(57)【要約】【課題】それぞれのレーザ発振器から射出したレーザ光のビームスポットの位置及び隣り合うビームスポットの間隔を正確に制御することを可能とするレーザ照射装置の提供。【解決手段】被照射体が設置された移動可能な第１のステージと、少なくとも２台以上のレーザ光を射出するレーザ発振器と、前記レーザ発振器と光学系が設置された移動可能な複数の第２のステージと、レーザ光の照射位置を検出する手段とを有する。第１のステージ及び第２のステージは、一方向だけでなく複数方向に移動可能なものであってもよい。また、前記光学系は、レーザ発振器から射出したレーザビームを被照射面において線状ビームになるように形成するものである。【選択図】図１
2006310820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出する複数のレーザ発振器と、
前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、
前記被照射体を前記線状ビームの短辺に沿った方向に移動させる手段と、
前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記レーザ発振器を互いに独立して移動させる手段と、
アライメントマーカ位置を検出する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
レーザ光を射出する複数のレーザ発振器と、
前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、
アライメントマーカー検出手段と画像処理装置とを有する、レーザ照射位置を決定する手段を有し、
前記線状ビームの短辺方向に移動可能な、前記被照射体が設けられた第１のステージと、
前記線状ビームの長辺方向に移動可能な複数の第２のステージとを有し、
複数の前記第２のステージそれぞれの上に、前記レーザ発振器及び前記光学系が１つずつ設置され、
複数の前記第２のステージは、それぞれ独立した移動機構を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
請求項２おいて、
前記アライメントマーカー検出手段はＣＣＤカメラであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記線状ビームの形状は、矩形状または楕円状であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記レーザ発振器として、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ又はＡｒレーザを用いることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
複数の前記レーザ発振器はそれぞれ出力が異なることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
第１のステージ上に非晶質半導体膜を有する絶縁基板を設置し、
所定の方向に複数の第２のステージを互いに独立して動かして複数の第２のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、
複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数箇所に照射しながら、前記第１のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化する方法であって、前記所定の方向は前記線状ビームの長辺に沿った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８】
第１のステージ上に非晶質半導体膜を有する絶縁基板を設置し、
前記非晶質半導体膜に複数のアライメントマーカーを形成し、
複数の第２のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、
前記アライメントマーカーの位置を基に前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記第２のステージを互いに独立して動かして前記複数の線状ビームの照射位置を調整して、複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数箇所に照射し、
前記線状ビームを照射しながら前記第１のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８において、
複数の前記第２のステージにはそれぞれ１台のレーザ発振器が設置されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか一項において、
複数の前記レーザ発振器の出力はそれぞれ異なることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線状ビームを被照射体に照射するレーザ照射装置、及び前記レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下ＴＦＴともいう）を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。それらの技術の中に、レーザをＴＦＴの作製に利用するものがある。例えば、レーザアニール技術、レーザドーピング技術、レーザスクライブ技術等があげられる。
【０００３】
また、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、例えばＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型表示装置において、従来基板の外に設けられた駆動回路部で行っていた画素ＴＦＴの制御を、画素ＴＦＴと同一の基板上に形成した駆動回路ＴＦＴで行うことが試みられている。
【０００４】
ところで、半導体装置に用いる基板は、コストの面から石英基板よりもガラス基板が有望視されている。また、ガラス基板は石英基板に比べ大型化が容易なため、大面積のガラス基板上に半導体デバイスを多数作製し、１枚のガラス基板から得られるデバイスを増やすことが出来る。その結果、半導体デバイスの単価を下げることができ、大量生産にも都合が良い。
【０００５】
しかしながら、ガラス基板は、耐熱性に劣り熱変形しやすいため、従来の輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法を用いて、ガラス基板上に成膜された半導体膜を結晶化させる工程を行うと、ガラス基板が熱により変形する、あるいは結晶化に要する時間が非現実的なものとなる。一方、本工程にレーザアニール法を適用すると、レーザビームはガラス基板上に形成された半導体膜を局所的に加熱することが可能なため、ガラス基板の熱変形を抑えることが出来る。レーザアニール法は、輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して、処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどの利点を持つ。
【０００６】
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アモルファス層を加熱する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術、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等を含むものである。
【０００７】
レーザアニールに用いられるレーザ発振器はその発振方法により、パルス発振と連続発振（以降、ＣＷと略す）の２種類に大別される。近年では、半導体膜の結晶化においてエキシマレーザのようなパルス発振のレーザ発振器よりもＡｒレーザやＹＶＯ４レーザのようなＣＷのレーザ発振器を用いる方が、半導体膜中に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出されている。半導体膜中の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるＴＦＴのチャネル領域に入る粒界の数が減るので移動度が高くなる。従って、ＣＷのレーザ発振器を用いることでより高性能なデバイスの開発が可能である。本明細書中では、そのような大きな結晶粒が集まっている領域を大粒径結晶領域と称する。
【０００８】
また、レーザビーム（レーザ光ともいう）の半導体膜への吸収効率を高くするため、半導体膜のレーザアニールには可視あるいは紫外域の波長を持ったレーザビームが用いられる。しかしながら、一般的にＣＷレーザに用いられる固体のレーザ媒質から発振する波長は、半導体膜への吸収効率が低い赤から近赤外域である。そのため、ＣＷの固体レーザをレーザアニールの工程に適用する場合、非線形光学素子を用いて可視域以下の波長を持つ高調波に変換して用いる。一般的には、大出力を容易に得られる近赤外の基本波を第二高調波であるグリーンのレーザビームに変換する方法が最も変換効率が高く、頻繁に用いられている。
【０００９】
例えば、出力１０Ｗ、波長５３２ｎｍのＣＷのレーザビームを長辺３００μｍ、短辺１０μｍ程度の線状ビームに整形し、該線状ビームをその短辺方向に走査させて半導体膜を結晶化した場合、一度の走査で得られる大粒径結晶領域の幅は２００μｍ程度となる。従って、比較的大きな基板全面に成膜された半導体膜をＣＷのレーザビームによってすべて結晶化するためには、線状ビームの一度の走査によって得られた大粒径結晶領域の幅の分ずつ、線状ビームの走査する位置をその長辺方向にずらしてレーザアニールを行う必要がある。
【００１０】
一方、大粒径結晶領域の形成と同時に、上記線状ビームの長辺方向の両端のエネルギーの減衰したところにおいて、大粒径結晶領域ではない結晶領域（以下、結晶性不良領域とよぶ）ができる。結晶性不良領域の表面においては、凹凸が目立ち、ＴＦＴを作製するには不向きである。結晶性不良領域上にＴＦＴが形成された場合、電気特性のばらつきや動作不良の原因となる。
【００１１】
このようなことから、信頼性の高いデバイスを作製するには、ＴＦＴが結晶性不良領域に形成されないように、レーザビームの照射位置を正確に決める必要がある。
【００１２】
レーザアニールに用いられるレーザ照射方法として、ＸＹステージ上に試料を設置し、所定の光学系を用いて試料上に形成されたビームスポットを試料に対し相対的に走査することにより、基板全面に対してレーザアニールを行う方法が挙げられる。このとき、レーザビームの照射する位置を正確に決定するために、被照射面上に基準となるマーカーを設け、該マーカーの像をＣＣＤカメラに記憶させ、パターンマッチング等の画像処理手段で該マーカーの位置を検出し、該マーカーの位置にあわせて被照射面を移動することで照射位置の制御を行う方法が用いられている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−１０３６２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に示される方法を採用した場合、生産性が悪くなるという問題がある。例えば、長辺の長さ３００μｍの線状ビーム１つで１０００ｍｍ角のガラス基板に成膜された半導体膜の全面をアニールすると、３０００回以上の走査を繰り返す必要があるため、大型基板をアニールすると時間がかかってしまう。
【００１４】
そこで、生産性を向上させるために、３台のレーザ発振器５０４、５０５、５０６から射出した線状ビーム５００ａ、５００ｂ、５００ｃをそれぞれ、照射面上に並べて同時に照射し、被照射体５０１を走査する方法が考えられる（図５参照）。
【００１５】
この場合、３台のレーザ発振器から射出したレーザ光を被照射面の３箇所にそれぞれ照射することが可能であるので、１台のレーザ発振器を用いた場合の１／３の走査回数で全面を処理することができ、レーザ発振器の台数の増加に伴って処理速度が向上する。しかしながら、この方法を採用した場合には歩留まりの面で問題がある。この問題について図５〜図７を用いて説明する。
【００１６】
