JP2005079497A - レーザ加工方法と加工装置および表示装置の製造方法と表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーザアニールを行う際に、リアルタイムで加工点の状態を把握し、その結果を加工装置にフィードバックにすることによって常に安定した加工をおこなうことのできるレーザ加工方法と加工装置、および、それを用いた表示装置の製造方法と表示装置を提供すること。
【解決手段】 被加工体Ｗの加工点を透過したレーザ光ＬＢをディテクタ８、８ａにより検出し、その検出結果に基づいてレーザ発振器１、１ａ、１ｂ又は照射光学系３のパラメータを制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アモルファスシリコン膜に対してレーザ光を照射して多結晶化しポリシリコン膜を生成する技術を用いた、レーザ加工方法と加工装置および表示装置の製造方法と表示装置に関する。

通常、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイにおいては、薄膜トランジスタをポリシリコンによって形成することにより、スイッチング素子や駆動用周辺回路をガラス基板上に形成している。液晶ディスプレイではより高精細化や高速応答性や低消費電力化した次世代の高機能液晶ディスプレイが求められている。

これら技術の実現のためには、電界移動度（μＦＥ）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十分ではない。これに対して、アモルファスシリコンに、例えば、エキシマレーザを照射してラテラル成長させるレーザアニール法で製造した多結晶シリコン半導体であるポリシリコンの薄膜トランジスタであれば、電界移動度が１００ｃｍ^２／Ｖｓ〜２００ｃｍ^２／Ｖｓ程度のものが得られる。それによれば、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。

このエキシマレーザ法は、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（例えば、特許文献１参照）。

また、エキシマレーザの替わりに、レーザ媒質として固体レーザであるＹＡＧレーザを用いてレーザアニールをおこなっている技術も開示されている（例えば特許文献２参照）。

エキシマレーザを用いた場合と固体レーザを用いた場合については、現在、並行して開発が進んでいるが、それぞれにメリット、デメリットがある。

エキシマレーザによるラテラル成長は、量産ラインでの実績がある従来プロセスと加工光源が同じであるため量産ラインに適用しやすいというメリットがあるが、メンテナンスコストが高いというデメリットがある。一方、固体レーザによるラテラル成長は、これまでに量産ラインでは、殆ど実績がないために克服すべき技術課題が多く、現時点では量産ラインへの適用が困難、あるいは、長い開発期間が必要であるというデメリットが存在するが、高い膜質（高移動度）が得られ、設備コストやランニングコストが低く抑えられるために、もし、量産ラインへ適用した場合のメリットは大きいと考えられる。
特開２００２−２１７１０４号公報 （［段落番号０００２］〜［０００４］） 特開２００２−１９０４５４号公報 （［段落番号００２０］〜［００２５］）

上述のように、エキシマレーザによるラテラル成長は、レーザ装置のメンテナンスコストが高いというデメリットがあり、また、固体レーザによるラテラル成長は、これまでに量産ラインでは、殆ど実績がないために克服すべき技術課題が多い。特に、波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザの基本波をラテラル成長の光源に使う場合、安定なアニール加工が難しい。それは、液層シリコンの吸収係数が固層シリコンの吸収係数より２桁以上大きいために安定なレーザ加熱が難しくなっている。すなわち、ＹＡＧレーザの基本波を使って固層シリコンを溶融させようとすると、吸収率が低いために溶融させるためには数１００Ｗ以上の高いレーザパワーが必要である。レーザでシリコンを加熱するとシリコンの温度が上昇して、やがて融点に達する。融点に達したシリコンは溶融して液層状態となるが、同時に吸収率が急激に上昇する。このため、シリコンの温度はさらに上昇して瞬時に沸点に達してシリコンは蒸発してしまう。

加工点でのシリコンの状態を把握しながらレーザ出力を制御する方法も検討されてきたが、加工点の状態をＩｎ−Ｓｉｔｕ（リアルタイム）で把握する有効な方法は量産ラインのレベルでは実現されていない。そのため、通常、量産化のラインでは、良好なアニール加工がなされているか否かは、加工完了後に加工した膜を評価していた。そのため、加工中に加工パラメータを制御する方法がなく、ＹＡＧレーザの基本波をラテラル成長の光源を量産ラインへ適用することは難しかった。量産ラインへの適用のためには、加工点の状態をＩｎ−ｓｉｔｕで把握し、把握結果を判断してそれによって発振器等を制御して安定なアニール加工を実現することが望まれていた。

