(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短尺方向に分割された複数の線状レーザービームのそれぞれが入射する複数のレンズを有し、
前記複数のレンズは、曲率半径の異なる球面レンズを分割し組み合わせたものであり、前記線状レーザービームの進行方向と交わる方向に配列し、
前記複数のレンズは、前記複数の線状レーザービームの光軸から離れたレンズほど前記複数の線状レーザービームが出射するレンズ面と被照射面との距離が短く、前記複数の線状レーザービームの光軸から離れたレンズほど曲率半径が短く、前記複数の線状レーザービームの光軸から離れたレンズほど焦点距離が短くなるようにそれぞれ配列し、
前記複数の線状レーザービームは、前記複数のレンズを通過することによって前記被照射面で集光することを特徴とするレーザー照射装置。
【請求項２】
前記球面レンズは、凸レンズであること特徴とする請求項１に記載のレーザー照射装置。
【請求項３】
前記球面レンズは、凸型のシリンドリカルレンズであること特徴とする請求項１に記載のレーザー照射装置。
【請求項４】
前記被照射面は、半導体膜の表面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
【請求項５】
前記線状レーザービームは、エキシマレーザーから発振されたレーザービームであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のレーザー照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は簡便な方法で安価に光学系の収差を減らすものである。本発明を半導体膜を結晶化するレーザー光学系に用いることで、基板面内で均一な結晶化を行うことができる。本発明はシリンドリカルレンズを用いた線状レーザー結晶化装置の光学系に簡便に適用できる技術を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜や結晶性半導体膜（単結晶でない、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜）、すなわち、非単結晶半導体膜に対し、レーザーアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。
【０００３】
ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。このため、上記研究が盛んに行われている。結晶化に好んでレーザーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザーは基板の温度をあまり変えずに非単結晶半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。
【０００４】
レーザーアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のＴＦＴを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。前記結晶性珪素膜は多くの結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜と呼ばれる。
【０００５】
また、エキシマレーザー等の、出力の大きいパルス発振式のレーザービームを、被照射面において、数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１０ｃｍ以上の線状となるように光学系にて加工し、レーザービームを走査させて（レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて）、レーザーアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。
【０００６】
特に、線状のレーザービームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用いた場合とは異なり、線状のレーザービームの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザービームを照射することができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。この高い量産性により、現在レーザーアニールにはパルス発振のエキシマレーザーのレーザービームを適当な光学系で加工した線状のレーザービームを使用することが主流になりつつある。
【０００７】
線状レーザービーム形成用光学系でシリンドリカルレンズを用いてレーザービームを基板上に結像させるものを図１８、１９に示す。光学系にはシリンドリカルレンズ、シリンドリカルアレイレンズが用いられている。図２２のようにシリンドリカルレンズ１２０１は幅方向に曲面を持ち、長さ方向には曲面を持たない。これにより入射光１２０２に対し、出射光１２０３は幅方向にはレンズの屈折効果で集光されるが、長さ方向には光は屈折されない。
【０００８】
一般に市販されている線状レーザービームのサイズは短尺方向の長さ１１０が０．２〜１．０ｍｍであり、長手方向の長さ１１１が１００〜３００ｍｍである。このような線状レーザービームを得るには幾何光学に従ったレンズ設計を行えば良い。特に線状レーザー形成用の光学系では幅の狭いレーザービームに収束するために、短尺方向に光を結像させるときの収差に注意を払う必要がある。
【０００９】
図１８、図１９に記載の各レンズの役割について、以下に記す。図１８の光学系を側面方向から見たものを図１９（１）に、上面方向から見たものを図１９（２）に示す。
【００１０】
図１９（１）について以下に説明する。レーザー照射装置１０１から出射されたレーザー光は、シリンドリカルアレイレンズ１０２により線状レーザーの短尺方向に分割される。ここではシリンドリカルレンズがアレイ状に４本配置された構成のため４本のビームに分割される。
【００１１】
短尺方向に分割されたレーザーはシリンドリカルレンズ１０３を通るが、シリンドリカルレンズ１０３の形状から短尺方向についてはレンズの屈折を受けない。そして焦点距離の比較的長いシリンドリカルレンズ１０４により、基板近傍に設けられたシリンドリカルレンズ１０６に光が入射する。そしてシリンドリカルレンズ１０６で１つにまとめられ、被照射面１０８に照射される。これにより、線状のレーザービームの短尺方向のエネルギーが均一化し、短尺方向の長さが決定される。光学系のレーザー光の光束を１０９に示す。
【００１２】
図１９（２）について以下に説明する。線状レーザーの長手方向に結像される光の伝播を説明する。レーザービームはシリンドリカルアレイレンズ１０３により長手方向に７本のビームに分割される。
【００１３】
線状レーザーの長手方向に分割されたレーザーはシリンドリカルレンズ１０４を通るが、シリンドリカルレンズ１０４の形状から長手方向についてはレンズの屈折を受けない。そして焦点距離の長いシリンドリカルレンズ１０５により被照射面に入射する。光学系のレーザー光の光束を１１２に示す。
【００１４】
図１９（１）のように線状レーザーの短尺方向にビームを集光するために、シリンドリカルレンズ１０４、１０６のように２組のレンズが使われている。つまりシリンドリカルレンズ１０４の焦点１１３でレーザービームは集光し一本の線状になる。しかし焦点１１３で集光されるレーザービームは短尺方向の幅が太い線状のビームである。焦点１１３で集光された後、レーザー光はさらに４本の線状レーザーにわかれシリンドリカルレンズ１０６に入射する。そしてシリンドリカルレンズ１０６で集光された後広がり、被照射面１０８にレーザーが入射する。被照射面でのレーザー光はシリンドリカルレンズ１０４の焦点１１３で結像した線状のレーザー光に比べ細長くなっている。
【００１５】
線状レーザーの長手方向を長くすると大面積の基板でも、レーザー照射の継ぎ目がなく均一に照射できる。しかし線状レーザービームの長手方向を長くし、同時に非単結晶半導体膜を結晶化するのに充分なレーザーのエネルギー密度を得るためには、線状レーザービームの短尺方向の幅を小さくしなければならない。通常はレーザーの出力の関係で線状レーザーの短尺方向の幅を０．２ｍｍ〜１．０ｍｍにする必要がある。
