JP2001242413A - Optical system and laser irradiating apparatus - Google Patents
Optical system and laser irradiating apparatusInfo
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- Thin Film Transistor (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は簡便な方法で安価に
光学系の収差を減らすものである。本発明を半導体膜を
結晶化するレーザー光学系に用いることで、基板面内で
均一な結晶化を行うことができる。本発明はシリンドリ
カルレンズを用いた線状レーザー結晶化装置の光学系に
簡便に適用できる技術を提供する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is to reduce aberrations of an optical system at a low cost by a simple method. By applying the present invention to a laser optical system for crystallizing a semiconductor film, uniform crystallization can be performed in the plane of the substrate. The present invention provides a technique that can be easily applied to an optical system of a linear laser crystallization apparatus using a cylindrical lens.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、ガラス等の絶縁基板上に形成され
た非晶質半導体膜や結晶性半導体膜(単結晶でない、多
結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜)、すなわ
ち、非単結晶半導体膜に対し、レーザーアニールを施し
て、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く
研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用い
られる。2. Description of the Related Art In recent years, an amorphous semiconductor film or a crystalline semiconductor film (a semiconductor film which is not a single crystal but has a crystallinity such as polycrystal or microcrystal) formed on an insulating substrate such as glass, Techniques for performing laser annealing on a single crystal semiconductor film to crystallize or improve crystallinity have been widely studied. As the semiconductor film, a silicon film is often used.
【0003】ガラス基板は、従来よく使用されてきた石
英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基
板を容易に作製できる利点を持っている。このため、上
記研究が盛んに行われている。結晶化に好んでレーザー
が使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからであ
る。レーザーは基板の温度をあまり変えずに非単結晶半
導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。The glass substrate is inexpensive, has good processability, and has an advantage that a large-area substrate can be easily manufactured, as compared with a quartz substrate which has been often used in the past. For this reason, the above research has been actively conducted. A laser is preferably used for crystallization because the melting point of the glass substrate is low. The laser can apply high energy only to the non-single-crystal semiconductor film without changing the temperature of the substrate so much.
【0004】レーザーアニールを施して形成された結晶
性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素
膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、例え
ば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用の
TFTを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置
等に盛んに利用されている。前記結晶性珪素膜は多くの
結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多
結晶半導体膜と呼ばれる。Since a crystalline silicon film formed by performing laser annealing has high mobility, a thin film transistor (TFT) is formed using the crystalline silicon film, and, for example, is formed on a single glass substrate. It is widely used in monolithic liquid crystal electro-optical devices for producing TFTs for driving pixels and driving circuits. Since the crystalline silicon film is made of many crystal grains, it is called a polycrystalline silicon film or a polycrystalline semiconductor film.
【0005】また、エキシマレーザー等の、出力の大き
いパルス発振式のレーザービームを、被照射面におい
て、数cm角の四角いスポットや、長さ10cm以上の
線状となるように光学系にて加工し、レーザービームを
走査させて(レーザービームの照射位置を被照射面に対
し相対的に移動させて)、レーザーアニールを行う方法
が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使
用される。[0005] A pulsed laser beam having a large output, such as an excimer laser, is processed by an optical system so as to form a square spot of several cm square or a linear shape of 10 cm or more on the surface to be irradiated. The method of performing laser annealing by scanning with a laser beam (moving the irradiation position of the laser beam relative to the irradiated surface) is preferable because mass productivity is good and industrially excellent. used.
【0006】特に、線状のレーザービームを用いると、
前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを
用いた場合とは異なり、線状のレーザービームの線方向
に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザービー
ムを照射することができるため、高い量産性が得られ
る。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効
率のよい走査方向であるからである。この高い量産性に
より、現在レーザーアニールにはパルス発振のエキシマ
レーザーのレーザービームを適当な光学系で加工した線
状のレーザービームを使用することが主流になりつつあ
る。In particular, when a linear laser beam is used,
Unlike when using a spot-shaped laser beam that requires front-back, left-right scanning, the laser beam can be applied to the entire irradiated surface by scanning only in the direction perpendicular to the line direction of the linear laser beam. , High mass productivity can be obtained. Scanning is performed in a direction perpendicular to the line direction because it is the most efficient scanning direction. Due to this high mass productivity, the use of a linear laser beam obtained by processing a laser beam of a pulsed excimer laser with an appropriate optical system is becoming mainstream for laser annealing.
【0007】線状レーザービーム形成用光学系でシリン
ドリカルレンズを用いてレーザービームを基板上に結像
させるものを図18、19に示す。光学系にはシリンド
リカルレンズ、シリンドリカルアレイレンズが用いられ
ている。図22のようにシリンドリカルレンズ1201
は幅方向に曲面を持ち、長さ方向には曲面を持たない。
これにより入射光1202に対し、出射光1203は幅
方向にはレンズの屈折効果で集光されるが、長さ方向に
は光は屈折されない。FIGS. 18 and 19 show an optical system for forming a linear laser beam, which forms an image of a laser beam on a substrate by using a cylindrical lens. For the optical system, a cylindrical lens and a cylindrical array lens are used. As shown in FIG. 22, a cylindrical lens 1201
Has a curved surface in the width direction and no curved surface in the length direction.
Thus, the outgoing light 1203 is focused on the incident light 1202 in the width direction by the refraction effect of the lens, but the light is not refracted in the length direction.
【0008】一般に市販されている線状レーザービーム
のサイズは短尺方向の長さ110が0.2〜1.0mm
であり、長手方向の長さ111が100〜300mmで
ある。このような線状レーザービームを得るには幾何光
学に従ったレンズ設計を行えば良い。特に線状レーザー
形成用の光学系では幅の狭いレーザービームに収束する
ために、短尺方向に光を結像させるときの収差に注意を
払う必要がある。A commercially available linear laser beam has a length 110 in the short direction of 0.2 to 1.0 mm.
And the length 111 in the longitudinal direction is 100 to 300 mm. To obtain such a linear laser beam, a lens design according to geometrical optics may be performed. In particular, in an optical system for forming a linear laser, it is necessary to pay attention to aberration when light is imaged in a short direction in order to converge on a narrow laser beam.
【0009】図18、図19に記載の各レンズの役割に
ついて、以下に記す。図18の光学系を側面方向から見
たものを図19(1)に、上面方向から見たものを図1
9(2)に示す。The role of each lens shown in FIGS. 18 and 19 will be described below. FIG. 19A shows the optical system of FIG. 18 viewed from the side, and FIG.
This is shown in 9 (2).
【0010】図19(1)について以下に説明する。レ
ーザー照射装置101から出射されたレーザー光は、シ
リンドリカルアレイレンズ102により線状レーザーの
短尺方向に分割される。ここではシリンドリカルレンズ
がアレイ状に4本配置された構成のため4本のビームに
分割される。FIG. 19A will be described below. The laser light emitted from the laser irradiation device 101 is split by the cylindrical array lens 102 in the short direction of the linear laser. Here, since four cylindrical lenses are arranged in an array, the beam is divided into four beams.
【0011】短尺方向に分割されたレーザーはシリンド
リカルレンズ103を通るが、シリンドリカルレンズ1
03の形状から短尺方向についてはレンズの屈折を受け
ない。そして焦点距離の比較的長いシリンドリカルレン
ズ104により、基板近傍に設けられたシリンドリカル
レンズ106に光が入射する。そしてシリンドリカルレ
ンズ106で1つにまとめられ、被照射面108に照射
される。これにより、線状のレーザービームの短尺方向
のエネルギーが均一化し、短尺方向の長さが決定され
る。光学系のレーザー光の光束を109に示す。The laser divided in the short direction passes through the cylindrical lens 103, but the cylindrical lens 1
From the shape of 03, the lens is not refracted in the short direction. Then, light is incident on the cylindrical lens 106 provided near the substrate by the cylindrical lens 104 having a relatively long focal length. Then, the light is combined into one by the cylindrical lens 106 and is irradiated on the irradiation surface 108. Thereby, the energy in the short direction of the linear laser beam is made uniform, and the length in the short direction is determined. Reference numeral 109 denotes a light beam of the laser light of the optical system.
【0012】図19(2)について以下に説明する。線
状レーザーの長手方向に結像される光の伝播を説明す
る。レーザービームはシリンドリカルアレイレンズ10
3により長手方向に7本のビームに分割される。FIG. 19B will be described below. The propagation of light imaged in the longitudinal direction of the linear laser will be described. The laser beam is a cylindrical array lens 10
3 divides the beam into seven beams in the longitudinal direction.
【0013】線状レーザーの長手方向に分割されたレー
ザーはシリンドリカルレンズ104を通るが、シリンド
リカルレンズ104の形状から長手方向についてはレン
ズの屈折を受けない。そして焦点距離の長いシリンドリ
カルレンズ105により被照射面に入射する。光学系の
レーザー光の光束を112に示す。The laser divided in the longitudinal direction of the linear laser passes through the cylindrical lens 104, but is not refracted in the longitudinal direction due to the shape of the cylindrical lens 104. Then, the light enters the surface to be irradiated by the cylindrical lens 105 having a long focal length. Reference numeral 112 denotes a light beam of the laser light of the optical system.
【0014】図19(1)のように線状レーザーの短尺
方向にビームを集光するために、シリンドリカルレンズ
104、106のように2組のレンズが使われている。
つまりシリンドリカルレンズ104の焦点113でレー
ザービームは集光し一本の線状になる。しかし焦点11
3で集光されるレーザービームは短尺方向の幅が太い線
状のビームである。焦点113で集光された後、レーザ
ー光はさらに4本の線状レーザーにわかれシリンドリカ
ルレンズ106に入射する。そしてシリンドリカルレン
ズ106で集光された後広がり、被照射面108にレー
ザーが入射する。被照射面でのレーザー光はシリンドリ
カルレンズ104の焦点113で結像した線状のレーザ
ー光に比べ細長くなっている。As shown in FIG. 19A, two sets of lenses, such as cylindrical lenses 104 and 106, are used to condense a beam in the short direction of a linear laser.
That is, the laser beam is condensed at the focal point 113 of the cylindrical lens 104 and becomes one linear shape. But focus 11
The laser beam focused at 3 is a linear beam whose width in the short direction is large. After being condensed at the focal point 113, the laser light is further divided into four linear lasers and enters the cylindrical lens 106. Then, after being condensed by the cylindrical lens 106, the laser beam spreads, and the laser beam enters the irradiation surface 108. The laser light on the surface to be illuminated is elongated compared to the linear laser light imaged at the focal point 113 of the cylindrical lens 104.
【0015】線状レーザーの長手方向を長くすると大面
積の基板でも、レーザー照射の継ぎ目がなく均一に照射
できる。しかし線状レーザービームの長手方向を長く
し、同時に非単結晶半導体膜を結晶化するのに充分なレ
ーザーのエネルギー密度を得るためには、線状レーザー
ビームの短尺方向の幅を小さくしなければならない。通
常はレーザーの出力の関係で線状レーザーの短尺方向の
幅を0.2mm〜1.0mmにする必要がある。When the longitudinal direction of the linear laser is lengthened, even a substrate having a large area can be uniformly irradiated without a laser irradiation seam. However, in order to increase the longitudinal direction of the linear laser beam and at the same time obtain a laser energy density sufficient to crystallize a non-single-crystal semiconductor film, the width of the linear laser beam in the short direction must be reduced. No. Usually, the width of the linear laser in the short direction needs to be 0.2 mm to 1.0 mm in relation to the output of the laser.
【0016】図20においては、図18、図19の光学
系にあるシリンドリカルレンズ106の変わりにダブレ
ットシリンドリカルレンズ201、202を用いてい
る。レンズ2枚を組み合わせて集光用レンズとして用い
ることで、レンズの収差を著しく減らしたものである。
図20(1)は光学系の側面図でありレーザー光は線状
レーザーの短尺方向に収束する。図20(2)は光学系
の上面図でありレーザー光を線状レーザーの長手方向に
収束する。図20の101〜112の符号の説明は図1
8、19と同じである。In FIG. 20, doublet cylindrical lenses 201 and 202 are used instead of the cylindrical lens 106 in the optical system shown in FIGS. By combining two lenses to use as a condensing lens, the aberration of the lens is significantly reduced.
FIG. 20A is a side view of the optical system, and the laser light is converged in the short direction of the linear laser. FIG. 20 (2) is a top view of the optical system, in which laser light is converged in the longitudinal direction of the linear laser. The description of the reference numerals 101 to 112 in FIG.
Same as 8 and 19.
【0017】[0017]
【発明が解決しようとする課題】例えばアクリル樹脂か
らなるレンズでは加熱により成形し、非球面加工をする
ことができる。しかし、短波長であるレーザー用のレン
ズは融点の高い石英で作られており、非球面加工が難し
い。For example, a lens made of an acrylic resin can be molded by heating and subjected to aspherical processing. However, a lens for a laser having a short wavelength is made of quartz having a high melting point, and it is difficult to perform aspheric processing.
【0018】理想的なレンズはレンズに入射した光が入
射位置によらず一点に結像する。しかし現実のレンズで
は理想レンズに比較して何らかの誤差を持つ。この理想
レンズからの誤差量を収差という。In an ideal lens, light incident on the lens forms an image at one point regardless of the incident position. However, a real lens has some error compared to an ideal lens. The amount of error from the ideal lens is called aberration.
【0019】球面レンズによる収差のうち問題になるも
のの一つに球面収差がある。球面収差を図21に示す。
図はレンズを通る光束を示す断面図である。レンズ11
04の光軸近くに入射した光1101と光軸から離れた
位置に入射した光1102と、レンズの端付近に入射し
た光1103は焦点が異なる。これにより被照射面11
05に結像する像は一点に定まらず広がりを持つ。One of the problems caused by the spherical lens is spherical aberration. FIG. 21 shows the spherical aberration.
The figure is a sectional view showing a light beam passing through a lens. Lens 11
The light 1101 incident near the optical axis 04 and the light 1102 incident at a position away from the optical axis and the light 1103 incident near the end of the lens have different focal points. Thereby, the irradiated surface 11
The image formed at 05 is not fixed at one point but has a spread.
【0020】球面収差を防ぐにはレンズの曲率半径をレ
ンズ内で変える必要があるが、短波長用の非球面レンズ
を作製するのは非常に困難である。To prevent spherical aberration, it is necessary to change the radius of curvature of the lens within the lens, but it is very difficult to produce an aspherical lens for short wavelengths.
【0021】図18、19のシリンドリカルレンズ10
6の形状やレーザー光学系内での配置では、主に問題に
なるのは球面収差である。レーザー光学系であるので色
収差はレーザー光の波長によるエネルギー分布はあって
も大きな問題とならない。The cylindrical lens 10 shown in FIGS.
