JPWO2004017392A1 - レーザ照射方法 - Google Patents
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Abstract
線状のレーザビームをミラーにより反射させて、レーザビームの光路を屈曲させ、前記ミラーにより光路が屈曲されたレーザビームの短軸方向の幅を短軸ホモジナイザにより調整し、前記短軸ホモジナイザにより短軸方向の幅が調整された前記レーザビームを透光性基板上の非晶質シリコン半導体に照射するレーザ照射方法であって、前記ミラーの角度を調整して前記レーザビームの強さを調整するレーザ照射方法。
Description
本発明は、透光性基板上の非晶質シリコン膜にレーザビームを照射するレーザ照射方法に関する。
現在、非晶質シリコン半導体であるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）により形成される絶縁ゲート型の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）を画素スイッチとして用いた液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）が使用されているが、高精細かつ高速の高機能を有する液晶ディスプレイを実現するためには、電界移動度（μＦＥ）が１ｃｍ２／Ｖｓ以下と低いアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタでは、能力が不足する。
これに対して、アモルファスシリコン層にエキシマレーザを照射するレーザアニール法で作成した多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタでは、電界移動度が１００ｃｍ２／Ｖｓ〜２００ｃｍ２／Ｖｓ程度のものが得られる。このため、液晶ディスプレイの高精細化、高速化および駆動回路の一体形成などの高機能化が期待できる。
このレーザアニール法は、透光性基板であるガラス基板上のアモルファスシリコン層にエキシマレーザを照射してポリシリコン層とする方法である。具体的には、アモルファスシリコン層の表面でのビームサイズを、例えば長さ２５０ｍｍ、幅０．４ｍｍにして、このパルスビームを３００Ｈｚで発振させて、各パルスの照射される領域を徐々に移動させることにより、ガラス基板上のアモルファスシリコン層をポリシリコン層にする。
また、ポリシリコン層を用いた薄膜トランジスタの電界移動度を決定する要素は、ポリシリコンの粒径である。これは、照射するレーザビームのいわゆるフルエンス（ｆｌｕｅｎｃｅ）といわれるエネルギ密度に大きく依存する。すなわち、このフルエンスの増大につれて、ポリシリコンの粒径が増大するが、電界移動度１００ｃｍ２／Ｖｓ以上の高性能のポリシリコンを得るためには、あるフルエンスＦ１よりも高いフルエンスが必要である。
ところが、このＦ１よりもフルエンスを増大させていくと、ポリシリコンの粒径はさらに増大していくが、あるフルエンスの値、すなわちＦ２を境に微結晶粒となり、このような微結晶なポリシリコンでは所望の薄膜トランジスタ特性を得ることができない。このＦ１とＦ２との間の領域を、いわゆるフルエンスマージンと呼んでいる。
ポリシリコンの粒径は、ポリシリコン層をエッチング液でエッチングして、走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で粒径を観察することによって求めることができる。この方法を利用して、レーザビームのフルエンスを、ポリシリコンの粒径がある程度大きい領域、すなわちＦ１からＦ２の間で選ぶ。このように選択することによって、レーザビームの発振強度がある程度変化しても、所望の電界移動度のポリシリコンの薄膜トランジスタが得られるようになる。
しかしながら、上述したＦ１とＦ２の間の範囲であるフルエンスマージンは非常に狭く、レーザビームの変動によってフルエンスがＦ１およびＦ２の間から外れやすいので、ポリシリコンの薄膜トランジスタの量産上の問題となっている。また、このフルエンスマージンは、レーザビームのパルス照射の回数にも依存し、１０回程度のパルス照射では非常に狭く、２０回程度のパルス照射でようやく生産に必要な広さとなることから、レーザビームの強さの調整が容易ではないという問題を有している。
本発明は、このような点に鑑みてなされ、透光性基板上全体におけるレーザビームの強さを適切にすることが可能なレーザ照射方法を提供することを目的とする。
これに対して、アモルファスシリコン層にエキシマレーザを照射するレーザアニール法で作成した多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタでは、電界移動度が１００ｃｍ２／Ｖｓ〜２００ｃｍ２／Ｖｓ程度のものが得られる。このため、液晶ディスプレイの高精細化、高速化および駆動回路の一体形成などの高機能化が期待できる。
このレーザアニール法は、透光性基板であるガラス基板上のアモルファスシリコン層にエキシマレーザを照射してポリシリコン層とする方法である。具体的には、アモルファスシリコン層の表面でのビームサイズを、例えば長さ２５０ｍｍ、幅０．４ｍｍにして、このパルスビームを３００Ｈｚで発振させて、各パルスの照射される領域を徐々に移動させることにより、ガラス基板上のアモルファスシリコン層をポリシリコン層にする。
また、ポリシリコン層を用いた薄膜トランジスタの電界移動度を決定する要素は、ポリシリコンの粒径である。これは、照射するレーザビームのいわゆるフルエンス（ｆｌｕｅｎｃｅ）といわれるエネルギ密度に大きく依存する。すなわち、このフルエンスの増大につれて、ポリシリコンの粒径が増大するが、電界移動度１００ｃｍ２／Ｖｓ以上の高性能のポリシリコンを得るためには、あるフルエンスＦ１よりも高いフルエンスが必要である。
ところが、このＦ１よりもフルエンスを増大させていくと、ポリシリコンの粒径はさらに増大していくが、あるフルエンスの値、すなわちＦ２を境に微結晶粒となり、このような微結晶なポリシリコンでは所望の薄膜トランジスタ特性を得ることができない。このＦ１とＦ２との間の領域を、いわゆるフルエンスマージンと呼んでいる。
ポリシリコンの粒径は、ポリシリコン層をエッチング液でエッチングして、走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）で粒径を観察することによって求めることができる。この方法を利用して、レーザビームのフルエンスを、ポリシリコンの粒径がある程度大きい領域、すなわちＦ１からＦ２の間で選ぶ。このように選択することによって、レーザビームの発振強度がある程度変化しても、所望の電界移動度のポリシリコンの薄膜トランジスタが得られるようになる。
しかしながら、上述したＦ１とＦ２の間の範囲であるフルエンスマージンは非常に狭く、レーザビームの変動によってフルエンスがＦ１およびＦ２の間から外れやすいので、ポリシリコンの薄膜トランジスタの量産上の問題となっている。また、このフルエンスマージンは、レーザビームのパルス照射の回数にも依存し、１０回程度のパルス照射では非常に狭く、２０回程度のパルス照射でようやく生産に必要な広さとなることから、レーザビームの強さの調整が容易ではないという問題を有している。
本発明は、このような点に鑑みてなされ、透光性基板上全体におけるレーザビームの強さを適切にすることが可能なレーザ照射方法を提供することを目的とする。
本発明によると、線状のレーザビームをミラーにより反射させて、レーザビームの光路を屈曲させ、前記ミラーにより光路が屈曲されたレーザビームの短軸方向の幅を短軸ホモジナイザにより調整し、前記短軸ホモジナイザにより短軸方向の幅が調整された前記レーザビームを透光性基板上の非晶質シリコン半導体に照射するレーザ照射方法であって、前記ミラーの角度を調整して前記レーザビームの強さを調整するレーザ照射方法が提供される。
