JP2018107403A - レーザ照射装置、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガラス基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性には、ばらつきが生じてしまう可能性がある。
【解決手段】本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、所定方向に移動するガラス基板上の複数の薄膜トランジスタの各々に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、当該レーザ光を照射する投影レンズと、当該投影レンズ上に設けられ、各々が所定数の開口部を含む複数の列であって、当該所定方向に平行に設けられる複数の列を有する投影マスクパターンと、を備え、当該投影レンズは、当該投影マスクパターンを介して当該レーザ光を照射し、当該投影マスクパターンは、当該複数の列の各々において、当該所定数の開口部の少なくとも一部が当該所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴とする。
【選択図】図5
【解決手段】本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、所定方向に移動するガラス基板上の複数の薄膜トランジスタの各々に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、当該レーザ光を照射する投影レンズと、当該投影レンズ上に設けられ、各々が所定数の開口部を含む複数の列であって、当該所定方向に平行に設けられる複数の列を有する投影マスクパターンと、を備え、当該投影レンズは、当該投影マスクパターンを介して当該レーザ光を照射し、当該投影マスクパターンは、当該複数の列の各々において、当該所定数の開口部の少なくとも一部が当該所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴とする。
【選択図】図5
Description
本発明は、薄膜トランジスタの形成に関するものであり、特に、薄膜トランジスタ上のアモルファスシリコン薄膜にレーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成するためのレーザ照射装置、薄膜トランジスタおよび薄膜トランジスタの製造方法に関する。
逆スタガ構造の薄膜トランジスタとして、アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用したものが存在する。ただ、アモルファスシリコン薄膜は電子移動度が小さいため、当該アモルファスシリコン薄膜をチャネル領域に使用すると、薄膜トランジスタにおける電荷の移動度が小さくなるという難点があった。
そこで、アモルファスシリコン薄膜の所定の領域をレーザ光により瞬間的に加熱することで多結晶化し、電子移動度の高いポリシリコン薄膜を形成して、当該ポリシリコン薄膜をチャネル領域に使用する技術が存在する。
例えば、特許文献1には、チャネル領域にアモルファスシリコン薄膜形成し、その後、このアモルファスシリコン薄膜にエキシマレーザ等のレーザ光を照射してレーザアニールすることにより、短時間での溶融凝固によって、ポリシリコン薄膜に結晶化させる処理を行うことが開示されている。特許文献1には、当該処理を行うことにより、薄膜トランジスタのソースとドレイン間のチャネル領域を、電子移動度の高いポリシリコン薄膜とすることが可能となり、トランジスタ動作の高速化が可能になる旨が記載されている。
特許文献1に記載の薄膜トランジスタでは、ソースとドレイン間のチャネル領域が、一か所(一本)のポリシリコン薄膜により形成されている。そのため、薄膜トランジスタの特性は、一か所(一本)のポリシリコン薄膜に依存することになる。
ここで、エキシマレーザ等のレーザ光のエネルギ密度は、その照射(ショット)ごとにばらつきが生じるため、当該レーザ光を用いて形成されるポリシリコン薄膜の電子移動度にもばらつきが生じる。そのため、当該ポリシリコン薄膜を用いて形成される薄膜トランジスタの特性も、レーザ光のエネルギ密度のばらつきに依存してしまう。
その結果、ガラス基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性には、ばらつきが生じてしまう可能性がある。
本発明の目的は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ガラス基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能なレーザ照射装置、薄膜トランジスタ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。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置は、レーザ光を発生する光源と、所定方向に移動するガラス基板上の複数の薄膜トランジスタの各々に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、当該レーザ光を照射する投影レンズと、当該投影レンズ上に設けられ、各々が所定数の開口部を含む複数の列であって、当該所定方向に平行に設けられる複数の列を有する投影マスクパターンと、を備え、当該投影レンズは、当該投影マスクパターンを介して当該レーザ光を照射し、当該投影マスクパターンは、当該複数の列の各々において、当該所定数の開口部の少なくとも一部が当該所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴とする。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該投影マスクパターンは、当該複数の列の各々において、当該所定数の開口部の各々が所定の周期を有する所定の波形上に配置されることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該投影マスクパターンは、当該複数の列の各々において、当該所定数の開口部の各々が略正弦波上に配置されることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該投影レンズは、各々が所定数のマイクロレンズを含む複数の列であって、当該所定方向に平行に設けられる複数の列を有するマイクロレンズアレイであり、当該マイクロレンズアレイは、当該複数の列の各々において、当該所定数のマイクロレンズの少なくとも一部が当該所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該マイクロレンズアレイは、当該複数の列の各々において、当該所定数のマイクロレンズの各々が所定の周期を有する所定の波形上に配置されることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該マイクロレンズアレイは、当該複数の列の各々において、当該所定数のマイクロレンズの各々が略正弦波上に配置されることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該マイクロレンズアレイにおいて、当該一列に含まれ互いに隣接するマイクロレンズが、互いに所定の距離ずらして配置され、当該所定の距離は、当該ガラス基板において当該アモルファスシリコン薄膜が配置される間隔の自然数倍であることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該光源は、当該ガラス基板上の一列に含まれるアモルファスシリコン薄膜に対して、当該マイクロレンズアレイを用いたレーザ光の照射を、所定の回数繰り返すことを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該光源は、当該ガラス基板上の一列に含まれるアモルファスシリコン薄膜に対するレーザ光の照射を繰り返すごとに、当該マイクロレンズアレイを、当該所定の波形の所定の位相分当該一列に直交する方向に移動させることを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態におけるレーザ照射装置において、当該投影レンズは、薄膜トランジスタに含まれるソース電極とドレイン電極との間に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成することを特徴としてもよい。
本発明の一実施形態における薄膜トランジスタの製造方法は、レーザ光を発生する第1のステップと、所定方向に移動するガラス基板上の複数の薄膜トランジスタの各々に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、当該レーザ光を照射する当該第2のステップと、を含み、第2のステップにおいて、当該投影レンズ上に設けられ、各々が所定数の開口部を含む複数の列であって、当該所定方向に平行に設けられる複数の列を有する投影マスクパターン当該用いて、当該レーザ光を照射し、当該投影マスクパターンは、当該複数の列の各々において、当該所定数の開口部の少なくとも一部が当該所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴とする。
本発明によれば、ガラス基板に含まれる複数の薄膜トランジスタの特性のばらつきを抑制可能な、レーザ照射装置、薄膜トランジスタ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。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態におけるレーザ照射装置10の構成例を示す図である。
図1は、本発明の第1の実施形態におけるレーザ照射装置10の構成例を示す図である。
本発明の第1の実施形態において、レーザ照射装置10は、薄膜トランジスタ(TFT)20のような半導体装置の製造工程において、例えば、チャネル領域形成予定領域のみにレーザ光を照射してアニールし、当該チャネル領域形成予定領域を多結晶化するための装置である。
レーザ照射装置10は、例えば、液晶表示装置の周辺回路などの画素の薄膜トランジスタを形成する際に用いられる。このような薄膜トランジスタを形成する場合、まず、ガラス基板30上にAl等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。そして、低温プラズマCVD法により、ガラス基板30上の全面にSiN膜からなるゲート絶縁膜を形成する。その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマCVD法によりアモルファスシリコン薄膜21を形成する。そして、図1に例示するレーザ照射装置10により、アモルファスシリコン薄膜21のゲート電極上の所定の領域にレーザ光14を照射してアニールし、当該所定の領域を多結晶化してポリシリコン化する。
図1に示すように、レーザ照射装置10において、レーザ光源11から出射されたレーザ光は、カップリング光学系12によりビーム系が拡張され、輝度分布が均一化される。レーザ光源11は、例えば、波長が308nmや248nmなどのレーザ光を、所定の繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。
その後、レーザ光は、マイクロレンズアレイ13上に設けられた投影マスクパターン15(図示しない)の複数の開口(透過領域)により、複数のレーザ光14に分離され、アモルファスシリコン薄膜21の所定の領域に照射される。マイクロレンズアレイ13には、投影マスクパターン15が設けられ、当該投影マスクパターン15によって所定の領域にレーザ光14が照射される。そして、アモルファスシリコン薄膜21の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、アモルファスシリコン薄膜21の一部がポリシリコン薄膜22となる。
ポリシリコン薄膜22は、アモルファスシリコン薄膜21に比べて電子移動度が高く、薄膜トランジスタ20において、ソース23とドレイン24とを電気的に接続させるチャネル領域に用いられる。なお、図1の例では、マイクロレンズアレイ13を用いた例を示しているが、必ずしもマイクロレンズアレイ13を用いる必要はなく、1個の投影レンズを用いてレーザ光14を照射してもよい。なお、実施形態1では、マイクロレンズアレイ13を用いて、ポリシリコン薄膜22を形成する場合を例にして説明する。
図2は、所定の領域がアニール化された薄膜トランジスタ20の例を示す模式図である。なお、薄膜トランジスタ20は、最初にポリシリコン薄膜22を形成し、その後、形成されたポリシリコン薄膜22の両端にソース23とドレイン24を形成することで、作成される。
