JP4921771B2 - ビームホモジナイザ、それを利用するレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びに非単結晶半導体膜のレーザアニール方法 - Google Patents
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Description
本発明は、レーザビームの照射エネルギー密度分布を均一化するビームホモジナイザ、それを利用するレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びにそれを用いる非単結晶半導体膜のレーザアニール方法に関する。
より詳しくは、本発明は、装置面積の拡大、装置重量及び材料費の増加を回避することができる、レーザビームの照射エネルギー密度分布を均一化するビームホモジナイザ、それを利用するレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びにそれを用いる非単結晶半導体膜のレーザアニール方法に関する。
より詳しくは、本発明は、装置面積の拡大、装置重量及び材料費の増加を回避することができる、レーザビームの照射エネルギー密度分布を均一化するビームホモジナイザ、それを利用するレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びにそれを用いる非単結晶半導体膜のレーザアニール方法に関する。
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜や結晶性半導体膜（単結晶ではない、多結晶あるいは微結晶等の結晶性を有する半導体膜）、すなわち、単結晶ではない結晶性の半導体膜（以下、非単結晶半導体膜と呼ぶ）に対し、レーザアニールを施して結晶化及び結晶性を向上させる技術が広く研究されている。
レーザアニーリングでは、例えばエキシマレーザ等の出力の大きいパルス発振式レーザを用い、レーザビームを数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整形することができ、更にこのような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、レーザアニールを行うことができ、それらは量産性が良く工業的に優れているため、実際のレーザアニーリングでは好んで使用される。
レーザアニーリングでは、例えばエキシマレーザ等の出力の大きいパルス発振式レーザを用い、レーザビームを数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整形することができ、更にこのような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、レーザアニールを行うことができ、それらは量産性が良く工業的に優れているため、実際のレーザアニーリングでは好んで使用される。
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。
この高い量産性により、現在レーザアニール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整形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。
なお、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または楕円状のビームスポットをいう。
この高い量産性により、現在レーザアニール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整形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。
なお、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または楕円状のビームスポットをいう。
その際にビームスポットの長幅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。
そのビームスポットの断面形状を被照射面において線状に整形するためには、一般的にシリンドリカルレンズアレイ等を用いた光学系を用いることが多い。
また、前記光学系は、ビームスポットの断面形状を線状に整形するだけでなく、同時に被照射面におけるビームスポットのエネルギー密度分布の均一化を果たす役目も負う。
そのビームスポットの断面形状を被照射面において線状に整形するためには、一般的にシリンドリカルレンズアレイ等を用いた光学系を用いることが多い。
また、前記光学系は、ビームスポットの断面形状を線状に整形するだけでなく、同時に被照射面におけるビームスポットのエネルギー密度分布の均一化を果たす役目も負う。
そのビーム進行光導波路の入射口からレーザビームを入射させると、そのビームスポットの短軸方向のエネルギー密度分布を均一化するために、ビーム進行光導波路には、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面する平行な２つの光反射面が形成されており、入射したレーザビームはこの２つの光反射面で反射を繰り返し、射出口に至る。
つまりビーム進行光導波路に入射するレーザビームは、折りたたまれるように、射出口に重ね合わされることになる。
その結果、射出口においてレーザビームのエネルギー密度分布が均一化される。
つまりビーム進行光導波路に入射するレーザビームは、折りたたまれるように、射出口に重ね合わされることになる。
その結果、射出口においてレーザビームのエネルギー密度分布が均一化される。
ビーム進行光導波路から射出されるレーザビームの断面形状は、ビーム進行光導波路の射出口の形状に依存する。
そのため断面形状が線状のビームスポットを得たい場合には、射出口は線状の形状を有しているのが好ましい。
図２（Ａ）に従来のビームホモジナイザの代表例として反射型のビーム進行光導波路２０１を示す。
また、図２（Ｂ）はビーム進行光導波路２０１を用いた場合のレーザビームの光路の平面概略図を示すものであり、同図において、レーザビーム２０２は入射口２０３から入射し、ビーム進行光導波路によってレーザビーム２０２のエネルギー密度分布が均一化された後、射出口２０４から射出される。
そのため断面形状が線状のビームスポットを得たい場合には、射出口は線状の形状を有しているのが好ましい。
図２（Ａ）に従来のビームホモジナイザの代表例として反射型のビーム進行光導波路２０１を示す。
また、図２（Ｂ）はビーム進行光導波路２０１を用いた場合のレーザビームの光路の平面概略図を示すものであり、同図において、レーザビーム２０２は入射口２０３から入射し、ビーム進行光導波路によってレーザビーム２０２のエネルギー密度分布が均一化された後、射出口２０４から射出される。
その際に、線状のビームスポットのエネルギー密度分布をより均一にすれば、より均一なレーザアニールが可能となり、従って、より高品質な半導体デバイスを得ることが出来る。
また、線状のビームスポットの長さをより長くすることができれば、生産性のより高い装置を得ることが出来る。
このようにより生産性の高い、より均一なレーザアニールを行うためには、例えば、より大型のビーム進行光導波路２０１を用いたビームホモジナイザが必要となる。
その結果、装置の占有面積の拡大、装置重量の増加、材料費の増大が問題となる。
また、線状のビームスポットの長さをより長くすることができれば、生産性のより高い装置を得ることが出来る。
このようにより生産性の高い、より均一なレーザアニールを行うためには、例えば、より大型のビーム進行光導波路２０１を用いたビームホモジナイザが必要となる。
その結果、装置の占有面積の拡大、装置重量の増加、材料費の増大が問題となる。
本発明は、このような問題に対処すべく鋭意研究開発に努め、その結果開発に成功したものである。
したがって、本発明は、かかる問題を回避することを発明の解決課題とするものであり、具体的にはビーム進行光導波路を有するビームホモジナイザの軽量化、コンパクト化、及び材料費の低減を図ることを発明の解決すべき課題とするものである。
また、本発明は、かかるビームホモジナイザを利用することにより、生産性が高く、より均一な半導体膜を形成することができるレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びに非単結晶半導体膜のレーザアニール方法を提供することを発明の解決すべき課題とするものである。
したがって、本発明は、かかる問題を回避することを発明の解決課題とするものであり、具体的にはビーム進行光導波路を有するビームホモジナイザの軽量化、コンパクト化、及び材料費の低減を図ることを発明の解決すべき課題とするものである。
また、本発明は、かかるビームホモジナイザを利用することにより、生産性が高く、より均一な半導体膜を形成することができるレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びに非単結晶半導体膜のレーザアニール方法を提供することを発明の解決すべき課題とするものである。
本発明は、前記したとおり軽量化、コンパクト化及び材料費の低減を図ることができるビーム進行光導波路を有するビームホモジナイザ、それを利用した生産性が高く、より均一な半導体膜を形成することができるレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びに非単結晶半導体膜のレーザアニール方法を提供するものである。
そのうちのビームホモジナイザは、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したことを特徴とするものである。
以上の構成において、ビームホモジナイザは１つ又は複数の進路変更反射面を有し、そのうちの一部又は全部の面をビームの進行方向を変更するために用いることができる。
ビームの進行方向を変更するために用いる進路変更反射面の数が多いほど、ビーム進行光導波路の大きさを縮小することができる。
