(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非晶質薄膜にレーザ光を照射することにより前記非晶質薄膜を改質するレーザアニール方法であって、
レーザ装置から放出されラインビーム光学系によりラインビームとして形成された前記レーザ光の強度分布を検出する工程と、
前記検出した強度分布における前記ラインビームの短軸方向の幅を１箇所あたりの前記照射の回数で除して分割する工程と、
前記分割した強度分布の波高値に相当するエネルギー密度に対する前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加分を算出し、前記増加分をパルス照射の回数分だけ加算する工程とを有し、
前記レーザ光のエネルギー密度が、前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加量が減少に転ずる閾値よりも大きい場合には、前記エネルギー密度が前記閾値よりも大きくなる前までに加算した前記増加分をゼロとするレーザアニール方法。
【請求項２】
前記増加分を前記パルス照射の回数分だけ加算した合計の結晶粒径が、所定の結晶粒径よりも小さい場合には、前記非晶質薄膜の結晶粒径が異常であると判定する請求項１記載のレーザアニール方法。
【請求項３】
前記異常の判定をした場合に、前記ラインビーム光学系への前記レーザ光の入射角度の変更、アラームの報知、および装置の停止の少なくともいずれかを含むアクションの制御を実行する請求項２記載のレーザアニール方法。
【請求項４】
非晶質薄膜にレーザ光を照射することにより前記非晶質薄膜を改質するレーザアニール装置であって、
前記レーザ光を発生させ放出するレーザ装置と、
前記レーザ装置から放出された前記レーザ光からラインビームを形成するラインビーム光学系と、
前記ラインビームとして形成された前記レーザ光の強度分布を検出する検出器と、
前記検出した強度分布における前記ラインビームの短軸方向の幅を１箇所あたりの前記照射の回数で除して分割し、前記分割した強度分布の波高値に相当するエネルギー密度に対する前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加分を算出し、前記増加分を前記照射の回数分だけ加算することによって得られた前記レーザ光のエネルギー密度が、前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加量が減少に転ずる閾値よりも大きい場合には、前記エネルギー密度が前記閾値よりも大きくなる前までに加算した前記増加分をゼロとする制御を実行する第１の制御装置と、
を備えたレーザアニール装置。
【請求項５】
前記第１の制御装置は、前記増加分を前記照射の回数分だけ加算した合計の結晶粒径が、所定の結晶粒径よりも小さい場合には、前記非晶質薄膜の結晶粒径が異常であると判定する請求項４記載のレーザアニール装置。
【請求項６】
前記第１の制御装置が前記異常の判定を行うと、前記第１の制御装置から送信された信号に基づいて前記ラインビーム光学系への前記レーザ光の入射角度の変更、アラームの報知、および装置の停止の少なくともいずれかを含むアクションの制御を実行する第２の制御装置をさらに備えた請求項５記載のレーザアニール装置。
【請求項７】
非晶質薄膜にレーザ光を照射することにより前記非晶質薄膜を改質し、前記非晶質薄膜を半導体層とする薄膜トランジスタの製造方法であって、
レーザ装置から放出されラインビーム光学系によりラインビームとして形成された前記レーザ光の強度分布を検出する工程と、
前記検出した強度分布における前記ラインビームの短軸方向の幅を１箇所あたりのパルス照射の回数で除して分割する工程と、
前記分割した強度分布の波高値に相当するエネルギー密度に対する前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加分を算出し、前記増加分を前記パルス照射の回数分だけ加算する工程とを有し、
前記レーザ光のエネルギー密度が、前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加量が減少に転ずる閾値よりも大きい場合には、前記エネルギー密度が前記閾値よりも大きくなる前までに加算した前記増加分をゼロとするレーザアニール方法を用いる薄膜トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザアニール方法、レーザアニール装置、および薄膜トランジスタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非晶質薄膜にレーザ光を照射して改質するレーザアニール方法がある。例えば、現在、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を利用した絶縁ゲート型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を画素スイッチに用いた液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が量産されている。しかし、高精細、高速などの高機能を有するディスプレイを実現するには、電界移動度（μＦＥ）が１ｃｍ２／Ｖｓ以下と低いａ−Ｓｉを用いたＴＦＴでは、能力が足りない。
