(57)【要約】【課題】線状のレーザビームの幅は一般的に１ｍｍ以下であり、これほど細く、また強度分布の均一なレーザビームを形成するためには精度の高い光学系の調整が必要となる。光学調整には多大な時間を有し、また、光学調整の間は該光学系を用いたレーザ照射装置が使用できなため、スループットが低下するという問題がある。【解決手段】本発明は前記光学再調整を容易に、かつ短時間で行うことを可能にすることを特徴とする。単数の光学系を用いてレーザビームを平行移動させることによって、レーザビームの位置ずれを修正し、光学系への入射位置を一定に保つことで、全ての光学系を再調整する手間と時間を省略することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
一つの光学素子により形成されている第１の光学系とを有し、
前記第１の光学系は、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームの所定の位置からのずれを前記第１の光学系の前後において前記レーザビームを平行移動させることによって修正し、前記レーザビームを前記所定の位置に保ち、
前記レーザビームの強度分布を照射面において均一にする第２の光学系とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザビームの所定の位置の位置を記録し、前記レーザビームの前記所定の位置からのずれを検出する記録機能を有する位置検出手段と、
一つの光学素子により形成されている第１の光学系とを有し、
前記第一の光学系は、前記第１の光学系の前後において前記レーザビームを平行移動させることによって前記ずれを修正し、前記レーザビームを前記所定の位置に保ち、
前記レーザビームの強度分布を照射面において均一にする第２の光学系と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１又は２において、前記第１の光学系は、前記レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって前記レーザビームのずれを修正することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
請求項３において、前記第１の光学系は、前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転することによって前記レーザビームのずれを修正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４のいずれか１項において、前記第１の光学系は、前記レーザ発振器と前記第２の光学系との間に配置されていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項において、前記位置検出手段は、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７】
請求項１乃至６のいずれか１項において、前記レーザ発振器は、連続発振またはパルス発振の気体レーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項８】
レーザ発振器と、
透光性の平行平板とを有し、
前記透光性の平行平板は、前記レーザ発振器から発振されたレーザビームの所定の位置からのずれを前記透光性の平行平板の前後において前記レーザビームを平行移動させることによって修正し、前記レーザビームを前記所定の位置に保ち、
前記レーザビームの強度分布を照射面において均一にする光学系とを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項９】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザビームの所定の位置を記録し、前記レーザビームの前記所定の位置からのずれを検出する記録機能を有する位置検出手段と、
レーザビームの強度分布を照射面において均一にする光学系
透光性の平行平板とを有し、
前記透光性の平行平板は、前記透光性の平行平板の前後において前記レーザビームを平行移動させることによって前記ずれを修正し、前記レーザビームを前記所定の位置に保つことを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１０】
請求項８又は９において、前記透光性の平行平板は、前記レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって前記レーザビームのずれを修正することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記透光性の平行平板は、前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転することによって前記レーザビームのずれを修正することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項において、前記透光性の平行平板は、前記レーザ発振器と前記光学系との間に配置されていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか１項において、前記位置検出手段は、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１４】
請求項８乃至１３のいずれか１項において、前記レーザ発振器は、連続発振またはパルス発振の気体レーザであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１５】
請求項８乃至１４のいずれか１項において、前記透光性の平行平板は平板ガラスであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１６】
基板に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜を照射面とするレーザ発振器から発振されたレーザビームを一つの光学素子で構成される第１の光学系により平行移動させ、前記平行移動されたレーザビームの強度分布を第２の光学系により照射面において均一化し、前記第１の光学系は、前記レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって、前記レーザビームの所定の位置からのずれを修正し、レーザアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
基板に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜を照射面とするレーザ発振器より発振されたレーザビームの所定の位置を記録し、前記所定の位置からの前記レーザビームのずれ検出し、一つの光学素子で構成される第１の光学系により前記レーザビームを平行移動させることによって前記レーザビームを前記所定の位置に保ち、前記平行移動されたレーザビームの強度分布を第２の光学系により照射面において均一化し、前記第１の光学系は、前記レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって、前記レーザビームの所定の位置からのずれを修正し、レーザアニール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１６又は１７において、前記第１の光学系は、前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転することによって、前記レーザビームの前記所定の位置からのずれを修正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１６乃至１８のいずれか１項において、前記第１の光学系は、前記レーザ発振器と前記第２の光学系との間に配置されてい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１７乃至１９のいずれか１項において、前記レーザビームの所定の位置を記録し、前記所定の位置からの前記レーザビームのずれを検出するために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２１】
請求項１６乃至２０のいずれか１項において、前記レーザ発振器は、連続発振またはパルス発振の気体レーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２２】
基板に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜を照射面とするレーザ発振器から発振されたレーザビームを透光性の平行平板により平行移動させ、
前記平行移動されたレーザビームの強度分布を光学系により照射面において均一化し、
