JP5100127B2

JP5100127B2 - レ−ザー光照射装置

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Publication number: JP5100127B2
Application number: JP2007003072A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: JP2007214554A

Description

本発明は、レーザー光の照射装置、レーザー光の照射方法並びに当該レーザー光照射装置を用いた半導体装置の作製方法に関し、特にビームエキスパンダー光学系を用いたレーザー光照射装置、レーザー光の照射方法並びに半導体装置の作製方法に関する。

近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非結晶半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いため、高速動作が可能である。そのため、従来では基板の外に設けられていた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが用いられている。

ところで、半導体装置に用いる基板はコストの面から、石英基板や単結晶半導体基板よりもガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたＴＦＴを形成するために半導体膜を結晶化する際には、ガラス基板の熱変形を避けるために半導体膜にレーザー光を照射することにより結晶化する方法がしばしば用いられる。

レーザー光による半導体膜の結晶化の特徴は、輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して、処理時間を大幅に短縮することができることや、半導体基板または基板上の半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板にほとんど熱的損傷を与えないことなどが挙げられる。

一般的に、レーザー発振器により発振されたレーザー光は空間強度分布がガウス型となっている。そのため、レーザー発振器から発振されたレーザー光をそのまま被照射物に照射した場合には、照射領域においてエネルギー分布が異なる。例えば、シリコン等の半導体膜にレーザー光を照射することによって、結晶化や膜質改善を行う際に、空間強度分布がガウス関数型のレーザー光をそのまま半導体膜に照射すると、照射領域の中心部と端部において、エネルギー分布が異なるため半導体膜の溶融時間が異なる。その結果、半導体膜の結晶性が不均一となり、所望の特性を有する半導体膜を得ることができない。

従って、一般的に、何らかのレーザー光整形手段を用いることによって、レーザー発振器から発振されたレーザー光の空間強度分布を均一化した後に、被照射物にレーザー光を照射することが行われている。例えば、レーザー光の整形手段として、ビームエキスパンダー光学系が広く用いられている。（例えば、特許文献１）
特開平７−４１８４５号公報

しかしながら、レーザー光は、レーザー発振器そのもの、または温度変化等の使用環境の状態よって、レーザー光の光路が刻々と変化する。そのため、不安定であるレーザー光を、例えば、ビームエキスパンダー光学系に入射した場合、ビームエキスパンダー光学系へのレーザー光の入射位置の誤差が生じることによって、レーザー光の拡大倍率と同じ分だけ被照射物に対するレーザー光の照射位置のずれが生じる。

例えば、倍率が２５倍のビームエキスパンダー光学系５０２を介してレーザー光を被照射物５０３に伝播する場合、レーザー発振器５０１から発振されたレーザー光５０４のビームエキスパンダー光学系５０２への入射誤差は、ビームエキスパンダー光学系５０２を通過した後では当該ビームエキスパンダー光学系５０２の拡大倍率と同じく２５倍となってしまう（図５）。

本発明は上記問題を鑑み、ビームエキスパンダー光学系を介して被照射物にレーザー光の照射を行う場合に、被照射物へのレーザー光の照射位置の誤差を低減するレーザー光照射装置、レーザー光の照射方法並びに半導体装置の作製方法の提供を課題とする。

本発明のレーザー光照射装置は、レーザー発振器と、レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、レーザー発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は入射口に凹レンズを有し、レーザー発振器の射出点（または、ビームウェスト、光源）を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凹レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凹レンズとの距離をＸとした場合に、Ｘが、ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ｜を満たすことを特徴としている。なお、本明細書中で用いられる凹レンズは、凹レンズと同等の機能を有する光学素子でもよい。

また、本発明のレーザー光照射装置は、レーザー発振器と、レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、ビームエキスパンダー光学系を通ったレーザー光を入射させる回折光学素子と、レーザー発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、レーザー光の進行方向において順に設けられた凹レンズと凸レンズとを有し、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凹レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凹レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ｜を満たすことを特徴としている。なお、本明細書中で用いられる凸レンズは、凸レンズと同等の機能を有する光学素子でもよい。

また、本発明のレーザー光照射装置は、上記構成において、好ましくは、Ｘが概略、Ｘ＝ｂ−｜ｆ｜を満たすことを特徴としている。

また、本発明のレーザー光照射装置は、上記構成において、好ましくはレーザー発振器と凹レンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上であることを特徴としている。

また、本発明のレーザー光照射装置は、レーザー発振器と、レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、レーザー発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は入射口に凸レンズを有し、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凸レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凸レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ｜を満たすことを特徴としている。

また、本発明のレーザー光照射装置は、上記構成において、好ましくはレーザー発振器と凸レンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上であることを特徴としている。

また、本発明のレーザー光照射装置は、レーザー発振器と、レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、ビームエキスパンダー光学系を通ったレーザー光を入射させる回折光学素子と、レーザー発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、レーザー光の進行方向において順に設けられた第１の凸レンズと第２の凸レンズとを有し、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、第１の凸レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと第１の凸レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ｜、を満たすことを特徴としている。

また、本発明のレーザー光照射装置は、上記構成において、好ましくは、Ｘが概略、Ｘ＝ｂ＋｜ｆ｜を満たすことを特徴としている。

また、本発明のレーザー光照射装置は、上記構成において、好ましくはレーザー発振器と第１の凸レンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上であることを特徴としている。

また、本発明のレーザー光照射装置は、上記構成において、補正レンズが凸型のレンズであることを特徴としている。

なお、上記構成において、補正レンズの焦点距離をｆ’、第１の共役点から補正レンズまでの距離をａとした場合、ａ、ｂ、ｆ’は、１／ａ＋１／ｂ≒１／ｆ’を満たす関係となっている。

本発明のレーザー光の照射方法は、レーザー発振器からレーザー光を射出し、レーザー光を補正レンズを介して入射口に凹レンズを有するビームエキスパンダー光学系に入射させる際、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凹レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凹レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび凹レンズを配置してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、レーザー発振器からレーザー光を射出し、レーザー光を補正レンズを介して、レーザー光の進行方向に対して順に設けられた凹レンズと凸レンズとを有するビームエキスパンダー光学系に入射させ、凹レンズおよび凸レンズを通ったレーザー光を回折光学素子に入射させる際、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凹レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凹レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび凹レンズを配置してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、Ｘが概略、Ｘ＝ｂ＋｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび凹レンズを配置してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、上記構成において、好ましくはレーザー発振器と凹レンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上離してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、レーザー発振器からレーザー光を射出し、レーザー光を補正レンズを介して入射口に凸レンズを有するビームエキスパンダー光学系に入射させる際、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凸レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凸レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび凸レンズを配置してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、上記構成において、好ましくはレーザー発振器と凸レンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上離してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、レーザー発振器からレーザー光を射出し、レーザー光を補正レンズを介して、レーザー光の進行方向に対して順に設けられた第１の凸レンズと第２の凸レンズとを有するビームエキスパンダー光学系に入射させ、第１の凸レンズおよび第２の凸レンズを通ったレーザー光を回折光学素子に入射させる際、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、第１の凸レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと第１の凸レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび第１の凸レンズを配置してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、Ｘが概略、Ｘ＝ｂ＋｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび第１の凸レンズを配置してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、上記構成において、好ましくはレーザー発振器と第１の凸レンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上離してレーザー光を照射することを特徴としている。

また、本発明のレーザー光の照射方法は、上記構成において、補正レンズとして凸型のレンズを用いることを特徴としている。

本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に半導体膜を形成し、半導体膜にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、レーザー発振器からレーザー光を射出し、レーザー光を補正レンズを介して入射口に凹レンズを有するビームエキスパンダー光学系に入射させる際、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凹レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凹レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび凹レンズを配置して半導体膜にレーザー光を照射する。