In the shape of No. 6 and the arrangement in the laser optical system, the main problem is spherical aberration. Since it is a laser optical system, chromatic aberration does not pose a major problem even if there is an energy distribution depending on the wavelength of the laser light.
【0022】図18、19に示すような光学系では、レ
ンズ1枚で構成したシリンドリカルレンズ106が、線
状レーザービームの短尺方向における集光用レンズとし
て用いられていた。この光学系では、図8aのように得
られる線状レーザービームの短尺方向におけるエネルギ
ープロファイルがガウシアン分布、すなわち不均一な分
布となった。図8のグラフにおいて横軸は線状レーザー
の短尺方向、縦軸はエネルギーを示す。In the optical system shown in FIGS. 18 and 19, a cylindrical lens 106 composed of one lens is used as a lens for condensing a linear laser beam in a short direction. In this optical system, the energy profile in the short direction of the linear laser beam obtained as shown in FIG. 8A was a Gaussian distribution, that is, a non-uniform distribution. In the graph of FIG. 8, the horizontal axis indicates the short direction of the linear laser, and the vertical axis indicates energy.
【0023】エネルギープロファイルがガウシアン分布
になる原因は、図18、19のシリンドリカルレンズ1
06の収差にあった。シリンドリカルレンズ106は、
いったん複数の光線に分割されたレーザービームを被照
射面で1つにまとめる役割を果たす。ところが、レンズ
の収差のため、分割された個々の光線が被照射面で完全
に1つにならない。これにより、短尺方向において広が
りを持つガウシアン分布を有するエネルギープロファイ
ルをもつ。The cause of the energy profile having a Gaussian distribution is that the cylindrical lens 1 shown in FIGS.
06 aberration. The cylindrical lens 106
The laser beam once divided into a plurality of light beams serves to combine them on a surface to be irradiated. However, due to the aberration of the lens, the divided individual light beams do not completely become one on the irradiated surface. Thereby, it has an energy profile having a Gaussian distribution spreading in the short direction.
【0024】図18、19に示す光学系でシリンドリカ
ルレンズ104は焦点距離が長いためレンズの収差は小
さい。光学系で問題になるのはシリンドリカルレンズ1
06の収差である。レーザービーム幅は実用的には0.
2〜1.0mmの範囲であり、このような範囲にレーザ
ービームを収めるにはシリンドリカルレンズ106の収
差をおさえるのが重要である。In the optical system shown in FIGS. 18 and 19, since the cylindrical lens 104 has a long focal length, aberration of the lens is small. The problem with optical systems is the cylindrical lens 1
06 is the aberration. The laser beam width is practically 0.
It is in the range of 2 to 1.0 mm, and it is important to suppress the aberration of the cylindrical lens 106 in order to keep the laser beam in such a range.
【0025】しかし図18、19のような光学系の構成
をとると、線状レーザービームのエネルギー分布が不均
一となった。よって、線状レーザービームを珪素膜に対
し、走査させながら照射したとき、レーザーエネルギー
が被照射面内でむらとなり、レーザー照射跡が該珪素膜
上に縞模様として残った。However, when the optical system shown in FIGS. 18 and 19 is employed, the energy distribution of the linear laser beam becomes non-uniform. Therefore, when the linear laser beam was irradiated on the silicon film while scanning, the laser energy became uneven in the irradiated surface, and the laser irradiation trace remained as a stripe pattern on the silicon film.
【0026】一方、図20に示すような光学系では、シ
リンドリカルレンズ2枚201、202で構成したダブ
レットシリンドリカルレンズが集光用レンズとして用い
られていた。これは、図18、19に示したような光学
系の欠点を改良したものであった。ダブレットシリンド
リカルレンズは、シリンドリカルレンズを2枚組み合わ
せることで集光用レンズの球面収差を著しく減らしたも
のである。On the other hand, in an optical system as shown in FIG. 20, a doublet cylindrical lens constituted by two cylindrical lenses 201 and 202 is used as a condensing lens. This is an improvement over the drawbacks of the optical system shown in FIGS. In the doublet cylindrical lens, the spherical aberration of the condensing lens is significantly reduced by combining two cylindrical lenses.
【0027】ダブレットシリンドリカルレンズを用いた
光学系では、得られる線状レーザービームの短尺方向に
おけるエネルギープロファイルがより矩形の分布に近づ
いた。すなわち、図8bのようにより均一な分布となっ
た。現在一般に用いられている線状レーザービーム形成
用光学系は、図20の構成に極めて近いものである。得
られた線状レーザービームを珪素膜に対し、走査させな
がら照射して、珪素膜全体を結晶化させると、レーザー
照射跡が該珪素膜に残りにくくなり、より面内で一様な
多結晶珪素膜が得られる。In the optical system using the doublet cylindrical lens, the energy profile of the obtained linear laser beam in the short direction became closer to a rectangular distribution. That is, the distribution became more uniform as shown in FIG. 8B. The linear laser beam forming optical system generally used at present is very close to the configuration shown in FIG. When the obtained linear laser beam is irradiated on the silicon film while scanning, and the entire silicon film is crystallized, laser irradiation traces are less likely to remain on the silicon film, and a more uniform in-plane polycrystal is obtained. A silicon film is obtained.
【0028】しかしながら、ダブレットシリンドリカル
レンズを用いる構成は、シリンドリカルレンズを2組用
いるためレーザー光学系を高価にした。また、光学軸調
整を行うためには2枚のシリンドリカルレンズの高さ合
わせ、仰角の調整をする必要がある。よって、かなり熟
練した作業者が調整をしてはじめて所望のビームを得る
ことができる。However, in the configuration using the doublet cylindrical lens, the laser optical system is expensive because two sets of cylindrical lenses are used. In order to adjust the optical axis, it is necessary to adjust the height of the two cylindrical lenses and the elevation angle. Therefore, a desired beam can be obtained only after a highly skilled operator makes adjustment.
【0029】以上のように図18、19のようにシリン
ドリカルレンズ106をレーザービームの集光に用いた
場合、シリンドリカルレンズは安価であるが、レンズの
収差により線状レーザーのエネルギー分布が不均一とな
る。珪素膜を結晶化した場合、エネルギー分布の不均一
さがむらとなって見えてしまいレーザー照射跡が該珪素
膜上に縞模様として残った。As described above, when the cylindrical lens 106 is used for focusing a laser beam as shown in FIGS. 18 and 19, the cylindrical lens is inexpensive, but the energy distribution of the linear laser is not uniform due to lens aberration. Become. When the silicon film was crystallized, non-uniformity of the energy distribution appeared uneven and the laser irradiation trace remained as a stripe pattern on the silicon film.
【0030】また図20のようにダブレットシリンドリ
カルレンズ201をレーザービームの集光に用いた場
合、光学系が高価になり、2枚のレンズの光軸合わせが
困難である。When the doublet cylindrical lens 201 is used for focusing a laser beam as shown in FIG. 20, the optical system becomes expensive, and it is difficult to align the optical axes of the two lenses.
【0031】[0031]
【課題を解決するための手段】本発明の特徴を図5に示
す。図5はレンズを通る光束を示す断面図である。本発
明の特徴はレンズを分断し、個々のレンズ501〜50
3にして、それぞれのレンズの被照射面507からの高
さを変えたことにある。高さとはレンズ後面つまり光が
出射する面と被照射面までの距離をいう。入射光を50
4〜506で示す。個々のレンズ501〜503に入射
した光504〜506は被照射面の手前で集光された
後、広がり被照射面507に入射する。光軸近くのレン
ズ501に比べて、光軸から離れたレンズ502、50
3ほど、被照射面507に対し近くにある。これにより
球面レンズの収差が減り、レンズ501〜503に入射
した光の被照射面での広がりが抑えられる。被照射面に
集光された6つのビームはそれぞれのビームのエッジが
ほぼ重なり合う。分割されたビームがレンズ501〜5
03に入射した場合に本発明は有効である。FIG. 5 shows a feature of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing a light beam passing through the lens. A feature of the present invention is that the lens is divided into individual lenses 501 to 50.
3, the height of each lens from the irradiated surface 507 was changed. The height refers to the distance between the rear surface of the lens, that is, the surface from which light is emitted and the surface to be irradiated. 50 incident light
4 to 506. The lights 504 to 506 that have entered the individual lenses 501 to 503 are condensed in front of the surface to be irradiated, and then spread and enter the surface to be irradiated 507. Lenses 502 and 50 farther from the optical axis than lens 501 near the optical axis
The third is closer to the irradiated surface 507. Thereby, the aberration of the spherical lens is reduced, and the spread of the light incident on the lenses 501 to 503 on the irradiated surface is suppressed. The edges of the six beams converged on the surface to be irradiated substantially overlap each other. The divided beams form lenses 501 to 5
The present invention is effective when the light is incident on the light emitting element 03.
【0032】本発明のレンズをレーザー光学系に用いた
例を図1に示す。図1の光学系は、集光用レンズである
シリンドリカルレンズ106をその母線と平行な平面か
つ、光軸に平行な平面で複数個に分割したことを特徴と
する。図1は線状レーザーの短尺方向の光を集光する光
学系を図示したもので、従来例の図19(1)と比較さ
れる。分割されたレンズの一断片をそれぞれ分割シリン
ドリカルレンズ203、204と呼ぶことにする。シリ
ンドリカルレンズを分割し、被照射面からの距離を変え
ることで、個々のシリンドリカルレンズを通過した光が
細長い線状に集光する。レンズを動かす機構には、マイ
クロメータを使うと調整が容易となる。FIG. 1 shows an example in which the lens of the present invention is used in a laser optical system. The optical system shown in FIG. 1 is characterized in that a cylindrical lens 106 as a condensing lens is divided into a plurality of parts by a plane parallel to the generating line and a plane parallel to the optical axis. FIG. 1 illustrates an optical system for condensing light in a short direction of a linear laser, which is compared with FIG. 19A of a conventional example. One fragment of the divided lens will be referred to as divided cylindrical lenses 203 and 204, respectively. By dividing the cylindrical lens and changing the distance from the irradiated surface, the light passing through each cylindrical lens is condensed into an elongated linear shape. The use of a micrometer for the mechanism for moving the lens facilitates adjustment.
【0033】図18、19の光学系のシリンドリカルレ
ンズ106に入射するレーザービーム間の距離は充分に
大きいので、レーザービームの入射位置を考慮してレン
ズを分割することが簡単にできる。Since the distance between the laser beams incident on the cylindrical lens 106 of the optical system shown in FIGS. 18 and 19 is sufficiently large, the lens can be easily divided in consideration of the incident position of the laser beam.
【0034】レンズの分割はダイヤモンド石、超硬石の
ホイールをガラス表面上で回転させてガラスを切断する
スクライバーを用いると良い。For the division of the lens, a scriber for cutting the glass by rotating a wheel of diamond stone or cemented stone on the glass surface may be used.
【0035】線状のレーザービームが、分割シリンドリ
カルレンズに1本ずつ入射する。図1記載の集光用レン
ズにおいて、中央のレンズにはレーザービームを2本入
射させているが、系の対称性を考えるとこれでよいこと
がわかる。A linear laser beam enters the divided cylindrical lens one by one. In the condensing lens shown in FIG. 1, two laser beams are made incident on the central lens. However, it can be understood that this is sufficient considering the symmetry of the system.
【0036】シリンドリカルアレイレンズ102によ
り、分割されるビームの本数が奇数本である場合は、集
光用レンズの中央のレンズにビームを1本だけ入射させ
ることになる。When the number of beams split by the cylindrical array lens 102 is an odd number, only one beam is incident on the central lens of the condensing lens.
【0037】分割されたレンズを個々に調整することに
より、得られる線状レーザービームの短尺方向における
エネルギープロファイルを変化させることができる。例
えば、分割されたレンズの一つ301を、図1の矢印の
方向に動かす。該レンズを通過したレーザービームは、
被照射面にてビーム幅が変化すると同時に、結像位置が
ビーム幅方向に動く。この性質を利用して、分割された
個々のレンズの高さを調節することで、レーザービーム
を広がりを抑えて結像することができ、レーザービーム
のプロファイルを図8cに示すようなものとすることが
できる。By individually adjusting the divided lenses, the energy profile in the short direction of the obtained linear laser beam can be changed. For example, one of the divided lenses 301 is moved in the direction of the arrow in FIG. The laser beam that has passed through the lens is
At the same time as the beam width changes on the irradiated surface, the imaging position moves in the beam width direction. By utilizing this property and adjusting the height of each of the divided lenses, it is possible to form an image while suppressing the spread of the laser beam, and the profile of the laser beam is as shown in FIG. 8C. be able to.
【0038】図8cのレーザービームのプロファイルは
被照射面内でのエネルギー分布が多少あり、理想的な矩
形のエネルギープロファイルからはずれた形となってい
る。しかしレーザービームのエネルギー均質性として
は、図18、19に示したシリンドリカルレンズ106
によるものに比べ改善される。しかし、図20のように
ダブレットシリンドリカルレンズを用いた光学系での図
8bのエネルギープロファイルに比べては、まだエネル
ギー均質性が悪い。The profile of the laser beam shown in FIG. 8C has a certain energy distribution in the surface to be irradiated, and deviates from an ideal rectangular energy profile. However, regarding the energy homogeneity of the laser beam, the cylindrical lens 106 shown in FIGS.
Is improved compared to However, as compared with the energy profile of FIG. 8B in the optical system using the doublet cylindrical lens as shown in FIG. 20, the energy uniformity is still poor.
【0039】エネルギーの均質性をさらに改善した本発
明の別形態を図2に示す。図2の光学系の特徴は、分割
された集光用レンズの各々の焦点距離を互いに違えるこ
とにより、被照射面でのビームの重ね合わせがより一致
するようにしたことにある。異なる焦点距離の分割レン
ズを得る方法としては曲率半径の異なるシリンドリカル
レンズを分割し組み合わせる方法がある。分割される前
の球面レンズの焦点距離により、分割されたレンズの焦
点距離を示す。Another embodiment of the present invention with further improved energy homogeneity is shown in FIG. The feature of the optical system shown in FIG. 2 is that the overlapping of the beams on the irradiated surface is more matched by making the focal lengths of the divided focusing lenses different from each other. As a method of obtaining divided lenses having different focal lengths, there is a method of dividing and combining cylindrical lenses having different radii of curvature. The focal length of the divided lens is indicated by the focal length of the spherical lens before division.
【0040】図2記載の分割シリンドリカルレンズ20
5、206、207は、それぞれの焦点距離が互いに異
なっており、中央のレンズほど曲率半径が大きく焦点距
離が長い。また端のレンズほど曲率半径が短く焦点距離
が短い。焦点距離の短い端のレンズほど被照射面108
に近い。レンズを動かす機構には、マイクロメータを使
うと調整が容易となる。The divided cylindrical lens 20 shown in FIG.
