(57)【要約】【課題】ビーム短軸幅が不均一な線状のレーザビームをＳＥＬＡＸに適用した際のビームプロファイルの強度分布を評価し、これを照射するレーザビームにフィードバックすることで得た高品質の結晶シリコン膜を用いた表示装置の製造方法を提供する。【解決手段】エリア検出型のＣＣＤカメラを線状レーザビームの長軸方向あるいは短軸方向にステップさせレーザビーム全体のエネルギ分布５１を測定する。検出した信号（カウント数）をビーム短軸に対して平行方向に積算し、ビーム長軸方向の積算強度Ｅを算出する。この積算強度Ｅをビーム長軸の各位置におけるビーム短軸幅Ｗ(ガウス分布の1/e2、あるいは半値全幅)の平方根で除し、Ｅ/√(Ｗ)を全位置に渡って算出する。ラテラル成長結晶の得られるレーザパワー閾値はビーム短軸幅の平方根に比例しているので、短軸幅でレーザパワーを補正したＥ/√(Ｗ)ビームプロファイルは、ＳＥＬＡＸにおける結晶化条件と密接な相関を有し、形成する結晶膜の良否判定をビームプロファイル測定結果から推測する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板上の非晶質半導体膜あるいは粒状多結晶半導体膜の複数の領域に、線状に整形されたレーザビームを当該線状の長軸方向と交叉する方向に走査しながら照射してアニールすることにより、前記非晶質半導体膜あるいは前記粒状多結晶半導体膜を前記走査方向に延びる帯状多結晶半導体膜に改質して表示装置用のアクティブ・マトリクス基板を得る表示装置の製造方法であって、
エリア検出型ＣＣＤカメラあるいはリニアアレイセンサを前記線状レーザビームの前記長軸方向あるいは短軸方向にステップさせてレーザビーム全体のエネルギ分布をカウント数として検出するプロセスと、
前記エネルギ分布の検出信号を前記レーザビームの前記短軸に対して平行な方向に積算し、
前記レーザビームの前記長軸方向の積算強度を算出し、
算出した前記積算強度をレーザビームの前記短軸幅の平方根で除して強度分布を得し、
前記レーザビームのプロファイルを制御する領域における前記強度分布の最大値と最小値を前記レーザビームの発振源もしくは装置の光学系にフィードバックして、当該レーザビームのプロファイルを制御するプロセスを有することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記レーザビームの前記長軸方向の積算強度Ｅ、前記レーザビームの短軸幅をＷとしたとき、前記強度分布をＥ/√(Ｗ)で算出することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記レーザビームの短軸幅Ｗがガウス分布の1/e2であることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２において、
前記レーザビームの短軸幅Ｗがガウス分布の半値幅であることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項５】
絶縁基板上の非晶質半導体膜あるいは粒状多結晶半導体膜の複数の領域に、線状に整形されたレーザビームを当該線状の長軸方向と交叉する方向に走査しながら照射してアニールすることにより、前記非晶質半導体膜あるいは前記粒状多結晶半導体膜を前記走査方向に延びる帯状多結晶半導体膜に改質して表示装置用のアクティブ・マトリクス基板を得る表示装置の製造方法であって、
エリア検出型ＣＣＤカメラあるいはリニアアレイセンサを前記線状レーザビームの前記長軸方向あるいは短軸方向にステップさせてレーザビーム全体のエネルギ分布をカウント数として検出するプロセスと、
前記エネルギ分布の検出信号を前記レーザビームの前記短軸に対して平行な方向に積算し、
前記レーザビームの前記長軸方向の積算強度を算出し、
算出した前記積算強度をレーザビームの前記短軸幅の平方根で除して強度分布を得し、
