(57)【要約】【課題】ビームエキスパンダー光学系を介して被照射物にレーザ光の照射を行う場合に、被照射物へのレーザ光の照射位置の誤差を低減させ、かつ、ビームエキスパンダー光学系を作り替えることなく任意の大きさのレーザ光を照射することができるレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法の提供を目的とする。【解決手段】レーザ発振器と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系とを共役にする位置に配置された補正レンズとを有するレーザ光照射装置であって、ビームエキスパンダー光学系は、少なくとも３枚のレンズを有し、レーザ光の進行方向において順に第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズとすると、第２のレンズおよび第３のレンズはレーザ光の倍率にあわせて連動する。【選択図】図１
2008098621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズを有し、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、
前記レーザ発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズと、
前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小するために、前記第１のレンズと前記第２のレンズの間隔を変える機構を有し、
前記第３のレンズは前記第２のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とすることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項２】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズを有し、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、
前記レーザ発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズと、
前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小するために、前記第１のレンズと前記第２のレンズの間隔を変える機構を有し、
前記第１のレンズは凹レンズであり、
前記第３のレンズは前記第２のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とすることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記レーザ発振器の射出点を第１の共役点とし、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点とし、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をＢとし、前記第１のレンズの焦点距離をｆとし、前記補正レンズと前記第１のレンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、
Ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦Ｂ＋｜ｆ｜、
を満たすことを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項４】
請求項２において、前記レーザ発振器の射出点を第１の共役点とし、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点とし、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をＢとし、前記第１のレンズの焦点距離をｆとし、前記補正レンズと前記第１のレンズとの距離をＸとすると、前記Ｘが、
Ｘ＝Ｂ−｜ｆ｜、
であることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項５】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズを有し、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、
前記レーザ発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズと、
前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小するために、前記第１のレンズと前記第２のレンズの間隔を変える機構を有し、
前記第１のレンズは凸レンズであり、
前記第３のレンズは前記第２のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とすることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記レーザ発振器の射出点を第１の共役点とし、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点とし、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をＢとし、前記第１のレンズの焦点距離をｆとし、前記補正レンズと前記第１のレンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、
Ｂ−ｆ≦Ｘ≦Ｂ＋３ｆ、
を満たすことを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記レーザ発振器の射出点を第１の共役点とし、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点とし、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をＢとし、前記第１のレンズの焦点距離をｆとし、前記補正レンズと前記第１のレンズの距離をＸとすると、
前記Ｘが、
Ｘ＝Ｂ＋ｆ、
であることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一において、
前記レーザ発振器と前記第１のレンズとの距離が、０．５ｍ以上であることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一において、
前記第３のレンズは凸レンズであることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一において、
前記補正レンズは、凸レンズであることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一において、
前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザ光を入射させる回折光学素子が配置されることを特徴とするレーザ光照射装置。
【請求項１２】
レーザ発振器からレーザ光を射出し、
前記レーザ光を補正レンズに入射し、
前記補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズに順に入射させる際、
前記第１のレンズは凹レンズであり、
前記第２のレンズは、前記第１のレンズとの間隔を変える方向に移動して、前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、
前記第３のレンズは前記第２のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とし、
前記レーザ発振器の射出点を第１の共役点とし、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点とし、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をＢとし、前記第１のレンズの焦点距離をｆとし、前記補正レンズと前記第１のレンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、Ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦Ｂ＋｜ｆ｜、
を満たすように前記レーザ発振器、前記補正レンズおよび前記第１のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴とするレーザ光の照射方法。
【請求項１３】
レーザ発振器からレーザ光を射出し、
前記レーザ光を補正レンズに入射し、
前記補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズに順に入射させる際、
前記第１のレンズは凸レンズであり、
前記第２のレンズは、前記第１のレンズとの間隔を変える方向に移動して、前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、
前記第３のレンズは前記第２のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とし、
前記レーザ発振器の射出点を第１の共役点とし、前記第１の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第２の共役点とし、前記補正レンズから前記第２の共役点までの距離をＢとし、前記第１のレンズの焦点距離をｆとし、前記補正レンズと前記第１のレンズとの距離をＸとすると、
前記Ｘが、Ｂ−ｆ≦Ｘ≦Ｂ＋３ｆ、
を満たすように前記レーザ発振器、前記補正レンズおよび前記第１のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴とするレーザ光の照射方法。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、
前記レーザ発振器と、前記第１のレンズとの距離を０．５ｍ以上離してレーザ光を照射することを特徴とするレーザ光の照射方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか一において、
前記第３のレンズは凸レンズであることを特徴とするレーザ光の照射方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５のいずれか一において、
前記補正レンズは凸レンズであることを特徴とするレーザ光の照射方法。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のいずれか一において、
前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザ光を回折光学素子に入射させることを特徴とするレーザ光の照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射装置およびレーザ光の照射方法に関し、特にビームエキスパンダー光学系を用いたレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと記す）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。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非結晶半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いため、高速動作が可能である。そのため、従来では基板の外に設けられていた駆動回路で行っていた画素部の制御を、画素部と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが用いられている。
【０００３】
ところで、半導体装置に用いる基板はコストの面から、石英基板や単結晶半導体基板よりもガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたＴＦＴを形成するために半導体膜を結晶化する際には、ガラス基板の熱変形を避けるために半導体膜にレーザ光を照射することにより結晶化する方法がしばしば用いられる。
【０００４】
レーザ光による半導体膜の結晶化の特徴は、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することができることや、半導体基板または基板上の半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板にほとんど熱的損傷を与えないことなどが挙げられる。