5, 206, and 207 have different focal lengths, and the center lens has a larger radius of curvature and a longer focal length. The radius of curvature is shorter and the focal length is shorter at the end lens. The shorter the lens with the shorter focal length, the more the irradiated surface 108
Close to. The use of a micrometer for the mechanism for moving the lens facilitates adjustment.
【0041】これにより、ビームの均質性は飛躍的に向
上する。この均一性は、図1の光学系よりもよいものと
なる。Thus, the homogeneity of the beam is dramatically improved. This uniformity is better than the optical system of FIG.
【0042】本発明の構成は線状レーザービームの光学
系に特に有効である。図18、図19のシリンドリカル
レンズ106に入射するレーザービーム間の距離は充分
に大きいので、レーザービームの入射位置を考慮してレ
ンズを加工することが簡単にできる。レンズ全面に光が
入射する光学系に比べ本発明の適用が容易である。The structure of the present invention is particularly effective for an optical system of a linear laser beam. Since the distance between the laser beams incident on the cylindrical lens 106 shown in FIGS. 18 and 19 is sufficiently large, the lens can be easily processed in consideration of the incident position of the laser beam. The present invention is easier to apply than an optical system in which light is incident on the entire surface of the lens.
【0043】本発明は球面レンズを分割し球面収差を減
らしたものである。非球面加工の難しい融点の高い材料
からなるレンズに本発明は有効である。また、個々のビ
ームが分割されてレンズに入射するような光学系に有効
である。In the present invention, a spherical lens is divided to reduce spherical aberration. The present invention is effective for a lens made of a material having a high melting point which is difficult to aspherically process. It is also effective for an optical system in which individual beams are split and incident on a lens.
【0044】本発明は線状の光を形成するシリンドリカ
ルレンズだけでなく、例えば顕微鏡の対物レンズのよう
に、点状の光を形成するレンズの球面収差を減らすこと
にも適用可能である。The present invention is applicable not only to a cylindrical lens forming linear light but also to reducing spherical aberration of a lens forming point light such as an objective lens of a microscope.
【0045】図6、図7を用いて説明する。まず図6
(1)の上面図のようにレンズを互いに直交する平面で
切断すると良い。図6では曲率半径が一定の石英製の平
凸レンズ601が分割されている。平凸レンズ601は
垂直方向に2本、水平方向に2本のスクライブライン6
03が入り分割されているThis will be described with reference to FIGS. First, FIG.
As shown in the top view of (1), the lenses may be cut along planes orthogonal to each other. In FIG. 6, a quartz plano-convex lens 601 having a constant radius of curvature is divided. The plano-convex lens 601 has two scribe lines 6 in the vertical direction and two in the horizontal direction.
03 is divided
【0046】分割されたビームを形成する方法を図7に
示す。光源609からレーザー光610が出射する。そ
してシリンドリカルレンズが3本アレイ状に並べたシリ
ンドリカルアレイレンズ607と、シリンドリカルレン
ズが3本アレイ状に並べたシリンドリカルアレイレンズ
608を直交する方向に組み合わせる。これにより図6
に示す9個のレーザービーム602に分割される。FIG. 7 shows a method of forming a split beam. Laser light 610 is emitted from the light source 609. Then, a cylindrical array lens 607 in which three cylindrical lenses are arranged in an array and a cylindrical array lens 608 in which three cylindrical lenses are arranged in an array are combined in a direction orthogonal to each other. As a result, FIG.
Are divided into nine laser beams 602 shown in FIG.
【0047】図6(2)の断面図のように分割された平
凸レンズはビームの入射位置がレンズの光軸から離れる
ものほど被照射面から近い高さに配置される。図6
(2)では各レンズ断片に数字が示してあるが、各レン
ズ断片に入射するレーザービーム602の位置が光軸か
ら近いものほどレンズ断片に示す数字が大きくなる。つ
まり数字は被照射面604からの高さ605を相対的に
比較したものであり、数字が小さいものほど被照射面か
ら近い高さに配置される。ここでいう高さとはレンズ後
面つまり光が出射する面と被照射面までの距離をいう。The plano-convex lens divided as shown in the sectional view of FIG. 6 (2) is arranged at a height closer to the irradiated surface as the beam incident position is farther from the optical axis of the lens. FIG.
In (2), a number is shown for each lens segment. The closer the position of the laser beam 602 incident on each lens segment to the optical axis is, the larger the number shown on the lens segment is. That is, the number is a relative comparison of the height 605 from the irradiated surface 604, and the smaller the number, the closer to the height from the irradiated surface. Here, the height refers to the distance between the rear surface of the lens, that is, the surface from which light is emitted and the irradiated surface.
【0048】図1、図2、図5に示したのと同様に図6
の構成も被照射面604に入射するレーザービームのエ
ッジがほぼ重なり合い、レーザービームの被照射面での
広がりを抑えることができる。As shown in FIGS. 1, 2 and 5, FIG.
In the configuration described above, the edges of the laser beam incident on the irradiation surface 604 almost overlap each other, and the spread of the laser beam on the irradiation surface can be suppressed.
【0049】また本発明は平凸レンズだけでなく、両凸
レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レン
ズ、凹メニスカスレンズにも有効である。いずれのレン
ズでも個々のビームが分割されてレンズに入射する必要
がある。The present invention is effective not only for plano-convex lenses but also for biconvex lenses, convex meniscus lenses, biconcave lenses, plano-concave lenses, and concave meniscus lenses. In each case, the individual beams need to be split and incident on the lenses.
【0050】本発明はレンズを用いた光学系だけでなく
凸面鏡、凹面鏡のような反射鏡を用いた光学系にも有効
である。いずれの場合も個々のビームが分割されてレン
ズに入射する必要がある。The present invention is effective not only for an optical system using a lens but also for an optical system using a reflecting mirror such as a convex mirror or a concave mirror. In each case, the individual beams need to be split and incident on the lens.
【0051】本発明の分割されたレンズは上下方向だけ
でなく、左右方向、斜め方向のように収差が少なくなる
ような調節の仕方をすればよい。The divided lens according to the present invention may be adjusted so as to reduce aberration not only in the vertical direction but also in the horizontal direction and the oblique direction.
【0052】本発明はレーザーの光学系だけに適用され
るものではない。白色光が入射する光学系ではレンズの
屈折率の波長分散により色収差が出るが、幾何学的な球
面収差を減らすことは可能である。色収差については屈
折率分散の異なる凹凸レンズを接合して色消しをすると
良い。The present invention is not applied only to the laser optical system. In an optical system in which white light is incident, chromatic aberration occurs due to wavelength dispersion of the refractive index of the lens, but it is possible to reduce geometrical spherical aberration. Regarding chromatic aberration, it is preferable to achromatic by combining concave and convex lenses having different refractive index dispersions.
【0053】本発明は球面収差だけでなく、コマ収差、
非点収差も減らせる。この場合分割された個々のレンズ
の配置は光軸に対し非対称になる。The present invention provides not only spherical aberration but also coma,
Astigmatism can also be reduced. In this case, the arrangement of the divided individual lenses becomes asymmetric with respect to the optical axis.
【0054】[0054]
【発明の実施の形態】[実施例1]本実施例では焦点距
離の異なるシリンドリカルレンズを分割し組み合わせる
ことで、球面レンズの球面収差を減らす例を示す。光学
系は、図3記載のものを基とした。[Embodiment 1] This embodiment shows an example in which cylindrical lenses having different focal lengths are divided and combined to reduce the spherical aberration of a spherical lens. The optical system was based on that shown in FIG.
【0055】本実施例では、レーザー照射装置300と
して、ラムダフジックス社製L3308、XeClエキ
シマレーザー装置を用いた。該レーザー照射装置の仕様
は、以下の通りである。パルスレーザーで、最大発振周
波数300Hz、パルス幅、35ns、最大エネルギー
670mJ/パルス、最大エネルギー、200W。また
ビームサイズはレーザー出口で12×35mm角であ
る。In this embodiment, as the laser irradiation device 300, an L3308, XeCl excimer laser device manufactured by Lambda Physics Co., Ltd. was used. The specifications of the laser irradiation device are as follows. Pulse laser, maximum oscillation frequency 300 Hz, pulse width, 35 ns, maximum energy 670 mJ / pulse, maximum energy, 200 W. The beam size is 12 × 35 mm square at the laser exit.
【0056】レーザー照射装置から出るビームサイズが
12×35mmであることから、そのサイズに合わせ
て、光学系を設計する必要があった。Since the size of the beam emitted from the laser irradiation device is 12 × 35 mm, it was necessary to design an optical system according to the size.
【0057】本実施例で用いる光学系のうち図3aは線
状レーザービームの長手方向に作用するレンズの模式図
を表す図、図3bは線状レーザービームの短尺方向に作
用するレンズの模式図を表す図である。被照射面近くに
分割されたシリンドリカルレンズ3061、3062が
ある。FIG. 3A is a schematic view of a lens acting in the longitudinal direction of the linear laser beam, and FIG. 3B is a schematic view of a lens acting in the short direction of the linear laser beam in the optical system used in this embodiment. FIG. There are divided cylindrical lenses 3061 and 3062 near the irradiated surface.
【0058】図3に記載された光学系の各レンズの役
割、配置、サイズを以下に説明する。以下のレンズは、
すべて、平凸レンズであり、シリンドリカルレンズ30
5を除き、すべてレーザーの入射方向に曲面がある。こ
れらレンズの向きは、前記のようにしなければならない
わけではないが、レンズの向きを本実施例と異なるよう
に配置すると、レンズ間の距離を変更しなければ、本発
明が開示する効果が得られない場合がある。また、すべ
てのレンズの曲面は球面である。またシリンドリカルレ
ンズの大きさの定義は図22のように統一し、アレイ状
に並んだシリンドリカルレンズの一片の長さを幅
(L)、奥行き方向を長さ(W)、シリンドリカルレン
ズの厚さ(H)とする。また、すべてのレンズはシリン
ドリカルレンズであり、幅方向に曲率をもつものとす
る。The role, arrangement, and size of each lens of the optical system shown in FIG. 3 will be described below. The following lenses are
All are plano-convex lenses and cylindrical lenses 30
Except for 5, all have a curved surface in the laser incident direction. The orientations of these lenses do not have to be as described above, but if the orientations of the lenses are arranged differently from this embodiment, the effects disclosed by the present invention can be obtained unless the distance between the lenses is changed. May not be possible. In addition, the curved surfaces of all lenses are spherical. Further, the definition of the size of the cylindrical lens is unified as shown in FIG. H). All lenses are cylindrical lenses and have a curvature in the width direction.
【0059】シリンドリカルアレイレンズ301は、焦
点距離300mmのシリンドリカルレンズが4本アレイ
状に並んでいる。幅(L1)はそれぞれ3mmである。
シリンドリカルアレイレンズの長さ(W1)は50m
m、厚さ(H1)は3mmである。In the cylindrical array lens 301, four cylindrical lenses having a focal length of 300 mm are arranged in an array. The widths (L 1 ) are each 3 mm.
The length (W 1 ) of the cylindrical array lens is 50 m
m, and the thickness (H 1 ) is 3 mm.
【0060】シリンドリカルアレイレンズ302は、焦
点距離72mmのシリンドリカルレンズが7本アレイ状
に並んでいる。幅(L2)はそれぞれ7mmで、長さ
(W2)は50mmである。レンズの厚さ(H2)は3m
mである。In the cylindrical array lens 302, seven cylindrical lenses having a focal length of 72 mm are arranged in an array. The width (L 2 ) is 7 mm and the length (W 2 ) is 50 mm. Lens thickness (H 2 ) is 3m
m.
【0061】シリンドリカルアレイレンズ303は、焦
点距離450mmのシリンドリカルレンズが4本アレイ
状に並んでいる。幅(L3)はそれぞれ3mmで長さ
(W3)は50mm、厚さ(H3)3mmである。As the cylindrical array lens 303, four cylindrical lenses having a focal length of 450 mm are arranged in an array. The width (L 3 ) is 3 mm, the length (W 3 ) is 50 mm, and the thickness (H 3 ) is 3 mm.
【0062】シリンドリカルレンズ304は、焦点距離
1680mm、幅(L4)50mm、長さ(W4)50m
m、厚さ(H4)5mmである。レーザーの入射方向に
対し反対側に曲面を設けることで、シリンドリカルレン
ズ304に入射した光が線状ビームの長手方向に広が
る。The cylindrical lens 304 has a focal length of 1680 mm, a width (L 4 ) of 50 mm, and a length (W 4 ) of 50 m.
m, thickness (H 4 ) 5 mm. By providing a curved surface on the side opposite to the laser incident direction, light incident on the cylindrical lens 304 spreads in the longitudinal direction of the linear beam.
【0063】シリンドリカルレンズ305は、焦点距離
375mm、幅(L5)50mm、長さ(W5)50m
m、厚さ(H5)5mmである。このレンズは、線状ビ
ームの短尺方向に作用するものである。レーザーの入射
方向に曲面を設けることで、シリンドリカルレンズ30
4に入射した光が焦点307に集光され、一本の線状に
なる。The cylindrical lens 305 has a focal length of 375 mm, a width (L 5 ) of 50 mm, and a length (W 5 ) of 50 m.
m, thickness (H 5 ) 5 mm. This lens acts in the short direction of the linear beam. By providing a curved surface in the laser incident direction, the cylindrical lens 30
The light incident on 4 is focused on the focal point 307 and becomes a single linear shape.
【0064】さらに距離を進むと、焦点307に集光さ
れた光が個々の線状のビームに分かれて分割シリンドリ
カルレンズ3061、3062に入射する。分割シリン
ドリカルレンズはシリンドリカルレンズ305の焦点か
ら約1000mm離れた位置にあるため個々のレーザー
ビーム間の距離が広がっている。As the distance further advances, the light condensed at the focal point 307 is split into individual linear beams and incident on the divided cylindrical lenses 3061 and 3062. Since the divided cylindrical lens is located at a position about 1000 mm away from the focal point of the cylindrical lens 305, the distance between individual laser beams is widened.
