WO2021181700A1 - レーザアニール装置およびレーザアニール方法 - Google Patents

レーザアニール装置およびレーザアニール方法 Download PDF

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laser beam
laser annealing
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irradiation region
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伸武 野寺
吉明 松島
優数 田中
水村　通伸
畑中　誠
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堺ディスプレイプロダクト株式会社
株式会社ブイ・テクノロジー
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
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    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation

Definitions

  • the present invention relates to a laser annealing device and a laser annealing method, and is suitably used for manufacturing a semiconductor device including a thin film transistor (hereinafter, “TFT”) such as a liquid crystal display device.
  • TFT thin film transistor
  • a TFT is used as a switching element for each pixel.
  • a TFT is referred to as a "pixel TFT".
  • a crystalline silicon film hereinafter, "c-Si film”
  • a-Si film a crystalline silicon film
  • a-Si film a polycrystalline silicon film having an amorphous silicon film
  • the field-effect mobility of the c-Si film is higher than the field-effect mobility of the a-Si film, and the crystalline silicon TFT has a higher current driving force than the amorphous silicon TFT. Therefore, crystalline silicon TFTs are often used in large and / or high-definition liquid crystal displays.
  • the c-Si film in the liquid crystal display device is formed, for example, by forming an a-Si film on a glass substrate and then irradiating the a-Si film with a laser beam to crystallize it.
  • a method of selectively crystallizing only the region of the a-Si film that becomes the active layer of the TFT is being studied.
  • Patent Documents 1 to 3 disclose a method for partially crystallizing an a-Si film using a microlens array.
  • a method of performing partial crystallization by partially irradiating a laser beam as described in Patent Documents 1 to 3 is referred to as a "partial laser annealing method".
  • partial laser annealing method for reference, all the disclosure contents of Patent Documents 1 to 3 are incorporated herein by reference.
  • the partial laser annealing method includes a laser device that emits a laser beam (for example, an excima laser), a shaping optical system that shapes the laser beam into a substantially rectangular laser beam, and a condensing unit having a microlens array.
  • a laser device that emits a laser beam (for example, an excima laser)
  • a shaping optical system that shapes the laser beam into a substantially rectangular laser beam
  • a condensing unit having a microlens array having a microlens array.
  • An annealing device is used.
  • the shaping optical system is an optical system for making the intensity distribution of the laser beam irradiated to the condensing unit (microlens array) uniform by using, for example, a fly-eye lens, but interference fringes are formed.
  • NS a laser beam
  • the crystallinity of the active layer becomes non-uniform due to the non-uniformity (interference fringes) of the intensity distribution of the laser beam, resulting in non-uniformity.
  • Moire may be observed when the halftone is displayed over the entire screen on the liquid crystal display device (described later with reference to FIG. 7).
  • the present invention provides a laser annealing apparatus and a laser annealing method capable of forming a uniform active layer even when the intensity distribution of the laser beam applied to the condensing unit has non-uniformity (interference fringes). With the goal.
  • the laser irradiation device is A laser device that emits a laser beam and A shaping optical system that shapes the laser beam into a substantially rectangular laser beam, It has a microlens array having a plurality of microlenses arranged in a matrix having rows and columns, and a mask having a plurality of openings arranged for each of the plurality of microlenses.
  • the substantially rectangular laser beam has a shape that is long in the y direction intersecting the X direction and short in the x direction orthogonal to the y direction, and the x direction has an angle ⁇ (more than 0 °) with respect to the X direction.
  • a laser annealing device that intersects and the rows of the microlens array are parallel in the y direction and the columns are parallel in the X direction.
  • the substantially rectangular laser beam has light and dark fringes with a period of Lp along the y direction.
  • the laser annealing apparatus according to item 1 or 2 wherein when the length of the substantially rectangular laser beam in the x direction is Lx, the ⁇ satisfies the relationship of Lx ⁇ tan ⁇ > Lp.
  • a laser annealing device and a laser annealing method capable of forming a uniform active layer even when the intensity distribution of the laser beam irradiated to the condensing unit has non-uniformity (interference fringes). Is provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the laser annealing device 100 according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows the arrangement relationship between the laser beam irradiation region LR in the laser annealing device 100 and the microlens 34A of the condensing unit 30.
  • the laser beam irradiation region LR refers to a region where the laser beam is irradiated on the condensing unit 30.
  • the laser annealing device 100 includes a laser irradiation device 10, a stage 20, a drive device (not shown) capable of moving the irradiation region R1 in the X direction relative to the stage 20, and a control device for controlling these. (Not shown).
  • the X direction (or ⁇ X direction) is sometimes referred to as the “scanning direction” of the laser beam.
  • the stage 20 may be moved in the ⁇ X direction with respect to the irradiation region R1.
  • the stage 20 has, for example, a receiving surface that receives the substrate 22 on which the amorphous silicon film is formed.
  • the substrate 22 does not necessarily have to come into contact with the receiving surface of the stage 20, and may be arranged on the receiving surface in a non-contact state according to the principle of aerostatic bearings, for example.
  • the laser irradiation device 10 emits a plurality of laser beams LB in, for example, an ultraviolet region toward a part of the irradiation region R1 on the receiving surface of the stage 20.
