(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザ光の照射効率が高く、高品質の半導体膜を持つ薄膜半導体素子を高い生産性、低コストで製造することができる薄膜半導体素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】薄膜半導体素子の製造方法は、非晶質Ｓｉ膜１２の一方の面に、１より大きく、非晶質Ｓｉ膜１２の屈折率より小さい屈折率を有する少なくとも１つの層からなる反射防止膜３１，３２を配置する工程と、非晶質Ｓｉ膜１２の他方の面を大気または不活性ガスに露出させた状態で、ガラス基板１１および反射防止膜３１，３２を介して非晶質Ｓｉ膜１２にレーザ光Ｌ０を照射する工程とを含む。【選択図】図３
2008153262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体膜の一方の面に、１より大きく、半導体膜の屈折率より小さい屈折率を有する少なくとも１つの層からなる反射防止膜を配置する工程と、
半導体膜の他方の面を大気または不活性ガスに露出させた状態で、反射防止膜を介して半導体膜にレーザ光を照射する工程と、を含むことを特徴とする薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項２】
半導体膜の膜厚をｔ（ｎｍ）とし、溶融状態の半導体膜および反射防止膜についてのレーザ光の吸収率をＡＬとし、多結晶状態の半導体膜および反射防止膜についてのレーザ光の吸収率をＡＰとして、下記の式が最小となるように、反射防止膜の構成を定めることを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【数１】
2008153262.tif 000007
【請求項３】
反射防止膜の各膜厚さは、半導体膜の溶融状態で、レーザ光の吸収率が最大になるように定めることを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【請求項４】
屈折率ｎ０の透明基板の上に、屈折率ｎ１および膜厚ｔ１の１層からなる反射防止膜を形成し、該反射防止膜の上に前記半導体膜を形成する場合、レーザ光の波長をλ、ｍ１を正の整数として、下記の式で得られるｔ１optを用いて、ｔ１opt−λ/２０ｎ１≦ｔ１≦ｔ１opt＋λ/２０ｎ１が成立することを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【数２】
2008153262.tif 000008
【請求項５】
屈折率ｎ０の透明基板の上に、基板に接して屈折率ｎ２および膜厚ｔ２の第１層と屈折率ｎ１および膜厚ｔ１の第２層とからなる反射防止膜を形成し、該反射防止膜の上に前記半導体膜を形成する場合、レーザ光の波長をλ、ｍ１，ｍ２を正の整数として、下記の式で得られるｔ１opt，ｔ２optを用いて、ｔ１opt−λ/２０ｎ１≦ｔ１≦ｔ１opt＋λ/２０ｎ１、およびｔ２opt−λ/２０ｎ２≦ｔ２≦ｔ２opt＋λ/２０ｎ２、が成立することを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【数３】
2008153262.tif 000009
【請求項６】
屈折率ｎ０の透明基板の上に、屈折率ｎ１および膜厚ｔ１の第１層と、屈折率ｎ２および膜厚ｔ２の第２層と、屈折率ｎ３および膜厚ｔ３の第３層からなる反射防止膜を形成し、該反射防止膜の上に前記半導体膜を形成する場合、レーザ光の波長をλ、ｍ１，ｍ２，ｍ３を正の整数として、下記の式で得られるｔ１opt，ｔ２opt，ｔ３optを用いて、ｔ１opt−λ/２０ｎ１≦ｔ１≦ｔ１opt＋λ/２０ｎ１、ｔ２opt−λ/２０ｎ２≦ｔ２≦ｔ２opt＋λ/２０ｎ２、およびｔ３opt−λ/２０ｎ３≦ｔ３≦ｔ３opt＋λ/２０ｎ３、が成立することを特徴とする請求項１記載の薄膜半導体素子の製造方法。
【数４】
2008153262.tif 000010
【請求項７】
透明な材料からなる基板と、
