(57)【要約】【課題】基板処理の効率を高めることができ、また基板への熱的ダメージを抑えることができるレーザー結晶化法、及び該レーザー結晶化法を用いたレーザー照射装置の提供を課題とする。【解決手段】複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで１つのレーザー光を得て、その得られたレーザー光の走査方向においてエネルギー密度が所定の高さに満たない領域をスリットでカットする。上記構成により、走査方向におけるレーザー光のエネルギー密度の平均値を高めることができ、面積あたりのレーザー光の照射時間を抑え、なおかつ被処理物に与えるトータルの熱量を高めることができる。よって、基板が加熱されるのを抑えつつ、半導体膜の結晶性を高めることができる。【選択図】　図３
2004072086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレーザー発振装置と、
前記複数のレーザー発振装置から出力された複数のレーザー光を集光し、基板におけるレーザー光を互いに一部重ね合わせる光学系と、
前記重ね合わされたレーザー光の、基板上の移動方向における幅を制限するスリットと、
前記基板の位置を制御する位置制御手段と、
を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項２】
複数のレーザー発振装置と、
前記複数のレーザー発振装置から出力された複数のレーザー光を集光し、基板におけるレーザー光を各中心が直線を描くように互いに一部重ね合わせる光学系と、
前記重ね合わされたレーザー光の、基板上の移動方向における幅を制限するスリットと、
前記基板の位置を制御する位置制御手段と、
を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記各中心によって描かれる直線と前記基板の移動する方向とが１０°以上８０°以下であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記各中心によって描かれる直線と前記基板の移動する方向とがほぼ直角であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
レーザー光の照射が減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において行われることを特徴とするレーザー照射装置。
【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、前記レーザー発振装置は、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ルビーレーザーまたはＹ２Ｏ３から選ばれた一種または複数種を用いていることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項において、前記レーザー光は連続発振であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、前記レーザー発振装置は、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＹ２Ｏ３から選ばれた一種または複数種を用いていることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８のいずれか１項において、前記レーザー光は第２高調波であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、前記レーザー発振装置の数は２以上８以下であることを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項１１】
前記複数のレーザー発振装置から出力された複数のレーザー光を光学系により集光して互いに一部重ね合わせ、
前記重ね合わされたレーザー光の、基板上の移動方向における幅をスリットにより制限し、
被処理物を移動させることで、前記幅が制限されたレーザ光を前記被処理物に照射することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１２】
前記複数のレーザー発振装置から出力された複数のレーザー光を光学系により集光して各中心が直線を描くように互いに一部重ね合わせ、
前記重ね合わされたレーザー光の、基板上の移動方向における幅をスリットにより制限し、
被処理物を移動させることで、前記幅が制限されたレーザ光を前記被処理物に照射することを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記各中心によって描かれる直線と前記被処理物の移動する方向とが１０°以上８０°以下であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記各中心によって描かれる直線と前記基板の移動する方向とがほぼ直角であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１５】
請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項において、
レーザー光の照射が減圧雰囲気下または不活性ガス雰囲気下において行われることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項において、前記レーザー発振装置は、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ルビーレーザーまたはＹ２Ｏ３から選ばれた一種または複数種を用いていることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１７】
請求項１１乃至請求項１６のいずれか１項において、前記レーザー光は連続発振であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１８】
請求項１１乃至請求項１５のいずれか一項において、前記レーザー発振装置は、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザーまたはＹ２Ｏ３から選ばれた一種または複数種を用いていることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項１９】
請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項において、前記レーザー光は第２高調波であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至請求項１９のいずれか一項において、前記レーザー発振装置の数は２以上８以下であることを特徴とするレーザー照射方法。
【請求項２１】
請求項１１乃至請求項２０のいずれか１項において、前記レーザー光の照射は、ＳＬＳ法を用いて行われることを特徴とするレーザー照射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜をレーザー光を用いて結晶化又はイオン注入後の活性化をするレーザー照射装置及びレーザー照射方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上にＴＦＴを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体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、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが可能である。
【０００３】
ところで半導体装置に用いる基板は、単結晶シリコン基板よりもガラス基板が、コストの面から有望視されている。一般的にガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上にポリシリコンＴＦＴを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、半導体膜の結晶化にレーザーアニールが用いられる。
【０００４】
レーザーアニールの特徴は、輻射加熱或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、半導体又は半導体膜を選択的、局所的に加熱するため、基板に熱的ダメージを与えにくいことなどが上げられている。
【０００５】
なお、ここでいうレーザーアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層を再結晶化する技術や、基板上に形成された半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、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も含んでいる。適用されるレーザー発振装置は、エキシマレーザーに代表される気体レーザー発振装置、ＹＡＧレーザーに代表される固体レーザー発振装置であり、レーザー光の照射によって半導体の表面層を数十ナノ〜数十マイクロ秒程度のごく短時間加熱して結晶化させるものとして知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
レーザーはその発振方法により、パルス発振と連続発振の２種類に大別される。パルス発振のレーザーは出力エネルギーが比較的高いため、レーザー光（被処理物の表面において実際にレーザー光が照射される領域）の大きさを数ｃｍ２以上として量産性を上げることができる。特に、レーザー光の形状を光学系を用いて加工し、長さ１０ｃｍ以上の線状にすると、基板へのレーザー光の照射を効率的に行うことができ、量産性をさらに高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザーを用いるのが主流となりつつあった。
【０００７】
ところが近年、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザーよりも連続発振のレーザーを用いる方が、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出された。半導体膜内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の移動度が高くなる。そのため、連続発振のレーザーはにわかに脚光を浴び始めている。
