JP2002158186A

JP2002158186A - レーザアニール方法およびその装置

Info

Publication number: JP2002158186A
Application number: JP2000354648A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mihashi; 浩三橋; Atsushi Nakamura; 篤史中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ポリシリコンの生産歩留まりを低下せずに、
エネルギ不足による停止を最小限にできるレーザアニー
ル方法を提供する。【解決手段】予め定めた規格値を下回る強度のパルス
があった場合にはエネルギ密度が低下する。レーザアニ
ールの際に形成されるポリシリコンの粒径が所望する大
きさより小さくなる。連続する複数回のパルスの中に、
規格値を下回る強度のパルスが所定回数以上計測した場
合に、エキシマレーザビームＢの照射を停止する。レー
ザアニールでアモルファスシリコン７から形成されるポ
リシリコンの生産歩留まりを低下させない。ミッシング
パルスなどのエネルギ不足による停止を最小限にでき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、透光性基板上の非
晶質シリコン半導体に向けてレーザビームを照射して、
この非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体にす
るレーザアニール方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、非晶質シリコン半導体であるアモ
ルファスシリコン(ａ-Ｓｉ)により形成される絶縁ゲー
ト型の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦ
Ｔ)を画素スイッチに用いた液晶ディスプレイ(Liquid C
rystal Display：ＬＣＤ)が用いられている。

【０００３】そして、高精彩で高速な高機能を有する液
晶ディスプレイを実現するためには、電界移動度(μＦ
Ｅ)が１ｃｍ^２/Ｖｓ以下と低いアモルファスシリコンの
薄膜トランジスタでは能力が足りない。これに対して、
アモルファスシリコンにエキシマレーザを照射するレー
ザアニール法で作成した多結晶シリコンでは、実験段階
で電界移動度が１００ｃｍ^２/Ｖｓ〜２００ｃｍ^２/Ｖｓ
程度のものが得られる。このため、液晶ディスプレイの
高精彩化、高速化および駆動回路の一体形成などの高機
能化が期待できる。

【０００４】さらに、このレーザアニール法は、透光性
基板であるガラス基板上のアモルファスシリコンにエキ
シマレーザを照射してポリシリコンとする方法である。
具体的には、アモルファスシリコンの表面でのビームサ
イズを、例えば長さ２５０ｍｍ、幅０．４ｍｍにし、こ
のパルスビームを３００Ｈｚで発振させて、各パルスの
照射される領域を徐々に移動させることにより、ガラス
基板上のアモルファスシリコンをポリシリコンにする。

【０００５】また、ポリシリコンの薄膜トランジスタの
電界移動度を決定する要素は、ポリシリコンの粒径であ
る。これは、照射するレーザビームのいわゆるフルエン
ス(fluence)といわれるエネルギ密度に大きく依存す
る。すなわち、このフルエンスの増大につれて、ポリシ
リコンの粒径が増大するが、電界移動度１００ｃｍ^２/
Ｖｓ以上の高性能のポリシリコンを得るためには、Ｆ１
というあるフルエンスよりも高いフルエンスが必要であ
る。

【０００６】ところが、このＦ１よりもフルエンスを増
大させていくと、ポリシリコンの粒径はさらに増大して
いくが、あるフルエンスの値、すなわちＦ２を境に微結
晶粒となり、このような微結晶なポリシリコンでは所望
の薄膜トランジスタ特性を得ることができない。また、
Ｆ１とＦ２とで囲まれるフルエンスを、いわゆるフルエ
ンスマージンと呼んでいる。

【０００７】さらに、ポリシリコンの粒径は、このポリ
シリコンをエッチング液でエッチングして、走査電子顕
微鏡(ＦＥ-ＳＥＭ)で粒径を観察することによって求め
ることができる。この方法を利用して、レーザビームの
フルエンスを、ポリシリコンの粒径がある程度大きい領
域、すなわちＦ１からＦ２の間で選ぶ。このように選択
することによって、レーザビームの発振強度がある程度
変化しても、所望の電界移動度のポリシリコンの薄膜ト
ランジスタが得られるようになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
レーザアニール装置では、フルエンスマージンの中にフ
ルエンスを設定しても、ガラス基板上でのレーザビーム
幅を、ステージ送りピッチで割った値で規定される照射
回数によって、フルエンスマージンが増減する。このた
め、レーザビームの照射回数が２０回の場合に比べて、
１７回の場合にはフルエンスマージンが減少する。

【０００９】よって、レーザアニール法によるポリシリ
コンの薄膜トランジスタの製造では、フルエンスとレー
ザビームの照射回数の管理が特に重要である。このた
め、照射されるフルエンスを全パルスに亘って把握する
エネルギモニタが設置される場合がある。

【００１０】そして、このエネルギモニタは、レーザビ
ームの照射の平均、最大および最小を演算でき、最小値
が平均に対してある割合以下の場合なった際に警報を発
する。ところが、このエネルギモニタは、平均値と最小
値とを比較するだけの単純な構成であるため、低いフル
エンスの照射がどれほど連続したか、または、どのよう
な原因により警報が生じたのかなどを解明できない。

