JP2005210103A - レーザ照射装置、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製方法 - Google Patents

レーザ照射装置、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用するレーザ照射装置であっても基板裏面よりの二次ビームを原因とする干渉の影響を抑え、被照射物を均一にレーザアニールすることができ、且つスループットが良好であり、専有面積も比較的小さいレーザ照射装置、レーザ照射方法を提供することを課題とする。
【解決手段】 照射するレーザビームのパルス幅ｔが被照射物が形成された基板の厚さをｄ、屈折率をｎ、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすレーザビームを照射することで、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用したとしても基板裏面からの２次ビームを原因とする干渉の影響を低減させ、被照射物を均一にレーザアニールすることができるようになる。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーザ照射装置、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製方法に関し、特にガルバノミラーとｆθレンズによる光学系を使用するレーザ照射装置、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製方法に関する。
レーザ照射装置において、レーザ発振器により射出したレーザビームを被照射物上で走査する手段の一つとしてガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系がある。
ガルバノミラーを振動させることによってガルバノミラーへのレーザビームの入射角を変化させ、反射されたレーザビームが照射する位置を動かすことができ、一つのガルバノミラーを用いることによって一方向への走査を可能とすることができる。Ｘ方向への走査をガルバノミラーで行い、Ｙ方向への移動をステージに設置されたロボットで行ったとすると、基板全面にレーザ照射を行うことができる。また、ガルバノミラーを２枚設置し、それぞれＸ方向とＹ方向への走査を行っても基板上の任意の場所にレーザ照射を行うことができる。 （例えば特許文献１参照）
特開２００３−８６５０７号公報
しかし、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して、基板上に形成された被照射物にレーザ照射を行うと同じ条件でレーザ照射を行っても場所によって照射強度が異なってしまうという問題があった。
例えば、ガラス基板上に形成された半導体膜に、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザ照射による結晶化を行うとその結晶性のムラが視認できる程になる。これは半導体膜が均一にレーザ照射できていない為に半導体膜の結晶性にばらつきがおきてしまった結果である。結晶性の異なる半導体膜で形成された半導体素子はその特性が異なるため、基板内で半導体素子の特性バラツキが起きてしまいうことになる。
そこで本発明では上記問題を鑑み、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用するレーザ照射装置であっても被照射物を均一にレーザエネルギーを与えることができるレーザ照射装置、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製方法を提供することを課題とする。
本発明の構成の一つは、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを１方向に偏向する少なくとも一つのミラーと、前記ミラーにより偏向されたレーザビームを所定の平面上で結像するレンズを有し、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステージとレンズの焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを１方向に偏向する少なくとも一つのミラーと、前記ミラーにより偏向されたレーザビームを所定の平面上で結像するレンズを有し、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成はレーザ発振器と、少なくとも一つのガルバノミラーと、ｆθレンズを有し、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、少なくとも一つのガルバノミラーと、ｆθレンズを有し、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向に走査する第１のミラーと、前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する第２のミラーと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する前記被照射物をのせるためステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向に走査する第１のミラーと、前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する第２のミラーと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する前記被照射物をのせるためステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向に走査するミラーと、前記前記被照射物を設置し前記第１の方向と直交する第２の方向に移動するステージと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成はレーザ発振器と、前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向に走査するミラーと、前記前記被照射物を設置し前記第１の方向と直交する第２の方向に移動するステージと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
また、本発明における他の構成は、屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に形成された半導体膜に、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜２ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して照射することを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に形成された半導体膜に、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜４ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して照射することを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は基板上に半導体膜を形成し、レーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームは少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズにより前記半導体膜上を走査され、前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されることを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は基板上に半導体膜を形成し、レーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されており、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、前記レーザビームは前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は、厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、前記レーザビームは前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は基板上に半導体膜を形成し、レーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されており、前記レーザビームは前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法である。
また、本発明における他の構成は屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に非晶質半導体膜を形成し、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜２ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とすることを特徴とする結晶質半導体膜作製方法である。
また、本発明における他の構成は屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に非晶質半導体膜を形成し、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜４ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とすることを特徴とする結晶質半導体膜作製方法である。
また、本発明における他の構成は基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザビームを前 記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、前記レーザビームは少なくとも 一つのガルバノミラーとｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上を走査され、前記レー ザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半導体膜に 入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間に おいて前記非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されることを特徴とする結晶質半導 体膜の作製方法である。
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を 形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体 膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ ｎｄを満たし、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上 を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上におい て前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザビームはｆθレンズに より前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法で ある。
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を 形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体 膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ ｎｄを満たし、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上 を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上におい て前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザビームはｆθレンズに より前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法で ある。
また、本発明における他の構成は基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザビームを前 記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、前記レーザビームのうち前記基 板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半導体膜に入射するレーザビーム とが前記レーザビームのパルス幅の１０％に相当する時間において前記非晶質半導体膜 のある１点に同時に照射されており、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより 前記非晶質半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非 晶質半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザ ビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質 半導体膜の作製方法である。