【０００８】
しかし、一般的に連続発振のレーザーは、パルス発振のレーザーに比べてその最大出力エネルギーが小さい。レーザー光のサイズを１０−３ｍｍ２程度と小さくすれば、半導体膜の結晶化に必要な所望のパワーが得られる。しかし、レーザー光の面積が小さい分、１枚の基板あたりのレーザー光の走査時間が長くなり、基板処理の効率が悪い。
【０００９】
逆に、基板の処理効率を高めるためにレーザー光の面積を大きくすると、当然ながらエネルギー密度は低くなる。そして、結晶化に必要なトータルの熱量を半導体膜に与えるためには、照射時間を長くする必要が生じ、基板における面積あたりのレーザー光の照射時間が長くなる。すると、レーザー光の半導体膜への吸収から熱伝導によって基板が加熱され、基板自体が熱変形したり、ガラス基板から半導体膜への不純物の拡散によりＴＦＴの特性を劣化させやすくなる。また基板が加熱されると、基板に溜まった熱により半導体膜の結晶性が均一になりずらく、ＴＦＴの特性にばらつきが生じやすくなる。
【００１０】
本発明は上述した問題に鑑み、従来に比べて基板処理の効率を高めることができ、また基板への熱的ダメージを抑えることができるレーザー結晶化法、及び該レーザー結晶化法を用いたレーザー照射装置の提供を課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザー照射装置は、レーザー光を発振する複数の第１の手段（レーザー発振装置）と、前記複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を集光し、なおかつ被処理物におけるレーザー光を互いに一部重ね合わせて合成する第２の手段（光学系）と、前記合成されたレーザー光の一部を遮蔽することができるスリットと、前記スリットを介して照射された、被処理物におけるレーザー光の位置を制御する第３の手段と、を有している。さらに本発明は、前記複数の各第１の手段の発振を制御し、なおかつ前記スリットにより形状が制御されたレーザー光の被処理物における位置を、前記複数のレーザー発振装置と前記第３の手段を同期させることで制御する第４の手段を有していても良い。
【００１２】
複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで、各レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い合うことができる。よって、複数の各レーザー発振装置から発せられるレーザー光を合成せずにそれぞれ単独で用いるよりも、レーザー光のうち、結晶化に必要な程度のエネルギー密度を有する領域が広がり、基板の処理効率を高めることができる。
【００１３】
さらに本発明ではスリットを用いて、合成されたレーザー光のうち、走査方向においてエネルギー密度が所定の高さに満たない領域をカットする。上記構成により、走査方向におけるレーザー光のエネルギー密度の平均値を高めることができ、面積あたりのレーザー光の照射時間を抑え、なおかつ被処理物に与えるトータルの熱量を高めることができる。よって、基板が加熱されるのを抑えつつ、半導体膜の結晶性を高めることができる。
【００１４】
また半導体膜を成膜した後、大気に曝さないように（例えば希ガス、窒素、酸素等の特定されたガス雰囲気または減圧雰囲気にする）レーザー光の照射を行い、半導体膜を結晶化させても良い。上記構成により、クリーンルーム内における分子レベルでの汚染物質、例えば空気の清浄度を高めるためのフィルター内に含まれるボロン等が、レーザー光による結晶化の際に半導体膜に混入するのを防ぐことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザー照射装置の構成について図１を用いて説明する。１０１はレーザー発振装置である。図１では４つのレーザー発振装置を用いているが、本発明のレーザー照射装置が有するレーザー発振装置は複数であれば良く、この数に限定されない。
【００１６】
レーザーは、処理の目的によって適宜変えることが可能である。本発明では、公知のレーザーを用いることができる。また、連続発振に限定されずパルス発振でも用いることができ、気体レーザーでも固体レーザーであっても良い。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３などが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザーが適用される。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【００１７】
またさらに、固体レーザーから発せられた赤外レーザー光を非線形光学素子でグリーンレーザー光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザー光を用いることもできる。
【００１８】
なお、レーザー発振装置１０１は、チラー１０２を用いてその温度を一定に保つようにしても良い。チラー１０２は必ずしも設ける必要はないが、レーザー発振装置１０１の温度を一定に保つことで、出力されるレーザー光のエネルギーが温度によってばらつくのを抑えることができる。
【００１９】
また１０４は光学系であり、レーザー発振装置１０１から出力された光路を変更したり、そのレーザー光の形状を加工したりして、レーザー光を集光することができる。さらに、本発明の光学系１０４で重要なのは、複数のレーザー発振装置１０１から出力されたレーザー光のレーザー光を互いに一部を重ね合わせて合成することができることである。
【００２０】
なお、レーザー光の進行方向を変えることができるＡＯ変調器１０３を、被処理物である基板１０６とレーザー発振装置１０１との間の光路に設けても良い。
【００２１】
合成されたレーザー光は、スリット１０５を介して被処理物である基板１０６に照射される。スリット１０５は、レーザー光を部分的に遮ることが可能であり、なおかつレーザー光によって変形または損傷しないような材質で形成するのが望ましい。スリット１０５はレーザー光を通す開口部の幅（以下、スリットの幅と呼ぶ）が可変であっても良く、該スリットの幅によってレーザー光の走査方向の幅を制御することができる。
【００２２】
なお、スリット１０５を介さない場合の、レーザー発振装置１０１から発振されるレーザー光の基板１０６におけるレーザー光の形状は、レーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。
【００２３】
基板１０６はステージ１０７上に載置されている。図１では、位置制御手段１０８、１０９が、被処理物におけるレーザー光の位置を制御する手段に相当し、ステージ１０７の位置が、位置制御手段１０８、１０９によって制御されている。図１では位置制御手段１０８、１０９を用いて基板の位置を変えることで、レーザー光を移動（走査）させたり、レーザー光の走査方向を変えたりすることができる。位置制御手段１０８がＸ方向におけるステージ１０７の位置の制御を行っており、位置制御手段１０９はＹ方向におけるステージ１０７の位置制御を行う。
【００２４】
また本発明のレーザー照射装置は、中央演算処理装置及びメモリ等の記憶手段を兼ね備えたコンピューター１１０を有していても良い。コンピューター１１０は、レーザー発振装置１０１の発振を制御し、なおかつ位置制御手段１０８、１０９を制御し、基板を所定の位置に定めることができる。コンピューター１１０によって、該スリット１０５の幅を制御するようにしても良い。
【００２５】
さらに本発明のレーザー照射装置は、被処理物の温度を調節する手段を備えていても良い。また、レーザー光は指向性およびエネルギー密度の高い光であるため、ダンパーを設けて、反射光が不適切な箇所に照射されるのを防ぐようにしても良い。ダンパーは、反射光を吸収させる性質を有していることが望ましく、ダンパー内に冷却水を循環させておき、反射光の吸収により隔壁の温度が上昇するのを防ぐようにしても良い。また、ステージ１０７に基板を加熱するための手段（基板加熱手段）を設けるようにしても良い。
【００２６】
また基板１０６の位置合わせのために、ＣＣＤカメラ１１３を１台、場合によっては数台設けるようにしても良い。
【００２７】
次に、複数のレーザー光を重ね合わせることで合成される、レーザー光の形状について説明する。
【００２８】
図２（Ａ）に、合成前のレーザー光の形状の一例を示す。図２（Ａ）に示したレーザー光は楕円形状を有している。なお本発明のレーザー照射装置において、レーザー光の形状は楕円に限定されない。レーザー光の形状はレーザーの種類によって異なり、また光学系により成形することもできる。例えば、ラムダ社製のＸｅＣｌエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ、パルス幅３０ｎｓ）Ｌ３３０８から射出されたレーザー光の形状は、１０ｍｍ×３０ｍｍ（共にビームプロファイルにおける半値幅）の矩形状である。また、ＹＡＧレーザーから射出されたレーザー光の形状は、ロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。このようなレーザー光を光学系により、さらに成形することにより、所望の大きさのレーザー光をつくることもできる。
【００２９】
図２（Ｂ）に図２（Ａ）に示したレーザー光の長軸Ｙ方向におけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。レーザー光が楕円形状であるレーザー光のエネルギー密度の分布は、楕円の中心Ｏに向かうほど高くなっている。
【００３０】
次に、レーザー光を合成したときの、レーザー光の形状を、図２（Ｃ）に示す。なお図２（Ｃ）では４つのレーザー光のレーザー光を重ね合わせることで１つのレーザー光を形成した場合について示しているが、重ね合わせるレーザー光の数はこれに限定されない。
【００３１】
図２（Ｃ）に示すように、各レーザー光のレーザー光は、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにレーザー光の一部が重なることで合成され、１つのレーザー光を形成している。なお以下、各楕円の中心Ｏを結ぶことで得られる直線を中心軸と呼ぶ。
【００３２】
図２（Ｄ）に、図２（Ｃ）に示した合成後のレーザー光の、中心軸方向におけるレーザー光のエネルギー密度の分布を示す。合成前の各レーザー光が重なり合っている部分において、エネルギー密度が加算される。例えば図示したように重なり合ったビームのエネルギー密度ＡとＢを加算すると、ビームのエネルギー密度のピーク値Ｃとほぼ等しくなり、各楕円の中心Ｏの間においてエネルギー密度が平坦化される。
