半導体装置の作製方法
【課題】 光学系を複雑化させることなく、均一なエネルギー密度のレーザ光を被照射体
に照射することができる、レーザ照射装置の提案を課題とする。
【解決手段】本発明のレーザ照射装置は、レーザ発振器と、被照射体の表面における一軸方向に、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光によって形成されるビームスポットを繰り返し走査するための光学系と、前記表面において前記一軸方向と交差する方向に向かって、前記レーザ光に対する前記被照射体の相対的な位置を移動させるための位置制御手段とを有することを特徴とする。
に照射することができる、レーザ照射装置の提案を課題とする。
【解決手段】本発明のレーザ照射装置は、レーザ発振器と、被照射体の表面における一軸方向に、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光によって形成されるビームスポットを繰り返し走査するための光学系と、前記表面において前記一軸方向と交差する方向に向かって、前記レーザ光に対する前記被照射体の相対的な位置を移動させるための位置制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体膜の結晶化に用いられるレーザ照射装置に関する。また半導体装置の作
製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、非晶質半導体膜を用いたＴＦ
Ｔに比べて移動度が２桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一
基板上に一体形成できるという利点を有している。多結晶半導体膜は、レーザアニール法
を用いることで、安価なガラス基板上に形成することができる。
【０００３】
レーザ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。エキシマ
レーザに代表されるパルス発振のレーザは、連続発振のレーザと比べて、単位時間あたり
に出力されるレーザ光のエネルギーが３〜６桁程度高い。よって、ビームスポット（被照
射体の表面において実際にレーザ光が照射される照射領域）を数ｃｍ角の矩形状や、長さ
１００ｍｍ以上の線状となるように光学系で成形することで、レーザ光の照射のスループ
ットを高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザを用
いるのが主流となりつつあった。
【０００４】
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、線状が矩形状に含まれることに
変わりはない。
【０００５】
しかし、このようにパルス発振のレーザ光を用いて結晶化された半導体膜は、その位置
と大きさがランダムな複数の結晶粒の集まりで形成されている。結晶粒内と異なり、結晶
粒の界面（結晶粒界）には、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心
が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテン
シャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの輸送特性が低下するとい
う問題がある。
【０００６】
上記問題が背景にあり、連続発振のレーザを用いた半導体膜の結晶化に関する技術が、
近年注目されている。連続発振のレーザの場合、従来のパルス発振のレーザとは異なり、
一方向に走査させながら半導体膜にレーザ光を照射して、結晶を走査方向に向かって連続
的に成長させ、該走査方向に沿って長く延びた単結晶からなる結晶粒の集まりを形成する
ことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところでレーザアニールのスループットを高めるためには、連続発振のレーザ光を用い
る場合においても、ビームスポットを光学系にて線状に成形する必要がある。そして、ビ
ームスポットの成形において重要なのは、ビームスポットの長軸方向（長辺方向とも言う
）におけるエネルギー密度の分布を、如何に均一化できるかという点である。長軸方向に
おけるエネルギー密度の分布は、レーザアニールにより結晶化された半導体膜の結晶性を
左右し、延いては該半導体膜を用いて形成された半導体素子の特性にも影響を与えるから
である。例えば、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度が、ガウス型の分布
を有している場合、該ビームスポットを用いて形成された半導体素子の特性も、ガウス型
の分布を有してばらつくことになる。よって、半導体素子の特性の均一性を確保するため
には、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度の分布をより均一にすることが
望ましい。また、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度の分布が均一である
方が、ビームスポットを長軸方向により長く引き伸ばすことができ、スループットを向上
させることができるというメリットを有する。
【０００８】
しかし、線状のビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度を均一化するには、
シリンドリカルレンズや回折光学素子などの光学系を用いる必要がある。これらのエネル
ギー密度を均一化するための光学系は、ビームスポットの波面、形状を考慮した高度な光
学設計が必要となるため、調整が複雑であるという問題があった。
【０００９】
また半導体膜の結晶化は、半導体膜に対するレーザ光の吸収係数が大きいほど、より効
率良く行なうことができる。ＹＡＧレーザやＹＶＯ4レーザの場合、半導体装置に通常用
いられる膜厚数十〜数百ｎｍの珪素膜に対する吸収係数は、基本波よりも波長の短い第２
高調波の方がはるかに高い。よって、通常、半導体装置の作製工程における半導体膜のレ
ーザ結晶化では、高調波を用い、基本波を用いることは殆どない。基本波から高調波への
変換は、非線形光学素子を用いることで行なうことができる。
【００１０】
ところが連続発振のレーザは、パルス発振のレーザに比べて、単位時間あたりのレーザ
光の出力が低いため、時間に対する光子の密度も低く、よって非線形光学素子における高
調波への変換効率が低い。具体的には、入射光のモード特性や時間特性にもよるが、パル
ス発振のレーザの変換効率が１０〜３０％程度であるのに対し、連続発振のレーザの変換
効率は０．２〜０．３％程度である。また連続発振のレーザの場合、連続的に非線形光学
素子に負荷を与えるために、非線形光学素子のレーザ光に対する耐性が、パルス発振のレ
ーザに比べて著しく低いという問題もある。
【００１１】
したがって連続発振のレーザは、パルス発振のレーザに比べて、高調波を有するレーザ
光の、単位時間あたりに出力されるレーザ光が弱く、ビームスポットの面積を広げてスル
ープットを高めることが難しい。例えば連続発振のＹＡＧレーザは、基本波を１０ｋＷ出
力できるのに対し、第２高調波の出力は１０Ｗ程度しか得られない。この場合、半導体膜
の結晶化に必要なエネルギー密度を得るためにはビームスポットの面積を１０-3ｍｍ2程
度と小さくしなければならない。このように連続発振のレーザは、パルス発振のエキシマ
レーザに比べてスループットが劣っており、このことが量産に際し経済性を落とす一因と
なっている。
【００１２】
本発明は上述した問題に鑑み、光学系を複雑化させることなく、長軸方向に対し均一な
エネルギー密度を持つ線状のレーザスポットを被照射体に照射することができる、レーザ
照射装置の提案を課題とする。さらに本発明は、線状のビームスポットの長軸と交差する
方向に向かって結晶粒を連続的に成長させることができる、レーザ照射装置の提案を課題
とする。また、被照射体に対するレーザ照射のスループットを向上させることができるレ
ーザ照射装置の提案を課題とする。
【００１３】
また本発明は上述した問題に鑑み、光学系を複雑化させることなく、長軸方向に対し均
一なエネルギー密度を持つ線状のレーザスポットを半導体膜に照射することができる、半
導体装置の作製方法の提案を課題とする。さらに本発明は、線状のビームスポットの長軸
と交差する方向に向かって結晶粒を連続的に成長させることができるレーザ照射装置の提
案を課題とする。また、半導体膜に対するレーザ照射のスループットを向上させることが
できる半導体装置の作製方法の提案を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一形態は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、光学系を用いて一軸方向
に高速に走査し、擬似的な線状のビームスポット（以下、擬似線状ビームスポットとする
）を形成することを特徴とする。本明細書において擬似線状ビームスポットとは、第１の
点と第２の点を結んだ線上においてレーザ光を走査することで形成されるスポットであり
、第１の点をレーザ光で照射したことで溶融した領域が固化しないうちに、第２の点にレ
ーザ光が走査されることで形成されるビームスポットである。つまり、擬似線状ビームス
ポットによって照射された領域は、まるで線状ビームで照射したようにある一定時間溶融
している。
【００１５】
そして、レーザ光は、光学系、または光学系とレーザ光に対する被照射体の位置を移動
させる手段を用いて、等間隔で並ぶ複数の直線を１つずつなぞるように走査される。複数
の直線のうち隣り合う直線をなぞることで形成される、第１の擬似線状ビームスポットと
第２の擬似線状ビームスポットは、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向におい
て互いに部分的に重なるようにする。また、先に形成された第１の擬似線状ビームスポッ
トにおける被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を走査して、次に形成される第２の
擬似線状ビームスポットを形成する。これにより、擬似線状ビームの長軸と交差する方向
に、被照射体の結晶粒を伸ばすことが可能となる。
【００１６】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、直線上を往復するようにレーザ
発振器から発振されたレーザ光を走査して、擬似線状ビームスポットを形成する光学系と
、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向にレーザ光に対する被照射体の相対的な
位置を移動させる手段とを有する。擬似線状ビームスポットが照射される第１の被照射体
領域と、第１の被照射体領域が照射された後に引き続き、擬似線状ビームスポットが照射
される第２の被照射体領域は、部分的に重なるように、移動させる手段により被照射体を
移動し、擬似線状ビームスポットにおいて照射されたレーザ光が第１の被照射体領域に吸
収されて、第１の被照射体領域が溶融し固化するよりも前に、移動させる手段により擬似
線状ビームスポットの照射位置を第１の被照射体領域から第２の被照射体領域に移動する
ことを特徴とする。
【００１７】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、直線上を往復するように、レー
ザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系と、レーザ光に対する被照射体の相対
的な位置を、レーザ光の走査方向と交差する方向に移動する手段とを有する。光学系及び
移動する手段により、レーザ光を被照射体上において波形状または鋸歯状の線をなぞるよ
うに走査し、波形状または鋸歯状の線の第１の方向転換点から第２の方向転換点を経由し
て第３の方向転換点へ走査するとき、第１の方向転換点をレーザ光で照射したときの第１
のビームスポットと、第３の方向転換点をレーザ光で照射したときの第２のビームスポッ
トは部分的に重なるようにし、第１のビームスポットにおいてレーザ光が照射され、被照
射体が固化するよりも前に、レーザ光を第１の方向転換点から第３の方向転換点へ走査す
ることを特徴とする。
【００１８】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレ
ーザ光を、等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように走査する光学系とを有する。
複数の直線のうち第１の直線をなぞるように走査して形成する第１の擬似線状ビームスポ
ットと、第１の直線と隣り合う第２の直線をなぞるように走査して形成する第２の擬似線
状ビームスポットは、部分的に重なり、第１の擬似線状ビームスポットにおける被照射体
が固化するよりも前に、レーザ光を走査して、第２の擬似線状ビームスポットを形成する
ことを特徴とする。
【００１９】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレ
ーザ光を、波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査する光学系とを有する。波形状ま
たは鋸歯状の線の第１の方向転換点から第２の方向転換点を経由して第３の方向転換点へ
走査するとき、第１の方向転換点を中心とする第１のビームスポットと、第３の方向転換
点を中心とする第２のビームスポットは部分的に重なるように、レーザ光を走査し、第１
のビームスポットにおける被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を第１の方向転換点
から第３の方向転換点まで走査することを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、半導体膜の第１の領域を溶融するため、レ
ーザ光を第１の方向に沿って第１の走査をし、第１の走査の後、半導体膜の第２の領域を
溶融するため、レーザ光を第２の方向に沿って第２の走査をし、第１の領域は第２の領域
と部分的に重なり、第２の走査をしている間は第１の領域の少なくとも一部は溶融状態に
あることを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、波形状または鋸歯状の線をなぞるように、
半導体膜をレーザ光で走査し、波形状または鋸歯状の線の第１の方向変換点から第２の方
向転換点を経由して第３の方向転換点へ走査するとき、第１の方向転換点を中心とする第
１のビームスポットと、第３の方向転換点を中心とする第２のビームスポットとが、部分
的に重なるようにし、第１のビームスポットにより照射された半導体膜部分が固化するよ
りも前に、レーザ光を第１のビームスポットから第２のビームスポットへ走査することを
特徴とする。
【００２２】
本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、櫛歯状の線をなぞるように、半導体膜を前
記レーザ光で走査し、櫛歯状の線の第１の角から第２及び第３の角を経由して第４の角へ
走査するとき、第１の角を中心とする第１のビームスポットと、第４の角を中心とする第
２のビームスポットとが、部分的に重なるようにし、第１のビームスポットにより照射さ
れた半導体膜部分が固化するよりも前に、レーザ光を第１のビームスポットから第２のビ
ームスポットへ走査することを特徴とする。
【００２３】
以上のようなレーザ光照射装置または半導体装置の作製方法を用いると、被照射体中に
おいて固液界面を一方向に連続的に移動させることができる。
【００２４】
例えば連続発振のレーザ光の場合、レーザ光の照射により半導体膜が溶融してから完全
に固化するまでの時間は、非特許文献１にあるように、おおよそ１００ｎｓである。この
場合、一軸方向における上記レーザ光の走査の周波数を１０ＭＨｚ以上として擬似線状ビ
ームスポットを形成すれば良い。上記構成により、擬似線状ビームスポット内の半導体膜
の溶融している領域が完全に固化する前に、該半導体膜の溶融した領域と一部重なる領域
に次の擬似線状ビームスポットを照射し、固液界面を擬似線状ビームスポットの長軸と交
差する方向に連続的に移動させることができる。そして、固液界面を連続的に移動させた
結果、例えば擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向における幅が１０〜３０μｍ
、前記長軸方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができる。そ
して擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を
形成することで、キャリアが移動する方向と交差するような結晶粒界がほとんど存在しな
いＴＦＴを、形成することが可能となる。
【００２５】
【非特許文献１】表面科学 Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．６，ｐｐ．３７５―３８２，２００３
【００２６】
なお、擬似線状ビームスポットを形成するための、一軸方向におけるレーザ光の走査の
周波数は、半導体膜を溶融させることができる程度に、任意の一点に照射されるレーザ光
のトータルのエネルギーを確保できるよう、その上限を決めれば良い。
【００２７】
また本発明で用いるレーザ光は、連続発振に限定されない。例えば、パルス発振のレー
ザ光の発振周波数を１００ＭＨｚ以上とし、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周
波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行なっても良い。パルス発振で
レーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓ〜数
百ｎｓと言われている。よって、レーザ光の走査の周波数を数十〜数百ＭＨｚとすること
で、擬似線状ビームスポット内の半導体膜の溶融している領域が完全に固化する前に、次
の擬似線状ビームスポットを該半導体膜の溶融した領域と一部重なる領域に照射できる。
したがって、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、擬似
線状ビームスポットの長軸と交差する方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半
導体膜が形成される。具体的には、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向におけ
る幅が１０〜３０μｍ、前記長軸方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成
することができる。擬似線状ビームの長軸と交差する方向に沿って長く延びた単結晶の結
晶粒を形成することで、キャリアが移動する方向と交差するような結晶粒界がほとんど存
在しないＴＦＴを、形成することが可能となる。
【００２８】
また、上述したような著しく高い発振周波数を用いる場合、必然的にパルス幅もその発
振周波数に合わせてｐｓ（ｐｉｃｏ ｓｅｃｏｎｄ）のオーダー若しくはそれ以下まで短
くなる。それによってレーザ光を基板に対して垂直の方向から照射しても、基板の裏面に
おける光の反射によって生じる干渉が抑えられるという、副次的な効果も得ることができ
る。干渉が抑えられるのは、１ｍｍ程度のガラス基板を往復して半導体膜に戻ってきた光
と、新たに半導体膜に入射する光とが混在している時間が、ｐｓのオーダーのパルス幅だ
と著しく短くすることができるからである。通常の発振周波数を用いたパルス発振のレー
ザでは、パルス幅が１０ｎｓ〜数１００ｎｓであり、この期間に光が進む距離は３ｍ〜１
００ｍ程度である。しかし、著しく高い発振周波数を用いる場合、パルス幅はｐｓのオー
ダーである。例えばパルス幅１０ｐｓの期間に光が進む距離は３ｍｍ程度であり、通常の
発振周波数のパルス発振のレーザに比べてその距離が著しく短い。よって、１ｍｍ程度の
ガラス基板を往復して半導体膜に戻ってきた光と、新たに半導体膜に入射する光とが混在
している時間が短く、干渉が抑えられやすい。よって、干渉の影響を考慮してレーザ光を
半導体膜に対して斜めに照射する必要がなくなり、レーザ光を基板に対して垂直の方向か
ら照射することができる。したがって光学設計が容易になり、得られるビームスポットの
エネルギー分布をより均一にすることができる。またレーザ光を斜めに照射する場合、被
照射体の走査方向によってレーザ光の照射条件が変化するため、均一なレーザアニールを
行なうことが難しい。この場合、均一なレーザアニールを行なうためには、一方向の走査
のみによってレーザアニールを行なう必要があり、スループットを犠牲にせざるを得ない
。しかし著しく高い発振周波数を用いる場合、垂直にレーザ光を照射することができるの
で、走査方向によってレーザ光の照射条件が変化することがない。よって被照射体を往復
させるように走査してもレーザアニールの均一性が損なわれることがない。
【００２９】
また、従来のパルス発振のレーザを用いて結晶化を行なった場合、結晶の粒界において
、酸素、窒素、炭素等の不純物が偏析する傾向がある。特にレーザ光を用いた結晶化と触
媒金属を用いた結晶化とを組み合わせた場合は、ゲッタリングしきれなかった触媒金属が
偏析することもある。本発明では、固液界面を連続的に移動させることができるので、帯
域溶融法のごとく、偏析係数が正の不純物の偏析を防ぎ、半導体膜の純化や溶質濃度の一
様化を行なうことができる。したがって、該半導体膜を用いた半導体素子の特性を高め、
また特性のバラツキを抑えることができる。
【００３０】
本発明では、連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レ
ーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、Ｙ
ＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレ
ーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどが挙げられる。
【００３１】
また本発明では、周波数１００ＭＨｚ以上でパルス発振させることができるレーザを用
いることができる。上記周波数での発振が可能であるならば、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、
エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレ
ーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔ
ｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることができる。
【００３２】
なお本発明の半導体装置の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法に用いる
ことができる。半導体表示装置は、例えば液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光
素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄ
ｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅ
ｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等が挙げられる。
【発明の効果】
【００３３】
従来のように、光学系のみを用いて線状のビームスポットを形成する場合、ビームスポ
ット内の長軸方向におけるエネルギー分布の均一化に限界が生じていた。本発明の場合、
ビームスポットを一軸方向に高速に、そして隣り合うスポット同士が重なるように走査す
ることで擬似線状ビームスポットを形成している。よって、擬似線状ビームスポットの長
軸方向におけるエネルギー分布を、従来の線状のビームスポットの場合に比べて、光学系
を複雑化させることなく、より均一にすることができる。したがって、擬似線状ビームス
ポットの長軸方向における半導体膜の結晶性をより均一にすることができ、該半導体膜を
用いて形成された半導体素子の特性のばらつきを抑えることができる。
【００３４】
また従来のように、長軸方向におけるエネルギー分布の均一化に限界が生じると、線状
のビームスポットを長軸方向により長く引き伸ばすことが難しくなるため、スループット
の向上が妨げられる。本発明の場合、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネ
ルギーを確保しつつ、長軸方向におけるレーザ光の走査速度を高めることで、擬似線状ビ
ームスポットの長軸方向における幅をより長くすることができる。よって、光学系を複雑
化させることなく、レーザ照射のスループットをより高めることが可能になる。
【００３５】
また従来のように線状のビームスポットを形成する場合は、レーザ光を集光するための
光学系として、シリンドリカルレンズを用いる必要があった。本発明では、擬似線状ビー
ムスポットを形成するためのビームスポットは、その形状が円形であっても良い。円形の
ビームスポットを用いる場合、レーザ光を集光するための光学系として、球面レンズを用
いることができる。そして球面レンズは、一般的にシリンドリカルレンズよりも精度が高
いので、エネルギー密度がより高く、径がより短いビームスポットを形成することが可能
である。よって本発明では、従来の線状のビームスポットの場合に比べ、擬似線状ビーム
スポットの短軸方向における幅を短くすることができ、長軸方向における幅をより長くす
ることができるので、スループットをより高めることができる。
【００３６】
また、固液界面を擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に連続的に移動させる
ことで、大粒径の結晶粒を形成することができる。これにより、一つの結晶粒径内で少な
くとも一つのアイランド化された半導体膜を形成できるため、キャリアが結晶粒界でトラ
ップされることがなく、キャリアの輸送特性が低下しない半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図２】本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。
【図３】音響光学素子において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポットが形成される過程を示す図。
【図４】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図５】本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。
【図６】ポリゴンミラーにおいて偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポットが形成される過程を示す図。
【図７】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図８】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図９】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図１０】本発明のレーザ照射装置を用いて形成される半導体表示装置の１つである、発光装置の画素の構成を示す図。