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を 形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体 膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ ｎｄを満たし、前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向にはガルバノミ ラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置され たステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前 記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法である。
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を 形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体 膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ ｎｄを満たし、前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向には第１のガル バノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設 置されたステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズに より前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法で ある。
また、本発明における他の構成は基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間において前記非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されており、前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向にはガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法である。
なお本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法に用いることができる。半導体表示装置は、例えば液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光表示装置、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）等が挙げられる。
本発明のレーザ照射装置又はレーザ照射方法を使用することでガルバノミラーとｆθレンズによる光学系を用いたとしても、被照射物へのレーザ照射強度を均一にすることが可能となる。これにより、被照射物の結晶化やアニールを均一に行うことができ、被照射物を用いて作製される素子の特性のバラツキを低減させることができる。なお、本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法においては、レーザ発振器から射出したレーザビームが被照射物に対して垂直に入射しても斜めに入射しても良い。
また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有するガルバノミラーとｆθレンズを用いることでこのような均一なレーザ照射を行いながらも設備費用を削減し、生産効率を向上させることができるようになる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態や実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
本実施の形態では、基板上に設置又は作製された被照射物にレーザ照射を行う際、パルス幅がｐｓｅｃ（１０-12ｓｅｃ）程度、もしくはそれ以下の極短パルスを有するレーザビームをガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系によりレーザを走査するレーザ照射装置に用いる。
この構成のレーザ照射装置をもちいることにより、被照射物へのレーザ照射強度を均一にすることが可能となる。また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有するガルバノミラーとｆθレンズを用いることでこのような均一なレーザ照射を行いながらも設備費用を削減し且つ生産効率を向上させることができるようになる。
上記構成により課題を解決することができる理由は以下の通りである。
本発明者らは、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザ照射した際に現れるレーザ照射ムラは、直接照射されるレーザビーム（一次ビーム）と基板裏面より反射されて再度被照射物に侵入するレーザビーム（二次ビーム）との干渉により引き起こされているのでは無いかと考えた。そしてその干渉は基板が有するゆがみや凹凸が反映したものではないかとも考えた。
レーザアニールは、ある波長を持つ電磁波であるレーザビームが被照射物に吸収されることによって吸収された部分に熱が発生し、その熱でもって行われる。しかし、物質がある波長の電磁波を吸収する際には、その物質により固有の吸収係数があり、吸収係数の比較的小さな波長のレーザを十分な厚さのない被照射物に照射した場合、被照射物で吸収しきれなかったレーザが被照射物を透過することがある。
例えば波長が５３２ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波をガラス基板上に成膜された非晶質のケイ素膜に照射した場合、膜厚が２００ｎｍ以上あればそのほとんどが吸収されて透過しないがそれ以下の膜厚となるとケイ素膜に吸収しきれなかったレーザビームがケイ素膜を透過してしまう。透過したレーザビームは一部がガラス基板表面で反射され、また一部はガラス基板の底面で反射され、再度ケイ素膜に照射される。ガラス基板に微少なゆがみや凹凸があると、その部分で反射された二次ビームは角度が変えられてしまう。角度の変えられた二次ビームはその角度によってガラス基板底面からガラス基板表面までの光路長に変化が生じ、当該二次ビームが直接照射された一次ビームと干渉を起こした際に、常に弱めあう場所と常に強め合う場所ができてしまう。すなわち、ケイ素膜上に定在波が形成され、この分布がケイ素膜に記録されることになる。
現在フラットパネルディスプレイなどに用いられる薄膜半導体装置の基板として用いられるガラス基板の厚さは１０００μｍ前後であり、７００μｍ程度のものが良く利用される。７００μｍという厚さは照射するレーザの波長（ここでは５３２ｎｍ）の１０００倍以上の厚さであり、基板の厚さの１０００分の１の精度で基板全面にわたって板厚制御をすることは非常に困難であり、上記したような微妙なゆがみや凹凸が存在することは想像に難くない。
そこで、本発明では干渉を起こしてしまう基板裏面で反射された二次ビームがと入射する一次ビームが被照射物中で同時に存在する時間を短くあるいは同時に存在しないよう、パルス幅をｐｓｅｃ（１０-12ｓｅｃ）程度、もしくはそれ以下の極短パルスとすることで、被照射面へのレーザ照射時間に対する干渉が起こっている時間の割合を下げ、もしくは０とし、干渉の影響が及びにくくする、もしくは全く干渉しないようにする。
本発明の原理を、本発明を適用することのできる１パターンを示しながら簡単に説明する。レーザビームは電磁波であるため、その速度は光と同じであるとされている（約３０万ｋｍ／ｓ）。パルス幅を本発明の様に１０ｐｓｅｃとした場合、１パルスのレーザが射出されてから射出が終了するまでの間（１０ｐｓｅｃ）の間にビームは約３ｍｍ進むことになる。すなわち、１パルス３ｍｍとみなすことができる。
パルス幅１０ｐｓｅｃ、１パルス３ｍｍ相当のレーザを７００μｍ程度の基板上に形成された被照射物に照射するとすると、直接照射されている一次ビームと基板裏面より反射してくる二次ビームが干渉を起こしている時間は照射時間の５０％程度となる。さらにパルス幅を５ｐｓｅｃ程度まで短くすれば全く干渉は起こらなくすることが可能である。これにより被照射物を透過したレーザビームの反射による干渉を抑えることができる為、レーザ照射を均一に行うことがが可能となり、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの走査を行ったとしても被照射物面内におけるレーザ照射強度を均一とすることができる。ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さくスループットが大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ生産効率を向上させることができるようになる
一方、従来のレーザアニールに用いられるパルスレーザのパルス幅は数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃ程度である。そのため、１パルスのレーザが射出されている間にレーザビームは３〜１００ｍ進む。この場合、１パルスで３〜１００ｍのレーザビームが出ると言い換えることができる。
仮にパルス幅１０ｎｓｅｃ、１パルス３ｍ相当の従来用いられるパルス幅のレーザを上記条件と同様な７００μｍ程度の基板上に形成された被照射物に照射したと考えると、この場合、実に正味の照射時間の９９．５％の間、被照射物中で干渉を起こしている計算となる。すなわち、パルス幅を１０ｎｓｅｃから１０ｐｓｅｃにすることで計算上は干渉の影響による照射ムラを約半分に低減することができ、５ｐｓｅｃとすることで計算上はこのような機構で起こる干渉を起こらなくすることができる。
上記は大きな概念の話であったが、以下からはさらに詳しく説明を行う。光がある媒質中を進むとき、その媒質の屈折率が進む速度に影響する。例えば、屈折率ｎ＝１の空気中を進む光が屈折率ｎ＝１．５のガラス中に入射したとすると、その速度は空気中の１／１．５になる。これを考慮して厚さｄで屈折率ｎの基板を用いた場合に基板裏面で反射された二次ビームによる干渉を起こさないパルス幅ｔは以下の式を満たせば良い。なお、式中ｃは真空中の光速とする。また、焦点位置は常に被照射物の表面にあることとし、基板の厚さｄは焦点位置と被照射物を設置するステージとの距離に概略相当するものとする。
この式を用いると厚さｄ＝０．７ｍｍのガラス基板（屈折率ｎ＝１．５）を用いて非晶質ケイ素膜の結晶化を行う際、全く干渉を起こさないパルス幅ｔは約７ｐｓｅｃ以下であることがわかる。なお、真空中の光速ｃ＝３０万ｋｍ／ｓｅｃとして計算した。
上記式（１）を満たすようなパルス幅のレーザビームによりレーザ照射を行えば、ガルバノミラーを使用して被照射物にレーザ走査を行ったとしても、基板裏面からの反射による干渉を防ぐことができ、被照射物面内の照射エネルギーを均一にすることができるようになる。ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さくスループットが大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ製品の生産効率を向上させることができるようになる。
また非晶質半導体膜をレーザ照射により結晶化する場合、レーザビームが有するエネルギーの揺らぎが大きいと、結晶化が均一に行なわれず、多結晶半導体膜を活性層として用いるＴＦＴの特性、例えばオン電流、移動度等にばらつきが生じてしまう。なお、干渉を起こしていない状態でもレーザビームは±１％のエネルギーの揺らぎを有しているので、半導体表示装置の画素部に用いられているＴＦＴを形成する際に、該エネルギーの揺らぎが±１％よりも小さくなる程度に干渉を抑えることで、干渉に起因する輝度の濃淡が画素部において視認されてしまうのを防ぐことができると考えられる。
一方、ガラス基板上に形成された非晶質半導体膜に第２高調波のレーザビームを照射する場合、該レーザビームは、該非晶質半導体膜の表面において約半分が反射され、残り約半分が非晶質半導体膜内に進入すると考えられる。半導体表示装置が有するＴＦＴの活性層に用いられる半導体膜は、その膜厚がおおよそ数十ｎｍ程度であるので、非晶質半導体の吸収係数を考慮すると、非晶質半導体膜内に進入したレーザビームのうち、さらに約半分が非晶質半導体膜に吸収され、残りの半分がガラス基板に進入すると考えられる。そしてガラス基板に進入した光は、その裏面において約４％反射し再び非晶質半導体膜内に進入する。よって、レーザ発振器から非晶質半導体膜に入射する光に対し、ガラス基板の裏面において反射することで非晶質半導体膜に入射する光の割合は約２％であり、この２つのレーザビームが干渉を起こすと±２％のエネルギーの揺らぎが生じることになる。
したがって、該エネルギーの揺らぎが±１％よりも小さくなる程度に干渉を抑えるためには、干渉する時間をパルス幅ｔの半分より短くすれば良い。より好ましくは、該２つのレーザビームが非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されている時間が、レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当するのが良い。パルス幅ｔの半分より短くする場合、式１から、レーザビームのパルス幅ｔは以下の数２に示す式２を満たせばよいことが分かる。
なお、レーザビームの適切なパルス幅は条件によって異なる。レーザビームが干渉する時間をパルス幅のＸ％以下にする場合、パルス幅tは以下の式３を満たせばよい。
図８に垂直にレーザビームを基板に入射して基板上に形成したシリコン膜を結晶化した基板の写真を示す。図８（Ａ）は上記したような極短いパルス幅を有するレーザビーム（この写真の条件ではパルス幅１０ｐｓｅｃ、周波数１６０ＭＨｚ）でもって結晶化を行った基板の写真であり、図８（Ｂ）は連続発振のレーザビームで同様に結晶化を行った基板の写真である。なお、どちらのレーザビームも波長５３２ｎｍのグレーンレーザであり、出力１０Ｗで照射した。