本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、レーザアニールを行う際に、リアルタイムで加工点の状態を把握し、その結果を加工装置にフィードバックにすることによって常に安定した加工をおこなうことのできるレーザ加工方法と加工装置、および、それを用いた表示装置の製造方法と表示装置を提供することを目的としている。

本発明による手段によれば、ステージ上に載置されている被加工体の表面に形成されたアモルファスシリコン膜に対して、レーザ発振器から出射されたレーザ光を照射光学系を介して照射してアニール処理を施し、前記アモルファスシリコンを多結晶化してポリシリコン膜を生成するレーザ加工方法であって、前記被加工体の加工点を透過したレーザ光はディテクタにより検出され、その検出結果に基づいて前記レーザ発振器又は照射光学系のパラメータが制御されることを特徴とするレーザ加工方法である。

また本発明による手段によれば、前記発振器から出射されるレーザ光は複数の波長であり、前記ディテクタにより、少なくとも一方の波長のレーザ光を検出し、その検出結果に基いて前記レーザ発振器又は照射光学系のパラメータが制御されることを特徴とするレーザ加工方法である。

また本発明による手段によれば、前記発振器から出射されるレーザ光はＹＡＧレーザ光の基本波とその第２高調波であり、前記ディテクタで検出した前記基本波出力と前記第２高調波出力のそれぞれの透過率が高くなった場合に、該第２高調波出力と該基本波出力の差分を計算し、差分が大きい場合にはシリコン膜が固体状態であると判断し、差分が小さい場合にはシリコン膜が蒸発して消失した状態であると判断することを特徴とするレーザ加工方法である。

また本発明による手段によれば、前記ディテクタで検出した結果が、予め定められている値と比較して異常状態と判断された場合は、加工を停止することを特徴とするレーザ加工方法である。

また本発明による手段によれば、レーザ発振器と、このレーザ発振器のレーザ光の出射側に設けられた照射光学系と、この照射光学系の前方で伝送されたレーザ光を受光する位置で、表面にアモルファスシリコン膜が形成された被加工体を表面側に載置して走査する透光性のステージとを具えたレーザ加工装置であって、
前記ステージの裏面側には前記被加工体の加工点を透過してきた前記レーザ光を受光するディテクタが設けられていることを特徴とするレーザ加工装置である。

また本発明による手段によれば、被加工体の表面に形成されたアモルファスシリコンに対してレーザ光を照射してアニール処理を施し、前記アモルファスシリコンを多結晶化してポリシリコン膜を生成するレーザ加工方法に、上記のレーザ加工方法を用いていることを特徴とする表示装置の製造方法である。

また本発明による手段によれば、ポリシリコンにより形成された薄膜トランジスタを有する表示装置であって、
前記ポリシリコンは、被加工体の表面に形成されていたアモルファスシリコン膜に対して上記のレーザ加工方法により多結晶化されていることを特徴とする表示装置である。

本発明によれば、リアルタイムで加工点の状態を把握し、その結果を加工装置にフィードバックにすることによって、量産ラインでも常に安定した加工をおこなうことのできる。

また、それにより、高品質の表示装置を量産することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

発明者はかねてから、レーザアニール加工中にリアルタイムで加工点の状態を正確に把握する方法について検討してきた。その結果。加工点を透過してくるレーザ光の透過光量（あるいは透過率）とシリコン膜の温度との相関関係を見出した。それにより、ディテクタ８でシリコン膜を透過したレーザ光の光量を検出することで、リアルタイムにシリコン膜の状態を把握できることを確認した。

すなわち、図１にシリコン膜の温度とレーザ光に対する透過光量から算出した透過率（あるいは吸収率）との関係をグラフで示す。加工点におけるシリコン膜が溶融して固層状態から液層状態に変化した場合、急激にレーザ光の吸収率が上昇する。それにより透過光量（透過率）が減少する。同時に、溶融したシリコンはレーザ光に対する吸収率が高いため液層シリコンの温度が急激に上昇し、瞬時にシリコンの沸点に達して蒸発して基板上から消失する。このような変化は、加工点を透過してくるレーザ光の透過率を検出することで知ることができる。