【図１１】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図１２】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図１３】本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。
【図１４】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。また、以下の実施の形
態や実施例におけるビームスポットの形状は円形に限定するものでなく、楕円や四角でも
よい。
【００３９】
（実施の形態１）
まず図１を用いて、本発明で用いる擬似線状ビームスポットの形成について説明する。
図１（Ａ）に、実線の矢印で示すように、レーザ光のビームスポット１０１を一軸方向に
おいて走査するまたは直線的に走査することで、擬似線状ビームスポット１００を形成し
ている様子を示す。
【００４０】
図１（Ａ）では、ビームスポット１０１を往復させるように走査して、擬似線状ビーム
スポット１００を形成している。しかし本発明はこの構成に限定されず、ビームスポット
１０１を一方向にのみ走査し、擬似線状ビームスポット１００を形成するようにしても良
い。また図１（Ａ）では、ビームスポット１０１を、図１（Ａ）の左から右へ走査した後
、再び右から左へ走査している様子を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。
本発明では、擬似線状ビームスポット１００内の任意の一点において、ビームスポット１
０１が少なくとも１回走査されていれば良い。
【００４１】
ビームスポット１０１の走査は、例えば被照射体が半導体膜である場合、レーザ光の照
射により溶融した半導体膜の任意の一点が完全に固化するまでに、再び該一点にレーザ光
を照射することができる程度の速度とする。つまり図１（Ａ）の場合、擬似線状ビームス
ポット１００内において、一軸方向の右端においてビームスポット１０１により溶融され
た領域が完全に固化しないうちに、一軸方向の左端にビームスポット１０１が走査される
ように、ビームスポット１０１の走査速度を設定すれば良い。こうすることで、ある一定
時間、線状に溶融している擬似線状ビームスポットを形成できる。
【００４２】
また、パルス発振のビームスポットで擬似線状ビームスポットを形成する場合は、隣り
合うビームスポット同士が互いに重なるように走査する。
【００４３】
また一軸方向におけるレーザ光の走査速度は、半導体膜を溶融させることができる程度
に、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネルギーを確保できる程度とする。
【００４４】
なお本実施の形態では、ビームスポット１０１を一軸方向においてのみ走査させること
で、擬似線状ビームスポット１００を形成している例について示しているが、本発明はこ
の構成に限定されない。結果的に擬似線状ビームスポット１００を形成することができる
のであれば、２つ以上の方向においてビームスポットを走査しても良い。
【００４５】
そして本発明では、擬似線状ビームスポット１００を、一軸方向と交差する方向、言い
換えると擬似線状ビームスポット１００の長軸と交差する方向に向かって、更に走査する
。図１（Ｂ）に、図１（Ａ）に示した擬似線状ビームスポット１００を、破線の矢印で示
すように長軸と交差する方向に向かって走査し、擬似線状ビームスポット１０３を形成し
ている様子を示す。
【００４６】
擬似線状ビームスポット１００内の領域は、半導体膜が完全に固化されていない状態に
ある。よって、擬似線状ビームスポット１００が照射された半導体膜が固化する前に、擬
似線状ビームスポット１００と部分的に重なる擬似線状ビームスポット１０３を、半導体
膜に照射することで、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができる。
【００４７】
図１（Ｃ）に、上記動作を繰り返し、半導体膜を結晶化している様子を示す。図１（Ｃ
）では、レーザ光のビームスポット１０１を、矢印で示すように、等間隔で対向する複数
の直線をなぞらせるように走査して、被照射体である半導体膜１０２を結晶化する。この
とき、ある直線をなぞるようにして形成した擬似線状ビームスポット１００と、次の直線
をなぞるようにして形成した擬似線状ビームスポット１０３とが、図１（Ｂ）に示すとお
り、互いに部分的に重なるように擬似線状ビームスポットを走査する。これにより、破線
の矢印で示した走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することができる。具
体的には、擬似線状ビームスポット１００と擬似線状ビームスポット１０３それぞれの一
方の長辺に沿った領域を重ねるようにする。
【００４８】
また、レーザ光の走査速度としては、擬似線状ビームスポット１００においてレーザ光
に照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１０３を形成できる程度
の速度とする。より厳密にいえば、擬似線状ビームスポット１００を形成するための複数
のビームスポットのうち、任意のビームスポットで溶融した被照射体領域が固化する前に
、擬似線状ビームスポット１０３を形成するための複数のビームスポットの一つを、その
被照射体領域に重なるように照射する。こうすることで、被照射体の結晶粒を一方向に連
続的に成長させることができ、大粒径を形成できる。
【００４９】
シリコンがレーザに照射されて固化するまでの時間は約１００ｎｓである。したがって
、被照射体がシリコンの場合は、擬似線状ビームスポット１００が形成され始めてから１
００ｎｓ以内に、擬似線状ビームスポット１０３を形成するとよい。
【００５０】
次に、本発明のレーザ照射装置の構成について説明する。図２に、本発明のレーザ照射
装置の一形態を示す。図２に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器２０１と、集光用光学
系２０２と、ミラー２０３と、音響光学素子２０４と、ｆθレンズ２０５と、ステージ２
０６と、Ｘ軸方向位置制御手段２０９と、Ｙ軸方向位置制御手段２１０とを有している。
【００５１】
レーザ発振器２０１には、レーザ光を連続発振できる発振器、もしくは周波数１００Ｍ
Ｈｚ以上でレーザ光をパルス発振できる発振器を用いることができる。本実施の形態では
、例えば出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、断面が直径１ｍｍの円形を有す
るレーザ光をレーザ発振器２０１から発振したものと仮定する。
【００５２】
レーザ発振器２０１から発振されたレーザ光は、集光用光学系２０２に入射する。集光
用光学系２０２は、レーザ光を集光することができる光学系であれば良く、例えば球面レ
ンズ、フレネルレンズなどを用いることができる。本実施の形態では、集光用光学系２０
２において、円形を有するレーザ光の断面が、直径１ｍｍから０．１ｍｍに縮小されたも
のと仮定する。集光用光学系２０２において集光されたレーザ光は、ミラー２０３におい
て反射し、音響光学素子２０４に入射する。
【００５３】
音響光学素子２０４は、超音波などの高周波数を有する音波を加えることで屈折率が周
期的に変調するので、入射したレーザ光をＧＨｚ単位の高周期で偏向させることができる
。よって音響光学素子２０４を用いることで、ビームスポットを高周期でもって一軸方向
に繰り返し走査することが可能になる。なお本実施の形態では、ビームスポットを一軸方
向に繰り返し走査するための光学系として音響光学素子を用いているが、本発明はこの構
成に限定されない。ビームスポットを高周期でもって一軸方向に繰り返し走査することが
できる光学系であれば良く、例えばポリゴンミラー、レゾナントスキャナを用いることが
できる。
【００５４】
音響光学素子２０４において偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ２０５に入射される。
ｆθレンズ２０５は、被照射体において常に焦点を結ぶように、偏向されたレーザ光を集
光することができる。ステージ２０６は、被照射体を載置することができる。図２では被
照射体として、基板２０７上に形成された半導体膜２０８を用いている例を示す。ｆθレ
ンズ２０５により、ステージ２０６上に載置された半導体膜２０８においてレーザ光が焦
点を結ぶことで、一軸方向に周期的に走査されているビームスポットを形成することがで
きる。この一軸方向に周期的に走査しているビームスポットの軌跡を、図２では擬似線状
ビームスポット２１１として示す。
【００５５】
図３を用いて、音響光学素子２０４において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビー
ムスポット２１１が形成される過程を示す。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、図２に示した音
響光学素子２０４、ｆθレンズ２０５により偏向されたレーザ光が半導体膜２０８上を走
査する図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、実線の矢印で示すレーザ光は、
音響光学素子２０４において偏向された後、ｆθレンズ２０５において集光され、半導体
膜２０８において焦点を結んでいる。
【００５６】
そして図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）の順に音響光学素子２０４の屈折率が変調
していると仮定すると、レーザ光が白抜きの矢印で示す偏向方向に向かって偏向される。
そしてレーザ光の偏向に伴い、半導体膜２０８においてレーザ光が焦点を結んでいる領域
、すなわちビームスポットが、一軸方向に走査される。
【００５７】
なお擬似線状ビームスポット２１１内では、半導体膜２０８が完全に固化されていない
状態であることが必要であるため、上記条件を満たす速度で、ビームスポットを一軸方向
に走査することが必要である。図２に示すレーザ照射装置の場合、ビームスポットの一軸
方向における走査速度は、音響光学素子２０４に加える音波の周波数で制御することが可
能である。
【００５８】
本実施の形態では、音響光学素子２０４における屈折率が、８０ＭＨｚの周期で変調さ
れているものと仮定する。さらに本実施の形態では、ｆθレンズ２０５により、半導体膜
２０８の表面に直径が５μｍのビームスポットが形成されたと仮定する。上記条件で擬似
線状ビームスポット２１１を形成した場合、擬似線状ビームスポット２１１の短軸方向に
おける幅を５μｍ、一軸方向、すなわち長軸方向における幅を４００μｍ程度とすること
ができる。
【００５９】
そして図２に示すレーザ照射装置では、Ｘ軸方向にステージ２０６の位置を移動させる
ことができるＸ軸方向位置制御手段２０９を用いて、擬似線状ビームスポット２１１を、
一軸方向と交差する方向（擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向）に走査するこ
とができる。つまり、図１（Ｃ）の破線の矢印で示す方向に、レーザ光に対する被照射体
の相対的な位置を移動することができる。Ｘ軸方向位置制御手段２０９が動く速度は、一
軸方向へのビームスポット１０１の走査速度よりも非常に遅い。これにより、図１（Ｃ）
に示すような走査が実現する。Ｘ軸方向位置制御手段２０９は、擬似線状ビームスポット
の長軸と交差する方向にステージ２０６を一定速度で移動させる。また図２に示すレーザ
照射装置では、さらにＸ軸方向と直交するＹ軸方向に、ステージ２０６の位置を移動させ
ることができるＹ軸方向位置制御手段２１０を有している。
【００６０】
なお図２では、Ｘ軸方向位置制御手段２０９とＹ軸方向位置制御手段２１０の２つの位
置制御手段を用いて、ステージ２０６に対する擬似線状ビームスポット２１１の相対的な
位置を制御しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明のレーザ照射装置は、
少なくともＸ軸方向位置制御手段２０９を有していれば良い。Ｘ軸方向位置制御手段２０
９の他に、ステージ２０６を、ステージ２０６を含む面内において回転させることができ
る位置制御手段を有していても良い。
【００６１】
本形態は、音響光学素子２０４と、少なくともＸ軸方向位置制御手段２０９を用いて、
図１（Ｃ）に示すように等間隔で並ぶ複数の直線をなぞるようにレーザ光を走査し、半導
体膜２０８を結晶化する。
【００６２】
本実施の形態では、Ｘ軸方向位置制御手段２０９を用いて、例えば１００ｍｍ／ｓ以上
の走査速度でステージ２０６をＸ軸方向に走査する。そして半導体膜２０８の全面にレー
ザ光を照射したい場合は、Ｙ軸方向位置制御手段２１０を用いて擬似線状ビームスポット
２１１を長軸方向に走査し、再びＸ軸方向位置制御手段２０９を用いて擬似線状ビームス
ポット２１１をＸ軸方向に走査するという作業を、繰り返せば良い。また、ステージ２０
６に対する擬似線状ビームスポット２１１の位置を、光学系自体を動かすことで制御して
も良い。その場合はステージを動かす必要はなく、図２の２０１〜２０５で示す光学系を
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に動かせばよい。
【００６３】
なおレーザ発振器２０１に、レーザ光をパルス発振できる発振器を用いる場合、パルス
発振の周波数によって、擬似線状ビームスポット２１１の長軸方向における長さが制限さ
れる。よって擬似線状ビームスポット２１１は、パルス発振の周波数を考慮に入れて設計
する必要がある。具体的には、被照射体の表面に形成されるビームスポットの、一軸方向
における径をｄ［μｍ］、一軸方向における擬似線状ビームスポット２１１の幅をＬ［μ
ｍ］、音響光学素子２０４における偏向の周期をｆ［ＭＨｚ］とすると、パルス発振の周
波数Ｆ［ＭＨｚ］は、以下の数１に示す式を満たせば良い。
【００６４】
【数１】
【００６５】
例えば、ビームスポットの一軸方向における径ｄが１０μｍ、擬似線状ビームスポット
２１１の一軸方向における幅Ｌが２００μｍ、音響光学素子２０４における偏向の周期ｆ
が１０ＭＨｚだとすると、数１に示す式からパルス発振の周波数Ｆが４００ＭＨｚ以上で
あれば良いことがわかる。
【００６６】
なお図２に示すレーザ照射装置において、集光用光学系２０２は必ずしも必要ではない
。しかし集光用光学系２０２を用いることで、音響光学素子２０４に入射するレーザ光の
断面の大きさを抑えることができるので、より小さい音響光学素子２０４を用いることが
できる。またミラー２０３などのレーザ光の光路を偏向するための光学系は必須ではなく
、必要に応じて適宜設ければ良い。またｆθレンズ２０５は必ずしも必要ではないが、上
記光学系を用いることで擬似線状ビームスポット２１１内において一軸方向に走査されて
いるビームスポットの速度や大きさを、一定にすることができる。
【００６７】
また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図２に示したものに限定されず、
設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。
【００６８】
（実施の形態２）
本形態では、図１１を用いて、実施の形態１とは異なるレーザ光の走査方法を示す。し
たがって、レーザ光の走査方法以外は実施の形態１と同様である。レーザ照射装置は図２
に示すものを用いる。
【００６９】
図１１の１１０１、１１０２は擬似線状ビームスポット、１１０３、１１０４はビーム
スポット、１１０５は被照射体である半導体膜を示す。図１１で示すビームスポットの走
査においても、実施の形態１と同様に擬似線状ビームスポットを形成する。また、擬似線
状ビームスポットも、実施の形態１と同様に、ある擬似線状ビームスポット１１０１と、
引き続き形成された次の擬似線状ビームスポット１１０２において、それぞれの一方の長
辺に沿った領域が互いに重なるように走査する。
【００７０】
図１１（Ａ）は鋸歯状の線をなぞるように、もしくはギザギザにレーザ光を走査する。
図１１（Ｂ）は波形状の線をなぞるようにレーザ光を走査し、図１１（Ｃ）は櫛歯状の線
をなぞるようにレーザ光を走査する。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）で示すようにギザギ
ザまたは波形状にレーザ光を走査するとき、擬似線状ビームスポットの両端となる部分を
、以後方向転換点と呼ぶ。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）において、擬似線状ビームスポッ
ト１１０１と１１０２を部分的に重ねる場合、ある方向転換点を中心とするビームスポッ
ト１１０３と、次の次の方向転換点を中心とするビームスポット１１０４とを、部分的に
重ねるようにすれば、自然と擬似線状ビームスポット１１０１、１１０２は部分的に重な
る。なお、図１１（Ｂ）では、波形状の線の方向転換点に矢印がなく、方向転換点の手前
までしか矢印がない。しかし実際は、波形状の線の方向転換点から次の方向転換点の間に
おいてレーザ光を往復させて、擬似線状ビームスポットを形成している。
【００７１】
図１１（Ｃ）は実施の形態１の図１（Ｃ）で示す走査方法の変形である。図１（Ｃ）で
は、擬似線状ビームスポット１００を形成後、擬似線状ビームスポット１０３を形成する
前までは、ビームスポット１０１は走査しない。一方で、図１１（Ｃ）は、擬似線状ビー
ムスポット１１０１の形成後で、擬似線状ビームスポット１１０２の形成前でも、被照射
体にレーザ光を照射し続ける例である。図１１（Ｃ）の走査方法で、半導体膜１１０５に
照射するエネルギー密度の分布を均一にするには、擬似線状ビームスポットの両端におい
て、走査速度を早くするかまたはレーザ光の出力を弱くする。こうすることで、擬似線状
ビームスポットの両端で吸収されるレーザ光のトータルエネルギーを、その他のレーザ光
が照射された領域と同程度にできる。
【００７２】
図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す走査方法の場合、少なくとも一度は、ビームスポット１１
０３の中心である方向転換点から、一つ方向転換点を経由して、ビームスポット１１０４
の中心である方向転換点まで、レーザ光は走査される。そのため、擬似線状ビームスポッ
トの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット１１０３で
照射された半導体膜１１０５が固化する前に、レーザ光をビームスポット１１０４まで走
査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット１１０１において照射
された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１１０２を形成でき、擬似線状
ビームスポットの長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大
粒径の結晶を形成できる。
【００７３】
図１１（Ｃ）の場合は、ビームスポット１１０３の中心である櫛歯状の線の第１の角か
ら、第２及び第３の二つの角を経由して、ビームスポット１１０４の中心である櫛歯状の
線の第４の角まで、レーザ光は走査される。そのため、擬似線状ビームスポットの長軸と
交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット１１０３で照射された
半導体膜１１０５が固化する前に、レーザ光をビームスポット１１０４まで走査すればよ
い。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット１１０１で照射された被照射体が
固化する前に、擬似線状ビームスポット１１０２を形成でき、擬似線状ビームスポットの
長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大粒径の結晶を形成
できる。
【００７４】
また、擬似線状ビームスポット１１０１ではビームスポット１１０３が、最も早くレー
ザ照射される。一方で、擬似線状ビームスポット１１０２ではビームスポット１１０４が
最も遅くレーザ照射される。したがって、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向
に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット１１０３で照射された半導体膜１１
０５が固化する前に、レーザ光をビームスポット１１０４まで走査すればよい。そうすれ
ば、結果として、擬似線状ビームスポット１１０１においてレーザ光で照射された被照射
体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１１０２を形成でき、擬似線状ビームスポッ
トの長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大粒径の結晶を
形成できる。
【００７５】
図１１で示す走査方法は、図２の音響光学素子２０４及びＸ軸方向位置制御手段２０９
をタイミング良く動かすことで実現できる。音響光学素子２０４は一定の周期で光を偏向
する。この音響光学素子２０４の一定周期に合わせて、Ｘ軸方向位置制御手段を動かすこ
とで、図１１に示すようなさまざまな走査ができる。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）で示す
走査方法は、レーザ光を音響光学素子で走査させつつ、Ｘ軸方向位置制御手段でステージ
を移動させて行う。また、図１１（Ｃ）の走査方法は、レーザ光が擬似線状ビームスポッ
トの端部に位置した時点で、Ｘ軸方向位置制御手段でステージを移動させて行う。
【００７６】
（実施の形態３）
次に本発明の他の実施形態について説明する。
【００７７】
まず図４を用いて、本発明で用いる擬似線状ビームスポットの形成について説明する。
図４（Ａ）に、実線の矢印で示すように、レーザ光のビームスポット３０１を一方向に走
査することで、擬似線状ビームスポット３００を形成している様子を示す。
【００７８】
図４（Ａ）では、実施の形態１の場合と異なり、ビームスポット３０１を一方向にのみ
走査し、擬似線状ビームスポット３００を形成している様子を示している。図４（Ａ）に
示すように、一方向にのみビームスポット３０１を走査することで、擬似線状ビームスポ
ット３００内の任意の一点において、レーザ光が照射されるトータルの時間を均一にする
ことができる。また図４（Ａ）では、ビームスポット３０１を、図４（Ａ）の左から右へ
走査している様子を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明では、擬似
線状ビームスポット３００内の任意の一点において、ビームスポット３０１が少なくとも
１回走査されていれば良い。
【００７９】
また図４（Ａ）の場合、ビームスポット３０１の走査速度は、擬似線状ビームスポット
３００内において、一軸方向の左端においてビームスポット３０１により溶融された領域
が完全に固化しないうちに、一軸方向の右端にビームスポット３０１が走査されるように
、ビームスポット３０１の走査速度を設定すれば良い。
【００８０】
また本実施の形態においても実施の形態１と同様に、一方向におけるレーザ光の走査速
度は、半導体膜を溶融させることができる程度に、任意の一点に照射されるレーザ光のト
ータルのエネルギーを確保できる程度とする。
【００８１】
なお本実施の形態では、ビームスポット３０１を一方向においてのみ走査させることで
、擬似線状ビームスポット３００を形成している例について示しているが、本発明はこの
構成に限定されない。結果的に擬似線状ビームスポット３００を形成することができるの
であれば、２つ以上の方向においてビームスポットを走査しても良い。
【００８２】
そして擬似線状ビームスポット３００を、一方向と交差する方向、言い換えると擬似線
状ビームスポット３００の長軸と交差する方向に向かって、更に走査する。図４（Ｂ）に
、図４（Ａ）に示した擬似線状ビームスポット３００を、破線の矢印で示すように擬似線
状ビームスポット３００の長軸と交差する方向に向かって走査し、擬似線状ビームスポッ
ト３０３を形成する様子を示す。
【００８３】
擬似線状ビームスポット３００内の領域は、半導体膜が完全に固化されず溶融している
状態にある。よって、擬似線状ビームスポット３００が照射されて半導体膜が固化する前
に、擬似線状ビームスポット３０３を半導体膜に照射することで、半導体膜中において固
液界面を連続的に移動させることができる。このとき、擬似線状ビームスポット３００、
３０３は部分的に重なるようにする。
【００８４】
図４（Ｃ）、図１２に、上記動作を繰り返し、半導体膜を結晶化している様子を示す。
レーザ光のビームスポット３０１を、等間隔で対向する複数の直線をなぞらせるように走
査しながら、被照射体である半導体膜３０２をレーザ光により結晶化していく。このとき
、図４（Ｂ）のように、擬似線状ビームスポット３００と、続いて形成された擬似線状ビ
ームスポット３０３とが部分的に重なるようにし、さらに擬似線状ビームスポット３００
において照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット３０３を形成する
。これにより、破線の矢印で示した走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成す
ることができる。具体的には、隣り合う擬似線状ビームスポットにおいて、それぞれの擬
似線状ビームスポットの一方の長辺に沿った領域が重なるようにする。また、被照射体が
シリコンの場合は、シリコンの固化時間が約１００ｎｓのため、擬似線状ビームスポット
３００が形成され始めてから、１００ｎｓ以内に、擬似線状ビームスポット３０３を形成
する。
【００８５】
図１２では、様々なレーザ光の走査方法を示す。図１２（Ａ）は鋸歯状もしくはギザギ
ザの線をなぞるように、図１２（Ｂ）は波形状の線をなぞるように、図１２（Ｃ）は櫛歯
型状の線をなぞるように、レーザ光を走査する。このときも、図４（Ｃ）と同様に、ある
擬似線状ビームスポット１２０１と、その次の擬似線状ビームスポット１２０２が部分的
に重なるようにし、擬似線状ビームスポット１２０１で照射された被照射体部分が固化す
る前に、擬似線状ビームスポット１２０２が形成されるようにする。
【００８６】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）の走査方法で、擬似線状ビームスポット１２０１と１２０
２を部分的に重ねる場合は、ある方向転換点を中心とするビームスポット１２０３と、次
の次の方向転換点を中心とするビームスポット１２０４とを、部分的に重ねるようにすれ
ば、自然と擬似線状ビームスポット１２０１、１２０２は部分的に重なる。
【００８７】
図１２（Ｃ）は図４（Ｃ）の変形であり、擬似線状ビームスポット１２０１を形成して
から、擬似線状ビームスポット１２０２を形成する間も、被照射体にレーザ光を照射する
例である。図１２（Ｃ）の走査方法で、半導体膜１２０５に照射するエネルギー密度の分
布を均一にするには、擬似線状ビームスポットの両端において、走査速度を早くするかま
たはレーザ光の出力を弱くする。こうすることで、擬似線状ビームスポットの両端で吸収
