JP2003109902A - ポリシリコン膜生成方法 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 粒径を非破壊かつ高速に評価管理する方法を
提供する。 【解決手段】 ポリシリコン平均結晶粒径を、光回折パ
ターンを計測することによって評価する。薄膜トランジ
スタの電界効果移動度を２００ｃｍ２／ＶＳ以上でかつ
電界効果移動度の面内変動を±１０％以下とするため
に、平均粒径が５００ｎｍ以上で面内バラツキが±２０
％以下となるようにレーザーアニールプロセスにフィー
ドバックする。 【効果】 ポリシリコン粒径の非破壊高速評価が可能と
なる。これを用いてプロセス管理を行うことにより、電
界効果移動度の面内分布均一な高性能低温ポリシリコン
ＴＦＴ液晶装置の安定生産が可能となる。
提供する。 【解決手段】 ポリシリコン平均結晶粒径を、光回折パ
ターンを計測することによって評価する。薄膜トランジ
スタの電界効果移動度を２００ｃｍ２／ＶＳ以上でかつ
電界効果移動度の面内変動を±１０％以下とするため
に、平均粒径が５００ｎｍ以上で面内バラツキが±２０
％以下となるようにレーザーアニールプロセスにフィー
ドバックする。 【効果】 ポリシリコン粒径の非破壊高速評価が可能と
なる。これを用いてプロセス管理を行うことにより、電
界効果移動度の面内分布均一な高性能低温ポリシリコン
ＴＦＴ液晶装置の安定生産が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】液晶や半導体デバイスなどの
ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉと略す）膜の生成方法お
よび検査方法に関する。
ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉと略す）膜の生成方法お
よび検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイにおいて、駆動素子と
なる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性層としてはポリ
シリコン膜が、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜よ
り優れているのは、キャリア（ｎチャネルでは電子、ｐ
チャネルでは正孔）の移動度が高く、セルサイズを小さ
くでき高精細化が可能であるためである。さらに、通常
のｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴは１０００℃以上の高温プロセ
スが必要であるが、レーザによるシリコン層のみのアニ
ールにより基板が高温にならない低温ポリシリコン形成
技術では、安価なガラス基板の使用が可能な低温プロセ
スにおいて、移動度の高いＴＦＴの形成が可能となる。
このレーザアニールは、図１３に示すようにガラス基板
上に形成したａ−Ｓｉ膜にそれが吸収する光を照射しな
がら走査することによって基板上のａ−Ｓｉ膜を全面に
わたって多結晶化しｐｏｌｙ−Ｓｉ膜にする。図１４に
示すように、そのｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径はレーザの照射エ
ネルギ面密度（フルエンス）によって変化するため、レ
ーザの安定性がｐｏｌｙ−Ｓｉの粒径分布に反映する。
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のキャリア移動度は、この粒径が大き
いほど高く、面内均一な高性能のＴＦＴ特性を得るため
には粒径分布が均一かつ大粒径を保持する必要性があ
る。大きい粒径をつくるための条件としては図１４のＤ
領域のフルエンスを用いれば良いが、レーザの不安定性
等によってフルエンスが高い方に変動した場合は、Ｅ領
域で示した粒径２００ｎｍ以下の微結晶を含む領域にな
ってしまう。この場合はキャリア移動度が小さくなりデ
バイス不良の原因となる。粒径は、レーザフルエンスの
他にレーザアニール前のａ−Ｓｉ膜の厚さのバラツキに
よっても変動する。したがって、常に一定の粒径範囲で
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をつくるためには、レーザ安定性や基
板の膜厚の変動を低く押さえなければならない。このた
めには粒径管理が必要である。そのため、ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ粒径を検査しレーザアニール条件にフィードバックし
てｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径を一定に管理することが重要とな
っている。この管理方法としては、ｐｏｌｙ−Ｓｉの結
晶粒径そのものを測定するのが最も確実の手法であり、
従来、検査用のサンプルを最初や途中の製造ロットの中
に混ぜたり、製品を無作為に抜き取り、製造工程におい
て形成したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の結晶粒径を電子顕微鏡や
走査型トンネル顕微鏡により直接観察して測定してい
た。さらに他の従来技術としては次の方法がある。特開
平１０−２１４８６９に示された内容であり、透過率で
ポリシリコン膜を評価する方法がある。この方法は粒径
の評価は不可能であるが，ａ−Ｓｉとｐｏｌｙ−Ｓｉと
の吸収係数の差を利用し、ａ−Ｓｉとｐｏｌｙ−Ｓｉの
比率によってレーザ光のフルエンス不足による結晶化不
十分をモニターすることができる。特開平１１‐２７４
０７８に示された内容であり表面光沢度（反射率）で評
価する方法がある。これは光沢度がｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径
によって変化することを利用し、最適なｐｏｌｙ−Ｓｉ
粒径において光沢度が最小となるとしている。これは、
反射率が最小すなわち表面ラフネスが最大になる粒径に
