(57)【要約】【課題】長さが長い線状ビームを照射する際に、線状ビームの長さにわたって被照射物にピントを合わせて処理することを課題とする。【解決手段】レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振したレーザビームを線状ビームに変える線状光学系と、前記線状ビームが照射される基板を設置するステージと、前記ステージは、ビームプロファイラで調べられた前記線状ビームの焦点位置に沿うように前記基板の表面形状を変形させ、かつ、支持手段を有することを特徴とするレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法に関する。さらに、前記基板上に半導体膜を形成し、前記半導体膜を前記線状ビームにより結晶化あるいは活性化する半導体装置の作製方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振したレーザビームを線状ビームに変える線状光学系と、
前記線状ビームが照射される基板を設置するステージと、
前記ステージは、ビームプロファイラで調べられた前記線状ビームの焦点位置に沿うように前記基板の表面形状を変形させ、かつ、支持手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記支持手段は、ピエゾアクチュエータであることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記レーザ発振器は、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３、または、サファイア結晶に、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、または、Ｔｍをドープした結晶を使ったレーザ発振器であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２において、
前記レーザ発振器は、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、Ｙ２Ｏ３、ガラス、ルビー、あるいは、アレキサンドライトを用いたレーザ発振器であることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項において、
前記支持手段は、オートフォーカス装置に連動して制御されることを特徴とするレーザ照射装置。
【請求項６】
レーザ発振器からレーザビームを発振し、
線状光学系により、前記レーザビームを線状ビームに加工し、
基板をステージ上に設置し、
前記ステージに設けられた支持手段により、ビームプロファイラで調べられた前記線状ビームの焦点位置に沿うように前記基板の表面形状を変形し、
前記ステージ上の、前記表面形状を変形された基板を前記線状ビームで照射することを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記支持手段は、ピエゾアクチュエータであることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項８】
請求項６または請求項７において、
前記レーザ発振器は、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３、または、サファイア結晶に、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、または、Ｔｍをドープした結晶を使ったレーザ発振器であることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項９】
請求項６または請求項７において、
前記レーザ発振器は、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、Ｙ２Ｏ３、ガラス、ルビー、あるいは、アレキサンドライトを用いたレーザ発振器であることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９のいずれか１項において、
前記支持手段は、オートフォーカス装置に連動して制御されることを特徴とするレーザ照射方法。
【請求項１１】
レーザ発振器からレーザビームを発振し、
線状光学系により、前記レーザビームを線状ビームに加工し、
基板上に半導体膜を形成し、
前記半導体膜が形成された基板をステージ上に設置し、
前記ステージに設けられた支持手段により、ビームプロファイラで調べられた前記線状ビームの焦点位置に沿うように前記基板の表面形状を変形し、
前記ステージ上の、前記表面形状が変形された基板に形成された半導体膜を、前記線状ビームで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１２】
請求項１１において、
前記半導体膜は、前記線状ビームの照射により結晶化されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
前記半導体膜に添加された一導電性を付与する不純物元素が、前記線状ビームの照射により活性化されることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項において、
前記半導体膜は、シリコンを含む半導体膜、または、ゲルマニウムを含む半導体膜であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１５】
請求項１１乃至請求項１４のいずれか１項において、
前記支持手段は、ピエゾアクチュエータであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項において、
前記レーザ発振器は、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３、または、サファイア結晶に、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、または、Ｔｍをドープした結晶を使ったレーザ発振器であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１７】
