JP5514768B2 - レーザ照射装置および半導体装置の作製方法 - Google Patents
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Description
射物へのレーザ光の照射を制御するレーザ照射方法に関する。また、該レーザ照射方法を
用いた半導体装置の作製方法に関する。
ブマトリクス型の表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用い
たTFTは、従来の非晶質半導体膜を用いたTFTよりも電界効果移動度が高いので、高
速動作が可能である。そのため、従来は基板の外部に設けられた駆動回路で行っていた画
素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが試みられている。
ガラス基板は耐熱性におとり、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用
いたTFTを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、ガラス基板上に形
成された半導体膜の結晶化にレーザアニールが用いられる。
処理時間を大幅に短縮できる。また、半導体基板または基板上に形成された半導体膜を選
択的に加熱して、基板に熱的損傷を与えないことなどが挙げられている。
多く用いられる。エキシマレーザは出力が大きく、高周波数での繰り返し照射が可能であ
るという利点を有している。さらにエキシマレーザから発振されるレーザ光は、半導体膜
としてよく用いられる珪素膜に対しての吸収係数が高いという利点を有する。そして、レ
ーザ光の照射には、照射面におけるレーザ光のビームスポットの形状が線状(長方形や楕
円等も含む)となるように光学系にて整形し、線状に整形されたビームスポットの短辺方
向に被照射物を相対的に移動させて、レーザ光を照射する。このように、被照射物にレー
ザ光を照射することによって効率よくレーザアニールを行うことができる。
ることもできる。CWレーザから発振されたレーザ光を線状に整形し、照射面におけるビ
ームスポットの短辺方向に被照射物である半導体膜を相対的に移動させることで、半導体
膜において移動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶を形成することができる。大粒径結
晶の伸長方向に合わせてTFTを作製した場合、エキシマレーザで作製したTFTに比べ
、キャリア移動度の高いTFTを作製することができる。このTFTを用いることにより
、回路を高速で駆動させることができるため、ドライバやCPUなどを作製することが可
能となる。
Si)での吸収効率が良く、非線形光学素子において基本波からの変換効率が高い532
nmといった波長を用いるのが一般的である。通常、照射するレーザ光の波長が短いほど
a−Siの光の吸収効率は高くなる。一方で、CWレーザの出力は波長が短くなるほど、
出力が低くなるのが一般的である。
施されている。
めるために、レンズを用いて被照射物表面の1点にレーザ光を集光させる。また、レーザ
光を被照射物に照射して、被照射物に直接パターンを形成する場合にも、レンズを用いて
被照射物に形成されるビームスポットを集光させるように加工する。例えば、レーザ発振
器としてCWレーザを用いて半導体膜の結晶化を行う場合は、スループットをできるだけ
向上させる必要があるため、レンズを用いて照射面に形成されるビームスポットの形状を
長方形、楕円または線状等の細長い形状に整形し、短辺方向の長さを数μm程度にまで集
光する。また、被照射物にレーザ光を照射することにより微細なパターンを直接描画する
場合は、ビームスポットの形状をより小さくする。
めには、開口率(NA)が大きいレンズを用いる必要がある。一般的に、NAと焦点深度
Zはレーザ光の波長をλとすると、Z=±λ/2NA2という関係が成り立つ。そのため
、NAが大きいレンズを用いると、それに伴いレンズの焦点深度は浅くなる。例えば、上
記CWレーザを用いる場合には、数μmオーダーで焦点深度を合わせなければならない。
らつきが大きくなり、同一基板内における厚さの差が数10μm生じることもある。例え
ば、厚みのばらつきがあるガラス基板等に設けられた半導体膜にレーザ光を照射してアニ
ール等を行う場合、場所によってレンズと被照射物との距離が変化し、ビームスポットの
形状が場所によって変化する。そのため、同一の基板上に形成された半導体膜においても
場所によって結晶性が異なるという問題が生じる。
被照射物に均一にレーザ光を照射する方法の提供を課題とする。また、当該レーザ光を照
射する方法を用いた半導体装置の作製方法の提供を課題とする。
照射物との距離を一定に保ちながらレーザ光の照射を行うレーザ光の照射方法である。特
に、被照射物に入射するレーザ光に対して被照射物を被照射物上に形成されたビームスポ
ットの第1の方向および第2の方向に相対的に移動させて、被照射物にレーザ光の照射を
行う場合に、第1の方向および第2の方向のいずれかの方向に移動する前にオートフォー
カス機構によってレンズと被照射物間との距離を制御することを特徴としている。なお、
オートフォーカス機構とは、レンズを通して被照射物に照射されるレーザ光の焦点を被照
射物上にあわせる機構をいう。
を考慮してオートフォーカスを行う。例えば、被照射物の1方向に沿ってうねりが存在し
、うねりが存在する第1の方向および第1の方向と直角の第2の方向に被照射物を移動さ
せてレーザ光の照射を行う際には、うねりのない第2の方向に移動させる前にオートフォ
ーカスを行えばよい。
に相対的に移動させた後に、うねりによってレンズと被照射物間との距離が変化するが、
その変化した距離の分だけオートフォーカスによって補正を行う。また、うねりの存在す
る第1の方向への被照射物を移動させている時にオートフォーカスによりレンズと被照射
物間の距離の制御を行ってもよい。
方形、楕円または線状等の細長い形状に整形することができる。細長い形状のビームスポ
ットの長辺方向をうねりが存在する第1の方向に平行に配置して、レーザ光の照射を行う
と効率よくレーザ光の照射を行うことができる。なお、ここでいう光学系とは、1枚また
は複数枚のレンズやミラー等を組み合わせることによって、任意の部分にレーザ光を集光
する等の機能を持たせたものをいう。
行ってもよいし、レーザ光を移動させて照射を行ってもよいし、被照射物とレーザ光の両
方を移動させて行ってもよい。また、被照射物またはレーザ光の移動において、うねりが
存在する第1の方向への移動を、第2の方向への移動より低速で行うことによって精度よ
く照射位置を制御して均一に照射できるため好ましい。
能であれば、どのような手段を用いても構わない。例えば、検出用のレーザ光と当該レー
ザ光を検出する検出器(4分割光検出器、CCD(Charge Coupled De
vice)、PSD(Position Sensitive Detector)等)
を用いて、レンズと被照射物との距離を常に測長し、レンズと被照射物との距離を一定に
保つことにより、レーザ光の焦点を被照射物にあわせる。レンズと被照射物との距離の制
御は、レンズまたはステージに微動装置を設けることにより行うことができる。また、レ
ンズと被照射物との距離の測長に用いるレーザ光は被照射物をアニールするレーザ光とは
別途設けてもよいし、併用して設けることも可能である。オートフォーカスの手法として
他にも、CDやDVD等で用いられる手法(非点収差法、ナイフエッジ法、フーコー法ま
たは臨界角法等)も用いることができる。また、接触式変位計を用いて、直接被照射物に
接触させることにより、レンズと被照射物との距離を制御することも可能である。なお、
オートフォーカスによってレンズと被照射物間との距離の制御は、レンズを含む光学系を
移動させて行ってもよいし、被照射物を移動させて行ってもよい。
うことにより、半導体膜の結晶化または活性化等を行うことができる。さらにアニールを
行った半導体膜を用いて半導体装置を作製することができる。
(CW)のいずれのレーザ発振器を用いることが可能である。パルス発振のレーザ発振器
としては、エキシマレーザ、YAGレーザあるいはYVO4レーザ等を用いることができ
る。CWのレーザ発振器としては、YAGレーザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ、Y
LFレーザ、Arレーザを用いることができる。CWのレーザ光を用いることによって、
レーザ光の照射方向に沿って長く伸びた大粒径の結晶領域が形成することができる。また
、繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光もレー
ザ光として利用できる。繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザ発振器から射出
されるレーザ光(擬似CWレーザとも呼ぶ)を用いることによっても、レーザ光の照射方
向に沿って長く伸びた大粒径の結晶領域が形成することができる。