図2に示すように、薄膜トランジスタは、ソース23とドレイン24との間に、ポリシリコン薄膜22が形成されている。レーザ照射装置10は、薄膜トランジスタ20に対して、マイクロレンズアレイ13の一列(または一行)に含まれる例えば20個のマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14を照射する。すなわち、レーザ照射装置10は、ポリシリコン薄膜22に対して、20ショットのレーザ光14を照射する。その結果、薄膜トランジスタ20において、アモルファスシリコン薄膜21の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜22となる。
ポリシリコン薄膜22は、レーザ光14のエネルギ密度は1ショットごとにばらつきがあることから、その電子移動度にばらつきが生じる可能性がある。前述したように、ポリシリコン薄膜22の電子移動度は、当該ポリシリコン薄膜22に最後に照射されたレーザ光14のエネルギ密度、すなわち最後のショットのエネルギ密度に依存するからである。
レーザ照射装置10は、アモルファスシリコン薄膜21にレーザ光14を照射する。ここで、レーザ照射装置10は所定の周期でレーザ光14を照射し、レーザ光14が照射されていない時間にガラス基板30を移動させ、次のアモルファスシリコン薄膜21の箇所に当該レーザ光14が照射されるようにする。
ここで、図3は、マイクロレンズ17を縦および横に整列させた場合のマイクロレンズアレイ13の構成例を示す図である。図3に示すように、マイクロレンズアレイ13において、スキャン方向の1列(又は1行)には、20個のマイクロレンズ17が配置される。レーザ照射装置10は、1つの薄膜トランジスタ20に対して、マイクロレンズアレイ13の1列(又は1行)に含まれる20個のマイクロレンズ17の少なくとも一部を用いて、レーザ光14を照射する。なお、マイクロレンズアレイ13に含まれる一列(又は一行)のマイクロレンズ17の数は、20個に限られず、いくつであってもよい。また、図3に示すように、マイクロレンズアレイ13は、その一列(または一行)にマイクロレンズ17を20個含むが、一行(または一列)には例えば83個含む。なお、83個は例示であって、いくつであってもよいことは言うまでもない。
レーザ照射装置10が、図3に例示するマイクロレンズアレイ13を用いてポリシリコン薄膜22を形成する場合、完成品である液晶画面において、表示むらが発生する恐れがある。以下、説明する。
図4は、ガラス基板30の構成例を示す図である。図4に示すように、ガラス基板30は、移動方向に対して、所定の間隔「H」でアモルファスシリコン薄膜21が配置される。そして、レーザ照射装置10は、所定の周期で、ガラス基板30上に配置されたアモルファスシリコン薄膜21の部分に、レーザ光14を照射する。
そして、レーザ照射装置10は、図3に例示するマイクロレンズアレイ13を用いて、ガラス基板上の複数のアモルファスシリコン薄膜21に対して、同一のレーザ光14を照射する。レーザ照射装置10は、例えば、図4に示す領域Aに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21に対して、同一のレーザ光14を照射する。また、レーザ照射装置10は、図4に示す領域Bに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21に対しても、同一のレーザ光14を照射する。
ここで、レーザ照射装置10は、アニール化を行うために、図3に示すマイクロレンズアレイ13の一列(又は一行)に含まれる20個のマイクロレンズ17の各々を用いて、レーザ光14を照射することが考えられる。
この場合、図4の領域Aにある複数のアモルファスシリコン薄膜21は、まず、図3に示すマイクロレンズアレイ13のA列に含まれる第1のマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14を照射される。その後、ガラス基板30を所定の間隔「H」だけ移動させる。ガラス基板30が移動している間、レーザ照射装置10は、レーザ光14の照射を停止する。そして、ガラス基板30が「H」だけ移動した後、領域Aにある複数のアモルファスシリコン薄膜21は、図3に示すマイクロレンズアレイ13のB列に含まれる第2のマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14を照射される。
レーザ照射装置10は、これを繰り返し実行して、最後に、領域Aにある複数のアモルファスシリコン薄膜21に対して、図3に示すマイクロレンズアレイ13のT列に含まれるマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14を照射する。その結果、領域Aにある複数のアモルファスシリコン薄膜21は、図3に示すマイクロレンズアレイ13の一列(又は一行)に含まれる20個のマイクロレンズ17の各々を用いて、レーザ光14を照射されることになる。
同様にして、レーザ照射装置10は、図4の領域Bにある複数のアモルファスシリコン薄膜21に対しても、図3に示すマイクロレンズアレイ13の一列(又は一行)に含まれる20個のマイクロレンズ17の各々を用いて、レーザ光14を照射する。ただ、領域Bは、領域Aに比べてガラス基板の移動方向に対して「H」だけ位置が異なるため、レーザ光14が照射されるタイミングが、1照射分だけ遅れる。すなわち、領域Aの複数のアモルファスシリコン薄膜21が、B列の第2のマイクロレンズ17を用いてレーザ光14を照射される時に、領域Bの複数のアモルファスシリコン薄膜21は、A列の第1のマイクロレンズ17を用いてレーザ光14を照射される。そして、領域Aの複数のアモルファスシリコン薄膜21が、T列の第20のマイクロレンズ17を用いてレーザ光14を照射される時には、領域Bの複数のアモルファスシリコン薄膜21は、S列の第19のマイクロレンズ17を用いて、レーザ光が照射されることになる。そして、領域Bの複数のアモルファスシリコン薄膜21は、次のレーザ光の照射のタイミングで、T列の第20のマイクロレンズ17を用いて、レーザ光が照射されることになる。
つまり、図4に示す領域Aに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21と、領域Bに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21とは、最後に照射されるレーザ光14が異なることになる。