以上の構成において、ビームホモジナイザは１つ又は複数の進路変更反射面を有し、そのうちの一部又は全部の面をビームの進行方向を変更するために用いることができる。
ビームの進行方向を変更するために用いる進路変更反射面の数が多いほど、ビーム進行光導波路の大きさを縮小することができる。
そのビームホモジナイザの具体的な構造については、ビーム進行光導波路の前記光反射面を備える面の形状を直角３角形とし、その斜辺に進路変更反射面を形成し、斜辺以外の２つの辺の一方に入射口、他方に射出口を形成したものが好ましい。
また、その構造は、ビーム進行光導波路の前記光反射面を備える面の形状を５角形とし、かつ互いに隣接する辺に入射口及び射出口を形成し、その上で、前記入射口及び射出口を形成した２つの辺に隣接する辺に進路変更反射面を形成した２つの進路変更反射面を持つものとしてもよいし、前記入射口及び射出口を形成した以外の全ての辺に進路変更反射面を形成した３つの進路変更反射面を持つものとしてもよい。
また、その構造は、ビーム進行光導波路の前記光反射面を備える面の形状を５角形とし、かつ互いに隣接する辺に入射口及び射出口を形成し、その上で、前記入射口及び射出口を形成した２つの辺に隣接する辺に進路変更反射面を形成した２つの進路変更反射面を持つものとしてもよいし、前記入射口及び射出口を形成した以外の全ての辺に進路変更反射面を形成した３つの進路変更反射面を持つものとしてもよい。
そして、レーザ照射方法及びレーザ照射装置については、以下の特徴を持つ。
前者のレーザ照射方法は、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したビームホモジナイザに、レーザビームを入射して短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームを形成し、前記短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズに順次通過させることによって長辺方向のエネルギー密度分布も均一化した照射レーザビームを形成し、次いで、前記照射レーザビームを照射面に照射することを特徴とするものであり、照射面としては基板上の非単結晶半導体膜が好ましい。
前者のレーザ照射方法は、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したビームホモジナイザに、レーザビームを入射して短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームを形成し、前記短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズに順次通過させることによって長辺方向のエネルギー密度分布も均一化した照射レーザビームを形成し、次いで、前記照射レーザビームを照射面に照射することを特徴とするものであり、照射面としては基板上の非単結晶半導体膜が好ましい。
後者のレーザ照射装置は、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成した短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたビームを形成するビームホモジナイザ、前記ビームを順次入射して長辺方向のエネルギー密度分布を均一化するシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズ、及びそこから射出された長辺方向及び短辺方向のエネルギー密度分布が均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするものである。
また、非単結晶半導体膜のアニール方法は、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したビームホモジナイザに、レーザビームを入射して短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームを形成し、前記短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズに順次通過させることにより長辺方向のエネルギー密度分布も均一化した照射レーザビームを形成し、次いで、前記照射レーザビームを基板上の非単結晶半導体膜に照射することを特徴とすることを特徴とするものである。
なお、本発明においては、前記アニール方法を用いて半導体装置を作製することもでき、その方法は、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したビームホモジナイザに、レーザビームを入射して短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームを形成し、前記短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズに順次通過させることにより長辺方向のエネルギー密度分布も均一化した照射レーザビームを形成し、次いで、前記照射レーザビームを基板上の非単結晶半導体膜に照射して該半導体膜をアニールすることを特徴とするものである。
本発明は、まずレーザアニーリングに用いるレーザビームのエネルギー密度分布を均一化できるという優れた効果を有するのであり、さらに、それに加えて従来用いられてきたビーム進行光導波路（ライトパイプ）を変形させることにより、ビーム進行光導波路を有するビームホモジナイザの小型化、軽量化及び材料費低減による経済性を生むことができる。
その小型化に伴い、ビームホモジナイザの占有面積が減少するため、非単結晶半導体膜をレーザアニールによって結晶化する際に用いる光学系が縮小化できる。
また、量産性を向上させるために装置を大型化させた場合に生じる構成部品の加工精度の問題も軽減され、高精度の装置の作製も可能となる。
さらに、軽量化により装置の搬送や移動が容易になり、また構成部品が縮小することに伴って材料使用量が減ることにより経済性を向上させることができる。
その小型化に伴い、ビームホモジナイザの占有面積が減少するため、非単結晶半導体膜をレーザアニールによって結晶化する際に用いる光学系が縮小化できる。
また、量産性を向上させるために装置を大型化させた場合に生じる構成部品の加工精度の問題も軽減され、高精度の装置の作製も可能となる。
さらに、軽量化により装置の搬送や移動が容易になり、また構成部品が縮小することに伴って材料使用量が減ることにより経済性を向上させることができる。
以下において、本発明、具体的には、ビームホモジナイザ、それを利用するレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びに非単結晶半導体膜のアニール方法について、発明を実施するための最良の形態を含む実施の形態に関し説明する。
また、ビームホモジナイザ、並びにレーザ照射方法及びレーザ照射装置については図面を用い、特にビームホモジナイザについては、複数の形態を説明する。
なお、非単結晶半導体膜のアニール方法を用いて半導体装置を作製する方法についても実施の形態に関して合わせて説明する。
以上のとおりであるが、本発明は、それらによって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
また、ビームホモジナイザ、並びにレーザ照射方法及びレーザ照射装置については図面を用い、特にビームホモジナイザについては、複数の形態を説明する。
なお、非単結晶半導体膜のアニール方法を用いて半導体装置を作製する方法についても実施の形態に関して合わせて説明する。
以上のとおりであるが、本発明は、それらによって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって特定されるものであることはいうまでもない。
［ビームホモジナイザの発明の実施の形態］
ビームホモジナイザの各種形態に関し、図１、図３〜図５を用いて説明する。
図１、図３〜図５に図示したビームホモジナイザは、図２（Ａ）に示した従来技術のビーム進行光導波路２０１を変形させ、装置の占有面積、装置重量及び材料費を低減させた各種態様例である。
まず、図１（Ａ）に本発明のビーム進行光導波路１０１の概略図を示す。
図１（Ａ）に示す、互いに対面する平行な２つの反射面の間に形成されたビーム進行光導波路１０１は、図２（Ａ）に示した従来の技術における矩形状の光導波路の形状を直角三角形になるよう対角線に沿って切断し、前記光導波路の直角三角形の斜辺部分において前記光反射面に交差する方向の面に進路変更反射面１０２を設置したものである。
ビームホモジナイザの各種形態に関し、図１、図３〜図５を用いて説明する。
図１、図３〜図５に図示したビームホモジナイザは、図２（Ａ）に示した従来技術のビーム進行光導波路２０１を変形させ、装置の占有面積、装置重量及び材料費を低減させた各種態様例である。
まず、図１（Ａ）に本発明のビーム進行光導波路１０１の概略図を示す。
図１（Ａ）に示す、互いに対面する平行な２つの反射面の間に形成されたビーム進行光導波路１０１は、図２（Ａ）に示した従来の技術における矩形状の光導波路の形状を直角三角形になるよう対角線に沿って切断し、前記光導波路の直角三角形の斜辺部分において前記光反射面に交差する方向の面に進路変更反射面１０２を設置したものである。
ビーム進行光導波路１０１のレーザビームの光路の平面概略図を図１（Ｂ）に示す。
なお、図１（Ｂ）において、レーザビーム１０３は図の上方から入射し、直角三角形の斜辺部分、すなわち反射面１０２で反射され、左へ射出する構成になっている。
図１（Ａ）に示すように、本発明においては、レーザビームが入射し、射出されるまでの距離は、ビーム進行光導波路の形状が矩形状の場合にレーザビームが入射し、射出されるまでの距離と等しい。このため、矩形状のビーム進行光導波路と同様に、三角形状のビーム進行光導波路１０１の射出口においてレーザビームの強度分布が均一化される。
このようにビーム進行光導波路を三角形状とすることで、その重量や占有面積、及び材料費を半減させることができる。
なお、図１（Ｂ）において、レーザビーム１０３は図の上方から入射し、直角三角形の斜辺部分、すなわち反射面１０２で反射され、左へ射出する構成になっている。
