JP2009224373A - 平面表示装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁基板上に形成された非晶質あるいは粒状多結晶シリコン膜の所望の領域に、線状に整形した連続発振レーザ光を短軸方向に走査して、局所的な溶融再凝固による帯状多結晶領域を形成するに際し、対物レンズの熱レンズ効果発生に伴う照射レーザ光の集光ビーム形（短軸幅）の変化により結晶状態が変動することを防止し、平面表示装置の製造歩留まりを向上、品質の確保を図る。
【解決手段】アニールを行う際に照射する領域を複数のブロックに分割し、まず１ブロックあるいは複数ブロックおきにレーザ光を照射し、その後反対方向にレーザ光を走査しながらの、未照射の駆動回路領域を照射する。このように、レーザ照射後に一定時間のレーザ非照射状態を設けることで対物レンズの過熱を抑制し、対物レンズの熱レンズ効果による照射部温度の変動を防止する。これにより、常に一定の条件でのレーザ光照射が実現でき、一定の結晶状態の帯状多結晶シリコン膜が得られる。
【選択図】 図７

Description

本発明は、パネル型の表示装置に係り、特に絶縁基板の一主面上に形成された非晶質または粒状多結晶半導体膜にレーザ光（以下、単にレーザとも言う）を走査しながら照射することで、結晶粒を略帯状に拡大する改質を施して帯状多結晶半導体膜を形成し、該帯状多結晶半導体膜でアクティブ素子を構成した絶縁基板を用いた表示装置の製造方法に関する。

現在、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置は、ガラスや溶融石英などの基板上に絶縁膜を介して形成された非晶質または多結晶シリコン膜で構成された画素トランジスタ（薄膜トランジスタ）のスイッチングにより画像を形成している。画素回路を形成した基板はアクティブ・マトリクス基板、あるいは単にアクティブパネルとも称する。このような基板上に画素回路の薄膜トランジスタを駆動するドライバ回路を同時に形成することが可能になれば、飛躍的な製造コスト低減および信頼性向上が期待できる。しかし、ドライバ回路を構成するトランジスタ（薄膜トランジスタ）の能動層を構成するシリコン膜が非晶質シリコンの場合、移動度に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速・高機能が要求される回路の製作は困難である。

これら高速・高機能の回路を製作するためには、高移動度の薄膜トランジスタを必要とし、これを実現するためにはシリコン薄膜の結晶性を改善する必要がある。この結晶性改善の手法として、従来からエキシマレーザアニールが注目を浴びている。この方法はガラスなどの絶縁基板上に絶縁膜を介して形成された非晶質シリコン膜にエキシマレーザを照射して、非晶質シリコン膜を粒状多結晶シリコン膜に変化させることで、移動度を改善するものである。しかしながら、エキシマレーザの照射により得られる粒状多結晶膜は、その結晶粒径が数１０〜数１００ｎｍ程度であり、表示装置の画素トランジスタを駆動するドライバ回路などに適用するには、まだ性能不足である。

この問題を解決する従来技術として、「特許文献１」には時間変調した連続発振レーザ光を線状に集光して高速に走査しながら照射することで走査方向に結晶を横方向成長させ、いわゆる帯状結晶を形成する方法が開示されている。これは、基板全面をエキシマレーザアニールにより多結晶化させた後、駆動回路が形成される領域のみに、形成するトランジスタの電流経路（ソース―ドレイン方向）と一致した方向にレーザ光を走査して結晶粒を横方向成長させ、結果的に電流経路を横切る結晶粒界が存在しないようにすることで、移動度を大幅に向上するものである。

しかしながら、高出力の連続発振レーザ光を透過型レンズで集光し、照射しているうちに対物レンズの部材がレーザ光をわずかではあるが吸収し温度が上昇する。この温度上昇により熱膨張および屈折率の変化が生じ、レンズの焦点距離が変化したり、レンズの集光性能が低下したりする。この焦点距離の変化あるいは集光性能の低下により、基板表面におけるエネルギ密度が減少し、帯状多結晶膜を形成するにはエネルギ不足の状態となり、結果として平面表示装置の品質低下、歩留まり低下を招く。この熱レンズ効果による焦点距離などの光学特性変動に対処する方法として「特許文献２」「特許文献３」「特許文献４」が知られている。

「特許文献２」は、集光レンズからの伝導熱に応じて膨張、収縮する膨張部材で構成されたスペーサを集光レンズ上部に設け、バネ性を有するリングで集光レンズを下から上へ押し付けた状態で、集光レンズをその伝導熱に応じて膨張部材によってワーク方向へ押し下げ、熱レンズ効果による焦点位置の上方向への移動と相殺させて焦点位置を最適値に保つレーザ加工装置を開示している。

