JP4498734B2

JP4498734B2 - レーザー光照射装置

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Publication number: JP4498734B2
Application number: JP2003430900A
Authority: JP
Inventors: 亜由美高橋; 明久下村
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2004282026A

Description

本発明は、半導体膜などをレーザ光を用いて結晶化、再結晶化する為のレーザ光照射装置およびレーザ光処理方法に関する。また、半導体基板又は半導体膜などのイオン注入後の活性化をするためのレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に関する。また、多結晶質あるいは多結晶質に近い状態の半導体膜にレーザ照射し、半導体膜の結晶性を向上させるレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に関する。また、前記レーザ光の照射の工程を用いて作製された半導体装置の作製方法に関する。

近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティ）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外部に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行う技術開発が進められている。

ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。しかし、ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすい。このため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、半導体膜の結晶化にレーザ結晶化方法が用いる場合が多い。

レーザ結晶化方法の特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用する結晶化方法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが挙げられる。

なお、ここでいうレーザ結晶化方法とは、半導体基板又は半導体膜に形成されたアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる。

また、エキシマレーザ等の、出力の大きいパルス発振式のレーザビームを、被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるように光学系にて加工し、ビームスポットの照射位置を被照射面に対して相対的に走査させて、レーザ結晶化を行う方法が、量産性が良いため工業的に優れており、好んで使用される。

特に、線状のビームスポットを用いると、前後左右の走査が必要な点状のビームスポットを用いた場合とは異なり、線状のビームスポットの長軸方向に直角な方向だけの走査で、被照射面全体にレーザビームを照射することができるため、高い量産性が得られる。ここで、線状のビームスポットとはアスペクト比が大きい長方形状のビームスポットとする。長軸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、現在レーザ結晶化にはパルス発振のエキシマレーザのビームスポットを適当な光学系で加工した線状のビームスポットを使用することが主流になりつつある。

図１２に従来のレーザ光照射装置の模式図を示す。レーザ光照射装置５９０は、レーザ発振器５０１、減衰器５０２、光学系５０３、プロセスチャンバー５０４を有する。光学系５０３では、レーザ発振器から射出されたレーザ光を線状のビームスポットに加工するものである。なお、プロセスチャンバーには、レーザ光を透過させるための窓（図示しない。）が設けられている。この窓は、石英等の透過率の高い部材で形成されている。

ここで、エキシマレーザやＹＡＧレーザに代表される、大出力のレーザ発振が可能なパルス発振レーザ光は、パルスごとにエネルギーがある程度変動する性質を有している。さらに、パルス発振レーザ光は出力されるエネルギーによってそのエネルギーの変動の度合いが変化する特性を有している。特にレーザが安定に発振しにくいエネルギー領域で照射を行う場合、基板全体にわたって均一なエネルギーでレーザ光処理することは困難である。

そこで、出力が最も安定するエネルギー領域でレーザを稼動させる。その場合、前記エネルギー領域は、結晶化又はイオン活性化のプロセスで必要なエネルギー領域の範囲と必ずしも一致しない。したがって出力が最も安定で、かつプロセスに最適なエネルギーでレーザ光の照射を行うためには、レーザ光のエネルギーを透過率可変の減衰器によって調整する（例えば、特許文献１号公報参照。）。

図３に減衰器の構成を示す。容器３０１内には、レーザ光のエネルギーを変化させる減衰素子３０２が設けられており、容器の内壁には、ダンパー３０３が設けられている。減衰素子は、入射光に対して入射面の角度を調整することが可能な、回転ステージ３０８等によって設置されている。第１の窓３０４から入射したレーザ光３０５は、減衰素子３０２を通過することによりエネルギーが減衰され、第２の窓３０６から減衰器の外へ射出される。なお、第１の窓及び第２の窓は、透光性の高い材料、代表的には石英を用いる。

減衰素子３０２の一表面（例えば、第１の窓側）には光の入射角度により透過率を変化させる膜(コーティング膜)が形成されている。また、他表面（例えば、第２の窓側）には、光学膜が形成されている。レーザ光の透過率は減衰素子３０２への入射角で変動する。例えば、レーザ光の光路に対して減衰素子表面（コーティング膜）が０°より大きく９０°以下の場合、減衰素子表面（コーティング膜）でレーザ光の一部が反射される。図３において矢印３０７は、減衰素子で反射されたレーザ光である。このため、減衰器内でレーザ光の光軸に対する減衰素子の入射面の角度を制御することによって、レーザ光の透過率を制御することができる。減衰素子で反射されたレーザ光は、ダンパー３０３で散乱される。

図４（Ａ）は、減衰器の断面図であり、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の減衰素子を通過するレーザ光の拡大図である。図４において、図３と同じ部位は同じ番号を用いて示し、詳細な説明は省略する。減衰素子の厚さが厚いと、図４（Ｂ）に示すように、減衰素子３０２を透過するレーザ光は入射角度変化により屈折し、光路が変化する。具体的には、３０５が減衰素子３０２に入射するレーザ光であり、３０５ａは減衰素子において屈折しているレーザ光である。３０５ｂは、減衰素子３０２を透過したレーザ光であり、レーザ光３０５とレーザ光３０５ｂの光路が変化している。このため、減衰素子を透過したレーザ光３０５ｂの光軸（光路）に垂直な面に対して減衰素子３０２と対称に補正素子（コンペンセータ）３０８を設けることで、光路の補正を行うことができる。具体的には、補正素子（コンペンセータ）３０８において、レーザ光３０５ｂがレーザ光３０５ｃのように屈折して、レーザ光３０５の透過光と同様の光路のレーザ光３０５ｄが射出される。補正素子（コンペンセータ）は、減衰素子と同様の材質及び形状のものが好ましい。また、補正素子（コンペンセータ）表面にも光学膜がコーティングされている。光学膜としては、代表的には光の反射を防止する膜等が挙げられる。
特開平８−１９５３５７号公報（第３〜４頁、図１参照）

上記の方法でレーザ光のエネルギーを減衰させてからレーザ照射を行えば適切なエネルギーで被照射物を処理することができる。ところが、実際には、照射時間と共にレーザ光のエネルギーが低下するという問題がある。

そこで本発明は、レーザ光のエネルギーの経時変化がなく、一定のエネルキーを有するレーザ光を照射することが可能なレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法及びレーザ光の照射システム、並びに基板間のバラツキの少ない半導体装置の作製方法の提供を課題とする。

本発明は、レーザ発振器、複数の減衰器、光学系、湿度制御チャンバー、プロセスチャンバー、及び第１の移載器を有するレーザ光照射装置であって、該第１の移載器は、温度制御チャンバー内に設けられた減衰器と、レーザ発振器及び光学系の間に設けられた減衰器とを搭載しており、これらの減衰器を移送する機能を有する。

なお、レーザ発振器と光学系との間に設けられた減衰器は、不活性ガスチャンバー内に設けられ、且つ該不活性ガスチャンバーは湿度制御チャンバー内に設けられていてもよい。

本発明は、レーザ発振器、内部に不活性ガスが供給される減衰器、複数の減衰素子、光学系、湿度制御チャンバー、プロセスチャンバー、及び第１の移載器を有するレーザ光照射装置であって、該減衰器は、レーザ発振器及び光学系の間に設けられており、該第１の移載器は、湿度制御チャンバー内に設けられた減衰素子と、減衰器内に設けられた減衰素子とを搭載しており、これらの減衰素子を移送する機能を有する。

