レーザ照射装置
【課題】小型のレーザ照射装置で光干渉がなく、連続した結晶成長を実現することである。
【解決手段】メガヘルツレーザビームを用い、分割したレーザビームを半導体膜に照射して、半導体膜を結晶化する。その際に分割ビームに光路差を設けて光干渉を抑える。光路差はメガヘルツレーザビームのパルス幅に相当する長さ以上、パルス発振間隔に相当する長さ未満に設定され、非常に短い光路差で光干渉を抑えることができる。そのためレーザのエネルギー劣化がなく効率的に且つ連続的にレーザビームを照射することができる。
【解決手段】メガヘルツレーザビームを用い、分割したレーザビームを半導体膜に照射して、半導体膜を結晶化する。その際に分割ビームに光路差を設けて光干渉を抑える。光路差はメガヘルツレーザビームのパルス幅に相当する長さ以上、パルス発振間隔に相当する長さ未満に設定され、非常に短い光路差で光干渉を抑えることができる。そのためレーザのエネルギー劣化がなく効率的に且つ連続的にレーザビームを照射することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ照射により半導体装置を作製する方法及びレーザ照射装置に関するもの
である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の作製においてレーザ照射がよく用いられている。その理由として一つは、
輻射加熱又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
があげられる。またもう一つの理由として、ガラス基板のような熱変形しやすい基板に対
し、熱的損傷を与えないことが挙げられる。
【０００３】
一方で、レーザビームのビーム断面にはエネルギー強度分布（以下、強度分布とも言う
）があり、被照射体に一様な強度でレーザビームを照射できなかった。例えばレーザアニ
ールによって被照射体を結晶化する場合は一様な結晶性を有する半導体膜が得られなかっ
た。
【０００４】
これに対し、レーザビームを複数に分割し、分割したビームを合成して、強度分布を一
様にする技術がある。
【０００５】
しかしこの方法ではビーム断面における強度分布が一様になる一方で、分割されたビー
ム（以下、分割ビームとも言う）間の干渉が生じていた。これは分割ビームを合成すると
きに、ビーム同士が互いに干渉を起こすためである。したがって、当初のビーム断面の強
度分布はなくなるものの、干渉により新たに強度分布が生じてしまうため、照射面に一様
な強度でレーザビームを照射することはできなかった。
【０００６】
この問題に対応し、特許文献１は、遅延板を使って分割されたビーム同士に時間的可干
渉距離（コヒーレント長）以上の光路差を設け、ビームの分割に伴う干渉を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８７７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１で設ける光路差はコヒーレント長以上であるため、長い光路差を設ける必要
があった。例えば固体レーザから発振されるレーザビームの場合は、コヒーレント長が数
ｍ〜数ｋｍにもなり、このような光路差を設ける光学系の作製は非現実的であった。
【０００９】
また、分割ビーム同士に光路差を設けると、照射面に到達するまでの時間が分割ビーム
毎に異なり、光路差が大きいほどビーム毎の到達時間の差は大きくなってしまう。したが
って、分割ビームに設けられた光路差が長すぎると、半導体膜を照射する際、遅延されて
いない方のビーム照射によって溶融した半導体膜部分が固化した後に、遅延された方のビ
ームが照射されることがあった。その場合、遅延されていない分割ビーム照射による結晶
成長が終了した状態で、次の分割ビームが照射されるため、連続的に結晶成長した結晶性
半導体膜が得られず大きい結晶粒を形成できなかった。また、このような照射方法で半導
体膜の結晶化を行う場合、熱的に不連続な現象となるため、エネルギー分布の一様なレー
ザビームを照射する工程とは全く異なるものとなった。
【００１０】
以上の課題を鑑み、本発明はビーム断面の強度を均一にしつつビーム干渉を防止する小
型のレーザビーム照射装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射体の結
晶化において、連続的な結晶成長ができる半導体装置の作製方法を提供することを目的と
する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴の一つは、レーザビームを複数に分割し、複数の分割ビームから選択され
る任意の２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに対して、他方の分割ビームに光
路差を設け、光路差が設けられた分割ビームを半導体膜の共通の部分に対してそれぞれ異
なる期間に照射して結晶化する半導体装置の作製方法であり、レーザビームはパルス幅１
００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のパルスレーザビームとし、光路差はレ
ーザビームのパルス幅に相当する長さ以上、コヒーレント長またはパルス発振間隔に相当
する長さ未満とすることである。
【００１２】
また、本発明の特徴の一つは、レーザビームを少なくとも第１のビームと第２のビーム
に分割し、第１のビームと第２のビームを半導体膜の共通部分に対してそれぞれ異なる期
間に照射して結晶化する半導体装置の作製方法であり、第１のビームの第１の光路と、第
２のビームの第２の光路との間に光路差を設け、光路差をレーザビームのパルス幅に相当
する長さ以上、コヒーレント長またはパルス発振間隔に相当する長さ未満とすることであ
る。レーザビームはパルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のパルス
レーザである。
【００１３】
本発明の特徴の一つは、レーザビームを複数に分割し、複数の分割ビームから選択され
る任意の２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに、他方の分割ビームに対して時
間差を設け、半導体膜への到達時間の時間差が設けられた分割ビームを半導体膜の共通部
分に対しそれぞれ異なる期間に照射して結晶化する半導体装置の作製方法であり、レーザ
ビームはパルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のパルスレーザとし
、時間差はレーザビームのパルス幅以上、コヒーレント長に相当する時間またはパルス発
振間隔未満とすることである。
【００１４】
本発明の特徴の一つは、パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上の
レーザビームを第１のレーザビームと第２のレーザビームに分割し、第２のレーザビーム
を第１のレーザビームに対して遅延させ、第１のレーザビームと、遅延させた第２のレー
ザビームを半導体膜の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射することにより半導体膜
を結晶化し、第１のレーザビームの照射により半導体膜が溶融している間に、第２のレー
ザビームが半導体膜に照射されることである。
【００１５】
本発明の特徴の一つは、レーザ発振源から発振された、パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ
以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを複数に分割する手段と、複数に分割された
レーザビームから選択される任意の２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに、他
方の分割ビームに対して光路差を設ける手段と、分割ビームを被照射体の共通部分に照射
する手段とを有するレーザ照射装置であり、光路差を設ける手段は、複数に分割されたレ
ーザビーム同士に、パルス幅に相当する長さ以上、コヒーレント長またはパルス発振間隔
に相当する長さ未満の光路差を設けることである。
【００１６】
なお、本明細書においてメガヘルツレーザビームとは、周波数１０ＭＨｚ以上、パルス
幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下の極短パルスを有するレーザビームを言う。なお、本発明に
おいて、共通部分にレーザビームを照射するとは、レーザビームの照射領域同士が必ずし
も完全に一致していることを意味するとは限らず、レーザビームの照射領域同士が共通部
分を有していれば良い。
【００１７】
一般的に半導体膜の結晶化に用いられるレーザビームとして、パルス幅２５〜２００ｎ
ｓであるエキシマレーザが用いられる。このようなエキシマレーザはパルス幅がある程度
長いため、結晶化のような原子の再配列に時間を要するプロセスに向いており、直径１０
０〜３００ｎｍ程度の結晶粒を形成することができる。一方で、パルス幅１ｎｓ以下の極
短パルスレーザは、パルス幅が短すぎるため充分な大きさになるまで結晶粒が成長せず、
結晶化には不向きであった。
【００１８】
しかしながら、本発明人は実験により極短パルスレーザであっても、周波数を高くする
ことで半導体膜の加熱時間を長くし、連続的に被照射体にエネルギーを与え、半導体膜の
結晶粒を充分大きくすることが可能であることを見出した。それがパルス幅１００ｆｓ以
上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上であるメガヘルツレーザビームである。本発明は、
１００ｆｓ以上１ｎｓ以下といった非常に短いパルス幅であっても、周波数を１０ＭＨｚ
以上とすることで、結晶化に必要な熱エネルギーを半導体膜に連続的に与え、半導体膜の
結晶化を行うものである。
【００１９】
さらに、パルス幅以上の光路差を設けることで光干渉を抑えることを見出し、メガヘル
ツレーザビームにおいて光干渉を抑える際に非常に短い長さの光路差により光干渉を抑え
るものである。
【００２０】
一方で、極短パルスレーザは、その高い尖塔出力を利用して、形状加工に用いられてい
る。しかし形状加工に用いるレーザビームは被照射体を溶融するのではなく、被照射体の
一部を瞬時に昇華させて穴を形成したり溝を形成したりするものである。そのため、半導
体膜の結晶化に用いるレーザビームとは異質であり、結晶化に用いるレーザビームよりも
非常に高いエネルギー密度のレーザビームを用いている。
【００２１】
本発明は分割ビーム間に光路差または時間差を設けることが特徴の一つである。光路差
を設けるのも、時間差を設けるのも、分割ビームが照射面に到達するタイミングをずらす
という意味では同意味である。ただし本明細書においては、長さの単位で示したものを光
路差、時間の単位で示したものを時間差と使う。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、メガヘルツレーザビームを分割して、分割したビームにメガヘルツレーザビ
ームのパルス幅に相当する長さ以上コヒーレント長未満の光路差をつけ、分割ビーム同士
の干渉を防止する。もしくは分割ビームにメガヘルツレーザビームのパルス幅以上の時間
差を設け分割ビーム同士の干渉を防止する。これにより、わずかな光路差（時間差）で光
干渉なく一様な強度分布のビーム照射を可能にする。よって、光路差をつけるための光学
系も小さくてすみ、レーザ照射装置が小型化になるというメリットがある。
【００２３】
周波数を１０ＭＨｚ以上とすることで、連続的に半導体膜に熱を与えることができるた
め、連続的な結晶成長が可能となる。また、パルス幅を１ｎｓ以下とすることで、分割さ
れたビーム間の光路差を数１０ｃｍ以下とすることができるため、現実的に設計可能な光
学系を作製することができる。さらに、パルス幅を１００ｆｓ以上とすることで、レーザ
装置の構造を簡易にできるため工業的に有利である。
【００２４】
周波数１０ＭＨｚ以上、パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下のメガヘルツレーザビーム
においては、パルス幅に相当する長さとコヒーレント長を比較すると、絶対的にパルス幅
に相当する長さの方が短いため、本発明は非常に短い光路差で干渉を抑えることができ有
効である。
【００２５】
また、本発明は分割レーザ同士の光路差が短いため、干渉を抑えつつ、分割ビームを連
続的に半導体膜に照射することが可能であり、半導体膜の結晶を連続的に成長させ、大粒
径の結晶を形成することができる。つまり、メガヘルツレーザビームを第１のビームと第
２のビームに分割し、第１のビームによって溶融された半導体膜が固化する前に第２のビ
ームを照射することが可能となる。
【００２６】
また、本発明はパルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下の極短パルスのレーザビームであっ
ても、周波数を１０ＭＨｚ以上とすることで、半導体膜を結晶化することを可能にする。
【００２７】
よって、本発明は被照射体に均一な強度分布で光干渉なくレーザビームを照射すること
ができる。さらに、被照射体が半導体膜のときは、分割ビームの間で連続的に半導体膜を
結晶成長させることができ、均一で且つ大粒径の結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態１を説明する図。
【図２】実施形態１を説明する図。
【図３】実施形態２を説明する図。
【図４】実施形態２を説明する図。
【図５】実施例１を説明する図。
【図６】実施例１を説明する図。
【図７】実施例２を説明する図。
【図８】実施例３を説明する図。
【図９】実施例４を説明する図。
【図１０】実施例５を説明する図。
【図１１】実施例７を説明する図。
【図１２】実施例７を説明する図。
【図１３】実施例７を説明する図。
【図１４】実施例７を説明する図。
【図１５】実施例８を説明する図。
【図１６】実施例８を説明する図。
【図１７】実施例６を説明する図。
【図１８】メガヘルツレーザビームの顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多く
の異なる態様で実施することが可能であり、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、本発明は本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。
【００３０】
また、以下に示す実施形態１及び２は実施可能な範囲で自由に組み合わせることが可能
である。
【００３１】
（実施の形態１）
図１（Ａ）〜（Ｈ）にメガヘルツレーザビームを分割して被照射体の共通部分に対しそ
れぞれ異なる期間に照射するときの各ビーム断面形状と強度分布を示す。図１（Ａ）はメ
ガヘルツレーザビーム分割前、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はメガヘルツレーザビーム分割
時、図１（Ｄ）はメガヘルツレーザビームを被照射体の共通部分に対しそれぞれ異なる期
間に照射する時のそれぞれのビーム断面である。図１（Ｅ）は分割前のビーム断面におけ
る強度分布、図１（Ｆ）、（Ｇ）は分割時のビーム断面における強度分布、図１（Ｈ）は
分割ビーム１２、１３の照射により合成された熱エネルギー分布を表す。ここではメガヘ
ルツレーザビームを２つに分割する例を示すが、２つ以上であればいくつに分割しても良
い。分割数が多いほど分割ビームを照射した際の被照射体におけるビームの熱エネルギー
強度は均一になる。なお、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すビーム断面形状、図１（Ｅ）、（Ｆ
）に示すビーム強度分布、及び図１（Ｇ）に示す熱エネルギー分布は一例にすぎず、これ
に限定されない。
【００３２】
分割前のビーム１１の断面は円形であり、その強度分布はガウス分布を有する（図１（
Ａ）、（Ｅ））。ビーム１１を分割して分割ビーム１２、１３が形成され、分割ビーム断
面は半円状となり、強度分布もガウス分布を半分で割ったような分布となる（図１（Ｂ）
、（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｇ））。そして互いの強度の和が一定になるように分割ビーム１２
、１３を被照射体の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射し、均一な熱エネルギー分
布を被照射体の共通部分に与える（図１（Ｄ）、（Ｈ））。ビームを分割して合成すると
ビーム断面における強度分布は緩和される。しかし、分割ビーム１２、１３を同じタイミ
ングで被照射体の共通部分に照射すると新たに干渉が生じるため、図２に示すように、分
割ビームがそれぞれ被照射体に到達する時間に時間差を設けることが必要になってくる。
【００３３】
図２（Ａ）にメガヘルツレーザビームの一例として、１２．５ｎｓのパルス発振間隔を
持つメガヘルツレーザビームを示す。図１（Ａ）〜（Ｈ）で説明したようにビーム１１の
空間プロファイルを２分割し、分割ビーム１２、１３を形成する（図２（Ｂ））。そして
図２（Ｃ）に示すように、分割ビーム１２、１３が被照射体に照射される時の干渉を抑え
るために、分割ビーム１３を分割ビーム１２に対しある光路差（時間差）の分だけ遅延さ
せる。このときの時間差はビーム１１のパルス幅以上パルス発振間隔未満とする。時間差
をパルス幅未満とすると、分割ビーム１２と分割ビーム１３のパルスが重なってしまうた
め、光干渉が生じてしまう。また、時間差をビーム１１のパルス発振間隔とすると、レー
ザ源から周期的に発振されるパルスと遅延させた分割ビーム１３のパルスが重なってしま
い干渉が起きる。また、時間差をビーム１１のパルス発振間隔以上とすると、３ｍ以上の
光路差を設けなければならず、現実的でない。そのため時間差はパルス発振間隔未満とす
る必要がある。したがって、上記時間差を分割ビームに設定することで光干渉がなく、均
一なレーザビームを照射面に照射できる。また、ビーム１１を３つ以上に分割した場合は
、分割ビームから任意に選択されるいずれの２つの分割ビームにおいても、上記分割ビー
ム１２、１３の関係となっていれば良い。即ち、複数の分割ビームから任意に選択される
２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに対し他方の分割ビームを、パルス幅以上
パルス発振間隔未満の時間だけ遅延させれば良い。
【００３４】
厳密には、設ける時間差の上限はパルス発振間隔からパルス幅を差し引いた時間となる
。つまり、時間差ｔｄ、パルス幅ａ、パルス発振間隔１／Ｎ（Ｎはレーザビームの周波数
）とするとき、ａ＜ｔｄ＜１／Ｎ−ａとなる。
【００３５】
本明細書においてパルス発振間隔とは、メガヘルツレーザビームの周波数をＮとしたと
きに、１／Ｎをパルス発振間隔とする。
【００３６】
分割ビーム１２が被照射体に照射されると光エネルギーは熱エネルギーに変換される。
このときの熱エネルギー分布は分割ビーム１２の強度分布を反映したものとなる。しかし
、分割ビーム間の光路差が長すぎる場合、分割ビーム１３の照射前に、分割ビーム１２に
より被照射体に与えられた熱エネルギーの拡散が始まり熱エネルギー分布が変化してしま
う。そのため分割ビーム１３の照射による熱エネルギー分布を、分割ビーム１２の照射に
よる熱エネルギー分布に合成しても均一な熱エネルギー分布が得られなくなる。つまり、
被照射体を均一にレーザ照射することが不可能となる。したがって、分割ビーム１３は分
割ビーム１２により発生した熱エネルギーの拡散が起こるまでの間に照射するのが好まし
い。
【００３７】
本発明は光路差をメガヘルツレーザビームのパルス幅に相当する長さ以上パルス発振間
隔に相当する長さ未満とするため、光路差を非常に短くすることができ、分割ビーム１２
の熱エネルギーが拡散する前に分割ビーム１３を照射することができる。したがって、よ
り確実に均一なエネルギーを照射面に与えることができる。
【００３８】
また、従来のコヒーレント長以上の光路差を設けて光干渉を抑える場合は、設ける光路
差が長いため、分割ビーム１３が照射面に到達するまでに分割ビーム１３のエネルギーが
減退してしまい、効率よくレーザを照射できなかった。加えて光路差が長いと、分割ビー
ム１２の照射により被照射体に与えたエネルギーが拡散した後に、分割ビーム１３が照射
されてしまい、分割ビーム間で連続的なエネルギーを被照射体に付与することができなか
った。例えばレーザ照射により半導体を結晶化する場合、分割ビーム１２の照射により溶
融した半導体が固化した後に分割ビーム１３が照射され、分割ビーム間で連続的に結晶成
長させることができず、大粒径の結晶を得ることができなかった。
【００３９】
これに対し本発明は、分割ビームに光路差を設けても、その光路差がＭＨｚレーザのパ
ルス幅に相当する長さ以上と非常に短いため、エネルギーの減退が少ない状態で分割ビー
ムを連続的に照射することができる。また、分割ビームにより被照射面に連続的にエネル
ギーを与えることができ、光干渉を抑えつつ照射面に高いエネルギーを効率よく与えるこ
とができる。よって、半導体の結晶化に本発明を適用した場合は連続的な結晶成長を実現
し、大粒径の結晶を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明におけるパルス幅に相当する長さとはパルス幅に光速を乗じた値であり、
パルス発振間隔に相当する長さとはパルス発振間隔に光速を乗じた値である。
【００４１】
図１８にシリコンの顕微鏡写真を示す。周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１５ｐｓのＹＶＯ
４レーザを用いて、アモルファスシリコンを結晶化したときのシリコンを写している。図
１８（Ａ）、（Ｂ）ともにＹＶＯ４レーザビームを分割して照射しており、図１８（Ａ）
は分割ビーム同士に時間差を設けない条件で結晶化したものであり、図１８（Ｂ）は分割
ビーム同士に約２５ｐｓの時間差を設けて結晶化したものである。
【００４２】
図１８（Ａ）に示した写真は周期的な干渉縞がはっきり確認できる。一方、図１８（Ｂ
）は干渉縞がなく一様な結晶状態が確認できる。
【００４３】
以上より、本発明は非常に短い光路差を設定することで分割ビーム同士の光干渉をなく
すことができ、均一な熱エネルギー分布を与えるメガヘルツレーザビームにより半導体膜
の結晶化を可能にするものである。
【００４４】
（実施の形態２）
本形態では、ガラス基板または石英基板上の被照射体にレーザビームを照射する形態に
ついて説明する。ガラス基板や石英基板上に被照射体がある場合は、被照射体で吸収しき
れなかったレーザビームが基板裏面で反射され、再度被照射体に照射されることがある。
その場合には、光干渉防止のための光路差を決定する際に、基板裏面からの反射光の挙動
も考慮する必要がある。本形態では、基板裏面における反射光も考慮した光路差の設定に
ついて図３、図４を用いて説明する。なお、時間差ｔｄはレーザビームの発振間隔１／Ｎ
未満とする。理由は時間差をレーザビームのパルス発振間隔以上とすると、現状の技術で
は３ｍ以上の光路差を設けなければならず、現実的でないからである。もう一つの理由は
、時間差をレーザビームのパルス発振間隔とすると、レーザ源から周期的に発振されるパ
ルスと遅延させた分割ビームのパルスが重なってしまい干渉が起きるからである。
【００４５】
図３、図４において、メガヘルツレーザビームを二つに分割して形成した分割ビームの
一つを第１のレーザビーム４０１、もう一つの分割ビームを第２のレーザビーム４０２と
する。もしくは、メガヘルツレーザビームを複数に分割した場合は、複数ある分割ビーム
のうち、任意の二つのレーザビームに着目する。そして、その二つのレーザビームのうち
、先に照射される分割ビームを第１のレーザビーム４０１、後で照射される分割ビームを
第２のレーザビーム４０２とする。
【００４６】
第１のレーザビーム４０１、第２のレーザビーム４０２を照射した際に、基板４０４上
の被照射体４０３において第１と第２のレーザビーム間の干渉を防止できる条件は、第１
のレーザビーム４０１が基板４０４内を伝播する時間ｔ１〜ｔ３に応じて以下の３つに分
類できる。なお、本形態では被照射体４０３としてアモルファスシリコン膜を用い、基板
４０４としてガラス基板を用いる。
【００４７】
第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３を通過し、基板４０４の裏面で反射し、再
び被照射体４０３を通過した後に、遅延した第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３
に照射される場合について図３を用いて説明する。図３（Ａ）は第１のレーザビーム４０
１が被照射体４０３に照射された瞬間を表し、第１のレーザビーム４０１のパルス先端４
０５が被照射体４０３に到達している。このとき時間ｔ＝０とする。
【００４８】
図３（Ａ）の状態からｔ１秒後経過したときの状態を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）は
第１のレーザビーム４０１のパルス先端４０５が被照射体４０３を通過し、基板裏面で反
射されてから再び被照射体４０３に照射された瞬間の図である。ここで、第１のレーザビ
ームのパルス先端４０５が基板４０４中を伝播する時間ｔ１は基板の厚さをＤ、基板の屈
折率をｎ、光速をｃとすると、ｔ１＝２ｎＤ／ｃで表される。
【００４９】
次に、図３（Ｂ）の状態からｔ２秒後経過したときの状態を図３（Ｃ）に示す。図３（
Ｃ）は、第１のレーザビーム４０１のパルス終端４０６が被照射体４０３を通過した状態
を表しており、ｔ２は第１のレーザビーム４０１のパルス幅に相当する。図３（Ｃ）にお
いて被照射体４０３は第１のレーザビーム４０１の位相情報を保持した状態である。
【００５０】
次に、図３（Ｄ）は図３（Ｃ）の状態から、被照射体４０３の位相緩和時間ｔ３が経過
した時の状態を示すものである。図３（Ｄ）では被照射体４０３が第１のレーザビーム４
０１の位相情報を保持していないため、ここに、第２のレーザビーム４０２を照射しても
、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２の間での干渉は起こらないこと
になる。このとき、第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから（図３
（Ａ）の状態）、第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３に照射されるまで（図３（
Ｄ）の状態）の時間はｔ１＋ｔ２＋ｔ３となる。したがって、第１のレーザビームと第２
のレーザビームとの間で光干渉を抑えるには、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザ
ビーム４０２との間の時間差ｔｄを上記の時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３よりも大きくすれば良い
。即ち以下の式１が成り立つ。
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ （式１）
【００５１】
ただし、レーザ発振器からは１／Ｎ秒（Ｎはレーザビームの周波数）の発振間隔でレー
ザパルスが射出しているため、第２のレーザビーム４０２は第１のレーザビーム４０１と
の差だけでなく、第１のレーザビーム４０１から１／Ｎ秒後に射出された第３のレーザビ
ームとの差も考慮する必要がある。そのためには、被照射体４０３において、第２のレー
ザビーム４０２による位相情報が消失した後に、第１のレーザビーム４０１から１／Ｎ秒
後に射出された第３のレーザビームが被照射体４０３に到達するようにすると良い。つま
り、第２のレーザビーム４０２が基板裏面で反射され再び被照射体４０３に照射され、被
照射体４０３を通過した後に、第３のレーザビームが照射されれば良い。図３において、
