(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四方形状のパネル基板が複数個密集してなる大面積基板上にてライン状のビームを複数回走査して前記大面積基板上に堆積される非晶質半導体膜を結晶化する多結晶半導体膜の製造方法において、
前記大面積基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、
レーザアニール装置で発振されたレーザ光をライン状のビームに整形し、整形された前記ライン状のビームの長さを前記パネル基板の縦方向或いは横方向の整数倍となる第1の長さに調整する工程と、
ビームの長さを前記第1の長さに調整された前記ライン状のビームを前記非晶質半導体膜に照射する工程と、
レーザアニール装置で発振されたレーザ光をライン状のビームに整形し、整形された前記ライン状のビームの長さを前記パネル基板の縦方向或いは横方向の整数倍となり、前記第1の長さとは異なる第2の長さに調整する工程と、
ビームの長さを前記第2の長さに調整された前記ライン状のビームを前記非晶質半導体膜に照射する工程とを有する事を特徴とする多結晶半導体膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質半導体膜から多結晶半導体膜を得るために、非晶質半導体膜にレーザのライン状のビームを照射する多結晶半導体膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高精細な液晶表示素子のスイッチング素子として、移動度が高く且つ液晶表示素子の駆動も含めた高性能化が可能であることから、多結晶半導体膜であるポリシリコンを半導体層とする多結晶薄膜トランジスタ（以下ｐ−ＳｉＴＦＴと略称する。）の実用化が進められている。一般に多結晶半導体膜は、非晶質半導体膜にレーザビームを照射して多結晶化するレーザアニール法により形成されている。そして特にレーザビームの長尺化が可能であるエキシマレーザアニール装置を用いてのレーザアニールが多用されている。
【０００３】
このようなエキシマレーザアニール装置は、従来はエキシマレーザ発振器から発振され、ホモジナイザによりライン状に整形されたラインビームを、光学系により非晶質半導体膜を有する絶縁基板上に集光すると共に、光学系の最終出口と絶縁基板との間にスリットを設けてラインビーム長を目的長さに固定設定し、このラインビームを用いて非晶質半導体膜の全面もしくは任意の領域をアニールして多結晶半導体膜を形成していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来のエキシマレーザアニール装置は、スリットによりラインビーム長が固定長さに設定されてしまい、ラインビームの長さが一定であり、絶縁基板毎あるいは同一絶縁基板内でその長さを変えることが不可能であった。
【０００５】
一方製造の効率化のため、絶縁基板は、多数の液晶表示素子分のパネル領域をマトリクス状に配列可能となる様大面積化され、このような大面積基板上の非晶質半導体膜をアニールする場合には、ライン長の長いエキシマレーザビームであっても１回の走査では必要領域全面をアニールすることが出来ず、図７に示すように、大面積基板１上で一定長さのラインビーム２を複数回走査させていた。
【０００６】
このため、大面積基板１上にはマトリクス状に配列される任意のパネル領域３内にラインビーム２が重なる領域［Ａ］を生じてしまっていた。しかもラインビーム長が固定長さである一方、大面積基板１上に形成されるパネル領域３のサイズや形状が多様であり、更に１枚の大面積基板１上に形成されるパネルサイズが複数種ある場合があり、パネル領域３内でのラインビーム２照射の重なり領域［Ａ］の形成を避けられなかった。
【０００７】
この照射の重なり領域［Ａ］は他の領域よりもラインビーム２に走査される回数が多いため結晶化後の結晶粒径、電気的な特性等が異なってしまい、他の領域と特性が異なり、このような多結晶半導体膜を用いて液晶表示パネルを製造すると、領域［Ａ］に表示ムラを生じ、ひいては液晶表示素子の表示品位の低下を生じ、生産歩留まりを低下するという問題を有していた。
