JP2006339630A - Laser radiation apparatus and laser radiation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To radiate a laser beam with uniform intensity distribution without causing interference fringes of a laser to appear on an irradiation surface. <P>SOLUTION: A laser beam emitted from a laser oscillator passes through a diffractive-optical element so as to have uniform intensity distribution. The beam emitted from the diffractive-optical element then passes through a slit so that low-intensity end portions in the major axis direction of the beam are cut off. The beam passes through a projector lens and a condensing lens so as to project an image of the slit onto an irradiation surface. The projector lens is positioned so that the slit and the irradiation surface are conjugated. This method prevents diffraction by the slit and irradiates the irradiation surface with the laser beam with uniform intensity. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体材料などに対して行われるようなアニールを、均一にかつ効率よく行うためのレーザ照射装置(レーザと、このレーザから出力されるレーザ光を被照射体まで導くための光学系を含む装置)およびレーザ照射方法に関するものである。また、このレーザ処理装置およびレーザ処理方法を用いて処理を行う工程を含んで作製された半導体装置とその作製方法に関する。   The present invention relates to a laser irradiation apparatus (laser and an optical system for guiding laser light output from the laser to an irradiated body) for uniformly and efficiently performing annealing as performed on a semiconductor material or the like. And a laser irradiation method. In addition, the present invention relates to a semiconductor device manufactured including a process of performing processing using the laser processing apparatus and the laser processing method, and a manufacturing method thereof.

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、従来の非結晶半導体膜を用いたTFTよりも電解効果移動度(モビリティともいう)が高いため、高速動作が可能である。そのため、従来では基板の外に設けられてい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用いられている。   In recent years, a technique for manufacturing a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) on a substrate has greatly advanced, and application development to an active matrix display device has been advanced. In particular, a TFT using a polycrystalline semiconductor film has higher electrolytic effect mobility (also referred to as mobility) than a conventional TFT using an amorphous semiconductor film, and thus can operate at high speed. For this reason, it is used to control a pixel, which has been conventionally performed by a driving circuit provided outside the substrate, by a driving circuit formed on the same substrate as the pixel.

ところで、半導体装置に用いる基板はコストの面から、石英基板や単結晶半導体基板よりもガラス基板が有望視されている。しかしながら、ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたTFTを形成するために半導体膜を結晶化する際には、ガラス基板の熱変形を避けるためにレーザアニールがしばしば用いられる。   By the way, as a substrate used for a semiconductor device, a glass substrate is considered to be more promising than a quartz substrate or a single crystal semiconductor substrate in terms of cost. However, the glass substrate is inferior in heat resistance and easily deforms thermally. Therefore, when the semiconductor film is crystallized to form a TFT using a polycrystalline semiconductor film on a glass substrate, laser annealing is often used to avoid thermal deformation of the glass substrate.

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することができることや、半導体基板または基板上の半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板にほとんど熱的損傷を与えないことなどが挙げられる。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単結晶半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、それは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。   The characteristics of laser annealing are that the processing time can be greatly reduced compared to annealing methods using radiation heating or conduction heating, and the semiconductor substrate or semiconductor film on the substrate is selectively and locally heated. For example, there is almost no thermal damage to the substrate. The laser annealing method here refers to a technique for recrystallizing a damaged layer or an amorphous layer formed on a semiconductor substrate or semiconductor film, or a technique for crystallizing a non-single-crystal semiconductor film formed on a substrate. pointing. It also includes techniques applied to planarization and surface modification of semiconductor substrates or semiconductor films.

レーザアニールに用いられるレーザ発振器は、その発振方法によってパルス発振と連続発振の2種類に大別される。近年では、半導体膜の結晶化において、エキシマレーザのようなパルス発振のレーザ発振器よりも、ArレーザやYVOレーザのような連続発振のレーザ発振器を用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出されている。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、この半導体膜を用いて形成されるTFTチャネル領域に入る粒界の数が減る。従って、移動度が高くなり、より高性能なデバイスの開発に利用することができる。そのため、連続発振のレーザ発振器は脚光を浴びている。 Laser oscillators used for laser annealing are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation, depending on the oscillation method. In recent years, in crystallization of a semiconductor film, it is more preferable to use a continuous oscillation laser oscillator such as an Ar laser or a YVO 4 laser than a pulse oscillation laser oscillator such as an excimer laser. It has been found that the particle size of As the crystal grain size in the semiconductor film increases, the number of grain boundaries entering the TFT channel region formed using this semiconductor film decreases. Therefore, the mobility becomes high and it can be used for the development of a higher performance device. Therefore, continuous wave laser oscillators are in the spotlight.

通常、半導体膜のレーザアニールに用いられるレーザビームのスポットの形状は線状であり、半導体膜上に線状に整形されたレーザビームのスポットを走査させ、レーザアニールが行われる。レーザビームのスポットを線形に整形することで、一度にレーザアニールできる面積を大きくすることができる。なお、本明細書では、照射面における形状が線状、矩形状であるレーザビームをそれぞれ線状ビーム、矩形状ビームと呼ぶ。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、アスペクト比が大きい矩形(例えば、アスペクト比が10以上(好ましくは100〜10000))を意味する。なお、線状とするのは被照射体に対して十分なアニールを行うための強度を確保するためであり、矩形状や面状であっても被照射体に対して十分なアニールを行える程度であればよい。将来的には面状ビームを用いてレーザアニールを行う可能性もある。   Usually, a laser beam spot used for laser annealing of a semiconductor film is linear, and laser annealing is performed by scanning a laser beam spot shaped into a linear shape on the semiconductor film. By linearly shaping the laser beam spot, the area that can be laser annealed at a time can be increased. Note that in this specification, laser beams whose shapes on the irradiation surface are linear and rectangular are referred to as a linear beam and a rectangular beam, respectively. Note that “linear” here does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle with a large aspect ratio (for example, an aspect ratio of 10 or more (preferably 100 to 10,000)). To do. Note that the linear shape is used to ensure sufficient strength for annealing the irradiated object, so that sufficient annealing can be performed on the irradiated object even in a rectangular or planar shape. If it is. In the future, laser annealing may be performed using a planar beam.

一方、半導体装置に通常用いられる厚さ数十〜数百nmの珪素膜をYAGレーザやYVOレーザで結晶化させる場合、基本波よりも波長が短い第二高調波を用いる。これは、基本波よりも第二高調波の方が半導体膜に対するレーザ光の吸収係数が大きいため、半導体膜の結晶化を効率良く行うことができるからである。なお、本工程に基本波を用いることはほとんど無い。 On the other hand, when crystallizing a silicon film with a thickness of several tens to several hundreds of nanometers normally used in a semiconductor device with a YAG laser or a YVO 4 laser, a second harmonic having a shorter wavelength than the fundamental wave is used. This is because the second harmonic wave has a larger absorption coefficient of the laser beam with respect to the semiconductor film than the fundamental wave, so that the semiconductor film can be efficiently crystallized. Note that the fundamental wave is rarely used in this process.

この工程の一例を挙げると、10W、532nmの第2高調波にしたCW(連続発振)レーザビームを長軸方向300μm、短軸方向10μm程度の線状に整形し、この線状ビームの短軸方向にビームスポットを走査させてレーザアニールをさせることにより結晶化を行う。一度の走査で得られる大粒径結晶の領域の幅は200μm程度となる(以下、大粒径結晶が見られる領域を大粒径領域と呼ぶ)。このため、基板全面をレーザアニールにより結晶化するためには、ビームスポットの一度の走査によって得られた大粒径結晶領域の幅ずつ、レーザビームを走査する位置を、ビームスポットの長軸方向にずらしてレーザアニールを行うことが必要となる。   As an example of this process, a CW (continuous oscillation) laser beam having a second harmonic of 10 W and 532 nm is shaped into a linear shape having a major axis direction of 300 μm and a minor axis direction of about 10 μm. Crystallization is performed by scanning the beam spot in the direction and performing laser annealing. The width of the large grain crystal region obtained by one scan is about 200 μm (hereinafter, the region where the large grain crystal is seen is referred to as the large grain region). Therefore, in order to crystallize the entire surface of the substrate by laser annealing, the laser beam scanning position is set in the major axis direction of the beam spot by the width of the large grain crystal region obtained by one scanning of the beam spot. It is necessary to perform laser annealing by shifting.

本出願人は、照射面またはその近傍において線状にしたレーザ光を半導体膜に照射する内容の発明を行い、既に出願している。
特開2003−257885号公報
The applicant of the present invention has already filed an application in which the semiconductor film is irradiated with a linear laser beam on or near the irradiated surface.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-257885

ここで、図25にビームスポット2500と、ビームスポット2500を照射したときの半導体膜における照射跡2501と、ビームスポット2500のa−a’に沿った断面における強度分布2502を示す。   Here, FIG. 25 shows a beam spot 2500, an irradiation trace 2501 in the semiconductor film when the beam spot 2500 is irradiated, and an intensity distribution 2502 in a section along the a-a ′ of the beam spot 2500.

一般に、TEM00(シングル横モード)の連続発振のレーザ発振器から射出されたレーザビームの断面は図25の2502で示すガウス分布型の強度分布を有しており、均一な分布を有しているのではない。 In general, the cross section of a laser beam emitted from a TEM 00 (single transverse mode) continuous oscillation laser oscillator has a Gaussian distribution type intensity distribution indicated by 2502 in FIG. 25 and has a uniform distribution. Not.

例えば、ビームスポット2500の中央付近の部分2500aは、少なくとも1つの結晶粒(以下、大粒径の結晶粒と呼ぶ)に1つのTFTができる程度の大粒径の結晶粒を得ることができるしきい値(y)より大きい強度とする。このとき、ビームスポット端部付近の部分2500bは、結晶性領域が形成されるしきい値(x)よりは強度が大きく、しきい値(y)よりは強度が小さいとする。このようなビームスポット2500を半導体膜に照射すると、照射跡2501では、ビームスポット端部が照射された領域2501bには部分的に溶融しきれない領域が残る。そのため領域2501bには、ビームの中心部が照射された領域2501aに形成されるような大粒径の結晶粒ではなく、粒径の比較的小さい結晶粒(以下、微結晶と呼ぶ)のみが形成されることになる。   For example, the portion 2500a in the vicinity of the center of the beam spot 2500 can obtain a crystal grain having a large particle size that allows one TFT to be formed on at least one crystal particle (hereinafter referred to as a large crystal particle size). The strength is greater than the threshold value (y). At this time, it is assumed that the portion 2500b in the vicinity of the end portion of the beam spot has a strength higher than the threshold value (x) at which the crystalline region is formed and is lower than the threshold value (y). When the semiconductor film is irradiated with such a beam spot 2500, in the irradiation trace 2501, a region that cannot be partially melted remains in the region 2501b irradiated with the end portion of the beam spot. Therefore, in the region 2501b, only a crystal grain having a relatively small grain size (hereinafter referred to as a microcrystal) is formed, not a crystal grain having a large grain size as formed in the region 2501a irradiated with the central portion of the beam. Will be.

このようにして微結晶が形成された領域、すなわちビームスポット端部付近の領域2501bに半導体素子を形成しても高い特性が期待できない。また、これを避けるためには、大粒径の結晶粒が形成された部分、すなわちビームスポット中央付近の領域2501aに半導体素子を形成することになるので、レイアウト上の制約を受けることは明らかである。従って、レーザビームが照射された領域全体において、微結晶が形成される領域の割合を減らすことが求められる。   Even if a semiconductor element is formed in the region where the microcrystal is formed in this way, that is, in the region 2501b near the end of the beam spot, high characteristics cannot be expected. In order to avoid this, a semiconductor element is formed in a portion where a crystal grain having a large grain size is formed, that is, a region 2501a near the center of the beam spot. is there. Therefore, it is required to reduce the ratio of the region where the microcrystal is formed in the entire region irradiated with the laser beam.

これを回避するために、レーザビームの強度分布をガウス型の形状ではなく、トップフラット型にする方法がある。トップフラット型にすることによって、レーザビームの強度分布の端部を急峻なものにし、レーザアニール後にできる結晶性不良領域を減少させることができる。   In order to avoid this, there is a method in which the intensity distribution of the laser beam is not a Gaussian shape but a top flat type. By adopting the top flat type, the end portion of the intensity distribution of the laser beam can be made sharp, and the crystalline defect region formed after laser annealing can be reduced.

また、レーザ光は、レーザ共振器の構成に特徴があるために優れた指向性を有し、可干渉性を有する。ところが、干渉性が良いことは必ずしも利点とは限らない。図26に示すように、レーザ発振器2601から射出したレーザビームは、回折光学素子2602によって強度分布を均一化された後、スリット2603に到達する。レーザビームはスリット2603を通過する際に回折を起こした後に照射面2604に到達する。照射面2604では回折光が干渉することによって、2605に示すような強度分布を持つ回折縞を生じる。このような強度分布をもつ状態で半導体膜にレーザ照射処理を行うと、半導体膜全面を均一にアニールすることは難しい。   In addition, the laser beam has excellent directivity due to the characteristics of the configuration of the laser resonator, and has coherence. However, good coherence is not always an advantage. As shown in FIG. 26, the laser beam emitted from the laser oscillator 2601 reaches the slit 2603 after the intensity distribution is made uniform by the diffractive optical element 2602. The laser beam reaches the irradiation surface 2604 after being diffracted when passing through the slit 2603. Due to interference of diffracted light on the irradiation surface 2604, diffraction fringes having an intensity distribution as shown in 2605 are generated. If the semiconductor film is subjected to laser irradiation treatment in such a state of intensity distribution, it is difficult to uniformly anneal the entire surface of the semiconductor film.

本発明は、上記の問題点を解決するために、以下の構成を有する。なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板または半導体膜にイオン注入などにより形成された損傷領域やアモルファス領域を結晶化させる技術や、基板上に形成された単結晶ではない半導体膜(非単結晶半導体膜と呼ぶ)にレーザ照射を行って半導体膜を結晶化させる技術、非単結晶半導体膜にニッケルなどの結晶化を促進する触媒元素を導入した後にレーザ照射を行うことによって、結晶化をさせる技術などを指している。   In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. Note that the laser annealing method referred to here is a technique for crystallizing a damaged region or an amorphous region formed by ion implantation or the like on a semiconductor substrate or semiconductor film, or a semiconductor film that is not a single crystal formed on the substrate (non-crystalline). Crystallization by applying laser irradiation to a non-single crystal semiconductor film after introducing a catalytic element that promotes crystallization such as nickel into a non-single crystal semiconductor film. It refers to the technology that makes it happen.

また、半導体基板また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。ここでいう半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、液晶表示装置や発光装置などの電気光学装置、さらにはこれらの電気光学装置を部品として含む電子装置も含まれるものとする。   Moreover, the technique applied to planarization and surface modification of a semiconductor substrate or a semiconductor film is also included. The term “semiconductor device” as used herein refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and includes electro-optical devices such as liquid crystal display devices and light-emitting devices, and electronic devices including these electro-optical devices as components. Shall be.

本発明で開示する発明の1つは、レーザ発振器と、このレーザ発振器から射出されたレーザビームの強度分布を均一化するビームホモジナイザと、レーザ発振器から射出されたレーザビームの両端部分を遮断するためのスリットと、スリットの像を照射面に投影するための投影レンズと、スリットの像を集光するための集光レンズと、レーザビームに対して照射面を相対的に移動させる手段を有する。   One of the inventions disclosed in the present invention is to cut off both ends of a laser oscillator, a beam homogenizer that equalizes the intensity distribution of the laser beam emitted from the laser oscillator, and the laser beam emitted from the laser oscillator. A projection lens for projecting the slit image onto the irradiation surface, a condensing lens for condensing the slit image, and means for moving the irradiation surface relative to the laser beam.

本発明において、位相共役鏡を作用させてレーザビームの位相を揃え、レーザビームの強度分布を均一化するビームホモジナイザに通すこともできる。   In the present invention, it is possible to pass through a beam homogenizer that operates the phase conjugate mirror to align the phase of the laser beam and uniformizes the intensity distribution of the laser beam.

本発明において、ビームホモジナイザは回折光学素子であることを特徴とする。   In the present invention, the beam homogenizer is a diffractive optical element.

本発明において、投影レンズは、凸型シリンドリカルレンズ、または凸型球面レンズであることを特徴とする。なお、スリットの開口部の幅をa、照射面でレーザビームの長軸の長さをb、投影レンズの焦点距離をf、スリットの射出側の面(以下、「背面」という)から投影レンズの第1主点までの距離をd、投影レンズの第2主点から照射面までの距離をdとすると、a、b、f、d、dには以下の数式(1)、(2)の関係を有することが好ましい。
1/f=1/d+1/d ・・・(1)
:d=a:b ・・・(2)
In the present invention, the projection lens is a convex cylindrical lens or a convex spherical lens. The slit opening width is a, the long axis of the laser beam on the irradiation surface is b, the focal length of the projection lens is f, and the exit side surface of the slit (hereinafter referred to as “rear surface”) to the projection lens. Where d 1 is the distance from the first principal point to d 2 and the distance from the second principal point of the projection lens to the irradiation surface is d 2 , a, b, f, d 1 , and d 2 are expressed by the following formula (1). , (2) is preferable.
1 / f = 1 / d 1 + 1 / d 2 (1)
d 1 : d 2 = a: b (2)

つまり、投影レンズは、スリットの背面と照射面が共役の関係になる位置に配置されている。このようにすることで、スリットの像を照射面にて再び1つに結像するように集光することができる。   That is, the projection lens is disposed at a position where the rear surface of the slit and the irradiation surface are in a conjugate relationship. By doing in this way, it can condense so that the image of a slit may be imaged again on the irradiation surface.

本発明において、集光レンズは、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とする。   In the present invention, the condensing lens is a convex cylindrical lens or a convex spherical lens.

本発明において、レーザ発振器は、連続発振レーザー(以下、「CWレーザ」と表記する。)、または発振周波数が10MHz以上のパルスレーザを用いることができる。レーザの種類は、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト、YAlO、GdVO、多結晶のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVO内に、または光ファイバ内に、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されている結晶を媒質とするレーザ、Arイオンレーザ、またはTi:サファイアレーザなどを用いることができる。これらは、連続発振で発振することが可能であり、Qスイッチ動作やモード同期を行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振させることも可能である。 In the present invention, a continuous wave laser (hereinafter referred to as “CW laser”) or a pulse laser having an oscillation frequency of 10 MHz or more can be used as the laser oscillator. Laser types include single crystal YAG, YVO 4 , forsterite, YAlO 3 , GdVO 4 , polycrystalline YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 , or in an optical fiber, or dopant. As a laser, an Ar ion laser, a Ti: sapphire laser, or the like using a crystal added with one or more of Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, and Ta as a medium can be used. These can be oscillated by continuous oscillation, and can be pulse-oscillated at an oscillation frequency of 10 MHz or more by performing Q switch operation or mode synchronization.

半導体膜のアニール処理にCWレーザだけではなく、発振周波数が高いパルスレーザを用いることができる。発振周波数が高いパルスレーザを用いると次のような利点がある。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、数十nsec〜数百nsecといわれている。従って、発振周波数が低いパルスレーザでは、半導体膜がレーザによって溶融して固化した後に次のパルスが照射されることになる。したがって、それぞれのパルスが照射された後、再結晶時に結晶粒は中心対称的に放射状に成長する。そして、隣り合う結晶粒の境界に粒界が形成されるため、半導体膜の表面には凹凸が生じる。   In addition to the CW laser, a pulse laser having a high oscillation frequency can be used for annealing the semiconductor film. Use of a pulse laser having a high oscillation frequency has the following advantages. It is said that the time from when the semiconductor film is irradiated with the laser beam until the semiconductor film is completely solidified is several tens to several hundreds nsec. Therefore, in a pulse laser with a low oscillation frequency, the next pulse is irradiated after the semiconductor film is melted and solidified by the laser. Therefore, after each pulse is irradiated, the crystal grains grow radially in a central symmetry during recrystallization. Since grain boundaries are formed at the boundaries between adjacent crystal grains, irregularities occur on the surface of the semiconductor film.

発振周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルス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。従って、レーザの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を形成することができる。   When a pulse laser with a high oscillation frequency is used, the semiconductor film is irradiated with the next pulse during the period from when the semiconductor film is melted by the laser to solidification. Therefore, unlike the case of using a pulse laser having a low oscillation frequency, the solid-liquid interface can be continuously moved in the semiconductor film. Accordingly, a semiconductor film having crystal grains continuously grown in the laser scanning direction can be formed.

また、パルス発振のレーザの特徴の1つとして、発振周波数を高くすることにより、一つのパルスあたりのピーク出力を大きくすることができることが挙げられる。そのため、平均出力が比較的低いものでも、レーザビームの第2高調波への変換効率を大幅に上げることができる。これにより、容易に大出力の高調波を得ることが可能となるため、生産性を大きく向上させることができる。   Further, one of the characteristics of a pulse oscillation laser is that the peak output per pulse can be increased by increasing the oscillation frequency. Therefore, even if the average output is relatively low, the conversion efficiency of the laser beam to the second harmonic can be significantly increased. As a result, it is possible to easily obtain high-output harmonics, so that productivity can be greatly improved.

単結晶を媒体としたレーザ発振器を用いた場合では、レーザビームは照射面において長軸方向の長さが0.5〜1mm、短軸方向の長さが20μm以下、好ましくは10μm以下になるように整形する。また、ビームの短軸方向に走査する。このようにすることによって、1つの結晶粒の走査方向における幅が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を、レーザ照射領域の全面に形成することができる。このようにして、連続発振レーザと同程度の結晶粒を得ることができる。そして、ビームの走査方向に沿って長く伸びた単結晶の結晶粒を形成することで、少なくともTFTのキャリアの移動方向には結晶粒界がほとんど存在しない半導体膜の形成が可能になる。   When a laser oscillator using a single crystal as a medium is used, the laser beam has a length in the major axis direction of 0.5 to 1 mm and a length in the minor axis direction of 20 μm or less, preferably 10 μm or less on the irradiated surface. To shape. Further, scanning is performed in the minor axis direction of the beam. Thus, a set of crystal grains having a width of 10 to 30 μm in the scanning direction of one crystal grain and a width of about 1 to 5 μm in the direction perpendicular to the scanning direction is formed on the entire surface of the laser irradiation region. can do. In this way, crystal grains comparable to those of a continuous wave laser can be obtained. By forming single crystal crystal grains extending along the beam scanning direction, it is possible to form a semiconductor film having almost no crystal grain boundaries in at least the TFT carrier movement direction.