半導体膜と、
基板と半導体膜との間に設けられ、１より大きく、半導体膜の屈折率より小さい屈折率を有する少なくとも１つの層からなる、特定の波長の光に関する反射防止膜とを備えることを特徴とする薄膜半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜半導体素子およびその製造方法に関し、特に、レーザ光の照射により半導体膜を加熱するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、低消費電力や小型軽量といった利点を有することから、パーソナルコンピュータや携帯情報端末機器のモニタなどに広く用いられ、近年では、ＴＶ用途にも拡大している。さらに、ＬＣＤの代替として、ＥＬ素子のような発光体を画素表示部に用いた電界発光型ＥＬ表示装置も次世代の薄型表示パネルとして注目されている。
【０００３】
ＬＣＤやＥＬ表示装置などの薄型表示パネルでは、個々の画素を制御するために薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が使用される。ＴＦＴは、一般に、半導体膜を用いたＭＯＳ構造が採用され、典型的な構造には逆スタガ型やトップゲート型がある。また、半導体膜は、用途や性能に応じて非晶質半導体膜や多結晶半導体膜が適宜使用されるが、小型のパネルにおいては、表示領域の開口率を高くするために、小型化が可能な多結晶半導体膜を使用することが多い。
【０００４】
多結晶半導体膜の作成方法の一例として、例えば、下記の特許文献１では、基板の上に下地膜として酸化珪素膜を形成し、続いて非晶質半導体膜を形成した後、非晶質半導体膜に向けてレーザ光を照射することにより半導体膜を多結晶化している。この方法では、基板の温度を５００℃以下に制限した状態で多結晶半導体膜を作成できることから、基板として、透明でかつ比較的安価なガラス基板を使うことができる。
【０００５】
ＴＦＴを作成する場合、上記のようにして得られた多結晶半導体膜上に、酸化珪素等からなるゲート絶縁膜を形成し、ゲート電極を形成後、ゲート絶縁膜を介して多結晶半導体膜にリンやボロン等の不純物を導入することによりソース領域およびドレイン領域を形成する。その後、ゲート電極とゲート絶縁膜とを覆うように層間絶縁膜を形成した後、ソース領域およびドレイン領域に到達するコンタクト孔を層間絶縁膜とゲート絶縁膜とにそれぞれ開口する。層間絶縁膜上に金属膜を形成し、多結晶半導体膜に形成されたソース領域およびドレイン領域に接続するようにパターニングしてソース電極およびドレイン電極をそれぞれ形成する。その後、ドレイン電極に接続されるように画素電極や自発光素子を形成することによりＴＦＴが形成される。
【０００６】
非晶質半導体膜にレーザ光を照射する場合、通常、細長いラインビームに形成した状態で、ラインビームに垂直な方向に沿ってレーザ光または基板を一定速度で移動することによって、基板全体を多結晶化している。しかし、レーザ光の全てが非晶質半導体膜の加熱に関与するわけではなく、レーザ光の一部は、大気と半導体膜との界面あるいは半導体膜と基板との界面で反射して、光学損失をもたらす。一般に、半導体膜の屈折率は高く、半導体膜と大気の界面の屈折率差が大きくなって反射しやすいためである。
【０００７】
界面での反射率を減少させて、半導体膜の光吸収を増加させることにより、より少ない照射エネルギー密度で結晶化できることになり、同じレーザパワーであってもラインビームの走査幅を長くできる。そうすれば、１走査当たりの処理面積が増加して、ＴＦＴの製造コストを下げることができる。
【０００８】
例えば、下記の特許文献２では、半導体表面での反射による損失を少なくするために、半導体膜表面にキャップ膜といわれる反射防止膜を付ける方法が提案されている。キャップ膜の屈折率は、大気の屈折率より大きく、半導体膜の屈折率より小さくしている。これにより、半導体膜とキャップ膜の間の屈折率差およびキャップ膜と大気の間の屈折率差が小さくなり、反射損失が減少して、結晶化に必要な照射エネルギー密度を下げることができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７５０５号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０３７３号公報