  • the plurality of laser beams LB are focused on the plurality of microlenses to form a plurality of focused regions in the irradiation region R1.
  • the irradiation region R1 defined on the substrate 22 has substantially the same shape as the laser beam irradiation region LR defined on the condensing unit 30.
  • substantially means that it is within the range of optical error.
  • the laser irradiation device 10 includes a laser device (laser light source) 10L that emits a laser beam, a shaping optical system 10F that shapes the laser beam into a substantially rectangular laser beam, a shaping optical system 10F, and a stage 20 (on stage 20). It is provided with a light collecting unit 30 arranged between the substrate 22) and the substrate 22).
  • laser device laser light source
  • shaping optical system 10F that shapes the laser beam into a substantially rectangular laser beam
  • stage 20 on stage 20
  • a light collecting unit 30 arranged between the substrate 22) and the substrate 22.
  • substantially rectangular means that the rectangle is within the range of optical error, and if the adjacent sides of the four sides form 90 °, the adjacent sides are in contact with each other.
  • the corners formed may be rounded.
  • an ultraviolet laser such as a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) or an XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) can be used.
  • a solid-state laser element such as a YAG laser element (second harmonic: wavelength 532 nm) may be used.
  • the shaping optical system 10F is a known shaping optical system that uses, for example, a fly-eye lens having single lenses arranged in a matrix.
  • the laser irradiation device 10 may optionally have another optical system such as a collimating optical system between the laser device 10L and the condensing unit 30.
  • the condensing unit 30 receives the laser beam LA shaped by the shaping optical system 10F to form a plurality of laser beam LBs, and forms each condensing point of the plurality of laser beam LBs in the irradiation region R1. .. Specifically, the condensing unit 30 includes a microlens array 34 having a plurality of microlenses (not limited to lenses less than 1 mm) 34A arranged in two dimensions, a laser device 10L, and a plurality of micros. It has a mask 32 arranged between the lens 34A and the lens 34A. The mask 32 has a plurality of openings 32A arranged for each of the plurality of microlenses 34A.
  • Each opening 32A is arranged corresponding to one of the microlenses 34A.
  • Each microlens 34A forms a focusing point of the laser beam LB that has passed through the corresponding opening 32A in the corresponding focused region of the amorphous silicon film formed on the substrate 22.
  • the laser irradiation device 10 may further include an optical element that defines the irradiation region R1 in the receiving surface by limiting the emission range of the laser beam LA from the laser device 10L.
  • the laser irradiation device 10 further has a light-shielding plate 40 between the laser device 10L and the condensing unit 30.
  • the light-shielding plate 40 may be arranged between the light collecting unit 30 and the substrate 22.
  • the light-shielding plate 40 has a light-transmitting portion 42 that defines the irradiation region R1 and a light-shielding portion 44 that is located around the light-transmitting portion 42.
  • the translucent portion 42 has an area corresponding to a microlens (p ⁇ m, q ⁇ n) of p rows and q columns among a plurality of micro lenses arranged in m rows and n columns, for example.
  • the rows of microlenses are parallel to the X direction.
  • p and q are not particularly limited, but are, for example, 10 ⁇ p ⁇ 20, 100 ⁇ q ⁇ 200.
  • the irradiation region R1 is relatively moved in the X direction with respect to the substrate 22 (step feed), and the microlens 34A of the selected p-row and q-column in the amorphous silicon film on the substrate 22 is formed.
  • the laser beam LB is irradiated to a plurality of corresponding regions (condensed regions). As a result, the focusing points of the laser beam LB are sequentially formed in each focused region by a plurality of (p in this case) different microlenses 34A.
  • laser irradiation or shot
  • Each condensate region is irradiated with laser p times, thereby forming island-shaped c-Si islands (crystalline silicon islands).
  • the substantially rectangular laser beam LA (that is, the laser beam irradiation region LR) is in the y direction intersecting the X direction (scanning direction). It has a long shape and a short shape in the x direction orthogonal to the y direction.
  • the x direction intersects the X direction at an angle ⁇ (more than 0 °).
  • the rows of the microlens array 34 included in the condensing unit 30 are parallel in the y direction, and the columns are parallel in the X direction (scanning direction). That is, the rows and columns of the microlens array 34 are not orthogonal to each other and intersect at an angle of 90 ° ⁇ .
  • the microlenses 34A are arranged so as to form a parallelogram.
  • the laser beam LA is irradiated to a region other than the microlenses 34A arranged so as to form a parallelogram simply by tilting the substantially rectangular laser beam LA by an angle ⁇ . Therefore, a light-shielding plate 40 having a light-transmitting portion 42 of the parallelogram is used so as to irradiate the laser beam only to the region corresponding to, for example, the p-row microlens 34A of the microlenses 34A arranged in the parallelogram.
  • the extra region of the laser beam LA is shielded by the light-shielding portion 44 of the light-shielding plate 40, and a laser beam irradiation region LR corresponding to, for example, the p-row microlens 34A of the microlenses 34A arranged in a parallelogram is formed. ..
  • the x direction (short side direction) of the substantially rectangular laser beam LA (laser beam irradiation region LR) is inclined by ⁇ with respect to the scanning direction X direction of the laser beam. Therefore, even when the intensity distribution of the laser beam LA has non-uniformity (interference fringes), a uniform active layer can be formed.
