レーザ照射装置及び半導体装置の作製方法
【課題】強度分布の均一な矩形状の像を、結像光学系を用いて伝達するとき、収差が起こることで、強度分布の均一性に悪影響がでる。シリンドリカルレンズに代表される結像光学系による収差を低減し、照射面において強度分布の均一なビームスポットの面積を拡大し、照射面に均一なアニールを効率的に行うことができるレーザ照射装置並びに該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を提供する。
【解決手段】軸外しシリンドリカルレンズアレイ１０１等の軸外しレンズアレイを用いることで、レーザビームの広がりを抑え、結像光学系のサイズを小型化する。小型化によってコストの削減、メンテナンス作業の煩雑さを低減し、さらには収差を低減させることができる。収差が低減されることによって、ビームスポットの強度分布の均一性を向上させることができる。
【解決手段】軸外しシリンドリカルレンズアレイ１０１等の軸外しレンズアレイを用いることで、レーザビームの広がりを抑え、結像光学系のサイズを小型化する。小型化によってコストの削減、メンテナンス作業の煩雑さを低減し、さらには収差を低減させることができる。収差が低減されることによって、ビームスポットの強度分布の均一性を向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ照射装置に関する。また、該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製
方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す。）を製造する技術が大幅に進歩
し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導
体膜を用いたＴＦＴは、従来の非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、画素の駆動用の回路を外付けのＩＣチップで
実装していたものを、画素と同一の基板上にＴＦＴを用いて一体形成することが可能とな
っている。
【０００３】
ＴＦＴを作製するために適した多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜を結晶化して得られ
ているが、通常この結晶化にはレーザアニール法が用いられている。これは、通常の熱ア
ニールでは６００℃以上の高温が必要であるのに対し、廉価なガラス基板は耐熱性に劣り
熱変形しやすいためである。すなわち、レーザアニール法は輻射加熱あるいは伝導加熱を
利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導
体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないといった有利な特徴を
有しているため、ガラス基板上に形成した非晶質半導体膜の結晶化に広く用いられている
。
【０００４】
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層
やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化さ
せる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される
技術も含んでいる。
【０００５】
レーザアニールに用いられるレーザ発振器はその発振方法により、パルス発振と連続発
振の２種類に大別される。前記レーザアニールには、エキシマレーザに代表されるパルス
発振のレーザ発振器から発振されたレーザビームが用いられることが多い。その理由とし
て、パルス発振のレーザ発振器は連続発振のレーザ発振器に比べて単位時間当たりの出力
エネルギーが３〜６桁程度高い点が挙げられる。よって、ビームスポット（被処理物の表
面において実際にレーザビームが照射される領域）を数センチ角の長方形状や、長さ１０
０ｍｍ以上の線状となるように光学系にて整形し、レーザビームの照射位置を照射面に対
し相対的に移動させて、照射する方法は生産性が高く工業的に優れている。（例えば特許
文献１参照）このことから、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザ発振器を用いる
ことが主流となっている。なお、本明細書中では、照射面における形状が長方形状である
レーザビームを長方形状ビームと呼び、線状であるレーザビームを線状ビームと呼ぶ。
【０００６】
なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペ
クト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上
（好ましくは１０〜１００００）のものを線状と呼ぶが、線状が長方形状に含まれること
に変わりはない。
【０００７】
レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布は一般的にガウス分布であり、前
記レーザビームの中央から端部に向かって強度が弱まる特徴を有している。均一なレーザ
アニールを行うためには、照射面上において前記レーザビームの強度分布を均一化する必
要がある。近年、均一化の手法として、レンズアレイを用いて、レーザビームを所定の方
向に分割し、分割されたそれぞれのレーザビームを同一面内において重ね合わせることに
よって強度分布を均一化する手法がとられることが多い。このようにして形成された長方
形状ビームの長辺の長さを３００ｍｍ以上、その短辺の長さを１ｍｍ以下とすることで大
型基板に成膜された半導体膜のレーザアニールをより効率的に行うことができるようにな
った。
【０００８】
レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布を、レンズアレイを用いて均一化
する一般的な手法を、図６を用いて説明する。図６には、シリンドリカルレンズアレイと
シリンドリカルレンズを組み合わせ、照射面上に線状ビームを形成する構成を簡潔に示し
たものである。なお、図６（ａ）において、照射面６０８上に形成される線状ビームの、
紙面に平行な方向が短辺方向である。図６（ａ）において、レーザ発振器６０１はＸｅＣ
ｌエキシマレーザである。レーザ発振器６０１から発振されたレーザビームは、シリンド
リカルレンズアレイ６０２に入射し、４分割された後、シリンドリカルレンズ６０４によ
っていったん一つのビームスポットに合成され、強度分布の均一な像を形成する。その後
、再び分離したビームスポットは、ミラー６０６で反射された後にシリンドリカルレンズ
６０７によって再び一つのビームスポットに集光され、照射面６０８上に照射される。こ
うして、短辺方向に強度分布の均一化された線状ビームが照射面６０８上に形成され、同
時に前記短辺方向の長さが決定される。
【０００９】
次に、図６（ｂ）について説明する。図６（ｂ）において、レーザ発振器６０１から発
振されたレーザビームはシリンドリカルレンズアレイ６０３によって３分割された後、シ
リンドリカルレンズ６０５にて、３分割された前記スポットは照射面６０８にて１つに合
成される。ミラー６０６以降が破線で示されているが、前記破線は、ミラー６０６を配置
しなかった場合の正確な光路とレンズ及び照射面の位置を示している。これにより、線状
に整形されたビームスポットの長辺方向の強度分布が均一化され、前記長辺方向の長さが
決定される。
【００１０】
上記の構成で整形された線状のビームスポットをそのビームスポットの短辺方向に徐々
にずらしながら重ねて照射する。そうすると、例えば非単結晶珪素膜全面に対して効率的
にレーザアニールを施して結晶化及び結晶性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０８‐０８８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、前記シリンドリカルレンズによって、強度分布の均一な像を照射面に伝達する
際、収差が起こることによって、照射面上に形成されるビームスポット内の均一性に悪影
響がでるという問題がある。図２に、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレン
ズによって、線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する構成の拡大図を示す。シリン
ドリカルレンズアレイ２０１によって４分割されたレーザビームはシリンドリカルレンズ
２０２によって一つのビームスポットに合成され、該ビームスポットにおいて強度分布が
均一化されている。このビームスポットを、結像光学系ともいうシリンドリカルレンズ２
０３を用いて照射面に伝達する。このとき、図２に示すように該シリンドリカルレンズ２
０３に入射したレーザビームは、前記シリンドリカルレンズ２０３への入射高によって結
像点が異なるために、収差を起こしていることがわかる。このため、ビームスポットの全
面積に占める強度分布の均一な領域の割合を増やすことが困難である。結果として、照射
面として半導体膜を用いてレーザアニールを行うとき、強度分布の均一なビームスポット
を用いてアニールできる領域が広くとれず、スループットが低いという問題がある。
【００１３】
そこで本発明は、シリンドリカルレンズに代表される結像光学系による収差を低減し、
照射面において強度分布の均一なビームスポットの面積を拡大し、照射面に均一なアニー
ルを効率的に行うことができるレーザ照射装置並びに、該レーザ照射装置を用いた半導体
装置の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明が開示するレーザ照射装置は、レーザ発振器と、軸外しレンズアレイと、結像光
学系とを有し、前記軸外しレンズアレイによって前記レーザ発振器から出力されたレーザ
ビームを分割し、分割した前記レーザビームを重ね合わせることによって所定の平面上に
強度分布の均一な像を形成し、前記所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前
記強度分布の均一な像を照射面に伝達することを特徴とする。前記軸外しレンズアレイを
構成する各軸外しレンズの軸外し量は、形成したい像のサイズや場所等の条件によって、
適宜決定すればよい。
【００１５】
上記の発明において、前記強度分布の均一な像は長方形であることを特徴とする。
【００１６】
上記の発明において、前記軸外しレンズアレイとして軸外しシリンドリカルレンズアレ
イを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする。
【００１７】
上記の発明において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカル
レンズは、前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。短辺方向に短く
することができると、長辺方向により長い線状ビームが形成でき、一度の走査によってア
ニールできる領域が広がるため、スループットの向上につながる。また、大面積の基板上
に半導体装置を作製する場合にも、基板の大きさに合わせて線状ビームの長辺方向の長さ
を長くし、少ない走査回数でアニールを行うことができるため、短時間で多数の基板が処
理でき、スループットが向上する。
【００１８】
ここで、軸外しレンズについて説明する。軸外しレンズとは、該レンズの中心から主点
の位置がずれているものである。
【００１９】
前記軸外しレンズアレイによって一旦形成される強度分布の均一な像を、前記結像光学
系によって伝達するとき、前記強度分布の均一な像の広がりが小さいために、前記結像光
学系は、従来に比べて格段に小型化することが可能である。前記結像光学系の小型化によ
って、コストの削減やメンテナンス作業の煩雑さの低減、さらには収差を抑えることが可
能になる。収差が低減されることによって、照射面において強度分布の均一なビームスポ
ット内の面積を拡大することができる。また、均一なビームスポットの形成が可能なこと
から、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば均一な結晶性が得られる。
【００２０】
本発明が開示するレーザ照射装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力され
たレーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせる
ことによって強度分布の均一な長方形状の像を形成する軸外しシリンドリカルレンズアレ
イとを有し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは前記長方形状の像の長辺方向に曲
率を持つことを特徴とする。
【００２１】
本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成する工程と
、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザア
ニールする工程においては、軸外しレンズアレイによりレーザビームを分割し、分割され
たレーザビームを重ね合わせることで所定の平面上に強度分布が均一な像を形成し、前記
所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前記強度分布の均一な像を照射面に伝
達することを特徴とする。
【００２２】
上記の発明において、前記強度分布の均一な像は長方形であることを特徴とする。
【００２３】
上記の発明において、前記軸外しレンズアレイとして軸外しシリンドリカルレンズアレ
イを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする。
【００２４】
上記の発明において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカル
レンズは前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。
【００２５】
本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成する工程と
、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザア
ニールする工程においては、軸外しシリンドリカルレンズアレイによりレーザビームを分
割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせることで強度分布が均
一な長方形状の像を形成し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは、前記長方形状の
像の長辺方向に曲率を持つことを特徴とする。
【００２６】
上記の発明において、前記レーザビームはエキシマレーザから発振されることを特徴と
する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によって、次のような効果が得られる。まず、軸外しレンズアレイを用いること
によって、結像光学系に入射するレーザビームの広がりを抑えることができるため、前記
結像光学系を小型化することができる。光学系を小型化することによって、コストの削減
やメンテナンス作業の煩雑さを低減できるという利点がある。さらに、結像光学系を小型
することによって収差を抑えることができ、ビームスポット内において強度分布の均一な
領域を拡大することができる。このことから、照射面において線状ビームを形成する場合
、特に短辺において強度分布が不均一な領域を小さくすることができる。より長い線状ビ
ームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でよ
り多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。また、収差
