JP3871993B2 - レーザ照射装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該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）に関する。また、レーザ光の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行う技術が広く研究されている。なお、本明細書中において、結晶性半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【０００３】
エキシマレーザ等のパルスレーザ光を、照射面における形状（レーザ光のスポット）が矩形状や線状となるように光学系にて成形し、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)アニールを行う方法が生産性が高く工業的に優れている（例えば、特許文献１参照。）。また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい矩形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指すが、矩形状のレーザ光（矩形状ビーム）に含まれることに変わりはない。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エネルギー密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のであれば構わない。現状で１５Ｊ／パルスのエキシマレーザが市販されており、将来的には面状ビームを用いてレーザニールを行う可能性もある。また、レーザ光のスポットは特に定義しない場合はレーザ光の照射面におけるエネルギー分布とする。
【０００４】
図１０に、照射面においてレーザ光の形状を線状にするための光学系の構成の例を示す。この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光学系は図１０の構成に準じている。この構成は、レーザ光の断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に、照射面におけるレーザ光のエネルギー均一化を果たすものである。一般にビームのエネルギーの均一化を行う光学系をビームホモジナイザと呼ぶ。
【０００５】
レーザ７１から出たレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７３により、レーザ光のスポットは分割される。該方向を本明細書中では、第１の方向と呼ぶことにする。前記第１の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、７分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ７４にて、レーザ光は照射面７９にて１つに合成される。これにより、線状ビームの長尺方向のエネルギーの均一化と長さが決定される。
【０００６】
次に、図１０の側面図について説明する。レーザ７１から出たレーザ光のスポットは、シリンドリカルアレイレンズ７２ａと７２ｂにより分割される。前記方向を本明細書中では、第２の方向と呼ぶことにする。前記第２の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、４分割となっている。これらの分割されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ７４により、いったん１つのレーザ光にまとめられる。ミラー７７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ７８により、照射面７９にて再び１つのレーザ光に集光される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを言う。これにより、線状ビームの短尺方向のエネルギー均一化と短尺方向の長さが決定される。
【０００７】
例えば、レーザ７１として、レーザの出口で１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）であるエキシマレーザを用い、図１０に示した構成を持つ光学系により成形すると、照射面７９においてエネルギー分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとすることができる。
【０００８】
このとき、上記光学系の母材は例えば全て石英とすれば高い透過率が得られる。また、コーティングは、使用するエキシマレーザの波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用すると良い。
【０００９】
そして、上記の構成で形成された線状ビームをそのレーザ光の短尺方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、非晶質半導体の全面に対し、レーザニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−１９５３５７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
光学系により照射面またはその近傍において形成される線状や矩形状、面状のレーザ光の端部は、レンズの収差などにより、エネルギー密度が徐々に減衰している（図１１（Ａ））。本明細書中では、レーザ光の端部においてエネルギー密度が徐々に減衰する領域を減衰領域と呼ぶ。
【００１２】
また、基板の大面積化、レーザの大出力化に伴って、より長い線状ビームや矩形状ビーム、より大きな面状ビームが形成されつつある。このようなレーザ光によりアニールを行う方が効率が良いためである。しかしながら、レーザから発振されるレーザ光の端部のエネルギー密度は中心付近と比較して小さいため、光学系によってこれまで以上に拡大すると、減衰領域がますます顕著化する傾向にある。
【００１３】
減衰領域はエネルギー密度の均一性が高い領域に比べてエネルギー密度が十分でなく、しかも徐々に減衰しているため、前記減衰領域を有するレーザ光を用いてアニールを行っても、被照射体に対して一様なアニールを行うことはできない（図１１（Ｂ））。また、減衰領域を重ねて走査する方法によりアニールを行っても、均一性が高い領域とは明らかにアニールの条件が異なるため、やはり被照射体に対して一様にアニールすることができない。このように、減衰領域によりアニールされた領域と均一性が高い領域によってアニールされた領域とを同等に扱うことはできない。
【００１４】
例えば、被照射体が半導体膜である場合には、減衰領域によりアニールされた領域と均一性が高い領域によってアニールされた領域とでは結晶性が異なる。そのため、このような結晶性の異なる領域を有する半導体膜を用いてＴＦＴを作製しても、減衰領域によりアニールされた領域で作製されるＴＦＴの電気的特性が低下し、同一基板内におけるばらつきの要因となる。
【００１５】
また、図１０で示したように、線状ビームを形成するための光学系は複雑なものになっている。このような光学系に対して光学調整を行うのは非常に困難である上、フットプリントが大きくなるため、装置が大型化するという問題がある。
【００１６】
さらに、被照射体に対する反射率が高いレーザ光を用いると、前記レーザ光が被照射体に垂直に入射した場合には、被照射体に入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光が発生する。戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす要因となる。
【００１７】
そこで本発明は、従来より簡易な光学系を用い、かつ、レーザ光の端部における減衰領域を低減された矩形状ビームを形成して、効率良くアニールを行うことのできるレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、このようなレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を提供し、前記レーザ照射方法を工程に含む半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のレーザから射出されたそれぞれのレーザ光を分割し、異なるレーザから発振され、かつ、異なるエネルギー分布を有するレーザ光同士を合成して、エネルギー分布の均一性の優れたレーザ光を形成することを特徴とする。ここで、異なるエネルギー分布とは、回転して同じ分布になるものも異なる分布であるとする。また、本発明は、複数のレーザから射出されたそれぞれのレーザ光を分割し、異なるレーザから発振され、かつ、異なる位置関係にあるレーザ光を少なくとも１つ含むレーザ光同士を合成して、エネルギー分布の均一性の優れたレーザ光を形成することを特徴とする。
また、本発明は、複数のレーザから射出されたそれぞれのレーザ光を分割し、異なるレーザから発振され、かつ、異なるエネルギー分布を有するレーザ光を、凸レンズに対して斜めに入射させ射出させた後、照射面またはその近傍において合成して、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状のレーザ光を形成することを特徴とする。
【００１９】
異なるレーザから発振されたレーザ光を重ね合わせても干渉しない。そのため、コヒーレント長が数十〜数百ｍであるＹＶＯ4レーザや、１ｃｍ若しくはそれ以上であるＹＡＧレーザなど干渉性の高いレーザを用いてレーザ光の照射を行う場合に特に有効である。
【００２０】
また、レーザ光を凸レンズに対して斜めに入射することで、非点収差などの収差を生じさせ、照射面またはその近傍におけるレーザ光の形状を線状とすることが可能となる。
【００２１】
分割されたレーザ光を重ね合わせるときは、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光同士を重ね合わせるのがよい。互いに異なるエネルギー分布を有するレーザ光を多数重ね合わせることで、均一なレーザ光が得られるからである。
【００２２】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、複数のレーザと、該複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光を各々複数の第２のレーザ光に分割する手段と、複数の前記第１のレーザ光の各々において、前記第２のレーザ光から１つずつ選択して照射面またはその近傍において同一領域で合成する手段と、を有することを特徴としている。
【００２３】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧ（Ｎｄ3+：ＹＡＧ、Ｙｂ3+：ＹＡＧ、Ｃｒ4+：ＹＡＧ）レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3（Ｎｄ3+：ＹＡＧ、Ｙｂ3+：ＹＡＧ）レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００２４】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６５ｎｍのレーザ光を出すことで知られている。このレーザ光の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【００２５】
また、上記構成において、前記分割する手段は、スリット、ミラー、プリズム、シリンドリカルレンズ、シリンドリカルレンズアレイから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００２６】
また、上記構成において、前記合成する手段は、ミラー、シリンドリカルレンズから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００２７】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光を各々複数の第２のレーザ光に分割し、複数の前記第１のレーザ光の各々において、前記第２のレーザ光から１つずつ選択して照射面またはその近傍において同一領域で合成することを特徴としている。
【００２８】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００２９】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００３０】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光を各々複数の第２のレーザ光に分割し、複数の前記第１のレーザ光の各々において、前記第２のレーザ光から１つずつ選択して、第３のレーザ光とし、前記第３のレーザ光を照射面またはその近傍において同一領域で合成して、第４のレーザ光を形成し、前記第４のレーザ光を半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００３１】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００３２】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００３３】
また、上記構成において、前記半導体膜は、珪素を含む膜であることが望ましい。そして、前記半導体膜を形成する基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。
【００３４】
本発明は、異なるレーザから発振されたレーザ光を照射面またはその近傍で合成しているため、干渉は起こらない。また、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を照射面またはその近傍において合成するのが最も望ましいが、レーザ光のモードによって最適な合成方法は異なるので、実施者が適宜合成方法を決定すれば良い。例えば、ＴＥＭ00モードのレーザ光では対称性が高いので、２分割したレーザ光の左半分と右半分とを合成すると比較的均一性の高いレーザ光を得ることができる。もちろん、分割数を増やした方がより均一性の高いレーザ光を得ることができる。その他のモードでも同様の方法で均一性の高いレーザ光を得ることができる。
【００３５】
また、基板上に形成されている半導体膜に対して、エネルギー分布の均一性の高い矩形状ビームを照射することができるため、物性の一様な半導体膜を得ることができる。そして、このような半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することを可能とする。そして、このようなＴＦＴから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００３６】
【発明の実施の形態】
[発明の実施の形態１]
本実施形態では、複数のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図１および図２を用いて説明する。
【００３７】
レーザ１０１ａ、１０１ｂからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１０１ａ、１０１ｂとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１０１ａ、１０１ｂから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してあってもよい。
【００３８】
また、１０２ａ、１０２ｂはアイソレータ―である。被照射体に対する反射率が高いレーザ光を用い、前記レーザ光が被照射体に垂直に入射すると、被照射体に入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光が発生する。戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす要因となる。本実施形態における光学系は対称的な配置となっているため、照射面でのそれぞれの反射光が互いのレーザに対して、戻り光と同様な悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、アイソレータ―１０２ａ、１０２ｂを設置するのが望ましい。
【００３９】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。もちろん、レーザ光を一方向のみではなく、二方向とも拡大してもよい。また、シリンドリカルレンズ１０３ａ、１０４ａ、１０３ｂ、１０４ｂは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【００４０】
ビームエキスパンダー１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂから射出されたレーザ光は、ミラー１０５ａ、１０５ｂにより２方向に分割される。その様子を図２を用いて説明する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）はレーザ光の進行方向に対して垂直な断面でのレーザ光の形状を示している。レーザ１０１ａから発振したレーザ光は図２（Ａ）で示すように、ミラー１０５ａにより第１のレーザ光と第２のレーザ光に分割され、第２のレーザ光は被照射体１０８へ入射し、第１のレーザ光はダンパー１０７ａに吸収される。一方、レーザ１０１ｂから発振したレーザ光は図２（Ｂ）で示すように、ミラー１０５ｂにより第３のレーザ光と第４のレーザ光に分割され、第３のレーザ光は被照射体１０８へ入射し、第４のレーザ光はダンパー１０７ｂに吸収される。
【００４１】
被照射体１０８へ入射する２つのレーザ光は、異なるレーザから発振されたものであるため合成されても干渉は起こらない。また、レーザ１０１ａから発振されたレーザ光は第２のレーザ光が被照射体へ入射し、レーザ１０１ｂから発振されたレーザ光は第３のレーザ光が被照射体へ入射しているため、照射面またはその近傍において異なるエネルギー分布を有するレーザ光が合成されるので、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状のレーザ光が形成される。（図２（Ｃ））
【００４２】
このようにして形成されるレーザ光を照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【００４３】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００４４】
また、本実施形態では、ミラーを用いてレーザ光の分割をしているが、これに限らず、スリットやプリズムやシリンドリカルレンズやシリンドリカルレンズアレイなどを用いることもできる。
【００４５】
また、本実施形態では、２つのレーザを用い、レーザ光の分割数を２としているが、これに限らない。なお、レーザは１０台程度用いるのが好ましいが、用いるレーザの台数が少ないときは、偶数台用いて、レーザ光を偶数に分割するのが望ましい。また、用いるレーザは同一のものでなくても良い。
【００４６】
また、本実施形態では、図２で示したように、レーザ光の進行方向における垂直な面において等幅で分割しているが、本発明はこれに限らない。
【００４７】
また、本実施形態では、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を照射面またはその近傍において合成しているが、レーザ光のモードによって最適な合成方法は異なるので、実施者が適宜合成方法を決定すれば良い。例えば、ＴＥＭ00モードのレーザ光では対称性が高いので、２分割したレーザ光の左半分と右半分とを合成すると比較的均一性の高いレーザ光を得ることができる。もちろん、分割数を増やした方がより均一性の高いレーザ光を得ることができる。その他のモードでも同様の方法で均一性の高いレーザ光を得ることができる。
【００４８】
また、用いるレーザの波長により合成石英ガラスの表面に施されているコーティングを適切なものに変えれば、さまざまなレーザに適用できる。
【００４９】
また、本実施形態では、照射面における形状が矩形状である矩形状ビームを形成しているが、形成される形状はこれに限らない。レーザから射出されたレーザ光の形状はレーザの種類によって異なり、光学系によって成形しても、元の形状の影響を受けやすい。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザから射出されたレーザ光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状のものもあるし、固体レーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状である。いずれの形状においても、被照射体のアニールに十分なエネルギー密度であるのなら問題はなく、本発明を適用することが可能である。
【００５０】
[発明の実施の形態２]
本実施の形態では、３台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図２１〜図２３を用いて説明する。
【００５１】
レーザ１０１ａ〜１０１ｃからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１０１ａ〜１０１ｃとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００５２】
図示しないが、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されたそれぞれのレーザ光を、ビームエキスパンダーにより拡大してもよい。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものである。
【００５３】
レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１０２ａ〜１０２ｃにより２方向に分割される。その様子を図２２に示す。光学系１０２ａにより、レーザ１０１ａから発振されたレーザ光は３分割のうちの左端のレーザ光（図２２（Ａ）における第１のレーザ光）のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１１０ａへ到達する。光学系１０２ｂにより、レーザ１０１ｂから発振されたレーザ光は３分割のうちの中央のレーザ光（図２２（Ｂ）における第２のレーザ光）のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１１０ｂへ到達する。光学系１０２ｃにより、レーザ１０１ｃから発振されたレーザ光は３分割のうちの右端のレーザ光（図２２（Ｃ）における第３のレーザ光）のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１１０ｃへ到達する。このように、光学系１０２ａ〜１０２ｃにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【００５４】
もちろん、それぞれのレーザ光をシリンドリカルレンズアレイに入射させて分割した後、反射面を有するスリットにより、分割された所望のレーザ光のみ取り出すこともできる。
【００５５】
そして、光学系１０２ａ〜１０２ｃにより直進するレーザ光は、ミラー１０３ａ〜１０３ｃを経由して、凸レンズ１０４ａ〜１０４ｃに対して斜めに入射する。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において矩形状ビーム１０６を形成することができる。また、図２２で示したように、光学系１０２ａ、１０２ｃを経たレーザ光は光学系１０２ｂを経たレーザ光より長軸方向の長さが短い。そのため、光学系１０２ｂを経たレーザ光よりも斜めから入射させることで、長軸方向の長さが長くなり、それぞれのレーザ光の長尺方向の長さを揃えることができる。他にも、シリンドリカルレンズ等により拡大する方法もある。
【００５６】
また、凸レンズ１０４ａ〜１０４ｃの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。さらに、凸レンズは球面収差を補正した非球面レンズとするのが望ましい。非球面レンズを用いれば、集光性がよくなり、アスペクト比の向上やエネルギー密度の分布が向上する。
【００５７】
凸レンズ１０４ａ〜１０４ｃを経たレーザ光は照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビーム１０６が形成する（図２２（Ｄ））。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されるため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００５８】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１０８で示す方向または１０９で示す方向に被照射体１０５に対して相対的に移動することで、被照射体１０５において所望の領域または全面を照射することができる。
【００５９】
しかしながら、レーザ光の波長によっては、被照射体１０５の表面での反射光と、被照射体１０５が形成されている基板の裏面での反射光とで干渉してしまう場合がある。図２３に被照射体１０５として、基板１０上に半導体膜１１を形成する例を示す。半導体膜１１での反射光と基板１０の裏面での反射光とが重ならなければ、これらの光による干渉は起こらない。
【００６０】
この場合、照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザ光の入射角度θは、前記入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザ光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。ここでWは被照射体に入射するときのビーム長１５である。なお、レーザ光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザ光が入射されれば、基板の表面での反射光と、基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザ光の照射を行うことができる。また、被照射体に対する入射角θをブリュースタ―角とすれば反射率が最も低くなるので、レーザ光を効率的に用いることができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、線状ビームの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。なお、照射面に入射するレーザ光の入射角度はすべて、それぞれ上記式θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。
【００６１】
また、被照射体の表面に、反射防止膜が形成されていてもよい。
【００６２】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００６３】
また、本実施形態では、３つのレーザを用い、レーザ光の分割数を３としているが、これに限らない。
【００６４】
また、本実施形態では、図２２で示したように、レーザ光の進行方向における垂直な面において等幅で分割しているが、本発明はこれに限らない。
【００６５】
なお、レーザから射出されたレーザ光の種類によってレーザ光の形状は異なり、光学系によって成形しても元の形状の影響を受けやすい。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザから射出されたレーザ光の形状は、矩形状であり、固体レーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状である。いずれの形状においても、本発明を適用することは可能である。
【００６６】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。
【００６７】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、４台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図３および図４を用いて説明する。
【００６８】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１３１ａ〜１３１ｄとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１３１ａ〜１３１ｄから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００６９】
本実施例では、連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。レーザ光のビーム径は２．２５ｍｍであり、拡がり角は０．３５ｍｒａｄとする。
【００７０】
また、図示しないがアイソレータ―を設置するのが望ましい。本実施例における光学系は対称的な配置となっているため、照射面でのそれぞれの反射光が互いのレーザに対して、戻り光と同様な悪影響を及ぼす可能性があるためである。
【００７１】
また、図示しないがビームエキスパンダーを設置してレーザ光の長尺方向および短尺方向を拡大してもよい。ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものである。
【００７２】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄから射出されたレーザ光は、反射面を有するスリット１３２ａ〜１３２ｄにより２方向に分割される。ただし、スリット１３２ａ〜１３２ｄはそれぞれのレーザ光に対して設置する位置が異なっているため、異なる位置のレーザ光のみが直進する。その様子を図４を用いて説明する。図４はレーザの進行方向に対して垂直な断面でのレーザ光の形状を示している。図４（Ａ）はレーザ１３１ａから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ａにより第１のレーザ光は直進し、第２〜第４のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。図４（Ｂ）はレーザ１３１ｂから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｂにより第２のレーザ光は直進し、第１、第３、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。図４（Ｃ）はレーザ１３１ｃから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｃにより第３のレーザ光は直進し、第１、第２、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。図４（Ｄ）はレーザ１３１ｄから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｄにより第４のレーザ光は直進し、第１〜第３のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。このように、スリット１３２ａ〜１３２ｄは、それぞれのレーザ光の異なるエネルギー分布を有するレーザ光を直進させ、それ以外のレーザ光を反射させる役割を有している。
【００７３】
次いで、スリット１３２ａ〜１３２ｄを経由したレーザ光は、プリズム１３３ａ〜１３３ｄによって進行方向が曲げられる。プリズム１３３ａ〜１３３ｄはそれぞれのレーザ光を同じ照射位置で合成するために設置している。
【００７４】
そして、照射面に到達するレーザ光が元のレーザ光の端部のレーザ光である場合、シリンドリカルレンズ１３４ａ、１３４ｄによりレーザ光の長尺方向の長さを拡大させるのが望ましい。図４で示したように、レーザ光の両端は中央付近に比べて短いため、中央付近と同様の長さにしておくと、照射面またはその近傍で合成されたときに、均一性の高い矩形状ビームが得られるためである。本実施例では焦点距離５０ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率が長尺方向に平行になるように設置した。
【００７５】
以上のような構成でなる光学系により照射面において図４（Ｅ）のように合成される。また、照射面において形成されるレーザ光の形状をシミュレーションした結果を図５に示す。図５より、７．１ｍｍ×２２．２ｍｍの矩形状ビームが得られることが分かる。この矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉が起こらない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームになっている。
【００７６】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【００７７】
なお、本実施例ではレーザの台数を４、分割数を４としているが、これらに限定はない。
【００７８】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００７９】
［実施例２］
本実施例では、３台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図６を用いて説明する。
【００８０】
レーザ１２１ａ〜１２１ｃからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１２１ａ〜１２１ｃとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１２１ａ〜１２１ｃから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００８１】
本実施例では、パルス発振のＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換して用いる。
【００８２】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。また、シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【００８３】
ビームエキスパンダー１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃから射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１２４ａ〜１２４ｃにより２方向に分割される。光学系１２４ａにより、レーザ１２１ａから発振されたレーザ光は３分割のうちの左のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１２６へ到達する。光学系１２４ｂにより、レーザ１２１ｂから発振されたレーザ光は３分割のうちの中央のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１２６へ到達する。光学系１２４ｃにより、レーザ１２１ｃから発振されたレーザ光は３分割のうちの右のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１２６へ到達する。このように、光学系１２４ａ〜１２４ｃにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【００８４】
もちろん、それぞれのレーザ光をシリンドリカルレンズアレイに入射させて分割した後、反射面を有するスリットにより、所望の領域のレーザ光のみ取り出すこともできる。
【００８５】
なお、図示しないが、照射面に到達するレーザ光が元のレーザ光の端部のレーザ光である場合、中央付近のレーザ光に比べて長尺方向が短いため、シリンドリカルレンズ等により拡大するのが望ましい。
【００８６】
光学系１２４ａ〜１２４ｃを経たレーザ光はシリンドリカルレンズ１２５により、照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成する。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されるため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００８７】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【００８８】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００８９】
また、本実施形態では、３つのレーザを用い、レーザ光の分割数を３としているが、これに限らない。
【００９０】
なお、本実施例は実施例１と自由に組み合わせることが可能である。
【００９１】
［実施例３］
本実施例では、２つのレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせ、複数のレーザ光を同時に形成するための光学系の例について図７を用いて説明する。
【００９２】
レーザ１４１ａ、１４１ｂからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１４１ａ、１４１ｂとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１４１ａ、１４１ｂから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００９３】
本実施例では、連続発振のＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第３高調波に変換して用いる。
【００９４】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１４２ａ、１４３ａまたは１４２ｂ、１４３ｂにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。また、シリンドリカルレンズ１４２ａ、１４３ａ、１４２ｂ、１４３ｂは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１４２ａ、１４３ａ、１４２ｂ、１４３ｂの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【００９５】
ビームエキスパンダー１４２、１４３から射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１４４ａ、１４４ｂにより２方向に分割される。光学系１４４ａにより、レーザ１４１ａから発振されたレーザ光は２分割のうちの左のレーザ光が直進し、右のレーザ光はミラーにより反射する。光学系１４４ｂにより、レーザ１４１ｂから発振されたレーザ光は２分割のうちの左のレーザ光が直進し、右のレーザ光はミラーにより反射する。このように、光学系１４４ａ、１４４ｂにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【００９６】
光学系１４４ａ、１４４ｂにより直進するレーザ光はシリンドリカルレンズ１４７ａにより照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成する。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００９７】
一方、光学系１４４ａ、１４４ｂにより反射するレーザ光はシリンドリカルレンズ１４６ａ、１４６ｂ、およびシリンドリカルレンズ１４７ｂにより、照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成される。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００９８】
そして、このようにして形成される複数の矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。また、複数の矩形状ビームが形成されているため、スループットを向上させることが可能となる。
【００９９】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１００】
また、本実施形態では、２つのレーザを用い、レーザ光の分割数を２としているが、これに限らないし、形成される矩形状ビームの数も２に限定するものではない。
【０１０１】
なお、本実施例は実施例１または実施例２と自由に組み合わせることが可能である。
【０１０２】
［実施例４］
本実施例では、４台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図８を用いて説明する。
【０１０３】
レーザ１５１ａ〜１５１ｄからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１５１ａ〜１５１ｄとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１５１ａ〜１５１ｃから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【０１０４】
本実施例では、パルス発振のＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換して用いる。ＹＡＧレーザの第２高調波は、ガラス基板や石英基板を透過するので、本実施例のように基板の両側から照射するときに用いるのに好ましい。
【０１０５】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。また、シリンドリカルレンズ１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【０１０６】
ビームエキスパンダー１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄから射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１５４ａ〜１５４ｄにより２方向に分割される。光学系１５４ａにより、レーザ１５１ａから発振されたレーザ光は４分割のうちの最も左のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１５６ａへ到達する。光学系１５４ｂにより、レーザ１５１ｂから発振されたレーザ光は４分割のうちの左から２番目のレーザ光のみが直進し、それ以外の領域はミラーにより反射してダンパー１５６ａへ到達する。光学系１５４ｃにより、レーザ１５１ｃから発振されたレーザ光は４分割のうちの右から２番目のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１５６ｃへ到達する。光学系１５４ｄにより、レーザ１５１ｄから発振されたレーザ光は４分割のうちの最も右のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１５６ｃへ到達する。このように、光学系１５４ａ〜１５４ｄにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【０１０７】
もちろん、それぞれのレーザ光をシリンドリカルレンズアレイに入射させて分割した後、反射面を有するスリットにより、所望の領域のレーザ光のみ取り出すこともできる。
【０１０８】
なお、図示しないが、分割された領域のうち端部のレーザ光は中央付近のレーザ光に比べて長尺方向が短いため、シリンドリカルレンズ等により拡大するのが望ましい。
【０１０９】
光学系１５４ａ〜１５４ｄを経たレーザ光はシリンドリカルレンズ１５５ａ、１５５ｃにより、照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成する。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されるため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【０１１０】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１１１】
基板の片側から複数のレーザ光を同じ照射位置で合成すると、それぞれの光路長が異なり、レーザ光が有する拡がり角によりビームが不必要に拡大してしまい、エネルギー分布の均一性が低下することもある。本実施例の構成では、それぞれのレーザ光の照射面までの光路長が等しいため、そのような問題は発生しない。
【０１１２】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、４つのレーザを用い、レーザ光の分割数を４としているが、これに限らない。