【0065】分割シリンドリカルレンズ306は、中央
のレンズ3061の焦点距離が185mm、幅(L6)
15mm、長さ(W6)160mm、厚さ(H6)20m
mである。両端のレンズ3062は、それぞれ焦点距離
173mm、幅20mm(W 7)、長さ160mm
(L7)、厚さ(H7)20mmである。また、両端のレ
ンズ3062において、左右それぞれのレンズの曲率中
心は一致する。焦点距離の違うレンズを異なる高さに設
けることで、分割されたレーザービームは集光されたの
ちに線状に照射されるがその広がりが抑えられる。ここ
でいう高さとはレンズ後面つまり光が出射する面と被照
射面108までの距離をいう。分割シリンドリカルレン
ズ306の中央のレンズ3061後面と、分割シリンド
リカルレンズ306の両端のレンズ3062後面との距
離は、23mmである。分割シリンドリカルレンズの高
さ、焦点距離については計算により最適化した。The divided cylindrical lens 306 is located at the center
Lens 3061 has a focal length of 185 mm and a width (L6)
15mm, length (W6) 160 mm, thickness (H6) 20m
m. Lenses 3062 at both ends are focal lengths respectively
173mm, width 20mm (W 7), Length 160mm
(L7), Thickness (H7) 20 mm. In addition,
Lens 3062, the curvature of each of the left and right lenses
The hearts agree. Lenses with different focal lengths are set at different heights.
The split laser beam was focused
Although it is irradiated linearly, its spread is suppressed. here
The height is defined as the rear surface of the lens, that is, the surface from which light exits,
It refers to the distance to the launch surface 108. Split cylindrical callen
Rear surface of the lens 3061 at the center of the lens 306 and a split cylinder
The distance from the rear surface of the lens 3062 at both ends of the
The separation is 23 mm. Height of split cylindrical lens
The focal length was optimized by calculation.
【0066】分割シリンドリカルレンズ306の作用で
シリンドリカルレンズ304の焦点307で形成された
線状レーザーに比べさらに細長いレーザービームが形成
される。By the action of the divided cylindrical lens 306, a laser beam which is longer and thinner than the linear laser formed at the focal point 307 of the cylindrical lens 304 is formed.
【0067】分割シリンドリカルレンズ306の両端の
レンズ後面と被照射面108までの距離は、192.5
mmである。The distance between the rear surfaces of the lenses at both ends of the divided cylindrical lens 306 and the irradiated surface 108 is 192.5
mm.
【0068】シリンドリカルアレイレンズ301とシリ
ンドリカルアレイレンズ302の距離は、317mmで
ある。The distance between the cylindrical array lens 301 and the cylindrical array lens 302 is 317 mm.
【0069】シリンドリカルアレイレンズ302とシリ
ンドリカルアレイレンズ303の距離は、122mmで
ある。The distance between the cylindrical array lens 302 and the cylindrical array lens 303 is 122 mm.
【0070】シリンドリカルアレイレンズ303とシリ
ンドリカルレンズ304の距離は1mmである。The distance between the cylindrical array lens 303 and the cylindrical lens 304 is 1 mm.
【0071】シリンドリカルレンズ304とシリンドリ
カルレンズ305の距離は、81mmである。The distance between the cylindrical lens 304 and the cylindrical lens 305 is 81 mm.
【0072】シリンドリカルレンズ305と分割シリン
ドリカルレンズ306の中央のレンズ3061との距離
は、1377mmである。The distance between the cylindrical lens 305 and the central lens 3061 of the divided cylindrical lens 306 is 1377 mm.
【0073】上記に記載したレンズ間の距離は、光路の
より前に配置されたレンズの後面と、光路のより後ろに
配置されたレンズの前面との最短距離である。また、光
学系の配置上、レンズ間にミラーを挿入する必要のある
場合は、幾何光学に従ってレンズ配置を変更すればよ
い。The distance between the lenses described above is the shortest distance between the rear surface of the lens disposed earlier in the optical path and the front surface of the lens disposed later in the optical path. If it is necessary to insert a mirror between lenses due to the arrangement of the optical system, the lens arrangement may be changed according to geometrical optics.
【0074】また、上記した距離は、光学系の作成精度
や配置のずれで変わってくるので、実際の光学調整は、
CCDカメラ等を被照射面108に配置し、ビームを見
ながら行うとよい。Since the above-mentioned distance changes depending on the precision of the optical system and the displacement of the arrangement, the actual optical adjustment is
It is preferable to arrange a CCD camera or the like on the irradiation surface 108 and observe the beam.
【0075】上記の構成で加工された線状レーザービー
ムは被照射面において、非常に均質性の高いものとな
る。該線状レーザービームのサイズは、長さ145m
m、幅0.6mmである。The linear laser beam processed by the above configuration has a very high uniformity on the surface to be irradiated. The size of the linear laser beam is 145 m in length
m, width 0.6 mm.
【0076】[実施例2]本実施例では、実施例1の線
状レーザービームを使って、ガラス基板上に製膜された
非晶質珪素膜を結晶化させる例を挙げる。[Embodiment 2] In this embodiment, an example in which an amorphous silicon film formed on a glass substrate is crystallized by using the linear laser beam of Embodiment 1 will be described.
【0077】基板には、5インチ角のコーニング社製1
737基板を用いる。基板上に、プラズマCVD法によ
り、SiO2膜を200nm製膜する。その後、連続的
に、非晶質珪素膜を50nm製膜する。The substrate was a 5-inch square Corning 1
737 substrate is used. An SiO 2 film is formed to a thickness of 200 nm on a substrate by a plasma CVD method. Thereafter, an amorphous silicon film is continuously formed to a thickness of 50 nm.
【0078】その後、該基板を500度に加熱し、非晶
質珪素膜中の水素を減少させる。これにより、該膜の耐
レーザー性を高めることができる。Thereafter, the substrate is heated to 500 degrees to reduce hydrogen in the amorphous silicon film. Thereby, the laser resistance of the film can be improved.
【0079】基板にレーザーを照射するための装置を、
図4に示す。レーザー照射装置300から出射したレー
ザー光は、まず、光学系401に入射する。光学系40
1は、図6記載のレンズ301〜305で構成されてい
る。光学系401から出た光は、ミラー402で鉛直下
方に曲げられ、分割シリンドリカルレンズ306を介
し、基板403に照射される。An apparatus for irradiating a substrate with a laser is as follows:
As shown in FIG. The laser light emitted from the laser irradiation device 300 first enters the optical system 401. Optical system 40
Reference numeral 1 includes lenses 301 to 305 shown in FIG. The light emitted from the optical system 401 is bent vertically downward by the mirror 402, and is irradiated on the substrate 403 via the divided cylindrical lens 306.
【0080】ステージ404は、線状レーザービームの
被照射面に平行に配置されていて、その上に基板403
を配置できるようになっている。該ステージ404に配
置された基板403の表面に、線状レーザービームのピ
ントが合うようにする。該ステージ404は、線状レー
ザービームの長さ方向に垂直な方向に、移動機構405
によって動くように、設計されている。ステージが動い
ている間、基板がステージ上で動かないように、基板と
ステージの間に適度な摩擦があるようにする。The stage 404 is disposed in parallel with the surface to be irradiated with the linear laser beam, and the substrate 403 is placed thereon.
Can be arranged. The linear laser beam is focused on the surface of the substrate 403 placed on the stage 404. The stage 404 is moved by a moving mechanism 405 in a direction perpendicular to the length direction of the linear laser beam.
Designed to work with While the stage is moving, there should be adequate friction between the substrate and the stage so that the substrate does not move on the stage.
【0081】レーザー照射装置300の出力を調整する
ことにより、被照射面でのレーザービームのエネルギー
密度をコントロールし、上記非晶質珪素膜を結晶化する
のに最適なエネルギーを選ぶ。By adjusting the output of the laser irradiation device 300, the energy density of the laser beam on the surface to be irradiated is controlled, and the optimum energy for crystallizing the amorphous silicon film is selected.
【0082】本実施例で使用するラムダ製のレーザー照
射装置の最適なレーザー発振出力は、15〜16keV
である。しかしながら、前記の出力で上記非晶質珪素膜
に対し線状レーザービームを照射すると、出力が強すぎ
ることがある。そのときは、例えば、レーザー照射装置
101と光学系401の間に減光フィルターを挿入し適
当な出力に調整する。The optimum laser oscillation output of the laser irradiation device made of lambda used in this embodiment is 15 to 16 keV.
It is. However, if the amorphous silicon film is irradiated with a linear laser beam at the above output, the output may be too strong. In that case, for example, a neutral density filter is inserted between the laser irradiation device 101 and the optical system 401 to adjust the output to an appropriate value.
【0083】該減光フィルターには、減光率を連続的に
変化させることができるものがよい。具体的には、入射
角度によって透過率の変わる板を使って、その板をレー
ザー光路に挿入し、該板の角度を変化させる機構を設け
ればよい。減光率は実施者が決定すればよい。It is preferable that the neutral density filter be capable of continuously changing the neutral density. Specifically, a mechanism may be provided in which a plate whose transmittance changes depending on the incident angle is used, the plate is inserted into the laser beam path, and the angle of the plate is changed. The dimming rate may be determined by the practitioner.
【0084】本実施例では、線状レーザービームの被照
射面でのエネルギー密度を300〜450mJ/c
m2、例えば400mJ/cm2とし、ステージの移動速
度を1〜4mm/sec、例えば1.8mm/secと
した。また、レーザーの発振周波数を30Hzとした。
このとき、非晶質珪素膜表面のある1点に注目すると、
レーザービームは10回照射される。このように非晶質
珪素膜に多パルスのレーザーを照射すると、レーザー出
力の変動が平均化されるので好ましい。In this embodiment, the energy density of the linear laser beam on the surface to be irradiated is 300 to 450 mJ / c.
m 2 , for example, 400 mJ / cm 2, and the moving speed of the stage was 1-4 mm / sec, for example, 1.8 mm / sec. The oscillation frequency of the laser was set to 30 Hz.
At this time, paying attention to one point on the surface of the amorphous silicon film,
The laser beam is irradiated 10 times. It is preferable to irradiate the amorphous silicon film with a multi-pulse laser as described above, since fluctuations in laser output are averaged.
【0085】[実施例3]本発明は分割シリンドリカルレ
ンズを用いた光学系により線状レーザービームを半導体
層に照射し、活性層を結晶化する。本発明の線状レーザ
ービーム光学系を用いた低温ポリシリコンを活性層とし
たアクティブマトリクス基板の作製方法を図9〜12を
用いて以下に示す。線状レーザーを形成する光学系につ
いては図3〜4を用いて説明する。[Embodiment 3] In the present invention, a semiconductor layer is irradiated with a linear laser beam by an optical system using a divided cylindrical lens to crystallize the active layer. A method for manufacturing an active matrix substrate using low-temperature polysilicon as an active layer using the linear laser beam optical system of the present invention will be described below with reference to FIGS. An optical system for forming a linear laser will be described with reference to FIGS.
【0086】まず、図9(A)に示すように、コーニン
グ社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表
されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウ
ケイ酸ガラスなどのガラスから成る基板2001上に酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン
膜などの絶縁膜から成る下地膜2002を形成する。例
えば、プラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oから
作製される酸化窒化シリコン膜2002aを10〜20
nm(好ましくは50〜100nm)形成し、同様にSiH
4、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜2002b
を50〜20nm(好ましくは100〜150nm)の厚さ
に積層形成する。本実施例では下地膜2002を2層構
造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上
積層させて形成しても良い。First, as shown in FIG. 9A, oxidation is performed on a substrate 2001 made of glass such as barium borosilicate glass represented by Corning # 7059 glass or # 1737 glass or aluminoborosilicate glass. A base film 2002 including an insulating film such as a silicon film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride film is formed. For example, a plasma CVD method SiH 4, NH 3, N 2 O silicon oxynitride film 2002a made from 10 to 20
nm (preferably 50-100 nm), and then
4. Silicon oxynitride film 2002b made of N 2 O
Is laminated to a thickness of 50 to 20 nm (preferably 100 to 150 nm). Although the base film 2002 has a two-layer structure in this embodiment, the base film 2002 may be formed as a single-layer film of the insulating film or a laminate of two or more layers.
【0087】島状半導体層2003〜2006と205
7は、非晶質構造を有する半導体膜をレーザー結晶化法
や熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成す
る。この島状半導体層2003〜2006の厚さは25
〜80nm(好ましくは30〜60nm)の厚さで形成す
る。結晶質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。The island-shaped semiconductor layers 2003 to 2006 and 205
Reference numeral 7 denotes a semiconductor film having an amorphous structure formed of a crystalline semiconductor film manufactured by a laser crystallization method or a thermal crystallization method. The thickness of the island-shaped semiconductor layers 2003 to 2006 is 25
It is formed to a thickness of about 80 nm (preferably 30 to 60 nm). The material of the crystalline semiconductor film is not limited, but is preferably formed of silicon or a silicon germanium (SiGe) alloy.
【0088】レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製
するには、パルス発振型または連続発光型のエキシマレ
ーザーに代表されるガスレーザーやYAGレーザー、Y
VO 4レーザーに代表される固体レーザーを用いる。こ
れらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から
放射されたレーザー光を光学系で線状または長方形状ま
たは矩形状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると
良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものである
が、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数
30Hzとし、レーザーエネルギー密度を100〜40
0mJ/cm2(代表的には200〜300mJ/cm2)とする。ま
た、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を
用いパルス発振周波数1〜10kHzとし、レーザーエ
ネルギー密度を300〜600mJ/cm2(代表的には35
0〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1
000μmで線状に集光したレーザー光を基板全面に渡
って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率
(オーバーラップ率)を80〜98%として行う。Preparation of crystalline semiconductor film by laser crystallization
To do this, use a pulse oscillation type or continuous emission type excimer
Lasers such as gas lasers, YAG lasers, and Y
VO FourA solid-state laser represented by a laser is used. This
When using these lasers, the laser oscillator
The emitted laser light is converted into a linear or rectangular
Or using a method of condensing into a rectangular shape and irradiating the semiconductor film
good. Crystallization conditions are chosen by the practitioner
However, when using an excimer laser, the pulse oscillation frequency
30Hz, laser energy density 100 ~ 40
0mJ / cmTwo(Typically 200-300mJ / cmTwo). Ma
When a YAG laser is used, the second harmonic
The pulse oscillation frequency used was 1 to 10 kHz,
Energy density 300 ~ 600mJ / cmTwo(Typically 35
0-500mJ / cmTwo). And width 100-1
Laser light condensed linearly at 000 μm is transmitted over the entire substrate
And the superposition rate of the linear laser light at this time
(Overlap ratio) is set to 80 to 98%.