第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから、第２のレーザビーム４０
２が基板裏面で反射後に被照射体４０３を再び通過するまでの時間はｔｄ＋ｔ１＋ｔ２＋
ｔ３で表される。ここで、レーザパルスの発振間隔１／Ｎが上記の時間ｔｄ＋ｔ１＋ｔ２
＋ｔ３よりも大きいならば、第２のレーザビーム４０２と第３のレーザビームは被照射体
４０３において時間的に重なり合うことがなく、レーザビーム間の干渉が防止できること
になる。上記の条件により、時間差ｔｄは下記の式２で表すことができる。
ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ１−ｔ２−ｔ３ （式２）
【００５２】
上記の式１、式２をまとめると、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０
２との間での干渉を防止することができる時間差ｔｄの条件は、以下の式３で表すことが
できる。
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ１−ｔ２−ｔ３ （式３）
【００５３】
なお、位相緩和時間とはレーザビームが被照射体に吸収されてから、レーザビームの位
相情報量が１／ｅ（ｅは自然対数）となるまでの時間を指す。したがって、上記位相緩和
時間ｔ３は第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に吸収されてから位相情報が１／
ｅとなるまでの時間となる。しかし、この時間はパルス幅と比較して非常に短くｔ３≒０
と見なして良い。よって式３は式４で表すことができる。
ｔ１＋ｔ２＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ１−ｔ２ （式４）
【００５４】
つまり、上記式３または式４を満たすような時間差ｔｄを分割ビームの第１のレーザビ
ーム４０１と第２のレーザビームとの間に設けると、基板裏面で反射した第１のレーザビ
ーム４０１とも干渉をおこさずに被照射体に第２のレーザビーム４０２を照射することが
できる。ｔ１は２ｎＤ／ｃ、ｔ２はパルス幅、１／Ｎはパルス発振間隔であるため、これ
らの値よりｔｄを算出し時間差（光路差）を設定する。メガヘルツレーザビームを３つ以
上に分割した場合は、分割ビームのうち、任意の２つの分割ビームに式３または式４を満
たす時間差ｔｄを設ければ、干渉を防止できる。
【００５５】
以上より、基板裏面における反射光を考慮する場合は、設ける時間差（光路差）の下限
として、パルス幅ｔ２に第１のレーザビームが基板を伝播する時間ｔ１を足した値を用い
れば良い。また、設ける時間差（光路差）の上限としても、発振間隔からパルス幅ｔ２だ
けでなく、第１のレーザビームが基板を伝播する時間ｔ１も差し引いた値を用いればよい
。
【００５６】
以上で求めた式３または式４により、第１のレーザビームと第２のレーザビーム間の時
間差ｔｄを決定でき、光学系に必要となる光路差が計算できる。例えばレーザ発振器１０
１から射出するレーザビームのパルス幅ｔ２が１０ｐｓ、照射面である被照射体４０３の
位相緩和時間ｔ３が０．１ｐｓ、基板の厚さが１ｍｍ、基板の屈折率が１．５である場合
、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＝２０．１ｐｓとなる。よって式３よりレーザビーム間の時間差ｔｄ
を２０．１ｐｓ以上とすれば、照射面における光干渉を防止することができる。また、時
間差ｔｄの上限については１／Ｎ−ｔ１−ｔ２−ｔ３により計算され、パルス発振間隔１
／Ｎが１０ｎｓの場合、遅延時間の上限値は９．９８ｎｓとなり、時間差ｔｄを２０．１
ｐｓ〜９．９８ｎｓに設定すれば光干渉を防止できる。
【００５７】
なお、メガヘルツレーザビームにより被照射体を結晶化するときは、被照射体の固化時
間以内に時間差ｔｄを設定するようにすると良い。固化時間以内に遅延時間を設定すれば
、第１のレーザビームと第２のレーザビームにより被照射体に連続的なビーム照射ができ
、分割ビーム間における連続的な結晶成長が実現できる。したがって、時間差ｔｄは上記
式３または式４の範囲内で被照射体の溶融時間等に応じ実施者が適時調整すると良い。例
えばシリコンの固化時間は１００ｎｓであるため、時間差ｔｄが１００ｎｓ以内になるよ
うに設定すれば、シリコンを連続的に結晶成長させることができる。
【００５８】
次に、図４を用いて、第１のレーザビームと第２のレーザビームとの間の干渉を防止す
る別の例を説明する。図３と同一のものについては図３と同じ符号及び記号を用いる。
【００５９】
図４は、第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３を通過してから、ガラス基板の裏
面で反射した反射光が再び被照射体４０３に照射されるまでの間に、第２のレーザビーム
４０２を被照射体４０３に照射する図である。図４（Ａ）は、第１のレーザビーム４０１
が被照射体４０３に照射された瞬間の様子であり、時間ｔ＝０とする。このとき、第１の
レーザビーム４０１のパルス先端４０５が被照射体４０３に到達している。
【００６０】
第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２の時間差をｔｄとする。ｔｄ秒
後には、第２のレーザビーム４０２のパルス先端４０７が被照射体４０３に到達すること
になる。この時の状態を図４（Ｂ）に示す。この時点で、第１のレーザビーム４０１と第
２のレーザビーム４０２の干渉を防止するには、第１のレーザビーム４０１のパルス終端
４０６が被照射体４０３を通過し、さらに第１のレーザビーム４０１の位相情報が消失し
た後に、第２のレーザビーム４０２を被照射体４０３に照射させる必要がある。したがっ
て、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２との間の時間差ｔｄはパルス
幅ｔ２、位相緩和時間ｔ３を用いて以下の式５で表すことができる。
ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ （式５）
【００６１】
図４（Ｃ）は図４（Ｂ）から第２のレーザビーム４０２のパルス幅ｔ２秒が経過した後
の図であり、第２のレーザビーム４０２のパルス終端４０８が被照射体４０３を通過した
様子を示している。
【００６２】
さらに図４（Ｃ）から位相緩和時間ｔ３が経過すると、被照射体４０３において第２の
レーザビーム４０２による位相情報は消失することになる。このときの状態を図４（Ｄ）
に示す。第２のレーザビームの位相情報が消失した後に、基板裏面で反射した第１のレー
ザビーム４０１が再び被照射体４０３に照射されれば、第１のレーザビーム４０１と第２
のレーザビーム４０２との間での干渉は起こらない。なお、第１のレーザビーム４０１の
パルス先端４０５が被照射体４０３に照射されてから（図４（Ａ））、再び被照射体４０
３に照射されるまで（図４（Ｄ））の時間は、図３で示したようにｔ１で表される。した
がって、図４の状態で干渉の起こらない条件を満たすためには、以下の式６で表すことが
できる。
ｔｄ＋ｔ２＋ｔ３＜ｔ１ （式６）
【００６３】
式５、式６をまとめると第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２の干渉
を防止できる条件は、式７で表すことができる。
ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＜ｔ１−ｔ２−ｔ３ （式７）
【００６４】
最後に、第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３を通過して基板裏面で反射し、反
射光が再び被照射体４０３に照射されるまでの間に、第１のレーザビーム４０１から１／
Ｎ秒後に射出された第３のレーザビームが被照射体４０３に照射される場合を説明する。
第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから（図４（Ａ））、第２のレ
ーザビーム４０２が被照射体４０３に照射され、被照射体４０３において第２のレーザビ
ーム４０２による位相情報が消失するまで（図４（Ｄ））の時間はｔｄ＋ｔ２＋ｔ３で表
される。ここで、レーザパルスの発振間隔１／Ｎが上記の時間ｔｄ＋ｔ２＋ｔ３よりも大
きい場合には、第２のレーザビーム４０２と第３のレーザビームは、被照射体４０３にお
いて時間的に重なり合うことがなく、レーザビーム間の干渉が防止できることになる。上
記の関係により、時間差ｔｄに関する下記の式８が導出される。
ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ２−ｔ３ （式８）
【００６５】
また、第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから、第３のレーザビ
ームが被照射体４０３に照射され、被照射体４０３において第３のレーザビームによる位
相情報が消失するまでの時間は、１／Ｎ＋ｔ２＋ｔ３で表される。上記の時間１／Ｎ＋ｔ
２＋ｔ３が経過後に、基板裏面で反射した第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３に
到達する場合、第３のレーザビームと第２のレーザビームは、被照射体４０３において時
間的に重なり合うことがなく、レーザビーム間の干渉が防止できることになる。なお、第
１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから、被照射体に第２のレーザビ
ームが照射され、基板裏面で反射して再び被照射体４０３に到達するまでの時間はｔｄ＋
ｔ１で表される。したがって、下記の式９が成立する場合に、第３のレーザビームの位相
情報が被照射体４０３から消失した後に、基板裏面で反射した第２のレーザビームが再び
被照射体に照射されることとなり、干渉が防止できる。
１／Ｎ＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＋ｔ１ （式９）
【００６６】
式８、式９をまとめると、第１のレーザビームから１／Ｎ秒後に照射される第３のレー
ザビームと、第２のレーザビーム４０２との干渉を防止できる条件は式１０で表すことが
できる。
１／Ｎ−ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ２−ｔ３ （式１０）
【００６７】
なお、図３と同様に位相緩和時間ｔ３は第１もしくは第２のレーザビームが被照射体４
０３に吸収されてから位相情報が１／ｅとなるまでの時間であるが、この時間は非常に短
いためｔ３≒０と近似できる。即ち、以下の式１１で表すことができる。
１／Ｎ−ｔ１＋ｔ２＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ２ （式１１）
【００６８】
メガヘルツレーザビームを３つ以上に分割した場合は、分割ビームのうち、任意の２つ
の分割ビームに式１０または式１１を満たす時間差ｔｄを設ければ、干渉を防止できる。
【００６９】
なお、メガヘルツレーザビームにより被照射体を結晶化するときは、被照射体の固化時
間以内に時間差ｔｄを設定するようにすると良い。固化時間以内に遅延時間を設定すれば
、第１のレーザビームと第２のレーザビームにより被照射体に連続的なビーム照射ができ
、分割ビーム間における連続的な結晶成長が実現できる。したがって、時間差ｔｄは上記
式１０または式１１の範囲内で被照射体の溶融時間等に応じ実施者が適時調整すると良い
。
【００７０】
以上より、式から時間差ｔｄを算出し、光路差を設ける光学系に反映させ設計すれば良
い。そうすれば基板裏面で反射する反射光の挙動も考慮した光路差を設計できる。本発明
の光路差を設けることで、光干渉なくアモルファスシリコン膜を照射でき、アモルファス
シリコン膜に均一な熱エネルギー分布を与え、且つ連続的な結晶成長を行わすことができ
る。即ち、光干渉なく半導体膜を均一に照射するためには、半導体膜中に２つのレーザビ
ームが存在していなければ良く、ひいては半導体膜中に２つのレーザビームの位相情報が
存在しなければ良い。
【００７１】
本実施例では時間を単位として時間差ｔｄを説明したが、光路差に変換する場合は遅延
時間に光速を乗じれば良い。
【００７２】
以下の実施例１〜８は実施可能な範囲で自由に組み合わせることができる。また実施の
形態１または２にも、以下の実施例１〜８は実施可能な範囲で自由に組み合わせることが
できる。
【実施例１】
【００７３】
実施例１では本発明のレーザ照射装置を示す。図５（Ａ）はレーザ照射装置であり、図
５（Ｂ）は分割前のビーム断面形状、図５（Ｃ）、（Ｄ）は分割時のビーム断面形状、図
５（Ｅ）は照射面１１０の共通部分に対し分割ビームをそれぞれ異なる期間に照射した時
のビーム断面形状である。図５（Ｆ）は分割前のビーム断面の強度分布、図５（Ｇ）、（
Ｈ）は分割時のビーム断面の強度分布、図５（Ｉ）は照射面の共通部分に分割ビームを照
射した時に合成される熱エネルギー分布を示す。
【００７４】
図５（Ａ）において、レーザ発振器１０１から発振されたレーザビーム１０７が分割手
段１０２により第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム１０９に分割される。レ
ーザビーム１０７、１０８、１０９はメガヘルツレーザビームである。分割手段１０２と
しては分割ミラーを用いる。レーザビーム１０７は円形のビーム断面形状でありガウス分
布の強度を持つ（図５（Ｂ）、（Ｆ））。第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビー
ム１０９のビーム断面形状は、分割ミラーで分割され半円になる（図５（Ｃ）、（Ｄ））
。強度はガウス分布を中心で分けた分布となり、互いに線対照的な分布となる（図５（Ｇ
）、（Ｈ））。
【００７５】
第１のレーザビーム１０８はミラー１０４に反射し、第２のレーザビーム１０９はミラ
ー１０３に反射してそれぞれ偏向され、第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム
１０９は照射面１１０に対しそれぞれ異なる期間に照射される。第１のレーザビームと第
２のレーザビームのそれぞれが照射される際は、図５（Ｅ）で示すように、第１のレーザ
ビーム１０８、第２のレーザビーム１０９が持つ強度分布が緩和するようにして照射する
。第１のレーザビーム１０８及び第２のレーザビーム１０９の照射により、照射面で合成
された熱エネルギーは、図５（Ｉ）のように均一になる。シリンドリカルレンズ１０５、
１０６では分割ビームの成形がなされる。
【００７６】
分割手段１０２からミラー１０４までの光路長ｄ１と、分割手段１０２からミラー１０
３までの光路長ｄ２を比べると、ｄ１＜ｄ２であり、この光路長の差ｄ（ｄ＝ｄ２―ｄ１
）が第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９の光路差になる。そして、光
路差ｄはレーザビーム１０７のパルス幅に相当する長さ以上パルス発振間隔に相当する長
さ未満にする。本形態ではメガヘルツレーザビームを用いるため光路差ｄは数ｍｍ〜数十
ｍｍでよく、長い光路差を設ける必要がない。例えばパルス幅が１０ｐｓであれば光路差
ｄは３ｍｍとなり、非常に短い光路差となる。
【００７７】
また、実施の形態２のように基板裏面における反射光を考慮する場合は、式より算出し
たｔｄに光速を乗じた光路差ｄを設定すれば良い。
【００７８】
次に、１／２λ波長板とビームスプリッタを組み合わせたレーザ照射装置の例について
、図６を参照して説明する。図５（Ａ）と同一のものについては同じ符号を付す。
【００７９】
メガヘルツレーザビームを発振するレーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１
０７は、球面レンズ２０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１に
より長辺方向および短辺方向ともにそれぞれ約５倍に拡大される。球面レンズ２０１ａは
半径５０ｍｍ、厚さ７ｍｍ、第１面の曲率半径が−２２０ｍｍである。球面レンズ２０１
ｂは半径５０ｍｍ、厚さ７ｍｍ、第２面の曲率半径が−４００ｍｍである。なお、ビーム
エキスパンダー２０１はレーザ発振器１０１から射出されたレーザビームの形状が小さい
場合は有効であるが、レーザビームの形状が大きい場合は用いなくてもよく、実施者が適
宜選択すればよい。本明細書ではレンズの曲率半径について、曲率中心がレンズ面に対し
て光線の射出側にあるときを正で示し、曲率中心がレンズ面に対して入射側にあるときを
負で示している。また、レンズにおいて光が入射する面を第１面、射出する面を第２面と
する。
【００８０】
ビームエキスパンダー２０１により拡大されたレーザビーム１０７は分割手段１０２に
より反射される。分割手段１０２は、図５（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｇ）、（Ｈ）で示したよう
に、レーザビーム１０７を互いに線対称の強度分布を持ち、断面形状が半円の第１のレー
ザビーム１０８および第２のレーザビーム１０９に２分割する。
【００８１】
第１のレーザビーム１０８はミラー１０４で反射され、１／２λ波長板２０３を通過す
る。１／２λ波長板２０３を通過することによって、第１のレーザビーム１０８の偏光方
向はｓ偏光となる。さらに第１のレーザビーム１０８は偏光ビームスプリッタ２０５に入
射することにより、照射面１１０における照射位置が調整される。
【００８２】
一方、分割手段１０２により分割された第２のレーザビーム１０９はミラー１０３で反
射され、１／２λ波長板２０２を通過する。１／２λ波長板２０２を通過することによっ
て第２のレーザビームの偏光方向はｐ偏光となる。さらにミラー２０４で反射した第２の
レーザビーム１０９は偏光ビームスプリッタ２０５により、照射面１１０における照射位
置が調整される。
【００８３】
第２のレーザビーム１０９の光路は、第１のレーザビーム１０８の光路に対してミラー
２０４と偏光ビームスプリッタ２０５の間の距離ｄだけ長く、第２のレーザビーム１０９
には光路差ｄが設けられている。したがって、第２のレーザビーム１０９は第１のレーザ
ビーム１０８よりも光路差ｄだけ遅延して照射面１１０に照射されることになる。光路差
ｄはレーザビーム１０７のパルス幅に相当する長さ以上、パルス発振間隔に相当する長さ
未満に設定する。また、基板裏面における反射光を考慮する場合は、実施の形態２で求め
た式より算出した光路差を設定する。
【００８４】
第１のレーザビームと第２のレーザビームの照射領域が照射面１１０において重なるよ
うに偏光ビームスプリッタ２０５により調整することによって、照射面には均一な熱エネ
ルギー分布を合成することができる。シリンドリカルレンズ１０５の焦点距離は１５０ｍ
ｍ、厚さは５ｍｍである。これにより、照射面１１０においてビーム断面の長軸方向の長
さが５００μｍとなるようにレーザビームを成形することができる。また、シリンドリカ
ルレンズ１０６の焦点距離は２０ｍｍである。これにより、照射面１１０においてビーム
断面の短軸方向の長さが１０μｍとなるようにレーザビームを成形する。以上より、照射
面において線状ビームを形成することができる。
【００８５】
本実施例では、レーザビームの干渉を抑えながら分割ビーム被照射面に照射することが
できるため、照射面の熱エネルギー分布を均一にすることができる。それゆえ均一な結晶
成長を実現できる。また、分割ビームの照射において連続的な結晶成長ができ、大粒径の
結晶を得ることができる。
【００８６】
例えば、パルス幅１０ｐｓ、周波数１０ＭＨｚのＹＡＧレーザを分割して、分割ビーム
を被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射し、シリコンを結晶化するとする
。シリコンの固化時間は一般的に１００ｎｓである。このＹＡＧレーザにコヒーレント長
に相当する光路差を設けて光干渉を抑えた場合、通常、分割ビーム同士に３００ｎｓ以上
もの時間差を設けなくてはならない。したがって、分割ビームの時間差がシリコンの固化
時間よりも長いため、分割ビーム間でシリコンを連続的に結晶化することはできない。一
方で、このＹＡＧレーザにパルス幅以上の光路差を設けた場合は、分割ビーム同士に少な
くとも１０ｐｓ以上の時間差が生じる。１０ｐｓはシリコンの固化時間よりも非常に短い
ため、分割ビーム間で連続的にシリコンを結晶化することができる。
【実施例２】
【００８７】
実施例２では実施例１とは異なる構成のレーザ照射装置について図７を用いて説明する
。図７（Ａ）はレーザ照射装置の平面図、図７（Ｂ）は側面図である。図６と同一のもの
は同じ符号を付し説明を省略する。
【００８８】
メガヘルツレーザビームを発振するレーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１
０７は、球面レンズ２０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１に
より、ビーム断面の長辺方向および短辺方向が拡大される。
【００８９】
ビームエキスパンダー２０１を通過したレーザビーム１０７は、シリンドリカルレンズ
アレイ７０１により分割される。ここでは２つに分割する例を示すが、２つ以上に分割す
るシリンドリカルレンズアレイを用いても良い。シリンドリカルレンズアレイ７０１を構
成するシリンドリカルレンズは厚さを５ｍｍ、第１面の曲率半径を４０ｍｍとする。
【００９０】
ここで、２分割されたレーザビームをそれぞれ、第１のレーザビーム１０８、第２のレ
ーザビーム１０９とする。そして、第２のレーザビーム１０９のみをシリンドリカルレン
ズアレイ７０１の後方に配置した遅延手段７０２を通過させる。遅延手段７０２は、第２
のレーザビーム１０９を第１のレーザビーム１０８に対して遅延させる機能を有するもの
であれば良い。ここでは遅延手段７０２として石英板を用いる。使用する石英板の厚さを
ｄ１、光速をｃ、石英板の屈折率をｎとすると、分割されたレーザビーム間の光路差はｄ
１（ｎ−１）／ｃで表され、石英板の厚さを選択することで光路差を選ぶことができる。
【００９１】
石英板の他、遅延手段７０２としては、メガヘルツレーザビームに対して吸収性を有さ
ない媒体を用いることができる。例えば、ガラス（ＢＫ７）、水、またはフッ化物でなる
結晶等がある。なお、石英もメガヘルツレーザビームに対して吸収性を有さない。
【００９２】
第１のレーザビームおよび第２のレーザビームはシリンドリカルレンズ７０３を通過す
ることにより集光される。シリンドリカルレンズ７０３は、レンズ第１面の曲率半径が７
０ｍｍ、厚さ５ｍｍである。これにより、シリンドリカルレンズ７０３の後方において第
１のレーザビームおよび第２のレーザビームの照射領域が重なるようになり、照射面にお
いて均一な熱エネルギー分布を合成できる。
【００９３】
そして第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９をシリンドリカルレンズ
１０５、１０６により照射面１１０に投影する。シリンドリカルレンズ１０５により、ビ
ーム断面の長軸方向の長さを５００μｍに成形する。また、照射面におけるビーム断面の
短軸方向の長さはシリンドリカルレンズ１０６により成形される。シリンドリカルレンズ
１０６の焦点距離は２０ｍｍであり、照射面におけるビーム断面の短軸方向の長さが１０
μｍとなるように成形される。上記光学系により照射面に線状のビームスポットを形成す
ることが可能である。
【００９４】
なお、本明細書中において、「線状」とは、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。
【００９５】
本実施例では遅延手段による屈折率を用いて光路差を設ける方法を説明した。また、本
実施例において、実施例１のように屈折率を利用せずに光路差を設ける方法と組み合わせ
て光路差を設定しても良い。
【００９６】
本実施例では、極短パルスのメガヘルツレーザビームを用いることによって、レーザビ
ームの干渉の影響を低減させながらメガヘルツレーザビームを分割し、被照射体に照射す
ることができるため、メガヘルツレーザビームの照射強度を均一にすることができる。
【実施例３】
【００９７】
本実施例では極短パルスのメガヘルツレーザビームの分割にビームスプリッタを用いた
レーザ照射装置の例について、図８を参照して説明する。図５（Ａ）と同一のものについ
ては同じ符号を付し説明を省略する。図８（Ａ）はレーザ照射装置、図８（Ｂ）はメガヘ
ルツレーザビームの分割前のビーム断面形状、図８（Ｃ）、（Ｄ）は分割時のビーム断面
形状、図８（Ｅ）は被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射したビームの断
面形状である。図８（Ｆ）は分割前のビーム断面の強度分布、図８（Ｇ）、（Ｈ）は分割
時のビーム断面の強度分布、図８（Ｉ）は分割ビームの照射によって被照射面で合成され
た熱エネルギー分布を示す。
【００９８】
レーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１０７は非線形光学素子８０１により
第二高調波に変換される。非線形光学素子８０１を通過したレーザビームは球面レンズ２
０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１により長辺方向および短
辺方向ともにそれぞれ拡大される。なお、レーザビームの大きさ等によってはビームエキ
スパンダーは用いなくてもよい。
【００９９】
ビームエキスパンダーにより拡大されたレーザビーム１０７は、第１の１／２λ波長板
８０６ａまたは第２の１／２λ波長板８０６ｂのいずれかを通過する。第１の１／２λ波
長板８０６ａを通過することによってレーザビーム１０７の半分は第１の偏光方向に偏光
され、第２の１／２λ波長板８０６ｂを通過することによってレーザビーム１０７の半分
は第１の偏光方向とは９０°異なる第２の偏光方向に偏光される。第１の１／２λ波長板
８０６ａ及び第２の１／２λ波長板８０６ｂは、偏光ビームスプリッタ８０２により、第
１のレーザビーム１０８及び第２のレーザビーム１０９の断面形状を図８（Ｃ）、（Ｄ）
のように半円にし、その強度分布を図８（Ｇ）、（Ｈ）のようにガウス分布を線対称に分
けた分布にするために設ける。
【０１００】
次に偏光ビームスプリッタ８０２によりレーザビーム１０７は第１のレーザビーム１０
８と第２のレーザビーム１０９に分離される。第１のレーザビーム１０８は偏光ビームス
プリッタ８０２を透過し、ミラー１０４で反射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０
４に入射し、照射面１１０における照射位置が調整される。第１のレーザビームはその照
射領域が第２のレーザビームの照射領域と重なり、第２のレーザビームとの間で均一な熱
エネルギーが照射面で合成されるように調整される。
【０１０１】
一方、第２のレーザビームは偏光ビームスプリッタ８０２により反射され、ミラー１０
３で反射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０４に入射することにより、照射面１１
０における照射位置が調整される。第２のレーザビームはその照射領域が第１のレーザビ
ームの照射領域と重なり、第１のレーザビームとの間で均一な熱エネルギーが照射面で合
成されるように調整される。
【０１０２】
ここで、ミラー１０３と偏光ビームスプリッタ８０４との間には、遅延手段８０３が配
置してある。ここでは遅延手段８０３として石英板を用いる。これにより第１のレーザビ
ーム１０８と第２のレーザビーム１０９との間には光路差が生じることになり、照射面に
おいて第１のレーザビームと第２のレーザビームとの間の干渉が防止される。光路差は石
英板の厚さを選択することでいかようにも設定できる。また、第１のレーザビームと、第