する場合であっても、均一にレーザ光を照射することが可能になる。また、被照射物内の
うねりを考慮してレーザ光の照射を行うことによって、効率よくレーザ光の照射ができる
。
明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様
々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実
施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の
構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
ズと被照射物との距離を一定に保ちながらレーザ光の照射を行う。オートフォーカス機構
は、少なくともレンズを通して被照射物に照射されるレーザ光の焦点が被照射物表面上に
あっているかどうかを検出する手段と、レンズと被照射物との距離を制御する手段を有し
ている。なお、レンズと被照射物との距離を制御する手段としては、大きく分けて被照射
物を移動させて制御する方法とレンズを含んだ光学系を移動させて制御する方法がある。
照射を行う。例えば、ガラス基板は一般的に、製造工程に固有したうねりが一定方向に沿
って存在する。そのため、ガラスを基板として用いた場合には、うねりがある方向に基板
を移動させたときに限りオートフォーカス機構を用いて焦点位置を対象物の表面に合わせ
るが、うねりがない方向にレーザ光を走査するときにはオートフォーカス機構を用いなく
てもよい。
射してアニールを行う形態、半導体膜にレーザ光を照射して半導体膜の活性化を行う形態
、光リソグラフィ技術による被照射物の微細加工を行う形態またはレーザ光を直接照射し
てパターンを形成する形態等がある。また、これらの形態に限られず、被照射物にレーザ
光を照射して被照射物に加工を行うものならば何でも含まれる。
またはCWのいずれのレーザ発振器を用いることが可能である。また、繰り返し周波数が
10MHz以上のパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光も利用できる。
(実施の形態1)
実施の形態1では、オートフォーカス機構を利用したレーザ照射方法において、レンズ
と被照射物間の距離を、被照射物を移動させて制御する構成に関し、図1を用いてその概
要を説明する。
101から射出され、ミラー102によって反射されて被照射物106に対して垂直方向
に入射する。その後、第1のレーザ光は、それぞれ一軸方向に集光可能なシリンドリカル
レンズ103、104に入射し、被照射物106に集光され、線状のビームスポット10
5が被照射物106上に形成される。
発振器を用いているが、これに限られず、連続発振(CW)のレーザ発振器も用いること
ができる。CWのレーザ発振器を用いる場合には、被照射物106上におけるレーザ光の
入射光と反射光の干渉を避けるために、第1のレーザ光を被照射物106に対して垂直方
向ではなくある一定の角度以上をもって斜め方向から入射させるとよい。この場合、レー
ザ光の入射方向におけるビームスポットの長さをl、レーザ光の入射角度をθ、被照射物
の厚さをdとすると、レーザ光の入射角度はθ≧tan-1(l/2d)を満たすようにす
るのが好ましい。
ステージ117、Y軸ステージ118によって移動することが可能である。本実施の形態
ではX軸ステージ117およびY軸ステージ118を移動させることによって、被照射物
106に第1のレーザ光の照射を行う。
うに、レーザ発振器109、シリンドリカルレンズ110、111、4分割光検出器11
2およびZ軸ステージ116から構成されるオートフォーカス機構を用いる。シリンドリ
カルレンズ103および104と被照射物106の距離が常に一定になるというのは、シ
リンドリカルレンズ103および104の焦点位置が常に被照射物106上にあるという
ことである。なお、ここではシリンドリカルレンズ103と104間の距離は固定されて
おり、シリンドリカルレンズ104の焦点位置が被照射物106の表面に合っている場合
はシリンドリカルレンズ103の焦点位置も合っているものとする。
0、111を通って被照射物106に入射し、そこで反射されたレーザ光は4分割光検出
器112により検出される。このとき、被照射物106の照射面が上下することによって
、第2のレーザ光の光路長が変化する。4分割光検出器112では検出した光の強弱を電
気信号に変換する。そして変換された電気信号をもとに、シリンドリカルレンズ104及
び被照射物106の距離が一定かつ垂直になるように、4分割光検出器112と連動した
Z軸ステージ116を移動させて調整する。なお、ここでは、図1に示すように、第2の
レーザ光を被照射物106の表面に斜め方向から入射させることが好ましい。この場合、
第1のレーザ光は被照射物106の表面に垂直に入射させているため、第2のレーザ光を
被照射物106の表面に斜め方向から入射させることによって、第1のレーザ光と第2の
レーザ光を射出するための光学系の装置を別の場所に配置することが可能となり、光学系
の組み立てが容易となる。
状の関係について説明する。
上にあっている位置(合焦位置)とする。このときの被照射物106におけるビームスポ
ット形状112bが円になるように2枚のシリンドリカルレンズ110、111の焦点位
置を調整する。なお、照射面112a〜112dにおけるビームスポットの形状は、それ
ぞれビームスポット形状113a〜113dに対応している。
、照射面112aにおけるビームスポット形状113aは、楕円となる。逆に、被照射物
106がシリンドリカルレンズ104から遠ざかった場合、光路長は長くなるため、照射
面112cにおけるビームスポット形状113cは、ビームスポット形状113aと90
度回転した方向に長い楕円となる。さらに、被照射物106が遠ざかった場合(照射面1
12d)はレーザ光の強度が弱まるため、ビームスポット形状113dはビームスポット
形状113aと90度回転した方向に長い楕円となり且つ4分割光検出器に検出される値
が小さくなる。
光検出器112に当たらないため、電流値が検出されない。仮に反射されたレーザ光が4
分割光検出器112に当たったとしても4つの検出器においてそれぞれ偏った電流値が検
出される。
)、(d)とした。それぞれの検出器に光が当たると光の強度に比例して電流に変換され
る。
06との距離がシリンドリカルレンズ104の焦点距離に比べ短いときは、4分割光検出
器におけるビームスポットの形状は楕円となる。このときに検出される電流値は、(a)
=(c)<(b)=(d)となる。シリンドリカルレンズ104の焦点位置に被照射物1
06を配置するためには、Z軸ステージ116をシリンドリカルレンズ104から離れる
方向に移動させればよい。
射物106との距離がシリンドリカルレンズ104の焦点距離と同じときは、4分割光検
出器におけるビームスポットの形状は円状となる。このときに検出される電流値は、(a
)=(b)=(c)=(d)となる。
06との距離がシリンドリカルレンズ104の焦点距離に比べ長いときは、4分割光検出
器におけるビームスポットの形状は楕円状となる。このときに検出される電流値は、(a
)=(c)>(b)=(d)となる。シリンドリカルレンズ104の焦点位置に被照射物
106を配置するためには、Z軸ステージ116をシリンドリカルレンズ104に近づく
方向に移動させればよい。
射物106との距離がシリンドリカルレンズ104の焦点距離に比べて極めて長いときは
、4分割光検出器におけるビームスポットの形状は楕円状となり、4分割光検出器に当た
らない光がある。このとき、それぞれの検出器における電流値の合計は、検出器に当たら
ない光が存在する分小さくなる。この場合も上述した(C)と同様に、Z軸ステージ11
6をシリンドリカルレンズ104に近づく方向に移動させればよい。
リンドリカルレンズ104の平面部と被照射物106の表面とが平行でないときは、4分
割光検出器におけるビームスポットの形状は円状となる。しかし、4分割光検出器に検出
される電流値は、(a)>(b)=(d)>(c)となり、等しい電流値が(b)と(d
)のみであり、(a)と(c)が等しくない。この場合は、Z軸ステージ116を、4分
割光検出器側に傾けるように調整すればよい。
常に等しい値になるようにビームスポットが中心に位置するように、Z軸ステージ116
を用いて制御すればよい。
た半導体膜、金属または有機樹脂膜等のレーザ光を照射して加工できるものであれば、ど
のようなものでも用いることができる。例えば、被照射物106としてガラス基板上に形
成された半導体膜を用いた場合には、半導体膜にレーザ光を照射して当該半導体膜のアニ
ールを行うことができる。半導体膜表面にガラス基板に起因した厚さのばらつきが存在し
ても、オートフォーカス機構を用いてレーザ光を照射するため均一に半導体膜のアニール
を行うことができる。また、被照射物106として有機樹脂膜を用いた場合には、有機樹
脂膜にレーザ光を照射してパターンの形成や穴を形成することができる。オートフォーカ
ス機構によってレーザ光を照射する際に、有機樹脂膜表面に正確にレーザ光の焦点を合わ