前記透光性の平行平板は、前記レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって、前記レーザビームの所定の位置からのずれを修正し、レーザアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２３】
基板に非単結晶半導体膜を形成し、
前記非単結晶半導体膜を照射面とするレーザ発振器より発振されたレーザビームの所定の位置を記録し、
前記所定の位置からの前記レーザビームのずれを検出し、
透光性の平行平板により前記レーザビームを平行移動させることによって前記レーザビームを前記所定の位置に保ち、
前記平行移動されたレーザビームの強度分布を光学系により照射面において均一化し、
前記透光性の平行平板は、前記レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって、前記レーザビームの前記所定の位置からのずれを修正し、レーザアニールすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２４】
請求項２２又は２３において、前記透光性の平行平板は、前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転することによって、前記レーザビームの前記所定の位置からのずれを修正することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２５】
請求項２２乃至２４のいずれか１項において、前記透光性の平行平板は、前記レーザ発振器と前記光学系との間に配置されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２６】
請求項２３乃至２５のいずれか１項において、前記レーザビームの所定の位置を記録し、前記所定の位置からの前記レーザビームのずれを検出するために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２７】
請求項２２乃至２６のいずれか１項において、前記レーザ発振器は、連続発振またはパルス発振の気体レーザであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２８】
請求項２２乃至２７のいずれか１項において、前記透光性の平行平板は平板ガラスである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】
本発明はレーザ照射装置に関する。また、前記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（以下ＴＦＴと記す。）を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたＴＦＴは、従来の非晶質半導体膜を用いたＴＦＴよりも電界効果移動度が高いので、高速動作が可能である。そのため、画素の駆動用の回路を外付けのＩＣチップで実装していたものを、画素と同一の基板上にＴＦＴを用いて一体形成することが可能となっている。
【０００３】
ＴＦＴを作製するために適した多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜を結晶化して得られているが、通常この結晶化にはレーザアニール法が用いられている。これは、通常の熱アニールでは６００℃以上の高温が必要であるのに対し、廉価なガラス基板は耐熱性に劣り熱変形しやすいためである。すなわち、レーザアニール法は輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板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といった有利な特徴を有しているため、ガラス基板上に形成した非晶質半導体膜の結晶化に広く用いられている。
【０００４】
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、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。
【０００５】
また、照射面において、レーザビームを数ｃｍ角の四角いスポットや、長さ１００ｍｍ以上の線状となるように光学系にて整形し、レーザ光を移動させて（あるいはレーザ光の照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて）アニールを行う方法が、生産性が高く工業的に優れている。（例えば特許文献１）また、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（もしくは長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のものも指す。なお、本明細書中では、照射面におけるビームスポットが線状であるレーザビームを、線状ビームと呼ぶ。
【特許文献１】特開平０８‐０８８１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザ発振器から出力されたレーザビームは、強度分布がガウシアン分布であり、中央から端に向かって強度が弱まる特徴を有している。従って、均一なレーザアニールを行うためには、照射面におけるビームスポット内の強度分布を均一にする必要がある。レーザビームを強度分布が均一な線状ビームに加工するためには、レンズアレイでレーザビームを分割し、分割したレーザビームを合成することで強度分布を均一化する手法が知られている。しかし、このための光学系の調整には多大な時間を要する。ここで、光学調整には二つの方法があり、一つめはレンズやミラーなどの光学系を所定の位置に設けてレーザアニールを行えるようにする方法、二つめはレーザ発振器のメンテナンス後にウィンドウのずれなどによるレーザビームのずれを修正し、再度レーザアニールを行えるようにする方法である。以降では前者を調整と、後者を再調整とそれぞれ定義する。以下では後者再調整について説明する。
【０００７】
半導体膜のレーザアニールに用いられる線状ビームの幅は非常に細く、１ｍｍ以下となるのが一般である。このように大変細い線状ビームの幅方向におけるレーザビームの強度分布を均一化するためには、前記レンズアレイによって分割されたレーザビームを、非常に高い精度で重ね合わせる必要がある。従って、光学系が一つがわずかにでもずれると、照射面上に形成されるレーザビームの強度分布にバラツキが見られる可能性がある。このため、高い精度の光学再調整が必要とされ、このような高精度が要求される光学系の再調整には多大な時間がかかるのである。この光学再調整の間は、レーザ照射装置を使用することができず、該レーザ照射装置を用いた処理工程が停止するため、スループットが低下してしまう。
【０００８】
前記光学再調整は様々な理由によって行われるが、最も頻繁に行われる理由として、レーザ発振器内のメンテナンス作業によって生じるレーザビームの所定の位置からのずれが挙げられる。
【０００９】
前記レーザビームの所定の位置からのずれを起こすメンテナンス作業の一つとして、気体レーザ発振器内のウィンドウをクリーニングするために一度取り外し、再度、取付ける作業についてここで説明する。この場合、一度取り外したウィンドウを厳密に取り外し前と全く同位置に取付けることは難しく、設置位置のずれがおこることがあり、その結果レーザビームの所定の位置からのずれが起こる。このずれを、図１を用いて説明する。
【００１０】
図１（ａ）のレーザ発振器１０１ａは、内部に共振ミラー１０２ａ、１０６ａ、ウィンドウ１０３ａ、１０５ａ、及びＯリング１０４ａを有している。平板ガラス１０７ａは、出力されたレーザビームの位置が所定の位置にあるため、いずれの方向にも回転していない。レーザ発振器１０１ａから出力されたレーザビームは、光学系１０８ａによって照射面１０９ａ上において強度分布の均一なビームスポットを形成する。
【００１１】
一方、図１（ｂ）では、ウィンドウ１０５ｂの取付け位置のずれによって、出力されたレーザビームの光学系への入射位置が（ａ）と異なるレーザ照射装置を示している。ウィンドウは、Ｏリングを用いて固定されているが、Ｏリングはゴム製であるため、Ｏリングの輪に加える圧力にムラがあると、その影響を受けて凹み程度に差がでる。ウィンドウの取付けは、人間の手で行われるため、Ｏリングの輪の全部分に全く均一の圧力を加えることは不可能であり、Ｏリングの凹み程度にムラできる。結果として、ウィンドウの取り外し前の位置から傾いてしまうことがわかる。
【００１２】
ここで、図１（ｂ）は図１（ａ）と同じレーザ発振器を用いており、レーザ発振器１０１ｂは内部に共振ミラー１０２ｂ、１０６ｂ、ウィンドウ１０３ｂ、１０５ｂ、及びＯリング１０４ｂを有している。また、平板ガラス１０７ｂ、光学系１０８ｂ、照射面１０９ｂは、図１（ａ）の１０７ａ、１０８ａ、１０９ａに対応している。
【００１３】
