JP4439630B2 - シリンドリカルレンズアレイおよびビームホモジェナイザー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、線状のレーザービームを走査して照射する構成に関する。
本明細書で開示する発明は、非単結晶半導体膜に線状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら照射してアニールする構成に関する。
本明細書で開示する発明は、半導体装置とその作製に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非単結晶半導体膜（非晶質、多結晶、微結晶等、単結晶でない半導体膜）にアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜（単結晶、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）を得る技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研究が行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザーは基板の温度をあまり変えずに半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００４】
珪素膜にレーザーアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。該結晶性珪素膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜とも呼ばれる。
【０００５】
また、出力の大きい、エキシマレーザー等のパルスレーザービームを、被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、数ミリ幅×数１０ｃｍの線状となるように光学系にて加工し、レーザービームを走査させて（レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて）、レーザーアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
【０００６】
特に、線状レーザービームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用いた場合とは異なり、線状レーザーの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザー照射を行うことができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。この高い量産性により、現在レーザーアニールにはエキシマレーザービームを適当な光学系で加工した線状レーザービームを使用することが主流になりつつある。
【０００７】
一般に線状レーザービームを形成する場合、元が長方形状のビームを適当なレンズ群に通して線状に加工する。前記長方形状のビームはアスペクト比が２から５程度であるが、例えば、図２Ａ，Ｂに示したレンズ群（これをビームホモジェナイザーと呼ぶ。）により、アスペクト比１００以上の線状ビームに変形される。その際、エネルギーのビーム内分布も同時に均質化されるように、上記レンズ群は設計されている。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形のビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するものである。
【０００８】
図２Ａ，Ｂに示す装置は、発振器２０１からのレーザー光（この状態では概略矩形形状を有している）を２０２、２０３、２０４、２０５、２０７で示す光学系を介して、線状ビームとして照射する機能を有している。なお、２０６はミラーである。
【０００９】
２０２はシリンドリカルレンズアレイと呼ばれ、ビームを多数に分割する機能を有する。この分割された多数のビームは、シリンドリカルレンズ２０５で１つに合成される。
【００１０】
この構成は、ビーム内の強度分布を均一にするために必要とされる。また、シリンドリカルレンズアレイ２０３とシリンドリカルレンズ２０４との組み合わせも上述したシリンドリカルレンズアレイ２０２とシリンドリカルレンズ２０５の組み合わせと同様な機能を有する。
【００１１】
即ち、シリンドリカルレンズアレイ２０２とシリンドリカルレンズ２０５の組み合わせは、線状レーザービームの長手方向におけるエネルギー（強度）分布を均一にする機能を有し、シリンドリカルレンズアレイ２０３とシリンドリカルレンズ２０４の組み合わせは、線状レーザービームの幅方向におけるエネルギー（強度）分布を均一にする機能を有している。ミラー２０６を介して、シリンドリカルレンズ２０７を配置することにより、より細い線状レーザービームを得ることができる。
【００１２】
ビーム内のエネルギー分布を均質化する役割を果たす光学系をビームホモジェナイザーと呼ぶ。図２に示した光学系もビームホモジェナイザーの１つである。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形のビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記線状に加工されたパルスレーザービームを走査させて、非単結晶半導体膜に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問題が生じている。それらの問題の１つは非単結晶半導体膜の条件、例えば膜厚等、によっては、レーザーアニールが膜面全体に一様に為されないことにあった。
【００１４】
半導体膜を用いた半導体装置の作製において、作製しようとする半導体素子や装置の性質に応じて、半導体膜の厚さを変化させることがある。例えば、高い特性を得ようとすると薄い膜、例えば２５〜５５ｎｍ程度のものが必要であった。あるいは、高い信頼性を得ようとすると、厚い膜、例えば、５５ｎｍ〜１００ｎｍ程度のものが要求された。よって、作ろうとする半導体素子に要求される特性によって、半導体膜の膜厚を変えることが行われる。
【００１５】
例えば、膜厚が５０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の非単結晶半導体膜より、５０ｎｍ以下の非単結晶半導体膜にレーザービームを照射した場合、ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立ち、これらの縞の一本一本で膜の半導体特性が著しく異なることがある。（図１参照。）
【００１６】
あるいは、６０ｎｍ以上の膜厚を持つ非単結晶半導体膜を同様にレーザーアニールした場合でも、ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象が起こることがある。
【００１７】
例えばこの縞ができた結晶性半導体膜を使用して半導体装置、例えば薄膜トランジスタを作製し、かかる薄膜トランジスタを有する液晶ディスプレイを作製した場合、この縞が画面の表示にそのまま出てしまう不都合が生じた。この問題は、レーザーの照射対象である非単結晶半導体膜の膜質の改良や、線状レーザーの走査ピッチ（隣り合うパルスの間隔。）を細かくすることで、改善されつつあるが、まだ十分ではない。本出願人の実験によると、走査ピッチは線状レーザービームのビーム巾の１０分の１前後が最も適当であった。
【００１８】
本明細書で開示する発明は、非単結晶半導体膜の広い範囲の膜厚において、十分な均質性と高い生産性を持ってレーザーアニールする方法及びかかる方法によって作製される結晶性半導体膜を用いた半導体装置を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本出願で開示する発明の一つは、
線状のレーザービームをビーム幅方向に走査しながら照射するレーザー照射装置であって、
照射面における前記レーザービームは、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において第２のエネルギー密度を有し、
第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高いことを特徴とするレーザー照射装置である。
【００２０】
かかる装置において、第１のビーム幅と第２のビーム幅は等しくしてもよい。
【００２１】
かかる装置において、走査は、レーザービームの第１のエネルギー密度を有する側から行ってもよい。
【００２２】
また、走査は、レーザービームの第２のエネルギー密度を有する側から行ってもよい。
【００２３】
さらには、レーザービームは第１のエネルギー密度を有する側から走査した後、第２のエネルギー密度を有する側から走査したり、逆に、第２のエネルギー密度を有する側から走査した後、第１のエネルギー密度を有する側から走査してもよい。
【００２４】
また、前記第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密度の差は、第１のエネルギー密度の４％〜３０％とするとより好ましい。
【００２５】
また、レーザービームの照射は、He、Ar、N2のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行われると好ましい。
【００２６】
本出願で開示する発明の他の一つは、
レーザービームを分割する役割を果たす光学レンズと、
前記分割されたレーザービームを合成する光学系とを有し、
前記光学レンズは、シリンドリカルレンズと半シリンドリカルレンズとで構成されていることを特徴とするビームホモジェナイザーである。
【００２７】
かかるビームホモジェナイザーは、前記した第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密度を有する線状のレーザービームを得ることができる。
【００２８】
前記の半シリンドリカルレンズは、シリンドリカルレンズを長さ方向の断面形状が長方形になるように２つの合同な立体に分けた場合の一方の形状を有している。
【００２９】
前記の半シリンドリカルレンズは複数個あってもよい。
【００３０】
上記したレーザー照射装置において、レーザービームは周波数１００Ｈｚ以上のパルスレーザーであるとより好ましい。
【００３１】
また、本明細書で開示する他の構成は、
線状のレーザービームをビーム幅方向に走査しながら照射するレーザー照射方法であって、
照射面における前記レーザービームは、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において第２のエネルギー密度を有し、
第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高いことを特徴とするレーザー照射方法である。
【００３２】
また、本出願で開示する発明の他の一つは、
結晶性半導体膜を有する半導体装置であって、
前記結晶性半導体膜は、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において前記第１のエネルギー密度より高い第２のエネルギー密度を、照射面において有する線状レーザービームが、そのビーム幅方向に走査しつつ照射されたものであることを特徴とする半導体装置である。
【００３３】
前記半導体装置は、前記結晶性半導体を活性層とした薄膜トランジスタであることは好ましい。
【００３４】
前記結晶性半導体膜の膜厚は、２５ｎｍ〜７５ｎｍであることは好ましい。この範囲の膜厚は、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において前記第１のエネルギー密度より高い第２のエネルギー密度を、照射面において有する線状レーザービームが、そのビーム幅方向に走査しつつ照射された際に、膜質の面内均質性が向上されている。
【００３５】
本出願で開示する他の発明は、
基板上の非単結晶半導体膜に対し、線状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら照射して結晶性半導体膜を得る工程と、
前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を作製する工程とを有し、
前記線状のレーザービームは、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において第２のエネルギー密度を照射面において有し、
第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高いことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００３６】
上記作製方法において、第１のビーム幅と第２のビーム幅は等しいことは好ましい。
【００３７】
上記作製方法において、走査は、レーザービームの第１のエネルギー密度を有する側からしてもよい。
【００３８】
上記作製方法において、走査は、レーザービームの第２のエネルギー密度を有する側からしてもよい。
【００３９】
上記作製方法において、前記非単結晶半導体膜を第１のエネルギー密度を有する側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を第２のエネルギー密度を有する側から走査してアニールしてもよい。
【００４０】
上記作製方法において、前記非単結晶半導体膜を第２のエネルギー密度を有する側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を第１のエネルギー密度を有する側から走査してアニールしてもよい。
【００４１】
上記作製方法において、前記第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密度との差は、第１のエネルギー密度の４％〜３０％であるとよい。
【００４２】
上記作製方法において、照射は、He、Ar、N2のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行われるとよい。
【００４３】
上記作製方法において、照射はHe雰囲気で行われることは好ましい。これにより、非単結晶半導体膜上に酸化珪素膜等によるキャップ層等を設けずに直接レーザー照射した場合の、アニール後の結晶性珪素膜の膜質の面内均質性が高まり、またリッジといわれる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。
【００４４】
上記作製方法において、レーザービームは周波数１００Ｈｚ以上のパルスレーザーであるとより好ましい。かかる周波数とすることで走査速度を速めることができるので、処理速度を高めることができ、半導体装置の生産性が向上する。
【００４５】
図２に示した線状レーザービーム形成の為の光学系（ビームホモジェナイザー）は、非常に均質性の高い線状レーザービームを形成する。該線状レーザービームのエネルギー分布を、線状レーザービームのビーム幅方向の断面でみると、その断面は図３に示す様に矩形状の分布になる。
【００４６】
本出願人は、このエネルギー分布を変化させることにより、より均質なレーザーアニールができる条件を探求した。探求の方法は、非単結晶半導体膜の直前にレーザー用の減光フィルターを配置することでエネルギーの分布を変えるようにした。該フィルターは、図２に示した光学系の性質から非単結晶半導体膜直前（１ｍｍ以内）に配置した。