【０１１４】
なお、本実施例は実施例１乃至３と自由に組み合わせることが可能である。
【０１１５】
［実施例５］
本実施例では、４つのレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせて合成し、基板の両側から照射するための光学系の例について図９を用いて説明する。
【０１１６】
図９において、レーザ１０１ａ、１０１ｂ、アイソレーター１０２ａ、１０２ｂビームエキスパンダー１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂ、ミラー１０５ａ、１０５ｂ、ミラー１０６ａ、１０６ｂ、被照射体１０８、ステージ１０９で構成される光学系は、実施形態１で説明した構成（図１）と同様である。
【０１１７】
本実施例では、レーザとしてＹＬＦレーザを用い、第２高調波に変換して用いる。ＹＬＦレーザの第２高調波は、ガラス基板や石英基板を透過するので、本実施例のように基板の両側から照射するときに用いるのに好ましい。また、透過しない波長であっても、基板を部分的にアニールすることができるため、本実施例に用いることは可能である。
【０１１８】
被照射体１０８に対して対称的に、図１と同じ構成のレーザ１０１ｃ、１０１ｄ、アイソレーター１０２ｃ、１０２ｄビームエキスパンダー１０３ｃ、１０４ｃまたは１０３ｄ、１０４ｄ、ミラー１０５ｃ、１０５ｄ、ミラー１０６ｃ、１０６ｄからなる光学系を配置する。
【０１１９】
このような構成により、基板の両側から矩形状ビームを照射することができる。そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１２０】
基板の両側から照射することで、エネルギー密度を高めることが可能となる。また、基板の片側から複数のレーザ光を同じ照射位置で合成すると、それぞれの光路長が異なり、レーザ光が有する拡がり角によりビームが不必要に拡大してしまい、エネルギー分布の均一性が低下することもある。本実施例の構成では、それぞれのレーザ光の照射面までの光路長が等しいため、そのような問題は発生しない。
【０１２１】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１２２】
また、本実施例では、４つのレーザを用い、レーザ光の分割数を２としているが、これに限らない。
【０１２３】
なお、本実施例は実施例１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。
【０１２４】
［実施例６］
本実施例では、４台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図４、図２４及び図２５を用いて説明する。
【０１２５】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１３１ａ〜１３１ｄとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１３１ａ〜１３１ｄから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【０１２６】
本実施例では、連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。レーザ光のビーム径は２．２５ｍｍであり、拡がり角は０．３５ｍｒａｄとする。
【０１２７】
また、図示しないがアイソレータ―を設置するのが望ましい。本実施例における光学系は対称的な配置となっているため、照射面でのそれぞれの反射光が互いのレーザに対して、戻り光と同様な悪影響を及ぼす可能性があるためである。
【０１２８】
また、図示しないがビームエキスパンダーを設置してレーザ光の長尺方向および短尺方向を拡大してもよい。ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものである。
【０１２９】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄから射出されたレーザ光は、反射面を有するスリット１３２ａ〜１３２ｄにより２方向に分割される。ただし、スリット１３２ａ〜１３２ｄはそれぞれのレーザ光に対して設置する位置が異なっているため、異なる位置のレーザ光のみが直進する。その様子を図４を用いて説明する。図４はレーザの進行方向に対して垂直な断面でのレーザ光の形状を示している。図４（Ａ）はレーザ１３２ａから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ａにより第１のレーザ光は直進し、第２〜第４のレーザ光は反射されてダンパー１３５ａに吸収される。図４（Ｂ）はレーザ１３２ｂから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｂにより第２のレーザ光は直進し、第１、第３、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３５ａに吸収される。図４（Ｃ）はレーザ１３２ｃから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｃにより第３のレーザ光は直進し、第１、第２、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３５ｃに吸収される。図４（Ｄ）はレーザ１３２ｄから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｄにより第４のレーザ光は直進し、第１〜第３のレーザ光は反射されてダンパー１３５ｃに吸収される。このように、スリット１３２ａ〜１３２ｄは、それぞれのレーザ光の異なるエネルギー分布を有するレーザ光を直進させ、それ以外のレーザ光を反射させる役割を有している。
【０１３０】
次いで、スリット１３２ａ〜１３２ｄを経由したレーザ光は、凸レンズ１３４ａ〜１３４ｄに対して斜めに入射する。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において矩形状ビーム１０６を形成することができる。本実施例では、凸レンズ１３４ａ、１３４ｄの曲率半径を７ｍｍ、凸レンズ１３４ｂ、１３４ｃの曲率半径を９ｍｍとした。図４で示したように、レーザ光の両端は中央付近に比べて短い。そのため、曲率半径を変える事で、元のレーザ光の端部のレーザ光の長尺方向の長さが、元のレーザ光の中央のレーザ光よりも拡大され、照射面またはその近傍で合成されたときに、均一性の高い矩形状ビームを得ることができる。他にも、照射面に到達するレーザ光が元のレーザ光の端部のレーザ光である場合に、シリンドリカルレンズなどによりレーザ光の長尺方向の長さを拡大させる方法も挙げられる。
【０１３１】
以上のような構成でなる光学系により照射面において形成されるレーザ光の形状の模式図は図４（Ｅ）のようになり、シミュレーションにより得られた結果について図２５に示す。図２５より、１９０μｍ×９５０μｍの矩形状ビームが得られることが分かる。この矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉が起こらない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームになっている。
【０１３２】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１０８で示す方向または１０９で示す方向に被照射体１０５に対して相対的に移動することで、被照射体１０５において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１３３】
なお、本実施例ではレーザの台数を４、分割数を４としているが、これらに限定はない。
【０１３４】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１３５】
［実施例７］
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図１２〜図１５を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１３６】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である矩形状ビームを複数形成できるので、複数の矩形状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【０１３７】
次いで、基板４００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜４０１を公知の手段により形成する。本実施例では下地膜４０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。
【０１３８】
次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施例１乃至６のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【０１３９】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜し、この非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法およびレーザ結晶化法を行う。金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入した後、５５０℃で５時間の熱処理を行って第１の結晶性珪素膜を得る。そして、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により第２高調波に変換したのち、実施例１乃至６のいずれか一に示す光学系、またはこれらの実施例を組み合わせた光学系により矩形状ビームを形成して照射して第２の結晶性珪素膜を得る。前記第１の結晶性珪素膜にレーザ光を照射して第２の結晶性珪素膜とすることで、結晶性が向上する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光に対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。また、パルス発振のエキシマレーザを用いる場合には、レーザエネルギー密度を１００〜１０００mJ/cm2(代表的には２００〜８００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。
【０１４０】
もちろん、第１の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製することもできるが、第２の結晶性珪素膜は結晶性が向上しているため、ＴＦＴの電気的特性が向上するので望ましい。例えば、第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６００ｃｍ2／Ｖｓ程度の高い値を得る。
【０１４１】
このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層４０２〜４０６を形成する。
【０１４２】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１４３】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１４４】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cｍ2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【０１４５】
次いで、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成する。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。
【０１４６】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしているが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１４７】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図１２（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【０１４８】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【０１４９】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【０１５０】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図１２（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【０１５１】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１５２】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図１３（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０18〜５×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４４１、４４４、４４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
【０１５３】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【０１５４】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第１の導電層４２９ａ、４３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１３（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【０１５５】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【０１５６】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１５７】
次いで、図１３（Ｃ）に示すように、レーザ光を照射して、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。レーザ活性化は、実施例１乃至６のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、レーザエネルギー密度を５０〜１０００mJ/cm2(代表的には５０〜５００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。なお、レーザニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）などを適用することができる。
【０１５８】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【０１５９】
そして、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行っても良い。
【０１６０】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【０１６１】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹（図示しない）が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【０１６２】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０１６３】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３〜４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図１４）
【０１６４】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４３３ａと４３３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０１６５】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０１６６】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２８ａと重なる低濃度不純物領域４３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４４５、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５３と、低濃度不純物領域４５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４３０ａと重なる低濃度不純物領域４４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５６を有している。
【０１６７】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８を有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４１６を誘電体として、電極（４３２ａと４３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【０１６８】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０１６９】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１５に示す。なお、図１２〜図１５に対応する部分には同じ符号を用いている。図１４中の鎖線Ａ−Ａ’は図１５中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１４中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１５中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１７０】
［実施例８］
本実施例では、実施例７で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１６を用いる。
【０１７１】
まず、実施例５に従い、図１４の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１４のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１７２】
次いで、対向基板５６９を用意する。次いで、対向基板５６９上に着色層５７０、５７１、平坦化膜５７３を形成する。赤色の着色層５７０と青色の着色層５７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１７３】
本実施例では、実施例５に示す基板を用いている。従って、実施例５の画素部の上面図を示す図１５では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１７４】
このように、ブラックマトリクス
等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【０１７５】
次いで、平坦化膜５７３上に透明導電膜からなる対向電極５７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜５７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１７６】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１６に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１７７】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布の均一なレーザ光により一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性が十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１７８】
なお、本実施例は実施例１乃至７と自由に組み合わせることが可能である。
【０１７９】
［実施例９］
本実施例では、実施例７で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１８０】
なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。
【０１８１】
図１７は本実施例の発光装置の断面図である。図１７において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１４のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１８２】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８３】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１４のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８４】
また、配線７０１、７０３はＣＭＯＳ回路のソース配線、７０２はドレイン配線として機能する。また、配線７０４はソース配線７０８とスイッチングＴＦＴのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線７０５はドレイン配線７０９とスイッチングＴＦＴのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【０１８５】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１４のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８６】