また、多結晶を媒体としたレーザ発振器を用いた場合では、非常に出力が高いレーザを射出することが可能である。このような場合には、ビームの大きさを大きくすることが可能である。ビームの短軸の長さは1mm以下にし、ビームの長軸の幅は、半導体膜を良好にアニールできる程度に調節すればよい。   Further, when a laser oscillator using a polycrystalline medium is used, it is possible to emit a laser having a very high output. In such a case, the beam size can be increased. The length of the minor axis of the beam should be 1 mm or less, and the width of the major axis of the beam may be adjusted to such an extent that the semiconductor film can be annealed satisfactorily.

本発明において、レーザビームに、非線形素子により高調波に変換されたビームを用いることができる。非線形素子としては、はBBO(β−BaB、ホウ酸バリウム)、LBO(Li、ホウ酸リチウム)、KTP(KTiOPO、チタニルリン酸カリウム)、LiNbO(ニオブ酸リチウム)、KDP(KHPO、リン酸二水素カリウム)、LiIO(リチウムアイオデート)、ADP(NHPO、リン酸二水素アンモニウム)、BIBO(BiB、ビスマストリボレート)、CLBO(CsLiB10、セシウムリチウムボーレート)、KB5(KB・4HO、ポタジムペンタボレート)などがある。 In the present invention, a laser beam converted into a harmonic by a nonlinear element can be used as the laser beam. Nonlinear elements include BBO (β-BaB 2 O 4 , barium borate), LBO (Li 2 B 4 O 7 , lithium borate), KTP (KTiOPO 4 , potassium titanyl phosphate), LiNbO 3 (lithium niobate). ), KDP (KH 2 PO 4 , potassium dihydrogen phosphate), LiIO 3 (lithium iodate), ADP (NH 4 H 2 PO 4 , ammonium dihydrogen phosphate), BIBO (BiB 3 O 6 , bismuth triborate) ), CLBO (CsLiB 6 O 10 , cesium lithium borate), KB5 (KB 5 O 8 .4H 2 O, potassium diborate).

上記発明の構成において、レーザ発振器から射出されたレーザビームの照射面に対する入射角は適宜に設定することができる。   In the configuration of the invention, the incident angle of the laser beam emitted from the laser oscillator with respect to the irradiation surface can be set as appropriate.

また、本発明を用いて形成した結晶性半導体膜より薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、このTFTを用いて作製した半導体装置として、代表的にはCPU(Central Processing Unit:中央演算処理装置)、メモリ、IC、RFID素子、画素、ドライバ回路などを挙げることができる。さらに、これらの半導体装置を組み込んで、テレビ、コンピュータ、携帯型の情報処理端末などのさまざまな電子機器を形成することが可能である。   A thin film transistor (TFT) is formed from a crystalline semiconductor film formed by using the present invention, and a semiconductor device manufactured using the TFT is typically a CPU (Central Processing Unit), a memory. IC, RFID element, pixel, driver circuit, and the like. Further, by incorporating these semiconductor devices, various electronic devices such as a television, a computer, and a portable information processing terminal can be formed.

照射面上にレーザの干渉縞を生じさせることがなく、強度分布が均一なレーザビームを照射することができる。よって、半導体膜に対して均一にレーザ処理を行うことができる。   A laser beam having a uniform intensity distribution can be irradiated without causing laser interference fringes on the irradiation surface. Therefore, the laser treatment can be uniformly performed on the semiconductor film.

以下に本発明の実施の様態を、図面を用いて説明する但し、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、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and without departing from the spirit and scope of the present invention. It will be readily appreciated by those skilled in the art that the details can be varied in many ways. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode.

(実施の形態1)
図1〜図4を用いて本発明の実施の形態を説明する。
(Embodiment 1)
The embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1にレーザ照射装置の一例を示す。レーザ照射装置は、レーザ発振器101、回折光学素子102(ディフラクティブオプティクスエレメント、ディフラクティブオプティクスとも呼ばれる)、スリット103、投影レンズ104、集光レンズ105から構成される。本実施の形態では、投影レンズ104は凸型シリンドリカルレンズを用いているが、凸型球面レンズを用いることもできる。また、集光レンズ105として凸型シリンドリカルレンズを用いているが、凸型球面レンズを用いることもできる。なお、ミラー106は、レーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。   FIG. 1 shows an example of a laser irradiation apparatus. The laser irradiation apparatus includes a laser oscillator 101, a diffractive optical element 102 (also referred to as a diffractive optics element or a diffractive optics), a slit 103, a projection lens 104, and a condenser lens 105. In the present embodiment, the projection lens 104 uses a convex cylindrical lens, but a convex spherical lens can also be used. Moreover, although the convex cylindrical lens is used as the condensing lens 105, a convex spherical lens can also be used. The mirror 106 may be provided according to the installation status of the optical system of the laser irradiation apparatus.

レーザ発振器101は、CWレーザ、または発振周波数が10MHz以上のパルスレーザを用いることができる。レーザの種類は、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト、YAlO、GdVO、多結晶のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVO、または光ファイバ内に、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Arイオンレーザ、またはTi:サファイアレーザなどを用いることができる。これらは、連続発振でレーザ発振することが可能である。また、Qスイッチ動作やモード同期を行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振させることも可能である。 As the laser oscillator 101, a CW laser or a pulse laser having an oscillation frequency of 10 MHz or more can be used. Laser types include single crystal YAG, YVO 4 , forsterite, YAlO 3 , GdVO 4 , polycrystalline YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 , or Nd as a dopant in an optical fiber. , Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, and Ta, a laser using a medium added with one or more, an Ar ion laser, a Ti: sapphire laser, or the like can be used. These can be oscillated with continuous oscillation. It is also possible to oscillate pulses at an oscillation frequency of 10 MHz or more by performing Q switch operation and mode synchronization.

レーザ発振器101より射出したレーザビームは、図2(a)の形状の強度分布を有する。このレーザビームを回折光学素子102に通すことにより、レーザビームの断面の形状を線状、四角形状、または楕円形状に整形させるとともに、レーザビームの強度分布を均一にする。回折光学素子102を通過したレーザービームの強度分布を図2(b)に示す。回折光学素子102は、光の回折を利用してスペクトルを得る素子で、その表面に多数の溝を形成することにより、集光レンズ機能を持つものが用いられる。   The laser beam emitted from the laser oscillator 101 has an intensity distribution having the shape shown in FIG. By passing the laser beam through the diffractive optical element 102, the shape of the cross section of the laser beam is shaped into a linear shape, a square shape, or an elliptical shape, and the intensity distribution of the laser beam is made uniform. The intensity distribution of the laser beam that has passed through the diffractive optical element 102 is shown in FIG. The diffractive optical element 102 is an element that obtains a spectrum using light diffraction, and an element having a condensing lens function by forming a large number of grooves on the surface thereof is used.

次いで、このビームをスリット103に通す。回折光学素子102によって、断面が線状、四角形状、または楕円形状に成形されたビームの長軸方向に作用するように、スリット103を設置する。スリット103はビームの両端における強度の弱い領域を遮断することができ、同時にビームの長軸方向の長さを調整することができるような構造あるいは形状であれば、スリットの材質やスリットの調節方法などには特に制限はない。例えば、図3に示すように、スリット103の中央部に開口部301を設け、この開口部301の長手方向の両端部を、遮蔽板302の開閉によって調節することができる。その開閉の仕方は、モータ駆動方式でも、ねじを回すことによって調節する方式であってもよい。このようなスリット103をレーザービームが通過すると、ビームの長軸方向の端部が遮断され、図2(c)の点線の強度分布だったレーザビームが、図2(c)の実線の強度分布を持つレーザビームになる。   Next, this beam is passed through the slit 103. The slit 103 is installed so that the cross section of the beam shaped into a linear, quadrangular, or elliptical shape acts by the diffractive optical element 102 in the long axis direction. The slit 103 has a structure or a shape that can block a weak region at both ends of the beam and can adjust the length of the beam in the long axis direction at the same time. There is no particular restriction on the above. For example, as shown in FIG. 3, an opening 301 is provided at the center of the slit 103, and both ends in the longitudinal direction of the opening 301 can be adjusted by opening and closing the shielding plate 302. The opening / closing method may be a motor driving method or a method of adjusting by turning a screw. When the laser beam passes through such a slit 103, the end portion in the long axis direction of the beam is blocked, and the laser beam which is the intensity distribution of the dotted line in FIG. 2C becomes the intensity distribution of the solid line in FIG. A laser beam with

スリット103を通過した後、レーザビームは投影レンズ104を通過する。スリット103の像が投影レンズ104を通過した後に、照射面である半導体膜107に結像されるように、投影レンズ104を配置する。図4を用いて、本実施形態の光学系の配置の詳細を説明する。図4(a)は本実施の形態で用いた光学系を示す図である。これを上面から見た図が図4(b)、側面から見た図が図4(c)である。   After passing through the slit 103, the laser beam passes through the projection lens 104. The projection lens 104 is arranged so that the image of the slit 103 is formed on the semiconductor film 107 that is the irradiation surface after passing through the projection lens 104. Details of the arrangement of the optical system of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows an optical system used in this embodiment. FIG. 4B is a view of this from the top, and FIG. 4C is a view from the side.

図4(b)に示すように、スリット103の開口部の幅をa、半導体膜107におけるレーザビームの長軸の長さをb、投影レンズ104の焦点距離をf、スリット103の背面(ビームが射出する側の面)から投影レンズ104の第1主点Hまでの距離をd、投影レンズ104の第2主点Hから半導体膜107までの距離をdとすると、a、b、f、d、dは、下記に記した数式(1)、(2)の関係を満たすようにする。このように光学系を配置することによって、スリット103の開口部における長さaの像は、投影レンズ104によって半導体膜107に長軸方向の長さがbの像として投影される。
1/f=1/d+1/d ・・・(1)
:d=a:b ・・・(2)
As shown in FIG. 4B, the width of the opening of the slit 103 is a, the length of the major axis of the laser beam in the semiconductor film 107 is b, the focal length of the projection lens 104 is f, and the back surface of the slit 103 (beam There distance d 1 from the surface) on the side of the exit to the first principal point H 1 of the projection lens 104, and a distance from the second principal point of H 2 projection lens 104 to the semiconductor film 107 and d 2, a, b, f, d 1 , and d 2 are set so as to satisfy the relationship of the following formulas (1) and (2). By arranging the optical system in this way, an image having a length a at the opening of the slit 103 is projected onto the semiconductor film 107 as an image having a length b in the major axis direction by the projection lens 104.
1 / f = 1 / d 1 + 1 / d 2 (1)
d 1 : d 2 = a: b (2)

また、図4(b)及び図4(c)に示すように、レーザビームの短軸方向にはレーザビームを集光させることが好ましい。そのために、本実施の形態では、集光レンズ105として凸型シリンドリカルレンズを用いている。凸型シリンドリカルレンズは1方向のみに曲率が設けられているため、曲率の方向にのみビームを伸縮することができる。また、凸型シリンドリカルレンズは、入射側、射出側のいずれか一方に凸面が形成されているものでも、両側に凸面が形成されているものでもよいが、低収差、精度の面を考慮すると、入射側に凸面が形成されているものを用いることが好ましい。なお、凸型シリンドリカルレンズの材質に制限はない。なお、集光レンズ105の位置であるが、スリット103よりも背後であればよく、投影レンズ104の前方に配置することもできる。   Further, as shown in FIGS. 4B and 4C, it is preferable to focus the laser beam in the minor axis direction of the laser beam. Therefore, in this embodiment, a convex cylindrical lens is used as the condenser lens 105. Since the convex cylindrical lens is provided with a curvature only in one direction, the beam can be expanded and contracted only in the direction of the curvature. In addition, the convex cylindrical lens may have a convex surface on either the incident side or the emission side, or may have convex surfaces on both sides, but considering the low aberration and accuracy surface, It is preferable to use one having a convex surface on the incident side. The material of the convex cylindrical lens is not limited. It should be noted that the position of the condenser lens 105 suffices as long as it is behind the slit 103, and can be arranged in front of the projection lens 104.

本実施の形態では、ミラー106でレーザビームの方向を変え、レーザビームの光路が半導体膜107に向かうようにした後に、集光レンズ105にレーザビームを通している。出力が20Wのレーザの場合では、ビームの断面の長軸が0.5〜1mm、短軸が20μm以下(好ましくは10μm以下)の、線状、四角形状または楕円状のビームスポットが半導体膜107に形成されるようにする。なお、多結晶のY、YAG、YVO、YAlO、またはGdVOを媒質としたレーザを用いた場合では、単結晶を媒質とした場合より強度が非常に強いレーザを射出することが可能である。そのため、半導体膜107に照射されるレーザビームの断面の長軸方向の長さは上記の長さに限定されない。また、ミラー106によって方向を変えた後のレーザビームの方向は、半導体膜107への入射方向が垂直方向でも斜め方向でも構わない。 In this embodiment mode, the direction of the laser beam is changed by the mirror 106 so that the optical path of the laser beam is directed toward the semiconductor film 107, and then the laser beam is passed through the condenser lens 105. In the case of a laser with an output of 20 W, a linear, square, or elliptical beam spot having a major axis of the beam cross section of 0.5 to 1 mm and a minor axis of 20 μm or less (preferably 10 μm or less) is a semiconductor film 107. To be formed. In the case of using a laser whose medium is polycrystalline Y 2 O 3 , YAG, YVO 4 , YAlO 3 , or GdVO 4 , a laser having a much higher intensity than that when a single crystal is used as a medium is emitted. Is possible. Therefore, the length in the major axis direction of the cross section of the laser beam irradiated to the semiconductor film 107 is not limited to the above length. Further, the direction of the laser beam after the direction is changed by the mirror 106 may be the incident direction to the semiconductor film 107 being vertical or oblique.

従来ではスリットを通過することによって発生する回折光が、半導体膜に到達して干渉縞を形成していたが、本実施形態のように光学系を配置することで、干渉縞を形成することなく、強度分布が均一なレーザビームを半導体膜107に照射することができる。   Conventionally, diffracted light generated by passing through the slit reaches the semiconductor film and forms interference fringes, but by arranging an optical system as in this embodiment, no interference fringes are formed. The semiconductor film 107 can be irradiated with a laser beam having a uniform intensity distribution.

半導体膜107が成膜された基板は絶縁物質を材料としており、レーザ照射の際に落ちないように吸着ステージ108に固定されている。吸着ステージ108は、Xステージ109、Yステージ110を用いて半導体膜107の表面に平行な面上をX軸、Y軸方向に走査を行い、半導体膜107の全面を結晶化させる。   The substrate over which the semiconductor film 107 is formed is made of an insulating material, and is fixed to the suction stage 108 so that it does not drop during laser irradiation. The adsorption stage 108 scans the surface parallel to the surface of the semiconductor film 107 in the X-axis and Y-axis directions using the X stage 109 and the Y stage 110 to crystallize the entire surface of the semiconductor film 107.

本実施の形態ではXステージ109、Yステージ110を用いて半導体膜107が成膜された基板を動かす構成となっているが、レーザビームの走査は、被処理物である基板を固定してレーザビームの照射位置を移動させる照射系移動型、レーザビームの照射位置を固定して基板を移動させる被処理物移動型、または上記2つの方法を組み合わせた方法を用いることができる。   In this embodiment mode, the substrate on which the semiconductor film 107 is formed is moved using the X stage 109 and the Y stage 110, but the laser beam scan is performed by fixing the substrate that is an object to be processed to a laser beam. An irradiation system moving type that moves the irradiation position of the beam, a workpiece moving type that moves the substrate while fixing the irradiation position of the laser beam, or a method that combines the above two methods can be used.

これらの光学系を用いることにより、照射面に照射されるレーザビームの強度分布は均一であり、ビーム端部の強度が不足している部分は除去することができる。さらには、スリット103を通過することによって発生する回折光が半導体膜107に到達して干渉縞を形成することはない。このような構成を持つことによって、半導体膜107全面に対して良好にレーザ照射処理を行うことができる。   By using these optical systems, the intensity distribution of the laser beam irradiated onto the irradiation surface is uniform, and the portion where the intensity at the beam end is insufficient can be removed. Further, the diffracted light generated by passing through the slit 103 does not reach the semiconductor film 107 and form interference fringes. With such a structure, the entire surface of the semiconductor film 107 can be favorably subjected to laser irradiation treatment.

このような半導体膜を用いて半導体装置を作製することによって、半導体装置の性能を大幅に向上させることが可能になる。例えば、TFTを例に挙げると、チャネル形成領域に含まれる結晶粒界の数を少なくすることができるため、単結晶半導体を用いたTFTと同等またはそれ以上の電界効果移動度(モビリティ)を得ることが可能であり、オン電流値(TFTがオンの状態にあるときに流れるドレイン電流の値)、オフ電流値(TFTがオフの状態にあるときに流れるドレイン電流の値)、しきい値電圧、S値および電界効果移動度のばらつきを低減させることが可能になる。このような効果があるため、TFTの電気的特性は向上し、TFTを用いた半導体装置の動作特性および信頼性が向上する。特に、レーザの移動方向には粒界がほとんどないため、この方向に沿ってTFTのチャネル形成領域を形成すると、TFT特性の向上につながるため、好ましい。   By manufacturing a semiconductor device using such a semiconductor film, the performance of the semiconductor device can be significantly improved. For example, taking a TFT as an example, the number of crystal grain boundaries included in a channel formation region can be reduced, so that field effect mobility (mobility) equal to or higher than that of a TFT using a single crystal semiconductor is obtained. ON current value (the value of the drain current that flows when the TFT is in an on state), OFF current value (the value of the drain current that flows when the TFT is in an off state), threshold voltage , Variation in S value and field effect mobility can be reduced. Because of such effects, the electrical characteristics of the TFT are improved, and the operating characteristics and reliability of the semiconductor device using the TFT are improved. In particular, since there are almost no grain boundaries in the laser moving direction, it is preferable to form a channel formation region of the TFT along this direction because it leads to improvement of TFT characteristics.

(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明のレーザ照射装置で使うことができる他の光学系について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, another optical system that can be used in the laser irradiation apparatus of the present invention will be described.

図5(a)は、本実施の形態で用いた光学系を示す図である。これを上面から見た図が図5(b)、側面から見た図が図5(c)である。   FIG. 5A is a diagram showing the optical system used in the present embodiment. FIG. 5 (b) shows a view from above and FIG. 5 (c) shows a view from the side.

実施の形態1では、図5(a)に示すように、投影レンズ104に凸型シリンドリカルレンズ、集光レンズ105に凸型シリンドリカルレンズを用いている。本実施の形態では、投影レンズに凸型球面レンズ、集光レンズに凸型シリンドリカルレンズ、補正用レンズに凹型シリンドリカルレンズを用いている。投影レンズ、集光レンズ、補正用レンズ以外の部分は、実施の形態1で用いたものをそのまま用いることが可能である。   In Embodiment 1, a convex cylindrical lens is used for the projection lens 104 and a convex cylindrical lens is used for the condenser lens 105 as shown in FIG. In the present embodiment, a convex spherical lens is used as a projection lens, a convex cylindrical lens is used as a condenser lens, and a concave cylindrical lens is used as a correction lens. The parts other than the projection lens, the condensing lens, and the correction lens can be the same as those used in the first embodiment.

図5(a)に示すように、レーザ発振器501より射出したレーザビームは、回折光学素子502を通ることによって、ビームの整形と強度を均一にする。さらにスリット503によってビームの長軸方向の端部を遮断した後に、補正用レンズ507と投影レンズ504を通る。そして、スリット503の像が半導体膜506に結像されるように、投影レンズ504を配置する。   As shown in FIG. 5A, the laser beam emitted from the laser oscillator 501 passes through the diffractive optical element 502 to make the beam shape and intensity uniform. Further, after the end of the beam in the long axis direction is blocked by the slit 503, the beam passes through the correction lens 507 and the projection lens 504. Then, the projection lens 504 is disposed so that the image of the slit 503 is formed on the semiconductor film 506.

図5(b)において、スリット503の開口部の幅をa、半導体膜506におけるレーザビームの長軸の長さをb、投影レンズ504の焦点距離をf、スリット503の第二面から投影レンズ504の第1主点Hまでの距離をd、投影レンズ504の第2主点Hから半導体膜506までの距離をdとすると、a、b、f、d、dは、上に記した数式(1)、(2)の関係を満たす。このように光学系を配置することにより、スリット503の開口部における長さaの像は、投影レンズ504によって半導体膜506に投影される。 In FIG. 5B, the width of the opening of the slit 503 is a, the length of the major axis of the laser beam in the semiconductor film 506 is b, the focal length of the projection lens 504 is f, and the projection lens is projected from the second surface of the slit 503. Assuming that the distance from the first principal point H 1 of 504 is d 1 and the distance from the second principal point H 2 of the projection lens 504 to the semiconductor film 506 is d 2 , a, b, f, d 1 , d 2 are , Satisfy the relationship of the mathematical formulas (1) and (2) described above. By arranging the optical system in this way, an image having a length a at the opening of the slit 503 is projected onto the semiconductor film 506 by the projection lens 504.

また、実施の形態1で述べたように、レーザビームの短軸方向にはレーザビームを集光させることが好ましい。本実施形態では、投影レンズ504が凸型球面レンズのため、投影レンズ504によって長軸方向及び短軸方向にレーザビームが集光される。ここで、投影レンズ504として凸型球面レンズを用いることにより、球面収差を小さく抑えることができる。また、投影レンズ504によるレーザビームの短軸方向の影響を無くすため、投影レンズ504の直前に、補正用レンズ507として凹型シリンドリカルレンズをレーザビームの短軸方向に作用するように配置する。   Further, as described in Embodiment Mode 1, it is preferable to focus the laser beam in the short axis direction of the laser beam. In the present embodiment, since the projection lens 504 is a convex spherical lens, the projection lens 504 focuses the laser beam in the major axis direction and the minor axis direction. Here, by using a convex spherical lens as the projection lens 504, spherical aberration can be suppressed small. In order to eliminate the influence of the projection lens 504 in the minor axis direction of the laser beam, a concave cylindrical lens is arranged as a correction lens 507 so as to act in the minor axis direction of the laser beam immediately before the projection lens 504.

