(57)【要約】【課題】アモルファスシリコン層を改質して多結晶シリコン層を形成するための手段として用いられるレーザアニール装置を用いる場合、レーザ光の干渉により、一部の領域が明るくなる。この状態でレーザアニールを行うと、一部の領域に対応する多結晶シリコン層の特性が線状の分布を持つ。そのため、肉眼で検出され易い線状の欠陥が発生するという課題がある。【解決手段】レーザアニール装置の光学系内に、循環ポンプ２１１を用いて液体２１２中に粒子２１３を浮遊させ、循環させる光散乱装置２００を配置する。粒子２１３の存在により、レーザ光は散乱されるため、レーザ光の可干渉性を抑えると共に、時間の経過と共に粒子２１３を移動させることで、干渉縞が発生する位置を変え、視覚的に認識し易い線状欠陥の発生を抑えることを可能とするレーザアニール装置を提供することが可能となる。【選択図】図２
2010067666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の少なくとも一部を覆う半導体層前駆体を改質するアニール装置であって、
透光性の液体と、
前記液体を保持し、光を導入する入射面と光を射出する射出面とを含む容器と、
前記液体中に添加され前記液体中に分散する、光散乱性を有する粒子と、
前記入射面に導入される入射レーザ光を発光するレーザ光源と、
前記液体と前記粒子とを攪拌する攪拌装置と、
前記容器の前記入射面と前記レーザ光源との間に設けられ、前記入射レーザ光を前記入射面に導入する導入光学系と、
前記容器の前記射出面から射出される射出レーザ光の強度分布を整形する射出光学系と、
を含み、
前記射出レーザ光を、前記半導体層前駆体に、前記射出レーザ光と前記基板とが相対的に動くよう照射し、前記半導体層前駆体を半導体層に改質することを特徴とするアニール装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアニール装置であって、前記粒子における各々の平均寸法は前記液体中における波長の１／４以上、１００μｍ以下の寸法を持つことを特徴とするアニール装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアニール装置であって、前記液体は、少なくともその一部が置換されながら循環していることを特徴とするアニール装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアニール装置であって、前記粒子は、少なくともその一部が置換されながら循環していることを特徴とするアニール装置。
【請求項５】
アニール装置を用いた、基板の少なくとも一部を覆う半導体層の製造方法であって、前記アニール装置は、
透光性の液体と、
前記液体を保持し、光を導入する入射面と光を射出する射出面とを含む容器と、
前記液体中に添加され前記液体中に分散する粒子と、
前記入射面に導入される入射レーザ光を発光するレーザ光源と、
前記液体と前記粒子とを攪拌する攪拌装置と、
前記容器の前記入射面と前記レーザ光源との間に設けられ、前記入射レーザ光を前記入射面に導入する導入光学系と、
前記容器の前記射出面から射出される射出レーザ光の強度分布を整形する射出光学系と、
を含み、
前記射出レーザ光を、前記基板の少なくとも一部を覆う半導体層前駆体に、前記射出レーザ光と前記基板とが相対的に動くよう照射し、前記半導体層前駆体を前記半導体層に改質することを特徴とする半導体層の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体層の製造方法であって、前記粒子の平均寸法は前記液体中における波長の１／４以上、１００μｍ以下の寸法を持つことを特徴とする半導体層の製造方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の半導体層の製造方法であって、前記液体と前記粒子は少なくともその一部が入れ替えられながら循環していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアニール装置および半導体層の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶装置や有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）装置を駆動する能動素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が用いられてきている。