JP2005340788A - レーザ照射方法およびそれを用いた半導体装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被照射物内に厚さのばらつきが存在する場合であっても、被照射物に対してレーザ光の照射を均一に行うレーザ光の照射方法を提供する。
【解決手段】 厚さのばらつきが存在する被照射物にレーザ光を照射する際に、オートフォーカス機構を用いることによって、被照射物の表面にレーザ光を集光するレンズと被照射物間との距離を一定に保ちながらレーザ光の照射を行う。特に、レーザ光に対して被照射物を被照射物の表面に形成されたビームスポットの第１の方向および第２の方向に相対的に移動させて、被照射物にレーザ光の照射を行う場合に、第１の方向および第２の方向のいずれかの方向に移動させる前にオートフォーカス機構によってレンズと被照射物間との距離を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ照射方法に関し、より詳細には、オートフォーカス機構によって被照射物へのレーザ光の照射を制御するレーザ照射方法に関する。また、該レーザ照射方法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（ＴＦＴ）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の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、従来は基板の外部に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが試みられている。

半導体装置に用いる基板は、コストの面からガラス基板が有望視されている。しかし、ガラス基板は耐熱性におとり、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、ガラス基板上に形成された半導体膜の結晶化にレーザアニールが用いられる。

レーザアニールの特徴は、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。また、半導体基板または基板上に形成された半導体膜を選択的に加熱して、基板に熱的損傷を与えないことなどが挙げられている。

一般的に、半導体膜のレーザアニールには、エキシマレーザから発振されたレーザ光が多く用いられる。エキシマレーザは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であるという利点を有している。さらにエキシマレーザから発振されるレーザ光は、半導体膜としてよく用いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。そして、レーザ光の照射には、照射面におけるレーザ光のビームスポットの形状が線状（長方形や楕円等も含む）となるように光学系にて整形し、線状に整形されたビームスポットの短辺方向に被照射物を相対的に移動させて、レーザ光を照射する。このように、被照射物にレーザ光を照射することによって効率よくレーザアニールを行うことができる。

また、レーザアニールとして、他にも連続発振のレーザ（ＣＷレーザとも呼ぶ）を用いることもできる。ＣＷレーザから発振されたレーザ光を線状に整形し、照射面におけるビームスポットの短辺方向に被照射物である半導体膜を相対的に移動させることで、半導体膜において移動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶を形成することができる。大粒径結晶の伸長方向に合わせてＴＦＴを作製した場合、エキシマレーザで作製したＴＦＴに比べ、キャリア移動度の高いＴＦＴを作製することができる。このＴＦＴを用いることにより、回路を高速で駆動させることができるため、ドライバやＣＰＵなどを作製することが可能となる。

このとき、用いるＣＷレーザから発振されるレーザ光の波長は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）での吸収効率が良く、非線形光学素子において基本波からの変換効率が高い５３２ｎｍといった波長を用いるのが一般的である。通常、照射するレーザ光の波長が短いほどａ−Ｓｉの光の吸収効率は高くなる。一方で、ＣＷレーザの出力は波長が短くなるほど、出力が低くなるのが一般的である。

上記手法を用いて結晶化を行った半導体膜を用いてＴＦＴを形成する手法が多方面で実施されている。

出力の弱いレーザ光を照射する場合、レーザ光のエネルギー密度またはパワー密度を高めるために、レンズを用いて被照射物表面の１点にレーザ光を集光させる。また、レーザ光を被照射物に照射して、被照射物に直接パターンを形成する場合にも、レンズを用いて被照射物に形成されるビームスポットを集光させるように加工する。例えば、レーザ発振器としてＣＷレーザを用いて半導体膜の結晶化を行う場合は、スループットをできるだけ向上させる必要があるため、レンズを用いて照射面に形成されるビームスポットの形状を長方形、楕円または線状等の細長い形状に整形し、短辺方向の長さを数μｍ程度にまで集光する。また、被照射物にレーザ光を照射することにより微細なパターンを直接描画する場合は、ビームスポットの形状をより小さくする。

レーザ光を集光して被照射物に形成されるビームスポットのスポット径を小さくするためには、開口率（ＮＡ）が大きいレンズを用いる必要がある。一般的に、ＮＡと焦点深度Ｚはレーザ光の波長をλとすると、Ｚ＝±λ／２ＮＡ²という関係が成り立つ。そのため、ＮＡが大きいレンズを用いると、それに伴いレンズの焦点深度は浅くなる。例えば、上記ＣＷレーザを用いる場合には、数μｍオーダーで焦点深度を合わせなければならない。

しかし、ガラス基板に代表される基板は、大型になればなるほど、基板内での厚みのばらつきが大きくなり、同一基板内における厚さの差が数１０μｍ生じることもある。例えば、厚みのばらつきがあるガラス基板等に設けられた半導体膜にレーザ光を照射してアニール等を行う場合、場所によってレンズと被照射物との距離が変化し、ビームスポットの形状が場所によって変化する。そのため、同一の基板上に形成された半導体膜においても場所によって結晶性が異なるという問題が生じる。

本発明では上記問題を鑑み、被照射物内に厚さのばらつきが存在する場合であっても、被照射物に均一にレーザ光を照射する方法の提供を課題とする。また、当該レーザ光を照射する方法を用いた半導体装置の作製方法の提供を課題とする。

本発明は、オートフォーカス機構を用いて被照射物上にレーザ光を集光するレンズと被照射物との距離を一定に保ちながらレーザ光の照射を行うレーザ光の照射方法である。特に、被照射物に入射するレーザ光に対して被照射物を被照射物上に形成されたビームスポットの第１の方向および第２の方向に相対的に移動させて、被照射物にレーザ光の照射を行う場合に、第１の方向および第２の方向のいずれかの方向に移動する前にオートフォーカス機構によってレンズと被照射物間との距離を制御することを特徴としている。なお、オートフォーカス機構とは、レンズを通して被照射物に照射されるレーザ光の焦点を被照射物上にあわせる機構をいう。

うねりが存在する被照射物に対してレーザ光の照射を行う場合には、あらかじめうねりを考慮してオートフォーカスを行う。例えば、被照射物の１方向に沿ってうねりが存在し、うねりが存在する第１の方向および第１の方向と直角の第２の方向に被照射物を移動させてレーザ光の照射を行う際には、うねりのない第２の方向に移動させる前にオートフォーカスを行えばよい。

つまり、被照射物に入射するレーザ光に対して被照射物をうねりの存在する第１の方向に相対的に移動させた後に、うねりによってレンズと被照射物間との距離が変化するが、その変化した距離の分だけオートフォーカスによって補正を行う。また、うねりの存在する第１の方向への被照射物を移動させている時にオートフォーカスによりレンズと被照射物間の距離の制御を行ってもよい。

被照射物に形成されるビームスポットは、光学系により長辺方向と短辺方向を有する長方形、楕円または線状等の細長い形状に整形することができる。細長い形状のビームスポットの長辺方向をうねりが存在する第１の方向に平行に配置して、レーザ光の照射を行うと効率よくレーザ光の照射を行うことができる。なお、ここでいう光学系とは、１枚または複数枚のレンズやミラー等を組み合わせることによって、任意の部分にレーザ光を集光する等の機能を持たせたものをいう。

被照射物にレーザ光を照射する方法としては、被照射物を移動させてレーザ光の照射を行ってもよいし、レーザ光を移動させて照射を行ってもよいし、被照射物とレーザ光の両方を移動させて行ってもよい。また、被照射物またはレーザ光の移動において、うねりが存在する第１の方向への移動を、第２の方向への移動より低速で行うことによって精度よく照射位置を制御して均一に照射できるため好ましい。

オートフォーカスの手法としては、レーザ光の焦点を被照射物表面にあわせることが可能であれば、どのような手段を用いても構わない。例えば、検出用のレーザ光と当該レーザ光を検出する検出器（４分割光検出器、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）等）を用いて、レンズと被照射物との距離を常に測長し、レンズと被照射物との距離を一定に保つことにより、レーザ光の焦点を被照射物にあわせる。レンズと被照射物との距離の制御は、レンズまたはステージに微動装置を設けることにより行うことができる。また、レンズと被照射物との距離の測長に用いるレーザ光は被照射物をアニールするレーザ光とは別途設けてもよいし、併用して設けることも可能である。オートフォーカスの手法として他にも、ＣＤやＤＶＤ等で用いられる手法（非点収差法、ナイフエッジ法、フーコー法または臨界角法等）も用いることができる。また、接触式変位計を用いて、直接被照射物に接触させることにより、レンズと被照射物との距離を制御することも可能である。なお、オートフォーカスによってレンズと被照射物間との距離の制御は、レンズを含む光学系を移動させて行ってもよいし、被照射物を移動させて行ってもよい。

また、上述したレーザ照射方法を用いて、半導体膜にレーザ光を照射してアニールを行うことにより、半導体膜の結晶化または活性化等を行うことができる。さらにアニールを行った半導体膜を用いて半導体装置を作製することができる。

本発明で用いるレーザ発振器は特に制限されることはなく、パルス発振または連続発振（ＣＷ）のいずれのレーザ発振器を用いることが可能である。パルス発振のレーザ発振器としては、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザあるいはＹＶＯ₄レーザ等を用いることができる。ＣＷのレーザ発振器としては、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＧｄＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザを用いることができる。ＣＷのレーザ光を用いることによって、レーザ光の照射方向に沿って長く伸びた大粒径の結晶領域が形成することができる。また、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光もレーザ光として利用できる。繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光（擬似ＣＷレーザとも呼ぶ）を用いることによっても、レーザ光の照射方向に沿って長く伸びた大粒径の結晶領域が形成することができる。

本発明を用いることにより、レーザ光の照射を行う被照射物内に厚さのばらつきが存在する場合であっても、均一にレーザ光を照射することが可能になる。また、被照射物内のうねりを考慮してレーザ光の照射を行うことによって、効率よくレーザ光の照射ができる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。