本実施の形態ではミラーは図示していないが、実施の形態1と同様に、投影レンズ504と集光レンズ505との間に配置すればよい。その際、ミラーによって方向を変えた後のレーザビームの方向は、半導体膜506に対して垂直方向でも斜め方向でも構わない。なお、集光レンズ505の位置であるが、スリット503よりも背後であればよく、補正用レンズ507及び投影レンズ504の前方に配置することもできる。   Although the mirror is not shown in this embodiment mode, it may be arranged between the projection lens 504 and the condenser lens 505 as in the first embodiment. At that time, the direction of the laser beam after the direction is changed by the mirror may be perpendicular or oblique to the semiconductor film 506. It should be noted that the position of the condenser lens 505 is only required to be behind the slit 503 and can be arranged in front of the correction lens 507 and the projection lens 504.

このように光学系を配置することによって、照射するレーザビームの強度分布は均一であり、ビーム端部の強度が不足している部分は除去することができる。さらに、スリット503を通過することによって発生する回折光が半導体膜506に到達して干渉縞を形成することはない。このような構成を持つことによって、強度分布が均一なビームを半導体膜506全面に照射することができる。   By arranging the optical system in this way, the intensity distribution of the laser beam to be irradiated is uniform, and the portion where the intensity at the beam end is insufficient can be removed. Further, diffracted light generated by passing through the slit 503 does not reach the semiconductor film 506 and form interference fringes. With such a structure, the entire surface of the semiconductor film 506 can be irradiated with a beam having a uniform intensity distribution.

本実施例では、レーザ照射装置の例を説明する。レーザの媒質として多結晶集合体からなる結晶を用いた例を説明する。   In this embodiment, an example of a laser irradiation apparatus will be described. An example in which a crystal composed of a polycrystalline aggregate is used as a laser medium will be described.

図6にレーザ照射装置の例を示す。レーザ照射装置は、レーザ発振器601、回折光学素子602、スリット603、投影レンズ604、集光レンズ605から構成される。本実施例で用いるレーザ発振器601は、レーザ結晶に多結晶集合体のセラミック構造のYAG結晶(以下、セラミックYAGとする)を用いており、発振周波数が10MHz以上のパルスレーザビームを射出する。また、本実施例ではミラー606を用いているが、レーザ照射装置の光学系の設置状況に応じて設ければよい。   FIG. 6 shows an example of a laser irradiation apparatus. The laser irradiation apparatus includes a laser oscillator 601, a diffractive optical element 602, a slit 603, a projection lens 604, and a condenser lens 605. The laser oscillator 601 used in this embodiment uses a YAG crystal having a polycrystalline aggregate ceramic structure (hereinafter referred to as ceramic YAG) as a laser crystal, and emits a pulse laser beam having an oscillation frequency of 10 MHz or more. Further, although the mirror 606 is used in this embodiment, it may be provided according to the installation status of the optical system of the laser irradiation apparatus.

図6に示すように、レーザ発振器601から射出されたレーザビームは、回折光学素子602に入射する。回折光学素子602によって、レーザビームの断面が線状、四角形状、または楕円形状に整形させるとともに、レーザビームの強度分布を均一にする。回折光学素子602は、光の回折を利用してスペクトルを得る素子で、その表面に多数の溝を形成することにより、集光レンズ機能を持つものが用いられる。回折光学素子602を通過した光は、スリット603にてその像を結像する。   As shown in FIG. 6, the laser beam emitted from the laser oscillator 601 enters the diffractive optical element 602. The diffractive optical element 602 shapes the cross section of the laser beam into a linear shape, a square shape, or an elliptical shape, and makes the intensity distribution of the laser beam uniform. The diffractive optical element 602 is an element that obtains a spectrum using light diffraction, and an element having a condensing lens function by forming a large number of grooves on the surface thereof is used. The light that has passed through the diffractive optical element 602 forms an image at the slit 603.

スリット603は、レーザビームの両端における強度が弱い領域を遮断することができ、同時にレーザビームの長軸方向の長さを調節することができる構造あるいは形状であれば、スリットの材質や調節方法などには特に制限はない。このようなスリット603を用いてレーザビームの端部を遮断すると、より強度が均一化されたレーザビームになる。   The slit 603 has a structure or shape that can block a region where the intensity at both ends of the laser beam is weak and can adjust the length of the laser beam in the major axis direction at the same time, and the slit material, adjusting method, etc. There are no particular restrictions. When the end of the laser beam is cut off using such a slit 603, the laser beam becomes more uniform in intensity.

スリット603を通過した後に、投影レンズ604にビームを通す。ここで、スリット603の像が投影レンズ604を通過した後に半導体膜607に結像されるように、投影レンズ604が配置されている。つまり、投影レンズ604は、スリット603の像と半導体膜607が共役の関係になるように配置されている。このとき、スリット603の開口部の幅をa、半導体膜607におけるレーザビームの長軸の長さをb、投影レンズ604の焦点距離をf、スリット603の背面から投影レンズの第1主点までの距離をd、投影レンズの第2主点から照射面までの距離をdとすると、a、b、f、d、dは、上に示した数式(1)、(2)の関係を満たしている。 After passing through the slit 603, the beam is passed through the projection lens 604. Here, the projection lens 604 is arranged so that the image of the slit 603 is formed on the semiconductor film 607 after passing through the projection lens 604. That is, the projection lens 604 is arranged so that the image of the slit 603 and the semiconductor film 607 are in a conjugate relationship. At this time, the width of the opening of the slit 603 is a, the length of the major axis of the laser beam in the semiconductor film 607 is b, the focal length of the projection lens 604 is f, and from the back of the slit 603 to the first principal point of the projection lens. Where d 1 is the distance from the second principal point of the projection lens and d 2 is the distance from the irradiation surface, a, b, f, d 1 , and d 2 are the expressions (1) and (2) shown above. Meet the relationship.

このように配置することによって、スリット603を通過することによって発生する回折光が半導体膜607に達して干渉縞を形成することを防ぐことができ、強度分布が均一なレーザビームを半導体膜607に照射することができる。   With such an arrangement, it is possible to prevent the diffracted light generated by passing through the slit 603 from reaching the semiconductor film 607 and forming interference fringes, and a laser beam having a uniform intensity distribution is applied to the semiconductor film 607. Can be irradiated.

さらに、ミラー606でレーザビームの方向を変え、レーザビームの光路が半導体膜607に向かうようにする。また、ミラー606によって方向を変えた後のレーザビームの入射方向は、半導体膜607に対して垂直方向でも斜め方向でも構わない。   Further, the direction of the laser beam is changed by the mirror 606 so that the optical path of the laser beam is directed toward the semiconductor film 607. Further, the incident direction of the laser beam after the direction is changed by the mirror 606 may be perpendicular or oblique to the semiconductor film 607.

その後、集光レンズ605として、凸型球面レンズと、凹型シリンドリカルレンズによって、レーザビームの集光を行う。凸型球面レンズを用いることにより、球面収差を小さく抑えることができるため、レーザビームをより小さく集光することができる。また、凹型シリンドリカルレンズは、凸型球面レンズによるレーザビームの長軸方向への影響を小さくするために用いており、凸型球面レンズの直前に、レーザビームの長軸方向に作用するように配置する。なお、凸型球面レンズについて、構造や材質に制限はない。例えば、入射側、射出側のいずれか一方に凸面が形成されているものでも、両側に凸面が形成されているものでもよいが、低収差、精度の面を考慮すると、入射側に凸面が形成されているものを用いることが好ましい。また、必要に応じて、レーザビームの長軸方向および短軸方向にそれぞれ独立して作用するように凸型シリンドリカルレンズを2枚以上用いてもよい。   Thereafter, the condensing lens 605 condenses the laser beam using a convex spherical lens and a concave cylindrical lens. By using a convex spherical lens, the spherical aberration can be kept small, so that the laser beam can be condensed smaller. The concave cylindrical lens is used to reduce the influence of the convex spherical lens on the long axis direction of the laser beam, and is arranged immediately before the convex spherical lens so as to act on the long axis direction of the laser beam. To do. There are no restrictions on the structure and material of the convex spherical lens. For example, a convex surface may be formed on either the incident side or the exit side, or a convex surface may be formed on both sides. However, in consideration of low aberration and accuracy, a convex surface is formed on the incident side. It is preferable to use what has been used. If necessary, two or more convex cylindrical lenses may be used so as to act independently in the major axis direction and the minor axis direction of the laser beam.

半導体膜607を成膜した基板は、絶縁物質を材料としている。具体的には、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板、PET(Polyethylene Terephthalate:ポリエチレンテレフタラート)、PES(Polyethersulphone Resin:ポリエーテルサルホン樹脂)、PEN(Polyethylene Naphthalate:ポリエチレンナフタレート)に代表されるプラスチックや、アクリルなどに代表される合成樹脂を原料とする基板などを用いることができる。基板は吸着ステージ608に固定され、レーザ照射処理の際に落ちないようになっている。吸着ステージ608はXステージ609、Yステージ610を用いて半導体膜607の表面に平行な面上をX軸、Y軸方向に10mm/sec.程度以上の速度で移動が可能であり、適切な速度にて走査させることにより、半導体膜607全面を結晶化することができる。   The substrate over which the semiconductor film 607 is formed is made of an insulating material. Specifically, glass substrates such as aluminoborosilicate glass and barium borosilicate glass, quartz substrates, ceramic substrates, stainless steel substrates, PET (Polyethylene Terephthalate), PES (Polyethersulfone Resin), A plastic typified by PEN (Polyethylene Naphthalate), a substrate made of a synthetic resin typified by acrylic, or the like can be used. The substrate is fixed to the suction stage 608 so that it does not fall during the laser irradiation process. The adsorption stage 608 uses an X stage 609 and a Y stage 610 to set the surface parallel to the surface of the semiconductor film 607 to 10 mm / sec. In the X axis and Y axis directions. The entire surface of the semiconductor film 607 can be crystallized by scanning at an appropriate speed.

本実施例では、レーザ結晶にセラミックYAGを使っている。セラミックYAGは、単結晶とほぼ同じ光学特性(熱伝導率、破壊強度、吸収断面積)を持つ。また、セラミックであるため、短時間かつ低コストで自由な形状に形成することが可能であり、結晶を非常に大きくすることができる。さらには、Nd、Ybなどのドーパントの濃度を単結晶よりも高濃度に添加することが可能である。このようなレーザ結晶を媒体として用いることによって、非常に出力が高いレーザを射出することが可能である。したがって、光学系を用いてこのビームを整形することによって、ビームの短軸の長さは1mm以下で、長軸の長さが数100mm〜数mの線状ビームを得ることが可能となる。一般的に、線状ビームを使ったプロセスを用いて作製されるディスプレイのパネルサイズは、線状ビームの長さによって制限を受ける。このため、本発明を用いてより長い線状ビームを得ることで、より大型のディスプレイを作製することが可能となる。   In this embodiment, ceramic YAG is used for the laser crystal. Ceramic YAG has almost the same optical properties (thermal conductivity, breaking strength, absorption cross section) as single crystal. Moreover, since it is ceramic, it can be formed into a free shape in a short time and at low cost, and the crystal can be made very large. Furthermore, it is possible to add a dopant concentration such as Nd and Yb higher than that of the single crystal. By using such a laser crystal as a medium, it is possible to emit a laser having a very high output. Therefore, by shaping this beam using an optical system, it is possible to obtain a linear beam having a minor axis length of 1 mm or less and a major axis length of several hundreds of millimeters to several meters. In general, the panel size of a display manufactured using a process using a linear beam is limited by the length of the linear beam. For this reason, it becomes possible to produce a larger display by obtaining a longer linear beam using the present invention.

また、セラミックYAGに、Nd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taなどの複数種のドーパントを添加すると、多数の波長で発振をする。なお、このレーザの基本波の中心波長は1030〜1064nm、発振波長の半値全幅が30nm程度である。この基本波をレーザ発振器601内の非線形光学結晶によって、中心波長515〜532nm、発振波長の半値全幅が15nm程度の第二高調波に変換する。また、セラミックYAGだけではなく、セラミックY、若しくはセラミックYVOを媒質としたレーザを用いても同様にしてレーザ照射処理を行うことができる。 Further, when a plurality of dopants such as Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, and Ta are added to ceramic YAG, oscillation occurs at a number of wavelengths. The center wavelength of the fundamental wave of this laser is 1030 to 1064 nm, and the full width at half maximum of the oscillation wavelength is about 30 nm. This fundamental wave is converted by a nonlinear optical crystal in the laser oscillator 601 into a second harmonic having a center wavelength of 515 to 532 nm and a full width at half maximum of the oscillation wavelength of about 15 nm. Further, not only ceramic YAG but also laser irradiation using ceramic Y 2 O 3 or ceramic YVO 4 as a medium can be similarly performed.

単一波長のレーザでは、レーザがスリットを通過することによって照射面に干渉縞が発生する。しかし、本実施例で示すレーザを用いる場合は、以下に示す式(3)より、それぞれの波長に対する干渉縞の間隔が異なることが分かる。式(3)において、xは干渉縞の間隔、dはスリットの幅、λは波長、Lはスリットと照射面の距離を表す。このため、発振波長域が広いレーザビームを用いると、干渉により発生する光の強弱の差を打ち消し合い、単一波長のレーザを用いた場合よりも干渉の影響を少なくすることができる。
x=λL/d ・・・(3)
In a single-wavelength laser, interference fringes are generated on the irradiated surface when the laser passes through the slit. However, when the laser shown in this embodiment is used, it can be seen from the following equation (3) that the intervals between the interference fringes for the respective wavelengths are different. In Expression (3), x is the distance between the interference fringes, d is the width of the slit, λ is the wavelength, and L is the distance between the slit and the irradiation surface. For this reason, when a laser beam having a wide oscillation wavelength region is used, the difference in intensity of light generated by interference can be canceled out, and the influence of interference can be reduced as compared with the case where a single wavelength laser is used.
x = λL / d (3)

本実施例では、パルス発振の周期(発振周波数)が、半導体膜607が溶融してから完全に固化するまでの時間よりも短くなるように、発振周波数の下限を定めたパルスビームを使用する。例えば、具体的な発振周波数は10MHz以上とし、通常用いられている数十Hz〜数百Hzの周波数よりも著しく高い周波数を使用する。   In this embodiment, a pulse beam in which the lower limit of the oscillation frequency is set so that the period (oscillation frequency) of pulse oscillation is shorter than the time from when the semiconductor film 607 melts until it completely solidifies is used. For example, the specific oscillation frequency is 10 MHz or more, and a frequency that is significantly higher than a frequency of several tens to several hundreds Hz that is normally used is used.

発振周波数が高いパルス発振レーザを用いると好ましい理由は以下の通りである。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、数十nsec〜数百nsecといわれている。従って、発振周波数が低いパルスレーザでは、半導体膜がレーザによって溶融して固化した後に次のパルスが半導体膜に照射されることになる。したがって、それぞれのパルスによって結晶粒が形成され、隣り合う結晶粒の境界に粒界が形成されるとともに、半導体膜の表面には凹凸が生じる。   The reason why it is preferable to use a pulsed laser having a high oscillation frequency is as follows. It is said that the time from when the semiconductor film is irradiated with the laser beam until the semiconductor film is completely solidified is several tens to several hundreds of nsec. Therefore, in a pulse laser having a low oscillation frequency, the semiconductor film is irradiated with the next pulse after the semiconductor film is melted and solidified by the laser. Accordingly, crystal grains are formed by each pulse, a grain boundary is formed at the boundary between adjacent crystal grains, and unevenness is generated on the surface of the semiconductor film.

ところが、発振周波数が高いパルスレーザを用いると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜に相対的にレーザを移動させながら照射することによって、次々と溶融状態である領域が連続的に形成される一方で、時間の経過によって冷却し固化する領域が存在する。半導体膜中において固液界面を連続的に移動させると、レーザの走査方向に向かって連続的に結晶が成長し、大粒径の結晶粒が形成される。また、パルス発振のレーザの特徴として、エネルギーが同じ場合では、発振周波数を高くすることにより、一つのパルスあたりのピーク出力を強くすることができる。そのため、レーザビームの第2高調波への変換効率を大幅に上げることができる。これにより、容易に大出力の高調波を得ることが可能となるため、本工程の生産性を大きく向上させることができる。   However, when a pulse laser having a high oscillation frequency is used, the semiconductor film is irradiated with the next pulse after the semiconductor film is melted by the laser and solidified. Therefore, unlike the case of using a pulsed laser having a low oscillation frequency, irradiation with moving the laser relative to the semiconductor film continuously forms a region in a molten state one after another, while the passage of time. There is a region that cools and solidifies. When the solid-liquid interface is continuously moved in the semiconductor film, crystals continuously grow in the laser scanning direction, and large crystal grains are formed. Further, as a feature of the pulse oscillation laser, when the energy is the same, the peak output per pulse can be increased by increasing the oscillation frequency. Therefore, the conversion efficiency of the laser beam into the second harmonic can be significantly increased. This makes it possible to easily obtain high-output harmonics, so that the productivity of this step can be greatly improved.

以上の方法を用いることによって、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成されるだけではなく、隣接したレーザ照射領域の境界において、微結晶領域や凹凸の形成を抑制することが可能になるため、半導体膜607全体を均一にアニールすることができる。   By using the above method, it is possible not only to form crystal grains that are continuously grown in the scanning direction, but also to suppress the formation of microcrystalline regions and irregularities at the boundary between adjacent laser irradiation regions. Therefore, the entire semiconductor film 607 can be uniformly annealed.

本実施例では、半導体膜のアニールにより適したレーザビームを得るために、位相共役鏡を用いた光学系の例を説明する。   In this embodiment, an example of an optical system using a phase conjugate mirror will be described in order to obtain a laser beam more suitable for annealing a semiconductor film.

半導体膜にレーザ照射を行うときには、一般的には強度が高いレーザビームを照射する。従って、このような用途にレーザを用いる際には、ピーク出力を増大させ、高強度までレーザビームを集光する必要がある。しかしながら、高出力レーザの場合では、レーザ媒質が熱のために不均質となり、射出段階でレーザビームが歪んでしまう。そのため、高強度に集光することが難しい。また、射出段階で位相を揃えても、スリットを通過することにより回折がおき、照射面に投影する像が歪むことになる。そこで、位相共役鏡を用いることにより、高強度で位相がそろっているレーザビームを得ることができるため、光学系を用いてビームの変形やビーム強度の調整を行うことが容易になる。このように処理を行ったレーザビームを用いると、半導体膜のアニールをより良好に行うことができる。なお、位相共役鏡は、光誘起屈折率効果を用いた方式、誘導ブリルアン散乱を用いた方式、誘導ラマン散乱を用いた方式、カー効果を用いた方式などがあるが、本実施例ではいずれの方式を用いても構わない。   When laser irradiation is performed on a semiconductor film, generally a laser beam with high intensity is irradiated. Therefore, when using a laser for such an application, it is necessary to increase the peak output and focus the laser beam to a high intensity. However, in the case of a high-power laser, the laser medium becomes inhomogeneous due to heat, and the laser beam is distorted at the emission stage. Therefore, it is difficult to collect light with high intensity. Even if the phases are aligned at the exit stage, diffraction occurs by passing through the slit, and the image projected on the irradiation surface is distorted. Therefore, by using a phase conjugate mirror, it is possible to obtain a laser beam having a high intensity and a uniform phase, so that it becomes easy to perform beam deformation and beam intensity adjustment using an optical system. When the laser beam thus treated is used, the semiconductor film can be annealed more satisfactorily. The phase conjugate mirror includes a method using a light-induced refractive index effect, a method using stimulated Brillouin scattering, a method using stimulated Raman scattering, and a method using the Kerr effect. A method may be used.

図7(a1)に示すように、平面の波面を持つレーザビーム701が、歪みを持つ物体702を通過すると、その波面は変形する。703は波面が乱れた波を表す。図7(a2)のように波面が変形した波703が普通の鏡704で反射され、反射波705が再び物体を通過すると、図7(a3)に示すように、観測者Oが観測する波706の波面の変形量は倍になる。   As shown in FIG. 7A1, when a laser beam 701 having a plane wavefront passes through an object 702 having distortion, the wavefront is deformed. Reference numeral 703 denotes a wave whose wavefront is disturbed. When the wave 703 whose wavefront is deformed as shown in FIG. 7 (a2) is reflected by the ordinary mirror 704 and the reflected wave 705 passes through the object again, as shown in FIG. 7 (a3), the wave observed by the observer O is observed. The deformation amount of the wavefront of 706 is doubled.

図8に、鏡704の代わりに位相共役鏡710を用いた場合を示す。位相共役鏡710の場合では、反射波711は位相が反転しているため、再び歪みを持つ物体702を通過すると、波面の歪みが打ち消し合い、観測者Oが観測する波712は、波面の歪みがなくなる(図8(a1)〜(a3))。その結果、光が形を保ったまま伝播できるようになる。   FIG. 8 shows a case where a phase conjugate mirror 710 is used instead of the mirror 704. In the case of the phase conjugate mirror 710, since the phase of the reflected wave 711 is inverted, the wavefront distortions cancel each other when passing through the object 702 having distortion again, and the wave 712 observed by the observer O is the wavefront distortion. (FIGS. 8A1 to 8A3). As a result, light can propagate while maintaining its shape.