が抑えられることから、均一なビームスポットを形成することができるため、均一なアニ
ールが可能となる。均一なアニールを行えば均一な結晶性が得られ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態を示した説明図。
【図２】本発明の実施の形態を示した説明図。
【図３】本発明の実施例１を示した説明図。
【図４】本発明の実施例２を示した説明図。
【図５】本発明の実施例３を示した説明図。
【図６】従来技術を示す説明図。
【図７】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図８】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図９】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図１０】本発明が適用される電子機器の図。
【図１１】本発明が適用される電子機器の図。
【図１２】本発明が適用される電子機器の図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明を用いた実施の形態を、図１及び図２を用いて説明する。まず、図１を用いて、
本実施の形態で用いる軸外しシリンドリカルレンズアレイについて説明する。軸外しシリ
ンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズは該シリンドリカルレンズの平
面から最も遠い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを
用いている。軸外しシリンドリカルレンズアレイを設計する上で重要な点は、該軸外しシ
リンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームが、所定の平面において重な
り合って、強度分布が均一な像を形成するように軸外し量を決定することである。本実施
の形態においては、照射面において長方形状のビームスポットを形成し、また該軸外しシ
リンドリカルレンズアレイと結像光学系であるシリンドリカルレンズを長方形状のビーム
スポットの短辺方向に作用する例について説明する。軸外しシリンドリカルレンズアレイ
とシリンドリカルレンズを組み合わせることで、形成される長方形状ビームスポットの短
辺方向の長さをより短くすることができるため、上記のように長辺方向の長さをより長く
することができ、スループットの向上を実現することができる。
【００３０】
図１において、軸外しシリンドリカルレンズアレイ１０１は焦点距離Ａ1であり、焦点か
らさらに距離Ａ2後方において強度分布の均一な長方形状の像を形成する。前記長方形状
の像を第１の像とする。この像から距離Ａ3後方に結像光学系としてシリンドリカルレン
ズ１０２を配置する。シリンドリカルレンズ１０２は前記第１の像を照射面１０３上に伝
達し、照射面１０３上に強度分布の均一な長方形状の像（これを第２の像とする。）を形
成する。図１に示した本発明の構成において、結像光学系であるシリンドリカルレンズ１
０２に入射するレーザビームの広がりＤ2が、従来技術と比較して大幅に抑えられること
が本発明による利点であり、本実施の形態では、図２に示す従来技術とこれとを比較する
。
【００３１】
図２は従来技術を示しており、シリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズ
を用いて照射面上に長方形状のビームスポットを形成する構成を示している。図１に示す
本発明の構成と比較するため、比較対象である従来技術の構成において用いられる各光学
系の条件（焦点距離、サイズ、材質等）は図１に示すものと同じとする。シリンドリカル
レンズアレイ２０１は焦点距離Ａ1であり、これは図１に示す軸外しシリンドリカルレン
ズアレイ１０１の焦点距離と同じである。また、シリンドリカルレンズアレイ２０１の焦
点から距離Ａ2後方に焦点距離Ａ2のシリンドリカルレンズ２０２を配置し、シリンドリカ
ルレンズ２０２によって強度分布の均一な長方形状の像（第１の像と呼ぶ）を形成する。
そして、第１の像から距離Ａ3後方に結像光学系としてシリンドリカルレンズ２０３を配
置する。
【００３２】
つまり、図１、図２の両図において、第１の像からそれぞれ同距離後方に同じ焦点距離
を有する結像光学系を配置し、さらに同距離後方に照射面を配置し、同じサイズの第２の
像を形成するものとする。図２において、シリンドリカルレンズ２０２に入射するレーザ
ビームの広がりはＤ1であり、結像光学系であるシリンドリカルレンズ２０３に入射する
レーザビームの広がりはＤ3とする。上記に示したＡ1、Ａ2、Ａ3の大小関係は、Ａ1＞Ａ2
、Ａ2＜Ａ3とする。その理由は以下の通りである。Ａ1＞Ａ2とすれば、Ａ1、Ａ2の比に応
じて第１の像のサイズを小さくすることができ、Ａ1＞＞Ａ2とするほど、第１の像は小さ
くすることができる。またＡ2＜Ａ3とすれば、第１の像に対して照射面上に形成される第
２の像の縮小率を上げることができ、さらに、Ａ2＜＜Ａ3とするほどその縮小率は上がり
、より小さいビームスポットにすることができる。
【００３３】
この構成を、長方形状のレーザビームの短辺方向に用いれば、より細いビームを形成す
ることができるため、好ましい。本発明による構成において、Ｄ2の広がりは、以下のよ
うに求めることができる。Ｄ1：Ｄ2＝（Ａ1＋Ａ2）：Ａ3より、Ｄ2＝Ａ3・Ｄ1／（Ａ1＋
Ａ2）となる。一方で、図２において、広がりＤ3は、Ｄ1：Ｄ3＝Ａ2：Ａ3より、Ｄ3＝Ａ3
・Ｄ1／Ａ2となる。Ｄ2とＤ3を比較すると、Ｄ2の方が分母が大きいため、得られる数値
が小さいことがわかり、このことから、本発明によってレーザビームの広がりが抑えられ
ることがわかる。またＡ1＞＞Ａ2、Ａ2＜＜Ａ3とすることで、Ｄ3／Ｄ2＝１＋Ａ1／Ａ2＞
＞１となり、その効果は顕著に表れ、より小さなビームスポットとすることができる。
【００３４】
図２に示す従来技術と比較して、図１に示す本発明が優れている点はこのビームの広が
りが抑えられることにある。この理由を以下に説明する。図１、図２の両図で示した第１
の像から同距離後方に結像光学系を配置し、レーザビームを集光させ、像を形成するとき
、図２に示すシリンドリカルレンズ２０３は、図１に示すシリンドリカルレンズ１０２よ
り大きくなることは、上記のように、広がりが大きくなることから明らかである。一方、
図１に示す本発明を適用した例においては、ビームの広がりが小さいために、シリンドリ
カルレンズ１０２のサイズを小さくすることができる。結像光学系の小型化によって、コ
ストや、メンテナンスの煩雑さを低減し、さらに、収差を抑えることができるという利点
がある。
【００３５】
結像光学系のサイズは、大きくなればなるほど結像光学系の端部が該結像光学系の中心
から遠くなる。光学系へのレーザビームの入射高によって結像点は異なることから、結像
光学系が大きくなるに従って、焦点において収差は大きくなる。図２に示す照射面２０４
上では、結像光学系２０３のサイズが大きいことから収差が増大し、均一なアニールが困
難となる。このことから、結像光学系としてのシリンドリカルレンズはサイズが小さい方
が好ましく、収差を抑えることによって、照射面において、強度分布の均一なビームスポ
ットの面積を拡大することができる。照射面において線状ビームを形成するのであれば、
強度分布が均一である、線状ビームをより長くすることができる。より長い線状ビームを
用いて半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でより多くの
枚数を処理できるため、スループットが向上する。さらに、収差を抑えることによって均
一なアニールが可能になり、均一な結晶性が得られる。
【実施例１】
【００３６】
本実施例では、発明を実施するための最良の形態に記載した光学系の条件を具体的に示
し、その光学系を用いたレーザ照射装置を、図３を用いて説明する。
【００３７】
図３（ａ）では、軸外しシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズを用い
て、照射面３０５上に形成される線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する例を説明
する。さらに、図３（ｂ）では、該線状ビームの長辺方向においても、軸外しシリンドリ
カルレンズアレイを用いて、強度分布を均一化する例を説明する。レーザ発振器３０１と
して、エキシマレーザを用いる。レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは矢印
の方向に伝搬し、軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０２及び３０３、シリンドリカル
レンズ３０４を経て、照射面３０５に照射される。軸外しシリンドリカルレンズアレイ３
０２は焦点距離７５０ｍｍで幅６ｍｍのシリンドリカルレンズ４枚から構成されている。
【００３８】
図３（ａ）の側面図において、レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは軸外
しシリンドリカルレンズアレイ３０２に入射し、４分割された後、完全に重なり合い、強
度分布の均一な２ｍｍの像を形成する。本実施例では、この像を第１の像と呼ぶ。そして
、該シリンドリカルレンズ３０４は、第１の像を照射面３０５上に伝達するリレーレンズ
として機能する。該シリンドリカルレンズ３０４は、本発明による軸外しシリンドリカル
レンズアレイ３０２を用いることで、レーザビームの広がりを抑えられることから、その
サイズを小さくすることができるため、照射面３０５上において、収差がほとんど見られ
ないビームスポットを伝達することができる。また、前記シリンドリカルレンズ３０４に
よって、照射面３０５上における線状ビームの短辺方向の長さが決定される。本実施例で
は、第１の像から１０００ｍｍの距離にシリンドリカルレンズ３０４を配置し、さらにシ
リンドリカルレンズ３０４から照射面３０５までの距離が２５０ｍｍであることから、照
射面３０５上に形成される線状ビームの短辺方向の長さは５００μｍである。
【００３９】
図３（ｂ）の平面図において、レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは軸外
しシリンドリカルレンズアレイ３０３に入射し、４分割された後、照射面３０５上におい
て完全に重なり合い、強度分布の均一な像を形成する。このとき、照射面３０５上に形成
したい線状ビームの長辺方向の長さに応じて、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ３
０３のサイズ、配置、また前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０３を構成する各シ
リンドリカルレンズ等は最適化すればよい。長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレ
イを用い、結像光学系を用いることなしに、照射面に像を形成すると、結像光学系による
収差をなくすことができる。収差の影響を考慮することなく、照射面において強度分布の
均一なビームスポットを形成することができる。この点から、長辺方向に軸外しシリンド
リカルレンズアレイを用いることは有効である。
【００４０】
こうして、照射面３０５上において強度分布の均一な線状ビームを形成することができ
る。本発明を適用することによって、前記線状ビームの長辺方向および短辺方向に収差を
抑えることができ、ビームスポット内の強度分布の均一な面積を拡大することができるた
め、照射面において、強度分布の均一な線状ビームをより長くすることができる。より長
い線状ビームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面としてアニールを行えば、短時
間でより多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。
【実施例２】
【００４１】
本実施例では、本発明を用いたレーザ照射装置においてライトパイプを用いる例を、図
４を用いて説明する。
【００４２】
図４において、レーザ発振器４０１はエキシマレーザである。４０２及び４０３は軸外
しシリンドリカルレンズアレイである。ライトパイプ４０４は向かい合う反射面を１組有
し、反射面は照射面４０６上に形成される線状ビームスポットの短辺方向に作用するよう
に配置する。ライトパイプの間隔は２ｍｍで配置されている。図４（ａ）において、照射
面４０６上に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が短辺方向である。ライトパイ
プ４０４の反射面間は空気で満たされており、ライトパイプ４０４に入射したレーザビー
ムは反射を繰り返し、分割されたレーザビームが同一面内において重ね合わされることに
より、レーザビームが重ね合わされた位置である射出口においてレーザビームの強度分布
が均一化される。
【００４３】
図４（ａ）において、軸外しシリンドリカルレンズアレイ４０２を構成するシリンドリ
カルレンズは、シリンドリカルレンズであり、該シリンドリカルレンズの平面から最も遠
い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを用いている。
この軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームは、ライトパイ
プ４０４の入口において重ね合わされ、強度分布が均一な像を形成する。本実施例におい
てこの像を第１の像と呼ぶ。ライトパイプ４０４に入射したレーザビームは、ライトパイ
プ４０４内で反射を繰り返して射出口に至り、射出口にて強度分布が均一な像が形成され
る。この射出口において形成される像を本実施例では第２の像と呼ぶ。ライトパイプ４０
４の後方に配置されるシリンドリカルレンズ４０５は、第２の像を照射面４０６上に投影
するためのリレーレンズとして機能する。こうして照射面４０６上において、線状ビーム
の短辺方向に強度分布の均一なビームスポットが形成される。
【００４４】
図４（ｂ）において、レーザ発振器から射出されたレーザビームは軸外しシリンドリカ
ルレンズアレイ４０３に入射し、４分割される。その後、照射面４０６において完全に重
ね合わされ、線状ビームの長辺方向に強度分布の均一なビームスポットを形成する。長辺
方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用い、結像光学系を用いることなしに、照射
面に像を形成すると、結像光学系による収差をなくすことができる。収差の影響を考慮す
ることなく、照射面において強度分布の均一なビームスポットを形成することができる。
この点から、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いることは有効である。
【００４５】
本実施例のように、軸外しシリンドリカルレンズアレイとライトパイプを組み合わせる
ことによって、ライトパイプ内でレーザビームの反射回数を増やすことができることから
、強度分布をより均一化することができ、好ましい。
【００４６】
さらに、軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームが重ね合
わされる際に、完全に同一に重ね合わされなくとも、ライトパイプ４０４内で反射を繰り
返し、強度分布の均一性を向上させることができるため、完全に同一でなくともライトパ
イプで補正することができ、好ましい。
【００４７】
以上のようにして形成された線状ビームを用いて、例えば半導体膜を照射面としてレー
ザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプ
レイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【実施例３】