前記レーザビームのプロファイルを制御する領域における前記強度分布の最大値と最小値および平均値を算出し、「（最大値＋最小値）/平均値」を前記レーザビームの発振源もしくは装置の光学系にフィードバックして、当該レーザビームのプロファイルを制御するプロセスを有することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記レーザビームの前記長軸方向の積算強度Ｅ、前記レーザビームの短軸幅をＷとしたとき、前記強度分布をＥ/√(Ｗ)で算出することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記レーザビームの短軸幅Ｗがガウス分布の1/e2であることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６において、
前記レーザビームの短軸幅Ｗがガウス分布の半値幅であることを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項９】
絶縁基板上の非晶質半導体膜あるいは粒状多結晶半導体膜の複数の領域に、線状に整形されたレーザビームを当該線状の長軸方向と交叉する方向に走査しながら照射してアニールすることにより、前記非晶質半導体膜あるいは前記粒状多結晶半導体膜を前記走査方向に延びる帯状多結晶半導体膜に改質して表示装置用のアクティブ・マトリクス基板を得る表示装置の製造方法であって、
前記レーザビーム内の各位置におけるピーク強度分布Ｐ×積算強度分布Ｅの平方根√（Ｐ×Ｅ）、Ｐ×√（Ｗ）を前記レーザビームの発振源もしくは装置の光学系にフィードバックして、当該レーザビームのプロファイルを制御することを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項５から９の何れかにおいて、
前記レーザビームのプロファイルを制御する領域における前記レーザビームの強度分布の「（最大値＋最小値）/平均値」が、４０％よりも小さいことを特徴とする表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネル型の表示装置に係り、特に当該表示装置を構成する絶縁基板に形成するアクティブ素子の形成のための製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、表示装置を構成する絶縁基板の一主面上に形成された非晶質または粒状多結晶半導体膜にレーザ光（レーザビームとも言う）を照射することで結晶粒を略帯状に拡大する改質を施して帯状多結晶半導体膜を形成し、該帯状多結晶半導体膜でアクティブ素子を構成した絶縁基板を用いた表示装置の製造に好適なものである。
【背景技術】
【０００３】
現在、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などのパネル型あるいは平面型と左方する表示装置は、ガラスや溶融石英などの基板上に絶縁膜を介して形成された非晶質または多結晶シリコン膜で構成された複数の画素回路のアクティブ素子（薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）のスイッチングで画像を形成している。画素回路を形成した基板はアクティブ・マトリクス基板、ＴＦＴ基板、あるいは単にアクティブパネル、あるいは単に基板とも称する。
【０００４】
このような基板上に画素回路を駆動するための画素駆動回路を含む周辺回路（以下、画素駆動回路等あるいは単に駆動回路とも称する）を同時に形成することが可能になれば、飛躍的な製造コスト低減および信頼性向上が期待できる。しかし、画素駆動回路等を構成する薄膜トランジスタの能動層を構成するシリコン半導体膜（以下、シリコン薄膜あるいはシリコン膜とも称する）として非晶質シリコンを用いた場合、移動度に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速・高機能が要求される画素駆動回路等の製作は困難である。
【０００５】
このような高速・高機能の画素駆動回路等を製作するためには、高移動度の薄膜トランジスタを必要とし、その実現にはシリコン薄膜の結晶性の改善が必要とされる。結晶性改善の手法として、従来からエキシマレーザアニールが注目を浴びている。この方法は、ガラスなどの絶縁基板上に絶縁膜を介して形成された非晶質シリコン膜にエキシマレーザを照射して、非晶質シリコン膜を粒状多結晶シリコン膜に変化させるエキシマレーザアニーリング（ＥＬＡ）法を用いて移動度を改善するものである。