  • the laser beam irradiation region LRp (the sides of the rectangle are parallel to the x and y directions) in which the interference fringes due to the shaping optical system are formed is scanned in the X direction, a row of microlenses is obtained. Since the arrangement relationship between the fringes and the interference fringes is fixed for each row, for example, one row is irradiated with a high-intensity laser beam, and the other row is irradiated with a low-intensity laser beam.
  • the intensity of the laser beam irradiated to the amorphous silicon film that is, the integrated light intensity (for example, the total light intensity of p irradiations) is different, the crystallinity of the formed c—Si islands is different, and as a result, the TFT performance ( Mobility, on-current value, and / or threshold) will be different. Then, the brightness of the pixels connected to these TFTs will be different.
  • the upper left of FIG. 6 shows the dark line DP formed by dark pixels due to the variation in TFT performance due to the above-mentioned difference in crystallinity.
  • the upper right of FIG. 6 shows the gate bus line GL.
  • the dark line DP on the upper left of FIG. 6 is slightly inclined (for example, about 3 °) with respect to the gate bus line GL due to the misalignment of the irradiation region R1 with respect to the substrate, as shown in the lower part of FIG. , Moire is formed. That is, a dark line is formed at the position indicated by the arrow at the bottom of FIG.
  • moire is observed as schematically shown in FIG.
  • the x direction (short side direction) of the rectangular laser beam LA intersects the scanning direction (X direction) of the laser beam at an angle ⁇ (more than 0 °).
  • interference fringes intersect each row of the microlens array 34 at an angle ⁇ .
  • the microlenses 34A in each row are irradiated with the high-intensity laser beam and the low-intensity laser beam, and the integrated light amount of the laser beam irradiated to each focused region is averaged.
  • the variation in crystallinity of the formed c-Si islands is reduced, and as a result, the variation in TFT performance (mobility, on-current value, and / or threshold value) is reduced.
  • FIG. 6 for the sake of clarity, an example in which the dark line DP is tilted by about 3 ° with respect to the gate bus line GL is shown, but the actual alignment deviation is often a small angle of less than 1 °.
  • the angle ⁇ may be at least larger than the misalignment angle, and for example, the angle ⁇ can be 1 ° or more. When the angle ⁇ is 5 ° or more, the integrated light amount of the laser beam can be effectively averaged.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the non-uniformity (interference fringes) of the intensity distribution of the laser beam LA shaped into a substantially rectangular shape.
  • the length of the short side (parallel to the x direction) of the laser beam LA shaped into a substantially rectangle is Lx
  • the length of the long side (parallel to the y direction) is Ly.
  • the x-direction and the y-direction are orthogonal to each other.
  • Lx is, for example, 1 mm or more and 5 mm or less
  • Ly is, for example, 30 mm or more and 100 mm or less.
  • Interference fringes are formed in the laser beam LA shaped by using a fly-eye lens having a single lens arranged in a matrix, and the period (pitch) Lp of the interference fringes is, for example, 1 mm or more and 2 mm or less.
  • the laser beam irradiated p times through the p microlenses 34A is generated in both the high-intensity region and the low-intensity region of the interference fringes.
  • the angle ⁇ is set so as to evenly include the above, the integrated light amount in each condensing region (c—Si island) is averaged. If the angle ⁇ satisfies Lx ⁇ tan ⁇ > Lp, at least one high-intensity region and one low-intensity region of the interference fringes are included, so that the effect of averaging the integrated light amount is great. However, if the angle ⁇ becomes too large, the effect of averaging remains almost unchanged, but the productivity may decrease. Therefore, it is preferable that the angle ⁇ does not exceed 45 °.
  • the x direction (short side direction) of the laser beam LA which is substantially shaped into a rectangle, forms an angle ⁇ clockwise with respect to the X direction, which is the scanning direction of the laser beam LA.
  • the angle ⁇ may be formed counterclockwise.
  • FIG. 4 schematically shows another laser annealing device 200 according to the embodiment of the present invention.
  • the laser annealing device 100 shown in FIG. 1 the laser device 10L and the shaping optical system 10F are continuously arranged, but the present invention is not limited to this.
  • the laser device 10L and the shaping optical system 10F are shown in FIG. 1 so as to be arranged side by side in the vertical direction, a mirror, a prism, and a mirror, a prism, and a mirror, a prism, and a shaping optical system 10F are provided between the laser device 10L and the shaping optical system 10F. / Or a lens may be placed.
  • the laser annealing device 200 shown in FIG. 4 has a plurality of mirrors M1, M2 and M3 between the laser device 10L and the condensing unit 30, and the scanning of the laser beam LA can be performed by scanning these mirrors M1. This may be done by driving M2 and M3. In addition to the mirrors M1, M2 and M3, or in place of any one or more of the mirrors M1, M2 and M3, optical elements such as prisms and / or lenses may be used.
  • the laser annealing device 200 has a shaping optical system 10F between the mirror M3 and the condensing unit 30.
  • the shaping optical system may be divided into a plurality of optical elements and arranged between the laser device 10L and the condensing unit 30 as described in, for example, International Publication No. 2011/048877.
