JP4854244B2 - レーザアニール方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、一主面上に非晶質シリコン半導体の薄膜を堆積した基板の非晶質シリコン半導体に向けてレーザ光を照射することにより、この非結晶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。

近年、液晶表示素子(ＬＣＤ)は、モニタ、テレビ、携帯情報端末などに広く利用されている。現在のＬＣＤにおいては、画素毎に半導体素子である薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:ＴＦＴ)を設けたアクティブマトリクス型ＬＣＤが主流となっている。なかでも、半導体層にポリシリコン(多結晶シリコン、ｐ−Ｓｉ)を採用したポリシリコンＴＦＴ液晶は、ガラス基板上に駆動回路の一部を取り込むことによる製造コスト削減のほか、狭額縁、高開口率および高精細化に適するとして、次第に普及するようになってきた。

ポリシリコンＴＦＴの製造方法では、アモルファスシリコン(非晶質シリコン、ａ−Ｓｉ)にレーザ光を照射してこれを結晶化するレーザアニール法が主流となっており、そのレーザ光源としては、出力が大きく、光学系によるビームの形成が比較的容易なエキシマレーザが広く利用されている。この方法では、ビームをライン上に形成できるため、液晶用ガラス基板の結晶化に適している。

例えば、この種のレーザアニール法として、複数のレーザ発振器から発振された複数のレーザ光を、一定の均等な間隔を保ちながら同一の光路を通じて交互に基板へと照射することで、処理速度を落とすことなく、またレーザ光のばらつきを増加させることなく同一箇所へのレーザ光の照射回数を増加させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、エキシマレーザによるレーザアニール法は、例えばパルス毎のレーザ出力の安定性が良好でないため、不均一な結晶になりやすく、また、レーザ光を発振するに従いレーザガスが劣化してレーザ光の出力が低下するため、定期的にレーザガスの交換が必要となり、さらには、レーザチューブも経時的に劣化し、交換が必要になるなど、いくつかの課題を有している。このようなレーザガスあるいはレーザチューブの交換は、その作業のために生産性を落とすだけでなく、製造コストの面でもデメリットが大きい。

そこで、このようなエキシマレーザの課題を解決するために、固体レーザを使用するレーザアニール法の開発も活発となっている。

固体レーザは、その出力がエキシマレーザと比較して非常に安定しており、また、レーザ結晶の交換頻度が、エキシマレーザのチューブ交換頻度と比較して小さく、メンテナンスの面でもメリットを有する。
特開２００３−１０９９１２号公報

固体レーザによるレーザアニール法は、エキシマレーザによるレーザアニール法の課題のいくつかを解決することができるものの、一方で、デメリットとして、その出力が小さいために、液晶用ガラス基板のような広い面積を結晶化するために長い時間が必要になること、また、ビームのコヒーレンシが高いため、光学系の作製が容易でないことなどが挙げられ、このような点から、固体レーザを使用したレーザアニール装置の作製には多くの課題が残っている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、所望のレーザ光出力を容易に得られ、簡単な構成でレーザ光を容易に基板に照射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。

本発明は、一主面上に非晶質シリコン半導体の薄膜を堆積した基板の前記非晶質シリコン半導体に向けてレーザ光を照射することにより、この非結晶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であって、複数台のレーザ発振器から発振されたレーザ光を複数本の光ファイバ体でそれぞれ伝送して統合部により統合し、この統合されたレーザ光を１本の光ファイバ体を介して光分岐機能を有する光導波路に入射させ、この光導波路にて、入射されたレーザ光を複数に分岐して前記基板へと照射するものである。

そして、レーザ発振器から発振されたレーザ光を複数本の光ファイバ体でそれぞれ伝送して統合部により統合し、この統合されたレーザ光を１本の光ファイバ体を介して、光分岐機能を有する光導波路に入射させ、この光導波路にて、入射した光を複数に分岐して基板へと照射する。

本発明によれば、レーザ発振器の個数を増減させることで、所望の出力のレーザ光を容易に得られるとともに、各光ファイバ体、統合部、および、光分岐機能を有する光導波路との簡単な構成でレーザ光を容易に基板に照射できる。