【００４７】
その結果、図２の光学系を用いた従来の方法に比較して、珪素膜の厚さが４０ｎｍであっても均質にレーザーアニールできた。
【００４８】
このとき、前記の減光フィルターには透過率９０％のものを使用した。また、このときフィルターは線状レーザービームの幅方向に対して概略半分にかかるように配置した
【００４９】
前記エネルギー分布を図４に示した。図４は、図３と同様に線状レーザービームの幅方向の断面のエネルギー分布を示したものである。このエネルギー分布で、従来のレーザー照射方法と同様の条件でレーザー照射したところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立たなくなった。このとき、線状レーザーの走査の方向は、エネルギーの低い方を前にして行った。すなわち、図４のA の方向に線状ビームを走査することで珪素膜をレーザーアニールした。
【００５０】
図４に線状レーザービームの形状を特徴づける２種類のエネルギー（E1、E2）とそれらの幅（ｗ１、ｗ２）を定義した。ここで、E1＜E2とすると、1.04≦E2/E1 ≦1.3 の範囲で、効果があった。また、ｗ１とｗ２の関係は、ｗ１≒ｗ２であるとよかった。
【００５１】
さらに、本出願人は、該レーザービームが厚い珪素膜（５５ｎｍ以上）に対してどのような効果をもたらすかを調べた。その結果、厚さ６５ｎｍの珪素膜に対して、薄い珪素膜を処理したときとは逆方向（図４に示したB の方向）に走査しながらレーザーアニールを行ったところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立たなくなった。
【００５２】
図４に示した線状レーザービームは、膜厚５０〜６０ｎｍの珪素膜に対しても、均質なレーザーアニールを行うことができた。照射時の走査の方向は図４に示したA 、B いずれの方向も均質なアニールができた。
【００５３】
かかる構成により、線状レーザービームで均質にアニールできる非単結晶半導体膜の厚さの範囲が飛躍的に拡がった。しかしながら、非単結晶半導体膜の直前（１ｍｍ以内）にレーザー用のフィルターを配置することは、簡易な構成で図４のエネルギー分布を実現できる反面、耐久性に問題があり、また装置の微調整を必要とした。
【００５４】
そこで本出願人は、図２の光学系のうち、線状レーザービームのビーム幅におけるエネルギー分布を均一にする機能を有する部分の構成を変えることで、図４に示したエネルギー分布を得ることのできる光学系を発明した。該光学系の一部を図５に示す。図５の光学系は、図２に記載したシリンドリカルレンズアレイ２０３を、シリンドリカルレンズアレイ５０１に置き換えたものである。
【００５５】
図５では、ビーム長におけるエネルギー分布を均一にする機能を有する部分等は、簡単のため省いた。
【００５６】
図５の光学系の特徴は、シリンドリカルレンズアレイ５０１の構成にある。このシリンドリカルレンズアレイにより、照射面には２段のエネルギー分布を持つ線状レーザービームが形成される。シリンドリカルレンズアレイ５０１の特徴は、通常の形状のシリンドリカルレンズと、幅方向（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直な方向）での断面が、通常の形状のシリンドリカルレンズを光軸で半分に切った場合の一方の形状を有するもの（本明細書では、これを半シリンドリカルレンズと呼ぶ。）とをアレイ状に組み合わせたことにある。
【００５７】
シリンドリカルレンズアレイ５０１を立体視したものを図６に記載した。通常の形状のシリンドリカルレンズは図６の６０２、６０３、６０４、６０５にあたる。半シリンドリカルレンズ６０１、６０６の形状は、幅方向（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直な方向）の断面が、通常の形状のシリンドリカルレンズを光軸で半分に切った場合の一方の形状を有するものとした。その長さ方向の切断面は長方形で、２つに分かれたレンズは互いに合同または概略合同になるような形状である。
【００５８】
この結果、１つの通常のシリンドリカルレンズを通過する光は、線状レーザービームの幅いっぱいに拡がるが、半シリンドリカルレンズを通過する光は、線状レーザービームの幅に対して、片側半分にしか拡がらない。よって、図５記載の光学系は、図４に示したエネルギー分布を持つ線状レーザービームを作ることができる。
【００５９】
シリンドリカルレンズアレイ５０１の形状は、図７に示したように様々な形態がとれるが、この形態は入射させるレーザービームのエネルギー分布により最適化される。通常、図４記載の線状レーザービームのエネルギー密度E1とE2の差は、E1の４〜３０％程度がよかった。そして、そのようなビームを形成するためには、半シリンドリカルレンズを通過するレーザー光のエネルギーを、レーザー光の全エネルギーの２〜１５％程度にすればよかった。
【００６０】
このような形状のシリンドリカルレンズアレイ５０１の例は図７の７０１、７０２、７０３、７０４に示した。また、７０５のような簡単な構成でも本発明が示す効果がある。７０１は複数のシリンドリカルレンズの両端に半シリンドリカルレンズを一つずつ配置した例である。７０２は、複数のシリンドリカルレンズの間に一つの半シリンドリカルレンズが配置されたものを、複数配置したものである。７０３は複数のシリンドリカルレンズの中央に複数の半シリンドリカルレンズを配置したものである。７０４は複数のシリンドリカルレンズの両端に複数の半シリンドリカルレンズを配置したものである。７０５は複数のシリンドリカルレンズの中央に一つの半シリンドリカルレンズを配置したものである。
【００６１】
シリンドリカルレンズアレイにおいて、半シリンドリカルレンズの数は１つでもよいが、複数個あるほうが、かかる均一性の向上には効果があり、さらに、その数が偶数個であると、より好ましい。ただし、半シリンドリカルレンズの向きはすべて同じ向きである。すなわち、シリンドリカルレンズアレイの幅方向（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直な方向）において、複数の半シリンドリカルレンズの断面の形状は同じである。
【００６２】
また、シリンドリカルレンズアレイ５０１の構成は、シリンドリカルレンズアレイ５０１に入射するレーザービームのエネルギー分布が、線対称（例えばガウシアン分布）または線対称に近いものであった場合、シリンドリカルレンズアレイにおける半シリンドリカルレンズの配置を、線対称なエネルギー分布の対称軸に対し、対称の位置にすると、各エネルギー密度を有するビーム幅における、ビーム幅方向のエネルギー密度の均一性が向上し、より均質なアニールができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下に本明細書で開示する発明の実施の形態を実施例にて説明する。
【００６４】
【実施例】
〔実施例１〕
ここでは、３５ｎｍの膜厚を持つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールする方法を述べる。前述のとおり、３５ｎｍの膜厚は半導体膜としては薄く、高特性の半導体素子を作製するのに適している。
【００６５】
まず、基板として１２７ｍｍ角のガラス基板（コーニング１７３７）を用意した。この基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜した。さらに、その上に非晶質珪素膜を３５ｎｍの厚さに成膜した。成膜は、共にプラズマＣＶＤ法にて行った。
【００６６】
上記成膜済の基板を、４５０℃、１時間の熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれた。該膜内の水素の密度は１０20atoms/cm3 オーダーが適当であった。
【００６７】
図８に、レーザー照射装置の例を示す。図８は、レーザー照射装置の概観である。
図８において、レーザー照射装置は、レーザー発振装置２０１から照射され、光学系８０１により光路が変更されたパルスレーザービームを、ミラー２０６で反射させ、シリンドリカルレンズ２０７にて集光させつつ、被処理基板８０２に照射される機能を有している。
【００６８】
レーザー発振装置２０１は、ここでは、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するものを用いた。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）等を用いてもよい。また、連続発振エキシマレーザーを用いても良い。
【００６９】
光学系８０１には、図２に示した光学系の内シリンドリカルレンズアレイ２０３を本発明のシリンドリカルレンズアレイ７０１に置換したものを使用した。なお、シリンドリカルレンズアレイ２０２は凸レンズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で構成しても本発明の本質になんら影響しない。
【００７０】
シリンドリカルレンズアレイ７０１を使用した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ７０１に入射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似されるエネルギー分布を持っていたためである。また、半シリンドリカルレンズが両端に位置するシリンドリカルレンズアレイ７０１を選んだ理由は、図４で図示したエネルギー密度E1とE2の差が、３５ｎｍの珪素膜を均一にレーザー照射するための最適な値となるからである。
【００７１】
ガウシアンで近似されるエネルギー分布を持っているビーム（ガウシアンビーム）の様にエネルギー分布の中央がもっともエネルギーが強く、端にいくにしたがってエネルギーが減衰していくビームに対しては、半シリンドリカルレンズを、シリンドリカルレンズアレイ５０１の中央に配置すると、エネルギー密度E1とE2の差がもっとも大きくなり、両端に配置すると前記のエネルギー差がもっとも小さくなった。
【００７２】
上記の工程で作製した厚さ３５ｎｍの非晶質珪素膜を均質にレーザーアニールするために必要なレーザービームのエネルギーは、ここではE2= ３００ｍＪ/ ｃｍ2 、E1= ２８０ｍＪ/ ｃｍ2 であった。
【００７３】
これらの条件は、照射対象の半導体膜の特性に依存する。
【００７４】
被処理基板８０２は、台８０３上に配置された。そして、台８０３は、移動機構８０４によって、線状レーザービームの線方向に対して直角方向（線状レーザービームを含む平面を含む。）に真っ直ぐに移動され、被処理基板８０２上面に対しレーザービームを走査しながら照射することを可能とする。
【００７５】
図９に示す装置の説明をする。ロード／アンロード室９０５に、被処理基板８０２が多数枚、例えば２０枚収納されたカセット９０３が配置される。ロボットアーム９０４により、カセット９０３から一枚の基板がアライメント室に移動される。
【００７６】
アライメント室９０２には、被処理基板８０２とロボットアーム９０４との位置関係を修正するための、アライメント機構が配置されている。アライメント室９０２は、ロード／アンロード室９０５と接続されている。
【００７７】
基板は、ロボットアーム９０４によって基板搬送室９０１に運ばれ、さらにロボットアーム９０４によって、レーザー照射室９０６に移送される。図８において、被処理基板８０２上に照射される線状レーザービームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍとする。また、ｗ１＝ｗ２＝０．２ｍｍとする。
【００７８】
レーザー照射前に雰囲気をHeに置換する。このとき真空ポンプ９０７で、基板雰囲気を希薄にしたのちに、ガスボンベ９０８からHeをレーザー照射室９０６に導入した。雰囲気は１気圧とした。これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよい。また、それらの混合気体でもよい。また、レーザー照射装置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中での照射でもよい。また、He雰囲気とすると、非単結晶半導体膜上に酸化珪素膜などのキャップ層を設けず、本実施例のように、直接レーザー照射して結晶化させた場合、アニール後の結晶性珪素膜の膜質がより均質となり、また、リッジといわれる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。
【００７９】
エネルギー密度E1から走査される（すなわち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあたるエネルギーがE1になるように）ように、台８０３を移動機構８０４に沿って１. ２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査させた。レーザーの発振周波数は３０Ｈｚとし、珪素膜のある一点に注目すると、計１０ショットのレーザービームが照射された。前記ショット数は５ショットから５０ショットの範囲で適当に選ぶ。
【００８０】
また、生産性を高めるために、エキシマレーザーの発振周波数を１００Ｈｚ以上にしてもよかった。このとき、前記ショット数を維持するため、移動機構８０４は４ｍｍ／ｓ以上の速度で走査させる必要があった。
【００８１】
レーザー照射の際、線状レーザービームの走査方向は図４に示したA 、B いずれの方向でも効果があった。しかしながら非単結晶半導体膜の状態（水素の含有量、厚さ等）の違いにより最適な方向は変わった。例えば、厚さ４５ｎｍの珪素膜に対しては、先ず、A の方向に１度走査した後に、B の方向にもう一度走査すると、より均一なレーザー照射ができた。
【００８２】
かかる工程により、膜質の面内均質性の優れた結晶性珪素膜を得ることができた。
レーザー照射終了後、被処理基板８０２はロボットアーム９０４によって基板搬送室９０２に引き戻される。被処理基板８０２は、ロボットアーム９０４によって、ロード／アンロード室９０５に移送され、カセット９０３に収納される。
【００８３】
こうして、レーザーアニール工程が終了する。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
【００８４】
なお、本実施例において、線状レーザービームをエネルギー密度E1の側からの走査のみを行ったが、かかる走査の後、エネルギー密度E2の側からの走査を行うことで、より均一性が向上する場合がある。
【００８５】
〔実施例２〕
ここでは、６５ｎｍの膜厚を持つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールする方法を述べる。前述のとおり、６５ｎｍの膜厚は半導体膜としては厚く、高信頼性の半導体素子を作製するのに適している。
【００８６】
まず、基板として１２７ｍｍ角のガラス基板（コーニング１７３７）を用意した。この基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜した。さらに、その上に非晶質珪素膜を６５ｎｍの厚さに成膜した。成膜は、共にプラズマＣＶＤ法にて行った。
【００８７】
上記成膜済の基板を、５００℃、１時間の熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれた。該膜内の水素の密度は１０20atoms/cm3 オーダーが適当であった。