本発明のレーザ照射方法によると、ミラーの角度調整をして短軸ホモジナイザにてレーザビームの短軸方向の幅を調整し、この短軸方向の幅が調整されたレーザビームを透光性基板上の非晶質シリコン半導体に向けて照射するので、ミラーの角度調整のみでレーザビームの強さを調整することができ、透光性基板上全体におけるレーザビームの強さを適切にすることが可能となる。
本発明のレーザ照射方法によると、ミラーの角度調整をして短軸ホモジナイザにてレーザビームの短軸方向の幅を調整し、この短軸方向の幅が調整されたレーザビームを透光性基板上の非晶質シリコン半導体に向けて照射するので、ミラーの角度調整のみでレーザビームの強さを調整することができ、透光性基板上全体におけるレーザビームの強さを適切にすることが可能となる。
図１は、本発明の一実施形態に係るレーザアニール装置を示す説明図である。
図２は、図１に示すレーザアニール装置により製造された液晶表示装置を示す断面図である。
図３は、図１に示すレーザアニール装置の短軸ホモジナイザの光路を説明する図である。
図４は、従来の短軸ホモジナイザの光路を説明する図である。
図５は、従来の短軸ホモジナイザでもれ光が発生した状態を説明する図である。
図２は、図１に示すレーザアニール装置により製造された液晶表示装置を示す断面図である。
図３は、図１に示すレーザアニール装置の短軸ホモジナイザの光路を説明する図である。
図４は、従来の短軸ホモジナイザの光路を説明する図である。
図５は、従来の短軸ホモジナイザでもれ光が発生した状態を説明する図である。
以下、本発明の一実施形態に係るレーザ照射方法について、図面を参照して説明する。
図１に示すレーザ照射装置としてのレーザアニール装置は、図２に示すアクティブマトリクス方式の液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）を製造する装置の一部である。図２に示す液晶ディスプレイは、絶縁ゲート型の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）３を備え、この薄膜トランジスタ３は、液晶ディスプレイの画素スイッチとして用いられ、アレイ基板１上のポリシリコン層２により形成されている。
図１に示すレーザアニール装置は、図２に示す透光性基板としてのガラス基板４の一主面上に成膜したアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の薄膜に向けて、キセノンクロライド（ＸｅＣｌ）などのパルスレーザである線状ビームとしての略長方形状のエキシマレーザビームＢを照射する。
そして、このガラス基板４上のほぼ全面に位置するアモルファスシリコン層をレーザアニールし、ポリシリコン層２に変換する。
また、図１に示すレーザアニール装置は、エキシマレーザビームＢを発振するレーザ発振手段であるレーザ発振器１１を備えている。このレーザ発振器１１から発振されたエキシマレーザビームＢは、ガラス基板４上のアモルファスシリコン層面上では線状となる。このレーザ発振器１１により発振されるエキシマレーザビームＢは、ガラス基板４上で最終的に焦点が結ばれるように調整されている。
さらに、このレーザ発振器１１から発振されるエキシマレーザビームＢの光路前方には、光の減衰器であるバリアブルアッテネータ１２が配置されている。このバリアブルアッテネータ１２は、電圧可変型であり、エキシマレーザビームＢの透過率を変更する。そして、このバリアブルアッテネータ１２を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢを全反射させて、その光路を屈曲させて照射位置を変更させる、全反射ミラーとしての第１のミラー１３が配設されている。
この第１のミラー１３は、レーザ発振器１１から発振されたエキシマレーザビームＢの光軸を含む平面に沿って回動可能に設置されている。さらに、この第１のミラー１３には、入射されるエキシマレーザビームＢの角度を遠隔操作する図示しないマイクロアクチュエータが装着されている。
この第１のミラー１３にて全反射されたエキシマレーザビームＢの光路前方には、複数、例えば２枚の第１のテレスコープレンズ１５および第２のテレスコープレンズ１６が同軸状に配設されている。これら第１のテレスコープレンズ１５および第２のテレスコープレンズ１６は、エキシマレーザビームＢを平行光に調整する。
第２のテレスコープレンズ１６を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビームＢを全反射させて、その光路を屈曲させ、第１のミラー１３とは異なる方向に照射位置を変更させる第２のミラー１７が配設されている。この第２のミラー１７は、第２のテレスコープレンズ１６を通過したエキシマレーザビームＢを含む平面に沿って回動可能に設置されている。
そして、この第２のミラー１７にて全反射されたエキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビームＢの長軸方向の幅を調整して、このエキシマレーザビームＢの強さを調整するロングアクンスホモジナイザ（Ｌｏｎｇ Ａｘｉｓ Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ：ＬＡＨ）としての第１の長軸ホモジナイザ２１および第２の長軸ホモジナイザ２２が同軸状に配設されている。
なお、これら第１の長軸ホモジナイザ２１および第２の長軸ホモジナイザ２２は、第２のミラー１７による回動角度の調整により、エキシマレーザビームＢの強さが最も強くなるように、エキシマレーザビームＢの長軸方向の幅をズーミングにて調整し、エキシマレーザビームＢの長軸方向の長さを所定の長さにし、あるいはエキシマレーザビームＢの長軸方向の強さを均一化して最も強くさせる。
また、この第２の長軸ホモジナイザ２２を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、コンデンサレンズとしての長軸集光レンズ２３が配設されている。この長軸集光レンズ２３は、第１の長軸ホモジナイザ２１および第２の長軸ホモジナイザ２２にて長軸方向の幅が調整されて、この長軸方向における強さが最も強くされたエキシマレーザビームＢの波形を補正して、エキシマレーザビームＢの焦点距離を微調整する。
さらに、この長軸集光レンズ２３を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビームＢの短軸を調整するショートアクシスホモジナイザ（Ｓｈｏｒｔ Ａｘｉｓ Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ：ＳＡＨ）であるシリンドリカルレンズアレイとしての第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５が同軸状に配設されている。そして、この第２の短軸ホモジナイザ２５は、第１の短軸ホモジナイザ２４の光路上であり、この第１の短軸ホモジナイザ２４の焦点に近い位置に配置されている。なお、これら第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５により短軸ホモジナイザ２０が構成される。
ここで、第１の短軸ホモジナイザ２４は、図３に示すように、複数の凸レンズであるアレイレンズとしての第１のセグメントレンズ２４ａを備えている。これら第１のセグメントレンズ２４ａは、ｒ＝２１９の曲率半径のセグメントを有している。また、これら第１のセグメントレンズ２４ａは、ｆ＝４３８の焦点距離を有しており、第２のセグメントレンズ２５ａ上でのビーム径が０．１ｍｍとなる。そして、これら第１のセグメントレンズ２４ａは、互いのレンズ光軸を平行にした状態で同一平面上に並設されている。
