JP5222450B2 - Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明はレーザビームのエネルギー分布をある特定の領域で均一化する加工方法に関する。また、レーザビームを用いた半導体膜のアニール(以下、レーザアニールという)を行うためのレーザ照射装置(レーザと該レーザから出力されるレーザビームを被処理体まで導くための光学系を含む装置)に関する。また、前記レーザアニールを工程に含んで作製された半導体装置の作製方法に関する。なお、本明細書中において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、液晶表示装置やEL表示装置等の電気光学装置及び該電気光学装置を部品として含む電子装置もその範疇にあるとする。  The present invention relates to a processing method for making the energy distribution of a laser beam uniform in a specific region. Further, a laser irradiation apparatus for annealing a semiconductor film using a laser beam (hereinafter referred to as laser annealing) (an apparatus including an optical system for guiding a laser and a laser beam output from the laser to an object to be processed). About. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device manufactured by including the laser annealing in a process. Note that in this specification, a semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics, and includes an electro-optical device such as a liquid crystal display device or an EL display device and an electronic device including the electro-optical device as a component. Assume that the device is also in that category.

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(単結晶でない、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜)、即ち非単結晶半導体膜に対し、レーザアニールを行い、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。  In recent years, an amorphous semiconductor film or a crystalline semiconductor film (a semiconductor film having crystallinity such as polycrystalline or microcrystalline) that is formed over an insulating substrate such as glass, that is, a non-single-crystal semiconductor film is used. Techniques for performing laser annealing to crystallize or improve crystallinity have been widely studied. A silicon film is often used as the semiconductor film.

ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでいる。このような性質から、ガラスは大面積基板の作製に良く利用される。これが上記研究の行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度をあまり上昇させずに非単結晶膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。  A glass substrate is inexpensive and rich in workability as compared with a quartz substrate that has been conventionally used. Because of these properties, glass is often used for manufacturing large-area substrates. This is the reason for the above research. In addition, the reason why lasers are used favorably for crystallization is that the melting point of the glass substrate is low. The laser can give high energy only to the non-single crystal film without raising the temperature of the substrate so much.

熱による非晶質半導体膜の結晶化を行うには、600℃以上の加熱温度と10時間以上、好ましくは20時間以上の加熱時間が必要であった。この結晶化条件に耐える基板には、例えば、石英基板がある。しかしながら、石英基板は高価で加工性に乏しく、特に大面積に加工するのは非常に困難であった。基板の大面積化は特に生産効率を上げるためには必要不可欠な要素である。近年、生産効率の向上のために基板を大面積化する動きが著しく、新しく建設される生産工場のラインは、基板サイズ600mm×720mmが標準となりつつある。In order to crystallize the amorphous semiconductor film by heat, a heating temperature of 600 ° C. or more and a heating time of 10 hours or more, preferably 20 hours or more are required. An example of a substrate that can withstand this crystallization condition is a quartz substrate. However, the quartz substrate is expensive and poor in workability, and it is very difficult to process a large area. Increasing the area of the substrate is an indispensable element for increasing production efficiency. In recent years, there has been a significant movement to increase the area of a substrate to improve production efficiency, and a newly constructed production factory line is becoming standard with a substrate size of 600 mm × 720 mm.

このような大面積基板に石英基板を加工することは現在の技術では難しく、たとえできたとしても高価で産業的でない。一方、大面積基板を容易に作製できる材料に、例えばガラスがある。ガラス基板には、例えばコーニング7059と呼ばれているものがある。コーニング7059は非常に安価で加工性に富み、大面積化も容易である。しかしながら、コーニング7059は歪点温度が593℃であり、600℃以上の加熱には問題があった。Processing a quartz substrate on such a large-area substrate is difficult with current technology, and even if possible, it is expensive and not industrial. On the other hand, glass is an example of a material that can easily produce a large-area substrate. There is a glass substrate called, for example, Corning 7059. Corning 7059 is very inexpensive, has good processability, and is easy to increase in area. However, Corning 7059 has a strain point temperature of 593 ° C., and there was a problem with heating above 600 ° C.

ガラス基板の1つに、歪点温度が比較的高いコーニング1737というものがある。これの歪点温度は667℃と高い。コーニング1737に非晶質半導体膜を成膜し、前記非晶質半導体膜の温度を600℃として20時間保持しても、作製工程に影響するほどの基板の変形は見られなかった。これにより、前記非晶質半導体膜は結晶化した。しかしながら、20時間の加熱時間は生産工程としては長すぎ、加熱温度600℃は、コストの面から考えると、少しでも低い方が好ましかった。One glass substrate is Corning 1737, which has a relatively high strain point temperature. The strain point temperature is as high as 667 ° C. Even when an amorphous semiconductor film was formed on Corning 1737 and the temperature of the amorphous semiconductor film was maintained at 600 ° C. for 20 hours, the substrate was not deformed so as to affect the manufacturing process. Thereby, the amorphous semiconductor film was crystallized. However, the heating time of 20 hours is too long for the production process, and the heating temperature of 600 ° C. is preferably as low as possible from the viewpoint of cost.

このような問題を解決するため、新しい結晶化の方法が考案された。前記方法の詳細は特開平7-183540号公報に記載されている。ここで、前記方法を簡単に説明する。まず、非晶質半導体膜にニッケルまたは、パラジウム、または鉛等の元素を微量に添加する。添加の方法は、プラズマ処理法や蒸着法、イオン注入法、スパッタ法、溶液塗布法等を利用すればよい。前記添加の後、例えば550℃の窒素雰囲気に4時間、非晶質半導体膜を置くと、特性の良好な多結晶半導体膜が得られる。結晶化に最適な加熱温度や加熱時開等は、前記元素の添加量や、非晶質半導体膜の状態による。In order to solve such problems, a new crystallization method has been devised. Details of the method are described in JP-A-7-183540. Here, the method will be briefly described. First, a trace amount of an element such as nickel, palladium, or lead is added to the amorphous semiconductor film. As the addition method, a plasma treatment method, a vapor deposition method, an ion implantation method, a sputtering method, a solution coating method, or the like may be used. After the addition, for example, when the amorphous semiconductor film is placed in a nitrogen atmosphere at 550 ° C. for 4 hours, a polycrystalline semiconductor film having good characteristics can be obtained. The optimum heating temperature for crystallization, opening during heating, and the like depend on the amount of the element added and the state of the amorphous semiconductor film.

以上、加熱による非晶質半導体膜の結晶化方法の例を記した。一方、レーザアニールによる結晶化は、基板の温度を余り上昇させずに、非晶質半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることが出来るため、歪点温度の低いガラス基板には勿論、プラスティック基板等にも用いることが出来る。In the above, the example of the crystallization method of the amorphous semiconductor film by heating was described. On the other hand, crystallization by laser annealing can give high energy only to the amorphous semiconductor film without increasing the temperature of the substrate so much. Can also be used.

レーザアニールによく用いられるレーザはエキシマレーザ、Arレーザである。出力の大きいパルス発振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、例えば長さ10cm以上の線状となるように光学系にて加工し、レーザビームの照射位置を被照射面に対し相対的に走査させてレーザアニールを行う方法は、生産性が高く量産に優れているため、好んで使用されている。特に、被照射面においてレーザビームの形状が線状であるレーザビーム(以下、線状ビームと表記する)を用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザビームを用いた場合とは異なり、線状ビームの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射することができるため、生産性が高い。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率の良い走査方向であるからである。この高い生産性により、レーザアニールには大出力のレーザを適当な光学系で加工した線状ビームを使用することが主流になりつつある。Lasers often used for laser annealing are excimer laser and Ar laser. A laser beam of high output pulse oscillation is processed by an optical system so as to form a square spot of several centimeters square or a linear shape of, for example, a length of 10 cm or more on the irradiated surface, and the irradiation position of the laser beam is determined. In contrast, the method of performing laser annealing by scanning relatively is favorably used because of its high productivity and excellent mass production. In particular, when a laser beam having a linear laser beam shape on the surface to be irradiated (hereinafter referred to as a linear beam) is used, it is different from the case of using a spot laser beam that requires front / rear / right / left scanning. Since the entire irradiated surface can be irradiated by scanning only in the direction perpendicular to the linear direction of the linear beam, the productivity is high. The reason for scanning in the direction perpendicular to the line direction is that it is the most efficient scanning direction. Due to this high productivity, the use of a linear beam obtained by processing a high-power laser with an appropriate optical system is becoming the mainstream for laser annealing.

図2に、被照射面においてレーザビームの形状を線状に加工するための光学系の例を示す。前記光学系は、レーザビームの形状を線状に加工するだけでなく、同時に、被照射面におけるレーザビームのエネルギーの均一化を果たすものである。一般にビームのエネルギーの均一化を行う光学系を、ビームホモジナイザと呼ぶ。  FIG. 2 shows an example of an optical system for processing the shape of the laser beam into a linear shape on the irradiated surface. The optical system not only processes the shape of the laser beam into a linear shape, but also achieves uniformization of the energy of the laser beam on the irradiated surface. In general, an optical system that makes beam energy uniform is called a beam homogenizer.

まず、図2の側面図について説明する。レーザ発振器201から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ202により、レーザビームの進行方向に対し直角方向に分割される。前記直角方向を本明細書中では、短尺方向と呼ぶことにする。図2では、4分割となっている。これらの分割されたレーザビームは、シリンドリカルレンズ204により、いったん1つのレーザビームに合成される。さらにミラー206で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ207により、照射面208にて再び1つのレーザビームに合成される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、2枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことをいう。これにより、線状ビームの短尺方向のエネルギーの均一化が成され、かつ、短尺方向の長さが決定される。First, the side view of FIG. 2 will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 201 is divided by the cylindrical lens array 202 in a direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. In the present specification, the perpendicular direction is referred to as a short direction. In FIG. 2, there are four divisions. These divided laser beams are once combined into one laser beam by the cylindrical lens 204. Further, the light is reflected by the mirror 206, and then again combined into one laser beam on the irradiation surface 208 by the doublet cylindrical lens 207. The doublet cylindrical lens refers to a lens composed of two cylindrical lenses. As a result, the energy in the short direction of the linear beam is made uniform, and the length in the short direction is determined.

次に、図2の上面図について説明する。レーザ発振器201から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ203により、レーザビームの進行方向に対し直角で、短尺方向に対し直角な方向に分割される。前記方向を本明細書中では、長尺方向と呼ぶことにする。図2では、7分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ205にて、レーザビームは照射面208にて1つに合成される。これにより、線状ビームの長さ方向のエネルギーの均一化が成され、長尺方向の長さが決定される。Next, the top view of FIG. 2 will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 201 is divided by the cylindrical lens array 203 into a direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the short direction. The direction is referred to as the long direction in the present specification. In FIG. 2, there are seven divisions. Thereafter, the laser beam is combined into one at the irradiation surface 208 by the cylindrical lens 205. Thereby, the energy in the longitudinal direction of the linear beam is made uniform, and the length in the longitudinal direction is determined.

上記の諸レンズは、エキシマレーザに対応するため合成石英製である。また、エキシマレーザをよく透過するように表面に反射防止のコーティングを行っている。これにより、レンズ1つあたりのエキシマレーザの透過率は99%以上になった。The above lenses are made of synthetic quartz in order to cope with the excimer laser. In addition, an antireflection coating is applied to the surface so that the excimer laser can be transmitted well. As a result, the transmittance of the excimer laser per lens became 99% or more.

上記の光学系で加工された線状ビームをその短尺方向に徐々にずらしながら重ねて照射することにより、非単結晶半導体膜全面に対しレーザアニールを行い、結晶化させたり、結晶性を向上させることができる。Laser annealing is performed on the entire surface of the non-single-crystal semiconductor film to crystallize or improve crystallinity by irradiating the linear beam processed by the above optical system while gradually shifting in the short direction. be able to.

上記レーザアニールにより得られた結晶性半導体膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶半導体膜と呼ばれる。多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に高い移動度を有する。このため、多結晶半導体膜を利用すると、例えば、従来の非晶質半導体膜を使って作製した半導体装置では実現できなかったモノリシック型の液晶電気光学装置(一枚の基板上に、画素駆動用と駆動回路用の薄膜トランジスタ(TFT)を作製した半導体装置)の作製ができる。このように、多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜と比較し、非常に特性の高い半導体膜である。Since the crystalline semiconductor film obtained by the laser annealing is made of many crystal grains, it is called a polycrystalline semiconductor film. A polycrystalline semiconductor film has very high mobility compared to an amorphous semiconductor film. Therefore, when a polycrystalline semiconductor film is used, for example, a monolithic liquid crystal electro-optical device (on a single substrate for pixel driving) that cannot be realized by a semiconductor device manufactured using a conventional amorphous semiconductor film. And a semiconductor device in which a thin film transistor (TFT) for a driver circuit is manufactured. As described above, the polycrystalline semiconductor film is a semiconductor film having very high characteristics as compared with the amorphous semiconductor film.

上記で示した方法の他に、非晶質半導体膜に対し、加熱による結晶化を行った後にレーザアニールによる結晶化を行う方法もある。この方法を行うと、加熱またはレーザアニールのどちらかだけで結晶化を行う場合より半導体膜としての特性が向上する場合がある。高い特性を得るためには、加熱条件とレーザアニール条件を最適化する必要がある。前記方法を用いて得られた多結晶半導体膜を使い、例えば公知の方法で薄膜トランジスタ(TFT)を作製すると前記TFTの電気的特性が大きく向上する。In addition to the method described above, there is a method of performing crystallization by laser annealing after crystallization by heating the amorphous semiconductor film. When this method is performed, the characteristics as a semiconductor film may be improved compared to the case where crystallization is performed only by heating or laser annealing. In order to obtain high characteristics, it is necessary to optimize heating conditions and laser annealing conditions. For example, when a thin film transistor (TFT) is manufactured by a known method using a polycrystalline semiconductor film obtained by the above method, the electrical characteristics of the TFT are greatly improved.

発明が解決しようとする課題Problems to be solved by the invention

より高い電気的特性をもつ半導体膜をより安価で作製するためには、レーザアニールの技術が必要不可欠となってきている。しかしながら、レーザ発振器の性能は、大量生産を行うにはまだ不充分で、解決すべき課題を多く残している。前記課題の1つにレーザアニールに用いられる装置のメンテナンス性が挙げられる。半導体膜のレーザアニールを行うには、レーザ発振器と、レーザビームのエネルギー分布を均一化し所望の形状に加工する光学系と、半導体膜を設置するステージと、半導体膜を搬送するロボットと、が少なくとも必要となる。In order to manufacture a semiconductor film having higher electrical characteristics at a lower cost, a laser annealing technique has become indispensable. However, the performance of laser oscillators is still insufficient for mass production, leaving many problems to be solved. One of the problems is the maintainability of the apparatus used for laser annealing. In order to perform laser annealing of a semiconductor film, at least a laser oscillator, an optical system that uniformizes the energy distribution of the laser beam and processes it into a desired shape, a stage on which the semiconductor film is installed, and a robot that transports the semiconductor film are at least Necessary.

レーザ発振器には、よくエキシマレーザが用いられている。エキシマレーザは紫外光を発するため代表的な半導体膜である珪素膜に対し吸収性が非常に高く、また大出力を有しているため生産性が高い。しかしながらエキシマレーザは非常に高価で装置の寿命も短く、頻繁に部品の入れ替えを行ったり、発振に必要なガスを定期的に交換しなければならず、メンテナンスに多大な時間がかかる。これによる費用の発生は莫大で、エキシマレーザに替わるレーザアニール装置の開発が急務となっている。An excimer laser is often used as the laser oscillator. An excimer laser emits ultraviolet light, and therefore has a very high absorbability with respect to a silicon film, which is a typical semiconductor film, and has a high output and thus has high productivity. However, the excimer laser is very expensive and has a short apparatus life, and it is necessary to frequently replace parts and periodically replace gas necessary for oscillation, which requires a lot of maintenance. The cost generated by this is enormous, and there is an urgent need to develop a laser annealing apparatus to replace the excimer laser.

1990年代後半に、さまざまなレーザが新たに開発され、あるいは改良され、レーザの需要が急速に高まってきた。それらのレーザの中で、半導体膜のレーザアニール用に適していると目されているのがYAGレーザである。半導体膜のレーザアニールが行われはじめた初期の段階では、YAGレーザを半導体膜の結晶化に用いる動きもあったが、出力の安定性が悪く、出力もエキシマレーザと比較すると小さく、また、高調波に変換しなければならない等の理由で、エキシマレーザにその地位を譲っていた。In the late 1990s, various lasers were newly developed or improved, and the demand for lasers increased rapidly. Among these lasers, the YAG laser is regarded as suitable for laser annealing of semiconductor films. In the early stages when laser annealing of semiconductor films began, there was a movement to use YAG lasers for crystallization of semiconductor films, but the output stability was poor and the output was smaller than that of excimer lasers. The excimer laser was given its status because it had to be converted into waves.

しかしながら、近年、急速にYAGレーザの大出力化が進み、また、出力の安定性も高くなったことから、再びYAGレーザのレーザアニールへの適用が試みられるようになった。半導体膜の結晶化に用いる場合、半導体膜の吸収係数の関係でYAGレーザは高調波に変換しなければならないが、変換後も十分な出力が確保できている。However, in recent years, the output of YAG laser has been rapidly increased and the stability of the output has been increased. Therefore, application of YAG laser to laser annealing has been attempted again. When used for crystallization of a semiconductor film, the YAG laser must be converted into a harmonic due to the absorption coefficient of the semiconductor film, but a sufficient output can be secured even after the conversion.

YAGレーザの長所は、主にメンテナンス性の良さ、コンパクト性、低価格にある。YAGレーザは、固体レーザであるから、エキシマレーザのようにガスを使わないので、励起源の劣化による交換の必要がない。固体レーザの励起源(ロッド)の寿命は20年以上といわれている。また、レーザ発振に必要な部品点数がエキシマレーザに比べて非常に少ない。The advantages of YAG laser are mainly good maintainability, compactness and low price. Since the YAG laser is a solid-state laser, it does not use a gas like an excimer laser, so there is no need for replacement due to deterioration of the excitation source. The lifetime of the solid laser excitation source (rod) is said to be 20 years or more. Also, the number of parts required for laser oscillation is very small compared to the excimer laser.