また、本発明は、一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することが可能なシステムを有するレーザ光照射装置である。代表的には、レーザ発振器、該レーザ発振器から射出されるレーザ光のエネルギーを測定する測定器、第１の移載器に設けられた複数の減衰器、湿度制御チャンバー、プロセスチャンバー、レーザ光の被照射物を移送する第２の移載器、及び被照射物を収納するカセット、並びにレーザ発振器のレーザ光照射条件、第１の移載器、及び第２の移載器を制御する制御装置を有する。

なお、湿度制御チャンバー内の湿度は、２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％である。

なお、本発明において、湿度制御チャンバーの代わりに、温度制御チャンバーを設けても同様の効果を得ることができる。このときの温度制御チャンバー内の温度は、０〜６０度、好ましくは、２５〜５０度である。

また、第１の移載器及び第２の移載器は、レール及びこの上をスライドするステージ、回転体、ベルトコンベアー、ロボットアーム、リフト等を用いることができる。

なお、光学系と、レーザ発振器及び光学系の間に設けられた減衰器とは不活性ガス雰囲気に設けられている。

上記のレーザ光照射装置を用いることにより、照射時間を経ても減衰器の条件を一定にすることができる。すなわち、減衰器、減衰器内に設けられた減衰素子、及びその表面のコーティング膜の条件、湿度を一定にすることができ、長時間レーザ光のエネルギー変化を抑制することができる。

また、大出力レーザを用いたとき、減衰器内部に設けられたダンパーに吸収される熱量が増加し、減衰器容器の温度が上昇して、減衰器本体または減衰素子を固定している部品にゆがみが生じてしまう。温度制御チャンバーを用いた場合、この原因による減衰素子の角度の変化、及び減衰器を透過するレーザ光のエネルギーの変動をも抑制することが可能である。

本発明は、レーザ発振器、複数の減衰器、光学系、湿度制御チャンバー、プロセスチャンバー、及び第１の移載器を有するレーザ光照射装置を用いてレーザ光を照射する方法であって、レーザ発振器及び光学系の間に設けられた減衰器と湿度制御チャンバー内の減衰器とを第１の移載器によって交換した後、レーザ光をレーザ発振器から射出し、該レーザ光のエネルギーを減衰器で減衰し、光学系でレーザ光のスポットを加工し、被照射物にレーザ光を照射する。

本発明は、レーザ発振器、内部に不活性ガスが供給される減衰器、複数の減衰素子、光学系、湿度制御チャンバー、プロセスチャンバー、及び第１の移載器を有するレーザ光照射装置を用いてレーザ光を照射する方法であって、該減衰器は、レーザ発振器及び光学系の間に設けられており、減衰器に設けられた減衰素子と湿度制御チャンバー内の減衰素子とを第１の移載器によって交換した後、レーザ光をレーザ発振器から射出し、該レーザ光のエネルギーを減衰器で減衰して光学系でレーザ光のスポットを加工し、被照射物にレーザ光を照射する。

なお、本発明のレーザ光照射装置において、第２の移載器を有している場合、第２の移載器は、減衰器に設けられた減衰素子と湿度制御チャンバー内の減衰素子とを第１の移載器によって交換すると同時に、被照射物を交換する。

一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することが可能なシステムを以下に示す。
レーザ発振器から射出されたレーザ光の照射エネルギーを測定する第１の手段と、レーザ発振器から射出されたレーザ光のエネルギーを第１の減衰器で減衰する第２の手段と、第１の減衰器の情報又は前記第１の減衰器から射出されるレーザ光の情報を測定する第３の手段と、該測定結果によって第１の減衰器が搭載された第１の移載器を移動させ、第１の減衰器と湿度調整チャンバーに設けられた第２の減衰器とを交換する第４の手段と、第２の移載器によってカセットから第１の被照射物をプロセスチャンバーに移動する第５の手段と、第２の減衰器から射出されるレーザ光を第１の被照射物に照射する第６の手段と、プロセスチャンバーからカセットに第１の被照射物を移動する第７の手段とを有し、第４のステップと同時に、第７のステップを行う。

減衰器の情報とは、代表的には減衰器の湿度であり、減衰器から射出されるレーザ光の情報とは、減衰器から射出されるレーザ光のエネルギーである。

なお、複数の減衰器の代わりに、一つの減衰器と複数の減衰素子を有するレーザ光照射装置においては、第３のステップにおいて、減衰器から射出されるレーザ光の情報（エネルギー）を測定して、その測定結果によって減衰素子が設けられている第１の移載器を移動させて該減衰器内の減衰素子と別の減衰素子とを交換する。この場合、減衰器内部には不活性ガスが導入されている。

上記のレーザ光照射方法により、照射時間を経ても減衰器の条件を一定にすることができる。すなわち、減衰器、減衰器内に設けられた減衰素子、及びその表面のコーティング膜の条件、代表的湿度を一定にすることができ、長時間エネルギーの一定なレーザ光を照射することができる。

また、本発明は、上記のレーザ光照射装置によってレーザ照射処理された半導体膜を用いて、半導体素子及び該半導体素子を有する半導体装置を作製する。なお、半導体膜の代わりに半導体基板を用いて作製した半導体素子及び半導体装置も本発明の一つである。

本発明のレーザ光照射装置は、減衰器での透過率を常に一定とすることが可能であり、この結果、エネルギーの一定なレーザ光を長時間照射することができる。

また、本発明のレーザ光照射装置から射出されたレーザ光を用いてレーザ結晶化方法を行うと、均一にアモルファス層の結晶化又は非晶質半導体膜の結晶化を行うことができる。また、バラツキ少なく半導体基板又は半導体膜の平坦化及び表面改質を行うことが可能である。

このため、該レーザ光照射装置を用いて形成された半導体素子は、素子間のバラツキが低減される。更には、該半導体素子を用いた半導体装置、表示装置等は、不良品が少なく、該作製工程の歩留まりを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態を、図１、図３及び図４を用いて説明する。図１は、レーザ発振器５０１、複数の減衰器５０２ａ〜５０２ｃ、光学系５０３、湿度制御チャンバー５０５、プロセスチャンバー５０４及び第１の移載手段（図示せず）を有するレーザ光照射装置５００である。

レーザ光照射装置には、供給口５０８と排出口５０９とが設けられており、供給口から窒素、アルゴン、ヘリウム、等の不活性ガスを供給し、排出口からこのガスを排出する。この不活性ガスは、レーザ光照射装置内の埃等の浮遊物を除去し、光学系の劣化を抑制するために装置内に導入する。

また、第１の移載手段は、湿度制御チャンバー内に設けられた減衰器（図１においては、減衰器５０２ｂ又は５０２ｃ）と、レーザ発振器及び光学系の間に設けられた減衰器（図１においては、減衰器５０２ａ）とを矢印５０６ａ〜５０６ｃのように移動させる。なお、湿度制御チャンバー内は、湿度が２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％に保持されている。このため、この中に設けられた減衰器５０２ａの湿度も湿度が２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％である。また、レーザ発振器及び光学系の間に設けられた減衰器５０２ｂ、５０２ｃは、不活性ガス雰囲気におかれ、この湿度は０％である。