対応する。
なる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性層としてはポリ
シリコン膜が、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜よ
り優れているのは、キャリア（ｎチャネルでは電子、ｐ
チャネルでは正孔）の移動度が高く、セルサイズを小さ
くでき高精細化が可能であるためである。さらに、通常
のｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴは１０００℃以上の高温プロセ
スが必要であるが、レーザによるシリコン層のみのアニ
ールにより基板が高温にならない低温ポリシリコン形成
技術では、安価なガラス基板の使用が可能な低温プロセ
スにおいて、移動度の高いＴＦＴの形成が可能となる。
このレーザアニールは、図１３に示すようにガラス基板
上に形成したａ−Ｓｉ膜にそれが吸収する光を照射しな
がら走査することによって基板上のａ−Ｓｉ膜を全面に
わたって多結晶化しｐｏｌｙ−Ｓｉ膜にする。図１４に
示すように、そのｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径はレーザの照射エ
ネルギ面密度（フルエンス）によって変化するため、レ
ーザの安定性がｐｏｌｙ−Ｓｉの粒径分布に反映する。
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のキャリア移動度は、この粒径が大き
いほど高く、面内均一な高性能のＴＦＴ特性を得るため
には粒径分布が均一かつ大粒径を保持する必要性があ
る。大きい粒径をつくるための条件としては図１４のＤ
領域のフルエンスを用いれば良いが、レーザの不安定性
等によってフルエンスが高い方に変動した場合は、Ｅ領
域で示した粒径２００ｎｍ以下の微結晶を含む領域にな
ってしまう。この場合はキャリア移動度が小さくなりデ
バイス不良の原因となる。粒径は、レーザフルエンスの
他にレーザアニール前のａ−Ｓｉ膜の厚さのバラツキに
よっても変動する。したがって、常に一定の粒径範囲で
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をつくるためには、レーザ安定性や基
板の膜厚の変動を低く押さえなければならない。このた
めには粒径管理が必要である。そのため、ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ粒径を検査しレーザアニール条件にフィードバックし
てｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径を一定に管理することが重要とな
っている。この管理方法としては、ｐｏｌｙ−Ｓｉの結
晶粒径そのものを測定するのが最も確実の手法であり、
従来、検査用のサンプルを最初や途中の製造ロットの中
に混ぜたり、製品を無作為に抜き取り、製造工程におい
て形成したｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の結晶粒径を電子顕微鏡や
走査型トンネル顕微鏡により直接観察して測定してい
た。さらに他の従来技術としては次の方法がある。特開
平１０−２１４８６９に示された内容であり、透過率で
ポリシリコン膜を評価する方法がある。この方法は粒径
の評価は不可能であるが，ａ−Ｓｉとｐｏｌｙ−Ｓｉと
の吸収係数の差を利用し、ａ−Ｓｉとｐｏｌｙ−Ｓｉの
比率によってレーザ光のフルエンス不足による結晶化不
十分をモニターすることができる。特開平１１‐２７４
０７８に示された内容であり表面光沢度（反射率）で評
価する方法がある。これは光沢度がｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径
によって変化することを利用し、最適なｐｏｌｙ−Ｓｉ
粒径において光沢度が最小となるとしている。これは、
反射率が最小すなわち表面ラフネスが最大になる粒径に
対応する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】表面ラフネスが高いと
デバイスのゲート絶縁膜耐圧不良の原因となる。このよ
うに表面ラフネスが最大となる条件を利用して検出する
粒径は、表面凹凸が大きいため，耐圧不良の危険度がも
っとも高い領域を検出する方法である。この領域を使用
する場合は表面ラフネスを低減するプロセスが必要であ
り複雑な製造プロセスとなる。このように、上記の従来
技術の基板検査方法に依存するデバイス製造プロセスで
は、表面ラフネスを低減する特殊なプロセスが必要であ
り、かつ図１４のＢ領域の粒径（約３００ｎｍ）での使
用に限定されてしまう。しかし、さらに低消費電力かつ
高精細液晶を製造するためには、キャリア移動度がさら
に高いｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を作製しなければならない。こ
のためには粒径が最大となる図１４のＤ領域を使用すれ
ばよい。このためには、表面ラフネスに依存しないで粒
径を評価する事が必要である。この領域の評価方法とし
て、上記従来技術は適さず、さらに電子顕微鏡で観察す
る検査は、人為的な労力と測定結果がでるまでに時間が
かかるため量産ラインの現場での評価には適さない。し
たがって、表面ラフネスが小さくかつ粒径が３００ｎｍ
より大きい領域のｐｏｌｙ−Ｓｉ基板を安定に作製する
ことが困難となっている。そこで本発明は、上記問題点
に鑑みて成されたものであり、簡単な手法で表面ラフネ
スが小さくｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径が最大の領域の評価を可
能とし、これにより表面ラフネスが低く高キャリア移動
で製造ばらつきの無い、または、製造歩留まりの高いｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ膜の製造方法を提供することを目的とす
る。