また、配線７０６は電流制御ＴＦＴ６０４のソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０７は電流制御ＴＦＴ６０４のドレイン配線であり、画素電極７１１上に重ねることで画素電極７１１と電気的に接続する電極である。
【０１８７】
なお、７１１は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極７１１は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜７１０上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜７１０を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１８８】
配線７０１〜７０７を形成後、図１７に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１８９】
なお、バンク７１２は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク７１２の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は１×１０6〜１×１０12Ωｍ（好ましくは１×１０8〜１×１０10Ωｍ）となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【０１９０】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１７では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ3にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１９１】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が２０以下または連鎖する分子の長さが１０μｍ以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として２０ｎｍのポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として１００ｎｍ程度のパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）膜を設けた積層構造としても良い。なお、ＰＰＶのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１９２】
次に、発光層７１３の上には導電膜からなる陰極７１４が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【０１９３】
この陰極７１４まで形成された時点で発光素子７１５が完成する。なお、ここでいう発光素子７１５は、画素電極（陽極）７１１、発光層７１３及び陰極７１４で形成されたダイオードを指す。
【０１９４】
発光素子７１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜７１６を設けることは有効である。パッシベーション膜７１６としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【０１９５】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１９６】
さらに、パッシベーション膜７１６上に封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）や可撓性基板の両面に炭素膜（好ましくはＤＬＣ膜）を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、ＳｉＮなどを用いることができる。
【０１９７】
こうして図１７に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１９８】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、ｐチャネル型ＴＦＴ６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｐチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１９９】
さらに、図１７を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０２００】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【０２０１】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布の均一なレーザ光により一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性が十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０２０２】
なお、本実施例は実施例１乃至７と自由に組み合わせることが可能である。
【０２０３】
［実施例１０］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０２０４】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１８、図１９及び図２０に示す。
【０２０５】
図１８（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０２０６】
図１８（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０２０７】
図１８（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０２０８】
図１８（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３３０２に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０２０９】
図１８（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇiｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明により作製された半導体装置を表示部３４０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【０２１０】
図１８（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０２１１】
図１９（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０２１２】
図１９（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０２１３】
なお、図１９（Ｃ）は、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１９（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２１４】
また、図１９（Ｄ）は、図１９（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１９（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２１５】
ただし、図１９に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０２１６】
図２０（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０２１７】
図２０（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。
【０２１８】
図２０（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部４１０３に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０２１９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜８または９の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０２２０】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）照射面またはその近傍の平面においてエネルギー分布の均一性の非常に優れたレーザ光を形成することを可能とする。そのため、被照射体に対して一様にアニールすることを可能とする。
（ｂ）異なるレーザから発振されたレーザ光を合成するため、干渉が起こらない。これは干渉性の高いレーザを用いる場合に特に有効である。
（ｃ）スループットを向上させることを可能とする。これは、大面積基板の場合に特に有効である。
（ｄ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２】 図１の光学系により分割されるレーザ光の様子の例を示す図。
【図３】 本発明の光学系の例を示す図。
【図４】 図３の光学系により分割されるレーザ光の様子の例を示す図。
【図５】 図３の光学系により照射面において形成される矩形ビームの形状の例を示す図。
【図６】 本発明の光学系の例を示す図。
【図７】 本発明の光学系の例を示す図。
【図８】 本発明の光学系の例を示す図。
【図９】 本発明の光学系の例を示す図。
【図１０】 従来の光学系の例を示す図。
【図１１】 （Ａ）従来の光学系により形成されるレーザ光のエネルギー密度の分布の例を示す図。
（Ｂ） 図１１（Ａ）で示すレーザ光により大面積基板をアニールする例を示す図。
【図１２】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１４】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１５】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１６】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１７】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１８】 半導体装置の例を示す図。
【図１９】 半導体装置の例を示す図。
【図２０】 半導体装置の例を示す図。
【図２１】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２２】 図２１の光学系により分割されるレーザ光の様子の例を示す図。
【図２３】 被照射体に対するレーザ光の入射角度θを求めるための図。
【図２４】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２５】 本発明により照射面において形成されるレーザ光の形状の例を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光の照射方法およびそれを行うためのレーザ照射装置（レーザと該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）に関する。また、レーザ光の照射を工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、ここでいう半導体装置には、液晶表示装置や発光装置等の電気光学装置及び該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。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された半導体膜に対し、レーザニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行う技術が広く研究されている。なお、本明細書中において、結晶性半導体膜とは、結晶化領域が存在する半導体膜のことを言い、全面が結晶化している半導体膜も含む。
【０００３】
エキシマレーザ等のパルスレーザ光を、照射面における形状（レーザ光のスポット）が矩形状や線状となるように光学系にて成形し、レーザ光を移動させて(あるいはレーザ光の照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)アニールを行う方法が生産性が高く工業的に優れている（例えば、特許文献１参照。）。また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい矩形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指すが、矩形状のレーザ光（矩形状ビーム）に含まれることに変わりはない。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エネルギー密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のであれば構わない。現状で１５Ｊ／パルスのエキシマレーザが市販されており、将来的には面状ビームを用いてレーザニールを行う可能性もある。また、レーザ光のスポットは特に定義しない場合はレーザ光の照射面におけるエネルギー分布とする。
【０００４】
図１０に、照射面においてレーザ光の形状を線状にするための光学系の構成の例を示す。この構成は極めて一般的なものであり、あらゆる前記光学系は図１０の構成に準じている。この構成は、レーザ光の断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に、照射面におけるレーザ光のエネルギー均一化を果たすものである。一般にビームのエネルギーの均一化を行う光学系をビームホモジナイザと呼ぶ。
【０００５】
レーザ７１から出たレーザ光は、シリンドリカルアレイレンズ７３により、レーザ光のスポットは分割される。該方向を本明細書中では、第１の方向と呼ぶことにする。前記第１の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、７分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ７４にて、レーザ光は照射面７９にて１つに合成される。これにより、線状ビームの長尺方向のエネルギーの均一化と長さが決定される。
【０００６】
次に、図１０の側面図について説明する。レーザ７１から出たレーザ光のスポットは、シリンドリカルアレイレンズ７２ａと７２ｂにより分割される。前記方向を本明細書中では、第２の方向と呼ぶことにする。前記第２の方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、４分割となっている。これらの分割されたレーザ光は、シリンドリカルレンズ７４により、いったん１つのレーザ光にまとめられる。ミラー７７で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ７８により、照射面７９にて再び１つのレーザ光に集光される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことを言う。これにより、線状ビームの短尺方向のエネルギー均一化と短尺方向の長さが決定される。
【０００７】
例えば、レーザ７１として、レーザの出口で１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）であるエキシマレーザを用い、図１０に示した構成を持つ光学系により成形すると、照射面７９においてエネルギー分布の一様な１２５ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとすることができる。
【０００８】
このとき、上記光学系の母材は例えば全て石英とすれば高い透過率が得られる。また、コーティングは、使用するエキシマレーザの波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用すると良い。
【０００９】
そして、上記の構成で形成された線状ビームをそのレーザ光の短尺方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、非晶質半導体の全面に対し、レーザニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させ結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平８−１９５３５７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
光学系により照射面またはその近傍において形成される線状や矩形状、面状のレーザ光の端部は、レンズの収差などにより、エネルギー密度が徐々に減衰している（図１１（Ａ））。本明細書中では、レーザ光の端部においてエネルギー密度が徐々に減衰する領域を減衰領域と呼ぶ。
【００１２】
また、基板の大面積化、レーザの大出力化に伴って、より長い線状ビームや矩形状ビーム、より大きな面状ビームが形成されつつある。このようなレーザ光によりアニールを行う方が効率が良いためである。しかしながら、レーザから発振されるレーザ光の端部のエネルギー密度は中心付近と比較して小さいため、光学系によってこれまで以上に拡大すると、減衰領域がますます顕著化する傾向にある。
【００１３】
減衰領域はエネルギー密度の均一性が高い領域に比べてエネルギー密度が十分でなく、しかも徐々に減衰しているため、前記減衰領域を有するレーザ光を用いてアニールを行っても、被照射体に対して一様なアニールを行うことはできない（図１１（Ｂ））。また、減衰領域を重ねて走査する方法によりアニールを行っても、均一性が高い領域とは明らかにアニールの条件が異なるため、やはり被照射体に対して一様にアニールすることができない。このように、減衰領域によりアニールされた領域と均一性が高い領域によってアニールされた領域とを同等に扱うことはできない。
【００１４】
例えば、被照射体が半導体膜である場合には、減衰領域によりアニールされた領域と均一性が高い領域によってアニールされた領域とでは結晶性が異なる。そのため、このような結晶性の異なる領域を有する半導体膜を用いてＴＦＴを作製しても、減衰領域によりアニールされた領域で作製されるＴＦＴの電気的特性が低下し、同一基板内におけるばらつきの要因となる。
【００１５】
また、図１０で示したように、線状ビームを形成するための光学系は複雑なものになっている。このような光学系に対して光学調整を行うのは非常に困難である上、フットプリントが大きくなるため、装置が大型化するという問題がある。
【００１６】
さらに、被照射体に対する反射率が高いレーザ光を用いると、前記レーザ光が被照射体に垂直に入射した場合には、被照射体に入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光が発生する。戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす要因となる。
【００１７】
そこで本発明は、従来より簡易な光学系を用い、かつ、レーザ光の端部における減衰領域を低減された矩形状ビームを形成して、効率良くアニールを行うことのできるレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、このようなレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を提供し、前記レーザ照射方法を工程に含む半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のレーザから射出されたそれぞれのレーザ光を分割し、異なるレーザから発振され、かつ、異なるエネルギー分布を有するレーザ光同士を合成して、エネルギー分布の均一性の優れたレーザ光を形成することを特徴とする。ここで、異なるエネルギー分布とは、回転して同じ分布になるものも異なる分布であるとする。また、本発明は、複数のレーザから射出されたそれぞれのレーザ光を分割し、異なるレーザから発振され、かつ、異なる位置関係にあるレーザ光を少なくとも１つ含むレーザ光同士を合成して、エネルギー分布の均一性の優れたレーザ光を形成することを特徴とする。
また、本発明は、複数のレーザから射出されたそれぞれのレーザ光を分割し、異なるレーザから発振され、かつ、異なるエネルギー分布を有するレーザ光を、凸レンズに対して斜めに入射させ射出させた後、照射面またはその近傍において合成して、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状のレーザ光を形成することを特徴とする。
【００１９】
異なるレーザから発振されたレーザ光を重ね合わせても干渉しない。そのため、コヒーレント長が数十〜数百ｍであるＹＶＯ4レーザや、１ｃｍ若しくはそれ以上であるＹＡＧレーザなど干渉性の高いレーザを用いてレーザ光の照射を行う場合に特に有効である。
【００２０】
また、レーザ光を凸レンズに対して斜めに入射することで、非点収差などの収差を生じさせ、照射面またはその近傍におけるレーザ光の形状を線状とすることが可能となる。
【００２１】
分割されたレーザ光を重ね合わせるときは、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光同士を重ね合わせるのがよい。互いに異なるエネルギー分布を有するレーザ光を多数重ね合わせることで、均一なレーザ光が得られるからである。
【００２２】