【００１６】
図２０においては、図１８、図１９の光学系にあるシリンドリカルレンズ１０６の変わりにダブレットシリンドリカルレンズ２０１、２０２を用いている。レンズ２枚を組み合わせて集光用レンズとして用いることで、レンズの収差を著しく減らしたものである。図２０（１）は光学系の側面図でありレーザー光は線状レーザーの短尺方向に収束する。図２０（２）は光学系の上面図でありレーザー光を線状レーザーの長手方向に収束する。図２０の１０１〜１１２の符号の説明は図１８、１９と同じである。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
例えばアクリル樹脂からなるレンズでは加熱により成形し、非球面加工をすることができる。しかし、短波長であるレーザー用のレンズは融点の高い石英で作られており、非球面加工が難しい。
【００１８】
理想的なレンズはレンズに入射した光が入射位置によらず一点に結像する。しかし現実のレンズでは理想レンズに比較して何らかの誤差を持つ。この理想レンズからの誤差量を収差という。
【００１９】
球面レンズによる収差のうち問題になるものの一つに球面収差がある。球面収差を図２１に示す。図はレンズを通る光束を示す断面図である。レンズ１１０４の光軸近くに入射した光１１０１と光軸から離れた位置に入射した光１１０２と、レンズの端付近に入射した光１１０３は焦点が異なる。これにより被照射面１１０５に結像する像は一点に定まらず広がりを持つ。
【００２０】
球面収差を防ぐにはレンズの曲率半径をレンズ内で変える必要があるが、短波長用の非球面レンズを作製するのは非常に困難である。
【００２１】
図１８、１９のシリンドリカルレンズ１０６の形状やレーザー光学系内での配置では、主に問題になるのは球面収差である。レーザー光学系であるので色収差はレーザー光の波長によるエネルギー分布はあっても大きな問題とならない。
【００２２】
図１８、１９に示すような光学系では、レンズ１枚で構成したシリンドリカルレンズ１０６が、線状レーザービームの短尺方向における集光用レンズとして用いられていた。この光学系では、図８ａのように得られる線状レーザービームの短尺方向におけるエネルギープロファイルがガウシアン分布、すなわち不均一な分布となった。図８のグラフにおいて横軸は線状レーザーの短尺方向、縦軸はエネルギーを示す。
【００２３】
エネルギープロファイルがガウシアン分布になる原因は、図１８、１９のシリンドリカルレンズ１０６の収差にあった。シリンドリカルレンズ１０６は、いったん複数の光線に分割されたレーザービームを被照射面で１つにまとめる役割を果たす。ところが、レンズの収差のため、分割された個々の光線が被照射面で完全に１つにならない。これにより、短尺方向において広がりを持つガウシアン分布を有するエネルギープロファイルをもつ。
【００２４】
図１８、１９に示す光学系でシリンドリカルレンズ１０４は焦点距離が長いためレンズの収差は小さい。光学系で問題になるのはシリンドリカルレンズ１０６の収差である。レーザービーム幅は実用的には０．２〜１．０ｍｍの範囲であり、このような範囲にレーザービームを収めるにはシリンドリカルレンズ１０６の収差をおさえるのが重要である。
【００２５】
しかし図１８、１９のような光学系の構成をとると、線状レーザービームのエネルギー分布が不均一となった。よって、線状レーザービームを珪素膜に対し、走査させながら照射したとき、レーザーエネルギーが被照射面内でむらとなり、レーザー照射跡が該珪素膜上に縞模様として残った。
【００２６】
一方、図２０に示すような光学系では、シリンドリカルレンズ２枚２０１、２０２で構成したダブレットシリンドリカルレンズが集光用レンズとして用いられていた。これは、図１８、１９に示したような光学系の欠点を改良したものであった。ダブレットシリンドリカルレンズは、シリンドリカルレンズを２枚組み合わせることで集光用レンズの球面収差を著しく減らしたものである。
【００２７】
ダブレットシリンドリカルレンズを用いた光学系では、得られる線状レーザービームの短尺方向におけるエネルギープロファイルがより矩形の分布に近づいた。すなわち、図８ｂのようにより均一な分布となった。現在一般に用いられている線状レーザービーム形成用光学系は、図２０の構成に極めて近いものである。得られた線状レーザービームを珪素膜に対し、走査させながら照射して、珪素膜全体を結晶化させると、レーザー照射跡が該珪素膜に残りにくくなり、より面内で一様な多結晶珪素膜が得られる。
【００２８】
しかしながら、ダブレットシリンドリカルレンズを用いる構成は、シリンドリカルレンズを２組用いるためレーザー光学系を高価にした。また、光学軸調整を行うためには２枚のシリンドリカルレンズの高さ合わせ、仰角の調整をする必要がある。よって、かなり熟練した作業者が調整をしてはじめて所望のビームを得ることができる。
【００２９】
以上のように図１８、１９のようにシリンドリカルレンズ１０６をレーザービームの集光に用いた場合、シリンドリカルレンズは安価であるが、レンズの収差により線状レーザーのエネルギー分布が不均一となる。珪素膜を結晶化した場合、エネルギー分布の不均一さがむらとなって見えてしまいレーザー照射跡が該珪素膜上に縞模様として残った。
【００３０】
また図２０のようにダブレットシリンドリカルレンズ２０１をレーザービームの集光に用いた場合、光学系が高価になり、２枚のレンズの光軸合わせが困難である。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴を図５に示す。図５はレンズを通る光束を示す断面図である。本発明の特徴はレンズを分断し、個々のレンズ５０１〜５０３にして、それぞれのレンズの被照射面５０７からの高さを変えたことにある。高さとはレンズ後面つまり光が出射する面と被照射面までの距離をいう。入射光を５０４〜５０６で示す。個々のレンズ５０１〜５０３に入射した光５０４〜５０６は被照射面の手前で集光された後、広がり被照射面５０７に入射する。光軸近くのレンズ５０１に比べて、光軸から離れたレンズ５０２、５０３ほど、被照射面５０７に対し近くにある。これにより球面レンズの収差が減り、レンズ５０１〜５０３に入射した光の被照射面での広がりが抑えられる。被照射面に集光された６つのビームはそれぞれのビームのエッジがほぼ重なり合う。分割されたビームがレンズ５０１〜５０３に入射した場合に本発明は有効である。
【００３２】
本発明のレンズをレーザー光学系に用いた例を図１に示す。図１の光学系は、集光用レンズであるシリンドリカルレンズ１０６をその母線と平行な平面かつ、光軸に平行な平面で複数個に分割したことを特徴とする。図１は線状レーザーの短尺方向の光を集光する光学系を図示したもので、従来例の図１９（１）と比較される。分割されたレンズの一断片をそれぞれ分割シリンドリカルレンズ２０３、２０４と呼ぶことにする。シリンドリカルレンズを分割し、被照射面からの距離を変えることで、個々のシリンドリカルレンズを通過した光が細長い線状に集光する。レンズを動かす機構には、マイクロメータを使うと調整が容易となる。
【００３３】
図１８、１９の光学系のシリンドリカルレンズ１０６に入射するレーザービーム間の距離は充分に大きいので、レーザービームの入射位置を考慮してレンズを分割することが簡単にできる。
【００３４】
レンズの分割はダイヤモンド石、超硬石のホイールをガラス表面上で回転させてガラスを切断するスクライバーを用いると良い。
【００３５】
線状のレーザービームが、分割シリンドリカルレンズに１本ずつ入射する。図１記載の集光用レンズにおいて、中央のレンズにはレーザービームを２本入射させているが、系の対称性を考えるとこれでよいことがわかる。
【００３６】
シリンドリカルアレイレンズ１０２により、分割されるビームの本数が奇数本である場合は、集光用レンズの中央のレンズにビームを１本だけ入射させることになる。
【００３７】