【００８８】
図８に、本発明のレーザー照射装置を示す。図８は、レーザー照射装置の概観である。
【００８９】
図８において、レーザー照射装置は、レーザー発振装置２０１から照射され、光学系８０１により光路が変更されたパルスレーザービームを、ミラー２０６で反射させ、シリンドリカルレンズ２０７にて集光させつつ、被処理基板８０２に照射される機能を有している。
【００９０】
レーザー発振装置２０１は、ここでは、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するものを用いた。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）等を用いてもよかった。
【００９１】
光学系８０１には、図２に示した光学系の内シリンドリカルレンズアレイ２０３を本発明のシリンドリカルレンズアレイ７０２に置換したものを使用した。なお、シリンドリカルレンズアレイ２０２は凸レンズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で構成しても本発明の本質になんら影響しなかった。
【００９２】
シリンドリカルレンズアレイ７０２を使用した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ７０２に入射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似されるエネルギー分布を持っていたためである。また、半シリンドリカルレンズが端のシリンドリカルレンズと中心のシリンドリカルレンズの間に位置するシリンドリカルレンズアレイ７０２を選んだ理由は、図４で図示したエネルギー密度E1とE2の差が、６５ｎｍの珪素膜を均一にレーザー照射するための最適な値となるからである。
【００９３】
ガウシアンビームの様に中央がもっともエネルギーが強く、端にいくにしたがってエネルギーが減衰していくビームに対しては、半シリンドリカルレンズを、シリンドリカルレンズアレイ５０１の中央に配置すると、エネルギー密度E1とE2の差がもっとも大きくなり、両端に配置すると前記のエネルギー差がもっとも小さくなった。
【００９４】
上記で作成した厚さ６５ｎｍの非晶質珪素膜を均質にレーザーアニールするために必要なレーザービームのエネルギーは、ここではE2= ４５０ｍＪ/ ｃｍ2 、E1= ３８０ｍＪ/ ｃｍ2 であった。
【００９５】
これらの条件は、照射対象の半導体膜の特性に依存する。
【００９６】
被処理基板８０２は、台８０３上に配置された。そして、台８０３は、移動機構８０４によって、線状レーザービームの線方向に対して直角方向（線状レーザービームを含む平面を含む。）に真っ直ぐに移動され、被処理基板８０２上面に対しレーザービームを走査しながら照射することを可能とする。
【００９７】
図９に示す装置の説明をする。ロード／アンロード室９０５に、被処理基板８０２が多数枚、例えば２０枚収納されたカセット９０３が配置される。ロボットアーム９０４により、カセット９０３から一枚の基板がアライメント室に移動される。
【００９８】
アライメント室９０２には、被処理基板８０２とロボットアーム９０４との位置関係を修正するための、アライメント機構が配置されている。アライメント室９０２は、ロード／アンロード室９０５と接続されている。
【００９９】
基板は、ロボットアーム９０４によって基板搬送室９０１に運ばれ、さらにロボットアーム９０４によって、レーザー照射室９０６に移送される。図８において、被処理基板８０２上に照射される線状レーザービームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍとする。また、ｗ１＝ｗ２＝０．２ｍｍとする。
【０１００】
レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよかった。また、それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中での照射でもよかった。また、He雰囲気とすると、非単結晶半導体膜上に酸化珪素膜などのキャップ層を設けず、本実施例のように、直接レーザー照射して結晶化させた場合、アニール後の結晶性珪素膜の膜質がより均質となり、また、リッジといわれる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。
【０１０１】
エネルギー密度E2から走査される（すなわち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあたるエネルギーがE2になるように）ように、台８０３を１. ２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査させた。レーザーの発振周波数は３０Ｈｚとし、非晶質珪素膜のある一点に注目すると、計１０ショットのレーザービームが照射された。前記ショット数は５ショットから５０ショットの範囲で適当に選ぶ。
【０１０２】
レーザー照射終了後、被処理基板８０２はロボットアーム９０４によって基板搬送室９０２に引き戻される。被処理基板８０２は、ロボットアーム９０４によって、ロード／アンロード室９０５に移送され、カセット９０３に収納される。
【０１０３】
かかる工程により、膜質の面内均質性の優れた結晶性珪素膜を得ることができた。
【０１０４】
こうして、レーザーアニール工程が終了する。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
【０１０５】
なお、本実施例において、線状レーザービームをエネルギー密度E2からの走査（図４、Ｂの方向）のみ行ったが、かかる走査の後、エネルギー密度E1からの走査（図４、Ａの方向）を行うことで、より均質性が向上する場合もある。
【０１０６】
〔実施例３〕
実施例１，２において、レーザーアニールされる非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜の例を示したが、非単結晶半導体膜として、非晶質珪素膜を熱結晶化させた結晶性珪素膜を用いてもよい。
【０１０７】
さらに、非晶質珪素膜を熱結晶化させる際に、結晶性を促進する元素を非晶質珪素膜に添加して結晶性を高めても良い。この場合、５５０℃、４時間程度で十分な結晶化をさせることが出来る。結晶性を促進する元素としては、ニッケル、ゲルマニウム、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などである。
【０１０８】
これらの結晶性を促進する元素を非晶質珪素膜に添加するには、非晶質珪素膜の上面又は下面（非晶質珪素膜の下地の上面）に、結晶性を促進する元素を含む層を形成する。層は非晶質珪素膜の上面又は下面の、全面に形成してもよいし、一部に形成してもよい。層を非晶質珪素膜の上面又は下面の一部に形成した場合、層と重ならない非晶質珪素膜の領域において、非晶質珪素膜は横方向に結晶が成長する。
【０１０９】
層の形成方法としては、結晶化を促進する元素を含む（例えば１０ppm）水溶液をスピンコート法などにより塗布する。他に、スパッタ法、真空蒸着法によって結晶性を促進する元素の層を、例えば１〜５nmの厚さに形成してもよい。また、上記結晶性を促進する元素を含む電極を用いて発生させたプラズマに非晶質珪素膜の上面又は下面を曝す処理により、結晶性を促進する元素の層を形成してもよい。
【０１１０】
このような方法で作製された結晶性珪素膜は、結晶化温度が低いため欠陥を多く含む場合があり、より結晶性を向上させて半導体素子としての特性を高めるために、レーザー照射を行うことは好ましい。
【０１１１】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例１または実施例２または実施例３で得られた結晶性珪素膜を利用してＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を作製する例を示す。本実施例の工程を図１０に示す。
【０１１２】
図１０において、ガラス等の基板１００１上に下地膜として厚さ２００ｎｍの酸化珪素膜１００２を設け、かかる基板上に厚さ５０ｎｍの結晶性珪素膜１００３を形成する。前記結晶性珪素膜１００３は、本明細書に示されるレーザーアニール方法によって作製されたものを用いる。例えば実施例１または実施例２によって得られるものを用いる。（図１０（Ａ））
【０１１３】
結晶性珪素膜１００３をパターニングすることで、ＴＦＴの島状の活性層パターン１００４を形成する。この活性層パターンには、チャネル形成領域と高抵抗領域が形成される。（図１０（Ｂ））。
【０１１４】
活性層を形成後、ゲイト絶縁膜１００５として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により１５０nmの厚さに成膜する。ゲイト絶縁膜１００５成膜以降の工程は、ゲイト絶縁膜１００５を成膜した温度を越えないようにする。このようにすることで、特にＳ値特性の優れたＴＦＴを作製できる。
【０１１５】
次にＳｃを含んだAl膜をスパッタ法により４００ nm の厚さに成膜する。そして、この膜をパターニングし、ゲイト電極を得る。またさらに、陽極酸化法により、パターンの露呈したAl膜表面に陽極酸化膜１００７を２００nmの厚さで形成し、ゲイト電極１００６を得てもよい。
【０１１６】
この陽極酸化膜はゲイト電極の表面を電気的及び物理的に保護する機能を有している。また、後の工程において、チャネル領域に隣接してオフセット領域と称される高抵抗領域を形成するために機能する。
【０１１７】
次に、ゲイト電極１００６、及び、陽極酸化膜を形成した場合には陽極酸化膜１００７をマスクとして燐のドーピングを行う。
【０１１８】
燐のドーピングを行うことで、ソース領域１００８、チャネル形成領域１００９、ドレイン領域１０１０、オフセット領域１０１１、１０１２が自己整合的に形成される。リンのドーズ量は本実施例では、５×１０14ions／ｃｍ2 をイオンドーピング装置を用いて導入した。
【０１１９】
次にレーザーにより、燐を活性化させる。レーザーは実施例１で示した方法で照射した。これにより、基板面内において均一な活性化を行うことができた。
【０１２０】
レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよかった。また、それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中での照射でもよかった。
【０１２１】
レーザービームのエネルギー密度は、E1= １７０ｍＪ／ｃｍ2 、 E2=２００ｍＪ／ｃｍ2 程度とした。なお本工程における適当なエネルギー密度は、レーザーの種類や照射の方法、半導体膜の状態により異なるので、それに合わせて調整する。レーザーの照射により、ソースドレイン領域のシート抵抗は１ＫΩ／□まで下がった。（図１０（Ｃ））
【０１２２】
レーザーで半導体膜を活性化する際、線状レーザービームの走査方向は図４に示したA 、B いずれの方向でも効果があった。
【０１２３】
次に、層間絶縁膜として、窒化珪素膜１０１３をプラズマCVD 法によって２５ｎｍの厚さに成膜し、更に酸化珪素膜１０１４を厚さ９００ｎｍで成膜する。
【０１２４】
次に、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極１０１５、ドレイン電極１０１６を形成する。（図１０（Ｄ））
【０１２５】
こうして、Ｎチャネル型ＴＦＴが完成する。本実施例では燐をソース領域、ドレイン領域に導入したのでＮチャネル型ＴＦＴが作製されたが、Ｐチャネル型を作製するのであれば、燐に変えてボロンをドーピングすればよい。
【０１２６】
上記方法によって形成された結晶性半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを使って、例えば、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイを作製した場合、従来と比較してレーザーの加工あとである縞を目立たなくする、あるいは除去することができた。これは、本発明により個々のＴＦＴの特性のバラツキ、特に移動度のバラツキが抑えられたことによる。
【０１２７】
なお、実施例４では、ＴＦＴとしてトップゲート型（コプレナ型）の例を示したが、他に、スタガ型や、ボトムゲート型の逆スタガ、逆コプレナのＴＦＴにも、同様に実施できる。
【０１２８】
〔実施例５〕
本実施例では、本出願にて示された半導体装置及びその作製方法を用いた液晶表示装置の例を図１１に示す。画素ＴＦＴ（画素スイッチング素子）の作製方法やセル組工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【０１２９】
図１１において８００は絶縁表面を有する基板（ガラス基板又は酸化シリコン膜を設けたプラスチック基板）、８０１は画素マトリクス回路、８０２は走査線駆動回路、８０３は信号線駆動回路、８３０は対向基板、８１０はＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）、８２０はロジック回路である。ロジック回路８２０としては、Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、信号分割回路などの従来ＩＣで代用していた様な処理を行う回路を形成することができる。勿論、基板上にＩＣチップを設けて、ＩＣチップ上で信号処理を行うことも可能である。
【０１３０】
さらに、本実施例では液晶表示装置を例に挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示装置であればＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やＥＣ（エレクトロクロミックス）表示装置に本願発明を適用することも可能であることは言うまでもない。
【０１３１】
また、作製できる液晶表示装置は透過型か反射型かは問わない。この様に本願発明はあらゆるアクティブマトリクス型の電気光学装置（半導体装置）に対して適用することが可能である。
【０１３２】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例１〜実施例４のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【０１３３】
〔実施例６〕
本実施例では、本願発明を用いて作製したＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置について説明する。
【０１３４】
図１５（Ａ）は本願発明を用いて作製したＥＬ表示装置の上面図である。図１４（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線１４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続される。
【０１３５】
このとき少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を囲むようにしてシーリング材（ハウジング材ともいう）１８を設ける。なお、シーリング材１８は素子部を囲めるような凹部を持つ金属板やガラス板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。シーリング材１８として素子部を囲めるような凹部を持つ金属板を用いた場合、接着剤１９によって基板１０に固着させ、基板１０との間に密閉空間を形成する。このとき、ＥＬ素子は完全に前記密閉空間に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。