本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、複数のレーザと、該複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光を各々複数の第２のレーザ光に分割する手段と、複数の前記第１のレーザ光の各々において、前記第２のレーザ光から１つずつ選択して照射面またはその近傍において同一領域で合成する手段と、を有することを特徴としている。
【００２３】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧ（Ｎｄ3+：ＹＡＧ、Ｙｂ3+：ＹＡＧ、Ｃｒ4+：ＹＡＧ）レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3（Ｎｄ3+：ＹＡＧ、Ｙｂ3+：ＹＡＧ）レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００２４】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。例えば、ＹＡＧレーザは、基本波として、波長１０６５ｎｍのレーザ光を出すことで知られている。このレーザ光の珪素膜に対する吸収係数は非常に低く、このままでは半導体膜の１つである非晶質珪素膜の結晶化を行うことは技術的に困難である。ところが、このレーザ光は非線形光学素子を用いることにより、より短波長に変換することができ、高調波として、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）、第５高調波（２１３ｎｍ）が挙げられる。これらの高調波は非晶質珪素膜に対し吸収係数が高いので、非晶質珪素膜の結晶化に用いる事ができる。
【００２５】
また、上記構成において、前記分割する手段は、スリット、ミラー、プリズム、シリンドリカルレンズ、シリンドリカルレンズアレイから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００２６】
また、上記構成において、前記合成する手段は、ミラー、シリンドリカルレンズから選ばれた一種または複数種であることを特徴としている。
【００２７】
また、本明細書で開示するレーザ照射方法に関する発明の構成は、複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光を各々複数の第２のレーザ光に分割し、複数の前記第１のレーザ光の各々において、前記第２のレーザ光から１つずつ選択して照射面またはその近傍において同一領域で合成することを特徴としている。
【００２８】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００２９】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００３０】
また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光を各々複数の第２のレーザ光に分割し、複数の前記第１のレーザ光の各々において、前記第２のレーザ光から１つずつ選択して、第３のレーザ光とし、前記第３のレーザ光を照射面またはその近傍において同一領域で合成して、第４のレーザ光を形成し、前記第４のレーザ光を半導体膜に対して相対的に移動しながら照射することを特徴としている。
【００３１】
上記構成において、前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴としている。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。
【００３２】
また、上記構成において、前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることが望ましい。
【００３３】
また、上記構成において、前記半導体膜は、珪素を含む膜であることが望ましい。そして、前記半導体膜を形成する基板として、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。前記ガラス基板として、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板が挙げられる。また、可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて半導体装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）など）、ＳｉＮなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性などが向上するので望ましい。
【００３４】
本発明は、異なるレーザから発振されたレーザ光を照射面またはその近傍で合成しているため、干渉は起こらない。また、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を照射面またはその近傍において合成するのが最も望ましいが、レーザ光のモードによって最適な合成方法は異なるので、実施者が適宜合成方法を決定すれば良い。例えば、ＴＥＭ00モードのレーザ光では対称性が高いので、２分割したレーザ光の左半分と右半分とを合成すると比較的均一性の高いレーザ光を得ることができる。もちろん、分割数を増やした方がより均一性の高いレーザ光を得ることができる。その他のモードでも同様の方法で均一性の高いレーザ光を得ることができる。
【００３５】
また、基板上に形成されている半導体膜に対して、エネルギー分布の均一性の高い矩形状ビームを照射することができるため、物性の一様な半導体膜を得ることができる。そして、このような半導体膜を用いて作製されたＴＦＴの電気的特性のばらつきを低減することを可能とする。そして、このようなＴＦＴから作製された半導体装置の動作特性および信頼性をも向上し得る。
【００３６】
【発明の実施の形態】
[発明の実施の形態１]
本実施形態では、複数のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図１および図２を用いて説明する。
【００３７】
レーザ１０１ａ、１０１ｂからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１０１ａ、１０１ｂとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１０１ａ、１０１ｂから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してあってもよい。
【００３８】
また、１０２ａ、１０２ｂはアイソレータ―である。被照射体に対する反射率が高いレーザ光を用い、前記レーザ光が被照射体に垂直に入射すると、被照射体に入射したときと同じ光路を戻る、いわゆる戻り光が発生する。戻り光はレーザの出力や周波数の変動や、ロッドの破壊などの悪影響を及ぼす要因となる。本実施形態における光学系は対称的な配置となっているため、照射面でのそれぞれの反射光が互いのレーザに対して、戻り光と同様な悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、アイソレータ―１０２ａ、１０２ｂを設置するのが望ましい。
【００３９】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。もちろん、レーザ光を一方向のみではなく、二方向とも拡大してもよい。また、シリンドリカルレンズ１０３ａ、１０４ａ、１０３ｂ、１０４ｂは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【００４０】
ビームエキスパンダー１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂから射出されたレーザ光は、ミラー１０５ａ、１０５ｂにより２方向に分割される。その様子を図２を用いて説明する。図２（Ａ）および図２（Ｂ）はレーザ光の進行方向に対して垂直な断面でのレーザ光の形状を示している。レーザ１０１ａから発振したレーザ光は図２（Ａ）で示すように、ミラー１０５ａにより第１のレーザ光と第２のレーザ光に分割され、第２のレーザ光は被照射体１０８へ入射し、第１のレーザ光はダンパー１０７ａに吸収される。一方、レーザ１０１ｂから発振したレーザ光は図２（Ｂ）で示すように、ミラー１０５ｂにより第３のレーザ光と第４のレーザ光に分割され、第３のレーザ光は被照射体１０８へ入射し、第４のレーザ光はダンパー１０７ｂに吸収される。
【００４１】
被照射体１０８へ入射する２つのレーザ光は、異なるレーザから発振されたものであるため合成されても干渉は起こらない。また、レーザ１０１ａから発振されたレーザ光は第２のレーザ光が被照射体へ入射し、レーザ１０１ｂから発振されたレーザ光は第３のレーザ光が被照射体へ入射しているため、照射面またはその近傍において異なるエネルギー分布を有するレーザ光が合成されるので、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状のレーザ光が形成される。（図２（Ｃ））
【００４２】
このようにして形成されるレーザ光を照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【００４３】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００４４】
また、本実施形態では、ミラーを用いてレーザ光の分割をしているが、これに限らず、スリットやプリズムやシリンドリカルレンズやシリンドリカルレンズアレイなどを用いることもできる。
【００４５】
また、本実施形態では、２つのレーザを用い、レーザ光の分割数を２としているが、これに限らない。なお、レーザは１０台程度用いるのが好ましいが、用いるレーザの台数が少ないときは、偶数台用いて、レーザ光を偶数に分割するのが望ましい。また、用いるレーザは同一のものでなくても良い。
【００４６】
また、本実施形態では、図２で示したように、レーザ光の進行方向における垂直な面において等幅で分割しているが、本発明はこれに限らない。
【００４７】
また、本実施形態では、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を照射面またはその近傍において合成しているが、レーザ光のモードによって最適な合成方法は異なるので、実施者が適宜合成方法を決定すれば良い。例えば、ＴＥＭ00モードのレーザ光では対称性が高いので、２分割したレーザ光の左半分と右半分とを合成すると比較的均一性の高いレーザ光を得ることができる。もちろん、分割数を増やした方がより均一性の高いレーザ光を得ることができる。その他のモードでも同様の方法で均一性の高いレーザ光を得ることができる。
【００４８】
また、用いるレーザの波長により合成石英ガラスの表面に施されているコーティングを適切なものに変えれば、さまざまなレーザに適用できる。
【００４９】
また、本実施形態では、照射面における形状が矩形状である矩形状ビームを形成しているが、形成される形状はこれに限らない。レーザから射出されたレーザ光の形状はレーザの種類によって異なり、光学系によって成形しても、元の形状の影響を受けやすい。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザから射出されたレーザ光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状のものもあるし、固体レーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状である。いずれの形状においても、被照射体のアニールに十分なエネルギー密度であるのなら問題はなく、本発明を適用することが可能である。
【００５０】
[発明の実施の形態２]
本実施の形態では、３台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図２１〜図２３を用いて説明する。
【００５１】
レーザ１０１ａ〜１０１ｃからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１０１ａ〜１０１ｃとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００５２】
図示しないが、レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されたそれぞれのレーザ光を、ビームエキスパンダーにより拡大してもよい。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものである。
【００５３】
レーザ１０１ａ〜１０１ｃから射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１０２ａ〜１０２ｃにより２方向に分割される。その様子を図２２に示す。光学系１０２ａにより、レーザ１０１ａから発振されたレーザ光は３分割のうちの左端のレーザ光（図２２（Ａ）における第１のレーザ光）のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１１０ａへ到達する。光学系１０２ｂにより、レーザ１０１ｂから発振されたレーザ光は３分割のうちの中央のレーザ光（図２２（Ｂ）における第２のレーザ光）のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１１０ｂへ到達する。光学系１０２ｃにより、レーザ１０１ｃから発振されたレーザ光は３分割のうちの右端のレーザ光（図２２（Ｃ）における第３のレーザ光）のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１１０ｃへ到達する。このように、光学系１０２ａ〜１０２ｃにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【００５４】
もちろん、それぞれのレーザ光をシリンドリカルレンズアレイに入射させて分割した後、反射面を有するスリットにより、分割された所望のレーザ光のみ取り出すこともできる。
【００５５】
そして、光学系１０２ａ〜１０２ｃにより直進するレーザ光は、ミラー１０３ａ〜１０３ｃを経由して、凸レンズ１０４ａ〜１０４ｃに対して斜めに入射する。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において矩形状ビーム１０６を形成することができる。また、図２２で示したように、光学系１０２ａ、１０２ｃを経たレーザ光は光学系１０２ｂを経たレーザ光より長軸方向の長さが短い。そのため、光学系１０２ｂを経たレーザ光よりも斜めから入射させることで、長軸方向の長さが長くなり、それぞれのレーザ光の長尺方向の長さを揃えることができる。他にも、シリンドリカルレンズ等により拡大する方法もある。
【００５６】
また、凸レンズ１０４ａ〜１０４ｃの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。さらに、凸レンズは球面収差を補正した非球面レンズとするのが望ましい。非球面レンズを用いれば、集光性がよくなり、アスペクト比の向上やエネルギー密度の分布が向上する。
【００５７】
凸レンズ１０４ａ〜１０４ｃを経たレーザ光は照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビーム１０６が形成する（図２２（Ｄ））。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されるため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００５８】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１０８で示す方向または１０９で示す方向に被照射体１０５に対して相対的に移動することで、被照射体１０５において所望の領域または全面を照射することができる。
【００５９】
しかしながら、レーザ光の波長によっては、被照射体１０５の表面での反射光と、被照射体１０５が形成されている基板の裏面での反射光とで干渉してしまう場合がある。図２３に被照射体１０５として、基板１０上に半導体膜１１を形成する例を示す。半導体膜１１での反射光と基板１０の裏面での反射光とが重ならなければ、これらの光による干渉は起こらない。
【００６０】
この場合、照射面に垂直な平面であって、かつ前記長いビームの形状を長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザ光の入射角度θは、前記入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザ光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。ここでWは被照射体に入射するときのビーム長１５である。なお、レーザ光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザ光が入射されれば、基板の表面での反射光と、基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザ光の照射を行うことができる。また、被照射体に対する入射角θをブリュースタ―角とすれば反射率が最も低くなるので、レーザ光を効率的に用いることができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、線状ビームの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。なお、照射面に入射するレーザ光の入射角度はすべて、それぞれ上記式θ≧arctan（W/2d）を満たすのが望ましい。
【００６１】
また、被照射体の表面に、反射防止膜が形成されていてもよい。
【００６２】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００６３】
また、本実施形態では、３つのレーザを用い、レーザ光の分割数を３としているが、これに限らない。
【００６４】
また、本実施形態では、図２２で示したように、レーザ光の進行方向における垂直な面において等幅で分割しているが、本発明はこれに限らない。
【００６５】
なお、レーザから射出されたレーザ光の種類によってレーザ光の形状は異なり、光学系によって成形しても元の形状の影響を受けやすい。例えば、ＸｅＣｌエキシマレーザから射出されたレーザ光の形状は、矩形状であり、固体レーザから射出されたレーザ光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状である。いずれの形状においても、本発明を適用することは可能である。
【００６６】
以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。
【００６７】
【実施例】
［実施例１］
本実施例では、４台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図３および図４を用いて説明する。
【００６８】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１３１ａ〜１３１ｄとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１３１ａ〜１３１ｄから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００６９】
本実施例では、連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。レーザ光のビーム径は２．２５ｍｍであり、拡がり角は０．３５ｍｒａｄとする。
【００７０】
また、図示しないがアイソレータ―を設置するのが望ましい。本実施例における光学系は対称的な配置となっているため、照射面でのそれぞれの反射光が互いのレーザに対して、戻り光と同様な悪影響を及ぼす可能性があるためである。
【００７１】
また、図示しないがビームエキスパンダーを設置してレーザ光の長尺方向および短尺方向を拡大してもよい。ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものである。
【００７２】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄから射出されたレーザ光は、反射面を有するスリット１３２ａ〜１３２ｄにより２方向に分割される。ただし、スリット１３２ａ〜１３２ｄはそれぞれのレーザ光に対して設置する位置が異なっているため、異なる位置のレーザ光のみが直進する。その様子を図４を用いて説明する。図４はレーザの進行方向に対して垂直な断面でのレーザ光の形状を示している。図４（Ａ）はレーザ１３１ａから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ａにより第１のレーザ光は直進し、第２〜第４のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。図４（Ｂ）はレーザ１３１ｂから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｂにより第２のレーザ光は直進し、第１、第３、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。図４（Ｃ）はレーザ１３１ｃから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｃにより第３のレーザ光は直進し、第１、第２、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。図４（Ｄ）はレーザ１３１ｄから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｄにより第４のレーザ光は直進し、第１〜第３のレーザ光は反射されてダンパー１３７に吸収される。このように、スリット１３２ａ〜１３２ｄは、それぞれのレーザ光の異なるエネルギー分布を有するレーザ光を直進させ、それ以外のレーザ光を反射させる役割を有している。
【００７３】
次いで、スリット１３２ａ〜１３２ｄを経由したレーザ光は、プリズム１３３ａ〜１３３ｄによって進行方向が曲げられる。プリズム１３３ａ〜１３３ｄはそれぞれのレーザ光を同じ照射位置で合成するために設置している。
【００７４】