前記光学系は、レーザビームが所定の位置にあれば、照射面において強度分布が均一なビームスポットを形成するように設計及び配置されているため、前記光学系内のレーザビームの入射位置が異なった場合には、照射面上に形成されるビームスポットの強度分布にバラツキがでて、照射物に対して均一なアニールが行えない可能性がある。このようなビームスポットを、半導体膜を照射面として相対的に走査し、レーザアニールを行った結晶性半導体膜を用いて例えばＴＦＴを作製しても、その電気特性にバラツキがでるため、信頼性が低くなる可能性がある。このことから、照射面における強度分布のバラツキをなくし、照射物に対して均一なアニールを行うためには、レーザビームの所定の位置からのずれを修正し、光学系への入射位置を一定に保つ必要があることがわかる。
【００１４】
このレーザビームの所定の位置からのずれを修正する手段としては、従来からステアリングミラーが用いられている。ステアリングミラーによって、レーザビームの位置ずれを修正する一般的な例を、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）においては、レーザ発振器１５０１から出力されたレーザビームの所定の位置からのずれを、ステアリングミラーを二枚用いてレーザビームを平行移動させることによって修正している。
【００１５】
位置ずれの修正にあたって、ＣＣＤカメラ１５０４を使用し、レーザビームの前記所定の位置を確認しながらステアリングミラー１５０２及び１５０３を用いて再調整する方法は有効である。なお、このＣＣＤカメラ１５０４は、前記位置ずれを修正するためのものであり、修正後には取り外せるように設置するものとする。光学系１５０５はレーザビームを、照射面１５０６において強度分布の均一な線状ビームに整形するための構成を有している。
【００１６】
しかし、このようなステアリングミラーを用いた方法では、以下のような問題点を指摘することができる。ステアリングミラーは、レーザビームの位置を制御することができる一方で、該レーザビームの進行方向も変化させることができてしまうという特徴を有している。このことから、図１０において、ステアリングミラー１５０２及び１５０３からレーザビームをステアリングミラー１５０３に伝搬する時に、レーザビームの進行方向を変化させてしまうことがある。図１０（ａ）では、レーザビームは、ステアリングミラー１５０２及び１５０３によって所定の位置からのずれを修正されているが、図１０（ｂ）で示したレーザビームはステアリングミラー１５０２によって進行方向が変化してしまっている。図１０（ｂ）ではこの進行方向の変化を明確にするために、図１０（ａ）のレーザビームの進行方向を点線で示している。
【００１７】
レーザビームの進行方向が変化したまま、レーザビームを光学系に入射させてしまうと、照射面１５０６上において形成される線状のビームスポット内の強度分布にバラツキがでる恐れがある。この進行方向の変化は位置ずれを検出するためのＣＣＤカメラ１５０４を用いたとしても、レーザビームの進行方向までを測定することはできない。
【００１８】
図１０（ｂ）が示すように、ＣＣＤカメラ１５０４で測定したレーザビームの位置は実線のレーザビーム及び点線のレーザビームで同じであるが、そのレーザビームの進行方向が異なることがわかる。こうして、ステアリングミラーを２枚用いてレーザビームの所定の位置からのずれを修正する従来の方法には、解決すべき問題点があることがわかる。
【００１９】
もちろん、各光学系を再調整し直すことでレーザビームの所定の位置からのずれを修正する手段もあるが、前述したように光学再調整には高度な精度が要求され、多大な時間を費やすこととなるため好ましくない。
【００２０】
本発明はこのような問題に鑑み、従来のステリングミラーを用いた手段より容易に、なおかつ正確に光学再調整を行い、さらに光学再調整に要する時間を大幅に短縮することのできる手段を用いたレーザ照射装置並びに前記レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明が開示するレーザ照射装置の構成の一つはレーザ発振器と、光学素子により形成されている第１の光学系とを有し、第１の光学系は、レーザ発振器から発振されたレーザビームの所定の位置からのずれを第１の光学系の前後においてレーザビームを平行移動させることによって修正し、レーザビームを所定の位置に保ち、レーザビームの強度分布を照射面において均一にする第２の光学系とを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明のより良い構成として、前記第１の光学系は一つの光学素子により形成されていることを特徴とする。
【００２３】
第１の光学系は、一つの光学素子により形成されているため、複数のステアリングミラーを動作させることに比べて、より容易にレーザビームの位置ずれを修正することができる。さらに、第１の光学系は、レーザビームの進行方向を制御する機能を有していないため、レーザビームの進行方向には影響を与えることなく平行に保ったまま、レーザビームの位置ずれを修正することができる。照射面においてレーザビームの強度分布を均一化する第２の光学系は、ビームホモジナイザである。その構成は実施者が所望のビーム形状、サイズ、照射体等の条件に従って適宜選べば良い。
【００２４】
また、上記の発明を用いてレーザビームの所定の位置からのずれを修正する上で、事前に前記レーザビームの前記所定の位置を知っておけば、より容易にずれを修正することができる。そのため、本発明によるレーザ照射装置の構成の一つは、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザビームの所定の位置を記録し、レーザビームの所定の位置からのずれを検出する記録機能を有する位置検出手段と、一つの光学素子により形成されている第１の光学系とを有し、第一の光学系は、第１の光学系の前後においてレーザビームを平行移動させることによってずれを修正し、レーザビームを所定の位置に保ち、レーザビームの強度分布を照射面において均一にする第２の光学系とを有することを特徴とする。
【００２５】
上記構成において、第１の光学系は、レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによってレーザビームのずれを修正することを特徴とする。
【００２６】
上記構成において、第１の光学系は、レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転することによってレーザビームのずれを修正することを特徴とする。
【００２７】
上記構成において、第１の光学系は、レーザ発振器と第２の光学系との間に配置されていることを特徴とする。
【００２８】
上記構成において、位置検出手段は、ＣＣＤカメラを有することを特徴とする。
【００２９】
こうして、出力後のレーザビームの、所定の位置からのずれを修正することによって、第２の光学系への前記レーザビームの入射位置を一定に保つことができる。これによって、レーザ発振器からの出力時におけるレーザビームの所定の位置からのずれにかかわらず、第２の光学系によって、照射面において強度分布の均一なレーザビームを形成することができる。
【００３０】
上記構成において、レーザ発振器は、連続発振またはパルス発振の気体レーザであることを特徴とする。本発明は、レーザ発振器にウィンドウを含み、該ウィンドウのメンテナンス作業によってレーザビームの所定の位置からのずれが起こり得る気体レーザに適用することができる。気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等が挙げられる。
【００３１】
また、本発明が開示するレーザ照射装置は、第１の光学系として透光性の平行平板を用いることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明が開示するレーザ照射装置は、第１の光学系として平板ガラスを用いることを特徴とする。
【００３３】
本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成し、非単結晶半導体膜を照射面としてレーザ発振器から発振されたレーザビームを一つの光学素子で構成される第１の光学系により平行移動させ、平行移動されたレーザビームの強度分布を第２の光学系により照射面において均一化し、第１の光学系は、レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって、レーザビームの所定の位置からのずれを修正し、レーザアニールすることを特徴とする。
【００３４】
本発明が開示する半導体装置の作製方法は、基板に非単結晶半導体膜を形成し、非単結晶半導体膜を照射面としてレーザ発振器より発振されたレーザビームの所定の位置を記録し、所定の位置からのレーザビームのずれ検出し、一つの光学素子で構成される第１の光学系により前記レーザビームを平行移動させることによってレーザビームを所定の位置に保ち、平行移動されたレーザビームの強度分布を第２の光学系により照射面において均一化し、第１の光学系は、レーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転することによって、レーザビームの所定の位置からのずれを修正し、レーザアニールすることを特徴とする。
