(57)【要約】      （修正有）【課題】光路短縮型アレイレンズを用いることにより、レンズ間距離を小さくし、光路長を短縮した、エネルギー分布を均一化するビームホモジナイザ及びそれを用いたレーザ照射装置の提供。【解決手段】ビームホモジナイザは、第２主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと第１主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第２主点と前記後側アレイレンズの第１主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離とした。光路短縮型アレイレンズには、２枚以上のアレイレンズで構成されるシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ等の合成アレイレンズ、又は前後両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、クロスドシリンドリカルレンズアレイ等の両面に曲面を持つアレイレンズを用いることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと第１主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第２主点と前記後側アレイレンズの第１主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするビームホモジナイザ。
【請求項２】
第２主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと光路非短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第２主点と前記後側アレイレンズの第１主点との間隔を後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするビームホモジナイザ。
【請求項３】
光路非短縮型前側アレイレンズと第１主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第２主点と前記後側アレイレンズの第１主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするビームホモジナイザ。
【請求項４】
光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズは、合成アレイレンズ又は両面に曲面を持つアレイレンズである請求項１ないし３のいずれか１項に記載のビームホモジナイザ。
【請求項５】
合成アレイレンズは、２枚以上のアレイレンズで構成され、各アレイレンズがシリンドリカルレンズアレイ又はフライアイレンズである請求項４に記載のビームホモジナイザ。
【請求項６】
両面に曲面を持つアレイレンズは、前方及び後方の両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、又はクロスドシリンドリカルレンズアレイのいずれかである請求項４に記載のビームホモジナイザ。
【請求項７】
光路非短縮型前側アレイレンズ又は光路非短縮型後側アレイレンズを構成するアレイレンズが組合せアレイレンズ又は非組合せアレイレンズである請求項２又は３に記載のビームホモジナイザ。
【請求項８】
非組合せアレイレンズがシリンドリカルレンズアレイ又はフライアイレンズである請求項７に記載のビームホモジナイザ。
【請求項９】
集光レンズがシリンドリカルレンズ、トーリックレンズ又はクロスドシリンドリカルレンズである請求項１、２又は３に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１０】
光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズがいずれも２個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型であり、かつ前記後側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型である請求項１、４又は５に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１１】
光路短縮型前側アレイレンズが２個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型であり、かつ光路非短縮型後側アレイレンズがシリンドリカルレンズアレイである請求項２に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１２】
光路非短縮型前側アレイレンズがシリンドリカルレンズアレイであり、光路短縮型後側アレイレンズが２個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記後側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型である請求項３に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１３】
光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズがいずれも２個のフライアイレンズで構成され、前記前側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凸型、後方フライアイレンズの曲面が凹型であり、かつ前記後側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凹型、後方フライアイレンズの曲面が凸型である請求項１、４又は５に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１４】
光路短縮型前側アレイレンズが２個のフライアイレンズで構成され、前記前側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凸型、後方フライアイレンズの曲面が凹型であり、かつ光路非短縮型後側アレイレンズがフライアイレンズである請求項２に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１５】
光路非短縮型前側アレイレンズがフライアイレンズであり、光路短縮型後側アレイレンズが２個のフライアイレンズで構成され、前記後側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凹型、後方フライアイレンズの曲面が凸型である請求項３に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１６】
光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズがいずれも両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方曲面が凸型、後方曲面が凹型であり、かつ前記後側アレイレンズの前方曲面が凹型、後方曲面が凸型である請求項１、４又は６に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１７】
光路短縮型前側アレイレンズが両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方曲面が凸型、後方曲面が凹型であり、光路非短縮型後側アレイレンズが片面曲面シリンドリカルレンズアレイである請求項２に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１８】
光路非短縮型前側アレイレンズが片面曲面シリンドリカルレンズアレイであり、光路短縮型後側アレイレンズが両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記後側アレイレンズの前方曲面が凹型、後方曲面が凸型である請求項３に記載のビームホモジナイザ。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のビームホモジナイザにより短辺方向又は長辺方向のいずれか１方向のエネルギー密度分布を均一化し、更に残る他の方向のエネルギー密度分布も均一化し、両方向のエネルギー密度分布の均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージとを具備したレーザ照射装置。
【請求項２０】
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のビームホモジナイザにより短辺方向及び長辺方向の両方向のエネルギー密度分布を均一化し、その両方向のエネルギー密度分布の均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージとを具備したレーザ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射面におけるビームスポットのエネルギー分布を均一化する、より小型化した光学系を用いたビームホモジナイザ及びそれを用いたレーザ照射装置に関する。
より詳しくは、レンズ間距離を小さくして光路長を短くし、それにより、より小型化した光学系を用いて、照射面におけるビームスポットのエネルギー分布を均一化するビームホモジナイザ及びそれを用いたレーザ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非単結晶半導体膜（単結晶ではなく多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜若しくは非晶質半導体）に対し、レーザアニールを施す技術が、広く研究されている。
なお、ここでいうレーザアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層や非晶質層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非単結晶半導体膜を結晶化させる技術を指している。
さらに、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術、非晶質半導体膜にニッケル等の結晶化を促進する元素を導入した後にレーザ照射を行う技術、結晶性を有する半導体膜にレーザを照射する技術等も含んでいる。
【０００３】
結晶化にレーザアニールが使用されるのは、ガラス基板は、融点が低く、そのためアニールの際に基板温度が高いと変形するからである。
レーザは基板の温度をあまり変えずに非単結晶半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
エキシマレーザ等の出力の大きいパルス発振式のレーザビームを、照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長辺方向の長さ１０ｃｍ以上の長方形状となるように光学系にて加工し、ビームスポットの照射位置を照射面に対して相対的に走査させて、レーザアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
なお、長方形状のビームスポットの内、特にアスペクト比が高いものを線状のビームスポットと呼ぶこととする。
【０００４】
特に、線状のビームスポットを用いると、前後左右の走査が必要な点状のビームスポットを用いた場合とは異なり、線状のビームスポットのビーム幅が長い方向に直角な方向だけの走査で大面積の照射面にレーザビームを照射することができるため、高い量産性が得られる。
その際、線状ビームをビーム幅の長い方向（以下、長辺方向）に直角な方向（以下、短辺方向）に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。
この高い量産性により、現在のレーザアニールにはパルス発振のエキシマレーザのビームスポットを適当な光学系で加工した線状のビームスポットを使用することが主流になりつつある。
【０００５】
図６に、照射面においてビームスポットの断面形状を線状に加工するための光学系の１例を示す。
その図６中に示す光学系はきわめて一般的なものである。
この光学系は、ビームスポットの断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に照射面におけるビームスポットのエネルギー分布の均一化を果たすものである。
一般に、ビームスポットのエネルギー分布を均一化する光学系を、ビームホモジナイザと呼ぶ。
【０００６】
図６に示した光学系もビームホモジナイザである。
ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）を光源に使用する場合、上記光学系の母材には石英を用いるのが好ましい。
その他のエキシマレーザで、さらに短波長のものを光源とする場合は、高い透過率を得るために、フローライトやＭｇＦ2などの母材を用いるのが好ましい。
【０００７】
図６（ａ）は、線状のビームスポットを形成するビームホモジナイザの側面図である。
その側面図は、そのビームホモジナイザが形成する線状のビームスポットの短辺方向を紙面に含む。
ＸｅＣｌエキシマレーザであるレーザ発振器６０１から発せられたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ６０２ａと６０２ｂにより、レーザビームのスポットが１方向に分割されている。
短辺方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。
【０００８】
この構成では、４分割となっている。
これらの分割されたスポットは、シリンドリカルレンズ６０４により、一旦１つのスポットにまとめられる。
再び分離したスポットはミラー６０６で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ６０７により、照射面６０８にて再び１つのスポットに集光される。