  • International Publication No. 2011/048877 for reference, all of International Publication No. 2011/048877 is incorporated herein by reference.
  • the laser annealing device and the laser annealing method according to the embodiment of the present invention are suitably used for manufacturing a semiconductor device including a thin film transistor.
  • it is suitably used for manufacturing a large-area liquid crystal display device and an organic EL display device.

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Abstract

レーザアニール装置（１００）は、基板（２２）を受容する受容面を有するステージ（２０）と、レーザ照射装置（１０）と、ステージに対して相対的に照射領域（Ｒ１）をＸ方向に移動させることができる駆動装置とを有し、レーザ照射装置は、レーザビームを出射するレーザ装置（１０Ｌ）と、レーザビームを実質的に矩形のレーザビームに整形する整形光学系（１０Ｆ）と、マイクロレンズアレイ（３４）と、複数の開口部（３２Ａ）を有するマスク（３２）とを有し、レーザビームのそれぞれの集光点を照射領域（Ｒ１）内に形成する、集光ユニット（３０）とを有する。レーザビーム（ＬＡ）は、Ｘ方向と交差するｙ方向に長く、ｙ方向に直交するｘ方向に短い形状を有し、ｘ方向はＸ方向に対して角度θ（０°超）で交差しており、かつ、マイクロレンズアレイの行はｙ方向に平行であって、列はＸ方向に平行である。

Description

レーザアニール装置およびレーザアニール方法
　本発明は、レーザアニール装置およびレーザアニール方法に関し、例えば、液晶表示装置などの薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、「ＴＦＴ」）を備える半導体装置の製造に好適に用いられる。
　例えば、液晶表示装置において、ＴＦＴは各画素のスイッチング素子として用いられている。本明細書では、このようなＴＦＴを「画素用ＴＦＴ」という。画素用ＴＦＴとして、アモルファスシリコン膜（以下、「ａ－Ｓｉ膜」と略す。）を活性層とする非晶質シリコンＴＦＴまたは多結晶シリコン膜などの結晶質シリコン膜（以下、「ｃ－Ｓｉ膜」と略す。）を活性層とする結晶質シリコンＴＦＴが多く用いられている。ｃ－Ｓｉ膜の電界効果移動度はａ－Ｓｉ膜の電界効果移動度よりも高く、結晶質シリコンＴＦＴは、非晶質シリコンＴＦＴより高い電流駆動力を有する。したがって、大型および／または高精細な液晶表示装置には、結晶質シリコンＴＦＴが用いられることが多い。
　液晶表示装置におけるｃ－Ｓｉ膜は、例えば、ガラス基板上にａ－Ｓｉ膜を形成した後、ａ－Ｓｉ膜にレーザビームを照射し、結晶化させることによって形成される。液晶表示装置の大型化に伴い、ａ－Ｓｉ膜のうちＴＦＴの活性層となる領域だけを選択的に結晶化する方法が検討されている。例えば、特許文献１～３は、マイクロレンズアレイを用いて、ａ－Ｓｉ膜を部分的に結晶化する方法を開示している。本明細書では、特許文献１～３に記載されているような、レーザビームを部分的に照射することによって部分結晶化を行う方法を「部分レーザアニール法」と呼ぶ。参考のために、特許文献１～３の開示内容のすべてを本明細書に援用する。
特開２０１０－２８３０７３号公報 国際公開第２０１１／１３２５５９号 国際公開第２０１７／１４５５１９号
　部分レーザアニール法は、レーザビームを出射するレーザ装置（例えばエキシマレーザ）と、レーザビームを実質的に矩形のレーザビームに整形する整形光学系と、マイクロレンズアレイを有する集光ユニットとを備えるレーザアニール装置が用いられる。ここで、整形光学系は、例えばフライアイレンズを用いて、集光ユニット（マイクロレンズアレイ）に照射されるレーザビームの強度分布を均一にするための光学系ではあるが、干渉縞が形成される。
　本発明者の検討によると、図面を参照して後述するように、このレーザビームの強度分布の不均一性（干渉縞）に起因して、活性層の結晶性等が不均一となり、その結果、液晶表示装置で画面全体にわたって中間調を表示したときに、モアレが観察されることがある（図７を参照して後述する。）。
　本発明は、集光ユニットに照射されるレーザビームの強度分布が不均一性（干渉縞）を有する場合でも、均一な活性層を形成することができるレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態によると、以下の項目に記載の解決手段が提供される。
［項目１］
　基板を受容する受容面を有するステージと、
　前記受容面に向けて複数のレーザビームを出射し、前記受容面に照射領域を形成するレーザ照射装置と、
　前記ステージに対して相対的に前記照射領域をＸ方向に移動させることができる駆動装置と
を有し、
　前記レーザ照射装置は、