本発明では、被照射物にレーザ光を照射する際に、オートフォーカス機構を用いてレンズと被照射物との距離を一定に保ちながらレーザ光の照射を行う。オートフォーカス機構は、少なくともレンズを通して被照射物に照射されるレーザ光の焦点が被照射物表面上にあっているかどうかを検出する手段と、レンズと被照射物との距離を制御する手段を有している。なお、レンズと被照射物との距離を制御する手段としては、大きく分けて被照射物を移動させて制御する方法とレンズを含んだ光学系を移動させて制御する方法がある。

また、被照射物内に規則的なうねりが存在する場合などは、それを考慮してレーザ光の照射を行う。例えば、ガラス基板は一般的に、製造工程に固有したうねりが一定方向に沿って存在する。そのため、ガラスを基板として用いた場合には、うねりがある方向に基板を移動させたときに限りオートフォーカス機構を用いて焦点位置を対象物の表面に合わせるが、うねりがない方向にレーザ光を走査するときにはオートフォーカス機構を用いなくてもよい。

本発明において被照射物にレーザ光を照射する形態としては、半導体膜にレーザ光を照射してアニールを行う形態、半導体膜にレーザ光を照射して半導体膜の活性化を行う形態、光リソグラフィ技術による被照射物の微細加工を行う形態またはレーザ光を直接照射してパターンを形成する形態等がある。また、これらの形態に限られず、被照射物にレーザ光を照射して被照射物に加工を行うものならば何でも含まれる。

なお、レーザ光の照射に用いるレーザ発振器は特に制限されることはなく、パルス発振またはＣＷのいずれのレーザ発振器を用いることが可能である。また、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光も利用できる。
（実施の形態１）
実施の形態１では、オートフォーカス機構を利用したレーザ照射方法において、レンズと被照射物間の距離を、被照射物を移動させて制御する構成に関し、図１を用いてその概要を説明する。

図１において、第１のレーザ光は、１０ＭＨｚ以上の高繰り返し周波数のレーザ発振器１０１から射出され、ミラー１０２によって反射されて被照射物１０６に対して垂直方向に入射する。その後、第１のレーザ光は、それぞれ一軸方向に集光可能なシリンドリカルレンズ１０３、１０４に入射し、被照射物１０６に集光され、線状のビームスポット１０５が被照射物１０６上に形成される。

なお、レーザ発振器１０１としてここでは１０ＭＨｚ以上の高繰り返し周波数のレーザ発振器を用いているが、これに限られず、連続発振（ＣＷ）のレーザ発振器も用いることができる。ＣＷのレーザ発振器を用いる場合には、被照射物１０６上におけるレーザ光の入射光と反射光の干渉を避けるために、第１のレーザ光を被照射物１０６に対して垂直方向ではなくある一定の角度以上をもって斜め方向から入射させるとよい。この場合、レーザ光の入射方向におけるビームスポットの長さをｌ、レーザ光の入射角度をθ、被照射物の厚さをｄとすると、レーザ光の入射角度はθ≧ｔａｎ^-1（ｌ／２ｄ）を満たすようにするのが好ましい。

被照射物１０６は、傾きの調整および上下に移動可能であるＺ軸ステージ１１６、Ｘ軸ステージ１１７、Ｙ軸ステージ１１８によって移動することが可能である。本実施の形態ではＸ軸ステージ１１７およびＹ軸ステージ１１８を移動させることによって、被照射物１０６に第１のレーザ光の照射を行う。

シリンドリカルレンズ１０３および１０４と被照射物１０６の距離が常に一定になるように、レーザ発振器１０９、シリンドリカルレンズ１１０、１１１、４分割光検出器１１２およびＺ軸ステージ１１６から構成されるオートフォーカス機構を用いる。シリンドリカルレンズ１０３および１０４と被照射物１０６の距離が常に一定になるというのは、シリンドリカルレンズ１０３および１０４の焦点位置が常に被照射物１０６上にあるということである。なお、ここではシリンドリカルレンズ１０３と１０４間の距離は固定されており、シリンドリカルレンズ１０４の焦点位置が被照射物１０６の表面に合っている場合はシリンドリカルレンズ１０３の焦点位置も合っているものとする。

レーザ発振器１０９から射出した第２のレーザ光は、２枚のシリンドリカルレンズ１１０、１１１を通って被照射物１０６に入射し、そこで反射されたレーザ光は４分割光検出器１１２により検出される。このとき、被照射物１０６の照射面が上下することによって、第２のレーザ光の光路長が変化する。４分割光検出器１１２では検出した光の強弱を電気信号に変換する。そして変換された電気信号をもとに、シリンドリカルレンズ１０４及び被照射物１０６の距離が一定かつ垂直になるように、４分割光検出器１１２と連動したＺ軸ステージ１１６を移動させて調整する。なお、ここでは、図１に示すように、第２のレーザ光を被照射物１０６の表面に斜め方向から入射させることが好ましい。この場合、第１のレーザ光は被照射物１０６の表面に垂直に入射させているため、第２のレーザ光を被照射物１０６の表面に斜め方向から入射させることによって、第１のレーザ光と第２のレーザ光を射出するための光学系の装置を別の場所に配置することが可能となり、光学系の組み立てが容易となる。

図２を用いて、２枚のシリンドリカルレンズを用いた光学系における光路長とビーム形状の関係について説明する。

図２において、照射面１１２ｂは図１における第１のレーザ光の焦点が被照射物１０６上にあっている位置（合焦位置）とする。このときの被照射物１０６におけるビームスポット形状１１２ｂが円になるように２枚のシリンドリカルレンズ１１０、１１１の焦点位置を調整する。なお、照射面１１２ａ〜１１２ｄにおけるビームスポットの形状は、それぞれビームスポット形状１１３ａ〜１１３ｄに対応している。

被照射物１０６がシリンドリカルレンズ１０４に近づいた場合、光路長は短くなるため、照射面１１２ａにおけるビームスポット形状１１３ａは、楕円となる。逆に、被照射物１０６がシリンドリカルレンズ１０４から遠ざかった場合、光路長は長くなるため、照射面１１２ｃにおけるビームスポット形状１１３ｃは、ビームスポット形状１１３ａと９０度回転した方向に長い楕円となる。さらに、被照射物１０６が遠ざかった場合（照射面１１２ｄ）はレーザ光の強度が弱まるため、ビームスポット形状１１３ｄはビームスポット形状１１３ａと９０度回転した方向に長い楕円となり且つ４分割光検出器に検出される値が小さくなる。

また、被照射物１０６が傾いて設置されている場合には、反射されたレーザ光が４分割光検出器１１２に当たらないため、電流値が検出されない。仮に反射されたレーザ光が４分割光検出器１１２に当たったとしても４つの検出器においてそれぞれ偏った電流値が検出される。

次に、図３を用いて４分割光検出器とビームスポットの関係について説明する。

図３において、４分割光検出器の分割されたそれぞれの検出器を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）とした。それぞれの検出器に光が当たると光の強度に比例して電流に変換される。

光路長が短いとき（図３（Ａ））、つまり、シリンドリカルレンズ１０４と被照射物１０６との距離がシリンドリカルレンズ１０４の焦点距離に比べ短いときは、４分割光検出器におけるビームスポットの形状は楕円となる。このときに検出される電流値は、（ａ）＝（ｃ）＜（ｂ）＝（ｄ）となる。シリンドリカルレンズ１０４の焦点位置に被照射物１０６を配置するためには、Ｚ軸ステージ１１６をシリンドリカルレンズ１０４から離れる方向に移動させればよい。

光路長が適正であるとき（図３（Ｂ））、つまり、シリンドリカルレンズ１０４と被照射物１０６との距離がシリンドリカルレンズ１０４の焦点距離と同じときは、４分割光検出器におけるビームスポットの形状は円状となる。このときに検出される電流値は、（ａ）＝（ｂ）＝（ｃ）＝（ｄ）となる。

光路長が長いとき（図３（Ｃ））、つまり、シリンドリカルレンズ１０４と被照射物１０６との距離がシリンドリカルレンズ１０４の焦点距離に比べ長いときは、４分割光検出器におけるビームスポットの形状は楕円状となる。このときに検出される電流値は、（ａ）＝（ｃ）＞（ｂ）＝（ｄ）となる。シリンドリカルレンズ１０４の焦点位置に被照射物１０６を配置するためには、Ｚ軸ステージ１１６をシリンドリカルレンズ１０４に近づく方向に移動させればよい。

光路長が極めて長いとき（図３（Ｄ））、つまり、シリンドリカルレンズ１０４と被照射物１０６との距離がシリンドリカルレンズ１０４の焦点距離に比べて極めて長いときは、４分割光検出器におけるビームスポットの形状は楕円状となり、４分割光検出器に当たらない光がある。このとき、それぞれの検出器における電流値の合計は、検出器に当たらない光が存在する分小さくなる。この場合も上述した（Ｃ）と同様に、Ｚ軸ステージ１１６をシリンドリカルレンズ１０４に近づく方向に移動させればよい。

光路長は適正であるが、被照射物１０６が傾いているとき（図３（Ｅ））、つまり、シリンドリカルレンズ１０４の平面部と被照射物１０６の表面とが平行でないときは、４分割光検出器におけるビームスポットの形状は円状となる。しかし、４分割光検出器に検出される電流値は、（ａ）＞（ｂ）＝（ｄ）＞（ｃ）となり、等しい電流値が（ｂ）と（ｄ）のみであり、（ａ）と（ｃ）が等しくない。この場合は、Ｚ軸ステージ１１６を、４分割光検出器側に傾けるように調整すればよい。