されるレーザエネルギーを、その他のレーザ光が照射された領域と同程度にできる。
【００８８】
また、擬似線状ビームスポット１２０１ではビームスポット１２０３が、最も早くレー
ザ照射される。一方で、擬似線状ビームスポット１２０２ではビームスポット１２０４が
最も遅くレーザ照射される。具体的には図１２（Ａ）、（Ｂ）では、ビームスポット１２
０３の中心である方向転換点から、一つ方向転換点を経由して、ビームスポット１２０４
の中心である方向転換点までレーザ光は走査される。図１２（Ｃ）の場合は、ビームスポ
ット１２０３の中心である櫛歯状の線の一つの角から、二つの角を経由して、ビームスポ
ット１２０４の中心である櫛歯状の線の角まで、レーザ光は走査される。したがって、擬
似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビーム
スポット１２０３で照射された半導体膜１２０５が固化する前に、レーザ光をビームスポ
ット１２０４まで走査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット１
２０１で照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１２０２を形成で
き、大粒径の結晶が形成できる。
【００８９】
レーザ光が照射されてからシリコンが固化するまでの時間は約１００ｎｓである。した
がって、被照射体である半導体膜１２０５がシリコンであれば、ビームスポット１２０３
が照射されてから１００ｎｓ以内に、レーザ光をビームスポット１２０４まで走査すれば
よい。
【００９０】
次に本実施の形態の、レーザ照射装置の構成について説明する。図５に本実施の形態の
、レーザ照射装置の一形態を示す。図５に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器４０１と
、集光用光学系４０２と、ポリゴンミラー４０３と、ｆθレンズ４０４と、ステージ４０
５と、Ｘ軸方向位置制御手段４０８と、Ｙ軸方向位置制御手段４０９とを有している。
【００９１】
レーザ発振器４０１には、実施の形態１の場合と同様に、レーザ光を連続発振できる発
振器、もしくは周波数１００ＭＨｚ以上でレーザ光をパルス発振できる発振器を用いるこ
とができる。レーザ発振器４０１から発振されたレーザ光は、集光用光学系４０２に入射
する。集光用光学系４０２は、実施の形態１の場合と同様に、レーザ光を集光することが
できる光学系であれば良く、例えば球面レンズ、フレネルレンズなどを用いることができ
る。集光用光学系４０２において集光されたレーザ光はポリゴンミラー４０３に入射する
。
【００９２】
ポリゴンミラー４０３は、周囲に一連の平面反射面を有する回転体であるので、入射し
たレーザ光を同一の方向に向かって繰り返し偏向することができる。よってポリゴンミラ
ー４０３を用いることで、ビームスポットを高周波数でもって一軸方向に繰り返し走査す
ることが可能になる。
【００９３】
ポリゴンミラー４０３において偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ４０４に入射される
。ｆθレンズ４０４は、被照射体において常に焦点を結ぶように、偏向されたレーザ光を
集光することができる。ステージ４０５は、被照射体を載置することができる。図５では
被照射体として、基板４０６上に形成された半導体膜４０７を用いている例を示す。ｆθ
レンズ４０４により、ステージ４０５上に載置された半導体膜４０７においてレーザ光が
焦点を結ぶことで、一軸方向に周期的に走査されている擬似線状ビームスポットを形成す
ることができる。この一軸方向に周期的に走査されているビームスポットの軌跡を、図５
では擬似線状ビームスポット４１０として示す。
【００９４】
図６を用いて、ポリゴンミラー４０３において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビ
ームスポット４１０が形成される過程を示す。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、図５に示した
ポリゴンミラー４０３、ｆθレンズ４０４により偏向されたレーザ光が半導体膜４０７上
を走査する図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、実線の矢印で示すレーザ光
は、ポリゴンミラー４０３において偏向された後、ｆθレンズ４０４において集光され、
半導体膜４０７において焦点を結んでいる。
【００９５】
そして図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）の順にポリゴンミラー４０３を回転させる
と、ポリゴンミラー４０３が有する一つの反射面４１１の角度が変化し、レーザ光が白抜
きの矢印で示す偏向方向に向かって偏向される。そしてレーザ光の偏向に伴い、半導体膜
４０７においてレーザ光が焦点を結んでいる領域、すなわちビームスポットが、一軸方向
に走査される。そして、ポリゴンミラー４０３の回転が進むと、反射面４１１に連接する
次の反射面において、レーザ光が偏向されることになるため、ビームスポットを同一の方
向に向かって繰り返し走査することが可能である。
【００９６】
なお擬似線状ビームスポット４１０内では、半導体膜４０７が完全に固化されていない
状態であることが必要であるため、上記条件を満たす速度で、ビームスポットを一軸方向
に走査することが必要である。図５に示すレーザ照射装置の場合、ビームスポットの一軸
方向における走査速度は、ポリゴンミラー４０３の回転の周期により制御することが可能
である。また擬似線状ビームスポット４１０の長軸方向における長さは、ポリゴンミラー
４０３が有する反射面４１１の回転方向における幅により、制御することができる。
【００９７】
そして図５に示すレーザ照射装置では、Ｘ軸方向にステージ４０５の位置を移動させる
ことができるＸ軸方向位置制御手段４０８を用いて、擬似線状ビームスポット４１０を、
一軸方向と交差する方向（擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向）に走査するこ
とができる。Ｘ軸方向位置制御手段４０８が動く速度は、一軸方向へのビームスポット３
０１の走査速度よりも非常に遅い。このため、図４（Ｃ）に示すような走査が実現する。
Ｘ軸方向位置制御手段４０８は、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に一定速
度で移動する。これにより、大粒径の結晶を形成することができる。また、擬似線状ビー
ムスポットを形成している間も、Ｘ軸方向にステージを移動させることで、図１２（Ｂ）
や図１２（Ｃ）のような走査方法を可能とする。また図５に示すレーザ照射装置では、さ
らにＸ軸方向と直行するＹ軸方向に、ステージ４０５の位置を移動させることができるＹ
軸方向位置制御手段４０９を有している。
【００９８】
なお図５では、Ｘ軸方向位置制御手段４０８とＹ軸方向位置制御手段４０９の２つの位
置制御手段を用いて、ステージ４０５に対する擬似線状ビームスポット４１０の相対的な
位置を制御しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明のレーザ照射装置は、
少なくともＸ軸方向位置制御手段４０８を有していれば良い。Ｘ軸方向位置制御手段４０
８の他に、ステージ４０５を、ステージ４０５を含む面内において回転させることができ
る位置制御手段を有していても良い。
【００９９】
半導体膜４０７の全面にレーザ光を照射したい場合は、Ｘ軸方向位置制御手段４０８を
用いて擬似線状ビームスポット４１０をＸ軸方向に走査した後、Ｙ軸方向位置制御手段４
０９を用いて擬似線状ビームスポット４１０を長軸方向に走査するという作業を、繰り返
せば良い。また、ステージ４０５に対する擬似線状ビームスポット４１０の位置を、光学
系自体を動かすことで制御しても良い。その場合はステージを動かす必要はなく、４０１
〜４０４で示す光学系をＸ軸方向、Ｙ軸方向に動かせばよい。
【０１００】
なおレーザ発振器４０１に、レーザ光をパルス発振できる発振器を用いる場合、パルス
発振の周波数によって、擬似線状ビームスポット４１０の長軸方向における長さが制限さ
れる。よって擬似線状ビームスポット４１０は、パルス発振の周波数を考慮に入れて設計
する必要がある。具体的には、実施の形態１の場合と同様に、パルス発振の周波数が上述
した数１に示す式を満たせば良い。なお、式中のｆは、実施の形態１では音響光学素子２
０４における偏向の周期であるが、本形態ではポリゴンミラーの回転の周期である。
【０１０１】
なお図５に示すレーザ照射装置において、集光用光学系４０２は必ずしも必要ではない
。しかし集光用光学系４０２を用いることで、短軸方向の幅がより短く、長軸方向の幅が
より長い、擬似線状ビームスポット４１０を形成することができ、スループットを向上さ
せることができる。またミラーなどのレーザ光の光路を変更するための光学系は必須では
なく、必要に応じて適宜設ければ良い。またｆθレンズ４０４は必ずしも必要ではないが
、上記光学系を用いることで擬似線状ビームスポット４１０内において一軸方向に走査さ
れているビームスポットの速度や大きさを、一定にすることができる。
【０１０２】
また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図５に示したものに限定されず、
設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。
【０１０３】
本形態は、実施可能な範囲で実施の形態１、２と組み合わせることが可能である。
【０１０４】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、レーザ光を光学系を用いて直線的に走査し、レーザ光の走査方
向と交差する方向にはステージを移動することで、被照射体に対し２次元的にレーザ光を
照射する形態を説明した。本形態では、ステージを移動する手段を用いなくとも、光学系
だけを用いて、被照射体に対し２次元的にレーザ光を走査する例をあげる。
【０１０５】
図１３に本実施の形態のレーザ照射装置を示す。レーザ照射装置は、レーザ発振器１３
０１、集光用光学系１３０２、第１の偏向光学系１３１１、第２の偏向光学系１３０３、
ｆθレンズ１３０４で構成される。第１の偏向光学系及び第２の偏向光学系は、それぞれ
レーザ光を高周期でもって一方向に繰り返し走査することができる光学系であればよく、
例えばポリゴンミラー、レゾナントスキャナ、音響光学素子がある。図１３では第１の偏
向光学系１３１１として音響光学素子を用い、第２の偏向光学系１３０３としてポリゴン
ミラーを用いる。１３０５はステージであり、ステージ１３０５には半導体膜１３０７が
形成された基板１３０６が載せられる。
【０１０６】
第１の偏向光学系１３１１と第２の偏向光学系１３０３を組み合わせることで、レーザ
光を一軸方向に加え、一軸方向と交差する方向にも走査できる。まず、第１の偏向光学系
により、レーザ光を一軸方向に走査する。第１の偏向光学系により一軸方向に偏向された
レーザ光が、一軸方向と交差する方向にさらに偏向されるように、第２の偏向光学系を設
ける。こうすることによって、偏向光学系を一つだけ用いて形成した擬似線状ビームスポ
ットよりも面積の広いビームスポット１３１０を形成することができる。
【０１０７】
仮に、第１の偏向光学系で一軸方向にＭの幅で走査し、第２の偏向光学系で一軸方向と
交差する方向にＮの幅で走査したときは、ＭとＮの長さの辺を持つ四角形状のビームスポ
ット１３１０を形成することができる。
【０１０８】
ビームスポット１３１０内ではさまざまな走査方法が考えられる。図１４（Ａ）は、半
導体膜１３０７に照射されたビームスポット１３１０を示す上面図である。図１４（Ｂ）
〜（Ｅ）には、ビームスポット１３１０を形成するためのレーザ光の走査方法の一例を示
す。これら走査方法は実施の形態１〜３で示した方法と同じであり、図１４（Ｂ）では平
行に並んだ複数の直線上を走査し、図１４（Ｃ）は鋸歯状の線上もしくはギザギザに走査
し、図１４（Ｄ）は波形状の線上を走査し、図１４（Ｅ）は櫛歯状の線上を走査する。本
形態では、第１の偏向光学系と第２の偏向光学系の組み合わせを用いて、レーザ光を２次
元に走査する。この二つの偏向光学系を適切に制御することで、図１４（Ｂ）〜図１４（
Ｅ）に示す以外にも、様々な走査を行うことができる。図１４で示す擬似線状ビームスポ
ット１４０１と、その次の擬似線状ビームスポット１４０２との関係は、実施の形態１、
２と同様である。擬似線状ビームスポット１４０１、１４０２は部分的に重なり、擬似線
状ビームスポット１４０１によって照射された半導体部分が固化する前に、擬似線状ビー
ムスポット１４０２は形成される。これにより、ビームスポット１３１０内は、擬似線状
ビームスポットの長軸と交差する方向に、結晶粒を成長させることができ、大粒径の結晶
粒を得ることができる。
【０１０９】
第１の偏向光学系、第２の偏向光学系のみでは、半導体膜１３０７の一部しか結晶化で
きない。半導体膜全面を結晶化したい場合は、Ｘ軸方向位置制御手段１３０８およびＹ軸
方向位置制御手段１３０９を用いるとよい。もしくは、被照射体は移動せず、図１３の１
３０１〜１３０４、１３１１で示す光学系自体を動かして、半導体膜全面にレーザ光を照
射してもよい。
【０１１０】
本形態は、ビームスポット１３１０で示す範囲内であれば、確実にＸ軸及びＹ軸位置制
御手段を必要とせず、被照射体である半導体膜を結晶化できる。さらに一方向に結晶粒を
成長させた結晶性半導体膜を得ることができる。したがって、本形態は、一枚の基板上に
複数の半導体素子を形成した後、個々に分離して、複数のＩＤチップを作製するような作
製方法に適している。
【０１１１】
なお図１３に示すレーザ照射装置において、集光用光学系１３０２は必ずしも必要では
ない。しかし集光用光学系１３０２を用いることで、第１の偏向光学系１３１１に入射す
るレーザ光の断面の大きさを抑えることができるので、より小さい第１の偏向光学系１３
１１を用いることができる。またｆθレンズ１３０４は必ずしも必要ではないが、ｆθレ
ンズ１３０４を用いることでビームスポット１３１０内において走査されているレーザ光
の速度や大きさを、一定にすることができる。
【０１１２】
また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図１３に示したものに限定されず
、設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。
【０１１３】
本形態は、実施の形態１〜３と実施可能な範囲で組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【０１１４】
次に図７を用いて、本発明の半導体装置の作製方法について説明する。
【０１１５】
まず図７（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜５０１を成膜する。基板５００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、ステンレス基板等を用いることができる。また、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮに代
表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的
に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得
るのであれば用いることが可能である。
【０１１６】
下地膜５０１は基板５００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、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ＣＶ
Ｄ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ
）の膜厚になるように成膜する。
【０１１７】
なお下地膜５０１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基板また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。
【０１１８】
次に下地膜５０１上に半導体膜５０２を形成する。半導体膜５０２の膜厚は２５ｎｍ〜
１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。なお半導体膜５０２は、非晶質半
導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。半導体膜５０２が多結晶半導体膜
であれば、本発明によりレーザ光を照射することで再結晶化され、大粒径の結晶で構成さ
れる結晶性半導体膜を得ることができる。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマ
ニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度
は０．０１ａｔｏｍｉｃ％〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１１９】
次に図７（Ｂ）に示すように、本発明を用いて半導体膜５０２にレーザ光を照射し、結
晶化を行なう。
【０１２０】
レーザ結晶化を行なう場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜５０２の耐
性を高めるために、５５０℃、４時間の加熱処理を該半導体膜５０２に加えるのが望まし
い。レーザ結晶化は、連続発振のレーザまたは発振周波数が１００ＭＨｚ以上のパルス発
振のレーザを用いることができる。
【０１２１】
具体的には、公知の連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。
気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレー
ザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ル
ビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどが挙げられる。
【０１２２】
また周波数１００ＭＨｚ以上でパルス発振させることができるのであれば、Ａｒレーザ
、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レ
ーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドラ
イトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることが
できる。
【０１２３】
例えば連続発振が可能な固体レーザを用いる場合、第２高調波〜第４高調波のレーザ光
を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、ＹＡＧレーザ（基本
波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが
望ましい。具体的には、連続発振のＹＡＧレーザから射出されたレーザ光を非線形光学素
子により高調波に変換し、例えば出力４〜８Ｗ程度のレーザ光を得る。そして、ビームス
ポットを一軸方向に走査することで線状擬似ビームスポットを形成して、半導体膜５０２
に照射する。エネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜
１０ＭＷ／ｃｍ2）とすれば良い。擬似線状ビームスポットを形成するためのレーザ光の
走査速度は１×１０6〜１×１０7ｃｍ／ｓｅｃ程度とする。本実施例では２×１０6ｃｍ
／ｓｅｃとする。そして、擬似線状ビームスポットの、長軸と交差する方向における走査
速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度とし、照射する。本実施例では、エネルギー５Ｗ
、擬似線状ビームスポットのサイズを長軸４００μｍ、短軸１０〜２０μｍ、長軸と交差
する方向における走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃとして結晶化を行なう。
【０１２４】
擬似線状ビームスポットを、図７（Ｂ）に示すように、白抜きの矢印で示す方向に走査
することで、固液界面を白抜きの矢印の方向に向かって連続的に移動させることができる
。よって、擬似線状ビームスポットの走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成
される。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の粒を形成することで、キャリアが移動す
る方向と交差するような結晶粒界がほとんど存在しないＴＦＴを、形成することが可能と
なる。
【０１２５】
なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い
。これにより、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度
のばらつきによって生じる閾値電圧のばらつきを抑えることができる。
【０１２６】
上述した半導体膜５０２へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜
５０３が形成される。
【０１２７】
次に、図７（Ｃ）に示すように半導体膜５０３をパターニングすることで、島状の半導
体膜５０７〜５０９が形成され、該島状の半導体膜５０７〜５０９を用いてＴＦＴに代表
される各種の半導体素子が形成される。
【０１２８】
図示しないが、例えばＴＦＴを作製する場合、次に島状の半導体膜５０７〜５０９を覆
うようにゲート絶縁膜を成膜する。ゲート絶縁膜には、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。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法
などを用いることができる。
【０１２９】
次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜した後、該導電膜をパターニングすることで、ゲ
ート電極を形成する。そして、ゲート電極や、あるいはレジストを成膜してパターニング
したものをマスクとして用い、島状の半導体膜５０７〜５０９にｎ型またはｐ型の導電性
を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成す
る。
【０１３０】
上記一連の工程によってＴＦＴを形成することができる。なお本発明の半導体装置の作
製方法は、上述したＴＦＴの作製工程に限定されない。本発明を用いて結晶化された半導
体膜をＴＦＴの活性層として用いることで、素子の移動度、閾値電圧及びオン電流のばら
つきを抑えることができる。
【０１３１】
また、レーザ光による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けても良い。触
媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）があげられるが、これ以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ
）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、
白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる。触媒元素を
用いた結晶化工程の後に、レーザ光による結晶化工程を行なうと、触媒元素による結晶化
の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに
残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板
側から半導体膜の表面に向かって均一に進みやすく、レーザ光による結晶化工程のみの場
合に比べて、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。
【０１３２】
なお、触媒元素を添加し加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射に
より結晶性をより高めても良い。また、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、
触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにし
ても良い。
【０１３３】
なお本実施例では、半導体膜の結晶化に本発明を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なうのに用いても良い。
【０１３４】
本実施例は実施可能な範囲で実施の形態１〜４と組み合わせることができる。
【実施例２】
【０１３５】
本実施例では実施例１とは異なり、レーザ結晶化に、触媒元素による結晶化方法を組み
合わせた例について説明する。
【０１３６】
まず、半導体膜５０２を成膜する工程まで、実施例１の図７（Ａ）を参照して行なう。
次に図８（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に、重量換算で１〜１００ｐｐｍの
Ｎｉを含む酢酸ニッケル塩溶液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、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。そして
、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行なう。こ
の加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、基板５００に向かって縦
方向に結晶化が促進された半導体膜５２０が形成される（図８（Ａ））。
【０１３７】
加熱処理には、例えば、ランプの輻射を熱源としたＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａ
ｌ Ａｎｎｅａｌ）、又は加熱された気体を用いるＲＴＡ（ガスＲＴＡ）で設定加熱温度
７４０℃、１８０秒のＲＴＡを行なう。設定加熱温度は、パイロメータで測る基板の温度
であり、その温度を熱処理時の設定温度としている。他の方法としては、ファーネスアニ
ール炉を用いて５５０℃にて４時間の熱処理があり、これを用いても良い。結晶化温度の
低温化及び時短化は触媒作用のある金属元素の作用によるものである。
【０１３８】
なお、本実施例では触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いるが、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（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。
【０１３９】
次に図８（Ｂ）に示すように、半導体膜５２０を本発明を用いて結晶化する。レーザ結
晶化は、実施例１に記載されている条件で行なうことができる。
【０１４０】