「特許文献３」は、遠赤外輻射温度センサで集光レンズの各ポイントの温度を測定し、予め決定された熱解析ソフトを有するコンピュータに入力してレンズの熱変形量を算出し、熱変形量から焦点距離変化量を計算し、その結果によってレンズの位置をパルスモータを用いて移動させ、常に被加工物上に焦点を結ぶように制御する装置を開示している。
また「特許文献４」は、光学系にレーザを常に照射した状態にして熱的定常状態を保持することで、熱的特性変化を防止し、試料へのレーザ光ＯＮ／ＯＦＦを可動シャッタで行なうレーザアニール装置を開示している。

特開２００３−１２４１３６号公報 特開平１０−２５８３８１号公報 特開平２−６０９３号公報 特開２００４−８５９４１号公報

本発明は上記従来技術を改良するものである。即ち、「特許文献１」に記載された方法は対物レンズの熱レンズ効果によりレンズの焦点距離が変化したり、レンズの集光性能が低下したりする影響を考慮しておらず、パネルの歩留まりが低下する問題点があった。

また、「特許文献２」に記載された装置は、集光レンズからの熱伝導による膨張・収縮を利用するため、また「特許文献３」に記載された装置は、温度を測定して熱変形量を算出し、それに基づいて焦点距離の変動を計算し、レンズを移動させるため、いずれも時間応答性が悪く、また実際に焦点が合っているか否かをモニタする手段を持たない問題があった。また、単純な焦点距離の変化だけでなく、集光性能の低下が起きた場合には対応できなかった。

また、「特許文献４」はレーザ光のＯＮ／ＯＦＦに可動シャッタを使用するが、大出力のレーザ光をＯＮ／ＯＦＦできるシャッタは質量が大きくなるため、高速に走査するレーザ光のＯＮ／ＯＦＦに使用すると照射位置精度の点で問題があった。

本発明の目的は対物レンズの熱レンズ効果による集光性能の低下、あるいは焦点距離の変化に伴うパワー密度の変動を、照射する時間を調整することで実質的に熱レンズ効果による集光状態の変化を補正し、基板内全面にわたって適正なアニールを行うことで高歩留まりに製造できる、平面表示装置の製造方法を提供することにある。

本発明の平面表示装置の製造方法は上記目的を達成するために、帯状結晶が形成できなくなるほど長時間にわたってレーザ光を照射せず、対物レンズの温度上昇を抑えることで対策する。即ち基板表面の端から他端まで連続的に照射するのではなく、複数のブロックに分割し、１ブロックおきに、あるいは２ブロックおきにレーザ光を照射して帯状結晶を形成し、１ブロックおきの場合は戻り走査で照射するように２回に分割して照射し、２ブロックおきの場合は更に往路の走査で照射するように３回に分割して照射することで対物レンズに連続してエネルギを入射するのを抑制する。これにより、対物レンズに熱レンズ効果が最小限に抑えられ、常に一定の品質の帯状多結晶膜が得られる。

本発明により、常に一定の品質の帯状多結晶膜が得られるため、平面表示装置を高い歩留まりで製造することができる効果を有する。

以下、図に従って本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の平面表示装置の製造方法を実施するのに好適な製造装置の構成を説明する図である。本装置は、励起用ＬＤ（レーザダイオード）１と光ファイバ２で結合された連続発振レーザ光（以下、単にレーザ光とも称する）３を発生するレーザ発振器４、レーザ光３のＯＮ／ＯＦＦを行うシャッタ５、レーザ光３のエネルギを調整するための透過率連続可変ＮＤフィルタ６、レーザ発振器４から出力されたレーザ光３を振幅変調してパルス化あるいはエネルギの時間的な強度（振幅）変調を実現するための変調器７と偏光ビームスプリッタ８を備える。レーザ光３のビーム径を調整するためのビームエキスパンダ（あるいはビームリデューサ）９、レーザ光３を細長い形状、例えば線状、矩形状、楕円状、長円状でかつフラットトップのエネルギ分布を有するビーム形状に整形するビーム整形器１１、整形されたレーザ光３の長手方向を所定の寸法に調整するためのマスク１４、マスク１４の像を平行光に変換する結像レンズ（チューブレンズ）１５、結像レンズ１５を透過したレーザ光をステージ２１上に載置された基板２０表面上に縮小投影する対物レンズ１９、対物レンズ１９による集光状態をモニタするためのビームプロファイラ２４、透過率連続可変ＮＤフィルタ６の制御を行うＮＤフィルタ・ドライバ２２、変調器７を駆動・制御するための変調器ドライバ２３および本装置の各要素を制御するための制御装置２９から構成されている。