【０００３】
これに対して、ａ−Ｓｉにエキシマレーザを照射するレーザアニール法により作成した多結晶シリコンを用いたＴＦＴでは、実験段階でμＦＥが１００〜２００ｃｍ２／Ｖｓ程度のものが得られており、ディスプレイの高精細化、高速化、駆動回路の一体形成などの高機能化を期待することができる。
【０００４】
しかし、照射するレーザビームのエネルギー密度（フルエンス）が変動することにより、アニール後に得られる多結晶シリコンのなかに所望する粒径の範囲外の粒子が形成され、多結晶シリコンの粒径にばらつきが生ずるという問題がある。また、レーザビームの強度分布がどのような場合に、所望する粒径の範囲外の粒子が生ずるか否かを検出する規定値がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−９２７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、レーザビームの強度分布からプロセス結果を予測し所望する粒径の範囲外の粒子が生ずる確率が高い状態を検出することができるレーザアニール方法、レーザアニール装置、および薄膜トランジスタの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態によれば、非晶質薄膜にレーザ光を照射することにより前記非晶質薄膜を改質するレーザアニール方法が提供される。レーザ装置から放出されラインビーム光学系によりラインビームとして形成された前記レーザ光の強度分布を検出する工程と、前記検出した強度分布における前記ラインビームの短軸方向の幅を１箇所あたりの前記照射の回数で除して分割する工程と、前記分割した強度分布の波高値に相当するエネルギー密度に対する前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加分を算出し、前記増加分をパルス照射の回数分だけ加算する工程とを有するレーザアニール方法が提供される。前記レーザ光のエネルギー密度が、前記非晶質薄膜の結晶粒径の増加量が減少に転ずる閾値よりも大きい場合には、前記エネルギー密度が前記閾値よりも大きくなる前までに加算した前記増加分をゼロとする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態にかかるレーザアニール装置の概要を表す斜視模式図である。
【図２】本実施形態にかかるレーザアニール装置を表すブロック図である。
【図３】本実施形態のレーザ光の照射サイズを表す斜視模式図である。
【図４】本実施形態のレーザ光の短軸方向の正規な強度分布の一例を例示するグラフ図である。
【図５】非晶質シリコンがスキャン照射される状態を表す平面模式図である。
【図６】本実施形態のラインビーム光学系の内部構造を例示する平面模式図である。
【図７】非正規のレーザ光の短軸方向の強度分布の例を例示するグラフ図である。
【図８】レーザ光のエネルギー密度と、１回のパルス照射で増加する結晶粒径の増加分と、の関係を例示するグラフ図である。
【図９】照射回数と結晶粒径との関係を例示するグラフ図である。
【図１０】本実施形態にかかるレーザアニール方法を説明するフローチャート図である。
【図１１】レーザ光の短軸方向の強度分布をＮ分割した例を例示するグラフ図である。
【図１２】本実施形態にかかる他のレーザアニール方法を説明するグラフ図である。
【図１３】本実施形態にかかるさらに他のレーザアニール方法を説明するフローチャート図である。
【図１４】レーザ光のエネルギーの変動の度数分布を例示するグラフ図である。
【図１５】本実施形態のレーザ光の短軸方向の強度分布の例を例示するグラフ図である。
【図１６】本実施形態のレーザ光の短軸方向の変動の度数分布の例を例示するグラフ図である。
【図１７】アクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置を例示する断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本発明の実施の形態にかかるレーザアニール装置の概要を表す斜視模式図である。  
また、図２は、本実施形態にかかるレーザアニール装置を表すブロック図である。
【００１０】