図６は、図５の被照射体５０１の上面を示した図である。ここでは、３台のレーザ発振器を用い、図６に示すように１台目のレーザ発振器はＡ１の位置から走査を開始し、２台目のレーザ発振器はＡ２の位置から走査を開始し、３台目のレーザ発振器はＡ３の位置から走査を開始する構成とする。この場合、まず光学系の調整により３台それぞれのレーザ発振器から射出したレーザ光を線状レーザに整形する。しかし、各レーザ発振器から射出したレーザビームを線状に整形するために光学系をそれぞれ調整すると、線状ビームの相互位置が所望の位置Ａ１、Ａ２、Ａ３とはずれてしまう。そこで、レーザの形状を線状に保ったまま、光学系の調整により始点をそれぞれＡ１、Ａ２、Ａ３に合わせる必要がある。光学系を調整して、線状ビームの照射開始位置をそれぞれＡ１〜Ａ３に合わせた後、被照射体５０１をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させて基板に対して線状ビームを照射する。
【００１７】
しかしながら、各線状ビームの形状を保ったまま、各線状ビームの照射位置を所定の位置に合わせる光学調整は非常に困難である。そこで、実際は各線状ビームの厳密な位置合わせは行われず、被照射体５０１の表面において、あらかじめ決められた照射開始位置Ａ１、Ａ２、Ａ３とずれた位置から、各線状ビーム５００ａ、５００ｂ、５００ｃの照射が開始される（図６参照）。そして、図７の破線矢印の方向に各線状ビームが照射される。しかし、この場合、照射が終了した時には、図７に示すように線状ビームが照射されない領域５０２や、線状ビームが重なって照射されてしまう領域５０３が形成されてしまう。従って、図５に示すレーザ照射装置を用いた場合、基板全面に対して均一にレーザ照射を行うのは困難である。大型基板では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への線状ビームの走査が数百回行われるため、各線状ビームの照射開始位置が所望の位置より数μｍずれたとしたら、レーザが照射されない領域５０２やレーザ光が重なって照射されてしまう領域５０３の幅は数十μｍ程度になる。このようなレーザ照射により結晶化された半導体膜上の領域５０２又は５０３を含む位置にＴＦＴを作製すると、ＴＦＴ特性は非常に悪くなりＴＦＴ同士の特性のばらつきも大きくなる。
【００１８】
従って、複数のレーザ光を被照射体に同時に照射して走査するときは、それぞれのレーザ発振器から射出したレーザ光が被照射体上で形成するビームスポットの位置及びビームスポット同士の間隔の制御を確実かつ容易に行う必要がある。さもなければ、結晶領域でない領域にＴＦＴが作製されるため、歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。
【００１９】
そこで、本発明は、複数のレーザ光を被照射体の所定の位置にそれぞれ照射し、被照射体に均一なレーザ照射を行い、生産性の高いレーザ照射装置及び該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を鑑み、本発明のレーザ照射装置は、複数のレーザ発振器から射出したレーザビームを照射位置にそれぞれ移動するために、少なくとも２台以上のレーザ発振器をそれぞれ互いに独立して動かす機構を備えることを特徴とする。
【００２１】
本発明のレーザ照射装置は、レーザ光を射出する複数のレーザ発振器と、前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、前記被照射体を前記線状ビームの短辺に沿った方向に移動させる手段と、前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記レーザ発振器を互いに独立して移動させる手段と、アライメントマーカ位置を検出する手段を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明のレーザ照射装置は、レーザ光を射出する複数のレーザ発振器と、前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、アライメントマーカー検出手段と画像処理装置とを有する、レーザ照射位置を決定する手段を有し、前記線状ビームの短辺方向に移動可能な、前記被照射体が設けられた第１のステージと、前記線状ビームの長辺方向に移動可能な複数の第２のステージとを有し、複数の前記第２のステージそれぞれの上に、前記レーザ発振器と前記光学系とが１つずつ設置され、複数の前記第２のステージは、それぞれ独立した移動機構を有することを特徴とする。
【００２３】
本発明のレーザ照射装置において、前記アライメントマーカー検出手段はＣＣＤカメラである。
【００２４】
前記線状ビームの形状は、矩形状または楕円状であることを特徴とするレーザ照射装置。
【００２５】
本発明のレーザ照射装置において、前記レーザ発振器として、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ又はＡｒレーザを用いることを特徴とする。
【００２６】
本発明のレーザ照射装置において、複数の前記レーザ発振器はそれぞれ出力が異なることを特徴とする。
【００２７】
本発明の半導体装置の作製方法は、第１のステージ上に非晶質半導体膜を有する絶縁基板を設置し、所定の方向に複数の第２のステージを互いに独立して動かし、複数の前記第２のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数ヵ所に照射しながら、前記第１のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化することを特徴とする。前記所定の方向は、前記線状ビームの長辺に沿った方向である。
【００２８】
本発明の半導体装置の作製方法は、第１のステージ上に非晶質半導体膜を有する絶縁基板を設置し、前記非晶質半導体膜に複数のアライメントマーカーを形成し、複数の第２のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、前記アライメントマーカーの位置を基に前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記第２のステージを互いに独立して動かして複数の前記線状ビームの照射位置を調整して、複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数個所に照射し、前記線状ビームを照射しながら前記第１のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化することを特徴とする。
【００２９】
複数の前記第２のステージにはそれぞれ１台のレーザ発振器が設置されていることを特徴とする。
【００３０】
複数の前記レーザ発振器の出力はそれぞれ異なることを特徴とする。
【００３１】
本明細書では、被照射面における形状が線状であるレーザビームを線状ビームと呼ぶ。ここでいう「線状」とは、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比が大きい矩形（例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００以上））を意味する。なお、線状ビームとするのは、レーザアニールの効率を高めるためであり、その形状が矩形状や楕円状であってもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、複数のレーザ発振器から射出した複数本のレーザビームを同時に被照射体に照射する装置において、それぞれのレーザビームの照射位置の調整が極めて容易になるとともに、その位置調整を確実に行うことができる。そのため、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、その結果、生産性を向上させることができる。また、レーザ発振器を移動させることで照射位置を調整するため、レーザ照射位置の微調整が可能となり、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。そこで、本明細書の実施の形態に記載したレーザ照射装置を、例えば半導体膜の結晶化の際に用いることで、生産性及び歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、照射面上に形成された複数の線状ビームの照射位置を、それぞれ独立して調整できる移動機構を備えたレーザ照射装置の構成について説明する。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。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
【００３４】
まず、図１を用いて線状ビームを形成する光学系の説明をする。本実施の形態では、スリット１２１、ミラー１３１、シリンドリカルレンズ１４１、１５１を有する第１の光学系と、スリット１２２、ミラー１３２、シリンドリカルレンズ１４２、１５２を有する第２の光学系と、スリット１２３、ミラー１３３、シリンドリカルレンズ１４３、１５３を有する第３の光学系と、スリット１２４、ミラー１３４、シリンドリカルレンズ１４４、１５４を有する第４の光学系とが、レーザ発振器１１１、１１２、１１３、１１４の射出側にそれぞれ設置されている。
【００３５】
レーザ発振器１１１、１１２、１１３、１１４はＣＷあるいは１０ＭＨｚ以上の繰り返し周波数が高いレーザビームを射出するものである。本実施の形態において使用するレーザ発振器については特に制限されることはなく、パルス発振あるいは連続発振のいずれのレーザ発振器も用いることができる。例えば、エキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザなどが挙げられる。また、これら以外の種類のレーザ発振器を用いてもよい。なお、本実施の形態では４台のレーザ発振器を用いているが、台数はこれに限定されず、２台以上であればよく、用いる基板の大きさ及びレーザ発振器の大きさ等により適宜決定すれば良い。
【００３６】
レーザ発振器１１１から射出されたレーザビームはスリット１２１によってレーザビームの強度の弱い部分を遮断され、ミラー１３１によって被照射体１０１の方向に偏向される。スリット１２１は、被照射面上に照射される線状ビームの両端に形成されるレーザ光強度の弱い部分をできるだけ少なくするために配置される。
【００３７】
ミラー１３１により偏向されたレーザビームは一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ１４１を通過する。さらに、シリンドリカルレンズ１４１を通過したレーザビームはシリンドリカルレンズ１４１と９０度回転した一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ１５１によって集光され、被照射体１０１に線状ビーム１６１が照射される。同様に、レーザ発振器１１２、１１３、１１４から射出したレーザ光もスリット、ミラー、シリンドリカルレンズによって整形され、被照射面上に線状ビーム１６２、１６３、１６４が照射される。なお、シリンドリカルレンズ１４１、１４２、１４３、１４４は被照射面上に形成される線状ビームの長辺方向にのみ作用し、シリンドリカルレンズ１５１、１５２、１５３、１５４はその短辺方向にのみ作用する。
【００３８】
ここで、シリンドリカルレンズ１４１、１４２、１４３、１４４と、スリット１２１、１２２、１２３、１２４及び被照射体１０１の照射面との間の位置関係について詳しく説明する。４つのレーザ発振器それぞれに用いられる光学系は互いに同一のものであるので、ここでは代表してレーザ発振器１１１に対応する光学系について説明する。まず、シリンドリカルレンズ１４１の焦点距離をｆとし、スリット１２１の幅をｓとする。このとき、スリット１２１からシリンドリカルレンズ１４１までの光路長をＭ１とし、シリンドリカルレンズ１４１から被照射体１０１までの光路長をＭ２とする。また、被照射体１０１の照射面上に形成される線状ビームの長辺方向の長さをＬとする。このとき、次の２式が成り立つ。
【００３９】
【数１】
2006310820.tif 000003
【００４０】
【数２】
2006310820.tif 000004
【００４１】
上記式１、式２より、次の式が導かれる。
【００４２】
【数３】
2006310820.tif 000005
【００４３】
【数４】
2006310820.tif 000006
【００４４】