図１（Ａ）に示すように、本発明においては、レーザビームが入射し、射出されるまでの距離は、ビーム進行光導波路の形状が矩形状の場合にレーザビームが入射し、射出されるまでの距離と等しい。このため、矩形状のビーム進行光導波路と同様に、三角形状のビーム進行光導波路１０１の射出口においてレーザビームの強度分布が均一化される。
このようにビーム進行光導波路を三角形状とすることで、その重量や占有面積、及び材料費を半減させることができる。
次に、図３を用いて本発明のビーム進行光導波路の構造、その形成手法及び機能等に関し具体的に示す。
ビーム進行光導波路の形状は、先の図１の場合と同様に三角形状とするが、ここでは、石英ガラス板等の１枚の透光性板状体に必要なコーティング膜を適宜施したビーム進行光導波路３０１について説明する。
すなわち、ビーム進行光導波路を形成する石英ガラス板等の透光性板状体に、レーザビーム３０２が入射する面３０３はレーザビームを透過するコーティング膜を施し、三角形の斜辺部分３０４にはレーザビームを反射するコーティング膜を施す。
さらに、レーザビームが射出する面３０５にもレーザビームを透過するコーティング膜を施す。
なお、この場合には、ビーム進行光導波路の光反射面にコーティング膜は必要ない。
ビーム進行光導波路の形状は、先の図１の場合と同様に三角形状とするが、ここでは、石英ガラス板等の１枚の透光性板状体に必要なコーティング膜を適宜施したビーム進行光導波路３０１について説明する。
すなわち、ビーム進行光導波路を形成する石英ガラス板等の透光性板状体に、レーザビーム３０２が入射する面３０３はレーザビームを透過するコーティング膜を施し、三角形の斜辺部分３０４にはレーザビームを反射するコーティング膜を施す。
さらに、レーザビームが射出する面３０５にもレーザビームを透過するコーティング膜を施す。
なお、この場合には、ビーム進行光導波路の光反射面にコーティング膜は必要ない。
このようなコーティング膜を形成することで、レーザビームを斜辺部分で反射させ、射出面においてレーザビームの強度分布を均一にすることができる。
その際レーザビームが透過するコーティング膜を入射面及び射出面に形成するには、誘電体多層膜等を用いることができる。
また、進路変更反射面を形成する反射性のコーティング膜を形成するには、アルミ（Ａｌ）薄膜、クロム（Ｃｒ）薄膜、金（Ａｕ）薄膜、あるいは誘電体多層膜等を用いることができる。
その際レーザビームが透過するコーティング膜を入射面及び射出面に形成するには、誘電体多層膜等を用いることができる。
また、進路変更反射面を形成する反射性のコーティング膜を形成するには、アルミ（Ａｌ）薄膜、クロム（Ｃｒ）薄膜、金（Ａｕ）薄膜、あるいは誘電体多層膜等を用いることができる。
本ビーム進行光導波路の長所は、透光性板状体内において、入射面から入射したレーザビームを対面する平行な２つの光反射面により全反射させることができることである。
なお、その全反射は、透光性板状体内の外面との境界において起こる。
そのため入射したレーザビームは反射しながら進行して進路変更反射面に到達し、そこで反射して進行方向を変更して更に進行し射出面から射出されることになる。
これにより、本ビーム進行光導波路の光学透過率を飛躍的に高めることができる。
本ビーム進行光導波路の形状である三角形の斜辺部分についても全反射条件を満たすようにレーザビームを入射させるようにするとより好ましい。
具体的には、使用するレーザビームの波長に合わせて、透光性板状体の屈折率を最適化し、入射角度４５°で全反射条件を満たすようにすればよい。
なお、その全反射は、透光性板状体内の外面との境界において起こる。
そのため入射したレーザビームは反射しながら進行して進路変更反射面に到達し、そこで反射して進行方向を変更して更に進行し射出面から射出されることになる。
これにより、本ビーム進行光導波路の光学透過率を飛躍的に高めることができる。
本ビーム進行光導波路の形状である三角形の斜辺部分についても全反射条件を満たすようにレーザビームを入射させるようにするとより好ましい。
具体的には、使用するレーザビームの波長に合わせて、透光性板状体の屈折率を最適化し、入射角度４５°で全反射条件を満たすようにすればよい。
その平行な２つの光反射面は、ミラーを２枚用いて対面させるか、あるいはビーム進行光導波路を、透光性を有する材料とすることにより形成できる。
より具体的には、前者は、誘電体多層膜や水銀等の被膜をガラスなどの板に形成した２枚のミラーを、間隙を以って平行に対面して配置することでビーム進行光導波路を形成できる。
また、後者は、石英ガラス、サファイア、蛍石、ＢＫ７（ホウ珪クラウンガラスの一種）などの透光性を有し、均一な厚さで、かつ平らな表面を持つ板状体によりビーム進行光導波路を形成するものである。この場合は、柱状体の表面が光反射面となる。
光反射面における全反射は、前記したとおり透光性板状体の内部を進行するビームが外面との境界に到達した際に起こるのであり、その全反射を発生させるためには、ミラーを用いる場合のように誘電体多層膜等の被膜を透光性板状体表面に形成する必要はない。
なお、これらの材料は、レーザの波長によって透過率が異なるため、用いるレーザの波長によって最適な材料を適宜選択さればよい。
より具体的には、前者は、誘電体多層膜や水銀等の被膜をガラスなどの板に形成した２枚のミラーを、間隙を以って平行に対面して配置することでビーム進行光導波路を形成できる。
また、後者は、石英ガラス、サファイア、蛍石、ＢＫ７（ホウ珪クラウンガラスの一種）などの透光性を有し、均一な厚さで、かつ平らな表面を持つ板状体によりビーム進行光導波路を形成するものである。この場合は、柱状体の表面が光反射面となる。
光反射面における全反射は、前記したとおり透光性板状体の内部を進行するビームが外面との境界に到達した際に起こるのであり、その全反射を発生させるためには、ミラーを用いる場合のように誘電体多層膜等の被膜を透光性板状体表面に形成する必要はない。
なお、これらの材料は、レーザの波長によって透過率が異なるため、用いるレーザの波長によって最適な材料を適宜選択さればよい。
次に、進路変更反射面を複数有する、本発明のビームホモジナイザの態様に関し、図４を用いて示す。
これは、多角形状の一枚の均一厚さの透光性板状体にレーザビームを反射して進行方向を変更するコーティング膜を複数面に施したビーム進行光導波路を示すものである。
その図４において、（Ａ）は進路変更反射面を２つ持つビーム進行光導波路４０１、（Ｂ）は進路変更反射面を３つ持つビーム進行光導波路４０２の概略を示す。
なお、図４（Ａ）、（Ｂ）に示したビーム進行光導波路４０１と４０２は、入射口から射出口までのビームが進行する距離が同じになるように示してある。
これは、多角形状の一枚の均一厚さの透光性板状体にレーザビームを反射して進行方向を変更するコーティング膜を複数面に施したビーム進行光導波路を示すものである。
その図４において、（Ａ）は進路変更反射面を２つ持つビーム進行光導波路４０１、（Ｂ）は進路変更反射面を３つ持つビーム進行光導波路４０２の概略を示す。
なお、図４（Ａ）、（Ｂ）に示したビーム進行光導波路４０１と４０２は、入射口から射出口までのビームが進行する距離が同じになるように示してある。
前記ビーム進行光導波路４０１と４０２には、ビーム進行光導波路３０１と同様にレーザビーム４０３が入射する面４０４、およびレーザビーム４０３が射出する面４０５には、レーザビーム４０３を透過するコーティング膜を形成し、複数の進路変更反射面は、それぞれにレーザビーム４０３を反射するコーティング膜４０６〜４１０を形成する。
このようなコーティング膜を形成することで、レーザビーム４０３を多角形状のビーム進行光導波路内で複数回反射させることにより、レーザビームが折りたたまれ、ビーム進行光導波路の面積を縮小させることができる。
ビーム進行光導波路は１つまたは複数の進路変更反射面を有し、そのうちの一部または全部の面をレーザビームの進行方向を変更するために用いることができる。この進路変更反射面によって折りたたまれるレーザビームの折りたたみ回数が多いほど、即ちレーザビームの進行方向を変更するために用いた進路変更反射面の数が多いほどビーム進行光導波路の面積は縮小できる。
このようなコーティング膜を形成することで、レーザビーム４０３を多角形状のビーム進行光導波路内で複数回反射させることにより、レーザビームが折りたたまれ、ビーム進行光導波路の面積を縮小させることができる。
ビーム進行光導波路は１つまたは複数の進路変更反射面を有し、そのうちの一部または全部の面をレーザビームの進行方向を変更するために用いることができる。この進路変更反射面によって折りたたまれるレーザビームの折りたたみ回数が多いほど、即ちレーザビームの進行方向を変更するために用いた進路変更反射面の数が多いほどビーム進行光導波路の面積は縮小できる。
最後に、ビーム進行光導波路内に２つの曲面鏡を用いた本発明のビームホモジナイザの態様に関し、平面概略図を図５に示す。
そのビーム進行光導波路５０１は、ビーム進行光導波路に入射口方向に反射する凹面又は放物面の進路変更反射面５０２（ａ）及び５０２（ｂ）と、射出口方向に反射する凸面又は双曲面の進路変更反射面５０３を設けたものである。
図５に示したように、図の上方より入射したレーザビームは、ビーム進行光導波路に形成された、互いに対面する平行な２つの光反射面で反射を繰り返しながら、進路変更反射面５０２（ａ）及び５０２（ｂ）にて、まず進路変更反射面５０３へ集光するように反射する。
そのビーム進行光導波路５０１は、ビーム進行光導波路に入射口方向に反射する凹面又は放物面の進路変更反射面５０２（ａ）及び５０２（ｂ）と、射出口方向に反射する凸面又は双曲面の進路変更反射面５０３を設けたものである。
図５に示したように、図の上方より入射したレーザビームは、ビーム進行光導波路に形成された、互いに対面する平行な２つの光反射面で反射を繰り返しながら、進路変更反射面５０２（ａ）及び５０２（ｂ）にて、まず進路変更反射面５０３へ集光するように反射する。
その結果、進路変更反射面５０３に集光されたレーザビームは、進路変更反射面５０２（ａ）及び５０２（ｂ）の間に設けた射出口５０４に向けて反射し、射出に至る。