【０１３６】
さらに、シーリング材１８と基板１０との間の空隙２０には不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素等）を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を設けておくことが望ましい。これによりＥＬ素子の水分等による劣化を抑制することが可能である。
【０１３７】
また、図１５（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示装置の断面構造であり、基板１０、下地膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示している。）が形成されている。これらのＴＦＴは公知の構造（トップゲート構造またはボトムゲート構造）を用いれば良い。
【０１３８】
本願発明は、駆動回路用ＴＦＴ２２の活性層２４、画素部用ＴＦＴ２３の活性層２５となる半導体層の形成に際して用いることができる。また、半導体層の形成以外のプロセスについては公知の技術を用いれば良い。
【０１３９】
本願発明を用いて半導体層を形成し、それを活性層とする駆動回路用ＴＦＴ２２、画素部用ＴＦＴ２３が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６の上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。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（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成し、画素電極２７上に開口部を形成する。
【０１４０】
次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料には低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能である。
【０１４１】
本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣＭ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。勿論、単色発光のＥＬ表示装置とすることもできる。
【０１４２】
ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続成膜するか、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【０１４３】
なお、本実施例では陰極３０として、ＬｉＦ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そして陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。
【０１４４】
３１に示された領域において陰極３０と配線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要がある。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極用コンタクトホールの形成時）や絶縁膜２８のエッチング時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることができる。
【０１４５】
また、配線１６はシーリング材１８と基板１０との間を隙間（但し接着剤１９で塞がれている。）を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線１６について説明したが、他の配線１４、１５も同様にしてシーリング材１８の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１４６】
以上のような構成でなるＥＬ表示装置において、本願発明を用いることができる。本願発明を用いることで、ＴＦＴの活性層となる半導体層の結晶性が均質なものとなるため、ＴＦＴの電気特性のばらつきが低減される。そのため、表示された画質を良好なものとすることができる。
【０１４７】
〔実施例７〕 本出願で開示した半導体装置及びその作製方法は、従来のＩＣ技術全般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集積化されたＲＩＳＣプロセッサ、ＡＳＩＣプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良いし、液晶用ドライバー回路（Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、信号分割回路等）に代表される信号処理回路や携帯機器（携帯電話、ＰＨＳ、モバイルコンピュータ）用の高周波回路に適用しても良い。
【０１４８】
また、マイクロプロセッサ等の半導体回路は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能する。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙げられる。また、車両（自動車や電車等）の制御用コンピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体装置に対しても適用可能である。
【０１４９】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例１〜実施例４のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【０１５０】
〔実施例８〕
本願発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素マトリクス回路は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＬディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【０１５１】
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（リア型またはフロント型）、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、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。それらの一例を図１２乃至図１４に示す。
【０１５２】
図１２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示装置２００３、キーボード２００４で構成される。本願発明を画像入力部２００２、表示装置２００３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５３】
図１２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本願発明を表示装置２１０２、音声入力部２１０３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５４】
図１２（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２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示装置２２０５で構成される。本願発明は表示装置２２０５やその他の信号制御回路に適用できる。
【０１５５】
図１２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示装置２３０２、アーム部２３０３で構成される。本発明は表示装置２３０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５６】
図１２（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２４０１、表示装置２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成される。なお、この装置は記録媒体として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。本発明は表示装置２４０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５７】
図１２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示装置２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成される。本願発明を表示装置２５０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５８】
図１３（Ａ）は携帯電話であり、本体３００１，音声出力部３００３、音声入力部３００３、表示装置３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６で構成される。
【０１５９】
図１３（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３１０１、表示装置３１０２、３１０３、記憶媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６で構成される。
【０１６０】
図１４（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、表示装置２６０１、スクリーン２６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１６１】
図１４（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、表示装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１６２】
なお、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）中における表示装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。表示装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０５〜２８０７、ダイクロイックミラー２８０３、２８０４、光学レンズ２８０８、２８０９、２８１１、液晶表示装置２８１０、投射光学系２８１２で構成される。投射光学系２８１２は、投射レンズを備えた光学系で構成される。本実施例は液晶表示装置２８１０を三つ使用する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１３（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。
【０１６３】
また、図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）中における光源光学系２８０１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２８０１は、光源２８１３、２８１４、合成プリズム２８１５、コリメータレンズ２８１６、２８２０、レンズアレイ２８１７、２８１８、偏光変換素子２８１９で構成される。なお、図１３（Ｄ）に示した光源光学系は光源を２つ用いたが、光源を３〜４つ、あるいはそれ以上用いてもよく、勿論、光源を１つ用いてもよい。また、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フィルム等を設けてもよい。
【０１６４】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に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１〜６のどのような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。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明により、半導体膜に対する線状レーザービームによるレーザーアニールにおいて、得られる結晶性半導体膜の面内均質性を向上させることができる。
特にレーザーアニールによって得られる結晶性半導体膜を高い面内均質性を有するものとできる、非単結晶半導体膜の膜厚の範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 線状レーザーによりレーザー結晶化された珪素膜の写真。
【図２】 従来の線状レーザービームを形成する光学系。
【図３】 線状レーザービームの幅方向の断面のエネルギー分布を示す図。
【図４】 線状レーザービームの幅方向の断面のエネルギー分布を示す図。
【図５】 線状レーザービーム形成の為の光学系の一部を示す図。
【図６】 シリンドリカルレンズアレイの例を示す立体図。
【図７】 シリンドリカルレンズアレイの例を示す図。
【図８】 実施例におけるレーザー照射装置を示す図。
【図９】 実施例におけるレーザー照射装置の上面図。
【図１０】 実施例の工程を示す図。
【図１１】 半導体装置（液晶表示装置）の構成を示す図。
【図１２】 半導体装置（電子機器）の例を示す図。
【図１３】 半導体装置（電子機器）の例を示す図。
【図１４】 半導体装置（電子機器）の例を示す図。
【図１５】 実施例のＥＬ表示装置の例を示す図。
【符号の説明】
２０１ レーザー発振装置
２０２ レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズアレイ
２０３ レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズアレイ
２０４ レーザー光を集光するためのシリンドリカルレンズ
２０５ レーザー光を集光するためのシリンドリカルレンズ
２０６ ミラー
２０７ 線状ビームを集光するためのシリンドリカルレンズ
５０１ シリンドリカルレンズアレイ
６０１ 半シリンドリカルレンズ
６０２ シリンドリカルレンズ
６０３ シリンドリカルレンズ
６０４ シリンドリカルレンズ
６０５ シリンドリカルレンズ
６０６ 半シリンドリカルレンズ
７０１ シリンドリカルレンズアレイ
７０２ シリンドリカルレンズアレイ
７０３ シリンドリカルレンズアレイ
７０４ シリンドリカルレンズアレイ
７０５ シリンドリカルレンズアレイ
８０１ 光学系
８０２ 基板
８０３ 台
８０４ 移動機構
９０１ 基板搬送室
９０２ アライメント室
９０３ カセット
９０４ ロボットアーム
９０５ ロード／アンロード室
９０６ レーザー照射室
９０７ 排気機構
９０８ ガスボンベ
【発明の属する技術分野】
本明細書で開示する発明は、線状のレーザービームを走査して照射する構成に関する。