【０００６】
しかしながら、ＥＬＡ法で得られる粒状多結晶膜は、その結晶粒径が数１０〜数１００ｎｍ程度であり、表示装置の画素トランジスタを高速駆動する画素駆動回路等に適用するには、まだ性能不足である。
【０００７】
この問題を解決する手段として、ポリシリコン部分に時間変調した連続発振レーザ光（レーザビーム）を線状（短軸幅に比して長軸幅が極端に大きい矩形状）に集光し、当該線状の長手方向（長軸）と交叉する方向に高速で走査しながら照射することで、走査方向に結晶を横方向成長させ、いわゆる帯状結晶を形成する方法が特許文献１に開示されている。この方法は、基板全面をエキシマレーザアニールにより多結晶化させた後、駆動回路が形成される領域のみに、形成するトランジスタの電流経路（ドレイン−ソース方向）と一致した方向に上記線状に集光したレーザ光を走査して結晶粒を当該走査方向（横方向：ラテラル方向）に帯状に成長させ、結果的に電流経路を横切る結晶粒界が存在しないか、あるいは極少化された帯状結晶シリコンに改質することで、移動度を大幅に向上するものである。この方法をＳＥＬＡＸ(Selectively Enlarging LAser X'tallization）法と呼ぶことにする。
【０００８】
ＳＥＬＡＸ法では、均質な帯状結晶シリコン膜を得るために、レーザビームの上記長軸に沿った強度分布がフラットトップで短軸幅を数ミクロンまで絞った線状ビームに整形している。この時、レーザ光学系のレンズ収差などの影響を受けて線状ビームの短軸幅が不均一となることがある。これに対応する定量的なレーザビームのビームプロファイル評価手法が無かったため、結晶品質にバラつきが発生し、製品歩留りの向上が制限される要因の１つとなっている。ＳＥＬＡＸ工程における結晶品質のバラつきを改善し、製品歩留りの低下を抑制するには、結晶膜の品質と直接相関のあるレーザビームのビームプロファイル評価方法を確立し、その評価に基いてレーザビームのビームプロファイルを制御する必要がある。
【０００９】
なお、レーザ光のビームプロファイル評価に関する従来技術を開示したものとして、特許文献２を挙げることができる。特許文献２は、ＥＬＡ結晶化において、レーザパワーの一部とレーザビームのビームプロファイル短軸幅の一部を常時検出してエネルギ密度を算出し、常時エネルギ密度が等しくなるよう光透過率調整機構をフィードバック制御するレーザビームのビームプロファイル管理方法を開示する。
【特許文献１】特開２００３−１２４１３６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の特許文献１では、定量的なビームプロファイル評価方法は開示されておらず、また、不均一な短軸形状の線状ビームを評価する方法を開示しない。特許文献２では、局所的に線状レーザビームのビームプロファイルを観察して短軸幅を検出する方法を開示するが、レーザビーム全体に渡って短軸幅が均一である、という仮定に基づいており、不均一な短軸幅のレーザビームのビームプロファイルを評価し、この評価に基いてレーザビームのビームプロファイルを制御する方法に関する記載は無く、示差もされていない。
【００１１】
本発明の目的は、ビーム短軸幅が不均一な線状のレーザビームをＳＥＬＡＸに適用した際のビームプロファイルの強度分布を評価し、これを照射するレーザビームにフィードバックすることで得た高品質の結晶シリコン膜を用いた表示装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、（１）エリア検出型ＣＣＤカメラあるいはリニアアレイセンサを線状レーザビームの長軸方向あるいは短軸方向にステップさせてレーザビーム全体のエネルギ分布を検出する。（２）検出した信号（カウント数）をビーム短軸に対して平行方向に積算し、レーザビーム長軸方向の積算強度Ｅを算出する。この積算強度Ｅをレーザビーム短軸幅Ｗ(ガウス分布の1/e2、あるいは半値幅)の平方根で除し、Ｅ/√(Ｗ)算出する。
【００１３】