【０００５】
一般的に、レーザ発振器により発振されたレーザ光（レーザビームとも表記する）は空間強度分布がガウス型となっている。そのため、レーザ発振器から発振されたレーザ光をそのまま被照射物に照射した場合には、照射領域においてエネルギー分布が異なる。例えば、シリコン等の半導体膜にレーザ光を照射することによって、結晶化や膜質改善を行う際に、空間強度分布がガウス型のレーザ光をそのまま半導体膜に照射すると、照射領域の中心部と端部において、エネルギー分布が異なるため半導体膜の溶融時間が異なる。その結果、半導体膜の結晶性が不均一となり、所望の特性を有する半導体膜を得ることができない。
【０００６】
従って、一般的に、何らかのレーザ光整形手段を用いることによって、レーザ発振器から発振されたレーザ光の空間強度分布を均一化した後に、被照射物にレーザ光を照射することが行われている。例えば、レーザ光の整形手段として、ビームエキスパンダー光学系が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
従来のビームエキスパンダー光学系は、図５に示すように２枚のレンズ１１０２ａ、１１０２ｂからなり、レンズ１１０２ａの焦点距離をｆ１、レンズ１１０２ｂの焦点距離をｆ２としたとき、レンズ１１０２ａからレンズ１１０２ｂまでの光学的距離がｆ１＋ｆ２となるように配置する。それにより、レーザ発振器１１０１から射出したレーザ光１１０５は、ビームエキスパンダー光学系１１０２を通ってｆ２／ｆ１倍に拡大されて被照射面に投影される。そして、例えばビームエキスパンダー光学系１１０２の後方に回折光学素子１１０４を配置することにより、所望の形状のレーザ光を得ることができる。
【０００８】
一般的に回折光学素子は、微細で複雑な構造を持つ素子であるため、極めて正確な位置からレーザ光を入射させる必要がある。回折光学素子の小径化は現状では非常に困難であるため、上述のようにビームエキスパンダー光学系等によりレーザ光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が用いられている。
【特許文献１】特開平７−４１８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のビームエキスパンダー光学系に入射したレーザ光は、ビームエキスパンダー光学系の倍率Ｘに従ってビーム径の大きさを変えて射出される。このとき、ビームエキスパンダー光学系の入射口に位置するレンズ１１０２ａの中央に正確にレーザ光が入射すれば、ビームエキスパンダー光学系の射出点に位置するレンズ１１０２ｂの中央から拡大されたレーザ光が射出され、回折光学素子１１０４に正確にレーザ光が入射される（図５参照）。
【００１０】
しかしながら、レーザ光は、レーザ発振器そのもの、または温度変化等の使用環境の状態によって、レーザ光の光路が刻々と変化する不安定な光である。そのため、レーザ光をビームエキスパンダー光学系に入射した場合、１枚目のレンズの中央に正確にレーザ光が入射されず、回折光学素子への入射位置に誤差が生じる可能性がある。
【００１１】
例えば、ビームエキスパンダー光学系の倍率をＸとするとき、１枚目のレンズへの入射位置がレンズの中央から距離ｄだけずれると、２枚目のレンズから射出されるレーザ光の射出位置は、レンズ中央から距離Ｘｄだけずれた位置となる。つまり、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置の誤差が、レーザ光の拡大倍率と同じ分だけ拡大され、射出位置の誤差として生じてしまう。従って、回折光学素子への入射位置も距離Ｘｄだけずれた位置となり、精密な照射位置が求められる回折光学素子を用いる場合、所望の性能のレーザ光が得られないという問題があった。
【００１２】
また、レーザ発振器の射出口におけるビーム径はレーザ発振器の個体差によって大きさが異なる。例えば、レーザ発振器に不良がみられた場合等、レーザ発振器を交換する可能性がある。その際にレーザ発振器から射出されるレーザ光のビーム径が変わると、ビームエキスパンダー光学系への入射位置でのビーム径も変わる為、ビームエキスパンダー光学系を通過後の被照射面におけるレーザ光の大きさも変化してしまう。そのため、被照射面においてレーザ発振器交換前と同じ大きさのレーザ光を得るためには、ビームエキスパンダー光学系の倍率を変えなくてはならない。つまり、レーザ発振器を交換するたびに、ビームエキスパンダー光学系を作り替えなければならず、非効率的である。また、通常、ビームエキスパンダー光学系の倍率は固定されているため、ビームエキスパンダー光学系を通過後の被照射面におけるレーザ光の大きさは、ビームエキスパンダー光学系の倍率に従って、一つに固定されていた。よって、ビームエキスパンダー光学系を通過後の被照射面におけるレーザ光の大きさを変化させたい場合には、ビームエキスパンダー光学系を作り替えなければならなかった。
【００１３】
本発明は上記問題を鑑み、ビームエキスパンダー光学系を介して被照射物にレーザ光の照射を行う際に、被照射物へのレーザ光の照射位置の誤差を低減させ、かつ、ビームエキスパンダー光学系を作り替えることなく任意の大きさのレーザ光を照射することができるレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のレーザ光照射装置は、レーザ発振器と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系とを共役にする位置に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、少なくとも３枚のレンズを有し、レーザ光の進行方向において順に第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズとすると、第２のレンズおよび第３のレンズはレーザ光の倍率にあわせて連動することを特徴としている。
【００１５】
本発明のレーザ光照射装置の他の構成は、レーザ発振器と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズを有し、第１のレンズは凹レンズであり、第２のレンズは、第１のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第３のレンズは第２のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をＢ、第１のレンズの焦点距離をｆ、補正レンズと第１のレンズとの距離をＸとすると、Ｘが、Ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦Ｂ＋｜ｆ｜、を満たすことを特徴としている。なお、本明細書中で用いられる凹レンズは、凹レンズと同等の機能を有する光学素子でもよい。
【００１６】
また、本発明のレーザ光照射装置は上記構成において好ましくは、Ｘが、Ｘ＝Ｂ−｜ｆ｜、を満たすことを特徴としている。
【００１７】
また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、好ましくはレーザ発振器と第１のレンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上であることを特徴としている。
【００１８】
また、本レーザ光照射装置の他の構成は、レーザ発振器と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズを有し、第１のレンズは凸レンズであり、第２のレンズは、第１のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第３のレンズは第２のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をＢ、第１のレンズの焦点距離をｆ、補正レンズと第１のレンズとの距離をＸとすると、Ｘが、Ｂ−ｆ≦Ｘ≦Ｂ＋３ｆ、を満たすことを特徴としている。なお、本明細書中で用いられる凸レンズは、凸レンズと同等の機能を有する光学素子でもよい。
【００１９】
また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において好ましくは、Ｘが、Ｘ＝Ｂ−ｆ、を満たすことを特徴としている。
【００２０】
また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、好ましくはレーザ発振器と第１のレンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上であることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、第３のレンズが凸レンズであることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、補正レンズが、凸レンズであることを特徴としている。
【００２３】
また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、ビームエキスパンダー光学系を通ったレーザ光を入射させる回折光学素子が配置されることを特徴としている。
【００２４】
なお、上記構成において、補正レンズの焦点距離をｆ´、第１の共役点から補正レンズまでの距離をＡとした場合、Ａ、Ｂ、ｆ´は、１／Ａ＋１／Ｂ≒１／ｆ´を満たす関係になっている。
【００２５】
本発明のレーザ光の照射方法は、レーザ発振器からレーザ光を射出し、レーザ光を補正レンズに入射し、補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズに順に入射させる際、第１のレンズは凹レンズであり、第２のレンズは、第１のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第３のレンズは第２のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をＢ、第１のレンズの焦点距離をｆ、補正レンズと第１のレンズとの距離をＸとすると、Ｘが、Ｂ−３｜ｆ｜≦Ｘ≦Ｂ＋｜ｆ｜、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび第１のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。
【００２６】
また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、Ｘが、Ｘ＝Ｂ−｜ｆ｜、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび凹レンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。
【００２７】
また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、レーザ発振器と凹レンズの距離、またはレーザ発振器と第１のレンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上離してレーザ光を照射することを特徴としている。
【００２８】
また、本発明の他のレーザ光の照射方法は、レーザ発振器からレーザ光を射出し、レーザ光を補正レンズに入射し、補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第１のレンズ、第２のレンズ、第３のレンズに順に入射させる際、第１のレンズは凸レンズであり、第２のレンズは、第１のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第３のレンズは第２のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第１の共役点、第１の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第２の共役点、補正レンズから第２の共役点までの距離をＢ、第１のレンズの焦点距離をｆ、補正レンズと第１のレンズとの距離をＸとすると、Ｘが、Ｂ−ｆ≦Ｘ≦Ｂ＋３ｆ、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび第１のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。
【００２９】
また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、Ｘが、Ｘ＝Ｂ＋ｆ、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび凸レンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。