連続発振のレーザビームで結晶化を行った基板の写真（図８（Ｂ））には、縦方向に筋状のムラが確認できるが、これが基板裏面からの２次ビームが照射される１次ビームと干渉をおこしたことにより発生した照射ムラである。一方、１０ｐｓｅｃのパルス幅を有するレーザビームで結晶化を行った基板の写真（図８（Ａ））には、そのような照射ムラははっきりとは見て取ることが出来ないほど低減されていることが分かる。なお、これら写真において一部暗くなって見える部分があるが、これは写真撮影条件でそうなっているように見えるだけであり、レーザ照射ムラとは関係が無い。
このように、上記したようなパルス幅を有するレーザビームでレーザ照射を行うと、１次ビームと２次ビームの干渉が最も起こりやすい垂直入射においても干渉によるレーザ照射ムラを低減させることができることがわかる。
本実施例では本発明の他の実施例について図１を参照しながら説明する。
１０１はパルス発振のレーザ発振器であり、ピコ秒レベルもしくはそれ以下のパルス幅のレーザを発振することができるレーザ発振器である。本発明に用いることのできるレーザ発振器は、１０ｐｓｅｃ以下の極短パルスのレーザビームが発振できればどのようなレーザでも用いることが可能であり、例えば、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、セラミックレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザなどを用いることができる。
本実施例では、２ＷのＹＶＯ4レーザを用いる。レーザ発振器には非線形光学素子が内蔵されており、非晶質ケイ素膜への吸収率が高い当該レーザの第二高調波である５３２ｎｍの波長のレーザが射出される。レーザ発振器１０１は安定形共振器とし、ＴＥＭ00の発振モードであることが望ましい。ＴＥＭ00モードの場合、レーザ光はガウス形の強度分布を持ち、集光性に優れているため、ビームスポットの加工が容易となる。なお、レーザの種類及び波長はＹＶＯ4レーザの第２の高調波でなくとも良く被照射物１０７に応じて選択すればよい。発振周波数は８０ＭＨｚ、パルス幅は１０ｐｓｅｃとする。
なお本発明のレーザ照射装置は、非線形光学素子をレーザ発振器１０１が有する共振器内に設けていても良いし、基本波のレーザ発振器の外に別途非線形光学素子を備えた共振器を設けていても良い。前者は装置が小型になり、共振器長の精密制御が不要になるという利点を有し、後者は基本波と高調波の相互作用を無視できるという利点を有する。
非線形光学素子には、非線形光学定数の比較的大きいＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＢＢＯ（β−ＢａＢ2Ｏ4）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）、ＧｄＹＣＯＢ（ＹＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3）、ＫＤＰ（ＫＤ2ＰＯ4）、ＫＢ5、ＬｉＮｂＯ3、Ｂａ2ＮａＮｂ5Ｏ15等の結晶が用いられており、特にＬＢＯやＢＢＯ、ＫＤＰ、ＫＴＰ、ＫＢ5、ＣＬＢＯ等を用いることで基本波から高調波への変換効率を高めることができる。
レーザ発振器１０１より発振されたレーザビームは光学系１０２により線状ビームに整形され、被照射物上ビームスポットの長軸方向が７０μｍ、短軸方向が１０μｍの線状になるように整形される。なお、本発明及び明細書中において、「線状」とは、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。
ガルバノミラー１０４は図１においてＸ１方向及びＸ２方向（ビームスポットの短軸方向）にレーザビームを走査するように回転し、ガルバノミラー１０３は図１においてＹ方向（ビームスポットの長軸方向）レーザビームを走査するように回転する。ｆθレンズ１０５は前記ガルバノミラー１０３及び１０４によって偏向されたレーザビームの焦点を常に被照射物である非晶質ケイ素膜１０７上に結ぶ働きをする。
非晶質ケイ素膜１０７は厚さ０．７ｍｍで屈折率が１．５２の旭硝子製ＡＮ１００ガラス基板１０６上にＣＶＤ装置を用いて厚さ６６ｎｍに成膜する。被照射物として非晶質ケイ素膜１０７を用いる場合において、レーザビームを照射する前に熱アニールを当該非晶質ケイ素膜１０７に対して行うことが好ましい。具体的に熱アニールは、例えば窒素雰囲気下において５００℃、１時間程度で行なえばよい。この熱アニールを行うことで半導体膜中の水素量を１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることができる。半導体膜中の水素濃度が高いと、強いレーザを照射した際、水素が一気に放出されることで膜が破壊されてしまう場合がある。
ビームスポットはガルバノミラー１０４を駆動させることで図１におけるＸ１方向に走査される。ビームスポットの被照射物上での移動速度は数十ｍｍ／ｓ〜数千ｍｍ／ｓであれば良く、本実施例では１００ｍｍ／ｓとする。ガルバノミラー１０４を駆動させることで被照射物上におけるレーザ照射領域の端部までビームスポットを走査したらガルバノミラー１０３をわずかに駆動させることでＹ方向にわずかにビームスポットを移動させる。そして再びガルバノミラー１０４を駆動させることでＸ２方向（Ｘ１方向と反対の方向）にビームスポットを移動させて被照射物にレーザ照射を行う。これらの操作を繰り返すことによって被照射物のレーザ照射領域全面に均一にレーザ照射をすることが可能となる。
このような本発明の構成を用いてレーザ照射を行うことで、ガルバノミラーとｆθレンズによる光学系を用いたとしても基板裏面で反射する二次ビームと直接照射される一次ビームの干渉の影響を低減させ、被照射物におけるレーザ照射領域全面により均一なレーザ照射を行うことができる。また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有するガルバノミラーとｆθレンズを用いることでこのような均一なレーザ照射を行いながらも設備費用を削減し、生産効率を向上させることができるようになる。
なおレーザによる半導体膜の結晶化工程において、ビームスポットを一方向に長い楕円状または矩形状に加工し、該ビームスポットの短軸方向に走査させて半導体膜を結晶化させることでスループットを高めることができる。加工後のレーザビームの形状が楕円状になるのは、元のレーザビームの形状が円形もしくはそれに近い形状であるからである。レーザビームの元の形状が長方形状であれば、それをシリンドリカルレンズなどで１方向に拡大することで長軸がさらに長くなるように加工してから、用いても良い。また複数のレーザビームをそれぞれ一方向に長い楕円状または矩形状に加工し、それらをつなげて一方向にさらに長いビームを作って、スループットをより高めるようにしても良い。
他に、触媒金属を用いた結晶化を施していてもよい。熱アニールを施した半導体膜でも、触媒金属を用いて結晶化された半導体膜でも、最適なレーザ光の照射条件はほぼ同様である。なお、１０８はステージを示す。
次に図２を用いて、ビームスポット１１０の、非晶質ケイ素膜１０７の表面における走査経路について説明する。被照射物に相当する非晶質ケイ素膜１０７全面にレーザ光を照射する場合、ガルバノミラー１０４を用いて一方向への走査を行なった後、ガルバノミラー１０３を用いて、ガルバノミラー１０４による走査方向と交差する方向に、ビームスポット１１０をスライドさせる。
例えば、ガルバノミラー１０４によりビームスポット１１０を一方向に走査する。図２において、該走査経路をＡ１で示す。次に、ガルバノミラー１０３を用いて、走査経路をＡ１に対して垂直の方向にビームスポット１１０をスライドさせる。該スライドによる走査経路をＢ１で示す。次に、走査経路Ａ１とは反対方向に向かって、ガルバノミラー１０４によりビームスポット１１０を一方向に走査する。該走査経路をＡ２で示す。次に、ガルバノミラー１０３を用いて、走査経路をＡ２に対して垂直の方向にビームスポット１１０をスライドさせる。該スライドによる走査経路をＢ２で示す。このように、ガルバノミラー１０４による走査とガルバノミラー１０３による走査とを順に繰り返すことで、非晶質ケイ素膜１０７全面にレーザ光を照射することができる。
本実施例では、１０ｐｓｅｃ以下の極短パルスのレーザビームを用いることによって、ガラス基板裏面で反射された二次ビームの干渉を抑え、レーザ照射強度を均一にすることができる。また、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの走査を行ったとしても被照射物面内におけるレーザ照射強度を均一とすることができる。さらにガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ生産効率を向上させることができるようになる。
なお、パルス幅に対する基板の厚さは本実施例に記載の数値に限定されるわけではなく、基板裏面から反射してくる二次ビームと直接照射されている一次ビームが干渉を起こしている時間に有意差があれば良い。この差の程度は作製される素子のバラツキ程度がどこまで許容されるかによるものであり、使用者が適宜決定する事項である。
本実施例ではピコ秒程度もしくはそれ以下のパルス幅でレーザ発振するレーザ発振器２０１と一方向に駆動するガルバノミラー２０４を１枚とｆθレンズ２０５、ステージ２０８及び一方向に動く移動用ロボット２０９を含むレーザ照射装置の例について図３を参照して説明する。
レーザ発振器２０１から出力されたレーザビームは非線形光学素子２０２により第二高調波に変換され、光学系２０３によって任意の形状に整形する。本実施例では照射面におけるビームスポットの形状が線状になるように光学系２０３を構成する。その後、ガルバノミラー２０４及びｆθレンズ２０５を用いてガラス基板２０６上に形成された半導体膜２０７において線状レーザビームをＸ１方向に走査する。なお、線状ビームを使用する場合、ビームスポットの短軸方向をＸ１方向及びＸ２方向と一致させると効率的にレーザ照射を行うことができる。
ガルバノミラー２０４を駆動させることによりビームスポットを半導体膜２０７のレーザ照射領域におけるＸ１方向の端部までビームスポットを走査したら、移動用ロボット２０９を用いてステージ２０８をガルバノミラー２０４による走査方向と直交する方向、すなわち図３におけるＹ方向にステージ２０上の基板２０６を移動させる。そして次はＸ２方向にガルバノミラー２０４を用いることによってビームスポットを走査し、レーザビームを照射する。この走査を繰り返し行うことで半導体膜２０７のレーザ照射領域全面にレーザを照射することができる。
なお、その他の構成要件については実施例１と同様であるので割愛する。
本実例では、ピコ秒程度もしくはそれ以下の極短パルスのレーザビームを用いることによって、レーザビームが垂直に被照射物に入射した際もガラス基板裏面で反射された二次ビームが引き起こす干渉を抑えることができるため被照射物面内のレーザ照射強度を均一にすることができる。また、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの走査を行ったとしても被照射物面内におけるレーザ照射強度を均一にすることができる。ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さくスループットが大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ生産効率を向上させることができるようになる。
本実施例では本発明の他の実施態様について図４を参照しながら説明する。本実施例では基板上に形成された非晶質半導体膜のうちＴＦＴが形成される位置のみをレーザ結晶化する例について紹介する。
レーザ発振器４０１はピコ秒程度もしくはそれ以下の極短パルスのレーザビームを発振することのできるレーザ発振器である。このレーザ発振器４０１によりパルス幅１０ｐｓｅｃ、波長５３２ｎｍ、出力８Ｗ、繰り返し周波数８０ｋＨｚ、及びビーム径０．６ｍｍのレーザビームを発振する。発振したレーザビームは光学系４０２によって任意の形状に整形する。本実施例では一軸方向にのみ作用するシリンドリカルレンズを用いて照射面である基板４０７上に形成された半導体膜４０８上でビーム形状が長軸方向に３００μｍ、短軸方向に１０μｍの線状となるように短軸方向のみ整形する。
光学系４０２から射出したレーザビームはシャッター４０３に入射する。シャッター４０３はｋＨｚオーダ以上でスイッチングが可能な音響光学素子（Ａ／Ｏ素子）もしくは電気光学素子（Ｅ／Ｏ素子）を用いるとよい。本実施例ではＡ／Ｏ素子を用いる。
シャッター４０３を通過したレーザビームはガルバノミラー４０４、４０５によってＸ１，Ｘ２方向もしくはＹ方向に進路を変えられ、ｆθレンズ４０６によってガラス基板４０７上の半導体膜４０８上に焦点を結ぶ。ここで半導体膜４０８は非晶質ケイ素膜であり、厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の旭硝子製ＡＮ１００ガラス基板４０７上にプラズマＣＶＤ装置を用いることによって６６ｎｍの厚さで成膜する。なお、上記のような方法で形成した非晶質ケイ素膜には多くの水素が含まれており、レーザビームにより急激に加熱されるとその水素が一気に放出されることで膜が破壊されることがあるため窒素雰囲気下５００度で１時間の熱アニールを行う。
ガルバノミラー４０４、４０５を駆動させてレーザビームスポットを短軸方向（Ｘ１もしくはＸ２方向）に４００ｍｍ／ｓで移動させ、レーザ照射を行う。このとき、シャッター４０３を上記ガルバノミラー４０４、４０５に連動させ、ＴＦＴ作製位置４０９のみレーザビームを照射するように制御する。シャッター４０３及びガルバノミラー４０４、４０５を同時に制御することでＴＦＴ作製位置４０９のみをレーザアニールすることができる。