レーザアニール装置の制御は、この検出した透過率を予め算出されている基準値と比較して判定し、その判定結果に応じてリアルタイムでレーザパワーや、ガルバノミラーの走査速度等のパラメータを制御することで、アニール加工を安定化することが可能になる。

次に、上述の知見に基づく具体的なレーザ加工装置と加工方法の実施の形態について説明する。

図２は、本発明のレーザアニール装置の構成を示す模式図である。レーザ発振器１の出射側の前方には、出射されるレーザ光ＬＢの光軸に沿ってシリコン基板等の被加工体Ｗを載置するステージ２との間に照射光学系３が配置されている。照射光学系３は、レーザ発振器１の側から順次、コリメータ４、シリンドリカルレンズ５、ガルバノスキャナ６およびＦθレンズ７がそれぞれ、光学的位置関係で配置して形成されている。なお、ガルバノスキャナ６はモータによる駆動源（不図示）により駆動され、図３に示すように、被加工体Ｗの移動と連動してレーザ光ＬＢを所定方向に走査する。また、ステージ２の裏面側で、ステージ２を透過してきたレーザ光ＬＢを受光する位置にはディテクタ８が配置されている。このディテクタ８の出力側は判定装置９に接続されており、判定装置９の出力側はコントローラ１１に接続されている。

レーザ発振器１は、一般に用いられている構造であるので、特に各部は図示しないが、チャンバ内に配置された励起用光源としての励起ランプ、レーザ媒体としてたとえばＹＡＧロッドと、チャンバの外でＹＡＧロッドの光軸上に配置された一対の光共振器ミラーを具えている。励起ランプが点灯すると、その光エネルギーでＹＡＧロッドが励起され、ＹＡＧロッドの両端面より光軸上に出た光が光共振器ミラーの間で反射を繰り返して増幅された後、レーザ光ＬＢとして出力ミラーを抜け出る。出力ミラーより抜け出たパルスレーザ光ＬＢは、照射光学系３を介してステージ２上の被加工体Ｗを照射する。

なお、レーザ発振器１はレーザ電源部１２に接続されている。レーザ電源部１２も一般に用いられている構造であるので、特に各部は図示しないが、レーザ発振器に供給すべきレーザ発振用の電力を蓄積するコンデンサと、商用交流たとえば三相交流電源電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗ）を直流に変換してコンデンサを所定の直流電圧に充電するための充電回路と、コンデンサとレーザ発振部の励起ランプとの間に接続されたスイッチング素子たとえばトランジスタと、このトランジスタを高周波数（たとえば１０ｋＨｚ）でスイッチング駆動する駆動回路とを含んでいる。

ディテクタ８は、フォトダイオードで形成され被加工体Ｗとステージ２を透過してきたレーザ光ＬＢを受光して電気信号に変換する。

判定装置９は、記憶部９ａ、比較演算部９ｂおよび判断部９ｃ等を具えており、ディテクタ８からの電気信号によるデータと予め記憶部９ａに記憶されているデータとを比較演算部９ｂで比較して演算する。判断部９ｃでは演算結果を判断して判断結果をコントローラ１１へ指令する。

コントローラ１１は、装置全体ないし装置の各部の動作を制御するもので、判定装置９からの信号や、レーザ電源部１２内の電気的パラメータを計測するための各種計測手段からの信号により、加工装置全体ないし、レーザ発振器１やガルバノスキャナ６の駆動部等の装置の各部の動作を制御するためのＣＰＵ（マイクロプロセッサ）と、このＣＰＵに所定の処理を行わせるための各種プログラム、および、各種設定値または演算データを保持するためのメモリ等を具えている。

例えば、レーザ発振器１を制御する場合には、ＣＰＵは、レーザ電源部１２に対しては、コンデンサを設定電圧に充電させるための充電制御信号ＣＦを充電回路に与えるとともに、波形制御用のスイッチング制御信号ＳＷを駆動回路に与える。それにより、レーザ発振部より発振出力されるパルスレーザ光ＬＢＬＢのレーザ出力またはこれに対応するレーザ電源部１２内の電気的パラメータ（ランプ電流、ランプ電力、ランプ電圧）が各波形制御用の基準波形に倣うように制御される。