【特許文献３】特開平８−６４８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、反射防止用のキャップ膜を設けた場合、半導体膜の結晶化後に不要なキャップ膜を除去する追加の工程が必要になる。
【００１１】
さらに、キャップ膜によって表面が覆われた状態で、半導体膜を溶融するまで加熱して結晶化させた場合、溶融の工程で膜内から発生するガスの影響で、膜に穴状の空洞ができることがある。特に、非晶質半導体としてプラズマＣＶＤで作成した膜は、膜の内部に水素ガスを含みやすく、結晶化後に空洞ができやすい。
【００１２】
また、複数の膜からなる反射防止膜の反射率は、膜厚や屈折率に強く依存する。反射光の強度が、膜による光学干渉の影響を受けるためである。膜の屈折率が分かれば、多層膜の反射率及び吸収率は比較的容易に計算することが可能である。しかし、半導体膜は溶融する前と溶融後で光学特性が異なるため、反射防止膜の最適条件は異なる。どの様な反射防止膜の構成を選択するかは、溶融前と溶融後のどちらを優先するかに依存するので、最適な反射防止膜の構成の決定は光学計算だけでは決定できない。実際には、膜厚を変えた多数のサンプルにレーザ光を照射して、実際に結晶化に必要な照射エネルギー密度を求めて、膜厚を決定してきた。しかし、この様な方法では、複雑な多層膜での最適条件の決定に時間を要する。
【００１３】
本発明の目的は、レーザ光の照射効率を高めることにより、高品質の半導体膜を持つ薄膜半導体素子を高い生産性、低コストで製造することができる薄膜半導体素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る薄膜半導体素子の製造方法は、半導体膜の一方の面に、１より大きく、半導体膜の屈折率より小さい屈折率を有する少なくとも１つの層からなる反射防止膜を配置する工程と、
半導体膜の他方の面を大気または不活性ガスに露出させた状態で、反射防止膜を介して半導体膜にレーザ光を照射する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る薄膜半導体素子は、透明な材料からなる基板と、
半導体膜と、
基板と半導体膜との間に設けられ、１より大きく、半導体膜の屈折率より小さい屈折率を有する少なくとも１つの層からなる、特定の波長の光に関する反射防止膜とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、レーザ光の照射時に、半導体膜の片面が大気または不活性ガスに露出しているため、溶融の際に発生するガスが容易に脱気され、半導体膜に穴が形成されるのを防止できる。
【００１７】
また、反射防止膜の存在により、レーザ光の照射効率が向上するため、高品質の半導体膜を持つ薄膜半導体素子を高い生産性、低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明が適用可能なレーザ熱処理装置の一例を示す構成図である。このレーザ熱処理装置は、レーザ発振器１０１と、減衰器１０２と、均一化およびビーム整形光学系１０３と、ミラー１０４と、ワーク基板１０を搬送するための加工搬送系１１０などで構成される。
【００１９】
ワーク基板１０は、透明基板としてのガラス基板１１と、半導体膜としての非晶質Ｓｉ膜１２などで構成され、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）やマトリクス駆動電極を有するＬＣＤ基板やＥＬ基板などである。
【００２０】
図１において、非晶質Ｓｉ膜１２を下向きにしたワーク基板１０をＸＹ面内に配置し、レーザ照射時の基板搬送方向をＸ方向とし、鉛直上方をＺ方向に設定している。
【００２１】