【００３３】
なお、ＡとＢを加算するとＣと等しくなるのが理想的だが、現実的には必ずしも等しい値にはならない。ＡとＢを加算した値とＣとの値のずれは、Ｃの値の±１０％、より望ましくは±５％以内であると良いが、許容範囲は設計者が適宜設定することが可能である。
【００３４】
図２（Ｄ）からわかるように、複数のレーザー光を重ね合わせてエネルギー密度の低い部分を互いに補い合うようにすることで、複数のレーザー光を重ね合わせないで単独で用いるよりも、半導体膜の結晶性を効率良く高めることができる。例えば図２（Ａ）の斜線で示した領域においてのみ、所望の結晶を得るために必要なエネルギー密度を満たしており、その他の領域ではエネルギー密度が所望の値まで満たされていなかったと仮定する。この場合、各レーザー光は、中心軸方向の幅がｍで示される斜線の領域でしか、所望の結晶を得ることができない。しかし、レーザー光を図２（Ｄ）で示したように重ね合わせることで、中心軸方向の幅がｎ（ｎ＞４ｍ）で示される領域において所望の結晶を得ることができ、より効率良く半導体膜を結晶化させることができる。
【００３５】
さらに本発明では、レーザー光の中心軸に対し垂直な方向において、エネルギー密度が所望の値まで達していない領域を、スリット１０５によって遮蔽する。図３を用いて、合成されたレーザー光とスリットとの位置関係について説明する。
【００３６】
本発明で用いられるスリット１０５は、スリットの幅を可変とし、さらにその幅をコンピューター１１０によって制御するようにしても良い。図３（Ａ）において、１２０は図２（Ｃ）に示した合成により得られるレーザー光の形状を示している。またレーザー光１２０のうち、エネルギー密度が所定の値を満たしている領域を１２０ａで示し、達していない領域を１２０ｂで示した。１０５はスリットを示しており、図３（Ａ）では、レーザー光１２０がスリットによって遮蔽されていない様子を示している。
【００３７】
図３（Ｂ）に、スリット１０５によって一部が遮蔽されたレーザー光の様子を示す。図３（Ｂ）に示すように本発明では、レーザー光１２０の中心軸の垂直方向において、領域１２０ａを挟んで存在する領域１２０ｂを、スリット１０５によって遮蔽する。そして図３（Ｃ）は図３（Ｂ）に示したレーザー光の中心軸に垂直なＡ−Ａ’におけるエネルギー密度の分布を示しており、少なくともエネルギー密度が所定の高さ（例えばＴ）に達していない領域が、スリット１０５によって遮蔽されているのがわかる。
【００３８】
上記構成により、中心軸の垂直方向におけるレーザー光のエネルギー密度の平均値を高めることができ、被処理物の任意の点におけるレーザー光の照射時間を抑えることができる。よって、基板が加熱されるのを抑えつつ、半導体膜の結晶性を高めることができる。
【００３９】
なお、本発明ではさらに、レーザー光の中心軸方向において、領域１２０ａを挟んで存在する領域１２０ｂを、スリット１０５によって遮蔽するようにしても良い。図４（Ａ）に、スリット１０５によってレーザー光の中心軸方向において、領域１２０ａを挟んで存在する領域１２０ｂを遮蔽した様子を示す。さらに、図４（Ｂ）に、図４（Ａ）に示したレーザー光の、中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す。図４（Ｂ）に示すように、少なくともエネルギー密度が所定の高さ（例えばＴ）を満たしていない領域が、スリット１０５によって遮蔽されているのがわかる。
【００４０】
エネルギー密度の低い領域により結晶化された半導体膜は、結晶性が芳しくない。具体的には、所定のエネルギー密度が満たされている領域と比べて、結晶粒が小さかったり、結晶粒の成長する方向が異なっていたりする。よってエネルギー密度の低い領域が、後に形成される活性層と重ならないように、レーザー光の走査経路及び活性層のレイアウトを決める必要がある。図４（Ｂ）に示したエネルギー密度の分布を有するレーザー光を用いることで、エネルギー密度の低い領域が存在しなくなる、または狭くなるので、レーザー光の走査経路及び活性層のレイアウトにおける制約を小さくすることができる。
【００４１】
また、レーザー発振装置の出力を止めることなく、エネルギー密度を一定にしたままレーザー光の形状を変えることができるので、レーザー光のエッジが、活性層もしくはそのチャネル形成領域と重なるのを防ぐことができる。また不必要な部分にレーザー光を照射し、基板にダメージが与えられるのを防ぐことができる。
【００４２】
次に、図５（Ａ）を用いて、アクティブマトリクス型の半導体装置を作製するために成膜された半導体膜１５０における、レーザー光の走査方向について説明する。図５（Ａ）では、破線に囲まれた領域１５１が画素部、領域１５２が信号線駆動回路、領域１５３が走査線駆動回路の形成される部分に相当する。
【００４３】
図５（Ａ）では、基板が白抜きの矢印の方向に移動しており、実線の矢印はレーザー光の相対的な走査方向を示している。図５（Ｂ）は、画素部が形成される部分１５１におけるレーザー光１５４の拡大図である。レーザー光が照射された領域に活性層１５５が形成される。
【００４４】
なお、図５ではレーザー光の中心軸方向と走査方向とが垂直に保たれている場合について示したが、レーザー光の中心軸と走査方向とは必ずしも垂直になっていなくとも良い。例えば、レーザー光の中心軸と、走査方向との間に形成される鋭角θＡが４５°±３５°となるようにし、より望ましくは４５°となるようにしてもよい。レーザー光の中心軸と、走査する方向とが垂直の場合、最も基板の処理効率が高まる。一方合成後のレーザー光の中心軸と、走査する方向とが４５°±３５°となるように、望ましくは４５°により近い値になるように走査することで、走査する方向とレーザー光の中心軸とが垂直になるように走査した場合に比べて、活性層中に存在する結晶粒の数を意図的に増やすことができ、結晶の方位や結晶粒に起因する特性のばらつきを低減することができる。
【００４５】
さらに本発明では、図１のコンピューター１１０において、マスクのパターン情報に従い、レーザー光を走査する部分を定めるようにしても良い。この場合、コンピューター１１０では、定められた走査する部分にレーザー光があたるように、位置制御手段１０８、１０９を制御して、半導体膜を部分的に結晶化する。これにより必要不可欠な部分を最低限結晶化できるようにレーザー光を走査することができるので、基板全面にレーザー光を照射する必要がなくなり、基板の処理効率を高めることができる。
【００４６】
なお、結晶化後の半導体膜をＴＦＴの活性層として用いる場合、レーザー光の走査方向は、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と平行になるように定めるのが望ましい。
【００４７】
図６を用いて、アクティブマトリクス型の半導体装置を作製するために成膜された半導体膜に照射されるレーザー光の走査方向と、各回路における活性層のレイアウトとの関係の一例について説明する。
【００４８】
図６において、基板上に半導体膜８５０が成膜されている。破線８５３で囲まれた部分は画素部が形成される部分であり、画素部に複数の活性層となる部分８５６が設けられている。破線８５４で囲まれた部分は信号線駆動回路が形成される部分であり、信号線駆動回路に複数の活性層となる部分８５７が設けられている。破線８５５で囲まれた部分は走査線駆動回路が形成される部分であり、走査線駆動回路に複数の活性層となる部分８５８が設けられている。
【００４９】
なお、各回路が有する活性層となる部分８５６、８５７、８５８は、実際には数十μｍ単位の大きさであり、図６に示すよりも小さいサイズであるが、ここでは図を分かり易くするためにあえて大きく図示した。各回路が有する活性層となる部分８５６、８５７、８５８は、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向が、一定の方向に揃うようにレイアウトされている。
【００５０】
レーザー光照射により結晶化される部分８５１は、全ての活性層となる部分８５６、８５７、８５８を覆っている。またレーザー光の移動方向は、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向と揃っている。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５２】
（実施例１）
レーザー光を照射して形成される結晶質半導体膜は、複数の結晶粒が集合して形成されている。その結晶粒の位置と大きさはランダムなものであり、結晶粒の位置や大きさを指定して結晶質半導体膜を形成する事は難しい。そのため前記結晶質半導体を島状にパターニングすることで形成された活性層中には、結晶粒の界面（粒界）が存在することがある。
【００５３】
結晶粒内と異なり、粒界には非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの電流輸送特性を低下させることが知られている。よって、ＴＦＴの活性層、特にチャネル形成領域中に粒界が存在すると、ＴＦＴの移動度が著しく低下したり、また粒界において電流が流れるためにオフ電流が増加したりと、ＴＦＴの特性に重大な影響を及ぼす。また同じ特性が得られることを前提に作製された複数のＴＦＴにおいて、活性層中の粒界の有無によって特性がばらついたりする。
【００５４】
半導体膜にレーザー光を照射したときに、得られる結晶粒の位置と大きさがランダムになるのは、以下の理由による。レーザー光の照射によって溶融した液体半導体膜は、その膜内において固体と液体の界面が、比較的温度の低い領域から温度の高い領域へ、時間の経過と共に移動することで、結晶化が進む。そして半導体膜全面にレーザ光を照射した場合、膜表面に対して水平方向（以下、ラテラル方向と呼ぶ）において半導体膜の温度は比較的均一であるが、膜厚方向においては表面に近いほど温度が高くなるような温度勾配が生じる。このため、半導体膜の表面から遠くて比較的温度の低い領域に存在する結晶核から、それぞれ固体と液体の界面が表面に向かって移動することで結晶が成長する。この結晶核の存在する位置はラテラル方向において無作為であり、また互いの結晶粒がぶつかり合ったところで結晶成長が終了するため、結晶粒の位置と大きさはランダムなものとなる。
【００５５】
一方、半導体膜を比較的広域において溶融させ、該膜厚方向に温度勾配を形成するのではなく、半導体膜を部分的に溶融させ、温度勾配をラテラル方向に形成することで、結晶質半導体膜を形成する方法も提案されている。この場合、半導体膜内における固体と液体の界面の移動方向を、膜厚方向ではなくラテラル方向となるように制御することができる。よって、結晶が成長する方向も温度勾配を有するラテラル方向に揃えることができるため、結晶粒は膜厚の数十倍もの長さに成長する。以下、この現象をスーパーラテラル成長と言う。