以下、本発明の一実施の形態のレーザアニール装置の構成を図１および図２を参照して説明する。

図１において、１はレーザアニール装置を示し、このレーザアニール装置１は、基板としてのガラス基板CBの一主面上の所定位置に堆積された図示しない非晶質シリコン半導体、すなわちアモルファスシリコン(ａ−Ｓｉ)の薄膜に向けてレーザ光を照射することにより、この非結晶シリコン半導体を多結晶シリコン半導体、すなわちポリシリコン(ｐ−Ｓｉ)にするものである。そして、このレーザアニール装置１は、レーザ光を発振するレーザ発振器２、このレーザ発振器２に接続された光ファイバ３、この光ファイバ３に接続された光導波路４、および、例えば液晶表示素子(ＬＣＤ)パネル用などのガラス基板CBが載置されるステージ５を有し、必要に応じて、減衰器、あるいはパワー測定器などを設置可能となっている。

レーザ発振器２は、レーザ光を発振するもので、例えば複数台(ｎ台)設けられている。これらレーザ発振器２の台数は、各レーザ発振器２のレーザ光出力、ガラス基板CBの大きさ、生産性などを総合的に考慮して任意に設定されている。

光ファイバ３は、レーザ発振器２から発振されたレーザ光を伝送するもので、各レーザ発振器２のそれぞれに接続されこれらレーザ発振器２から発振されたレーザ光を伝送する複数本(ｎ本)の光ファイバ体Faと、これら光ファイバ体Faを統合する統合部７と、この統合部７と光導波路４とを接続する１本の光ファイバ体Fbとを備えている。

光導波路４は、光ファイバ３から入射されたレーザ光をガラス基板CBに照射するもので、図２に示すように、例えば四角形平板状に形成され、長手方向の一端部に光ファイバ体Fb(図１)が接続される接続部11が設けられているとともに、この接続部11に接続され長手方向の他端部に亘るコア部12が設けられている。

接続部11は、光ファイバ体Fbにより伝送されたレーザ光が入射される部分である。

コア部12は、接続部11に入射されたレーザ光が伝わる部分であり、このコア部12を通過するレーザ光は、任意の本数(ｍ本)のレーザ光L1，L2，L3，…，Lm-1，Lmに分岐され、光導波路４の長手方向の他端部に位置し平面状に研磨加工された端面15の任意の位置からガラス基板CB(図１)へと照射されるように構成されている。したがって、光導波路４は、光分岐機能、すなわちスプリッタ機能を有している。

なお、端面15からのレーザ光の出射位置は、具体的に、作製するＬＣＤパネルの設計に対応させて、結晶化が必要なＴＦＴの位置にレーザ光が照射されるように設計すればよく、多くの場合、ＬＣＤパネルの画素領域に関しては、画素ピッチに応じて略等間隔で均等にレーザ光が放射されるように設計される。

ステージ５は、一主面にガラス基板CBが載置され、このガラス基板CBの位置および速度を制御可能となっている。

次に、上記一実施の形態のレーザアニール方法を説明する。

まず、予めガラス基板CB上の一主面の所定位置に、例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法などで図示しないアンダーコート層を形成した後、例えばＰＥ(Plasma Enhanced)−ＣＶＤ法によるＰＥ−ＣＶＤ工程あるいはスパッタリング法によるスパッタリング工程などにて、このアンダーコート層上にアモルファスシリコンの薄膜を堆積し、このガラス基板CBをステージ５に取り付ける。

そして、各レーザ発振器２のそれぞれから発振されたレーザ光は、各光ファイバ体Faを伝わった後、統合部７により統合され、さらに光ファイバ体Fbを伝わって光導波路４の接続部11に入射する。

この後、レーザ光は、光導波路４のコア部12を伝わって複数のレーザ光L1〜Lmに分岐され、光導波路４の端面15から、ステージ５により位置および速度を制御されたガラス基板CBの所定の位置に照射され、ガラス基板CBに堆積されたアモルファスシリコンを溶融結晶化してポリシリコン薄膜である活性層とする。

