(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された非晶質半導体膜へエキシマレーザから出力されるエキシマレーザ光を１ショット毎に照射するとともにこのレーザ光を前記基板に対して相対的に所定距離だけ走査させる工程と、前記エキシマレーザ光の照射により前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程とを有する多結晶半導体膜の製造方法において、
前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程は、そのときに測定された前記エキシマレーザ光のエネルギー量とエキシマレーザ光のエネルギーのピーク出力を、それぞれそれまでに測定されたエネルギー量とピーク出力の最大値と比較し、
前記エキシマレーザ光のエネルギー量の最大値と前記エキシマレーザ光のエネルギー量の比が所定以上になったときには前記エキシマレーザが異常であると判定し、
前記エキシマレーザ光のエネルギーのピーク出力の最大値と前記エキシマレーザ光のエネルギーのピーク出力の比が所定以上になったときには出力低下が生じたと判定する工程を有し、前記エキシマレーザが異常であると判定されるか、前記エキシマレーザ光の出力低下が生じたことが判定されたならば、異常であるとき、あるいは出力低下が生じたときに前記基板の前記エキシマレーザ光によって照射された部位を、前記エキシマレーザ光によって再度照射する工程を有することを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項２】
前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程の後には、前記レーザ光を前記基板へ導びく窓の汚れ度合に応じて前記エキシマレーザ光のエネルギーを調整する工程を有することを特徴とする請求項１記載の多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項３】
前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程は、前記基板に形成された前記非晶質半導体膜が溶発したか否かを検知する工程を有することを特徴とする請求項１記載の多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項４】
前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程は、前記エキシマレーザ光により前記基板にエネルギーを与えるに際して発生する、前記基板からの飛散物を除去する工程を有することを特徴とする請求項１記載の多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項５】
前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程は、前記エキシマレーザ光により前記基板にエネルギーを与えるに際して前記基板の反りを防止する工程を有することを特徴とする請求項１の多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項６】
前記レーザ光は、直線偏光であることを特徴とする請求項１記載の多結晶半導体膜の製造方法。
【請求項７】
被処理物上に形成された非晶質半導体膜に対してエキシマレーザ光を１ショット毎に照射してエネルギーを与えることによりこの非晶質半導体膜を多結晶化するためのエキシマレーザと、
前記被処理物に対して前記エキシマレーザ光を相対的に走査させるレーザ光走査手段と、
前記エキシマレーザ光が導入されるとともに内部に前記被処理物が設置されるチャンバと、
前記エキシマレーザ光が前記非晶質半導体膜へ照射されたときに測定された前記エキシマレーザ光のエネルギー量とエキシマレーザ光のエネルギーのピーク出力を、それぞれそれまでに測定されたエネルギー量とピーク出力の最大値と比較し、
前記エキシマレーザ光のエネルギー量の最大値と前記エキシマレーザ光のエネルギー量の比が所定以上になったときには前記エキシマレーザが異常であると判定し、
前記エキシマレーザ光のエネルギーのピーク出力の最大値と前記エキシマレーザ光のピーク出力の比が所定以上になったときには出力低下が生じたと判定するとともに、前記各判定時に前記エキシマレーザ光が照射した前記被処理物の座標を記憶し、当該部位を再度エキシマレーザ光によって照射し得るようにした制御装置と
を有することを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項８】
前記チャンバには、前記エキシマレーザ光を前記チャンバの内部に透過する窓部材が設けられ、前記エキシマレーザ光を前記被処理物へ照射しながら前記窓部材の汚れ具合を検知する透過率検知手段と、検知された汚れ度合に応じて前記エキシマレーザ光のエネルギーを調整するエネルギー調整手段とを有することを特徴とする請求項７記載のレーザアニール装置。
【請求項９】
前記エキシマレーザ光により前記被処理物に対してエネルギーを与えるに際して、前記被処理物上に形成された前記非晶質半導体膜が溶発したか否かを検知する溶発検知手段を有することを特徴とする請求項７記載のレーザアニール装置。
【請求項１０】
前記エキシマレーザ光により前記被処理物に対してエネルギーを与えるに際して発生する、前記被処理物からの飛散物を除去する飛散物除去手段を有することを特徴とする請求項７記載のレーザアニール装置。
【請求項１１】
前記チャンバの内部には、前記エキシマレーザ光により前記被処理物にエネルギーを与えるに際して前記被処理物の反りを防止する反り防止手段を有することを特徴とする請求項７記載のレーザアニール装置。
【請求項１２】
前記エキシマレーザ光は、直線偏光であることを特徴とする請求項７記載のレーザアニール装置。
【請求項１３】