さらに、第２の短軸ホモジナイザ２５は、複数の凸レンズである第２のセグメントレンズ２５ａを備えている。これら第２のセグメントレンズ２５ａは、第１のセグメントレンズ２４ａの光路上にそれぞれが配設されており、互いのレンズ光軸を平行にした状態で同一平面上に並設されている。また、これら第２のセグメントレンズ２５ａは、第１のセグメントレンズ２４ａの光軸にそれぞれの光軸を一致させた状態で配設されている。さらに、これら第２のセグメントレンズ２５ａの曲率半径は、第１のセグメントレンズ２４ａの曲率半径と同一であり、これら第１のセグメントレンズ２４ａと第２のセグメントレンズ２５ａとのスパンは４６０ｍｍである。
なお、第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５は、第１のミラー１３による回動角度の調整により、エキシマレーザビームＢの短軸方向における強さが適切な値となり、あるいは最も強くなるように、エキシマレーザビームＢの短軸方向の幅をズーミングにて調整し、エキシマレーザビームＢの短軸方向の長さを所定の長さにし、あるいはエキシマレーザビームＢの短軸方向の強さを均一化して最も強くさせる。
そして、第２の短軸ホモジナイザ２５を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、コンデンサレンズとしての短軸集光レンズ２６が配設されている。この短軸集光レンズ２６は、第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５にて短軸方向の幅が調整されて最も強くされたエキシマレーザビームＢの波形を補正して、エキシマレーザビームＢの焦点距離を微調整する。
そして、この短軸集光レンズ２６を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢの焦点深度を調整するフィールドレンズ２７が配設されている。また、このフィールドレンズ２７を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、焦点確認用の間隙２８を有する焦点確認間隙としての焦点スリット２９が配設されている。
さらに、この焦点スリット２９を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢを、例えば９０°で全反射させて屈曲させる第３のミラー３１が配設されている。また、この第３のミラー３１を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢによる像面の湾曲を補正する像面湾曲補正レンズ３２が配設されている。さらに、この像面湾曲補正レンズ３２を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、いわゆる５Ｘ縮小レンズといわれるプロジェクションレンズ３３が配設されている。このプロジェクションレンズ３３は、エキシマレーザビームＢのビーム幅を、例えば１／５程度に縮小させる。
そして、このプロジェクションレンズ３３を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、ガラス基板４が設置されている。ガラス基板４は、このガラス基板４上のアモルファスシリコン層をエキシマレーザビームＢの光路上に向けた状態で設置されている。
一方、レーザアニール装置には、ガラス基板４上でのエキシマレーザビームＢの形状を測定する検査装置としてのビームプロファイラ３５が取り付けられている。このビームプロファイラ３５は、プロジェクションレンズ３３を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方に設置されており、ガラス基板４上のアモルファスシリコンをレーザアニールする際には、照射されるエキシマレーザビームＢを横切らない位置に待機している。また、このビームプロファイラ３５は、第１のミラー１３の角度を調整した際におけるエキシマレーザビームＢのビーム形状を計測して、エキシマレーザビームＢの長軸方向および短軸方向のそれぞれの強さを最も強くする第１のミラー１３および第２のミラー１７それぞれの回転角度を検出する。
ここで、ビームプロファイラ３５による計測は、ビームプロファイラ３５内の不活性ガスを交換する際、例えば１日１回、より具体的には３００ＨｚのパルスのエキシマレーザビームＢを２×１０７回照射させた際、すなわち１８．５時間の割合でされる。
次に、上記レーザ照射装置で製造された液晶ディスプレイの構成を、図２を参照して説明する。
液晶ディスプレイは、アレイ基板１を備えており、このアレイ基板１は、略透明な絶縁性を有するガラス基板４を備えている。このガラス基板４の基板サイズは、例えば４００ｍｍ×５００ｍｍである。そして、このガラス基板４の一主面上には、このガラス基板４からの不純物の拡散を防止する絶縁性のアンダーコート層４１が成膜されている。このアンダーコート層４１は、ＳｉＮＸとＳｉＯＸとからなり、プラズマＣＶＤ法にて成膜されている。
アンダーコート層４１上には、島状のポリシリコン層２が成膜されている。このポリシリコン層２は、ガラス基板４上に堆積させたアモルファスシリコン層に向けてエキシマレーザビームＢを照射し、レーザアニールすることにより形成されている。
ポリシリコン層２およびアンダーコート層４１上には、絶縁性を有するシリコン酸化膜等からなるゲート酸化膜４２が形成されている。このゲート酸化膜４２上には、モリブデン−タングステン合金（ＭｏＷ）等からなるゲート電極４３が形成されている。そして、ポリシリコン層２、ゲート酸化膜４２、およびゲート電極４３等により薄膜トランジスタ３が形成されている。
また、ゲート電極４３の直下のポリシリコン層２の領域の両側域には、不純物がドーピングされてソース領域４４とドレイン領域４５とが形成されている。ゲート電極４３の直下のポリシリコン層２の領域はドーピングされておらず、チャネル領域となる。
ゲート酸化膜４２およびゲート電極４３上には、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜４７が成膜されている。これら層間絶縁膜４７及びゲート酸化膜４２には、これらを貫通して、ソース領域４４およびドレイン領域４５に連通する第１のコンタクトホール４８，４９が開口されている。
層間絶縁膜４７上には、第２の配線層として成膜されたソース電極５１、ドレイン電極５２、及び信号を供給する図示しない信号線が形成されている。これらソース電極５１、ドレイン電極５２および信号線は、アルミニウム（Ａｌ）などの低抵抗金属等により形成されている。そして、ソース電極５１は、第１のコンタクトホール４８を介してソース領域４４に導電接続されている。同様に、ドレイン電極５２は、第１のコンタクトホール４９を介してドレイン領域４５に導電接続されている。
そして、層間絶縁膜４７、ソース電極５１およびドレイン電極５２上には保護膜５３が成膜されている。この保護膜５３上には、各色、例えば赤青緑の３色のカラーフィルタ５４が成膜されている。これら保護膜５３およびカラーフィルタ５４には、ドレイン電極５２とコンタクトする第２のコンタクトホール５５が開口されている。
カラーフィルタ５４上には、透明導体層である画素電極５６がマトリクス状に配設されている。この画素電極５６は、第２のコンタクトホール５５を介してソース電極５１に導電接続されている。また、この画素電極５６上には、保護膜としての配向膜５７が成膜されている。
画素電極５６に対向して対向基板６１が配設されており、この画素電極５６に対向した側に位置する対向基板６１の一主面には、対向電極６２が形成されている。さらに、アレイ基板１の画素電極５６と、対向基板６１の対向電極６２との間には、液晶６３が介挿されている。
次に、上記レーザ照射装置を用いた液晶ディスプレイの製造方法について説明する。