【0089】本実施例では実施例1、2に示した光学系
で線状レーザーを照射する。レーザー照射条件は実施例
1と同様にXeClエキシマレーザーを用いた。最大発
振周波数は300Hz、パルス幅35nsec、最大エ
ネルギー670mJ/パルス、最大エネルギー200W
とする。In this embodiment, a linear laser is irradiated by the optical system shown in the first and second embodiments. The XeCl excimer laser was used for the laser irradiation conditions as in Example 1. Maximum oscillation frequency is 300Hz, pulse width is 35nsec, maximum energy is 670mJ / pulse, maximum energy is 200W
And
【0090】実施例1の図3に示したのと同様のレンズ
の配置でレーザーを照射する。これによりシリンドリカ
ルアレイレンズ301により分割された4本のビームが
分割シリンドリカルレンズ306に入射する。各分割さ
れたビームが被照射面に到達したときに、各ビームのエ
ッジが重なり合いエネルギー分布の均一なレーザー光が
基板に照射される。実施例1に開示したレンズ配置によ
り短尺方向の幅600μmで線状に集光されたレーザー
光ができる。図4に示すように基板403が線状レーザ
ーの短尺方向、つまり図4の矢印の方向に走査され、順
次結晶化が行われる。結晶化された基板を目視で観察す
ると、レーザー照射後の縦縞の目立たない良好な結晶状
態が得られる。The laser is irradiated with the same lens arrangement as that shown in FIG. 3 of the first embodiment. As a result, the four beams split by the cylindrical array lens 301 enter the split cylindrical lens 306. When each split beam reaches the surface to be irradiated, the edge of each beam overlaps and the substrate is irradiated with laser light having a uniform energy distribution. With the lens arrangement disclosed in the first embodiment, a laser beam condensed linearly with a width of 600 μm in the short direction is generated. As shown in FIG. 4, the substrate 403 is scanned in the short direction of the linear laser, that is, in the direction of the arrow in FIG. 4, and crystallization is performed sequentially. When the crystallized substrate is visually observed, a favorable crystal state in which vertical stripes after laser irradiation are inconspicuous can be obtained.
【0091】ゲート絶縁膜2007はプラズマCVD法
またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150nmとして
シリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、12
0nmの厚さで酸化窒化シリコン膜で形成する。勿論、ゲ
ート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定され
るものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または
積層構造として用いても良い。例えば、酸化シリコン膜
を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetr
aethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力4
0Pa、基板温度300〜400℃とし、高周波(13.
56MHz)電力密度0.5〜0.8W/cm2で放電させて形
成することができる。このようにして作製される酸化シ
リコン膜は、その後400〜500℃の熱アニールによ
りゲート絶縁膜として良好な特性を得ることができる。The gate insulating film 2007 is formed of an insulating film containing silicon with a thickness of 40 to 150 nm by a plasma CVD method or a sputtering method. In this embodiment, 12
It is formed of a silicon oxynitride film with a thickness of 0 nm. Needless to say, the gate insulating film is not limited to such a silicon oxynitride film, and another insulating film containing silicon may be used as a single layer or a stacked structure. For example, when a silicon oxide film is used, TEOS (Tetr
aethyl Orthosilicate) and O 2 and a reaction pressure of 4
0 Pa, a substrate temperature of 300 to 400 ° C., and a high frequency (13.
56 MHz) It can be formed by discharging at a power density of 0.5 to 0.8 W / cm 2 . The silicon oxide film thus manufactured can obtain good characteristics as a gate insulating film by subsequent thermal annealing at 400 to 500 ° C.
【0092】そして、ゲート絶縁膜2007上にゲート
電極を形成するための第1の導電膜2008と第2の導
電膜2009とを形成する。本実施例では、第1の導電
膜2008をTaで50〜100nmの厚さに形成し、第
2の導電膜をWで100〜300nmの厚さに形成する。[0092] Then, a first conductive film 2008 and a second conductive film 2009 for forming a gate electrode are formed over the gate insulating film 2007. In this embodiment, the first conductive film 2008 is formed of Ta to a thickness of 50 to 100 nm, and the second conductive film is formed of W to a thickness of 100 to 300 nm.
【0093】Ta膜はスパッタ法で形成し、Taのター
ゲットをArでスパッタする。この場合、Arに適量の
XeやKrを加えると、Ta膜の内部応力を緩和して膜
の剥離を防止することができる。また、α相のTa膜の
抵抗率は20μΩcm程度でありゲート電極に使用するこ
とができるが、β相のTa膜の抵抗率は180μΩcm程
度でありゲート電極とするには不向きである。α相のT
a膜を形成するために、Taのα相に近い結晶構造をも
つ窒化タンタルを10〜50nm程度の厚さでTaの下地
に形成しておくとα相のTa膜を容易に得ることができ
る。The Ta film is formed by a sputtering method, and a Ta target is sputtered with Ar. In this case, when an appropriate amount of Xe or Kr is added to Ar, the internal stress of the Ta film can be relaxed and the film can be prevented from peeling. The resistivity of the α-phase Ta film is about 20 μΩcm and can be used for the gate electrode, but the resistivity of the β-phase Ta film is about 180 μΩcm and is not suitable for the gate electrode. α phase T
If a tantalum nitride having a crystal structure close to the α phase of Ta is formed on a base of Ta with a thickness of about 10 to 50 nm in order to form the a film, a Ta film of the α phase can be easily obtained. .
【0094】W膜を形成する場合には、Wをターゲット
としたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タング
ステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することも
できる。いずれにしてもゲート電極として使用するため
には低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20μ
Ωcm以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大き
くすることで低抵抗率化を図ることができるが、W中に
酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され
高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、
純度99.9999%のWターゲットを用い、さらに成
膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮
してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20μΩc
mを実現することができる。When a W film is formed, it is formed by a sputtering method using W as a target. Alternatively, it can be formed by a thermal CVD method using tungsten hexafluoride (WF 6 ). In any case, it is necessary to lower the resistance in order to use it as a gate electrode.
It is desirable to set the resistance to Ωcm or less. The resistivity of the W film can be reduced by enlarging the crystal grains. However, when there are many impurity elements such as oxygen in W, crystallization is inhibited and the resistance is increased. From this, when using the sputtering method,
By using a W target having a purity of 99.9999% and forming a W film with sufficient care so as not to mix impurities from the gas phase during film formation, the resistivity is 9 to 20 μΩc.
m can be realized.
【0095】次に図9(B)に示すように、レジストに
よるマスク2010〜2013を形成し、ゲート電極を
形成するための第1のエッチング処理を行う。エッチン
グ方法に限定はないが、好適にはICP(Inductively
Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を
用い、エッチング用ガスにCF4とCl2を混合し、0.
5〜2Pa、好ましくは1Paの圧力でコイル型の電極に5
00WのRF(13.56MHz)電力を投入してプラズマを生
成して行う。基板側(試料ステージ)にも100WのR
F(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイア
ス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した場合には
W膜及びTa膜とも同程度にエッチングされる。Next, as shown in FIG. 9B, masks 2010 to 2013 made of resist are formed, and a first etching process for forming a gate electrode is performed. Although the etching method is not limited, preferably, the ICP (Inductively
Coupled Plasma: using inductively coupled plasma) etching method, a mixture of CF 4 and Cl 2 as etching gas, 0.
At a pressure of 5-2 Pa, preferably 1 Pa, 5
The plasma is generated by supplying 00 W RF (13.56 MHz) power. 100W R on substrate side (sample stage)
F (13.56 MHz) power is applied and a substantially negative self-bias voltage is applied. When CF 4 and Cl 2 are mixed, the W film and the Ta film are etched to the same extent.
【0096】上記エッチング条件では、レジストによる
マスクの形状を適したものとすることにより、基板側に
印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第
2の導電層の端部がテーパー形状となる。テーパー部の
角度は15〜45°となる。ゲート絶縁膜上に残渣を残
すことなくエッチングするためには、10〜20%程度
の割合でエッチング時間を増加させると良い。W膜に対
する酸化窒化シリコン膜の選択比は2〜4(代表的には
3)であるので、オーバーエッチング処理により、酸化
窒化シリコン膜が露出した面は20〜50nm程度エッチ
ングされることになる。こうして、第1のエッチング処
理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形
状の導電層2014〜2017(第1の導電層2001
4a〜20017aと第2の導電層2014b〜201
7b)を形成する。2054はゲート絶縁膜であり、第
1の形状の導電層2014〜2017で覆われない領域
は20〜50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形
成される。Under the above-mentioned etching conditions, the shape of the resist mask is made appropriate, so that the end portions of the first conductive layer and the second conductive layer are tapered due to the effect of the bias voltage applied to the substrate side. Become. The angle of the tapered portion is 15 to 45 °. In order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, the etching time may be increased by about 10 to 20%. Since the selectivity of the silicon oxynitride film to the W film is 2 to 4 (typically 3), the exposed surface of the silicon oxynitride film is etched by about 20 to 50 nm by the over-etching process. In this manner, the first shape conductive layers 2014 to 2017 (the first conductive layer 2001) including the first conductive layer and the second conductive layer are formed by the first etching process.
4a-20017a and second conductive layers 2014b-201
7b) is formed. Reference numeral 2054 denotes a gate insulating film, and a region which is not covered with the first shape conductive layers 2014 to 2017 is etched to a thickness of about 20 to 50 nm to form a thinned region.
【0097】そして、第1のドーピング処理を行いn型
を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法は
イオンドープ法若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1×1013〜5×10
14atoms/cm2とし、加速電圧を60〜100keVとして行
う。n型を付与する不純物元素として15族に属する元
素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いる
が、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層2
014〜2017がn型を付与する不純物元素に対する
マスクとなり、自己整合的に第1の不純物領域2018
〜2021と2055が形成される。第1の不純物領域
2018〜20021と2055には1×1020〜1×
1021atomic/cm3の濃度範囲でn型を付与する不純物元
素を添加する。Then, a first doping process is performed to add an impurity element imparting n-type. The doping may be performed by an ion doping method or an ion implantation method. The condition of the ion doping method is that the dose is 1 × 10 13 to 5 × 10
It is performed at 14 atoms / cm 2 and an acceleration voltage of 60 to 100 keV. An element belonging to Group 15 of the periodic table, typically phosphorus (P) or arsenic (As) is used as the n-type impurity element. Here, phosphorus (P) is used. In this case, the conductive layer 2
Reference numerals 014 to 2017 serve as masks for the impurity element imparting n-type, and the first impurity region 2018 is self-aligned.
2021 and 2055 are formed. The first impurity regions 2018 to 20021 and 2055 have 1 × 10 20 to 1 ×
An impurity element for imparting n-type is added in a concentration range of 10 21 atomic / cm 3 .
【0098】次に図9(C)に示すように第2のエッチ
ング処理を行う。同様にICPエッチング法を用い、エ
ッチングガスにCF4とCl2とO2を混合して、1Paの
圧力でコイル型の電極に500WのRF電力(13.56MHz)
を供給し、プラズマを生成して行う。基板側(試料ステ
ージ)には50WのRF(13.56MHz)電力を投入し、第
1のエッチング処理に比べ低い自己バイアス電圧を印加
する。このような条件によりW膜を異方性エッチング
し、かつ、それより遅いエッチング速度で第1の導電層
であるTaを異方性エッチングして第2の形状の導電層
2022〜2025(第1の導電層2022a〜202
5aと第2の導電層2022b〜2025b)を形成す
る。2026はゲート絶縁膜であり、第2の形状の導電
層2022〜2025で覆われない領域はさらに20〜
50nm程度エッチングされ薄くなった領域が形成され
る。Next, a second etching process is performed as shown in FIG. Similarly, using an ICP etching method, CF 4 , Cl 2, and O 2 are mixed as an etching gas, and a 500 W RF power (13.56 MHz) is applied to the coil electrode at a pressure of 1 Pa.
Is supplied to generate plasma. An RF (13.56 MHz) power of 50 W is applied to the substrate side (sample stage), and a lower self-bias voltage is applied than in the first etching process. Under these conditions, the W film is anisotropically etched, and the first conductive layer Ta is anisotropically etched at a lower etching rate to form the second shape conductive layers 2022 to 2025 (first Conductive layers 2022a to 2022
5a and second conductive layers 2022b to 2025b). Reference numeral 2026 denotes a gate insulating film, and a region which is not covered with the second shape conductive layers 2022 to 2025 is 20 to 20
A thin region is formed by etching about 50 nm.
【0099】W膜やTa膜のCF4とCl2の混合ガスに
よるエッチング反応は、生成されるラジカルまたはイオ
ン種と反応生成物の蒸気圧から推測することができる。
WとTaのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、W
のフッ化物であるWF6が極端に高く、その他のWC
l5、TaF5、TaCl5は同程度である。従って、C
F4とCl2の混合ガスではW膜及びTa膜共にエッチン
グされる。しかし、この混合ガスに適量のO2を添加す
るとCF4とO2が反応してCOとFになり、Fラジカル
またはFイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物
の蒸気圧が高いW膜のエッチング速度が増大する。一
方、TaはFが増大しても相対的にエッチング速度の増
加は少ない。また、TaはWに比較して酸化されやすい
ので、O2を添加することでTaの表面が酸化される。
Taの酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらにT
a膜のエッチング速度は低下する。従って、W膜とTa
膜とのエッチング速度に差を作ることが可能となりW膜
のエッチング速度をTa膜よりも大きくすることが可能
となる。The etching reaction of the W film or the Ta film by the mixed gas of CF 4 and Cl 2 can be inferred from the generated radical or ion species and the vapor pressure of the reaction product.
Comparing the vapor pressures of fluorides and chlorides of W and Ta, W
WF 6 is extremely high and other WC
l 5 , TaF 5 and TaCl 5 are comparable. Therefore, C
With the mixed gas of F 4 and Cl 2 , both the W film and the Ta film are etched. However, when an appropriate amount of O 2 is added to this mixed gas, CF 4 and O 2 react to form CO and F, and a large amount of F radicals or F ions are generated. As a result, the etching rate of the W film having a high fluoride vapor pressure increases. On the other hand, in Ta, the increase in the etching rate is relatively small even if F increases. Further, since Ta is more easily oxidized than W, the surface of Ta is oxidized by adding O 2 .
Since the oxide of Ta does not react with fluorine or chlorine,
The etching rate of the a film decreases. Therefore, the W film and Ta
It is possible to make a difference in the etching rate with the film, and it is possible to make the etching rate of the W film larger than that of the Ta film.
