(57)【要約】【課題】基板処理の効率を高めることができるレーザー結晶化法を用いた半導体製造装置の提供を課題とする。【解決手段】半導体膜のうち、パターニング後に基板上に残される部分をマスクに従って把握する。そして、少なくともパターニングすることで得られる部分を結晶化することができるようにレーザー光の走査部分を定め、該走査部分にビームスポットがあたるようにし、半導体膜を部分的に結晶化する。ビームスポットはスリットによって出力エネルギーの低い部分が遮蔽されている。本発明では、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分が最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができる。【選択図】  図１
2004179474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１のレーザー発振装置と、
前記複数の第１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、基板におけるビームスポットを互いに一部重ね合わせる第１の光学系と、
前記重ね合わされたビームスポットの、基板における移動方向と垂直な方向における幅を制限するスリットと、
第２のレーザー発振装置と、
前記第２のレーザー発振装置から出力されたレーザー光を集光し、そのビームスポットの形状を加工する第２の光学系と、
前記基板の位置を制御する位置制御手段と、
前記第２のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記第２の光学系によってその形状が加工されたビームスポットを用いてマーカーを形成することができ、前記基板上に形成される素子群のパターン情報から、前記マーカーを基準として前記素子群の活性層となる領域を特定し、前記活性層となる領域を含むように前記半導体膜に対してレーザー光を照射する特定の領域を定め、前記スリット、前記複数の第１のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記スリットにより幅が制限されたビームスポットを前記特定の領域に重ね合わせるコンピューターと、
を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項２】
複数の第１のレーザー発振装置と、
前記複数の第１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、基板におけるビームスポットを互いに一部重ね合わせる第１の光学系と、
前記重ね合わされたビームスポットの、基板における移動方向と垂直な方向における幅を制限するスリットと、
第２のレーザー発振装置と、
前記第２のレーザー発振装置から出力されたレーザー光を集光し、そのビームスポットの形状を加工する第２の光学系と、
前記基板の位置を互いに交差している第１の方向または第２の方向に移動させる位置制御手段を有し、
前記第２のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記第２の光学系によってその形状が加工されたビームスポットを用いてマーカーを形成することができ、前記基板上に形成される素子群のパターン情報から、前記マーカーを基準として前記素子群の活性層となる領域を特定し、前記活性層となる領域を含むように前記半導体膜に対してレーザー光を照射する特定の領域を定め、前記スリット、前記複数の第１のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記スリットにより幅が制限されたビームスポットを前記特定の領域に重ね合わせるコンピューターと、
を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項３】
複数の第１のレーザー発振装置と、
前記複数の第１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、基板におけるビームスポットを各中心が直線を描くように互いに一部重ね合わせる第１の光学系と、
前記重ね合わされたビームスポットの、基板における移動方向と垂直な方向における幅を制限するスリットと、
第２のレーザー発振装置と、
前記第２のレーザー発振装置から出力されたレーザー光を集光し、そのビームスポットの形状を加工する第２の光学系と、
前記基板の位置を制御する位置制御手段と、
前記第２のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記第２の光学系によってその形状が加工されたビームスポットを用いてマーカーを形成することができ、前記基板上に形成される素子群のパターン情報から、前記マーカーを基準として前記素子群の活性層となる領域を特定し、前記活性層となる領域を含むように前記半導体膜に対してレーザー光を照射する特定の領域を定め、前記スリット、前記複数の第１のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記スリットにより幅が制限されたビームスポットを前記特定の領域に重ね合わせるコンピューターと、
を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項４】
複数の第１のレーザー発振装置と、
前記複数の第１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、基板におけるビームスポットを各中心が直線を描くように互いに一部重ね合わせる第１の光学系と、
前記重ね合わされたビームスポットの、基板における移動方向と垂直な方向における幅を制限するスリットと、
第２のレーザー発振装置と、
前記第２のレーザー発振装置から出力されたレーザー光を集光し、そのビームスポットの形状を加工する第２の光学系と、
前記基板の位置を互いに交差している第１の方向または第２の方向に移動させる位置制御手段を有し、
前記第２のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記第２の光学系によってその形状が加工されたビームスポットを用いてマーカーを形成することができ、前記基板上に形成される素子群のパターン情報から、前記マーカーを基準として前記素子群の活性層となる領域を特定し、前記活性層となる領域を含むように前記半導体膜に対してレーザー光を照射する特定の領域を定め、前記スリット、前記複数の第１のレーザー発振装置及び前記位置制御手段を同期させ、前記スリットにより幅が制限されたビームスポットを前記特定の領域に重ね合わせるコンピューターと、
を有することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４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６】
請求項３乃至請求項５のいずれか１項において、
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７】
請求項１乃至請求項６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８】
請求項１乃至請求項７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レーザー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１乃至請求項８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装置。
【請求項１０】
請求項１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１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、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１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、前記レーザー発振装置は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。
【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、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、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、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが挙げられている。
【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】
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、ビームスポットの大きさを数ｃｍ２以上として量産性を上げることができる。特に、ビームスポット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ため、ビームスポットのサイズが１０−３ｍｍ２程度と小さい。そのため、１枚の大きな基板を処理するためには、基板におけるビームの照射位置を上下左右に移動させる必要があり、基板１枚あたりの処理時間が長くなる。よって、基板処理の効率が悪く、基板の処理速度の向上が重要な課題となっている。
【０００９】
なお、複数のビームスポットを重ね合わせて合成し、１つのビームスポットとして用いることで、基板処理の効率を高める技術は、従来から用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特許第３２２１７２４号公報（第２頁、第１１図）
【００１１】
【特許文献２】
特開平４−２８２８６９号公報（第２−３頁、第１（ａ）図）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
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、また半導体膜の移動度を高めることができる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。
【００１３】
【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ビームスポット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、前記合成されたビームスポット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、被処理物におけるビームスポットの位置を制御する第３の手段と、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を介して照射されたビームスポットがマスクの形状のデータ（パターン情報）に従って定められた結晶化させる領域を覆うように、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第４の手段とを有している。
【００１４】
なお、パターン情報に従って定められた結晶化させる領域とは、半導体膜のうち、結晶化後にパターニングすることで得られる部分であっても良いし、もしくはＴＦＴのチャネル形成領域となる部分であっても良い。本発明では第４の手段において結晶化させる領域を把握し、少なくとも該領域にレーザー光が走査されるように、レーザー光の走査経路を定め、該走査経路に従ってビームスポットが移動するように第３の手段を制御する。つまり本発明では、半導体膜全体にレーザー光を照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分が最低限結晶化できるようにレーザー光を走査する。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができる。
【００１５】
このように、本発明では半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも必要不可欠な部分が最低限結晶化できるようにレーザー光を走査するので、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができる。よって、レーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。
【００１６】
また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。さらにスリットを介すことで、合成されたビームスポットのうちエネルギー密度の低い部分を遮蔽することができるので、比較的均一なエネルギー密度のレーザー光を半導体膜に照射することができ、結晶化を均一に行うことができる。またスリットを設けることで、パターン情報によって部分的にビームスポットの幅を変えることができ、ＴＦＴの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。なおビームスポットの幅とは、走査方向と垂直な方向におけるビームスポットの長さを意味する。
【００１７】
さらに本発明では、マスクのパターン情報に従ってレーザー光を照射するために、半導体膜の成膜後、レーザー光による結晶化の前に、半導体膜にレーザー光でマーカーを付ける。そして該マーカーの位置を基準として、マスクをもとにレーザー光を走査する位置を定める。
【００１８】
なおレーザー光の照射は２回以上行っても良い。レーザー光を２回照射する場合、パターン情報に従って定められた結晶化させる領域にレーザー光が照射されるように、第１のレーザー光の走査経路を定め、該走査経路に従ってビームスポットが移動するように第３の手段を制御する。次に、第３の手段を制御して走査方向を変更し、パターン情報に従って定められた結晶化させる領域にレーザー光が照射されるように、第１のレーザー光の走査経路を定め、該走査経路に従ってビームスポットが移動するように第３の手段を制御する。このとき、第１のレーザー光の走査方向と、第２のレーザー光の走査方向とは、９０°に近い方が望ましい。
【００１９】
上記構成によって、第１のレーザー光によって得られる幾つかの結晶粒が、走査方向の異なる第２のレーザー光により１つのより大きな結晶粒となる。これは、第１のレーザー光の照射により特定の方向に成長した結晶粒を種結晶とし、第２のレーザー光によって該特定の方向とは異なる方向に結晶成長が行われるためだと考えられる。よって走査方向の異なる２回のレーザー光照射により部分的に結晶性の高い半導体膜が得られ、該半導体膜の結晶性がより高められた部分を用いてＴＦＴの活性層を作製することで、移動度の高いＴＦＴを得ることができる。
【００２０】
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。
【００２１】
【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この数に限定されない。
【００２２】
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。レーザーは、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レーザーなどが挙げられる。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。
【００２３】
またさらに、固体レーザーから発せられら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。
【００２４】
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。
【００２５】
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、そのビームスポット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ビームスポットを互いに一部を重ね合わせることで、合成することができることである。
【００２６】
なお、レーザー光の進行方向を極短時間で変化させる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。
【００２７】
合成されたビームスポットは、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。そして、スリット１０５はスリットの幅が可変であり、該スリットの幅によってビームスポットの幅を変更することができる。
【００２８】
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におけるビームスポットの形状は、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。
【００２９】
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、被処理物におけるビームスポットの位置を制御する手段に相当しており、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。なお、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、ビームスポットを移動（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が、本発明はこの構成に限定されない。光学系を用いてレーザー光の照射方向を変更するようにしても良い。この場合、位置制御手段は光学系に含まれると解釈することができる。また、基板の移動と光学系とを両方用いて行っても良い。
【００３０】
図１では、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。
【００３１】
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とを有している。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、なおかつレーザー光のビームスポットがマスクのパターン情報に従って定められる領域を覆うように、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。
【００３２】
さらに本発明では、コンピューター１１０によって、該スリット１０５の幅を制御し、マスクのパターン情報に従ってビームスポットの幅を変更することができる。
【００３３】
さらに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。
【００３４】
なお、マーカーをレーザーで形成する場合、マーカー用のレーザー発振装置１１１を設けるようにしても良い。この場合、レーザー発振装置１１１の発振を、コンピューター１１０において制御するようにしても良い。さらにレーザー発振装置１１１を設ける場合、レーザー発振装置１１１から出力されたレーザー光を集光するための光学系１１２を設ける。
【００３５】
またマーカーを用いた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。
【００３６】
次に、複数のビームスポットを重ね合わせることで合成される、ビームスポットの形状について説明する。
【００３７】
図２（Ａ）に、複数のレーザー発振装置からそれぞれ発振されるレーザー光の、スリットを介さない場合の被処理物におけるビームスポットの形状の一例を示す。図２（Ａ）に示したビームスポット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、レーザー発振装置から発振されるレーザー光のビームスポットの形状は、楕円に限定されない。ビームスポット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。
【００３８】