また、本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に半導体膜を形成し、半導体膜にレーザー光を照射する半導体装置の作製方法であって、レーザー発振器からレーザー光を射出し、レーザー光を補正レンズを介して入射口に凸レンズを有するビームエキスパンダー光学系に入射させる際、レーザー発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をｂ、凸レンズの焦点距離をｆ、補正レンズと凸レンズとの距離をＸとすると、Ｘが、ｂ−｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ｜を満たすようにレーザー発振器、補正レンズおよび凸レンズを配置して半導体膜にレーザー光を照射する。

レーザー発振器から発振されたレーザー光をビームエキスパンダー光学系を介して、当該レーザー光のスケールを大きくした後に被照射物に入射させる場合に、レーザー発振器とビームエキスパンダー光学系との間に光路を補正する補正レンズを設けることによって、ビームエキスパンダー光学系へのレーザー光の入射位置のずれを低減することができる。その結果、被照射物へのレーザー光の照射位置のずれを低減することが可能となる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。

（実施の形態１）

本実施の形態では、本発明のレーザー光照射装置およびレーザー光の照射方法の一例について図面を参照して説明する。

まず、本実施の形態で示すレーザー光照射装置の一構成例を図１に示す。図１に示すレーザー照射装置は、レーザー発振器１０１と、光路を補正する補正レンズ１０２と、ビームエキスパンダー光学系１０３とを少なくとも有している。レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光１０５は、補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系１０３へと伝播され、ビームエキスパンダー光学系１０３を通ってレーザー光１０５のスケールが大きくされた後に被照射物１０４に照射される（図１）。

本実施の形態で示すレーザー光照射装置におけるビームエキスパンダー光学系１０３としては、凹レンズと凸レンズとを組み合わせて設けることができる。図１においては、レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光１０５の進行方向に向かって凹レンズ１０３ａと凸レンズ１０３ｂとが順に配置されている。図１では、凹レンズ１０３ａとして両凹レンズ、凸レンズ１０３ｂとして平凸レンズを用いた例を示しているが、これに限られず、凹レンズ１０３ａとして平凹レンズや凹メニスカスレンズ等を用いてもよいし、凸レンズ１０３ｂとして両凸レンズや凸メニスカスレンズ等を用いても良い。

レーザー発振器１０１に用いることができるレーザーとしては、ＹＶＯ_４レーザーなどの連続発振型のレーザー（ＣＷレーザー）または疑似ＣＷレーザー等を使用することができる。例えば、気体レーザーとしては、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、ＣＯ_２レーザー等があり、固体レーザーとしては、ＹＡＧレーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ_３レーザー、ＧｄＶＯ_４レーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、ＹＡＧレーザーやＹ_２Ｏ_３レーザーに代表されるセラミックスレーザー等があり、金属蒸気レーザーとしては、ヘリウムカドミウムレーザー等が挙げられる。また、Ｄｉｓｋレーザーを用いてもよい。Ｄｉｓｋレーザーの特徴としては、レーザー媒質の形状がディスクであるため冷却効率がよいこと、すなわちエネルギー効率とビーム品質がよいということが挙げられる。

また、上述したレーザー発振器において、射出されるレーザー光はＴＥＭ_００で発振されると、被照射面において得られる線状のビームスポットのエネルギーの均一性をあげることができるため好ましい。

ビームエキスパンダー光学系１０３に入射するレーザー光は、その入射角度が変化した場合であっても、レーザー光がビームエキスパンダー光学系１０３の最適な位置に入射された場合には当該レーザー光を拡大し、一定の位置、角度から次の照射面（ここでは、被照射物１０４）へとレーザー光を伝播する。つまり、ビームエキスパンダー光学系１０３へのレーザー光の入射角度よりも入射位置が重要となる。

そこで、入射位置を一定に保つために補正レンズ１０２をレーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３との間に配置する。このように、レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光を補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系１０３に伝播することによって、不安定なレーザー光をビームエキスパンダー光学系１０３の正確な位置に入射させることができ、さらに被照射物１０４の表面に対しても正確な位置へレーザー光を伝播させることが可能となる。つまり、ここでは、補正レンズ１０２は、ビームエキスパンダー光学系１０３を構成する凹レンズ１０３ａへ入射するレーザー光の入射位置を制御するために設けられている。

ビームエキスパンダー光学系１０３を通過したレーザー光は、被照射物１０４へと伝播される。被照射物１０４としては、例えば、回折光学素子を用いることができる。回折光学素子は、ディフラクティブオプティクス、またはディフラクティブオプティクスエレメントとも呼ばれ、光の回折を利用してスペクトルを得る素子である。また、回折光学素子は、微細で複雑な構造を持つ素子であるため、極めて正確な位置からレーザー光を入射させる必要がある。一般的に、回折光学素子の小径化には現状では非常に困難であり、ビームエキスパンダー光学系等によりレーザー光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が回折光学素子の利用方法として適用されている。従って、ビームエキスパンダー光学系と回折光学素子を組み合わせて設ける場合には、上述したように、レーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３との間に補正レンズ１０２を設け、回折光学素子へ入射するレーザー光の入射位置のずれを低減することが非常に有効となる。

補正レンズ１０２としては、入射光を集光する凸レンズを用いることができる。図１では、補正レンズ１０２として、平凸レンズを用いた例を示しているが、他にも両凸レンズ、凸メニスカスレンズ等を用いることが可能である。また、シリンドリカルレンズを用いてもよい。シリンドリカルレンズは一方向に曲率を持っており、１次元方向にのみ集光または拡散をさせることが可能なレンズである。従って、複数のシリンドリカルレンズを組み合わせて設け、各々のシリンドリカルレンズの曲率の方向を組み合わせることにより、光学調整を自由に行うことができる。

また、本実施の形態で示すレーザー光照射装置は、レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光が補正レンズ１０２を介して凹レンズ１０３ａに入射する場合において、レーザー発振器１０１の射出点（または、ビームウェスト、光源）を第１の共役点Ｏ_１とし、当該第１の共役点Ｏ_１の像が補正レンズ１０２を介して結像される点を第２の共役点Ｏ_２とし、第１の共役点Ｏ_１から補正レンズ１０２までの距離をａ、補正レンズ１０２から第２の共役点Ｏ_２までの距離をｂ、凹レンズ１０３ａの焦点距離をｆ_２とした際に、凹レンズ１０３ａは、補正レンズ１０２と凹レンズ１０３ａとの距離をＸとすると以下の関係を満たすように配置する。

ｂ−３｜ｆ_２｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ_２｜

これは、凹レンズ１０３ａの焦点（ここでは、レーザー光の進行方向側に位置する凹レンズ１０３ａの焦点）をＦ_２とした場合、第２の共役点Ｏ_２が、凹レンズ１０３ａの焦点Ｆ_２からレーザー光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ_２の範囲に位置する関係を満たしている。Ｘがこのような関係を満たすように、レーザー発振器１０１、補正レンズ１０２および凹レンズ１０３ａ等を配置することによって、ビームエキスパンダー光学系へのレーザー光の入射誤差を低減し、且つ、被照射物１０４へのレーザー光の照射位置の誤差を低減することが可能となる。

なお、好ましくは、凹レンズ１０３ａを配置する位置Ｘが、Ｘ＝ｂ−｜ｆ_２｜となる位置に凹レンズ１０３ａを設けるとよい（図２）。つまり、第２の共役点Ｏ_２が凹レンズ１０３ａの焦点Ｆ_２（ここでは、レーザー光の進行方向側に位置する凹レンズ１０３ａの焦点）となる位置に形成されるように凹レンズ１０３ａを設ける。この場合、ビームエキスパンダーを介して被照射物にレーザー光の照射を行う場合に、被照射物へのレーザー光の照射位置の誤差を最も低減することが可能となる。これは凹レンズ１０３ａがより外側にビームを広げようとする作用と、凸レンズ１０３ｂのより内側にレーザー光を収束させようとする作用が最もうまく相殺される配置で、ビームエキスパンダー光学系１０３から射出されるレーザー光の変動をよく抑えることができる。