レーザ発振器１０１は、固体レーザ発振器等で構成され、波長５３２ｎｍのパルスレーザ光ＬＢを発生する。減衰器１０２は、ワーク基板１０に照射されるパルスレーザ光ＬＢの強度を調整する。
【００２２】
均一化およびビーム整形光学系１０３は、ビームエキスパンダ、シリンドリカルレンズ、集光レンズ、転写レンズ、プリズムなどで構成され、主に、レーザ光の強度分布を均一整形にするホモジナイズ機能、その整形されたレーザ光を転写する機能、およびレーザ光を集光する機能を備えている。
【００２３】
均一化およびビーム整形光学系１０３は、基板搬送面より上方に配置されており、光学系１０３から出射したパルスレーザ光ＬＢは、ミラー１０４によって鉛直下方（−Ｚ方向）に反射され、ワーク基板１０を照射する。
【００２４】
加工搬送系１１０には、ワーク基板１０に対して、窒素などの不活性ガス１１４を吹き付けるためのガスノズル１１３と、ワーク基板１０の位置を規制するためのローラ１１５と、ワーク基板１０を支持する枠状の構造物１１１と、構造物１１１を搬送するための搬送機構（不図示）などが設けられる。
【００２５】
ガスノズル１１３は、基板搬送面より下方に配置されており、レーザ照射の際、非晶質Ｓｉ膜１２側からレーザ照射領域に向けて不活性ガス１１４をＺ方向に吹き付けることによって、レーザ照射領域の雰囲気を低酸素状態（例えば、酸素濃度５０ｐｐｍ以下）に保持してＳｉ膜の酸化を防止している。
【００２６】
ローラ１１５は、ガスノズル１１３からのガス圧力によってワーク基板１０が上下に変動するのを防止して、レーザ照射の間、パルスレーザ光ＬＢのスポットが非晶質Ｓｉ膜１２に集光するようにしている。
【００２７】
パルスレーザ光ＬＢの入射角は、ワーク基板１０の法線方向に対して約４〜５度傾斜するように設定しており、これによりガラス基板１１の上下面で反射する光の干渉を抑制し、ガラス基板１１の厚み変動に対応した干渉むらを防止している。
【００２８】
枠状の構造物１１１は、Ｘ方向の直線移動機構（不図示）に連結されており、ワーク基板１０を一枚ずつＸ方向に移動させることによって、レーザ照射時に一定速度での基板搬送を行う。
【００２９】
図２は、ワーク基板１０におけるビームスポットの照射エネルギー密度分布を示す概略図である。ビームスポットＢＳのプロファイルに関して、例えば、スキャン方向（Ｘ方向）では半値幅４０〜８０μｍのガウス分布を有し、スキャンに垂直な方向（Ｙ方向）では走査幅１００ｍｍ〜４００ｍｍ（走査幅の定義はビームのスキャン方向断面のピーク強度をビーム幅方向でプロットしたときにピーク強度がその最大値の９５％以上である幅）のトップフラット形状である。
【００３０】
従って、ワーク基板１０は、Ｙ方向に細長いスポット形状でレーザ照射を受けながら、Ｘ方向に一定速度で移動する。本実施形態では、パルスレーザ光ＬＢの１パルス照射毎に、ワーク基板１０はＸ方向に１〜２μｍずつ移動している。
【００３１】
レーザ熱処理のスループットは、ビームスポットＢＳの走査幅とスキャン速度の積で決定される。従って、結晶化に必要な照射エネルギー密度が低くなれば、均一化およびビーム整形光学系１０３において、ピーク強度を下げつつ、Ｙ方向のビーム走査幅を長くするようにパルスレーザ光ＬＢを整形でき、その結果、レーザ熱処理のスループットを向上できる。
【００３２】
図３（ａ）は、反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の一例を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、ガラス基板１１の上には、２つの層からなる反射防止膜３１，３２が形成され、その上に半導体膜としての非晶質Ｓｉ膜１２が形成されている。
【００３３】
非晶質Ｓｉ膜１２の上面は、レーザ光の照射時に、大気または不活性ガスに露出している。そのため、溶融の際に発生するガスが容易に脱気され、非晶質Ｓｉ膜１２に穴が形成されるのを防止できる。
【００３４】