ＴＦＴを用いることで、上記した装置を駆動することが可能となってきている。このＴＦＴの性能を向上させるべく、ＴＦＴをアモルファス半導体層に代えて、多結晶半導体層を用いる技術が研究され、実用化されてきている。多結晶半導体層を用いたＴＦＴは、アモルファス半導体層を用いたＴＦＴと比べ、ＴＦＴの主たる性能指針となる移動度が１００倍程度向上し、画素部分のみならず、周辺回路もこのＴＦＴで構成することが可能となり、液晶装置や有機ＥＬ装置の製造が容易となる。
【０００３】
液晶装置や有機ＥＬ装置に用いるＴＦＴの製造方法としては、一旦アモルファス半導体層を形成した後、レーザ光を照射してアモルファス半導体層にエネルギーを与えアニールを施し、多結晶半導体層を形成する方法が好適に用いられている。この方法では、アモルファス半導体層の表面のみを加熱し、その熱でアモルファス半導体層を再結晶化させるため、基板の温度上昇を抑えることができる。具体的には、基板温度を４００℃程度、あるいはそれ以下の基板温度で再結晶化させることが可能となるため、低軟化点のガラス基板を用いることが可能となり、目的に応じてガラス基板を選択することが可能となる。
【０００４】
ここで、レーザ光の強度分布を均一化すべく、レーザ光の強度分布を揃えるためのホモジナイザが用いられている。このホモジナイザを用いることによって、光の干渉によるレーザ光の強度分布が生じ、レーザアニール後の処理基板に線状の照射痕が発生する（レーザ走査方向と平行な方向に発生する）。図６は半導体層前駆体６０２にレーザアニールを行うことで生じる半導体層６０１における線状欠陥６０３の発生機構を示す模式図である。
【０００５】
このような結晶性分布をもつ半導体層を用いて表示パネルを作成した場合、結晶性の違いによる表示品位の違いが線状に現れ、肉眼で認識しやすい表示欠陥となる。そこで、特許文献１では、基板とレーザ光とを相対的に移動させながら照射する方法が示されている。この方法によれば、前記の結晶性分布は、線状ではなくジグザグに形成される。特許文献２では、レーザ光を長軸方向へランダムに位置を変えながら照射する方法を示している。この方法によれば、結晶性分布もランダムになる。また、特許文献３では光学ローパスフィルターを用いてレーザ光の高調波成分を除去し、可干渉性に起因する干渉による線状の照射痕を低減する方法が示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２５１２６１号公報
【特許文献２】特開２００８−１６７４５号公報
【特許文献３】特開２００７−３１１４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した特許文献１や特許文献２では、ジグザグに走査させたり、ランダムに走査させたりすることでレーザアニールを行っている。そのため、レーザ光照射によりアモルファス半導体層中に形成された種結晶を核として結晶成長させることが困難となる。これは、種結晶が形成された後、不連続にレーザ光照射位置が動くため、種結晶を起点とする結晶成長が阻害されるためである。
【０００８】
結晶粒径の平均値が小さくなると、半導体層としての移動度が小さくなり、この半導体層を用いて形成されるＴＦＴの性能（例えば移動度）が低下してしまうという課題がある。
【０００９】
また、特許文献３では、可干渉性を低下させることで線状の照射痕は多少緩和されるものの、光源がレーザであるため、やはり可干渉性が残り、照射痕の除去としては十分ではないという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【００１１】
［適用例１］本適用例にかかるアニール装置は、基板の少なくとも一部を覆う半導体層前駆体を改質するアニール装置であって、透光性の液体と、前記液体を保持し、光を導入する入射面と光を射出する射出面とを含む容器と、前記液体中に添加され前記液体中に分散する、光散乱性を有する粒子と、前記入射面に導入される入射レーザ光を発光するレーザ光源と、前記液体と前記粒子とを攪拌する攪拌装置と、前記容器の前記入射面と前記レーザ光源との間に設けられ、前記入射レーザ光を前記入射面に導入する導入光学系と、前記容器の前記射出面から射出される射出レーザ光の強度分布を整形する射出光学系と、を含み、前記射出レーザ光を、前記半導体層前駆体に、前記射出レーザ光と前記基板とが相対的に動くよう照射し、前記半導体層前駆体を半導体層に改質することを特徴とする。