次に、各部の動作・機能について詳細に説明する。連続発振レーザ光３は本製造装置の対象である非晶質あるいは多結晶シリコン薄膜に対して吸収のある波長、即ち紫外波長から可視波長を持つことが望ましく、より具体的にはＡｒレーザあるいはＫｒレーザとその第二高調波、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザの第二高調波及び第三高調波、可視波長の半導体レーザ（レーザダイオードを含む）などが適用可能である。また、完全な連続発振ではないが、極短パルス幅のパルス発振を高繰り返しで行う、所謂擬似ＣＷレーザでもよい。これらの中で、出力の大きさ及び出力の安定性を考慮すると、ＬＤ（レーザダイオード）励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）あるいはＮｄ：ＹＶＯ_４レーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）が最も望ましい。以後の説明ではＬＤ励起Ｎｄ：ＹＶＯ_４レーザの第二高調波を使用した場合について説明する。

レーザ発振器４から発振された連続発振レーザ光３はシャッタ５によりＯＮ／ＯＦＦされる。即ち、レーザ発振器４は常に一定出力でレーザ光３を発振した状態におかれ、シャッタ５は通常には閉じた状態（ＯＦＦ状態）としてレーザ光３はシャッタ５で遮られて、基板２０の搬送時、位置決め時などにレーザ光３が照射されるのを防ぎ、アニールを実行する場合にのみ、あるいは必要に応じてアライメントマークを形成する場合にのみ、このシャッタ５を開く（ＯＮ状態にする）ことで、レーザ光３を出力させる。励起用レーザダイオード１をＯＮ／ＯＦＦすることで、レーザ光３のＯＮ／ＯＦＦを行うことは可能だが、レーザ出力の安定性を確保するためには好ましくない。このほか、安全上の観点から緊急にレーザ光３の照射を停止したい場合にも、シャッタ５を閉じればよく、これにより発振器自体に悪影響を及ぼすことなくレーザ光３の出力を遮断することができる。

シャッタ５が開の状態でシャッタ５を通過したレーザ光３は、出力調整に使用する透過率連続可変ＮＤフィルタ６を透過して変調器７に入射される。透過率連続可変ＮＤフィルタ６としてはレーザ光が透過することで偏光方向が回転しないものが望ましい。ただし、後述するように変調器７として偏光方向の影響を受けないＡＯモジュレータを採用する場合には、その限りではない。

透過率連続可変ＮＤフィルタ６の一例として、図２に示すように、レーザ光軸を回転中心となるように回転軸受け３１などで回転自在に設置された１／２波長板３２と偏光ビームスプリッタ３３の組み合わせが用いられる。なお、図２では回転駆動するための駆動機構は省略しているが、歯車やベルトを介してパルスモータあるいはＤＣモータで、あるいは直接超音波モータなどで駆動することができる。

レーザ光３が直線偏光の場合、１／２波長板３２を透過したレーザ光が偏光ビームスプリッタ３３にＰ偏光として入射して、全透過となるように調整される。ドライバ２２からの出力により１／２波長板３２を、光軸を回転中心にして回転させると、１／２波長板３２を透過するレーザ光３の偏光方向が１／２波長板３２の回転速度の２倍の速度で回転し、偏光ビームスプリッタ３３でＰ偏光成分のみを透過、Ｓ偏光成分を９０度偏向させることで、透過するレーザ光３の出力を変化させる。即ち、１／２波長板３２の回転角を０度から４５度までの任意の角度に回転することで、任意の出力に設定することができる。

変調器７としてはＥＯモジュレータが最も適している。図３に示すように、ＥＯモジュレータはドライバ２３を介してポッケルス・セル（Ｐｏｃｋｅｌ’ｓ Ｃｅｌｌ：結晶）３５に電圧を印加することで、結晶を透過するレーザ光３の偏光方向を回転させ、結晶３５の後方に置いた偏光ビームスプリッタ８でＰ偏光成分のみを通過、Ｓ偏光成分を９０度偏向させることでレーザ光３のＯＮ／ＯＦＦ（あるいはパルス化）および出力の調整を行うことができる。即ち、偏光ビームスプリッタ８に対してＳ偏光で入射するようにレーザ光３の偏光方向を回転させるための電圧Ｖ１（通常は０Ｖ）と、Ｐ偏光で入射するようにレーザ光３の偏光方向を回転させるための電圧Ｖ２との間の、任意の電圧をポッケルス・セル（Ｐｏｃｋｅｌ’ｓ Ｃｅｌｌ：結晶）３５に印加することで、偏光ビームスプリッタ８からＰ偏光として出力するレーザ光の出力を任意に設定することができる。