本明細書で開示する発明は、非単結晶半導体膜に線状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら照射してアニールする構成に関する。
本明細書で開示する発明は、半導体装置とその作製に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非単結晶半導体膜（非晶質、多結晶、微結晶等、単結晶でない半導体膜）にアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させて結晶性半導体膜（単結晶、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）を得る技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研究が行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザーは基板の温度をあまり変えずに半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００４】
珪素膜にレーザーアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。該結晶性珪素膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜とも呼ばれる。
【０００５】
また、出力の大きい、エキシマレーザー等のパルスレーザービームを、被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、数ミリ幅×数１０ｃｍの線状となるように光学系にて加工し、レーザービームを走査させて（レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて）、レーザーアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
【０００６】
特に、線状レーザービームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用いた場合とは異なり、線状レーザーの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザー照射を行うことができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。この高い量産性により、現在レーザーアニールにはエキシマレーザービームを適当な光学系で加工した線状レーザービームを使用することが主流になりつつある。
【０００７】
一般に線状レーザービームを形成する場合、元が長方形状のビームを適当なレンズ群に通して線状に加工する。前記長方形状のビームはアスペクト比が２から５程度であるが、例えば、図２Ａ，Ｂに示したレンズ群（これをビームホモジェナイザーと呼ぶ。）により、アスペクト比１００以上の線状ビームに変形される。その際、エネルギーのビーム内分布も同時に均質化されるように、上記レンズ群は設計されている。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形のビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するものである。
【０００８】
図２Ａ，Ｂに示す装置は、発振器２０１からのレーザー光（この状態では概略矩形形状を有している）を２０２、２０３、２０４、２０５、２０７で示す光学系を介して、線状ビームとして照射する機能を有している。なお、２０６はミラーである。
【０００９】
２０２はシリンドリカルレンズアレイと呼ばれ、ビームを多数に分割する機能を有する。この分割された多数のビームは、シリンドリカルレンズ２０５で１つに合成される。
【００１０】
この構成は、ビーム内の強度分布を均一にするために必要とされる。また、シリンドリカルレンズアレイ２０３とシリンドリカルレンズ２０４との組み合わせも上述したシリンドリカルレンズアレイ２０２とシリンドリカルレンズ２０５の組み合わせと同様な機能を有する。
【００１１】
即ち、シリンドリカルレンズアレイ２０２とシリンドリカルレンズ２０５の組み合わせは、線状レーザービームの長手方向におけるエネルギー（強度）分布を均一にする機能を有し、シリンドリカルレンズアレイ２０３とシリンドリカルレンズ２０４の組み合わせは、線状レーザービームの幅方向におけるエネルギー（強度）分布を均一にする機能を有している。ミラー２０６を介して、シリンドリカルレンズ２０７を配置することにより、より細い線状レーザービームを得ることができる。
【００１２】
ビーム内のエネルギー分布を均質化する役割を果たす光学系をビームホモジェナイザーと呼ぶ。図２に示した光学系もビームホモジェナイザーの１つである。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形のビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するものである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記線状に加工されたパルスレーザービームを走査させて、非単結晶半導体膜に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問題が生じている。それらの問題の１つは非単結晶半導体膜の条件、例えば膜厚等、によっては、レーザーアニールが膜面全体に一様に為されないことにあった。
【００１４】
半導体膜を用いた半導体装置の作製において、作製しようとする半導体素子や装置の性質に応じて、半導体膜の厚さを変化させることがある。例えば、高い特性を得ようとすると薄い膜、例えば２５〜５５ｎｍ程度のものが必要であった。あるいは、高い信頼性を得ようとすると、厚い膜、例えば、５５ｎｍ〜１００ｎｍ程度のものが要求された。よって、作ろうとする半導体素子に要求される特性によって、半導体膜の膜厚を変えることが行われる。
【００１５】
例えば、膜厚が５０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲の非単結晶半導体膜より、５０ｎｍ以下の非単結晶半導体膜にレーザービームを照射した場合、ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立ち、これらの縞の一本一本で膜の半導体特性が著しく異なることがある。（図１参照。）
【００１６】
あるいは、６０ｎｍ以上の膜厚を持つ非単結晶半導体膜を同様にレーザーアニールした場合でも、ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象が起こることがある。
【００１７】
例えばこの縞ができた結晶性半導体膜を使用して半導体装置、例えば薄膜トランジスタを作製し、かかる薄膜トランジスタを有する液晶ディスプレイを作製した場合、この縞が画面の表示にそのまま出てしまう不都合が生じた。この問題は、レーザーの照射対象である非単結晶半導体膜の膜質の改良や、線状レーザーの走査ピッチ（隣り合うパルスの間隔。）を細かくすることで、改善されつつあるが、まだ十分ではない。本出願人の実験によると、走査ピッチは線状レーザービームのビーム巾の１０分の１前後が最も適当であった。
【００１８】
本明細書で開示する発明は、非単結晶半導体膜の広い範囲の膜厚において、十分な均質性と高い生産性を持ってレーザーアニールする方法及びかかる方法によって作製される結晶性半導体膜を用いた半導体装置を提供するものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本出願で開示する発明の一つは、
線状のレーザービームをビーム幅方向に走査しながら照射するレーザー照射装置であって、
照射面における前記レーザービームは、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において第２のエネルギー密度を有し、
第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高いことを特徴とするレーザー照射装置である。
【００２０】
かかる装置において、第１のビーム幅と第２のビーム幅は等しくしてもよい。
【００２１】
かかる装置において、走査は、レーザービームの第１のエネルギー密度を有する側から行ってもよい。
【００２２】
また、走査は、レーザービームの第２のエネルギー密度を有する側から行ってもよい。
【００２３】
さらには、レーザービームは第１のエネルギー密度を有する側から走査した後、第２のエネルギー密度を有する側から走査したり、逆に、第２のエネルギー密度を有する側から走査した後、第１のエネルギー密度を有する側から走査してもよい。
【００２４】
また、前記第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密度の差は、第１のエネルギー密度の４％〜３０％とするとより好ましい。
【００２５】
また、レーザービームの照射は、He、Ar、N2のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行われると好ましい。
【００２６】
本出願で開示する発明の他の一つは、
レーザービームを分割する役割を果たす光学レンズと、
前記分割されたレーザービームを合成する光学系とを有し、
前記光学レンズは、シリンドリカルレンズと半シリンドリカルレンズとで構成されていることを特徴とするビームホモジェナイザーである。
【００２７】
かかるビームホモジェナイザーは、前記した第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密度を有する線状のレーザービームを得ることができる。
【００２８】
前記の半シリンドリカルレンズは、シリンドリカルレンズを長さ方向の断面形状が長方形になるように２つの合同な立体に分けた場合の一方の形状を有している。
【００２９】
前記の半シリンドリカルレンズは複数個あってもよい。
【００３０】
上記したレーザー照射装置において、レーザービームは周波数１００Ｈｚ以上のパルスレーザーであるとより好ましい。
【００３１】
また、本明細書で開示する他の構成は、
線状のレーザービームをビーム幅方向に走査しながら照射するレーザー照射方法であって、
照射面における前記レーザービームは、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において第２のエネルギー密度を有し、
第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高いことを特徴とするレーザー照射方法である。
【００３２】
また、本出願で開示する発明の他の一つは、
結晶性半導体膜を有する半導体装置であって、
前記結晶性半導体膜は、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において前記第１のエネルギー密度より高い第２のエネルギー密度を、照射面において有する線状レーザービームが、そのビーム幅方向に走査しつつ照射されたものであることを特徴とする半導体装置である。
【００３３】
前記半導体装置は、前記結晶性半導体を活性層とした薄膜トランジスタであることは好ましい。
【００３４】
前記結晶性半導体膜の膜厚は、２５ｎｍ〜７５ｎｍであることは好ましい。この範囲の膜厚は、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において前記第１のエネルギー密度より高い第２のエネルギー密度を、照射面において有する線状レーザービームが、そのビーム幅方向に走査しつつ照射された際に、膜質の面内均質性が向上されている。
【００３５】
本出願で開示する他の発明は、
基板上の非単結晶半導体膜に対し、線状のレーザービームをそのビーム幅方向に走査しながら照射して結晶性半導体膜を得る工程と、
前記結晶性半導体膜を用いて半導体装置を作製する工程とを有し、
前記線状のレーザービームは、第１のビーム幅において第１のエネルギー密度と、第２のビーム幅において第２のエネルギー密度を照射面において有し、
第２のエネルギー密度は第１のエネルギー密度より高いことを特徴とする半導体装置の作製方法である。
【００３６】
上記作製方法において、第１のビーム幅と第２のビーム幅は等しいことは好ましい。
【００３７】
上記作製方法において、走査は、レーザービームの第１のエネルギー密度を有する側からしてもよい。
【００３８】
上記作製方法において、走査は、レーザービームの第２のエネルギー密度を有する側からしてもよい。
【００３９】
上記作製方法において、前記非単結晶半導体膜を第１のエネルギー密度を有する側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を第２のエネルギー密度を有する側から走査してアニールしてもよい。
【００４０】
上記作製方法において、前記非単結晶半導体膜を第２のエネルギー密度を有する側から走査してアニールし結晶性半導体膜とした後、該結晶性半導体膜を第１のエネルギー密度を有する側から走査してアニールしてもよい。
【００４１】
上記作製方法において、前記第１のエネルギー密度と第２のエネルギー密度との差は、第１のエネルギー密度の４％〜３０％であるとよい。
【００４２】
上記作製方法において、照射は、He、Ar、N2のいずれかもしくはそれらの混合気体の雰囲気で行われるとよい。
【００４３】
上記作製方法において、照射はHe雰囲気で行われることは好ましい。これにより、非単結晶半導体膜上に酸化珪素膜等によるキャップ層等を設けずに直接レーザー照射した場合の、アニール後の結晶性珪素膜の膜質の面内均質性が高まり、またリッジといわれる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。
【００４４】
上記作製方法において、レーザービームは周波数１００Ｈｚ以上のパルスレーザーであるとより好ましい。かかる周波数とすることで走査速度を速めることができるので、処理速度を高めることができ、半導体装置の生産性が向上する。
【００４５】
図２に示した線状レーザービーム形成の為の光学系（ビームホモジェナイザー）は、非常に均質性の高い線状レーザービームを形成する。該線状レーザービームのエネルギー分布を、線状レーザービームのビーム幅方向の断面でみると、その断面は図３に示す様に矩形状の分布になる。
【００４６】
本出願人は、このエネルギー分布を変化させることにより、より均質なレーザーアニールができる条件を探求した。探求の方法は、非単結晶半導体膜の直前にレーザー用の減光フィルターを配置することでエネルギーの分布を変えるようにした。該フィルターは、図２に示した光学系の性質から非単結晶半導体膜直前（１ｍｍ以内）に配置した。
【００４７】
その結果、図２の光学系を用いた従来の方法に比較して、珪素膜の厚さが４０ｎｍであっても均質にレーザーアニールできた。
【００４８】
このとき、前記の減光フィルターには透過率９０％のものを使用した。また、このときフィルターは線状レーザービームの幅方向に対して概略半分にかかるように配置した
【００４９】