【0100】そして、図10(A)に示すように第2の
ドーピング処理を行う。この場合、第1のドーピング処
理よりもドーズ量を下げ高加速電圧の条件でn型を付与
する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を
70〜120keVとし、1×1013/cm2のドーズ量で
行い、図9(B)で島状半導体層に形成された第1の不
純物領域の内側に新な不純物領域を形成する。ドーピン
グは、第2の形状の導電層2022〜2025を不純物
元素に対するマスクとして用い、第2の導電層2022
a〜2025aの下側の領域にも不純物元素が添加され
るようにドーピングする。こうして、第2の導電層20
22a〜2025aと重なる第3の不純物領域2032
〜2036と、第1の不純物領域と第3の不純物領域と
の間の第2の不純物領域2027〜2031とを形成す
る。n型を付与する不純物元素は、第2の不純物領域で
1×1017〜1×1019atoms/cm3の濃度となるように
し、第3の不純物領域で1×1016〜1×1018atoms/
cm3の濃度となるようにする。Then, a second doping process is performed as shown in FIG. In this case, an impurity element imparting n-type is doped under a condition of a high acceleration voltage with a lower dose than in the first doping process. For example, the acceleration voltage is set to 70 to 120 keV and the dose is set to 1 × 10 13 / cm 2 , and a new impurity region is formed inside the first impurity region formed in the island-shaped semiconductor layer in FIG. Form. The doping is performed using the second shape conductive layers 2022 to 2025 as a mask for an impurity element.
Doping is performed so that an impurity element is also added to a region below a to 2025a. Thus, the second conductive layer 20
Third impurity region 2032 overlapping with 22a to 2025a
To 2036 and second impurity regions 2027 to 2031 between the first impurity region and the third impurity region. The impurity element imparting n-type is set to have a concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 atoms / cm 3 in the second impurity region and 1 × 10 16 to 1 × 10 18 in the third impurity region. atoms /
The concentration should be cm 3 .
【0101】そして図10(B)に示すように、pチャ
ネル型TFTを形成する島状半導体層2004に一導電
型とは逆の導電型の第4の不純物領域2037〜203
9を形成する。第2の導電層2023を不純物元素に対
するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成
する。このとき、nチャネル型TFTを形成する島状半
導体層2003、2005、2006はレジストのマス
ク2040〜2042で全面を被覆しておく。不純物領
域2037〜2039にはそれぞれ異なる濃度でリンが
添加されているが、ジボラン(B2H6)を用いたイオ
ンドープ法で形成し、そのいずれの領域においても不純
物濃度を2×1020〜2×1021atoms/cm3となるよう
にする。Then, as shown in FIG. 10B, the fourth impurity regions 2037 to 203 of the conductivity type opposite to the one conductivity type are formed in the island-shaped semiconductor layer 2004 forming the p-channel TFT.
9 is formed. Using the second conductive layer 2023 as a mask for the impurity element, an impurity region is formed in a self-aligned manner. At this time, the entire surface of the island-shaped semiconductor layers 2003, 2005, and 2006 forming the n-channel TFT is covered with resist masks 2040 to 2042. Each of the impurity regions 2037 to 2039 is doped with phosphorus at a different concentration, but is formed by an ion doping method using diborane (B 2 H 6 ), and the impurity concentration in each of the regions is 2 × 10 20 to 20 × 10 20 . It is set to 2 × 10 21 atoms / cm 3 .
【0102】以上までの工程でそれぞれの島状半導体層
に不純物領域が形成される。第1の導電層2022〜2
025がゲート電極、ゲート配線として機能する。Through the above steps, impurity regions are formed in each of the island-shaped semiconductor layers. First conductive layer 2022-2
025 functions as a gate electrode and a gate wiring.
【0103】こうして導電型の制御を目的として図10
(C)に示すように、それぞれの島状半導体層に添加さ
れた不純物元素を活性化する工程を行う。この工程は、
レーザーアニール法を適用することができる。In order to control the conductivity type in this way, FIG.
As shown in (C), a step of activating the impurity element added to each of the island-shaped semiconductor layers is performed. This step is
Laser annealing can be applied.
【0104】レーザーアニール法では波長400nm以下
のエキシマレーザー光やYAGレーザー、YVO4レー
ザーの第2高調波(532nm)を用いる。活性化の条件
は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザ
ーを用いる場合はパルス発振周波数30Hzとし、レー
ザーエネルギー密度を100〜300mJ/cm2とする。ま
た、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を
用いパルス発振周波数1〜10kHzとし、レーザーエ
ネルギー密度を200〜400mJ/cm2とすると良い。そ
して幅100〜1000μm、例えば600μmで線状
に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この
時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ
率)を80〜98%として行う。In the laser annealing method, an excimer laser beam having a wavelength of 400 nm or less, the second harmonic (532 nm) of a YAG laser or a YVO 4 laser is used. Activation conditions are appropriately selected by the practitioner. When an excimer laser is used, the pulse oscillation frequency is 30 Hz, and the laser energy density is 100 to 300 mJ / cm 2 . When a YAG laser is used, the second harmonic is preferably used to set the pulse oscillation frequency to 1 to 10 kHz and the laser energy density to 200 to 400 mJ / cm 2 . Then, a laser beam condensed linearly with a width of 100 to 1000 μm, for example, 600 μm, is irradiated over the entire surface of the substrate, and the superposition rate (overlap rate) of the linear laser light at this time is set to 80 to 98%.
【0105】線状レーザーを形成するには図3記載の光
学系を用いると、シリンドリカルレンズ301により分
割されたレーザー光が基板上に集光されるときの被照射
面108での線状レーザーのエネルギー分布を均一にで
きる。本実施例では実施例1、2に示した光学系のレン
ズ配置で線状レーザーを照射する。レーザー照射条件は
実施例1と同様にXeClエキシマレーザーを用いた。When the optical system shown in FIG. 3 is used to form a linear laser, the laser beam split by the cylindrical lens 301 is condensed on the substrate. Energy distribution can be made uniform. In this embodiment, a linear laser is irradiated with the lens arrangement of the optical system shown in the first and second embodiments. The XeCl excimer laser was used for the laser irradiation conditions as in Example 1.
【0106】これにより図3のシリンドリカルアレイレ
ンズ301により分割された4本のビームが分割シリン
ドリカルレンズ306に入射する。実施例1に開示した
レンズ配置により短尺方向の幅600μmで線状に集光
されたレーザー光ができる。図4に示すように基板40
3が線状レーザーの短尺方向、つまり図4の矢印の方向
に走査され、順次活性化が行われる。レーザーのエネル
ギー分布が均一なため不純物の活性化が均一にできる。As a result, the four beams split by the cylindrical array lens 301 shown in FIG. 3 enter the split cylindrical lens 306. With the lens arrangement disclosed in the first embodiment, a laser beam condensed linearly with a width of 600 μm in the short direction is generated. As shown in FIG.
3 is scanned in the short direction of the linear laser, that is, in the direction of the arrow in FIG. 4, and activation is sequentially performed. Since the laser energy distribution is uniform, impurities can be activated uniformly.
【0107】さらに、3〜100%の水素を含む雰囲気
中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行
い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は
熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボ
ンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、
プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用い
る)を行っても良い。Further, a heat treatment is performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% of hydrogen to hydrogenate the island-like semiconductor layer. In this step, dangling bonds in the semiconductor layer are terminated by thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation,
Plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
【0108】さらに容量電極2053を形成する。容量
電極2053は図9(B)の工程で作製しても良い。す
るとゲート電極と容量電極を一つのマスクで作製するこ
とができる。これにより容量電極とn型ドープされた活
性層2055の間に保持容量が形成される。Further, a capacitance electrode 2053 is formed. The capacitor electrode 2053 may be manufactured in the step of FIG. Then, the gate electrode and the capacitor electrode can be manufactured with one mask. Thereby, a storage capacitor is formed between the capacitor electrode and the n-type doped active layer 2055.
【0109】図11において、第1の層間絶縁膜204
3は酸化窒化シリコン膜から100〜200nmの厚さで
形成する。その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間
絶縁膜2044を形成する。第2の層間絶縁膜2043
は1.0〜2.0μmの平均膜厚で形成する。有機絶縁
物材料としては、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、
ポリイミドアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)等を
使用することができる。例えば、基板に塗布後、熱重合
するタイプのポリイミドを用いる場合には、クリーンオ
ーブンで300℃で焼成して形成する。また、アクリル
を用いる場合には、2液性のものを用い、主材と硬化剤
を混合した後、スピナーを用いて基板全面に塗布した
後、ホットプレートで80℃で60秒の予備加熱を行
い、さらにクリーンオーブンで250℃で60分焼成し
て形成することができる。In FIG. 11, first interlayer insulating film 204
3 is formed from a silicon oxynitride film with a thickness of 100 to 200 nm. A second interlayer insulating film 2044 made of an organic insulating material is formed thereon. Second interlayer insulating film 2043
Is formed with an average film thickness of 1.0 to 2.0 μm. Organic insulator materials include polyimide, acrylic, polyamide,
Polyimide amide, BCB (benzocyclobutene) and the like can be used. For example, in the case of using a polyimide of a type that is thermally polymerized after being applied to a substrate, it is formed by firing at 300 ° C. in a clean oven. In the case of using acrylic, after using a two-pack type, mixing the main material and the curing agent, applying the entire surface of the substrate using a spinner, and preheating at 80 ° C. for 60 seconds on a hot plate. Then, it can be formed by firing in a clean oven at 250 ° C. for 60 minutes.
【0110】そして、駆動回路において島状半導体層の
ソース領域とコンタクトを形成するソース配線2045
〜2047、ドレイン領域とコンタクトを形成するドレ
イン配線2048〜2050を形成する。Then, a source wiring 2045 for forming a contact with the source region of the island-shaped semiconductor layer in the driver circuit.
2047 to 2047, and drain wirings 2048 to 2050 forming a contact with the drain region are formed.
【0111】また、画素部においては、ソース配線20
51、画素電極2052を形成する。これら第2の層間
絶縁膜552上に形成する配線は、例えば、50〜20
0nmのTi膜、100〜300nmのAl膜で形成する。
このような構成で形成されたソース配線2045〜20
47と2048、ドレイン配線2048〜2050、画
素電極2052は、第2の層間絶縁膜に形成されたコン
タクトホールを介して、TFTのソースまたはドレイン
領域とTi膜で接触を形成し、Alと半導体が直接接し
て反応することを防ぎ、コンタクト部分の信頼性を高め
ている。In the pixel portion, the source wiring 20
51, forming a pixel electrode 2052; The wiring formed on the second interlayer insulating film 552 is, for example, 50 to 20
It is formed of a 0 nm Ti film and a 100 to 300 nm Al film.
Source wirings 2045 to 20 formed in such a configuration
47 and 2048, the drain wirings 2048 to 2050, and the pixel electrode 2052 make contact with the source or drain region of the TFT with the Ti film through the contact hole formed in the second interlayer insulating film, and the semiconductor is made of aluminum and Al. It prevents direct contact and reaction, and enhances the reliability of the contact part.
【0112】以上の様にして、nチャネル型TFT30
01、pチャネル型TFT30002、nチャネル型T
FT3003を有する駆動回路と、画素TFT3000
4、保持容量30005とを有する画素部を同一基板上
に形成することができる。本明細書中ではこのような基
板を便宜上アクティブマトリクス基板と呼ぶ。As described above, the n-channel TFT 30
01, p-channel TFT 30002, n-channel TFT
A driving circuit having an FT3003 and a pixel TFT 3000
4. A pixel portion having the storage capacitor 30005 can be formed over the same substrate. In this specification, such a substrate is referred to as an active matrix substrate for convenience.
【0113】本実施例で作製するアクティブマトリクス
基板の画素部の上面図の図12のA−A'は、図11で
示すA−A'線に対応している。画素TFT3004で
は、ゲート配線を兼ねるゲート電極2025は、図示さ
れていないゲート絶縁膜を介してその下の島状半導体層
2008と交差している。図示はしていないが、島状半
導体層には、ソース領域、ドレイン領域、LDD領域が
形成されている。また、5001はソース配線2051
とソース領域とのコンタクト部、5002は画素電極2
052とドレイン領域とのコンタクト部である。保持容
量5003は、画素TFT3004のドレイン領域から
延在する半導体層とゲート絶縁膜を介して容量配線20
53が重なる領域で形成されている。AA ′ in FIG. 12 of the top view of the pixel portion of the active matrix substrate manufactured in this embodiment corresponds to the line AA ′ in FIG. In the pixel TFT 3004, the gate electrode 2025 also serving as a gate wiring crosses the island-like semiconductor layer 2008 thereunder via a gate insulating film (not shown). Although not shown, a source region, a drain region, and an LDD region are formed in the island-shaped semiconductor layer. 5001 is a source wiring 2051
Contact portion between the pixel electrode 2 and the source region 5002
This is a contact portion between the area 052 and the drain region. The storage capacitor 5003 is connected to the semiconductor wiring extending from the drain region of the pixel TFT 3004 and the capacitor wiring 20 via a gate insulating film.
53 are formed in overlapping regions.
【0114】本実施例は線状レーザーにより結晶化が均
一にできることにより、レーザー照射むらに起因する基
板面内のスイッチング素子の特性ばらつきが抑えられ
る。また本実施例のようにシリンドリカルレンズを分割
し、レンズの収差を減らした光学系は半導体層の結晶化
だけでなく、半導体層にドーピングされた不純物イオン
をレーザーアニール法にて活性化するときにも用いるこ
とができる。In this embodiment, since the crystallization can be made uniform by the linear laser, the variation in the characteristics of the switching elements in the substrate surface due to uneven laser irradiation can be suppressed. Also, as in the present embodiment, the optical system in which the cylindrical lens is divided and the aberration of the lens is reduced is used not only for crystallization of the semiconductor layer but also for activating impurity ions doped in the semiconductor layer by a laser annealing method. Can also be used.
【0115】[実施例4]本実施例では、実施例3で作
製したアクティブマトリクス基板を用いた反射型の液晶
表示装置の構成を図13を用いて説明する。[Embodiment 4] In this embodiment, the configuration of a reflection type liquid crystal display device using the active matrix substrate manufactured in Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
【0116】対向基板の作製方法を以下に説明する。基
板40001にはコーニング社の#7059ガラスや#
1737ガラスなどに代表される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の他
に、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチ
レンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン
(PES)など光学的異方性を有しないプラスチック基
板を用いることができる。後述する熱プレス工程で基板
のゆがみを生じないようにするため基板2001と熱膨
張係数が同じものを用いるのが望ましい。The method for manufacturing the counter substrate will be described below. The substrate 40001 may be Corning # 7059 glass or #
In addition to glass substrates such as barium borosilicate glass and aluminoborosilicate glass represented by 1737 glass, etc., optical anisotropy such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyether sulfone (PES) Can be used. It is desirable to use a substrate having the same thermal expansion coefficient as that of the substrate 2001 in order to prevent the substrate from being distorted in a later-described hot pressing step.
【0117】基板40001にカラーフィルター層40
002が形成される。カラーフィルター層は後述するシ
ール材40003の下にも形成されており、表示領域と
シール材形成領域でギャップが均一になるように調整し
ている。The color filter layer 40 is formed on the substrate 40001.