分割されたレンズを個々に調整することにより、得られる線状レーザービームの短尺方向におけるエネルギープロファイルを変化させることができる。例えば、分割されたレンズの一つ３０１を、図１の矢印の方向に動かす。該レンズを通過したレーザービームは、被照射面にてビーム幅が変化すると同時に、結像位置がビーム幅方向に動く。この性質を利用して、分割された個々のレンズの高さを調節することで、レーザービームを広がりを抑えて結像することができ、レーザービームのプロファイルを図８ｃに示すようなものとすることができる。
【００３８】
図８ｃのレーザービームのプロファイルは被照射面内でのエネルギー分布が多少あり、理想的な矩形のエネルギープロファイルからはずれた形となっている。しかしレーザービームのエネルギー均質性としては、図１８、１９に示したシリンドリカルレンズ１０６によるものに比べ改善される。しかし、図２０のようにダブレットシリンドリカルレンズを用いた光学系での図８ｂのエネルギープロファイルに比べては、まだエネルギー均質性が悪い。
【００３９】
エネルギーの均質性をさらに改善した本発明の別形態を図２に示す。図２の光学系の特徴は、分割された集光用レンズの各々の焦点距離を互いに違えることにより、被照射面でのビームの重ね合わせがより一致するようにしたことにある。異なる焦点距離の分割レンズを得る方法としては曲率半径の異なるシリンドリカルレンズを分割し組み合わせる方法がある。分割される前の球面レンズの焦点距離により、分割されたレンズの焦点距離を示す。
【００４０】
図２記載の分割シリンドリカルレンズ２０５、２０６、２０７は、それぞれの焦点距離が互いに異なっており、中央のレンズほど曲率半径が大きく焦点距離が長い。また端のレンズほど曲率半径が短く焦点距離が短い。焦点距離の短い端のレンズほど被照射面１０８に近い。レンズを動かす機構には、マイクロメータを使うと調整が容易となる。
【００４１】
これにより、ビームの均質性は飛躍的に向上する。この均一性は、図１の光学系よりもよいものとなる。
【００４２】
本発明の構成は線状レーザービームの光学系に特に有効である。図１８、図１９のシリンドリカルレンズ１０６に入射するレーザービーム間の距離は充分に大きいので、レーザービームの入射位置を考慮してレンズを加工することが簡単にできる。レンズ全面に光が入射する光学系に比べ本発明の適用が容易である。
【００４３】
本発明は球面レンズを分割し球面収差を減らしたものである。非球面加工の難しい融点の高い材料からなるレンズに本発明は有効である。また、個々のビームが分割されてレンズに入射するような光学系に有効である。
【００４４】
本発明は線状の光を形成するシリンドリカルレンズだけでなく、例えば顕微鏡の対物レンズのように、点状の光を形成するレンズの球面収差を減らすことにも適用可能である。
【００４５】
図６、図７を用いて説明する。まず図６（１）の上面図のようにレンズを互いに直交する平面で切断すると良い。図６では曲率半径が一定の石英製の平凸レンズ６０１が分割されている。平凸レンズ６０１は垂直方向に２本、水平方向に２本のスクライブライン６０３が入り分割されている
【００４６】
分割されたビームを形成する方法を図７に示す。光源６０９からレーザー光６１０が出射する。そしてシリンドリカルレンズが３本アレイ状に並べたシリンドリカルアレイレンズ６０７と、シリンドリカルレンズが３本アレイ状に並べたシリンドリカルアレイレンズ６０８を直交する方向に組み合わせる。これにより図６に示す９個のレーザービーム６０２に分割される。
【００４７】
図６（２）の断面図のように分割された平凸レンズはビームの入射位置がレンズの光軸から離れるものほど被照射面から近い高さに配置される。図６（２）では各レンズ断片に数字が示してあるが、各レンズ断片に入射するレーザービーム６０２の位置が光軸から近いものほどレンズ断片に示す数字が大きくなる。つまり数字は被照射面６０４からの高さ６０５を相対的に比較したものであり、数字が小さいものほど被照射面から近い高さに配置される。ここでいう高さとはレンズ後面つまり光が出射する面と被照射面までの距離をいう。
【００４８】
図１、図２、図５に示したのと同様に図６の構成も被照射面６０４に入射するレーザービームのエッジがほぼ重なり合い、レーザービームの被照射面での広がりを抑えることができる。
【００４９】
また本発明は平凸レンズだけでなく、両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズ、凹メニスカスレンズにも有効である。いずれのレンズでも個々のビームが分割されてレンズに入射する必要がある。
【００５０】
本発明はレンズを用いた光学系だけでなく凸面鏡、凹面鏡のような反射鏡を用いた光学系にも有効である。いずれの場合も個々のビームが分割されてレンズに入射する必要がある。
【００５１】
本発明の分割されたレンズは上下方向だけでなく、左右方向、斜め方向のように収差が少なくなるような調節の仕方をすればよい。
【００５２】
本発明はレーザーの光学系だけに適用されるものではない。白色光が入射する光学系ではレンズの屈折率の波長分散により色収差が出るが、幾何学的な球面収差を減らすことは可能である。色収差については屈折率分散の異なる凹凸レンズを接合して色消しをすると良い。
【００５３】
本発明は球面収差だけでなく、コマ収差、非点収差も減らせる。この場合分割された個々のレンズの配置は光軸に対し非対称になる。
【００５４】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
本実施例では焦点距離の異なるシリンドリカルレンズを分割し組み合わせることで、球面レンズの球面収差を減らす例を示す。光学系は、図３記載のものを基とした。
【００５５】
本実施例では、レーザー照射装置３００として、ラムダフジックス社製Ｌ３３０８、ＸｅＣｌエキシマレーザー装置を用いた。該レーザー照射装置の仕様は、以下の通りである。パルスレーザーで、最大発振周波数３００Ｈｚ、パルス幅、３５ｎｓ、最大エネルギー６７０ｍＪ／パルス、最大エネルギー、２００Ｗ。またビームサイズはレーザー出口で１２×３５ｍｍ角である。
【００５６】
レーザー照射装置から出るビームサイズが１２×３５ｍｍであることから、そのサイズに合わせて、光学系を設計する必要があった。
【００５７】
本実施例で用いる光学系のうち図３ａは線状レーザービームの長手方向に作用するレンズの模式図を表す図、図３ｂは線状レーザービームの短尺方向に作用するレンズの模式図を表す図である。被照射面近くに分割されたシリンドリカルレンズ３０６１、３０６２がある。
【００５８】
図３に記載された光学系の各レンズの役割、配置、サイズを以下に説明する。以下のレンズは、すべて、平凸レンズであり、シリンドリカルレンズ３０５を除き、すべてレーザーの入射方向に曲面がある。これらレンズの向きは、前記のようにしなければならないわけではないが、レンズの向きを本実施例と異なるように配置すると、レンズ間の距離を変更しなければ、本発明が開示する効果が得られない場合がある。また、すべてのレンズの曲面は球面である。またシリンドリカルレンズの大きさの定義は図２２のように統一し、アレイ状に並んだシリンドリカルレンズの一片の長さを幅（Ｌ）、奥行き方向を長さ（Ｗ）、シリンドリカルレンズの厚さ（Ｈ）とする。また、すべてのレンズはシリンドリカルレンズであり、幅方向に曲率をもつものとする。
【００５９】
シリンドリカルアレイレンズ３０１は、焦点距離３００ｍｍのシリンドリカルレンズが４本アレイ状に並んでいる。幅（Ｌ1）はそれぞれ３ｍｍである。シリンドリカルアレイレンズの長さ（Ｗ1）は５０ｍｍ、厚さ（Ｈ1）は３ｍｍである。
【００６０】
シリンドリカルアレイレンズ３０２は、焦点距離７２ｍｍのシリンドリカルレンズが７本アレイ状に並んでいる。幅（Ｌ2）はそれぞれ７ｍｍで、長さ（Ｗ2）は５０ｍｍである。レンズの厚さ（Ｈ2）は３ｍｍである。
【００６１】
シリンドリカルアレイレンズ３０３は、焦点距離４５０ｍｍのシリンドリカルレンズが４本アレイ状に並んでいる。幅（Ｌ3）はそれぞれ３ｍｍで長さ（Ｗ3）は５０ｍｍ、厚さ（Ｈ3）３ｍｍである。
【００６２】
