JP4651772B2 - Laser irradiation device - Google Patents
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Description
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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19(2)に示す。
【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。
【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103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。
【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103により長手方向に7本のビームに分割される。
【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。
【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113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。
【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。
【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18、19と同じである。
【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。
【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。
【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1104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1105に結像する像は一点に定まらず広がりを持つ。
【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。
【0021】
図18、19のシリンドリカルレンズ106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。
【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。
【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106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。
【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106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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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501〜503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504〜506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、503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501〜503に入射した場合に本発明は有効である。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0040】
図2記載の分割シリンドリカルレンズ205、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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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603が入り分割されている
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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305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。
【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50mm、厚さ(H1)は3mmである。
【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3mmである。
【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。
【0062】
シリンドリカルレンズ304は、焦点距離1680mm、幅(L4)50mm、長さ(W4)50mm、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。
【0063】
シリンドリカルレンズ305は、焦点距離375mm、幅(L5)50mm、長さ(W5)50mm、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304に入射した光が焦点307に集光され、一本の線状になる。
【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。
【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)20mmである。両端のレンズ3062は、それぞれ焦点距離173mm、幅20mm(W7)、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。
【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。
【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、192.5mmである。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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145mm、幅0.6mmである。
【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。
【0077】
基板には、5インチ角のコーニング社製1737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。
【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。
【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401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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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/cm2、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。
【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。
【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10〜20nm(好ましくは50〜100nm)形成し、同様にSiH4、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。
【0087】
島状半導体層2003〜2006と2057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。
【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、YVO4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100〜400mJ/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350〜500mJ/cm2)とすると良い。そして幅100〜1000μm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。
【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。
【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。
【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、120nm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(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40Pa、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。
【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。
【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Ta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。
【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20μΩcm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9〜20μΩcmを実現することができる。
【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500W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RF(13.56MHz)電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した場合にはW膜及びTa膜とも同程度にエッチングされる。
【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20014a〜20017aと第2の導電層2014b〜2017b)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。
【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1×1013〜5×1014atoms/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2014〜2017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。
【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〜2025a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。
【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WCl5、TaF5、TaCl5は同程度である。従って、CF4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Ta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。
【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2022a〜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2022a〜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。
【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2037〜2039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。
【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2022〜2025がゲート電極、ゲート配線として機能する。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【0109】
図11において、第1の層間絶縁膜2043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。
【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。
【0111】
また、画素部においては、ソース配線2051、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、50〜200nm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2045〜2047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。
【0112】
以上の様にして、nチャネル型TFT3001、pチャネル型TFT30002、nチャネル型TFT3003を有する駆動回路と、画素TFT30004、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。
【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2052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2053が重なる領域で形成されている。
【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。
【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。
【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。
【0117】
基板40001にカラーフィルター層40002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。
【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。