前記チャンバには、前記エキシマレーザ光を前記チャンバの内部に透過する窓部材が設けられ、このチャンバの内部空間うちの前記窓部材に対応する空間を気密に隔別する隔別手段を有することを特徴とする請求項７記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非晶質半導体膜を多結晶化する多結晶半導体膜の製造方法、及びこの製造方法を具現化するために用いられるレーザアニール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータやワープロなどの表示装置として薄型で、しかも軽量である液晶表示装置が多く用いられている。なかでも、アモルファスシリコンの薄膜トランジスタ（ａ−ＳｉＴＦＴ）をスイッチング素子として用いたアクテイブマトリックス型液晶表示装置は、多画素にしてもコントラストやレスポンスなどの劣化がなく、しかも中間調表示も可能であることから、フルカラーテレビやＯＡ用の表示装置として期待されている。
【０００３】
ところで、近年の液晶半導体プロセスでは、ガラス基板上に半導体素子を形成して液晶表示素子を構成するため、プロセス温度の低温化が求められている。
上記液晶半導体プロセスとしては、半導体材料である非晶質材料を結晶化させたり、イオン照射により劣化した結晶性を回復させる活性化などのことが行なわれる。
【０００４】
このような目的のために熱アニールが行なわれていた。結晶化や活性化のための熱アニールは、一般に温度が高いほど処理時間が短くてすむが、５００℃以下の処理温度ではアニール時間が長時間になるということがある。
【０００５】
そこで、熱アニールの処理時間を短くして生産効率（スループット）を向上させるために、基板上に膜状に形成された半導体膜としての非晶質（アモルファス）シリコン膜に対して、エキシマレーザのような紫外波長域のレーザ光を照射して、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変えることにより、電子移動度の高い半導体膜を形成するエキシマレーザアニール（ＥＬＡ：Excimer Laser Anneal）技術が開発されている。このプロセスによると非晶質シリコン膜が瞬時に溶融し結晶化するために、基板への熱損傷が少ない約４５０℃以下の低温プロセスにて多結晶シリコン膜の形成をすることができる。そのため耐熱性には劣るが大面積で安価なガラス基板を用いて多結晶シリコン膜を形成することができるという利点がある。
【０００６】
ここで、電子移動度の大きさはμ＝｜ｖd ／Ｅ｜（cm2 /S・V）で表されるものであり、結晶に対して電界Ｅ（V/cm）を与えた際の、結晶中における電子の平均移動速度（ドリフト速度：ｖd （cm/s））の単位電界大きさ当たりでの値である。また非晶質シリコンに関しては、多結晶シリコンへの相転移途上の状態をも含むものとする。何故ならばレーザ光によるアニールの対象となる非晶質シリコンと称されるものは高純度ではあっても、非晶質シリコンの比率が１００％とは限られるものではないが、本発明により形成される多結晶シリコン膜はレーザ光によるアニールの後に非晶質シリコンの比率が減少し多結晶化できれば得ることができるからである。
【０００７】
このような多結晶シリコン膜を用いると、上記の低温プロセスにてガラス基板上に高い電子移動度を持った薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）を作成することができる。この多結晶シリコンＴＦＴによれば、上記の課題は解決されて、ガラス基板上に駆動部ＴＦＴ（相補型トランジスタ）と画素部ＴＦＴとが形成されたアクティブマトリクス基板を用いた、ドライバーモノリシック型と呼ばれる薄型で高精彩の液晶表示装置を得ることができる。ここでは、図１７にガラス基板上に形成されたＬＣＤユニットに示すように、駆動部ＴＦＴはゲート線（走査線）とデータ線（信号線）とによって制御されて、液晶に電圧を加えることで画像を表示する。
【０００８】
そして、このゲート線とデータ線とを制御するのがゲートドライバとソースドライバとから構成される駆動部ＴＦＴである。各ドライバには、信号制御部からの映像信号と同期信号及び電源部からの電力が各々入力される。ゲートドライバは、１フレーム（６０Ｈｚ）に１度、各ゲート線を選択する機能をもったディジタル回路であり、走査時間（１５〜４０μ秒）の周期で動作する。ソースドライバは、アレイ基板上の透明なＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる画素電極と対向基板上の対向画素電極との間に充填された液晶にゲート線に電圧が印加して、画素部ＴＦＴを介して映像情報に応じた電圧を印加する回路である。液晶は、直流電圧を印加し続けると表示が劣化するので対向透明電極に対して交互に反対極性の電圧を印加する反転駆動という交流駆動を行なう。ソースドライバの駆動周波数は２０〜１００ＭＨｚといった高い周波数になる。従って、高周波数の動作が要求される駆動部ＴＦＴの電子移動度は高くする必要がある。場合によっては、高周波数動作に対応するために一つの画素部に対してソースドライバを二ヶ所設ける場合もある。
【０００９】
但し、画素部ＴＦＴの電子移動度は駆動部ＴＦＴの電子移動度よりも低いことが望ましい。何故ならば、この液晶表示装置はアクティブマトリクス基板における画素部ＴＦＴが形成された面に対して光が入射する状況で使用されるが、画素部ＴＦＴのチャンネル部では電子と正孔によって光起電力が発生されるからである。
【００１０】
つまり、これらの発生された電子と正孔とがアクティブマトリクス基板内へと拡散し、画素部ＴＦＴのＰ−Ｎ接合部に到達すると、Ｐ−Ｎ接合部に電流が流れてしまう（光起電力効果）。この効果によって、ＴＦＴにおけるソース電極とドレイン電極との間に存するＰ−Ｎ接合部には電流のリーク現象が引き起こされるので、正確な画像表示を得ることができなくなる。この光起電力効果を抑制するためには、アクティブマトリクス基板を形成するシリコン膜の電子移動度を小さくする必要がある。
【００１１】
しかし、図１８に示すような長軸方向に一様で短軸方向に台形状の強度分布を持つラインビームをガラス基板４に照射すると、ガラス基板４上の画素部ＴＦＴと駆動部ＴＦＴとで同じエネルギー量が与えられることになり、駆動部ＴＦＴへのレーザ光の照射時間を基準とすると、上記のリーク現象が起こるとともにガラス基板５へのレーザ光の照射時間も長くなってしまう。従って、この照射時間を短くするとともに上記のリーク現象を防ぐために、画素部ＴＦＴの電子移動度を低くするようにしてレーザ光を照射すると、画像信号を伝えるために高周波数の動作が要求される駆動部ＴＦＴにおいても、同様に電子移動度が小さくなってしまい、画像信号が伝えにくくなる。そのため画像表示の能力が不十分になる。