シリンドリカルレンズ３０４は、焦点距離１６８０ｍｍ、幅（Ｌ4）５０ｍｍ、長さ（Ｗ4）５０ｍｍ、厚さ（Ｈ4）５ｍｍである。レーザーの入射方向に対し反対側に曲面を設けることで、シリンドリカルレンズ３０４に入射した光が線状ビームの長手方向に広がる。
【００６３】
シリンドリカルレンズ３０５は、焦点距離３７５ｍｍ、幅（Ｌ5）５０ｍｍ、長さ（Ｗ5）５０ｍｍ、厚さ（Ｈ5）５ｍｍである。このレンズは、線状ビームの短尺方向に作用するものである。レーザーの入射方向に曲面を設けることで、シリンドリカルレンズ３０４に入射した光が焦点３０７に集光され、一本の線状になる。
【００６４】
さらに距離を進むと、焦点３０７に集光された光が個々の線状のビームに分かれて分割シリンドリカルレンズ３０６１、３０６２に入射する。分割シリンドリカルレンズはシリンドリカルレンズ３０５の焦点から約１０００ｍｍ離れた位置にあるため個々のレーザービーム間の距離が広がっている。
【００６５】
分割シリンドリカルレンズ３０６は、中央のレンズ３０６１の焦点距離が１８５ｍｍ、幅（Ｌ6）１５ｍｍ、長さ（Ｗ6）１６０ｍｍ、厚さ（Ｈ6）２０ｍｍである。両端のレンズ３０６２は、それぞれ焦点距離１７３ｍｍ、幅２０ｍｍ（Ｗ7）、長さ１６０ｍｍ（Ｌ7）、厚さ（Ｈ7）２０ｍｍである。また、両端のレンズ３０６２において、左右それぞれのレンズの曲率中心は一致する。焦点距離の違うレンズを異なる高さに設けることで、分割されたレーザービームは集光されたのちに線状に照射されるがその広がりが抑えられる。ここでいう高さとはレンズ後面つまり光が出射する面と被照射面１０８までの距離をいう。分割シリンドリカルレンズ３０６の中央のレンズ３０６１後面と、分割シリンドリカルレンズ３０６の両端のレンズ３０６２後面との距離は、２３ｍｍである。分割シリンドリカルレンズの高さ、焦点距離については計算により最適化した。
【００６６】
分割シリンドリカルレンズ３０６の作用でシリンドリカルレンズ３０４の焦点３０７で形成された線状レーザーに比べさらに細長いレーザービームが形成される。
【００６７】
分割シリンドリカルレンズ３０６の両端のレンズ後面と被照射面１０８までの距離は、１９２．５ｍｍである。
【００６８】
シリンドリカルアレイレンズ３０１とシリンドリカルアレイレンズ３０２の距離は、３１７ｍｍである。
【００６９】
シリンドリカルアレイレンズ３０２とシリンドリカルアレイレンズ３０３の距離は、１２２ｍｍである。
【００７０】
シリンドリカルアレイレンズ３０３とシリンドリカルレンズ３０４の距離は１ｍｍである。
【００７１】
シリンドリカルレンズ３０４とシリンドリカルレンズ３０５の距離は、８１ｍｍである。
【００７２】
シリンドリカルレンズ３０５と分割シリンドリカルレンズ３０６の中央のレンズ３０６１との距離は、１３７７ｍｍである。
【００７３】
上記に記載したレンズ間の距離は、光路のより前に配置されたレンズの後面と、光路のより後ろに配置されたレンズの前面との最短距離である。また、光学系の配置上、レンズ間にミラーを挿入する必要のある場合は、幾何光学に従ってレンズ配置を変更すればよい。
【００７４】
また、上記した距離は、光学系の作成精度や配置のずれで変わってくるので、実際の光学調整は、ＣＣＤカメラ等を被照射面１０８に配置し、ビームを見ながら行うとよい。
【００７５】
上記の構成で加工された線状レーザービームは被照射面において、非常に均質性の高いものとなる。該線状レーザービームのサイズは、長さ１４５ｍｍ、幅０．６ｍｍである。
【００７６】
［実施例２］
本実施例では、実施例１の線状レーザービームを使って、ガラス基板上に製膜された非晶質珪素膜を結晶化させる例を挙げる。
【００７７】
基板には、５インチ角のコーニング社製１７３７基板を用いる。基板上に、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ2膜を２００ｎｍ製膜する。その後、連続的に、非晶質珪素膜を５０ｎｍ製膜する。
【００７８】
その後、該基板を５００度に加熱し、非晶質珪素膜中の水素を減少させる。これにより、該膜の耐レーザー性を高めることができる。
【００７９】
基板にレーザーを照射するための装置を、図４に示す。レーザー照射装置３００から出射したレーザー光は、まず、光学系４０１に入射する。光学系４０１は、図６記載のレンズ３０１〜３０５で構成されている。光学系４０１から出た光は、ミラー４０２で鉛直下方に曲げられ、分割シリンドリカルレンズ３０６を介し、基板４０３に照射される。
【００８０】
ステージ４０４は、線状レーザービームの被照射面に平行に配置されていて、その上に基板４０３を配置できるようになっている。該ステージ４０４に配置された基板４０３の表面に、線状レーザービームのピントが合うようにする。該ステージ４０４は、線状レーザービームの長さ方向に垂直な方向に、移動機構４０５によって動くように、設計されている。ステージが動いている間、基板がステージ上で動かないように、基板とステージの間に適度な摩擦があるようにする。
【００８１】
レーザー照射装置３００の出力を調整することにより、被照射面でのレーザービームのエネルギー密度をコントロールし、上記非晶質珪素膜を結晶化するのに最適なエネルギーを選ぶ。
【００８２】
本実施例で使用するラムダ製のレーザー照射装置の最適なレーザー発振出力は、１５〜１６ｋｅＶである。しかしながら、前記の出力で上記非晶質珪素膜に対し線状レーザービームを照射すると、出力が強すぎることがある。そのときは、例えば、レーザー照射装置１０１と光学系４０１の間に減光フィルターを挿入し適当な出力に調整する。
【００８３】
該減光フィルターには、減光率を連続的に変化させることができるものがよい。具体的には、入射角度によって透過率の変わる板を使って、その板をレーザー光路に挿入し、該板の角度を変化させる機構を設ければよい。減光率は実施者が決定すればよい。
【００８４】
本実施例では、線状レーザービームの被照射面でのエネルギー密度を３００〜４５０ｍＪ／ｃｍ2、例えば４００ｍＪ／ｃｍ2とし、ステージの移動速度を１〜４ｍｍ／ｓｅｃ、例えば１．８ｍｍ／ｓｅｃとした。また、レーザーの発振周波数を３０Ｈｚとした。このとき、非晶質珪素膜表面のある１点に注目すると、レーザービームは１０回照射される。このように非晶質珪素膜に多パルスのレーザーを照射すると、レーザー出力の変動が平均化されるので好ましい。
【００８５】
[実施例3]
本発明は分割シリンドリカルレンズを用いた光学系により線状レーザービームを半導体層に照射し、活性層を結晶化する。本発明の線状レーザービーム光学系を用いた低温ポリシリコンを活性層としたアクティブマトリクス基板の作製方法を図９〜１２を用いて以下に示す。線状レーザーを形成する光学系については図３〜４を用いて説明する。
【００８６】
まず、図９（Ａ）に示すように、コーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表される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成る基板２００１上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜２００２を形成する。例えば、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、ＮＨ3、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜２００２ａを１０〜２０nm（好ましくは５０〜１００nm）形成し、同様にＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化シリコン膜２００２ｂを５０〜２０nm（好ましくは１００〜１５０nm）の厚さに積層形成する。本実施例では下地膜２００２を２層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または２層以上積層させて形成しても良い。
【００８７】