本実施の形態において、第１の移載手段は、レール及びこの上をスライドするステージ、回転体、ベルトコンベアー、ロボットアーム、リフト等を用いることができる。

レーザ発振器５０１には、パルス発振の気体レーザ発振器、固体レーザ発振器、及び金属発振装置が適用される。代表的には、気体レーザ発振器としては、Ｎ₂等を使用したレーザ発振器、またはＫｒＦ，ＸｅＣｌ、Ｘｅ等のエキシマレーザ発振器を適用できる。固体レーザ発振器としてはＹＡＧ、ＹＶＯ₄、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ₃などの結晶にＣｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ又はＴｍをドープした結晶を使ったレーザー発振装置を適用できる。金属レーザ発振器としては、銅蒸気レーザーもしくはヘリウム−カドミウムレーザを適応することができる。なお、固体レーザ発振器から射出されるレーザ光を、レーザ結晶化方法に用いる場合には、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。

減衰器５０２ａ〜５０２ｃは、図３に示すような、内壁にダンパー３０３が設けられた容器３０１内に、レーザ光のエネルギーを変化させる減衰素子３０２を有する減衰器を用いることができる。また、図４に示すような、内壁にダンパー３０３が設けられた容器３０１内に、レーザ光のエネルギーを変化させる減衰素子３０２、及びレーザ光の光路を補正する為の補正素子３０７を有する減衰器を用いることもできる。なお、図３及び図４の減衰素子の一表面には、光の入射角度により透過率を変化させる膜(コーティング膜)が形成されている。また、減衰素子の他表面及び補償素子の両表面には、光学膜が形成されている。さらに、減衰素子及び補償素子は、入射光に対して入射面の角度を調整することが可能な、回転ステージ３０８等によって設置されている。

光学系５０３は、レーザ発振器５０１から射出され、減衰器によってエネルギーが減衰されたレーザ光を被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状のビームスポットとなるように加工するものを有する。加工方法例としては、特開平８−１９５３５７号公報等の公知の技術を適応することができる。該光学系により、レーザ光の長軸方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射することができるため、高い量産性が得られる。
また、減衰器５０２ａを通過したレーザ光のエネルギーを変えずに、光路を任意に変更するためのものを有してもよい。代表的には、ミラーを用いることができる。

本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器５０１からレーザ光１０２を射出し、減衰器５０２ａ〜５０２ｃのいずれかによって該レーザ光１０２のエネルギーを減衰し一定のエネルギーを有するレーザ光１０４に加工する。次に、光学系５０３により、レーザ光１０４を線状のビームスポットを有するレーザ光１０６に加工し、プロセスチャンバーに設けられた窓を透過させて被照射物５１０、例えば非晶質半導体膜が形成されている基板等に照射する。

次にプロセスチャンバー５０４内に設けられた被照射物５１０が、第２の移載器（図示しない）にプロセスチャンバー外に移送され、新たな被照射物をプロセスチャンバー内に移送する間に、第１の移載器によって、レーザ光照射装置内の減衰器５０２ａ（すなわち、レーザ発振器５０１と光学系５０３との間にあって、且つ窒素雰囲気に設けられた減衰器）と、湿度制御チャンバー５０５内にある減衰器５０２ｂ又は５０２ｃとを交換する。なお、減衰器５０２ａの交換は、被照射物５１０の交換ごとに行うことができる。また、減衰器又は減衰素子に形成されたコーティング膜中の湿度がある一定以下になった場合、すなわち、減光器から射出されるレーザ光のエネルギーの変化により、減衰器を交換することができる。

このように、レーザ光照射装置に複数の減衰器を設け、これらの減衰器を交換することにより、減衰器、減衰器内に設けられた減衰素子、及びその表面のコーティング膜の条件、特に湿度を一定とすることができ、長時間においても、一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することができる。

なお、本実施の形態においては、３つの減衰器を有するレーザ光照射装置を示したが、該構成に限られるものではない。２つの減衰器を有しても良く、またより多くの減衰器を設けてもよい。この場合、一つあたりの減衰器の湿度を回復するための時間が長くなり、また使用頻度も低下するため、減衰器の使用期間を長くさせることが可能となり、この結果、より少ないメンテナンスで、一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することが可能なレーザ光照射装置となる。

なお、本実施の形態において、湿度制御チャンバーの代わりに、温度制御チャンバーを設けても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態を図２を用いて説明する。実施の形態１と同じ構成物は、同じ符号を用いて詳細の説明を省略する。

図２は、レーザ発振器５０１、複数の減衰器５１２ａ〜５１２ｃ、光学系５０３、湿度制御チャンバー５２３、湿度制御チャンバー内に設けられた不活性ガスチャンバー５１１、プロセスチャンバー５０４及び第１の移載手段（図示せず）を有するレーザ光照射装置５５０である。また、実施の形態１と同様に、供給口５０８と排出口５０９とが設けられており、供給口から窒素、アルゴン、ヘリウム、等の不活性ガス５９１を供給し、排出口５０８からこのガス５９２を排出する。なお、不活性ガスチャンバーは、湿度制御チャンバー内５２３に設けられ、かつレーザ発振器５０１及び光学系５０３の間に設けられている。この不活性ガスは、レーザ光照射装置内及び減衰器周辺の埃等の浮遊物を除去し、光学系の劣化を抑制するために導入する。

また、該第１の移載手段は、不活性ガスチャンバー５１１に設けられた減衰器（図２においては、減衰器５１２ａ）と、湿度制御チャンバーに設けられた減衰器（図２においては、減衰器５１２ｂ又は５１２ｃ）とを矢印５１６ａ〜５１６ｃのように移動させる。

本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器５０１からレーザ光２０２を射出し、減衰器５１２ａ〜５１２ｃのいずれかによって該レーザ光２０２のエネルギーを減衰し一定のエネルギーを有するレーザ光２０４に加工する。次に、光学系５０３により、レーザ光２０４を線状のビームスポットを有するレーザ光２０６とし、プロセスチャンバー５０４内に設けられた被照射物５１０、例えば非晶質半導体膜が形成されている基板等に照射する。

次にプロセスチャンバー５０４内に設けられた被照射物５１０が、第２の移載器（図示しない）によって、プロセスチャンバー外に移送され、新たな被照射物をプロセスチャンバー内に移送する間に、第１の移載器によって、湿度制御チャンバー内に設けられた不活性ガスチャンバー内５１１の減衰器５１２ａ（すなわち、レーザ発振器５０１と光学系５０３との間にあって、且つ窒素雰囲気に設けられた減衰器）と、湿度制御チャンバー５０５内にある減衰器５１２ｂ又は５１２ｃとを交換する。なお、減衰器５１２ａの交換は、被照射物５１０の交換ごとに行うことができる。また、減衰素子に形成されたコーティング膜又は減衰器の湿度がある一定以下になった場合、すなわち、減光器から射出されるレーザ光のエネルギーの変化により、減衰器を交換することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１又は実施の形態２とは異なり、不活性ガスを内部に導入することが可能な減衰器を有するレーザ光照射装置について図５を用いて示す。

図５は、レーザ光照射装置の模式図であり、図１のレーザ光照射装置と同様の部分は、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。