ガラス基板１１は屈折率１．５２を有し、反射防止膜３１，３２はそれぞれ屈折率１．４７の酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜、屈折率１．９３の窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜である。また、非晶質Ｓｉ膜１２の屈折率は、溶融前後で変化するが、約３〜４程度であり、周囲の大気または不活性ガスの屈折率は約１である。従って、（大気、不活性ガスの屈折率）＜（ガラス基板の屈折率）＜（反射防止膜の屈折率）＜（半導体膜の屈折率）という関係が成立する。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、レーザ光Ｌ０が、ガラス基板１１および反射防止膜３１，３２を通じて非晶質Ｓｉ膜１２を照射した場合、非晶質Ｓｉ膜１２と反射防止膜３１，３２の間の屈折率差および反射防止膜３１，３２と大気の間の屈折率差が小さくなり、反射損失が減少して、結晶化に必要な照射エネルギー密度を下げることができる。
【００３６】
具体的には、レーザ光Ｌ０がガラス基板１１側からワーク基板１０を通過する場合に、ガラス基板１１の下面で反射する光Ｌ１、ガラス基板１１と反射防止膜３２の界面で反射する光Ｌ２、反射防止膜３２，３１の界面で反射する光（不図示）、反射防止膜３１と非晶質Ｓｉ膜１２の界面で反射する光Ｌ３、および非晶質Ｓｉ膜１２の上面で反射する光Ｌ４の各強度の合計が、レーザ光Ｒ０が非晶質Ｓｉ膜１２側からワーク基板１０を通過する場合に、非晶質Ｓｉ膜１２の上面で反射する光Ｒ１および非晶質Ｓｉ膜１２の下面で反射する光Ｒ２及び反射防止膜３１，３２の界面で反射光（不図示）、反射防止膜３２とガラス基板１１間の界面での反射光（不図示）、基板１１の下面での反射光（不図示）の各強度の合計と比べて小さくなり、反射損失を低減化できる。
【００３７】
こうしたレーザ熱処理が終了すると、非晶質Ｓｉ膜１２は、多結晶Ｓｉ膜１２となり、その後、図３（ｂ）に示すように、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）などのゲート絶縁膜４０を形成し、さらにゲート電極４１、ソース電極４２、ドレイン電極４３を形成し、所望のパッシベーション膜４４を設けることにより、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜半導体素子が得られる。
【００３８】
次に、ガラス基板１１、反射防止膜３１，３２、非晶質Ｓｉ膜１２の膜厚や膜構成を変えて、上記レーザアニールを行い、結晶化に最適な照射エネルギー密度（最適照射エネルギー密度と呼ぶ）を実測した。
【００３９】
図４は、下地膜の膜構成と最適照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。上２つのラインは、最適照射エネルギー密度の実測値（ａ）と計算値（ｂ）を示し（左の縦軸を参照）、下２つのラインは、多結晶状態での吸収率（ｃ）と、溶融状態での吸収率（ｄ）を示す（右の縦軸を参照）。
【００４０】
最適照射エネルギー密度の計算値は、次の経験式（１）を用いて計算した。
【００４１】
【数１】
2008153262.tif 000003
【００４２】
ここで、ｔは、Ｓｉ膜厚（ｎｍ）である。また、ＡＰは、下地膜および多結晶Ｓｉを多層膜として光学計算により求めた吸収率で、ＡＬは、下地膜および溶融Ｓｉを多層膜として光学計算により求めた吸収率であり、これらはＳｉ膜１２、反射防止膜３１，３２、ガラス基板１１を多層膜として多重干渉を考慮してＳｉ膜での吸収率を計算したものである。
【００４３】
ここで、半導体膜として、非晶質Ｓｉの代わりに多結晶Ｓｉを採用して計算したのは、次の理由による。非晶質Ｓｉは、多結晶Ｓｉが溶融するより遥かに低い照射エネルギー密度で非晶質Ｓｉから多結晶Ｓｉへの遷移が起こる。但し、遷移が起こった状態では結晶のサイズが小さく、良好な特性の薄膜トランジスタを作成するためには、この多結晶Ｓｉ膜を再度溶融させて再結晶化させる必要がある。実際のレーザ光の照射過程では、ビームはスキャン方向に照射エネルギー密度に分布があることから、まずビームのすその部分で非晶質Ｓｉから多結晶Ｓｉへの遷移が起こり、ビームのピークの通過時に再結晶化が起こる。この再結晶化では、ビームが照射される半導体膜は多結晶Ｓｉ膜であり、多結晶Ｓｉ膜の溶融過程により最終的な結晶化の状態が決まるからである。
