JPH11354463A - レーザアニール装置及び多結晶半導体膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザーのラインビームを複数回走査して大
面積基板上の非晶質半導体膜をレーザアニールする時
に、大面積基板上のパネル基板内にラインビームの重な
り領域が生じるのを防止し、大面積基板上の非晶質半導
体膜全面を均質に多結晶化して、液晶表示素子の表示品
位向上及び生産歩留まりの向上を図る。 【解決手段】 エキシマレーザアニール装置１８の、集
光レンズ２６からステージ２４に達する間にスリット装
置２７を設け、大面積基板１０に照射されるラインビー
ム２２の長さをパネル基板１６の整数倍に成るよう調整
した後大面積基板１０を複数回走査する事により、パネ
ル基板１６内にラインビーム２２の重なり領域を生じる
事無く非晶質半導体膜１４全面を均質に結晶化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質半導体膜か
ら多結晶半導体膜を得るために、非晶質半導体膜にレー
ザのライン状のビームを照射するレーザアニール装置及
び、多結晶半導体膜の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、高精細な液晶表示素子のスイッチ
ング素子として、移動度が高く且つ液晶表示素子の駆動
も含めた高性能化が可能であることから、多結晶半導体
膜であるポリシリコンを半導体層とする多結晶薄膜トラ
ンジスタ（以下ｐ−ＳｉＴＦＴと略称する。）の実用化
が進められている。一般に多結晶半導体膜は、非晶質半
導体膜にレーザビームを照射して多結晶化するレーザア
ニール法により形成されている。そして特にレーザビー
ムの長尺化が可能であるエキシマレーザアニール装置を
用いてのレーザアニールが多用されている。

【０００３】このようなエキシマレーザアニール装置
は、従来はエキシマレーザ発振器から発振され、ホモジ
ナイザによりライン状に整形されたラインビームを、光
学系により非晶質半導体膜を有する絶縁基板上に集光す
ると共に、光学系の最終出口と絶縁基板との間にスリッ
トを設けてラインビーム長を目的長さに固定設定し、こ
のラインビームを用いて非晶質半導体の全面もしくは任
意の領域をアニールして多結晶半導体を形成していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のエキシマレーザアニール装置は、スリットによりライ
ンビーム長が固定長さに設定されてしまい、ラインビー
ムの長さが一定であり、絶縁基板毎あるいは同一絶縁基
板内でその長さを変えることが不可能であった。

【０００５】一方製造の効率化のため、絶縁基板は、多
数の液晶表示素子分のパネル領域をマトリクス状に配列
可能となる様大面積化され、このような大面積基板上の
非晶質半導体膜をアニールする場合には、ライン長の長
いエキシマレーザビームであっても１回の走査では必要
領域全面をアニールすることが出来ず、図７に示すよう
に、大面積基板１上で一定長さのラインビーム２を複数
回走査させていた。

【０００６】このため、大面積基板１上にはマトリクス
状に配列される任意のパネル領域３内にラインビーム２
が重なる領域［Ａ］を生じてしまっていた。しかもライ
ンビーム長が固定長さである一方、大面積基板１上に形
成されるパネル領域３のサイズや形状が多様であり、更
に１枚の大面積基板１上に形成されるパネルサイズが複
数種ある場合があり、パネル領域３内でのラインビーム
２照射の重なり領域［Ａ］の形成を避けられなかった。

【０００７】この照射の重なり領域［Ａ］は他の領域よ
りもラインビーム２に走査される回数が多いため結晶化
後の結晶粒径、電気的な特性等が異なってしまい、他の
領域と特性が異なり、このような多結晶半導体膜を用い
て液晶表示パネルを製造すると、領域［Ａ］に表示ムラ
を生じ、ひいては液晶表示素子の表示品位の低下を生
じ、生産歩留まりを低下するという問題を有していた。

【０００８】このため、固定長さのラインビーム２に合
わせて、大面積基板１上の各パネル領域３間の間隙を拡
大して、表示パネル３内にラインビーム２が重なる領域
［Ａ］が形成されるのを避ける方法も検討されている
が、この方法は、大面積基板１を有効に利用出来ず、量
産に適さないという新たな問題を生じていた。