ガルバノミラーを用いた場合、ステージを移動させてレーザ照射する場合と比較して加速・減速にほとんど時間がかからない。さらに、ガルバノミラーに組み合わせて音響光学効果を用いたＡ／Ｏ素子か電気光学効果を用いたＥ／Ｏ素子をレーザビームのシャッターとして同時に用いればＴＦＴを作り込む場所のみをねらってレーザ照射することが容易に行える。これによりプロセス時間をさらに短縮することが可能である。
また、１０ｐｓｅｃという極短いパルス幅のレーザビームを照射しているため、基板裏面で反射された二次ビーム起因の干渉を抑えることができ、被照射物面内の照射エネルギー強度を均一にすることができるため、より均一な結晶化を行うことが可能である。また、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの走査を行ったとしても被照射物面内におけるレーザ照射強度を均一にすることができる。ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さくスループットが大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ生産効率を向上させることができるようになる。
半導体膜に連続発振のレーザ照射装置を用いてレーザを照射すると、ビームスポットの走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。走査方向に向かって成長した結晶粒が形成されている領域は、結晶性が非常に優れている。そのため、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることで、極めて高い移動度や、オン電流を有するＴＦＴを得ることが期待できる。しかし、連続発振のレーザを用いると、非線形光学素子の寿命が短い、ビームスポットの面積が小さい、基板への熱的影響が大きい等の不都合な点が多い。
本発明ではパルス幅が極短いレーザを用いることから、発振周波数を非常に高くすることが可能になる。そのため、半導体膜がレーザビームによって溶融してから固化する迄に次のパルスのレーザビームを照射することが可能となる。これにより、連続発振のレーザ照射装置を用いて半導体膜を結晶化した際と同様にビームスポットの走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
このような結晶化の方法では発振周波数は高いものの、連続発振ではなくパルス発振であるため、連続発振のレーザより非線形光学素子の寿命も長く、ビームスポットも大きく、基板への熱的影響も少ないという特徴を有し且つ結晶性の優れた走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
また、連続発振のレーザを被照射物に垂直に入射すると常に基板裏面で反射された二次ビームによる干渉が起き、レーザの照射ムラが起こってしまうが、本発明の構成を適用すればこのような基板裏面で反射された二次ビームによる干渉の影響を低減もしくは解消しつつ、非常に結晶性に優れたビームスポットの走査方向に連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
このようなビームスポットの走査方向に連続的に成長した結晶粒を得ることのできる発振周波数は１０ＭＨｚ以上であり通常用いられる数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周波数帯より著しく高い周波数を用いる。パルス発振でレーザビームを半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数１０ｎｓｅｃ〜数１００ｎｓｅｃと言われており、本実施例では上記周波数帯を用いることで半導体膜がレーザビームによって溶融してから固化する迄に次のパルスのレーザビームを照射することができる。従って、従来のパルス発振のレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には結晶粒の走査方向における長さが１０〜３０μｍ、走査方向に対して垂直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合体を得ることができる。
レーザ光が照射され、走査方向に向かって成長した結晶粒が形成されている領域は、結晶性が非常に優れている。そのため、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることで、極めて高い移動度や、オン電流を期待できる。しかし半導体膜のうち、そのような高い結晶性が必要とされない部分が存在する場合、該部分にはレーザ光を照射しないようにしても良い。もしくは、走査の速度を増加させるなど、高い結晶性が得られないような条件でレーザ光の照射を行うようにしても良い。
本実施例は実施の形態、実施例１もしくは実施例２と組み合わせて用いることができる。なお、実施例３と組み合わせることで、レーザ走査方向に連続的に成長した大粒径結晶膜を任意の位置（ＴＦＴ作製位置など）に作製することが可能となり、プロセス時間を短縮することが可能となる。すなわち、任意の位置のみにきわめて高い移動度やオン電流を有するＴＦＴを作製することができ、その他の要素が重要である素子を作製する場所にはそれに合った結晶化状態の半導体膜を使用することが可能となる。
本実施例では本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法を用いて表示装置に用いられる半導体素子を形成する方法について図５、図６を用いて説明する。
まず、基板８００上に下地絶縁膜８０１を形成してから非晶質ケイ素膜を成膜し、レーザを照射することで結晶質ケイ素膜とする。このレーザ照射に本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法を適用する。
基板８００としてはガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板や、セラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができるが、少なくともプロセス中に発生する熱に絶えうる材料を使用する。これら基板は必要に応じてＣＭＰ等により研磨してから使用してもよい。本実施の形態においては屈折率１．５、厚さ０．７ｍｍのガラス基板を使用する。
下地膜８０１は基板８００中のアルカリ金属やアルカリ土類金属が、結晶性ケイ素膜中に拡散するのを防ぐ為に設ける。このような元素は結晶性ケイ素膜の半導体特性に悪影響をおよぼしてしまうためである。材料としては酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素及び酸化窒化ケイ素などを用いることができ、単層または積層構造とすることにより形成する。なお、アルカリ金属やアルカリ土類金属の拡散の心配のない基板であれば特に下地絶縁膜は設ける必要がない。
本実施例においては下地絶縁膜８０１は積層構造により作製し、１層目の絶縁膜として窒化酸化ケイ素膜を５０ｎｍ、２層目の絶縁膜として酸化窒化ケイ素膜を１００ｎｍで形成する。なお、窒化酸化ケイ素膜と酸化窒化ケイ素膜はその窒素と酸素の割合が異なっていることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。１層目の下地膜は、プラズマＣＶＤ法により、原料ガスにＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、Ｈ2を使用し、圧力が４０Ｐａ、ＲＦパワーが５０Ｗ、ＲＦ周波数が６０ＭＨｚ、基板温度が４００℃として形成する。２層目の下地膜は同じくプラズマＣＶＤ法により、原料ガスにＳｉＨ4、Ｎ2Ｏを用い、圧力が４０Ｐａ、ＲＦパワーが１５０Ｗ、ＲＦ周波数が６０ＭＨｚ、基板温度が４００度の条件で形成する。
続いて下地絶縁膜上に非晶質ケイ素膜を２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の膜厚で形成する。作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等が使用できる。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍに形成する。
この後レーザを照射することによって結晶化を行うのだが、このような非晶質ケイ素膜中には水素が多く含まれており、結晶化を行うに当たって強いレーザエネルギーを受けるとその水素が突沸し膜を破壊する可能性があるため５００℃、１時間の加熱処理を行って、水素出しを行う。
次に、本発明のレーザ照射装置を用いて、非晶質ケイ素膜を結晶化し、結晶質半導体膜を形成する。本実施例ではガルバノミラーとｆθレンズを用いることでレーザビームの走査をおこない、レーザビームとして、エネルギー２Ｗ、ＴＥＭ00の発振モード、第２高調波（５３２ｎｍ）、発振周波数８０ＭＨｚ、パルス幅７ｐｓｅｃのＹＶＯ4レーザを用いる。なお、被照射物である非晶質ケイ素膜上に形成されるビームスポットの形状は、光学系を用いることによって短軸１０μm、長軸７０μｍの矩形状とする。なお本発明は、本実施例で示した照射条件に限定されない。
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結晶質ケイ素膜の結晶化を行い、結晶質半導体膜を形成する。ステージは数十ｍｍ/ｓｅｃ〜数千ｍｍ/ｓｅｃ程度が適当であり、ここでは４００ｍｍ/ｓｅｃとする。
ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してビームスポットの走査を行った本実施例では、非晶質ケイ素膜上に垂直にレーザビームが入射する部分があり、波長５３２ｎｍのレーザビームは厚さ５０ｎｍの非晶質ケイ素膜を一部透過して基板裏面より反射するが、パルス幅が７ｐｓｅｃと非常に狭いため、従来と比較し入射するレーザビームと干渉を起こしている時間が著しく短く、均一にレーザ照射することができる。結果として結晶化状態のムラが非常に小さくなり安定した特性を有する半導体素子を作製することができる。また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有するガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの走査を行っているため、設備費用を削減しつつ生産効率を向上させることができるようになる。
なお、発振周波数を１０ＭＨｚ以上とすることでレーザビームの走査される方向に連続して長く形成された結晶粒を得ることもでき、該方向をＴＦＴのチャネル方向とすることで非常に特性の良いＴＦＴを作製することも可能となる。ただし、この構成は本発明を実施するに当たり必須の項目ではなく、周波数は使用者が適宜定めることができるものである。
結晶化の方法としては他に非晶質ケイ素膜の結晶化を促進する元素を用い、加熱処理を行うことによって行う方法もある。結晶化を促進する元素とは、代表的にはニッケルが挙げられ、このような元素を用いることによって用いない場合に比べて低温、短時間で結晶化が行われるためガラス基板など比較的熱に弱い基板を使用する際に好適に用いることが可能である。このような結晶化を促進する元素としては、ニッケルの他に鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などがある。この中から一種もしくは複数種を用いればよい。
このような元素の添加方法としては、例えばこのような元素の塩を溶媒に溶かしてスピンコート法やディップ法などで塗布する方法がある。溶媒としては有機溶媒や水などが使用できるが、ケイ素膜上に直接触れるため、半導体特性に悪影響を及ぼさないものを選ぶことが肝要である。また、塩についても同様である。
結晶化を促進する元素を用いて結晶化を行った後、レーザを照射することによりその結晶性の改善を行っても良い。この際も本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法を用いることが可能である。使用するレーザ及び条件はレーザ結晶化の際の条件と同一でよいので割愛する。
続いて、結晶質ケイ素膜に必要に応じてしきい値をコントロールするための微量の不純物を添加する、いわゆるチャネルドーピングを行う。要求されるしきい値を得るために、ボロンもしくはリン等をイオンドーピング法などにより添加する。
その後、図５（Ａ）に示すように、所定の形状にパターニングし、島状の結晶質ケイ素膜８０１ａ〜８０１ｄを得る。パターニングは、結晶質ケイ素膜にフォトレジストを塗布し、所定のマスク形状を露光し、焼成して、結晶性半導体膜上にマスクを形成し、このマスクを用いて、ドライエッチング法により結晶質ケイ素膜をエッチングすることで行われる。ドライエッチング法のガスは、ＣＦ4と、Ｏ2等を用いて行えば良い。
続いて、結晶性半導体膜８０１ａ〜８０１ｄを覆うようにゲート絶縁膜を形成する。ゲート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い膜厚を４０〜１５０nmとしてケイ素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法により酸化窒化珪素膜を１１５nmの厚さに形成する。
次いで、ゲート絶縁膜上に第１の導電層として膜厚３０ｎｍの窒化タンタル（ＴａＮ）８０２とその上に第２の導電層として膜厚３７０ｎｍのタングステン（Ｗ）８０３を形成する。ＴａＮ膜、Ｗ膜共スパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用いて窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すれば良い。