上述したように、上記一実施の形態によれば、レーザ発振器２から発振されたレーザ光を、光ファイバ３と光導波路４との簡単な構成で容易にガラス基板CBに照射でき、かつ、レーザ発振器２の個数を増減させることで所望の出力のレーザ光を容易に得ることができる。

このため、従来のエキシマレーザを用いたレーザアニール装置、あるいはレーザアニール方法と比較してレーザ光の安定性やランニングコストの面でメリットを有する固体レーザをレーザ発振器２として用いることができる。

同時に、固体レーザを用いた場合のデメリットとして、レーザ光出力がエキシマレーザよりも低いため液晶用ガラス基板のような広い面積を結晶化するのに長い時間を要すること、および、コヒーレンシが高いため光学系の作製が容易でないことなどがあるものの、上記一実施の形態では、固体レーザの出力の低さに関してレーザ発振器２の台数により調整し、光学系の複雑化に関して光ファイバ３と光導波路４とを使用することにより構成の簡略化を図ることで、固体レーザをレーザ発振器２として使用するメリットを最大限に得ることができる。

また、光導波路４が、光ファイバ３から入射されたレーザ光を複数に分岐して照射する光分岐機能を有していることで、ガラス基板CBに対してレーザ光を照射する位置を自由に設計できる。

さらに、光導波路４を、例えば製造するＬＣＤパネルの設計に応じて複数種類用意しておけば、必要に応じてこれらを交換することで、１つのレーザアニール装置１を複数種類のＬＣＤパネルの製造に対応して使用できる。

そして、レーザアニール装置１は、構成が簡略化されているため、光導波路４を交換した際の光学的な再現性も良好である。

なお、上記一実施の形態において、必要であれば、複数の光導波路４に光ファイバ３を接続しておき、それら光導波路４から同時にレーザ光を放射させる構成としたり、スイッチング素子などを用いて１つの光導波路４のみを選択する構成としたりすることも可能である。

また、上記レーザアニール装置１およびレーザアニール方法は、ＬＣＤパネル用以外でも、アモルファスシリコンのポリシリコン化が必要な任意の半導体に対して適用できる。

本発明の一実施の形態のレーザアニール装置を示す説明図である。 同上レーザアニール装置の光導波路を示す説明斜視図である。

符号の説明

１ レーザアニール装置
２ レーザ発振器
４ 光導波路
５ ステージ
７ 統合部
CB 基板としてのガラス基板
Fa，Fb 光ファイバ体

Claims (4)

1. 一主面上に非晶質シリコン半導体の薄膜を堆積した基板の前記非晶質シリコン半導体に向けてレーザ光を照射することにより、この非結晶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であって、
   複数台のレーザ発振器から発振されたレーザ光を複数本の光ファイバ体でそれぞれ伝送して統合部により統合し、
   この統合されたレーザ光を１本の光ファイバ体を介して光分岐機能を有する光導波路に入射させ、
   この光導波路にて、入射されたレーザ光を複数に分岐して前記基板へと照射する
   ことを特徴としたレーザアニール方法。
2. 前記レーザ発振器に固体レーザを使用する
   ことを特徴とした請求項１記載のレーザアニール方法。
3. 一主面上に非晶質シリコン半導体の薄膜を堆積した基板の前記非晶質シリコン半導体に向けてレーザ光を照射することにより、この非結晶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装置であって、
   前記基板が載置されるステージと、
   レーザ光を発振する複数台のレーザ発振器と、
   これらレーザ発振器から発振されたレーザ光をそれぞれ伝送する複数本の光ファイバ体と、
   これら光ファイバ体に接続され、前記複数本の光ファイバ体を統合する統合部と、
   この統合部に接続された１本の光ファイバ体と、
   この光ファイバ体に接続され、この光ファイバ体から入射されたレーザ光を複数に分岐して前記ステージに載置された前記基板へと照射する光分岐機能を有する光導波路と
   を具備したことを特徴としたレーザアニール装置。
4. 前記レーザ発振器は、固体レーザにて構成される
   ことを特徴とした請求項３記載のレーザアニール装置。

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