【００１２】
更には、画素部ＴＦＴについても、特開平５−２０３９７７号公報に開示の技術の通りに、画素部ＴＦＴを単結晶で形成することで、画素部ＴＦＴの電子移動度を極端に小さい値、即ち２０（cm2 /S・V）以下の大きさにすると、画素におけるスイッチングの反応が鈍くなり画像信号の変化に対しての速応性にかける。
【００１３】
また、レーザ光によるアニールで非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変化させる場合、駆動部ＴＦＴと画素部ＴＦＴとに対してオーバーラップ率を変えて同じ照射面を有するレーザ光でレーザアニールする技術が、特開平７−３０７３０４号公報に開示されている。この場合では、スキャン（ゲート）ドライバー（ゲート線駆動回路）とカラム（ソース）ドライバー（ソース線駆動回路）とで、レーザ光によるアニールの程度を変えて、カラムドライバーを構成する画素部ＴＦＴの電子移動度を高めるようにしている。
【００１４】
しかし、このようにオーバーラップ率を変えてレーザアニールを行うこの技術の場合も、多結晶シリコンにドープされた不純物イオンにエネルギーを与えることによって活性化をしてＣＭＯＳ回路の動作を補償する際において、問題がある。つまり多結晶シリコン膜を得る工程と活性化処理を行う工程とで照射面の面積が不変なため、低エネルギー密度（結晶化の１／１．５程度）での活性化処理を、製造ラインの省面積化などの理由から同一の装置で行おうとすると、レーザ光を発振するエキシマレーザ発振器自体のエネルギー制御を行わねばならないのである。これは、ａ−Ｓｉ：Ｈ中の水素をレーザ光の照射によって取り除く脱水素処理においても同様である。しかし、この場合にも脱水素処理に適合するようなエキシマレーザ発振器の正確な出力制御は困難である。更にこの技術には、レーザ光の照射面の面積が不変のためにＴＦＴが形成されない面にもレーザ光の照射がされる（空打ち）ので、エネルギー利用効率の低下にもつながるという問題もある。
【００１５】
また、特開平８−２０３８４３号公報には、部分部分でレーザビームアッテネータ（光減衰器）の透過率を変化させることで、アクティブマトリクス基板の部位毎で、レーザ光のエネルギー密度を変える技術も開示されている。しかし、この場合では、画素部ＴＦＴの構成される部分では低エネルギーを与える必要があることから、この部分でのレーザビームアッテネータによるエネルギー損失が大きいので、エキシマレーザからアクティブマトリクス基板へエネルギーを与える効率が低くなる。
【００１６】
そして、従来のレーザアニール技術においてはエキシマレーザ発振器から出射されるレーザ光のエネルギー変動に起因して、良好なレーザアニールが行われていないという問題があった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の各技術においては、駆動部ＴＦＴと画素部ＴＦＴとの電子移動度の最適化が困難である点、結晶化処理・活性化処理・脱水素処理を一台の装置で兼ねることができない点、レーザ光のエネルギー利用効率が低下する点及びレーザ光のレーザ発振器の出力変動によってレーザ光のエネルギー変動が起こる点で解決すべき課題があった。
【００１８】
この発明は、上記の各事情に基づいてなされたもので、その目的とするところはレーザ光のエネルギーの利用効率を高めつつ、レーザ光のエネルギー変動をモニタリングしながら、アクティブマトリクス基板上の各部位で電子移動度を異ならせてレーザアニールすることを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法、及びその製造方法を具現化するためのレーザアニール装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板の上に形成された非晶質半導体膜へエキシマレーザから出力されるエキシマレーザ光を１ショット毎に照射するとともにこのレーザ光を前記基板に対して相対的に所定距離だけ走査させる工程と、前記エキシマレーザ光の照射により前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程とを有する多結晶半導体膜の製造方法において、
前記非晶質半導体膜を多結晶化する工程は、そのときに測定された前記エキシマレーザ光のエネルギー量とエキシマレーザ光のピーク出力を、それぞれそれまでに測定されたエネルギー量とピーク出力の最大値と比較し、
前記エキシマレーザ光のエネルギー量の最大値と前記エキシマレーザ光のエネルギー量の比が所定以上になったときには前記エキシマレーザが異常であると判定し、
前記エキシマレーザ光のピーク出力の最大値と前記エキシマレーザ光のピーク出力の比が所定以上になったときには出力低下が生じたと判定する工程を有し、前記エキシマレーザが異常であると判定されるか、前記エキシマレーザ光の出力低下が生じたことが判定されたならば、異常であるとき、あるいは出力低下が生じたときに前記基板の前記エキシマレーザ光によって照射された部位を、前記エキシマレーザ光によって再度照射する工程を有することを特徴とする多結晶半導体膜の製造方法にある。
【００２９】
この発明は、被処理物上に形成された非晶質半導体膜に対してエキシマレーザ光を１ショット毎に照射してエネルギーを与えることによりこの非晶質半導体膜を多結晶化するためのエキシマレーザと、
前記被処理物に対して前記エキシマレーザ光を相対的に走査させるレーザ光走査手段と、
前記エキシマレーザ光が導入されるとともに内部に前記被処理物が設置されるチャンバと、
前記エキシマレーザ光が前記非晶質半導体膜へ照射されたときに測定された前記エキシマレーザ光のエネルギー量とエキシマレーザ光のピーク出力を、それぞれそれまでに測定されたエネルギー量とピーク出力の最大値と比較し、
前記エキシマレーザ光のエネルギー量の最大値と前記エキシマレーザ光のエネルギー量の比が所定以上になったときには前記エキシマレーザが異常であると判定し、
