(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体膜に、少なくとも１つのガルバノミラーとｆθレンズとを用いた光学系を用いてパルス発振のレーザビームを照射する半導体装置の作製方法であって、
前記基板の屈折率をｎ、前記基板の厚さをｄ（メートル）、真空中の光速をｃ（メートル／秒）とした場合に、
前記レーザビームのパルス幅であるｔ（秒）を、ｔ＜２ｎｄ／ｃという式により算出し、
前記レーザビームのパルス幅を前記算出したｔの範囲から選択して、前記レーザビームを前記半導体膜に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項２】
基板上に形成された半導体膜に、少なくとも１つのガルバノミラーとｆθレンズとを用いた光学系を用いてパルス発振のレーザビームを照射することにより、前記半導体膜の結晶化を行う半導体装置の作製方法であって、
前記基板の屈折率をｎ、前記基板の厚さをｄ（メートル）、真空中の光速をｃ（メートル／秒）とした場合に、
前記レーザビームのパルス幅であるｔ（秒）を、ｔ＜２ｎｄ／ｃという式により算出し、
前記レーザビームのパルス幅を前記算出したｔの範囲から選択して、前記レーザビームを前記半導体膜に照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記レーザビームを照射した前記半導体膜を用いて、薄膜トランジスタを形成す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、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製方法に関し、特にガルバノミラーとｆθレンズによる光学系を使用するレーザ照射装置、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ照射装置において、レーザ発振器により射出したレーザビームを被照射物上で走査する手段の一つとしてガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系がある。
【０００３】
ガルバノミラーを振動させることによってガルバノミラーへのレーザビームの入射角を変化させ、反射されたレーザビームが照射する位置を動かすことができ、一つのガルバノミラーを用いることによって一方向への走査を可能とすることができる。Ｘ方向への走査をガルバノミラーで行い、Ｙ方向への移動をステージに設置されたロボットで行ったとすると、基板全面にレーザ照射を行うことができる。また、ガルバノミラーを２枚設置し、それぞれＸ方向とＹ方向への走査を行っても基板上の任意の場所にレーザ照射を行うことができる。  （例えば特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８６５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して、基板上に形成された
被照射物にレーザ照射を行うと同じ条件でレーザ照射を行っても場所によって照射強度が
異なってしまうという問題があった。
【０００６】
例えば、ガラス基板上に形成された半導体膜に、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた
光学系を使用してレーザ照射による結晶化を行うとその結晶性のムラが視認できる程にな
る。これは半導体膜が均一にレーザ照射できていない為に半導体膜の結晶性にばらつきが
おきてしまった結果である。結晶性の異なる半導体膜で形成された半導体素子はその特性
が異なるため、基板内で半導体素子の特性バラツキが起きてしまいうことになる。
【０００７】
そこで本発明では上記問題を鑑み、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用
するレーザ照射装置であっても被照射物を均一にレーザエネルギーを与えることができる
レーザ照射装置、レーザ照射方法及び結晶質半導体膜の作製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】
【０００８】
本発明の構成の一つは、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
を１方向に偏向する少なくとも一つのミラーと、前記ミラーにより偏向されたレーザビー
ムを所定の平面上で結像するレンズを有し、前記レーザ発振器から発振されるレーザビー
ムのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステージとレンズ
の焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たす
ことを特徴とするレーザ照射装置である。
【０００９】
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振された
レーザビームを１方向に偏向する少なくとも一つのミラーと、前記ミラーにより偏向され
たレーザビームを所定の平面上で結像するレンズを有し、前記レーザ発振器から発振され
るレーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステ
ージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満
たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
【００１０】
また、本発明における他の構成はレーザ発振器と、少なくとも一つのガルバノミラーと
、ｆθレンズを有し、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前記
レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝
１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装
置である。
【００１１】
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、少なくとも一つのガルバノミラー
と、ｆθレンズを有し、前記レーザ発振器から発振されるレーザビームのパルス幅ｔは前
記レーザビームを照射する被照射物をのせるためのステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ
＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射
装置である。
【００１２】
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器より発振された
レーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向
に走査する第１のミラーと、前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上
におけるビームスポットを前記被照射物上において前記第１の方向と直交する第２の方向
に走査する第２のミラーと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有
し、前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する前記被照射物をのせる
ためステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２
ｎｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
【００１３】
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と前記レーザ発振器より発振されたレ
ーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向に
走査する第１のミラーと、前記レーザ発振器より発振されたレーザビームの被照射物上に
おけるビームスポットを前記被照射物上において前記第１の方向と直交する第２の方向に
走査する第２のミラーと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し
、前記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する前記被照射物をのせるた
めステージと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎ
ｄを満たすことを特徴とするレーザ照射装置である。
【００１４】
また、本発明における他の構成は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器より発振された
レーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向
に走査するミラーと、前記前記被照射物を設置し前記第１の方向と直交する第２の方向に
移動するステージと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、前
記レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためステー
ジと焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜２ｎｄを満た
すことを特徴とするレーザ照射装置である。
【００１５】
また、本発明における他の構成はレーザ発振器と、前記レーザ発振器より発振されたレ
ーザビームの被照射物上におけるビームスポットを前記被照射物上において第１の方向に
走査するミラーと、前記前記被照射物を設置し前記第１の方向と直交する第２の方向に移
動するステージと、前記レーザビームを前記被照射物に結像するｆθレンズを有し、前記
レーザビームのパルス幅ｔは前記レーザビームを照射する被照射物をのせるためステージ
と焦点位置との距離をｄ、ｎ＝１．５、真空中の光速をｃとするとｃｔ＜４ｎｄを満たす
ことを特徴とするレーザ照射装置である。
【００１６】
また、本発明における他の構成は、屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に形成され
た半導体膜に、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜２ｎｄを満たすレーザビー
ムを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して照射する
ことを特徴とするレーザ照射方法である。
【００１７】
また、本発明における他の構成は屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に形成された
半導体膜に、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜４ｎｄを満たすレーザビーム
を、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して照射するこ
とを特徴とするレーザ照射方法である。
【００１８】
また、本発明における他の構成は基板上に半導体膜を形成し、レーザビームを前記半導
体膜に照射する際に、前記レーザビームは少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズ
により前記半導体膜上を走査され、前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射
したレーザビームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス
幅の１０％以下に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されること
を特徴とするレーザ照射方法である。
【００１９】
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成し
、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームの
パルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、前記レーザビームは第
１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミ
ラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前
記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ
照射方法である。
【００２０】
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成し
、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームの
パルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、前記レーザビームは第
１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミ
ラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前
記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレーザ
照射方法である。
【００２１】
また、本発明における他の構成は基板上に半導体膜を形成し、レーザビームを前記半導体
膜に照射する際に、前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビー
ムと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％に相
当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されており、前記レーザビーム
は第１のガルバノミラーにより前記半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバ
ノミラーにより前記半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され
、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とするレ
ーザ照射方法である。
【００２２】
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成し
、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビームの
パルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２ｎｄを満たし、前記レーザビームは前
記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方向
に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによって走査さ
れ、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とする
レーザ照射方法である。
【００２３】
また、本発明における他の構成は、厚さｄで屈折率がｎである基板上に半導体膜を形成
し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記半導体膜に照射する際に、前記レーザビーム
のパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４ｎｄを満たし、前記レーザビームは
前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方
向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによって走査
され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを特徴とす
るレーザ照射方法である。
【００２４】
また、本発明における他の構成は基板上に半導体膜を形成し、レーザビームを前記半導
体膜に照射する際に、前記レーザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビ
ームと前記半導体膜に入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以
下に相当する時間において前記半導体膜のある１点に同時に照射されており、前記レーザ
ビームは前記半導体膜上の第１の方向には第１のガルバノミラーにより走査され且つ前記
第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置されたステージが移動することによ
って走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前記半導体膜上に結像されることを
特徴とするレーザ照射方法である。
【００２５】
また、本発明における他の構成は屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に非晶質半導
体膜を形成し、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜２ｎｄを満たすレーザビー
ムを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して前記非晶
質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とすることを特徴とする結晶質半導体膜作製方法であ
る。
【００２６】
また、本発明における他の構成は屈折率がｎであり且つ厚さがｄの基板上に非晶質半導
体膜を形成し、真空中の光速をｃとして、パルス幅ｔがｃｔ＜４ｎｄを満たすレーザビー
ムを、少なくとも一つのガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用して前記非晶
質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とすることを特徴とする結晶質半導体膜作製方法であ
る。
【００２７】
また、本発明における他の構成は基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザビームを前
記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、前記レーザビームは少なくとも
一つのガルバノミラーとｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上を走査され、前記レー
ザビームのうち前記基板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半導体膜に
入射するレーザビームとが前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間に
おいて前記非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されることを特徴とする結晶質半導
体膜の作製方法である。
【００２８】
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を
形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体
膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２
ｎｄを満たし、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上
を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上におい
て前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザビームはｆθレンズに
より前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法で
ある。
【００２９】
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を
形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体
膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４
ｎｄを満たし、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上
を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非晶質半導体膜上におい
て前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザビームはｆθレンズに
より前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法で
ある。
【００３０】
また、本発明における他の構成は基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザビームを前
記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、前記レーザビームのうち前記基
板の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半導体膜に入射するレーザビーム
とが前記レーザビームのパルス幅の１０％に相当する時間において前記非晶質半導体膜
のある１点に同時に照射されており、前記レーザビームは第１のガルバノミラーにより
前記非晶質半導体膜上を第１の方向に走査され且つ第２のガルバノミラーにより前記非
晶質半導体膜上において前記第１の方向に直交する第２の方向に走査され、前記レーザ
ビームはｆθレンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質
半導体膜の作製方法である。
【００３１】
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を
形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体
膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜２
ｎｄを満たし、前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向にはガルバノミ
ラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設置され
たステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズにより前
記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法である。
【００３２】
また、本発明における他の構成は厚さｄで屈折率がｎである基板上に非晶質半導体膜を
形成し、パルス幅がｔであるレーザビームを前記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体
膜とする際に、前記レーザビームのパルス幅ｔは真空中の光速をｃとしたときｃｔ＜４
ｎｄを満たし、前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方向には第１のガル
バノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記基板が設
置されたステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレンズに
より前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方法で
ある。
【００３３】
また、本発明における他の構成は基板上に非晶質半導体膜を形成し、レーザビームを前
記非晶質半導体膜に照射し結晶質半導体膜とする際に、前記レーザビームのうち前記基板
の裏面において反射したレーザビームと前記非晶質半導体膜に入射するレーザビームとが
前記レーザビームのパルス幅の１０％以下に相当する時間において前記非晶質半導体膜の
ある１点に同時に照射されており、前記レーザビームは前記非晶質半導体膜上の第１の方
向にはガルバノミラーにより走査され且つ前記第１の方向に直交する第２の方向には前記
基板が設置されたステージが移動することによって走査され、前記レーザビームはｆθレ
ンズにより前記非晶質半導体膜上に結像されることを特徴とする結晶質半導体膜の作製方
法である。
【００３４】
なお本発明の結晶質半導体膜の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法に用
いることができる。半導体表示装置は、例えば液晶表示装置、有機発光素子に代表される
発光素子を各画素に備えた発光表示装置、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＰＤ
Ｐ（Plasma Display Panel）、ＦＥＤ（Field Emission Display）等が挙げられる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のレーザ照射装置又はレーザ照射方法を使用することでガルバノミラーとｆθレ
ンズによる光学系を用いたとしても、被照射物へのレーザ照射強度を均一にすることが可