　　レーザビームを出射するレーザ装置と、
　　前記レーザビームを実質的に矩形のレーザビームに整形する整形光学系と、
　　行および列を有するマトリクス状に配列された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、それぞれが、前記複数のマイクロレンズのそれぞれに対して配置された複数の開口部を有するマスクとを有し、前記整形光学系で整形されたレーザビームを受けて、前記複数のレーザビームのそれぞれの集光点を前記照射領域内に形成する、集光ユニットとを有し、
　前記実質的に矩形のレーザビームは、Ｘ方向と交差するｙ方向に長く、ｙ方向に直交するｘ方向に短い形状を有し、ｘ方向はＸ方向に対して角度θ（０°超）で交差しており、かつ、前記マイクロレンズアレイの前記行はｙ方向に平行であって、前記列はＸ方向に平行である、レーザアニール装置。
［項目２］
　前記角度θは、５°以上４５°以下である、項目１に記載のレーザアニール装置。
［項目３］
　前記実質的に矩形のレーザビームは、ｙ方向に沿って、Ｌｐの周期で明暗の縞を有し、
　前記実質的に矩形のレーザビームのｘ方向の長さをＬｘとすると、前記θは、Ｌｘ・ｔａｎθ＞Ｌｐの関係を満足する、項目１または２に記載のレーザアニール装置。
［項目４］
　前記整形光学系は、マトリクス状に配列された単レンズを有するフライアイレンズを含む、項目１から３のいずれかに記載のレーザアニール装置。
［項目５］
　項目１から４のいずれかに記載のレーザアニール装置を用意する工程と、
　表面にアモルファスシリコン膜を有する基板を用意する工程と、
　前記レーザアニール装置の前記受容面に前記基板を配置し、前記複数のレーザビームのそれぞれの集光点を前記アモルファスシリコン膜の表面に形成する工程と
を包含する、レーザアニール方法。
　本発明の実施形態によると、集光ユニットに照射されるレーザビームの強度分布が不均一性（干渉縞）を有する場合でも、均一な活性層を形成することができるレーザアニール装置およびレーザアニール方法が提供される。
本発明の実施形態によるレーザアニール装置１００の模式的な断面図である。 レーザアニール装置１００におけるレーザビーム照射領域ＬＲと集光ユニット３０のマイクロレンズ３４Ａとの配置関係を模式的に示す平面図である。 実質的に矩形に整形されたレーザビームＬＡの強度分布の不均一性（干渉縞）を示す模式図である。 本発明の実施形態による他のレーザアニール装置２００を示す模式図である。 従来のレーザアニール装置におけるレーザビーム照射領域ＬＲｐと集光ユニット３０ｐのマイクロレンズ３４Ａｐとの配置関係を模式的に示す平面図である。 従来のレーザアニール装置を用いて製造されたＴＦＴを有する液晶表示装置においてモアレが発生する原因を説明するための図である。 従来のレーザアニール装置を用いて製造されたＴＦＴを有する液晶表示装置におけるモアレを模式的に示す図である。
　以下、図面を参照して、本発明による実施形態のレーザアニール装置およびそれを用いたレーザアニール方法を説明する。
　図１は、本発明の実施形態によるレーザアニール装置１００の模式的な断面図であり、図２は、レーザアニール装置１００におけるレーザビーム照射領域ＬＲと集光ユニット３０のマイクロレンズ３４Ａとの配置関係を模式的に示す平面図である。ここで、レーザビーム照射領域ＬＲは、集光ユニット３０上にレーザビームが照射される領域をいう。
　レーザアニール装置１００は、レーザ照射装置１０と、ステージ２０と、ステージ２０に対して相対的に照射領域Ｒ１をＸ方向に移動させることができる駆動装置（不図示）と、これらを制御する制御装置（不図示）とを有している。Ｘ方向（または－Ｘ方向）をレーザビームの「走査方向」ということがある。ここでは、ステージ２０に対して照射領域Ｒ１をＸ方向に移動させる例を説明するが、照射領域Ｒ１に対してステージ２０を－Ｘ方向に移動させてもよい。
　ステージ２０は、例えば、アモルファスシリコン膜が形成された基板２２を受容する受容面を有する。基板２２は、ステージ２０の受容面に必ずしも接触する必要はなく、例えば、空気静圧軸受の原理によって非接触状態で受容面に配置されてもよい。
　レーザ照射装置１０は、ステージ２０の受容面の一部の照射領域Ｒ１に向けて、例えば紫外領域の複数のレーザビームＬＢを出射する。複数のレーザビームＬＢは、複数のマイクロレンズに集光され、照射領域Ｒ１内に複数の集光領域を形成する。基板２２上に画定される照射領域Ｒ１は、集光ユニット３０上に画定されるレーザビーム照射領域ＬＲと実質的に同じ形状を有している。ここで、「実質的に」とは、光学的な誤差の範囲内であることをいう。
　レーザ照射装置１０は、レーザビームを出射するレーザ装置（レーザ光源）１０Ｌと、レーザビームを実質的に矩形のレーザビームに整形する整形光学系１０Ｆと、整形光学系１０Ｆとステージ２０（ステージ２０上の基板２２）との間に配置された集光ユニット３０とを備える。ここで、「実質的に矩形」とは、光学的な誤差の範囲内で矩形であることをいい、四辺の内の隣接する辺が９０°を成していれば、隣接する辺が接して形成される角が丸まっていてもよい。
　レーザ装置１０Ｌとして、例えば、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌエキシマレーザ（波長３０８ｎｍ）など紫外線レーザを用いることができる。または、ＹＡＧレーザ素子（第２高調波：波長５３２ｎｍ）などの固体レーザ素子を用いてもよい。