以上、YAGレーザの長所に関し列挙したが、解決すべき課題も多く残している。まず、発振周波数がエキシマレーザに比べて低いので生産性が低い。フラッシュランプ励起のYAGレーザでは、ロッドの温度が必要以上に上昇すると、熱レンズ効果が顕著になりレーザビームの形状が著しく悪くなる上、高周波数が得づらいからである。その点に関しては、近年、ロッドの温度の上昇を抑えることのできるLD励起(レーザーダイオード励起)のYAGレーザが開発され、解決のめどがついた。Although the advantages of YAG laser are listed above, there are still many problems to be solved. First, since the oscillation frequency is lower than that of an excimer laser, productivity is low. This is because in a flash lamp-pumped YAG laser, if the temperature of the rod rises more than necessary, the thermal lens effect becomes remarkable, the shape of the laser beam becomes remarkably worse, and a high frequency is difficult to obtain. In that regard, the recently, YAG laser LD excitation which can suppress an increase in the temperature of the rod (laser diode excitation) have been developed, with the prospect of solving.

その他の問題に、YAGレーザの干渉性が挙げられる。一般にレーザは、干渉性に優れている。よって、レーザビームを分割して合成し、均一なエネルギーを持つビームにする方法にて線状ビームを得ると、線状ビーム内に干渉が起こり定在波が生じる。しかしながら、エキシマレーザのコヒーレント長は数十μmとレーザとしては非常に短いので、干渉が起こりにくく前記定在波も確認しづらい。Another problem is the coherence of the YAG laser. In general, a laser is excellent in interference. Therefore, when a linear beam is obtained by dividing and combining laser beams into a beam having uniform energy, interference occurs in the linear beam and a standing wave is generated. However, since the excimer laser has a coherent length of several tens of μm, which is very short for a laser, interference hardly occurs and it is difficult to confirm the standing wave.

一方、YAGレーザのコヒーレント長は1cm前後あるので、前記定在波は非常に強いものになる。図3にYAGレーザのビームを2分割し合成したものの内にできる定在波を示す。CCDカメラによりエネルギー分布を得たもので、サインカーブの模様がはっきりとみてとれる。On the other hand, since the coherent length of the YAG laser is around 1 cm, the standing wave becomes very strong. FIG. 3 shows a standing wave generated in the YAG laser beam divided into two and synthesized. The energy distribution is obtained by a CCD camera, and the sine curve pattern can be clearly seen.

本発明の課題は、高い干渉性を有するレーザビームのエネルギー分布を均一化することにある。本発明は、特にYAGレーザや、YVO4レーザ、YLFレーザなどの比較的コヒーレント長の長いレーザビームのエネルギー分布を均一化する際に有効である。  An object of the present invention is to make the energy distribution of a laser beam having high coherence uniform. The present invention is particularly effective when uniformizing the energy distribution of a laser beam having a relatively long coherent length, such as a YAG laser, YVO4 laser, or YLF laser.

課題を解決するための手段Means for solving the problem

本発明は、ビームホモジナイザにより形成される線状ビームの干渉縞を低減する方法を用いて半導体装置を作製する方法を提供する。The present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device using a method of reducing interference fringes of a linear beam formed by a beam homogenizer.

レーザは、レーザビームの偏光性を揃え直線偏光とすることが可能である。一般に、互いに偏光方向が直交するレーザビームを合成しても干渉縞の出ないことが知られている。また、円偏光のレーザビームとしてもよい。円偏光のレーザビームは、互いに円偏光の回転方向が異なる場合、干渉することがない。このように偏光方向が互いに独立である光は、干渉しあうことはない。この性質を利用すれば、本発明の目的とする効果が得られる。  The laser can make the polarization of the laser beam uniform and make it linearly polarized light. In general, it is known that interference fringes do not occur even when laser beams having mutually orthogonal polarization directions are combined. Alternatively, a circularly polarized laser beam may be used. Circularly polarized laser beams do not interfere when the rotational directions of the circularly polarized light are different from each other. In this way, the lights whose polarization directions are independent from each other do not interfere with each other. By utilizing this property, the intended effect of the present invention can be obtained.

よって、偏光方向が互いに直交するレーザビームを合成して均一化すれば、干渉は起こらない。YAGレーザ等は直線偏光のレーザビームを射出することが可能であるため、レーザビームを2分割し、2分割したレーザビームの一方には何もせず、他の一方には偏光方向を90°回転させるために、λ/2板を挿入すれば、互いに偏光方向の直交するレーザビームを形成できる。しかしながら、この方法では2分割しかできないので、均一化には不十分な場合がある。よって、本方法を他の方法と組み合わせて分割数を増やし、十分な均一性を得る工夫をする。Therefore, if the laser beams whose polarization directions are orthogonal to each other are synthesized and made uniform, no interference occurs. Since YAG lasers can emit a linearly polarized laser beam, the laser beam is divided into two parts, nothing is performed on one of the two divided laser beams, and the polarization direction is rotated by 90 ° for the other. Therefore, if a λ / 2 plate is inserted, laser beams whose polarization directions are orthogonal to each other can be formed. However, since this method can only divide into two, it may be insufficient for uniformization. Therefore, the present method is combined with other methods to increase the number of divisions and to devise sufficient uniformity.

干渉性の高いレーザを使って、エネルギーの均一な線状ビームを得るためには、線状ビームの長尺方向と短尺方向の両方において均一化を図ることが好ましい。よって、少なくとも2分割×2分割、つまり4分割したレーザビームを1つに合成して均一な線状ビームを作るとよい。均一な線状ビームを形成するときにまず重要なことは、長尺方向のエネルギー分布を均一化することにある。長尺方向の均一性は、長尺方向のレーザアニールの均一性にそのまま反映されるからである。一方、短尺方向の均一性は、長尺方向の均一性ほど重要ではない。線状ビームを短尺方向に細かく重ねることで、レーザアニールの均一性を上げることができるからである。よって、線状ビームの短尺方向においての均一化は、偏光方向が互いに直交する2つのレーザビームを合成することで行い、線状ビームの長尺方向においての均一化は、他の方法で均一化する。  In order to obtain a linear beam with uniform energy using a highly coherent laser, it is preferable to make the linear beam uniform in both the long and short directions. Therefore, it is preferable to synthesize at least two divided by two, that is, four divided laser beams into one to form a uniform linear beam. The first important thing when forming a uniform linear beam is to make the energy distribution in the longitudinal direction uniform. This is because the uniformity in the longitudinal direction is directly reflected in the uniformity of laser annealing in the longitudinal direction. On the other hand, the uniformity in the short direction is not as important as the uniformity in the long direction. This is because the uniformity of laser annealing can be increased by overlapping linear beams in the short direction. Therefore, the linear beam is made uniform in the short direction by combining two laser beams whose polarization directions are orthogonal to each other, and the linear beam in the long direction is made uniform by other methods. To do.

また、同一光源から射出したレーザビームでも、コヒーレント長以上の光路差をもって合成されたレーザビームには干渉が起きない。この性質を利用すれば、3分割以上のレーザビームを合成しても、干渉を起こすことなく、レーザビームを均一化することができる。たとえば、レーザビームに対し透過性の高い板を光路に挿入することで、光路差を作ることができる。Further, even when laser beams are emitted from the same light source, no interference occurs in a laser beam synthesized with an optical path difference equal to or greater than the coherent length. If this property is used, even if a laser beam of three or more parts is combined, the laser beam can be made uniform without causing interference. For example, an optical path difference can be created by inserting a plate having high transparency with respect to the laser beam into the optical path.

なお、本発明で使用する光学系は、非常に収差の小さいものが要求される。レーザビームの高い干渉性は、球面収差などにより、波状のエネルギー分布を作り出す元となるからである。図6に、いろいろなシリンドリカルレンズを通したYAGレーザのレーザビームのエネルギー分布を示す。図中のFは、レンズの口径に対する焦点距離の比であり、Fが小さいほど球面収差が大きくなる。The optical system used in the present invention is required to have a very small aberration. This is because the high coherence of the laser beam is a source of creating a wavy energy distribution due to spherical aberration and the like. FIG. 6 shows the energy distribution of the laser beam of the YAG laser that passes through various cylindrical lenses. F in the figure is the ratio of the focal length to the aperture of the lens, and the smaller the F, the larger the spherical aberration.

図6(a)に、使用したYAGレーザのレーザビームのエネルギー分布を示す。これは、YAGレーザのレーザビームを直接非晶質珪素膜に照射した跡の写真である。図6(a)の写真には、目立ったエネルギーの不均一は見られない。一方、図6(b)に、前記YAGレーザのレーザビームをF=7のシリンドリカルレンズに通し、同様に非晶質珪素膜に照射した写真を示す。横方向に縞模様がはっきりと見て取れる。これは、F=7のシリンドリカルレンズの球面収差により生じたエネルギー分布である。図6(c)は、F=20のシリンドリカルレンズを通したものであり、図6(d)は、F=100のシリンドリカルレンズを通したものである。F=7のシリンドリカルレンズを通したレーザビームは、球面収差の影響を大きく受け、波状のエネルギー分布を生じている。一方、F=20のシリンドリカルレンズを通したレーザビームは、球面収差が比較的抑えられており、波状のエネルギー分布も目立たなくなった。また、F=100のシリンドリカルレンズを通したレーザビームには、波状のエネルギー分布は見られなかった。FIG. 6A shows the energy distribution of the used YAG laser. This is a photograph of traces of direct irradiation of the amorphous silicon film with the YAG laser beam. There is no noticeable energy non-uniformity in the photograph of FIG. On the other hand, FIG. 6B shows a photograph in which the laser beam of the YAG laser is passed through a cylindrical lens of F = 7 and similarly irradiated to the amorphous silicon film. The striped pattern is clearly visible in the horizontal direction. This is the energy distribution caused by the spherical aberration of the cylindrical lens with F = 7. FIG. 6C is a view through a cylindrical lens with F = 20, and FIG. 6D is a view through a cylindrical lens with F = 100. The laser beam that has passed through the cylindrical lens with F = 7 is greatly affected by spherical aberration, and has a wavy energy distribution. On the other hand, the spherical aberration of the laser beam passed through the F = 20 cylindrical lens is relatively suppressed, and the wave-like energy distribution is not conspicuous. In addition, no wave-like energy distribution was observed in the laser beam that passed through the F = 100 cylindrical lens.

なお、本明細書中で述べているF値は、実際にレーザビームがレンズを透過する範囲をレンズ径として算出している。よって、レンズのサイズが透過するビームのサイズより大きい場合は、ビームのサイズを口径とする。It should be noted that the F value described in the present specification is calculated with the range in which the laser beam is actually transmitted through the lens as the lens diameter. Therefore, when the size of the lens is larger than the size of the transmitted beam, the beam size is set as the aperture.

以下、本発明の構成を列挙する。The configurations of the present invention are listed below.

本明細書で開示するレーザビームの加工方法に関する発明の構成は、レーザビームの加工方法において、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに独立である偏光方向を有する2つのレーザビームに分割し、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成し、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成することを特徴としている。  The structure of the invention relating to the laser beam processing method disclosed in the present specification is the laser beam processing method, wherein the laser beams have polarization directions that are independent of each other in a first direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. And splitting the two laser beams into one at or near the irradiation surface, and perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction. The laser beam is divided into a plurality of laser beams having different optical path lengths in two directions, and the plurality of laser beams are combined into one at or near the irradiation surface.

上記構成において、前記レーザビームは互いに独立である偏光方向を有する2つのレーザビームに分割するために、少なくともλ/2板を用いることを特徴としている。  In the above configuration, at least a λ / 2 plate is used to divide the laser beam into two laser beams having polarization directions that are independent of each other.

また、本明細書で開示するレーザビームの加工方法に関する発明の他の構成は、直線偏光のレーザビームの加工方法において、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに直角である偏光方向を有する2つのレーザビームに分割し、
前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成し、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成することを特徴としている。
According to another configuration of the invention relating to the laser beam processing method disclosed in the present specification, in the linearly polarized laser beam processing method, the laser beam is moved in a first direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. Split into two laser beams having polarization directions that are perpendicular to each other;
The two laser beams are combined into one at or near the irradiation surface, and the laser beams are combined with each other in a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction. The laser beam is divided into a plurality of laser beams having different optical path lengths, and the plurality of laser beams are combined into one at or near the irradiation surface.

また、レーザビームの加工方法に関する発明の他の構成は、直線偏光のレーザビームを照射面またはその近傍において均一化する線状ビームの加工方法において、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに直角である偏光方向を有する2つのレーザビームに分割し、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つに合成して、前記線状ビームの短尺方向のエネルギー分布を均一化し、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成して、前記線状ビームの長尺方向のエネルギー分布を均一化することを特徴としている。According to another aspect of the invention relating to a laser beam processing method, a linear beam processing method for homogenizing a linearly polarized laser beam at or near an irradiation surface is perpendicular to the traveling direction of the laser beam. In this direction, the laser beam is divided into two laser beams having polarization directions perpendicular to each other, and the two laser beams are combined into one at or near the irradiation surface, and the short direction of the linear beam The laser beam is divided into a plurality of laser beams having optical path lengths different from each other in a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction. The plurality of laser beams are combined into one at or near the irradiation surface, and the energy distribution in the longitudinal direction of the linear beam is averaged. It is characterized in that reduction.

上記各構成において、前記レーザビームを互いに直角である偏光方向を有する2つのレーザビームに分割するために、少なくともλ/2板を用いることを特徴としている。  In each of the above configurations, at least a λ / 2 plate is used to divide the laser beam into two laser beams having polarization directions that are perpendicular to each other.

また、本明細書で開示するレーザビームの加工方法に関する発明の他の構成は、円偏光のレーザビームの加工方法において、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに独立である円偏光を有する2つのレーザビームに分割し、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成し、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成することを特徴としている。According to another configuration of the invention relating to the laser beam processing method disclosed in this specification, in the circularly polarized laser beam processing method, the laser beam is moved in a first direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. Splitting into two laser beams having circularly polarized light that are independent of each other, combining the two laser beams into one at or near the irradiation surface, perpendicular to the direction of travel of the laser beam, and The laser beam is divided into a plurality of laser beams having different optical path lengths in a second direction perpendicular to one direction, and the plurality of laser beams are combined into one at or near the irradiation surface. It is said.

また、レーザビームの加工方法に関する発明の他の構成は、円偏光のレーザビームを照射面またはその近傍において均一化する線状ビームの加工方法において、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに独立である円偏光を有する2つのレーザビームに分割し、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つに合成して、前記線状ビームの短尺方向のエネルギー分布を均一化し、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成して、前記線状ビームの長尺方向のエネルギー分布を均一化することを特徴としている。  According to another aspect of the invention relating to the laser beam processing method, a linear beam processing method for uniformizing a circularly polarized laser beam at or near the irradiation surface is a first perpendicular to the traveling direction of the laser beam. The laser beam is divided into two laser beams having circularly polarized light that are independent of each other in the direction of, and the two laser beams are combined into one at or near the irradiation surface, so that the short direction of the linear beam The laser beam is divided into a plurality of laser beams having optical path lengths different from each other in a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction. , Combining the plurality of laser beams into one at or near the irradiation surface to uniformize the energy distribution in the longitudinal direction of the linear beam It is characterized in Rukoto.

上記各構成において、前記レーザビームを互いに独立である円偏光を有する2つのレーザビームに分割するために、少なくともλ/2板を用いることを特徴としている。  In each of the above structures, at least a λ / 2 plate is used to divide the laser beam into two laser beams having circularly polarized light that are independent of each other.

また、上記各構成において、前記第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割するために、少なくとも前記レーザビームに対して透過率の高い板を用いることを特徴としている。  In each of the above-described configurations, a plate having a high transmittance with respect to at least the laser beam is used to divide the laser beam into a plurality of laser beams having optical path lengths different from each other in the second direction. It is said.

また、上記各構成において、前記第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割するために、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを用いることを特徴としている。  In each of the above structures, a cylindrical lens having at least an F value of 20 or more is used to divide the laser beam into a plurality of laser beams having different optical path lengths in the second direction.

また、上記各構成において、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成するために、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを用いることを特徴としている。  In each of the above structures, a cylindrical lens having at least an F value of 20 or more is used in order to combine the plurality of laser beams into one at or near the irradiation surface.

また、上記各構成において、前記レーザビームとして、YAGレーザ、YVOレーザ、およびYLFレーザから選ばれた一種または複数種から射出されたレーザビームを用いることを特徴している。In each of the above-described structures, a laser beam emitted from one or a plurality of types selected from a YAG laser, a YVO 4 laser, and a YLF laser is used as the laser beam.

また、本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の構成は、照射面またはその近傍において均一なエネルギー分布を有するレーザビームを形成するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに独立である偏光方向を有する2つのレーザビームにする分割手段と、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つにする合成手段と、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームにする分割手段と、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つにする合成手段とを有することを特徴としている。  Further, the configuration of the invention relating to the laser irradiation apparatus disclosed in this specification is a laser irradiation apparatus that forms a laser beam having a uniform energy distribution at or near the irradiation surface, and is perpendicular to the traveling direction of the laser beam. A splitting unit that divides the laser beam into two laser beams having polarization directions that are independent of each other in a first direction, a combining unit that combines the two laser beams into one at or near the irradiation surface, and Splitting means for converting the laser beam into a plurality of laser beams having different optical path lengths in a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction; and the plurality of laser beams And a synthesizing unit that makes one at the irradiation surface or in the vicinity thereof.

上記構成において、前記レーザビームを互いに独立である偏光方向を有する2つのレーザビームにする分割手段は、λ/2板を有することを特徴としている。  In the above-described configuration, the splitting unit that divides the laser beam into two laser beams having polarization directions that are independent of each other includes a λ / 2 plate.

また、本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、照射面またはその近傍において均一なエネルギー分布を有するレーザビームを形成するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに直角である偏光方向を有する2つのレーザビームにする分割手段と、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つにする合成手段と、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームにする分割手段と、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つにする合成手段とを有することを特徴としている。  In addition, another configuration of the invention relating to the laser irradiation apparatus disclosed in the present specification is a laser irradiation apparatus that forms a laser beam having a uniform energy distribution on or near the irradiation surface, in the traveling direction of the laser beam. A splitting unit that splits the laser beam into two laser beams having polarization directions that are perpendicular to each other in a first direction that is perpendicular, and a combining unit that combines the two laser beams into one at or near the irradiation surface; Splitting means for converting the laser beam into a plurality of laser beams having different optical path lengths in a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction; And combining means for bringing the laser beam to one at or near the irradiation surface.