以上のように、４分割光検出器に当たるレーザ光の強度が４つの検出器全てにおいて、常に等しい値になるようにビームスポットが中心に位置するように、Ｚ軸ステージ１１６を用いて制御すればよい。

なお、被照射物１０６としては、半導体、ガラスやプラスチック等の基板上に形成された半導体膜、金属または有機樹脂膜等のレーザ光を照射して加工できるものであれば、どのようなものでも用いることができる。例えば、被照射物１０６としてガラス基板上に形成された半導体膜を用いた場合には、半導体膜にレーザ光を照射して当該半導体膜のアニールを行うことができる。半導体膜表面にガラス基板に起因した厚さのばらつきが存在しても、オートフォーカス機構を用いてレーザ光を照射するため均一に半導体膜のアニールを行うことができる。また、被照射物１０６として有機樹脂膜を用いた場合には、有機樹脂膜にレーザ光を照射してパターンの形成や穴を形成することができる。オートフォーカス機構によってレーザ光を照射する際に、有機樹脂膜表面に正確にレーザ光の焦点を合わせることによって、パターンや穴径を正確に形成することができる。

また、本実施の形態では、第２のレーザ光の検出に４分割光検出器を用いた場合を示したが、本発明はこれに限られず、ＣＣＤやＰＳＤ等を用いて検出することも可能である。また、他にもオートフォーカス機構として、第２のレーザ光を用いずに、直接被照射物１０６に接触して行う接触式変位計や静電容量の変化を利用する静電容量変位計や高周波磁界を利用する渦電流変位計等を用いることも可能である。

また、本実施の形態では、１０ＭＨｚ以上の高繰り返し周波数のレーザ発振器１０１から射出された第１のレーザ光を被照射物１０６に対して垂直方向から入射させているが、上記ＣＷレーザ発振器を用いた場合と同様に斜め方向から入射させてもよい。この場合、レーザ発振器１０９から射出した第２のレーザ光は、垂直方向から入射させることが好ましい。第１のレーザ光を斜めから入射させる際に、第２のレーザ光を垂直方向から入射させることによって、第１のレーザ光と第２のレーザ光を射出するための光学系の装置の配置が重ならないため、光学系の組み立てが容易となる。また、第２のレーザ光を垂直方向から入射させた場合、被照射物１０６に形成される第１のレーザ光のビームスポットの付近に第２のレーザ光を照射することが容易になるため、オートフォーカスの精度を向上させることができる。

以上のようにレーザ光の照射において、オートフォーカス機構を設けることによって、レンズと被照射物間の距離を制御してレーザ光を照射することが可能となる。

（実施の形態２）
通常、オートフォーカスはレンズによって集光されたレーザ光の焦点を被照射物上に合わせるために常時行うことが好ましい。しかし、あらかじめ被照射物におけるうねり等の存在が予測できる場合には、そのことを考慮して必要な場合のみオートフォーカスを行うことによって処理効率を向上させることができる。そこで本実施の形態では、ある一方向に沿ってうねりが存在するガラス基板を用いた場合のレーザ照射方法に関して図８を用いて説明する。

一般的に、ガラス基板は大型になるほど、ガラスの製造工程に固有したうねりが生じやすい。このうねりはガラス面内において変曲点を一つ以下持った関数で変化し、一定の方向に沿って生じている。一方、一定方向に沿って存在するうねりの方向に対して９０度回転した方向においては、うねりはほとんど存在しない。そのため、このガラス基板に固有な性質を考慮して、レーザ光の照射を行うのが好ましい。

図８において、半導体膜２０６は一方向に沿ってうねりが存在するガラス基板上に形成されているため、半導体膜２０６の表面はガラス基板のうねりが反映されている。第１のレーザ光は図１と同様に、ＣＷまたは１０ＭＨｚ以上の高繰り返し周波数のレーザ発振器１０１から射出され、ミラー１０２によって反射されて半導体膜２０６に対して垂直方向に入射する。その後、第１のレーザ光はシリンドリカルレンズ１０３、１０４に入射し、ガラス基板上の半導体膜２０６に集光され、線状のビームスポット１０５に整形される。なお、前述したようにＣＷのレーザ発振器を用いる場合には、垂直方向ではなくある一定の角度をもって半導体膜２０６に第１のレーザ光を入射させるとよい。

ここでは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸からなる３次元構造において、ＸＹ軸平面にガラス基板を配置し、ガラス基板においてうねりが存在しない方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸方向に対して直角な方向をＹ軸方向、Ｘ軸およびＹ軸方向に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。この場合、ガラス基板の表面のＺ軸方向に対する変化は、Ｙ軸方向にのみ存在し、Ｘ軸方向には存在しない。つまり、Ｙ軸方向にのみ、ガラス基板の表面は凹凸を有している。このとき、ガラス基板においてうねりがない方向（Ｘ軸方向）に、線状ビームの短辺方向が平行になるように配置する。ガラス基板はＸ軸ステージ１１７、Ｙ軸ステージ１１８およびＺ軸ステージ１１６によって移動が制御される。Ｘ軸ステージ１１７はガラス基板をＸ軸方向に移動し、Ｙ軸ステージ１１８はＹ軸方向に平行に移動する。Ｚ軸ステージ１１６は、ガラス基板の傾きの調整およびＺ軸方向に平行に移動する。

本実施の形態２では、被照射物である半導体膜２０６をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させることによって半導体膜２０６にレーザ光の照射を行う。線状のビームスポットの短辺方向（Ｘ軸方向）に対して半導体膜２０６が移動するときに、半導体膜２０６に第１のレーザ光が照射されてアニールが行われる。

ここでは、Ｘ軸方向に半導体膜２０６を移動させて、第１のレーザ光を基板の一方の端から他方の端まで照射した後、半導体膜２０６をＹ軸方向に移動させる。半導体膜２０６のＹ軸方向への移動は、次にＸ軸方向においてアニールする部分を決定するために行う。例えば、基板全面にアニールを行う場合には、線状ビームスポットの長辺方向分の長さだけ、半導体膜２０６をＹ軸方向に移動させて、レーザ光の照射を行えばよい。

なお、ここでは第１のレーザ光を固定してＸ軸ステージ１１７およびＹ軸ステージ１１８により半導体膜２０６を移動させることによってレーザ光の照射を行う例を示したが、レーザ光を移動させて固定された半導体膜２０６にレーザ光の照射を行っても良い。また、半導体膜２０６とレーザ光の両方を移動させてレーザ照射を行ってもよい。

Ｘ軸方向においては基板内の厚さの差は小さいため、半導体膜２０６をＸ軸方向に移動させてレーザ光の照射を行っても、シリンドリカルレンズ１０４と半導体膜２０６間の距離はほとんど変化しない。一方、Ｙ軸方向においては、ガラス基板固有のうねりが存在するため、半導体膜２０６のＹ軸方向への移動に伴いシリンドリカルレンズ１０４と半導体膜２０６間の距離が変化する。

このようにある一方向に沿ってうねりが存在する場合、レーザ照射を行っている際中に常時オートフォーカスを行う必要はない。Ｘ軸方向へ半導体膜２０６が移動する前にレーザ光の焦点を一度合わせればよい。Ｘ軸方向の移動においては、一度レーザ光の焦点を合わせると常にレーザの焦点が合っているため、均一にレーザ光の照射が行える。

つまり、Ｘ軸方向に半導体膜２０６の一方の端から他方の端までアニールを行った後に、Ｙ軸方向へ移動させ、再びＸ軸方向へ移動させる前に、レーザ光の焦点を半導体膜２０６上に合わせればよい。また、ガラス基板のうねりが大きい場合やうねりが複雑である場合には必要に応じて、オートフォーカス機構によりシリンドリカルレンズ１０３と半導体膜２０６の距離を制御しながらＹ軸方向へ半導体膜２０６を移動させてもよい。

半導体膜２０６の移動において、アニールが行われるＸ軸方向への移動に対しては結晶化に最適な速度で行う。Ｘ軸方向への移動は１００ｍｍ／ｓｅｃ以上２０ｍ／ｓｅｃ以下の速度、より好ましくは１０〜１００ｃｍ／ｓｅｃで行うことが好ましい。この速度は、アニールによって粒径の大きい結晶が得られる範囲であり、２０ｍ／ｓｅｃ以上の速度で行った場合はレーザの走査軸に沿って結晶が成長しない。一方、アニールを行う位置を調整するＹ軸方向への半導体膜の移動はＸ軸方向への移動速度より十分遅く行い、好ましくは１００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で行い、高精度で位置を制御することが好ましい。

オートフォーカス機構としては、実施の形態１で示したものと同様のものを用いることができる。つまりレーザ発振器１０９から射出した第２のレーザ光は、２枚のシリンドリカルレンズ１１０、１１１を介して半導体膜２０６に入射し、反射されたレーザ光を４分割光検出器１１２により検出する。４分割光検出器１１２に検出された条件をもとに、シリンドリカルレンズ１０４及び半導体膜２０６の距離が一定になるように、Ｚ軸ステージ１１６を調整する。

なお、本実施の形態では、１方向に大きなうねりが存在するガラス基板上に形成された半導体膜にレーザ光の照射を行う場合を示したがこれに限られない。半導体、金属、有機樹脂膜、ガラスまたはプラスチック等においてうねりが存在する被照射物であれば、どのようなものに対しても上述したようにうねりを考慮してレーザ光の照射を行うことができる。

本実施の形態２で示したように、被照射物のうねりを考慮してレーザ光の照射を行うことによって、オートフォーカスを常時行う必要がないため、処理効率が向上することが可能となる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、レンズを含む光学系を移動させることによって、レンズと被照射物間の距離を調整する場合のレーザ照射方法に関して、図４乃至図７を用いて説明する。