位相共役鏡を利用したレーザ照射装置の一例を図9に示す。レーザ発振器901から射出されたレーザビームは、回折光学素子902に入射する。回折光学素子902によって、レーザビームの断面が線状、四角形状、または楕円形状になるように整形するとともに、レーザビームの強度分布を均一化する。この回折光学素子902を通過した光は、集光レンズ907によってスリット903上で結像される。   An example of a laser irradiation apparatus using a phase conjugate mirror is shown in FIG. The laser beam emitted from the laser oscillator 901 enters the diffractive optical element 902. The diffractive optical element 902 shapes the cross section of the laser beam into a linear, quadrangular, or elliptical shape and makes the intensity distribution of the laser beam uniform. The light that has passed through the diffractive optical element 902 forms an image on the slit 903 by the condenser lens 907.

スリット903は、レーザビームの強度が弱い両端の領域を遮断することができ、同時にレーザビームの長軸方向の長さを調節することができる構造あるいは形状であれば、スリット903の材質や調整方法などには特に制限はない。このようなスリット903を用いてレーザビームの端部を遮断すると、強度が均一化されたレーザビームになる。   The slit 903 has a structure or shape that can block the regions at both ends where the intensity of the laser beam is weak and can adjust the length of the laser beam in the long axis direction at the same time. There is no particular restriction on the above. When the end of the laser beam is cut off using such a slit 903, the laser beam has a uniform intensity.

スリット903を通過した後に、ビームスプリッタ904でレーザビームを分割し、一方は半導体膜905に入射させ、他方は位相共役鏡906を作用させる。位相共役鏡906の代わりに通常の鏡を用いた場合は、スリットと鏡の間の距離の2倍だけ回折伝播するため大きく像が乱れる。しかし、位相共役鏡906を用いると、スリット903から位相共役鏡906までに発生する波面の乱れは共役反射により逆位相になるため、照射面、ここでは半導体膜905において位相が一致するように位相の補償が行われる。そのため、スリット903の像が良好に照射面に結像される。図9の構成を持つレーザ照射装置の場合では、スリット903と半導体膜905の間にはビームスポットを伸縮するレンズを配置しないため、スリット903の像が等倍で半導体膜905に結像される。   After passing through the slit 903, the laser beam is split by the beam splitter 904, one is made incident on the semiconductor film 905, and the other is operated by the phase conjugate mirror 906. When a normal mirror is used instead of the phase conjugate mirror 906, the image is greatly distorted because the diffraction propagates twice as much as the distance between the slit and the mirror. However, when the phase conjugate mirror 906 is used, the wavefront disturbance generated from the slit 903 to the phase conjugate mirror 906 becomes an antiphase due to the conjugate reflection. Therefore, the phase is set so that the phase is matched on the irradiation surface, here the semiconductor film 905. Is compensated. Therefore, the image of the slit 903 is favorably formed on the irradiation surface. In the case of the laser irradiation apparatus having the configuration shown in FIG. 9, an image of the slit 903 is formed on the semiconductor film 905 at an equal magnification because a lens for expanding and contracting the beam spot is not disposed between the slit 903 and the semiconductor film 905. .

また、別のレーザ照射装置の例を図10に示す。まず、位相共役鏡1003を作用させることによって波面を整える。具体的にはレーザ発振器1000から射出した後、ビームスプリッタ1004でレーザビームを分割し、一方は回折光学素子1005に入射させ、他方は位相共役鏡1003を作用させる。位相共役鏡1003を用いると、波面の乱れは共役反射により逆位相になるため、回折光学素子1005において位相が一致するように位相の補償が行われる。レーザビームの波面を揃えた後、回折光学素子1005によって強度を均一にし、同時にレーザビームの断面形状を整形する。それはレーザビームの波面が揃っていると、回折光学素子1005で強度を均一にすることが容易になるからである。   Another example of the laser irradiation apparatus is shown in FIG. First, the wavefront is adjusted by operating the phase conjugate mirror 1003. Specifically, after being emitted from the laser oscillator 1000, the laser beam is split by the beam splitter 1004, one is incident on the diffractive optical element 1005, and the other is operated by the phase conjugate mirror 1003. When the phase conjugate mirror 1003 is used, the wavefront disturbance is reversed due to the conjugate reflection, so that the diffractive optical element 1005 performs phase compensation so that the phases match. After aligning the wavefronts of the laser beams, the intensity is made uniform by the diffractive optical element 1005, and at the same time, the cross-sectional shape of the laser beams is shaped. This is because it is easy to make the intensity uniform with the diffractive optical element 1005 when the wave fronts of the laser beams are aligned.

回折光学素子1005を作用させることによって、レーザビームを線状、四角形状、または楕円状の断面にする。次にスリット1006を作用させる。スリット1006ではレーザビームの強度が弱い部分を遮断し、半導体膜のアニールに適した強度を持つレーザビームとする。そして、図11(a)、(b)に示すように、スリット1006を通過するときの像が半導体膜1009で投影されるように、投影レンズ1007と集光レンズ1008を配置する。なお、上面から見た図が図11(a)、側面から見た図が図11(b)である。   By operating the diffractive optical element 1005, the laser beam has a linear, square, or elliptical cross section. Next, the slit 1006 is operated. The slit 1006 blocks a portion where the intensity of the laser beam is weak, so that the laser beam has an intensity suitable for annealing of the semiconductor film. Then, as shown in FIGS. 11A and 11B, the projection lens 1007 and the condenser lens 1008 are arranged so that an image when passing through the slit 1006 is projected by the semiconductor film 1009. Note that FIG. 11A is a view from the top, and FIG. 11B is a view from the side.

図11(a)において、スリット1006の開口部の幅をa、半導体膜1009におけるレーザビームの長軸の長さをb、投影レンズ1007の焦点距離をf、スリット1006の背面から投影レンズ1007の第1主点Hまでの距離をd、投影レンズ1007の第2主点Hから半導体膜1009までの距離をdとすると、a、b、f、d、dは、上に記した数式(1)、(2)の関係を満たす。 In FIG. 11A, the width of the opening of the slit 1006 is a, the length of the major axis of the laser beam in the semiconductor film 1009 is b, the focal length of the projection lens 1007 is f, and the projection lens 1007 from the back of the slit 1006 Assuming that the distance to the first principal point H 1 is d 1 and the distance from the second principal point H 2 of the projection lens 1007 to the semiconductor film 1009 is d 2 , a, b, f, d 1 , d 2 are (1) and (2) are satisfied.

また、レーザビームの短軸方向にはレーザビームを集光させる。本実施例では、投影レンズ1007は凸型シリンドリカルレンズ、集光レンズ1008には凹型シリンドリカルレンズと凸型球面レンズを用いている。凸型球面レンズによるレーザビームの長軸方向への影響を小さくするため、凸型球面レンズの直前に凹型シリンドリカルレンズをレーザビームの長軸方向に作用するように配置している。   Further, the laser beam is condensed in the minor axis direction of the laser beam. In this embodiment, the projection lens 1007 uses a convex cylindrical lens, and the condenser lens 1008 uses a concave cylindrical lens and a convex spherical lens. In order to reduce the influence of the convex spherical lens in the long axis direction of the laser beam, a concave cylindrical lens is disposed immediately before the convex spherical lens so as to act in the long axis direction of the laser beam.

半導体膜1009を成膜した基板は、実施例1に示した絶縁物質を材料としている。基板は吸着ステージに固定され、レーザ照射処理の際に落ちないようになっている。吸着ステージはXステージ1010、Yステージ1011を用いて半導体膜の表面に平行な面上をX軸、Y軸方向に10mm/sec.程度以上の速度で移動が可能であり、ステージを適切な速度にて走査させることにより、半導体膜全面を結晶化することができる。   The substrate over which the semiconductor film 1009 is formed is made of the insulating material shown in Example 1. The substrate is fixed to the suction stage so that it does not fall during the laser irradiation process. The adsorption stage uses an X stage 1010 and a Y stage 1011. The surface parallel to the surface of the semiconductor film is 10 mm / sec. In the X axis and Y axis directions. The semiconductor film can be moved at a speed higher than that, and the entire surface of the semiconductor film can be crystallized by scanning the stage at an appropriate speed.

さらに、位相共役鏡をレーザ発振器1000内部に用いると、レーザ発振器1000内の増幅器の歪みを完全に補正することが可能になる。このため、高強度かつ位相がそろったレーザビームを射出させることができる。そのため、光学系を用いてビームの強度を均一にすることや、ビームの整形を行うことがより容易になる。   Further, when the phase conjugate mirror is used in the laser oscillator 1000, the distortion of the amplifier in the laser oscillator 1000 can be completely corrected. Therefore, it is possible to emit a laser beam with high intensity and the same phase. Therefore, it becomes easier to make the intensity of the beam uniform and shape the beam using the optical system.

このように光学系を配置することによって、照射するレーザビームの強度分布は均一であり、ビーム端部の強度が不足している部分は除去することができる。さらに、スリットを通過することによって発生する回折光が半導体膜に到達して干渉縞を形成することはない。このような構成を持つことによって、強度分布が均一なビームを半導体膜全面に照射することができる。   By arranging the optical system in this way, the intensity distribution of the laser beam to be irradiated is uniform, and the portion where the intensity at the beam end is insufficient can be removed. Furthermore, the diffracted light generated by passing through the slit does not reach the semiconductor film and form interference fringes. With such a configuration, the entire surface of the semiconductor film can be irradiated with a beam having a uniform intensity distribution.

本実施例では、本発明のレーザアニール装置を用いて、薄膜トランジスタ(TFT)を作製する工程を示す。なお、本実施例ではトップゲート型(順スタガ型)TFTの作製方法を記載しているが、トップゲート型TFTに限らず、ボトムゲート型(逆スタガ型)TFTなどでも同様に本発明を用いることができる。   In this embodiment, a process of manufacturing a thin film transistor (TFT) using the laser annealing apparatus of the present invention is shown. Note that although a manufacturing method of a top gate type (forward stagger type) TFT is described in this embodiment, the present invention is similarly applied to a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or the like as well as the top gate type TFT. be able to.

図12(A)に示すように、絶縁表面を有する基板1200上に下地膜1201を形成する。本実施例では、基板1200としてガラス基板を用いる。なお、ここで用いる基板には、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板などを用いることができる。また、PET、PES、PENに代表されるプラスチックや、アクリルなどに代表される合成樹脂を原料とする基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、本工程の処理に耐え得るのであれば用いることができる。   As shown in FIG. 12A, a base film 1201 is formed over a substrate 1200 having an insulating surface. In this embodiment, a glass substrate is used as the substrate 1200. As the substrate used here, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a ceramic substrate, a stainless steel substrate, or the like can be used. In addition, substrates made of plastics typified by PET, PES, PEN, and synthetic resins typified by acrylic generally tend to have a lower heat-resistant temperature than other substrates. As long as it can withstand this process, it can be used.

下地膜1201は、基板1200に含まれるナトリウム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。このため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体中への拡散を抑えることの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。また、下地膜1201は単層または積層構造のいずれでもよい。本実施例では、プラズマCVD法(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長法)を用いて窒化酸化珪素膜を10〜400nmの膜厚になるように成膜した。   The base film 1201 is provided to prevent an alkali metal such as sodium or an alkaline earth metal contained in the substrate 1200 from diffusing into the semiconductor and adversely affecting the characteristics of the semiconductor element. Therefore, an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide that can suppress diffusion of alkali metal or alkaline earth metal into the semiconductor is used. Further, the base film 1201 may be either a single layer or a stacked structure. In this embodiment, a silicon nitride oxide film is formed to a thickness of 10 to 400 nm by a plasma CVD method (Chemical Vapor Deposition).

なお、基板1200として、ガラス基板また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ている場合には、不純物の拡散を防ぐために下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさほど問題にならない基板を用いる場合には必ずしも下地膜1201を設ける必要はない。   Note that in the case where a substrate that includes alkali metal or alkaline earth metal, such as a glass substrate or a plastic substrate, is used as the substrate 1200, a base film may be provided to prevent diffusion of impurities. Although effective, a base film 1201 is not necessarily provided when a substrate such as a quartz substrate that does not cause much problem of impurity diffusion is used.

次いで、下地膜1201上に非晶質半導体膜1202を形成する。非晶質半導体膜1202は、公知の方法(スパッタリング法、LPCVD法、プラズマCVD法など)により、25〜100nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。ここで用いる非晶質半導体膜は、珪素やシリコンゲルマニウムなどを用いることができるが、ここでは珪素を用いる。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。   Next, an amorphous semiconductor film 1202 is formed over the base film 1201. The amorphous semiconductor film 1202 is formed with a thickness of 25 to 100 nm (preferably 30 to 60 nm) by a known method (a sputtering method, an LPCVD method, a plasma CVD method, or the like). As the amorphous semiconductor film used here, silicon, silicon germanium, or the like can be used; here, silicon is used. When silicon germanium is used, the concentration of germanium is preferably about 0.01 to 4.5 atomic%.

続いて図12(B)に示すように、本発明のレーザアニール装置を用いて非晶質半導体膜1202にレーザ1203を照射して結晶化を行う。本実施例では、レーザ1203として、発振周波数が10MHz以上のセラミックスYAGレーザを用いる。セラミックYAGのレーザ結晶に、Nd、Ybなどの複数種のドーパントを添加し、多数の波長で発振を得る。なお、このレーザの基本波の中心波長は1030〜1064nm、発振波長の半値全幅が30nm程度である。この基本波をレーザ発振器内の非線形光学結晶によって、中心波長515〜532nm、発振波長の半値全幅が15nm程度の第2高調波に変換している。なお、本実施例では、レーザ1203は非線形光学素子により第2高調波に変換されているが、第2高調波以外の高調波であっても構わない。   Subsequently, as shown in FIG. 12B, crystallization is performed by irradiating the amorphous semiconductor film 1202 with a laser 1203 using the laser annealing apparatus of the present invention. In this embodiment, a ceramic YAG laser having an oscillation frequency of 10 MHz or more is used as the laser 1203. A plurality of dopants such as Nd and Yb are added to the laser crystal of ceramic YAG to obtain oscillation at a large number of wavelengths. The center wavelength of the fundamental wave of this laser is 1030 to 1064 nm, and the full width at half maximum of the oscillation wavelength is about 30 nm. This fundamental wave is converted into a second harmonic having a center wavelength of 515 to 532 nm and a full width at half maximum of the oscillation wavelength of about 15 nm by a nonlinear optical crystal in the laser oscillator. In this embodiment, the laser 1203 is converted to the second harmonic by the nonlinear optical element, but may be a harmonic other than the second harmonic.

ここで挙げたレーザに限らず、実施の形態、他の実施例で示したCWレーザ、または発振周波数が10MHzを超えるパルスレーザを用いることができる。   The laser is not limited to the laser described here, and a CW laser shown in the embodiment mode and other examples, or a pulsed laser whose oscillation frequency exceeds 10 MHz can be used.

レーザ発振器から射出されたレーザビームは、回折光学素子によってレーザビームの形状を線状、四角形状、または楕円形状に整形させるとともに、レーザビームの強度分布を均一にする。その後、スリットによって強度が低いビームの端部を遮断するとともに、ビームの長軸方向の長さを調節する。回折光学素子とスリットを用いることにより、より強度が均一化されたレーザビームにすることができる。さらに、投影レンズとして凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズを通すことにより、スリットの像を直接非晶質半導体膜1202に結像させる。なお、実施の形態や他の実施例で示したように、シリンドリカルレンズや凸型球面レンズを用いて集光した後に非晶質半導体膜1202に照射する。   The laser beam emitted from the laser oscillator is shaped into a linear, square, or elliptical shape by a diffractive optical element, and the intensity distribution of the laser beam is made uniform. Thereafter, the end of the beam having low intensity is blocked by the slit, and the length of the beam in the long axis direction is adjusted. By using a diffractive optical element and a slit, a laser beam with a more uniform intensity can be obtained. Further, the slit image is directly formed on the amorphous semiconductor film 1202 by passing a convex cylindrical lens or a convex spherical lens as a projection lens. Note that as shown in the embodiment mode and other examples, the amorphous semiconductor film 1202 is irradiated after being condensed using a cylindrical lens or a convex spherical lens.

以上の方法を用いることによって、スリットを通過することによって発生する回折光が非晶質半導体膜1202に到達して干渉縞を形成することはなく、強度分布が均一なレーザビームを非晶質半導体膜1202に照射することができる。このレーザビームを非晶質半導体膜1202に走査することによって、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成されるだけではなく、隣接したレーザ照射領域の境界において、微結晶領域や凹凸の形成を抑制することが可能になる。このようにして半導体膜にレーザを照射することにより、半導体膜の全面が均一にアニールされ、この半導体膜によって作製される電子機器の特性を良好かつ均一にすることができる。   By using the above method, the diffracted light generated by passing through the slit does not reach the amorphous semiconductor film 1202 to form interference fringes, and a laser beam with a uniform intensity distribution is generated by the amorphous semiconductor. The film 1202 can be irradiated. By scanning the amorphous semiconductor film 1202 with this laser beam, not only crystal grains continuously grown in the scanning direction are formed, but also microcrystalline regions and irregularities are formed at the boundary between adjacent laser irradiation regions. The formation of can be suppressed. By irradiating the semiconductor film with the laser in this manner, the entire surface of the semiconductor film is uniformly annealed, and the characteristics of an electronic device manufactured using the semiconductor film can be made favorable and uniform.

その後、図12(C)に示すように、レーザビームの照射によって形成された結晶性半導体膜1205を所定の形状にエッチングし、島状の半導体膜1206を形成する。さらに、この島状の半導体膜1206を覆うようにゲート絶縁膜1207を形成する。   After that, as illustrated in FIG. 12C, the crystalline semiconductor film 1205 formed by laser beam irradiation is etched into a predetermined shape, so that an island-shaped semiconductor film 1206 is formed. Further, a gate insulating film 1207 is formed so as to cover the island-shaped semiconductor film 1206.

ゲート絶縁膜1207は、少なくとも酸素または窒素を含む絶縁膜であれば良く、単層でも複層でもよい。その際の成膜方法は、プラズマCVD法やスパッタ法を用いることができる。本実施例では、プラズマCVD法で窒化酸化珪素(SiN(x>y、なお、x、y=1、2、3・・・))と、酸化窒素珪素(SiO(x>y、なお、x、y=1、2、3・・・))を連続成膜して、合計膜厚が115nmになるように形成した。なお、チャネル長の長さが1μm以下であるようなTFT(サブミクロンTFTともいう)を形成する場合、ゲート絶縁膜は10〜50nmの厚さで形成することが望ましい。 The gate insulating film 1207 may be an insulating film containing at least oxygen or nitrogen, and may be a single layer or a multilayer. As a film formation method at that time, a plasma CVD method or a sputtering method can be used. In this embodiment, silicon nitride oxide (SiN x O y (x> y, x, y = 1, 2, 3,...)) And silicon oxide silicon (SiO x N y (x > Y, where x, y = 1, 2, 3,...)) Were continuously formed to form a total film thickness of 115 nm. Note that in the case where a TFT having a channel length of 1 μm or less (also referred to as a submicron TFT) is formed, the gate insulating film is preferably formed with a thickness of 10 to 50 nm.

次に、ゲート絶縁膜1207上に導電膜を形成し、所定の形状にエッチングすることでゲート電極1208を形成する。その概略は以下の通りになる。まず、ゲート絶縁膜1207上に形成する導電膜の材料は、導電性を有する膜であれば良く、本実施例では、W(タングステン)とTaN(窒化タンタル)の積層膜を用いたが、Al(アルミニウム)とMo(モリブデン)を用いてMo、Al、Moの順に積層した導電膜や、Ti(チタン)とAlを用いてTi、Al、Tiの順に積層した導電膜を用いても良い。また、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、チタン(Ti)から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合成材料または化合物材料を用いることができる。さらには、これらの材料の積層物を用いることもできる。   Next, a conductive film is formed over the gate insulating film 1207 and etched into a predetermined shape, whereby the gate electrode 1208 is formed. The outline is as follows. First, the material of the conductive film formed on the gate insulating film 1207 may be a conductive film. In this embodiment, a laminated film of W (tungsten) and TaN (tantalum nitride) is used. A conductive film in which Mo, Al, and Mo are stacked in this order using (aluminum) and Mo (molybdenum), or a conductive film that is stacked in the order of Ti, Al, and Ti using Ti (titanium) and Al may be used. In addition, an element selected from gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), aluminum (Al), molybdenum (Mo), tungsten (W), titanium (Ti), or these A synthetic material or a compound material containing an element as a main component can be used. Furthermore, a laminate of these materials can also be used.

そして、この導電膜をパターンするためのレジストマスクを形成する。まず、導電膜上にフォトレジストをスピンコーティング法などにより塗布し、露光を行う。次に、フォトレジストに対して加熱処理(プリベーク)を行う。プリベークの温度は50〜120℃とし、後に行われるポストベークより低い温度で行う。本実施例では、加熱温度は90℃、加熱時間は90秒とした。   Then, a resist mask for patterning this conductive film is formed. First, a photoresist is applied on the conductive film by a spin coating method or the like, and exposure is performed. Next, heat treatment (pre-bake) is performed on the photoresist. The pre-baking temperature is 50 to 120 ° C., which is lower than the post-baking performed later. In this example, the heating temperature was 90 ° C. and the heating time was 90 seconds.

次に、フォトレジストに現像液を滴下するか、あるいはスプレーノズルから現像液をスプレーすることによって、露光されたレジストを現像する。   Next, the exposed resist is developed by dropping a developer onto the photoresist or spraying the developer from a spray nozzle.

その後、現像されたフォトレジストを125℃、180秒で加熱処理を行ういわゆるポストベークを行い、レジストマスク中に残っている水分などを除去し、同時に熱に対する安定性を高める。以上の工程によってレジストマスクが形成される。このレジストマスクを基に導電膜を所定の形状にエッチングして、ゲート電極1208を形成する。   Thereafter, the developed photoresist is subjected to a so-called post-bake in which heat treatment is performed at 125 ° C. for 180 seconds to remove moisture remaining in the resist mask, and at the same time, stability against heat is enhanced. A resist mask is formed by the above steps. The gate electrode 1208 is formed by etching the conductive film into a predetermined shape based on this resist mask.

なお、このほかの方法として、所定の場所に材料を吐出することが可能な印刷法やインクジェット法に代表される液滴吐出法により、ゲート電極1208を直接ゲート絶縁膜1207上に形成してもよい。   Note that as another method, the gate electrode 1208 may be directly formed over the gate insulating film 1207 by a droplet discharge method typified by a printing method or an inkjet method that can discharge a material to a predetermined place. Good.