島状半導体層２００３〜２００６と２０５７は、非晶質構造を有する半導体膜をレーザー結晶化法や熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状半導体層２００３〜２００６の厚さは２５〜８０nm（好ましくは３０〜６０nm）の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。
【００８８】
レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製するには、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーに代表されるガスレーザーやＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーに代表される固体レーザーを用いる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状または長方形状または矩形状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜４００mJ/cm2(代表的には２００〜３００mJ/cm2)とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数１〜１０ｋＨｚとし、レーザーエネルギー密度を３００〜６００mJ/cm2(代表的には３５０〜５００mJ/cm2)とすると良い。そして幅１００〜１０００μｍで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９８％として行う。
【００８９】
本実施例では実施例１、２に示した光学系で線状レーザーを照射する。レーザー照射条件は実施例１と同様にＸｅＣｌエキシマレーザーを用いた。最大発振周波数は３００Ｈｚ、パルス幅３５ｎｓｅｃ、最大エネルギー６７０ｍＪ／パルス、最大エネルギー２００Ｗとする。
【００９０】
実施例１の図３に示したのと同様のレンズの配置でレーザーを照射する。これによりシリンドリカルアレイレンズ３０１により分割された４本のビームが分割シリンドリカルレンズ３０６に入射する。各分割されたビームが被照射面に到達したときに、各ビームのエッジが重なり合いエネルギー分布の均一なレーザー光が基板に照射される。実施例１に開示したレンズ配置により短尺方向の幅６００μｍで線状に集光されたレーザー光ができる。図４に示すように基板４０３が線状レーザーの短尺方向、つまり図４の矢印の方向に走査され、順次結晶化が行われる。結晶化された基板を目視で観察すると、レーザー照射後の縦縞の目立たない良好な結晶状態が得られる。
【００９１】
ゲート絶縁膜２００７はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを４０〜１５０nmとしてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、１２０nmの厚さで酸化窒化シリコン膜で形成する。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコン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。例えば、酸化シリコン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。
【００９２】
そして、ゲート絶縁膜２００７上にゲート電極を形成するための第１の導電膜２００８と第２の導電膜２００９とを形成する。本実施例では、第１の導電膜２００８をＴａで５０〜１００nmの厚さに形成し、第２の導電膜をＷで１００〜３００nmの厚さに形成する。
【００９３】
Ｔａ膜はスパッタ法で形成し、ＴａのターゲットをＡｒでスパッタする。この場合、Ａｒに適量のＸｅやＫｒを加えると、Ｔａ膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することができる。また、α相のＴａ膜の抵抗率は２０μΩcm程度でありゲート電極に使用することができるが、β相のＴａ膜の抵抗率は１８０μΩcm程度でありゲート電極とするには不向きである。α相のＴａ膜を形成するために、Ｔａのα相に近い結晶構造をもつ窒化タンタルを１０〜５０nm程度の厚さでＴａの下地に形成しておくとα相のＴａ膜を容易に得ることができる。
【００９４】
Ｗ膜を形成する場合には、Ｗをターゲットとしたスパッタ法で形成する。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。このことより、スパッタ法による場合、純度９９．９９９９％のＷターゲットを用い、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。
【００９５】
次に図９（Ｂ）に示すように、レジストによるマスク２０１０〜２０１３を形成し、ゲート電極を形成するための第１のエッチング処理を行う。エッチング方法に限定はないが、好適には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を混合し、０．５〜２Pa、好ましくは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行う。基板側（試料ステージ）にも１００W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を混合した場合にはＷ膜及びＴａ膜とも同程度にエッチングされる。
【００９６】
上記エッチング条件では、レジストによ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。テーパー部の角度は１５〜４５°となる。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。Ｗ膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は２〜４（代表的には３）であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は２０〜５０nm程度エッチングされることになる。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２０１４〜２０１７（第１の導電層２００１４ａ〜２００１７ａと第２の導電層２０１４ｂ〜２０１７ｂ）を形成する。２０５４はゲート絶縁膜であり、第１の形状の導電層２０１４〜２０１７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。
【００９７】
そして、第１のドーピング処理を行いｎ型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法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１×１０13〜５×１０14atoms/cm2とし、加速電圧を６０〜１００keV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２０１４〜２０１７がｎ型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第１の不純物領域２０１８〜２０２１と２０５５が形成される。第１の不純物領域２０１８〜２００２１と２０５５には１×１０20〜１×１０21atomic/cm3の濃度範囲でｎ型を付与する不純物元素を添加する。
【００９８】
次に図９（Ｃ）に示すように第２のエッチング処理を行う。同様にＩＣＰエッチング法を用い、エッチングガスにＣＦ4とＣｌ2とＯ2を混合して、１Paの圧力でコイル型の電極に５００ＷのＲＦ電力(13.56MHz)を供給し、プラズマを生成して行う。基板側（試料ステージ）には５０WのＲＦ（13.56MHz）電力を投入し、第１のエッチング処理に比べ低い自己バイアス電圧を印加する。このような条件によりＷ膜を異方性エッチングし、かつ、それより遅いエッチング速度で第１の導電層であるＴａを異方性エッチングして第２の形状の導電層２０２２〜２０２５（第１の導電層２０２２ａ〜２０２５ａと第２の導電層２０２２ｂ〜２０２５ｂ）を形成する。２０２６はゲート絶縁膜であり、第２の形状の導電層２０２２〜２０２５で覆われない領域はさらに２０〜５０nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【００９９】