その際ビーム進行光導波路５０１によってレーザビームの強度分布が均一化され、また２つの進路変更反射面を用いることにより、ビーム進行光導波路内でレーザビームが３つに折りたたまれ、重量や占有面積、及び材料費を大幅に減少することができる。
その際ビーム進行光導波路５０１によってレーザビームの強度分布が均一化され、また２つの進路変更反射面を用いることにより、ビーム進行光導波路内でレーザビームが３つに折りたたまれ、重量や占有面積、及び材料費を大幅に減少することができる。
［レーザ照射方法及び装置の発明の形態］
以下において、図１に図示した構造のビーム進行光導波路を形成したビームホモジナイザを用いたレーザ照射方法及び装置について図６を用いて説明する。
その図６において、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。
まず、図６（Ｂ）の側面図に基づいて、前記レーザ照射装置について説明する。
レーザ発振器６０１から出たレーザビームは、図６において矢印の方向に進行し、シリンドリカルレンズ６０２（ａ）及び６０２（ｂ）により拡大される。
なお、この構成は、レーザ発振器６０１から出るビームスポットが十分に大きい場合には必要ない。
以下において、図１に図示した構造のビーム進行光導波路を形成したビームホモジナイザを用いたレーザ照射方法及び装置について図６を用いて説明する。
その図６において、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は側面図である。
まず、図６（Ｂ）の側面図に基づいて、前記レーザ照射装置について説明する。
レーザ発振器６０１から出たレーザビームは、図６において矢印の方向に進行し、シリンドリカルレンズ６０２（ａ）及び６０２（ｂ）により拡大される。
なお、この構成は、レーザ発振器６０１から出るビームスポットが十分に大きい場合には必要ない。
その後、そのレーザビームはシリンドリカルレンズ６０３により長方形の短辺方向に集光され、それに続く互いに対面する平行な２つの光反射面（向い合う２つの光反射面）６０４（ａ）及び６０４（ｂ）を有するビーム進行光導波路６０４を形成したビームホモジナイザにより、照射面における長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー密度分布が均一化される。
その均一化されたビームは、ミラー６０５を介し、シリンドリカルレンズアレイ６０６（ａ）及びシリンドリカルレンズアレイ６０６（ｂ）、並びにシリンドリカルレンズ６０７を通過し、その後ダブレットシリンドリカルレンズ６０８（ａ）及び６０８（ｂ）により拡大と縮小がなされた後、その後方に配置した被照射面６０９に側面図側が短辺方向となる長方形の光線として集光される。
その均一化されたビームは、ミラー６０５を介し、シリンドリカルレンズアレイ６０６（ａ）及びシリンドリカルレンズアレイ６０６（ｂ）、並びにシリンドリカルレンズ６０７を通過し、その後ダブレットシリンドリカルレンズ６０８（ａ）及び６０８（ｂ）により拡大と縮小がなされた後、その後方に配置した被照射面６０９に側面図側が短辺方向となる長方形の光線として集光される。
次に、図６（Ａ）の上面図に基づいて、本発明のレーザ照射方法について説明する。
レーザ発振器６０１から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズ６０２（ａ）及び６０２（ｂ）により拡大され、その後シリンドリカルレンズ６０３、ビーム進行光導波路６０４を形成したビームホモジナイザの順に入射し、そのホモジナイザから射出したビームは、ミラー６０５にて反射される。
なお、そのビーム進行光導波路６０４のビームの進行方向に沿った面の形状は３角形であり、ビーム進行光導波路６０４内に入射したビームは、その斜辺において反射され、進行方向を９０度変更することになる。
レーザ発振器６０１から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズ６０２（ａ）及び６０２（ｂ）により拡大され、その後シリンドリカルレンズ６０３、ビーム進行光導波路６０４を形成したビームホモジナイザの順に入射し、そのホモジナイザから射出したビームは、ミラー６０５にて反射される。
なお、そのビーム進行光導波路６０４のビームの進行方向に沿った面の形状は３角形であり、ビーム進行光導波路６０４内に入射したビームは、その斜辺において反射され、進行方向を９０度変更することになる。
その進路を変更したビームはシリンドリカルレンズアレイ６０６（ａ）及び６０６（ｂ）によりスポットが長方形の長辺方向に分割され、その後方に配置されたシリンドリカルレンズ６０７、ダブレットシリンドリカルレンズ６０８（ａ）及び６０８（ｂ）を順に通過した後に、被照射面６０９に１つに合成される。
これにより、長方形状のビームスポットの長辺方向のエネルギー密度分布の均一化もなされ、長辺方向の長さが決定される。
これにより、長方形状のビームスポットの長辺方向のエネルギー密度分布の均一化もなされ、長辺方向の長さが決定される。
なお、図６のレーザ照射装置においては、まずビームスポットの照射面における短辺方向のエネルギー密度分布が均一化され、ついで長辺方向の同分布が均一化されているが、逆にまず長辺方向のエネルギー密度分布を均一化し、ついで短辺方向の同分布を均一化してもよい。
その場合には、具体的には、図６において短辺方向の均一化手段であるビーム進行光導波路６０４と、長辺方向の均一化手段であるシリンドリカルレンズアレイ６０６（ａ）、６０６（ｂ）及びシリンドリカルレンズ６０７とを相互に入れ替えればよく、その入れ替えた結果は図７に図示するとおりである。
なお、この場合にはシリンドリカルレンズ６０７をミラー６０５の後に移動してもよい。
その場合には、具体的には、図６において短辺方向の均一化手段であるビーム進行光導波路６０４と、長辺方向の均一化手段であるシリンドリカルレンズアレイ６０６（ａ）、６０６（ｂ）及びシリンドリカルレンズ６０７とを相互に入れ替えればよく、その入れ替えた結果は図７に図示するとおりである。
なお、この場合にはシリンドリカルレンズ６０７をミラー６０５の後に移動してもよい。
本発明の光学系と組み合わせるレーザ発振器は、大出力でかつ半導体膜によく吸収される波長域を発振できるものが好ましい。
半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮し、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は６００ｎｍ以下であることが好ましい。
このようなレーザビームを出すレーザ発振器には、例えば、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ（高調波）、ガラスレーザ（高調波）がある。
半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮し、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は６００ｎｍ以下であることが好ましい。
このようなレーザビームを出すレーザ発振器には、例えば、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ（高調波）、ガラスレーザ（高調波）がある。
［半導体装置の作製方法の発明の形態］
以下において、本発明のビームホモジナイザ及びレーザ照射装置を用いた本発明の半導体装置の作製方法について説明する。
まず、非晶質珪素膜を成膜した基板を用意する。
それには、例えばガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を成膜し、更にその上から非晶質珪素膜を成膜したものがある。
次に、非晶質珪素膜に本発明のレーザ照射装置を用いてレーザ照射する。
そのレーザビームの照射は、例えば図６に示した被照射面６０９を載せたステージを長方形状のビームスポットの短辺方向に走査させながら行う。
以下において、本発明のビームホモジナイザ及びレーザ照射装置を用いた本発明の半導体装置の作製方法について説明する。
まず、非晶質珪素膜を成膜した基板を用意する。
それには、例えばガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を成膜し、更にその上から非晶質珪素膜を成膜したものがある。
次に、非晶質珪素膜に本発明のレーザ照射装置を用いてレーザ照射する。
そのレーザビームの照射は、例えば図６に示した被照射面６０９を載せたステージを長方形状のビームスポットの短辺方向に走査させながら行う。
その際、被照射面におけるビームスポットのエネルギー密度、ビームの走査間隔、そのスピードは、実施者が適宜決めればよい。
走査間隔は、長方形状のビームスポットの短辺方向の幅が９０％程度互いに重なり合う範囲で適当なものを選ぶと、均一なレーザアニールを行える。
また、最適な走査スピードは、レーザ発振器の周波数に依存し、前記周波数に比例すると考えてよい。
こうして、レーザアニール工程が終了する。
上記工程を繰り返すことにより、多数の基板を処理できる。
そして、前記基板を利用し、それに既知の所望の工程を付加することにより、例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ等の各種半導体装置を作製することができる。
走査間隔は、長方形状のビームスポットの短辺方向の幅が９０％程度互いに重なり合う範囲で適当なものを選ぶと、均一なレーザアニールを行える。
また、最適な走査スピードは、レーザ発振器の周波数に依存し、前記周波数に比例すると考えてよい。
こうして、レーザアニール工程が終了する。
上記工程を繰り返すことにより、多数の基板を処理できる。
そして、前記基板を利用し、それに既知の所望の工程を付加することにより、例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイ等の各種半導体装置を作製することができる。