そして、照射面に到達するレーザ光が元のレーザ光の端部のレーザ光である場合、シリンドリカルレンズ１３４ａ、１３４ｄによりレーザ光の長尺方向の長さを拡大させるのが望ましい。図４で示したように、レーザ光の両端は中央付近に比べて短いため、中央付近と同様の長さにしておくと、照射面またはその近傍で合成されたときに、均一性の高い矩形状ビームが得られるためである。本実施例では焦点距離５０ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率が長尺方向に平行になるように設置した。
【００７５】
以上のような構成でなる光学系により照射面において図４（Ｅ）のように合成される。また、照射面において形成されるレーザ光の形状をシミュレーションした結果を図５に示す。図５より、７．１ｍｍ×２２．２ｍｍの矩形状ビームが得られることが分かる。この矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉が起こらない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームになっている。
【００７６】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【００７７】
なお、本実施例ではレーザの台数を４、分割数を４としているが、これらに限定はない。
【００７８】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００７９】
［実施例２］
本実施例では、３台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図６を用いて説明する。
【００８０】
レーザ１２１ａ〜１２１ｃからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１２１ａ〜１２１ｃとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１２１ａ〜１２１ｃから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００８１】
本実施例では、パルス発振のＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換して用いる。
【００８２】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。また、シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【００８３】
ビームエキスパンダー１２２ａ〜１２２ｃ、１２３ａ〜１２３ｃから射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１２４ａ〜１２４ｃにより２方向に分割される。光学系１２４ａにより、レーザ１２１ａから発振されたレーザ光は３分割のうちの左のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１２６へ到達する。光学系１２４ｂにより、レーザ１２１ｂから発振されたレーザ光は３分割のうちの中央のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１２６へ到達する。光学系１２４ｃにより、レーザ１２１ｃから発振されたレーザ光は３分割のうちの右のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１２６へ到達する。このように、光学系１２４ａ〜１２４ｃにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【００８４】
もちろん、それぞれのレーザ光をシリンドリカルレンズアレイに入射させて分割した後、反射面を有するスリットにより、所望の領域のレーザ光のみ取り出すこともできる。
【００８５】
なお、図示しないが、照射面に到達するレーザ光が元のレーザ光の端部のレーザ光である場合、中央付近のレーザ光に比べて長尺方向が短いため、シリンドリカルレンズ等により拡大するのが望ましい。
【００８６】
光学系１２４ａ〜１２４ｃを経たレーザ光はシリンドリカルレンズ１２５により、照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成する。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されるため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００８７】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【００８８】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【００８９】
また、本実施形態では、３つのレーザを用い、レーザ光の分割数を３としているが、これに限らない。
【００９０】
なお、本実施例は実施例１と自由に組み合わせることが可能である。
【００９１】
［実施例３］
本実施例では、２つのレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせ、複数のレーザ光を同時に形成するための光学系の例について図７を用いて説明する。
【００９２】
レーザ１４１ａ、１４１ｂからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１４１ａ、１４１ｂとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１４１ａ、１４１ｂから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【００９３】
本実施例では、連続発振のＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第３高調波に変換して用いる。
【００９４】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１４２ａ、１４３ａまたは１４２ｂ、１４３ｂにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。また、シリンドリカルレンズ１４２ａ、１４３ａ、１４２ｂ、１４３ｂは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１４２ａ、１４３ａ、１４２ｂ、１４３ｂの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【００９５】
ビームエキスパンダー１４２、１４３から射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１４４ａ、１４４ｂにより２方向に分割される。光学系１４４ａにより、レーザ１４１ａから発振されたレーザ光は２分割のうちの左のレーザ光が直進し、右のレーザ光はミラーにより反射する。光学系１４４ｂにより、レーザ１４１ｂから発振されたレーザ光は２分割のうちの左のレーザ光が直進し、右のレーザ光はミラーにより反射する。このように、光学系１４４ａ、１４４ｂにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【００９６】
光学系１４４ａ、１４４ｂにより直進するレーザ光はシリンドリカルレンズ１４７ａにより照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成する。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００９７】
一方、光学系１４４ａ、１４４ｂにより反射するレーザ光はシリンドリカルレンズ１４６ａ、１４６ｂ、およびシリンドリカルレンズ１４７ｂにより、照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成される。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【００９８】
そして、このようにして形成される複数の矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。また、複数の矩形状ビームが形成されているため、スループットを向上させることが可能となる。
【００９９】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１００】
また、本実施形態では、２つのレーザを用い、レーザ光の分割数を２としているが、これに限らないし、形成される矩形状ビームの数も２に限定するものではない。
【０１０１】
なお、本実施例は実施例１または実施例２と自由に組み合わせることが可能である。
【０１０２】
［実施例４］
本実施例では、４台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図８を用いて説明する。
【０１０３】
レーザ１５１ａ〜１５１ｄからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１５１ａ〜１５１ｄとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１５１ａ〜１５１ｃから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【０１０４】
本実施例では、パルス発振のＹＡＧレーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換して用いる。ＹＡＧレーザの第２高調波は、ガラス基板や石英基板を透過するので、本実施例のように基板の両側から照射するときに用いるのに好ましい。
【０１０５】
そして、射出されたそれぞれのレーザ光は、ビームエキスパンダー１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄにより拡大される。なお、ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものであり、レーザ光の大きさ等によっては用いなくてもよい。また、シリンドリカルレンズ１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄは合成石英ガラス製とすれば、高い透過率が得られるので望ましい。また、シリンドリカルレンズ１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄの表面に施されているコーティングは、使用するレーザ光の波長に対する透過率が９９％以上得られるものを使用するのが望ましい。
【０１０６】
ビームエキスパンダー１５２ａ〜１５２ｄ、１５３ａ〜１５３ｄから射出されたレーザ光は、ミラーとシリンドリカルレンズを組み合わせた光学系１５４ａ〜１５４ｄにより２方向に分割される。光学系１５４ａにより、レーザ１５１ａから発振されたレーザ光は４分割のうちの最も左のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１５６ａへ到達する。光学系１５４ｂにより、レーザ１５１ｂから発振されたレーザ光は４分割のうちの左から２番目のレーザ光のみが直進し、それ以外の領域はミラーにより反射してダンパー１５６ａへ到達する。光学系１５４ｃにより、レーザ１５１ｃから発振されたレーザ光は４分割のうちの右から２番目のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１５６ｃへ到達する。光学系１５４ｄにより、レーザ１５１ｄから発振されたレーザ光は４分割のうちの最も右のレーザ光のみが直進し、それ以外のレーザ光はミラーにより反射してダンパー１５６ｃへ到達する。このように、光学系１５４ａ〜１５４ｄにより直進するレーザ光と反射するレーザ光が決定する。
【０１０７】
もちろん、それぞれのレーザ光をシリンドリカルレンズアレイに入射させて分割した後、反射面を有するスリットにより、所望の領域のレーザ光のみ取り出すこともできる。
【０１０８】
なお、図示しないが、分割された領域のうち端部のレーザ光は中央付近のレーザ光に比べて長尺方向が短いため、シリンドリカルレンズ等により拡大するのが望ましい。
【０１０９】
光学系１５４ａ〜１５４ｄを経たレーザ光はシリンドリカルレンズ１５５ａ、１５５ｃにより、照射面またはその近傍で合成され、矩形状ビームが形成する。このようにして形成された矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉しない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面またはその近傍において合成されるため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームが形成される。
【０１１０】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１１１】
基板の片側から複数のレーザ光を同じ照射位置で合成すると、それぞれの光路長が異なり、レーザ光が有する拡がり角によりビームが不必要に拡大してしまい、エネルギー分布の均一性が低下することもある。本実施例の構成では、それぞれのレーザ光の照射面までの光路長が等しいため、そのような問題は発生しない。
【０１１２】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、４つのレーザを用い、レーザ光の分割数を４としているが、これに限らない。
【０１１４】
なお、本実施例は実施例１乃至３と自由に組み合わせることが可能である。
【０１１５】
［実施例５］
本実施例では、４つのレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせて合成し、基板の両側から照射するための光学系の例について図９を用いて説明する。
【０１１６】
図９において、レーザ１０１ａ、１０１ｂ、アイソレーター１０２ａ、１０２ｂビームエキスパンダー１０３ａ、１０４ａまたは１０３ｂ、１０４ｂ、ミラー１０５ａ、１０５ｂ、ミラー１０６ａ、１０６ｂ、被照射体１０８、ステージ１０９で構成される光学系は、実施形態１で説明した構成（図１）と同様である。
【０１１７】
本実施例では、レーザとしてＹＬＦレーザを用い、第２高調波に変換して用いる。ＹＬＦレーザの第２高調波は、ガラス基板や石英基板を透過するので、本実施例のように基板の両側から照射するときに用いるのに好ましい。また、透過しない波長であっても、基板を部分的にアニールすることができるため、本実施例に用いることは可能である。
【０１１８】
被照射体１０８に対して対称的に、図１と同じ構成のレーザ１０１ｃ、１０１ｄ、アイソレーター１０２ｃ、１０２ｄビームエキスパンダー１０３ｃ、１０４ｃまたは１０３ｄ、１０４ｄ、ミラー１０５ｃ、１０５ｄ、ミラー１０６ｃ、１０６ｄからなる光学系を配置する。
【０１１９】
このような構成により、基板の両側から矩形状ビームを照射することができる。そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１１０で示す方向または１１１で示す方向に被照射体１０８に対して相対的に移動することで、被照射体１０８において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１２０】
基板の両側から照射することで、エネルギー密度を高めることが可能となる。また、基板の片側から複数のレーザ光を同じ照射位置で合成すると、それぞれの光路長が異なり、レーザ光が有する拡がり角によりビームが不必要に拡大してしまい、エネルギー分布の均一性が低下することもある。本実施例の構成では、それぞれのレーザ光の照射面までの光路長が等しいため、そのような問題は発生しない。
【０１２１】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１２２】
また、本実施例では、４つのレーザを用い、レーザ光の分割数を２としているが、これに限らない。
【０１２３】
なお、本実施例は実施例１乃至４と自由に組み合わせることが可能である。
【０１２４】
［実施例６］
本実施例では、４台のレーザから発振されたレーザ光を分割し、エネルギー分布が互いに異なるレーザ光を重ね合わせるための光学系の例について図４、図２４及び図２５を用いて説明する。
【０１２５】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄからそれぞれレーザ光が射出される。ここで、レーザ１３１ａ〜１３１ｄとして、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザを用いる。なお、前記固体レーザとしては、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザ等があり、前記金属レーザとしては連続発振またはパルス発振のヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザ等が挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。また、レーザ１３１ａ〜１３１ｄから発振されるレーザ光は非線形光学素子により高調波に変換してもよい。
【０１２６】
本実施例では、連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、非線形光学素子により第２高調波に変換する。レーザ光のビーム径は２．２５ｍｍであり、拡がり角は０．３５ｍｒａｄとする。
【０１２７】
また、図示しないがアイソレータ―を設置するのが望ましい。本実施例における光学系は対称的な配置となっているため、照射面でのそれぞれの反射光が互いのレーザに対して、戻り光と同様な悪影響を及ぼす可能性があるためである。
【０１２８】
また、図示しないがビームエキスパンダーを設置してレーザ光の長尺方向および短尺方向を拡大してもよい。ビームエキスパンダーはレーザから射出されたレーザ光の形状が小さい場合に特に有効なものである。
【０１２９】
レーザ１３１ａ〜１３１ｄから射出されたレーザ光は、反射面を有するスリット１３２ａ〜１３２ｄにより２方向に分割される。ただし、スリット１３２ａ〜１３２ｄはそれぞれのレーザ光に対して設置する位置が異なっているため、異なる位置のレーザ光のみが直進する。その様子を図４を用いて説明する。図４はレーザの進行方向に対して垂直な断面でのレーザ光の形状を示している。図４（Ａ）はレーザ１３２ａから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ａにより第１のレーザ光は直進し、第２〜第４のレーザ光は反射されてダンパー１３５ａに吸収される。図４（Ｂ）はレーザ１３２ｂから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｂにより第２のレーザ光は直進し、第１、第３、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３５ａに吸収される。図４（Ｃ）はレーザ１３２ｃから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｃにより第３のレーザ光は直進し、第１、第２、第４のレーザ光は反射されてダンパー１３５ｃに吸収される。図４（Ｄ）はレーザ１３２ｄから発振されたレーザ光を示しており、スリット１３２ｄにより第４のレーザ光は直進し、第１〜第３のレーザ光は反射されてダンパー１３５ｃに吸収される。このように、スリット１３２ａ〜１３２ｄは、それぞれのレーザ光の異なるエネルギー分布を有するレーザ光を直進させ、それ以外のレーザ光を反射させる役割を有している。
【０１３０】
次いで、スリット１３２ａ〜１３２ｄを経由したレーザ光は、凸レンズ１３４ａ〜１３４ｄに対して斜めに入射する。このようにすることで、非点収差などの収差により焦点位置がずれ、照射面またはその近傍において矩形状ビーム１０６を形成することができる。本実施例では、凸レンズ１３４ａ、１３４ｄの曲率半径を７ｍｍ、凸レンズ１３４ｂ、１３４ｃの曲率半径を９ｍｍとした。図４で示したように、レーザ光の両端は中央付近に比べて短い。そのため、曲率半径を変える事で、元のレーザ光の端部のレーザ光の長尺方向の長さが、元のレーザ光の中央のレーザ光よりも拡大され、照射面またはその近傍で合成されたときに、均一性の高い矩形状ビームを得ることができる。他にも、照射面に到達するレーザ光が元のレーザ光の端部のレーザ光である場合に、シリンドリカルレンズなどによりレーザ光の長尺方向の長さを拡大させる方法も挙げられる。
【０１３１】
以上のような構成でなる光学系により照射面において形成されるレーザ光の形状の模式図は図４（Ｅ）のようになり、シミュレーションにより得られた結果について図２５に示す。図２５より、１９０μｍ×９５０μｍの矩形状ビームが得られることが分かる。この矩形状ビームは異なるレーザから発振されたものであるため干渉が起こらない。また、異なるエネルギー分布を有する複数のレーザ光が照射面において合成されているため、エネルギー分布の均一性の優れた矩形状ビームになっている。
【０１３２】
そして、このようにして形成される矩形状ビームを照射しながら、例えば１０８で示す方向または１０９で示す方向に被照射体１０５に対して相対的に移動することで、被照射体１０５において所望の領域または全面を照射することができる。
【０１３３】
なお、本実施例ではレーザの台数を４、分割数を４としているが、これらに限定はない。
【０１３４】
このようなレーザ照射装置を用いて半導体膜のアニールを行えば、該半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜を得たり、不純物元素の活性化を行うことができる。
【０１３５】
［実施例７］
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図１２〜図１５を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１３６】
まず、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板４００を用いる。なお、基板４００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよいし、可撓性基板を用いても良い。なお、本発明はエネルギー分布が同一である矩形状ビームを複数形成できるので、複数の矩形状ビームにより大面積基板を効率良くアニールすることが可能である。