これらの関係を満たす位置にスリット、シリンドリカルレンズ、被照射体を配置することで、スリットによる回折の影響がない線状ビームを照射面に投影できる。スリットは、結晶性不良領域の面積を出来るだけ小さくするために用いられているが、一方で、回折による影響から周期的なエネルギー分布を発生させる欠点を持っている。一般に、レーザビームがスリットにより一部遮光されると、光の回折現象が起こる。これによりスリットを通過したレーザビームには、被照射面上で周期的なエネルギー分布が発生する。しかしながら、レーザビームがスリットで切られた直後の位置では、回折による周期的なエネルギー分布は発生しない。従って、上記式を満たす位置に光学系を配置することにより、スリットによる回折の影響を受けない線状ビームを得ることができる。従って、被照射面にほぼ均一なエネルギー分布を持った線状ビームを照射することが可能となる。
【００４５】
もちろん、線状ビームを形成するための光学系は、本実施の形態の光学系に限定されない。例えば、スリットを設けない構成でもよいし、シリンドリカルレンズのかわりにフライアイレンズやシリンドリカルレンズアレイ、あるいは回折光学素子等を用いてもよいし、これらを適宜組み合わせて用いてもよい。また、本実施の形態では、４台のレーザ発振器それぞれに対して、同一の構成の光学系をそれぞれ配置しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。例えば、レーザ発振器それぞれに異なる構成の光学系を配置してもよい。レーザ発振器それぞれに異なる光学系を配置することで、照射面に照射される線状ビームのエネルギー分布及びエネルギー密度等の特性をそれぞれ変えることが可能である。線状ビームのエネルギー分布及びエネルギー密度等の特性をそれぞれ変えることで、それぞれの線状ビームで結晶化された結晶領域の結晶性を異ならせることができるため、１つの基板上に異なる特性のデバイスを作製する際には、各デバイスの特性を制御することが可能である。
【００４６】
また、特性の異なる線状ビームで形成した結晶領域に渡って１つのデバイスを作製する場合には、偏光板やフィルター、またはその他のエネルギー調整手段を用いて、複数の線状ビームのエネルギー分布及びエネルギー密度等の特性がそれぞれ均一になるように調整することで、そのデバイスの特性のばらつきを最小限に抑えることができる。なお、ここでは図示していないが、レーザ発振器、スリット、ミラー及びシリンドリカルレンズを有する光学系とは移動可能なＹ軸ステージに設置されている。また、１７１、１７２、１７３、１７４はアライメントマーカーを検出するための手段である。ここでは、アライメントマーカーの検出手段としてＣＣＤカメラを用いる。
【００４７】
次に、図２を用いてＸ軸ステージ１０２と複数のＹ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４の構成を説明する。図２は、図１にＹ軸ステージを２０１、２０２、２０３、２０４を加えた図であり、図１と同一のものには同じ符号を付し説明を省略する。なお、ここでのＸ軸方向とは、線状ビームの短辺方向のことであり、Ｙ軸方向とは線状ビームの長辺方向のことである。なお、本明細書では、Ｙ軸上で座標の正の方向へ向かう方向をＹ軸方向、負の方向へ向かう方向を−Ｙ軸方向、Ｘ軸上で座標の正の方向へ向かう方向をＸ軸方向、負の方向へ向かう方向を−Ｘ軸方向と記載する。
【００４８】
本実施の形態では、テーブル２１１上にＸ軸方向に自由に移動可能なＸ軸ステージ１０２を設け、Ｘ軸ステージ１０２の上方にＹ軸方向に移動可能なＹ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４を設ける構成とした。つまり、テーブル２１１上に接してＸ軸ステージ１０２が設置され、Ｘ軸ステージ１０２の両側に配置された支持体２３１、２３２からＸ軸ステージ１０２上に延びた支持体２４１に支えられて、Ｘ軸ステージ１０２の上方にＹ軸ステージ２０１、２０２が配置されている。同様に、Ｙ軸ステージ２０３、２０４は、Ｘ軸ステージ１０２の両側に配置された支持体２３３、２３４からＸ軸ステージ１０２上に延びた支持体２４２に支えられて、Ｘ軸ステージ１０２の上方に配置されている。本実施の形態では、Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４は連動することなく、それぞれが支持体２４１又は２４２に沿って独立して任意の距離だけ移動させることが可能な移動機構を備えている。なお、本実施の形態で示すＹ軸ステージ及び支持体の構成は一例であって、レーザ発振器をそれぞれ独立に動かすことができる機構であれば他の構成でもよい。また、本実施の形態においてＹ軸ステージはレーザ発振器の数と同数設ける。
【００４９】
Ｙ軸ステージ２０１には、図１に示す線状ビームを整形するための第１の光学系とレーザ発振器１１１及びＣＣＤカメラ１７１が配置されている。同様に、Ｙ軸ステージ２０２には、図１に示す線状ビームを整形するための第２の光学系、レーザ発振器１１２、およびＣＣＤカメラ１７２が設置され、Ｙ軸ステージ２０３には、図１に示す線状ビームを整形するための第３の光学系、レーザ発振器１１３、および図２には示されないＣＣＤカメラ１７３が設置され、Ｙ軸ステージ２０４には、図１に示す線状ビームを整形するための第４の光学系、レーザ発振器１１４、および図２には示されないＣＣＤカメラ１７４が設置されている。ここでは、第１の光学系とレーザ発振器１１１とをまとめて２２１、第２の光学系とレーザ発振器１１２とをまとめて２２２、第３の光学系とレーザ発振器１１３とをまとめて２２３、第４の光学系とレーザ発振器１１４とをまとめて２２４として図示した。
【００５０】
Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４をそれぞれＹ軸方向に移動させることにより、照射面上に形成された線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４もＹ軸方向に移動する。ここで、Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４には、レーザ発振器と光学系をそれぞれ１つずつ配置する。つまり、１つのＹ軸ステージ上には、レーザ発振器を１台だけ設ける。仮に、１つのＹ軸ステージ上に複数のレーザ発振器を設置した場合、隣り合うレーザ発振器から射出された線状ビームの間隔は光学系を用いて調整されなければならないため、正確な位置合わせが困難になる。
【００５１】
本実施の形態において、各光学系により線状に整形された線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４の照射位置は、例えば図８に示すように、あらかじめ設定されたレーザ光の照射開始位置１４０１、１４０２、１４０３、１４０４とは、それぞれ距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４だけずれた位置に照射される。なぜならば、線状ビームを形成するために光学系をそれぞれ微調整すると、線状ビームの相互位置が所望の位置よりずれるからである。なお、上記距離ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４は、それぞれ異なっている必要はない。
【００５２】
そこで、ＣＣＤカメラにより各アライメントマーカーを検出することで得た各アライメントマーカーの位置情報を基に、４つのＹ軸ステージを移動して各線状ビームを照射位置へ正確に移動させる。つまり、Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４をそれぞれＹ軸方向又は−Ｙ軸方向にｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４だけ移動させて、線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４をレーザ光の照射開始位置１４０１、１４０２、１４０３、１４０４に合わせる。
【００５３】
ここで、アライメントマーカーを読み取る手段について図１及び図２を用いて説明する。４つのＹ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４にそれぞれ設置されたＣＣＤカメラ１７１、１７２、１７３、１７４を移動させて各ＣＣＤカメラで被照射体１０１表面を撮影し、アライメントマーカー１８１、１８２、１８３、１８４の位置を認識する。ここでは、ＣＣＤカメラに接続された画像処理装置でパターンマッチング等の画像処理を行うことにより、アライメントマーカーの位置を認識している。その後、パターンマッチング処理により得られたアライメントマーカーの位置情報を基に、Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４をそれぞれ移動して各線状ビームを所定の照射開始位置にあわせる。ここでは、ＣＣＤカメラ１７１でアライメントマーカー１８１の位置を検出し、ＣＣＤカメラ１７２でアライメントマーカー１８２の位置を検出し、ＣＣＤカメラ１７３でアライメントマーカー１８３の位置を検出し、ＣＣＤカメラ１７４でアライメントマーカー１８４の位置を検出している。つまり、各ＣＣＤカメラは、同じＹ軸ステージ上に設置されたレーザ発振器から射出されるレーザビームに対応するアライメントマーカーの位置情報のみを検出する。
【００５４】
本実施の形態では、被照射体表面での反射光をＣＣＤカメラを用いて記録した画像に、ソーベル処理等による輪郭部分のみの抽出を行う。そして、輪郭部分を抽出した画像とあらかじめ画像処理装置に登録されたアライメントマーカーの画像とを比較するパターンマッチング処理を行い、アライメントマーカーの位置を検出している。輪郭部分のみを抽出した画像でパターンマッチング処理を行うことにより、被照射体表面での反射率の変化に影響されることがなく、安定してパターンマッチング処理を行うことが可能となる。なお、アライメントマーカーの位置の認識方法はこの方法に限定されない。例えば、ＣＡＤデータから得られるアライメントマーカーのパターンを画像処理装置に登録してもよい。ここで登録される情報は、ＣＣＤカメラのピクセル間のコントラスト差を多階調で数値化したものではなく、二値化されたものを登録する。このとき、画像処理装置に登録される情報はアライメントマーカーの形状、つまり画像の輪郭部分のみとなる。この場合も、ＣＣＤカメラを用いて記録した画像にソーベル処理等を行い輪郭部分のみを抽出したパターンと、あらかじめ画像処理装置に登録したＣＡＤデータから得られるパターンとに対してパターンマッチング処理を行う。
【００５５】
被照射体に形成されたアライメントマーカーをＣＣＤカメラを用いて記録する際、可視域全域にわたる波長を持った白色光源を用いると、被照射体に特定波長の吸収帯が存在したとしても反射光の総量に大きな違いが得られないため、良いコントラストを得ることが難しい。従って、ここで用いる光源としては被照射体に存在する吸収波長域に対応する単色の光源がより好ましい。被照射体が半導体膜の場合は、半導体膜上においてレーザ光の照射位置を決める際の光源としては、半導体膜の吸収波長域である可視域以下の短波長の光源を用いるのが好ましい。例えば非晶質シリコンは波長５００ｎｍ以下で良い吸収を持っているため、波長５００ｎｍ以下の光源を用いるのが好ましい。また、半導体膜に非晶質シリコン、下地膜にシリコン酸化膜を用いた場合、シリコン酸化膜には波長５００ｎｍ付近の吸収はなく、波長２００ｎｍ付近から吸収が現れるため、２００〜５００ｎｍの波長帯の光源を用いるのが好ましい。
【００５６】
膜構造の複雑化でアライメントマーカーのコントラストが低い場合にも、このような単色光源の反射光を記録し、画像処理を行うことで、アライメントマーカーの輪郭では反射光の強度が変化し、その輪郭部分のみは認識できる。そのため、アライメントマーカーの位置をコントラストに関わらず認識することが可能である。さらに、基板面内の膜厚分布があり、面内に複数箇所あるアライメントマーカーのコントラストが互いに異なる場合にもそれらのアライメントマーカーを認識することができる。例えば、剥離層である非晶質シリコン膜と、剥離工程から半導体膜を保護するシリコン酸化膜と、アライメントマーカーの形成された半導体膜（多結晶シリコン膜）が順に積層された多層構造を有する積層膜上にレーザ光照射する場合でも、所定の位置にビームスポットの位置あわせすることが可能となる。
【００５７】