図２（Ｂ）に図２（Ａ）に示したビームスポットの長軸Ｌ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。ビームスポット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。αは、エネルギー密度が、所望の結晶を得るために必要とする値を超えている、長軸ｙ方向における幅に相当する。
【００３９】
次に、図２に示したビームスポットを有するレーザー光を合成したときの、ビームスポットの形状を、図３（Ａ）に示す。なお図３（Ａ）では４つのレーザー光のビームスポットを重ね合わせることで１つのビームスポットを形成した場合について示しているが、重ね合わせるビームスポットの数はこれに限定されない。
【００４０】
図３（Ａ）に示すように、各レーザー光のビームスポットは、各楕円の長軸が一致し、なおかつ互いにビームスポットの一部が重なることで合成され、１つのビームスポットが形成されている。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。
【００４１】
図３（Ｂ）に、図３（Ａ）に示した合成後のビームスポットの、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。合成前の各ビームスポット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。
【００４２】
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。
【００４３】
図３（Ｂ）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（Ｂ）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の値を超えており、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、各ビームスポットは、中心軸方向の幅がα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、ビームスポットを図３（Ｂ）で示したように重ね合わせることで、中心軸方向の幅がβ（β＞４α）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。
【００４４】
なお、レーザー光を重ね合わせても、なお、エネルギー密度が所望の値まで達していない領域がある。本発明のレーザー照射装置では、合成されたビームスポットのエネルギー密度の低い領域を、スリット１０５において遮蔽し、基板１０６に照射されないようにする。図４を用いて、合成されたビームスポットとスリットとの位置関係について説明する。
【００４５】
本発明で用いられるスリット１０５は、スリットの幅が可動であり、その幅はコンピューター１１０によって制御されている。図４（Ａ）において、１２０は、図３（Ａ）に示した合成により得られるビームスポットの形状を示しており、１０５はスリットを示している。図４（Ａ）では、ビームスポット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。
【００４６】
図４（Ｂ）は、スリット１０５によって一部が遮蔽されたビームスポット１２７の様子を示している。そして図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）に示したビームスポットの、中心軸Ｌ方向におけるエネルギー密度の分布を示している。図３（Ｂ）に示した場合と異なり、エネルギー密度の低い領域がスリット１０５によってカットされる。
【００４７】
エネルギー密度の低い領域が照射された半導体膜は、結晶性が芳しくない。具体的には、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。図５（Ａ）に、図３（Ｂ）に示したビームスポット１２０の走査経路と、マスクのパターンとの位置関係を示す。図５（Ａ）において、基板が矢印の方向に移動することでビームスポット１２０が走査されており、１２２は所望のエネルギー密度を有する領域が照射された部分、１２３、１２４はエネルギー密度が所望の値に達していない領域が照射された部分であり、１２２に比べて結晶粒が小さい。さらに１２３は基板に対して垂直方向に結晶が成長しており、１２４は基板と平行な面内において結晶が成長しており、１２３よりも１２４の方が結晶粒は小さくなっている。なお、エネルギー密度が低い部分における結晶性は、半導体膜の厚さ、レーザーの種類及び照射条件などによって異なっており、またエネルギー密度の低い領域が必ずしも上述した２つの領域に分類されるとは限らない。
【００４８】
図５（Ａ）では、領域１２３、１２４が、活性層のパターン１２１と重なっており、好ましくない。よって活性層もしくはそのチャネル形成領域と、エネルギー密度の低い領域とが重ならないように考慮し、レーザー光の走査経路と、活性層のレイアウトとを定める必要があった。
【００４９】
図５（Ｂ）では、基板が矢印の方向に移動することで、エネルギー密度の低い部分が遮蔽されたビームスポット１２７を走査した様子について示す。１２５がエネルギー密度が所望の値に達している領域を示しており、レーザー光の照射されている部分における結晶性は均一になっている。そして、図５（Ａ）と異なり、エネルギー密度の低い領域１２３、１２４が存在しないもしくは図５（Ａ）に比較してその幅が小さいので、レーザー光のエッジの部分と活性層のパターン１２１とを重ねないようにするのがより容易になる。よって、スリットを設けることでエネルギー密度の低い領域がカットされるので、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。
【００５０】
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ビームスポットの幅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。
【００５１】
なお、図４ではビームスポット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、ビームスポット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、ビームスポットの中心軸と、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。ビームスポットの中心軸と、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。一方合成後のビームスポットの中心軸と、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、走査する方向とビームスポット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。また走査する方向とビームスポットの中心軸とが垂直になるように走査した場合に比べて、基板あたりのレーザー光の照射時間を高めることができる。
【００５２】
図６を用いて、ビームスポットの中心軸を走査方向に対して４５°に保った場合の、スリットとビームスポットとの位置関係について説明する。１３０は合成後のビームスポットであり、１０５はスリットである。スリット１０５はビームスポット１３０と重なっていない。矢印は走査方向であり、ビームスポット１３０の中心軸との間の角度θが４５°に保たれている。
【００５３】
図６（Ｂ）はスリット１０５によって一部が遮蔽され、幅が狭くなったビームスポット１３１の様子を示している。本発明では、スリット１０５は、走査方向と垂直な方向におけるビームスポットの幅Ｑを制御し、レーザー光の照射が均一に行われるようにする。
【００５４】
次に、図７（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５００におけるレーザー光の走査方向について説明する。図７（Ａ）では、破線５０１が画素部、破線５０２が信号線駆動回路、破線５０３が走査線駆動回路の形成される部分に相当する。
【００５５】
図７（Ａ）では、活性層となる部分に対して、１回のみレーザー光をスキャンした例について示しており、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７（Ｂ）は、画素部が形成される部分５０１におけるビームスポット５０７の拡大図である。レーザー光が照射された領域に活性層が形成される。
【００５６】
次に、図８（Ａ）を用いて、走査方向を変えてレーザー光を２回スキャンした場合の、半導体膜３００におけるレーザー光の走査方向について説明する。図８（Ａ）では、破線３０１が画素部、破線３０２が信号線駆動回路、破線３０３が走査線駆動回路の形成される部分に相当する。
【００５７】
図８（Ａ）において、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８（Ａ）では、走査方向の異なる２つのレーザー光を半導体膜に照射しており、実線で示した矢印が１回目のレーザー光の相対的な走査方向であり、破線で示した矢印が２回目のレーザー光の相対的な走査方向を示している。そして、１回目のレーザー光と２回目のレーザー光が交差した領域に活性層が形成される。
【００５８】
図８（Ｂ）に、１回目の走査におけるビームスポット３０７の拡大図を示す。また図８（Ｃ）に、２回目の走査におけるビームスポット３０７の拡大図を示す。なお、図８では１回目のレーザー光の相対的な走査方向と２回目のレーザー光の相対的な走査方向の角度がほぼ９０°になっているが、角度はこれに限定されない。
【００５９】
また、ビームスポットのエッジの部分が、結晶化後に半導体膜をパターニングすることで得られる島状の半導体膜に相当する部分（図７では５０６、図８では３０６）と重なることのないように、レーザー光を照射することが望ましい。
【００６０】
なお、図８（Ａ）では画素部３０１、信号線駆動回路３０２、走査線駆動回路３０３の全てにおいてレーザー光を２回照射しているが、本発明はこの構成に限定されない。
【００６１】
そして本発明では、コンピューター１１０に入力されるマスクのパターン情報に従って、レーザー光を走査する部分を定める。なお、結晶化させたい部分によって、用いるマスクを選択する。例えば、活性層全体を結晶化させる場合は、半導体膜のパターンニングのマスクを用い、チャネル形成領域のみ結晶化させたい場合は、半導体膜のパターンニングのマスク及び不純物のドーピングの際に用いるマスクを用いる。
【００６２】
そして、レーザー光を走査する部分は、半導体膜の、結晶化後にパターニングすることで得られる部分を覆うようにする。コンピューター１１０では、半導体膜のうち、少なくともパターニングすることで得られる部分を結晶化することができるように、レーザー光の走査部分を定め、該走査部分にビームスポット即ち照射位置があたるように、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。
【００６３】
図９（Ａ）に、レーザー光の照射が１回の場合の、レーザー光の走査する部分と、マスクとの関係を示す。なお図９（Ａ）では、ビームスポットの中心軸と走査方向とがほぼ垂直になっている。図９（Ｂ）に、ビームスポットの中心軸と走査方向とが４５°の場合の、レーザー光の走査する部分と、マスクとの関係を示す。５１０は半導体膜のうち、パターニングに得られる島状の半導体膜を示しており、これらの島状の半導体膜５１０を覆うように、レーザー光の走査部分が定められる。５１１はレーザー光の走査部分であり、島状の半導体膜５１０を覆っている。図９に示すように、本発明ではレーザー光を半導体膜全面に照射するのではなく、少なくとも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。
【００６４】
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。
【００６５】
図１０に、レーザー光の照射が１回の場合の、ＴＦＴの活性層のレイアウトを一例として示す。図１０（Ａ）ではチャネル形成領域が１つ設けられている活性層を示しており、チャネル形成領域５２０を挟むようにソース領域またはドレイン領域となる不純物領域５２１、５２２が設けられている。本発明のレーザー照射装置を用いて半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光の走査方向は矢印に示すように、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する。５２４は、ビームスポットのうち、良好な結晶を得るために必要なエネルギー密度を満たしている領域を示している。活性層全体にレーザー光が照射されるようにすることで、活性層の結晶性をより高めることができる。
【００６６】
また、図１０（Ｂ）では、チャネル形成領域が３つ設けられている活性層を示しており、チャネル形成領域５３０を挟むように不純物領域５３３、５３４が設けられている。また、チャネル形成領域５３１を挟むように不純物領域５３４、５３５が設けられており、さらにチャネル形成領域５３２を挟むように不純物領域５３５、５３６が設けられている。そして、本発明のレーザー照射装置を用いて半導体膜を結晶化させるとき、レーザー光の走査方向は矢印に示すように、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する。なお図１０において、ビームスポットの走査は、基板側を移動させることで行っても良いし、光学系を用いて行うようにしても良いし、基板の移動と光学系とを両方用いて行っても良い。
【００６７】
次に図１１（Ａ）に、レーザー光の照射が２回の場合の、１回目のレーザー光の走査する部分と、マスクとの関係を示す。なお図１１（Ａ）では、ビームスポットの中心軸と走査方向とがほぼ垂直になっている。３１０は半導体膜のうち、パターニングに得られる島状の半導体膜を示しており、これらの島状の半導体膜３１０を覆うように、レーザー光の走査部分が定められる。３１１はレーザー光の走査部分であり、島状の半導体膜３１０を覆っている。図１１（Ａ）に示すように、本発明では１回目のレーザー光を半導体膜全面に照射するのではなく、少なくとも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。
【００６８】
次に、レーザー光の照射が２回の場合の、図１１（Ａ）に示した半導体膜に対して２回目のレーザー光を照射する場合の、レーザー光の走査する部分とマスクとの関係を図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ｂ）では、２回目のレーザー光の走査方向は１回目のレーザー光の走査方向と９０°異なっている。２回目のレーザー光も島状の半導体膜となる部分３１０を覆うように、その走査部分が定められる。そして、２回目のレーザー光の照射の際には、スリットの向きも同じに変える必要がある。３１３は２回目のレーザー光の走査部分であり、島状の半導体膜３１０を覆っている。図１１（Ｂ）に示すように、図１１では２回目のレーザー光を半導体膜全面に照射するのではなく、少なくとも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。
【００６９】
よって、島状の半導体膜となる部分３１０には、走査方向の異なるレーザー光が２回照射されるので、結晶性がより高められる。また基板全面を照射するのではなく、半導体膜のマスクによって定められた部分が結晶化できるように必要最低限の部分にレーザー光が照射されるので、１枚の基板にかかる処理時間を抑えることができ、基板処理の効率を高めることができる
【００７０】
なお、図１１では１回目と２回目のレーザー光は、ともに半導体膜全面に照射されるのではなく、半導体膜のマスクによって定められた部分が結晶化できるように必要最低限の部分にのみ照射されている。本発明はこの構成に限定されず、１回目のレーザー光を半導体膜全面に照射し、２回目のレーザー光を部分的に照射するようにしても良い。逆に１回目のレーザー光を部分的に照射し、２回目のレーザー光を基板全体に照射するようにしてもよい。図１２（Ａ）に半導体膜全面に１回目のレーザー光を照射し、図１２（Ｂ）に、図１２（Ａ）に示した半導体膜に対して２回目のレーザー光を照射した場合の様子を示す。３１４は１回目のレーザー光の走査部分であり、半導体膜全面を覆っている。そして３１５はパターニングによって得られる島状の半導体膜の形状を示しており、１回目のレーザー光の走査部分のエッジと重ならないような位置に配置されている。また３１６は２回目のレーザー光の走査部分を示しており、パターニングによって得られる島状の半導体膜３１５を覆っている。そして２回目のレーザー光は半導体膜全面に照射されてはおらず、少なくとも島状の半導体膜３１５にレーザー光があたるように部分的に照射されている。
【００７１】
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、２回のレーザー光の照射のうちのいずれか一方において、その走査方向が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。
【００７２】
図１３にＴＦＴの活性層の一例を示す。図１３（Ａ）ではチャネル形成領域が１つ設けられている活性層を示しており、チャネル形成領域３２０を挟むようにソース領域またはドレイン領域となる不純物領域３２１、３２２が設けられている。本発明のレーザー照射装置を用いて半導体膜を結晶化させるとき、１回目もしくは２回目のレーザー光の走査方向が矢印に示すように、チャネル形成領域のキャリアの移動する方向と平行になるようにする。なお図１３において、ビームスポットの走査は、基板側を移動させることで行っても良いし、光学系を用いて行うようにしても良いし、基板の移動と光学系とを両方用いて行っても良い。
【００７３】
３２３は、１回目のレーザー光のビームスポットのうち、エネルギー密度が、良好な結晶を得るために必要である値の範囲に入っている領域を示しており、実線で示した矢印の方向に走査する。活性層全体に、領域３２３のレーザー光が照射されるようにすることで、活性層の結晶性をより高めることができる。
【００７４】
また３２６は、２回目のレーザー光のビームスポットのうち、エネルギー密度が、良好な結晶を得るために必要である値の範囲に入っている領域を示しており、破線で示した矢印の方向に走査する。図１３（Ａ）に示すとおり１回目のレーザー光と２回目のレーザー光の走査方向は異なっている。活性層全体に、領域３２６のレーザー光が照射されるようにすることで、活性層の結晶性をより高めることができる。
【００７５】
また、図１３（Ｂ）では、チャネル形成領域が３つ設けられている活性層を示しており、チャネル形成領域３３０を挟むように不純物領域３３３、３３４が設けられている。また、チャネル形成領域３３１を挟むように不純物領域３３４、３３５が設けられており、さらにチャネル形成領域３３２を挟むように不純物領域３３５、３３６が設けられている。そして、１回目のレーザー光は実線の矢印の方向に走査し、２回目のレーザー光は破線の方向に走査し、１回目または２回目のレーザー光の走査方向が、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する。
【００７６】
なお、１回目と２回目いずれか一方において、レーザー光の走査方向とキャリアの移動する方向とが平行になるようにすれば良いが、結晶の成長方向はエネルギー密度の高いレーザー光の走査方向により強く影響を受けるので、エネルギー密度の高いレーザー光に方向を合わせるのがより好ましい。
【００７７】
また、線状または楕円形状のビームスポットの長軸方向と走査方向とが垂直ではない場合、必ずしもキャリアの移動する方向と走査方向とを一致させる必要はない。この場合、長軸方向に垂直な方向に結晶が成長すると考えられるので、該方向とキャリアの移動する方向とを一致させるのが望ましい。
【００７８】
図１４を用いて、レーザー光の照射が２回の場合の、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おけ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について説明する。