なお、補正レンズ１０２の焦点距離をｆ_１、第１の共役点Ｏ_１から補正レンズ１０２までの距離をａ、補正レンズ１０２から第２の共役点Ｏ_２までの距離をｂとした場合、補正レンズ１０２の焦点距離ｆ_１は、１／ａ＋１／ｂ≒１／ｆ_１を満たす関係となっている。

また、本実施の形態で示したレーザー光照射装置またはレーザー光照射方法は、レーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３との距離が大きくなればなるほど効果を発揮する。一般的に、光学系を配置する場合には、装置の関係上、一定の間隔を空けて設ける必要がある。従って、本実施の形態で示したレーザー光照射装置は、レーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３を構成する凹レンズ１０３ａとの距離を、好ましくは０．５ｍ以上離して設ける場合、より好ましくは１ｍ以上離して設ける場合に特に有効となる。

本実施の形態は、ビームエキスパンダー光学系を用いた全てのレーザー光照射装置およびレーザー光の照射方法に適用することができる。

（実施の形態２）

本実施の形態では、上記実施の形態と異なるレーザー光照射装置およびレーザー光照射方法に関して図面を参照して説明する。具体的には、第１の凸レンズと第２の凸レンズを有するビームエキスパンダー光学系を用いる場合に関して示す。

まず、本実施の形態で示すレーザー光照射装置の一構成例を図３に示す。図３に示すレーザー照射装置は、レーザー発振器１０１と、補正レンズ１０２と、ビームエキスパンダー光学系２０３とを少なくとも有している。レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光１０５は、光路を補正する補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系２０３へと伝播され、ビームエキスパンダー光学系２０３でレーザー光のスケールが大きくされた後に被照射物１０４に照射される（図３）。

ビームエキスパンダー光学系２０３としては、第１の凸レンズと第２の凸レンズとを組み合わせて設けることができる。図３においては、レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光１０５の進行方向に向かって第１の凸レンズ２０３ａと第２の凸レンズ２０３ｂとが順に配置されている。ここでは、第１の凸レンズ２０３ａ、第２の凸レンズ２０３ｂは、平凸レンズを用いているが、これに限られず、両凸レンズや凸メニスカスレンズ等を用いてもよい。もちろん、第１の凸レンズ２０３ａと第２の凸レンズ２０３ｂとを異なる種類の凸レンズを用いてもよい。

ビームエキスパンダー光学系２０３に入射するレーザー光は、その入射角度が変化した場合であっても、レーザー光がビームエキスパンダー光学系２０３の最適な位置に入射された場合には当該レーザー光を拡大し、一定の位置、角度から次の照射面（ここでは、被照射物１０４）へとレーザー光を伝播する。そこで、入射位置を一定に保つために補正レンズ１０２をレーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３との間に配置する。このように、レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光を補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系２０３に伝播することによって、不安定なレーザー光をビームエキスパンダー光学系２０３の正確な位置に入射させることができ、さらに被照射物１０４の表面に対しても正確な位置へレーザー光を伝播させることが可能となる。つまり、ここでは、補正レンズ１０２は、ビームエキスパンダー光学系２０３を構成する第１の凸レンズ２０３ａへ入射するレーザー光の入射位置を制御するために設けられている。

ビームエキスパンダー光学系２０３を通過したレーザー光は、被照射物１０４へと伝播され所望の形状に回折される。被照射物１０４としては、例えば、回折光学素子を用いることができる。一般的に、回折光学素子の小径化には現状では非常に困難であり、ビームエキスパンダー等によりレーザー光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が回折光学素子の利用方法として適用されている。そのため、上述したように、レーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３との間に補正レンズ１０２を設けることによって、被照射物１０４（例えば、回折光学素子）へ入射するレーザー光の入射位置のずれを低減することができる。

また、本実施の形態で示すレーザー光照射装置は、レーザー発振器１０１から発振されたレーザー光が補正レンズ１０２を介して第１の凸レンズ２０３ａに入射する場合において、レーザー発振器１０１の射出点（または、ビームＷ、光源）を第１の共役点Ｏ_１とし、当該第１の共役点Ｏ_１の像が補正レンズ１０２を介して結像される点を第２の共役点Ｏ_２とし、第１の共役点Ｏ_１から補正レンズ１０２までの距離をａ、補正レンズ１０２から第２の共役点Ｏ_２までの距離をｂ、第１の凸レンズ２０３ａの焦点距離をｆ_２とした際に、第１の凸レンズ２０３ａは、補正レンズ１０２と第１の凸レンズ２０３ａとの距離をＸとすると以下の関係を満たすように配置する。

ｂ−｜ｆ_２｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ_２｜

これは、第１の凸レンズ２０３ａの焦点（ここでは、レーザー光の進行方向の反対側に位置する第１の凸レンズ２０３ａの焦点）をＦ_２とした場合、第２の共役点Ｏ_２が、第１の凸レンズ２０３ａの焦点Ｆ_２からレーザー光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ_２の範囲に位置する関係を満たしている。Ｘがこのような関係を満たすように、レーザー発振器１０１、補正レンズ１０２および第１の凸レンズ２０３ａ等を配置することによって、ビームエキスパンダー光学系へのレーザー光の入射誤差を低減し、且つ、被照射物１０４へのレーザー光の照射位置の誤差を低減することが可能となる。

なお、好ましくは、第１の凸レンズ２０３ａを配置する位置Ｘが、Ｘ＝ｂ＋｜ｆ_２｜となる位置に第１の凸レンズ２０３ａを設けるとよい。つまり、第２の共役点Ｏ_２が第１の凸レンズ２０３ａの焦点Ｆ_２（ここでは、レーザー光の進行方向側に位置する第１の凸レンズ２０３ａの焦点）となる位置に形成されるように第１の凸レンズ２０３ａを設ける。この場合、ビームエキスパンダー光学系２０３を介して被照射物１０４にレーザー光の照射を行う場合に、被照射物１０４へのレーザー光の照射位置の誤差を最も低減することが可能となる。これはレンズの中心から外側にそれようとしているレーザー光をレンズの中心側に戻す第１の凸レンズ２０３ａの作用と、第１の凸レンズ２０３ａによりレンズの中心側に戻されたレーザー光が再び外側にそれようとするのを抑える第２の凸レンズ２０３ｂの作用が最もうまく相殺される配置で、ビームエキスパンダー光学系２０３から射出されるレーザー光の変動をよく抑えることができる。

また、本実施の形態で示したレーザー光照射装置またはレーザー光照射方法は、レーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３との距離が大きくなればなるほど効果を発揮する。一般的に、光学系を配置する場合には、装置の関係上、一定の間隔を空けて設ける必要がある。従って、本実施の形態で示したレーザー光照射装置は、レーザー発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３を構成する第１の凸レンズ２０３ａとの距離を、好ましくは０．５ｍ以上離して設ける場合、より好ましくは１ｍ以上離して設ける場合に特に有効となる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で示したレーザー光照射装置またはレーザー光の照射方法を用いた半導体装置の作製方法に関して、図面を参照して説明する。

まず、基板７０１の一表面に剥離層７０２を形成し、続けて下地となる絶縁膜７０３および非晶質半導体膜７０４（例えば非晶質珪素を含む膜）を形成する（図６（Ａ））。なお、剥離層７０２、絶縁膜７０３および非晶質半導体膜７０４は、連続して形成することができる。