２のレーザビームとを被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射することによ
り、照射面における熱エネルギー分布を均一にすることができる。
【０１０３】
第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９は、シリンドリカルレンズ１０
５に入射することでビーム断面の長軸方向の長さが成形され、シリンドリカルレンズ１０
６に入射することでビーム断面の短軸方向の長さが成形される。なお、偏光ビームスプリ
ッタ８０２で分割された直後の第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム１０９は
、図８（Ｇ）、（Ｈ）に示すように、その切り口がレーザビーム１０７の強度分布を線対
称に分けた強度分布を保持しており、ビームが伝搬されるにつれて、切り口がだれてきて
レーザビーム１０７の強度分布が崩れてくる。しかしながら、偏光ビームスプリッタ８０
２の位置と照射面１１０の位置を、ビーム断面の長軸方向に作用するシリンドリカルレン
ズ１０５に対して共役の位置とすることで、この問題を解消することができる。
【０１０４】
本実施例では遅延手段による屈折率を用いて光路差を設ける方法を説明した。また、本
実施例を、実施例１のように屈折率を利用せずに光路差を設ける方法と組み合わせて光路
差を設定しても良い。
【０１０５】
本実施例では、極短パルスのメガヘルツレーザビームを用いることによって、メガヘル
ツレーザビームの干渉の影響を低減させながらメガヘルツレーザビームを分割し、分割し
たビームを被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射することができるため、
被照射面におけるメガヘルツレーザビームの熱エネルギー分布を均一にすることができる
。
【実施例４】
【０１０６】
本実施例では、実施例３と異なるレーザビーム照射方法について図９を用いて説明する
。図９（Ａ）はレーザ照射装置を示し、図９（Ｂ）、（Ｃ）は第１及び第２のレーザビー
ム断面形状、図９（Ｄ）は被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射したビー
ムの断面形状を示し、図９（Ｅ）〜（Ｆ）は図９（Ｂ）〜（Ｃ）に対応する強度分布を示
し、図９（Ｇ）は分割ビームの照射によって被照射面で合成された熱エネルギー分布を示
している。
【０１０７】
レーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１０７は非線形光学素子８０１により
第二高調波に変換される。非線形光学素子８０１を通過したレーザビームは球面レンズ２
０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１により長辺方向および短
辺方向ともにそれぞれ拡大される。
【０１０８】
ビームエキスパンダーにより拡大されたレーザビーム１０７は、偏光ビームスプリッタ
８０２により第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９に分離される。分割
された第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９の断面形状は円状であり、
その強度分布はガウス分布を有する（図９（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｆ））。
【０１０９】
第１のレーザビーム１０８は偏光ビームスプリッタ８０２を透過し、ミラー１０４で反
射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０４に入射する。
【０１１０】
一方、第２のレーザビームは偏光ビームスプリッタ８０２により反射され、ミラー１０
３で反射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０４に入射する。
【０１１１】
具体的には、第２のレーザビーム１０９の偏光ビームスプリッタ８０２から偏光ビーム
スプリッタ８０４までの光路長が、第１のレーザビーム１０８の偏光ビームスプリッタ８
０２から偏光ビームスプリッタ８０４までの光路長よりも、ビーム直径の０．５倍以下の
長さ分だけ長くなるようにする。このようにすると、第１のレーザビーム１０８、第２の
レーザビーム１０９を被照射面の共通部分にそれぞれ異なる期間に照射する際、均一な熱
エネルギー分布を合成することができる。偏光ビームスプリッタ８０２で分割した場合、
図９（Ｅ）、（Ｆ）に示すように第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム１０９
の強度分布はガウス分布となる。そのため、第１及び第２のレーザビームの被照射面での
照射位置を偏光ビームスプリッタ８０４により調整する際、完全に重ね合わせると第１及
び第２のレーザビームがガウス分布の強度を保持するため、均一なエネルギー分布が得ら
れない。しかし、本実施例のように第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０
９それぞれの照射面を多少ずらして照射することで、照射面における熱エネルギー分布を
均一にすることができる。
【０１１２】
また、第２のレーザビーム１０９の偏光ビームスプリッタ８０２から偏光ビームスプリ
ッタ８０４までの光路長を、第１のレーザビーム１０８の偏光ビームスプリッタ８０２か
ら偏光ビームスプリッタ８０４までの光路長よりも、ビーム直径の０．５〜０．７倍の長
さ分だけ長くなるようにしても良い。ビーム直径の０．５倍以上の光路差を設けると、被
照射面で合成される熱エネルギー分布は図９（Ｇ）に示すように均一にはならない。しか
し、ビーム断面面積を広くすることができ、より効率的に被照射面を照射することができ
る。ただし、ビーム直径の０．７倍以上の光路差を設けると、ビーム断面においてエネル
ギー密度が弱く部分的に結晶化されない領域がでてきてしまうため、光路差をビーム直径
の０．５〜０．７倍の長さに設定すると良い。
【実施例５】
【０１１３】
本実施例では本発明を用いて半導体装置を作製する方法を説明する。
【０１１４】
図１０を用いて半導体装置の作製方法について説明する。まず、図１０（Ａ）のように
、絶縁基板７０上に下地膜７１、非晶質半導体膜７２を順次積層して形成する。そして非
晶質半導体膜７２に本発明によるメガヘルツレーザビームを照射する（図１０（Ｂ））。
メガヘルツレーザビームを均一に非晶質半導体膜に照射することで、非晶質半導体膜を均
一に結晶化することができ、大粒径を持つ結晶性半導体膜７３を得ることができる。その
ため結晶性半導体膜７３を用いて、チャネルのキャリア移動方向に結晶粒界がほとんど存
在しない薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）の形
成が可能となる。
【０１１５】
その後、図１０（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜７３をエッチングし、島状の半導体
膜７４〜７７を形成する。次に、島状の半導体膜７４〜７７を覆うようにゲート絶縁膜７
８を形成する。そのゲート絶縁膜７８には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪
素等を用いることができる。その際の成膜方法には、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法など
を用いることができる。例えば、スパッタ法を用いて、膜厚３０ｎｍ〜２００ｎｍの珪素
を含む絶縁膜を形成すればよい。
【０１１６】
次に、ゲート絶縁膜７８上に導電膜を形成しエッチングすることでゲート電極を形成す
る。その後、ゲート電極をマスクとして、島状の半導体膜７４〜７７にｎ型またはｐ型の
導電性を付与する不純物を選択的に添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ
領域等を形成する。上述の工程によって、Ｎ型トランジスタ７１０、７１２と、Ｐ型トラ
ンジスタ７１１、７１３を同一基板上に形成することができる（図１０（Ｄ））。続いて
、それらの保護膜として絶縁膜７１４を形成する。この絶縁膜７１４には、プラズマＣＶ
Ｄ法またはスパッタ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍの珪素を含む絶縁膜を、単層
又は積層構造として形成すれば良い。例えば、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの
酸化窒化珪素膜を形成すればよい。
【０１１７】
次いで、絶縁膜７１４上に有機絶縁膜７１５を形成する。有機絶縁膜７１５としては、
ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、
ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。絶縁基板７０上に形成された薄膜トランジス
タによる凹凸を緩和し平坦化したい場合は、有機絶縁膜７１５として平坦性に優れた材料
を用いることが好ましい。さらに、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜７１４及び有
機絶縁膜７１５をパターン加工して、不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。
【０１１８】
次に、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線７１６〜７２３を形成する
。その後、保護膜として絶縁膜７２４を形成すると、図１０（Ｄ）に図示するような半導
体装置が完成する。なお、本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は
、上述した薄膜トランジスタの構成に限定されない。本実施例では、メガヘルツレーザビ
ームを分割し、それぞれ異なる期間に照射することで得られる結晶性半導体膜をＴＦＴの
活性層として用いることを特徴とする。その結果、大粒径の結晶を得ることができ、半導
体装置の電子移動度を高くすることができる。
【０１１９】
また、レーザ光による結晶化の前に、金属元素を非晶質半導体膜に添加して結晶化する
工程を設けてもよい。金属元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄
（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（
Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる。金属元素を添加し
て結晶化した後に、さらにレーザ光を照射すると、金属元素による結晶化の際に形成され
た結晶が結晶核として再結晶化される。そのため、レーザ光照射のみによる結晶化工程に
比べて、より半導体膜の結晶性を高めることができ、レーザ光照射による結晶化後の半導
体膜表面の荒れが抑えられる。よって、後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの
特性のばらつきがより抑えられ、オフ電流を抑えることができる。
【０１２０】
なお、金属元素を添加後、加熱処理により結晶化し、さらにレーザ光の照射により結晶
性を高めても良いし、金属元素を添加してから加熱処理をせずにレーザ照射により結晶化
しても良い。
【０１２１】
本実施例では、本発明のレーザ照射方法を半導体膜の結晶化に用いた例を示したが、半
導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行うために用いてもよい。また、本実施例
においてドライバやＣＰＵなどの機能回路を用途とする半導体装置を作製する場合は、Ｌ
ＤＤ領域を有する薄膜トランジスタ又はＬＤＤ領域がゲート電極とオーバーラップする構
造の薄膜トランジスタを形成するのが好適である。また、半導体装置を高速化するために
は薄膜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半導体装
置のＮ型トランジスタ７１０、７１２、Ｐ型トランジスタ７１１、７１３はＬＤＤ領域を
有するＬＤＤ構造であるため、ドライバやＣＰＵに用いることが好適である。
【実施例６】
【０１２２】
本実施例では実施例５で作製した半導体装置を用いてＥＬ表示装置を作製する方法を図
１７を用いて説明する。
【０１２３】
配線７２２に接するように画素電極５０４を形成する。画素電極５０４は透明導電膜を
エッチングして形成する。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、又は酸化インジウムを用い
ることができる。
【０１２４】
画素電極を形成後、樹脂材料でなる隔壁５０５を形成する。隔壁５０５は１〜２μｍ厚
のアクリル膜又はポリイミド膜をエッチングして画素電極５０４の一部を露出させるよう
に形成する。なお、隔壁５０５の下に遮蔽膜（図示しない）となる黒色の膜を適宜形成し
てもよい。
【０１２５】
次にＥＬ層５０６を形成する。ＥＬ層５０６の発光材料が有機化合物であるときは有機
ＥＬ素子、発光材料が無機化合物であるときは無機ＥＬ素子となる。
【０１２６】
無機ＥＬ素子は、素子構成により分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類さ
れる。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有する
ものである。薄膜型無機ＥＬ素子は、蛍光材料の薄膜からなる発光層を有している。その
発光メカニズムは、両者とも、高電界で加速された電子による母体材料又は発光中心の衝
突励起により発光が得られる。無機ＥＬ素子を形成する場合は、画素電極５０４及び電極
５０７の間に、ＥＬ層として、発光材料を分散させた絶縁層を設けるか、絶縁層で挟持さ
れた発光層を設けるとよい。発光材料としては、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化ストロ
ンチウム（ＳｒＳ）を用いることができる。無機ＥＬ素子のＥＬ層はスクリーン印刷また
は蒸着等で形成することができる。
【０１２７】
以下に、有機ＥＬ素子を用いる場合の例を説明する。
【０１２８】
ＥＬ層５０６及び電極（ＭｇＡｇ電極）５０７を、真空蒸着法を用いて大気解放しない
で連続形成する。なお、ＥＬ層５０６の膜厚は１００ｎｍ〜１μｍ、電極５０７の厚さは
１８０〜３００ｎｍ（典型的には２００〜２５０ｎｍ）とすれば良い。ＥＬ層は他に、イ
ンクジェット、スクリーン印刷法などによって成膜されても良い。
【０１２９】
この工程では、赤色に対応する画素、緑色に対応する画素及び青色に対応する画素に対
して順次ＥＬ層及び陰極を形成する。但し、ＥＬ層は溶液に対する耐性に乏しいためフォ
トリソグラフィ技術を用いずに各色個別に形成しなくてはならない。そこでメタルマスク
を用いて所望の画素以外を隠し、必要箇所だけ選択的にＥＬ層及び陰極を形成するのが好
ましい。各色の少なくとも１つの発色はトリプレット化合物で行う。シングレット化合物
に比べるとトリプレット化合物は輝度が明るいため、暗く見える赤色に対応する画素をト
リプレット化合物で形成し、その他の画素をシングレット化合物で形成すると良い。
【０１３０】
即ち、まず赤色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて
赤色発光のＥＬ層及び電極を選択的に形成する。次いで、緑色に対応する画素以外を全て
隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて緑色発光のＥＬ層及び電極を選択的に形成す
る。次いで、同様に青色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを
用いて青色発光のＥＬ層及び電極を選択的に形成する。なお、ここでは全て異なるマスク
を用いるように記載しているが、同じマスクを使いまわしても構わない。また、全画素に
ＥＬ層及び電極を形成するまで真空を破らずに処理することが好ましい。
【０１３１】
なお、ＥＬ層５０６としては公知の材料を用いることができる。公知の材料としては、
駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが好ましい。例えば正孔注入層、正孔輸送層、
発光層及び電子注入層でなる４層構造をＥＬ層とすれば良い。モリブデン酸化物及びα−
ＮＰＤを混合した膜をＥＬ層としても良い。有機材料と無機材料とを組み合わせたハイブ
リット層をＥＬ層としても良い。有機材料をＥＬ層に用いる場合は、低分子材料、中分子
材料、高分子材料のそれぞれを使うことができる。また、本実施の形態ではＥＬ素子の陰
極としてＭｇＡｇ電極を用いた例を示すが、公知の他の材料であっても良い。
【０１３２】
電極５０７まで形成された時点で発光素子５０８が完成する。その後、発光素子５０８
を完全に覆うようにして保護膜５０９を設ける。保護膜５０９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を用いることができ、これらの絶縁膜を単層
又は積層させて用いることができる。
【０１３３】
さらに保護膜５０９を覆って封止材５１０を設け、カバー材５１１を貼り合わせる。封
止材５１０としては紫外線硬化樹脂であり、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用いることが好ましい。また、本実施の形態においてカバー材５１
１にはガラス基板、石英基板やプラスティック基板を用いることができる。図示はしない
が、封止材５１０とカバー材５１１との間に偏光板を設けても良い。偏光板を設けること
でコントラストの高い表示を提供できる。
【０１３４】
こうして図１７に示すような駆動回路部を構成するＰ型トランジスタ７１１及びＮ型ト
ランジスタ７１０、画素部を構成するスイッチング用のＮ型トランジスタ７１２及び電流
制御用のＰ型トランジスタ７１３を有する構造のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置が
完成する。本形態ではゲート電極と重ならないＬＤＤ領域を有するＴＦＴ構造を説明した
が、ＴＦＴはこの構造に限定されない。ＬＤＤ領域を有さなくても良いし、ＬＤＤ領域領
域の一部または全部をゲート電極と重ねるように形成しても良い。
【０１３５】
以上の工程によりＥＬ表示装置を作製できる。
【実施例７】
【０１３６】
本実施例では、薄膜集積回路または非接触型薄膜集積回路装置（無線チップ、無線ＩＣ
タグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔ
ｉｏｎ）とも呼ばれる）を図５〜図９のいずれかのレーザ照射装置を用いて作製する方法
を図１１に示す。
【０１３７】
まず、スパッタ法を用いてガラス基板（第１の基板）１７００上に剥離層１７０１を形
成する。剥離層１７０１は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形
成することができる。本実施例では、膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコンをスパッタ法で
形成し、剥離層１７０１として用いる。なお剥離層１７０１はシリコンに限定されず、エ
ッチングにより選択的に除去できる材料（例えば、Ｗ、Ｍｏなど）で形成すれば良い。剥
離層１７０１の膜厚は５０〜６０ｎｍとするのが望ましい。
【０１３８】
次いで、剥離層１７０１上に下地絶縁膜１７０２を形成する。下地絶縁膜１７０２は第
１の基板中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散
し、ＴＦＴなどの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。また、下地
絶縁膜１７０２は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目
も有している。下地絶縁膜１７０２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。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、窒素を含む酸化珪素（ＳｉＯＮ）、酸素を含む窒化珪素（Ｓ
ｉＮＯ）などの絶縁膜を用いて形成する。
【０１３９】
次に、下地絶縁膜１７０２上に非晶質半導体膜１７０３を形成する。非晶質半導体膜１
７０３は、下地絶縁膜１７０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。
非晶質半導体膜１７０３の膜厚は２０〜２００ｎｍ（望ましくは４０〜１７０ｎｍ、好ま
しくは５０〜１５０ｎｍ）とする。
【０１４０】
そして、上記工程で作製された基板を図５〜図９で示したレーザ照射装置を用いてメガ
ヘルツレーザビームを照射し、非晶質半導体膜１７０３を均一に結晶化する。そして結晶
性半導体膜１７０４が形成される（図１１（Ａ）参照）。
【０１４１】
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、結晶性半導体膜１７０４をエッチングして、島状
の半導体層１７０５〜１７０７を形成した後、ゲート絶縁膜１７０８を形成する。ゲート
絶縁膜１７０８は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化
珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層又は積層させて形成
することができる。
【０１４２】
なお、ゲート絶縁膜１７０８を形成した後、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３
００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行ない、島状の半導体層１７０５〜１７０７を
水素化する工程を行なっても良い。また、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。
【０１４３】
次に図１１（Ｃ）に示すように、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成する。ここでは
、ＳｉとＷをスパッタ法で積層するように形成した後、レジスト１７１２をマスクとして
エッチングを行なうことにより、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成した。勿論、ゲー
ト電極１７０９〜１７１１の導電材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではな
く、適宜選択することができる。例えば、ｎ型を付与する不純物（リン、ヒ素等）がドー
ピングされたＳｉとＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）との積層構造や、ＴａＮ（窒化タン
タル）とＷ（タングステン）の積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単
層で形成しても良い。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それら
の機能を考慮して材料を選択すればよい。
【０１４４】
また、レジストマスクの代わりに、酸化珪素等のマスクを用いてもよい。この場合、エ
ッチングして酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等のマスク（ハードマスクと呼ばれる。）を
形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストよりも少ない
ため、所望の幅のゲート電極１７０９〜１７１１を形成することができる。また、レジス
ト１７１２を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極１７０９〜１７１１を形
成しても良い。
【０１４５】
次いで、図１１（Ｄ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０
６をレジスト１７１３で覆い、ゲート電極１７０９、１７１１をマスクとして、島状の半
導体層１７０５、１７０７に、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ（リン）又はＡ
ｓ（砒素））をドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介し
てドーピングがなされ、島状の半導体層１７０５に、一対の低濃度不純物領域１７１６と
チャネル形成領域１７１９ａが形成され、島状の半導体層１７０７に一対の低濃度不純物
領域１７１７、チャネル形成領域１７１９ｂが形成される。なお、このドーピング工程は
、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０６をレジスト１７１３で覆わずに行っ
ても良い。
【０１４６】
次いで、図１１（Ｅ）に示すように、レジスト１７１３をアッシング等により除去した
後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０５、１７０７を覆うように、レジス
ト１７１８を新たに形成し、ゲート電極１７１０をマスクとして、島状の半導体層１７０
６にｐ型を付与する不純物元素（代表的にはＢ（ホウ素））をドープする。このドーピン
グ工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介してドーピングがなされ、島状の半導体層１
７０６に一対のｐ型の高濃度不純物領域１７２０、チャネル形成領域１７１９ｃが形成さ
れる。
【０１４７】
次いで、レジスト１７１８をアッシング等により除去した後、図１２（Ａ）に示すよう
に、ゲート絶縁膜１７０８及びゲート電極１７０９〜１７１１を覆う絶縁膜１７２１を形
成する。
【０１４８】
その後、エッチバック法により、絶縁膜１７２１をエッチングし、図１２（Ｂ）に示す
ように、ゲート電極１７０９〜１７１２の両側壁に接するサイドウォール１７２２〜１７
２４を形成する。エッチングガスとしてはＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いた。
【０１４９】
次いで、図１２（Ｃ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０
６を覆うように、レジスト１７２６を新たに形成し、ゲート電極１７０９、１７１１及び
サイドウォール１７２２、１７２４をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素（代表的
にはＰ又はＡｓ）をドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を
介してドーピングがなされ、島状の半導体層１７０５、１７０７に、一対のｎ型の高濃度
不純物領域１７２７、１７２８が形成される。
【０１５０】
次に、レジスト１７２６をアッシング等により除去した後、不純物領域の熱活性化を行
っても良い。このときに例えば、５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜した後、５５０
℃、４時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なってもよい。また、水素を含む窒化
珪素膜を、１００ｎｍの膜厚に形成した後、４１０℃、１時間、窒素雰囲気下において、
加熱処理を行なってもよい。これらの加熱処理により多結晶半導体膜の欠陥を改善するこ
とができる。これは、多結晶半導体膜中に存在するダングリングボンドを終端させるもの