能となる。これにより、被照射物の結晶化やアニールを均一に行うことができ、被照射物
を用いて作製される素子の特性のバラツキを低減させることができる。なお、本発明のレ
ーザ照射装置及びレーザ照射方法においては、レーザ発振器から射出したレーザビームが
被照射物に対して垂直に入射しても斜めに入射しても良い。
【００３６】
また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有するガルバノミラーとｆ
θレンズを用いることでこのような均一なレーザ照射を行いながらも設備費用を削減し、
生産効率を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に用いられるレーザ照射装置の図。
【図２】レーザビームの走査経路を示す図。
【図３】本発明に用いられるレーザ照射装置の図。
【図４】選択照射の図。
【図５】本発明を用いて半導体装置を作成する際のプロセス図１。
【図６】本発明を用いて半導体装置を作成する際のプロセス図２。
【図７】発光表示装置の例示。
【図８】結晶化後基板の表面写真。
【図９】本発明を用いて作製した電子機器の例
【図１０】本発明を用いて作製した電子機器の例
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施
することが可能であり、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、本実施の形態や
実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００３９】
本実施の形態では、基板上に設置又は作製された被照射物にレーザ照射を行う際、パル
ス幅がｐｓｅｃ（１０-12ｓｅｃ）程度、もしくはそれ以下の極短パルスを有するレーザ
ビームをガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系によりレーザを走査するレーザ照射
装置に用いる。
【００４０】
この構成のレーザ照射装置をもちいることにより、被照射物へのレーザ照射強度を均一
にすることが可能となる。また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有
するガルバノミラーとｆθレンズを用いることでこのような均一なレーザ照射を行いなが
らも設備費用を削減し且つ生産効率を向上させることができるようになる。
【００４１】
上記構成により課題を解決することができる理由は以下の通りである。
【００４２】
本発明者らは、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザ照射した
際に現れるレーザ照射ムラは、直接照射されるレーザビーム（一次ビーム）と基板裏面よ
り反射されて再度被照射物に侵入するレーザビーム（二次ビーム）との干渉により引き起
こされているのでは無いかと考えた。そしてその干渉は基板が有するゆがみや凹凸が反映
したものではないかとも考えた。
【００４３】
レーザアニールは、ある波長を持つ電磁波であるレーザビームが被照射物に吸収される
ことによって吸収された部分に熱が発生し、その熱でもって行われる。しかし、物質があ
る波長の電磁波を吸収する際には、その物質により固有の吸収係数があり、吸収係数の比
較的小さな波長のレーザを十分な厚さのない被照射物に照射した場合、被照射物で吸収し
きれなかったレーザが被照射物を透過することがある。
【００４４】
例えば波長が５３２ｎｍであるＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波をガラス基板上に成
膜された非晶質のケイ素膜に照射した場合、膜厚が２００ｎｍ以上あればそのほとんどが
吸収されて透過しないがそれ以下の膜厚となるとケイ素膜に吸収しきれなかったレーザビ
ームがケイ素膜を透過してしまう。透過したレーザビームは一部がガラス基板表面で反射
され、また一部はガラス基板の底面で反射され、再度ケイ素膜に照射される。ガラス基板
に微少なゆがみや凹凸があると、その部分で反射された二次ビームは角度が変えられてし
まう。角度の変えられた二次ビームはその角度によってガラス基板底面からガラス基板表
面までの光路長に変化が生じ、当該二次ビームが直接照射された一次ビームと干渉を起こ
した際に、常に弱めあう場所と常に強め合う場所ができてしまう。すなわち、ケイ素膜上
に定在波が形成され、この分布がケイ素膜に記録されることになる。
【００４５】
現在フラットパネルディスプレイなどに用いられる薄膜半導体装置の基板として用いら
れるガラス基板の厚さは１０００μｍ前後であり、７００μｍ程度のものが良く利用され
る。７００μｍという厚さは照射するレーザの波長（ここでは５３２ｎｍ）の１０００倍
以上の厚さであり、基板の厚さの１０００分の１の精度で基板全面にわたって板厚制御を
することは非常に困難であり、上記したような微妙なゆがみや凹凸が存在することは想像
に難くない。
【００４６】
そこで、本発明では干渉を起こしてしまう基板裏面で反射された二次ビームがと入射す
る一次ビームが被照射物中で同時に存在する時間を短くあるいは同時に存在しないよう、
パルス幅をｐｓｅｃ（１０-12ｓｅｃ）程度、もしくはそれ以下の極短パルスとすること
で、被照射面へのレーザ照射時間に対する干渉が起こっている時間の割合を下げ、もしく
は０とし、干渉の影響が及びにくくする、もしくは全く干渉しないようにする。
【００４７】
本発明の原理を、本発明を適用することのできる１パターンを示しながら簡単に説明す
る。レーザビームは電磁波であるため、その速度は光と同じであるとされている（約３０
万ｋｍ／ｓ）。パルス幅を本発明の様に１０ｐｓｅｃとした場合、１パルスのレーザが射
出されてから射出が終了するまでの間（１０ｐｓｅｃ）の間にビームは約３ｍｍ進むこと
になる。すなわち、１パルス３ｍｍとみなすことができる。
【００４８】
パルス幅１０ｐｓｅｃ、１パルス３ｍｍ相当のレーザを７００μｍ程度の基板上に形成
された被照射物に照射するとすると、直接照射されている一次ビームと基板裏面より反射
してくる二次ビームが干渉を起こしている時間は照射時間の５０％程度となる。さらにパ
ルス幅を５ｐｓｅｃ程度まで短くすれば全く干渉は起こらなくすることが可能である。こ
れにより被照射物を透過したレーザビームの反射による干渉を抑えることができる為、レ
ーザ照射を均一に行うことがが可能となり、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系
を使用してレーザビームの走査を行ったとしても被照射物面内におけるレーザ照射強度を
均一とすることができる。ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置
は専有面積が小さくスループットが大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつ
つ生産効率を向上させることができるようになる
【００４９】
一方、従来のレーザアニールに用いられるパルスレーザのパルス幅は数十ｎｓｅｃ〜数
百ｎｓｅｃ程度である。そのため、１パルスのレーザが射出されている間にレーザビーム
は３〜１００ｍ進む。この場合、１パルスで３〜１００ｍのレーザビームが出ると言い換
えることができる。
【００５０】
仮にパルス幅１０ｎｓｅｃ、１パルス３ｍ相当の従来用いられるパルス幅のレーザを上
記条件と同様な７００μｍ程度の基板上に形成された被照射物に照射したと考えると、こ
の場合、実に正味の照射時間の９９．５％の間、被照射物中で干渉を起こしている計算と
なる。すなわち、パルス幅を１０ｎｓｅｃから１０ｐｓｅｃにすることで計算上は干渉の
影響による照射ムラを約半分に低減することができ、５ｐｓｅｃとすることで計算上はこ
のような機構で起こる干渉を起こらなくすることができる。
【００５１】
上記は大きな概念の話であったが、以下からはさらに詳しく説明を行う。光がある媒質
中を進むとき、その媒質の屈折率が進む速度に影響する。例えば、屈折率ｎ＝１の空気中
を進む光が屈折率ｎ＝１．５のガラス中に入射したとすると、その速度は空気中の１／１
．５になる。これを考慮して厚さｄで屈折率ｎの基板を用いた場合に基板裏面で反射され
た二次ビームによる干渉を起こさないパルス幅ｔは以下の式を満たせば良い。なお、式中
ｃは真空中の光速とする。また、焦点位置は常に被照射物の表面にあることとし、基板の
厚さｄは焦点位置と被照射物を設置するステージとの距離に概略相当するものとする。
【００５２】
【数１】
0005315392.tif 000002
【００５３】
この式を用いると厚さｄ＝０．７ｍｍのガラス基板（屈折率ｎ＝１．５）を用いて非晶
質ケイ素膜の結晶化を行う際、全く干渉を起こさないパルス幅ｔは約７ｐｓｅｃ以下であ
ることがわかる。なお、真空中の光速ｃ＝３０万ｋｍ／ｓｅｃとして計算した。
【００５４】
上記式（１）を満たすようなパルス幅のレーザビームによりレーザ照射を行えば、ガル
バノミラーを使用して被照射物にレーザ走査を行ったとしても、基板裏面からの反射によ
る干渉を防ぐことができ、被照射物面内の照射エネルギーを均一にすることができるよう
になる。ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さ
くスループットが大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ製品の生産効率
を向上させることができるようになる。
【００５５】
また非晶質半導体膜をレーザ照射により結晶化する場合、レーザビームが有するエネル
ギーの揺らぎが大きいと、結晶化が均一に行なわれず、多結晶半導体膜を活性層として用
いるＴＦＴの特性、例えばオン電流、移動度等にばらつきが生じてしまう。なお、干渉を
起こしていない状態でもレーザビームは±１％のエネルギーの揺らぎを有しているので、
半導体表示装置の画素部に用いられているＴＦＴを形成する際に、該エネルギーの揺らぎ
が±１％よりも小さくなる程度に干渉を抑えることで、干渉に起因する輝度の濃淡が画素
部において視認されてしまうのを防ぐことができると考えられる。
【００５６】
一方、ガラス基板上に形成された非晶質半導体膜に第２高調波のレーザビームを照射す
る場合、該レーザビームは、該非晶質半導体膜の表面において約半分が反射され、残り約
半分が非晶質半導体膜内に進入すると考えられる。半導体表示装置が有するＴＦＴの活性
層に用いられる半導体膜は、その膜厚がおおよそ数十ｎｍ程度であるので、非晶質半導体
の吸収係数を考慮すると、非晶質半導体膜内に進入したレーザビームのうち、さらに約半
分が非晶質半導体膜に吸収され、残りの半分がガラス基板に進入すると考えられる。そし
てガラス基板に進入した光は、その裏面において約４％反射し再び非晶質半導体膜内に進
入する。よって、レーザ発振器から非晶質半導体膜に入射する光に対し、ガラス基板の裏
面において反射することで非晶質半導体膜に入射する光の割合は約２％であり、この２つ
のレーザビームが干渉を起こすと±２％のエネルギーの揺らぎが生じることになる。
【００５７】
したがって、該エネルギーの揺らぎが±１％よりも小さくなる程度に干渉を抑えるため
には、干渉する時間をパルス幅ｔの半分より短くすれば良い。より好ましくは、該２つの
レーザビームが非晶質半導体膜のある１点に同時に照射されている時間が、レーザビーム
のパルス幅の１０％以下に相当するのが良い。パルス幅ｔの半分より短くする場合、式１
から、レーザビームのパルス幅ｔは以下の数２に示す式２を満たせばよいことが分かる。
【００５８】
【数２】
0005315392.tif 000003
【００５９】
なお、レーザビームの適切なパルス幅は条件によって異なる。レーザビームが干渉する
時間をパルス幅のＸ％以下にする場合、パルス幅tは以下の式３を満たせばよい。
【００６０】
【数３】
0005315392.tif 000004
【００６１】
図８に垂直にレーザビームを基板に入射して基板上に形成したシリコン膜を結晶化した
基板の写真を示す。図８（Ａ）は上記したような極短いパルス幅を有するレーザビーム（
この写真の条件ではパルス幅１０ｐｓｅｃ、周波数１６０ＭＨｚ）でもって結晶化を行っ
た基板の写真であり、図８（Ｂ）は連続発振のレーザビームで同様に結晶化を行った基板
の写真である。なお、どちらのレーザビームも波長５３２ｎｍのグレーンレーザであり、
出力１０Ｗで照射した。
【００６２】
連続発振のレーザビームで結晶化を行った基板の写真（図８（Ｂ））には、縦方向に筋
状のムラが確認できるが、これが基板裏面からの２次ビームが照射される１次ビームと干
渉をおこしたことにより発生した照射ムラである。一方、１０ｐｓｅｃのパルス幅を有す
るレーザビームで結晶化を行った基板の写真（図８（Ａ））には、そのような照射ムラは
はっきりとは見て取ることが出来ないほど低減されていることが分かる。なお、これら写
真において一部暗くなって見える部分があるが、これは写真撮影条件でそうなっているよ
うに見えるだけであり、レーザ照射ムラとは関係が無い。
【００６３】
このように、上記したようなパルス幅を有するレーザビームでレーザ照射を行うと、１