【００３０】
また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、レーザ発振器と第１のレンズとの距離が、０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上離してレーザ光を照射することを特徴としている。
【００３１】
また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、第３のレンズとして凸レンズを用いることを特徴としている。
【００３２】
また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、補正レンズとして凸レンズを用いることを特徴としている。
【００３３】
また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、ビームエキスパンダー光学系を通ったレーザ光を回折光学素子に入射させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００３４】
レーザ発振器から発振されたレーザ光のスケールを、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系によって拡大した後に、被照射物に入射させる場合に、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に光路を補正する補正レンズを設ける。その結果、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置のずれを低減させ、さらにビームエキスパンダー光学系の次の照射面に対してもレーザ光を正確な位置から伝播することができる。なおかつ、ビームエキスパンダー光学系に具備されたズーム機能によって、レーザ発振器の個体差によるビーム径の差異を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲内から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す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、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場合がある。
【００３６】
（実施の形態１）
【００３７】
本実施の形態では、本発明のレーザ光照射装置及びレーザ光の照射方法の一例について図面を参照して説明する。
【００３８】
まず、本実施の形態で示すレーザ光照射装置の一構成例を図１に示す。図１に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器１０１と、光路を補正する補正レンズ１０２と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系１０３とを少なくとも有している。レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光１０５は、補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系１０３へと伝播され、ビームエキスパンダー光学系１０３を通ってレーザ光１０５のスケールが大きくされた後に被照射物１０４に照射される（図１参照）。
【００３９】
また、本実施の形態のビームエキスパンダー光学系は少なくとも３枚のレンズを有している。図１のビームエキスパンダー光学系１０３において、レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光１０５の進行方向に向かって第１のレンズ１０３ａ、第２のレンズ１０３ｂ、及び第３のレンズ１０３ｃが順に配置されている。図１では、第１のレンズ１０３ａとして両凹レンズ、第２のレンズ１０３ｂとして平凸レンズ、第３のレンズ１０３ｃとして平凸レンズを用いた例を示しているが、使用されるレンズはこれに限られない。第１のレンズ１０３ａは凹レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第１のレンズ１０３ａとして平凹レンズや凹メニスカスレンズ等の凹レンズ、または凹レンズと同等の機能を持つ光学素子を用いてもよい。また、第３のレンズ１０３ｃは凸レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第３のレンズ１０３ｃとして両凸レンズや凸メニスカスレンズ等の凸レンズ、または、凸レンズと同等の機能を有する光学素子を用いても良い。さらに、第２のレンズ１０３ｂは球面レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第２のレンズ１０３ｂとして両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズまたは凹メニスカスレンズ等を用いてもよい。また、それぞれのレンズには２枚以上の組レンズを用いてもよい。
【００４０】
レーザ発振器１０１としては、ＹＶＯ４レーザなどの連続発振型のレーザ発振器（ＣＷレーザ発振器）または疑似ＣＷレーザ発振器等を使用することができる。例えば、気体レーザとしては、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、ＣＯ２レーザ等があり、固体レーザとしては、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ等を適用することができる。また、ＹＡＧレーザ、Ｙ２Ｏ３レーザ、ＧｄＶＯ４レーザ、ＹＶＯ４レーザは、セラミックスレーザであってもよい。金属蒸気レーザとしては、ヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。また、Ｄｉｓｋレーザを用いてもよい。Ｄｉｓｋレーザの特徴としては、レーザ媒質の形状がディスクであるため冷却効率がよいこと、すなわちエネルギー効率とビーム品質がよいということが挙げられる。
【００４１】
また、上述したレーザ発振器において、射出されるレーザ光はＴＥＭ００で発振されると、被照射面において得られる線状のビームスポットのエネルギーの均一性を上げることができるため好ましい。
【００４２】
レーザ光がビームエキスパンダー光学系１０３に入射するとき、入射位置がずれていると、ビームエキスパンダー光学系１０３を通過したレーザ光の照射位置に大きく影響する。しかし、レーザ光のビームエキスパンダー光学系１０３への入射角度が少々ずれていても、ビームエキスパンダー光学系１０３を通過したレーザ光の照射位置には影響しない。したがって、ビームエキスパンダー光学系１０３に入射するレーザ光は、その入射角度が変化した場合であっても、ビームエキスパンダー光学系１０３の最適な位置に入射した場合には、一定の位置、角度から次の照射面へと伝播される。つまり、ビームエキスパンダー光学系１０３へのレーザ光の入射角度よりも入射位置が重要となる。
【００４３】
そこで、入射位置を一定に保つために補正レンズ１０２をレーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３の入射口に位置する第１のレンズ１０３ａとが共役となる位置に配置する。このように、レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光を、補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系１０３に伝播することによって、光路が不安定なレーザ光をビームエキスパンダー光学系１０３の正確な位置に入射させることができ、さらに被照射物１０４の表面に対しても正確な位置へレーザ光を伝播させることが可能となる。補正レンズ１０２は、ビームエキスパンダー光学系１０３を構成する第１のレンズ１０３ａへ入射するレーザ光の入射位置を制御するために設けられている。
【００４４】
ビームエキスパンダー光学系１０３を通過したレーザ光は、被照射物１０４へと伝播される。被照射物１０４としては、例えば、回折光学素子を用いることができる。回折光学素子は、ディフラクティブオプティクス、またはディフラクティブオプティクスエレメントとも呼ばれ、光の回折を利用してスペクトルを得る素子である。また、回折光学素子は、微細で複雑な構造を持つ素子であるため、極めて正確な位置からレーザ光を入射させる必要がある。一般的に、回折光学素子の小径化は現状では非常に困難であり、ビームエキスパンダー光学系等によりレーザ光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が回折光学素子の利用方法として適用されている。従って、ビームエキスパンダー光学系と回折光学素子を組み合わせて設ける場合には、上述したように、レーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３とが共役となる位置に補正レンズ１０２を設け、回折光学素子へ入射するレーザ光の入射位置のずれを低減することが非常に有効となる。
【００４５】
補正レンズ１０２としては、入射光を集光する凸レンズを用いることができる。図１では、補正レンズ１０２として、平凸レンズを用いた例を示しているが、他にも両凸レンズ、凸メニスカスレンズ等を用いることが可能である。また、シリンドリカルレンズを用いてもよい。シリンドリカルレンズは一方向に曲率を持っており、１次元方向にのみ集光または拡散をさせることが可能なレンズである。従って、複数のシリンドリカルレンズを組み合わせて設け、各々のシリンドリカルレンズの曲率の方向を組み合わせることにより、光学調整を自由に行うことができる。
【００４６】
また、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光が補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系の第１のレンズ１０３ａに入射する場合において、レーザ発振器１０１の射出点（または、ビームウエスト、光源）を第１の共役点Ｏ１とし、当該第１の共役点Ｏ１の像が補正レンズ１０２を介して結像される点を第２の共役点Ｏ２とし、第１の共役点Ｏ１から補正レンズ１０２までの距離をＡ、補正レンズ１０２から第２の共役点Ｏ２までの距離をＢ、第１のレンズ１０３ａの焦点距離をｆ２とした際に、第１のレンズ１０３ａは、補正レンズ１０２と第１のレンズ１０３ａとの距離をＸとすると、Ｘが、Ｂ−３｜ｆ２｜≦Ｘ≦Ｂ＋｜ｆ２｜、を満たすように配置する。
【００４７】
上記の数式を満たしている配置は、第１のレンズ１０３ａの焦点（ここでは、レーザ光の進行方向側に位置する第１のレンズ１０３ａの焦点）をＦ２とした場合、第２の共役点Ｏ２が、第１のレンズ１０３ａの焦点Ｆ２からレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ２の範囲に位置する関係を満たしている。Ｘがこのような関係を満たすように、レーザ発振器１０１、補正レンズ１０２および第１のレンズ１０３ａ等を配置することによって、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射誤差を低減し、且つ、被照射物１０４へのレーザ光の照射位置の誤差を低減することが可能となる。
【００４８】
なお、好ましくは、第１のレンズ１０３ａを配置する距離Ｘが、Ｘ＝Ｂ−ｆ２となる位置に第１のレンズ１０３ａを設けるとよい（図２参照）。つまり、第２の共役点Ｏ２が第１のレンズ１０３ａの焦点Ｆ２（ここでは、レーザ光の進行方向側に位置する第１のレンズ１０３ａの焦点）となる位置に形成されるように第１のレンズ１０３ａを設ける。この場合、ビームエキスパンダーを介して被照射物にレーザ光の照射を行う場合に、被照射物へのレーザ光の照射位置の誤差を最も低減することが可能となる。
【００４９】
なお、補正レンズ１０２の焦点距離をｆ１、第１の共役点Ｏ１から補正レンズ１０２までの距離をＡ、補正レンズ１０２から第２の共役点Ｏ２までの距離をＢとした場合、補正レンズ１０２の焦点距離ｆ１は、１／Ａ＋１／Ｂ≒１／ｆ１を満たす関係となっている。
【００５０】
また本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系１０３の第２のレンズ１０３ｂは、第１のレンズ１０３ａを通過したレーザ光の広がり角度を縮小または拡大するために設けられている。また、第３のレンズ１０３ｃは、第２のレンズ１０３ｂから射出されたレーザ光を平行光にするために設けられている。