【０００８】
このため、固定長さのラインビーム２に合わせて、大面積基板１上の各パネル領域３間の間隙を拡大して、表示パネル３内にラインビーム２が重なる領域［Ａ］が形成されるのを避ける方法も検討されているが、この方法は、大面積基板１を有効に利用出来ず、量産に適さないという新たな問題を生じていた。
【０００９】
本発明は上記課題を除去するもので、レーザのラインビームを複数回走査して大面積基板をアニールする際に、パネル領域内でのラインビームの重なり領域の発生を防止し、基板の大面積化、基板上のパネル領域の多様化等に拘わらず、大面積基板上にてレーザによるラインビームを均一に照射出来、ひいては均一特性を有する多結晶半導体膜を得る事により良好な表示品位の液晶表示素子を高い歩留まりで得ることが出来る多結晶半導体膜の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、四方形状のパネル基板が複数個密集してなる大面積基板上にてライン状のビームを複数回走査して前記大面積基板上に堆積される非晶質半導体膜を結晶化する多結晶半導体膜の製造方法において、前記大面積基板上に非晶質半導体膜を形成する工程と、レーザアニール装置で発振されたレーザ光をライン状のビームに整形し、整形された前記ライン状のビームの長さを前記パネル基板の縦方向或いは横方向の整数倍となる第1の長さに調整する工程と、ビームの長さを前記第1の長さに調整された前記ライン状のビームを前記非晶質半導体膜に照射する工程と、レーザアニール装置で発振されたレーザ光をライン状のビームに整形し、整形された前記ライン状のビームの長さを前記パネル基板の縦方向或いは横方向の整数倍となり、前記第1の長さとは異なる第2の長さに調整する工程と、ビームの長さを前記第2の長さに調整された前記ライン状のビームを前記非晶質半導体膜に照射する工程とを有するものである。
【００１２】
そして本発明は上記構成により、絶縁基板の大面積化或いはパネル領域の多様化に拘わらず絶縁基板上の非晶質半導体膜を均一にアニールする事により、パネル領域内にラインビームの重なり領域を生じる事が無く、均一な多結晶半導体膜を得られ、ひいては表示ムラが無く表示品位の高い多様な液晶表示素子を高い歩留まりで得るものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図１乃至図６に示す実施の形態を参照して説明する。１０は４００ｍｍ×５００ｍｍの無アルカリガラスからなる絶縁基板１１上にアンダーコート層１２として窒化シリコン（ＳｉＮｘ）膜１２ａ及び酸化シリコン（ＳｉＯｘ）膜１２ｂを成膜したのち、非晶質半導体膜１４を５０ｎｍ成膜して成り、この非晶質半導体膜１４をアニールし、多結晶半導体膜（図示せず）を形成後、ｐ−ＳｉＴＦＴ液晶表示装置（図示せず）を４０面分作製可能となるよう４０枚パネル基板１６をマトリクス状に配列して成る大面積基板である。
【００１４】
１８は、絶縁基板１１上にて多結晶半導体膜（図示せず）を得るために、非晶質半導体膜１４をレーザアニールするエキシマレーザアニール装置であり、エキシマレーザビームを発振するエキシマレーザ発振器２１、エキシマレーザ発振器２１から発振されるエキシマレーザビームを、ラインビーム２２に整形するホモジナイザ２３、ラインビーム２２を走査移動可能なステージ２４上にセットされる絶縁基板１１上に集光する光学系である集光レンズ２６を有している。
【００１５】
又集光レンズ２６からステージ２４に達する間には、調整手段でありラインビーム２２の長さを変動可能に調整する様、窓２７ａの長さを調整可能なスリット装置２７が設けられている。
【００１６】
次にエキシマレーザアニール装置１８により絶縁基板１１上の非晶質半導体膜１４をアニールし、多結晶半導体膜（図示せず）を形成する方法について述べる。
【００１７】
（方法１）