Ｗ膜やＴａ膜のＣＦ4とＣｌ2の混合ガスによるエッチング反応は、生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することができる。ＷとＴａのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、Ｗのフッ化物であるＷＦ6が極端に高く、その他のＷＣｌ5、ＴａＦ5、ＴａＣｌ5は同程度である。従って、ＣＦ4とＣｌ2の混合ガスではＷ膜及びＴａ膜共にエッチングされる。しかし、この混合ガスに適量のＯ2を添加するとＣＦ4とＯ2が反応してＣＯとＦになり、ＦラジカルまたはＦイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高いＷ膜のエッチング速度が増大する。一方、ＴａはＦが増大しても相対的にエッチング速度の増加は少ない。また、ＴａはＷに比較して酸化されやすいので、Ｏ2を添加することでＴａの表面が酸化される。Ｔａの酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらにＴａ膜のエッチング速度は低下する。従って、Ｗ膜とＴａ膜とのエッチング速度に差を作ることが可能となりＷ膜のエッチング速度をＴａ膜よりも大きくすることが可能となる。
【０１００】
そして、図１０（Ａ）に示すように第２のドーピング処理を行う。この場合、第１のドーピング処理よりもドーズ量を下げ高加速電圧の条件でｎ型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を７０〜１２０ｋｅＶとし、１×１０13/cm2のドーズ量で行い、図９（Ｂ）で島状半導体層に形成された第１の不純物領域の内側に新な不純物領域を形成する。ドーピングは、第２の形状の導電層２０２２〜２０２５を不純物元素に対するマスクとして用い、第２の導電層２０２２ａ〜２０２５ａの下側の領域にも不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第２の導電層２０２２ａ〜２０２５ａと重なる第３の不純物領域２０３２〜２０３６と、第１の不純物領域と第３の不純物領域との間の第２の不純物領域２０２７〜２０３１とを形成する。ｎ型を付与する不純物元素は、第２の不純物領域で１×１０17〜１×１０19atoms/cm3の濃度となるようにし、第３の不純物領域で１×１０16〜１×１０18atoms/cm3の濃度となるようにする。
【０１０１】
そして図１０（Ｂ）に示すように、ｐチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層２００４に一導電型とは逆の導電型の第４の不純物領域２０３７〜２０３９を形成する。第２の導電層２０２３を不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、ｎチャネル型ＴＦＴを形成する島状半導体層２００３、２００５、２００６はレジストのマスク２０４０〜２０４２で全面を被覆しておく。不純物領域２０３７〜２０３９にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、ジボラン（Ｂ２Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成し、そのいずれの領域においても不純物濃度を２×１０20〜２×１０21atoms/cm3となるようにする。
【０１０２】
以上までの工程でそれぞれの島状半導体層に不純物領域が形成される。第１の導電層２０２２〜２０２５がゲート電極、ゲート配線として機能する。
【０１０３】
こうして導電型の制御を目的として図１０（Ｃ）に示すように、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、レーザーアニール法を適用することができる。
【０１０４】
レーザーアニール法では波長４００nm以下のエキシマレーザー光やＹＡＧレーザー、ＹＶＯ4レーザーの第２高調波（５３２nm）を用いる。活性化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数３０Ｈｚとし、レーザーエネルギー密度を１００〜３００mJ/cm2とする。また、ＹＡＧレーザーを用いる場合にはその第２高調波を用いパルス発振周波数１〜１０ｋＨｚとし、レーザーエネルギー密度を２００〜４００mJ/cm2とすると良い。そして幅１００〜１０００μｍ、例えば６００μｍで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率（オーバーラップ率）を８０〜９８％として行う。
【０１０５】
線状レーザーを形成するには図３記載の光学系を用いると、シリンドリカルレンズ３０１により分割されたレーザー光が基板上に集光されるときの被照射面１０８での線状レーザーのエネルギー分布を均一にできる。本実施例では実施例１、２に示した光学系のレンズ配置で線状レーザーを照射する。レーザー照射条件は実施例１と同様にＸｅＣｌエキシマレーザーを用いた。
【０１０６】
これにより図３のシリンドリカルアレイレンズ３０１により分割された４本のビームが分割シリンドリカルレンズ３０６に入射する。実施例１に開示したレンズ配置により短尺方向の幅６００μｍで線状に集光されたレーザー光ができる。図４に示すように基板４０３が線状レーザーの短尺方向、つまり図４の矢印の方向に走査され、順次活性化が行われる。レーザーのエネルギー分布が均一なため不純物の活性化が均一にできる。
【０１０７】
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。
【０１０８】
さらに容量電極２０５３を形成する。容量電極２０５３は図９（Ｂ）の工程で作製しても良い。するとゲート電極と容量電極を一つのマスクで作製することができる。これにより容量電極とｎ型ドープされた活性層２０５５の間に保持容量が形成される。
【０１０９】
図１１において、第１の層間絶縁膜２０４３は酸化窒化シリコン膜から１００〜２００nmの厚さで形成する。その上に有機絶縁物材料から成る第２の層間絶縁膜２０４４を形成する。第２の層間絶縁膜２０４３は１．０〜２．０μｍの平均膜厚で形成する。有機絶縁物材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等を使用することができる。例えば、基板に塗布後、熱重合するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオーブンで３００℃で焼成して形成する。また、アクリルを用いる場合には、２液性のものを用い、主材と硬化剤を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した後、ホットプレートで８０℃で６０秒の予備加熱を行い、さらにクリーンオーブンで２５０℃で６０分焼成して形成することができる。
【０１１０】
そして、駆動回路において島状半導体層のソース領域とコンタクトを形成するソース配線２０４５〜２０４７、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレイン配線２０４８〜２０５０を形成する。
【０１１１】
また、画素部においては、ソース配線２０５１、画素電極２０５２を形成する。これら第２の層間絶縁膜５５２上に形成する配線は、例えば、５０〜２００nmのＴｉ膜、１００〜３００nmのＡｌ膜で形成する。このような構成で形成されたソース配線２０４５〜２０４７と２０４８、ドレイン配線２０４８〜２０５０、画素電極２０５２は、第２の層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールを介して、ＴＦＴのソースまたはドレイン領域とＴｉ膜で接触を形成し、Ａｌと半導体が直接接して反応することを防ぎ、コンタクト部分の信頼性を高めている。