本実施の形態のレーザ照射装置を用いると、レーザ発振器をそれぞれ支持体２４１、２４２に沿って任意の距離だけ移動してレーザ光の照射位置を調整することができるので、各線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４をそれぞれの照射開始位置に容易に合わせることができる。ここでは、テーブル２１１に設けられたステージ２０１、２０２、２０３、２０４をＹ軸方向のみに移動可能なものとしたが、もちろんこの構成に限定されず、レーザの照射位置があらかじめ設定された照射開始位置にあうようなものであればよい。つまり、Ｙ軸方向移動に加えてＸ軸方向移動できるものであってもよいし、Ｙ軸方向移動に加えてＺ軸方向移動できるものであってもよい。あるいは、Ｙ軸方向移動に加えて回転移動できるものであってもよいし、これらを適宜組み合わせた方向に移動できるものであってもよい。
【００５８】
次に、１００〜１０００ｍｍ／ｓｅｃ程度の速度で移動できるＸ軸ステージ１０２をＸ軸方向に適切な速度にて走査移動させることで、被照射体１０１上に線状ビームを照射することができる。本実施の形態では、被照射体が設けられたステージ１０２は、Ｘ軸方向にのみ移動可能なものとしたが、もちろんこの構成に限定されず、レーザ光の照射位置があらかじめ設定された照射位置にあうようなものであればよい。つまり、Ｘ軸方向に加えＹ軸方向移動や、Ｚ軸方向移動、又は回転移動できるものであっても良いし、これらを適宜組み合わせた方向に移動できるものであってもよい。
【００５９】
Ｘ軸ステージ１０２をＸ軸方向に移動後、線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４で結晶化される各結晶領域の幅と同じ距離だけ、４つのＹ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４をＹ軸方向にそれぞれ移動する。Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４の移動後、今度はＸ軸ステージ１０２を逆方向、つまり−Ｘ軸方向に移動させる。本実施の形態では、Ｘ軸方向に移動後、各レーザ発振器を互いに独立した距離だけＹ軸方向に移動させているので、同じレーザ発振器から射出した隣り合う線状ビームの間にほぼ隙間無く、基板表面を均一に照射することができる。本動作を繰り返し行うことで、基板全面に線状ビームを照射することが可能である。このとき、Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４として、同軸上で互いに独立して動くステージを用いることで、装置面積を小さくすることが可能である。そのようなことを可能にするステージに、リニアモータ駆動のステージなどがある。
【００６０】
本実施の形態のレーザ照射装置を用いることで、線状ビームの照射位置をあらかじめ決められた位置に合わせる場合に、それぞれの線状ビームの照射位置の調整をレーザ発振器の移動だけで行うことができる。単にＹ軸ステージを移動するだけで、レーザ発振器と光学系を一緒に移動することができる。よって、困難な光学系の調整を行う必要がなくなり、線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ発振器を移動することで照射位置を調整するため、レーザ照射位置の微調整が可能となる。従って、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のレーザ照射装置を、例えばＴＦＴ作製の際の半導体膜の結晶化に用いることで、ＴＦＴの生産性及び歩留まりを向上することができる。
【００６１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１の４台のＣＣＤカメラのかわりに１台のＣＣＤカメラで線状ビームの照射位置を決定するレーザ照射装置の構成について説明する。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。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
【００６２】
本実施の形態のレーザ照射装置の構成を図３及び図４に示す。本実施の形態では、１台のＣＣＤカメラを移動して４本の線状ビームそれぞれの位置合わせを行う。つまり、本実施の形態で示すレーザ照射装置は、図１、図２に示したＣＣＤカメラ１７１〜１７４のかわりに、図３、図４に示すＣＣＤカメラ３７１及び、ＣＣＤカメラ３７１を移動させる図４に示すＹ軸ステージ４０５を設ける構成である。本実施の形態において、実施の形態１と同一のものには同じ符号を付し説明は省略する。
【００６３】
ここでは、４台のレーザ発振器が設置されたＹ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４とは別のＹ軸ステージ４０５に設置されたＣＣＤカメラ３７１を移動させることで、被照射体上の４隅に形成された各線状ビームの照射位置の基準となるアライメントマーカー３８２の位置を検出する。アライメントマーカー３８２は、それぞれの線状ビームの照射位置の基準となる。
【００６４】
本実施の形態のレーザ照射装置を用いることで、複数の線状ビームそれぞれの照射位置の調整のために、困難な光学系の調整を行う必要がなくなり、線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ照射位置の微調整が可能となり、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のレーザ照射装置を、例えばＴＦＴ作製の際の半導体膜の結晶化に用いることで、ＴＦＴの生産性及び歩留まりを向上することができる。
【００６５】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、図１及び図２に示したレーザ照射装置を用いて、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を作製する工程について説明する。なお、本実施の形態ではトップゲート型（順スタガ型）ＴＦＴの作製方法を記載しているが、トップゲート型ＴＦＴに限らず、ボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴなどでも同様に本発明を用いることができる。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、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
【００６６】
図９は、図１及び図２のＸ軸ステージ１０２を示したものである。Ｘ軸ステージ１０２は、吸着機能を有し、Ｘ軸方向に沿って移動することができる。まず、図９に示すように、吸着機能を持ったＸ軸ステージ１０２上に、絶縁表面を有する絶縁基板７００、下地膜７０１、非晶質半導体膜７０２を順次形成したものを設置する。絶縁基板７００には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、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、一般的に他の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できる。
【００６７】
下地膜７０１は、絶縁基板７００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、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。そのため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜中への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜する。ガラス基板又はプラスチック基板のようにアルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がたいして問題とならない場合には必ずしも設ける必要はない。
【００６８】
下地膜７０１上に、膜厚２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）程度の非晶質半導体膜７０２が形成されている。非晶質半導体膜としては、珪素やゲルマニウムを含む珪素を用いることができる。ゲルマニウムを含む珪素を用いる場合、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。続いて、本発明のレーザ照射装置を用いて非晶質半導体膜７０２を結晶化する。
【００６９】
図１０に非晶質半導体膜７０２の上面の模式図を示す。ここで、下地絶縁膜上に成膜された非晶質半導体膜７０２には、フォトリソグラフィ法を用いて非晶質半導体膜７０２をエッチングすることにより、あらかじめアライメントマーカー６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄが形成されている。非晶質半導体膜７０２のエッチングされた部分をアライメントマーカとして使用する。アライメントマーカー６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄは半導体膜に複数個形成されており、アライメントマーカー６０１ａは線状ビーム１６１の照射位置調整のために用いられるものである。同様に、アライメントマーカー６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄは各線状ビーム１６２、１６３、１６４に対応するものである。本実施の形態では、レーザ照射位置を決めるためにアライメントマーカーを設けているが必ずしも必要ではない。また、本実施の形態では、アライメントマーカーを半導体膜に形成しているが、ガラス基板中に形成してもよい。なお、ガラス基板中にアライメントマーカを形成する場合、ガラス基板内部に局所的にエネルギーを集中させたレーザ光をガラス基板に照射する。そして、照射することにより部分的にガラス基板内部の状態が変化した部分をアライメントマーカとして使用する。
【００７０】
本実施の形態では、図１及び図２で説明した４台のレーザ発振器、線状ビームを整形するための４組の光学系、４台のＣＣＤカメラ、Ｘ軸ステージ、４つのＹ軸ステージを有するレーザ照射装置を用いる。まずレーザ発振器１１１、１１２、１１３、１１４から射出されたレーザ光を、第１の光学系、第２の光学系、第３の光学系、第４の光学系を用いて、被照射体上において線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４を形成する（図１参照）。本実施の形態において、被照射体は非晶質半導体膜７０２である。
【００７１】
次に、各Ｙ軸ステージ上に設置されたＣＣＤカメラにより、非晶質半導体膜７０２に形成されたアライメントマーカー６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄ（図１０参照）それぞれのパターンを画像処理装置（図示しない）に取り込む。そして、ＣＣＤカメラにより画像処理装置に取り込まれたパターンと事前に画像処理装置に登録されたパターンのパターンマッチング処理を行い、各アライメントマーカーの位置情報を得る。そして、得られたアライメントマーカーの位置情報を基にＸ軸ステージ１０２、Ｙ軸ステージ２０１、２０２、２０３、２０４を移動して、線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４を半導体膜７０２上の照射位置にそれぞれ合わせる。
【００７２】
レーザ発振器として、例えば４台の出力１０Ｗの第２高調波、連続発振のＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いることができる。もちろん、レーザ発振器の台数はこれに限定されず、２台以上であれば何台でもよい。また、レーザ発振器の出力はそれぞれ異なっていてもよい。異なる出力のレーザ発振器を用いることで、一度の走査で異なる結晶性を有する半導体膜を形成することが可能である。
【００７３】
線状ビームの位置合わせの後、Ｘ軸ステージを移動することで、各線状ビームは、図１０に示す破線矢印６０２ａ、６０２ｂ、６０２ｃ、６０２ｄで示す方向に同時に走査され、結晶領域６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ、６０５ｄを形成する。このとき、前記Ｘ軸方向はそれぞれの線状ビームの短辺方向と平行の関係にある方が生産性が良く好ましい。