【００７９】
図１４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８５３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８５４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８５５に複数の活性層となる部分８５８が設けられている。
【００８０】
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、あえて図１２では実際のサイズよりも大きく図示した。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２つ（第１の方向と第２の方向）に大別されるようにレイアウトされている。
【００８１】
８５１は１回目のレーザー光照射により結晶化される部分であり、全ての活性層となる部分８５６、８５７、８５８を覆っている。そして１回目のレーザー光の走査方向は、第１の方向と平行になるように走査されている。
【００８２】
そして８５２は２回目のレーザー光により結晶化される部分である。２回目のレーザー光の走査方向は、１回目のレーザー光の走査方向とは異なっており、第２の方向と平行になっている。そして、２回目のレーザー光は、全ての活性層となる部分８５６、８５７、８５８を覆っているわけではなく、チャネル形成領域のキャリアが移動する方向が第２の方向と平行になっている活性層のみ覆っている。図１４では、複数の活性層８５８のうち、チャネル形成領域のキャリアの移動する方向と２回目のレーザー光の走査方向とが平行になる活性層のみ、２回目のレーザー光が照射されている。
【００８３】
なお、レーザー光の走査部分を定めるためには、半導体膜に対するマスクの位置を定めるためのマーカーを、半導体膜に形成する必要がある。図１５に、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おいて、マーカーを形成する位置を示す。なお、図１５（Ａ）は１つの基板から１つの半導体装置を作製する例を示しており、図１５（Ｂ）は１つの基板から４つの半導体装置を作製する例を示している。
【００８４】
図１５（Ａ）において５４０は基板上に成膜された半導体膜であり、破線５４１が画素部が形成される部分（以下、画素部形成部と呼ぶ）、破線５４２が信号線駆動回路が形成される部分（以下、信号線駆動回路形成部と呼ぶ）、破線５４３が走査線駆動回路が形成される部分（以下、走査線駆動回路形成部と呼ぶ）に相当する。５４４はマーカーが形成される部分（マーカー形成部）であり、半導体膜の４隅に位置するように設けられている。
【００８５】
なお図１５（Ａ）ではマーカー形成部５４４を４つそれぞれ４隅に設けたが、本発明はこの構成に限定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部分と、半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせをすることができるのであれば、マーカー形成部の位置及びその数は上述した形態に限定されない。
【００８６】
図１５（Ｂ）において５５０は基板上に成膜された半導体膜であり、破線５５１は後の工程において基板を分断するときのスクライブラインである。図１５（Ｂ）では、スクライブライン５５１の沿って基板を分断することで、４つの半導体装置を作製することができる。なお分断により得られる半導体装置の数はこれに限定されない。
【００８７】
５５２はマーカー形成部であり、半導体膜の４隅に位置するように設けられている。なお図１５（Ｂ）ではマーカー形成部５５２を４つそれぞれ４隅に設けたが、本発明はこの構成に限定されない。半導体膜におけるレーザー光の走査部分と、半導体膜のパターニングのマスクとの位置合わせをすることができるのであれば、マーカー形成部の位置及びその数は上述した形態に限定されない。
【００８８】
マーカーを形成する際に用いるレーザーは、代表的にはＹＡＧレーザー、ＣＯ２レーザー等が挙げられるが、無論この他のレーザーを用いて形成することは可能である。
【００８９】
次に、本発明のレーザー照射装置を用いた半導体装置の生産フローについて説明する。
【００９０】
図１６に、レーザー光の照射が１回の場合の、生産フローをフローチャートで示す。まずＣＡＤを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された半導体膜のパターニングのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力する。一方、非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、非晶質半導体膜が成膜された基板をレーザー照射装置に設置する。そして、レーザーを用いて半導体膜の表面にマーカーを形成する。
【００９１】
コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置を基準にして、レーザー光の走査部分を決定する。そして形成されたマーカーを基準にして、レーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半導体膜を部分的に結晶化する。
【００９２】
そして、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜をパターニングしてエッチングし、島状の半導体膜を形成する。以下、島状の半導体膜からＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、島状の半導体膜に不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【００９３】
次に、図１７に、レーザー光の照射が２回の場合の、生産フローをフローチャートで示す。まずＣＡＤを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された半導体膜のパターニングのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力する。一方、非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、非晶質半導体膜が成膜された基板をレーザー照射装置に設置する。そして、レーザーを用いて半導体膜の表面にマーカーを形成する。
【００９４】
コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置を基準にして、１回目及び２回目のレーザー光の走査部分を決定する。なお、２回目のレーザー光の走査部分は、１回目のレーザー光の走査方向と２回目のレーザー光の走査方向との間の角度によって異なる。１回目のレーザー光の走査方向と２回目のレーザー光の走査方向の角度は、予めメモリ等に記憶しておいても良いし、手動でその都度入力するようにしても良い。そして形成されたマーカーを基準にして、１回目のレーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半導体膜を部分的に結晶化する。
【００９５】
次に、第１の手段を用いてレーザー光の走査方向を、定められた値だけ変更し、またスリットの方向も走査方向に合わせて変更し、２回目のレーザー光の照射を行う。そして半導体膜を部分的に結晶化させる。
【００９６】
そして、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜をパターニングしてエッチングし、島状の半導体膜を形成する。以下、島状の半導体膜からＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を成膜し、島状の半導体膜に不純物領域を形成する。そして、ゲート絶縁膜及びゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【００９７】
なお、比較対象のために、図１８に従来の半導体装置の生産の流れをフローチャートで示す。図１８に示すように、ＣＡＤによる半導体装置のマスク設計が行われる。一方で、基板に非晶質半導体膜を成膜され、該非晶質半導体膜が成膜された基板をレーザー照射装置に設置する。そして、非晶質半導体膜全体にレーザー光が照射されるように走査し、非晶質半導体膜全体を結晶化させる。そして、結晶化により得られた多結晶半導体膜にマーカーを形成し、該マーカーを基準として多結晶半導体膜をパターニングして島状の半導体膜を形成する。そして該島状の半導体膜を用いてＴＦＴを作製する。
【００９８】
このように本発明では、図１８に示すような従来の場合とは異なり、マーカーをレーザー光を用いて非晶質半導体膜を結晶化させる前に形成する。そして、半導体膜のパターニングのマスクの情報に従って、レーザー光を走査させる。
【００９９】
上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができるので、レーザー光照射にかかる時間を短縮化することができ、なおかつ基板の処理速度を向上させることができる。
【０１００】
なお、触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程を含んでいても良い。触媒元素を用いる場合、特開平７−１３０６５２号公報、特開平８−７８３２９号公報で開示された技術を用いることが望ましい。
【０１０１】
触媒を用いて半導体膜を結晶化させる工程を含んでいる場合、非晶質半導体膜を成膜後にＮｉを用いて結晶化させる工程（ＮｉＳＰＣ）を含んでいる。例えば特開平７−１３０６５２号公報に開示されている技術を用いる場合、重量換算で１０ｐｐｍのニッケルを含む酢酸ニッケル塩溶液を非晶質半導体膜に塗布してニッケル含有層を形成し、５００℃、１時間の脱水素工程の後、５００〜６５０℃で４〜１２時間、例えば５５０℃、８時間の熱処理を行い結晶化する。尚、使用可能な触媒元素は、ニッケル（Ｎｉ）の以外にも、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ても良い。
【０１０２】
そして、レーザー光照射により、ＮｉＳＰＣにより結晶化された半導体膜の結晶性をさらに高める。レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜は触媒元素を含んでおり、レーザー光照射後にその触媒元素を結晶質半導体膜から除去する工程（ゲッタリング）を行う。ゲッタリングは特開平１０−１３５４６８号公報または特開平１０−１３５４６９号公報等に記載された技術を用いることができる。
【０１０３】
具体的には、レーザー照射後に得られる多結晶半導体膜の一部にリンを添加し、窒素雰囲気中で５５０〜８００℃、５〜２４時間、例えば６００℃、１２時間の熱処理を行う。すると多結晶半導体膜のリンが添加された領域がゲッタリングサイトとして働き、多結晶半導体膜中に存在するリンをリンが添加された領域に偏析させることができる。その後、多結晶半導体膜のリンが添加された領域をパターニングにより除去することで、触媒元素の濃度を１×１０１７ａｔｍｓ／ｃｍ３以下好ましくは１×１０１６ａｔｍｓ／ｃｍ３程度にまで低減された島状の半導体膜を得ることができる。
【０１０４】
このように本発明では、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも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。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０１０５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１０６】
（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。
【０１０７】
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す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。
【０１０８】
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完全溶融した液体半導体膜中に固相核生成が発生するまでには、ある程度の時間が掛かる。そして時間の経過と共に、完全溶融領域において無数の結晶核が発生し、該結晶核からそれぞれ結晶が成長する。この結晶核の発生する位置は無作為であるため、不均一に結晶核が分布する。そして、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。
【０１０９】
一方、半導体膜を完全に溶融させるのではなく、部分的に溶融させ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、レーザー光の照射によって、半導体膜が完全溶融している部分と、固相半導体領域が残存している部分とが形成され、前記固相半導体領域を結晶核として結晶成長が始まる。完全溶融領域において核生成が発生するにはある程度時間が掛かるため、完全溶融領域において核生成が発生するまでの間に、前記固相半導体領域を結晶核として前記半導体膜の膜面に対する水平方向（以下、ラテラル方向と呼ぶ）に結晶が成長する。そのため、結晶粒は膜厚の数十倍もの長さに成長する。そして、時間の経過にしたがって完全溶融領域においても結晶化が始まり、該結晶核から成長した結晶とぶつかり合うと、上述したラテラル方向の結晶成長は終了する。以下、この現象をスーパーラテラル成長と言う。
【０１１０】
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生成が発生した微結晶領域、もしくは非晶質領域であり、結晶の大きさは不均一であった。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
まず、１回目のレーザー光を半導体膜に照射する。このとき、レーザーはパルス発振でも連続発振でもどちらでも良い。１回目のレーザー光はマスクによって定められた部分にのみ照射するようにする。この１回目のレーザー光のエネルギー密度は、半導体膜の膜厚等によっても異なるが、マスクによって定められた部分の結晶性を高めることができる程度であれば良い。
【０１１５】
次に、走査方向及びスリットの向きを変え、マスクによって定められた部分に２回目のレーザー光を照射する。２回目の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。
【０１１６】
図１９（Ａ）に、２回目のレーザー光照射の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。半導体膜８０２は１回目のレーザー光照射によって結晶性が高められた部分に相当する。そして２回目のレーザー光の照射により、半導体膜８０２のビームスポット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。
【０１１７】
このとき、半導体膜８０２のビームスポット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、ビームスポット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ビームスポットのあたっている部分に比べて十分に低い。そのため、ビームスポットの端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにビームスポット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。
【０１１８】
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、ビームスポットの中心部分８０３において結晶成長が終了する。図１９（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。ビームスポットの中心部分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。
【０１１９】
次に、２回目のレーザー光照射の２ショット目を照射する。２ショット目は１ショット目のビームスポットから少しずらして照射する。図１９（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ショット目のビームスポットは、１ショット目のビームスポットがあたっていた部分８０１から位置がずれているが、図１９（Ｃ）では、２ショット目のビームスポットが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。
【０１２０】
このとき、２ショット目のビームスポット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、ビームスポット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ビームスポットのあたっている部分に比べて十分に低い。そのため、ビームスポットの端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにビームスポット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ショット目のビームスポット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。
【０１２１】
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ショット目のビームスポットの中心部分８０５において結晶成長が終了する。図１９（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。ビームスポットの中心部分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。
【０１２２】
以下、３ショット目以降も同様に、ビームスポットを走査方向に少しずつずらして照射していくことで、図１９（Ｅ）に示すように走査方向と平行に結晶が成長する。
【０１２３】
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。
【０１２４】
次に、ＳＬＳ法を本発明に適用した図１９とは異なる例について説明する。
【０１２５】
まず、１回目のレーザー光を半導体膜に照射する。このとき、レーザーはパルス発振でも連続発振でもどちらでも良い。１回目のレーザー光はマスクによって定められた部分にのみ照射するようにする。この１回目のレーザー光のエネルギー密度は、半導体膜の膜厚等によっても異なるが、マスクによって定められた部分の結晶性を高めることができる程度であれば良い。
【０１２６】
次に、走査方向を変え、マスクによって定められた部分に２回目のレーザー光を照射する。２回目の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。
【０１２７】
図２０（Ａ）に、２回目のレーザー光照射の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。半導体膜８１２は１回目のレーザー光照射によって結晶性が高められた部分に相当する。そして２回目のレーザー光の照射により、半導体膜８１２のビームスポット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、ビームスポットの端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにビームスポット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。
【０１２８】
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、ビームスポットの中心部分８１３において結晶成長が終了する。図２０（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。ビームスポットの中心部分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。
