JP6666426B2 - レーザーアニール装置、マスク、及びレーザーアニール方法 - Google Patents

レーザーアニール装置、マスク、及びレーザーアニール方法 Download PDF

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Description

本発明は、マスクに形成された開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置、該レーザーアニール装置を構成するマスク、該レーザーアニール装置によりレーザーアニールされた薄膜トランジスタ及び前記レーザーアニール装置を用いるレーザーアニール方法に関する。
ＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）方式の液晶ディスプレイは、ＴＦＴ基板とＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色を有するカラーフィルタ基板とを所要の隙間を設けて貼り合わせ、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に液晶を注入し、液晶分子による光の透過率を画素毎に制御することにより、映像を表示することができる。
ＴＦＴ基板には、データ線及び走査線が縦横方向に格子状に配線され、データ線と走査線とが交差する箇所にＴＦＴで構成される画素を形成してある。また、複数の画素で構成される表示領域の周囲には、ＴＦＴで構成されデータ線及び走査線を駆動する駆動回路を形成してある。
ＴＦＴとしては、例えば、シリコン半導体を用いたアモルファスシリコン（非晶質、a-Si）ＴＦＴ、半導体層をポリシリコン（多結晶、ｐ−Si）とした低温ポリシリコンＴＦＴなどの開発が行われている。ａ−ＳｉＴＦＴは、抵抗が高く漏れ電流（リーク電流）が小さい。また、ｐ−ＳｉＴＦＴは、ａ−ＳｉＴＦＴに比べて電子の移動度が格段に大きい。
アモルファスシリコン層にレーザー光を照射してアニール処理をすることによりポリシリコン層にすることができる。例えば、レーザー光源から出射されたレーザー光をレンズ群により平行ビームに成形し、成形した平行ビームを開口部が形成された遮光部材及びマイクロレンズアレイを介して基板に照射するレーザーアニール装置がある。このようなレーザーアニール装置では、遮光部材には基板のスキャン方向に沿って所定数の開口部が配置され、基板を開口部のピッチだけ移動させる都度、レーザー光を照射することにより、１サイクルのスキャンで基板の所要箇所には開口部の数に等しい回数だけレーザー光が照射されるので、同じ照射量のレーザー光を照射することができる（特許文献１参照）。
特許第５４７０５１９号公報
しかし、従来のレーザーアニール装置は、１サイクルのスキャンで同じ照射量のレーザー光が基板の所要箇所に照射される。このため、例えば、ソース電極及びドレイン電極間のギャップ部分、並びにソース電極及びドレイン電極それぞれの一部の直下の電極直下部分を所要箇所とした場合、ギャップ部及び電極直下部分それぞれのポリシリコン層の電子移動度が同じように高くなり、ＴＦＴの漏れ電流が大きくなる。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができるレーザーアニール装置、該レーザーアニール装置を構成するマスク、該レーザーアニール装置によりレーザーアニールされた薄膜トランジスタ及び前記レーザーアニール装置を用いるレーザーアニール方法を提供することを目的とする。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、スキャン方向に沿って複数の開口部が形成されたマスクを備え、前記開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置であって、前記複数の開口部は、前記スキャン方向に沿って整列し形状が同一の第１開口領域を有し、前記複数の開口部のうち一部の開口部は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域と繋がる第２開口領域を有することを特徴とする。
本発明の実施の形態に係るマスクは、基板のスキャン方向に沿って複数の開口部が形成されたマスクであって、前記複数の開口部は、前記スキャン方向に沿って整列し形状が同一の第１開口領域を有し、前記複数の開口部のうち一部の開口部は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域と繋がる第２開口領域を有することを特徴とする。
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、薄膜トランジスタにおいて、基板の表面に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の上側に形成された非晶質半導体膜と、該非晶質半導体膜上に形成されたソース電極と、前記非晶質半導体膜上に形成されたドレイン電極と、前記非晶質半導体膜のうち、前記ソース電極及びドレイン電極それぞれの一部の直下の前記非晶質半導体膜を前述の実施の形態に係るレーザーアニール装置でアニール処理して形成された直下結晶性半導体膜と、前記非晶質半導体膜のうち、前記ソース電極及びドレイン電極間の前記非晶質半導体膜を前述の実施の形態に係るレーザーアニール装置でアニール処理して形成された電極間結晶性半導体膜とを備え、前記電極間結晶性半導体膜の電子移動度が前記直下結晶性半導体膜の電子移動度より高いことを特徴とする。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール方法は、前述の実施の形態に係るレーザーアニール装置を用いるレーザーアニール方法であって、基板及びマスクの相対位置をスキャン方向に沿って移動させ、マスクに形成された複数の開口部を介してレーザー光を前記基板に照射することを特徴とする。
本発明によれば、部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができる。