であり、水素化処理工程などと呼ばれる。
【０１５１】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３０、ｐチャネル型ＴＦＴ１７３
１、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２が形成される。上記作製工程において、エッチバック法
の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整することで、チャネル長０．２μｍ
〜２μｍを有する微細化ＴＦＴを形成することができる。さらに、この後、ＴＦＴ１７３
０〜１７３２を保護するためのパッシベーション膜を形成しても良い。
【０１５２】
次いで、図１２（Ｄ）に示すように、ＴＦＴ１７３０〜１７３２を覆うように、第１の
層間絶縁膜１７３３を形成する。さらに、第１の層間絶縁膜１７３３上に、第２の層間絶
縁膜１７３４を形成する。なお、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３
４中にフィラーを混入させておいても良い。それは、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２
の層間絶縁膜１７３４と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差か
ら生じる応力によって、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３４の膜剥
がれや割れが生じるのを防ぐためである。
【０１５３】
次いで、図１２（Ｄ）に示すように、第１の層間絶縁膜１７３３、第２の層間絶縁膜１
７３４及びゲート絶縁膜１７０８にコンタクトホールを形成し、ＴＦＴ１７３０〜１７３
２に接続する配線１７３５〜１７３９を形成する。なお、配線１７３５、１７３６はｎチ
ャネル型ＴＦＴ１７３０の高濃度不純物領域１７２７に、配線１７３６、１７３７はｐチ
ャネル型ＴＦＴ１７３１の高濃度不純物領域１７２０に、配線１７３８、１７３９はｎチ
ャネル型ＴＦＴ１７３２の高濃度不純物領域１７２８に、それぞれ接続されている。さら
に配線１７３９は、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２のゲート電極１７１１にも接続されてい
る。ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２は、乱数ＲＯＭのメモリ素子として用いることができる
。
【０１５４】
次いで、図１３（Ａ）に示すように、配線１７３５〜１７３９を覆うように、第２の層
間絶縁膜１７３４上に第３の層間絶縁膜１７４１を形成する。第３の層間絶縁膜１７４１
は、配線１７３５が一部露出するように形成する。なお、第３の層間絶縁膜１７４１は、
第１の層間絶縁膜１７３３と同様の材料を用いて形成することが可能である。
【０１５５】
次に、第３の層間絶縁膜１７４１上にアンテナ１７４２を形成する。アンテナ１７４２
は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、
Ｓｎ、Ｎｉなどの金属または金属化合物を含む導電材料を用いることができる。そしてア
ンテナ１７４２は配線１７３５と接続されている。なお、図１３（Ｂ）では、アンテナ１
７４２が配線１７３５と直接接続されているが、本発明の無線ＩＣタグはこの構成に限定
されない。例えば別途形成した配線を用いて、アンテナ１７４２と配線１７３５とを電気
的に接続するようにしても良い。
【０１５６】
アンテナ１７４２は印刷法、フォトリソグラフィ法、蒸着法または液滴吐出法などを用
いて形成することができる。図１３（Ａ）では、アンテナ１７４２が単層の導電膜で形成
されているが、複数の導電膜が積層されたアンテナ１７４２を形成することも可能である
。例えば、Ｎｉなどで形成した配線に、Ｃｕを無電解めっきでコーティングして、アンテ
ナ１７４２を形成しても良い。なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から
吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含
まれる。また印刷法にはスクリーン印刷法、オフセット印刷法などが含まれる。印刷法、
液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずとも、アンテナ１７４２を形成する
ことが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エ
ッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを
用いなくとも良いので、無線ＩＣタグの作製に費やされるコストを抑えることができる。
【０１５７】
液滴吐出法または各種印刷法を用いる場合、例えば、ＣｕをＡｇでコートした導電粒子
なども用いることが可能である。なお液滴吐出法を用いてアンテナ１７４２を形成する場
合、アンテナ１７４２の密着性が高まるような処理を、第３の層間絶縁膜１７４１の表面
に施すことが望ましい。密着性を高める方法として、具体的には、例えば触媒作用により
導電膜または絶縁膜の密着性を高める金属または金属化合物を第３の層間絶縁膜１７４１
の表面に付着させる方法、形成される導電膜または絶縁膜との密着性が高い有機絶縁膜、
金属、金属化合物を第３の層間絶縁膜１７４１の表面に付着させる方法、第３の層間絶縁
膜１７４１の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ処理を施し、表面改質を行な
う方法などが挙げられる。
【０１５８】
第３の層間絶縁膜１７４１に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する場合、
アンテナの正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制御する。具体的には、
導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、例えば１〜１０ｎｍとなるように
制御したり、これらの金属または金属化合物を酸化により部分的に、または全体的に絶縁
化したりすれば良い。或いは、密着性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属化
合物をエッチングにより選択的に除去しても良い。また金属または金属化合物を、予め基
板の全面に付着させるのではなく、液滴吐出法、印刷法、ゾル−ゲル法などを用いて特定
の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、第３の層間絶縁
膜１７４１の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度分散した状態
であっても良い。
【０１５９】
そして、図１３（Ｂ）に示すように、アンテナ１７４２を形成した後、アンテナ１７４
２を覆うように、第３の層間絶縁膜１７４１上に保護層１７４５を形成する。保護層１７
４５は、後に剥離層１７０１をエッチングにより除去する際に、アンテナ１７４２を保護
することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、ア
クリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層１７４５を形成すること
ができる。
【０１６０】
次いで、図１３（Ｃ）に示すように、無線ＩＣタグを個別に分離するために溝１７４６
を形成する。溝１７４６は、剥離層１７０１が露出する程度であれば良い。溝１７４６の
形成は、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。なお、第１の基板１７
００上に形成されている無線ＩＣタグを分離する必要がない場合、必ずしも溝１７４６を
形成する必要はない。
【０１６１】
次いで、図１３（Ｄ）に示すように、剥離層１７０１をエッチングにより除去する。こ
こでは、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、このガスを溝１７４６から導入す
る。例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）を用い、温度を３５０℃とし、流量を３００ｓｃｃ
ｍとし、気圧を７９８パスカル（７９８Ｐａ）とし、処理時間を３時間とした条件で行う
。また、ＣｌＦ３ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲン
を用いることで、剥離層１７０１が選択的にエッチングされ、第１の基板１７００をＴＦ
Ｔ１７３０〜１７３２から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であって
も液体であってもどちらでも良い。
【０１６２】
またエッチング剤を用いることなく、熱処理により、第１の基板１７００を剥離しても
よい。例えば、剥離層１７０１としてタングステン（Ｗ）膜を用い、熱処理を行って、タ
ングステン膜上面に酸化タングステン（ＷＯＸ）膜を形成する。そうすると、酸化タング
ステン膜が形成されることで、剥離層１７０１と下地絶縁膜１７０２の間がもろい状態と
なるため、ガラス基板を容易に剥離することができる。
【０１６３】
次に図１４（Ａ）に示すように、剥離されたＴＦＴ１７３０〜１７３２及びアンテナ１
７４２を、接着剤１７５０を用いて第２の基板１７５１に貼り合わせる。接着剤１７５０
は、第２の基板１７５１と下地絶縁膜１７０２とを貼り合わせることができる材料を用い
る。接着剤１７５０は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤
等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１６４】
なお、第２の基板１７５１として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材
料を用いることができる。
【０１６５】
次いで、図１４（Ｂ）に示すように、保護層１７４５を除去した後、アンテナ１７４２
を覆うように接着剤１７５２を第３の層間絶縁膜１７４１上に塗布し、カバー材１７５３
を貼り合わせる。カバー材１７５３は第２の基板１７５１と同様に、フレキシブルな紙ま
たはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。接着剤１７５２の厚さは、例え
ば１０〜２００μｍとすれば良い。
【０１６６】
また接着剤１７５２は、カバー材１７５３と第３の層間絶縁膜１７４１及びアンテナ１
７４２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤１７５２は、例えば反応硬化
型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤など
の各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１６７】
上述した各工程を経て、無線ＩＣタグが完成する。上記作製方法によって、トータルの
膜厚が０．３μｍ以上３μｍ以下、代表的には２μｍ程度の飛躍的に薄い集積回路を第２
の基板１７５１とカバー材１７５３との間に形成することができる。
【０１６８】
なお、集積回路の厚さは、半導体素子自体の厚さのみならず、接着剤１７５０と接着剤
１７５２との間に形成された各種絶縁膜及び層間絶縁膜の厚さを含めるものとする。また
、無線ＩＣタグが有する集積回路の占める平面面積を、５ｍｍ四方（２５ｍｍ２）以下、
より望ましくは０．３ｍｍ四方（０．０９ｍｍ２）〜４ｍｍ四方（１６ｍｍ２）程度とす
ることができる。
【０１６９】
なお、本実施の形態では、耐熱性の高い第１の基板１７００と集積回路の間に剥離層を
設け、エッチングにより剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離する方法につい
て示したが、本発明の無線ＩＣタグの作製方法は、この構成に限定されない。例えば、耐
熱性の高い基板と集積回路の間に金属酸化膜を設け、この金属酸化膜を結晶化により脆弱
化して集積回路を剥離しても良い。或いは、耐熱性の高い基板と集積回路の間に、水素を
含む非晶質半導体膜を用いた剥離層を設け、レーザビームの照射によりこの剥離層を除去
することで基板と集積回路とを剥離しても良い。あるいは、集積回路が形成された耐熱性
の高い基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで集積回路
を基板から切り離しても良い。
【０１７０】
なお、本実施の形態では、アンテナを集積回路と同じ基板上に形成している例について
説明したが、本発明はこの構成に限定されない。別の基板上に形成したアンテナと集積回
路とを、後に貼り合わせることで、電気的に接続するようにしても良い。
【０１７１】
なお、一般的にＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉ
ｆｉｃａｔｉｏｎ）で用いられている電波の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ
、８６０〜９６０ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚが多く、これらの周波数の電波を検波できるよ
うに無線ＩＣタグを形成することが、汎用性を高める上で非常に重要である。
【０１７２】
本実施の形態の無線ＩＣタグでは、半導体基板を用いて形成されたＲＦＩＤタグよりも
電波が遮蔽されにくく、電波の遮蔽により信号が減衰するのを防ぐことができるというメ
リットを有している。よって、半導体基板を用いずに済むので、無線ＩＣタグのコストを
大幅に低くすることができる。
【０１７３】
なお、本実施の形態では、集積回路を剥離して、可撓性を有する基板に貼り合わせる例
について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えばガラス基板のように、集
積回路の作製工程における熱処理に耐えうるような、耐熱温度を有している基板を用いる
場合、必ずしも集積回路を剥離する必要はない。
【実施例８】
【０１７４】
本実施例では本発明により作製した半導体装置を用いた具体例を説明する。
【０１７５】
図１５（Ａ）は表示装置であり、筐体２２０１、支持台２２０２、表示部２２０３、ス
ピーカー部２２０４、ビデオ入力端子２２０５などを含む。表示部２２０３は薄膜トラン
ジスタで画素を構成するものであり、実施例６で説明したＥＬ表示装置を用いても良い。
表示部２２０３を構成する薄膜トランジスタを本発明を用いて作製することにより、欠陥
が少なく明るい表示を実現できる。また、表示部２２０３はメモリ、駆動回路部等を有し
ていてもよく、本発明の半導体装置をメモリ、駆動回路部等に適用してもよい。なお表示
部として、液晶の電気光学効果を利用した液晶表示装置、エレクトロルミネセンス等の発
光材料を用いた表示装置、電子源素子を用いた表示装置、電場の印加により反射率が変化
するコントラスト媒体（電子インクとも呼ばれる）を用いた表示装置など、薄膜トランジ
スタと各種表示媒体を組み合わせた様々なものが含まれる。利用形態として、コンピュー
タ用、テレビジョン用、電子書籍等の情報表示機器用、広告表示用若しくは案内表示用な
ど全ての情報表示用機器が含まれる。
【０１７６】
図１５（Ｂ）はコンピュータであり、筐体２２１１、表示部２２１２、キーボード２２
１３、外部接続ポート２２１４、ポインティングマウス２２１５などを含む。表示部２２
１２やコンピュータに付随するＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに薄膜トランジスタを有
する。本発明を用いて作製された半導体装置を表示部２２１２やコンピュータに付随する
ＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに用いることで、性能が向上し、駆動能力を高くするこ
とができる。
【０１７７】
また、図１５（Ｃ）は携帯電話機であり、携帯端末の１つの代表例である。この携帯電
話機は筐体２２２１、表示部２２２２、操作キー２２２３などを含む。表示部２２２２や
携帯電話機に付随するＣＰＵ、メモリなどの機能回路部に薄膜トランジスタを有する。本
発明を用いて作製された半導体装置を、表示部２２２２や携帯電話機に付随するＣＰＵ、
メモリなどの機能回路部に用いることで、性能が向上し、駆動能力を高くすることができ
る。本発明を用いて作製された半導体装置は、上記の携帯電話を初めとして、ＰＤＡ（Ｐ
ｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ、情報携帯端末）、デジタルカ
メラ、小型ゲーム機などの電子機器に用いることができる。
【０１７８】
また、図１５（Ｄ）、（Ｅ）はデジタルカメラである。なお、図１５（Ｅ）は、図１５
（Ｄ）の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体２２３１、表示部２２３２、
レンズ２２３３、操作キー２２３４、シャッター２２３５などを有する。表示部２２３２
や表示部２２３２を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明により
作製された薄膜トランジスタを、表示部２２３２や表示部２２３２を制御する駆動回路部
、及び他の回路などに用いることで、性能が向上し、駆動能力を高くすることができる。
【０１７９】
図１５（Ｆ）はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体２２
４１、表示部２２４２、筐体２２４３、外部接続ポート２２４４、リモコン受信部２２４
５、受像部２２４６、バッテリー２２４７、音声入力部２２４８、操作キー２２４９、接
眼部２２５０などを有する。表示部２２４２や表示部２２４２を制御する駆動回路部など
に薄膜トランジスタを有する。本発明を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２
２４２や表示部２２４２を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、性能
が向上し、駆動能力を高くすることができる。
【０１８０】
また、本発明を用いて作製した薄膜トランジスタを薄膜集積回路、または非接触型薄膜
集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることもできる。他の実施の
形態で示した作製方法を用いることにより作製された薄膜集積回路および非接触型薄膜集
積回路は、タグやメモリに用いることができる。
【０１８１】
図１６（Ａ）は、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を貼り付けている状態を
示している。また、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を埋め込んでもよい。同
様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラ
ベラーズチェック（Ｔ／Ｃ）、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ＩＣタグを貼り
付けたり埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ＩＣタ
グに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を
設定する。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別すること
が可能になる。
【０１８２】
このほかに、無線ＩＣタグをメモリとして用いることも可能である。図１６（Ｂ）は、
無線ＩＣタグ２３１１を野菜の包装に貼り付けるラベルに埋め込んだ例を示している。ま
た、包装そのものに無線ＩＣタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ＩＣ
タグ２３１１には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや
、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを
記録することが可能になる。無線ＩＣタグ２３１１からの情報は、無線式のリーダ２３１
２のアンテナ部２３１３で受信して読み取り、リーダ２３１２の表示部２３１４に表示す
ることによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産
者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス
権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている
。
【０１８３】
また、無線ＩＣタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ＩＣタグに会
計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ＩＣ
タグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると
、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。
【０１８４】
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、以下に記す方法にすることも可能であ
る。レジで会計をする段階で、（１）無線ＩＣタグに入力されているデータを暗証番号な
どでロックする、（２）無線ＩＣタグに入力されているデータそのものを暗号化する、（
３）無線ＩＣタグに入力されているデータを消去する、（４）無線ＩＣタグに入力されて
いるデータを破壊する、のいずれかを行う。そして、出口にチェック手段を設け、（１）
〜（４）のいずれかの処理が行われたか、または無線ＩＣタグのデータに何も処理が行わ
れていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。この
ようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志
に反して無線ＩＣタグの情報を読み取られることを防止することができる。
【０１８５】
なお、（４）の無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する方法をいくつか挙げる
ことができる。例えば、（ａ）無線ＩＣタグが有する電子データの少なくとも一部に「０
（オフ）」若しくは「１（オン）」、または「０」と「１」の両方を書き込んでデータの
みを破壊する方法や、（ｂ）無線ＩＣタグに電流を過剰に流し、無線ＩＣタグが有する半
導体素子の配線の一部を物理的に破壊する方法などを用いることができる。
【０１８６】
以上に挙げた無線タグは、従来用いているバーコードより製造コストが高いため、コス
ト低減を図る必要がある。本発明を用いることによって、半導体膜の均一なレーザアニー
ルが可能であるため、品質が良好でばらつきのない半導体装置を効率良く作製することが
でき、コストの低減に有効である。さらに、どの無線タグも品質が高く、性能のばらつき
がない信頼性の高い無線タグを製作することができる。
【０１８７】
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明に
より作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。
【符号の説明】
【０１８８】
１１ ビーム
１２ 分割ビーム
１３ 分割ビーム
４０１ 第１のレーザビーム
４０２ 第２のレーザビーム
４０３ 被照射体
４０４ 基板
４０５ パルス先端
４０６ パルス終端
４０７ パルス先端
４０８ パルス終端
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザ照射により半導体装置を作製する方法及びレーザ照射装置に関するもの
である。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の作製においてレーザ照射がよく用いられている。その理由として一つは、
輻射加熱又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
があげられる。またもう一つの理由として、ガラス基板のような熱変形しやすい基板に対
し、熱的損傷を与えないことが挙げられる。
【０００３】
一方で、レーザビームのビーム断面にはエネルギー強度分布（以下、強度分布とも言う
）があり、被照射体に一様な強度でレーザビームを照射できなかった。例えばレーザアニ
ールによって被照射体を結晶化する場合は一様な結晶性を有する半導体膜が得られなかっ
た。
【０００４】
これに対し、レーザビームを複数に分割し、分割したビームを合成して、強度分布を一
様にする技術がある。
【０００５】
しかしこの方法ではビーム断面における強度分布が一様になる一方で、分割されたビー
ム（以下、分割ビームとも言う）間の干渉が生じていた。これは分割ビームを合成すると
きに、ビーム同士が互いに干渉を起こすためである。したがって、当初のビーム断面の強
度分布はなくなるものの、干渉により新たに強度分布が生じてしまうため、照射面に一様
な強度でレーザビームを照射することはできなかった。
【０００６】
この問題に対応し、特許文献１は、遅延板を使って分割されたビーム同士に時間的可干
渉距離（コヒーレント長）以上の光路差を設け、ビームの分割に伴う干渉を抑えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８７７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１で設ける光路差はコヒーレント長以上であるため、長い光路差を設ける必要
があった。例えば固体レーザから発振されるレーザビームの場合は、コヒーレント長が数
ｍ〜数ｋｍにもなり、このような光路差を設ける光学系の作製は非現実的であった。
【０００９】
また、分割ビーム同士に光路差を設けると、照射面に到達するまでの時間が分割ビーム
毎に異なり、光路差が大きいほどビーム毎の到達時間の差は大きくなってしまう。したが
って、分割ビームに設けられた光路差が長すぎると、半導体膜を照射する際、遅延されて
いない方のビーム照射によって溶融した半導体膜部分が固化した後に、遅延された方のビ
ームが照射されることがあった。その場合、遅延されていない分割ビーム照射による結晶
成長が終了した状態で、次の分割ビームが照射されるため、連続的に結晶成長した結晶性
半導体膜が得られず大きい結晶粒を形成できなかった。また、このような照射方法で半導
体膜の結晶化を行う場合、熱的に不連続な現象となるため、エネルギー分布の一様なレー
ザビームを照射する工程とは全く異なるものとなった。
【００１０】
以上の課題を鑑み、本発明はビーム断面の強度を均一にしつつビーム干渉を防止する小
型のレーザビーム照射装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射体の結
晶化において、連続的な結晶成長ができる半導体装置の作製方法を提供することを目的と
する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の特徴の一つは、レーザビームを複数に分割し、複数の分割ビームから選択され
る任意の２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに対して、他方の分割ビームに光