次ビームと２次ビームの干渉が最も起こりやすい垂直入射においても干渉によるレーザ照
射ムラを低減させることができることがわかる。
【実施例１】
【００６４】
本実施例では本発明の他の実施例について図１を参照しながら説明する。
【００６５】
１０１はパルス発振のレーザ発振器であり、ピコ秒レベルもしくはそれ以下のパルス幅
のレーザを発振することができるレーザ発振器である。本発明に用いることのできるレー
ザ発振器は、１０ｐｓｅｃ以下の極短パルスのレーザビームが発振できればどのようなレ
ーザでも用いることが可能であり、例えば、エキシマレーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザ、
ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3
レーザ、ＧｄＶＯ4レーザ、セラミックレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサ
ンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザなどを用
いることができる。
【００６６】
本実施例では、２ＷのＹＶＯ4レーザを用いる。レーザ発振器には非線形光学素子が内
蔵されており、非晶質ケイ素膜への吸収率が高い当該レーザの第二高調波である５３２ｎ
ｍの波長のレーザが射出される。レーザ発振器１０１は安定形共振器とし、ＴＥＭ00の発
振モードであることが望ましい。ＴＥＭ00モードの場合、レーザ光はガウス形の強度分布
を持ち、集光性に優れているため、ビームスポットの加工が容易となる。なお、レーザの
種類及び波長はＹＶＯ4レーザの第２の高調波でなくとも良く被照射物１０７に応じて選
択すればよい。発振周波数は８０ＭＨｚ、パルス幅は１０ｐｓｅｃとする。
【００６７】
なお本発明のレーザ照射装置は、非線形光学素子をレーザ発振器１０１が有する共振器
内に設けていても良いし、基本波のレーザ発振器の外に別途非線形光学素子を備えた共振
器を設けていても良い。前者は装置が小型になり、共振器長の精密制御が不要になるとい
う利点を有し、後者は基本波と高調波の相互作用を無視できるという利点を有する。
【００６８】
非線形光学素子には、非線形光学定数の比較的大きいＫＴＰ（ＫＴｉＯＰＯ4）、ＢＢ
Ｏ（β−ＢａＢ2Ｏ4）、ＬＢＯ（ＬｉＢ3Ｏ5）、ＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6Ｏ10）、ＧｄＹ
ＣＯＢ（ＹＣａ4Ｏ（ＢＯ3）3）、ＫＤＰ（ＫＤ2ＰＯ4）、ＫＢ5、ＬｉＮｂＯ3、Ｂａ2Ｎ
ａＮｂ5Ｏ15等の結晶が用いられており、特にＬＢＯやＢＢＯ、ＫＤＰ、ＫＴＰ、ＫＢ5、
ＣＬＢＯ等を用いることで基本波から高調波への変換効率を高めることができる。
【００６９】
レーザ発振器１０１より発振されたレーザビームは光学系１０２により線状ビームに整
形され、被照射物上ビームスポットの長軸方向が７０μｍ、短軸方向が１０μｍの線状に
なるように整形される。なお、本発明及び明細書中において、「線状」とは、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２以上（好ましくは１０〜１００００）のものを線
状と呼ぶ。
【００７０】
ガルバノミラー１０４は図１においてＸ１方向及びＸ２方向（ビームスポットの短軸方
向）にレーザビームを走査するように回転し、ガルバノミラー１０３は図１においてＹ方
向（ビームスポットの長軸方向）レーザビームを走査するように回転する。ｆθレンズ１
０５は前記ガルバノミラー１０３及び１０４によって偏向されたレーザビームの焦点を常
に被照射物である非晶質ケイ素膜１０７上に結ぶ働きをする。
【００７１】
非晶質ケイ素膜１０７は厚さ０．７ｍｍで屈折率が１．５２の旭硝子製ＡＮ１００ガラ
ス基板１０６上にＣＶＤ装置を用いて厚さ６６ｎｍに成膜する。被照射物として非晶質ケ
イ素膜１０７を用いる場合において、レーザビームを照射する前に熱アニールを当該非晶
質ケイ素膜１０７に対して行うことが好ましい。具体的に熱アニールは、例えば窒素雰囲
気下において５００℃、１時間程度で行なえばよい。この熱アニールを行うことで半導体
膜中の水素量を１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下にすることができる。半導体膜中の水
素濃度が高いと、強いレーザを照射した際、水素が一気に放出されることで膜が破壊され
てしまう場合がある。
【００７２】
ビームスポットはガルバノミラー１０４を駆動させることで図１におけるＸ１方向に走
査される。ビームスポットの被照射物上での移動速度は数十ｍｍ／ｓ〜数千ｍｍ／ｓであ
れば良く、本実施例では１００ｍｍ／ｓとする。ガルバノミラー１０４を駆動させること
で被照射物上におけるレーザ照射領域の端部までビームスポットを走査したらガルバノミ
ラー１０３をわずかに駆動させることでＹ方向にわずかにビームスポットを移動させる。
そして再びガルバノミラー１０４を駆動させることでＸ２方向（Ｘ１方向と反対の方向）
にビームスポットを移動させて被照射物にレーザ照射を行う。これらの操作を繰り返すこ
とによって被照射物のレーザ照射領域全面に均一にレーザ照射をすることが可能となる。
【００７３】
このような本発明の構成を用いてレーザ照射を行うことで、ガルバノミラーとｆθレン
ズによる光学系を用いたとしても基板裏面で反射する二次ビームと直接照射される一次ビ
ームの干渉の影響を低減させ、被照射物におけるレーザ照射領域全面により均一なレーザ
照射を行うことができる。また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有
するガルバノミラーとｆθレンズを用いることでこのような均一なレーザ照射を行いなが
らも設備費用を削減し、生産効率を向上させることができるようになる。
【００７４】
なおレーザによる半導体膜の結晶化工程において、ビームスポットを一方向に長い楕円状
または矩形状に加工し、該ビームスポットの短軸方向に走査させて半導体膜を結晶化させ
ることでスループットを高めることができる。加工後のレーザビームの形状が楕円状にな
るのは、元のレーザビームの形状が円形もしくはそれに近い形状であるからである。レー
ザビームの元の形状が長方形状であれば、それをシリンドリカルレンズなどで１方向に拡
大することで長軸がさらに長くなるように加工してから、用いても良い。また複数のレー
ザビームをそれぞれ一方向に長い楕円状または矩形状に加工し、それらをつなげて一方向
にさらに長いビームを作って、スループットをより高めるようにしても良い。
【００７５】
他に、触媒金属を用いた結晶化を施していてもよい。熱アニールを施した半導体膜でも
、触媒金属を用いて結晶化された半導体膜でも、最適なレーザ光の照射条件はほぼ同様で
ある。なお、１０８はステージを示す。
【００７６】
次に図２を用いて、ビームスポット１１０の、非晶質ケイ素膜１０７の表面における走
査経路について説明する。被照射物に相当する非晶質ケイ素膜１０７全面にレーザ光を照
射する場合、ガルバノミラー１０４を用いて一方向への走査を行なった後、ガルバノミラ
ー１０３を用いて、ガルバノミラー１０４による走査方向と交差する方向に、ビームスポ
ット１１０をスライドさせる。
【００７７】
例えば、ガルバノミラー１０４によりビームスポット１１０を一方向に走査する。図２
において、該走査経路をＡ１で示す。次に、ガルバノミラー１０３を用いて、走査経路を
Ａ１に対して垂直の方向にビームスポット１１０をスライドさせる。該スライドによる走
査経路をＢ１で示す。次に、走査経路Ａ１とは反対方向に向かって、ガルバノミラー１０
４によりビームスポット１１０を一方向に走査する。該走査経路をＡ２で示す。次に、ガ
ルバノミラー１０３を用いて、走査経路をＡ２に対して垂直の方向にビームスポット１１
０をスライドさせる。該スライドによる走査経路をＢ２で示す。このように、ガルバノミ
ラー１０４による走査とガルバノミラー１０３による走査とを順に繰り返すことで、非晶
質ケイ素膜１０７全面にレーザ光を照射することができる。
【００７８】
本実施例では、１０ｐｓｅｃ以下の極短パルスのレーザビームを用いることによって、
ガラス基板裏面で反射された二次ビームの干渉を抑え、レーザ照射強度を均一にすること
ができる。また、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの
走査を行ったとしても被照射物面内におけるレーザ照射強度を均一とすることができる。
さらにガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さく
スループットの大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ生産効率を向上さ
せることができるようになる。
【００７９】
なお、パルス幅に対する基板の厚さは本実施例に記載の数値に限定されるわけではなく
、基板裏面から反射してくる二次ビームと直接照射されている一次ビームが干渉を起こし
ている時間に有意差があれば良い。この差の程度は作製される素子のバラツキ程度がどこ
まで許容されるかによるものであり、使用者が適宜決定する事項である。
【実施例２】
【００８０】
本実施例ではピコ秒程度もしくはそれ以下のパルス幅でレーザ発振するレーザ発振器２
０１と一方向に駆動するガルバノミラー２０４を１枚とｆθレンズ２０５、ステージ２０
８及び一方向に動く移動用ロボット２０９を含むレーザ照射装置の例について図３を参照
して説明する。
【００８１】
レーザ発振器２０１から出力されたレーザビームは非線形光学素子２０２により第二高
調波に変換され、光学系２０３によって任意の形状に整形する。本実施例では照射面にお
けるビームスポットの形状が線状になるように光学系２０３を構成する。その後、ガルバ
ノミラー２０４及びｆθレンズ２０５を用いてガラス基板２０６上に形成された半導体膜
２０７において線状レーザビームをＸ１方向に走査する。なお、線状ビームを使用する場
合、ビームスポットの短軸方向をＸ１方向及びＸ２方向と一致させると効率的にレーザ照
射を行うことができる。
【００８２】
ガルバノミラー２０４を駆動させることによりビームスポットを半導体膜２０７のレー
ザ照射領域におけるＸ１方向の端部までビームスポットを走査したら、移動用ロボット２
０９を用いてステージ２０８をガルバノミラー２０４による走査方向と直交する方向、す
なわち図３におけるＹ方向にステージ２０上の基板２０６を移動させる。そして次はＸ２
方向にガルバノミラー２０４を用いることによってビームスポットを走査し、レーザビー
ムを照射する。この走査を繰り返し行うことで半導体膜２０７のレーザ照射領域全面にレ
ーザを照射することができる。
【００８３】
なお、その他の構成要件については実施例１と同様であるので割愛する。
【００８４】
本実例では、ピコ秒程度もしくはそれ以下の極短パルスのレーザビームを用いることに
よって、レーザビームが垂直に被照射物に入射した際もガラス基板裏面で反射された二次
ビームが引き起こす干渉を抑えることができるため被照射物面内のレーザ照射強度を均一
にすることができる。また、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレー
ザビームの走査を行ったとしても被照射物面内におけるレーザ照射強度を均一にすること
ができる。ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小
さくスループットが大きいという特徴を有するため、設備費用を削減しつつ生産効率を向
上させることができるようになる。
【実施例３】
【００８５】
本実施例では本発明の他の実施態様について図４を参照しながら説明する。本実施例で
は基板上に形成された非晶質半導体膜のうちＴＦＴが形成される位置のみをレーザ結晶化
する例について紹介する。
【００８６】
レーザ発振器４０１はピコ秒程度もしくはそれ以下の極短パルスのレーザビームを発振
することのできるレーザ発振器である。このレーザ発振器４０１によりパルス幅１０ｐｓ
ｅｃ、波長５３２ｎｍ、出力８Ｗ、繰り返し周波数８０ｋＨｚ、及びビーム径０．６ｍｍ
のレーザビームを発振する。発振したレーザビームは光学系４０２によって任意の形状に
整形する。本実施例では一軸方向にのみ作用するシリンドリカルレンズを用いて照射面で
ある基板４０７上に形成された半導体膜４０８上でビーム形状が長軸方向に３００μｍ、
短軸方向に１０μｍの線状となるように短軸方向のみ整形する。
【００８７】
光学系４０２から射出したレーザビームはシャッター４０３に入射する。シャッター４
０３はｋＨｚオーダ以上でスイッチングが可能な音響光学素子（Ａ／Ｏ素子）もしくは電
気光学素子（Ｅ／Ｏ素子）を用いるとよい。本実施例ではＡ／Ｏ素子を用いる。
【００８８】
シャッター４０３を通過したレーザビームはガルバノミラー４０４、４０５によってＸ
１，Ｘ２方向もしくはＹ方向に進路を変えられ、ｆθレンズ４０６によってガラス基板４
０７上の半導体膜４０８上に焦点を結ぶ。ここで半導体膜４０８は非晶質ケイ素膜であり
、厚さ０．７ｍｍ、屈折率１．５２の旭硝子製ＡＮ１００ガラス基板４０７上にプラズマ