【００１１】また、レーザビームは、ミッシングパルス
またはロウライトなどといわれるエネルギ不足を頻繁に
起こすことがある。このため、上述のような単純な構成
のエネルギモニタでは、モニタからの警報が頻発し、生
産量に影響を及ぼす場合も発生して、生産上の問題とな
っている。

【００１２】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、多結晶シリコン半導体の生産歩留まりを低下せず
に、エネルギ不足による停止を最小限にできるレーザア
ニール方法およびその装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に堆積
された非晶質半導体に、所定の幅を有するパルスレーザ
ビームをこの幅方向に所定のピッチで相対的に移動して
照射し多結晶半導体とするレーザアニール方法におい
て、連続する複数回のパルスの中に、予め定めた規格値
を下回る強度のパルスが所定回数以上計測された場合
に、前記パルスレーザビームの照射を停止するものであ
る。

【００１４】そして、この構成では、予め定めた規格値
を下回る強度のパルスがあった場合にはエネルギ密度が
低下するので、レーザアニールの際に形成される多結晶
半導体の粒径が所望する大きさより小さくなるが、連続
する複数回のパルスの中に、規格値を下回る強度のパル
スが所定回数以上計測された場合に、パルスレーザビー
ムの照射を停止することにより、レーザアニールで非晶
質半導体から形成される多結晶半導体の生産歩留まりを
低下させないので、ミッシングパルスなどのエネルギ不
足による停止も最小限に留めることが可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザアニール装
置の一実施の形態の構成を図１ないし図４を参照して説
明する。

【００１６】図１ないし図４に示すレーザアニール装置
は、アレイ基板１上の多結晶半導体であるポリシリコン
２により形成され、多結晶シリコンアクティブマトリク
ス方式の液晶ディスプレイ(Liquid Crystal Display：
ＬＣＤ)の画素スイッチとして用いられる絶縁ゲート型
の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦＴ)３
を製造する製造装置である。

【００１７】また、このレーザアニール装置は、透光性
基板であるガラス基板５の一主面上に成膜したアンダー
コート層６上に堆積させた非晶質半導体であるアモルフ
ァスシリコン(ａ-Ｓｉ)７の薄膜に向けて、キセノンク
ロライド(ＸｅＣｌ)などを用いたパルスレーザビームで
あるエキシマレーザビームＢを照射して、ガラス基板５
上のアモルファスシリコン７をレーザアニールし、この
アモルファスシリコン７をポリシリコン２にする。

【００１８】ここで、ガラス基板５のサイズは４００ｍ
ｍ×５００ｍｍである。また、アンダーコート層６は、
ＳｉＮ_ｘとＳｉＯ_ｘとによりプラズマＣＶＤ法で形成さ
れている。さらに、アモルファスシリコン７もまたプラ
ズマＣＶＤ法で形成されている。

【００１９】さらに、このレーザアニール装置は、図１
に示すように、エキシマレーザビームＢを発振するレー
ザ発振手段であるレーザ発振器11を備えている。このレ
ーザ発振器11は、光学系の第１のモジュール21および第
２のモジュール31を通して、アニールチャンバ38内のス
テージ40上に設置されたガラス基板５上のアモルファス
シリコン７に向けてパルス状の線状のエキシマレーザビ
ームＢを複数回出力して照射する。また、このレーザ発
振器11により発振されるエキシマレーザビームＢは、最
終的に、アニールチャンバ38内のステージ40上に設置さ
れたガラス基板５上で焦点が結ばれるように調整されて
いる。

【００２０】ここで、このレーザ発振器11は、図３に示
すように、エキシマレーザビームＢの発振開始時と発振
終了時に、発振途中における強度よりも低い強度のエキ
シマレーザビームＢを発振させる。そして、エキシマレ
ーザビームＢの発振開始時と発振終了時の強度が弱いの
は、開閉速度の遅いシャッタ46によってこのエキシマレ
ーザビームＢが遮られるためである。

【００２１】また、レーザ発振器11から照射されるエキ
シマレーザビームＢは、相対的にこの線状の長手方向に
交差する方向に、ステージ40上に設置したガラス基板５
上のアモルファスシリコン７をスキャンして、このアモ
ルファスシリコン７に向けて断続的に照射される。

【００２２】さらに、このレーザ発振器11は、レーザ本
体12を備えており、このレーザ本体12内には、エキシマ
レーザビームＢの発振源であるディテクタ13が取り付け
られている。このディテクタ13は、フォトダイオード(P
hoto diode)により形成されている。また、このディテ
クタ13にて発振されたレーザビームは、このディテクタ
13の光路前方に配設された全反射ミラー14により、例え
ば９０°方向に向けて光路が全反射される。この全反射
ミラー14は、レーザ本体12内に配設されている。

