JP2012182348A - レーザーアニール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な装置或いは部材を新たに設けることなく、再アニールによる基板のクラック発生を防止するレーザーアニール装置を提供する。
【解決手段】レーザーアニール装置は、基板を載置するステージと、レーザー光を発振するレーザーヘッドと、発振されたレーザー光を基板の半導体層の上面に対して概ね垂直な主光軸に沿って集光させるｆθレンズとを備え、ステージには載置された基板の半導体層の平均膜厚に対して所定量だけ異なる膜厚を有して半導体層の端部に所定の幅を有して延在する領域に相当する部分に所定の断面形状を有する凹部が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ用のＴＦＴ製造に用いられるレーザーアニール装置に関する。

近年、液晶ディスプレイに対して、６０インチを超える大型化及び４０００×２０００画素から成る４Ｋ２Ｋ等の従来のハイビジョンよりも高精細なビデオフォーマットへの対応が求められている。このような大型化及び高精細化の要求を満たすためには、液晶ディスプレイに用いられるＴＦＴの半導体層の高移動度化が必須である。また、次世代のディスプレイと期待される有機ＥＬディスプレイに用いられるＴＦＴにも高移動度化が求められている。

ＴＦＴの高移動度化のためには、ＴＦＴの半導体層として用いられるアモルファスシリコンを多結晶化させて、低温ポリシリコンやマイクロクリスタルシリコン等の多結晶構造に変化させる必要がある。図９に、レーザー光を利用してアモルファスシリコンを多結晶化させるレーザーアニール装置の一例（特許文献１）を示す。レーザーアニール装置Ａｃは、アモルファスシリコンから成る半導体層（基板４）を載置するステージ１と、基板４にレーザー光Ｌを照射させるためのガントリー２とを含む。ガントリー２には、レーザーヘッド３とｆθレンズ５と、ｆθレンズ５にレーザー光Ｌを入射させるためのミラー６が設置されている。

レーザーヘッド３より発せられたレーザー光Ｌは、ミラー６を介して、ｆθレンズ５に入射される。レーザー光Ｌはｆθレンズ５によって、基板４に対して垂直な主光軸に沿って半導体層上に集光される。集光されたレーザー光Ｌの一部は半導体層中に直接入射する。この半導体層に直接に入射するレーザー光Ｌを「直接レーザー光Ｌｄ」と呼ぶ。直接レーザー光Ｌｄの一部は、基板４の半導体層（アモルファスシリコン）で吸収されて熱に変化する。この熱によって、基板４（半導体層）がアニールされる。

半導体層（基板４）で吸収されずに透過した直接レーザー光Ｌｄは、ステージ１によって反射される。ステージ１によって反射される直接レーザー光Ｌｄを反射レーザー光Ｌｒ（不図示）と呼ぶ。反射レーザー光Ｌｒは、半導体層に再度入射して、その一部が半導体層で吸収されて、熱に変化する。この熱によって、半導体層は再度アニールされる（以後、「再アニール」）。このように、ｆθレンズ５より照射されたレーザー光Ｌのエネルギーを、直接レーザー光Ｌｄと反射レーザー光Ｌｒ（それぞれの一部）による熱として利用することにより、半導体層（アモルファスシリコン）の結晶構造を効率良く変化させて、移動度の高いポリシリコンやマイクロクリスタルシリコンなどの結晶状態にできる。

国際公開第２００９／０８１７７５号 特開２０１０−０４０６７４号公報 実開昭６２−７７６８８号公報

レーザーアニールを行う前のアモルファスシリコンは一般に化学気相蒸着法（ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ：ＣＶＤ）を用いて成膜される。生成されたアモルファスシリコン膜の中心部と外周部に厚さにばらつきが生じる。具体的には、外周部にはその膜厚Ｔｏが、平均膜厚Ｔｍと比べて１０％以上異なる膜厚保証外領域Ｒｏが出来る。なお、中央部を膜厚保証領域Ｒｉと呼ぶ。膜厚保証外領域Ｒｏにレーザー光Ｌが照射されると、上記膜厚保証外領域Ｒｏでは膜厚が薄い或いは厚いために、再アニールにより膜厚保証外領域Ｒｏ（特に、中央部との境界部）に応力集中が発生し、アニール後の半導体層である基板４にクラックが発生する。それにより歩留まりが低下するという問題を抱えている。