また、レーザ照射装置に関する発明の他の構成は、照射面またはその近傍において均一なエネルギー分布を有する線状ビームを形成するレーザ照射装置であって、前記レーザビ−ムの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに直角である偏光方向を有する2つのレーザビームにする分割段階と、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つにして、前記線状ビームの短尺方向のエネルギー分布を均一化する合成手段と、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームにする分割手段と、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つにして、前記線状ビームの長尺方向のエネルギー分布を均一化する合成手段とを有することを特徴としている。  Another aspect of the invention relating to the laser irradiation apparatus is a laser irradiation apparatus for forming a linear beam having a uniform energy distribution at or near the irradiation surface, which is perpendicular to the traveling direction of the laser beam. Splitting the laser beam into two laser beams having polarization directions perpendicular to each other in one direction, and combining the two laser beams into one at or near the irradiation surface, A plurality of synthesizing means for making the energy distribution in the direction uniform, and a plurality of optical path lengths different from each other in the second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction. Splitting means for forming a laser beam, and a plurality of the laser beams in one at or near the irradiation surface, and the longitudinal direction of the linear beam It is characterized by having a synthesizing means for homogenizing the energy distribution.

上記各構成において、前記レーザビームを互いに直角である偏光方向を有する2つのレーザビームにする分割手段は、λ/2板を有することを特徴としている。  In each of the above-described configurations, the dividing means for converting the laser beam into two laser beams having polarization directions perpendicular to each other includes a λ / 2 plate.

また、本明細書で開示するレーザ照射装置に関する発明の他の構成は、照射面またはその近傍において均一なエネルギー分布を有するレーザビームを形成するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに独立である円偏光を有する2つのレーザビームにする分割手段と、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つにする合成手段と、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームにする分割手段と、
前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つにする合成手段と、を有することを特徴としている。
In addition, another configuration of the invention relating to the laser irradiation apparatus disclosed in the present specification is a laser irradiation apparatus that forms a laser beam having a uniform energy distribution on or near the irradiation surface, in the traveling direction of the laser beam. Splitting means for converting the laser beam into two laser beams having circularly polarized light that are independent of each other in a first direction that is perpendicular, and combining means for combining the two laser beams into one at or near the irradiation surface; Splitting means for converting the laser beam into a plurality of laser beams having optical path lengths different from each other in a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction;
And a combining unit that combines the plurality of laser beams into one at or near the irradiation surface.

また、レーザ照射装置に関する発明の他の構成は、照射面またはその近傍において均一なエネルギー分布を有する線状ビームを形成するレーザ照射装置であって、前記レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において前記レーザビームを互いに独立である円偏光を有する2つのレーザビームにする分割段階と、前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つにして、前記線状ビームの短尺方向のエネルギー分布を均一化する合成手段と、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームにする分割手段と、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つにして、前記線状ビームの長尺方向のエネルギー分布を均一化する合成手段とを有することを特徴としている。  Another aspect of the invention relating to the laser irradiation apparatus is a laser irradiation apparatus that forms a linear beam having a uniform energy distribution at or near the irradiation surface, the first being perpendicular to the traveling direction of the laser beam. Splitting the laser beam into two laser beams having circularly polarized light that are independent of each other in the direction of, and combining the two laser beams into one at or near the irradiation surface, And a plurality of lasers having optical path lengths different from each other in a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction. A beam splitting unit, and the plurality of laser beams are combined into one in the vicinity of the irradiation surface or in the vicinity of the longitudinal direction of the linear beam. It is characterized by having a synthesizing means for uniformizing the energy distribution.

上記各構成において、前記レーザビームを互いに独立である円偏光を有する2つのレーザビームにする分割手段は、λ/2板を有することを特徴としている。  In each of the above-described configurations, the splitting means for converting the laser beam into two laser beams having circularly polarized light that are independent of each other has a λ / 2 plate.

また、上記各構成において、前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームにする分割手段は、前記レーザビームに対して透過率の高い板を有することを特徴としている。  Further, in each of the above-described configurations, the dividing means for converting the laser beam into a plurality of laser beams having optical path lengths different from each other includes a plate having a high transmittance with respect to the laser beam.

また、上記各構成において、前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームにする分割手段は、F値が20以上のシリンドリカルレンズを有することを特徴としている。  Further, in each of the above-described configurations, the dividing means for converting the laser beam into a plurality of laser beams having optical path lengths different from each other includes a cylindrical lens having an F value of 20 or more.

また、上記各構成において、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つにする合成手段は、F値が20以上のシリンドリカルレンズを含むことを特徴としている。  Further, in each of the above-described configurations, the combining unit that combines the plurality of laser beams into one at or near the irradiation surface includes a cylindrical lens having an F value of 20 or more.

また、上記各構成において、前記レーザビームは、YAGレーザ、YVOレーザ、およびYLFレーザから選ばれた一種または複数種から発振されたレーザビームであることを特徴している。In each of the above structures, the laser beam is a laser beam oscillated from one or a plurality of types selected from a YAG laser, a YVO 4 laser, and a YLF laser.

また、本明細書で開示する半導体装置の作製方法に関する発明の構成は、基板上にTFTを設けた半導体装置の作製方法において、レーザビームの進行方向に直角である第一の方向において、前記レーザビームを互いに独立である偏光方向を有する2つのレーザビームに分割し、前記2つのレーザビームを照射面またはその近傍において1つに合成し、前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第一の方向に直角な第二の方向において前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成して、前記第二の方向に平行な方向が長尺方向となる線状ビームを形成し、非単結晶半導体膜に対し前記線状ビームを相対的に移動させながら照射することを特徴としている。  According to another aspect of the invention related to a method for manufacturing a semiconductor device disclosed in this specification, in the method for manufacturing a semiconductor device in which a TFT is provided over a substrate, the laser in the first direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. Splitting the beam into two laser beams having polarization directions that are independent of each other, combining the two laser beams into one at or near the irradiated surface, perpendicular to the direction of travel of the laser beam, and Dividing the laser beam into a plurality of laser beams having different optical path lengths in a second direction perpendicular to the first direction, and combining the plurality of laser beams into one at or near the irradiation surface; A linear beam having a long direction parallel to the second direction is formed, and irradiation is performed while moving the linear beam relative to the non-single crystal semiconductor film. It is characterized in Rukoto.

上記構成において、前記レーザビームを互いに独立である偏光方向を有する2つのレーザビームに分割するために、少なくともλ/2板を用いることを特徴としている。  In the above configuration, at least a λ / 2 plate is used to divide the laser beam into two laser beams having polarization directions that are independent of each other.

また、上記構成において、前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割するために、少なくとも前記レーザビームに対して透過率の高い板を用いることを特徴としている。  In the above structure, a plate having a high transmittance with respect to at least the laser beam is used to divide the laser beam into a plurality of laser beams having different optical path lengths.

また、上記構成において、前記レーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割するために、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを用いることを特徴としている。  In the above configuration, a cylindrical lens having at least an F value of 20 or more is used to divide the laser beam into a plurality of laser beams having different optical path lengths.

また、上記構成において、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成して、前記第二の方向に平行な方向が長尺方向となる線状ビームを形成するために、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを用いることを特徴としている。  Further, in the above configuration, in order to form a linear beam in which the direction parallel to the second direction is a long direction by combining the plurality of laser beams into one at or near the irradiation surface, A cylindrical lens having at least an F value of 20 or more is used.

また、上記各構成において、前記レーザビームとして、YAGレーザ、YVOレーザ、およびYLFレーザから選ばれた一種または複数種から発振されたレーザビームを用いることを特徴としている。In each of the above structures, a laser beam oscillated from one or a plurality of types selected from a YAG laser, a YVO 4 laser, and a YLF laser is used as the laser beam.

このように、本発明は、干渉性を有するレーザビームのエネルギー分布において、該レーザビームの干渉性を低減し、エネルギー分布の均一性を著しく向上させることを可能とする。また、本発明と固体レーザとを組み合わせて、半導体膜の結晶化工程に用いると、著しいコストダウンが期待できる。また、このようにして得られた半導体膜を用いてTFTを作製し、前記TFTを用いて作製するアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される電気光学装置ならびに半導体装置において、十分な動作特性および信頼性を実現し得る。  As described above, the present invention makes it possible to reduce the coherence of the laser beam in the energy distribution of the coherent laser beam and remarkably improve the uniformity of the energy distribution. In addition, when the present invention is combined with a solid-state laser and used in a semiconductor film crystallization process, significant cost reduction can be expected. In addition, a TFT is manufactured using the semiconductor film thus obtained, and in an electro-optical device and a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device manufactured using the TFT, sufficient operating characteristics and Reliability can be realized.

図1に、本発明により干渉性を低減し、エネルギー分布の均一な線状ビームを得ることのできる光学系を示す。  FIG. 1 shows an optical system capable of reducing the coherence and obtaining a linear beam having a uniform energy distribution according to the present invention.

まず、図1の上面図を説明する。レーザ発振器101から射出されたレーザビームは、レーザビームの進行方向に対し直角方向に階段状の光路差を作るために、階段状に加工された石英板109に入射する。階段状の石英板109は、階段の各段を介するレーザビームのそれぞれに互いに光路差をつける目的で用いる。このようにしてついた光路差は、使用するレーザビームのコヒーレント長以上あることが重要である。コヒーレント長以上の光路差がついたレーザビームを同一領域に照射しても、干渉性は非常に弱いからである。First, the top view of FIG. 1 will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 101 is incident on a stepped quartz plate 109 in order to create a stepped optical path difference in a direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. The stepped quartz plate 109 is used for the purpose of making optical path differences between the laser beams passing through the steps of the steps. It is important that the optical path difference thus formed is equal to or greater than the coherent length of the laser beam to be used. This is because even if the same region is irradiated with a laser beam having an optical path difference longer than the coherent length, the coherence is very weak.

図1では、6段の階段をもつ石英板109を用いており、これにより、7種類の光路長をもつレーザビームが7本できる。すなわち、6本のレーザビームは石英板109を介し、他の1本は石英板109を介していない。前記7本のレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ103に含まれる7本のシリンドリカルレンズにそれぞれ入射する。シリンドリカルレンズアレイ103により、互いに光路差を持ったレーザビームは7つに分割される。7つに分割されたレーザビームは、シリンドリカルレンズ105により、照射面108にて1つに合成される。このとき、石英板109の作用により、分割されたレーザビームの各々に十分な光路差が与えられていれば、照射面108にてレーザビームが強い干渉を起こすことはない。これにより、線状ビームの長尺方向のエネルギーの均一化が成され、長尺方向の長さが決定される。In FIG. 1, a quartz plate 109 having six steps is used, so that seven laser beams having seven types of optical path lengths can be formed. That is, six laser beams pass through the quartz plate 109 and the other one does not go through the quartz plate 109. The seven laser beams are incident on the seven cylindrical lenses included in the cylindrical lens array 103, respectively. The cylindrical lens array 103 divides the laser beams having optical path differences into seven. The laser beam divided into seven is combined into one on the irradiation surface 108 by the cylindrical lens 105. At this time, if a sufficient optical path difference is given to each of the divided laser beams by the action of the quartz plate 109, the laser beam does not cause strong interference on the irradiation surface 108. Thereby, the energy in the longitudinal direction of the linear beam is made uniform, and the length in the longitudinal direction is determined.

次に、側面図に沿って説明する。レーザ発振器101から射出されたレーザビームは、直線偏光のビームであるとする。前記レーザビームは、λ/2板110に入射し、互いに偏光面が垂直である2つのレーザビームに加工される。前記2つのレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ102に含まれる2つのシリンドリカルレンズにそれぞれ入射する。シリンドリカルレンズアレイ102により、2分割されたレーザビームはシリンドリカルレンズ104と106により、照射面108において1つに合成される。光路の途中にあるミラー107は、照射面を水平面と一致させるためにある。レーザビームの光路が始めから鉛直方向にあれば、ミラー107を使う必要はない。あるいは、照射面が地面に対し垂直であれば、ミラー107は必要ない。この場合、照射対象を地面に垂直な壁に固定する手段が必要となる。これにより、線状ビームの短尺方向のエネルギーの均一化が成され、短尺方向の長さが決定される。Next, it demonstrates along a side view. It is assumed that the laser beam emitted from the laser oscillator 101 is a linearly polarized beam. The laser beam enters the λ / 2 plate 110 and is processed into two laser beams whose polarization planes are perpendicular to each other. The two laser beams are incident on two cylindrical lenses included in the cylindrical lens array 102, respectively. The laser beam divided into two by the cylindrical lens array 102 is combined into one on the irradiation surface 108 by the cylindrical lenses 104 and 106. The mirror 107 in the middle of the optical path is for making the irradiated surface coincide with the horizontal plane. If the optical path of the laser beam is in the vertical direction from the beginning, the mirror 107 need not be used. Alternatively, if the irradiated surface is perpendicular to the ground, the mirror 107 is not necessary. In this case, a means for fixing the irradiation target to a wall perpendicular to the ground is required. Thereby, the energy in the short direction of the linear beam is made uniform, and the length in the short direction is determined.

上記の例では、レーザ発振器から射出されたレーザビームは直線偏光のものであるが、円偏光のレーザビームを使ってもよい。円偏光のレーザビームは、互いに円偏光の回転方向が異なる場合、干渉することがない。この性質を利用すれば、本発明の目的とする効果が得られる。このように干渉性を有するレーザビームでも偏光の状態が異なるため互いに干渉し合わない2つのレーザビームがある。本明細書中では、これらのビームを偏光方向の互いに独立であるビームと呼ぶこととする。In the above example, the laser beam emitted from the laser oscillator is linearly polarized, but a circularly polarized laser beam may be used. Circularly polarized laser beams do not interfere when the rotational directions of the circularly polarized light are different from each other. By utilizing this property, the intended effect of the present invention can be obtained. As described above, there are two laser beams which do not interfere with each other even if the laser beam has coherence because the polarization state is different. In the present specification, these beams are referred to as beams whose polarization directions are independent from each other.

レーザ発振器101には、YAGレーザやYVO4レーザ、YLFレーザ等の偏光面を揃えられるレーザを用いる。生産工場で使用する場合のスループットを考慮すると、高繰り返しのパルスレーザを使う方が好ましい。固体レーザで高繰り返しのレーザとするためには、ロッドの温度を上昇させないことが重要である。ロッドの温度の上昇を抑えられるレーザにLD励起の固体レーザがある。特に量産を考える場合、本発明のレーザビームのエネルギー分布を均一化する方法と、LD励起の固体レーザを組み合わせると非常に有用である。なお、YAGレーザやYVO4レーザ、YLFレーザから選ばれた複数種のレーザを用いると、照射面またはその近傍におけるレーザビームの干渉をより低減することが可能である。As the laser oscillator 101, a laser whose polarization plane is aligned, such as a YAG laser, a YVO 4 laser, or a YLF laser, is used. Considering the throughput when used in a production factory, it is preferable to use a high repetition pulse laser. In order to obtain a high repetition rate laser with a solid state laser, it is important not to raise the temperature of the rod. There is an LD-pumped solid-state laser that can suppress the temperature rise of the rod. In particular, when considering mass production, it is very useful to combine the method of uniformizing the energy distribution of the laser beam of the present invention with an LD-pumped solid-state laser. Note that when a plurality of types of lasers selected from a YAG laser, a YVO 4 laser, and a YLF laser are used, it is possible to further reduce the interference of the laser beam on or near the irradiated surface.

以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例によりさらに詳細な説明を行うこととする。  The present invention configured as described above will be described in more detail with reference to the following examples.

(実施例1)
本実施例においては、ガラス基板上に非晶質珪素膜を成摸し、本発明が開示するレーザ照射方法にて前記非晶質珪素膜を結晶化し、半導体装置を作製する方法について述べる。
Example 1
In this embodiment, a method for forming a semiconductor device by forming an amorphous silicon film over a glass substrate and crystallizing the amorphous silicon film by a laser irradiation method disclosed in the present invention will be described.

まず、非晶質珪素膜を成膜する方法の例を述べる。始めに5インチ角のコーニング1737基板を洗浄し、基板表面のゴミを除去する。次に、前記基板上にプラズマCVD装置により窒化酸化珪素膜を厚さ100nm、さらに非晶質珪素膜を厚さ55nm、それぞれ成摸する。なお、本明細書中に於いて、窒化酸化珪素膜とはSiOxNyで表される絶縁膜であり、珪素、酸素、窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。非晶質珪素膜は、水素を多く含んでいる場合があり、この場合は熱処理等で水素の含有量を減らし、非晶質珪素膜の耐レーザ性を上げるようにする。この場合、たとえば、500℃の窒素雰囲気で1時間、非晶質珪素膜を加熱するとよい。First, an example of a method for forming an amorphous silicon film will be described. First, a 5-inch square Corning 1737 substrate is cleaned to remove dust on the substrate surface. Next, a silicon nitride oxide film is grown to a thickness of 100 nm and an amorphous silicon film is grown to a thickness of 55 nm on the substrate by a plasma CVD apparatus. Note that in this specification, a silicon nitride oxide film is an insulating film expressed by SiOxNy and indicates an insulating film containing silicon, oxygen, and nitrogen at a predetermined ratio. In some cases, the amorphous silicon film contains a large amount of hydrogen. In this case, the hydrogen content is reduced by heat treatment or the like to increase the laser resistance of the amorphous silicon film. In this case, for example, the amorphous silicon film may be heated in a nitrogen atmosphere at 500 ° C. for 1 hour.

次に、図4に本実施例で用いる光学系の詳細を説明する。まず、上面図から説明する。レーザ発振器1401はフラッシュランプ励起のYAGレーザである。本実施例では、非晶質珪素膜をアニールするため、YAGレーザから射出されるレーザビームを、非線形光学素子を使って、非晶質珪素膜に対して吸収の大きい第二高調波に変換する。第二高調波に変換された時点で出力は、1パルスあたり800mJである。また、最大周波数は30Hzである。レーザ発振器1401から射出されるレーザビームは、大きさφ10mmである。このままでは、非常に小さく加工が困難であるため、ビームエキスパンダ1402により、線状ビームの長尺方向に拡大される。本実施例の場合、3.5倍の拡大率でレーザビームを一方向に拡大している。ビームエキスパンダ1402は、収差のできるだけ抑えられているものを用いる。Next, details of the optical system used in this embodiment will be described with reference to FIG. First, it demonstrates from a top view. The laser oscillator 1401 is a flash lamp pumped YAG laser. In this embodiment, in order to anneal the amorphous silicon film, the laser beam emitted from the YAG laser is converted into a second harmonic having a large absorption with respect to the amorphous silicon film using a nonlinear optical element. . When converted to the second harmonic, the output is 800 mJ per pulse. The maximum frequency is 30 Hz. The laser beam emitted from the laser oscillator 1401 has a size of φ10 mm. Since it is very small and difficult to process, the beam expander 1402 expands the linear beam in the longitudinal direction. In the case of this embodiment, the laser beam is expanded in one direction at an expansion ratio of 3.5 times. As the beam expander 1402, a beam expander whose aberration is suppressed as much as possible is used.