以下において、本発明のレーザ照射方法及びレーザ照射装置を用い、本発明の半導体装置を作製する方法について図８及び図９を用いて説明する。
なお、以下の説明においては、本実施例に加え、その製造プロセスにおいて採用し得る他の態様に関しても併記する。
まず、基板１１００上に下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂを形成する（図８（Ａ））が、その際本実施例においては基板１１００にガラス基板を使用する。
なお、その基板の材料としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板やセラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができるが、少なくともプロセス中に発生する熱に耐えうる材料を使用する。
なお、以下の説明においては、本実施例に加え、その製造プロセスにおいて採用し得る他の態様に関しても併記する。
まず、基板１１００上に下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂを形成する（図８（Ａ））が、その際本実施例においては基板１１００にガラス基板を使用する。
なお、その基板の材料としては、ガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板やセラミック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができるが、少なくともプロセス中に発生する熱に耐えうる材料を使用する。
本実施例では１層目の下地絶縁膜１１０１ａとして窒化酸化シリコン膜を５０ｎｍ、２層目の下地絶縁膜１１０１ｂとして酸化窒化シリコン膜を１００ｎｍで形成する。
なお、その基板１１００上に形成する下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂとしては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などが使用でき、これら絶縁膜を単層又は２以上の複数層形成する。
これらはスパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の公知の方法を用いて形成する。
前記のとおり、本実施例の下地絶縁膜は２層の積層構造だが、本発明では下地絶縁膜が勿論単層でも３層以上の複数層でも構わない。
なお、窒化酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜はその窒素と酸素の割合が異なっていることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。
なお、その基板１１００上に形成する下地絶縁膜１１０１ａ、１１０１ｂとしては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などが使用でき、これら絶縁膜を単層又は２以上の複数層形成する。
これらはスパッタ法や減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の公知の方法を用いて形成する。
前記のとおり、本実施例の下地絶縁膜は２層の積層構造だが、本発明では下地絶縁膜が勿論単層でも３層以上の複数層でも構わない。
なお、窒化酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜はその窒素と酸素の割合が異なっていることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。
次いで、非晶質半導体膜１１０２を形成する。
本実施例では、アモルファスシリコンをＣＶＤ法により膜厚６６ｎｍで形成する。
なお、その非晶質半導体膜はシリコン又はシリコンを主成分とする材料（例えばＳｉxＧｅ(1-x)等）で２５〜８０ｎｍの厚さに形成すればよい。
その作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法等が使用できる。
その形成後、アモルファスシリコンの結晶化を行う（図８（Ｂ））。
本実施例では、アモルファスシリコンをＣＶＤ法により膜厚６６ｎｍで形成する。
なお、その非晶質半導体膜はシリコン又はシリコンを主成分とする材料（例えばＳｉxＧｅ(1-x)等）で２５〜８０ｎｍの厚さに形成すればよい。
その作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法又はプラズマＣＶＤ法等が使用できる。
その形成後、アモルファスシリコンの結晶化を行う（図８（Ｂ））。
本実施例においては、その結晶化は、勿論本発明のビームホモジナイザ、レーザ照射方法及び同装置を用いてレーザアニールにより行う。
したがって、本実施例では、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面する平行な２つの光反射面を形成したビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したことを特徴とするビームホモジナイザを用いて、線状のレーザビームの短辺方向を均一化し、それに続いてシリンドリカルレンズアレイ等に入射して長辺方向を均一化し、その均一化されたレーザビームを非晶質半導体膜に投影しアニールを行う。
そのアニールによる結晶化後、結晶性半導体膜をエッチングにより所望の形状１１０２ａ〜１１０２ｄとする。
したがって、本実施例では、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面する平行な２つの光反射面を形成したビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したことを特徴とするビームホモジナイザを用いて、線状のレーザビームの短辺方向を均一化し、それに続いてシリンドリカルレンズアレイ等に入射して長辺方向を均一化し、その均一化されたレーザビームを非晶質半導体膜に投影しアニールを行う。
そのアニールによる結晶化後、結晶性半導体膜をエッチングにより所望の形状１１０２ａ〜１１０２ｄとする。
続いて、ゲート絶縁膜１１０３を形成する（図８（Ｃ））ことになるが、本実施例では酸化シリコン膜を形成する。
その膜厚は１１５ｎｍ程度とし、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などでシリコンを含む絶縁膜を形成すればよい。
その後、ゲート絶縁膜１１０３上に第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄとして膜厚３０ｎｍの窒化タンタル（ＴａＮ）を形成し、さらに第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄとして膜厚３７０ｎｍのタングステン（Ｗ）を形成する（図８（Ｄ））。
その膜厚は１１５ｎｍ程度とし、減圧ＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法、スパッタ法などでシリコンを含む絶縁膜を形成すればよい。
その後、ゲート絶縁膜１１０３上に第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄとして膜厚３０ｎｍの窒化タンタル（ＴａＮ）を形成し、さらに第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄとして膜厚３７０ｎｍのタングステン（Ｗ）を形成する（図８（Ｄ））。
ＴａＮ膜、Ｗ膜ともスパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用いて窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すればよい。
なお、本実施例では、前記したとおり第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄを膜厚３０ｎｍのＴａＮ、第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄを膜厚３７０ｎｍのＷとしたが、これに限定されず、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄと第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄは、共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成してもよい。
なお、本実施例では、前記したとおり第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄを膜厚３０ｎｍのＴａＮ、第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄを膜厚３７０ｎｍのＷとしたが、これに限定されず、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄと第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄは、共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、又は前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成してもよい。
また、それら両導電層は、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し、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよいし、更にその組み合わせも適宜選択すればよい。
その両導電層の膜厚は、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄが２０〜１００ｎｍ、第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄが１００〜４００ｎｍの範囲で形成すればよい。
