(57)【要約】【課題】  従来の照射方法に比べて、レーザ光の照射位置を高精度で制御することが可能なレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法の提供を課題とする。【解決手段】  レーザ光を照射するレーザ発振器と、当該レーザ光を被照射物の表面において短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットに整形する光学系と、レーザ光に対して被照射物をビームスポットの長辺方向および短辺方向に相対的に移動させる手段と、レーザ光に対する被照射物のビームスポットの長辺方向への移動を短辺方向への移動より遅い速度で行う手段と、レーザ位置決め機構を用いることによってレーザの照射位置を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のレーザ光を射出する第１のレーザ発振器と、
前記第１のレーザ光を被照射物の表面において短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットに整形する光学系と、
前記第１のレーザ光に対して前記被照射物を前記ビームスポットの長辺方向および短辺方向に相対的に移動させる手段と、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を短辺方向への移動より遅い速度で行う手段と、
レーザ位置決め機構とを有し、
前記レーザ位置決め機構は、第２のレーザ光を射出する第２のレーザ発振器と、前記第２のレーザ光を検出する光検出器とを備え、前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への相対的な移動を制御する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
第１のレーザ光を射出する第１のレーザ発振器と、
前記第１のレーザ光を被照射物の表面において短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットに整形する光学系と、
前記第１のレーザ光に対して前記被照射物を前記ビームスポットの長辺方向および短辺方向に相対的に移動させる手段と、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を短辺方向への移動より遅い速度で行う手段と、
前記第１のレーザ光を照射する位置を決定するための画像処理手段と、
レーザ位置決め機構とを有し、
前記レーザ位置決め機構は、第２のレーザ光を射出する第２のレーザ発振器と、前記第２のレーザ光を検出する光検出器を備え、前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への相対的な移動を制御する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記画像処理手段はＣＣＤカメラを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記レーザ位置決め機構は、前記被照射物においてマーカーが形成されている面に前記第２のレーザ光を入射させ、前記マーカーを透過した前記第２のレーザ光を前記光検出器で検出して、前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への相対的な移動を制御する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記レーザ位置決め機構は、前記被照射物においてマーカーが形成されている面に前記第２のレーザ光を入射させ、前記マーカーに反射された前記第２のレーザ光を前記光検出器で検出して、前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への相対的な移動を制御する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記レーザ位置決め機構は、
前記第２のレーザ光を複数のレーザ光に分割する光学素子と、前記複数のレーザ光を検出する分割検出器とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記レーザ位置決め機構は、２つ以上備わっていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記レーザ位置決め機構は、前記被照射物上における前記第１のレーザ光を挟んで一直線上に配置していることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記細長い形状のビームスポットは、長方形、線状または楕円のビームスポットであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記第１のレーザ発振器は、YAGレーザ、YVO4レーザ、セラミックレーザ、GdVO4レーザ、YLFレーザ、Arレーザのいずれかが用いられていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１１】
第１のレーザ発振器から射出された第１のレーザ光を走査ステージに配置された被照射物の表面において、短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットとなるように整形し、
前記第１のレーザ光を発振させながら、前記第１のレーザ光に対して前記走査ステージを前記ビームスポットの長辺方向および短辺方向へ相対的に移動させて前記被照射物をアニールし、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を、
前記ビームスポット短辺方向への移動より遅い速度で行い、且つ、前記被照射物においてマーカーが形成されている面に第２のレーザ光を入射させ、前記被照射物に形成されたマーカーを透過した第２のレーザ光を光検出器で検出することによって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１２】
第１のレーザ発振器から射出された第１のレーザ光を走査ステージに配置された被照射物の表面において、短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットとなるように整形し、
前記第１のレーザ光を発振させながら、前記第１のレーザ光に対して前記走査ステージを前記ビームスポットの長辺方向および短辺方向へ相対的に移動させて前記被照射物をアニールし、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を、
前記ビームスポット短辺方向への移動より遅い速度で行い、
且つ、第２のレーザ発振器から第２のレーザ光を射出し、前記第２のレーザ光を光学素子によって複数のレーザ光に分割し、前記被照射物に形成されたマーカーを透過した前記複数のレーザ光を分割光検出器で検出することによって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
第１のレーザ発振器から射出された第１のレーザ光を走査ステージに配置された被照射物の表面において、短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットとなるように整形し、
前記第１のレーザ光を発振させながら、前記第１のレーザ光に対して前記走査ステージを前記ビームスポットの長辺方向および短辺方向へ相対的に移動させて前記被照射物をアニールし、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を、
前記ビームスポット短辺方向への移動より遅い速度で行い、且つ、前記被照射物においてマーカーが形成されている面に第２のレーザ光を入射して、前記被照射物に形成されたマーカーに反射された第２のレーザ光を光検出器で検出することによって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
第１のレーザ発振器から射出された第１のレーザ光を走査ステージに配置された被照射物の表面において、短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットとなるように整形し、
前記第１のレーザ光を発振させながら、前記第１のレーザ光に対して前記走査ステージを前記ビームスポットの長辺方向および短辺方向へ相対的に移動させて前記被照射物をアニールし、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を、
前記ビームスポット短辺方向への移動より遅い速度で行い、
且つ、第２のレーザ発振器から第２のレーザ光を射出し、前記第２のレーザ光を光学素子によって複数のレーザ光に分割し、前記被照射物に形成されたマーカーに反射された前記複数のレーザ光を分割光検出器で検出することによって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１１乃至請求項１４のいずれか一項において、
前記第１のレーザ光を照射する位置を、画像処理手段によって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記画像処理手段はＣＣＤカメラを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１４において、
前記第１のレーザ光を照射する位置を、
異なる２箇所でそれぞれ２つ以上の第２のレーザ発振器から第２のレーザ光を照射し、前記第２のレーザ光を光学素子によって複数のレーザ光に分割し、前記被照射物に形成されたマーカーに反射された前記複数のレーザ光を分割検出器で同時に異なる２箇所で検出することによって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１１乃至請求項１７のいずれか一項において、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を、前記ビームスポットの短辺方向に細長い形状を有するマーカーを検出することによって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を、前記マーカーの短辺と平行になるように前記ステージを移動することによって制御することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至請求項１９のいずれか一項において、
前記第１のレーザ発振器として、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、セラミックレーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザのいずれかを用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２１】
請求項１１乃至請求項２０のいずれか一項において、
前記細長い形状のビームスポットを長方形、線状または楕円に整形することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
請求項１１乃至請求項２１のいずれか一項において、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット短辺方向への相対的な移動は、１００ｍｍ／ｓｅｃ以上２０ｍ／ｓｅｃ以下で行い、