【００１２】
これによれば、入射レーザ光は容器内に保持された液体中に分散する粒子により散乱され、入射レーザ光と比べ干渉性が低下した射出レーザ光を射出する。また、レーザ光強度分布は時間の経過と共に変動する。そのため、射出レーザ光と基板の少なくとも一部を覆う半導体層前駆体とが相対的に動くよう射出レーザ光を照射した場合、半導体層に発生する線状欠陥の発生を抑制し得るアニール装置を提供することが可能となる。
【００１３】
［適用例２］上記適用例にかかるアニール装置であって、前記粒子における各々の平均寸法は前記液体中における波長の１／４以上、１００μｍ以下の寸法を持つことを特徴とする。
【００１４】
上記した適用例によれば、粒子の平均寸法が液体中における波長の１／４以上の波長を有することで入射レーザ光を散乱させることが可能となる。また、１００μｍ以下の平均寸法を有することで、粒子の沈殿や浮上を抑制することを可能とするアニール装置を提供することが可能となる。
【００１５】
［適用例３］上記適用例にかかるアニール装置であって、前記液体は、少なくともその一部が置換されながら循環していることを特徴とする。
【００１６】
上記した適用例によれば、循環中に少なくとも一部の液体が置換されながら循環するため、入射レーザ光により損傷を受けた液体が置換される。そして損傷による特性変動が平衡状態を取るようになるため、安定したアニール処理を行えるアニール装置を提供することが可能となる。
【００１７】
［適用例４］上記適用例にかかるアニール装置であって、前記粒子は、少なくともその一部が置換されながら循環していることを特徴とする。
【００１８】
上記した適用例によれば、循環中に少なくとも一部の粒子が置換されながら循環するため、入射レーザ光により損傷を受けた粒子が置換される。そして損傷による特性変動が平衡状態を取るようになるため、安定したアニール処理を行えるアニール装置を提供することが可能となる。
【００１９】
［適用例５］本適用例にかかる半導体層の製造方法は、アニール装置を用いた、基板の少なくとも一部を覆う半導体層の製造方法であって、前記アニール装置は、透光性の液体と、前記液体を保持し、光を導入する入射面と光を射出する射出面とを含む容器と、前記液体中に添加され前記液体中に分散する粒子と、前記入射面に導入される入射レーザ光を発光するレーザ光源と、前記液体と前記粒子とを攪拌する攪拌装置と、前記容器の前記入射面と前記レーザ光源との間に設けられ、前記入射レーザ光を前記入射面に導入する導入光学系と、前記容器の前記射出面から射出される射出レーザ光の強度分布を整形する射出光学系と、を含み、前記射出レーザ光を、前記基板の少なくとも一部を覆う半導体層前駆体に、前記射出レーザ光と前記基板とが相対的に動くよう照射し、前記半導体層前駆体を前記半導体層に改質することを特徴とする。
【００２０】
これによれば、入射レーザ光は容器内に保持された液体中に分散する粒子により散乱され、入射レーザ光と比べ干渉性が低下した射出レーザ光を射出する。そのため、射出レーザ光と基板の少なくとも一部を覆う半導体層前駆体とが相対的に動くよう射出レーザ光を照射した場合、レーザ光の干渉により発生する、相対的に動く方向と交差する方向に生じる線状欠陥の発生を抑制しうる半導体層の製造方法を提供することが可能となる。
【００２１】
［適用例６］上記適用例にかかる半導体層の製造方法であって、前記粒子の平均寸法は前記液体中における波長の１／４以上、１００μｍ以下の寸法を持つことを特徴とする。
【００２２】
上記した適用例によれば、粒子の平均寸法が液体中における波長の１／４以上の波長を有することで入射レーザ光を散乱させることが可能となる。また、１００μｍ以下の平均寸法を有することで、粒子の沈殿や浮上を抑制することが可能となり、線状欠陥の発生を抑えることを可能とする半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００２３】
［適用例７］上記適用例にかかる半導体層の製造方法であって、前記液体と前記粒子は少なくともその一部が入れ替えられながら循環していることを特徴とする。