【００２３】また、この全反射ミラー14により光路が屈
折されたレーザビームの光路前方には、レーザ発振チュ
ーブとしてのレーザチューブ15が配設されている。この
レーザチューブ15は、レーザ本体12内に配設されてお
り、ディテクタ13から発振されたレーザビームをエキシ
マレーザビームＢにする。さらに、このレーザチューブ
15の光路前方および後方のそれぞれには、レーザ発振器
11から発振するエキシマレーザビームＢを共振させる共
振器ミラー16a，16bが配設されている。そして、共振器
ミラー16bを通過したエキシマレーザビームＢの光路前
方には、このエキシマレーザビームＢが遮断可能なシャ
ッタ46が配設されている。このシャッタ46は、レーザ本
体12内に配設されており、このシャッタ46を通過したエ
キシマレーザビームＢの光路前方であるレーザ本体12の
一側面には、このシャッタ46を通過したエキシマレーザ
ビームＢをレーザ本体12の外部へと引き出すプロテクト
ウインドウ17が取り付けられている。このプロテクトウ
インドウ17の共振器ミラー16b側の一主面は、アンチリ
フレクションコートが施されている。

【００２４】さらに、このプロテクトウインドウ17の他
主面に、レーザ発振器11から発振されたエキシマレーザ
ビームＢを引き込み、このエキシマレーザビームＢの透
過率を制御する第１のモジュール21が取り付けられてい
る。この第１のモジュール21内には、プロテクトウイン
ドウ17を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方に
は、このエキシマレーザビームＢの光路を、例えば９０
°で全反射させる第１のミラー22が配設されている。こ
の第１のミラー22は、第１のモジュール21内に配設され
ている。

【００２５】また、この第１のミラー21にて反射された
エキシマレーザビームＢの光路前方には、バリアブルア
ッテネータ23が取り付けられている。このバリアブルア
ッテネータ23は、第１のモジュール21内に配設されてお
り、エキシマレーザビームＢの透過率を調整する。ま
た、このバリアブルアッテネータ23は、エキシマレーザ
ビームＢの透過率を０％から９０％の範囲で変更可能な
アッテネータ24と、このアッテネータ24を通過したエキ
シマレーザビームＢの光路を補正する補償板としてのコ
ンペンセータ25とを備えている。そして、バリアブルア
ッテネータ23へと入射したエキシマレーザビームＢは、
アッテネータ24にて透過率を変更した後、この透過率が
変更後のエキシマレーザビームＢの光路をコンペンセー
タ25でアッテネータ24へと入射する以前の光路へと補正
される。さらに、これらアッテネータ24およびコンペン
セータ25は、石英などで成形されており、互いに相対す
る方向に向けて連動して回動可能である。

【００２６】そして、このバリアブルアッテネータ23を
通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、テレ
スコープ26が配設されている。このテレスコープ26は、
第１のモジュール21内に配設されており、複数、例えば
２枚のレンズにて構成され、ＬＡＨ32へと入射するエキ
シマレーザビームＢの大きさ、すなわちビームサイズを
調整する。また、このテレスコープ26を通過したエキシ
マレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザ
ビームＢの光路を、例えば９０°で反射させる第２のミ
ラー27が配設されている。この第２のミラー27は、第１
のモジュール21内に配設されており、入射するエキシマ
レーザビームＢを全反射する。

【００２７】さらに、この第２のミラー27にて全反射さ
れたエキシマレーザビームＢの光路前方には、第１のモ
ジュール21に隣接された第２のモジュール31が取り付け
られている。そして、第２のミラー27にて反射されたエ
キシマレーザビームＢは、このエキシマレーザビームＢ
の長軸を調整するロングアクシスホモジナイザ、すなわ
ちＬＡＨ32へと入射する。このＬＡＨ32は、第２のモジ
ュール21内に配設されており、エキシマレーザビームＢ
の長軸をズーミングする図示しない第１のＬＨおよび第
２のＬＨと、これら第１のＬＨおよび第２のＬＨにて長
軸をズーミングしたエキシマレーザビームＢの波形を補
正する図示しないコンデンサレンズとを有している。

【００２８】そして、ＬＡＨ32により長軸が調整された
エキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマ
レーザビームＢの短軸を調整するショートアクシスホモ
ジナイザ、すなわちＳＡＨ33が配設されている。このＳ
ＡＨ33は、第２のモジュール31内に配設されており、エ
キシマレーザビームＢの短軸をズーミングする図示しな
い第１のＳＨおよび第２のＳＨと、これら第１のＳＨお
よび第２のＳＨにて短軸をズーミングしたエキシマレー
ザビームＢの波形を補正する図示しないコンデンサレン
ズとを有している。

【００２９】さらに、ＳＡＨ33により短軸が調整された
エキシマレーザビームＢの光路前方には、短軸スリット
34が配設されている。この短軸スリット34は、第２のモ
ジュール31内に配設されている。

【００３０】また、短軸スリット34を通過したエキシマ
レーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビ
ームＢの短軸、およびこのエキシマレーザビームＢの時
間波形でのスティープネスを調整するフィールドレンズ
35が配設されている。このフィールドレンズ35は、第２
のモジュール31内に配設されている。さらに、このフィ
ールドレンズ35を通過したエキシマレーザビームＢの光
路前方には、このエキシマレーザビームＢの光路を、例
えば９０°で反射させる第３のミラー36が配設されてい
る。この第３のミラー36は、第２のモジュール31内に配
設されており、入射するエキシマレーザビームＢを全反
射する。さらに、この第３のミラー36を通過したエキシ
マレーザビームＢの光路前方には、いわゆる５Ｘレンズ
といわれるプロジェクションレンズ37が配設されてい
る。このプロジェクションレンズ37は、第２のモジュー
ル31内に配設されている。