基板７０１は、ガラス基板、石英基板、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いるとよい。このような基板７０１であれば、その面積や形状に大きな制限はないため、基板７０１として、例えば、１辺が１メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。なお、本工程では、剥離層７０２は、基板７０１の全面に設けているが、必要に応じて、基板７０１の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法により選択的に設けてもよい。また、基板７０１に接するように剥離層７０２を形成しているが、必要に応じて、基板７０１に接するように下地となる絶縁膜を形成し、当該絶縁膜に接するように剥離層７０２を形成してもよい。

剥離層７０２は、金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造等を用いることができる。金属膜としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜を単層又は積層して形成する。また、これらの材料を用いて、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法等により形成することができる。金属膜と金属酸化膜の積層構造としては、上述した金属膜を形成した後に、酸素雰囲気化またはＮ_２Ｏ雰囲気下におけるプラズマ処理、酸素雰囲気化またはＮ_２Ｏ雰囲気下における加熱処理を行うことによって、金属膜表面に当該金属膜の酸化物または酸化窒化物を設けることができる。例えば、金属膜としてスパッタ法やＣＶＤ法等によりタングステン膜を設けた場合、タングステン膜にプラズマ処理を行うことによって、タングステン膜表面にタングステン酸化物からなる金属酸化膜を形成することができる。また、この場合、タングステンの酸化物は、ＷＯｘで表され、Ｘは２〜３であり、Ｘが２の場合（ＷＯ_２）、Ｘが２．５の場合（Ｗ_２Ｏ_５）、Ｘが２．７５の場合（Ｗ_４Ｏ_１１）、Ｘが３の場合（ＷＯ_３）などがある。タングステンの酸化物を形成するにあたり、上記に挙げたＸの値に特に制約はなく、エッチングレート等を基に、どの酸化物を形成するかを決めるとよい。他にも、例えば、金属膜（例えば、タングステン）を形成した後に、当該金属膜上にスパッタ法で酸化珪素（ＳｉＯ_２）等の絶縁膜を設けると共に、金属膜上に金属酸化物（例えば、タングステン上にタングステン酸化物）を形成してもよい。また、プラズマ処理として、例えば上述した高密度プラズマ処理を行ってもよい。また、金属酸化膜の他にも、金属窒化物や金属酸化窒化物を用いてもよい。この場合、金属膜に窒素雰囲気下または窒素と酸素雰囲気下でプラズマ処理や加熱処理を行えばよい。

絶縁膜７０３は、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等により、珪素の酸化物または珪素の窒化物を含む膜を、単層又は積層で形成する。下地となる絶縁膜が２層構造の場合、例えば、１層目として窒化酸化珪素膜を形成し、２層目として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。下地となる絶縁膜が３層構造の場合、１層目の絶縁膜として酸化珪素膜を形成し、２層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、３層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。または、１層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成し、２層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、３層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。下地となる絶縁膜は、基板７０１からの不純物の侵入を防止するブロッキング膜として機能する。

非晶質半導体膜７０４は、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等により、２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで形成する。

次に、非晶質半導体膜７０４にレーザー光を照射して結晶化を行う。なお、レーザー光の照射と、ＲＴＡ又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とを組み合わせた方法等により非晶質半導体膜７０４の結晶化を行ってもよい。その後、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にエッチングして、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄを形成し、当該半導体膜７０４ａ〜７０４ｄを覆うようにゲート絶縁膜７０５を形成する（図６（Ｂ））。

結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄの作製工程の一例を以下に簡単に説明すると、まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚５０〜６０ｎｍの非晶質半導体膜を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させた後、非晶質半導体膜に脱水素化の処理（５００℃、１時間）と、熱結晶化の処理（５５０℃、４時間）を行って結晶質半導体膜を形成する。その後、レーザー光を照射し、フォトリソグラフィ法を用いることよって結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄを形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化を行わずに、レーザー光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。

ここでは、レーザー光の照射に用いるレーザー光照射装置およびレーザー光の照射方法の一例を示す（図４）。図４に示すレーザー光照射装置は、レーザー発振器９０１、補正レンズ９０２、凹レンズ９０３ａおよび凸レンズ９０３ｂを有するビームエキスパンダー光学系９０３、回折光学素子９０４、ミラー９０５、吸着ステージ９０８、Ｘステージ９０９、Ｙステージ９１０から構成される。

まず、非晶質半導体膜７０４を成膜した基板７０１を用意する。基板７０１は、吸着ステージ９０８上に固定されている。吸着ステージ９０８は、Ｘステージ９０９およびＹステージ９１０を用いることによって、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動が可能である。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動は、モータステージ、ボールベアリングステージ、リニアモータステージなどの各種ステージを用いることができる。

レーザー発振器９０１から発振されたレーザー光は、補正レンズ９０２を介してビームエキスパンダー光学系９０３に入射され、当該ビームエキスパンダー光学系９０３によりレーザー光のスケールが大きく加工された後、回折光学素子９０４を通った後、基板７０１上に設けられた非晶質半導体膜７０４に照射される。

レーザー発振器９０１としては、連続発振型のレーザー（ＣＷレーザー）やパルス発振型のレーザー（パルスレーザー）を用いることができる。ここで用いることができるレーザーは、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザー、エキシマレーザーなどの気体レーザー、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ_４、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）、ＹＡｌＯ_３、ＧｄＶＯ_４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＶＯ_４、ＹＡｌＯ_３、ＧｄＶＯ_４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライトレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、銅蒸気レーザーまたは金蒸気レーザーのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザービームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザービームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザー（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザーのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ^２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ^２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ_４、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）、ＹＡｌＯ_３、ＧｄＶＯ_４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ_２Ｏ_３、ＹＶＯ_４、ＹＡｌＯ_３、ＧｄＶＯ_４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザー、Ａｒイオンレーザー、またはＴｉ：サファイアレーザーは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザービームを発振させると、半導体膜がレーザーによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザーを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。

また、レーザー発振器９０１、補正レンズ９０２、凹レンズ９０３ａは、上記実施の形態１で示した関係を満たすように配置する。このように、レーザー発振器９０１と凹レンズ９０３ａとの間に補正レンズ９０２を設けることによって、ビームエキスパンダー光学系９０３を通った後、回折光学素子９０４を介して基板７０１に入射するレーザー光の位置ズレを低減し、レーザー光の照射位置を正確に制御することができる。

回折光学素子９０４の代表例としては、ホログラフィック光学素子、バイナリー光学素子等が上げられる。回折光学素子９０４はディフラクティブオプティクス、またはディフラクティブオプティクスエレメントとも呼ばれ、光の回折を利用してスペクトルを得る素子である。回折光学素子９０４の表面に複数の溝を形成することにより集光レンズ機能を奏するものが用いられる。そして、この回折光学素子９０４を用いることにより、レーザー発振器から射出されたレーザー光のエネルギー分布を均一な線状または矩形状のビームに形成することができる。

なお、本実施の形態で用いることができるレーザー光照射装置は、図４の構成に限られない。例えば、図４において、ビームエキスパンダー光学系９０３を構成する凹レンズ９０３ａを凸レンズに置き換えてもよい。この場合、レーザー発振器９０１、補正レンズ９０２、凹レンズ９０３ａの代わりに置き換えた凸レンズは、上記実施の形態２で示した関係を満たすように配置する。

回折光学素子９０４の照射面側に、集光レンズを設けても良い。例えば、２つのシリンドリカルレンズを用いることができる。この場合、この２つのシリンドリカルレンズに対して垂直にレーザー光を入射させる。シリンドリカルレンズは一方向に曲率を持っているため、１次元方向にのみ集光または拡散をさせることが可能である。したがって、２つのシリンドリカルレンズの曲率の方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向にすることにより、照射面におけるビームスポットの大きさをＸＹ方向で任意に変更することができるため、光学調整が容易であり、かつ調整の自由度が高い。あるいは、シリンドリカルレンズを１枚使い、１方向のみに作用させてもよい。また、回折光学素子９０４で形成された像の長軸と短軸の長さの比を保ったまま集光を行う場合は、シリンドリカルレンズの代わりに球面レンズを用いてもよい。