【００４４】
また、溶融Ｓｉの場合の吸収率を計算した理由は、Ｓｉが溶融するときに大きな潜熱を必要とするため、部分的な溶融状態でのレーザ光のエネルギーの吸収が大きいと推定されるからである。
【００４５】
図４の計算では、多結晶Ｓｉの屈折率はｎ＝４．２、吸収係数ｋ＝０．０５とし、溶融Ｓｉの屈折率はｎ＝３．２、吸収係数ｋ＝４．８６とした。
【００４６】
図４の結果を見ると、式（１）を用いて計算した最適照射エネルギー密度と実測値とは、良く合致することが分かる。同時に、この式（１）は、半導体膜が溶融Ｓｉの場合の吸収率が最適照射エネルギー密度を決定する割合が大きいことを示す。図４には、Ｓｉが多結晶Ｓｉ(Poly-Si)の時と溶融Ｓｉ(Liq-Si)の時の吸収率の計算値もプロットしているが、最適照射エネルギー密度は、溶融Ｓｉの場合の吸収率と相関が大きい。
【００４７】
図５は、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜の膜厚とこの計算で求めた結晶化の照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。ここで窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）の膜厚は５０ｎｍ、Ｓｉ膜厚は７０ｎｍである。また、ガラス基板の厚みは０．６ｍｍである。
【００４８】
結晶化照射エネルギー密度（ａ）は、酸化ケイ素膜の膜厚に依存するが、その最小値は半導体膜の露出面から照射した場合（ｂ）より、約２５％低下している。このことから、Ｓｉが露出する面側からレーザ光を照射する場合よりも、ガラス基板１１から反射防止膜３１，３２を介してレーザ光を照射した方が結晶化するために必要な照射エネルギー密度を下げられることが分かる。このように、最適な反射防止膜の構成を採用すれば、結晶化照射エネルギー密度を下げることができ、レーザ結晶化の効率を上げることができる。
【００４９】
さらに、結晶化照射エネルギー密度を最小にする反射防止膜の膜厚構成を知るためには、上記の式（１）を用いて、最小値が得られる膜厚を計算して求めれば良い。具体的な計算方法としては、反射防止膜が２層の場合には次のようにする。
【００５０】
（１）：初期膜厚構成を決める。
【００５１】
（２）：Ｓｉ膜に最も近い層の膜厚と、ガラス面からレーザ光を当てた場合の結晶化照射エネルギー密度との関係を経験式（１）を用いて計算し、それが最小となるＳｉ膜に最も近い層の膜厚Ｔ１を決める。
【００５２】
（３）：（２）で決めた膜厚Ｔ１を設定して、Ｓｉ膜に２番目に近い層の膜厚と、ガラス面からレーザ光を当てた場合の結晶化照射エネルギー密度との関係を経験式（１）を用いて計算し、結晶化照射エネルギー密度が最小になる膜厚Ｔ２を決める。
【００５３】
（４）：膜厚Ｔ２を設定して、再度（２）、（３）を実行する。このループを繰り返して、膜厚Ｔ１、膜厚Ｔ２が繰り返し計算によって所定の範囲に収束すれば、それが結晶化照射エネルギー密度の最小値を与える。
【００５４】
反射防止膜が２層以上の場合も同様にしてＳｉ膜に近い方から膜厚を決めていき、全層での膜厚が決まった時点で、決めた膜厚を初期膜厚として、上記の（１）〜（４）の工程を繰り返すことによって、最適値を決定することができる。
【００５５】
さて、上記の最適膜厚の許容範囲であるが、図４に示すように反射防止膜３１、３２の膜厚に対して最適照射エネルギー密度は、周期的な振る舞いを示す。その周期は、後述するが、レーザ光の波長λと反射防止膜の屈折率ｎに対してλ/２ｎで表される。これを考慮すると、その膜厚は、上記最適膜厚に対してその周期の１/１０程度のずれがあっても十分実用的である。即ち、最適膜厚の±λ/２０ｎの範囲であれば有効である。