吐出する材料は、導電体材料を溶媒に溶解または分散させたものを用いる。導電膜となる材料は、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、パラジウム(Pd)、インジウム(In)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、鉛(Pb)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、タングステン(W)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、バリウム(Ba)などの金属から少なくとも一種類、またはこれらの金属の合金を含むものである。溶媒は、酢酸ブチル、酢酸エチルなどのエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどのアルコール類、メチルエチルケトン、アセトンなどの有機溶剤などを用いることができる。   As a material to be discharged, a material obtained by dissolving or dispersing a conductive material in a solvent is used. Materials used for the conductive film are gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), aluminum (Al), chromium (Cr), palladium (Pd), indium (In), molybdenum (Mo) ), Nickel (Ni), lead (Pb), iridium (Ir), rhodium (Rh), tungsten (W), cadmium (Cd), zinc (Zn), iron (Fe), titanium (Ti), zirconium (Zr) ), Barium (Ba) or other metals, or an alloy of these metals. As the solvent, esters such as butyl acetate and ethyl acetate, alcohols such as isopropyl alcohol and ethyl alcohol, organic solvents such as methyl ethyl ketone and acetone can be used.

また、組成物の粘度は0.3Pa・s以下とする。これは、乾燥を防止し、吐出口から組成物を円滑に吐出するためである。なお、用いる溶媒や用途に合わせて組成物の粘度や表面張力は適宜調整すると良い。   Further, the viscosity of the composition is 0.3 Pa · s or less. This is for preventing drying and smoothly discharging the composition from the discharge port. Note that the viscosity and surface tension of the composition may be appropriately adjusted according to the solvent to be used and the application.

そして、ゲート電極1208またはゲート電極1208を形成する際に用いたレジストをマスクとして用い、島状の半導体膜1206にn型またはp型の導電性を付与する不純物を選択的に添加することによって、ソース領域1209、ドレイン領域1210、LDD領域1211などを形成する。上記の工程によって、Nチャネル型TFT1212および1213と、Pチャネル型TFT1214を同一基板上に形成することができる(図12(D))。   Then, by using the resist used for forming the gate electrode 1208 or the gate electrode 1208 as a mask, by selectively adding an impurity imparting n-type or p-type conductivity to the island-shaped semiconductor film 1206, A source region 1209, a drain region 1210, an LDD region 1211, and the like are formed. Through the above steps, the N-channel TFTs 1212 and 1213 and the P-channel TFT 1214 can be formed over the same substrate (FIG. 12D).

続いて、図12(D)に示すように、それらの保護膜として、絶縁膜1215を形成する。この絶縁膜1215は、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜を単層または積層構造で100〜200nmの厚さに形成する。窒化酸化珪素膜と酸化窒素珪素膜を組み合わせる場合では、ガスを切り替えることによって連続成膜をすることが可能である。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。絶縁膜1215を設けることにより、酸素や空気中の水分をはじめ、各種イオン性の不純物の侵入を阻止するブロッキング作用を得ることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 12D, an insulating film 1215 is formed as a protective film thereof. This insulating film 1215 is formed by using a plasma CVD method or a sputtering method to form a silicon nitride film or a silicon nitride oxide film with a thickness of 100 to 200 nm as a single layer or a stacked structure. In the case of combining a silicon nitride oxide film and a nitrogen oxide silicon film, continuous film formation can be performed by switching gases. In this embodiment, a silicon oxynitride film having a thickness of 100 nm is formed by plasma CVD. By providing the insulating film 1215, it is possible to obtain a blocking action that prevents intrusion of various ionic impurities including oxygen and moisture in the air.

次いで、さらに絶縁膜1216を形成する。ここでは、SOG(Spin On Glass)法またはスピンコート法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリル、シロキサン(などの有機樹脂膜を用いることができる。また、無機層間絶縁膜(窒化珪素、酸化珪素などの珪素を含む絶縁膜)、low−k(低誘電率)材料などを用いることができる。絶縁膜1216は、ガラス基板上に形成されたTFTによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いため、平坦性に優れた膜が好ましい。なお、シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成され、置換基は、水素を少なくとも含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)またはフルオロ基のいずれかである材料である。また、置換基として、水素を少なくとも含む有機基とフルオロ基の双方を含んでいてもよい。   Next, an insulating film 1216 is further formed. Here, an organic resin film such as polyimide, polyamide, BCB (benzocyclobutene), acrylic, siloxane (or the like) applied by an SOG (Spin On Glass) method or a spin coating method can be used. (Insulating film containing silicon such as silicon nitride and silicon oxide), a low-k (low dielectric constant) material, etc. The insulating film 1216 reduces unevenness caused by TFTs formed over the glass substrate, A film having excellent flatness is preferable because of the strong meaning of flattening, and siloxane has a skeletal structure composed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O), and the substituent is an organic material containing at least hydrogen. It is a material that is either a group (for example, an alkyl group, aromatic hydrocarbon) or a fluoro group. It may contain both an organic group and a fluoro group.

さらに、フォトリソグラフィ法を用いてゲート絶縁膜1207、絶縁膜1215および絶縁膜1216をパターン加工して、ソース領域1209、ドレイン領域1210に達するコンタクトホールを形成する。   Further, the gate insulating film 1207, the insulating film 1215, and the insulating film 1216 are patterned using photolithography to form contact holes that reach the source region 1209 and the drain region 1210.

次に、導電性材料を用いて導電膜を形成し、この導電膜をパターン加工することによって配線1217を形成する。その後、保護膜として絶縁膜1218を形成すると、図12(D)に示すような半導体装置が完成する。   Next, a conductive film is formed using a conductive material, and the wiring 1217 is formed by patterning the conductive film. After that, when an insulating film 1218 is formed as a protective film, a semiconductor device as shown in FIG. 12D is completed.

本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したTFTの作製工程に限定されない。本発明のレーザビームの照射方法を用いて結晶化された半導体膜をTFTの活性層として用いることで、素子間の移動度、閾値およびオン電流のばらつきを抑えることができる。   A method for manufacturing a semiconductor device using the laser annealing method of the present invention is not limited to the above-described TFT manufacturing process. By using a semiconductor film crystallized by the laser beam irradiation method of the present invention as an active layer of a TFT, variations in mobility, threshold value, and on-current between elements can be suppressed.

また、レーザビームによる結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けてもよい。その触媒元素としては、ニッケル(Ni)、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ることができる。   Further, a crystallization step using a catalytic element may be provided before crystallization with a laser beam. The catalyst elements are nickel (Ni), germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt (Co), platinum (Pt), copper (Cu). An element such as gold (Au) can be used.

なお、触媒元素を添加し、加熱処理を行って結晶化を促進した後にレーザビームの照射を行ってもよいし、加熱処理の工程を省略してもよい。また、加熱処理を行った後、その温度を保ちつつレーザ処理を行ってもよい。   Note that after adding a catalytic element and performing heat treatment to promote crystallization, laser beam irradiation may be performed, or the heat treatment step may be omitted. Further, after the heat treatment, the laser treatment may be performed while maintaining the temperature.

本実施例では、半導体膜の結晶化に本発明のレーザ照射方法を用いた例を示したが、半導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行うために用いてもよい。また、本発明を用いた半導体装置の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法にも用いることができる。   In this embodiment, an example in which the laser irradiation method of the present invention is used for crystallization of a semiconductor film is shown, but the semiconductor film may be used to activate an impurity element doped. The method for manufacturing a semiconductor device using the present invention can also be used for a method for manufacturing an integrated circuit or a semiconductor display device.

また、本発明を用いると、半導体膜が均一にアニールされる。従って、本発明の方法によって形成された半導体膜を用いて作製した全てのTFTは特性が良好であり、個々のTFTの特性は均一である。   In addition, when the present invention is used, the semiconductor film is uniformly annealed. Therefore, all TFTs manufactured using the semiconductor film formed by the method of the present invention have good characteristics, and the characteristics of individual TFTs are uniform.

また、本実施例は、実施の形態や他の実施例と自由に組み合わせることができる。   In addition, this embodiment can be freely combined with the embodiment mode and other embodiments.

本実施例では、本発明のレーザ照射装置による結晶化方法に、触媒元素による結晶化方法を組み合わせて、より結晶化を良好に行う例について説明する。   In this embodiment, an example in which crystallization is performed more satisfactorily by combining a crystallization method using a laser irradiation apparatus of the present invention with a crystallization method using a catalytic element will be described.

まず、図13(A)に示すように、基板1300上に下地膜1301を形成し、下地膜1301上に半導体膜1302を成膜する工程までは、実施例2を参照して行う。次に、図13(B)に示すように、半導体膜1302の表面に、重量換算で10〜100ppmのNiを含む溶液、例えば酢酸ニッケルの溶液をスピンコート法で塗布し、半導体膜1302の表面近傍にニッケルを導入した領域を形成する。なお、図13(B)の点線は、触媒元素を導入したことを示す。触媒の導入は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて導入しても良い。   First, as shown in FIG. 13A, steps up to forming a base film 1301 over a substrate 1300 and forming a semiconductor film 1302 over the base film 1301 are performed with reference to Embodiment 2. Next, as illustrated in FIG. 13B, a solution containing 10 to 100 ppm of Ni in terms of weight, for example, a solution of nickel acetate, is applied to the surface of the semiconductor film 1302 by a spin coating method, and the surface of the semiconductor film 1302 A region into which nickel is introduced is formed in the vicinity. Note that the dotted line in FIG. 13B indicates that a catalyst element has been introduced. The introduction of the catalyst is not limited to the above method, and may be introduced using a sputtering method, a vapor deposition method, a plasma treatment, or the like.

そして、500〜650℃で4〜24時間、例えば500℃、14時間の加熱処理を行う。この加熱処理により、触媒元素が導入された領域から、触媒元素が導入されていない領域に向かって、すなわち、矢印で示すように、半導体膜1302表面から基板1300に向かって縦方向に結晶化が促進され、結晶化された半導体膜1303が形成される(図13(C))。   And it heat-processes at 500-650 degreeC for 4 to 24 hours, for example, 500 degreeC and 14 hours. By this heat treatment, crystallization is performed in a vertical direction from the region where the catalytic element is introduced toward the region where the catalytic element is not introduced, that is, as indicated by an arrow, from the surface of the semiconductor film 1302 toward the substrate 1300. A promoted and crystallized semiconductor film 1303 is formed (FIG. 13C).

加熱処理は、ランプの輻射を熱源としたRTA(Rapid Thermal Anneal)、又は加熱された気体を用いるRTA(ガスRTA)で設定加熱温度740℃、180秒のRTAを行ってもよい。ここでの設定加熱温度は、パイロメータで測る基板の温度であり、その温度を熱処理時の設定温度としている。他には、ファーネスアニール炉を用いて550℃にて4時間の熱処理があり、これを用いて加熱処理をしても良い。結晶化温度の低温化及び時短化は触媒作用のある金属元素の作用によるものである。   The heat treatment may be performed by RTA (Rapid Thermal Anneal) using the radiation of the lamp as a heat source or RTA (gas RTA) using a heated gas at a set heating temperature of 740 ° C. for 180 seconds. The set heating temperature here is the temperature of the substrate measured with a pyrometer, and this temperature is set as the set temperature during heat treatment. In addition, there is a heat treatment for 4 hours at 550 ° C. using a furnace annealing furnace, which may be used for heat treatment. The lowering and shortening of the crystallization temperature is due to the action of a catalytic metal element.

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、その以外にも、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。   In this embodiment, nickel (Ni) is used as a catalyst element. In addition, germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt Elements such as (Co), platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au) may be used.

次に図13(D)に示すように、レーザ照射装置を用いて半導体膜1303を結晶化する。本実施例で用いるレーザ発振器は、Ti:サファイアレーザである。Ti:サファイアレーザは、1種類のドーパントで多波長の発振を可能にするレーザである。レーザビーム1304の基本波の中心波長は660〜1180nmである。この基本波をレーザ発振器内の非線形光学結晶によって、中心波長330〜540nmの第二高調波に変換し、発振周波数を10MHz以上にして照射する。なお、本実施例では、第二高調波を用いているが、第二高調波以外の高調波であっても構わない。   Next, as illustrated in FIG. 13D, the semiconductor film 1303 is crystallized using a laser irradiation apparatus. The laser oscillator used in this example is a Ti: sapphire laser. A Ti: sapphire laser is a laser that enables multi-wavelength oscillation with one kind of dopant. The center wavelength of the fundamental wave of the laser beam 1304 is 660 to 1180 nm. This fundamental wave is converted into a second harmonic wave having a center wavelength of 330 to 540 nm by a nonlinear optical crystal in the laser oscillator, and irradiated with an oscillation frequency of 10 MHz or more. In the present embodiment, the second harmonic is used, but a harmonic other than the second harmonic may be used.

また、レーザーとして、実施の形態や他の実施例で示したCWレーザ、または発振周波数が10MHzを超えるパルスレーザを用いることができる。   As the laser, the CW laser shown in the embodiment mode or other examples, or a pulse laser having an oscillation frequency exceeding 10 MHz can be used.

レーザ発振器から射出されたレーザビーム1304は、回折光学素子によってビームの強度分布を均一化された後、スリットによって端部の強度が低い部分を遮断する。さらに、投影レンズとして凸型シリンドリカルレンズをレーザビーム1304の長軸方向に作用させ、スリットの像を直接半導体膜に結像させる。このようにして断面の強度が均一化されたレーザビーム1304を半導体膜に照射する。   The laser beam 1304 emitted from the laser oscillator is made uniform by the diffractive optical element so that the intensity distribution of the beam is uniform. Further, a convex cylindrical lens is used as a projection lens in the major axis direction of the laser beam 1304, and an image of the slit is directly formed on the semiconductor film. In this manner, the semiconductor film is irradiated with the laser beam 1304 having a uniform cross-sectional intensity.

以上に述べたレーザ照射方法を行うことにより、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成されるだけではなく、隣り合うレーザ照射領域の境界において、微結晶領域や凹凸の形成を抑制することができる。   By performing the laser irradiation method described above, not only crystal grains that are continuously grown in the scanning direction are formed, but also the formation of microcrystalline regions and irregularities at the boundary between adjacent laser irradiation regions is suppressed. can do.

上述した半導体膜1303へのレーザビーム1304の照射により、結晶性がより高められた半導体膜1305が形成される。なお、触媒元素を用いて結晶化された半導体膜1305内には、触媒元素(ここではNi)がおおよそ1×1019atoms/cm程度の濃度で含まれていると考えられる。次に、半導体膜1305内に存在する触媒元素のゲッタリングを行う。ゲッタリングによって、半導体膜中に混入する金属元素を除去することができるため、オフ電流を低減することが可能である。 By irradiating the semiconductor film 1303 with the laser beam 1304, a semiconductor film 1305 with higher crystallinity is formed. Note that it is considered that the semiconductor element 1305 crystallized using the catalytic element contains the catalytic element (Ni in this case) at a concentration of about 1 × 10 19 atoms / cm 3 . Next, gettering of the catalytic element present in the semiconductor film 1305 is performed. Since gettering can remove a metal element mixed in the semiconductor film, off-state current can be reduced.

まず、図14(A)に示すように半導体膜1305の表面に酸化膜1306を形成する。1nm〜10nm程度の膜厚を有する酸化膜1306を形成することで、後のエッチング工程において半導体膜1305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。なお、酸化膜1306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、半導体膜1305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。   First, as illustrated in FIG. 14A, an oxide film 1306 is formed on the surface of the semiconductor film 1305. By forming the oxide film 1306 having a thickness of about 1 nm to 10 nm, the surface of the semiconductor film 1305 can be prevented from being roughened by etching in a later etching step. Note that the oxide film 1306 can be formed by a known method. For example, it may be formed by oxidizing the surface of the semiconductor film 1305 with an aqueous solution in which sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and the like are mixed with hydrogen peroxide water, ozone water, or plasma treatment in an atmosphere containing oxygen. Alternatively, it may be formed by heat treatment, ultraviolet irradiation or the like. In addition, an oxide film may be separately formed by a plasma CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.

次に酸化膜1306上に、希ガス元素を1×1020atoms/cm以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜1307を、スパッタ法を用いて25〜250nmの厚さで形成する。ゲッタリング用の半導体膜1307は、半導体膜1305とエッチングの選択比を大きくするため、半導体膜1305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。 Next, a gettering semiconductor film 1307 containing a rare gas element at a concentration of 1 × 10 20 atoms / cm 3 or higher is formed over the oxide film 1306 with a thickness of 25 to 250 nm by a sputtering method. The gettering semiconductor film 1307 preferably has a lower film density than the semiconductor film 1305 in order to increase the etching selectivity between the semiconductor film 1305 and the semiconductor film 1305. As the rare gas element, one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) are used.

次に、図14(B)に示すように、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なう場合には、窒素雰囲気中にて450〜600℃で0.5〜12時間の加熱処理を行なう。また、RTA法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、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する。   Next, as shown in FIG. 14B, heat treatment is performed using a furnace annealing method or an RTA method to perform gettering. In the case of performing furnace annealing, heat treatment is performed at 450 to 600 ° C. for 0.5 to 12 hours in a nitrogen atmosphere. When using the RTA method, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 700 to 750 ° C.

加熱処理により、半導体膜1305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1307に移動し、ゲッタリングされる。   By the heat treatment, the catalyst element in the semiconductor film 1305 moves to the gettering semiconductor film 1307 as indicated by an arrow by diffusion and is gettered.

次に、ゲッタリング用の半導体膜1307を選択的にエッチングして除去する。エッチングは、ClF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、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド((CHNOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行なうことができる。このとき酸化膜1306によって半導体膜1305がエッチングされるのを防ぐことができる。 Next, the gettering semiconductor film 1307 is selectively etched and removed. Etching can be performed by dry etching without using plasma with ClF 3 or wet etching with an alkaline solution such as an aqueous solution containing hydrazine or tetramethylammonium hydroxide ((CH 3 ) 4 NOH). At this time, the semiconductor film 1305 can be prevented from being etched by the oxide film 1306.

次に酸化膜1306をフッ酸により除去した後、半導体膜1305を所定の形状にエッチングし、島状の半導体膜1308を形成する(図14(C))。この島状の半導体膜1308を用いてTFTに代表される各種の半導体素子を形成することができる。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。   Next, after the oxide film 1306 is removed with hydrofluoric acid, the semiconductor film 1305 is etched into a predetermined shape, so that an island-shaped semiconductor film 1308 is formed (FIG. 14C). Various semiconductor elements typified by TFTs can be formed using this island-shaped semiconductor film 1308. In the present invention, the gettering step is not limited to the method shown in this embodiment. Other methods may be used to reduce the catalytic element in the semiconductor film.

なお、本実施例では、触媒元素を添加してから加熱処理を行って結晶化を促進してから、レーザビームの照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザビームの照射を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。   Note that in this embodiment, the structure in which the crystallinity is further enhanced by laser beam irradiation after the catalyst element is added and then heat treatment is performed to promote crystallization has been described. The present invention is not limited to this, and the heat treatment step may be omitted. Specifically, after adding the catalyst element, the crystallinity may be improved by irradiating a laser beam instead of the heat treatment.

また、本実施例は、実施の形態や他の実施例と自由に組み合わせることができる。   In addition, this embodiment can be freely combined with the embodiment mode and other embodiments.

本発明を用いて作製したTFTを薄膜集積回路装置、または非接触型薄膜集積回路装置(無線ICタグ、RFID(無線認証、Radio Frequency Identification)タグとも呼ばれる)として用いることもできる。他の実施例で示した作製方法を用いることにより、薄膜集積回路装置や非接触型薄膜集積回路装置は、タグとしての利用やメモリとして利用することができる。   A TFT manufactured using the present invention can also be used as a thin film integrated circuit device or a non-contact thin film integrated circuit device (also referred to as a wireless IC tag or an RFID (Radio Frequency Identification) tag). By using the manufacturing method shown in another embodiment, the thin film integrated circuit device or the non-contact type thin film integrated circuit device can be used as a tag or a memory.

本発明を用いることによって、半導体膜全面に対して良好にレーザ照射処理を行うことができるようになるため、半導体素子のレイアウトや大きさの自由度を高めることや、集積度を向上することが可能となる。また、製作した薄膜集積回路装置や非接触型薄膜集積回路装置の製品品質は良好な状態であり、品質のばらつきを押さえることが可能になる。その具体例を、図を用いて説明する。   By using the present invention, it becomes possible to satisfactorily perform laser irradiation treatment on the entire surface of the semiconductor film, so that the degree of freedom of layout and size of the semiconductor element can be increased and the degree of integration can be improved. It becomes possible. In addition, the product quality of the manufactured thin film integrated circuit device and non-contact type thin film integrated circuit device is in a good state, and it becomes possible to suppress variations in quality. A specific example will be described with reference to the drawings.

なお、無線ICタグの集積回路に用いられる半導体素子として絶縁分離されたTFTを用いた例を以下に示すが、無線ICタグの集積回路に用いられる半導体素子はTFTに限定されず、あらゆる素子を用いることができる。例えば、TFTの他に、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなどが代表的に挙げられる。   An example in which an insulated TFT is used as a semiconductor element used in an integrated circuit of a wireless IC tag is shown below. However, a semiconductor element used in an integrated circuit of a wireless IC tag is not limited to a TFT, and any element can be used. Can be used. For example, in addition to the TFT, a memory element, a diode, a photoelectric conversion element, a resistance element, a coil, a capacitor element, an inductor, and the like can be typically given.