上述した半導体膜５２０へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜
５２１が形成される。なお、触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５２１内には、触媒
元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で含まれてい
ると考えられる。次に、半導体膜５２１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。
【０１４１】
まず、図８（Ｃ）に示すように半導体膜５２１の表面に酸化膜５２２を形成する。１ｎ
ｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜５２２を形成することで、後のエッチング工程に
おいて半導体膜５２１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。酸化膜５
２２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、半導体膜５２１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。
【０１４２】
次に酸化膜５２２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５２３を、スパッタ法を用いて２５〜２５０ｎｍの厚さで形成
する。ゲッタリング用の半導体膜５２３は、半導体膜５２１とエッチングの選択比を大き
くするため、半導体膜５２１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。
【０１４３】
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、ゲッタリングを行なう
。ファーネスアニール法で行なう場合には、窒素雰囲気中にて４５０〜６００℃で０．５
〜１２時間の加熱処理を行なう。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源
を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６
回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、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する。
【０１４４】
加熱処理により、半導体膜５２１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５２３に移動し、ゲッタリングされる。
【０１４５】
次にゲッタリング用の半導体膜５２３をエッチングして除去する。エッチングは、Ｃｌ
Ｆ3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、テトラメチルア
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
るウエットエッチングで行なうことができる。この時酸化膜５２２によって半導体膜５２
１がエッチングされるのを防ぐことができる。
【０１４６】
次に酸化膜５２２をフッ酸により除去した後、半導体膜５２１をパターニングし、島状
の半導体膜５２４〜５２６を形成する（図８（Ｄ））。該島状の半導体膜５２４〜５２６
を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子を形成することができる。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。
【０１４７】
本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側に
おいてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。
よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、また
その結晶方位を揃えやすいため、実施例１の場合に比べて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る。
【０１４８】
なお本実施例では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから
、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに
限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加
熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。
【０１４９】
本実施例は、実施可能な範囲で、実施の形態１〜４、実施例１と組み合わせることがで
きる。
【実施例３】
【０１５０】
本実施例では、本発明の結晶化方法に触媒元素による結晶化方法を組み合わせた、実施
例２とは異なる例について説明する。
【０１５１】
まず、半導体膜５０２を成膜する工程まで、実施例１の図７（Ａ）を参照して行なう。
次に、半導体膜５０２の上に開口部を有するマスク５４０を形成する。そして図９（Ａ）
に示すように、半導体膜５０２の表面に重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニ
ッケル塩溶液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
パッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。塗布された酢酸ニッケル
塩溶液は、マスク５４０の開口部において半導体膜５０２と接する（図９（Ａ））。
【０１５２】
次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行な
う。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、実線の矢印で示し
たように結晶化が促進された半導体膜５３０が形成される（図９（Ａ））。加熱処理の方
法はこれに限定されず、実施例２に示したその他の方法で行なっても良い。なお、触媒元
素は実施例２に列記したものを用いることができる。
【０１５３】
次にマスク５４０を除去した後、図９（Ｂ）に示すように、半導体膜５３０を本発明の
レーザ照射装置を用いて結晶化する。レーザ結晶化は、実施例１に記載されている条件で
行なうことができる。上述した半導体膜５３０へのレーザ光の照射により、結晶性がより
高められた半導体膜５３１が形成される。
【０１５４】
なお図９（Ｂ）に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５３１内には、
触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で含まれ
ていると考えられる。次に、半導体膜５３１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行な
う。
【０１５５】
まず図９（Ｃ）に示すように、半導体膜５３１を覆うように、マスク用の酸化シリコン
膜５３２を１５０ｎｍの厚さで形成し、パターニングにより開口部を設け、半導体膜５３
１の一部を露出させる。そして、リンを添加して、半導体膜５３１にリンが添加されたゲ
ッタリング領域５３３を設ける。この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２
４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行なうと、半導体膜５３１にリンが添加さ
れたゲッタリング領域５３３がゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５３１に残存し
ていた触媒元素が、リンの添加されたゲッタリング領域５３３に偏析する。
【０１５６】
そして、リンが添加されたゲッタリング領域５３３をエッチングで除去することにより
、半導体膜５３１の残りの領域において、触媒元素の濃度を１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3以下にまで低減させることができる。次に、マスク用の酸化シリコン膜５３２を除去し
た後、半導体膜５３１をパターニングし、島状の半導体膜５３４〜５３６を形成する（図
９（Ｄ））。該島状の半導体膜５３４〜５３６用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素
子を形成することができる。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。
【０１５７】
本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側に
おいてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。
よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、また
その結晶方位を揃えやすいため、実施例１の場合に比べて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る。
【０１５８】
本実施例は、実施可能な範囲で、実施の形態１〜４、実施例１、２と組み合わせること
ができる。
【実施例４】
【０１５９】
図１０を用いて、本発明を用いて形成される半導体表示装置の１つである、発光装置の
画素の構成について説明する。
【０１６０】
図１０において、基板６０００に、下地膜６００１が形成されており、該下地膜６００
１上にトランジスタ６００２が形成されている。トランジスタ６００２は島状の半導体膜
６００３と、ゲート電極６００５と、島状の半導体膜６００３とゲート電極６００５の間
に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。
【０１６１】
島状の半導体膜６００３には、本発明を用いることで結晶化された多結晶半導体膜が用
いられている。なお、島状の半導体膜は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いる
ようにしても良い。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１
〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。また窒化炭素が添加された珪素を用
いていても良い。
【０１６２】
またゲート絶縁膜６００４は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用いることが
できる。またそれらを積層した膜、例えばＳｉＯ2上にＳｉＮを積層した膜を、ゲート絶
縁膜として用いても良い。またゲート電極６００５として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ
、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で
形成する。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半
導体膜を用いてもよい。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層した
ものであっても良い。
【０１６３】
またトランジスタ６００２は、第１の層間絶縁膜６００６で覆われており、第１の層間
絶縁膜６００６上には第２の層間絶縁膜６００７と、第３の層間絶縁膜６００８とが積層
されている。第１の層間絶縁膜６００６は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、
酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。
【０１６４】
また第２の層間絶縁膜６００７は、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂等を用
いることができる。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当す
る。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置
換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用い
られる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水
素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
本実施例では非感光性のアクリルを用いる。第３の層間絶縁膜６００８は、水分や酸素な
どの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにく
い膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された
窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。
【０１６５】
また図１０において６０１０は第１の電極、６０１１は電界発光層、６０１２は第２の
電極であり、第１の電極６０１０と電界発光層６０１１と第２の電極６０１２が重なって
いる部分が発光素子６０１３に相当する。トランジスタ６００２の一つは、発光素子６０
１３に供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子６０１３と直接、ま
たは他の回路素子を介して直列に接続されている。電界発光層６０１１は、発光層単独か
もしくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。
【０１６６】
第１の電極６０１０は第３の層間絶縁膜６００８上に形成されている。また第３の層間
絶縁膜６００８上には隔壁として用いる有機樹脂膜６０１４が形成されている。なお本実
施例では隔壁として有機樹脂膜を用いているが、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂等を隔壁
として用いることができる。有機樹脂膜６０１４は開口部６０１５を有しており、該開口
部において第１の電極６０１０と電界発光層６０１１と第２の電極６０１２が重なり合う
ことで発光素子６０１３が形成されている。
【０１６７】
そして有機樹脂膜６０１４及び第２の電極６０１２上に、保護膜６０１６が成膜されて
いる。保護膜６０１６は第３の層間絶縁膜６００８と同様に、水分や酸素などの発光素子
の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜、例えば
ＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いる。
【０１６８】
また有機樹脂膜６０１４の開口部６０１５における端部は、有機樹脂膜６０１４上に一
部重なって形成されている電界発光層６０１１に、該端部において穴があかないように、
丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描い
ている曲線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度であることが望ましい。上記構成により、
後に形成される電界発光層や第２の電極のカバレッジを良好とすることができ、第１の電
極６０１０と第２の電極６０１２が電界発光層６０１１に形成された穴においてショート
するのを防ぐことができる。また電界発光層６０１１の応力を緩和させることで、発光領
域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることが
できる。
【０１６９】
なお図１０では、有機樹脂膜６０１４として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた
例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光さ
れた箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ
型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜６０１４を
形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜６０１４を形成した場合、開口部
６０１５における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部
における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
【０１７０】
なお、第１の電極６０１０と、第２の電極６０１２は、いずれか一方が陽極、他方が陰
極に相当する。
【０１７１】
陽極には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛
（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料
を用いることが可能である。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴ
ＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）を混合したものを用いても良い。また陽極として上記透光性酸化物導電材料の他に
、例えばＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｌ等の１つまたは複数
からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン
膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる
。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料で陽極側から光を取り出す場合、光が透過する
程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。
【０１７２】
陰極は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物など
を用いることができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、
Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎな
ど）、およびこれらの化合物（ＣａＦ2、ＣａＮ）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用
いることができる。また電界発光層６０１１中に電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他
の導電層を用いることも可能である。また陰極側から光を取り出す場合は、酸化インジウ
ムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添
加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である
。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素
を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用
いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、後に形成される電界発光層６０１１に
電子注入層を設けるのが望ましい。また透光性酸化物導電材料を用いずとも、陰極を光が
透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成することで、陰極側か
ら光を取り出すことができる。この場合、該陰極の上または下に接するように透光性酸化
物導電材料を用いて透光性を有する導電層を形成し、陰極のシート抵抗を抑えるようにし
ても良い。
【０１７３】
なお図１０では、発光素子から発せられる光が基板６０００側に照射される構成を示し
ているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光素子としても良い。
【０１７４】
なお、実際には図１０まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、
脱ガスの少ない保護フィルム（熱圧着したときに溶融する層を備えたフィルム、紫外線硬
化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウ
ム）を配置したりすると発光素子の信頼性が向上する。
【０１７５】
なお、本実施例では半導体表示装置の一例として発光装置を例に挙げたが、本発明の作
製方法を用いて形成される半導体表示装置はこれに限定されない。
【０１７６】
本実施例は、実施可能な範囲で実施の形態１〜４、実施例１〜３と組み合わせることが
できる。
【符号の説明】
【０１７７】
１００ 擬似線状ビームスポット
１０１ ビームスポット
１０２ 半導体膜
１０３ 擬似線状ビームスポット
２０１ レーザ発振器
２０２ 集光用光学系
２０３ ミラー
２０４ 音響光学素子
２０５ ｆθレンズ
２０６ ステージ
２０７ 基板
２０８ 半導体膜
２０９ Ｘ軸方向位置制御手段
２１０ Ｙ軸方向位置制御手段
２１１ 擬似線状ビームスポット
３００ 擬似線状ビームスポット
３０１ ビームスポット
３０２ 半導体膜
３０３ 擬似線状ビームスポット
４０１ レーザ発振器
４０２ 集光用光学系
４０３ ポリゴンミラー
４０４ ｆθレンズ
４０５ ステージ
４０６ 基板
４０７ 半導体膜
４０８ Ｘ軸方向位置制御手段
４０９ Ｙ軸方向位置制御手段
４１０ 擬似線状ビームスポット
５００ 基板
５０１ 下地膜
５０２ 半導体膜
５０３ 半導体膜
５０７ 島状の半導体膜
５２０ 半導体膜
５２１ 半導体膜
５２２ 酸化膜
５２３ 半導体膜
５２４ 島状の半導体膜
５３０ 半導体膜
５３１ 半導体膜
５４０ マスク
５３２ 酸化シリコン膜
５３３ ゲッタリング領域
５３４ 島状の半導体膜
６０００ 基板
６００１ 下地膜
６００２ トランジスタ
６００３ 島状の半導体膜
６００４ ゲート絶縁膜
６００５ ゲート電極
６００６ 第１の層間絶縁膜
６００８ 第３の層間絶縁膜
６００７ 第２の層間絶縁膜
６０１０ 第１の電極
６０１１ 電界発光層
６０１２ 第２の電極
６０１３ 発光素子
６０１４ 有機樹脂膜
６０１５ 開口部
６０１６ 保護膜
１１０１ 擬似線状ビームスポット
１１０２ 擬似線状ビームスポット
１１０３ ビームスポット
１１０４ ビームスポット
１１０５ 半導体膜
１２０１ 擬似線状ビームスポット
１２０２ 擬似線状ビームスポット
１２０３ ビームスポット
１２０４ ビームスポット
１２０５ 半導体膜
１３０１ レーザ発振器
１３０２ 集光用光学系
１３０３ 第２の偏向光学系
１３０４ ｆθレンズ
１３０５ ステージ
１３０６ 基板
１３０７ 半導体膜
１３０８ Ｘ軸方向位置制御手段
１３０９ Ｙ軸方向位置制御手段
１３１０ ビームスポット
１３１１ 第１の偏向光学系
１４０１ 擬似線状ビームスポット
１４０２ 擬似線状ビームスポット
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体膜の結晶化に用いられるレーザ照射装置に関する。また半導体装置の作
製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、非晶質半導体膜を用いたＴＦ
Ｔに比べて移動度が２桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一
基板上に一体形成できるという利点を有している。多結晶半導体膜は、レーザアニール法
を用いることで、安価なガラス基板上に形成することができる。
【０００３】
レーザ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。エキシマ
レーザに代表されるパルス発振のレーザは、連続発振のレーザと比べて、単位時間あたり
に出力されるレーザ光のエネルギーが３〜６桁程度高い。よって、ビームスポット（被照
射体の表面において実際にレーザ光が照射される照射領域）を数ｃｍ角の矩形状や、長さ
１００ｍｍ以上の線状となるように光学系で成形することで、レーザ光の照射のスループ
ットを高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザを用
いるのが主流となりつつあった。
【０００４】
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、線状が矩形状に含まれることに
変わりはない。
【０００５】
しかし、このようにパルス発振のレーザ光を用いて結晶化された半導体膜は、その位置
と大きさがランダムな複数の結晶粒の集まりで形成されている。結晶粒内と異なり、結晶
粒の界面（結晶粒界）には、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心
が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテン
シャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの輸送特性が低下するとい
う問題がある。
【０００６】
上記問題が背景にあり、連続発振のレーザを用いた半導体膜の結晶化に関する技術が、
近年注目されている。連続発振のレーザの場合、従来のパルス発振のレーザとは異なり、
一方向に走査させながら半導体膜にレーザ光を照射して、結晶を走査方向に向かって連続
的に成長させ、該走査方向に沿って長く延びた単結晶からなる結晶粒の集まりを形成する
ことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところでレーザアニールのスループットを高めるためには、連続発振のレーザ光を用い
る場合においても、ビームスポットを光学系にて線状に成形する必要がある。そして、ビ
ームスポットの成形において重要なのは、ビームスポットの長軸方向（長辺方向とも言う
）におけるエネルギー密度の分布を、如何に均一化できるかという点である。長軸方向に
おけるエネルギー密度の分布は、レーザアニールにより結晶化された半導体膜の結晶性を
左右し、延いては該半導体膜を用いて形成された半導体素子の特性にも影響を与えるから
である。例えば、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度が、ガウス型の分布
を有している場合、該ビームスポットを用いて形成された半導体素子の特性も、ガウス型
の分布を有してばらつくことになる。よって、半導体素子の特性の均一性を確保するため