路差を設け、光路差が設けられた分割ビームを半導体膜の共通の部分に対してそれぞれ異
なる期間に照射して結晶化する半導体装置の作製方法であり、レーザビームはパルス幅１
００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のパルスレーザビームとし、光路差はレ
ーザビームのパルス幅に相当する長さ以上、コヒーレント長またはパルス発振間隔に相当
する長さ未満とすることである。
【００１２】
また、本発明の特徴の一つは、レーザビームを少なくとも第１のビームと第２のビーム
に分割し、第１のビームと第２のビームを半導体膜の共通部分に対してそれぞれ異なる期
間に照射して結晶化する半導体装置の作製方法であり、第１のビームの第１の光路と、第
２のビームの第２の光路との間に光路差を設け、光路差をレーザビームのパルス幅に相当
する長さ以上、コヒーレント長またはパルス発振間隔に相当する長さ未満とすることであ
る。レーザビームはパルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のパルス
レーザである。
【００１３】
本発明の特徴の一つは、レーザビームを複数に分割し、複数の分割ビームから選択され
る任意の２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに、他方の分割ビームに対して時
間差を設け、半導体膜への到達時間の時間差が設けられた分割ビームを半導体膜の共通部
分に対しそれぞれ異なる期間に照射して結晶化する半導体装置の作製方法であり、レーザ
ビームはパルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のパルスレーザとし
、時間差はレーザビームのパルス幅以上、コヒーレント長に相当する時間またはパルス発
振間隔未満とすることである。
【００１４】
本発明の特徴の一つは、パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上の
レーザビームを第１のレーザビームと第２のレーザビームに分割し、第２のレーザビーム
を第１のレーザビームに対して遅延させ、第１のレーザビームと、遅延させた第２のレー
ザビームを半導体膜の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射することにより半導体膜
を結晶化し、第１のレーザビームの照射により半導体膜が溶融している間に、第２のレー
ザビームが半導体膜に照射されることである。
【００１５】
本発明の特徴の一つは、レーザ発振源から発振された、パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ
以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを複数に分割する手段と、複数に分割された
レーザビームから選択される任意の２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに、他
方の分割ビームに対して光路差を設ける手段と、分割ビームを被照射体の共通部分に照射
する手段とを有するレーザ照射装置であり、光路差を設ける手段は、複数に分割されたレ
ーザビーム同士に、パルス幅に相当する長さ以上、コヒーレント長またはパルス発振間隔
に相当する長さ未満の光路差を設けることである。
【００１６】
なお、本明細書においてメガヘルツレーザビームとは、周波数１０ＭＨｚ以上、パルス
幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下の極短パルスを有するレーザビームを言う。なお、本発明に
おいて、共通部分にレーザビームを照射するとは、レーザビームの照射領域同士が必ずし
も完全に一致していることを意味するとは限らず、レーザビームの照射領域同士が共通部
分を有していれば良い。
【００１７】
一般的に半導体膜の結晶化に用いられるレーザビームとして、パルス幅２５〜２００ｎ
ｓであるエキシマレーザが用いられる。このようなエキシマレーザはパルス幅がある程度
長いため、結晶化のような原子の再配列に時間を要するプロセスに向いており、直径１０
０〜３００ｎｍ程度の結晶粒を形成することができる。一方で、パルス幅１ｎｓ以下の極
短パルスレーザは、パルス幅が短すぎるため充分な大きさになるまで結晶粒が成長せず、
結晶化には不向きであった。
【００１８】
しかしながら、本発明人は実験により極短パルスレーザであっても、周波数を高くする
ことで半導体膜の加熱時間を長くし、連続的に被照射体にエネルギーを与え、半導体膜の
結晶粒を充分大きくすることが可能であることを見出した。それがパルス幅１００ｆｓ以
上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上であるメガヘルツレーザビームである。本発明は、
１００ｆｓ以上１ｎｓ以下といった非常に短いパルス幅であっても、周波数を１０ＭＨｚ
以上とすることで、結晶化に必要な熱エネルギーを半導体膜に連続的に与え、半導体膜の
結晶化を行うものである。
【００１９】
さらに、パルス幅以上の光路差を設けることで光干渉を抑えることを見出し、メガヘル
ツレーザビームにおいて光干渉を抑える際に非常に短い長さの光路差により光干渉を抑え
るものである。
【００２０】
一方で、極短パルスレーザは、その高い尖塔出力を利用して、形状加工に用いられてい
る。しかし形状加工に用いるレーザビームは被照射体を溶融するのではなく、被照射体の
一部を瞬時に昇華させて穴を形成したり溝を形成したりするものである。そのため、半導
体膜の結晶化に用いるレーザビームとは異質であり、結晶化に用いるレーザビームよりも
非常に高いエネルギー密度のレーザビームを用いている。
【００２１】
本発明は分割ビーム間に光路差または時間差を設けることが特徴の一つである。光路差
を設けるのも、時間差を設けるのも、分割ビームが照射面に到達するタイミングをずらす
という意味では同意味である。ただし本明細書においては、長さの単位で示したものを光
路差、時間の単位で示したものを時間差と使う。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、メガヘルツレーザビームを分割して、分割したビームにメガヘルツレーザビ
ームのパルス幅に相当する長さ以上コヒーレント長未満の光路差をつけ、分割ビーム同士
の干渉を防止する。もしくは分割ビームにメガヘルツレーザビームのパルス幅以上の時間
差を設け分割ビーム同士の干渉を防止する。これにより、わずかな光路差（時間差）で光
干渉なく一様な強度分布のビーム照射を可能にする。よって、光路差をつけるための光学
系も小さくてすみ、レーザ照射装置が小型化になるというメリットがある。
【００２３】
周波数を１０ＭＨｚ以上とすることで、連続的に半導体膜に熱を与えることができるた
め、連続的な結晶成長が可能となる。また、パルス幅を１ｎｓ以下とすることで、分割さ
れたビーム間の光路差を数１０ｃｍ以下とすることができるため、現実的に設計可能な光
学系を作製することができる。さらに、パルス幅を１００ｆｓ以上とすることで、レーザ
装置の構造を簡易にできるため工業的に有利である。
【００２４】
周波数１０ＭＨｚ以上、パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下のメガヘルツレーザビーム
においては、パルス幅に相当する長さとコヒーレント長を比較すると、絶対的にパルス幅
に相当する長さの方が短いため、本発明は非常に短い光路差で干渉を抑えることができ有
効である。
【００２５】
また、本発明は分割レーザ同士の光路差が短いため、干渉を抑えつつ、分割ビームを連
続的に半導体膜に照射することが可能であり、半導体膜の結晶を連続的に成長させ、大粒
径の結晶を形成することができる。つまり、メガヘルツレーザビームを第１のビームと第
２のビームに分割し、第１のビームによって溶融された半導体膜が固化する前に第２のビ
ームを照射することが可能となる。
【００２６】
また、本発明はパルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下の極短パルスのレーザビームであっ
ても、周波数を１０ＭＨｚ以上とすることで、半導体膜を結晶化することを可能にする。
【００２７】
よって、本発明は被照射体に均一な強度分布で光干渉なくレーザビームを照射すること
ができる。さらに、被照射体が半導体膜のときは、分割ビームの間で連続的に半導体膜を
結晶成長させることができ、均一で且つ大粒径の結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態１を説明する図。
【図２】実施形態１を説明する図。
【図３】実施形態２を説明する図。
【図４】実施形態２を説明する図。
【図５】実施例１を説明する図。
【図６】実施例１を説明する図。
【図７】実施例２を説明する図。
【図８】実施例３を説明する図。
【図９】実施例４を説明する図。
【図１０】実施例５を説明する図。
【図１１】実施例７を説明する図。
【図１２】実施例７を説明する図。
【図１３】実施例７を説明する図。
【図１４】実施例７を説明する図。
【図１５】実施例８を説明する図。
【図１６】実施例８を説明する図。
【図１７】実施例６を説明する図。
【図１８】メガヘルツレーザビームの顕微鏡写真。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多く
の異なる態様で実施することが可能であり、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、本発明は本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。
【００３０】
また、以下に示す実施形態１及び２は実施可能な範囲で自由に組み合わせることが可能
である。
【００３１】
（実施の形態１）
図１（Ａ）〜（Ｈ）にメガヘルツレーザビームを分割して被照射体の共通部分に対しそ
れぞれ異なる期間に照射するときの各ビーム断面形状と強度分布を示す。図１（Ａ）はメ
ガヘルツレーザビーム分割前、図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）はメガヘルツレーザビーム分割
時、図１（Ｄ）はメガヘルツレーザビームを被照射体の共通部分に対しそれぞれ異なる期
間に照射する時のそれぞれのビーム断面である。図１（Ｅ）は分割前のビーム断面におけ
る強度分布、図１（Ｆ）、（Ｇ）は分割時のビーム断面における強度分布、図１（Ｈ）は
分割ビーム１２、１３の照射により合成された熱エネルギー分布を表す。ここではメガヘ
ルツレーザビームを２つに分割する例を示すが、２つ以上であればいくつに分割しても良
い。分割数が多いほど分割ビームを照射した際の被照射体におけるビームの熱エネルギー
強度は均一になる。なお、図１（Ａ）〜（Ｄ）に示すビーム断面形状、図１（Ｅ）、（Ｆ
）に示すビーム強度分布、及び図１（Ｇ）に示す熱エネルギー分布は一例にすぎず、これ
に限定されない。
【００３２】
分割前のビーム１１の断面は円形であり、その強度分布はガウス分布を有する（図１（
Ａ）、（Ｅ））。ビーム１１を分割して分割ビーム１２、１３が形成され、分割ビーム断
面は半円状となり、強度分布もガウス分布を半分で割ったような分布となる（図１（Ｂ）
、（Ｃ）、（Ｆ）、（Ｇ））。そして互いの強度の和が一定になるように分割ビーム１２
、１３を被照射体の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射し、均一な熱エネルギー分
布を被照射体の共通部分に与える（図１（Ｄ）、（Ｈ））。ビームを分割して合成すると
ビーム断面における強度分布は緩和される。しかし、分割ビーム１２、１３を同じタイミ
ングで被照射体の共通部分に照射すると新たに干渉が生じるため、図２に示すように、分
割ビームがそれぞれ被照射体に到達する時間に時間差を設けることが必要になってくる。
【００３３】
図２（Ａ）にメガヘルツレーザビームの一例として、１２．５ｎｓのパルス発振間隔を
持つメガヘルツレーザビームを示す。図１（Ａ）〜（Ｈ）で説明したようにビーム１１の
空間プロファイルを２分割し、分割ビーム１２、１３を形成する（図２（Ｂ））。そして
図２（Ｃ）に示すように、分割ビーム１２、１３が被照射体に照射される時の干渉を抑え
るために、分割ビーム１３を分割ビーム１２に対しある光路差（時間差）の分だけ遅延さ
せる。このときの時間差はビーム１１のパルス幅以上パルス発振間隔未満とする。時間差
をパルス幅未満とすると、分割ビーム１２と分割ビーム１３のパルスが重なってしまうた
め、光干渉が生じてしまう。また、時間差をビーム１１のパルス発振間隔とすると、レー
ザ源から周期的に発振されるパルスと遅延させた分割ビーム１３のパルスが重なってしま
い干渉が起きる。また、時間差をビーム１１のパルス発振間隔以上とすると、３ｍ以上の
光路差を設けなければならず、現実的でない。そのため時間差はパルス発振間隔未満とす
る必要がある。したがって、上記時間差を分割ビームに設定することで光干渉がなく、均
一なレーザビームを照射面に照射できる。また、ビーム１１を３つ以上に分割した場合は
、分割ビームから任意に選択されるいずれの２つの分割ビームにおいても、上記分割ビー
ム１２、１３の関係となっていれば良い。即ち、複数の分割ビームから任意に選択される
２つの分割ビームにおいて、一方の分割ビームに対し他方の分割ビームを、パルス幅以上
パルス発振間隔未満の時間だけ遅延させれば良い。
【００３４】
厳密には、設ける時間差の上限はパルス発振間隔からパルス幅を差し引いた時間となる
。つまり、時間差ｔｄ、パルス幅ａ、パルス発振間隔１／Ｎ（Ｎはレーザビームの周波数
）とするとき、ａ＜ｔｄ＜１／Ｎ−ａとなる。
【００３５】
本明細書においてパルス発振間隔とは、メガヘルツレーザビームの周波数をＮとしたと
きに、１／Ｎをパルス発振間隔とする。
【００３６】
分割ビーム１２が被照射体に照射されると光エネルギーは熱エネルギーに変換される。
このときの熱エネルギー分布は分割ビーム１２の強度分布を反映したものとなる。しかし
、分割ビーム間の光路差が長すぎる場合、分割ビーム１３の照射前に、分割ビーム１２に
より被照射体に与えられた熱エネルギーの拡散が始まり熱エネルギー分布が変化してしま
う。そのため分割ビーム１３の照射による熱エネルギー分布を、分割ビーム１２の照射に
よる熱エネルギー分布に合成しても均一な熱エネルギー分布が得られなくなる。つまり、
被照射体を均一にレーザ照射することが不可能となる。したがって、分割ビーム１３は分
割ビーム１２により発生した熱エネルギーの拡散が起こるまでの間に照射するのが好まし
い。
【００３７】
本発明は光路差をメガヘルツレーザビームのパルス幅に相当する長さ以上パルス発振間
隔に相当する長さ未満とするため、光路差を非常に短くすることができ、分割ビーム１２
の熱エネルギーが拡散する前に分割ビーム１３を照射することができる。したがって、よ
り確実に均一なエネルギーを照射面に与えることができる。
【００３８】
また、従来のコヒーレント長以上の光路差を設けて光干渉を抑える場合は、設ける光路
差が長いため、分割ビーム１３が照射面に到達するまでに分割ビーム１３のエネルギーが
減退してしまい、効率よくレーザを照射できなかった。加えて光路差が長いと、分割ビー
ム１２の照射により被照射体に与えたエネルギーが拡散した後に、分割ビーム１３が照射
されてしまい、分割ビーム間で連続的なエネルギーを被照射体に付与することができなか
った。例えばレーザ照射により半導体を結晶化する場合、分割ビーム１２の照射により溶
融した半導体が固化した後に分割ビーム１３が照射され、分割ビーム間で連続的に結晶成
長させることができず、大粒径の結晶を得ることができなかった。
【００３９】
これに対し本発明は、分割ビームに光路差を設けても、その光路差がＭＨｚレーザのパ
ルス幅に相当する長さ以上と非常に短いため、エネルギーの減退が少ない状態で分割ビー
ムを連続的に照射することができる。また、分割ビームにより被照射面に連続的にエネル
ギーを与えることができ、光干渉を抑えつつ照射面に高いエネルギーを効率よく与えるこ
とができる。よって、半導体の結晶化に本発明を適用した場合は連続的な結晶成長を実現
し、大粒径の結晶を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明におけるパルス幅に相当する長さとはパルス幅に光速を乗じた値であり、
パルス発振間隔に相当する長さとはパルス発振間隔に光速を乗じた値である。
【００４１】
図１８にシリコンの顕微鏡写真を示す。周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１５ｐｓのＹＶＯ
４レーザを用いて、アモルファスシリコンを結晶化したときのシリコンを写している。図
１８（Ａ）、（Ｂ）ともにＹＶＯ４レーザビームを分割して照射しており、図１８（Ａ）
は分割ビーム同士に時間差を設けない条件で結晶化したものであり、図１８（Ｂ）は分割
ビーム同士に約２５ｐｓの時間差を設けて結晶化したものである。
【００４２】
図１８（Ａ）に示した写真は周期的な干渉縞がはっきり確認できる。一方、図１８（Ｂ
）は干渉縞がなく一様な結晶状態が確認できる。
【００４３】
以上より、本発明は非常に短い光路差を設定することで分割ビーム同士の光干渉をなく
すことができ、均一な熱エネルギー分布を与えるメガヘルツレーザビームにより半導体膜
の結晶化を可能にするものである。
【００４４】
（実施の形態２）
本形態では、ガラス基板または石英基板上の被照射体にレーザビームを照射する形態に
ついて説明する。ガラス基板や石英基板上に被照射体がある場合は、被照射体で吸収しき
れなかったレーザビームが基板裏面で反射され、再度被照射体に照射されることがある。
その場合には、光干渉防止のための光路差を決定する際に、基板裏面からの反射光の挙動
も考慮する必要がある。本形態では、基板裏面における反射光も考慮した光路差の設定に
ついて図３、図４を用いて説明する。なお、時間差ｔｄはレーザビームの発振間隔１／Ｎ
未満とする。理由は時間差をレーザビームのパルス発振間隔以上とすると、現状の技術で
は３ｍ以上の光路差を設けなければならず、現実的でないからである。もう一つの理由は
、時間差をレーザビームのパルス発振間隔とすると、レーザ源から周期的に発振されるパ
ルスと遅延させた分割ビームのパルスが重なってしまい干渉が起きるからである。
【００４５】
図３、図４において、メガヘルツレーザビームを二つに分割して形成した分割ビームの
一つを第１のレーザビーム４０１、もう一つの分割ビームを第２のレーザビーム４０２と
する。もしくは、メガヘルツレーザビームを複数に分割した場合は、複数ある分割ビーム
のうち、任意の二つのレーザビームに着目する。そして、その二つのレーザビームのうち
、先に照射される分割ビームを第１のレーザビーム４０１、後で照射される分割ビームを
第２のレーザビーム４０２とする。
【００４６】
第１のレーザビーム４０１、第２のレーザビーム４０２を照射した際に、基板４０４上
の被照射体４０３において第１と第２のレーザビーム間の干渉を防止できる条件は、第１
のレーザビーム４０１が基板４０４内を伝播する時間ｔ１〜ｔ３に応じて以下の３つに分
類できる。なお、本形態では被照射体４０３としてアモルファスシリコン膜を用い、基板
４０４としてガラス基板を用いる。
【００４７】
第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３を通過し、基板４０４の裏面で反射し、再
び被照射体４０３を通過した後に、遅延した第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３
に照射される場合について図３を用いて説明する。図３（Ａ）は第１のレーザビーム４０
１が被照射体４０３に照射された瞬間を表し、第１のレーザビーム４０１のパルス先端４
０５が被照射体４０３に到達している。このとき時間ｔ＝０とする。
【００４８】
図３（Ａ）の状態からｔ１秒後経過したときの状態を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）は
第１のレーザビーム４０１のパルス先端４０５が被照射体４０３を通過し、基板裏面で反
射されてから再び被照射体４０３に照射された瞬間の図である。ここで、第１のレーザビ
ームのパルス先端４０５が基板４０４中を伝播する時間ｔ１は基板の厚さをＤ、基板の屈
折率をｎ、光速をｃとすると、ｔ１＝２ｎＤ／ｃで表される。
【００４９】
次に、図３（Ｂ）の状態からｔ２秒後経過したときの状態を図３（Ｃ）に示す。図３（
Ｃ）は、第１のレーザビーム４０１のパルス終端４０６が被照射体４０３を通過した状態
を表しており、ｔ２は第１のレーザビーム４０１のパルス幅に相当する。図３（Ｃ）にお
いて被照射体４０３は第１のレーザビーム４０１の位相情報を保持した状態である。
【００５０】
次に、図３（Ｄ）は図３（Ｃ）の状態から、被照射体４０３の位相緩和時間ｔ３が経過
した時の状態を示すものである。図３（Ｄ）では被照射体４０３が第１のレーザビーム４
０１の位相情報を保持していないため、ここに、第２のレーザビーム４０２を照射しても
、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２の間での干渉は起こらないこと
になる。このとき、第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから（図３
（Ａ）の状態）、第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３に照射されるまで（図３（
Ｄ）の状態）の時間はｔ１＋ｔ２＋ｔ３となる。したがって、第１のレーザビームと第２
のレーザビームとの間で光干渉を抑えるには、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザ
ビーム４０２との間の時間差ｔｄを上記の時間ｔ１＋ｔ２＋ｔ３よりも大きくすれば良い
。即ち以下の式１が成り立つ。
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ （式１）
【００５１】
ただし、レーザ発振器からは１／Ｎ秒（Ｎはレーザビームの周波数）の発振間隔でレー
ザパルスが射出しているため、第２のレーザビーム４０２は第１のレーザビーム４０１と
の差だけでなく、第１のレーザビーム４０１から１／Ｎ秒後に射出された第３のレーザビ
ームとの差も考慮する必要がある。そのためには、被照射体４０３において、第２のレー
ザビーム４０２による位相情報が消失した後に、第１のレーザビーム４０１から１／Ｎ秒
後に射出された第３のレーザビームが被照射体４０３に到達するようにすると良い。つま
り、第２のレーザビーム４０２が基板裏面で反射され再び被照射体４０３に照射され、被
照射体４０３を通過した後に、第３のレーザビームが照射されれば良い。図３において、
第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから、第２のレーザビーム４０
２が基板裏面で反射後に被照射体４０３を再び通過するまでの時間はｔｄ＋ｔ１＋ｔ２＋
ｔ３で表される。ここで、レーザパルスの発振間隔１／Ｎが上記の時間ｔｄ＋ｔ１＋ｔ２
＋ｔ３よりも大きいならば、第２のレーザビーム４０２と第３のレーザビームは被照射体
４０３において時間的に重なり合うことがなく、レーザビーム間の干渉が防止できること
になる。上記の条件により、時間差ｔｄは下記の式２で表すことができる。
ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ１−ｔ２−ｔ３ （式２）
【００５２】
上記の式１、式２をまとめると、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０
２との間での干渉を防止することができる時間差ｔｄの条件は、以下の式３で表すことが
できる。
ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ１−ｔ２−ｔ３ （式３）
【００５３】
なお、位相緩和時間とはレーザビームが被照射体に吸収されてから、レーザビームの位
相情報量が１／ｅ（ｅは自然対数）となるまでの時間を指す。したがって、上記位相緩和
時間ｔ３は第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に吸収されてから位相情報が１／
ｅとなるまでの時間となる。しかし、この時間はパルス幅と比較して非常に短くｔ３≒０
と見なして良い。よって式３は式４で表すことができる。
ｔ１＋ｔ２＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ１−ｔ２ （式４）
【００５４】
つまり、上記式３または式４を満たすような時間差ｔｄを分割ビームの第１のレーザビ
ーム４０１と第２のレーザビームとの間に設けると、基板裏面で反射した第１のレーザビ
ーム４０１とも干渉をおこさずに被照射体に第２のレーザビーム４０２を照射することが
できる。ｔ１は２ｎＤ／ｃ、ｔ２はパルス幅、１／Ｎはパルス発振間隔であるため、これ
らの値よりｔｄを算出し時間差（光路差）を設定する。メガヘルツレーザビームを３つ以
上に分割した場合は、分割ビームのうち、任意の２つの分割ビームに式３または式４を満
たす時間差ｔｄを設ければ、干渉を防止できる。
【００５５】
以上より、基板裏面における反射光を考慮する場合は、設ける時間差（光路差）の下限
として、パルス幅ｔ２に第１のレーザビームが基板を伝播する時間ｔ１を足した値を用い
れば良い。また、設ける時間差（光路差）の上限としても、発振間隔からパルス幅ｔ２だ
けでなく、第１のレーザビームが基板を伝播する時間ｔ１も差し引いた値を用いればよい
。
【００５６】
以上で求めた式３または式４により、第１のレーザビームと第２のレーザビーム間の時
間差ｔｄを決定でき、光学系に必要となる光路差が計算できる。例えばレーザ発振器１０
１から射出するレーザビームのパルス幅ｔ２が１０ｐｓ、照射面である被照射体４０３の
位相緩和時間ｔ３が０．１ｐｓ、基板の厚さが１ｍｍ、基板の屈折率が１．５である場合
、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＝２０．１ｐｓとなる。よって式３よりレーザビーム間の時間差ｔｄ
を２０．１ｐｓ以上とすれば、照射面における光干渉を防止することができる。また、時
間差ｔｄの上限については１／Ｎ−ｔ１−ｔ２−ｔ３により計算され、パルス発振間隔１
／Ｎが１０ｎｓの場合、遅延時間の上限値は９．９８ｎｓとなり、時間差ｔｄを２０．１
ｐｓ〜９．９８ｎｓに設定すれば光干渉を防止できる。
【００５７】
なお、メガヘルツレーザビームにより被照射体を結晶化するときは、被照射体の固化時
間以内に時間差ｔｄを設定するようにすると良い。固化時間以内に遅延時間を設定すれば
、第１のレーザビームと第２のレーザビームにより被照射体に連続的なビーム照射ができ
、分割ビーム間における連続的な結晶成長が実現できる。したがって、時間差ｔｄは上記
式３または式４の範囲内で被照射体の溶融時間等に応じ実施者が適時調整すると良い。例
えばシリコンの固化時間は１００ｎｓであるため、時間差ｔｄが１００ｎｓ以内になるよ
うに設定すれば、シリコンを連続的に結晶成長させることができる。
【００５８】
次に、図４を用いて、第１のレーザビームと第２のレーザビームとの間の干渉を防止す
る別の例を説明する。図３と同一のものについては図３と同じ符号及び記号を用いる。
【００５９】
図４は、第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３を通過してから、ガラス基板の裏
面で反射した反射光が再び被照射体４０３に照射されるまでの間に、第２のレーザビーム
４０２を被照射体４０３に照射する図である。図４（Ａ）は、第１のレーザビーム４０１
が被照射体４０３に照射された瞬間の様子であり、時間ｔ＝０とする。このとき、第１の
レーザビーム４０１のパルス先端４０５が被照射体４０３に到達している。
【００６０】