ダブレットシリンドリカルレンズとは、２枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことをいう。
これにより、線状のビームスポットの短辺方向のエネルギー均一化がなされ、短辺方向の長さが決定される。
【０００９】
図６（ｂ）は、線状のビームスポットを形成するビームホモジナイザの平面図である。
その平面図は、そのビームホモジナイザが形成する線状のビームスポットの長辺方向を紙面に含む。
レーザ発振器６０１から発せられたレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ６０３により、レーザビームのスポットが、長辺方向に対し直角方向に分割される。
長辺方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。
【００１０】
このレンズアレイ６０３の構成では、７分割となっている。
その後、シリンドリカルレンズ６０５にて、７分割されたスポットは照射面６０８にて１つに合成される。
ミラー６０６以降が破線で示されているが、破線は、ミラー６０６を配置しなかった場合の正確な光路と照射面の位置を示している。
これにより、線状のビームスポットの長辺方向のエネルギーの均一化がなされ、長辺方向の長さが決定される。
【００１１】
上述したように、シリンドリカルレンズアレイ６０２ａとシリンドリカルレンズアレイ６０２ｂ及びシリンドリカルレンズアレイ６０３とがレーザビームのスポットを分割するレンズとなる。
これらの分割数により、得られる線状ビームスポットのエネルギー分布の均一性が決まる。
【００１２】
エキシマレーザの発生するレーザビームの形状は一般的に長方形状であり、アスペクト比で表現すると、１〜５位の範囲に入る。
レーザビームのスポットの強度は、レーザビームのスポットの中央ほど強い、ガウシアンの分布を示す。
前記レーザビームのスポットサイズは、図６に示した光学系により、エネルギー分布が一様のスポット形状３２０ｍｍ  ０．４ｍｍの線状のビームスポットに変換される。
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−２９１６８１号公報  上記の構成で加工された線状のビームスポットをそのビームスポットの短辺方向に徐々にずらしながら重ねて照射する。  そうすると、非単結晶半導体膜全面に対しレーザアニールを施して結晶化させたり結晶性を向上させることができる。  現在は、量産工場において、上記のような光学系により長く線状に加工されたビームスポットを使って半導体膜のレーザアニールが行われている。  なお、ビームホモジナイザには、反射鏡を用いているもの（例えば、特許文献１参照。）もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ここ数年、半導体装置製造工程において、１枚の基板内により多くの半導体装置を形成し量産性を向上させるため、ガラス基板の大型化が急速に進んでいる。
そのガラス基板の大型化に伴い、線状ビームの長辺方向の長大化によるレーザアニールの処理能力の向上がより強く求められるようになってきている。
しかし、線状ビームの長辺方向の長さを長くしようとすると、線状ビームを形成するための光学系が該長辺方向の長さと共に大型化し、光学系の占有面積が大きくなってしまうという問題が発生する。
【００１５】
本発明は、上記の問題に鑑みて、矩形状、特に線状ビームを形成する小型のビームホモジナイザを提供すべく、鋭意研究開発に努め、その結果開発に成功したものである。
したがって、本発明は、より小型化した光学系、すなわちレンズ間距離を小さくして光路長を短くした光学系を用いて、照射面におけるビームスポットのエネルギー分布を均一化するビームホモジナイザ及びそれを用いたレーザ照射装置を提供することを発明の解決すべき課題、すなわち目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記したとおり、矩形状、特に線状ビームを形成する小型のビームホモジナイザ、それを用いたレーザ照射装置を提供するものである。
そのビームホモジナイザの発明は、主点を光路が短縮できるようにした光路短縮型のアレイレンズを使用するものであり、その用い方により３つに大別できる。
すなわち、光路短縮型のアレイレンズを前側及び後側の両アレイレンズに使用する第１の形態と、前側アレイレンズのみに使用する第２の形態と、後側のアレイレンズのみに使用する第３の形態の３つの発明に、まず大別することができる。
【００１７】
なお、その本発明で用いるアレイレンズとは、複数の小レンズを連結し、各小レンズを通過したビームが、集光レンズを通過することにより、同一位置に集光するレンズの集合体であり、それは、シリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、クロスドシリンドリカルレンズアレイ等の総称として使用される。
また、シリンドリカルレンズアレイについてはシリンドリカルアレイレンズともいわれることもある。
【００１８】
それぞれのビームホモジナイザの発明を具体的に示すと以下のとおりである。
第１の形態のビームホモジナイザの発明は、第２主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと第１主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第２主点と前記後側アレイレンズの第１主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするものである。
【００１９】
なお、前記において、前側アレイレンズの第２主点と後側アレイレンズの第１主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離とするとは、前者の間隔と後者の焦点距離とが一致するのが好ましいが、完全に一致してなくとも、焦点距離が長いレンズ系の場合には、焦点深度が大きくなる等の効果により、ある程度あいまいな状態でも十分にホモジナイズを行うことができ、この範囲にある場合には、前者の間隔を後者の焦点距離としたということになる。
【００２０】
第２の形態のビームホモジナイザの発明は、第２主点がビーム入射側前方に位置する光路短縮型前側アレイレンズと光路非短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第２主点と前記後側アレイレンズの第１主点との間隔を後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするものであり、第３の形態のビームホモジナイザの発明は、光路非短縮型前側アレイレンズと第１主点がビーム射出側後方に位置する光路短縮型後側アレイレンズと集光レンズとを備え、更に前記前側アレイレンズの第２主点と前記後側アレイレンズの第１主点との間隔を前記後側アレイレンズの焦点距離としたことを特徴とするものである。
【００２１】
その３つに大別された本発明のビームホモジナイザでは、前側アレイレンズ及び後側アレイレンズには、複数種すなわち合成アレイレンズ又は両面に曲面を持つアレイレンズが使用できる。
その合成アレイレンズにも複数種のもの、すなわち２枚以上のシリンドリカルレンズアレイ又はフライアイレンズが使用できる。
さらに、両面に曲面を持つアレイレンズにも複数種のもの、すなわち前方及び後方の両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズ、又はクロスドシリンドリカルレンズアレイのいずれかが使用できる。
【００２２】
また、それら各レンズの曲面形状に関しても、凸面及び凹面の両形状が使用できる。
なお、その際に前側アレイレンズ及び後側アレイレンズに採用する両面に曲面を持つアレイレンズについては同一種類のものを採用するのがよい。
例えば、光路短縮型前側アレイレンズの前方レンズにシリンドリカルレンズアレイを採用した場合には、その後方レンズ、並びに後側アレイレンズ前方及び後方レンズの全てに同一種類のシリンドリカルレンズアレイを採用するのがよい。
さらに、集光レンズも、シリンドリカルレンズ、トーリックレンズ又はクロスドシリンドリカルレンズのいずれもが使用できる。
【００２３】
以上のとおりであり、本発明のビームホモジナイザには、多くの形態を採用することができる。
そこで、本発明のビームホモジナイザの形態に関し、以下においてより具体的に示す。
本発明のビームホモジナイザの光路短縮型アレイレンズには、前記したとおりシリンドリカルレンズアレイが採用でき、その場合には、第１の形態においては、光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズがいずれも２個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型であり、かつ前記後側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型とするのがよい。
【００２４】
第２の形態においては、光路短縮型前側アレイレンズが２個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型であり、かつ光路非短縮型後側アレイレンズはシリンドリカルレンズアレイとするのがよい。
さらに、第３の形態においては、光路非短縮型前側アレイレンズがシリンドリカルレンズアレイであり、光路短縮型後側アレイレンズが２個のシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記後側アレイレンズの前方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凹型、後方シリンドリカルレンズアレイの曲面が凸型とするのがよい。
【００２５】
また、本発明のビームホモジナイザの光路短縮型アレイレンズには、前記したとおりフライアイレンズアレイが採用でき、その場合には、第１の形態においては、光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズがいずれも２個のフライアイレンズで構成され、前記前側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凸型、後方フライアイレンズの曲面が凹型であり、かつ前記後側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凹型、後方フライアイレンズの曲面が凸型とするのがよい。
【００２６】
第２の形態においては、光路短縮型前側アレイレンズが２個のフライアイレンズで構成され、前記前側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凸型、後方フライアイレンズの曲面が凹型であり、かつ光路非短縮型後側アレイレンズはフライアイレンズとするのがよい。
さらに、第３の形態においては、光路非短縮型前側アレイレンズがフライアイレンズであり、光路短縮型後側アレイレンズが２個のフライアイレンズで構成され、前記後側アレイレンズの前方フライアイレンズの曲面が凹型、後方フライアイレンズの曲面が凸型とするのがよい。
【００２７】
また、本発明のビームホモジナイザの光路短縮型アレイレンズには、前記したとおり両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイが採用でき、その場合には、第１の形態においては、光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズがいずれも両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方曲面が凸型、後方曲面が凹型であり、かつ前記後側アレイレンズの前方曲面が凹型、後方曲面が凸型とするのがよい。
【００２８】
第２の形態においては、光路短縮型前側アレイレンズが両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記前側アレイレンズの前方曲面が凸型、後方曲面が凹型であり、光路非短縮型後側アレイレンズは片面曲面シリンドリカルレンズアレイとするのがよい。
さらに、第３の形態においては、光路非短縮型前側アレイレンズが片面曲面シリンドリカルレンズアレイであり、光路短縮型後側アレイレンズが両面に曲面を持つシリンドリカルレンズアレイで構成され、前記後側アレイレンズの前方曲面が凹型、後方曲面が凸型とするのがよい。
【００２９】
そして、本発明のレーザ照射装置は、前記した各種形態のビームホモジナイザにより、照射ビームの短辺方向及び長辺方向のエネルギー密度分布を均一化し、その両方向のエネルギー密度分布の均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージとを具備するか、あるいは短辺方向又は長辺方向のいずれか１方向のエネルギー密度分布を均一化し、更に残る他の方向のエネルギー密度分布も均一化し、両方向のエネルギー密度分布の均一化された照射ビームを投影する照射面を設置するステージとを具備するものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のビームホモナイザーでは、凸レンズと凹レンズを合成したレンズ系等からなる各種の光路短縮型アレイレンズを具備するビームホモジナイザを用いることにより、レンズ系の主点位置を意図的に変え、それによりレンズ間距離を短くし、光路長を短縮することが可能となる。
したがって、より小型化した光学系によって、エネルギー分布が均一な矩形状、特に線状のビームスポットを照射面において形成することが可能となる。
本発明のビームホモジナイザをレーザ照射装置に用いると、装置内における光学系の占める空間の低減が図れ、より小型でフットプリントが小さいレーザ照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施の形態を説明するに当たり、まず図１を用いてシリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズを用いたビームホモジナイザについて説明する。