　整形光学系１０Ｆは、例えば、マトリクス状に配列された単レンズを有するフライアイレンズを用いる公知の整形光学系である。レーザ照射装置１０は、レーザ装置１０Ｌと集光ユニット３０との間に、コリメート光学系などの他の光学系をオプショナルに有してもよい。
　集光ユニット３０は、整形光学系１０Ｆで整形されたレーザビームＬＡを受けて、複数のレーザビームＬＢを形成するとともに、複数のレーザビームＬＢのそれぞれの集光点を照射領域Ｒ１内に形成する。具体的には、集光ユニット３０は、二次元に配列された複数のマイクロレンズ（１ｍｍ未満のレンズに限定されるものではない）３４Ａを有するマイクロレンズアレイ３４と、レーザ装置１０Ｌと複数のマイクロレンズ３４Ａとの間に配置されたマスク３２とを有する。マスク３２は、複数のマイクロレンズ３４Ａのそれぞれに対して配置された複数の開口部３２Ａを有している。各開口部３２Ａは、マイクロレンズ３４Ａの１つに対応して配置されている。各マイクロレンズ３４Ａは、対応する開口部３２Ａを通過したレーザビームＬＢの集光点を、基板２２に形成されたアモルファスシリコン膜における対応する被集光領域に形成する。
　レーザ照射装置１０は、レーザ装置１０ＬからのレーザビームＬＡの出射範囲を制限することで、受容面内に照射領域Ｒ１を画定する光学素子をさらに備えてもよい。ここでは、レーザ照射装置１０は、レーザ装置１０Ｌと集光ユニット３０との間に、遮光板４０をさらに有している。遮光板４０は、集光ユニット３０と基板２２との間に配置されていてもよい。遮光板４０は、照射領域Ｒ１を画定する透光部４２と、透光部４２の周囲に位置する遮光部４４とを有する。透光部４２は、例えば、ｍ行ｎ列に配列された複数のマイクロレンズのうちの、ｐ行ｑ列のマイクロレンズ（ｐ≦ｍ、ｑ＜ｎ）に対応する面積を有する。ここで、マイクロレンズの列は、Ｘ方向に平行とする。ｐ、ｑは、特に限定されないが、例えば１０≦ｐ≦２０、１００≦ｑ≦２００である。
　部分レーザアニール法では、基板２２に対してＸ方向に照射領域Ｒ１を相対的に移動させながら（ステップ送り）、基板２２上のアモルファスシリコン膜における、選択されたｐ行ｑ列のマイクロレンズ３４Ａに対応する複数の領域（被集光領域）にレーザビームＬＢを照射する。これにより、各被集光領域に、複数（ここではｐ個）の異なるマイクロレンズ３４ＡによってレーザビームＬＢの集光点を順次形成する。本明細書では、マイクロレンズ３４Ａを用いてレーザビームＬＢの集光点を被集光領域に形成する動作を「レーザ照射（またはショット）」という。各被集光領域には、ｐ回のレーザ照射が行われ、これにより、島状のｃ－Ｓｉ島（結晶質シリコン島）が形成される。
　ここで、図２に模式的に示すように、レーザアニール装置１００においては、実質的に矩形のレーザビームＬＡ（すなわち、レーザビーム照射領域ＬＲ）は、Ｘ方向（走査方向）と交差するｙ方向に長く、ｙ方向に直交するｘ方向に短い形状を有している。ここで、ｘ方向はＸ方向に対して角度θ（０°超）で交差している。また、集光ユニット３０が有するマイクロレンズアレイ３４の行はｙ方向に平行であって、列はＸ方向（走査方向）に平行である。すなわち、マイクロレンズアレイ３４の行と列とは直交しておらず、９０°－θの角度で交差している。図示した様に、マイクロレンズアレイ３４では、マイクロレンズ３４Ａが平行四辺形を形成するように配列されている。
　実質的に矩形のレーザビームＬＡを角度θ傾けただけでは、平行四辺形を形成するように配列されたマイクロレンズ３４Ａ以外の領域に、レーザビームＬＡが照射される。そこで、平行四辺形に配列されたマイクロレンズ３４Ａの例えばｐ行のマイクロレンズ３４Ａに対応する領域だけにレーザビームを照射するように、平行四辺形の透光部４２を有する遮光板４０を用いる。レーザビームＬＡの余分な領域は、遮光板４０の遮光部４４によって遮光され、平行四辺形に配列されたマイクロレンズ３４Ａの例えばｐ行のマイクロレンズ３４Ａに対応するレーザビーム照射領域ＬＲが形成される。
　レーザアニール装置１００は、上述の様に、実質的に矩形のレーザビームＬＡ（レーザビーム照射領域ＬＲ）のｘ方向（短辺方向）が、レーザビームの走査方向Ｘ方向に対して、θだけ傾斜しているので、レーザビームＬＡの強度分布が不均一性（干渉縞）を有する場合でも、均一な活性層を形成することができる。
　本発明による実施形態のレーザアニール装置１００およびそれを用いたレーザアニール方法の利点を説明する前に、図５～図７を参照して、従来のレーザアニール装置およびレーザアニール方法における問題点を説明する。
　図５に模式的に示す様に、従来のレーザアニール装置では、実質的に矩形のレーザビーム照射領域ＬＲｐ（短辺方向＝ｘ方向、長辺方向＝ｙ方向）の短辺方向ｘ方向は、レーザビームの走査方向Ｘ方向に平行である。また、集光ユニット３０ｐが有するマイクロレンズアレイ３４ｐの列はＸ方向に平行で、行はｙ方向に平行である。
　模式的に図示したように、整形光学系に起因する干渉縞が形成されているレーザビーム照射領域ＬＲｐ（矩形の辺がｘ方向およびｙ方向に平行）をＸ方向に走査すると、マイクロレンズの列と干渉縞との配置関係が、列ごとに固定されるので、例えば、ある列には強度の高いレーザビームが照射され、他の列には強度の低いレーザビームが照射されることになる。アモルファスシリコン膜に照射されるレーザビームの強度、すなわち積算光量（例えばｐ回の照射の光量の合計）が異なると、形成されるｃ－Ｓｉ島の結晶性が異なり、その結果、ＴＦＴの性能（移動度、オン電流値、および／またはしきい値）が異なることになる。そうすると、これらのＴＦＴに接続された画素の輝度が異なることになる。