【００４８】
本実施例では、本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイと、従来から用いられ
ているシリンドリカルレンズアレイを組み合わせた構成を有するレーザ照射装置について
、図５を用いて説明する。
【００４９】
図５（ａ）において、レーザ発振器５０１から出力されたレーザビームは、矢印の方向
に伝搬する。軸外しシリンドリカルレンズアレイ５０２は、前記レーザビームを４分割し
、ある平面上で重なり合うことによって強度分布の均一な像を形成する。この像は後方に
配置されたシリンドリカルレンズ５０５によって照射面５０６上に投影される。図５（ａ
）において、照射面５０６上に形成される線状ビームは、紙面に平行な方向が短辺方向で
ある。軸外しシリンドリカルレンズアレイ５０２を、線状ビームの短辺方向に曲率を持つ
ように配置する利点は、以下の通りである。本発明によると、軸外しシリンドリカルレン
ズアレイ５０２を用いることでシリンドリカルレンズ５０５のサイズを小型化することが
できるため、照射面５０６上において収差を低減することができる。収差を抑えることに
よって、半導体膜をアニールするために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット
内の領域を、短辺方向に拡大することができる。半導体膜のアニールを行うにあたって、
線状ビームの短辺方向にレーザビームをオーバーラップさせながら走査することで、アニ
ールを行う手法が工業的に優れており、一般的に用いられているが、半導体膜をアニール
するために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット内の領域を短辺方向に拡大す
ることで、より効率的にアニールを行うことができる。本実施例では、線状ビームの短辺
方向のみに軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いたが、実施例１及び実施例２のよう
に、短辺方向及び長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いた構成としてもよ
い。さらに、短辺方向に従来のシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを用
い、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いてもよい。長辺方向に軸外しシ
リンドリカルレンズアレイを用いれば、上記のように収差をなくすことによって、強度分
布の均一な面積を長辺方向に拡大することが可能になり、より長い線状ビームを形成する
ことができる。このことから、短時間で多数の基板を処理することができ、スループット
が向上するという利点がある。
【００５０】
図５（ｂ）の平面図において、レーザ発振器５０１から出力されたレーザビームは矢印
の方向に伝搬する。前記レーザビームはシリンドリカルレンズアレイ５０３によって３分
割された後、シリンドリカルレンズ５０４によって集光され、照射面５０６上に照射され
る。図５（ｂ）において、照射面５０６に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が
長辺方向である。
【００５１】
このように、本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイと、従来のシリンドリカ
ルレンズアレイとを組み合わせた構成としても、照射面５０６上において、強度分布の均
一な線状ビームを形成することができる。
【００５２】
以上のようにして形成された線状ビームを用いて、例えば半導体膜を照射面としてレー
ザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプ
レイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【実施例４】
【００５３】
本実施例では、本発明によるレーザ照射装置を用いて、薄膜トランジスタを形成する作
製工程について、図７〜図９を用いて説明する。
【００５４】
まず図７（Ａ）に示すように、基板７００上に下地膜７０１を成膜する。基板７００に
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、
石英基板、ＳＵＳ基板等を用いることができる。また、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てもよい。
【００５５】
下地膜７０１は基板７００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が
、半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よって
アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、
窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ
法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜した。
【００５６】
なお下地膜７０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。また
ガラス基板、ＳＵＳ基板又はプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金
属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下
地膜を設けることは有効であるが、石英基板などの不純物の拡散がさして問題とならない
場合は、必ずしも設ける必要はない。
【００５７】
次に下地膜上に非晶質半導体膜７０２を形成する。非晶質半導体膜７０２の膜厚は２５
ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。非晶質半導体膜７０２とし
ては、珪素やシリコンゲルマニウムを用いる。その後、５００℃、１時間の加熱処理を行
って、水素だしを行う。
【００５８】
次に、本発明によるレーザ照射装置を用いて、非晶質半導体膜７０２を結晶化して、結
晶質半導体膜７０３を形成する。本実施例のレーザ結晶化には、エキシマレーザを使用し
、発振されたレーザビームを光学系を用いて長方形状のビームスポットに加工し、半導体
膜に照射する。具体的には、光学系に本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイ及
びシリンドリカルレンズを用い、照射面において長辺の長さ１００ｍｍ〜１０００ｍｍ、
短辺方向の長さ２００μｍ〜５０００μｍの長方形状のビームスポットに加工する。本実
施例では、長辺方向３００ｍｍ、短辺方向４００μｍの線状ビームに加工し、照射する。
この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）は５０％〜９８％として行い、
本実施例では９０％とする。また、レーザビームのエネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ2
〜１０００ｍＪ／ｃｍ2とし、本実施例においては減衰器を用いて３５０ｍＪ／ｃｍ2と設
定する。周波数（１秒間当たりのパルス発振数）については、１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚと
し、本実施例では３００Ｈｚとする。本実施例では基板を温度５００℃の窒素雰囲気中で
１時間加熱した後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行い、結晶質半導体膜を
形成する。そして、ステージは１ｍｍ／ｓ〜５００ｍｍ／ｓ程度の速度で動かしてレーザ
ビームを照射するのが望ましく、本実施例では１２ｍｍ／ｓの速度でステージを移動させ
てレーザビームの照射を行う。本発明を適用することによって、照射面である半導体膜に
おいて収差を低減させることができ、より均一なレーザアニールを行うことができるため
、均一な結晶性を得ることができる。
【００５９】
このようにして得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層７０
４〜７０７を形成する。その後、半導体層７０４〜７０７を覆うゲート絶縁膜７０８を形
成する。ゲート絶縁膜７０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜
２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。
【００６０】
続いて、結晶質半導体膜の作製方法として、上記とは異なる方法について図８を用いて
説明する。この場合、図７に示した工程と同様に、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、石英基板、ＳＵＳ基板等の基板８００上に下地膜
８０１を設け、その上に非晶質半導体膜８０２を形成する。（図８（Ａ））
【００６１】
この方法においては、非晶質半導体膜８０２の表面に、重量換算で１ｐｐｍ〜１００ｐ
ｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液８１０をスピンコート法で塗布する。なお、触媒の
添加は上記方法に限定されず、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添
加してもよい。
【００６２】
次に、５００℃〜６５０℃で４時間〜２４時間、例えば５５０℃、１４時間の加熱処理
を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液８１０が塗布された表面から、基板
８００に向かって縦方向に結晶化が促進された結晶質半導体が形成される。なお、本実施
例では、触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、それ以外にも、ゲルマニウム
（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。
【００６３】
そして、上述したように、エキシマレーザを用いて、レーザ光を照射して、結晶性を向
上させ、結晶質半導体膜８１１を形成する（図８（Ｂ））。なお、触媒元素を用いて結晶
化された結晶質半導体膜８１１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおよそ１×１０19ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で含まれていると考えられる。そこで、次に、結晶質半導体
膜８１１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行う。
【００６４】
まず、図８（Ｃ）に示すように、結晶質半導体膜８１１の表面に酸化膜８１２を形成す
る。１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜８１２を形成することで、後のエッチン
グ工程において結晶質半導体膜８１１の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことがで
きる。
【００６５】
酸化膜８１２は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸
などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、結晶質半導体膜８１１の表面を
酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、
紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法
、蒸着法などで形成しても良い。
【００６６】
次に酸化膜８１２上に、希ガス元素を１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の濃度で含むゲ
ッタリング用の半導体膜８１３を、スパッタ法を用いて２５ｎｍ〜２５０ｎｍの厚さで形
成する。ゲッタリング用の半導体膜８１３は、結晶質半導体膜８１１とエッチングの選択
比を大きくするため、結晶質半導体膜８１１よりも膜の密度の低い方がより望ましい。希
ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（
Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。
【００６７】
次に、ファーネスアニール法やＲＴＡ法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行う
。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて４５０℃〜６００℃で０．５
時間〜１２時間の加熱処理を行う。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光
源を１秒〜６０秒、好ましくは３０秒〜６０秒点灯させ、それを１回〜１０回、好ましく
は２回〜６回繰り返す。半導体膜が瞬間的には６００℃〜１０００℃、好ましくは７００
℃〜７５０℃程度にまで加熱されるように発光強度を設定する。
【００６８】
加熱処理により結晶質半導体膜８１１内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲ
ッタリング用の半導体膜８１３に移動し、ゲッタリングされる。
【００６９】
次にゲッタリング用の半導体膜８１３を選択的にエッチングして除去する。エッチング
は、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラ
エチルアンモニウムハイドロオキサイド（（ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ
溶液によるウェットエッチングで行うことができる。このとき、酸化膜８１２によって結
晶質半導体膜８１１がエッチングされるのを防ぐことができる。
【００７０】
次に酸化膜８１２を、フッ酸により除去する。そして、酸化膜８１２を除去後の結晶質
半導体膜８１１をパターニングし、半導体層８１４〜８１７を形成する（図８（Ｄ））。
その後、半導体層８１４〜８１７を覆うゲート絶縁膜８０８を形成する。ゲート絶縁膜８
０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を
含む絶縁膜で形成する。
【００７１】
なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。そ
の他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
【００７２】
次いで、ゲート絶縁膜８０８上に、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄか
ら選択された元素、前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料、リン等の不純
物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜やＡｇＰｄＣｕ合金などの公
知の導電性を有する材料を用いて、膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍの第１導電膜９２０を形成
する（図９（Ａ））。次に、第１導電膜９２０を被覆するように、膜厚１００ｎｍ〜４０
０ｎｍの第２導電膜及び膜厚１００ｎｍ〜４００ｎｍの窒化珪素膜を積層形成する。続い
て、窒化珪素膜をパターン加工して、絶縁層９２９〜９３２を形成する。なお、この絶縁