図１に表したように、本実施形態にかかるレーザアニール装置１００は、レーザ装置１１０と、第１の反射ミラー１２１と、第２の反射ミラー１２３と、ラインビーム光学系１３０と、第３の反射ミラー１４１と、レーザ装置１１０から出射されたレーザ光１１５のエネルギー（強度）を調整するアッテネータ１２５と、載置台１５０と、を備える。なお、第１の反射ミラー１２１と、第２の反射ミラー１２３と、は、必ずしも設けられていなくともよい。レーザ装置１１０から放出されたレーザ光１１５は、ラインビーム光学系１３０に直接的に入射してもよい。また、エネルギーは、アッテネータ１２５ではなく、レーザ装置１１０自身で調整されてもよい。
【００１１】
また、図２に表したように、本実施形態にかかるレーザアニール装置１００は、検出器（プロファイルモニタ）１６０と、第１の制御装置（プロファイル制御ＰＣ）１７０と、第２の制御装置（ホスト制御ＰＣ）１８０と、を備える。
【００１２】
レーザ装置１１０は、図示しない共振器などを有し、周波数が例えば約１００〜３００ヘルツ（Ｈｚ）程度のパルスレーザ（例えばエキシマレーザ）光を放出することができる。なお、レーザ装置１１０のレーザは、エキシマレーザに限定されるわけではない。レーザ装置１１０から放出されたレーザ光１１５は、第１の反射ミラー１２１および第２の反射ミラー１２３で反射され、ラインビーム光学系１３０に入射する。
【００１３】
ラインビーム光学系１３０は、後述するように、例えば複数のシリンドリカルレンズアレイなどを有し、長軸方向（スキャン方向と垂直の方向）の強度分布および短軸方向（スキャン方向）の強度分布が略均一化されたラインビームを形成することができる。ラインビーム光学系１３０から放出されたレーザ光１１６は、第３の反射ミラー１４１で反射され、図２に表したように非晶質シリコン（アモルファスシリコン）膜２１１が表面に形成された基板２２０に照射される。
【００１４】
なお、本願明細書において「非晶質」とは、結晶学的に完全に非晶質であるものだけではなく、非晶質のマトリックスのなかに微細な結晶粒を含むものや、非晶質に近いが短周期秩序構造を有するものなども含むものとする。  
また、本願明細書において、「改質」とは、非晶質のものを結晶にすること、及び／または、結晶のものにおいて結晶粒を拡大または成長させることを含むものとする。
【００１５】
したがって、本実施形態のレーザアニール方法は、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に改質するためのみに用いるだけではなく、多結晶シリコン膜において結晶粒を成長させてより結晶性の良好な多結晶シリコン膜に改質するためにも、同様に用いることができる。さらに、本実施形態のレーザアニール方法は、シリコン膜に限定されず、結晶膜一般に適用可能である。つまり、本実施形態のレーザアニール方法は、非晶質膜を多結晶膜に改質したり、多結晶膜において結晶粒を成長させてより結晶性の良好な多結晶膜に改質することなどに適用可能である。
【００１６】
非晶質シリコン膜２１１が表面に形成された基板２２０は、載置台１５０に載置されている。載置台１５０の位置は、第２の制御装置１８０により制御される。そして、基板２２０の表面に形成された非晶質シリコン膜２１１は、図１に表した矢印Ａ１あるいは図２に表した矢印Ａ２のように載置台１５０が移動する間に、レーザ光１１５が所定の周波数でパルス照射される。これにより、レーザアニールが行われる。つまり、図１に表したように、非晶質シリコン膜２１１は、ラインビームとして形成されたレーザ光１１５が照射されることにより多結晶シリコン（ポリシリコン）膜２１３へと改質される。
【００１７】
図２に表したように、第３の反射ミラー１４１は、ラインビーム光学系１３０から放出されたレーザ光１１５の一部を透過し、検出器１６０へ導くことができる。検出器１６０は、第３の反射ミラー１４１を透過したレーザ光１１５の強度分布を検出し、強度分布の信号を第１の制御装置１７０へ送信する。第１の制御装置１７０は、検出器１６０から送信された強度分布の信号からプロセス結果を予測し、多結晶シリコン膜２１３の所望する粒径の範囲外の粒子が生ずる確率が高い状態を検出することができる。言い換えれば、第１の制御装置１７０は、検出器１６０から送信された強度分布の信号を処理し、プロセス状態を予想して多結晶シリコン膜２１３の良否を判定することができる。
【００１８】
第１の制御装置１７０は、検出結果あるいは判定結果の信号を第２の制御装置１８０へ送信する。そして、第１の制御装置１７０が異常判定の信号を第２の制御装置１８０へ送信した場合には、第２の制御装置１８０は、例えばラインビーム光学系１３０を調整したり、レーザ装置１１０あるいは第１の反射ミラー１２１および第２の反射ミラー１２３の少なくともいずれかの傾き角度を調整しラインビーム光学系１３０へのレーザ光１１５の入射角度を変更したり、アラームを報知したり、レーザアニール装置１００を止めるなどの所定のアクションを制御する。なお、異常であるか否かの判定については、第１の制御装置１７０ではなく第２の制御装置１８０が行ってもよい。この場合には、第２の制御装置１８０は、第１の制御装置１７０から送信された信号に基づいて多結晶シリコン膜２１３の良否を判定し、例えば前述した所定のアクションを制御する。  