002 is formed. The color filter layer is also formed below a sealing material 40003, which will be described later, and is adjusted so that a gap is uniform between the display region and the sealing material forming region.
【0118】カラーフィルター層40002の上にオー
バーコート材40004が形成されている。オーバーコ
ート材は各色赤、青、緑のカラーフィルターの重なりを
平坦化する役目がある。反射型パネルでは外光を利用し
てパネルを表示する。明るさを極力損なわないようにす
るため遮光膜を設けていない。An overcoat material 40004 is formed on the color filter layer 40002. The overcoat material has a function of flattening the overlap of the red, blue and green color filters of each color. In a reflective panel, the panel is displayed using external light. No light-blocking film is provided in order to minimize the loss of brightness.
【0119】オーバーコート材40004の上に透明導
電膜40005として酸化インジウム錫(ITO)膜が
形成されている。駆動回路領域に酸化インジウム錫(I
TO)膜があると駆動回路に不要な容量が形成されてし
まい波形がなまる。このため駆動回路領域の酸化インジ
ウム錫(ITO)膜はパターニングにより除去してい
る。以上により対向基板が作製される。On the overcoat material 40004, an indium tin oxide (ITO) film is formed as a transparent conductive film 40005. Indium tin oxide (I
If there is a (TO) film, an unnecessary capacitance is formed in the drive circuit, and the waveform becomes blunt. Therefore, the indium tin oxide (ITO) film in the drive circuit area is removed by patterning. Thus, a counter substrate is manufactured.
【0120】成膜スペーサー40006はJSR社製の
NN700を用いてソース配線2051上に形成する。
本実施例では対向基板上に成膜スペーサーを形成する。The film forming spacer 40006 is formed on the source wiring 2051 by using NN700 manufactured by JSR Corporation.
In this embodiment, a film forming spacer is formed on a counter substrate.
【0121】配向膜40008が60nm基板4000
1、2001に形成される。配向膜は可溶性ポリイミ
ド、熱硬化型ポリアミック酸のものがある。The orientation film 40008 has a substrate 4000 of 60 nm.
1, 2001. The alignment film includes a soluble polyimide and a thermosetting polyamic acid.
【0122】シール材40003は熱硬化型エポキシ樹
脂、あるいは紫外線硬化型エポキシ樹脂が使用できる。
液晶材料40009が基板間に狭持される。液晶材料は
適宜配向モードに応じて選択する。As the sealing material 40003, a thermosetting epoxy resin or an ultraviolet curing epoxy resin can be used.
A liquid crystal material 40009 is sandwiched between the substrates. The liquid crystal material is appropriately selected according to the alignment mode.
【0123】[実施例5]実施例3で作製したアクティ
ブマトリクス基板はそのまま反射型の液晶表示装置に適
用することができる。一方、透過型の液晶表示装置とす
る場合には画素部の各画素に設ける画素電極を透明電極
で形成すれば良い。本実施例では透過型の液晶表示装置
に対応するアクティブマトリクス基板の作製方法につい
て図14を用いて説明する。[Embodiment 5] The active matrix substrate manufactured in Embodiment 3 can be applied to a reflection type liquid crystal display device as it is. On the other hand, in the case of a transmissive liquid crystal display device, a pixel electrode provided for each pixel in the pixel portion may be formed of a transparent electrode. In this embodiment, a method for manufacturing an active matrix substrate corresponding to a transmission type liquid crystal display device will be described with reference to FIGS.
【0124】アクティブマトリクス基板は実施例3と同
様に作製する。図14(A)では、ソース配線2051
とドレイン配線2052は導電性の金属膜をスパッタ法
や真空蒸着法で形成する。これは、Ti膜を50〜15
0nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはド
レイン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、
そのTi膜上に重ねてアルミニウム(Al)を300〜
400nmの厚さで形成し、さらにTi膜または窒化チ
タン(TiN)膜を100〜200nmの厚さで形成し
て3層構造とした。その後、透明導電膜を全面に形成
し、フォトマスクを用いたパターニング処理およびエッ
チング処理により画素電極2056を形成する。画素電
極は、層間絶縁膜上に形成され、画素TFTのドレイン
配線2052と重なる部分を設け、接続構造を形成して
いる。The active matrix substrate is manufactured in the same manner as in the third embodiment. In FIG. 14A, a source wiring 2051
The drain wiring 2052 is formed by forming a conductive metal film by a sputtering method or a vacuum evaporation method. This is because the Ti film is
Forming a contact with a semiconductor film forming a source or drain region of an island-shaped semiconductor layer;
Aluminum (Al) is superposed on the Ti film for 300 to
It was formed to a thickness of 400 nm, and a Ti film or a titanium nitride (TiN) film was formed to a thickness of 100 to 200 nm to form a three-layer structure. After that, a transparent conductive film is formed over the entire surface, and a pixel electrode 2056 is formed by patterning and etching using a photomask. The pixel electrode is formed over the interlayer insulating film, and has a portion overlapping with the drain wiring 2052 of the pixel TFT to form a connection structure.
【0125】図14(B)では最初に層間絶縁膜上に透
明導電膜を形成し、パターニング処理およびエッチング
処理をして画素電極を形成した後、ドレイン配線205
2を画素電極2056と重なる部分を設けて形成した例
である。ドレイン配線2052はTi膜を50〜150
nmの厚さで形成し、島状半導体層のソースまたはドレ
イン領域を形成する半導体膜とコンタクトを形成し、そ
のTi膜上に重ねてアルミニウム(Al)を300〜4
00nmの厚さで形成して設ける。この構成にすると、
画素電極2056はドレイン配線2052を形成するT
i膜のみと接触することになる。その結果、透明導電膜
材料とAlとが反応するのを防止できる。ソース配線2
051はドレイン配線2052と同時に形成する。In FIG. 14B, first, a transparent conductive film is formed on the interlayer insulating film, and patterning and etching are performed to form a pixel electrode.
2 is an example in which a portion overlapping with the pixel electrode 2056 is provided. The drain wiring 2052 is formed of a Ti film of 50 to 150
A contact is formed with the semiconductor film forming the source or drain region of the island-shaped semiconductor layer, and aluminum (Al) is formed on the Ti film so as to have a thickness of 300 to 4 nm.
It is formed and provided with a thickness of 00 nm. With this configuration,
The pixel electrode 2056 is formed of a T
It comes into contact with only the i film. As a result, it is possible to prevent the reaction between the transparent conductive film material and Al. Source wiring 2
051 is formed simultaneously with the drain wiring 2052.
【0126】透明導電膜の材料は、酸化インジウム(I
n2O3)や酸化インジウム錫(ITO)膜などをスパッ
タ法や真空蒸着法などを用いて形成して用いることがで
きる。このような材料のエッチング処理は塩酸系の溶液
により行う。しかし、特にITOのエッチングは残渣が
発生しやすいので、エッチング加工性を改善するために
酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)を用
いても良い。酸化インジウム酸化亜鉛合金は表面平滑性
に優れ、ITOに対して熱安定性にも優れているので、
ドレイン配線の端面で接触するAlとの腐蝕反応を防止
できる。同様に、酸化亜鉛(ZnO)も適した材料であ
り、さらに可視光の透過率や導電率を高めるためにガリ
ウム(Ga)を添加した酸化亜鉛(ZnO:Ga)など
を用いることができる。The material of the transparent conductive film is indium oxide (I
n 2 O 3 ), an indium tin oxide (ITO) film, or the like can be formed using a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like. The etching of such a material is performed using a hydrochloric acid-based solution. However, in particular, since etching of ITO easily generates residues, an indium oxide-zinc oxide alloy (In 2 O 3 —ZnO) may be used in order to improve the etching processability. Since indium oxide zinc oxide alloy has excellent surface smoothness and thermal stability to ITO,
Corrosion reaction with Al contacting at the end surface of the drain wiring can be prevented. Similarly, zinc oxide (ZnO) is a suitable material, and zinc oxide (ZnO: Ga) to which gallium (Ga) is added in order to increase the transmittance and conductivity of visible light can be used.
【0127】このようにして、透過型の液晶表示装置に
対応したアクティブマトリクス基板を完成させることが
できる。Thus, an active matrix substrate corresponding to a transmission type liquid crystal display device can be completed.
【0128】[実施例6]本発明を実施して作製された
アクティブマトリクス基板および液晶表示装置並びにE
L型表示装置は様々な電気光学装置に用いることができ
る。そして、そのような電気光学装置を表示媒体として
組み込んだ電子機器全てに本発明を適用することがでで
きる。電子機器としては、パーソナルコンピュータ、デ
ジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯情報端末(モバイル
コンピュータ、携帯電話、電子書籍など)、ナビゲーシ
ョンシステムなどが上げられる。それらの一例を示す。[Embodiment 6] An active matrix substrate, a liquid crystal display device, and an E manufactured according to the present invention are manufactured.
The L-type display device can be used for various electro-optical devices. The present invention can be applied to all electronic devices incorporating such an electro-optical device as a display medium. Examples of the electronic device include a personal computer, a digital camera, a video camera, a portable information terminal (such as a mobile computer, a mobile phone, and an electronic book), and a navigation system. Examples of these are shown below.
【0129】図15(A)は携帯電話であり、本体90
01、音声出力部9002、音声入力部9003、表示
装置9004、操作スイッチ9005、アンテナ900
6から構成されている。本願発明は音声出力部900
2、音声入力部9003、及びアクティブマトリクス基
板を備えた表示装置9004に適用することができる。FIG. 15A shows a mobile phone, and a main body 90.
01, audio output unit 9002, audio input unit 9003, display device 9004, operation switch 9005, antenna 900
6. The present invention is an audio output unit 900
2. The present invention can be applied to a display device 9004 including an audio input unit 9003 and an active matrix substrate.
【0130】図15(B)はビデオカメラであり、本体
9101、表示装置9102、音声入力部9103、操
作スイッチ9104、バッテリー9105、受像部91
06から成っている。本願発明は音声入力部9103、
及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置910
2、受像部9106に適用することができる。FIG. 15B shows a video camera, which includes a main body 9101, a display device 9102, an audio input portion 9103, operation switches 9104, a battery 9105, and an image receiving portion 91.
06. The present invention provides a voice input unit 9103,
910 provided with active matrix substrate
2. It can be applied to the image receiving unit 9106.
【0131】図15(C)はモバイルコンピュータ或い
は携帯型情報端末であり、本体9201、カメラ部92
02、受像部9203、操作スイッチ9204、表示装
置9205で構成されている。本願発明は受像部920
3、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9
205に適用することができる。FIG. 15C shows a mobile computer or a portable information terminal.
02, an image receiving section 9203, operation switches 9204, and a display device 9205. The present invention relates to an image receiving unit 920.
3 and display device 9 including active matrix substrate
205 can be applied.
【0132】図15(D)はヘッドマウントディスプレ
イであり、本体9301、表示装置9302、アーム部
9303で構成される。本願発明は表示装置9302に
適用することができる。また、表示されていないが、そ
の他の信号制御用回路に使用することもできる。FIG. 15D shows a head-mounted display, which comprises a main body 9301, a display device 9302, and an arm portion 9303. The present invention can be applied to the display device 9302. Although not shown, it can be used for other signal control circuits.
【0133】図15(E)はテレビであり、本体940
1、スピーカー9402、表示装置9403、受信装置
9404、増幅装置9405等で構成される。実施例5
で示す液晶表示装置や、実施例6または7で示すEL表
示装置は表示装置9403に適用することができる。FIG. 15E shows a television, which is a main body 940.
1, a speaker 9402, a display device 9403, a receiving device 9404, an amplifying device 9405, and the like. Example 5
The liquid crystal display device shown by, and the EL display device shown by Embodiment 6 or 7 can be applied to the display device 9403.
【0134】図15(F)は携帯書籍であり、本体95
01、表示装置9502、9503、記憶媒体950
4、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成
されており、ミニディスク(MD)やDVDに記憶され
たデータや、アンテナで受信したデータを表示するもの
である。表示装置9502、9503は直視型の表示装
置であり、本発明はこの適用することができる。FIG. 15F shows a portable book, and a main body 95.
01, display devices 9502 and 9503, storage medium 950
4, comprising an operation switch 9505 and an antenna 9506 for displaying data stored on a mini disk (MD) or a DVD or data received by the antenna. The display devices 9502 and 9503 are direct-view display devices, and the present invention can be applied to this.
【0135】図16(A)はパーソナルコンピュータで
あり、本体9601、画像入力部9602、表示装置9
603、キーボード9604で構成される。FIG. 16A shows a personal computer, which includes a main body 9601, an image input section 9602, and a display device 9.
603 and a keyboard 9604.
【0136】図16(B)はプログラムを記録した記録
媒体(以下、記録媒体と呼ぶ)を用いるプレーヤーであ
り、本体9701、表示装置9702、スピーカ部97
03、記録媒体9704、操作スイッチ9705で構成
される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Di
gtial Versatile Disc)、CD等
を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネット
を行うことができる。FIG. 16B shows a player that uses a recording medium (hereinafter, referred to as a recording medium) on which a program is recorded, and includes a main body 9701, a display device 9702, and a speaker unit 97.
03, a recording medium 9704, and operation switches 9705. This device uses a DVD (Di) as a recording medium.
It is possible to watch music, watch a movie, play a game, or use the Internet by using a CD (g. Versatile Disc) or a CD.
【0137】図16(C)はデジタルカメラであり、本
体9801、表示装置9802、接眼部9803、操作
スイッチ9804、受像部(図示しない)で構成され
る。FIG. 16C shows a digital camera, which comprises a main body 9801, a display device 9802, an eyepiece 9803, operation switches 9804, and an image receiving unit (not shown).
【0138】図17(A)はフロント型プロジェクター
であり、表示装置9901、スクリーン9902で構成
される。本発明は表示装置やその他の信号制御回路に適
用することができる。FIG. 17A shows a front type projector, which comprises a display device 9901 and a screen 9902. The present invention can be applied to a display device and other signal control circuits.
【0139】図17(B)はリア型プロジェクターであ
り、本体10001、投射装置10002、ミラー10
003、スクリーン10004で構成される。本発明は
表示装置やその他の信号制御回路に適用することができ
る。FIG. 17B shows a rear type projector, which is composed of a main body 10001, a projection device 10002, and a mirror 10.
003 and a screen 10004. The present invention can be applied to a display device and other signal control circuits.