層９２９〜９３２の材料は窒化珪素に限らず、酸化珪素でも良い。より詳しくは、酸化珪
素膜であれば、リン酸系のエッチング液を用いてパターン加工し、窒化珪素膜であればフ
ッ酸系のエッチング液を用いてパターン加工する。次に絶縁層９２９〜９３２をマスクと
して、第２導電膜をパターン加工して、導電層９２５〜９２８を形成する。
【００７３】
次に、ドーピング処理を行う。本処理では、半導体層８１４〜８１７に、リン又はヒ素
などの１５族に属し、Ｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。この際、導電層９
２５〜９２８及び絶縁層９２９〜９３２がＮ型を付与する不純物元素に対するマスクとな
って、自己整合的に不純物領域９２１〜９２４が形成され、１×１０18〜１×１０20ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素が添加される。
【００７４】
次に、選択的にエッチングを行って導電層９２５〜９２８を後退させて、導電層９３５
〜９３８を形成する（図９（Ｂ））。その後、マスクとして機能した絶縁層９２９〜９３
２をエッチングにより除去する（図９（Ｃ））。次に、新たにレジストからなるマスク９
４６、９４７を形成して、上記のドーピング処理よりも高い加速電圧でドーピング処理を
行う。導電層９３５、９３７を不純物元素に対するマスクとして用いて、ドーピング処理
を行った結果、不純物領域（Ｎ−領域、ＬＤＤ領域）９４１、９４４には１×１０18〜５
×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲で不純物元素が付与され、不純物領域（Ｎ＋領域
）９４０、９４３には１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付
与する不純物元素を添加される。また、チャネル形成領域９４２、９４５が形成される。
【００７５】
次いで、レジストからなるマスク９４６、９４７を除去した後、新たにレジストからな
るマスク９５６、９５７を形成する（図９（Ｄ））。その後、ドーピング処理を行って、
Ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に、前記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を形成する。本処理では、導電層９３６、９３８を不純
物元素に対するマスクとして用いて、Ｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に
不純物領域（Ｐ＋領域）９５０、９５３、不純物領域（Ｐ−領域）９５１、９５４及びチ
ャネル形成領域９５２、９５５を形成する。ここでは、Ｐ型を付与する不純物元素の濃度
が１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるようにドーピング処理を行う。なお
ドーピング処理を行う条件等は上記記載に限定されず、２回以上の複数回のドーピング処
理で形成しても良い。
【００７６】
次に、レジストからなるマスク９５６、９５７を除去し、導電層９３５〜９３８をマス
クとして、第１の導電膜９２０を異方性エッチングして、導電層９６０〜９６３を形成す
る（図９（Ｅ））。以上の工程により、Ｎチャネル型トランジスタ９８０、９８２と、Ｐ
チャネル型トランジスタ９８１、９８３を同一基板上に形成することができる。
【００７７】
そして、保護膜として絶縁膜９７２を形成する。この絶縁膜９７２には、プラズマＣＶ
Ｄ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜を
用いて、単層又は積層構造として形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚
１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。次いで加熱処理を行って、半導体層の結晶性の
回復、又は半導体層に添加された不純物元素の活性化を行ってもよい。
【００７８】
次いで、絶縁膜９７２上に、有機絶縁膜９７３を形成する。有機絶縁膜９７３としては
、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。絶縁膜９７３は
、基板９００上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので
、平坦性に優れた膜が好ましい。
【００７９】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜９７２及び有機絶縁膜９７３をパターン
加工して、不純物領域９４０、９４３、９５０及び９５３に達するコンタクトホールを形
成する。次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配
線９６４〜９７１を形成する。その後保護膜として絶縁膜９７４を形成すると、図示する
ような半導体装置が完成する。
【００８０】
ドライバやＣＰＵなどの機能回路を用途としたトランジスタは、ＬＤＤ構造又はＬＤＤ
がゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタ
の微細化を図ることが好ましい。本実施例により完成されるトランジスタ９８０〜９８３
は、ＬＤＤ構造を有するため、高速動作が必要な駆動回路に用いることが好適である。ま
た、微細化に伴って、ゲート絶縁膜８０８の薄膜化が欠かせないが、本実施例の工程では
、ゲート絶縁膜８０８が第１導電膜９２０に被覆された状態でドーピング工程が行われ、
該ゲート絶縁膜８０８が保護されているため、微細化にも有効な作製方法といえる。
【実施例５】
【００８１】
本実施例では、本発明のＴＦＴ回路によるアクティブマトリクス型表示装置を組み込ん
だ半導体装置について図１０、図１１、図１２で説明する。
【００８２】
このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電
話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる
。それらの一例を図１０と図１１に示す。
【００８３】
図１０（Ａ）は携帯電話であり、本体９００１、音声出力部９００２、音声入力部９０
０３、表示装置９００４、操作スイッチ９００５、アンテナ９００６から構成されている
。本願発明は音声出力部９００２、音声入力部９００３、及びアクティブマトリクス基板
を備えた表示装置９００４に適用することができる。
【００８４】
図１０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９
１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。
本願発明は音声入力部９１０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９１０
２、受像部９１０６に適用することができる。
【００８５】
図１０（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カ
メラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成され
ている。本願発明は受像部９２０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９
２０５に適用することができる。
【００８６】
図１０（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９３０１、表示装置９３０２、ア
ーム部９３０３で構成される。本願発明は表示装置９３０２に適用することができる。ま
た、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
【００８７】
図１０（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒
体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディス
ク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するもので
ある。表示装置９５０２、９５０３は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用するこ
とができる。
【００８８】
図１１（Ａ）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
イヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０
４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉ
ｇｔｉａｌ 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できる。
【００８９】
図１１（Ｂ）はテレビであり本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３で構成さ
れる。
【００９０】
図１１（Ｃ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、
表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。
【００９１】
図１２（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３６
０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９２】
図１２（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で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回
路に適用することができる。
【００９３】
なお、図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）及び図１２（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３
８０１、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１２（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。
【００９４】
また、図１２（Ｄ）は、図１２（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３８
１２、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１２（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。
【００９５】
また、本発明はその他にも、発光型表示素子に適用することも可能である。このように
、本願発明の適用範囲はきわめて広く、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他の実施例自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
６０１ レーザ発振器
６０２ シリンドリカルレンズアレイ
６０３ シリンドリカルレンズアレイ
６０４ シリンドリカルレンズ
６０５ シリンドリカルレンズ
６０６ ミラー
６０７ シリンドリカルレンズ
６０８ 照射面
２０１ シリンドリカルレンズアレイ
２０２ シリンドリカルレンズ
２０３ シリンドリカルレンズ
２０４ 照射面
１０１ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
１０２ シリンドリカルレンズ
１０３ 照射面
３０１ レーザ発振器
３０２ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
３０３ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
３０４ シリンドリカルレンズ
３０５ 照射面
３０６ 照射面
４０１ レーザ発振器
４０２ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
４０３ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
４０４ ライトパイプ
４０５ シリンドリカルレンズ
４０６ 照射面
５０１ レーザ発振器
５０２ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
５０３ シリンドリカルレンズアレイ
５０４ シリンドリカルレンズ
５０５ シリンドリカルレンズ
５０６ 照射面
７００ 基板
７０１ 下地膜
７０２ 非晶質半導体膜
７０３ 結晶質半導体膜
７０４ 半導体層
７０５ 半導体層
７０６ 半導体層
７０７ 半導体層
７０８ ゲート絶縁膜
８００ 基板
８０１ 下地膜
８０２ 非晶質半導体膜
８０８ ゲート絶縁膜
８１０ 酢酸ニッケル塩溶液
８１１ 結晶質半導体膜
８１２ 酸化膜
８１３ ゲッタリング用の半導体膜
８１４ 半導体層
８１５ 半導体層
８１６ 半導体層
８１７ 半導体層
９２０ 導電膜
９２１ 不純物領域
９２２ 不純物領域
９２３ 不純物領域
９２４ 不純物領域
９２５ 導電層
９２６ 導電層
９２７ 導電層
９２８ 導電層
９２９ 絶縁層
９３０ 絶縁層
９３１ 絶縁層
９３２ 絶縁層
９３５ 導電層
９３６ 導電層
９３７ 導電層
９３８ 導電層
９４０ 不純物領域
９４１ 不純物領域
９４２ チャネル形成領域
９４３ 不純物領域
９４４ 不純物領域
９４５ チャネル形成領域
９４６ マスク
９４７ マスク
９５０ 不純物領域
９５１ 不純物領域
９５２ チャネル形成領域
９５３ 不純物領域
９５４ 不純物領域
９５５ チャネル形成領域
９５６ マスク
９５７ マスク
９６０ 導電層
９６１ 導電層
９６２ 導電層
９６３ 導電層
９６４ 配線
９６５ 配線
９６６ 配線
９６７ 配線
９６８ 配線
９６９ 配線
９７０ 配線
９７１ 配線
９７２ 絶縁膜
９７３ 有機絶縁膜
９７４ 絶縁膜
９８０ Ｎチャネル型トランジスタ
９８１ Ｐチャネル型トランジスタ
９８２ Ｎチャネル型トランジスタ
９８３ Ｐチャネル型トランジスタ
９００ 基板
９００１ 本体
９００２ 音声出力部
９００３ 音声入力部
９００４ 表示装置
９００５ 操作スイッチ
９００６ アンテナ
９１０１ 本体
９１０２ 表示装置
９１０３ 音声入力部
９１０４ 操作スイッチ
９１０５ バッテリー
９１０６ 受像部
９２０１ 本体
９２０２ カメラ部
９２０３ 受像部
９２０４ 操作スイッチ
９２０５ 表示装置
９３０１ 本体
９３０２ 表示装置
９３０３ アーム部
９５０１ 本体
９５０２ 表示装置
９５０４ 記憶媒体
９５０５ 操作スイッチ
９５０６ アンテナ
９７０１ 本体
９７０２ 表示装置
９７０３ スピーカ部
９７０４ 記録媒体
９７０５ 操作スイッチ
３１０１ 本体
３１０２ 支持台
３１０３ 表示部
９６０１ 本体
９６０２ 画像入力部
９６０３ 表示装置
９６０４ キーボード
３６０２ スクリーン
３７０１ 本体
３７０２ 投射装置
３７０３ ミラー
３７０４ スクリーン
３６０１ 投射装置
３８０１ 光源光学系
３８０２ ミラー
３８０３ ダイクロイックミラー
３８０７ プリズム
３８０８ 液晶表示装置
３８０９ 位相差板
３８１０ 投射光学系
３８１１ リフレクター
３８１２ 光源
３８１３ レンズアレイ
３８１５ 偏光変換素子