【０１２９】
次に、２回目のレーザー光照射の２ショット目を照射する。２ショット目は１ショット目のビームスポットから少しずらして照射する。図２０（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ショット目のビームスポットは、１ショット目のビームスポットがあたっていた部分８１１から位置がずれているが、図２０（Ｃ）では、２ショット目のビームスポットが１ショット目によって形成された中心部８１３を覆わず、１ショット目のビームスポットがあたっていた部分と一部重なる程度のずれである。
【０１３０】
そして、２ショット目のビームスポットの端の部分が種結晶となり、矢印で示したようにビームスポット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ショット目のビームスポット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。
【０１３１】
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ショット目のビームスポットの中心部分８１５において結晶成長が終了する。図２０（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。ビームスポットの中心部分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。
【０１３２】
以下、３ショット目以降も同様に、ビームスポットを走査方向に少しずつずらして照射していくことで、図２０（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。
【０１３３】
図２０に示した照射方法によって得られる結晶は、ビームスポット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。
【０１３４】
なお、図１９及び図２０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。
【０１３５】
なお本実施例では、２回目のレーザー光照射においてＳＬＳ法を用いているが本実施例はこの構成に限定されない。例えば１回目にＳＬＳ法を用いて結晶化させた後に、２回目のレーザー光照射にパルス発振のレーザーを用いることで、１回目のレーザー光の照射によって形成された結晶粒内の欠陥をなくし、より結晶性を高めることが可能である。そして、パルス発振のレーザーの場合、一般的に連続発振のレーザーよりもエネルギー密度が高く、ビームスポットの面積を比較的広げることができるので、基板一枚の処理時間を短くすることができ、処理効率を高めることができる。
【０１３６】
なお本実施例では２回レーザ光を照射する例について述べたが、レーザ光の照射は無論１回でもよい。
【０１３７】
なお、本実施例において、結晶核となる領域を特定するためにレーザー光のビームスポットの形状をマスクで成形するようにしても良い。またレーザーはパルス発振の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。
【０１３８】
（実施例２）
本実施例では、ビームスポットを重ね合わせるための光学系について説明する。
【０１３９】
図２１に、本実施例の光学系の具体的な構成を示す。図２１（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２１（Ａ）の矢印Ｂの方向から見た側面図を図２１（Ｂ）に示す。なお図２１（Ｂ）の矢印Ａの方向から見た側面図が、図２１（Ａ）に相当する。
【０１４０】
図２１はビームスポットを４つ合成して１つのビームスポット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ビームスポットの数はこれに限定されず、合成するビームスポットの数は２以上８以下であれば良い。
【０１４１】
４０１、４０２、４０３、４０４、４０５はシリンドリカルレンズであり、図２１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。また４１０はスリットである。図２２に図２１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。
【０１４２】
そしてシリンドリカルレンズ４０３、４０５によってそのビームスポット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ビームスポットの形状が加工された後、スリット４１０において再びそのビームスポットの形状が加工され、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によってそのビームスポット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ビームスポットの形状が加工された後、スリット４１０において再びそのビームスポットの形状が加工され、被処理物４００に照射される。
【０１４３】
被処理物４００におけるレーザー光のビームスポットは互いに一部重なることで合成されて、１つのビームスポットになっている。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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ビームスポットを、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ビームスポットを互いに重ね合わせて合成し、１つのビームスポットにすることができるような光学系であれば良い。
【０１４６】
なお本実施例では、４つのビームスポット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）のビームスポットを合成する場合、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）のビームスポットを合成する場合、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
図２３、図２４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２３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２３の矢印Ｂの方向から見た側面図を図２４に示す。なお図２４の矢印Ａの方向から見た側面図が、図２３に相当する。
【０１４９】
本実施例ではビームスポットを８つ合成して１つのビームスポット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ビームスポットの数はこれに限定されず、合成するビームスポットの数は２以上８以下であれば良い。
【０１５０】
４４１〜４５０はシリンドリカルレンズであり、図２３、図２４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。また４６０、４６１はスリットである。図２５に図２３、図２４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。
【０１５１】
そしてシリンドリカルレンズ４５０、４４５によってそのビームスポット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においてそのビームスポットの形状が加工された後、スリット４６０において再びそのビームスポットの形状が加工され、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によってそのビームスポット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においてそのビームスポットの形状が加工された後、スリット４６０において再びそのビームスポットの形状が加工され、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によってそのビームスポット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においてそのビームスポットの形状が加工された後、スリット４６１において再びそのビームスポットの形状が加工され、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によってそのビームスポット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においてそのビームスポットの形状が加工された後、スリット４６１において再びそのビームスポットの形状が加工され、被処理物４４０に照射される。
【０１５２】
被処理物４４０におけるレーザー光のビームスポットは互いに一部重なることで合成されて、１つのビームスポットになっている。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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ビームスポットを、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ビームスポットを互いに重ね合わせて合成し、１つのビームスポットにすることができるような光学系であれば良い。
【０１５５】
なお本実施例では、８つのビームスポット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。
【０１５６】
ビームスポットを５つ以上重ね合わせるとき、光学系を配置する場所及び干渉等を考慮すると、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、この場合基板は透過性を有していることが必要である。
【０１５７】
なお、戻り光がもときた光路をたどって戻るのを防ぐために、基板に対する入射角は、０より大きく９０°より小さくなるように保つようにするのが望ましい。
【０１５８】
また、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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
（実施例３）
本実施例では、複数のレーザー発振装置を用いた場合において、レーザー光照射の途中で、スリットの幅を変えてレーザー光のビームスポットの幅を変更する例について説明する。
【０１６１】
本発明のレーザー照射装置は、コンピューターにおいて、入力されたマスクの情報に基づきレーザー光の走査経路を把握する。さらに本実施例では、ビームスポットの幅をマスクの形状に合わせて変えるようにする。
【０１６２】
図２６（Ａ）に、レーザー光を１回照射する場合の、半導体膜のパターニングのマスクの形状と、ビームスポットの幅の関係を一例として示す。５６０は半導体膜のパターニングのマスクの形状を示しており、レーザー照射による結晶化の後、該マスクに従って半導体膜がパターニングされる。
【０１６３】
５６１と５６２は、レーザー光が照射された部分を示している。なお５６１と５６２は、４つのレーザー発振装置から出力されたレーザー光を重ね合わせて合成することで得られるビームスポットを、走査した部分である。５６２は５６１よりもビームスポットの幅が狭くなるように、スリットによって制御されている。
【０１６４】
図２６（Ｂ）に、レーザー光を２回照射する場合の、半導体膜のパターニングのマスクの形状と、ビームスポットの幅の関係を一例として示す。３６０は半導体膜のパターニングのマスクの形状を示しており、２回のレーザー光照射による結晶化の後、該マスクに従って半導体膜がパターニングされる。
【０１６５】
３６３は１回目のレーザー光が照射された部分を示している。本実施例では１回目のレーザー光は半導体膜全面に照射しているが、パターニング後に活性層が得られる部分が少なくとも結晶化される様に、部分的にレーザー光を照射するようにしてもよい。また、パターニング後に活性層が得られる部分とエッジとが、重ならないようにすることが肝要である。
【０１６６】
３６１と３６２は、２回目のレーザー光が照射された部分を示している。なお３６１と３６２は、４つのレーザー発振装置から出力されたレーザー光を重ね合わせて合成することで得られるビームスポットを、走査した部分である。３６２は３６１よりもビームスポットの幅が狭くなるように、スリットによって制御されている。
【０１６７】
なお、１回目のレーザー光を部分的に照射し、２回目のレーザー光照射を全面に行うようにしてもよい。
【０１６８】
なお本実施例のように、スリットを用いてるので、全てのレーザー発振装置の出力を止めずにビームスポットの幅を自在に変えることができ、レーザー発振装置の出力を止めることで出力が不安定になるのを避けることができる。
【０１６９】
上記構成により、レーザー光の軌跡の幅を変えることができるので、レーザー光の軌跡のエッジが、パターニングによって得られる半導体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することで基板に与えられるダメージをさらに軽減することができる。
【０１７０】
本実施例は、実施例１または実施例２と組み合わせて実施することが可能である。
【０１７１】
（実施例４）
本実施例では、レーザー光照射の途中で、ＡＯ変調器によりレーザー光の方向を変更することで、結果的にレーザ光を遮り、所定の部分にのみレーザー光を照射する例について説明する。なお本実施例ではＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮蔽しているが、本発明はこれに限定されず、レーザー光を遮蔽できればどのような手段を用いても良い。
【０１７２】
本発明のレーザー照射装置は、コンピューターにおいて、入力されたマスクの情報に基づきレーザー光を走査する部分を把握する。さらに本実施例では、走査するべき部分のみにレーザー光が照射されるようにＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮る。このときＡＯ変調器は、レーザー光を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。
【０１７３】
図２７（Ａ）に、半導体膜のパターニングのマスクの形状と、レーザー光が照射される部分の関係を一例として示す。５７０は半導体膜のパターニングのマスクの形状を示しており、レーザー光照射による結晶化の後、該マスクに従って半導体膜がパターニングされる。
【０１７４】
５７１は、レーザー光が照射された部分を示している。破線で囲まれている部分はレーザー光がＡＯ変調器で遮られている部分を示しており、本実施例では結晶化させる必要のない部分にはレーザー光を照射しないか、照射されていてもそのエネルギー密度が低くなるようにすることができる。したがって、不必要な部分にレーザー光を照射することで基板に与えられるダメージをさらに軽減することができる。
【０１７５】
図２７（Ｂ）に、レーザー光を２回照射する場合の、半導体膜のパターニングのマスクの形状と、レーザー光が照射される部分の関係を一例として示す。３７０は半導体膜のパターニングのマスクの形状を示しており、レーザー照射による結晶化の後、該マスクに従って半導体膜がパターニングされる。
【０１７６】
３７３は１回目のレーザー光が照射された部分を示している。本実施例では１回目のレーザー光は半導体膜全面に照射しているが、パターニング後に活性層が得られる部分が少なくとも結晶化される様に、部分的にレーザー光を照射するようにしてもよい。また、パターニング後に活性層が得られる部分とエッジとが、重ならないようにすることが肝要である。
【０１７７】
３７１は、２回目のレーザー光が照射された部分を示している。破線はレーザー光がＡＯ変調器で遮られている部分を示しており、本実施例では結晶化させる必要のない部分にはレーザー光が照射しないか、照射されていてもそのエネルギー密度が低くなるようにすることができる。したがって、不必要な部分にレーザー光を照射することで基板に与えられるダメージをさらに軽減することができる。
【０１７８】
なお、１回目のレーザー光を部分的に照射し、２回目のレーザー光照射を全面に行うようにしてもよい。
【０１７９】
次に、画素部、信号線駆動回路及び走査線駆動回路が備えられた半導体表示装置の作製工程において、ＡＯ変調器を用い、画素部、信号線駆動回路及び走査線駆動回路に１回づつ選択的にレーザー光を照射する場合について説明する。
【０１８０】
まず図２８（Ａ）に示すように、信号線駆動回路３０２及び画素部３０１に、矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、レーザー光は基板全面に照射するのではなく、走査線駆動回路３０３にレーザー光が照射されないように、ＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮る。
【０１８１】
次に、図２８（Ｂ）に示すように、走査線駆動回路３９３に、矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、信号線駆動回路３９２及び画素部３９１にはレーザー光を照射しない。
【０１８２】
次に、図２９を用いて、ＡＯ変調器を用い、画素部、信号線駆動回路及び走査線駆動回路に１回づつ選択的にレーザー光を照射する場合の、他の例について説明する。
【０１８３】
まず図２９（Ａ）に示すように、走査線駆動回路３９３及び画素部３９１に、矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、レーザー光は基板全面に照射するのではなく、信号線駆動回路３９２にレーザー光が照射されないように、ＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮る。
【０１８４】
次に、図２９（Ｂ）に示すように、信号線駆動回路３９２に、矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、走査線駆動回路３９３及び画素部３９１にはレーザー光を照射しない。
【０１８５】
このように、ＡＯ変調器を用いて選択的にレーザー光を照射することができるので、各回路が有する活性層のチャネル形成領域のレイアウトに合わせて、回路ごとにレーザー光の走査方向を変更することができる。そして同じ回路に２回レーザー光が照射されるのを避けることができるので、２回目のレーザー光のエッジの部分とレイアウトされた活性層とが重ならないようにするための、レーザー光の経路の設定及び活性層のレイアウトにおける制約がなくなる。
【０１８６】
次に、ＡＯ変調器を用い、画素部、信号線駆動回路及び走査線駆動回路に１回づつ選択的にレーザー光を照射する場合の、大型の基板から複数のパネルを作製する例について説明する。
【０１８７】
まず図３０に示すように、各パネルの信号線駆動回路３８２及び画素部３８１に、矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、レーザー光は基板全面に照射するのではなく、走査線駆動回路３８３にレーザー光が照射されないように、ＡＯ変調器を用いてレーザー光を遮る。
【０１８８】
次に、各パネルの走査駆動回路３８３に、矢印の方向に走査してレーザー光を照射する。このとき、信号線駆動回路３８２及び画素部３８１にはレーザー光を照射しない。なお３８５は基板３８６のスクライブラインである。
【０１８９】
本実施例は、実施例１〜実施例３と組み合わせて実施することが可能である。
【０１９０】
（実施例５）
本実施例では、マーカー形成部４６３に設けられたマーカーの一例を示す。
【０１９１】
図３１（Ａ）に本実施例のマーカーの上面図を示す。４６１、４６２は半導体膜に形成された基準となるマーカー（以下、基準マーカーと呼ぶ）であり、それぞれ形状が矩形である。基準マーカー４６１は、全てその矩形の長辺が水平方向に配置されており、各基準マーカー４６１は一定の間隔を保って垂直方向に配置されている。基準マーカー４６２は全てその矩形の長辺が垂直方向に配置されており、各基準マーカー４６２は一定の間隔を保って水平方向に配置されている。