この問題を防止するために、膜厚保証領域Ｒｉ以外の膜厚保証外領域Ｒｏにレーザー光Ｌを、照射させない方法として遮光マスクを用いる方法がある。つまり、膜厚保証外領域Ｒｏにおける直接レーザー光Ｌｄ及び反射レーザー光Ｌｒの発生を防止するために、遮光マスクが使用される。同方法においては、ステージ１と基板４とをアライメントし、さらにはマスクと基板４とをアライメントする必要があり、タクトが大幅に増えるので、製造時間の増大を招く。また、レーザーアニール装置に、遮光マスク関連の装置を必要とするので、装置の大型化、複雑化と共にコストの増大を招く。

図１０に、レーザーアニール装置Ａｃにおけるレーザー光Ｌの光路を示す。反射率の高いステージ１の表面上の第一反射点８−Ａで、反射レーザー光Ｌｒが減衰されないまま再アニール点８−Ｃで再アニールされる。そのためアモルファスシリコン膜厚保証領域Ｒｉ外の膜厚保証外領域Ｒｏ上で、応力が集中してクラックが発生する。

また、シャッターを用いて遮光するという方法もある。シャッターでは、一般的なレーザーアニール工程の処理速度である数百〜千ｍｍ／ｓに、十分に追随できず基板のクラックを防ぐことは困難である。なお、レーザーアニール装置に、シャッター関連の装置を必要とするので、装置の大型化、複雑化と共にコストの増大を招くことは、遮光マスクを用いる場合と同様である。

上述のように、膜厚保証外領域Ｒｏに対してレーザー光Ｌを遮る２つの方法は現実的な選択肢ではない。これに対して、レーザー光Ｌ（直接レーザー光Ｌｄ）を遮光せずに、ステージ１からの反射レーザー光Ｌｒの量を減じることで、基板４の再アニールを防止し、膜厚保証外領域Ｒｏでの応力集中を十分に緩和して半導体層のクラック発生を防止する方法（特許文献２）が提案されている。具体的には、ステージ１上の膜厚保証外領域Ｒｏに対応する部分に、ステージ１の他の部分より反射率が低い材料（例えばステンレス）を貼り付けて、より少なく反射レーザー光Ｌｒを反射するように構成されている。

ステージ１の他の部分に比べて低反射率ということは、直接レーザー光Ｌｄをより多く吸収することである。吸収された直接レーザー光Ｌｄ（つまり、減じられた反射レーザー光Ｌｒの量）は熱に変化して、低反射材及びその近傍のステージ１を熱膨張させてしまう。ステージ１及び低反射材が熱膨張すれば、ステージ１と基板４及びｆθレンズ５との位置関係に狂いが生じるので、アニール後の基板４の品質に悪影響が生じる。そのために、低反射材が吸収した熱をキャンセルするための冷却手段を必要とする。また、ステージ１に、低反射率材を貼り付けるために、ステージ１の加工及び低反射材の貼り付け作業を必要とするので、コストの増大が不可避である。

本発明においては、上述の問題に鑑みて、特別な装置或いは部材を新たに設けることなく、再アニールによる基板のクラック発生を防止するレーザーアニール装置を提供することを目的とする。

目的を達成するために、本発明のレーザーアニール装置は、半導体層を設けた基板にレーザー光を照射して、当該半導体層を多結晶化させるレーザーアニール装置であって、
前記基板を載置するステージと、
前記レーザー光を発振するレーザーヘッドと、
前記発振されたレーザー光を、前記基板の半導体層の上面に対して概ね垂直な主光軸に沿って集光させるレーザー照射手段とを備え、
前記ステージには、載置された基板の半導体層の平均膜厚に対して所定量だけ異なる膜厚を有して、半導体層の端部に所定の幅を有して延在する領域に相当する部分に、所定の断面形状を有する凹部が形成されていることを特徴とする。