ここで、エキシマレーザにおいて、パルス間の安定性は、0.5%程度である。すなわち、レーザ照射装置10は、1ショットごとに、そのレーザ光14のエネルギ密度に0.5%程度のばらつきを生じさせる。そのため、レーザ照射装置10によって形成されるポリシリコン薄膜22の電子移動度にも、ばらつきが生じてしまう可能性がある。そして、レーザ光14を照射されたことにより形成されたポリシリコン薄膜22の電子移動度は、当該ポリシリコン薄膜22に最後に照射されたレーザ光14のエネルギ密度、すなわち最後のショットのエネルギ密度に依存する。
そのため、領域Aに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21と、領域Bに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21とは、最後に照射されるレーザ光が異なるため、形成されるポリシリコン薄膜22の電子移動度が互いに異なることになる。
一方で、領域Aに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21どうしは、最後に照射されたレーザ光14は同じであるため、領域A内においては、形成されるポリシリコン薄膜22の電子移動度は同じとなる。これは、領域Bに含まれる複数のアモルファスシリコン薄膜21どうしでも同様であり、領域B内においては、形成されるポリシリコン薄膜22の電子移動度は同じとなる。すなわち、ガラス基板上において、互いに隣接する領域間では電子移動度が互いに異なるが、同じ領域内の複数のアモルファスシリコン薄膜21どうしは電子移動度が同一となる。
その結果、液晶画面において、表示むらが発生する原因となる。図4に例示するように、領域Aと領域Bとの境界が“線状”であるため、互いに異なる特性の薄膜トランジスタ20が、当該“線上”の境界において突き合うことなり、その特性の違いによる表示の違い(例えば色の濃淡などの違い)が“線”となって表れてしまう。その結果、液晶画面において表示むらが“すじ”となってしまい、無視できない程度に強調されてしまう。
そこで、本発明の第1の実施形態では、図5に例示するように、各々が所定数のマイクロレンズ17を含む複数の列であって、ガラス基板30の移動方向に平行に設けられる複数の列を有し、当該複数の列の各々において、所定数のマイクロレンズの少なくとも一部が移動方向に平行な一直線上に配置されていないマイクロレンズアレイ13を用いて、レーザ光14を照射する。
図5は、本発明の第1の実施形態におけるマイクロレンズアレイ13において、ガラス基板30の移動方向に平行に設けられる複数の列のうちの一列を示す。図5に示すように、マイクロレンズアレイ13に含まれるマイクロレンズ17の一列は、複数のマイクロレンズ17の少なくとも一部が、ガラス基板30の移動方向に平行な一直線上に配置されていない。
図5に例示するマイクロレンズアレイ13は、複数のマイクロレンズ17の少なくとも一部が、ガラス基板30の移動方向に平行な一直線上に配置されていない。平行な一直線上に配置されていないため、ガラス基板30上の少なくとも一部の隣接するアモルファスシリコン薄膜21が、互いに異なるレーザ光14で照射されるようになる。その結果、隣接するポリシリコン薄膜22の電子移動度は、互いに異なることとなる。すなわち、ガラス基板30全体において、互いに隣接する薄膜トランジスタ20の特性は、互いに異なることになり、当該特性の違いによる表示の違い(例えば色の濃淡などの違い)が“線状”に表れることが無くなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調されることを防止することができる。
複数のマイクロレンズ17の少なくとも一部がガラス基板30の移動方向に平行な一直線上に配置されていないマイクロレンズアレイ13として、例えば、マイクロレンズ17の一列が略サインカーブ(Sine Wave、正弦波)上に配置されたマイクロレンズアレイ13が考えられる。図6は、マイクロレンズ17の一列が略サインカーブ(Sine Wave、正弦波)上に配置されたマイクロレンズアレイ13の構成例である。なお、マイクロレンズ17は、サインカーブ上に配置されてもよいし、略サインカーブ上に配置されてもよい。なお、略サインカーブは、厳密にはサインカーブとは言えないが、サインカーブに近い形状の波形を意味する。
なお、図6に示すマイクロレンズアレイ13は、一例であって、マイクロレンズ17の配置は、この例に限られない。例えば、マイクロレンズ17は、コサインカーブ(余弦波)上や、略コサインカーブ上に配置されてもよい。また、マイクロレンズ17の各々は、サインカーブ又はコサインカーブ上に必ずしも配置される必要はなく、所定の周期を有する波形上に配置されていてもよい。
また、図6に示すように、マイクロレンズアレイ13において、互いに隣接するマイクロレンズ17の列は、所定の距離だけ、互いにずらして配置される。具体的には、A列のマイクロレンズ17と、B列のマイクロレンズ17とは、所定の距離だけ、互いにずらして配置される。所定の距離は、ガラス基板30において、アモルファスシリコン薄膜21が配置される間隔「H」である。すなわち、マイクロレンズアレイ13において互いに隣接するマイクロレンズ17の列のそれぞれが、ガラス基板30において互いに隣接するアモルファスシリコン薄膜21に対応する。なお、所定の距離は、間隔「H」の自然数倍であってもよい。この場合において、マイクロレンズアレイ13において互いに隣接するマイクロレンズ17の列のそれぞれは、ガラス基板30において数個(自然数倍の個数)先のアモルファスシリコン薄膜21の各々に対応する。
図7は、マイクロレンズアレイ13に含まれるマイクロレンズ17と、ガラス基板30に含まれるアモルファスシリコン薄膜21との対応関係を説明するための図である。なお、図7は、マイクロレンズアレイ13において互いに隣接するマイクロレンズ17の列のそれぞれが、ガラス基板30において互いに隣接するアモルファスシリコン薄膜21に対応する場合の例である。
図7に示すように、A列のマイクロレンズ17は、ガラス基板30の“領域2、領域4、領域6・・・”のアモルファスシリコン薄膜21に対応する。一方、B列のマイクロレンズ17は、ガラス基板30の“領域3、領域5、領域7・・・”のアモルファスシリコン薄膜21に対応する。このように、マイクロレンズアレイ13において、隣接するマイクロレンズ17の列は、互いに異なる領域のアモルファスシリコン薄膜21に対応する。なお、図7のマイクロレンズアレイ13におけるマイクロレンズ17の配置は、あくまでも例示であって、互いに隣接する列に含まれるマイクロレンズ17の各々が、互いに異なる領域のアモルファスシリコン薄膜21に対応していれば、マイクロレンズ17の配置はどのようなものであってもよい。