【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(ITO)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。
【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。
【0121】
配向膜40008が60nm基板40001、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。
【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。
【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。
【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50〜150nm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。
【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2052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50〜150nm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Ti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2051はドレイン配線2052と同時に形成する。
【0126】
透明導電膜の材料は、酸化インジウム(In2O3)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。
【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。
【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EL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。
【0129】
図15(A)は携帯電話であり、本体9001、音声出力部9002、音声入力部9003、表示装置9004、操作スイッチ9005、アンテナ9006から構成されている。本願発明は音声出力部9002、音声入力部9003、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9004に適用することができる。
【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9106から成っている。本願発明は音声入力部9103、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9102、受像部9106に適用することができる。
【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9202、受像部9203、操作スイッチ9204、表示装置9205で構成されている。本願発明は受像部9203、及びアクティブマトリクス基板を備えた表示装置9205に適用することができる。
【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。
【0133】
図15(E)はテレビであり、本体9401、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。
【0134】
図15(F)は携帯書籍であり、本体9501、表示装置9502、9503、記憶媒体9504、操作スイッチ9505、アンテナ9506から構成されており、ミニディスク(MD)やDVDに記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。表示装置9502、9503は直視型の表示装置であり、本発明はこの適用することができる。
【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9603、キーボード9604で構成される。
【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9703、記録媒体9704、操作スイッチ9705で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。
【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。
【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。
【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10003、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。
【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、10002は、光源光学系10101、ミラー10102、10104〜10106、ダイクロイックミラー10103、プリズム10107、液晶表示装置10108、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。
【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10213、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、IRフィルム等の光学系を設けてもよい。
【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。
【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。
【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。
【0145】
【図面の簡単な説明】
【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)。
【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)。
【図3】 実施例1の光学系を示す。
【図4】 実施例2の光学系を示す。
【図5】 本発明によりレンズの収差を減らした例を示す。
【図6】 本発明により点状に光を集光する例を示す。
【図7】 分割されたビームを形成する光学系を示す。
【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。
【図9】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程の断面図を示す。
【図10】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程の断面図を示す。
【図11】 画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程の断面図を示す。
【図12】 画素TFTの上面図を示す。
【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。
【図14】 透過型液晶表示装置に適用される画素TFT、駆動回路のTFTの作製工程の断面図を示す。
【図15】 半導体装置の一例を示す。
【図16】 半導体装置の一例を示す。
【図17】 投影型液晶表示装置の構成を示す。
【図18】 従来のレーザー照射装置を示す。
【図19】 従来のレーザー照射装置を示す。
【図20】 従来のレーザー照射装置を示す。
【図21】 従来のレンズの収差を示す。
【図22】 シリンドリカルレンズの構成を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention reduces the aberration of an optical system at a low cost by a simple method. By using the present invention for a laser optical system for crystallizing a semiconductor film, uniform crystallization can be performed within the substrate surface. 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]
[Prior art]
In recent years, an amorphous semiconductor film or a crystalline semiconductor film (a semiconductor film having crystallinity such as polycrystalline or microcrystalline) that is formed over an insulating substrate such as glass, that is, a non-single-crystal semiconductor film is used. On the other hand, a technique for performing laser annealing to crystallize or improve crystallinity has been widely studied. A silicon film is often used as the semiconductor film.
[0003]
A glass substrate is cheaper and more workable than a quartz substrate that has been frequently used in the past, and has an advantage that a large-area substrate can be easily manufactured. For this reason, the above research has been actively conducted. Lasers are preferred for crystallization because the glass substrate has a low melting point. The laser can give high energy only to the non-single-crystal semiconductor film without significantly changing the temperature of the substrate.
[0004]
Since the crystalline silicon film formed by laser annealing has high mobility, a thin film transistor (TFT) is formed using this crystalline silicon film, for example, on a single glass substrate for pixel driving. It is actively used in monolithic liquid crystal electro-optical devices and the like for producing TFTs for 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]
In addition, a pulsed laser beam with high output, such as an excimer laser, is processed by an optical system so that a square spot of several cm square or a linear shape with a length of 10 cm or more is formed on the surface to be irradiated. The method of performing laser annealing by scanning the beam (moving the laser beam irradiation position relative to the irradiated surface) is preferred because it is mass-productive and industrially superior. .
[0006]
In particular, when a linear laser beam is used, the surface to be irradiated is scanned only in a direction perpendicular to the linear direction of the linear laser beam, unlike the case of using a spot laser beam that requires scanning in the front, rear, left, and right Since the whole can be irradiated with a laser beam, high productivity can be obtained. The reason for scanning in the direction perpendicular to the line direction is that it is the most efficient scanning direction. Due to this high productivity, it is becoming more common for laser annealing to use a linear laser beam obtained by processing a pulsed excimer laser beam with an appropriate optical system.
[0007]
FIGS. 18 and 19 show a linear laser beam forming optical system that forms an image of a laser beam on a substrate using a cylindrical lens. A cylindrical lens and a cylindrical array lens are used in the optical system. As shown in FIG. 22, the cylindrical lens 1201 has a curved surface in the width direction and does not have a curved surface in the length direction. As a result, the outgoing light 1203 is condensed with respect to the incident light 1202 by the refractive effect of the lens in the width direction, but the light is not refracted in the length direction.