【００５１】
なお、本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系１０３はズーム機能を具備している。具体的には、図１においてビームエキスパンダー光学系１０３の第１のレンズ１０３ａと第２のレンズ１０３ｂの間隔を変化させる機構により、第２のレンズ１０３ｂが移動して、第１のレンズ１０３ａとの間隔Ｃを変化させることにより、当該２枚のレンズによるレンズ系の焦点距離が変わり、レーザ光１０５のビーム径の倍率を拡大または縮小する。さらに、第３のレンズ１０３ｃは、第２のレンズ１０３ｂから射出されたレーザ光を平行光にするために第２のレンズ１０３ｂと連動する。このような、ズーム機能を有するビームエキスパンダー光学系を介してレーザ光を照射することによって、被照射面に照射されるレーザ光の倍率を容易に変化させることができる。第１のレンズ１０３ａと第２のレンズ１０３ｂの間隔を変化させる機構は、あらゆる公知のレンズ移動手段を使用できる。
【００５２】
一般に、レーザ光のビーム径の大きさは、射出するレーザ発振器によって個体差があるため、同じ大きさのレーザ光を提供するためには、レーザ発振器ごとにビームエキスパンダー光学系を用意する必要があった。しかし、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、ビームエキスパンダー光学系に上述したようなズーム機能を備えているため、レーザ発振器の個体差によらず任意の大きさのレーザ光を提供することが可能となる。
【００５３】
なお、好ましくは、第２のレンズ１０３ｂと第３のレンズ１０３ｃとの距離Ｄが、１ｍ以内になるように第２のレンズ１０３ｂ及び第３のレンズ１０３ｃを配置するとよい。
【００５４】
また、本実施の形態で示したレーザ光照射装置またはレーザ光照射方法は、レーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３との距離が大きくなればなるほど効果を発揮する。一般的に、光学系を配置する場合には、装置の関係上、一定の間隔を空けて設ける必要がある。従って、本実施の形態で示したレーザ光照射装置は、レーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系１０３を構成する第１のレンズ１０３ａとの距離を、好ましくは０．５ｍ以上離して設ける場合、より好ましくは１ｍ以上離して設ける場合に特に有効となる。
【００５５】
本実施の形態は、ビームエキスパンダー光学系を用いた全てのレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に適用することができる。
【００５６】
本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器と、ズーム機能を有するビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けることで、被照射面におけるレーザ光の位置ずれを低減し、レーザ光の照射位置を正確に制御することができる。さらに、ビームエキスパンダー光学系にズーム機能を備えていることで、例えば、レーザ発振器を交換した際にも、ビームエキスパンダー光学系を作り替えることなく所望の大きさのレーザ光を提供することができる。また、被照射面におけるレーザ光の大きさを変化させたい場合にも、ビームエキスパンダー光学系を交換することなく容易に任意の大きさのレーザ光を提供することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なるレーザ光照射装置及びレーザ光照射方法に関して図面を参照して説明する。具体的には、第１のレンズとして凸レンズを有するビームエキスパンダー光学系を用いる場合に関して示す。
【００５８】
まず、本実施の形態で示すレーザ光照射装置の一構成例を図３に示す。図３に示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器１０１と、光路を補正する補正レンズ１０２と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系２０３とを少なくとも有している。レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光１０５は、補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系２０３へと伝播され、ビームエキスパンダー光学系２０３を通ってレーザ光１０５のスケールが大きくされた後に被照射物１０４に照射される（図３参照）。
【００５９】
ビームエキスパンダー光学系２０３としては、第１のレンズ２０３ａ、と、第２のレンズ２０３ｂと、第３のレンズ２０３ｃとを組み合わせて用いることができる。図３において、レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光１０５の進行方向に向かって第１のレンズ２０３ａ、第２のレンズ２０３ｂ、及び第３のレンズ２０３ｃが順に配置されている。図３では、第１のレンズ２０３ａ、第２のレンズ２０３ｂ、及び第３のレンズ２０３ｃとして両凸レンズを用いた例を示しているが、使用されるレンズはこれに限られない。第１のレンズ２０３ａ及び第３のレンズ２０３ｃは凸レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第１のレンズ２０３ａまたは第３のレンズ２０３ｃとして平凸レンズや凸メニスカスレンズ等の凸レンズ、または凸レンズと同等の機能を有する光学素子を用いてもよい。また、第２のレンズ２０３ｂは球面レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第２のレンズ２０３ｂとして両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズまたは凹メニスカスレンズ等を用いてもよい。また、それぞれのレンズには２枚以上の組レンズを用いてもよい。
【００６０】
また、図３では、補正レンズ１０２として、平凸レンズを用いた例を示しているが、他にも両凸レンズ、凸メニスカスレンズ等を用いることが可能である。また、シリンドリカルレンズを用いてもよい。
【００６１】
ビームエキスパンダー光学系２０３に入射するレーザ光は、その入射角度が変化した場合であっても、レーザ光がビームエキスパンダー光学系２０３の最適な位置に入射された場合には当該レーザ光を拡大し、一定の位置、角度から次の照射面（ここでは、被照射物１０４）へとレーザ光を伝播する。そこで、入射位置を一定に保つために補正レンズ１０２をレーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３との間に配置する。このように、レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光を補正レンズ１０２を介してビームエキスパンダー光学系２０３に伝播することによって、光路が不安定なレーザ光をビームエキスパンダー光学系２０３の正確な位置に入射させることができ、さらに被照射物１０４の表面に対しても正確な位置へレーザ光を伝播させることが可能となる。つまり、ここでは、補正レンズ１０２は、ビームエキスパンダー光学系２０３を構成する第１のレンズ２０３ａへ入射するレーザ光の入射位置を制御するために設けられている。
【００６２】
ビームエキスパンダー光学系２０３を通過したレーザ光は、被照射物１０４へと伝播される。被照射物１０４としては、例えば、回折光学素子を用いることができる。一般的に、回折光学素子の小径化には現状では非常に困難であり、ビームエキスパンダー光学系等によりレーザ光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が回折光学素子の利用方法として適用されている。そのため、上述したように、レーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３との間に補正レンズ１０２を設けることによって、被照射物１０４（例えば、回折光学素子）へ入射するレーザ光の入射位置のずれを低減することができる。
【００６３】
また、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器１０１から発振されたレーザ光が補正レンズ１０２を介して第１のレンズ２０３ａに入射する場合において、レーザ発振器１０１の射出点（または、ビームウエスト、光源）を第１の共役点Ｏ１とし、当該第１の共役点Ｏ１の像が補正レンズ１０２を介して結像される点を第２の共役点Ｏ２とし、第１の共役点Ｏ１から補正レンズ１０２までの距離をＡ、補正レンズ１０２から第２の共役点Ｏ２までの距離をＢ、第１のレンズ２０３ａの焦点距離をｆ２とした際に、第１のレンズ２０３ａは、補正レンズ１０２と第１のレンズ２０３ａとの距離をＸとすると、Ｘが、Ｂ−ｆ２≦Ｘ≦Ｂ＋３ｆ２、を満たすように配置する。
【００６４】
上記の数式を満たしている配置は、第１のレンズ２０３ａの焦点（ここでは、レーザ光の進行方向の反対側に位置する第１のレンズ２０３ａの焦点）をＦ２とした場合、第２の共役点Ｏ２が、第１のレンズ２０３ａの焦点Ｆ２からレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ２の範囲に位置する関係を満たしている。Ｘがこのような関係を満たすように、レーザ発振器１０１、補正レンズ１０２および第１のレンズ２０３ａ等を配置することによって、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射誤差を低減し、且つ、被照射物１０４へのレーザ光の照射位置の誤差を低減することが可能となる。
【００６５】
なお、好ましくは、距離Ｘが、Ｘ＝Ｂ＋ｆ２となる位置に第１のレンズ２０３ａを設けるとよい。つまり、第２の共役点Ｏ２が第１のレンズ２０３ａの焦点Ｆ２（ここでは、レーザ光の進行方向側に位置する第１のレンズ２０３ａの焦点）となる位置に形成されるように第１のレンズ２０３ａを設ける。この場合、ビームエキスパンダー光学系２０３を介して被照射物１０４にレーザ光の照射を行う場合に、被照射物１０４へのレーザ光の照射位置の誤差を最も低減することが可能となる。
【００６６】
なお、補正レンズ１０２の焦点距離をｆ１、第１の共役点Ｏ１から補正レンズ１０２までの距離をＡ、補正レンズ１０２から第２の共役点Ｏ２までの距離をＢとした場合、補正レンズ１０２の焦点距離ｆ１は、１／Ａ＋１／Ｂ≒１／ｆ１を満たす関係となっている。
【００６７】
また本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系２０３の第２のレンズ２０３ｂは、第１のレンズ２０３ａを通過したレーザ光の広がり角度を縮小または拡大するために設けられている。また、第３のレンズ２０３ｃは、第２のレンズ２０３ｂから射出されたレーザ光を平行光にするために設けられている。
【００６８】
なお、本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系２０３はズーム機能を具備している。具体的には、ビームエキスパンダー光学系２０３の第２のレンズ２０３ｂが移動して、第１のレンズ２０３ａとの間隔Ｃを変化させることにより、当該２枚のレンズによるレンズ系の焦点距離が変わり、レーザ光１０５のビーム径の倍率を拡大、または縮小する。さらに、第３のレンズ２０３ｃは、第２のレンズ２０３ｂから射出されたレーザ光を平行光にするために第２のレンズ２０３ｂと連動する。
【００６９】
一般にレーザ光のビーム径の大きさは、射出するレーザ発振器によって個体差があるため、同じ大きさのレーザ光を提供するためには、レーザ発振器ごとにビームエキスパンダー光学系を用意する必要があった。しかし、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、ビームエキスパンダー光学系に上述したようなズーム機能を備えているため、レーザ発振器の個体差によらず任意の大きさのレーザ光を提供することが可能となる。
【００７０】
なお、好ましくは、第２のレンズ２０３ｂと第３のレンズ２０３ｃとの距離Ｄが、１ｍ以内になるように第２のレンズ２０３ｂ及び第３のレンズ２０３ｃを配置するとよい。
【００７１】
また、本実施の形態で示したレーザ光照射装置またはレーザ光照射方法は、レーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３との距離が大きくなればなるほど効果を発揮する。一般的に、光学系を配置する場合には、装置の関係上、一定の間隔を空けて設ける必要がある。従って、本実施の形態で示したレーザ光照射装置は、レーザ発振器１０１とビームエキスパンダー光学系２０３を構成する第１のレンズ２０３ａとの距離を、好ましくは０．５ｍ以上離して設ける場合、より好ましくは１ｍ以上離して設ける場合に特に有効となる。