本発明のレーザーアニール装置を用いることにより、膜厚保証領域外において再アニールによる応力集中が低減され、基板のクラックを防止することができる。

本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置構成を示す側面図である。 図１のレーザーアニール装置でアニールされる基板のデバイス構造を示す断面図である。 図２に示した基板の平面図である。 図１に示したステージの上面を示す平面図である。 図１に示したステージに設けられた溝の形状を示す、Ｖ−Ｖ断面図である。 図５に示した溝の変形例を示す断面図である。 図１に示した溝の周囲に冷却用流路を設けた例を示す断面図である。 図１のレーザーアニール装置におけるレーザー光の光路を示す説明図である。 従来のレーザーアニール装置の構成を示す側面図である。 従来のレーザーアニール装置におけるレーザー光の光路を示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係るレーザーアニール装置Ａｐは、図１０に示した従来のレーザーアニール装置Ａｃと同様に、アモルファスシリコンから成る半導体層（基板４）を載置するステージ１と、基板４にレーザー光Ｌを照射させるためのガントリー２とを含む。ガントリー２には、レーザーヘッド３とｆθレンズ５と、ｆθレンズ５にレーザー光Ｌを入射させるためのミラー６が設置されている。ｆθレンズ５は好ましくはテレセントリックｆθレンズが用いられるが、それに限定されない。

なお、ステージ１の材質は、基板４とレーザー光Ｌの焦点との距離が変化しないように平面度が高いものがよい。具体的な材質としては、一般的な液晶ディスプレイ用ガラス板の第６世代サイズ以上のように特に大きなサイズのガラス板をのせることが可能なサイズにおいてでも、ステージ１がレーザーアニール装置Ａｐ周辺の温度変化により、ステージ１のサイズが変化して精度が悪化しないように熱膨張が小さく、さらにステージ１上の平面度を確保するための研磨等の加工も容易なグラナイト等が用いられる。ただし十分な平面度や使用環境下で熱膨張の問題が無いという条件を満たせることができればアルミニウムやステンレス鋼の金属製などでも良く、材質は特に限定しない。なお上記グラナイト製ステージ１は５５０ｎｍでの反射率は一般的に６０％から７０％程度である。

図１では、ガントリー２は基板４と垂直なＺ方向に対して固定した構成が示されている。しかし、基板サイズが第６世代〜第１０世代まで大きくなると基板４の反り等が発生するとレーザーヘッド３とガラス基板４とｆθレンズ５との距離の差が発生し、基板４内で集光されるレーザー光Ｌのエネルギー密度に差が発生する。結果、アニールムラと呼ばれる移動度のバラツキが発生する。それを防ぐために、ガントリー２にオートフォーカス機能といったガラス基板４とｆθレンズ５との距離を一定に保つ機構をガントリー２に備えることが望ましい。

ガントリー２は基板４の上で、縦（Ｙ）方向にも横（Ｘ）方向にも自由に動くことができ、レーザー光Ｌを発振しながら基板４上を走査することにより基板４の全面を均一にアニールできるものが望ましい。そのためにも速度ムラができないことが必要である。速度ムラが発生することにより、単位時間当たりのレーザー照射により得られる熱量の差が発生しＴＦＴの移動度のバラツキが発生し、ディスプレイ用として用いることが出来ない。そのため速度のムラが小さいリニア駆動のものが効果的である。ただしボールねじタイプでも十分に速度ムラが発生しなければ、問題が無く、特にリニア駆動に限定したものではない。ただし、レーザー光のコヒーレンス性により光学系の途中でレーザービームが干渉をしてビーム内に強度バラツキが生じることがあり、そのムラの寄与を低減するために、わざとガントリー２に速度バラツキを与える場合もあるが、そのようなものもＴＦＴの移動度バラツキが問題なければここで用いてもよい。

図１には、１台のレーザーヘッド３が示されているが、製造タクトを上げるために複数台のレーザーヘッド３を並べてもよい。なお、レーザーヘッド３は５Ｗから２５０Ｗの出力を持つようなレーザー発振機である。レーザーヘッド３の出力は、十分に結晶化することができれば、特に限定しない。また、１Ｗや５００ｍＷといった小出力のレーザー発振機を複数台並べてフライアイレンズやファイバーなどに通して一台のレーザーヘッド３から１本のビームとして発振するように構成しても良い。