図５は、レーザ発振器５０１、光学系５０３、湿度制御チャンバー５３３、湿度制御チャンバー内に設けられた減衰器５２４、複数の減衰素子５２２ａ〜５２２ｃ、プロセスチャンバー５０４及び第１の移載器（図示せず。）を有するレーザ光照射装置５６０である。また、実施の形態１と同様に、供給口５０８と排出口５０９とが設けられており、供給口から窒素、アルゴン、ヘリウム、等の不活性ガス５９１を供給し、排出口からこのガス５９２を排出する。なお、湿度制御チャンバー５３３内に減衰器５２４が設けられている。減衰器には、不活性ガスの供給口３０９と排出口３１０とが設けられており、内部に不活性ガスが導入される。この不活性ガスは、レーザ光照射装置内及び減衰器内の埃等の浮遊物を除去し、光学系の劣化を抑制するために導入する。

また、減衰器５２４及び湿度制御チャンバー５３３内には、減衰素子５２２ａ〜５２２ｃが設けられており、減衰器５２４内の減衰素子５２２ａと湿度制御チャンバー内の減衰素子（５２２ｂ又は５２２ｃ）とが、第１の移載器（図示せず。）によって交換される。

本実施の形態における、減衰器の構造を図６を用いて説明する。減衰器５２４には、供給口３０９及び排出口３１０が設けられており、内部に不活性ガスを導入する構造となっている。図６においては、供給部には、不活性ガスの供給量を調節するためのバルブが設けられている。なお、減衰器のガス供給源が、レーザ光照射装置の供給源と同じである場合は、このバルブは必要ではない。

また、減衰器５２４は、レーザ光が透過する側面、すなわち、第１の窓３０４及び第２の窓３０６が設けられている側面以外の側面が、シャッターまたは扉構造となっており、これらを開閉して、減衰器内の減衰素子（図５においては、減衰素子５２２ａ、図６においては３０２）と、減衰器５２４の外にあって、かつ湿度制御チャンバー５３３内に設けられた減衰素子と５２２ｂ又は５２２ｃとを第１の移載器３１２によって交換する。

本実施の形態において、第１の移載手段３１２は、レール及びこの上をスライドするステージ、回転体、ベルトコンベアー、ロボットアーム、リフト等を用いることができる。図６においては、第１の移際手段３１２は、レール３１３上を移動するステージ３１４及び固定台３１５からなり、減衰素子３０２及び回転手段３０８が固定台３１５によって固定されており、減衰素子を移送する。

このように、レーザ光照射装置に複数の減衰素子を設け、これらの減衰器を交換することにより、減衰素子、及びその表面のコーティング膜の条件、特に湿度を一定とすることができ、長時間においても、一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することができる。

なお、本実施の形態においては、３つの減衰素子を有するレーザ光照射装置を示したが、該構成に限られるものではない。２つの減衰素子を有しても良く、またより多くの減衰素子を設けてもよい。この場合、一つあたりの減衰素子の湿度を回復するための時間が長くなり、また使用頻度も低下するため、減衰器の使用期間を長くさせることが可能となり、この結果、より少ないメンテナンスで、一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することが可能なレーザ光照射装置となる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、加熱された減衰器を効率よく冷却することが可能なレーザ照射装置について図１３を用いて示す。

図１３は、減衰器の断面図であり、図３の減衰器と同様の部分は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。図１３に示す減衰器は、容器３０１の表面にフィン５０１が設けられている。

フィンは、容器３０１と同様の材質でもよいが、導電性の高い金属を用いて形成すると、より効果的に冷却することができる。

フィンは、表面積が広いためダンパーに散乱されたレーザ光の熱を効率良く冷却することができる。よって、図１３のような減衰器を、実施の形態１乃至実施の形態３の減衰器（図１の１０３ａ〜１０３ｃ、図２の２０３ａ〜２０３ｃ、図５の５２４）に用いることによって、より効率良く減衰器を冷却することができる。すなわち、大出力のエネルギー照射においても、一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、より効率よく加熱された減衰器を冷却することが可能なレーザ照射装置について図１４を用いて示す。

図１４は、減衰器の断面図であり、図３の減衰器と同様の部分は同じ符号を付して詳しい説明を省略する。図１４に示す減衰器は、容器３０１の表面に冷却管５５１ａ及び５５１ｂと、該冷却管中に流す水量を調節するためのバルブ５５２ａ及び５５２ｂが設けられている。なお、冷却管５５１ａ及び５５１ｂは、保護部材５５３ａ及び５５３ｂで固定されていることが好ましい。

冷却管５５１ａ及び５５１ｂに冷却水又は冷却ガスを流すことによりダンパーに散乱されたレーザ光の熱を効率良く冷却することができる。よって、図１４のような減衰器を、実施の形態１乃至実施の形態３の減衰器（図１の１０３ａ〜１０３ｃ、図２の２０３ａ〜２０３ｃ、図５の５２４）に用いることによって、より効率良く減衰器を冷却することができる。すなわち、大出力のエネルギー照射においても、一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することができる。

（実施の形態６）
実施の形態１において、供給口と排出口の位置が異なるレーザ光照射装置を図１５を用いて説明する。

レーザ光照射装置には、供給口１５０８と排出口１５０９とが設けられており、供給口１５０８から窒素、アルゴン、ヘリウム、等の不活性ガスを減衰器５０２ａ及び光学系５０３に供給し、排出口１５０９からこのガスを排出する。この不活性ガスは、レーザ光照射装置内の埃等の浮遊物を除去し、光学系の劣化を抑制するために装置内に導入する。

（実施の形態７）
実施の形態２において、供給口と排出口の位置が異なるレーザ光照射装置を図１６を用いて説明する。

レーザ光照射装置には、供給口２５０８と排出口２５０９とが設けられており、供給口２５０８から窒素、アルゴン、ヘリウム、等の不活性ガスを、減衰器を有する湿度チャンバー５２３及び光学系５０３に供給し、排出口２５０９からこのガスを排出する。この不活性ガスは、レーザ光照射装置内の埃等の浮遊物を除去し、光学系の劣化を抑制するために装置内に導入する。

（実施の形態８）
実施の形態３において、供給口と排出口の位置が異なるレーザ光照射装置を図１７を用いて説明する。

レーザ光照射装置には、供給口３５０８と排出口３５０９とが設けられており、供給口３５０８から窒素、アルゴン、ヘリウム、等の不活性ガスを減衰器を有する湿度チャンバー及５３３び光学系５０３に供給し、排出口３５０９からこのガスを排出する。この不活性ガスは、レーザ光照射装置内の埃等の浮遊物を除去し、光学系の劣化を抑制するために装置内に導入する。

（実施の形態９）
本実施の形態においては、実施の形態１から実施の形態８に開示のレーザ光照射装置を用いて一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することが可能なレーザ光照射装置及びレーザ光の照射システムについて説明する。本実施の形態では、実施の形態１のレーザ光照射装置を用いた例を示す。このため、実施の形態１と同じ構成物は、同じ符号を用いて説明する。本実施の形態では、被照射物の代表例として基板を用いるが、他の部材を適応できる。