　図６の左上に、上述の結晶性の違いによるＴＦＴの性能のばらつきに起因する、暗い画素によって形成される暗線ＤＰを示している。一方、図６の右上は、ゲートバスラインＧＬを示している。ここで、基板に対する照射領域Ｒ１のアライメントずれによって、図６の左上の暗線ＤＰが、ゲートバスラインＧＬに対して、僅かに傾斜（例えば３°程度）すると、図６の下に示したように、モアレが形成される。すなわち、図６の下において矢印で示した位置に暗い線が形成される。その結果、液晶表示装置ＬＣＤで画面全体にわたって中間調を表示したときに、図７に模式的に示す様に、モアレが観察されることになる。
　これに対して、図２に示したように、矩形のレーザビームＬＡのｘ方向（短辺方向）をレーザビームの走査方向（Ｘ方向）に対して、角度θ（０°超）で交差するように配置すると、マイクロレンズアレイ３４の各列に対して、干渉縞が角度θで交差することになる。そうすると、各列のマイクロレンズ３４Ａに、強度が高いレーザビームと強度が弱いレーザビームとが照射されることになり、各被集光領域に照射されるレーザビームの積算光量は平均される。したがって、形成されるｃ－Ｓｉ島の結晶性のばらつきは低減され、その結果、ＴＦＴの性能（移動度、オン電流値、および／またはしきい値）のばらつきが低減される。図６では、分かりやすさのために、暗線ＤＰがゲートバスラインＧＬに対して約３°傾斜した例を示したが、実際のアライメントのずれは１°未満の小さい角度であることも多い。角度θは、少なくともアライメントずれの角度より大きければよく、例えば、角度θは１°以上であり得る。角度θを５°以上とすれば、レーザビームの積算光量を効果的に平均化することができる。
　次に、図３を参照して、角度θの好ましい範囲について説明する。
　図３は、実質的に矩形に整形されたレーザビームＬＡの強度分布の不均一性（干渉縞）を示す模式図である。ここで、実質的に矩形に整形されたレーザビームＬＡの短辺の長さ（ｘ方向に平行）をＬｘ、長辺の長さ（ｙ方向に平行）をＬｙとする。ｘ方向とｙ方向とは直交している。Ｌｘは例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下、Ｌｙは例えば３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下である。マトリクス状に配列された単レンズを有するフライアイレンズを用いて整形されたレーザビームＬＡには干渉縞が形成され、この干渉縞の周期（ピッチ）Ｌｐは、例えば１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
　レーザビームＬＡを走査方向Ｘ方向に対して角度θだけ傾けたときに、ｐ個のマイクロレンズ３４Ａを介してｐ回照射されるレーザビームが、干渉縞の高強度領域と低強度領域との両方を均等に含むように角度θを設定すれば、各集光領域（ｃ－Ｓｉ島）における積算光量が平均化される。角度θが、Ｌｘ・ｔａｎθ＞Ｌｐを満足すれば、干渉縞の少なくとも１つの高強度領域と１つの低強度領域とを含むことになるので、積算光量を平均化する効果が大きい。ただし、角度θが大きくなり過ぎると、平均化の効果はほとんど変わらない一方で生産性が低下することがあるので、角度θは４５°を超えないことが好ましい。
　なお、ここでは、実質的に矩形に整形されたレーザビームＬＡのｘ方向（短辺方向）が、レーザビームＬＡの走査方向であるＸ方向に対して、時計回りに角度θを成している例を説明したが、反時計回りに角度θを成してもよい。
　図４に、本発明の実施形態による他のレーザアニール装置２００を模式的に示す。図１に示したレーザアニール装置１００では、レーザ装置１０Ｌと整形光学系１０Ｆとが連続して配置されているが、これに限られない。なお、図１において、レーザ装置１０Ｌと整形光学系１０Ｆとが垂直方向に並んで配置されているように図示されているが、レーザ装置１０Ｌと整形光学系１０Ｆとの間に、ミラー、プリズムおよび／またはレンズが配置されてよい。
　図４に示したレーザアニール装置２００は、レーザ装置１０Ｌと集光ユニット３０との間に、複数のミラーＭ１、Ｍ２およびＭ３を有しており、レーザビームＬＡの走査は、これらのミラーＭ１、Ｍ２およびＭ３を駆動することによって行ってもよい。ミラーＭ１、Ｍ２およびＭ３に加えて、あるいは、ミラーＭ１、Ｍ２およびＭ３のいずれか１以上に代えて、プリズムおよび／またはレンズなどの光学素子を用いて行ってもよい。レーザアニール装置２００は、ミラーＭ３と集光ユニット３０との間に整形光学系１０Ｆを有している。
　また、整形光学系を複数の光学素子に分割し、例えば、国際公開第２０１１／０４８８７７号に記載されているように、レーザ装置１０Ｌと集光ユニット３０との間に配置してもよい。参考のために、国際公開第２０１１／０４８８７７号のすべてを本明細書に援用する。
　本発明の実施形態によるレーザアニール装置およびレーザアニール方法は、薄膜トランジスタを備えた半導体装置の製造に好適に用いられる。特に、大面積の液晶表示装置および有機ＥＬ表示装置の製造に好適に用いられる。
　　１０　　　：レーザ照射装置
　　１０Ｆ　　：整形光学系
　　１０Ｌ　　：レーザ装置
　　２０　　　：ステージ