前記エキシマレーザ光のピーク出力の最大値と前記エキシマレーザ光のピーク出力の比が所定以上になったときには出力低下が生じたと判定するとともに、前記各判定時に前記エキシマレーザ光が照射した前記被処理物の座標を記憶し、当該部位を再度エキシマレーザ光によって照射し得るようにした制御装置と
を有することを特徴とするレーザアニール装置にある。
【００３５】
請求項１の発明によれば、アニール処理の最中にレーザ光のエネルギー変動が適性か否かを知ることができ、最適なアニール処理のための指標を得ることがインプロセスにて可能となる。
【００４６】
請求項７の発明によれば、アニール処理の最中にレーザ光のエネルギー変動が適性か否かを知ることができ、最適なアニール処理のための指標を得ることがインプロセスにて可能となり、被処理物に対する良好なアニール処理を行うことができる。
【００５２】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１はこの発明のレーザアニール装置を示し、このレーザアニール装置はチャンバ１を有する。このチャンバ１内にはＸＹテーブル２が設けられている。このＸＹテーブル２はテーブル駆動源３によってＸＹ方向に駆動されるようになっている。
【００５３】
上記ＸＹテーブル２上には液晶表示素子を構成する被処理物としてのガラス基板４が載置される。このガラス基板４には図２に示すように画素部ＴＦＴ５ａと、駆動部ＴＦＴ５ｂとが形成される非晶質半導体膜がたとえばＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) などの手段によって、図５に示すようにアンダーコート４ｂと非晶質半導体膜４ｃとが、所定の厚さで一様にガラス基板４上に成膜されている。なお、ここでは非晶質半導体膜４ｃとして、膜厚が５０ｎｍ〜１００ｎｍのアモルファスシリコン膜を用い、その半導体膜の下層に膜厚が０．３５μｍ〜０．４０μｍであるＳｉＯx ，ＳｉＮx やＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate：Ｓｉ［ＯＣ2 Ｈ5 ］4 ）がアンダーコート４ｂとして成膜されている。上記各非晶質半導体膜は後述するようにアニール処理される。
【００５４】
上記チャンバの上部には開口部が形成され、この開口部は透明なガラス板からなる窓部材６によって気密に閉塞されている。この窓部材６からチャンバ１内へは上記ガラス基板４をアニール処理するためのレーザ光Ｌが入射する。このレーザ光Ｌは出力２００Ｗでパルス幅２５ｎｓで、エキシマレーザ（媒質：ＸｅＣｌ）である第１のレーザ装置７から出力される。このレーザ光Ｌの光路にはバリアブルアッテネータ８が配設されている。このバリアブルアッテネータ８は回転駆動部９によってレーザ光Ｌの光軸に対する傾斜角度が制御されるようになっている。それによって、上記バリアブルアッテネータ８は上記レーザ光Ｌに対する透過率が可変にできるので、それによりレーザ光Ｌのエネルギー密度を制御できるようになっている。
【００５５】
上記バリアブルアッテネータ８から出射したレーザ光Ｌはエキスパンダ１０によってビーム形状が拡大されてからビーム形状整形器１１に入射する。このビーム形状整形器１１は、図３（ａ）、（ｂ）に示す構造になっている。つまり、駆動部１２でＸ軸の光を分割して集光する一対のアレイレンズ１１ａ及びＹ軸の光を分割して集光する一対のアレイレンズ１１ｂうちの一方を動かすことで焦点をずらすことができる。そして、アレイレンズ１１ａから出射した光はレンズ１１ｃで集光され、アレイレンズ１１ｂから出射した光はレンズ１１ｄで集光される。ここで、アレイレンズ１１ｂの一方を照射面側に駆動部１２で動かすとＸ軸断面での照射幅が広がり、逆に動かすと狭まる。Ｙ軸断面に関してもアレイレンズ１１ａを同様にすれば良い。
【００５６】
上記ビーム整形器１１は駆動部１２によって駆動され、それによって照射面の形状（レーザ光Ｌのパターン形状）が変化しても、レーザ光Ｌ自体のもつエネルギー量がほぼ不変のままエネルギー密度を変えることができる。
【００５７】
上記ビーム形状整形器１１によって所定の照射面形状に成形されたレーザ光Ｌは反射ミラー１５で反射し、結像レンズ１６を通じて上記チャンバ１の窓部材６からその内部に入射する。それによって、レーザ光Ｌは上記チャンバ１内に設けられたガラス基板４を照射して後述するようにアニール処理するようになっている。
【００５８】
レーザ光Ｌが上記反射ミラー１５に入射して反射することで、その一部が反射ミラー１５から漏洩する。その漏洩したレーザ光Ｌは集光レンズ１６を介して検出器１７によって検出される。この検出器１７はレーザ光Ｌのパルス波形の積分値（レーザ光Ｌのエネルギ量）と、ピーク出力とを検出する。これらの検出信号は演算部１８に入力され、ここで、それまでに入力された値のうちの最大値と比較される。
【００５９】
上述したように、レーザ光Ｌのエネルギー量ＥＳ  とピーク出力ＥＰ  （図４に示す）とのエネルギーを比較し、その値の比が所定以上となったときには第１のレーザ装置７が異常であるという判定をし、ピーク出力の比が所定以上になったときには第１のレーザ装置７の放電のばらつきによる出力低下が生じたと判定する。
なお、その比の値とはエキシマレーザ光のエネルギー量の最大値と前記エキシマレーザ光のエネルギー量の比のことであり、ピーク出力の比とはエキシマレーザ光のピーク出力の最大値と前記エキシマレーザ光のピーク出力の比のことである。
各判定時には、そのときにレーザ光Ｌが照射したガラス基板４の座標がテーブル駆動源３の駆動を制御するシステム制御装置１３に記憶され、その箇所がレーザ光Ｌによって再度、照射できるようになっている。つまり、レーザ光Ｌの照射による非晶質半導体膜の結晶化を確実に行なえるようになっている。
【００６０】
チャンバ１内でガラス基板４をアニール処理すると、ガラス基板４の内面には、たとえば非晶質半導体膜のアブレーションによって生じた塵埃などが付着して汚れが生じ、チャンバ１内に入射するレーザ光Ｌの強度が低下するということがあるので、上記窓部材６の汚れ度合が検出される。すなわち、窓部材６の斜め上方には、この窓部材６に向けて紫外線Ｓを出力する光源２１が配設されている。この光源２１からの紫外線Ｓはレンズ２２を通って上記窓部材６を照射する。窓部材６の汚れ度合によって紫外線Ｓの反射光量が変化する。つまり、窓部材６が汚れていれば、反射光量が増大する。