図９は、本実施の形態で示されるレーザ光照射装置のブロック図である。本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器５０１、５０２ａ〜５０２ｃ、光学系５０３、プロセスチャンバー５０４、湿度制御チャンバー５０５、レーザ光照射装置内に設けられた減衰器５０２ａ、湿度制御チャンバー内に設けられた減衰器５０２ｂ及び５０２ｃ、第１の移載器９０９、及び第２の移載器９１０を有する。また、レーザ光照射装置には、カセット９１１が設けられている。カセット９１１は、未処理の基板又は処理済みの基板を収納するものである。なお、未処理の基板を収納するカセット、処理済の基板を収納するカセットなど、複数のカセットを設けてもよい。

第１の移載器は、湿度制御チャンバー内に設けられた減衰器（図１においては、減衰器５０２ｂ又は５０２ｃ）と、レーザ発振器及び光学系の間に設けられた減衰器（図１においては、減衰器５０２ａ）とを矢印９２６〜９２８のように移送させる。

第２の移載器９１０は、カセット９１１に収納された基板をプロセスチャンバー５０４に移動し、また、処理の終了した基板をカセット９１１に移送する。

レーザ発振器と第１の移載器との間には、レーザ発振器から射出されたレーザ光のエネルギーを測定する第１の測定器９０４が設けられている。

第１の移載器９０９には、該移載器を制御するための制御装置９１４が接続されている。また、各減衰器ａ５０２ａ〜減衰器ｃ５０２ｃには、第２の測定器９１５が設けられている。該測定器は、減衰器の情報を測定するものであって、代表的には減衰器の湿度、減衰器から射出されるレーザ光のエネルギーを測定する。第１の移載器制御装置９１４は、測定器９１５で測定された情報によって、第１の移載器を動かす信号を送り、減衰器を矢印９２６〜９２９のように移動させるためのものである。

第２の移載器９１０には、該移載器を制御するための制御装置９１６が接続されている。移載器制御装置９１６は、プロセスチャンバー内での被照射物の有無を判断して、第２の移載器に信号を送り、第２の移載器を動かして、基板を移送させるものである。第２の移載器は、第２の移載器制御装置から送られた信号によって、カセット９１１から基板をプロセスチャンバー５０４への移送、またはレーザ照射の終了した基板のカセット９１１への移送を行う。

第１の移載器制御装置９１４、及び第２の移載器制御装置９１６は、レーザ光照射装置制御装置９１７と接続している。レーザ光照射装置制御装置は、各制御装置の情報を受け、レーザ光照射装置のシステム全体を制御し、エネルギーの均一なレーザ光を各基板に照射できるように、各制御装置に信号を送る。

なお、本実施の形態では、第１の移載器制御装置９１４、及び第２の移載器制御装置９１６それぞれをサブコンピュータとし、レーザ光照射装置制御装置９１７をホストコンピュータとして、それぞれ別に用いている。なお、これらの制御装置を一つのホストコンピュータで統括し、レーザ光照射装置制御装置のみでレーザ光照射装置の照射方法のシステムを制御してもよい。

図９の矢印９２１〜９２３は、レーザ発振器から射出されたレーザ光の流れを示している。また、矢印９２４及び９２５は、基板の流れを示している。さらには、矢印９２６〜９２８は、減衰器の移動を示している。

図１０を参照して、図９に示したレーザ光照射装置のレーザ光の照射方法について説明する。

まず、ステップＳ１００において、レーザ結晶化に必要なレーザ光のエネルギー範囲ｙ、または任意の減衰率を保つことが可能な減衰器の湿度の範囲ｚを決定する。
これらの決定は、レーザ光照射装置制御装置９１７で行う。あらかじめレーザ光照射装置制御装置９１７のメモリで記憶されてある情報から、これらの値をそれぞれ決める。

次に、ステップＳ２００において、レーザ発振器５０１から、レーザ光９２１を射出する。次に、ステップＳ３００で、レーザ発振器から射出されたレーザ光のエネルギー（ｘ）を第１の測定器９０４で測定した後、減衰器へレーザ光を入射する。

次に、減衰器の透過率の変化、または減衰器の湿度から減衰器におけるレーザ光の減衰率を測定する。ここでは、これらの情報を第２の測定器９１５を用いて測定する。例えば、ステップＳ５１０では、減衰器から射出されるレーザ光のエネルギー（ｘ‘）を、第２の測定器９１５により測定する。次に、ステップ５１１でレーザ光の透過率（ｘ’/ｘ）が範囲ｙ以内かどうかを、第１の移載器制御装置９１４が判断する。レーザ光のエネルギーが範囲ｙ以内におさまらない場合は、ステップＳ５１２で、第１の移載器制御装置９１４が第１の移載器９０９を動かす指示（例えば、矢印９２６〜９２９）を出し、ｎ番目の減衰器からｎ＋1番目の減衰器（例えば、減衰器ａ５０２ａから減衰器ｂ５０２ｂ）に交換する。こののち、ステップＳ６００にて、プロセスチャンバー５０４にレーザ光９２２を射出する。

ステップＳ５１０〜Ｓ５１２の代わりに、別のプロセスを用いることもできる。ステップＳ５２０で減衰器の湿度を第２の測定器９１５により測定し、ステップ５２１で減衰器の湿度が範囲ｚ以内におさまるかどうかを、第１の移載器制御装置９１４が判断する。減衰器の温度が範囲ｚ以内におさまらないと判断した場合には、ステップＳ５２２で、第１の移載器制御装置９１４が第１の移載器９０９を動かす指示（例えば、矢印９２６〜９２９）をだし、ｎ番目の減衰器からｎ＋1番目の減衰器（例えば、減衰器ａから減衰器ｂ）に交換させる。こののち、ステップＳ６００にて、プロセスチャンバー５０４にレーザ光９２２を射出する。

ステップＳ５１１、又はＳ５２１において、それぞれの測定結果が範囲ｙ、又は範囲ｚ以内におさまる場合は、ステップＳ６００にて、プロセスチャンバー５０４にレーザ光９２２を射出する。

なお、ステップＳ５１１又はＳ５２１とステップＳ６００との間、若しくはステップＳ５１２又はＳ５２２とステップＳ６００との間において、ステップＳ９００、即ちプロセスチャンバー５０４に５０４に基板の設置を行う。代表的には、第２の移載器制御装置９１６が第２の移載器９１０を動かす信号をだして、カセット９１１からプロセスチャンバー５０４に矢印９２４のように基板を移動させる。

こののち、光学系５０３にて、レーザ光９２２を線状のスポットビームを有するレーザ光９２３に加工して、プロセスチャンバー５０４にレーザ光５２３を照射する。

次にステップＳ７００において、第２の移載器制御装置９１６が、第２の移載器１１０を動かす信号を出す。矢印９２５のように、被照射物をレーザ光照射装置のプロセスチャンバー５０４からカセット９１１に移動させる。

次に、ステップＳ８００において、レーザ光照射を終了するかをレーザ光照射装置制御装置９１７が判断し、終了しない場合はステップＳ４００に戻る。

ステップＳ８００において、レーザ光照射を終了する場合は、ステップＳ８１０でレーザ光照射を終了する。

本実施の形態のレーザ光照射装置は、基板の移送、レーザ発振器の出力エネルギーの制御、及びレーザ光の透過率の制御を統括的にすることが可能であり、常にエネルギーの一定なレーザ光を照射することができる。

なお、本実施の形態においては、実施の形態１に関するレーザ光照射装置を用いて一定のエネルギーを有するレーザ光を照射することが可能なレーザ光の照射システムを述べたが、実施の形態１の代わりに実施の形態２乃至実施の形態５に記載のレーザ光照射装置を本実施の形態に適応することが可能である。