【００２４】
上記した適用例によれば、循環中に少なくとも一部の液体が入れ替えられながら循環するため、入射レーザ光により損傷を受けた液体や損傷を受けた粒子が置換される。そして損傷による特性変動が平衡状態を取るようになるため、安定したアニール処理を受けることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態：アニール装置の構成）
図１は、本実施形態にかかるアニール装置に用いられるレーザ光源としてのエキシマレーザ発生装置の概略図である。エキシマレーザ発生装置１００は、ラインフローファン１０と、熱交換器１１と、予備電離ピン１２Ａ、予備電離ピン１２Ｂと、第１電極１３と、第２電極１４と、筐体１５と、第１共振ミラー１６と、を備える。
【００２６】
ラインフローファン１０は筐体１５内に収められた励起用ガスを循環させ、熱交換器１１と協働して筐体１５内で発生した熱を筐体１５外に放散させ、エキシマレーザ発生装置１００の温度上昇を制限している。
【００２７】
予備電離ピン１２Ａと予備電離ピン１２Ｂは、両予備電離ピン間に電圧を印加して、アーク放電を行わせ、その際発生する紫外線により励起用ガスを光電離して初期電子を散布する。この初期電子が、励起用ガス中での放電を均一化させている。
【００２８】
第１電極１３と第２電極１４は、初期電子が充満したエキシマレーザ発生装置１００内にグロー放電を起こさせ、エキシマ（励起状態）を発生する。そして、半光反射透過性を有する第１共振ミラー１６と図示せぬ光反射性の第２共振ミラー間で、光を共振させることで第１共振ミラー１６よりエキシマレーザ光を発生させる。
【００２９】
図２は、エキシマレーザ発生装置１００から射出されるレーザ光を散乱させ、レーザ光の干渉により生じるレーザ光強度分布を時間毎に変更させる光散乱装置２００の断面図である。光散乱装置２００は、入射面２１４と射出面２１５を含む容器２１０、攪拌装置としての循環ポンプ２１１、純水等を用いた液体２１２、石英粒子等を用いた光散乱性を有する粒子２１３、を含む。
【００３０】
容器２１０は、入射面２１４と射出面２１５を含み、液体２１２を蓄える機能を有している。容器２１０の大きさは、一例として、厚さ（容器２１０の内側での入射面２１４と射出面２１５との距離）１ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ１ｍｍ程度の寸法を有している。
【００３１】
液体２１２は、粒子２１３を分散させるための媒体として用いられており、粒子２１３と協働してレーザ光の散乱を支援している。
【００３２】
粒子２１３は、液体２１２中に浮遊し、入射面２１４から入射されたレーザ光と干渉することでレーザ光の光路長を変動させ、可干渉性を抑えると共に、時間の経過と共に粒子２１３を移動させることで、干渉縞が発生する位置を変え、視覚的に認識し易い線状欠陥の発生を抑えることを可能としている。粒子２１３の寸法や液体２１２中での密度は、目的に応じ変更することが望ましいが、一例としては粒径１０μｍ、密度１０００個／ｍｍ3程度の値を用いることができる。粒子の粒径としては、液体２１２中での波長の１／４以上、１００μｍ以下であることが好ましく、波長の１／４以上の粒径を有することで効率的に散乱を起こさせることが可能となり、１００μｍ以下の粒径を有することで液体中での粒子分布の均一性を得ることが可能となる。ここで、粒径の定義としては、３軸平均径を用いた場合の値を用いるものとする。即ち、粒子２１３の形状は球状である必要は無い。なお、３軸平均径とは、粒子の短軸径をｂ、長軸径をＬ（ｂ⊥Ｌ）、厚みをｈとおいたとき（Ｌ＋ｂ＋ｈ）／３で表される値である。
【００３３】
循環ポンプ２１１は、液体２１２を循環させることで、粒子２１３を、液体２１２中に浮遊させ、かつ粒子２１３の位置を時間の経過と共に移動させる機能を有している。ここで、粒子２１３に高反射コートを行い、散乱効率を上げることも好適である。なお、液体２１２と共に粒子２１３も循環可能なポンプを用い、液体２１２と共に粒子２１３をポンプで循環させても良い。また、循環中に液体２１２の少なくとも一部を交換しても良く、レーザ光により損傷を受けた液体２１２の少なくとも一部を交換することで、循環している液体２１２の劣化を抑制することが可能となる。また、循環中に粒子２１３の少なくとも一部を交換しても良く、レーザ光により損傷を受けた粒子２１３の少なくとも一部を交換することで、粒子２１３の劣化を抑制することが可能となる。また、液体２１２の交換と粒子２１３の交換とを共に行っても良い。