前記第１のレーザ光に対する前記被照射物の前記ビームスポット長辺方向への相対的な移動は、１００ｍｍ／ｓｅｃ未満で行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物にレーザ光を照射するレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の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、従来の非単結晶半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度（モビリティともいう）が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外部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試みられている。
【０００３】
半導体装置に用いる基板は、コストの面からガラス基板が有望視されている。しかし、ガラス基板は耐熱性に劣り、処理温度が高い場合に熱変形しやすい。そのため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたＴＦＴを形成する場合は、ガラス基板の熱変形を避けるために、ガラス基板上に形成された半導体膜の結晶化にレーザアニール法が用いられる。
【０００４】
レーザアニール法の特徴は輻射加熱また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る。
【０００５】
一般に、レーザアニール法を用いて半導体膜の結晶化を行う際は、光学系を用いてビームスポットの形状を線状や長方形等の形状に整形して照射する。被照射物へのレーザ光の照射は、レーザ光に対して被照射物をビームスポットの短辺方向および長辺方向の２方向へ相対的に移動することにより、被照射物へのレーザ光の照射を効率的に行うことができ、量産性を高めることができる。なお、短辺方向とは長方形のビームスポットの短辺に平行な方向を指し、長辺方向とは長方形のビームスポットの長辺に平行な方向を指す。
【０００６】
レーザアニール法においては、被照射物に対するレーザ光の照射位置を制御することが重要になる。従来、レーザ光の照射位置を正確に制御するにあたって、被照射物に基準となるマーカーを設け、該マーカーを基にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）カメラやパソコン等を含む画像処理手段を用いて照射位置の制御を行う手法が用いられている。（例えば特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−２２４０８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、被照射物に設けられたマーカーを基準としてＣＣＤカメラ等を含む画像処理手段を用いて、レーザ光の照射位置を一度決定しても、レーザ光の照射を繰り返すうちにレーザ光の照射を行いたい領域に対して照射位置がずれるという問題が生じる。これは、レーザ光を照射する際にステージ等の移動装置を用いた場合、その移動装置が絶対的な精度を持っていないためである。
【０００８】
照射開始直後はこのずれはわずかであるが、ステージの移動が繰り返し行われるにつれて、徐々にそのずれが大きくなる。例えば、一辺が１メートルを超える基板にμｍ単位でレーザ光の照射位置を制御しようとした場合、移動によるずれが顕著に現れ大きな問題となる。
【０００９】
レーザ光を照射する位置がずれることによって、例えば、基板上に形成した非晶質半導体膜にレーザ光を照射して結晶化を行う場合、結晶化されない領域やレーザ光が重複して照射される領域が形成されるといった問題が生じる。このようにして形成された半導体膜を用いてＴＦＴを作製しても、その電気特性にバラツキが生じ、信頼性が低下してしまうことが考えられる。
【００１０】
また、非晶質半導体膜にレーザ光を照射して結晶化する際に、結晶をレーザ光の走査方向に沿って成長させるため、ある一定の速度でレーザ光に対して被照射物を相対的に２方向に移動させてレーザ光の照射を行う。この場合、レーザ光の照射位置をＣＣＤカメラ等を含む画像処理手段を用いて２方向において制御する場合、位置の制御に時間がかかり処理速度が遅くなる。また、レーザ光に対する被照射物の移動速度が速い場合には、レーザ光の照射位置を制御するために、非常に高性能の画像処理手段が必要となってくる。
【００１１】
そこで、本発明は上記問題を鑑み、従来に比べて、レーザ光の照射位置を高精度で制御することが可能なレーザ照射装置を提供することを課題とする。また、大型基板上に形成された半導体にも高精度でレーザ光を照射することにより半導体装置を作製する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の問題は、レーザ光の照射を行っている際の位置決めの回数が少ないことや、レーザ光に対する被照射物のビームスポットの短辺方向と長辺方向への移動を区別せずに同様に行うことに原因があると考えられる。
【００１３】
したがって、本発明では、レーザ光の照射位置に合わせて複数のマーカーを設けて照射位置を正確に決定する機会を増やし、被照射物のビームスポットの短辺方向への移動と長辺方向への移動の役割を考え、短辺方向への移動の速度と長辺方向への移動の速度をそれぞれ別々に設定する。具体的には、被照射物にアニールを行うビームスポットの短辺方向への移動は位置を高精度で制御する必要性がないため上記長辺方向への移動よりも速い速度で行い、レーザ光を照射する位置を決定する長辺方向への移動は上記短辺方向への移動よりも遅い速度で行い、高精度でレーザ光の照射する位置を制御する。
【００１４】
なお、本発明におけるレーザアニールとは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術、そして非単結晶半導体をアニールす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。
【００１５】
本発明のレーザ照射装置は、第１のレーザ光を射出するレーザ発振器と、第１のレーザ光を被照射物の表面において短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットに整形する光学系と、第１のレーザ光に対して被照射物を前記ビームスポットの長辺方向および短辺方向に相対的に移動させる手段と、第１のレーザ光に対する被照射物の前記ビームスポット長辺方向への移動を短辺方向への移動より遅い速度で行う手段と、レーザ位置決め機構（第１のレーザ光の照射位置を決めるまたは制御する機構）とを有していることを特徴としている。また、レーザ位置決め機構は、第１のレーザ光に対する被照射物の前記ビームスポット長辺方向への相対的な移動を制御する手段を有することを特徴としている。
【００１６】
レーザ位置決め機構は、少なくとも第２のレーザ光を射出する第２のレーザ発振器と、第２のレーザ光を検出する検出器を備え、被照射物上に形成されたマーカーの位置を読み取って第１のレーザ光の照射位置を制御する手段を有している。レーザ位置決め機構は走査ステージと連動しており、走査ステージを動かす場合はレーザ位置決め機構によって走査ステージの移動、停止が制御される。
【００１７】
また、本明細書中で細長い形状とは、その細長い形状の第１の方向と当該第１の方向と垂直な第２の方向に対して、短辺と長辺を有していればどのような形状でもよく、長方形や線状や楕円等の形状が含まれる。本発明において、細長い形状に整形されたビームスポットの長辺方向および短辺方向とは、それぞれ、短辺に平行な方向を短辺方向とよび、長辺に平行な方向を長辺方向とよぶ。例えば、楕円の形状に整形されたビームスポットの長辺方向および短辺方向とは、楕円状の異なる２点を結んだときにその間隔が最も長くなる線分に平行な方向を長辺方向といい、その長辺方向に直角な方向に平行な方向を短辺方向という。
【００１８】
本発明のレーザ照射装置は、第１のレーザ光に対して被照射物が、長方形、線状または楕円等の細長い形状に整形されたビームスポットの短辺方向へ相対的に移動している際に、被照射物へ第１のレーザ光を照射してアニールを行うものである。被照射物への第１のレーザ光が重複して照射されたり、第１のレーザレーザ光が照射されない領域が生じたりしないように、被照射物の正確な位置に第１のレーザ光の照射を行うためにはビームスポットの長辺方向への移動を高い精度で制御する必要がある。そのため、レーザ位置決め機構は、第１のビームスポットの長辺方向への移動を制御できることを特徴としている。
【００１９】
また、レーザ位置決め機構を用いてマーカーの位置を読み取る方法としては、被照射物においてマーカーが形成されている面に第２のレーザ光を照射して被照射物に形成されたマーカーを透過した第２のレーザ光を検出するものなどが挙げられる。この場合被照射物においてマーカーが形成されている面に照射するレーザ光には、被照射物上に形成されたマーカー部分は透過するがそれ以外の部分は透過しないものを用いる。例えば、ガラス基板上に半導体膜を形成した場合、マーカーは選択的に半導体膜のある部分を除去して形成されているので、ガラス基板を透過し且つ半導体膜に吸収されるレーザ光を用いるとよい。
【００２０】
また、マーカーの位置の読み取りは、被照射物に形成されたマーカーを透過する場合に限られず、マーカーに反射したレーザ光を検出することによっても同様に行うことができる。ガラス基板上に半導体膜を形成した場合、ガラス基板と半導体膜とで反射率の差が大きいレーザ光を用いるとよい。
【００２１】
レーザ位置決め機構は、第１のビームスポットの長辺方向、つまり移動させる２方向のうちの１方向への被照射物の移動を制御する。この場合、被照射物の表面に形成されるマーカーの形状は、被照射物が第１のビームスポットの長辺方向に移動した際に第２のレーザ光を検出しやすい形状にするのが好ましく、例えば第１のビームスポットの短辺方向に沿ってマーカーを細長くするのがよい。
【００２２】
本発明の半導体装置の作製方法は、レーザ発振器から射出されたレーザ光を走査ステージに配置された被照射物の表面において、短辺と長辺を有する細長い形状のビームスポットとなるように整形し、レーザ光を発振させながら、レーザ光に対して走査ステージをビームスポットの長辺方向および短辺方向へ相対的に移動させて被照射物をアニールし、レーザ光に対する被照射物のビームスポット長辺方向への移動を、ビームスポット短辺方向への移動より遅い速度で行い、且つ、被照射物に形成されたマーカーを検出することによって制御することを特徴としている。
【００２３】
本発明では、被照射物のビームスポットの短辺方向への移動と長辺方向への移動の役割を考えて、移動速度をそれぞれ別々に設定する。被照射物を第１のレーザ光に対してビームスポットの短辺方向へ相対的に移動する際は１００ｍｍ／ｓｅｃ以上２０ｍ／ｓｅｃ以下の速度で行うことが好ましい。この速度は、アニールによって粒径の大きい結晶が得られる範囲であり、２０ｍ／ｓｅｃ以上の速度で行った場合はレーザの走査方向に沿って結晶が成長しない。また、被照射物を第１のレーザ光に対してビームスポットの長辺方向へ相対的に移動する際は、高い位置精度が要求されるため、１００ｍｍ／ｓｅｃ未満の遅い速度で行うことが好ましい。
【００２４】
なお、レーザ光を照射してアニールを行う場合に、第１のレーザ光を固定して走査ステージ上に配置された被照射物を移動させてアニール行ってもよいし、被照射物を固定して第１のレーザ光を移動させてアニールを行ってもよい。また、第１のレーザ光と被照射物の両方を移動させてアニールを行ってもよい。
【００２５】
また、本発明において、レーザ位置決め機構を少なくとも２つ以上用いることによってレーザ光を照射する位置を高精度で制御することができる。被照射物の両端にマーカーを形成し、レーザ光を１回走査するごとに一方の端部のマーカーを読み取ることによって、走査する度に照射位置の制御を行うことが可能となる。２つ以上のレーザ位置決め機構はどのように配置してもよいが、第１のレーザ光を挟んで一直線上に配置することが好ましい。
【００２６】