第１の制御装置１７０および第２の制御装置１８０におけるアルゴリズムについては、後に詳述する。なお、第２の制御装置１８０が第１の制御装置１７０の機能を有してもよい。
【００１９】
このように、本実施形態のレーザアニール装置１００によれば、レーザ光１１５の強度分布を処理しプロセス結果を予測して、プロセスにフィードバックすることができる。そして、プロセスの不良に起因する歩留まりの低下を抑えることができる。
【００２０】
次に、ラインビームのレーザ光１１６について、図面を参照しつつ説明する。  
図３は、本実施形態のレーザ光の照射サイズを表す斜視模式図である。  
また、図４は、本実施形態のレーザ光の短軸方向の正規な強度分布の一例を例示するグラフ図である。  
図５は、非晶質シリコンがスキャン照射される状態を表す平面模式図である。  
なお、図４に表したグラフ図の横軸は、レーザ光の短軸方向の位置を表している。図４に表したグラフ図の縦軸は、レーザ光の強度を表している。
【００２１】
図３に表したように、本実施形態のラインビームとして形成されたレーザ光１１６の照射サイズについて、長軸方向の寸法Ｄ１は、例えば約３５０ミリメートル（ｍｍ）以上である。また、短軸方向の寸法Ｄ２は、例えば約０．２〜０．４ｍｍ程度である。図３に表した矢印Ａ３の方向のレーザ光１１６の形状は、レーザ光１１６の強度分布を模式的に表している。
【００２２】
すなわち、図４に表したように、本実施形態のレーザ光１１６の短軸方向の強度分布は、頂上を含む部分であって例えばプラトー１１６ａなどと呼ばれる部分と、裾の強度が低下する部分であって例えばスティープネス１１６ｂなどと呼ばれる部分と、を有する。スティープネス１１６ｂは、強度分布の両側に存在する。
【００２３】
図４に表したように、第３の反射ミラー１４１やラインビーム光学系１３０などは、プラトー１１６ａにおける強度が短軸方向に沿う位置によらず略一定となるように適宜調整されている。言い換えれば、レーザ光１１６の強度分布が正規な強度分布を有する場合には、あるいはレーザ光１１５がレーザ装置１１０から放出された初期の段階では、プラトー１１６ａにおける強度は、短軸方向に沿う位置によらず略一定である。
【００２４】
そして、図５に表した矢印Ａ４のように、基板２２０が移動することにより、ラインビームのレーザ光１１６が基板２２０の表面に形成された非晶質シリコン膜２１１にスキャン照射される。例えば、短軸方向の寸法Ｄ２が０．４ｍｍであって、載置台１５０の移動速度およびパルス照射されるレーザ光１１６の周波数により２０マイクロメートル（μｍ）の間隔（送りピッチ）で非晶質シリコン膜２１１がスキャン照射される場合には、１箇所あたりに２０回のパルス照射が行われる。これにより、非晶質シリコン膜２１１が多結晶化される。
【００２５】
しかし、第３の反射ミラー１４１やラインビーム光学系１３０などが適宜調整されていても、レーザ光１１６の短軸方向の強度分布にずれが生ずることがある。具体的には、例えば、プラトー１１６ａにおける強度が短軸方向に沿う位置に応じて変化することがある。これについて、図面を参照しつつさらに説明する。
【００２６】
図６は、本実施形態のラインビーム光学系の内部構造を例示する平面模式図である。  
また、図７は、非正規のレーザ光の短軸方向の強度分布の例を例示するグラフ図である。  
なお、図７（ａ）に表した矢印Ａ５および図７（ｂ）に表した矢印Ａ６は、載置台１５０の移動方向を表している。また、図７（ａ）および図７（ｂ）に表したグラフ図の横軸および縦軸は、図４に表したグラフ図の横軸および縦軸とそれぞれ同様である。
【００２７】
図６に表したように、本実施形態のラインビーム光学系１３０は、第１のシリンドリカルレンズ１３１と、第２のシリンドリカルレンズ１３３と、を有する。第１のシリンドリカルレンズ１３１は、第２のシリンドリカルレンズ１３３からみて入射側に配置されている。第１のシリンドリカルレンズ１３１は、第１の単レンズ１３１ａと、第２の単レンズ１３１ｂと、を有する。第２のシリンドリカルレンズ１３３は、第１の単レンズ１３３ａと、第２の単レンズ１３３ｂと、を有する。つまり、第１のシリンドリカルレンズ１３１および第２のシリンドリカルレンズ１３３のそれぞれは、複数の単レンズが並列的に配列された構造を有する。
【００２８】
図２に表したように、レーザ装置１１０には、出力ミラー１１１が設けられている。レーザ光１１５は、出力ミラー１１１を通してレーザ装置１１０の外部に放出され、ラインビーム光学系１３０に入射する。ここで、本発明者の検討の結果、次のことが分かった。すなわち、出力ミラー１１１を通過するレーザ光１１５の一部は、出力ミラー１１１に吸収され熱に変換される。すると、出力ミラー１１１の屈折率、あるいはレーザ光１１５の一部を吸収した出力ミラー１１１の部分の屈折率は、熱により変化する。これにより、出力ミラー１１１がレンズと同じ効果を発揮することがある（熱レンズ効果）。