【００６１】
窓部材６で反射した紫外線ＳはＣＣＤカメラ２３で撮像され、ＣＲＴ２４に写し出されるとともに画像処理部２５で二値化処理されて上記システム制御装置１３に入力される。このシステム制御装置１３では画像処理部２５からの二値化信号のレベルを基準値と比較し、その比較値に応じて上記窓部材６に入射するレーザ光Ｌの強度を制御する。この制御はガラス基板４のアニール処理を終えた後で行なわれる。
【００６２】
レーザ光Ｌの強度の制御は、上記バリアブルアッテネータ８の傾斜角度の制御と、上記第１のレーザ装置７に接続された電圧制御部２６によってこのレーザ装置７に印加される電圧値の制御とで行なわれる。印加電圧による出力制御は精度が低いが、大きな範囲で制御できる。これに対してバリアブルアッテネータ８による制御においては範囲は狭いが、精度の高い制御が行なえる。したがって、２つの制御手段を有することで、レーザ光Ｌの出力を広い範囲で精度よく行なえることになる。
【００６３】
上記窓部材６の汚れ度合が所定以上となったときには、その窓部材６が汚れていない新たな窓部材６に交換される。窓部材６を交換する場合には、仕切り部材３１によってチャンバ１の内部空間の一部がほかの部分に対して気密に隔別される。
【００６４】
上記仕切り部材３１は上記チャンバ１の一側に設けられた通孔３２に第１のシール部３３によって気密な状態でスライド自在に設けられ、仕切り用駆動源３４によってスライド駆動されるようになっている。
【００６５】
上記仕切り部材３１が挿入方向に駆動され、上記窓部材６の下面側を覆う位置に到達すると、その先端部が上記チャンバ１内に設けられた第２のシール部３５によって気密にシールされる。
【００６６】
それによって、仕切り部材３１の上面側と下面側との空間部が気密に隔別されるから、汚れた窓部材６をチャンバ１から取り外しても、チャンバ１内の空間のうち、上記仕切り部材３１によって隔別された下面側の空間部は大気に解放されることがない。そのため、窓部材６を交換したのち、チャンバ１内を真空引きしたり、不活性ガスに置換するなどの作業を迅速かつ容易に行なうことができる。
【００６７】
上記チャンバ１内に載置されたガラス基板４をアニール処理する際、その面に形成された非晶質半導体膜がレーザ光Ｌによって照射されると、その膜が薄かったりレーザ光Ｌのエネルギが高すぎたりして、膜の剥離や飛散を起こすアブレーション（溶発）が発生することがあり、アブレーションが発生したガラス基板４は不良品として除去しなければならない。
【００６８】
そこで、チャンバ１内でガラス基板４にレーザ光Ｌを照射する際、シャドーグラフ法やシュリーレン法によってアブレーションが発生したか否かが影や光学的な乱れに基づいて観察される。ここで具体的な構成を説明する。チャンバ１の一側壁の外側には観察光Ｋを出力する第２のレーザ装置４１（媒質：Ｈｅ−Ｎｅ）が配設されている。この第２のレーザ装置４１からの観察光Ｋは上記側壁に気密に形成された透過窓４２を通過してＸＹテーブル２上のガラス基板４の上面の所定の高さの部分をガラス基板４に平行に通過する。
【００６９】
チャンバ１内を通過した観察光Ｋは他側壁に形成された出射窓４３から出射し、レンズ４４で集光されて検出器４５で飛散物に起因し影や屈折率の変化が生じることで発生する光学的なムラが検出される。したがって、上記ガラス基板４にアブレーションが発生すれば、そのことを上記検出器４５によって検出できるようになっている。なお、検出器４５によるアブレーションの検出は、第１のレーザ装置７からパルス出力されるレーザ光Ｌと同期させて行なえばよい。
【００７０】
上記チャンバ１の底部には、この内部を減圧する第１の真空ポンプ５１が第１のバルブ５２を介して配管接続されている。さらに、チャンバ１の側壁には上記仕切り部材３１によって隔別された空間を減圧できる位置に第２の真空ポンプ５３が第２のバルブ５４を介して配管接続されている。この配管には第３のバルブ５５が設けられ、この第３のバルブ５５を介してチャンバ１内に窒素などの不活性ガスを供給できるようになっている。
【００７１】
さらに、チャンバ１内には、この内部で上記アブレーションその他で発生する塵埃を捕捉するための静電フィルタ５６が設けられている。この静電フィルタ５６は、上記第３のバルブ５５からチャンバ１内へ不活性ガスを供給したときに、その流路となる位置に配設することが好ましい。それによって、チャンバ１内の塵埃を効率よく捕捉できるようになっている。この捕捉によりチャンバ１内の雰囲気が清浄化され、レーザ光Ｌによる塵埃の影が生じないので最適なアニール処理ができる。
【００７２】
つぎに、上記構成のレーザアニール装置を用いてガラス基板４をアニール処理する場合について説明する。図５に示すガラス基板５の大きさが幅寸法300mm 、長さ寸法400mm の場合、従来はレーザ光Ｌを150mm ×0.4mm のラインビーム形状とし、オーバラップ率９０％で幅方向を２つの領域に分けて図１８に示すように走査することで全面をアニール処理して結晶化していた。レーザ光Ｌの繰り返し周波数が300 Ｈz であると、レーザ光Ｌを上記ガラス基板５の全面に走査するのに66.7秒必要とした。
【００７３】
つまり、従来は予め定められたビーム形状のレーザ光Ｌでアニール処理する構成であったので、レーザ光Ｌを、ガラス基板５のデイスプレイ回路部５ａと駆動回路部５ｂとの領域を別々に照射することができなかった。
【００７４】
そのため、画素部ＴＦＴ５ａと駆動部ＴＦＴ５ｂとを同時に照射するということが行なわれていたので、その場合は駆動部ＴＦＴ５ｂを最適な状態に結晶化させるに十分な９０％のオーバラップ率で走査しなければならなかったため、処理時間が多く掛かるということがあった。
【００７５】
この発明のレーザアニール装置では、図５に示すガラス基板５の照射領域を、第１の領域乃至第３の領域Ａ〜Ｃに分け、それぞれの領域ごとにレーザ光Ｌを照射するうにした。
【００７６】