　　２２　　　：基板
　　３０　　　：集光ユニット
　　３２　　　：マスク
　　３２Ａ　　：開口部
　　３４　　　：マイクロレンズアレイ
　　３４Ａ　　：マイクロレンズ
　　４０　　　：遮光板
　　４２　　　：透光部
　　４４　　　：遮光部
　　１００　　：レーザアニール装置

Claims (5)

  1. 　基板を受容する受容面を有するステージと、
    　前記受容面に向けて複数のレーザビームを出射し、前記受容面に照射領域を形成するレーザ照射装置と、
    　前記ステージに対して相対的に前記照射領域をＸ方向に移動させることができる駆動装置と
    を有し、
    　前記レーザ照射装置は、
    　　レーザビームを出射するレーザ装置と、
    　　前記レーザビームを実質的に矩形のレーザビームに整形する整形光学系と、
    　　行および列を有するマトリクス状に配列された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイと、それぞれが、前記複数のマイクロレンズのそれぞれに対して配置された複数の開口部を有するマスクとを有し、前記整形光学系で整形されたレーザビームを受けて、前記複数のレーザビームのそれぞれの集光点を前記照射領域内に形成する、集光ユニットとを有し、
    　前記実質的に矩形のレーザビームは、Ｘ方向と交差するｙ方向に長く、ｙ方向に直交するｘ方向に短い形状を有し、ｘ方向はＸ方向に対して角度θ（０°超）で交差しており、かつ、前記マイクロレンズアレイの前記行はｙ方向に平行であって、前記列はＸ方向に平行である、レーザアニール装置。
  2. 　前記角度θは、５°以上４５°以下である、請求項１に記載のレーザアニール装置。
  3. 　前記実質的に矩形のレーザビームは、ｙ方向に沿って、Ｌｐの周期で明暗の縞を有し、
    　前記実質的に矩形のレーザビームのｘ方向の長さをＬｘとすると、前記θは、Ｌｘ・ｔａｎθ＞Ｌｐの関係を満足する、請求項１または２に記載のレーザアニール装置。
  4. 　前記整形光学系は、マトリクス状に配列された単レンズを有するフライアイレンズを含む、請求項１から３のいずれかに記載のレーザアニール装置。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載のレーザアニール装置を用意する工程と、
    　表面にアモルファスシリコン膜を有する基板を用意する工程と、
    　前記レーザアニール装置の前記受容面に前記基板を配置し、前記複数のレーザビームのそれぞれの集光点を前記アモルファスシリコン膜の表面に形成する工程と
    を包含する、レーザアニール方法。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260681A (ja) * 1996-03-23 1997-10-03 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JPH10270379A (ja) * 1997-03-27 1998-10-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置およびレーザー照射方法
JPH10294288A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置及びレーザー処理方法
JP2003151915A (ja) * 2001-08-31 2003-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザ照射装置
WO2018074282A1 (ja) * 2016-10-20 2018-04-26 株式会社日本製鋼所 レーザアニール方法およびレーザアニール装置
JP2019046910A (ja) * 2017-08-31 2019-03-22 株式会社ブイ・テクノロジー レーザアニール装置及びレーザアニール方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09260681A (ja) * 1996-03-23 1997-10-03 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JPH10270379A (ja) * 1997-03-27 1998-10-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置およびレーザー照射方法
JPH10294288A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置及びレーザー処理方法
JP2003151915A (ja) * 2001-08-31 2003-05-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザ照射装置
WO2018074282A1 (ja) * 2016-10-20 2018-04-26 株式会社日本製鋼所 レーザアニール方法およびレーザアニール装置
JP2019046910A (ja) * 2017-08-31 2019-03-22 株式会社ブイ・テクノロジー レーザアニール装置及びレーザアニール方法

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