３８１６ 集光レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ照射装置に関する。また、該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製
方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴと記す。）を製造する技術が大幅に進歩
し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導
体膜を用いたＴＦＴは、従来の非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、画素の駆動用の回路を外付けのＩＣチップで
実装していたものを、画素と同一の基板上にＴＦＴを用いて一体形成することが可能とな
っている。
【０００３】
ＴＦＴを作製するために適した多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜を結晶化して得られ
ているが、通常この結晶化にはレーザアニール法が用いられている。これは、通常の熱ア
ニールでは６００℃以上の高温が必要であるのに対し、廉価なガラス基板は耐熱性に劣り
熱変形しやすいためである。すなわち、レーザアニール法は輻射加熱あるいは伝導加熱を
利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導
体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないといった有利な特徴を
有しているため、ガラス基板上に形成した非晶質半導体膜の結晶化に広く用いられている
。
【０００４】
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層
やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化さ
せる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される
技術も含んでいる。
【０００５】
レーザアニールに用いられるレーザ発振器はその発振方法により、パルス発振と連続発
振の２種類に大別される。前記レーザアニールには、エキシマレーザに代表されるパルス
発振のレーザ発振器から発振されたレーザビームが用いられることが多い。その理由とし
て、パルス発振のレーザ発振器は連続発振のレーザ発振器に比べて単位時間当たりの出力
エネルギーが３〜６桁程度高い点が挙げられる。よって、ビームスポット（被処理物の表
面において実際にレーザビームが照射される領域）を数センチ角の長方形状や、長さ１０
０ｍｍ以上の線状となるように光学系にて整形し、レーザビームの照射位置を照射面に対
し相対的に移動させて、照射する方法は生産性が高く工業的に優れている。（例えば特許
文献１参照）このことから、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザ発振器を用いる
ことが主流となっている。なお、本明細書中では、照射面における形状が長方形状である
レーザビームを長方形状ビームと呼び、線状であるレーザビームを線状ビームと呼ぶ。
【０００６】
なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペ
クト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が２以上
（好ましくは１０〜１００００）のものを線状と呼ぶが、線状が長方形状に含まれること
に変わりはない。
【０００７】
レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布は一般的にガウス分布であり、前
記レーザビームの中央から端部に向かって強度が弱まる特徴を有している。均一なレーザ
アニールを行うためには、照射面上において前記レーザビームの強度分布を均一化する必
要がある。近年、均一化の手法として、レンズアレイを用いて、レーザビームを所定の方
向に分割し、分割されたそれぞれのレーザビームを同一面内において重ね合わせることに
よって強度分布を均一化する手法がとられることが多い。このようにして形成された長方
形状ビームの長辺の長さを３００ｍｍ以上、その短辺の長さを１ｍｍ以下とすることで大
型基板に成膜された半導体膜のレーザアニールをより効率的に行うことができるようにな
った。
【０００８】
レーザ発振器から発振されるレーザビームの強度分布を、レンズアレイを用いて均一化
する一般的な手法を、図６を用いて説明する。図６には、シリンドリカルレンズアレイと
シリンドリカルレンズを組み合わせ、照射面上に線状ビームを形成する構成を簡潔に示し
たものである。なお、図６（ａ）において、照射面６０８上に形成される線状ビームの、
紙面に平行な方向が短辺方向である。図６（ａ）において、レーザ発振器６０１はＸｅＣ
ｌエキシマレーザである。レーザ発振器６０１から発振されたレーザビームは、シリンド
リカルレンズアレイ６０２に入射し、４分割された後、シリンドリカルレンズ６０４によ
っていったん一つのビームスポットに合成され、強度分布の均一な像を形成する。その後
、再び分離したビームスポットは、ミラー６０６で反射された後にシリンドリカルレンズ
６０７によって再び一つのビームスポットに集光され、照射面６０８上に照射される。こ
うして、短辺方向に強度分布の均一化された線状ビームが照射面６０８上に形成され、同
時に前記短辺方向の長さが決定される。
【０００９】
次に、図６（ｂ）について説明する。図６（ｂ）において、レーザ発振器６０１から発
振されたレーザビームはシリンドリカルレンズアレイ６０３によって３分割された後、シ
リンドリカルレンズ６０５にて、３分割された前記スポットは照射面６０８にて１つに合
成される。ミラー６０６以降が破線で示されているが、前記破線は、ミラー６０６を配置
しなかった場合の正確な光路とレンズ及び照射面の位置を示している。これにより、線状
に整形されたビームスポットの長辺方向の強度分布が均一化され、前記長辺方向の長さが
決定される。
【００１０】
上記の構成で整形された線状のビームスポットをそのビームスポットの短辺方向に徐々
にずらしながら重ねて照射する。そうすると、例えば非単結晶珪素膜全面に対して効率的
にレーザアニールを施して結晶化及び結晶性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０８‐０８８１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、前記シリンドリカルレンズによって、強度分布の均一な像を照射面に伝達する
際、収差が起こることによって、照射面上に形成されるビームスポット内の均一性に悪影
響がでるという問題がある。図２に、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレン
ズによって、線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する構成の拡大図を示す。シリン
ドリカルレンズアレイ２０１によって４分割されたレーザビームはシリンドリカルレンズ
２０２によって一つのビームスポットに合成され、該ビームスポットにおいて強度分布が
均一化されている。このビームスポットを、結像光学系ともいうシリンドリカルレンズ２
０３を用いて照射面に伝達する。このとき、図２に示すように該シリンドリカルレンズ２
０３に入射したレーザビームは、前記シリンドリカルレンズ２０３への入射高によって結
像点が異なるために、収差を起こしていることがわかる。このため、ビームスポットの全
面積に占める強度分布の均一な領域の割合を増やすことが困難である。結果として、照射
面として半導体膜を用いてレーザアニールを行うとき、強度分布の均一なビームスポット
を用いてアニールできる領域が広くとれず、スループットが低いという問題がある。
【００１３】
そこで本発明は、シリンドリカルレンズに代表される結像光学系による収差を低減し、
照射面において強度分布の均一なビームスポットの面積を拡大し、照射面に均一なアニー
ルを効率的に行うことができるレーザ照射装置並びに、該レーザ照射装置を用いた半導体
装置の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明が開示するレーザ照射装置は、レーザ発振器と、軸外しレンズアレイと、結像光
学系とを有し、前記軸外しレンズアレイによって前記レーザ発振器から出力されたレーザ
ビームを分割し、分割した前記レーザビームを重ね合わせることによって所定の平面上に
強度分布の均一な像を形成し、前記所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前
記強度分布の均一な像を照射面に伝達することを特徴とする。前記軸外しレンズアレイを
構成する各軸外しレンズの軸外し量は、形成したい像のサイズや場所等の条件によって、
適宜決定すればよい。
【００１５】
上記の発明において、前記強度分布の均一な像は長方形であることを特徴とする。
【００１６】
上記の発明において、前記軸外しレンズアレイとして軸外しシリンドリカルレンズアレ
イを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする。
【００１７】
上記の発明において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカル
レンズは、前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。短辺方向に短く
することができると、長辺方向により長い線状ビームが形成でき、一度の走査によってア
ニールできる領域が広がるため、スループットの向上につながる。また、大面積の基板上
に半導体装置を作製する場合にも、基板の大きさに合わせて線状ビームの長辺方向の長さ
を長くし、少ない走査回数でアニールを行うことができるため、短時間で多数の基板が処
理でき、スループットが向上する。
【００１８】
ここで、軸外しレンズについて説明する。軸外しレンズとは、該レンズの中心から主点
の位置がずれているものである。
【００１９】
前記軸外しレンズアレイによって一旦形成される強度分布の均一な像を、前記結像光学
系によって伝達するとき、前記強度分布の均一な像の広がりが小さいために、前記結像光
学系は、従来に比べて格段に小型化することが可能である。前記結像光学系の小型化によ
って、コストの削減やメンテナンス作業の煩雑さの低減、さらには収差を抑えることが可
能になる。収差が低減されることによって、照射面において強度分布の均一なビームスポ
ット内の面積を拡大することができる。また、均一なビームスポットの形成が可能なこと
から、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば均一な結晶性が得られる。
【００２０】
本発明が開示するレーザ照射装置は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出力され
たレーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせる
ことによって強度分布の均一な長方形状の像を形成する軸外しシリンドリカルレンズアレ
イとを有し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは前記長方形状の像の長辺方向に曲
率を持つことを特徴とする。
【００２１】
本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成する工程と
、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザア
ニールする工程においては、軸外しレンズアレイによりレーザビームを分割し、分割され
たレーザビームを重ね合わせることで所定の平面上に強度分布が均一な像を形成し、前記
所定の平面の後方に配置された結像光学系によって前記強度分布の均一な像を照射面に伝
達することを特徴とする。
【００２２】
上記の発明において、前記強度分布の均一な像は長方形であることを特徴とする。
【００２３】
上記の発明において、前記軸外しレンズアレイとして軸外しシリンドリカルレンズアレ
イを、さらに前記結像光学系としてシリンドリカルレンズを用いることを特徴とする。
【００２４】
上記の発明において、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ及び前記シリンドリカル
レンズは前記長方形状の像の短辺方向に曲率を持つことを特徴とする。
【００２５】
本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成する工程と
、前記非単結晶半導体膜を照射面としてレーザアニールする工程とを有し、前記レーザア
ニールする工程においては、軸外しシリンドリカルレンズアレイによりレーザビームを分
割し、前記分割されたレーザビームを照射面上において重ね合わせることで強度分布が均
一な長方形状の像を形成し、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイは、前記長方形状の
像の長辺方向に曲率を持つことを特徴とする。
【００２６】
上記の発明において、前記レーザビームはエキシマレーザから発振されることを特徴と
する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によって、次のような効果が得られる。まず、軸外しレンズアレイを用いること
によって、結像光学系に入射するレーザビームの広がりを抑えることができるため、前記
結像光学系を小型化することができる。光学系を小型化することによって、コストの削減
やメンテナンス作業の煩雑さを低減できるという利点がある。さらに、結像光学系を小型
することによって収差を抑えることができ、ビームスポット内において強度分布の均一な
領域を拡大することができる。このことから、照射面において線状ビームを形成する場合
、特に短辺において強度分布が不均一な領域を小さくすることができる。より長い線状ビ
ームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でよ
り多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。また、収差
が抑えられることから、均一なビームスポットを形成することができるため、均一なアニ
ールが可能となる。均一なアニールを行えば均一な結晶性が得られ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態を示した説明図。
【図２】本発明の実施の形態を示した説明図。
【図３】本発明の実施例１を示した説明図。
【図４】本発明の実施例２を示した説明図。
【図５】本発明の実施例３を示した説明図。
【図６】従来技術を示す説明図。
【図７】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図８】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図９】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図１０】本発明が適用される電子機器の図。
【図１１】本発明が適用される電子機器の図。
【図１２】本発明が適用される電子機器の図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明を用いた実施の形態を、図１及び図２を用いて説明する。まず、図１を用いて、
本実施の形態で用いる軸外しシリンドリカルレンズアレイについて説明する。軸外しシリ
ンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズは該シリンドリカルレンズの平