【００７４】
Ｘ軸ステージをＸ軸方向に走査して結晶領域６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ、６０５ｄを形成した後、Ｙ軸ステージを移動して矢印６０３ａ、６０３ｂ、６０３ｃ、６０３ｄで示す方向に各線状ビームを移動する。このとき、結晶領域６０５ａ、６０５ｂ、６０５ｃ、６０５ｄの幅と同じ距離だけそれぞれのＹ軸ステージを移動して、６０５ａと６０６ａにほぼ隙間がないようにする。その後、再びＸ軸ステージにより、破線矢印６０４ａ、６０４ｂ、６０４ｃ、６０４ｄで示す方向に線状ビームを同時に走査し、結晶領域６０６ａ、６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄを形成する。本実施の形態では、Ｘ軸方向に移動後、各レーザ発振器を互いに独立した距離だけＹ軸方向に移動させているので、結晶領域６０５ａと結晶領域６０６ａの間の隙間をほぼ無くすることができる。同様に、結晶領域６０５ｂ、６０５ｃ、６０５ｄと結晶領域６０６ｂ、６０６ｃ、６０６ｄそれぞれの間の隙間がほぼ無く、基板上において均一な照射を可能とすることができる。これらの動作を繰り返すことで、基板全面に形成された非晶質半導体膜を均一にかつ効率的にレーザアニールによって結晶化することができる。このとき、Ｙ軸ステージとして、互いに独立して動くステージを用いることで、装置面積を小さくすることが可能である。そのようなことを可能にするステージに、リニアモータ駆動のステージなどがある。ここで、Ｘ軸方向とは、線状ビームの短辺に沿った方向であり、Ｙ軸方向とは線状ビームの長辺に沿った方向である。
【００７５】
次に図１１を用いて、ＴＦＴの作製工程について説明する。図１１は、図１０のＭとＮを結ぶ破線における断面図である。図１１（Ａ）に示すように、絶縁基板７００上に下地膜７０１、非晶質半導体膜７０２が順次積層して形成されている。線状ビームは、非晶質半導体膜７０２の表面において、図１１（Ｂ）に示した矢印の方向に向かって走査する。その線状ビームの照射により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。前記のように、走査方向に向かって長く延びた結晶の粒を形成することで、結晶性半導体膜６０６ａよりチャネルのキャリア移動方向には結晶粒界のほとんど存在しないＴＦＴの形成が可能となる。
【００７６】
その後、図１１（Ｃ）に示すように結晶性半導体膜６０６ａをエッチングし、島状の半導体膜７０４〜７０７を形成する。島状の半導体膜７０４〜７０７を用いてＴＦＴに代表される各種の半導体素子を形成する。次に、その島状の半導体膜７０４〜７０７を覆うようにゲート絶縁膜７０８を形成する。そのゲート絶縁膜７０８には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。その際の成膜方法には、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などを用いることができる。例えば、スパッタ法を用いて、膜厚３０ｎｍ〜２００ｎｍの珪素を含む絶縁膜を形成すればよい。
【００７７】
次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を形成しエッチングすることでゲート電極を形成する。その後、ゲート電極、又はレジストを形成しエッチングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜７０４〜７０７にｎ型またはｐ型の導電性を付与する不純物を選択的に添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはＬＤＤ領域等を形成する。上述の工程によって、Ｎ型トランジスタ７１０、７１２と、Ｐ型トランジスタ７１１、７１３を同一基板上に形成することができる（図１１（Ｄ））。続いて、それらの保護膜として絶縁膜７１４を形成する。この絶縁膜７１４には、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、膜厚１００ｎｍ〜２００ｎｍの珪素を含む絶縁膜を、単層又は積層構造として形成すれば良い。例えば、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成すればよい。
【００７８】
次いで、絶縁膜７１４上に、有機絶縁膜７１５を形成する。有機絶縁膜７１５としては、ＳＯＧ法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。その絶縁膜７１５は、ガラス基板上７００に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。さらに、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜７１４及び有機絶縁膜７１５をパターン加工して、不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。
【００７９】
次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線７１６〜７２３を形成する。その後、保護膜として絶縁膜７２４を形成すると、図１１（Ｄ）に図示するような半導体装置が完成する。なお、本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したＴＦＴの作製工程に限定されない。本発明では、レーザ光の照射方法を用いて得られる結晶性半導体膜をＴＦＴの活性層として用いることを特徴とする。その結果、素子間の移動度、閾値及びオン電流のばらつきを抑えることができる。なお、レーザ光は、本実施の形態で示した照射条件に限定されない。
【００８０】
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よい。その触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、コバルト（Ｃｏ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）といった元素を用いることができる。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うと、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、レーザ光の照射により溶融されずに残存し、この結晶を結晶核として結晶化が進む。
【００８１】
そのため、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。なお、触媒元素を添加してから加熱処理を行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てもよいし、加熱処理の工程を省略してもよい。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よい。
【００８２】
本実施の形態では、本発明のレーザ照射方法を半導体膜の結晶化に用いた例を示したが、半導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行うために用いてもよい。また、本発明を用いた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も用いることができる。ドライバやＣＰＵなどの機能回路を用途としたトランジスタは、ＬＤＤ構造又はＬＤＤがゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタの微細化を図ることが好ましい。本実施の形態により完成されるトランジスタ７１０〜７１３は、ＬＤＤ構造を有するため、低いＩｏｆｆ値が必要な駆動回路に用いることが好適である。
【００８３】
本実施の形態において、複数の線状ビームの照射位置の調整をレーザ発振器の移動により行っているため、各線状ビームの照射位置のずれを修正するために光学系の調整を行う必要がなくなり、各線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ発振器を移動することで照射位置を調整するため、線状ビームの照射位置の微調整が可能となる。従って、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のＴＦＴの作製方法を用いることで、ＴＦＴの生産性及び歩留まりを向上することができる。
【００８４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、薄膜集積回路または非接触型薄膜集積回路装置（無線チップ、無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）を図３及び図４のレーザ照射装置を用いて作製する過程を示す。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。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
【００８５】
無線ＩＣタグの集積回路に用いられる半導体素子として絶縁分離されたＴＦＴを用いた例を以下に示すが、無線ＩＣタグの集積回路に用いられる半導体素子はＴＦＴに限定されず、あらゆる素子を用いることができる。例えば、ＴＦＴの他に、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなどが代表的に挙げられる。
【００８６】
図１２は、図３及び図４のＸ軸ステージ１０２を示したものである。Ｘ軸ステージ１０２は、吸着機能を有し、Ｘ軸に沿った方向に移動できる。図１２に示すように、Ｘ軸ステージ上にガラス基板（第１の基板）１７００、剥離層１７０１、下地絶縁膜１７０２、半導体膜１７０３を順次形成したものを設置する。半導体膜１７０３を成膜するまでの工程を説明する。
【００８７】
まず、スパッタ法を用いてガラス基板（第１の基板）１７００上に剥離層１７０１を形成する。剥離層１７０１は、スパッタ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等を用いて形成することができる。本実施の形態では、膜厚５０ｎｍ程度の非晶質シリコンをスパッタ法で形成し、剥離層１７０１として用いる。なお剥離層１７０１はシリコンに限定されず、エッチングにより選択的に除去できる材料（例えば、Ｗ、Ｍｏなど）で形成すれば良い。剥離層１７０１の膜厚は、５０〜６０ｎｍとするのが望ましい。
【００８８】
次いで、剥離層１７０１上に、下地絶縁膜１７０２を形成する。下地絶縁膜１７０２は第１の基板中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、ＴＦＴなどの半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また、下地絶縁膜１７０２は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目も有している。下地絶縁膜１７０２は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素（ＳｉＯＮ）、酸素を含む窒化珪素（ＳｉＮＯ）などの絶縁膜を用いて形成する。
【００８９】
次に、下地絶縁膜１７０２上に半導体膜１７０３を形成する。半導体膜１７０３は、下地絶縁膜１７０２を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜１７０３の膜厚は２０〜２００ｎｍ（望ましくは４０〜１７０ｎｍ、より望ましくは５０〜１５０ｎｍ）とする。
【００９０】