シリンドリカルレンズアレイとは、シリンドリカルレンズを曲率方向に複数個並べたもので、入射された光を構成するシリンドリカルレンズの数と同数個に分割する役割をもっている。
図１に示すように、焦点距離がｆ2のシリンドリカルレンズアレイ１０２を、焦点距離がｆ1のシリンドリカルレンズアレイ１０１との間隔がｆ2となるように配置する。
なお、ｆ1＜ｆ2とする。
これにより入射した光は５分割される。
【００３２】
ここにおける間隔とは、シリンドリカルレンズアレイ１０１の第２主点位置から、シリンドリカルレンズアレイ１０２の第１主点位置までの距離である。
なお、第１主点及び第２主点の技術的意味については後に説明する。
シリンドリカルレンズアレイ１０１及び１０２によって５分割された光は、焦点距離がｆ3のシリンドリカルレンズ１０３により、シリンドリカルレンズ１０３の後方、距離ｆ3の位置に配置された照射面１０４で合成され、エネルギー分布が均一化される。
図１では、光を５分割する例を示したが、分割数が大きいほど均一性は向上する。
【００３３】
図１のように光学系を配置することで、シリンドリカルレンズアレイ１０１を構成する各シリンドリカルレンズの頂点面と照射面１０４とが光学的に共役な位置関係となり、該頂点面上の像が照射面１０４に投影されることになる。
つまり、シリンドリカルレンズアレイ１０１を構成する各シリンドリカルレンズによって、照射面１０４が一様に照射される。
当然、シリンドリカルレンズアレイ１０１を構成する全てのシリンドリカルレンズからのビームのエネルギー分布の和も一様となる。
【００３４】
したがって、シリンドリカルレンズアレイ全面に入射する光が位置や方位によってそのエネルギー分布にムラが存在しても、図１に示すビームホモジナイザによって、照射面上で均一なエネルギー分布をもつビームを得ることができる。
その際、照射面１０４に形成されるビームスポットの長さＤは、シリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズの幅をｄとすると、以下の式（１）によって決定される。
Ｄ＝（ｆ3／ｆ2）ｄ  ・・・・・（１）
なお、シリンドリカルレンズアレイ１０２とシリンドリカルレンズ１０３の間隔は、他のパラメーターと無関係であり自由に決定することができる。
【００３５】
以上のようにエネルギー分布が均一な線状ビームを形成するには、線状ビームの長辺方向、短辺方向ともに図１を示すような光学系を組めばよいことがわかる。
その際には、線状ビームの短辺方向をまず均一化し、ついで長辺方向を均一化することも、またその逆も可能であるが、後者を選択した場合には照射面において短辺方向に平行な縞模様が発生する可能性があるため、まず短辺方向のエネルギー分布を均一化し、ついで長辺方向のエネルギー分布を均一化するのがよい。
【００３６】
そのようなことから、例えば図４に示すような、長辺方向が非常に長い線状ビームを形成するための長辺方向のビームホモジナイザを設計する際、式（１）のｆ3（シリンドリカルレンズ４０６の焦点距離）を小さくすると、短い距離でビームを急激に伸ばすことになり、長辺方向のエネルギー分布を十分に均一化することが難しい。
そのため、ビームスポットの長辺方向を拡大するための距離（シリンドリカルレンズ４０６の第２面から照射面までの距離）を確保する必要がある。
それゆえ、短辺方向の集光レンズ（シリンドリカルレンズ４０７）の焦点距離を長くすることが必要となる。
さらに、ビームスポットの短辺方向の幅は、前記の式（１）で決定される。
【００３７】
この式（１）よりｆ3（シリンドリカルレンズ４０７の焦点距離）を大きくすると、ｆ2（シリンドリカルレンズアレイ４０４ａ及び４０４ｂの合成焦点距離）を大きくする必要がある。
前記のとおりであり、光学系全体をコンパクト化するには短辺方向のエネルギー分布を均一化する光学系をコンパクト化することが有効であることがわかる。
したがって、長辺方向の長さが長い線状ビームを形成しようとする際には、（１）式から導かれるように、短辺方向のエネルギー分布を均一化する光学系のｆ2を小さくすることが求められる。
【００３８】
図４の光学系においてｆ2（シリンドリカルレンズアレイ４０４ａ、４０４ｂの合成焦点距離）を小さくするということは、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａと４０３ｂからなるレンズ系の第２主点とシリンドリカルレンズアレイ４０４ａと４０４ｂからなるレンズ系の第１主点との間の距離を小さくするということに他ならない。
そこで、レンズの主点位置について考える。
レンズメーカーのカタログ等に掲載されているようなレンズ厚が薄い量産品のレンズ１枚に光が入射する場合、そのレンズが持つ第１主点、第２主点は、ともにレンズ内もしくはレンズ表面に存在する。
【００３９】
なお、そのレンズにおける第１主点及び第２主点とは、以下のとおりのものである。
レンズには、焦点と同様に２つの主点があり、それは第１主点と第２主点であり、その第１主点とは以下のとおりである。
前側（左側）焦点を通る光線（つまり、レンズ通過後に光軸と平行に進む光線）が、実際にレンズを通過する際にレンズ表裏両面で起こる２回の屈折に代えて、ある仮想線で１回屈折すると想定した場合の仮想面は、実際に定義でき、その仮想面を第１主面といい、その面と光軸との交点を第１主点という。
【００４０】
換言すれば、右側から光軸に平行にレンズに入射する光線が、実際にレンズを通過する際にレンズ表裏両面で起こる２回の屈折に代えて、ある仮想線で１回屈折すると想定した場合の仮想面を第１主面といい、その面と光軸との交点を第１主点ということになる。
また、これとは逆に後側（右側）焦点を通る光線が、実際にレンズを通過する際にレンズ表裏両面で起こる２回の屈折に代えて、ある仮想線で１回屈折すると想定した場合の仮想面を第２主面といい、その面と光軸との交点を第２主点という。
【００４１】
それに対して、レンズを複数組み合わせるレンズ系の場合、レンズ曲率やレンズ間隔によって主点が形成される位置は大きく異なり、レンズ外に形成されることもある。
例えば、図２（ａ）に示すように、第１レンズ２０１が凸レンズ、第２レンズ２０２が凹レンズの場合、主点は第１レンズ２０１より前方に形成される。
一方、図２（ｂ）のように、第１レンズ２０３が凹レンズ、第２レンズ２０４が凸レンズの場合、主点は第２レンズの後方に形成される。
【００４２】
したがって、１枚のレンズを使用する場合に比べて、図２（ａ）に示すレンズ系の場合、第２主点の位置はレンズ系の前方へ移動し、図２（ｂ）に示すレンズ系の場合、第１主点の位置はレンズ系の後方へ移動する。
前記のように、複数のレンズで構成されるレンズ系を用いることで主点位置を操作することが可能であることがわかった。
以上の説明は、本発明を理解する際の前提となる事項の説明であったが、以下においてそれらを踏まえて、本発明の実施の形態について詳述する。
【００４３】
本発明の実施の形態については、以下において、ビームホモジナイザの実施の形態に関し詳述し、レーザ照射装置の実施の形態に関しては概要を述べる。
本発明は、これらの実施の形態によって何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
また、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。
なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００４４】
まず、ビームホモジナイザの実施の形態について、図３を用いて詳述する。
図３（ａ）は、図１と同じ構成のビームホモジナイザで、それではＡの位置にシリンドリカルレンズアレイ１０１の第２主点Ｘ、Ｂの位置にシリンドリカルレンズアレイ１０２の第１主点Ｙの位置が形成され、該第２主点Ｘと該第１主点Ｙ間距離がｆ2となるようにしている。
他方、図３（ｂ）は、図２（ａ）、（ｂ）のレンズ系をビームホモジナイザに適用したものである。
【００４５】
シリンドリカルレンズアレイ３０１とシリンドリカルレンズアレイ３０２からなるレンズ系を第１レンズ系（光路短縮型前側アレイレンズに該当）とし、シリンドリカルレンズアレイ３０３とシリンドリカルレンズアレイ３０４からなるレンズ系を第２レンズ系（光路短縮型後側アレイレンズに該当）とする。
第１レンズ系は、合成焦点距離がｆ1となるようレンズ曲率、レンズ間距離（シリンドリカルレンズアレイ３０１の第２主点とシリンドリカルレンズアレイ３０２の第１主点との間の距離）を設定してあり、図２（ａ）で示したレンズ系と同様、まず凸レンズに入射した後に凹レンズに入射する。
【００４６】
これにより、第１レンズ系の第２主点位置Ｃはシリンドリカルレンズアレイ３０１の前方に形成される。
したがって、シリンドリカルレンズアレイ１０１の第２主点位置Ｘと第１レンズ系の第２主点位置Ｃを合致させるために、第１レンズ系を後方に移動させることができる。
つまり、第１レンズ系の第２主点位置が移動した分だけ、光路長を短くすることが可能となる。
【００４７】
さらに、第２レンズ系は、合成焦点距離がｆ2となるようレンズ曲率、レンズ間距離（シリンドリカルレンズアレイ３０３とシリンドリカルレンズアレイ３０４の間の距離）を設定してあり、図２（ｂ）で示したレンズ系と同様、まず凹レンズに入射した後に凸レンズに入射する。
これにより、第２レンズ系の第１主点位置Ｄはシリンドリカルレンズアレイ３０４の後方に形成される。
したがって、シリンドリカルレンズアレイ１０２の第２主点位置Ｙと第２レンズ系の第１主点位置Ｄを合致させるために、第２レンズ系を前方に移動させることができる。
【００４８】
図１で説明したように、シリンドリカルレンズアレイ１０２とシリンドリカルレンズ１０３の間隔に特に規定がないため、第２レンズ系を移動した分だけ、シリンドリカルレンズ３０５を第２レンズ系に近づけることができる。
つまり、シリンドリカルレンズ３０５の位置を固定とした場合、第２レンズ系の第１主点位置が移動した分、第１レンズ系及び第２レンズ系を移動させることができ、第２レンズ系の第１主点位置が移動した分、光路長を短くすることが可能となる。
【００４９】
その図３（ｂ）に図示したビームホモジナイザにおいては、前側アレイレンズと、後側アレイレンズの両アレイレンズに合成シリンドリカルレンズアレイが採用されており、これは本発明の好ましい態様ではあるが、本発明のビームホモジナイザにおいては、合成シリンドリカルレンズアレイは一組だけ存在すればよく、例えばレーザ照射装置の１態様を図示する図５に示すように、前側アレイレンズを１個のシリンドリカルレンズアレイ、すなわち光路非短縮型アレイレンズに代えてもよい。
【００５０】
さらに、図示されていないが、前側アレイレンズではなく後側アレイレンズを１個のシリンドリカルレンズアレイ、すなわち光路非短縮型アレイレンズに代えてもよい。
なお、この場合も合成シリンドリカルレンズアレイが１組採用されているため、光路長を短くし、小型化することが可能であるが、図３（ｂ）で示したビームホモジナイザのような２組の合成シリンドリカルレンズアレイを採用した方が、より光路長を短くし、小型化することができる。
【００５１】
また、ここでは本発明のビームホモジナイザは、ビームの短辺方向の均一化の際に使用しているが、長辺方向の均一化の際にも勿論利用できるし、短辺方向及び長辺方向の両者の均一化の際に使用することもできる。
図３（ｂ）のビームホモジナイザにおいては、前側及び後側の両合成シリンドリカルレンズアレイによって分割されたビームは、その直後に配置されたシリンドリカルレンズ３０５により合成され、エネルギー分布が均一化される。
【００５２】
次に、レーザ照射装置の実施の形態について、図４及び５を用いて２種の形態に関し概要を説明する。
図４は、図３のビームホモジナイザを採用したレーザ照射装置を図示するものである。
すなわち、そのレーザ照射装置においては、前側合成シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ及び４０３ｂと、後側合成シリンドリカルレンズアレイ４０４ａ及び４０４ｂの２組の合成シリンドリカルレンズアレイが採用されており、これら両合成シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ及び４０３ｂ、４０４ａ及び４０４ｂが本発明のビームホモジナイザの光路短縮型前側アレイレンズ及び光路短縮型後側アレイレンズに該当するものであり、これは前記第１の形態に該当するものである。
【００５３】
また、これらによりビームの短辺方向が分割され、その分割されたビームはシリンドリカルレンズ４０７により集光（合成）され、短辺方向のエネルギー分布が均一化されるのである。
さらに、シリンドリカルレンズ４０７のビーム進行方向前方には、長辺方向を分割するためのシリンドリカルレンズアレイ４０５ａ及び４０５ｂが存在し、これらにより分割されたビームの長辺方向はシリンドリカルレンズ４０６により合成され、均一化される。
【００５４】
なお、図４のレーザ照射装置においては、シリンドリカルレンズ４０７が本発明のビームホモジナイザの集光レンズに該当することになる。
このレンズは、図４では長辺方向のビームホモジナイザを形成するシリンドリカルレンズアレイ４０５ａ及び４０５ｂ、シリンドリカルレンズ４０６より後に配置されているが、このように配置してもよいし、勿論図示された配置とは異なるものの、前記シリンドリカルレンズアレイ４０５ａ及び４０５ｂよりも前方に配置してもよい。
【００５５】
そして、図５のレーザ照射装置は、図４のレーザ照射装置とは別の態様のレーザ照射装置を図示するものであり、それに採用されたビームホモジナイザは図３（ｂ）に図示されたビームホモジナイザにおける前側合成シリンドリカルレンズアレイを光路非短縮型の非合成のアレイレンズである１個のシリンドリカルレンズアレイ５０３に代えたものである。
前記のように変更されているものの、この場合にも合成シリンドリカルレンズが１組採用されているため、光路長を短くし、小型化することが可能である。