ビームエキスパンダにより、長径35mm、短径10mmの楕円に加工されたレーザビームは、階段状に加工された石英板1403を介し、7つの互いに光路差をもつレーザビームに加工される。すなわち階段は6(7−1)段ある。階段の厚さは、各段で15mmとした。従って最も厚い部分で 石英板1403の厚さは90mmとなる。これにより、7つのレーザビームの光路差は、最小で7mmとなる。これは本YAGレーザのコヒーレント長とほぼ等しい。The laser beam processed into an ellipse having a major axis of 35 mm and a minor axis of 10 mm by the beam expander is processed into seven laser beams having optical path differences through a quartz plate 1403 processed in a staircase shape. That is, there are 6 (7-1) steps. The thickness of the stairs was 15 mm at each stage. Therefore, the thickness of the quartz plate 1403 is 90 mm at the thickest part. Thereby, the optical path difference of the seven laser beams is 7 mm at the minimum. This is almost equal to the coherent length of the present YAG laser.

石英板1403を射出した7つのレーザビームは、それぞれシリンドリカルレンズアレイ1405を構成するシリンドリカルレンズに入射する。シリンドリカルレンズアレイ1405により分割されたレーザビームはシリンドリカルレンズ1406により、照射面1410(側面図参照のこと。)で1つに合成される。これにより、線状ビームの長尺方向に於けるエネルギーの均一化が成される。また、線状ビームの長さが決まる。7つのレーザビームはコヒーレント長以上の光路差を互いに持つので、照射面1410に於ける干渉は非常に弱い。ミラー1408は紙面垂直方向にレーザビームの進行方向を変更するために用いる。前記ミラー1408により、線状ビームは水平面に形成され、照射対象を水平面に設置することができる。Seven laser beams emitted from the quartz plate 1403 are incident on cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array 1405, respectively. The laser beams divided by the cylindrical lens array 1405 are combined into one by the cylindrical lens 1406 on the irradiation surface 1410 (see side view). Thereby, the energy is made uniform in the longitudinal direction of the linear beam. Also, the length of the linear beam is determined. Since the seven laser beams have optical path differences that are greater than or equal to the coherent length, interference at the irradiation surface 1410 is very weak. The mirror 1408 is used to change the traveling direction of the laser beam in the direction perpendicular to the paper surface. By the mirror 1408, a linear beam is formed on a horizontal plane, and an irradiation target can be placed on the horizontal plane.

次に側面図に沿って図4を説明する。レーザ発振器1401は、直線偏光の光を射出するように設計されており、側面図において偏光方向は紙面に平行で、レーザビームの進行方向に垂直であるとする。レーザビームは、ビームエキスパンダ1402により楕円に加工された後、λ/2板1404に入射する。λ/2板1404は、長方形であり、その1辺と楕円のレーザビームの長径が一致するように設置される。よって、λ/2板には、レーザビームの半分だけが入射する。λ/2板1404により、レーザビームの偏光方向は90°回転する。これにより、レーザビームは、横偏光のものと縦偏光のものに分かれる。横偏光のレーザビームと縦偏光のレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ1407を構成するシリンドリカルレンズにそれぞれ入射する。これにより、レーザビームは2分割され、シリンドリカルレンズ1409により照射面1410にて1つに合成される。これにより、線状ビームの短尺方向に於けるエネルギーの均一化が成される。また、線状ビームの短尺方向の長さが決まる。ミラー1408は、照射面1410を水平にするために用いる。Next, FIG. 4 will be described along a side view. The laser oscillator 1401 is designed to emit linearly polarized light. In the side view, the polarization direction is assumed to be parallel to the paper surface and perpendicular to the traveling direction of the laser beam. The laser beam is processed into an ellipse by the beam expander 1402 and then enters the λ / 2 plate 1404. The λ / 2 plate 1404 has a rectangular shape and is installed so that one side of the λ / 2 plate 1404 matches the major axis of the elliptical laser beam. Therefore, only half of the laser beam is incident on the λ / 2 plate. The polarization direction of the laser beam is rotated by 90 ° by the λ / 2 plate 1404. As a result, the laser beam is divided into a horizontally polarized light beam and a vertically polarized light beam. The horizontally-polarized laser beam and the vertically-polarized laser beam are incident on the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array 1407, respectively. As a result, the laser beam is divided into two and is combined into one on the irradiation surface 1410 by the cylindrical lens 1409. Thereby, the energy in the short direction of the linear beam is made uniform. Further, the length of the linear beam in the short direction is determined. The mirror 1408 is used to make the irradiation surface 1410 horizontal.

次に、各レンズの具体的な仕様につき説明する。シリンドリカルレンズアレイ1405は、幅5mm、長さ30mm、厚さ4mm、焦点距離400mmのシリンドリカルレンズを7本組み合わせて形成する。シリンドリカルレンズ1406は、幅60mm、長さ30mm、厚さ5mm、焦点距離4800mmである。シリンドリカルレンズ1406は、シリンドリカルレンズアレイ1405に対し、400mm後方に配置する。シリンドリカルレンズアレイ1407は、幅5mm、長さ60mm、厚さ5mm、焦点距離2000mmのものを2本組み合わせて形成する。シリンドリカルレンズアレイ1407は、シリンドリカルレンズ1406に対し、400mm後方に配置する。ミラー1408は、シリンドリカルレンズアレイ1407に対し、3600mm後方に配置する。ミラー1408は、90°レーザビームの進行方向を変更するために用いる。ミラー1408のサイズは、レーザビームが全て入射できるよう、十分な大きさとする。本実施例の場合、鏡面のサイズが120mm×120mmあれば十分である。Next, specific specifications of each lens will be described. The cylindrical lens array 1405 is formed by combining seven cylindrical lenses having a width of 5 mm, a length of 30 mm, a thickness of 4 mm, and a focal length of 400 mm. The cylindrical lens 1406 has a width of 60 mm, a length of 30 mm, a thickness of 5 mm, and a focal length of 4800 mm. The cylindrical lens 1406 is arranged 400 mm behind the cylindrical lens array 1405. The cylindrical lens array 1407 is formed by combining two lenses having a width of 5 mm, a length of 60 mm, a thickness of 5 mm, and a focal length of 2000 mm. The cylindrical lens array 1407 is disposed 400 mm behind the cylindrical lens 1406. The mirror 1408 is disposed 3600 mm behind the cylindrical lens array 1407. The mirror 1408 is used to change the traveling direction of the 90 ° laser beam. The size of the mirror 1408 is sufficiently large so that all the laser beams can enter. In the case of the present embodiment, it is sufficient that the size of the mirror surface is 120 mm × 120 mm.

ミラー1408の後方に、シリンドリカルレンズ1409を配置する。シリンドリカルレンズ1409は、幅50mm、長さ130mm、厚さ15mm、焦点距離400mmである。シリンドリカルレンズ1409の後方、400mmに照射面1410を配置する。A cylindrical lens 1409 is disposed behind the mirror 1408. The cylindrical lens 1409 has a width of 50 mm, a length of 130 mm, a thickness of 15 mm, and a focal length of 400 mm. An irradiation surface 1410 is disposed at 400 mm behind the cylindrical lens 1409.

上記の光学系の構成により、照射面1410には、長尺方向の長さ120mm、短尺方向の長さ1mmの線状ビームができる。なお、上記に記載した光学系の仕様及び配置はだいたいの目安であり、実際に線状ビームを実施者が作製する場合、多少の誤差を考慮に入れ、光学系の配置を行う必要がある。照射面1410には、レーザビームの照射対象である上記非晶質半導体膜が設置できるステージが設けてあり、前記ステージを一方向に動作させることにより、前記非晶質半導体膜全面にレーザビームを照射することができる。前記一方向は線状ビームの長尺方向に対し垂直である。With the configuration of the optical system described above, a linear beam having a length of 120 mm in the long direction and a length of 1 mm in the short direction can be formed on the irradiation surface 1410. Note that the specifications and arrangement of the optical system described above are approximate guidelines. When the practitioner actually produces a linear beam, it is necessary to take into account some errors and arrange the optical system. The irradiation surface 1410 is provided with a stage on which the amorphous semiconductor film to be irradiated with the laser beam can be placed. By operating the stage in one direction, the laser beam is applied to the entire surface of the amorphous semiconductor film. Can be irradiated. The one direction is perpendicular to the longitudinal direction of the linear beam.

レーザビームを照射する対象である上記非晶質半導体膜にレーザビームを照射し、前記非晶質半導体膜を結晶化するための照射の条件を以下に記す。レーザビームのエネルギー密度は、照射面1410において450mJ/cm2とする。ステージの動作速度は3mm/sの一定速度とし、レーザビームの照射時の雰囲気は大気とする。レーザビームの発振周波数は30Hzとする。これによりレーザビームは上記非晶質半導体膜の同一領域に10回照射されることとなる。以上、一連の作業により非晶質半導体膜は結晶化する。Irradiation conditions for irradiating the amorphous semiconductor film to be irradiated with the laser beam with the laser beam and crystallizing the amorphous semiconductor film are described below. The energy density of the laser beam is 450 mJ / cm 2 on the irradiation surface 1410. The operation speed of the stage is a constant speed of 3 mm / s, and the atmosphere at the time of laser beam irradiation is air. The oscillation frequency of the laser beam is 30 Hz. As a result, the laser beam is irradiated 10 times on the same region of the amorphous semiconductor film. As described above, the amorphous semiconductor film is crystallized by a series of operations.

上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜を基に、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄膜トランジスタ(TFT)、ダイオード、光センサ等があるが、いずれも前記多結晶珪素膜を基に作製出来る。また、多結晶珪素膜のほかに、多結晶珪素ゲルマニウム膜などの化合物半導体膜を適用しても良い。A semiconductor device is manufactured based on the polycrystalline silicon film manufactured through the above steps. Semiconductor devices include thin film transistors (TFTs), diodes, optical sensors, and the like, all of which can be manufactured based on the polycrystalline silicon film. In addition to the polycrystalline silicon film, a compound semiconductor film such as a polycrystalline silicon germanium film may be applied.

(実施例2)
本実施例では、多結晶半導体膜に線状ビームを照射し、前記多結晶半導体膜をアニールする例を示す。
(Example 2)
In this embodiment, an example in which a polycrystalline semiconductor film is irradiated with a linear beam and the polycrystalline semiconductor film is annealed is shown.

まず、多結晶半導体膜を作製する方法を述べる。始めに5インチ角のコーニング1737基板を洗浄し、基板表面のゴミを除去する。次に、前記基板上にプラズマCVD装置により窒化酸化珪素膜を厚さ100nm、さらに非晶質珪素膜を厚さ55nm、それぞれ成膜する。なお、本明細書中に於いて、窒化酸化珪素膜とはSiOxNyで表される絶縁膜であり、珪素、酸素、窒素を所定の割合で含む絶縁膜を指す。次に、特開平7−183540号公報に記載されたような方法を利用し、酢酸ニッケル水溶液(重量換算濃度5ppm、体積5ml)を前記非晶質珪素膜の表面にスピンコート法にて塗布し、温度500℃の窒素雰囲気で1時間、更に温度550℃の窒素雰囲気で4時間加熱する。これにより非晶質珪素膜から多結晶珪素膜に変化する。First, a method for manufacturing a polycrystalline semiconductor film will be described. First, a 5-inch square Corning 1737 substrate is cleaned to remove dust on the substrate surface. Next, a silicon nitride oxide film having a thickness of 100 nm and an amorphous silicon film having a thickness of 55 nm are formed on the substrate by a plasma CVD apparatus. Note that in this specification, a silicon nitride oxide film is an insulating film expressed by SiOxNy and indicates an insulating film containing silicon, oxygen, and nitrogen at a predetermined ratio. Next, using a method as described in JP-A-7-183540, a nickel acetate aqueous solution (concentration 5 ppm by weight, volume 5 ml) is applied to the surface of the amorphous silicon film by spin coating. And heating in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for 1 hour and further in a nitrogen atmosphere at a temperature of 550 ° C. for 4 hours. As a result, the amorphous silicon film changes to a polycrystalline silicon film.

得られた前記多結晶珪素膜に対してレーザアニールを行う。レーザアニールの方法は、実施例1に記載したものと同様とする。非晶質珪素膜に線状ビームを照射する場合と、多結晶珪素膜に線状ビームを照射する場合とでは多少の条件の違いがあるが大きくは違わない。最適な条件は実施者が実験を通して見いだす必要がある。Laser annealing is performed on the obtained polycrystalline silicon film. The laser annealing method is the same as that described in Example 1. Although there are some differences in conditions when the amorphous silicon film is irradiated with the linear beam and when the polycrystalline silicon film is irradiated with the linear beam, they are not significantly different. The optimal conditions need to be found by the practitioner through experimentation.

上記の工程を経て作製された多結晶珪素膜を基に、半導体装置を作製する。半導体装置には、薄膜トランジスタ(TFT)、ダイオード、光センサ等があるが、いずれも前記多結晶珪素膜を基に作製出来る。また、多結晶珪素膜のほかに、多結晶珪素ゲルマニウム膜などの化合物半導体膜を適用しても良い。A semiconductor device is manufactured based on the polycrystalline silicon film manufactured through the above steps. Semiconductor devices include thin film transistors (TFTs), diodes, optical sensors, and the like, all of which can be manufactured based on the polycrystalline silicon film. In addition to the polycrystalline silicon film, a compound semiconductor film such as a polycrystalline silicon germanium film may be applied.

(実施例3)
本実施例では、大量生産用のレーザ照射装置の例を図5に沿って示す。図5はレーザ照射装置の上面図である。
(Example 3)
In this embodiment, an example of a laser irradiation apparatus for mass production is shown along FIG. FIG. 5 is a top view of the laser irradiation apparatus.

ロードアンロード室1501から、トランスファ室1502に設置された搬送用のロボットアーム1503を使って基板を運ぶ。まず、基板は、アライメント室1504で位置合わせがなされた後、プレヒート室1505に運ばれる。ここで例えば赤外ランプヒータを使って基板の温度を所望の温度、例えば300℃程度にあらかじめ加熱しておく。その後、ゲートバルブ1506を経由し、レーザ照射室1507に基板を設置する。その後、ゲートバルブ1506を閉める。基板の温度を上げるのは、レーザビームのエネルギーの不足を補うためである。特に、大面積基板を処理する際には、線状ビームの長さを長くしなければならない場合があるので、このときは基板の温度を上昇させてレーザアニールを行うとレーザエネルギーを通常必要な値よりも低く抑えることができる。The substrate is transferred from the load / unload chamber 1501 using a transfer robot arm 1503 installed in the transfer chamber 1502. First, the substrate is aligned in the alignment chamber 1504 and then transferred to the preheat chamber 1505. Here, for example, an infrared lamp heater is used to heat the substrate to a desired temperature, for example, about 300 ° C. in advance. Thereafter, a substrate is set in the laser irradiation chamber 1507 via the gate valve 1506. Thereafter, the gate valve 1506 is closed. The reason for raising the temperature of the substrate is to compensate for the lack of energy of the laser beam. In particular, when processing a large area substrate, it may be necessary to increase the length of the linear beam. In this case, if laser annealing is performed by increasing the temperature of the substrate, laser energy is usually required. It can be kept lower than the value.

レーザビームは、レーザ発振器1500を出た後、光学系1509を介し、石英窓1510の直上に設置した図示しないミラーで90°下方に曲げられ、石英窓1510を介し、レーザ照射室1507内にある照射面にて線状ビームに加工される。レーザビームは、照射面に設置された基板に照射される。光学系1509は、前述に示したものを使用すればよい。また、それに準ずる構成のものを使用してもよい。After exiting the laser oscillator 1500, the laser beam is bent 90 ° downward by a mirror (not shown) installed directly above the quartz window 1510 via the optical system 1509, and is in the laser irradiation chamber 1507 via the quartz window 1510. It is processed into a linear beam on the irradiated surface. The laser beam is applied to the substrate placed on the irradiation surface. As the optical system 1509, the one described above may be used. Moreover, you may use the thing according to it.

レーザビームの照射の前にレーザ照射室1507の雰囲気を、真空ポンプ1511を使って高真空(10-3Pa)程度に引く。または、真空ポンプ1511とガスボンベ1512を使って所望の雰囲気にする。前記雰囲気は、前述したように大気成分とするか、He、Ar、H2、あるいはそれらの混合気体としてもよい。Before the laser beam irradiation, the atmosphere of the laser irradiation chamber 1507 is pulled to a high vacuum (10 −3 Pa) by using a vacuum pump 1511. Alternatively, a desired atmosphere is obtained using a vacuum pump 1511 and a gas cylinder 1512. The atmosphere may be an atmospheric component as described above, or He, Ar, H 2 , or a mixed gas thereof.

その後、レーザビームを照射しながら、移動機構1513により基板を走査させることで、基板に線状ビームを照射する。このとき、図示しない赤外線ランプを線状ビームが照射されている部分に当ててもいい。Thereafter, the substrate is scanned with the moving mechanism 1513 while irradiating the laser beam, so that the substrate is irradiated with the linear beam. At this time, an infrared lamp (not shown) may be applied to the portion irradiated with the linear beam.

レーザビームの照射が終了後は、クーリング室1508に基板を運び、基板を徐冷したのち、アライメント室1504を経由してロードアンロード室1501に基板を帰す。これら一連の動作を繰り返すことで、基板を多数、レーザアニールできる。After the irradiation of the laser beam is completed, the substrate is carried to the cooling chamber 1508, and after slowly cooling the substrate, the substrate is returned to the load / unload chamber 1501 via the alignment chamber 1504. By repeating these series of operations, a number of substrates can be laser-annealed.

なお、本実施例は発明実施の形態や他の実施例のいずれか一と組み合わせて用いることができる。  Note that this embodiment can be used in combination with any one of the embodiment modes and other embodiments.