【００３４】
入射面２１４は、容器２１０中にレーザ光を導入する機能を有している。そして射出面２１５は容器２１０に蓄えられた液体２１２と粒子２１３により散乱されたレーザ光を射出する機能を有している。
【００３５】
図３は、エキシマレーザ発生装置１００、光散乱装置２００を備えたアニール装置３００の構成を示す断面図である。アニール装置３００は、エキシマレーザ発生装置１００、光散乱装置２００、減衰器３０１、パワー検出器３０２、パワー調整器３０３、レーザエキスパンダ３０４、ホモジナイザ３０５、集光光学系３０６、を含む。エキシマレーザ発生装置１００については前述しているため、説明を省略する。ここで、光散乱装置２００の構成を若干変更しているため、この部分について補足する。光散乱装置２００に用いる散乱粒子径は、前述したように（図２参照）、おおよそ揃えられた粒径に揃える必要はなく、ここで示すように散乱粒子径の異なる粒子を混合して用いても良い。
【００３６】
パワー検出器３０２は、エキシマレーザ発生装置１００から射出されるレーザ光のパワーを検出する機能を有しており、パワー調整器３０３にレーザ光のパワー情報を帰還することで、エキシマレーザ発生装置１００から射出されるレーザ光のパワーを制御する機能を有している。
【００３７】
減衰器３０１は、エキシマレーザ発生装置１００の光強度を調整する機能を有している。
【００３８】
レーザエキスパンダ３０４は、エキシマレーザ発生装置１００から射出される細く集光されたレーザ光を広げる機能を有する光学系である。
【００３９】
ホモジナイザ３０５は、レーザ光を、均一な強度分布を持った矩形あるいはライン状に整形して出力する機能を有しており、光学レンズユニットにより構成されている。
【００４０】
集光光学系３０６は、基板４００の少なくとも一部を覆う半導体層前駆体４０１上に集光させ、半導体層前駆体４０１を昇温させ、半導体層４０２に改質する機能を有している。集光光学系３０６を用いることで、半導体層前駆体４０１上での寸法を短辺側３５０μｍ、長辺側２４０ｍｍ程度に集光させることが可能となる。そして、レーザ光の短辺側にステップ＆リピート、あるいは走査させるように基板とレーザ光とを相対的に移動させることでアニールによる半導体層の改質が行われる。図３では、基板４００の方を動かす例について記載しているが、これは、レーザ光の方を動かしても良い。また、レーザ光と基板４００とを同時に動かしても良い。
【００４１】
アニール装置３００には、光散乱装置２００が備えられている。そのため、集光光学系３０６から射出されるレーザ光は、光散乱装置２００により可干渉性を抑えられていると共に、時間の経過と共に粒子２１３が移動することで、干渉縞が発生する位置が変化する。従って、視覚的に認識し易い線状欠陥発生を抑えることを可能としている。
【００４２】
（第１の実施形態における変形例）
以下、第１の実施形態における変形例について説明する。
上記した実施形態では、アニール装置３００内において、光散乱装置２００をホモジナイザ３０５と集光光学系３０６との間に配置したが、光散乱装置２００を、減衰器３０１とレーザエキスパンダ３０４との間や、レーザエキスパンダ３０４とホモジナイザ３０５との間に配置しても良く、この場合でも、視覚的に認識し易い線状欠陥発生を抑えることが可能となる。
【００４３】
また、光散乱装置２００を構成する容器２１０における入射面２１４、射出面２１５には光反射率を低減させる低反射コートを行っても良く、レーザ光の損失を低減させることが可能となる。
【００４４】
また、光散乱装置２００では、横方向に液体２１２と粒子２１３とを循環させることで、粒子２１３を浮遊させたが、これは容器２１０の下側から上側（重力と逆らう方向）に液体２１２と粒子２１３とを循環させても良い。この場合、粒子２１３の沈殿が抑えられ、より均一にレーザ光を散乱させることが可能となる。また、粒子２１３として液体２１２よりも比重が小さい物質を用いる場合には、容器２１０の上側から下側に向けて液体２１２と粒子２１３とを循環させても良く、この場合には粒子２１３の浮上を抑えることができる。また、液体２１２よりも重い粒子２１３を用いた場合に、容器２１０の上側から下側（重力と同じ方向）に液体２１２と粒子２１３とを循環させても良い。この場合、循環ポンプ２１１の循環能力が高い方が望ましいが、循環能力が高いという条件は必須ではない。同様に、粒子２１３として液体２１２よりも比重が小さい物質を用いる場合に、容器２１０の下側から上側（重力と逆らう方向）に循環させても良い。