【００２９】
出力ミラー１１１が熱レンズ効果によりレンズと同じ効果を発揮すると、レーザ装置１１０から放出されたレーザ光１１５のラインビーム光学系１３０への入射角度や広がり角度が変動する。すると、図６に表したように、第１のシリンドリカルレンズ１３１の第１の単レンズ１３１ａから出射したレーザ光１１５が第２のシリンドリカルレンズ１３３の第１の単レンズ１３３ａだけではなく第２の単レンズ１３３ｂにも入射することがある。この場合には、レーザ光１１６のビーム形状が変化する。すると、図７（ａ）および図７（ｂ）に表したように、レーザ光の短軸方向の強度分布が正規の強度分布（図４参照）と比較して変化する。
【００３０】
すなわち、図７（ａ）に表したように、プラトー１１６ａにおける強度は、載置台１５０の移動方向（矢印Ａ５の方向）とは反対の方向に漸減する。具体的には、第１の位置Ｐ１におけるレーザ光１１６の強度ＥＨは、載置台１５０の移動方向にみたときに第１の位置Ｐ１よりも後方に位置する第２の位置Ｐ２におけるレーザ光１１６の強度ＥＬよりも高い。  
あるいは、図７（ｂ）に表したように、プラトー１１６ａにおける強度は、載置台１５０の移動方向（矢印Ａ６の方向）とは反対の方向に漸増する。具体的には、第１の位置Ｐ１におけるレーザ光１１６の強度ＥＬは、載置台１５０の移動方向にみたときに第１の位置Ｐ１よりも後方に位置する第２の位置Ｐ２におけるレーザ光１１６の強度ＥＨよりも低い。
【００３１】
このように、プラトー１１６ａにおける強度が短軸方向に沿う位置に応じて変化すると、多結晶シリコン膜２１３において所望する粒径の範囲外の粒子が生じ、多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径にばらつきが生ずることがある。これについて、図面を参照しつつさらに説明する。
【００３２】
図８は、レーザ光のエネルギー密度と、１回のパルス照射で増加する結晶粒径の増加分と、の関係を例示するグラフ図である。  
また、図９は、照射回数と結晶粒径との関係を例示するグラフ図である。  
なお、図９は、レーザ光１１６のエネルギー密度が４００ｍＪ／ｃｍ２であるときの照射回数と結晶粒径との関係を例示するグラフ図である。
【００３３】
図８に表したように、レーザ光１１６が照射されることにより非晶質シリコン膜２１１から改質された多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径は、照射するレーザ光１１６の例えばフルエンスなどと呼ばれるエネルギー密度に依存する。すなわち、照射するレーザ光１１６のエネルギー密度を増加させると、１回のパルス照射あたりの多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径の増加量（増加分）は増加する。また、図９に表したように、パルス照射の回数を増加させると、多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径は増加する。そして、さらにパルス照射の回数を増加させると、多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径は、パルス照射の回数に対して比例せず、しだいに飽和する。なお、図８および図９に表したグラフ図は、一例であり、例えば非晶質シリコン膜２１１の膜厚や膜質や成膜温度などにより変化する。
【００３４】
これによれば、図８および図９に表したグラフ図を用いることで、エネルギー密度および照射回数に基づいてレーザ光１１６の照射後の多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径を予測することができる。
【００３５】
しかし、図８に表したように、レーザ光１１６のエネルギー密度が所定のエネルギー密度（図８に表した例では、約３９０〜４１０ｍＪ／ｃｍ２程度）よりも大きくなると、多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径の増加量は減少に転ずる。つまり、多結晶シリコン膜２１３は、微結晶粒を有するようになる。このように、所定回数のパルス照射が行われた後には、所望の多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径が得られないことがある。このような微結晶シリコンでは、所望の電界移動度を得ることができない。
【００３６】
これに対して、本実施形態にかかるレーザアニール装置１００は、レーザ光１１６のエネルギー密度が所定のエネルギー密度よりも大きくなると、それまでに加算された結晶粒径の増加分を「０（ゼロ）」とするアルゴリズムを実行することができる。そして、レーザアニール装置１００は、所定のエネルギー密度以下のエネルギー密度および残りの照射回数に基づいて結晶粒径の増加分を再び加算し、レーザ光１１６の照射後の多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径を予測するアルゴリズムを実行することができる。