せることによって、パターンや穴径を正確に形成することができる。
たが、本発明はこれに限られず、CCDやPSD等を用いて検出することも可能である。
また、他にもオートフォーカス機構として、第2のレーザ光を用いずに、直接被照射物1
06に接触して行う接触式変位計や静電容量の変化を利用する静電容量変位計や高周波磁
界を利用する渦電流変位計等を用いることも可能である。
ら射出された第1のレーザ光を被照射物106に対して垂直方向から入射させているが、
上記CWレーザ発振器を用いた場合と同様に斜め方向から入射させてもよい。この場合、
レーザ発振器109から射出した第2のレーザ光は、垂直方向から入射させることが好ま
しい。第1のレーザ光を斜めから入射させる際に、第2のレーザ光を垂直方向から入射さ
せることによって、第1のレーザ光と第2のレーザ光を射出するための光学系の装置の配
置が重ならないため、光学系の組み立てが容易となる。また、第2のレーザ光を垂直方向
から入射させた場合、被照射物106に形成される第1のレーザ光のビームスポットの付
近に第2のレーザ光を照射することが容易になるため、オートフォーカスの精度を向上さ
せることができる。
レンズと被照射物間の距離を制御してレーザ光を照射することが可能となる。
通常、オートフォーカスはレンズによって集光されたレーザ光の焦点を被照射物上に合
わせるために常時行うことが好ましい。しかし、あらかじめ被照射物におけるうねり等の
存在が予測できる場合には、そのことを考慮して必要な場合のみオートフォーカスを行う
ことによって処理効率を向上させることができる。そこで本実施の形態では、ある一方向
に沿ってうねりが存在するガラス基板を用いた場合のレーザ照射方法に関して図8を用い
て説明する。
すい。このうねりはガラス面内において変曲点を一つ以下持った関数で変化し、一定の方
向に沿って生じている。一方、一定方向に沿って存在するうねりの方向に対して90度回
転した方向においては、うねりはほとんど存在しない。そのため、このガラス基板に固有
な性質を考慮して、レーザ光の照射を行うのが好ましい。
されているため、半導体膜206の表面はガラス基板のうねりが反映されている。第1の
レーザ光は図1と同様に、CWまたは10MHz以上の高繰り返し周波数のレーザ発振器
101から射出され、ミラー102によって反射されて半導体膜206に対して垂直方向
に入射する。その後、第1のレーザ光はシリンドリカルレンズ103、104に入射し、
ガラス基板上の半導体膜206に集光され、線状のビームスポット105に整形される。
なお、前述したようにCWのレーザ発振器を用いる場合には、垂直方向ではなくある一定
の角度をもって半導体膜206に第1のレーザ光を入射させるとよい。
板を配置し、ガラス基板においてうねりが存在しない方向をX軸方向とし、X軸方向に対
して直角な方向をY軸方向、X軸およびY軸方向に対して垂直な方向をZ軸方向とする。
この場合、ガラス基板の表面のZ軸方向に対する変化は、Y軸方向にのみ存在し、X軸方
向には存在しない。つまり、Y軸方向にのみ、ガラス基板の表面は凹凸を有している。こ
のとき、ガラス基板においてうねりがない方向(X軸方向)に、線状ビームの短辺方向が
平行になるように配置する。ガラス基板はX軸ステージ117、Y軸ステージ118およ
びZ軸ステージ116によって移動が制御される。X軸ステージ117はガラス基板をX
軸方向に移動し、Y軸ステージ118はY軸方向に平行に移動する。Z軸ステージ116
は、ガラス基板の傾きの調整およびZ軸方向に平行に移動する。
させることによって半導体膜206にレーザ光の照射を行う。線状のビームスポットの短
辺方向(X軸方向)に対して半導体膜206が移動するときに、半導体膜206に第1の
レーザ光が照射されてアニールが行われる。
から他方の端まで照射した後、半導体膜206をY軸方向に移動させる。半導体膜206
のY軸方向への移動は、次にX軸方向においてアニールする部分を決定するために行う。
例えば、基板全面にアニールを行う場合には、線状ビームスポットの長辺方向分の長さだ
け、半導体膜206をY軸方向に移動させて、レーザ光の照射を行えばよい。
8により半導体膜206を移動させることによってレーザ光の照射を行う例を示したが、
レーザ光を移動させて固定された半導体膜206にレーザ光の照射を行っても良い。また
、半導体膜206とレーザ光の両方を移動させてレーザ照射を行ってもよい。
させてレーザ光の照射を行っても、シリンドリカルレンズ104と半導体膜206間の距
離はほとんど変化しない。一方、Y軸方向においては、ガラス基板固有のうねりが存在す
るため、半導体膜206のY軸方向への移動に伴いシリンドリカルレンズ104と半導体
膜206間の距離が変化する。
常時オートフォーカスを行う必要はない。X軸方向へ半導体膜206が移動する前にレー
ザ光の焦点を一度合わせればよい。X軸方向の移動においては、一度レーザ光の焦点を合
わせると常にレーザの焦点が合っているため、均一にレーザ光の照射が行える。
、Y軸方向へ移動させ、再びX軸方向へ移動させる前に、レーザ光の焦点を半導体膜20
6上に合わせればよい。また、ガラス基板のうねりが大きい場合やうねりが複雑である場
合には必要に応じて、オートフォーカス機構によりシリンドリカルレンズ103と半導体
膜206の距離を制御しながらY軸方向へ半導体膜206を移動させてもよい。
化に最適な速度で行う。X軸方向への移動は100mm/sec以上20m/sec以下
の速度、より好ましくは10〜100cm/secで行うことが好ましい。この速度は、
アニールによって粒径の大きい結晶が得られる範囲であり、20m/sec以上の速度で
行った場合はレーザの走査軸に沿って結晶が成長しない。一方、アニールを行う位置を調
整するY軸方向への半導体膜の移動はX軸方向への移動速度より十分遅く行い、好ましく
は100mm/sec以下の速度で行い、高精度で位置を制御することが好ましい。
ができる。つまりレーザ発振器109から射出した第2のレーザ光は、2枚のシリンドリ
カルレンズ110、111を介して半導体膜206に入射し、反射されたレーザ光を4分
割光検出器112により検出する。4分割光検出器112に検出された条件をもとに、シ
リンドリカルレンズ104及び半導体膜206の距離が一定になるように、Z軸ステージ
116を調整する。
半導体膜にレーザ光の照射を行う場合を示したがこれに限られない。半導体、金属、有機
樹脂膜、ガラスまたはプラスチック等においてうねりが存在する被照射物であれば、どの
ようなものに対しても上述したようにうねりを考慮してレーザ光の照射を行うことができ
る。
とによって、オートフォーカスを常時行う必要がないため、処理効率が向上することが可
能となる。
本実施の形態では、レンズを含む光学系を移動させることによって、レンズと被照射物
間の距離を調整する場合のレーザ照射方法に関して、図4乃至図7を用いて説明する。
レーザ発振器401から射出され、ミラー402によって反射されて被照射物405に対
して垂直方向に入射する。被照射物405に対して垂直に入射されたレーザ光は、オート
フォーカス機構403によって高さが調節できる光学系404に入射し、被照射物405
に集光され、線状ビームに整形される。
第1のレーザ光を入射させる。
05のうねりが少ない方向に平行になるように線状ビームの短辺方向を配置する。また、
被照射物405はX軸ステージ406、Y軸ステージ407によって移動が制御される。
オートフォーカス機構403はオートフォーカス機構408と連動して上下に移動するこ
とができる。
6およびY軸ステージ407を移動させて行う。また、レーザ光を移動させて被照射物4
05にレーザ光の照射を行ってもよい。
を示しており、図5において図4と同じものは同じ符号で表している。光学系404はそ
れぞれ一軸方向にのみ作用する2枚のシリンドリカルレンズ610、611で構成されて
いる。ここでは、線状ビームの長辺方向のみに作用するf=300mmのシリンドリカル
レンズ610と、線状ビームの短辺方向のみに作用するf=15mmのシリンドリカルレ
ンズ611を用いる。シリンドリカルレンズ610、611を用いることによって、レー
ザ光は被照射物405上で線状ビームスポットに整形される。このときのビームスポット
のサイズは短辺方向の長さが10μm、長辺方向の長さが300μm程度である。
光学系404は光学系404の周囲に巻き付けられたボイスコイル601と磁石602及
び鉄心603により、サーボ回路からボイスコイル601に駆動電流が流れることで、微
小移動させることができる。
01から射出した第2のレーザ光は、凸型球面レンズ704、シリンドリカルレンズ70
5を介して被照射物405に入射し、反射されたレーザ光を4分割光検出器706を用い
て検出して被照射物405とオートフォーカス機構408の距離の測定を行う。測定の結
果に伴い、オートフォーカス機構403によって光学系404が上下に動き光学系404
と被照射物405間の距離を制御する。
図7において、レーザ発振器701から射出したレーザ光は、λ/2波長板702によっ
て偏光方向を90度回転した後、ビームスプリッター703を通過し、凸型球面レンズ7