まず、図15(A)に示すように、スパッタ法を用いてガラス基板でなる第1の基板1500上に剥離層1501を形成する。剥離層1501は、スパッタ法、減圧CVD法、プラズマCVD法等を用いて形成することができる。本実施例では、膜厚50nm程度の非晶質シリコンを減圧CVD法で形成し、剥離層1501として用いる。なお剥離層1501はシリコンに限定されず、エッチングにより選択的に除去できる材料(例えば、W、Moなど)で形成すれば良い。剥離層1501の膜厚は、50〜60nmとするのが望ましい。   First, as illustrated in FIG. 15A, a separation layer 1501 is formed over a first substrate 1500 formed using a glass substrate by a sputtering method. The peeling layer 1501 can be formed by a sputtering method, a low pressure CVD method, a plasma CVD method, or the like. In this embodiment, amorphous silicon having a thickness of about 50 nm is formed by a low pressure CVD method and used as the peeling layer 1501. Note that the peeling layer 1501 is not limited to silicon, and may be formed using a material that can be selectively removed by etching (for example, W, Mo, or the like). The thickness of the release layer 1501 is desirably 50 to 60 nm.

次いで、剥離層1501上に、下地絶縁膜1502を形成する。下地絶縁膜1502は第1の基板中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、TFTなどの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。また、下地絶縁膜1502は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目も有している。下地絶縁膜1502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。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、窒素を含む酸化珪素(SiON)、酸素を含む窒化珪素(SiNO)などの絶縁膜を用いて形成する。   Next, a base insulating film 1502 is formed over the peeling layer 1501. The base insulating film 1502 is provided to prevent an alkali metal such as Na or an alkaline earth metal contained in the first substrate from diffusing into the semiconductor film and adversely affecting the characteristics of a semiconductor element such as a TFT. The base insulating film 1502 also has a role of protecting the semiconductor element in a process of peeling the semiconductor element later. The base insulating film 1502 may be a single layer or a stack of a plurality of insulating films. Therefore, an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxide containing nitrogen (SiON), or silicon nitride containing oxygen (SiNO) that can suppress diffusion of alkali metal or alkaline earth metal into the semiconductor film is used. Form.

次に、下地絶縁膜1502上に半導体膜1503を形成する。半導体膜1503は、下地絶縁膜1502を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜1503の膜厚は20〜200nm(望ましくは40〜170nm、好ましくは50〜150nm)とする。   Next, a semiconductor film 1503 is formed over the base insulating film 1502. The semiconductor film 1503 is preferably formed without being exposed to the air after the base insulating film 1502 is formed. The thickness of the semiconductor film 1503 is 20 to 200 nm (desirably 40 to 170 nm, preferably 50 to 150 nm).

そして、実施の形態や他の実施例と同様に、半導体膜1503に対してレーザビーム1499を照射して半導体膜1503を結晶化する。半導体膜1503へのレーザビーム1499の照射により、結晶性半導体膜1504が形成される。なお、図15(A)は、レーザビーム1499の走査途中を示す断面図である。   Then, as in the embodiment mode and other examples, the semiconductor film 1503 is irradiated with a laser beam 1499 to crystallize the semiconductor film 1503. By irradiation of the semiconductor film 1503 with the laser beam 1499, the crystalline semiconductor film 1504 is formed. Note that FIG. 15A is a cross-sectional view illustrating the middle of scanning with the laser beam 1499.

本発明を用いることにより、照射面上にレーザの干渉縞を生じさせることがなく、強度が均一なレーザビームを得ることができる。このレーザビームを用いることにより、半導体膜に対して均一にレーザ処理を行うことが可能になる。   By using the present invention, a laser beam having a uniform intensity can be obtained without causing laser interference fringes on the irradiated surface. By using this laser beam, it is possible to uniformly perform laser processing on the semiconductor film.

次いで、図15(B)に示すように、結晶構造を有する半導体膜1504を所定の形状にエッチングして、島状の半導体膜1505〜1507を形成した後、ゲート絶縁膜1508を形成する。ゲート絶縁膜1508は、プラズマCVD法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層で、又は積層させて形成することができる。   Next, as illustrated in FIG. 15B, the semiconductor film 1504 having a crystal structure is etched into a predetermined shape to form island-shaped semiconductor films 1505 to 1507, and then a gate insulating film 1508 is formed. The gate insulating film 1508 can be formed using a single layer or a stacked layer of silicon nitride, silicon oxide, silicon oxide containing nitrogen, or silicon nitride containing oxygen using a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. it can.

なお、ゲート絶縁膜1508を形成した後、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行ない、島状の半導体膜1505〜1507を水素化する工程を行なっても良い。また、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。   Note that after forming the gate insulating film 1508, heat treatment is performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to hydrogenate the island-shaped semiconductor films 1505 to 1507. May be performed. Further, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed as another means of hydrogenation.

次に図15(C)に示すように、ゲート電極1509〜1511を形成する。ここでは、SiとWをスパッタ法で積層するように形成した後、レジスト1512をマスクとしてエッチングを行なうことにより、ゲート電極1509〜1511を形成した。勿論、ゲート電極1509〜1511の導電材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではなく、適宜選択することができる。例えば、n型を付与する不純物がドーピングされたSiとNiSi(ニッケルシリサイド)との積層構造や、TaN(窒化タンタル)とW(タングステン)の積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単層で形成しても良い。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それらの機能を考慮して材料を選択すればよい。   Next, as shown in FIG. 15C, gate electrodes 1509 to 1511 are formed. Here, after forming Si and W so as to be stacked by sputtering, gate electrodes 1509 to 1511 are formed by performing etching using the resist 1512 as a mask. Needless to say, the conductive material, structure, and manufacturing method of the gate electrodes 1509 to 1511 are not limited to these, and can be selected as appropriate. For example, a stacked structure of Si and NiSi (nickel silicide) doped with an n-type impurity or a stacked structure of TaN (tantalum nitride) and W (tungsten) may be used. Alternatively, a single layer may be formed using various conductive materials. In the case where the gate electrode and the antenna are formed at the same time, materials may be selected in consideration of their functions.

また、レジストマスクの代わりに、SiO等のマスクを用いてもよい。この場合、所定の形状にエッチングしてSiO、SiON等のマスク(ハードマスクと呼ばれる。)を形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストよりも少ないため、所望の幅のゲート電極1509〜1511を形成することができる。また、レジスト1512を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極1509〜1511を形成しても良い。 Further, instead of a resist mask, a mask such as SiO x may be used. In this case, a process of forming a mask (referred to as a hard mask) of SiO x , SiON or the like by etching into a predetermined shape is added. However, since the film thickness of the mask during etching is less than that of the resist, Gate electrodes 1509 to 1511 can be formed. Alternatively, the gate electrodes 1509 to 1511 may be selectively formed by a droplet discharge method without using the resist 1512.

次いで、図15(D)に示すように、Pチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1506をレジスト1513で覆い、ゲート電極1509、1511をマスクとして、島状の半導体膜1505、1507に、n型を付与する不純物元素(代表的にはP(リン)又はAs(砒素))を低濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜1508を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜1505、1507に、一対の低濃度不純物領域1516、1517が形成される。なお、このドーピング工程は、Pチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1506をレジスト1513で覆わずに行っても良い。   Next, as illustrated in FIG. 15D, an island-shaped semiconductor film 1506 to be a P-channel TFT is covered with a resist 1513, and the gate electrodes 1509 and 1511 are used as masks to form island-shaped semiconductor films 1505 and 1507 with n. An impurity element imparting a mold (typically, P (phosphorus) or As (arsenic)) is doped at a low concentration. By this doping step, doping is performed through the gate insulating film 1508, and a pair of low-concentration impurity regions 1516 and 1517 are formed in the island-shaped semiconductor films 1505 and 1507. Note that this doping step may be performed without covering the island-shaped semiconductor film 1506 to be a P-channel TFT with the resist 1513.

次いで、図15(E)に示すように、レジスト1513をアッシング等により除去した後、Nチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1505、1507を覆うように、レジスト1518を新たに形成し、ゲート電極1510をマスクとして、島状の半導体膜1506に、P型を付与する不純物元素(代表的にはB(ホウ素))を高濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜1508を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜1506に、一対のP型の高濃度不純物領域1520が形成される。   Next, as shown in FIG. 15E, after removing the resist 1513 by ashing or the like, a resist 1518 is newly formed so as to cover the island-shaped semiconductor films 1505 and 1507 to be N-channel TFTs, and the gate Using the electrode 1510 as a mask, the island-shaped semiconductor film 1506 is doped with an impurity element imparting P-type (typically, B (boron)) at a high concentration. By this doping step, doping is performed through the gate insulating film 1508, and a pair of P-type high concentration impurity regions 1520 are formed in the island-shaped semiconductor film 1506.

次いで、図16(A)に示すように、レジスト1518をアッシング等により除去した後、ゲート絶縁膜1508及びゲート電極1509〜1511を覆うように、絶縁膜1521を形成する。   Next, as illustrated in FIG. 16A, after the resist 1518 is removed by ashing or the like, an insulating film 1521 is formed so as to cover the gate insulating film 1508 and the gate electrodes 1509 to 1511.

その後、エッチバック法により、絶縁膜1521、ゲート絶縁膜1508を部分的にエッチングし、図16(B)に示すように、ゲート電極1509〜1512の側壁に接するサイドウォール1522〜1524を自己整合的(セルフアライン)に形成する。エッチングガスとしては、CHFとHeの混合ガスを用いた。なお、サイドウォールを形成する工程は、これらに限定されるものではない。 After that, the insulating film 1521 and the gate insulating film 1508 are partially etched by an etch back method, and the side walls 1522 to 1524 in contact with the side walls of the gate electrodes 1509 to 1512 are self-aligned as shown in FIG. (Self-aligned). As an etching gas, a mixed gas of CHF 3 and He was used. Note that the step of forming the sidewall is not limited to these.

次いで、図16(C)に示すように、Pチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1506を覆うように、レジスト1526を新たに形成し、ゲート電極1509、1511及びサイドウォール1522、1524をマスクとして、n型を付与する不純物元素(代表的にはP又はAs)を高濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜1508を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜1505、1507に、一対のn型の高濃度不純物領域1527、1528が形成される。   Next, as shown in FIG. 16C, a resist 1526 is newly formed so as to cover the island-shaped semiconductor film 1506 to be a P-channel TFT, and the gate electrodes 1509 and 1511 and the sidewalls 1522 and 1524 are masked. As described above, an impurity element imparting n-type (typically P or As) is doped at a high concentration. In this doping step, doping is performed through the gate insulating film 1508, and a pair of n-type high concentration impurity regions 1527 and 1528 are formed in the island-shaped semiconductor films 1505 and 1507.

次に、レジスト1526をアッシング等により除去した後、不純物領域の熱活性化を行っても良い。例えば、50nmのSiON膜を成膜した後、550℃、4時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なえばよい。また、水素を含むSiN膜を、100nmの膜厚に形成した後、410℃、1時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なうことにより、多結晶半導体膜の欠陥を改善することができる。これは、例えば、多結晶半導体膜中に存在するダングリングボンドを終端させるものであり、水素化処理工程などと呼ばれる。 Next, after removing the resist 1526 by ashing or the like, the impurity regions may be thermally activated. For example, after a 50 nm SiON film is formed, heat treatment may be performed in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours. In addition, after forming a SiN x film containing hydrogen to a thickness of 100 nm, defects in the polycrystalline semiconductor film can be improved by performing heat treatment at 410 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. This terminates dangling bonds existing in the polycrystalline semiconductor film, for example, and is called a hydrogenation process.

上述した一連の工程により、Nチャネル型TFT1530、Pチャネル型TFT1531、Nチャネル型TFT1532が形成される。上記作製工程において、エッチバック法の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整することで、チャネル長0.2μm〜2μmのTFTを形成することができる。   Through the series of steps described above, an N-channel TFT 1530, a P-channel TFT 1531, and an N-channel TFT 1532 are formed. In the manufacturing process, a TFT having a channel length of 0.2 μm to 2 μm can be formed by appropriately changing the conditions of the etch back method and adjusting the size of the sidewall.

さらに、この後、Nチャネル型TFT1530、1532およびPチャネル型TFT1531を保護するためのパッシベーション膜を形成しても良い。   Further, a passivation film for protecting the N-channel TFTs 1530 and 1532 and the P-channel TFT 1531 may be formed thereafter.

次いで、図17(A)に示すように、Nチャネル型TFT1530、1532およびPチャネル型TFT1531を覆うように、第1の層間絶縁膜1533を形成する。   Next, as shown in FIG. 17A, a first interlayer insulating film 1533 is formed so as to cover the N-channel TFTs 1530 and 1532 and the P-channel TFT 1531.

さらに、第1の層間絶縁膜1533上に、第2の層間絶縁膜1534を形成する。なお、第1の層間絶縁膜1533又は第2の層間絶縁膜1534と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差から生じる応力によって、第1の層間絶縁膜1533又は第2の層間絶縁膜1534の膜剥がれや割れが生じるのを防ぐために、第1の層間絶縁膜1533又は第2の層間絶縁膜1534中にフィラーを混入させておいても良い。   Further, a second interlayer insulating film 1534 is formed over the first interlayer insulating film 1533. Note that the first interlayer insulating film 1533 or the second interlayer insulating film 1534 and the first interlayer insulating film 1533 or the first interlayer insulating film 1533 or the second interlayer insulating film 1534 due to a stress generated from a difference in thermal expansion coefficient between a conductive material or the like that forms a wiring to be formed later. In order to prevent peeling or cracking of the second interlayer insulating film 1534, a filler may be mixed in the first interlayer insulating film 1533 or the second interlayer insulating film 1534.

次いで、図17(A)に示すように、第1の層間絶縁膜1533、第2の層間絶縁膜1534及びゲート絶縁膜1508にコンタクトホールを形成し、Nチャネル型TFT1530、1532およびPチャネル型TFT1531に接続する配線1535〜1539を形成する。なお、配線1535、1536はNチャネル型TFT1530の高濃度不純物領域1527に、配線1536、1537はPチャネル型TFT1531の高濃度不純物領域1520に、配線1538、1539はNチャネル型TFT1532の高濃度不純物領域1528に、それぞれ接続されている。さらに配線1539は、Nチャネル型TFT1532のゲート電極1511にも接続されている。Nチャネル型TFT1532は、乱数ROMのメモリ素子として用いることができる。   Next, as shown in FIG. 17A, contact holes are formed in the first interlayer insulating film 1533, the second interlayer insulating film 1534, and the gate insulating film 1508, and N-channel TFTs 1530 and 1532 and a P-channel TFT 1531 are formed. Wirings 1535 to 1539 connected to are formed. Wirings 1535 and 1536 are in the high-concentration impurity region 1527 of the N-channel TFT 1530, wirings 1536 and 1537 are in the high-concentration impurity region 1520 of the P-channel TFT 1531, and wirings 1538 and 1539 are in the high-concentration impurity region of the N-channel TFT 1532. 1528, respectively. Further, the wiring 1539 is connected to the gate electrode 1511 of the N-channel TFT 1532. The N-channel TFT 1532 can be used as a memory element of a random number ROM.

次いで、図17(B)に示すように、配線1535〜1539を覆うように、第2の層間絶縁膜1534上に第3の層間絶縁膜1541を形成する。第3の層間絶縁膜1541は、配線1535が一部露出する様な位置に開口部を有するように形成する。なお、第3の層間絶縁膜1541は、第1の層間絶縁膜1533と同様の材料を用いて形成することが可能である。   Next, as illustrated in FIG. 17B, a third interlayer insulating film 1541 is formed over the second interlayer insulating film 1534 so as to cover the wirings 1535 to 1539. The third interlayer insulating film 1541 is formed to have an opening at a position where the wiring 1535 is partially exposed. Note that the third interlayer insulating film 1541 can be formed using a material similar to that of the first interlayer insulating film 1533.

次に、第3の層間絶縁膜1541上にアンテナ1542を形成する。アンテナ1542は、Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、W、Al、Fe、Co、Zn、Sn、Niなどの金属、金属化合物を1つまたは複数有する導電材料を用いることができる。そしてアンテナ1542は、配線1535と接続されている。なお、図17(B)では、アンテナ1542が配線1535と直接接続されているが、本発明の無線ICタグはこの構成に限定されない。例えば別途形成した配線を用いて、アンテナ1542と配線1535とを電気的に接続するようにしても良い。   Next, an antenna 1542 is formed over the third interlayer insulating film 1541. The antenna 1542 is formed using a conductive material including one or more metals such as Ag, Au, Cu, Pd, Cr, Mo, Ti, Ta, W, Al, Fe, Co, Zn, Sn, and Ni, and a metal compound. Can do. The antenna 1542 is connected to the wiring 1535. Note that in FIG. 17B, the antenna 1542 is directly connected to the wiring 1535; however, the wireless IC tag of the present invention is not limited to this structure. For example, the antenna 1542 and the wiring 1535 may be electrically connected using a separately formed wiring.

アンテナ1542は印刷法、フォトリソグラフィ法、蒸着法または液滴吐出法などを用いて形成することができる。図17(B)では、アンテナ1542が単層の導電膜で形成されているが、複数の導電膜が積層されたアンテナ1542を形成することも可能である。例えば、Niなどで形成した配線に、Cuを無電解めっきでコーティングして、アンテナ1542を形成しても良い。   The antenna 1542 can be formed by a printing method, a photolithography method, an evaporation method, a droplet discharge method, or the like. In FIG. 17B, the antenna 1542 is formed using a single-layer conductive film; however, an antenna 1542 in which a plurality of conductive films are stacked can be formed. For example, the antenna 1542 may be formed by coating a wiring formed of Ni or the like with electroless plating.

なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。また印刷法にはスクリーン印刷法、オフセット印刷法などが含まれる。印刷法、液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずとも、アンテナ1542を形成することが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを用いなくとも良いので、無線ICタグの作製に費やされるコストを抑えることができる。   The droplet discharge method means a method of forming a predetermined pattern by discharging droplets containing a predetermined composition from the pores, and includes an ink jet method and the like in its category. The printing method includes a screen printing method and an offset printing method. By using a printing method or a droplet discharge method, the antenna 1542 can be formed without using an exposure mask. In addition, unlike the photolithography method, there is no waste of material that is removed by etching in the droplet discharge method and the printing method. Further, since it is not necessary to use an expensive mask for exposure, the cost for manufacturing a wireless IC tag can be suppressed.

液滴吐出法または各種印刷法を用いる場合、例えば、CuをAgでコートした導電粒子なども用いることが可能である。なお液滴吐出法を用いてアンテナ1542を形成する場合、アンテナ1542の密着性が高まるような処理を、第3の層間絶縁膜1541の表面に施すことが望ましい。   In the case of using a droplet discharge method or various printing methods, for example, conductive particles in which Cu is coated with Ag can be used. Note that in the case where the antenna 1542 is formed by a droplet discharge method, it is preferable that treatment for increasing the adhesion of the antenna 1542 be performed on the surface of the third interlayer insulating film 1541.

密着性を高めることができる方法として、具体的には、例えば触媒作用により導電膜または絶縁膜の密着性を高めることができる金属または金属化合物を第3の層間絶縁膜1541の表面に付着させる方法がある。また、形成される導電膜または絶縁膜との密着性が高い有機系の絶縁膜、金属、金属化合物を第3の層間絶縁膜1541の表面に付着させる方法、第3の層間絶縁膜1541の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ処理を施し、表面改質を行なう方法などが挙げられる。   As a method for improving the adhesion, specifically, for example, a method of attaching a metal or a metal compound capable of enhancing the adhesion of the conductive film or the insulating film to the surface of the third interlayer insulating film 1541 by catalytic action. There is. In addition, an organic insulating film with high adhesion to the formed conductive film or insulating film, a method of attaching a metal or a metal compound to the surface of the third interlayer insulating film 1541, a surface of the third interlayer insulating film 1541 And a method of surface modification by plasma treatment under atmospheric pressure or reduced pressure.

第3の層間絶縁膜1541に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する場合、アンテナの正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制御する。具体的には、導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、例えば1〜10nmとなるように制御したり、これらの金属または金属化合物を酸化により部分的に、または全体的に絶縁化したりすれば良い。或いは、密着性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属化合物をエッチングにより選択的に除去しても良い。また金属または金属化合物を、予め基板の全面に付着させるのではなく、液滴吐出法、印刷法、ゾル−ゲル法などを用いて特定の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、第3の層間絶縁膜1541の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度分散した状態であっても良い。   When the metal or metal compound attached to the third interlayer insulating film 1541 has conductivity, the sheet resistance is controlled so that the normal operation of the antenna is not hindered. Specifically, the average thickness of the conductive metal or metal compound is controlled to be, for example, 1 to 10 nm, or these metals or metal compounds are partially or entirely insulated by oxidation. Or just make it. Alternatively, the deposited metal or metal compound may be selectively removed by etching except for the region where the adhesion is desired to be improved. Alternatively, the metal or the metal compound may be selectively attached only to a specific region by using a droplet discharge method, a printing method, a sol-gel method, or the like, instead of attaching the metal or the metal compound to the entire surface of the substrate in advance. Note that the metal or metal compound does not need to be a completely continuous film on the surface of the third interlayer insulating film 1541, and may be dispersed to some extent.

そして、図18(A)に示すように、アンテナ1542を形成した後、アンテナ1542を覆うように、第3の層間絶縁膜1541上に保護層1545を形成する。保護層1545は、後に剥離層1501をエッチングにより除去する際に、アンテナ1542を保護することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、アクリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層1545を形成することができる。   Then, as shown in FIG. 18A, after the antenna 1542 is formed, a protective layer 1545 is formed over the third interlayer insulating film 1541 so as to cover the antenna 1542. The protective layer 1545 is formed using a material that can protect the antenna 1542 when the peeling layer 1501 is removed later by etching. For example, the protective layer 1545 can be formed by applying an epoxy resin, an acrylate resin, or a silicon resin soluble in water or alcohols to the entire surface.

次いで、図18(B)に示すように、無線ICタグを個別に分離するために溝1546を形成する。溝1546は、剥離層1501が露出する程度であれば良い。溝1546の形成は、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。なお、第1の基板1500上に形成されている無線ICタグを分離する必要がない場合、必ずしも溝1546を形成する必要はない。   Next, as shown in FIG. 18B, a groove 1546 is formed in order to separate the wireless IC tags individually. The groove 1546 may be formed so long as the peeling layer 1501 is exposed. The groove 1546 can be formed by dicing, scribing, or the like. Note that in the case where it is not necessary to separate the wireless IC tag formed over the first substrate 1500, the groove 1546 is not necessarily formed.