本実施の形態のレーザーアニール装置の構成の一例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの構成の一例を示す平面視の模式図である。 本実施の形態の開口部及びマイクロレンズの位置関係を示す模式図である。 本実施の形態のレーザーアニール装置による基板のスキャンの一例を示す模式図である。 本実施の形態のレーザーアニール装置による基板のスキャンの一例を示す模式図である。 本実施の形態のレーザーアニール装置による基板のスキャンの一例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第１実施例を示す模式図である。 本実施の形態のレーザーアニール装置によりアニール処理した薄膜トランジスタの平面視の要部を示す模式図である。 本実施の形態のレーザーアニール装置によりアニール処理した薄膜トランジスタの側面視の要部を示す模式図である。 従来のレーザーアニール装置によりアニール処理された理想的な薄膜トランジスタの要部を示す模式図である。 従来の薄膜トランジスタの一例の要部を示す模式図である。 従来のレーザーアニール装置によりアニール処理された薄膜トランジスタの他の例の要部を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第２実施例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第３実施例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第４実施例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第５実施例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第６実施例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第７実施例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第８実施例を示す模式図である。 本実施の形態のマスクの開口部の第９実施例を示す模式図である。 本実施の形態のレーザーアニール装置を用いたレーザーアニール方法の一例を示すフローチャートである。
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態のレーザーアニール装置１００の構成の一例を示す模式図である。本実施の形態のレーザーアニール装置１００は、レーザー光を出射するレーザー光源５０、レーザー光源５０から出射されたレーザー光を平行ビームに成形するためのレンズ群を含む光学系４０、後述の開口部及びマイクロレンズがアレイ状に配置されたマスク部３１を有するマスク（遮光板）３０などを備える。光学系４０で成形された平行ビームは、マスク部３１に設けられた開口部及びマイクロレンズを介して基板１０の所要箇所に部分的に照射される。また、基板１０は不図示の駆動機構により一定の速度で搬送される。レーザー光源５０は、基板１０の照射位置が開口部に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射する。なお、レーザーアニール装置１００は、基板１０を移動させる構成に代えて、基板１０を固定しておき、マスク３０を移動させる構成であってもよい。以下では、基板１０を移動させる例について説明する。
図２は本実施の形態のマスク３０の構成の一例を示す平面視の模式図である。マスク３０には、矩形状のマスク部３１を形成してある。マスク部３１のスキャン方向（縦方向）の寸法をＷとし、スキャン方向と直交する方向（横方向）の寸法をＬとする。マスク部３１には、スキャン方向及びスキャン方向と直交する方向それぞれに等間隔でアレイ状にマイクロレンズ２１が設けられている。それぞれのマイクロレンズ２１の平面視での中心位置には、後述の開口部を形成してある。
マスク部３１の縦方向の寸法Ｗは、例えば、約５ｍｍとすることができ、横方向の寸法Ｌは、約３７ｍｍとすることができるが、各寸法はこれらの数値に限定されない。マクロレンズ２１は、スキャン方向（縦方向）に２０個等間隔で並べてある。１個のマクロレンズ２１には、１個の開口部が対応するので、マスク３０は、スキャン方向（縦方向）に２０個等間隔で開口部を形成してある。
図３は本実施の形態の開口部３２及びマイクロレンズ２１の位置関係を示す模式図である。図３は正面視での開口部３２及びマイクロレンズ２１の位置関係を示すとともに、平面視で開口部３２の位置を当該開口部３２に対応するマイクロレンズ２１の位置を基準にして示す。なお、本実施の形態では、簡便のため、開口部３２の大きさと照射パターンの大きさとは同等に記載しているが、実際には、レーザー光がマイクロレンズ２１により集光されるので、開口部３２のサイズは照射パターンのサイズよりも大きい。図３に示すように、マスク部３１は、複数の開口部３２及びマイクロレンズ（レンズ）２１を有する。なお、マイクロレンズ２１は、開口部３２に対応して透明基板２０上に形成されており、透明基板２０とマスク３０とは一体的になっている。また、平面視が円形のマイクロレンズ２１の中心に矩形状の開口部３２を配置してある。また、マスク３０とマイクロレンズ２１の入射面とは、適長離隔して配置されている。マイクロレンズ２１の最大サイズ（平面視の円形の直径）は、例えば、１５０μｍ〜４００μｍ程度とすることができるが、これらの数値に限定されない。複数形成されたマイクロレンズ２１をマイクロレンズアレイとも称する。
前述の光学系４０で成形された平行ビームがマスク部３１の開口部３２に照射されると、開口部３２を通過したレーザー光は、マイクロレンズ２１で集光され、集光されたレーザー光が、複数の開口部３２（すなわち、マイクロレンズ２１）それぞれに対応して基板１０上の所要箇所に部分的に照射される。