ガルバノスキャナ６の駆動部を制御する際には、モータの回転数を制御することにより、ガルバノスキャナ６の走査速度を制御する。

このようなリアルタイムのパラメータの制御によるフィードバック制御方式を用いて、レーザアニール装置をリアルタイムで精密に制御している。

これらの構成により、レーザアニール装置は、レーザ発振器１から出射したレーザ光ＬＢをコリメータ４で平行光線に整形し、この平行光線はシリンドリカルレンズ５を介してガルバノスキャナ６に入力され、ガルバノスキャナ６とｆθレンズ７によりステージ２上の被加工体Ｗの表面を走査して、被加工体Ｗのアモルファスシリコンをアニールしてポリシリコンを生成する。

また、被加工体Ｗ（シリコン膜）の加工点を透過してきたレーザ光ＬＢは、ディテクタ８で透過光量（レーザパワー）が検出される。シリコン膜の温度とレーザ光ＬＢに対する吸収率との関係は、上述の図１に示したように、加工点におけるシリコン膜が溶融して固層状態から液層状態に変化した場合、急激に吸収率が上昇するために透過光量（透過率）が減少する。同時に、溶融したシリコンはレーザ光ＬＢに対する吸収率が高いため液層シリコンの温度が急激に上昇し、瞬時にシリコンの沸点に達して蒸発し基板上から消失する。

ディテクタ８で検出された透過光量は、データとして判定装置９に伝達され、予め記憶部９ａに記憶されているデータと比較演算部９ｂで比較演算され、演算結果を判断部９ｃで判断して判断結果をコントローラ１１へ指令する。

判断結果が、予め定められている正常値の範囲内であれば、レーザ発振器１やガルバノスキャナ６はそのままの設定条件で加工を続ける。もし、判断結果が正常値の範囲外の場合は、リアルタイムで設定条件の補正値がコントローラ１１に指令される。コントローラ１１は指令に従って、リアルタイムでレーザ発振器１又はガルバノスキャナ６の駆動部に対して設定条件の補正を行う。それにより、従来は安定させることが困難なアニール加工を安定化することが可能になる。

次に、上述のレーザアニール装置の実施の形態の変形例について説明する。

（変形例１）
図４に模式図を示すように、この変形例の場合は、上述の実施の形態のようにレーザ光ＬＢ自体は走査せずに被加工体Ｗ側を移動し、移動させながらレーザ光ＬＢを被加工体Ｗに照射する。したがって、レーザ発振器１の出射側に設けられた光学系は、ミラー１３と集光レンズ１４で形成している。被加工体Ｗを載置するステージ２ａはエアロステージで、透光性であるガラス製のワークホルダ１５がＸＹ方向に、支持枠１６に伸縮自在に設けられ固定された支持部材１７の伸縮により移動する。

ディテクタ８は、上述の実施の形態と同様にステージ２の下方に透過光を検出する位置に配置され、このディテクタ８で検出された透過光量は、データとして判定装置９に伝達され、予め記憶部９ａに記憶されているデータと比較演算部９ｂで比較演算され、演算結果を判断部９ｃで判断して判断結果をコントローラ１１へ指令する。

判断結果が、予め定められている正常値の範囲内であれば、レーザ発振器１はそのままの設定条件で加工を続ける。もし、判断結果が正常値の範囲外の場合は、リアルタイムで設定条件の補正値がコントローラ１１に指令される。コントローラ１１は指令に従って、リアルタイムでレーザ発振器１のレーザ電源１２に対して設定条件の補正を行う。それにより、従来は安定させることが困難なアニール加工を安定化することが可能になる。

（変形例２）
図５に模式図を示すように、この変形例の場合も、上述の実施の形態のようにレーザ光ＬＢ自体は走査せずに被加工体Ｗ側を移動し、移動させながらレーザ光ＬＢを被加工体Ｗに照射する。ただし、（変形例１）と異なるのは、レーザ発振器１ａ、１ｂを２台用いていており被加工体Ｗに照射するレーザエネルギーを強化している。それに従って、光学系の構成も異なり、また、ディテクタ８の前方にフィルタを用いている。