【００３７】
これによれば、本実施形態にかかるレーザアニール装置１００は、レーザ光１１６のエネルギー密度が所定のエネルギー密度よりも大きくなった場合でも、レーザ光１１６の照射後の多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径を予測することができる。そして、レーザアニール装置１００は、レーザ光１１６の照射後の多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径の良否判定を行うことができる。このアルゴリズム（レーザアニール方法）について、図面を参照しつつさらに説明する。
【００３８】
図１０は、本実施形態にかかるレーザアニール方法を説明するフローチャート図である。  
また、図１１は、レーザ光の短軸方向の強度分布をＮ分割した例を例示するグラフ図である。  
なお、図１１に表したグラフ図の横軸および縦軸は、図４に表したグラフ図の横軸および縦軸とそれぞれ同様である。
【００３９】
図１１に表したように、第１の制御装置１７０は、検出器１６０から送信された強度分布の短軸方向の幅をスキャン数Ｎで除し、Ｎ分割する（ステップＳ１１１）。スキャン数Ｎとは、非晶質シリコン膜２１１の１箇所あたりのパルス照射の回数をいう。例えば、非晶質シリコン膜２１１の１箇所あたりに２０回のパルス照射が行われる場合には、スキャン数Ｎは「２０」である。この場合には、第１の制御装置１７０は、検出器１６０から送信された強度分布の短軸方向の幅を２０分割する。なお、スキャン方向は、図１１に表した矢印Ａ７の方向である。
【００４０】
続いて、第１の制御装置１７０は、短軸方向の幅をＮ分割した強度分布の波高値Ｅｎ（図１１参照）に相当するエネルギー密度に対する結晶粒径の増加分を例えば図８に表したグラフ図に基づいて求める（ステップＳ１１３）。但し、レーザ光１１６のエネルギー密度が、多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径の増加量が減少に転ずる閾値（図８に表した例では、約３９０〜４１０ｍＪ／ｃｍ２程度）よりも大きい場合には、第１の制御装置１７０は、レーザ光１１６のエネルギー密度が閾値よりも大きくなる前までに加算した結晶粒径の増加分を「０」とする（ステップＳ１１３）。
【００４１】
続いて、第１の制御装置１７０は、結晶粒径の増加分をスキャン数Ｎの回数分だけ加算する（ステップＳ１１５）。つまり、ステップＳ１１３およびステップＳ１１５に表したアルゴリズムにより、第１の制御装置１７０は、レーザ光１１６のエネルギー密度が閾値よりも大きくなると、それまでに加算された結晶粒径の増加分を「０」とし、結晶粒径の増加分の加算を最初からやり直す。
【００４２】
続いて、第１の制御装置１７０は、加算した合計の結晶粒径が、所望の多結晶シリコン膜２１３の最小粒径（例えば０．１〜０．３μｍ程度）よりも小さい場合には、多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径が異常であると判定する（ステップＳ１１７）。そして、第１の制御装置１７０が異常判定の信号を第２の制御装置１８０へ送信すると、第２の制御装置１８０は、レーザアニール装置１００を止めるなどの所定のアクションを制御する（ステップＳ１１７）。
【００４３】
なお、本実施形態では、第１の制御装置１７０は、全てのパルス照射の回数（例えば２０回）に対して多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径の良否判定を行うが、これだけに限定されず、間引いたパルス照射の回数（例えば１０回など）に対して多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径の良否判定を行ってもよい。
【００４４】
また、第１の制御装置１７０および第２の制御装置１８０におけるアルゴリズムは、オンラインで行われてもよいし、オフラインで行われてもよい。すなわち、第２の制御装置１８０は、レーザアニールの工程の途中に、第１の制御装置１７０から送信された検出結果あるいは判定結果の信号に基づいて同時にあるいは即時に例えば前述した所定のアクションを実行してもよい。あるいは、第２の制御装置１８０は、第１の制御装置１７０から送信された検出結果あるいは判定結果を蓄積しておき、レーザアニールの工程の合間に、蓄積した結果に基づいて例えば前述した所定のアクションを実行してもよい。
【００４５】
図１２は、本実施形態にかかる他のレーザアニール方法を説明するグラフ図である。  
なお、図１２に表したグラフ図の横軸および縦軸は、図４に表したグラフ図の横軸および縦軸とそれぞれ同様である。
【００４６】