04によって集光される。以下に、被照射物405の位置が凸型球面レンズ704の焦点
位置にあるとき、被照射物405の位置が凸型球面レンズ704の焦点位置より近いとき
、被照射物405の位置が凸型球面レンズ704の焦点位置より遠いときの3通りに関し
て図7(A)〜(C)を参照して説明する。なお、それぞれの場合において、4分割検出
器におけるビームスポットの形状はビームスポット形状710a〜710cに対応してい
る。
、被照射物405にて反射したレーザ光は入射したときと同じ光路を通って、凸型球面レ
ンズ704に入射しビームスプリッター703によって一部を偏向され、シリンドリカル
レンズ705に入射する。
ンドリカルレンズ705が作用した方向のレーザ光の光路であり、実線はシリンドリカル
レンズ705が作用しない方向のレーザの光路を示している。このとき、4分割光検出器
706上でのビームスポット形状710aは円状になる。
))、被照射物405にて反射したレーザ光は入射したときの光路に比べ内側の光路を通
って、凸型球面レンズ704に入射し、ビームスプリッター703によって一部を偏向さ
れ、シリンドリカルレンズ705に入射する。
ンドリカルレンズ705が作用した方向のレーザの光路であり、実線はシリンドリカルレ
ンズ705が作用しない方向のレーザの光路を示している。このとき、4分割光検出器7
06上でのビームスポット形状710bは、楕円状になる。
))、被照射物405にて反射したレーザ光は入射したときの光路に比べ外側の光路を通
って、凸型球面レンズ704に入射し、ビームスプリッター703によって一部を偏向さ
れ、シリンドリカルレンズ705に入射する。
ンドリカルレンズ705が作用した方向のレーザの光路であり、実線はシリンドリカルレ
ンズ705が作用しない方向のレーザの光路を示している。このとき、4分割光検出器7
06上でのビームスポット形状710cは、図7(B)に対し90度回転した方向に楕円
状になる。
状が異なるため、4分割光検出器で検出される電流値が異なり、被照射物405とオート
フォーカス機構408の距離を検出することができる。オートフォーカス機構408をオ
ートフォーカス機構403と連動させて動かすことによって、光学系404と被照射物4
05との距離を常に一定にすることが可能となる。
。
本実施の形態では、1つのレーザ発振器によってオートフォーカスを用いたレーザ光の
照射を行う場合に関し、図9、10を用いて説明する。
射されて被照射物106に対して斜め方向から入射する。その後、レーザ光は、それぞれ
一軸方向に集光可能なシリンドリカルレンズ103、104に入射して、被照射物106
に集光され、被照射物106上に線状のビームスポット105が形成される。
16、X軸ステージ117、Y軸ステージ118によって移動が可能である。
るオートフォーカス機構を設ける。本実施の形態では、レーザ発振器101から射出され
たレーザ光を被照射物106に斜め方向から入射させ、被照射物106に反射されたレー
ザ光を4分割光検出器112で検出することによって、オートフォーカスを行う。つまり
、レーザ発振器101から射出したレーザ光を、オートフォーカス用のレーザ光として併
用する。例えば、被照射物106として半導体膜を用いる場合には、レーザ発振器101
から射出した1つのレーザ光によって、半導体膜へのアニールを行うレーザ光としての役
割と、オートフォーカス用のレーザ光としての役割を併用することができる。
たレーザ光を4分割光検出器で検出することによって、図2および図3の構成と同様に行
うことができる。
CWレーザを用いてレーザ光の照射を行う場合、入射したレーザ光の光と被照射物106
の裏面からの反射した光とが被照射物106上で干渉するという問題がある。光の干渉を
避けるためには、入射光と反射光が被照射物106上で重なりあわないように、レーザ光
を被照射物106に対してある一定の角度以上をもって入射させるとよい。そのため、図
9の構成ではレーザ光を斜めから入射することを前提としているため、CWレーザを用い
る場合に適用するのが好ましい。
ォーカスを用いたレーザ光の照射を行う方法を示している。
振器を用いる。レーザ発振器201から射出したレーザ光は、偏光板202によって偏光
方向を90度回転した後、ビームスプリッター203を通過し、集光レンズ204によっ
て被照射物207上に集光される。集光されたレーザ光を用いてアニール等のレーザ光の
照射を行うことができる。
4に入射し、ビームスプリッター203およびシリンドリカルレンズ208を介して4分
割光検出器209で検出することができる。そして検出された光は4分割光検出器209
で電気信号に変換される。それぞれの検出器に検出される電気信号が等しくなるように集
光レンズ204または被照射物207を移動することによって、集光レンズと被照射物間
の距離を常に一定にすることができる。
10ps以下のパルス幅を持つ短パルスのレーザを用いるとよい。短パルスのレーザ光を
垂直に入射しても、被照射物207の裏面からの反射光と入射光との光の干渉の影響を受
けることがない。そのため、数10ps以下のパルス幅をもつ短パルスのレーザを用いた
場合、被照射物に垂直にレーザ光を入射しても光の干渉の影響を受けることなく均一なレ
ーザ光の照射を行うことが可能となる。
慮してオートフォーカスを行えばよい。なお本実施の形態は実施の形態1乃至3と自由に
組み合わせて行うことができる。
本発明はレーザ光を照射する場合において、厚さに差がある被照射物に対してレーザ光
を照射する場合であれば何にでも適用することができる。また、レーザ照射だけでなく電
子ビーム描画やイオンビーム描画にも適用することができる。本実施の形態では、レーザ
直接描画装置を用いた場合のレーザ照射方法に関して図14を用いて説明する。
御を実行するコンピュータ(以下、PCと示す。)1002と、レーザ光を出力するレー
ザ発振器1003と、レーザ発振器1003の電源1004と、レーザ光を減衰させるた
めの光学系(NDフィルタ)1005と、レーザ光の強度を変調するための音響光学変調
器(Acousto−Optic Modulator ; AOM)1006と、レー
ザ光の断面を縮小するためのレンズおよび光路を変更するためのミラー等で構成される光
学系1007、X軸ステージ及びY軸ステージを有する基板移動機構1009と、PCか
ら出力される制御データをデジタルーアナログ変換するD/A変換部1010と、D/A
変換部から出力されるアナログ電圧に応じて音響光学変調器1006を制御するドライバ
1011と、基板移動機構1009を駆動するための駆動信号を出力するドライバ101
2とを備えている。また、オートフォーカス機構1013も具備している。
レーザ発振器を用いることができる。レーザ発振器1003としては、ArF、KrF、
XeCl、Xe等のエキシマレーザ発振器、He、He−Cd、Ar、He−Ne、HF
等の気体レーザ発振器、YAG、GdVO4、YVO4、YLF、YAlO3などの結晶に
Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti又はTmをドープした結晶を使った固体レー
ザ発振器、GaN、GaAs、GaAlAs、InGaAsP等の半導体レーザ発振器を
用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波か第2高調波〜第5高
調波を適用するのが好ましい。
機構1009に装着されると、PC1002は図外のカメラによって、基板に付されてい
るマーカの位置を検出する。次いで、PC1002は、検出したマーカの位置データと、
予め入力されている描画パターンデータとに基づいて、基板移動機構1009を移動させ
るための移動データを生成する。
量を制御することにより、レーザ発振器1003から出力されたレーザ光は、光学系10
05によって減衰された後、音響光学変調器1006によって所定の光量になるように光
量が制御される。一方、音響光学変調器1006から出力されたレーザ光は、光学系10
07で光路及びビームスポット形状を変化させ、レンズで集光した後、基板上に形成され
た光吸収層に該レーザ光を照射する。
及びY方向に移動制御する。この結果、所定の場所にレーザ光が照射され、光吸収層によ
りレーザ光の光エネルギー密度が熱エネルギーに変換される。
基板上に形成された光吸収層に対して、レンズを介してレーザ光のビームスポットの焦点
を合わせる必要がある。そのため、実施の形態1または3に示したようにオートフォーカ
ス機構1013を用いて光学系1007と基板1008の距離を一定にする。また、ガラ
ス基板等のうねりの存在する基板上に形成されたものにレーザ直接描画装置によってパタ
ーンを形成する場合には、実施の形態2で示したようにうねりを考慮してオートフォーカ
ス機構を利用することができる。光学系1007と基板1008の距離の制御は、図4に
示したように光学系1007を移動させて行ってもよいし、図1に示したように基板10
08を移動させて行ってもよい。
くするため、それに伴い焦点深度も浅くなるという問題がある。そのため、レーザ直接描