には、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度の分布をより均一にすることが
望ましい。また、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度の分布が均一である
方が、ビームスポットを長軸方向により長く引き伸ばすことができ、スループットを向上
させることができるというメリットを有する。
【０００８】
しかし、線状のビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度を均一化するには、
シリンドリカルレンズや回折光学素子などの光学系を用いる必要がある。これらのエネル
ギー密度を均一化するための光学系は、ビームスポットの波面、形状を考慮した高度な光
学設計が必要となるため、調整が複雑であるという問題があった。
【０００９】
また半導体膜の結晶化は、半導体膜に対するレーザ光の吸収係数が大きいほど、より効
率良く行なうことができる。ＹＡＧレーザやＹＶＯ4レーザの場合、半導体装置に通常用
いられる膜厚数十〜数百ｎｍの珪素膜に対する吸収係数は、基本波よりも波長の短い第２
高調波の方がはるかに高い。よって、通常、半導体装置の作製工程における半導体膜のレ
ーザ結晶化では、高調波を用い、基本波を用いることは殆どない。基本波から高調波への
変換は、非線形光学素子を用いることで行なうことができる。
【００１０】
ところが連続発振のレーザは、パルス発振のレーザに比べて、単位時間あたりのレーザ
光の出力が低いため、時間に対する光子の密度も低く、よって非線形光学素子における高
調波への変換効率が低い。具体的には、入射光のモード特性や時間特性にもよるが、パル
ス発振のレーザの変換効率が１０〜３０％程度であるのに対し、連続発振のレーザの変換
効率は０．２〜０．３％程度である。また連続発振のレーザの場合、連続的に非線形光学
素子に負荷を与えるために、非線形光学素子のレーザ光に対する耐性が、パルス発振のレ
ーザに比べて著しく低いという問題もある。
【００１１】
したがって連続発振のレーザは、パルス発振のレーザに比べて、高調波を有するレーザ
光の、単位時間あたりに出力されるレーザ光が弱く、ビームスポットの面積を広げてスル
ープットを高めることが難しい。例えば連続発振のＹＡＧレーザは、基本波を１０ｋＷ出
力できるのに対し、第２高調波の出力は１０Ｗ程度しか得られない。この場合、半導体膜
の結晶化に必要なエネルギー密度を得るためにはビームスポットの面積を１０-3ｍｍ2程
度と小さくしなければならない。このように連続発振のレーザは、パルス発振のエキシマ
レーザに比べてスループットが劣っており、このことが量産に際し経済性を落とす一因と
なっている。
【００１２】
本発明は上述した問題に鑑み、光学系を複雑化させることなく、長軸方向に対し均一な
エネルギー密度を持つ線状のレーザスポットを被照射体に照射することができる、レーザ
照射装置の提案を課題とする。さらに本発明は、線状のビームスポットの長軸と交差する
方向に向かって結晶粒を連続的に成長させることができる、レーザ照射装置の提案を課題
とする。また、被照射体に対するレーザ照射のスループットを向上させることができるレ
ーザ照射装置の提案を課題とする。
【００１３】
また本発明は上述した問題に鑑み、光学系を複雑化させることなく、長軸方向に対し均
一なエネルギー密度を持つ線状のレーザスポットを半導体膜に照射することができる、半
導体装置の作製方法の提案を課題とする。さらに本発明は、線状のビームスポットの長軸
と交差する方向に向かって結晶粒を連続的に成長させることができるレーザ照射装置の提
案を課題とする。また、半導体膜に対するレーザ照射のスループットを向上させることが
できる半導体装置の作製方法の提案を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一形態は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、光学系を用いて一軸方向
に高速に走査し、擬似的な線状のビームスポット（以下、擬似線状ビームスポットとする
）を形成することを特徴とする。本明細書において擬似線状ビームスポットとは、第１の
点と第２の点を結んだ線上においてレーザ光を走査することで形成されるスポットであり
、第１の点をレーザ光で照射したことで溶融した領域が固化しないうちに、第２の点にレ
ーザ光が走査されることで形成されるビームスポットである。つまり、擬似線状ビームス
ポットによって照射された領域は、まるで線状ビームで照射したようにある一定時間溶融
している。
【００１５】
そして、レーザ光は、光学系、または光学系とレーザ光に対する被照射体の位置を移動
させる手段を用いて、等間隔で並ぶ複数の直線を１つずつなぞるように走査される。複数
の直線のうち隣り合う直線をなぞることで形成される、第１の擬似線状ビームスポットと
第２の擬似線状ビームスポットは、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向におい
て互いに部分的に重なるようにする。また、先に形成された第１の擬似線状ビームスポッ
トにおける被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を走査して、次に形成される第２の
擬似線状ビームスポットを形成する。これにより、擬似線状ビームの長軸と交差する方向
に、被照射体の結晶粒を伸ばすことが可能となる。
【００１６】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、直線上を往復するようにレーザ
発振器から発振されたレーザ光を走査して、擬似線状ビームスポットを形成する光学系と
、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向にレーザ光に対する被照射体の相対的な
位置を移動させる手段とを有する。擬似線状ビームスポットが照射される第１の被照射体
領域と、第１の被照射体領域が照射された後に引き続き、擬似線状ビームスポットが照射
される第２の被照射体領域は、部分的に重なるように、移動させる手段により被照射体を
移動し、擬似線状ビームスポットにおいて照射されたレーザ光が第１の被照射体領域に吸
収されて、第１の被照射体領域が溶融し固化するよりも前に、移動させる手段により擬似
線状ビームスポットの照射位置を第１の被照射体領域から第２の被照射体領域に移動する
ことを特徴とする。
【００１７】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、直線上を往復するように、レー
ザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系と、レーザ光に対する被照射体の相対
的な位置を、レーザ光の走査方向と交差する方向に移動する手段とを有する。光学系及び
移動する手段により、レーザ光を被照射体上において波形状または鋸歯状の線をなぞるよ
うに走査し、波形状または鋸歯状の線の第１の方向転換点から第２の方向転換点を経由し
て第３の方向転換点へ走査するとき、第１の方向転換点をレーザ光で照射したときの第１
のビームスポットと、第３の方向転換点をレーザ光で照射したときの第２のビームスポッ
トは部分的に重なるようにし、第１のビームスポットにおいてレーザ光が照射され、被照
射体が固化するよりも前に、レーザ光を第１の方向転換点から第３の方向転換点へ走査す
ることを特徴とする。
【００１８】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレ
ーザ光を、等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように走査する光学系とを有する。
複数の直線のうち第１の直線をなぞるように走査して形成する第１の擬似線状ビームスポ
ットと、第１の直線と隣り合う第２の直線をなぞるように走査して形成する第２の擬似線
状ビームスポットは、部分的に重なり、第１の擬似線状ビームスポットにおける被照射体
が固化するよりも前に、レーザ光を走査して、第２の擬似線状ビームスポットを形成する
ことを特徴とする。
【００１９】
本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレ
ーザ光を、波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査する光学系とを有する。波形状ま
たは鋸歯状の線の第１の方向転換点から第２の方向転換点を経由して第３の方向転換点へ
走査するとき、第１の方向転換点を中心とする第１のビームスポットと、第３の方向転換
点を中心とする第２のビームスポットは部分的に重なるように、レーザ光を走査し、第１
のビームスポットにおける被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を第１の方向転換点
から第３の方向転換点まで走査することを特徴とする。
【００２０】
本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、半導体膜の第１の領域を溶融するため、レ
ーザ光を第１の方向に沿って第１の走査をし、第１の走査の後、半導体膜の第２の領域を
溶融するため、レーザ光を第２の方向に沿って第２の走査をし、第１の領域は第２の領域
と部分的に重なり、第２の走査をしている間は第１の領域の少なくとも一部は溶融状態に
あることを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、波形状または鋸歯状の線をなぞるように、
半導体膜をレーザ光で走査し、波形状または鋸歯状の線の第１の方向変換点から第２の方
向転換点を経由して第３の方向転換点へ走査するとき、第１の方向転換点を中心とする第
１のビームスポットと、第３の方向転換点を中心とする第２のビームスポットとが、部分
的に重なるようにし、第１のビームスポットにより照射された半導体膜部分が固化するよ
りも前に、レーザ光を第１のビームスポットから第２のビームスポットへ走査することを
特徴とする。
【００２２】
本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、櫛歯状の線をなぞるように、半導体膜を前
記レーザ光で走査し、櫛歯状の線の第１の角から第２及び第３の角を経由して第４の角へ
走査するとき、第１の角を中心とする第１のビームスポットと、第４の角を中心とする第
２のビームスポットとが、部分的に重なるようにし、第１のビームスポットにより照射さ
れた半導体膜部分が固化するよりも前に、レーザ光を第１のビームスポットから第２のビ
ームスポットへ走査することを特徴とする。
【００２３】
以上のようなレーザ光照射装置または半導体装置の作製方法を用いると、被照射体中に
おいて固液界面を一方向に連続的に移動させることができる。
【００２４】
例えば連続発振のレーザ光の場合、レーザ光の照射により半導体膜が溶融してから完全
に固化するまでの時間は、非特許文献１にあるように、おおよそ１００ｎｓである。この
場合、一軸方向における上記レーザ光の走査の周波数を１０ＭＨｚ以上として擬似線状ビ
ームスポットを形成すれば良い。上記構成により、擬似線状ビームスポット内の半導体膜
の溶融している領域が完全に固化する前に、該半導体膜の溶融した領域と一部重なる領域
に次の擬似線状ビームスポットを照射し、固液界面を擬似線状ビームスポットの長軸と交
差する方向に連続的に移動させることができる。そして、固液界面を連続的に移動させた
結果、例えば擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向における幅が１０〜３０μｍ
、前記長軸方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができる。そ
して擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を
形成することで、キャリアが移動する方向と交差するような結晶粒界がほとんど存在しな
いＴＦＴを、形成することが可能となる。
【００２５】
【非特許文献１】表面科学 Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．６，ｐｐ．３７５―３８２，２００３
【００２６】
なお、擬似線状ビームスポットを形成するための、一軸方向におけるレーザ光の走査の
周波数は、半導体膜を溶融させることができる程度に、任意の一点に照射されるレーザ光
のトータルのエネルギーを確保できるよう、その上限を決めれば良い。
【００２７】
また本発明で用いるレーザ光は、連続発振に限定されない。例えば、パルス発振のレー
ザ光の発振周波数を１００ＭＨｚ以上とし、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周
波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行なっても良い。パルス発振で
レーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓ〜数
百ｎｓと言われている。よって、レーザ光の走査の周波数を数十〜数百ＭＨｚとすること
で、擬似線状ビームスポット内の半導体膜の溶融している領域が完全に固化する前に、次
の擬似線状ビームスポットを該半導体膜の溶融した領域と一部重なる領域に照射できる。
したがって、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、擬似
線状ビームスポットの長軸と交差する方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半
導体膜が形成される。具体的には、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向におけ
る幅が１０〜３０μｍ、前記長軸方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成
することができる。擬似線状ビームの長軸と交差する方向に沿って長く延びた単結晶の結
晶粒を形成することで、キャリアが移動する方向と交差するような結晶粒界がほとんど存
在しないＴＦＴを、形成することが可能となる。
【００２８】
また、上述したような著しく高い発振周波数を用いる場合、必然的にパルス幅もその発
振周波数に合わせてｐｓ（ｐｉｃｏ ｓｅｃｏｎｄ）のオーダー若しくはそれ以下まで短
くなる。それによってレーザ光を基板に対して垂直の方向から照射しても、基板の裏面に
おける光の反射によって生じる干渉が抑えられるという、副次的な効果も得ることができ
る。干渉が抑えられるのは、１ｍｍ程度のガラス基板を往復して半導体膜に戻ってきた光
と、新たに半導体膜に入射する光とが混在している時間が、ｐｓのオーダーのパルス幅だ
と著しく短くすることができるからである。通常の発振周波数を用いたパルス発振のレー
ザでは、パルス幅が１０ｎｓ〜数１００ｎｓであり、この期間に光が進む距離は３ｍ〜１
００ｍ程度である。しかし、著しく高い発振周波数を用いる場合、パルス幅はｐｓのオー
ダーである。例えばパルス幅１０ｐｓの期間に光が進む距離は３ｍｍ程度であり、通常の
発振周波数のパルス発振のレーザに比べてその距離が著しく短い。よって、１ｍｍ程度の
ガラス基板を往復して半導体膜に戻ってきた光と、新たに半導体膜に入射する光とが混在
している時間が短く、干渉が抑えられやすい。よって、干渉の影響を考慮してレーザ光を
半導体膜に対して斜めに照射する必要がなくなり、レーザ光を基板に対して垂直の方向か
ら照射することができる。したがって光学設計が容易になり、得られるビームスポットの
エネルギー分布をより均一にすることができる。またレーザ光を斜めに照射する場合、被
照射体の走査方向によってレーザ光の照射条件が変化するため、均一なレーザアニールを
行なうことが難しい。この場合、均一なレーザアニールを行なうためには、一方向の走査
のみによってレーザアニールを行なう必要があり、スループットを犠牲にせざるを得ない
。しかし著しく高い発振周波数を用いる場合、垂直にレーザ光を照射することができるの
で、走査方向によってレーザ光の照射条件が変化することがない。よって被照射体を往復
させるように走査してもレーザアニールの均一性が損なわれることがない。
【００２９】
また、従来のパルス発振のレーザを用いて結晶化を行なった場合、結晶の粒界において
、酸素、窒素、炭素等の不純物が偏析する傾向がある。特にレーザ光を用いた結晶化と触
媒金属を用いた結晶化とを組み合わせた場合は、ゲッタリングしきれなかった触媒金属が
偏析することもある。本発明では、固液界面を連続的に移動させることができるので、帯
域溶融法のごとく、偏析係数が正の不純物の偏析を防ぎ、半導体膜の純化や溶質濃度の一
様化を行なうことができる。したがって、該半導体膜を用いた半導体素子の特性を高め、
また特性のバラツキを抑えることができる。
【００３０】
本発明では、連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レ
ーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、Ｙ
ＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレ
ーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどが挙げられる。
【００３１】
また本発明では、周波数１００ＭＨｚ以上でパルス発振させることができるレーザを用
いることができる。上記周波数での発振が可能であるならば、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、
エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレ
ーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔ
ｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることができる。
【００３２】
なお本発明の半導体装置の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法に用いる
ことができる。半導体表示装置は、例えば液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光
素子を各画素に備えた発光装置、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄ
ｅｖｉｃｅ）、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）、ＦＥＤ（Ｆｉｅ
ｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）等が挙げられる。
【発明の効果】
【００３３】
従来のように、光学系のみを用いて線状のビームスポットを形成する場合、ビームスポ
ット内の長軸方向におけるエネルギー分布の均一化に限界が生じていた。本発明の場合、
ビームスポットを一軸方向に高速に、そして隣り合うスポット同士が重なるように走査す
ることで擬似線状ビームスポットを形成している。よって、擬似線状ビームスポットの長
軸方向におけるエネルギー分布を、従来の線状のビームスポットの場合に比べて、光学系
を複雑化させることなく、より均一にすることができる。したがって、擬似線状ビームス
ポットの長軸方向における半導体膜の結晶性をより均一にすることができ、該半導体膜を
用いて形成された半導体素子の特性のばらつきを抑えることができる。
【００３４】
また従来のように、長軸方向におけるエネルギー分布の均一化に限界が生じると、線状
のビームスポットを長軸方向により長く引き伸ばすことが難しくなるため、スループット
の向上が妨げられる。本発明の場合、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネ
ルギーを確保しつつ、長軸方向におけるレーザ光の走査速度を高めることで、擬似線状ビ
ームスポットの長軸方向における幅をより長くすることができる。よって、光学系を複雑
化させることなく、レーザ照射のスループットをより高めることが可能になる。
【００３５】
また従来のように線状のビームスポットを形成する場合は、レーザ光を集光するための
光学系として、シリンドリカルレンズを用いる必要があった。本発明では、擬似線状ビー
ムスポットを形成するためのビームスポットは、その形状が円形であっても良い。円形の
ビームスポットを用いる場合、レーザ光を集光するための光学系として、球面レンズを用
いることができる。そして球面レンズは、一般的にシリンドリカルレンズよりも精度が高
いので、エネルギー密度がより高く、径がより短いビームスポットを形成することが可能
である。よって本発明では、従来の線状のビームスポットの場合に比べ、擬似線状ビーム
スポットの短軸方向における幅を短くすることができ、長軸方向における幅をより長くす
ることができるので、スループットをより高めることができる。
【００３６】
また、固液界面を擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に連続的に移動させる
ことで、大粒径の結晶粒を形成することができる。これにより、一つの結晶粒径内で少な
くとも一つのアイランド化された半導体膜を形成できるため、キャリアが結晶粒界でトラ
ップされることがなく、キャリアの輸送特性が低下しない半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図２】本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。
【図３】音響光学素子において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポットが形成される過程を示す図。
【図４】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図５】本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。
【図６】ポリゴンミラーにおいて偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポットが形成される過程を示す図。
【図７】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図８】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図９】本発明の半導体装置の作製方法を示す図。
【図１０】本発明のレーザ照射装置を用いて形成される半導体表示装置の１つである、発光装置の画素の構成を示す図。
【図１１】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図１２】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【図１３】本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。
【図１４】ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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。また、以下の実施の形
態や実施例におけるビームスポットの形状は円形に限定するものでなく、楕円や四角でも
よい。
【００３９】
（実施の形態１）
まず図１を用いて、本発明で用いる擬似線状ビームスポットの形成について説明する。
図１（Ａ）に、実線の矢印で示すように、レーザ光のビームスポット１０１を一軸方向に
おいて走査するまたは直線的に走査することで、擬似線状ビームスポット１００を形成し
ている様子を示す。
【００４０】
図１（Ａ）では、ビームスポット１０１を往復させるように走査して、擬似線状ビーム
スポット１００を形成している。しかし本発明はこの構成に限定されず、ビームスポット
１０１を一方向にのみ走査し、擬似線状ビームスポット１００を形成するようにしても良
い。また図１（Ａ）では、ビームスポット１０１を、図１（Ａ）の左から右へ走査した後
、再び右から左へ走査している様子を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。
本発明では、擬似線状ビームスポット１００内の任意の一点において、ビームスポット１
０１が少なくとも１回走査されていれば良い。
【００４１】
ビームスポット１０１の走査は、例えば被照射体が半導体膜である場合、レーザ光の照
射により溶融した半導体膜の任意の一点が完全に固化するまでに、再び該一点にレーザ光
を照射することができる程度の速度とする。つまり図１（Ａ）の場合、擬似線状ビームス
ポット１００内において、一軸方向の右端においてビームスポット１０１により溶融され
た領域が完全に固化しないうちに、一軸方向の左端にビームスポット１０１が走査される
ように、ビームスポット１０１の走査速度を設定すれば良い。こうすることで、ある一定
時間、線状に溶融している擬似線状ビームスポットを形成できる。
【００４２】
また、パルス発振のビームスポットで擬似線状ビームスポットを形成する場合は、隣り
合うビームスポット同士が互いに重なるように走査する。
【００４３】
また一軸方向におけるレーザ光の走査速度は、半導体膜を溶融させることができる程度
に、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネルギーを確保できる程度とする。
【００４４】
なお本実施の形態では、ビームスポット１０１を一軸方向においてのみ走査させること
で、擬似線状ビームスポット１００を形成している例について示しているが、本発明はこ
の構成に限定されない。結果的に擬似線状ビームスポット１００を形成することができる
のであれば、２つ以上の方向においてビームスポットを走査しても良い。
【００４５】
そして本発明では、擬似線状ビームスポット１００を、一軸方向と交差する方向、言い
換えると擬似線状ビームスポット１００の長軸と交差する方向に向かって、更に走査する
。図１（Ｂ）に、図１（Ａ）に示した擬似線状ビームスポット１００を、破線の矢印で示
すように長軸と交差する方向に向かって走査し、擬似線状ビームスポット１０３を形成し
ている様子を示す。
【００４６】
擬似線状ビームスポット１００内の領域は、半導体膜が完全に固化されていない状態に
ある。よって、擬似線状ビームスポット１００が照射された半導体膜が固化する前に、擬
似線状ビームスポット１００と部分的に重なる擬似線状ビームスポット１０３を、半導体
膜に照射することで、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができる。
【００４７】
図１（Ｃ）に、上記動作を繰り返し、半導体膜を結晶化している様子を示す。図１（Ｃ
）では、レーザ光のビームスポット１０１を、矢印で示すように、等間隔で対向する複数
の直線をなぞらせるように走査して、被照射体である半導体膜１０２を結晶化する。この
とき、ある直線をなぞるようにして形成した擬似線状ビームスポット１００と、次の直線
をなぞるようにして形成した擬似線状ビームスポット１０３とが、図１（Ｂ）に示すとお
り、互いに部分的に重なるように擬似線状ビームスポットを走査する。これにより、破線