本実施例では、前記したとおり２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、あるいは３層以上の積層構造としてもよい。
その両導電層の膜厚は、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄが２０〜１００ｎｍ、第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄが１００〜４００ｎｍの範囲で形成すればよい。
本実施例では、前記したとおり２層の積層構造としたが、１層としてもよいし、あるいは３層以上の積層構造としてもよい。
次に、ゲート電極又はレジストを形成し、所定の形状に成形（パターニング）したものをマスクとして用い、半導体膜１１０２ａ〜１１０２ｄにｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を選択的に添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。
その後、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜１１２０を形成する（図９（Ａ））。
本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
なお、この第１のパッシベーション膜１１２０としてはシリコンを含む絶縁膜を１００〜２００ｎｍの厚さに形成すればよい。
その膜の成膜法としては、プラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。
その後、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜１１２０を形成する（図９（Ａ））。
本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。
なお、この第１のパッシベーション膜１１２０としてはシリコンを含む絶縁膜を１００〜２００ｎｍの厚さに形成すればよい。
その膜の成膜法としては、プラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。
その際には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化シリコン膜、又はＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜を形成すればよい。
この場合の作製条件は、反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2である。
また、第１のパッシベーション膜１１２０としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用してもよい。
勿論、第１のパッシベーション膜１１２０は、本実施例のような酸化窒化シリコン膜の単層構造に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いてもよい。
この場合の作製条件は、反応圧力２０〜２００Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（６０ＭＨｚ）電力密度０．１〜１．０Ｗ／ｃｍ2である。
また、第１のパッシベーション膜１１２０としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化シリコン膜を適用してもよい。
勿論、第１のパッシベーション膜１１２０は、本実施例のような酸化窒化シリコン膜の単層構造に限定されるものではなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いてもよい。
その後、レーザアニール法を行い、半導体層の結晶性の回復、半導体層に添加された不純物元素の活性化を行う。
なお、この場合にも、結晶化の場合と同様に、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面する平行な２つの光反射面を形成したビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したビームホモジナイザを用いて、線状のレーザビームの短辺方向を均一化し、それに続いてシリンドリカルレンズアレイ等に入射して長辺方向を均一化し、その均一化されたレーザビームを照射することができ、本実施例ではそれを採用する。
また、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことで、活性化処理と同時に半導体層の水素化も行うことができる。
その水素化は、第１のパッシベーション膜１１２０に含まれる水素によって、半導体層のダングリングボンドを終端するものである。
なお、この場合にも、結晶化の場合と同様に、ビームの進行方向に沿った面に互いに対面する平行な２つの光反射面を形成したビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を形成したビームホモジナイザを用いて、線状のレーザビームの短辺方向を均一化し、それに続いてシリンドリカルレンズアレイ等に入射して長辺方向を均一化し、その均一化されたレーザビームを照射することができ、本実施例ではそれを採用する。
また、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことで、活性化処理と同時に半導体層の水素化も行うことができる。
その水素化は、第１のパッシベーション膜１１２０に含まれる水素によって、半導体層のダングリングボンドを終端するものである。
さらに、第１のパッシベーション膜１１２０を形成する前に加熱処理を行ってもよい。
この場合には、第１のパッシベーション膜１１２０がないため、当然パッシベーション膜に含まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。
但し、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄ及び第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄを構成する材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線などを保護するため、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。
この場合には、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用いての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理による水素化を用いればよい。
この場合には、第１のパッシベーション膜１１２０がないため、当然パッシベーション膜に含まれる水素を利用しての水素化は行うことができない。
但し、第１の導電層１１０４ａ〜１１０４ｄ及び第２の導電層１１０５ａ〜１１０５ｄを構成する材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線などを保護するため、第１のパッシベーション膜１１２０を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。
この場合には、プラズマにより励起された水素を用いる手段（プラズマ水素化）を用いての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中において、３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理による水素化を用いればよい。
次いで、第１のパッシベーション膜１１２０上に第１の層間絶縁膜１１２１を形成する（図９（Ｂ））。
本実施例では、膜厚１．６μｍの非感光性アクリル膜を形成した（図９（Ｂ））。
なお、その第１の層間絶縁膜１１２１としては無機絶縁膜あるいは有機絶縁膜を用いることができる。
無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化シリコン膜などを用いることができ、有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリル又はポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。
さらに、アクリル膜と酸化窒化シリコン膜の積層構造を用いてもよい。
本実施例では、膜厚１．６μｍの非感光性アクリル膜を形成した（図９（Ｂ））。
なお、その第１の層間絶縁膜１１２１としては無機絶縁膜あるいは有機絶縁膜を用いることができる。
無機絶縁膜としては、ＣＶＤ法により形成された酸化シリコン膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法により塗布された酸化シリコン膜などを用いることができ、有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリル又はポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。
さらに、アクリル膜と酸化窒化シリコン膜の積層構造を用いてもよい。
また、第１の層間絶縁膜１１２１は、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成され、シリコンにフッ素、脂肪族炭化水素、または芳香族炭化水素のうち少なくとも一種が結合した構造を持つ材料で形成することができる。
これらの材料の代表例としては、シロキサン系ポリマーが挙げられる。
そのシロキサン系ポリマーは、その構造により、例えばシリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどに分類することができる。