【００３５】
本発明が開示する半導体装置の作製方法において、第１の光学系は、レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転することによって、レーザビームの所定の位置からのずれを修正することを特徴とする。
【００３６】
また本発明が開示する半導体装置の作製方法において、第１の光学系は、レーザ発振器と第２の光学系との間に配置されていることを特徴とする。
【００３７】
また本発明が開示する半導体装置の作製方法において、レーザビームの所定の位置を記録し、所定の位置からのレーザビームのずれを検出するためにＣＣＤカメラを用いることを特徴とする。
【００３８】
また本発明が開示する半導体装置の作製方法において、レーザ発振器は、連続発振またはパルス発振の気体レーザであることを特徴とする。
【００３９】
また本発明が開示する半導体装置の作製方法において、第１の光学系が透光性の平行平板であることを特徴とする。
【００４０】
また本発明が開示する半導体装置の作製方法において、第１の光学系が平板ガラスであることを特徴とする。
【００４１】
また本発明が開示する半導体装置の作製方法の構成において、透光性の平行平板は、レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転することによって、レーザビームの所定の位置からのずれを修正することを特徴とする。
【００４２】
また本発明が開示する半導体装置の作製方法において、透光性の平行平板は、レーザ発振器と前記レーザビームの強度分布を照射面において均一にする光学系との間に配置されていることを特徴とする。
【００４３】
また、本発明における構成の一つは上記構成において、レーザ発振器は、連続発振またはパルス発振の気体レーザであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４４】
従来、上記のように、レーザ発振器からの出力後においてレーザビームの所定の位置からのずれが見られた時、前記ずれを修正するためには、複数のステアリングミラーを用いるか、もしくは各光学系を調整し直していたため、レーザ照射装置を再度使用できるようになるまでの時間が長く必要とされたが、本発明を適用することで、一つの光学素子のみを調節して、レーザビームの所定の位置からのずれを修正することが可能となるため光学再調整にかかる時間を短縮することが可能となる。さらに、ステアリングミラーに比べて、本発明は、レーザビームの進行方向の変化に影響を与えないため、進行方向の変化を考慮することなく、容易にレーザビームの位置ずれを修正することができる。
【００４５】
このように、レーザビームの所定の位置からのずれを、より容易に、そして短時間で修正することができるため、レーザ発振器内部のメンテナンス作業後、短時間でレーザ照射装置を再度使用することができることから、時間の無駄が省け、スループットが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態について図１を用いて説明する。図１は、平板ガラスを用いて、レーザ発振器から出力されたレーザビームの所定の位置からのずれを修正する例を示している。図１（ａ）及び（ｂ）に示したレーザ発振器は気体レーザであるエキシマレーザの内部構造を略式に示したものである。エキシマレーザをはじめとする気体レーザはウィンドウやミラー等の部品を内部に有しているが、これらの部品は定期的にクリーニング等のメンテナンス作業を行う必要がある。本実施の形態では、これらメンテナンス作業のために前記部品を取り外し、再度取付けた後に起こるレーザビームの所定の位置からのずれを、平板ガラスを用いて修正する例を示す。
【００４７】
図１（ａ）、（ｂ）は共に、同じレーザ発振器及び光学系を用い、照射面において強度分布が均一なレーザビームを形成することを目的としたレーザ照射装置である。図１（ａ）において、レーザ発振器から出力されたレーザビームは所定の位置より所定の角度で光学系に入射し、この所定の位置、角度で入射することによって、照射面において強度分布の均一なレーザビームを形成できるよう光学系を配置してある。従って、光学系への入射位置及び入射角度を図１（ａ）に示す通りに保つことで照射面において強度分布が均一なレーザビームを形成することができる。平板ガラス１０７ａは、この時、どの方向にも回転しておらず、レーザビームの位置には影響を与えない。
【００４８】
一方、図１（ｂ）ではレーザビームの光学系への入射が前記所定の位置からずれてしまった例を示している。このずれは、前述したように、Ｏリングの凹みの程度が均一でないために、ウィンドウの位置がずれていることによって起こるものである。このずれを修正しないまま、レーザビームが光学系に入射すると、照射面において形成されるレーザビームの強度分布にバラツキが見られ、均一なアニールを行うことが困難となる。そこで、本実施の形態ではレーザ発振器と光学系の間に平板ガラスを配置し、前記レーザビームのずれ具合に応じて平板ガラスをレーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転させ、あるいは、それに加えて前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転させることによって、前記レーザビームを平行移動させ、そのずれを修正する。平板ガラスの動作は、前記レーザビームの所定の位置からのずれに応じて実施者が適宜行えばよい。
【００４９】
なお、本発明が適用できるレーザ発振器はエキシマレーザに限らない。本発明はレーザ発振器にウィンドウを含み、該ウィンドウのメンテナンス作業によってレーザビームの所定の位置からのずれが起こり得る気体レーザに適用することができる。前記気体レーザとしては連続発振またはパルス発振のエキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ等が挙げられる。
【００５０】
こうして、レーザ発振器から出力されたレーザビームの位置が、所定の位置よりずれていても、容易にずれを修正することができ、レーザビームの位置を一定に保つことができる。さらに光学系への入射位置を一定に保つことができることから、照射面において強度分布が均一なレーザビームを安定して形成することができる。例えば、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば、前記半導体膜を均一に結晶化させたり、不純物の活性化を均一に行ったりすることができる。さらに、前記結晶性半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプレイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【００５１】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１で説明した平板ガラスに加え、レーザビームが所定の位置からのずれてしまう前に前記レーザビームの前記所定の位置を記録し、ずれた後にそのずれを検出するためにＣＣＤカメラを使用する例について図２を用いて説明する。
【００５２】
図２において、レーザ照射装置は、照射面２０４上において強度分布が均一な矩形状のレーザビーム（以下、照射面における形状が矩形状であるレーザビームを矩形ビームと呼ぶ）を形成するための光学系を有している。この光学系は、照射面上に形成したいレーザビームのサイズ、形状によって、適宜実施者が決めればよい。
【００５３】
レーザ発振器２０１は実施の形態１と同様にエキシマレーザを使用する。レーザ発振器２０１から出力されたレーザビームの所定の位置からのずれを修正するために本発明を適用して平板ガラス２０２及びＣＣＤカメラ２０３を配置する。平板ガラス２０２はレーザ発振器２０１と光学系の間に配置するが、ＣＣＤカメラ２０３はこの位置に限定されず、光学系の途中に配置してもよい。
【００５４】
ＣＣＤカメラ２０３を用いて、まずレーザビームが所定の位置に入射している場合の位置を記録しておく。このとき、レーザ発振器２０１から出力されたレーザビームは、光学系によって照射面２０４上に強度分布の均一な矩形ビームを形成する。
そして、例えばレーザ発振器のメンテナンス作業後、レーザビームの位置がずれた場合には平板ガラス２０２を利用して、そのずれを修正する。この時、メンテナンスの前にＣＣＤカメラ２０３によって得た画像をもとに、レーザビームがどの方向にどれだけずれているかを再度ＣＣＤカメラ２０３を用いて検出した後、適宜、平板ガラス２０２をレーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として、あるいはそれに加えて、前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転させることによって、元の所定の位置にレーザビームを戻すことが可能になる。