画装置でレーザ光を照射する際に、オートフォーカス機構を利用することは非常に有効と
なる。
ることによって被照射物にレーザ光の照射を行う例を、図15を用いて説明する。
ージ803は、X軸方向の1軸方向に移動するX軸走査ステージ801上に設置されてい
る。
軸走査ステージ804にはレーザ光を射出するレーザ発振器807とレーザ光を集光して
被照射物に照射する光学系808が備えられている。光学系808によって被照射物に形
成されるレーザ光のビームスポットの形状を長方形、楕円または線状等の細長い形状に整
形すると効率良くレーザ光の照射が可能となり好ましい。なお、レーザ発振器807およ
び光学系808はY軸方向に沿って移動することが可能である。
いずれかのレーザ発振器を用いることができる。また、他にもレーザ発振器807として
半導体レーザを用いてもよい。半導体レーザは小型であるため、レーザ発振器807を移
動する場合に扱いやすいといった利点がある。
構810が備わっている。オートフォーカスの手法としては、実施の形態1〜5で示した
いずれかの構成を用いればよい。ここでは図7で示した構成を用いて、光学系808と被
照射物805間の距離の測定を行う。測定の結果に伴い、Z軸ステージ802が移動して
光学系808と被照射物805間の距離を制御する。なお、ここでは被照射物805を移
動させているが、光学系808をZ軸方向に移動させて光学系808と被照射物805間
の距離の制御を行ってもよい。
れてレーザ光の照射を行う。例えば被照射物805のY軸方向に沿ってうねりが存在する
場合のレーザ照射方法は以下のように行えばよい。
5を移動させる。被照射物805の一方の端から他方の端までレーザ光を1回照射した後
、Y軸走査ステージ804に備えられたレーザ発振器807および光学系808をY軸方
向に移動させる。Y軸方向の移動が終了した後、うねりによってずれた分だけ、オートフ
ォーカス機構810によって光学系808と被照射物805間の距離を補正する。そして
、先ほどとは逆方向のX軸方向に被照射物805を移動させて被照射物805の一方の端
から他方の端までレーザ光の照射を行い、その後再びY軸方向にレーザ発振器807を移
動させる。以上の操作を繰り返すことによって、基板内にうねりがある場合であっても基
板全面にレーザ光を均一に照射することが可能となる。
よい。例えば、被照射物805として半導体膜を用いる場合、レーザ光を照射して半導体
膜の結晶化を行う時には、X軸方向への移動は結晶化に最適な速度で行う。移動速度は1
00mm/sec以上20m/sec以下、より好ましくは10〜100cm/secで
行うことが好ましい。また、ビームスポットの長辺方向に平行な方向(Y軸方向)にレー
ザ発振器807および光学系808を移動させる際には、レーザ光の照射位置を制御する
ために正確に移動を行うことが好ましい。
をX軸方向に移動させているが、これと逆の構成を用いてもよい。また、被照射物805
は移動させず、レーザ発振器807をX軸方向およびY軸方向へ移動させてレーザ光の照
射を行ってもよい。
る。
本実施の形態では、上記実施の形態とは異なるレーザ照射方法に関して説明する。具体
的には、上記実施の形態とは異なるオートフォーカス機構を用いた場合に関して示す。
を照射する方法の一例を示す。なお、本実施の形態では、半導体膜906に斜め方向から
レーザ光を照射してアニールを行う場合について示す。
て反射され、その後、レーザ光は、それぞれ一軸方向に集光可能なシリンドリカルレンズ
103、104を介して、半導体膜906に対して斜め方向から入射し、半導体膜906
上に線状のビームスポット105が形成される。なお、ここでは、レーザ発振器101と
して、CWレーザを用いた場合を示す。
ジ117、Y軸ステージ118によって移動が可能である。レーザ光に対して半導体膜9
06を相対的に移動させてレーザ光を照射することによって、半導体膜906の全面をア
ニールすることができる。
ートフォーカス機構を設ける。本実施の形態では、半導体膜906に直接接触することに
よってシリンドリカルレンズ103、104と半導体膜906の距離の制御を行う接触式
変位計901を用いる。接触式変位計901としては、半導体膜906に接触させて上下
方向の距離を制御できるものであればどのようなものを用いてもよい。
射してアニールを行う場合には、一般的に、レーザ光が照射された部分は結晶粒が大きい
大粒径結晶領域903と結晶化が十分に行われない結晶性不良領域904が形成される。
これは、ビームスポット105におけるレーザ光のパワー密度が分布をもっており、ビー
ムスポット105の端部のレーザ光のパワー密度が十分でない。そのため、レーザ光が照
射された場合において、ビームスポット105の端部に位置する半導体膜906に結晶性
不良領域904が形成される。通常、結晶性不良領域904は、結晶化が十分に行われて
いないため、半導体素子を作成するのには適さない。従って、後の工程で除去される。
1の接触子と半導体膜906が直接接触するため、接触子と触れた部分の半導体膜906
は、不純物による汚染や半導体膜の破損等の懸念がある。しかし、上述したようにCWレ
ーザを用いる場合には、後の工程で除去される結晶性不良領域904が形成されるため、
結晶性不良領域904に接触子を接触させて、半導体膜906の上下方向の変位を測長す
ることによって、半導体膜906に影響を与えることなくオートフォーカスを行うことが
可能となる。
長する場合には、レーザ光が照射される半導体膜の付近に接触式変位計の接触子902を
接触させて測長することが好ましい。本実施の形態では、レーザ光を斜め方向から入射さ
せているため、接触式変位計901を半導体膜906に形成されるビームスポット105
の上に簡単に配置することができる。
り返し周波数のレーザ発振器を用いた場合でも同様に行うことができる。また、オートフ
ォーカス機構として、接触式変位計の他に静電容量変位計や渦電流変位計等を用いて行う
ことも可能である。
る。
本実施の形態では、本発明のレーザ照射方法を用いた、半導体装置の作製方法の一例に
ついて説明する。なお、本実施の形態では半導体装置の1つとして発光装置を例に挙げて
説明するが、本発明を用いて作製することができる半導体装置はこれに限定されず、液晶
表示装置やその他の半導体装置であってもよい。
えられた半導体装置である。発光素子の一例として、OLED(Organic Lig
ht Emitting Diode)が挙げられるが、OLEDは、電場を加えること
で発生するルミネッセンス(Electro luminescence)が得られる電
界発光材料を含む層(電界発光層)と、陽極層と、陰極層とを有している。電界発光層は
陽極と陰極の間に設けられており、単層または積層の層で構成されている。これらの層の
中に無機化合物を含んでいる場合もある。
用意する。具体的に基板500は、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケ
イ酸ガラスなどのガラス基板を用いる。また、石英基板、セラミック基板、金属基板また
は半導体基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。プラスチック等の可撓性を
有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にある
が、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。基板50
0の表面を、CMP法などの研磨により平坦化しておいても良い。
らなる下地膜501を公知の手段(スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等)に
より形成する。本実施の形態では、下地膜501として単層の絶縁膜を用いるが、前記絶
縁膜を2層以上積層させた構造を用いても良い。
VD法で形成する。非晶質半導体膜は含有水素量にもよるが、好ましくは400〜550
℃で数時間加熱して脱水素処理を行い、含有水素量を5atom%以下として、結晶化の
工程を行うことが望ましい。また、非晶質半導体膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製
方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させて
おくことが望ましい。
コンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01〜4.5atomic%
程度であることが好ましい。
れるものであり、このとき下地膜501と非晶質半導体膜502を真空中で連続して形成
しても良い。下地膜501と非晶質半導体膜502との界面を大気雰囲気にさらさない工
程にすることにより、界面の汚染を防ぐことが可能となり、作製されるTFTの特性バラ
ツキを低減させることができる。
化させる。レーザ結晶化法は、本発明のオートフォーカス機構を利用したレーザ照射方法
を用いて行う。もちろん、非晶質半導体膜502の結晶化はレーザ結晶化法だけでなく、