次に、（３）エネルギ強度分布を評価する際、評価したい範囲のＥ/√(Ｗ)強度分布の最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎをレーザビームのビームプロファイル管理に利用する。あるいは評価範囲の平均値Ａｖｅを算出し、（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／Ａｖｅの数値をレーザビームのビームプロファイル管理の基準に利用する。
【００１４】
（４）上記（２）以外の方法として、レーザビーム内の各位置におけるピーク強度分布Ｐ×積算強度分布Ｅの平方根√（Ｐ×Ｅ）、Ｐ×√（Ｗ）を使用してプロファイル評価を行うことで同等の結果を得る。
【００１５】
本発明は、上記の構成および後述する最良の実施形態に開示される構成に限定されるものでなく、本発明の技術思想を逸脱することなく構成される発明も本発明に含まれることは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１６】
ＳＥＬＡＸ法によって形成される多結晶膜の結晶性の優劣をレーザビームのビームプロファイル測定から定量的に推定することができるため、高品質の結晶が得られ、製品歩留りを向上することができる。結晶化工程において一定水準以上の均一性で結晶性を確保できるため、結晶性不良起因の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のＶｔｈ変動抑制、パネル型表示装置に適用した場合の当該パネルの歩留り低下を抑制する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の表示装置の製造方法を実施する製造装置の説明図である。この製造装置は、表示装置を構成するアクティブ基板すなわち薄膜トランジスタを配置する絶縁基板のシリコン膜を高品質の帯状結晶シリコンに改質するのに好適なＳＥＬＡＸ法のレーザアニール装置を示す。ＳＥＬＡＸ法は、時間変調をかけたレーザビームをシリコン膜に照射し結晶性向上を図るプロセスである。
【００１９】
レーザ源１にはＬＤ励起連続発振固体レーザを用い、このレーザ源１で発振した連続波レーザ光３の出力を調整するためのアッテネータ２、連続波レーザ光３を時間変調するためのＥＯモジュレータ４と偏光ビームスプリッタ５、折返しミラー６、レーザ光を所望の強度分布に変換するビーム整形光学素子７、整形光学素子７で整形したレーザビームを所望の長さに切り出すためのスリット８、レーザビームを縮小投影するための結像レンズ９、及び対物レンズ１０、縮小投影したレーザ光の空間強度分布測定するためのＣＣＤカメラ１１、ＣＣＤカメラ１１で検出したビームプロファイルデータを処理する為のデータ処理部１７、装置全体の制御を行う統括制御装置（ホストコンピュータ）１８、シリコン薄膜を成膜したガラス基板１２、ガラス基板１２を搭載するステージ１３、ステージ１３の位置を検出するためのリニアエンコーダ（リニアスケールとも称する）１４、リニアエンコーダ１４が発生するパルス信号をカウントし、予め設定されたパルス数ごとにＥＯモジュレータ４を駆動するためのドライバ１６に制御信号を送る制御装置１５などから構成されている。
【００２０】
図２は、帯状結晶シリコン結晶と薄膜トランジスタのソース・ドレイン方向（チャネル方向）を説明する図である。線状（すなわち、短軸幅より長軸幅が極端に大きい矩形状）に集光したレーザビーム２１を基板上に形成されたシリコン薄膜２２（この場合、出発試料は非晶質薄膜、多結晶薄膜のどちらでもよい）に対して相対的に走査させて結晶化を行う。この走査方向は線状レーザビームの長手方向に交叉する方向で、ここでは当該長手方向に略直交する方向とする。
【００２１】
線状レーザビーム２１を照射されたシリコン膜が溶融、再凝固する過程において、図２（ｂ）に示すように、シリコン結晶粒はレーザビーム走査方向、即ちラテラル方向に成長し、レーザビーム照射終了地点で結晶成長は停止する。ラテラル成長したシリコン結晶（擬似単結晶）２３を能動層として薄膜トランジスタを形成する際に、レーザビームの走査方向に成長したシリコン結晶粒に対して平行にソース領域２４とドレイン領域２５の間にチャネル領域２６が形成されるように設定する。これにより、結晶粒界がチャネル２６内を横断しない薄膜トランジスタを形成することができ、従来の低温ポリシリコンＴＦＴと比較して高電子移動度、低閾値電圧（低Ｖｔｈ）バラつきの高速動作性能の薄膜トランジスタを得ることができる。