【００３１】そして、このプロジェクションレンズ37を
通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、内部
でガラス基板５上のアモルファスシリコン７をレーザア
ニールする雰囲気制御手段としてのアニールチャンバ38
が配設されている。このアニールチャンバ38の一側面に
は、外部からエキシマレーザビームＢを内部へと照射さ
せるアニーラウインドウ39が設けられている。このアニ
ーラウインドウ39は、プロジェクションレンズ37を通過
したエキシマレーザビームＢが入射する位置に配設され
ている。

【００３２】また、アニールチャンバ38内には、上面に
ガラス基板５が設置され、このガラス基板５を面方向に
向けて走査、すなわち移動させるステージ40が取り付け
られている。このステージ40は、設置したガラス基板５
を水平方向である互いに直角に交わるそれぞれの方向に
向けて走査可能である。

【００３３】ここで、このステージ40上に設置したガラ
ス基板５上は、アニールチャンバ38により窒素ガスなど
の不活性ガスにより雰囲気が調整されている。さらに、
このステージ40は、このステージ40上に設置したガラス
基板５上のアモルファスシリコン７の薄膜上の全面、す
なわち全域にアニーラウインドウ39を通過したエキシマ
レーザビームＢが照射するように形成されている。ま
た、このステージ40は、このステージ40上に設置したガ
ラス基板５上のアモルファスシリコン７のレーザアニー
ルを開始する位置から等速度で移動する。

【００３４】そして、第２のモジュール31とアニールチ
ャンバ38との間には、この第２のモジュール31内のプロ
ジェクションレンズ37を通過したエキシマレーザビーム
Ｂの一部を、例えば９０°方向に向けて反射させる第４
のミラー41が配設されている。この第４のミラー41は、
プロジェクションレンズ37を通過したエキシマレーザビ
ームＢの光路上に配設されている。

【００３５】また、この第４のミラー41は、エキシマレ
ーザビームＢがアニールチャンバ38内に入る直前の位置
に配設されている。さらに、この第４のミラー41にて反
射されたエキシマレーザビームＢの一部の光路前方に
は、このエキシマレーザビームＢのパルスの強度を逐次
計測して保存する計測手段としてのエネルギメータ42が
配設されている。

【００３６】そして、このエネルギメータ42には、第４
のミラー41で反射したエキシマレーザビームＢの一部が
集光している。また、このエネルギメータ42は、パイロ
ットエレクトリック型であり、エキシマレーザビームＢ
のビーム強度に比例したアナログ信号を出力する。さら
に、このエネルギメータ42は、計測したエキシマレーザ
ビームＢのパルスの中から、このエキシマレーザビーム
Ｂのビーム強度が変調する照射開始直後と、照射終了直
前との値であるデータを取り除く。

【００３７】そして、このエネルギメータ42には、この
エネルギメータ42から出力されるアナログ信号を受信す
る図示しないピークホールド回路と、エネルギメータ42
からの出力信号であるアナログ信号をデジタル信号に変
換する信号変換手段としてのＡ／Ｄ変換器とが接続され
ている。また、これらピークホールド回路とＡ/Ｄ変換
器とには、エネルギメータ42で計測したエキシマレーザ
ビームＢのパルスの強度を処理し、所望の規格値Ａを算
出する制御手段としてのエネルギデータ集計用のコンピ
ュータであるデータ処理用ＰＣ43が接続されている。

【００３８】このデータ処理用ＰＣ43は、エネルギメー
タ42で計測保存したデータを統計処理し、規格値Ａを算
出する。また、このデータ処理用ＰＣ43は、エキシマレ
ーザビームＢの各ショットをすべて記憶した後、このエ
キシマレーザビームＢの照射の開始時および終了時の強
度の弱い部分を無視して、このエキシマレーザビームＢ
のビーム強度が一定になった時点から最初の１００パル
スの平均値を計算して平均値を求めた後、この平均値の
８０％を規格値Ａとして、連続する２０パルスの中で１
パルスごとの強度と規格値とを比較して、この規格値Ａ
を下回った回数を調べる。

【００３９】さらに、このデータ処理用ＰＣ43は、エキ
シマレーザビームＢの照射の開始最初の低強度領域を除
いた各ショットから、ビーム幅４００μｍをステージピ
ッチ２０μｍで割った値に相当する連続した２０パルス
を標本とし、この標本から最初の１パルスを除き、２１
パルス目を取り入れて再度演算する処理を、エキシマレ
ーザビームＢの照射の最後の低強度領域を除いたショッ
トまで順次繰り返し、各２０パルスの中で規定値Ａを下
回った回数の中の最大値を出力する。