【０１１２】
以上の様にして、ｎチャネル型ＴＦＴ３００１、ｐチャネル型ＴＦＴ３０００２、ｎチャネル型ＴＦＴ３００３を有する駆動回路と、画素ＴＦＴ３０００４、保持容量３０００５とを有する画素部を同一基板上に形成することができる。本明細書中ではこのような基板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。
【０１１３】
本実施例で作製するアクティブマトリクス基板の画素部の上面図の図１２のＡ−Ａ'は、図１１で示すＡ−Ａ'線に対応している。画素ＴＦＴ３００４では、ゲート配線を兼ねるゲート電極２０２５は、図示されていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層２００８と交差している。図示はしていないが、島状半導体層には、ソース領域、ドレイン領域、ＬＤＤ領域が形成されている。また、５００１はソース配線２０５１とソース領域とのコンタクト部、５００２は画素電極２０５２とドレイン領域とのコンタクト部である。保持容量５００３は、画素ＴＦＴ３００４のドレイン領域から延在する半導体層とゲート絶縁膜を介して容量配線２０５３が重なる領域で形成されている。
【０１１４】
本実施例は線状レーザーにより結晶化が均一にできることにより、レーザー照射むらに起因する基板面内のスイッチング素子の特性ばらつきが抑えられる。また本実施例のようにシリンドリカルレンズを分割し、レンズの収差を減らした光学系は半導体層の結晶化だけでなく、半導体層にドーピングされた不純物イオンをレーザーアニール法にて活性化するときにも用いることができる。
【０１１５】
［実施例４］
本実施例では、実施例３で作製したアクティブマトリクス基板を用いた反射型の液晶表示装置の構成を図１３を用いて説明する。
【０１１６】
対向基板の作製方法を以下に説明する。基板４０００１にはコーニング社の＃７０５９ガラスや＃１７３７ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板の他に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）など光学的異方性を有しないプラスチック基板を用いることができる。後述する熱プレス工程で基板のゆがみを生じないようにするため基板２００１と熱膨張係数が同じものを用いるのが望ましい。
【０１１７】
基板４０００１にカラーフィルター層４０００２が形成される。カラーフィルター層は後述するシール材４０００３の下にも形成されており、表示領域とシール材形成領域でギャップが均一になるように調整している。
【０１１８】
カラーフィルター層４０００２の上にオーバーコート材４０００４が形成されている。オーバーコート材は各色赤、青、緑のカラーフィルターの重なりを平坦化する役目がある。反射型パネルでは外光を利用してパネルを表示する。明るさを極力損なわないようにするため遮光膜を設けていない。
【０１１９】
オーバーコート材４０００４の上に透明導電膜４０００５として酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜が形成されている。駆動回路領域に酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜があると駆動回路に不要な容量が形成されてしまい波形がなまる。このため駆動回路領域の酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜はパターニングにより除去している。以上により対向基板が作製される。
【０１２０】
成膜スペーサー４０００６はＪＳＲ社製のＮＮ７００を用いてソース配線２０５１上に形成する。本実施例では対向基板上に成膜スペーサーを形成する。
【０１２１】
配向膜４０００８が６０ｎｍ基板４０００１、２００１に形成される。配向膜は可溶性ポリイミド、熱硬化型ポリアミック酸のものがある。
【０１２２】
シール材４０００３は熱硬化型エポキシ樹脂、あるいは紫外線硬化型エポキシ樹脂が使用できる。液晶材料４０００９が基板間に狭持される。液晶材料は適宜配向モードに応じて選択する。
【０１２３】
［実施例５］
実施例３で作製したアクティブマトリクス基板はそのまま反射型の液晶表示装置に適用することができる。一方、透過型の液晶表示装置とする場合には画素部の各画素に設ける画素電極を透明電極で形成すれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置に対応するアクティブマトリクス基板の作製方法について図１４を用いて説明する。
【０１２４】
アクティブマトリクス基板は実施例３と同様に作製する。図１４（Ａ）では、ソース配線２０５１とドレイン配線２０５２は導電性の金属膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成する。これは、Ｔｉ膜を５０〜１５０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００ｎｍの厚さで形成し、さらにＴｉ膜または窒化チタン（ＴｉＮ）膜を１００〜２００ｎｍの厚さで形成して３層構造とした。その後、透明導電膜を全面に形成し、フォトマスクを用いたパターニング処理およびエッチング処理により画素電極２０５６を形成する。画素電極は、層間絶縁膜上に形成され、画素ＴＦＴのドレイン配線２０５２と重なる部分を設け、接続構造を形成している。
【０１２５】
図１４（Ｂ）では最初に層間絶縁膜上に透明導電膜を形成し、パターニング処理およびエッチング処理をして画素電極を形成した後、ドレイン配線２０５２を画素電極２０５６と重なる部分を設けて形成した例である。ドレイン配線２０５２はＴｉ膜を５０〜１５０ｎｍの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム（Ａｌ）を３００〜４００ｎｍの厚さで形成して設ける。この構成にすると、画素電極２０５６はドレイン配線２０５２を形成するＴｉ膜のみと接触することになる。その結果、透明導電膜材料とＡｌとが反応するのを防止できる。ソース配線２０５１はドレイン配線２０５２と同時に形成する。
【０１２６】
透明導電膜の材料は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化インジウム錫（ＩＴＯ）膜などをスパッタ法や真空蒸着法などを用いて形成して用いることができる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液により行う。しかし、特にＩＴＯのエッチングは残渣が発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）を用いても良い。酸化インジウム酸化亜鉛合金は表面平滑性に優れ、ＩＴＯに対して熱安定性にも優れているので、ドレイン配線の端面で接触するＡｌとの腐蝕反応を防止できる。同様に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）も適した材料であり、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリウム（Ｇａ）を添加した酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ｇａ）などを用いることができる。
【０１２７】
このようにして、透過型の液晶表示装置に対応したアクティブマトリクス基板を完成させることができる。
【０１２８】
［実施例６］
本発明を実施して作製されたアクティブマトリクス基板および液晶表示装置並びにＥＬ型表示装置は様々な電気光学装置に用いることができる。そして、そのような電気光学装置を表示媒体として組み込んだ電子機器全てに本発明を適用することがでできる。電子機器としては、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話、電子書籍など）、ナビゲーションシステムなどが上げられる。それらの一例を示す。
