(57)【要約】【課題】基板が大型化するとレーザビームの走査回数が増えるため、複数のレーザ発振器を用いて一度に照射する方が生産性がよい。しかし、複数のレーザ発振器を用いて半導体膜にレーザビームを照射するときには、装置構成が大きくなるだけではなく、それぞれのレーザビームの照射位置を精密に制御することが必要になる。【解決手段】レーザ照射装置に、レーザ発振器と、複数の中空パイプ同士が関節部において接続された関節型ビーム伝播器と、関節部におけるレーザビームの進路変更手段と、を設ける。複数の中空パイプのうち、少なくとも１つの中空パイプはレーザビームの進行方向のふらつきを抑えるための転送レンズをそれぞれ有する。関節部を持つことによりレーザ発振器の配置の自由度が生まれ、転送レンズを持つことにより、ビームプロファイルの変化を抑えることができる。【選択図】図１
2007194605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されている関節型ビーム伝播器と、
を有し、
前記関節部にはレーザビームの進路変更手段が設置されており、
前記複数の中空パイプのうち、少なくとも１つの中空パイプは内部に転送レンズが設けられ、
前記転送レンズは、前記転送レンズを挟む複数の前記進路変更手段が共役の関係となるよう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２】
レーザ発振器と、
複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されており、少なくとも第１及び第２の関節部を有する関節型ビーム伝播器と、
を有し、
前記第１の関節部には、レーザビームの進路を変更する第１の進路変更手段が設置されており、
前記第２の関節部には、レーザビームの進路を変更する第２の進路変更手段が設置されており、
前記複数の中空パイプのうち、少なくとも２つの中空パイプは内部にそれぞれ転送レンズが設けられ、
第１の転送レンズは、前記レーザ発振器の射出口と、前記第１の進路変更手段とが共役の関係になるように配置され、
第２の転送レンズは、前記第１の進路変更手段と、前記第２の進路変更手段とが共役の関係になるよう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３】
レーザ発振器と、
複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されており、少なくとも第１及び第２の関節部を有する関節型ビーム伝播器と、
を有し、
前記関節型ビーム伝播器はレーザビームが射出される側の端にスリットを有し、
前記第１の関節部には、レーザビームの進路を変更する第１の進路変更手段が設置されており、
前記第２の関節部には、レーザビームの進路を変更する第２の進路変更手段が設置されており、
前記複数の中空パイプのうち、少なくとも３つの中空パイプは内部にそれぞれ転送レンズが設けられ、
第１の転送レンズは、前記レーザ発振器の射出口と、前記第１の進路変更手段とが共役の関係になるように配置され、
第２の転送レンズは、前記第１の進路変更手段と、前記第２の進路変更手段とが共役の関係になるように配置され、
第３の転送レンズは、前記第２の進路変更手段と、前記スリットとが共役の関係になるよう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４】
請求項３において、
前記第１の転送レンズ、前記第２の転送レンズ、及び、前記第３の転送レンズは、前記レーザ発振器の射出口と、前記スリットとが共役の関係になるよう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５】
複数のレーザ発振器と、
複数の関節型ビーム伝播器と
を有し、
前記関節型ビーム伝播器は、複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されており、
前記関節部にはレーザビームの進路変更手段が設置されており、
前記複数の中空パイプのうち、少なくとも１つの中空パイプは内部に転送レンズが設けられ、
前記転送レンズは、前記転送レンズを挟む複数の前記進路変更手段が共役の関係になるよう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５において、
前記関節型ビーム伝播器のレーザビームが射出される側の端にスリットを有し、
前記転送レンズは、前記レーザ発振器の射出口と、前記スリットと、が共役の関係になるよう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７】
請求項１乃至請求項６において、
前記関節型ビーム伝播器の端から出たレーザビームのビーム形状を整形する光学系と、
前記光学系の位置を動かす手段と、
前記光学系を通過したレーザビームを、前記レーザビームが照射される被照射物と相対的に走査する手段と
を有す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、
前記被照射物に形成されたマーカーの位置情報を得るためのカメラと、
前記マーカーを基準として、前記レーザビームの照射位置を決める手段と
を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか一項において、
前記中空パイプの内部に設けられた転送レンズは、前記レーザ発振器の射出口と、前記レーザビームが照射される照射面と、が共役の関係になるよう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１０】
請求項３、請求項４または請求項６において、
前記中空パイプの内部に設けられた転送レンズは、前記スリットと、前記レーザビームが照射される照射面と、が共役の関係になるよう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１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記関節部には、前記関節部と前記中空パイプとを接続する面に対して回転させることができるジョイントが設置されていることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
前記レーザビームの進路変更手段として、ミラーまたはプリズムを有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項において、
前記中空パイプの長さは任意に設定可能であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項１４】
基板上に半導体膜を作製し、
レーザ発振器からレーザビームを射出し、
前記レーザビームを、複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されている関節型ビーム伝播器に入射させ、
前記関節型ビーム伝播器に入射したレーザビームを、第１の進路変更手段によって進路を変更した後、前記第１の進路変更手段と第２の進路変更手段とが共役の関係になるように配置された転送レンズを通過させ、
前記転送レンズを通過したレーザビームを、前記第２の進路変更手段によって進路を変更させて、前記半導体膜に照射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、レーザビームを被照射物まで導いて照射することによって、被照射物を加工するためのレーザ照射装置に関する。特に、半導体材料などに対して行われるようなアニールを、均一にかつ効率よく行うためのレーザ照射装置、このレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法、さらには上記のレーザ照射装置およびレーザ照射方法を用いて作製された半導体装置およびそ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、薄膜集積回路装置など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、表示装置に用いる場合には、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが試みられている。
【０００３】
半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶半導体基板よりもガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたＴＦＴを形成するために半導体膜を結晶化する際には、ガラス基板の熱変形を避けるためにレーザアニールが用いられる。
【０００４】
具体的には、ＸＹθステージ上に半導体膜を成膜したガラス基板を載せて、レーザビームを照射する。ここで半導体膜に照射されるレーザビームは、光学系によって、照射面に形成されるビームスポットの形状が線状になるように整形されている。このようなレーザビームを線状レーザともいう。また、レーザビームの照射とともにＸＹθステージを動かすことによって、レーザ光に対して基板を相対的に走査させると、レーザビームによって完全溶融した半導体膜では無数の結晶核が発生し、固液界面の移動とともにそれぞれの結晶核からレーザビームの走査方向へ結晶成長する。このようにして大粒径結晶が形成される。
【０００５】
ただし、線状レーザの「線状」とは、厳密に「線」だけを意味しているのではなく、アスペクト比が大きい四角形や楕円形（目安として、アスペクト比が１０以上、より好ましくは１００以上）も含まれる。被照射体に形成されるビームスポットの形状を線状、またはアスペクト比の大きい四角形もしくは楕円形とするのは、被照射体に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためである。したがって、四角形や楕円形などの面を持つ形状のビームスポットであっても、被照射体に対して十分なアニールを行うことができれば問題ない。
【０００６】
線状ビームの短軸方向の長さは、溶融状態の半導体膜に乱流が生じないように、数μｍほどにする必要がある。乱流ができると、レーザビームによって溶融した半導体膜が結晶化するときに、結晶成長の方向がランダムになるため、大粒径領域が形成されない場合もある。一方、線状ビームの長軸方向の長さは、レーザ発振器から射出されたレーザビームの種類や出力、半導体膜の種類や厚さによって決められる。レーザ発振器のレーザ結晶が熱によるダメージを受けるのを防止するために、レーザビームの出力は最大２０Ｗ程度であり、このレーザの短軸方向の長さを数μｍにすると、長軸方向の長さは約５００μｍ程度になる。
【０００７】
基板が大型化するに伴ってレーザビームの走査回数が増加する。この処理を効率よく行うためには、複数のレーザ発振器を用いて一度に処理を行う方が生産性がよい。しかし、レーザ発振器の台数が増えるに伴い、レーザ発振器の設置に必要な場所およびレーザビームを集光するための光学系を設置する場所が必要になる。また、各々のレーザ発振器間でレーザビームの強度のばらつきを抑える必要がある。レーザ発振器を複数台用いてレーザ照射処理をした後の結晶状態が異なると、一枚の基板内での歩留まりに影響がある。さらに、それぞれのレーザ照射位置の調整およびビームプロファイルの精密制御を行うことが必要になる。これらの点を解決する手段として以下の方法を挙げることができる。
【０００８】
第１の方法は、光ファイバーの一端にレーザビームを入射し、光ファイバーでレーザビームを伝播し、光ファイバーの他端から射出したレーザビームを被照射物に照射する方法である（例えば、特許文献１を参照）。
【０００９】
第２の方法は、中空のパイプ同士を連結する関節部にミラーを有する伝播ユニットを用いて、パイプの一端にレーザビームを入射し、関節部のミラーでレーザビームを反射させながら中空パイプ中を伝播させる方法である（例えば、特許文献２を参照）。
【００１０】
第３の方法は、レーザヘッドおよび線状ビームを形成する光学系をＹ軸の上に設置し、Ｘθステージにガラス基板を設置して、それぞれのレーザヘッドの間隔を調整してレーザ照射位置を調節して用いる方法である。
【特許文献１】特開平６−７９４８７号公報
【特許文献２】特開平４−１３８８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、半導体膜に対するレーザアニール工程では、レーザビームのビームプロファイル、エネルギー分布、強度分布などを精密に制御する必要がある。したがって、上記の技術をそのまま用いることは難しい。その理由を以下に示す。
【００１２】
第１の方法を用いる場合は以下の問題点を有する。レーザアニールに用いるレーザ光は、可視領域の波長を持ち、高いパワー密度を有するため、クラッドの径が大きい光ファイバーを用いて伝播する必要がある。そして、上記のパワー密度に耐えられるほどの大きさのクラッドの径を持つ光ファイバーは、マルチモードの光ファイバーに限られる。しかし、マルチモードの光ファイバーを通過したレーザ光の強度分布は、マルチモードとなるため、集光性に問題がある。また、クラッドの径が小さくなると、射出光の拡がり角が大きくなるため、集光レンズを用いて径を微小にするのは困難である。そして、レーザビームの集光性が悪いと線状ビームの短軸方向の幅が太くなる。したがって、半導体膜の溶融に必要なエネルギー密度を保つためには線状ビームの長軸方向の長さを短くする必要が出てくる。そのため、半導体膜の結晶化には不向きである。
【００１３】
第２の方法を用いる場合には、以下の２つの問題点を解決する必要がある。一般に、レーザビームは直進性が良いことが特徴であるが、第１の問題点として、レーザビームが長い距離を進行するとビーム径の拡がりが顕著になることがあげられる。
【００１４】
このビーム径の拡がり具合を表す数値はビーム拡がり角と呼ばれている。この値は、レーザ発振器から出力する際のビーム径と発振波長によって決まり、波長が短いものほど小さくなり、ビーム径が大きいものほど小さくなる。このビーム拡がり角をθ（ｍｒａｄ）、レーザビームが出力された距離をＬ（ｍ）とすると、ｔａｎθにビーム出力距離Ｌを掛けあわせた値が拡がり量（ｍｍ）となる。なお、θが５０ｍｒａｄ以下ではθ＝ｔａｎθとみなしてよいので、θとＬの積で拡がり量を求めることができる。例えば、１ｍｒａｄの拡がり角を持つレーザビームが出力してから、１ｍ先に到達する時点では１ｍｍ、１０ｍ先に到達する時点では１０ｍｍビーム径が拡がる。
【００１５】
ビーム径が拡がることにより、均一なエネルギーのビームに集光することが難しくなる。これは、光学系の収差の問題などがあるからである。また、集光のために光学素子の枚数を増やすほど集光の精度が不安定になり、レーザビームを精密に制御することが難しくなる。また、ビーム径が大きくなることによって、中空パイプの内壁にビームが当たりやすくなるため、半導体膜に良好にレーザ照射を行うことが難しくなる。
【００１６】
第２の方法を用いる場合の第２の問題点は、レーザビームがレーザ発振器から射出する際に、光軸のゆらぎが生じることである。光軸のゆらぎは瞬間毎におこる短期的なゆらぎと、時間経過によって起こる長期的なゆらぎの両方がある。特に問題になるのは短期的なゆらぎである。レーザビームが高速でゆらぐと本来のビーム径よりもレーザビームがぼやけてしまい集光性などに影響する。
【００１７】
また、第３の方法を用いる場合には、レーザヘッドの大きさによってＹ軸ステージ上に配置することが可能なレーザヘッドの台数が制限される。また、レーザヘッドをＹ軸ステージ上に乗せるので、歪みを防ぐためにＹ軸ステージを高剛性のガントリヘッドで形成する必要がある。このようにすると、レーザ照射装置が大きくなり、修理などのメンテナンスや、セッティングの変更を行うことが難しくなる。
【００１８】
本願発明の課題は上記の問題を解決することであり、複数のレーザ発振器から射出したレーザビームをそれぞれ精密に制御することを可能にし、半導体膜のアニールに同時に用いることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のレーザ照射装置は、レーザ発振器と、複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されている関節型ビーム伝播機とを有する。関節部にはレーザビームの進路を変更する手段が設置されている。また、複数の中空パイプのうち、少なくとも１つの中空パイプは内部に転送レンズを有し、転送レンズは、転送レンズを挟む複数の進路変更手段が共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２０】
また本発明のレーザ照射装置は、レーザ発振器と、複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されており、少なくとも第１及び第２の関節部を有する関節型ビーム伝播器と、を有し、第１の関節部には、レーザビームの進路を変更する第１の進路変更手段が設置されており、第２の関節部には、レーザビームの進路を変更する第２の進路変更手段が設置されており、複数の中空パイプのうち、少なくとも２つの中空パイプは内部にそれぞれ転送レンズが設けられ、第１の転送レンズは、レーザ発振器の射出口と、第１の進路変更手段とが共役の関係になるように配置され、第２の転送レンズは、第１の進路変更手段と、第２の進路変更手段とが共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２１】
また本発明のレーザ照射装置は、レーザ発振器と、複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されており、少なくとも第１及び第２の関節部を有する関節型ビーム伝播器と、を有し、関節型ビーム伝播器はレーザビームが射出される側の端にスリットを有し、第１の関節部には、レーザビームの進路を変更する第１の進路変更手段が設置されており、第２の関節部には、レーザビームの進路を変更する第２の進路変更手段が設置されており、複数の中空パイプのうち、少なくとも３つの中空パイプは内部にそれぞれ転送レンズが設けられ、第１の転送レンズは、レーザ発振器の射出口と、第１の進路変更手段とが共役の関係になるように配置され、第２の転送レンズは、第１の進路変更手段と、第２の進路変更手段とが共役の関係になるように配置され、第３の転送レンズは、第２の進路変更手段と、スリットとが共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明のレーザ照射装置は、第１の転送レンズ、第２の転送レンズ、及び、第３の転送レンズは、レーザ発振器の射出口と、スリットとが共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のレーザ照射装置は、複数のレーザ発振器と、複数の関節型ビーム伝播器とを有し、関節型ビーム伝播器は、複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されており、関節部にはレーザビームの進路変更手段が設置されており、複数の中空パイプのうち、少なくとも１つの中空パイプは内部に転送レンズが設けられ、転送レンズは、転送レンズを挟む複数の進路変更手段が共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明のレーザ照射装置は、関節型ビーム伝播器のレーザビームが射出される側の端にスリットを有し、転送レンズは、レーザ発振器の射出口と、スリットと、が共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明のレーザ照射装置は、関節型ビーム伝播器の端から出たレーザビームのビーム形状を整形する光学系と、光学系の位置を動かす手段と、光学系を通過したレーザビームを、レーザビームが照射される被照射物と相対的に走査する手段と、を有することを特徴とする。
【００２６】
また、本発明のレーザ照射装置は、被照射物に形成されたマーカーの位置情報を得るためのカメラと、マーカーを基準として、レーザビームの照射位置を決める手段とを有することを特徴とする。
【００２７】
また、上記のレーザ照射装置において、中空パイプの内部に設けられた転送レンズは、レーザ発振器の射出口と、レーザビームが照射される照射面と、が共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２８】
また、上記のレーザ照射装置において、中空パイプの内部に設けられた転送レンズは、スリットと、レーザビームが照射される照射面と、が共役の関係になるように配置されていることを特徴とする。
【００２９】
また、上記のレーザ照射装置において、関節部には、関節部と中空パイプとを接続する面に対して回転させることができるジョイントが設置されていることを特徴とする。
【００３０】
また、上記のレーザ照射装置において、関節部が有するレーザビームの進路変更手段として、ミラーまたはプリズムを有することを特徴とする。
【００３１】
また、上記のレーザ照射装置において、それぞれの中空パイプの長さは任意に設定可能であることを特徴とする。
【００３２】
また、上記のレーザ照射装置において、関節型ビーム伝播器を挟んだレーザ発振器の射出口と照射面が関節型ビーム伝播器に対して共役になるように、それぞれの転送レンズを配置することを特徴とする。
【００３３】
また、上記のレーザ照射装置において、関節型ビーム伝播器のレーザビームが射出される側の端にスリットを設けることができる。その際、関節型ビーム伝播器を挟んだレーザ発振器の射出口とスリットとが関節型ビーム伝播器に対して共役になるように、それぞれの転送レンズを配置することを特徴とする。
【００３４】
また、本発明の半導体装置の作製方法は、基板上に半導体膜を作製し、レーザ発振器からレーザビームを射出し、レーザビームを、複数の中空パイプ同士がそれぞれ関節部において接続されている関節型ビーム伝播器に入射させ、関節型ビーム伝播器に入射したレーザビームを、第１の進路変更手段によって進路を変更した後、第１の進路変更手段と第２の進路変更手段とが共役の関係になるように配置された転送レンズを通過させ、転送レンズを通過したレーザビームを、第２の進路変更手段によって進路を変更させて、半導体膜に照射することを特徴とする。
【００３５】
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板または半導体膜にイオン注入などにより形成された、損傷領域及びアモルファス領域を結晶化させる技術や、基板上に形成された単結晶ではない半導体膜（上記した単結晶ではない半導体膜をまとめて非単結晶半導体膜と呼ぶ）にレーザ照射を行って半導体膜を結晶化させる技術、または非単結晶半導体膜にニッケルなどの結晶化を促進する元素を導入した後にレーザ照射を行うことによって結晶化をさせる技術などを指している。さらに、半導体基板または半導体膜の平坦化及び表面改質に適用される技術も含んでいる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明のレーザ照射装置を用いることにより、さまざまな効果を得ることができる。第１には、レーザビームが、転送レンズによってビーム径の拡がりや短期的な光軸のゆらぎを補正されながら、ビーム伝播器中を伝播することができる。そのため、レーザ照射装置から射出されたレーザビームを中空パイプの内壁に当たらないように制御でき、エネルギーを保持したまま半導体膜に照射することができる。