【０１９２】
基準マーカー４６１はマスクの垂直方向の位置を定める基準となり、基準マーカー４６２はマスクの水平方向の位置を定める基準となっている。４６４、４６５は半導体膜のパターニング用マスクのマーカーであり、それぞれ形状が矩形である。マーカー４６４はその矩形の長辺が水平方向に配置されるように、なおかつマーカー４６５はその矩形の長辺が垂直方向に配置されるように、半導体パターニング用のマスクの位置を定める。そして、マーカー４６４が定められた２つの隣り合う基準マーカー４６１の丁度真中に位置するように、なおかつマーカー４６５が定められた２つの隣り合う基準マーカー４６２の丁度真中に位置するように、半導体パターニング用のマスクの位置を定める。
【０１９３】
図３１（Ｂ）に半導体膜に形成された基準マーカーの斜視図を示す。基板４７１に成膜された半導体膜４７０の一部は、レーザーによって矩形状に削られており、該削られた部分が基準マーカー４６１、４６２として機能する。
【０１９４】
なお本実施例に示したマーカーはほんの一例であり、本発明のマーカーはこれに限定されない。本発明で用いるマーカーは、半導体膜をレーザー光で結晶化させる前に形成することができ、なおかつレーザー光の照射による結晶化の後にでも用いることができるものであれば良い。
【０１９５】
次に図３２を用いて、本発明のレーザー照射装置が有する、マーカー形成用の光学系の構成について説明する。図１６において、３５０はマーカーのパターン形成用のレチクルであり、レチクル３５０を通ったレーザー光は凸レンズ３５１において集光され、基板３５２上に形成された半導体膜３５３に照射される。そして、レーザー光の照射された部分の半導体膜が除去されて開口部３５４が形成される。この開口部３５４をマーカーとして用いることができる。
【０１９６】
なお、レチクルのパターンを縮小して投影するための光学系は凸レンズ３５１に限定されない。レチクルのパターンを縮小できる光学系であれば良い。またレチクルのパターンを、マーカーのパターンと同じオーダーのサイズで作製することができれば、レチクルのパターンを縮小して投影するための光学系を用いる必要はない。
【０１９７】
図３２において、レンズ３５０が有する２つの主点のうち、レチクル３５０に最も近い主点Ａとレチクル３５０との距離をＬ１、半導体膜３５３に最も近い主点Ｂと被処理物である半導体膜３５３との距離をＬ２とすると、レンズ３５１の焦点距離ｆは以下の式１で表される。なお２つの主点が一致している場合も同様に、Ｌ１とＬ２を定義することができる。
【０１９８】
【式１】
１／ｆ＝１／Ｌ１＋１／Ｌ２
【０１９９】
そしてレチクルの拡大率Ｍは、以下の式２で表される。
【０２００】
【式２】
Ｍ＝Ｌ２／Ｌ１
【０２０１】
上記式１及び式２を用いることで、レンズ３５１の焦点距離ｆが定まれば、拡大率Ｍが定まる。
【０２０２】
本実施例は、実施例１〜４と組み合わせて実施することが可能である。
【０２０３】
（実施例６）
本実施例では、半導体膜を結晶化させる際に、レーザー光を２回照射する場合の、アクティブマトリクス基板の作製方法について図３３〜図３６を用いて説明する。本明細書ではＣＭＯＳ回路、及び駆動回路と、画素ＴＦＴ、保持容量とを有する画素部を同一基板上に形成された基板を、便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０２０４】
まず、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６００を用いる。なお、基板６００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。
【０２０５】
次いで、基板６００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６０１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６０１として下地膜６０１ａ、６０１ｂの２層の下地膜を用いるが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させた構造を用いても良い（図３３（Ａ））。
【０２０６】
次いで、下地膜６０１上に、公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで非晶質半導体膜６９２を形成する（図３３（Ｂ））。なお、本実施例では非晶質半導体膜を成膜しているが、微結晶半導体膜、結晶性半導体膜であっても良い。また、非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を用いても良い。
【０２０７】
次に、非晶質半導体膜６９２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方法を用いて行なう。具体的には、レーザー照射装置のコンピューターに入力されたマスクの情報に従って、非晶質半導体膜に走査方向の異なるレーザー光を２回照射する。そしてレーザー光が２回照射された部分を活性層として用いる。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。
【０２０８】
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半導体膜を移動させて照射する。
【０２０９】
なお２回のレーザー照射は、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レーザーなどが挙げられる。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。
【０２１０】
上述したレーザー結晶化によって、非晶質半導体膜に２回レーザー光が照射されて結晶性が高められた領域６９３、６９４、６９５が形成される（図３３（Ｂ））。
【０２１１】
次に、部分的に結晶性が高められた結晶性半導体膜を所望の形状にパターニングして、結晶化された領域６９３、６９４、６９５から島状の半導体膜６０２〜６０６を形成する（図３３（Ｃ））。
【０２１２】
また、島状の半導体膜６０２〜６０６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。
【０２１３】
次いで、島状の半導体膜６０２〜６０６を覆うゲート絶縁膜６０７を形成する。ゲート絶縁膜６０７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により１１０ｎｍの厚さで酸化窒化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成した。勿論、ゲート絶縁膜は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０２１４】
また、酸化珪素膜を用いる場合には、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で放電させて形成することができる。このようにして作製される酸化珪素膜は、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。
【０２１５】
次いで、ゲート絶縁膜６０７上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜６０８と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜６０９とを積層形成する。本実施例では、膜厚３０ｎｍのＴａＮ膜からなる第１の導電膜６０８と、膜厚３７０ｎｍのＷ膜からなる第２の導電膜６０９を積層形成した。ＴａＮ膜はスパッタ法で形成し、Ｔａのターゲットを用い、窒素を含む雰囲気内でスパッタする。また、Ｗ膜は、Ｗのターゲットを用いたスパッタ法で形成した。その他に６フッ化タングステン（ＷＦ６）を用いる熱ＣＶＤ法で形成することもできる。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、Ｗ膜の抵抗率は２０μΩｃｍ以下にすることが望ましい。Ｗ膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることができるが、Ｗ膜中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。従って、本実施例では、高純度のＷ（純度９９．９９９９％）のターゲットを用いたスパッタ法で、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してＷ膜を形成することにより、抵抗率９〜２０μΩｃｍを実現することができる。
【０２１６】
なお、本実施例では、第１の導電膜６０８をＴａＮ、第２の導電膜６０９をＷとしたが、特に限定されず、いずれもＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄ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若しくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。また、第１の導電膜をタンタル（Ｔａ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化チタン（ＴｉＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＷ膜とする組み合わせ、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Ｗとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＡｌ膜とする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタル（ＴａＮ）膜で形成し、第２の導電膜をＣｕ膜とする組み合わせとしてもよい。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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６１０〜６１５を形成し、電極及び配線を形成するための第１のエッチング処理を行う。第１のエッチング処理では第１及び第２のエッチング条件で行う。（図３４（Ｂ））本実施例では第１のエッチング条件として、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用い、エッチング用ガスにＣＦ４とＣｌ２とＯ２とを用い、それぞれのガス流量比を２５：２５：１０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする。
【０２２０】
この後、レジストからなるマスク６１０〜６１５を除去せずに第２のエッチング条件に変え、エッチング用ガスにＣＦ４とＣｌ２とを用い、それぞれのガス流量比を３０：３０（ｓｃｃｍ）とし、１Ｐａの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入してプラズマを生成して約３０秒程度のエッチングを行った。基板側（試料ステージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。ＣＦ４とＣｌ２を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。
【０２２１】
上記第１のエッチング処理では、レジストからなるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第２の導電層の端部がテーパー形状となる。このテーパー部の角度は１５〜４５°となる。こうして、第１のエッチング処理により第１の導電層と第２の導電層から成る第１の形状の導電層６１７〜６２２（第１の導電層６１７ａ〜６２２ａと第２の導電層６１７ｂ〜６２２ｂ）を形成する。６１６はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層６１７〜６２２で覆われない領域は２０〜５０ｎｍ程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【０２２２】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。（図３４（Ｃ））ここでは、エッチングガスにＣＦ４とＣｌ２とＯ２とを用い、Ｗ膜を選択的にエッチングする。この時、第２のエッチング処理により第２の導電層６２８ｂ〜６３３ｂを形成する。一方、第１の導電層６１７ａ〜６２２ａは、ほとんどエッチングされず、第２の形状の導電層６２８〜６３３を形成する。
【０２２３】
そして、レジストからなるマスクを除去せずに第１のドーピング処理を行い、島状の半導体膜にｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。ドーピング処理はイオンドープ法、若しくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１３〜５×１０１４  ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を４０〜８０ｋＶとして行う。本実施例ではドーズ量を１．５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を６０ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として１５族に属する元素、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いるが、ここではリン（Ｐ）を用いる。この場合、導電層６２８〜６３３がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に不純物領域６２３〜６２７が形成される。不純物領域６２３〜６２７には１×１０１８〜１×１０２０／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【０２２４】
レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク６３４ａ〜６３４ｃを形成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で第２のドーピング処理を行う。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１３〜１×１０１５  ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとして行う。ドーピング処理は第２の導電層６２８ｂ〜６３２ｂを不純物元素に対するマスクとして用い、第１の導電層のテーパー部の下方の島状の半導体膜に不純物元素が添加されるようにドーピングする。続いて、第２のドーピング処理より加速電圧を下げて第３のドーピング処理を行って図３５（Ａ）の状態を得る。イオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１５〜１×１０１７  ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を５０〜１００ｋＶとして行う。第２のドーピング処理および第３のドーピング処理により、第１の導電層と重なる低濃度不純物領域６３６、６４２、６４８には１×１０１８〜５×１０１９／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加され、高濃度不純物領域６３５、６４１、６４４、６４７には１×１０１９〜５×１０２１／ｃｍ３の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加される。
【０２２５】
もちろん、適当な加速電圧にすることで、第２のドーピング処理および第３のドーピング処理は１回のドーピング処理で、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
【０２２６】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを形成して第４のドーピング処理を行う。この第４のドーピング処理により、ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜に前記一導電型とは逆の導電型を付与する不純物元素が添加された不純物領域６５３、６５４、６５９、６６０を形成する。第２の導電層６２８ａ〜６３２ａを不純物元素に対するマスクとして用い、ｐ型を付与する不純物元素を添加して自己整合的に不純物領域を形成する。本実施例では、不純物領域６５３、６５４、６５９、６６０はジボラン（Ｂ２Ｈ６）を用いたイオンドープ法で形成する。（図３５（Ｂ））この第４のドーピング処理の際には、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状の半導体膜はレジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃで覆われている。第１乃至３のドーピング処理によって、不純物領域６５３と６５４、６５９と６６０にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、そのいずれの領域においてもｐ型を付与する不純物元素の濃度を１×１０１９〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにドーピング処理することにより、ｐチャネル型ＴＦＴのソース領域およびドレイン領域として機能するために何ら問題は生じない。
【０２２７】
以上までの工程で、それぞれの島状の半導体膜に不純物領域が形成される。
【０２２８】
次いで、レジストからなるマスク６５０ａ〜６５０ｃを除去して第１の層間絶縁膜６６１を形成する。この第１の層間絶縁膜６６１としては、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。勿論、第１の層間絶縁膜６６１は酸化窒化珪素膜に限定されるものでなく、他の珪素を含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。
【０２２９】
次いで、図３５（Ｃ）に示すように、活性化処理としてレーザー照射方法を用いる。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。
【０２３０】
また、第１の層間絶縁膜を形成する前に活性化処理を行っても良い。
【０２３１】
そして、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと水素化を行うことができる。この工程は第１の層間絶縁膜６６１に含まれる水素により島状の半導体膜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）や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中で３００〜６５０℃で１〜１２時間の加熱処理を行っても良い。この場合は、第１の層間絶縁膜の存在に関係なく半導体層を水素化することができる。
【０２３２】
次いで、第１の層間絶縁膜６６１上に無機絶縁膜材料または有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜６６２を形成する。本実施例では、膜厚１．６μｍのアクリル樹脂膜を形成した。次に、第２の層間絶縁膜６６２を形成した後、第２の層間絶縁膜６６２に接するように、第３の層間絶縁膜６７２を形成する。
【０２３３】
そして、駆動回路６８６において、各不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線６６４〜６６８を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図３６）
【０２３４】
