に適用することも可能である。このように、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は他の実施例自由に組み合わせることが可能である。

本発明の実施の形態を示した説明図。本発明の実施の形態を示した説明図。本発明の実施例１を示した説明図。本発明の実施例２を示した説明図。本発明の実施例３を示した説明図。従来技術を示す説明図。薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。本発明が適用される電子機器の図。本発明が適用される電子機器の図。本発明が適用される電子機器の図。

符号の説明

６０１レーザ発振器
６０２シリンドリカルレンズアレイ
６０３シリンドリカルレンズアレイ
６０４シリンドリカルレンズ
６０５シリンドリカルレンズ
６０６ミラー
６０７シリンドリカルレンズ
６０８照射面
２０１シリンドリカルレンズアレイ
２０２シリンドリカルレンズ
２０３シリンドリカルレンズ
２０４照射面
１０１軸外しシリンドリカルレンズアレイ
１０２シリンドリカルレンズ
１０３照射面
３０１レーザ発振器
３０２軸外しシリンドリカルレンズアレイ
３０３軸外しシリンドリカルレンズアレイ
３０４シリンドリカルレンズ
３０５照射面
３０６照射面
４０１レーザ発振器
４０２軸外しシリンドリカルレンズアレイ
４０３軸外しシリンドリカルレンズアレイ
４０４ライトパイプ
４０５シリンドリカルレンズ
４０６照射面
５０１レーザ発振器
５０２軸外しシリンドリカルレンズアレイ
５０３シリンドリカルレンズアレイ
５０４シリンドリカルレンズ
５０５シリンドリカルレンズ
５０６照射面
７００基板
７０１下地膜
７０２非晶質半導体膜
７０３結晶質半導体膜
７０４半導体層
７０５半導体層
７０６半導体層
７０７半導体層
７０８ゲート絶縁膜
８００基板
８０１下地膜
８０２非晶質半導体膜
８０８ゲート絶縁膜
８１０酢酸ニッケル塩溶液
８１１結晶質半導体膜
８１２酸化膜
８１３ゲッタリング用の半導体膜
８１４半導体層
８１５半導体層
８１６半導体層
８１７半導体層
９２０導電膜
９２１不純物領域
９２２不純物領域
９２３不純物領域
９２４不純物領域
９２５導電層
９２６導電層
９２７導電層
９２８導電層
９２９絶縁層
９３０絶縁層
９３１絶縁層
９３２絶縁層
９３５導電層
９３６導電層
９３７導電層
９３８導電層
９４０不純物領域
９４１不純物領域
９４２チャネル形成領域
９４３不純物領域
９４４不純物領域
９４５チャネル形成領域
９４６マスク
９４７マスク
９５０不純物領域
９５１不純物領域
９５２チャネル形成領域
９５３不純物領域
９５４不純物領域
９５５チャネル形成領域
９５６マスク
９５７マスク
９６０導電層
９６１導電層
９６２導電層
９６３導電層
９６４配線
９６５配線
９６６配線
９６７配線
９６８配線
９６９配線
９７０配線
９７１配線
９７２絶縁膜
９７３有機絶縁膜
９７４絶縁膜
９８０Ｎチャネル型トランジスタ
９８１Ｐチャネル型トランジスタ
９８２Ｎチャネル型トランジスタ
９８３Ｐチャネル型トランジスタ
９００基板
９００１本体
９００２音声出力部
９００３音声入力部
９００４表示装置
９００５操作スイッチ
９００６アンテナ
９１０１本体
９１０２表示装置
９１０３音声入力部
９１０４操作スイッチ
９１０５バッテリー
９１０６受像部
９２０１本体
９２０２カメラ部
９２０３受像部
９２０４操作スイッチ
９２０５表示装置
９３０１本体
９３０２表示装置
９３０３アーム部
９５０１本体
９５０２表示装置
９５０４記憶媒体
９５０５操作スイッチ
９５０６アンテナ
９７０１本体
９７０２表示装置
９７０３スピーカ部
９７０４記録媒体
９７０５操作スイッチ
３１０１本体
３１０２支持台
３１０３表示部
９６０１本体
９６０２画像入力部
９６０３表示装置
９６０４キーボード
３６０２スクリーン
３７０１本体
３７０２投射装置
３７０３ミラー
３７０４スクリーン
３６０１投射装置
３８０１光源光学系
３８０２ミラー
３８０３ダイクロイックミラー
３８０７プリズム
３８０８液晶表示装置
３８０９位相差板
３８１０投射光学系
３８１１リフレクター
３８１２光源
３８１３レンズアレイ
３８１５偏光変換素子
３８１６集光レンズ