【００３７】
第２には、本発明のレーザ照射装置を用いることにより、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保できれば、空間的な余裕が小さくてもレーザビームを被照射物に走査することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することが可能になり、レーザ照射処理の効率が格段に上昇する。
【００３８】
第３に、本発明のレーザ照射装置は、レーザヘッドをステージ上にマウントする必要がないため、その分の重量が軽くなる。これによって、レーザ照射装置自体の構成を簡素にすることができる。
【００３９】
第４に、本発明のレーザ照射装置は、レーザビームがミラーで反射しながら中空パイプ中を伝播するため、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限のものだけになる。そのため、セッティングにかかる時間が大幅に減少する。さらに、直接レーザビームに触れることは全くないため、安全にセッティングを行うことができる。
【００４０】
第５に、本発明のレーザ照射装置は、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないため、セッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に本発明の実施の様態を説明する。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、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００４２】
本実施の形態のレーザ照射装置が有する関節型ビーム伝播器は、回転が可能なジョイントで接続された中空パイプで構成されている。それぞれの中空パイプの中にはビームプロファイルの変化を抑える効果を持つ転送レンズが設けられており、中空パイプ同士が接続される関節部にはミラーが設置されている。また、それぞれの中空パイプの長さが同じである必要はなく、レーザ照射装置を設置するスペースの広さなどの周囲の状況に応じて自由に設定することができる。また、必ずしもすべての中空パイプの中に転送レンズを設ける必要はなく、関節型ビーム伝播器の有する複数の中空パイプのうち、少なくとも一つの中空パイプに転送レンズが設けられていればよい。
【００４３】
図１（Ａ）に示すように、レーザ発振器１０１から射出したレーザビームを関節型ビーム伝播器１０２の一端に入射する。ここで、レーザ発振器１０１から射出した直後のレーザビームは口径が小さいので、レーザビームを射出した直後にコリメートレンズを作用させてもよい。コリメートレンズを用いることにより、平行なビームを、径の大きさの異なる平行なビームに変換することができる。なお、レーザビームの径を変化させる必要がなければコリメートレンズを設ける必要はない。
【００４４】
関節型ビーム伝播器１０２に入射したレーザビームは中空パイプ１０３中を伝播して、関節部１０４のミラーによって偏向される。その際に、図２（Ａ）の拡大図に示すように、ミラー１０５ａ、１０５ｂの間に設けられた転送レンズ１０６を通過することによって、ある関節部１０４ａのミラー１０５ａによって反射されたレーザビームの像を、次に到達する関節部１０４ｂのミラー１０５ｂに転送させる。
【００４５】
ここで、図２（Ａ）に示すように、転送レンズ１０６は、ミラー１０５ａと、次にレーザビームが到達するミラー１０５ｂが共役の関係になる位置に配置する。転送レンズ１０６を上記の位置に配置すると、短期的な光軸のゆらぎによって光路がずれる場合や、ミラー１０５ａで反射したレーザビームが伝播するにつれて本来の光路１０７ａから１０７ｂの光路に拡がってしまった場合でも、レーザビームを当該転送レンズ１０６によって補正して、ミラー１０５ａの像をミラー１０５ｂに到達させることができる。これを繰り返すことによって、レーザビームを中空パイプ１０３の内壁に当てることなく伝播させることができる。
【００４６】
また、それぞれの中空パイプ１０３を接続する関節部１０４は、自由に回転することができるジョイントで形成されており、このジョイントにミラーが設けられている。ジョイントの構造は、例えば図２（Ｂ）のようにすることができる。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の関節部１０４を拡大した図である。中空パイプ１０３ａと関節部１０４とを接続する面１０９ａ、および関節部１０４と中空パイプ１０３ｂとを接続する面１０９ｂにおいて回転させることができるジョイントが設けられている。
【００４７】
例えば、図２（Ｂ）において、レーザビームの進行方向は紙面に平行であったとする。ここで、面１０９ｂに設けたジョイントは固定しておき、面１０９ａに設けたジョイントを９０°回転させると、中空パイプ１０３ａの一端から入射したレーザビームの方向は、紙面に対して垂直（紙面の裏面から表面に向かう方向、または紙面の表面から裏面に向かう方向）に変わる。このようにして、レーザビームの進行方向を自在に変更することができる。
【００４８】
上記の構成を持つことにより、面１０９ａおよび面１０９ｂでジョイントを回転させても、レーザビームはミラー１０５によって反射された後、中空パイプ１０３中を通って伝播していくことができる。さらに、面１０９ａおよび面１０９ｂに設けたジョイントを回転させると、中空パイプ１０３の空間的位置は変化するが、レーザビームは中空パイプ１０３の中を伝播するので、レーザビームの伝播距離は変化しない。したがって、転送レンズ１０６や結像レンズ１０８などの転送や集光に関わるレンズの位置を変える必要がない。また、上記の構成を持つことにより、均一にレーザ照射を行うことができ、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【００４９】
このようにミラー１０５で反射を繰り返すことによって、レーザビームは中空パイプ１０３中を伝播していく。この方法を用いてレーザビームを伝播させると、光ファイバーを用いる場合とは異なり、ビームの品質が劣化することはなく、容易に数μｍの幅のビームを形成することができる。なお、本発明のレーザ照射装置が有する関節型ビーム伝播器は、複数の中空パイプ１０３を挟んだレーザ発振器１０１の射出口と照射面である半導体膜１１２とが共役になるように、中空パイプ中の転送レンズが配置されている。例えば、レーザ発振器１０１の射出口と、ミラー１０５ａとを共役の関係にするように転送レンズを配置し、ミラー１０５ａと、ミラー１０５ｂとを共役の関係にするように転送レンズを配置しても良い。このように構成することによって、レーザ発振器１０１の射出口におけるレーザビームの像が半導体膜１１２に転送され、半導体膜１１２上でレーザビームを良好に集光して照射することが可能になる。
【００５０】
なお、関節型ビーム伝播器１０２の他方の端から射出したレーザビームは、結像レンズ１０８を有する光学系１１５によって線状に整形される（図１（Ｂ）、図１（Ｃ）、図２（Ｃ））。その際、レーザビームの径が中空パイプ１０３の内径よりも十分小さいか、そうでないかによって結像レンズ１０８の配置が異なる。
【００５１】
まず、中空パイプ１０３の内径よりもレーザビームの径が十分小さい場合では、中空パイプ１０３の出口によって回折することを考慮する必要はほとんどない。したがって、関節型ビーム伝播器１０２のうち最後に反射されたミラー１０５と、半導体膜１１２が共役になるように結像レンズ１０８を配置する。
【００５２】
逆に、上記以外の場合では、レーザビームは中空パイプ１０３の出口で回折を起こす。このままレーザビームを半導体膜１１２に照射すると、半導体膜１１２に干渉縞ができるため、回折の影響を抑えるように結像レンズ１０８を配置する必要がある。この場合、中空パイプ１０３の出口と半導体膜１１２が共役の関係になるように結像レンズ１０８を配置する。
【００５３】
または、図２（Ｃ）に示すように、中空パイプ１０３の出口付近にスリット１１９を設けてもよい。スリット１１９を設けることによって、エネルギーの低いレーザビームの端部を除去することが可能になる。その際、複数の中空パイプ１０３を挟んだレーザ発振器１０１の射出口とスリット１１９とが共役になるように、それぞれの中空パイプ１０３内の転送レンズ１０６を配置すると、レーザ発振器１０１の射出口におけるレーザビームの像をスリットに転送することができるため、結像レンズ１０８を用いて効率よくレーザビームを集光することが可能になる。例えば、レーザ発振器１０１の射出口と、ミラー１０５ａとを共役の関係にするように転送レンズを配置し、ミラー１０５ａと、ミラー１０５ｂとを共役の関係にするように転送レンズを配置し、ミラー１０５ｂとスリット１１９とを共役の関係にするように転送レンズを配置しても良い。また、上述したように、転送レンズは、レーザ発振器１０１の射出口と、照射面である半導体膜１１２とが共役の関係になるように配置されている。したがって、レーザ発振器１０１の射出口とスリット１１９とが、共役の関係となるように転送レンズが配置されているとき、スリット１１９と照射面である半導体膜１１２も転送レンズによって共役の関係になる。なお、スリット１１９の材質に特に制限はなく、エネルギーの低いレーザビームの端部を除去できるものであれば、どのような材質を用いてもよい。また、スリットの開閉は、モーターによる方法、手動による方法などを用いることができる。なお、スリット１１９のかわりにピンホールを設けてもよい。
【００５４】
また、レーザビームの断面形状が既に線状になっており、等倍に整形してよい場合、光学系１１５は図１（Ｂ）のようになる。この場合は、結像レンズ１０８として球面レンズを用いることができる。上記で説明したように、中空パイプ１０３の内径とレーザビームの径の長さの関係に応じて結像レンズ１０８の位置を設定すればよい。なお、図１（Ｂ）には、ミラー１０５と半導体膜１１２が共役の関係になるように結像レンズ１０８を配置した様子を示す。
【００５５】
また、レーザビームを長軸方向および短軸方向の２方向に整形する場合、光学系１１５は図１（Ｃ）のようになる。関節型ビーム伝播器１０２の端から射出したレーザビームは、光学系１１５内の結像レンズ１０８をレーザビームの長軸方向に作用させる。結像レンズ１０８としては、シリンドリカルレンズを用いることができる。結像レンズ１０８の位置は、中空パイプの内径とレーザビームの径との関係によって異なる。中空パイプ１０３の内径よりレーザビームの径が十分小さい場合では、ミラー１０５と半導体膜１１２とが共役の関係になるように結像レンズ１０８を配置する。また、中空パイプ１０３の内径よりレーザビームの径が十分小さいとは言えない場合には、中空パイプ１０３の出口と半導体膜１１２が共役の関係になるように結像レンズ１０８を配置する。その後、レーザビームの短軸方向に対して集光レンズ１１６を作用させ、線状に整形されたレーザビームを半導体膜１１２に結像させる。集光レンズ１１６としては、シリンドリカルレンズを用いることができる。図１（Ｃ）には、ミラー１０５と、半導体膜１１２が共役の関係になるように結像レンズ１０８を配置した様子を示す。
【００５６】
図１（Ａ）に示すように、光学系１１５を通過したレーザビームは、Ｘ軸ステージ１１０およびθステージ１１１上に設置した基板上に形成された半導体膜１１２に照射される。線状に整形されたビームスポット１１３を基板上の半導体膜１１２に対して相対的に走査させながら照射することによってアニールを行い、半導体膜１１２を結晶化する。ここで、ビームスポット１１３を走査させる方向を、ビームスポット１１３の長軸方向に対して直角方向にすることで高い生産性が得られる。
【００５７】
このとき、光学系は門型のＹ軸ステージ１１４によって移動することができる。具体的には、Ｙ軸ステージ１１４に沿って光学系１１５が移動すると、関節型ビーム伝播器１０２の関節部１０４に設けた、回転が可能なジョイントによって中空パイプ１０３同士の接続状態を変化させることができる。ジョイントの角度変化を組み合わせることによって、光学系１１５の移動に関節型ビーム伝播器１０２を追従させることが可能になる。この機構により、レーザ発振器１０１から半導体膜までの光路長が常に一定になるため、セッティングの変更を行う必要がなくなる。したがって、均一にレーザ照射処理を行うことが可能になり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【００５８】
また、レーザビームの照射位置を制御するために、以下の方法を用いることができる。マーカー１１７を半導体膜１１２上に整形しておく。光学系１１５に隣接して設置したカメラ１１８でマーカー１１７の位置情報を取得して、この位置情報に基づいてレーザビームの照射位置を決定する。なお、その際に、マーカー１１７の位置情報に基づいてＸ軸およびθ軸の補正量を計算し、補正量に応じた移動量をＸ軸ステージ１１０、θステージ１１１、およびＹ軸ステージ１１４に送信することを組み合わせてもよい。Ｘ軸ステージ１１０、θステージ１１１、およびＹ軸ステージ１１４でアライメントを合わせることにより、精密にレーザビームを照射する位置を制御することができる。なお、図１（Ａ）において、レーザ発振器と関節型ビーム伝播器とをそれぞれ２つずつ有するレーザ照射装置を示したが、本発明の実施の形態はこれに限られない。つまり、レーザ発振器と関節型ビーム伝播器とがそれぞれ１つずつでも良いし、２つ以上ずつでもよい。
【実施例１】
【００５９】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いてレーザビームを照射する例を説明する。実施の形態では関節部にミラーを用いてレーザビームの進行方向を変える例を示したが、本実施例ではプリズムを用いてレーザビームの進行方向を変える例を示す。
【００６０】
本発明のレーザ照射装置が有する関節型ビーム伝播器１０２は、図１（Ａ）に示すように、回転が可能な関節部１０４でそれぞれ接続された中空パイプ１０３で構成されている。それぞれの中空パイプ１０３には、ビームプロファイルの変化を抑える効果を持つ転送レンズ１０６が設けられており、中空パイプ１０３同士が接続される関節部１０４には、プリズムが設置されている。また、それぞれの中空パイプ１０３の長さは自由に設定することができる。
【００６１】
本実施例では、レーザビームを反射させる関節部に関して、実施の形態とは異なる構成について説明する。本実施例も実施の形態と同様に関節部にジョイントを有し、ジョイントを回すことによって、中空パイプ１０３の空間位置を変えることができる。
【００６２】
図３（Ａ）は、中空パイプ３０１、３０２を接続する関節部３０３にミラーではなく、プリズム３０４を設置した場合を示す。プリズム３０４の反射鏡としての機能は、ガラスの内面反射を用いることが多い。プリズム３０４の外部の屈折率をｎ１、プリズム３０４の屈折率をｎ２、入射角をθとすると、ｎ１がｎ２より大きい場合には、ｓｉｎθ＞ｎ２／ｎ１の条件を満たすと、光は境界面で反射する。この原理を利用してレーザビームを伝播させることができる。
【００６３】
プリズム３０４を使用する場合、入射面や射出面に対して垂直に光を透過させる場合が多い。プリズムの入射面や射出面に反射防止膜を形成することによって、光の効率を高めるだけではなく、透過する面での不必要な反射光を防ぎ、レーザビームのＳ／Ｎ比を高める効果を持つ。
【００６４】
また、ミラーを用いた場合と同様に、プリズムを使って反射させた場合でも、レーザビームのビーム径は光が進行するにつれて拡がっていく。そこで、図３（Ｂ）に示すように、プリズム３０４ａの反射面およびプリズム３０４ｂの反射面が、転送レンズ３０６に対して共役の関係になるように、転送レンズ３０６を設ける。転送レンズ３０６を設けることで、拡がったレーザビームがそのまま中空パイプ３０５の内壁に当たることがないようにする。つまり、転送レンズ３０６を設けることで、レーザビームが中空パイプ３０５中を伝わるときに、中空パイプ３０５の内壁に当たって強度を減衰することなく、伝播できる。
【００６５】
本実施例におけるレーザ照射方法は、実施の形態と同様に、レーザビームが関節型ビーム伝播器１０２の端から射出され、レーザビームの形状を整形するための光学系１１５に入射する（図１）。その部分の拡大図を図３（Ｃ）、（Ｄ）に示す。上記光学系１１５は、図３（Ｃ）、（Ｄ）に示すように結像レンズ３０７を有し、レーザビームを線状に整形する。光学系１１５を通過したレーザビームを線状に集光するための結像レンズ３０７として、シリンドリカルレンズなどを用いることができる。なお、短軸方向の１軸方向にだけ集光する場合は、短軸方向に作用するシリンドリカルレンズを一枚用いればよい。または、長軸方向および短軸方向の２軸方向に集光する場合にはシリンドリカルレンズを２枚用いればよい。または、全方向に対して等倍率に集光を行う場合には、結像レンズ３０７として球面レンズを用いればよい。
【００６６】
本実施例において、光学系１１５を用いてレーザビームを線状に集光する際、レーザビームの径が中空パイプ３０８の内径よりも十分小さい場合は、プリズム３０４の反射面と、半導体膜３０９が共役の関係になるように結像レンズ３０７を配置する。逆に、レーザビームの径が中空パイプ３０８の内径よりも十分小さくない場合には、中空パイプ３０８の出口で回折を起こすので、中空パイプ３０８の出口と半導体膜３０９が共役の関係になるように結像レンズ３０７を配置する。
【００６７】
例えば、レーザビームの断面形状が既に線状になっており、等倍に整形してよい場合、光学系１１５は、図３（Ｃ）のようになる。この場合は、結像レンズ３０７として球面レンズを用いることができる。中空パイプ３０８の内径とレーザビームの径の長さの関係によって、上記で説明したように、結像レンズ３０７の位置を設定すればよい。図３（Ｃ）では、レーザビームの径が中空パイプ３０８の内径より十分小さいため、プリズム３０４の反射面と、半導体膜３０９が共役の関係になるように結像レンズ３０７を設置している例を示している。
【００６８】
また、レーザビームを長軸方向および短軸方向の２方向に整形する場合、光学系は図３（Ｄ）のようになる。中空パイプ３０８の端から射出したレーザビームは、まず結像レンズ３０７によってレーザビームの長軸方向に作用される。結像レンズ３０７としては、シリンドリカルレンズを用いることができる。結像レンズ３０７の位置は、中空パイプ３０８の内径とレーザビームの径との関係によって異なる。中空パイプ３０８の内径よりレーザビームの径が十分小さい場合では、プリズム３０４の反射面と半導体膜３０９とが共役の関係になるように配置する。また、中空パイプ３０８の内径よりレーザビームの径が十分小さいと言えないような場合には、中空パイプ３０８の出口と半導体膜３０９とが共役の関係になるように結像レンズ３０７を配置する。さらに、レーザビームの短軸方向に対して集光レンズ３１０を作用させ、半導体膜３０９に結像させる。集光レンズ３１０として、シリンドリカルレンズを用いることができる。なお、図３（Ｄ）では、プリズム３０４の反射面と半導体膜３０９が共役の関係になるように結像レンズ３０７配置している例を示している。
【００６９】
上記に示すように本発明のレーザ照射装置が有する光学系を通過したレーザビームは、図１に示すように、Ｘ軸ステージ１１０およびθステージ１１１上に設置した基板上に形成された半導体膜１１２に照射される。なおレーザビームが半導体膜１１２に入射する角度は概ね一定とする。その際、実施の形態と同様に、レーザ発振器１０１の射出口と半導体膜１１２とが共役になるように、それぞれの中空パイプ１０３中の転送レンズ１０６が配置されている。例えば、レーザ発振器１０１の射出口と、プリズム３０４ａとを共役の関係にするように転送レンズを配置し、プリズム３０４ａと、プリズム３０４ｂとを共役の関係にするように転送レンズを配置しても良い。このように構成することによって、レーザ発振器１０１の射出口におけるレーザビームの像が半導体膜１１２に転送され、半導体膜１１２上でレーザビームを良好に集光して照射することが可能になる。
【００７０】
また、中空パイプ３０８の出口付近にスリットまたはピンホールを設けてもよい。スリットやピンホールを設けることによって、エネルギーの低いレーザビームの端部を除去することが可能になる。その際、複数の中空パイプ３０８を挟んだレーザ発振器１０１の射出口とスリットとが共役になるように、それぞれの中空パイプ３０８内の転送レンズ３０６を配置すると、レーザ発振器１０１の射出口におけるレーザビームの像をスリットに転送することができるため、結像レンズ３０７を用いて効率よくレーザビームを集光することが可能になる。例えば、レーザ発振器１０１の射出口と、プリズム３０４ａとを共役の関係にするように転送レンズを配置し、プリズム３０４ａと、プリズム３０４ｂとを共役の関係にするように転送レンズを配置し、プリズム３０４ｂとスリットとを共役の関係にするように転送レンズを配置しても良い。また、上述したように、転送レンズは、レーザ発振器１０１の射出口と、照射面である半導体膜１１２とが共役の関係になるように配置されている。したがって、レーザ発振器１０１の射出口と、スリットまたはピンホールとが、共役の関係となるように転送レンズが配置されているとき、スリットまたはピンホールと照射面である半導体膜１１２も転送レンズによって共役の関係になる。なお、スリットやピンホールの材質に特に制限はなく、エネルギーの低いレーザビームの端部を除去できるものであれば、どのような材質を用いてもよい。また、スリットやピンホールの開閉は、モーターによる方法、手動による方法などを用いることができる。
【００７１】
また、図１において、Ｙ軸ステージ１１４に沿って光学系１１５が移動すると、関節型ビーム伝播器１０２の関節部１０４に設けた、回転が可能なジョイントによって中空パイプ１０３同士の接続状態を変化させることができる。ジョイントの角度変化を組み合わせることによって、光学系１１５の移動に関節型ビーム伝播器１０２を追従させることが可能になる。
【００７２】
なお、図１では、Ｙ軸方向には光学系１１５を直接移動させているが、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に基板を動かすことができるステージを用意した場合には、光学系１１５を動かす必要はない。
【００７３】
また、レーザビームの照射位置を制御するために、以下の方法を用いることができる。マーカー１１７を半導体膜１１２上に形成し、光学系１１５に隣接して設置したカメラでマーカー１１７の位置情報を取得する。この位置情報に基づいて、レーザビームの照射位置を決定する。ここで、マーカー１１７の位置情報に基づいてＸ軸およびθ軸の補正量を計算し、補正量に応じた移動量をＸ軸ステージ１１０、θステージ１１１、およびＹ軸ステージ１１４に送信することを組み合わせてもよい。Ｘ軸ステージ１１０、θステージ１１１、およびＹ軸ステージ１１４でアライメントを合わせることにより、精密にレーザビームを照射する位置を制御することができる。
【００７４】
なお、本発明のレーザ照射装置に用いることができるレーザ発振器の種類は特に制限されることはなく、連続発振のレーザ発振器、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルス発振のレーザ発振器、または１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザ発振器のいずれも用いることができる。
【００７５】