の矢印で示した走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することができる。具
体的には、擬似線状ビームスポット１００と擬似線状ビームスポット１０３それぞれの一
方の長辺に沿った領域を重ねるようにする。
【００４８】
また、レーザ光の走査速度としては、擬似線状ビームスポット１００においてレーザ光
に照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１０３を形成できる程度
の速度とする。より厳密にいえば、擬似線状ビームスポット１００を形成するための複数
のビームスポットのうち、任意のビームスポットで溶融した被照射体領域が固化する前に
、擬似線状ビームスポット１０３を形成するための複数のビームスポットの一つを、その
被照射体領域に重なるように照射する。こうすることで、被照射体の結晶粒を一方向に連
続的に成長させることができ、大粒径を形成できる。
【００４９】
シリコンがレーザに照射されて固化するまでの時間は約１００ｎｓである。したがって
、被照射体がシリコンの場合は、擬似線状ビームスポット１００が形成され始めてから１
００ｎｓ以内に、擬似線状ビームスポット１０３を形成するとよい。
【００５０】
次に、本発明のレーザ照射装置の構成について説明する。図２に、本発明のレーザ照射
装置の一形態を示す。図２に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器２０１と、集光用光学
系２０２と、ミラー２０３と、音響光学素子２０４と、ｆθレンズ２０５と、ステージ２
０６と、Ｘ軸方向位置制御手段２０９と、Ｙ軸方向位置制御手段２１０とを有している。
【００５１】
レーザ発振器２０１には、レーザ光を連続発振できる発振器、もしくは周波数１００Ｍ
Ｈｚ以上でレーザ光をパルス発振できる発振器を用いることができる。本実施の形態では
、例えば出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザを用い、断面が直径１ｍｍの円形を有す
るレーザ光をレーザ発振器２０１から発振したものと仮定する。
【００５２】
レーザ発振器２０１から発振されたレーザ光は、集光用光学系２０２に入射する。集光
用光学系２０２は、レーザ光を集光することができる光学系であれば良く、例えば球面レ
ンズ、フレネルレンズなどを用いることができる。本実施の形態では、集光用光学系２０
２において、円形を有するレーザ光の断面が、直径１ｍｍから０．１ｍｍに縮小されたも
のと仮定する。集光用光学系２０２において集光されたレーザ光は、ミラー２０３におい
て反射し、音響光学素子２０４に入射する。
【００５３】
音響光学素子２０４は、超音波などの高周波数を有する音波を加えることで屈折率が周
期的に変調するので、入射したレーザ光をＧＨｚ単位の高周期で偏向させることができる
。よって音響光学素子２０４を用いることで、ビームスポットを高周期でもって一軸方向
に繰り返し走査することが可能になる。なお本実施の形態では、ビームスポットを一軸方
向に繰り返し走査するための光学系として音響光学素子を用いているが、本発明はこの構
成に限定されない。ビームスポットを高周期でもって一軸方向に繰り返し走査することが
できる光学系であれば良く、例えばポリゴンミラー、レゾナントスキャナを用いることが
できる。
【００５４】
音響光学素子２０４において偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ２０５に入射される。
ｆθレンズ２０５は、被照射体において常に焦点を結ぶように、偏向されたレーザ光を集
光することができる。ステージ２０６は、被照射体を載置することができる。図２では被
照射体として、基板２０７上に形成された半導体膜２０８を用いている例を示す。ｆθレ
ンズ２０５により、ステージ２０６上に載置された半導体膜２０８においてレーザ光が焦
点を結ぶことで、一軸方向に周期的に走査されているビームスポットを形成することがで
きる。この一軸方向に周期的に走査しているビームスポットの軌跡を、図２では擬似線状
ビームスポット２１１として示す。
【００５５】
図３を用いて、音響光学素子２０４において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビー
ムスポット２１１が形成される過程を示す。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、図２に示した音
響光学素子２０４、ｆθレンズ２０５により偏向されたレーザ光が半導体膜２０８上を走
査する図である。図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示すように、実線の矢印で示すレーザ光は、
音響光学素子２０４において偏向された後、ｆθレンズ２０５において集光され、半導体
膜２０８において焦点を結んでいる。
【００５６】
そして図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）の順に音響光学素子２０４の屈折率が変調
していると仮定すると、レーザ光が白抜きの矢印で示す偏向方向に向かって偏向される。
そしてレーザ光の偏向に伴い、半導体膜２０８においてレーザ光が焦点を結んでいる領域
、すなわちビームスポットが、一軸方向に走査される。
【００５７】
なお擬似線状ビームスポット２１１内では、半導体膜２０８が完全に固化されていない
状態であることが必要であるため、上記条件を満たす速度で、ビームスポットを一軸方向
に走査することが必要である。図２に示すレーザ照射装置の場合、ビームスポットの一軸
方向における走査速度は、音響光学素子２０４に加える音波の周波数で制御することが可
能である。
【００５８】
本実施の形態では、音響光学素子２０４における屈折率が、８０ＭＨｚの周期で変調さ
れているものと仮定する。さらに本実施の形態では、ｆθレンズ２０５により、半導体膜
２０８の表面に直径が５μｍのビームスポットが形成されたと仮定する。上記条件で擬似
線状ビームスポット２１１を形成した場合、擬似線状ビームスポット２１１の短軸方向に
おける幅を５μｍ、一軸方向、すなわち長軸方向における幅を４００μｍ程度とすること
ができる。
【００５９】
そして図２に示すレーザ照射装置では、Ｘ軸方向にステージ２０６の位置を移動させる
ことができるＸ軸方向位置制御手段２０９を用いて、擬似線状ビームスポット２１１を、
一軸方向と交差する方向（擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向）に走査するこ
とができる。つまり、図１（Ｃ）の破線の矢印で示す方向に、レーザ光に対する被照射体
の相対的な位置を移動することができる。Ｘ軸方向位置制御手段２０９が動く速度は、一
軸方向へのビームスポット１０１の走査速度よりも非常に遅い。これにより、図１（Ｃ）
に示すような走査が実現する。Ｘ軸方向位置制御手段２０９は、擬似線状ビームスポット
の長軸と交差する方向にステージ２０６を一定速度で移動させる。また図２に示すレーザ
照射装置では、さらにＸ軸方向と直交するＹ軸方向に、ステージ２０６の位置を移動させ
ることができるＹ軸方向位置制御手段２１０を有している。
【００６０】
なお図２では、Ｘ軸方向位置制御手段２０９とＹ軸方向位置制御手段２１０の２つの位
置制御手段を用いて、ステージ２０６に対する擬似線状ビームスポット２１１の相対的な
位置を制御しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明のレーザ照射装置は、
少なくともＸ軸方向位置制御手段２０９を有していれば良い。Ｘ軸方向位置制御手段２０
９の他に、ステージ２０６を、ステージ２０６を含む面内において回転させることができ
る位置制御手段を有していても良い。
【００６１】
本形態は、音響光学素子２０４と、少なくともＸ軸方向位置制御手段２０９を用いて、
図１（Ｃ）に示すように等間隔で並ぶ複数の直線をなぞるようにレーザ光を走査し、半導
体膜２０８を結晶化する。
【００６２】
本実施の形態では、Ｘ軸方向位置制御手段２０９を用いて、例えば１００ｍｍ／ｓ以上
の走査速度でステージ２０６をＸ軸方向に走査する。そして半導体膜２０８の全面にレー
ザ光を照射したい場合は、Ｙ軸方向位置制御手段２１０を用いて擬似線状ビームスポット
２１１を長軸方向に走査し、再びＸ軸方向位置制御手段２０９を用いて擬似線状ビームス
ポット２１１をＸ軸方向に走査するという作業を、繰り返せば良い。また、ステージ２０
６に対する擬似線状ビームスポット２１１の位置を、光学系自体を動かすことで制御して
も良い。その場合はステージを動かす必要はなく、図２の２０１〜２０５で示す光学系を
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に動かせばよい。
【００６３】
なおレーザ発振器２０１に、レーザ光をパルス発振できる発振器を用いる場合、パルス
発振の周波数によって、擬似線状ビームスポット２１１の長軸方向における長さが制限さ
れる。よって擬似線状ビームスポット２１１は、パルス発振の周波数を考慮に入れて設計
する必要がある。具体的には、被照射体の表面に形成されるビームスポットの、一軸方向
における径をｄ［μｍ］、一軸方向における擬似線状ビームスポット２１１の幅をＬ［μ
ｍ］、音響光学素子２０４における偏向の周期をｆ［ＭＨｚ］とすると、パルス発振の周
波数Ｆ［ＭＨｚ］は、以下の数１に示す式を満たせば良い。
【００６４】
【数１】
【００６５】
例えば、ビームスポットの一軸方向における径ｄが１０μｍ、擬似線状ビームスポット
２１１の一軸方向における幅Ｌが２００μｍ、音響光学素子２０４における偏向の周期ｆ
が１０ＭＨｚだとすると、数１に示す式からパルス発振の周波数Ｆが４００ＭＨｚ以上で
あれば良いことがわかる。
【００６６】
なお図２に示すレーザ照射装置において、集光用光学系２０２は必ずしも必要ではない
。しかし集光用光学系２０２を用いることで、音響光学素子２０４に入射するレーザ光の
断面の大きさを抑えることができるので、より小さい音響光学素子２０４を用いることが
できる。またミラー２０３などのレーザ光の光路を偏向するための光学系は必須ではなく
、必要に応じて適宜設ければ良い。またｆθレンズ２０５は必ずしも必要ではないが、上
記光学系を用いることで擬似線状ビームスポット２１１内において一軸方向に走査されて
いるビームスポットの速度や大きさを、一定にすることができる。
【００６７】
また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図２に示したものに限定されず、
設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。
【００６８】
（実施の形態２）
本形態では、図１１を用いて、実施の形態１とは異なるレーザ光の走査方法を示す。し
たがって、レーザ光の走査方法以外は実施の形態１と同様である。レーザ照射装置は図２
に示すものを用いる。
【００６９】
図１１の１１０１、１１０２は擬似線状ビームスポット、１１０３、１１０４はビーム
スポット、１１０５は被照射体である半導体膜を示す。図１１で示すビームスポットの走
査においても、実施の形態１と同様に擬似線状ビームスポットを形成する。また、擬似線
状ビームスポットも、実施の形態１と同様に、ある擬似線状ビームスポット１１０１と、
引き続き形成された次の擬似線状ビームスポット１１０２において、それぞれの一方の長
辺に沿った領域が互いに重なるように走査する。
【００７０】
図１１（Ａ）は鋸歯状の線をなぞるように、もしくはギザギザにレーザ光を走査する。
図１１（Ｂ）は波形状の線をなぞるようにレーザ光を走査し、図１１（Ｃ）は櫛歯状の線
をなぞるようにレーザ光を走査する。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）で示すようにギザギ
ザまたは波形状にレーザ光を走査するとき、擬似線状ビームスポットの両端となる部分を
、以後方向転換点と呼ぶ。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）において、擬似線状ビームスポッ
ト１１０１と１１０２を部分的に重ねる場合、ある方向転換点を中心とするビームスポッ
ト１１０３と、次の次の方向転換点を中心とするビームスポット１１０４とを、部分的に
重ねるようにすれば、自然と擬似線状ビームスポット１１０１、１１０２は部分的に重な
る。なお、図１１（Ｂ）では、波形状の線の方向転換点に矢印がなく、方向転換点の手前
までしか矢印がない。しかし実際は、波形状の線の方向転換点から次の方向転換点の間に
おいてレーザ光を往復させて、擬似線状ビームスポットを形成している。
【００７１】
図１１（Ｃ）は実施の形態１の図１（Ｃ）で示す走査方法の変形である。図１（Ｃ）で
は、擬似線状ビームスポット１００を形成後、擬似線状ビームスポット１０３を形成する
前までは、ビームスポット１０１は走査しない。一方で、図１１（Ｃ）は、擬似線状ビー
ムスポット１１０１の形成後で、擬似線状ビームスポット１１０２の形成前でも、被照射
体にレーザ光を照射し続ける例である。図１１（Ｃ）の走査方法で、半導体膜１１０５に
照射するエネルギー密度の分布を均一にするには、擬似線状ビームスポットの両端におい
て、走査速度を早くするかまたはレーザ光の出力を弱くする。こうすることで、擬似線状
ビームスポットの両端で吸収されるレーザ光のトータルエネルギーを、その他のレーザ光
が照射された領域と同程度にできる。
【００７２】
図１１（Ａ）、（Ｂ）に示す走査方法の場合、少なくとも一度は、ビームスポット１１
０３の中心である方向転換点から、一つ方向転換点を経由して、ビームスポット１１０４
の中心である方向転換点まで、レーザ光は走査される。そのため、擬似線状ビームスポッ
トの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット１１０３で
照射された半導体膜１１０５が固化する前に、レーザ光をビームスポット１１０４まで走
査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット１１０１において照射
された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１１０２を形成でき、擬似線状
ビームスポットの長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大
粒径の結晶を形成できる。
【００７３】
図１１（Ｃ）の場合は、ビームスポット１１０３の中心である櫛歯状の線の第１の角か
ら、第２及び第３の二つの角を経由して、ビームスポット１１０４の中心である櫛歯状の
線の第４の角まで、レーザ光は走査される。そのため、擬似線状ビームスポットの長軸と
交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット１１０３で照射された
半導体膜１１０５が固化する前に、レーザ光をビームスポット１１０４まで走査すればよ
い。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット１１０１で照射された被照射体が
固化する前に、擬似線状ビームスポット１１０２を形成でき、擬似線状ビームスポットの
長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大粒径の結晶を形成
できる。
【００７４】
また、擬似線状ビームスポット１１０１ではビームスポット１１０３が、最も早くレー
ザ照射される。一方で、擬似線状ビームスポット１１０２ではビームスポット１１０４が
最も遅くレーザ照射される。したがって、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向
に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット１１０３で照射された半導体膜１１
０５が固化する前に、レーザ光をビームスポット１１０４まで走査すればよい。そうすれ
ば、結果として、擬似線状ビームスポット１１０１においてレーザ光で照射された被照射
体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１１０２を形成でき、擬似線状ビームスポッ
トの長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大粒径の結晶を
形成できる。
【００７５】
図１１で示す走査方法は、図２の音響光学素子２０４及びＸ軸方向位置制御手段２０９
をタイミング良く動かすことで実現できる。音響光学素子２０４は一定の周期で光を偏向
する。この音響光学素子２０４の一定周期に合わせて、Ｘ軸方向位置制御手段を動かすこ
とで、図１１に示すようなさまざまな走査ができる。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）で示す
走査方法は、レーザ光を音響光学素子で走査させつつ、Ｘ軸方向位置制御手段でステージ
を移動させて行う。また、図１１（Ｃ）の走査方法は、レーザ光が擬似線状ビームスポッ
トの端部に位置した時点で、Ｘ軸方向位置制御手段でステージを移動させて行う。
【００７６】
（実施の形態３）
次に本発明の他の実施形態について説明する。
【００７７】
まず図４を用いて、本発明で用いる擬似線状ビームスポットの形成について説明する。
図４（Ａ）に、実線の矢印で示すように、レーザ光のビームスポット３０１を一方向に走
査することで、擬似線状ビームスポット３００を形成している様子を示す。
【００７８】
図４（Ａ）では、実施の形態１の場合と異なり、ビームスポット３０１を一方向にのみ
走査し、擬似線状ビームスポット３００を形成している様子を示している。図４（Ａ）に
示すように、一方向にのみビームスポット３０１を走査することで、擬似線状ビームスポ
ット３００内の任意の一点において、レーザ光が照射されるトータルの時間を均一にする
ことができる。また図４（Ａ）では、ビームスポット３０１を、図４（Ａ）の左から右へ
走査している様子を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明では、擬似
線状ビームスポット３００内の任意の一点において、ビームスポット３０１が少なくとも
１回走査されていれば良い。
【００７９】
また図４（Ａ）の場合、ビームスポット３０１の走査速度は、擬似線状ビームスポット
３００内において、一軸方向の左端においてビームスポット３０１により溶融された領域
が完全に固化しないうちに、一軸方向の右端にビームスポット３０１が走査されるように
、ビームスポット３０１の走査速度を設定すれば良い。
【００８０】
また本実施の形態においても実施の形態１と同様に、一方向におけるレーザ光の走査速
度は、半導体膜を溶融させることができる程度に、任意の一点に照射されるレーザ光のト
ータルのエネルギーを確保できる程度とする。
【００８１】
なお本実施の形態では、ビームスポット３０１を一方向においてのみ走査させることで
、擬似線状ビームスポット３００を形成している例について示しているが、本発明はこの
構成に限定されない。結果的に擬似線状ビームスポット３００を形成することができるの
であれば、２つ以上の方向においてビームスポットを走査しても良い。
【００８２】
そして擬似線状ビームスポット３００を、一方向と交差する方向、言い換えると擬似線
状ビームスポット３００の長軸と交差する方向に向かって、更に走査する。図４（Ｂ）に
、図４（Ａ）に示した擬似線状ビームスポット３００を、破線の矢印で示すように擬似線
状ビームスポット３００の長軸と交差する方向に向かって走査し、擬似線状ビームスポッ
ト３０３を形成する様子を示す。
【００８３】
擬似線状ビームスポット３００内の領域は、半導体膜が完全に固化されず溶融している
状態にある。よって、擬似線状ビームスポット３００が照射されて半導体膜が固化する前
に、擬似線状ビームスポット３０３を半導体膜に照射することで、半導体膜中において固
液界面を連続的に移動させることができる。このとき、擬似線状ビームスポット３００、
３０３は部分的に重なるようにする。
【００８４】
図４（Ｃ）、図１２に、上記動作を繰り返し、半導体膜を結晶化している様子を示す。
レーザ光のビームスポット３０１を、等間隔で対向する複数の直線をなぞらせるように走
査しながら、被照射体である半導体膜３０２をレーザ光により結晶化していく。このとき
、図４（Ｂ）のように、擬似線状ビームスポット３００と、続いて形成された擬似線状ビ
ームスポット３０３とが部分的に重なるようにし、さらに擬似線状ビームスポット３００
において照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット３０３を形成する
。これにより、破線の矢印で示した走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成す
ることができる。具体的には、隣り合う擬似線状ビームスポットにおいて、それぞれの擬
似線状ビームスポットの一方の長辺に沿った領域が重なるようにする。また、被照射体が
シリコンの場合は、シリコンの固化時間が約１００ｎｓのため、擬似線状ビームスポット
３００が形成され始めてから、１００ｎｓ以内に、擬似線状ビームスポット３０３を形成
する。
【００８５】
図１２では、様々なレーザ光の走査方法を示す。図１２（Ａ）は鋸歯状もしくはギザギ
ザの線をなぞるように、図１２（Ｂ）は波形状の線をなぞるように、図１２（Ｃ）は櫛歯
型状の線をなぞるように、レーザ光を走査する。このときも、図４（Ｃ）と同様に、ある
擬似線状ビームスポット１２０１と、その次の擬似線状ビームスポット１２０２が部分的
に重なるようにし、擬似線状ビームスポット１２０１で照射された被照射体部分が固化す
る前に、擬似線状ビームスポット１２０２が形成されるようにする。
【００８６】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）の走査方法で、擬似線状ビームスポット１２０１と１２０
２を部分的に重ねる場合は、ある方向転換点を中心とするビームスポット１２０３と、次
の次の方向転換点を中心とするビームスポット１２０４とを、部分的に重ねるようにすれ
ば、自然と擬似線状ビームスポット１２０１、１２０２は部分的に重なる。
【００８７】
図１２（Ｃ）は図４（Ｃ）の変形であり、擬似線状ビームスポット１２０１を形成して
から、擬似線状ビームスポット１２０２を形成する間も、被照射体にレーザ光を照射する
例である。図１２（Ｃ）の走査方法で、半導体膜１２０５に照射するエネルギー密度の分
布を均一にするには、擬似線状ビームスポットの両端において、走査速度を早くするかま
たはレーザ光の出力を弱くする。こうすることで、擬似線状ビームスポットの両端で吸収
されるレーザエネルギーを、その他のレーザ光が照射された領域と同程度にできる。
【００８８】
また、擬似線状ビームスポット１２０１ではビームスポット１２０３が、最も早くレー
ザ照射される。一方で、擬似線状ビームスポット１２０２ではビームスポット１２０４が
最も遅くレーザ照射される。具体的には図１２（Ａ）、（Ｂ）では、ビームスポット１２
０３の中心である方向転換点から、一つ方向転換点を経由して、ビームスポット１２０４
の中心である方向転換点までレーザ光は走査される。図１２（Ｃ）の場合は、ビームスポ
ット１２０３の中心である櫛歯状の線の一つの角から、二つの角を経由して、ビームスポ
ット１２０４の中心である櫛歯状の線の角まで、レーザ光は走査される。したがって、擬
似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビーム
スポット１２０３で照射された半導体膜１２０５が固化する前に、レーザ光をビームスポ
ット１２０４まで走査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット１
２０１で照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット１２０２を形成で
き、大粒径の結晶が形成できる。
【００８９】
レーザ光が照射されてからシリコンが固化するまでの時間は約１００ｎｓである。した
がって、被照射体である半導体膜１２０５がシリコンであれば、ビームスポット１２０３
が照射されてから１００ｎｓ以内に、レーザ光をビームスポット１２０４まで走査すれば
よい。
【００９０】
次に本実施の形態の、レーザ照射装置の構成について説明する。図５に本実施の形態の
、レーザ照射装置の一形態を示す。図５に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器４０１と
、集光用光学系４０２と、ポリゴンミラー４０３と、ｆθレンズ４０４と、ステージ４０
５と、Ｘ軸方向位置制御手段４０８と、Ｙ軸方向位置制御手段４０９とを有している。
【００９１】
レーザ発振器４０１には、実施の形態１の場合と同様に、レーザ光を連続発振できる発
振器、もしくは周波数１００ＭＨｚ以上でレーザ光をパルス発振できる発振器を用いるこ
とができる。レーザ発振器４０１から発振されたレーザ光は、集光用光学系４０２に入射
する。集光用光学系４０２は、実施の形態１の場合と同様に、レーザ光を集光することが
できる光学系であれば良く、例えば球面レンズ、フレネルレンズなどを用いることができ
る。集光用光学系４０２において集光されたレーザ光はポリゴンミラー４０３に入射する
。
【００９２】
ポリゴンミラー４０３は、周囲に一連の平面反射面を有する回転体であるので、入射し
たレーザ光を同一の方向に向かって繰り返し偏向することができる。よってポリゴンミラ
ー４０３を用いることで、ビームスポットを高周波数でもって一軸方向に繰り返し走査す
ることが可能になる。
【００９３】
ポリゴンミラー４０３において偏向されたレーザ光は、ｆθレンズ４０４に入射される
。ｆθレンズ４０４は、被照射体において常に焦点を結ぶように、偏向されたレーザ光を
集光することができる。ステージ４０５は、被照射体を載置することができる。図５では
被照射体として、基板４０６上に形成された半導体膜４０７を用いている例を示す。ｆθ
レンズ４０４により、ステージ４０５上に載置された半導体膜４０７においてレーザ光が
焦点を結ぶことで、一軸方向に周期的に走査されている擬似線状ビームスポットを形成す
ることができる。この一軸方向に周期的に走査されているビームスポットの軌跡を、図５
では擬似線状ビームスポット４１０として示す。
【００９４】
図６を用いて、ポリゴンミラー４０３において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビ
ームスポット４１０が形成される過程を示す。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、図５に示した
ポリゴンミラー４０３、ｆθレンズ４０４により偏向されたレーザ光が半導体膜４０７上
を走査する図である。図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すように、実線の矢印で示すレーザ光
は、ポリゴンミラー４０３において偏向された後、ｆθレンズ４０４において集光され、
半導体膜４０７において焦点を結んでいる。
【００９５】
そして図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）の順にポリゴンミラー４０３を回転させる
と、ポリゴンミラー４０３が有する一つの反射面４１１の角度が変化し、レーザ光が白抜