なお、本実施の形態において、湿度制御チャンバーの代わりに、温度制御チャンバーを設けても同様の効果を得ることができる。この場合、ステップ５２０では、第２の測定器９１５を用いて減衰器の温度を測定し、ステップ５２１では、測定した温度が範囲ｗ以内かどうかを判断することで、同様の効果を得ることができる。

本実施例では、本発明により照射したレーザ光のエネルギー変動を図１１を用いて示す。

図１１には、パルス発振のレーザ光の周波数を６０Hz、エネルギー９５０mJ、減衰素子の傾斜角度を１２．６°に設定し、基板にレーザ光を照射したときの時間とレーザ光のエネルギーの変化が示されている。ｘ軸上に示される数字は、レーザ光が照射された基板の番号を表す。基板１枚当たり２度レーザ光を照射しているため、２つのエネルギーピークを有する。

実線は、減衰器周辺の湿度を６０％とした時のレーザ光のエネルギーであり、エネルギーはほぼ一定値をとる。

一方、破線で示した曲線は、減衰器周辺の湿度を制御せず、不活性ガスとして窒素ガスを流した雰囲気でレーザ光を照射したときのレーザ光のエネルギーである。このとき、減衰器周辺の湿度は６０％から０％に低下しており、これと共に、レーザ光のエネルギーも減衰している。このレーザ光をレーザ結晶化に用いると、基板ごとの半導体膜の結晶化率が異なり、この半導体膜を用いた半導体装置の特性にバラツキが生じる。

以上のデータにより、減衰器の湿度を一定にすることにより、レーザ光のエネルギーを一定にすることができることが分かる。

本実施例では、本発明を用いて形成された半導体素子及び該半導体素子を有するアクティブマトリクス基板の作製工程を、図7を用いて説明する。なお、本実施例において、半導体素子は、薄膜トランジスタである。

図７（Ａ）に示すように、ガラス基板（第１の基板７０１）上に下地絶縁膜７０２を形成する。本実施例では、下地絶縁膜を２層構造とし、SiH₄、NH₃、及びN₂Oを反応ガスとして成膜される第一酸化窒化シリコン膜を５０〜１００nm、SiH₄、及びN₂Oを反応ガスとして成膜される第二酸化窒化シリコン膜を１００〜１５０nmの厚さに積層形成する。

次に、下地絶縁膜上に、プラズマＣＶＤ法や減圧ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等の公知の手法により非晶質シリコン膜７０３（膜厚５４ｎｍ）を積層形成する。なお、該非晶質シリコン膜は、水素を含んでいるため水素出しを行う。本実施例では、５００℃１時間の熱処理を行う。

次にパルス発振のレーザ光７０４を非晶質シリコン膜７０３に照射する。このときのレーザ光の照射条件を、エネルギー密度５１０mJ／cm²、周波数３０Hz、照射速度を１．０mm／secとする。なお、本実施例においては、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射して結晶性シリコン膜を形成するが、この工程に限定されず、特許３３００１５３号又は特許２８７３６６９号に記載されている手法を用いて形成された結晶性シリコン膜にレーザ光を照射して、シリコン膜の結晶性を高めてもよい。また、パルス発振のレーザ光の代わりに、連続発振のレーザ光を照射してもよい。このときの照射条件は、レーザとして連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波のレーザ光を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、代表的には、Ｎｄ:ＹＶＯ₄レーザ（基本波１０６４nm）の第２高調波（５３２nm）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＮｄ:ＹＶＯ₄レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザ光を得る。また非線形光学素子を用いて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、結晶性シリコン膜１４に照射する。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、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度のとし、照射する。

次に、結晶性シリコン膜を用い、公知の手法によりＴＦＴを形成する。図７（Ｂ）にその図を示す。所望の形状に結晶化されたシリコン膜をエッチングし、活性領域６１１〜６１４を形成する。次に、半導体膜の表面をフッ酸を含むエッチャントで洗浄した後、ゲート絶縁膜６１５となるシリコンを主成分とする絶縁膜を形成する。

次いで、ゲート絶縁膜表面を洗浄した後、ゲート電極６１６〜６１９を形成する。本実施例では、ゲート電極は積層構造をしており、ゲート絶縁膜に接する第１導電膜６１６ａ及び該第１導電膜に接する第２導電膜６１６ｂからなる。第１導電膜は窒化タンタル膜からなり、第２の導電膜は、タングステン膜からなる。ただし、ゲート電極の材料は、これに限られるものではなく、いずれもタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、銀―銅―パラジウム合金（ＡｇＰｄＣｕ合金）を用いてもよい。さらに、本実施例では、ゲート電極を積層構造としたが、これに限られるものではなく単層構造でも多層構造でもよい。

次に、半導体にｎ型を付与する不純物元素（Ｐ、Ａｓ等）及びＰ型を付与する不純物元素（Ｂ等）、ここではリン及びボロンを適宜添加して、ｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴのソース領域及びドレイン領域６２０〜６２７、及びＬＤＤ領域（Light doped drain 領域）６２８〜６３１を形成する。ＬＤＤ領域６２８〜６３０の一部は、各ゲート電極に覆われているが、ＬＤＤ領域６３１では、各ゲート電極に覆われていない。なお、ゲート電極及びＬＤＤ領域の形成工程に関しては、特開２００１−３４５４５３号公報に開示された工程を適応すればよい。

次に、ゲート電極及びゲート絶縁膜上に第２絶縁膜６３４を形成した後、添加した不純物元素を活性化するために加熱処理、強光の照射、またはレーザ光の照射を行う。この工程は、活性化と同時にゲート絶縁膜へのプラズマダメージやゲート絶縁膜と半導体膜との界面へのプラズマダメージを回復することができる。

次に、第２絶縁膜６３４上に第１の層間絶縁膜６３５を形成する。第１の層間絶縁膜には、無機絶縁膜、有機材料樹脂、又はシロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む絶縁膜（以下、シロキサン系絶縁膜と呼ぶ）等を用いることができる。シロキサン系絶縁膜は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有していても良い。シロキサン系材料を出発材料として形成された上記絶縁膜は、耐熱性が高いので、後の工程において、加熱処理を行うことが可能である。また、有機樹脂を用いる場合は、感光性樹脂及び非感光性樹脂を用いることができる。感光性有機樹脂を用いた場合、フォトリソフラフィ工程による露光処理を行い、感光性有機樹脂をエッチングすると曲率を有する第１の開口部を形成することができる。このように曲率を有する開口部を形成することは、後に形成する電極の被覆率（カバレッジ）が高くなるという効果がある。本実施例では、第１の層間絶縁膜に、厚さ１．０５μｍの非感光性アクリル樹脂膜を形成する。

次に、第１の層間絶縁膜のパターニング及びエッチングを行い、第１の開口部を形成する。この後、第１の開口部及び第１の層間絶縁膜６３５を覆うように窒化絶縁膜（代表的には、窒化珪素膜又は窒化酸化珪素膜）からなる第３絶縁膜６３６を形成する。本実施例では、第３の層間絶縁膜に窒化珪素膜を用いる。窒化絶縁膜からなる第３絶縁膜を形成することにより、第１の層間絶縁膜６３５から発生する脱ガスを抑制することができる。