【００７２】
本実施の形態は、ビームエキスパンダー光学系を用いた全てのレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に適用することができる。
【００７３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で示したレーザ光照射装置またはレーザ光の照射方法を用いた半導体装置の作製方法に関して、図面を参照して説明する。
【００７４】
まず、基板７０１の一表面に剥離層７０２を形成し、続けて下地となる絶縁膜７０３および非晶質半導体膜７０４（例えば非晶質珪素を含む膜）を形成する（図６（Ａ）参照）。なお、剥離層７０２、絶縁膜７０３および非晶質半導体膜７０４は、連続して形成することができる。
【００７５】
基板７０１は、ガラス基板、石英基板、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いるとよい。このような基板であれば、その面積や形状に大きな制限はないため、基板７０１として、例えば、１辺が１メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。なお、本工程では、剥離層７０２は、基板７０１の全面に設けているが、必要に応じて、基板７０１の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法により選択的に設けてもよい。また、基板７０１に接するように剥離層７０２を形成しているが、必要に応じて、基板７０１に接するように下地となる絶縁膜を形成し、当該絶縁膜に接するように剥離層７０２を形成してもよい。
【００７６】
剥離層７０２は、金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造等を用いることができる。金属膜としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜を単層又は積層して形成する。また、剥離層７０２は、これらの材料を用いて、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法等により形成することができる。金属膜と金属酸化膜の積層構造としては、上述した金属膜を形成した後に、酸素雰囲気化またはＮ２Ｏ雰囲気下におけるプラズマ処理、酸素雰囲気化またはＮ２Ｏ雰囲気下における加熱処理を行うことによって、金属膜表面に当該金属膜の酸化物または酸化窒化物を設けることができる。例えば、金属膜としてスパッタ法やＣＶＤ法等によりタングステン膜を設けた場合、タングステン膜にプラズマ処理を行うことによって、タングステン膜表面にタングステン酸化物からなる金属酸化膜を形成することができる。タングステンの酸化物を形成するにあたり、酸化数に特に制約はなく、エッチングレート等を基に、どの酸化数の酸化物を形成するかを決めるとよい。他にも、例えば、金属膜（例えば、タングステン）を形成した後に、当該金属膜上にスパッタ法で酸化珪素等の絶縁膜を設けると共に、金属膜上に金属酸化物（例えば、タングステン上にタングステン酸化物）を形成してもよい。また、プラズマ処理として、例えば高密度プラズマ処理を行ってもよい。また、金属酸化膜の他にも、金属窒化物や金属酸化窒化物を用いてもよい。この場合、金属膜に窒素雰囲気下または窒素と酸素雰囲気下でプラズマ処理や加熱処理を行えばよい。
【００７７】
絶縁膜７０３は、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等により、珪素の酸化物または珪素の窒化物を含む膜を、単層又は積層で形成する。下地となる絶縁膜が２層構造の場合、例えば、１層目として窒化酸化珪素膜を形成し、２層目として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。下地となる絶縁膜が３層構造の場合、１層目の絶縁膜として酸化珪素膜を形成し、２層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、３層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。または、１層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成し、２層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、３層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。下地となる絶縁膜は、基板７０１からの不純物の侵入を防止するブロッキング膜として機能する。
【００７８】
非晶質半導体膜７０４は、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等により、２５〜２００ｎｍ（好ましくは３０〜１５０ｎｍ）の厚さで形成する。
【００７９】
次に、非晶質半導体膜７０４にレーザ光を照射して結晶化を行う。なお、レーザ光の照射と、ＲＴＡ又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とを組み合わせた方法等により非晶質半導体膜７０４の結晶化を行ってもよい。その後、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にエッチングして、結晶質半導体膜７０４ａ、７０４ｂ、７０４ｃ、７０４ｄを形成し、当該結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄを覆うようにゲート絶縁膜７０５を形成する（図６（Ｂ）参照）。
【００８０】
結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄの作製工程の一例を以下に簡単に説明する。まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚５０〜６０ｎｍの非晶質半導体膜を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させた後、非晶質半導体膜に脱水素化の処理（５００℃、１時間）と、熱結晶化の処理（５５０℃、４時間）を行って結晶質半導体膜を形成する。その後、レーザ光を照射し、フォトリソグラフィ法を用いることよって結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄを形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化を行わずに、レーザ光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。
【００８１】
ここでは、レーザ光の照射に用いるレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法の一例を示す（図４参照）。図４に示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器９０１と、補正レンズ９０２と、第１のレンズ９０３ａ、第２のレンズ９０３ｂおよび第３のレンズ９０３ｃを有するビームエキスパンダー光学系９０３と、回折光学素子９０４と、ミラー９０５と、吸着ステージ９０８と、Ｘステージ９０９と、Ｙステージ９１０とから構成される。
【００８２】
まず、非晶質半導体膜７０４を成膜した基板７０１を用意する。基板７０１は、吸着ステージ９０８上に固定されている。吸着ステージ９０８は、Ｘステージ９０９およびＹステージ９１０を用いることによって、Ｘ軸およびＹ軸方向に自在に移動が可能である。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動は、モータステージ、ボールベアリングステージ、リニアモータステージなどの各種ステージを用いることができる。
【００８３】
レーザ発振器９０１から発振されたレーザ光は、補正レンズ９０２を介してビームエキスパンダー光学系９０３に入射され、当該ビームエキスパンダー光学系９０３によりレーザ光のスケールが大きく拡大された後、回折光学素子９０４を通った後、基板７０１上に設けられた非晶質半導体膜７０４に照射される。
【００８４】
レーザ発振器９０１としては、連続発振型のレーザ発振器（ＣＷレーザ発振器）やパルス発振型のレーザ発振器（パルスレーザ発振器）を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームは、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【００８５】
また、レーザ発振器９０１、補正レンズ９０２、第１のレンズ９０３ａは、上記実施の形態１で示した関係を満たすように配置する。このように、レーザ発振器９０１と第１のレンズ９０３ａとの間に補正レンズ９０２を設けることによって、ビームエキスパンダー光学系９０３を通った後、回折光学素子９０４を介して基板７０１に入射するレーザ光の位置ずれを低減し、レーザ光の照射位置を正確に制御することができる。
【００８６】
また、ビームエキスパンダー光学系９０３の第１のレンズ９０３ａ、第２のレンズ９０３ｂ、及び第３のレンズ９０３ｃは、上記実施の形態１で示した関係を満たすように配置する。このように、レーザ発振器から射出されるレーザ光のビーム径の大きさにあわせて第２のレンズ９０３ｂ及び第３のレンズ９０３ｃを移動させることで、レーザ発振器９０１の個体差によらずに、任意の大きさのレーザ光を提供することができる。
【００８７】
回折光学素子９０４の代表例としては、ホログラフィック光学素子、バイナリー光学素子等が上げられる。回折光学素子９０４はディフラクティブオプティクス、またはディフラクティブオプティクスエレメントとも呼ばれ、光の回折を利用してスペクトルを得る素子である。回折光学素子９０４の表面に複数の溝を形成することにより集光レンズ機能を奏するものが用いられる。そして、この回折光学素子９０４を用いることにより、レーザ発振器から射出されたレーザ光をエネルギー分布が均一な線状または矩形状のレーザ光に形成することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態で用いることができるレーザ光照射装置は、図４の構成に限られない。図４において、ビームエキスパンダー光学系９０３を構成する第１のレンズ９０３ａが凹レンズの場合を示したが、例えばこれを凸レンズに置き換えてもよい。この場合、レーザ発振器９０１、補正レンズ９０２、第１のレンズ９０３ａの代わりに置き換えた凸レンズは、上記実施の形態２で示した関係を満たすように配置する。また、図４において、第２のレンズ９０３ｂが凸レンズの場合を示したが、例えばこれを凹レンズに置き換えてもよい。
【００８９】
回折光学素子９０４の照射面側又はレーザ側に、集光レンズを設けても良い。例えば、２つのシリンドリカルレンズを用いることができる。この場合、この２つのシリンドリカルレンズに対して垂直にレーザ光を入射させる。シリンドリカルレンズは一方向に曲率を持っているため、１次元方向にのみ集光または拡散をさせることが可能である。したがって、２つのシリンドリカルレンズの曲率の方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向にすることにより、照射面におけるビームスポットの大きさをＸＹ方向で任意に変更することができるため、光学調整が容易であり、かつ調整の自由度が高い。あるいは、シリンドリカルレンズを１枚使い、１方向のみに作用させてもよい。また、回折光学素子９０４で形成された像の長軸と短軸の長さの比を保ったまま集光を行う場合は、シリンドリカルレンズの代わりに球面レンズを用いてもよい。
【００９０】
なお、図４で示したレーザ光照射装置では、装置の関係上、レーザ発振器９０１と第１のレンズ９０３ａとの間隔を、好ましくは０．５ｍ以上、より好ましくは１ｍ以上離して設ける。また、第２のレンズ９０３ｂと第３のレンズ９０３ｃとの距離が１ｍ以内になるように、第２のレンズ９０３ｂ及び第３のレンズ９０３ｃを配置するのが好ましい。
【００９１】
このように、上述したレーザ光の照射方法を用いることによって、非晶質半導体膜７０４を均一に結晶化することができる。
【００９２】