また、画素部６８７においては、画素電極６７０、ゲート配線６６９、接続電極６６８を形成する。この接続電極６６８によりソース配線（６４３ａと６４３ｂの積層）は、画素ＴＦＴと電気的な接続が形成される。また、ゲート配線６６９は、画素ＴＦＴのゲート電極と電気的な接続が形成される。また、画素電極６７０は、画素ＴＦＴのドレイン領域６９０と電気的な接続が形成され、さらに保持容量を形成する一方の電極として機能する島状の半導体膜６８５と電気的な接続が形成される。また本願では画素電極と接続電極とを同じ材料で形成しているが、画素電極６７０としてＡｌまたはＡｇを主成分とする膜、またはそれらの積層膜等の反射性の優れた材料を用いても良い。
【０２３５】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ６８１とｐチャネル型ＴＦＴ６８２からなるＣＭＯＳ回路、及びｎチャネル型ＴＦＴ６８３を有する駆動回路６８６と、画素ＴＦＴ６８４、保持容量６８５とを有する画素部６８７を同一基板上に形成することができる。こうして、アクティブマトリクス基板が完成する。
【０２３６】
駆動回路６８６のｎチャネル型ＴＦＴ６８１はチャネル形成領域６３７、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６２８ａと重なる低濃度不純物領域６３６（ＧＯＬＤ（Ｇａｔｅ  Ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ  ＬＤＤ）領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５２を有している。このｎチャネル型ＴＦＴ６８１と電極６６６で接続してＣＭＯＳ回路を形成するｐチャネル型ＴＦＴ６８２にはチャネル形成領域６４０、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５３、ｐ型を付与する不純物元素が導入された不純物領域６５４を有している。また、ｎチャネル型ＴＦＴ６８３にはチャネル形成領域６４３、ゲート電極の一部を構成する第１の導電層６３０ａと重なる低濃度不純物領域６４２（ＧＯＬＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５６を有している。
【０２３７】
画素部の画素ＴＦＴ６８４にはチャネル形成領域６４６、ゲート電極の外側に形成される低濃度不純物領域６４５（ＬＤＤ領域）、ソース領域またはドレイン領域として機能する高濃度不純物領域６５８を有している。また、保持容量６８５の一方の電極として機能する島状の半導体膜には、ｎ型を付与する不純物元素およびｐ型を付与する不純物元素が添加されている。保持容量６８５は、絶縁膜６１６を誘電体として、電極（６３２ａと６３２ｂの積層）と、島状の半導体膜とで形成している。
【０２３８】
本実施例の画素構造は、ブラックマトリクスを用いることなく、画素電極間の隙間が遮光されるように、画素電極の端部をソース配線と重なるように配置形成する。
【０２３９】
本実施例は、実施例１〜実施例５と組み合わせて実施することが可能である。
【０２４０】
（実施例７）
本実施例では、実施例６で作製したアクティブマトリクス基板から、反射型液晶表示装置を作製する工程を以下に説明する。説明には図３７を用いる。
【０２４１】
まず、実施例６に従い、図３６の状態のアクティブマトリクス基板を得た後、図３６のアクティブマトリクス基板上、少なくとも画素電極６７０上に配向膜８６７を形成しラビング処理を行う。なお、本実施例では配向膜８６７を形成する前に、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることによって基板間隔を保持するための柱状のスペーサ８７２を所望の位置に形成した。また、柱状のスペーサに代えて、球状のスペーサを基板全面に散布してもよい。
【０２４２】
次いで、対向基板８６９を用意する。次いで、対向基板８６９上に着色層８７０、８７１、平坦化膜８７３を形成する。赤色の着色層８７０と青色の着色層８７１とを重ねて、遮光部を形成する。また、赤色の着色層と緑色の着色層とを一部重ねて、遮光部を形成してもよい。
【０２４３】
本実施例では、実施例６に示す基板を用いている。従って、少なくともゲート配線６６９と画素電極６７０の間隙と、ゲート配線６６９と接続電極６６８の間隙と、接続電極６６８と画素電極６７０の間隙を遮光する必要がある。本実施例では、それらの遮光すべき位置に着色層の積層からなる遮光部が重なるように各着色層を配置して、対向基板を貼り合わせた。
【０２４４】
このように、ブラックマスク等の遮光層を形成することなく、各画素間の隙間を着色層の積層からなる遮光部で遮光することによって工程数の低減を可能とした。
【０２４５】
次いで、平坦化膜８７３上に透明導電膜からなる対向電極８７６を少なくとも画素部に形成し、対向基板の全面に配向膜８７４を形成し、ラビング処理を施した。
【０２４６】
そして、画素部と駆動回路が形成されたアクティブマトリクス基板と対向基板とをシール材８６８で貼り合わせる。シール材８６８にはフィラーが混入されていて、このフィラーと柱状スペーサによって均一な間隔を持って２枚の基板が貼り合わせられる。その後、両基板の間に液晶材料８７５を注入し、封止剤（図示せず）によって完全に封止する。液晶材料８７５には公知の液晶材料を用いれば良い。このようにして図３７に示す反射型液晶表示装置が完成する。そして、必要があれば、アクティブマトリクス基板または対向基板を所望の形状に分断する。さらに、対向基板のみに偏光板（図示しない）を貼りつけた。そして、公知の技術を用いてＦＰＣを貼りつけた。
【０２４７】
以上のようにして作製される液晶表示装置はエネルギー分布が周期的または一様なレーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成された半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記液晶表示装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような液晶表示装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０２４８】
なお、本実施例は実施例１〜実施例６と組み合わせて実施することが可能である。
【０２４９】
（実施例８）
本実施例では、実施例６で示したアクティブマトリクス基板を作製するときのＴＦＴの作製方法を用いて、発光装置を作製する例を以下に説明する。発光装置とは、基板上に形成された発光素子を該基板とカバー材の間に封入した表示用パネルおよび該表示用パネルにＴＦＴ等を実装した表示用モジュールを総称したものである。なお、発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる有機化合物を含む層（発光層）と陽極層と、陰極層とを有する。また、有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（蛍光）と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光（リン光）があり、これらのうちどちらか、あるいは両方の発光を含む。
【０２５０】
なお、本明細書中では、発光素子において陽極と陰極の間に形成された全ての層を有機発光層と定義する。有機発光層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的に発光素子は、陽極層、発光層、陰極層が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極層、正孔注入層、発光層、陰極層や、陽極層、正孔注入層、発光層、電子輸送層、陰極層等の順に積層した構造を有していることもある。
【０２５１】
なお本実施例で用いられる発光素子は、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層または電子輸送層等が、無機化合物単独で、または有機化合物に無機化合物が混合されている材料で形成されている形態をも取り得る。また、これらの層どうしが互いに一部混合していても良い。
【０２５２】
図３８（Ａ）は、第３の層間絶縁膜７５０まで形成した時点での、本実施例の発光装置の断面図である。図３８（Ａ）において、基板７００上に設けられたスイッチングＴＦＴ７３３、電流制御ＴＦＴ７３４は実施例６の作製方法を用いて形成される。本実施例ではスイッチングＴＦＴ７３３は、チャネル形成領域が二つ形成されるダブルゲート構造としているが、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造もしくは三つ以上形成される構造であっても良い。また、本実施例では電流制御ＴＦＴ７３４は、チャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造としているが、チャネル形成領域が二つ以上形成される構造であっても良い。
【０２５３】
基板７００上に設けられた駆動回路が有するｎチャネル型ＴＦＴ７３１、ｐチャネル型ＴＦＴ７３２は実施例６の作製方法を用いて形成される。なお、本実施例ではシングルゲート構造としているが、ダブルゲート構造もしくはトリプルゲート構造であっても良い。
【０２５４】
第３の層間絶縁膜７５０は、発光装置の場合、第２の層間絶縁膜７５１に含まれる水分が有機発光層に入るのを防ぐのに効果的である。第２の層間絶縁膜７５１が有機樹脂材料を有している場合、有機樹脂材料は水分を多く含むため、第３の層間絶縁膜７５０を設けることは特に有効である。
【０２５５】
実施例６の第３の層間絶縁膜を作製する工程まで終了したら、本実施例では第３の層間絶縁膜７５０上に画素電極７１１を形成する。
【０２５６】
なお、画素電極７１１は、透明導電膜からなる画素電極（発光素子の陽極）である。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。画素電極７１１は、配線を形成する前に平坦な第３の層間絶縁膜７５０上に形成する。本実施例においては、樹脂からなる第２の層間絶縁膜７５１を用いてＴＦＴによる段差を平坦化することは非常に重要である。後に形成される発光層は非常に薄いため、段差が存在することによって発光不良を起こす場合がある。従って、発光層をできるだけ平坦面に形成しうるように画素電極を形成する前に平坦化しておくことが望ましい。
【０２５７】
次に、図３８（Ｂ）に示すように、第３の層間絶縁膜７５０を覆うように黒色染料、カーボンまたは黒色の顔料などを分散した樹脂膜を成膜し、発光素子となる部分に開口部を形成することで、遮蔽膜７７０を成膜する。なお樹脂として、代表的にはポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等が挙げられるが、上記材料に限定されない。また有機樹脂の他に、遮蔽膜の材料として例えば、珪素、酸化珪素、酸化窒化珪素などに黒色染料、カーボンまたは黒色の顔料を混入したものを用いることも可能である。遮蔽膜７７０は、配線７０１〜７０７において反射した外光が、観察者の目に入るのを防ぐ効果がある。
【０２５８】
次に、画素電極７１１形成後、ゲート絶縁膜７５２、第１の層間絶縁膜７５３、第２の層間絶縁膜７５１、第３の層間絶縁膜７５０、遮蔽膜７７０にコンタクトホールを形成する。そして画素電極７１１を覆って遮蔽膜７７０上に導電膜を形成し、該導電膜をエッチングすることで、各ＴＦＴの不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線７０１〜７０７を形成する。なお、これらの配線は、膜厚５０ｎｍのＴｉ膜と、膜厚５００ｎｍの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜をパターニングして形成する。もちろん、二層構造に限らず、単層構造でもよいし、三層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。例えば、ＴａＮ膜上にＡｌやＣｕを形成し、さらにＴｉ膜を形成した積層膜をパターニングして配線を形成してもよい。（図３８（Ａ））
【０２５９】
また、配線７０７は電流制御ＴＦＴのソース配線（電流供給線に相当する）であり、７０６は電流制御ＴＦＴのドレイン領域と画素電極７１１とを電気的に接続する電極である。
【０２６０】
配線７０１〜７０７を形成後、樹脂材料でなるバンク７１２を形成する。バンク７１２は１〜２μｍ厚のアクリル膜またはポリイミド膜をパターニングして画素電極７１１の一部を露出させるように形成する。
【０２６１】
画素電極７１１の上には発光層７１３が形成される。なお、図３８（Ｂ）では一画素しか図示していないが、本実施例ではＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色に対応した発光層を作り分けている。また、本実施例では蒸着法により低分子系有機発光材料を形成している。具体的には、正孔注入層として２０ｎｍ厚の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）膜を設け、その上に発光層として７０ｎｍ厚のトリス−８−キノリノラトアルミニウム錯体（Ａｌｑ３）膜を設けた積層構造としている。Ａｌｑ３にキナクリドン、ペリレンもしくはＤＣＭ１といった蛍光色素を添加することで発光色を制御することができる。
【０２６２】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機発光材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせて発光層（発光及びそのためのキャリアの移動を行わせるための層）を形成すれば良い。例えば、本実施例では低分子系有機発光材料を発光層として用いる例を示したが、中分子系有機発光材料や高分子系有機発光材料を用いても良い。なお、本明細書中において、昇華性を有さず、かつ、分子数が２０以下または連鎖する分子の長さが１０μｍ以下の有機発光材料を中分子系有機発光材料とする。また、高分子系有機発光材料を用いる例として、正孔注入層として２０ｎｍのポリチオフェン（ＰＥＤＯＴ）膜をスピン塗布法により設け、その上に発光層として１００ｎｍ程度のパラフェニレンビニレン（ＰＰＶ）膜を設けた積層構造としても良い。なお、ＰＰＶのπ共役系高分子を用いると、赤色から青色まで発光波長を選択できる。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機発光材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【０２６３】
次に、発光層７１３の上には導電膜からなる陰極７１４が設けられる。本実施例の場合、導電膜としてアルミニウムとリチウムとの合金膜を用いる。勿論、公知のＭｇＡｇ膜（マグネシウムと銀との合金膜）を用いても良い。陰極材料としては、周期表の１族もしくは２族に属する元素からなる導電膜もしくはそれらの元素を添加した導電膜を用いれば良い。
【０２６４】
この陰極７１４まで形成された時点で発光素子７１５が完成する。なお、ここでいう発光素子７１５は、画素電極（陽極）７１１、発光層７１３及び陰極７１４で形成されたダイオードを指す。
【０２６５】
発光素子７１５を完全に覆うようにして保護膜７５４を設けても良い。保護膜７５４としては、炭素膜、窒化珪素膜もしくは窒化酸化珪素膜を含む絶縁膜からなり、該絶縁膜を単層もしくは組み合わせた積層で用いる。
【０２６６】
この際、カバレッジの良い膜を保護膜７５４として用いることが好ましく、炭素膜、特にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を用いることは有効である。ＤＬＣ膜は室温から１００℃以下の温度範囲で成膜可能であるため、耐熱性の低い発光層７１３の上方にも容易に成膜することができる。また、ＤＬＣ膜は酸素に対するブロッキング効果が高く、発光層７１３の酸化を抑制することが可能である。そのため、この後に続く封止工程を行う間に発光層７１３が酸化するといった問題を防止できる。
【０２６７】
本実施例では、発光層と７１３は全てバリア性の高い炭素膜、窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化アルミニウムもしくは窒化酸化アルミニウム等の無機絶縁膜で覆われているため、水分や酸素等が発光層に入って発光層が劣化するのをより効果的に防ぐことができる。
【０２６８】
特に第３絶縁膜７５０、パッシベーション膜７１２、保護膜７５４を、シリコンをターゲットとしたスパッタリング法により作製される窒化珪素膜を用いることで、より発光層への不純物の侵入を防ぐことができる。成膜条件は適宜選択すれば良いが、特に好ましくはスパッタガスには窒素（Ｎ２）又は窒素とアルゴンの混合ガスを用い、高周波電力を印加してスパッタリングを行う。基板温度は室温の状態とし、加熱手段を用いなくても良い。既に有機絶縁膜や有機化合物層を形成した後は、基板を加熱せずに成膜することが望ましい。但し、吸着又は吸蔵している水分を十分除去するために、真空中で数分〜数時間、５０〜１００℃程度で加熱して脱水処理することは好ましい。
【０２６９】
室温でシリコンをターゲットとし、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加し、窒素ガスのみ用いたスパッタリング法で形成された窒化珪素膜は、その赤外吸収スペクトルにおいてＮ−Ｈ結合とＳｉ−Ｈ結合の吸収ピークが観測されず、またＳｉ−Ｏの吸収ピークも観測されていないことが特徴的であり、膜中に酸素濃度及び水素濃度は１原子％以下であることがわかっている。このことからも、より効果的に酸素や水分などの不純物の侵入を防ぐことができるのがわかる。
【０２７０】
さらに、発光素子７１５を覆って封止材７１７を設け、カバー材７１８を貼り合わせる。封止材７１７としては紫外線硬化樹脂を用いれば良く、内部に吸湿効果を有する物質もしくは酸化防止効果を有する物質を設けることは有効である。また、本実施例においてカバー材７１８はガラス基板や石英基板やプラスチック基板（プラスチックフィルムも含む）の両面に炭素膜（好ましくはダイヤモンドライクカーボン膜）を形成したものを用いる。
【０２７１】
こうして図３８（Ｂ）に示すような構造の発光装置が完成する。なお、バンク７１２を形成した後、保護膜を形成するまでの工程を、大気解放せずに連続的に処理することは有効である。また、さらに発展させてカバー材７１８を貼り合わせる工程までを大気解放せずに連続的に処理することも可能である。
【０２７２】
こうして、基板７００上にｎチャネル型ＴＦＴ７３１、７３２、スイッチングＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）７０３および電流制御ＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴ）７３４が形成される。
【０２７３】
なお本実施例では遮蔽膜７７０を第３の層間絶縁膜７５０とバンク７１２の間に形成したが、本発明はこの構成に限定されない。配線７０１〜７０７において反射した外光が、観察者の目に入るのを防ぐことができる位置に設けることが肝要である。例えば、本実施例のように発光素子７１５から発せられる光が基板７００側に向かっている場合、第１の層間絶縁膜７５３と第２の層間絶縁膜７５１の間に遮蔽膜を設けるようにしても良い。そしてこの場合においても、遮蔽膜は発光素子からの光が通過できるように開口部を有する。
【０２７４】
さらに、図３８を用いて説明したように、ゲート電極に絶縁膜を介して重なる不純物領域を設けることによりホットキャリア効果に起因する劣化に強いｎチャネル型ＴＦＴを形成することができる。そのため、信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０２７５】
また、本実施例では画素部と駆動回路の構成のみ示しているが、本実施例の製造工程に従えば、その他にも信号分割回路、Ｄ／Ａコンバータ、オペアンプ、γ補正回路などの論理回路を同一の絶縁体上に形成可能であり、さらにはメモリやマイクロプロセッサをも形成しうる。
【０２７６】
以上のようにして作製される発光装置はエネルギー分布が周期的または一様なレーザー光が照射され、大粒径の結晶粒が形成された半導体膜を用いて作製されたＴＦＴを有しており、前記発光装置の動作特性や信頼性を十分なものとなり得る。そして、このような発光装置は各種電子機器の表示部として用いることができる。