図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは本実施の形態のレーザーアニール装置１００による基板１０のスキャンの一例を示す模式図である。図４Ａは、マスク３０が所定位置にセットされた状態を示し、基板１０のスキャン方向の移動が開始される前の状態を示す。図４Ａに示す状態から、基板１０をスキャン方向に一定の速度で移動させる。レーザー光源５０は、基板１０の照射位置が開口部３２に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射する。例えば、図２に例示した開口部３２の場合、基板１０の同じ個所には、２０回レーザー光が照射されることになる。図４Ｂは、基板１０を一定の速度で移動させて、スキャン方向の最終位置まで（距離Ｚだけ）移動した状態を示す。基板１０を図４Ｂに示す状態まで移動させることにより、図４Ｃに示すように、基板１０の照射領域Ｓの範囲内の所要箇所にレーザー光を部分照射することができる。図４Ｃに示す状態で、マスク３０をスキャン方向と直交する方向に距離Ｌだけ移動させ、図４Ａ及び図４Ｂに示す場合と同様に基板１０をスキャン方向に移動させることにより、照射領域Ｓを増やすことができる。なお、図４では、基板１０のサイズとマスク３０のサイズを同程度に図示しているが、実際は基板１０のサイズは、図４の場合よりも遥かに大きい。
次に、本実施の形態のマスク３０の開口部３２の詳細について説明する。図５は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第１実施例を示す模式図である。なお、以下では、開口部３２とマイクロレンズ２１との位置関係が分かるように両者を図示するとともに、簡便のため、スキャン方向に沿った１列だけを図示している。
図５に示すように、第１実施例では、（Ｍ＋Ｎ）個の開口部３２がスキャン方向に所定間隔で配置されている。（Ｍ＋Ｎ）個すべての開口部３２は、スキャン方向に沿って等間隔で整列し形状が同一の第１開口領域３２１を有する。第１開口領域３２１の位置の中心はマイクロレンズ２１の中心に対応し、第１開口領域３２１の形状は矩形状である。
また、（Ｍ＋Ｎ）個のうち、Ｎ個の開口部３２は、第１開口領域３２１に対する所定方向に第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２２を有する。以下の例では、所定方向は、スキャン方向と直交する方向であるとして説明する。なお、所定方向は、これに限定されず、スキャン方向であってもよい。図５の例では、Ｎ個の開口部３２は、第１開口領域３２１を挟んでスキャン方向と直交する方向に１組の第２開口領域３２２、３２２が繋がっている。
第１実施例の場合、１サイクルのスキャンで基板１０の同じ個所には、第１開口領域３２１を有する開口部３２を介して、（Ｎ＋Ｍ）回レーザー光が照射され、第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２の両方を有する開口部を介して、Ｎ回レーザー光が照射される。
すなわち、複数の開口部３２の数を（Ｎ＋Ｍ）とし、一部の開口部３２の数をＮとする。基板１０をスキャン方向に沿って一定の速度で移動させる。レーザー光源５０は、基板１０の照射位置が開口部３２に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射する。これにより、１サイクルのスキャンで基板１０の同じ個所には、（Ｎ＋Ｍ）回のレーザー光が照射される。そして、複数の開口部３２それぞれは、スキャン方向に沿って等間隔で整列し形状が同一の第１開口領域３２１を有するので、第１開口領域３２１に対応する基板１０の所要箇所には、１サイクルのスキャンで（Ｎ＋Ｍ）回のレーザー光が照射される。また、第２開口領域３２２に対応する基板１０の所要箇所には、１サイクルのスキャンでＮ回のレーザー光が照射される。
基板１０の第１開口領域３２１に対応する箇所１５１は、レーザー光の照射量が多くなり電子移動度を大きくすることができ、第１開口領域３２１に対して所定方向の位置にあって第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２２に対応する箇所１５２は、レーザー光の照射量が少なくなり電子移動度があまり大きくならないようにすることができる。これにより、１サイクルのスキャンで部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができ、電子移動度が異なる結晶性半導体膜を形成することができる。
また、複数の開口部３２のうち一部の開口部３２は、第１開口領域３２１に対する所定方向に第１開口領域３２１を間にして第１開口領域３２１と繋がる１組の第２開口領域３２２、３２３を有する。すなわち、第１開口領域３２１を挟んで１組の第２開口領域３２２、３２３が所定方向に配置されている。これにより、１サイクルのスキャンで、例えば、電子移動度が比較的大きい領域１５２、大きい領域１５１、及び比較的大きい領域１５２、の順序で所定方向に沿って並んだ結晶性半導体膜を形成することができる。なお、図５の例では、簡便のため、開口部３２（第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２、３２３）の大きさと照射パターン（基板１０の第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２、３２３に対応する箇所１５１、１５２）の大きさとは同等に記載しているが、実際には、レーザー光がマイクロレンズ２１により集光されるので、開口部３２のサイズは照射パターンのサイズよりも大きい。図６以降についても同様である。
図６は本実施の形態のレーザーアニール装置１００によりアニール処理した薄膜トランジスタの平面視の要部を示す模式図であり、図７は本実施の形態のレーザーアニール装置１００によりアニール処理した薄膜トランジスタの側面視の要部を示す模式図である。なお、図６及び図７では、簡便のため要部のみを図示している。