先ずエキシマレーザアニール装置１８のステージ２４に大面積基板１０を載置する。次いで、非晶質半導体膜１４に照射するラインビーム２２ａの長さが、大面積基板１０のパネル基板１６の２枚分の長さである１１５ｍｍと成るよう、スリット装置２７の窓２７ａの長さを調節する。この状態で、ステージ２４を矢印ｓ方向に走査移動しながら、図４に示す大面積基板１０の領域［Ｂ］の非晶質半導体膜１４を、ラインビーム２２ａにてアニールし、多結晶半導体膜に結晶化する。同様にしてステージ２４を矢印ｓ方向に走査移動しながら図４に示す大面積基板１０の領域［Ｃ］、［Ｄ］、［Ｅ］の非晶質半導体膜１４を順次アニールし多結晶化して、大面積基板１０全面に均質な多結晶半導体膜を形成する。
【００１８】
即ち、エキシマレーザアニール装置１８のラインビーム２２ａにより４００ｍｍ×５００ｍｍの大面積基板１０全面を４回に分けて走査して絶縁基板１１上に多結晶半導体膜を形成する事となる。
【００１９】
この様にして得られた多結晶半導体膜を有する大面積基板１０を用い、  ｐ−ＳｉＴＦＴ及び画素電極（図示せず）を有するアレイ基板を形成し、このアレイ基板を用いて液晶表示素子（図示せず）を形成したところ、線欠陥・点欠陥などは確認されず、また８０℃の雰囲気で動作させる信頼性試験においても表示ムラを生じる事無く高い表示品位を得られた。
【００２０】
次に、（方法１）で用いたエキシマレーザアニール装置１８により、同じサイズである４００ｍｍ×５００ｍｍの大面積基板１０の走査回数を低減して、非晶質半導体膜１４を結晶化する場合について述べる。
【００２１】
（方法２）
先ず（方法１）と同様にエキシマレーザアニール装置１８のステージ２４上に大面積基板１０を載置する。次いで、非晶質半導体膜１４に照射するラインビーム２２ｂの長さを、大面積基板１０のパネル基板１６の３枚分の長さである１７５ｍｍと成るよう、スリット装置２７の窓２７ａの長さを調節する。この状態で、ステージ２４を矢印ｓ方向に走査移動しながら、図５に示す大面積基板１０の領域［Ｆ］の非晶質半導体膜１４を、ラインビーム２２ｂにてアニールし、多結晶半導体膜に結晶化する。同様にしてステージ２４を矢印ｓ方向に走査移動しながら図５に示す大面積基板１０の領域［Ｇ］の非晶質半導体膜１４をアニールして、多結晶半導体膜に結晶化する。
【００２２】
次に非晶質半導体膜１４に照射するラインビーム２２ｃの長さを、大面積基板１０のパネル基板１６の２枚分の長さである１１５ｍｍと成るよう、スリット装置２７の窓２７ａの長さを調節し、再度ステージ２４を矢印ｓ方向に走査移動しながら、図５に示す大面積基板１０の領域［Ｈ］の非晶質半導体膜１４を、ラインビーム２２ｃにてアニールし、大面積基板１０全面に均質な多結晶半導体膜を形成する。
【００２３】
即ち、エキシマレーザアニール装置１８のラインビーム２２ｂ、２２ｃにより４００ｍｍ×５００ｍｍの大面積基板１０を３回に分けて走査して絶縁基板１１上に多結晶半導体膜を形成する事となる。
【００２４】
この様にして得られた多結晶半導体膜を有する大面積基板１０を用い、（方法１）と同様に液晶表示素子（図示せず）を形成したところ、（方法１）と同様、線欠陥・点欠陥などは確認されず、また８０℃の雰囲気で動作させる信頼性試験においても表示ムラを生じる事無く高い表示品位を得られた。尚、この（方法２）により得られる多結晶半導体膜は、特性的には（方法１）と変わらずきわめて良好であり、更には、大面積基板１０上の走査回数が３回であり、（方法１）に比し、ラインビーム２２の照射時間を３／４に低減出来生産性の一層の向上を図れると共に、エキシマレーザビームのショット数も３／４に低減出来、ガスの交換等のメンテナンス性も向上出来る。
【００２５】
尚（比較例）として、本実施の形態におけるエキシマレーザアニール装置１８を用い、図６に示すように４００ｍｍ×５００ｍｍの大面積基板１０を、１６５ｍｍのラインビーム２２ｄにて３回走査して多結晶半導体膜を形成したところ、パネル基板１６内にラインビーム２２ｄの重なり領域［Ｉ］を生じ、この様にして得られた多結晶半導体膜を有する大面積基板１０を用い、液晶表示素子（図示せず）を形成したところ、重なり領域［Ｉ］に点欠陥が多くなり、８０℃の雰囲気で動作させる信頼性試験においても線欠陥が発生し、表示品位の低下を来たした。