Claims

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを分割し、分割されたレーザビームを重ね合わせることで、所定の平面上に強度分布の均一な像を形成する軸外しレンズアレイと、
前記所定の平面の後方に配置され、前記像を照射面に伝達する結像光学系を有することを特徴とするレーザ照射装置。
請求項１において、前記軸外しレンズアレイに含まれるレンズは、該レンズの中心から主点の位置がずれていることを特徴とするレーザ照射装置。
請求項１又は２において、前記強度分布の均一な像は、長方形であることを特徴とするレーザ照射装置。
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記軸外しレンズアレイとして軸外しシリンドリカルレンズアレイを用い、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とするレーザ照射装置。
請求項４において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカルレンズは、前記強度分布の均一な長方形の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とするレーザ照射装置。
レーザ発振器と、
強度分布の均一な長方形の像を形成し、前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを分割し、照射面において分割されたレーザビームを重なり合わせることによって前記長方形の像の長辺方向に曲率を持つ軸外しシリンドリカルレンズアレイとを有することを特徴とするレーザ照射装置。
請求項６において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイに含まれるシリンドリカルレンズは、該シリンドリカルレンズの中心から主点の位置がずれていることを特徴とするレーザ照射装置。
照射面において長方形の像を形成するレーザ照射装置において、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを前記長方形の像の短辺方向に分割し、所定の平面において分割されたレーザビームを重ね合わせることで短辺方向に強度分布が均一化された長方形の像を形成する第１の軸外しシリンドリカルレンズアレイと、
前記所定の平面の後方に配置され、前記長方形の像を照射面に伝達うる前記結像光学系と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを前記長方形の像の長辺方向に分割し、照射面において分割されたレーザビームを重ね合わせることで長辺方向に強度分布が均一化された長方形の像を形成する第２の軸外しシリンドリカルレンズアレイとを有することを特徴とするレーザ照射装置。
請求項８において、前記第１の軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記第２の軸外しシリンドリカルレンズアレイに含まれるシリンドリカルレンズは、該シリンドリカルレンズの中心から主点の位置がずれていることを特徴とするレーザ照射装置。
請求項１乃至９のいずれか１項において、前記レーザ発振器はエキシマレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
基板に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜を照射面として軸外しレンズアレイを用いて所定の平面上に強度分布が均一な像を形成し、前記所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前記像を照射面に伝達することによりレーザアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１において、前記軸外しレンズアレイに含まれるレンズは、該レンズの中心から主点の位置がずれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１又は１２において、前記強度分布の均一な像は長方形であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１３のいずれか一項において、前記軸外しレンズアレイとして、軸外しシリンドリカルレンズアレイを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１４において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカルレンズは、前記強度分布の均一な長方形の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする半導体装置の作製方法。
基板に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜を照射面として軸外しシリンドリカルレンズアレイによりレーザビームを分割し、照射面上において分割されたレーザビームを重ね合わせることによって長辺方向に曲率を持つ強度分布が均一な長方形の像を形成することによりレーザアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１６において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイに含まれるシリンドリカルレンズは、該シリンドリカルレンズの中心から主点の位置がずれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
基板に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜を照射面として、第１の軸外しシリンドリカルレンズアレイによって、レーザ発振器から射出されたレーザビームを長方形状の像の短辺方向に分割し、所定の平面において分割されたレーザビームを重ね合わせることによって短辺方向の強度分布が均一化された長方形の像を形成し、結像光学系によって、前記所定の平面に形成された長方形の像を照射面に伝達し、第２の軸外しシリンドリカルレンズアレイによって、前記レーザ発振器から射出されたレーザビームを前記長方形状の像の長辺方向に分割し、照射面において分割されたレーザビームを重ね合わせることによって長辺方向に強度分布が均一な長方形の像を形成し、前記第１の軸外しシリンドリカルレンズアレイと、前記結像光学系と、前記第２の軸外しシリンドリカルレンズアレイとを用いて照射面上に長方形状の像を形成することによってレーザアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１８において、前記第１の軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記第２の軸外しシリンドリカルレンズアレイに含まれるシリンドリカルレンズは、該シリンドリカルレンズの中心から主点の位置がずれていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１１乃至１９のいずれか１項において、前記レーザビームはエキシマレーザから発振されることを特徴とする半導体装置の作製方法。