ＣＶＤ装置を用いることによって６６ｎｍの厚さで成膜する。なお、上記のような方法で
形成した非晶質ケイ素膜には多くの水素が含まれており、レーザビームにより急激に加熱
されるとその水素が一気に放出されることで膜が破壊されることがあるため窒素雰囲気下
５００度で１時間の熱アニールを行う。
【００８９】
ガルバノミラー４０４、４０５を駆動させてレーザビームスポットを短軸方向（Ｘ１も
しくはＸ２方向）に４００ｍｍ／ｓで移動させ、レーザ照射を行う。このとき、シャッタ
ー４０３を上記ガルバノミラー４０４、４０５に連動させ、ＴＦＴ作製位置４０９のみレ
ーザビームを照射するように制御する。シャッター４０３及びガルバノミラー４０４、４
０５を同時に制御することでＴＦＴ作製位置４０９のみをレーザアニールすることができ
る。
【００９０】
ガルバノミラーを用いた場合、ステージを移動させてレーザ照射する場合と比較して加
速・減速にほとんど時間がかからない。さらに、ガルバノミラーに組み合わせて音響光学
効果を用いたＡ／Ｏ素子か電気光学効果を用いたＥ／Ｏ素子をレーザビームのシャッター
として同時に用いればＴＦＴを作り込む場所のみをねらってレーザ照射することが容易に
行える。これによりプロセス時間をさらに短縮することが可能である。
【００９１】
また、１０ｐｓｅｃという極短いパルス幅のレーザビームを照射しているため、基板裏
面で反射された二次ビーム起因の干渉を抑えることができ、被照射物面内の照射エネルギ
ー強度を均一にすることができるため、より均一な結晶化を行うことが可能である。また
、ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの走査を行ったと
しても被照射物面内におけるレーザ照射強度を均一にすることができる。ガルバノミラー
とｆθレンズの光学系を用いたレーザ照射装置は専有面積が小さくスループットが大きい
という特徴を有するため、設備費用を削減しつつ生産効率を向上させることができるよう
になる。
【実施例４】
【００９２】
半導体膜に連続発振のレーザ照射装置を用いてレーザを照射すると、ビームスポットの
走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。走査方向に向かって成
長した結晶粒が形成されている領域は、結晶性が非常に優れている。そのため、該領域を
ＴＦＴのチャネル形成領域に用いることで、極めて高い移動度や、オン電流を有するＴＦ
Ｔを得ることが期待できる。しかし、連続発振のレーザを用いると、非線形光学素子の寿
命が短い、ビームスポットの面積が小さい、基板への熱的影響が大きい等の不都合な点が
多い。
【００９３】
本発明ではパルス幅が極短いレーザを用いることから、発振周波数を非常に高くするこ
とが可能になる。そのため、半導体膜がレーザビームによって溶融してから固化する迄に
次のパルスのレーザビームを照射することが可能となる。これにより、連続発振のレーザ
照射装置を用いて半導体膜を結晶化した際と同様にビームスポットの走査方向に向かって
連続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【００９４】
このような結晶化の方法では発振周波数は高いものの、連続発振ではなくパルス発振で
あるため、連続発振のレーザより非線形光学素子の寿命も長く、ビームスポットも大きく
、基板への熱的影響も少ないという特徴を有し且つ結晶性の優れた走査方向に向かって連
続的に成長した結晶粒を得ることができる。
【００９５】
また、連続発振のレーザを被照射物に垂直に入射すると常に基板裏面で反射された二次
ビームによる干渉が起き、レーザの照射ムラが起こってしまうが、本発明の構成を適用す
ればこのような基板裏面で反射された二次ビームによる干渉の影響を低減もしくは解消し
つつ、非常に結晶性に優れたビームスポットの走査方向に連続的に成長した結晶粒を得る
ことができる。
【００９６】
このようなビームスポットの走査方向に連続的に成長した結晶粒を得ることのできる発
振周波数は１０ＭＨｚ以上であり通常用いられる数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周波数帯よ
り著しく高い周波数を用いる。パルス発振でレーザビームを半導体膜に照射してから半導
体膜が完全に固化するまでの時間は数１０ｎｓｅｃ〜数１００ｎｓｅｃと言われており、
本実施例では上記周波数帯を用いることで半導体膜がレーザビームによって溶融してから
固化する迄に次のパルスのレーザビームを照射することができる。従って、従来のパルス
発振のレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させる
ことができるので走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成さ
れる。具体的には結晶粒の走査方向における長さが１０〜３０μｍ、走査方向に対して垂
直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合体を得ることができる。
【００９７】
レーザ光が照射され、走査方向に向かって成長した結晶粒が形成されている領域は、結
晶性が非常に優れている。そのため、該領域をＴＦＴのチャネル形成領域に用いることで
、極めて高い移動度や、オン電流を期待できる。しかし半導体膜のうち、そのような高い
結晶性が必要とされない部分が存在する場合、該部分にはレーザ光を照射しないようにし
ても良い。もしくは、走査の速度を増加させるなど、高い結晶性が得られないような条件
でレーザ光の照射を行うようにしても良い。
【００９８】
本実施例は実施の形態、実施例１もしくは実施例２と組み合わせて用いることができる
。なお、実施例３と組み合わせることで、レーザ走査方向に連続的に成長した大粒径結晶
膜を任意の位置（ＴＦＴ作製位置など）に作製することが可能となり、プロセス時間を短
縮することが可能となる。すなわち、任意の位置のみにきわめて高い移動度やオン電流を
有するＴＦＴを作製することができ、その他の要素が重要である素子を作製する場所には
それに合った結晶化状態の半導体膜を使用することが可能となる。
【実施例５】
【００９９】
本実施例では本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法を用いて表示装置に用いられ
る半導体素子を形成する方法について図５、図６を用いて説明する。
【０１００】
まず、基板８００上に下地絶縁膜８０１を形成してから非晶質ケイ素膜を成膜し、レー
ザを照射することで結晶質ケイ素膜とする。このレーザ照射に本発明のレーザ照射装置及
びレーザ照射方法を適用する。
【０１０１】
基板８００としてはガラス基板、石英基板、結晶性ガラスなどの絶縁性基板や、セラミ
ック基板、ステンレス基板、金属基板（タンタル、タングステン、モリブデン等）、半導
体基板、プラスチック基板（ポリイミド、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリ
カーボネート、ポリアリレート、ポリエーテルスルホン等）等を用いることができるが、
少なくともプロセス中に発生する熱に絶えうる材料を使用する。これら基板は必要に応じ
てＣＭＰ等により研磨してから使用してもよい。本実施の形態においては屈折率１．５、
厚さ０．７ｍｍのガラス基板を使用する。
【０１０２】
下地膜８０１は基板８００中のアルカリ金属やアルカリ土類金属が、結晶性ケイ素膜中
に拡散するのを防ぐ為に設ける。このような元素は結晶性ケイ素膜の半導体特性に悪影響
をおよぼしてしまうためである。材料としては酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化酸化ケイ素
及び酸化窒化ケイ素などを用いることができ、単層または積層構造とすることにより形成
する。なお、アルカリ金属やアルカリ土類金属の拡散の心配のない基板であれば特に下地
絶縁膜は設ける必要がない。
【０１０３】
本実施例においては下地絶縁膜８０１は積層構造により作製し、１層目の絶縁膜として
窒化酸化ケイ素膜を５０ｎｍ、２層目の絶縁膜として酸化窒化ケイ素膜を１００ｎｍで形
成する。なお、窒化酸化ケイ素膜と酸化窒化ケイ素膜はその窒素と酸素の割合が異なって
いることを意味しており、前者の方がより窒素の含有量が高いことを示している。１層目
の下地膜は、プラズマＣＶＤ法により、原料ガスにＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3、Ｈ2を使用し
、圧力が４０Ｐａ、ＲＦパワーが５０Ｗ、ＲＦ周波数が６０ＭＨｚ、基板温度が４００℃
として形成する。２層目の下地膜は同じくプラズマＣＶＤ法により、原料ガスにＳｉＨ4
、Ｎ2Ｏを用い、圧力が４０Ｐａ、ＲＦパワーが１５０Ｗ、ＲＦ周波数が６０ＭＨｚ、基
板温度が４００度の条件で形成する。
【０１０４】
続いて下地絶縁膜上に非晶質ケイ素膜を２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ
）の膜厚で形成する。作製方法としては、公知の方法、例えばスパッタ法、減圧ＣＶＤ法
、またはプラズマＣＶＤ法等が使用できる。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法により
膜厚５０ｎｍに形成する。
【０１０５】
この後レーザを照射することによって結晶化を行うのだが、このような非晶質ケイ素膜
中には水素が多く含まれており、結晶化を行うに当たって強いレーザエネルギーを受ける
とその水素が突沸し膜を破壊する可能性があるため５００℃、１時間の加熱処理を行って
、水素出しを行う。
【０１０６】
次に、本発明のレーザ照射装置を用いて、非晶質ケイ素膜を結晶化し、結晶質半導体膜
を形成する。本実施例ではガルバノミラーとｆθレンズを用いることでレーザビームの走
査をおこない、レーザビームとして、エネルギー２Ｗ、ＴＥＭ00の発振モード、第２高調
波（５３２ｎｍ）、発振周波数８０ＭＨｚ、パルス幅７ｐｓｅｃのＹＶＯ4レーザを用い
る。なお、被照射物である非晶質ケイ素膜上に形成されるビームスポットの形状は、光学
系を用いることによって短軸１０μm、長軸７０μｍの矩形状とする。なお本発明は、本
実施例で示した照射条件に限定されない。
【０１０７】
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
法により結晶質ケイ素膜の結晶化を行い、結晶質半導体膜を形成する。ステージは数十ｍ
ｍ/ｓｅｃ〜数千ｍｍ/ｓｅｃ程度が適当であり、ここでは４００ｍｍ/ｓｅｃとする。
【０１０８】
ガルバノミラーとｆθレンズを用いた光学系を使用してビームスポットの走査を行った
本実施例では、非晶質ケイ素膜上に垂直にレーザビームが入射する部分があり、波長５３
２ｎｍのレーザビームは厚さ５０ｎｍの非晶質ケイ素膜を一部透過して基板裏面より反射
するが、パルス幅が７ｐｓｅｃと非常に狭いため、従来と比較し入射するレーザビームと
干渉を起こしている時間が著しく短く、均一にレーザ照射することができる。結果として
結晶化状態のムラが非常に小さくなり安定した特性を有する半導体素子を作製することが
できる。また、専有面積が小さくスループットの大きいという特徴を有するガルバノミラ
ーとｆθレンズを用いた光学系を使用してレーザビームの走査を行っているため、設備費
用を削減しつつ生産効率を向上させることができるようになる。
【０１０９】
なお、発振周波数を１０ＭＨｚ以上とすることでレーザビームの走査される方向に連続
して長く形成された結晶粒を得ることもでき、該方向をＴＦＴのチャネル方向とすること
で非常に特性の良いＴＦＴを作製することも可能となる。ただし、この構成は本発明を実
施するに当たり必須の項目ではなく、周波数は使用者が適宜定めることができるものであ
る。
【０１１０】
結晶化の方法としては他に非晶質ケイ素膜の結晶化を促進する元素を用い、加熱処理を
行うことによって行う方法もある。結晶化を促進する元素とは、代表的にはニッケルが挙
げられ、このような元素を用いることによって用いない場合に比べて低温、短時間で結晶
化が行われるためガラス基板など比較的熱に弱い基板を使用する際に好適に用いることが
可能である。このような結晶化を促進する元素としては、ニッケルの他に鉄、パラジウム
、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金などがある。この中から一種もしくは複数種を用い
ればよい。
【０１１１】
このような元素の添加方法としては、例えばこのような元素の塩を溶媒に溶かしてスピ
ンコート法やディップ法などで塗布する方法がある。溶媒としては有機溶媒や水などが使
用できるが、ケイ素膜上に直接触れるため、半導体特性に悪影響を及ぼさないものを選ぶ
ことが肝要である。また、塩についても同様である。
【０１１２】
結晶化を促進する元素を用いて結晶化を行った後、レーザを照射することによりその結
晶性の改善を行っても良い。この際も本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法を用い