つまり、この発明のレーザアニール装置はレーザ光Ｌの照射面をビーム整形器１１によって可変とすることができる。そこで、ガラス基板５の大きさが従来と同様300mm ×400mm で、駆動部ＴＦＴ５ｂの幅寸法が約10mmであるとするなら、領域ＡとＣとをレーザ光Ｌで照射する場合には、従来の形状のレーザ光Ｌのビーム形状（150mm ×0.4mm ）のエネルギ密度を従来と同じに保ち、形状だけを変える。つまり、面積は一定にして形状だけを変えると、その形状は130mm ×0.46mmとなる。
【００７７】
また、領域Ｂを走査させる場合には、レーザ光Ｌは従来の形状が20mm×3mm の形状に制御される。領域Ａ、Ｃを照射するビーム形状を図５にＰ1 で示し、領域Ｂを照射するビーム形状をＰ2 で示す。なお、従来のビーム形状を同図にＰ3 で示す。
【００７８】
そして、駆動部ＴＦＴ５ｂを照射するときにはオーバラップ率を９０％とし、画素部ＴＦＴ５ａを走査するときにはオーバラップ率を５０％とすれば、レーザ光Ｌの繰り返し周波数が300 Ｈz であると、１枚のガラス基板５を処理するのに18.4秒となり、従来の処理時間の約３０％に短縮できる。
【００７９】
つまり、この発明のレーザアニール装置は、レーザ光Ｌの光路にビーム整形器１１を設け、このビーム整形器１１を駆動部１２を介してシステム制御装置１３により制御することで、上記レーザ光Ｌを照射領域の形状に応じて所定のビーム形状に成形できるようにしたことと、ガラス基板４に設けられた画素部ＴＦＴ５ａと駆動部ＴＦＴ５ｂとを、それぞれ要求される度合に応じて結晶化するようにしたから、上述したごとく、１枚のガラス基板５の処理時間を大幅に短縮することが可能となった。
【００８０】
また、ドーピング後の結晶化ではなく、活性化を行なう場合には、結晶化に比べてエネルギ密度が６０％程度でよいから、そのエネルギ密度になるようレーザ光Ｌのビーム形状を拡大する。
【００８１】
たとえば、150mm ×0.4 mmのビーム形状で結晶化を行なったのちに活性化を行なう場合、結晶化の場合に対してエネルギ密度を６０％とすると、そのビーム形状は150mm ×0.67mmとなるから、活性化と同じオーバラップ率で走査しても、処理効率は約1.68倍に向上するとともに、レーザ光Ｌの照射面の面積が可変のためにＴＦＴが形成されている面のみにレーザ光Ｌの照射がされるので、エネルギー利用効率の向上につながっている。
【００８２】
また、図６に示すように光学系を変更することによって照射面積を可変にせずとも、照射面の中の部位毎にエネルギ密度を変えることができる。つまり、回路領域毎の特性に応じた複数の照射面を有するレーザ光を異なったオーバーラップ率で同時に走査することができる。ここで、オーバーラップ率を低くして走査するゲートドライバー部や画素部のＴＦＴが形成される部位では、短軸方向の照射面の長さが図７に示すように短くなる。
【００８３】
このようにすると、先にあげた特開平７−３０７３０４号公報に開示の技術のように、異なる回路領域毎にレーザ光の照射面について正確な位置合わせをする必要が軽減されるという効果もある。また、レーザ光の照射面の面積が不変のためにＴＦＴが形成されない面にもレーザ光の照射がされない（空打ちがない）ため、レーザ光のエネルギー利用効率の向上にもつながる。
【００８４】
図６では、第１のレーザ装置７から出射されたレーザ光は、ハーフミラー６１で二つに分割され、各々をラインビームに成形するホモジナイザ光学系６２，６３に入射する。各ホモジナイザ光学系６２，６３は、例えばアレイレンズを二枚を組み合わせたものを用いる。アレイレンズの分割数は、照射面の大きさや光強度の均一性を考慮して決まっている。図８に示すようなガラス基板４（アレイ基板）にレーザ光を走査して照射するために、ホモジナイザ光学系６２はレーザ光をソースドライバ部７１の短辺部に合わせた形状に成形し、ハーフミラー６４とミラー６５でレーザ光を二つに分割する。そして、ホモジナイザ光学系６３はレーザ光をゲートドライバ部７２及び画素部７３の長辺部に合わせた形状に成形する。ハーフミラー６１，ホモジナイザ光学系６３，反射ミラー６６を通過したレーザ光は、反射ミラー６７で反射される。そして、これらの三つのレーザ光はレンズ６８で合成されて窓部材６を通してガラス基板４に照射される。その際に図６に示すようなカナヅチ型の照射面をもつことになる。第１のレーザ装置７の発振周波数は２００Ｈｚとし、ここからのレーザ光をガラス基板４に照射する。
【００８５】
従来では、ソースドライバ部７１で電子移動度１００ｃｍ2 ／ｖ・ｓを得るためには、照射面積を０．４ｍｍ×１５０ｍｍで、エネルギー密度を４００ｍＪ／ｃｍ2 のレーザ光をオーバラップ率９９％で走査していたものをエネルギー密度は４００ｍＪ／ｃｍ2 のままで、レーザ光Ｌの照射面形状を図７に示すようにする。なお、図７において、ａ＝0.2mm ，ｂ＝2.0mm ，ｃ＝10mm，ｄ＝130mm である。そして、上記照射面形状のレーザ光Ｌを、図８に示す矢印方向に走査する。
なお、同図においてμは電子移動度である。
【００８６】
このようにして走査速度が５倍にできるとともにソースドライバ部７１は、図９に示す電子移動度とショット数の関係により、オーバーラップ率９９％にて電子移動度μ＝１００ｃｍ2 ／ｖ・ｓを得ることができる。ゲートドライバ部７２及び画素部７３は、図９に示す電子移動度とショット数の関係により、オーバーラップ率９０％にてμ＝５０ｃｍ2 ／ｖ・ｓを得ることができて良好な動作ができる。この手法によって、従来に行われていた一定の照射面積および一定のオーバラップ率での走査に比べて５倍の生産効率が得られる。
【００８７】
そして、図７に示す照射面形状を得る手法として図１０に示す光学系も考えられる。２台のレーザ装置７a ，７b を用い、これらの各々に照射面０．２×１３０ｍｍと２×１０ｍｍを得るための上述したホモジナイザ光学系６２，６３を構成して、ハーフミラー６４と反射ミラー６６，６７及びレンズ６８によって三つのレーザ光を合成する。この場合では、各レーザ装置７a ，７b の出力は図６に示す装置の二分の一でよい。
【００８８】
更に、これらの２台のレーザ装置７a ，７b の発振周波数を変えることでも照射面の形状（面積）を変えたときと同一の効果が得られる。例えば、図１１に示すような照射面の形状とした場合に、上記のような良好な電子移動度を得るためには、光学系でｅ×ｇ（0.2mm ×10mm）に形成された照射面７４の発振周波数を光学系でｅ×ｇ（0.2mm ×130mm ）に形成された照射面７５の１０倍として、それぞれの照射面の長辺に垂直の方向へ図８と同様に走査をすることもできる。ＮＡＯ、同図中ｈは150mm である。