なお、図４で示したレーザー光照射装置では、装置の関係上、レーザー発振器９０１と凹レンズ９０３ａとの間隔を、好ましくは０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上離して設ける。

このように、上述したレーザー光の照射方法を用いることによって、非晶質半導体膜７０４を均一に結晶化することができる。

次に、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄを覆うゲート絶縁膜７０５を形成する。ゲート絶縁膜７０５は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む膜を、単層又は積層して形成する。具体的には、酸化珪素を含む膜、酸化窒化珪素を含む膜、窒化酸化珪素を含む膜を、単層又は積層して形成する。

また、ゲート絶縁膜７０５は、半導体膜７０４ａ〜７０４ｄに対し前述の高密度プラズマ処理を行い、表面を酸化又は窒化することで形成しても良い。例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスと、酸素、酸化窒素（ＮＯ_２）、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル（ＯＨラジカルを含む場合もある）や窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある）によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することができる。

このような高密度プラズマを用いた処理により、１〜２０ｎｍ、代表的には５〜１０ｎｍの絶縁膜が半導体膜に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、高密度プラズマ処理は、半導体膜（結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン）を直接酸化（若しくは窒化）するため、形成される絶縁膜の厚さのばらつきをきわめて小さくすることができる。加えて、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないため、非常に好ましい状態となる。すなわち、ここで示す高密度プラズマ処理で半導体膜の表面を固相酸化することにより、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。

ゲート絶縁膜は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、それにプラズマや熱反応を利用したＣＶＤ法で酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。

また、半導体膜に対し、連続発振レーザー光若しくは１０ＭＨｚ以上の周波数で発振するレーザー光を照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた半導体膜７０４ａ〜７０４ｄは、そのビームの走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向をチャネル長方向（チャネル形成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向）に合わせてトランジスタを配置し、上記ゲート絶縁層を組み合わせることで、特性ばらつきが小さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を得ることができる。

次に、ゲート絶縁膜７０５上に、第１の導電膜と第２の導電膜とを積層して形成する。ここでは、第１の導電膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法等により、２０〜１００ｎｍの厚さで形成する。第２の導電膜は、１００〜４００ｎｍの厚さで形成する。第１の導電膜と第２の導電膜は、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）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された元素又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する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第１の導電膜と第２の導電膜の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブデン膜等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第１の導電膜と第２の導電膜を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、２層構造ではなく、３層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、半導体膜７０４ａ〜７０４ｄの上方にゲート電極７０７を形成する。

次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成して、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄに、イオンドープ法またはイオン注入法により、ｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ｎ型を付与する不純物元素は、１５族に属する元素を用いれば良く、例えばリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）を用いる。

次に、ゲート絶縁膜７０５とゲート電極７０７を覆うように、絶縁膜を形成する。絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、ゲート電極７０７の側面に接する絶縁膜７０８（サイドウォールともよばれる）を形成する。絶縁膜７０８は、後にＬＤＤ（ＬｉｇｈｔｌｙＤｏｐｅｄｄｒａｉｎ）領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。

次に、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクと、ゲート電極７０７および絶縁膜７０８をマスクとして用いて、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄにｎ型を付与する不純物元素を添加して、第１のｎ型不純物領域７０６ａ（ＬＤＤ領域ともよぶ）と、第２のｎ型不純物領域７０６ｂと、チャネル領域７０６ｃとを形成する（図６（Ｃ））。第１のｎ型不純物領域７０６ａが含む不純物元素の濃度は、第２のｎ型不純物領域７０６ｂの不純物元素の濃度よりも低い。

続いて、ゲート電極７０７、絶縁膜７０８等を覆うように、絶縁膜を単層または積層して形成することによって、薄膜トランジスタ７３０ａ〜７３０ｄを形成する（図６（Ｄ））。絶縁膜は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層または積層で形成する。例えば、絶縁膜が２層構造の場合、１層目の絶縁膜７０９として窒化酸化珪素膜で形成し、２層目の絶縁膜７１０として酸化窒化珪素膜で形成することができる。

なお、絶縁膜７０９、７１０を形成する前、または絶縁膜７０９、７１０のうちの１つまたは複数の薄膜を形成した後に、半導体膜の結晶性の回復や半導体膜に添加された不純物元素の活性化、半導体膜の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザーアニール法またはＲＴＡ法などを適用するとよい。

次に、フォトリソグラフィ法により絶縁膜７０９、７１０等をエッチングして、第２のｎ型不純物領域７０６ｂを露出させるコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールを充填するように、導電膜を形成し、当該導電膜を選択的にエッチングして導電膜７３１を形成する。なお、導電膜を形成する前に、コンタクトホールにおいて露出した半導体膜７０４ａ〜７０４ｄの表面にシリサイドを形成してもよい。

導電膜７３１は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、マンガン（Ｍｎ）、ネオジウム（Ｎｄ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）から選択された元素、又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、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜７３１は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン（Ａｌ−Ｓｉ）膜と窒化チタン（ＴｉＮ）膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜７３１を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。

次に、導電膜７３１を覆うように、絶縁膜７１１を形成し、当該絶縁膜７１１上に導電膜７３１と電気的に接続するように導電膜７１２を形成する（図７（Ａ））。絶縁膜７１１は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、液滴吐出法またはスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁膜７１１は、好適には、０．７５μｍ〜３μｍの厚さで形成する。また、導電膜７１２は上述した導電膜７３１で示したいずれかの材料を用いることができる。

次に、導電膜７１２上に導電膜７１３を形成する。導電膜７１３は、ＣＶＤ法、スパッタ法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等を用いて、導電性材料により形成する（図７（Ｂ））。好ましくは、導電膜７１３は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）から選択された元素、又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、単層又は積層で形成する。ここでは、スクリーン印刷法により、銀を含むペーストを導電膜７１２上に形成し、その後、５０〜３５０度の加熱処理を行って導電膜７１３とする。また、導電膜７１２上に導電膜７１３を形成した後に、電気的な接続を向上させるために導電膜７１３および導電膜７１２の重なっている領域にレーザー光の照射を行ってもよい。なお、絶縁膜７１１および導電膜７１２を設けずに、導電膜７３１上に選択的に導電膜７１３を設けることも可能である。

次に、導電膜７１２、７１３を覆うように絶縁膜７１４を形成し、フォトリソグラフィ法により絶縁膜７１４を選択的にエッチングして、導電膜７１３を露出させる開口部７１５を形成する（図７（Ｃ））。絶縁膜７１４は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、液滴吐出法またはスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。

次に、薄膜トランジスタ７３０ａ〜７３０ｄ等を含む層７３２（以下、「層７３２」とも記す。）を基板７０１から剥離する。ここでは、レーザー光（例えばＵＶ光）を照射することによって開口部７１６を形成後（図８（Ａ））、物理的な力を用いて基板７０１から層７３２を剥離することができる。また、基板７０１から層７３２を剥離する前に、開口部７１６にエッチング剤を導入して、剥離層７０２を除去してもよい。エッチング剤は、フッ化ハロゲンまたはハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素（ＣｌＦ_３）を使用する。そうすると、層７３２は、基板７０１から剥離された状態となる。なお、剥離層７０２は、全て除去せず一部分を残存させてもよい。こうすることによって、エッチング剤の消費量を抑え剥離層の除去に要する処理時間を短縮することが可能となる。また、剥離層７０２の除去を行った後にも、基板７０１上に層７３２を保持しておくことが可能となる。また、層７３２が剥離された基板７０１は、コストの削減のために、再利用することが好ましい。