請求項１１乃至請求項１５のいずれか１項において、
前記レーザ発振器は、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、Ｙ２Ｏ３、ガラス、ルビー、あるいは、アレキサンドライトを用いたレーザ発振器であることを特徴とする半導体装置の作製方法。
【請求項１８】
請求項１１乃至請求項１８のいずれか１項において、
前記支持手段は、前記オートフォーカス装置に連動して制御され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、及び半導体装置の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ発振器から発振されたレーザビームを線状に整形して線状ビームとし、線状ビームを照射することにより加熱工程を行う技術が研究されている（特許文献１参照）。例えば、線状ビームを照射し、非晶質半導体膜を結晶化して結晶性半導体膜を形成し、得られた結晶性半導体膜を用いて、半導体素子やディスプレイなどを含む電気機器を作製することが盛んに行われている。
【０００３】
また線状ビームのエネルギー分布を均一化するために、様々な手段が検討されてきている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−６８６６８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、半導体素子やディスプレイなどを含む電気機器を作製するために用いる基板の大面積化はますます進んでいる。１枚の大面積基板を用いて、複数の液晶表示装置用パネルなどの半導体装置を作製する方がスループットが高く、コストの低減が実現できるためである。
【０００５】
そのため、大面積基板に対して線状ビームを照射するために、線状ビームの長尺化が求められている。
【０００６】
しかし線状ビームを照射してレーザ加工するために必要な線状ビームのエネルギー密度は気張っているので、光学系にて常に長尺化すればよいというわけではない。
【０００７】
ここで、線状ビームのビーム幅をきわめて細く集光すれば、エネルギー密度を変えずに線状ビームを長尺化することは可能である。
【０００８】
しかしながら、その場合は焦点震度が極端に浅くなってしまうという問題を生じる。
【０００９】
例えば、線状ビームに整形されたＹＡＧレーザの第２高調波（グリーンレーザ波長５３２ｎｍ）を用いて、大面積、例えば５５０ｍｍ×６５０ｍｍ以上のガラス基板上に形成された厚さ５０〜１００ｎｍ程度の非晶質珪素膜を、結晶化して結晶性珪素膜を形成する場合を挙げる。
【００１０】
本明細書では、線状ビームの照射領域を長方形とみなす。長方形の短い方の辺の長さを幅、長い方の辺の長さを長さとする。
【００１１】
大面積のガラス基板は、レーザ照射装置のステージに固定しようとしても、歪みが大きくなってしまい、線状レーザのレーザビームの焦点深度を下回ってしまう。このため被照射物である非晶質珪素膜にピントを合わせて処理することは困難である。
【００１２】
そこで本発明では、焦点深度が浅い線状ビームを用いる際に、被照射物にピントを合わせて処理することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
５５０ｍｍ×６５０ｍｍ以上、、すなわち第三世代の大型ガラス基板は、上述の通り比較的歪みやすい。そこで基板を載せるステージに複数のアクチュエータを組み込み、基板の形状を線状ビームの焦点に合わせるように変化させる。これによって、線状ビームの長さを長くしても、例えば１００ｍｍ以上にしても、エネルギー密度を変えずに、均一な照射処理が行える。
【００１４】
本発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振したレーザビームを線状ビームに変える線状光学系と、前記線状ビームが照射される基板を設置するステージと、前記ステージは、ビームプロファイラで調べられた前記線状ビームの焦点位置に沿うように前記基板の表面形状を変形させ、かつ、支持手段を有することを特徴とするレーザ照射装置に関する。
【００１５】
また本発明は、レーザ発振器からレーザビームを発振し、線状光学系により、前記レーザビームを線状ビームに加工し、基板をステージ上に設置し、前記ステージに設けられた支持手段により、ビームプロファイラで調べられた前記線状ビームの焦点位置に沿うように前記基板の表面形状を変形し、前記ステージ上の、前記表面形状を変形された基板を前記線状ビームで照射することを特徴とするレーザ照射方法に関する。
【００１６】
また本発明は、レーザ発振器からレーザビームを発振し、線状光学系により、前記レーザビームを線状ビームに加工し、基板上に半導体膜を形成し、前記半導体膜が形成された基板をステージ上に設置し、前記ステージに設けられた支持手段により、ビームプロファイラで調べられた前記線状ビームの焦点位置に沿うように前記基板の表面形状を変形し、前記ステージ上の、前記表面形状が変形された基板に形成された半導体膜を、前記線状ビームで照射することを特徴とする半導体装置の作製方法に関する。
【００１７】
本発明において、前記半導体膜は、前記線状ビームの照射により結晶化される。
【００１８】
本発明において、前記半導体膜に添加された一導電性を付与する不純物元素が、前記線状ビームの照射により活性化される。
【００１９】
本発明において、前記半導体膜は、シリコンを含む半導体膜、または、ゲルマニウムを含む半導体膜である。
【００２０】
本発明において、前記支持手段は、ピエゾアクチュエータである。
【００２１】
本発明において、前記レーザ発振器は、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３、または、サファイア結晶に、Ｙｂ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、または、Ｔｍをドープした結晶を使ったレーザ発振器である。