レーザーヘッド３は、５００ｎｍから６００ｎｍの間の波長を持つグリーンレーザー発振器を備えている。本実施の形態では、出力が安定しており高出力化が可能であるためＹＡＧレーザーの第二高調波の５３２ｎｍの波長を発振できるグリーンレーザーが用いられる。波長が５００ｎｍ以下のレーザー光はＹＡＧレーザーの第二高調波のレーザー光よりもアモルファスシリコンの吸収係数が大きいために、膜表面のみしかアニールされず、十分なＴＦＴ特性が得られない。また波長が６００ｎｍ以上のレーザー光ではアモルファスシリコンの吸収係数が小さいためアモルファスシリコンを結晶化することができない。ただし、アモルファスシリコンに吸収があり十分にアニールすることができれば、半導体レーザーやエキシマーレーザーなどでもよく、特に発振源、波長を限定しない。またレーザーの発振方法も連続波でもパルスでもよい。

波長が５００ｎｍから６００ｎｍの間のレーザー光はアモルファスシリコンへの吸収係数が大きすぎず、且つアモルファスシリコンの上部から下部まで均一にレーザー光を照射することができ、膜厚に依存しない均一なレーザーアニールが可能になるという利点を有している。

また、レーザービーム（レーザー光Ｌ）のスポット径Ｄは直径１ｍｍから１０ｍｍ程度である。レーザーヘッド３から出射されたレーザー光Ｌはミラー６で基板の方向へ反射されて光路を曲げられて、そのままｆθレンズ５に入射し、基板４上で集光される。なお集光されたレーザービーム（直接レーザー光Ｌｄ）のスポット径Ｄｄは３０μｍから３００μｍ程度である。またシリンドリカルレンズなどを用いてラインビームを形成してもよい。なお、上述のスポット径Ｄ及びＤｄはそれぞれ、一般的な値であり、本発明のレーザーアニール装置において限定されるものではない。

さらにはレーザー出力とレーザーのスポット径などのビームサイズから決まるエネルギー密度が５ｋＷ／ｃｍ^２から３００ｋＷ／ｃｍ^２の間になることが望ましい。エネルギー密度が５ｋＷ／ｃｍ^２以下の場合ではアモルファスシリコンは十分に結晶変化することができず、また３００ｋＷ／ｃｍ^２以上の場合には一度に与える熱量が大きすぎて基板４に反り等を発生させてしまう。

テレセントリックのｆθレンズ５を用いる理由は、ガントリー２が高速で作動する際、レーザーヘッド３が多少動くことによる光学系のズレが発生しても、レーザー光Ｌを基板４上の一定位置に照射できる利点がある。

図２に、アニールされる基板４の断面のデバイス構造を示す。同デバイス構造は一般的に、以下に述べるように製造される。基板４は一般的な液晶ディスプレイのガラス板として用いられる基板厚約０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度の無アルカリガラス板２−１上にゲート電極２−２の材質をスパッタ法やＣＶＤ法で成膜を行い、その後、ドライエッチング法やウエットエッチング法などを用いてパターニングされるＭｏＷなどからなる厚み１０ｎｍから２００ｎｍ程度のゲート電極２−２を形成し、その後ＣＶＤなどでゲート絶縁膜であるＳｉＯ_２を１０ｎｍから１００ｎｍ程度形成したのちに、さらにＣＶＤなどで半導体層２−４であるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を１０ｎｍから１００ｎｍ程度の厚さに形成される。

なお、ゲート電極２−２の材質としては十分に抵抗が低ければアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）などでもよい。材質はこれらに限定されるものではなく、複合材料でも、積層材料でもよい。さらにゲート絶縁膜２−３もゲート電極２−２を絶縁できれば窒化ケイ素（ＳｉＮ）単独や酸化ケイ素（ＳｉＯ）と窒化ケイ素の積層材料でもよい。さらには半導体層２−４もアモルファスシリコン以外にも、レーザーアニールすることにより移動度が高めることができる材質であればアモルファス酸化物半導体ＩｎＧａＺｎＯなどの酸化物半導体でもよく、特に材質は限定されない。