【００５５】
こうして、それぞれの光学系の再調整を再度行うことなく、平板ガラスのみを再調整することによって短時間でレーザビームの位置調整を行うことができる。そして、照射面において強度分布が均一なレーザビームを得ることができる。
【００５６】
こうして得られたレーザビームを用いて、例えば、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば、前記半導体膜を均一に結晶化させたり、不純物の活性化を均一に行ったりすることができる。さらに、前記結晶性半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプレイを作製することができる。前記作製は実施者が公知の方法に従って行えばよい。
【実施例１】
【００５７】
本実施例では、具体的に光学系を示してレーザビームを照射する例を、図３を用いて説明する。図３においてレーザ発振器３０１としてエキシマレーザを用いる。光学系として、シリンドリカルレンズアレイ３０３及び３０４、凸シリンドリカルレンズ３０５及び３０６、そして、シリンドリカルレンズ３０７ａ及び３０７ｂからなるダブレットシリンドリカルレンズ３０７を用いる。これらの光学系を用いて照射面３０８上に長方形状のレーザビーム（以下、長方形ビームと呼ぶ）を形成する。なお、図３（ａ）において、照射面３０８上に形成される長方形ビームは、紙面に垂直な方向が長辺方向である。
【００５８】
図３（ａ）において、シリンドリカルレンズアレイ３０３に入射したレーザビームは、短辺方向に分割され、凸シリンドリカルレンズ３０５によって合成されることで、照射面３０８上に形成される長方形ビームの短辺方向において強度分布が均一になる。またダブレットシリンドリカルレンズ３０７によって集光され、長方形ビームの短辺方向の長さが決定される。一方、図３（ｂ）において、シリンドリカルレンズアレイ３０４に入射したレーザビームは、照射面３０８上に形成される長方形ビームの長辺方向に分割され、凸シリンドリカルレンズ３０６によって合成されることで、長方形ビームの長辺方向において強度分布が均一になる。前記長辺方向の長さは凸シリンドリカルレンズ３０６によって決定される。こうして、照射面３０８上において、強度分布が均一で、望みのサイズの長方形ビームを形成することができる。
【００５９】
本発明に従って、平板ガラス３０２を図３に示す位置、即ち、レーザ発振器３０１と光学系の間にとりつける。また、本実施例では光学系３０３から３０６に共通の土台を取付け、この土台を移動させることで光学系３０３から３０６を一度に撤去し、その後にＣＣＤカメラ（図示せず）を取付ける構成とした。このように、各光学系に共通の土台を取付けることで、各々の光学系が一定の間隔及び位置を保ったまま簡単に取り外しができるので、好ましい。なお、ＣＣＤカメラの配置はここに限らず、レーザ発振器と光学系の間に配置してもよい。
【００６０】
照射面３０８上において強度分布の均一なレーザビームの位置を記録するため、ＣＣＤカメラを用いてその位置を測っておく。その後、例えばレーザ発振器内のウィンドウを取り外し、クリーニングした後、再度装着するがこのとき、ウィンドウを、取り外し前と全くの同位置で装着することが難しく、レーザ発振器から射出されるレーザビームの位置がずれる恐れがある。ここで、平板ガラス３０２を用いて、このずれを修正する。平板ガラス３０２はレーザ発振器３０１から出力されたレーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として、あるいはそれに加えて、前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転させることができる。図３においては、平板ガラス３０２をレーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転させる例を示したが、図５には、それに加えてレーザビームの進行方向に平行な直線をとして回転させた例を立体的に示した。ここで、再びＣＣＤカメラ（図示せず）を用いて、レーザビームの前記所定の位置からのずれ具合を確認する。ずれ具合を確認しながら、平板ガラス３０２をレーザ発振器３０１から出力されたレーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として、あるいはそれに加えて、前記レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転させることによってレーザビームを前記所定の位置に修正する。修正した後で、ＣＣＤカメラを取り外し、光学系３０３から３０６を取付けた土台を元に戻し、レーザビームを光学系に入射させる。こうして、光学系への入射位置を一定に保つことができ、照射面３０８上において、ウィンドウを取り外す前と同様の強度分布が均一な長方形ビームを得ることができる。
【００６１】
こうして得られたレーザビームを用いて、例えば、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば、前記半導体膜を均一に結晶化させたり、不純物の活性化を均一に行ったりすることができる。さらに、前記結晶性半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプレイを作製することができる。アクティブマトリクス型のディスプレイを作製することができる。
【実施例２】
【００６２】
実施例１とは異なる光学系を用いて長方形ビームを形成する実施例を、図４を用いて説明する。レーザ発振器４０１はエキシマレーザを使用する。光学系として、シリンドリカルレンズアレイ４０３、凸シリンドリカルレンズ４０４及び４０５、光導波路４０６、そして、シリンドリカルレンズ４０７ａ及び４０７ｂからなるダブレットレンズ４０７を使用する。実施例１と同様に、光学系４０３から４０５までを一つの土台の上に固定し、図４に示す光学系間の距離をそれぞれが保ったまま取り外し可能な状態にする。平板ガラス４０２はレーザ発振器４０１と光学系との間に取付ける。平板ガラス４０２は実施例１と同じものを使用する。光導波路４０６は向かい合う二つの反射面を一組有し、前記反射面は照射面４０８上に形成される長方形ビームの短辺方向に作用するように配置する。また、前記反射面間は空気で満たされている。なお、図４（ａ）において、照射面４０８に形成される長方形ビームは、紙面に垂直な方向が長辺方向である。
【００６３】
図４（ａ）において、レーザ発振器から出力されたレーザビームは凸シリンドリカルレンズ４０４によって集光され、その後、光導波路４０６に入射する。前記レーザビームは光導波路４０６内で反射を繰り返し、射出口に至る。この射出口において、長方形ビームの短辺方向の強度分布が均一化される。その後、ダブレットレンズ４０７によって、短辺方向の長さが決定され照射面４０８上に照射される。一方、図４（ｂ）において、シリンドリカルレンズアレイ４０３に入射したレーザビームは、長方形ビームの長辺方向に分割され、凸シリンドリカルレンズ４０５によって合成されることによって、前記長辺方向の強度分布が均一化され、また前記長辺方向の長さが決定される。こうして、照射面４０８において、強度分布が均一な望みのサイズの長方形ビームが形成される。
【００６４】
このレーザ照射装置において、レーザ発振器から出力されたレーザビームの位置ずれが生じたときのレーザビーム位置を調節する機構として、平板ガラス４０２、ＣＣＤカメラ（図示せず）を用いる。ＣＣＤカメラは、光学系４０３から４０５が固定された土台を移動させた後に設置する。ＣＣＤカメラ、及び平板ガラス４０２を用い、実施例１と同様にレーザビームの所定の位置からのずれを修正し、レーザビームの光学系への入射位置及び入射角度を一定に保つ。図４では、平板ガラス４０２をレーザビームの進行方向に垂直な直線を軸として回転させる例を示したが、図６にはさらに、レーザビームの進行方向に平行な直線を軸として回転させる例を立体的に示している。本発明によって、レーザ発振器から出力されたレーザビームの所定の位置からのずれにかかわらず、照射面において強度分布の均一なレーザビームを形成することができる。
【００６５】
こうして得られたレーザビームを用いて、例えば、半導体膜を照射面としてレーザアニールを行えば、前記半導体膜を結晶化させたり、結晶性を向上させて一様な結晶性を有する結晶性半導体膜を得たり、不純物の活性化を行うことができる。さらに、前記結晶性半導体膜を利用して例えば、アクティブマトリクス型のディスプレイを作製することができる。
【実施例３】
【００６６】
本実施例では、本発明によるレーザ照射装置を用いて、薄膜トランジスタを形成する作製工程について、図７〜図９を用いて説明する。
【００６７】
まず図７（Ａ）に示すように、基板７００上に下地膜７０１を成膜する。基板７００には、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、石英基板、ＳＵＳ基板等を用いることができる。また、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てもよい。