本発明では、第１のレーザ発振器から射出される第１のレーザ光として連続発振のレーザ光を用いることによって、走査方向に沿って長く伸びた大粒径の結晶領域が形成される。第１のレーザ発振器としてはＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、セラミックレーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザを用いることができる。また、１０ＭＨｚ以上の非常に周波数の高いパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光も第１のレーザ光として利用できる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明は、被照射物に複数のマーカーをレーザ光の照射位置に合わせて設け、レーザ位置決め機構を用いてレーザ光の照射位置を制御することによって、被照射物に均一にレーザ光を照射することができる。また、レーザ光の照射位置を１方向において高精度で制御してレーザ光を照射することにより、大型基板上に形成された半導体膜の全面を均一にアニールすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００２９】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明のレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例に関して、図面を用いて説明する。
【００３０】
図１において、本実施の形態では、被照射物としてガラス基板１０６上に半導体膜１０５を成膜したものを用意する。ここでは、半導体膜１０５をガラス基板上に成膜した後、当該半導体膜１０５に円形状のマーカー１１３ａ、１１３ｂおよび矩形状のマーカー１１４をマスクパターニングあるいは高出力のレーザ光により選択的に形成する。本実施の形態では、基板１０６の一方の端部から他方の端部までレーザ光の照射を行う走査回数と同数の矩形状のマーカー１１４を基板の両端部（半導体膜１０５の両端部）にそれぞれ設ける構成とする。なお、基板１０６としては、ガラス基板の他にも透光性を有するものであればどのようなものを用いてもよく、例えばプラスチック等の基板を用いることも可能である。
【００３１】
本実施の形態では、マーカー１１４は基板に形成された半導体膜１０５を選択的に除去して設けられる。そして、ガラス基板１０６は透過するが半導体膜１０５は透過しないレーザ光１１１ｅ、１１２ｅが入射した場合、マーカー１１４が形成されている箇所においては、半導体膜１０５が除去されているので入射されたレーザ光１１１ｅ、１１２ｅは、ガラス基板１０６を透過する。この透過したレーザ光１１１ｅ、１１２ｅをそれぞれ光検出器１１１ｄ、１１２ｄを用いて検出する。光検出器は光を電流に変換し測定することができ、電流値がある一定値以上流れた時に応答するものとする。
【００３２】
一方、マーカー１１４のない箇所、つまり半導体膜１０５が成膜されている箇所においては、入射されるレーザ光は透過しないため光検出器１１１ｄ、１１２ｄには検出されない。このように、レーザ光と光検出器を用いることによって、基板上の照射位置を正確に決定することができる。
【００３３】
なお、ここでは検出器として光が照射された際に光を電流に変換することによってその光を検出する場合を示したが、これに限らず、光が照射されたときにその光を検出できるものであればどのような検出器を用いても良い。例えば光が照射された際に光を熱に変換することによってその光を検出する検出器などを用いてもよい。これは、光が物質に吸収されるとそのエネルギーが熱に変換されて物質の温度上昇が起こり、その結果生じる物理的変化を利用するものである。これを用いた場合、基板１０６を透過したレーザ光１１１ｅおよび１１２ｅがそれぞれ１１１ｄおよび１１２ｄに照射された際の温度変化により検出することができる。
【００３４】
レーザ発振器１０１から射出したレーザ光は、ミラー１０２によって反射し、その進行方向をガラス基板１０６上に成膜された半導体膜１０５に対して垂直な方向に変換される。その後、レーザ光は、２枚のシリンドリカルレンズ１０３、１０４によってそれぞれ一軸方向に集光され、半導体膜１０５上で線状に整形される。なお、ここでは、レーザ発振器１０１から射出したレーザ光を第１のレーザ光とし、第１のレーザ光によって半導体膜１０５上に形成されるレーザ光のビームスポットを第１のビームスポットとする。
【００３５】
本実施の形態では、第１のビームスポットを線状、楕円状または長方形状に整形して用いるのが好ましい。このように、第１のビームスポットを線状、楕円状または長方形状に整形することによって、第１のレーザ光を第１のビームスポットの短辺方向に沿ってガラス基板１０６の端部から端部まで相対的に移動させることによって、レーザアニールを効率良く行うことができる。また、レーザ発振器１０１として、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、セラミックレーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、Ａｒレーザ等を用いることができる。また、１０ＭＨｚ以上の非常に周波数の高いパルスレーザ発振器から射出されるレーザ光もレーザ光として利用できる。
【００３６】
また、本実施の形態では、ガラス基板１０６は回転ステージ１０７上に設置されており、回転ステージ１０７はＸ軸方向に移動するＸ軸ステージ１０８、Ｙ軸方向に移動するＹ軸ステージ１０９上に設置されている。半導体膜１０５には前述したようにパターニング等によって得られる矩形状のマーカー１１４が形成されている。
【００３７】
第１のレーザ光を半導体膜１０５に照射してアニールを行う場合、第１のビームスポットの短辺方向（Ｘ軸方向）に対してガラス基板１０６がＸ軸ステージを往復して移動することにより、効率良くアニールを行うことができる。この場合、Ｘ軸方向に第１のレーザ光を半導体膜１０５の一方の端部から他方の端部に１回走査することによって得られる大粒径の結晶領域の幅（以後、大粒径の結晶領域が形成される幅をｄ1と記す）の分ずつＹ軸ステージをＹ軸方向にスライドさせる。その後、再び先ほどとは逆のＸ軸方向に１回移動させてアニールを行い、Ｙ軸方向にｄ1だけスライドさせる、という操作を繰り返すことによって無駄なく半導体膜１０５全面に第１のレーザ光を照射することができる。（図２参照）
【００３８】
第１のレーザ光の照射位置は、前述したレーザ光１１１ｅまたは１１２ｅがマーカー１１４ａ〜１１４ｆを透過して光検出器１１１ｄまたは１１２ｄに検出された際に、Ｙ軸ステージが停止することによって制御される。つまり、マーカー１１４ａ、１１４ｄ、１１４ｅおよびマーカー１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｆの中心間距離を設定することによって、任意の値でＹ軸方向の移動を制御することができる。
【００３９】
この場合、それぞれマーカーの中心間距離をｄ1の間隔で隣り合うように設定するのが好ましい。これらのマーカー１１４ａ〜１１４ｆを基にしてＹ軸方向の移動を制御することによって、Ｙ軸ステージ１０９もｄ1の間隔で移動し、半導体膜１０５全面へのレーザ光の照射が可能となる。なお、マーカーの間隔は、照射されるレーザ光のビームスポット径や大粒径領域が形成される幅を考慮して実施者が用途に合わせて適宜設定すればよい。
【００４０】
これらのマーカーにレーザ発振器１１１ａ、１１２ａからそれぞれ射出されたレーザ光１１１ｅ、１１２ｅが入射した場合、入射したレーザ光が光検出器１１１ｄ、１１２ｄにより検出される。レーザ発振器１１１ａ、１１２ａからそれぞれ射出されるレーザ光１１１ｅ、１１２ｅを第２のレーザ光とし、第２のレーザ光によって形成されるレーザ光のビームスポットを第２のビームスポットとする。
【００４１】
ここでは、前記レーザ発振器１１１ａ、１１２ａから射出されるレーザ光には、ガラス基板には吸収されないが半導体膜には吸収される、出力が１ｍＷ以下のグリーン或いはブルーの波長のレーザ光を用いる。レーザ発振器１１１ａ、１１２ａからそれぞれ射出したレーザ光１１１ｅ、１１２ｅは、それぞれミラー１１１ｂ、１１２ｂによって、ガラス基板１０６に垂直方向に入射され、対物レンズ１１１ｃ、１１２ｃによって円状のビームスポットになるよう整形される。これら、レーザ発振器１１１ａ、ミラー１１１ｂ、対物レンズ１１１ｃ、光検出器１１１ｄからなる系をレーザ位置決め機構１１１と称する。また、同様に１１２ａ〜１１２ｄをレーザ位置決め機構１１２とする。
【００４２】
また、レーザ位置決め機構は少なくとも２系統用いる。これは、ガラス基板１０６がＸ軸ステージ１０８上でＸ軸方向に往復動作をするため、ガラス基板のＸ軸上において左右両端にそれぞれ位置を決めるための手段を設けるためである。
【００４３】
なお、本実施の形態においてマーカー１１４は矩形状としたが、これに限らず楕円状や円状としてもよい。また、位置の制御に用いる第２のビームスポットの形状も円状に限らず、楕円状や矩形状としてもよいが、Ｙ軸方向に平行な方向の第２のビームスポットの長さは、マーカー１１４の幅より十分に小さくし、高い位置決め精度を保つようにする。
【００４４】
本実施の形態においては、第１のビームスポットの走査筋が均一な間隔を保ちながら照射面上において走査されることが重要であるため、マーカー１１４を用いて正確に位置の制御を行うのは第１のビームスポットの長辺方向、つまりＹ軸方向とする。そのため、マーカー１１４の形状はＸ軸方向に平行な辺をＹ軸方向に平行な辺より十分に長くすると、基板がＹ軸方向に移動した際に照射した第２のレーザ光を検出しやすくなるため好ましい。
【００４５】
また、基板のＸ軸方向への移動は、レーザ光の照射によって粒径の大きい結晶が得られる１００ｍｍ／ｓｅｃ〜２０ｍ／ｓｅｃの速度で行うとよい。一方、基板のＹ軸方向への移動は、レーザ位置決め機構がマーカーを読み取って正確に位置を制御できる速度に設定すればよく、この場合１００ｍｍ／ｓｅｃ未満の速度で行う。
【００４６】
第１のレーザ光を照射する開始位置を決定する際、基板の回転方向のずれを修正するために固定されたＣＣＤカメラ１１０と２つのマーカー１１３ａ、１１３ｂを利用する。この手法は従来用いられる手法であり、このマーカー１１３ａ、１１３ｂを用いて、マーカーに対する基板の回転角度を修正し、照射開始位置を決定する。回転方向のずれを補正する方法としては、まず固定ＣＣＤカメラ１１０の下に、マーカー１１３ａを移動させ、マーカー１１３ａのＸa、Ｙa座標を得る。次にマーカー１１３ｂをＣＣＤカメラ１１０の下に移動させ、マーカー１１３ｂのＸb、Ｙb座標を得る。このとき、Ｙb−Ｙa＝０となるように回転ステージ１０７を移動させることで、ステージの回転方向のずれを補正することができる。
【００４７】
本実施の形態では、マーカー１１３ａ、１１３ｂを用いてレーザ照射開始位置が決定した時点で、第２のレーザ光１１１ｅがマーカー１１４ａに入射するように設定する。この場合を、図２を用いて説明する。
【００４８】
図２において、第２のレーザ光がマーカー１１４ａに入射した場合、マーカー１１４ａの部分は半導体膜が形成されていないためレーザ光１１１ｅが基板を透過する。透過したレーザ光は、基板の下方に設置した光検出器１１１ｄによって検出され、この検出時にＹ軸ステージ１０９は停止する。そして、Ｙ軸ステージの停止と同時にＸ軸ステージの移動が開始される。
【００４９】
はじめに、図２に示すＱ１方向にＸ軸ステージが移動することによって、半導体膜１０５にレーザ光が照射されＣ１部分のアニールが行われる。この場合、第１のビームスポットを固定して基板をＸ軸方向に移動しているので、基板が移動する方向と基板がビームスポットにより照射される方向は逆になる。Ｘ軸ステージの一方の端から移動が始まり、基板が徐々に加速され、一定の速度に達した後に第１のレーザ光が半導体膜１０５に入射してアニールが行われるようにする。つまり、第１のレーザ光が半導体膜に照射されている期間は、Ｘ軸方向の移動速度は一定を保つように設定する。一定の速度でレーザ光を照射することにより、半導体膜に対するアニールが均一に行われるので、結晶化を均一に行うことができる。