２台のレーザ発振器１ａ、１ｂは、一方が、ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）の基本波発生発振器１ａで、他方が、第２高調波発生発振器１ｂである。第２高調波発生発振器１ｂの出射側にはＳＨＧ用ミラー１９が設けられており、また、基本波発生発振器１ａの出射側には基本波を透過し第２高調波を反射するハーフミラー２１が設けられており、このハーフミラー２１の光軸上の前方には２波長を反射する２波長用ミラー２２が設けられている。この２波長用ミラー２２の前方には集光レンズ１４が配置され、レーザ光ＬＢをステージ２ａ上の被加工体Ｗへ照射する。なお、被加工体Ｗを載置するステージ２ａは（変形例１）と同様のエアロステージで、透光性であるガラス製のワークホルダ１５がＸＹ方向に、ワークホルダ１５に伸縮自在に設けられ支持枠１６に固定された支持部材１７の伸縮により移動する。

ステージ２ａの下方に配置されているフィルタ２３は、透過光をフィルタ２３で分離してＹＡＧレーザ光ＬＢの基本波、またはＳＨＧのみをディテクタ８に入射させる。

ディテクタ８は、上述の実施の形態と同様にステージ２ａの下方に透過光を検出する位置に配置されているので、このディテクタ８で検出されたＹＡＧレーザの基本波またはＳＨＧのいずれかの透過光量は、データとして判定装置９に伝達され、予め記憶部９ａに記憶されているデータと比較演算部９ｂで比較演算され、演算結果を判断部９ｃで判断して判断結果をコントローラ１１へ指令する。

判断結果が、予め定められている正常値の範囲内であれば、レーザ発振器１ａ、１ｂは、そのままの設定条件で加工を続ける。もし、判断結果が正常値の範囲外の場合は、リアルタイムで設定条件の補正値がコントローラ１１に指令される。コントローラ１１は指令に従って、リアルタイムでレーザ発振器１１ａ、１ｂに対して設定条件の補正を行う。それにより、従来は安定させることが困難なアニール加工を安定化することが可能になる。

また、図６に示すように、ＳＨＧのＱスイッチ出力と連続出力（ＣＷ）のＹＡＧ基本波とを使って加工する場合は、フィルタ２３を設置する替わりにＳＨＧのＱスイッチパルスが出ていないときに、測定系トリガをかけてＣＷのＹＡＧ基本波のパワーを測定する方法も可能である。

（変形例３）
図７に模式図を示すように、この変形例の場合は、フィルタ２３を除いた各部の構成は、（変形例２）と同様であるので、（変形例２）と同一部分については、同一符号を付して構成の説明と各部の説明を省略する。

この場合は、フィルタ２３を設けていないので、ディテクタ８は直接的にステージ２ａの下方に透過したＹＡＧレーザ光の基本波とＳＨＧの合算したレーザ光ＬＢを検出する。このディテクタ８で検出された合算した透過光量は、データとして判定装置９に伝達され、予め記憶部９ａに記憶されているデータと比較演算され、演算結果を判断して判断結果をコントローラ１１へ指令する。

判断結果が、予め定められている正常値の範囲内であれば、レーザ発振器１ａ、１ｂはそのままの設定条件で加工を続ける。もし、判断結果が正常値の範囲外の場合は、リアルタイムで設定条件の補正値がコントローラ１１に指令される。コントローラ１１は指令に従って、リアルタイムでレーザ発振器１ａ、１ｂに対して設定条件の補正を行う。それにより、従来は安定させることが困難なアニール加工を安定化することが可能になる。

また、この場合も、図６に示すように、ＳＨＧのＱスイッチ出力と連続出力（ＣＷ）のＹＡＧ基本波とを使って加工する場合は、フィルタ２３を設置するかわりにＳＨＧのＱスイッチパルスが出ていないときに、測定系トリガをかけてＣＷのＹＡＧ基本波のパワーを測定する方法も可能である。

（変形例４）
図８に模式図を示すように、この変形例の場合は、（変形例２）におけるフィルタ２３を除いた各部の構成は、（変形例２）と同様であるので、（変形例２）と同一部分については、同一符号を付して構成の説明と各部の説明を省略する。