第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２の時間差をｔｄとする。ｔｄ秒
後には、第２のレーザビーム４０２のパルス先端４０７が被照射体４０３に到達すること
になる。この時の状態を図４（Ｂ）に示す。この時点で、第１のレーザビーム４０１と第
２のレーザビーム４０２の干渉を防止するには、第１のレーザビーム４０１のパルス終端
４０６が被照射体４０３を通過し、さらに第１のレーザビーム４０１の位相情報が消失し
た後に、第２のレーザビーム４０２を被照射体４０３に照射させる必要がある。したがっ
て、第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２との間の時間差ｔｄはパルス
幅ｔ２、位相緩和時間ｔ３を用いて以下の式５で表すことができる。
ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ （式５）
【００６１】
図４（Ｃ）は図４（Ｂ）から第２のレーザビーム４０２のパルス幅ｔ２秒が経過した後
の図であり、第２のレーザビーム４０２のパルス終端４０８が被照射体４０３を通過した
様子を示している。
【００６２】
さらに図４（Ｃ）から位相緩和時間ｔ３が経過すると、被照射体４０３において第２の
レーザビーム４０２による位相情報は消失することになる。このときの状態を図４（Ｄ）
に示す。第２のレーザビームの位相情報が消失した後に、基板裏面で反射した第１のレー
ザビーム４０１が再び被照射体４０３に照射されれば、第１のレーザビーム４０１と第２
のレーザビーム４０２との間での干渉は起こらない。なお、第１のレーザビーム４０１の
パルス先端４０５が被照射体４０３に照射されてから（図４（Ａ））、再び被照射体４０
３に照射されるまで（図４（Ｄ））の時間は、図３で示したようにｔ１で表される。した
がって、図４の状態で干渉の起こらない条件を満たすためには、以下の式６で表すことが
できる。
ｔｄ＋ｔ２＋ｔ３＜ｔ１ （式６）
【００６３】
式５、式６をまとめると第１のレーザビーム４０１と第２のレーザビーム４０２の干渉
を防止できる条件は、式７で表すことができる。
ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＜ｔ１−ｔ２−ｔ３ （式７）
【００６４】
最後に、第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３を通過して基板裏面で反射し、反
射光が再び被照射体４０３に照射されるまでの間に、第１のレーザビーム４０１から１／
Ｎ秒後に射出された第３のレーザビームが被照射体４０３に照射される場合を説明する。
第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから（図４（Ａ））、第２のレ
ーザビーム４０２が被照射体４０３に照射され、被照射体４０３において第２のレーザビ
ーム４０２による位相情報が消失するまで（図４（Ｄ））の時間はｔｄ＋ｔ２＋ｔ３で表
される。ここで、レーザパルスの発振間隔１／Ｎが上記の時間ｔｄ＋ｔ２＋ｔ３よりも大
きい場合には、第２のレーザビーム４０２と第３のレーザビームは、被照射体４０３にお
いて時間的に重なり合うことがなく、レーザビーム間の干渉が防止できることになる。上
記の関係により、時間差ｔｄに関する下記の式８が導出される。
ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ２−ｔ３ （式８）
【００６５】
また、第１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから、第３のレーザビ
ームが被照射体４０３に照射され、被照射体４０３において第３のレーザビームによる位
相情報が消失するまでの時間は、１／Ｎ＋ｔ２＋ｔ３で表される。上記の時間１／Ｎ＋ｔ
２＋ｔ３が経過後に、基板裏面で反射した第２のレーザビーム４０２が被照射体４０３に
到達する場合、第３のレーザビームと第２のレーザビームは、被照射体４０３において時
間的に重なり合うことがなく、レーザビーム間の干渉が防止できることになる。なお、第
１のレーザビーム４０１が被照射体４０３に照射されてから、被照射体に第２のレーザビ
ームが照射され、基板裏面で反射して再び被照射体４０３に到達するまでの時間はｔｄ＋
ｔ１で表される。したがって、下記の式９が成立する場合に、第３のレーザビームの位相
情報が被照射体４０３から消失した後に、基板裏面で反射した第２のレーザビームが再び
被照射体に照射されることとなり、干渉が防止できる。
１／Ｎ＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＋ｔ１ （式９）
【００６６】
式８、式９をまとめると、第１のレーザビームから１／Ｎ秒後に照射される第３のレー
ザビームと、第２のレーザビーム４０２との干渉を防止できる条件は式１０で表すことが
できる。
１／Ｎ−ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ２−ｔ３ （式１０）
【００６７】
なお、図３と同様に位相緩和時間ｔ３は第１もしくは第２のレーザビームが被照射体４
０３に吸収されてから位相情報が１／ｅとなるまでの時間であるが、この時間は非常に短
いためｔ３≒０と近似できる。即ち、以下の式１１で表すことができる。
１／Ｎ−ｔ１＋ｔ２＜ｔｄ＜１／Ｎ−ｔ２ （式１１）
【００６８】
メガヘルツレーザビームを３つ以上に分割した場合は、分割ビームのうち、任意の２つ
の分割ビームに式１０または式１１を満たす時間差ｔｄを設ければ、干渉を防止できる。
【００６９】
なお、メガヘルツレーザビームにより被照射体を結晶化するときは、被照射体の固化時
間以内に時間差ｔｄを設定するようにすると良い。固化時間以内に遅延時間を設定すれば
、第１のレーザビームと第２のレーザビームにより被照射体に連続的なビーム照射ができ
、分割ビーム間における連続的な結晶成長が実現できる。したがって、時間差ｔｄは上記
式１０または式１１の範囲内で被照射体の溶融時間等に応じ実施者が適時調整すると良い
。
【００７０】
以上より、式から時間差ｔｄを算出し、光路差を設ける光学系に反映させ設計すれば良
い。そうすれば基板裏面で反射する反射光の挙動も考慮した光路差を設計できる。本発明
の光路差を設けることで、光干渉なくアモルファスシリコン膜を照射でき、アモルファス
シリコン膜に均一な熱エネルギー分布を与え、且つ連続的な結晶成長を行わすことができ
る。即ち、光干渉なく半導体膜を均一に照射するためには、半導体膜中に２つのレーザビ
ームが存在していなければ良く、ひいては半導体膜中に２つのレーザビームの位相情報が
存在しなければ良い。
【００７１】
本実施例では時間を単位として時間差ｔｄを説明したが、光路差に変換する場合は遅延
時間に光速を乗じれば良い。
【００７２】
以下の実施例１〜８は実施可能な範囲で自由に組み合わせることができる。また実施の
形態１または２にも、以下の実施例１〜８は実施可能な範囲で自由に組み合わせることが
できる。
【実施例１】
【００７３】
実施例１では本発明のレーザ照射装置を示す。図５（Ａ）はレーザ照射装置であり、図
５（Ｂ）は分割前のビーム断面形状、図５（Ｃ）、（Ｄ）は分割時のビーム断面形状、図
５（Ｅ）は照射面１１０の共通部分に対し分割ビームをそれぞれ異なる期間に照射した時
のビーム断面形状である。図５（Ｆ）は分割前のビーム断面の強度分布、図５（Ｇ）、（
Ｈ）は分割時のビーム断面の強度分布、図５（Ｉ）は照射面の共通部分に分割ビームを照
射した時に合成される熱エネルギー分布を示す。
【００７４】
図５（Ａ）において、レーザ発振器１０１から発振されたレーザビーム１０７が分割手
段１０２により第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム１０９に分割される。レ
ーザビーム１０７、１０８、１０９はメガヘルツレーザビームである。分割手段１０２と
しては分割ミラーを用いる。レーザビーム１０７は円形のビーム断面形状でありガウス分
布の強度を持つ（図５（Ｂ）、（Ｆ））。第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビー
ム１０９のビーム断面形状は、分割ミラーで分割され半円になる（図５（Ｃ）、（Ｄ））
。強度はガウス分布を中心で分けた分布となり、互いに線対照的な分布となる（図５（Ｇ
）、（Ｈ））。
【００７５】
第１のレーザビーム１０８はミラー１０４に反射し、第２のレーザビーム１０９はミラ
ー１０３に反射してそれぞれ偏向され、第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム
１０９は照射面１１０に対しそれぞれ異なる期間に照射される。第１のレーザビームと第
２のレーザビームのそれぞれが照射される際は、図５（Ｅ）で示すように、第１のレーザ
ビーム１０８、第２のレーザビーム１０９が持つ強度分布が緩和するようにして照射する
。第１のレーザビーム１０８及び第２のレーザビーム１０９の照射により、照射面で合成
された熱エネルギーは、図５（Ｉ）のように均一になる。シリンドリカルレンズ１０５、
１０６では分割ビームの成形がなされる。
【００７６】
分割手段１０２からミラー１０４までの光路長ｄ１と、分割手段１０２からミラー１０
３までの光路長ｄ２を比べると、ｄ１＜ｄ２であり、この光路長の差ｄ（ｄ＝ｄ２―ｄ１
）が第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９の光路差になる。そして、光
路差ｄはレーザビーム１０７のパルス幅に相当する長さ以上パルス発振間隔に相当する長
さ未満にする。本形態ではメガヘルツレーザビームを用いるため光路差ｄは数ｍｍ〜数十
ｍｍでよく、長い光路差を設ける必要がない。例えばパルス幅が１０ｐｓであれば光路差
ｄは３ｍｍとなり、非常に短い光路差となる。
【００７７】
また、実施の形態２のように基板裏面における反射光を考慮する場合は、式より算出し
たｔｄに光速を乗じた光路差ｄを設定すれば良い。
【００７８】
次に、１／２λ波長板とビームスプリッタを組み合わせたレーザ照射装置の例について
、図６を参照して説明する。図５（Ａ）と同一のものについては同じ符号を付す。
【００７９】
メガヘルツレーザビームを発振するレーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１
０７は、球面レンズ２０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１に
より長辺方向および短辺方向ともにそれぞれ約５倍に拡大される。球面レンズ２０１ａは
半径５０ｍｍ、厚さ７ｍｍ、第１面の曲率半径が−２２０ｍｍである。球面レンズ２０１
ｂは半径５０ｍｍ、厚さ７ｍｍ、第２面の曲率半径が−４００ｍｍである。なお、ビーム
エキスパンダー２０１はレーザ発振器１０１から射出されたレーザビームの形状が小さい
場合は有効であるが、レーザビームの形状が大きい場合は用いなくてもよく、実施者が適
宜選択すればよい。本明細書ではレンズの曲率半径について、曲率中心がレンズ面に対し
て光線の射出側にあるときを正で示し、曲率中心がレンズ面に対して入射側にあるときを
負で示している。また、レンズにおいて光が入射する面を第１面、射出する面を第２面と
する。
【００８０】
ビームエキスパンダー２０１により拡大されたレーザビーム１０７は分割手段１０２に
より反射される。分割手段１０２は、図５（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｇ）、（Ｈ）で示したよう
に、レーザビーム１０７を互いに線対称の強度分布を持ち、断面形状が半円の第１のレー
ザビーム１０８および第２のレーザビーム１０９に２分割する。
【００８１】
第１のレーザビーム１０８はミラー１０４で反射され、１／２λ波長板２０３を通過す
る。１／２λ波長板２０３を通過することによって、第１のレーザビーム１０８の偏光方
向はｓ偏光となる。さらに第１のレーザビーム１０８は偏光ビームスプリッタ２０５に入
射することにより、照射面１１０における照射位置が調整される。
【００８２】
一方、分割手段１０２により分割された第２のレーザビーム１０９はミラー１０３で反
射され、１／２λ波長板２０２を通過する。１／２λ波長板２０２を通過することによっ
て第２のレーザビームの偏光方向はｐ偏光となる。さらにミラー２０４で反射した第２の
レーザビーム１０９は偏光ビームスプリッタ２０５により、照射面１１０における照射位
置が調整される。
【００８３】
第２のレーザビーム１０９の光路は、第１のレーザビーム１０８の光路に対してミラー
２０４と偏光ビームスプリッタ２０５の間の距離ｄだけ長く、第２のレーザビーム１０９
には光路差ｄが設けられている。したがって、第２のレーザビーム１０９は第１のレーザ
ビーム１０８よりも光路差ｄだけ遅延して照射面１１０に照射されることになる。光路差
ｄはレーザビーム１０７のパルス幅に相当する長さ以上、パルス発振間隔に相当する長さ
未満に設定する。また、基板裏面における反射光を考慮する場合は、実施の形態２で求め
た式より算出した光路差を設定する。
【００８４】
第１のレーザビームと第２のレーザビームの照射領域が照射面１１０において重なるよ
うに偏光ビームスプリッタ２０５により調整することによって、照射面には均一な熱エネ
ルギー分布を合成することができる。シリンドリカルレンズ１０５の焦点距離は１５０ｍ
ｍ、厚さは５ｍｍである。これにより、照射面１１０においてビーム断面の長軸方向の長
さが５００μｍとなるようにレーザビームを成形することができる。また、シリンドリカ
ルレンズ１０６の焦点距離は２０ｍｍである。これにより、照射面１１０においてビーム
断面の短軸方向の長さが１０μｍとなるようにレーザビームを成形する。以上より、照射
面において線状ビームを形成することができる。
【００８５】
本実施例では、レーザビームの干渉を抑えながら分割ビーム被照射面に照射することが
できるため、照射面の熱エネルギー分布を均一にすることができる。それゆえ均一な結晶
成長を実現できる。また、分割ビームの照射において連続的な結晶成長ができ、大粒径の
結晶を得ることができる。
【００８６】
例えば、パルス幅１０ｐｓ、周波数１０ＭＨｚのＹＡＧレーザを分割して、分割ビーム
を被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射し、シリコンを結晶化するとする
。シリコンの固化時間は一般的に１００ｎｓである。このＹＡＧレーザにコヒーレント長
に相当する光路差を設けて光干渉を抑えた場合、通常、分割ビーム同士に３００ｎｓ以上
もの時間差を設けなくてはならない。したがって、分割ビームの時間差がシリコンの固化
時間よりも長いため、分割ビーム間でシリコンを連続的に結晶化することはできない。一
方で、このＹＡＧレーザにパルス幅以上の光路差を設けた場合は、分割ビーム同士に少な
くとも１０ｐｓ以上の時間差が生じる。１０ｐｓはシリコンの固化時間よりも非常に短い
ため、分割ビーム間で連続的にシリコンを結晶化することができる。
【実施例２】
【００８７】
実施例２では実施例１とは異なる構成のレーザ照射装置について図７を用いて説明する
。図７（Ａ）はレーザ照射装置の平面図、図７（Ｂ）は側面図である。図６と同一のもの
は同じ符号を付し説明を省略する。
【００８８】
メガヘルツレーザビームを発振するレーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１
０７は、球面レンズ２０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１に
より、ビーム断面の長辺方向および短辺方向が拡大される。
【００８９】
ビームエキスパンダー２０１を通過したレーザビーム１０７は、シリンドリカルレンズ
アレイ７０１により分割される。ここでは２つに分割する例を示すが、２つ以上に分割す
るシリンドリカルレンズアレイを用いても良い。シリンドリカルレンズアレイ７０１を構
成するシリンドリカルレンズは厚さを５ｍｍ、第１面の曲率半径を４０ｍｍとする。
【００９０】
ここで、２分割されたレーザビームをそれぞれ、第１のレーザビーム１０８、第２のレ
ーザビーム１０９とする。そして、第２のレーザビーム１０９のみをシリンドリカルレン
ズアレイ７０１の後方に配置した遅延手段７０２を通過させる。遅延手段７０２は、第２
のレーザビーム１０９を第１のレーザビーム１０８に対して遅延させる機能を有するもの
であれば良い。ここでは遅延手段７０２として石英板を用いる。使用する石英板の厚さを
ｄ１、光速をｃ、石英板の屈折率をｎとすると、分割されたレーザビーム間の光路差はｄ
１（ｎ−１）／ｃで表され、石英板の厚さを選択することで光路差を選ぶことができる。
【００９１】
石英板の他、遅延手段７０２としては、メガヘルツレーザビームに対して吸収性を有さ
ない媒体を用いることができる。例えば、ガラス（ＢＫ７）、水、またはフッ化物でなる
結晶等がある。なお、石英もメガヘルツレーザビームに対して吸収性を有さない。
【００９２】
第１のレーザビームおよび第２のレーザビームはシリンドリカルレンズ７０３を通過す
ることにより集光される。シリンドリカルレンズ７０３は、レンズ第１面の曲率半径が７
０ｍｍ、厚さ５ｍｍである。これにより、シリンドリカルレンズ７０３の後方において第
１のレーザビームおよび第２のレーザビームの照射領域が重なるようになり、照射面にお
いて均一な熱エネルギー分布を合成できる。
【００９３】
そして第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９をシリンドリカルレンズ
１０５、１０６により照射面１１０に投影する。シリンドリカルレンズ１０５により、ビ
ーム断面の長軸方向の長さを５００μｍに成形する。また、照射面におけるビーム断面の
短軸方向の長さはシリンドリカルレンズ１０６により成形される。シリンドリカルレンズ
１０６の焦点距離は２０ｍｍであり、照射面におけるビーム断面の短軸方向の長さが１０
μｍとなるように成形される。上記光学系により照射面に線状のビームスポットを形成す
ることが可能である。
【００９４】
なお、本明細書中において、「線状」とは、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。
【００９５】
本実施例では遅延手段による屈折率を用いて光路差を設ける方法を説明した。また、本
実施例において、実施例１のように屈折率を利用せずに光路差を設ける方法と組み合わせ
て光路差を設定しても良い。
【００９６】
本実施例では、極短パルスのメガヘルツレーザビームを用いることによって、レーザビ
ームの干渉の影響を低減させながらメガヘルツレーザビームを分割し、被照射体に照射す
ることができるため、メガヘルツレーザビームの照射強度を均一にすることができる。
【実施例３】
【００９７】
本実施例では極短パルスのメガヘルツレーザビームの分割にビームスプリッタを用いた
レーザ照射装置の例について、図８を参照して説明する。図５（Ａ）と同一のものについ
ては同じ符号を付し説明を省略する。図８（Ａ）はレーザ照射装置、図８（Ｂ）はメガヘ
ルツレーザビームの分割前のビーム断面形状、図８（Ｃ）、（Ｄ）は分割時のビーム断面
形状、図８（Ｅ）は被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射したビームの断
面形状である。図８（Ｆ）は分割前のビーム断面の強度分布、図８（Ｇ）、（Ｈ）は分割
時のビーム断面の強度分布、図８（Ｉ）は分割ビームの照射によって被照射面で合成され
た熱エネルギー分布を示す。
【００９８】
レーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１０７は非線形光学素子８０１により
第二高調波に変換される。非線形光学素子８０１を通過したレーザビームは球面レンズ２
０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１により長辺方向および短
辺方向ともにそれぞれ拡大される。なお、レーザビームの大きさ等によってはビームエキ
スパンダーは用いなくてもよい。
【００９９】
ビームエキスパンダーにより拡大されたレーザビーム１０７は、第１の１／２λ波長板
８０６ａまたは第２の１／２λ波長板８０６ｂのいずれかを通過する。第１の１／２λ波
長板８０６ａを通過することによってレーザビーム１０７の半分は第１の偏光方向に偏光
され、第２の１／２λ波長板８０６ｂを通過することによってレーザビーム１０７の半分
は第１の偏光方向とは９０°異なる第２の偏光方向に偏光される。第１の１／２λ波長板
８０６ａ及び第２の１／２λ波長板８０６ｂは、偏光ビームスプリッタ８０２により、第
１のレーザビーム１０８及び第２のレーザビーム１０９の断面形状を図８（Ｃ）、（Ｄ）
のように半円にし、その強度分布を図８（Ｇ）、（Ｈ）のようにガウス分布を線対称に分
けた分布にするために設ける。
【０１００】
次に偏光ビームスプリッタ８０２によりレーザビーム１０７は第１のレーザビーム１０
８と第２のレーザビーム１０９に分離される。第１のレーザビーム１０８は偏光ビームス
プリッタ８０２を透過し、ミラー１０４で反射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０
４に入射し、照射面１１０における照射位置が調整される。第１のレーザビームはその照
射領域が第２のレーザビームの照射領域と重なり、第２のレーザビームとの間で均一な熱
エネルギーが照射面で合成されるように調整される。
【０１０１】
一方、第２のレーザビームは偏光ビームスプリッタ８０２により反射され、ミラー１０
３で反射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０４に入射することにより、照射面１１
０における照射位置が調整される。第２のレーザビームはその照射領域が第１のレーザビ
ームの照射領域と重なり、第１のレーザビームとの間で均一な熱エネルギーが照射面で合
成されるように調整される。
【０１０２】
ここで、ミラー１０３と偏光ビームスプリッタ８０４との間には、遅延手段８０３が配
置してある。ここでは遅延手段８０３として石英板を用いる。これにより第１のレーザビ
ーム１０８と第２のレーザビーム１０９との間には光路差が生じることになり、照射面に
おいて第１のレーザビームと第２のレーザビームとの間の干渉が防止される。光路差は石
英板の厚さを選択することでいかようにも設定できる。また、第１のレーザビームと、第
２のレーザビームとを被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射することによ
り、照射面における熱エネルギー分布を均一にすることができる。
【０１０３】
第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９は、シリンドリカルレンズ１０
５に入射することでビーム断面の長軸方向の長さが成形され、シリンドリカルレンズ１０
６に入射することでビーム断面の短軸方向の長さが成形される。なお、偏光ビームスプリ
ッタ８０２で分割された直後の第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム１０９は
、図８（Ｇ）、（Ｈ）に示すように、その切り口がレーザビーム１０７の強度分布を線対
称に分けた強度分布を保持しており、ビームが伝搬されるにつれて、切り口がだれてきて
レーザビーム１０７の強度分布が崩れてくる。しかしながら、偏光ビームスプリッタ８０
２の位置と照射面１１０の位置を、ビーム断面の長軸方向に作用するシリンドリカルレン
ズ１０５に対して共役の位置とすることで、この問題を解消することができる。
【０１０４】
本実施例では遅延手段による屈折率を用いて光路差を設ける方法を説明した。また、本
実施例を、実施例１のように屈折率を利用せずに光路差を設ける方法と組み合わせて光路
差を設定しても良い。
【０１０５】
本実施例では、極短パルスのメガヘルツレーザビームを用いることによって、メガヘル
ツレーザビームの干渉の影響を低減させながらメガヘルツレーザビームを分割し、分割し
たビームを被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射することができるため、
被照射面におけるメガヘルツレーザビームの熱エネルギー分布を均一にすることができる
。
【実施例４】
【０１０６】
本実施例では、実施例３と異なるレーザビーム照射方法について図９を用いて説明する
。図９（Ａ）はレーザ照射装置を示し、図９（Ｂ）、（Ｃ）は第１及び第２のレーザビー
ム断面形状、図９（Ｄ）は被照射面の共通部分に対しそれぞれ異なる期間に照射したビー
ムの断面形状を示し、図９（Ｅ）〜（Ｆ）は図９（Ｂ）〜（Ｃ）に対応する強度分布を示
し、図９（Ｇ）は分割ビームの照射によって被照射面で合成された熱エネルギー分布を示
している。
【０１０７】
レーザ発振器１０１から出力されたレーザビーム１０７は非線形光学素子８０１により
第二高調波に変換される。非線形光学素子８０１を通過したレーザビームは球面レンズ２
０１ａ及び２０１ｂより構成されるビームエキスパンダー２０１により長辺方向および短
辺方向ともにそれぞれ拡大される。
【０１０８】
ビームエキスパンダーにより拡大されたレーザビーム１０７は、偏光ビームスプリッタ
８０２により第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９に分離される。分割
された第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０９の断面形状は円状であり、
その強度分布はガウス分布を有する（図９（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｅ）、（Ｆ））。
【０１０９】
第１のレーザビーム１０８は偏光ビームスプリッタ８０２を透過し、ミラー１０４で反
射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０４に入射する。
【０１１０】
一方、第２のレーザビームは偏光ビームスプリッタ８０２により反射され、ミラー１０
３で反射される。さらに偏光ビームスプリッタ８０４に入射する。
【０１１１】
具体的には、第２のレーザビーム１０９の偏光ビームスプリッタ８０２から偏光ビーム
スプリッタ８０４までの光路長が、第１のレーザビーム１０８の偏光ビームスプリッタ８
０２から偏光ビームスプリッタ８０４までの光路長よりも、ビーム直径の０．５倍以下の
長さ分だけ長くなるようにする。このようにすると、第１のレーザビーム１０８、第２の
レーザビーム１０９を被照射面の共通部分にそれぞれ異なる期間に照射する際、均一な熱
エネルギー分布を合成することができる。偏光ビームスプリッタ８０２で分割した場合、
図９（Ｅ）、（Ｆ）に示すように第１のレーザビーム１０８、第２のレーザビーム１０９
の強度分布はガウス分布となる。そのため、第１及び第２のレーザビームの被照射面での
照射位置を偏光ビームスプリッタ８０４により調整する際、完全に重ね合わせると第１及
び第２のレーザビームがガウス分布の強度を保持するため、均一なエネルギー分布が得ら
れない。しかし、本実施例のように第１のレーザビーム１０８と第２のレーザビーム１０
９それぞれの照射面を多少ずらして照射することで、照射面における熱エネルギー分布を
均一にすることができる。
【０１１２】
また、第２のレーザビーム１０９の偏光ビームスプリッタ８０２から偏光ビームスプリ
ッタ８０４までの光路長を、第１のレーザビーム１０８の偏光ビームスプリッタ８０２か
ら偏光ビームスプリッタ８０４までの光路長よりも、ビーム直径の０．５〜０．７倍の長
さ分だけ長くなるようにしても良い。ビーム直径の０．５倍以上の光路差を設けると、被
照射面で合成される熱エネルギー分布は図９（Ｇ）に示すように均一にはならない。しか
し、ビーム断面面積を広くすることができ、より効率的に被照射面を照射することができ
る。ただし、ビーム直径の０．７倍以上の光路差を設けると、ビーム断面においてエネル