なお、本実施例では第１の導電層を膜厚３０ｎｍのＴａＮ、第２の導電層を膜厚３７０ｎｍのＷとしたが、第１の導電層と第２の導電層は共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、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を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。さらに、その組み合わせも適宜選択すればよい。膜厚は第１の導電層が２０〜１００ｎｍ、第２の導電層が１００〜４００ｎｍの範囲で形成すれば良い。また、本実施例では、２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、もしくは３層以上の積層構造としてもよい。
次に、前記導電層をエッチングして電極及び配線を形成するため、フォトリソグラフィーにより露光工程を経てレジストからなるマスクを形成する。第１のエッチング処理では第１のエッチング条件と第２のエッチング条件でエッチングを行う。レジストによるマスクを用い、エッチングし、ゲート電極及び配線を形成する。エッチング条件は適宜選択すれば良い。
本法では、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）エッチング法を使用した。第１のエッチング条件として、エッチング用ガスにＣＦ4、Ｃｌ2とＯ2を用い、それぞれのガス流量を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし、１．０Ｐａの圧力でコイル型電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
続いて、第２のエッチング条件に移ってエッチングを行う。レジストからなるマスクをのこしたまま、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2を用い、それぞれのガス流量を３０／３０（ｓｃｃｍ）、圧力１．０Ｐａでコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約１５秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。この第１のエッチング処理において、導電層に覆われていないゲート絶縁膜は２０ｎｍ〜５０ｎｍ程度エッチングされ、基板側に印加されたバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部はテーパー状となる。
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。第２のエッチング処理では、エッチング用のガスにＳＦ6とＣｌ2とＯ2を用い、それぞれのガス流量を２４／１２／２４（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａの圧力でコイル側の電力に７００ＷのＲＦ(１３．５６ＭＨｚ)電力を投入してプラズマを発生して２５秒程度エッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１０ＷのＲＦ(１３．５６ＭＨｚ)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。このエッチング条件ではＷ膜が選択的にエッチングされ、第２形状の導電層を形成する。このとき第１の導電層はほとんどエッチングされない。第１、第２のエッチング処理によって第１の導電層８０２ａ〜８０２ｄ、第２の導電層８０３ａ〜８０３ｄよりなるゲート電極が形成される。
そして、レジストからなるマスクを除去せず、第１のドーピング処理を行う。これにより、結晶性半導体層にＮ型を付与する不純物が低濃度に添加される。第１のドーピング処理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良１オンドープ法の条件はドーズ量が１×１０13〜５×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2、加速電圧が４０〜８０ｋＶで行えばよい。本実施の形態では加速電圧を５０ｋＶとして行う。Ｎ型を付与する不純物元素としては１５族に属する元素を用いることができ、代表的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が用いられる。本実施例ではリン（Ｐ）を使用する。その際、第１の導電層をマスクとして、自己整合的に低濃度の不純物が添加されている第１の不純物領域（Ｎ--領域）が形成される。
続き、レジストからなるマスクを除去する。そして新たにレジストからなるマスクを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で、第２のドーピング処理を行う。第２のドーピング処理もＮ型を付与する不純物を添加する。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜３×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとすれば良い。本実施の形態ではドーズ量を３．０×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を６５ｋＶとして行う。第２のドーピング処理は第２の導電層を不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層の下方に位置する半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピングを行う。
第２のドーピングを行うと、結晶性半導体層の第１の導電層と重なっている部分のうち、第２の導電層に重なっていない部分もしくはマスクに覆われていない部分に、第２の不純物領域（Ｎ-領域）が形成される。第２の不純物領域には１×１０18〜５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付与する不純物が添加される。また、結晶性半導体膜のうち、第１形状の導電層にもマスクにも覆われておらず、露出している部分（第３の不純物領域：Ｎ+領域）には１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲で高濃度にＮ型を付与する不純物が添加される。また、一部マスクのみに覆われている部分がある。この部分のＮ型を付与する不純物の濃度は、第１のドーピング処理で添加された不純物濃度のままであるので、引き続き第１の不純物領域（Ｎ--領域）と呼ぶことにする。
なお、本実施例では２回のドーピング処理により各不純物領域を形成したが、これに限定されることは無く、適宜条件を設定して、一回もしくは複数回のドーピングによって所望の不純物濃度を有する不純物領域を形成すれば良い。
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスクを形成し、第３のドーピング処理を行う。第３のドーピング処理により、Ｐチャネル型ＴＦＴとなる半導体層に前記第１の不純物領域及び前記第２の不純物領域とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）が形成される。
第３のドーピング処理では、レジストからなるマスクに覆われておらず、更に第１の導電層とも重なっていない部分に、第４の不純物領域（Ｐ+領域）が形成され、レジストからなるマスクに覆われておらず、且つ第１の導電層と重なっており、第２の導電層と重なっていない部分に第５の不純物領域（Ｐ-領域）が形成される。Ｐ型を付与する不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１３族の元素が知られている。
本実施例では、第４の不純物領域及び第５の不純物領域を形成するＰ型の不純物元素としてはホウ素（Ｂ）を選択し、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成した。イオンドープ法の条件としては、ドーズ量を１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を８０ｋＶとする。
なお、第３のドーピング処理の際には、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成する部分はレジストからなるマスクに覆われている。
ここで、第１及び第２のドーピング処理によって、第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されている。しかし、第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）のいずれの領域においても、第３のドーピング処理によって、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される。そのため、第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）は、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域として問題無く機能する。
なお、本実施例では、第３のドーピング一回で、第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）を形成したが、ドーピング処理の条件によって適宜複数回のドーピング処理により第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）を形成してもよい。
これらのドーピング処理によって、第１の不純物領域（Ｎ--領域）８０４、第２の不純物領域（Ｎ-領域）８０５、第３の不純物領域（Ｎ+領域）８０６、８０７、第４の不純物領域（Ｐ+領域）８０８、８０９、及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）８１０、８１１が形成される。
次いで、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜８１２を形成する。この第１のパッシベーション膜としてはケイ素を含む絶縁膜を１００〜２００ｎｍの厚さに形成する。成膜法としてはプラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。
本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成する。窒素を含む酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化ケイ素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化ケイ素膜、あるいはＳｉＨ4、Ｎ2ＯをＡｒで希釈したガスから形成される酸化窒化ケイ素膜を形成すれば良い。また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化ケイ素膜を適用しても良い。もちろん、第１のパッシベーション膜８１２は、本実施の形態のような酸化窒化ケイ素膜の単層構造に限定されるものではなく、他のケイ素を含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。
次いで、第１のパッシベーション膜８１２上に、層間絶縁膜８１３を形成する。層間絶縁膜としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化ケイ素膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化ケイ素膜などを用いることができ、有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂、ケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む材料、またはそれに加えて置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有する材料、いわゆるシロキサンの膜を用いることができる。また、それらの積層構造を用いても良い。
本実施例では、シロキサンにより層間絶縁膜８１３を形成する。層間絶縁膜としては、シロキサン系ポリマーを全面塗布した後、５０〜２００℃、１０分間の熱処理によって乾燥させ、さらに３００〜４５０℃、１〜１２時間の焼成処理を行う。この焼成により、１μｍ厚のシロキサンの膜が全面に成膜される。この工程は、シロキサン系ポリマーの焼成を行うと共に、第１のパッシベーション膜８１２中の水素によって、半導体層を水素化及び半導体中の不純物の活性化をすることが可能であるため、工程数を削減でき、プロセスを簡略化することが可能である。水素化は、第１のパッシベーション膜に含まれる水素によって、半導体層のダングリングボンドを終端するものである。
シロキサン以外の材料で層間絶縁膜を形成する場合には、水素化及び活性化の為に加熱処理が必要となる。その場合は層間絶縁膜を形成する前に別に加熱処理（熱処理）を行う工程が必要となる。熱処理法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中において４００〜７００℃で行えば良い、熱処理法の他に、レーザーアニール法、又はラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。レーザアニール法には本発明のレーザ照射方法及びレーザ照射装置を用いることができる。
また、第１のパッシベーション膜８１２を形成する前に活性化の為の加熱処理を行ってもよい。但し、第１の導電層８０２ａ〜８０２ｄ及び第２の導電層８０３ａ〜８０３ｄを構成する材料が熱に弱い場合には、本実施の形態のように配線などを保護するため、第１のパッシベーション膜８１２を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。さらに、この場合、第１のパッシベーション膜がないため、パッシベーション膜に含まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。この場合は、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用いての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理による水素化を用いれば良い。