【０００９】本発明は上記課題を除去するもので、レー
ザのラインビームを複数回走査して大面積基板をアニー
ルする際に、パネル領域内でのラインビームの重なり領
域の発生を防止し、基板の大面積化、基板上のパネル領
域の多様化等に拘わらず、大面積基板上にてレーザによ
るラインビームを均一に照射出来、ひいては均一特性を
有する多結晶半導体膜を得る事により良好な表示品位の
液晶表示素子を高い歩留まりで得ることが出来るレーザ
アニール装置及び多結晶半導体の製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、レーザ光を発振する発振手段と、前記レーザ
光をライン状のビームに整形するビーム整形手段と、前
記整形されたライン状のビームの長さを調整する調整手
段とを設けるものである。

【００１１】又本発明は上記課題を解決するため、絶縁
基板上にてライン状のビームを複数回走査して前記絶縁
基板上に堆積される非晶質半導体膜を結晶化する多結晶
半導体膜の製造方法において、前記絶縁基板上に非晶質
半導体膜を形成する工程と、前記ライン状のビームを第
１の長さで前記非晶質半導体膜に照射する工程と、前記
ライン状のビームを第２の長さで前記非晶質半導体膜に
照射する工程とを実施するものである。

【００１２】そして本発明は上記構成により、絶縁基板
の大面積化或いはパネル領域の多様化に拘わらず絶縁基
板上の非晶質半導体膜を均一にアニールする事により、
パネル領域内にラインビームの重なり領域を生じる事が
無く、均一な多結晶半導体膜を得られ、ひいては表示ム
ラが無く表示品位の高い多様な液晶表示素子を高い歩留
まりで得るものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下本発明を図１乃至図６に示す
実施の形態を参照して説明する。１０は４００ｍｍ×５
００ｍｍの無アルカリガラスからなる絶縁基板１１上に
アンダーコート層１２として窒化シリコン（ＳｉＮｘ）
膜１２ａ及び酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜１２ｂを成膜
したのち、非晶質半導体膜１４を５０ｎｍ成膜して成
り、この非晶質半導体膜１４をアニールし、多結晶半導
体膜（図示せず）を形成後、ｐ−ＳｉＴＦＴ液晶表示装
置（図示せず）を４０面分作製可能となるよう４０枚パ
ネル基板１６をマトリクス状のに配列して成る大面積基
板である。

【００１４】１８は、絶縁基板１１上にて多結晶半導体
膜（図示せず）を得るために、非晶質半導体膜１４をレ
ーザアニールするエキシマレーザアニール装置であり、
エキシマレーザビーム２０を発振するエキシマレーザ発
振器２１、エキシマレーザ発振器２１から発振されるエ
キシマレーザビーム２０を、ラインビーム２２に整形す
るホモジナイザ２３、ラインビーム２２を走査移動可能
なステージ２４上にセットされる絶縁基板１１上に集光
する光学系である集光レンズ２６を有している。

【００１５】又集光レンズ２６からステージ２４に達す
る間には、調整手段でありラインビーム２２の長さを変
動可能に調整する様、窓２７ａの長さを調整可能なスリ
ット装置２７が設けられている。

【００１６】次にエキシマレーザアニール装置１８によ
り絶縁基板１１上の非晶質半導体膜１４をアニールし、
多結晶半導体膜（図示せず）を形成する方法について述
べる。

【００１７】（方法１）先ずエキシマレーザアニール装
置１８のステージ２４に大面積基板１０を載置する。次
いで、非晶質半導体膜１４に照射するラインビーム２２
ａの長さが、大面積基板１０のパネル基板１６の２枚分
の長さである１１５ｍｍと成るよう、スリット装置２７
の窓２７ａの長さを調節する。この状態で、ステージ２
４を矢印ｓ方向に走査移動しながら、図４に示す大面積
基板１０の領域［Ｂ］の非晶質半導体膜１４を、ライン
ビーム２２ａにてアニールし、多結晶半導体膜に結晶化
する。同様にしてステージ２４を矢印ｓ方向に走査移動
しながら図４に示す大面積基板１０の領域［Ｃ］、
［Ｄ］、［Ｅ］の非晶質半導体膜１４を順次アニールし
多結晶化して、大面積基板１０全面に均質な多結晶半導
体膜を形成する。