なお、Ｓｉ−Ｎ結合を有するポリマー（ポリシラザン）を含む材料で第１の層間絶縁膜１１２１を形成してもよい。
これらの材料の代表例としては、シロキサン系ポリマーが挙げられる。
そのシロキサン系ポリマーは、その構造により、例えばシリカガラス、アルキルシロキサンポリマー、アルキルシルセスキオキサンポリマー、水素化シルセスキオキサンポリマー、水素化アルキルシルセスキオキサンポリマーなどに分類することができる。
なお、Ｓｉ−Ｎ結合を有するポリマー（ポリシラザン）を含む材料で第１の層間絶縁膜１１２１を形成してもよい。
上記した材料を用いることで、第１の層間絶縁膜１１２１は、膜厚を薄くしても十分な絶縁性及び平坦性を有するものを得ることができる。
そのため、第１の層間絶縁膜１１２１によって基板上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化することができ、特に、第１の層間絶縁膜１１２１は平坦化の意味合いが強いので、平坦化されやすい材質の絶縁膜を用いることが好ましい。
また、上記した材料は、耐熱性が高いため、多層配線におけるリフロー処理にも耐えうる層間絶縁膜を得ることができる。
さらに、吸湿性が低いため、脱水量の少ない層間絶縁膜を形成することができる。
そのため、第１の層間絶縁膜１１２１によって基板上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化することができ、特に、第１の層間絶縁膜１１２１は平坦化の意味合いが強いので、平坦化されやすい材質の絶縁膜を用いることが好ましい。
また、上記した材料は、耐熱性が高いため、多層配線におけるリフロー処理にも耐えうる層間絶縁膜を得ることができる。
さらに、吸湿性が低いため、脱水量の少ない層間絶縁膜を形成することができる。
その後、第１の層間絶縁膜１１２１上に窒化酸化シリコン膜等からなる第２のパッシベーション膜１１２２を形成してもよく、本実施例では、ＲＦスパッタ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を７０ｎｍの膜厚で形成する。
なお、その膜厚は、１０〜２００ｎｍ程度で形成すればよく、第２のパッシベーション膜１１２２によって第１の層間絶縁膜へ水分が出入りすることを抑制することができる。
第２のパッシベーション膜１１２２には、他にも窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜やカーボンナイトライド（ＣＮ）膜も同様に使用できる。
なお、その膜厚は、１０〜２００ｎｍ程度で形成すればよく、第２のパッシベーション膜１１２２によって第１の層間絶縁膜へ水分が出入りすることを抑制することができる。
第２のパッシベーション膜１１２２には、他にも窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜やカーボンナイトライド（ＣＮ）膜も同様に使用できる。
その成膜の際には、ＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に優れている。
そのＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、Ｎ2、Ａｒ、Ｎ2Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐａ、電力３０００Ｗとして成膜する。
また、例えば窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ2、Ａｒをガスの流量比が１：１となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成膜温度を２１５℃として成膜する。
そのＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、Ｎ2、Ａｒ、Ｎ2Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐａ、電力３０００Ｗとして成膜する。
また、例えば窒化シリコン膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ2、Ａｒをガスの流量比が１：１となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成膜温度を２１５℃として成膜する。
次いで、エッチングにより第２のパッシベーション膜１１２２、第１の層間絶縁膜１１２１及び第１のパッシベーション膜１１２０をエッチングし、ソース及びドレイン領域に達するコンタクトホールを形成する。
その後、各ソース及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続する配線及び電極１１２３を形成する。
なお、これらの配線及び電極は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉ）との積層膜をパターニングして形成する。
勿論２層構造に限らず、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造にしてもよい。
また、配線材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。
例えばＴａＮ膜上にＡｌ膜やＣｕ膜を形成し、更に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。
その後、各ソース及びドレイン領域とそれぞれ電気的に接続する配線及び電極１１２３を形成する。
なお、これらの配線及び電極は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉ）との積層膜をパターニングして形成する。
勿論２層構造に限らず、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造にしてもよい。
また、配線材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。
例えばＴａＮ膜上にＡｌ膜やＣｕ膜を形成し、更に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。
以上の工程により、図９（Ｃ）に示すような半導体装置が完成する。
なお、本発明のレーザ照射方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したＴＦＴの作製工程に限定されない。
また、本実施例で示した半導体装置の作製方法では、ビームホモジナイザ、レーザ照射方法及び同装置については前記実施の形態に開示した範囲では自由に組み合わせて採用することができる。
なお、本発明のレーザ照射方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したＴＦＴの作製工程に限定されない。
また、本実施例で示した半導体装置の作製方法では、ビームホモジナイザ、レーザ照射方法及び同装置については前記実施の形態に開示した範囲では自由に組み合わせて採用することができる。
本発明のレーザ照射方法を用い、本発明の作製方法により製造した半導体装置を組み入れた電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）あるいは記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｄｉｓｃ））等が挙げられ、それらは記録媒体を再生し、その画像を表示するディスプレイを備えた装置である。
それら電子機器の具体例を図１０に示す。
図１０（Ａ）はテレビ受像機であり、それは筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。
そのテレビ受像機は、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２００３に使用することによって作製することができる。
同（Ｂ）はデジタルカメラであり、それは本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５あるいはシャッター２１０６などを含む。
そのデジタルカメラは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２１０２やその他回路などに使用することによって作製することができる。
図１０（Ａ）はテレビ受像機であり、それは筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。
そのテレビ受像機は、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２００３に使用することによって作製することができる。
同（Ｂ）はデジタルカメラであり、それは本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５あるいはシャッター２１０６などを含む。
そのデジタルカメラは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２１０２やその他回路などに使用することによって作製することができる。
図１０（Ｃ）はコンピュータであり、それは本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５あるいはポインティングマウス２２０６等を含む。
そのコンピュータは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２２０３やその他回路などに用いることによって作製することができる。
すなわち、本発明のレーザ照射方法を表示部２２０３やその他回路などの加工に用いることによってコンピュータを作製することができる。
同（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、それは本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２３０２やその他回路などの加工に用いることによって、モバイルコンピュータを作製することができる。