具体的には、以下に示すレーザ発振器を用いることができる。なお、本明細書中において、セラミックとは、加熱などによって人工的に作られた無機質かつ非金属であり、室温で固体となっている材料を意味する。
【００７６】
（１）単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの固体レーザ、Ａｒレーザ、Ｋｒレーザなどの気体レーザ、ＧａＮレーザ、ＧａＡｓレーザ、ＩｎＡｓレーザなどの半導体レーザ、から射出される連続発振のレーザを用いることができる。
【００７７】
（２）単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものをレーザ結晶とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザなどの、発振周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いることができる。
【００７８】
（３）Ｔｉ：サファイアレーザや、クロム・フォルステライト結晶を用いたレーザ、ＹＶＯ４レーザ、Ｙｂ：ＹＡＧレーザなどの、１フェムト秒以上１００ピコ秒以下のパルス幅で発振するレーザを用いることができる。なお、フェムト秒（１０−１５秒）台のパルス幅で発振するレーザをフェムト秒レーザともいい、モードロックをすることにより、パルス幅をフェムト秒台にすることができる。
【００７９】
なお、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Ａｒイオンレーザ、またはＴｉ：サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Ｑスイッチ動作やモード同期などを行うことによって１０ＭＨｚ以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。１０ＭＨｚ以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルス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ため、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。
【００８０】
媒質としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状にレーザ結晶を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状のレーザ結晶が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【００８１】
発光に直接寄与するレーザ結晶中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較してレーザ結晶中のドーパントの濃度を高くすることができるため大幅な出力向上が実現できる。
【００８２】
さらに、セラミックの場合では、任意の形状のレーザ結晶を容易に形成することが可能である。セラミックを用いたレーザ結晶は、単結晶のレーザ結晶よりも大きく形成することができるため、単結晶のレーザ結晶を用いた場合よりも発振光路を長くすることができる。発振光路が長いと増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能である。
【００８３】
ここで、平行六面体形状や直方体形状のレーザ結晶を用いると、発振光をレーザ結晶の内部で一直線状に進行させたり、レーザ結晶の内部で反射するようにジグザグに進行させたりすることができる。後者の方が前者より発振光路が長くなるため、より大出力で発振させることが可能になる。さらに、このような形状のレーザ結晶から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、断面形状が丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。
【００８４】
このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、半導体膜上で短辺の長さ１ｍｍ以下、長辺の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光をレーザ結晶に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。
【００８５】
以上の構成を有する本発明のレーザ照射装置を用いることによって、さまざまな効果を得ることができる。例えば、転送レンズによって、レーザビームのビーム径の拡がりや短期的な光軸のゆらぎを補正しながらビーム伝播器中を伝播させることができる。そのため、ビーム伝播器中を通過する際に、レーザビームを中空パイプの内壁に当てずに伝播させることができる。
【００８６】
さらに、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保すれば、空間的余裕が小さくてもレーザビームを照射することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することができ、レーザ照射処理の効率が格段に向上する。
【００８７】
また、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限だけになり、セッティングにかかる時間は大幅に減少する。セッティングの際には、中空パイプのジョイントを回転させるだけなので、レーザビームに触れることもなく、安全かつ簡単にセッティングを行うことができる。そして、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないので、集光レンズなどの光学系のセッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【実施例２】
【００８８】
本実施例において、以上に示した例とは別のレーザ結晶化方法の例を示す。本実施例において、レーザ発振器には、ＹｂをセラミックＹＡＧにドープしたレーザを用いる。このレーザは近赤外領域の波長を持ち、１０ｋＷの出力が可能である。本実施例はこれに限らず、ダイオードレーザやＬＤ励起固体レーザ等を用いても良い。また、本実施例ではＣＷレーザを用いるが、繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザを用いてもよい。
【００８９】
セラミックを用いたレーザ結晶は、単結晶のレーザ結晶よりも大きい結晶を容易に形成することができるため、単結晶のレーザ結晶を用いた場合よりも発振光路を長くすることができる。発振光路が長いと増幅が大きくなるため、大出力で発振させることが可能になる。さらに、平行六面体形状や直方体形状のレーザ結晶を用いると、発振光をレーザ結晶の内部で一直線状に進行させたり、レーザ結晶の内部で反射するようにジグザグに進行させたりすることができる。特に、発振光をレーザ結晶の内部で反射させてジグザグに進行させて発振光路を長くすると、より大出力で発振させることが可能になる。
【００９０】
波長が近赤外領域のレーザ発振器を使用するのは、以下の理由による。高調波はレーザ結晶から発振した基本波を非線形光学素子に入射させることで得られる。しかし、レーザ発振器の出力が大きくなると、多光子吸収などの非線形光学効果により、非線形光学素子にダメージが与えられ、ブレークダウンにつながるなどの問題がある。よって、現在、生産されている、可視域のＣＷ及び繰り返し周波数が１０ＭＨｚ以上のパルスレーザは、非線形光学素子の問題から、出力は最大でも１５Ｗ程度である。したがって、より高い出力を持つ基本波のレーザビームを結晶化に用いることができれば、被照射面におけるビームスポットを長尺化することが可能になるため、効率よくレーザ照射処理を行うことが可能となる。
【００９１】
本実施例では、半導体膜には吸収を持たない波長のレーザビームを用いるため、所定の大きさに整形された光吸収層のみに光が吸収される。光吸収層がレーザビームを吸収し、この吸収によって生じた熱が絶縁膜を通して半導体膜に拡散し、基板面内方向に温度分布ができる。すると、半導体膜は溶融する。さらに、上記の温度分布にしたがって、低温部（半導体膜の真上に光吸収層がない領域）から高温部（半導体膜の真上に光吸収層がある領域）に向かって結晶成長して結晶化が進む。つまり、光吸収層がない領域から光吸収層がある領域に向かって結晶成長が起こり、最終的には光吸収層がある領域付近で結晶成長の先端が衝突する。このようにして多結晶半導体膜が形成される。
【００９２】
数ｋＷの高出力が可能なレーザ発振器は発振器の構造上、出力されるビームの品質が比較的悪く、微細なビームスポットを形成することができないが、本発明を用いることで高出力のレーザ発振器を用いることができる。なお、数ｋＷの出力が可能な基本波のレーザ発振器としては、ファイバーレーザやダイオードレーザ、ランプ励起またはＬＤ励起固体レーザなどを挙げることができる。
【００９３】
具体的な結晶性半導体膜の作製方法の例を示す。図４（Ａ）に示すように、基板２００１は、レーザ結晶化に用いるレーザビームの波長である可視光線を透過する、ガラスなどの絶縁性の基板を用いる。本実施例では、基板２００１として厚さ０．７ｍｍのガラス基板を用いる。なお、基板２００１の材質はバリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスに限らず、本工程の処理温度に耐えることができる耐熱性を持つプラスチック基板などを用いることができる。
【００９４】
基板２００１の片面に下地膜２００２として、酸化珪素膜、窒化珪素膜、または窒素を含む酸化珪素膜などの絶縁膜を成膜する。代表的な一例は、下地膜２００２として２層構造からなり、ＳｉＨ４、ＮＨ３、およびＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される酸素を含む窒化珪素膜を５０〜１００ｎｍ、ＳｉＨ４、およびＮ２Ｏを反応ガスとして成膜される窒素を含む酸化珪素膜を１００〜１５０ｎｍの厚さに積層形成する構造が採用される。また、下地膜２００２の２層構造のうちの１層として、膜厚１０ｎｍ以下の窒化珪素膜、あるいは酸素を含む窒化珪素膜を用いることが好ましい。この他の例として、下地膜２００２として、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜を順次積層した３層構造を用いてもよい。下地膜２００２は基板からＴＦＴにナトリウムなどのイオンが進入することを防ぐためのブロッキング層として機能する。さらに、下地膜２００２はバッファー層として機能する。
【００９５】
次に、非晶質半導体膜２００３を形成する。非晶質半導体膜２００３は、公知の方法（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など）により、２５ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下）の厚さで形成する。本実施例では、７０ｎｍの膜厚で作製する。ここで、非晶質半導体膜２００３の材料として、珪素やシリコンゲルマニウム、ＳｉＣなどを用いることができる。本実施例では非晶質半導体膜２００３の材料として珪素を用いる。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％程度であると好ましい。また、本実施例および他の実施例において半導体膜として非晶質珪素膜の例を示すが、多結晶珪素膜を使用してもよい。例えば多結晶珪素膜は、非晶質珪素膜成膜後、非晶質珪素膜にニッケル、パラジウム、ゲルマニウム、鉄、スズ、鉛、コバルト、銀、白金、銅、金等の元素を微量に添加し、その後５５０℃にて４時間の熱処理を施すことによって形成することができる。さらには、珪素と炭素の化合物を半導体膜として使用してもよい。
【００９６】
また、非晶質半導体膜２００３に代えて、別途結晶化を行わずに成膜を行うだけで結晶構造を有する半導体膜（多結晶シリコン膜、微結晶半導体膜（マイクロクリスタル半導体膜、セミアモルファス半導体膜などとも呼ぶ）など）を用いてもよい。
【００９７】
なお、非晶質半導体膜２００３のレーザビームに対する耐性を高めるために、５００℃、１時間の熱アニールを非晶質半導体膜２００３に対して行う。
【００９８】
続いて、図４（Ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術を用いて非晶質半導体膜２００３を所望の形状に成形する処理（パターニング）を行い、島状の非晶質半導体膜２００４を形成する。この処理において、レジストマスク形成を行う前に、島状の非晶質半導体膜２００４を保護するために、オゾン含有水溶液を島状の非晶質半導体膜２００４の表面に塗りつける方法、または酸素雰囲気でのＵＶ照射によってオゾンを発生させる方法などを用いて酸化膜を形成することができる。ここで形成した酸化膜はレジストのぬれ性を向上させる効果もある。
【００９９】
なお、必要があれば、パターン成形処理を行う前に、ＴＦＴのしきい値電圧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、この酸化膜を介して行う。ここで、ドーピングを行っておくことによって、後に行うレーザビームによる結晶化工程によって添加された不純物元素の活性化処理を同時に行うことができ、工程を削減する効果をも有する。なお、この酸化膜を介してドーピングを行った場合には、酸化膜を除去しておいてもよい。
【０１００】
次いで、パターン成形処理によって発生するレジスト残りやレジスト剥離液などの不要物を除去する洗浄を行った後、島状の非晶質半導体膜２００４の表面を覆って、絶縁膜２００５を形成する。
【０１０１】
絶縁膜２００５は、酸化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜などの絶縁膜を５０〜３００ｎｍ程度成膜して形成する。あるいは、酸化珪素膜、窒化珪素膜、または窒素を含む酸化珪素膜などを２層以上積層して絶縁膜２００５としてもよい。この絶縁膜２００５は、光吸収層２００６として用いる元素などが不純物として拡散し、半導体中に深い準位を形成することを防ぐ役割がある。
【０１０２】
さらに、金属元素あるいは半導体元素などからなる光吸収層２００６を形成する。光吸収層２００６を形成するのは以下の理由による。上述したように本実施例においては、波長が近赤外領域である基本波のレーザビームを用いる。しかし、近赤外領域の波長において、珪素膜などの半導体膜に対する光吸収係数は低い。したがって、波長が近赤外領域である基本波のレーザビームでは直接半導体膜を溶融することができない。そこで、近赤外領域において吸収係数が高い光吸収層を設け、レーザビームが光吸収層に吸収されて発生した熱により、間接的に半導体膜の結晶化を行う方法を用いるためである。
【０１０３】
光吸収層２００６は、具体的にはタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）などの融点が高い金属のいずれか一種、またはこれらの金属の合金を用いる。また、これらの金属の窒化物（例えば、ＷＮ、ＭｏＮ、ＴｉＮ、ＴａＮなど）、あるいは金属の珪化物（ＷＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＴｉＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＰｔＳｉ２など）を用いて２層以上積層して光吸収層２００６としてもよい。
【０１０４】
次に、図４（Ｃ）で示すように、本発明のレーザ照射装置を用いてレーザビームを照射し、島状の非晶質半導体膜２００４を結晶化させ、結晶性半導体膜２００７を形成する。光吸収層２００６がレーザビームの光を吸収して発生する熱によって島状の非晶質半導体膜２００４を加熱する。その結果、レーザビームが照射されて完全に溶融した領域の島状の非晶質半導体膜２００４が結晶成長し、島状の非晶質半導体膜２００４を結晶化する。
【０１０５】
なお、レーザビームの照射後、光吸収層２００６をエッチングにより取り除いてもよいし、エッチングせずに所望の形状に成形し、ゲート絶縁膜２００８として用いてもよい。図４（Ｄ）では、光吸収層２００６の一部を残してエッチングによって除去している。
【０１０６】
なお、ゲート電極は一層に限らず、複数層でもよい。図４（Ｅ）では、光吸収層２００６をエッチングによって成形した後に、導電材料を含むペーストを噴射ノズル２００９から吐き出して、導電膜２０１０を直接形成してゲート電極２０１２を形成する例を示している。なお、ゲート電極２０１２を形成する方法はこの方法に限らない。他には、光吸収層２００６をエッチングによって成形して、さらに光吸収層２００６上に導電膜を形成し、この導電膜をエッチングによって成形することによって、２層以上のゲート電極２０１２を形成することもできる。また、光吸収層２００６をエッチングする前に、導電材料を含む導電膜を形成し、光吸収層２００６と導電膜を同時にエッチング処理して所定の形状に整形することによってゲート電極２０１２を形成することもできる。
【０１０７】
導電膜２０１０の材料は、実施の形態や他の実施例で用いた材料を用いることができる。また、その形成方法はＣＶＤ法やスパッタリング法を用いてもよいし、導電材料の微粒子を溶媒によって溶解または分散させた物質を直接ゲート電極の形状に形成する方法を用いてもよい。
【０１０８】
これ以降の工程は、公知の方法を用いることによって、さまざまな半導体装置を作製することができる。
【０１０９】
本発明のレーザ照射装置を用いることによって、さまざまな効果を得ることができる。転送レンズによって、レーザビームのビーム径の拡がりや短期間的な光軸のゆらぎを補正しながらビーム伝播器中を伝播させることができるため、レーザビームを中空パイプの内壁に当てずに伝播させることができる。そのため、レーザ照射装置から射出されたレーザビームのエネルギーを保持して半導体膜に照射することができる。さらに、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保すれば、空間的余裕が小さくてもレーザビームを照射することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することができ、レーザ照射処理の効率が格段に向上する。一辺が１メートルを超える大型基板を用いる場合には、一度に数本〜十数本のレーザビームを同時に半導体膜に照射できることの効果は絶大である。
【０１１０】
また、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限だけになり、セッティングにかかる時間は大幅に減少する。セッティングの際には、中空パイプのジョイントを回転させるだけなので、レーザビームに触れることや、他の光学系に触れて光軸をずらすこともなく、安全かつ簡単にセッティングを行うことができる。そして、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないので、集光レンズなどの光学系のセッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【０１１１】
なお本実施例においては、光吸収層２００６を絶縁膜２００５の上に形成し、レーザビームを直接光吸収層２００６に照射し、光吸収層２００６が発生する熱を島状の非晶質半導体膜２００４の溶融に利用する例を示したが、必ずしも光吸収層２００６が最上層にある必要はない。例えば、ＴＦＴ等の半導体素子によりＩＣタグを作製する場合では、工程終了後に基板からＩＣタグを剥離するため、剥離する層を半導体膜よりも下層に形成する。この剥離する層を光吸収層として兼用する構造にしてもよい。
【実施例３】
【０１１２】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて作製したＮチャネル型ＴＦＴとＰチャネル型ＴＦＴを用いて、ＣＭＯＳ型のトランジスタを作製する例を示す。
【０１１３】
図５（Ａ）は、本発明を用いて基板３０００上に形成した非晶質半導体膜３００２に対して同時に複数のレーザ照射装置を用いてレーザ照射を行った直後の状態を示している。以下では、図５における点Ａと点Ｂを結んだ点線の断面から見た作製過程を説明する。
【０１１４】
図５（Ｂ）に示すように、絶縁表面を有する基板３０００上に下地膜３００１を形成する。本実施例では、基板３０００としてガラス基板を用いる。なお、ここで用いる基板には、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミックス基板、ステンレス基板などを用いることができる。また、ＰＥＴ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタラート）、ＰＥＳ（ＰｏｌｙｅｔｈｅｒｓｕｌＰｈｏｎｅ  Ｒｅｓｉｎ：ポリエーテルサルホン樹脂）、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンナフタレート）に代表されるプラスチックや、アクリルなどに代表される合成樹脂を原料とする基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、本工程の処理に耐え得るのであれば用いることができる。
【０１１５】
下地膜３００１は、基板３０００に含まれるナトリウム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。このため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体中への拡散を抑えることのできる酸化珪素膜や窒化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜などの絶縁膜を用いて形成する。また、下地膜３００１は単層または積層構造のいずれでもよい。本実施例では、プラズマＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学気相成長法）を用いて酸素を含む窒化珪素膜を１０〜４００ｎｍの膜厚になるように成膜した。
【０１１６】
なお、基板３０００として、ガラス基板また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ている場合には、不純物の拡散を防ぐために下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさほど問題にならない基板を用いる場合には必ずしも下地膜３００１を設ける必要はない。
【０１１７】
次いで、下地膜３００１上に非晶質半導体膜３００２を形成する。非晶質半導体膜３００２は、公知の方法（スパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法など）により、２５〜１００ｎｍ（好ましくは３０〜６０ｎｍ）の厚さで形成する。ここで用いる非晶質半導体膜３００２は、珪素やシリコンゲルマニウムなどを材料に用いることができるが、本実施例では珪素を用いる。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。
【０１１８】