[0008]
As for the size of a commercially available linear laser beam, the
[0009]
The role of each lens shown in FIGS. 18 and 19 will be described below. FIG. 19 (1) shows the optical system of FIG. 18 viewed from the side, and FIG. 19 (2) shows the optical system viewed from the top.
[0010]
FIG. 19 (1) will be described below. Laser light emitted from the
[0011]
The laser divided in the short direction passes through the
[0012]
The following describes FIG. 19 (2). The propagation of light imaged in the longitudinal direction of the linear laser will be described. The laser beam is divided into seven beams in the longitudinal direction by the
[0013]
The laser divided in the longitudinal direction of the linear laser passes through the
[0014]
In order to focus the beam in the short direction of the linear laser as shown in FIG. 19A, two sets of lenses such as the
[0015]
When the longitudinal direction of the linear laser is lengthened, even a large-area substrate can be irradiated uniformly 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 sufficient laser energy density to crystallize the non-single crystal semiconductor film, the width of the linear laser beam in the short direction must be reduced. Don't be. 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]
In FIG. 20, doublet
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
For example, a lens made of an acrylic resin can be molded by heating and aspherical. However, a laser lens having a short wavelength is made of quartz having a high melting point, so that aspherical processing is difficult.
[0018]
In an ideal lens, light incident on the lens forms an image at one point regardless of the incident position. However, an actual lens has some error compared to an ideal lens. The amount of error from this ideal lens is called aberration.
[0019]
One of the aberrations caused by spherical lenses is spherical aberration. The spherical aberration is shown in FIG. The figure is a cross-sectional view showing a light beam passing through a lens. The light 1101 incident near the optical axis of the
[0020]
In order 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 a short wavelength.
[0021]
In the shape of the
[0022]
In the optical systems as shown in FIGS. 18 and 19, the
[0023]
The reason why the energy profile has a Gaussian distribution is due to the aberration of the
[0024]
In the optical system shown in FIGS. 18 and 19, the
[0025]
However, when the configuration of the optical system as shown in FIGS. 18 and 19 is adopted, the energy distribution of the linear laser beam becomes non-uniform. Therefore, when the linear laser beam was irradiated to the silicon film while scanning, the laser energy became uneven within the irradiated surface, and the laser irradiation trace remained as a striped pattern on the silicon film.
[0026]
On the other hand, in the optical system as shown in FIG. 20, a doublet cylindrical lens constituted by two
[0027]
In an optical system using a doublet cylindrical lens, the energy profile in the short direction of the obtained linear laser beam is closer to a rectangular distribution. That is, the distribution is more uniform as shown in FIG. An optical system for forming a linear laser beam that is generally used at present is extremely close to the configuration shown in FIG. When the entire silicon film is crystallized by irradiating the silicon film with the obtained linear laser beam while scanning, the laser irradiation trace is less likely to remain on the silicon film, and the polycrystal is more uniform in the plane. A silicon film is obtained.
[0028]
However, the configuration using the doublet cylindrical lens makes the laser optical system expensive because two sets of cylindrical lenses are used. In order to adjust the optical axis, it is necessary to adjust the height and the elevation angle of the two cylindrical lenses. Therefore, a desired beam can be obtained only after adjustment by a highly skilled worker.
[0029]
As described above, when the
[0030]
When the doublet
[0031]
[Means for Solving the Problems]
The features of the present invention are shown in FIG. FIG. 5 is a sectional view showing a light beam passing through the lens. The feature of the present invention is that the lens is divided into
[0032]
An example in which the lens of the present invention is used in a laser optical system is shown in FIG. The optical system of FIG. 1 is characterized in that a
[0033]
Since the distance between the laser beams incident on the
[0034]
For dividing the lens, it is preferable to use a scriber that cuts the glass by rotating a diamond stone or carbide stone wheel on the glass surface.
[0035]
A linear laser beam enters the split cylindrical lens one by one. In the condensing lens shown in FIG. 1, two laser beams are incident on the central lens, but it is understood that this is sufficient in view of the symmetry of the system.