まず、ガラス基板４の一主面に、シリコン酸化膜などをプラズマＣＶＤ法などで成膜してアンダーコート層４１を形成し、続いて５０ｎｍの膜厚のアモルファスシリコン層を成膜する。
そして、このアモルファスシリコン層を窒素雰囲気中で５００℃で１０分熱処理し、アモルファスシリコン層中の水素濃度を低下させる。このときのアモルファスシリコン層の膜厚は分光エリプソ法による測定により４９．５ｎｍである。
その後、ガラス基板４をレーザアニール装置に移す。
そして、第１のミラー１３の角度を調整して、エキシマレーザビームＢの短軸方向における強さが最も強くなるようにするとともに、バリアブルアッテネータ１２の透過率を８５％と設定する。
この状態で、アモルファスシリコン層中の水素濃度が低下したガラス基板４を図示しないステージに設置し、このステージを２０μｍのピッチでビーム短軸に対して平行に移動させながら、短軸が約４００μｍ幅のエキシマレーザビームＢをガラス基板４上のアモルファスシリコン層に向けて照射し、アモルファスシリコン層をレーザアニールし、アモルファスシリコン層を所望の結晶粒径のポリシリコン層２にする。このとき、ガラス基板４の各点において２０回のレーザパルスが照射される。
そして、レーザ発振器１１から３００Ｈｚで発振されるエキシマレーザビームＢの照射サイズを２５０ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとするとともに、ガラス基板４を６ｍｍ／ｓで移動する。この結果、エキシマレーザビームＢの１ショットが照射される毎にガラス基板４が２０μｍのピッチで移動する。
次に、このポリシリコン層２をパターニングした後、このポリシリコン層２を含むガラス基板４上に、プラズマＣＶＤ法などでゲート酸化膜４２を形成する。
次いで、このゲート酸化膜４２上に、第１配線層をスパッタリング法で成膜し、この第１配線層をエッチング加工して、ゲート電極４３を形成する。
その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン層２の両側域にソース領域４４およびドレイン領域４５を形成して薄膜トランジスタ３を作製する。なお、これらソース領域４４およびドレイン領域４５は、ゲート電極４３をエッチング加工する際に用いたレジストをマスクとして、ボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）などの不純物をイオンドーピング法などで、ポリシリコン層２の両側域をドーピングすることにより形成される。このとき、ゲート電極４３の下方に位置するポリシリコン層２の部分がチャネル領域となる。
次いで、ゲート酸化膜４２およびゲート電極４３上に層間絶縁膜４７を形成し、この層間絶縁膜４７およびゲート酸化膜４２に第１のコンタクトホール４８，４９を形成した後、この層間絶縁膜４７上に低抵抗金属をスパッタリング法などで成膜しパターニングして、ソース電極５１、ドレイン電極５２および信号線を形成する。
そして、層間絶縁膜４７、ソース電極５１およびドレイン電極５２上に保護膜５３を形成し、この保護膜５３上にカラーフィルタ５４を形成する。
さらに、このカラーフィルタ５４上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電体層を成膜した後、エッチング加工して画素電極５６を形成する。
この後、対向基板６１とアレイ基板１とを対向させて配設する。この対向基板６１のアレイ基板１と対向する側の一主面には、対向電極６２が形成されている。
そして、これら対向基板６１とアレイ基板１との間に液晶６３を注入して、液晶ディスプレイが完成する。
上述したように、本実施形態によれば、レーザアニール装置では約４００μｍの短軸方向の幅を有するエキシマレーザビームＢに対して、ガラス基板４を載せたステージを２０μｍピッチで、エキシマレーザビームＢの短軸方向に平行に移動させて、このガラス基板４の各点に対して２０回のエキシマレーザビームＢによるレーザパルスを照射させる。
このとき、従来、約４００μｍの短軸方向の幅を有するエキシマレーザビームＢは、１〜５０Ｈｚ程度、より好ましくは２５Ｈｚの低いパルス周波数のレーザ発振周波数で光学調整されていた。すなわち、このレーザ発振周波数を低くする原因は、調整によって形成された分析表を表示するＣＣＤプロファイラカメラの取り込みスピードが遅く、３００Ｈｚの周波数に追随するものがなく、さらに分析表の表示画面のリフレッシュスピードが遅いものしかなかったためなどである。
そして、実際にガラス基板４上のアモルファスシリコン層をポリシリコン層２に変換する際のエキシマレーザビームＢのレーザ発振周波数は３００Ｈｚであり、光学調整時の１〜５０Ｈｚよりも１桁高い。このような高周波数になると、レーザ発振器１１から出射されるエキシマレーザビームＢは低周波の時とは違った性質となる。すなわち、３００Ｈｚのビームの広がり角は、５０Ｈｚ以下のビームの広がり角よりも大きく、また、３００Ｈｚでのレーザパルスの指向方向は、５０Ｈｚ以下でのレーザパルスの指向方向とは異なる。
このため、従来は、ｒ＝１７０の曲率半径を有する第１の短軸ホモジナイザ２４と、ｒ＝２１９の曲率半径を有する第２の短軸ホモジナイザ２５とを組み合わせ、これら第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５のスパンを約４８０ｍｍとして、ガラス基板４上で約４００μｍの短軸長さのエキシマレーザビームＢを形作っていた。
ここで、第１の短軸ホモジナイザ２４の焦点距離ｆは、１／ｆ＝（ｎ−１）／ｒから求めることができ、ｎは１．５であるから、焦点距離ｆは２ｒとなる。したがって、第１の短軸ホモジナイザ２４の焦点距離ｆは３４０となり、第１の短軸ホモジナイザ２４と第２の短軸ホモジナイザ２５との間の中央付近となる。この場合、３００ＨｚのエキシマレーザビームＢの広がり角の影響により、第２の短軸ホモジナイザ２５の位置では、エキシマレーザビームＢのビーム径が約１ｍｍまで拡大する。
また、第１の短軸ホモジナイザ２４の第１のセグメントレンズ２４ａおよび第２の短軸ホモジナイザ２５の第２のセグメントレンズ２５ａそれぞれの幅は、２ｍｍであり、設計上、図３に示すように、第１の短軸ホモジナイザ２４の各セグメントレンズ２４ａにて分割集光されたエキシマレーザビームＢが、第２の短軸ホモジナイザ２５の対向した第２のセグメントレンズ２５ａの中央に入るように計画されている。
ところが、図５に示すように、３００ＨｚのエキシマレーザビームＢにおいてはビーム指向方向の変動とビーム広がり角の拡大とが相乗して、入るべき第２のセグメントレンズ２５ａの隣の第２のセグメントレンズ２５ａにエキシマレーザビームＢが入り込んでしまい、もれ光によりサイドバンドが発生してしまうおそれがある。このようになると、エキシマレーザビームＢをガラス基板４上で正常に集光できなくなり、このエキシマレーザビームＢが傾斜を持つようになってしまう。
このことは、エキシマレーザビームＢの実質的なビーム幅の縮小を意味している。そして、極端な場合にはエキシマレーザビームＢのビーム幅が２００μｍ程度にまで縮まってしまう。この結果、ガラス基板４上の各点での照射回数が１０回程度に低下してしまい、このガラス基板４上でのフルエンスマージンが狭くなる。
そこで、例えば第１の短軸ホモジナイザ２４の第１のセグメントレンズ２４ａの曲率半径ｒを２１９とするとともに、この第１のセグメントレンズ２４ａの焦点距離ｆを４３８とすることにより、図３に示すように、第２の短軸ホモジナイザ２５の第２のセグメントレンズ２５ａ上でのエキシマレーザビームＢのビーム径を０．１ｍｍまで縮小できる。
ところが、第１のセグメントレンズ２４ａと第２のセグメントレンズ２５ａとのスパンを４６０ｍｍとすることにより、エキシマレーザビームＢの実質的なビーム幅の縮小を防止できるが、このエキシマレーザビームＢの指向方向を修正しなければ、第２の短軸ホモジナイザ２５の各第２のセグメントレンズ２５ａにエキシマレーザビームＢが正常に入射しなくなるため、ガラス基板４上での実質的なフルエンスが低下し、生産に必要なフルエンスを得ることができない。