なお、図２および図３では、Ｐ偏光成分を取り出すために偏光ビームスプリッタ３３および８を用いることで説明したが、偏光ビームスプリッタの代替として各種偏光素子を用いることができる。また、図１では変調器７と偏光ビームスプリッタ８を独立した部品として示したが、各種偏光素子まで含めたものを変調器（ＥＯモジュレータ）として市販されている場合もあり、ポッケルス・セル（Ｐｏｃｋｅｌ’ｓ Ｃｅｌｌ）と偏光ビームスプリッタ８（または各種偏光素子）を組み合わせたもの全体をＥＯモジュレータと称する場合もある。

また、変調器７としてＥＯモジュレータ以外に、ＡＯ（音響光学）モジュレータを使用することができる。一般的にＡＯモジュレータはＥＯモジュレータと比較して、駆動周波数が低く、また回折効率も７０〜９０％とＥＯモジュレータと比較して効率が悪いが、レーザ光が直線偏光でない場合でもＯＮ／ＯＦＦ（あるいはパルス化）を行える特徴があり、透過率連続可変ＮＤフィルタ６として透過レーザ光の偏光方向が回転するものを使用した場合でも、あるいはレーザ光自体が直線偏光でない場合でも使用することができる。このようにＥＯモジュレータ７（及び偏光ビームスプリッタ８）あるいはＡＯモジュレータなどの変調器７を用いることにより、連続発振レーザ光から任意のタイミングで任意の波形（時間的なエネルギ変化）を有するレーザ光を得ることができる。即ち、所望の振幅変調を行うことができる。

振幅変調されたレーザ光３はビーム径を調整するためのビームエキスパンダ（あるいはビームリデューサ）９でビーム径を調整され、ビーム整形器１１に入射する。ビーム整形器１１はレーザ光３を細長い形状、あるいは矩形のビームに整形するための光学素子である。通常、ガスレーザや固体レーザは、ガウス形のエネルギ分布を持つ円形のビームを出力する。このため、そのままでは本実施例のレーザアニールには不適当である。発振器出力が十分に大きければ、ビーム径を十分に広げ、ビーム中心付近の比較的均一な部分のみを切り出すことで、ほぼ均一なエネルギ分布の線状あるいは矩形ビームを得ることができるが、ビームの周辺部分を捨てることになり、エネルギの大部分が無駄になる。この欠点を解決して、ガウス形の分布を長手方向に均一な分布（トップフラット）の線状ビーム（あるいは矩形ビーム）に変換するために、ビーム整形器１１を用いる。なお、短手方向には均一でも、ガウス形の分布でも良い。

ビーム整形器１１として、回折光学素子を使用することができる。回折光学素子は石英などの透明基板にフォトエッチング工程により微細な段差を形成し、それぞれの段差部分を透過するレーザ光が形成する回折パターンを結像面で合成し、結果的に結像面に一致させたマスク１４面上で線状あるいは矩形状のエネルギ分布が得られるように作成されている。即ち、ここで用いる回折光学素子はガウス分布のレーザ光を入射することで、一方向（長手方向）に均一な分布で、かつその直角方向（短手方向）にはガウス分布に集光されるように設計・製作されている。回折光学素子を使用した場合、長手方向の強度分布が±３％程度の均一な分布が得られる。

あるいは、ビーム整形器１１として、回折光学素子の代りに、パウエルレンズとシリンドリカルレンズの組み合わせを用いることができる。パウエルレンズはシリンドリカルレンズの一種で、ガウス分布のレーザ光を入射させた場合に、一方向について中心部分のエネルギ密度が高い部分は疎になるように、かつ周辺部分のエネルギ密度が低い部分は密になるように投影面上に結像させる。その方向と直角方向に対しては、パウエルレンズ単体ではエネルギ分布が変化しないままなので、シリンドリカルレンズで集光する。結果として、長手方向には均一なエネルギ分布を有し、短手方向にはガウス分布を有する細長い形状のビームがマスク１４面上に形成されたことになる。パウエルレンズを使用した場合、長手方向の強度分布は±５％程度の均一な分布が得られる。

必要に応じて、長手方向のビーム周辺部のエネルギ密度変化が大きい部分、あるいは裾野部分（回折光学素子の場合には高次回折光）をマスク１４により遮光することで、あるいは必要な寸法に整形することで、立ち上がりが急で所望の寸法を有する線状の光ビームが得られる。マスク１４の代わりに、ビームの長手方向に寸法可変に設定されたスリットを用いることもできる。

ここで得られた線状の光ビームは結像レンズ（チューブレンズ）１５により平行光に変換され、対物レンズ１９により基板２０上に対物レンズ倍率の逆数の大きさに縮小投影される。即ち、１０倍のレンズを使用した場合、マスク１４で整形されたビーム寸法の１／１０の大きさで投影される。レーザ光が照射された状態でステージ２１を線状ビームの短手方向に高速走査することで、照射された部分のシリコン膜は溶融再凝固し、走査方向にラテラル成長した結晶膜（帯状多結晶膜）が得られる。