（変形例２）のフィルタ２３の位置には、基本波とＳＨＧとを分離するダイクロイックミラーからなる分離ミラー２４が設けられており、また、この分離ミラー２４の反射光軸上の前方には反射光（例えば、SHG）を受光する第２ディテクタ８ａが設けられている。

これらの構成により、ディテクタ８は、ステージ２ａの下方で被加工体Ｗ及びステージ２ａと分離ミラー２４を透過してきた透過光の光量を検出し、一方、第２ディテクタ８ａは、被加工体Ｗ及びステージ２ａを透過し、分離ミラー２４で反射してきた反射光の光量を検出する。それぞれ検出された光量は、データとして判定装置９に伝達され、予め記憶部９ａに記憶されているデータと比較演算される。その場合、図９にグラフを示すように、基本波出力およびＳＨＧ出力の、それぞれの光量値（被加工体Ｗの透過率と連動する）が高くなった場合に、ＳＨＧ出力と基本波出力の差分を計算し、差分が大きい場合にはシリコン膜が固体状態であると判断し、差分が小さい場合にはシリコン膜が蒸発して消失した状態であると判断する。そして、判断結果をコントローラ１１へ指令する。

判断結果が、予め定められている正常値の範囲内であれば、レーザ発振器１ａ、１ｂはそのままの設定条件で加工を続ける。もし、判断結果が正常値の範囲外の場合は、リアルタイムで設定条件の補正値がコントローラ１１に指令される。コントローラ１１は指令に従って、リアルタイムでレーザ発振器１ａ、１ｂに対して設定条件の補正を行う。それにより、従来は安定させることが困難なアニール加工を安定化することが可能になる。

また、この場合、ＳＨＧ光と基本波の差分を計算することで、透過光量がアップした時に、膜が固層状態になったのか消失したのかを検出することができるので、もし、シリコン膜の消失を検出した場合には、アラームを出して装置を停止させる方法も有効である。

なお、上述の各変形例では、レーザ光ＬＢを各種ミラー等の照射光学系３で集光レンズ１４に直接導光する方法を用いたが、これらの照射光学系３を用いずに光ファイバ（不図示）を用いて、集光レンズ１４に導光してもよい。この場合、図示はしないが、レーザ発振器１の出射部にファイバ入射光学系を設置して、レーザ光ＬＢをファイバに入射し、ファイバで伝送したレーザ光ＬＢを集光レンズ１４で被加工体Ｗの加工点に集光して加工を行う。

また、上述の（変形例２）乃至（変形例４）においては、２台のレーザ発振器１ａ、１ｂにより基本波と第２高調波とを生成したが、１台のレーザ発振器１の場合でも照射光学系に非線形光学素子等を用いることにより複数の波長を生成することができる。

次に、上述のレーザアニール装置を用いた表示装置の製造方法と表示装置について説明する。

まず、上述の実施の形態及び各変形例で説明したいずれかのレーザアニール装置により処理したことにより製造されるポリシリコンによる薄膜トランジスタの構成を図１０を参照して説明する。

略透明な絶縁性を有するガラス基板３１の一主面上に、このガラス基板３１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３２が成膜されている。このアンダーコート層３２は、ＳｉＮｘからなる層５０ｎｍと、ＳｉＯｘからなる層１００ｎｍとをプラズマＣＶＤ法で成膜することにより形成されている。

そして、このアンダーコート層３２上には、島状のポリシリコン３３が成膜されている。このポリシリコン３３は、ガラス基板３１上に堆積させたアモルファスシリコン（不図示）に向けてエキシマレーザ光ＬＢを照射して、このアモルファスシリコン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３３の膜厚は、約５０ｎｍである。

また、このポリシリコン３３を含むアンダーコート層３２上には、絶縁性を有するシリコン酸化膜などでゲート酸化膜３４が成膜されている。

そして、このゲート酸化膜３４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３５が形成されている。

また、ポリシリコン３３の両側域には、ソース領域３６とドレイン領域３７とが形成されている。さらに、ドーピングされていないゲート電極３５の下方に位置するポリシリコン３３がチャネル領域３８となる。