なお、図５のレーザ照射装置に採用されたビームホモジナイザは第３の形態に該当するものである。
【００５６】
しかしながら、その場合には、図４で示したビームホモジナイザのように、前後両側のアレイレンズに光路短縮型アレイレンズである合成シリンドリカルレンズアレイを採用した場合と比較すると、一方側のアレイレンズのみの採用であることから光路の短縮程度が低い。
すなわち、図４で示したビームホモジナイザのように、前後両側のアレイレンズに光路短縮型アレイレンズである合成シリンドリカルレンズアレイを採用した場合には、図５に図示した一方側のアレイレンズのみに光路短縮型アレイレンズである合成シリンドリカルレンズアレイを採用した場合に比し光路の短縮程度が高いものとなる。
なお、レーザ照射装置の２種の形態に関しては、後記実施例において詳述する。
【実施例１】
【００５７】
以下において、本発明の実施例について、図面を用いて具体的に説明するが、本発明はその実施例によって限定されるものではなく、特許請求の範囲によって特定されるものであることはいうまでもない。
また、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。
なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００５８】
図４は、本実施例１で採用する光学系を図示するものであり、その図４（ｂ）の側面図を用いて本実施例を説明する。
その側面図は、その光学系が形成する線状のビームスポットの短辺方向を紙面に含む。
ＸｅＣｌエキシマレーザ発振器４０１から出たレーザビームは図４中、矢印の方向に伝播される。
まず、レーザビームは球面レンズ４０２ａ及び４０２ｂにより拡大される。
この構成は、レーザ発振器４０１から出るビームスポットが十分に大きい場合には必要ない。
レーザ発振器から射出されたレーザビームは、以下に記載するシリンドリカルレンズアレイによってスポットが短辺方向に分割される。
【００５９】
なお、長辺方向、短辺方向とは、前記したとおり、それぞれ照射面４０９上に形成される線状のビームスポットの幅が長い方向、幅が短い方向と同じとする。
また、レンズ面は光が入射する面を第１面、射出する面を第２面とする。
曲率半径の符号は、曲率中心がレンズ面に対して光線の射出側にある時が正、曲率中心がレンズ面に対して入射側にある時を負とする。
さらに、本実施例で使用するレンズは、波長が３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とする。
【００６０】
シリンドリカルレンズアレイ４０３ａは、第１面が曲率半径１４６．８ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたもので、シリンドリカルレンズアレイ４０３ｂは、第１面が平面、第２面が曲率半径１６０ｍｍの曲面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ４０３ａの第２面とシリンドリカルレンズアレイ４０３ｂの第１面との間の距離は８５ｍｍで、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａとシリンドリカルレンズアレイ４０３ｂの合成焦点距離は８３７．５ｍｍで、該２枚のレンズ系の第２主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａの第１面の前方１６２．４ｍｍの位置に形成される。
【００６１】
シリンドリカルレンズアレイ４０４ａは、第１面が曲率半径−２６２．４ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたもので、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂは、第１面が平面、第２面が曲率半径−２００ｍｍの曲面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたものである。
両シリンドリカルレンズをシリンドリカルレンズアレイ４０４ａの第２面とシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの第１面との間の距離を６０ｍｍで配置すると、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂとの合成焦点距離は１１３９．８ｍｍ、該２枚のレンズ系の第１主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂ第２面の後方約１１８ｍｍの位置になる。
【００６２】
なお、この合成焦点距離（ｆ）、並びに２つ目のレンズの第２主点から合成系の第２主点までの距離（ｚ）については各種既知の計算式によって求めることができ、例えば２つのレンズからなる合成レンズの合成焦点距離はレンズ主点間距離をＬとすると、下記式（２）及び前記距離は下記（３）の式によって求めることができる。
１／ｆ＝１／ｆ1＋１／ｆ2−Ｌ／ｆ1ｆ2    式（２）
ｚ＝−ｆ2Ｌ／（ｆ1＋ｆ2−Ｌ）          式（３）
【００６３】
シリンドリカルレンズアレイ４０３ａとシリンドリカルレンズアレイ４０３ｂからなる前側合成シリンドリカルレンズアレイの第２主点位置と、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂからなる後側合成シリンドリカルレンズアレイの第１主点位置との距離が、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの合成焦点距離である１１３９．８ｍｍになるように、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａは、シリンドリカルレンズアレイ４０３ｂ第２面の後方６９４．４ｍｍの位置に配置する。
【００６４】
シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ、４０３ｂ、４０４ａ及び４０４ｂによって分割されたスポットは、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂ第２面の後方１８１５ｍｍに配置された第１面が曲率半径４８６ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが２０ｍｍシリンドリカルレンズ４０７によって集光され、シリンドリカルレンズ４０７の第２面から後方約１０００ｍｍの位置に短辺方向の長さが３．５ｍｍのエネルギー分布の均一な面４１０が形成される。
【００６５】
前記のとおりであるから、凸レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０３ａと凹レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０３ｂを、その合成焦点距離と同じ焦点距離をもつ第１面が曲面、第２面が平面、レンズ厚が５ｍｍの１枚の凸レンズのシリンドリカルレンズアレイで置き換え、また、凹レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０４ａと凸レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂを、その合成焦点距離と同じ焦点距離をもつ、第１面が平面、第２面が曲面、レンズ厚が５ｍｍのシリンドリカルレンズアレイに置き換えた場合と比較すると、光路長を約２８３．６ｍｍ短くすることが可能となる。
以上、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ、４０３ｂ、４０４ａ、４０４ｂ及びシリンドリカルレンズ４０７を合わせたものが短辺方向のビームホモジナイザであり、これが本発明のビームホモジナイザに該当する。
【００６６】
前記ビームホモジナイザによって形成された前記エネルギー分布の均一な面４１０を、前記エネルギー分布の均一な面の後方１２５０ｍｍに配置したダブレットシリンドリカルレンズ４０８によって、シリンドリカルレンズ４０８ｂ第２面の後方２２０ｍｍにある照射面に投影する。
すなわち、前記均一面４１０と、照射面４０９とは、ダブレットシリンドリカルレンズ４０８に対して共役な位置にある。
これにより、線状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布の均一化がなされ、短辺方向の長さが決定される。
ダブレットシリンドリカルレンズ４０８は、シリンドリカルレンズ４０８ａとシリンドリカルレンズ４０８ｂから構成される。
【００６７】
シリンドリカルレンズ４０８ａは、第１面が曲率半径１２５ｍｍの曲面、第２面が曲率半径７７ｍｍの曲面、厚さ１０ｍｍのシリンドリカルレンズで、シリンドリカルレンズ４０８ｂは、第１面が曲率半径９７ｍｍの曲面、第２面が曲率半径−２００ｍｍの曲面、厚さ２０ｍｍのシリンドリカルレンズで、シリンドリカルレンズ４０８ａの第２面とシリンドリカルレンズ４０８ｂの第１面との間隔は５．５ｍｍである。
なお、照射面においてビームスポットの均一性をあまり要求しない場合、あるいはダブレットシリンドリカルレンズのＦ値（Ｆ＝レンズ焦点距離／入射瞳径）が非常に大きい場合は、シングレットシリンドリカルレンズを用いても良い。
【００６８】
次に、図４（ａ）の平面図について説明する。
その平面図は、光学系が形成する線状のビームスポットの長辺方向を紙面に含む。
レーザ発振器４０１から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ４０５ａ及びシリンドリカルレンズアレイ４０５ｂにより、スポットが長辺方向に分割される。
シリンドリカルレンズアレイ４０５ａは、第１面が曲率半径４０ｍｍの曲面で、第２面が平面、厚さが３ｍｍ、長辺方向の幅が９ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１２個並べたものであり、シリンドリカルレンズアレイ４０５ｂは、第１面が平面、第２面が曲率半径−５５ｍｍの曲面で、厚さが３ｍｍ、長辺方向の幅９ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１２個並べたものである。
【００６９】
シリンドリカルレンズアレイ４０５ａの第２主点とシリンドリカルレンズアレイ４０５ｂの第１主点との間隔は、シリンドリカルレンズアレイ４０５ｂの焦点距離１１３．３ｍｍになるように配置する。
シリンドリカルレンズアレイ４０５ｂの第２面の後方８２ｍｍに配置された第１面が平面、第２面が曲率半径―２１４０ｍｍのシリンドリカルレンズ４０６によって前記シリンドリカルレンズアレイ４０５ａ及び４０５ｂによって分割されたスポットが照射面４０９上で重ね合わされる。
これにより、線状のビームスポットの長辺方向のエネルギー分布の均一化がなされ、長辺方向の長さが決定される。
【００７０】
シリンドリカルレンズ４０６により線状のビームスポットの長辺方向における両端で発生する、エネルギーの減衰部分を少なくすることが可能になる。
しかしながら、装置構成上、本レンズの焦点距離が著しく長くなる場合があり、このようなときは、本レンズの効果が薄くなるため用いなくてもよいことがある。
以上、シリンドリカルレンズアレイ４０５ａ、４０５ｂ及びシリンドリカルレンズ４０６を合わせたものが長辺方向のビームホモジナイザであるが、これは本発明のビームホモジナイザには該当しない。
【００７１】
前記のとおりであるから、図４に示した光学系により、照射面４０９上に短辺方向の長さが７００μｍ、長辺方向の長さが３００ｍｍのエネルギー分布が均一な線状のビームスポットを形成することができる。
図７に、図４で示した光学系を光学設計ソフトによって、光線追跡の計算を行った結果を示す。
縦軸は得られたビームスポットの強度、横軸はビームスポットの短辺及び長辺の長さを示す。
【００７２】
本発明のビームホモジナイザと組み合わせるレーザ発振器は、大出力でかつ半導体膜によく吸収される波長域が好ましい。
半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮し、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は６００ｎｍ以下であることが好ましい。
このようなレーザビームを出すレーザ発振器には、例えば、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ（高調波）、ガラスレーザ（高調波）がある。
【００７３】
また、珪素膜の結晶化に適当な波長のレーザビームを発振するレーザ発振器として、例えば、ＹＶＯ4レーザ（高調波）、ＹＬＦレーザ（高調波）、Ａｒレーザ、ＧｄＶＯ4レーザ（高調波）、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ（高調波）がある。
本発明の光学系は、空気中で用いても良いし、高いエネルギーを持ったレーザ光によるブレイクダウンやレンズ表面の損傷を抑制するために窒素やＡｒ雰囲気下で使用してもよい。
【実施例２】
【００７４】
本実施例は、以上で記載した光学系とは別の光学系の例であり、それは図５に図示するとおりのものである。
その図５中、短辺方向のホモジナイザを形成するシリンドリカルレンズアレイ以外の部分は、実施例１を図示する図４に示した光学系と全く同じ光路を通る。
図５（ｂ）の側面図に沿って本実施例に示すビームホモジナイザを説明する。
なお、本実施例で示すレンズは、ＸｅＣｌエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とする。
【００７５】
レーザ発振器から射出されたレーザビームは、以下に記載するシリンドリカルレンズアレイによってスポットが短辺方向に分割される。
シリンドリカルレンズアレイ５０３は、第１面が曲率半径４１２．８ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ５０３の第２主点は、シリンドリカルレンズの第２面からレンズの内側約３．６ｍｍに形成される。