また、エキシマレーザビームＢが第１の短軸ホモジナイザ２４に適切な角度で入射しているか否かは、この第１の短軸ホモジナイザ２４よりもレーザ発振器１１に近い位置に設置した第１のミラー１３の角度を複数選択して、これら選択した複数の角度に対してのエキシマレーザビームＢのビーム形状をビームプロファイラ３５で計測することにより求めることができる。
すなわち、第１のミラー１３に設置してあるマイクロアクチュエータを用いて、この第１のミラー１３の角度を遠隔操作にて変更させて、この第１のミラー１３の角度を複数選択する。そして、この選択した第１のミラー１３の各角度のそれぞれに対するエキシマレーザビームＢのビーム形状をビームプロファイラ３５で測定し、このビームプロファイラ３５によるビーム形状の計測結果のうち、エキシマレーザビームＢの長軸方向および短軸方向におけるそれぞれの強さが最も強くなる第１のミラー１３の角度を最適条件として選定して調整する。
言い換えると、ビームプロファイラ３５によるエキシマレーザビームＢのビーム形状の計測結果のうち、このエキシマレーザビームＢのビームプロファイルを長軸方向および短軸方向の少なくともいずれかに沿って描いて得られた強度分布曲線の高さが最も高くなる第１のミラー１３の角度を最適条件として選定して調整する。
このとき、ビームプロファイラ３５での測定時のレーザ発振周波数を、ポリシリコン層２への変換に要するエキシマレーザビームＢのレーザ発振周波数に等しい周波数にすることにより、エキシマレーザビームＢの指向方向を正確に修正することができる。
そして、このような操作をすることにより、ガラス基板４上でのエキシマレーザビームＢのビーム幅およびフルエンスマージンを最大限に広げることができる。換言すると、Ｆ２の発生フルエンスを高くできるから、ガラス基板４上全体におけるエキシマレーザビームＢの強さを適切にすることが可能となる。よって、このエキシマレーザビームＢを、ガラス基板４上においてポリシリコン層２への変換に必要なレーザビームにすることが出来る。
このため、ガラス基板４の全面で移動度が高く、特性の揃った均一な高性能の薄膜トランジスタ３の量産を生産性よく行うことが可能となり、優れた特性を示す薄膜トランジスタ３を非常に高い歩留で量産することができる。このように、高品質の低温ポリシリコン液晶ディスプレイを大量に作製できるので、量産の難しかった低温ポリシリコン液晶ディスプレイを、歩留よく大量にしかも安価に実用化することができる。
なお、上記実施形態では、ビームプロファイラ３５にてビーム形状を計測するときのレーザ発振周波数を、レーザアニールする際のエキシマレーザビームＢのレーザ発振周波数と同じにしているが、レーザアニールをする際のレーザ発振周波数に比べ、このレーザ発振周波数よりも低いレーザ発振周波数でのみビーム形状を計測して検査することが可能なビームプロファイラ３５を用いる場合には、ビームプロファイラ３５にて発振させて計測することが可能な最高のレーザ発振周波数でビーム形状を計測しても、第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５へのエキシマレーザビームＢの入射角度が最適値より若干ずれるだけであり、薄膜トランジスタ３の製造に支障をきたすことはごく希であるので、この方法を用いても上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、上記実施形態では、ガラス基板４上のアモルファスシリコンに向けてエキシマレーザビームＢを照射して、アモルファスシリコンをポリシリコン層２に変換するレーザアニール装置としてのレーザ照射装置について説明したが、ガラス基板４上のアモルファスシリコンなどの膜を活性化させてチャネル領域４６等とするためのレーザ照射装置としても用いることができる。
以上のように、本発明によれば、ミラーの角度調整により短軸ホモジナイザにてレーザビームの短軸方向の幅を調整して、レーザビームの強さを調整し、レーザビームを透光性基板上の非晶質シリコン半導体に向けて照射することにより、透光性基板上全体におけるレーザビームの強さを適切にすることができる。
図１に示すレーザ照射装置としてのレーザアニール装置は、図２に示すアクティブマトリクス方式の液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）を製造する装置の一部である。図２に示す液晶ディスプレイは、絶縁ゲート型の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）３を備え、この薄膜トランジスタ３は、液晶ディスプレイの画素スイッチとして用いられ、アレイ基板１上のポリシリコン層２により形成されている。
図１に示すレーザアニール装置は、図２に示す透光性基板としてのガラス基板４の一主面上に成膜したアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の薄膜に向けて、キセノンクロライド（ＸｅＣｌ）などのパルスレーザである線状ビームとしての略長方形状のエキシマレーザビームＢを照射する。
そして、このガラス基板４上のほぼ全面に位置するアモルファスシリコン層をレーザアニールし、ポリシリコン層２に変換する。
また、図１に示すレーザアニール装置は、エキシマレーザビームＢを発振するレーザ発振手段であるレーザ発振器１１を備えている。このレーザ発振器１１から発振されたエキシマレーザビームＢは、ガラス基板４上のアモルファスシリコン層面上では線状となる。このレーザ発振器１１により発振されるエキシマレーザビームＢは、ガラス基板４上で最終的に焦点が結ばれるように調整されている。
さらに、このレーザ発振器１１から発振されるエキシマレーザビームＢの光路前方には、光の減衰器であるバリアブルアッテネータ１２が配置されている。このバリアブルアッテネータ１２は、電圧可変型であり、エキシマレーザビームＢの透過率を変更する。そして、このバリアブルアッテネータ１２を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢを全反射させて、その光路を屈曲させて照射位置を変更させる、全反射ミラーとしての第１のミラー１３が配設されている。
この第１のミラー１３は、レーザ発振器１１から発振されたエキシマレーザビームＢの光軸を含む平面に沿って回動可能に設置されている。さらに、この第１のミラー１３には、入射されるエキシマレーザビームＢの角度を遠隔操作する図示しないマイクロアクチュエータが装着されている。
この第１のミラー１３にて全反射されたエキシマレーザビームＢの光路前方には、複数、例えば２枚の第１のテレスコープレンズ１５および第２のテレスコープレンズ１６が同軸状に配設されている。これら第１のテレスコープレンズ１５および第２のテレスコープレンズ１６は、エキシマレーザビームＢを平行光に調整する。
第２のテレスコープレンズ１６を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビームＢを全反射させて、その光路を屈曲させ、第１のミラー１３とは異なる方向に照射位置を変更させる第２のミラー１７が配設されている。この第２のミラー１７は、第２のテレスコープレンズ１６を通過したエキシマレーザビームＢを含む平面に沿って回動可能に設置されている。
そして、この第２のミラー１７にて全反射されたエキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビームＢの長軸方向の幅を調整して、このエキシマレーザビームＢの強さを調整するロングアクンスホモジナイザ（Ｌｏｎｇ Ａｘｉｓ Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ：ＬＡＨ）としての第１の長軸ホモジナイザ２１および第２の長軸ホモジナイザ２２が同軸状に配設されている。