本実施形態にかかるレーザアニール方法では、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に表したように、検出器１６０から送信された短軸方向の強度分布のプラトー１１６ａにおける強度が漸減する場合には、第１の制御装置１７０は、次式で表される条件が成立するときに多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径が異常であると判定する。なお、図１２（ａ）に表した矢印Ａ８および図１２（ｂ）に表した矢印Ａ９は、載置台１５０の移動方向を表している。
Ｅｔｈ＝ＥＬ／ＥＨ＜０．６５
つまり、プラトー１１６ａにおける最大の強度ＥＨと最小の強度ＥＬとの比が所定値（ここでは「０．６５」）よりも小さい場合には、第１の制御装置１７０は、多結晶シリコン膜２１３の粒径結晶が異常であると判定する。
【００４７】
なお、多結晶シリコン膜２１３の結晶粒径が異常であると第１の制御装置１７０が判定する閾値は、「０．６５」に限定されず、例えば約０．４〜０．７程度であってもよい。
【００４８】
図１３は、本実施形態にかかるさらに他のレーザアニール方法を説明するフローチャート図である。  
また、図１４は、レーザ光のエネルギーの変動の度数分布を例示するグラフ図である。  また、図１５は、本実施形態のレーザ光の短軸方向の強度分布の例を例示するグラフ図である。  
また、図１６は、本実施形態のレーザ光の短軸方向の変動の度数分布の例を例示するグラフ図である。
【００４９】
本実施形態にかかるレーザアニール方法によれば、レーザ光１１６の短軸方向のプロファイル形状とレーザ光１１６のエネルギー密度とが分かれば、結晶粒径を見積もることができる。これにより、照射エネルギー密度のプロセスマージンを推定することができる。
【００５０】
まず、例えば図１４に表したグラフ図のように、照射するレーザ光１１６のエネルギーの変動率とその発生確率とを計測する。さらに、例えば図１５および図１６に表したグラフ図のように、レーザ光１１６の短軸方向のプロファイル形状の変動率とその発生確率とを計測する。このように、レーザ光１１６のエネルギーの変動率とその発生確率、およびレーザ光１１６の短軸方向のプロファイル形状の変動率とその発生確率を予め計測しておく。続いて、発生確率にしたがって変動量を加味したエネルギー密度およびプロファイル形状を決定し、それらに対応する結晶粒径の増加分を例えば図８に表したグラフ図に基づいて求める。
【００５１】
すなわち、具体的には図１３に表したように、まず、照射番号Ｉの初期値を「０」に設定し（ステップＳ１２１）、その後、照射番号Ｉに「１」を加算する（ステップＳ１２２）。続いて、例えば図１４に表したグラフ図のように、予め計測したレーザ光１１６のエネルギーの変動率とその発生確率とにしたがって変動量を加味し、乱数による規格化照射フルエンスＥｉを決定する（ステップＳ１２３）。さらに、例えば図１５および図１６に表したグラフ図のように、予め計測したレーザ光１１６の短軸方向のプロファイル形状の変動率とその発生確率とにしたがって変動量を加味し、乱数によるプロファイルＰｉを決定する（ステップＳ１２５）。
【００５２】
続いて、ステップＳ１２３により決定した規格化照射フルエンスＥｉと、ステップＳ１２５により決定したプロファイルＰｉと、設定フルエンスＦｓと、を乗じた照射フルエンスＦｉを算出する（ステップＳ１２７）。そして、照射フルエンスＦｉが顆粒閾値フルエンス（結晶粒径の増加量が減少に転ずる閾値）Ｆｔｈよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１２９）。
【００５３】
照射フルエンスＦｉが顆粒閾値フルエンスＦｔｈよりも小さい場合には（ステップＳ１２９：ＮＯ）、照射フルエンスＦｉに対する結晶粒径の増加分Ｒ（Ｆｉ）を例えば図８に表したグラフ図に基づいて求め、それまでの結晶粒径ＧＳの増加分に加算する（ステップＳ１３１）。一方、照射フルエンスＦｉが顆粒閾値フルエンスＦｔｈよりも大きい場合には（ステップＳ１２９：ＹＥＳ）、照射フルエンスＦｉが顆粒閾値フルエンスＦｔｈよりも大きくなる前までに加算した結晶粒径ＧＳの増加分を「０」とする（ステップＳ１３３）。
【００５４】
続いて、照射番号Ｉが照射回数Ｎ（例えば２０回）と等しいか否かを判断する（ステップＳ１３５）。照射番号Ｉが照射回数Ｎと等しい場合には（ステップＳ１３５：ＹＥＳ）、本実施形態のアルゴリズムを終了する。一方、照射番号Ｉが照射回数Ｎと等しくない場合には（ステップＳ１３５：ＮＯ）、ステップＳ１２２に関して前述した動作を行う。
【００５５】
本実施形態のレーザアニール方法によれば、レーザ光１１６の短軸方向のプロファイル形状に対するレーザ光１１６のエネルギー密度のマージンを求めることができる。また、図１３に表したアルゴリズムのループ回数が照射回数Ｎすなわち照射ピッチとなるため、同一のアルゴリズムで適正な結晶粒径に対する照射ピッチを見積もることができる。