そのコンピュータは、本発明のレーザ照射方法を用いて作製した半導体装置を表示部２２０３やその他回路などに用いることによって作製することができる。
すなわち、本発明のレーザ照射方法を表示部２２０３やその他回路などの加工に用いることによってコンピュータを作製することができる。
同（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、それは本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２３０２やその他回路などの加工に用いることによって、モバイルコンピュータを作製することができる。
図１０（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（ＤＶＤ再生装置など）であり、それは、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６あるいはスピーカー部２４０７等を含む。
その表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。
本発明のレーザ照射方法を表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４あるいはその他の回路などの加工に用いることによって、画像再生装置を作製することができる。
なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。
その表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示する。
本発明のレーザ照射方法を表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４あるいはその他の回路などの加工に用いることによって、画像再生装置を作製することができる。
なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。
図１０（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、それは、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２５０２やその他回路などの加工に用いることによって、ゴーグル型ディスプレイを作製することができる。
同（Ｇ）はビデオカメラであり、それは、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９あるいは接眼部２６１０等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２６０２やその他回路などの加工に用いることによって、ビデオカメラを作製することができる。
本発明のレーザ照射方法を表示部２５０２やその他回路などの加工に用いることによって、ゴーグル型ディスプレイを作製することができる。
同（Ｇ）はビデオカメラであり、それは、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９あるいは接眼部２６１０等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２６０２やその他回路などの加工に用いることによって、ビデオカメラを作製することができる。
図１０（Ｈ）は携帯電話であり、それは、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７あるいはアンテナ２７０８等を含む。
本発明のレーザ照射方法を表示部２７０３やその他回路などの加工に用いることによって、携帯電話を作製することができる。
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
以上のとおりであり、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。
本発明のレーザ照射方法を表示部２７０３やその他回路などの加工に用いることによって、携帯電話を作製することができる。
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
以上のとおりであり、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。
１０１（２０１、３０１、４０１）ビーム進行光導波路
６０１ レーザ発振器
６０２ シリンドリカルレンズ
６０３ シリンドリカルレンズ
６０４ 互いに対面する平行な２つの光反射面
６０６ シリンドリカルレンズアレイ
６０７ シリンドリカルレンズ
６０８ タブレットシリンドリカルレンズ
６０９ 被照射面
６０１ レーザ発振器
６０２ シリンドリカルレンズ
６０３ シリンドリカルレンズ
６０４ 互いに対面する平行な２つの光反射面
６０６ シリンドリカルレンズアレイ
６０７ シリンドリカルレンズ
６０８ タブレットシリンドリカルレンズ
６０９ 被照射面
Claims (13)
- ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を複数形成したことを特徴とするビームホモジナイザ。
- 前記ビーム進行光導波路は、表面が平らで、均一な厚さの透光性板状体内に形成されたものである請求項１に記載のビームホモジナイザ。
- 前記ビーム進行光導波路は、板に反射性被膜を形成したミラー２枚を間隙を以って平行に対面して配置することにより形成されたものである請求項１に記載のビームホモジナイザ。
- 前記ビーム進行光導波路の前記光反射面を備える面の形状は５角形で、互いに隣接する辺に入射口及び射出口を形成し、その入射口及び射出口を形成した２つの辺に隣接する辺に前記進路変更反射面を形成した２つの進路変更反射面を持つ請求項１ないし３のいずれか１項に記載のビームホモジナイザ。
- 前記ビーム進行光導波路の前記光反射面を備える面の形状は５角形で、互いに隣接する辺に入射口及び射出口を形成し、その入射口及び射出口を形成した以外の全ての辺に前記進路変更反射面を形成した３つの進路変更反射面を持つ請求項１ないし３のいずれか１項に記載のビームホモジナイザ。
- 前記入射口、前記射出口の少なくとも一方の形状が、線状である請求項４又は５に記載のビームホモジナイザ。
- ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を複数形成した短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたビームを形成するビームホモジナイザ、前記ビームを順次入射して長辺方向のエネルギー密度分布を均一化するシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズ、及びそこから射出された長辺方向及び短辺方向のエネルギー密度分布が均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージを備えたことを特徴とするレーザ照射装置。
- 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のビームホモジナイザを用いることにより短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたビームを形成するレーザ照射装置。
- ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を複数形成したビームホモジナイザに、レーザビームを入射して短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームを形成し、
前記短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズに順次通過させることによって長辺方向のエネルギー密度分布も均一化した照射レーザビームを形成し、
次いで、前記照射レーザビームを照射面に照射することを特徴とするレーザ照射方法。 - ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を複数形成したビームホモジナイザに、レーザビームを入射して短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームを形成し、
前記短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズに順次通過させることによって長辺方向のエネルギー密度分布も均一化した照射レーザビームを形成し、
次いで、前記照射レーザビームを基板上の非単結晶半導体膜に照射することを特徴とするレーザ照射方法。 - ビームホモジナイザが請求項１ないし６のいずれか１項に記載のものである請求項９又は１０に記載のレーザ照射方法。
- ビームの進行方向に沿った面に互いに対面し、平行でかつ所定の間隙をもって配置された２つの光反射面を有するビーム進行光導波路に、前記光反射面に交差する方向の面にビームの進行方向を変更する進路変更反射面を複数形成したビームホモジナイザに、レーザビームを入射して短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームを形成し、
前記短辺方向のエネルギー密度分布が均一化されたレーザビームをシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズに順次通過させることにより長辺方向のエネルギー密度分布も均一化した照射レーザビームを形成し、
次いで、前記照射レーザビームを基板上の非単結晶半導体膜に照射することを特徴とするレーザアニール方法。 - ビームホモジナイザが請求項１ないし６のいずれか１項に記載のものである請求項１２に記載のレーザアニール方法。
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