図６及び図７に示すように、本実施の形態のレーザーアニール装置１００によりアニール処理した薄膜トランジスタ（本実施の形態の薄膜トランジスタ）は、基板１０の表面に形成されたゲート電極１１と、ゲート電極１１の上側に形成された非晶質半導体膜１４と、非晶質半導体膜１４上に形成されたソース電極１２と、非晶質半導体膜１４上に形成されたドレイン電極１３と、非晶質半導体膜１４のうち、ソース電極１２及びドレイン電極１３それぞれの一部の直下の非晶質半導体膜１４をレーザーアニール装置１００でアニール処理して形成された直下結晶性半導体膜１５２と、非晶質半導体膜１４のうち、ソース電極１２及びドレイン電極１３間の非晶質半導体膜１４をレーザーアニール装置１９９でアニール処理して形成された電極間結晶性半導体膜１５１とを備える。そして、電極間結晶性半導体膜１５１の電子移動度が直下結晶性半導体膜１５２の電子移動度より高い。
次に、比較例として従来の場合について説明する。図８は従来のレーザーアニール装置によりアニール処理された理想的な薄膜トランジスタの要部を示す模式図である。図８の上段の図は、レンズに対応して設けられた開口部であり、開口部の形状はすべて同じ形状となっている。図８の中段は、薄膜トランジスタの平面視の要部を示し、図８の下段は、薄膜トランジスタの側面視の要部を示す。開口部に対応する基板の箇所は、ソース電極１２及びドレイン電極１３間のギャップ部に相当する。図８に示すように、仮に理想的な薄膜トランジスタを作製できたとすると、ソース電極１２及びドレイン電極１３間のギャップ部は、結晶性半導体膜１５で形成され、ソース電極１２及びドレイン電極１３それぞれの直下は非晶質半導体膜１４で形成されている。かかる構成により、漏れ電流を少なくすることができるとともに、駆動電流を大きくすることができる。
図９は従来の薄膜トランジスタの一例の要部を示す模式図である。従来のレーザーアニール装置では、マスクに形成された開口部の形状はすべて同一である。また、開口部に対応する基板の箇所を、ソース電極１２及びドレイン電極１３間のギャップ部とする。基板１０をスキャン方向へ搬送する際の位置ずれ、あるいはレーザー光の光軸のずれ等により、レーザー光が照射される領域がギャップ部からずれる場合があり、図９に示すように、ギャップ部の一部が非晶質半導体膜１４で形成されてしまう。図９に示すような薄膜トランジスタでは、ギャップ部の一部の電子移動度が小さくなり、駆動電流を大きくすることができない。
図１０は従来のレーザーアニール装置によりアニール処理された薄膜トランジスタの他の例の要部を示す模式図である。図１０に示す開口部は、図８に示す開口部に比べて、ソース電極１２の直下の一部及びドレイン電極１３の直下の一部にもレーザー光が照射されるように、横方向の寸法を若干長くしてある。これにより、基板１０をスキャン方向へ搬送する際の位置ずれ、あるいはレーザー光の光軸のずれ等が発生した場合でも、ソース電極１２及びドレイン電極１３間のギャップ部は、必ず結晶性半導体膜１５で形成される。しかし、図１０に示すように、ソース電極１２及びドレイン電極１３それぞれの一部の直下の領域も結晶性半導体膜１５で形成されるため、漏れ電流が大きくなるという欠点が生じる。
一方、前述のとおり、本実施の形態では、基板１０の第１開口領域３２１に対応する箇所１５１は、レーザー光の照射量が多くなり電子移動度を大きくすることができ、第１開口領域３２１に対して所定方向の位置にあって第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２２に対応する箇所１５２は、レーザー光の照射量が少なくなり電子移動度があまり大きくならないようにすることができる。これにより、１サイクルのスキャンで部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができ、電子移動度が異なる結晶性半導体膜を形成することができる。
また、図６及び図７に示すように、本実施の形態の薄膜トランジスタは、ソース電極１２及びドレイン電極１３間のギャップ部は、電子移動度の大きい結晶性半導体膜１５で形成され、ソース電極１２及びドレイン電極１３それぞれの一部の直下は、電子移動度が比較的大きい結晶性半導体膜１５で形成されているので、漏れ電流を少なくすることができるとともに、駆動電流を大きくすることができる。
図１１は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第２実施例を示す模式図である。図５に示す第１実施例との相違点は、第２実施例では、第１開口領域３２１だけを有する開口部３２と、第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２の両方を有する開口部３２とを、スキャン方向に沿って交互に配置してある。交互に配置することにより、入射光のムラ、基板１０の搬送のズレ等のばらつきが拡散（平均化）され、特性が均一の薄膜トランジスタを製造することができる。
図１２は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第３実施例を示す模式図である。図５に示す第１実施例との相違点は、第３実施例では、スキャン方向に並んだ開口部３２の列によって、開口部３２の種別が異なる。すなわち、第１列目は、第１実施例と同様の開口部３２の列で構成し、第２列目は、（Ｍ＋Ｎ）個のすべての開口部３２が第１開口領域３２１だけを有する。これにより、１サイクルのスキャンで、電子移動度の異なり具合が違う態様の結晶性半導体膜を形成することができる。
図１３は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第４実施例を示す模式図である。第４実施例では、（Ｍ＋Ｎ）個すべての開口部３２は、スキャン方向に沿って等間隔で整列し形状が同一の第１開口領域３２１を有する。第１開口領域３２１の位置の中心はマイクロレンズ２１の中心に対応し、第１開口領域３２１の形状は矩形状である。
また、（Ｍ＋Ｎ）個のうち、Ｎ個の開口部３２は、第１開口領域３２１に対する所定方向に第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２３を有する。所定方向は、スキャン方向と直交する方向である。さらに、Ｎ個のうち、Ｋ個の開口部３２は、第１開口領域３２１を挟んで第２開口領域３２３と対向する位置に第２開口領域３２２を有する。これにより、第１開口領域３２１に対応する基板の箇所１５１には、（Ｍ＋Ｎ）回レーザー光が照射され、第２開口領域３２３に対応する基板の箇所１５２には、Ｎ回レーザー光が照射され、第２開口領域３２２に対応する基板の箇所１５３には、Ｋ回レーザー光が照射される。これにより、１サイクルのスキャンで、電子移動度が異なる結晶性半導体膜を３か所形成することができる。