ることが可能である。使用するレーザ及び条件はレーザ結晶化の際の条件と同一でよいの
で割愛する。
【０１１３】
続いて、結晶質ケイ素膜に必要に応じてしきい値をコントロールするための微量の不純
物を添加する、いわゆるチャネルドーピングを行う。要求されるしきい値を得るために、
ボロンもしくはリン等をイオンドーピング法などにより添加する。
【０１１４】
その後、図５（Ａ）に示すように、所定の形状にパターニングし、島状の結晶質ケイ素
膜８０１ａ〜８０１ｄを得る。パターニングは、結晶質ケイ素膜にフォトレジストを塗布
し、所定のマスク形状を露光し、焼成して、結晶性半導体膜上にマスクを形成し、このマ
スクを用いて、ドライエッチング法により結晶質ケイ素膜をエッチングすることで行われ
る。ドライエッチング法のガスは、ＣＦ4と、Ｏ2等を用いて行えば良い。
【０１１５】
続いて、結晶性半導体膜８０１ａ〜８０１ｄを覆うようにゲート絶縁膜を形成する。ゲ
ート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い膜厚を４０〜１５０nmとしてケイ
素を含む絶縁膜で形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜はプラズマＣＶＤ法により酸化
窒化珪素膜を１１５nmの厚さに形成する。
【０１１６】
次いで、ゲート絶縁膜上に第１の導電層として膜厚３０ｎｍの窒化タンタル（ＴａＮ）
８０２とその上に第２の導電層として膜厚３７０ｎｍのタングステン（Ｗ）８０３を形成
する。ＴａＮ膜、Ｗ膜共スパッタ法で形成すればよく、ＴａＮ膜はＴａのターゲットを用
いて窒素雰囲気中で、Ｗ膜はＷのターゲットを用いて成膜すれば良い。
【０１１７】
なお、本実施例では第１の導電層を膜厚３０ｎｍのＴａＮ、第２の導電層を膜厚３７０
ｎｍのＷとしたが、第１の導電層と第２の導電層は共にＴａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃ
ｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合
物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素膜に代
表される半導体膜を用いてもよい。また、ＡｇＰｄＣｕ合金を用いてもよい。さらに、そ
の組み合わせも適宜選択すればよい。膜厚は第１の導電層が２０〜１００ｎｍ、第２の導
電層が１００〜４００ｎｍの範囲で形成すれば良い。また、本実施例では、２層の積層構
造としたが、１層としてもよいし、もしくは３層以上の積層構造としてもよい。
【０１１８】
次に、前記導電層をエッチングして電極及び配線を形成するため、フォトリソグラフィ
ーにより露光工程を経てレジストからなるマスクを形成する。第１のエッチング処理では
第１のエッチング条件と第２のエッチング条件でエッチングを行う。レジストによるマス
クを用い、エッチングし、ゲート電極及び配線を形成する。エッチング条件は適宜選択す
れば良い。
【０１１９】
本法では、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結
合プラズマ）エッチング法を使用した。第１のエッチング条件として、エッチング用ガス
にＣＦ4、Ｃｌ2とＯ2を用い、それぞれのガス流量を２５／２５／１０（ｓｃｃｍ）とし
、１．０Ｐａの圧力でコイル型電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し
てプラズマを生成してエッチングを行う。基板側（試料ステージ）にも１５０ＷのＲＦ（
１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。この第１
のエッチング条件によりＷ膜をエッチングして第１の導電層の端部をテーパー形状とする
。
【０１２０】
続いて、第２のエッチング条件に移ってエッチングを行う。レジストからなるマスクを
のこしたまま、エッチング用ガスにＣＦ4とＣｌ2を用い、それぞれのガス流量を３０／３
０（ｓｃｃｍ）、圧力１．０Ｐａでコイル型の電極に５００ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ
）電力を投入してプラズマを生成して約１５秒程度のエッチングを行う。基板側（試料ス
テージ）にも２０ＷのＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）電力を投入し、実質的に負の自己バイア
ス電圧を印加する。ＣＦ4とＣｌ2を混合した第２のエッチング条件ではＷ膜及びＴａＮ膜
とも同程度にエッチングされる。なお、ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチング
するためには、１０〜２０％程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。この第１
のエッチング処理において、導電層に覆われていないゲート絶縁膜は２０ｎｍ〜５０ｎｍ
程度エッチングされ、基板側に印加されたバイアス電圧の効果により第１の導電層及び第
２の導電層の端部はテーパー状となる。
【０１２１】
次いで、レジストからなるマスクを除去せずに第２のエッチング処理を行う。第２のエ
ッチング処理では、エッチング用のガスにＳＦ6とＣｌ2とＯ2を用い、それぞれのガス流
量を２４／１２／２４（ｓｃｃｍ）とし、１．３Ｐａの圧力でコイル側の電力に７００Ｗ
のＲＦ(１３．５６ＭＨｚ)電力を投入してプラズマを発生して２５秒程度エッチングを行
う。基板側（試料ステージ）にも１０ＷのＲＦ(１３．５６ＭＨｚ)電力を投入し、実質的
に負の自己バイアス電圧を印加する。このエッチング条件ではＷ膜が選択的にエッチング
され、第２形状の導電層を形成する。このとき第１の導電層はほとんどエッチングされな
い。第１、第２のエッチング処理によって第１の導電層８０２ａ〜８０２ｄ、第２の導電
層８０３ａ〜８０３ｄよりなるゲート電極が形成される。
【０１２２】
そして、レジストからなるマスクを除去せず、第１のドーピング処理を行う。これによ
り、結晶性半導体層にＮ型を付与する不純物が低濃度に添加される。第１のドーピング処
理はイオンドープ法又はイオン注入法で行えば良１オンドープ法の条件はドーズ量が１×
１０13〜５×１０14ｉｏｎｓ／ｃｍ2、加速電圧が４０〜８０ｋＶで行えばよい。本実施
の形態では加速電圧を５０ｋＶとして行う。Ｎ型を付与する不純物元素としては１５族に
属する元素を用いることができ、代表的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）が用いられる
。本実施例ではリン（Ｐ）を使用する。その際、第１の導電層をマスクとして、自己整合
的に低濃度の不純物が添加されている第１の不純物領域（Ｎ--領域）が形成される。
【０１２３】
続き、レジストからなるマスクを除去する。そして新たにレジストからなるマスクを形
成して第１のドーピング処理よりも高い加速電圧で、第２のドーピング処理を行う。第２
のドーピング処理もＮ型を付与する不純物を添加する。イオンドープ法の条件はドーズ量
を１×１０13〜３×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2、加速電圧を６０〜１２０ｋＶとすれば良い
。本実施の形態ではドーズ量を３．０×１０15ｉｏｎｓ／ｃｍ2とし、加速電圧を６５ｋ
Ｖとして行う。第２のドーピング処理は第２の導電層を不純物元素に対するマスクとして
用い、第１の導電層の下方に位置する半導体層にも不純物元素が添加されるようにドーピ
ングを行う。
【０１２４】
第２のドーピングを行うと、結晶性半導体層の第１の導電層と重なっている部分のうち
、第２の導電層に重なっていない部分もしくはマスクに覆われていない部分に、第２の不
純物領域（Ｎ-領域）が形成される。第２の不純物領域には１×１０18〜５×１０19ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ3の濃度範囲でＮ型を付与する不純物が添加される。また、結晶性半導体膜
のうち、第１形状の導電層にもマスクにも覆われておらず、露出している部分（第３の不
純物領域：Ｎ+領域）には１×１０19〜５×１０21ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の範囲で高濃度にＮ
型を付与する不純物が添加される。また、一部マスクのみに覆われている部分がある。こ
の部分のＮ型を付与する不純物の濃度は、第１のドーピング処理で添加された不純物濃度
のままであるので、引き続き第１の不純物領域（Ｎ--領域）と呼ぶことにする。
【０１２５】
なお、本実施例では２回のドーピング処理により各不純物領域を形成したが、これに限
定されることは無く、適宜条件を設定して、一回もしくは複数回のドーピングによって所
望の不純物濃度を有する不純物領域を形成すれば良い。
【０１２６】
次いで、レジストからなるマスクを除去した後、新たにレジストからなるマスクを形成
し、第３のドーピング処理を行う。第３のドーピング処理により、Ｐチャネル型ＴＦＴと
なる半導体層に前記第１の不純物領域及び前記第２の不純物領域とは逆の導電型を付与す
る不純物元素が添加された第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域
）が形成される。
【０１２７】
第３のドーピング処理では、レジストからなるマスクに覆われておらず、更に第１の導
電層とも重なっていない部分に、第４の不純物領域（Ｐ+領域）が形成され、レジストか
らなるマスクに覆われておらず、且つ第１の導電層と重なっており、第２の導電層と重な
っていない部分に第５の不純物領域（Ｐ-領域）が形成される。Ｐ型を付与する不純物元
素としては、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）など周期律表第１
３族の元素が知られている。
【０１２８】
本実施例では、第４の不純物領域及び第５の不純物領域を形成するＰ型の不純物元素と
してはホウ素（Ｂ）を選択し、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）を用いたイオンドープ法で形成した。
イオンドープ法の条件としては、ドーズ量を１×１０16ｉｏｎｓ／ｃｍ2とし、加速電圧
を８０ｋＶとする。
【０１２９】
なお、第３のドーピング処理の際には、Ｎチャネル型ＴＦＴを形成する部分はレジスト
からなるマスクに覆われている。
【０１３０】
ここで、第１及び第２のドーピング処理によって、第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び
第５の不純物領域（Ｐ-領域）にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されている。しかし
、第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）のいずれの領域におい
ても、第３のドーピング処理によって、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される。そのため、第４の不
純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）は、Ｐチャネル型ＴＦＴのソース
領域及びドレイン領域として問題無く機能する。
【０１３１】
なお、本実施例では、第３のドーピング一回で、第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第
５の不純物領域（Ｐ-領域）を形成したが、ドーピング処理の条件によって適宜複数回の
ドーピング処理により第４の不純物領域（Ｐ+領域）及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）を
形成してもよい。
【０１３２】
これらのドーピング処理によって、第１の不純物領域（Ｎ--領域）８０４、第２の不純
物領域（Ｎ-領域）８０５、第３の不純物領域（Ｎ+領域）８０６、８０７、第４の不純物
領域（Ｐ+領域）８０８、８０９、及び第５の不純物領域（Ｐ-領域）８１０、８１１が形
成される。
【０１３３】
次いで、レジストからなるマスクを除去して第１のパッシベーション膜８１２を形成す
る。この第１のパッシベーション膜としてはケイ素を含む絶縁膜を１００〜２００ｎｍの
厚さに形成する。成膜法としてはプラズマＣＶＤ法や、スパッタ法を用いればよい。
【０１３４】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成
する。窒素を含む酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｎ
Ｈ3から作製される酸化窒化ケイ素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製される酸化窒化ケ
イ素膜、あるいはＳｉＨ4、Ｎ2ＯをＡｒで希釈したガスから形成される酸化窒化ケイ素膜
を形成すれば良い。また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ4、Ｎ2Ｏ、Ｈ2から作