他の公知の結晶化法(RTAやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長
する金属元素を用いた熱結晶化法等)と組み合わせて行ってもよい。
、基本波の第2高調波、第3高調波または第4高調波を用いることで、大粒径の結晶を得
ることができる。代表的には、Nd:YVO4レーザ(基本波1064nm)の第2高調
波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いるのが望ましい。具体的には、連続
発振のYVO4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、
出力10Wのレーザ光を得る。また、共振器の中にYVO4結晶と非線形光学素子を入れ
て、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状ま
たは楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体である非晶質半導体膜に照射する。このと
きのパワー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/c
m2)が必要である。そして、10〜2000cm/sec程度の速度でレーザ光に対し
て相対的に非晶質半導体膜502を移動させて照射する。また、基板にうねりが存在する
場合は、図8に示したようにうねりを考慮してレーザ光の照射を行うことが好ましい。
気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザなどがあり、固体レーザとして、YAGレー
ザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、アレキサンド
ライドレーザ、Ti:サファイアレーザ、Y2O3レーザなどが挙げられる。固体レーザと
しては、Cr、Nd、Er、Ho、Ce、Co、Ti、Yb又はTmがドーピングされた
YAG、YVO4、YLF、YAlO3、GdVO4などの結晶を使ったレーザ等も使用可
能である。当該レーザの基本波はドーピングする材料によって異なり、1μm前後の基本
波を有するレーザ光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いること
で得ることができる。
が形成される。
島状の半導体膜504〜506を形成する(図11(C))。なお、活性層となる島状の
半導体膜504〜506を形成した後、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)のドーピングを行ってもよい。
て、酸化シリコンまたは窒化珪素を主成分とするゲート絶縁膜507を形成する。本実施
の形態では、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosili
cate)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、酸化シリコ
ン膜を形成した。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。また窒化アルミ
ニウムをゲート絶縁膜として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的
高く、TFTで発生した熱を効果的に拡散させることができる。またアルミニウムの含ま
れない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アルミニウムを積層したものをゲー
ト絶縁膜として用いても良い。
0nmの厚さで成膜し、パターニングすることで、ゲート電極508〜510を形成する
。
元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成する。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。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層したものであっても良い
。
み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜をAlとする
組み合わせ、第1の導電膜を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜をCuとす
る組み合わせで形成することが好ましい。また、第1の導電膜及び第2の導電膜としてリ
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や、AgPd
Cu合金を用いてもよい。
金(Al−Si)膜、窒化チタン膜を順次積層した3層構造としてもよい。また、3層構
造とする場合、タングステン膜に代えて窒化タングステン膜を用いてもよいし、アルミニ
ウムとシリコンの合金(Al−Si)膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−
Ti)を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。なお、導電膜
の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが
重要である。
成する。ここでは、フォスフィン(PH3)を用いたイオンドープ法で行った。
ク520で覆って、pチャネル型TFTが形成される領域に、p型の不純物元素を添加す
る工程を行い、p型の不純物領域518、519を形成した。ここではジボラン(B2H6
)を用いてイオンドープ法で添加した。
を活性化する工程を行う。この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う
。その他に、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。熱アニール法では酸素濃度が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500〜600℃で行うものであり
、本実施の形態では500℃で4時間の熱処理を行う。ただし、ゲート電極508〜51
0が熱に弱い場合には、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)を
形成した後で活性化を行うことが好ましい。
である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、0.01〜100MW/cm2
程度(好ましくは0.01〜10MW/cm2)のパワー密度が必要となる。また結晶化
の際には連続発振のレーザを用い、活性化の際にはパルス発振のレーザを用いるようにし
ても良い。
処理を行い、島状の半導体膜を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素
により半導体膜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)を行っても良い。
なる第1無機絶縁膜521を、CVD法を用いて形成する。なお、第1無機絶縁膜は酸化
窒化シリコン膜に限定されず、後に形成される有機樹脂膜への水分の出入りを抑えること
ができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば窒化珪素、窒化アルミニウムま
たは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。なお、窒化アルミニウムは熱伝導率が
比較的高く、TFTや発光素子などで発生した熱を効果的に拡散させることができる。
2を成膜する。本実施の形態ではポジ型の感光性のアクリルを用いて有機樹脂膜522を
形成するが、本発明はこれに限定されない。
ことで、有機樹脂膜522を形成する。なお有機樹脂膜522の膜厚は、焼成後、0.7
〜5μm(さらに好ましくは2〜4μm)程度になるようにする。
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を主成分とする現像液で現像した後、基
板を乾燥させ、220℃、1時間程度の焼成を行う。そして、図12(B)に示したよう
に有機樹脂膜522に開口部が形成され、該開口部において第1無機絶縁膜521が一部
露出された状態になる。
光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。この場合、焼成する前に、再び現像
後の感光性アクリル全体を露光する。このときの露光は、開口部を形成するための露光に
比べて、やや強い光を照射したり、照射時間を長くしたりするようにし、完全に露光が行
なわれるようにする。例えば、2μmの膜厚のポジ型のアクリル樹脂を脱色するとき、超
高圧水銀灯のスペクトル光であるg線(436nm)とh線(405nm)とi線(36
5nm)とから成る多波長光を利用する等倍投影露光装置(具体的にはCanon製のM
PA)を用いる場合、60sec程度照射する。この露光により、ポジ型のアクリル樹脂