この後、層間絶縁膜８１３を覆うように、ＣＶＤ法により窒化酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を形成しても良い。この膜は、後に形成される導電膜をエッチングするときに、エッチングストッパーとして働き、層間絶縁膜のオーバーエッチングを防止することができる。さらにこの上に、スパッタリング法により窒化珪素膜を形成してもよい。この窒化珪素膜は、アルカリ金属イオンの移動を抑制する働きがあるため、後に形成される画素電極からのリチウム元素、ナトリウム等の金属イオンが半導体薄膜へ移動するのを抑制することができる。
次に、層間絶縁膜のパターニング及びエッチングを行い、結晶質半導体層８０１ａ〜８０１ｄに達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールのエッチングは、ＣＦ4とＯ2とＨｅの混合ガスを用いてシロキサン膜をエッチングし、続いてＣＨＦ3のガスによりゲート絶縁膜である酸化シリコン膜をエッチングし、除去することで形成する。
続いて、コンタクトホール中に金属膜を積層し、パターニングしてソース電極及びドレイン電極を形成する。本実施例では、窒素を含むチタン膜上に、チタン−アルミニウム合金膜とチタン膜を積層しそれぞれ１００ｎｍ＼３５０ｎｍ＼１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングして３層で形成されるソース電極及び／又はドレイン電極８１４〜８２１を形成する。
一層目の窒素を含むチタン膜はターゲットをチタンとし、窒素とアルゴンの流量比を１：１としてスパッタリング法により形成する。上記のような窒素を含むチタン膜を、シロキサン系の膜の層間絶縁膜上に形成すると、剥離しにくく、且つ結晶性ケイ素膜と低抵抗接続を有する配線を形成することができる。
ここまでで、ＴＦＴや容量などの半導体素子を作製することができる。本発明によるレーザ照射装置及びレーザ照射方法を用いてＴＦＴや容量などの半導体素子に使用される半導体膜の結晶化を行ったことで基板裏面より反射された二次ビームによる干渉が起きるのを低減しつつ、良好なスループットを得ることが可能となる。結果として生産効率を向上させつつも基板上に形成された半導体素子の特性はより均一なものとなり、表示装置の画素部として用いられたとしても結晶状態の不均一により現れるＴＦＴの特性ムラが視認されることを防止することができる。これにより、高品質な画像の表示装置を従来より低価格で提供することが可能となる。
本実施例では実施例３で作製する素子基板を用いて発光表示装置を作製する例について図６を参照しながら説明する。本実施例で説明する発光表示装置は一対の電極間に発光する物質を含む層を挟み込み、電極間に電流を流すことで発光する素子をマトリクス状に配列させたものである。
発光素子の励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を経ても可能であると考えられている。故に、素子の特徴によって一つの発光表示装置内において、一重項励起状態の素子あるいは三重項励起状態の素子を混在させても良い。例えばＲＧＢの三色において、赤に三重項励起状態を取る素子、青と緑に一重項励起状態を取る素子としても良い。また、三重項励起状態を取る素子は一般に発光効率が良いため、駆動電圧の低下にも貢献する。
発光素子の材料としては、低分子、高分子、低分子と高分子の間の性質を持つ中分子の発光材料があるが、本実施例では低分子の発光材料を使用する。低分子材料も高分子材料も溶媒に溶かすことでスピンコートやインクジェット法により塗布することができる。また、有機材料のみではなく、無機材料との複合材料も使用することができる。
前工程によって作製されたＴＦＴのドレイン電極と一部重なるようにして、発光素子の第１の電極９０１を形成する。第１の電極は発光素子の陽極、または陰極になる電極であり、陽極とする場合は仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。仕事関数としては仕事関数４．０eV以上がだいたいの目安となる。具体例な材料としては、ＩＴＯ（indium tin oxide）、酸化インジウムに２〜２０%の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（indium zinc oxide）、酸化インジウムに２〜２０%の酸化珪素（ＳｉＯ2）を混合したＩＴＳＯ、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は金属材料の窒化物（ＴｉＮ）等を用いることができる。
陰極として用いる場合は、仕事関数の小さい（仕事関数３．８eV以下が目安）金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的な材料としては、元素周期律の１族又は２族に属する元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、及びＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ2）の他、希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができる。但し、本実施の形態において第１の電極は透光性を有するように形成するため、これら金属、又はこれら金属を含む合金を非常に薄く形成し、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＴＳＯ又はその他の金属（合金を含む）との積層により形成する。
本実施例では第１の電極９０１は陽極とし、ＩＴＳＯを用いる。電極としてＩＴＳＯを用いた場合は真空ベークを行うと発光表示装置の信頼性が向上する。
また、本実施例において第１の電極はＴＦＴのソース電極及びドレイン電極を作製した後に形成されるが、始めに第１の電極を形成しその後ＴＦＴの電極を作製してもかまわない。
画素部のＴＦＴに接続されている画素電極である第１の電極９０１の端部を覆うように絶縁膜９０２を形成する。この絶縁膜９０２は土手や隔壁と呼ばれるものである。絶縁膜９０２としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化ケイ素膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化ケイ素膜などを用いることができ、有機絶縁膜としては感光性または非感光性のポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂、ケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水素を含む材料、またはそれに加えて置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有する材料、いわゆるシロキサンの膜を用いることができる。また、それらの積層構造を用いても良い。感光性の有機物を使用して形成すると、曲率半径が連続的に変化する形状をもつ開口部が形成できるため、電界発光層を蒸着する際に段切れなどが起こりにくいものとなり好適である。本実施例では感光性のポリイミドを使用する。
続いて、蒸着装置を用いて、蒸着源を移動させながら蒸着を行う。蒸着は真空度が０．６６７Ｐａ以下、好ましくは１．３３×１０-2〜１．３３×１０-4Ｐａまで真空排気された成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、抵抗加熱により、予め有機化合物は気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。気化された有機化合物は、上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って基板に蒸着され、電界発光層９０３（第１の電極側から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、積層体、電子注入層）を形成する。なお、電界発光層９０３の構成はこのような組み合わせの積層でなくとも良く、単層で形成されていてもよい。また、積層する場合は層と層の間に当該２つの混合層を形成しても良い。
電界発光層９０３を形成したら、第２の電極９０４を電界発光層９０３に接して形成する。本実施例では第１の電極９０１が陽極であるため、第２の電極９０４は陰極として形成する。陰極材料は先に述べたような材料を使用すれば良く、本実施例ではアルミニウム膜を１５０ｎｍ形成することで第２の電極（陰極）９０４とする。
本実施例では第１の電極９０１のみ透光性を有する材料で形成されているため、基板の下面方向より光を取り出す構造である。図６（Ｂ）は上面発光の構成の１例であり第１の電極である画素電極９０１とＴＦＴの電極を異なる層に形成した例である。第１の層間絶縁膜９０２及び第２の層間絶縁膜９０６は図５における層間絶縁膜８１３と同様の材料で作製することができ、その組み合わせも自由に行えるが、今回はどちらの層もシロキサンにより形成する。画素電極９０１は第２の層間絶縁膜９０３側からＡｌ−Ｓｉ＼ＴｉＮ＼ＩＴＳＯと積層して形成するが、もちろん単層でもかまわないし、２層、あるいは４層以上の積層構造でもかまわない。
図７には下面発光、両面発光、上面発光の例を示す。本実施例に記載の下面から光を取り出す構造は図７（Ａ）の構造に相当する。第２の電極の下にＬｉを含む材料を薄く（透光性を有する程度に）形成し、ＩＴＯやＩＴＳＯ、ＩＺＯなど透光性を有する材料を第２の電極として形成することで図７（Ｂ）のように両面より光を取り出すことのできる両面発光の発光表示装置を得ることが可能となる。なお、アルミニウムや銀など厚膜で形成すると非透光性であるが、薄膜化すると透光性を有するようになるため、アルミニウムや銀の透光性を有する程度の薄膜で第２の電極を形成すると両面発光とすることができる。
図７（Ｃ）は上面発光の発光表示装置の一例であるが、図６（Ｂ）に相当する。上面発光はこのように層間膜を図７（Ａ）（Ｂ）より一枚多く形成すると、ＴＦＴの上部にも発光素子を設けることができ、開口率の点で有利な構成となる。
ところで、両面発光や上面発光の場合に用いられる透明電極であるＩＴＯやＩＴＳＯは蒸着による成膜ができないためスパッタ法による成膜が行われる。第２の電極９０４をスパッタリング法により形成する場合、電子注入層の表面もしくは電子注入層と電子輸送層の界面にスパッタリングによるダメージが入ってしまうことがあり、発光素子の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。これを防ぐためには、スパッタリングによるダメージを受けにくい材料を第２の電極４０４に最も近い位置に設けるとよい。このようなスパッタダメージを受けにくい材料で、電界発光層９０３に用いることができる材料としては酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）が挙げられる。しかし、ＭｏＯｘは正孔注入層として好適な物質であるため、第２の電極９０４に接して設けるには第２の電極９０４を陽極とする必要がある。このように陰極を第１の電極、陽極を第２の電極とする素子を仮に逆積みの素子と呼んでいる。
そこで、この逆積み素子の場合は第１の電極９０１を陰極として形成し、その後順に、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層（ＭｏＯｘ）、第２の電極（陽極）と形成する。また、画素の駆動用ＴＦＴはＮチャネル型とする必要がある。
ＭｏＯｘは蒸着法により形成し、ｘ＝３．１〜３．２のものが好適に使用できる。また、ＭｏＯｘ層は銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの有機金属錯体や有機物と共蒸着することで有機、無機の混合層としても良い。逆積み素子を用いた場合、画素部のＴＦＴはもともとＮ型であるａ−Ｓｉ：Ｈを半導体層としたトランジスタを用いると工程が簡略化されて好適である。駆動回路部が同一基板上に形成されている場合は駆動回路部のみ本発明のレーザ照射方法を用いて結晶化して用いるとよい。
その後、プラズマＣＶＤ法により窒素を含む酸化珪素膜を第２のパッシベーション膜９０５として形成する。窒素を含む酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化ケイ素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化ケイ素膜、あるいはＳｉＨ4、Ｎ2ＯをＡｒで希釈したガスから形成される酸化窒化ケイ素膜を形成すれば良い。また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化ケイ素膜を適用しても良い。もちろん、第２のパッシベーション膜９０５は単層構造に限定されるものではなく、他のケイ素を含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。また、窒化炭素膜と窒化ケイ素膜の多層膜やスチレンポリマーの多層膜、窒化ケイ素膜やダイヤモンドライクカーボン膜を窒素を含む酸化珪素膜の代わりに形成してもよい。
続いて水などの劣化を促進する物質から電界発光素子を保護するために、表示部の封止を行う。対向基板を封止に用いる場合は、絶縁性のシール剤により、外部接続部が露出するように貼り合わせる。対向基板と素子基板との間の空間には乾燥した窒素などの不活性気体を充填しても良いし、シール剤を画素部全面に塗布しそれにより対向基板を形成しても良い。シール剤には紫外線硬化樹脂などを用いると好適である。シール剤には乾燥剤やギャップを一定に保つための粒子を混入しておいても良い。続いて外部接続部にフレキシブル配線基板を貼り付けることによって、電界発光パネルが完成する。