制御装置２９はレーザ発振器４、シャッタ５、ステージ２１を制御するとともに、ビームプロファイラ２４で測定されたデータからビーム中心におけるエネルギ密度を算出し、あらかじめ設定されたエネルギ密度（パワー密度）との差を補正するように、透過率連続可変ＮＤフィルタ６の透過率を制御する機能も有する。

ここで、透過率連続可変ＮＤフィルタ６の透過率を固定してレーザを照射した場合を、図４で説明する。図４（ａ）において、対物レンズ１９はマスク１４位置に線状に整形され、結像レンズ１５で平行光に変換されたビームを基板表面に投影した短軸の状態を示している。この状態で基板２０にレーザを照射したまま相対的にレーザ光を走査する（実際には、通常は基板を走査する）と、徐々に対物レンズ１９に熱レンズ効果が生じ、集光状態が劣化するため、エネルギ密度が低下する。

対物レンズ１９が一様に加熱された場合は、実効的に焦点距離が徐々に短くなる。この場合には、対物レンズ−基板間の距離を補正することで、熱レンズ効果の影響を防止することができる。即ち、対物レンズを通過した光で焦点位置を検出しながら常に合焦状態を保つように対物レンズあるいは基板を光軸方向に移動させればよい。

しかし、不均一に加熱された場合は、図４（ｂ）に示すように、対物レンズ１９’を透過したレーザ光の焦点位置における短軸幅が増大し、基板表面におけるレーザ光のエネルギ密度（パワー密度）が徐々に低下する。その結果、図５に示す様に、最初のうちは線状ビームの長手方向の照射領域全体に帯状多結晶４０が形成できているが、時間とともに帯状多結晶領域４０が徐々に狭くなり、周辺部に粒状多結晶領域４１、あるいは微結晶領域４２が形成される。これら粒状多結晶領域４１、あるいは微結晶領域４２が形成された領域のシリコン薄膜でトランジスタを形成すると特性が悪く、パネルとして不良となる。
小型の表示装置（例えば携帯電話用）の場合では、１枚の基板に数１０〜数１００個の表示装置（パネル）が形成され、レーザの走査方向に数個〜数１０個が並ぶ。図６に示すように６個のパネルの駆動回路部が並んだ場合を考える。通常は端から他端まで、一回の走査でレーザ光を照射するのが最も効率が良い。即ち、最初のパネルの駆動回路部分５１に直線状に形成した連続発振レーザ光を短軸方向に走査しながら照射し、レーザ照射位置が次のパネルの駆動回路部５２に到達するまでレーザ光をＯＦＦ状態とする。その後、２番目のパネルの駆動回路部５２に到達すると、レーザ光をＯＮ状態にし、２番目のパネルの駆動回路部５２を過ぎるとレーザ光を再びＯＦＦ状態にする。これを繰り返すことで、図６に示す６個のパネルの駆動回路部分５１〜５６を帯状多結晶膜に変換する。しかしながら、レーザ照射部をよく観察すると、必ずしも、一定の多結晶状態でないことがわかった。１番目〜３番目のパネルの駆動回路部５１〜５３は結晶状態が、図６（ｂ）に示すようにレーザ照射領域全体がレーザ光の長手方向の寸法を幅とする帯状多結晶膜４０であった。しかし、４番目のパネル駆動回路部５４では、熱レンズ効果により徐々にエネルギ密度が低下し、照射終了間際の帯状多結晶４０領域が狭まり、その外側は粒状多結晶４１になっていた。５番目のパネルでは、短時間ではあるがレーザ照射がＯＦＦ状態となったことで、熱レンズ効果が緩和されたが、照射開始部からすぐに帯状多結晶領域４０が狭まり、その外側には粒状多結晶４１がなっている。６番目のパネルではレーザ照射ＯＦＦによる熱レンズ効果の緩和効果がほとんどなく、照射開始直後から帯状多結晶膜４０が徐々に狭くなり、その外側に粒状多結晶膜４１が、更にその外側に微結晶膜４２が形成されていた。これら粒状多結晶領域４１、あるいは微結晶領域４２が形成された領域のシリコン薄膜でトランジスタを形成すると特性が悪く、パネルとして不良となる。

本実施例では、結晶状態の変動を防止するため、対物レンズにレーザ光が連続して入射するのを避け、エネルギ密度が熱レンズ効果による低下で帯状多結晶膜形成の閾値を下回ることがない様にする。即ち、一列に並んでいる駆動回路部分に一回の走査でレーザ光を照射するのではなく、一つおきあるいは二つおきに照射することで、熱レンズ効果を緩和する。以下、図７に従い、詳細に述べる。