そして、上記工程で作製された基板を図１２に示すようにＸ軸ステージ上に設置し、本発明のレーザ照射装置を用いて、半導体膜１７０３に対して線状ビームを照射して半導体膜１７０３を結晶化する。ここで、半導体膜１７０３の表面の様子を模式的に図１３に示す。下地絶縁膜上に半導体膜１７０３を成膜した後、半導体膜１７０３を結晶化する前に、フォトリソグラフィ法を用いて半導体膜１７０３をエッチングすることにより、アライメントマーカー３８２を形成しておく。あらかじめアライメントマーカー６０１ａ、６０１ｂ、６０１ｃ、６０１ｄが形成されている。アライメントマーカー３８２は半導体膜に複数個形成されており、アライメントマーカー３８２をＣＣＤカメラを用いて記録することにより線状ビームの照射位置を決定する。もちろん、照射位置を決定するためのアライメントマーカーは半導体膜上のどのような位置に設けてもよい。また、半導体膜に設けるかわりにガラス基板内部にアライメントマーカーを形成してもよい。なお、基板中にアライメントマーカを形成する場合、基板内部に局所的にエネルギーを集中させたレーザ光を基板に照射する。そして、照射することにより部分的に基板内部の状態が変化した部分をアライメントマーカとして使用する。
【００９１】
本実施の形態では、４台のレーザ発振器、線状ビームを形成するための４組の光学系、４台のＣＣＤカメラ、Ｘ軸ステージ、４つのＹ軸ステージを有するレーザ照射装置（図３、図４参照）を用いる。まずレーザ発振器１１１、１１２、１１３、１１４から射出されたレーザ光を、第１の光学系、第２の光学系、第３の光学系、第４の光学系を用いて線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４に整形する（図３参照）。
【００９２】
次に、図４のＹ軸ステージ４０５上に設置されたＣＣＤカメラ３７１で、被照射体上に形成されたアライメントマーカー３８２を撮影し、画像処理装置（図示しない）に取り込む。本実施の形態において、被照射体とは半導体膜１７０３である。そして、取り込まれた各アライメントマーカー３８２のパターンと事前に画像処理装置に登録されたパターンとのパターンマッチングを行い、各アライメントマーカーの位置情報を得る。そして、得られたアライメントマーカーの位置情報を基にＸ軸ステージ又はＹ軸ステージ２０１、２０２、２０２、２０４を移動して線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４それぞれを半導体膜１７０３上の照射位置にそれぞれ合わせる。
【００９３】
レーザ発振器として、例えば４台の１０Ｗの第２高調波、連続発振のＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いることができる。もちろん、レーザ発振器の台数はこれに限定されず、２台以上であれば何台でも良い。また、レーザ発振器の出力はそれぞれ異なっていても良い。異なる出力のレーザ発振器を用いることで、一度の走査で異なる結晶性を有する半導体膜を形成することとが可能である。
【００９４】
線状ビームの位置合わせの後、Ｘ軸ステージを移動して、図１３に示す破線矢印８０２ａ、８０２ｂ、８０２ｃ、８０２ｄの示す方向に各線状ビームを同時に走査して、結晶領域８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ、８０５ｄを形成する。このとき、前記Ｘ軸方向はそれぞれの線状ビーム１６１、１６２、１６３、１６４の短辺方向と平行の関係にある方が、生産性が良く好ましい。
【００９５】
Ｘ軸ステージをＸ軸方向に走査して図１３に示す結晶領域８０５ａ、８０５ｂ、８０５ｃ、８０５ｄを結晶化した後、各線状ビームをＹ軸ステージの移動して矢印８０３ａ、８０３ｂ、８０３ｃ、８０３ｄで示す方向に移動する。このとき、結晶領域の幅に合わせてそれぞれのＹ軸ステージが移動するようにする。その後、再びＸ軸ステージを破線矢印８０４ａ、８０４ｂ、８０４ｃ、８０４ｄで示す方向に同時に走査して、結晶領域８０６ａ、８０６ｂ、８０６ｃ、８０６ｄを形成する。これらの動作を繰り返すことで、基板全面に形成された半導体膜を効率的にレーザアニールすることができる。このとき、Ｙ軸ステージとして、互いに独立して動くステージを用いることで、装置面積を小さくすることが可能である。そのようなことを可能にするステージに、リニアモータ駆動のステージなどがある。
【００９６】
次に、図１４〜図１８を用いて薄膜集積回路の作製工程について説明する。図１４（Ａ）は、図１３のＭとＮを結ぶ破線における断面図である。図１４（Ａ）に示すように、第１の基板１７００上に、剥離層１７０１、下地絶縁膜１７０２、半導体膜１７０３を順次積層して形成する。そして、本実施の形態のレーザ照射装置を用いた半導体膜１７０３への線状ビームの照射により、結晶性半導体膜８０５ａ（結晶領域）が形成される（図１４（Ａ）参照）。
【００９７】
次いで、図１４（Ｂ）に示すように、結晶構造を有する半導体膜８０５ａをエッチングして、島状の半導体層１７０５〜１７０７を形成した後、ゲート絶縁膜１７０８を形成する。ゲート絶縁膜１７０８は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層又は積層させて形成することができる。
【００９８】
なお、ゲート絶縁膜１７０８を形成した後、３％以上の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行ない、島状の半導体膜１７０５〜１７０７を水素化する工程を行なっても良い。また、水素化の他の手段として、プラズマ水素化（プラズマにより励起された水素を用いる）を行っても良い。
【００９９】
次に図１４（Ｃ）に示すように、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成する。ここでは、ＳｉとＷをスパッタ法で積層するように形成した後、レジスト１７１２をマスクとしてエッチングを行なうことにより、ゲート電極１７０９〜１７１１を形成した。勿論、ゲート電極１７０９〜１７１１の導電材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではなく、適宜選択することができる。例えば、ｎ型を付与する不純物（リン、ヒ素等）がドーピングされたＳｉとＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）との積層構造や、ＴａＮ（窒化タンタル）とＷ（タングステン）の積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単層で形成しても良い。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それらの機能を考慮して材料を選択すればよい。
【０１００】
また、レジストマスクの代わりに、酸化珪素等のマスクを用いてもよい。この場合、エッチングして酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等のマスク（ハードマスクと呼ばれる。）を形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストよりも少ないため、所望の幅のゲート電極１７０９〜１７１１を形成することができる。また、レジスト１７１２を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極１７０９〜１７１１を形成しても良い。
【０１０１】
次いで、図１４（Ｄ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜１７０６をレジスト１７１３で覆い、ゲート電極１７０９、１７１１をマスクとして、島状の半導体膜１７０５、１７０７に、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ（リン）又はＡｓ（砒素））を低濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜１７０５、１７０７に、一対の低濃度不純物領域１７１６、１７１７が形成される。なお、このドーピング工程は、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜１７０６をレジスト１７１３で覆わずに行っても良い。
【０１０２】
次いで、図１４（Ｅ）に示すように、レジスト１７１３をアッシング等により除去した後、ｎチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜１７０５、１７０７を覆うように、レジスト１７１８を新たに形成し、ゲート電極１７１０をマスクとして、島状の半導体膜１７０６に、ｐ型を付与する不純物元素（代表的にはＢ（ホウ素））を高濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜１７０６に、一対のｐ型の高濃度不純物領域１７２０が形成される。
【０１０３】
次いで、図１５（Ａ）に示すように、レジスト１７１８をアッシング等により除去した後、ゲート絶縁膜１７０８及びゲート電極１７０９〜１７１１を覆うように、絶縁膜１７２１を形成する。
【０１０４】
その後、エッチバック法により、絶縁膜１７２１、ゲート絶縁膜１７０８を部分的にエッチングし、図１５（Ｂ）に示すように、ゲート電極１７０９〜１７１２の側壁に接するサイドウォール１７２２〜１７２４を自己整合的（セルフアライン）に形成する。エッチングガスとしては、ＣＨＦ３とＨｅの混合ガスを用いた。なお、サイドウォールを形成する工程は、これらに限定されるものではない。
【０１０５】
次いで、図１５（Ｃ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴとなる島状の半導体膜１５０６を覆うように、レジスト１７２６を新たに形成し、ゲート電極１７０９、１７１１及びサイドウォール１７２２、１７２４をマスクとして、ｎ型を付与する不純物元素（代表的にはＰ又はＡｓ）を高濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜１７０８を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜１７０５、１７０７に、一対のｎ型の高濃度不純物領域１７２７、１７２８が形成される。
【０１０６】
次に、レジスト１７２６をアッシング等により除去した後、不純物領域の熱活性化を行っても良い。例えば、５０ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を成膜した後、５５０℃、４時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なえばよい。また、水素を含む窒化珪素膜を、１００ｎｍの膜厚に形成した後、４１０℃、１時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なうことにより、多結晶半導体膜の欠陥を改善することができる。これは、例えば、多結晶半導体膜中に存在するダングリングボンドを終端させるものであり、水素化処理工程などと呼ばれる。
【０１０７】
上述した一連の工程により、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３０、ｐチャネル型ＴＦＴ１７３１、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２が形成される。上記作製工程において、エッチバック法の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整することで、ＬＤＤ長０．２μｍ〜２μｍのＴＦＴを形成することができる。さらに、この後、ＴＦＴ１７３０〜１７３２を保護するためのパッシベーション膜を形成しても良い。
【０１０８】
次いで、図１６（Ａ）に示すように、ＴＦＴ１７３０〜１７３２を覆うように、第１の層間絶縁膜１７３３を形成する。さらに、第１の層間絶縁膜１７３３上に、第２の層間絶縁膜１７３４を形成する。なお、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３４と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差から生じる応力によって、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３４の膜剥がれや割れが生じるのを防ぐために、第１の層間絶縁膜１７３３又は第２の層間絶縁膜１７３４中にフィラーを混入させておいても良い。
【０１０９】