【００８９】
また、これらの際にレーザ光の光軸に偏光子（ポラライザ）を挿入して、従来のランダム偏光とは異なった直線偏光のレーザ光を照射すると、多結晶シリコンの結晶の粒径が増大する。図１２に紙面に垂直な成分を持つ偏光Ｐa および紙面に平行な成分を持つ偏光Ｐb と結晶の粒径の関係を示す。偏光Ｐb がゼロに近付けば良いことが分かる。故に、良好な電子移動度を得るために多結晶化を促進する必要性から、垂直な成分を持つ直線偏光でアニールを行なうことが望ましい。
【００９０】
加えて、レーザアニール装置は、ビームホモジナイザの中に結像光学系を使用した装置であるが結像光学系は、ある焦点位置に対して一定の焦点深度をもつ。しかし、被加工物を焦点位置から焦点深度の長さ以上だけずれた位置に設置した場合、焦点位置での像と異なるものであるため、適切なアニールができなくなる。そして、ガラス基板４は大面積のガラスで形成されているため、大きな反りがあるために上述の理由から図１３に示すように加工点が焦点位置（×）からずれてしまう。よって、図１４（ａ）〜（ｂ）に示すようにＸＹテーブル２に複数の吸着口７６を設けてこれらから吸引を行ない、反りを無くした状態にガラス基板４を吸着することで、焦点位置から焦点深度の範囲内に保った状態でレーザ光によるアニールを行なうことができる。
【００９１】
一方、上記アニール処理装置は、ガラス基板５をアニール処理する際、反射ミラー１５から漏洩するレーザ光Ｌの一部が検出器１７によって検出される。第１のレーザ装置７に異常が生じると、レーザ光Ｌのエネルギ量とピーク出力とが変動するから、その異常状態が検出できる。それと同時に、異常なレーザ光Ｌによって照射されたガラス基板５の座標がＸＹテーブル２を駆動するテーブル駆動源３を制御するシステム制御装置１３によって検出される。
【００９２】
したがって、ガラス基板５の全面をアニール処理したあとで、異常なレーザ光Ｌによって照射された箇所をシステム制御装置１３に記憶された座標信号によって再度照射することで、その箇所を適正な状態となるようアニール処理することができるから、不良品の発生をなくすことができる。
【００９３】
アニール処理の良否は、第１のレーザ装置７の異常だけでなく、チャンバ１の窓部材６の内面に塵埃が付着することによっても影響を受ける。そこで、この発明では上記窓部材６の汚れ度合を、上記窓部材に紫外線Ｓを照射し、その反射量によって判別している。そして、汚染度合に応じて第１のレーザ装置７から出力されるレーザ光Ｌの出力を電圧制御部２６やバリアブルアッテネータ８の角度によって調整するようにしている。
【００９４】
そのため、上記窓部材６からチャンバ１内へ入射するレーザ光Ｌの強度を一定に維持することができるから、窓部材６の汚れによってアニール処理するレーザ光のエネルギ密度が低下するのを防止できる。
【００９５】
上記レーザ光Ｌの制御は、電圧制御部２６とバリアブルアッテネータ８とによって二段階に行なえるようになっている。電圧制御部２６による制御は大きな範囲での調整ができ、バリアブルアッテネータ８での制御は微調整ができる。そのため、これら両者でレーザ光Ｌの出力を制御すればその制御を広範囲にわたって精度よく行なうことが可能となる。
【００９６】
窓部材６がある程度以上に汚れたら、レーザ光Ｌの出力を制御しても、チャンバ１内に入射するレーザ光Ｌの強度を補償することができなくなる。その場合には、上記窓部材６を交換する。窓部材６を交換する場合には、仕切り用駆動源３４を作動させて仕切り部材３１をチャンバ１内へ侵入させる。
【００９７】
それによって、上記仕切り部材３１はチャンバ１の内部空間、つまり仕切り部材３１の上面側の空間部と下面側の空間部とを気密に隔別する。その状態で汚れた窓部材６を取り外し、新しい窓部材６に交換したのち、窓部材６を外すことで、大気に解放された上面側の空間部を、第２の真空ポンプ５３で減圧したり、あるいは第３のバルブを介して不活性ガスに置換するなどする。
【００９８】
その際、減圧したり、不活性ガスに置換する空間部は仕切り部材３１によって仕切られた一部の空間部だけでよく、チャンバ１の内部全体とならないから、その作業を迅速かつ容易に行なうことができる。
【００９９】
さらに、この発明のレーザアニール装置は、ガラス基板５を処理している最中に、非晶質半導体膜にアブレーションが発生すると、そのことを検出器４５によって検出できる。そのため、アブレーションが発生したガラス基板５を不良品として確実に排除できるということがある。
【０１００】
さらにチャンバ１内には静電フィルタ５６が設けられているから、チャンバ１内で発生する塵埃を効率よく捕捉することができる。そのため、チャンバ１内で発生する塵埃がガラス基板５に付着するのを防止できるから、それによる不良品の発生を低減させることができる。
【０１０１】
このようにしてガラス基板４に設けられたアモルファスシリコン膜７がアニールされることによって、このガラス基板４には多結晶半導体薄膜としてのポリシリコン膜が形成され、そして通常のＰＥＰ(Photo Engraving Process) 工程を経て半導体装置としてのＴＦＴが形成されることとなる。次いで、ガラス基板５は液晶表示装置に組み立てられるのである。
【０１０２】
さて、ここでこれらのレーザアニール装置によって具現化され、上記の半導体膜の製造方法を用いて製造された多結晶シリコンによって構成される、ドライバーモノリシック型の液晶表示装置について説明する。図１５は液晶表示装置８１を示す。なお、スペーサ、カラーフィルタ、遮光膜及び偏光板等は不図示である。この液晶表示装置８１のガラス基板４上には上記半導体装置としてのコプラナー型薄膜トランジスタが通常のＰＥＰ工程等を経て各々形成される。つまりＰ型ＴＦＴ８２、Ｎ型ＴＦＴ８３および画素ＴＦＴ８４が形成される。Ｐ型ＴＦＴ８２とＮ型ＴＦＴ８３は駆動部８５を形成しており相補型トランジスタ（ＣＭＯＳ）となっている。画素ＴＦＴ８４は画素マトリクス部（表示部）８６を形成している。
【０１０３】