次に、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄを覆うゲート絶縁膜７０５（図６Ｂ参照）の作製方法の例について以下に述べる。ゲート絶縁膜７０５は、ＣＶＤ法やスパッタ法等により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む膜を、単層又は積層して形成する。具体的には、酸化珪素を含む膜、酸化窒化珪素を含む膜、窒化酸化珪素を含む膜を、単層又は積層して形成する。
【００９３】
また、ゲート絶縁膜７０５は、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄに対し高密度プラズマ処理を行い、表面を酸化又は窒化することで形成しても良い。例えば、Ｈｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどの希ガスと、酸素、酸化窒素（ＮＯ２）、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル（ＯＨラジカルを含む場合もある）や窒素ラジカル（ＮＨラジカルを含む場合もある）によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することができる。
【００９４】
このような高密度プラズマを用いた処理により、１〜２０ｎｍ、代表的には５〜１０ｎｍの絶縁膜が半導体膜に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、高密度プラズマ処理は、半導体膜（結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン）を直接酸化（若しくは窒化）するため、形成される絶縁膜の厚さのばらつきを理想的には、きわめて小さくすることができる。加えて、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないため、非常に好ましい状態となる。すなわち、ここで示す高密度プラズマ処理で半導体膜の表面を固相酸化することにより、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。
【００９５】
ゲート絶縁膜は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、それにプラズマや熱反応を利用したＣＶＤ法で酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。
【００９６】
また、半導体膜に対し、連続発振レーザビーム若しくは１０ＭＨｚ以上の周波数で発振するレーザビームを照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄは、そのビームの走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向をチャネル長方向（チャネル形成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向）に合わせてトランジスタを配置し、上記ゲート絶縁層を組み合わせることで、特性ばらつきが小さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を得ることができる。
【００９７】
次に、ゲート絶縁膜７０５上に、第１の導電膜と第２の導電膜とを積層して形成する。ここでは、第１の導電膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法等により、２０〜１００ｎｍの厚さで形成する。第２の導電膜は、１００〜４００ｎｍの厚さで形成する。第１の導電膜と第２の導電膜は、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第１の導電膜と第２の導電膜の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブデン膜等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第１の導電膜と第２の導電膜を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、２層構造ではなく、３層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。
【００９８】
次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄの上方にゲート電極７０７を形成する。
【００９９】
次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成して、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄに、イオンドープ法またはイオン注入法により、ｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ｎ型を付与する不純物元素は、１５族に属する元素を用いれば良く、例えばリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）を用いる。
【０１００】
次に、ゲート絶縁膜７０５とゲート電極７０７を覆うように、絶縁膜を形成する。絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、ゲート電極７０７の側面に接する絶縁膜７０８（サイドウォールともよばれる）を形成する。絶縁膜７０８は、後にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  ｄｒａｉｎ）領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。
【０１０１】
次に、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクと、ゲート電極７０７および絶縁膜７０８をマスクとして用いて、結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄにｎ型を付与する不純物元素を添加して、第１のｎ型不純物領域７０６ａ（ＬＤＤ領域ともよぶ）と、第２のｎ型不純物領域７０６ｂと、チャネル領域７０６ｃとを形成する（図６（Ｃ）参照）。第１のｎ型不純物領域７０６ａが含む不純物元素の濃度は、第２のｎ型不純物領域７０６ｂの不純物元素の濃度よりも低い。
【０１０２】
続いて、ゲート電極７０７、絶縁膜７０８等を覆うように、絶縁膜を単層または積層して形成することによって、薄膜トランジスタ７３０ａ、７３０ｂ、７３０ｃ、７３０ｄを形成する（図６（Ｄ）参照）。絶縁膜は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層または積層で形成する。例えば、絶縁膜が２層構造の場合、１層目の絶縁膜７０９として窒化酸化珪素膜で形成し、２層目の絶縁膜７１０として酸化窒化珪素膜で形成することができる。
【０１０３】
なお、絶縁膜７０９、７１０を形成する前、または絶縁膜７０９、７１０のうちの１つまたは両方の薄膜を形成した後に、半導体膜の結晶性の回復や半導体膜に添加された不純物元素の活性化、半導体膜の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザアニール法またはＲＴＡ法などを適用するとよい。
【０１０４】
次に、フォトリソグラフィ法により絶縁膜７０９、７１０等をエッチングして、第２のｎ型不純物領域７０６ｂを露出させるコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールを充填するように、導電膜を形成し、当該導電膜を選択的にエッチングして導電膜７３１を形成する。なお、導電膜を形成する前に、コンタクトホールにおいて露出した結晶質半導体膜７０４ａ〜７０４ｄの表面にシリサイドを形成してもよい。
【０１０５】
導電膜７３１は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等により、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニッケル、白金、銅、金、銀、マンガン、ネオジウム、炭素、シリコンから選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜７３１は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜７３１を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。
【０１０６】
次に、導電膜７３１を覆うように、絶縁膜７１１を形成し、当該絶縁膜７１１上に導電膜７３１と電気的に接続するように導電膜７１２を形成する（図７（Ａ）参照）。絶縁膜７１１は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、液滴吐出法またはスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁膜７１１は、好適には、０．７５μｍ〜３μｍの厚さで形成する。また、導電膜７１２は上述した導電膜７３１で示したいずれかの材料を用いることができる。
【０１０７】
次に、導電膜７１２上に導電膜７１３を形成する。導電膜７１３は、ＣＶＤ法、スパッタ法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等を用いて、導電性材料により形成する（図７（Ｂ）参照）。好ましくは、導電膜７１３は、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。ここでは、スクリーン印刷法により、銀を含むペーストを導電膜７１２上に形成し、その後、５０〜３５０度の加熱処理を行って導電膜７１３とする。また、導電膜７１２上に導電膜７１３を形成した後に、電気的な接続を向上させるために導電膜７１３および導電膜７１２の重なっている領域にレーザ光の照射を行ってもよい。なお、絶縁膜７１１および導電膜７１２を設けずに、導電膜７３１上に選択的に導電膜７１３を設けることも可能である。
【０１０８】
次に、導電膜７１２、７１３を覆うように絶縁膜７１４を形成し、フォトリソグラフィ法により絶縁膜７１４を選択的にエッチングして、導電膜７１３を露出させる開口部７１５を形成する（図７（Ｃ）参照）。絶縁膜７１４は、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、液滴吐出法またはスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。
【０１０９】
次に、薄膜トランジスタ７３０ａ〜７３０ｄ等を含む層（以下、「層７３２」とも記す。）を基板７０１から剥離する。ここでは、レーザ光（例えばＵＶ光）を照射することによって開口部７１６を形成後（図８（Ａ）参照）、物理的な力を用いて基板７０１から層７３２を剥離することができる。また、基板７０１から層７３２を剥離する前に、開口部７１６にエッチング剤を導入して、剥離層７０２を除去してもよい。エッチング剤は、フッ化ハロゲンまたはハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素（ＣｌＦ３）を使用する。そうすると、層７３２は、基板７０１から剥離された状態となる。なお、剥離層７０２は、全て除去せず一部分を残存させてもよい。こうすることによって、エッチング剤の消費量を抑え剥離層の除去に要する処理時間を短縮することが可能となる。また、剥離層７０２の除去を行った後にも、基板７０１上に層７３２を保持しておくことが可能となる。また、層７３２が剥離された基板７０１は、コストの削減のために、再利用することが好ましい。
【０１１０】
ここでは、レーザ光の照射により絶縁膜をエッチングして開口部７１６を形成した後に、層７３２の一方の面（絶縁膜７１４の露出した面）を、第１のシート材７１７に貼り合わせて基板７０１から完全に剥離する（図８（Ｂ）参照）。第１のシート材７１７としては、例えば熱を加えることによって粘着力が弱まる熱剥離テープを用いることができる。
【０１１１】
次に、層７３２の他方の面（剥離した面）に、第２のシート材７１８を設け、その後加熱処理と加圧処理の一方または両方を行って、第２のシート材７１８を貼り合わせる。また、第２のシート材７１８を設けると同時または設けた後に第１のシート材７１７を剥離する（図９（Ａ）参照）。第２のシート材７１８としては、ホットメルトフィルム等を用いることができる。また、第１のシート材７１７として熱剥離テープを用いた場合には、第２のシート材７１８を貼り合わせる際に加えた熱を利用して剥離することができる。