次いで、図１６（Ａ）に示すように、第１の層間絶縁膜１７３３、第２の層間絶縁膜１７３４及びゲート絶縁膜１７０８にコンタクトホールを形成し、ＴＦＴ１７３０〜１７３２に接続する配線１７３５〜１７３９を形成する。なお、配線１７３５、１７３６はｎチャネル型ＴＦＴ１７３０の高濃度不純物領域１７２７に、配線１７３６、１７３７はｐチャネル型ＴＦＴ１７３１の高濃度不純物領域１７２０に、配線１７３８、１７３９はｎチャネル型ＴＦＴ１７３２の高濃度不純物領域１７２８に、それぞれ接続されている。さらに配線１７３９は、ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２のゲート電極１７１１にも接続されている。ｎチャネル型ＴＦＴ１７３２は、乱数ＲＯＭのメモリ素子として用いることができる。
【０１１０】
次いで、図１６（Ｂ）に示すように、配線１７３５〜１７３９を覆うように、第２の層間絶縁膜１７３４上に第３の層間絶縁膜１７４１を形成する。第３の層間絶縁膜１７４１は、配線１７３５が一部露出する様な位置に開口部を有するように形成する。なお、第３の層間絶縁膜１７４１は、第１の層間絶縁膜１７３３と同様の材料を用いて形成することが可能である。
【０１１１】
次に、第３の層間絶縁膜１７４１上にアンテナ１７４２を形成する。アンテナ１７４２は、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｎｉなどの金属、金属化合物を１つまたは複数有する導電材料を用いることができる。そしてアンテナ１７４２は、配線１７３５と接続されている。なお、図１６（Ｂ）では、アンテナ１７４２が配線１７３５と直接接続されているが、本発明の無線ＩＣタグはこの構成に限定されない。例えば別途形成した配線を用いて、アンテナ１７４２と配線１７３５とを電気的に接続するようにしても良い。
【０１１２】
アンテナ１７４２は印刷法、フォトリソグラフィ法、蒸着法または液滴吐出法などを用いて形成することができる。図１６（Ｂ）では、アンテナ１７４２が単層の導電膜で形成されているが、複数の導電膜が積層されたアンテナ１７４２を形成することも可能である。例えば、Ｎｉなどで形成した配線に、Ｃｕを無電解めっきでコーティングして、アンテナ１７４２を形成しても良い。なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。また印刷法にはスクリーン印刷法、オフセット印刷法などが含まれる。印刷法、液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずとも、アンテナ１７４２を形成することが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを用いなくとも良いので、無線ＩＣタグの作製に費やされるコストを抑えることができる。
【０１１３】
液滴吐出法または各種印刷法を用いる場合、例えば、ＣｕをＡｇでコートした導電粒子なども用いることが可能である。なお液滴吐出法を用いてアンテナ１７４２を形成する場合、アンテナ１７４２の密着性が高まるような処理を、第３の層間絶縁膜１７４１の表面に施すことが望ましい。密着性を高めることができる方法として、具体的には、例えば触媒作用により導電膜または絶縁膜の密着性を高めることができる金属または金属化合物を第３の層間絶縁膜１７４１の表面に付着させる方法、形成される導電膜または絶縁膜との密着性が高い有機系の絶縁膜、金属、金属化合物を第３の層間絶縁膜１７４１の表面に付着させる方法、第３の層間絶縁膜１７４１の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ処理を施し、表面改質を行なう方法などが挙げられる。
【０１１４】
第３の層間絶縁膜１７４１に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する場合、アンテナの正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制御する。具体的には、導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、例えば１〜１０ｎｍとなるように制御したり、これらの金属または金属化合物を酸化により部分的に、または全体的に絶縁化したりすれば良い。或いは、密着性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属化合物をエッチングにより選択的に除去しても良い。また金属または金属化合物を、予め基板の全面に付着させるのではなく、液滴吐出法、印刷法、ゾル−ゲル法などを用いて特定の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、第３の層間絶縁膜１７４１の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度分散した状態であっても良い。
【０１１５】
そして、図１７（Ａ）に示すように、アンテナ１７４２を形成した後、アンテナ１７４２を覆うように、第３の層間絶縁膜１７４１上に保護層１７４５を形成する。保護層１７４５は、後に剥離層１７０１をエッチングにより除去する際に、アンテナ１７４２を保護することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、アクリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層１７４５を形成することができる。
【０１１６】
次いで、図１７（Ｂ）に示すように、無線ＩＣタグを個別に分離するために溝１７４６を形成する。溝１７４６は、剥離層１７０１が露出する程度であれば良い。溝１７４６の形成は、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。なお、第１の基板１７００上に形成されている無線ＩＣタグを分離する必要がない場合、必ずしも溝１７４６を形成する必要はない。
【０１１７】
次いで、図１７（Ｃ）に示すように、剥離層１７０１をエッチングにより除去する。ここでは、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、このガスを溝１７４６から導入する。例えばＣｌＦ３（三フッ化塩素）を用い、温度を３５０℃とし、流量を３００ｓｃｃｍとし、気圧を７９８パスカル（７９８Ｐａ）とし、処理時間を３時間とした条件で行う。また、ＣｌＦ３ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ＣｌＦ３等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層１７０１が選択的にエッチングされ、第１の基板１７００をＴＦＴ１７３０〜１７３２から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。
【０１１８】
次に図１８（Ａ）に示すように、剥離されたＴＦＴ１７３０〜１７３２及びアンテナ１７４２を、接着剤１７５０を用いて第２の基板１７５１に貼り合わせる。接着剤１７５０は、第２の基板１７５１と下地絶縁膜１７０２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤１７５０は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１１９】
なお、第２の基板１７５１として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。
【０１２０】
次いで、図１８（Ｂ）に示すように、保護層１７４５を除去した後、アンテナ１７４２を覆うように接着剤１７５２を第３の層間絶縁膜１７４１上に塗布し、カバー材１７５３を貼り合わせる。カバー材１７５３は第２の基板１７５１と同様に、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。接着剤１７５２の厚さは、例えば１０〜２００μｍとすれば良い。
【０１２１】
また接着剤１７５２は、カバー材１７５３と第３の層間絶縁膜１７４１及びアンテナ１７４２とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤１７５２は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１２２】
上述した各工程を経て、無線ＩＣタグが完成する。上記作製方法によって、トータルの膜厚が０．３μｍ以上３μｍ以下、代表的には２μｍ程度の飛躍的に薄い集積回路を第２の基板１７５１とカバー材１７５３との間に形成することができる。
【０１２３】
なお、集積回路の厚さは、半導体素子自体の厚さのみならず、接着剤１７５０と接着剤１７５２との間に形成された各種絶縁膜及び層間絶縁膜の厚さを含めるものとする。また、無線ＩＣタグが有する集積回路の占める面積を、５ｍｍ四方（２５ｍｍ２）以下、より望ましくは０．３ｍｍ四方（０．０９ｍｍ２）〜４ｍｍ四方（１６ｍｍ２）程度とすることができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態では、耐熱性の高い第１の基板１７００と集積回路の間に剥離層を設け、エッチングにより剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離する方法について示したが、本発明の無線ＩＣタグの作製方法は、この構成に限定されない。例えば、耐熱性の高い基板と集積回路の間に金属酸化膜を設け、この金属酸化膜を結晶化により脆弱化して集積回路を剥離しても良い。或いは、耐熱性の高い基板と集積回路の間に、水素を含む非晶質半導体膜を用いた剥離層を設け、レーザビームの照射によりこの剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離しても良い。あるいは、集積回路が形成された耐熱性の高い基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで集積回路を基板から切り離しても良い。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、アンテナを集積回路と同じ基板上に形成している例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。別の基板上に形成したアンテナと集積回路とを、後に貼り合わせることで、電気的に接続するようにしても良い。
【０１２６】
なお、一般的にＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）で用いられている電波の周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚが多く、これらの周波数の電波を検波できるように無線ＩＣタグを形成することが、汎用性を高める上で非常に重要である。
【０１２７】
本実施の形態の無線ＩＣタグでは、半導体基板を用いて形成されたＲＦＩＤよりも電波が遮蔽されにくく、電波の遮蔽により信号が減衰するのを防ぐことができるというメリットを有している。よって、半導体基板を用いずに済むので、無線ＩＣタグのコストを大幅に低くすることができる。
【０１２８】
なお、本実施の形態では、集積回路を剥離して、可撓性を有する基板に貼り合わせる例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えばガラス基板のように、集積回路の作製工程における熱処理に耐えうるような、耐熱温度を有している基板をＩＣタグ中に用いる場合、必ずしも集積回路を剥離する必要はない。
【０１２９】
本実施の形態において、複数の線状ビームの照射位置の調整をレーザ発振器の移動により行っているため、各線状ビームの照射位置のずれを修正するために光学系の調整を行う必要がなくなり、各線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ発振器を移動することで照射位置を調整するため、線状ビームの照射位置の微調整が可能となる。従って、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のＴＦＴの作製方法を用いることで、ＴＦＴの生産性及び歩留まりを向上することができる。
【０１３０】
（実施の形態５）