【００５６】
また、本実施形態のレーザアニール方法では、例えば図１および図２に関して前述したレーザアニール装置とは異なる装置等において、エネルギー密度のマージンおよび照射ピッチを算出し見積もることができる。そのため、オフラインで計算を行うことができる。また、図１４〜図１６に関して前述した計測を別途行うことができる。そして、これらの計算結果（情報）をオンラインのアルゴリズムおよび判定値に盛り込むことができる。
【００５７】
次に、本実施形態にかかる薄膜トランジスタの製造方法について、図面を参照しつつ説明する。  
図１７は、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置を例示する断面模式図である。
【００５８】
本実施形態にかかる薄膜トランジスタの製造方法では、図１〜図１６に関して前述したレーザアニール装置１００およびレーザアニール方法を用い、基板２２０の表面に形成された非晶質シリコン膜２１１にレーザ光１１６を照射して非晶質シリコン膜２１１を多結晶シリコン膜２１３とした後、フォトリソグラフィ技術により薄膜トランジスタを作製する。その薄膜トランジスタを用いて、アクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置を製造する。
【００５９】
図１７に表したアクティブマトリクス液晶ディスプレイ装置は、ガラス基板５０１と、ガラス基板５０１と対向して配置された対向ガラス基板５１４と、ガラス基板５０１と対向ガラス基板５１４との間に介在する液晶５１２と、を備える。ガラス基板５０１は、絶縁ゲート型薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、カラーフィルタ５１０と、画素電極５１１と、を有する。対向ガラス基板５１４は、対向電極５１３を有する。
【００６０】
ガラス基板５０１の表面には、アンダーコート層５０２が形成されている。アンダーコート層５０２の上には、非晶質シリコン膜が形成され、図１〜図１６に関して前述したレーザアニール装置１００およびレーザアニール方法により多結晶シリコン膜に改質されている。
【００６１】
レーザアニールにより得られた多結晶シリコン膜により、ＴＦＴが形成されている。すなわち、多結晶シリコンからなる半導体層５０３の両側に不純物をドープすることにより、多結晶シリコンソース層５０４ａおよび多結晶シリコンドレイン層５０４ｂが形成されている。多結晶シリコンソース層５０４ａおよび多結晶シリコンドレイン層５０４ｂの上に、ゲート酸化膜５０５を介してゲート電極５０６が形成されている。
【００６２】
ソース／ドレイン電極５０８が、層間絶縁膜５０７に形成された接続孔を介して、それぞれ多結晶シリコンソース層５０４ａおよび多結晶シリコンドレイン層５０４ｂに接続されている。ソース／ドレイン電極５０８の上に、保護膜５０９が設けられるとともに、カラーフィルタ５１０及び画素電極５１１が形成されている。
【００６３】
本実施形態によれば、図１〜図１６に関して前述したレーザアニール装置１００およびレーザアニール方法を用いることで、優れた特性を示すＴＦＴを量産することができる。そのため、より高い歩留まりで、高品質の液晶表示装置を作製することができる。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６５】
１００ レーザアニール装置、  １１０ レーザ装置、  １１１ 出力ミラー、  １１５ レーザ光、  １１６ ラインビームのレーザ光、  １１６ａ プラトー、  １１６ｂ スティープネス、  １２１ 第１の反射ミラー、  １２３ 第２の反射ミラー、  １２５ アッテネータ、  １３０ ラインビーム光学系、  １３１ 第１のシリンドリカルレンズ、  １３１ａ 第１の単レンズ、  １３１ｂ 第２の単レンズ、  １３３ 第２のシリンドリカルレンズ、  １３３ａ 第１の単レンズ、  １３３ｂ 第２の単レンズ、  １４１ 第３の反射ミラー、  １５０ 載置台、  １６０ 検出器、  １７０ 第１の制御装置、  １８０ 第２の制御装置、  ２１１ 非晶質シリコン膜、  ２１３ 多結晶シリコン膜、  ２２０ 基板、  ５０１ ガラス基板、  ５０２ アンダーコート層、  ５０３ 半導体層、  ５０４ａ 多結晶シリコンソース層、  ５０４ｂ 多結晶シリコンドレイン層、  ５０５ ゲート酸化膜、  ５０６ ゲート電極、  ５０７ 層間絶縁膜、  ５０８ ソース／ドレイン電極、  ５０９ 保護膜、  ５１０ カラーフィルタ、  ５１１ 画素電極、  ５１２ 液晶、  ５１３ 対向電極、  ５１４ 対向ガラス基板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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