図２はまたＣＶＤ法を用いて形成された基板４の半導体層（ａ−Ｓｉ）の側断面を示す。形成された基板４の中央部側には膜厚保証領域Ｒｉと、基板４の端部側には膜厚が膜厚保証領域Ｒｉの平均膜厚を±１０％以上超える膜厚保証外領域Ｒｏが１ｍｍから２０ｍｍ程度、ＣＶＤ法を用いると発生する。これは、マスクなどを用いて、所望の領域に対しＣＶＤで成膜される際にマスクのエッジ部が十分に制御できず、平均膜厚と膜厚が大きく異なる膜厚保証外領域Ｒｏが発生する。膜厚保証外領域Ｒｏは、膜厚保証領域Ｒｉと比べて膜厚が大きく異なるため、応力が集中しやすく、ここから半導体層（基板４）のクラックが発生する。

図３に、図２に示した基板４の平面を示す。基板４において、中央部に膜厚保証領域Ｒｉが矩形状に発生し、その周囲の外端部に膜厚保証外領域Ｒｏが１ｍｍから２０ｍｍ程度の幅で発生している。

図４に、ステージ１の上面を示す。ステージ１には、基板４を載置した場合に、膜厚保証外領域Ｒｏに対応する部分に、反射レーザー光Ｌｒのエネルギー密度を低減させるための溝４−１が形成されている。溝４−１の幅Ｗｇは、膜厚保証外領域Ｒｏの幅Ｗｏと同等の１ｍｍから２０ｍｍである。膜厚保証外領域Ｒｏへ本来入射するはずの反射レーザー光Ｌｒに対して作用するために、膜厚保証外領域Ｒｏの下に完全に溝４−１が形成される必要がある。そのために、ステージ１に実際に形成される膜厚保証外領域Ｒｏの幅Ｗｏが２０ｍｍ以上であれば、溝４−１の幅Ｗｇも幅Ｗｏと同等以上に形成する必要がある。

なお、幅Ｗｇ（溝４−１）が、幅Ｗｏ（膜厚保証外領域Ｒｏ）より大きい場合には、特に限定しない。但し、溝４−１が膜厚保証領域Ｒｉの下に形成される場合は、溝４−１により半導体層２−４がアニールされる度合いが異なるので、アニールムラが発生する。よって、膜厚保証領域Ｒｉの下には溝４−１は形成しないほうが望ましい。

図５のステージ１の断面図を参照しながら、溝４−１の横断面形状について説明する。図４を参照して説明したように、溝４−１は、概ね膜厚保証外領域Ｒｏに相当する形状つまり、矩形枠状に延在している。一方その延在方向に概ね垂直な断面形状は、幅Ｗｇを底辺とし、頂点の開角をθｇとし、深さをＤｇとする二等辺三角形状である。この二等辺三角形の二等辺に相当する部分は溝４−１に入射した直接レーザー光Ｌｄを反射する反射面５−１として働く。なお、ステージ１は、溝４−１が設けられていないステージ上面５−２で、基板４と接する。

ステージ１に形成された溝４−１の形状は幅Ｗｇに関しては上記の通り、膜厚保証外領域Ｒｏの幅Ｗｏと同等であり、頂点の開角θｇに関しては９０度以下の鋭角であることが望ましい。開角θｇが９０度以上の鈍角であると、基板４を透過して溝４−１に入射した直接レーザー光Ｌｄが、溝４−１の中で１回しか反射することができない。

またステージ上面５−２は基板４の照射距離を保つために平面度を高める必要がある。そのために、研磨等を行うことにより平面度が上がると共に、６０％から７０％程度の反射率が高い材質が使われる。一方で反射面５−１は平面度が必要ないので、ステージ上面５−２と同じ材質でも研磨処理などを省き５５０ｎｍの光において反射率２０％程度まで反射率を下げた表面状態が望ましい。反射光（反射レーザー光Ｌｒ）は、できる限り基板４に戻らないことが望ましいので、２０％以下の反射率が可能であれば、より望ましい。

これにより、溝４−１の中で、直接レーザー光Ｌｄは最低二回は反射すると共に、反射面５−１の反射率は２０％程度なので、反射光（反射レーザー光Ｌｒ）が基板４に到達する際には、溝４−１に入射した直接レーザー光Ｌｄの４％から５％程度以下までに減衰さられ、ほぼ反射光の影響を無視することができる。その結果、アモルファスシリコンの膜厚保証外領域Ｒｏ上でレーザーアニールを行っても再アニールにより熱応力が軽減されるために、半導体層（基板４）へのクラックは発生しない。