【００２２】
本発明において、前記レーザ発振器は、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、Ｙ２Ｏ３、ガラス、ルビー、あるいは、アレキサンドライトを用いたレーザ発振器である。
【００２３】
本発明において、前記支持手段は、前記オートフォーカス装置に連動して制御される。
【００２４】
なお、本発明において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる素子や装置全般（例えば、液晶表示パネルに代表される電子装置、およびその電子装置を部品として搭載した電気器具）を含んでいる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、メンテナンス性や出力安定性に優れた固体レーザにおいて、幅が数百ｍｍの線状ビームを作成することが可能となる。これにより、固体レーザで、小さな面積の被照射物を照射するだけでなく、大面積の被照射物を照射することが可能となる。
【００２６】
よって、本発明により、小型ディスプレイだけでなく、大型ディスプレイを作製する際の半導体膜の結晶化や活性化等に、固体レーザを使用することが可能となる。
【００２７】
また照射される領域が焦点深度内に維持されているので、均一な照射処理ができ、大面積の被照射物を照射した場合でも、均一な特性を得ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。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、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２９】
［実施の形態１］
本実施の形態を、図１、図２（Ａ）〜図２（Ｂ）、図３、図４、図５（Ａ）〜図５（Ｆ）、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）、図１２、図１３、図１４を用いて説明する。
【００３０】
図１は本発明のレーザ照射装置の全体的な構成を示す図である。レーザ発振器１０１から発振したレーザビーム１０９は、線状光学系１０２により、長さ数百ｍｍ以上の線状ビーム１０３となるように加工される。線状ビーム１０３は、ミラー１１１によって向きを変えられ、ステージ１０７上の基板１０４に照射される。
【００３１】
レーザ発振器１０１は、ＹＡＧ、ＧｄＶＯ４、ＹＶＯ４、ＹＬＦ、ＹＡｌＯ３、サファイアなどの結晶にＹｂ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、またはＴｍをドープした結晶を使った固体レーザ発振器を用いることができる。さらに、レーザ発振器１０１として、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、Ｙ２Ｏ３、ガラス、ルビー、アレキサンドライトを用いた固体レーザ発振器を用いることができる。なお、固体レーザ発振器においては、基本波の第１高調波〜第５高調波を適用するのが好ましい。
【００３２】
すなわち本発明の固体レーザとして、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ３レーザ、フォルステライト（Ｍｇ２ＳｉＯ４）レーザ、ＧｄＶＯ４、Ｙ２Ｏ３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：サファイアレーザなどを用いることができる。
【００３３】
またレーザ発振器１０１として、エキシマレーザ発振器を用いることもできる。
【００３４】
基板１０４をステージ１０７に設置する。なおステージ１０７の走査する方向をＹ方向、Ｙ方向と垂直な方向をＸ方向とする。
【００３５】
ステージ１０７には、基板１０４の表面形状を保つために、複数の支持手段１１６が設けられている。本実施の形態では支持手段１１６として、先端部に吸着穴１１３を有するアクチュエータ１０８を用いる。吸着穴１１３によって基板１０４を固定する。なお支持手段１１６は、アクチュエータに限定されるものではない。
【００３６】
支持手段１１６は、電気的に制御装置１１５に接続されており、制御装置１１５は支持手段１１６の駆動を制御している。制御装置１１５は、後述する制御手段１１９（図１３参照）、制御手段１４３（図１４）とも電気的に接続されている、あるいは、蓄積されたデータのやり取りが行われることにより、線状ビーム１０３の焦点位置１０５の歪みと、基板１０４の表面形状との状態に応じて、支持手段１１６の駆動を制御することができる。
【００３７】
また図２（Ａ）〜図２（Ｂ）は、図１のＡ−Ｂの断面図であり、図３は、ステージ１０７上の基板１０４及び線状ビーム１０３の上面図である。図３に示されるように、線状ビーム１０３は、上面図では長方形をしており、Ｙ方向の長さａとＸ方向の長さｂを有している。図２（Ａ）〜図２（Ｂ）において、１０５は線状ビーム１０３の焦点位置を示している。
【００３８】
図２（Ａ）は、基板１０４が基板公有のうねりにより歪んでいる状態において、線状ビーム１０３を照射した時の基板１０４と線状ビーム１０３の焦点位置１０５の位置関係を示している。図２（Ｂ）は、基板１０４がステージ１０７上で水平に維持されている状態において、線状ビーム１０３を照射した時の基板１０４と線状ビーム１０３の焦点位置１０５の位置関係を示している。
【００３９】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）のいずれにおいても、支持手段、例えばアクチュエータを用いない場合は、線状ビーム１０３の焦点距離が基板表面に一致しない。線状ビーム１０３の焦点深度は非常に浅いため、これでは一様な加熱処理を行うことが難しい。
【００４０】
また、線状ビーム１０３の長さが数１０ｃｍ程度となると、その焦点深度はきわめて浅く数１０μｍ以下となる。これにより、基板１０４に線状ビーム１０３のピントを合わせることができなくなる。