面から最も遠い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを
用いている。軸外しシリンドリカルレンズアレイを設計する上で重要な点は、該軸外しシ
リンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームが、所定の平面において重な
り合って、強度分布が均一な像を形成するように軸外し量を決定することである。本実施
の形態においては、照射面において長方形状のビームスポットを形成し、また該軸外しシ
リンドリカルレンズアレイと結像光学系であるシリンドリカルレンズを長方形状のビーム
スポットの短辺方向に作用する例について説明する。軸外しシリンドリカルレンズアレイ
とシリンドリカルレンズを組み合わせることで、形成される長方形状ビームスポットの短
辺方向の長さをより短くすることができるため、上記のように長辺方向の長さをより長く
することができ、スループットの向上を実現することができる。
【００３０】
図１において、軸外しシリンドリカルレンズアレイ１０１は焦点距離Ａ1であり、焦点か
らさらに距離Ａ2後方において強度分布の均一な長方形状の像を形成する。前記長方形状
の像を第１の像とする。この像から距離Ａ3後方に結像光学系としてシリンドリカルレン
ズ１０２を配置する。シリンドリカルレンズ１０２は前記第１の像を照射面１０３上に伝
達し、照射面１０３上に強度分布の均一な長方形状の像（これを第２の像とする。）を形
成する。図１に示した本発明の構成において、結像光学系であるシリンドリカルレンズ１
０２に入射するレーザビームの広がりＤ2が、従来技術と比較して大幅に抑えられること
が本発明による利点であり、本実施の形態では、図２に示す従来技術とこれとを比較する
。
【００３１】
図２は従来技術を示しており、シリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズ
を用いて照射面上に長方形状のビームスポットを形成する構成を示している。図１に示す
本発明の構成と比較するため、比較対象である従来技術の構成において用いられる各光学
系の条件（焦点距離、サイズ、材質等）は図１に示すものと同じとする。シリンドリカル
レンズアレイ２０１は焦点距離Ａ1であり、これは図１に示す軸外しシリンドリカルレン
ズアレイ１０１の焦点距離と同じである。また、シリンドリカルレンズアレイ２０１の焦
点から距離Ａ2後方に焦点距離Ａ2のシリンドリカルレンズ２０２を配置し、シリンドリカ
ルレンズ２０２によって強度分布の均一な長方形状の像（第１の像と呼ぶ）を形成する。
そして、第１の像から距離Ａ3後方に結像光学系としてシリンドリカルレンズ２０３を配
置する。
【００３２】
つまり、図１、図２の両図において、第１の像からそれぞれ同距離後方に同じ焦点距離
を有する結像光学系を配置し、さらに同距離後方に照射面を配置し、同じサイズの第２の
像を形成するものとする。図２において、シリンドリカルレンズ２０２に入射するレーザ
ビームの広がりはＤ1であり、結像光学系であるシリンドリカルレンズ２０３に入射する
レーザビームの広がりはＤ3とする。上記に示したＡ1、Ａ2、Ａ3の大小関係は、Ａ1＞Ａ2
、Ａ2＜Ａ3とする。その理由は以下の通りである。Ａ1＞Ａ2とすれば、Ａ1、Ａ2の比に応
じて第１の像のサイズを小さくすることができ、Ａ1＞＞Ａ2とするほど、第１の像は小さ
くすることができる。またＡ2＜Ａ3とすれば、第１の像に対して照射面上に形成される第
２の像の縮小率を上げることができ、さらに、Ａ2＜＜Ａ3とするほどその縮小率は上がり
、より小さいビームスポットにすることができる。
【００３３】
この構成を、長方形状のレーザビームの短辺方向に用いれば、より細いビームを形成す
ることができるため、好ましい。本発明による構成において、Ｄ2の広がりは、以下のよ
うに求めることができる。Ｄ1：Ｄ2＝（Ａ1＋Ａ2）：Ａ3より、Ｄ2＝Ａ3・Ｄ1／（Ａ1＋
Ａ2）となる。一方で、図２において、広がりＤ3は、Ｄ1：Ｄ3＝Ａ2：Ａ3より、Ｄ3＝Ａ3
・Ｄ1／Ａ2となる。Ｄ2とＤ3を比較すると、Ｄ2の方が分母が大きいため、得られる数値
が小さいことがわかり、このことから、本発明によってレーザビームの広がりが抑えられ
ることがわかる。またＡ1＞＞Ａ2、Ａ2＜＜Ａ3とすることで、Ｄ3／Ｄ2＝１＋Ａ1／Ａ2＞
＞１となり、その効果は顕著に表れ、より小さなビームスポットとすることができる。
【００３４】
図２に示す従来技術と比較して、図１に示す本発明が優れている点はこのビームの広が
りが抑えられることにある。この理由を以下に説明する。図１、図２の両図で示した第１
の像から同距離後方に結像光学系を配置し、レーザビームを集光させ、像を形成するとき
、図２に示すシリンドリカルレンズ２０３は、図１に示すシリンドリカルレンズ１０２よ
り大きくなることは、上記のように、広がりが大きくなることから明らかである。一方、
図１に示す本発明を適用した例においては、ビームの広がりが小さいために、シリンドリ
カルレンズ１０２のサイズを小さくすることができる。結像光学系の小型化によって、コ
ストや、メンテナンスの煩雑さを低減し、さらに、収差を抑えることができるという利点
がある。
【００３５】
結像光学系のサイズは、大きくなればなるほど結像光学系の端部が該結像光学系の中心
から遠くなる。光学系へのレーザビームの入射高によって結像点は異なることから、結像
光学系が大きくなるに従って、焦点において収差は大きくなる。図２に示す照射面２０４
上では、結像光学系２０３のサイズが大きいことから収差が増大し、均一なアニールが困
難となる。このことから、結像光学系としてのシリンドリカルレンズはサイズが小さい方
が好ましく、収差を抑えることによって、照射面において、強度分布の均一なビームスポ
ットの面積を拡大することができる。照射面において線状ビームを形成するのであれば、
強度分布が均一である、線状ビームをより長くすることができる。より長い線状ビームを
用いて半導体膜を形成した基板を照射面として、アニールを行えば、短時間でより多くの
枚数を処理できるため、スループットが向上する。さらに、収差を抑えることによって均
一なアニールが可能になり、均一な結晶性が得られる。
【実施例１】
【００３６】
本実施例では、発明を実施するための最良の形態に記載した光学系の条件を具体的に示
し、その光学系を用いたレーザ照射装置を、図３を用いて説明する。
【００３７】
図３（ａ）では、軸外しシリンドリカルレンズアレイ及びシリンドリカルレンズを用い
て、照射面３０５上に形成される線状ビームの短辺方向に強度分布を均一化する例を説明
する。さらに、図３（ｂ）では、該線状ビームの長辺方向においても、軸外しシリンドリ
カルレンズアレイを用いて、強度分布を均一化する例を説明する。レーザ発振器３０１と
して、エキシマレーザを用いる。レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは矢印
の方向に伝搬し、軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０２及び３０３、シリンドリカル
レンズ３０４を経て、照射面３０５に照射される。軸外しシリンドリカルレンズアレイ３
０２は焦点距離７５０ｍｍで幅６ｍｍのシリンドリカルレンズ４枚から構成されている。
【００３８】
図３（ａ）の側面図において、レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは軸外
しシリンドリカルレンズアレイ３０２に入射し、４分割された後、完全に重なり合い、強
度分布の均一な２ｍｍの像を形成する。本実施例では、この像を第１の像と呼ぶ。そして
、該シリンドリカルレンズ３０４は、第１の像を照射面３０５上に伝達するリレーレンズ
として機能する。該シリンドリカルレンズ３０４は、本発明による軸外しシリンドリカル
レンズアレイ３０２を用いることで、レーザビームの広がりを抑えられることから、その
サイズを小さくすることができるため、照射面３０５上において、収差がほとんど見られ
ないビームスポットを伝達することができる。また、前記シリンドリカルレンズ３０４に
よって、照射面３０５上における線状ビームの短辺方向の長さが決定される。本実施例で
は、第１の像から１０００ｍｍの距離にシリンドリカルレンズ３０４を配置し、さらにシ
リンドリカルレンズ３０４から照射面３０５までの距離が２５０ｍｍであることから、照
射面３０５上に形成される線状ビームの短辺方向の長さは５００μｍである。
【００３９】
図３（ｂ）の平面図において、レーザ発振器３０１から出力されたレーザビームは軸外
しシリンドリカルレンズアレイ３０３に入射し、４分割された後、照射面３０５上におい
て完全に重なり合い、強度分布の均一な像を形成する。このとき、照射面３０５上に形成
したい線状ビームの長辺方向の長さに応じて、前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ３
０３のサイズ、配置、また前記軸外しシリンドリカルレンズアレイ３０３を構成する各シ
リンドリカルレンズ等は最適化すればよい。長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレ
イを用い、結像光学系を用いることなしに、照射面に像を形成すると、結像光学系による
収差をなくすことができる。収差の影響を考慮することなく、照射面において強度分布の
均一なビームスポットを形成することができる。この点から、長辺方向に軸外しシリンド
リカルレンズアレイを用いることは有効である。
【００４０】
こうして、照射面３０５上において強度分布の均一な線状ビームを形成することができ
る。本発明を適用することによって、前記線状ビームの長辺方向および短辺方向に収差を
抑えることができ、ビームスポット内の強度分布の均一な面積を拡大することができるた
め、照射面において、強度分布の均一な線状ビームをより長くすることができる。より長
い線状ビームを用いて、半導体膜を形成した基板を照射面としてアニールを行えば、短時
間でより多くの枚数を処理できるため、スループットが向上するという利点がある。
【実施例２】
【００４１】
本実施例では、本発明を用いたレーザ照射装置においてライトパイプを用いる例を、図
４を用いて説明する。
【００４２】
図４において、レーザ発振器４０１はエキシマレーザである。４０２及び４０３は軸外
しシリンドリカルレンズアレイである。ライトパイプ４０４は向かい合う反射面を１組有
し、反射面は照射面４０６上に形成される線状ビームスポットの短辺方向に作用するよう
に配置する。ライトパイプの間隔は２ｍｍで配置されている。図４（ａ）において、照射
面４０６上に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が短辺方向である。ライトパイ
プ４０４の反射面間は空気で満たされており、ライトパイプ４０４に入射したレーザビー
ムは反射を繰り返し、分割されたレーザビームが同一面内において重ね合わされることに
より、レーザビームが重ね合わされた位置である射出口においてレーザビームの強度分布
が均一化される。
【００４３】
図４（ａ）において、軸外しシリンドリカルレンズアレイ４０２を構成するシリンドリ
カルレンズは、シリンドリカルレンズであり、該シリンドリカルレンズの平面から最も遠
い距離にある母線が、該シリンドリカルレンズの中心からずれているものを用いている。
この軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームは、ライトパイ
プ４０４の入口において重ね合わされ、強度分布が均一な像を形成する。本実施例におい
てこの像を第１の像と呼ぶ。ライトパイプ４０４に入射したレーザビームは、ライトパイ
プ４０４内で反射を繰り返して射出口に至り、射出口にて強度分布が均一な像が形成され
る。この射出口において形成される像を本実施例では第２の像と呼ぶ。ライトパイプ４０
４の後方に配置されるシリンドリカルレンズ４０５は、第２の像を照射面４０６上に投影
するためのリレーレンズとして機能する。こうして照射面４０６上において、線状ビーム
の短辺方向に強度分布の均一なビームスポットが形成される。
【００４４】
図４（ｂ）において、レーザ発振器から射出されたレーザビームは軸外しシリンドリカ
ルレンズアレイ４０３に入射し、４分割される。その後、照射面４０６において完全に重
ね合わされ、線状ビームの長辺方向に強度分布の均一なビームスポットを形成する。長辺
方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用い、結像光学系を用いることなしに、照射
面に像を形成すると、結像光学系による収差をなくすことができる。収差の影響を考慮す
ることなく、照射面において強度分布の均一なビームスポットを形成することができる。
この点から、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いることは有効である。
【００４５】
本実施例のように、軸外しシリンドリカルレンズアレイとライトパイプを組み合わせる
ことによって、ライトパイプ内でレーザビームの反射回数を増やすことができることから
、強度分布をより均一化することができ、好ましい。
【００４６】
さらに、軸外しシリンドリカルレンズアレイによって分割されたレーザビームが重ね合
わされる際に、完全に同一に重ね合わされなくとも、ライトパイプ４０４内で反射を繰り
返し、強度分布の均一性を向上させることができるため、完全に同一でなくともライトパ
イプで補正することができ、好ましい。
【００４７】
以上のようにして形成された線状ビームを用いて、例えば半導体膜を照射面としてレー
ザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプ
レイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【実施例３】
【００４８】
本実施例では、本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイと、従来から用いられ
ているシリンドリカルレンズアレイを組み合わせた構成を有するレーザ照射装置について
、図５を用いて説明する。
【００４９】
図５（ａ）において、レーザ発振器５０１から出力されたレーザビームは、矢印の方向
に伝搬する。軸外しシリンドリカルレンズアレイ５０２は、前記レーザビームを４分割し
、ある平面上で重なり合うことによって強度分布の均一な像を形成する。この像は後方に
配置されたシリンドリカルレンズ５０５によって照射面５０６上に投影される。図５（ａ
）において、照射面５０６上に形成される線状ビームは、紙面に平行な方向が短辺方向で
ある。軸外しシリンドリカルレンズアレイ５０２を、線状ビームの短辺方向に曲率を持つ
ように配置する利点は、以下の通りである。本発明によると、軸外しシリンドリカルレン
ズアレイ５０２を用いることでシリンドリカルレンズ５０５のサイズを小型化することが
できるため、照射面５０６上において収差を低減することができる。収差を抑えることに
よって、半導体膜をアニールするために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット
内の領域を、短辺方向に拡大することができる。半導体膜のアニールを行うにあたって、
線状ビームの短辺方向にレーザビームをオーバーラップさせながら走査することで、アニ
ールを行う手法が工業的に優れており、一般的に用いられているが、半導体膜をアニール
するために必要な強度分布の均一性を有するビームスポット内の領域を短辺方向に拡大す
ることで、より効率的にアニールを行うことができる。本実施例では、線状ビームの短辺
方向のみに軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いたが、実施例１及び実施例２のよう
に、短辺方向及び長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いた構成としてもよ