【００２２】
図３は、ＳＥＬＡＸ製造工程の概要を説明する図である。図３（ａ）に大型基板から製造される複数のパネル（通常は数１０〜数１００パネルが形成される）のうち、隣り合う２パネル（このパネルは薄膜トランジスタ基板を意味する）を代表として示す。ここでは、説明試料としてガラス基板９１（図１のガラス基板１２に相当）の１主面に絶縁体薄膜（下地膜、図示せず）を介して非晶質シリコン薄膜９０を形成した基板を用いる。
【００２３】
各パネル上には、表示領域（画素領域）と、走査線駆動回路領域および信号線駆動回路領域、その他の回路が形成される。本実施例では表示領域内に能動層が多結晶シリコン膜（ＥＬＡ結晶）で構成される画素部トランジスタを、表示領域外の信号線駆動回路領域、走査線駆動回路領域等に能動層が擬似単結晶シリコン膜（ＳＥＬＡＸ結晶）で構成される高速駆動が可能なトランジスタを形成する例を示す。なお、本実施例では、上記３領域のみを多結晶化し、トランジスタを形成する例を示したが、上記３領域以外にもＤ／Ａコンバータといった回路を設ける為の領域を形成してもよい。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、ステージ（図１の符号１３参照）に非晶質シリコン薄膜９０を形成した大型基板９１を搭載し、エキシマレーザビーム９２を矢印で示した方向へ走査し、基板全面に渡って非晶質シリコン薄膜９０に照射することにより多結晶シリコン薄膜９３に変換する。次に、図３（ｂ）に示すように、線状に集光した固体レーザビーム９４をＥＯモジュレータで時間変調しながら矢印で示した方向に相対的に走査し、信号線駆動回路形成に必要な性能のラテラル成長結晶を所望の領域９５、９６にのみ選択的に形成する。
【００２５】
なお、走査は一般的には基板を移動することで行うが、レーザビームを移動させてもよい。基板全面に渡って信号線駆動回路領域の結晶化が終了すると、基板を９０°回転させ、図３（ｃ）に示すように、走査線駆動回路形成の為に時間変調した線状レーザビーム９７を照射し、ラテラル成長結晶を所望の領域９８、９９にのみ選択的に形成する。なお、走査線駆動回路領域の結晶化は、基板をこれに照射されるレーザビームに対して回転させる代わりに、レーザビームのスポット（基板への投影像）を９０°回転させて行ってもよい。このような走査を繰り返し、パネル内の信号線駆動回路領域９５、９６と走査線駆動回路領域９８、９９に全てラテラル成長結晶を形成し、照射を終了する。
【００２６】
図４は、ＳＥＬＡＸ結晶化におけるレーザ出力、線状ビームの短軸幅とＳＥＬＡＸ結晶性の相関関係を示す図である。走査速度一定という条件において、レーザ出力不足によって形成される微結晶（ポリシリコン）とＳＥＬＡＸ結晶、ＳＥＬＡＸ結晶とレーザ出力過剰によって発生するダメージ（凝集）のレーザ出力のしきい値は、ビーム短軸幅の平方根にほぼ比例する。凝集によるダメージは、レーザ光の照射で溶融したシリコンが表面張力によって引っ張られて局部的に凝集する現象に因り、レーザ光で照射されたシリコン膜が、複数の筋状アイランドに分かれることで発生する。即ち、このシリコン膜が形成されていた領域には、複数の筋状アイランドが互いに離されて配列するため、筋状アイランドの間にはシリコンが膜として存在しない間隙が形成される。この間隙により、過度のレーザ光で照射されたシリコン膜にはトランジスタ自体が形成できなくなり、斯様なシリコンの凝集領域が存在する基板（パネル）は不良となる。
【００２７】
レーザ加工プロセスにおいて現在までに採用されているビーム管理手法として、ピーク強度分布を用いる手法が一般的である。この手法によりビーム強度分布の均一性を評価し、結晶化工程の管理基準とする手法が数多く報告されている。
【００２８】