【００７６】
シリンドリカルレンズアレイ４０４ａは、第１面が曲率半径−２６２．４ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたもので、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂは、第１面が平面、第２面が曲率半径−２００ｍｍの曲面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ４０４ａの第２面とシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの第１面間距離は６０ｍｍで、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの合成焦点距離は１１３９．８ｍｍで、該２枚のレンズ系の第１主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂ第２面の後方約１１８ｍｍの位置に形成される。
【００７７】
シリンドリカルレンズアレイ５０３の第２主点と、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂからなるレンズ系の第１主点位置との距離が、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの合成焦点距離である１１３９．８ｍｍになるよう、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａはシリンドリカルレンズアレイ５０３の第２面の後方９４８．２ｍｍになるように配置する。
【００７８】
シリンドリカルレンズアレイ５０３、４０４ａ及び４０４ｂによって分割されたスポットは、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂ第２面の後方１８１５ｍｍに配置された第１面が曲率半径４８６ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが２０ｍｍシリンドリカルレンズ４０７によって集光され、シリンドリカルレンズ４０５第２面から後方１０００ｍｍの位置に短辺方向の長さが３．６ｍｍのエネルギー分布の均一な面が形成される。
凹レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０４ａと凸レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂを、その合成焦点距離と同じ焦点距離をもつ１枚の凸レンズのシリンドリカルレンズアレイで置き換えた場合と比較して、光路長を約１１９．６ｍｍ短くすることが可能となる。
【実施例３】
【００７９】
本実施例では、以上で記載した光学系とは別の光学系の例を挙げ、図８を用いて説明する。
なお、他の実施例と同様に、本実施例で示すレンズはＸｅＣｌエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とするが、用いるレーザや波長領域に合わせて適宜レンズの材料を選択することも可能である。
図８（ａ）は、図４（ｂ）で説明した光学系において、ビームの短辺方向のエネルギー密度分布を均一化する光学系のみを記載している。
なお、長辺方向のエネルギー密度分布を均一化する光学系は、他の実施例と同様に用いる。
【００８０】
ここで用いているシリンドリカルレンズアレイ４０３ａ及び４０３ｂは、本発明のビームホモジナイザにおける光路短縮型前側アレイレンズに該当するものであり、これを第１面、第２面ともに曲率を有するシリンドリカルレンズアレイ８０１に変更した場合を図８（ｂ）に示す。
シリンドリカルレンズアレイ８０１は、第１面の曲率が４７．８ｍｍ、第２面の曲率が５０．５ｍｍ、厚さが１０ｍｍであり、焦点距離は８３２．８ｍｍである。
また、シリンドリカルレンズアレイ８０１の第２主点は、第２面から第１面方面に５６．９ｍｍ、すなわち第１面から前方に４６．９ｍｍ離れている位置に形成されている。
【００８１】
このシリンドリカルレンズアレイ８０１の第２主点と、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズ４０４ｂからなるレンズ系（以下、第２レンズ系と呼ぶ）の第１主点位置との距離が、第２レンズ系の合成焦点距離である１１３９．８ｍｍになるように、シリンドリカルレンズアレイ８０１を配置する。
つまり、シリンドリカルレンズアレイ８０１の第２面とシリンドリカルレンズアレイ４０４ａの第１面との間隔は８９４．９ｍｍになる。
【００８２】
両面に曲面を有するシリンドリカルレンズアレイ８０１を、シリンドリカルレンズアレイ８０１の焦点距離と同じ焦点距離を持つ一枚の平凸レンズのシリンドリカルレンズアレイ（第１面が曲面、厚さ５ｍｍ）で置き換えた場合と比較すると、図８に示す光学系は、光路長を４８．５ｍｍ短くすることが可能になる。
なお、本実施例では、短辺方向のエネルギー密度分布を均一化する例を示したが、長辺方向のエネルギー密度分布の均一化に用いてもよいし、長辺方向と短辺方向のエネルギー密度分布を共に均一化するときに用いてもいい。
【００８３】
前記したとおり、本実施例では、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ及びシリンドリカルレンズアレイ４０３ｂを、両面に曲面を持つ１枚のシリンドリカルレンズアレイ８０１に置き換えたときに、１枚の平凸レンズを用いる場合に比べて光路長を短縮する効果を持つことを示している。
なお、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａ及びシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂを、両面に曲面を持つ１枚のシリンドリカルレンズアレイ８０１に置き換えても同様の効果を得ることが可能である。
【００８４】
さらに、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ及びシリンドリカルレンズアレイ４０３ｂを両面に曲面を持つ１枚のシリンドリカルレンズアレイ８０１に置き換えるとともに、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａ及びシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂを両面に曲面をもつ１枚のシリンドリカルレンズアレイに置き換えることもでき、その場合には、前側と後側の両レンズアレイの置き換えによる光路短縮効果を得ることができる。
すなわち、その場合には光路短縮型前側アレイレンズと光路短縮型後側アレイレンズとを採用した場合の光路短縮効果を奏することができる。
【実施例４】
【００８５】
本実施例では、実施例１等の他の実施例で記載した光学系を用いてビームの幅を調整することを図９を用いて説明する。
なお、本実施例で示すレンズはＸｅＣｌエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とするが、用いるレーザや波長領域に合わせて適宜レンズの材料を選択することも可能である。
図９（ａ）は、図４（ｂ）で説明した光学系において、ビームの短辺方向に関わる光学系のみを記載している。
なお、ビームの長辺方向に関わる光学系は他の実施例と同様に用いればよい。
そこにおいて、エネルギー密度分布が均一な点４１０は、シリンドリカルレンズ４０７の焦点である。
【００８６】
この点で形成されるビーム幅Ｄは、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ、４０３ｂ、４０４ａ、４０４ｂが有する個々のレンズの短辺方向の幅をｄ、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａと４０４ｂの合成焦点距離をｆ404、シリンドリカルレンズ４０７の焦点距離をｆ407とすると、以下の式（４）で表わすことができる。
Ｄ＝（ｆ407／ｆ404）×ｄ          式（４）
上の式（４）に、ｆ404＝１１３９．８ｍｍ、ｆ407＝１０００．８ｍｍ、ｄ＝４ｍｍを代入すると、Ｄ＝３．５ｍｍと求められる。
このビームを倍率が５のレンズで投影することによって、幅７００μｍのビームを形成することができる。
【００８７】
ここで、図９（ｂ）に示すように、エネルギー密度分布が均一な点４１０に形成されるビームの幅を変更したい場合は、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａの第２面から、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの第１面までの距離を変えることで実現することができる。
ただし、この２つのレンズの距離を変えると、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａ、４０４ｂ系（第２レンズ系）の第１主点位置が移動する。
そのため、シリンドリカルレンズアレイ４０３ａ、４０３ｂを含むレンズ系（以下、第１レンズ系と呼ぶ）の第２主点位置から、第２レンズ系の第１主点位置までの距離をｆ404になるように、他のレンズを移動する必要がある。
【００８８】
例えば、図９（ａ）の光学系で形成されたビームの幅を変更する場合、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａを図９のｚ方向に＋１５．５ｍｍ移動して、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａの第２面とシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの第１面との間の距離を６０ｍｍから４４．５ｍｍに縮める。
この操作によって、第２レンズ系の合成焦点距離は、１１３９．８ｍｍから１２３８．２ｍｍになる。
なお、ｚ軸は光軸に平行な軸であり、光が進む向きを正（＋）とする。
【００８９】
そのシリンドリカルレンズアレイ４０４ａの移動に伴って第２レンズ系の第１主点位置が移動する。
第１レンズ系の第２主点位置と、第２レンズ系の第１主点位置との距離が、第２レンズ系の合成焦点距離と等しくなるように第１レンズ系全体を図９のｚ軸方向に−１１３．６ｍｍ移動する。
また、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａを動かすことにより、焦点距離ｆ404の値が１２３８．２ｍｍになる。
【００９０】
前記のようにすると、式１に代入して確認されるように、エネルギー密度分布が均一な点４１０には、幅３．２３ｍｍのビームが形成される。
さらに、倍率が５のレンズでこのビームを他の面に投影することによって、６４６μｍのビームを形成することができる。
以上のとおりであり、本発明のビームホモジナイザを用いると、レンズの位置を移動させることによって、形成するビームの幅を変えることもできる。
なお、本実施例は実施例１の光学系を用いて説明しているが、本実施例は他の実施例と組み合わせることも可能である。
【実施例５】
【００９１】
本実施例では、ビームの均一化及び光路長を短縮するためのレンズとしてフライアイレンズ（インテグレータともいう）を用いる例を示す。
フライアイレンズは、複眼レンズ構造をしたレンズの集合体であり、両面に曲率を持つ１種類のレンズ（一例としてロッドレンズ）素子群を配置することによって構成するものや、入射側レンズ素子群と射出側レンズを対向して配置することによって構成するものがある。
フライアイレンズの機能は、入射側のレンズ表面に入射した光を、レンズの射出側を経ることによって照射表面上に投影するものである。
【００９２】
投影された各々の光が照射面上で足し合わせられると、照射面における強度分布は均一となる。
また、照射面上のビームスポットの形状はレンズ素子の形状を反映したものとなる。
本実施例では、フライアイレンズを構成する個々のレンズの形状が正方形であるものを用いる例を示すが、これに限らずフライアイレンズを構成するレンズの形状が長方形や三角形であるものも同様に用いることができる。
【００９３】
また、他の実施例と同様に、本実施例で示すレンズはＸｅＣｌエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性を持つ合成石英製とするが、用いるレーザや波長領域に合わせて適宜レンズの材料を選択することも可能である。
図１０は、ビームの第１方向及び第１方向に直交する第２方向のホモジナイザをフライアイレンズで構成したときの光学系を示す図である。
なお、平面図を図１０（ａ）、側面図を図１０（ｂ）としたが、本実施例ではフライアイレンズを構成する個々のレンズの形状は正方形であるため、ビームの第１辺方向と第２方向は同じように均一化される。
【００９４】
ＸｅＣｌエキシマレーザ発振器１００１から射出されたレーザビームは、図１０中の矢印の方向に伝播される。
まず、レーザビームは球体レンズ１００２ａ及び１００２ｂによって拡大される。
この構成は、レーザ発振器１００１から射出されるレーザのビーム径が大きい場合には必要ない。
レーザ発振器１００１から射出されたレーザビームは、以下に記載するフライアイレンズによってスポットが第１方向、第２方向ともに分割される。
【００９５】
フライアイレンズ１００３ａは、図１１（ａ）に示すような、第１面が曲率半径１４６．８ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが５ｍｍ、第１方向と第２方向の長さが共に４ｍｍの球面レンズを、図１１（ｂ）に示すように第１方向に１１個  第２方向に１１個並べたものである。
また、フライアイレンズ１００３ｂは、第１面が平面、第２面が曲率半径１６０ｍｍの曲面、厚さが５ｍｍ、第１方向と第２方向の長さが共に４ｍｍの球面レンズを、図１１（ｂ）に示すように第１方向に１１個  第２方向に１１個並べたものである。