前記エネルギー分布を図４に示した。図４は、図３と同様に線状レーザービームの幅方向の断面のエネルギー分布を示したものである。このエネルギー分布で、従来のレーザー照射方法と同様の条件でレーザー照射したところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立たなくなった。このとき、線状レーザーの走査の方向は、エネルギーの低い方を前にして行った。すなわち、図４のA の方向に線状ビームを走査することで珪素膜をレーザーアニールした。
【００５０】
図４に線状レーザービームの形状を特徴づける２種類のエネルギー（E1、E2）とそれらの幅（ｗ１、ｗ２）を定義した。ここで、E1＜E2とすると、1.04≦E2/E1 ≦1.3 の範囲で、効果があった。また、ｗ１とｗ２の関係は、ｗ１≒ｗ２であるとよかった。
【００５１】
さらに、本出願人は、該レーザービームが厚い珪素膜（５５ｎｍ以上）に対してどのような効果をもたらすかを調べた。その結果、厚さ６５ｎｍの珪素膜に対して、薄い珪素膜を処理したときとは逆方向（図４に示したB の方向）に走査しながらレーザーアニールを行ったところ、レーザー照射跡が従来と比較して目立たなくなった。
【００５２】
図４に示した線状レーザービームは、膜厚５０〜６０ｎｍの珪素膜に対しても、均質なレーザーアニールを行うことができた。照射時の走査の方向は図４に示したA 、B いずれの方向も均質なアニールができた。
【００５３】
かかる構成により、線状レーザービームで均質にアニールできる非単結晶半導体膜の厚さの範囲が飛躍的に拡がった。しかしながら、非単結晶半導体膜の直前（１ｍｍ以内）にレーザー用のフィルターを配置することは、簡易な構成で図４のエネルギー分布を実現できる反面、耐久性に問題があり、また装置の微調整を必要とした。
【００５４】
そこで本出願人は、図２の光学系のうち、線状レーザービームのビーム幅におけるエネルギー分布を均一にする機能を有する部分の構成を変えることで、図４に示したエネルギー分布を得ることのできる光学系を発明した。該光学系の一部を図５に示す。図５の光学系は、図２に記載したシリンドリカルレンズアレイ２０３を、シリンドリカルレンズアレイ５０１に置き換えたものである。
【００５５】
図５では、ビーム長におけるエネルギー分布を均一にする機能を有する部分等は、簡単のため省いた。
【００５６】
図５の光学系の特徴は、シリンドリカルレンズアレイ５０１の構成にある。このシリンドリカルレンズアレイにより、照射面には２段のエネルギー分布を持つ線状レーザービームが形成される。シリンドリカルレンズアレイ５０１の特徴は、通常の形状のシリンドリカルレンズと、幅方向（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直な方向）での断面が、通常の形状のシリンドリカルレンズを光軸で半分に切った場合の一方の形状を有するもの（本明細書では、これを半シリンドリカルレンズと呼ぶ。）とをアレイ状に組み合わせたことにある。
【００５７】
シリンドリカルレンズアレイ５０１を立体視したものを図６に記載した。通常の形状のシリンドリカルレンズは図６の６０２、６０３、６０４、６０５にあたる。半シリンドリカルレンズ６０１、６０６の形状は、幅方向（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直な方向）の断面が、通常の形状のシリンドリカルレンズを光軸で半分に切った場合の一方の形状を有するものとした。その長さ方向の切断面は長方形で、２つに分かれたレンズは互いに合同または概略合同になるような形状である。
【００５８】
この結果、１つの通常のシリンドリカルレンズを通過する光は、線状レーザービームの幅いっぱいに拡がるが、半シリンドリカルレンズを通過する光は、線状レーザービームの幅に対して、片側半分にしか拡がらない。よって、図５記載の光学系は、図４に示したエネルギー分布を持つ線状レーザービームを作ることができる。
【００５９】
シリンドリカルレンズアレイ５０１の形状は、図７に示したように様々な形態がとれるが、この形態は入射させるレーザービームのエネルギー分布により最適化される。通常、図４記載の線状レーザービームのエネルギー密度E1とE2の差は、E1の４〜３０％程度がよかった。そして、そのようなビームを形成するためには、半シリンドリカルレンズを通過するレーザー光のエネルギーを、レーザー光の全エネルギーの２〜１５％程度にすればよかった。
【００６０】
このような形状のシリンドリカルレンズアレイ５０１の例は図７の７０１、７０２、７０３、７０４に示した。また、７０５のような簡単な構成でも本発明が示す効果がある。７０１は複数のシリンドリカルレンズの両端に半シリンドリカルレンズを一つずつ配置した例である。７０２は、複数のシリンドリカルレンズの間に一つの半シリンドリカルレンズが配置されたものを、複数配置したものである。７０３は複数のシリンドリカルレンズの中央に複数の半シリンドリカルレンズを配置したものである。７０４は複数のシリンドリカルレンズの両端に複数の半シリンドリカルレンズを配置したものである。７０５は複数のシリンドリカルレンズの中央に一つの半シリンドリカルレンズを配置したものである。
【００６１】
シリンドリカルレンズアレイにおいて、半シリンドリカルレンズの数は１つでもよいが、複数個あるほうが、かかる均一性の向上には効果があり、さらに、その数が偶数個であると、より好ましい。ただし、半シリンドリカルレンズの向きはすべて同じ向きである。すなわち、シリンドリカルレンズアレイの幅方向（シリンドリカルレンズの主平面に平行かつ稜線に垂直な方向）において、複数の半シリンドリカルレンズの断面の形状は同じである。
【００６２】
また、シリンドリカルレンズアレイ５０１の構成は、シリンドリカルレンズアレイ５０１に入射するレーザービームのエネルギー分布が、線対称（例えばガウシアン分布）または線対称に近いものであった場合、シリンドリカルレンズアレイにおける半シリンドリカルレンズの配置を、線対称なエネルギー分布の対称軸に対し、対称の位置にすると、各エネルギー密度を有するビーム幅における、ビーム幅方向のエネルギー密度の均一性が向上し、より均質なアニールができる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下に本明細書で開示する発明の実施の形態を実施例にて説明する。
【００６４】
【実施例】
〔実施例１〕
ここでは、３５ｎｍの膜厚を持つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールする方法を述べる。前述のとおり、３５ｎｍの膜厚は半導体膜としては薄く、高特性の半導体素子を作製するのに適している。
【００６５】
まず、基板として１２７ｍｍ角のガラス基板（コーニング１７３７）を用意した。この基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜した。さらに、その上に非晶質珪素膜を３５ｎｍの厚さに成膜した。成膜は、共にプラズマＣＶＤ法にて行った。
【００６６】
上記成膜済の基板を、４５０℃、１時間の熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれた。該膜内の水素の密度は１０20atoms/cm3 オーダーが適当であった。
【００６７】
図８に、レーザー照射装置の例を示す。図８は、レーザー照射装置の概観である。
図８において、レーザー照射装置は、レーザー発振装置２０１から照射され、光学系８０１により光路が変更されたパルスレーザービームを、ミラー２０６で反射させ、シリンドリカルレンズ２０７にて集光させつつ、被処理基板８０２に照射される機能を有している。
【００６８】
レーザー発振装置２０１は、ここでは、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するものを用いた。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）等を用いてもよい。また、連続発振エキシマレーザーを用いても良い。
【００６９】
光学系８０１には、図２に示した光学系の内シリンドリカルレンズアレイ２０３を本発明のシリンドリカルレンズアレイ７０１に置換したものを使用した。なお、シリンドリカルレンズアレイ２０２は凸レンズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で構成しても本発明の本質になんら影響しない。
【００７０】
シリンドリカルレンズアレイ７０１を使用した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ７０１に入射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似されるエネルギー分布を持っていたためである。また、半シリンドリカルレンズが両端に位置するシリンドリカルレンズアレイ７０１を選んだ理由は、図４で図示したエネルギー密度E1とE2の差が、３５ｎｍの珪素膜を均一にレーザー照射するための最適な値となるからである。
【００７１】
ガウシアンで近似されるエネルギー分布を持っているビーム（ガウシアンビーム）の様にエネルギー分布の中央がもっともエネルギーが強く、端にいくにしたがってエネルギーが減衰していくビームに対しては、半シリンドリカルレンズを、シリンドリカルレンズアレイ５０１の中央に配置すると、エネルギー密度E1とE2の差がもっとも大きくなり、両端に配置すると前記のエネルギー差がもっとも小さくなった。
【００７２】
上記の工程で作製した厚さ３５ｎｍの非晶質珪素膜を均質にレーザーアニールするために必要なレーザービームのエネルギーは、ここではE2= ３００ｍＪ/ ｃｍ2 、E1= ２８０ｍＪ/ ｃｍ2 であった。
【００７３】
これらの条件は、照射対象の半導体膜の特性に依存する。
【００７４】
被処理基板８０２は、台８０３上に配置された。そして、台８０３は、移動機構８０４によって、線状レーザービームの線方向に対して直角方向（線状レーザービームを含む平面を含む。）に真っ直ぐに移動され、被処理基板８０２上面に対しレーザービームを走査しながら照射することを可能とする。
【００７５】
図９に示す装置の説明をする。ロード／アンロード室９０５に、被処理基板８０２が多数枚、例えば２０枚収納されたカセット９０３が配置される。ロボットアーム９０４により、カセット９０３から一枚の基板がアライメント室に移動される。
【００７６】
アライメント室９０２には、被処理基板８０２とロボットアーム９０４との位置関係を修正するための、アライメント機構が配置されている。アライメント室９０２は、ロード／アンロード室９０５と接続されている。
【００７７】
基板は、ロボットアーム９０４によって基板搬送室９０１に運ばれ、さらにロボットアーム９０４によって、レーザー照射室９０６に移送される。図８において、被処理基板８０２上に照射される線状レーザービームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍとする。また、ｗ１＝ｗ２＝０．２ｍｍとする。
【００７８】
レーザー照射前に雰囲気をHeに置換する。このとき真空ポンプ９０７で、基板雰囲気を希薄にしたのちに、ガスボンベ９０８からHeをレーザー照射室９０６に導入した。雰囲気は１気圧とした。これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよい。また、それらの混合気体でもよい。また、レーザー照射装置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中での照射でもよい。また、He雰囲気とすると、非単結晶半導体膜上に酸化珪素膜などのキャップ層を設けず、本実施例のように、直接レーザー照射して結晶化させた場合、アニール後の結晶性珪素膜の膜質がより均質となり、また、リッジといわれる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。
【００７９】
エネルギー密度E1から走査される（すなわち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあたるエネルギーがE1になるように）ように、台８０３を移動機構８０４に沿って１. ２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査させた。レーザーの発振周波数は３０Ｈｚとし、珪素膜のある一点に注目すると、計１０ショットのレーザービームが照射された。前記ショット数は５ショットから５０ショットの範囲で適当に選ぶ。
【００８０】
また、生産性を高めるために、エキシマレーザーの発振周波数を１００Ｈｚ以上にしてもよかった。このとき、前記ショット数を維持するため、移動機構８０４は４ｍｍ／ｓ以上の速度で走査させる必要があった。
【００８１】
レーザー照射の際、線状レーザービームの走査方向は図４に示したA 、B いずれの方向でも効果があった。しかしながら非単結晶半導体膜の状態（水素の含有量、厚さ等）の違いにより最適な方向は変わった。例えば、厚さ４５ｎｍの珪素膜に対しては、先ず、A の方向に１度走査した後に、B の方向にもう一度走査すると、より均一なレーザー照射ができた。
【００８２】
かかる工程により、膜質の面内均質性の優れた結晶性珪素膜を得ることができた。
レーザー照射終了後、被処理基板８０２はロボットアーム９０４によって基板搬送室９０２に引き戻される。被処理基板８０２は、ロボットアーム９０４によって、ロード／アンロード室９０５に移送され、カセット９０３に収納される。
【００８３】
こうして、レーザーアニール工程が終了する。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
【００８４】
なお、本実施例において、線状レーザービームをエネルギー密度E1の側からの走査のみを行ったが、かかる走査の後、エネルギー密度E2の側からの走査を行うことで、より均一性が向上する場合がある。
【００８５】
〔実施例２〕
ここでは、６５ｎｍの膜厚を持つ非単結晶珪素膜を線状レーザービームでアニールする方法を述べる。前述のとおり、６５ｎｍの膜厚は半導体膜としては厚く、高信頼性の半導体素子を作製するのに適している。
【００８６】
まず、基板として１２７ｍｍ角のガラス基板（コーニング１７３７）を用意した。この基板は６００℃までの温度であれば充分な耐久性があった。該ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を２００ｎｍ成膜した。さらに、その上に非晶質珪素膜を６５ｎｍの厚さに成膜した。成膜は、共にプラズマＣＶＤ法にて行った。
【００８７】
上記成膜済の基板を、５００℃、１時間の熱浴にさらした。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれた。該膜内の水素の密度は１０20atoms/cm3 オーダーが適当であった。
【００８８】
図８に、本発明のレーザー照射装置を示す。図８は、レーザー照射装置の概観である。
【００８９】
図８において、レーザー照射装置は、レーザー発振装置２０１から照射され、光学系８０１により光路が変更されたパルスレーザービームを、ミラー２０６で反射させ、シリンドリカルレンズ２０７にて集光させつつ、被処理基板８０２に照射される機能を有している。
【００９０】
レーザー発振装置２０１は、ここでは、ＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）を発振するものを用いた。他に、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）等を用いてもよかった。