【０１１２】
また、第２のシート材７１８として、静電気等を防止する帯電防止対策を施したフィルム（以下、帯電防止フィルムと記す）を用いることもできる。帯電防止フィルムとしては、帯電防止可能な材料を樹脂中に分散させたフィルム、及び帯電防止可能な材料が貼り付けられたフィルム等が挙げられる。帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、片面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよいし、両面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよい。さらに、片面に帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、帯電防止可能な材料が設けられた面をフィルムの内側になるように層に貼り付けてもよいし、フィルムの外側になるように貼り付けてもよい。なお、帯電防止可能な材料はフィルムの全面、あるいは一部に設けてあればよい。ここでの帯電防止可能な材料としては、金属、インジウムと錫の酸化物（ＩＴＯ）、両性界面活性剤や陽イオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤等の界面活性剤用いることができる。また、他にも帯電防止材料として、側鎖にカルボキシル基および４級アンモニウム塩基をもつ架橋性共重合体高分子を含む樹脂材料等を用いることができる。これらの材料をフィルムに貼り付け、または練り込み、あるいは塗布することによって帯電防止フィルムとすることができる。帯電防止フィルムを設けることによって、半導体装置を商品として取り扱う際に、外部からの静電気等によって半導体素子に悪影響が及ぶことを抑制することができる。
【０１１３】
次に、開口部７１５を覆うように導電膜７１９を形成することによって素子群７３３を形成する（図９（Ｂ）参照）。なお、導電膜７１９の形成前または形成後に導電膜７１２および７１３にレーザ光を照射することによって、電気的な接続を向上させてもよい。
【０１１４】
次に、レーザ光を素子群７３３に選択的に照射することによって、複数の素子群に分断する（図１０（Ａ）参照）。
【０１１５】
次に、アンテナとして機能する導電膜７２２が形成された基板７２１に素子群７３３を圧着させる（図１０（Ｂ）参照）。具体的には、基板７２１上に形成されたアンテナとして機能する導電膜７２２と素子群７３３の導電膜７１９とが電気的に接続するように貼り合わせて設ける。ここでは、接着性を有する樹脂７２３を用いて基板７２１と素子群７３３とを接着する。また、樹脂７２３に含まれる導電性粒子７２４を用いて導電膜７２２と導電膜７１９とを電気的に接続する。
【０１１６】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。つまり、上記実施の形態で示した材料や形成方法は、本実施の形態でも組み合わせて利用することができるし、本実施の形態で示した材料や形成方法も上記実施の形態でも組み合わせて利用することができる。
【０１１７】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態３で示した作製方法を用いて得られた半導体装置の使用形態の一例について説明する。具体的には、非接触でデータの入出力が可能である半導体装置の適用例に関して図面を参照して以下に説明する。非接触でデータの入出力が可能である半導体装置は利用の形態によっては、ＲＦＩＤタグ、ＩＤタグ、ＩＣタグ、ＩＣチップ、ＲＦタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。
【０１１８】
半導体装置８０は、非接触でデータを交信する機能を有し、高周波回路８１、電源回路８２、リセット回路８３、クロック発生回路８４、データ復調回路８５、データ変調回路８６、他の回路の制御を行う制御回路８７、記憶回路８８およびアンテナ８９を有している（図１１（Ａ）参照）。高周波回路８１はアンテナ８９より信号を受信して、データ変調回路８６より受信した信号をアンテナ８９から出力する回路であり、電源回路８２は受信信号から電源電位を生成する回路であり、リセット回路８３はリセット信号を生成する回路であり、クロック発生回路８４はアンテナ８９から入力された受信信号を基に各種クロック信号を生成する回路であり、データ復調回路８５は受信信号を復調して制御回路８７に出力する回路であり、データ変調回路８６は制御回路８７から受信した信号を変調する回路である。また、制御回路８７は、例えばコード抽出回路９１、コード判定回路９２、ＣＲＣ判定回路９３および出力ユニット回路９４を含んでいる。なお、コード抽出回路９１は制御回路８７に送られてきた命令に含まれる複数のコードをそれぞれ抽出する回路であり、コード判定回路９２は抽出されたコードとリファレンスに相当するコードとを比較して命令の内容を判定する回路であり、ＣＲＣ判定回路９３は判定されたコードに基づいて送信エラー等の有無を検出する回路である。
【０１１９】
次に、上述した半導体装置の動作の一例について説明する。まず、アンテナ８９により無線信号が受信される。無線信号は高周波回路８１を介して電源回路８２に送られ、高電源電位（以下、ＶＤＤと記す）が生成される。ＶＤＤは半導体装置８０が有する各回路に供給される。また、高周波回路８１を介してデータ復調回路８５に送られた信号は復調される（以下、復調信号）。さらに、高周波回路８１を介してリセット回路８３およびクロック発生回路８４を通った信号及び復調信号は制御回路８７に送られる。制御回路８７に送られた信号は、コード抽出回路９１、コード判定回路９２およびＣＲＣ判定回路９３等によって解析される。そして、解析された信号にしたがって、記憶回路８８内に記憶されている半導体装置の情報が出力される。出力された半導体装置の情報は出力ユニット回路９４を通って符号化される。さらに、符号化された半導体装置８０の情報はデータ変調回路８６を通って、アンテナ８９により無線信号に載せて送信される。なお、半導体装置８０を構成する複数の回路においては、低電源電位（以下、ＶＳＳ）は共通であり、ＶＳＳはＧＮＤとすることができる。
【０１２０】
このように、リーダ／ライタから半導体装置８０に信号を送り、当該半導体装置８０から送られてきた信号をリーダ／ライタで受信することによって、半導体装置のデータを読み取ることが可能となる。
【０１２１】
また、半導体装置８０は、各回路への電源電圧の供給を電源（バッテリー）を搭載せず電磁波により行うタイプとしてもよいし、電源（バッテリー）を搭載して電磁波と電源（バッテリー）により各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。
【０１２２】
上記実施の形態３で示した作製方法を用いることによって、折り曲げることが可能な半導体装置を作製することが可能となるため、曲面を有する物体に貼り付けて設けることが可能となる。
【０１２３】
次に、可撓性を有し、非接触でデータの入出力が可能な半導体装置の使用形態の一例について説明する。表示部３２１０を含む携帯端末の側面には、リーダ／ライタ３２００が設けられ、品物３２２０の側面には半導体装置３２３０が設けられる（図１１（Ｂ）参照）。品物３２２０が含む半導体装置３２３０にリーダ／ライタ３２００をかざすと、表示部３２１０に品物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また、商品３２６０をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ／ライタ３２４０と、商品３２６０に設けられた半導体装置３２５０を用いて、該商品３２６０の検品を行うことができる（図１１（Ｃ）参照）。このように、システムに半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。
【０１２４】
また、上述した非接触データの入出力が可能である半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。
【０１２５】
例えば、半導体装置における信号の伝送方式として、電磁結合方式または電磁誘導方式（例えば１３．５６ＭＨｚ帯）を適用する場合には、磁界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状（例えば、ループアンテナ）、らせん状（例えば、スパイラルアンテナ）に形成する。
【０１２６】
また、半導体装置における信号の伝送方式として、マイクロ波方式（例えば、ＵＨＦ帯（８６０〜９６０ＭＨｚ帯）、２．４５ＧＨｚ帯等）を適用する場合には、信号の伝送に用いる電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さ等の形状を適宜設定すればよい。例えば、アンテナとして機能する導電膜を線状（例えば、ダイポールアンテナ）、平坦な形状（例えば、パッチアンテナ）またはリボン型の形状等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。
【０１２７】
アンテナとして機能する導電膜は、ＣＶＤ法、スパッタ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム、チタン、銀、銅、金、白金、ニッケル、パラジウム、タンタル、モリブデンから選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。
【０１２８】
例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電膜を形成する場合には、粒径が数ｎｍから数十μｍの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀、金、銅、ニッケル、白金、パラジウム、タンタル、モリブデン、およびチタン等のいずれか一つ以上の金属粒子や、ハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電膜の形成にあたり、導電性のペーストを設けた後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子（例えば粒径１ｎｍ以上１００ｎｍ以下）を用いる場合、１５０〜３００℃の温度範囲で焼成することにより硬化させて導電膜を得ることができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径２０μｍ以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや鉛フリーはんだは、低コストであるといった利点を有している。
【０１２９】
また、上述した材料以外にも、セラミックやフェライト等をアンテナに適用してもよいし、他にもマイクロ波帯において誘電率および透磁率が負となる材料（メタマテリアル）をアンテナに適用することも可能である。
【０１３０】
また、電磁結合方式または電磁誘導方式を適用する場合であって、アンテナを備えた半導体装置を金属に接して設ける場合には、当該半導体装置と金属との間に透磁率を備えた磁性材料を設けることが好ましい。アンテナを備えた半導体装置を金属に接して設ける場合には、磁界の変化に伴い金属に渦電流が流れ、当該渦電流により発生する反磁界によって、磁界の変化が弱められて通信距離が低下する。そのため、半導体装置と金属との間に透磁率を備えた材料を設けることにより金属の渦電流を抑制し通信距離の低下を抑制することができる。なお、磁性材料としては、高い透磁率を有し高周波損失の少ない金属薄膜、またはフェライトを用いることができる。
【０１３１】
なお、上述した以外にも可撓性を有する半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図１２を用いて説明する。
【０１３２】
紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの（金券）、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す（図１２（Ａ）参照）。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す（図１２（Ｂ）参照）。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す（図１２（Ｃ）参照）。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す（図１２（Ｄ）参照）。書籍類とは、書物、本等を指す（図１２（Ｅ）参照）。記録媒体とは、ＤＶＤソフト、ビデオテープ等を指す（図１２（Ｆ）参照）。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す（図１２（Ｇ）参照）。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す（図１２（Ｈ）参照）。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、ＥＬ表示装置、テレビジョン装置（テレビ受像機、薄型テレビ受像機）、携帯電話機等を指す。