【００４１】
基板１０４の歪みの大きさよりも、線状ビーム１０３の焦点深度が小さい場合、基板１０４の照射されるべき領域が線状ビーム１０３の焦点深度から外れてしまう恐れが生じる。
【００４２】
本発明では、次のようにして上記の問題を解決する。すなわち、線状ビーム１０３の焦点位置１０５の歪みは、レーザ発振器１０１や線状光学系１０２内のレンズによる特有のものなので、図１に示すレーザ照射装置により、基板１０４にレーザビーム１０３を照射する前に、あらかじめビームプロファイラで調べておく。
【００４３】
図１３にビームプロファイラ１１８により、線状ビーム１０３の焦点位置１０５の歪みを計測する方法及び構成について示す。レーザ発振器１０１から発振したレーザビーム１０９は、線状光学系１０２により、長さ数百ｍｍ以上の線状ビーム１０３となるように加工される。線状ビーム１０３は、ミラー１１１によって向きを変えられ、さらにミラー１１７によって方向を変えられ、ビームプロファイラ１１８に入射する。あるいはミラー１１１とミラー１１７は必ずしも設ける必要もなく、さらにあるいは、どちらか一方のみを設ける構成にしてもよい。
【００４４】
ビームプロファイラ１１８は制御装置１１９に電気的に接続されており、ビームプロファイラ１１８で得た線状ビーム１０３の焦点位置１０５の歪みを、制御装置１１９に転送し、データとして蓄積する。あるいは制御装置１１９によりデータの分析を行ってもよい。なおビームプロファイラ１１７は、図１に示すレーザ照射装置に組み込まれていてもよい。
【００４５】
次いで、基板１０４の照射されるべき領域が、あらかじめ調べた線状ビーム１０３の焦点位置１０５にくるように、基板１０４の表面形状をオートフォーカス装置により検出する。
【００４６】
基板１０４の表面形状をオートフォーカス装置１４１により検出する方法及び構成について図１４に示す。ステージ１４４上に基板１０４を設置し、ＣＣＤ１４２を有するオートフォーカス装置１４１にて、基板１０４の表面形状を検出する。オートフォーカス装置１４１にて得られたデータは、制御装置１４３に転送され、データとして蓄積される。あるいは制御装置１４３によりデータの分析を行ってもよい。なお、オートフォーカス装置１４１は、図１に示すレーザ照射装置に組み込まれていてもよい。
【００４７】
オートフォーカス装置により検出された表面形状のデータを基に、ステージ１０７に組み込まれている支持手段１１６を駆動する。すなわち、支持手段１１６は、オートフォーカス装置に連動して制御される。基板１０４が求められる表面形状になるように、支持手段１１６を上下させてその高さを調節し、基板１０４を裏側から支持手段１１６により支える。これにより基板１０４を求められる表面形状に変形させる。
【００４８】
基板１０４が求められる表面形状に変形させられたために、線状ビーム１０３が照射されても、基板１０４の表面が全て焦点深度内に入っているので、より効率よく線状ビーム１０３のエネルギーを受けることが可能である。
【００４９】
図４は、ステージ１０７、アクチュエータ１０８、基板１０４、線状ビーム１０３との位置関係を表した断面図である。
【００５０】
ここで支持手段としてアクチュエータ１０８が用いられており、アクチュエータ１０８は、求められる基板１０４の表面形状に応じてそれぞれ高さが調節され、吸着穴１１３により基板１０４を吸着しつつ支持し、基板１０４の表面形状を維持する。
【００５１】
ステージ１０７には、複数の貫通孔が形成されており、各々の貫通孔にはアクチュエータ１０８が設けたれている。アクチュエータ１０８には、配管を通してアクチュエータ１０８内の吸気排気を制御する制御装置１５２と、配線を介してアクチュエータ１０８の電気的駆動を制御する制御装置１５１が設けられている。
【００５２】
制御装置１５２は、アクチュエータ１０８に設けられた吸着穴１１３での吸気や排気を制御して、基板１０４の吸着及び脱着を制御する。また制御装置１５１は、アクチュエータ１０８が上下に駆動するのを制御する。
【００５３】
図１２は、ステージ１０７、基板１０４、吸着穴１１３を含むアクチュエータ１０８の位置関係を示す上面図である。。
【００５４】
なお、図４及び図１２において、アクチュエータ１０８の数はこれに限定されず、さらに多くのアクチュエータを設置してもよいし、これにより少ない数のアクチュエータを設置してもよい。
【００５５】
以上により、数百ｍｍの長さを有する線状ビーム１０３を用いて、線状ビーム１０３の長さ方向、すなわち図１及び図３においてのＸ方向、全体に対して、基板１０４にピントを合わせて照射処理することが可能となる。
【００５６】
また本実施の形態の線状ビーム１０３を照射して、半導体膜の結晶化を行い、結晶化された結晶性半導体膜を用いて薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ））を作製する場合について以下に説明する。
【００５７】
まず、ガラス基板である基板１０４上に、下地絶縁膜１２２及び半導体膜１２３を成膜する（図５（Ａ）参照）。
【００５８】
ガラス基板である基板１０４は、絶縁性を有するものまたは絶縁表面を有するものであり、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われるガラス基板（「無アルカリガラス基板」とも呼ばれる）が適用される。
【００５９】
下地絶縁膜１２２は、酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【００６０】
半導体膜１２３は、シリコンを含む半導体膜でもよいし、ゲルマニウムを含む半導体膜でもよい。本実施の形態では、半導体膜として膜厚５０〜１００ｎｍの非晶質珪素膜を成膜する。
【００６１】
また半導体膜１２３として、セミアモルファス半導体膜を用いても良い。
【００６２】