図7に示すように、A列のマイクロレンズ17の各々は、“領域2の4行目、領域4の5行目、領域6の6行目、・・・”のアモルファスシリコン薄膜21に対応する。また、B列のマイクロレンズ17の各々は、“領域1の8行目、領域3の9行目、領域5の10行目、・・・”のアモルファスシリコン薄膜21に対応する。このように、同じ列(例えば、A列やB列)に含まれるマイクロレンズ17の各々は、ガラス基板30において、隣接していないアモルファスシリコン薄膜21に対応する。なお、図7のマイクロレンズアレイ13におけるマイクロレンズ17の配置は、あくまでも例示であって、同じ列に含まれるマイクロレンズ17の各々が、互いに隣接していないアモルファスシリコン薄膜21に対応していれば、マイクロレンズ17の配置はどのようなものであってもよい。
上記のとおり、図7に例示するマイクロレンズアレイ13を用いてレーザ光14を照射すると、ガラス基板30において互いに隣接するアモルファスシリコン薄膜21は、異なる列に含まれるマイクロレンズ17によって、当該レーザ光14が照射されることになる。また、ガラス基板30において互いに隣接するアモルファスシリコン薄膜21は、最後にレーザ光14が照射されるタイミングは、異なるタイミングとなる。
例えば、図7の領域1の8行目のアモルファスシリコン薄膜21と、領域2の8行目のアモルファスシリコン薄膜21とを例にして説明する。まず、領域1の8行目のアモルファスシリコン薄膜21は、マイクロレンズアレイ13に含まれるB列のマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14が照射される。一方、領域2の8行目のアモルファスシリコン薄膜21は、マイクロレンズアレイ13に含まれるA列のマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14が照射される。このように、隣接するアモルファスシリコン薄膜21は、異なる列に含まれるマイクロレンズ17によって、レーザ光14が照射される。
また、領域2の8行目のアモルファスシリコン薄膜21は、領域2の8行目のアモルファスシリコン薄膜21が最後にレーザ光14を照射されてから、4ショット後のレーザ光14によって、最後にレーザ光14が照射されることとなる。なぜなら、図7に例示するマイクロレンズアレイ13において、互いに異なる列に含まれるマイクロレンズ17は、3ショットや4ショット分だけ離れて配置されているためである。
このように、ガラス基板30上において、隣接するアモルファスシリコン薄膜21は、異なる列に含まれるマイクロレンズ17によって、異なるタイミングで最後にレーザ光14を照射されることとなる。
ここで、エキシマレーザにおいて、パルス間の安定性は、0.5%程度である。すなわち、レーザ照射装置10は、1ショットごとに、そのレーザ光14のエネルギ密度に0.5%程度のばらつきを生じさせる。そのため、レーザ照射装置10によって形成されるポリシリコン薄膜22の電子移動度にも、ばらつぎが生じてしまう可能性がある。そして、レーザ光14を照射されたことにより形成されたポリシリコン薄膜22の電子移動度は、当該ポリシリコン薄膜22に最後に照射されたレーザ光14のエネルギ密度、すなわち最後のショットのエネルギ密度に依存する。
上記の通り、図7に例示するマイクロレンズアレイ13を用いると、ガラス基板30上において互いに隣接するアモルファスシリコン薄膜21は、異なる列に含まれるマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14が照射されることになる。そのため、最後に照射されるレーザ光14も異なることとなり、その結果、形成されるポリシリコン薄膜22の電子移動度が互いに異なることになる。
したがって、ガラス基板30全体において、隣接する薄膜トランジスタ20は、互いに異なる特性となる。そのため、薄膜トランジスタ20の特性の違いによる表示の違い(例えば色の濃淡などの違い)が分散され、線状に表われなくなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調されることを防止することができる。
本発明の第1の実施形態において、ガラス基板30は、1つのマイクロレンズ17によりレーザ光14が照射されるごとに、所定の距離だけ移動する。所定の距離は、図3に例示するように、ガラス基板30における複数の薄膜トランジスタ20間の距離「H」である。レーザ照射装置10は、ガラス基板30を当該所定の距離移動させる間、レーザ光14の照射を停止する。
ガラス基板30が所定の距離「H」を移動した後、レーザ照射装置10は、マイクロレンズアレイ13に含まれるマイクロレンズ17を用いて、レーザ光14を照射する。なお、本発明の第1の実施形態では、図7に示すマイクロレンズアレイ13を用いるため、1回のスキャンでは、1つのアモルファスシリコン薄膜21に対して、10個のマイクロレンズ17によりレーザ光14が照射される。例えば、図7において、領域1の1行目のアモルファスシリコン薄膜21は、B列、D列、F列・・・と、合計10列分に含まれるマイクロレンズ17によって、レーザ光14が照射されることになる。そのため、1つのアモルファスシリコン薄膜21に対して、20回のレーザ光14を照射するためには、図7に示すマイクロレンズ13によって、2回スキャンする必要がある。
そこで、本発明の第1の実施形態では、ガラス基板30の移動方向に垂直な方向に対して、図7に示すマイクロレンズアレイ13を用いて1回スキャンした後、当該スキャンの開始位置に当該ガラス基板30(又はマイクロレンズアレイ13)を戻して、2回目のスキャンを行う。
その後、ガラス基板30の薄膜トランジスタ20に、レーザアニールを用いてポリシリコン薄膜22を形成した後、別の工程において、当該薄膜トランジスタ20に、ソース23とドレイン24とが形成される。
なお、レーザ照射装置10は、ガラス基板30が「H」だけ移動した後、一旦停止した当該ガラス基板30に対してレーザ光14を照射してもよいし、移動し続けている当該ガラス基板30に対してレーザ光14を照射してもよい。
なお、レーザ照射装置10の照射ヘッド(すなわち、レーザ光源11、カップリング光学系12、マイクロレンズアレイ13及び投影マスク150)が、ガラス基板30に対して移動してもよい。