そして、ゲート酸化膜３４およびゲート電極３５上には、シリコン酸化膜などで形成された層間絶縁膜３９が成膜されている。また、この層間絶縁膜３９とゲート酸化膜３４とには、これら層間絶縁膜３９およびゲート酸化膜３４を貫通し、ソース領域３６およびドレイン領域３７に連通する第１のコンタクトホール４１ａ，４１ｂが開口されている。

さらに、層間絶縁膜３９上には、第２の配線層として成膜されたソース電極４２と、ドレイン電極４３と、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４２、ドレイン電極４３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４２は、第１のコンタクトホール４１ａを介してソース領域３６に導電接続されている。同様に、ドレイン電極４３は、第１のコンタクトホール４１ｂを介してドレイン領域３７に導電接続されている。

次に、このポリシリコンを用いた薄膜トランジスタについて、レーザアニール装置を用いた製造方法について説明する。

まず、ガラス基板（例えば、コーニング社製の＃７０５９ガラス又は＃１４２７ガラスに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、または、アルミホウケイ酸ガラス等）３１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３２を形成する。このアンダーコート層３２の上に連続して、非晶質構造を有する半導体層である第１配線層をスパッタリング法、ＬＰＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法により５０ｎｍの膜厚でアモルファスシリコン（不図示）を成膜する。

そして、このアモルファスシリコン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中の水素濃度を低下させる。

この後、ガラス基板３１をレーザアニール装置に移す。

レーザアニール装置では、上述のようにレーザ発振器１から出射されてレーザ光ＬＢを照射光学系３を介してステージ２ａ上の被加工体Ｗに照射して、ラテラル成長を進行させて被処理体にアニール処理を施す。それにより、例えば０．３μｍ程度の結晶粒径を有するポリシリコン３３を形成する。

次に、このポリシリコン３３をパターニングした後、このポリシリコン３３を含むガラス基板３１上に、プラズマＣＶＤ法あるいはスパッタ法によりゲート酸化膜３４を形成する。このゲート酸化膜３４は、膜厚が４０〜１５０ｎｍ程度でシリコンを含む絶縁膜である。

次いで、このゲート酸化膜３４上に、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３５を形成する。このゲート電極３５は、Ｔａ、Ｗ，Ｔｉ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｄから選ばれた元素、または、これらの元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料を用いることができる。

この後、ポリシリコン３３の両側域にソース領域３６およびドレイン領域３７を形成する。これらソース領域３６およびドレイン領域３７は、ゲート電極３５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３３の両側域をドーピングすることにより形成されている。

このとき、ゲート電極３５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３３がチャネル領域３８となる。

次いで、ゲート酸化膜３４およびゲート電極３５上に層間絶縁膜３９を形成し、この層間絶縁膜３９およびゲート酸化膜３４に第１のコンタクトホール４１ａ，４１ｂを形成した後、この層間絶縁膜３９上に低抵抗金属をスパッタリング法などで成膜し、パターニングしてソース電極４２、ドレイン電極４３および信号線（不図示）を形成する。

液晶ディスプレイ装置は、さらに、全体を例えば、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコンなどの絶縁保護膜で被覆し、周辺電極とが素電極上をエッチング除去し、配向膜を成膜して薄膜トランジスタを含むアレイ基板を形成する。このアレイ基板を予め製造されている対向基板（基板上に対向電極と配向膜が形成されている）とを、それぞれの配向膜面を対向させ、その間隙に液晶が封入され、さらに、アレイ基板と対向基板とのそれぞれの外側の面に、偏向板が形成されて液晶表示装置が構成される。

すなわち、液晶表示装置（ＴＦＴ−ＬＣＤ）は、図１１に示す透視斜視図を示すように、２枚の基板（ガラス基板）５１ａ、５１ｂを対向させ、その間隙に液晶５２を封入して形成されている。下側のガラス基板５１ａの上には、駆動用ＩＣにより表示信号を画素電極５３に書き込む際に用いる信号線５４と走査線５５がマトリックス状に配置されており、それらにより区画された内側の交点にＴＦＴ５６と画素電極５３が配置されている。一方、上側のガラス基板５１ｂ上には共通電極５７やカラー表示のための各画素電極３に対応したＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のカラーフィルタ２３８が配置されている。このようなＴＦＴ−ＬＣＤを２枚の偏光板５９で挟み、白色光を入射させると透過形の表示装置として形成されている。