セミアモルファス半導体膜とは、非晶質半導体と結晶構造を有する半導体（単結晶、多結晶を含む）の中間的な構造の半導体を含む膜である。このセミアモルファス半導体膜は、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体膜であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する結晶質なものであり、その粒径を０．５〜２０ｎｍとして非単結晶半導体膜中に分散させて存在せしめることが可能である。
【００６３】
本明細書では便宜上、このような半導体膜をセミアモルファス半導体（ＳＡＳ）膜と呼ぶ。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで安定性が増し良好なセミアモルファス半導体膜が得られる。なお微結晶半導体膜（マイクロクリスタル半導体膜）もセミアモルファス半導体膜に含まれる。
【００６４】
セミアモルファス半導体膜として、例えばセミアモルファスシリコン膜が挙げられる。セミアモルファスシリコン膜は、そのラマンスペクトルが５２０ｃｍ−１よりも低波数側にシフトしており、またＸ線回折ではシリコン（Ｓｉ）結晶格子に由来するとされる（１１１）、（２２０）の回折ピークが観測される。
【００６５】
またセミアモルファスシリコン膜は珪素（シリコン）を含む気体をグロー放電分解することにより得ることができる。代表的な珪素（シリコン）を含む気体としては、ＳｉＨ４であり、その他にもＳｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などを用いることができる。また水素や、水素にヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を加えたガスで、この珪素（シリコン）を含む気体を希釈して用いることで、セミアモルファスシリコン膜の形成を容易なものとすることができる。希釈率は２倍〜１０００倍の範囲で珪素（シリコン）を含む気体を希釈することが好ましい。またさらに、珪素（シリコン）を含む気体中に、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ６などの炭化物気体、ＧｅＨ４、ＧｅＦ４などのゲルマニウム化気体、Ｆ２などを混入させて、エネルギーバンド幅を１．５〜２．４ｅＶ、若しくは０．９〜１．１ｅＶに調節しても良い。
【００６６】
半導体膜１２３を成膜後、脱水素熱処理を行い、その後本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化を行う。
【００６７】
半導体膜が成膜された基板１０４をステージ１０７上に配置し、基板１０４が求められる表面形状になるように、アクチュエータ１０８を上下させてその高さを調節し、基板１０４を裏側からアクチュエータ１０８により支える。
【００６８】
半導体膜１２３に線状ビーム１０３を照射すると、照射された領域が、結晶性半導体膜１２４となる（図５（Ｂ）参照）。
【００６９】
線状ビーム１０３を照射中に、基板１０４の表面形状の歪みが変わる場合は、アクチュエータ１０８の高さも基板１０４の表面形状の歪みに応じて変化させればよい。
【００７０】
アクチュエータ１０８を用いて線状ビーム１０３を半導体膜１２３に照射することによって、半導体膜１２３の全面をより均一に加熱処理することが可能になる。これにより結晶性が均一な結晶性半導体膜１２４を得ることができる（図５（Ｃ）参照）。
【００７１】
ここで必要であれば、得られた結晶性半導体膜１２４に、ｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素を添加してもよい。
【００７２】
次いで結晶性半導体膜１２４をドライエッチングにてエッチングして、島状半導体膜１２５を形成する（図５（Ｄ）参照）。
【００７３】
次いで島状半導体膜１２５を覆ってゲート絶縁膜１２６を形成する。ゲート絶縁膜１２６は、酸化珪素膜、窒化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜のいずれか１つ、あるいはこれらの積層膜であればよい。
【００７４】
ゲート絶縁膜１２６上にゲート電極１２７を形成する（図５（Ｅ）参照）。ゲート電極１２７の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ネオウム（Ｎｄ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のいずれか１つ、あるいは複数の膜の積層、さらにあるいは複数の材料の合金を用いることが可能である。
【００７５】
次いで、ゲート電極１２７をマスクとして、島状半導体膜１２５に一導電性を付与する不純物元素を導入して、チャネル形成領域１２８、並びに、ソース領域及びドレイン領域である高濃度不純物領域１２９ａ及び１２９ｂを形成する（図５（Ｆ）参照）。またマスクやサイドウォールを形成する、あるいは、ゲート電極１２７を二層にする等により、チャネル形成領域１２８、並びに、高濃度不純物領域１２９ａ及び１２９それぞれとの間に低濃度不純物領域を形成しても良い。
【００７６】
一導電性を付与する不純物元素としては、ｎ型の不純物元素としては、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）等を用いればよい。またｐ型の不純物元素としては、ホウ素（Ｂ）を用いればよい。
【００７７】
次いで島状半導体膜１２５、ゲート絶縁膜１２６、ゲート電極１２７を覆って、層間絶縁膜１３１を形成する（図６（Ａ）参照）。層間絶縁膜１３１は、酸化珪素膜、窒素を含む酸化珪素膜、酸素を含む窒化珪素膜から選ばれた１つまたは複数の膜を積層して形成することができる。
【００７８】
次いで加熱工程により、島状半導体膜１２５に添加された一導電性を付与する不純物元素を活性化する。活性化のための加熱工程も、図１に示すレーザ照射装置により、固体レーザの線状ビーム１０３を照射してもよい。その際には、ステージ１０７上に、島状半導体膜１２５、ゲート絶縁膜１２６、ゲート電極１２７、層間絶縁膜１３１が形成された基板１０４を設置し、アクチュエータ１０８により、基板１０４の表面形状を維持し、線状ビーム１０３を照射する。