このように、本発明の第1の実施形態では、マイクロレンズ17の一列が例えば略サインカーブ上に配置されたマイクロレンズアレイ13を用いて、アモルファスシリコン薄膜21に対してレーザ光14を照射する。その結果、隣接するアモルファスシリコン薄膜21に対して、互いに異なるレーザ光14が照射されるようになる。そのため、隣接するポリシリコン薄膜22の電子移動度は、互いに異なることとなる。すなわち、ガラス基板30全体において、互いに隣接する薄膜トランジスタ20の特性は、互いに異なることになり、当該特性の違いによる表示の違い(例えば色の濃淡などの違い)が“線状”に表れることが無くなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調されることを防止することができる。
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態は、1回目のスキャン終了後、マイクロレンズアレイ13を、スキャン方向に直交する方向に、マイクロレンズ17の一列が配置される略サインカーブの所定の位相分だけ移動させて、2回目のスキャンを行う場合の実施形態である。
本発明の第2の実施形態は、1回目のスキャン終了後、マイクロレンズアレイ13を、スキャン方向に直交する方向に、マイクロレンズ17の一列が配置される略サインカーブの所定の位相分だけ移動させて、2回目のスキャンを行う場合の実施形態である。
図8は、本発明の第2の実施形態における、マイクロレンズアレイ13に含まれるマイクロレンズ17と、ガラス基板30に含まれるアモルファスシリコン薄膜21との対応関係を説明するための図である。
ここで、マイクロレンズアレイのスキャン方向の直交方向の一行(または一列)に含むことが可能なマイクロレンズ17の数は、レーザ照射装置10によるレーザ光14の出力に依存する。そのため、レーザ照射装置10は、ガラス基板全体に対してレーザアニール処理を行うためには、スキャン方向にスキャンした後、スキャン方向の直交方向に1ステップ分(マイクロレンズアレイの長辺分)移動し、再度スキャン方向にスキャンすることを繰り返す必要がある。そのため、1回のスキャンでアニール処理された領域と、次のスキャンでアニール処理された領域との間に“線状”のつなぎ目(つなぎ領域)が存在することになる。このように、“線状”のつなぎ目(つなぎ領域)が現れる態様でレーザ光14を照射してしまうと、このつなぎ目(つなぎ領域)が液晶画面上で“つなぎムラ”として認識されてしまう。
そこで、本発明の第2の実施形態では、一のスキャンでアニール処理された領域と、次のスキャンでアニール処理された領域と、の間に“線状”のつなぎ目(つなぎ領域)ができないようにアニール処理を行うことで、“つなぎムラ”の発生を低減する。
そのため、本発明の第2の実施形態では、図7に示すマイクロレンズアレイ13を用いて1回スキャンした後、当該ガラス基板30の移動方向に、当該マイクロレンズアレイ13を、マイクロレンズ17を配置する略サインカーブの所定の位相分ずらして、2回目のスキャンを行う。
本発明の第2の実施形態においても、図7に示すマイクロレンズアレイ13を用いるため、1回のスキャンでは、1つのアモルファスシリコン薄膜21に対して、10個のマイクロレンズ17によりレーザ光14が照射される。例えば、図7において、領域1の1行目のアモルファスシリコン薄膜21は、B列、D列、F列・・・と、合計10列分に含まれるマイクロレンズ17によって、レーザ光14が照射されることになる。そのため、1つのアモルファスシリコン薄膜21に対して、20回のレーザ光14を照射するためには、図7に示すマイクロレンズ13によって2回スキャンする必要がある。
この場合において、図7に示すマイクロレンズアレイ13を用いて1回スキャンした後、当該ガラス基板30の移動方向に、マイクロレンズ17を配置する略サインカーブの90度分だけ位相をずらして、2回目のスキャンを行う。なお、所定の位相は、例えば、図8に示すように90度であってもよいし、180度や270度などであってもよい。
図8に示すように、2回目のスキャンの際に、ガラス基板30の移動方向にマイクロレンズアレイ13を所定の位相分ずらすことにより、一のスキャンでアニール処理された領域と、次のスキャンでアニール処理された領域とが、当該所定の位相分だけ重複することになる。重複する領域があるため、一のスキャンでアニール処理された領域と、次のスキャンでアニール処理された領域との境界に、“線状”のつなぎ目(つなぎ領域)が現れなくなる。
(アニール化処理の工程について)
本発明の第1の実施形態において、レーザ照射装置10は、ガラス基板30に対して、図6に示す投影マスクパターンが設けられたマイクロレンズアレイ13を用いて、レーザ光14を照射する。
本発明の第1の実施形態において、レーザ照射装置10は、ガラス基板30に対して、図6に示す投影マスクパターンが設けられたマイクロレンズアレイ13を用いて、レーザ光14を照射する。
ガラス基板30は、マイクロレンズアレイ13を用いてレーザ光14が照射されるごとに、所定の距離だけ移動する(スキャンする)。所定の距離は、図3に例示するように、ガラス基板30における複数の薄膜トランジスタ20間の間隔「H」である。レーザ照射装置10は、ガラス基板30を当該所定の距離移動させる間、レーザ光14の照射を停止する。
ガラス基板30が所定の距離(すなわち、複数の薄膜トランジスタ20間の間隔「H」)移動した後、レーザ照射装置10は、マイクロレンズアレイ13を用いて、レーザ光14を照射する。レーザ照射装置10は、マイクロレンズアレイ13を用いたレーザ光14の照射と、ガラス基板30の移動とを繰り返して、ガラス基板30の縦方向(スキャンする方向。すなわち、所定の距離だけ移動する方向)に対して、アニール化処理を行う。
その後、ガラス基板30は、スキャン方向に直交する方向に、マイクロレンズ17の一列が配置される略サインカーブの所定の位相分だけ移動する。レーザ照射装置10は、ガラス基板30を当該1ステップ分移動させる間、レーザ光14の照射を停止する。
その後、レーザ照射装置10は、マイクロレンズアレイ13を用いて、レーザ光14を照射し、2回目のスキャンを行う。
その後、レーザ照射装置10は、マイクロレンズアレイ13を用いて、レーザ光14を照射し、2回目のスキャンを行う。
その後、ガラス基板30は、スキャン方向に直交する方向に、1ステップ分(マイクロレンズアレイ13の幅に対応する距離分)移動する。ガラス基板30が1ステップ分移動した後、レーザ照射装置10は、マイクロレンズアレイ13を用いてレーザ光14を照射し、当該ガラス基板30の縦方向にアニール化処理を行う。