このような電界発光パネルには単色、エリアカラー、フルカラーなどの表示方法があるが、フルカラーにはさらに、ＲＢＧの３色塗り分け法、白色光源をカラーフィルタによりＲＢＧ化する方法、色変換フィルタを使用して短波長の色を長波長の色に変換する方法などがある。また、色純度を向上させるために、カラーフィルタを用いる場合もある。
なお、表示機能を有する本発明の発光表示装置には、アナログのビデオ信号、デジタルのビデオ信号のどちらを用いてもよい。デジタルのビデオ信号を用いる場合はそのビデオ信号が電圧を用いているものと、電流を用いているものとに分けられる。発光素子の発光時において、画素に入力されるビデオ信号は、定電圧のものと、定電流のものがあり、ビデオ信号が定電圧のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。またビデオ信号が定電流のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。この発光素子に印加される電圧が一定のものは定電圧駆動であり、発光素子に流れる電流が一定のものは定電流駆動である。定電流駆動は、発光素子の抵抗変化によらず、一定の電流が流れる。本発明の発光表示装置及びその駆動方法には、電圧のビデオ信号、電流のビデオ信号のどちらを用いてもよく、また定電圧駆動、定電流駆動のどちらを用いてもよい。
実施例６では発光表示装置に本発明を適用した例を示したが、結晶化やレーザアニールを適用して形成された薄膜を利用した素子を用いた電子機器であれば本発明を適用することができ、本発明を適用して作製された素子の特性はバラツキが少ないため、安定した品質の製品を提供することができるようになる。
また、ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いることによって生産効率を向上させつつも基板上に形成された半導体素子の特性はより均一なものとなり、高品質な画像を提供することが可能な表示装置を従来より低価格で提供することが可能となる。
また、小型化、集積化がすすむ今日、薄膜トランジスタに代表される薄膜半導体素子に用いられる半導体膜の膜厚はデザインルールの縮小によりどんどん薄くなっており、半導体膜を透過し、基板裏面より反射する二次ビームにより起こってしまうレーザビームの干渉が大きな問題となるが、本発明を用いることによってそれを回避することが可能となり、結晶性のより均一化された半導体膜を作製することができる。
本発明を利用して作製することが好適である電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、ステレオ、コンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話又は電子書籍など）が挙げられる。それらの例を図９、図１０に示す。あるいは、一般的なＩＣチップ、ＩＤチップ、ＲＦＩＤタグのような電子機器にも本発明を適用することができる。
図９（Ａ）はコンピュータであり、本体１００１、画像入力部１００２、表示部１００３、キーボード１００４を含む。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１００３に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
図８（Ｂ）はビデオカメラであり、本体１００５、表示部１００６、音声入力部１００７、操作スイッチ１００８、バッテリー１００９、受像部１０１０等を含む。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１００６に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
図８（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体１０１１、カメラ部１０１２、受像部１０１３、操作スイッチ１０１４、表示部１０１５等を含む本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０１５に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
図８（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体１０１６、表示部１０１７、アーム部１０１８等を含む。表示部１０１７は基板として可撓性基板を用いており、表示部を湾曲させている。また、軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０１７に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
図８（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１０１９、表示部１０２０、スピーカ部１０２１記録媒体１０２２操作スイッチ１０２３等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞、映画鑑賞、ゲーム、インターネットなどを行うことができる、本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０２０に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
図８（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体１０２４、表示部１０２５、接眼部１０２６、操作スイッチ１０２７、等を含む。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０２５に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
図９（Ａ）は携帯電話であり、本体１０２８、音声出力部１０２９、音声入力部１０３０、表示部１０３１、操作スイッチ１０３２、アンテナ１０３３等を含む。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０３１に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
図９（Ｂ）は電子書籍であり、本体１０２８、表示部１０３５、１０３６、記憶媒体１０３７、操作スイッチ１０３８、アンテナ１０３９等を含む。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０３５、１０３６に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。電子書籍を文庫本と同程度の大きさにすることも出来、持ち運びを容易にすることもできる。
図９（Ｃ）はディスプレイであり、本体１０４０、支持台１０４１、表示部１０４２等を含む。表示部１０４２は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイを実現出来る。また、表示部を湾曲させることも可能である。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０４２に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
また、本発明の適用範囲はきわめて広く、様々な分野の電子機器に適用することが可能である。なお、本実施例の電子機器は実施の携帯及び実施例１〜５と組み合わせ可能である。
本発明に用いられるレーザ照射装置の図。 レーザビームの走査経路を示す図。 本発明に用いられるレーザ照射装置の図。 選択照射の図。 本発明を用いて半導体装置を作成する際のプロセス図１。 本発明を用いて半導体装置を作成する際のプロセス図２。 発光表示装置の例示。 結晶化後基板の表面写真。 本発明を用いて作製した電子機器の例 本発明を用いて作製した電子機器の例

Claims (38)

  1. レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを１方向に偏向する少なくとも一つのミ ラーと、
    前記ミラーにより偏向されたレーザビームを所定の平面上で結像するレンズを有し、
    前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射 する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の 光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置。
  2. レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器から発振されたレーザビームを１方向に偏向する少なくとも一つのミ ラーと、
    前記ミラーにより偏向されたレーザビームを所定の平面上で結像するレンズを有し、
    前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射 する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の 光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置。
  3. レーザ発振器と、
    少なくとも一つのガルバノミラーと、
    ｆθレンズを有し、
    前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射 する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の 光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置。
  4. レーザ発振器と、
    少なくとも一つのガルバノミラーと、
    ｆθレンズを有し、
    前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射 する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の 光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置。
  5. レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを 前記被照射物上において第１の方向に走査する第１のミラーと、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを 前記被照射物上において前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する第２のミラー と、
    前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する前記被照射物をのせるた めのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜ ２ｎｄを満たすことを特徴とする特徴とするレーザ照射装置。
  6. レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを 前記被照射物上において第１の方向に走査する第１のミラーと、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを 前記被照射物上において前記第１の方向と直交する第２の方向に走査する第２のミラー と、
    前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する前記被照射物をのせるた めのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜ ４ｎｄを満たすことを特徴とする特徴とするレーザ照射装置。
  7. レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを 前記被照射物上において第１の方向に走査するミラーと、
    前記前記被照射物を設置し前記第１の方向と直交する第２の方向に移動するステージと 、
    前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるための ステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎ ｄを満たすことを特徴とする特徴とするレーザ照射装置。
  8. レーザ発振器と、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上におけるビームスポットを 前記被照射物上において第１の方向に走査するミラーと、
    前記前記被照射物を設置し前記第１の方向と直交する第２の方向に移動するステージと 、
    前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるための ステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎ ｄを満たすことを特徴とする特徴とするレーザ照射装置。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームは第２高調波であることを特徴とするレーザ照射装置。
  10. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
    前記レーザ発振器より発振されたレーザビームは第２高調波に変換されることを特徴とするレーザ照射装置。
  11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において音響光学素子を用いたシャッタを有することを特徴とするレーザ照射装置。