【００７９】
次いで、層間絶縁膜１３１上に、高濃度不純物領域１２９ａと電気的に接続される配線１３２ａ、並びに、高濃度不純物領域１２９ｂと電気的に接続される配線１３２ｂを形成する（図６（Ｂ）参照）。以上の作製工程により、薄膜トランジスタが作製される。
【００８０】
なお、ゲート電極１２７の側面にサイドウォール１３４ａ及び１３４ｂを形成し、それを用いて、チャネル形成領域１２８及び高濃度不純物領域１２９ａとの間に低濃度不純物領域１３５ａ、並びに、チャネル形成領域１２８及び高濃度不純物領域１２９ｂとの間に低濃度不純物領域１３５ｂを形成した例を、図６（Ｃ）に示す。
【００８１】
図５（Ｅ）の構造が得られたら、ゲート電極１２７をマスクとして、一導電性を付与する不純物元素を島状半導体膜１２５に低ドーズ量で添加し、低濃度不純物領域を形成する。
【００８２】
次いで、島状半導体膜１２５及びゲート電極１２７上に絶縁膜を成膜し、異方性エッチングにより、ゲート電極１２７の側面にサイドウォール１３４ａ及び１３４ｂを形成する。
【００８３】
次いで、ゲート電極１２７、サイドウォール１３４ａ及び１３４ｂをマスクとして、一導電性を付与する不純物元素を島状半導体膜１２５に高ドーズ量で添加し、高濃度不純物領域１２９ａ及び１２９ｂを得る。
【００８４】
島状半導体膜１２５中、サイドウォール１３４ａ及び１３４ｂに覆われた領域は、低濃度不純物領域１３５ａ及び１３５ｂとなり、ゲート電極１２７、サイドウォール１３４ａ及び１３４ｂに覆われていない領域は、高濃度不純物領域１２９ａ及び１２９ｂとなる。
【００８５】
次いで図６（Ａ）の作製工程に基づいて、層間絶縁膜１３１を形成し、図６（Ｂ）の作製工程に基づいて、配線１３２ａ及び１３２ｂを形成すればよい。
【００８６】
［実施の形態２］
本実施の形態では、本発明を用いて作製された表示装置について、図７（Ａ）〜図７（Ｂ）および図８（Ａ）〜図８（Ｂ）を用いて説明する。
【００８７】
図７（Ａ）〜図７（Ｂ）は、液晶表示装置の構成例を示す図面である。図７（Ａ）は液晶表示装置の画素の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＥ−Ｅ’の断面図である。
【００８８】
図７（Ａ）において、画素は、島状半導体膜２５９を含むトランジスタ２４１、島状半導体膜２５９と交差している走査線２４５、走査線２４５と交差している信号線２４８ａ、画素電極２４９、画素電極２４９と島状半導体膜２５９を電気的に接続する電極２４８ｂを有する。
【００８９】
図７（Ｂ）に示すように、基板２２１上に、下地絶縁膜２２２、島状半導体膜２５９、ゲート絶縁膜２４４が形成されている。島状半導体膜２５９には、チャネル形成領域２４２、ｎ型の高濃度不純物領域２４３が形成されている。トランジスタ２４１のゲート電極は走査線２４５に含まれ、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線２４８ａに含まれている。
【００９０】
基板２２１、下地絶縁膜２２２、島状半導体膜２５９、ゲート絶縁膜２４４、ゲート電極２３４は、それぞれ実施の形態１の基板１０４、下地絶縁膜１２２、島状半導体膜１２５、ゲート絶縁膜１２６、ゲート電極１２７と同様の材料及び同様の作製工程で形成すればよい。
【００９１】
島状半導体膜２５９、ゲート絶縁膜２４４、走査線２４５を覆って層間絶縁膜２４６を形成する。層間絶縁膜２４６は、層間絶縁膜１３１に基づいて形成すればよい。層間絶縁膜２４６上には、層間絶縁膜２４７を形成する。
【００９２】
層間絶縁膜２４７は、ポリイミド、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンホウ素ガラス）、アルミナ等を用いることができる。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、フッ素、アルキル基、またはアリール基のうち少なくとも１種を有していてもよい。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、層間絶縁膜２４７を形成してもよい。
【００９３】
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は、置換基に水素の他、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種を有していてもよい。
【００９４】
層間絶縁膜２４７の形成には、その材料に応じて、ＣＶＤ法、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコータ、カーテンコータ、ナイフコータ等を用いることができる。
【００９５】
層間絶縁膜２４７上には、信号線２４８ａ、電極２４８ｂ、画素電極２４９が設けられている。層間絶縁膜２４７上には、柱状スペーサ２５１が形成され、信号線２４８ａ、電極２４８ｂ、画素電極２４９および柱状スペーサ２５１を覆って、配向膜２５２が形成されている。
【００９６】
基板２５６には、対向電極２５５、対向電極２５５を覆う配向膜２５４が形成されている。柱状スペーサ２５１は、基板２２１と基板２５６の隙間を維持するために形成される。柱状スペーサ２５１によって形成される隙間に、液晶層２５３が形成されている。
【００９７】
信号線２４８ａおよび電極２４８ｂと高濃度不純物領域２４３との接続部は、コンタクトホールの形成によって層間絶縁膜２４７に段差が生じるので、この接続部では液晶層２５３の液晶の配向が乱れやすい。そのため、この段差部に柱状スペーサ２５１を形成して、液晶の配向の乱れを防ぐ。
【００９８】
次に、エレクトロルミネセンス表示装置（以下、ＥＬ表示装置という）について、図８（Ａ）〜図８（Ｂ）を用いて説明する。図８（Ａ）はＥＬ表示装置の画素の平面図であり、８（Ｂ）は画素の表示制御用トランジスタ２６１の断面図である。
【００９９】