【００６８】
下地膜７０１は基板７００中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法を用いて窒化酸化珪素膜を１０ｎｍ〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜した。
【００６９】
なお下地膜７０１は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、ＳＵＳ基板又はプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板などの不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。
【００７０】
次に下地膜上に半導体膜７０２を形成する。半導体膜７０２の膜厚は２５ｎｍ〜１００ｎｍ（好ましくは３０ｎｍ〜６０ｎｍ）とする。半導体膜７０２としては、珪素やシリコンゲルマニウムを用いる。その後、５００℃、１時間の加熱処理を行って、水素だしを行う。
【００７１】
次に、本発明によるレーザ照射装置を用いて、非晶質半導体膜７０２を結晶化して、結晶質半導体膜７０３を形成する。本実施例のレーザ結晶化には、パルス発振のエキシマレーザを使用したが、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザといった他の気体レーザを用いることもできる。発振されたレーザビームを光学系を用いて長方形状のビームスポットに加工し、半導体膜に照射する。具体的には、光学系を用い、照射面において長辺の長さ１００ｍｍ〜１０００ｍｍ、短辺方向の長さ２００μｍ〜５０００μｍの長方形状のビームスポットに加工する。本実施例では、長辺方向３００ｍｍ、短辺方向４００μｍの線状ビームに加工し、照射する。この時の線状ビームの重ね合わせ率（オーバーラップ率）は５０％〜９８％として行い、本実施例では９０％とする。また、レーザビームのエネルギー密度は１００ｍＪ／ｃｍ2〜１０００ｍＪ／ｃｍ2とし、本実施例においては減衰器を用いて３５０ｍＪ／ｃｍ2と設定する。周波数（１秒間当たりのパルス発振数）については、１０Ｈｚ〜１０００Ｈｚとし、本実施例では３００Ｈｚとする。本実施例では基板を温度５００℃の窒素雰囲気中で１時間加熱した後、レーザアニール法により半導体膜の結晶化を行い、結晶質半導体膜を形成する。そして、ステージは１ｍｍ／ｓ〜５００ｍｍ／ｓ程度の速度で動かしてレーザビームを照射するのが望ましく、本実施例では１２ｍｍ／ｓの速度でステージを移動させてレーザビームの照射を行う。このレーザ結晶化において、本発明を適用することで、レーザ発振器内部のメンテナンス作業に起因するレーザビームの所定の位置からのずれを、容易に、かつ短時間で修正することができるため、安定して均一なアニールを行うことができる。
【００７２】
このようにして得られた結晶質半導体膜を所望の形状にパターニングして半導体層７０４〜７０７を形成する。その後、半導体層７０４〜７０７を覆うゲート絶縁膜７０８を形成する。ゲート絶縁膜７０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。
【００７３】
続いて、結晶質半導体の作製方法として、上記とは異なる方法について図８を用いて説明する。この場合、図７に示した工程と同様に、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、石英基板、ＳＵＳ基板等の基板８００上に下地膜８０１を設け、その上に非晶質半導体８０２を形成する。（図８（Ａ））
【００７４】
この方法においては、非晶質半導体膜８０２の表面に、重量換算で１ｐｐｍ〜１００ｐｐｍのＮｉを含む酢酸ニッケル塩溶液８１０をスピンコート法で塗布する。なお、触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタリング法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加してもよい。
【００７５】
次に、５００℃〜６５０℃で４時間〜２４時間、例えば５５０℃、１４時間の加熱処理を行った。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液８１０が塗布された表面から、基板８００に向かって縦方向に結晶化が促進された結晶質半導体が形成される。なお、本実施例では、触媒元素としてニッケル（Ｎｉ）を用いているが、それ以外にも、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。
【００７６】
そして、上述したように、エキシマレーザを用いて、レーザ光を照射して、結晶性を向上させ、結晶質半導体膜８１１を形成する（図８（Ｂ））。本発明を用いて照射すれば、レーザ発振器内部のメンテナンス作業に起因するレーザビームの所定の位置からのずれを短時間で修正することができるため、均一な強度分布を有するレーザビームを用いて安定したアニールを行うことができる。
【００７７】
なお、触媒元素を用いて結晶化された結晶質半導体膜８１１内には、触媒元素（ここではＮｉ）がおよそ１×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度の濃度で含まれていると考えられる。そこで、次に、結晶質半導体膜８１１内に存在する触媒元素のゲッタリングを行う。
【００７８】
まず、図８（Ｃ）に示すように、結晶質半導体膜８１１の表面に酸化膜８１２を形成する。１ｎｍ〜１０ｎｍ程度の膜厚を有する酸化膜８１２を形成することで、後のエッチング工程において結晶質半導体膜８１１の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことができる。
【００７９】
酸化膜８１２は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、結晶質半導体膜８１１の表面を酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法、蒸着法などで形成しても良い。
【００８０】
次に酸化膜８１２上に、希ガス元素を１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体８１３を、スパッタ法を用いて２５ｎｍ〜２５０ｎｍの厚さで形成する。ゲッタリング用の半導体８１３は、結晶質半導体膜８１１とエッチングの選択比を大きくするため、結晶質半導体膜８１１よりも膜の密度の低い方がより望ましい。希ガス元素としてはヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いる。
【００８１】
次に、ファーネスアニール法やＲＴＡ法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行う。ファーネスアニール法で行う場合には、窒素雰囲気中にて４５０℃〜６００℃で０．５時間〜１２時間の加熱処理を行う。また、ＲＴＡ法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を１秒〜６０秒、好ましくは３０秒〜６０秒点灯させ、それを１回〜１０回、好ましくは２回〜６回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には６００℃〜１０００℃、好ましくは７００℃〜７５０℃程度にまで加熱されるようにする。
【００８２】
加熱処理により、酸化膜８１２内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲッタリング用の半導体８１３に移動し、ゲッタリングされる。
【００８３】
次にゲッタリング用の半導体８１３を選択的にエッチングして除去する。エッチングは、ＣｌＦ3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラエチルアンモニウムハイドロオキサイド（（ＣＨ3）4ＮＯＨ）を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行うことができる。このとき、酸化膜８１２によって結晶質半導体膜８１１がエッチングされるのを防ぐことができる。
【００８４】
次に酸化膜８１２を、フッ酸により除去する。そして、酸化膜８１２を除去後の結晶質半導体膜８１１をパターニングし、半導体層８１４〜８１７を形成する（図８（Ｄ））。その後、半導体層８１４〜８１７を覆うゲート絶縁膜８０８を形成する。ゲート絶縁膜８０８としては、例えば、スパッタ法を用いて、膜厚を３０ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜で形成する。
【００８５】
なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
【００８６】