【００５６】
上記スーパーラテラル成長の場合、比較的大きな結晶粒が得られ、その分粒界の数が減るが、前記スーパーラテラル成長が実現するレーザー光のエネルギー領域は非常に狭く、また、大結晶粒の得られる位置については制御が困難であった。さらに、大結晶粒以外の領域は無数の核が発生した微結晶領域、もしくは非晶質領域であった。
【００５７】
そこで、半導体膜を完全溶融させるようなエネルギー領域のレーザー光を用い、なおかつラテラル方向の温度勾配を制御することが出来れば、結晶粒の成長位置および成長方向を制御することが出来るのではないかと考えられている。そしてこの方法を実現するために様々な試みがなされている。
【００５８】
例えば、コロンビア大のＪａｍｅｓ　Ｓ．　Ｉｍ氏らは、任意の場所にスーパーラテラル成長を実現させることの出来るＳｅｑｕｅｎｔｉａｌ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ（以下、ＳＬＳ法と言う。）を示した。ＳＬＳ法は、１ショット毎にスリット状のマスクをスーパーラテラル成長が行われる距離程度（約０．７５μｍ）ずらして、結晶化を行うものである。
【００５９】
本実施例では、上記ＳＬＳ法を本発明に適用した例について説明する。
【００６０】
まず１ショット目のレーザー光を半導体膜８０２に照射する。１ショット目のレーザー光はパルス発振のレーザーを用い、半導体膜を全厚さにわたって局部的に溶融させることができるようなエネルギー密度で照射する。
【００６１】
図７（Ａ）に、１ショット目を照射した直後の、半導体膜８０２の様子を模式的に示す。１ショット目のレーザー光の照射により、半導体膜８０２のレーザー光８０１があたっている部分において、半導体膜が全厚さにわたって局部的に溶融する。
【００６２】
このとき、半導体膜８０２のレーザー光のあたっている部分においては、完全に半導体が溶融しているが、レーザー光のあたっていない部分は溶融していないか、もしくは溶融していても温度がレーザー光のあたっている部分に比べて十分に低い。そのため、レーザー光の端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにレーザー光の端部から中心に向かってラテラル方向に結晶が成長する。
【００６３】
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、レーザー光の中心部分８０３において結晶成長が終了する。図７（Ｂ）に結晶成長が終了した時点での半導体膜の様子を模式的に示す。レーザー光の中心部分８０３では、他の部分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつかり合うことで半導体膜の表面が不規則になっていたりする。
【００６４】
次に２ショット目を照射する。２ショット目は１ショット目のレーザー光から少しずらして照射する。図７（Ｃ）に、２ショット目を照射した直後の、半導体膜の様子を模式的に示す。２ショット目のレーザー光は、１ショット目のレーザー光があたっていた部分８０１から位置がずれているが、図７（Ｃ）では、２ショット目のレーザー光が１ショット目によって形成された中心部８０３を覆う程度のずれである。
【００６５】
このとき、２ショット目のレーザー光８０４のあたっている部分においては、完全に半導体が溶融しているが、レーザー光のあたっていない部分は溶融していないか、もしくは溶融していても温度がレーザー光のあたっている部分に比べて十分に低い。そのため、レーザー光の端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにレーザー光の端部から中心に向かってラテラル方向に結晶が成長する。このとき、１ショット目によって結晶化された部分８０１のうち、２ショット目のレーザー光があたっていない部分が種結晶となり、１ショット目によって形成されたラテラル方向に成長した結晶が、さらに走査方向に向かって成長する。
【００６６】
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、２ショット目のレーザー光の中心部分８０５において結晶成長が終了する。図７（Ｄ）に結晶成長が終了した時点での半導体膜の様子を模式的に示す。レーザー光の中心部分８０５では、他の部分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつかり合うことで半導体膜の表面が不規則になっていたりする。
【００６７】
以下、３ショット目以降も同様に、レーザー光を走査方向に少しずつずらして照射していくことで、図７（Ｅ）に示すように走査方向と平行に結晶が成長する。
【００６８】
上記構成により、結晶粒の位置及び大きさを制御しながら、部分的に結晶化を行うことができる。
【００６９】
次に、ＳＬＳ法を本発明に適用した図７とは異なる例について説明する。
【００７０】
まず、半導体膜８１２に１ショット目のレーザー光を照射する。レーザー光はパルス発振のレーザーを用い、マスクによって定められた部分において、半導体膜を全厚さにわたって局部的に溶融させることができるようなエネルギー密度で照射する。
【００７１】
図８（Ａ）に、１ショット目を照射した直後の、半導体膜の様子を模式的に示す。１ショット目のレーザー光の照射により、半導体膜８１２のレーザー光８１１があたっている部分において、半導体膜が全厚さにわたって局部的に溶融する。そして、レーザー光の端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにレーザー光の端部から中心に向かってラテラル方向に結晶が成長する。
【００７２】
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、レーザー光の中心部分８１３において結晶成長が終了する。図８（Ｂ）に結晶成長が終了した時点での半導体膜の様子を模式的に示す。レーザー光の中心部分８１３では、他の部分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつかり合うことで半導体膜の表面が不規則になっていたりする。
【００７３】
次に２ショット目を照射する。２ショット目は１ショット目のレーザー光から少しずらして照射する。図８（Ｃ）に、２ショット目を照射した直後の、半導体膜の様子を模式的に示す。２ショット目のレーザー光は、１ショット目のレーザー光があたっていた部分８１１から位置がずれているが、図８（Ｃ）では、２ショット目のレーザー光が１ショット目によって形成された中心部８１３を覆わず、１ショット目のレーザー光があたっていた部分と一部重なる程度のずれである。
【００７４】
そして、２ショット目のレーザー光の端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにレーザー光の端部から中心に向かってラテラル方向に結晶が成長する。このとき、１ショット目によって結晶化された部分８１１のうち、２ショット目のレーザー光があたっていない部分が種結晶となり、１ショット目によって形成されたラテラル方向に成長した結晶が、さらに走査方向に向かって成長する。
【００７５】
そして時間の経過にしたがって結晶の成長が進んでいくと、完全に溶融した部分において発生した種結晶から生成した結晶粒とぶつかり合うか、もしくは反対側から成長してきた結晶粒とぶつかり合うかして、２ショット目のレーザー光の中心部分８１５において結晶成長が終了する。図８（Ｄ）に結晶成長が終了した時点での半導体膜の様子を模式的に示す。レーザー光の中心部分８１５では、他の部分に比べて微結晶が多数存在していたり、結晶粒どうしがぶつかり合うことで半導体膜の表面が不規則になっていたりする。
【００７６】
以下、３ショット目以降も同様に、レーザー光を走査方向に少しずつずらして照射していくことで、図８（Ｅ）に示すように走査方向と平行に結晶が成長する。上記構成により、結晶粒の位置及び大きさを制御しながら、部分的に結晶化を行うことができる。
【００７７】
図８に示した照射方法によって得られる結晶は、レーザー光の中心部が残されている、該中心部においては結晶性が芳しくないので、該中心部をチャネル形成領域に含まない様に、より好ましくは活性層に含まないように、活性層がレイアウトされているのが望ましい。
【００７８】
なお、図７及び図８の照射方法の両方において、結晶粒の成長方向と、チャネル形成領域のキャリアの進む方向とが平行になるように活性層がレイアウトされていると、チャネル形成領域に含まれる粒界が少なくなるので、移動度が高くなり、オフ電流も抑えることができる。また、チャネル形成領域のキャリアの進む方向と結晶粒の成長方向とが、平行にならないような角度を有するように活性層がレイアウトされていると、チャネル形成領域に含まれる粒界が多くなる。しかし複数の活性層を比較したときに、各活性層のチャネル形成領域に含まれる全粒界に対する、活性層どうしの粒界の量の差の割合が小さくなり、作製されるＴＦＴの移動度及びオフ電流値のばらつきが小さくなる。
【００７９】
なお、レーザーはエキシマレーザーやＹＬＦレーザーを用いることができるが、レーザーの種類はこの構成に限定されない。
【００８０】
本実施例で示したＳＬＳ法では、レーザー光があたっている部分において、半導体膜を全厚さにわたって局部的に溶融させる必要がある。本発明のレーザー照射装置またはレーザー照射方法では、走査方向におけるレーザー光のエネルギー密度の平均値を高めることができるので、ＳＬＳ法を用いた結晶化の際に、面積あたりのレーザー光の照射時間を抑えて基板が加熱されるのを抑えつつ、半導体膜を全厚さにわたって局部的に溶融させることができる。
【００８１】
（実施例２）
本実施例では、レーザー光を重ね合わせるための光学系について説明する。
【００８２】
図９に、本実施例の光学系の具体的な構成を示す。図９（Ａ）は本発明のレーザー照射装置の光学系の側面図であり、図９（Ａ）の矢印Ｂの方向から見た側面図を図９（Ｂ）に示す。なお図９（Ｂ）の矢印Ａの方向から見た側面図が、図９（Ａ）に相当する。
【００８３】
図９はレーザー光を４つ合成して１つのレーザー光にする場合の光学系を示している。なお本実施例において合成するレーザー光の数はこれに限定されず、合成するレーザー光の数は２以上８以下であれば良い。
【００８４】