【００４０】ここで、規格値Ａは、１つのガラス基板
５、またはこのガラス基板５の所定の領域を１スキャン
した際におけるエキシマレーザビームＢの全パルスの平
均に、１％から９５％の間の任意値Ｓを掛け合わせたも
のである。また、この規格値Ａは、シャッタ46によるエ
キシマレーザビームＢの遮断によって、このエキシマレ
ーザビームＢのビーム強度が変調される照射開始時の変
動が収まった直後の５０から５０００の間の値であるＮ
個のデータの平均に対して、任意値Ｓを掛け合わせたも
のである。

【００４１】さらに、レーザ発振器11には、このレーザ
発振器11によるエキシマレーザビームＢの照射を停止さ
せるレーザ制御手段であるレーザ制御用ＰＣ44が接続さ
れている。

【００４２】そして、これらレーザ制御用ＰＣ44、デー
タ処理用ＰＣ43およびステージ40には、データ処理用Ｐ
Ｃ43から送られる規定値Ａを下回った回数の中の最大値
のデータを受信し、この最大値がエキシマレーザビーム
Ｂのスキャン方向のビーム幅をこのエキシマレーザビー
ムＢの照射ピッチで割った値の１５％に相当する回数、
この場合では３回以上の場合にレーザ制御用ＰＣ44を制
御してレーザ発振器11によるエキシマレーザビームＢの
照射を停止させるホストＰＣ45が接続されている。この
ホストＰＣ45には、図示しない警報手段が接続されてい
る。また、このホストＰＣ45は、レーザ制御用ＰＣ44で
レーザ発振器11によるエキシマレーザビームＢの照射を
停止させると同時に、警報手段にて警報を発生させる。

【００４３】また、エキシマレーザビームＢのビーム幅
をこのエキシマレーザビームＢの照射ピッチで割った値
の１５％に相当する回数が、４回以上の場合でも、規格
値Ａを下回るパルスが３回連続で発した場合は、同様の
処理を行なう。

【００４４】そして、警報手段から警報が発生した場合
には、レーザ発振器11の図示しないスイッチング素子で
あるサイラトロンを調整または交換し、このサイラトロ
ンをメンテナンスする。

【００４５】次に、上記レーザアニール装置で製造され
る液晶ディスプレイの構成を図２を参照して説明する。

【００４６】まず、液晶ディスプレイはアレイ基板１を
備えており、また、このアレイ基板１は、ガラスで形成
されたガラス基板５を備えている。このガラス基板５
は、透光性を有する略透明な絶縁性を有している。そし
て、このガラス基板５の一主面上には、このガラス基板
５からの不純物の拡散を防止する絶縁性のアンダーコー
ト層６が成膜されている。

【００４７】そして、このアンダーコート層６上には、
島状のポリシリコン２が成膜されている。このポリシリ
コン２は、ガラス基板５上に堆積させたアモルファスシ
リコン７に向けてエキシマレーザビームＢを照射して、
このアモルファスシリコン７をレーザアニールすること
により形成されている。また、このポリシリコン２を形
成する以前のアモルファスシリコン７の膜厚は、分光エ
リプソ法により約５０ｎｍである。

【００４８】また、このポリシリコン２を含むアンダー
コート層６上には、絶縁性を有するシリコン酸化膜など
でゲート絶縁膜63が成膜されている。

【００４９】そして、このゲート絶縁膜63上には、モリ
ブデン−タングステン合金(ＭｏＷ)などが成膜されて、
ゲート電極64および補助容量線65が形成されている。こ
の補助容量線65は、ポリシリコン２を用いたＭＯＳ構造
の補助容量66を形成している。そして、ポリシリコン
２、ゲート絶縁膜63、およびゲート電極64により薄膜ト
ランジスタ３が形成されている。

【００５０】また、ポリシリコン２の両側域には、ソー
ス領域67とドレイン領域68とが形成されている。さら
に、ゲート電極64の下方に位置するポリシリコン２がチ
ャネル領域69となる。

【００５１】そして、ゲート絶縁膜63、ゲート電極64お
よび補助容量線65上には、シリコン酸化膜などで形成さ
れた層間絶縁膜71が成膜されている。また、この層間絶
縁膜71とゲート絶縁膜63とには、これら層間絶縁膜71お
よびゲート絶縁膜63を貫通し、ソース領域67およびドレ
イン領域68に連通する第１のコンタクトホール72a，72b
が開口されている。

【００５２】さらに、層間絶縁膜71上には、第２の配線
層として成膜されたソース電極73と、ドレイン電極74
と、画像信号を供給する図示しない信号線とが形成され
ている。これらソース電極73、ドレイン電極74および信
号線は、アルミニウム(Ａｌ)などの低抵抗金属などで成
膜形成されている。そして、ソース電極73は、第１のコ
ンタクトホール72aを介してソース領域67に導電接続さ
れている。同様に、ドレイン電極74は、第１のコンタク
トホール72bを介してドレイン領域68に導電接続されて
いる。

【００５３】そして、層間絶縁膜71、ソース電極73およ
びドレイン電極74上には保護膜75が成膜されている。こ
の保護膜75上には、各色、例えば赤青緑の３色のカラー
フィルタ76が成膜されている。そして、この保護膜75お
よびカラーフィルタ76には、ドレイン電極74とコンタク
トする第２のコンタクトホール77が開口されている。