【００４５】
また、循環ポンプ２１１に代えて、攪拌装置を容器２１０内に配置し、液体２１２と粒子２１３を攪拌しても良い。この場合、攪拌装置が容器内にあるため、循環ポンプ２１１を用いる場合と比べ、短い流路で循環系を構成することが可能となり、攪拌に必要なエネルギーを低減することが可能となる。
【００４６】
また、粒子２１３は透明な物質で構成される必要は無く、例えばアルミニウム等の金属を用いても良い。また、粒子２１３はレーザ光の一部を吸収する性質を持つ物質を用いても良い。この場合、損失を示す屈折率の虚数項成分により可干渉性が低下し、散乱による光軸の広がりを抑えた状態で線状欠陥の発生を抑制することが可能となる。
【００４７】
また、液体２１２として純水を用いた例について説明したが、これは純水に限らず、例えばグリセリンや、ジメチルシリコーンオイル等、粘性が強い液体を用いても良く、粒子２１３の沈殿、浮上を抑えることが可能となる。また、過酸化水素水等を液体２１２に添加しても良く、この場合、カビの発生を抑え、透明性を保つことが可能となる。
【００４８】
また、樹脂セッケン、硫酸エステル系およびスルホネート系の陰イオン界面活性剤等に代表される界面活性剤を液体２１２に添加することも好適である。この場合、粒子２１３の凝集を抑制することが可能となり、粒子２１３の液体２１２中での分布を均一性の高い状態に保つことが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態では光散乱装置２００による散乱を小さく抑え、大部分の光が射出面２１５から放射される例について説明したが、これは単位体積あたりに存在する粒子２１３の数を増やして散乱量を大きくとり、可干渉性をより低減させても良い。図４は、散乱量を大きくとった場合の光散乱装置２００の光学系を示すものであり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’断面を示す断面図である。ここでは、光散乱装置２００を構成する循環ポンプ２１１等は図２で示すものと同様であるため省略している。図４に示すようにレーザ光は入射面２１４を介して入射される。そして、容器２１０のほぼ全域を構成する射出面２１５から射出され、パラボラ反射鏡２５０等を用いて集光された光が射出される。この場合、可干渉性を大幅に低下させることが可能となり、干渉縞の発生を抑制することが可能となる。加えて、時間の経過と共に粒子２１３が移動することで、干渉縞が発生する位置が変化するが、散乱量を大きくとることで、この変化速度が大きくとれ、より線状欠陥の発生確率を低下させることができる。
【００５０】
なお、微細粒子を含む粒子２１３は、粒子２１３の材質として石英を用いる場合、四塩化珪素の熱分解によるアエロジル合成等の気相合成法や、大きな石英母材を破砕する方法により形成することができ、量産性を確保しうる製造工程で粒子２１３を形成することが可能である。
【００５１】
（第２の実施形態：アニール装置を用いたアニール方法）
以下、第２の実施形態として、半導体層の製造方法として、第１の実施形態で説明したアニール装置を用いたアニール方法について説明する。図５は、アニール装置３００からのレーザ光を受け、ガラス等を用いた基板４００を覆う半導体層前駆体（アモルファスシリコン層）４０１にレーザ光を照射し、基板４００をステップ＆リピート動作により動かすことで照射位置を変えながら改質し、半導体層（多結晶シリコン層）４０２を形成する工程を模式化した断面図である。
【００５２】
レーザ光は、光散乱装置２００により可干渉性を抑えられている。また、光散乱装置２００内では、時間の経過と共に粒子２１３が移動する。そのため、光散乱装置２００を通すことで干渉縞が発生する位置が時間と共に変化する。従って、視覚的に認識し易い線状欠陥発生を抑えることを可能としている。そして、光散乱装置２００で散乱されたレーザ光は、集光光学系３０６を介して集光され、アモルファスシリコン層４０１に照射される。そして、レーザ光の照射を受けることで、アモルファスシリコン層４０１は改質され、多結晶シリコン層４０２が形成される。