なお、溝４−１は、十分な深さがあれば単純な矩形断面を有する凹部として形成しても良い。この場合、直接レーザー光Ｌｄは、溝４−１の底部で一度反射されることによって、デフォーカス且つ拡散された反射レーザー光Ｌｒとして基板４に再入射する。このように、凹状断面の溝４−１から基板４に再入射する反射レーザー光Ｌｒの減衰率（量）は、逆三角形状溝４−１で二回以上反射された後に基板４に再入射する反射レーザー光Ｌｒの減衰率（量）に比べて劣る。しかしながら、デフォーカスされることにより、基板４に再入射する反射レーザー光Ｌｒのエネルギー密度は低減されているので、基板４の再アニールによる熱応力が低減される。結果、半導体層のクラックが低減される。

なお、溝４−１は、単純な矩形断面である必要はない。例えば、凹部は、幅Ｗｇを底部とし、ステージ１の上面から所定の深さＤｇの位置で、直接レーザー光Ｌｄの主光軸に対して所定の傾きを有して平面的に偏在する面を有して形成される四角形状断面を有するように形成してもよい。この場合、直接レーザー光Ｌｄは、主光軸に対して傾いた底部と側壁で二回反射された後に反射レーザー光Ｌｒとして基板４に再入射するので、減衰率（量）も向上する。この観点より、溝４−１を五角以上の多角形断面を有する凹部として形成することにより、直接レーザー光Ｌｄの反射回数を増加させ、減衰率（量）の増大を図ることができる。

溝４−１が凹形の場合、幅Ｗｇは逆三角形状の場合と同じく、膜厚保証外領域Ｒｏと同等の１ｍｍから２０ｍｍ程度の幅が望ましく、深さＤｇはｆθレンズ５に依存する。凹部底面での直接レーザー光Ｌｄのスポット径Ｄｄが、ｆθレンズ５で集光した焦点のスポット径Ｄｄの２倍から１０倍程度になるような深さが望ましい。これにより１／４倍から１／１００倍程度までエネルギー密度が低減される、さらに溝４−１で反射率の低い反射率２０％以下の反射面５−１で反射することにより、エネルギー密度は１／８倍から１／５００倍まで低減され、さらにはエネルギー自体も２０％低減でき、再アニールによる熱応力が低減され、半導体層へのクラックが低減される。

図６に、図５に示した溝４−１の変形例を示す。同変形例における溝４−２は、溝４−１のように一つの逆三角形状に形成するのではなく、その底面部に、鋭角の溝が複数形成されている。結果、直接レーザー光Ｌｄは溝４−２においては、溝４−１に比べて、より多く反射させて反射レーザー光Ｌｒの影響をさらに弱めることができる。複数の溝の数は特に限定したものではない。ただし、この際も上記と同様な理由から反射率を２０％程度まで下げた表面状態が望ましい。

図７に示すように、溝４−１の周囲に冷却用の流路６−１を設けてもよい。これにより、溝４−１で吸収される直接レーザー光Ｌｄの熱により、ステージ１の材質であるグラナイトなどが風化し、粒子が発生しコンタミが発生するというようなステージの劣化を防ぐことができる。流路６−１に流す媒体はレーザーアニール装置Ａｐを使用する室温程度であることが望ましい。室温以外の温度の媒体が流されるとステージ１が室温と媒体の温度差により当初の精度を維持できないためである。ただし、精度的な問題が発生しなければ、その媒体の温度は特に限定されない。流路６−１の形状、大きさなどもステージ１の精度、強度が十分に保つことができれば特に限定されない。なお、本変形例においても、溝４−１の代わりに溝４−２を設けても良いことは言うまでもない。

図８は、上述のレーザーアニール装置Ａｐにおけるレーザー光（Ｌ、Ｌｄ、及びＬｒ）の光路を示したものである。基板４を透過してきた直接レーザー光Ｌｄは、反射率の低い反射面５−１で最初に第一反射点８−Ａで反射されてエネルギーが弱められ、さらに第二反射点８−Ｂで反射されてさらにそのエネルギーが弱められる、結果的に再アニール点８−Ｃでアニールされる際にはほぼ反射光は無視できるほどになっており、アモルファスシリコンの膜厚保証外領域Ｒｏ上でも半導体層２−４へのクラックが発生することがない。