しかしながら、図５（ａ）に示すように、均一強度分布の線状ビーム４１を形成する際、整形光学素子の精度、あるいは対物レンズ４２球面の加工精度限界により像面湾曲（Field Curvature）や歪曲収差（Distortion Aberration 若しくは Distortion）が発生する。これにより、線状ビーム４１の投影像４３の焦点面がビーム中心と端部で一致せず、ある平面上において図５（ｂ）に示すような糸巻き形状ビーム４４となったり、樽状形状ビーム４５となったりする。前記の図４に示したように、結晶化パワーしきい値は短軸幅の長短によって変動する。このため、湾曲収差ビームにおいては従来のようにピーク強度をプロファイル評価指標として結晶化管理を行うことが不可能であった。即ち、ピーク強度分布とＳＥＬＡＸ結晶性との相関が低く、ビームプロファイルから結晶膜の良否を推定できない問題があった。
【００２９】
そこで、実施例１では、図４に示したレーザパワー、ビーム短軸幅とＳＥＬＡＸ結晶化条件の相関関係を利用してビームプロファイルの補正を行う。エリア検出型のＣＣＤカメラあるいはリニアアレイセンサを線状レーザビームの長軸方向あるいは短軸方向にステップさせ図６（ａ）に示したようなレーザビーム全体のエネルギ分布５１を測定する。検出した信号（カウント数）をビーム短軸に対して平行方向に積算し、ビーム長軸方向の積算強度Ｅを算出する。この積算強度Ｅをビーム長軸の各位置におけるビーム短軸幅Ｗ(ガウス分布の1/e2、あるいは半値全幅でも良い)の平方根で除し、Ｅ/√(Ｗ)を全位置に渡って算出する。
【００３０】
ラテラル成長結晶の得られるレーザパワーしきい値はビーム短軸幅の平方根に比例しているので、短軸幅でレーザパワーを補正したＥ/√(Ｗ)ビームプロファイルは、ＳＥＬＡＸにおける結晶化条件と密接な相関を有し、形成する結晶膜の良否判定をビームプロファイル測定結果から推測することが可能となる。
【００３１】
以上のことから、本プロファイルを実効ビームプロファイルと呼ぶ。なお、短軸形状が図６（ｂ）に示したような理想ガウシアンである場合、積算強度Ｅ、ピーク強度Ｐ、1/e2全幅Ｗには、
【数１】
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の関係が成り立つので、実効ビームプロファイルを算出する際に、Ｅ/√(Ｗ)、Ｐ×√（Ｗ）、√（Ｐ×Ｅ）のいずれのパラメータを算出しても同等の結果が得られる。
【００３２】
また、ＳＥＬＡＸ法による帯状多結晶シリコン膜の成長に好適なレーザ光のビームプロファイルにおける強度範囲を実験により求めた結果、帯状多結晶が得られるレーザパワーの下限値を１としたとき、そのレーザパワーの上限値は、下限値のおよそ１．４倍であることが判明した。即ち、帯状多結晶が得られるレーザパワーの上限/下限の相対比は約４０％である。本実験に用いたシリコン薄膜（試料）は、ガラス基板上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜を連続成膜して形成された下地膜上に成膜され、その成膜後にＥＬＡ（エキシマレーザアニール）処理が行われている。当該シリコン薄膜は、換言すれば、ＥＬＡ処理（エキシマレーザ照射）を経験した後、ＳＥＬＡＸ法によるレーザ光照射を経験する。ＳＥＬＡＸ法によりシリコン薄膜に投影されるレーザ光の前記パワー相対比は、このレーザ光でアニールされるシリコン薄膜の膜厚や上述した下地膜の膜厚、及びこれらの膜質等の影響を受けて多少変動するが、上述した下地膜の構成が大幅に変更されない限り、同等の数値を示す。以上の実験結果に鑑みれば、レーザ光のビームプロファイル測定結果から結晶膜の良否を判定するとき、実効ビームプロファイル強度の（最大値Ｍax−最小値Ｍin）
／（強度の平均値Ａve）を少なくとも４０％以内に設定しなければ、レーザ照射領域全体に渡り均一性能の結晶膜が得られないことがわかった。
【実施例２】
【００３３】
次に、図７、図８、図９を参照して、本発明による製造方法の実施例を実施例２として説明する。線状に整形されたレーザ光６１は、レンズ収差により形状が糸巻き状に湾曲しており、ビーム中心の短軸幅はＷ１、両端部がＷ２と異なる値となっている。また、ピーク強度分布は長軸方向にわたり一定値Ｐのフラットトップ形状となっている。一方、上記手法により縦軸強度を短軸幅で補正する場合、ピーク強度Ｐにビーム内各位置における短軸幅Ｗの平方根を乗じたプロファイルとなり、プロファイル６３は中心強度がＰ×√（Ｗ1）、端部強度がＰ×√（Ｗ2）のドッグイヤー形状となる。
【００３４】