本発明により、基板全面を均一にアニールすることができるため、半導体装置の生産性、集積度の向上が可能となる。さらに、一度の走査で同一基板上に異なる出力のレーザを照射することが可能となるため、半導体装置のレイアウトや大きさの自由度を高くすることや、集積度を向上することが可能となる。また、基板のどの部分においても同一のレーザで結晶化された部分の結晶化度は同じであるため、製作した半導体装置の製品品質は良好な状態であり、その製品品質のばらつきをなくすことが可能になる。本発明の半導体装置を用いることで電子機器をスループット良く、良好な品質で作製することが可能になる。その具体例を図を用いて説明する。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。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
【０１３１】
図１９（Ａ）は表示装置であり、筐体２２０１、支持台２２０２、表示部２２０３、スピーカー部２２０４、ビデオ入力端子２２０５などを含む。表示部２２０３は、薄膜トランジスタで画素を構成するものであり、薄膜トランジスタは実施の形態３と同様の方法で作製される。それにより、半導体膜にレーザの回折による縞が生じることなく結晶領域の面積を増やし、かつ結晶性不良領域の面積を少なくすることが可能となり、表示装置の生産性を向上させることができる。さらに、本発明は、大面積基板のレーザ照射処理を効率よく行うことができるため、表示装置の生産性を向上させることができる。よって、大画面の表示装置の生産コストの削減に寄与することができる。また、表示装置はメモリ、駆動回路部等を有していてもよく、本発明の半導体装置をメモリ、駆動回路部等に適用してもよい。なお表示装置として、液晶の電気光学効果を利用した液晶表示装置、エレクトロルミネセンス等の発光材料を用いた表示装置、電子源素子を用いた表示装置、場の印加により反射率が変化するコントラスト媒体（電子インクとも呼ばれる）を用いた表示装置など、薄膜トランジスタと各種表示媒体を組み合わせた様々なものが含まれる。利用形態として、コンピュータ用、テレビジョン用、電子書籍等の情報表示機器用、広告表示用若しくは案内表示用など全ての情報表示用機器が含まれる。
【０１３２】
図１９（Ｂ）はコンピュータであり、筐体２２１１、表示部２２１２、キーボード２２１３、外部接続ポート２２１４、ポインティングマウス２２１５などを含む。表示部２２１２やコンピュータに付随するＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２１２やコンピュータに付随するＣＰＵ、メモリ、駆動回路部などに用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。
【０１３３】
また、図１９（Ｃ）は携帯電話機であり、携帯端末の１つの代表例である。この携帯電話機は筐体２２２１、表示部２２２２、操作キー２２２３などを含む。表示部２２２２や携帯電話機に付随するＣＰＵ、メモリなどの機能回路部に薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２２２や携帯電話機に付随するＣＰＵ、メモリなどの機能回路部に用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された半導体装置は、上記の携帯電話を初めとして、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ、情報携帯端末）、デジタルカメラ、小型ゲーム機などの電子機器に用いることができる。
【０１３４】
また、図１９（Ｄ）、（Ｅ）はデジタルカメラである。なお、図１９（Ｅ）は、図１９（Ｄ）の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体２２３１、表示部２２３２、レンズ２２３３、操作キー２２３４、シャッター２２３５などを有する。表示部２２３２や表示部２２３２を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２３２や表示部２２３２を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。
【０１３５】
図１９（Ｆ）はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体２２４１、表示部２２４２、筐体２２４３、外部接続ポート２２４４、リモコン受信部２２４５、受像部２２４６、バッテリー２２４７、音声入力部２２４８、操作キー２２４９、接眼部２２５０などを有する。表示部２２４２を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部２２４２を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。
【０１３６】
また、本発明のレーザ処理装置を用いて作製した薄膜トランジスタを薄膜集積回路、または非接触型薄膜集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることもできる。他の実施の形態で示した作製方法を用いることにより作製された薄膜集積回路および非接触型薄膜集積回路は、タグやメモリに用いることができる。
【０１３７】
図２０（Ａ）は、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を貼り付けている状態を示している。また、パスポート２３０１に無線ＩＣタグ２３０２を埋め込んでもよい。同様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラベラーズチェック（Ｔ／Ｃ）、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ＩＣタグを貼り付けたり埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ＩＣタグに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を設定する。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別することが可能になる。
【０１３８】
このほかに、無線ＩＣタグをメモリとして用いることも可能である。図２０（Ｂ）は、無線ＩＣタグ２３１１を野菜の野菜の包装に貼り付けるラベルに埋め込んだ例を示している。また、包装そのものに無線ＩＣタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ＩＣタグ２３１１には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを記録することが可能になる。無線ＩＣタグ２３１１からの情報は、無線式のリーダ２３１２のアンテナ部２３１３で受信して読み取り、リーダ２３１２の表示部２３１４に表示することによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている。
【０１３９】
また、無線ＩＣタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ＩＣタグに会計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ＩＣタグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。
【０１４０】
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、以下に記す方法にすることも可能である。レジで会計をする段階で、（１）無線ＩＣタグに入力されているデータを暗証番号などでロックする、（２）無線ＩＣタグに入力されているデータそのものを暗号化する、（３）無線ＩＣタグに入力されているデータを消去する、（４）無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する、のいずれかを行う。そして、出口にチェック手段を設け、（１）〜（４）のいずれかの処理が行われたか、または無線ＩＣタグのデータに何も処理が行われていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。このようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志に反して無線ＩＣタグの情報を読み取られることを防止することができる。
【０１４１】
なお、（４）の無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する方法をいくつか挙げることができる。例えば、（ａ）無線ＩＣタグが有する電子データの少なくとも一部に「０（オフ）」若しくは「１（オン）」、または「０」と「１」の両方を書き込んでデータのみを破壊する方法や、（ｂ）無線ＩＣタグに電流を過剰に流し、無線ＩＣタグが有する半導体素子の配線の一部を物理的に破壊する方法などを用いることができる。
【０１４２】
以上に挙げた無線タグは、従来用いているバーコードより製造コストが高いため、コスト低減を図る必要がある。本発明を用いることによって、半導体膜の均一なレーザアニールが可能であるため、品質が良好でばらつきのない半導体装置を効率良く作製することができ、コストの低減に有効である。さらに、どの無線タグも品質が高く、性能のばらつきがない信頼性の高い無線タグを製作することができる。
【０１４３】
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明により作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】本発明のレーザ発振器の構成を示した図。
【図２】本発明のレーザ発振器の構成を示した図
【図３】本発明のレーザ発振器の構成を示した図。
【図４】本発明のレーザ発振器の構成を示した図。
【図５】３台のレーザ発振器からなるレーザ照射装置を示した図。
【図６】３台のレーザ発振器からなるレーザ照射装置による照射を示した図。
【図７】３台のレーザ発振器からなるレーザ照射装置による照射を示した図。
【図８】本発明のレーザ発振器によるレーザ照射の様子を示す図。
【図９】本発明のレーザ発振器によるレーザ照射の様子を示す図。
【図１０】本発明のレーザ発振器によるレーザ照射の様子を示す図。
【図１１】本発明のレーザ発振器を用いたＴＦＴ作製過程の概要を示す図。
【図１２】本発明のレーザ発振器によるレーザ照射の様子を示す図。
【図１３】本発明のレーザ発振器によるレーザ照射の様子を示す図。
【図１４】本発明のレーザ発振器を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１５】本発明のレーザ発振器を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１６】本発明のレーザ発振器を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１７】本発明のレーザ発振器を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１８】本発明のレーザ発振器を用いた半導体装置作製過程の概要を示す図。
【図１９】本発明の半導体装置を用いた電子機器の概要を示す図。
【図２０】本発明の半導体装置を用いた物品の概要を示す図。
【符号の説明】
【０１４５】
１０１  被照射体
１０２  Ｘ軸ステージ
１１１  レーザ発振器
１１２  レーザ発振器
１１３  レーザ発振器
１１４  レーザ発振器
１２１  スリット
１２２  スリット
１２３  スリット
１２４  スリット
１３１  ミラー
１３２  ミラー
１３３  ミラー
１３４  ミラー
１４１  シリンドリカルレンズ
１４２  シリンドリカルレンズ
１４３  シリンドリカルレンズ
１４４  シリンドリカルレンズ
１５１  シリンドリカルレンズ
１５２  シリンドリカルレンズ
１５３  シリンドリカルレンズ
１５４  シリンドリカルレンズ
１６１  線状ビーム
１６２  線状ビーム
１６３  線状ビーム
１６４  線状ビーム
１７１  ＣＣＤカメラ
１７２  ＣＣＤカメラ
１７３  ＣＣＤカメラ
１７４  ＣＣＤカメラ
１８１  アライメントマーカー
１８２  アライメントマーカー
１８３  アライメントマーカー
１８４  アライメントマーカー
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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