次に、フォトリソグラフィ工程による露光処理を行った後、第３絶縁膜６３６、第２絶縁膜６３４、及びゲート絶縁膜６１５を順次エッチングし、第２の開口部を形成する。このときの、エッチング処理は、ドライエッチング処理でもウエットエッチング処理でもよい。本実施例では、ドライエッチングにより第２の開口部を形成する。

次に、第２の開口部を形成した後、第３絶縁膜上及び第２の開口部に金属膜を形成し、フォトリソグラフィー工程による露光の後、金属膜をエッチングしてソース電極及びドレイン電極６３７〜６４３を形成する。金属膜は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）もしくはシリコン（Ｓｉ）の元素からなる膜又はこれらの元素を用いた合金膜を用いる。本実施例では、チタン膜／アルミニウムーシリコン合金膜／チタン膜（Ｔｉ/Ａｌ−Ｓｉ/Ｔｉ）をそれぞれ１００／３５０／１００ｎｍに積層したのち、所望の形状にパターニング及びエッチングしてソース電極ドレイン電極６３７〜６４３を形成する。その後、第１の画素電極６４４を形成する。

以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０、６４３及びｐチャネル型６４１、６４２を作製することができる。

また、ｎチャネル型ＴＦＴ６４０とｐチャネル型ＴＦＴ６４１をCMOS回路として駆動回路６５０に用い、ｐチャネル型ＴＦＴ６４２、ｎチャネル型６４３を画素領域６５１に用いることにより、駆動回路と画素領域を同一基板上に形成したアクティブマトリクス基板６７０を得ることができる。

なお、本実施例においては、半導体素子としてＴＦＴを示したが、これに限られず、他の半導体素子（ダイオード、電界放出素子等）の活性領域に本実施例で形成したシリコン膜を適応することも可能である。

本実施例により、基板ごとに結晶性のムラの少ない半導体膜を形成することができ、該半導体膜を用いて半導体素子を形成することができる。このため、本実施例により作製された半導体素子の特性のバラツキを抑制することができる。また、該半導体素子を有するアクティブマトリクス基板は、プロセスに依存する基板間のバラツキが抑制されており、不良な基板の作製を低減することができ、歩留まり高くすることができる。

次に、実施例２で形成したアクティブマトリクス基板を用いて表示装置を形成する工程を示す。本実施例では、表示装置として、発光表示装置であるＥＬ（Electro Luminescence）表示装置の作製工程について図８を用いて述べる。

図８（Ａ）は、発光装置を示す上面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）をＡ−Ａ’で切断した断面図である。点線で示された６８１は信号線駆動回路、６８２は画素領域、６８３は走査線駆動回路である。また、６８４は対向基板、６８５は一対の基板間隔を保持するためのギャップ材が含有されているシール材であり、シール材６８５で囲まれた内側は、封止材で充填されている。

なお、領域６８８は信号線駆動回路６８１及び走査線駆動回路６８３に入力される信号を伝送するための配線領域であり、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）６８９からビデオ信号やクロック信号を受け取る。

図８（Ｂ）は、発光装置の断面図である。実施例１で作製したアクティブマトリクス基板６７０の画素部６８２において、発光素子が形成されている。また、図８の駆動回路としては、信号線駆動回路６８１が示されており、ｎチャネル型ＴＦＴ６７４０とｐチャネル型ＴＦＴ６４１とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。さらに、アクティブマトリクス基板６７０と封止基板６８４とが、シール材６８５及び封止材６９１を用いて封止されている。

以下に、発光表示装置の作製方法を述べる。

図８（Ｂ）に示すように、実施例１にて作製したアクティブマトリクス基板６７０表面に第２の層間絶縁膜間６６１を形成し、第３の開口部を形成する。なお、図５の画素部のｐチャネル型ＴＦＴ６４２を画素の電流制御用ＴＦＴとして用い、ｎチャネル型ＴＦＴ６４３を画素のスイッチングＴＦＴとして用いる。また、第２の層間絶縁膜６６１には、無機絶縁膜、有機材料樹脂、又はシロキサン系絶縁膜等を用いることができる。本実施例では、第２の層間絶縁膜に、感光性アクリル樹脂膜を用い、パターニング及びウエットエッチングを行い、なだらかな内壁を有する第３の開口部を形成する。

その後、第２の層間絶縁膜上に第４の絶縁膜６６２を形成したのち、第４の開口部を形成し、第１の画素電極６３７を露出させる。本実施例では、第４の絶縁膜に窒化珪素膜を用いる。第２の層間絶縁膜６６１に有機材料樹脂を用いた場合、第４の絶縁膜は、該有機材料樹脂から発生するガスや基板全体から発生する水分をブロッキングする効果がある。このため、第４の絶縁膜を形成することにより、発光素子の劣化を抑制することができる。

画素電極６３７及び第４の絶縁膜６６２の上にはＥＬ層６６３、陰極として機能する第２の画素電極６６４及びパッシベーション膜６６５を設ける。第１の画素電極６３７、ＥＬ層６６３、第２の画素電極６６４が重畳する部位が実質的に発光素子（ＥＬ素子）となる。

このＥＬ層６６３の構成は公知の構成を用いることができる。第１の画素電極６３７と第２の画素電極６６４との間に配設するＥＬ層６６３には、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、これらの層が積層された形態又はこれらの層を形成する材料の一部又は全部が混合された形態をとることができる。基本的にＥＬ素子は、陽極／発光層／陰極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／正孔注入層／発光層／陰極や、陽極／正孔注入層／発光層／電子輸送層／陰極等の順に積層した構造を有していても良い。

発光層は有機化合物を用いて形成されている。代表的には、その分子数から区分された低分子系有機化合物、中分子系有機化合物、高分子系有機化合物から選ばれた一種又は複数種の層を有する。また、電子注入輸送性又は正孔注入輸送性を有する無機化合物から形成される電子注入輸送層又は正孔注入輸送層を組み合わせて形成しても良い。なお、中分子とは、昇華性や溶解性を有しない有機化合物の凝集体（好ましくは、重合度１０以下）又は連鎖する分子の長さが５μm以下（好ましくは５０ｎｍ以下）の有機化合物のことをいう。