(実施例4)
本実施例ではアクティブマトリクス基板の作製方法について図7〜11を用いて説明する。なお、本明細書では駆動回路と、画素TFT及び保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
Example 4
In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate will be described with reference to FIGS. Note that in this specification, a substrate in which a driver circuit, a pixel portion including a pixel TFT and a storage capacitor are formed over the same substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.

まず、本実施例ではコーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板300を用意する。あるいは、基板300は、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。あるいは、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板を用いてもよい。  First, in this embodiment, a substrate 300 made of glass such as barium borosilicate glass represented by Corning # 7059 glass or # 1737 glass or aluminoborosilicate glass is prepared. Alternatively, the substrate 300 may be a quartz substrate, a silicon substrate, a metal substrate, or a stainless steel substrate on which an insulating film is formed. Alternatively, a plastic substrate having heat resistance that can withstand the processing temperature of this embodiment may be used.

次いで、基板300上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜301を形成する。本実施例では下地膜301は2層構造とするが、前記絶縁膜の単層膜または3層以上積層させる構造を用いても良い。下地膜301の一層目は、プラズマCVD法を用い、SiH4,NH3、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜301aとする。前記酸化窒化シリコン膜301aの厚さは、10〜200nm(好ましくは50〜100nm)とする。本実施例では、膜厚50nmの酸化窒化シリコン膜301a(組成比Si=32%、O=27%、N=24%、H=17%)を形成する。次いで、下地膜301の二層目は、プラズマCVD法を用い、SiH4、及びN2Oを反応ガスとして成膜される酸化窒化シリコン膜301bとする。前記酸化窒化シリコン膜301bの厚さは50〜200nm(好ましくは100〜150nm)とする。本実施例では、膜厚100nmの酸化窒化シリコン膜301b(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)を形成する。Next, a base film 301 made of an insulating film such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed over the substrate 300. In this embodiment, the base film 301 has a two-layer structure, but a single-layer film of the insulating film or a structure in which three or more layers are stacked may be used. The first layer of the base film 301 is a silicon oxynitride film 301a formed by using a plasma CVD method using SiH 4 , NH 3 , and N 2 O as reaction gases. The thickness of the silicon oxynitride film 301a is 10 to 200 nm (preferably 50 to 100 nm). In this embodiment, a 50 nm thick silicon oxynitride film 301a (composition ratio Si = 32%, O = 27%, N = 24%, H = 17%) is formed. Next, the second layer of the base film 301 is a silicon oxynitride film 301b formed by using a plasma CVD method using SiH 4 and N 2 O as reaction gases. The thickness of the silicon oxynitride film 301b is 50 to 200 nm (preferably 100 to 150 nm). In this embodiment, a silicon oxynitride film 301b (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) having a thickness of 100 nm is formed.

次いで、下地膜上に半導体層304を形成する。半導体層304は、非晶質構造を有する半導体膜を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、またはプラズマCVD法等)により成膜後、本発明で示した結晶化処理方法(レーザー結晶化法、またはニッケルなどの触媒を用いた熱結晶化法とレーザ結晶化法を組み合わせた方法)を行って得られる。この半導体層304の厚さは25〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。本実施例では、プラズマCVD法を用い、55nmの非晶質シリコン膜を成膜した後、ニッケルを含む溶液を非晶質シリコン膜上に保持させる。この非晶質シリコン膜に脱水素化処理(500℃の窒素雰囲気、1時間)を行い、さらに連続的に、熱結晶化処理(550℃の窒素雰囲気、4時間)を行う。さらに得られる結晶質シリコン膜の結晶性を改善するため、本発明で示すレーザーアニール処理法を行い結晶質シリコン膜を形成する。そして、この結晶質シリコン膜をフォトリソグラフィ法により所望の形状にパターニング処理し、半導体層402〜406を形成する。  Next, a semiconductor layer 304 is formed over the base film. The semiconductor layer 304 is formed by forming a semiconductor film having an amorphous structure by a known means (sputtering method, LPCVD method, plasma CVD method, or the like), and then the crystallization treatment method (laser crystallization method, Alternatively, it is obtained by performing a method combining a thermal crystallization method using a catalyst such as nickel and a laser crystallization method. The thickness of the semiconductor layer 304 is 25 to 80 nm (preferably 30 to 60 nm). There is no limitation on the material of the crystalline semiconductor film, but the crystalline semiconductor film is preferably formed of silicon or a silicon germanium (SiGe) alloy. In this embodiment, a plasma CVD method is used to form a 55 nm amorphous silicon film, and then a solution containing nickel is held on the amorphous silicon film. This amorphous silicon film is subjected to a dehydrogenation process (500 ° C. nitrogen atmosphere, 1 hour), and further continuously subjected to a thermal crystallization process (550 ° C. nitrogen atmosphere, 4 hours). Further, in order to improve the crystallinity of the obtained crystalline silicon film, a laser annealing treatment method shown in the present invention is performed to form a crystalline silicon film. Then, this crystalline silicon film is patterned into a desired shape by a photolithography method to form semiconductor layers 402 to 406.

ここで必要であれば、半導体層402〜406に対し、TFTのしきい値を制御するために、微量な不純物元素(ボロンまたはリン)のドーピングを行なってもよい。前記ドーピングは、パターニングされていない半導体層304に行っても構わない。  Here, if necessary, a small amount of impurity element (boron or phosphorus) may be doped into the semiconductor layers 402 to 406 in order to control the threshold value of the TFT. The doping may be performed on the semiconductor layer 304 that is not patterned.

次いで、半導体層402〜406を覆うゲート絶縁膜407を形成する。ゲート絶縁膜407はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により110nmの厚さで酸化窒化シリコン膜(組成比Si=32%、O=59%、N=7%、H=2%)で形成する。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。  Next, a gate insulating film 407 covering the semiconductor layers 402 to 406 is formed. The gate insulating film 407 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm by using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film (composition ratio Si = 32%, O = 59%, N = 7%, H = 2%) is formed to a thickness of 110 nm by plasma CVD. Needless to say, the gate insulating film is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.

また、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後400〜500℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。When a silicon oxide film is used, TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) and O 2 are mixed by a plasma CVD method to a reaction pressure of 40 Pa, a substrate temperature of 300 to 400 ° C., and a high frequency (13.56 MHz) power density of 0. It can be formed by discharging at 5 to 0.8 W / cm 2 . The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by subsequent thermal annealing at 400 to 500 ° C.

次いで、図7(C)に示すように、ゲート絶縁膜407上に膜厚20〜100nmの第1の導電膜408と、膜厚100〜400nmの第2の導電膜409とを積層形成する。本実施例では、膜厚30nmのTaN膜からなる第1の導電膜408と、膜厚370nmのW膜からなる第2の導電膜409を積層形成する。TaN膜はスパッタ法で形成し、Taのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、W膜は、Wのターゲットを用いたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μΩcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、W膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。W膜の高抵抗化を抑えるためには、高純度のW(純度99.9999%)のターゲットを用いるとよい。また、成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成するとよい。これらの方法により、W膜の抵抗率を9〜20μΩcmとすることができる。Next, as illustrated in FIG. 7C, a first conductive film 408 with a thickness of 20 to 100 nm and a second conductive film 409 with a thickness of 100 to 400 nm are stacked over the gate insulating film 407. In this embodiment, a first conductive film 408 made of a TaN film with a thickness of 30 nm and a second conductive film 409 made of a W film with a thickness of 370 nm are stacked. The TaN film is formed by sputtering, and is sputtered in a nitrogen-containing atmosphere using a Ta target. The W film is formed by sputtering using a W target. In addition, it can be formed by a thermal CVD method using tungsten hexafluoride (WF 6 ). In any case, in order to use as a gate electrode, it is necessary to reduce the resistance, and the resistivity of the W film is desirably 20 μΩcm or less. The resistivity of the W film can be reduced by increasing the crystal grains. However, when there are many impurity elements such as oxygen in the W film, the crystallization is hindered and the resistance is increased. In order to suppress the increase in resistance of the W film, a high-purity W (purity 99.9999%) target is preferably used. In addition, the W film is preferably formed with sufficient consideration so that impurities are not mixed in from the gas phase during the film formation. By these methods, the resistivity of the W film can be set to 9 to 20 μΩcm.

なお、本実施例では、第1の導電膜408にTaN、第2の導電膜409にWを使うが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、AgPdCu合金を用いてもよい。また、第1の導電膜をタンタル(Ta)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化チタン(TiN)膜で形成し、第2の導電膜をW膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をAl膜とする組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)膜で形成し、第2の導電膜をCu膜とする組み合わせとしてもよい。  In this embodiment, TaN is used for the first conductive film 408 and W is used for the second conductive film 409, but there is no particular limitation, and all of them are Ta, W, Ti, Mo, Al, Cu, Cr, Nd. You may form with the element selected from these, or the alloy material or compound material which has the said element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. Further, an AgPdCu alloy may be used. In addition, the first conductive film is formed using a tantalum (Ta) film, the second conductive film is formed using a W film, the first conductive film is formed using a titanium nitride (TiN) film, and the second conductive film is formed. The first conductive film is formed of a tantalum nitride (TaN) film, the second conductive film is formed of an Al film, and the first conductive film is formed of a tantalum nitride (TaN) film. The second conductive film may be a combination of Cu films.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスク410〜415を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行なう。第1のエッチング処理では第1及び第2のエッチング条件で行なう。本実施例では第1のエッチング条件として、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2とO2とを用い、それぞれのガス流量を25sccm、25sccm、10sccmとし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。ここでは、松下電器産業(株)製のICPを用いたドライエッチング装置(Model E645−□ICP)を用いてもよい。基板側(試料ステージ)にも150WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第1のエッチング条件によりW膜をエッチングして第1の導電層の端部をテーパー形状とする。Next, resist masks 410 to 415 are formed by photolithography, and a first etching process for forming electrodes and wirings is performed. The first etching process is performed under the first and second etching conditions. In this embodiment, ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method is used as the first etching condition, CF 4 , Cl 2 and O 2 are used as etching gases, and each gas flow rate is 25 sccm, Etching is performed by generating a plasma by generating 500 W RF (13.56 MHz) power to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa at 25 sccm and 10 sccm. Here, a dry etching apparatus (Model E645- □ ICP) using ICP manufactured by Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. may be used. 150 W RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. The W film is etched under this first etching condition so that the end portion of the first conductive layer is tapered.

この後、レジストからなるマスク410〜415を除去せずに第2のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにCF4とCl2とを用い、それぞれのガス流量を30sccm、30sccmとし、1Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成して約30秒程度のエッチングを行う。基板側(試料ステージ)にも20WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した第2のエッチング条件ではW膜及びTaN膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20%程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。Thereafter, the masks 410 to 415 made of resist are changed to the second etching conditions without removing them, CF 4 and Cl 2 are used as etching gases, the respective gas flow rates are 30 sccm and 30 sccm, and the pressure is 1 Pa. A 500 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode to generate plasma, and etching is performed for about 30 seconds. 20 W of RF (13.56 MHz) power is also applied to the substrate side (sample stage), and a substantially negative self-bias voltage is applied. Under the second etching condition in which CF4 and Cl2 are mixed, the W film and the TaN film are etched to the same extent. Note that in order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%.

上記第1のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は15〜45°となる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層417〜422(第1の導電層417a〜422aと第2の導電層417b〜422b)を形成する。416はゲート絶縁膜であり、第1の形状の導電層417〜422で覆われない領域は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。  In the first etching process, the shape of the mask made of resist is made suitable, and the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. It becomes. The angle of this taper portion is 15 to 45 °. Thus, the first shape conductive layers 417 to 422 (the first conductive layers 417 a to 422 a and the second conductive layers 417 b to 422 b) composed of the first conductive layer and the second conductive layer by the first etching treatment. Form. Reference numeral 416 denotes a gate insulating film, and a region not covered with the first shape conductive layers 417 to 422 is etched and thinned by about 20 to 50 nm.

そして、レジストからなるマスクを除去せずに第1のドーピング処理を行い、半導体層にn型を付与する不純物元素を添加する。(図8(A))ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行なえば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1015atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行なう。本実施例ではドーズ量を1.5×1015/cm2とし、加速電圧を80keVとして行う。n型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いた。この場合、導電層417〜421がn型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第1の高濃度不純物領域306〜310が形成される。第1の高濃度不純物領域306〜310には1×1020〜1×1021atoms/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加する。Then, a first doping process is performed without removing the resist mask, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the semiconductor layer. (FIG. 8A) The doping process may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The conditions of the ion doping method are a dose amount of 1 × 10 13 to 5 × 10 15 atoms / cm 2 and an acceleration voltage of 60 to 100 keV. In this embodiment, the dose is set to 1.5 × 10 15 / cm 2 and the acceleration voltage is set to 80 keV. As an impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15, typically phosphorus (P) or arsenic (As), is used here, but phosphorus (P) is used. In this case, the conductive layers 417 to 421 serve as a mask for the impurity element imparting n-type, and the first high-concentration impurity regions 306 to 310 are formed in a self-aligning manner. An impurity element imparting n-type conductivity is added to the first high-concentration impurity regions 306 to 310 in a concentration range of 1 × 10 20 to 1 × 10 21 atoms / cm 3 .

次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第2のエッチング処理を行なう。ここでは、エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用い、W膜を選択的にエッチングする。この時、第2のエッチング処理により第2の導電層428b〜433bを形成する。一方、第1の導電層417a〜422aは、ほとんどエッチングされず、第2の形状の導電層428〜433を形成する。Next, a second etching process is performed without removing the resist mask. Here, CF 4 , Cl 2, and O 2 are used as the etching gas, and the W film is selectively etched. At this time, second conductive layers 428b to 433b are formed by a second etching process. On the other hand, the first conductive layers 417a to 422a are hardly etched, and the second shape conductive layers 428 to 433 are formed.

次いで、レジストからなるマスクを除去せずに、図8(C)に示すように、第2のドーピング処理を行なう。この場合、第1のドーピング処理よりもドーズ量を下げて、70〜120keVの高い加速電圧で、n型を付与する不純物元素を導入する。本実施例ではドーズ量を1.5×1014/cm2とし、加速電圧を90keVとして行ない、図8(B)で形成された第1の高濃度不純物領域306〜310より内側の半導体層に新たな不純物領域を形成する。第2のドーピング処理は第2の形状の導電層428〜433をマスクとして用い、第2の導電層428b〜433bの下方における半導体層にも不純物元素が導入され、新たに第2の高濃度不純物領域423a〜427aおよび低濃度不純物領域423b〜427bが形成される。Next, a second doping process is performed as shown in FIG. 8C without removing the resist mask. In this case, an impurity element imparting n-type conductivity is introduced at a high acceleration voltage of 70 to 120 keV with a lower dose than in the first doping treatment. In this embodiment, the dose is set to 1.5 × 10 14 / cm 2, the acceleration voltage is set to 90 keV, and a new semiconductor layer inside the first high-concentration impurity regions 306 to 310 formed in FIG. An impurity region is formed. The second doping process uses the second shape conductive layers 428 to 433 as a mask, and an impurity element is also introduced into the semiconductor layer below the second conductive layers 428 b to 433 b to newly add a second high concentration impurity. Regions 423a to 427a and low concentration impurity regions 423b to 427b are formed.

次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク434aおよび434bを形成して、図9(A)に示すように、第3のエッチング処理を行なう。エッチング用ガスにSF6およびCl2とを用い、ガス流量をそれぞれ50sccm、10scanとし、1.3Paの圧力でコイル型の電極に500WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生成し、約30秒のエッチング処理を行なう。基板側(資料ステージ)には10WのRF(13.56MHz)電力を投入し、実質的には負の自己バイアス電圧を印加する。こうして、前記第3のエッチング処理により、pチャネル型TFTおよび画素部のTFT(画素TFT)のTaN膜をエッチングして、第3の形状の導電層435〜438を形成する。Next, after removing the resist mask, new resist masks 434a and 434b are formed, and a third etching process is performed as shown in FIG. 9A. SF 6 and Cl 2 are used as etching gases, the gas flow rates are 50 sccm and 10 scan, respectively, and 500 W RF (13.56 MHz) power is applied to the coil-type electrode at a pressure of 1.3 Pa to generate plasma. The etching process is performed for about 30 seconds. 10 W of RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (material stage), and a negative self-bias voltage is substantially applied. Thus, the third etching process is performed to etch the TaN film of the p-channel TFT and the TFT (pixel TFT) in the pixel portion, thereby forming third shape conductive layers 435 to 438.

次いで、レジストからなるマスクを除去した後、第2の形状の導電層428、430および第2の形状の導電層435〜438をマスクとして用い、ゲート絶縁膜416を選択的に除去して絶縁層439〜444を形成する。(図9(B))  Next, after removing the resist mask, the gate insulating film 416 is selectively removed by using the second shape conductive layers 428 and 430 and the second shape conductive layers 435 to 438 as masks. 439 to 444 are formed. (Fig. 9 (B))

次いで、新たにレジストからなるマスク445a〜445cを形成して第3のドーピング処理を行なう。この第3のドーピング処理により、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域446、447を形成する。第2の導電層435a、438aを不純物元素に対するマスクとして用い、p型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域446、447はジボラン(B26)を用いたイオンドープ法で形成する。(図9(C))この第3のドーピング処理の際には、nチャネル型TFTを形成する半導体層はレジストからなるマスク445a〜445cで覆われている。第1のドーピング処理及び第2のドーピング処理によって、不純物領域446、447にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもp型を付与する不純物元素の濃度を2×1020〜2×1021atoms/cm3となるようにドーピング処理することにより、pチャネル型TFTのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。本実施例では、pチャネル型TFTの活性層となる半導体層の一部が露呈しているため、不純物元素(ボロン)を添加しやすい利点を有している。Next, new resist masks 445a to 445c are formed, and a third doping process is performed. By this third doping treatment, impurity regions 446 and 447 in which an impurity element imparting a conductivity type opposite to the one conductivity type is added to the semiconductor layer that becomes the active layer of the p-channel TFT. The second conductive layers 435a and 438a are used as masks against the impurity element, and an impurity element imparting p-type is added to form an impurity region in a self-aligning manner. In this embodiment, the impurity regions 446 and 447 are formed by ion doping using diborane (B 2 H 6 ). (FIG. 9C) In the third doping process, the semiconductor layer forming the n-channel TFT is covered with masks 445a to 445c made of resist. In the first doping process and the second doping process, phosphorus is added to the impurity regions 446 and 447 at different concentrations, respectively, and the concentration of the impurity element imparting p-type in each of the regions is 2 ×. By performing the doping treatment so as to be 10 20 to 2 × 10 21 atoms / cm 3 , no problem arises because it functions as the source region and drain region of the p-channel TFT. In this embodiment, since a part of the semiconductor layer serving as an active layer of the p-channel TFT is exposed, there is an advantage that an impurity element (boron) can be easily added.