続いて図５（Ｃ）に示すように、本発明のレーザ照射装置を用いて非晶質半導体膜３００２にレーザビーム３００３を照射して結晶化を行う。本実施例では、レーザビーム３００３として、連続発振のセラミックスＹＡＧレーザビームを用いる。セラミックＹＡＧのレーザ結晶に、Ｎｄ、Ｙｂなどの複数種のドーパントを添加して発振させる。なお、このレーザ発振器の基本波の中心波長は１０３０〜１０６４ｎｍ、発振波長の半値全幅が３０ｎｍ程度である。この基本波をレーザ発振器内の非線形光学結晶によって、中心波長５１５〜５３２ｎｍ、発振波長の半値全幅が１５ｎｍ程度の第二高調波に変換し、シリンドリカルレンズ３００４で集光を行った後に、照射を行う。
【０１１９】
ここで挙げたレーザに限らず、Ｓａｐｐｈｉｒｅ、ＹＡＧ、セラミックスＹＡＧ、セラミックスＹ２Ｏ３、ＫＧＷ、ＫＹＷ、Ｍｇ２ＳｉＯ４、ＹＬＦ、ＹＶＯ４、またはＧｄＶＯ４の結晶に、Ｎｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒのドーパントをいずれか１つまたは複数添加したレーザや、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ等を用いることができる。また、レーザビーム３００３は、公知の非線形光学素子により高調波に変換される。なお、本実施例では、レーザビーム３００３は非線形光学素子により第２高調波に変換されているが、第２高調波以外の高調波であっても構わない。
【０１２０】
以上の方法を用いることによって、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成される大粒径領域３００５と、結晶性不良領域３００６が形成される。さらに、エッチングを行うことによって、島状の半導体膜３００９を形成する（図６（Ａ））。さらに、この島状の半導体膜３００９を覆うようにゲート絶縁膜３０１０を形成する（図６（Ｂ））。
【０１２１】
本発明のレーザ照射装置を用いることにより、ビーム伝播器中を通過する際に、レーザビームを中空パイプの内壁に当てずに伝播させることができる。そのため、レーザ照射装置から射出されたレーザビームのエネルギーを保持して半導体膜に照射することができる。さらに、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保すれば、空間的余裕が小さくてもレーザビームを照射することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することができ、レーザ照射処理の効率が格段に向上する。一辺が１メートルを超える大型基板を用いる場合には、一度に数本から十数本のレーザビームを同時に半導体膜に照射できることの効果は絶大である。
【０１２２】
また、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限だけになり、セッティングにかかる時間は大幅に減少する。セッティングの際には、中空パイプのジョイントを回転させるだけなので、レーザビームに触れることや、他の光学系に触れて光軸をずらすこともなく、安全かつ簡単にセッティングを行うことができる。そして、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないので、集光レンズなどの光学系のセッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【０１２３】
ゲート絶縁膜３０１０は、熱酸化法、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法を用いて形成することができる。例えば、熱酸化法によって得られる膜厚５ｎｍの酸化珪素膜と、ＣＶＤ法で得られる膜厚１０〜１５ｎｍの窒素を含む酸化珪素膜の積層膜を形成してもよい。また、ガスを切り替えることによって連続的に成膜を行うこともできる。
【０１２４】
なお、ゲート絶縁膜３０１０は上記の材料に限らず、（１）酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、窒化珪素膜、またはこれらの積層膜、（２）高誘電率物質（ｈｉｇｈ−ｋ材料ともいう）のタンタル酸化物、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、窒素添加ハフニウム・シリコン酸化物（ＨｆＳｉＯＮ）、酸化ジリコニウム（ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、または酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ２）などの希土類酸化物を用いることができる。
【０１２５】
次に、図６（Ｃ）に示すように、ゲート絶縁膜３０１０上に導電膜を形成し、所望の形状に形成することでゲート電極３０１１、３０１２を形成する。その概要は以下の通りになる。まず、ゲート絶縁膜３０１０上に形成する導電膜の材料は、導電性を有する膜であれば良い。その材料として、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）から選ばれた元素、またはこれらの元素を主成分とする合成材料または化合物材料を用いることができる。さらには、これらの材料の積層物を用いることもできる。本実施例では、Ｗ（タングステン）とＴａＮ（窒化タンタル）の積層膜を用いたが、Ａｌ（アルミニウム）とＭｏ（モリブデン）を用いてＭｏ、Ａｌ、Ｍｏの順に積層した導電膜や、Ｔｉ（チタン）とＡｌを用いてＴｉ、Ａｌ、Ｔｉの順に積層した導電膜を用いても良い。特に、ゲート絶縁膜３０１０を先述の高誘電率物質（ｈｉｇｈ−ｋ材料）を用いて形成した場合では、上記の材料を用いてゲート電極３０１１、３０１２を形成すると、ゲート電極の空乏化を解消し、大量の電流を流すことができるようになるため、半導体素子の低電力化に貢献する。
【０１２６】
そして、この導電膜を所望の形状に成形するためのレジストマスクを形成する。まず、導電膜の表面にフォトレジストをスピンコート法などによって塗りつけ、露光を行う。次に、フォトレジストに対して加熱処理（プリベーク）を行う。プリベークの温度は５０〜１２０℃とし、後に行われるポストベークより低い温度で行う。本実施例では、加熱温度は９０℃、加熱時間は９０秒とした。
【０１２７】
次に、フォトレジストに現像液を滴下するか、あるいはスプレーノズルから現像液をスプレーすることによって、露光されたレジストを現像する。
【０１２８】
その後、現像されたフォトレジストを１２５℃、１８０秒で加熱処理を行ういわゆるポストベークを行い、レジストマスク中に残っている水分などを除去し、同時に熱に対する安定性を高める。以上の工程によってレジストマスクが形成される。このレジストマスクを基に導電膜を所望の形状にエッチングして、ゲート電極３０１１、３０１２を形成する。
【０１２９】
なお、このほかの方法として、所定の場所に材料を吐出することが可能な印刷法やインクジェット法に代表される液滴吐出法により、ゲート電極３０１１、３０１２を直接ゲート絶縁膜３０１０上に形成してもよい。
【０１３０】
導電性を持つ材料を溶媒に溶解または分散させることによって、導電性を持つ液状の物質を作り、これを吐出する。ここで用いることができる導電性材料は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、インジウム（Ｉｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉛（Ｐｂ）、イリジウム（Ｉｒ）、ロジウム（Ｒｈ）、タングステン（Ｗ）、カドミウム（Ｃｄ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、バリウム（Ｂａ）などの金属から少なくとも一種類、またはこれらの金属の合金を含むものである。溶媒は、酢酸ブチル、酢酸エチルなどのエステル類、イソプロピルアルコール、エチルアルコールなどのアルコール類、メチルエチルケトン、アセトンなどの有機溶剤などを用いることができる。
【０１３１】
また、組成物の粘度は３００ｃｐ以下とする。これは、乾燥を防止し、吐出口から組成物を円滑に吐出するためである。なお、用いる溶媒や用途に合わせて組成物の粘度や表面張力は適宜調整すると良い。
【０１３２】
次に、図７（Ａ）に示すように、ゲート電極３０１１またはゲート電極３０１２を形成する際に用いたレジストをマスクとして用い、Ｐチャネル型ＴＦＴを形成する部分をレジスト３０１３で覆い、Ｎ型を付与する不純物のヒ素（Ａｓ）またはリン（Ｐ）を導入する。この操作によって、ソース領域３０１４、ドレイン領域３０１５が形成される。また、同様にしてＮチャネル型ＴＦＴを形成する部分をレジスト３０１６で覆い、Ｐ型を付与する不純物であるホウ素（Ｂ）を導入することによって、ソース領域３０１７、ドレイン領域３０１８を形成する（図７（Ｂ））。
【０１３３】
その後に、ゲート電極３０１１、３０１２の側壁にサイドウォール３０１９、３０２０を形成する。例えば酸化珪素からなる絶縁膜を基板全面にＣＶＤ法にて形成する。この絶縁膜に対して異方性エッチングをすることにより、サイドウォール３０１９、３０２０を形成すればよい（図７（Ｃ））。
【０１３４】
次に、図７（Ｄ）に示すように、Ｐチャネル型ＴＦＴになる部分をレジスト３０２１で覆い、Ｎ型の導電性を示すイオンの導入を行い、ＬＤＤ領域３０２４を形成する。なお、先程よりも高いドーズ量でＮ型の導電性を示すイオンを導入する。同様にして、図８（Ａ）に示すように、Ｎチャネル型ＴＦＴになる部分をレジスト３０２２で覆い、Ｐ型の導電性を示すイオンの導入を行い、ＬＤＤ領域３０２３を形成する。こちらも、先程よりも高いドーズ量でＰ型の導電性を示すイオンを導入する。
【０１３５】
以上のようにして、不純物の導入が終了したら、レーザアニール、ランプアニール、またはファーネスアニールによって処理を行い、導入した不純物の活性化と、不純物の導入による結晶格子の損傷を回復させる。なお、レーザアニール法を用いる場合には、本発明のレーザ照射装置を用いることが可能である。
【０１３６】
上記の工程によって、Ｐチャネル型ＴＦＴ３０２５と、Ｎチャネル型ＴＦＴ３０２６を同一基板上に形成することができる。
【０１３７】
続いて、図８（Ｂ）に示すように、それらの保護膜として、絶縁膜３０２７を形成する。この絶縁膜３０２７は、プラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用い、窒化珪素膜または酸素を含む窒化珪素膜を単層または積層構造で１００〜２００ｎｍの厚さに形成する。酸素を含む窒化珪素膜と窒素を含む酸化珪素膜を組み合わせる場合では、ガスを切り替えることによって連続成膜をすることが可能である。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した。絶縁膜３０２７を設けることにより、酸素や空気中の水分をはじめ、各種イオン性の不純物の侵入を阻止するブロッキング作用を得ることができる。
【０１３８】
次いで、さらに絶縁膜３０２８を形成する。ここでは、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法またはスピンコート法によって、絶縁膜３０２７表面に、ポリイミド、ポリアミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、アクリル、シロキサン（珪素と酸素との結合（シロキサン結合）で骨格構造が構成され、珪素にフッ素、脂肪族炭化水素、または芳香族炭化水素のうち少なくとも一種が結合した構造を持つ物質）などの有機樹脂膜、無機層間絶縁膜（窒化珪素、酸化珪素などの珪素を含む絶縁膜）、ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料のいずれかを塗りつけることによって形成することができる。絶縁膜３０２８は、ガラス基板上に形成されたＴＦＴによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いため、平坦性に優れた膜が好ましい。
【０１３９】
さらに、フォトリソグラフィー法を用いてゲート絶縁膜３０１０、絶縁膜３０２７および絶縁膜３０２８を所望の形状にパターン加工して、ソース領域３０１４、３０１７、およびドレイン領域３０１５、３０１８に達するコンタクトホールを形成する。
【０１４０】
次に、導電性材料を用いて導電膜を形成し、この導電膜を所望の形状にパターン加工することによって配線３０２９を形成する。その後、保護膜として絶縁膜３０３０を形成すると、図８（Ｃ）に示すようなＣＭＯＳ型のトランジスタが完成する。
【０１４１】
本発明の半導体装置の作製方法は、上述した作製工程に限定されない。本実施例では、ＣＭＯＳ型のトランジスタを作製する過程を示しているが、Ｎチャネル型のＴＦＴ、Ｐチャネル型のＴＦＴ、またはこの双方を基板上に同時に形成する際に用いることもできる。また、本実施例では順スタガ型のＴＦＴを作製しているが、これに限らず、逆スタガ型のＴＦＴを作製する際にも用いることができる。
【０１４２】
また、レーザビームによる結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けてもよい。その触媒元素としては、ニッケル（Ｎｉ）、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）などの元素を用いることができる。また、触媒元素を添加した後に加熱処理を行うことによって結晶化を促進してもよいし、加熱処理の工程を省略してもよい。さらに、加熱処理の後、その温度を保ちつつレーザ処理を行うようにしてもよい。これらの過程の際に本発明のレーザ照射装置を用いることが可能である。
【０１４３】
また、本発明を用いた半導体装置の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法にも用いることができる。
【０１４４】
また、本実施例は、実施の形態や他の実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例４】
【０１４５】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて、実施の形態や他の実施例に示した方法を用いて結晶化を行った半導体膜を材料として、半導体装置を作製する例として、発光素子を用いた発光装置およびこの発光装置を作製する方法について説明する。本実施例で説明する発光装置は、絶縁表面を有する基板に対向する基板（対向基板、封止基板などと呼ばれる）側から光を取り出す構造であるが、この構造に限らず、絶縁表面を有する基板側から光を取り出す構造の発光装置や、絶縁表面を有する基板側および対向基板側の両面から光を取り出す構造の発光装置にも同様にして用いることができる。
【０１４６】
図９は、発光装置を示す上面図、図１０は図９をＡ−Ａ’で切断した断面図である。４０００は基板、点線で示された４００１はソース信号線駆動回路、４００２は画素部、４００３はゲート信号線駆動回路である。また、４００４は透明な封止基板、４００５は第１シール材であり、第１シール材４００５で囲まれた内側は、透明な第２シール材４００６で充填されている。なお、第１シール材４００５には基板間隔を保持するためのギャップ材が含有されている。
【０１４７】
なお、ビデオ信号やクロック信号が外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）４００７を通って送られてくる。この信号は、基板４０００上の配線を経由してソース信号線駆動回路４００１及びゲート信号線駆動回路４００３に入力される。なお、ここではＦＰＣ４００７しか図示されていないが、このＦＰＣ４００７にはプリント配線基盤（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。
【０１４８】
次に、断面構造について図１０を用いて説明する。基板４０００上には駆動回路及び画素部が形成されているが、ここでは、駆動回路としてソース信号線駆動回路４００１と画素部４００２が示されている。
【０１４９】
なお、ソース信号線駆動回路４００１はＮチャネル型ＴＦＴ４０２３とＰチャネル型ＴＦＴ４０２４とを組み合わせたＣＭＯＳ回路が形成される。また、駆動回路を形成するＴＦＴは、公知のＣＭＯＳ回路、ＰＭＯＳ回路もしくはＮＭＯＳ回路で形成しても良い。また、本実施例では、基板上に駆動回路を形成したドライバー一体型を示すが、必ずしもその必要はない。例えば、基板上ではなく外部に駆動回路を形成することもできる。また、ポリシリコン膜を活性層とするＴＦＴの構造は特に限定されず、トップゲート型ＴＦＴであってもよいし、ボトムゲート型ＴＦＴであってもよい。
【０１５０】
また、画素部４００２はスイッチング用ＴＦＴ４０１１と、電流制御用ＴＦＴ４０１２とそのドレインに電気的に接続された第１の電極（陽極）４０１３を含む複数の画素により形成される。電流制御用ＴＦＴ４０１２としてはＮチャネル型ＴＦＴであってもよいし、Ｐチャネル型ＴＦＴであってもよい。ただし、陽極と接続させる場合、Ｐチャネル型ＴＦＴとすることが好ましい。また、保持容量（図示しない）を適宜設けることが好ましい。なお、ここでは無数に配置された画素のうち、一つの画素の断面構造のみを示し、その一つの画素に２つのＴＦＴを用いた例を示したが、３つ、またはそれ以上のＴＦＴを適宜、用いてもよい。
【０１５１】
ここでは第１の電極（陽極）４０１３がＴＦＴのドレインと直接接している構成となっているため、第１の電極（陽極）４０１３の下層はシリコンからなるドレインとオーミックコンタクトのとれる材料層とし、有機化合物を含む層と接する最上層を仕事関数の大きい材料層とすることが望ましい。第一の電極（陽極）としては、仕事関数が４．０ｅＶ以上のものを用いることが望ましい。例えば、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との３層構造とすると、配線としての抵抗も低く、且つ、良好なオーミックコンタクトがとれ、且つ、陽極として機能させることができる。また、第１の電極（陽極）４０１３は、インジウム錫酸化物（以下ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）と記す）、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（以下ＩＴＳＯと記す）、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）、亜鉛（Ｚｎ）、または金属材料の窒化物（窒化チタンなど）の単層としてもよいし、３層以上の積層を用いてもよい。
【０１５２】
また、第１の電極（陽極）４０１３の両端には絶縁物（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）４０１４が形成される。絶縁物４０１４は有機樹脂膜もしくは珪素を含む絶縁膜で形成すれば良い。ここでは、絶縁物４０１４として、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いて図１０に示す形状の絶縁物を形成する。
【０１５３】
その後の成膜を良好に行うため、絶縁物４０１４の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物４０１４の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物４０１４の上端部のみに曲率半径（０．２μｍ〜３μｍ）を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物４０１４として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
【０１５４】
また、絶縁物４０１４を窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、炭素を主成分とする薄膜、または窒化珪素膜からなる保護膜で覆ってもよい。
【０１５５】
次に電界発光層４０１５を形成する。電界発光層４０１５を形成する材料としては、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材料がある。本実施例では、蒸着法によって電界発光層４０１５を形成するため、低分子材料を使用する。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法やインクジェット法により溶媒ごと塗りつけて形成することができる。また、有機材料だけではなく、無機材料との複合材料も使用することができる。
【０１５６】
また、第１の電極（陽極）４０１３上には電界発光層４０１５を選択的に形成する。例えば真空度が０．７Ｐａ以下、好ましくは１．３×１０−２〜１．３×１０−４Ｐａまで真空排気された成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、加熱により、予め有機化合物は気化されている。気化された有機化合物は蒸着され、電界発光層４０１５（第１の電極側から正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層）が形成される。なお、電界発光層４０１５の構成はこのような積層でなくとも良く、単層または混合層で形成されていても良い。さらに、電界発光層４０１５上には第２の電極（陰極）４０１６が形成される。
【０１５７】
なお、第２の電極４０１６（陰極）としては、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、元素周期表の１族又は２族に属する元素、すなわちＬｉやＲｂ、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（Ｙｂなど）を含む遷移金属を用いて形成することができる。但し、本実施例において第２の電極（陰極）は透光性を有するため、これらの金属、又はこれらの金属を含む合金を非常に薄く形成し、ＩＴＯ、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ことができる。
【０１５８】
ここでは、発光が透過するように、第２の電極（陰極）４０１６として、膜厚を薄くした仕事関数の小さい金属薄膜と、透明導電膜（ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ等）との積層を用いる。こうして、第１の電極（陽極）４０１３、電界発光層４０１５、及び第２の電極（陰極）４０１６からなる電界発光素子４０１８が形成される。
【０１５９】
本実施例では、電界発光層４０１５を形成する。その内訳は、まず銅フタロシアニン（略称Ｃｕ−Ｐｃ）を材料に、正孔注入層を厚さ２０ｎｍで形成する。次にホール輸送性の第１の発光層をα−ＮＰＤを材料として厚さ３０ｎｍで形成し、第２の発光層をＣＢＰ（４，４’−Ｎ，Ｎ’−ｄｉｃａｒｂａｚｏｌ−ｂｉｐｈｅｎｙｌ）にＰｔ（ｐｐｙ）ａｃａｃを１５ｗｔ％で添加した物質を材料に２０ｎｍの厚さで形成する。さらに電子輸送層をＢＣＰ（２，９−ｄｉｍｅｔｈｙｌ−４，７−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−１，１０−ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎ）を材料に３０ｎｍの厚さで積層する。なお、第２の電極（陰極）４０１６として仕事関数の小さい金属薄膜を用いているため、ここでは電子注入層（フッ化カルシウム）を用いる必要はない。