図４において、第１のレーザ光は、ＣＷあるいは１０ＭＨｚ以上の高繰り返し周波数のレーザ発振器４０１から射出され、ミラー４０２によって反射されて被照射物４０５に対して垂直方向に入射する。被照射物４０５に対して垂直に入射されたレーザ光は、オートフォーカス機構４０３によって高さが調節できる光学系４０４に入射し、被照射物４０５に集光され、線状ビームに整形される。

なお、ＣＷレーザ発振器を用いる場合には、ある一定の角度を持って被照射物４０５に第１のレーザ光を入射させる。

実施の形態２で示したように、被照射物４０５にうねりが存在する場合は、被照射物４０５のうねりが少ない方向に平行になるように線状ビームの短辺方向を配置する。また、被照射物４０５はＸ軸ステージ４０６、Ｙ軸ステージ４０７によって移動が制御される。オートフォーカス機構４０３はオートフォーカス機構４０８と連動して上下に移動することができる。

被照射物４０５に対するレーザ光の照射は、被照射物４０５を乗せたＸ軸ステージ４０６およびＹ軸ステージ４０７を移動させて行う。また、レーザ光を移動させて被照射物４０５にレーザ光の照射を行ってもよい。

光学系４０４に関して、図５を用いて詳しく説明する。図５は、光学系４０４の断面図を示しており、図５において図４と同じものは同じ符号で表している。光学系４０４はそれぞれ一軸方向にのみ作用する２枚のシリンドリカルレンズ６１０、６１１で構成されている。ここでは、線状ビームの長辺方向のみに作用するｆ＝３００ｍｍのシリンドリカルレンズ６１０と、線状ビームの短辺方向のみに作用するｆ＝１５ｍｍのシリンドリカルレンズ６１１を用いる。シリンドリカルレンズ６１０、６１１を用いることによって、レーザ光は被照射物４０５上で線状ビームスポットに整形される。このときのビームスポットのサイズは短辺方向の長さが１０μｍ、長辺方向の長さが３００μｍ程度である。

次に、オートフォーカス機構４０３に関して、図６を用いて説明する。図６において、光学系４０４は光学系４０４の周囲に巻き付けられたボイスコイル６０１と磁石６０２及び鉄心６０３により、サーボ回路からボイスコイル６０１に駆動電流が流れることで、微小移動させることができる。

次に、オートフォーカス機構４０８に関して、図７を用いて説明する。レーザ発振器７０１から射出した第２のレーザ光は、凸型球面レンズ７０４、シリンドリカルレンズ７０５を介して被照射物４０５に入射し、反射されたレーザ光を４分割光検出器７０６を用いて検出して被照射物４０５とオートフォーカス機構４０８の距離の測定を行う。測定の結果に伴い、オートフォーカス機構４０３によって光学系４０４が上下に動き光学系４０４と被照射物４０５間の距離を制御する。

オートフォーカス機構４０８と被照射物４０５間の距離の測定方法に関して説明する。図７において、レーザ発振器７０１から射出したレーザ光は、λ／２波長板７０２によって偏光方向を９０度回転した後、ビームスプリッター７０３を通過し、凸型球面レンズ７０４によって集光される。以下に、被照射物４０５の位置が凸型球面レンズ７０４の焦点位置にあるとき、被照射物４０５の位置が凸型球面レンズ７０４の焦点位置より近いとき、被照射物４０５の位置が凸型球面レンズ７０４の焦点位置より遠いときの３通りに関して図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明する。なお、それぞれの場合において、４分割検出器におけるビームスポットの形状はビームスポット形状７１０ａ〜７１０ｃに対応している。

被照射物４０５の位置が凸型球面レンズ７０４の焦点位置にあるときは（図７（Ａ））、被照射物４０５にて反射したレーザ光は入射したときと同じ光路を通って、凸型球面レンズ７０４に入射しビームスプリッター７０３によって一部を偏向され、シリンドリカルレンズ７０５に入射する。

シリンドリカルレンズ７０５は一軸方向にのみ作用する集光レンズであり、点線はシリンドリカルレンズ７０５が作用した方向のレーザ光の光路であり、実線はシリンドリカルレンズ７０５が作用しない方向のレーザの光路を示している。このとき、４分割光検出器７０６上でのビームスポット形状７１０ａは円状になる。

被照射物４０５の位置が凸型球面レンズ７０４の焦点位置より近いときには（図７（Ｂ））、被照射物４０５にて反射したレーザ光は入射したときの光路に比べ内側の光路を通って、凸型球面レンズ７０４に入射し、ビームスプリッター７０３によって一部を偏向され、シリンドリカルレンズ７０５に入射する。

シリンドリカルレンズ７０５は一軸方向にのみ作用する集光レンズであり、点線はシリンドリカルレンズ７０５が作用した方向のレーザの光路であり、実線はシリンドリカルレンズ７０５が作用しない方向のレーザの光路を示している。このとき、４分割光検出器７０６上でのビームスポット形状７１０ｂは、楕円状になる。

被照射物４０５の位置が凸型球面レンズ７０４の焦点位置より遠いときには（図７（Ｃ））、被照射物４０５にて反射したレーザ光は入射したときの光路に比べ外側の光路を通って、凸型球面レンズ７０４に入射し、ビームスプリッター７０３によって一部を偏向され、シリンドリカルレンズ７０５に入射する。

シリンドリカルレンズ７０５は一軸方向にのみ作用する集光レンズであり、点線はシリンドリカルレンズ７０５が作用した方向のレーザの光路であり、実線はシリンドリカルレンズ７０５が作用しない方向のレーザの光路を示している。このとき、４分割光検出器７０６上でのビームスポット形状７１０ｃは、図７（Ｂ）に対し９０度回転した方向に楕円状になる。

従って、被照射物４０５の位置に依存して、４分割光検出器上でのビームスポットの形状が異なるため、４分割光検出器で検出される電流値が異なり、被照射物４０５とオートフォーカス機構４０８の距離を検出することができる。オートフォーカス機構４０８をオートフォーカス機構４０３と連動させて動かすことによって、光学系４０４と被照射物４０５との距離を常に一定にすることが可能となる。

なお、本実施の形態３は実施の形態１または２と自由に組み合わせて行うことができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、１つのレーザ発振器によってオートフォーカスを用いたレーザ光の照射を行う場合に関し、図９、１０を用いて説明する。

図９において、レーザ光はレーザ発振器１０１から射出され、ミラー１０２によって反射されて被照射物１０６に対して斜め方向から入射する。その後、レーザ光は、それぞれ一軸方向に集光可能なシリンドリカルレンズ１０３、１０４に入射して、被照射物１０６に集光され、被照射物１０６上に線状のビームスポット１０５が形成される。

被照射物１０６は被照射物１０６の傾きの調整および上下に移動できるＺ軸ステージ１１６、Ｘ軸ステージ１１７、Ｙ軸ステージ１１８によって移動が可能である。

また、シリンドリカルレンズ１０３および１０４と被照射物１０６間の距離を一定にするオートフォーカス機構を設ける。本実施の形態では、レーザ発振器１０１から射出されたレーザ光を被照射物１０６に斜め方向から入射させ、被照射物１０６に反射されたレーザ光を４分割光検出器１１２で検出することによって、オートフォーカスを行う。つまり、レーザ発振器１０１から射出したレーザ光を、オートフォーカス用のレーザ光として併用する。例えば、被照射物１０６として半導体膜を用いる場合には、レーザ発振器１０１から射出した１つのレーザ光によって、半導体膜へのアニールを行うレーザ光としての役割と、オートフォーカス用のレーザ光としての役割を併用することができる。

シリンドリカルレンズ１０３および１０４と被照射物１０６間の距離の制御は、反射したレーザ光を４分割光検出器で検出することによって、図２および図３の構成と同様に行うことができる。

また、この場合、レーザ発振器にＣＷレーザを用いることが好ましい。レーザ発振器にＣＷレーザを用いてレーザ光の照射を行う場合、入射したレーザ光の光と被照射物１０６の裏面からの反射した光とが被照射物１０６上で干渉するという問題がある。光の干渉を避けるためには、入射光と反射光が被照射物１０６上で重なりあわないように、レーザ光を被照射物１０６に対してある一定の角度以上をもって入射させるとよい。そのため、図９の構成ではレーザ光を斜めから入射することを前提としているため、ＣＷレーザを用いる場合に適用するのが好ましい。

図１０はレーザ光を垂直入射する場合に関して、１つのレーザ発振器によってオートフォーカスを用いたレーザ光の照射を行う方法を示している。

レーザ発振器２０１は繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のモードロックパルスレーザ発振器を用いる。レーザ発振器２０１から射出したレーザ光は、偏光板２０２によって偏光方向を９０度回転した後、ビームスプリッター２０３を通過し、集光レンズ２０４によって被照射物２０７上に集光される。集光されたレーザ光を用いてアニール等のレーザ光の照射を行うことができる。

また、図７で示したように、被照射物２０７上にて反射したレーザ光は集光レンズ２０４に入射し、ビームスプリッター２０３およびシリンドリカルレンズ２０８を介して４分割光検出器２０９で検出することができる。そして検出された光は４分割光検出器２０９で電気信号に変換される。それぞれの検出器に検出される電気信号が等しくなるように集光レンズ２０４または被照射物２０７を移動することによって、集光レンズと被照射物間の距離を常に一定にすることができる。

図１０に示すように、被照射物２０７にレーザ光を垂直に入射する場合は、例えば、数１０ｐｓ以下のパルス幅を持つ短パルスのレーザを用いるとよい。短パルスのレーザ光を垂直に入射しても、被照射物２０７の裏面からの反射光と入射光との光の干渉の影響を受けることがない。そのため、数１０ｐｓ以下のパルス幅をもつ短パルスのレーザを用いた場合、被照射物に垂直にレーザ光を入射しても光の干渉の影響を受けることなく均一なレーザ光の照射を行うことが可能となる。