[0036]
When the number of beams to be divided by the
[0037]
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
[0038]
The profile of the laser beam in FIG. 8c has a slight energy distribution in the irradiated surface, and is deviated from an ideal rectangular energy profile. However, the energy homogeneity of the laser beam is improved as compared with that using the
[0039]
Another embodiment of the present invention that further improves energy homogeneity is shown in FIG. The optical system of FIG. 2 is characterized in that the overlapping of the beams on the irradiated surface is made more consistent by making the focal lengths of the divided condensing 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 curvature radii. The focal length of the divided lens is indicated by the focal length of the spherical lens before the division.
[0040]
The divided
[0041]
Thereby, the homogeneity of the beam is greatly improved. This uniformity is better than the optical system of FIG.
[0042]
The configuration of the present invention is particularly effective for a linear laser beam optical system. Since the distance between the laser beams incident on the
[0043]
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 process aspherically. Further, it is effective for an optical system in which individual beams are divided and incident on a lens.
[0044]
The present invention can be applied not only to a cylindrical lens that forms linear light but also to reduce spherical aberration of a lens that forms point light, such as an objective lens of a microscope.
[0045]
This will be described with reference to FIGS. First, as shown in the top view of FIG. 6A, the lens may be cut along planes orthogonal to each other. In FIG. 6, a plano-
[0046]
A method for forming a split beam is shown in FIG.
[0047]
The plano-convex lens divided as shown in the cross-sectional view of FIG. 6B is arranged at a height closer to the irradiated surface as the incident position of the beam is away from the optical axis of the lens. In FIG. 6 (2), numbers are shown for each lens fragment. However, the closer the position of the
[0048]
6, the edge of the laser beam incident on the
[0049]
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 any lens, the individual beams need to be split and incident on the lens.
[0050]
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 and a concave mirror. In either case, the individual beams need to be split and incident on the lens.
[0051]
The divided lens of the present invention may be adjusted not only in the vertical direction but also in the horizontal direction and the diagonal direction so that the aberration is reduced.
[0052]
The present invention is not applied only to a 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 geometric spherical aberration can be reduced. As for chromatic aberration, it is preferable to achromatize by attaching concave and convex lenses having different refractive index dispersions.
[0053]
The present invention can reduce not only spherical aberration but also coma and astigmatism. In this case, the arrangement of the divided individual lenses is asymmetric with respect to the optical axis.
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Example 1]
In this embodiment, an example of reducing spherical aberration of a spherical lens by dividing and combining cylindrical lenses having different focal lengths is shown. The optical system was based on that shown in FIG.
[0055]
In this example, L3308, XeCl excimer laser device manufactured by Lambda Fujisix was used as the
[0056]
Since the beam size emitted from the laser irradiation apparatus is 12 × 35 mm, it is necessary to design the optical system according to the size.
[0057]
Of the optical system used in this embodiment, FIG. 3a is a diagram showing a schematic diagram of a lens acting in the longitudinal direction of the linear laser beam, and FIG. 3b is a diagram showing a schematic diagram of a lens acting in the short direction of the linear laser beam. It is. There are
[0058]
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 plano-convex lenses, and all have a curved surface in the laser incident direction except for the
[0059]
In the
[0060]
In the
[0061]
In the
[0062]
The
[0063]
The
[0064]
As the distance further advances, the light condensed at the
[0065]
The divided
[0066]
By the action of the divided
[0067]
The distance between the lens rear surfaces at both ends of the divided
[0068]
The distance between the
[0069]
The distance between the
[0070]
The distance between the
[0071]
The distance between the
[0072]
The distance between the
[0073]
The distance between the lenses described above is the shortest distance between the rear surface of the lens arranged before the optical path and the front surface of the lens arranged behind the optical path. Further, when it is necessary to insert a mirror between the lenses due to the arrangement of the optical system, the lens arrangement may be changed according to geometric optics.
[0074]
In addition, since the above-mentioned distance varies depending on the optical system creation accuracy and disposition, actual optical adjustment may be performed by placing a CCD camera or the like on the
[0075]
The linear laser beam processed with the above configuration has very high homogeneity on the irradiated surface. The linear laser beam has a length of 145 mm and a width of 0.6 mm.