図８（Ａ）に示すように、画素は、選択用トランジスタ２８１、表示制御用トランジスタ２６１、走査線２８５、信号線２８８ａ、および電流供給線２６８ｂ、画素電極２６９を含む。エレクトロルミネセンス材料を含んで形成される層（ＥＬ層）が一対の電極間に挟んだ構造の発光素子が各画素に設けられている。発光素子の一方の電極が画素電極２６９である。
【０１００】
選択用トランジスタ２８１及び表示制御用トランジスタ２６１は、基板２３１及び下地絶縁膜２３２上に形成されている。基板２３１及び下地絶縁膜２３２は、それぞれ実施の形態１の基板１０４及び下地絶縁膜１２２と同様である。
【０１０１】
選択用トランジスタ２８１は島状半導体膜２７９を有する。島状半導体膜２７９は、実施の形態１の島状半導体膜１２５と同様の材料及び同様の作製工程で形成すればよい。島状半導体膜２７９には、高濃度不純物領域２８３ａ及び２８３ｂが形成されている。選択用トランジスタ２８１において、ゲート電極は走査線２８５に含まれ、ソース電極またはドレイン電極の一方は信号線２８８ａに含まれ、他方は電極２８８ｂとして形成されている。
【０１０２】
表示制御用トランジスタ２６１は、ゲート電極２６５が電極２８８ｂと電気的に接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方は、画素電極２６９に電気的に接続される電極２６８ａとして形成され、ソース電極またはドレイン電極の他方は、電流供給線２６８ｂに含まれている。
【０１０３】
表示制御用トランジスタ２６１はｐチャネル型トランジスタであり、島状半導体膜２８９を有する。島状半導体膜２８９は、実施の形態１の島状半導体膜１２５と同様の材料及び同様の作製工程で形成すればよい。ただしｐチャネル型トランジスタを形成するには、一導電性を付与する不純物元素をｐ型を付与する不純物元素、例えばホウ素（Ｂ）にすればよい。
【０１０４】
図８（Ｂ）に示すように、島状半導体膜２８９には、チャネル形成領域２６２、ｐ型の高濃度不純物領域２６３ａ及び２６３ｂが形成されている。島状半導体膜２８９上にはゲート絶縁膜２６４が形成されている。表示制御用トランジスタ２６１のゲート電極２６５を覆って、層間絶縁膜２６６及び層間絶縁膜２６７が形成されている。層間絶縁膜２６７上に、信号線２８８ａ、電流供給線２６８ｂ、電極２８８ｂ、電極２６８ａなどが形成されている。
【０１０５】
また、層間絶縁膜２６７上には、電極２６８ａに電気的に接続されている画素電極２６９が形成されている。画素電極２６９は周辺部が絶縁性の隔壁層２７１で囲まれている。画素電極２６９上にはＥＬ層２７２が形成され、ＥＬ層２７２上には対向電極２７３が形成されている。補強板として基板２７５が設けられており、基板２７５は樹脂層２７４により基板２３１に固定されている。
【０１０６】
ゲート絶縁膜２６４、ゲート電極２６５及び層間絶縁膜２６６は、それぞれ実施の形態１のゲート絶縁膜１２６、ゲート電極１２７、層間絶縁膜１３１と同様の材料及び同様の作製工程で形成すればよい。また層間絶縁膜２６７は、層間絶縁膜２４７と同様の材料及び同様の作製工程で形成すればよい。
【０１０７】
本実施の形態では、液晶表示装置の画素のトランジスタ２４１の島状半導体膜２５９、並びに、ＥＬ表示装置の選択用トランジスタ２８１の島状半導体膜２７９、及び、表示制御用トランジスタ２６１の島状半導体膜２８９は、実施の形態１で述べたレーザ照射装置により結晶化された結晶性半導体膜１２４から形成される。すなわち、基板２２１及び基板２３１として大面積の基板を用いることができるので、大型の表示装置を作製することが可能である。
【０１０８】
［実施の形態３］
本実施の形態では、本発明が適用される電子機器としてテレビを作製した例を、図９、図１０、図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）を用いて説明する。
【０１０９】
図９は液晶表示パネル３０１と、回路基板３１１を組み合わせた液晶モジュールを示している。回路基板３１１には、コントロール回路３１２や信号分割回路３１３などが形成されており、接続配線３１４によって本発明を用いて形成された液晶表示パネル３０１と電気的に接続されている。
【０１１０】
この液晶表示パネル３０１には、複数の画素が設けられた画素部３０２と、走査線駆動回路３０３、選択された画素にビデオ信号を供給する信号線駆動回路３０４を備えている。液晶表示パネル３０１は、実施の形態２に基づいて作製すればよい。
【０１１１】
図９に示す液晶モジュールにより液晶テレビ受像器を完成させることができる。図１０は、液晶テレビ受像機の主要な構成を示すブロック図である。チューナ３２１は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像信号増幅回路３２２と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路３２３と、その映像信号をドライバＩＣの入力仕様に変換するためのコントロール回路３１２により処理される。コントロール回路３１２は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号が出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路３１３を設け、入力デジタル信号をｍ個に分割して供給する構成としても良い。
【０１１２】
チューナ３２１で受信した信号のうち、音声信号は音声信号増幅回路３２５に送られ、その出力は音声信号処理回路３２６を経てスピーカ３２７に供給される。制御回路３２８は受信局（受信周波数）や音量の制御情報を入力部３２９から受け、チューナ３２１や音声信号処理回路３２６に信号を送出する。
【０１１３】
図１１（Ａ）に示すように、液晶モジュールを筐体３３１に組みこんで、テレビ受像機を完成させることができる。液晶モジュールにより、表示画面３３２が形成される。また、スピーカ３３３、操作スイッチ３３４などが適宜備えられている。
【０１１４】