また、被照射物にうねりが存在する場合は、実施の形態２で示したように、うねりを考慮してオートフォーカスを行えばよい。なお本実施の形態は実施の形態１乃至３と自由に組み合わせて行うことができる。

（実施の形態５）
本発明はレーザ光を照射する場合において、厚さに差がある被照射物に対してレーザ光を照射する場合であれば何にでも適用することができる。また、レーザ照射だけでなく電子ビーム描画やイオンビーム描画にも適用することができる。本実施の形態では、レーザ直接描画装置を用いた場合のレーザ照射方法に関して図１４を用いて説明する。

図１４に示すように、レーザ直接描画装置１００１は、レーザ光を照射する際の各種制御を実行するコンピュータ（以下、ＰＣと示す。）１００２と、レーザ光を出力するレーザ発振器１００３と、レーザ発振器１００３の電源１００４と、レーザ光を減衰させるための光学系（ＮＤフィルタ）１００５と、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ ； ＡＯＭ）１００６と、レーザ光の断面を縮小するためのレンズおよび光路を変更するためのミラー等で構成される光学系１００７、Ｘ軸ステージ及びＹ軸ステージを有する基板移動機構１００９と、ＰＣから出力される制御データをデジタルーアナログ変換するＤ／Ａ変換部１０１０と、Ｄ／Ａ変換部から出力されるアナログ電圧に応じて音響光学変調器１００６を制御するドライバ１０１１と、基板移動機構１００９を駆動するための駆動信号を出力するドライバ１０１２とを備えている。また、オートフォーカス機構１０１３も具備している。

レーザ発振器１００３としては、紫外光、可視光、又は赤外光を発振することが可能なレーザ発振器を用いることができる。レーザ発振器１００３としては、ＡｒＦ、ＫｒＦ、ＸｅＣｌ、Ｘｅ等のエキシマレーザ発振器、Ｈｅ、Ｈｅ−Ｃｄ、Ａｒ、Ｈｅ−Ｎｅ、ＨＦ等の気体レーザ発振器、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ₄、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使った固体レーザ発振器、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ等の半導体レーザ発振器を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波か第２高調波〜第５高調波を適用するのが好ましい。

次に、レーザ直接描画装置を用いた照射方法について述べる。基板１００８が基板移動機構１００９に装着されると、ＰＣ１００２は図外のカメラによって、基板に付されているマーカの位置を検出する。次いで、ＰＣ１００２は、検出したマーカの位置データと、予め入力されている描画パターンデータとに基づいて、基板移動機構１００９を移動させるための移動データを生成する。

この後、ＰＣ１００２が、ドライバ１０１１を介して音響光学変調器１００６の出力光量を制御することにより、レーザ発振器１００３から出力されたレーザ光は、光学系１００５によって減衰された後、音響光学変調器１００６によって所定の光量になるように光量が制御される。一方、音響光学変調器１００６から出力されたレーザ光は、光学系１００７で光路及びビームスポット形状を変化させ、レンズで集光した後、基板上に形成された光吸収層に該レーザ光を照射する。

このとき、ＰＣ１００２が生成した移動データに従い、基板移動機構１００９をＸ方向及びＹ方向に移動制御する。この結果、所定の場所にレーザ光が照射され、光吸収層によりレーザ光の光エネルギー密度が熱エネルギーに変換される。

レーザ直接描画装置を用いて、レーザ光の照射を行う場合においても、被照射物となる基板上に形成された光吸収層に対して、レンズを介してレーザ光のビームスポットの焦点を合わせる必要がある。そのため、実施の形態１または３に示したようにオートフォーカス機構１０１３を用いて光学系１００７と基板１００８の距離を一定にする。また、ガラス基板等のうねりの存在する基板上に形成されたものにレーザ直接描画装置によってパターンを形成する場合には、実施の形態２で示したようにうねりを考慮してオートフォーカス機構を利用することができる。光学系１００７と基板１００８の距離の制御は、図４に示したように光学系１００７を移動させて行ってもよいし、図１に示したように基板１００８を移動させて行ってもよい。

レーザ直接描画装置で微細なパターンを形成するためには、ビームスポットの径を小さくするため、それに伴い焦点深度も浅くなるという問題がある。そのため、レーザ直接描画装置でレーザ光を照射する際に、オートフォーカス機構を利用することは非常に有効となる。

なお、本実施の形態５は実施の形態１乃至４と自由に組み合わせて行うことができる。

（実施の形態６）

本実施の形態６では、レーザ光と被照射物が配置された走査ステージの両方を移動させることによって被照射物にレーザ光の照射を行う例を、図１５を用いて説明する。

図１５において、被照射物８０５は回転ステージ８０３上に設置されており、回転ステージ８０３は、Ｘ軸方向の１軸方向に移動するＸ軸走査ステージ８０１上に設置されている。

また、Ｘ軸走査ステージ８０１をまたぐようにＹ軸走査ステージ８０４が設けられ、Ｙ軸走査ステージ８０４にはレーザ光を射出するレーザ発振器８０７とレーザ光を集光して被照射物に照射する光学系８０８が備えられている。光学系８０８によって被照射物に形成されるレーザ光のビームスポットの形状を長方形、楕円または線状等の細長い形状に整形すると効率良くレーザ光の照射が可能となり好ましい。なお、レーザ発振器８０７および光学系８０８はＹ軸方向に沿って移動することが可能である。

レーザ発振器８０７としては、特に制限されることはなく、パルス発振あるいはＣＷのいずれかのレーザ発振器を用いることができる。また、他にもレーザ発振器８０７として半導体レーザを用いてもよい。半導体レーザは小型であるため、レーザ発振器８０７を移動する場合に扱いやすいといった利点がある。

また、光学系８０８と被照射物８０５間の距離を一定にするためのオートフォーカス機構８１０が備わっている。オートフォーカスの手法としては、実施の形態１〜５で示したいずれかの構成を用いればよい。ここでは図７で示した構成を用いて、光学系８０８と被照射物８０５間の距離の測定を行う。測定の結果に伴い、Ｚ軸ステージ８０２が移動して光学系８０８と被照射物８０５間の距離を制御する。なお、ここでは被照射物８０５を移動させているが、光学系８０８をＺ軸方向に移動させて光学系８０８と被照射物８０５間の距離の制御を行ってもよい。

また、図８で示したように被照射物８０５に、うねりが存在する場合はそれを考慮にいれてレーザ光の照射を行う。例えば被照射物８０５のＹ軸方向に沿ってうねりが存在する場合のレーザ照射方法は以下のように行えばよい。

まず、ビームスポットの短辺方向をＸ軸方向に平行に配置し、Ｘ軸方向に被照射物８０５を移動させる。被照射物８０５の一方の端から他方の端までレーザ光を１回照射した後、Ｙ軸走査ステージ８０４に備えられたレーザ発振器８０７および光学系８０８をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向の移動が終了した後、うねりによってずれた分だけ、オートフォーカス機構８１０によって光学系８０８と被照射物８０５間の距離を補正する。そして、先ほどとは逆方向のＸ軸方向に被照射物８０５を移動させて被照射物８０５の一方の端から他方の端までレーザ光の照射を行い、その後再びＹ軸方向にレーザ発振器８０７を移動させる。以上の操作を繰り返すことによって、基板内にうねりがある場合であっても基板全面にレーザ光を均一に照射することが可能となる。

レーザ光の照射において、Ｘ軸またはＹ軸方向への移動は実施者が適宜設定して行えばよい。例えば、被照射物８０５として半導体膜を用いる場合、レーザ光を照射して半導体膜の結晶化を行う時には、Ｘ軸方向への移動は結晶化に最適な速度で行う。移動速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ以上２０ｍ／ｓｅｃ以下、より好ましくは１０〜１００ｃｍ／ｓｅｃで行うことが好ましい。また、ビームスポットの長辺方向に平行な方向（Ｙ軸方向）にレーザ発振器８０７および光学系８０８を移動させる際には、レーザ光の照射位置を制御するために正確に移動を行うことが好ましい。

この場合、レーザ発振器８０７は移動速度が遅いＹ軸方向に移動させ、被照射物８０５をＸ軸方向に移動させているが、これと逆の構成を用いてもよい。また、被照射物８０５は移動させず、レーザ発振器８０７をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させてレーザ光の照射を行ってもよい。

なお、本実施の形態６は上記実施の形態１乃至５と自由に組み合わせて行うことができる。

（実施の形態７）
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なるレーザ照射方法に関して説明する。具体的には、上記実施の形態とは異なるオートフォーカス機構を用いた場合に関して示す。

図１７（Ａ）、（Ｂ）に、オートフォーカス機構として接触式変位計を用いてレーザ光を照射する方法の一例を示す。なお、本実施の形態では、半導体膜９０６に斜め方向からレーザ光を照射してアニールを行う場合について示す。

図１７において、レーザ光は、レーザ発振器１０１から射出され、ミラー１０２によって反射され、その後、レーザ光は、それぞれ一軸方向に集光可能なシリンドリカルレンズ１０３、１０４を介して、半導体膜９０６に対して斜め方向から入射し、半導体膜９０６上に線状のビームスポット１０５が形成される。なお、ここでは、レーザ発振器１０１として、ＣＷレーザを用いた場合を示す。

半導体膜９０６は傾きの調整および上下に移動できるＺ軸ステージ１１６、Ｘ軸ステージ１１７、Ｙ軸ステージ１１８によって移動が可能である。レーザ光に対して半導体膜９０６を相対的に移動させてレーザ光を照射することによって、半導体膜９０６の全面をアニールすることができる。

また、シリンドリカルレンズ１０３、１０４と半導体膜９０６間の距離を一定にするオートフォーカス機構を設ける。本実施の形態では、半導体膜９０６に直接接触することによってシリンドリカルレンズ１０３、１０４と半導体膜９０６の距離の制御を行う接触式変位計９０１を用いる。接触式変位計９０１としては、半導体膜９０６に接触させて上下方向の距離を制御できるものであればどのようなものを用いてもよい。