【００５０】
第１のビームスポットが半導体膜上のＣ１部分を走査し終えたら、基板が徐々に減速しはじめ、他方の端にきた時点で停止する。Ｃ１部分の走査において、ステージの始動位置と停止位置を図２中、点線で示す。また、第１のビームスポットによりアニールされる方向を点線矢印で示す。
【００５１】
次に、Ｘ軸ステージの停止と同時にＹ軸ステージの移動が開始する。Ｙ軸ステージは第１のビームスポットの長辺方向、つまりＹ軸方向（図２のＰ方向）に移動するが、第２のレーザ光１１２ｅがマーカー１１４ｃに入射し、基板を透過した第２のレーザ光が光検出器１１２ｄによって検出されたときにＹ軸ステージ１０９が停止する。そして、今度はＱ２方向にＸ軸ステージ１０８が移動することにより、Ｃ１の時とは逆方向からＣ２部分のアニールが行われる。Ｃ２部分のアニールが終わりＸ軸ステージの停止後、Ｙ軸ステージが先ほどと同様にＰ方向に移動する。マーカー１１４ｅに第２のレーザ光１１１ｅが入射した時点で、光検出器１１１ｄに検出され、Ｙ軸ステージ１０９が停止する。そして再びＸ軸ステージがＱ１方向に動き出す。
【００５２】
これら一連の動作を繰り返し行うことで、大面積のガラス基板１０６上に成膜された半導体膜１０５の全面に第１のレーザ光を照射することができる。基板全面にレーザアニールを行う場合も、位置を高精度に制御するのはＹ軸方向の１方向だけであるため、従来行われていたＣＣＤカメラ等の画像処理用いて２方向の位置を制御する方法よりも短時間で正確な位置を読み取り、レーザ光の照射を効率よく行うことが可能となる。
【００５３】
本実施の形態においては、アニールを行う第１のレーザ光の走査回数と同数の矩形状のマーカー１１４をＸ軸方向における基板の両端部（半導体膜の両端部）にそれぞれ設ける図２に示す構成としたが、本発明はこれに限られず、第１のレーザ光の照射位置を制御でき基板全面に均一にアニールが行えるならマーカー１１４をどのように配置してもよい。例えば、図９に示すように、マーカー１１４をそれぞれＸ軸方向における基板１０６の両端部（半導体膜１０５の両端部）に交互に形成してもよい。上述した第１のレーザ光の照射方法では、基板のＸ軸方向にたいして１回走査する毎に、読み取るマーカーが、基板（半導体膜）のＸ軸方向の左右端部で異なるため、マーカー１１４をそれぞれＸ軸方向の両端に交互に形成した図９に示す場合も図２と同様に位置を制御することができる。さらに、この場合マーカー１１４の形成数が半分で済むため、処理速度も向上する。
【００５４】
また、本実施の形態においては、Ｘ軸ステージとＹ軸ステージの移動は非同期で行っていたが、半導体膜に第１のレーザ光を均一に照射できる場合は、Ｘ軸ステージの移動とＹ軸ステージの移動は同期させて行ってもよい。例えばＹ軸ステージが移動している間にＸ軸ステージが移動していてもよい。この場合、Ｘ軸ステージの加速または減速している期間にＹ軸ステージの移動を行えばよい。あるいは、アニール中のビームスポットの位置を微調整するために、Ｙ軸ステージをＸ軸ステージと同時に動作させてもよい。Ｘ軸ステージとＹ軸ステージの移動を同期させて行うことによって、さらに処理時間の短縮が可能となる。
【００５５】
また、本実施の形態では、基板が配置された走査ステージを移動させて、被照射物に第１のレーザ光を照射する構成を示したが、第１のレーザ光を移動させてレーザ光を照射してもよいし、走査ステージの移動と第１のレーザ光の移動を組み合わせて行ってもよい。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態では、光検出器及びレーザ光の照射位置の補正用に用意したレーザ光を光学素子を用いて複数のレーザ光に分割し、当該複数に分割されたレーザ光の透過光を利用して照射位置を制御する例を、図３〜図５を用いて説明する。なお、図１及び図２と同じものを表す場合は、同じ符号を用いる。
【００５７】
ガラス基板および当該ガラス基板上に設けられた半導体膜は、実施の形態１で用いたものと同様のものを用いる。図４は図３に示すレーザ照射装置におけるガラス基板及びステージの平面図である。ガラス基板１０６は回転ステージ１０７上に設置されており、回転ステージ１０７はＸ軸方向に移動するＸ軸ステージ１０８、Ｙ軸方向に移動するＹ軸ステージ１０９上に設置されている。半導体膜１０５には前述したようにパターニング等によって得られる矩形状のマーカー１１４が形成されている。
【００５８】
ここで例えば、矩形状のマーカー１１４における短辺方向の長さを５μｍ、長辺方向の長さを１ｍｍ程度とした場合を考える。第１のビームスポットを半導体膜に照射してアニールを行った場合、本実施の形態において１回のレーザ光の照射によって結晶化により得られる大粒径領域の幅は５００μｍとする。基板をＸ軸上で一方の端部から他方の端部まで往復して移動する際、大粒径領域が形成される幅ｄ1（この場合５００μｍ）の分ずつＹ軸ステージ１０９をＹ軸方向にスライドさせてレーザ光を照射することによって基板全面に大粒径の結晶を形成することができる。そのため、この場合図４において、マーカー１１４ａ、１１４ｄ、１１４ｅそしてマーカー１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄのそれぞれの中心間距離が５００μｍの間隔で隣り合うように設定する。そうすることによって、これらのマーカーを基にしてＹ軸ステージ１０９が５００μｍの間隔で移動すれば、基板全面に均一にレーザ光を照射することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、大粒径領域が形成される幅ｄ1を５００μｍとし、それに伴いマーカー１１４の間隔も５００μｍとしたが、マーカーの間隔は、照射されるレーザ光のスポット径や結晶化させたい範囲などを考慮して実施者が用途に合わせて適宜設定すればよく、上記の数値に限定されない。
【００６０】
これらのマーカーにレーザ発振器３１１ａ、３１２ａから射出されたレーザ光が入射した場合に、３分割光検出器３１１ｆ、３１２ｆに検出される。レーザ発振器３１１ａ、３１２ａからそれぞれ射出されるレーザ光を第２のレーザ光とし、第２のレーザ光によって形成されるビームスポットを第２のビームスポットとする。
【００６１】
レーザ発振器３１１ａ、３１２ａから射出されるレーザ光には、それぞれガラス基板には吸収されないが半導体膜には吸収されるレーザを用いる。本実施の形態ではレーザ発振器３１１ａ、３１２ａからそれぞれ射出される第２のレーザ光を、それぞれ光学素子３１１ｂ、３１２ｂによって真っ直ぐに進む０次光と＋１次の回折光と−１次の回折光とを含む３つのレーザ光に分割する。そして、コリメートレンズ３１１ｃ、３１２ｃによってビームの拡がりを抑え、ミラー３１１ｄ、３１２ｄによってレーザ光の進行方向をガラス基板１０６に対して垂直方向に変換する。なお、光学素子３１１ｂ、３１２ｂとしては例えば回折格子などを用いる。
【００６２】
その後、それぞれ３つに分割されたレーザ光は、対物レンズ３１１ｅ、３１２ｅによってガラス基板１０６上に集光され、ガラス基板を透過したレーザ光が３分割光検出器３１１ｆ、３１２ｆによって検出される。上記、レーザ発振器３１１ａ、光学素子３１１ｂ、コリメートレンズ３１１ｃ、ミラー３１１ｄ、対物レンズ３１１ｅ、３分割光検出器３１１ｆからなる系をレーザ位置決め機構３１１と呼ぶ。同様に、３１２ａ〜３１２ｆをレーザ位置決め機構３１２とする。また、レーザ位置決め機構は、少なくともＸ軸ステージ１０８上の両端に２系統用いる。これは、ガラス基板１０６がＸ軸ステージ１０８上で往復動作をするためである。
【００６３】
ここで、ガラス基板１０６上での第２のビームスポットのサイズはそれぞれ直径５μｍとする。３つに分割されたレーザ光のビームスポットにおけるそれぞれのビームスポットの中心間の距離ｐ（３つのビームスポットの間隔ｐ）を２０μｍ程度に設定し、図４、図５に示すようにマーカー１１４の長辺方向に対し、斜めの配置を取るように調整する。このとき、０次光がマーカー１１４の中心にあるときには±１次光のビームスポットがそれぞれマーカー１１４の淵に掛かるように調整する。なお、ガラス基板１０６上における３つのビームスポットの間隔ｐは、光学素子のピッチ（回折格子における溝の間隔）をｄ、回折格子とコリメートレンズとの間隔をｌ、用いるレーザ光の波長をλとし、対物レンズとコリメータの焦点距離をそれぞれｆ0、ｆcとすると
【数１】
2005311327.tif 000003
但し、
【数２】
2005311327.tif 000004
で表される。
【００６４】
３つのビームスポットの位置に合わせ、ガラス基板１０６の下側に３分割光検出器３１１ｆ、３１２ｆを配置する。３分割光検出器３１１ｆ、３１２ｆは３つのビームがそれぞれ分割された光検出器に入射するように配置する。
【００６５】
次に、図５を用いて、３つのビームスポットと３分割光検出器を用いた場合の位置を制御する手法について説明する。図５には３つのビームスポットがそれぞれ円で示してあり、点線で示した円の部分は半導体膜によって吸収され、光検出器に検出されない部分を示している。また、矩形状の実線はマーカー１１４を示しており、四角で示したのは３分割光検出器３１１ｆを表しており、分割されたそれぞれの光検出器を上から順に検出器３１１ｆａ、検出器３１１ｆｂ、検出器３１１ｆｃとした。
【００６６】
本位置決め手法において、中央の０次光が検出器３１１ｆｂに検出され、かつ、その両側の±１次光が検出器３１１ｆａ、検出器３１１ｆｃにおいて同じ電流値を検出したとき（図５（ｂ））に、信号が検出されてＹ軸ステージ１０９が停止するものとする。
【００６７】
３つのビームスポットがマーカー１１４から左側にあるとき（図５（ａ））、検出器３１１ｆａに検出される電流値は検出器３１１ｆｃの電流値より小さくなるためＹ軸ステージ１０９は停止しない。また、３つのビームスポットがマーカー１１４から右側にあるとき（図５（ｃ））、検出器３１１ｆａに検出される電流値は検出器３１１ｆｃの電流値より大きくなるためＹ軸ステージ１０９は停止しない。３つのビームスポットがマーカー１１４から外れた位置にあるとき（図５（ｄ））、検出器３１１ｆａに検出される電流値と検出器３１１ｆｃに検出される電流値とが等しくなるが、検出器３１１ｆｂに電流値が検出されないためＹ軸ステージ１０９は停止しない。
【００６８】
本手法を用いることで、マーカー１１４における短辺方向の中心位置を数μｍの高精度で位置を制御することができる。なお、３つのビームスポットの径やマーカー１１４の大きさは、実施者が目的に合わせて適宜決めればよい。
【００６９】
本実施の形態においてマーカーは矩形状としたが、これに限らず楕円状や円状としてもよい。ただし、３つのビームスポットが前述した条件を満たさなければならない。位置を制御するのに用いる第２のビームスポット形状も円に限らず、楕円状や矩形状としてもよいが、高い位置決め精度を保つには真円が好ましい。
【００７０】
本発明においては、Ｙ軸方向に対して第１のビームスポットが均一な間隔を保ちながら照射面上において走査されることが重要であるため、マーカーを用いて正確に位置を制御されるのは第１のビームスポットの長辺方向、つまりＹ軸方向とする。そのため、マーカー１１４の形状はＸ軸方向に平行な辺をＹ軸方向に平行な辺より長くすると、基板がＹ軸方向に移動した際に照射した第２のレーザ光を検出しやすくなるため好ましい。
【００７１】
次に、レーザ光を照射して半導体膜のアニールを行う。レーザ照射開始位置を決定する際に、基板の回転方向のずれを修正するために固定されたＣＣＤカメラ１１０と２つの円状マーカー１１３ａ、１１３ｂを利用することができる。上述した実施の形態１と同様に、マーカー１１３ａ、１１３ｂの座標を得て、回転ステージ１０７により調整することによって、基板の回転方向のずれを補正することができる。