[0076]
[Example 2]
In this embodiment, an example in which an amorphous silicon film formed on a glass substrate is crystallized using the linear laser beam of
[0077]
As the substrate, a 1737 substrate manufactured by Corning, Inc. having a 5 inch square is used. On the substrate,
[0078]
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 increased.
[0079]
An apparatus for irradiating the substrate with laser is shown in FIG. Laser light emitted from the
[0080]
The stage 404 is disposed in parallel to the surface to be irradiated with the linear laser beam, and the substrate 403 can be disposed thereon. The surface of the substrate 403 disposed on the stage 404 is focused on the linear laser beam. The stage 404 is designed to move by a moving mechanism 405 in a direction perpendicular to the length direction of the linear laser beam. There should be adequate friction between the substrate and the stage so that the substrate does not move on the stage while the stage is moving.
[0081]
By adjusting the output of the
[0082]
The optimum laser oscillation output of the lambda laser irradiation apparatus used in this embodiment is 15 to 16 keV. However, when the amorphous silicon film is irradiated with a linear laser beam with the above output, the output may be too strong. At that time, for example, a neutral density filter is inserted between the
[0083]
The neutral density filter is preferably one that can continuously change the neutral density. Specifically, a mechanism that changes the angle of the plate by inserting the plate into the laser beam path using a plate whose transmittance varies depending on the incident angle may be provided. The practitioner may determine the dimming rate.
[0084]
In this embodiment, the energy density on the irradiated surface of the linear laser beam is 300 to 450 mJ / cm. 2 For example, 400 mJ / cm 2 The moving speed of the stage was 1 to 4 mm / sec, for example 1.8 mm / sec. The laser oscillation frequency was 30 Hz. At this time, focusing on one point on the surface of the amorphous silicon film, the laser beam is irradiated 10 times. As described above, it is preferable to irradiate the amorphous silicon film with a multi-pulse laser because fluctuations in the laser output are averaged.
[0085]
[Example 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 an 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]
First, as shown in FIG. 9A, a silicon oxide film on a
[0087]
The island-shaped
[0088]
In order to produce a crystalline semiconductor film by a laser crystallization method, a gas laser represented by a pulse oscillation type or a continuous emission type excimer laser, a YAG laser, a YVO, etc. Four A solid laser typified by a laser is used. In the case of using these lasers, it is preferable to use a method in which laser light emitted from a laser oscillator is condensed into a linear shape, a rectangular shape, or a rectangular shape by an optical system and irradiated onto a semiconductor film. The conditions for crystallization 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 400 mJ / cm. 2 (Typically 200-300mJ / cm 2 ). When a YAG laser is used, the second harmonic is used and the pulse oscillation frequency is 1 to 10 kHz, and the laser energy density is 300 to 600 mJ / cm. 2 (Typically 350-500mJ / cm 2 ) Then, a laser beam condensed in a linear shape with a width of 100 to 1000 μm is irradiated over the entire surface of the substrate, and the superposition ratio (overlap ratio) of the linear laser light at this time is set to 80 to 98%.
[0089]
In this embodiment, a linear laser is irradiated by the optical system shown in the first and second embodiments. As the laser irradiation conditions, a XeCl excimer laser was used in the same manner as in Example 1. The maximum oscillation frequency is 300 Hz, the pulse width is 35 nsec, the maximum energy is 670 mJ / pulse, and the maximum energy is 200 W.
[0090]
Laser irradiation is performed with the same lens arrangement as that shown in FIG. As a result, the four beams divided by the
[0091]
The
[0092]
Then, a first
[0093]
The Ta film is formed by sputtering, 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 relieved and peeling of the film can be prevented. 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. In order to form an α-phase Ta film, tantalum nitride having a crystal structure close to Ta's α-phase is formed on a Ta base with a thickness of about 10 to 50 nm, so that an α-phase Ta film can be easily obtained. be able to.