い。さらに、短辺方向に従来のシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを用
い、長辺方向に軸外しシリンドリカルレンズアレイを用いてもよい。長辺方向に軸外しシ
リンドリカルレンズアレイを用いれば、上記のように収差をなくすことによって、強度分
布の均一な面積を長辺方向に拡大することが可能になり、より長い線状ビームを形成する
ことができる。このことから、短時間で多数の基板を処理することができ、スループット
が向上するという利点がある。
【００５０】
図５（ｂ）の平面図において、レーザ発振器５０１から出力されたレーザビームは矢印
の方向に伝搬する。前記レーザビームはシリンドリカルレンズアレイ５０３によって３分
割された後、シリンドリカルレンズ５０４によって集光され、照射面５０６上に照射され
る。図５（ｂ）において、照射面５０６に形成される線状ビームの、紙面に平行な方向が
長辺方向である。
【００５１】
このように、本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイと、従来のシリンドリカ
ルレンズアレイとを組み合わせた構成としても、照射面５０６上において、強度分布の均
一な線状ビームを形成することができる。
【００５２】
以上のようにして形成された線状ビームを用いて、例えば半導体膜を照射面としてレー
ザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプ
レイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【実施例４】
【００５３】
本実施例では、本発明によるレーザ照射装置を用いて、薄膜トランジスタを形成する作
製工程について、図７〜図９を用いて説明する。
【００５４】
まず図７（Ａ）に示すように、基板７００上に下地膜７０１を成膜する。基板７００に
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、
石英基板、ＳＵＳ基板等を用いることができる。また、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てもよい。
【００５５】
下地膜７０１は基板７００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が
、半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よって
アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、
窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ
法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜した。
【００５６】
なお下地膜７０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。また
ガラス基板、ＳＵＳ基板又はプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金
属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下
地膜を設けることは有効であるが、石英基板などの不純物の拡散がさして問題とならない
場合は、必ずしも設ける必要はない。
【００５７】
次に下地膜上に非晶質半導体膜７０２を形成する。非晶質半導体膜７０２の膜厚は２５
ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。非晶質半導体膜７０２とし
ては、珪素やシリコンゲルマニウムを用いる。その後、５００℃、１時間の加熱処理を行
って、水素だしを行う。
【００５８】
次に、本発明によるレーザ照射装置を用いて、非晶質半導体膜７０２を結晶化して、結
晶質半導体膜７０３を形成する。本実施例のレーザ結晶化には、エキシマレーザを使用し
、発振されたレーザビームを光学系を用いて長方形状のビームスポットに加工し、半導体
膜に照射する。具体的には、光学系に本発明による軸外しシリンドリカルレンズアレイ及
びシリンドリカルレンズを用い、照射面において長辺の長さ１００ｍｍ〜１０００ｍｍ、
短辺方向の長さ２００μｍ〜５０００μｍの長方形状のビームスポットに加工する。本実
施例では、長辺方向３００ｍｍ、短辺方向４００μｍの線状ビームに加工し、照射する。
この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）は５０％〜９８％として行い、
本実施例では９０％とする。また、レーザビームのエネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ2
〜１０００ｍＪ／ｃｍ2とし、本実施例においては減衰器を用いて３５０ｍＪ／ｃｍ2と設
定する。周波数（１秒間当たりのパルス発振数）については、１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚと
し、本実施例では３００Ｈｚとする。本実施例では基板を温度５００℃の窒素雰囲気中で
１時間加熱した後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行い、結晶質半導体膜を
形成する。そして、ステージは１ｍｍ／ｓ〜５００ｍｍ／ｓ程度の速度で動かしてレーザ
ビームを照射するのが望ましく、本実施例では１２ｍｍ／ｓの速度でステージを移動させ
てレーザビームの照射を行う。本発明を適用することによって、照射面である半導体膜に
おいて収差を低減させることができ、より均一なレーザアニールを行うことができるため
、均一な結晶性を得ることができる。
【００５９】
このようにして得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層７０
４〜７０７を形成する。その後、半導体層７０４〜７０７を覆うゲート絶縁膜７０８を形
成する。ゲート絶縁膜７０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜
２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。
【００６０】
続いて、結晶質半導体膜の作製方法として、上記とは異なる方法について図８を用いて
説明する。この場合、図７に示した工程と同様に、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、石英基板、ＳＵＳ基板等の基板８００上に下地膜
８０１を設け、その上に非晶質半導体膜８０２を形成する。（図８（Ａ））
【００６１】
この方法においては、非晶質半導体膜８０２の表面に、重量換算で１ｐｐｍ〜１００ｐ
ｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液８１０をスピンコート法で塗布する。なお、触媒の
添加は上記方法に限定されず、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添
加してもよい。
【００６２】
次に、５００℃〜６５０℃で４時間〜２４時間、例えば５５０℃、１４時間の加熱処理
を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液８１０が塗布された表面から、基板
８００に向かって縦方向に結晶化が促進された結晶質半導体が形成される。なお、本実施
例では、触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、それ以外にも、ゲルマニウム
（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃ
ｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。
【００６３】
そして、上述したように、エキシマレーザを用いて、レーザ光を照射して、結晶性を向
上させ、結晶質半導体膜８１１を形成する（図８（Ｂ））。なお、触媒元素を用いて結晶
化された結晶質半導体膜８１１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおよそ１×１０19ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で含まれていると考えられる。そこで、次に、結晶質半導体
膜８１１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行う。
【００６４】
まず、図８（Ｃ）に示すように、結晶質半導体膜８１１の表面に酸化膜８１２を形成す
る。１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜８１２を形成することで、後のエッチン
グ工程において結晶質半導体膜８１１の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことがで
きる。
【００６５】
酸化膜８１２は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸
などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、結晶質半導体膜８１１の表面を
酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、
紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法
、蒸着法などで形成しても良い。
【００６６】
次に酸化膜８１２上に、希ガス元素を１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の濃度で含むゲ
ッタリング用の半導体膜８１３を、スパッタ法を用いて２５ｎｍ〜２５０ｎｍの厚さで形
成する。ゲッタリング用の半導体膜８１３は、結晶質半導体膜８１１とエッチングの選択
比を大きくするため、結晶質半導体膜８１１よりも膜の密度の低い方がより望ましい。希
ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（
Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。
【００６７】
次に、ファーネスアニール法やＲＴＡ法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行う
。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて４５０℃〜６００℃で０．５
時間〜１２時間の加熱処理を行う。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光
源を１秒〜６０秒、好ましくは３０秒〜６０秒点灯させ、それを１回〜１０回、好ましく
は２回〜６回繰り返す。半導体膜が瞬間的には６００℃〜１０００℃、好ましくは７００
℃〜７５０℃程度にまで加熱されるように発光強度を設定する。
【００６８】
加熱処理により結晶質半導体膜８１１内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲ
ッタリング用の半導体膜８１３に移動し、ゲッタリングされる。
【００６９】
次にゲッタリング用の半導体膜８１３を選択的にエッチングして除去する。エッチング
は、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラ
エチルアンモニウムハイドロオキサイド（（ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ
溶液によるウェットエッチングで行うことができる。このとき、酸化膜８１２によって結
晶質半導体膜８１１がエッチングされるのを防ぐことができる。
【００７０】
次に酸化膜８１２を、フッ酸により除去する。そして、酸化膜８１２を除去後の結晶質
半導体膜８１１をパターニングし、半導体層８１４〜８１７を形成する（図８（Ｄ））。
その後、半導体層８１４〜８１７を覆うゲート絶縁膜８０８を形成する。ゲート絶縁膜８
０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を
含む絶縁膜で形成する。
【００７１】
なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。そ
の他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
【００７２】
次いで、ゲート絶縁膜８０８上に、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄか
ら選択された元素、前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料、リン等の不純
物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜やＡｇＰｄＣｕ合金などの公
知の導電性を有する材料を用いて、膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍの第１導電膜９２０を形成
する（図９（Ａ））。次に、第１導電膜９２０を被覆するように、膜厚１００ｎｍ〜４０
０ｎｍの第２導電膜及び膜厚１００ｎｍ〜４００ｎｍの窒化珪素膜を積層形成する。続い
て、窒化珪素膜をパターン加工して、絶縁層９２９〜９３２を形成する。なお、この絶縁
層９２９〜９３２の材料は窒化珪素に限らず、酸化珪素でも良い。より詳しくは、酸化珪
素膜であれば、リン酸系のエッチング液を用いてパターン加工し、窒化珪素膜であればフ
ッ酸系のエッチング液を用いてパターン加工する。次に絶縁層９２９〜９３２をマスクと
して、第２導電膜をパターン加工して、導電層９２５〜９２８を形成する。
【００７３】
次に、ドーピング処理を行う。本処理では、半導体層８１４〜８１７に、リン又はヒ素
などの１５族に属し、Ｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。この際、導電層９
２５〜９２８及び絶縁層９２９〜９３２がＮ型を付与する不純物元素に対するマスクとな
って、自己整合的に不純物領域９２１〜９２４が形成され、１×１０18〜１×１０20ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素が添加される。
【００７４】
次に、選択的にエッチングを行って導電層９２５〜９２８を後退させて、導電層９３５
〜９３８を形成する（図９（Ｂ））。その後、マスクとして機能した絶縁層９２９〜９３
２をエッチングにより除去する（図９（Ｃ））。次に、新たにレジストからなるマスク９
４６、９４７を形成して、上記のドーピング処理よりも高い加速電圧でドーピング処理を
行う。導電層９３５、９３７を不純物元素に対するマスクとして用いて、ドーピング処理
を行った結果、不純物領域（Ｎ−領域、ＬＤＤ領域）９４１、９４４には１×１０18〜５
×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲で不純物元素が付与され、不純物領域（Ｎ＋領域
）９４０、９４３には１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付
与する不純物元素を添加される。また、チャネル形成領域９４２、９４５が形成される。
【００７５】
次いで、レジストからなるマスク９４６、９４７を除去した後、新たにレジストからな
るマスク９５６、９５７を形成する（図９（Ｄ））。その後、ドーピング処理を行って、
Ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に、前記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を形成する。本処理では、導電層９３６、９３８を不純