そして、ガラス基板30に含まれる薄膜トランジスタ20の全部に、レーザアニールを用いてポリシリコン薄膜22を形成した後、別の工程において、当該薄膜トランジスタ20に、ソース23とドレイン24とが形成される。
このように、本発明の第2の実施形態では、異なるスキャンによってなされたアニール化処理間のつなぎ目が存在しなくなる。つなぎ目がないため、“つなぎムラ”も発生せず、本発明の第1の実施形態におけるレーザ照射装置10によってアニール化処理することにより、高品質な液晶画面等を提供することができる。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、マイクロレンズアレイ13の代わりに、1個の投影レンズ18を用いて、レーザアニールを行う場合の実施形態である。
本発明の第3の実施形態は、マイクロレンズアレイ13の代わりに、1個の投影レンズ18を用いて、レーザアニールを行う場合の実施形態である。
図9は、本発明の第4の実施形態におけるレーザ照射装置10の構成例を示す図である。図9に示すように、本発明の第3の実施形態におけるレーザ照射装置10は、レーザ光源11と、カップリング光学系12と、投影マスクパターン15と、投影レンズ18とを含む。なお、レーザ光源11と、カップリング光学系12とは、図1に示す本発明の第1の実施形態におけるレーザ光源11と、カップリング光学系12と同様の構成であるため、詳細な説明は省略される。
本発明の第3の実施形態では、各々が所定数の開口部16を含む複数の列であって、ガラス基板30の移動方向に平行に設けられる複数の列を有し、当該複数の列の各々において、所定数の開口部16の少なくとも一部が移動方向に平行な一直線上に配置されていない投影マスクパターン15を用いて、レーザ光14を照射する。
投影マスクパターン15に含まれる開口部16の一列は、複数の開口部16の少なくとも一部が、ガラス基板30の移動方向に平行な一直線上に配置されていない。開口部16の少なくとも一部が平行な一直線上に配置されていないため、ガラス基板30上の少なくとも一部の隣接するアモルファスシリコン薄膜21が、互いに異なるレーザ光14で照射されるようになる。その結果、隣接するポリシリコン薄膜22の電子移動度は、互いに異なることとなる。すなわち、ガラス基板30全体において、互いに隣接する薄膜トランジスタ20の特性は、互いに異なることになり、当該特性の違いによる表示の違い(例えば色の濃淡などの違い)が“線状”に表れることが無くなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調されることを防止することができる。
複数の開口部16の少なくとも一部がガラス基板30の移動方向に平行な一直線上に配置されていない投影マスクパターン15の例として、例えば、開口部16の一列が略サインカーブ(Sine Wave、正弦波)上に配置された投影マスクパターン15が考えられる。図10は、開口部16の一列が略サインカーブ(Sine Wave、正弦波)上に配置された投影マスクパターン15の構成例である。
なお、図10に示す投影マスクパターン15は、一例であって、開口部16の配置は、この例に限られない。例えば、開口部16は、コサインカーブ(余弦波)上や、略コサインカーブ上に配置されてもよい。また、開口部16の各々は、サインカーブ又はコサインカーブ上に必ずしも配置される必要はなく、所定の周期を有する波形上に配置されていてもよい。
レーザ光は、図10に例示する投影マスクパターン15の開口(透過領域16)を透過し、投影レンズ18により、アモルファスシリコン薄膜21の所定の領域に照射される。その結果、アモルファスシリコン薄膜21の所定の領域が瞬間加熱されて溶融し、アモルファスシリコン薄膜21の一部がポリシリコン薄膜22となる。
本発明の第3の実施形態においても、レーザ照射装置10は所定の周期でレーザ光14を照射し、レーザ光14が照射されていない時間にガラス基板30を移動させ、次のアモルファスシリコン薄膜21の箇所に当該レーザ光14が照射されるようにする。第3の実施形態においても、図3に示すように、ガラス基板30は、移動方向に対して、所定の間隔「H」でアモルファスシリコン薄膜21が配置される。そして、レーザ照射装置10は、所定の周期で、ガラス基板30上に配置されたアモルファスシリコン薄膜21の部分に、レーザ光14を照射する。
ここで、投影レンズ18を用いる場合、レーザ光14が、当該投影レンズ18の光学系の倍率で換算される。すなわち、投影マスクパターン15のパターンが、投影レンズ18の光学系の倍率で換算され、ガラス基板30上の所定の領域がレーザアニールされる。
すなわち、投影マスクパターン15のマスクパターンは、投影レンズ18の光学系の倍率で換算され、ガラス基板30上の所定の領域がレーザアニールされる。例えば、投影レンズ18の光学系の倍率が約2倍であると、投影マスクパターン15のマスクパターンは、約1/2(0.5)倍され、ガラス基板30の所定の領域がレーザアニールされる。なお、投影レンズ18の光学系の倍率は、約2倍に限られず、どのような倍率であってもよい。投影マスクパターン15のマスクパターンは、投影レンズ18の光学系の倍率に応じて、ガラス基板30上の所定の領域がレーザアニールされる。例えば、投影レンズ18の光学系の倍率が4倍であれば、投影マスクパターン15のマスクパターンは、約1/4(0.25)倍され、ガラス基板30の所定の領域がレーザアニールされる。
また、投影レンズ18が倒立像を形成する場合、ガラス基板30に照射される投影マスクパターン15の縮小像は、投影レンズ18のレンズの光軸を中心に180度回転したパターンとなる。一方、投影レンズ18が正立像を形成する場合、ガラス基板30に照射される投影マスクパターン15の縮小像は、当該投影マスクパターン15そのままとなる。
なお、単一の投影レンズにおいて、例えば、収差等の影響で、中央部に比べて周辺部の照射光量や倍率が異なる場合でも、投影マスクパターン15の中央部と周辺部でマスクの透過率を変えることで均一な照射を実現できる。例えば、単一の照射レンズにおいて、中央部に比べて周辺部の照射光量が少ない場合は、投影マスクパターン15の中央部のマスクの透過率を高くし、一方で周辺部のマスクの透過率を当該中央部の透過率に比べて低く設定することにより、投影マスクパターン15全体で均一な照射を実現することが可能となる。
上記のとおり、本発明の第3の実施形態では、1個の投影レンズ18を用いて、レーザアニールを行った場合であっても、隣接するアモルファスシリコン薄膜21に対して、互いに異なる透過率のレーザ光14を照射することが可能となる。その結果、ガラス基板30全体において、互いに隣接する薄膜トランジスタ20の特性は、互いに異なることになり、当該特性の違いによる表示の違い(例えば色の濃淡などの違い)が“線状”に表れることが無くなる。そのため、液晶画面において表示むらが“スジ”とならず、当該表示むらが強調されることを防止することができる。