[0094]
When forming a W film, it is formed by sputtering using W as a target. In addition, tungsten hexafluoride (WF 6 It can also be formed by a thermal CVD method using In any case, it is necessary to reduce the resistance in order to use it as a gate electrode, and it is desirable that the resistivity of the W film be 20 μΩcm or less. The resistivity of the W film can be reduced by increasing the crystal grains. However, when there are many impurity elements such as oxygen in W, crystallization is hindered and the resistance is increased. Therefore, in the case of sputtering, the resistivity is obtained by using a W target with a purity of 99.9999% and forming a W film with sufficient consideration so that impurities are not mixed in the gas phase during film formation. 9-20 μΩcm can be realized.
[0095]
Next, as shown in FIG. 9B, resist
[0096]
Under the above etching conditions, by making the shape of the resist mask suitable, 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. The angle of the tapered portion is 15 to 45 °. In order to perform etching without leaving a residue on the gate insulating film, it is preferable to increase the etching time at a rate of about 10 to 20%. Since the selection ratio of the silicon oxynitride film to the W film is 2 to 4 (typically 3), the surface where the silicon oxynitride film is exposed is etched by about 20 to 50 nm by the over-etching process. Thus, the first shape
[0097]
Then, an impurity element imparting n-type is added by performing a first doping process. The doping method may be an ion doping method or an ion implantation method. The condition of the ion doping method is a dose of 1 × 10 13 ~ 5x10 14 atoms / cm 2 The acceleration voltage is set to 60 to 100 keV. As an impurity element imparting n-type, an element belonging to Group 15, typically phosphorus (P) or arsenic (As), is used here, but phosphorus (P) is used. In this case, the
[0098]
Next, a second etching process is performed as shown in FIG. Similarly, using the ICP etching method, the etching gas is CF. Four And Cl 2 And O 2 And 500 W of RF power (13.56 MHz) is supplied to the coil-type electrode at a pressure of 1 Pa to generate plasma. 50 W RF (13.56 MHz) power is applied to the substrate side (sample stage), and a lower self-bias voltage is applied than in the first etching process. Under such conditions, the W film is anisotropically etched, and Ta, which is the first conductive layer, is anisotropically etched at a slower etching rate to conduct the second shape
[0099]
CF of W film and Ta film Four And Cl 2 The etching reaction by the mixed gas can be estimated from the generated radicals or ion species and the vapor pressure of the reaction product. Comparing the vapor pressure of fluoride and chloride of W and Ta, WF, which is fluoride of W 6 Is extremely high, other WCl Five , TaF Five , TaCl Five Are comparable. Therefore, CF Four And Cl 2 With this mixed gas, both the W film and the Ta film are etched. However, an appropriate amount of O is added to this mixed gas. 2 When CF is added Four And O 2 Reacts to 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 is increased. On the other hand, the increase in etching rate of Ta is relatively small even when F increases. Further, since Ta is more easily oxidized than W, O 2 When Ta is added, the surface of Ta is oxidized. Since the Ta oxide does not react with fluorine or chlorine, the etching rate of the Ta film further decreases. Therefore, it is possible to make a difference in the etching rate between the W film and the Ta film, and the etching rate of the W film can be made larger than that of the Ta film.
[0100]
Then, a second doping process is performed as shown in FIG. In this case, an impurity element which imparts n-type is doped under a condition of a lower acceleration amount and a higher acceleration voltage than in the first doping treatment. For example, the acceleration voltage is 70 to 120 keV and 1 × 10 13 /cm 2 A new impurity region is formed inside the first impurity region formed in the island-shaped semiconductor layer in FIG. 9B. Doping is performed using the second shape
[0101]
Then, as shown in FIG. 10B,
[0102]
Through the above steps, impurity regions are formed in each island-like semiconductor layer. The first
[0103]
Thus, for the purpose of controlling the conductivity type, a step of activating the impurity element added to each island-like semiconductor layer is performed as shown in FIG. A laser annealing method can be applied to this step.
[0104]
In laser annealing, excimer laser light with a wavelength of 400 nm or less, YAG laser, YVO Four The second harmonic of the laser (532 nm) is used. The 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 And When a YAG laser is used, the second harmonic is used and the pulse oscillation frequency is 1 to 10 kHz, and the laser energy density is 200 to 400 mJ / cm. 2 And good. 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 ratio (overlap ratio) of the linear laser light at this time is 80 to 98%.