次いで、ゲート絶縁膜８０８上に、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選択された元素、前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料、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やＡｇＰｄＣｕ合金などの公知の導電性を有する材料を用いて、膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍの第１導電膜９２０を形成する（図９（Ａ））。次に、第１導電膜９２０を被覆するように、膜厚１００ｎｍ〜４００ｎｍの第２導電膜及び膜厚１００ｎｍ〜４００ｎｍの窒化珪素膜を積層形成する。続いて、最初に酸化珪素膜や窒化珪素膜などの絶縁膜をパターン加工して、絶縁層９２９〜９３２を形成する。より詳しくは、酸化珪素膜であれば、リン酸系のエッチング液を用いてパターン加工し、窒化珪素膜であればフッ酸系のエッチング液を用いてパターン加工する。次に絶縁層９２９〜９３２をマスクとして、第２導電膜をパターン加工して、導電層９２５〜９２８を形成する。
【００８７】
次に、ドーピング処理を行う。本処理では、半導体層８１４〜８１７に、リン又はヒ素などの１５族に属し、Ｎ型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。この際、導電層９２５〜９２８及び絶縁層９２９〜９３２がＮ型を付与する不純物元素に対するマスクとなって、自己整合的に不純物領域９２１〜９２４が形成され、１×１０18〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付与する不純物元素が添加される。
【００８８】
次に、異方性のサイドエッチングを行って導電層９２５〜９２８を後退させて、導電層９３５〜９３８を形成する（図９（Ｂ））。その後、マスクとして機能した絶縁層９２９〜９３２をエッチングにより除去する（図９（Ｃ））。次に、新たにレジストからなるマスク９４６、９４７を形成して、上記のドーピング処理よりも高い加速電圧でドーピング処理を行う。導電層９３５、９３７を不純物元素に対するマスクとして用いて、ドーピング処理を行った結果、不純物領域（Ｎ−領域、ＬＤＤ領域）９４１、９４４には１×１０18〜５×１０19ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲で不純物元素が付与され、不純物領域（Ｎ＋領域）９４０、９４３には１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／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。また、チャネル形成領域９４２、９４５が形成される。
【００８９】
次いで、レジストからなるマスク９４６、９４７を除去した後、新たにレジストからなるマスク９５６、９５７を形成する（図９（Ｄ））。その後、ドーピング処理を行って、Ｐチャネル型ＴＦＴの活性層となる半導体層に、前記第１の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を形成する。本処理では、導電層９３６、９３８を不純物元素に対するマスクとして用いて、Ｐ型を付与する不純物元素を添加し、自己整合的に不純物領域（Ｐ＋領域）９５０、９５３、不純物領域（Ｐ−領域）９５１、９５４及びチャネル形成領域９５２、９５５を形成する。ここでは、不純物領域（Ｐ＋領域）９５０と９５３のＰ型を付与する不純物元素の濃度が１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3となるようにドーピング処理を行う。なおドーピング処理を行う条件等は上記記載に限定されず、２回以上の複数回のドーピング処理で形成しても良い。
【００９０】
次に、レジストからなるマスク９５６、９５７を除去し、導電層９３５〜９３８をマスクとして、第１の導電膜９２０を異方性エッチングして、導電層９６０〜９６３を形成する（図９（Ｅ））。以上の工程により、Ｎチャネル型トランジスタ９８０、９８２と、Ｐチャネル型トランジスタ９８１、９８３を同一基板上に形成することができる。
【００９１】
そして、保護膜として絶縁膜９７２を形成する。この絶縁膜９７２には、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、厚さを１００ｎｍ〜２００ｎｍとして珪素を含む絶縁膜を用いて、単層又は積層構造として形成する。本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成した。次いで加熱処理を行って、半導体層の結晶性の回復、又は半導体層に添加された不純物元素の活性化を行ってもよい。
【００９２】
次いで、絶縁膜９７２上に、有機絶縁膜９７３を形成する。有機絶縁膜９７３としては、ＳＯＧ法によって塗布された酸化珪素膜、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。有機絶縁膜９７３は、基板９００上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。
【００９３】
次に、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜９７２及び有機絶縁膜９７３をパターン加工して、不純物領域９４０、９４３、９５０及び９５３に達するコンタクトホールを形成する。次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線９６４〜９７１を形成する。その後保護膜として絶縁膜９７４を形成すると、図示するような半導体装置が完成する。
【００９４】
ドライバやＣＰＵなどの機能回路を用途としたトランジスタは、ＬＤＤ構造又はＬＤＤがゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタの微細化を図ることが好ましい。本実施例により完成されるトランジスタ９８０〜９８３は、ＬＤＤ構造を有するため、高速動作が必要な駆動回路に用いることが好適である。また、微細化に伴って、ゲート絶縁膜８０８の薄膜化が欠かせないが、本実施例の工程では、ゲート絶縁膜８０８が第１導電膜９２０に被覆された状態でドーピング工程が行われ、該ゲート絶縁膜８０８が保護されているため、微細化にも有効な作製方法といえる。
【００９５】
以上のようにして作製される薄膜トランジスタは、本発明を利用することで、安定して均一にアニールされた半導体膜を用いており、動作特性や信頼性が十分なものとなり得る。こうして、レーザ発振器内部のメンテナンス作業に起因するレーザビームの所定の位置からのずれを、容易に、かつ短時間で修正することができ、スループットの向上につながる。
（実施例５）
【００９６】
本実施例では、本発明のＴＦＴ回路によるアクティブマトリクス型表示装置を組み込んだ半導体装置について図１１、図１２、図１３で説明する。
【００９７】
このような半導体装置には、携帯情報端末（電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等）、ビデオカメラ、スチルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図１１と図１２に示す。
【００９８】
図１１（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。
【００９９】
図１１（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。
【０１００】
図１１（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。
【０１０１】
図１１（Ｄ）はゴーグル型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。
【０１０２】
図１１（Ｅ）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。
【０１０３】
図１２（Ａ）はプログラムを記録した記録媒体（以下、記録媒体と呼ぶ）を用いるプレイヤーであり、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。
【０１０４】
図１２（Ｂ）はテレビであり本体３１０１、支持台３１０２、表示部３１０３で構成される。
【０１０５】
図１２（Ｃ）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。
【０１０６】
図１３（Ａ）はフロント型プロジェクターであり、投射装置３６０１、スクリーン３６０２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。
【０１０７】