以上までの工程で、それぞれの半導体層に不純物領域が形成される。  Through the above steps, impurity regions are formed in the respective semiconductor layers.

次いで、レジストからなるマスク445a〜445cを除去して第1の層間絶縁膜461を形成する。この第1の層間絶縁膜461としては、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを100〜200nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマCVD法により膜厚150nmの酸化窒化シリコン膜を形成する。もちろん、第1の層間絶縁膜461は酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。  Next, the resist masks 445a to 445c are removed, and a first interlayer insulating film 461 is formed. The first interlayer insulating film 461 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 100 to 200 nm by using a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, a silicon oxynitride film with a thickness of 150 nm is formed by a plasma CVD method. Needless to say, the first interlayer insulating film 461 is not limited to the silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure.

次いで、図10(A)に示すように、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行なう。この活性化工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行なう。熱アニール法としては、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で400〜700℃、代表的には500〜550℃で行えばよく、本実施例では550℃、4時間の熱処理で活性化処理を行った。なお、熱アニール法の他に、レーザアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することができる。レーザアニール法には、本発明が開示する方法を使ってもよい。  Next, as shown in FIG. 10A, a step of activating the impurity element added to each semiconductor layer is performed. This activation step is performed by a thermal annealing method using a furnace annealing furnace. As the thermal annealing method, it may be performed at 400 to 700 ° C., typically 500 to 550 ° C. in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less. The activation treatment was performed by heat treatment. In addition to the thermal annealing method, a laser annealing method or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be applied. For the laser annealing method, the method disclosed in the present invention may be used.

なお、本実施例では、上記活性化処理と同時に、結晶化の際に触媒として使用したニッケルが高濃度のリンを含む不純物領域423a、425a、426a、446a、447aを結晶化する。そのため、前記不純物領域に前記ニッケルがゲッタリングされ、主にチャネル形成領域となる半導体層中のニッケルの濃度が低減される。このようにして作製したチャネル形成領域を有するTFTはオフ電流値が下がり、結晶性が良いことから高い電界効果移動度が得られ、良好な特性を達成することができる。  Note that in this embodiment, simultaneously with the activation treatment, the impurity regions 423a, 425a, 426a, 446a, and 447a in which nickel used as a catalyst in the crystallization contains high-concentration phosphorus are crystallized. Therefore, the nickel is gettered in the impurity region, and the concentration of nickel in the semiconductor layer mainly serving as a channel formation region is reduced. A TFT having a channel formation region manufactured in this manner has a low off-current value and good crystallinity, so that high field-effect mobility can be obtained and good characteristics can be achieved.

また、第1の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行なっても良い。ただし、用いた配線材料が熱に弱い場合には、本実施例のように配線等を保護するため層間絶縁膜(シリコンを主成分とする絶縁膜、例えば窒化珪素膜)を形成した後で活性化処理を行なうことが好ましい。  In addition, an activation process may be performed before forming the first interlayer insulating film. However, when the wiring material used is weak against heat, it is activated after an interlayer insulating film (insulating film containing silicon as a main component, for example, a silicon nitride film) is formed to protect the wiring and the like as in this embodiment. It is preferable to perform the conversion process.

さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気中で、300〜550℃で1〜12時間の熱処理を行い、半導体層を水素化する工程を行なう。本実施例では水素を約3%の含む窒素雰囲気中で410℃、1時間の熱処理を行った。この工程は層間絶縁膜に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行なっても良い。  Further, a step of hydrogenating the semiconductor layer is performed by performing heat treatment at 300 to 550 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen. In this embodiment, heat treatment was performed at 410 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere containing about 3% hydrogen. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with hydrogen contained in the interlayer insulating film. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.

また、活性化処理としてレーザアニール法を用いる場合には、上記水素化処理を行う前に、エキシマレーザやYAGレーザ等のレーザビームを照射することが望ましい。  In the case where a laser annealing method is used as the activation treatment, it is desirable to irradiate a laser beam such as an excimer laser or a YAG laser before performing the hydrogenation treatment.

次いで、第1の層間絶縁膜461上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜462を形成する。本実施例では、膜厚1.6μmのアクリル樹脂膜を形成したが、粘度が10〜1000cp、好ましくは40〜200cpのものを用い、表面に凸凹が形成されるものを用いる。  Next, a second interlayer insulating film 462 made of an inorganic insulating film material or an organic insulating material is formed over the first interlayer insulating film 461. In this embodiment, an acrylic resin film having a thickness of 1.6 μm is formed, but a film having a viscosity of 10 to 1000 cp, preferably 40 to 200 cp, and having a surface with unevenness is used.

本実施例では、鏡面反射を防ぐため、表面に凸凹が形成される第2の層間絶縁膜を形成することによって画素電極の表面に凸凹を形成する。また、画素電極の表面に凹凸を持たせて光散乱性を図るため、画素電極の下方の領域に凸部を形成してもよい。その場合、凸部の形成は、TFTの形成と同じフォトマスクで行なうことができるため、工程数の増加なく形成することができる。なお、この凸部は配線及びTFT部以外の画素部領域の基板上に適宜設ければよい。こうして、凸部を覆う絶縁膜の表面に形成された凸凹に沿って画素電極の表面に凸凹が形成される。  In this embodiment, in order to prevent specular reflection, the surface of the pixel electrode is formed uneven by forming a second interlayer insulating film having an uneven surface. In addition, a convex portion may be formed in a region below the pixel electrode in order to make the surface of the pixel electrode uneven to achieve light scattering. In that case, since the convex portion can be formed using the same photomask as that of the TFT, the convex portion can be formed without increasing the number of steps. In addition, this convex part should just be suitably provided on the board | substrate of pixel part area | regions other than wiring and a TFT part. Thus, irregularities are formed on the surface of the pixel electrode along the irregularities formed on the surface of the insulating film covering the convex portions.

また、第2の層間絶縁膜462として表面が平坦化する膜を用いてもよい。その場合は、画素電極を形成した後、公知のサンドブラスト法やエッチング法等の工程を追加して表面を凹凸化させて、鏡面反射を防ぎ、反射光を散乱させることによって白色度を増加させることが好ましい。  Alternatively, a film whose surface is planarized may be used as the second interlayer insulating film 462. In that case, after forming the pixel electrode, adding a step such as a known sandblasting method or etching method to make the surface uneven, prevent specular reflection, and increase the whiteness by scattering the reflected light Is preferred.

そして、駆動回路506において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線463〜467を形成する。なお、これらの配線は、膜厚50nmのTi膜と、膜厚500nmの合金膜(AlとTiとの合金膜)との積層膜をパターニングして形成する。  In the driver circuit 506, wirings 463 to 467 that are electrically connected to the impurity regions are formed. Note that these wirings are formed by patterning a laminated film of a Ti film having a thickness of 50 nm and an alloy film (alloy film of Al and Ti) having a thickness of 500 nm.

また、画素部507においては、画素電極470、ゲート配線469、接続電極468を形成する。(図10(B))この接続電極468によりソース配線(443bと449の積層)は、画素TFTと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線469は、画素TFTのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極470は、画素TFTのドレイン領域442と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する半導体層458と電気的な接続が形成される。また、画素電極471としては、AlまたはAgを主、成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いることが望ましい。  In the pixel portion 507, a pixel electrode 470, a gate wiring 469, and a connection electrode 468 are formed. (FIG. 10B) With this connection electrode 468, the source wiring (stack of 443b and 449) is electrically connected to the pixel TFT. In addition, the gate wiring 469 is electrically connected to the gate electrode of the pixel TFT. In addition, the pixel electrode 470 is electrically connected to the drain region 442 of the pixel TFT and further electrically connected to the semiconductor layer 458 functioning as one electrode forming a storage capacitor. The pixel electrode 471 is preferably made of a highly reflective material such as a film mainly composed of Al or Ag, or a laminated film thereof.

以上の様にして、nチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502からなるCMOS回路、及びnチャネル型TFT503を有する駆動回路506と、画素TFT504、保持容量505とを有する画素部507を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。  As described above, a CMOS circuit including an n-channel TFT 501 and a p-channel TFT 502, a driver circuit 506 having an n-channel TFT 503, and a pixel portion 507 having a pixel TFT 504 and a storage capacitor 505 are formed over the same substrate. can do. Thus, the active matrix substrate is completed.

駆動回路506のnチャネル型TFT501はチャネル形成領域423c、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層428aと重なる低濃度不純物領域423b(GOLD領域)、とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域423aを有している。このnチャネル型TFT501と電極466で接続してCMOS回路を形成するpチャネル型TFT502にはチャネル形成領域446d、ゲート電極の外側に形成される不純物領域446b、446c、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域446aを有している。また、nチャネル型TFT503にはチャネル形成領域425c、ゲート電極の一部を構成する第1の導電層430aと重なる低濃度不純物領域425b(GOLD領域)、とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域425aを有している。  The n-channel TFT 501 of the driver circuit 506 includes a channel formation region 423c, a low-concentration impurity region 423b (GOLD region) that overlaps with the first conductive layer 428a which forms part of the gate electrode, and a high function as a source region or a drain region. A concentration impurity region 423a is provided. The p-channel TFT 502 which is connected to the n-channel TFT 501 and the electrode 466 to form a CMOS circuit functions as a channel formation region 446d, impurity regions 446b and 446c formed outside the gate electrode, and a source region or a drain region. A high concentration impurity region 446a is provided. In addition, the n-channel TFT 503 includes a channel formation region 425c, a low-concentration impurity region 425b (GOLD region) that overlaps with the first conductive layer 430a that forms part of the gate electrode, and a high-concentration function as a source region or a drain region. An impurity region 425a is provided.

画素部の画素TFT504にはチャネル形成領域426c、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域426b(LDD領域)とソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域426aを有している。また、保持容量505の一方の電極として機能する半導体層447a、447bには、それぞれp型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量505は、絶縁膜444を誘電体として、電極(438aと438bの積層)と、半導体層447a〜447cとで形成している。  The pixel TFT 504 in the pixel portion includes a channel formation region 426c, a low concentration impurity region 426b (LDD region) formed outside the gate electrode, and a high concentration impurity region 426a functioning as a source region or a drain region. In addition, an impurity element imparting p-type conductivity is added to each of the semiconductor layers 447a and 447b functioning as one electrode of the storage capacitor 505. The storage capacitor 505 is formed using an electrode (a stack of 438a and 438b) and semiconductor layers 447a to 447c using the insulating film 444 as a dielectric.

また、本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。In the pixel structure of this embodiment, the end of the pixel electrode overlaps with the source wiring so that the gap between the pixel electrodes is shielded from light without using a black matrix.

また、本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図を図11に示す。なお、図7〜図10に対応する部分には同じ符号を用いている。図10中の鎖線A−A’は図11中の鎖線A−A’で切断した断面図に対応している。また、図10中の鎖線B−B’は図11中の鎖線B−B’で切断した断面図に対応している。  FIG. 11 is a top view of the pixel portion of the active matrix substrate manufactured in this embodiment. In addition, the same code | symbol is used for the part corresponding to FIGS. A chain line A-A ′ in FIG. 10 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line A-A ′ in FIG. 11. Further, a chain line B-B ′ in FIG. 10 corresponds to a cross-sectional view taken along the chain line B-B ′ in FIG. 11.

なお、本実施例は実施例1乃至3のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。  Note that this embodiment can be freely combined with any one of Embodiments 1 to 3.

(実施例5)
本実施例では、本発明を用いて発光装置の一例として、EL(エレクトロルミネセンス)表示装置を作製した例について説明する。
(Example 5)
In this example, an example in which an EL (electroluminescence) display device is manufactured as an example of a light-emitting device using the present invention will be described.

本明細書において、発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにICを実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス(Electro Luminescence)が得られる有機化合物を含む層(発光層)と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。  In this specification, the light emitting device is a general term for a display panel in which a light emitting element formed on a substrate is sealed between the substrate and a cover material, and a display module in which an IC is mounted on the display panel. is there. Note that the light-emitting element includes a layer (light-emitting layer) containing an organic compound from which luminescence (Electro Luminescence) generated by applying an electric field is obtained, an anode layer, and a cathode layer. In addition, luminescence in an organic compound includes light emission (fluorescence) when returning from a singlet excited state to a ground state and light emission (phosphorescence) when returning from a triplet excited state to a ground state, one of these, Or both luminescence is included.

図13は本発明のEL表示装置の断面図である。図13において、基板700上に設けられたスイッチングTFT603は図13のnチャネル型TFT503を用いて形成される。したがって、構造の説明はnチャネル型TFT503の説明を参照すれば良い。  FIG. 13 is a cross-sectional view of an EL display device of the present invention. In FIG. 13, a switching TFT 603 provided over a substrate 700 is formed using the n-channel TFT 503 in FIG. Therefore, the description of the n-channel TFT 503 may be referred to for the description of the structure.

なお、本実施例ではチャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。  Note that although a double gate structure in which two channel formation regions are formed is used in this embodiment, a single gate structure in which one channel formation region is formed or a triple gate structure in which three channel formation regions are formed may be used.

基板700上に設けられた駆動回路は図13のCMOS回路を用いて形成される。従って、構造の説明はnチャネル型TFT501とpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。  A driver circuit provided over the substrate 700 is formed using the CMOS circuit of FIG. Therefore, for the description of the structure, the description of the n-channel TFT 501 and the p-channel TFT 502 may be referred to. In this embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.

また、配線701、703はCMOS回路のソース配線、702はドレイン配線として機能する。また、配線704はソース配線708とスイッチングTFTのソース領域とを電気的に接続する配線として機能し、配線705はドレイン配線709とスイッチングTFTのドレイン領域とを電気的に接続する配綜として機能する。  Further, the wirings 701 and 703 function as source wirings of the CMOS circuit, and the wiring 702 functions as a drain wiring. The wiring 704 functions as a wiring that electrically connects the source wiring 708 and the source region of the switching TFT, and the wiring 705 functions as a wiring that electrically connects the drain wiring 709 and the drain region of the switching TFT. .

なお、電流制御TFT604は図13のpチャネル型TFT502を用いて形成される。従って、構造の説明はpチャネル型TFT502の説明を参照すれば良い。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。  Note that the current control TFT 604 is formed using the p-channel TFT 502 of FIG. Accordingly, the description of the p-channel TFT 502 may be referred to for the description of the structure. In this embodiment, a single gate structure is used, but a double gate structure or a triple gate structure may be used.

また、配線706は電流制御TFTのソース配線(電流供給線に相当する)であり、707は電流制御TFTの画素電極710上に重ねることで画素電極710と電気的に接続する電極である。  A wiring 706 is a source wiring (corresponding to a current supply line) of the current control TFT, and 707 is an electrode that is electrically connected to the pixel electrode 710 by being overlaid on the pixel electrode 710 of the current control TFT.

なお、710は、透明導電膜からなる画素電極(EL素子の陽極)である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極710は、上記配線を形成する前に平坦な層間絶縁膜711上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる平坦化膜711を用いてTFTによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成されるEL層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、EL層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。  Reference numeral 710 denotes a pixel electrode (EL element anode) made of a transparent conductive film. As the transparent conductive film, a compound of indium oxide and tin oxide, a compound of indium oxide and zinc oxide, zinc oxide, tin oxide, or indium oxide can be used. Moreover, you may use what added the gallium to the said transparent conductive film. The pixel electrode 710 is formed on the flat interlayer insulating film 711 before forming the wiring. In this embodiment, it is very important to flatten the step due to the TFT using the flattening film 711 made of resin. Since an EL layer to be formed later is very thin, a light emission defect may occur due to the presence of a step. Therefore, it is desirable to planarize the pixel electrode before forming the pixel electrode so that the EL layer can be formed as flat as possible.

配線701〜707を形成後、図13に示すようにバンク712を形成する。バンク712は100〜400nmの珪素を含む絶縁膜もしくは有機樹脂膜をパターニングして形成すれば良い。  After the wirings 701 to 707 are formed, a bank 712 is formed as shown in FIG. The bank 712 may be formed by patterning an insulating film or organic resin film containing silicon of 100 to 400 nm.

なお、バンク712は絶縁膜であるため、成膜時における素子の静電破壊には注意が必要である。本実施例ではバンク712の材料となる絶縁膜中にカーボン粒子や金属粒子を添加して抵抗率を下げ、静電気の発生を抑制する。この際、抵抗率は1×106〜1×1012Ωm(好ましくは1×108〜1×1010Ωm)となるようにカーボン粒子や金属粒子の添加量を調節すれば良い。Note that since the bank 712 is an insulating film, attention must be paid to electrostatic breakdown of elements during film formation. In this embodiment, carbon particles or metal particles are added to the insulating film that is the material of the bank 712 to reduce the resistivity and suppress the generation of static electricity. At this time, the addition amount of carbon particles or metal particles may be adjusted so that the resistivity is 1 × 10 6 to 1 × 10 12 Ωm (preferably 1 × 10 8 to 1 × 10 10 Ωm).

画素電極710の上にはEL層713が形成される。なお、図13では一画素しか図示していないが、本実施例ではR(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応したEL層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機EL材料を形成している。具体的には、正孔注入層として20nm厚の銅フタロシアニン(CuPc)膜を設け、その上に発光層として70nm厚のトリス−8−キノリノラトアルミニウム錯体(Alq3)膜を設けた積層構造としている。Alq3にキナクリドン、ペリレンもしくはDCM1といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。An EL layer 713 is formed over the pixel electrode 710. Although only one pixel is shown in FIG. 13, in this embodiment, EL layers corresponding to R (red), G (green), and B (blue) colors are separately created. In this embodiment, a low molecular organic EL material is formed by a vapor deposition method. Specifically, a laminated structure in which a copper phthalocyanine (CuPc) film having a thickness of 20 nm is provided as a hole injection layer and a tris-8-quinolinolato aluminum complex (Alq 3 ) film having a thickness of 70 nm is provided thereon as a light emitting layer. It is said. The emission color can be controlled by adding a fluorescent dye such as quinacridone, perylene, or DCM1 to Alq 3 .