この様なビームをシリコン薄膜に走査しながら照射すると、実効強度が中心と端部で異なるため、レーザ照射領域には両端にラテラル成長結晶領域６２、中心に微結晶領域６３が形成されてしまう。図８に線状ビーム７１が樽状湾曲した場合を示す。ピーク強度分布７２を、一定値Ｐをとるフラットトップ形状に調整しても、実効強度分布７３は中心強度がＰ×Ｗ4、端部強度がＰ×Ｗ3の中膨らみな不均一形状となり、実際形成される結晶膜も中心部にラテラル成長結晶７４、両端部に微結晶７５が形成されてしまう。即ちピーク強度分布をフラットトップ形状に調整したり、その均一性を評価したとしても、ＳＥＬＡＸ結晶化条件との相関が無い為、プロファイルから結晶状態を推測することはできない。
【００３５】
図９に示すように、実効強度分布８３がフラットトップとなるように光学系を調整する、あるいは均一性を評価してＯＫ（Good、可）/ＮＧ（No Good、不可）判定の基準とすることで、照射領域全域にわたりラテラル成長結晶８４を得ることができる。
【００３６】
ここで、上記アニール工程を含む表示装置の製造工程を図１０及び図１１に示す。図１０は薄膜トランジスタ基板の製造から液晶パネルの製造までの全体プロセスの説明図で、図１１は図１０のレーザアニールプロセス（Ｐ−３）の詳細プロセスを説明する工程図である。図１０に示すように、まずガラス基板上に絶縁膜（下地膜としての酸化シリコンと窒化シリコン）が形成され（プロセス１、以下Ｐ−１のように表記）、その上に非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜が形成され、ＥＬＡによる結晶化が行われる（Ｐ−２）、その後、ＳＥＬＡＸによるレーザアニールが実施される（Ｐ−３）。本実施例のレーザアニールは図１１に示すように、主面に非晶質シリコン膜が形成され、あるいはこの非晶質シリコン膜がＥＬＡ処理等でポリシリコン膜に変換された基板を図１に示した製造装置のステージに搬入する前に、矩形や線状のビームスポット（その面内に長軸と短軸とが規定される）に成形されて当該基板に照射されるレーザ光のビームプロファイル測定が行われる。このレーザ光を用いたＳＥＬＡＸ法による基板のアニール工程の着工（Start)の可否（以下、ＯＫ／ＮＧ）は、このレーザ光のビームスポットにおける長軸方向の強度分布の最大・最小値評価、または均一性評価により判定される。
【００３７】
図９に示すように、ＳＥＬＡＸの着工前に、所望の結晶膜が充分安定して形成できる実効プロファイル強度を条件出し作業で決めておき（図９参照：ラテラル成長しきい値よりも上のレベルに、着工ＯＫ/ＮＧ判定しきい値を設定しておく）、測定プロファイルの強度最低値が、判定しきい値を下回った際に着工ＮＧの警報を鳴らす。ＮＧの場合にはビームが所望の分布、形状をしていない原因の調査、光学系調整を行い再度ビームプロファイル測定による着工ＯＫ/ＮＧ判定を実施する。
【００３８】
着工ＯＫ／ＮＧ判定する際に、ビームプロファイルの実効強度にしきい値を設けて判定を行ってもよいし、あるいは平均ビーム短軸幅（線状ビームの短軸幅を、長軸方向に積算、平均化して算出）にしきい値を設けて判定を行ってもよい。また、実効強度の均一性、平坦性（長軸方向の強度がどれだけ同じレベルを保持しているか。一般的には(（評価範囲内の最大強度−最小強度）/平均強度)で算出）にしきい値を設けて管理を行っても良い。以下に実効プロファイル強度にしきい値を設けて判定する際の着工ＯＫ/ＮＧ判定シーケンスを箇条書きで示す。
【００３９】
[１]線状ビームのビームプロファイルを、ステップスキャン方式で測定、
[２]実効プロファイルを算出（ピーク強度Ｐ、ビーム短軸幅√（Ｗ）を用いて自動解析）、
[３]事前に決められた（実効強度の）しきい値に対し、測定ビームプロファイルの実効強度が下回っていないかを判定、
[４]下回っていれば、警報を鳴らし、レーザ発振器を含む光学系調査を行い、必要ならば調整を行い実効プロファイルを所望の状態に戻す、
[５]ビームを所望の状態に戻した後に、着工を再開する。
【００４０】
着工ＯＫ判定が出たら、基板をアニール装置（図１の製造装置）に搬送し、プリアライメントの後アライメントマークを形成する。アライメントマーク形成はアニール用のレーザで行っても良いし、別のレーザで行っても良い。また、インクジェットのような手段で行っても良い。
