JP2000058478A - エキシマレーザアニール装置および半導体膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラインビームの回折によるビーム強度分布を
なくし、均一性の良い多結晶半導体膜を形成できるエキ
シマレーザアニール装置を提供する。 【解決手段】 エキシマレーザ光を光学系にてラインビ
ーム12に整形し、絶縁膜上の非晶質半導体膜面15を走査
させながらラインビーム12を照射することでアニールし
て、溶融、結晶化するエキシマレーザアニール装置中
に、ビーム長可変手段としての遮蔽体21を設ける。この
遮蔽体21は、ビーム光路の非結像面に挿入したもので、
複数本のラインビーム12の長軸方向に対して斜めに設け
たスリット22を有しており、結像前の複数本あるライン
ビーム12を異なる長さにする。これにより、長さの異な
るラインビーム12を非晶質半導体膜面15で結像させ、複
数のラインビーム12の回折による強度分布むらを解消す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマレーザア
ニール装置およびこの装置を用いて多結晶半導体膜を製
造する半導体膜の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高精細液晶ディスプレイや周辺回路を同
一基板上に形成した駆動回路一体型薄膜トランジスタ
（Thin Film Transister）の液晶表示素子を製造する目
的で、がラス、石英等の絶縁基板上に多結晶シリコンを
形成する様々な技術が研究されている。

【０００３】なかでもレーザアニール法で形成した多結
晶シリコンを用いると電界効果移動度の高い薄膜トラン
ジスタが作製できるため盛んに研究がなされている。ま
た、この方法はレーザ光を光学系としてのホモジナイザ
に通してラインビームを形成し、ラインビームもしくは
基板を走査することで大面積基板面を容易に再結晶化す
ることができるという利点も兼ね備えている。

【０００４】例えば、図３に示されるように、エキシマ
レーザ光をビーム整形用光学系としてのホモジナイザ11
にてラインビーム12に整形し、最終全反射ミラー13およ
び結像レンズ14を経て、絶縁膜上の非晶質半導体膜面で
ある試料面15を結像面として走査させながらラインビー
ム12を照射することで、試料面15をアニール処理し、溶
融、結晶化するエキシマレーザアニール装置がある。

【０００５】通常、ラインビーム12を走査させる際に
は、図４（Ａ）に示されるように、光学系の最終出口と
試料面15との間の非結像面にスリット16を有する遮蔽体
17を挿入して、ラインビーム12を目的とする長さに設定
し、このラインビーム12を用いて非晶質半導体膜面であ
る試料面15の全面もしくは任意の領域をアニールして、
多結晶半導体を形成する。

【０００６】ラインビーム12は試料面15上で焦点を結ぶ
ように調整されているので、前記スリット16は非結像面
に挿入されている。そのため、スリット16の位置でライ
ンビーム12は複数本に分かれており、通常、これらの複
数本のラインビーム12が試料面15上で同じ長さになるよ
うにビーム長軸方向に対し垂直にスリット16が設けられ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにスリット
16で同じ長さに切り出された複数本のラインビーム12を
試料面15上に結像させて、１本のラインビームを形成す
ると、図４（Ｂ）に示されるように、結像面におけるビ
ーム強度は、スリット16による回折ピーク18が同一箇所
で重なることになり、ラインビーム12の長軸端にて周期
的な強度分布が現れてしまう。

【０００８】この周期的な強度分布を持ったラインビー
ム12を用いて非晶質半導体膜を結晶化させ、多結晶薄膜
トランジスタの液晶パネルを作製すると、製品では表示
むらとして現れてしまう。

【０００９】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、ラインビームの回折によるビーム強度分布をなく
し、均一性の良い多結晶半導体膜を形成できるエキシマ
レーザアニール装置および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】本発明に係るエキシマレ
ーザアニール装置は、エキシマレーザ光を光学系にてラ
インビームに整形し、絶縁膜上の非晶質半導体膜面を走
査させながらラインビームを照射することでアニール処
理し、溶融、結晶化するエキシマレーザアニール装置に
おいて、非晶質半導体膜面で結像する前の複数本あるラ
インビームを異なる長さにすることにより長さの異なる
ラインビームを非晶質半導体膜面で結像させるビーム長
可変手段を具備したものである。

【００１１】ビーム長可変手段は、ビーム光路の非結像
面に挿入された遮蔽体である。

【００１２】遮蔽体は、複数本のラインビームの長軸方
向に対して斜めに設けたスリットを具備している。

【００１３】本発明に係る半導体膜の製造方法は、前記
エキシマレーザアニール装置により多結晶半導体膜を製
造する方法である。

【００１４】この製造方法にて、ビーム長可変手段は、
複数のラインビームの長さを変えることで、結像面にお
ける各ラインビームの回折ピーク位置をずらす。

【００１５】そして、ビーム形状を整形するための光学
系を抜けてきたラインビームは、複数本に分かれている
が、これらのラインビームは非晶質半導体膜面上で重な
り合い１本のビームとなるように調整されている。これ
らのラインビーム光路の途中に複数本のラインビームが
非晶質半導体膜面上で同じ長さにならないように、ビー
ム長可変手段としての遮蔽体を挿入する。

【００１６】各々のラインビームの長さを変えること
で、各々のラインビームの回折ピークが非晶質半導体膜
面の同一箇所で重なり合わないようになる。この結果、
回折による長軸ビーム端での周期的な強度分布むらが現
れなくなる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施の一形態
を図１を参照しながら説明する。なお、図３に示された
エキシマレーザアニール装置は、共通に用いる。