各ＴＦＴ８２〜８４は、アモルファスシリコン膜を上述したアニール方法によって、結晶化したシリコン膜（以下、ポリシリコン膜という）８７に所定の形状で形成され、ガラス基板４上に成膜されたアンダーコート４ｂに積層されている。このポリシリコン膜８７には電子が流れる通路となるチャネル領域８７ａと、Ｐ（リン）やＢ（ボロン）等の不純物（ドナー／アクセプタ）がドープされたソース領域８７ｂ及びドレイン領域８７ｃとに形成されている。
【０１０４】
ポリシリコン膜８７は、ゲート絶縁膜８８によって覆われている。ゲート絶縁膜８８上にはゲート電極８９が形成され、このゲート電極８９は層間絶縁膜９１によって覆われている。そして、層間絶縁膜９１にはコンタクトホールが設けられ、それを介してソース領域８７ｂに接続されたソース電極９２ａ及びドレイン領域８７ｃに接続されたドレイン電極９２ｂが形成されている。さらに画素ＴＦＴ８４にはソース電極９２ａを介してソース電極線（信号線）９３ａが接続されると共に、ドレイン電極９２ｂを介してＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる画素電極９３ｂが接続されている。なお、ソース領域８７ｂとドレイン領域８７ｃとが入れ替っても液晶表示装置８１の動作を行うことはできるのは言うまでもない。
【０１０５】
上述のような構成の半導体装置が形成されたガラス基板４の上方には、下面にＩＴＯ膜からなる対向画素電極（共通電極）１０１が設けられた対向ガラス基板１０２が図示しないスペーサを介して所定間隔で配置されている。そして、これらのガラス基板５と対向ガラス基板１０２との間に存する画素マトリクス部８６を形成する空間の周縁部は、シール剤により封止されている。これにより形成された密封空間部には液晶１０３が充填されている。なお液晶１０３の充填は、このシール剤による封止前に液晶１０３をガラス基板５または対向ガラス基板１０２上に滴下した後にガラス基板５と対向ガラス基板１０２とを張り合わせて行っても良いし、このシール剤による封止後にシール剤の注入口から液晶１０３を前記密封空間部中に注入もしくは真空吸引して行っても良い。更に、画素マトリクス部８６に対応するガラス基板５と対向ガラス基板１０２には液晶１０３を挟み込む形でポリイミドによる配向膜１０４が形成されている。また図１６に示す様にゲート電極８９にはゲート電極線（走査線）１０５が接続されている。
【０１０６】
上記の半導体装置を有する液晶表示装置８１は、上述したアニール方法によって結晶化されたポリシリコン膜８７によって形成されている。このアニール方法によれば、図２のアモルファスシリコン膜４ｃの結晶化を促進して適切な電子移動度を得ることができる。
【０１０７】
よって、最適な電子移動度が得られていないようなポリシリコン膜８７を用いて半導体装置が形成されることはないので、この半導体装置を組み込んだ液晶表示装置８１の製造工程における歩留まりを結果として向上させることができる。
【０１０８】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々に変形が可能である。例えば、上述の実施形態ではガラス基板４に対してレーザ光を走査させるためにチャンバ１内に設けられたＸＹテーブル２上にガラス基板４を載置して駆動して走査したが、レーザ光の方を光学系でＸＹ方向に移動させてガラス基板４に対して走査しても良い。
【０１０９】
【発明の効果】
以上、述べたように本発明によると最適な電子移動度をもったポリシリコンアクティブマトリックス基板を得ることができるため、良質なドライバーモノリシック型液晶表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のレーザアニール装置の構造を示す概略構成図。
【図２】本発明に用いられる成膜がなされた被アニールガラス基板を示す拡大断面図。
【図３】本発明の一実施形態のレーザアニール装置におけるビーム形状整形器を構成する光学系の構造を示す概略構成図。
【図４】本発明の一実施形態のレーザアニール装置におけるレーザ光のエネルギー変化を示すグラフ。
【図５】図３のビーム形状整形器を用いた場合のガラス基板での回路形成部位とレーザ光の照射面との関係の一例を示す上面図。
【図６】本発明の他の実施形態のレーザアニール装置の構造を示す概略構成図。
【図７】図６のレーザアニール装置で得られるレーザ光の照射面の形状を示す上面図。
【図８】図７のレーザ光の照射面でアニールした場合のガラス基板での回路形成部位とレーザ光の照射面との関係の一例を示す上面図。
【図９】照射エネルギー密度が４００ｍＪ／ｃｍ2 においてパルスレーザ光を照射した場合のショット数とシリコン膜の電子移動度との関係を示すグラフ。
【図１０】図６の変形例のレーザアニール装置の構造を示す概略構成図。
【図１１】図１０のレーザアニール装置で得られるレーザ光の照射面の形状を示す上面図。
【図１２】偏光度を変化させてレーザ光を照射した場合の偏光度とシリコン膜の電子移動度との関係を示すグラフ。
【図１３】レーザアニール時のガラス基板の反りを示す概略斜視図。
【図１４】図１３のガラス基板の反りを防止するＸＹステージの構造と作用とを示す概略断面図。
【図１５】本発明の一実施形態のドライバーモノリシック型の液晶表示装置の構造を示す概略断面図。
【図１６】図１５の液晶表示装置の画素部の構造を示す概略上面図。
【図１７】ＬＣＤユニットの構造を示す概略構成図。
【図１８】従来のレーザ光の走査を示す概略斜視図。
【符号の説明】
１…チャンバ
２…ＸＹテーブル（走査手段）
５…ガラス基板（被処理物）
６…窓部材
７…第１のレーザ装置
８…バリアブルアッテネータ（エネルギ制御手段）
１１…ビーム整形器
２１…光源（検出手段）
２３…ＣＣＤカメラ（検出手段）
２６…電圧制御部（エネルギ制御手段）
３１…仕切り部材
３４…仕切り用駆動源
【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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【図１８】
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