次いで、図18(C)に示すように、剥離層1501をエッチングにより除去する。ここでは、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、このガスを溝1546から導入する。例えばClF(三フッ化塩素)を用い、温度を350℃とし、流量を300sccmとし、気圧を798パスカル(798Pa)とし、処理時間を3時間とした条件で行う。また、ClFガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ClF等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層1501が選択的にエッチングされ、第1の基板1500をNチャネル型TFT1530、1532およびPチャネル型TFT1531から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。 Next, as illustrated in FIG. 18C, the peeling layer 1501 is removed by etching. Here, halogen fluoride is used as an etching gas, and this gas is introduced from the groove 1546. For example, ClF 3 (chlorine trifluoride) is used, the temperature is 350 ° C., the flow rate is 300 sccm, the atmospheric pressure is 798 Pascal (798 Pa), and the treatment time is 3 hours. Further, a gas in which nitrogen is mixed with ClF 3 gas may be used. By using halogen fluoride such as ClF 3 , the separation layer 1501 is selectively etched, so that the first substrate 1500 can be separated from the N-channel TFTs 1530 and 1532 and the P-channel TFT 1531. The halogen fluoride may be either a gas or a liquid.

次に図19(A)に示すように、剥離されたNチャネル型TFT1530、1532、Pチャネル型TFT1531及びアンテナ1542を、接着剤1550を用いて第2の基板1551に貼り合わせる。接着剤1550は、第2の基板1551と下地絶縁膜1502とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤1550は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。   Next, as illustrated in FIG. 19A, the peeled N-channel TFTs 1530 and 1532, the P-channel TFT 1531 and the antenna 1542 are attached to the second substrate 1551 with an adhesive 1550. As the adhesive 1550, a material capable of bonding the second substrate 1551 and the base insulating film 1502 is used. As the adhesive 1550, for example, various curable adhesives such as a reactive curable adhesive, a thermosetting adhesive, a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable adhesive, and an anaerobic adhesive can be used.

なお、第2の基板1551として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。   Note that the second substrate 1551 can be formed using an organic material such as flexible paper or plastic.

次いで、図19(B)に示すように、保護層1545を除去した後、アンテナ1542を覆うように接着剤1552を第3の層間絶縁膜1541上に塗布し、カバー材1553を貼り合わせる。カバー材1553は第2の基板1551と同様に、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。接着剤1552の厚さは、例えば10〜200μmとすれば良い。   Next, as illustrated in FIG. 19B, after removing the protective layer 1545, an adhesive 1552 is applied over the third interlayer insulating film 1541 so as to cover the antenna 1542, and a cover material 1553 is attached. The cover material 1553 can be formed using a flexible organic material such as paper or plastic similarly to the second substrate 1551. The thickness of the adhesive 1552 may be, for example, 10 to 200 μm.

また接着剤1552は、カバー材1553と第3の層間絶縁膜1541及びアンテナ1542とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤1552は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。   For the adhesive 1552, a material capable of bonding the cover material 1553 to the third interlayer insulating film 1541 and the antenna 1542 is used. As the adhesive 1552, for example, various curable adhesives such as a reaction curable adhesive, a thermosetting adhesive, a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable adhesive, and an anaerobic adhesive can be used.

上述した各工程を経て、無線ICタグが完成する。上記作製方法によって、トータルの膜厚が0.3μm以上3μm以下、代表的には2μm程度の飛躍的に薄い集積回路を第2の基板1551とカバー材1553との間に形成することができる。   The wireless IC tag is completed through the above-described steps. By the above manufacturing method, an extremely thin integrated circuit having a total film thickness of 0.3 to 3 μm, typically about 2 μm, can be formed between the second substrate 1551 and the cover material 1553.

なお、集積回路の厚さは、半導体素子自体の厚さのみならず、接着剤1550と接着剤1552との間に形成された各種絶縁膜及び層間絶縁膜の厚さを含めるものとする。また、無線ICタグが有する集積回路の占める面積を、5mm四方(25mm)以下、より望ましくは0.3mm四方(0.09mm)〜4mm四方(16mm)程度とすることができる。 Note that the thickness of the integrated circuit includes not only the thickness of the semiconductor element itself but also the thicknesses of various insulating films and interlayer insulating films formed between the adhesive 1550 and the adhesive 1552. Further, the area occupied by the integrated circuit in the wireless IC tag, 5 mm square (25 mm 2) or less, and more preferably may be 0.3mm square (0.09 mm 2) to 4 mm square (16 mm 2) degree.

なお、本実施例では、耐熱性の高い第1の基板1500と集積回路の間に剥離層を設け、エッチングにより剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離する方法について示したが、本発明の無線ICタグの作製方法は、この構成に限定されない。例えば、耐熱性の高い基板と集積回路の間に金属酸化膜を設け、この金属酸化膜を結晶化により脆弱化して集積回路を剥離しても良い。或いは、耐熱性の高い基板と集積回路の間に、水素を含む非晶質半導体膜を用いた剥離層を設け、レーザビームの照射によりこの剥離層を変質させた後に除去することで、基板と集積回路とを剥離しても良い。あるいは、集積回路が形成された耐熱性の高い基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで集積回路を基板から切り離しても良い。   Note that in this embodiment, a method for separating the substrate and the integrated circuit by providing a separation layer between the first substrate 1500 having high heat resistance and the integrated circuit and removing the separation layer by etching is described. The manufacturing method of the wireless IC tag of the present invention is not limited to this configuration. For example, a metal oxide film may be provided between a substrate having high heat resistance and the integrated circuit, and the integrated circuit may be peeled by weakening the metal oxide film by crystallization. Alternatively, a release layer using an amorphous semiconductor film containing hydrogen is provided between a substrate having high heat resistance and an integrated circuit, and the release layer is removed after being altered by irradiation with a laser beam. The integrated circuit may be peeled off. Alternatively, the integrated circuit may be separated from the substrate by mechanically removing the highly heat-resistant substrate on which the integrated circuit is formed or removing the substrate by etching with a solution or gas.

なお、本実施例では、アンテナを集積回路と同じ基板上に形成している例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。別の基板上に形成したアンテナと集積回路とを、後に貼り合わせることで、電気的に接続するようにしても良い。   Note that although an example in which the antenna is formed over the same substrate as the integrated circuit is described in this embodiment, the present invention is not limited to this structure. An antenna formed over another substrate and the integrated circuit may be bonded later to be electrically connected.

なお、一般的にRFIDで用いられている電波の周波数は、13.56MHz、2.45GHzが多く、これらの周波数の電波を検波できるように無線ICタグを形成することが、汎用性を高める上で非常に重要である。   Note that the frequency of radio waves generally used in RFID is 13.56 MHz and 2.45 GHz, and forming a wireless IC tag so that radio waves of these frequencies can be detected improves versatility. Is very important.

本実施例の無線ICタグでは、半導体基板を用いて形成されたRFIDよりも電波が遮蔽されにくく、電波の遮蔽により信号が減衰するのを防ぐことができるというメリットを有している。よって、半導体基板を用いずに済むので、無線ICタグのコストを大幅に低くすることができる。   The wireless IC tag of this embodiment has an advantage that radio waves are less likely to be shielded than an RFID formed using a semiconductor substrate, and the signal can be prevented from being attenuated by shielding the radio waves. Accordingly, since a semiconductor substrate is not necessary, the cost of the wireless IC tag can be significantly reduced.

なお、本実施例では、集積回路を剥離して、可撓性を有する基板に貼り合わせる例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えばガラス基板のように、集積回路の作製工程における熱処理に耐えうるような、耐熱温度を有している基板を用いる場合、必ずしも集積回路を剥離する必要はない。   Note that in this embodiment, the example in which the integrated circuit is separated and attached to a flexible substrate is described; however, the present invention is not limited to this structure. For example, in the case where a substrate having a heat resistant temperature that can withstand heat treatment in a manufacturing process of an integrated circuit, such as a glass substrate, is used, the integrated circuit is not necessarily peeled off.

また、本実施例は、実施の形態や他の実施例と自由に組み合わせることができる。   In addition, this embodiment can be freely combined with the embodiment mode and other embodiments.

他の実施例で示した作製方法を用いて作製した無線ICタグの具体的な使用例を以下で説明する。   A specific example of use of a wireless IC tag manufactured using a manufacturing method shown in another embodiment will be described below.

本発明を用いることによって、半導体膜全面に対して良好にレーザ照射処理を行うことができるようになるため、半導体素子のレイアウトや大きさの自由度を高めることや、集積度を向上することが可能となる。また、従来技術に比較して、本発明を用いて作製したTFT用いた無線ICタグは、品質が良好で、品質のばらつきがないものとなる。   By using the present invention, it becomes possible to satisfactorily perform laser irradiation treatment on the entire surface of the semiconductor film, so that the degree of freedom of layout and size of the semiconductor element can be increased and the degree of integration can be improved. It becomes possible. Compared with the prior art, a wireless IC tag using TFTs manufactured using the present invention has good quality and no quality variation.

図20(A)は、パスポート2001に無線ICタグ2002を貼り付けている状態を示している。また、パスポート2001に無線ICタグ2002を埋め込んでもよい。同様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラベラーズチェック(T/C)、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ICタグを貼り付けることや埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ICタグに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を設定する。これは、本発明を用いて形成したTFTを用いることにより実現できる。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別することが可能になる。   FIG. 20A shows a state where the wireless IC tag 2002 is attached to the passport 2001. Further, the wireless IC tag 2002 may be embedded in the passport 2001. Similarly, a wireless IC tag is pasted or embedded in a driver's license, credit card, banknote, coin, securities, gift certificate, ticket, traveler's check (T / C), health insurance card, resident's card, family register copy, etc. be able to. In this case, only information indicating authenticity is input to the wireless IC tag, and an access right is set so that information cannot be read or written illegally. This can be realized by using a TFT formed by using the present invention. By using it as a tag in this way, it becomes possible to distinguish it from a forged one.

このほかに、無線ICタグをメモリとして用いることも可能である。図20(B)は、無線ICタグ2011を野菜の包装に貼り付けるラベルに埋め込んだ例を示している。また、包装そのものに無線ICタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ICタグ2011には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを記録することが可能になる。無線ICタグ2011からの情報は、無線式のリーダ2012のアンテナ部2013で受信して読み取り、リーダ2012の表示部2014に表示することによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている。   In addition, a wireless IC tag can be used as a memory. FIG. 20B illustrates an example in which the wireless IC tag 2011 is embedded in a label attached to a vegetable package. Further, a wireless IC tag may be attached or embedded in the package itself. The wireless IC tag 2011 includes a production stage process such as production place, producer, date of manufacture, processing method, product distribution process, price, quantity, usage, shape, weight, expiration date, various authentication information, etc. Can be recorded. Information from the wireless IC tag 2011 is received and read by the antenna unit 2013 of the wireless reader 2012 and displayed on the display unit 2014 of the reader 2012 so that wholesalers, retailers, and consumers can easily grasp the information. become. In addition, by setting access rights for each of producers, traders, and consumers, a system is incapable of reading, writing, rewriting, and erasing without access rights.

また、無線ICタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ICタグに会計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ICタグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。   The wireless IC tag can be used as follows. At the time of accounting, the fact that accounting has been completed is entered in the wireless IC tag, and a check means is provided at the exit to check whether accounting has been written on the wireless IC tag. If you try to leave the store without checking out, an alarm will sound. This method can prevent forgetting to pay and shoplifting.

さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、以下に記す方法にすることも可能である。レジで無線ICタグから商品情報を読み取り、さらに(1)無線ICタグに入力されているデータを暗証番号などでロックする、(2)無線ICタグに入力されているデータそのものを暗号化する、(3)無線ICタグに入力されているデータを消去する、(4)無線ICタグに入力されているデータを破壊する、のいずれかを行う。これらは、他の実施例にて挙げたメモリを用いることによって実現することができる。そして、出口にチェック手段を設け、(1)〜(4)のいずれかの処理が行われたか、または無線ICタグのデータに何も処理が行われていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。このようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志に反して無線ICタグの情報を読み取られることを防止することができる。   Furthermore, in consideration of customer privacy protection, the following method can be used. Read the product information from the wireless IC tag at the cash register, and (1) lock the data input to the wireless IC tag with a password, etc. (2) encrypt the data itself input to the wireless IC tag, (3) Either delete the data input to the wireless IC tag, or (4) destroy the data input to the wireless IC tag. These can be realized by using the memories mentioned in the other embodiments. Then, by providing a check means at the exit, it is checked whether any of the processes (1) to (4) has been performed, or whether the wireless IC tag data has not been processed. Check for accounting. In this way, it is possible to check whether or not there is a transaction in the store, and it is possible to prevent information on the wireless IC tag from being read outside the store against the will of the owner.

なお、(4)の無線ICタグに入力されているデータを破壊する方法をいくつか挙げることができる。例えば、(a)無線ICタグが有する電子データの少なくとも一部に「0(オフ)」若しくは「1(オン)」、または「0」と「1」の両方を書き込んでデータを意味のないデータに書き換える方法や、(b)無線ICタグに電流を過剰に流し、無線ICタグが有する半導体素子の配線の一部を物理的に破壊する方法などを用いることができる。   Note that there are several methods for destroying the data input to the wireless IC tag (4). For example, (a) “0 (off)” or “1 (on)”, or both “0” and “1” is written in at least a part of the electronic data of the wireless IC tag, and the data is meaningless. And (b) a method in which a current is excessively applied to the wireless IC tag and a part of the wiring of the semiconductor element included in the wireless IC tag is physically destroyed.

他の無線ICタグの使い方として、無線ICタグを付けている商品の情報を冷蔵庫や洗濯機などの家庭用電化製品が持つリーダで読み取ることにより、商品の品質管理方法や取り扱い方法を自動で調節させることが可能になる。さらに、モニタを家庭用電化製品に付けて、商品情報を表示させることも可能である。   As a method of using other wireless IC tags, the quality control method and handling method of products are automatically adjusted by reading information on products with wireless IC tags with a reader of household appliances such as refrigerators and washing machines. It becomes possible to make it. Further, it is possible to display product information by attaching a monitor to a household appliance.

例えば、商品(例えば食品)には、保存に適した温度状態や湿度状態がある。また、季節ごとに冷蔵庫内の温度設定を行うことは省エネルギーの観点上、重要なことである。しかし、これを消費者が自力で調節するのは非常に面倒なことである。ところが、調節を怠ると、商品をすぐに傷めたり、季節によっては必要以上に電力を消費したりすることもある。   For example, a product (for example, food) has a temperature state and a humidity state suitable for storage. Moreover, it is important from the viewpoint of energy saving to set the temperature in the refrigerator for each season. However, it is very troublesome for consumers to adjust this by themselves. However, neglecting adjustments can quickly damage the product or, depending on the season, consume more power than necessary.

図21(A)は、無線ICタグ2100が付いている商品2101を冷蔵庫2102に出し入れするところを示す。ここで読み取ったデータの流れを図21(B)に示す。また、商品2101の出し入れに伴って冷蔵庫が行う処理の流れ図を図22に示す。   FIG. 21A shows a state where a product 2101 with a wireless IC tag 2100 is taken in and out of the refrigerator 2102. The flow of data read here is shown in FIG. FIG. 22 shows a flowchart of processing performed by the refrigerator as goods 2101 are put in and out.

まず、図21(A)に示すように、無線ICタグが付いている商品2101を冷蔵庫2102に出し入れする(ステップS1)。この際に、出し入れした商品の情報をリーダ2103が読み取る(ステップS2)。次に、商品のデータを冷蔵庫2102が有する演算装置2104に送信し(ステップS3)、必要に応じて演算装置2104は記憶装置2105に商品のデータを記憶させる。このデータには、商品の種類、保存に最適な温度(T)、湿度状態、賞味期限などが含まれる。同時に、冷蔵庫2102の温度(T)、湿度状態を測定し(ステップS4)、演算装置2104に送信する(ステップS5)。必要に応じて記憶装置2105にこのデータを記憶させておく。なお、以下では温度に注目して述べるが、他の要素に関しても同様に処理を行うことができる。 First, as shown in FIG. 21A, a product 2101 with a wireless IC tag is put in and out of the refrigerator 2102 (step S1). At this time, the reader 2103 reads information on the product that has been taken in and out (step S2). Next, the product data is transmitted to the arithmetic device 2104 of the refrigerator 2102 (step S3), and the arithmetic device 2104 stores the product data in the storage device 2105 as necessary. This data includes the type of product, the temperature (T 1 ) optimal for storage, the humidity state, the expiration date, and the like. At the same time, the temperature (T 2 ) and humidity state of the refrigerator 2102 are measured (step S4) and transmitted to the arithmetic device 2104 (step S5). This data is stored in the storage device 2105 as necessary. In the following description, attention is paid to the temperature, but other elements can be similarly processed.

次に、演算装置2104は、出し入れした商品の保存に最適な温度(T)と冷蔵庫内の温度(T)のデータを記憶装置2105から取り出し、TとTの差の絶対値(T)を計算し、Tと一定値(a)が以下の式(4)の通りになるか比較する(ステップS6)。
|T−T|=T<a・・・(4)
Next, the arithmetic device 2104 takes out the data of the temperature (T 1 ) optimal for storing the taken-in / out merchandise and the temperature (T 2 ) in the refrigerator from the storage device 2105, and calculates the absolute value of the difference between T 1 and T 2 ( T 3 ) is calculated, and whether T 3 and the constant value (a) are as shown in the following formula (4) is compared (step S6).
| T 1 −T 2 | = T 3 <a (4)

が一定値(a)以上である場合、つまり、上の式が偽であるときには、冷蔵庫2102で保存することには不適であるので、音や光などの手段によって消費者に警告を出し(ステップS7)、冷蔵庫2102の温度変化を行わない。Tが一定値(a)以内の場合、すなわち上の式が真のときには、以下の処理に続く。 If T 3 is a constant value (a) above, that is, when the above formula is false, since it is unsuitable to refrigerate 2102, a warning to the consumer by means such as sound, light (Step S7), temperature change of the refrigerator 2102 is not performed. If T 3 is within a predetermined value (a), that is, when the above equation is true, following the following process.

演算装置2104は、出し入れ後の商品の保存に最適な温度(T)を計算する(ステップS8)。さらに、この温度(T)と冷蔵庫内の温度(T)とを比較し(ステップS9)、その結果によって冷却の強弱を決定する。T>Tの場合では、冷却を弱めるように調節装置2106に制御信号を送信し(ステップS10)、T<Tの場合では、冷却を強くするように調節装置2106に制御信号を送信する(ステップS11)。調節装置2106は、制御信号に従って作動し(ステップS12)、冷蔵庫2102の温度がTになるように調節する。 The computing device 2104 calculates a temperature (T 4 ) optimal for storing the product after taking in and out (step S8). Further, the temperature (T 4 ) is compared with the temperature (T 2 ) in the refrigerator (step S9), and the strength of cooling is determined based on the result. In the case of T 2 > T 4 , a control signal is transmitted to the adjusting device 2106 so as to weaken the cooling (step S10), and in the case of T 2 <T 4 , the control signal is sent to the adjusting device 2106 so as to increase the cooling. Transmit (step S11). Adjustment device 2106 operates in accordance with the control signal (step S12), the temperature of the refrigerator 2102 is adjusted to T 4.

なお、冷蔵庫2102において、リーダ2103、演算装置2104、および調節装置2106は、制御装置2107によって入出力がコントロールされている。なお、演算装置2104および制御装置2107としてCPUを用いてもよい。   Note that in the refrigerator 2102, input / output of the reader 2103, the arithmetic device 2104, and the adjustment device 2106 is controlled by the control device 2107. Note that a CPU may be used as the arithmetic device 2104 and the control device 2107.

他の機能として、冷蔵庫2102に入れている商品の種類や数を把握することによって、冷蔵庫2102内に商品があまり入っていない場合には冷却を弱め、商品がたくさん入っているときには逆に強くすることも可能になる。さらには、冷蔵庫2102内の特定の位置だけ冷却を弱めたり強めたりすることも可能になる。また、冷蔵庫2102にモニタ2108を設置することにより、冷蔵庫2102を開けることなく内部に何が入っているかを確認することができる。   As another function, by grasping the type and number of products stored in the refrigerator 2102, cooling is weakened when there are not many products in the refrigerator 2102, and conversely strengthened when many products are contained. It becomes possible. Furthermore, cooling can be weakened or strengthened only at a specific position in the refrigerator 2102. In addition, by installing the monitor 2108 in the refrigerator 2102, it is possible to check what is inside without opening the refrigerator 2102.

また、冷蔵庫内に入れた品物に応じた冷却方法を実行することも可能である。無線ICタグの情報に従って、急速に冷却するか、またはゆっくり冷却するかを判断する。その判断に従って調節装置2106に制御信号を送り、調節装置2106は制御信号に従って冷却の調節を行う。   Moreover, it is also possible to perform the cooling method according to the goods put in the refrigerator. Whether to cool quickly or slowly is determined according to the information of the wireless IC tag. A control signal is sent to the adjusting device 2106 according to the determination, and the adjusting device 2106 adjusts cooling according to the control signal.

このように、状況に応じて冷蔵庫内の状態を制御することによって、商品を長時間良好に保存することができ、かつ無駄な電力の消費を少なくすることができる。なお、温度の調整の仕方はここに挙げた方法に限らない。   Thus, by controlling the state in the refrigerator according to the situation, the product can be stored well for a long time, and wasteful power consumption can be reduced. The method of adjusting the temperature is not limited to the method described here.

本実施例では食品を保存する冷蔵庫について説明したが、温度、湿度、明るさなどを調節して保存する必要がある品物(例として、(1)化学物質や医薬品、(2)細胞、細菌類、植物、動物などの生体、(3)酵素やDNAなどの生体に由来するもの)であれば、品物の情報を入力した無線ICタグを容器に付けたり、無線ICタグを試料自体に付けたりすることにより、同様に用いることが可能である。   In this embodiment, a refrigerator for storing food has been described, but an article that needs to be stored by adjusting temperature, humidity, brightness, etc. (for example, (1) chemical substances and pharmaceuticals, (2) cells, bacteria, etc. A living body such as a plant or an animal, or (3) a living body such as an enzyme or DNA), a wireless IC tag to which information on the product is input is attached to the container, or the wireless IC tag is attached to the sample itself. By doing so, it can be used similarly.