【００５４】さらに、カラーフィルタ76上には、透明導
体層である画素電極78がマトリクス状に配設されてい
る。この画素電極78は、第２のコンタクトホール77を介
してソース電極73に導電接続されている。

【００５５】そして、画素電極78に対向して対向基板81
が配設されており、この対向基板81の画素電極78と対向
する側の一主面には、対向電極82が形成されている。

【００５６】さらに、アレイ基板１の画素電極78と、対
向基板81の対向電極82との間には、液晶79が配設されて
いる。

【００５７】次に、上記レーザアニール装置で製造され
る液晶ディスプレイの製造方法について説明する。

【００５８】まず、ガラス基板５の一主面に、シリコン
酸化膜などをプラズマＣＶＤ法などで成膜形成してアン
ダーコート層６を形成する。

【００５９】次いで、このアンダーコート層６上に、５
０ｎｍの膜厚でアモルファスシリコン７をプラズマＣＶ
Ｄ法などで成膜する。

【００６０】そして、このアモルファスシリコン７を窒
素雰囲気中において５００℃で１０分熱処理し、このア
モルファスシリコン７中の水素濃度を低下させる。

【００６１】この後、アンダーコート層６およびアモル
ファスシリコン７を成膜したガラス基板５をステージ40
上に設置し、このステージ40を走査してガラス基板５を
移動させながら、レーザ発振器11からエキシマレーザビ
ームＢを発振させて、このエキシマレーザビームＢをガ
ラス基板５上のアモルファスシリコン７に向けて照射し
て、このアモルファスシリコン７をレーザアニールし、
このアモルファスシリコン７を所望する、例えば０．３
μｍ程度の結晶粒径を有するポリシリコン２にする。

【００６２】このとき、レーザ発振器11から３００Ｈｚ
で発振されるエキシマレーザビームＢの波長を３０８ｎ
ｍに設定し、このエキシマレーザビームＢの照射サイズ
を２５０ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとする。また、
ガラス基板５上でのエキシマレーザビームＢのフルエン
スが３６０ｍＪ/ｃｍ^２となるように設定し、このエキ
シマレーザビームＢのオーバーラップを９５％に設定す
る。さらに、ガラス基板５を設置したステージ40を６ｍ
ｍ/ｓで移動する。この結果、エキシマレーザビームＢ
の１ショットが照射される毎にステージ40が２０μｍの
ピッチで移動する。

【００６３】ここで、データ処理用ＰＣ43により、２０
パルス中に１５％以上、ここでは３回以上規格値Ａを下
回った場合、もしくは規格値Ａを下回る強度のパルスが
３回連続してあった場合には、ホストＰＣ45がレーザ制
御用ＰＣ44でレーザ発振器11によるエキシマレーザビー
ムＢの照射を停止させると同時に、警報手段にて警報を
発生させる。そして、警報手段による警報が発生した場
合には、レーザ発振器11のサイラトロンの電圧調整や交
換などをして、このレーザ発振器11をメンテナンスす
る。この後、エキシマレーザビームＢによるレーザアニ
ールを再開する。

【００６４】この結果、このシャッタ41を通過するエキ
シマレーザビームＢのフルエンスを一定にした状態で、
ガラス基板５上のアモルファスシリコン７をレーザアニ
ールする。

【００６５】さらに、このポリシリコン２を含むガラス
基板５上に、プラズマＣＶＤ法などでゲート絶縁膜63を
形成する。

【００６６】次いで、このゲート絶縁膜63上に、ＭоＷ
などの第１配線層をスパッタリング法で成膜し、この第
１配線層をエッチング加工して、ゲート電極64および補
助容量線65を形成する。

【００６７】この後、ポリシリコン２の両側域にソース
領域67およびドレイン領域68を形成する。これらソース
領域67およびドレイン領域68は、ゲート電極64をエッチ
ング加工する際におけるレジストをマスクとして、ボロ
ン(Ｂ)やリン(Ｐ)などの不純物をイオンドーピング法な
どで、ポリシリコン２の両側域をドーピングすることに
より形成されている。

【００６８】このとき、ゲート電極64の下方に位置する
ドーピングされていないポリシリコン２がチャネル領域
69となる。

【００６９】次いで、ゲート絶縁膜63、ゲート電極64お
よび補助容量線65上に層間絶縁膜71を形成し、さらに、
この層間絶縁膜71上に低抵抗金属をスパッタリング法な
どで成膜してソース電極73、ドレイン電極74および信号
線を形成する。

【００７０】そして、層間絶縁膜71、ソース電極73およ
びドレイン電極74上に保護膜75を形成し、この保護膜75
上にカラーフィルタ76を形成する。

【００７１】さらに、カラーフィルタ76上にＩＴＯ(Ind
ium Tin Oxide)などの透明導電体層を成膜した後、エッ
チング加工して画素電極78を形成する。