【００１８】即ち、エキシマレーザアニール装置１８の
ラインビーム２２ａにより４００ｍｍ×５００ｍｍの大
面積基板１０全面を４回に分けて走査して絶縁基板１１
上に多結晶半導体膜を形成する事となる。

【００１９】この様にして得られた多結晶半導体膜を有
する大面積基板１０を用い、 ｐ−ＳｉＴＦＴ及び画素
電極（図示せず）を有するアレイ基板を形成し、このア
レイ基板を用いて液晶表示素子（図示せず）を形成した
ところ、線欠陥・点欠陥などは確認されず、また８０℃
の雰囲気で動作させる信頼性試験においても表示ムラを
生じる事無く高い表示品位を得られた。

【００２０】次に、（方法１）で用いたエキシマレーザ
アニール装置１８により、同じサイズである４００ｍｍ
×５００ｍｍの大面積基板１０の走査回数を低減して、
非晶質半導体膜１４を結晶化する場合について述べる。

【００２１】（方法２）先ず（方法１）と同様にエキシ
マレーザアニール装置１８のステージ２４上に大面積基
板１０を載置する。次いで、非晶質半導体膜１４に照射
するラインビーム２２ｂの長さを、大面積基板１０のパ
ネル基板１６の３枚分の長さである１７５ｍｍと成るよ
う、スリット装置２７の窓２７ａの長さを調節する。こ
の状態で、ステージ２４を矢印ｓ方向に走査移動しなが
ら、図５に示す大面積基板１０の領域［Ｆ］の非晶質半
導体膜１４を、ラインビーム２２ｂにてアニールし、多
結晶半導体膜に結晶化する。同様にしてステージ２４を
矢印ｓ方向に走査移動しながら図５に示す大面積基板１
０の領域［Ｇ］の非晶質半導体膜１４をアニールして、
多結晶半導体膜に結晶化する。

【００２２】次に非晶質半導体膜１４に照射するライン
ビーム２２ｃの長さを、大面積基板１０のパネル基板１
６の２枚分の長さである１１５ｍｍと成るよう、スリッ
ト装置２７の窓２７ａの長さを調節し、再度ステージ２
４を矢印ｓ方向に走査移動しながら、図５に示す大面積
基板１０の領域［Ｈ］の非晶質半導体膜１４を、ライン
ビーム２２ｃにてアニールし、大面積基板１０全面に均
質な多結晶半導体膜を形成する。

【００２３】即ち、エキシマレーザアニール装置１８の
ラインビーム２２ｂ、２２ｃにより４００ｍｍ×５００
ｍｍの大面積基板１０を３回に分けて走査して絶縁基板
１１上に多結晶半導体膜を形成する事となる。

【００２４】この様にして得られた多結晶半導体膜を有
する大面積基板１０を用い、（方法１）と同様に液晶表
示素子（図示せず）を形成したところ、（方法１）と同
様、線欠陥・点欠陥などは確認されず、また８０℃の雰
囲気で動作させる信頼性試験においても表示ムラを生じ
る事無く高い表示品位を得られた。尚、この（方法２）
により得られる多結晶半導体膜は、特性的には（方法
１）と変わらずきわめて良好であり、更には、大面積基
板１０上の走査回数が３回であり、（方法１）に比し、
ラインビーム２２の照射時間を３／４に低減出来生産性
の一層の向上を図れると共に、エキシマレーザビーム２
０のショット数も３／４に低減出来、ガスの交換等のメ
ンテナンス性も向上出来る。

【００２５】尚（比較例）として、本実施の形態におけ
るエキシマレーザアニール装置１８を用い、図６に示す
ように４００ｍｍ×５００ｍｍの大面積基板１０を、１
６５ｍｍのラインビーム２２ｄにてを３回走査して多結
晶半導体膜を形成したところ、パネル基板１６内にライ
ンビーム２２ｄの重なり領域［Ｉ］を生じ、この様にし
て得られた多結晶半導体膜を有する大面積基板１０を用
い、液晶表示素子（図示せず）を形成したところ、重な
り領域［Ｉ］に点欠陥が多くなり、８０℃の雰囲気で動
作させる信頼性試験においても線欠陥が発生し、表示品
位の低下を来たした。