ここでは、レーザー光の照射により絶縁膜をエッチングして開口部７１６を形成した後に、層７３２の一方の面（絶縁膜７１４の露出した面）を、第１のシート材７１７に貼り合わせて基板７０１から完全に剥離する（図８（Ｂ））。第１のシート材７１７としては、例えば熱を加えることによって粘着力が弱まる熱剥離テープを用いることができる。

次に、層７３２の他方の面（剥離した面）に、第２のシート材７１８を設け、その後加熱処理と加圧処理の一方または両方を行って、第２のシート材７１８を貼り合わせる。また、第２のシート材７１８を設けると同時または設けた後に第１のシート材７１７を剥離する（図９（Ａ））。第２のシート材７１８としては、ホットメルトフィルム等を用いることができる。また、第１のシート材７１７として熱剥離テープを用いた場合には、第２のシート材７１８を貼り合わせる際に加えた熱を利用して剥離することができる。

また、第２のシート材７１８として、静電気等を防止する帯電防止対策を施したフィルム（以下、帯電防止フィルムと記す）を用いることもできる。帯電防止フィルムとしては、帯電防止可能な材料を樹脂中に分散させたフィルム、及び帯電防止可能な材料が貼り付けられたフィルム等が挙げられる。帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、片面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよいし、両面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよい。さらに、片面に帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、帯電防止可能な材料が設けられた面をフィルムの内側になるように層に貼り付けてもよいし、フィルムの外側になるように貼り付けてもよい。なお、帯電防止可能な材料はフィルムの全面、あるいは一部に設けてあればよい。ここでの帯電防止可能な材料としては、金属、インジウムと錫の酸化物（ＩＴＯ）、両性界面活性剤や陽イオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤等の界面活性剤用いることができる。また、他にも帯電防止材料として、側鎖にカルボキシル基および４級アンモニウム塩基をもつ架橋性共重合体高分子を含む樹脂材料等を用いることができる。これらの材料をフィルムに貼り付けたり、練り込んだり、塗布することによって帯電防止フィルムとすることができる。帯電防止フィルムを設けることによって、商品として取り扱う際に、外部からの静電気等によって半導体素子に悪影響が及ぶことを抑制することができる。

次に、開口部７１５を覆うように導電膜７１９を形成することによって素子群７３３を形成する（図９（Ｂ））。なお、導電膜７１９の形成前または形成後に導電膜７１２および７１３にレーザー光を照射することによって、電気的な接続を向上させてもよい。

次に、レーザー光を素子群７３３に選択的に照射することによって、複数の素子群に分断する（図１０（Ａ））。

次に、アンテナとして機能する導電膜７２２が形成された基板７２１に素子群７３３を圧着させる（図１０（Ｂ））。具体的には、基板７２１上に形成されたアンテナとして機能する導電膜７２２と素子群７３３の導電膜７１９とが電気的に接続するように貼り合わせて設ける。ここでは、接着性を有する樹脂７２３を用いて基板７２１と素子群７３３とを接着する。また、樹脂７２３に含まれる導電性粒子７２４を用いて導電膜７２２と導電膜７１９とを電気的に接続する。

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。つまり、上記実施の形態で示した材料や形成方法は、本実施の形態でも組み合わせて利用することができるし、本実施の形態で示した材料や形成方法も上記実施の形態でも組み合わせて利用することができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態３で示した作製方法を用いて得られた半導体装置の使用形態の一例について説明する。具体的には、非接触でデータの入出力が可能である半導体装置の適用例に関して図面を参照して以下に説明する。非接触でデータの入出力が可能である半導体装置は利用の形態によっては、ＲＦＩＤタグ、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。

半導体装置８０は、非接触でデータを交信する機能を有し、高周波回路８１、電源回路８２、リセット回路８３、クロック発生回路８４、データ復調回路８５、データ変調回路８６、他の回路の制御を行う制御回路８７、記憶回路８８およびアンテナ８９を有している（図１１（Ａ））。高周波回路８１はアンテナ８９より信号を受信して、データ変調回路８６より受信した信号をアンテナ８９から出力する回路であり、電源回路８２は受信信号から電源電位を生成する回路であり、リセット回路８３はリセット信号を生成する回路であり、クロック発生回路８４はアンテナ８９から入力された受信信号を基に各種クロック信号を生成する回路であり、データ復調回路８５は受信信号を復調して制御回路８７に出力する回路であり、データ変調回路８６は制御回路８７から受信した信号を変調する回路である。また、制御回路８７としては、例えばコード抽出回路９１、コード判定回路９２、ＣＲＣ判定回路９３および出力ユニット回路９４が設けられている。なお、コード抽出回路９１は制御回路８７に送られてきた命令に含まれる複数のコードをそれぞれ抽出する回路であり、コード判定回路９２は抽出されたコードとリファレンスに相当するコードとを比較して命令の内容を判定する回路であり、ＣＲＣ判定回路９３は判定されたコードに基づいて送信エラー等の有無を検出する回路である。

次に、上述した半導体装置の動作の一例について説明する。まず、アンテナ８９により無線信号が受信される。無線信号は高周波回路８１を介して電源回路８２に送られ、高電源電位（以下、ＶＤＤと記す）が生成される。ＶＤＤは半導体装置８０が有する各回路に供給される。また、高周波回路８１を介してデータ復調回路８５に送られた信号は復調される（以下、復調信号）。さらに、高周波回路８１を介してリセット回路８３およびクロック発生回路８４を通った信号及び復調信号は制御回路８７に送られる。制御回路８７に送られた信号は、コード抽出回路９１、コード判定回路９２およびＣＲＣ判定回路９３等によって解析される。そして、解析された信号にしたがって、記憶回路８８内に記憶されている半導体装置の情報が出力される。出力された半導体装置の情報は出力ユニット回路９４を通って符号化される。さらに、符号化された半導体装置８０の情報はデータ変調回路８６を通って、アンテナ８９により無線信号に載せて送信される。なお、半導体装置８０を構成する複数の回路においては、低電源電位（以下、ＶＳＳ）は共通であり、ＶＳＳはＧＮＤとすることができる。

このように、リーダ／ライタから半導体装置８０に信号を送り、当該半導体装置８０から送られてきた信号をリーダ／ライタで受信することによって、半導体装置のデータを読み取ることが可能となる。

また、半導体装置８０は、各回路への電源電圧の供給を電源（バッテリー）を搭載せず電磁波により行うタイプとしてもよいし、電源（バッテリー）を搭載して電磁波と電源（バッテリー）により各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。

上記実施の形態で示した作製方法を用いることによって、折り曲げることが可能な半導体装置を作製することが可能となるため、曲面を有する物体に貼り付けて設けることが可能となる。

次に、可撓性を有し、非接触でデータの入出力が可能な半導体装置の使用形態の一例について説明する。表示部３２１０を含む携帯端末の側面には、リーダ／ライタ３２００が設けられ、品物３２２０の側面には半導体装置３２３０が設けられる（図１１（Ｂ））。品物３２２０が含む半導体装置３２３０にリーダ／ライタ３２００をかざすと、表示部３２１０に品物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また、商品３２６０をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ／ライタ３２４０と、商品３２６０に設けられた半導体装置３２５０を用いて、該商品３２６０の検品を行うことができる（図１１（Ｃ））。このように、システムに半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。

また、上述した非接触データの入出力が可能である半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。

例えば、半導体装置における信号の伝送方式として、電磁結合方式または電磁誘導方式（例えば１３．５６ＭＨｚ帯）を適用する場合には、磁界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状（例えば、ループアンテナ）、らせん状（例えば、スパイラルアンテナ）に形成する。