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５はシリンドリカルレンズであり、図９には示されていないが、本実施例の光学系はシリンドリカルレンズを６つ用いている。図１０に、図９に示した光学系の斜視図を示す。シリンドリカルレンズ４０３、４０４、４０５、４０６のそれぞれに、異なるレーザー発振装置からレーザー光が入射される。
【００８５】
そしてシリンドリカルレンズ４０３、４０５によってそのレーザー光の形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４０１に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズにおいてそのレーザー光の形状が加工された後、スリット４１０において一部がカットされて、被処理物４００に照射される。また、シリンドリカルレンズ４０４、４０６によってそのレーザー光の形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４０２に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズにおいてそのレーザー光の形状が加工された後、スリット４１０において一部がカットされて、被処理物４００に照射される。
【００８６】
被処理物４００におけるレーザー光のレーザー光は互いに一部重なることで合成されて、１つのレーザー光になっている。
【００８７】
なお、本実施例では、被処理物４００に最も近いシリンドリカルレンズ４０１、４０２の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ４０３〜４０６の焦点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４０１、４０２から被処理物４００へのレーザー光の入射角θ１は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ４０３〜４０６からシリンドリカルレンズ４０１、４０２へのレーザー光の入射角θ２を１０°とするように各レンズを設置する。
【００８８】
なお各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能である。さらに、シリンドリカルレンズの数もこれに限定されず、また用いる光学系はシリンドリカルレンズに限定されない。本発明は、各レーザー発振装置から発振されるレーザー光のレーザー光を、半導体膜の結晶化に適した形状及びエネルギー密度になるように加工し、なおかつ全てのレーザー光のレーザー光を互いに重ね合わせて合成し、１つのレーザー光にすることができるような光学系であれば良い。
【００８９】
なお本実施例では、４つのレーザー光を合成する例について示しており、この場合４つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを４つと、該４つのシリンドリカルレンズに対応する２つのシリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝２、４、６、８）のレーザー光を合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応するｎ／２のシリンドリカルレンズとを有している。ｎ（ｎ＝３、５、７）のレーザー光を合成する場合、ｎのレーザー発振装置にそれぞれ対応するｎのシリンドリカルレンズと、該ｎのシリンドリカルレンズに対応する（ｎ＋１）／２のシリンドリカルレンズとを有している。
【００９０】
次に、８つのレーザー発振装置を用いた本発明のレーザー照射装置の、光学系について説明する。
【００９１】
図１１、図１２に、本実施例のレーザー照射装置に用いられる光学系の具体的な構成を示す。図１１は本発明のレーザー照射装置の光学系の側面図であり、図１１の矢印Ｂの方向から見た側面図を図１２に示す。なお図１２の矢印Ａの方向から見た側面図が、図１１に相当する。
【００９２】
本実施例ではレーザー光を８つ合成して１つのレーザー光にする場合の光学系を示している。なお本発明において合成するレーザー光の数はこれに限定されず、合成するレーザー光の数は２以上８以下であれば良い。
【００９３】
４４１〜４５０はシリンドリカルレンズであり、図１１、図１２には示されていないが、本実施例の光学系は１２のシリンドリカルレンズ４４１〜４５２を用いている。図１３に図１１、図１２に示した光学系の斜視図を示す。シリンドリカルレンズ４４１〜４４４のそれぞれに、異なるレーザー発振装置からレーザー光が入射される。
【００９４】
そしてシリンドリカルレンズ４５０、４４５によってそのレーザー光の形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４４１に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズ４４１においてそのレーザー光の形状が加工された後、スリット４６０において一部がカットされて、被処理物４４０に照射される。また、シリンドリカルレンズ４５１、４４６によってそのレーザー光の形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４４２に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズ４４２においてそのレーザー光の形状が加工された後、スリット４６０において一部がカットされて、被処理物４４０に照射される。また、シリンドリカルレンズ４４９、４４７によってそのレーザー光の形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４４３に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズ４４３においてそのレーザー光の形状が加工された後、スリット４６１において一部がカットされて、被処理物４４０に照射される。また、シリンドリカルレンズ４５２、４４８によってそのレーザー光の形状が加工されたレーザー光が、シリンドリカルレンズ４４４に入射する。入射したレーザー光はシリンドリカルレンズ４４４においてそのレーザー光の形状が加工された後、スリット４６１において一部がカットされて、被処理物４４０に照射される。
【００９５】
被処理物４４０におけるレーザー光のレーザー光は互いに一部重なることで合成されて、１つのレーザー光になっている。
【００９６】
なお、本実施例では、被処理物４４０に最も近いシリンドリカルレンズ４４１〜４４４の焦点距離を２０ｍｍとし、シリンドリカルレンズ４４５〜４５２の焦点距離を１５０ｍｍとする。そしてシリンドリカルレンズ４４１〜４４４から被処理物４４０へのレーザー光の入射角θ１は、本実施例では２５°とし、シリンドリカルレンズ４４５〜４５２からシリンドリカルレンズ４４１〜４４４へのレーザー光の入射角θ２を１０°とするように各レンズを設置する。
【００９７】
なお各レンズの焦点距離及び入射角は設計者が適宜設定することが可能である。さらに、シリンドリカルレンズの数もこれに限定されず、また用いる光学系はシリンドリカルレンズに限定されない。本発明は、各レーザー発振装置から発振されるレーザー光のレーザー光を、半導体膜の結晶化に適した形状及びエネルギー密度になるように加工し、なおかつ全てのレーザー光のレーザー光を互いに重ね合わせて合成し、１つのレーザー光にすることができるような光学系であれば良い。
【００９８】
なお本実施例では、８つのレーザー光を合成する例について示しており、この場合８つのレーザー発振装置にそれぞれ対応するシリンドリカルレンズを８つと、該８つのシリンドリカルレンズに対応する４つのシリンドリカルレンズとを有している。
【００９９】
レーザー光を５つ以上重ね合わせるとき、光学系の配置を考慮すると、５つ目以降のレーザー光は基板の反対側から照射するのが望ましく、この場合基板はレーザ光に対して透過性を有していることが必要である。
【０１００】
なお、均一なレーザー光の照射を実現するためには、照射面に垂直な平面であって、かつ合成前の各ビームの形状をそれぞれ長方形と見立てたときの短辺を含む面または長辺を含む面のいずれか一方を入射面と定義すると、前記レーザー光の入射角度θは、入射面に含まれる前記短辺または前記長辺の長さがＷ、前記照射面に設置され、かつ、前記レーザー光に対して透光性を有する基板の厚さがｄであるとき、θ≧ａｒｃｔａｎ（Ｗ／２ｄ）を満たすのが望ましい。この議論は合成前の個々のレーザー光について成り立つ必要がある。なお、レーザー光の軌跡が、前記入射面上にないときは、該軌跡を該入射面に射影したものの入射角度をθとする。この入射角度θでレーザー光が入射されれば、基板の表面での反射光と、前記基板の裏面からの反射光とが干渉せず、一様なレーザー光の照射を行うことができる。以上の議論は、基板の屈折率を１として考えた。実際は、基板の屈折率が１．５前後のものが多く、この数値を考慮に入れると上記議論で算出した角度よりも大きな計算値が得られる。しかしながら、ビームスポットの長手方向の両端のエネルギーは減衰があるため、この部分での干渉の影響は少なく、上記の算出値で十分に干渉減衰の効果が得られる。上記のθに対する不等式は、基板がレーザビームに対して透光性のあるもの以外には適用されない。
【０１０１】
本実施例の構成は、実施例１と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１０２】
（実施例３）
本実施例では、本発明のレーザー照射装置またはレーザー照射方法を用いた、半導体装置の作製方法について説明する。なお、本実施例では半導体装置の１つとして発光装置を例に挙げて説明するが、本発明を用いて作製することができる半導体装置はこれに限定されず、液晶表示装置やその他の半導体装置であってもよい。
【０１０３】
発光装置は、電流を発光素子に供給するための手段と発光素子とが、複数の各画素に備えられた半導体装置である。発光素子（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる電界発光材料を含む層（以下、電界発光層と記す）と、陽極層と、陰極層とを有している。電界発光層は陽極と陰極の間に設けられており、単層または複数の層で構成されている。これらの層の中に無機化合物を含んでいる場合もある。
【０１０４】
まず、図１４（Ａ）に示すように、本実施例ではバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスからなる基板５００を用いる。なお、基板５００としては、石英基板やシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。また、本実施例の処理温度に耐えうる耐熱性が有するプラスチック基板を用いてもよい。