物元素に対するマスクとして用いて、Ｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に
不純物領域（Ｐ＋領域）９５０、９５３、不純物領域（Ｐ−領域）９５１、９５４及びチ
ャネル形成領域９５２、９５５を形成する。ここでは、Ｐ型を付与する不純物元素の濃度
が１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるようにドーピング処理を行う。なお
ドーピング処理を行う条件等は上記記載に限定されず、２回以上の複数回のドーピング処
理で形成しても良い。
【００７６】
次に、レジストからなるマスク９５６、９５７を除去し、導電層９３５〜９３８をマス
クとして、第１の導電膜９２０を異方性エッチングして、導電層９６０〜９６３を形成す
る（図９（Ｅ））。以上の工程により、Ｎチャネル型トランジスタ９８０、９８２と、Ｐ
チャネル型トランジスタ９８１、９８３を同一基板上に形成することができる。
【００７７】
そして、保護膜として絶縁膜９７２を形成する。この絶縁膜９７２には、プラズマＣＶ
Ｄ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜を
用いて、単層又は積層構造として形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚
１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。次いで加熱処理を行って、半導体層の結晶性の
回復、又は半導体層に添加された不純物元素の活性化を行ってもよい。
【００７８】
次いで、絶縁膜９７２上に、有機絶縁膜９７３を形成する。有機絶縁膜９７３としては
、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。絶縁膜９７３は
、基板９００上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので
、平坦性に優れた膜が好ましい。
【００７９】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜９７２及び有機絶縁膜９７３をパターン
加工して、不純物領域９４０、９４３、９５０及び９５３に達するコンタクトホールを形
成する。次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配
線９６４〜９７１を形成する。その後保護膜として絶縁膜９７４を形成すると、図示する
ような半導体装置が完成する。
【００８０】
ドライバやＣＰＵなどの機能回路を用途としたトランジスタは、ＬＤＤ構造又はＬＤＤ
がゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタ
の微細化を図ることが好ましい。本実施例により完成されるトランジスタ９８０〜９８３
は、ＬＤＤ構造を有するため、高速動作が必要な駆動回路に用いることが好適である。ま
た、微細化に伴って、ゲート絶縁膜８０８の薄膜化が欠かせないが、本実施例の工程では
、ゲート絶縁膜８０８が第１導電膜９２０に被覆された状態でドーピング工程が行われ、
該ゲート絶縁膜８０８が保護されているため、微細化にも有効な作製方法といえる。
【実施例５】
【００８１】
本実施例では、本発明のＴＦＴ回路によるアクティブマトリクス型表示装置を組み込ん
だ半導体装置について図１０、図１１、図１２で説明する。
【００８２】
このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電
話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる
。それらの一例を図１０と図１１に示す。
【００８３】
図１０（Ａ）は携帯電話であり、本体９００１、音声出力部９００２、音声入力部９０
０３、表示装置９００４、操作スイッチ９００５、アンテナ９００６から構成されている
。本願発明は音声出力部９００２、音声入力部９００３、及びアクティブマトリクス基板
を備えた表示装置９００４に適用することができる。
【００８４】
図１０（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９
１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。
本願発明は音声入力部９１０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９１０
２、受像部９１０６に適用することができる。
【００８５】
図１０（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カ
メラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成され
ている。本願発明は受像部９２０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９
２０５に適用することができる。
【００８６】
図１０（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体９３０１、表示装置９３０２、ア
ーム部９３０３で構成される。本願発明は表示装置９３０２に適用することができる。ま
た、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
【００８７】
図１０（Ｅ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒
体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディス
ク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するもので
ある。表示装置９５０２、９５０３は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用するこ
とができる。
【００８８】
図１１（Ａ）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
イヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０
４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉ
ｇｔｉａｌ 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できる。
【００８９】
図１１（Ｂ）はテレビであり本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３で構成さ
れる。
【００９０】
図１１（Ｃ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、
表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。
【００９１】
図１２（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３６
０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【００９２】
図１２（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で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回
路に適用することができる。
【００９３】
なお、図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）及び図１２（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３
８０１、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１２（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。
【００９４】
また、図１２（Ｄ）は、図１２（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３８
１２、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１２（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。
【００９５】
また、本発明はその他にも、発光型表示素子に適用することも可能である。このように
、本願発明の適用範囲はきわめて広く、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他の実施例自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
６０１ レーザ発振器
６０２ シリンドリカルレンズアレイ
６０３ シリンドリカルレンズアレイ
６０４ シリンドリカルレンズ
６０５ シリンドリカルレンズ
６０６ ミラー
６０７ シリンドリカルレンズ
６０８ 照射面
２０１ シリンドリカルレンズアレイ
２０２ シリンドリカルレンズ
２０３ シリンドリカルレンズ
２０４ 照射面
１０１ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
１０２ シリンドリカルレンズ
１０３ 照射面
３０１ レーザ発振器
３０２ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
３０３ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
３０４ シリンドリカルレンズ
３０５ 照射面
３０６ 照射面
４０１ レーザ発振器
４０２ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
４０３ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
４０４ ライトパイプ
４０５ シリンドリカルレンズ
４０６ 照射面
５０１ レーザ発振器
５０２ 軸外しシリンドリカルレンズアレイ
５０３ シリンドリカルレンズアレイ
５０４ シリンドリカルレンズ
５０５ シリンドリカルレンズ
５０６ 照射面
７００ 基板
７０１ 下地膜
７０２ 非晶質半導体膜
７０３ 結晶質半導体膜
７０４ 半導体層
７０５ 半導体層
７０６ 半導体層
７０７ 半導体層
７０８ ゲート絶縁膜
８００ 基板
８０１ 下地膜
８０２ 非晶質半導体膜
８０８ ゲート絶縁膜
８１０ 酢酸ニッケル塩溶液
８１１ 結晶質半導体膜
８１２ 酸化膜
８１３ ゲッタリング用の半導体膜
８１４ 半導体層
８１５ 半導体層
８１６ 半導体層
８１７ 半導体層
９２０ 導電膜
９２１ 不純物領域
９２２ 不純物領域
９２３ 不純物領域
９２４ 不純物領域
９２５ 導電層
９２６ 導電層
９２７ 導電層
９２８ 導電層
９２９ 絶縁層
９３０ 絶縁層
９３１ 絶縁層
９３２ 絶縁層
９３５ 導電層
９３６ 導電層
９３７ 導電層
９３８ 導電層
９４０ 不純物領域
９４１ 不純物領域
９４２ チャネル形成領域
９４３ 不純物領域
９４４ 不純物領域
９４５ チャネル形成領域
９４６ マスク
９４７ マスク
９５０ 不純物領域
９５１ 不純物領域
９５２ チャネル形成領域
９５３ 不純物領域
９５４ 不純物領域
９５５ チャネル形成領域
９５６ マスク
９５７ マスク
９６０ 導電層
９６１ 導電層
９６２ 導電層
９６３ 導電層
９６４ 配線
９６５ 配線
９６６ 配線
９６７ 配線
９６８ 配線
９６９ 配線
９７０ 配線
９７１ 配線
９７２ 絶縁膜
９７３ 有機絶縁膜
９７４ 絶縁膜
９８０ Ｎチャネル型トランジスタ
９８１ Ｐチャネル型トランジスタ
９８２ Ｎチャネル型トランジスタ
９８３ Ｐチャネル型トランジスタ
９００ 基板
９００１ 本体
９００２ 音声出力部
９００３ 音声入力部
９００４ 表示装置
９００５ 操作スイッチ
９００６ アンテナ
９１０１ 本体
９１０２ 表示装置
９１０３ 音声入力部
９１０４ 操作スイッチ
９１０５ バッテリー
９１０６ 受像部
９２０１ 本体
９２０２ カメラ部
９２０３ 受像部
９２０４ 操作スイッチ
９２０５ 表示装置
９３０１ 本体
９３０２ 表示装置
９３０３ アーム部
９５０１ 本体
９５０２ 表示装置
９５０４ 記憶媒体
９５０５ 操作スイッチ
９５０６ アンテナ
９７０１ 本体
９７０２ 表示装置
９７０３ スピーカ部
９７０４ 記録媒体
９７０５ 操作スイッチ
３１０１ 本体
３１０２ 支持台
３１０３ 表示部
９６０１ 本体
９６０２ 画像入力部
９６０３ 表示装置
９６０４ キーボード
３６０２ スクリーン
３７０１ 本体
３７０２ 投射装置
３７０３ ミラー
３７０４ スクリーン
３６０１ 投射装置
３８０１ 光源光学系
３８０２ ミラー
３８０３ ダイクロイックミラー
３８０７ プリズム
３８０８ 液晶表示装置
３８０９ 位相差板
３８１０ 投射光学系
３８１１ リフレクター
３８１２ 光源
３８１３ レンズアレイ
３８１５ 偏光変換素子
３８１６ 集光レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを重ね合わせることによって長方形状のビームスポットを照射面において形成する軸外しシリンドリカルレンズアレイとを有し、
前記軸外しレンズアレイは、前記長方形状のビームスポットの長辺方向に曲率を有し、
前記軸外しシリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズは、前記シリンドリカルレンズの中心軸から主点の位置がずれていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ発振器はエキシマレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出力されたレーザビームを分割し、前記分割されたレーザビームを重ね合わせることによって長方形状のビームスポットを照射面において形成する軸外しシリンドリカルレンズアレイとを有し、
前記軸外しレンズアレイは、前記長方形状のビームスポットの長辺方向に曲率を有し、
前記軸外しシリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズは、前記シリンドリカルレンズの中心軸から主点の位置がずれていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザ発振器はエキシマレーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１０３４７０（Ｐ２０１１−１０３４７０Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７２２８３（Ｐ２０１０−２７２２８３）
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【分割の表示】特願２００４−３１７４３３（Ｐ２００４−３１７４３３）の分割
【原出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月７日（２０１０．１２．７）
【分割の表示】特願２００４−３１７４３３（Ｐ２００４−３１７４３３）の分割
【原出願日】平成１６年１１月１日（２００４．１１．１）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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