また、半導体装置における信号の伝送方式として、マイクロ波方式（例えば、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ帯）、２．４５ＧＨｚ帯等）を適用する場合には、信号の伝送に用いる電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電層の長さ等の形状を適宜設定すればよい。例えば、基板１２０１上にアンテナとして機能する導電膜１２０２を線状（例えば、ダイポールアンテナ（図１３（Ａ））、平坦な形状（例えば、パッチアンテナ（図１３（Ｂ））またはリボン型の形状（図１３（Ｃ）、（Ｄ））等に形成した後、導電膜１２０２と電気的に接続するようにＩＣチップ１２０３（集積回路）を設けることができる。また、アンテナとして機能する導電膜１２０２の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。

アンテナとして機能する導電膜は、ＣＶＤ法、スパッタ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）から選択された元素、又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、単層構造又は積層構造で形成する。

例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電膜を形成する場合には、粒径が数ｎｍから数十μｍの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）およびチタン（Ｔｉ）等のいずれか一つ以上の金属粒子やハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、珪素樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電膜の形成にあたり、導電性のペーストを押し出した後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子（例えば粒径１ｎｍ以上１００ｎｍ以下）を用いる場合、１５０〜３００℃の温度範囲で焼成することにより硬化させて導電膜を得ることができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径２０μｍ以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや鉛フリーはんだは、低コストであるといった利点を有している。

また、上述した材料以外にも、セラミックやフェライト等をアンテナに適用してもよいし、他にもマイクロ波帯において誘電率および透磁率が負となる材料（メタマテリアル）をアンテナに適用することも可能である。

また、電磁結合方式または電磁誘導方式を適用する場合であって、アンテナを備えた半導体装置を金属に接して設ける場合には、当該半導体装置と金属との間に透磁率を備えた磁性材料を設けることが好ましい。アンテナを備えた半導体装置を金属に接して設ける場合には、磁界の変化に伴い金属に渦電流が流れ、当該渦電流により発生する反磁界によって、磁界の変化が弱められて通信距離が低下する。そのため、半導体装置と金属との間に透磁率を備えた材料を設けることにより金属の渦電流を抑制し通信距離の低下を抑制することができる。なお、磁性材料としては、高い透磁率を有し高周波損失の少ないフェライトや金属薄膜を用いることができる。

なお、上述した以外にも可撓性を有する半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図１２を用いて説明する。

紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す（図１２（Ａ））。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す（図１２（Ｂ））。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す（図１２（Ｃ））。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す（図１２（Ｄ））。書籍類とは、書物、本等を指す（図１２（Ｅ））。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指す（図１２（Ｆ））。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す（図１２（Ｇ））。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す（図１２（Ｈ））。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話機等を指す。

紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に半導体装置２０を設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に半導体装置２０を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に半導体装置２０を設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。半導体装置２０の設け方としては、物品の表面に貼ったり、物品に埋め込んだりして設ける。例えば、本ならば紙に埋め込んだり、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込んだりするとよい。可撓性を有する半導体装置を用いることによって、紙等に設けた場合であっても、上記実施の形態で示した構造を用いることにより、当該半導体装置に含まれる素子の破損等を防止することができる。

このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサーを備えた半導体装置を埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。

本実施例では、上記図１で示したようにレーザー発振器、補正レンズ、ビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、レーザー発振器の射出点の像が補正レンズにより結像される点に対してビームエキスパンダー光学系を移動させたときの計算結果に関して説明する。

まず、図１４に示すように、レーザー発振器６０１、補正レンズ６０２、ビームエキスパンダー光学系６０３を構成する凹レンズ６０３ａおよび凸レンズ６０３ｂ、被照射物６０４をレーザー発振器６０１から発振されるレーザー光の進行方向に向かって順に配置している光学系を仮定する。そして、レーザー発振器６０１から水平方向に対して角度θだけずらしてレーザー光６０５を発振させた場合において、凹レンズ６０３ａの配置（補正レンズ６０２と凹レンズ６０３ａとの距離Ｘ）を変化させた場合の被照射物６０４に照射されるレーザー光の照射位置の計算を行った。なお、照射位置は、θ＝０°の照射位置を基準として比較を行った。

なお、ここでは、レーザー発振器６０１から発振されたレーザー光６０５が補正レンズ６０２を介して凹レンズ６０３ａに入射する場合において、レーザー発振器６０１の射出点（または、ビームＷ、光源）を第１の共役点Ｏ_１とし、当該第１の共役点Ｏ_１の像が補正レンズ６０２を介して結像される点を第２の共役点Ｏ_２とし、第１の共役点Ｏ_１から補正レンズ６０２までの距離をａ、補正レンズ６０２から第２の共役点Ｏ_２までの距離をｂ、凹レンズ６０３ａの焦点距離をｆ_２とした場合に、ａ＝ｂ＝５００ｍｍ、ｆ_２＝１０．３ｍｍとして計算を行った。また、凹レンズ６０３ａと凸レンズ６０３ｂとの間隔は常に一定とした。

また、補正レンズ６０２の曲率半径を１３７ｍｍ、凹レンズ６０３ａの曲率半径を１１．３７ｍｍ、凸レンズ６０３ｂの曲率半径を２７１．５ｍｍとし、補正レンズ６０２の厚さを２．７ｍｍ、凹レンズ６０３ａの厚さを２．５５ｍｍ、凸レンズ６０３ｂの厚さを５．１ｍｍと仮定して計算を行った。

まず、θ＝０．００１７°とした場合に関して計算した結果を表１に示す。この値は、実際に、上記図１４に示すようにレーザー発振器、補正レンズ、ビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、温度変化等の使用環境の状態によって生じるレーザー発振器６０１から発振されるレーザー光の射出角度の変化を考慮した数値である。

表１より、θ＝０．００１７°の場合、Ｘ＝４７０ｍｍからＸ＝４９０ｍｍの範囲内、つまり第２の共役点Ｏ_２が、凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ_２からレーザー光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ_２の範囲内では、被照射物に照射されるレーザー光の照射位置のずれが十分小さいといえる。

また、Ｘ＝４９０ｍｍの場合（第２の共役点Ｏ_２と凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ_２とが概略重なる場合）に被照射物に照射されるレーザー光の照射位置のずれが最も小さい結果が得られた。

次に、レーザー発振器６０１から発振されたレーザー光の射出角度が大幅にずれた場合（ここでは、θ＝１°）を考慮して計算した結果を表２に示す。

表２より、θ＝１°の場合、第２の共役点Ｏ_２と凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ_２との位置が離れるにつれて（凹レンズ６０３ａにおける入射位置がずれるにつれ）、被照射物６０４に照射されるレーザー光の照射位置のずれが大きくなる結果が得られた。しかし、第２の共役点Ｏ_２と凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ_２とがほぼ重なる位置であるＸ＝４９０ｍｍの場合には、被照射物６０４に照射されるレーザー光の照射位置のずれが十分小さくなる結果が得られた。つまり、レーザー発振器６０１から発振されたレーザー光の射出角度が大幅にずれた場合であっても第２の共役点Ｏ_２と概略重なるように当該凹レンズ６０３ａを設けることによって、被照射物６０４におけるレーザー光の照射位置のずれを低減することができる。

以上の計算結果より、レーザー発振器６０１からの射出角度θが変化した場合であっても、第２の共役点Ｏ_２が凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ_２からレーザー光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ_２の範囲内では、レーザー光の照射位置のずれは十分小さくなる。さらに、第２の共役点Ｏ_２と凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ_２とが概略重なる場合に被照射物に照射されるレーザー光の照射位置のずれが最も小さくなる。従って、レーザー発振器とビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けてビームエキスパンダー光学系へのレーザー光の入射位置のずれを低減することによって、被照射物へのレーザー光の照射位置のずれを低減することができる。