【0140】なお、図17(C)は、図17(A)及び
図17(B)中における投射装置9901、10002
の構造の一例を示した図である。投射装置9901、1
0002は、光源光学系10101、ミラー1010
2、10104〜10106、ダイクロイックミラー1
0103、プリズム10107、液晶表示装置1010
8、位相差板10109、投射光学系10110で構成
される。投射光学系10110は、投射レンズを含む光
学系で構成される。本実施例は三板式の例を示したが、
特に限定されず、例えば単板式であってもよい。また、
図17(C)中において矢印で示した光路に実施者が適
宜、光学レンズや、偏光機能を有するフィルムや、位相
差を調節するためのフィルム、IRフィルム等の光学系
を設けてもよい。Note that FIG. 17C shows the projection devices 9901 and 10002 in FIGS. 17A and 17B.
FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure of FIG. Projection device 9901, 1
0002 denotes a light source optical system 10101 and a mirror 1010
2, 10104 to 10106, dichroic mirror 1
0103, prism 10107, liquid crystal display device 1010
8, a phase difference plate 10109 and a projection optical system 10110. The projection optical system 10110 is configured by an optical system including a projection lens. This embodiment shows an example of a three-plate type,
There is no particular limitation, and for example, a single plate type may be used. Also,
The practitioner may appropriately provide an optical system such as an optical lens, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase difference, and an IR film in the optical path indicated by the arrow in FIG.
【0141】また、図17(D)は、図17(C)中に
おける光源光学系10201の構造の一例を示した図で
ある。本実施例では、光源光学系10201は、リフレ
クター10211、光源10212、レンズアレイ10
213、10214、偏光変換素子10215、集光レ
ンズ10216で構成される。なお、図17(D)に示
した光源光学系は一例であって特に限定されない。例え
ば、光源光学系に実施者が適宜、光学レンズや、偏光機
能を有するフィルムや、位相差を調節するフィルム、I
Rフィルム等の光学系を設けてもよい。FIG. 17D is a diagram showing an example of the structure of the light source optical system 10201 in FIG. 17C. In the present embodiment, the light source optical system 10201 includes a reflector 10211, a light source 10212, and a lens array 1012.
213, 10214, a polarization conversion element 10215, and a condenser lens 10216. Note that the light source optical system shown in FIG. 17D is an example and is not particularly limited. For example, a practitioner may appropriately provide an optical lens, a film having a polarizing function, a film for adjusting a phase difference,
An optical system such as an R film may be provided.
【0142】[0142]
【発明の効果】レーザー照射装置は短波長の光吸収をお
さえるため石英レンズを用いるが石英レンズは非球面加
工が難しい。しかし本発明により球面レンズの収差を減
らすことができる。The laser irradiation apparatus uses a quartz lens to suppress the absorption of short-wavelength light, but it is difficult to process the quartz lens with an aspherical surface. However, the present invention can reduce the aberration of the spherical lens.
【0143】本発明の特徴である分割された集光用レン
ズ1つ1つを通過する個々のビームを、被照射面で独立
に動かすことができるので、より精密な光学調整が可能
となる。Since the individual beams passing through each of the divided condensing lenses, which is a feature of the present invention, can be moved independently on the surface to be irradiated, more precise optical adjustment becomes possible.
【0144】本発明をレーザー照射装置に用いるとダブ
レットシリンドリカルレンズのような高価で、光学調整
の困難な光学系を用いずに、それを使う以上に均質性の
ある線状レーザービームを得ることができる。When the present invention is applied to a laser irradiation apparatus, it is possible to obtain a linear laser beam having more homogeneity than using an expensive and difficult optical system such as a doublet cylindrical lens. it can.
【0145】[0145]
【図1】 本発明の実施の一形態を示す(シリンドリカ
ルレンズを分割)。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention (a cylindrical lens is divided).
【図2】 本発明の実施の一形態を示す(焦点距離の異
なるシリンドリカルレンズを分割)。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention (divided into cylindrical lenses having different focal lengths).
【図3】 実施例1の光学系を示す。FIG. 3 shows an optical system according to a first embodiment.
【図4】 実施例2の光学系を示す。FIG. 4 shows an optical system according to a second embodiment.
【図5】 本発明によりレンズの収差を減らした例を示
す。FIG. 5 shows an example in which lens aberration is reduced according to the present invention.
【図6】 本発明により点状に光を集光する例を示す。FIG. 6 shows an example in which light is condensed in a point shape according to the present invention.
【図7】 分割されたビームを形成する光学系を示す。FIG. 7 shows an optical system for forming a split beam.
【図8】 レーザー照射装置によるエネルギープロファ
イルを示す。FIG. 8 shows an energy profile by a laser irradiation device.
【図9】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程の
断面図を示す。FIG. 9 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
【図10】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程
の断面図を示す。FIG. 10 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
【図11】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程
の断面図を示す。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
【図12】 画素TFTの上面図を示す。FIG. 12 shows a top view of a pixel TFT.
【図13】 アクティブマトリクス型液晶表示装置の断
面図を示す。FIG. 13 is a cross-sectional view of an active matrix liquid crystal display device.
【図14】 透過型液晶表示装置に適用される画素TF
T、駆動回路のTFTの作製工程の断面図を示す。FIG. 14 shows a pixel TF applied to a transmissive liquid crystal display device.
T is a cross-sectional view of a manufacturing step of a TFT of a driver circuit.
【図15】 半導体装置の一例を示す。FIG. 15 illustrates an example of a semiconductor device.
【図16】 半導体装置の一例を示す。FIG. 16 illustrates an example of a semiconductor device.
【図17】 投影型液晶表示装置の構成を示す。FIG. 17 shows a configuration of a projection type liquid crystal display device.
【図18】 従来のレーザー照射装置を示す。FIG. 18 shows a conventional laser irradiation apparatus.
【図19】 従来のレーザー照射装置を示す。FIG. 19 shows a conventional laser irradiation apparatus.
【図20】 従来のレーザー照射装置を示す。FIG. 20 shows a conventional laser irradiation apparatus.
【図21】 従来のレンズの収差を示す。FIG. 21 shows aberrations of a conventional lens.
【図22】 シリンドリカルレンズの構成を示す。FIG. 22 shows a configuration of a cylindrical lens.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/268 G02F 1/136 500 29/786 H01L 29/78 627G 21/336 Fターム(参考) 2H092 HA04 HA05 JA24 JA28 JA41 JA44 JB05 JB07 KA04 KA07 KB25 MA04 MA05 MA30 MA35 NA25 NA27 PA02 PA03 PA04 5F052 AA02 BA07 BA18 BB02 BB07 CA07 DA02 DB03 DB07 5F110 AA30 BB02 CC02 DD01 DD02 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE04 EE11 EE14 EE23 EE44 EE45 FF02 FF04 FF28 FF30 FF36 GG01 GG02 GG13 GG25 GG45 HJ01 HJ04 HJ07 HJ13 HJ18 HJ23 HL01 HL03 HL04 HL11 HL23 HM15 NN03 NN04 NN22 NN27 NN36 NN72 NN73 PP03 PP05 PP06 PP35 QQ04 QQ11 QQ24 QQ25 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/268 G02F 1/136 500 29/786 H01L 29/78 627G 21/336 F-term (Reference) 2H092 HA04 HA05 JA24 JA28 JA41 JA44 JB05 JB07 KA04 KA07 KB25 MA04 MA05 MA30 MA35 NA25 NA27 PA02 PA03 PA04 5F052 AA02 BA07 BA18 BB02 BB07 CA07 DA02 DB03 DB07 5F110 AA30 BB02 CC02 DD01 DD02 DD13 DD14 DD15 DD17 EE01 EE04 FF01 EE11 EE04 EE01 EE04 EE01 EE04 EE01 EE04 EE04 FF36 GG01 GG02 GG13 GG25 GG45 HJ01 HJ04 HJ07 HJ13 HJ18 HJ23 HL01 HL03 HL04 HL11 HL23 HM15 NN03 NN04 NN22 NN27 NN36 NN72 NN73 PP03 PP05 PP06 PP35 QQ04 QQ11 QQ24 QQ25
Claims (22)
にすることで、 被照射面での収差が減らされていることを特徴とするレ
ーザー照射装置。1. A laser irradiation apparatus characterized in that aberrations on a surface to be irradiated are reduced by dividing a spherical lens into a plurality of parts and making the spherical surface discontinuous.
て分割されたビームが入射し、 前記一つの球面レンズを複数個に分割し球面を不連続に
することで、 被照射面において前記分割されたビームが1ヶ所で結像
することを特徴とするレーザー照射装置。2. A single spherical lens is divided into a plurality of spherical lenses, a beam divided corresponding to each of the plurality of divided spherical lenses is incident, and the one spherical lens is divided into a plurality of spherical lenses. A laser irradiation apparatus characterized in that the divided beam forms an image at one location on the surface to be irradiated by making the spherical surface discontinuous.
個に分割され、 複数個に分割された球面レンズの個々のレンズに対応し
て分割されたビームが入射し、 前記一定の曲率半径を持った球面レンズを複数個に分割
し球面を不連続にすることで、 被照射面において前記分割されたビームが1ヶ所で結像
することを特徴とするレーザー照射装置。3. A spherical lens having a constant radius of curvature is divided into a plurality of divided spherical lenses, and beams divided corresponding to individual lenses of the plurality of divided spherical lenses are incident on the spherical lens. A laser irradiation apparatus characterized in that a spherical lens having a sphere is divided into a plurality of parts and the spherical surface is made discontinuous so that the divided beam forms an image on a surface to be irradiated at one place.
できた個々のレンズが組み合わされてあり、 複数個に分割された球面レンズの個々のレンズに対応し
て分割されたビームが入射し、 前記焦点距離の異なる球面レンズが分割されてできた個
々のレンズが組み合わされることで球面が不連続にな
り、 被照射面において前記分割されたビームが1ヶ所で結像
することを特徴とするレーザー照射装置。4. A spherical lens having a different focal length is divided into individual lenses, and the divided lenses are combined. A beam divided corresponding to each of the plurality of divided spherical lenses enters, and A laser characterized in that a spherical surface becomes discontinuous by combining individual lenses formed by dividing the spherical lenses having different focal lengths, and the divided beams form an image on a surface to be irradiated at one place. Irradiation device.
て、前記球面レンズは石英からなることを特徴とするレ
ーザー照射装置。5. A laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein said spherical lens is made of quartz.
て、前記球面レンズはシリンドリカルレンズであること
を特徴とするレーザー照射装置。6. A laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein said spherical lens is a cylindrical lens.
ンズは母線に対し平行な平面で分割されていることを特
徴とするレーザー照射装置。7. A laser irradiation apparatus according to claim 6, wherein said cylindrical lens is divided by a plane parallel to a generating line.
ンズは光軸に対し平行な平面で分割されていることを特
徴とするレーザー照射装置。8. A laser irradiation apparatus according to claim 7, wherein said cylindrical lens is divided by a plane parallel to an optical axis.
て、前記複数個に分割された個々のレンズにより屈折さ
れた光が直接被照射面に入射することを特徴とするレー
ザー照射装置。9. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the light refracted by each of the plurality of divided lenses is directly incident on a surface to be irradiated.
いて、被照射面に線状レーザービームが照射されること
を特徴とするレーザー照射装置。10. A laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the surface to be irradiated is irradiated with a linear laser beam.
いて、前記球面レンズは光軸に対し平行な平面で分割さ
れていることを特徴とするレーザー照射装置。11. A laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein said spherical lens is divided by a plane parallel to an optical axis.
続にすることで、 被照射面での収差が減らされていることを特徴とする光
学系。12. An optical system wherein a spherical lens is divided into a plurality of parts and a spherical surface is made discontinuous to reduce aberrations on an irradiated surface.
て分割されたビームが入射し、 前記一つの球面レンズを複数個に分割し球面を不連続に
することで、 被照射面において前記分割されたビームが1ヶ所で結像
することを特徴とするレーザー照射装置。13. A spherical lens is divided into a plurality of spherical lenses, and a beam divided corresponding to each of the plurality of divided spherical lenses is incident, and the one spherical lens is divided into a plurality of spherical lenses. A laser irradiation apparatus characterized in that the divided beam forms an image at one location on the surface to be irradiated by making the spherical surface discontinuous.
数個に分割され、 複数個に分割された球面レンズの個々のレンズに対応し
て分割されたビームが入射し、 前記一定の曲率半径を持った球面レンズを複数個に分割
し球面を不連続にすることで、 被照射面において前記分割されたビームが1ヶ所で結像
することを特徴とするレーザー照射装置。14. A spherical lens having a constant radius of curvature is divided into a plurality of divided spherical lenses, and beams divided corresponding to individual lenses of the plurality of divided spherical lenses are incident on the spherical lens. A laser irradiation apparatus characterized in that a spherical lens having a sphere is divided into a plurality of parts and the spherical surface is made discontinuous so that the divided beam forms an image on a surface to be irradiated at one place.
てできた個々のレンズが組み合わされてあり、 複数個に分割された球面レンズの個々のレンズに対応し
て分割されたビームが入射し、 前記焦点距離の異なる球面レンズが分割されてできた個
々のレンズが組み合わされることで球面が不連続にな
り、 被照射面において前記分割されたビームが1ヶ所で結像
することを特徴とするレーザー照射装置。15. A lens obtained by splitting spherical lenses having different focal lengths is combined, a beam split corresponding to each of the plurality of split spherical lenses is incident, A laser characterized in that a spherical surface becomes discontinuous by combining individual lenses formed by dividing spherical lenses having different focal lengths, and the divided beams form an image on a surface to be irradiated at one place. Irradiation device.
において、前記球面レンズは石英からなることを特徴と
する光学系。16. An optical system according to claim 12, wherein said spherical lens is made of quartz.
において、前記球面レンズはシリンドリカルレンズであ
ることを特徴とする光学系。17. An optical system according to claim 12, wherein said spherical lens is a cylindrical lens.
ルレンズは母線に対し平行な平面で分割されていること
を特徴とする光学系。18. An optical system according to claim 17, wherein said cylindrical lens is divided by a plane parallel to a generating line.
ルレンズは光軸に対し平行な平面で分割されていること
を特徴とする光学系。19. An optical system according to claim 18, wherein said cylindrical lens is divided by a plane parallel to an optical axis.
において、前記分割された個々のレンズにより屈折され
た光が直接被照射面に入射することを特徴とする光学
系。20. An optical system according to claim 12, wherein the light refracted by each of said divided lenses is directly incident on a surface to be irradiated.
において、被照射面に線状レーザービームが照射される
ことを特徴とする光学系。21. An optical system according to claim 12, wherein the surface to be irradiated is irradiated with a linear laser beam.
において、前記球面レンズは光軸に対し平行な平面で分
割されていることを特徴とする光学系。22. An optical system according to claim 12, wherein said spherical lens is divided by a plane parallel to an optical axis.
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