きの矢印で示す偏向方向に向かって偏向される。そしてレーザ光の偏向に伴い、半導体膜
４０７においてレーザ光が焦点を結んでいる領域、すなわちビームスポットが、一軸方向
に走査される。そして、ポリゴンミラー４０３の回転が進むと、反射面４１１に連接する
次の反射面において、レーザ光が偏向されることになるため、ビームスポットを同一の方
向に向かって繰り返し走査することが可能である。
【００９６】
なお擬似線状ビームスポット４１０内では、半導体膜４０７が完全に固化されていない
状態であることが必要であるため、上記条件を満たす速度で、ビームスポットを一軸方向
に走査することが必要である。図５に示すレーザ照射装置の場合、ビームスポットの一軸
方向における走査速度は、ポリゴンミラー４０３の回転の周期により制御することが可能
である。また擬似線状ビームスポット４１０の長軸方向における長さは、ポリゴンミラー
４０３が有する反射面４１１の回転方向における幅により、制御することができる。
【００９７】
そして図５に示すレーザ照射装置では、Ｘ軸方向にステージ４０５の位置を移動させる
ことができるＸ軸方向位置制御手段４０８を用いて、擬似線状ビームスポット４１０を、
一軸方向と交差する方向（擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向）に走査するこ
とができる。Ｘ軸方向位置制御手段４０８が動く速度は、一軸方向へのビームスポット３
０１の走査速度よりも非常に遅い。このため、図４（Ｃ）に示すような走査が実現する。
Ｘ軸方向位置制御手段４０８は、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に一定速
度で移動する。これにより、大粒径の結晶を形成することができる。また、擬似線状ビー
ムスポットを形成している間も、Ｘ軸方向にステージを移動させることで、図１２（Ｂ）
や図１２（Ｃ）のような走査方法を可能とする。また図５に示すレーザ照射装置では、さ
らにＸ軸方向と直行するＹ軸方向に、ステージ４０５の位置を移動させることができるＹ
軸方向位置制御手段４０９を有している。
【００９８】
なお図５では、Ｘ軸方向位置制御手段４０８とＹ軸方向位置制御手段４０９の２つの位
置制御手段を用いて、ステージ４０５に対する擬似線状ビームスポット４１０の相対的な
位置を制御しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明のレーザ照射装置は、
少なくともＸ軸方向位置制御手段４０８を有していれば良い。Ｘ軸方向位置制御手段４０
８の他に、ステージ４０５を、ステージ４０５を含む面内において回転させることができ
る位置制御手段を有していても良い。
【００９９】
半導体膜４０７の全面にレーザ光を照射したい場合は、Ｘ軸方向位置制御手段４０８を
用いて擬似線状ビームスポット４１０をＸ軸方向に走査した後、Ｙ軸方向位置制御手段４
０９を用いて擬似線状ビームスポット４１０を長軸方向に走査するという作業を、繰り返
せば良い。また、ステージ４０５に対する擬似線状ビームスポット４１０の位置を、光学
系自体を動かすことで制御しても良い。その場合はステージを動かす必要はなく、４０１
〜４０４で示す光学系をＸ軸方向、Ｙ軸方向に動かせばよい。
【０１００】
なおレーザ発振器４０１に、レーザ光をパルス発振できる発振器を用いる場合、パルス
発振の周波数によって、擬似線状ビームスポット４１０の長軸方向における長さが制限さ
れる。よって擬似線状ビームスポット４１０は、パルス発振の周波数を考慮に入れて設計
する必要がある。具体的には、実施の形態１の場合と同様に、パルス発振の周波数が上述
した数１に示す式を満たせば良い。なお、式中のｆは、実施の形態１では音響光学素子２
０４における偏向の周期であるが、本形態ではポリゴンミラーの回転の周期である。
【０１０１】
なお図５に示すレーザ照射装置において、集光用光学系４０２は必ずしも必要ではない
。しかし集光用光学系４０２を用いることで、短軸方向の幅がより短く、長軸方向の幅が
より長い、擬似線状ビームスポット４１０を形成することができ、スループットを向上さ
せることができる。またミラーなどのレーザ光の光路を変更するための光学系は必須では
なく、必要に応じて適宜設ければ良い。またｆθレンズ４０４は必ずしも必要ではないが
、上記光学系を用いることで擬似線状ビームスポット４１０内において一軸方向に走査さ
れているビームスポットの速度や大きさを、一定にすることができる。
【０１０２】
また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図５に示したものに限定されず、
設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。
【０１０３】
本形態は、実施可能な範囲で実施の形態１、２と組み合わせることが可能である。
【０１０４】
（実施の形態４）
実施の形態１〜３では、レーザ光を光学系を用いて直線的に走査し、レーザ光の走査方
向と交差する方向にはステージを移動することで、被照射体に対し２次元的にレーザ光を
照射する形態を説明した。本形態では、ステージを移動する手段を用いなくとも、光学系
だけを用いて、被照射体に対し２次元的にレーザ光を走査する例をあげる。
【０１０５】
図１３に本実施の形態のレーザ照射装置を示す。レーザ照射装置は、レーザ発振器１３
０１、集光用光学系１３０２、第１の偏向光学系１３１１、第２の偏向光学系１３０３、
ｆθレンズ１３０４で構成される。第１の偏向光学系及び第２の偏向光学系は、それぞれ
レーザ光を高周期でもって一方向に繰り返し走査することができる光学系であればよく、
例えばポリゴンミラー、レゾナントスキャナ、音響光学素子がある。図１３では第１の偏
向光学系１３１１として音響光学素子を用い、第２の偏向光学系１３０３としてポリゴン
ミラーを用いる。１３０５はステージであり、ステージ１３０５には半導体膜１３０７が
形成された基板１３０６が載せられる。
【０１０６】
第１の偏向光学系１３１１と第２の偏向光学系１３０３を組み合わせることで、レーザ
光を一軸方向に加え、一軸方向と交差する方向にも走査できる。まず、第１の偏向光学系
により、レーザ光を一軸方向に走査する。第１の偏向光学系により一軸方向に偏向された
レーザ光が、一軸方向と交差する方向にさらに偏向されるように、第２の偏向光学系を設
ける。こうすることによって、偏向光学系を一つだけ用いて形成した擬似線状ビームスポ
ットよりも面積の広いビームスポット１３１０を形成することができる。
【０１０７】
仮に、第１の偏向光学系で一軸方向にＭの幅で走査し、第２の偏向光学系で一軸方向と
交差する方向にＮの幅で走査したときは、ＭとＮの長さの辺を持つ四角形状のビームスポ
ット１３１０を形成することができる。
【０１０８】
ビームスポット１３１０内ではさまざまな走査方法が考えられる。図１４（Ａ）は、半
導体膜１３０７に照射されたビームスポット１３１０を示す上面図である。図１４（Ｂ）
〜（Ｅ）には、ビームスポット１３１０を形成するためのレーザ光の走査方法の一例を示
す。これら走査方法は実施の形態１〜３で示した方法と同じであり、図１４（Ｂ）では平
行に並んだ複数の直線上を走査し、図１４（Ｃ）は鋸歯状の線上もしくはギザギザに走査
し、図１４（Ｄ）は波形状の線上を走査し、図１４（Ｅ）は櫛歯状の線上を走査する。本
形態では、第１の偏向光学系と第２の偏向光学系の組み合わせを用いて、レーザ光を２次
元に走査する。この二つの偏向光学系を適切に制御することで、図１４（Ｂ）〜図１４（
Ｅ）に示す以外にも、様々な走査を行うことができる。図１４で示す擬似線状ビームスポ
ット１４０１と、その次の擬似線状ビームスポット１４０２との関係は、実施の形態１、
２と同様である。擬似線状ビームスポット１４０１、１４０２は部分的に重なり、擬似線
状ビームスポット１４０１によって照射された半導体部分が固化する前に、擬似線状ビー
ムスポット１４０２は形成される。これにより、ビームスポット１３１０内は、擬似線状
ビームスポットの長軸と交差する方向に、結晶粒を成長させることができ、大粒径の結晶
粒を得ることができる。
【０１０９】
第１の偏向光学系、第２の偏向光学系のみでは、半導体膜１３０７の一部しか結晶化で
きない。半導体膜全面を結晶化したい場合は、Ｘ軸方向位置制御手段１３０８およびＹ軸
方向位置制御手段１３０９を用いるとよい。もしくは、被照射体は移動せず、図１３の１
３０１〜１３０４、１３１１で示す光学系自体を動かして、半導体膜全面にレーザ光を照
射してもよい。
【０１１０】
本形態は、ビームスポット１３１０で示す範囲内であれば、確実にＸ軸及びＹ軸位置制
御手段を必要とせず、被照射体である半導体膜を結晶化できる。さらに一方向に結晶粒を
成長させた結晶性半導体膜を得ることができる。したがって、本形態は、一枚の基板上に
複数の半導体素子を形成した後、個々に分離して、複数のＩＤチップを作製するような作
製方法に適している。
【０１１１】
なお図１３に示すレーザ照射装置において、集光用光学系１３０２は必ずしも必要では
ない。しかし集光用光学系１３０２を用いることで、第１の偏向光学系１３１１に入射す
るレーザ光の断面の大きさを抑えることができるので、より小さい第１の偏向光学系１３
１１を用いることができる。またｆθレンズ１３０４は必ずしも必要ではないが、ｆθレ
ンズ１３０４を用いることでビームスポット１３１０内において走査されているレーザ光
の速度や大きさを、一定にすることができる。
【０１１２】
また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図１３に示したものに限定されず
、設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。
【０１１３】
本形態は、実施の形態１〜３と実施可能な範囲で組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【０１１４】
次に図７を用いて、本発明の半導体装置の作製方法について説明する。
【０１１５】
まず図７（Ａ）に示すように、基板５００上に下地膜５０１を成膜する。基板５００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、ステンレス基板等を用いることができる。また、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮに代
表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的
に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得
るのであれば用いることが可能である。
【０１１６】
下地膜５０１は基板５００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、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ＣＶ
Ｄ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ（好ましくは５０ｎｍ〜３００ｎｍ
）の膜厚になるように成膜する。
【０１１７】
なお下地膜５０１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基板また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。
【０１１８】
次に下地膜５０１上に半導体膜５０２を形成する。半導体膜５０２の膜厚は２５ｎｍ〜
１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。なお半導体膜５０２は、非晶質半
導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。半導体膜５０２が多結晶半導体膜
であれば、本発明によりレーザ光を照射することで再結晶化され、大粒径の結晶で構成さ
れる結晶性半導体膜を得ることができる。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマ
ニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度
は０．０１ａｔｏｍｉｃ％〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１１９】
次に図７（Ｂ）に示すように、本発明を用いて半導体膜５０２にレーザ光を照射し、結
晶化を行なう。
【０１２０】
レーザ結晶化を行なう場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜５０２の耐
性を高めるために、５５０℃、４時間の加熱処理を該半導体膜５０２に加えるのが望まし
い。レーザ結晶化は、連続発振のレーザまたは発振周波数が１００ＭＨｚ以上のパルス発
振のレーザを用いることができる。
【０１２１】
具体的には、公知の連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。
気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレー
ザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ガラスレーザ、ル
ビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどが挙げられる。
【０１２２】
また周波数１００ＭＨｚ以上でパルス発振させることができるのであれば、Ａｒレーザ
、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レ
ーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドラ
イトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることが
できる。
【０１２３】
例えば連続発振が可能な固体レーザを用いる場合、第２高調波〜第４高調波のレーザ光
を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、ＹＡＧレーザ（基本
波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが
望ましい。具体的には、連続発振のＹＡＧレーザから射出されたレーザ光を非線形光学素
子により高調波に変換し、例えば出力４〜８Ｗ程度のレーザ光を得る。そして、ビームス
ポットを一軸方向に走査することで線状擬似ビームスポットを形成して、半導体膜５０２
に照射する。エネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜
１０ＭＷ／ｃｍ2）とすれば良い。擬似線状ビームスポットを形成するためのレーザ光の
走査速度は１×１０6〜１×１０7ｃｍ／ｓｅｃ程度とする。本実施例では２×１０6ｃｍ
／ｓｅｃとする。そして、擬似線状ビームスポットの、長軸と交差する方向における走査
速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度とし、照射する。本実施例では、エネルギー５Ｗ
、擬似線状ビームスポットのサイズを長軸４００μｍ、短軸１０〜２０μｍ、長軸と交差
する方向における走査速度を３５ｃｍ／ｓｅｃとして結晶化を行なう。
【０１２４】
擬似線状ビームスポットを、図７（Ｂ）に示すように、白抜きの矢印で示す方向に走査
することで、固液界面を白抜きの矢印の方向に向かって連続的に移動させることができる
。よって、擬似線状ビームスポットの走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成
される。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の粒を形成することで、キャリアが移動す
る方向と交差するような結晶粒界がほとんど存在しないＴＦＴを、形成することが可能と
なる。
【０１２５】
なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い
。これにより、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度
のばらつきによって生じる閾値電圧のばらつきを抑えることができる。
【０１２６】
上述した半導体膜５０２へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜
５０３が形成される。
【０１２７】
次に、図７（Ｃ）に示すように半導体膜５０３をパターニングすることで、島状の半導
体膜５０７〜５０９が形成され、該島状の半導体膜５０７〜５０９を用いてＴＦＴに代表
される各種の半導体素子が形成される。
【０１２８】
図示しないが、例えばＴＦＴを作製する場合、次に島状の半導体膜５０７〜５０９を覆
うようにゲート絶縁膜を成膜する。ゲート絶縁膜には、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。また成膜方法は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法
などを用いることができる。
【０１２９】
次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜した後、該導電膜をパターニングすることで、ゲ
ート電極を形成する。そして、ゲート電極や、あるいはレジストを成膜してパターニング
したものをマスクとして用い、島状の半導体膜５０７〜５０９にｎ型またはｐ型の導電性
を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成す
る。
【０１３０】
上記一連の工程によってＴＦＴを形成することができる。なお本発明の半導体装置の作
製方法は、上述したＴＦＴの作製工程に限定されない。本発明を用いて結晶化された半導
体膜をＴＦＴの活性層として用いることで、素子の移動度、閾値電圧及びオン電流のばら
つきを抑えることができる。
【０１３１】
また、レーザ光による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けても良い。触
媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）があげられるが、これ以外にも、ゲルマニウム（Ｇｅ
）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、
白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる。触媒元素を
用いた結晶化工程の後に、レーザ光による結晶化工程を行なうと、触媒元素による結晶化
の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに
残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板
側から半導体膜の表面に向かって均一に進みやすく、レーザ光による結晶化工程のみの場
合に比べて、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。
【０１３２】
なお、触媒元素を添加し加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射に
より結晶性をより高めても良い。また、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、
触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにし
ても良い。
【０１３３】
なお本実施例では、半導体膜の結晶化に本発明を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なうのに用いても良い。
【０１３４】
本実施例は実施可能な範囲で実施の形態１〜４と組み合わせることができる。
【実施例２】
【０１３５】
本実施例では実施例１とは異なり、レーザ結晶化に、触媒元素による結晶化方法を組み
合わせた例について説明する。
【０１３６】
まず、半導体膜５０２を成膜する工程まで、実施例１の図７（Ａ）を参照して行なう。
次に図８（Ａ）に示すように、半導体膜５０２の表面に、重量換算で１〜１００ｐｐｍの
Ｎｉを含む酢酸ニッケル塩溶液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、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。そして
、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行なう。こ
の加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、基板５００に向かって縦
方向に結晶化が促進された半導体膜５２０が形成される（図８（Ａ））。
【０１３７】
加熱処理には、例えば、ランプの輻射を熱源としたＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａ
ｌ Ａｎｎｅａｌ）、又は加熱された気体を用いるＲＴＡ（ガスＲＴＡ）で設定加熱温度
７４０℃、１８０秒のＲＴＡを行なう。設定加熱温度は、パイロメータで測る基板の温度
であり、その温度を熱処理時の設定温度としている。他の方法としては、ファーネスアニ
ール炉を用いて５５０℃にて４時間の熱処理があり、これを用いても良い。結晶化温度の
低温化及び時短化は触媒作用のある金属元素の作用によるものである。
【０１３８】
なお、本実施例では触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いるが、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（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いても良い。
【０１３９】
次に図８（Ｂ）に示すように、半導体膜５２０を本発明を用いて結晶化する。レーザ結
晶化は、実施例１に記載されている条件で行なうことができる。
【０１４０】
上述した半導体膜５２０へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜
５２１が形成される。なお、触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５２１内には、触媒
元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で含まれてい
ると考えられる。次に、半導体膜５２１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。
【０１４１】
まず、図８（Ｃ）に示すように半導体膜５２１の表面に酸化膜５２２を形成する。１ｎ
ｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜５２２を形成することで、後のエッチング工程に
おいて半導体膜５２１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。酸化膜５
２２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、半導体膜５２１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。
【０１４２】
次に酸化膜５２２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５２３を、スパッタ法を用いて２５〜２５０ｎｍの厚さで形成
する。ゲッタリング用の半導体膜５２３は、半導体膜５２１とエッチングの選択比を大き
くするため、半導体膜５２１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。
【０１４３】
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、ゲッタリングを行なう
。ファーネスアニール法で行なう場合には、窒素雰囲気中にて４５０〜６００℃で０．５
〜１２時間の加熱処理を行なう。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源
を１〜６０秒、好ましくは３０〜６０秒点灯させ、それを１〜１０回、好ましくは２〜６
回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、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する。
【０１４４】
加熱処理により、半導体膜５２１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５２３に移動し、ゲッタリングされる。
【０１４５】
次にゲッタリング用の半導体膜５２３をエッチングして除去する。エッチングは、Ｃｌ
Ｆ3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、テトラメチルア
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
るウエットエッチングで行なうことができる。この時酸化膜５２２によって半導体膜５２
１がエッチングされるのを防ぐことができる。
【０１４６】
次に酸化膜５２２をフッ酸により除去した後、半導体膜５２１をパターニングし、島状
の半導体膜５２４〜５２６を形成する（図８（Ｄ））。該島状の半導体膜５２４〜５２６
を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子を形成することができる。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。
【０１４７】
本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側に
おいてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。
よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、また
その結晶方位を揃えやすいため、実施例１の場合に比べて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る。
【０１４８】
なお本実施例では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから
、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに
限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加
熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。
【０１４９】
本実施例は、実施可能な範囲で、実施の形態１〜４、実施例１と組み合わせることがで
きる。
【実施例３】
【０１５０】
本実施例では、本発明の結晶化方法に触媒元素による結晶化方法を組み合わせた、実施
例２とは異なる例について説明する。