図１４は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第５実施例を示す模式図である。第５実施例では、（Ｍ＋Ｎ）個すべての開口部３２は、スキャン方向に沿って等間隔で整列し形状が同一の第１開口領域３２１を有する。第１開口領域３２１の位置の中心はマイクロレンズ２１の中心に対応し、第１開口領域３２１の形状は矩形状である。
また、（Ｍ＋Ｎ）個のうち、Ｍ個の開口部３２は、第１開口領域３２１に対する所定方向に第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２２を有する。所定方向は、スキャン方向と直交する方向である。図１４の例では、第１開口領域３２１の左側に第２開口領域３２２を有する。また、（Ｍ＋Ｎ）個のうち、Ｎ個の開口部３２は、第１開口領域３２１に対する所定方向に第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２３を有する。図１４の例では、第１開口領域３２１の右側に第２開口領域３２３を有する。図１４の例では、（Ｍ＋Ｎ）個の開口部３２それぞれの形状と大きさは同一であり、Ｍ個の開口部３２の位置は、中心から左側にずれている。また、Ｎ個の開口部３２の位置は、中心から右側にずれている。
これにより、第１開口領域３２１に対応する基板の箇所１５１には、（Ｍ＋Ｎ）回レーザー光が照射され、第２開口領域３２２に対応する基板の箇所１５２には、Ｍ回レーザー光が照射され、第２開口領域３２３に対応する基板の箇所１５２には、Ｎ回レーザー光が照射される。これにより、１サイクルのスキャンで、電子移動度が異なる結晶性半導体膜を形成することができる。
上述の第１実施例から第５実施例では、所定方向は、スキャン方向と直交する方向であり、第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２、３２３のスキャン方向の寸法が同等である。これにより、スキャン方向の寸法が同等であって、電子移動度が比較的大きい、大きい、及び比較的大きい、の順序でスキャン方向と直交する方向に沿って並んだ結晶性半導体膜を形成することができる。
次に、所定方向がスキャン方向である場合について説明する。図１５は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第６実施例を示す模式図である。第６実施例では、（Ｍ＋Ｎ）個すべての開口部３２は、スキャン方向に沿って等間隔で整列し形状が同一の第１開口領域３２１を有する。第１開口領域３２１の位置の中心はマイクロレンズ２１の中心に対応し、第１開口領域３２１の形状は矩形状である。
また、（Ｍ＋Ｎ）個の開口部３２のうちＮ個の開口部３２は、第１開口領域３２１に対するスキャン方向に第１開口領域３２１を間にして第１開口領域３２１と繋がる１組の第２開口領域３２４、３２５を有する。すなわち、Ｎ個の開口部３２は、第１開口領域３２１を挟んで、スキャン方向に１組の第２開口領域３２４、３２５を有する。
基板１０の第１開口領域３２１に対応する箇所１５１は、レーザー光の照射量が多くなり電子移動度を大きくすることができ、第２開口領域３２４、３２５に対応する箇所１５２は、レーザー光の照射量が少なくなり電子移動度があまり大きくならないようにすることができる。これにより、１サイクルのスキャンで部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができ、電子移動度が異なる結晶性半導体膜を形成することができる。
また、電子移動度が比較的大きい箇所１５２、大きい箇所１５１、及び比較的大きい箇所１５２、の順序でスキャン方向に沿って並んだ結晶性半導体膜を形成することができる。
図１６は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第７実施例を示す模式図である。第７実施例では、（Ｍ＋Ｎ）個すべての開口部３２は、スキャン方向に沿って等間隔で整列し形状が同一の第１開口領域３２１を有する。第１開口領域３２１の位置の中心はマイクロレンズ２１の中心に対応し、第１開口領域３２１の形状は矩形状である。
また、（Ｍ＋Ｎ）個のうち、Ｍ個の開口部３２は、第１開口領域３２１に対するスキャン方向に第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２４を有する。図１６の例では、第１開口領域３２１の上側に第２開口領域３２４を有する。また、（Ｍ＋Ｎ）個のうち、Ｎ個の開口部３２は、第１開口領域３２１に対するスキャン方向に第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２５を有する。図１６の例では、第１開口領域３２１の下側に第２開口領域３２５を有する。図１６の例では、（Ｍ＋Ｎ）個の開口部３２それぞれの形状と大きさは同一であり、Ｍ個の開口部３２の位置は、中心から上側（スキャン方向の後方）にずれている。また、Ｎ個の開口部３２の位置は、中心から下側（スキャン方向の前方）にずれている。
これにより、第１開口領域３２１に対応する基板の箇所１５１には、（Ｍ＋Ｎ）回レーザー光が照射され、第２開口領域３２４に対応する基板の箇所１５２には、Ｍ回レーザー光が照射され、第２開口領域３２５に対応する基板の箇所１５２には、Ｎ回レーザー光が照射される。これにより、１サイクルのスキャンで、電子移動度が異なる結晶性半導体膜を形成することができる。
上述のように、第６実施例及び第７実施例では、所定方向は、スキャン方向であり、第１開口領域３２１及び第２開口領域３２４、３２５のスキャン方向と直交する方向の寸法が同等である。これにより、スキャン方向と直交する方向の寸法が同等であって、電子移動度が比較的大きい、大きい、及び比較的大きい、の順序でスキャン方向に沿って並んだ結晶性半導体膜を形成することができる。