なお、これら第１の長軸ホモジナイザ２１および第２の長軸ホモジナイザ２２は、第２のミラー１７による回動角度の調整により、エキシマレーザビームＢの強さが最も強くなるように、エキシマレーザビームＢの長軸方向の幅をズーミングにて調整し、エキシマレーザビームＢの長軸方向の長さを所定の長さにし、あるいはエキシマレーザビームＢの長軸方向の強さを均一化して最も強くさせる。
また、この第２の長軸ホモジナイザ２２を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、コンデンサレンズとしての長軸集光レンズ２３が配設されている。この長軸集光レンズ２３は、第１の長軸ホモジナイザ２１および第２の長軸ホモジナイザ２２にて長軸方向の幅が調整されて、この長軸方向における強さが最も強くされたエキシマレーザビームＢの波形を補正して、エキシマレーザビームＢの焦点距離を微調整する。
さらに、この長軸集光レンズ２３を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、このエキシマレーザビームＢの短軸を調整するショートアクシスホモジナイザ（Ｓｈｏｒｔ Ａｘｉｓ Ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ：ＳＡＨ）であるシリンドリカルレンズアレイとしての第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５が同軸状に配設されている。そして、この第２の短軸ホモジナイザ２５は、第１の短軸ホモジナイザ２４の光路上であり、この第１の短軸ホモジナイザ２４の焦点に近い位置に配置されている。なお、これら第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５により短軸ホモジナイザ２０が構成される。
ここで、第１の短軸ホモジナイザ２４は、図３に示すように、複数の凸レンズであるアレイレンズとしての第１のセグメントレンズ２４ａを備えている。これら第１のセグメントレンズ２４ａは、ｒ＝２１９の曲率半径のセグメントを有している。また、これら第１のセグメントレンズ２４ａは、ｆ＝４３８の焦点距離を有しており、第２のセグメントレンズ２５ａ上でのビーム径が０．１ｍｍとなる。そして、これら第１のセグメントレンズ２４ａは、互いのレンズ光軸を平行にした状態で同一平面上に並設されている。
さらに、第２の短軸ホモジナイザ２５は、複数の凸レンズである第２のセグメントレンズ２５ａを備えている。これら第２のセグメントレンズ２５ａは、第１のセグメントレンズ２４ａの光路上にそれぞれが配設されており、互いのレンズ光軸を平行にした状態で同一平面上に並設されている。また、これら第２のセグメントレンズ２５ａは、第１のセグメントレンズ２４ａの光軸にそれぞれの光軸を一致させた状態で配設されている。さらに、これら第２のセグメントレンズ２５ａの曲率半径は、第１のセグメントレンズ２４ａの曲率半径と同一であり、これら第１のセグメントレンズ２４ａと第２のセグメントレンズ２５ａとのスパンは４６０ｍｍである。
なお、第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５は、第１のミラー１３による回動角度の調整により、エキシマレーザビームＢの短軸方向における強さが適切な値となり、あるいは最も強くなるように、エキシマレーザビームＢの短軸方向の幅をズーミングにて調整し、エキシマレーザビームＢの短軸方向の長さを所定の長さにし、あるいはエキシマレーザビームＢの短軸方向の強さを均一化して最も強くさせる。
そして、第２の短軸ホモジナイザ２５を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、コンデンサレンズとしての短軸集光レンズ２６が配設されている。この短軸集光レンズ２６は、第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５にて短軸方向の幅が調整されて最も強くされたエキシマレーザビームＢの波形を補正して、エキシマレーザビームＢの焦点距離を微調整する。
そして、この短軸集光レンズ２６を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢの焦点深度を調整するフィールドレンズ２７が配設されている。また、このフィールドレンズ２７を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、焦点確認用の間隙２８を有する焦点確認間隙としての焦点スリット２９が配設されている。
さらに、この焦点スリット２９を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢを、例えば９０°で全反射させて屈曲させる第３のミラー３１が配設されている。また、この第３のミラー３１を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、エキシマレーザビームＢによる像面の湾曲を補正する像面湾曲補正レンズ３２が配設されている。さらに、この像面湾曲補正レンズ３２を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、いわゆる５Ｘ縮小レンズといわれるプロジェクションレンズ３３が配設されている。このプロジェクションレンズ３３は、エキシマレーザビームＢのビーム幅を、例えば１／５程度に縮小させる。
そして、このプロジェクションレンズ３３を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方には、ガラス基板４が設置されている。ガラス基板４は、このガラス基板４上のアモルファスシリコン層をエキシマレーザビームＢの光路上に向けた状態で設置されている。
一方、レーザアニール装置には、ガラス基板４上でのエキシマレーザビームＢの形状を測定する検査装置としてのビームプロファイラ３５が取り付けられている。このビームプロファイラ３５は、プロジェクションレンズ３３を通過したエキシマレーザビームＢの光路前方に設置されており、ガラス基板４上のアモルファスシリコンをレーザアニールする際には、照射されるエキシマレーザビームＢを横切らない位置に待機している。また、このビームプロファイラ３５は、第１のミラー１３の角度を調整した際におけるエキシマレーザビームＢのビーム形状を計測して、エキシマレーザビームＢの長軸方向および短軸方向のそれぞれの強さを最も強くする第１のミラー１３および第２のミラー１７それぞれの回転角度を検出する。
ここで、ビームプロファイラ３５による計測は、ビームプロファイラ３５内の不活性ガスを交換する際、例えば１日１回、より具体的には３００ＨｚのパルスのエキシマレーザビームＢを２×１０７回照射させた際、すなわち１８．５時間の割合でされる。
次に、上記レーザ照射装置で製造された液晶ディスプレイの構成を、図２を参照して説明する。
液晶ディスプレイは、アレイ基板１を備えており、このアレイ基板１は、略透明な絶縁性を有するガラス基板４を備えている。このガラス基板４の基板サイズは、例えば４００ｍｍ×５００ｍｍである。そして、このガラス基板４の一主面上には、このガラス基板４からの不純物の拡散を防止する絶縁性のアンダーコート層４１が成膜されている。このアンダーコート層４１は、ＳｉＮＸとＳｉＯＸとからなり、プラズマＣＶＤ法にて成膜されている。
アンダーコート層４１上には、島状のポリシリコン層２が成膜されている。このポリシリコン層２は、ガラス基板４上に堆積させたアモルファスシリコン層に向けてエキシマレーザビームＢを照射し、レーザアニールすることにより形成されている。