【００９１】
光学系８０１には、図２に示した光学系の内シリンドリカルレンズアレイ２０３を本発明のシリンドリカルレンズアレイ７０２に置換したものを使用した。なお、シリンドリカルレンズアレイ２０２は凸レンズで構成されているが、凹レンズもしくは、凹凸混合で構成しても本発明の本質になんら影響しなかった。
【００９２】
シリンドリカルレンズアレイ７０２を使用した理由は、該シリンドリカルレンズアレイ７０２に入射するエキシマレーザービームがガウシアンで近似されるエネルギー分布を持っていたためである。また、半シリンドリカルレンズが端のシリンドリカルレンズと中心のシリンドリカルレンズの間に位置するシリンドリカルレンズアレイ７０２を選んだ理由は、図４で図示したエネルギー密度E1とE2の差が、６５ｎｍの珪素膜を均一にレーザー照射するための最適な値となるからである。
【００９３】
ガウシアンビームの様に中央がもっともエネルギーが強く、端にいくにしたがってエネルギーが減衰していくビームに対しては、半シリンドリカルレンズを、シリンドリカルレンズアレイ５０１の中央に配置すると、エネルギー密度E1とE2の差がもっとも大きくなり、両端に配置すると前記のエネルギー差がもっとも小さくなった。
【００９４】
上記で作成した厚さ６５ｎｍの非晶質珪素膜を均質にレーザーアニールするために必要なレーザービームのエネルギーは、ここではE2= ４５０ｍＪ/ ｃｍ2 、E1= ３８０ｍＪ/ ｃｍ2 であった。
【００９５】
これらの条件は、照射対象の半導体膜の特性に依存する。
【００９６】
被処理基板８０２は、台８０３上に配置された。そして、台８０３は、移動機構８０４によって、線状レーザービームの線方向に対して直角方向（線状レーザービームを含む平面を含む。）に真っ直ぐに移動され、被処理基板８０２上面に対しレーザービームを走査しながら照射することを可能とする。
【００９７】
図９に示す装置の説明をする。ロード／アンロード室９０５に、被処理基板８０２が多数枚、例えば２０枚収納されたカセット９０３が配置される。ロボットアーム９０４により、カセット９０３から一枚の基板がアライメント室に移動される。
【００９８】
アライメント室９０２には、被処理基板８０２とロボットアーム９０４との位置関係を修正するための、アライメント機構が配置されている。アライメント室９０２は、ロード／アンロード室９０５と接続されている。
【００９９】
基板は、ロボットアーム９０４によって基板搬送室９０１に運ばれ、さらにロボットアーム９０４によって、レーザー照射室９０６に移送される。図８において、被処理基板８０２上に照射される線状レーザービームは、幅０．４ｍｍ×長さ１３５ｍｍとする。また、ｗ１＝ｗ２＝０．２ｍｍとする。
【０１００】
レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよかった。また、それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中での照射でもよかった。また、He雰囲気とすると、非単結晶半導体膜上に酸化珪素膜などのキャップ層を設けず、本実施例のように、直接レーザー照射して結晶化させた場合、アニール後の結晶性珪素膜の膜質がより均質となり、また、リッジといわれる、レーザー照射後に結晶の粒界付近が盛り上がる現象も極めて少なくなる。
【０１０１】
エネルギー密度E2から走査される（すなわち非晶質珪素膜のある一点に注目したとき、最初にあたるエネルギーがE2になるように）ように、台８０３を１. ２ｍｍ／ｓで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査させた。レーザーの発振周波数は３０Ｈｚとし、非晶質珪素膜のある一点に注目すると、計１０ショットのレーザービームが照射された。前記ショット数は５ショットから５０ショットの範囲で適当に選ぶ。
【０１０２】
レーザー照射終了後、被処理基板８０２はロボットアーム９０４によって基板搬送室９０２に引き戻される。被処理基板８０２は、ロボットアーム９０４によって、ロード／アンロード室９０５に移送され、カセット９０３に収納される。
【０１０３】
かかる工程により、膜質の面内均質性の優れた結晶性珪素膜を得ることができた。
【０１０４】
こうして、レーザーアニール工程が終了する。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。
【０１０５】
なお、本実施例において、線状レーザービームをエネルギー密度E2からの走査（図４、Ｂの方向）のみ行ったが、かかる走査の後、エネルギー密度E1からの走査（図４、Ａの方向）を行うことで、より均質性が向上する場合もある。
【０１０６】
〔実施例３〕
実施例１，２において、レーザーアニールされる非単結晶半導体膜として非晶質珪素膜の例を示したが、非単結晶半導体膜として、非晶質珪素膜を熱結晶化させた結晶性珪素膜を用いてもよい。
【０１０７】
さらに、非晶質珪素膜を熱結晶化させる際に、結晶性を促進する元素を非晶質珪素膜に添加して結晶性を高めても良い。この場合、５５０℃、４時間程度で十分な結晶化をさせることが出来る。結晶性を促進する元素としては、ニッケル、ゲルマニウム、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などである。
【０１０８】
これらの結晶性を促進する元素を非晶質珪素膜に添加するには、非晶質珪素膜の上面又は下面（非晶質珪素膜の下地の上面）に、結晶性を促進する元素を含む層を形成する。層は非晶質珪素膜の上面又は下面の、全面に形成してもよいし、一部に形成してもよい。層を非晶質珪素膜の上面又は下面の一部に形成した場合、層と重ならない非晶質珪素膜の領域において、非晶質珪素膜は横方向に結晶が成長する。
【０１０９】
層の形成方法としては、結晶化を促進する元素を含む（例えば１０ppm）水溶液をスピンコート法などにより塗布する。他に、スパッタ法、真空蒸着法によって結晶性を促進する元素の層を、例えば１〜５nmの厚さに形成してもよい。また、上記結晶性を促進する元素を含む電極を用いて発生させたプラズマに非晶質珪素膜の上面又は下面を曝す処理により、結晶性を促進する元素の層を形成してもよい。
【０１１０】
このような方法で作製された結晶性珪素膜は、結晶化温度が低いため欠陥を多く含む場合があり、より結晶性を向上させて半導体素子としての特性を高めるために、レーザー照射を行うことは好ましい。
【０１１１】
〔実施例４〕
本実施例では、実施例１または実施例２または実施例３で得られた結晶性珪素膜を利用してＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を作製する例を示す。本実施例の工程を図１０に示す。
【０１１２】
図１０において、ガラス等の基板１００１上に下地膜として厚さ２００ｎｍの酸化珪素膜１００２を設け、かかる基板上に厚さ５０ｎｍの結晶性珪素膜１００３を形成する。前記結晶性珪素膜１００３は、本明細書に示されるレーザーアニール方法によって作製されたものを用いる。例えば実施例１または実施例２によって得られるものを用いる。（図１０（Ａ））
【０１１３】
結晶性珪素膜１００３をパターニングすることで、ＴＦＴの島状の活性層パターン１００４を形成する。この活性層パターンには、チャネル形成領域と高抵抗領域が形成される。（図１０（Ｂ））。
【０１１４】
活性層を形成後、ゲイト絶縁膜１００５として酸化珪素膜をプラズマＣＶＤ法により１５０nmの厚さに成膜する。ゲイト絶縁膜１００５成膜以降の工程は、ゲイト絶縁膜１００５を成膜した温度を越えないようにする。このようにすることで、特にＳ値特性の優れたＴＦＴを作製できる。
【０１１５】
次にＳｃを含んだAl膜をスパッタ法により４００ nm の厚さに成膜する。そして、この膜をパターニングし、ゲイト電極を得る。またさらに、陽極酸化法により、パターンの露呈したAl膜表面に陽極酸化膜１００７を２００nmの厚さで形成し、ゲイト電極１００６を得てもよい。
【０１１６】
この陽極酸化膜はゲイト電極の表面を電気的及び物理的に保護する機能を有している。また、後の工程において、チャネル領域に隣接してオフセット領域と称される高抵抗領域を形成するために機能する。
【０１１７】
次に、ゲイト電極１００６、及び、陽極酸化膜を形成した場合には陽極酸化膜１００７をマスクとして燐のドーピングを行う。
【０１１８】
燐のドーピングを行うことで、ソース領域１００８、チャネル形成領域１００９、ドレイン領域１０１０、オフセット領域１０１１、１０１２が自己整合的に形成される。リンのドーズ量は本実施例では、５×１０14ions／ｃｍ2 をイオンドーピング装置を用いて導入した。
【０１１９】
次にレーザーにより、燐を活性化させる。レーザーは実施例１で示した方法で照射した。これにより、基板面内において均一な活性化を行うことができた。
【０１２０】
レーザー照射前に雰囲気をHeに置換した。これは、空気中からの膜の汚染を防ぐために行った。前記雰囲気は、N2、あるいは、Ar、でもよかった。また、それらの混合気体でもよかった。また、レーザー照射装置がクリーンルームに入っているのであれば、空気中での照射でもよかった。
【０１２１】
レーザービームのエネルギー密度は、E1= １７０ｍＪ／ｃｍ2 、 E2=２００ｍＪ／ｃｍ2 程度とした。なお本工程における適当なエネルギー密度は、レーザーの種類や照射の方法、半導体膜の状態により異なるので、それに合わせて調整する。レーザーの照射により、ソースドレイン領域のシート抵抗は１ＫΩ／□まで下がった。（図１０（Ｃ））
【０１２２】
レーザーで半導体膜を活性化する際、線状レーザービームの走査方向は図４に示したA 、B いずれの方向でも効果があった。
【０１２３】
次に、層間絶縁膜として、窒化珪素膜１０１３をプラズマCVD 法によって２５ｎｍの厚さに成膜し、更に酸化珪素膜１０１４を厚さ９００ｎｍで成膜する。
【０１２４】
次に、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極１０１５、ドレイン電極１０１６を形成する。（図１０（Ｄ））
【０１２５】
こうして、Ｎチャネル型ＴＦＴが完成する。本実施例では燐をソース領域、ドレイン領域に導入したのでＮチャネル型ＴＦＴが作製されたが、Ｐチャネル型を作製するのであれば、燐に変えてボロンをドーピングすればよい。
【０１２６】
上記方法によって形成された結晶性半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを使って、例えば、アクティブマトリクス型液晶ディスプレイを作製した場合、従来と比較してレーザーの加工あとである縞を目立たなくする、あるいは除去することができた。これは、本発明により個々のＴＦＴの特性のバラツキ、特に移動度のバラツキが抑えられたことによる。
【０１２７】
なお、実施例４では、ＴＦＴとしてトップゲート型（コプレナ型）の例を示したが、他に、スタガ型や、ボトムゲート型の逆スタガ、逆コプレナのＴＦＴにも、同様に実施できる。
【０１２８】
〔実施例５〕
本実施例では、本出願にて示された半導体装置及びその作製方法を用いた液晶表示装置の例を図１１に示す。画素ＴＦＴ（画素スイッチング素子）の作製方法やセル組工程は公知の手段を用いれば良いので詳細な説明は省略する。
【０１２９】
図１１において８００は絶縁表面を有する基板（ガラス基板又は酸化シリコン膜を設けたプラスチック基板）、８０１は画素マトリクス回路、８０２は走査線駆動回路、８０３は信号線駆動回路、８３０は対向基板、８１０はＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）、８２０はロジック回路である。ロジック回路８２０としては、Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、信号分割回路などの従来ＩＣで代用していた様な処理を行う回路を形成することができる。勿論、基板上にＩＣチップを設けて、ＩＣチップ上で信号処理を行うことも可能である。
【０１３０】
さらに、本実施例では液晶表示装置を例に挙げて説明しているが、アクティブマトリクス型の表示装置であればＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置やＥＣ（エレクトロクロミックス）表示装置に本願発明を適用することも可能であることは言うまでもない。
【０１３１】
また、作製できる液晶表示装置は透過型か反射型かは問わない。この様に本願発明はあらゆるアクティブマトリクス型の電気光学装置（半導体装置）に対して適用することが可能である。
【０１３２】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例１〜実施例４のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【０１３３】
〔実施例６〕
本実施例では、本願発明を用いて作製したＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置について説明する。
【０１３４】
図１５（Ａ）は本願発明を用いて作製したＥＬ表示装置の上面図である。図１４（Ａ）において、１０は基板、１１は画素部、１２はソース側駆動回路、１３はゲート側駆動回路であり、それぞれの駆動回路は配線１４〜１６を経てＦＰＣ１７に至り、外部機器へと接続される。
【０１３５】
このとき少なくとも画素部、好ましくは駆動回路及び画素部を囲むようにしてシーリング材（ハウジング材ともいう）１８を設ける。なお、シーリング材１８は素子部を囲めるような凹部を持つ金属板やガラス板を用いても良いし、紫外線硬化樹脂を用いても良い。シーリング材１８として素子部を囲めるような凹部を持つ金属板を用いた場合、接着剤１９によって基板１０に固着させ、基板１０との間に密閉空間を形成する。このとき、ＥＬ素子は完全に前記密閉空間に封入された状態となり、外気から完全に遮断される。
【０１３６】
さらに、シーリング材１８と基板１０との間の空隙２０には不活性ガス（アルゴン、ヘリウム、窒素等）を充填しておいたり、酸化バリウム等の乾燥剤を設けておくことが望ましい。これによりＥＬ素子の水分等による劣化を抑制することが可能である。
【０１３７】
また、図１５（Ｂ）は本実施例のＥＬ表示装置の断面構造であり、基板１０、下地膜２１の上に駆動回路用ＴＦＴ（但し、ここではｎチャネル型ＴＦＴとｐチャネル型ＴＦＴを組み合わせたＣＭＯＳ回路を図示している。）２２及び画素部用ＴＦＴ２３（但し、ここではＥＬ素子への電流を制御するＴＦＴだけ図示している。）が形成されている。これらのＴＦＴは公知の構造（トップゲート構造またはボトムゲート構造）を用いれば良い。
【０１３８】
本願発明は、駆動回路用ＴＦＴ２２の活性層２４、画素部用ＴＦＴ２３の活性層２５となる半導体層の形成に際して用いることができる。また、半導体層の形成以外のプロセスについては公知の技術を用いれば良い。
【０１３９】
本願発明を用いて半導体層を形成し、それを活性層とする駆動回路用ＴＦＴ２２、画素部用ＴＦＴ２３が完成したら、樹脂材料でなる層間絶縁膜（平坦化膜）２６の上に画素部用ＴＦＴ２３のドレインと電気的に接続する透明導電膜でなる画素電極２７を形成する。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（ＩＴＯと呼ばれる）または酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物を用いることができる。そして、画素電極２７を形成したら、絶縁膜２８を形成し、画素電極２７上に開口部を形成する。