【０１２９】
図１５（Ａ）は携帯電話であり、本体９００１、音声出力部９００２、音声入力部９００３、表示装置９００４、操作スイッチ９００５、アンテナ９００６から構成されている。本願発明は音声出力部９００２、音声入力部９００３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９００４に適用することができる。
【０１３０】
図１５（Ｂ）はビデオカメラであり、本体９１０１、表示装置９１０２、音声入力部９１０３、操作スイッチ９１０４、バッテリー９１０５、受像部９１０６から成っている。本願発明は音声入力部９１０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９１０２、受像部９１０６に適用することができる。
【０１３１】
図１５（Ｃ）はモバイルコンピュータ或いは携帯型情報端末であり、本体９２０１、カメラ部９２０２、受像部９２０３、操作スイッチ９２０４、表示装置９２０５で構成されている。本願発明は受像部９２０３、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置９２０５に適用することができる。
【０１３２】
図１５（Ｄ）はヘッドマウントディスプレイであり、本体９３０１、表示装置９３０２、アーム部９３０３で構成される。本願発明は表示装置９３０２に適用することができる。また、表示されていないが、その他の信号制御用回路に使用することもできる。
【０１３３】
図１５（Ｅ）はテレビであり、本体９４０１、スピーカー９４０２、表示装置９４０３、受信装置９４０４、増幅装置９４０５等で構成される。実施例５で示す液晶表示装置や、実施例６または７で示すＥＬ表示装置は表示装置９４０３に適用することができる。
【０１３４】
図１５（Ｆ）は携帯書籍であり、本体９５０１、表示装置９５０２、９５０３、記憶媒体９５０４、操作スイッチ９５０５、アンテナ９５０６から構成されており、ミニディスク（ＭＤ）やＤＶＤに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示装置９５０２、９５０３は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用することができる。
【０１３５】
図１６（Ａ）はパーソナルコンピュータであり、本体９６０１、画像入力部９６０２、表示装置９６０３、キーボード９６０４で構成される。
【０１３６】
図１６（Ｂ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレーヤーであり、本体９７０１、表示装置９７０２、スピーカ部９７０３、記録媒体９７０４、操作スイッチ９７０５で構成される。なお、この装置は記録媒体としてＤＶＤ（Ｄｉｇｔｉａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
【０１３７】
図１６（Ｃ）はデジタルカメラであり、本体９８０１、表示装置９８０２、接眼部９８０３、操作スイッチ９８０４、受像部（図示しない）で構成される。
【０１３８】
図１７（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、表示装置９９０１、スクリーン９９０２で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１３９】
図１７（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体１０００１、投射装置１０００２、ミラー１０００３、スクリーン１０００４で構成される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適用することができる。
【０１４０】
なお、図１７（Ｃ）は、図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）中における投射装置９９０１、１０００２の構造の一例を示した図である。投射装置９９０１、１０００２は、光源光学系１０１０１、ミラー１０１０２、１０１０４〜１０１０６、ダイクロイックミラー１０１０３、プリズム１０１０７、液晶表示装置１０１０８、位相差板１０１０９、投射光学系１０１１０で構成される。投射光学系１０１１０は、投射レンズを含む光学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、図１７（Ｃ）中において矢印で示した光路に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するためのフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１４１】
また、図１７（Ｄ）は、図１７（Ｃ）中における光源光学系１０２０１の構造の一例を示した図である。本実施例では、光源光学系１０２０１は、リフレクター１０２１１、光源１０２１２、レンズアレイ１０２１３、１０２１４、偏光変換素子１０２１５、集光レンズ１０２１６で構成される。なお、図１７（Ｄ）に示した光源光学系は一例であって特に限定されない。例えば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、ＩＲフィルム等の光学系を設けてもよい。
【０１４２】
【発明の効果】
レーザー照射装置は短波長の光吸収をおさえるため石英レンズを用いるが石英レンズは非球面加工が難しい。しかし本発明により球面レンズの収差を減らすことができる。
【０１４３】
本発明の特徴である分割された集光用レンズ１つ１つを通過する個々のビームを、被照射面で独立に動かすことができるので、より精密な光学調整が可能となる。
【０１４４】
本発明をレーザー照射装置に用いるとダブレットシリンドリカルレンズのような高価で、光学調整の困難な光学系を用いずに、それを使う以上に均質性のある線状レーザービームを得ることができる。
【０１４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の一形態を示す（シリンドリカルレンズを分割）。
【図２】  本発明の実施の一形態を示す（焦点距離の異なるシリンドリカルレンズを分割）。
【図３】  実施例１の光学系を示す。
【図４】  実施例２の光学系を示す。
【図５】  本発明によりレンズの収差を減らした例を示す。
【図６】  本発明により点状に光を集光する例を示す。
【図７】  分割されたビームを形成する光学系を示す。
【図８】  レーザー照射装置によるエネルギープロファイルを示す。
【図９】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程の断面図を示す。
【図１０】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程の断面図を示す。
【図１１】  画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程の断面図を示す。
【図１２】  画素ＴＦＴの上面図を示す。
【図１３】  アクティブマトリクス型液晶表示装置の断面図を示す。
【図１４】  透過型液晶表示装置に適用される画素ＴＦＴ、駆動回路のＴＦＴの作製工程の断面図を示す。
【図１５】  半導体装置の一例を示す。
【図１６】  半導体装置の一例を示す。
【図１７】  投影型液晶表示装置の構成を示す。
【図１８】  従来のレーザー照射装置を示す。
【図１９】  従来のレーザー照射装置を示す。
【図２０】  従来のレーザー照射装置を示す。
【図２１】  従来のレンズの収差を示す。
【図２２】  シリンドリカルレンズの構成を示す。
【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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