【００７２】この後、対向基板81とアレイ基板１とを対
向させて配設する。この対向基板81のアレイ基板１と対
向する側の一主面には、対向電極82が形成されている。

【００７３】そして、これら対向基板81とアレイ基板１
との間に液晶79を注入する。

【００７４】上述したように、上記一実施の形態によれ
ば、エキシマレーザビームＢの照射回数と、ポリシリコ
ン２の粒径と、液晶ディスプレイパネルの歩留まりとの
関係について調べた結果、図４に示すように、エキシマ
レーザビームＢの照射回数が２０回以上の場合には、ポ
リシリコン２の粒径マージンは十分で、液晶ディスプレ
イの歩留まりにも低下はないが、照射回数が通常の２０
回よりも３回以上低下すると、ポリシリコン２のフルエ
ンスマージンおよび液晶ディスプレイの歩留まりが低下
する。

【００７５】さらに、エキシマレーザビームＢのビーム
幅Ｗと、ステージ40の送りピッチＰとの関係について調
べた結果、このエキシマレーザビームＢを照射したガラ
ス基板５上のアモルファスシリコン７に対する任意の位
置で、Ｗ/Ｐの１５％以上の回数エネルギが低下する
と、このアモルファスシリコン７により形成されるポリ
シリコン２のフルエンスマージンおよび液晶ディスプレ
イの歩留まりが低下する。

【００７６】すなわち、エキシマレーザアニールＢのパ
ルスの強度が規格値Ａを下回ると、このエキシマレーザ
アニールＢのエネルギ密度が低下する。このため、この
エキシマレーザアニールＢによるレーザアニールの際に
形成されるポリシリコン２の粒径が所望する大きさより
小さくなる。

【００７７】よって、エキシマレーザビームＢのパルス
の強度をデータ処理用ＰＣ43で計測し、このデータ処理
用ＰＣ43で、計測したパルスの強度を処理して規格値Ａ
を算出し、算出した規格値ＡとエキシマレーザビームＢ
のパルスの強度とを比較して、３回以上、規格値Ａを下
回る強度のパルスがあった場合、すなわちエキシマレー
ザビームＢの照射回数が通常の照射回数よりも、Ｗ/Ｐ
の１５％以上の回数強度が下回った場合に、ホストＰＣ
45でレーザ制御用ＰＣ44を用いてレーザ発振器11による
エキシマレーザビームＢの照射を停止させることによ
り、レーザアニールでアモルファスシリコン７から形成
されるポリシリコン２の結晶粒径の生産歩留まりを低下
させずに、ミッシングパルスなどのエネルギ不足による
停止を最小限に留めることができ、ガラス基板５の全面
で移動度の高いポリシリコン２を歩留まり高く製造でき
る。

【００７８】この結果、ガラス基板５上のアモルファス
シリコン７をレーザアニールした際におけるこのガラス
基板５上の表示不良となる箇所を即座に発見することが
できる。

【００７９】このため、データ処理用ＰＣ43、レーザ制
御用ＰＣ44およびホストＰＣ45により制御されたレーザ
アニール装置で、薄膜トランジスタ３を製造する際のア
モルファスシリコン７をレーザアニールすることによ
り、薄膜トランジスタ３の性能を一定にでき、高い薄膜
トランジスタ特性を有するポリシリコン２を歩留まりよ
く容易に製造できるから、駆動回路一体型液晶ディスプ
レイやその他の高機能かつ高品質の液晶ディスプレイの
製造を容易にできる。

【００８０】また、データ処理用ＰＣ43、レーザ制御用
ＰＣ44およびホストＰＣ45で、レーザ発振器11からのエ
キシマレーザビームＢの発振を停止させた際に、警報手
段により警報が発生するので、作業者などが容易にレー
ザ発振器11の停止を確認できるので、このレーザ発振器
11のメンテナンスを容易にできる。

【００８１】さらに、１つのガラス基板５、またはこの
ガラス基板５の所定の領域を１スキャンした際における
エキシマレーザビームＢの全パルスの平均に、１％から
９５％の間の任意値Ｓを掛け合わせた規格値Ａとしたこ
とにより、レーザアニールでアモルファスシリコン７か
ら形成されるポリシリコン２の結晶粒径の生産歩留まり
を低下させずに、ミッシングパルスなどのエネルギ不足
によるレーザ発振器11の停止を最小限に留めることがで
きる。

【００８２】また、シャッタ46によるエキシマレーザビ
ームＢの遮断によって、このエキシマレーザビームＢの
ビーム強度が変調される照射開始時の変動が収まった直
後の５０から５０００の間の値であるＮ個のデータの平
均に対して、任意値Ｓを掛け合わせた規格値Ａとしたこ
とにより、この規格値Ａの算出を容易にできるととも
に、この規格値Ａの信頼性を確保できる。

【００８３】そして、エネルギメータ42は、計測したエ
キシマレーザビームＢのパルスの中から、このエキシマ
レーザビームＢのビーム強度が変調する照射開始直後
と、照射終了直前との値であるデータを取り除くので、
この規格値Ａの信頼性を確保しつつ、この規格値Ａを算
出する際における制御を容易にできる。

【００８４】なお、上記一実施の形態では、規格値Ａを
算出する際におけるエキシマレーザビームＢの照射回数
を２０回に設定した場合の構成について説明したが、こ
のような構成に限定されることはない。