【００２６】
この様に構成すれば、集光レンズ２６からステージ２４に達する間にスリット装置２７を設け、大面積基板１０上のパネル基板１６のサイズにあわせて、ラインビーム２２の長さをパネル基板１６の整数倍に成るよう調整して、大面積基板１０を走査する事により、パネル基板１６内にアニールの重なり領域を生じる事がなく、絶縁基板全面にわたって均一にアニール出来、結晶粒径、表面凹凸が均一であり、均一特性を有する多結晶半導体膜を容易に製造可能と成る。そしてこのような多結晶半導体膜を用い良好な特性を有するｐ−ＳｉＴＦＴを得られることから、線欠陥や点欠陥が無く、高い表示品位を有する液晶表示素子を高い生産歩留まりで得ることが可能と成る。又製造時にあっては、大面積基板の有効利用を損なう事無く、多様な表示パネルの要求に対応可能と成る。
【００２７】
尚本発明は上記実施の形態に限られるものでなく、その趣旨を変えない範囲での変更は可能であって、例えば調整手段により調整されるラインビームの長さは、基板に形成されるパネル基板のサイズや形状等に応じて任意である。又、基板のサイズ或いは、基板上に形成されるパネル領域の数等も限定されず、基板をラインビームでアニールする際の走査回数や走査方向等も任意である。又エキシマレーザビームの出力や周波数等も任意である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、絶縁基板上の非晶質半導体膜を結晶化するためエキシマレーザアニール装置のラインビームにて絶縁基板上を複数回走査する際、調整手段によりラインビームの長さを調整可能とする事により、液晶表示素子に用いるパネルの多様化に拘わらず、絶縁基板上のパネル基板内に、ラインビームが重ねて照射される領域を生じる事がなく、非晶質半導体膜全面を均一にアニール出来、ひいては均質な多結晶半導体膜を容易に得られる。そしてこの均質な多結晶半導体膜を用いる事により表示品位が高い液晶表示素子を高い歩留まりで容易に作製可能と成る。しかもラインビームの重なりを防止するため、従来のように絶縁基板上のパネル基板間の間隙を拡大しなくても良く、設計時、絶縁基板上に無駄な領域を確保する必要も無く、液晶表示素子に用いるパネルの多様化に拘わらず絶縁基板を効率的に使用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における基板を示す概略平面図である。
【図２】本発明の実施の形態における基板を示す概略一部断面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるエキシマレーザアニール装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の実施の形態における（方法１）による基板のアニールを示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態における（方法２）による基板のアニールを示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態における（比較例）による基板のアニールを示す概略説明図である。
【図７】従来の基板のアニールを示す概略説明図である。
【符号の説明】
１０…液晶表示素子
１１…絶縁基板
１２…アンダーコート層
１２ａ…窒化シリコン膜
１２ｂ…酸化シリコン膜
１４…非晶質半導体膜
１６…パネル基板
１８…エキシマレーザアニール装置
２１…エキシマレーザ発振器
２２…ラインビーム
２３…ホモジナイザ
２４…ステージ
２６…集光レンズ
２７…スリット
２７ａ…窓
【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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