【００９６】
フライアイレンズ１００３ａの第２面と、フライアイレンズ１００３ｂの第１面との距離は８５ｍｍで、フライアイレンズ１００３ａとフライアイレンズ１００３ｂの合成焦点距離は８３７．５ｍｍで、これらの２枚のレンズ系の第２主点位置は、フライアイレンズ１００３ａの第１面の前方１６２．４ｍｍの位置に形成される。
フライアイレンズ１００４ａは、図１１（ｃ）に示すような、第１面が曲率半径−２６２．４ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さ５ｍｍ、第１方向と第２方向の長さが共に４ｍｍの球面レンズを第１方向に１１個  第２方向に１１個並べたもので、フライアイレンズ１００４ｂは、第１面が平面、第２面が曲率半径−２００ｍｍの曲面、厚さが５ｍｍ、第１方向と第２方向の長さが共に４ｍｍの球面レンズを第１方向に１１個  第２方向に１１個並べたものである。
【００９７】
フライアイレンズ１００４ａの第２面と、フライアイレンズ１００４ｂの第１面との間の距離が６０ｍｍになるように両フライアイレンズ１００４ａ及び１００４ｂを配置すると、フライアイレンズ１００４ａとフライアイレンズ１００４ｂとの合成焦点距離が１３９．８ｍｍとなり、この２枚のレンズ系の第１主点位置は、フライアイレンズ１００４ｂの第２面の後方約１１８ｍｍになる。
なお、２つのレンズからなる合成レンズ系において、焦点距離ｆ及び２つめのレンズの第２主点の位置から合成レンズ系の第２主点位置までの距離ｚは、それぞれ前記した式（２）及び（３）の計算式で求めることができる。
【００９８】
フライアイレンズ１００３ａとフライアイレンズ１００３ｂからなる前側合成レンズの第２主点位置と、フライアイレンズ１００４ａとフライアイレンズ１００４ｂからなる後側合成レンズの第１主点との距離が、フライアイレンズ１００４ａとフライアイレンズ１００４ｂの合成焦点距離である１１３９．８ｍｍになるように、フライアイレンズ１００４ａは、フライアイレンズ１００３ｂ第２面の後方６９４．４ｍｍの位置に配置する。
フライアイレンズ１００３ａ、１００３ｂ、１００４ａ及び１００４ｂによって分割されたスポットは、フライアイレンズ１００４ｂ第２面の後方１８１５ｍｍに配置された、第１面が曲率半径４８６ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが２０ｍｍの球面レンズ１００５によって集光され、球面レンズ１００５の第２面から後方約１０００ｍｍの位置に、一辺が３．５ｍｍのエネルギー分布が均一な正方形状の面１００８が形成される。
【００９９】
ここで、フライアイレンズ１００３ａとフライアイレンズ１００３ｂを、その合成焦点距離と同じ焦点距離を持つ、第１面が曲面、第２面が平面、レンズ厚が５ｍｍの１枚のフライアイレンズで置き換え、また、フライアイレンズ１００４ａとフライアイレンズ１００４ｂを、その合成焦点距離と同じ焦点距離を持つ、第１面が平面、第２面が曲面、レンズ厚が５ｍｍの１枚のフライアイレンズに置き換えた場合と比較すると、光路長を約２８３．６ｍｍ短くすることが可能となる。
以上、フライアイレンズ１００３ａ、１００３ｂ、１００４ａ、１００４ｂ及び球面レンズ１００５を合わせたものが本発明のビームホモジナイザである。
【０１００】
上記のビームホモジナイザによって形成されたエネルギー分布が均一な面１００８を、このエネルギー分布が均一な面１００８の後方１２５０ｍｍに配置したダブレットレンズ１００６によって、球面レンズ１００６ｂの第２面の後方２２０ｍｍにある照射面１００７に投影する。
すなわち、エネルギー分布が均一な面１００８と照射面１００７とは、ダブレットレンズ１００６に対して共役な位置にある。
これにより、正方形状のビームスポットの第１方向及び第２方向のエネルギー分布の均一化がなされ、両方向の長さが決定される。
なお、ダブレットレンズ１００６は、球面レンズ１００６ａと球面レンズ１００６ｂから構成されている。
【０１０１】
その球面レンズ１００６ａは、第１面が曲率半径１２５ｍｍ曲面、第２面が曲率半径７７ｍｍの曲面、厚さ１０ｍｍの球面レンズで、球面レンズ１００６ｂは、第１面が曲率半径９７ｍｍの曲面、第２面が曲率半径−２００ｍｍの曲面、厚さが２０ｍｍの球面レンズであり、球面レンズ１００６ａの第２面と球面レンズ１００６ｂの第１面との間隔は、５．５ｍｍである。
なお、照射面１００７において、ビームスポットの均一性をあまり要求しない場合、あるいはダブレットレンズのＦ値（Ｆ＝レンズ焦点距離／入射瞳径）が非常に大きい場合では、シングレット（単）レンズを用いても良い。
【０１０２】
以上より、図１０に示した光学系により、照射面１００７に、一辺が７００μｍのエネルギー分布が均一な正方形状のビームスポットを形成することができる。
本発明のビームホモジナイザと組み合わせるレーザ発振器は、大出力でかつ半導体膜に良く吸収される波長域であることが好ましい。  半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮すると、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は、６００ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１０３】
このようなレーザビームを出すレーザ発振器には、例えばエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ（高調波）、ガラスレーザ（高調波）、ＹＶＯ4レーザ（高調波）、ＹＬＦレーザ（高調波）、Ａｒレーザ、ＧｄＶＯ4レーザ（高調波）、チタン・サファイアレーザ（高調波）がある。
なお、ここで挙げたレーザに限らず、他のレーザを用いても構わない。
また、レーザは公知の非線形光学素子を用いて高調波に変換して、６００ｎｍ以下の波長にすればよい。
本発明の光学系は、空気中で用いても良いし、高いエネルギーを持ったレーザ光によるブレイクダウンやレンズ表面の損傷を抑制するために、窒素やアルゴン雰囲気下で使用しても良い。
【０１０４】
本実施例においては、フライアイレンズを構成する素子として球面平凸レンズおよび球面平凹レンズを用いた例を示したが、構成要素として第１面、第２面ともに曲面からなるレンズを用いてもよいし、第１方向の曲率と第２方向の曲率が異なるレンズを用いてもよい。
第１方向の曲率と第２方向の曲率が異なるレンズを用いた場合には、集光レンズが球面レンズの場合、形成されるビームスポットは長方形状となる。
なお、アスペクト比が１より大きい矩形状のビームスポットを形成したい場合、集光レンズには球面レンズではなく、第１方向と第２方向の曲率が異なるトーリックレンズ又はクロスシリンドリカルレンズを用いてよいし、第１方向のみを集光するシリンドリカルレンズと第２方向のみを集光するシリンドリカルレンズを配置してもよい。
【０１０５】
また、本実施例では、片面に曲率を有するフライアイレンズを用いた例を示しているが、実施例３と同様にフライアイレンズ１００３ａ及び１００３ｂを、第１面、第２面ともに曲率を有するフライアイレンズに変更することも可能である。
この場合にも、実施例３と同様に両面に曲率を有するフライアイレンズを、このフライアイレンズと同じ焦点距離を持つ一枚の平凸レンズのフライアイレンズで置き換えた場合よりも光路長を短縮することが可能である。
さらに、フライアイレンズ１００４ａ及び１００４ｂを、第１面、第２面ともに曲率を有するフライアイレンズに変更しても同様の効果を得ることが可能である。
【０１０６】
また、フライアイレンズ１００３ａ及び１００３ｂを両面に曲率を持つ１枚のフライアイレンズに置き換えるとともに、フライアイレンズ１００４ａ及び１００４ｂを両面に曲率を持つ１枚のフライアイレンズに置き換えることもでき、その場合には、前側と後側の両レンズ置き換えによる光路短縮効果を得ることができる。
すなわち、その場合には光路短縮型前側アレイレンズと光路短縮型後側アレイレンズとを採用した場合の光路短縮効果を奏することができる。
【実施例６】
【０１０７】
本実施例においては、本発明のレーザ照射装置を用いたｎチャネル型ＴＦＴ及びｐチャネル型ＴＦＴを同一基板上に、同時に作製する方法について、図１２、図１３を用いて説明する。
基板１２０１上に金属層１２０２が形成され、その上に接着体１２０３が形成される。
本実施例では、基板１２０１として、ガラス基板を用い、金属層１２０２には、タングステン（Ｗ）を主成分とする金属材料を用いる。
なお、接着体１２０３は、後で形成されるＴＦＴの間に配置されるように所望の形状に加工され、形成される。
【０１０８】
次に、金属層１２０２及び接着体１２０３上に下地絶縁膜としても機能する酸化物層１２０４を形成する。
本実施例では、プラズマＣＶＤ法で成膜温度３００℃、原料ガスＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）を１００ｎｍの厚さに成膜することにより、酸化物層１２０４を形成する。
【０１０９】
さらに、大気解放せず連続的にプラズマＣＶＤ法で成膜温度３００℃、成膜ガスＳｉＨ4で非晶質構造を有する半導体層（ここでは非晶質シリコン層）を５４ｎｍの厚さで形成する。
この非晶質シリコン層は水素を含んでおり、後の熱処理によって水素を拡散させ、物理的手段で酸化物層の層内、あるいは界面において剥離することができる。
その後、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル溶液をスピナー法により塗布するが、その際には、塗布法に代えてスパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。
【０１１０】
次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜（ここではポリシリコン層）を形成するが、ここでは脱水素化のための熱処理（５００℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃、４時間）を行って結晶構造を有するシリコン膜を得る。
また、この脱水素化のための熱処理（５００℃、１時間）は、非晶質シリコン膜に含まれる水素を金属層１２０２と酸化物層１２０４との界面に拡散する熱処理を兼ねている。  なお、ここではシリコンの結晶化を助長する金属元素としてニッケルを用いた結晶化技術を用いるが、他の公知の結晶化技術、例えば固相成長法やレーザ結晶化法を用いてもよい。
【０１１１】
次に、結晶構造を有するシリコン膜表面の酸化膜を希フッ酸等で除去した後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するためのレーザ光（ＸｅＣｌ：波長３０８ｎｍ）の照射を大気中、また酸素雰囲気中で行う。
本実施例では、実施例２で用いたレーザ照射装置を用いるが、それは図５に図示するとおりのものである。
【０１１２】
図５中、短辺方向のホモジナイザを形成するシリンドリカルレンズアレイ以外の部分は、実施例１を図示する図４に示した光学系と全く同じ光路を通る。
図５（ｂ）の側面図に沿って本実施例に示すビームホモジナイザを説明する。
なお、本実施例で示すレンズは、ＸｅＣｌエキシマレーザに対して高い透過率とレーザ耐性をもつ合成石英製とするが、他のレーザを用いる場合には、レンズの材質を適宜変更することができ、例えば、ポロシリケートクラウンガラス、石英、サファイヤなどを材料とするレンズを用いることができる。
【０１１３】
レーザ発振器から射出されたレーザビームは、以下に記載するシリンドリカルレンズアレイによってスポットが短辺方向に分割される。
シリンドリカルレンズアレイ５０３は、第１面が曲率半径４１２.８ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ５０３の第２主点は、シリンドリカルレンズの第２面からレンズの内側約３．６ｍｍに形成される。
【０１１４】
シリンドリカルレンズアレイ４０４ａは、第１面が曲率半径−２６２．４ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたもので、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂは、第１面が平面、第２面が曲率半径−２００ｍｍの曲面、厚さが５ｍｍ、短辺方向の幅が４ｍｍのシリンドリカルレンズを曲率方向に１１個並べたものである。
シリンドリカルレンズアレイ４０４ａの第２面とシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの第１面間距離は６０ｍｍで、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの合成焦点距離は１１３９．８ｍｍで、該２枚のレンズ系の第１主点位置は、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂ第２面の後方約１１８ｍｍの位置に形成される。
【０１１５】
シリンドリカルレンズアレイ５０３の第２主点と、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂからなるレンズ系の第１主点位置との距離が、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａとシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂの合成焦点距離である１１３９．８ｍｍになるよう、シリンドリカルレンズアレイ４０４ａはシリンドリカルレンズアレイ５０３の第２面の後方９４８．２ｍｍになるように配置する。
【０１１６】
シリンドリカルレンズアレイ５０３、４０４ａ及び４０４ｂによって分割されたスポットは、シリンドリカルレンズアレイ４０４ｂ第２面の後方１８１５ｍｍに配置された第１面が曲率半径４８６ｍｍの曲面、第２面が平面、厚さが２０ｍｍシリンドリカルレンズ４０７によって集光され、シリンドリカルレンズ４０５第２面から後方１０００ｍｍの位置に短辺方向の長さが３．６ｍｍのエネルギー分布の均一な面が形成される。