また、レーザ発振器１０１として、ＣＷレーザを用いて半導体膜９０６にレーザ光を照射してアニールを行う場合には、一般的に、レーザ光が照射された部分は結晶粒が大きい大粒径結晶領域９０３と結晶化が十分に行われない結晶性不良領域９０４が形成される。これは、ビームスポット１０５におけるレーザ光のパワー密度が分布をもっており、ビームスポット１０５の端部のレーザ光のパワー密度が十分でない。そのため、レーザ光が照射された場合において、ビームスポット１０５の端部に位置する半導体膜９０６に結晶性不良領域９０４が形成される。通常、結晶性不良領域９０４は、結晶化が十分に行われていないため、半導体素子を作成するのには適さない。従って、後の工程で除去される。

オートフォーカス機構として接触式変位計９０１を用いる場合には、接触式変位計９０１の接触子と半導体膜９０６が直接接触するため、接触子と触れた部分の半導体膜９０６は、不純物による汚染や半導体膜の破損等の懸念がある。しかし、上述したようにＣＷレーザを用いる場合には、後の工程で除去される結晶性不良領域９０４が形成されるため、結晶性不良領域９０４に接触子を接触させて、半導体膜９０６の上下方向の変位を測長することによって、半導体膜９０６に影響を与えることなくオートフォーカスを行うことが可能となる。

また、シリンドリカルレンズ１０３、１０４と半導体膜９０６間の距離をより精確に測長する場合には、レーザ光が照射される半導体膜の付近に接触式変位計の接触子９０２を接触させて測長することが好ましい。本実施の形態では、レーザ光を斜め方向から入射させているため、接触式変位計９０１を半導体膜９０６に形成されるビームスポット１０５の上に簡単に配置することができる。

なお、本実施の形態では、ＣＷレーザを用いた場合を示したが、１０ＭＨｚ以上の高繰り返し周波数のレーザ発振器を用いた場合でも同様に行うことができる。また、オートフォーカス機構として、接触式変位計の他に静電容量変位計や渦電流変位計等を用いて行うことも可能である。

なお、本実施の形態７は上記実施の形態１乃至６と自由に組み合わせて行うことができる。

（実施の形態８）
本実施の形態では、本発明のレーザ照射方法を用いた、半導体装置の作製方法の一例について説明する。なお、本実施の形態では半導体装置の１つとして発光装置を例に挙げて説明するが、本発明を用いて作製することができる半導体装置はこれに限定されず、液晶表示装置やその他の半導体装置であってもよい。

発光装置は、発光素子と電流を発光素子に供給するための手段とが、複数の各画素に備えられた半導体装置である。発光素子の一例として、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）が挙げられるが、ＯＬＥＤは、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる電界発光材料を含む層（電界発光層）と、陽極層と、陰極層とを有している。電界発光層は陽極と陰極の間に設けられており、単層または積層の層で構成されている。これらの層の中に無機化合物を含んでいる場合もある。

まず、図１１（Ａ）に示すようにＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成する基板５００を用意する。具体的に基板５００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を用いる。また、石英基板、セラミック基板、金属基板または半導体基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。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ることが可能である。基板５００の表面を、ＣＭＰ法などの研磨により平坦化しておいても良い。

次いで、基板５００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜からなる下地膜５０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により形成する。本実施の形態では、下地膜５０１として単層の絶縁膜を用いるが、前記絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。

次に、この下地膜５０１の上に５０ｎｍの厚さの、非晶質半導体膜５０２をプラズマＣＶＤ法で形成する。非晶質半導体膜は含有水素量にもよるが、好ましくは４００〜５５０℃で数時間加熱して脱水素処理を行い、含有水素量を５ａｔｏｍ％以下として、結晶化の工程を行うことが望ましい。また、非晶質半導体膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させておくことが望ましい。

なお、半導体膜は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。

ここで、下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２は、いずれもプラズマＣＶＤ法で作製されるものであり、このとき下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２を真空中で連続して形成しても良い。下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２との界面を大気雰囲気にさらさない工程にすることにより、界面の汚染を防ぐことが可能となり、作製されるＴＦＴの特性バラツキを低減させることができる。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、非晶質半導体膜５０２をレーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、本発明のオートフォーカス機構を利用したレーザ照射方法を用いて行う。もちろん、非晶質半導体膜５０２の結晶化はレーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。

非晶質半導体膜の結晶化に際し、本実施の形態では連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波、第３高調波または第４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ₄レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ₄レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザ光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ₄結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体である非晶質半導体膜に照射する。このときのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ²）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度の速度でレーザ光に対して相対的に非晶質半導体膜５０２を移動させて照射する。また、基板にうねりが存在する場合は、図８に示したようにうねりを考慮してレーザ光の照射を行うことが好ましい。

なおレーザ照射は、連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ₄レーザ、ＧｄＶＯ₄レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ₃レーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ₂Ｏ₃レーザなどが挙げられる。固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃、ＧｄＶＯ₄などの結晶を使ったレーザ等も使用可能である。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。

上述したレーザ結晶化によって、結晶性が高められた領域である結晶質半導体膜５０３が形成される。

次に、結晶質半導体膜５０３を所望の形状にパターニングして、ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜５０４〜５０６を形成する（図１１（Ｃ））。なお、活性層となる島状の半導体膜５０４〜５０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。

次に、図１１（Ｄ）に示すように、活性層となる島状の半導体膜５０４〜５０６を覆って、酸化シリコンまたは窒化珪素を主成分とするゲート絶縁膜５０７を形成する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ₂とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）、電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ²で放電させて、酸化シリコン膜を形成した。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。また窒化アルミニウムをゲート絶縁膜として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴで発生した熱を効果的に拡散させることができる。またアルミニウムの含まれない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アルミニウムを積層したものをゲート絶縁膜として用いても良い。

そして、図１１（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜５０７の上に導電膜を１００〜５００ｎｍの厚さで成膜し、パターニングすることで、ゲート電極５０８〜５１０を形成する。

なお、本実施の形態ではゲート電極をＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ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もしくは化合物材料で形成する。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層したものであっても良い。

例えば、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＷとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＡｌとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＣｕとする組み合わせで形成することが好ましい。また、第１の導電膜及び第２の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。

また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステン膜に代えて窒化タングステン膜を用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが重要である。

次に、ｎ型の不純物元素を添加する工程を行い、ｎ型の不純物領域５１２〜５１７を形成する。ここでは、フォスフィン（ＰＨ₃）を用いたイオンドープ法で行った。

次に図１２（Ａ）に示すように、ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域をレジストマスク５２０で覆って、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域に、ｐ型の不純物元素を添加する工程を行い、ｐ型の不純物領域５１８、５１９を形成した。ここではジボラン（Ｂ₂Ｈ₆）を用いてイオンドープ法で添加した。

そして、導電型の制御を目的とし、それぞれの島状の半導体膜に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザアニール法、また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。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施の形態では５００℃で４時間の熱処理を行う。ただし、ゲート電極５０８〜５１０が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜（シリコンを主成分とする）を形成した後で活性化を行うことが好ましい。

またレーザアニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザを使用することが可能である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ²程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ²）のパワー密度が必要となる。また結晶化の際には連続発振のレーザを用い、活性化の際にはパルス発振のレーザを用いるようにしても良い。

さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状の半導体膜を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体膜のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。

次いで、図１２（Ｂ）に示すように、１０〜２００ｎｍの厚さの酸化窒化シリコンからなる第１無機絶縁膜５２１を、ＣＶＤ法を用いて形成する。なお、第１無機絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されず、後に形成される有機樹脂膜への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。なお、窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴや発光素子などで発生した熱を効果的に拡散させることができる。

次に、第１無機絶縁膜５２１の上に、ポジ型の感光性有機樹脂から成る有機樹脂膜５２２を成膜する。本実施の形態ではポジ型の感光性のアクリルを用いて有機樹脂膜５２２を形成するが、本発明はこれに限定されない。

本実施の形態では、スピンコート法によりポジ型の感光性アクリルを塗布し、焼成することで、有機樹脂膜５２２を形成する。なお有機樹脂膜５２２の膜厚は、焼成後、０．７〜５μｍ（さらに好ましくは２〜４μｍ）程度になるようにする。

次に、フォトマスクを用いて開口部を形成したい部分を露光する。そして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を主成分とする現像液で現像した後、基板を乾燥させ、２２０℃、１時間程度の焼成を行う。そして、図１２（Ｂ）に示したように有機樹脂膜５２２に開口部が形成され、該開口部において第１無機絶縁膜５２１が一部露出された状態になる。

なお、ポジ型の感光性アクリルは薄茶色に着色しているので、発光素子から発せられる光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。この場合、焼成する前に、再び現像後の感光性アクリル全体を露光する。このときの露光は、開口部を形成するための露光に比べて、やや強い光を照射したり、照射時間を長くしたりするようにし、完全に露光が行なわれるようにする。例えば、２μｍの膜厚のポジ型のアクリル樹脂を脱色するとき、超高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（４３６ｎｍ）とｈ線（４０５ｎｍ）とｉ線（３６５ｎｍ）とから成る多波長光を利用する等倍投影露光装置（具体的にはＣａｎｏｎ製のＭＰＡ）を用いる場合、６０ｓｅｃ程度照射する。この露光により、ポジ型のアクリル樹脂が完全に脱色される。

また本実施の形態では、現像後に２２０℃で焼成を行っているが、現像後にプリベークとして１００℃程度の低温で焼成してから、２２０℃の高温で焼成するようにしても良い。

そして図１２（Ｃ）に示すように、第１無機絶縁膜５２１が一部露出された該開口部と、有機樹脂膜５２２を覆って、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第２無機絶縁膜５２３を成膜する。第２無機絶縁膜５２３の膜厚は１０〜２００ｎｍ程度が望ましい。また、第２無機絶縁膜は窒化珪素膜に限定されず、有機樹脂膜５２２への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば酸化窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。