ギー密度が弱く部分的に結晶化されない領域がでてきてしまうため、光路差をビーム直径
の０．５〜０．７倍の長さに設定すると良い。
【実施例５】
【０１１３】
本実施例では本発明を用いて半導体装置を作製する方法を説明する。
【０１１４】
図１０を用いて半導体装置の作製方法について説明する。まず、図１０（Ａ）のように
、絶縁基板７０上に下地膜７１、非晶質半導体膜７２を順次積層して形成する。そして非
晶質半導体膜７２に本発明によるメガヘルツレーザビームを照射する（図１０（Ｂ））。
メガヘルツレーザビームを均一に非晶質半導体膜に照射することで、非晶質半導体膜を均
一に結晶化することができ、大粒径を持つ結晶性半導体膜７３を得ることができる。その
ため結晶性半導体膜７３を用いて、チャネルのキャリア移動方向に結晶粒界がほとんど存
在しない薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）の形
成が可能となる。
【０１１５】
その後、図１０（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜７３をエッチングし、島状の半導体
膜７４〜７７を形成する。次に、島状の半導体膜７４〜７７を覆うようにゲート絶縁膜７
８を形成する。そのゲート絶縁膜７８には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪
素等を用いることができる。その際の成膜方法には、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法など
を用いることができる。例えば、スパッタ法を用いて、膜厚３０ｎｍ〜２００ｎｍの珪素
を含む絶縁膜を形成すればよい。
【０１１６】
次に、ゲート絶縁膜７８上に導電膜を形成しエッチングすることでゲート電極を形成す
る。その後、ゲート電極をマスクとして、島状の半導体膜７４〜７７にｎ型またはｐ型の
導電性を付与する不純物を選択的に添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ
領域等を形成する。上述の工程によって、Ｎ型トランジスタ７１０、７１２と、Ｐ型トラ
ンジスタ７１１、７１３を同一基板上に形成することができる（図１０（Ｄ））。続いて
、それらの保護膜として絶縁膜７１４を形成する。この絶縁膜７１４には、プラズマＣＶ
Ｄ法またはスパッタ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍの珪素を含む絶縁膜を、単層
又は積層構造として形成すれば良い。例えば、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの
酸化窒化珪素膜を形成すればよい。
【０１１７】
次いで、絶縁膜７１４上に有機絶縁膜７１５を形成する。有機絶縁膜７１５としては、
ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、
ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。絶縁基板７０上に形成された薄膜トランジス
タによる凹凸を緩和し平坦化したい場合は、有機絶縁膜７１５として平坦性に優れた材料
を用いることが好ましい。さらに、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜７１４及び有
機絶縁膜７１５をパターン加工して、不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。
【０１１８】
次に、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線７１６〜７２３を形成する
。その後、保護膜として絶縁膜７２４を形成すると、図１０（Ｄ）に図示するような半導
体装置が完成する。なお、本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は
、上述した薄膜トランジスタの構成に限定されない。本実施例では、メガヘルツレーザビ
ームを分割し、それぞれ異なる期間に照射することで得られる結晶性半導体膜をＴＦＴの
活性層として用いることを特徴とする。その結果、大粒径の結晶を得ることができ、半導
体装置の電子移動度を高くすることができる。
【０１１９】
また、レーザ光による結晶化の前に、金属元素を非晶質半導体膜に添加して結晶化する
工程を設けてもよい。金属元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄
（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（
Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる。金属元素を添加し
て結晶化した後に、さらにレーザ光を照射すると、金属元素による結晶化の際に形成され
た結晶が結晶核として再結晶化される。そのため、レーザ光照射のみによる結晶化工程に
比べて、より半導体膜の結晶性を高めることができ、レーザ光照射による結晶化後の半導
体膜表面の荒れが抑えられる。よって、後に形成される半導体素子、代表的にはＴＦＴの
特性のばらつきがより抑えられ、オフ電流を抑えることができる。
【０１２０】
なお、金属元素を添加後、加熱処理により結晶化し、さらにレーザ光の照射により結晶
性を高めても良いし、金属元素を添加してから加熱処理をせずにレーザ照射により結晶化
しても良い。
【０１２１】
本実施例では、本発明のレーザ照射方法を半導体膜の結晶化に用いた例を示したが、半
導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行うために用いてもよい。また、本実施例
においてドライバやＣＰＵなどの機能回路を用途とする半導体装置を作製する場合は、Ｌ
ＤＤ領域を有する薄膜トランジスタ又はＬＤＤ領域がゲート電極とオーバーラップする構
造の薄膜トランジスタを形成するのが好適である。また、半導体装置を高速化するために
は薄膜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半導体装
置のＮ型トランジスタ７１０、７１２、Ｐ型トランジスタ７１１、７１３はＬＤＤ領域を
有するＬＤＤ構造であるため、ドライバやＣＰＵに用いることが好適である。
【実施例６】
【０１２２】
本実施例では実施例５で作製した半導体装置を用いてＥＬ表示装置を作製する方法を図
１７を用いて説明する。
【０１２３】
配線７２２に接するように画素電極５０４を形成する。画素電極５０４は透明導電膜を
エッチングして形成する。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、又は酸化インジウムを用い
ることができる。
【０１２４】
画素電極を形成後、樹脂材料でなる隔壁５０５を形成する。隔壁５０５は１〜２μｍ厚
のアクリル膜又はポリイミド膜をエッチングして画素電極５０４の一部を露出させるよう
に形成する。なお、隔壁５０５の下に遮蔽膜（図示しない）となる黒色の膜を適宜形成し
てもよい。
【０１２５】
次にＥＬ層５０６を形成する。ＥＬ層５０６の発光材料が有機化合物であるときは有機
ＥＬ素子、発光材料が無機化合物であるときは無機ＥＬ素子となる。
【０１２６】
無機ＥＬ素子は、素子構成により分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類さ
れる。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有する
ものである。薄膜型無機ＥＬ素子は、蛍光材料の薄膜からなる発光層を有している。その
発光メカニズムは、両者とも、高電界で加速された電子による母体材料又は発光中心の衝
突励起により発光が得られる。無機ＥＬ素子を形成する場合は、画素電極５０４及び電極
５０７の間に、ＥＬ層として、発光材料を分散させた絶縁層を設けるか、絶縁層で挟持さ
れた発光層を設けるとよい。発光材料としては、例えば硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化ストロ
ンチウム（ＳｒＳ）を用いることができる。無機ＥＬ素子のＥＬ層はスクリーン印刷また
は蒸着等で形成することができる。
【０１２７】
以下に、有機ＥＬ素子を用いる場合の例を説明する。
【０１２８】
ＥＬ層５０６及び電極（ＭｇＡｇ電極）５０７を、真空蒸着法を用いて大気解放しない
で連続形成する。なお、ＥＬ層５０６の膜厚は１００ｎｍ〜１μｍ、電極５０７の厚さは
１８０〜３００ｎｍ（典型的には２００〜２５０ｎｍ）とすれば良い。ＥＬ層は他に、イ
ンクジェット、スクリーン印刷法などによって成膜されても良い。
【０１２９】
この工程では、赤色に対応する画素、緑色に対応する画素及び青色に対応する画素に対
して順次ＥＬ層及び陰極を形成する。但し、ＥＬ層は溶液に対する耐性に乏しいためフォ
トリソグラフィ技術を用いずに各色個別に形成しなくてはならない。そこでメタルマスク
を用いて所望の画素以外を隠し、必要箇所だけ選択的にＥＬ層及び陰極を形成するのが好
ましい。各色の少なくとも１つの発色はトリプレット化合物で行う。シングレット化合物
に比べるとトリプレット化合物は輝度が明るいため、暗く見える赤色に対応する画素をト
リプレット化合物で形成し、その他の画素をシングレット化合物で形成すると良い。
【０１３０】
即ち、まず赤色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて
赤色発光のＥＬ層及び電極を選択的に形成する。次いで、緑色に対応する画素以外を全て
隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて緑色発光のＥＬ層及び電極を選択的に形成す
る。次いで、同様に青色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを
用いて青色発光のＥＬ層及び電極を選択的に形成する。なお、ここでは全て異なるマスク
を用いるように記載しているが、同じマスクを使いまわしても構わない。また、全画素に
ＥＬ層及び電極を形成するまで真空を破らずに処理することが好ましい。
【０１３１】
なお、ＥＬ層５０６としては公知の材料を用いることができる。公知の材料としては、
駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが好ましい。例えば正孔注入層、正孔輸送層、
発光層及び電子注入層でなる４層構造をＥＬ層とすれば良い。モリブデン酸化物及びα−
ＮＰＤを混合した膜をＥＬ層としても良い。有機材料と無機材料とを組み合わせたハイブ
リット層をＥＬ層としても良い。有機材料をＥＬ層に用いる場合は、低分子材料、中分子
材料、高分子材料のそれぞれを使うことができる。また、本実施の形態ではＥＬ素子の陰
極としてＭｇＡｇ電極を用いた例を示すが、公知の他の材料であっても良い。
【０１３２】
電極５０７まで形成された時点で発光素子５０８が完成する。その後、発光素子５０８
を完全に覆うようにして保護膜５０９を設ける。保護膜５０９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を用いることができ、これらの絶縁膜を単層
又は積層させて用いることができる。
【０１３３】
さらに保護膜５０９を覆って封止材５１０を設け、カバー材５１１を貼り合わせる。封
止材５１０としては紫外線硬化樹脂であり、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用いることが好ましい。また、本実施の形態においてカバー材５１
１にはガラス基板、石英基板やプラスティック基板を用いることができる。図示はしない
が、封止材５１０とカバー材５１１との間に偏光板を設けても良い。偏光板を設けること
でコントラストの高い表示を提供できる。
【０１３４】
こうして図１７に示すような駆動回路部を構成するＰ型トランジスタ７１１及びＮ型ト
ランジスタ７１０、画素部を構成するスイッチング用のＮ型トランジスタ７１２及び電流
制御用のＰ型トランジスタ７１３を有する構造のアクティブマトリクス型ＥＬ表示装置が
完成する。本形態ではゲート電極と重ならないＬＤＤ領域を有するＴＦＴ構造を説明した
が、ＴＦＴはこの構造に限定されない。ＬＤＤ領域を有さなくても良いし、ＬＤＤ領域領
域の一部または全部をゲート電極と重ねるように形成しても良い。
【０１３５】
以上の工程によりＥＬ表示装置を作製できる。
【実施例７】
【０１３６】
本実施例では、薄膜集積回路または非接触型薄膜集積回路装置（無線チップ、無線ＩＣ
タグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔ
ｉｏｎ）とも呼ばれる）を図５〜図９のいずれかのレーザ照射装置を用いて作製する方法
を図１１に示す。
【０１３７】
まず、スパッタ法を用いてガラス基板（第１の基板）１７００上に剥離層１７０１を形
成する。剥離層１７０１は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形
成することができる。本実施例では、膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコンをスパッタ法で
形成し、剥離層１７０１として用いる。なお剥離層１７０１はシリコンに限定されず、エ
ッチングにより選択的に除去できる材料（例えば、Ｗ、Ｍｏなど）で形成すれば良い。剥
離層１７０１の膜厚は５０〜６０ｎｍとするのが望ましい。
【０１３８】
次いで、剥離層１７０１上に下地絶縁膜１７０２を形成する。下地絶縁膜１７０２は第
１の基板中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散
し、ＴＦＴなどの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。また、下地
絶縁膜１７０２は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目
も有している。下地絶縁膜１７０２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。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、窒素を含む酸化珪素（ＳｉＯＮ）、酸素を含む窒化珪素（Ｓ
ｉＮＯ）などの絶縁膜を用いて形成する。
【０１３９】
次に、下地絶縁膜１７０２上に非晶質半導体膜１７０３を形成する。非晶質半導体膜１
７０３は、下地絶縁膜１７０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。
非晶質半導体膜１７０３の膜厚は２０〜２００ｎｍ（望ましくは４０〜１７０ｎｍ、好ま
しくは５０〜１５０ｎｍ）とする。
【０１４０】
そして、上記工程で作製された基板を図５〜図９で示したレーザ照射装置を用いてメガ
ヘルツレーザビームを照射し、非晶質半導体膜１７０３を均一に結晶化する。そして結晶
性半導体膜１７０４が形成される（図１１（Ａ）参照）。
【０１４１】
次いで、図１１（Ｂ）に示すように、結晶性半導体膜１７０４をエッチングして、島状
の半導体層１７０５〜１７０７を形成した後、ゲート絶縁膜１７０８を形成する。ゲート
絶縁膜１７０８は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化
珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層又は積層させて形成
することができる。
【０１４２】
なお、ゲート絶縁膜１７０８を形成した後、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３
００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行ない、島状の半導体層１７０５〜１７０７を
水素化する工程を行なっても良い。また、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。
【０１４３】
次に図１１（Ｃ）に示すように、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成する。ここでは
、ＳｉとＷをスパッタ法で積層するように形成した後、レジスト１７１２をマスクとして
エッチングを行なうことにより、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成した。勿論、ゲー
ト電極１７０９〜１７１１の導電材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではな
く、適宜選択することができる。例えば、ｎ型を付与する不純物（リン、ヒ素等）がドー
ピングされたＳｉとＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）との積層構造や、ＴａＮ（窒化タン
タル）とＷ（タングステン）の積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単
層で形成しても良い。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それら
の機能を考慮して材料を選択すればよい。
【０１４４】
また、レジストマスクの代わりに、酸化珪素等のマスクを用いてもよい。この場合、エ
ッチングして酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等のマスク（ハードマスクと呼ばれる。）を
形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストよりも少ない
ため、所望の幅のゲート電極１７０９〜１７１１を形成することができる。また、レジス
ト１７１２を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極１７０９〜１７１１を形
成しても良い。
【０１４５】
次いで、図１１（Ｄ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０
６をレジスト１７１３で覆い、ゲート電極１７０９、１７１１をマスクとして、島状の半
導体層１７０５、１７０７に、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ（リン）又はＡ
ｓ（砒素））をドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介し
てドーピングがなされ、島状の半導体層１７０５に、一対の低濃度不純物領域１７１６と
チャネル形成領域１７１９ａが形成され、島状の半導体層１７０７に一対の低濃度不純物
領域１７１７、チャネル形成領域１７１９ｂが形成される。なお、このドーピング工程は
、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０６をレジスト１７１３で覆わずに行っ
ても良い。
【０１４６】
次いで、図１１（Ｅ）に示すように、レジスト１７１３をアッシング等により除去した
後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０５、１７０７を覆うように、レジス
ト１７１８を新たに形成し、ゲート電極１７１０をマスクとして、島状の半導体層１７０
６にｐ型を付与する不純物元素（代表的にはＢ（ホウ素））をドープする。このドーピン
グ工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介してドーピングがなされ、島状の半導体層１
７０６に一対のｐ型の高濃度不純物領域１７２０、チャネル形成領域１７１９ｃが形成さ
れる。
【０１４７】
次いで、レジスト１７１８をアッシング等により除去した後、図１２（Ａ）に示すよう
に、ゲート絶縁膜１７０８及びゲート電極１７０９〜１７１１を覆う絶縁膜１７２１を形
成する。
【０１４８】
その後、エッチバック法により、絶縁膜１７２１をエッチングし、図１２（Ｂ）に示す
ように、ゲート電極１７０９〜１７１２の両側壁に接するサイドウォール１７２２〜１７
２４を形成する。エッチングガスとしてはＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いた。
【０１４９】
次いで、図１２（Ｃ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体層１７０
６を覆うように、レジスト１７２６を新たに形成し、ゲート電極１７０９、１７１１及び
サイドウォール１７２２、１７２４をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素（代表的
にはＰ又はＡｓ）をドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を
介してドーピングがなされ、島状の半導体層１７０５、１７０７に、一対のｎ型の高濃度
不純物領域１７２７、１７２８が形成される。
【０１５０】
次に、レジスト１７２６をアッシング等により除去した後、不純物領域の熱活性化を行
っても良い。このときに例えば、５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜した後、５５０
℃、４時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なってもよい。また、水素を含む窒化
珪素膜を、１００ｎｍの膜厚に形成した後、４１０℃、１時間、窒素雰囲気下において、
加熱処理を行なってもよい。これらの加熱処理により多結晶半導体膜の欠陥を改善するこ
とができる。これは、多結晶半導体膜中に存在するダングリングボンドを終端させるもの
であり、水素化処理工程などと呼ばれる。
【０１５１】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３０、ｐチャネル型ＴＦＴ１７３
１、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２が形成される。上記作製工程において、エッチバック法
の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整することで、チャネル長０．２μｍ
〜２μｍを有する微細化ＴＦＴを形成することができる。さらに、この後、ＴＦＴ１７３
０〜１７３２を保護するためのパッシベーション膜を形成しても良い。
【０１５２】
次いで、図１２（Ｄ）に示すように、ＴＦＴ１７３０〜１７３２を覆うように、第１の
層間絶縁膜１７３３を形成する。さらに、第１の層間絶縁膜１７３３上に、第２の層間絶
縁膜１７３４を形成する。なお、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３
４中にフィラーを混入させておいても良い。それは、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２
の層間絶縁膜１７３４と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差か
ら生じる応力によって、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３４の膜剥
がれや割れが生じるのを防ぐためである。
【０１５３】
次いで、図１２（Ｄ）に示すように、第１の層間絶縁膜１７３３、第２の層間絶縁膜１
７３４及びゲート絶縁膜１７０８にコンタクトホールを形成し、ＴＦＴ１７３０〜１７３
２に接続する配線１７３５〜１７３９を形成する。なお、配線１７３５、１７３６はｎチ
ャネル型ＴＦＴ１７３０の高濃度不純物領域１７２７に、配線１７３６、１７３７はｐチ
ャネル型ＴＦＴ１７３１の高濃度不純物領域１７２０に、配線１７３８、１７３９はｎチ
ャネル型ＴＦＴ１７３２の高濃度不純物領域１７２８に、それぞれ接続されている。さら
に配線１７３９は、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２のゲート電極１７１１にも接続されてい
る。ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２は、乱数ＲＯＭのメモリ素子として用いることができる
。
【０１５４】
次いで、図１３（Ａ）に示すように、配線１７３５〜１７３９を覆うように、第２の層
間絶縁膜１７３４上に第３の層間絶縁膜１７４１を形成する。第３の層間絶縁膜１７４１
は、配線１７３５が一部露出するように形成する。なお、第３の層間絶縁膜１７４１は、
第１の層間絶縁膜１７３３と同様の材料を用いて形成することが可能である。
【０１５５】
次に、第３の層間絶縁膜１７４１上にアンテナ１７４２を形成する。アンテナ１７４２
は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、
Ｓｎ、Ｎｉなどの金属または金属化合物を含む導電材料を用いることができる。そしてア
ンテナ１７４２は配線１７３５と接続されている。なお、図１３（Ｂ）では、アンテナ１
７４２が配線１７３５と直接接続されているが、本発明の無線ＩＣタグはこの構成に限定
されない。例えば別途形成した配線を用いて、アンテナ１７４２と配線１７３５とを電気
的に接続するようにしても良い。
【０１５６】
アンテナ１７４２は印刷法、フォトリソグラフィ法、蒸着法または液滴吐出法などを用
いて形成することができる。図１３（Ａ）では、アンテナ１７４２が単層の導電膜で形成
されているが、複数の導電膜が積層されたアンテナ１７４２を形成することも可能である
。例えば、Ｎｉなどで形成した配線に、Ｃｕを無電解めっきでコーティングして、アンテ
ナ１７４２を形成しても良い。なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から
吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含
まれる。また印刷法にはスクリーン印刷法、オフセット印刷法などが含まれる。印刷法、
液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずとも、アンテナ１７４２を形成する
ことが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エ
ッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを
用いなくとも良いので、無線ＩＣタグの作製に費やされるコストを抑えることができる。
【０１５７】
液滴吐出法または各種印刷法を用いる場合、例えば、ＣｕをＡｇでコートした導電粒子
なども用いることが可能である。なお液滴吐出法を用いてアンテナ１７４２を形成する場
合、アンテナ１７４２の密着性が高まるような処理を、第３の層間絶縁膜１７４１の表面
に施すことが望ましい。密着性を高める方法として、具体的には、例えば触媒作用により
導電膜または絶縁膜の密着性を高める金属または金属化合物を第３の層間絶縁膜１７４１
の表面に付着させる方法、形成される導電膜または絶縁膜との密着性が高い有機絶縁膜、
金属、金属化合物を第３の層間絶縁膜１７４１の表面に付着させる方法、第３の層間絶縁
膜１７４１の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ処理を施し、表面改質を行な
う方法などが挙げられる。
【０１５８】
第３の層間絶縁膜１７４１に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する場合、
アンテナの正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制御する。具体的には、
導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、例えば１〜１０ｎｍとなるように