【０２７７】
なお、本実施例では、発光素子から発せられる光がＴＦＴ側に向かっているが、発光素子がＴＦＴとは反対側に向かっていても良い。この場合、バンクに黒色染料、カーボンまたは黒色の顔料を混入した樹脂を用いることができる。図４８に、発光素子からの発光がＴＦＴとは反対の方に向いている発光装置の断面図を示す。
【０２７８】
図４８では、第３の層間絶縁膜９５０を形成した後、ゲート絶縁膜９５２、第１の層間絶縁膜９５３、第２の層間絶縁膜９５１、第３の層間絶縁膜９５０にコンタクトホールを形成する。そして第３の層間絶縁膜９５０上に導電膜を形成し、該導電膜をエッチングすることで、各ＴＦＴの不純物領域とそれぞれ電気的に接続する配線９０１〜９０７を形成する。なお、これらの配線は、３００ｎｍ厚のアルミニウム合金膜（１ｗｔ％のチタンを含有したアルミニウム膜）をパターニングして形成する。もちろん、単層構造に限らず、二層以上の積層構造にしてもよい。また、配線の材料としては、ＡｌとＴｉに限らない。そして、配線９０６の一部は画素電極を兼ねている。
【０２７９】
配線９０１〜９０７を形成後、樹脂材料でなるバンク９１２を形成する。バンク９１２は１〜２μｍ厚の黒色染料、カーボンまたは黒色の顔料を混入した樹脂をパターニングして画素電極９０６の一部を露出させるように形成する。なお樹脂として、代表的にはポリイミド、ポリアミド、アクリル、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等が挙げられるが、上記材料に限定されない。
【０２８０】
画素電極９０６の上には発光層９１３が形成される。そして、発光層９１３を覆って透明導電膜からなる対向電極（発光素子の陽極）が形成される。透明導電膜としては、酸化インジウムと酸化スズとの化合物、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物、酸化亜鉛、酸化スズまたは酸化インジウムを用いることができる。また、前記透明導電膜にガリウムを添加したものを用いても良い。
【０２８１】
画素電極９０６、発光層９１３、対向電極９１４とによって発光素子９１５が形成される。
【０２８２】
遮蔽膜９７０は、配線９０１〜９０７において反射した外光が、観察者の目に入るのを防ぐ効果がある。
【０２８３】
なお、本実施例は実施例１〜実施例６のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０２８４】
（実施例９）
本実施例では、本発明の半導体装置の１つである発光装置の画素の構成について説明する。図３９に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
【０２８５】
図３９において、９１１は基板、９１２は下地となる絶縁膜（以下、下地膜という）である。基板９１１としては透光性基板、代表的にはガラス基板、石英基板、ガラスセラミックス基板、又は結晶化ガラス基板を用いることができる。但し、作製プロセス中の最高処理温度に耐えるものでなくてはならない。
【０２８６】
８２０１はスイッチングＴＦＴ、８２０２は電流制御ＴＦＴであり、それぞれｎチャネル型ＴＦＴ、ｐチャネル型ＴＦＴで形成されている。有機発光層の発光方向が基板の下面（ＴＦＴ及び有機発光層が設けられていない面）の場合、上記構成であることが好ましい。しかしスイッチングＴＦＴと電流制御ＴＦＴは、ｎチャネル型ＴＦＴでもｐチャネル型ＴＦＴでも、どちらでも構わない。
【０２８７】
スイッチングＴＦＴ８２０１は、ソース領域９１３、ドレイン領域９１４、ＬＤＤ領域９１５ａ〜９１５ｄ、分離領域９１６及びチャネル形成領域９１７ａ、９１７ｂを含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極９１９ａ、９１９ｂと、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９２１と、ドレイン配線９２２とを有している。なお、ゲート絶縁膜９１８又は第１層間絶縁膜９２０は基板上の全ＴＦＴに共通であっても良いし、回路又は素子に応じて異ならせても良い。
【０２８８】
また、図３９に示すスイッチングＴＦＴ８２０１はゲート電極９１７ａ、９１７ｂが電気的に接続されており、いわゆるダブルゲート構造となっている。勿論、ダブルゲート構造だけでなく、トリプルゲート構造などいわゆるマルチゲート構造（直列に接続された二つ以上のチャネル形成領域を有する活性層を含む構造）であっても良い。
【０２８９】
マルチゲート構造はオフ電流を低減する上で極めて有効であり、スイッチングＴＦＴのオフ電流を十分に低くすれば、それだけ電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート電極に接続された保持容量が必要とする最低限の容量を抑えることができる。即ち、保持容量の面積を小さくすることができるので、マルチゲート構造とすることは発光素子の有効発光面積を広げる上で有効である。
【０２９０】
さらに、スイッチングＴＦＴ８２０１においては、ＬＤＤ領域９１５ａ〜９１５ｄは、ゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９１９ａ、９１９ｂと重ならないように設ける。このような構造はオフ電流を低減する上で非常に効果的である。また、ＬＤＤ領域９１５ａ〜９１５ｄの長さ（幅）は０．５〜３．５μｍ、代表的には２．０〜２．５μｍとすれば良い。なお、二つ以上のゲート電極を有するマルチゲート構造の場合、チャネル形成領域の間に設けられた分離領域９１６（ソース領域又はドレイン領域と同一の濃度で同一の不純物元素が添加された領域）がオフ電流の低減に効果的である。
【０２９１】
次に、電流制御ＴＦＴ８２０２は、ソース領域９２６、ドレイン領域９２７及びチャネル形成領域９６５を含む活性層と、ゲート絶縁膜９１８と、ゲート電極９３０と、第１層間絶縁膜９２０と、ソース信号線９３１並びにドレイン配線９３２を有して形成される。本実施例において電流制御ＴＦＴ８２０２はｐチャネル型ＴＦＴである。
【０２９２】
また、スイッチングＴＦＴ８２０１のドレイン領域９１４は電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート９３０に接続されている。図示してはいないが、具体的には電流制御ＴＦＴ８２０２のゲート電極９３０はスイッチングＴＦＴ８２０１のドレイン領域９１４とドレイン配線（接続配線とも言える）９２２を介して電気的に接続されている。なお、ゲート電極９３０はシングルゲート構造となっているが、マルチゲート構造であっても良い。また、電流制御ＴＦＴ８２０２のソース信号線９３１は電源供給線（図示せず）に接続される。
【０２９３】
以上は画素内に設けられたＴＦＴの構造について説明したが、このとき同時に駆動回路も形成される。図３９には駆動回路を形成する基本単位となるＣＭＯＳ回路が図示されている。
【０２９４】
図３９においては極力動作速度を落とさないようにしつつホットキャリア注入を低減させる構造を有するＴＦＴをＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４として用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、ソース信号側駆動回路、ゲート信号側駆動回路を指す。勿論、他の論理回路（レベルシフタ、Ａ／Ｄコンバータ、信号分割回路等）を形成することも可能である。
【０２９５】
ＣＭＯＳ回路のｎチャネル型ＴＦＴ８２０４の活性層は、ソース領域９３５、ドレイン領域９３６、ＬＤＤ領域９３７及びチャネル形成領域９６２を含み、ＬＤＤ領域９３７はゲート絶縁膜９１８を介してゲート電極９３９と重なっている。
【０２９６】
ドレイン領域９３６側のみにＬＤＤ領域９３７を形成しているのは、動作速度を落とさないための配慮である。また、このｎチャネル型ＴＦＴ８２０４はオフ電流値をあまり気にする必要はなく、それよりも動作速度を重視した方が良い。従って、ＬＤＤ領域９３７は完全にゲート電極に重ねてしまい、極力抵抗成分を少なくすることが望ましい。即ち、いわゆるオフセットはなくした方がよい。
【０２９７】
また、ＣＭＯＳ回路のｐチャネル型ＴＦＴ８２０５は、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気にならないので、特にＬＤＤ領域を設けなくても良い。従って活性層はソース領域９４０、ドレイン領域９４１及びチャネル形成領域９６１を含み、その上にはゲート絶縁膜９１８とゲート電極９４３が設けられる。勿論、ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４と同様にＬＤＤ領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。
【０２９８】
なお９４２、９３８、９１７ａ、９１７ｂ、９２９はチャネル形成領域９６１〜９６５を形成するためのマスクである。
【０２９９】
また、ｎチャネル型ＴＦＴ８２０４及びｐチャネル型ＴＦＴ８２０５はそれぞれソース領域上に第１層間絶縁膜９２０を間に介して、ソース信号線９４４、９４５を有している。また、ドレイン配線９４６によってｎチャネル型ＴＦＴ８２０４とｐチャネル型ＴＦＴ８２０５とのドレイン領域は互いに電気的に接続される。
【０３００】
本発明のレーザー照射装置は、半導体膜の成膜、活性層の結晶化、活性化またはその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができる。
【０３０１】
図４０に、本実施例の発光装置を作製する場合の生産フローを示す。まずＣＡＤを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された半導体膜のパターニングのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力する。
【０３０２】
一方、基板に形成されたマーカーに従って、ゲート電極を形成する。このときゲート電極とマーカーを同時に形成しても良い。そして、ゲート電極を覆うようにゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜に接するように非晶質半導体膜を形成する。非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、非晶質半導体膜が成膜された基板をレーザー照射装置に設置する。
【０３０３】
そして、コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置を基準にして、レーザー光の走査部分及びスリットの幅を決定する。そして形成されたマーカーを基準にして、レーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半導体膜を部分的に結晶化する。
【０３０４】
そして、レーザー光を照射した後、レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜をパターニングしてエッチングし、島状の半導体膜を形成する。多結晶半導体膜をパターニングするタイミングは、ＴＦＴの設計に合わせて適宜変更が可能である。以下、島状の半導体膜からＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的にはゲート絶縁膜を形成した後、島状の半導体膜に不純物領域を形成する。そして、島状の半導体膜を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【０３０５】
なお、非晶質半導体膜の成膜とレーザー光による結晶化だけではなく、ゲート絶縁膜の形成からレーザー光による結晶化まで大気に曝さずに連続して行っても良いし、これらの他の工程を加えて連続して行っても良い。
【０３０６】
なお本実施例の構成は、実施例１〜８と自由に組み合わせて実施することが可能である。
【０３０７】
（実施例１０）
本実施例では、本発明のレーザー照射装置を用いて作製された発光装置の画素の構成について説明する。図４１に本実施例の発光装置の画素の断面図を示す。
【０３０８】
１７５１はｎチャネル型ＴＦＴであり、１７５２はｐチャネル型ＴＦＴである。ｎチャネル型ＴＦＴ１７５１は、半導体膜１７５３と、第１の絶縁膜１７７０と、第１の電極１７５４、１７５５と、第２の絶縁膜１７７１と、第２の電極１７５６、１７５７とを有している。そして、半導体膜１７５２は、第１濃度の一導電型不純物領域１７５８と、第２濃度の一導電型不純物領域１７５９と、チャネル形成領域１７６０、１７６１を有している。
【０３０９】
第１の電極１７５４、１７５５とチャネル形成領域１７６０、１７６１とは、それぞれ第１の絶縁膜１７７０を間に挟んで重なっている。また、第２の電極１７５６、１７５７と、チャネル形成領域１７６０、１７６１とは、それぞれ第２の絶縁膜１７７１を間に挟んで重なっている。
【０３１０】
ｐチャネル型ＴＦＴ１７５２は、半導体膜１７８０と、第１の絶縁膜１７７０と、第１の電極１７８２と、第２の絶縁膜１７７１と、第２の電極１７８１とを有している。そして、半導体膜１７８０は、第３濃度の一導電型不純物領域１７８３と、チャネル形成領域１７８４を有している。
【０３１１】
第１の電極１７８１とチャネル形成領域１７８４とは、それぞれ第１の絶縁膜１７７０を間に挟んで重なっている。第２の電極１７８２とチャネル形成とは、それぞれ第２の絶縁膜１７７１を間に挟んで重なっている。
【０３１２】
そして、第１の電極１７８１と第２の電極１７８２とは、配線１７９０を介して電気的に接続されている。
【０３１３】
本発明のレーザー照射装置は、半導体膜１７８５、１７８０の成膜、結晶化、活性化またはその他レーザーアニールを用いる工程において使用することができる。
【０３１４】
本実施例では、スイッチング素子として用いるＴＦＴ（本実施例の場合ｎチャネル型ＴＦＴ１７５１）は、第１の電極に一定の電圧を印加している。第１の電極に一定の電圧を印加することで、電極が１つの場合に比べて閾値のばらつきを抑えることができ、なおかつオフ電流を抑えることができる。
【０３１５】
また、スイッチング素子として用いるＴＦＴよりも大きな電流を流すＴＦＴ（本実施例の場合ｐチャネル型ＴＦＴ１７５２）は、第１の電極と第２の電極とを電気的に接続している。第１の電極と第２の電極に同じ電圧を印加することで、実質的に半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じように空乏層が早く広がるので、サブスレッショルド係数を小さくすることができ、オン電流を大きくすることができる。よって、この構造のＴＦＴを駆動回路に使用することにより、駆動電圧を低下させることができる。また、オン電流を大きくすることができるので、ＴＦＴのサイズ（特にチャネル幅）を小さくすることができる。そのため集積密度を向上させることができる。
【０３１６】
図４２に、本実施例の発光装置を作製する場合の生産フローを示す。まずＣＡＤを用いて半導体装置の設計を行う。そして、設計された半導体膜のパターニングのマスクの形状に関する情報を、レーザー照射装置が有するコンピューターに入力する。
【０３１７】
一方、基板に形成されたマーカーに従って、第１の電極を形成する。このとき第１の電極とマーカーを同時に形成しても良い。そして、第１の電極を覆うように第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜に接するように非晶質半導体膜を形成する。非晶質半導体膜を基板上に成膜した後、非晶質半導体膜が成膜された基板をレーザー照射装置に設置する。
【０３１８】
そして、コンピューターで入力されたマスクの情報に基づき、マーカーの位置を基準にして、レーザー光の走査部分を決定する。そして形成されたマーカーを基準にして、レーザー光の走査部分にレーザー光を照射し、半導体膜を部分的に結晶化する。
【０３１９】
そして、レーザー光を照射した後、第２の絶縁膜と第２の電極とを順に形成し、レーザー光照射により得られた多結晶半導体膜をパターニングしてエッチングし、島状の半導体膜を形成する。多結晶半導体膜をパターニングするタイミングは、ＴＦＴの設計に合わせて適宜変更が可能である。以下、島状の半導体膜からＴＦＴを作製する工程が行われる。ＴＦＴの具体的な作製工程はＴＦＴの形状によって異なるが、代表的には島状の半導体膜に不純物領域を形成する。そして、第２の絶縁膜及び第２の電極を覆うように層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し、不純物領域の一部を露出させる。そして該コンタクトホールを介して不純物領域に接するように層間絶縁膜上に配線を形成する。
【０３２０】
なお、非晶質半導体膜の成膜とレーザー光による結晶化だけではなく、第１の絶縁膜の形成から第２の絶縁膜の形成まで大気に曝さずに連続して行っても良いし、これらの他の工程を加えて連続して行っても良い。
【０３２１】
なお、本実施例は実施例１〜実施例９のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０３２２】
（実施例１１）
本実施例では、本発明のレーザー照射装置を用いて駆動回路（信号線駆動回路または走査線駆動回路）を作製し、非晶質半導体膜で形成された画素部にＴＡＢまたはＣＯＧ等を用いて実装されている例について説明する。
【０３２３】
図４３（Ａ）に、駆動回路をＴＡＢに実装し、該ＴＡＢを用いて画素部と、外付のコントローラ等が形成されたプリント基板とを接続している例を示す。ガラス基板５０００に画素部５００１が形成されており、ＴＡＢ５００５を介して本発明のレーザー照射装置で作製された駆動回路５００２と接続されている。また駆動回路５００２はＴＡＢ５００５を介して、プリント基板５００３と接続されている。またプリント基板５００３には外部のインターフェースと接続するための端子５００４が設けられている。
【０３２４】
図４３（Ｂ）に、駆動回路と画素部をＣＯＧで実装している例を示す。ガラス基板５１００に画素部５１０１が形成されており、ガラス基板上に本発明のレーザー照射装置で作製された駆動回路５１０２が実装されている。また基板５１００には外部のインターフェースと接続するための端子５１０４が設けられている。
【０３２５】
このように、本発明のレーザー照射装置で作製したＴＦＴはチャネル形成領域の結晶性がより高められるため、高速動作が可能であり、画素部に比べて高速動作が要求される駆動回路を構成するのにより適している。また、画素部と駆動回路を別個に作製することで、歩留まりを高めることができる。
【０３２６】
なお、本実施例は実施例１〜実施例１０のいずれか一と組み合わせて実施することが可能である。
【０３２７】
（実施例１２）
本実施例では、ビームスポットを重ね合わせたときの、各ビームスポットの中心間の距離と、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。
【０３２８】
図４５に、各ビームスポットの中心軸方向におけるエネルギー密度の分布を実線で、合成されたビームスポットのエネルギー密度の分布を破線で示す。ビームスポット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。
【０３２９】
合成前のビームスポットにおいて、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、合成されたビームスポットにおいて、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４６に示す。なお図４６では、Ｙを百分率で表した。
【０３３０】
図４６において、エネルギー差Ｙは以下の式３の近似式で表される。
【０３３１】
【式３】
Ｙ＝６０−２９３Ｘ＋３４０Ｘ２（Ｘは２つの解のうち大きい方とする）
【０３３２】
式３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、それではビームスポット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。
【０３３３】