また、上述の各実施例では、第１開口領域３２１は、矩形状をなす。第１開口領域３２１は矩形状をなすので、第１開口領域３２１に対応する基板の箇所を、ソース電極１２及びドレイン電極１３間のギャップ部分とすることができる。また、第１開口領域３２１と繋がる第２開口領域３２２、３２３、３２４、３２５を、ソース電極１２及びドレイン電極１３それぞれの一部の直下の電極直下部分とすることができる。
また、本実施の形態のレーザーアニール装置１００は、レーザー光を集光するマイクロレンズ２１を備えるので、基板の所要箇所にレーザー光を部分照射することができ、部分レーザーアニールを行うことができる。また、本実施の形態のレーザーアニール装置１００は、レーザー光源５０を備えるので、部分レーザーアニールを行うことができる。
図１７は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第８実施例を示す模式図である。図１７に示すように、開口部３２には、格子状に配置された微小の矩形状の調整部材３５を設けてある。調整部材３５は、レーザー光の照射量を調整するものであり、レーザー光の透過量を低減するような材質のものであれば適宜の材質を用いることができる。パターンＢは、パターンＡの調整部材３５の箇所が開口し、パターンＡの開口している箇所に調整部材３５を設けたものである。レーザー光の照射量を調整する調整部材３５の箇所をパターンＡ、Ｂに示すように、補完しあう位置にすることにより、レーザー光の照射量のムラをなくして均一化することができる。また、１サイクルのスキャンで基板１０の所要箇所に照射されるレーザー光の照射量を調整して、結晶性半導体層の電子移動度を所要の値に調整することができる。
図１８は本実施の形態のマスク３０の開口部３２の第９実施例を示す模式図である。図１８に示すように、開口部３２には、スリット状に配置された微小の矩形状の調整部材３６を設けてある。パターンＤは、パターンＣの調整部材３６の箇所が開口し、パターンＣの開口箇所に調整部材３６を設けたものである。レーザー光の照射量を調整する調整部材３６の箇所をパターンＣ、Ｄに示すように、補完しあう位置にすることにより、レーザー光の照射量のムラをなくして均一化することができる。また、１サイクルのスキャンで基板１０の所要箇所に照射されるレーザー光の照射量を調整して、結晶性半導体層の電子移動度を所要の値に調整することができる。
図１７及び図１８に示すような開口部３２は、第１開口領域３２１のみを有する開口部３２に適用してもよく、あるいは第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２、３２３、３２４、３２５の両方を有する開口部３２に適用することもできる。また、図１７及び図１８に示すような開口部３２は、第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２、３２３、３２４、３２５の両方に適用してもよいし、第１開口領域３２１及び第２開口領域３２２、３２３、３２４、３２５のいずれか一方にだけ適用してもよい。
次に、本実施の形態のレーザーアニール装置１００を用いたレーザーアニール方法について説明する。図１９は本実施の形態のレーザーアニール装置１００を用いたレーザーアニール方法の一例を示すフローチャートである。以下、簡便のため、レーザーアニール装置１００を装置１００と称する。装置１００は、マスク３０を所定位置にセットし（Ｓ１１）、レーザー光を照射する（Ｓ１２）。装置１００は、基板１０をスキャン方向に一定の速度で移動させる（Ｓ１３）。レーザー光源５０は、基板１０の照射位置がマスク３０の開口部３２に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射する。
装置１００は、スキャン方向の最終位置まで基板１０を移動したか否かを判定し（Ｓ１４）、最終位置まで基板１０を移動していない場合（Ｓ１４でＮＯ）、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。スキャン方向の最終位置まで基板１０を移動した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、装置１００は、基板１０の所定エリアのレーザー光照射が完了したか否かを判定する（Ｓ１５）。
基板１０の所定エリアのレーザー光照射が完了していない場合（Ｓ１５でＮＯ）、装置１００は、マスク３０をスキャン方向と直交する方向に所定距離（マスク３０の横方向の寸法Ｌ）だけ移動し（Ｓ１６）、ステップＳ１２以降の処理を繰り返す。基板１０の所定エリアのレーザー光照射が完了した場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、装置１００は、処理を終了する。なお、図１９の例では、基板１０をスキャン方向へ移動（搬送）させる構成であったが、これに限定されるものではなく、基板１０を固定しておき、マスク３０（光学系４０を含めてもよい）をスキャン方向に移動させるようにしてもよい。
上述の実施の形態では、開口部３２の形状は矩形状であったが、開口部３２の形状は矩形状に限定されるものではなく、例えば、楕円状であってもよい。また、矩形状の開口部３２の四隅に円形状又は矩形状の切り欠きを設けてもよい。これにより、開口部３２の四隅近傍のレーザー光の照射量を若干増やすことができ、レーザー光が照射される領域の形状を矩形状にすることができる。
本実施の形態は、シリコン半導体を用いたＴＦＴだけでなく、酸化物半導体を用いたＴＦＴにも適用して、１サイクルのスキャンで部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができる。