但し、以上の例はEL層として用いることのできる有機EL材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてEL層(発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機EL材料をEL層として用いる例を示したが、高分子系有機EL材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機EL材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。  However, the above example is an example of an organic EL material that can be used as an EL layer, and is not necessarily limited to this. An EL layer (a layer for emitting light and moving carriers therefor) may be formed by freely combining a light-emitting layer, a charge transport layer, or a charge injection layer. For example, in this embodiment, an example in which a low molecular weight organic EL material is used as an EL layer is shown, but a high molecular weight organic EL material may be used. It is also possible to use an inorganic material such as silicon carbide for the charge transport layer or the charge injection layer. As these organic EL materials and inorganic materials, known materials can be used.

次に、EL層713の上には導電膜からなる陰極714が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のMgAg膜(マグネシウムと銀との合金膜)を用いても良い。陰極材料としては、周期表の1族もしくは2族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。  Next, a cathode 714 made of a conductive film is provided over the EL layer 713. In this embodiment, an alloy film of aluminum and lithium is used as the conductive film. Of course, a known MgAg film (magnesium and silver alloy film) may be used. As the cathode material, a conductive film made of an element belonging to Group 1 or Group 2 of the periodic table or a conductive film added with these elements may be used.

この陰極714まで形成された時点でEL素子715が完成する。なお、ここでいうEL素子715は、画素電極(陽極)710、EL層713及び陰極714で形成されたコンデンサを指す。  When the cathode 714 is formed, the EL element 715 is completed. Note that the EL element 715 here refers to a capacitor formed by a pixel electrode (anode) 710, an EL layer 713, and a cathode 714.

EL素子715を完全に覆うようにしてパッシベーション膜716を設けることは有効である。パッシベーション膜716としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。  It is effective to provide a passivation film 716 so as to completely cover the EL element 715. As the passivation film 716, an insulating film including a carbon film, a silicon nitride film, or a silicon nitride oxide film is used, and the insulating film is used as a single layer or a combination thereof.

この際、カバレッジの良い膜をパッシベーション膜として用いることが好ましく、炭素膜、特にDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を用いることは有効である。DLC膜は室温から100℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低いEL層713の上方にも容易に成膜することができる。また、DLC膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、EL層713の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間にEL層713が酸化するといった問題を防止できる。At this time, it is preferable to use a film with good coverage as the passivation film, and it is effective to use a carbon film, particularly a DLC (diamond-like carbon) film. Since the DLC film can be formed in a temperature range from room temperature to 100 ° C., it can be easily formed over the EL layer 713 having low heat resistance. In addition, the DLC film has a high blocking effect against oxygen and can suppress oxidation of the EL layer 713. Therefore, the problem that the EL layer 713 is oxidized during the subsequent sealing process can be prevented.

さらに、パッシベーション膜716上に封止材717を設け、カバー材718を貼り合わせる。封止材717としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材718はガラス基板や石英基板やプラスチック基板(プラスチックフィルムも含む)の両面に炭素膜(好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜)を形成したものを用いる。  Further, a sealing material 717 is provided over the passivation film 716 and a cover material 718 is attached thereto. As the sealing material 717, an ultraviolet curable resin may be used, and it is effective to provide a substance having a hygroscopic effect or a substance having an antioxidant effect inside. In this embodiment, the cover material 718 is formed by forming a carbon film (preferably a diamond-like carbon film) on both surfaces of a glass substrate, a quartz substrate, or a plastic substrate (including a plastic film).

こうして図13に示すような構造のEL表示装置が完成する。なお、バンク712を形成した後、パッシベーション膜716を形成するまでの工程をマルチチャンバー方式(またはインライン方式)の成膜装置を用いて、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材718を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。  Thus, an EL display device having a structure as shown in FIG. 13 is completed. Note that it is effective to continuously process the steps from the formation of the bank 712 to the formation of the passivation film 716 using a multi-chamber type (or in-line type) film formation apparatus without releasing to the atmosphere. . Further, it is possible to continuously process the process up to the step of bonding the cover material 718 without releasing to the atmosphere.

こうして、プラスチック基板を母体とする絶縁体501上にnチャネル型TFT601、602、スイッチングTFT(nチャネル型TFT)603および電流制御TFT(nチャネル型TFT)604が形成される。ここまでの製造工程で必要としたマスク数は、一般的なアクティブマトリクス型EL表示装置よりも少ない。  Thus, the n-channel TFTs 601 and 602, the switching TFT (n-channel TFT) 603, and the current control TFT (n-channel TFT) 604 are formed on the insulator 501 having the plastic substrate as a base. The number of masks required in the manufacturing process so far is smaller than that of a general active matrix EL display device.

即ち、TFTの製造工程が大幅に簡略化されており、歩留まりの向上および製造コストの低減が実現できる。  That is, the TFT manufacturing process is greatly simplified, and the yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

さらに、図13を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いnチャネル型TFTを形成することができる。そのため、信頼性の高いEL表示装置を実現できる。  Furthermore, as described with reference to FIGS. 13A and 13B, an n-channel TFT which is resistant to deterioration due to the hot carrier effect can be formed by providing an impurity region overlapping with the gate electrode through an insulating film. Therefore, a highly reliable EL display device can be realized.

また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、D/Aコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。  Further, in this embodiment, only the configuration of the pixel portion and the drive circuit is shown. However, according to the manufacturing process of this embodiment, other logic circuits such as a signal dividing circuit, a D / A converter, an operational amplifier, and a γ correction circuit are provided. Can be formed on the same insulator, and a memory and a microprocessor can also be formed.

さらに、EL素子を保護するための封止(または封入)工程まで行った後の本実施例のEL発光装置について図14を用いて説明する。なお、必要に応じて図13で用いた符号を引用する。  Further, the EL light-emitting device of this example after performing the sealing (or sealing) process for protecting the EL element will be described with reference to FIG. In addition, the code | symbol used in FIG. 13 is quoted as needed.

図14(A)は、EL素子の封止までを行った状態を示す上面図、図14(B)は図14(A)をC−C’で切断した断面図である。点線で示された801はソース側駆動回路、806は画素部、807はゲート側駆動回路である。また、901はカバー材、902は第1シール材、903は第2シール材であり、第1シール材902で囲まれた内側には封止材907が設けられる。  FIG. 14A is a top view illustrating a state where the EL element is sealed, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line C-C ′ in FIG. Reference numeral 801 indicated by a dotted line denotes a source side driver circuit, 806 denotes a pixel portion, and 807 denotes a gate side driver circuit. Reference numeral 901 denotes a cover material, reference numeral 902 denotes a first sealing material, reference numeral 903 denotes a second sealing material, and a sealing material 907 is provided on the inner side surrounded by the first sealing material 902.

なお、904はソース側駆動回路801及びゲート側駆動回路807に入力される信号を伝送するための配線であり、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)905からビデオ信号やクロック信号を受け取る。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書におけるEL表示装置には、EL表示装置本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。  Reference numeral 904 denotes a wiring for transmitting signals input to the source side driver circuit 801 and the gate side driver circuit 807, and receives a video signal and a clock signal from an FPC (flexible printed circuit) 905 serving as an external input terminal. Although only the FPC is shown here, a printed wiring board (PWB) may be attached to the FPC. The EL display device in this specification includes not only the EL display device main body but also a state in which an FPC or PWB is attached thereto.

次に、断面構造について図14(B)を用いて説明する。基板700の上方には画素部806、ゲート側駆動回路807が形成されており、画素部806は電流制御TFT604とそのドレインに電気的に接続された画素電極710を含む複数の画素により形成される。また、ゲート側駆動回路807はnチャネル型TFT601とpチャネル型TFT602とを組み合わせたCMOS回路(図15参照)を用いて形成される。  Next, a cross-sectional structure is described with reference to FIG. A pixel portion 806 and a gate side driver circuit 807 are formed above the substrate 700, and the pixel portion 806 is formed by a plurality of pixels including a current control TFT 604 and a pixel electrode 710 electrically connected to a drain thereof. . The gate side driver circuit 807 is formed using a CMOS circuit (see FIG. 15) in which an n-channel TFT 601 and a p-channel TFT 602 are combined.

画素電極710はEL素子の陽極として機能する。また、画素電極710の両端にはバンク712が形成され、画素電極710上にはEL層713およびEL素子の陰極714が形成される。  The pixel electrode 710 functions as an anode of the EL element. A bank 712 is formed at both ends of the pixel electrode 710, and an EL layer 713 and a cathode 714 of the EL element are formed on the pixel electrode 710.

陰極714は全画素に共通の配線としても機能し、接続配線904を経由してFPC905に電気的に接続されている。さらに、画素部806及びゲート側駆動回路807に含まれる素子は全て陰極714およびパッシベーション膜567で覆われている。  The cathode 714 also functions as a wiring common to all pixels, and is electrically connected to the FPC 905 via the connection wiring 904. Further, all elements included in the pixel portion 806 and the gate side driver circuit 807 are covered with a cathode 714 and a passivation film 567.

また、第1シール材902によりカバー材901が貼り合わされている。なお、カバー材901とEL素子との間隔を確保するために樹脂膜からなるスペーサを設けても良い。そして、第1シール材902の内側には封止材907が充填されている。なお、第1シール材902、封止材907としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第1シール材902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。さらに、封止材907の内部に吸湿効果をもつ物質や酸化防止効果をもつ物質を含有させても良い。  Further, a cover material 901 is bonded to the first seal material 902. Note that a spacer made of a resin film may be provided in order to secure a gap between the cover material 901 and the EL element. A sealing material 907 is filled inside the first sealing material 902. Note that an epoxy-based resin is preferably used as the first sealing material 902 and the sealing material 907. The first sealing material 902 is desirably a material that does not transmit moisture and oxygen as much as possible. Further, a substance having a hygroscopic effect or a substance having an antioxidant effect may be contained in the sealing material 907.

EL素子を覆うようにして設けられた封止材907はカバー材901を接着するための接着剤としても機能する。また、本実施例ではカバー材901を構成するプラスチック基板901aの材料としてFRP(Fiberglass-Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリルを用いることができる。  The sealing material 907 provided so as to cover the EL element also functions as an adhesive for bonding the cover material 901. In this embodiment, FRP (Fiberglass-Reinforced Plastics), PVF (polyvinyl fluoride), Mylar, polyester, or acrylic can be used as the material of the plastic substrate 901a constituting the cover material 901.

また、封止材907を用いてカバー材901を接着した後、封止材907の側面(露呈面)を覆うように第2シール材903を設ける。第2シール材903は第1シール材902と同じ材料を用いることができる。  In addition, after the cover material 901 is bonded using the sealing material 907, the second sealing material 903 is provided so as to cover the side surface (exposed surface) of the sealing material 907. The second sealing material 903 can use the same material as the first sealing material 902.

以上のような構造でEL素子を封止材907に封入することにより、EL素子を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素等のEL層の酸化による劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高いEL表示装置が得られる。  By encapsulating the EL element in the sealing material 907 with the above structure, the EL element can be completely shut off from the outside, and a substance that promotes deterioration due to oxidation of the EL layer such as moisture or oxygen enters from the outside. Can be prevented. Therefore, an EL display device with high reliability can be obtained.

以上のようにして作製される発光装置における半導体膜は、照射面またはその近傍において干渉が低減され、かつ、エネルギー分布の均一性が著しく向上したレーザビームにより、十分な結晶化が行われている。そのため、前記発光装置においても十分な動作特性および信頼性を実現し得る。そして、このような発光装置は、各種電子機器の表示部として用いることができる。  The semiconductor film in the light-emitting device manufactured as described above is sufficiently crystallized by a laser beam in which interference is reduced at or near the irradiated surface and the uniformity of energy distribution is significantly improved. . Therefore, sufficient operating characteristics and reliability can be realized also in the light emitting device. And such a light-emitting device can be used as a display part of various electronic devices.

なお、本実施例は実施例1乃至3のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。  Note that this embodiment can be freely combined with any one of Embodiments 1 to 3.

(実施例6)
本実施例では、実施例4で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図12を用いる。
(Example 6)
In this embodiment, a process of manufacturing a reflective liquid crystal display device from the active matrix substrate manufactured in Embodiment 4 will be described below. FIG. 12 is used for the description.

まず、実施例4に従い、図10(B)の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図10(B)のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極470上に配向膜471を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜471を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ480を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。  First, an active matrix substrate in the state of FIG. 10B is obtained according to Embodiment 4, and then an alignment film 471 is formed on at least the pixel electrode 470 on the active matrix substrate of FIG. . In this embodiment, before the alignment film 471 is formed, a columnar spacer 480 for maintaining a substrate interval is formed at a desired position by patterning an organic resin film such as an acrylic resin film. Further, instead of the columnar spacers, spherical spacers may be scattered over the entire surface of the substrate.

次いで、対向基板472を用意する。次いで、対向基板472上に着色層473、474、平坦化膜475を形成する。赤色の着色層473と青色の着色層474とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。  Next, a counter substrate 472 is prepared. Next, colored layers 473 and 474 and a planarization film 475 are formed over the counter substrate 472. The red colored layer 473 and the blue colored layer 474 are overlapped to form a light shielding portion. Further, the light shielding portion may be formed by partially overlapping the red colored layer and the green colored layer.

本実施例では、実施例4に示す基板を用いている。従って、実施例4の画素部の上面図を示す図11では、少なくともゲート配線469と画素電極470の間隙と、ゲート配線469と接続電極468の間隙と、接続電極468と画素電極470の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。  In this example, the substrate shown in Example 4 is used. Therefore, in FIG. 11 showing a top view of the pixel portion of Embodiment 4, at least the gap between the gate wiring 469 and the pixel electrode 470, the gap between the gate wiring 469 and the connection electrode 468, and the gap between the connection electrode 468 and the pixel electrode 470 are provided. It is necessary to shield the light. In this example, the respective colored layers were arranged so that the light-shielding portions formed by the lamination of the colored layers overlapped at the positions where light shielding should be performed, and the counter substrate was bonded.

このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。  As described above, the number of steps can be reduced by shielding the gap between the pixels with the light shielding portion formed by the lamination of the colored layers without forming a light shielding layer such as a black mask.

次いで、平坦化膜475上に透明導電膜からなる対向電極476を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜477を形成し、ラビング処理を施した。  Next, a counter electrode 476 made of a transparent conductive film was formed over the planarization film 475 in at least the pixel portion, an alignment film 477 was formed over the entire surface of the counter substrate, and a rubbing process was performed.

そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材478で貼り合わせる。シール材478にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って2枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料479を注入し、封止剤(図示せず)によって完全に封止する。液晶材料479には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図12に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板(図示しない)を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてFPCを貼りつけた。  Then, the active matrix substrate on which the pixel portion and the driver circuit are formed and the counter substrate are attached to each other with a sealant 478. Filler is mixed in the sealing material 478, and two substrates are bonded to each other with a uniform interval by the filler and the columnar spacer. Thereafter, a liquid crystal material 479 is injected between both substrates and completely sealed with a sealant (not shown). A known liquid crystal material may be used for the liquid crystal material 479. In this way, the reflection type liquid crystal display device shown in FIG. 12 is completed. If necessary, the active matrix substrate or the counter substrate is divided into a desired shape. Further, a polarizing plate (not shown) was attached only to the counter substrate. And FPC was affixed using the well-known technique.

以上のようにして作製される液晶表示装置における半導体膜は、照射面またはその近傍において干渉が低減され、かつ、エネルギー分布の均一性が著しく向上したレーザビームにより、十分な結晶化が行われている。そのため、前記液晶表示装置においても十分な動作特性および信頼性を実現し得る。そして、このような液晶表示装置は、各種電子機器の表示部として用いることができる。  The semiconductor film in the liquid crystal display device manufactured as described above is sufficiently crystallized by a laser beam in which interference is reduced at or near the irradiated surface and the uniformity of energy distribution is remarkably improved. Yes. Therefore, sufficient operating characteristics and reliability can be realized also in the liquid crystal display device. And such a liquid crystal display device can be used as a display part of various electronic devices.

なお、本実施例は実施例1乃至4のいずれか一と自由に組み合わせることが可能である。  Note that this embodiment can be freely combined with any one of Embodiments 1 to 4.

(実施例7)
本発明を実施して形成されたCMOS回路や画素部は様々な電気光学装置(アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ、アクティブマトリクス型ECディスプレイ、アクティブマトリクス型ELディスプレイ)に用いることが出来る。即ち、それら電気光学装置を表示部に組み込んだ電子機器全てに適用できる。
(Example 7)
The CMOS circuit and the pixel portion formed by implementing the present invention can be used for various electro-optical devices (active matrix liquid crystal display, active matrix EC display, active matrix EL display). That is, the present invention can be applied to all electronic devices in which these electro-optical devices are incorporated in a display unit.

その様な電子機器としては、ビデオカメラ、デジタルカメラ、プロジェクター(リア型またはフロント型)、ヘッドマウントディスプレイ(ゴーグル型ディスプレイ)、カーナビゲーション、カーステレオ、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話または電子書籍等)などが挙げられる。それらの一例を図15、図16及び図17に示す。  Such electronic devices include video cameras, digital cameras, projectors (rear type or front type), head mounted displays (goggles type displays), car navigation systems, car stereos, personal computers, personal digital assistants (mobile computers, mobile phones) Or an electronic book). Examples of these are shown in FIGS. 15, 16 and 17.

図15(A)はパーソナルコンピュータであり、本体3001、画像入力部3002、表示部3003、キーボード3004等を含む。本発明を画像入力部3002、表示部3003やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 15A shows a personal computer, which includes a main body 3001, an image input portion 3002, a display portion 3003, a keyboard 3004, and the like. The present invention can be applied to the image input unit 3002, the display unit 3003, and other signal control circuits.

図15(B)はビデオカメラであり、本体3101、表示部3102、音声入力部3103、操作スイッチ3104、バッテリー3105、受像部3106等を含む。本発明を表示部3102やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 15B illustrates a video camera, which includes a main body 3101, a display portion 3102, an audio input portion 3103, operation switches 3104, a battery 3105, an image receiving portion 3106, and the like. The present invention can be applied to the display portion 3102 and other signal control circuits.

図15(C)はモバイルコンピュータ(モービルコンピュータ)であり、本体3201、カメラ部3202、受像部3203、操作スイッチ3204、表示部3205等を含む。本発明は表示部3205やその他の信号制御回路に適用出来る。  FIG. 15C illustrates a mobile computer, which includes a main body 3201, a camera portion 3202, an image receiving portion 3203, operation switches 3204, a display portion 3205, and the like. The present invention can be applied to the display portion 3205 and other signal control circuits.