【０１０５】
次いで、基板５００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜から成る下地膜５０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により形成する。本実施例では下地膜５０１として単層の下地膜を用いるが、前記絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。
【０１０６】
次に、この下地膜５０１の上に５０ｎｍの厚さの、非晶質半導体膜５０２をプラズマＣＶＤ法で形成した。非晶質半導体膜は含有水素量にもよるが、好ましくは４００〜５５０℃で数時間加熱して脱水素処理を行い、含有水素量を５ａｔｏｍ％以下として、結晶化の工程を行うことが望ましい。また、非晶質半導体膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させておくことが望ましい。
【０１０７】
なお、半導体膜は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１０８】
ここで、下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２は、いずれもプラズマＣＶＤ法で作製されるものであり、このとき下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２を真空中で連続して形成しても良い。下地膜５０１を形成後、一旦大気雰囲気にさらされない工程にすることにより、表面の汚染を防ぐことが可能となり、作製されるＴＦＴの特性バラツキを低減させることができた。
【０１０９】
次に、図１４（Ｂ）に示すように、非晶質半導体膜５０２をレーザー結晶化法により結晶化させる。レーザー結晶化法は、本発明のレーザー照射装置またはレーザー照射方法を用いて行なう。もちろん、レーザー結晶化法だけでなく、他の公知の結晶化法（ＲＴＡやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法等）と組み合わせて行ってもよい。
【０１１０】
非晶質半導体膜の結晶化に際し、連続発振が可能な固体レーザーを用い、基本波の第２高調波〜第４高調波を用いることで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザー（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のＹＶＯ４レーザーから射出されたレーザー光を非線形光学素子により高調波に変換し、出力１０Ｗのレーザー光を得る。また、共振器の中にＹＶＯ４結晶と非線形光学素子を入れて、高調波を射出する方法もある。そして、好ましくは光学系により照射面にて矩形状または楕円形状のレーザー光に成形して、被処理体に照射する。このときのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓ程度の速度でレーザー光に対して相対的に非晶質半導体膜５０２を移動させて照射する。
【０１１１】
なおレーザー照射は、パルス発振または連続発振の気体レーザーもしくは固体レーザーを用いることができる。気体レーザーとして、エキシマレーザー、Ａｒレーザー、Ｋｒレーザーなどがあり、固体レーザーとして、ＹＡＧレーザー、ＹＶＯ４レーザー、ＹＬＦレーザー、ＹＡｌＯ３レーザー、ガラスレーザー、ルビーレーザー、アレキサンドライドレーザー、Ｔｉ：サファイアレーザー、Ｙ２Ｏ３などが挙げられる。固体レーザーとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３などの結晶を使ったレーザー等も使用可能である。当該レーザーの基本波はドーピングする材料によって異なり、１μｍ前後の基本波を有するレーザー光が得られる。基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【０１１２】
上述したレーザー結晶化によって結晶性が高められ、結晶質半導体膜５０３が形成される。
【０１１３】
次に、結晶質半導体膜５０３を所望の形状にパターニングして、ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜５０４〜５０６を形成する（図１４（Ｃ））。なお、活性層５０４〜５０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１１４】
次に、図１５（Ａ）に示すように、活性層５０４〜５０６を覆って、酸化シリコンまたは窒化珪素を主成分とするゲート絶縁膜５０７を形成した。本実施例では、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ　Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ２とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）、電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ２で放電させて、酸化シリコン膜を形成した。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。また窒化アルミニウムをゲート絶縁膜として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴで発生した熱を効果的に拡散させることができる。またアルミニウムの含まれない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アルミニウムを積層したものをゲート絶縁膜として用いても良い。
【０１１５】
そして、図１５（Ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜５０７の上に導電膜を１００〜５００ｎｍの厚さで成膜し、パターニングすることで、ゲート電極５０８〜５１０を形成する。
【０１１６】
なお、本実施例ではゲート電極をＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成する。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層したものであっても良い。
【０１１７】
例えば、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＷとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＡｌとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）で形成し、第２の導電膜をＣｕとする組み合わせで形成することが好ましい。また、第１の導電膜及び第２の導電膜としてリン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜や、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。
【０１１８】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。また、３層構造とする場合、タングステンに代えて窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜（Ａｌ−Ｔｉ）を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。
【０１１９】
なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングの方法や、エッチャントの種類を選択することが重要である。
【０１２０】
次に、ｎ型の不純物元素を添加する工程を行い、ｎ型の不純物領域５１２〜５１７を形成する。ここでは、フォスフィン（ＰＨ３）を用いたイオンドープ法で行った。
【０１２１】
次に図１５（Ｃ）に示すように、ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域をレジストマスク５２０で覆って、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域に、ｐ型の不純物元素を添加する工程を行い、ｐ型の不純物領域５１８、５１９を形成した。ここではジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いてイオンドープ法で添加した。
【０１２２】
そして、導電型の制御を目的とし、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５００℃で４時間の熱処理を行う。ただし、ゲート電極５０８〜５１０が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜（シリコンを主成分とする）を形成した後で活性化を行うことが好ましい。
【０１２３】
またレーザーアニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザーを使用することが可能である。活性化の場合は、移動速度は結晶化と同じにし、０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．０１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）のエネルギー密度が必要となる。また結晶化の際には連続発振のレーザーを用い、活性化の際にはパルス発振のレーザーを用いるようにしても良い。
【０１２４】
さらに、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で、３００〜４５０℃で１〜１２時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。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。
【０１２５】