発光層の主体となる発光材料を以下にまとめる。低分子系有機化合物としては、トリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体やビス（ベンゾキノリラト）ベリリウム錯体等の金属錯体をはじめとし、フェニルアントラセン誘導体、テトラアリールジアミン誘導体、ジスチリルベンゼン誘導体等が適用可能である。また、これらの材料をホストとし、クマリン誘導体、ＤＣＭ、キナクリドン、ルブレン等をドーパントとして添加することで、量子効率を上げ、高輝度化、高効率化を図ることができる。
高分子系有機化合物としては、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリチオフェン系、ポリフルオレン系等があり、ポリ（パラフェニレンビニレン）(poly(p-phenylene vinylene))：（ＰＰＶ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレンビニレン）(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene vinylene))：（ＲＯ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（２'−エチル−ヘキソキシ）−５−メトキシ−１，４−フェニレンビニレン）(poly[2-(2'-ethylhexoxy)-5-methoxy-1,4-phenylene vinylene])：（ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（２−（ジアルコキシフェニル）−１,４−フェニレンビニレン）(poly[2-(dialkoxyphenyl)-1,4-phenylene vinylene])：（ＲＯＰｈ−ＰＰＶ）、ポリパラフェニレン（poly[p-phenylene]）：（ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジアルコキシ−１，４−フェニレン）(poly(2,5-dialkoxy-1,4-phenylene))：（ＲＯ−ＰＰＰ）、ポリ（２，５−ジヘキソキシ−１，４−フェニレン）(poly(2,5-dihexoxy-1,4-phenylene))、ポリチオフェン（polythiophene）：（ＰＴ）、ポリ（３−アルキルチオフェン）(poly(3-alkylthiophene))：（ＰＡＴ）、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）(poly(3-hexylthiophene))：（ＰＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシルチオフェン）(poly(3-cyclohexylthiophene))：（ＰＣＨＴ）、ポリ（３−シクロヘキシル−４−メチルチオフェン）(poly(3-cyclohexyl-4-methylthiophene))：（ＰＣＨＭＴ）、ポリ（３，４−ジシクロヘキシルチオフェン）(poly(3,4-dicyclohexylthiophene))：（ＰＤＣＨＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−チオフェン］(poly[3-(4octylphenyl)-thiophene])：（ＰＯＰＴ）、ポリ［３−（４−オクチルフェニル）−２，２ビチオフェン］(poly[3-(4-octylphenyl)-2,2-bithiophene])：（ＰＴＯＰＴ）、ポリフルオレン（polyfluorene）：（ＰＦ）、ポリ（９，９−ジアルキルフルオレン）(poly(9,9-dialkylfluorene)：（ＰＤＡＦ）、ポリ（９，９−ジオクチルフルオレン）(poly(9,9-dioctylfluorene)：（ＰＤＯＦ）等が挙げられる。

電子注入輸送層又は正孔注入輸送層として用いることができる無機化合物には、ダイヤモンド状カーボン（ＤＬＣ）、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣＮ、及びこれらの酸化物又は窒化物の他、これらにＰ、Ｂ、Ｎ等が適宜ドーピングされたものがある。また、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の、酸化物、窒化物又はフッ化物をも、用いることができる。さらには、当該金属とＺｎ、Ｓｎ、Ｖ、Ｒｕ、Ｓｍ、またはＩｎとの化合物もしくは合金であっても良い。

また、これらの各層を混合した混合接合構造を形成しても良い。

なお、ＥＬ素子の発光は、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）とがある。本発明に係るＥＬ素子は、いずれか一方の発光を用いていても良く、又は両方の発光を用いていても良い。

第２の画素電極６６４としては、金属成分とアルカリ金属又はアルカリ土類金属、若しくはその両者を含む成分とからなる多成分の合金若しくは化合物を用いる。金属成分としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｖ、Ｐｄ等が挙げられる。一方、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の具体例としては、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｒｂ（ルビジウム）、Ｃｓ（セシウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）等が挙げられる。その他、これら以外にもＹｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｔｍ（ツリウム）等を適用しても良い。第２電極は、上記金属成分にアルカリ金属又はアルカリ土類金属のうち仕事関数が３ｅＶ以下のものを０．０１〜１０重量％含ませた合金若しくは化合物とする。陰極として機能させる目的において、第２電極の厚さは適宜設定すれば良いが、概ね０．０１〜１μmの範囲内として、電子ビーム蒸着法で形成すれば良い。

また、パッシベーション膜６６５としては、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜（ＤＬＣ膜、ＣＮ膜など）その他の水分や酸素に高いブロッキング性を示す絶縁膜を用いることができる。

次に、発光素子１を封止するために不活性気体雰囲気でシール材６８５及び封止材６９１で封止基板６８４を貼り合わせる。なお、シール材６８５としてはフィラーを含む粘性の高いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、封止材６９１としては透光性が高く、且つ、粘性の低いエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、シール材６８５及び封止材６９１はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。

なお、本実施例では、表示装置としてＥＬ表示装置の作製工程を述べたがこれに限られるものではなく、液晶表示装置、電界放出表示装置等を適応することもできる。

このように、本発明を用いて作製したアクティブマトリクス基板をＥＬ表示装置に適応することで、表示ムラの少ない表示装置を作製することが可能である。

本実施例により、プロセスに依存するバラツキが低減されたアクティブマトリクス基板を用いて、表示装置を作製することができる。このため、歩留まり高く表示装置を作製することができる。

本発明のレーザ光照射装置の模式図。本発明のレーザ光照射装置の模式図。本発明の減衰器の模式図。本発明の減衰器の模式図。本発明のレーザ光照射装置の模式図。本発明の減衰器の模式図。本発明のレーザ光照射装置を用いて作製したアクティブマトリクス基板の作製工程を示す図。本発明のレーザ光照射装置を用いて作製した表示装置の模式図。本発明のレーザ光照射装置のブロック図。本発明のレーザ光照射装置のシステムを示す図。減衰器が設けられた雰囲気の湿度とレーザ光のエネルギーを示す図。従来のレーザ光照射装置の模式図。本発明の減衰器の模式図。本発明の減衰器の模式図。本発明のレーザ光照射装置の模式図。本発明のレーザ光照射装置の模式図。本発明のレーザ光照射装置の模式図。

Claims

レーザ発振器、複数の減衰器、光学系、湿度を一定にする手段を有する湿度制御チャンバー、測定器、移載器制御装置及び移載器を有し、
前記移載器は、前記湿度制御チャンバー内に設けられた第１の減衰器と、前記レーザ発振器及び前記光学系の間に設けられた第２の減衰器とを搭載しており、
前記測定器は、前記第２の減衰器から射出されるレーザー光のエネルギー又は前記第２の減衰器の湿度を測定する機能を有し、
前記移載器制御装置は、前記測定器によって測定された結果によって前記第１の減衰器と前記第２の減衰器とを移送し交換する機能を有することを特徴とするレーザ光照射装置。
請求項１において、
前記第２の減衰器は、前記減衰器内に不活性ガスを供給する不活性ガスチャンバー内に設けられ、且つ前記不活性ガスチャンバーは前記湿度制御チャンバー内に設けられていることを特徴とするレーザ光照射装置。
レーザ発振器、内部に不活性ガスが供給される減衰器、複数の減衰素子、光学系、湿度を一定にする手段を有する湿度制御チャンバー、測定器、移載器制御装置及び移載器を有し、
前記減衰器は、湿度制御チャンバー内に設けられ且つ前記レーザ発振器及び前記光学系の間に設けられており、
前記移載器は、前記湿度制御チャンバー内に設けられた第１の減衰素子と、前記湿度制御チャンバー内に設けられた第２の減衰素子とを搭載しているとともに、減衰器内の減衰素子を交換する機能を有し、
前記測定器は、前記減衰器から射出されるレーザー光のエネルギーを測定する機能を有し、
前記移載器制御装置は、前記測定器によって測定された結果によって前記第１の減衰素子及び前記第２の減衰素子とを移送し交換する機能を有することを特徴とするレーザ光照射装置。
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記湿度制御チャンバー内の湿度は、２０〜８０％、好ましくは３０〜６０％であることを特徴とするレーザ光照射装置。
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記移載器は、レール及びこの上をスライドするステージ、回転体、ベルトコンベアー、ロボットアーム、又はリフトであることを特徴とするレーザ光照射装置。