製される酸化窒化水素化ケイ素膜を適用しても良い。もちろん、第１のパッシベーション
膜８１２は、本実施の形態のような酸化窒化ケイ素膜の単層構造に限定されるものではな
く、他のケイ素を含む絶縁膜を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。
【０１３５】
次いで、第１のパッシベーション膜８１２上に、層間絶縁膜８１３を形成する。層間絶
縁膜としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、Ｃ
ＶＤ法により形成された酸化ケイ素膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法によ
り塗布された酸化ケイ素膜などを用いることができ、有機絶縁膜としてはポリイミド、ポ
リアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ
型感光性有機樹脂、ケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成され、置換基に少なくとも水
素を含む材料、またはそれに加えて置換基にフッ素、アルキル基、または芳香族炭化水素
のうち少なくとも１種を有する材料、いわゆるシロキサンの膜を用いることができる。ま
た、それらの積層構造を用いても良い。
【０１３６】
本実施例では、シロキサンにより層間絶縁膜８１３を形成する。層間絶縁膜としては、
シロキサン系ポリマーを全面塗布した後、５０〜２００℃、１０分間の熱処理によって乾
燥させ、さらに３００〜４５０℃、１〜１２時間の焼成処理を行う。この焼成により、１
μｍ厚のシロキサンの膜が全面に成膜される。この工程は、シロキサン系ポリマーの焼成
を行うと共に、第１のパッシベーション膜８１２中の水素によって、半導体層を水素化及
び半導体中の不純物の活性化をすることが可能であるため、工程数を削減でき、プロセス
を簡略化することが可能である。水素化は、第１のパッシベーション膜に含まれる水素に
よって、半導体層のダングリングボンドを終端するものである。
【０１３７】
シロキサン以外の材料で層間絶縁膜を形成する場合には、水素化及び活性化の為に加熱
処理が必要となる。その場合は層間絶縁膜を形成する前に別に加熱処理（熱処理）を行う
工程が必要となる。熱処理法としては、酸素濃度が１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐ
ｍ以下の窒素雰囲気中において４００〜７００℃で行えば良い、熱処理法の他に、レーザ
ーアニール法、又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。
レーザアニール法には本発明のレーザ照射方法及びレーザ照射装置を用いることができる
。
【０１３８】
また、第１のパッシベーション膜８１２を形成する前に活性化の為の加熱処理を行って
もよい。但し、第１の導電層８０２ａ〜８０２ｄ及び第２の導電層８０３ａ〜８０３ｄを
構成する材料が熱に弱い場合には、本実施の形態のように配線などを保護するため、第１
のパッシベーション膜８１２を形成した後で熱処理を行うことが望ましい。さらに、この
場合、第１のパッシベーション膜がないため、パッシベーション膜に含まれる水素を利用
しての水素化は行うことができない。この場合は、プラズマにより励起された水素を用い
る手段（プラズマ水素化）を用いての水素化や、３〜１００％の水素を含む雰囲気中にお
いて、３００〜４５０℃で１〜１２時間の加熱処理による水素化を用いれば良い。
【０１３９】
この後、層間絶縁膜８１３を覆うように、ＣＶＤ法により窒化酸化珪素膜又は酸化窒化
珪素膜を形成しても良い。この膜は、後に形成される導電膜をエッチングするときに、エ
ッチングストッパーとして働き、層間絶縁膜のオーバーエッチングを防止することができ
る。さらにこの上に、スパッタリング法により窒化珪素膜を形成してもよい。この窒化珪
素膜は、アルカリ金属イオンの移動を抑制する働きがあるため、後に形成される画素電極
からのリチウム元素、ナトリウム等の金属イオンが半導体薄膜へ移動するのを抑制するこ
とができる。
【０１４０】
次に、層間絶縁膜のパターニング及びエッチングを行い、結晶質半導体層８０１ａ〜８
０１ｄに達するコンタクトホールを形成する。コンタクトホールのエッチングは、ＣＦ4
とＯ2とＨｅの混合ガスを用いてシロキサン膜をエッチングし、続いてＣＨＦ3のガスによ
りゲート絶縁膜である酸化シリコン膜をエッチングし、除去することで形成する。
【０１４１】
続いて、コンタクトホール中に金属膜を積層し、パターニングしてソース電極及びドレ
イン電極を形成する。本実施例では、窒素を含むチタン膜上に、チタン−アルミニウム合
金膜とチタン膜を積層しそれぞれ１００ｎｍ＼３５０ｎｍ＼１００ｎｍに積層したのち、
所望の形状にパターニング及びエッチングして３層で形成されるソース電極及び／又はド
レイン電極８１４〜８２１を形成する。
【０１４２】
一層目の窒素を含むチタン膜はターゲットをチタンとし、窒素とアルゴンの流量比を１
：１としてスパッタリング法により形成する。上記のような窒素を含むチタン膜を、シロ
キサン系の膜の層間絶縁膜上に形成すると、剥離しにくく、且つ結晶性ケイ素膜と低抵抗
接続を有する配線を形成することができる。
【０１４３】
ここまでで、ＴＦＴや容量などの半導体素子を作製することができる。本発明によるレ
ーザ照射装置及びレーザ照射方法を用いてＴＦＴや容量などの半導体素子に使用される半
導体膜の結晶化を行ったことで基板裏面より反射された二次ビームによる干渉が起きるの
を低減しつつ、良好なスループットを得ることが可能となる。結果として生産効率を向上
させつつも基板上に形成された半導体素子の特性はより均一なものとなり、表示装置の画
素部として用いられたとしても結晶状態の不均一により現れるＴＦＴの特性ムラが視認さ
れることを防止することができる。これにより、高品質な画像の表示装置を従来より低価
格で提供することが可能となる。
【実施例６】
【０１４４】
本実施例では実施例３で作製する素子基板を用いて発光表示装置を作製する例について
図６を参照しながら説明する。本実施例で説明する発光表示装置は一対の電極間に発光す
る物質を含む層を挟み込み、電極間に電流を流すことで発光する素子をマトリクス状に配
列させたものである。
【０１４５】
発光素子の励起状態には一重項励起と三重項励起が知られ、発光はどちらの励起状態を
経ても可能であると考えられている。故に、素子の特徴によって一つの発光表示装置内に
おいて、一重項励起状態の素子あるいは三重項励起状態の素子を混在させても良い。例え
ばＲＧＢの三色において、赤に三重項励起状態を取る素子、青と緑に一重項励起状態を取
る素子としても良い。また、三重項励起状態を取る素子は一般に発光効率が良いため、駆
動電圧の低下にも貢献する。
【０１４６】
発光素子の材料としては、低分子、高分子、低分子と高分子の間の性質を持つ中分子の
発光材料があるが、本実施例では低分子の発光材料を使用する。低分子材料も高分子材料
も溶媒に溶かすことでスピンコートやインクジェット法により塗布することができる。ま
た、有機材料のみではなく、無機材料との複合材料も使用することができる。
【０１４７】
前工程によって作製されたＴＦＴのドレイン電極と一部重なるようにして、発光素子の
第１の電極９０１を形成する。第１の電極は発光素子の陽極、または陰極になる電極であ
り、陽極とする場合は仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混
合物などを用いることが好ましい。仕事関数としては仕事関数４．０eV以上がだいたいの
目安となる。具体例な材料としては、ＩＴＯ（indium tin oxide）、酸化インジウムに２
〜２０%の酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（indium zinc oxide）、酸化インジウム
に２〜２０%の酸化珪素（ＳｉＯ2）を混合したＩＴＳＯ、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニ
ッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ
）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、又は金属材料の窒化物（Ｔｉ
Ｎ）等を用いることができる。
【０１４８】
陰極として用いる場合は、仕事関数の小さい（仕事関数３．８eV以下が目安）金属、合
金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることが好ましい。具体的な材料
としては、元素周期律の１族又は２族に属する元素、すなわちＬｉやＣｓ等のアルカリ金
属、及びＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（Ｍｇ−Ａｇ、
Ａｌ−Ｌｉ）や化合物（ＬｉＦ、ＣｓＦ、ＣａＦ2）の他、希土類金属を含む遷移金属を
用いて形成することができる。但し、本実施の形態において第１の電極は透光性を有する
ように形成するため、これら金属、又はこれら金属を含む合金を非常に薄く形成し、ＩＴ
Ｏ、ＩＺＯ、ＩＴＳＯ又はその他の金属（合金を含む）との積層により形成する。
【０１４９】
本実施例では第１の電極９０１は陽極とし、ＩＴＳＯを用いる。電極としてＩＴＳＯを
用いた場合は真空ベークを行うと発光表示装置の信頼性が向上する。
【０１５０】
また、本実施例において第１の電極はＴＦＴのソース電極及びドレイン電極を作製した
後に形成されるが、始めに第１の電極を形成しその後ＴＦＴの電極を作製してもかまわな
い。
【０１５１】
画素部のＴＦＴに接続されている画素電極である第１の電極９０１の端部を覆うように
絶縁膜９０２を形成する。この絶縁膜９０２は土手や隔壁と呼ばれるものである。絶縁膜
９０２としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、
ＣＶＤ法により形成された酸化ケイ素膜や、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法に
より塗布された酸化ケイ素膜などを用いることができ、有機絶縁膜としては感光性または
非感光性のポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリルまたはポ
ジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂、ケイ素と酸素との結合で骨格構造が構成さ
れ、置換基に少なくとも水素を含む材料、またはそれに加えて置換基にフッ素、アルキル
基、または芳香族炭化水素のうち少なくとも１種を有する材料、いわゆるシロキサンの膜
を用いることができる。また、それらの積層構造を用いても良い。感光性の有機物を使用
して形成すると、曲率半径が連続的に変化する形状をもつ開口部が形成できるため、電界
発光層を蒸着する際に段切れなどが起こりにくいものとなり好適である。本実施例では感
光性のポリイミドを使用する。
【０１５２】
続いて、蒸着装置を用いて、蒸着源を移動させながら蒸着を行う。蒸着は真空度が０．
６６７Ｐａ以下、好ましくは１．３３×１０-2〜１．３３×１０-4Ｐａまで真空排気され
た成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、抵抗加熱により、予め有機化合物は気化されており、
蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。気化された有機化合物は、
上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って基板に蒸着され、電界発光層９
０３（第１の電極側から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、積層体、電子注入層）を形成
する。なお、電界発光層９０３の構成はこのような組み合わせの積層でなくとも良く、単
層で形成されていてもよい。また、積層する場合は層と層の間に当該２つの混合層を形成
しても良い。
【０１５３】
電界発光層９０３を形成したら、第２の電極９０４を電界発光層９０３に接して形成す
る。本実施例では第１の電極９０１が陽極であるため、第２の電極９０４は陰極として形
成する。陰極材料は先に述べたような材料を使用すれば良く、本実施例ではアルミニウム
膜を１５０ｎｍ形成することで第２の電極（陰極）９０４とする。
【０１５４】
本実施例では第１の電極９０１のみ透光性を有する材料で形成されているため、基板の
下面方向より光を取り出す構造である。図６（Ｂ）は上面発光の構成の１例であり第１の
電極である画素電極９０１とＴＦＴの電極を異なる層に形成した例である。第１の層間絶
縁膜９０２及び第２の層間絶縁膜９０６は図５における層間絶縁膜８１３と同様の材料で
作製することができ、その組み合わせも自由に行えるが、今回はどちらの層もシロキサン