【０１３７】
次いで、基板４００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜４０１を公知の手段により形成する。本実施例では下地膜４０１として２層構造を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い。
【０１３８】
次いで、下地膜上に半導体膜を形成する。半導体膜は公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等）により２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで半導体膜を成膜し、レーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、実施例１乃至６のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。もちろん、レーザ結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。前記半導体膜としては、非晶質半導体膜や微結晶半導体膜、結晶性半導体膜などがあり、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を適用しても良い。
【０１３９】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用い、５０ｎｍの非晶質珪素膜を成膜し、この非晶質珪素膜に結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法およびレーザ結晶化法を行う。金属元素としてニッケルを用い、溶液塗布法により非晶質珪素膜上に導入した後、５５０℃で５時間の熱処理を行って第１の結晶性珪素膜を得る。そして、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により第２高調波に変換したのち、実施例１乃至６のいずれか一に示す光学系、またはこれらの実施例を組み合わせた光学系により矩形状ビームを形成して照射して第２の結晶性珪素膜を得る。前記第１の結晶性珪素膜にレーザ光を照射して第２の結晶性珪素膜とすることで、結晶性が向上する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、０．５〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光に対して相対的にステージを動かして照射し、結晶性珪素膜を形成する。また、パルス発振のエキシマレーザを用いる場合には、レーザエネルギー密度を１００〜１０００mJ/cm2(代表的には２００〜８００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。
【０１４０】
もちろん、第１の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製することもできるが、第２の結晶性珪素膜は結晶性が向上しているため、ＴＦＴの電気的特性が向上するので望ましい。例えば、第２の結晶性珪素膜を用いてＴＦＴを作製すると、移動度は５００〜６００ｃｍ2／Ｖｓ程度の高い値を得る。
【０１４１】
このようにして得られた結晶性半導体膜をフォトリソグラフィ法を用いたパターニング処理により、半導体層４０２〜４０６を形成する。
【０１４２】
また、半導体層４０２〜４０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１４３】
次いで、半導体層４０２〜４０６を覆うゲート絶縁膜４０７を形成する。ゲート絶縁膜４０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜を形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１４４】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthosilicate）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Pa、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６MHz）電力密度０．５〜０．８W/cｍ2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。
【０１４５】
次いで、ゲート絶縁膜４０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜４０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜４０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜４０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜４０９を積層形成する。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ6）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。
【０１４６】
なお、本実施例では、第１の導電膜４０８をＴａＮ、第２の導電膜４０９をＷとしているが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１４７】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク４１０〜４１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図１２（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【０１４８】
この後、レジストからなるマスク４１０〜４１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Paの圧力でコイル型の電極に５００WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも２０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【０１４９】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層４１７〜４２２（第１の導電層４１７ａ〜４２２ａと第２の導電層４１７ｂ〜４２２ｂ）を形成する。４１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層４１７〜４２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【０１５０】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図１２（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層４２８ｂ〜４３３ｂを形成する。一方、第１の導電層４１７ａ〜４２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層４２８〜４３３を形成する。
【０１５１】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、半導体層にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜５×１０14／ｃｍ2とし、加速電圧を４０〜８０ｋｅＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０13／ｃｍ2とし、加速電圧を６０ｋｅＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層４２８〜４３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域４２３〜４２７が形成される。不純物領域４２３〜４２７には１×１０18〜１×１０20／cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０１５２】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４３４ａ〜４３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０13〜１×１０15/cm2とし、加速電圧を６０〜１２０ｋｅＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層４２８ｂ〜４３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の半導体層に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図１３（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０15〜１×１０17/cm2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域４３６、４４２、４４８には１×１０18〜５×１０19/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域４３５、４４１、４４４、４４７には１×１０19〜５×１０21/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加される。
【０１５３】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【０１５４】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０を形成する。第１の導電層４２９ａ、４３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０はジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成する。（図１３（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層はレジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域４５３、４５４、４５９、４６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０19〜５×１０21atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【０１５５】
以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。
【０１５６】
次いで、レジストからなるマスク４５０ａ〜４５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜４６１を形成する。この第１の層間絶縁膜４６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜４６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１５７】
次いで、図１３（Ｃ）に示すように、レーザ光を照射して、半導体層の結晶性の回復、それぞれの半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。レーザ活性化は、実施例１乃至６のいずれか一、またはこれらの実施例を自由に組み合わせて、レーザ光を半導体膜に照射する。用いるレーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザが望ましい。なお、前記固体レーザとしては連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ等があり、前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、CO2レーザ等があり、前記金属レーザとしてはヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザが挙げられる。エキシマレーザは通常パルス発振ではあるが、連続発振も原理的に可能という説もある。本発明に連続発振のエキシマレーザも適用できる。このとき、連続発振のレーザを用いるのであれば、レーザ光のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、レーザ光に対して相対的に基板を０．５〜２０００ｃｍ／ｓの速度で移動させる。また、パルス発振のレーザを用いるのであれば、レーザエネルギー密度を５０〜１０００mJ/cm2(代表的には５０〜５００mJ/cm2)とするのが望ましい。このとき、レーザ光を５０〜９８％オーバーラップさせても良い。なお、レーザニール法の他に、熱アニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）などを適用することができる。
【０１５８】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化を行っても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜（珪素を主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜）を形成した後で活性化処理を行うことが好ましい。
【０１５９】
そして、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜４６１に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行っても良い。
【０１６０】
次いで、第１の層間絶縁膜４６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜４６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が１０〜１０００ｃｐ、好ましくは４０〜２００ｃｐのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。
【０１６１】
本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹（図示しない）が形成される第２の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成した。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、ＴＦＴの形成と同じフォトマスクで行うことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びＴＦＴ部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。
【０１６２】
また、第２の層間絶縁膜４６２として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。
【０１６３】
そして、駆動回路５０６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線４６３〜４６７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図１４）
【０１６４】
また、画素部５０７においては、画素電極４７０、ゲート配線４６９、接続電極４６８を形成する。この接続電極４６８によりソース配線（４３３ａと４３３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線４６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層と電気的な接続が形成される。また、画素電極４７０としては、ＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。
【０１６５】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ５０３を有する駆動回路５０６と、画素ＴＦＴ５０４、保持容量５０５とを有する画素部５０７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０１６６】
駆動回路５０６のｎチャネル型ＴＦＴ５０１はチャネル形成領域４３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４２８ａと重なる低濃度不純物領域４３６（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ５０１と電極４６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ５０２にはチャネル形成領域４４５、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５３と、低濃度不純物領域４５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ５０３にはチャネル形成領域４４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層４３０ａと重なる低濃度不純物領域４４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５６を有している。
【０１６７】
画素部の画素ＴＦＴ５０４にはチャネル形成領域４４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域４４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域４５８を有している。また、保持容量５０５の一方の電極として機能する半導体層には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量５０５は、絶縁膜４１６を誘電体として、電極（４３２ａと４３２ｂの積層）と、半導体層とで形成している。
【０１６８】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０１６９】
また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図１５に示す。なお、図１２〜図１５に対応する部分には同じ符号を用いている。図１４中の鎖線Ａ−Ａ’は図１５中の鎖線Ａ―Ａ’で切断した断面図に対応している。また、図１４中の鎖線Ｂ−Ｂ’は図１５中の鎖線Ｂ―Ｂ’で切断した断面図に対応している。
【０１７０】
［実施例８］
本実施例では、実施例７で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図１６を用いる。
【０１７１】
まず、実施例５に従い、図１４の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図１４のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極４７０上に配向膜５６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜５６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ５７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０１７２】
次いで、対向基板５６９を用意する。次いで、対向基板５６９上に着色層５７０、５７１、平坦化膜５７３を形成する。赤色の着色層５７０と青色の着色層５７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０１７３】
本実施例では、実施例５に示す基板を用いている。従って、実施例５の画素部の上面図を示す図１５では、少なくともゲート配線４６９と画素電極４７０の間隙と、ゲート配線４６９と接続電極４６８の間隙と、接続電極４６８と画素電極４７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０１７４】
このように、ブラックマトリクス
等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【０１７５】
次いで、平坦化膜５７３上に透明導電膜からなる対向電極５７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜５７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０１７６】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材５６８で貼り合わせる。シール材５６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料５７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料５７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図１６に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０１７７】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布の均一なレーザ光により一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性が十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０１７８】
なお、本実施例は実施例１乃至７と自由に組み合わせることが可能である。
【０１７９】
［実施例９］