図15(D)はゴーグル型ディスプレイであり、本体3301、表示部3302、アーム部3303等を含む。本発明は表示部3302やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 15D illustrates a goggle-type display, which includes a main body 3301, a display portion 3302, an arm portion 3303, and the like. The present invention can be applied to the display portion 3302 and other signal control circuits.

図15(E)はプログラムを記録した記録媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであり、本体3401、表示部3402、スピーカ部3403、記録媒体3404、操作スイッチ3405等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことが出来る。本発明は表示部3402やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 15E shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 3401, a display portion 3402, a speaker portion 3403, a recording medium 3404, an operation switch 3405, and the like. This player uses a DVD (Digital Versatile Disc), CD, or the like as a recording medium, and can perform music appreciation, movie appreciation, games, and the Internet. The present invention can be applied to the display portion 3402 and other signal control circuits.

図15(F)はデジタルカメラであり、本体3501、表示部3502、接眼部3503、操作スイッチ3504、受像部(図示しない)等を含む。本発明を表示部3502やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 15F illustrates a digital camera, which includes a main body 3501, a display portion 3502, an eyepiece portion 3503, an operation switch 3504, an image receiving portion (not shown), and the like. The present invention can be applied to the display portion 3502 and other signal control circuits.

図16(A)はフロント型プロジェクターであり、投射装置3601、スクリーン3602等を含む。本発明は投射装置3601の一部を構成する液晶表示装置3808やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 16A illustrates a front type projector, which includes a projection device 3601, a screen 3602, and the like. The present invention can be applied to a liquid crystal display device 3808 constituting a part of the projection device 3601 and other signal control circuits.

図16(B)はリア型プロジェクターであり、本体3701、投射装置3702、ミラー3703、スクリーン3704等を含む。本発明は投射装置3702の一部を構成する液晶表示装置3808やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 16B shows a rear projector, which includes a main body 3701, a projection device 3702, a mirror 3703, a screen 3704, and the like. The present invention can be applied to the liquid crystal display device 3808 constituting a part of the projection device 3702 and other signal control circuits.

なお、図16(C)は、図16(A)及び図16(B)中における投射装置3601、3702の構造の一例を示した図である。投射装置3601、3702は、光源光学系3801、ミラー3802、3804〜3806、ダイクロイックミラー3803、プリズム3807、液晶表示装置3808、位相差板3809、投射光学系3810で構成される。投射光学系3810は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図16(C)中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。  Note that FIG. 16C is a diagram illustrating an example of the structure of the projection devices 3601 and 3702 in FIGS. 16A and 16B. The projection devices 3601 and 3702 include a light source optical system 3801, mirrors 3802 and 3804 to 3806, a dichroic mirror 3803, a prism 3807, a liquid crystal display device 3808, a phase difference plate 3809, and a projection optical system 3810. The projection optical system 3810 is composed of an optical system including a projection lens. Although the present embodiment shows a three-plate type example, it is not particularly limited, and for example, a single-plate type may be used. Further, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, an IR film, or the like in the optical path indicated by an arrow in FIG. Good.

また、図16(D)は、図16(C)中における光源光学系3801の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系3801は、リフレクター3811、光源3812、レンズアレイ3813、3814、偏光変換素子3815、集光レンズ3816で構成される。なお、図16(D)に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。  FIG. 16D illustrates an example of the structure of the light source optical system 3801 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 3801 includes a reflector 3811, a light source 3812, lens arrays 3813 and 3814, a polarization conversion element 3815, and a condenser lens 3816. Note that the light source optical system illustrated in FIG. 16D is an example and is not particularly limited. For example, the practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarization function, a film for adjusting a phase difference, or an IR film in the light source optical system.

ただし、図16に示したプロジェクターにおいては、透過型の電気光学装置を用いた場合を示しており、反射型の電気光学装置での適用例は図示していない。  However, the projector shown in FIG. 16 shows a case in which a transmissive electro-optical device is used, and an application example in a reflective electro-optical device is not shown.

図17(A)は携帯電話であり、本体3901、音声出力部3902、音声入力部3903、表示部3904、操作スイッチ3905、アンテナ3906等を含む。本発明を音声出力部3902、音声入力部3903、表示部3904やその他の信号制御回路に適用することが出来る。  FIG. 17A illustrates a mobile phone, which includes a main body 3901, an audio output portion 3902, an audio input portion 3903, a display portion 3904, operation switches 3905, an antenna 3906, and the like. The present invention can be applied to the audio output unit 3902, the audio input unit 3903, the display unit 3904, and other signal control circuits.

図17(B)は携帯書籍(電子書籍)であり、本体4001、表示部4002、4003、記憶媒体4004、操作スイッチ4005、アンテナ4006等を含む。本発明は表示部4002、4003やその他の信号回路に適用することが出来る。  FIG. 17B illustrates a portable book (electronic book), which includes a main body 4001, display portions 4002 and 4003, a storage medium 4004, operation switches 4005, an antenna 4006, and the like. The present invention can be applied to the display portions 4002 and 4003 and other signal circuits.

図17(C)はディスプレイであり、本体4101、支持台4102、表示部4103等を含む。本発明は表示部4103に適用することが出来る。本発明のディスプレイは特に大画面化した場合において有利であり、対角10インチ以上(特に30インチ以上)のディスプレイには有利である。  FIG. 17C illustrates a display, which includes a main body 4101, a support base 4102, a display portion 4103, and the like. The present invention can be applied to the display portion 4103. The display of the present invention is particularly advantageous when the screen is enlarged, and is advantageous for displays having a diagonal of 10 inches or more (particularly 30 inches or more).

以上の様に、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適用することが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例1〜5または6のどのような組み合わせからなる構成を用いても実現することが出来る  As described above, the application range of the present invention is extremely wide and can be applied to electronic devices in various fields. Further, the electronic apparatus of the present embodiment can be realized by using a configuration including any combination of Embodiments 1 to 5 or 6.

発明の効果Effect of the invention

干渉性を有するレーザビームのエネルギー分布において、従来利用してきた光学系に本発明を適用するだけで、前記レーザビームの干渉性を低減し、該レーザビームのエネルギー分布の均一性が著しく向上する効果がある。本明細書が開示する発明と干渉性の高いYAGレーザに代表される固体レーザとを組み合わせて、半導体膜の結晶化工程に用いると、著しいコストダウンが期待できる。また、このようにして得られた半導体膜を用いてTFTを作製し、前記TFTを用いて作製するアクティブマトリクス型の液晶表示装置に代表される電気光学装置ならびに半導体装置において、十分な動作特性および信頼性を実現し得る。  In the energy distribution of a laser beam having coherence, the effect of reducing the coherence of the laser beam and significantly improving the uniformity of the energy distribution of the laser beam simply by applying the present invention to an optical system that has been conventionally used. There is. When the invention disclosed in this specification is combined with a solid-state laser typified by a highly coherent YAG laser and used in a semiconductor film crystallization process, significant cost reduction can be expected. In addition, a TFT is manufactured using the semiconductor film thus obtained, and in an electro-optical device and a semiconductor device typified by an active matrix liquid crystal display device manufactured using the TFT, sufficient operating characteristics and Reliability can be realized.

本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。The figure which shows the example of the laser irradiation apparatus which this invention discloses. 従来のレーザ照射装置の例を示す図。The figure which shows the example of the conventional laser irradiation apparatus. 干渉性の高いビームによる2光波干渉の様子を示す図。The figure which shows the mode of 2 light wave interference by a beam with high coherence. 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。The figure which shows the example of the laser irradiation apparatus which this invention discloses. 大量生産用のレーザ照射装置の例を示す図。The figure which shows the example of the laser irradiation apparatus for mass production. シリンドリカルレンズの球面収差により生じる結状のエネルギー分布を示す図。The figure which shows the energy distribution of the shape produced by the spherical aberration of a cylindrical lens. 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT of a pixel TFT and a driver circuit. 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT of a pixel TFT and a driver circuit. 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT of a pixel TFT and a driver circuit. 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of TFT of a pixel TFT and a driver circuit. 画素TFTの構成を示す上面図。FIG. 6 is a top view illustrating a configuration of a pixel TFT. 液晶パネルの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of a liquid crystal panel. EL表示装置の作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of EL display apparatus. EL表示装置の作製工程を示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of EL display apparatus. 電子機器の例を示す図。FIG. 14 illustrates an example of an electronic device. 電子機器の例を示す図。FIG. 14 illustrates an example of an electronic device. 電子機器の例を示す図。FIG. 14 illustrates an example of an electronic device.

101 レーザ発振器
102 シリンドリカルレンズアレイ
103 シリンドリカルレンズアレイ
104 シリンドリカルレンズ
105 シリンドリカルレンズ
106 シリンドリカルレンズ
107 ミラー
108 照射面
109 階段状石英板
110 λ/2板
201 レーザ発振器
202 シリンドリカルレンズアレイ
203 シリンドリカルレンズアレイ
204 シリンドリカルレンズ
205 シリンドリカルレンズ
206 ミラー
207 ダブレットシリンドリカルレンズ
208 照射面
1401 レーザ発振器
1402 ビームエキスパンダ
1403 階段状石英板
1404 λ/2板
1405 シリンドリカルレンズアレイ
1406 シリンドリカルレンズ
1407 シリンドリカルレンズアレイ
1408 ミラー
1409 シリンドリカルレンズ
1410 照射面
1500 レーザ発振器
1501 ロードアンロード室
1502 トランスファ室
1503 ロボットアーム
1504 アライメント室
1505 プレヒート室
1506 ゲートバルブ
1507 レーザ照射室
1508 クーリング室
1509 光学系
1510 石英窓
1511 真空ポンプ
1512 ガスボンベ
1513 移動機構
101 Laser oscillator 102 Cylindrical lens array 103 Cylindrical lens array 104 Cylindrical lens 105 Cylindrical lens 105 Cylindrical lens 106 Cylindrical lens 107 Mirror 108 Irradiation surface 109 Stepped quartz plate 110 λ / 2 plate 201 Laser oscillator 202 Cylindrical lens array 203 Cylindrical lens array 204 Cylindrical lens 205 Cylindrical lens 206 Mirror 207 Doublet cylindrical lens 208 Irradiation surface 1401 Laser oscillator 1402 Beam expander 1403 Stepped quartz plate 1404 λ / 2 plate 1405 Cylindrical lens array 1406 Cylindrical lens 1407 Cylindrical lens array 1408 Mirror 1409 Cylindrical lens 1410 Irradiation surface 1500 Laser oscillator 1501 Load / unload chamber 1502 Transfer chamber 1503 Robot arm 1504 Alignment chamber 1505 Preheating chamber 1506 Gate valve 1507 Laser irradiation chamber 1508 Cooling chamber 1509 Optical system 1510 Quartz window 1511 Vacuum pump 1512 Gas cylinder 1513 Moving mechanism

Claims (14)

照射面またはその近傍において均一なエネルギー分布を有する線状ビームを形成するレーザ照射装置であって、
レーザビームを射出するレーザ発振器と、
前記レーザビームの進行方向に直角である第1の方向において、
前記レーザビームを互いに異なる光路長を有するレーザビームにする階段状石英板と、
前記互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割する第1のシリンドリカルレンズアレイと、
前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つにして、前記線状ビームの長尺方向のエネルギー分布を均一化する第1の合成手段と、
前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、前記第1の方向に直角な第2の方向において、
前記レーザビームを互いに異なる偏光方向を有するレーザビームにするλ/2板と、
前記互いに異なる偏光方向を有するレーザビームを2つのレーザビームに分割する第2のシリンドリカルレンズアレイと、
前記2つのレーザビームを前記照射面またはその近傍で一つにして、前記線状ビームの短尺方向のエネルギー分布を均一化する第2の合成手段と、
を有し、
前記レーザビームの進行方向に対して、前記階段状石英板、前記λ/2板、前記第2のシリンドリカルレンズアレイ、前記第1のシリンドリカルアレイの順で配置されることを特徴とするレーザ照射装置。
A laser irradiation apparatus for forming a linear beam having a uniform energy distribution at or near an irradiation surface,
A laser oscillator for emitting a laser beam;
In a first direction perpendicular to the direction of travel of the laser beam,
A stepped quartz plate that converts the laser beam into laser beams having different optical path lengths;
A first cylindrical lens array for dividing the plurality of laser beams having different optical path lengths;
First combining means for making the plurality of laser beams one at or near the irradiated surface and uniformizing the energy distribution in the longitudinal direction of the linear beam;
In a second direction perpendicular to the direction of travel of the laser beam and perpendicular to the first direction,
A λ / 2 plate for converting the laser beam into laser beams having different polarization directions;
A second cylindrical lens array for dividing the laser beams having different polarization directions into two laser beams;
Second combining means for making the two laser beams one at or near the irradiation surface and uniformizing the energy distribution in the short direction of the linear beam;
Have
The laser irradiation apparatus, wherein the stepped quartz plate, the λ / 2 plate, the second cylindrical lens array, and the first cylindrical array are arranged in this order with respect to the traveling direction of the laser beam. .
請求項1において、
前記階段状石英板の階段の段数は、前記複数のレーザビームの数より一つ少ないことを特徴とするレーザ照射装置。
In claim 1,
The laser irradiation apparatus, wherein the number of steps of the stepped quartz plate is one less than the number of the plurality of laser beams.
請求項1又は請求項2において、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを楕円状のレーザビームにするビームエキスパンダを有し、
前記λ/2板は、長方形であり、該長方形の一辺と前記楕円状のレーザビームの直径とが一致するように配置されることを特徴とするレーザ照射装置。
In claim 1 or claim 2,
A beam expander that converts the laser beam output from the laser oscillator into an elliptical laser beam;
The λ / 2 plate is rectangular, and is arranged so that one side of the rectangle and the diameter of the elliptical laser beam coincide with each other.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記第1の合成手段は、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを有することを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claim 1 thru | or 3,
The laser irradiation apparatus, wherein the first combining unit includes a cylindrical lens having an F value of 20 or more.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記2つのレーザビームは、互いに直角である偏光方向を有することを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The laser irradiation apparatus characterized in that the two laser beams have polarization directions perpendicular to each other.
請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記互いに異なる偏光方向を有するレーザビームは、直線偏光または円偏光のレーザビームであることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The laser irradiation apparatus, wherein the laser beams having different polarization directions are linearly polarized light or circularly polarized laser beam.
請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
前記第2のシリンドリカルレンズアレイは、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを複数有することを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The laser irradiation apparatus, wherein the second cylindrical lens array includes a plurality of cylindrical lenses having at least an F value of 20 or more.
請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
前記レーザビームは、YAGレーザ、YVOレーザ、およびYLFレーザから選ばれた一種または複数種から発振されたレーザビームであることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
2. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the laser beam is a laser beam oscillated from one kind or plural kinds selected from a YAG laser, a YVO 4 laser, and a YLF laser.
基板上にTFTを設けた半導体装置の作製方法において、
ーザビームの進行方向に直角である第1の方向において、前記レーザビームを階段状石英板に入射することで、互いに異なる光路長を有するレーザビームとし、
前記レーザビームの進行方向に直角であり、かつ前記第1の方向に直角な第2の方向において、前記レーザビームをλ/2板に入射することで、互いに異なる偏光方向を有するレーザビームとし、
前記第2の方向において、前記互いに異なる偏光方向を有するレーザビームを第1のシリンドリカルレンズアレイに入射することで、互いに異なる偏光方向を有する2つのレーザビームに分割し、
前記第1の方向において、前記互いに異なる光路長を有するレーザビームを第2のシリンドリカルレンズアレイに入射することで、互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、
前記2つのレーザビームを照射面またはその近傍において1つに合成し、前記複数のレーザビームを前記照射面またはその近傍で1つに合成し、前記第2の方向に平行な方向が短尺方向となり且つ前記第1の方向に平行な方向が長尺方向となる線状ビームを形成し、
非単結晶半導体膜に対し前記線状ビームを相対的に移動させながら照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device in which a TFT is provided over a substrate,
In a first direction Ru perpendicular der in the traveling direction of the les Zabimu, by entering the laser beam stepwise quartz plate, and the laser beam having different optical path lengths from each other,
In a second direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam and perpendicular to the first direction, the laser beam is incident on the λ / 2 plate to obtain laser beams having different polarization directions,
In the second direction, the laser beams having different polarization directions are incident on the first cylindrical lens array to be split into two laser beams having different polarization directions;
In the first direction, the laser beams having different optical path lengths are incident on the second cylindrical lens array to be split into a plurality of laser beams having different optical path lengths,
The two laser beams are combined into one at or near the irradiated surface, the plurality of laser beams are combined into one at or near the irradiated surface, and the direction parallel to the second direction is the short direction. And forming a linear beam in which the direction parallel to the first direction is the longitudinal direction,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the non-single crystal semiconductor film is irradiated while moving the linear beam relatively.
請求項9において、
前記階段状石英板として、前記複数のレーザビームの数より一つ少ない階段の段数の石英板を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 9,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the stepped quartz plate is a quartz plate having one step number less than the number of the plurality of laser beams.
請求項9又は請求項10において、
前記レーザビームを前記階段状石英板に入射する前に、ビームエキスパンダに入射することで楕円状のレーザビームとし、
前記λ/2板は、長方形であり、該長方形の一辺と前記楕円状のレーザビームの直径とが一致するように配置されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In claim 9 or claim 10,
Before the laser beam is incident on the stepped quartz plate, an elliptical laser beam is incident on a beam expander,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the λ / 2 plate has a rectangular shape and is arranged so that one side of the rectangular shape coincides with the diameter of the elliptical laser beam.
請求項9乃至請求項11のいずれか一において、
前記第2のシリンドリカルレンズアレイとして、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを複数用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 9 to 11,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a plurality of cylindrical lenses having at least an F value of 20 or more are used as the second cylindrical lens array.
請求項9乃至請求項12のいずれか一において、
前記第のシリンドリカルレンズアレイとして、少なくともF値が20以上のシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In any one of Claims 9-12,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a cylindrical lens having at least an F value of 20 or more is used as the first cylindrical lens array .
請求項9乃至請求項13のいずれか一において、前記レーザビームとして、YAGレーザ、YVOレーザ、およびYLFレーザから選ばれた一種または複数種から発振されたレーザビームを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。 14. The semiconductor according to claim 9, wherein a laser beam oscillated from one or a plurality of types selected from a YAG laser, a YVO 4 laser, and a YLF laser is used as the laser beam. Device fabrication method.
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