により形成する。画素電極９０１は第２の層間絶縁膜９０３側からＡｌ−Ｓｉ＼ＴｉＮ＼
ＩＴＳＯと積層して形成するが、もちろん単層でもかまわないし、２層、あるいは４層以
上の積層構造でもかまわない。
【０１５５】
図７には下面発光、両面発光、上面発光の例を示す。本実施例に記載の下面から光を取
り出す構造は図７（Ａ）の構造に相当する。第２の電極の下にＬｉを含む材料を薄く（透
光性を有する程度に）形成し、ＩＴＯやＩＴＳＯ、ＩＺＯなど透光性を有する材料を第２
の電極として形成することで図７（Ｂ）のように両面より光を取り出すことのできる両面
発光の発光表示装置を得ることが可能となる。なお、アルミニウムや銀など厚膜で形成す
ると非透光性であるが、薄膜化すると透光性を有するようになるため、アルミニウムや銀
の透光性を有する程度の薄膜で第２の電極を形成すると両面発光とすることができる。
【０１５６】
図７（Ｃ）は上面発光の発光表示装置の一例であるが、図６（Ｂ）に相当する。上面発
光はこのように層間膜を図７（Ａ）（Ｂ）より一枚多く形成すると、ＴＦＴの上部にも発
光素子を設けることができ、開口率の点で有利な構成となる。
【０１５７】
ところで、両面発光や上面発光の場合に用いられる透明電極であるＩＴＯやＩＴＳＯは
蒸着による成膜ができないためスパッタ法による成膜が行われる。第２の電極９０４をス
パッタリング法により形成する場合、電子注入層の表面もしくは電子注入層と電子輸送層
の界面にスパッタリングによるダメージが入ってしまうことがあり、発光素子の特性に悪
影響を及ぼす可能性がある。これを防ぐためには、スパッタリングによるダメージを受け
にくい材料を第２の電極４０４に最も近い位置に設けるとよい。このようなスパッタダメ
ージを受けにくい材料で、電界発光層９０３に用いることができる材料としては酸化モリ
ブデン（ＭｏＯｘ）が挙げられる。しかし、ＭｏＯｘは正孔注入層として好適な物質であ
るため、第２の電極９０４に接して設けるには第２の電極９０４を陽極とする必要がある
。このように陰極を第１の電極、陽極を第２の電極とする素子を仮に逆積みの素子と呼ん
でいる。
【０１５８】
そこで、この逆積み素子の場合は第１の電極９０１を陰極として形成し、その後順に、
電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層（ＭｏＯｘ）、第２の電極（
陽極）と形成する。また、画素の駆動用ＴＦＴはＮチャネル型とする必要がある。
【０１５９】
ＭｏＯｘは蒸着法により形成し、ｘ＝３．１〜３．２のものが好適に使用できる。また
、ＭｏＯｘ層は銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ）などの有機金属錯体や有機物と共蒸着する
ことで有機、無機の混合層としても良い。逆積み素子を用いた場合、画素部のＴＦＴはも
ともとＮ型であるａ−Ｓｉ：Ｈを半導体層としたトランジスタを用いると工程が簡略化さ
れて好適である。駆動回路部が同一基板上に形成されている場合は駆動回路部のみ本発明
のレーザ照射方法を用いて結晶化して用いるとよい。
【０１６０】
その後、プラズマＣＶＤ法により窒素を含む酸化珪素膜を第２のパッシベーション膜９
０５として形成する。窒素を含む酸化珪素膜を用いる場合には、プラズマＣＶＤ法でＳｉ
Ｈ4、Ｎ2Ｏ、ＮＨ3から作製される酸化窒化ケイ素膜、またはＳｉＨ4、Ｎ2Ｏから作製さ
れる酸化窒化ケイ素膜、あるいはＳｉＨ4、Ｎ2ＯをＡｒで希釈したガスから形成される酸
化窒化ケイ素膜を形成すれば良い。また、第１のパッシベーション膜としてＳｉＨ4、Ｎ2
Ｏ、Ｈ2から作製される酸化窒化水素化ケイ素膜を適用しても良い。もちろん、第２のパ
ッシベーション膜９０５は単層構造に限定されるものではなく、他のケイ素を含む絶縁膜
を単層構造、もしくは積層構造として用いても良い。また、窒化炭素膜と窒化ケイ素膜の
多層膜やスチレンポリマーの多層膜、窒化ケイ素膜やダイヤモンドライクカーボン膜を窒
素を含む酸化珪素膜の代わりに形成してもよい。
【０１６１】
続いて水などの劣化を促進する物質から電界発光素子を保護するために、表示部の封止
を行う。対向基板を封止に用いる場合は、絶縁性のシール剤により、外部接続部が露出す
るように貼り合わせる。対向基板と素子基板との間の空間には乾燥した窒素などの不活性
気体を充填しても良いし、シール剤を画素部全面に塗布しそれにより対向基板を形成して
も良い。シール剤には紫外線硬化樹脂などを用いると好適である。シール剤には乾燥剤や
ギャップを一定に保つための粒子を混入しておいても良い。続いて外部接続部にフレキシ
ブル配線基板を貼り付けることによって、電界発光パネルが完成する。
【０１６２】
このような電界発光パネルには単色、エリアカラー、フルカラーなどの表示方法がある
が、フルカラーにはさらに、ＲＢＧの３色塗り分け法、白色光源をカラーフィルタにより
ＲＢＧ化する方法、色変換フィルタを使用して短波長の色を長波長の色に変換する方法な
どがある。また、色純度を向上させるために、カラーフィルタを用いる場合もある。
【０１６３】
なお、表示機能を有する本発明の発光表示装置には、アナログのビデオ信号、デジタル
のビデオ信号のどちらを用いてもよい。デジタルのビデオ信号を用いる場合はそのビデオ
信号が電圧を用いているものと、電流を用いているものとに分けられる。発光素子の発光
時において、画素に入力されるビデオ信号は、定電圧のものと、定電流のものがあり、ビ
デオ信号が定電圧のものには、発光素子に印加される電圧が一定のものと、発光素子に流
れる電流が一定のものとがある。またビデオ信号が定電流のものには、発光素子に印加さ
れる電圧が一定のものと、発光素子に流れる電流が一定のものとがある。この発光素子に
印加される電圧が一定のものは定電圧駆動であり、発光素子に流れる電流が一定のものは
定電流駆動である。定電流駆動は、発光素子の抵抗変化によらず、一定の電流が流れる。
本発明の発光表示装置及びその駆動方法には、電圧のビデオ信号、電流のビデオ信号のど
ちらを用いてもよく、また定電圧駆動、定電流駆動のどちらを用いてもよい。
【０１６４】
実施例６では発光表示装置に本発明を適用した例を示したが、結晶化やレーザアニール
を適用して形成された薄膜を利用した素子を用いた電子機器であれば本発明を適用するこ
とができ、本発明を適用して作製された素子の特性はバラツキが少ないため、安定した品
質の製品を提供することができるようになる。
【０１６５】
また、ガルバノミラーとｆθレンズの光学系を用いることによって生産効率を向上さ
せつつも基板上に形成された半導体素子の特性はより均一なものとなり、高品質な画像を
提供することが可能な表示装置を従来より低価格で提供することが可能となる。
【０１６６】
また、小型化、集積化がすすむ今日、薄膜トランジスタに代表される薄膜半導体素子に
用いられる半導体膜の膜厚はデザインルールの縮小によりどんどん薄くなっており、半導
体膜を透過し、基板裏面より反射する二次ビームにより起こってしまうレーザビームの干
渉が大きな問題となるが、本発明を用いることによってそれを回避することが可能となり
、結晶性のより均一化された半導体膜を作製することができる。
【実施例７】
【０１６７】
本発明を利用して作製することが好適である電子機器としては、ビデオカメラ、デジタ
ルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、ステレオ、コンピュータ
、携帯情報端末（モバイルコンピュータ、携帯電話又は電子書籍など）が挙げられる。そ
れらの例を図９、図１０に示す。あるいは、一般的なＩＣチップ、ＩＤチップ、ＲＦＩＤ
タグのような電子機器にも本発明を適用することができる。
【０１６８】
図９（Ａ）はコンピュータであり、本体１００１、画像入力部１００２、表示部１００
３、キーボード１００４を含む。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体素子
を表示部１００３に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子の特
性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
【０１６９】
図８（Ｂ）はビデオカメラであり、本体１００５、表示部１００６、音声入力部１００
７、操作スイッチ１００８、バッテリー１００９、受像部１０１０等を含む。本発明のレ
ーザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１００６に適用することができる。
本発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質
を提供することが出来る。
【０１７０】
図８（Ｃ）はモバイルコンピュータであり、本体１０１１、カメラ部１０１２、受像部
１０１３、操作スイッチ１０１４、表示部１０１５等を含む本発明のレーザ照射方法を用
いて作製された半導体素子を表示部１０１５に適用することができる。本発明を適用して
作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが
出来る。
【０１７１】
図８（Ｄ）はゴーグル型ディスプレイであり、本体１０１６、表示部１０１７、アーム
部１０１８等を含む。表示部１０１７は基板として可撓性基板を用いており、表示部を湾
曲させている。また、軽量で薄いゴーグル型ディスプレイを実現している。本発明のレー
ザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０１７に適用することができる。本
発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を
提供することが出来る。
【０１７２】
図８（Ｅ）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１０１９、表示部１０２０、スピーカ部１０２１記録媒体１０２２操作ス
イッチ１０２３等を含む。なお、このプレーヤーは記録媒体としてＤＶＤ、ＣＤ等を用い
、音楽鑑賞、映画鑑賞、ゲーム、インターネットなどを行うことができる、本発明のレー
ザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０２０に適用することができる。本
発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を
提供することが出来る。
【０１７３】
図８（Ｆ）はデジタルカメラであり、本体１０２４、表示部１０２５、接眼部１０２６
、操作スイッチ１０２７、等を含む。本発明のレーザ照射方法を用いて作製された半導体
素子を表示部１０２５に適用することができる。本発明を適用して作製された半導体素子
の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供することが出来る。
【０１７４】
図９（Ａ）は携帯電話であり、本体１０２８、音声出力部１０２９、音声入力部１０３
０、表示部１０３１、操作スイッチ１０３２、アンテナ１０３３等を含む。本発明のレー
ザ照射方法を用いて作製された半導体素子を表示部１０３１に適用することができる。本
発明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を
提供することが出来る。
【０１７５】
図９（Ｂ）は電子書籍であり、本体１０２８、表示部１０３５、１０３６、記憶媒体１
０３７、操作スイッチ１０３８、アンテナ１０３９等を含む。本発明のレーザ照射方法を
用いて作製された半導体素子を表示部１０３５、１０３６に適用することができる。本発
明を適用して作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提
供することが出来る。電子書籍を文庫本と同程度の大きさにすることも出来、持ち運びを
容易にすることもできる。
【０１７６】
図９（Ｃ）はディスプレイであり、本体１０４０、支持台１０４１、表示部１０４２等
を含む。表示部１０４２は可撓性基板を用いて作製されており、軽量で薄いディスプレイ
を実現出来る。また、表示部を湾曲させることも可能である。本発明のレーザ照射方法を
用いて作製された半導体素子を表示部１０４２に適用することができる。本発明を適用し
て作製された半導体素子の特性はバラツキが少ない為、安定した表示品質を提供すること
が出来る。
【０１７７】
また、本発明の適用範囲はきわめて広く、様々な分野の電子機器に適用することが可能
である。なお、本実施例の電子機器は実施の携帯及び実施例１〜５と組み合わせ可能であ
る。
【図１】
0005315392.tif 000005
【図２】
0005315392.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005315392.tif 000010
【図７】
0005315392.tif 000011
【図９】
0005315392.tif 000012
【図１０】
0005315392.tif 000013
【図８】
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