また、上述の各実施例において記載されている構成は、お互いに組み合わせることが可能であり、組み合わせをすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、スキャン方向に沿って複数の開口部が形成されたマスクを備え、前記開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置であって、前記複数の開口部は、前記スキャン方向に沿って整列し形状が同一の第１開口領域を有し、前記複数の開口部のうち一部の開口部は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域と繋がる第２開口領域を有することを特徴とする。
本発明の実施の形態に係るマスクは、基板のスキャン方向に沿って複数の開口部が形成されたマスクであって、前記複数の開口部は、前記スキャン方向に沿って整列し形状が同一の第１開口領域を有し、前記複数の開口部のうち一部の開口部は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域と繋がる第２開口領域を有することを特徴とする。
本発明の実施の形態に係る薄膜トランジスタは、薄膜トランジスタにおいて、基板の表面に形成されたゲート電極と、該ゲート電極の上側に形成された非晶質半導体膜と、該非晶質半導体膜上に形成されたソース電極と、前記非晶質半導体膜上に形成されたドレイン電極と、前記非晶質半導体膜のうち、前記ソース電極及びドレイン電極それぞれの一部の直下の前記非晶質半導体膜を前述の実施の形態に係るレーザーアニール装置でアニール処理して形成された直下結晶性半導体膜と、前記非晶質半導体膜のうち、前記ソース電極及びドレイン電極間の前記非晶質半導体膜を前述の実施の形態に係るレーザーアニール装置でアニール処理して形成された電極間結晶性半導体膜とを備え、前記電極間結晶性半導体膜の電子移動度が前記直下結晶性半導体膜の電子移動度より高いことを特徴とする。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール方法は、本実施形態のいずれか１つに係るレーザーアニール装置を用いるレーザーアニール方法であって、基板及びマスクの相対位置をスキャン方向に沿って移動させ、マスクに形成された複数の開口部を介してレーザー光を前記基板に照射することを特徴とする。
マスクは、基板のスキャン方向に沿って複数の開口部が形成してある。開口部は、例えば、所定の間隔で形成しておくことができる。複数の開口部は、スキャン方向に沿って整列し形状が同一の第１開口領域を有する。複数の開口部のうち一部の開口部は、第１開口領域に対する所定方向に第１開口領域と繋がる第２開口領域を有する。所定方向は、スキャン方向と直交する方向とすることができるが、これに限定されず、スキャン方向であってもよい。
例えば、複数の開口部の数を（Ｎ＋Ｍ）とし、一部の開口部の数をＮとする。基板をスキャン方向に沿って一定の速度で移動させ、基板の照射位置が開口部に対応する位置に到達する時間間隔でレーザー光を照射するので、１サイクルのスキャンで基板の同じ個所には、（Ｎ＋Ｍ）回のレーザー光が照射される。そして、複数の開口部は、スキャン方向に沿って整列し形状が同一の第１開口領域を有するので、第１開口領域に対応する基板の所要箇所には、１サイクルのスキャンで（Ｎ＋Ｍ）回のレーザー光が照射される。また、第２開口領域に対応する基板の所要箇所には、１サイクルのスキャンでＮ回のレーザー光が照射される。なお、第１開口領域は、例えば、スキャン方向に沿って等間隔で整列しておくことができる。
すなわち、基板の第１開口領域に対応する箇所は、レーザー光の照射量が多くなり電子移動度を大きくすることができ、第１開口領域に対して所定方向の位置にあって第１開口領域と繋がる第２開口領域に対応する箇所は、レーザー光の照射量が少なくなり電子移動度があまり大きくならないようにすることができる。これにより、１サイクルのスキャンで部分的に電子移動度が異なるアニール処理を行うことができ、電子移動度が異なる結晶性半導体膜を形成することができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記複数の開口部のうち一部の開口部は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域を間にして該第１開口領域と繋がる１組の第２開口領域を有することを特徴とする。
複数の開口部のうち一部の開口部は、第１開口領域に対する所定方向に第１開口領域を間にして第１開口領域と繋がる１組の第２開口領域を有する。すなわち、第１開口領域を挟んで１組の第２開口領域が所定方向に配置されている。これにより、１サイクルのスキャンで、例えば、電子移動度が比較的大きい、大きい、及び比較的大きい、の順序で所定方向に沿って並んだ結晶性半導体膜を形成することができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記所定方向は、前記スキャン方向と直交する方向であり、前記第１開口領域及び前記第２開口領域の前記スキャン方向の寸法が同等であることを特徴とする。
所定方向は、スキャン方向と直交する方向であり、第１開口領域及び第２開口領域のスキャン方向の寸法が同等である。これにより、スキャン方向の寸法が同等であって、電子移動度が比較的大きい、大きい、及び比較的大きい、の順序でスキャン方向と直交する方向に沿って並んだ結晶性半導体膜を形成することができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記所定方向は、前記スキャン方向であり、前記第１開口領域及び前記第２開口領域の前記スキャン方向と直交する方向の寸法が同等であることを特徴とする。
所定方向は、スキャン方向であり、第１開口領域及び第２開口領域のスキャン方向と直交する方向の寸法が同等である。これにより、スキャン方向と直交する方向の寸法が同等であって、電子移動度が比較的大きい、大きい、及び比較的大きい、の順序でスキャン方向に沿って並んだ結晶性半導体膜を形成することができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記第１開口領域は、矩形状をなすことを特徴とする。