【０１６０】
このようにして形成された電界発光素子４０１８は、白色発光を呈する。なお、ここでは、フルカラー化を実現するために着色層４０３１と遮光層（ブラックマトリクス（ＢＭ）とも呼ばれる）４０３２からなるカラーフィルター（簡略化のため、ここではオーバーコート層は図示しない）を設けている。
【０１６１】
また、電界発光素子４０１８を封止するために透明保護層４０１７を形成する。この透明保護層４０１７は、第１の無機絶縁膜と、応力緩和膜と、第２の無機絶縁膜との積層からなっている。第１の無機絶縁膜および第２の無機絶縁膜としては、スパッタ法またはＣＶＤ法により得られる窒化珪素膜、酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、炭素を主成分とする薄膜（例えばダイアモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、窒化炭素（ＣＮ）膜）を用いることができる。これらの無機絶縁膜は水分に対して高いブロッキング効果を有しているが、膜厚が厚くなると膜応力が増大して膜剥がれが生じやすい。
【０１６２】
しかし、第１の無機絶縁膜と第２の無機絶縁膜との間に応力緩和膜を挟むことで、応力を緩和するとともに水分を吸収することができる。また、成膜時に何らかの原因で第１の無機絶縁膜に微小な穴（ピンホールなど）が形成されたとしても、応力緩和膜で埋められ、さらにその上に第２の無機絶縁膜を設けることによって、水分や酸素に対して極めて高いブロッキング効果を有する。
【０１６３】
また、応力緩和膜としては、無機絶縁膜よりも応力が小さく、且つ、吸湿性を有する材料が好ましい。加えて、透光性を有する材料であることが望ましい。また、応力緩和膜としては、α−ＮＰＤ、ＢＣＰ、ＭＴＤＡＴＡ、Ａｌｑ３などの有機化合物を含む材料膜を用いてもよく、これらの材料膜は、吸湿性を有し、膜厚が薄ければ、ほぼ透明である。また、ＭｇＯ、ＳｒＯ２、ＳｒＯは吸湿性及び透光性を有し、蒸着法で薄膜を得ることができるため、応力緩和膜に用いることができる。
【０１６４】
本実施例では、シリコンターゲットを用い、窒素とアルゴンを含む雰囲気で成膜した膜、即ち、水分やアルカリ金属などの不純物に対してブロッキング効果の高い窒化珪素膜を第１の無機絶縁膜または第２の無機絶縁膜として用い、応力緩和膜として蒸着法によりＡｌｑ３の薄膜を用いる。また、透明保護積層に発光を通過させるため、透明保護積層のトータル膜厚は、可能な限り薄くすることが好ましい。
【０１６５】
また、電界発光素子４０１８を封止するために不活性気体雰囲気下で第１シール材４００５、第２シール材４００６により封止基板４００４を貼り合わせる。なお、第１シール材４００５、第２シール材４００６としてはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、第１シール材４００５、第２シール材４００６はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。
【０１６６】
また、本実施例では封止基板４００４を構成する材料としてガラス基板や石英基板の他、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。また、第１シール材４００５、第２シール材４００６を用いて封止基板４００４を接着した後、さらに側面（露呈面）を覆うように第３のシール材で封止することも可能である。
【０１６７】
以上のようにして電界発光素子４０１８を第１シール材４００５、第２シール材４００６に封入することにより、電界発光素子４０１８を外部から完全に遮断することができ、外部から水分や酸素といった電界発光層４０１５の劣化を促す物質が侵入することを防ぐことができる。従って、信頼性の高い発光装置を得ることができる。
【０１６８】
また、第１の電極（陽極）４０１３として透明導電膜を用いれば、基板側と封止基板側の両面から光を得ることができる発光装置を作製することもできる。
【０１６９】
本実施例は、本発明の実施の形態または他の実施例と自由に組み合わせることができる。また、発光素子を用いた表示装置に限らず、本発明を用いて結晶化を行った半導体膜を用いて、液晶を用いた表示装置を作製することが可能である。
【０１７０】
また、本実施例では、電流を流すことによって発光する発光装置の例として、電界発光層４０１５の発光層に有機物を用いた例を示したが、発光層に硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）などの無機物を用いる発光装置も同様に作製することができる。
【実施例５】
【０１７１】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化を行った半導体膜を材料として作製した半導体装置の一例として、液晶表示装置について図面を参照して説明する。本実施例では、画素部と駆動回路と端子部とを同一基板上に形成する例を示すが、これに限らず、画素部と駆動回路を同一基板上に形成し、端子部を別に形成して、後に配線で接続させてもよい。
【０１７２】
図１１において、基板５０１０上に下地絶縁膜５０１１を形成する。基板５０１０としては、光透過性を有するガラス基板や石英基板を用いればよい。また、処理温度に耐えうる耐熱性を有する光透過性のプラスチック基板を用いてもよい。また、反射型の液晶表示装置の場合には、前述の基板の他にシリコン基板、金属基板またはステンレス基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。ここでは基板５０１０としてガラス基板を用いる。
【０１７３】
下地絶縁膜５０１１としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜を形成する。ここでは下地絶縁膜５０１１が単層の例を示すが、絶縁膜を２層以上積層させた構造を用いても良い。なお、基板の凹凸や、基板からの不純物拡散が問題にならないのであれば、特に下地絶縁膜５０１１を形成しなくてもよい。
【０１７４】
また、マイクロ波で励起され、電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下、電子密度が１０１１〜１０１３／ｃｍ３程度である高密度プラズマで、ガラス基板の表面を直接処理しても良い。プラズマの生成はラジアルスロットアンテナを用いたマイクロ波励起のプラズマ処理装置を用いることができる。このとき、窒素（Ｎ２）、またはアンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）などの窒化物気体を導入すると、ガラス基板の表面を窒化することができる。このガラス基板の表面に形成された窒化物層は、窒化珪素を主成分とするので、ガラス基板側から拡散してくる不純物のブロッキング層として利用することができる。この窒化物層の上に酸化珪素膜または酸窒化珪素膜をプラズマＣＶＤ法で形成して下地絶縁膜５０１１としても良い。
【０１７５】
次いで、下地絶縁膜５０１１上に島状の半導体膜を形成する。その方法は、まず、非晶質半導体膜をスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法などにより成膜する。なお、プラズマＣＶＤ法を用いれば、下地絶縁膜５０１１と、非晶質半導体膜５０１２とを大気に触れることなく連続的に積層することができる。非晶質半導体膜５０１２の厚さは２５〜８０ｎｍ（好ましくは３０〜７０ｎｍ）の厚さで形成する。結晶性半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）合金などで形成すると良い。
【０１７６】
次に、非晶質半導体膜を、フォトリソグラフィー技術を用いて所望の形状に整形し、島状の半導体膜を形成する。その後、島状の半導体膜に、本発明のレーザ照射装置を用いてレーザビームを照射することによって、結晶性半導体膜５０１４とする。レーザは、実施の形態や他の実施例で述べたレーザを用いることができる。
【０１７７】
本発明のレーザ照射装置を用いることにより、さまざまな効果を得ることができる。例えば、転送レンズによって短期的なレーザビームの光軸のゆらぎや、レーザビームのビーム径の拡がりが修正されるので、レーザビームが中空パイプの内壁に当たらずにビーム伝播器中を伝播することができる。そのため、レーザ照射装置から射出されたレーザビームのエネルギーを保持して半導体膜に照射することができる。さらに、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保すれば、空間的余裕が小さくてもレーザビームを照射することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することができ、レーザ照射処理の効率が格段に向上する。一辺が１メートルを超える大型基板を用いる場合には、一度に数本から十数本のレーザビームを同時に半導体膜に照射できることの効果は絶大である。
【０１７８】
また、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限だけになり、セッティングにかかる時間は大幅に減少する。セッティングの際には、中空パイプのジョイントを回転させるだけなので、レーザビームに触れることや、他の光学系に触れて光軸をずらすこともなく、安全かつ簡単にセッティングを行うことができる。そして、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないので、集光レンズなどの光学系のセッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【０１７９】
レーザ照射処理によって形成した結晶性半導体膜５０１４に対して、必要があればＴＦＴのしきい値電圧を制御するために、微量な不純物元素（ボロンまたはリン）のドーピングを行う。例えば、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いることができる。
【０１８０】
次に、フッ酸を含むエッチャントで半導体膜表面の酸化膜を除去すると同時に結晶性半導体膜５０１４の表面を洗浄する。さらに、結晶性半導体膜５０１４を覆うゲート絶縁膜５０１５を形成する。ゲート絶縁膜５０１５はプラズマＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて形成し、厚さを１〜２００ｎｍとする。好ましくは１０ｎｍ〜５０ｎｍと薄くしてシリコンを含む絶縁膜の単層または積層構造で形成した後、マイクロ波によるプラズマを用いた表面窒化処理を行う。
【０１８１】
なお、ゲート絶縁膜５０１５を成膜する前に、結晶性半導体膜５０１４の表面を、前述と同様に、マイクロ波で励起され、電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下、電子密度が１０１１〜１０１３／ｃｍ３程度である高密度プラズマ処理によって酸化又は窒化処理して緻密化しても良い。このとき、基板温度を３００〜４５０℃とし、酸化雰囲気（Ｏ２、Ｎ２Ｏなど）又は窒化雰囲気（Ｎ２、ＮＨ３など）で処理することにより、その上に堆積するゲート絶縁膜５０１５と良好な界面を形成することができる。
【０１８２】
次いで、ゲート絶縁膜５０１５上に膜厚２０〜１００ｎｍの第１の導電膜と、膜厚１００〜４００ｎｍの第２の導電膜とを積層形成する。本実施例では、ゲート絶縁膜５０１５上に膜厚５０ｎｍの窒化タンタル膜、膜厚３７０ｎｍのタングステン膜を順次積層し、所望の形状に整形することによってゲート電極５０１７を形成する。本実施例では、フォトマスクまたはレチクルを用いて、ゲート電極５０１７を形成する。
【０１８３】
なお、本実施例ではゲート電極５０１７を窒化タンタル（ＴａＮ）膜とタングステン（Ｗ）膜との積層としたが、特に限定されない。具体的には、Ｔａ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料の積層で形成することができる。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、２層構造に限定されず、例えば、膜厚５０ｎｍのタングステン膜、膜厚５００ｎｍのアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）膜、膜厚３０ｎｍの窒化チタン膜を順次積層した３層構造としてもよい。
【０１８４】
第１の導電膜及び第２の導電膜のエッチング（第１のエッチング処理および第２のエッチング処理）にはＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いると良い。ＩＣＰエッチング法を用い、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節することによって所望のテーパー形状に膜をエッチングすることができる。
【０１８５】
次いで、ｎ型を付与する不純物元素を結晶性半導体膜５０１４に添加するため、ゲート電極５０１７をマスクとして全面にドーピングする第１のドーピング処理を行う。第１のドーピング処理はイオンドープ法、もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を１．５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とし、加速電圧を５０〜１００ｋＶとして行う。ｎ型を付与する不純物元素として、典型的にはリン（Ｐ）または砒素（Ａｓ）を用いる。
【０１８６】
次いで、レジストからなるマスクを形成した後、結晶性半導体膜５０１４にｎ型を付与する不純物元素を高濃度にドープするための第２のドーピング工程を行う。マスクは、画素部のｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、画素部のｎチャネル型ＴＦＴの一部と、駆動回路部のｐチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、を保護するために設ける。第２のドーピング工程におけるイオンドープ法の条件はドーズ量を１×１０１３〜５×１０１５／ｃｍ２とし、加速電圧を６０〜１００ｋＶとして行う。
【０１８７】
次いで、結晶性半導体膜５０１４にｐ型を付与する不純物元素（代表的にはボロン）を高濃度にドープするための第３のドーピング工程を行う。マスクは、画素部のｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、駆動回路部のｎチャネル型ＴＦＴを形成する半導体層のチャネル形成領域及びその周辺の領域と、を保護するために設ける。
【０１８８】
以上までの工程で、それぞれの結晶性半導体膜５０１４にｎ型またはｐ型の導電型を有する不純物領域が形成される。
【０１８９】
次いで、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いて、水素を含む絶縁膜５０１９を成膜する。絶縁膜５０１９は、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンで形成する。絶縁膜５０１９は、半導体層の汚染を防ぐ保護膜としての機能を含んでいる。この絶縁膜５０１９を堆積した後に、水素ガスを導入して前述のようにマイクロ波で励起された高密度プラズマ処理をすることで、絶縁膜５０１９の水素化を行っても良い。または、アンモニアガスを導入して、絶縁膜５０１９の窒化と水素化を行っても良い。または、酸素、ＮＯ２ガスなどと水素ガスを導入して、酸化窒化処理と水素化処理を行っても良い。この方法により、窒化処理、酸化処理若しくは酸化窒化処理を行うことにより絶縁膜５０１９の表面を緻密化することができる。それにより保護膜としての機能を強化することができる。この絶縁膜５０１９に導入された水素は、その後４００〜４５０℃の熱処理をすることにより、絶縁膜５０１９を形成する窒化シリコンから水素を放出させて、半導体膜５０１３の水素化をすることができる。
【０１９０】
次いで、スパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等を用いて第１層間絶縁膜５０２１を形成する。第１層間絶縁膜５０２１としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜の単層または積層を用いる。第１層間絶縁膜５０２１の膜厚は６００ｎｍ〜８００ｎｍとする。次いで、フォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、第１層間絶縁膜５０２１を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。
【０１９１】
次いで、スパッタ法により金属膜を積層した後、フォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に金属積層膜をエッチングして、ＴＦＴのソース電極またはドレイン電極として機能する電極５０２３を形成する。なお、金属積層膜は、同じメタルスパッタ装置内で連続して形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。
【０１９２】
以上の工程で、同一基板上にポリシリコン膜を活性層とするトップゲート型のＴＦＴ５０２５、５０２７、５０２９が作製できる。
【０１９３】
なお、画素部に配置されるＴＦＴ５０２９は、一つのＴＦＴに複数のチャネル形成領域を有するｎチャネル型ＴＦＴである。ＴＦＴ５０２９は、マルチゲート型のＴＦＴである。
【０１９４】
また、駆動回路部に配置されるＴＦＴ５０２７はゲート電極と重なる低濃度不純物領域（ＬＤＤ領域とも呼ぶ）を備えたｎチャネル型ＴＦＴであり、ＴＦＴ５０２５はｐチャネル型ＴＦＴである。いずれもシングルゲート構造のＴＦＴである。駆動回路部においては、ＴＦＴ５０２７とＴＦＴ５０２５を相補的に接続することでＣＭＯＳ回路を構成し、様々な種類の回路を実現することができる。また、必要であれば、マルチゲート構造のＴＦＴとすることができる。
【０１９５】
第２層間絶縁膜５０３１は、ポリイミド、アクリル樹脂などの有機樹脂絶縁材料を用い、スピンコート法で形成する。この第２層間絶縁膜５０３１は、下地表面の凹凸の影響を表面に反映させないようにする、平坦化膜としての機能を有している。
【０１９６】
第２層間絶縁膜５０３１に、下層に位置するｎチャネル型ＴＦＴ５０２９に接続する配線５０３３を露出させるコンタクトホールを形成し、画素電極５０３５を形成する。画素電極５０３５としては、透光性を有する導電性材料からなる透明導電膜を用いればよく、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。勿論、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）なども用いることができる。
【０１９７】
透光性を有する導電性材料の、組成比例を述べる。酸化タングステンを含むインジウム酸化物の組成比は、一例として、酸化タングステン１．０ｗｔ％、インジウム酸化物９９．０ｗｔ％とすることができる。酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物の組成比は、一例として、酸化タングステン１．０ｗｔ％、酸化亜鉛０．５ｗｔ％、インジウム酸化物９８．５ｗｔ％とすることができる。酸化チタンを含むインジウム酸化物は、一例として、酸化チタン１．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、インジウム酸化物９９．０ｗｔ％〜９５．０ｗｔ％とすることができる。インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の組成比は、一例として、酸化錫１０．０ｗｔ％、インジウム酸化物９０．０ｗｔ％とすることができる。インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）の組成比は、一例として、酸化亜鉛１０．７ｗｔ％、インジウム酸化物８９．３ｗｔ％とすることができる。酸化チタンを含むインジウム錫酸化物の組成比は、一例として、酸化チタン５．０ｗｔ％、酸化錫１０．０ｗｔ％、インジウム酸化物８５．０ｗｔ％とすることができる。上記組成比は例であり、適宜その組成比の割合は設定すればよい。
【０１９８】
画素電極５０３５の上には、配向膜５０３７を形成する。また、対向基板５０３９にも同様に、透光性を有する導電性材料からなる透明導電膜で対向電極５０４１、配向膜５０４３を形成する。
【０１９９】
次いで、基板５０１０と対向基板５０３９とを間隔をもってシール材５０４５で固定する。この両基板の間隔は、スペーサ５０４７によって保持する。基板５０１０と対向基板５０３９との間には、液晶層５０４９を形成する。液晶層５０４９は、滴下方式によって、対向基板５０３９を固定する前に形成しても良い。
【０２００】
最後にＦＰＣ５０５１を異方性導電膜５０５３により公知の方法で端子電極５０５５と貼りつける（図１１参照）。なお、端子電極５０５５は、ゲート電極５０１７と同じ工程で得られる。
【０２０１】
以上の工程によって、画素部５０５６と駆動回路部５０５７と端子部５０５８とを同一基板上に形成することができる。本実施例は実施の形態および他の実施例と自由に組み合わせることができる。
【実施例６】
【０２０２】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化を行った半導体膜を材料として作製した半導体装置の一例として、フォトＩＣおよびその作製方法について図面を参照して説明する。
【０２０３】
まず、図１２（Ａ）において、基板（第１の基板）６０００上に素子を形成する。ここでは基板６０００として、ガラス基板の一つであるＡＮ１００（旭硝子社製）を用いる。
【０２０４】
次いで、プラズマＣＶＤ法で下地絶縁膜６００２となる窒素を含む酸化珪素膜（膜厚１００ｎｍ）を形成し、さらに大気にふれることなく、非晶質半導体膜６００４を２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の厚さで積層形成する。本実施例では、非晶質半導体膜６００４として、水素を含む非晶質珪素膜を形成する。詳細な方法を以下に説明する。
【０２０５】
下地絶縁膜６００２は酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜を用いて積層してもよい。例えば、下地絶縁膜６００２として、酸素を含む窒化珪素膜を５０ｎｍ、さらに窒素を含む酸化珪素膜を１００ｎｍ積層した膜を形成してもよい。なお、窒素を含む酸化珪素膜や窒化珪素膜は、ガラス基板からのアルカリ金属などの不純物拡散を防止するブロッキング層として機能する。
【０２０６】
非晶質半導体膜６００４を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化させて、結晶構造を有する半導体膜（結晶性半導体膜）の一種として、例えば多結晶珪素膜６００８を形成する。その具体的な方法は以下の通りである。
【０２０７】