【００７２】
レーザ照射開始位置が決定した時点で、第２のレーザ光がマーカー１１４ａに入射するように設定し、実施の形態１と同様の方法でレーザ光の照射を行うことによって、ガラス基板１０６上に成膜された半導体膜１０５の全面を均一にアニールすることができる。また、実施の形態１の構成では、光検出器にある一定値以上の電流が流れた時点でＹステージは停止してしまうが、本実施の形態では、分割された３つのビームスポットを用いることにより、さらに高精度で位置を制御することが可能となる。なお、本実施の形態では第２のレーザ光を３つに分割する例を示したが、３つに限られず第２のレーザ光を２つまたは４つ以上に分割して同様に行ってもよい。
【００７３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、光検出器及びレーザ光を基板に入射した時の反射光を利用したレーザ位置決め機構を用いてレーザ光の照射位置を決定する例を、図６及び図７を用いて説明する。
【００７４】
実施の形態１及び実施の形態２では、ＣＣＤカメラを用いて回転軸の角度調整を行ったが、本実施の形態では、レーザ光を３つに分割して得られる３つのビームスポットを有するレーザ光（３スポットレーザ）及びレーザ走査方向（Ｘ軸方向）に長く伸びたマーカーを用いて回転軸の角度調整を行う。また、ガラス基板の下方に光検出器を置く手法では、空間上の制限があるため、本実施の形態では、基板の上方に光検出器を設けることによりガラス基板及び半導体膜からの反射光の強弱を検出し位置決めを行う。
【００７５】
図６において大面積のガラス基板６０６上に半導体膜６０５を成膜したものを用意する。本実施の形態では、半導体膜６０５をガラス基板６０６の全面に成膜した後、レーザ光の走査方向に長く伸びたマーカー６１４をマスクパターニングあるいは高出力のレーザ光により形成する。ここでは、レーザ光の走査回数と同数のマーカーをマスクパターニングによって設ける。
【００７６】
基板６０６の半導体膜６０５が形成されている面に対してレーザ光の照射を行った際、マーカー６１４が形成されている箇所は半導体膜が除去されているため、半導体膜表面と比較して反射するレーザ光の強度が異なる。例えば、波長６３２ｎｍのレーザ光を照射した場合、非晶質半導体膜がガラス基板６０６上に５５ｎｍ成膜してあるとき、反射率は約６５％程度であり、非晶質半導体膜が形成されていないガラス基板では、反射率は１０％程度である。
【００７７】
反射したレーザ光を、３分割光検出器６１０ｆ〜６１３ｆを用いて光が変換された電流値を検出し、電流値が特定の条件のときにＹ軸ステージ６０９が停止する。そして、電流値がある特定の条件を満たさないときには、ステージは停止しない。また、レーザ位置決め機構を同時に２系統用いて、基板の異なる２箇所において、３スポットレーザの反射光を検出することで、基板の回転方向のズレを調整する。これらのことを利用して、ビームスポットの照射位置を正確に決定する。
【００７８】
レーザ発振器６０１から射出されたレーザ光は、ミラー６０２によって反射し、ガラス基板６０６上に成膜された半導体膜６０５に垂直な方向に入射される。入射された光は、２枚のシリンドリカルレンズ６０３，６０４によってそれぞれ一軸方向に集光され、半導体膜６０５上で線状に整形される。レーザ発振器６０１から射出したレーザ光を第１のレーザ光とし、第１のレーザ光によって形成されるビームスポットを第１のビームスポットとする。本実施の形態では第１のビームスポットを線状としたが、これに限らず楕円状やアスペクト比の大きい長方形状としてもよい。第１のビームスポットの短辺方向にガラス基板６０６を相対的に移動させることで、アニールを効率良く行うことができる。
【００７９】
図７は図６に示すレーザ照射装置におけるガラス基板及びステージの平面図である。両図で同じ箇所には同じ符号を用いている。ガラス基板６０６は回転ステージ６０７に載置されており、回転ステージ６０７はＸ軸方向に移動するＸ軸ステージ６０８、Ｙ軸方向に移動するＹ軸ステージ６０９に設置されている。半導体膜６０５には前述したようにパターニング等によって得られる矩形状のマーカー６１４が形成されている。矩形状のマーカー６１４の形状は実施者がレーザ光のスポット等を考慮して適宜設定すればよい。
【００８０】
また、マーカー６１４ａ、６１４ｂ、６１４ｃのそれぞれの中心間距離も実施者が適宜設定すればよいが、これらのマーカーを基にしてＹ軸ステージ６０９が移動するため、第１のビームスポットによって半導体膜上に形成される大粒径領域の幅ｄ1に設定することが好ましい。
【００８１】
これらのマーカーにレーザ発振器６１０ａ〜６１３ａから射出されたレーザ光を入射させる。レーザ発振器６１０ａ〜６１３ａから射出されるレーザ光を第２のレーザ光とし、第２のレーザ光によって形成されるビームスポットを第２のビームスポットとする。また、レーザ位置決め機構は、少なくとも４系統用いる。これは、ガラス基板６０６がＸ軸ステージ６０８で往復動作をするときに常に回転角度のずれを補正するためである。つまり、４つのレーザ光のうち２系統の位置決め機構がある瞬間にガラス基板上に位置できる間隔内で配置する。
【００８２】
前記レーザ発振器６１０ａ〜６１３ａには、ガラス基板には反射効率が低く、半導体膜には反射効率の良い、出力が１ｍＷ以下のＨｅＮｅレーザ等の赤色レーザを用い、第２のレーザ光は、それぞれ光学素子６１０ｂ〜６１３ｂによって真っ直ぐ進む０次光と＋１次の回折光と−１次の回折光とを含む三つの波に分割され、コリメートレンズ６１０ｃ〜６１３ｃによってビームの拡がりを抑え、ハーフミラー６１０ｄ〜６１３ｄによってその進行方向がガラス基板６０６に対して垂直方向に変換される。
【００８３】
その後レーザ光は、光学系６１０ｅ〜６１３ｅによってガラス基板６０６上に集光される。ここで、レーザ発振器６１０ａ、光学素子６１０ｂ、コリメートレンズ６１０ｃ、ハーフミラー６１０ｄ、対物レンズ６１０ｅおよび３分割光検出器６１０ｆからなる系をレーザ位置決め機構６１０と呼ぶ。また、同様に６１１ａ〜６１１ｆ、６１２ａ〜６１２ｆ、６１３ａ〜６１３ｆからなる系をそれぞれレーザ位置決め機構６１１、６１２、６１３とする。
【００８４】
ここで、例えばガラス基板６０６上での第２のビームスポットのサイズはそれぞれ直径５μｍとする。３つに分割されたレーザ光のビームスポットにおけるそれぞれのビームスポットの中心間の距離ｐ（３つのビームスポットの間隔ｐ）を２０μｍ程度とし、図６、図７に示すようにマーカー６１４の長辺方向に対し、斜めの配置を取るように調整する。このとき、０次光がマーカー６１４の中心にあるときに±１次光が必ずマーカー６１４の淵に掛かるように調整する。
【００８５】
また、３つのビームスポットの位置に合わせ、ハーフミラー６１０ｄ〜６１３ｄの直上にそれぞれ３分割光検出器６１０ｆ〜６１３ｆを配置する。３分割光検出器６１０ｆ〜６１３ｆは３つのビームがそれぞれ分割された光検出器に入射するように設置する。３つのビームスポットと３分割光検出器を用いた位置決めの検出手法については、実施の形態２（図５）に説明した手法を用いる。
【００８６】
基板の回転方向のずれを修正するためにガラス基板上に設置した３分割光検出器６１０ｆ〜６１３ｆのうち２つを同時に利用する。回転方向のずれを補正する方法としては、図５（ｂ）の状態を２つの検出器が同時に満たすように回転及びＹ軸方向への移動を繰り返せばよい。例えば、図７においてＰ方向にＹ軸ステージが移動を開始し、３分割光検出器６１０ｆ、６１１ｆのいずれか一方が先に図５（ｂ）の状態を満たした場合、図７に示す、θ方向にステージを回転させ、もう一方の３分割光検出器が図５（ｂ）の状態になる位置まで基板を回転させる。このとき回転した角度をθ1（０＜θ1＜π／２）、２つの３分割光検出器６１０ｆ、６１１ｆの間隔をｌとすると、後に図５（ｂ）の状態を満たした３分割光検出器が図５（ｂ）の状態になった位置からθ1／２だけ基板を逆方向に回転させて、さらにＹ軸ステージをｌ×θ1／４だけＰ方向に移動させることにより、マーカー６１４の角度のずれを補正することができる。
【００８７】
レーザ照射位置が決定した時点で、第２のレーザ光はマーカー６１４ａに入射するように設定しておく。マーカー６１４には半導体膜が形成されていないため反射するレーザ光の強度は弱い。反射したレーザ光は、ハーフミラーの直上に設置した３分割光検出器６１０ｆによって検出され、特定の条件の電流値が検出された時にＹ軸ステージ６０９が停止する。
【００８８】
一方で、第１のビームスポットは図７に示すＱ１方向にＸ軸ステージ６０８を用いてＣ１の部分を走査される。その後、Ｙ軸ステージ６０９を用いてビームスポットの長辺方向、つまり図７中Ｐ方向にＹ軸ステージ６０９をスライドさせる。このとき第２のレーザ光がマーカー６１４ｂに入射し、反射したレーザ光が光検出器６１３ｆによって特定の条件を満たす電流値が検出された時に、Ｙ軸ステージ６０９が停止する。
【００８９】
そして、今度はＱ２方向に、Ｘ軸ステージ６０８を用いてＣ２の部分を照射する。その後、同様にＹ軸ステージ６０９をＰ方向に移動させるが、次のマーカー６１４ｃに第２のレーザ光が入射した時点で、３分割光検出器６１０ｆに特定の条件を満たす電流値が検出され、Ｙ軸ステージ６０９が停止する。そして、Ｘ軸ステージをＱ１方向に基板を移動する。
【００９０】
これら一連の動作を繰り返し行うことで、大面積のガラス基板６０６上に成膜された半導体膜６０５の全面にレーザ光を照射することができる。光検出器を用いてレーザ光を感知することでステージを移動させれば、ＣＣＤカメラを用いて画像処理を行うよりも短時間で正確な位置決めを行うことができ、好ましい。また、本実施例では、レーザ位置決め機構とステージを連動させることで、ずれが起こらない構成となっている。
【００９１】
また、実施の形態１〜３では、基板が乗った走査ステージを移動させて、被照射物にレーザ光を照射する構成を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、被照射物を固定してレーザ光を移動させてアニールを行ってもよいし、走査ステージの移動とレーザ光の移動を組み合わせて行ってもよい。
【実施例１】
【００９２】
本実施例では、レーザ光の照射位置を制御するマーカーを選択的に形成することによって、結晶化させたい領域のみにアニールを行う構成に関して図８を用いて説明する。なお、上述した実施の形態と同様の箇所には、同じ記号を用いる。
【００９３】
上記実施の形態１〜３では、Ｙ軸方向の位置を制御するマーカーを等間隔で配置することにより、基板全面にレーザ光を照射しアニールを行っていた。本実施例では、Ｙ軸方向の位置を制御するマーカーの位置を選択的に形成することによって、結晶化を行いたい領域のみに選択的にレーザ光を照射する。
【００９４】
図８において、基板の両端に形成するマーカー９１４は実施の形態で示したような等間隔ではなく、選択的に形成されている。マーカー９１４によってＹ軸方向の位置の制御が行われており、形成されているマーカー９１４の長辺方向であるＸ軸方向に関してレーザ光の走査が行われる。つまり、マーカー９１４を、アニールして結晶化を行いたい位置に選択的に形成することによって、任意の場所にレーザ光を照射することができる。
【００９５】
なお、結晶化を行いたい領域は、基板に形成された半導体膜のうち、パターニング後に基板上に残される部分をあらかじめマスクにしたがって把握することができる。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出来るようにレーザ光の走査部分を定め、走査部分にレーザ光のビームスポットがあたるようにマーカー９１４を配置して、半導体膜を部分的に結晶化する。つまり本実施例では、半導体膜全面にレーザ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光を走査する。