なお、以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」「直交」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「垂直」「平行」「平面」「直交」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」「実質的に直交」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「異なる」等の記載がある場合に、これらの各記載は厳密な意味ではない。すなわち、「同一」「等しい」「異なる」とは、設計上や製造上等における公差や誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。なお、ここでの公差や誤差とは、本発明の構成・作用・効果を逸脱しない範囲における単位のことを意味するものである。
本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段やステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、上記実施の形態に示す構成を適宜組み合わせることとしてもよい。
10 レーザ照射装置
11 レーザ光源
12 カップリング光学系
13 マイクロレンズアレイ
14 レーザ光
15 投影マスクパターン
16 透過領域
17 マイクロレンズ
18 投影レンズ
20 薄膜トランジスタ
21 アモルファスシリコン薄膜
22 ポリシリコン薄膜
23 ソース
24 ドレイン
30 ガラス基板
11 レーザ光源
12 カップリング光学系
13 マイクロレンズアレイ
14 レーザ光
15 投影マスクパターン
16 透過領域
17 マイクロレンズ
18 投影レンズ
20 薄膜トランジスタ
21 アモルファスシリコン薄膜
22 ポリシリコン薄膜
23 ソース
24 ドレイン
30 ガラス基板
Claims (11)
- レーザ光を発生する光源と、
所定方向に移動するガラス基板上の複数の薄膜トランジスタの各々に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、前記レーザ光を照射する投影レンズと、
前記投影レンズ上に設けられ、各々が所定数の開口部を含む複数の列であって、前記所定方向に平行に設けられる複数の列を有する投影マスクパターンと、を備え、
前記投影レンズは、前記投影マスクパターンを介して前記レーザ光を照射し、
前記投影マスクパターンは、前記複数の列の各々において、前記所定数の開口部の少なくとも一部が前記所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴とするレーザ照射装置。 - 前記投影マスクパターンは、前記複数の列の各々において、前記所定数の開口部の各々が所定の周期を有する所定の波形上に配置されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ照射装置。
- 前記投影マスクパターンは、前記複数の列の各々において、前記所定数の開口部の各々が略正弦波上に配置されることを特徴とする請求項1または2に記載のレーザ照射装置。
- 前記投影レンズは、各々が所定数のマイクロレンズを含む複数の列であって、前記所定方向に平行に設けられる複数の列を有するマイクロレンズアレイであり、
前記マイクロレンズアレイは、前記複数の列の各々において、前記所定数のマイクロレンズの少なくとも一部が前記所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のレーザ照射装置。 - 前記マイクロレンズアレイは、前記複数の列の各々において、前記所定数のマイクロレンズの各々が所定の周期を有する所定の波形上に配置されることを特徴とする請求項4に記載のレーザ照射装置。
- 前記マイクロレンズアレイは、前記複数の列の各々において、前記所定数のマイクロレンズの各々が略正弦波上に配置されることを特徴とする請求項4または5に記載のレーザ照射装置。
- 前記マイクロレンズアレイにおいて、前記一列に含まれ互いに隣接するマイクロレンズが、互いに所定の距離ずらして配置され、
前記所定の距離は、前記ガラス基板において前記アモルファスシリコン薄膜が配置される間隔の自然数倍であることを特徴とする請求項4乃至6のいずれかに記載のレーザ照射装置。 - 前記光源は、前記ガラス基板上の一列に含まれるアモルファスシリコン薄膜に対して、前記マイクロレンズアレイを用いたレーザ光の照射を、所定の回数繰り返すことを特徴とする請求項4乃至7のいずれかに記載のレーザ照射装置。
- 前記光源は、前記ガラス基板上の一列に含まれるアモルファスシリコン薄膜に対するレーザ光の照射を繰り返すごとに、前記マイクロレンズアレイを、前記所定の波形の所定の位相分前記一列に直交する方向に移動させることを特徴とする請求項8に記載のレーザ照射装置。
- 前記マイクロレンズは、薄膜トランジスタに含まれるソース電極とドレイン電極との間に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域にレーザ光を照射して、ポリシリコン薄膜を形成することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のレーザ照射装置。
- レーザ光を発生する第1のステップと、
所定方向に移動するガラス基板上の複数の薄膜トランジスタの各々に被着されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に、前記レーザ光を照射する第2のステップと、を含み、
第2のステップにおいて、前記投影レンズ上に設けられ、各々が所定数の開口部を含む複数の列であって、前記所定方向に平行に設けられる複数の列を有する投影マスクパターン用いて、前記レーザ光を照射し、
前記投影マスクパターンは、前記複数の列の各々において、前記所定数の開口部の少なくとも一部が前記所定方向に平行な一直線上に配置されていないことを特徴とする薄膜トランジスタの製造方法。
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