本実施例では、触媒元素を用いた結晶化方法を用いて多結晶珪素膜６００８を形成する。まず、重量換算で１０〜１００ｐｐｍのニッケルを含む溶液、例えば酢酸ニッケルの溶液をスピナーで非晶質半導体膜６００４の一部または全面に塗りつける。また、上記の方法を用いる代わりに、スパッタ法でニッケル元素を全面に散布する方法を用いてもよい。そのほかにも、蒸着法やプラズマ処理などを用いて添加することができる。なお、ここで用いることができる触媒元素はニッケルだけではなく、ゲルマニウム、鉄、パラジウム、スズ、鉛、コバルト、白金、銅、金なども用いることができる。このようにして、非晶質半導体膜６００４の表面に接触させた触媒６００６は図１２（Ａ）で示している。
【０２０８】
なお、非晶質半導体膜６００４を結晶化する際に、結晶の成長方向を基板６０００の表面に垂直な方向（縦方向）に制御するためには、触媒元素を含む溶液を半導体膜の全面に塗りつければよい。また、結晶の成長方向を基板６０００の表面に平行な方向に制御するためには、触媒元素を含む溶液を非晶質半導体膜６００４の一部の表面に塗りつければよい。
【０２０９】
次いで、加熱処理を行い結晶化させて結晶構造を有する半導体膜（ここでは多結晶珪素膜６００８）を形成する。ここでは熱処理（５００℃、１時間）の後、結晶化のための熱処理（５５０℃、４時間）を行う。前者の熱処理によって、非晶質半導体膜６００４と触媒元素が反応して、非晶質半導体膜６００４と触媒元素が接触した面の表面に化合物を形成する。本実施例の場合では、非晶質半導体膜６００４として機能する非晶質珪素膜の表面にシリサイドが形成される。
【０２１０】
次の熱処理でこの化合物を核として結晶成長が起きる。結晶化温度の低温化および時短化は、触媒作用のある金属元素の作用によるものである。これらの加熱処理により、多結晶珪素膜６００８を得ることができる。触媒元素を用いると結晶性が向上する。
【０２１１】
次に、多結晶珪素膜６００８表面の酸化膜を希フッ酸等で除去する。その後、結晶化率を高め、結晶粒内に残される欠陥を補修するために、本発明のレーザ照射装置を用いてレーザビームの照射を行う。
【０２１２】
なお、非晶質半導体膜６００４をレーザ結晶化方法で結晶化して結晶性半導体膜を得る場合、もしくは結晶構造を有する半導体膜を得た後に結晶粒内に残される欠陥を補修するためにレーザ照射を行う場合には、本発明のレーザ照射装置を用いて行えばよい。なお、以下の種類のレーザビームを用いることができる。
【０２１３】
レーザ照射は、連続発振型のレーザビーム（ＣＷレーザビーム）を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームの種類は、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４のうちいずれかをホスト結晶とし、このホスト結晶にドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものをレーザ結晶とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、およびＴｉ：サファイアレーザである。なお、上記のレーザビームのうち、一種または複数種から発振されるものを選んで用いることができる。このようなレーザビームの基本波、第２高調波、第３高調波、または第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波１０６４ｎｍ）の第２高調波（５３２ｎｍ）や第３高調波（３５５ｎｍ）を用いることができる。このときレーザのエネルギー密度は０．０１〜１００ＭＷ／ｃｍ２程度（好ましくは０．１〜１０ＭＷ／ｃｍ２）が必要である。そして、走査速度を１０〜２０００ｃｍ／ｓｅｃ程度として照射する。
【０２１４】
レーザ結晶としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状に形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状のレーザ結晶が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【０２１５】
発光に直接寄与するレーザ結晶中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられない。そのため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックを用いた場合、単結晶と比較してレーザ結晶の大きさを著しく大きくすることができるため大幅な出力向上が実現できる。
【０２１６】
さらに、セラミックを用いた場合では、任意の形状のレーザ結晶を容易に形成することが可能である。セラミックを用いたレーザ結晶は、単結晶のレーザ結晶よりも大きく形成することができるため、単結晶のレーザ結晶を用いた場合よりも発振光路を長くすることができる。発振光路が長いと増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能である。ここで、平行六面体形状や直方体形状のレーザ結晶を用いると、発振光をレーザ結晶の内部で一直線状に進行させたり、レーザ結晶の内部で反射するようにジグザグに進行させたりすることができる。後者の方が前者より発振光路が長くなるため、より大出力で発振させることが可能になる。さらに、このような形状のレーザ結晶から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、断面形状が丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さ１ｍｍ以下、長辺の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光をレーザ結晶に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。
【０２１７】
この線状ビームを半導体膜に照射することによって、半導体膜をより均一にアニールすることが可能になる。線状ビームの両端まで均一なアニールが必要な場合は、その両端にスリットを配置し、エネルギーの減衰部を遮光するなどの工夫をすることがより好ましい。
【０２１８】
本発明のレーザ照射装置を用いることにより、さまざまな効果を得ることができる。転送レンズによって短期的なレーザビームの光軸のゆらぎや、レーザビームのビーム径の拡がりを修正されるので、レーザビームが中空パイプの内壁に当たらずにビーム伝播器中を伝播することができる。そのため、レーザ照射装置から射出されたレーザビームのエネルギーを保持して半導体膜に照射することができる。さらに、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保すれば、空間的余裕が小さくてもレーザビームを照射することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することができ、レーザ照射処理の効率が格段に向上する。一辺が１メートルを超える大型基板を用いる場合には、一度に数本から十数本のレーザビームを同時に半導体膜に照射できることの効果は絶大である。
【０２１９】
また、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限だけになり、セッティングにかかる時間は大幅に減少する。セッティングの際には、中空パイプのジョイントを回転させるだけなので、レーザビームに触れることや、他の光学系に触れて光軸をずらすこともなく、安全かつ簡単にセッティングを行うことができる。そして、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないので、集光レンズなどの光学系のセッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、加工状態にばらつきが生じない。
【０２２０】
なお、レーザ照射を大気中、または酸素雰囲気中で行う場合は、レーザビームの照射により表面に酸化膜が形成される。
【０２２１】
次いで、上記レーザビームの照射により、多結晶珪素膜６００８上に形成された酸化膜に加え、オゾン水で表面を１２０秒処理して合計１〜５ｎｍの酸化膜からなるバリア層６０１０を形成する。このバリア層は、結晶化させるために添加した触媒元素、例えばニッケル（Ｎｉ）を膜中から除去するために形成する。ここではオゾン水を用いてバリア層を形成するが、酸素雰囲気下の紫外線の照射で結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法や酸素プラズマ処理により結晶構造を有する半導体膜の表面を酸化する方法やプラズマＣＶＤ法やスパッタ法や蒸着法などで１〜１０ｎｍ程度の酸化膜を堆積してバリア層を形成してもよい。また、バリア層６０１０を形成する前にレーザビームの照射により形成された酸化膜を除去してもよい。
【０２２２】
次に、バリア層６０１０上にスパッタ法にてゲッタリングサイトとなる希ガス元素を含む非晶質珪素膜６０１２を１０ｎｍ〜４００ｎｍ、本実施例では膜厚１００ｎｍで成膜する（図１２（Ｂ））。本実施例ではシリコンターゲットを用いてアルゴンを含む雰囲気下で形成する。プラズマＣＶＤ法を用いてアルゴン元素を含む非晶質珪素膜を形成する場合、成膜条件は、モノシランとアルゴンの流量比（ＳｉＨ４：Ａｒ）を１：９９とし、成膜圧力を６．６６５Ｐａとし、ＲＦパワー密度を０．０８７Ｗ／ｃｍ２とし、成膜温度を３５０℃とする。ここで形成する非晶質珪素膜６０１２は、多結晶珪素膜６００８とエッチングの選択比を大きくするため、多結晶珪素膜６００８よりも膜の密度が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ことができる。
【０２２３】
その後、６５０℃に加熱された炉に入れて３分の熱処理を行い、触媒元素を除去（ゲッタリング）する。これにより多結晶珪素膜６００８中の触媒元素濃度が低減される。炉に代えてランプアニール装置を用いてもよい。加熱処理によって、多結晶珪素膜６００８中の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲッタリング用の半導体膜、すなわち非晶質珪素膜６０１２に移動する。
【０２２４】
次いで、バリア層６０１０をエッチングストッパーとして、ゲッタリングサイトであるアルゴン元素を含む非晶質珪素膜６０１２を選択的に除去した後、バリア層６０１０を希フッ酸で選択的に除去する。なお、ゲッタリングの際、ニッケルは酸素濃度の高い領域に移動しやすい傾向があるため、酸化膜からなるバリア層６０１０をゲッタリング後に除去することが望ましい。
【０２２５】
なお、触媒元素を用いて半導体膜の結晶化を行わない場合には、上述したバリア層６０１０の形成、ゲッタリングサイト（希ガス元素を含む非晶質珪素膜６０１２）の形成、ゲッタリングのための熱処理、ゲッタリングサイトの除去、バリア層の除去などの工程は不要である。
【０２２６】
次いで、得られた結晶構造を有する半導体膜（例えば結晶性珪素膜）の表面にオゾン水で薄い酸化膜を形成した後、第１のフォトマスクを用いてレジストを材料とするマスクを形成し、所望の形状にエッチング処理して島状に分離された半導体膜（以下、本明細書では「島状半導体膜」という）６０１４及び６０１６を形成する（図１２（Ｃ）参照）。島状半導体膜６０１４および島状半導体膜６０１６を形成した後、レジストを材料とするマスクを除去する。
【０２２７】
次いで、必要があればＴＦＴのしきい値電圧を制御するために微量な不純物元素（ホウ素またはリン）のドーピングを行う。ここでは、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）を質量分離しないでプラズマ励起したイオンドープ法を用いる。
【０２２８】
次いで、フッ酸を含むエッチャントで酸化膜を除去すると同時に島状半導体膜６０１４及び６０１６の表面を洗浄した後、ゲート絶縁膜６０１８となる珪素を主成分とする絶縁膜を形成する（図１３（Ａ））。ここでは、プラズマＣＶＤ法により１１５ｎｍの厚さで窒素を含む酸化珪素膜（組成比Ｓｉ＝３２％、Ｏ＝５９％、Ｎ＝７％、Ｈ＝２％）で形成する。
【０２２９】
次いで、ゲート絶縁膜６０１８上に金属膜を形成した後、第２のフォトマスクを用いて金属膜を所定の形状に形成する処理（パターニング）を行い、ゲート電極６０２０及び６０２２、配線６０２４及び６０２６、端子電極６０２８を形成する（図１３（Ａ）参照）。この金属膜として、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）及びタングステン（Ｗ）をそれぞれ３０ｎｍ、３７０ｎｍ積層した膜を用いる。
【０２３０】
また、ゲート電極６０２０及び６０２２、配線６０２４及び６０２６、端子電極６０２８として、上記以外にもチタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ネオジウム（Ｎｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、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若しくは化合物材料からなる単層膜、或いは、これらの窒化物を用いることができる。例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を挙げることができる。
【０２３１】
次いで、島状半導体膜６０１４及び６０１６への一導電型を付与する不純物の導入を行って、ＴＦＴ６０３０のソース領域またはドレイン領域６０３２、及びＴＦＴ６０３４のソース領域またはドレイン領域６０３６の形成を行う。本実施例ではｎチャネル型ＴＦＴを形成するので、ｎ型を付与する不純物、例えばリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）を島状半導体膜６０１４及び６０１６に導入する（図１３（Ｂ）参照）。
【０２３２】
次いで、ＣＶＤ法により酸化珪素膜を含む第１の層間絶縁膜６０３８を５０ｎｍ形成する。さらに、ＴＦＴ６０３０のソース領域またはドレイン領域６０３２、及びＴＦＴ６０３４のソース領域またはドレイン領域６０３６に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この活性化工程は、ランプ光源を用いたラピッドサーマルアニール法（ＲＴＡ法）、或いはＹＡＧレーザまたはエキシマレーザを裏面から照射する方法、あるいは炉を用いた熱処理、あるいはこれらの方法を組み合わせて行う。
【０２３３】
次いで、水素及び酸素を含む窒化珪素膜を含む第２の層間絶縁膜６０４０を、例えば１０ｎｍの膜厚で形成する（図１３（Ｃ））。
【０２３４】
次いで、第２の層間絶縁膜６０４０上に絶縁物材料から成る第３の層間絶縁膜６０４２を形成する（図１３（Ｃ）参照）。第３の層間絶縁膜６０４２はＣＶＤ法で得られる絶縁膜を用いることができる。本実施例においては密着性を向上させるため、第３の層間絶縁膜６０４２として、９００ｎｍの膜厚で形成した窒素を含む酸化珪素膜を形成する。
【０２３５】
次に、熱処理（３００〜５５０℃で１〜１２時間の熱処理、例えば窒素雰囲気中４１０℃で１時間）を行い、島状半導体膜６０１４、６０１６を水素化する。この工程は第２の層間絶縁膜６０４０に含まれる水素により島状半導体膜６０１４、６０１６のダングリングボンドを終端化させるために行うものである。ゲート絶縁膜６０１８の存在に関係なく島状半導体膜６０１４、６０１６を水素化することができる。
【０２３６】
また第３の層間絶縁膜６０４２として、シロキサンを用いた絶縁膜、及びそれらの積層構造を用いることも可能である。この場合は、第２の層間絶縁膜６０４０を形成後、島状半導体膜６０１４、６０１６を水素化するための熱処理を行い、次に第３の層間絶縁膜６０４２を形成することもできる。なお、シロキサンは、珪素と酸素との結合（シロキサン結合）で骨格構造が構成され、珪素にフッ素、脂肪族炭化水素、または芳香族炭化水素のうち少なくとも一種が結合した構造を持つ物質である。
【０２３７】
次いで、第３のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、第１の層間絶縁膜６０３８、第２の層間絶縁膜６０４０及び第３の層間絶縁膜６０４２またはゲート絶縁膜６０１８を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。
【０２３８】
なお、第３の層間絶縁膜６０４２は必要に応じて形成すればよい。第３の層間絶縁膜６０４２を形成しない場合は、第２の層間絶縁膜６０４０を形成後に、第１の層間絶縁膜６０３８、第２の層間絶縁膜６０４０及びゲート絶縁膜６０１８を選択的にエッチングしてコンタクトホールを形成する。
【０２３９】
次いで、図１３（Ｄ）に示すように、スパッタ法で金属積層膜を成膜した後、第４のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に金属膜をエッチングして、配線６０２４に接続する配線６０４４、配線６０２６に接続する配線６０４６、ＴＦＴ６０３０のソース領域またはドレイン領域６０３２に接続する電極（以後、ソース電極またはドレイン電極と呼ぶ）６０４８、ＴＦＴ６０３４のソース領域またはドレイン領域６０３６に接続するソース電極またはドレイン電極６０５０、および端子電極６０２８に接続する配線６０５２を形成する。そして、レジストからなるマスクを除去する。なお、本実施例の金属膜は、膜厚１００ｎｍのＴｉ膜と、膜厚３５０ｎｍのＳｉを微量に含むＡｌ膜と、膜厚１００ｎｍのＴｉ膜との３層を積層したものとする。
【０２４０】
次いで、後に形成される光電変換層（代表的にはアモルファスシリコン）と反応して合金になりにくい導電性の金属膜（チタン（Ｔｉ）またはモリブデン（Ｍｏ）など）を成膜する。その後、第５のフォトマスクを用いてレジストからなるマスクを形成し、選択的に導電性の金属膜をエッチングして、配線６０４４、６０４６、ソース電極またはドレイン電極６０４８、６０５０、および配線６０５２を覆う保護電極６０５４を形成する（図１３（Ｄ）参照）。ここではスパッタ法で得られる膜厚２００ｎｍのＴｉ膜を用いる。保護電極６０５４で配線６０４４、６０４６、ソース電極またはドレイン電極６０４８、６０５０、および配線６０５２の側面を覆うことによって、これらの電極においてＡｌ膜が露呈されている側面も覆うことができる。したがって、保護電極６０５４は、後に形成する光電変換層へのアルミニウム原子の拡散を防止することができる。
【０２４１】
ただし、配線６０４４、６０４６、ソース電極またはドレイン電極６０４８、６０５０、および配線６０５２を単層の導電膜で形成する場合を図１４（Ａ）で示す。この場合、これらの電極の材料を、アルミニウムなどの光電変換層へ拡散しない物質を用いれば、保護電極６０５４を形成しなくてもよい。この場合は、耐熱性及び導電率等の点からチタン膜（Ｔｉ膜）を用いることが好ましい。
【０２４２】
なお、チタンのみに限られるのではなく、他の材料を用いてもよい。チタン以外の材料としては、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ネオジウム（Ｎｄ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）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からなる単層膜、或いは、これらの窒化物、例えば、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、窒化モリブデンからなる単層膜を用いることができる。
【０２４３】
図１４（Ａ）に示すように、配線６０４４、６０４６、ソース電極またはドレイン電極６０４８、６０５０、および配線６０５２を単層膜にすることにより、作製工程において成膜回数を減少させることが可能となる。
【０２４４】
次に、保護電極６０５４を設けた場合では図１４（Ｂ）に示すように、第３の層間絶縁膜６０４２上に、ｐ型半導体層６０５６ｐ、ｉ型半導体層６０５６ｉ及びｎ型半導体層６０５６ｎを含む光電変換層６０５６を形成する。ｐ型半導体層６０５６ｐは、１３属の不純物元素、例えばホウ素（Ｂ）を含んだアモルファスシリコン膜をプラズマＣＶＤ法にて成膜して形成すればよい。
【０２４５】
また配線６０２４及び保護電極６０５４は光電変換層６０５６の最下層、本実施例ではｐ型半導体層６０５６ｐと電気的に接続されている。
【０２４６】
また、図１４（Ａ）のように保護電極を形成せず、配線６０４４、６０４６、ソース電極またはドレイン電極６０４８、６０５０、および配線６０５２を単層の導電膜で形成した場合は、配線６０４４上に光電変換層６０５６の最下層が接することとなる（図１４（Ｃ））。
【０２４７】
この場合も図１４（Ｂ）に示したのと同様に、ｐ型半導体層６０５６ｐを形成したら、さらにｉ型半導体層６０５６ｉ及びｎ型半導体層６０５６ｎを順に形成する。これによりｐ型半導体層６０５６ｐ、ｉ型半導体層６０５６ｉ及びｎ型半導体層６０５６ｎを有する光電変換層６０５６が形成される。
【０２４８】
ｉ型半導体層６０５６ｉとしては、例えばプラズマＣＶＤ法でアモルファスシリコン膜を形成すればよい。またｎ型半導体層６０５６ｎとしては、１５属の不純物元素、例えばリン（Ｐ）を含むアモルファスシリコン膜を形成してもよいし、アモルファスシリコン膜を形成後、１５属の不純物元素を導入してもよい。
【０２４９】
またｐ型半導体層６０５６ｐ、ｉ型半導体層６０５６ｉ、ｎ型半導体層６０５６ｎとして、アモルファス半導体膜だけではなく、セミアモルファス半導体膜を用いてもよい。
【０２５０】
次いで、全面に絶縁物材料（例えば珪素を含む無機絶縁膜）からなる封止層６０５８を厚さ（１μｍ〜３０μｍ）で形成する。ここでは絶縁物材料膜としてＣＶＤ法により、膜厚１μｍの窒素を含む酸化珪素膜を形成する。ＣＶＤ法で形成した絶縁膜を封止層６０５８に用いることによって、密着性の向上を図っている。
【０２５１】
次いで、封止層６０５８をエッチングして開口部を設けた後、スパッタ法により端子電極６０６０及び６０６２を形成する（図１４（Ｃ））。端子電極６０６０及び６０６２は、チタン膜（Ｔｉ膜）（１００ｎｍ）と、ニッケル膜（Ｎｉ）膜（３００ｎｍ）と、金膜（Ａｕ膜）（５０ｎｍ）との積層膜とする。こうして得られる端子電極６０６０及び端子電極６０６２の固着強度は５Ｎを超え、端子電極として十分な固着強度を有している。
【０２５２】
以上の工程で、半田接続が可能な端子電極６０６０及び端子電極６０６２が形成され、図１４（Ｃ）に示す構造が得られる。なお、素子形成層６０６４とは、下地絶縁膜６００２から封止層６０５８までを形成したものとする。
【０２５３】
次いで、個々に切断して複数の光センサチップを切り出す。１枚の大面積基板（例えば６００ｃｍ×７２０ｃｍ）からは大量の光センサチップ（２ｍｍ×１．５ｍｍ）を製造することが可能である。
【０２５４】
切り出した１つの光センサチップ（２ｍｍ×１．５ｍｍ）の断面図を図１５（Ａ）に示し、その下面図を図１５（Ｂ）、上面図を図１５（Ｃ）に示す。なお、図１５（Ａ）において、基板６０００と、素子形成層６０６４と、端子電極６０６０及び端子電極６０６２とを含む総膜厚は、０．８±０．０５ｍｍである。
【０２５５】
また、光センサチップの総膜厚を薄くするために、基板６０００をＣＭＰ処理等によって削って薄くした後、ダイサーで個々に切断して複数の光センサチップを切り出してもよい。
【０２５６】
また、図１５（Ｂ）において、端子電極６０６０及び６０６２の一つの電極サイズは、０．６ｍｍ×１．１ｍｍであり、電極間隔は０．４ｍｍである。また、図１５（Ｃ）において受光部６０６６の面積は、１．５７ｍｍ２である。また、増幅回路部６０６８には、約１００個のＴＦＴが設けられている。