なお、上述の場合は、表示装置として液晶表示装置について説明したが、表示装置としては液晶表示装置のほかに、上述のレーザ加工装置は有機ＥＬ表示装置等の製造の場合にも用いることができる。

以上に説明したように、上述の実施の形態によれば、レーザ加工装置の加工状態をリアルタイムで検出して、その検出結果によりレーザ加工装置を制御しているので、常に、被加工体Ｗに対して安定した加工を施すことができ、高効率で量産に適したレーザ加工装置を実現することができる。

また、そのレーザ加工装置を用いてアニーリング処理を施すことにより、生産性の優れた表示装置の製造が可能になる。

シリコン膜の温度とレーザ光に対する透過光量との関係を示すグラフ。 本発明のレーザアニール装置の構成を示す模式図。 レーザ光の走査方向の説明図。 本発明の変形例の模式図。 本発明の変形例の模式図。 本発明の変形例の測定タイミングの説明図。 本発明の変形例の模式図。 本発明の変形例の模式図。 ２つの波長によるシリコン膜の温度とレーザ光に対する透過光量との関係を示すグラフ。 薄膜トランジスタの構成図。 液晶表示装置の透視斜視図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ…レーザ発振器、２…ステージ、３…照明光学系、６…ガルバノスキャナ、８、８ａ…ディテクタ、９…判定装置、１１…コントローラ、１２…レーザ電源部、１４…集光レンズ、２３…フィルタ、２４…分離ミラー

Claims (7)

1. ステージ上に載置されている被加工体の表面に形成されたアモルファスシリコン膜に対して、レーザ発振器から出射されたレーザ光を照射光学系を介して照射してアニール処理を施し、前記アモルファスシリコンを多結晶化してポリシリコン膜を生成するレーザ加工方法であって、
   前記被加工体の加工点を透過したレーザ光はディテクタにより検出され、その検出結果に基づいて前記レーザ発振器又は照射光学系のパラメータが制御されることを特徴とするレーザ加工方法。
2. 前記発振器から出射されるレーザ光は複数の波長であり、前記ディテクタにより、少なくとも一方の波長のレーザ光を検出し、その検出結果に基いて前記レーザ発振器又は照射光学系のパラメータが制御されることを特徴とする請求項１記載のレーザ加工方法。
3. 前記発振器から出射されるレーザ光はＹＡＧレーザ光の基本波とその第２高調波であり、前記ディテクタで検出した前記基本波出力と前記第２高調波出力のそれぞれの透過率が高くなった場合に、該第２高調波出力と該基本波出力の差分を計算し、差分が大きい場合にはシリコン膜が固体状態であると判断し、差分が小さい場合にはシリコン膜が蒸発して消失した状態であると判断することを特徴とする請求項２記載のレーザ加工方法。
4. 前記ディテクタで検出した結果が、予め定められている値と比較して異常状態と判断された場合は、加工を停止することを特徴とする請求項１乃至３記載のレーザ加工方法。
5. レーザ発振器と、このレーザ発振器のレーザ光の出射側に設けられた照射光学系と、この照射光学系の前方で伝送されたレーザ光を受光する位置で、表面にアモルファスシリコン膜が形成された被加工体を表面側に載置して走査する透光性のステージとを具えたレーザ加工装置であって、
   前記ステージの裏面側には前記被加工体の加工点を透過してきた前記レーザ光を受光するディテクタが設けられていることを特徴とするレーザ加工装置。
6. 被加工体の表面に形成されたアモルファスシリコンに対して
   レーザ光を照射してアニール処理を施し、前記アモルファスシリコンを多結晶化してポリシリコン膜を生成するレーザ加工方法に、請求項１乃至請求項４記載のいずれかのレーザ加工方法を用いていることを特徴とする表示装置の製造方法。
7. ポリシリコンにより形成された薄膜トランジスタを有する表示装置であって、
   前記ポリシリコンは、被加工体の表面に形成されていたアモルファスシリコン膜に対して請求項１乃至請求項４記載のいずれかのレーザ加工方法により多結晶化されていることを特徴とする表示装置。

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