【０１１７】
前記のとおりであり、本実施例６では、凹レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０４ａと凸レンズであるシリンドリカルレンズアレイ４０４ｂを、その合成焦点距離と同じ焦点距離をもつ一枚の凸レンズのシリンドリカルレンズアレイで置き換えた場合と比較して、短辺方向の光路長を約１１９．６ｍｍ短くすることが可能となる。
以上の説明は、短辺方向におけるエネルギー分布の均一化及び光路長の短縮に関するものであるが、長辺方向においてもエネルギー分布の均一化は行うことができる。
【０１１８】
その長辺方向のエネルギー分布の均一化は、シリンドリカルレンズ４０５ａ及び４０５ｂにより行われるものであり、その点に関しては、図４及び図５に図示されたレーザ照射装置において共通するものである。
その具体的内容については、図４に図示されたレーザ照射装置を用いる実施例１の説明において詳細に記載されており、本実施例６でも同一のものが採用できる。
【０１１９】
そのレーザ照射に用いるレーザ光については、波長４００ｎｍ以下のエキシマレーザ光や、ＹＡＧレーザの第２高調波、第３高調波を用いる。
そのレーザ光については、繰り返し周波数１０〜１０００Ｈｚ程度のパルスレーザ光を用い、当該レーザ光を光学系にて１００〜５００ｍＪ／ｃｍ2に集光し、９０〜９５％のオーバーラップ率をもって照射し、シリコン膜表面を走査させればよいが、ここでは、繰り返し周波数３０Ｈｚ、エネルギー密度４７０ｍＪ／ｃｍ2でレーザ光の照射を大気中で行う。
【０１２０】
また、そのレーザ光の照射は、大気中又は酸素雰囲気中で行うため、それにより表面に酸化膜が形成される。
なお、ここではパルスレーザを用いる例を示したが、連続発振のレーザを用いてもよく、非晶質半導体膜の結晶化に際し、大粒径の結晶を得るためには、連続発振が可能な固体レーザを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を適用するのが好ましい。
代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ4レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を適用すればよい。
連続発振のレーザを用いる場合には、出力１０Ｗの連続発振のＹＶＯ4レーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換する。
【０１２１】
さらに、共振器の中にＹＶＯ4結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もあり、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザ光に成形して、被処理体に照射する。
その際のエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要であり、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザ光に対して相対的に半導体膜を移動させて照射すればよい。
なお、以上に挙げたレーザに限らず、他のレーザを用いても構わない。
【０１２２】
その後、上記レーザ光の照射により形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を１２０秒処理して合計１〜５ｎｍの酸化膜からなるバリア層を形成する。
本実施例ではオゾン水を用いてバリア層を形成するが、酸素雰囲気下の紫外線の照射で結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法や酸素プラズマ処理により結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法やプラズマＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法などで１〜１０ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層を形成してもよい。
また、バリア層を形成する前にレーザ光の照射により形成された酸化膜を除去してもよい。
【０１２３】
次に、バリア層上にスパッタリング法にてゲッタリングサイトとなるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍ、ここでは膜厚１００ｎｍで成膜する。
本実施例では、アルゴン元素を含む非晶質シリコン膜は、シリコンターゲットを用いてアルゴンを含む雰囲気下で形成するが、プラズマＣＶＤ法を用いてアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を形成する場合、成膜条件は、モノシランとアルゴンの流量比（ＳｉＨ4：Ａｒ）を１：９９とし、成膜圧力を６．６６５Ｐａ（０．０５Ｔｏｒｒ）とし、ＲＦパワー密度を０．０８７Ｗ／ｃｍ2とし、成膜温度を３５０℃とする。
【０１２４】
さらに、６５０℃に加熱された炉に入れて３分の熱処理を行いゲッタリングして、結晶構造を有する半導体膜中のニッケル濃度を低減する。
なお、炉に代えてランプアニール装置を用いてもよい。
その後、バリア層をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質シリコン膜を選択的に除去した後、バリア層を希フッ酸で選択的に除去する。
なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層をゲッタリング後に除去することが望ましい。
【０１２５】
次いで、得られた結晶構造を有するシリコン膜（ポリシリコン膜とも呼ばれる）の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、レジストからなるマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体層１２０５、１２０６を形成する。
その半導体層１２０５、１２０６を形成した後、レジストからなるマスクを除去する（図１２（Ａ））。
その後フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時にシリコン膜（半導体層１２０５、１２０６）の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜１２０７となるシリコンを主成分とする絶縁膜を形成するが、本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さで酸化シリコン膜を形成する（図１２（Ｂ））。
【０１２６】
さらに、ゲート絶縁膜１２０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜１２０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜１２０９とを積層形成する。
本実施例では、ゲート絶縁膜１２０７上に第１の導電膜１２０８となる膜厚５０ｎｍの窒化タンタル膜、第２の導電膜１２０９となる膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層する。
【０１２７】
なお、第１の導電膜１２０８及び第２の導電膜１２０９を形成する導電性材料としてはＴａ、タングステン、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を用いることができる。
その際、第１の導電膜１２０８及び第２の導電膜１２０９としてはリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１２８】
また、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよく、その場合には、第１の導電膜のタングステンに代えて窒化タングステン、第２の導電膜のアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）、第３の導電膜の窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。
なお、単層構造であってもよい。
【０１２９】
次に、図１２（Ｃ）に示すように光露光工程によりレジストからなるマスク１２１０、１２１１を形成し、ゲート電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行うが、その第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。
その際のエッチング用ガスとしては、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＣＣｌ4等を代表とする塩素系ガス又はＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3等を代表とするフッ素系ガス、またはＯ2を適宜用いることができる。  
【０１３０】
そのエッチングには、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いると良く、そのＩＣＰエッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。
【０１３１】
本実施例では、基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
なお、基板側の電極面積サイズは、１２．５ｃｍ×２．５ｃｍであり、コイル型の電極面積サイズ（ここではコイルの設けられた石英円板）は、直径２５ｃｍの円板である。    この第１のエッチング条件によりタングステン膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【０１３２】
第１のエッチング条件でのタングステンに対するエッチング速度は２００．３９ｎｍ／ｍｉｎ、窒化タンタルに対するエッチング速度は８０．３２ｎｍ／ｍｉｎであり、窒化タンタルに対するタングステンの選択比は約２．５である。
また、この第１のエッチング条件によって、タングステンのテーパー角は、約２６°となる。
【０１３３】
この後、レジストからなるマスク１２１０、１２１１を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2とを用い、それぞれのガス流量比を３０／３０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。
基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【０１３４】
ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではタングステン膜及び窒化タンタル膜とも同程度にエッチングされる。
第２のエッチング条件でのタングステンに対するエッチング速度は５８．９７ｎｍ／ｍｉｎ、窒化タンタルに対するエッチング速度は６６．４３ｎｍ／ｍｉｎである。
なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【０１３５】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となり、このテーパー部の角度は１５〜４５°とすればよい。
こうして、第１のエッチング処理により 、第１の導電層１２１２ａと第２の導電層１２１２ｂから第１の形状の導電層１２１２が形成され、第１の導電層１２１３ａと第２の導電層１２１３ｂから第１の形状の導電層１２１３が形成される。
ゲート絶縁膜となる絶縁膜１２０７は、１０〜２０ｎｍ程度エッチングされ、第１の形状の導電層１２１２、１２１３で覆われない領域が薄くなったゲート絶縁膜１２０７となる。
【０１３６】
次に、図１２（Ｄ）に示すように、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理により第２の形状の導電層１２１４、１２１５を形成する。
ここでは、エッチング用ガスにＳＦ6とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２４：１２：２４（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａの圧力でコイル型の電極に７００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを２５秒行う。
基板側（試料ステージ）にも１０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。
【０１３７】
第２のエッチング処理でのタングステンに対するエッチング速度は２２７．３ｎｍ／ｍｉｎ、窒化タンタルに対するエッチング速度は３２．１ｎｍ／ｍｉｎ、窒化タンタルに対するタングステンの選択比は７．１であり、ゲート絶縁膜１２１１であるＳｉＯＮに対するエッチング速度は３３．７ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯＮに対するタングステンの選択比は６．８３である。
このようにエッチング用ガスにＳＦ6を用いた場合、ゲート絶縁膜１２１１との選択比が高いので膜減りを抑えることができ、本実施例におけるゲート絶縁膜１２０７の膜減りは８ｎｍ程度である。
【０１３８】
この第２のエッチング処理によりタングステンのテーパー角を７０°とすることができ、第２の導電層１２１４ｂ、１２１５ｂを形成する。
このとき、第１の導電層は、ほとんどエッチングされず、第１の導電層１２１４ａ、１２１５ａとなる。
なお、第１の導電層１２１４ａ、１２１５ａは、第１の導電層１２１２ａ、１２１３ａとほぼ同一サイズである。
実際には、第１の導電層の幅は、第２のエッチング処理前に比べて約０．３μｍ程度、即ち線幅全体で０．６μｍ程度後退する場合もあるがほとんどサイズに変化がない。
【０１３９】