【００５６】
実施の形態２．
実施の形態１では、反射防止膜の膜厚構成は多重干渉を考慮した多層膜の光学計算による吸収率の計算と結晶化照射エネルギー密度を計算する経験式を用いて計算した。本実施形態では、結晶化照射エネルギー密度と、半導体膜を溶融Ｓｉとしたときの多層膜の吸収率とが良く対応することから、結晶化照射エネルギー密度を最小にする反射防止膜の構成は、半導体膜を溶融Ｓｉとして、多層膜の干渉を考慮し、Ｓｉと反射防止膜からなる多層膜の吸収率を最大にする構成として求めることができる。
【００５７】
多層膜の吸収率を最大にする構成としては、反射率を最小にする構成として簡単に求めることもできる。具体的には、反射防止膜と溶融Ｓｉの界面の反射率が大きくなることから、この反射光が反射防止膜の各界面を通過するときに、この界面に直接入射した光の反射光と干渉を起こして、反射光強度が弱まる条件を求めればよい。
【００５８】
図６は、１層構成の反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図である。図６に示すように、ガラス基板１１の上には、１つの層からなる反射防止膜３１が形成され、その上に半導体膜としての非晶質Ｓｉ膜１２が形成されている。非晶質Ｓｉ膜１２の上面は、大気または不活性ガスに露出している。
【００５９】
反射防止膜３１に入射した光Ｌ０の一部は、溶融Ｓｉ膜１２と反射防止膜３１の界面で反射して、光Ｌ１となる。この界面での反射は、溶融Ｓｉ膜１２の屈折率の方が反射防止膜３１のそれよりも常に大きいと考えられるので、反射による位相変化は１８０°である。この反射光Ｌ１が、ガラス基板１１と反射防止膜３１の界面で反射する光と干渉し、このとき反射光が弱くなる条件は、界面での点Ｐにおける２つの光の位相差が１８０°となることである。
【００６０】
ガラス基板１１と反射防止膜３１の界面で反射する光の位相は、ガラス基板１１の屈折率ｎ０、反射防止膜３１の屈折率ｎ１とすると、ｎ０＞ｎ１の時は位相は変化せず、ｎ０＜ｎ１の時は１８０°ずれる。これを考慮すると、２つの反射光が干渉して弱め合う条件は、レーザ光の波長λを用いて、反射防止膜３１の膜厚ｔ１が下記の式（２）で表される場合である。但し、ｍ１は、正の整数である。
【００６１】
【数２】
2008153262.tif 000004
【００６２】
なお、式（２）で得られる膜厚ｔ１を中心として、ｔ１±λ/２０ｎ１の範囲内であれぱ、実用的な反射防止膜が得られる。
【００６３】
次に、２層構成の反射防止膜を介在させた場合、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ膜１２と反射防止膜３１の界面で反射した反射光Ｌ３が、反射防止膜３１と反射防止膜３２の界面及び反射防止膜３２と基板１１の界面でそれぞれ光Ｌ０と干渉して弱めあう条件を求めればよい。これは、上述した１層構成の反射防止膜のときと同様に考えればよく、反射防止膜３１の屈折率ｎ１および膜厚ｔ１、反射防止膜３２の屈折率ｎ２および膜厚ｔ２を用いて、膜厚ｔ１，ｔ２が下記の式（３）（４）でそれぞれ表される場合である。但し、ｍ１，ｍ２は、正の整数である。
【００６４】
【数３】
2008153262.tif 000005
【００６５】
なお、式（３）（４）で得られる膜厚ｔ１，ｔ２を中心として、ｔ１±λ/２０ｎ１およびｔ２±λ/２０ｎ２の範囲内であれぱ、実用的な反射防止膜が得られる。
【００６６】
次に、３層構成の反射防止膜を介在させた場合も同様に、反射防止膜３１の屈折率ｎ１および膜厚ｔ１、反射防止膜３２の屈折率ｎ２および膜厚ｔ２、第３の反射防止膜の屈折率ｎ３および膜厚ｔ３を用いて、膜厚ｔ１，ｔ２，ｔ３が下記の式（５）〜（７）でそれぞれ表される場合である。但し、ｍ１，ｍ２，ｍ３は、正の整数である。
【００６７】
【数４】
2008153262.tif 000006
【００６８】
なお、式（５）〜（７）で得られる膜厚ｔ１，ｔ２，ｔ３を中心として、ｔ１±λ/２０ｎ１、ｔ２±λ/２０ｎ２、ｔ３±λ/２０ｎ３の範囲内であれぱ、実用的な反射防止膜が得られる。