図７（ａ）に示すように、６個のパネルの駆動回路部６１〜６６が並んだ場合を考える。まず、最初のパネルの駆動回路部分６１に直線状に形成した連続発振レーザ光を短軸方向に走査しながら照射し、レーザ照射位置が駆動回路部６１から外れると同時にレーザ光をＯＦＦ状態とする。レーザ光のＯＮ、ＯＦＦは先に説明したように、レーザ光路中に設けたＥＯモジュレータに印加する電圧の制御で行なうが、ほかの手段でも良い。応答速度に問題がなければ、ＡＯモジュレータ、レーザ光を対物レンズに入射しない方向に偏向させるガルバノミラー、液晶シャッタを含む各種シャッタを使用することも可能である。

レーザ光の照射位置が２番目のパネルの駆動回路部６２に到達してもＯＦＦ状態を維持し、３番目のパネルの駆動回路部６３に到達した時点でレーザ照射を開始する。レーザ照射位置が駆動回路部６３から外れると同時にレーザ光をＯＦＦ状態とし、４番目のパネルの駆動回路部に到達してもＯＦＦ状態を維持し、５番目のパネルの駆動回路部６５に到達した時点でレーザ照射を開始する。５番目のパネルの駆動回路部６５の照射を終了すると、６番目のパネルの駆動回路部には照射せずに通過し、往路における照射を完了する。この時点では、図７（ｂ）に示すように、６個のパネルのうち、一つおきに３個のパネルの駆動回路部６１、６３、６５にレーザ光が照射され、それぞれが帯状多結晶膜に変換される。

なお、図７（ｂ）にはレーザ走査の往路における基板上の各位置におけるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦ状態も示してある。

次に、復路におけるレーザ照射を開始する。まず、６番目のパネルの駆動回路部を照射し、既に照射済みの５番目のパネルの駆動回路部はレーザ光を照射せずに通過し、４番目のパネルの駆動回路部に照射する。その後、３番目のパネルには照射せずに２番目のパネルの駆動回路部に照射し、既に照射が完了している１番目のパネルはレーザ光をＯＦＦ状態で通過して、１列分の照射を完了する。これらの手順により、図７（ｃ）に示すように、１列分６パネルの全ての駆動回路部に線状に集光したレーザ光を端軸方向に走査しながら１回だけ照射することができ、熱レンズ効果によるエネルギ密度低下が原因である粒状多結晶膜あるいは微結晶膜が形成されることなく、帯状多結晶膜に変換することができた。図７（ｃ）にはレーザ走査の復路における基板上の各位置におけるレーザ光のＯＮ／ＯＦＦ状態も示してある。この動作を基板内で行ごとに繰り返すことで、全てのパネルの駆動回路部を帯状多結晶に変換することができる。

以下に本実施例の平面表示装置の製造方法を詳細に説明する。対象とする基板２０はガラス基板上にＳｉＯ_２膜あるいはＳｉＮ膜あるいはそれらの複合膜からなる下地膜を介して、非晶質シリコン膜が２０〜１５０ｎｍの膜厚で形成されている。まず、図８に示すようにエキシマレーザ照射により基板周辺部を除いて非晶質シリコン膜７１を粒状多結晶膜７２に変換し、処理の終わった基板を図１にその構成を示した装置のステージ２１上に載置・固定する。このとき、基板２０をステージ２１上のピン（図示せず）に押し付けて粗位置決めを行なう。別途設けた光学系（図示せず）により基板端を検出して粗位置決めを行っても良い。

粗位置決めの後、設計座標に従って基板周辺の非晶質シリコン膜７１上に所望のパターンに整形されたレーザ光を照射して多結晶化させることで、アライメントマーク７４を形成する。この多結晶膜はラテラル成長した結晶である必要は無く、粒状多結晶でも所謂微細結晶でもよい。いずれの多結晶状態でも、レーザ非照射部の非晶質シリコン膜とは反射率が異なるので、アライメントマークとして使用することができる。

最初のアライメントマークを形成した後、ステージ２１を移動させ、２番目のアライメントマーク位置で停止させ、再びレーザ光を照射してアライメントマークを形成する。この手順を必要な回数だけ繰り返し、アライメントマークが必要な箇所に、順にマークを形成する。これにより、図８に示す様に、基板２０の周辺部分に残留している非晶質シリコン膜部分７１に、アライメントマーク７４、７５、７６およびアライメントマーク７７、７８、７９等が形成される。