また、２層構造に代えて、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜を順次積層した３層構造とした場合、第１のエッチング処理における第１のエッチング条件としては、ＢＣｌ3とＣｌ2とＯ2とを原料ガスに用い、それぞれのガス流量比を６５：１０：５（ｓｃｃｍ）とし、基板側（試料ステージ）に３００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に４５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して１１７秒のエッチングを行えばよい。
【０１４０】
その第１のエッチング処理における第２のエッチング条件としては、ＣＦ4とＣｌ2とＯ2とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行えばよい。
さらに、第２のエッチング処理としてはＢＣｌ3とＣｌ2を用い、それぞれのガス流量比を２０：６０（ｓｃｃｍ）とし、基板側（試料ステージ）には１００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、１．２Ｐａの圧力でコイル型の電極に６００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行えばよい。
【０１４１】
次に、レジストからなるマスク１２１０、１２１１を除去した後、図１３（Ａ）に示すようにレジストからなるマスク１２１８を形成し第１のドーピング処理を行う。
ドーピング処理はイオンドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良い。
なお、マスク１２１８はｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体膜及びその周辺の領域を保護するマスクである。
【０１４２】
第１のドーピング処理におけるイオンドープ法の条件はドーズ量を１．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ2、加速電圧を６０〜１００ｋｅＶとしてリン（Ｐ）をドーピングする。
なお、ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いることができる。
ここでは、第２の導電層１２１４ｂ、１２１５ｂをマスクとして各半導体層に不純物領域が自己整合的に形成されるが、勿論マスク１２１８で覆われた領域には添加されない。
こうして、第１の不純物領域１２１９と、第２の不純物領域１２２０が形成される。
第１の不純物領域１２１９には１×１０20〜１×１０21／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加されているが、ここでは第１の不純物領域と同じ濃度範囲の領域をｎ+領域とも呼ぶ。
【０１４３】
また、第２の不純物領域１２２０は第１の導電層１２１５ａにより第１の不純物領域１２１９よりも低濃度に形成され、１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素が添加されることになる。
なお、第２の不純物領域１２２０は、テーパー形状である第１の導電層１２１５ａの部分を通過させてドーピングを行うため、テーパ−部の端部に向かって不純物濃度が増加する濃度勾配を有している。
ここでは、第２の不純物領域１２２０と同じ濃度範囲の領域をｎ-領域とも呼ぶ。
【０１４４】
次いで、レジストからなるマスク１２１８を除去した後、新たにレジストからなるマスク１２２１を形成して図１３（Ｂ）に示すように第２のドーピング処理を行う。
ドーピング処理はイオンドーピング、もしくはイオン注入法で行えばよい。
なお、マスク１２２１はｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体膜及びその周辺の領域を保護するマスクである。
第２のドーピング処理におけるイオンドーピングの条件は、ドーズ量を１×１０15〜２×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を５０〜１００ｋｅＶとしてボロン（Ｂ）をドーピングする。
【０１４５】
ここでは、第２の導電層１２１４ｂ、１２１５ｂをマスクとして、各半導体層に不純物領域が自己整合的に形成されるが、勿論マスク１２２１で覆われた領域にはボロンは添加されない。
上記第２のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層にｐ型の導電型を付与する不純物元素が添加された第３の不純物領域１２２２及び第４の不純物領域１２２３を形成する。
さらに、第３の不純物領域１２２２には１×１０20〜１×１０21／ｃｍ3の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるようにする。
【０１４６】
また、第４の不純物領域１２２３は第１の導電層１２１４ａのテーパー部と重なる領域に形成されるものであり、１×１０18〜１×１０20／ｃｍ3の濃度範囲でｐ型を付与する不純物元素が添加されるようにする。
なお、第４の不純物領域１２２３は、テーパー形状である第１の導電層１２１４ａの部分を透過させてドーピングを行うため、テーパー部の端部に向かって不純物濃度が増加する濃度勾配を有する。
ここでは、第４の不純物領域１２２３と同じ濃度範囲の領域をｐ-領域とも呼ぶ。
以上の工程により、それぞれの半導体層にｎ型またはｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。
なお、第２の形状の導電層１２１４、１２１５はＴＦＴのゲート電極となる。
【０１４７】
次に、それぞれの半導体層に添加された不純物元素を活性化処理する工程を行う。
この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）、或いはＹＡＧレーザまたはエキシマレーザを裏面から照射する方法、或いは炉を用いた熱処理、或いはこれらの方法のうち、いずれかと組み合わせた方法によって行う。
その後、第１の絶縁膜１２２４を形成する。
なお、本実施例では、プラズマＣＶＤ法により形成された膜厚５０ｎｍの窒化酸化シリコン膜を用いるが、勿論、この絶縁膜は窒化酸化シリコン膜に限定されるものでなく、窒化シリコン、酸化シリコンといった絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０１４８】
さらに、第１の絶縁膜１２２４上に第２の絶縁膜１２２５を形成する。
ここで形成される第２の絶縁膜１２２５には、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化シリコンなどの絶縁膜を用いることができるが、本実施例では、プラズマＣＶＤ法により形成された膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜を用いることとする。
【０１４９】
次に、窒化シリコン膜からなる第２の絶縁膜１２２５を形成した後、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行い、半導体層を水素化する工程を行う（図１３（Ｃ））。
この工程は第２の絶縁膜１２２５に含まれる水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程であるが、水素化の他の手段として、水素雰囲気下で３５０℃程度の熱処理や、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）を行うこともできる。
【０１５０】
その後、第２の絶縁膜１２２５上に有機絶縁物材料からなる第３の絶縁膜１２２６を形成するが、ここでは、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成する。
さらに、各不純物領域に達するコンタクトホール１２２７を形成する。
なお、本実施例で用いるアクリル樹脂は感光性アクリルであるため、露光して現像することにより所望の位置を開孔することができる。
また、第１の絶縁膜１２２４および第２の絶縁膜１２２５の一部のエッチングには、ドライエッチング法を用い、第１の絶縁膜１２２４をエッチングストッパーとして第２の絶縁膜１２２５のエッチングを行ってから、第１の絶縁膜１２２４のエッチングを行う。
これによりコンタクトホール１２２７を得る。
【０１５１】
前記したとおり、本実施例では、有機樹脂膜で形成された第３の絶縁膜１２２６を形成した後でコンタクトホールを形成する場合について説明したが、第３の絶縁膜１２２６を形成する前に第２の絶縁膜１２２５および第１の絶縁膜１２２４をドライエッチングすることもできる。
なお、この場合には、エッチング処理後、第３の絶縁膜１２２６を形成する前に基板を熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）するのが好ましい。
さらに、図１３（Ｄ）に示すようにＡｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、タングステン等を用いて配線１２２８を形成することにより、ｎチャネル型ＴＦＴ１３０１、ｐチャネル型ＴＦＴ１３０２を同一基板上に形成することができる。
【０１５２】
本発明のレーザ照射装置を用いると、本実施例で説明した半導体装置に限らず、様々な半導体装置を作製することが可能になる。
また、本実施例は、実施の形態および他の実施例と自由に組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】ビームホモジナイザの概念を説明する図。
【図２】凸レンズと凹レンズの合成レンズの第１主点及び第２主点、並びに合成焦点距離を説明する図。
【図３】本発明のビームホモジナイザの概念を説明する図。
【図４】本発明のレーザ照射装置を説明する図。
【図５】本発明のレーザ照射装置の別の態様を説明する図。
【図６】背景技術のレーザ照射装置を説明する図。
【図７】図４に図示した本発明のレーザ照射装置を光学設計ソフトによって計算した結果を示す図。
【図８】実施例３を図示する図。
【図９】実施例４を図示する図。
【図１０】実施例５を図示する図。
【図１１】実施例５で用いるフライアイレンズの構造を図示する図。
【図１２】実施例６のＴＦＴの作製方法について説明する図。
【図１３】実施例６のＴＦＴの作製方法について説明する図。
【符号の説明】
【０１５４】
１０１    シリンドリカルレンズアレイ
１０２    シリンドリカルレンズアレイ
１０３    シリンドリカルレンズ
１０４    照射面
２０１    レンズ
２０２    レンズ
２０３    レンズ
２０４    レンズ
３０１    シリンドリカルレンズアレイ
３０２    シリンドリカルレンズアレイ
３０３    シリンドリカルレンズアレイ
３０４    シリンドリカルレンズアレイ
３０５    シリンドリカルレンズ
４０１    レーザ発振器
４０２ａ    球面レンズ
４０２ｂ    球面レンズ
４０３ａ    シリンドリカルレンズアレイ
４０３ｂ    シリンドリカルレンズアレイ
４０４ａ    シリンドリカルレンズアレイ
４０４ｂ    シリンドリカルレンズアレイ
４０５ａ    シリンドリカルレンズアレイ
４０５ｂ    シリンドリカルレンズアレイ
４０５    シリンドリカルレンズ
４０６    シリンドリカルレンズ
４０７    シリンドリカルレンズ
４０８    ダブレットシリンドリカルレンズ
４０９    照射面
４１０    面
５０３    シリンドリカルレンズアレイ
６０１    レーザ発振器
６０３    シリンドリカルレンズアレイ
６０４    シリンドリカルレンズ
６０５    シリンドリカルレンズ
６０６    ミラー
６０７    ダブレットシリンドリカルレンズ
６０８    照射面
８０１    シリンドリカルレンズアレイ
１００１    レーザ発振器
１００５    球面レンズ
１００６    ダブレットレンズ
１００７    照射面
１００８    面
１２０１    基板
１２０２    金属層
１２０３    接着体
１２０４    酸化物層
１２０５    半導体層
１２０７    絶縁膜
１２０８    導電膜
１２０９    導電膜
１２１０    マスク
１２１１    ゲート絶縁膜
１２１２    導電層
１２１４    導電層
１２１８    マスク
１２１９    不純物領域
１２２０    不純物領域
１２２１    マスク
１２２２    不純物領域
１２２３    不純物領域
１２２４    絶縁膜
１２２５    絶縁膜
１２２６    絶縁膜
１２２７    コンタクトホール
１２２８    配線
１３０１    ｎチャネル型ＴＦＴ
１３０２    ｐチャネル型ＴＦＴ
６０２ａ    シリンドリカルレンズアレイ
６０２ｂ    シリンドリカルレンズアレイ
１００２ａ    球体レンズ
１００２ｂ    球体レンズ
１００３ａ    フライアイレンズ
１００３ｂ    フライアイレンズ
１００４ａ    フライアイレンズ
１００４ｂ    フライアイレンズ
１００６ａ    球面レンズ
１００６ｂ    球面レンズ
１２１２ａ    導電層
１２１２ｂ    導電層
１２１４ａ    導電層
１２１４ｂ    導電層
１２１５ａ    導電層
【図１】
2006309207.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006309207.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006309207.tif 000012
【図１１】
2006309207.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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