ポリシリコン層２およびアンダーコート層４１上には、絶縁性を有するシリコン酸化膜等からなるゲート酸化膜４２が形成されている。このゲート酸化膜４２上には、モリブデン−タングステン合金（ＭｏＷ）等からなるゲート電極４３が形成されている。そして、ポリシリコン層２、ゲート酸化膜４２、およびゲート電極４３等により薄膜トランジスタ３が形成されている。
また、ゲート電極４３の直下のポリシリコン層２の領域の両側域には、不純物がドーピングされてソース領域４４とドレイン領域４５とが形成されている。ゲート電極４３の直下のポリシリコン層２の領域はドーピングされておらず、チャネル領域となる。
ゲート酸化膜４２およびゲート電極４３上には、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜４７が成膜されている。これら層間絶縁膜４７及びゲート酸化膜４２には、これらを貫通して、ソース領域４４およびドレイン領域４５に連通する第１のコンタクトホール４８，４９が開口されている。
層間絶縁膜４７上には、第２の配線層として成膜されたソース電極５１、ドレイン電極５２、及び信号を供給する図示しない信号線が形成されている。これらソース電極５１、ドレイン電極５２および信号線は、アルミニウム（Ａｌ）などの低抵抗金属等により形成されている。そして、ソース電極５１は、第１のコンタクトホール４８を介してソース領域４４に導電接続されている。同様に、ドレイン電極５２は、第１のコンタクトホール４９を介してドレイン領域４５に導電接続されている。
そして、層間絶縁膜４７、ソース電極５１およびドレイン電極５２上には保護膜５３が成膜されている。この保護膜５３上には、各色、例えば赤青緑の３色のカラーフィルタ５４が成膜されている。これら保護膜５３およびカラーフィルタ５４には、ドレイン電極５２とコンタクトする第２のコンタクトホール５５が開口されている。
カラーフィルタ５４上には、透明導体層である画素電極５６がマトリクス状に配設されている。この画素電極５６は、第２のコンタクトホール５５を介してソース電極５１に導電接続されている。また、この画素電極５６上には、保護膜としての配向膜５７が成膜されている。
画素電極５６に対向して対向基板６１が配設されており、この画素電極５６に対向した側に位置する対向基板６１の一主面には、対向電極６２が形成されている。さらに、アレイ基板１の画素電極５６と、対向基板６１の対向電極６２との間には、液晶６３が介挿されている。
次に、上記レーザ照射装置を用いた液晶ディスプレイの製造方法について説明する。
まず、ガラス基板４の一主面に、シリコン酸化膜などをプラズマＣＶＤ法などで成膜してアンダーコート層４１を形成し、続いて５０ｎｍの膜厚のアモルファスシリコン層を成膜する。
そして、このアモルファスシリコン層を窒素雰囲気中で５００℃で１０分熱処理し、アモルファスシリコン層中の水素濃度を低下させる。このときのアモルファスシリコン層の膜厚は分光エリプソ法による測定により４９．５ｎｍである。
その後、ガラス基板４をレーザアニール装置に移す。
そして、第１のミラー１３の角度を調整して、エキシマレーザビームＢの短軸方向における強さが最も強くなるようにするとともに、バリアブルアッテネータ１２の透過率を８５％と設定する。
この状態で、アモルファスシリコン層中の水素濃度が低下したガラス基板４を図示しないステージに設置し、このステージを２０μｍのピッチでビーム短軸に対して平行に移動させながら、短軸が約４００μｍ幅のエキシマレーザビームＢをガラス基板４上のアモルファスシリコン層に向けて照射し、アモルファスシリコン層をレーザアニールし、アモルファスシリコン層を所望の結晶粒径のポリシリコン層２にする。このとき、ガラス基板４の各点において２０回のレーザパルスが照射される。
そして、レーザ発振器１１から３００Ｈｚで発振されるエキシマレーザビームＢの照射サイズを２５０ｍｍ×０．４ｍｍの線状ビームとするとともに、ガラス基板４を６ｍｍ／ｓで移動する。この結果、エキシマレーザビームＢの１ショットが照射される毎にガラス基板４が２０μｍのピッチで移動する。
次に、このポリシリコン層２をパターニングした後、このポリシリコン層２を含むガラス基板４上に、プラズマＣＶＤ法などでゲート酸化膜４２を形成する。
次いで、このゲート酸化膜４２上に、第１配線層をスパッタリング法で成膜し、この第１配線層をエッチング加工して、ゲート電極４３を形成する。
その後、フォトリソグラフィ技術を用いて、ポリシリコン層２の両側域にソース領域４４およびドレイン領域４５を形成して薄膜トランジスタ３を作製する。なお、これらソース領域４４およびドレイン領域４５は、ゲート電極４３をエッチング加工する際に用いたレジストをマスクとして、ボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）などの不純物をイオンドーピング法などで、ポリシリコン層２の両側域をドーピングすることにより形成される。このとき、ゲート電極４３の下方に位置するポリシリコン層２の部分がチャネル領域となる。
次いで、ゲート酸化膜４２およびゲート電極４３上に層間絶縁膜４７を形成し、この層間絶縁膜４７およびゲート酸化膜４２に第１のコンタクトホール４８，４９を形成した後、この層間絶縁膜４７上に低抵抗金属をスパッタリング法などで成膜しパターニングして、ソース電極５１、ドレイン電極５２および信号線を形成する。
そして、層間絶縁膜４７、ソース電極５１およびドレイン電極５２上に保護膜５３を形成し、この保護膜５３上にカラーフィルタ５４を形成する。
さらに、このカラーフィルタ５４上にＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などの透明導電体層を成膜した後、エッチング加工して画素電極５６を形成する。
この後、対向基板６１とアレイ基板１とを対向させて配設する。この対向基板６１のアレイ基板１と対向する側の一主面には、対向電極６２が形成されている。
そして、これら対向基板６１とアレイ基板１との間に液晶６３を注入して、液晶ディスプレイが完成する。
上述したように、本実施形態によれば、レーザアニール装置では約４００μｍの短軸方向の幅を有するエキシマレーザビームＢに対して、ガラス基板４を載せたステージを２０μｍピッチで、エキシマレーザビームＢの短軸方向に平行に移動させて、このガラス基板４の各点に対して２０回のエキシマレーザビームＢによるレーザパルスを照射させる。
このとき、従来、約４００μｍの短軸方向の幅を有するエキシマレーザビームＢは、１〜５０Ｈｚ程度、より好ましくは２５Ｈｚの低いパルス周波数のレーザ発振周波数で光学調整されていた。すなわち、このレーザ発振周波数を低くする原因は、調整によって形成された分析表を表示するＣＣＤプロファイラカメラの取り込みスピードが遅く、３００Ｈｚの周波数に追随するものがなく、さらに分析表の表示画面のリフレッシュスピードが遅いものしかなかったためなどである。
そして、実際にガラス基板４上のアモルファスシリコン層をポリシリコン層２に変換する際のエキシマレーザビームＢのレーザ発振周波数は３００Ｈｚであり、光学調整時の１〜５０Ｈｚよりも１桁高い。このような高周波数になると、レーザ発振器１１から出射されるエキシマレーザビームＢは低周波の時とは違った性質となる。すなわち、３００Ｈｚのビームの広がり角は、５０Ｈｚ以下のビームの広がり角よりも大きく、また、３００Ｈｚでのレーザパルスの指向方向は、５０Ｈｚ以下でのレーザパルスの指向方向とは異なる。
このため、従来は、ｒ＝１７０の曲率半径を有する第１の短軸ホモジナイザ２４と、ｒ＝２１９の曲率半径を有する第２の短軸ホモジナイザ２５とを組み合わせ、これら第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５のスパンを約４８０ｍｍとして、ガラス基板４上で約４００μｍの短軸長さのエキシマレーザビームＢを形作っていた。