図１３（Ｂ）はリア型プロジェクターであり、本体３７０１、投射装置３７０２、ミラー３７０３、スクリーン３７０４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。
【０１０８】
なお、図１３（Ｃ）は、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）中における投射装置３６０１、３７０２の構造の一例を示した図である。投射装置３６０１、３７０２は、光源光学系３８０１、ミラー３８０２、３８０４〜３８０６、ダイクロイックミラー３８０３、プリズム３８０７、液晶表示装置３８０８、位相差板３８０９、投射光学系３８１０で構成される。投射光学系３８１０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１３（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。
【０１０９】
また、図１３（Ｄ）は、図１３（Ｃ）中における光源光学系３８０１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３８０１は、リフレクター３８１１、光源３８１２、レンズアレイ３８１３、３８１４、偏光変換素子３８１５、集光レンズ３８１６で構成される。なお、図１３（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。
【０１１０】
また、本発明はその他にも、発光型表示素子に適用することも可能である。このように、本願発明の適用範囲はきわめて広く、あらゆる分野の電子機器に適用す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乃至３と自由に組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施の形態１を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態２を示した図である。
【図３】本発明の実施例１を示した図である。
【図４】本発明の実施例２を示した図である。
【図５】本発明の実施例１を示した図である。
【図６】本発明の実施例２を示した図である。
【図７】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図８】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図９】薄膜トランジスタの作製工程を示す断面図。
【図１０】従来の技術を示す図。
【図１１】本発明が適用される電子機器の図。
【図１２】本発明が適用される電子機器の図。
【図１３】本発明が適用される電子機器の図。
【符号の説明】
【０１１２】
１０１ａ    レーザ発振器
１０１ｂ    レーザ発振器
１０２ａ    共振ミラー
１０２ｂ    共振ミラー
１０３ａ    ウィンドウ
１０３ｂ    ウィンドウ
１０４ａ    Ｏリング
１０４ｂ    Ｏリング
１０５ａ    ウィンドウ
１０５ｂ    ウィンドウ
１０６ａ    共振ミラー
１０６ｂ    共振ミラー
１０７ａ    平板ガラス
１０７ｂ    平板ガラス
１０８ａ    光学系
１０８ｂ    光学系
１０９ａ    照射面
１０９ｂ    照射面
１５０１    レーザ発振器
１５０２    ステアリングミラー
１５０３    ステアリングミラー
１５０４    ＣＣＤカメラ
１５０５    光学系
１５０６    照射面
２０１    レーザ発振器
２０２    平板ガラス
２０３    ＣＣＤカメラ
２０４    照射面
３０１    レーザ発振器
３０２    平板ガラス
３０３    シリンドリカルレンズアレイ
３０４    シリンドリカルレンズアレイ
３０５    凸シリンドリカルレンズ
３０６    凸シリンドリカルレンズ
３０７    ダブレットシリンドリカルレンズ
３０７ａ    シリンドリカルレンズ
３０７ｂ    シリンドリカルレンズ
３０８    照射面
３１０１    本体
３１０２    支持台
３１０３    表示部
３６０１    投射装置
３６０２    スクリーン
３７０１    本体
３７０２    投射装置
３７０３    ミラー
３７０４    スクリーン
３８０１    光源光学系
３８０２    ミラー
３８０３    ダイクロイックミラー
３８０７    プリズム
３８０８    液晶表示装置
３８０９    位相差板
３８１０    投射光学系
３８１１    リフレクター
３８１２    光源
３８１３    レンズアレイ
３８１５    偏光変換素子
３８１６    集光レンズ
４０１    レーザ発振器
４０２    平板ガラス
４０３    シリンドリカルレンズアレイ
４０３    光学系
４０４    凸シリンドリカルレンズ
４０５    凸シリンドリカルレンズ
４０６    光導波路
４０７    ダブレットレンズ
４０７ａ    シリンドリカルレンズ
４０７ｂ    シリンドリカルレンズ
４０８    照射面
７００    基板
７０１    下地膜
７０２    半導体膜
７０２    非晶質半導体膜
７０３    結晶質半導体膜
７０４    半導体層
７０５    半導体層
７０６    半導体層
７０７    半導体層
７０８    ゲート絶縁膜
８００    基板
８０１    下地膜
８０２    非晶質半導体膜
８０８    ゲート絶縁膜
８１０    酢酸ニッケル塩溶液
８１１    結晶質半導体膜
８１２    酸化膜
８１３    半導体
８１４    半導体層
８１５    半導体層
８１６    半導体層
８１７    半導体層
９００    基板
９００１    本体
９００２    音声出力部
９００３    音声入力部
９００４    表示装置
９００５    操作スイッチ
９００６    アンテナ
９１０１    本体
９１０２    表示装置
９１０３    音声入力部
９１０４    操作スイッチ
９１０５    バッテリー
９１０６    受像部
９２０    導電膜
９２０１    本体
９２０２    カメラ部
９２０３    受像部
９２０４    操作スイッチ
９２０５    表示装置
９２１    不純物領域
９２２    不純物領域
９２３    不純物領域
９２４    不純物領域
９２５    導電層
９２６    導電層
９２７    導電層
９２８    導電層
９２９    絶縁層
９３０    絶縁層
９３１    絶縁層
９３２    絶縁層
９３０１    本体
９３０２    表示装置
９３０３    アーム部
９３５    導電層
９３６    導電層
９３７    導電層
９３８    導電層
９４０    不純物領域
９４１    不純物領域
９４２    チャネル形成領域
９４３    不純物領域
９４４    不純物領域
９４５    不純物領域
９４６    マスク
９４７    マスク
９５０    不純物領域
９５０１    本体
９５０２    表示装置
９５０４    記憶媒体
９５０５    操作スイッチ
９５０６    アンテナ
９５１    不純物領域
９５２    チャネル形成領域
９５３    不純物領域
９５４    不純物領域
９５５    チャネル形成領域
９５６    マスク
９５７    マスク
９６０    導電層
９６１    導電層
９６２    導電層
９６３    導電層
９６０１    本体
９６０２    画像入力部
９６０３    表示装置
９６０４    キーボード
９６４    配線
９６５    配線
９６６    配線
９６７    配線
９６８    配線
９６９    配線
９７０    配線
９７１    配線
９７０１    本体
９７０２    表示装置
９７０３    スピーカ部
９７０４    記録媒体
９７０５    操作スイッチ
９７２    絶縁膜
９７３    有機絶縁膜
９７４    絶縁膜
９８０    Ｎチャネル型トランジスタ
９８１    Ｐチャネル型トランジスタ
９８２    Ｎチャネル型トランジスタ
９８３    Ｐチャネル型トランジスタ
【図１】
2005175451.tif 000003
【図２】
2005175451.tif 000004
【図３】
2005175451.tif 000005
【図４】
2005175451.tif 000006
【図５】
2005175451.tif 000007
【図６】
2005175451.tif 000008
【図７】
2005175451.tif 000009
【図８】
2005175451.tif 000010
【図９】
2005175451.tif 000011
【図１０】
2005175451.tif 000012
【図１１】
2005175451.tif 000013
【図１２】
2005175451.tif 000014
【図１３】
2005175451.tif 000015