第１開口領域は、矩形状をなす。第１開口領域は矩形状をなすので、第１開口領域に対応する基板の箇所を、ソース電極及びドレイン電極間のギャップ部分とすることができる。また、第１開口領域と繋がる第２開口領域を、ソース電極及びドレイン電極それぞれの一部の直下の電極直下部分とすることができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記複数の開口部の全部又は一部は、レーザー光の照射量を調整する調整部材を備えることを特徴とする。
複数の開口部の全部又は一部は、レーザー光の照射量を調整する調整部材を備える。調整部材は、例えば、レーザー光の透過量を低減するような材質のものであれば適宜の材質を用いることができる。調整部材は、開口部の第１開口領域に格子状又は線状のスリットを設けてもよく、開口部の第１開口領域及び第２開口領域に格子状又は線状のスリットを設けてもよい。これにより、１サイクルのスキャンで基板の所要箇所に照射されるレーザー光の照射量を調整して、結晶性半導体層の電子移動度を所要の値に調整することができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記複数の開口部それぞれに対設され、該開口部を介して照射されるレーザー光を集光するレンズを備えることを特徴とする。
複数の開口部それぞれに対設され、開口部を介して照射されるレーザー光を集光するレンズを備える。これにより、基板の所要箇所にレーザー光を部分照射することができ、部分レーザーアニールを行うことができる。
本発明の実施の形態に係るレーザーアニール装置は、前記複数の開口部それぞれを介して照射されるレーザー光を出射するレーザー光源を備えることを特徴とする。
複数の開口部それぞれを介して照射されるレーザー光を出射するレーザー光源を備える。これにより、部分レーザーアニールを行うことができる。
１０ 基板
１１ ゲート電極
１２ ソース電極
１３ ドレイン電極
１４ 非晶質半導体膜
１５ 結晶性半導体膜
２１ マイクロレンズ
３０ マスク
３１ マスク部
３２ 開口部
４０ 光学系
５０ レーザー光源
３２１ 第１開口領域
３２２、３２３、３２４、３２５ 第２開口領域

Claims (11)

  1. 複数の開口部がアレイ状に形成されたマスクを備え、前記開口部を介してレーザー光を基板に照射するレーザーアニール装置であって、
    前記複数の開口部のうちのスキャン方向に沿って並ぶ開口部群は、各開口部が前記スキャン方向に沿って整列し形状及び大きさが同一の第１開口領域を有し、
    前記開口部群のうち一部の複数の開口部の各々は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域と繋がる第２開口領域を有し、
    複数の前記第２開口領域の形状及び大きさが同一であることを特徴とするレーザーアニール装置。
  2. 前記開口部群のうち一部の複数の開口部の各々は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域を間にして該第１開口領域と繋がる１組の第２開口領域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。
  3. 前記所定方向は、前記スキャン方向と直交する方向であり、
    前記第１開口領域及び前記第２開口領域の前記スキャン方向の寸法が同等であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザーアニール装置。
  4. 前記所定方向は、前記スキャン方向であり、
    前記第１開口領域及び前記第２開口領域の前記スキャン方向と直交する方向の寸法が同等であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレーザーアニール装置。
  5. 前記第１開口領域は、矩形状をなすことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザーアニール装置。
  6. 前記複数の開口部の全部又は一部は、
    レーザー光の照射量を調整する調整部材を備えることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のレーザーアニール装置。
  7. 前記複数の開口部それぞれに対設され、該開口部を介して照射されるレーザー光を集光するレンズを備えることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のレーザーアニール装置。
  8. 前記複数の開口部それぞれを介して照射されるレーザー光を出射するレーザー光源を備えることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のレーザーアニール装置。
  9. 前記レーザー光源は、前記各開口部の前記第１開口領域と前記複数の第２開口領域の各々とを介して前記基板に前記レーザー光を照射して、前記基板における前記第１開口領域に対応する箇所の電子移動度を、前記基板における前記第２開口領域に対応する箇所の電子移動度よりも大きくすることを特徴とする請求項８に記載のレーザーアニール装置。
  10. 複数の開口部がアレイ状に形成されたマスクであって、
    前記複数の開口部のうちの基板のスキャン方向に沿って並ぶ開口部群は、各開口部が前記スキャン方向に沿って整列し形状及び大きさが同一の第１開口領域を有し、
    前記開口部群のうち一部の複数の開口部の各々は、前記第１開口領域に対する所定方向に該第１開口領域と繋がる第２開口領域を有し、
    複数の前記第２開口領域の形状及び大きさが同一であることを特徴とするマスク。
  11. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載のレーザーアニール装置を用いるレーザーアニール方法であって、
    基板及びマスクの相対位置をスキャン方向に沿って移動させ、
    マスクに形成された複数の開口部を介してレーザー光を前記基板に照射することを特徴とするレーザーアニール方法。
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