【００９６】
基板の全面でなく結晶化させたい領域のみにレーザ光の照射を選択的に行うことにより、アニールの処理効率が向上する。また、アニールを行いたい位置にあらかじめマーカーを配置しておくことによって、高精度で照射位置を制御することが可能となる。
【００９７】
図８においては、位置の制御を、透過するレーザ光を検出する構成を示したが、実施の形態３（図７）で示したような反射で位置を制御するレーザ位置決め機構を用いてもよい。つまり、図７においてもマーカー６１４を選択的に形成し、結晶化を行いたい領域のみレーザ光の照射を行うことによってアニールの処理速度を向上することができる。
【００９８】
選択的にレーザ光の照射を行う場合の具体例を図１０に示す。図１０（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１０（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。図１０（Ａ）において、基板上に半導体膜７０１が形成されている。また、ここでは、後に形成される画素部７０７、信号線駆動回路７０２、走査線駆動回路７０３を点線で示している。基板の端部には、複数のマーカーが形成された領域（マーカー形成部７０４）が設けられている。
【００９９】
この場合、マーカー形成部７０４は結晶化を行いたい部分のみに形成することによって、必要最小限の領域のみにレーザ光の照射を行う。図１０では、画素部７０７、信号線駆動回路７０２および走査線駆動回路７０３の半導体膜が形成される部分に限定してレーザ光を照射することにより、処理速度を向上することができる。また、画素部７０７に関しても全面にレーザ光を照射するのではなく、パターニング後に基板上に半導体膜が残される部分に選択的にレーザ光を照射することができる。
【０１００】
また、図１０（Ｂ）においても、基板上に形成された半導体膜７０８の端部にマーカー形成部７０６が設けられている。また、この場合、１枚の基板から複数の半導体装置を作製するが、ここでは後の工程においてスクライブライン７０５に沿って基板を分断することによって、４つの半導体装置を作製することができる。
【０１０１】
マーカー形成部７０６はマーカーが形成される部分であり、基板の両端に位置するように設けられている。この場合も図１０（Ａ）と同様に、マーカー形成部７０６を結晶化を行いたい部分（画素部、信号線駆動回路および走査線駆動回路の半導体膜が形成される部分）に設けることによって、必要最低限のレーザ光の照射でアニールを行うことができる。本発明の位置決め機構を用いることにより、大型基板において、正確に位置を制御してレーザ光の照射ができるため、同時に１枚の基板から複数の半導体装置を作製することが可能となり、より効率良く量産を行うことができる。
【０１０２】
なお、本実施例は実施の形態１〜３と自由に組み合わせて実施することができる。
【実施例２】
【０１０３】
上記実施の形態１〜３では、レーザ光を固定して被照射物が配置された走査ステージを移動させることによって被照射物にレーザ光を照射する方法に関して示した。本実施例では、レーザ光と被照射物が配置された走査ステージの両方を移動させることによってレーザアニールを行う例を、図１５を用いて説明する。
【０１０４】
図１５についても図１と同様に、ガラス基板８０６上に半導体膜８０５を成膜したものを用意する。ガラス基板８０６は回転ステージ８０２上に設置されており、回転ステージ８０２は、Ｘ軸方向の１方向に移動する第１の走査ステージ８０１上に設置されている。また、半導体膜８０５には実施の形態１〜３と同様にパターニング等によって得られる矩形状のマーカー８０３が形成されている。
【０１０５】
また、本実施例では、第２の走査ステージ８０４が設けられ、第２の走査ステージ８０４にはＹ軸方向に移動するレーザ発振装置８０７が備えられている。レーザ発振装置としては、上記実施の形態１〜３で用いたものと同様のものを用いればよい。また、レーザ発振装置として半導体レーザを用いることができる。半導体レーザは小型であるため、レーザ発振装置８０７を移動する場合に移動させやすいといった利点がある。
【０１０６】
図１５において、レーザ光を半導体膜に照射してアニールを行う場合を考える。ビームスポットの短辺方向（Ｘ軸方向）にガラス基板８０６を移動させる際にレーザ光を半導体膜に照射することにより、アニールを行う。また、ビームスポットの長辺方向（Ｙ軸方向）にレーザ発振装置８０７を移動させる際にはレーザ光の照射位置を制御するために高精度にレーザ発振装置８０７の移動を行う。
【０１０７】
具体的には、Ｘ軸方向にガラス基板８０６を移動させて、ガラス基板８０６の一方の端から他方の端までレーザ光を照射した後、第２の走査ステージ８０４に備えられたレーザ発振装置８０７をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向の移動はマーカーを選択的に配置することにより制御できる。その後、先ほどとは逆のＸ軸方向にガラス基板８０６を移動させてガラス基板８０６の一方の端から他方の端までレーザ光の照射を行い、その後Ｙ軸方向にレーザ発振装置８０７を移動させる、という操作を繰り返すことによって基板全面にレーザ光を照射することができる。
【０１０８】
この場合のレーザ光の照射位置は実施の形態と同様に第１の走査ステージ８０１の両端に配置されたレーザ位置決め機構８０８によって制御される。レーザ位置決め機構はレーザ発振装置８０７と連動しており、レーザ発振装置８０７の移動を制御する。また、レーザ発振装置８０７から射出されたレーザ光を、位置を制御するためのレーザとして兼用し、Ｙ軸方向の位置を制御してもよいし、レーザ発振装置８０７に隣接して、位置決め用のレーザを別に搭載してもよい。
【０１０９】
また、本実施例においても実施の形態と同様に、Ｘ軸方向に速い速度で移動させ、Ｙ軸方向には遅い速度で移動させる。図１５では、レーザ発振装置８０７は移動速度が遅いＹ軸方向に移動させガラス基板８０６をＸ軸方向に移動させているが、これと逆の構成を用いてもよい。また、ガラス基板８０６は移動させず、レーザ発振装置８０７をＸ軸方向およびＹ軸方向へ移動させてレーザアニールを行ってもよい。
【０１１０】
なお、本実施例は上記実施の形態１〜３、実施例１と自由に組み合わせて実施することができる。
【実施例３】
【０１１１】
本実施例では、本発明の半導体装置の作製方法の一例について説明する。なお、本実施例では半導体装置の１つとして発光装置を例に挙げて説明するが、本発明を用いて作製することができる半導体装置はこれに限定されず、液晶表示装置やその他の半導体装置であってもよい。
【０１１２】
発光装置は、発光素子と当該発光素子に電流を供給するための手段とが、複数の各画素に備えられた半導体装置である。ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子は、電場を加えることで発生するルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が得られる電界発光材料を含む層（電界発光層）と、陽極層と、陰極層とを有している。電界発光層は陽極と陰極の間に設けられており、単層または積層の層で構成されている。これらの層の中に無機化合物を含んでいる場合もある。
【０１１３】
まず、図１１（Ａ）に示すようにＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成する基板５００を用意する。具体的に基板５００は、例えば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を用いる。また、石英基板、セラミック基板、金属基板または半導体基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。基板５００の表面を、ＣＭＰ法などの研磨により平坦化しておいても良い。
【０１１４】
次いで、基板５００上に酸化珪素膜、窒化珪素膜または酸化窒化珪素膜などの絶縁膜からなる下地膜５０１を公知の手段（スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等）により形成する。本実施例では、下地膜５０１として単層の下地膜を用いるが、前記絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。
【０１１５】
次に、この下地膜５０１の上に５０〜６０ｎｍの厚さの、非晶質半導体膜５０２をプラズマＣＶＤ法で形成する。非晶質半導体膜は含有水素量にもよるが、好ましくは４００〜５５０℃で数時間加熱して脱水素処理を行い、含有水素量を５ａｔｏｍ％以下として、結晶化の工程を行うことが望ましい。また、非晶質半導体膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させておくことが望ましい。
【０１１６】
なお、半導体膜は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は０．０１〜４．５ａｔｏｍｉｃ％程度であることが好ましい。
【０１１７】
ここで、下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２は、いずれもプラズマＣＶＤ法で作製されるものであり、このとき下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２を真空中で連続して形成しても良い。下地膜５０１と非晶質半導体膜５０２との界面を大気雰囲気にさらさない工程にすることにより、界面の汚染を防ぐことが可能となり、作製されるＴＦＴの特性バラツキを低減させることができる。
【０１１８】
次に、図１１（Ｂ）に示すように、非晶質半導体膜５０２をレーザ結晶化法により結晶化させる。レーザ結晶化法は、本発明のレーザ照射装置を用いて行う。もちろん、レーザ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。
【０１１９】
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を用い、基本波の第２高調波、第３高調波または第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（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レーザから射出されたレーザ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光に成形して、被処理体に照射する。このときのパワー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ2程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ2）が必要である。そして、１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度の速度でレーザ光に対して相対的に非晶質半導体膜５０２を移動させて照射する。
【０１２０】
なおレーザ照射は、連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどがあり、固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ4レーザ、セラミックレーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、アレキサンドライドレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザなどが挙げられる。固体レーザとしては、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｙｂ又はＴｍがドーピングされたＹＡＧ、ＹＶＯ4、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ3、ＧｄＶＯ4などの結晶を使ったレーザ等も使用可能である。当該レーザ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。