が完全に脱色される。
として100℃程度の低温で焼成してから、220℃の高温で焼成するようにしても良い
。
、有機樹脂膜522を覆って、RFスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第2無機絶縁膜
523を成膜する。第2無機絶縁膜523の膜厚は10〜200nm程度が望ましい。ま
た、第2無機絶縁膜は窒化珪素膜に限定されず、有機樹脂膜522への水分の出入りを抑
えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば酸化窒化珪素、窒化ア
ルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。
c%の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ
高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高
い方が望ましい。
Fスパッタの条件は、例えば酸化窒化珪素膜を成膜する場合、Siターゲットで、N2、
Ar、N2Oをガスの流量比が31:5:4となるように流し、圧力0.4Pa、電力3
000Wとして成膜する。また、例えば窒化珪素膜を成膜する場合、Siターゲットで、
チャンバー内のN2、Arをガスの流量比が20:20となるように流し、圧力0.8P
a、電力3000W、成膜温度を215℃として成膜する。
の層間絶縁膜が形成される。
ク524を形成し、ゲート絶縁膜507、第1無機絶縁膜521及び第2無機絶縁膜52
3に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。
部露出された状態になる。このドライエッチングの条件は、ゲート絶縁膜507、第1無
機絶縁膜521及び第2無機絶縁膜523の材料によって適宜設定する。本実施の形態で
は、ゲート絶縁膜507に酸化珪素、第1無機絶縁膜521に酸化窒化珪素、第2無機絶
縁膜523に窒化珪素を用いているので、まず、CF4、O2、Heをエッチングガスとし
て窒化珪素からなる第2無機絶縁膜523と酸化窒化珪素からなる第1無機絶縁膜521
をエッチングし、その後CHF3を用いて酸化珪素からなるゲート絶縁膜507をエッチ
ングする。
とが肝要である。
ターニングすることで、不純物領域512〜515、518、519に接続された配線5
26〜531が形成される(図12(D))。
0nm、Ti膜150nmをスパッタ法で連続して形成した3層構造の導電膜としたが本
発明はこの構成に限定されない。単層の導電膜で形成しても良いし、3層以外の複数の層
からなる導電膜で形成しても良い。また材料もこれに限定されない。
Ti膜を成膜した後、Wを含むAl膜を積層した導電膜を用いても良い。
態ではポジ型の感光性のアクリルを用いるが、本発明はこれに限定されない。本実施の形
態では、スピンコート法によりポジ型の感光性アクリルを塗布し、焼成することで、有機
樹脂膜を形成する。なお有機樹脂膜の膜厚は、焼成後、0.7〜5μm(さらに好ましく
は2〜4μm)程度になるようにする。
テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)を主成分とする現像液で現像した後、基
板を乾燥させ、220℃、1時間程度の焼成を行う。そして、図12(E)に示したよう
に開口部を有する隔壁として機能する絶縁膜533が形成され、該開口部において配線5
29、531が一部露出された状態になる。
光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。脱色処理は有機樹脂膜522に施し
た脱色処理と同様に行う。
丸みをもたせることができるので、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好
とすることができ、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることがで
きる。
バンク533を覆って、RFスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第3無機絶縁膜534
を成膜する。第3無機絶縁膜534の膜厚は10〜200nm程度が望ましい。また、第
3無機絶縁膜534は窒化珪素に限定されず、バンク533への水分の出入りを抑えるこ
とができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば酸化窒化珪素膜、窒化アルミ
ニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。
c%の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ
高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高
い方が望ましい。
膜534に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。
。このドライエッチングの条件は、第3無機絶縁膜534の材料によって適宜設定する。
本実施の形態では、第3無機絶縁膜534に窒化珪素を用いているので、CF4、O2、H
eをエッチングガスとして窒化珪素からなる第3無機絶縁膜534をエッチングする。
要である。
ことで、配線531に接する画素電極540と、ダイオードで生じた電流を得るための引
き出し配線541を形成する。また、酸化インジウムに2〜20wt%の酸化亜鉛(Zn
O)を混合したターゲットを用いてスパッタ法により形成した透明導電膜を用いても良い
。この画素電極540が発光素子の陽極となる(図13(B))。
陰極(MgAg電極)543を形成する。このとき電界発光層542及び陰極543を形
成するに先立って画素電極540に対して熱処理を施し、水分を完全に除去しておくこと
が望ましい。なお、本実施の形態ではOLEDの陰極としてMgAg電極を用いるが、仕
事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料、例えばCa、Al、CaF、MgAg、
AlLiであっても良い。
AlLi中のLiが、第3無機絶縁膜534より基板側に入り込んでしまうのを防ぐこと
ができる。
は正孔輸送層(Hole transporting layer)及び発光層(Emi
tting layer)でなる2層構造を電界発光層とするが、正孔注入層、電子注入
層若しくは電子輸送層のいずれかを設ける場合もある。このように組み合わせは既に様々
な例が報告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。例えば、電子輸送層また
はホールブロッキング層として、SAlqやCAlqなどを用いても良い。
43の厚さは80〜200nm(典型的には100〜150nm)とすれば良い。
550は画素部であり、551は駆動回路部に相当する。画素部550において、画素電
極540、電界発光層542、陰極543の重なっている部分552がOLEDに相当す
る。
本発明はこの構成に限定されない。
脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)や透光
性のカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。その際、カバー材の内部を
不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料(例えば酸化バリウム)を配置したりするとO
LEDの信頼性が向上する。
(実施の形態9)
として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディ
スプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコン
ポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話機
、携帯型ゲーム機または電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDV
D(digital versatile disc)等の記録媒体を再生し、その画像
を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。それら電子機器の具体例を
図16に示す。
、スピーカー部2004、ビデオ入力端子2005等を含む。実施の形態1乃至7に示し
たレーザ照射方法を表示部2003などの加工に用いることによって、テレビ受像機を作
製することができる。
3、操作キー2104、外部接続ポート2105、シャッター2106等を含む。実施の
形態1乃至7に示したレーザ照射方法を表示部2102やその他回路などの加工に用いる
ことによって、デジタルカメラを作製することができる。
キーボード2204、外部接続ポート2205、ポインティングマウス2206等を含む