次いで、図１５（Ｄ）に示すように、１０〜２００ｎｍの厚さの酸化窒化シリコンからなる第１無機絶縁膜５２１を、ＣＶＤ法を用いて形成する。なお、第１無機絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されず、後に形成される有機樹脂膜への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。なお、窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴや発光素子などで発生した熱を効果的に拡散させることができる。
【０１２６】
次に、第１無機絶縁膜５２１の上に、ポジ型の感光性有機樹脂から成る有機樹脂膜５２２を成膜する。本実施例ではポジ型の感光性のアクリルを用いて有機樹脂膜５２２を形成するが、本発明はこれに限定されない。
【０１２７】
本実施例では、スピンコート法によりポジ型の感光性アクリルを塗布し、焼成することで、有機樹脂膜５２２を形成する。なお有機樹脂膜５２２の膜厚は、焼成後、０．７〜５μｍ（さらに好ましくは２〜４μｍ）程度になるようにする。
【０１２８】
次に、フォトマスクを用いて開口部を形成したい部分を露光する。そして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を主成分とする現像液で現像した後、基板を乾燥させ、２２０℃、１時間程度の焼成を行う。そして、図１５（Ｄ）に示したように有機樹脂膜５２２に開口部が形成され、該開口部において第１無機絶縁膜５２１が一部露出された状態になる。
【０１２９】
なお、ポジ型の感光性アクリルは薄茶色に着色しているので、発光素子から発せられる光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。この場合、焼成する前に、再び現像後の感光性アクリル全体を露光する。このときの露光は、開口部を形成するための露光に比べて、やや強い光を照射したり、照射時間を長くしたりするようにし、完全に露光が行なわれるようにする。例えば、２μｍの膜厚のポジ型のアクリル樹脂を脱色するとき、超高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（４３６ｎｍ）とｈ線（４０５ｎｍ）とｉ線（３６５ｎｍ）とから成る多波長光を利用する等倍投影露光装置（具体的にはＣａｎｏｎ製のＭＰＡ）を用いる場合、６０ｓｅｃ程度照射する。この露光により、ポジ型のアクリル樹脂が完全に脱色される。
【０１３０】
また本実施例では、現像後に２２０℃で焼成を行なっているが、現像後にプリベークとして１００℃程度の低温で焼成してから、２２０℃の高温で焼成するようにしても良い。
【０１３１】
そして図１６（Ａ）に示すように、第１無機絶縁膜５２１が一部露出された該開口部と、有機樹脂膜５２２を覆って、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第２無機絶縁膜５２３を成膜する。第２無機絶縁膜５２３の膜厚は１０〜２００ｎｍ程度が望ましい。また、第２無機絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されず、有機樹脂膜５２２への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。
【０１３２】
なお、酸化窒化珪素膜または酸化窒化アルミニウム膜は、その酸素と窒素のａｔｏｍｉｃ％の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高い方が望ましい。
【０１３３】
またＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に優れている。ＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、Ｎ２、Ａｒ、Ｎ２Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐａ、電力３０００Ｗとして成膜する。また、例えば窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ２、Ａｒをガスの流量比が２０：２０となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成膜温度を２１５℃として成膜する。
【０１３４】
この有機樹脂膜５２２と、第１無機絶縁膜５２１と、第２無機絶縁膜５２３とで、第１の層間絶縁膜が形成される。
【０１３５】
次に、図１６（Ａ）に示すように、有機樹脂膜５２２の開口部において、レジストマスク５２４を形成し、ゲート絶縁膜５０７、第１無機絶縁膜５２１及び第２無機絶縁膜５２３に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。
【０１３６】
このコンタクトホールの開口により、不純物領域５１２〜５１５、５１８、５１９が一部露出された状態になる。このドライエッチングの条件は、ゲート絶縁膜５０７、第１無機絶縁膜５２１及び第２無機絶縁膜５２３の材料によって適宜設定する。本実施例では、ゲート絶縁膜５０７に酸化珪素、第１無機絶縁膜５２１に酸化窒化珪素、第２無機絶縁膜５２３に窒化珪素を用いているので、まず、ＣＦ４、Ｏ２、Ｈｅをエッチングガスとして窒化珪素からなる第２無機絶縁膜５２３と酸化窒化珪素からなる第１無機絶縁膜５２１をエッチングし、その後ＣＨＦ３を用いて酸化珪素からなるゲート絶縁膜５０７をエッチングする。
【０１３７】
なおエッチングの際に、開口部において有機樹脂膜５２２が露出しないようにすることが肝要である。
【０１３８】
次に、コンタクトホールを覆うように、第２無機絶縁膜５２３上に導電膜を成膜し、パターニングすることで、不純物領域５１２〜５１５、５１８、５１９に接続された配線５２６〜５３１が形成される（図１６（Ｂ））。
【０１３９】
なお本実施例では、第２無機絶縁膜５２３上に、Ｔｉ膜を１００ｎｍ、Ａｌ膜３００ｎｍ、Ｔｉ膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の導電膜としたが本発明はこの構成に限定されない。単層の導電膜で形成しても良いし、３層以外の複数の層からなる導電膜で形成しても良い。また材料もこれに限定されない。
【０１４０】
例えば、Ｔｉ膜を成膜した後、Ｔｉを含むＡｌ膜を積層した導電膜を用いてもよいし、Ｔｉ膜を成膜した後、Ｗを含むＡｌ膜を積層した導電膜を用いても良い。
【０１４１】
次に、第２無機絶縁膜５２３の上に、バンクとなる有機樹脂膜を成膜する。本実施例ではポジ型の感光性のアクリルを用いるが、本発明はこれに限定されない。本実施例では、スピンコート法によりポジ型の感光性アクリルを塗布し、焼成することで、有機樹脂膜を形成する。なお有機樹脂膜の膜厚は、焼成後、０．７〜５μｍ（さらに好ましくは２〜４μｍ）程度になるようにする。
【０１４２】
次に、フォトマスクを用いて開口部を形成したい部分を露光する。そして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を主成分とする現像液で現像した後、基板を乾燥させ、２２０℃、１時間程度の焼成を行う。そして、図１６（Ｃ）に示したように開口部を有するバンク５３３が形成され、該開口部において配線５２９、５３１が一部露出された状態になる。
【０１４３】
なお、ポジ型の感光性アクリルは薄茶色に着色しているので、発光素子から発せられる光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。脱色処理は有機樹脂膜５２２に施した脱色処理と同様に行なう。
【０１４４】
バンクに感光性の有機樹脂を用いることで、開口部の断面に丸みをもたせることができるので、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好とすることができ、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができる。
【０１４５】
そして図１７（Ａ）に示すように、配線５２９、５３１が一部露出された該開口部と、バンク５３３を覆って、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第３無機絶縁膜５３４を成膜する。第３無機絶縁膜５３４の膜厚は１０〜２００ｎｍ程度が望ましい。また、第３無機絶縁膜５３４は酸化窒化シリコン膜に限定されず、バンク５３３への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。
【０１４６】
なお、酸化窒化珪素膜または酸化窒化アルミニウム膜は、その酸素と窒素のａｔｏｍｉｃ％の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高い方が望ましい。
【０１４７】
そして、バンク５３３の開口部においてレジストマスク５３５を形成し、第３無機絶縁膜５３４に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。
【０１４８】
このコンタクトホールの開口により、配線５２９、５３１が一部露出された状態になる。このドライエッチングの条件は、第３無機絶縁膜５３４の材料によって適宜設定する。本実施例では、第３無機絶縁膜５３４に窒化珪素を用いているので、ＣＦ４、Ｏ２、Ｈｅをエッチングガスとして窒化珪素からなる第３無機絶縁膜５３４をエッチングする。
【０１４９】
なおエッチングの際に、開口部においてバンク５３３が露出しないようにすることが肝要である。
【０１５０】
次に、透明導電膜、例えばＩＴＯ膜を１１０ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行うことで、配線５３１に接する画素電極５４０と、ダイオードで生じた電流を得るための引き出し配線５４１を形成する。また、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いても良い。この画素電極５４０が発光素子の陽極となる（図１７（Ｂ））。
【０１５１】
次に、画素電極５４０上に電界発光層５４２を蒸着法により形成し、更に蒸着法により陰極（ＭｇＡｇ電極）５４３を形成する。このとき電界発光層５４２及び陰極５４３を形成するに先立って画素電極５４０に対して熱処理を施し、水分を完全に除去しておくことが望ましい。なお、本実施例ではＯＬＥＤの陰極としてＭｇＡｇ電極を用いるが、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料、例えばＣａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉであっても良い。
【０１５２】