【００４１】
形成したアライメントマークでアライメントを行い、画素部および周辺回路部に時間変調した固体連続発振レーザ光を照射し、ＳＥＬＡＸ結晶化を行う。必要なアニールが終了すると、基板をレーザアニール装置から搬出し次工程へ送られる。
【００４２】
図７、図８で説明した様に、レーザ照射領域に微結晶（ポリシリコン）膜とＳＥＬＡＸ結晶（ラテラル結晶シリコン）膜が混在したシリコン膜を位置精度良く形成することが可能となる。
【００４３】
その後、フォトエッチング手法で薄膜トランジスタの能動層となるシリコン膜部分を島状にパターニングして残し（Ｐ−４）、ゲート絶縁膜を形成（Ｐ−５）後、ゲート電極を形成する（Ｐ−６）。このとき、ゲート電極に接続する走査信号配線も同時に形成する。このゲート電極をマスクとしたイオン打ち込みでシリコン膜に不純物を打ち込み、拡散させ（Ｐ−７）、活性化する（Ｐ−８）。
【００４４】
ゲート電極を覆って層間絶縁膜を形成し（Ｐ−９）、ソース電極・ドレイン電極をパターニングする（Ｐ−１０）。このとき、ソース電極又はドレイン電極に接続する駆動信号配線も同時に形成する。ソース電極・ドレイン電極を覆って保護膜（パッシベーション膜）を形成し（Ｐ−１１）、保護膜にドレイン電極又はソース電極に至るコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを通してドレイン電極又はソース電極に接続させて画素電極を成膜する。以上で薄膜トランジスタ基板が間性する。
【００４５】
別途製造した他方の基板（通常はカラーフィルタ基板）と貼り合わせ、貼り合わせ間隙に液晶を封入して封止し、液晶パネルとする（Ｐ−１２）。この液晶パネルと共にバックライトや表示制御か色基板等を組み込んで液晶モジュールを製造する（Ｐ−１３）。
【００４６】
本発明で製造される薄膜トランジスタ基板は、上記の液晶パネル用に限るものではなく、有機ＥＬパネル、その他のアクティブ・マトリクス型の表示装置などの基板にも同様に適用できるものである。
【００４７】
なお、上記の評価方法は、レーザ直描装置のアスペクト比の高い線状ビームのビームプロファイル定量評価にも適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の表示装置の製造方法を実施する製造装置の説明図である。
【図２】帯状結晶シリコン結晶と薄膜トランジスタのソース・ドレイン方向（チャネル方向）を説明する図である。
【図３】ＳＥＬＡＸ製造工程の概要を説明する図である。
【図４】ＳＥＬＡＸ結晶化におけるレーザ出力、線状ビームの短軸幅とＳＥＬＡＸ結晶性の相関関係を示す図である。
【図５】整形光学素子による像面湾曲や歪曲収差とレーザビームの焦点面でのビーム形状を説明する図である。
【図６】レーザビーム全体のエネルギ分布の説明図である。
【図７】本発明による製造方法の実施例を説明する図である。
【図８】本発明による製造方法の実施例を説明する図である。
【図９】本発明による製造方法の実施例を説明する図である。
【図１０】薄膜トランジスタ基板の製造から液晶パネルの製造までの全体プロセスの説明図である。
【図１１】図１０のレーザアニールプロセスの詳細プロセスを説明する工程図である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・レーザ源、２・・・アッテネータ、３・・・連続波レーザ光、４・・・ＥＯモジュレータ、５・・・偏光ビームスプリッタ、６・・・折返しミラー、７・・・ビーム整形光学素子、８・・・スリット、９・・・結像レンズ、１０・・・対物レンズ、１１・・・ＣＣＤカメラ、１２・・・ガラス基板、１３・・・ステージ、１４・・・リニアエンコーダ、１５・・・制御装置、１６・・・ＥＯモジュレータのドライバ、１７・・・データ処理部、１８・・・統括制御装置（ホストコンピュータ）。
【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６】
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