[0105]
When the optical system shown in FIG. 3 is used to form a linear laser, the energy distribution of the linear laser on the
[0106]
As a result, the four beams divided by the
[0107]
Further, a heat treatment is performed at 300 to 450 ° C. for 1 to 12 hours in an atmosphere containing 3 to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor layer. This step is a step of terminating dangling bonds in the semiconductor layer with thermally excited hydrogen. As another means of hydrogenation, plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
[0108]
Further, a
[0109]
In FIG. 11, the first
[0110]
Then, source wirings 2045 to 2047 that form contacts with the source region of the island-shaped semiconductor layer and
[0111]
In the pixel portion, a
[0112]
As described above, a driver circuit including an n-channel TFT 3001, a p-channel TFT 30002, and an n-channel TFT 3003, and a pixel portion including the pixel TFT 30004 and 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]
AA ′ in FIG. 12 in the top view of the pixel portion of the active matrix substrate manufactured in this example corresponds to the AA ′ line shown in FIG. In the pixel TFT 3004, the
[0114]
In this embodiment, since the crystallization can be made uniform by the linear laser, the variation in characteristics of the switching elements in the substrate surface due to the unevenness of the laser irradiation can be suppressed. Further, the optical system in which the cylindrical lens is divided and the lens aberration is reduced as in this embodiment is not only for crystallizing the semiconductor layer but also for activating impurity ions doped in the semiconductor layer by a laser annealing method. Can also be used.
[0115]
[Example 4]
In this embodiment, the structure of a reflective liquid crystal display device using the active matrix substrate manufactured in
[0116]
A method for manufacturing the counter substrate will be described below. In addition to glass substrates such as barium borosilicate glass and aluminoborosilicate glass represented by Corning # 7059 glass and # 1737 glass, the
[0117]
A
[0118]
An
[0119]
An indium tin oxide (ITO) film is formed on the
[0120]
The
[0121]
An
[0122]
As the
[0123]
[Example 5]
The active matrix substrate manufactured in
[0124]
The active matrix substrate is manufactured in the same manner as in Example 3. In FIG. 14A, a conductive metal film is formed for the
[0125]
In FIG. 14B, a transparent conductive film is first formed over an interlayer insulating film, a pixel electrode is formed by patterning treatment and etching treatment, and then a
[0126]
The material of the transparent conductive film is indium oxide (In 2 O Three ), An indium tin oxide (ITO) film, or the like can be used by sputtering or vacuum evaporation. Etching treatment of such a material is performed with a hydrochloric acid based solution. However, in particular, etching of ITO is likely to generate a residue, so in order to improve etching processability, an indium oxide-zinc oxide alloy (In 2 O Three —ZnO) may also be used. Since the indium oxide-zinc oxide alloy has excellent surface smoothness and excellent thermal stability with respect to ITO, it can prevent the corrosion reaction with Al contacting with the end face of the drain wiring. Similarly, zinc oxide (ZnO) is also a suitable material, and zinc oxide (ZnO: Ga) to which gallium (Ga) is added to further increase the transmittance and conductivity of visible light can be used.
[0127]
In this manner, an active matrix substrate corresponding to a transmissive liquid crystal display device can be completed.
[0128]
[Example 6]
An active matrix substrate, a liquid crystal display device, and an EL display device manufactured by implementing the present invention can be used in various electro-optical devices. The present invention can be applied to all electronic devices in which such an electro-optical device is incorporated as a display medium. Examples of electronic devices include personal computers, digital cameras, video cameras, portable information terminals (mobile computers, mobile phones, electronic books, etc.), navigation systems, and the like. An example of them is shown.