【０１２１】
上述したレーザ結晶化によって、結晶化を行いたい部分にマーカーを形成して非晶質半導体膜に選択的にレーザ光を照射することにより、結晶性が高められた領域５０３が形成される。
【０１２２】
次に、結晶質半導体膜５０３を所望の形状にパターニングして、ＴＦＴの活性層となる島状の半導体膜５０４〜５０６を形成する（図１１（Ｃ））。なお、半導体膜５０４〜５０６を形成した後、ＴＦＴのしきい値を制御するために微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行ってもよい。
【０１２３】
次に、図１１（Ｄ）に示すように、半導体膜５０４〜５０６を覆って、酸化シリコンまたは窒化珪素を主成分とするゲート絶縁膜５０７を形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）とＯ2とを混合し、反応圧力４０Ｐａ、基板温度３００〜４００℃とし、高周波（１３．５６ＭＨｚ）、電力密度０．５〜０．８Ｗ／ｃｍ2で放電させて、酸化シリコン膜を形成した。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後４００〜５００℃の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。また窒化アルミニウムをゲート絶縁膜として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴで発生した熱を効果的に拡散させることができる。またアルミニウムの含まれない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アルミニウムを積層したものをゲート絶縁膜として用いても良い。
【０１２４】
そして、図１１（Ｅ）に示すように、ゲート絶縁膜５０７の上に導電膜を１００〜５００ｎｍの厚さで成膜し、パターニングすることで、ゲート電極５０８〜５１０を形成する。
【０１２５】
なお、本実施例ではゲート電極をタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）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。
【０１２６】
例えば、ゲート電極が２層の場合、第１の導電膜を窒化タンタルで形成し、第２の導電膜をタングステンとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタルで形成し、第２の導電膜をアルミニウムとする組み合わせ、第１の導電膜を窒化タンタルで形成し、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、銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）と銅（Ｃｕ）の合金（ＡｇＰｄＣｕ）を用いてもよい。
【０１２７】
また、２層構造に限定されず、例えば、タングステン膜、シリコンを含むアルミニウム膜、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、シリコンを含むアルミニウム膜に代えてアルミニウムとチタンの合金膜を用いてもよいし、窒化チタン膜に代えてチタン膜を用いてもよい。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。
【０１２８】
次に、ｎ型の不純物元素を添加する工程を行い、ｎ型の不純物領域５１２〜５１７を形成する。ここでは、フォスフィン（ＰＨ3）を用いたイオンドープ法で行った。
【０１２９】
次に図１２（Ａ）に示すように、ｎチャネル型ＴＦＴが形成される領域をレジストマスク５２０で覆って、ｐチャネル型ＴＦＴが形成される領域に、ｐ型の不純物元素を添加する工程を行い、ｐ型の不純物領域５１８、５１９を形成した。ここではジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いてイオンドープ法で添加した。
【０１３０】
そして、導電型の制御を目的とし、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザニール法、またはラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）を適用することができる。熱アニール法では酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気中で４００〜７００℃、代表的には５００〜６００℃で行うものであり、本実施例では５００℃で４時間の熱処理を行う。ただし、ゲート電極５０８〜５１０が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜（シリコンを主成分とする）を形成した後で活性化を行うことが好ましい。
【０１３１】
またレーザニール法を用いる場合、結晶化の際に用いたレーザ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）のパワ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を用い、活性化の際にはパルス発振のレーザを用いるようにしても良い。
【０１３２】
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。
【０１３３】
次いで、図１２（Ｂ）に示すように、１０〜２００ｎｍの厚さの酸化窒化シリコンからなる第１無機絶縁膜５２１を、ＣＶＤ法を用いて形成する。なお、第１無機絶縁膜は酸化窒化シリコン膜に限定されず、後に形成される有機樹脂膜への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。なお、窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、ＴＦＴや発光素子などで発生した熱を効果的に拡散させることができる。
【０１３４】
次に、第１無機絶縁膜５２１の上に、ポジ型の感光性有機樹脂から成る有機樹脂膜５２２を成膜する。本実施例ではポジ型の感光性のアクリルを用いて有機樹脂膜５２２を形成するが、本発明はこれに限定されない。
【０１３５】
本実施例では、スピンコート法によりポジ型の感光性アクリルを塗布し、焼成することで、有機樹脂膜５２２を形成する。なお有機樹脂膜５２２の膜厚は、焼成後、０．７〜５μｍ（さらに好ましくは２〜４μｍ）程度になるようにする。
【０１３６】
次に、フォトマスクを用いて開口部を形成したい部分を露光する。そして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を主成分とする現像液で現像した後、基板を乾燥させ、２２０℃、１時間程度の焼成を行う。そして、図１２（Ｂ）に示したように有機樹脂膜５２２に開口部が形成され、該開口部において第１無機絶縁膜５２１が一部露出された状態になる。
【０１３７】
なお、ポジ型の感光性アクリルは薄茶色に着色しているので、発光素子から発せられる光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。この場合、焼成する前に、再び現像後の感光性アクリル全体を露光する。このときの露光は、開口部を形成するための露光に比べて、やや強い光を照射したり、照射時間を長くしたりするようにし、完全に露光が行なわれるようにする。例えば、２μｍの膜厚のポジ型のアクリル樹脂を脱色するとき、超高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（４３６ｎｍ）とｈ線（４０５ｎｍ）とｉ線（３６５ｎｍ）とから成る多波長光を利用する等倍投影露光装置（具体的にはＣａｎｏｎ製のＭＰＡ）を用いる場合、６０ｓｅｃ程度照射する。この露光により、ポジ型のアクリル樹脂が完全に脱色される。
【０１３８】
また本実施例では、現像後に２２０℃で焼成を行っているが、現像後にプリベークとして１００℃程度の低温で焼成してから、２２０℃の高温で焼成するようにしても良い。
【０１３９】
そして図１２（Ｃ）に示すように、第１無機絶縁膜５２１が一部露出された該開口部と、有機樹脂膜５２２を覆って、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第２無機絶縁膜５２３を成膜する。第２無機絶縁膜５２３の膜厚は１０〜２００ｎｍ程度が望ましい。また、第２無機絶縁膜は窒化珪素膜に限定されず、有機樹脂膜５２２への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば酸化窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。
【０１４０】
なお、酸化窒化珪素膜または酸化窒化アルミニウム膜は、その酸素と窒素のａｔｏｍｉｃ％の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高い方が望ましい。
【０１４１】
またＲＦスパッタ法を用いて成膜された膜は緻密性が高く、バリア性に優れている。ＲＦスパッタの条件は、例えば酸化窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、Ｎ2、Ａｒ、Ｎ2Ｏをガスの流量比が３１：５：４となるように流し、圧力０．４Ｐａ、電力３０００Ｗとして成膜する。また、例えば窒化珪素膜を成膜する場合、Ｓｉターゲットで、チャンバー内のＮ2、Ａｒをガスの流量比が１：１となるように流し、圧力０．８Ｐａ、電力３０００Ｗ、成膜温度を２１５℃として成膜する。
【０１４２】
この有機樹脂膜５２２と、第１無機絶縁膜５２１と、第２無機絶縁膜５２３とで、第１の層間絶縁膜が形成される。
【０１４３】
次に、図１２（Ｃ）に示すように、有機樹脂膜５２２の開口部において、レジストマスク５２４を形成し、ゲート絶縁膜５０７、第１無機絶縁膜５２１及び第２無機絶縁膜５２３に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。
【０１４４】
このコンタクトホールの開口により、不純物領域５１２〜５１５、５１８、５１９が一部露出された状態になる。このドライエッチングの条件は、ゲート絶縁膜５０７、第１無機絶縁膜５２１及び第２無機絶縁膜５２３の材料によって適宜設定する。本実施例では、ゲート絶縁膜５０７に酸化珪素、第１無機絶縁膜５２１に酸化窒化珪素、第２無機絶縁膜５２３に窒化珪素を用いているので、まず、ＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅをエッチングガスとして窒化珪素からなる第２無機絶縁膜５２３と酸化窒化珪素からなる第１無機絶縁膜５２１をエッチングし、その後ＣＨＦ3を用いて酸化珪素からなるゲート絶縁膜５０７をエッチングする。
【０１４５】
なおエッチングの際に、開口部において有機樹脂膜５２２が露出しないようにすることが肝要である。
【０１４６】
次に、コンタクトホールを覆うように、第２無機絶縁膜５２３上に導電膜を成膜し、パターニングすることで、不純物領域５１２〜５１５、５１８、５１９に接続された配線５２６〜５３１が形成される（図１２（Ｄ））。
【０１４７】
なお本実施例では、第２無機絶縁膜５２３上に、チタン（Ｔｉ）膜を１００ｎｍ、アルミニウム（Ａｌ）膜３００ｎｍ、チタン（Ｔｉ）膜１５０ｎｍをスパッタ法で連続して形成した３層構造の導電膜としたが本発明はこの構成に限定されない。単層の導電膜で形成しても良いし、３層以外の複数の層からなる導電膜で形成しても良い。また材料もこれに限定されない。