尚、図８において、基板２０内に６個のアライメントマークが形成される場合を例に説明しているが、その数に限定されることはない。また、アライメントマークの形状は必要に応じて種々の形状を選択することができる。このアライメントマークは、アニール（帯状多結晶膜形成）を２方向に行う場合に基板２０を９０度回転させた後、およびアニール工程の後で最初に実施されるフォトレジスト工程でのフォトマスク（あるいはレチクル）の位置合わせに使用する。露光をステッパで行う場合、アライメントマークを基板内に作りこむ全てのパネルに対応した数だけ形成しても良いし、最初のパネルに対応した位置だけに形成し、残りのパネルについてはステッパの移動精度で露光しても良い。全面を一括露光するアライナの場合には２箇所あるいは３箇所にアライメントマークを形成すれば十分である。

アライメントマーク形成後、設計上のデータに従い、駆動回路が形成される領域に、線状に整形したレーザ光を短軸方向に高速に走査することで、照射した部分のシリコン膜を溶融再凝固させ、レーザの走査方向に結晶を横方向成長させ、帯状多結晶膜に変換する。
一般的に、駆動回路領域の大きさは幅が１ｍｍ程度、長さがパネルの画素領域と同程度である。整形されたビームの形状は短軸幅が５μｍ、長軸幅は駆動回路領域幅より０．１ｍｍ大きい値に設定され、例えば５００ｍｍ／ｓで短軸方向に走査される。駆動回路領域幅が大きい場合には、複数化の走査で帯状多結晶化が行われる。

図９に黒線で示した駆動回路領域に対して、駆動回路領域８１から照射を開始し、駆動回路領域８３、駆動回路領域８５、駆動回路領域８７、駆動回路領域８９．駆動回路領域９１の順にレーザ光を照射して帯状多結晶化する。その後、レーザ光を反対方向に走査しながら駆動回路領域９２、駆動回路領域９０、駆動回路領域８８、駆動回路領域８６、駆動回路領域８４、駆動回路領域８２の順にレーザ光を照射して帯状多結晶化し、１往復の走査により１行分の結晶化を完了する。引き続いて２行目から最終行（図９においては６行目）までのレーザ照射を行い、帯状多結晶化を完了する。

ここでは、各パネルに対して駆動回路を１辺にまとめた状態を示しているが、品種によっては２辺に形成する必要のある場合がある。その場合には、基板を９０度回転させ、アライメントマークを検出して精位置決めをおこなった後、最初の駆動回路領域と９０度をなす方向にレーザを照射する。即ち、図１０に示すように、まず１列目の駆動回路領域１０１から照射を開始し、駆動回路領域１０３、駆動回路領域１０５を照射して帯状多結晶化する。その後、レーザ光を反対方向に走査しながら駆動回路領域１０６、駆動回路領域１０４、駆動回路領域１０２の順にレーザ光を照射して帯状多結晶化し、１往復の走査により１列分の結晶化を完了する。引き続いて２列目から最終列（図１０においては１２列目）までのレーザ照射を行い、帯状多結晶化を完了する。

１枚目の基板の処理が終了すると、基板はステージ２１上から搬出され、カセット（図示せず）に格納されるとともに、２枚目の基板がステージ２１上に載置され、２枚目の処理が開始される。カセット内に格納された全ての基板の処理が終了すると、カセットは次工程に搬送され、最終的に平面表示装置が形成される。
上記説明は、基板上に形成した非晶質シリコン薄膜をエキシマレーザ照射により粒状多結晶シリコン膜に変換した後で、駆動回路を形成する領域のみを帯状多結晶シリコン膜に変換する場合の製造方法であるが、非晶質シリコン薄膜から直接、駆動回路を形成する領域のみを帯状多結晶シリコン膜に変換することも出来る。その場合、画素のスイッチング回路は、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）薄膜から形成したトランジスタで構成されることになる。

以上、説明してきたように、本実施例の平面表示装置の製造方法および製造装置は非晶質シリコン膜上、あるいはエキシマレーザを照射して形成した粒状多結晶シリコン膜上の、駆動回路を含む周辺回路を形成する領域のみに、線状に集光した連続発振レーザ光を高速に走査しながら照射して帯状多結晶シリコン膜を形成するに際し、高出力のレーザ光を対物レンズで集光することによって発生する熱レンズ効果、すなわち対物レンズにより集光されたレーザ光のプロファイル変動によるシリコン膜の温度上昇変動を抑制し、シリコン膜が常に適正な温度上昇が得られるように照射することで、帯状多結晶膜質の変動を抑えることが出来る。即ち、平面表示装置の製造歩留まり向上、品質の確保を図ることができる。