なお、酸化窒化珪素膜または酸化窒化アルミニウム膜は、その酸素と窒素のａｔｏｍｉｃ％の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高い方が望ましい。

またＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に優れている。ＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、Ｎ₂、Ａｒ、Ｎ₂Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐａ、電力３０００Ｗとして成膜する。また、例えば窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ₂、Ａｒをガスの流量比が２０：２０となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成膜温度を２１５℃として成膜する。

この有機樹脂膜５２２と、第１無機絶縁膜５２１と、第２無機絶縁膜５２３とで、第１の層間絶縁膜が形成される。

次に、図１２（Ｃ）に示すように、有機樹脂膜５２２の開口部において、レジストマスク５２４を形成し、ゲート絶縁膜５０７、第１無機絶縁膜５２１及び第２無機絶縁膜５２３に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。

このコンタクトホールの開口により、不純物領域５１２〜５１５、５１８、５１９が一部露出された状態になる。このドライエッチングの条件は、ゲート絶縁膜５０７、第１無機絶縁膜５２１及び第２無機絶縁膜５２３の材料によって適宜設定する。本実施の形態では、ゲート絶縁膜５０７に酸化珪素、第１無機絶縁膜５２１に酸化窒化珪素、第２無機絶縁膜５２３に窒化珪素を用いているので、まず、ＣＦ₄、Ｏ₂、Ｈｅをエッチングガスとして窒化珪素からなる第２無機絶縁膜５２３と酸化窒化珪素からなる第１無機絶縁膜５２１をエッチングし、その後ＣＨＦ₃を用いて酸化珪素からなるゲート絶縁膜５０７をエッチングする。

なお、エッチングの際に、開口部において有機樹脂膜５２２が露出しないようにすることが肝要である。

次に、コンタクトホールを覆うように、第２無機絶縁膜５２３上に導電膜を成膜し、パターニングすることで、不純物領域５１２〜５１５、５１８、５１９に接続された配線５２６〜５３１が形成される（図１２（Ｄ））。

なお本実施の形態では、第２無機絶縁膜５２３上に、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ａｌ膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の導電膜としたが本発明はこの構成に限定されない。単層の導電膜で形成しても良いし、３層以外の複数の層からなる導電膜で形成しても良い。また材料もこれに限定されない。

例えば、Ｔｉ膜を成膜した後、Ｔｉを含むＡｌ膜を積層した導電膜を用いてもよいし、Ｔｉ膜を成膜した後、Ｗを含むＡｌ膜を積層した導電膜を用いても良い。

次に、第２無機絶縁膜５２３の上に、バンクとなる有機樹脂膜を成膜する。本実施の形態ではポジ型の感光性のアクリルを用いるが、本発明はこれに限定されない。本実施の形態では、スピンコート法によりポジ型の感光性アクリルを塗布し、焼成することで、有機樹脂膜を形成する。なお有機樹脂膜の膜厚は、焼成後、０．７〜５μｍ（さらに好ましくは２〜４μｍ）程度になるようにする。

次に、フォトマスクを用いて開口部を形成したい部分を露光する。そして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を主成分とする現像液で現像した後、基板を乾燥させ、２２０℃、１時間程度の焼成を行う。そして、図１２（Ｅ）に示したように開口部を有する隔壁として機能する絶縁膜５３３が形成され、該開口部において配線５２９、５３１が一部露出された状態になる。

なお、ポジ型の感光性アクリルは薄茶色に着色しているので、発光素子から発せられる光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。脱色処理は有機樹脂膜５２２に施した脱色処理と同様に行う。

隔壁として機能する絶縁膜５３３に感光性の有機樹脂を用いることで、開口部の断面に丸みをもたせることができるので、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好とすることができ、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができる。

そして図１３（Ａ）に示すように、配線５２９、５３１が一部露出された該開口部と、バンク５３３を覆って、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第３無機絶縁膜５３４を成膜する。第３無機絶縁膜５３４の膜厚は１０〜２００ｎｍ程度が望ましい。また、第３無機絶縁膜５３４は窒化珪素に限定されず、バンク５３３への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば酸化窒化珪素膜、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。

なお、酸化窒化珪素膜または酸化窒化アルミニウム膜は、その酸素と窒素のａｔｏｍｉｃ％の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高い方が望ましい。

そして、バンク５３３の開口部においてレジストマスク５３５を形成し、第３無機絶縁膜５３４に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。

このコンタクトホールの開口により、配線５２９、５３１が一部露出された状態になる。このドライエッチングの条件は、第３無機絶縁膜５３４の材料によって適宜設定する。本実施の形態では、第３無機絶縁膜５３４に窒化珪素を用いているので、ＣＦ₄、Ｏ₂、Ｈｅをエッチングガスとして窒化珪素からなる第３無機絶縁膜５３４をエッチングする。

なおエッチングの際に、開口部においてバンク５３３が露出しないようにすることが肝要である。

次に、透明導電膜、例えばＩＴＯ膜を１１０ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行うことで、配線５３１に接する画素電極５４０と、ダイオードで生じた電流を得るための引き出し配線５４１を形成する。また、酸化インジウムに２〜２０ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したターゲットを用いてスパッタ法により形成した透明導電膜を用いても良い。この画素電極５４０が発光素子の陽極となる（図１３（Ｂ））。

次に、画素電極５４０上に電界発光層５４２を蒸着法により形成し、更に蒸着法により陰極（ＭｇＡｇ電極）５４３を形成する。このとき電界発光層５４２及び陰極５４３を形成するに先立って画素電極５４０に対して熱処理を施し、水分を完全に除去しておくことが望ましい。なお、本実施の形態ではＯＬＥＤの陰極としてＭｇＡｇ電極を用いるが、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料、例えばＣａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉであっても良い。

なお陰極としてＡｌＬｉを用いた場合、窒素を含んだ第３無機絶縁膜５３４によって、ＡｌＬｉ中のＬｉが、第３無機絶縁膜５３４より基板側に入り込んでしまうのを防ぐことができる。

なお、電界発光層５４２としては、公知の材料を用いることができる。本実施の形態では正孔輸送層（Ｈｏｌｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）及び発光層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ）でなる２層構造を電界発光層とするが、正孔注入層、電子注入層若しくは電子輸送層のいずれかを設ける場合もある。このように組み合わせは既に様々な例が報告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。例えば、電子輸送層またはホールブロッキング層として、ＳＡｌｑやＣＡｌｑなどを用いても良い。

電界発光層５４２の膜厚は１０〜４００ｎｍ（典型的には６０〜１５０ｎｍ）、陰極５４３の厚さは８０〜２００ｎｍ（典型的には１００〜１５０ｎｍ）とすれば良い。

こうして図１３（Ｂ）に示すような構造の発光装置が完成する。図１３（Ｂ）において５５０は画素部であり、５５１は駆動回路部に相当する。画素部５５０において、画素電極５４０、電界発光層５４２、陰極５４３の重なっている部分５５２がＯＬＥＤに相当する。

なお、本実施の形態で示す発光装置の構成及び具体的な作製方法はほんの一例であり、本発明はこの構成に限定されない。

実際には図１３（Ｂ）まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウム）を配置したりするとＯＬＥＤの信頼性が向上する。

本実施の形態８は、実施の形態１乃至７と自由に組み合わせて行うことが可能である。
（実施の形態９）

本発明のレーザ照射方法を作製工程に利用して形成された半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話機、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図１６に示す。

図１６（Ａ）はテレビ受像機であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部２００３などの加工に用いることによって、テレビ受像機を作製することができる。

図１６（Ｂ）はデジタルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部２１０２やその他回路などの加工に用いることによって、デジタルカメラを作製することができる。

図１６（Ｃ）はコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部２２０３やその他回路などの加工に用いることによって、コンピュータを作製することができる。

図１６（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部２３０２やその他回路などの加工に用いることによって、モバイルコンピュータを作製することができる。

図１６（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（ＤＶＤ再生装置など）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部Ａ２４０３や表示部Ｂ２４０４またはその他の回路などの加工に用いることによって、画像再生装置を作製することができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。

図１６（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部２５０２やその他回路などの加工に用いることによって、ゴーグル型ディスプレイを作製することができる。

図１６（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部２６０２やその他回路などの加工に用いることによって、ビデオカメラを作製することができる。

図１６（Ｈ）は携帯電話機であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。実施の形態１乃至７に示したレーザ照射方法を表示部２７０３やその他回路などの加工に用いることによって、携帯電話機を作製することができる。

なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。

以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。

本実施の形態９は、実施の形態１乃至８と自由に組み合わせて行うことが可能である。

本発明におけるレーザ照射方法を示す図。 光学系における光路長とビーム形状の関係を示す図。 ４分割光検出器とビームスポットの関係を示す図。 本発明におけるレーザ照射方法を示す図。 光学系について示す図。 オートフォーカス機構について示す図。 オートフォーカス機構について示す図。 本発明におけるレーザ照射方法を示す図。 本発明におけるレーザ照射方法を示す図。 本発明におけるレーザ照射方法を示す図。 本発明のレーザ照射方法を用いた半導体装置作製のプロセス図。 本発明のレーザ照射方法を用いた半導体装置作製のプロセス図。 本発明のレーザ照射方法を用いた半導体装置作製のプロセス図。 本発明におけるレーザ照射方法を示す図。 本発明におけるレーザ照射方法を示す図。 本発明のレーザ照射方法を用いて作製した電子機器を表す図。 本発明におけるレーザ照射方法を示す図。

Claims (41)

1. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
   前記レーザ光をレンズで集光して被照射物の表面に垂直方向から入射させてビームスポットを形成し、
   前記レーザ光に対して前記被照射物を前記ビームスポット対しに相対的に移動させて、前記被照射物に前記レーザ光の照射を行い、
   前記被照射物を移動させる前に、オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
2. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
   前記レーザ光をレンズで集光して１方向に沿ってうねりが存在する被照射物の表面に垂直方向から入射させてビームスポットを形成し、
   前記レーザ光に対して前記被照射物をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記被照射物に前記レーザ光の照射を行い、
   前記第２の方向に移動させる前に、オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
3. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
   前記レーザ光をレンズで集光して１方向に沿ってうねりが存在する被照射物の表面に垂直方向から入射させてビームスポットを形成し、
   前記レーザ光に対して前記被照射物をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記被照射物に前記レーザ光の照射を行い、
   前記第１の方向への移動時に、オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記オートフォーカス機構として、接触式変位計を用いることを特徴とするレーザ照射方法。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
   前記オートフォーカス機構は、前記レーザ発振器とは異なるレーザ発振器から前記レーザ光と異なる他のレーザ光を射出し、
   前記他のレーザ光を前記被照射物の表面に入射させ、前記被照射物の表面に反射された前記他のレーザ光を検出することによって、前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
6. 請求項５において、
   前記他のレーザ光の前記被照射物への入射を斜め方向から行うことを特徴とするレーザ照射方法。
7. 請求項５または請求項６において、
   前記被照射物の表面に反射された前記他のレーザ光の検出を、４分割検出器、ＣＣＤまたはＰＳＤを用いて行うことを特徴とするレーザ照射方法。
8. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
   前記レーザ光をレンズで集光して被照射物の表面に対して斜め方向から入射させてビームスポットを形成し、
   前記レーザ光に対して前記被照射物を前記ビームスポットに対し相対的に移動させて、前記被照射物に前記レーザ光の照射を行い、
   前記被照射物を移動させる前に、オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
9. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
   前記レーザ光を１方向に沿ってうねりが存在する被照射物の表面に対して斜め方向から入射させてビームスポットを形成し、
   前記レーザ光に対して前記被照射物をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記被照射物に前記レーザ光の照射を行い、
   前記第２の方向に移動させる前に、オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
10. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
    前記レーザ光を１方向に沿ってうねりが存在する被照射物の表面に対して斜め方向から入射させて前記被照射物の表面にビームスポットを形成し、
    前記レーザ光に対して前記被照射物をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記被照射物に前記レーザ光の照射を行い、
    前記第１の方向への移動時に、オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
11. 請求項８乃至請求項１０のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構として、接触式変位計を用いることを特徴とするレーザ照射方法。
12. 請求項８乃至請求項１０のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構は、前記レーザ発振器とは異なるレーザ発振器から前記レーザ光と異なる他のレーザ光を射出し、
    前記他のレーザ光を前記被照射物の表面に入射させ、前記被照射物の表面に反射された前記他のレーザ光を検出することによって、前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
13. 請求項１２において、
    前記被照射物の表面に反射された前記他のレーザ光の検出を、４分割検出器、ＣＣＤまたはＰＳＤを用いて行うことを特徴とするレーザ照射方法。
14. 請求項８乃至請求項１０のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構は、前記被照射物の表面に入射させた前記レーザ光の反射光を検出することによって、前記被照射物と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とするレーザ照射方法。
15. 請求項１４において、
    前記被照射物の表面に入射させた前記レーザ光の検出を、４分割検出器、ＣＣＤまたはＰＳＤを用いて行うことを特徴とするレーザ照射方法。
16. 請求項１乃至請求項１５のいずれか一項において、
    前記ビームスポットの形状を長辺方向および短辺方向を有する長方形、楕円または線状に整形し、
    前記ビームスポットの前記長辺方向を前記第１の方向と平行になるように配置させることを特徴とするレーザ照射方法。
17. 請求項１乃至請求項１６のいずれか一項において、
    前記被照射物と前記レンズ間の距離の制御は、前記第１の方向および第２の方向に対して垂直な第３の方向に、前記被照射物または前記レンズを移動することによって行われることを特徴とするレーザ照射方法。
18. 請求項１乃至請求項１７のいずれか一項において、
    前記レーザ光に対する前記被照射物の第１の方向への移動を、前記第２の方向への移動より低速で行うことを特徴とするレーザ照射方法。
19. 請求項１乃至請求項１８のいずれか一項において、
    前記レーザ発振器として、YAGレーザ、YVO₄レーザ、GdVO₄レーザ、YLFレーザ、Arレーザのいずれかを用いることを特徴とするレーザ照射方法。
20. 請求項１乃至請求項１９のいずれか一項において、
    前記レーザ発振器として、数１０ｐｓ以下のパルス幅をもつパルスレーザを用いることを特徴とするレーザ照射方法。
21. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
    前記レーザ光をレンズで集光して半導体膜の表面に垂直方向から入射させてビームスポットを形成し、
    前記レーザ光に対して前記半導体膜を前記ビームスポットに対し相対的に移動させて、前記半導体膜に前記レーザ光を照射して前記半導体膜のアニールを行い、
    前記半導体膜を移動する前に、オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
22. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
    前記レーザ光をレンズで集光して１方向に沿ってうねりが存在する半導体膜の表面に垂直方向から入射させてビームスポットを形成し、
    前記レーザ光に対して前記半導体膜をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記半導体膜に前記レーザ光を照射して前記半導体膜のアニールを行い、
    前記第２の方向に移動させる前に、オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
23. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
    前記レーザ光をレンズで集光して１方向に沿ってうねりが存在する半導体膜の表面に垂直方向から入射させてビームスポットを形成し、
    前記レーザ光に対して前記半導体膜をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記半導体膜に前記レーザ光を照射して前記半導体膜のアニールを行い、
    前記第１の方向への移動時に、オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
24. 請求項２１乃至請求項２３のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構として、接触式変位計を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
25. 請求項２１乃至請求項２３のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構は、前記レーザ発振器とは異なるレーザ発振器から前記レーザ光と異なる他のレーザ光を射出し、
    前記他のレーザ光を前記半導体膜の表面に入射させ、前記半導体膜の表面に反射された前記他のレーザ光を検出することによって、前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
26. 請求項２５において、
    前記他のレーザ光の前記半導体膜への入射を斜め方向から行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
27. 請求項２５または請求項２６において、
    前記半導体膜の表面に反射された前記他のレーザ光の検出を、４分割検出器、ＣＣＤまたはＰＳＤを用いて行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
28. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
    前記レーザ光をレンズで集光して半導体膜の表面に対して斜め方向から入射させてビームスポットを形成し、
    前記レーザ光に対して前記半導体膜をに対し相対的に移動させて、前記半導体膜に前記レーザ光を照射して前記半導体膜のアニールを行い、
    前記半導体膜を移動させる前に、オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
29. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
    前記レーザ光をレンズで集光して１方向に沿ってうねりが存在する半導体膜の表面に対して斜め方向から入射させてビームスポットを形成し、
    前記レーザ光に対して前記半導体膜をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記半導体膜に前記レーザ光を照射して前記半導体膜のアニールを行い、
    前記第２の方向に移動させる前に、オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
30. レーザ発振器からレーザ光を射出し、
    前記レーザ光をレンズで集光して１方向に沿ってうねりが存在する半導体膜の表面に対して斜め方向から入射させてビームスポットを形成し、
    前記レーザ光に対して前記半導体膜をうねりが存在する第１の方向および前記第１の方向と直交する第２の方向に相対的に移動させて、前記半導体膜に前記レーザ光を照射して前記半導体膜のアニールを行い、
    前記第１の方向への移動時に、オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
31. 請求項２９または請求項３０において、
    前記半導体膜は、１方向にそってうねりが存在するガラス基板上に設けることを特徴とする半導体装置の作製方法。
32. 請求項２８乃至請求項３１のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構として、接触式変位計を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
33. 請求項２８乃至請求項３１のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構は、前記レーザ発振器とは異なるレーザ発振器から前記レーザ光と異なる他のレーザ光を射出し、
    前記他のレーザ光を前記半導体膜の表面に入射させ、前記半導体膜の表面に反射された前記他のレーザ光を検出することによって、前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
34. 請求項３３において、
    前記半導体膜の表面に反射された前記他のレーザ光の検出を、４分割検出器、ＣＣＤまたはＰＳＤを用いて行うことを特徴とするレーザ照射方法。
35. 請求項２８乃至請求項３１のいずれか一項において、
    前記オートフォーカス機構は、前記半導体膜の表面に入射させた前記レーザ光の反射光を検出することによって、前記半導体膜と前記レンズ間の距離を制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
36. 請求項３５において、
    前記半導体膜の表面で反射させた前記レーザ光の検出を、４分割検出器、ＣＣＤまたはＰＳＤを用いて行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
37. 請求項２１乃至請求項３６のいずれか一項において、
    前記ビームスポットの形状を長辺および短辺を有する長方形、楕円または線状に整形し、
    前記ビームスポットの前記長辺方向を前記第１の方向と平行になるように配置させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
38. 請求項２１乃至請求項３７において、
    前記半導体膜と前記レンズ間の距離の制御は、前記第１の方向および第２の方向に対して垂直な第３の方向に、前記半導体膜または前記レンズを移動することによって行われることを特徴とする半導体装置の作製方法。
39. 請求項２１乃至請求項３８のいずれか一項において、
    前記レーザ光に対する前記半導体膜の第１の方向への移動を、前記第２の方向への移動より低速で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
40. 請求項２１乃至請求項３９のいずれか一項において、
    前記レーザ発振器として、YAGレーザ、YVO₄レーザ、GdVO₄レーザ、YLFレーザ、Arレーザのいずれかを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
41. 請求項２１乃至請求項４０のいずれか一項において、
    前記レーザ発振器として、数１０ｐｓ以下のパルス幅をもつパルスレーザを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。

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