。実施の形態1乃至7に示したレーザ照射方法を表示部2203やその他回路などの加工
に用いることによって、コンピュータを作製することができる。
チ2303、操作キー2304、赤外線ポート2305等を含む。実施の形態1乃至7に
示したレーザ照射方法を表示部2302やその他回路などの加工に用いることによって、
モバイルコンピュータを作製することができる。
、本体2401、筐体2402、表示部A2403、表示部B2404、記録媒体(DV
D等)読み込み部2405、操作キー2406、スピーカー部2407等を含む。表示部
A2403は主として画像情報を表示し、表示部B2404は主として文字情報を表示す
る。実施の形態1乃至7に示したレーザ照射方法を表示部A2403や表示部B2404
またはその他の回路などの加工に用いることによって、画像再生装置を作製することがで
きる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。
2501、表示部2502、アーム部2503を含む。実施の形態1乃至7に示したレー
ザ照射方法を表示部2502やその他回路などの加工に用いることによって、ゴーグル型
ディスプレイを作製することができる。
外部接続ポート2604、リモコン受信部2605、受像部2606、バッテリー260
7、音声入力部2608、操作キー2609、接眼部2610等を含む。実施の形態1乃
至7に示したレーザ照射方法を表示部2602やその他回路などの加工に用いることによ
って、ビデオカメラを作製することができる。
声入力部2704、音声出力部2705、操作キー2706、外部接続ポート2707、
アンテナ2708等を含む。実施の形態1乃至7に示したレーザ照射方法を表示部270
3やその他回路などの加工に用いることによって、携帯電話機を作製することができる。
ことも可能となる。
可能である。
Claims (12)
- レーザ光を集光するレンズと、
うねりが存在する被照射物と前記レンズとの間の距離を制御するオートフォーカス機構と、を有するレーザ照射装置であって、
前記レーザ光は、連続発振のレーザ光、又は繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザ光であり、
前記オートフォーカス機構は、接触式変位計を有し、
前記レーザ光の端部のパワー密度の小さい領域が前記被照射物に照射される領域に、前記接触式変位計の接触子を接触させて、前記オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズとの間の距離を一定になるように制御しながら、前記被照射物に前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射装置。 - レーザ光を集光するレンズと、
第1の方向に沿ってうねりが存在する被照射物と前記レンズとの間の距離を制御するオートフォーカス機構と、を有するレーザ照射装置であって、
前記レーザ光は、連続発振のレーザ光、又は繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザ光であり、
前記オートフォーカス機構は、接触式変位計を有し、
前記レーザ光の端部のパワー密度の小さい領域が前記被照射物に照射される領域に、前記接触式変位計の接触子を接触させて、前記オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズとの間の距離を一定になるように制御しながら、前記レーザ光に対して前記被照射物を前記第1の方向と直交する第2の方向に相対的に移動させることによって、前記被照射物に前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射装置。 - レーザ光を集光するレンズと、
第1の方向に沿ってうねりが存在する被照射物と前記レンズとの間の距離を制御するオートフォーカス機構と、を有するレーザ照射装置であって、
前記レーザ光は、連続発振のレーザ光、又は繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザ光であり、
前記オートフォーカス機構は、接触式変位計を有し、
前記レーザ光に対して前記被照射物を前記第1の方向に相対的に移動させ、前記レーザ光の端部のパワー密度の小さい領域が前記被照射物に照射される領域に、前記接触式変位計の接触子を接触させて、前記オートフォーカス機構によって前記被照射物と前記レンズとの間の距離を一定になるように制御した後に、前記レーザ光に対して前記被照射物を前記第1の方向と直交する第2の方向に相対的に移動させることによって、前記被照射物に前記レーザ光を照射することを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項3において、
前記レーザ光に対して前記被照射物を前記第2の方向に相対的に移動させることによって前記被照射物に前記レーザ光の照射を行う間は、前記オートフォーカス機構による前記被照射物と前記レンズの間の距離の制御を行わないことを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項3又は請求項4において、
前記第1の方向における移動を、前記第2の方向における移動よりも低速で行うことを特徴とするレーザ照射装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記被照射物の表面における前記レーザ光のビームスポットを線状にする光学系を有し、
前記ビームスポットの短辺方向は、前記第2の方向に平行であることを特徴とするレーザ照射装置。 - レンズで集光したレーザ光を、接触式変位計を有するオートフォーカス機構によってうねりが存在する半導体膜と前記レンズの間の距離を制御しながら、前記半導体膜に照射する半導体装置の作製方法であって、
前記レーザ光は、連続発振のレーザ光、又は繰り返し周波数が10MHz以上のパルスレーザ光であり、
前記レーザ光の端部のパワー密度の小さい領域が前記半導体膜に照射される領域に、前記接触式変位計の接触子を接触させて、前記オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズとの間の距離を一定になるように制御しながら、前記半導体膜に前記レーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - レンズで集光したレーザ光を、接触式変位計を有するオートフォーカス機構によって第1の方向に沿ってうねりが存在する半導体膜と前記レンズの間の距離を制御しながら、前記半導体膜に照射する半導体装置の作製方法であって、
前記レーザ光の端部のパワー密度の小さい領域が前記半導体膜に照射される領域に、前記接触式変位計の接触子を接触させて、前記オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズとの間の距離を一定になるように制御しながら、前記レーザ光に対して前記半導体膜を前記第1の方向と直交する第2の方向に相対的に移動させることによって、前記半導体膜に前記レーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - レンズで集光したレーザ光を、接触式変位計を有するオートフォーカス機構によって第1の方向に沿ってうねりが存在する半導体膜と前記レンズの間の距離を制御しながら、前記半導体膜に照射する半導体装置の作製方法であって、
前記レーザ光に対して前記半導体膜を前記第1の方向に相対的に移動させ、前記レーザ光の端部のパワー密度の小さい領域が前記半導体膜に照射される領域に、前記接触式変位計の接触子を接触させて、前記オートフォーカス機構によって前記半導体膜と前記レンズとの間の距離を一定になるように制御した後に、前記レーザ光に対して前記半導体膜を前記第1の方向と直交する第2の方向に相対的に移動させることによって、前記半導体膜に前記レーザ光を照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項9において、
前記レーザ光に対して前記半導体膜を前記第2の方向に相対的に移動させることによって前記半導体膜に前記レーザ光の照射を行う間は、前記オートフォーカス機構による前記半導体膜と前記レンズの間の距離の制御を行わないことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項9又は請求項10において、
前記第1の方向における移動を、前記第2の方向における移動よりも低速で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。 - 請求項8乃至請求項11のいずれか一項において、
前記半導体膜は、前記第1の方向に沿ってうねりが存在するガラス基板上に設けられていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
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