【００６９】
こうして１層〜３層からなる反射防止膜に関して、これらの式を用いて決定することにより、溶融Ｓｉと仮定したときに吸収率を最大にする反射防止膜の構成が得られ、結晶化照射エネルギー密度の最小化を図ることができる。さらに、結晶化照射エネルギー密度を低減化することにより、レーザ熱処理のスループットを改善し、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜半導体素子の製造コストを削減できる。
【００７０】
なお、上述した実施形態では、波長５３２ｎｍのパルスレーザ光を用いた例を示したが、非晶質Ｓｉ膜にレーザアニール処理を施す場合は、一般的に使用されるガラス板を透過し、かつ非晶質Ｓｉ膜に吸収される３５０〜８００ｎｍの可視光を発生するレーザ発振器１０１が好ましく、例えば、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第２もしくは第３高調波、Ｎｄ：ガラスレーザの第２もしくは第３高調波、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザの第２もしくは第３高調波、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第２もしくは第３高調波、Ｙｂ：ＹＡＧレーザの第２もしくは第３高調波、Ｙｂ：ガラスレーザの第２もしくは第３高調波、または、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３（サファイア）レーザの基本波若しくは高調波が利用できる。
【００７１】
この場合、本発明に係る反射防止膜は、レーザ熱処理に使用するレーザ光の波長に関して反射率が低くなるように設計される。その材料として、上述した酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）膜に限られず、種々の酸化物、窒化物やその他の誘電体が使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明が適用可能なレーザ熱処理装置の一例を示す構成図である。
【図２】ワーク基板１０におけるビームスポットの照射エネルギー密度分布を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）は、反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図であり、図３（ｂ）は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の一例を示す断面図である。
【図４】下地膜の膜構成と最適照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。
【図５】酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）膜の膜厚とこの計算で求めた結晶化の照射エネルギー密度との関係を示すグラフである。
【図６】１層構成の反射防止膜を介在させたワーク基板１０の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  ワーク基板、  １１  ガラス基板、  １２  非晶質Ｓｉ膜、
３１，３２反射防止膜、  ４０  ゲート絶縁膜、  ４１  ゲート電極、
４２  ソース電極、  ４３  ドレイン電極、  １０１  レーザ発振器、
１０２  減衰器、  １０３  均一化およびビーム整形光学系、  １０４  ミラー、
１１０  加工搬送系、  １１１  枠状構造物、  １１３  ガスノズル、
１１４  不活性ガス、  １１５  ローラ。
【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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