また図１１（Ｂ）に、ワイヤレスでディスプレイのみを持ち運び可能なテレビ受像器を示す。筐体３４２にはバッテリ及び信号受信器が内蔵されており、そのバッテリで表示部３４３やスピーカ部３４７を駆動させる。バッテリは充電器３４０で繰り返し充電が可能となっている。また、充電器３４０は映像信号を送受信することが可能で、その映像信号をディスプレイの信号受信器に送信することでができる。筐体３４２は操作キー３４６によって制御する。また、図１１（Ｂ）に示す装置は、操作キー３４６を操作することによって、筐体３４２から充電器３４０に信号を送ることも可能であるため映像音声双方向通信装置とも言える。また、操作キー３４６を操作することによって、筐体３４２から充電器３４０に信号を送り、さらに充電器３４０が送信できる信号を他の電子機器に受信させることによって、他の電子機器の通信制御も可能であり、汎用遠隔制御装置とも言える。本発明は表示部３４３に適用することができる。
【０１１５】
本発明を図９、図１０、図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ）に示すテレビ受像器使用することにより、品質のよく大面積の表示装置を備えたテレビ受像器を得ることが可能となる。
【０１１６】
勿論、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明のレーザ照射装置を示す斜視図。
【図２】基板の表面形状と線状ビームの焦点位置を示す断面図。
【図３】本発明のレーザ照射装置のステージと基板を示す上面図。
【図４】本発明のレーザ照射装置のステージと支持手段を示す断面図。
【図５】本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図。
【図６】本発明の半導体装置の作製工程を説明する断面図。
【図７】本発明を用いて作製された液晶表示装置の上面図と断面図。
【図８】本発明を用いて作製されたＥＬ表示装置の上面図と断面図。
【図９】本発明を用いて作製された電子機器の一例を示す図。
【図１０】本発明を用いて作製された電子機器の一例を示す図。
【図１１】本発明を用いて作製された電子機器の一例を示す図。
【図１２】本発明のレーザ照射装置のステージと支持手段を示す上面図。
【図１３】本発明のレーザ照射装置及びビームプロファイラを示す斜視図。
【図１４】本発明のオートフォーカス装置、並びに、ステージ及び基板の位置関係を示す斜視図。
【符号の説明】
【０１１８】
１０１    レーザ発振器
１０２    線状光学系
１０３    線状ビーム
１０４    基板
１０５    焦点位置
１０７    ステージ
１０８    アクチュエータ
１０９    レーザビーム
１１１    ミラー
１１３    吸着穴
１１５    制御装置
１１６    支持手段
１１７    ミラー
１１８    ビームプロファイラ
１１９    制御装置
１２２    下地絶縁膜
１２３    半導体膜
１２４    結晶性半導体膜
１２５    島状半導体膜
１２６    ゲート絶縁膜
１２７    ゲート電極
１２８    チャネル形成領域
１２９ａ    高濃度不純物領域
１２９ｂ    高濃度不純物領域
１３１    層間絶縁膜
１３２ａ    配線
１３２ｂ    配線
１３４ａ    サイドウォール
１３４ｂ    サイドウォール
１３５ａ    低濃度不純物領域
１３５ｂ    低濃度不純物領域
１４１    オートフォーカス装置
１４２    ＣＣＤカメラ
１４３    制御装置
１４４    ステージ
１５１    制御装置
１５２    制御装置
２２１    基板
２２２    下地絶縁膜
２３１    基板
２３２    下地絶縁膜
２３４    ゲート電極
２４１    トランジスタ
２４２    チャネル形成領域
２４３    高濃度不純物領域
２４４    ゲート絶縁膜
２４５    走査線
２４６    層間絶縁膜
２４７    層間絶縁膜
２４８ａ    信号線
２４８ｂ    電極
２４９    画素電極
２５１    柱状スペーサ
２５２    配向膜
２５３    液晶層
２５４    配向膜
２５５    対向電極
２５６    基板
２５９    島状半導体膜
２６１    表示制御用トランジスタ
２６２    チャネル形成領域
２６３ａ    高濃度不純物領域
２６３ｂ    高濃度不純物領域
２６４    ゲート絶縁膜
２６５    ゲート電極
２６６    層間絶縁膜
２６７    層間絶縁膜
２６８ａ    電極
２６８ｂ    電流供給線
２６９    画素電極
２７１    隔壁層
２７２    ＥＬ層
２７３    対向電極
２７４    樹脂層
２７５    基板
２７９    島状半導体膜
２８１    選択用トランジスタ
２８３ａ    高濃度不純物領域
２８３ｂ    高濃度不純物領域
２８５    走査線
２８８ａ    信号線
２８８ｂ    電極
２８９    島状半導体膜
３０１    液晶表示パネル
３０２    画素部
３０３    走査線駆動回路
３０４    信号線駆動回路
３１１    回路基板
３１２    コントロール回路
３１３    信号分割回路
３１４    接続配線
３２１    チューナ
３２２    映像信号増幅回路
３２３    映像信号処理回路
３２５    音声信号増幅回路
３２６    音声信号処理回路
３２７    スピーカ
３２８    制御回路
３２９    入力部
３３１    筐体
３３２    表示画面
３３３    スピーカ
３３４    操作スイッチ
３４０    充電器
３４２    筐体
３４３    表示部
３４６    操作キー
３４７    スピーカ部
【図１】
2009252796.tif 000003
【図２】
2009252796.tif 000004
【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】
2009252796.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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