次に、Ｙの許容範囲について説明する。図４７に、ビームスポット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、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。
【０３３４】
合成後のビームスポット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４７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。
【０３３５】
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ビームスポット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。
【０３３６】
本実施例は、実施例１〜１１と組み合わせて実施することが可能である。
【０３３７】
（実施例１３）
本発明のレーザー照射装置によって形成された半導体装置を用いた電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、オーディオコンポ等）、ノート型パーソナルコンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機または電子書籍等）、記録媒体を備えた画像再生装置（具体的にはＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  ｄｉｓｃ）等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置）などが挙げられる。それら電子機器の具体例を図４４に示す。
【０３３８】
図４４（Ａ）は表示装置であり、筐体２００１、支持台２００２、表示部２００３、スピーカー部２００４、ビデオ入力端子２００５等を含む。本発明の半導体装置は表示部２００３に用いることができる。半導体装置は自発光型であるためバックライトが必要なく、液晶ディスプレイよりも薄い表示部とすることができる。なお、表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０３３９】
図４４（Ｂ）はデジタルスチルカメラであり、本体２１０１、表示部２１０２、受像部２１０３、操作キー２１０４、外部接続ポート２１０５、シャッター２１０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部２１０２及びその他回路に用いることができる。
【０３４０】
図４４（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、本体２２０１、筐体２２０２、表示部２２０３、キーボード２２０４、外部接続ポート２２０５、ポインティングマウス２２０６等を含む。本発明の半導体装置は表示部２２０３及びその他回路に用いることができる。
【０３４１】
図４４（Ｄ）はモバイルコンピュータであり、本体２３０１、表示部２３０２、スイッチ２３０３、操作キー２３０４、赤外線ポート２３０５等を含む。本発明の半導体装置は表示部２３０２に用いることができる。
【０３４２】
図４４（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（具体的にはＤＶＤ再生装置）であり、本体２４０１、筐体２４０２、表示部Ａ２４０３、表示部Ｂ２４０４、記録媒体（ＤＶＤ等）読み込み部２４０５、操作キー２４０６、スピーカー部２４０７等を含む。表示部Ａ２４０３は主として画像情報を表示し、表示部Ｂ２４０４は主として文字情報を表示するが、本発明の半導体装置はこれら表示部Ａ、Ｂ２４０３、２４０４及びその他回路に用いることができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置には家庭用ゲーム機器なども含まれる。
【０３４３】
図４４（Ｆ）はゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）であり、本体２５０１、表示部２５０２、アーム部２５０３を含む。本発明の半導体装置は表示部２５０２及びその他回路に用いることができる。
【０３４４】
図４４（Ｇ）はビデオカメラであり、本体２６０１、表示部２６０２、筐体２６０３、外部接続ポート２６０４、リモコン受信部２６０５、受像部２６０６、バッテリー２６０７、音声入力部２６０８、操作キー２６０９、接眼部２６１０等を含む。本発明の半導体装置は表示部２６０２及びその他回路に用いることができる。
【０３４５】
ここで図４４（Ｈ）は携帯電話であり、本体２７０１、筐体２７０２、表示部２７０３、音声入力部２７０４、音声出力部２７０５、操作キー２７０６、外部接続ポート２７０７、アンテナ２７０８等を含む。本発明の半導体装置は表示部２７０３及びその他回路に用いることができる。なお、表示部２７０３は黒色の背景に白色の文字を表示することで携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０３４６】
なお、上述した電子機器の他に、フロント型若しくはリア型のプロジェクターに用いることも可能となる。
【０３４７】
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また、本実施例の電子機器は実施例１〜１２に示したいずれの構成の半導体装置を用いても良い。
【０３４８】
（実施例１４）
図４９を用いて、本発明の発光装置の画素の構成について説明する。
【０３４９】
図４９において、基板６０００に、下地膜６００１が形成されており、該下地膜６００１上にトランジスタ６００２が形成されている。トランジスタ６００２は活性層６００３と、ゲート電極６００５と、活性層６００３とゲート電極６００５の間に挟まれたゲート絶縁膜６００４と、を有している。
【０３５０】
活性層６００３は多結晶半導体膜を用いるのが好ましく、該多結晶半導体膜は、本発明のレーザー照射装置を用いて形成することができる。
【０３５１】
なお、活性層は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。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。また窒化炭素が添加された珪素を用いていても良い。
【０３５２】
またゲート絶縁膜６００４は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用いることができる。またそれらを積層した膜、例えばＳｉＯ２上にＳｉＮを積層した膜を、ゲート絶縁膜として用いても良い。またＳｉＯ２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。また、ＳｉをターゲットとしたＲＦスパッタ法を用いて形成されたＳｉＯ２をゲート絶縁膜として用いても良い。
【０３５３】
またゲート電極６００５として、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。
【０３５４】
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Ｔｉ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。
【０３５５】
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。
【０３５６】
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。
【０３５７】
またトランジスタ６００２は、第１の層間絶縁膜６００６で覆われており、第１の層間絶縁膜６００６上には第２の層間絶縁膜６００７と、第３の層間絶縁膜６００８とが積層されている。
【０３５８】
第１の層間絶縁膜６００６は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。また酸素よりも窒素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜上に、窒素よりも酸素のモル比率が高い酸化窒化珪素膜を積層した膜を第１の層間絶縁膜６００６として用いても良い。
【０３５９】
なお、第１の層間絶縁膜６００６を成膜した後、加熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理）を行うと、第１の層間絶縁膜６００６に含まれる水素により、活性層６００３に含まれる半導体のダングリングボンドを終端する（水素化）ことができる。
【０３６０】
また第２の層間絶縁膜６００７は、非感光性のアクリルを用いることができる。
【０３６１】
第３の層間絶縁膜６００８は、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。
【０３６２】
また図４９において６０１０は陽極、６０１１は電界発光層、６０１２は陰極であり、陽極６０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なっている部分が発光素子６０１３に相当する。トランジスタ６００２は、発光素子６０１３に供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子６０１３と直接、または他の回路素子を介して直列に接続されている。
【０３６３】
電界発光層６０１１は、発光層単独かもしくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。
【０３６４】
陽極６０１０は第３の層間絶縁膜６００８上に形成されている。また第３の層間絶縁膜６００８上には隔壁として用いる有機樹脂膜６０１４が形成されている。有機樹脂膜６０１４は開口部６０１５を有しており、該開口部において陽極６０１０と電界発光層６０１１と陰極６０１２が重なり合うことで発光素子６０１３が形成されている。
【０３６５】
そして有機樹脂膜６０１４及び陰極６０１２上に、保護膜６０１６が成膜されている。保護膜６０１６は第３の層間絶縁膜６００８と同様に、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばＤＬＣ膜、窒化炭素膜、ＲＦスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。また上述した水分や酸素などの物質を透過させにくい膜と、該膜に比べて水分や酸素などの物質を透過させやすい膜とを積層させて、保護膜として用いることも可能である。
【０３６６】
また有機樹脂膜６０１４は、電界発光層６０１１が成膜される前に、吸着した水分や酸素等を除去するために真空雰囲気下で加熱しておく。具体的には、１００℃〜２００℃、０．５〜１時間程度、真空雰囲気下で加熱処理を行なう。望ましくは３×１０−７Ｔｏｒｒ以下とし、可能であるならば３×１０−８Ｔｏｒｒ以下とするのが最も望ましい。そして、有機樹脂膜に真空雰囲気下で加熱処理を施した後に電界発光層を成膜する場合、成膜直前まで真空雰囲気下に保つことで、信頼性をより高めることができる。
【０３６７】
また有機樹脂膜６０１４の開口部６０１５における端部は、有機樹脂膜６０１４上に一部重なって形成されている電界発光層６０１１に、該端部において穴があかないように、丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描いている曲線の曲率半径が、０．２〜２μｍ程度であることが望ましい。
【０３６８】
上記構成により、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、陽極６０１０と陰極６０１２が電界発光層６０１１に形成された穴においてショートするのを防ぐことができる。また電界発光層６０１１の応力を緩和させることで、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、信頼性を高めることができる。
【０３６９】
なお図４９では、有機樹脂膜６０１４として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光された箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜６０１４を形成しても良い。
【０３７０】
ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜６０１４を形成した場合、開口部６０１５における端部が、Ｓ字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部における曲率半径は、０．２〜２μｍとすることが望ましい。
【０３７１】
陽極６０１０は透明導電膜を用いることができる。ＩＴＯの他、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。図４９では陽極６０１０としＩＴＯを用いている。陽極６０１０は、その表面が平坦化されるように、ＣＭＰ法、ポリビニルアルコール系の多孔質体で拭浄（ベルクリン洗浄）で研磨しても良い。またＣＭＰ法を用いた研磨後に、陽極６０１０の表面に紫外線照射、酸素プラズマ処理などを行ってもよい。
【０３７２】
また陰極６０１２は、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料を用いることができる。例えば、Ｃａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ等が望ましい。
【０３７３】
なお図４９では、発光素子から発せられる光が基板６０００側に照射される構成を示しているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光素子としても良い。
【０３７４】
また図４９ではトランジスタ６００２と発光素子の陽極６０１０が接続されているが、本発明はこの構成に限定されず、トランジスタ６００２と発光素子の陰極６００１が接続されていても良い。この場合、陰極は第３の層間絶縁膜６００８上に形成される。そしてＴｉＮ等を用いて形成される。
【０３７５】
なお、実際には図４９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。
【０３７６】
なお、本発明は上述した作製方法に限定されず、公知の方法を用いて作製することが可能である。また本実施例は、実施例１〜実施例１３と自由に組み合わせることが可能である。
【０３７７】
【発明の効果】
本発明では、半導体膜全体にレーザー光を走査して照射するのではなく、少なくとも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。上記構成により、半導体膜を結晶化させた後パターニングにより除去される部分にレーザー光を照射する時間を省くことができ、基板１枚あたりにかかる処理時間を大幅に短縮することができる。
【０３７８】
また、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
【０３７９】
なお、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して用いる場合について説明したが、本発明は必ずしもこの構成に限定されない。レーザー発振装置の出力エネルギーが比較的高く、ビームスポットの面積を小さくしなくても所望の値のエネルギー密度を得ることができるのであれば、レーザー発振装置を１つだけ用いることも可能である。なおこの場合においても、スリットを用いることで、レーザー光のエネルギー密度の低い部分を遮蔽することができ、またパターン情報に従ってビームスポットの幅を制御することができる。
【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】レーザービームの形状及びエネルギー密度の分布を示す図。
【図３】レーザービームの形状及びエネルギー密度の分布を示す図。
【図４】ビームスポットとスリットの位置関係を示す図。
【図５】レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。
【図６】ビームスポットとスリットの位置関係を示す図。
【図７】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８】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９】レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。
【図１０】ＴＦＴの活性層におけるレーザー光の移動方光を示す図。
【図１１】レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。
【図１２】レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。
【図１３】ＴＦＴの活性層におけるレーザー光の移動方光を示す図。
【図１４】レーザー光の照射部分と各回路のマスクとの位置関係を示す図。
【図１５】マーカーの位置を示す図。
【図１６】本発明の生産フローを示す図。
【図１７】本発明の生産フローを示す図。
【図１８】従来の生産フローを示す図。
【図１９】ＳＬＳ法を用いた結晶化のメカニズムを説明する図。
【図２０】ＳＬＳ法を用いた結晶化のメカニズムを説明する図。
【図２１】レーザー照射装置の光学系の図。
【図２２】レーザー照射装置の光学系の図。
【図２３】レーザー照射装置の光学系の図。
【図２４】レーザー照射装置の光学系の図。
【図２５】レーザー照射装置の光学系の図。
【図２６】レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。
【図２７】レーザー光の照射部分とマスクとの位置関係を示す図。
【図２８】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２９】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３０】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３１】マーカーの構造を示す図。
【図３２】マーカー用の光学系の構造を示す図。
【図３３】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３４】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３５】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３６】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３７】本発明のレーザー照射装置を用いて作製された液晶表示装置の図。
【図３８】本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の作製方法を示す図。
【図３９】本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の断面図。
【図４０】本発明の生産フローを示す図。
【図４１】本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の作製方法を示す図。
【図４２】本発明の生産フローを示す図。
【図４３】駆動回路をパネルに実装している図。
【図４４】本発明の半導体装置を用いた電子機器の図。
【図４５】重ね合わせたビームスポット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４６】ビームスポットの中心間の距離とエネルギー差の関係を示す図。
【図４７】ビームスポット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４８】本発明のレーザー照射装置を用いた発光装置の断面図。
【図４９】本発明のレーザー装置を用いて作製された発光装置の断面図。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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