本実施例では、実施例７で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製した例について説明する。本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴを備えた表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Electro Luminescence）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０１８０】
なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。
【０１８１】
図１７は本実施例の発光装置の断面図である。図１７において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ６０３は図１４のｎチャネル型ＴＦＴ５０３を用いて形成される。したがって、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０３の説明を参照すれば良い。
【０１８２】
なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８３】
基板７００上に設けられた駆動回路は図１４のＣＭＯＳ回路を用いて形成される。従って、構造の説明はｎチャネル型ＴＦＴ５０１とｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８４】
また、配線７０１、７０３はＣＭＯＳ回路のソース配線、７０２はドレイン配線として機能する。また、配線７０４はソース配線７０８とスイッチングＴＦＴのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線７０５はドレイン配線７０９とスイッチングＴＦＴのドレイン領域とを電気的に接続する配線として機能する。
【０１８５】
なお、電流制御ＴＦＴ６０４は図１４のｐチャネル型ＴＦＴ５０２を用いて形成される。従って、構造の説明はｐチャネル型ＴＦＴ５０２の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０１８６】
また、配線７０６は電流制御ＴＦＴ６０４のソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０７は電流制御ＴＦＴ６０４のドレイン配線であり、画素電極７１１上に重ねることで画素電極７１１と電気的に接続する電極である。
【０１８７】
なお、７１１は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極７１１は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜７１０上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜７１０を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０１８８】
配線７０１〜７０７を形成後、図１７に示すようにバンク７１２を形成する。バンク７１２は１００〜４００ｎｍの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。
【０１８９】
なお、バンク７１２は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク７１２の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は１×１０6〜１×１０12Ωｍ（好ましくは１×１０8〜１×１０10Ωｍ）となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。
【０１９０】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図１７では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ3）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ3にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０１９１】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が２０以下または連鎖する分子の長さが１０μｍ以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として２０ｎｍのポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として１００ｎｍ程度のパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）膜を設けた積層構造としても良い。なお、ＰＰＶのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０１９２】
次に、発光層７１３の上には導電膜からなる陰極７１４が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【０１９３】
この陰極７１４まで形成された時点で発光素子７１５が完成する。なお、ここでいう発光素子７１５は、画素電極（陽極）７１１、発光層７１３及び陰極７１４で形成されたダイオードを指す。
【０１９４】
発光素子７１５を完全に覆うようにしてパッシベーション膜７１６を設けることは有効である。パッシベーション膜７１６としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【０１９５】
この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０１９６】
さらに、パッシベーション膜７１６上に封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）や可撓性基板の両面に炭素膜（好ましくはＤＬＣ膜）を形成したものを用いる。炭素膜以外にもアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、ＳｉＮなどを用いることができる。
【０１９７】
こうして図１７に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、パッシベーション膜７１６を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式（またはインライン方式）の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０１９８】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ６０１、ｐチャネル型ＴＦＴ６０２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）６０３および電流制御ＴＦＴ（ｐチャネル型ＴＦＴ）６０４が形成される。
【０１９９】
さらに、図１７を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０２００】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【０２０１】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布の均一なレーザ光により一様にアニールされた半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性が十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０２０２】
なお、本実施例は実施例１乃至７と自由に組み合わせることが可能である。
【０２０３】
［実施例１０］
本発明を適用して、様々な半導体装置（アクティブマトリクス型液晶表示装置、アクティブマトリクス型発光装置、アクティブマトリクス型ＥＣ表示装置）を作製することができる。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ様々な電子機器に本発明を適用できる。
【０２０４】
その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ（ゴーグル型ディスプレイ）、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等）などが挙げられる。それらの例を図１８、図１９及び図２０に示す。
【０２０５】
図１８（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体３００１、画像入力部３００２、表示部３００３、キーボード３００４等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３００３に適用することで、本発明のパーソナルコンピュータが完成する。
【０２０６】
図１８（Ｂ）はビデオカメラであり、本体３１０１、表示部３１０２、音声入力部３１０３、操作スイッチ３１０４、バッテリー３１０５、受像部３１０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３１０２に適用することで、本発明のビデオカメラが完成する。
【０２０７】
図１８（Ｃ）はモバイルコンピュータ（モービルコンピュータ）であり、本体３２０１、カメラ部３２０２、受像部３２０３、操作スイッチ３２０４、表示部３２０５等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３２０５に適用することで、本発明のモバイルコンピュータが完成する。
【０２０８】
図１８（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体３３０１、表示部３３０２、アーム部３３０３等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３３０２に適用することで、本発明のゴーグル型ディスプレイが完成する。
【０２０９】
図１８（Ｅ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体３４０１、表示部３４０２、スピーカ部３４０３、記録媒体３４０４、操作スイッチ３４０５等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇiｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明により作製された半導体装置を表示部３４０２に適用することで、本発明の記録媒体が完成する。
【０２１０】
図１８（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体３５０１、表示部３５０２、接眼部３５０３、操作スイッチ３５０４、受像部（図示しない）等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３５０２に適用することで、本発明のデジタルカメラが完成する。
【０２１１】
図１９（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３６０１の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のフロント型プロジェクターが完成する。
【０２１２】
図１９（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４等を含む。本発明により作製された半導体装置を投射装置３７０２の一部を構成する液晶表示装置３８０８やその他の駆動回路に適用することで、本発明のリア型プロジェクターが完成する。
【０２１３】
なお、図１９（Ｃ）は、図１９（Ａ）及び図１９（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１９（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２１４】
また、図１９（Ｄ）は、図１９（Ｃ）中における光源光学系３８０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１９（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０２１５】
ただし、図１９に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置及び発光装置での適用例は図示していない。
【０２１６】
図２０（Ａ）は携帯電話であり、本体３９０１、音声出力部３９０２、音声入力部３９０３、表示部３９０４、操作スイッチ３９０５、アンテナ３９０６等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部３９０４に適用することで、本発明の携帯電話が完成する。
【０２１７】
図２０（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体４００１、表示部４００２、４００３、記憶媒体４００４、操作スイッチ４００５、アンテナ４００６等を含む。本発明により作製された半導体装置は表示部４００２、４００３に適用することで、本発明の携帯書籍が完成する。
【０２１８】
図２０（Ｃ）はディスプレイであり、本体４１０１、支持台４１０２、表示部４１０３等を含む。本発明により作製された半導体装置を表示部４１０３に適用することで、本発明のディスプレイが完成する。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角１０インチ以上（特に３０インチ以上）のディスプレイには有利である。
【０２１９】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、さまざまな分野の電子機器に適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜８または９の組み合わせからなる構成を用いても実現することができる。
【０２２０】
【発明の効果】
本発明の構成を採用することにより、以下に示すような基本的有意性を得ることが出来る。
（ａ）照射面またはその近傍の平面においてエネルギー分布の均一性の非常に優れたレーザ光を形成することを可能とする。そのため、被照射体に対して一様にアニールすることを可能とする。
（ｂ）異なるレーザから発振されたレーザ光を合成するため、干渉が起こらない。これは干渉性の高いレーザを用いる場合に特に有効である。
（ｃ）スループットを向上させることを可能とする。これは、大面積基板の場合に特に有効である。
（ｄ）以上の利点を満たした上で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される半導体装置において、半導体装置の動作特性および信頼性の向上を実現することができる。さらに、半導体装置の製造コストの低減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２】 図１の光学系により分割されるレーザ光の様子の例を示す図。
【図３】 本発明の光学系の例を示す図。
【図４】 図３の光学系により分割されるレーザ光の様子の例を示す図。
【図５】 図３の光学系により照射面において形成される矩形ビームの形状の例を示す図。
【図６】 本発明の光学系の例を示す図。
【図７】 本発明の光学系の例を示す図。
【図８】 本発明の光学系の例を示す図。
【図９】 本発明の光学系の例を示す図。
【図１０】 従来の光学系の例を示す図。
【図１１】 （Ａ）従来の光学系により形成されるレーザ光のエネルギー密度の分布の例を示す図。
（Ｂ） 図１１（Ａ）で示すレーザ光により大面積基板をアニールする例を示す図。
【図１２】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１３】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１４】 画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程を示す断面図。
【図１５】 画素ＴＦＴの構成を示す上面図。
【図１６】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図。
【図１７】 発光装置の駆動回路及び画素部の断面構造図。
【図１８】 半導体装置の例を示す図。
【図１９】 半導体装置の例を示す図。
【図２０】 半導体装置の例を示す図。
【図２１】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２２】 図２１の光学系により分割されるレーザ光の様子の例を示す図。
【図２３】 被照射体に対するレーザ光の入射角度θを求めるための図。
【図２４】 本発明の光学系の例を示す図。
【図２５】 本発明により照射面において形成されるレーザ光の形状の例を示す図。
Claims (14)
- 複数のレーザと、
該複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光のスポットを切断し各々複数の第２のレーザ光のスポットに分割する手段と、
複数の前記第１のレーザ光のスポットの各々において、前記第２のレーザ光のスポットから１つずつ選択して照射面において同一領域で合成する手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置。 - 複数のレーザと、
該複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光のスポットを切断し各々複数の第２のレーザ光のスポットに分割する手段と、
複数の前記第１のレーザ光のスポットの各々において、前記第２のレーザ光のスポットから互いに異なるエネルギー分布を有するレーザ光のスポットを１つずつ選択して照射面において同一領域で合成する手段と、
を有することを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１または請求項２において、
前記照射面において同一領域で合成されて形成されるレーザ光の形状は、線状であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記合成する手段は、ミラー、シリンドリカルレンズから選ばれた一種または複数種である
ことを特徴とするレーザ照射装置。 - 複数のレーザと、
該複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光のスポットを切断し各々複数の第２のレーザ光のスポットに分割する手段と、
前記複数の第２のレーザ光に対して斜めに設置される凸レンズと、
複数の前記第１のレーザ光のスポットの各々において、前記凸レンズを射出した第２のレーザ光のスポットから１つずつ選択して照射面において同一領域で合成する手段とを有し、
前記照射面は前記凸レンズを経由したレーザ光が前記被照射面に対して斜めに入射されるように設置され、
前記凸レンズにより被照射面において前記レーザ光の形状は線状に形成される
ことを特徴とするレーザ照射装置。 - 複数のレーザと、
該複数のレーザから発振される複数の第１のレーザ光のスポットを切断し各々複数の第２のレーザ光のスポットに分割する手段と、
前記複数の第２のレーザ光に対して斜めに設置される凸レンズと、
複数の前記第１のレーザ光のスポットの各々において、前記凸レンズを射出した第２のレーザ光のスポットから互いに異なるエネルギー分布を有するレーザ光のスポットを１つずつ選択して照射面において同一領域で合成する手段とを有し、前記照射面は前記凸レンズを経由したレーザ光が前記被照射面に対して斜めに入射されるように設置され、
前記凸レンズにより被照射面において前記レーザ光の形状は線状に形成される
ことを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項５または請求項６において、
基板上に設置された被照射体に入射する前記レーザ光のビーム長をｗ、前記基板の厚さをｄとすると、前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θは、
θ≧ａｒｃｔａｎ（ｗ／（２×ｄ））
を満たすことを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項５乃至７のいずれか一項において、
前記被照射体に対して入射する前記レーザ光の入射角θがブリュ−スター角であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至８のいずれか一項において、
前記分割する手段は、スリット、ミラー、プリズム、シリンドリカルレンズ、シリンドリカルレンズアレイから選ばれた一種または複数種である
ことを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至９のいずれか一項において、
前記レーザは、連続発振またはパルス発振の固体レーザまたは気体レーザまたは金属レーザであることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至１０のいずれか一項において、
前記レーザは、連続発振またはパルス発振のＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至１０のいずれか一項において、
前記レーザは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ2レーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至１０のいずれか一項において、
前記レーザは、ヘリウムカドミウムレーザ、銅蒸気レーザ、金蒸気レーザから選ばれた一種であることを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項１乃至１３のいずれか一項において、
前記レーザ光は、非線形光学素子により高調波に変換されていることを特徴とするレーザ照射装置。
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