【００２６】この様に構成すれば、集光レンズ２６から
ステージ２４に達する間にスリット装置２７を設け、大
面積基板１０上のパネル基板１６のサイズにあわせて、
ラインビーム２２の長さをパネル基板１６の整数倍に成
るよう調整して、大面積基板１０を走査する事により、
パネル基板１６内にアニールの重なり領域を生じる事が
なく、絶縁基板全面にわたって均一にアニール出来、結
晶粒径、表面凹凸が均一であり、均一特性を有する多結
晶半導体膜を容易に製造可能と成る。そしてこのような
多結晶半導体膜を用い良好な特性を有するｐ−ＳｉＴＦ
Ｔを得られることから、線欠陥や点欠陥が無く、高い表
示品位を有する液晶表示素子を高い生産歩留まりで得る
ことが可能と成る。又製造時にあっては、大面積基板の
有効利用を損なう事無く、多様な表示パネルの要求に対
応可能と成る。

【００２７】尚本発明は上記実施の形態に限られるもの
でなく、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であっ
て、例えば調整手段により調整されるラインビームの長
さは、基板に形成されるパネル基板のサイズや形状等に
応じて任意である。又、基板のサイズ或いは、基板上に
形成されるパネル領域の数等も限定されず、基板をライ
ンビームでアニールする際の走査回数や走査方向等も任
意である。又エキシマレーザビームの出力や周波数等も
任意である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、絶
縁基板上の非晶質半導体膜を結晶化するためエキシマレ
ーザアニール装置のラインビームにて絶縁基板上を複数
回走査する際、調整手段によりラインビームの長さを調
整可能とする事により、液晶表示素子に用いるパネルの
多様化に拘わらず、絶縁基板上のパネル基板内に、ライ
ンビームが重ねて照射される領域を生じる事がなく、非
晶質半導体膜全面を均一にアニール出来、ひいては均質
な多結晶半導体膜を容易に得られる。そしてこの均質な
多結晶半導体膜を用いる事により表示品位が高い液晶表
示素子を高い歩留まりで容易に作製可能と成る。しかも
ラインビームの重なりを防止するため、従来のように絶
縁基板上のパネル基板間の間隙を拡大しなくても良く、
設計時、絶縁基板上に無駄な領域を確保する必要も無
く、液晶表示素子に用いるパネルの多様化に拘わらず絶
縁基板を効率的に使用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における基板を示す概略平
面図である。

【図２】本発明の実施の形態における基板を示す概略一
部断面図である。

【図３】本発明の実施の形態におけるエキシマレーザア
ニール装置を示す概略構成図である。

【図４】本発明の実施の形態における（方法１）による
基板のアニールを示す説明図である。

【図５】本発明の実施の形態における（方法２）による
基板のアニールを示す説明図である。

【図６】本発明の実施の形態における（比較例）による
基板のアニールを示す概略説明図である。

【図７】従来の基板のアニールを示す概略説明図であ
る。

【符号の説明】

１０…液晶表示素子 １１…絶縁基板 １２…アンダーコート層 １２ａ…窒化シリコン膜 １２ｂ…酸化シリコン膜 １４…非晶質半導体膜 １６…パネル基板 １８…エキシマレーザアニール装置 ２１…エキシマレーザ発振器 ２２…ラインビーム ２３…ホモジナイザ ２４…ステージ ２６…集光レンズ ２７…スリット ２７ａ…窓

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 由紀 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番２号 株式 会社東芝深谷電子工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を発振する発振手段と、 前記レーザ光をライン状のビームに整形するビーム整形
   手段と、 前記整形されたライン状のビームの長さを調整する調整
   手段とを有する事を特徴とするレーザアニール装置。
2. 【請求項２】 絶縁基板上にてライン状のビームを複数
   回走査して前記絶縁基板上に堆積される非晶質半導体膜
   を結晶化する多結晶半導体膜の製造方法において、 前記絶縁基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、 前記ライン状のビームを第１の長さで前記非晶質半導体
   膜に照射する工程と、 前記ライン状のビームを第２の長さで前記非晶質半導体
   膜に照射する工程とを有する事を特徴とする多結晶半導
   体膜の製造方法。