【００８５】また、規格値Ａは、求めた平均値の８０％
でなくてもよく、さらには、エキシマレーザビームＢの
レーザ強度の平均化時におけるパルス数は１００に限定
されることはない。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、連続する複数回のパル
スの中に、規格値を下回る強度のパルスが所定回数以上
計測された場合に、パルスレーザビームの照射を停止す
ることにより、レーザアニールの際に形成される多結晶
半導体の粒径が所望する大きさより小さくなることを防
止でき、レーザアニールで非晶質半導体から形成される
多結晶半導体の生産歩留まりを低下させずに、エネルギ
不足による停止を最小限にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザアニール装置の一実施の形態を
示す説明図である。

【図２】同上レーザアニール装置により製造される液晶
ディスプレイを示す断面図である。

【図３】同上レーザアニール装置に用いられるエキシマ
レーザビームの時間に対するレーザ強度を示すグラフで
ある。

【図４】同上レーザアニール装置でのエキシマレーザビ
ームの照射回数をパラメータとしたポリシリコンのフル
エンス依存性を示すグラフである。

【符号の説明】

２多結晶半導体としてのポリシリコン５基板としてのガラス基板７非晶質半導体としてのアモルファスシリコン 11 レーザ発振器 38 アニールチャンバ 42 計測手段としてのエネルギメータ 43 制御手段としてのデータ処理用ＰＣＢパルスレーザビームとしてのエキシマレーザビー
ム

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｈ０１Ｌ 29/78 ６２７ＧＦターム(参考） 5F052 AA02 BA01 BB07 DA02 JA01 5F072 AA06 KK16 KK26 KK30 MM05 MM20 SS06 YY08 5F110 AA01 BB02 CC02 DD02 DD13 DD14 DD17 EE06 EE44 FF02 FF30 GG02 GG13 GG16 GG25 GG45 HJ01 HJ12 HL03 HL23 NN02 NN23 NN73 PP03 PP04 PP05 PP06 PP13 PP35 QQ11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に堆積された非晶質半導体に、所
定の幅を有するパルスレーザビームをこの幅方向に所定
のピッチで相対的に移動して照射し多結晶半導体とする
レーザアニール方法において、連続する複数回のパルスの中に、予め定めた規格値を下
回る強度のパルスが所定回数以上計測された場合に、前
記パルスレーザビームの照射を停止することを特徴とす
るレーザアニール方法。
【請求項２】前記複数回とは、前記所定の幅を前記所
定のピッチで割った値に最も近い整数回であることを特
徴とする請求項１記載のレーザアニール方法。
【請求項３】前記所定の回数とは、前記複数回の１５
％であることを特徴とする請求項１記載のレーザアニー
ル方法。
【請求項４】前記パルスレーザビームの照射を停止す
るとともに警報を出すことを特徴とする請求項１記載の
レーザアニール方法。
【請求項５】基板上に堆積された非晶質半導体に、所
定の幅を有するパルスレーザビームをこの幅方向に所定
のピッチで相対的に移動して照射し多結晶半導体とする
レーザアニール方法において、予め定めた規格値を下回る強度のパルスが３回数連続で
計測された場合に、前記パルスレーザビームの照射を停
止することを特徴とするレーザアニール方法。
【請求項６】前記パルスレーザビームの照射を停止す
るとともに警報を出すことを特徴とする請求項５記載の
レーザアニール方法。
【請求項７】パルスレーザビームを発振するレーザ発
振器と、前記レーザ発振器から発振されたパルスレーザ
ビームが照射される被照射物が載置されるアニールチャ
ンバとを備えたレーザアニール装置において、前記発振されたパルスレーザビームの各パルスの強度を
計測する計測手段と、前記計測手段での計測結果に基づいて、連続する複数の
パルスの中に、予め定められた規格値を下回る強度のパ
ルスが所定回数以上計測された場合に、前記パルスレー
ザビームの照射を停止させる制御手段とを具備している
ことを特徴としたレーザアニール装置。
【請求項８】前記計測手段での計測結果に基づいて、
連続する複数のパルスの中に、予め定められた規格値を
下回る強度のパルスが所定回数以上計測された場合に、
警報を出す警報手段を具備していることを特徴とした請
求項７記載のレーザアニール装置。
【請求項９】パルスレーザビームを発振するレーザ発
振器と、前記レーザ発振器から発振されたパルスレーザ
ビームが照射される被照射物が載置されるアニールチャ
ンバとを備えたレーザアニール装置において、前記発振されたパルスレーザビームの各パルスの強度を
計測する計測手段と、前記計測手段での計測結果に基づいて、予め定められた
規格値を下回る強度のパルスが３回連続で計測された場
合に、前記パルスレーザビームの照射を停止させる制御
手段とを具備していることを特徴としたレーザアニール
装置。
【請求項１０】前記計測手段での計測結果に基づい
て、予め定められた規格値を下回る強度のパルスが３回
連続で計測された場合に、警報を出す警報手段を具備し
ていることを特徴とした請求項９記載のレーザアニール
装置。