なお陰極としてＡｌＬｉを用いた場合、窒素を含んだ第３の層間絶縁膜５３４によって、ＡｌＬｉ中のＬｉが、第３の層間絶縁膜５３４より基板側に入り込んでしまうのを防ぐことができる。
【０１５３】
なお、電界発光層５４２としては、公知の材料を用いることができる。本実施例では正孔輸送層（Ｈｏｌｅ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ　ｌａｙｅｒ）及び発光層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｌａｙｅｒ）でなる２層構造を電界発光層とするが、正孔注入層、電子注入層若しくは電子輸送層のいずれかを設ける場合もある。このように組み合わせは既に様々な例が報告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。例えば、電子輸送層またはホールブロッキング層として、ＳＡｌｑやＣＡｌｑなどを用いても良い。
【０１５４】
なお、電界発光層５４２の膜厚は１０〜４００ｎｍ（典型的には６０〜１５０ｎｍ）、陰極５４３の厚さは８０〜２００ｎｍ（典型的には１００〜１５０ｎｍ）とすれば良い。
【０１５５】
こうして図１７（Ｂ）に示すような構造の発光装置が完成する。図１７（Ｂ）において５５０は画素部であり、５５１は駆動回路部に相当する。画素部５５０において、画素電極５４０、電界発光層５４２、陰極５４３の重なっている部分５５２がＯＬＥＤに相当する。
【０１５６】
なお、本実施例で示すＴＦＴの構成及び具体的な作製方法はほんの一例であり、本発明はこの構成に限定されない。
【０１５７】
なお、実際には図１７（Ｂ）まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウム）を配置したりするとＯＬＥＤの信頼性が向上する。
【０１５８】
なお本実施例は、実施例１または２と自由に組み合わせることが可能である。
【０１５９】
（実施例４）
本実施例では、レーザー光を重ね合わせたときの、各レーザー光の中心間の距離と、エネルギー密度との関係について説明する。なお、説明を分かり易くするため、スリットを設けない場合について説明する。
【０１６０】
図１８に、各レーザー光の中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたレーザー光のエネルギー密度の分布を破線で示す。レーザー光の中心軸方向におけるエネルギー密度の値は、一般的にガウス分布に従っている。
【０１６１】
合成前のレーザー光において、ピーク値の１／ｅ２以上のエネルギー密度を満たしている中心軸方向の距離を１としたときの、各ピーク間の距離をＸとする。また、合成されたレーザー光において、合成後のピーク値と、バレー値の平均値に対するピーク値の割増分をＹとする。シミュレーションで求めたＸとＹの関係を、図１９に示す。なお図１９では、Ｙを百分率で表した。
【０１６２】
図１９において、エネルギー差Ｙは以下の式１の近似式で表される。
【０１６３】
【式１】
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ２（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
【０１６４】
式１に従えば、例えばエネルギー差を５％程度にしたい場合、Ｘ≒０．５８４となるようにすれば良いということがわかる。Ｙ＝０となるのが理想的だが、それではレーザー光の長さが短くなるので、スループットとのバランスでＸを決定すると良い。
【０１６５】
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図２０に、レーザー光が楕円形状を有している場合の、中心軸方向におけるビーム幅に対するＹＶＯ４レーザーの出力（Ｗ）の分布を示す。斜線で示す領域は、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲であり、本実施例の場合、３．５〜６Ｗの範囲内に合成したレーザー光の出力エネルギーが納まっていれば良いことがわかる。
【０１６６】
合成後のレーザー光の出力エネルギーの最大値と最小値が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギー範囲にぎりぎりに入るとき、良好な結晶性が得られるエネルギー差Ｙが最大になる。よって図２０の場合は、エネルギー差Ｙが±２６．３％となり、上記範囲にエネルギー差Ｙが納まっていれば良好な結晶性が得られることがわかる。
【０１６７】
なお、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲は、どこまでを結晶性が良好だと判断するかによって変わり、また出力エネルギーの分布もレーザー光の形状によって変わってくるので、エネルギー差Ｙの許容範囲は必ずしも上記値に限定されない。設計者が、良好な結晶性を得るために必要な出力エネルギーの範囲を適宜定め、用いるレーザーの出力エネルギーの分布からエネルギー差Ｙの許容範囲を設定する必要がある。
【０１６８】
本実施例は、実施例１〜３と組み合わせて実施することが可能である。
【０１６９】
（実施例５）
本実施例では、半導体膜を短冊状にパターニングしてから、該短冊の長軸方向に沿ってレーザー光を走査して結晶化する方法について説明する。
【０１７０】
図２１（Ａ）に短冊状にパターニングされた半導体膜９０１に、レーザー光を走査している様子を示す。レーザー光の走査方向は短冊の長軸方向に沿っている。具体的に短冊状の半導体膜９０１は、長軸に対して垂直な方向における幅が数μｍ〜数十μｍ程度とし、互いに数百ｎｍ〜数μｍ程度間隔を空けてレイアウトされている。
【０１７１】
そして、レーザー光のエッジが、該短冊状の半導体膜とは重ならず、半導体膜どうしの間に丁度納まるように、レーザー光を走査する。互いに間隔を空けることで、結晶化の際に、レーザー光の中心軸方向に熱が拡散するのを防ぐことができ、レーザー光のエッジ近傍に分布する、結晶性が劣る領域が拡散するのを極力抑えることができる。
【０１７２】
なお、半導体膜をパターニングしてからレーザー光を照射すると、半導体膜の角において微結晶が形成されてしまう。例えば、パルス発振のエキシマレーザーでは半導体膜の厚さにもよるが、半導体膜の角の近傍では粒径が０．１μｍ未満の微結晶が多く見られ、中心部に形成される結晶粒に比べてその粒径が小さくなる傾向がある。これはエッジの近傍と中心部とで、レーザー光により与えられた熱の、基板への拡散のし方が異なるためではないかと考えられている。しかし、これらの半導体膜のエッジに形成される微結晶の領域は、パターニングせずにレーザー光を照射して、レーザー光のエッジ近傍のエネルギー密度が弱い部分及びそこから熱拡散して形成される微結晶の領域よりも狭いため、実際には得られる結晶性が良好と認められる領域を広く用いることができる。
【０１７３】
次に図２１（Ｂ）に示すように、レーザー光で結晶化した後、短冊状の半導体膜をさらにパターニングして島状の半導体膜９０２を形成する。
【０１７４】
なお、短冊状の半導体膜は、その間隔を十分に取らないと、レーザー光の照射によって溶融した際に重力で変形することで、隣同士で付着してしまい、上述の効果が得られなくなる可能性がある。しかし、レーザー光照射の際に、半導体膜が形成されている面を下にすることで、隣同士の付着を防ぐことができ、短冊状の半導体膜どうしの間隔をより狭くすることができる。
【０１７５】
本実施例は、実施例１〜４と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０１７６】
【発明の効果】
本発明では、複数のレーザー発振装置から発振されたレーザー光を合成することで、各レーザー光のエネルギー密度の弱い部分を補い合うことができる。よって、複数の各レーザー発振装置から発せられるレーザー光を合成せずにそれぞれ単独で用いるよりも、レーザー光のうち、結晶化に必要な程度のエネルギー密度を有する領域が広がり、基板の処理効率を高めることができる。
【０１７７】
さらに本発明ではスリットを用いて、合成されたレーザー光のうち、走査方向においてエネルギー密度が所定の値に達しない領域をカットする。上記構成により、走査方向におけるレーザー光のエネルギー密度の平均値を高めることができ、被処理物の任意の点におけるレーザー光の照射時間を抑えることができる。よって、基板が加熱されるのを抑えつつ、半導体膜の結晶性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザー照射装置の構造を示す図。
【図２】レーザー光の形状及びエネルギー密度の分布を示す図。
【図３】レーザー光とスリットの位置関係を示す図。
【図４】レーザー光とスリットの位置関係を示す図。
【図５】被処理物においてレーザー光の移動する方向を示す図。
【図６】被処理物においてレーザー光の移動する方向を示す図。
【図７】ＳＬＳ法を用いた結晶化のメカニズムを説明する図。
【図８】ＳＬＳ法を用いた結晶化のメカニズムを説明する図。
【図９】レーザー照射装置の光学系の図。
【図１０】レーザー照射装置の光学系の図。
【図１１】レーザー照射装置の光学系の図。
【図１２】レーザー照射装置の光学系の図。
【図１３】レーザー照射装置の光学系の図。
【図１４】本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１５】本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１６】本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１７】本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１８】重ね合わせたレーザー光の中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を示す図。
【図１９】レーザー光の中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図２０】レーザー光の中心軸方向における出力エネルギーの分布を示す図。
【図２１】本発明のレーザー照射方法の一実施例を示す図。
【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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【図２１】
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