【０１５１】
まず、半導体膜５０２を成膜する工程まで、実施例１の図７（Ａ）を参照して行なう。
次に、半導体膜５０２の上に開口部を有するマスク５４０を形成する。そして図９（Ａ）
に示すように、半導体膜５０２の表面に重量換算で１〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニ
ッケル塩溶液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
パッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。塗布された酢酸ニッケル
塩溶液は、マスク５４０の開口部において半導体膜５０２と接する（図９（Ａ））。
【０１５２】
次に、５００〜６５０℃で４〜２４時間、例えば５７０℃、１４時間の加熱処理を行な
う。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、実線の矢印で示し
たように結晶化が促進された半導体膜５３０が形成される（図９（Ａ））。加熱処理の方
法はこれに限定されず、実施例２に示したその他の方法で行なっても良い。なお、触媒元
素は実施例２に列記したものを用いることができる。
【０１５３】
次にマスク５４０を除去した後、図９（Ｂ）に示すように、半導体膜５３０を本発明の
レーザ照射装置を用いて結晶化する。レーザ結晶化は、実施例１に記載されている条件で
行なうことができる。上述した半導体膜５３０へのレーザ光の照射により、結晶性がより
高められた半導体膜５３１が形成される。
【０１５４】
なお図９（Ｂ）に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜５３１内には、
触媒元素（ここではＮｉ）がおおよそ１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で含まれ
ていると考えられる。次に、半導体膜５３１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行な
う。
【０１５５】
まず図９（Ｃ）に示すように、半導体膜５３１を覆うように、マスク用の酸化シリコン
膜５３２を１５０ｎｍの厚さで形成し、パターニングにより開口部を設け、半導体膜５３
１の一部を露出させる。そして、リンを添加して、半導体膜５３１にリンが添加されたゲ
ッタリング領域５３３を設ける。この状態で、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２
４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行なうと、半導体膜５３１にリンが添加さ
れたゲッタリング領域５３３がゲッタリングサイトとして働き、半導体膜５３１に残存し
ていた触媒元素が、リンの添加されたゲッタリング領域５３３に偏析する。
【０１５６】
そして、リンが添加されたゲッタリング領域５３３をエッチングで除去することにより
、半導体膜５３１の残りの領域において、触媒元素の濃度を１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3以下にまで低減させることができる。次に、マスク用の酸化シリコン膜５３２を除去し
た後、半導体膜５３１をパターニングし、島状の半導体膜５３４〜５３６を形成する（図
９（Ｄ））。該島状の半導体膜５３４〜５３６用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素
子を形成することができる。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。
【０１５７】
本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側に
おいてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。
よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、また
その結晶方位を揃えやすいため、実施例１の場合に比べて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る。
【０１５８】
本実施例は、実施可能な範囲で、実施の形態１〜４、実施例１、２と組み合わせること
ができる。
【実施例４】
【０１５９】
図１０を用いて、本発明を用いて形成される半導体表示装置の１つである、発光装置の
画素の構成について説明する。
【０１６０】
図１０において、基板６０００に、下地膜６００１が形成されており、該下地膜６００
１上にトランジスタ６００２が形成されている。トランジスタ６００２は島状の半導体膜
６００３と、ゲート電極６００５と、島状の半導体膜６００３とゲート電極６００５の間
に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。
【０１６１】
島状の半導体膜６００３には、本発明を用いることで結晶化された多結晶半導体膜が用
いられている。なお、島状の半導体膜は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いる
ようにしても良い。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１
〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。また窒化炭素が添加された珪素を用
いていても良い。
【０１６２】
またゲート絶縁膜６００４は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用いることが
できる。またそれらを積層した膜、例えばＳｉＯ2上にＳｉＮを積層した膜を、ゲート絶
縁膜として用いても良い。またゲート電極６００５として、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ
、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で
形成する。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半
導体膜を用いてもよい。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層した
ものであっても良い。
【０１６３】
またトランジスタ６００２は、第１の層間絶縁膜６００６で覆われており、第１の層間
絶縁膜６００６上には第２の層間絶縁膜６００７と、第３の層間絶縁膜６００８とが積層
されている。第１の層間絶縁膜６００６は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、
酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。
【０１６４】
また第２の層間絶縁膜６００７は、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂等を用
いることができる。なお、シロキサン樹脂とは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当す
る。シロキサンは、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との結合で骨格構造が構成される。置
換基として、少なくとも水素を含む有機基（例えばアルキル基、芳香族炭化水素）が用い
られる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水
素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
本実施例では非感光性のアクリルを用いる。第３の層間絶縁膜６００８は、水分や酸素な
どの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにく
い膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された
窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。
【０１６５】
また図１０において６０１０は第１の電極、６０１１は電界発光層、６０１２は第２の
電極であり、第１の電極６０１０と電界発光層６０１１と第２の電極６０１２が重なって
いる部分が発光素子６０１３に相当する。トランジスタ６００２の一つは、発光素子６０
１３に供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子６０１３と直接、ま
たは他の回路素子を介して直列に接続されている。電界発光層６０１１は、発光層単独か
もしくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。
【０１６６】
第１の電極６０１０は第３の層間絶縁膜６００８上に形成されている。また第３の層間
絶縁膜６００８上には隔壁として用いる有機樹脂膜６０１４が形成されている。なお本実
施例では隔壁として有機樹脂膜を用いているが、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂等を隔壁
として用いることができる。有機樹脂膜６０１４は開口部６０１５を有しており、該開口
部において第１の電極６０１０と電界発光層６０１１と第２の電極６０１２が重なり合う
ことで発光素子６０１３が形成されている。
【０１６７】
そして有機樹脂膜６０１４及び第２の電極６０１２上に、保護膜６０１６が成膜されて
いる。保護膜６０１６は第３の層間絶縁膜６００８と同様に、水分や酸素などの発光素子
の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜、例えば
ＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いる。
【０１６８】
また有機樹脂膜６０１４の開口部６０１５における端部は、有機樹脂膜６０１４上に一
部重なって形成されている電界発光層６０１１に、該端部において穴があかないように、
丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描い
ている曲線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度であることが望ましい。上記構成により、
後に形成される電界発光層や第２の電極のカバレッジを良好とすることができ、第１の電
極６０１０と第２の電極６０１２が電界発光層６０１１に形成された穴においてショート
するのを防ぐことができる。また電界発光層６０１１の応力を緩和させることで、発光領
域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることが
できる。
【０１６９】
なお図１０では、有機樹脂膜６０１４として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた
例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光さ
れた箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ
型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜６０１４を
形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜６０１４を形成した場合、開口部
６０１５における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部
における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
【０１７０】
なお、第１の電極６０１０と、第２の電極６０１２は、いずれか一方が陽極、他方が陰
極に相当する。
【０１７１】
陽極には、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛
（ＩＺＯ）、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料
を用いることが可能である。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴ
ＳＯとする）や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）を混合したものを用いても良い。また陽極として上記透光性酸化物導電材料の他に
、例えばＴｉＮ、ＺｒＮ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｌ等の１つまたは複数
からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン
膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる
。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料で陽極側から光を取り出す場合、光が透過する
程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成する。
【０１７２】
陰極は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物など
を用いることができる。具体的には、ＬｉやＣｓ等のアルカリ金属、およびＭｇ、Ｃａ、
Ｓｒ等のアルカリ土類金属、これらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ、Ｍｇ：Ｉｎな
ど）、およびこれらの化合物（ＣａＦ2、ＣａＮ）の他、ＹｂやＥｒ等の希土類金属を用
いることができる。また電界発光層６０１１中に電子注入層を設ける場合、Ａｌなどの他
の導電層を用いることも可能である。また陰極側から光を取り出す場合は、酸化インジウ
ムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムを添
加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である
。ＩＴＯ及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（以下、ＩＴＳＯとする）や、酸化珪素
を含んだ酸化インジウムに、さらに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したものを用
いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、後に形成される電界発光層６０１１に
電子注入層を設けるのが望ましい。また透光性酸化物導電材料を用いずとも、陰極を光が
透過する程度の膜厚（好ましくは、５ｎｍ〜３０ｎｍ程度）で形成することで、陰極側か
ら光を取り出すことができる。この場合、該陰極の上または下に接するように透光性酸化
物導電材料を用いて透光性を有する導電層を形成し、陰極のシート抵抗を抑えるようにし
ても良い。
【０１７３】
なお図１０では、発光素子から発せられる光が基板６０００側に照射される構成を示し
ているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光素子としても良い。
【０１７４】
なお、実際には図１０まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、
脱ガスの少ない保護フィルム（熱圧着したときに溶融する層を備えたフィルム、紫外線硬
化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウ
ム）を配置したりすると発光素子の信頼性が向上する。
【０１７５】
なお、本実施例では半導体表示装置の一例として発光装置を例に挙げたが、本発明の作
製方法を用いて形成される半導体表示装置はこれに限定されない。
【０１７６】
本実施例は、実施可能な範囲で実施の形態１〜４、実施例１〜３と組み合わせることが
できる。
【符号の説明】
【０１７７】
１００ 擬似線状ビームスポット
１０１ ビームスポット
１０２ 半導体膜
１０３ 擬似線状ビームスポット
２０１ レーザ発振器
２０２ 集光用光学系
２０３ ミラー
２０４ 音響光学素子
２０５ ｆθレンズ
２０６ ステージ
２０７ 基板
２０８ 半導体膜
２０９ Ｘ軸方向位置制御手段
２１０ Ｙ軸方向位置制御手段
２１１ 擬似線状ビームスポット
３００ 擬似線状ビームスポット
３０１ ビームスポット
３０２ 半導体膜
３０３ 擬似線状ビームスポット
４０１ レーザ発振器
４０２ 集光用光学系
４０３ ポリゴンミラー
４０４ ｆθレンズ
４０５ ステージ
４０６ 基板
４０７ 半導体膜
４０８ Ｘ軸方向位置制御手段
４０９ Ｙ軸方向位置制御手段
４１０ 擬似線状ビームスポット
５００ 基板
５０１ 下地膜
５０２ 半導体膜
５０３ 半導体膜
５０７ 島状の半導体膜
５２０ 半導体膜
５２１ 半導体膜
５２２ 酸化膜
５２３ 半導体膜
５２４ 島状の半導体膜
５３０ 半導体膜
５３１ 半導体膜
５４０ マスク
５３２ 酸化シリコン膜
５３３ ゲッタリング領域
５３４ 島状の半導体膜
６０００ 基板
６００１ 下地膜
６００２ トランジスタ
６００３ 島状の半導体膜
６００４ ゲート絶縁膜
６００５ ゲート電極
６００６ 第１の層間絶縁膜
６００８ 第３の層間絶縁膜
６００７ 第２の層間絶縁膜
６０１０ 第１の電極
６０１１ 電界発光層
６０１２ 第２の電極
６０１３ 発光素子
６０１４ 有機樹脂膜
６０１５ 開口部
６０１６ 保護膜
１１０１ 擬似線状ビームスポット
１１０２ 擬似線状ビームスポット
１１０３ ビームスポット
１１０４ ビームスポット
１１０５ 半導体膜
１２０１ 擬似線状ビームスポット
１２０２ 擬似線状ビームスポット
１２０３ ビームスポット
１２０４ ビームスポット
１２０５ 半導体膜
１３０１ レーザ発振器
１３０２ 集光用光学系
１３０３ 第２の偏向光学系
１３０４ ｆθレンズ
１３０５ ステージ
１３０６ 基板
１３０７ 半導体膜
１３０８ Ｘ軸方向位置制御手段
１３０９ Ｙ軸方向位置制御手段
１３１０ ビームスポット
１３１１ 第１の偏向光学系
１４０１ 擬似線状ビームスポット
１４０２ 擬似線状ビームスポット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の反射面と、第２の反射面とを有するポリゴンミラーによって、第１の方向に、円形のレーザスポットを半導体膜に走査して、前記半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１の反射面にレーザ光を入射し、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記半導体膜上の第１の点から前記半導体膜上の第２の点へ走査し、
レーザ光の照射面を、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記第１の反射面から、前記第１の反射面に連接する前記第２の反射面に移動することで、前記レーザスポットを前記第２の点から前記半導体膜上の第３の点へ移動し、
前記第２の反射面にレーザ光を入射した状態で、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記第３の点から前記半導体膜上の第４の点へ走査し、
前記第１の点と、前記第３の点とは、前記第１の方向と交差する第２の方向上に位置し、
前記第１の点から前記第２の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第１の領域とし、
前記第３の点から前記第４の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第２の領域とし、
前記第１の領域と、前記第２の領域とは、部分的に重なるようにし、かつ、前記第１の領域が固化するよりも前に前記第２の領域において前記レーザスポットを走査し、
前記レーザ光は、連続発振されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
第１の反射面と、第２の反射面とを有するポリゴンミラーによって、第１の方向に、円形のレーザスポットを半導体膜に走査して、前記半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１の反射面にレーザ光を入射し、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記半導体膜上の第１の点から前記半導体膜上の第２の点へ走査し、
レーザ光の照射面を、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記第１の反射面から、前記第１の反射面に連接する前記第２の反射面に移動することで、前記レーザスポットを前記第２の点から前記半導体膜上の第３の点へ移動し、
前記第２の反射面にレーザ光を入射した状態で、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記第３の点から前記半導体膜上の第４の点へ走査し、
前記第１の点と、前記第３の点とは、前記第１の方向と交差する第２の方向上に位置し、
前記第１の点から前記第２の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第１の領域とし、
前記第３の点から前記第４の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第２の領域とし、
前記第１の領域と、前記第２の領域とは、部分的に重なるようにし、かつ、前記第１の領域が固化するよりも前に前記第２の領域において前記レーザスポットを走査し、
前記レーザ光は、パルス発振され、前記パルス発振の周波数は１００ＭＨｚ以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記半導体膜の結晶方向は、前記第２の方向であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１】
第１の反射面と、第２の反射面とを有するポリゴンミラーによって、第１の方向に、円形のレーザスポットを半導体膜に走査して、前記半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１の反射面にレーザ光を入射し、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記半導体膜上の第１の点から前記半導体膜上の第２の点へ走査し、
レーザ光の照射面を、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記第１の反射面から、前記第１の反射面に連接する前記第２の反射面に移動することで、前記レーザスポットを前記第２の点から前記半導体膜上の第３の点へ移動し、
前記第２の反射面にレーザ光を入射した状態で、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記第３の点から前記半導体膜上の第４の点へ走査し、
前記第１の点と、前記第３の点とは、前記第１の方向と交差する第２の方向上に位置し、
前記第１の点から前記第２の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第１の領域とし、
前記第３の点から前記第４の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第２の領域とし、
前記第１の領域と、前記第２の領域とは、部分的に重なるようにし、かつ、前記第１の領域が固化するよりも前に前記第２の領域において前記レーザスポットを走査し、
前記レーザ光は、連続発振されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
第１の反射面と、第２の反射面とを有するポリゴンミラーによって、第１の方向に、円形のレーザスポットを半導体膜に走査して、前記半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法であって、
前記第１の反射面にレーザ光を入射し、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記半導体膜上の第１の点から前記半導体膜上の第２の点へ走査し、
レーザ光の照射面を、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記第１の反射面から、前記第１の反射面に連接する前記第２の反射面に移動することで、前記レーザスポットを前記第２の点から前記半導体膜上の第３の点へ移動し、
前記第２の反射面にレーザ光を入射した状態で、前記ポリゴンミラーを回転させることにより、前記レーザスポットを前記第３の点から前記半導体膜上の第４の点へ走査し、
前記第１の点と、前記第３の点とは、前記第１の方向と交差する第２の方向上に位置し、
前記第１の点から前記第２の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第１の領域とし、
前記第３の点から前記第４の点への前記レーザスポットの走査により溶融される前記半導体膜を第２の領域とし、
前記第１の領域と、前記第２の領域とは、部分的に重なるようにし、かつ、前記第１の領域が固化するよりも前に前記第２の領域において前記レーザスポットを走査し、
前記レーザ光は、パルス発振され、前記パルス発振の周波数は１００ＭＨｚ以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記半導体膜の結晶方向は、前記第２の方向であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【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】
【公開番号】特開２０１２−１７８６００（Ｐ２０１２−１７８６００Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１０４２７（Ｐ２０１２−１１０４２７）
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２００５−１１４０９２（Ｐ２００５−１１４０９２）の分割
【原出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【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１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月１４日（２０１２．５．１４）
【分割の表示】特願２００５−１１４０９２（Ｐ２００５−１１４０９２）の分割
【原出願日】平成１７年４月１２日（２００５．４．１２）
【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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