上述のように、グリーンレーザーは吸収係数が小さいために、半導体層２−４（図２）を透過した後に、ステージ１により反射されて、半導体層２−４を再アニールし易く、課題の再アニールによる半導体層２−４へのクラックが発生しやすい。しかしながら、本実施の形態に係るレーザーアニール装置Ａｐにおいては、ステージ１に設けられた溝４−１或いは溝４−２、およびそれらの変形例によって、グリーンレーザーも十分に減衰された後に、反射レーザー光Ｌｒとして基板４に再入射される。

本発明においては、基板から出射した直接レーザー光は、溝によって、反射されることによって減衰された後に反射レーザー光として基板に再入射される。つまり、溝に入射した直接レーザー光は、反射される度にエネルギーを奪われて減衰される。奪われたエネルギーの一部は、反射面で吸収されて熱に変化するが、その熱による影響（熱膨張）は溝の形状の若干の変化で吸収されて、基板の接地面であるステージの上面までは影響は及ばない。また、溝の縁部の熱膨張が問題になるようであれば、溝の上面の開口部の周囲に凹部を設けても良い。

さらに、溝中の反射面は、ステージの表面より低い位置にあるために、直接レーザー光はデフォーカスされて反射される。つまり、反射による減衰と共に、デフォーカス反射による拡散によって、基板に再入射する反射レーザー光の単位エネルギーも低減される。

なおレーザーアニールを行った後、ソース・ドレインの電極をスパッタなどで形成し、パターンニングすることによりディスプレイ用のＴＦＴは完成する。

上記の実施の形態の構成のレーザーアニール装置により、レーザーアニール工程で半導体層へのクラックを発生されることなく製造できるようになる。

本発明は、有機ＥＬディスプレイや液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの製造や半導体の製造、太陽電池などのレーザー加工を用いる製造などに適用できる。

Ａｃ、Ａｐ レーザーアニール装置
１ ステージ
２ ガントリー
３ レーザーヘッド
４ 基板
４−１、４−２ 溝
５ ｆθレンズ
６ ミラー
Ｌ レーザー光
Ｌｄ 直接レーザー光
Ｌｒ 反射レーザー光
２−１ ガラス板
２−２ ゲート電極
２−３ ゲート絶縁膜
２−４ 半導体層（アモルファスシリコン膜）
Ｒｉ 膜厚保証領域
Ｒｏ 膜厚保証外領域
５−１ 反射面
５−２ ステージ上面
Ｗｇ 溝の幅
Ｄｇ 溝の深さ
θｇ 溝の底の角度
６−１ 冷却用流路
８−Ａ 第一反射点
８−Ｂ 第二反射点
８−Ｃ 再アニール点

Claims (6)

1. 半導体層を設けた基板にレーザー光を照射して、当該半導体層を多結晶化させるレーザーアニール装置であって、
   前記基板を載置するステージと、
   前記レーザー光を発振するレーザーヘッドと、
   前記発振されたレーザー光を、前記基板の半導体層の上面に対して概ね垂直な主光軸に沿って集光させるレーザー照射手段とを備え、
   前記ステージには、載置された基板の半導体層の平均膜厚に対して所定量だけ異なる膜厚を有して、半導体層の端部に所定の幅を有して延在する領域に相当する部分に、所定の断面形状を有する凹部が形成されていることを特徴とするレーザーアニール装置。
2. 前記領域の膜厚は、前記平均膜厚より±１０％を超えることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーアニール装置。
3. 前記凹部の幅は、前記領域の幅と同等であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザーアニール装置。
4. 前記レーザーヘッドは、波長が５００から６００ｎｍの間であるレーザー光を発振することを特徴とする請求項１に記載のレーザーアニール装置。
5. 前記凹部は、前記幅を底部とし、前記ステージの上面から所定の深さの位置を頂点とし、当該頂点より所定の角度が開角した２つの斜辺で形成される三角形状断面を有することを特徴とする、請求項１に記載のレーザーアニール装置。
6. 前記凹部は、前記幅を底部とし、前記ステージの上面から所定の深さの位置で、前記主光軸に対して所定の傾きを有して平面的に偏在する面を有して形成される多角形状断面を有することを特徴とする、請求項１に記載のレーザーアニール装置。