【００１８】すなわち、エキシマレーザ光を光学系とし
てのホモジナイザ11にてラインビーム12に整形し、絶縁
膜上の非晶質半導体膜面である試料面15を走査させなが
らラインビーム12を照射することでアニールして、溶
融、結晶化するエキシマレーザアニール装置を前提とす
る。

【００１９】図１（Ａ）に示されるように、光学系の最
終出口と試料面15との間のビーム光路の非結像面に、ビ
ーム長可変手段としての遮蔽体21を挿入配置する。

【００２０】この遮蔽体21は、図１（Ｂ）に示されるよ
うに、複数本のラインビーム12の長軸方向に対して斜め
に設けたスリット22を有しており、この斜めのスリット
22により、結像前に複数本あるラインビーム12の長さが
同じにならないようにして、長さの異なるラインビーム
12を試料面15で結像させる。

【００２１】そして、図３に示されるようにビーム形状
を整形するための光学系としてのホモジナイザ11を抜け
てきたラインビーム12は、複数本に分かれており、これ
らのラインビーム12は試料面15上で重なり合い、１本の
ラインビームとなるように調整されている。

【００２２】このようなビーム光路の途中に遮蔽体21を
挿入して、その斜めのスリット22により、複数本のライ
ンビーム12が試料面15上で同じ長さにならないように、
各々のラインビーム12の長さを変えることで、遮蔽体21
のスリット22による各々のラインビーム12の回折ピーク
が、試料面15の同一箇所で重なり合わないようになる。
この結果、ビームの回折による長軸ビーム端での周期的
な強度分布むらが現れなくなる。

【００２３】

【実施例】次に、図１および図２を参照しながら、本発
明に係る実施例を具体的な数値により説明する。

【００２４】図１（Ａ）に示されるように、４００mm×
５００mmの無アルカリガラス基板31上にアンダーコート
として窒化シリコン（ＳｉＮ）層32と、酸化シリコン
（ＳｉＯ₂ ）層33を成膜したのち、活性層となる非晶質
シリコン膜34を５５ｎｍ成膜した。

【００２５】非晶質シリコン膜中の過剰な水素を取り除
くため、５００℃で１時間の加熱を行った後、波長３０
８ｎｍ（ＸｅＣｌ）、パルス幅２５ｎsec のエキシマレ
ーザを用いて、１箇所当たり２５パルス照射されるよう
に基板31を走査しながら、非晶質シリコン膜34をビーム
アニールして、多結晶シリコン膜を形成する。

【００２６】この時、図１（Ｂ）に示されるように、結
像前である複数本のラインビーム12が同じ長さにならな
いように、光路の途中に遮蔽体21のスリット22をビーム
長軸方向に対して斜めに挿入した。

【００２７】比較用として、図２に示されるように、結
像前のラインビーム12がすべて同じ長さになるように、
ラインビーム12の長軸方向に対して垂直に設けられたス
リット16を有する遮蔽体17を挿入したサンプルも作製し
た。

【００２８】これらの基板31上に多結晶シリコン薄膜ト
ランジスタの液晶表示パネルを作製し、出画評価を行っ
た。

【００２９】図２の遮蔽体17を用いて比較用として作製
した液晶表示パネルは、長軸ビーム端が照射された領域
に、基板の走査方向に沿って周期的な表示むらが発生し
ていた。

【００３０】一方、本発明にしたがって結像前のライン
ビーム12の長さが同じにならないようにして形成した多
結晶シリコン膜を用いた液晶表示パネルでは、長軸ビー
ム端が照射された領域においても表示むらは発生せず、
液晶表示パネル全面において均一な表示が得られた。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、ビーム長可変手段によ
り複数のラインビームの回折による強度分布むらを容易
に解消でき、レーザアニールされた領域全体を多結晶半
導体液晶表示装置として利用できる程度に均一な多結晶
半導体膜を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係るエキシマレーザアニール
装置および半導体膜の製造方法に用いられる遮蔽体の断
面図、（Ｂ）は同上遮蔽体の平面図である。

【図２】比較試験用の遮蔽体を示す平面図である。

【図３】エキシマレーザアニール装置の光学系を示す説
明図である。

【図４】（Ａ）は従来の遮蔽体を示す断面図、（Ｂ）は
その遮蔽体を用いた場合の結像面でのビーム強度分布を
示す説明図である。

【符号の説明】

11 光学系としてのホモジナイザ 12 ラインビーム 15 非晶質半導体膜面である試料面 21 ビーム長可変手段としての遮蔽体 22 スリット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エキシマレーザ光を光学系にてラインビ
   ームに整形し、絶縁膜上の非晶質半導体膜面を走査させ
   ながらラインビームを照射することでアニール処理し、
   溶融、結晶化するエキシマレーザアニール装置におい
   て、 非晶質半導体膜面で結像する前の複数本あるラインビー
   ムを異なる長さにすることにより長さの異なるラインビ
   ームを非晶質半導体膜面で結像させるビーム長可変手段
   を具備したことを特徴とするエキシマレーザアニール装
   置。
2. 【請求項２】 ビーム長可変手段は、ビーム光路の非結
   像面に挿入された遮蔽体であることを特徴とする請求項
   １記載のエキシマレーザアニール装置。
3. 【請求項３】 遮蔽体は、複数本のラインビームの長軸
   方向に対して斜めに設けたスリットを具備したことを特
   徴とする請求項２記載のエキシマレーザアニール装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載された
   エキシマレーザアニール装置により多結晶半導体膜を製
   造することを特徴とする半導体膜の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１乃至３のいずれかに記載された
   ビーム長可変手段により、複数のラインビームの長さを
   変えることにより、結像面における各ラインビームの回
   折ピーク位置をずらすことを特徴とする請求項４記載の
   半導体膜の製造方法。