【００５３】
レーザ光は、アモルファスシリコン層４０１に照射される照射パターンが、例えば矩形形状をなしており、短辺側３５０μｍ、長辺側２４０ｍｍ程度に集光されている。そして、単位面積あたりのレーザ光強度は、２５０ｍＪ／ｃｍ2〜５００ｍＪ／ｃｍ2程度に制御されている。移動方向は、短辺側と平行な方向に移動し、１ステップあたりの移動量は、短辺側の寸法３５０μｍよりも短く設定され、前ステップで改質された多結晶シリコン層４０２と一部重なるようレーザ光が照射される。そのため、前ステップでの結晶状態を引き継ぐ形で結晶化し、ランダムに照射位置を変えて線状欠陥の発生を抑えたアニール装置や、ジグザグに光軸を動かす機構を備えたアニール装置を用いた場合と比べ、粒径の大きい多結晶シリコン層４０２を得ることが可能となる。
【００５４】
また、光学ローパスフィルターを用いてレーザ光の高調波成分を除去し、可干渉性に起因する干渉縞状の照射痕を低減するアニール装置を用いた場合と比べ、より線状欠陥の少ない多結晶シリコン層４０２を得ることが可能となる。
【００５５】
（第２の実施形態に対応する比較例）
次に、再び図３を用いて、光散乱装置２００を使用していないアニール装置により形成された線状欠陥がある半導体層（多結晶シリコン層）を用いたＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、光散乱装置２００を使用し、縞状欠陥を抑えた本実施形態の半導体層（多結晶シリコン層）を用いたＴＦＴとの性能差について比較を行った。エキシマを形成する気体としてＸｅＣｌを用い、３０８ｎｍの波長を有するレーザ光を用いてアニール処理を行わせた。レーザ光のエネルギー密度は共に３５０ｍＪ／ｃｍ2とし、光散乱装置２００を介在させることによるエネルギーの損失は、減衰器での減衰量を変えることで調整した。また、光散乱装置２００を用いること以外は同じ製造工程を用いてＴＦＴを形成した。その結果、ＴＦＴの移動度は共に２００ｃｍ2／Ｖｓ程度であり、両ＴＦＴに性能差は見られなかった。これは、共に種結晶を核として結晶成長させているため、結晶粒径の平均値に差がないことに起因するものと考察している。
【００５６】
そして、同様の製造工程を用いて、ランダムに照射位置を変えて線状欠陥の発生を抑えたアニール装置を用いた場合には、線状欠陥の発生は抑えられているものの、多結晶シリコン層の粒径が小さくなり、移動度は１６０ｃｍ2／Ｖｓ程度に低下した。
【００５７】
このように、光散乱装置２００を介在させることで、移動度が高く、線状欠陥の発生が抑えられた半導体層を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】エキシマレーザ発生装置の概略図。
【図２】レーザ光強度分布を時間毎に変更させる光散乱装置の断面図。
【図３】アニール装置の構成を示す断面図。
【図４】散乱量を大きくとった場合の光散乱装置の光学系。
【図５】アニール装置からのレーザ光を用い、多結晶シリコン層を形成する工程を模式化した断面図。
【図６】レーザアニール工程により生じる半導体層における線状欠陥の発生機構を示す模式図。
【符号の説明】
【００５９】
１０…ラインフローファン、１１…熱交換器、１２Ａ…予備電離ピン、１２Ｂ…予備電離ピン、１３…第１電極、１４…第２電極、１５…筐体、１６…第１共振ミラー、１００…エキシマレーザ発生装置、２００…光散乱装置、２１０…容器、２１１…循環ポンプ、２１２…液体、２１３…粒子、２１４…入射面、２１５…射出面、２５０…パラボラ反射鏡、３００…アニール装置、３０１…減衰器、３０２…パワー検出器、３０３…パワー調整器、３０４…レーザエキスパンダ、３０５…ホモジナイザ、３０６…集光光学系、４００…基板、４０１…半導体層前駆体としてのアモルファスシリコン層、４０２…半導体層としての多結晶シリコン層、６０１…半導体層、６０２…半導体層前駆体、６０３…線状欠陥。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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