ここで、第１の短軸ホモジナイザ２４の焦点距離ｆは、１／ｆ＝（ｎ−１）／ｒから求めることができ、ｎは１．５であるから、焦点距離ｆは２ｒとなる。したがって、第１の短軸ホモジナイザ２４の焦点距離ｆは３４０となり、第１の短軸ホモジナイザ２４と第２の短軸ホモジナイザ２５との間の中央付近となる。この場合、３００ＨｚのエキシマレーザビームＢの広がり角の影響により、第２の短軸ホモジナイザ２５の位置では、エキシマレーザビームＢのビーム径が約１ｍｍまで拡大する。
また、第１の短軸ホモジナイザ２４の第１のセグメントレンズ２４ａおよび第２の短軸ホモジナイザ２５の第２のセグメントレンズ２５ａそれぞれの幅は、２ｍｍであり、設計上、図３に示すように、第１の短軸ホモジナイザ２４の各セグメントレンズ２４ａにて分割集光されたエキシマレーザビームＢが、第２の短軸ホモジナイザ２５の対向した第２のセグメントレンズ２５ａの中央に入るように計画されている。
ところが、図５に示すように、３００ＨｚのエキシマレーザビームＢにおいてはビーム指向方向の変動とビーム広がり角の拡大とが相乗して、入るべき第２のセグメントレンズ２５ａの隣の第２のセグメントレンズ２５ａにエキシマレーザビームＢが入り込んでしまい、もれ光によりサイドバンドが発生してしまうおそれがある。このようになると、エキシマレーザビームＢをガラス基板４上で正常に集光できなくなり、このエキシマレーザビームＢが傾斜を持つようになってしまう。
このことは、エキシマレーザビームＢの実質的なビーム幅の縮小を意味している。そして、極端な場合にはエキシマレーザビームＢのビーム幅が２００μｍ程度にまで縮まってしまう。この結果、ガラス基板４上の各点での照射回数が１０回程度に低下してしまい、このガラス基板４上でのフルエンスマージンが狭くなる。
そこで、例えば第１の短軸ホモジナイザ２４の第１のセグメントレンズ２４ａの曲率半径ｒを２１９とするとともに、この第１のセグメントレンズ２４ａの焦点距離ｆを４３８とすることにより、図３に示すように、第２の短軸ホモジナイザ２５の第２のセグメントレンズ２５ａ上でのエキシマレーザビームＢのビーム径を０．１ｍｍまで縮小できる。
ところが、第１のセグメントレンズ２４ａと第２のセグメントレンズ２５ａとのスパンを４６０ｍｍとすることにより、エキシマレーザビームＢの実質的なビーム幅の縮小を防止できるが、このエキシマレーザビームＢの指向方向を修正しなければ、第２の短軸ホモジナイザ２５の各第２のセグメントレンズ２５ａにエキシマレーザビームＢが正常に入射しなくなるため、ガラス基板４上での実質的なフルエンスが低下し、生産に必要なフルエンスを得ることができない。
また、エキシマレーザビームＢが第１の短軸ホモジナイザ２４に適切な角度で入射しているか否かは、この第１の短軸ホモジナイザ２４よりもレーザ発振器１１に近い位置に設置した第１のミラー１３の角度を複数選択して、これら選択した複数の角度に対してのエキシマレーザビームＢのビーム形状をビームプロファイラ３５で計測することにより求めることができる。
すなわち、第１のミラー１３に設置してあるマイクロアクチュエータを用いて、この第１のミラー１３の角度を遠隔操作にて変更させて、この第１のミラー１３の角度を複数選択する。そして、この選択した第１のミラー１３の各角度のそれぞれに対するエキシマレーザビームＢのビーム形状をビームプロファイラ３５で測定し、このビームプロファイラ３５によるビーム形状の計測結果のうち、エキシマレーザビームＢの長軸方向および短軸方向におけるそれぞれの強さが最も強くなる第１のミラー１３の角度を最適条件として選定して調整する。
言い換えると、ビームプロファイラ３５によるエキシマレーザビームＢのビーム形状の計測結果のうち、このエキシマレーザビームＢのビームプロファイルを長軸方向および短軸方向の少なくともいずれかに沿って描いて得られた強度分布曲線の高さが最も高くなる第１のミラー１３の角度を最適条件として選定して調整する。
このとき、ビームプロファイラ３５での測定時のレーザ発振周波数を、ポリシリコン層２への変換に要するエキシマレーザビームＢのレーザ発振周波数に等しい周波数にすることにより、エキシマレーザビームＢの指向方向を正確に修正することができる。
そして、このような操作をすることにより、ガラス基板４上でのエキシマレーザビームＢのビーム幅およびフルエンスマージンを最大限に広げることができる。換言すると、Ｆ２の発生フルエンスを高くできるから、ガラス基板４上全体におけるエキシマレーザビームＢの強さを適切にすることが可能となる。よって、このエキシマレーザビームＢを、ガラス基板４上においてポリシリコン層２への変換に必要なレーザビームにすることが出来る。
このため、ガラス基板４の全面で移動度が高く、特性の揃った均一な高性能の薄膜トランジスタ３の量産を生産性よく行うことが可能となり、優れた特性を示す薄膜トランジスタ３を非常に高い歩留で量産することができる。このように、高品質の低温ポリシリコン液晶ディスプレイを大量に作製できるので、量産の難しかった低温ポリシリコン液晶ディスプレイを、歩留よく大量にしかも安価に実用化することができる。
なお、上記実施形態では、ビームプロファイラ３５にてビーム形状を計測するときのレーザ発振周波数を、レーザアニールする際のエキシマレーザビームＢのレーザ発振周波数と同じにしているが、レーザアニールをする際のレーザ発振周波数に比べ、このレーザ発振周波数よりも低いレーザ発振周波数でのみビーム形状を計測して検査することが可能なビームプロファイラ３５を用いる場合には、ビームプロファイラ３５にて発振させて計測することが可能な最高のレーザ発振周波数でビーム形状を計測しても、第１の短軸ホモジナイザ２４および第２の短軸ホモジナイザ２５へのエキシマレーザビームＢの入射角度が最適値より若干ずれるだけであり、薄膜トランジスタ３の製造に支障をきたすことはごく希であるので、この方法を用いても上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
また、上記実施形態では、ガラス基板４上のアモルファスシリコンに向けてエキシマレーザビームＢを照射して、アモルファスシリコンをポリシリコン層２に変換するレーザアニール装置としてのレーザ照射装置について説明したが、ガラス基板４上のアモルファスシリコンなどの膜を活性化させてチャネル領域４６等とするためのレーザ照射装置としても用いることができる。
以上のように、本発明によれば、ミラーの角度調整により短軸ホモジナイザにてレーザビームの短軸方向の幅を調整して、レーザビームの強さを調整し、レーザビームを透光性基板上の非晶質シリコン半導体に向けて照射することにより、透光性基板上全体におけるレーザビームの強さを適切にすることができる。
Claims (3)
- 線状のレーザビームをミラーにより反射させて、レーザビームの光路を屈曲させ、
前記ミラーにより光路が屈曲されたレーザビームの短軸方向の幅を短軸ホモジナイザにより調整し、
前記短軸ホモジナイザにより短軸方向の幅が調整された前記レーザビームを透光性基板上の非晶質シリコン半導体に照射するレーザ照射方法であって、
前記ミラーの角度を調整して前記レーザビームの強さを調整するレーザ照射方法。 - 前記短軸ホモジナイザは、曲率半径が等しい複数のセグメントレンズをそれぞれ含む２つのシリンドリカルレンズアレイを有し、前記ミラーの複数の角度を選択し、この選択した複数の角度のそれぞれに対するレーザビーム形状をビームプロファイラで計測し、これら計測結果のうち、前記レーザビームの長軸方向および短軸方向の少なくともいずれかの方向に沿った強度分布曲線の高さが最も高くなる前記ミラーの角度を最適条件として調整する請求項１に記載のレーザ照射方法。
- 前記ビームプロファイラ計測時のレーザ発振周波数を、前記非晶質シリコン半導体に向けて照射するレーザ発振周波数に等しい周波数とする請求項２に記載のレーザ照射方法。
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