本発明の平面表示装置の製造方法および製造装置は、液晶表示装置あるいは有機ＥＬ表示装置などの平面表示装置の製造に適用することができる。

本発明の一実施例である平面表示装置の製造方法を実施するに好適な平面表示装置の製造装置の構成を示す図である。 本発明の一実施例である平面表示装置の製造方法を実施するに好適な透過率連続可変フィルタの構成を示す図である。 本発明の一実施例である平面表示装置の製造方法を実施するに好適なＥＯモジュレータの構成を示す図である。 熱レンズ効果を説明する図である。 熱レンズ効果が発生した状態でアニーを行った場合の結晶状態を示す図である。 各隣接する駆動回路領域を連続して照射した場合の、熱レンズ効果による結晶状態の変化を示す図である。 本発明の一実施例である平面表示装置の製造方法における線状レーザ光を照射する手順を示す図である。 本発明の一実施例である平面表示装置の製造方法で対象とする基板にアライメントマークを形成した後の状態を示す平面図である。 本発明の一実施例である平面表示装置の製造方法で、アライメントマークを形成し、各パネルの１辺にまとめた周辺回路部分を帯状多結晶膜に変換した後の基板の状態を示す平面図である。 本発明の一実施例である平面表示装置の製造方法で、各パネルの２辺に形成する周辺回路部分を帯状多結晶膜に変換した後の基板の状態を示す平面図である。

符号の説明

１…………レーザダイオード、 ２…………光ファイバ、 ３…………レーザ光、
４…………レーザ発振器、 ６…………透過率連続可変フィルタ、
７…………変調器、 ９…………ビーム径調整器、 １１…………ビーム整形器
１４…………マスク、 １５…………チューブレンズ、 １９…………対物レンズ、
２０…………基板、 ２１…………ステージ、 ２９…………制御装置、
３２…………１／２波長板、 ３３…………偏光ビームスプリッタ、
３５…………ポッケルス・セル、 ４０…………帯状多結晶膜、
４１…………粒状多結晶膜、 ４２…………微結晶膜、
７１………非晶質シリコン膜、 ７２………粒状多結晶シリコン膜
７４、７５、７６、７７、７８、７９………アライメントマーク、
８１〜９２、１０１〜１０６…………帯状多結晶膜

Claims (4)

1. 一主面に非晶質半導体膜または粒状多結晶半導体膜が形成された絶縁基板をステージ上に載置し、前記絶縁基板上の前記非晶質半導体膜または粒状多結晶半導体膜の複数の領域に、細長い形状に整形された連続発振レーザ光を走査しながら照射してアニールすることにより、前記非晶質半導体膜または粒状多結晶半導体膜を帯状多結晶半導体膜に改質して表示装置用のアクティブ・マトリクス基板を得る平面表示装置の製造方法であって、
   前記絶縁基板には、前記レーザ光の走査方向に複数のレーザ照射領域が配列されており、
   第一の方向に前記レーザ光を走査しながら基板端の第一のレーザ照射領域からレーザ照射領域Ｎ個（ただし、Ｎは正整数）おきに照射し、その後前記第一の方向と反対の方向に前記レーザ光を走査しながら未照射のレーザ照射領域をレーザ照射領域Ｎ個（ただし、Ｎは正整数）おきに照射する手順を繰り返し、全てのレーザ照射領域に１度だけ前記レーザを照射することを特徴とする平面表示装置の製造方法。
2. 一主面に非晶質半導体膜または粒状多結晶半導体膜が形成された絶縁基板をステージ上に載置し、前記絶縁基板上の前記非晶質半導体膜または粒状多結晶半導体膜の複数の領域に、細長い形状に整形された連続発振レーザ光を走査しながら照射してアニールすることにより、前記非晶質半導体膜または粒状多結晶半導体膜を帯状多結晶半導体膜に改質して表示装置用のアクティブ・マトリクス基板を得る平面表示装置の製造方法であって、
   前記絶縁基板には、前記レーザ光の走査方向に複数のレーザ照射領域が配列されており、
   第一の方向に前記レーザ光を走査しながら基板端の第一のレーザ照射領域から奇数番目または偶数番目のレーザ照射領域のみに照射し、その後前記第一の方向と反対の方向に前記レーザ光を走査しながら未照射のレーザ照射領域（偶数番目または奇数番目のレーザ照射領域）に照射することにより、上記レーザ光の１往復走査で１列分の全てのレーザ照射領域に１度だけ前記レーザを照射し、この手順を繰り返すことで前記絶縁基板上の全ての列のレーザ照射領域にレーザを照射することを特徴とする平面表示装置の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の平面表示装置の製造方法であって、レーザ照射領域のみに照射するための前記レーザ光のＯＮ／ＯＦＦを、ＥＯモジュレータ（電気−光学変調器）またはＡＯモジュレータ（音響−光学変調器）で行なうことを特徴とする平面表示装置の製造方法。
4. 請求項１または２に記載の平面表示装置の製造方法であって、前記レーザ光を細長い形状に整形する手段として、回折光学素子またはパウエルレンズとシリンドリカルレンズの組み合わせを用いることを特徴とする平面表示装置の製造方法。

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