【０１４８】
例えば、チタン（Ｔｉ）膜を成膜した後、チタン（Ｔｉ）を含むアルミニウム（Ａｌ）膜を積層した導電膜を用いてもよいし、チタン（Ｔｉ）膜を成膜した後、タングステン（Ｗ）を含むアルミニウム（Ａｌ）膜を積層した導電膜を用いても良い。
【０１４９】
次に、第２無機絶縁膜５２３の上に、隔壁となる有機樹脂膜を成膜する。本実施例ではポジ型の感光性のアクリルを用いるが、本発明はこれに限定されない。本実施例では、スピンコート法によりポジ型の感光性アクリルを塗布し、焼成することで、有機樹脂膜を形成する。なお有機樹脂膜の膜厚は、焼成後、０．７〜５μｍ（さらに好ましくは２〜４μｍ）程度になるようにする。
【０１５０】
次に、フォトマスクを用いて開口部を形成したい部分を露光する。そして、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）を主成分とする現像液で現像した後、基板を乾燥させ、２２０℃、１時間程度の焼成を行う。そして、図１２（Ｅ）に示したように開口部を有する絶縁膜５３３が形成され、該開口部において配線５２９、５３１が一部露出された状態になる。
【０１５１】
なお、ポジ型の感光性アクリルは薄茶色に着色しているので、発光素子から発せられる光が基板側に向かっているときは、脱色処理を施す。脱色処理は有機樹脂膜５２２に施した脱色処理と同様に行う。
【０１５２】
絶縁膜５３３に感光性の有機樹脂を用いることで、開口部の断面に丸みをもたせることができるので、後に形成される電界発光層や陰極のカバレッジを良好とすることができ、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができる。
【０１５３】
そして図１３（Ａ）に示すように、配線５２９、５３１が一部露出された該開口部と、絶縁膜５３３を覆って、ＲＦスパッタ法を用いて窒化珪素からなる第３無機絶縁膜５３４を成膜する。第３無機絶縁膜５３４の膜厚は１０〜２００ｎｍ程度が望ましい。また、第３無機絶縁膜５３４は窒化珪素膜に限定されず、絶縁膜５３３への水分の出入りを抑えることができる、窒素を含む無機の絶縁膜であれば良く、例えば酸化窒化珪素、窒化アルミニウムまたは酸化窒化アルミニウムを用いることができる。
【０１５４】
なお、酸化窒化珪素膜または酸化窒化アルミニウム膜は、その酸素と窒素のａｔｏｍｉｃ％の割合が、そのバリア性に大きく関与している。酸素に対する窒素の割合が高ければ高いほど、バリア性が高められる。また、具体的には、窒素の割合が酸素の割合よりも高い方が望ましい。
【０１５５】
そして、絶縁膜５３３の開口部においてレジストマスク５３５を形成し、第３無機絶縁膜５３４に、ドライエッチング法を用いてコンタクトホールを形成する。
【０１５６】
このコンタクトホールの開口により、配線５２９、５３１が一部露出された状態になる。このドライエッチングの条件は、第３無機絶縁膜５３４の材料によって適宜設定する。本実施例では、第３無機絶縁膜５３４に窒化珪素を用いているので、ＣＦ4、Ｏ2、Ｈｅをエッチングガスとして窒化珪素からなる第３無機絶縁膜５３４をエッチングする。
【０１５７】
なおエッチングの際に、開口部において絶縁膜５３３が露出しないようにすることが肝要である。
【０１５８】
次に、透明導電膜、例えばＩＴＯ膜を１１０ｎｍの厚さに形成し、パターニングを行うことで、配線５３１に接する画素電極５４０と、ダイオードで生じた電流を得るための引き出し配線５４１を形成する。また、酸化インジウムに２〜２０％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合した透明導電膜を用いても良い。この画素電極５４０が発光素子の陽極となる（図１３（Ｂ））。
【０１５９】
次に、画素電極５４０上に電界発光層５４２を蒸着法により形成し、更に蒸着法により陰極（ＭｇＡｇ電極）５４３を形成する。このとき電界発光層５４２及び陰極５４３を形成するに先立って画素電極５４０に対して熱処理を施し、水分を完全に除去しておくことが望ましい。なお、本実施例ではＯＬＥＤの陰極としてＭｇＡｇ電極を用いるが、仕事関数の小さい導電膜であれば公知の他の材料、例えばＣａ、Ａｌ、ＣａＦ、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉであっても良い。
【０１６０】
なお陰極としてＡｌＬｉを用いた場合、窒素を含んだ第３無機絶縁膜５３４によって、ＡｌＬｉ中のＬｉが、第３無機絶縁膜５３４より基板側に入り込んでしまうのを防ぐことができる。
【０１６１】
なお、電界発光層５４２としては、公知の材料を用いることができる。本実施例では正孔輸送層（Ｈｏｌｅ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）及び発光層（Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｙｅｒ）でなる２層構造を電界発光層とするが、正孔注入層、電子注入層若しくは電子輸送層のいずれかを設ける場合もある。このように組み合わせは既に様々な例が報告されており、そのいずれの構成を用いても構わない。例えば、電子輸送層またはホールブロッキング層として、ＳＡｌｑやＣＡｌｑなどを用いても良い。
【０１６２】
電界発光層５４２の膜厚は１０〜４００ｎｍ（典型的には６０〜１５０ｎｍ）、陰極５４３の厚さは８０〜２００ｎｍ（典型的には１００〜１５０ｎｍ）とすれば良い。
【０１６３】
こうして図１３（Ｂ）に示すような構造の発光装置が完成する。図１３（Ｂ）において５５０は画素部であり、５５１は駆動回路部に相当する。画素部５５０において、画素電極５４０、電界発光層５４２、陰極５４３の重なっている部分５５２が発光素子に相当する。
【０１６４】
なお、本実施例で示すＴＦＴの構成及び具体的な作製方法はほんの一例であり、本発明はこの構成に限定されない。
【０１６５】
実際には図１３（Ｂ）まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）や透光性のカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料（例えば酸化バリウム）を配置したりするとＯＬＥＤの信頼性が向上する。
【０１６６】
本実施例は、実施の形態１〜３、実施例１または２と自由に組み合わせることが可能である。
【実施例４】
【０１６７】
本発明の半導体装置の作製方法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）、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、携帯電話機、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１４に示す。
【０１６８】
図１４（Ａ）はテレビ受像機であり、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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部２００３などの加工に適用することによって、テレビ受像機を作製することができる。
【０１６９】
図１４（Ｂ）はデジタルカメラであり、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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部２１０２やその他回路などの加工に適用することによって、デジタルカメラを作製することができる。
【０１７０】
図１４（Ｃ）は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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部２２０３やその他回路などの加工に適用することによって、コンピュータを作製することができる。
【０１７１】
図１４（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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部２３０２やその他回路などの加工に適用することによって、モバイルコンピュータを作製することができる。
【０１７２】
図１４（Ｅ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（ＤＶＤ再生装置など）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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部Ａ２４０３や表示部Ｂ２４０４またはその他の回路などの加工に適用することによって、画像再生装置を作製することができる。なお、記録媒体を備えた画像再生装置にはゲーム機器なども含まれる。
【０１７３】
図１４（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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部２５０２やその他回路などの加工に適用することによって、ゴーグル型ディスプレイを作製することができる。
【０１７４】
図１４（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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部２６０２やその他回路などの加工に適用することによって、ビデオカメラを作製することができる。
【０１７５】
図１４（Ｈ）は携帯電話機であり、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。上記実施の形態または実施例に示したレーザ照射装置および当該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を表示部２７０３やその他回路などの加工に適用することによって、携帯電話機を作製することができる。
【０１７６】
なお、上述した電子機器の他に、本発明を用いることによって、フロント型若しくはリア型のプロジェクターを作製してもよい。
【０１７７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】本発明におけるレーザ照射装置を示す図。
【図２】本発明におけるレーザ光の照射方法を示す図。
【図３】本発明におけるレーザ照射装置を示す図。
【図４】本発明におけるレーザ光の照射方法を示す図。
【図５】マーカーを透過したレーザ光が検出される条件を示す図。
【図６】本発明におけるレーザ照射装置を示す図。
【図７】本発明におけるレーザ光の照射方法を示す図。
【図８】本発明におけるレーザ光の照射方法を示す図。
【図９】本発明におけるレーザ光の照射方法を示す図。
【図１０】基板に部分的にレーザ光を照射する方法を示す図。
【図１１】本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１２】本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１３】本発明のレーザ光の照射方法を用いた半導体装置の作製方法を示す図。
【図１４】本発明の半導体装置の作製方法を用いて作製した電子機器を表す図。
【図１５】本発明のレーザ照射装置を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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