洗濯機の場合では、洗濯に適した洗い方、洗剤の種類や量、洗濯に用いる水の量などを設定する必要がある。一般的に、洗濯物は大きさや種類が多様であるため、洗濯の設定は面倒である。近年では、機能がたくさんある洗濯機が数多く市販されているが、消費者が洗濯機の機能を使いこなせていない場合も多い。   In the case of a washing machine, it is necessary to set a washing method suitable for washing, the type and amount of detergent, the amount of water used for washing, and the like. In general, since the laundry has various sizes and types, the setting of the laundry is troublesome. In recent years, many washing machines with many functions are on the market, but there are many cases where consumers cannot use the functions of washing machines.

一般的に市販されている一槽式脱水洗濯機では、洗濯兼脱水槽に洗濯物を入れた後、洗濯兼脱水槽を回すための動力を測定することによって洗濯物の重量を測定し、この洗濯物の重量によって水の量が決められる。従って、同じ重さであっても、シーツのように大きくてかさばるものと、デニム素材のジャケットのように小さいものをそれぞれ洗う場合では、水量も洗い方も全く同じように洗濯が行われてしまう。洗剤の量は洗濯に使う水の量に合わせて設定されるため、上記のような場合では適切な洗剤の量にならないこともある。   In the one-tank type dehydrating washing machine that is generally marketed, the weight of the laundry is measured by measuring the power for turning the washing / dehydrating tub after putting the laundry in the washing / dehydrating tub. The amount of water is determined by the weight of the laundry. Therefore, even if it is the same weight, when washing large and bulky items such as sheets and small items such as denim jackets, washing is done in exactly the same way, both in the amount of water and in the washing method. . Since the amount of detergent is set in accordance with the amount of water used for washing, the amount of detergent may not be appropriate in the above case.

そこで、図23に示すように、衣類に無線ICタグ2300が埋め込まれている洗濯物2301を洗濯機2302に入れる際に、洗濯物の種類、大きさ、重量、素材などの情報を洗濯機に付いているリーダ2303が読み取り、その情報を演算装置に送信する。演算装置は、これらの洗濯物の情報から適切な洗濯コース、洗剤の種類と量、水量を判断する。そして、洗濯機に付いているモニタ2304に、投入すべき洗剤の種類と量が表示される。消費者はその表示に従って洗剤を投入し、洗濯機のスタートボタンを押せばよい。このようにして、自動的に洗濯に関する設定が行われた後、洗濯が行われる。   Therefore, as shown in FIG. 23, when the laundry 2301 in which the wireless IC tag 2300 is embedded in the clothing is put into the washing machine 2302, information such as the type, size, weight, and material of the laundry is stored in the washing machine. The attached reader 2303 reads and transmits the information to the arithmetic unit. The arithmetic unit determines an appropriate washing course, the type and amount of detergent, and the amount of water from the information on the laundry. Then, the type and amount of detergent to be input are displayed on a monitor 2304 attached to the washing machine. The consumer can put in the detergent according to the display and press the start button of the washing machine. Thus, after the setting regarding washing is automatically performed, washing is performed.

本発明を用いて作製したTFTを用いてさまざまな電子機器を完成することができる。その具体例を、図24を用いて説明する。   Various electronic devices can be completed using TFTs manufactured using the present invention. A specific example will be described with reference to FIG.

本発明を用いることによって、半導体膜上にレーザの干渉縞を生じさせることなく、強度が均一なレーザビームを得ることができる。このレーザビームを用いることにより、半導体膜全面を良好にアニールすることが可能になる。そのため、半導体装置のレイアウトや大きさに制限をなくすことや、集積度を向上することが可能になる。また、基板のどの部分においても結晶化度は同じであるため、製作した半導体素子の製品品質は良好であり、その品質のばらつきをなくすことも可能である。その結果、最終製品としての電子機器をスループット良く、良好な品質で作製することが可能になる。その具体例を、図を用いて説明する。   By using the present invention, a laser beam having a uniform intensity can be obtained without generating laser interference fringes on a semiconductor film. By using this laser beam, the entire surface of the semiconductor film can be annealed satisfactorily. Therefore, it is possible to remove restrictions on the layout and size of the semiconductor device and improve the degree of integration. Further, since the crystallinity is the same in any part of the substrate, the product quality of the manufactured semiconductor element is good, and it is possible to eliminate variations in the quality. As a result, an electronic device as a final product can be manufactured with good quality and high throughput. A specific example will be described with reference to the drawings.

図24(A)は表示装置であり、筐体2401、支持台2402、表示部2403、スピーカー部2404、ビデオ入力端子2405などを含む。この表示装置は、他の実施例で示した作製方法により形成したTFTを駆動ICや表示部2403などに用いることにより作製される。なお、表示装置には液晶表示装置、発光表示装置などがあり、用途別にはコンピュータ用、テレビ受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。具体的には、ディスプレイ、ヘッドマウントディスプレイ、反射型プロジェクターなどを挙げることができる。   FIG. 24A illustrates a display device, which includes a housing 2401, a support base 2402, a display portion 2403, a speaker portion 2404, a video input terminal 2405, and the like. This display device is manufactured by using a TFT formed by a manufacturing method shown in another embodiment for a driver IC, a display portion 2403, or the like. The display device includes a liquid crystal display device, a light-emitting display device, and the like, and all information display devices such as a computer, a television receiver, and an advertisement display are included depending on the application. Specifically, a display, a head mounted display, a reflective projector, and the like can be given.

図24(B)はコンピュータであり、筐体2411、表示部2412、キーボード2413、外部接続ポート2414、ポインティングマウス2415などを含む。本発明を用いて形成されたTFTは、表示部2412の画素部だけではなく、表示用の駆動IC、本体内部のCPU、メモリなどの半導体装置にも適用が可能である。   FIG. 24B illustrates a computer, which includes a housing 2411, a display portion 2412, a keyboard 2413, an external connection port 2414, a pointing mouse 2415, and the like. The TFT formed using the present invention can be applied not only to the pixel portion of the display portion 2412 but also to a semiconductor device such as a display driver IC, a CPU in the main body, and a memory.

また、図24(C)は携帯電話であり、携帯用の情報処理端末の1つの代表例である。この携帯電話は筐体2421、表示部2422、操作キー2423などを含む。本発明を用いて形成されたTFTは表示部2422の画素部やセンサ部2424だけではなく、表示用の駆動IC、メモリ、音声処理回路などに用いることができる。センサ部2424は光センサ素子を有しており、センサ部2424で得られる照度に合わせて表示部2422の輝度コントロールを行ったり、センサ部2424で得られる照度に合わせて操作キー2423の照明制御を抑えたりすることによって、携帯電話の消費電力を抑えることができる。   FIG. 24C illustrates a mobile phone, which is a typical example of a portable information processing terminal. This mobile phone includes a housing 2421, a display portion 2422, operation keys 2423, and the like. The TFT formed using the present invention can be used not only for the pixel portion of the display portion 2422 and the sensor portion 2424 but also for a display driver IC, a memory, an audio processing circuit, and the like. The sensor unit 2424 includes an optical sensor element, and controls the luminance of the display unit 2422 according to the illuminance obtained by the sensor unit 2424, or controls the illumination of the operation key 2423 according to the illuminance obtained by the sensor unit 2424. By suppressing the power consumption, the power consumption of the mobile phone can be suppressed.

上記の携帯電話を初めとして、PDA(Personal Digital Assistants、情報携帯端末)、デジタルカメラ、小型ゲーム機などの電子機器に、本発明を用いて形成した半導体装置を用いることもできる。例えば、CPU、メモリ、センサなどの機能回路を形成することや、これらの電子機器の画素部や、表示用の駆動ICにも適用することが可能である。   A semiconductor device formed using the present invention can also be used for electronic devices such as PDAs (Personal Digital Assistants, information portable terminals), digital cameras, and small game machines as well as the above mobile phones. For example, it is possible to form functional circuits such as a CPU, a memory, and a sensor, and to apply to a pixel portion of these electronic devices and a display driver IC.

また、図24(D)、(E)はデジタルカメラである。なお、図24(E)は、図24(D)の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体2431、表示部2432、レンズ2433、操作キー2434、シャッター2435などを有する。本発明を用いて形成されたTFTは、表示部2432の画素部、表示部2432を駆動する駆動IC、メモリなどに用いることができる。   24D and 24E are digital cameras. Note that FIG. 24E illustrates the back side of FIG. This digital camera includes a housing 2431, a display portion 2432, a lens 2433, operation keys 2434, a shutter 2435, and the like. The TFT formed using the present invention can be used for a pixel portion of the display portion 2432, a driver IC for driving the display portion 2432, a memory, or the like.

図24(F)はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体2441、表示部2442、筐体2443、外部接続ポート2444、リモコン受信部2445、受像部2446、バッテリー2447、音声入力部2348、操作キー2449、接眼部2450などを有する。本発明を用いて形成されたTFTは、表示部2342の画素部、表示部2342を制御する駆動IC、メモリ、デジタル入力処理装置などに用いることができる。   FIG. 24F illustrates a digital video camera. This digital video camera includes a main body 2441, a display portion 2442, a housing 2443, an external connection port 2444, a remote control receiving portion 2445, an image receiving portion 2446, a battery 2447, an audio input portion 2348, operation keys 2449, an eyepiece portion 2450, and the like. . The TFT formed using the present invention can be used for a pixel portion of the display portion 2342, a driver IC for controlling the display portion 2342, a memory, a digital input processing device, or the like.

この他にも、ナビゲーションシステム、音響再生装置、記録媒体を備えた画像再生装置などに用いることが可能である。これらの表示部の画素部や、表示部を制御する駆動IC、メモリ、デジタル入力処理装置、センサ部などの用途に、本発明を用いて形成されたTFTを用いることができる。   In addition, the present invention can be used for a navigation system, a sound reproducing device, an image reproducing device including a recording medium, and the like. TFTs formed by using the present invention can be used for pixel portions of these display portions, drive ICs that control the display portions, memories, digital input processing devices, sensor portions, and the like.

以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明により作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。なお、これらの電子機器に使われる表示装置は、大きさや強度、または使用目的に応じて、ガラス基板だけでなく耐熱性の合成樹脂基板を用いることも可能である。それによってより一層の軽量化を図ることができる。   As described above, the applicable range of the semiconductor device manufactured according to the present invention is so wide that the semiconductor device manufactured according to the present invention can be used for electronic devices in various fields. Note that a display device used in these electronic devices can use not only a glass substrate but also a heat-resistant synthetic resin substrate depending on the size, strength, or purpose of use. Thereby, further weight reduction can be achieved.

レーザ照射装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a laser irradiation apparatus. 図1のレーザ照射装置の機能を説明する図である。It is a figure explaining the function of the laser irradiation apparatus of FIG. スリットの例を示す図である。It is a figure which shows the example of a slit. レーザ照射装置の光学系の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the optical system of a laser irradiation apparatus. レーザ照射装置の光学系の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the optical system of a laser irradiation apparatus. レーザ照射装置の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of a laser irradiation apparatus. 鏡による光の反射を説明する図である。It is a figure explaining reflection of the light by a mirror. 位相共役鏡による光の反射を説明する図である。It is a figure explaining reflection of the light by a phase conjugate mirror. 位相共役鏡を用いた本発明のレーザ照射装置の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the laser irradiation apparatus of this invention using a phase conjugate mirror. 位相共役鏡を用いた本発明のレーザ照射装置の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the laser irradiation apparatus of this invention using a phase conjugate mirror. 図9の光学系の位置関係を説明する図である。It is a figure explaining the positional relationship of the optical system of FIG. 半導体素子の作製過程を示す図である。It is a figure which shows the preparation processes of a semiconductor element. 結晶性半導体膜の作製方法を示す図である。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a crystalline semiconductor film. 結晶性半導体膜の作製方法を示す図である。10A to 10D illustrate a method for manufacturing a crystalline semiconductor film. 半導体装置の作製過程を示す図である。FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device. 半導体装置の作製過程を示す図である。FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device. 半導体装置の作製過程を示す図である。FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device. 半導体装置の作製過程を示す図である。FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device. 半導体装置の作製過程を示す図である。FIG. 6 illustrates a manufacturing process of a semiconductor device. 半導体装置の具体的な使用方法を示した図である。It is the figure which showed the specific usage method of the semiconductor device. 半導体装置の具体的な使用方法を示した図である。It is the figure which showed the specific usage method of the semiconductor device. 半導体装置の情報処理方法を示す流れ図である。3 is a flowchart illustrating an information processing method of a semiconductor device. 半導体装置の具体的な使用方法を示した図である。It is the figure which showed the specific usage method of the semiconductor device. 電子機器の例を示す図である。It is a figure showing an example of electronic equipment. レーザビームの強度分布と半導体膜における照射跡の関係を示す図である(背景技術)。It is a figure which shows the relationship between the intensity distribution of a laser beam, and the irradiation trace in a semiconductor film (background art). 回折光学素子を用いたレーザー照射装置を説明するための図である(背景技術)。It is a figure for demonstrating the laser irradiation apparatus using a diffractive optical element (background art).

符号の説明Explanation of symbols

101 レーザ発振器
102 回折光学素子
103 スリット
104 投影レンズ
105 集光レンズ
106 ミラー
107 半導体膜
108 吸着ステージ
109 Xステージ
110 Yステージ
301 開口部
302 遮蔽板
330 中心波長
501 レーザ発振器
502 回折光学素子
503 スリット
504 投影レンズ
505 集光レンズ
506 半導体膜
507 補正用レンズ
515 中心波長
601 レーザ発振器
602 回折光学素子
603 スリット
604 投影レンズ
605 集光レンズ
606 ミラー
607 半導体膜
608 吸着ステージ
609 Xステージ
610 Yステージ
901 レーザ発振器
902 回折光学素子
903 スリット
904 ビームスプリッタ
905 半導体膜
906 位相共役鏡
907 集光レンズ
1000 レーザ発振器
1003 位相共役鏡
1004 ビームスプリッタ
1005 回折光学素子
1006 スリット
1007 投影レンズ
1008 集光レンズ
1009 半導体膜
1010 Xステージ
1011 Yステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Laser oscillator 102 Diffraction optical element 103 Slit 104 Projection lens 105 Condensing lens 106 Mirror 107 Semiconductor film 108 Adsorption stage 109 X stage 110 Y stage 301 Opening part 302 Shielding plate 330 Center wavelength 501 Laser oscillator 502 Diffraction optical element 503 Slit 504 Projection Lens 505 Condensing lens 506 Semiconductor film 507 Correction lens 515 Center wavelength 601 Laser oscillator 602 Diffractive optical element 603 Slit 604 Projection lens 605 Condensing lens 606 Mirror 607 Semiconductor film 608 Adsorption stage 609 X stage 610 Y stage 901 Laser oscillator 902 Diffraction Optical element 903 Slit 904 Beam splitter 905 Semiconductor film 906 Phase conjugate mirror 907 Condensing lens 1000 Laser oscillator 1003 Phase conjugate mirror 1 004 Beam splitter 1005 Diffractive optical element 1006 Slit 1007 Projection lens 1008 Condensing lens 1009 Semiconductor film 1010 X stage 1011 Y stage

Claims (16)

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器より射出されたレーザビームの強度分布を均一化するビームホモジナイザと、
前記ビームホモジナイザを通過したレーザビームの端部を遮断するためのスリットと、
前記スリットの像を照射面に投影するための投影レンズと、
前記スリットの像を前記照射面上で集光するための集光レンズと、
前記レーザビームに対して前記照射面を相対的に移動する手段とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
A beam homogenizer for homogenizing the intensity distribution of the laser beam emitted from the laser oscillator;
A slit for blocking the end of the laser beam that has passed through the beam homogenizer;
A projection lens for projecting an image of the slit onto the irradiation surface;
A condensing lens for condensing the image of the slit on the irradiation surface;
Means for moving the irradiation surface relative to the laser beam.
請求項1において、
前記ビームホモジナイザは回折光学素子であることを特徴とするレーザ照射装置。
In claim 1,
The laser irradiation apparatus, wherein the beam homogenizer is a diffractive optical element.
請求項1または請求項2において、
前記投影レンズは、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とするレーザ照射装置。
In claim 1 or claim 2,
The laser irradiation apparatus, wherein the projection lens is a convex cylindrical lens or a convex spherical lens.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記集光レンズは、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The condensing lens may be a convex cylindrical lens or a convex spherical lens.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記スリットの開口部の幅をa、前記照射面における前記レーザビームの長軸の長さをb、前記投影レンズの焦点距離をf、前記スリットの射出側の面から前記投影レンズの第1主点までの距離をd、前記投影レンズの第2主点から前記照射面までの距離をdとすると、a、b、f、d、dは、1/f=(1/d)+(1/d)、d:d=a:bの関係を有することを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The width of the opening of the slit is a, the length of the long axis of the laser beam on the irradiation surface is b, the focal length of the projection lens is f, and the first main surface of the projection lens from the surface on the exit side of the slit. When the distance to the point is d 1 and the distance from the second principal point of the projection lens to the irradiation surface is d 2 , a, b, f, d 1 and d 2 are 1 / f = (1 / d 1 ) + (1 / d 2 ), d 1 : d 2 = a: b
請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記スリットは、開口部の幅を調節するための遮蔽板を有することを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The laser irradiation apparatus, wherein the slit has a shielding plate for adjusting the width of the opening.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記レーザビームは、連続発振のレーザビームまたは発振周波数が10MHz以上のパルスレーザビームであることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The laser irradiation apparatus, wherein the laser beam is a continuous wave laser beam or a pulsed laser beam having an oscillation frequency of 10 MHz or more.
請求項7において、前記レーザ発振器は、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト、YAlO、GdVO、多結晶のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVO、また光ファイバ内に、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Arイオンレーザ、またはTi:サファイアレーザから選ばれたレーザ発振器であることを特徴とするレーザ照射装置。 8. The laser oscillator according to claim 7, wherein the laser oscillator includes single crystal YAG, YVO 4 , forsterite, YAlO 3 , GdVO 4 , polycrystalline YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 , or an optical fiber. In addition, Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, and Ta as a dopant are selected from lasers, Ar ion lasers, or Ti: sapphire lasers that contain one or more of them as a medium. A laser irradiation apparatus which is a laser oscillator. 請求項7または請求項8において、
前記レーザビームは、非線形光学素子によって変換された高調波であることを特徴とするレーザ照射装置。
In claim 7 or claim 8,
The laser irradiation apparatus, wherein the laser beam is a harmonic converted by a nonlinear optical element.
レーザ発振器からレーザビームを射出させ、
前記レーザビームを、強度分布を均一にするためのビームホモジナイザを通過させ、
前記ビームホモジナイザを通過したレーザビームを、スリットを通過させ、
前記スリットを通過したレーザビームを、投影レンズ及び集光レンズを通過させて、
照射面に照射し、
前記照射面を前記レーザビームに対して相対的に移動しながら、前記レーザビームを照射することを特徴とするレーザ照射方法。
A laser beam is emitted from a laser oscillator,
Passing the laser beam through a beam homogenizer for uniform intensity distribution;
The laser beam that has passed through the beam homogenizer passes through the slit,
The laser beam that has passed through the slit is passed through a projection lens and a condenser lens,
Irradiate the irradiated surface,
A laser irradiation method comprising irradiating the laser beam while moving the irradiation surface relative to the laser beam.
請求項10において、
前記スリットの開口部の幅をa、前記照射面における前記レーザビームの長軸の長さをb、前記投影レンズの焦点距離をf、前記スリットの射出側の面から前記投影レンズの第1主点までの距離をd、前記投影レンズの第2主点から前記照射面までの距離をdとすると、
1/f=(1/d)+(1/d
:d=a:b
の関係を有することを特徴とするレーザ照射方法。
In claim 10,
The width of the opening of the slit is a, the length of the long axis of the laser beam on the irradiation surface is b, the focal length of the projection lens is f, and the first main surface of the projection lens from the surface on the exit side of the slit. If the distance to the point is d 1 and the distance from the second principal point of the projection lens to the irradiation surface is d 2 ,
1 / f = (1 / d 1 ) + (1 / d 2 )
d 1 : d 2 = a: b
The laser irradiation method characterized by having the following relationship.
請求項9又は11において、
前記ビームホモジナイザは回折光学素子であることを特徴とする照射方法。
In claim 9 or 11,
The irradiation method, wherein the beam homogenizer is a diffractive optical element.
請求項9乃至請求項12のいずれか1項において、
前記投影レンズは、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 9-12,
The laser irradiation method, wherein the projection lens is a convex cylindrical lens or a convex spherical lens.
請求項10乃至請求項13のいずれか一項において、
前記集光レンズは、凸型シリンドリカルレンズまたは凸型球面レンズであることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claims 10 to 13,
The laser irradiation method, wherein the condenser lens is a convex cylindrical lens or a convex spherical lens.
請求項9乃至請求項14のいずれか1項において、
前記レーザビームは、連続発振のレーザまたは発振周波数が10MHz以上のパルスレーザであることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claim 9 thru | or Claim 14,
The laser irradiation method, wherein the laser beam is a continuous wave laser or a pulsed laser having an oscillation frequency of 10 MHz or more.
請求項9乃至請求項14のいずれか1項において、
前記レーザ発振器から射出されるレーザビームは、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト、YAlO、GdVO、多結晶のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOまたは光ファイバに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されている結晶を媒質とするレーザ、Arイオンレーザ、またはTi:サファイアレーザであることを特徴とするレーザ照射方法。
In any one of Claim 9 thru | or Claim 14,
The laser beam emitted from the laser oscillator is applied to single crystal YAG, YVO 4 , forsterite, YAlO 3 , GdVO 4 , polycrystalline YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 or an optical fiber. A laser, Ar ion laser, or Ti: sapphire laser using a crystal added with one or more of Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, and Ta as a dopant. A laser irradiation method.
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