  12. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において電気光学素子を用いたシャッタを有することを特徴とするレーザ照射装置。
  13. 屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に形成された半導体膜に、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜２ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して照射することを特徴とするレーザ照射方法。
  14. 屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に形成された半導体膜に、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜４ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して照射することを特徴とするレーザ照射方法。
  15. レーザビームを基板上に形成した半導体膜に照射する際に、
    前記レーザビームは少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズにより前記半導体膜上を走査され、
    前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されることを特徴とするレーザ照射方法。
  16. パルス幅がｔであるレーザビームを厚さｄで屈折率がｎである基板上に形成した半導体膜に照射する際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、
    前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法。
  17. パルス幅がｔであるレーザビームを厚さｄで屈折率がｎである基板上に形成した半導体 膜に照射する際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、 前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査さ れ且つ第２のガルバノミラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する 第２の方向に走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレ ーザ照射方法。
  18. レーザビームを基板上に形成した半導体膜に照射する際に、
    前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されており、
    前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法。
  19. パルス幅がｔであるレーザビームを厚さｄで屈折率がｎである基板上に形成した半導体 膜に照射する際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、 前記レーザビームは前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査 され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移 動することによって走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレ ーザ照射方法。
  20. パルス幅がｔであるレーザビームを厚さｄで屈折率がｎである基板上に形成した半導体 膜に照射する際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、 前記レーザビームは前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査 され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移 動することによって走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレ ーザ照射方法。
  21. レーザビームを基板上に形成した半導体膜に照射する際に、
    前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されており、
    前記レーザビームは前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによって走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ照射方法。
  22. 請求項１３乃至請求項２１のいずれか一項において、
    前記レーザビームがシャッタを通過することで前記半導体膜のレーザ照射の必要な部分 のみ選択的にレーザ照射することを特徴とするレーザ照射方法。
  23. 請求項１３乃至請求項２1のいずれか一項において、
    前記レーザビームがシャッタを通過することで前記半導体膜の半導体素子を形成する部 分のみ選択的にレーザ照射することを特徴とするレーザ照射方法。
  24. 請求項２２または請求項２３において前記シャッタは音響光学素子を用いていることを 特徴とするレーザ照射方法。
  25. 請求項２２または請求項２３において前記シャッタは電気光学素子を用いていることを 特徴とするレーザ照射方法。
  26. 屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜２ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも１つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とすることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
  27. 屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜４ｎｄを満たすレーザビームを、少なくとも１つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とすることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
  28. 基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    レーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、
    前記レーザビームは少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズにより前記非晶質半 導体膜上を走査され、
    前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半 導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当す る時間において前記非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されることを特徴とする結 晶質半導体膜の作製方法。
  29. 厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする 際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、 前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上を第１の方向に 走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上において前記第１の方 向に直交する第２の方向に走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴と する結晶質半導体膜の作製方法。
  30. 厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする 際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、 前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上を第１の方向に 走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上において前記第１の方 向に直交する第２の方向に走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴と する結晶質半導体膜の作製方法。
  31. 基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    レーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、
    前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半 導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当す る時間において前記非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されており、
    前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上を第１の方向に 走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上において前記第１の方 向に直交する第２の方向に走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴と する結晶質半導体膜の作製方法。
  32. 厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする 際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、 前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーによ り走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステー ジが移動することによって走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴と する結晶質半導体膜の作製方法。
  33. 厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする 際に、
    前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、 前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーによ り走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステー ジが移動することによって走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴と する結晶質半導体膜の作製方法。
  34. 基板上に非晶質半導体膜を形成し、
    レーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、
    前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半 導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当す る時間において前記非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されており、
    前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向にはガルバノミラーにより走査 され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移 動することによって走査され、
    前記レーザビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴と する結晶質半導体膜の作製方法。
  35. 請求項２６乃至請求項３４のいずれか一項において、
    前記レーザビームがシャッタを通過することで前記非晶質半導体膜のレーザ照射の必要 な部分のみ選択的にレーザ照射することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
  36. 請求項２６乃至請求項３４のいずれか一項において、
    前記レーザビームがシャッタを通過することで前記非晶質半導体膜の半導体素子を形成 する部分のみ選択的にレーザ照射することを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
  37. 請求項３５または請求項３６において前記シャッタは音響光学素子を用いていることを 特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
  38. 請求項３５または請求項３６において前記シャッタは電気光学素子を用いていることを 特徴とする結晶質半導体膜の作製方法。
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