制御したり、これらの金属または金属化合物を酸化により部分的に、または全体的に絶縁
化したりすれば良い。或いは、密着性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属化
合物をエッチングにより選択的に除去しても良い。また金属または金属化合物を、予め基
板の全面に付着させるのではなく、液滴吐出法、印刷法、ゾル−ゲル法などを用いて特定
の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、第３の層間絶縁
膜１７４１の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度分散した状態
であっても良い。
【０１５９】
そして、図１３（Ｂ）に示すように、アンテナ１７４２を形成した後、アンテナ１７４
２を覆うように、第３の層間絶縁膜１７４１上に保護層１７４５を形成する。保護層１７
４５は、後に剥離層１７０１をエッチングにより除去する際に、アンテナ１７４２を保護
することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、ア
クリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層１７４５を形成すること
ができる。
【０１６０】
次いで、図１３（Ｃ）に示すように、無線ＩＣタグを個別に分離するために溝１７４６
を形成する。溝１７４６は、剥離層１７０１が露出する程度であれば良い。溝１７４６の
形成は、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。なお、第１の基板１７
００上に形成されている無線ＩＣタグを分離する必要がない場合、必ずしも溝１７４６を
形成する必要はない。
【０１６１】
次いで、図１３（Ｄ）に示すように、剥離層１７０１をエッチングにより除去する。こ
こでは、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、このガスを溝１７４６から導入す
る。例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）を用い、温度を３５０℃とし、流量を３００ｓｃｃ
ｍとし、気圧を７９８パスカル（７９８Ｐａ）とし、処理時間を３時間とした条件で行う
。また、ＣｌＦ３ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲン
を用いることで、剥離層１７０１が選択的にエッチングされ、第１の基板１７００をＴＦ
Ｔ１７３０〜１７３２から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であって
も液体であってもどちらでも良い。
【０１６２】
またエッチング剤を用いることなく、熱処理により、第１の基板１７００を剥離しても
よい。例えば、剥離層１７０１としてタングステン（Ｗ）膜を用い、熱処理を行って、タ
ングステン膜上面に酸化タングステン（ＷＯＸ）膜を形成する。そうすると、酸化タング
ステン膜が形成されることで、剥離層１７０１と下地絶縁膜１７０２の間がもろい状態と
なるため、ガラス基板を容易に剥離することができる。
【０１６３】
次に図１４（Ａ）に示すように、剥離されたＴＦＴ１７３０〜１７３２及びアンテナ１
７４２を、接着剤１７５０を用いて第２の基板１７５１に貼り合わせる。接着剤１７５０
は、第２の基板１７５１と下地絶縁膜１７０２とを貼り合わせることができる材料を用い
る。接着剤１７５０は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤
等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１６４】
なお、第２の基板１７５１として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材
料を用いることができる。
【０１６５】
次いで、図１４（Ｂ）に示すように、保護層１７４５を除去した後、アンテナ１７４２
を覆うように接着剤１７５２を第３の層間絶縁膜１７４１上に塗布し、カバー材１７５３
を貼り合わせる。カバー材１７５３は第２の基板１７５１と同様に、フレキシブルな紙ま
たはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。接着剤１７５２の厚さは、例え
ば１０〜２００μｍとすれば良い。
【０１６６】
また接着剤１７５２は、カバー材１７５３と第３の層間絶縁膜１７４１及びアンテナ１
７４２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤１７５２は、例えば反応硬化
型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤など
の各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１６７】
上述した各工程を経て、無線ＩＣタグが完成する。上記作製方法によって、トータルの
膜厚が０．３μｍ以上３μｍ以下、代表的には２μｍ程度の飛躍的に薄い集積回路を第２
の基板１７５１とカバー材１７５３との間に形成することができる。
【０１６８】
なお、集積回路の厚さは、半導体素子自体の厚さのみならず、接着剤１７５０と接着剤
１７５２との間に形成された各種絶縁膜及び層間絶縁膜の厚さを含めるものとする。また
、無線ＩＣタグが有する集積回路の占める平面面積を、５ｍｍ四方（２５ｍｍ２）以下、
より望ましくは０．３ｍｍ四方（０．０９ｍｍ２）〜４ｍｍ四方（１６ｍｍ２）程度とす
ることができる。
【０１６９】
なお、本実施の形態では、耐熱性の高い第１の基板１７００と集積回路の間に剥離層を
設け、エッチングにより剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離する方法につい
て示したが、本発明の無線ＩＣタグの作製方法は、この構成に限定されない。例えば、耐
熱性の高い基板と集積回路の間に金属酸化膜を設け、この金属酸化膜を結晶化により脆弱
化して集積回路を剥離しても良い。或いは、耐熱性の高い基板と集積回路の間に、水素を
含む非晶質半導体膜を用いた剥離層を設け、レーザビームの照射によりこの剥離層を除去
することで基板と集積回路とを剥離しても良い。あるいは、集積回路が形成された耐熱性
の高い基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで集積回路
を基板から切り離しても良い。
【０１７０】
なお、本実施の形態では、アンテナを集積回路と同じ基板上に形成している例について
説明したが、本発明はこの構成に限定されない。別の基板上に形成したアンテナと集積回
路とを、後に貼り合わせることで、電気的に接続するようにしても良い。
【０１７１】
なお、一般的にＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉ
ｆｉｃａｔｉｏｎ）で用いられている電波の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、４３３ＭＨｚ
、８６０〜９６０ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚが多く、これらの周波数の電波を検波できるよ
うに無線ＩＣタグを形成することが、汎用性を高める上で非常に重要である。
【０１７２】
本実施の形態の無線ＩＣタグでは、半導体基板を用いて形成されたＲＦＩＤタグよりも
電波が遮蔽されにくく、電波の遮蔽により信号が減衰するのを防ぐことができるというメ
リットを有している。よって、半導体基板を用いずに済むので、無線ＩＣタグのコストを
大幅に低くすることができる。
【０１７３】
なお、本実施の形態では、集積回路を剥離して、可撓性を有する基板に貼り合わせる例
について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えばガラス基板のように、集
積回路の作製工程における熱処理に耐えうるような、耐熱温度を有している基板を用いる
場合、必ずしも集積回路を剥離する必要はない。
【実施例８】
【０１７４】
本実施例では本発明により作製した半導体装置を用いた具体例を説明する。
【０１７５】
図１５（Ａ）は表示装置であり、筐体２２０１、支持台２２０２、表示部２２０３、ス
ピーカー部２２０４、ビデオ入力端子２２０５などを含む。表示部２２０３は薄膜トラン
ジスタで画素を構成するものであり、実施例６で説明したＥＬ表示装置を用いても良い。
表示部２２０３を構成する薄膜トランジスタを本発明を用いて作製することにより、欠陥
が少なく明るい表示を実現できる。また、表示部２２０３はメモリ、駆動回路部等を有し
ていてもよく、本発明の半導体装置をメモリ、駆動回路部等に適用してもよい。なお表示
部として、液晶の電気光学効果を利用した液晶表示装置、エレクトロルミネセンス等の発
光材料を用いた表示装置、電子源素子を用いた表示装置、電場の印加により反射率が変化
するコントラスト媒体（電子インクとも呼ばれる）を用いた表示装置など、薄膜トランジ
スタと各種表示媒体を組み合わせた様々なものが含まれる。利用形態として、コンピュー
タ用、テレビジョン用、電子書籍等の情報表示機器用、広告表示用若しくは案内表示用な
ど全ての情報表示用機器が含まれる。
【０１７６】
図１５（Ｂ）はコンピュータであり、筐体２２１１、表示部２２１２、キーボード２２
１３、外部接続ポート２２１４、ポインティングマウス２２１５などを含む。表示部２２
１２やコンピュータに付随するＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに薄膜トランジスタを有
する。本発明を用いて作製された半導体装置を表示部２２１２やコンピュータに付随する
ＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに用いることで、性能が向上し、駆動能力を高くするこ
とができる。
【０１７７】
また、図１５（Ｃ）は携帯電話機であり、携帯端末の１つの代表例である。この携帯電
話機は筐体２２２１、表示部２２２２、操作キー２２２３などを含む。表示部２２２２や
携帯電話機に付随するＣＰＵ、メモリなどの機能回路部に薄膜トランジスタを有する。本
発明を用いて作製された半導体装置を、表示部２２２２や携帯電話機に付随するＣＰＵ、
メモリなどの機能回路部に用いることで、性能が向上し、駆動能力を高くすることができ
る。本発明を用いて作製された半導体装置は、上記の携帯電話を初めとして、ＰＤＡ（Ｐ
ｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ、情報携帯端末）、デジタルカ
メラ、小型ゲーム機などの電子機器に用いることができる。
【０１７８】
また、図１５（Ｄ）、（Ｅ）はデジタルカメラである。なお、図１５（Ｅ）は、図１５
（Ｄ）の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体２２３１、表示部２２３２、
レンズ２２３３、操作キー２２３４、シャッター２２３５などを有する。表示部２２３２
や表示部２２３２を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明により
作製された薄膜トランジスタを、表示部２２３２や表示部２２３２を制御する駆動回路部
、及び他の回路などに用いることで、性能が向上し、駆動能力を高くすることができる。
【０１７９】
図１５（Ｆ）はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体２２
４１、表示部２２４２、筐体２２４３、外部接続ポート２２４４、リモコン受信部２２４
５、受像部２２４６、バッテリー２２４７、音声入力部２２４８、操作キー２２４９、接
眼部２２５０などを有する。表示部２２４２や表示部２２４２を制御する駆動回路部など
に薄膜トランジスタを有する。本発明を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２
２４２や表示部２２４２を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、性能
が向上し、駆動能力を高くすることができる。
【０１８０】
また、本発明を用いて作製した薄膜トランジスタを薄膜集積回路、または非接触型薄膜
集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることもできる。他の実施の
形態で示した作製方法を用いることにより作製された薄膜集積回路および非接触型薄膜集
積回路は、タグやメモリに用いることができる。
【０１８１】
図１６（Ａ）は、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を貼り付けている状態を
示している。また、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を埋め込んでもよい。同
様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラ
ベラーズチェック（Ｔ／Ｃ）、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ＩＣタグを貼り
付けたり埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ＩＣタ
グに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を
設定する。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別すること
が可能になる。
【０１８２】
このほかに、無線ＩＣタグをメモリとして用いることも可能である。図１６（Ｂ）は、
無線ＩＣタグ２３１１を野菜の包装に貼り付けるラベルに埋め込んだ例を示している。ま
た、包装そのものに無線ＩＣタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ＩＣ
タグ２３１１には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや
、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを
記録することが可能になる。無線ＩＣタグ２３１１からの情報は、無線式のリーダ２３１
２のアンテナ部２３１３で受信して読み取り、リーダ２３１２の表示部２３１４に表示す
ることによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産
者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス
権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている
。
【０１８３】
また、無線ＩＣタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ＩＣタグに会
計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ＩＣ
タグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると
、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。
【０１８４】
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、以下に記す方法にすることも可能であ
る。レジで会計をする段階で、（１）無線ＩＣタグに入力されているデータを暗証番号な
どでロックする、（２）無線ＩＣタグに入力されているデータそのものを暗号化する、（
３）無線ＩＣタグに入力されているデータを消去する、（４）無線ＩＣタグに入力されて
いるデータを破壊する、のいずれかを行う。そして、出口にチェック手段を設け、（１）
〜（４）のいずれかの処理が行われたか、または無線ＩＣタグのデータに何も処理が行わ
れていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。この
ようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志
に反して無線ＩＣタグの情報を読み取られることを防止することができる。
【０１８５】
なお、（４）の無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する方法をいくつか挙げる
ことができる。例えば、（ａ）無線ＩＣタグが有する電子データの少なくとも一部に「０
（オフ）」若しくは「１（オン）」、または「０」と「１」の両方を書き込んでデータの
みを破壊する方法や、（ｂ）無線ＩＣタグに電流を過剰に流し、無線ＩＣタグが有する半
導体素子の配線の一部を物理的に破壊する方法などを用いることができる。
【０１８６】
以上に挙げた無線タグは、従来用いているバーコードより製造コストが高いため、コス
ト低減を図る必要がある。本発明を用いることによって、半導体膜の均一なレーザアニー
ルが可能であるため、品質が良好でばらつきのない半導体装置を効率良く作製することが
でき、コストの低減に有効である。さらに、どの無線タグも品質が高く、性能のばらつき
がない信頼性の高い無線タグを製作することができる。
【０１８７】
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明に
より作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。
【符号の説明】
【０１８８】
１１ ビーム
１２ 分割ビーム
１３ 分割ビーム
４０１ 第１のレーザビーム
４０２ 第２のレーザビーム
４０３ 被照射体
４０４ 基板
４０５ パルス先端
４０６ パルス終端
４０７ パルス先端
４０８ パルス終端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを複数に分割する手段と、
前記複数に分割されたレーザビームから選択される任意の２つの分割されたレーザビームにおいて、一方の分割されたレーザビームに対して他方の分割されたレーザビームに光路差を設ける手段と、
前記レーザビームの光路上であって前記光路差を設ける手段と照射面との間に、前記複数に分割されたレーザビームを成形する手段と、を有し、
前記光路差を設ける手段は、前記複数に分割されたレーザビーム同士に、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを第１のレーザビームと第２のレーザビームに分割する手段と、
前記第２のレーザビームを前記第１のレーザビームに対して遅延させる手段と、
前記第１及び前記第２のレーザビームの光路上であって前記遅延させる手段と照射面との間に、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとを成形する手段と、を有し、
前記遅延させる手段は、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとに、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを複数に分割する手段と、
前記複数に分割されたレーザビームから選択される任意の２つの分割されたレーザビームにおいて、一方の分割されたレーザビームに対して他方の分割されたレーザビームに光路差を設けるための前記他方の分割されたレーザビームを通過させる媒体と、
前記レーザビームの光路上であって前記媒体と照射面との間に、前記複数に分割されたレーザビームを成形する手段と、を有し、
前記媒体は、前記複数に分割されたレーザビーム同士に、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを第１のレーザビームと第２のレーザビームに分割する手段と、
前記第２のレーザビームを前記第１のレーザビームに対して遅延させるための前記第２のレーザビームを通過させる媒体と、
前記第１及び前記第２のレーザビームの光路上であって前記媒体と照射面との間に、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとを成形する手段と、を有し、
前記媒体は、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとに、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記媒体は石英、ガラス、水、またはフッ化物の結晶であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２において、
前記複数に分割されたレーザビームは照射面において線状ビームを形成することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
請求項３乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１及び前記第２のレーザビームは照射面において線状ビームを形成することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項８】
請求項１または請求項２において、
前記分割する手段によって分割された前記複数の分割ビームは、同じタイミングで同一領域に照射した場合、干渉が起こるものであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項９】
請求項３乃至５及び７のいずれか一項において、
前記分割する手段によって分割された前記第１及び前記第２のレーザビームは、同じタイミングで同一領域に照射した場合、干渉が起こるものであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記光路差は、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つパルス発振間隔に相当する長さ未満であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを複数に分割する手段と、
前記複数に分割されたレーザビームから選択される任意の２つの分割されたレーザビームにおいて、一方の分割されたレーザビームに対して他方の分割されたレーザビームに光路差を設ける手段と、
前記レーザビームの光路上であって前記光路差を設ける手段と照射面との間に、前記複数に分割されたレーザビームを成形する手段と、を有し、
前記光路差を設ける手段は、前記複数に分割されたレーザビーム同士に、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを第１のレーザビームと第２のレーザビームに分割する手段と、
前記第２のレーザビームを前記第１のレーザビームに対して遅延させる手段と、
前記第１及び前記第２のレーザビームの光路上であって前記遅延させる手段と照射面との間に、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとを成形する手段と、を有し、
前記遅延させる手段は、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとに、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを複数に分割する手段と、
前記複数に分割されたレーザビームから選択される任意の２つの分割されたレーザビームにおいて、一方の分割されたレーザビームに対して他方の分割されたレーザビームに光路差を設けるための前記他方の分割されたレーザビームを通過させる媒体と、
前記レーザビームの光路上であって前記媒体と照射面との間に、前記複数に分割されたレーザビームを成形する手段と、を有し、
前記媒体は、前記複数に分割されたレーザビーム同士に、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
パルス幅１００ｆｓ以上１ｎｓ以下、周波数１０ＭＨｚ以上のレーザビームを発振するレーザ発振器と、
前記発振されたレーザビームを第１のレーザビームと第２のレーザビームに分割する手段と、
前記第２のレーザビームを前記第１のレーザビームに対して遅延させるための前記第２のレーザビームを通過させる媒体と、
前記第１及び前記第２のレーザビームの光路上であって前記媒体と照射面との間に、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとを成形する手段と、を有し、
前記媒体は、前記第１のレーザビームと前記第２のレーザビームとに、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つコヒーレント長未満の光路差を設けることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記媒体は石英、ガラス、水、またはフッ化物の結晶であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２において、
前記複数に分割されたレーザビームは照射面において線状ビームを形成することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
請求項３乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１及び前記第２のレーザビームは照射面において線状ビームを形成することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項８】
請求項１または請求項２において、
前記分割する手段によって分割された前記複数の分割ビームは、同じタイミングで同一領域に照射した場合、干渉が起こるものであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項９】
請求項３乃至５及び７のいずれか一項において、
前記分割する手段によって分割された前記第１及び前記第２のレーザビームは、同じタイミングで同一領域に照射した場合、干渉が起こるものであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記光路差は、前記パルス幅に相当する長さ以上、且つパルス発振間隔に相当する長さ未満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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１８２４７７（Ｐ２０１２−１８２４７７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１０４４５８（Ｐ２０１２−１０４４５８）
【出願日】平成２４年５月１日（２０１２．５．１）
【分割の表示】特願２００６−１２４７７２（Ｐ２００６−１２４７７２）の分割
【原出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【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２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１日（２０１２．５．１）
【分割の表示】特願２００６−１２４７７２（Ｐ２００６−１２４７７２）の分割
【原出願日】平成１８年４月２８日（２００６．４．２８）
【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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