【０１４０】
次に、ＥＬ層２９を形成する。ＥＬ層２９は公知のＥＬ材料（正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層または電子注入層）を自由に組み合わせて積層構造または単層構造とすれば良い。どのような構造とするかは公知の技術を用いれば良い。また、ＥＬ材料には低分子系材料と高分子系（ポリマー系）材料がある。低分子系材料を用いる場合は蒸着法を用いるが、高分子系材料を用いる場合には、スピンコート法、印刷法またはインクジェット法等の簡易な方法を用いることが可能である。
【０１４１】
本実施例では、シャドーマスクを用いて蒸着法によりＥＬ層を形成する。シャドーマスクを用いて画素毎に波長の異なる発光が可能な発光層（赤色発光層、緑色発光層及び青色発光層）を形成することで、カラー表示が可能となる。その他にも、色変換層（ＣＣＭ）とカラーフィルターを組み合わせた方式、白色発光層とカラーフィルターを組み合わせた方式があるがいずれの方法を用いても良い。勿論、単色発光のＥＬ表示装置とすることもできる。
【０１４２】
ＥＬ層２９を形成したら、その上に陰極３０を形成する。陰極３０とＥＬ層２９の界面に存在する水分や酸素は極力排除しておくことが望ましい。従って、真空中でＥＬ層２９と陰極３０を連続成膜するか、ＥＬ層２９を不活性雰囲気で形成し、大気解放しないで陰極３０を形成するといった工夫が必要である。本実施例ではマルチチャンバー方式（クラスターツール方式）の成膜装置を用いることで上述のような成膜を可能とする。
【０１４３】
なお、本実施例では陰極３０として、ＬｉＦ（フッ化リチウム）膜とＡｌ（アルミニウム）膜の積層構造を用いる。具体的にはＥＬ層２９上に蒸着法で１ｎｍ厚のＬｉＦ（フッ化リチウム）膜を形成し、その上に３００ｎｍ厚のアルミニウム膜を形成する。勿論、公知の陰極材料であるＭｇＡｇ電極を用いても良い。そして陰極３０は３１で示される領域において配線１６に接続される。配線１６は陰極３０に所定の電圧を与えるための電源供給線であり、導電性ペースト材料３２を介してＦＰＣ１７に接続される。
【０１４４】
３１に示された領域において陰極３０と配線１６とを電気的に接続するために、層間絶縁膜２６及び絶縁膜２８にコンタクトホールを形成する必要がある。これらは層間絶縁膜２６のエッチング時（画素電極用コンタクトホールの形成時）や絶縁膜２８のエッチング時（ＥＬ層形成前の開口部の形成時）に形成しておけば良い。また、絶縁膜２８をエッチングする際に、層間絶縁膜２６まで一括でエッチングしても良い。この場合、層間絶縁膜２６と絶縁膜２８が同じ樹脂材料であれば、コンタクトホールの形状を良好なものとすることができる。
【０１４５】
また、配線１６はシーリング材１８と基板１０との間を隙間（但し接着剤１９で塞がれている。）を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。なお、ここでは配線１６について説明したが、他の配線１４、１５も同様にしてシーリング材１８の下を通ってＦＰＣ１７に電気的に接続される。
【０１４６】
以上のような構成でなるＥＬ表示装置において、本願発明を用いることができる。本願発明を用いることで、ＴＦＴの活性層となる半導体層の結晶性が均質なものとなるため、ＴＦＴの電気特性のばらつきが低減される。そのため、表示された画質を良好なものとすることができる。
【０１４７】
〔実施例７〕 本出願で開示した半導体装置及びその作製方法は、従来のＩＣ技術全般に適用することが可能である。即ち、現在市場に流通している全ての半導体回路に適用できる。例えば、ワンチップ上に集積化されたＲＩＳＣプロセッサ、ＡＳＩＣプロセッサ等のマイクロプロセッサに適用しても良いし、液晶用ドライバー回路（Ｄ／Ａコンバータ、γ補正回路、信号分割回路等）に代表される信号処理回路や携帯機器（携帯電話、ＰＨＳ、モバイルコンピュータ）用の高周波回路に適用しても良い。
【０１４８】
また、マイクロプロセッサ等の半導体回路は様々な電子機器に搭載されて中枢回路として機能する。代表的な電子機器としてはパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末機器、その他あらゆる家電製品が挙げられる。また、車両（自動車や電車等）の制御用コンピュータなども挙げられる。本願発明はその様な半導体装置に対しても適用可能である。
【０１４９】
なお、本実施例に示した半導体装置を作製するにあたって、実施例１〜実施例４のどの構成を採用しても良いし、各実施例を自由に組み合わせて用いることが可能である。
【０１５０】
〔実施例８〕
本願発明を実施して形成されたＣＭＯＳ回路や画素マトリクス回路は様々な電気光学装置（アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＬディスプレイ、アクティブマトリクス型ＥＣディスプレイ）に用いることができる。即ち、それら電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電子機器全てに本願発明を実施できる。
【０１５１】
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（リア型またはフロント型）、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、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。それらの一例を図１２乃至図１４に示す。
【０１５２】
図１２（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体２００１、画像入力部２００２、表示装置２００３、キーボード２００４で構成される。本願発明を画像入力部２００２、表示装置２００３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５３】
図１２（Ｂ）はビデオカメラであり、本体２１０１、表示装置２１０２、音声入力部２１０３、操作スイッチ２１０４、バッテリー２１０５、受像部２１０６で構成される。本願発明を表示装置２１０２、音声入力部２１０３やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５４】
図１２（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２２０１、カメラ部２２０２、受像部２２０３、操作スイッチ２２０４、表示装置２２０５で構成される。本願発明は表示装置２２０５やその他の信号制御回路に適用できる。
【０１５５】
図１２（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体２３０１、表示装置２３０２、アーム部２３０３で構成される。本発明は表示装置２３０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５６】
図１２（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２４０１、表示装置２４０２、スピーカ部２４０３、記録媒体２４０４、操作スイッチ２４０５で構成される。なお、この装置は記録媒体として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。本発明は表示装置２４０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５７】
図１２（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体２５０１、表示装置２５０２、接眼部２５０３、操作スイッチ２５０４、受像部（図示しない）で構成される。本願発明を表示装置２５０２やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１５８】
図１３（Ａ）は携帯電話であり、本体３００１，音声出力部３００３、音声入力部３００３、表示装置３００４、操作スイッチ３００５、アンテナ３００６で構成される。
【０１５９】
図１３（Ｂ）は携帯書籍（電子書籍）であり、本体３１０１、表示装置３１０２、３１０３、記憶媒体３１０４、操作スイッチ３１０５、アンテナ３１０６で構成される。
【０１６０】
図１４（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、表示装置２６０１、スクリーン２６０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１６１】
図１４（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体２７０１、表示装置２７０２、ミラー２７０３、スクリーン２７０４で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１６２】
なお、図１４（Ｃ）は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）中における表示装置２６０１、２７０２の構造の一例を示した図である。表示装置２６０１、２７０２は、光源光学系２８０１、ミラー２８０２、２８０５〜２８０７、ダイクロイックミラー２８０３、２８０４、光学レンズ２８０８、２８０９、２８１１、液晶表示装置２８１０、投射光学系２８１２で構成される。投射光学系２８１２は、投射レンズを備えた光学系で構成される。本実施例は液晶表示装置２８１０を三つ使用する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１３（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。
【０１６３】
また、図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）中における光源光学系２８０１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２８０１は、光源２８１３、２８１４、合成プリズム２８１５、コリメータレンズ２８１６、２８２０、レンズアレイ２８１７、２８１８、偏光変換素子２８１９で構成される。なお、図１３（Ｄ）に示した光源光学系は光源を２つ用いたが、光源を３〜４つ、あるいはそれ以上用いてもよく、勿論、光源を１つ用いてもよい。また、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フィルム等を設けてもよい。
【０１６４】
以上の様に、本願発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に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１〜６のどのような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。
【０１６５】
【発明の効果】
本発明により、半導体膜に対する線状レーザービームによるレーザーアニールにおいて、得られる結晶性半導体膜の面内均質性を向上させることができる。
特にレーザーアニールによって得られる結晶性半導体膜を高い面内均質性を有するものとできる、非単結晶半導体膜の膜厚の範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 線状レーザーによりレーザー結晶化された珪素膜の写真。
【図２】 従来の線状レーザービームを形成する光学系。
【図３】 線状レーザービームの幅方向の断面のエネルギー分布を示す図。
【図４】 線状レーザービームの幅方向の断面のエネルギー分布を示す図。
【図５】 線状レーザービーム形成の為の光学系の一部を示す図。
【図６】 シリンドリカルレンズアレイの例を示す立体図。
【図７】 シリンドリカルレンズアレイの例を示す図。
【図８】 実施例におけるレーザー照射装置を示す図。
【図９】 実施例におけるレーザー照射装置の上面図。
【図１０】 実施例の工程を示す図。
【図１１】 半導体装置（液晶表示装置）の構成を示す図。
【図１２】 半導体装置（電子機器）の例を示す図。
【図１３】 半導体装置（電子機器）の例を示す図。
【図１４】 半導体装置（電子機器）の例を示す図。
【図１５】 実施例のＥＬ表示装置の例を示す図。
【符号の説明】
２０１ レーザー発振装置
２０２ レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズアレイ
２０３ レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズアレイ
２０４ レーザー光を集光するためのシリンドリカルレンズ
２０５ レーザー光を集光するためのシリンドリカルレンズ
２０６ ミラー
２０７ 線状ビームを集光するためのシリンドリカルレンズ
５０１ シリンドリカルレンズアレイ
６０１ 半シリンドリカルレンズ
６０２ シリンドリカルレンズ
６０３ シリンドリカルレンズ
６０４ シリンドリカルレンズ
６０５ シリンドリカルレンズ
６０６ 半シリンドリカルレンズ
７０１ シリンドリカルレンズアレイ
７０２ シリンドリカルレンズアレイ
７０３ シリンドリカルレンズアレイ
７０４ シリンドリカルレンズアレイ
７０５ シリンドリカルレンズアレイ
８０１ 光学系
８０２ 基板
８０３ 台
８０４ 移動機構
９０１ 基板搬送室
９０２ アライメント室
９０３ カセット
９０４ ロボットアーム
９０５ ロード／アンロード室
９０６ レーザー照射室
９０７ 排気機構
９０８ ガスボンベ
Claims (7)
- 複数のシリンドリカルレンズと、１つの半シリンドリカルレンズとが並んで構成されていることを特徴とするシリンドリカルレンズアレイ。
- 複数のシリンドリカルレンズと、複数の半シリンドリカルレンズとが並んで構成されていることを特徴とするシリンドリカルレンズアレイ。
- 請求項２において、
前記半シリンドリカルレンズを偶数個有することを特徴とするシリンドリカルレンズアレイ。 - 請求項２または請求項３において、
前記複数のシリンドリカルレンズと前記複数の半シリンドリカルレンズが並んでいる方向に平行な断面における前記複数の半シリンドリカルレンズは、同じ形状かつ同じ向きであることを特徴とするシリンドリカルレンズアレイ。 - 請求項２乃至請求項４のいずれか１項において、
前記複数のシリンドリカルレンズと前記複数の半シリンドリカルレンズが並んでいる方向に平行な断面における前記複数の半シリンドリカルレンズは、線対称に配置されていることを特徴とするシリンドリカルレンズアレイ。 - 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のシリンドリカルレンズアレイによりレーザービームを分割し、前記シリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザービームを合成することで線状レーザービームを形成することを特徴とするビームホモジェナイザー。
- 請求項６において、
前記線状レーザービームはパルスレーザーであることを特徴とするビームホモジェナイザー。
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