[0129]
FIG. 15A illustrates a mobile phone, which includes a main body 9001, an
[0130]
FIG. 15B illustrates a video camera which includes a main body 9101, a
[0131]
FIG. 15C illustrates a mobile computer or a portable information terminal, which includes a main body 9201, a
[0132]
FIG. 15D illustrates a head mounted display which includes a main body 9301, a
[0133]
FIG. 15E illustrates a television set including a main body 9401, a
[0134]
FIG. 15F illustrates a portable book which includes a main body 9501,
[0135]
FIG. 16A illustrates a personal computer which includes a main body 9601, an image input portion 9602, a display device 9603, and a
[0136]
FIG. 16B shows a player using a recording medium (hereinafter referred to as a recording medium) in which a program is recorded. The player includes a main body 9701, a
[0137]
FIG. 16C illustrates a digital camera which includes a main body 9801, a
[0138]
FIG. 17A illustrates a front type projector, which includes a
[0139]
FIG. 17B shows a rear projector, which includes a
[0140]
Note that FIG. 17C is a diagram illustrating an example of the structure of the
[0141]
FIG. 17D illustrates an example of the structure of the light source optical system 10201 in FIG. In this embodiment, the light source optical system 10201 includes a
[0142]
【The invention's effect】
The laser irradiation apparatus uses a quartz lens to suppress light absorption at a short wavelength, but it is difficult to process the aspherical surface of the quartz lens. However, the present invention can reduce the aberration of the spherical lens.
[0143]
Since each beam passing through each of the divided condensing lenses, which is a feature of the present invention, can be independently moved on the irradiated surface, more precise optical adjustment is possible.
[0144]
When the present invention is used in a laser irradiation apparatus, a linear laser beam more homogeneous than using it can be obtained without using an expensive optical system such as a doublet cylindrical lens and difficult to optically adjust.
[0145]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention (dividing a cylindrical lens).
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention (dividing cylindrical lenses having different focal lengths).
3 shows an optical system of Example 1. FIG.
4 shows an optical system of Example 2. FIG.
FIG. 5 shows an example in which the aberration of a lens is reduced according to the present invention.
FIG. 6 shows an example of condensing light in a spot shape according to the present invention.
FIG. 7 shows an optical system for forming a split beam.
FIG. 8 shows an energy profile by a laser irradiation apparatus.
9 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit. FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a pixel TFT and a TFT of a driver circuit.
FIG. 12 is a top view of a pixel TFT.
FIG. 13 is a cross-sectional view of an active matrix liquid crystal display device.
14 is a cross-sectional view of a manufacturing process of a pixel TFT and a driver circuit TFT which are applied to a transmissive liquid crystal display device. FIG.
FIG 15 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG 16 illustrates an example of a semiconductor device.
FIG. 17 shows a configuration of a projection type liquid crystal display device.
FIG. 18 shows a conventional laser irradiation apparatus.
FIG. 19 shows a conventional laser irradiation apparatus.
FIG. 20 shows a conventional laser irradiation apparatus.
FIG. 21 shows aberration of a conventional lens.
FIG. 22 shows a configuration of a cylindrical lens.
Claims (5)
前記複数のレンズは、曲率半径の異なる球面レンズを分割し組み合わせたものであり、前記線状レーザービームの進行方向と交わる方向に配列し、
前記複数のレンズは、前記複数の線状レーザービームの光軸から離れたレンズほど前記複数の線状レーザービームが出射するレンズ面と被照射面との距離が短く、前記複数の線状レーザービームの光軸から離れたレンズほど曲率半径が短く、前記複数の線状レーザービームの光軸から離れたレンズほど焦点距離が短くなるようにそれぞれ配列し、
前記複数の線状レーザービームは、前記複数のレンズを通過することによって前記被照射面で集光することを特徴とするレーザー照射装置。Having a plurality of lenses on which each of a plurality of linear laser beams divided in a short direction is incident;
The plurality of lenses are obtained by dividing and combining spherical lenses having different radii of curvature, and arranged in a direction intersecting with the traveling direction of the linear laser beam,
In the plurality of lenses, the distance between the lens surface from which the plurality of linear laser beams are emitted and the irradiated surface is shorter as the lens is farther from the optical axis of the plurality of linear laser beams. The lenses are arranged such that the radius of curvature is shorter as the lens is farther from the optical axis of the lens, and the focal length is shorter as the lens is farther from the optical axis of the plurality of linear laser beams,
The laser irradiation apparatus, wherein the plurality of linear laser beams are condensed on the irradiated surface by passing through the plurality of lenses.
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