【０２５７】
最後に、得られた光センサチップを基板６０７０の実装面に実装する。なお、端子電極６０６０と電極６０７２、並びに端子電極６０６２と電極６０７４との接続には、それぞれ半田６０７６及び６０７８を用い、予め基板６０００の電極６０７２及び６０７４上にスクリーン印刷法などによって形成しておき、半田と端子電極を当接した状態にしてから半田リフロー処理を行って実装する。半田リフロー処理は、例えば不活性ガス雰囲気中、２５５℃〜２６５℃程度の温度で約１０秒行う。また、半田の他に金属（金、銀等）で形成されるバンプ、又は導電性樹脂で形成されるバンプ等を用いることができる。また、環境問題を考慮して鉛フリーはんだを用いて実装してもよい。以上の工程によって、図１６に示す光センサチップが完成する。光を受光するのは、矢印の部分からである。なお、図１６（Ａ）と図１６（Ｂ）の違いは、保護電極６０５４の有無である。
【０２５８】
本実施例は、実施の形態および他の実施例と組み合わせることが可能である。
【実施例７】
【０２５９】
本実施例では、本発明のレーザ照射装置を用いて作製したＴＦＴを、薄膜集積回路装置、または非接触型薄膜集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることを説明する。他の実施例で示した作製方法と組み合わせることより、薄膜集積回路装置や非接触型薄膜集積回路装置は、タグやメモリとして利用することができる。
【０２６０】
本発明のレーザ照射装置を用いることにより、さまざまな効果を得ることができる。転送レンズによって短期的なレーザビームの光軸のゆらぎや、レーザビームのビーム径の拡がりを修正されるので、レーザビームが中空パイプの内壁に当たらずにビーム伝播器中を伝播することができる。そのため、レーザ照射装置から射出されたレーザビームのエネルギーを保持して半導体膜に照射することができる。さらに、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保すれば、空間的余裕が小さくてもレーザビームを照射することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することができ、レーザ照射処理の効率が格段に向上する。一辺が１メートルを超える大型基板を用いる場合には、一度に数本から十数本のレーザビームを同時に半導体膜に照射できることの効果は絶大である。
【０２６１】
また、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限だけになり、セッティングにかかる時間は大幅に減少する。セッティングの際には、中空パイプのジョイントを回転させるだけなので、レーザビームに触れることや、他の光学系に触れて光軸をずらすこともなく、安全かつ簡単にセッティングを行うことができる。そして、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないので、集光レンズなどの光学系のセッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【０２６２】
このようなレーザ照射装置を用いて結晶化を行った半導体膜を用いて製作した薄膜集積回路装置や非接触薄膜集積回路装置の製品品質は良好であり、品質のばらつきを抑えることも可能である。
【０２６３】
本実施例では、無線ＩＣタグの集積回路に用いられる半導体素子として絶縁分離されたＴＦＴを用いた例を示す。しかし、無線ＩＣタグの集積回路に用いることができる半導体素子はＴＦＴだけではなく、その他の素子を用いることもできる。例えば、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなどを代表的に挙げることができる。これらの素子も同様に形成することができる。
【０２６４】
以下の図を用いて、無線ＩＣタグの作製方法を説明する。実際には、一辺の長さが１メートルを超える基板に複数の半導体素子を同時に形成した後に、基板から素子群を剥離させて、個々の半導体素子に切り離し、それぞれの半導体素子ごとに封止を行うことによって無線ＩＣタグを作製する。なお、上記の方法だけではなく、一辺の長さが１メートルを超える基板の表面に複数の半導体素子を同時に形成し、この基板の裏側から基板を薄く削った後に、基板ごと個々の半導体素子に切り離してフィルムなどで封止する方法を用いることも可能である。
【０２６５】
まず、図１７（Ａ）に示すように、基板７０００を用意する。基板７０００として、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、石英基板等を用いることができる。この他に、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチック、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂を用いてもよい。無線ＩＣタグの作製工程における処理温度に耐えることができる合成樹脂であれば、基板として用いることができる。
【０２６６】
基板７０００が、以上に挙げるような材質であれば、その面積や形状に大きな制限はない。そのため、基板７０００として、例えば、１辺が１メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は大きな優位点である。
【０２６７】
また、上記の材料からなる基板の表面をＣＭＰ法などの研磨により薄膜化しておいても良い。例えば、ガラス基板、石英基板、または半導体基板を研磨し、これらの基板上に以下の手法を用いて半導体素子を形成しても良い。
【０２６８】
基板７０００を準備した後、基板７０００上に絶縁膜７００２を形成する（図１７（Ａ））。絶縁膜７００２としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等の酸素又は窒素を有する絶縁膜の単層構造または積層構造で設けることができる。本実施例では、絶縁膜７００２として窒素を含む酸化珪素膜を１００ｎｍ成膜する。また、絶縁膜７００２に高密度プラズマ処理を行って、絶縁膜７００２を酸化させたり窒化させたりしてもよい。
【０２６９】
高密度プラズマは、マイクロ波、例えば２．４５ＧＨｚを使うことによって生成される。具体的には、電子密度が１０１１〜１０１３／ｃｍ３かつ電子温度が２ｅＶ以下、イオンエネルギーが５ｅＶ以下の高密度プラズマを用いる。このように低電子温度が特徴である高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低い。そのため、従来のプラズマ処理に比べると、プラズマダメージが少なく欠陥が少ない膜を形成することができる。プラズマの生成はラジアルスロットアンテナを用いたマイクロ波励起のプラズマ処理装置を用いることができる。マイクロ波を発生するアンテナから基板７０００までの距離を２０〜８０ｍｍ（好ましくは２０〜６０ｍｍ）とする。
【０２７０】
次に、剥離層７００４を形成する（図１７（Ａ））。本実施例では、プラズマＣＶＤ法でタングステンを３０ｎｍ成膜する。剥離層７００４は金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造等を用いることができる。金属膜としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）から選択された元素、または上記の元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜を単層又は積層して形成する。また、これらの材料は、公知の手段（スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法）を用いて形成することができる。
【０２７１】
例えば、剥離層７００４を金属膜と金属酸化膜の積層で形成する場合には、金属膜と金属酸化膜をそれぞれスパッタ法やプラズマＣＶＤ法で設けることができる。これ以外の方法では、上述の金属膜を形成した後に、酸素雰囲気下でプラズマ処理または加熱処理を行うことによって、金属膜表面上にその金属の酸化物を設けることもできる。なお、プラズマ処理としては、高密度プラズマ処理を行ってもよい。また、金属酸化膜の他にも、金属窒化物、酸素を含む金属窒化物、窒素を含む金属酸化物を用いてもよい。金属窒化物を形成する場合は、窒素雰囲気下で金属膜にプラズマ処理や加熱処理を行えばよい。また、酸素を含む金属窒化物または窒素を含む金属酸化物を形成する場合には、窒素と酸素を含む雰囲気下で、金属膜にプラズマ処理や加熱処理を行えばよい。成膜される膜の種類は、用いるガスの流量比によって異なる。
【０２７２】
剥離層７００４を形成するとき、表面に酸化物、窒化物、または窒化酸化物が形成される。これらの化合物はエッチングガス、特に３フッ化塩素（ＣｌＦ３）との反応速度が高く、簡便かつ短時間に剥離することができる。つまり、エッチングガスによって金属、金属酸化物、金属窒化物、又は金属の窒化酸化物のいずれかが除去されれば、剥離が可能である。
【０２７３】
また、剥離層７００４の表面に酸化物、窒化物、又は窒化酸化物が形成されるときに、化学的な状態に変化が生じることがある。例えば、タングステン（Ｗ）を有する酸化膜が形成される場合、酸化タングステン（ＷＯｘ（ｘ＝２〜３））は、価数に変化が生じる。その結果、物理的手段により剥離しやすい状態となる。化学的手段と物理的手段を併用すると、より簡便に、短時間で除去することができる。
【０２７４】
なお、本実施例では剥離層７００４は絶縁膜７００２上の全面に設けているが、基板７０００上に剥離層７００４を直接設けてもよい。また、基板７０００上に直接設ける場合には、基板７０００上の全面に設けてもよいし、フォトリソグラフィーを用いることによって基板７０００上の任意の位置に設けてもよい。
【０２７５】
剥離層７００４を形成した後に、下地膜として機能する絶縁膜７００６を形成する。本実施例では、スパッタ法を用いて酸化珪素を２００ｎｍ成膜する。
【０２７６】
次に、半導体膜７００８を形成する。半導体膜７００８としては、非晶質半導体膜を形成すればよいが、微結晶半導体膜や結晶性半導体膜でもよい。また、半導体膜の材料に限定はないが、好ましくは珪素またはシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を用いるとよい。本実施例では、非晶質珪素膜を２５ｎｍ以上２００ｎｍ以下（好ましくは、３０ｎｍ以上８０ｎｍ以下）で形成する。なお、半導体膜７００８の形成後に、半導体膜７００８に含まれる水素を除去する工程を行っても良い。具体的には、５００℃で１時間加熱すればよい。
【０２７７】
ここで、本発明のレーザ照射装置を用いて半導体膜７００８にレーザビーム７００９を照射して、半導体膜７００８の結晶化を行う。本実施例では、第２高調波のＮｄ：ＹＶＯ４レーザを用いる。光学系を用いてこのレーザビームを集光して線状に成形し、走査速度を１０〜数１００ｃｍ／ｓｅｃとして照射する。
【０２７８】
レーザは、連続発振型のレーザビーム（ＣＷレーザビーム）を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームの種類は、単結晶のＹＡＧ、ＹＶＯ４、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４、若しくは多結晶（セラミック）のＹＡＧ、Ｙ２Ｏ３、ＹＶＯ４、ＹＡｌＯ３、ＧｄＶＯ４に、ドーパントとしてＮｄ、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｔａのうち１種または複数種添加されているものをレーザ結晶とするレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイアレーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第２高調波から第４高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。
【０２７９】
レーザのレーザ結晶としてセラミック（多結晶）を用いると、短時間かつ低コストで自由な形状にレーザ結晶を形成することが可能である。単結晶を用いる場合、通常、直径数ｍｍ、長さ数十ｍｍの円柱状のレーザ結晶が用いられているが、セラミックを用いる場合はさらに大きいものを作ることが可能である。
【０２８０】
発光に直接寄与するレーザ結晶中のＮｄ、Ｙｂなどのドーパントの濃度は、単結晶中でも多結晶中でも大きくは変えられないため、濃度を増加させることによるレーザの出力向上にはある程度限界がある。しかしながら、セラミックの場合、単結晶と比較してレーザ結晶の濃度を高くすることができるため大幅な出力向上が実現できる。
【０２８１】
さらに、セラミックを用いた場合では、任意の形状のレーザ結晶を容易に形成することが可能である。セラミックを用いたレーザ結晶は、単結晶のレーザ結晶よりも大きく形成することができるため、単結晶のレーザ結晶を用いた場合よりも発振光路を長くすることができる。発振光路が長いと増幅が大きくなり、大出力で発振させることが可能である。ここで、平行六面体形状や直方体形状のレーザ結晶を用いると、発振光をレーザ結晶の内部で一直線状に進行させたり、レーザ結晶の内部で反射するようにジグザグに進行させたりすることができる。後者の方が前者より発振光路が長くなるため、より大出力で発振させることが可能になる。さらに、このような形状のレーザ結晶から射出されるレーザビームは射出時の断面形状が四角形状であるため、断面形状が丸状のビームと比較すると、線状ビームに整形するのに有利である。このように射出されたレーザビームを、光学系を用いて整形することによって、短辺の長さ１ｍｍ以下、長辺の長さ数ｍｍ〜数ｍの線状ビームを容易に得ることが可能となる。また、励起光をレーザ結晶に均一に照射することにより、線状ビームは長辺方向にエネルギー分布の均一なものとなる。
【０２８２】
なお、本実施例のレーザ結晶化方法に、結晶化を助長する金属元素（ニッケル（Ｎｉ）、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）など）を用いる結晶化方法を組み合わせると、より結晶化が良好に行われる。
【０２８３】
次に、レーザ照射によって形成された結晶性半導体膜７０１０にｐ型の導電型を付与する不純物元素をドーピングする。ここでは、不純物元素としてホウ素（Ｂ）をドーピングする（図１７（Ｃ））。
【０２８４】
次に、結晶性半導体膜７０１０を選択的にエッチングして、第１の半導体膜７０１２、第２の半導体膜７０１４を形成する（図１７（Ｄ））。
【０２８５】
次に、第１の半導体膜７０１２を覆うようにレジストマスク７０１６を形成した後、第２の半導体膜７０１４に対してｐ型の導電型を付与する不純物元素をドーピングする（図１８（Ａ））。本実施の例では、不純物元素としてボロン（Ｂ）をドーピングする。
【０２８６】
次に、レジストマスク７０１６を除去し、第１の半導体膜７０１２、第２の半導体膜７０１４に対してプラズマ処理を行い酸化または窒化させることによって、第１の半導体膜７０１２および第２の半導体膜７０１４の表面に、第１の絶縁膜７０１８、７０２０（酸化膜または窒化膜）を形成する（図１８（Ｂ））。本実施例では、酸素を含む雰囲気中でプラズマ処理を行い、第１の半導体膜７０１２、第２の半導体膜７０１４を酸化し、第１の絶縁膜７０１８として酸化珪素（ＳｉＯｘ）を形成する。第１の絶縁膜７０１８、７０２０として窒化珪素を形成する場合には、窒素雰囲気下でプラズマ処理を行えばよい。
【０２８７】
一般的に、ＣＶＤ法やスパッタ法により形成した酸化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜は、膜の内部に欠陥を含んでいるため膜質が十分でない。そのため、酸素雰囲気下中で、第１の半導体膜７０１２および第２の半導体膜７０１４にプラズマ処理を行い、表面を酸化することによって、第１の半導体膜７０１２および第２の半導体膜７０１４上に、ＣＶＤ法やスパッタ法等により形成した絶縁膜より緻密な絶縁膜を形成することができる。
【０２８８】
また、第１の半導体膜７０１２および第２の半導体膜７０１４の上方にＣＶＤ法やスパッタ法等を用いて設けられた絶縁膜を介して導電膜を設ける場合、第１の半導体膜７０１２および第２の半導体膜７０１４の端部において絶縁膜の段切れ等による被覆不良が生じ半導体膜と導電膜間でショート等が発生する恐れがある。しかし、あらかじめ第１の半導体膜７０１２および第２の半導体膜７０１４の表面に、プラズマ処理を用いて酸化または窒化をすることによって、第１の半導体膜７０１２および第２の半導体膜７０１４の端部で絶縁膜の被覆不良が発生することを抑制することができる。
【０２８９】
次に、第１の絶縁膜７０１８、７０２０を覆うように第２の絶縁膜７０２２を形成する。第２の絶縁膜７０２２の材料は、窒化珪素（ＳｉＮｘ）または酸素を含む窒化珪素膜である。ここでは、第２の絶縁膜７０２２として窒化珪素膜を４〜２０ｎｍの厚さで形成する（図１８（Ｃ））。
【０２９０】
次に、第２の絶縁膜７０２２に対して酸素雰囲気中でプラズマ処理を行い、第２の絶縁膜７０２２の表面を酸化させ第３の絶縁膜７０２４を形成する（図１８（Ｃ））。なお、プラズマ処理は上述した条件下で行うことができる。ここではプラズマ処理により、第２の絶縁膜７０２２の表面に第３の絶縁膜７０２４として酸化珪素膜または窒素を含む酸化珪素膜を、２〜１０ｎｍで形成される。
【０２９１】
次に、第１の半導体膜７０１２、第２の半導体膜７０１４の上方にゲート電極として機能する導電膜７０２６、７０２８を形成する（図１８（Ｄ））。なお、ここでは導電膜７０２６、７０２８は、第１の導電膜７０２６ａ、７０２８ａと第２の導電膜７０２６ｂ、７０２８ｂとの積層構造で設けられている。ここでは、第１の導電膜７０２６ａ、７０２８ａとして窒化タンタルを用い、第２の導電膜７０２６ｂ、７０２８ｂとしてタングステンを用いて積層構造で設ける。なお、ゲート電極として用いることができる導電膜は、単層で形成しても良い。また、導電膜の材料も、上記の材料に限定されるものではなく、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）、クロム（Ｃｒ）、ニオブ（Ｎｂ）等から選択された一種類の元素または複数種含む合金、若しくはこれらの元素を含む化合物を用いることができる。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成することもできる。
【０２９２】
次に、導電膜７０２６をマスクとして第１の半導体膜７０１２にｐ型を付与する不純物元素を導入し、導電膜７０２８をマスクとして第２の半導体膜７０１４にｎ型を付与する不純物元素を導入する。この工程によって、ソース領域およびドレイン領域を形成する。その後、導電膜７０２６、７０２８を覆う絶縁膜７０３０を形成する（図１９（Ａ））。
【０２９３】
第１の半導体膜７０１２のソース領域またはドレイン領域と電気的に接続するように絶縁膜７０３０上に導電膜７０３２を形成することによって、第１の半導体膜７０１２をチャネル形成領域として利用するｐ型の薄膜トランジスタ７０３４、第２の半導体膜７０１４をチャネル形成領域として利用するｎ型の薄膜トランジスタ７０３６を設ける（図１９（Ａ））。なお、本実施例ではトップゲート型（順スタガ型）ＴＦＴを作製する例を示したが、ボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴなどのＴＦＴを作製する際にも、本発明を用いることができる。
【０２９４】
ここで、第１の半導体膜７０１２、第２の半導体膜７０１４およびこれらの半導体膜と同時に形成される導電膜７０３２（すなわち配線）は、基板７０００の上面から見た場合に、角部が丸くなるように形成するのが好ましい。配線などの角を丸めて形成された状態について図２２に模式的に示す。
【０２９５】
図２２（Ａ）は従来の形成方法を示した図であり、半導体膜７０６２上に、第１の配線７０５４、第２の配線７０５６、第３の配線７０５８、コンタクトホール７０６０が形成されている。これらの配線の角を形成するためには、配線の材料となる膜を形成し、この膜をエッチング処理して所望の形状に形成する手法が行われる。しかし、μｍ単位またはそれ以下の精度を持つ微細かつ複雑な配線を形成することは容易ではない。このような微細な配線を形成する際には、配線と配線の間隔も非常に細くなるため、配線の角部にゴミが発生すると不良の原因となりやすい。
【０２９６】
図２２（Ｂ）は第１の配線７０５４、第２の配線７０５６、第３の配線７０５８や半導体膜７０６２の角を丸めて形成し、コンタクトホール７０６０を形成した状態を示した図である。図２２（Ｂ）に示すように角部を丸くすると、配線形成時に発生するゴミが配線の角部に残ることを抑制することができる。したがって、半導体装置のゴミによる不良を低減し、歩留まりを向上させることができる。
【０２９７】
薄膜トランジスタ７０３４、７０３６を設けた後、導電膜７０３２を覆うように絶縁膜７０３８を形成し、この絶縁膜７０３８上にアンテナとして機能する導電膜７０４０を形成する。さらに導電膜７０４０を覆うように絶縁膜７０４２を形成する（図１９（Ｂ））。なお、ここで薄膜トランジスタ７０３４及び７０３６の上方に設けられた導電膜７０４０等（点線で囲まれた領域）をまとめて素子群７０４４と記す。
【０２９８】
絶縁膜７０３０、７０３８、７０４２は、それぞれ単層でも複数層でも良く、それぞれ同じ材料を用いて形成しても、別々の材料を用いて形成してもよい。その材料として、（１）酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜等の酸素または窒素を有する絶縁膜、（２）ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）等の炭素を含む膜、（３）エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、アクリル等の有機材料、およびシロキサン系材料、などを挙げることができる。
【０２９９】
また、上記の（３）で挙げた材料は、スピンコーティング法、液滴吐出法または印刷法等を用いることによって形成することができるため、平坦化を効率的に行い、処理時間の短縮を図ることができる。さらに、絶縁膜７０３０、７０３８、７０４２にプラズマ処理を行い、酸化または窒化をさせることも可能である。
【０３００】
導電膜７０４０としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、炭素（Ｃ）等の金属、上記の金属を含んだ金属化合物を１つまたは複数有する導電材料を用いることができる。
【０３０１】
次に、素子群７０４４を避けた領域に、レーザ照射などの方法によって開口部７０４６を形成して剥離層７００４を露出させ、この開口部７０４６からエッチャントを導入することによって剥離層７００４を除去する（図２０（Ａ））。また、剥離層７００４は、全て除去してもよいし、完全に除去せずに一部残してもよい。剥離層７００４を残すことによって、エッチング剤によって剥離層７００４を除去した後であっても、基板７０００上に薄膜トランジスタ７０３４、７０３６を保持することができ、後の工程において取扱が簡便となる。エッチング剤としては、三フッ化塩素ガス等のフッ化ハロゲンまたはハロゲンを含む気体や液体を使用することができる。例えば、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、Ｆ２等を用いることもできる。