次に、図１４において、凹レンズ６０３ａを凸レンズ６１３ａに置き換えた場合（図１５）に関して、同様に検討を行った結果を示す。なお、凸レンズ６１３ａの曲率半径を１１．３７ｍｍ、厚さを２．５５ｍｍとし、凸レンズ６１３ａの焦点距離ｆ_２をｆ_２＝１０．３ｍｍとして計算を行った。その他の条件は、図１４と同様に設定した。

まず、θ＝０．００１７°とした場合に関して計算した結果を表３に示す。この値は、実際に、上記図１５に示すようにレーザー発振器、補正レンズ、ビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、温度変化等の使用環境の状態により生じるレーザー発振器６０１から発振されるレーザー光の射出角度の変化を考慮した数値である。

表３より、θ＝０．００１７°の場合、Ｘ＝４９０ｍｍからＸ＝５３０ｍｍの範囲内、つまり第２の共役点Ｏ_２が、凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ_２からレーザー光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ_２の範囲内では、被照射物に照射されるレーザー光の照射位置のずれが十分小さいといえる。

また、Ｘ＝５１０ｍｍの場合（第２の共役点Ｏ_２と凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ_２とが概略重なる場合）に被照射物に照射されるレーザー光の照射位置のずれが最も小さい結果が得られた。

次に、レーザー発振器６０１から発振されたレーザー光の射出角度が大幅にずれた場合（ここでは、θ＝１°）を考慮して計算した結果を表４に示す。

表４より、θ＝１°の場合、第２の共役点Ｏ_２と凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ_２との位置が離れるにつれて（凸レンズ６１３ａにおける入射位置がずれるにつれ）、レーザー光の照射位置のずれが大きくなる結果が得られた。しかし、第２の共役点Ｏ_２と凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ_２とがほぼ重なる位置であるＸ＝５１０ｍｍの場合には、被照射物６０４に照射されるレーザー光の照射位置のずれが十分小さくなる結果が得られた。つまり、レーザー発振器６０１から発振されたレーザー光の射出角度が大幅にずれた場合であっても第２の共役点Ｏ_２と概略重なるように当該凸レンズ６１３ａを設けることによって、被照射物６０４におけるレーザー光の照射位置のずれを低減することができる。

以上の計算結果より、レーザー発振器６０１からの射出角度θが変化した場合であっても、第２の共役点Ｏ_２が凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ_２からレーザー光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ_２の範囲内では、レーザー光の照射位置のずれは十分小さくなる。さらに、第２の共役点Ｏ_２と凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ_２とが概略重なる場合に被照射物に照射されるレーザー光の照射位置のずれが最も小さくなる。従って、レーザー発振器とビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けてビームエキスパンダー光学系へのレーザー光の入射位置のずれを低減することによって、被照射物へのレーザー光の照射位置のずれを低減することができる。

本発明のレーザー光照射装置の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置の一例を示す図。従来のレーザー光照射装置の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。本発明のレーザー照射装置を用いて作製した半導体装置の使用形態の一例を示す図。本発明のレーザー照射装置を用いて作製した半導体装置の使用形態の一例を示す図。本発明のレーザー照射装置を用いて作製した半導体装置の使用形態の一例を示す図。本発明のレーザー光照射装置の計算に用いた構成を示す図。本発明のレーザー光照射装置の計算に用いた構成を示す図。

符号の説明

２０半導体装置
８０半導体装置
８１高周波回路
８２電源回路
８３リセット回路
８４クロック発生回路
８５データ復調回路
８６データ変調回路
８７制御回路
８８記憶回路
８９アンテナ
９１コード抽出回路
９２コード判定回路
９３ＣＲＣ判定回路
９４出力ユニット回路
１０１レーザー発振器
１０２補正レンズ
１０３ビームエキスパンダー光学系
１０３ａ凹レンズ
１０３ｂ凸レンズ
１０４被照射物
１０５レーザー光
２０３ビームエキスパンダー光学系
２０３ａ第１の凸レンズ
２０３ｂ第２の凸レンズ
５０１レーザー発振器
５０２ビームエキスパンダー光学系
５０３被照射物
５０４レーザー光
６０１レーザー発振器
６０２補正レンズ
６０３ビームエキスパンダー光学系
６０３ａ凹レンズ
６０３ｂ凸レンズ
６０４被照射物
６０５レーザー光
６１３ａ凸レンズ
７０１基板
７０２剥離層
７０３絶縁膜
７０４半導体膜
７０４ａ半導体膜
７０４ｂ半導体膜
７０４ｃ半導体膜
７０４ｄ半導体膜
７０５ゲート絶縁膜
７０６ａ不純物領域
７０６ｂ不純物領域
７０６ｃチャネル領域
７０７ゲート電極
７０８絶縁膜
７０９絶縁膜
７１０絶縁膜
７１１絶縁膜
７１２導電膜
７１３導電膜
７１４絶縁膜
７１５開口部
７１６開口部
７１７第１のシート材
７１８第２のシート材
７１９導電膜
７２１基板
７２２導電膜
７２３樹脂
７２４導電性粒子
７３０ａトランジスタ
７３０ｂトランジスタ
７３０ｃトランジスタ
７３０ｄトランジスタ
７３１導電膜
７３２層
７３３素子群
９０１レーザー発振器
９０２補正レンズ
９０３ビームエキスパンダー光学系
９０３ａ凹レンズ
９０３ｂ凸レンズ
９０４回折光学素子
９０５ミラー
９０８吸着ステージ
９０９Ｘステージ
９１０Ｙステージ
１２０１基板
１２０２導電膜
１２０３ＩＣチップ
３２１０表示部
３２００リーダ／ライタ
３２２０品物
３２３０半導体装置
３２４０リーダ／ライタ
３２５０半導体装置
３２６０商品

Claims

レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は入射口に凹レンズを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記凹レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記凹レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ｜、
を満たすことを特徴とするレーザー光照射装置。
レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は入射口に凹レンズを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記凹レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記凹レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが概略、Ｘ＝ｂ−｜ｆ｜、
であることを特徴とするレーザー光照射装置。
レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザー光を入射させる回折光学素子と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は、前記レーザー光の進行方向において順に設けられた凹レンズと凸レンズとを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記凹レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記凹レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋｜ｆ｜、
を満たすことを特徴とするレーザー光照射装置。
レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザー光を入射させる回折光学素子と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は、前記レーザー光の進行方向において順に設けられた凹レンズと凸レンズとを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記凹レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記凹レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが概略、Ｘ＝ｂ−｜ｆ｜、
であることを特徴とするレーザー光照射装置。
レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は入射口に凸レンズを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記凸レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記凸レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、ｂ−｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ｜、
を満たすことを特徴とするレーザー光照射装置。
レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は入射口に凸レンズを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記凸レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記凸レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが概略、Ｘ＝ｂ＋｜ｆ｜、
であることを特徴とするレーザー光照射装置。
レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザー光を入射させる回折光学素子と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は、前記レーザー光の進行方向において順に設けられた第１の凸レンズと第２の凸レンズとを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記第１の凸レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記第１の凸レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、ｂ−｜ｆ｜≦Ｘ≦ｂ＋３｜ｆ｜、
を満たすことを特徴とするレーザー光照射装置。
レーザー発振器と、前記レーザー発振器から発振されたレーザー光を入射させるビームエキスパンダー光学系と、前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザー光を入射させる回折光学素子と、前記レーザー発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、
前記ビームエキスパンダー光学系は、前記レーザー光の進行方向において順に設けられた第１の凸レンズと第２の凸レンズとを有し、
前記レーザー発振器の射出点を第１の共役点、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をｂ、前記第１の凸レンズの焦点距離をｆ、前記補正レンズと前記第１の凸レンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが概略、Ｘ＝ｂ＋｜ｆ｜、
であることを特徴とするレーザー光照射装置。
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記補正レンズは、凸レンズであることを特徴とするレーザー光照射装置。