【０１３３】
紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に半導体装置２０を設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に半導体装置２０を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に半導体装置２０を設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。半導体装置２０の設け方としては、物品の表面に貼り付ける、または物品に埋め込むなどして設けることができる。例えば、本ならば紙に埋め込むことができ、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込むとよい。半導体装置が可撓性を有することによって、紙等に半導体装置を設けた場合であっても、上記実施の形態で示した構造を用いることにより、当該半導体装置に含まれる素子の破損等を防止することができる。
【０１３４】
このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサーを備えた半導体装置を埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。
【０１３５】
なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。つまり、上記実施の形態で示した材料や形成方法は、本実施の形態でも組み合わせて利用することができるし、本実施の形態で示した材料や形成方法も上記実施の形態でも組み合わせて利用することができる。
【実施例１】
【０１３６】
本実施例では、上記図１で示したようにレーザ発振器、補正レンズ、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、レーザ発振器の射出点の像が補正レンズにより結像される点に対してビームエキスパンダー光学系を移動させたときの計算結果に関して説明する。
【０１３７】
まず、図１３に示すように、レーザ発振器６０１、補正レンズ６０２、ビームエキスパンダー光学系６０３を構成する第１のレンズとしての凹レンズ６０３ａ、第２のレンズとしての凸レンズ６０３ｂ、及び第３のレンズとしての凸レンズ６０３ｃ、被照射物６０４をレーザ発振器６０１から発振されるレーザ光の進行方向に向かって順に配置している光学系を仮定する。そして、レーザ発振器６０１からレーザ光６０５の角度を水平方向に対してθ°だけずらして発振させた場合において、凹レンズ６０３ａの配置（補正レンズ６０２と凹レンズ６０３ａとの距離Ｘ）を変化させた場合の被照射物６０４に照射されるレーザ光の照射位置の計算を行った。なお、照射位置は、θ＝０°の照射位置を基準として比較を行った。
【０１３８】
なお、ここでは、レーザ発振器６０１から発振されたレーザ光６０５が補正レンズ６０２を介して凹レンズ６０３ａに入射する場合において、レーザ発振器６０１の射出点（または、ビームウエスト、光源）を第１の共役点Ｏ１とし、当該第１の共役点Ｏ１の像が補正レンズ６０２を介して結像される点を第２の共役点Ｏ２とし、第１の共役点Ｏ１から補正レンズ６０２までの距離をＡ、補正レンズ６０２から第２の共役点Ｏ２までの距離をＢ、凹レンズ６０３ａの焦点距離をｆ２とした場合に、Ａ＝Ｂ＝５００ｍｍ、ｆ２＝１０．３ｍｍとして計算を行った。また、凹レンズ６０３ａと凸レンズ６０３ｂとの間隔は常に一定とした。
【０１３９】
また、補正レンズ６０２の曲率半径を１３７ｍｍ、凹レンズ６０３ａの曲率半径を１１．３７ｍｍ、凸レンズ６０３ｂ及び凸レンズ６０３ｃの曲率半径を２７１．５ｍｍとし、補正レンズ６０２の厚さを２．７ｍｍ、凹レンズ６０３ａの厚さを２．５５ｍｍ、凸レンズ６０３ｂ及び凸レンズ６０３ｃの厚さを５．１ｍｍと仮定して計算を行った。
【０１４０】
θ＝０．００１７°とした場合に関して、被照射物６０４に照射されるレーザ光の照射位置を計算した結果を表１に示す。このθの値は、実際に、上記図１３に示すようにレーザ発振器、補正レンズ、ビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、温度変化等の使用環境の状態によって生じるレーザ発振器６０１から発振されるレーザ光の射出角度の誤差を考慮した数値である。
【０１４１】
【表１】
2008098621.tif 000003
【０１４２】
表１より、θ＝０．００１７°の場合、Ｘ＝４７０ｍｍからＸ＝４９０ｍｍの範囲内、つまり第２の共役点Ｏ２が、凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ２からレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ２の範囲内では、被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが十分小さいといえる。また、Ｘ＝４９０ｍｍの場合（第２の共役点Ｏ２と凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ２とが概略重なる場合）にレーザ光の照射位置のずれが最も小さい結果が得られた。
【０１４３】
以上の計算結果より、レーザ発振器６０１からの射出角度θが変化した場合であっても、第２の共役点Ｏ２が凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ２からレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ２の範囲内では、レーザ光の照射位置のずれは十分小さくなる。さらに、第２の共役点Ｏ２と凹レンズ６０３ａの焦点Ｆ２とが概略重なる場合に被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが最も小さくなる。従って、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けてビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置のずれを低減することによって、被照射物へのレーザ光の照射位置のずれを低減することができる。
【０１４４】
次に、ビームエキスパンダー光学系の第１のレンズとしての凹レンズ６０３ａを凸レンズ６１３ａに置き換えた場合（図１４参照）に関して、同様に検討を行った結果を示す。なお、凸レンズ６１３ａの曲率半径を１１．３７ｍｍ、厚さを２．５５ｍｍとし、凸レンズ６１３ａの焦点距離ｆ２をｆ２＝１０．３ｍｍとして計算を行った。その他の条件は、図１３と同様に設定した。
【０１４５】
θ＝０．００１７°とした場合に関して、被照射物６０４に照射されるレーザ光の照射位置を計算した結果を表２に示す。このθの値は、実際に、上記図１４に示すようにレーザ発振器、補正レンズ、ビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、温度変化等の使用環境の状態により生じるレーザ発振器６０１から発振されるレーザ光の射出角度の誤差を考慮した数値である。
【０１４６】
【表２】
2008098621.tif 000004
【０１４７】
表２より、θ＝０．００１７°の場合、Ｘ＝４９０ｍｍからＸ＝５３０ｍｍの範囲内、つまり第２の共役点Ｏ２が、凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ２からレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ２の範囲内では、被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが十分小さいといえる。また、Ｘ＝５１０ｍｍの場合（第２の共役点Ｏ２と凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ２とが概略重なる場合）に被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが最も小さい結果が得られた。
【０１４８】
以上の計算結果より、レーザ発振器６０１からの射出角度θが変化した場合であっても、第２の共役点Ｏ２が凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ２からレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ２ｆ２の範囲内では、レーザ光の照射位置のずれは十分小さくなる。さらに、第２の共役点Ｏ２と凸レンズ６１３ａの焦点Ｆ２とが概略重なる場合に被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが最も小さくなる。従って、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けてビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置のずれを低減することによって、被照射物へのレーザ光の照射位置のずれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。
【図２】本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。
【図３】本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。
【図４】本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。
【図５】従来のレーザ光照射装置の一例を示す図。
【図６】本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図７】本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図８】本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図９】本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図１０】本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。
【図１１】本発明のレーザ照射装置を用いて作製した半導体装置の使用形態の一例を示す図。
【図１２】本発明のレーザ照射装置を用いて作製した半導体装置の使用形態の一例を示す図。
【図１３】本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。
【図１４】本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。
【符号の説明】
【０１５０】
１０１    レーザ発振器
１０２    補正レンズ
１０３    ビームエキスパンダー光学系
１０３ａ    第１のレンズ
１０３ｂ    第２のレンズ
１０３ｃ    第３のレンズ
１０４    被照射物
１０５    レーザ光
２０３    ビームエキスパンダー光学系
２０３ａ    第１のレンズ
２０３ｂ    第２のレンズ
２０３ｃ    第３のレンズ
【図１】
2008098621.tif 000005
【図２】
2008098621.tif 000006
【図３】
2008098621.tif 000007
【図４】
2008098621.tif 000008
【図５】
2008098621.tif 000009
【図６】
2008098621.tif 000010
【図７】
2008098621.tif 000011
【図８】
2008098621.tif 000012
【図９】
2008098621.tif 000013
【図１０】
2008098621.tif 000014
【図１１】
2008098621.tif 000015
【図１２】
2008098621.tif 000016
【図１３】
2008098621.tif 000017
【図１４】
2008098621.tif 000018