【０３０２】
次に、絶縁膜７０４２に接着性を有する第１のシート材７０４８を接着させて、基板７０００から素子群７０４４を剥離させる（図２０（Ｂ））。
【０３０３】
第１のシート材７０４８を接着する目的は、この後の工程で剥離される素子群７０４４の機械的強度を保持するためである。このため、第１のシート材７０４８の厚みは５０μｍ以上あると好ましい。第１のシート材７０４８は、可撓性のフィルムを利用することができ、少なくとも一方の面に粘着剤を有する面が設けてある。第１のシート材７０４８の一例として、ポリエステルを基材とし、接着面に粘着剤が設けてあるものを利用することができる。粘着剤としては、アクリル樹脂等を含んだ樹脂材料、または合成ゴム材料を含む材料を用いることができる。
【０３０４】
次に、剥離させた素子群７０４４を、可撓性を有するフィルムで封止する。ここでは、第２のシート材７０５０に素子群７０４４を貼り付け、さらに、第３のシート材７０５２を用いて素子群７０４４を封止する（図２１（Ａ）、（Ｂ））。
【０３０５】
第２のシート材７０５０、第３のシート材７０５２は、可撓性のフィルムを利用することができ、例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ビニル、ポリフッ化ビニル、塩化ビニルなどからなるフィルム、紙、基材フィルム（ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等）と接着性合成樹脂フィルム（アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂等）との積層フィルム等を利用することができる。また、フィルムは、フィルムの最表面に設けられた接着層、または最外層に設けられた層（接着層ではない）を加熱処理によって溶かし、加圧により接着することができるものが好ましい。また、第１のシート材７０４８と第２のシート材７０５０とで素子形成層を封止する場合には、第１のシート材７０４８も同様の材料を用いればよい。
【０３０６】
以上の工程により、記憶素子を有し、非接触でデータのやりとりが可能である半導体装置を得ることができる。また、本実施の例で示した半導体装置は、可撓性を有している。素子群７０４４を可撓性のある基板に貼り合わせると、厚さが薄く、軽く、落下しても壊れにくい半導体装置が完成する。安価な可撓性基板を用いると、安価に半導体装置を提供することができる。さらに、曲面や異形の形状を持つ物体に貼り合わせることも可能になる。さらに、基板７０００を再利用することによって、低コストで半導体装置を作製することができる。
【０３０７】
なお、本実施例では化学的手法によって剥離層を除去するものであるが、このほかにも基板と薄膜集積素子を剥離する方法がある。例えば、剥離層にポリシリコンを用いて、第１の基板の裏側、すなわち薄膜集積素子が形成されていない側からレーザを照射することにより、ポリシリコンに含まれる水素を放出させ、空隙を生じさせて第１の基板を分離させる方法を用いることもできる。この他には、エッチング処理などを行わずに、物理的手段を用いて選択的に剥がす方法を用いることもできる。
【０３０８】
なお、素子群７０４４が完成した段階で絶縁膜７０４２側を固定し、基板７０００をＣＭＰ法などで研磨して薄くする方法を用いることもできる。この方法を用いると、剥がした後に接着する基板を用意する必要がなくなり、剥離および貼り付けの手間を省くことができる。その結果、剥離工程において、形成した半導体素子を反らせることが無くなる。したがって、この工程で半導体素子が受けるダメージを防ぐことができる。
【０３０９】
なお、本実施例は、他の実施例と適宜組み合わせることができる。
【実施例８】
【０３１０】
本発明のレーザ照射装置を用いてレーザ照射を行った半導体材料を用いて様々な電子機器を完成させることができる。本発明を用いることにより、半導体膜に対して良好にかつスループット良くレーザ照射処理を行うことができるため、半導体装置を従来に比べて非常にスループット良く作製することが可能になる。その具体例を以下に説明する。
【０３１１】
図２３（Ａ）は表示装置であり、筐体８００１、支持台８００２、表示部８００３、スピーカー部８００４、ビデオ入力端子８００５、リモコン操作機８００６などを含む。この表示装置は、他の実施例で示した作製方法により形成したＴＦＴを駆動ＩＣや表示部８００３などに用いることにより作製される。なお、表示装置には液晶表示装置、発光表示装置などがあり、具体的にはコンピュータ用、テレビ受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。
【０３１２】
上記の表示装置は、一般のテレビ放送などを表示するだけではなく、モデムなどの通信機器を介して有線または無線による通信ネットワークに接続し、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、または受信者同士）の情報通信を行うこともできる。表示装置の操作は、筐体８００１に組み込まれたスイッチまたはリモコン操作機８００６により行うことが可能である。また、このリモコン操作機８００６にも出力する情報を表示する表示部８００７が搭載されてもよい。
【０３１３】
図２３（Ｂ）はコンピュータであり、筐体８０１１、表示部８０１２、キーボード８０１３、外部接続ポート８０１４、ポインティングマウス８０１５などを含む。本発明を用いて形成されたＴＦＴは、表示部８０１２の画素部だけではなく、表示用の駆動ＩＣ、本体内部のＣＰＵ、メモリなどの半導体装置にも適用が可能である。
【０３１４】
また、図２３（Ｃ）は携帯電話であり、携帯端末の１つの代表例である。この携帯電話は筐体８０２１、表示部８０２２、操作キー８０２３などを含む。本発明を用いて形成されたＴＦＴは表示部８０２２の画素部やセンサ部８０２４だけではなく、表示用の駆動ＩＣ、メモリ、音声処理回路などに用いることができる。センサ部８０２４は光センサ素子を有しており、センサ部８０２４で得られる照度に合わせて表示部８０２２の輝度コントロールを行ったり、センサ部８０２４で得られる照度に合わせて操作キー８０２３の照明制御を抑えたりすることによって、携帯電話の消費電力を抑えることができる。
【０３１５】
上記の携帯電話を初めとして、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ、情報携帯端末）、デジタルカメラ、小型ゲーム機、携帯可能な音響再生装置などの電子機器に、本発明を用いて形成した半導体材料を用いることもできる。例えば、ＣＰＵ、メモリ、センサなどの機能回路を形成することがでる。また、これらの電子機器の画素部や、表示用の駆動ＩＣにも適用できる。
【０３１６】
また、図２３（Ｄ）、（Ｅ）はデジタルカメラである。なお、図２３（Ｅ）は、図２３（Ｄ）の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体８０３１、表示部８０３２、レンズ８０３３、操作キー８０３４、シャッター８０３５などを有する。本発明を用いて形成されたＴＦＴは、表示部８０３２の画素部、表示部８０３２を駆動する駆動ＩＣ、メモリなどに用いることができる。
【０３１７】
図２３（Ｆ）はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体８０４１、表示部８０４２、筐体８０４３、外部接続ポート８０４４、リモコン受信部８０４５、受像部８０４６、バッテリー８０４７、音声入力部８０４８、操作キー８０４９、接眼部８０５０などを有する。本発明を用いて形成されたＴＦＴは、表示部８０４２の画素部、表示部８０４２を制御する駆動ＩＣ、メモリ、デジタル入力処理装置などに用いることができる。
【０３１８】
また、本発明のレーザ照射装置を用いて作製したＴＦＴを薄膜集積回路、または非接触型薄膜集積回路装置（無線ＩＣタグ、ＲＦＩＤ（無線認証、Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）とも呼ばれる）として用いることもできる。他の実施例で示した作製方法を用いることにより、薄膜集積回路および非接触型薄膜集積回路は、タグとしての利用やメモリとしての利用が可能である。
【０３１９】
例えば、病院には多数の患者がおり、その中には、同姓同名の患者や、病状によって自ら意志を伝えることができない患者もいる。そして、それぞれの患者に応じた治療、投薬、検査、食事などを行う必要がある。患者を取り違えると患者の命に関わるため、患者を正しく判別することは非常に重要である。しかしながら、患者の正確な管理のために多大な投資を行うことは困難である。そこで、より簡単で格安に患者の管理を行うために無線ＩＣタグを用いることができる。
【０３２０】
図２４（Ａ）は、人の爪に無線ＩＣタグ８０６１を貼り付けている状態を示している。情報の読み取りや保存は、以下の方法を挙げることができる。なお、無線ＩＣタグ本体に、随時書き込みと読み出しができるメモリ（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が搭載されているかどうかで用いる方法に制限がある。
【０３２１】
まず、無線ＩＣタグには読み出し専用のメモリ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）のみが搭載されており、ＲＡＭが搭載されていない場合、無線ＩＣタグ８０６１のＲＯＭには管理番号８０６４のみを入力しておく。そして、コンピュータなどの計算機８０６３で氏名、年齢、性別、保険証の番号、治療内容、投薬の内容、食事内容、検査内容などの個別情報８０６５を保存しておく。図２４（Ｂ）に示すように、読み取り機８０６２で無線ＩＣタグ８０６１の管理番号８０６４を読み取り、計算機８０６３に管理番号８０６４を送信する。そして、計算機８０６３に保存した個別情報８０６５を読み取り機８０６２に取り出す。また、情報を追加する場合には、図２４（Ｃ）に示すように、無線ＩＣタグ８０６１の管理番号を読み取り機８０６２で読み取り、計算機８０６３に管理番号８０６４を送信する。一旦、計算機８０６３に保存した個別情報８０６５を読み取り機８０６２に送信する。この情報を確認しながら追加する情報８０６６を計算機８０６３に送信する。
【０３２２】
また、ＲＡＭを搭載した無線ＩＣタグの場合、上記の方法を用いることも可能であり、さらに別の方法を用いることができる。例えば、無線ＩＣタグ８０６１のＲＡＭに患者の氏名、年齢、性別、保険証の番号、治療内容、投薬の内容、食事内容、検査内容などの個別情報を全て入れておく。そして、読み取り機８０６２で患者が持つ無線ＩＣタグ８０６１のＲＡＭに入力した情報８０６７を出力させたり、ＲＡＭに新たな情報８０６８を書き込んだりする。
【０３２３】
患者の管理のために無線ＩＣタグを爪に貼り付けると、いくつかの利点がある。まず、ネームタグを設けたリストバンドなどを用意する経費が不必要となる。さらに、リストバンドを用いた場合では、入浴などの際に手首から外した後に、外したままにしてしまう、亡失や破損してしまう、または手首から外しているときに不測の事態が起きる、などの可能性がある。しかし、爪に無線ＩＣタグを貼り付けた場合では上記のようなことは起きる可能性が非常に小さくなる。
【０３２４】
さらに、ネームタグの場合では、医療関係者以外の人にも名前などの情報が知られる可能性があるが、無線ＩＣタグを貼り付けた場合では、読み取り機を用いた場合のみ情報を読み取ることができる。したがって、患者のプライバシーの管理も容易である。また、無線ＩＣタグを皮膚の中に埋め入れるための手術を行う必要もない。そのため、痛みもなく簡単に取り付けることができる。
【０３２５】
他の利点としては、無線ＩＣタグは薄くて小さいため、患者の爪に貼り付けても違和感が少なく、患者の行動を制約することもない。例えば、爪に貼り付けた無線ＩＣタグの情報を読み取ることができればいいので、無線ＩＣタグの上からマニキュアをすることも可能である。そのため、患者の生活のクオリティーを向上させることも可能になる。
【０３２６】
爪は時間とともに伸びていくため、退院などの理由で無線ＩＣタグが不必要になった場合は、爪を切ることで無線ＩＣタグを取り外すことができる。したがって、無線ＩＣタグを皮膚の中に埋め入れるよりも簡単に取り外しが可能になる。
【０３２７】
図２５（Ａ）は、パスポート８０７１に無線ＩＣタグ８０７２を貼り付けている状態を示している。また、パスポート８０７１に無線ＩＣタグ８０７２を埋め込んでもよい。同様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラベラーズチェック（Ｔ／Ｃ）、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ＩＣタグを貼り付けることや埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ＩＣタグに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を設定する。これは、本発明を用いて形成したＴＦＴを用いることにより実現できる。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別することが可能になる。
【０３２８】
このほかに、無線ＩＣタグをメモリとして用いることも可能である。図２５（Ｂ）は、無線ＩＣタグ８０８１を野菜の包装に貼り付けるラベルに埋め込んだ例を示している。また、包装そのものに無線ＩＣタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ＩＣタグ８０８１には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを記録することが可能になる。無線ＩＣタグ８０８１からの情報は、無線式のリーダ８０８２のアンテナ８０８３で受信して読み取り、リーダ８０８２の表示部８０８４に表示することによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている。
【０３２９】
また、無線ＩＣタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ＩＣタグに会計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ＩＣタグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。
【０３３０】
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、以下に記す方法にすることも可能である。レジで会計をする段階で、（１）無線ＩＣタグに入力されているデータを暗証番号などでロックする、（２）無線ＩＣタグに入力されているデータそのものを暗号化する、（３）無線ＩＣタグに入力されているデータを消去する、（４）無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する、のいずれかを行う。これらは、他の実施例にて挙げたメモリを用いることによって実現することができる。そして、出口にチェック手段を設け、（１）〜（４）のいずれかの処理が行われたか、または無線ＩＣタグのデータに何も処理が行われていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。このようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志に反して無線ＩＣタグの情報を読み取られることを防止することができる。
【０３３１】
なお、（４）の無線ＩＣタグに入力されているデータを破壊する方法をいくつか挙げることができる。例えば、（ａ）無線ＩＣタグが有する電子データの少なくとも一部に「０（オフ）」若しくは「１（オン）」、または「０」と「１」の両方を書き込んでデータのみを破壊する方法や、（ｂ）無線ＩＣタグに電流を過剰に流し、無線ＩＣタグが有する半導体素子の配線の一部を物理的に破壊する方法などを用いることができる。
【０３３２】
本発明のレーザ照射装置を用いることによって、半導体膜を結晶化する際にさまざまな効果を得ることができる。転送レンズによって短期的なレーザビームの光軸のゆらぎや、レーザビームのビーム径の拡がりを修正されるので、レーザビームが中空パイプの内壁に当たらずにビーム伝播器中を伝播することができる。そのため、レーザ照射装置から射出されたレーザビームのエネルギーを保持して半導体膜に照射することができる。さらに、ビーム伝播器を配置する場所さえ確保すれば、空間的余裕が小さくてもレーザビームを照射することが可能になる。そのため、従来よりも多くのレーザビームを一度に照射することができ、レーザ照射処理の効率が格段に向上する。一辺が１メートルを超える大型基板を用いる場合には、一度に数本から十数本のレーザビームを同時に半導体膜に照射できることの効果は絶大である。
【０３３３】
また、光軸合わせなどのセッティングは必要最低限だけになり、セッティングにかかる時間は大幅に減少する。セッティングの際には、中空パイプのジョイントを回転させるだけなので、レーザビームに触れることや、他の光学系に触れて光軸をずらすこともなく、安全かつ簡単にセッティングを行うことができる。そして、中空パイプの位置を変更してもレーザビームの伝播距離は変わらないので、集光レンズなどの光学系のセッティングを変更する必要はない。そのため、均一にレーザ照射処理を行うことが可能であり、被照射物の加工状態にばらつきが生じない。
【０３３４】
本発明のレーザ照射装置は上記の効果を有するため、半導体膜を良好かつスループット良く結晶化させることができる。したがって、品質が高く、性能のばらつきがない無線ＩＣタグをスループット良く作製することができるため、大量生産によるコストダウンを図ることが可能になる。
【０３３５】
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明により作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。
【０３３６】
また、本実施例は実施の形態および他の実施例と組み合わせて用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０３３７】
【図１】図１は、本発明のレーザ照射装置を表す図である。
【図２】図２は、本発明のレーザ照射装置の詳細を示す図である。
【図３】図３は、本発明のレーザ照射装置の別の形態を示す図である。
【図４】図４は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置およびその作製方法を説明する図である。
【図５】図５は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（ＣＭＯＳ型トランジスタ）の作製方法を説明する図である。
【図６】図６は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（ＣＭＯＳ型トランジスタ）およびその作製方法を説明する図である。
【図７】図７は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（ＣＭＯＳ型トランジスタ）およびその作製方法を説明する図である。
【図８】図８は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（ＣＭＯＳ型トランジスタ）およびその作製方法を説明する図である。
【図９】図９は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（発光装置）を説明する図である。
【図１０】図１０は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（発光装置）を説明する図である。
【図１１】図１１は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（液晶表示装置）を説明する図である。
【図１２】図１２は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（フォトＩＣ）およびその作製方法を説明する図である。
【図１３】図１３は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（フォトＩＣ）およびその作製方法を説明する図である。
【図１４】図１４は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（フォトＩＣ）およびその作製方法を説明する図である。
【図１５】図１５は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（フォトＩＣ）およびその作製方法を説明する図である。
【図１６】図１６は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（フォトＩＣ）およびその作製方法を説明する図である。
【図１７】図１７は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（無線ＩＣタグ）およびその作製方法を説明する図である。
【図１８】図１８は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（無線ＩＣタグ）およびその作製方法を説明する図である。
【図１９】図１９は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（無線ＩＣタグ）およびその作製方法を説明する図である。
【図２０】図２０は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（無線ＩＣタグ）およびその作製方法を説明する図である。
【図２１】図２１は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（無線ＩＣタグ）およびその作製方法を説明する図である。
【図２２】図２２は、本発明のレーザ照射装置を用いた半導体装置（無線ＩＣタグ）およびその作製方法を説明する図である。
【図２３】図２３は、本発明のレーザ照射装置を用いた電子機器の例を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明のレーザ照射装置を用いて作製した無線ＩＣチップの使用方法を説明する図である。
【図２５】図２５は、本発明のレーザ照射装置を用いて作製した無線ＩＣチップの使用方法を説明する図である。
【符号の説明】
【０３３８】
１０１  レーザ発振器
１０２  関節型ビーム伝播器
１０３  中空パイプ
１０４  関節部
１０５  ミラー
１０６  転送レンズ
１０８  結像レンズ
１１０  Ｘ軸ステージ
１１１  θステージ
１１２  半導体膜
１１３  ビームスポット
１１４  Ｙ軸ステージ
１１５  光学系
１１６  集光レンズ
１１７  マーカー
１１８  カメラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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