デバイスのゲート絶縁膜耐圧不良の原因となる。このよ
うに表面ラフネスが最大となる条件を利用して検出する
粒径は、表面凹凸が大きいため，耐圧不良の危険度がも
っとも高い領域を検出する方法である。この領域を使用
する場合は表面ラフネスを低減するプロセスが必要であ
り複雑な製造プロセスとなる。このように、上記の従来
技術の基板検査方法に依存するデバイス製造プロセスで
は、表面ラフネスを低減する特殊なプロセスが必要であ
り、かつ図１４のＢ領域の粒径（約３００ｎｍ）での使
用に限定されてしまう。しかし、さらに低消費電力かつ
高精細液晶を製造するためには、キャリア移動度がさら
に高いｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を作製しなければならない。こ
のためには粒径が最大となる図１４のＤ領域を使用すれ
ばよい。このためには、表面ラフネスに依存しないで粒
径を評価する事が必要である。この領域の評価方法とし
て、上記従来技術は適さず、さらに電子顕微鏡で観察す
る検査は、人為的な労力と測定結果がでるまでに時間が
かかるため量産ラインの現場での評価には適さない。し
たがって、表面ラフネスが小さくかつ粒径が３００ｎｍ
より大きい領域のｐｏｌｙ−Ｓｉ基板を安定に作製する
ことが困難となっている。そこで本発明は、上記問題点
に鑑みて成されたものであり、簡単な手法で表面ラフネ
スが小さくｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径が最大の領域の評価を可
能とし、これにより表面ラフネスが低く高キャリア移動
で製造ばらつきの無い、または、製造歩留まりの高いｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ膜の製造方法を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基板上に配置されたシリコン膜に光照射に
よるアニールを行ってｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成する工程
と、前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の光回折パターンを測定する
工程と、前記光回折パターンに基づいて前記ｐｏｌｙ−
Ｓｉ膜を選別する工程とを備えるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の製
造方法を提供する。
するために、基板上に配置されたシリコン膜に光照射に
よるアニールを行ってｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成する工程
と、前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の光回折パターンを測定する
工程と、前記光回折パターンに基づいて前記ｐｏｌｙ−
Ｓｉ膜を選別する工程とを備えるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の製
造方法を提供する。
【０００５】また前記シリコン膜はａ−Ｓｉ膜で形成さ
れ、レーザー光照射によるアニールでｐｏｌｙ−Ｓｉ膜
に変化させ、その結晶粒径を散乱光強度の角度分布を計
測することで評価し、電界効果移動度の粒径との関係か
ら規定した平均粒径の上限と下限の範囲であるか否か
で、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の良不良を判定する。図１に示す
ように，前記回折パターンの角度分布計測による粒径評
価法に用いる光源２は波長が５４０ｎｍ以下のレーザで
あり、前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成した基板１に対して
垂直に照射し、照射領域から発生する散乱光の角度分布
を計測するために、角度範囲が約５度から４５度の範囲
で角度別に複数の光検出素子７が設置される。ｐｏｌｙ
−Ｓｉ膜の光回折パターンにおける散乱光強度の角度分
布幅とｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径との関係は、図７に示すよう
に一般に粒子からの散乱光強度の角度分布幅は粒径が大
きいほど狭くなるというフーリエ変換の関係で説明され
る。図７では粒子間干渉が無い粒子単体の場合と、粒子
が密に存在し粒子間干渉が有る場合の両方を示してい
る。後者の場合は散乱角度ゼロ近傍で散乱光強度が減衰
する分布となる。いずれにせよ角度分布幅が広い分布Ａ
と狭い分布Ｂとで粒径を比較すると、分布Ｂの粒径が分
布Ａの粒径より大きいと判定できる。この原理によっ
て、粒径を非破壊で計測する。
れ、レーザー光照射によるアニールでｐｏｌｙ−Ｓｉ膜
に変化させ、その結晶粒径を散乱光強度の角度分布を計
測することで評価し、電界効果移動度の粒径との関係か
ら規定した平均粒径の上限と下限の範囲であるか否か
で、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の良不良を判定する。図１に示す
ように，前記回折パターンの角度分布計測による粒径評
価法に用いる光源２は波長が５４０ｎｍ以下のレーザで
あり、前記ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を形成した基板１に対して
垂直に照射し、照射領域から発生する散乱光の角度分布
を計測するために、角度範囲が約５度から４５度の範囲
で角度別に複数の光検出素子７が設置される。ｐｏｌｙ
−Ｓｉ膜の光回折パターンにおける散乱光強度の角度分
布幅とｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径との関係は、図７に示すよう
に一般に粒子からの散乱光強度の角度分布幅は粒径が大
きいほど狭くなるというフーリエ変換の関係で説明され
る。図７では粒子間干渉が無い粒子単体の場合と、粒子
が密に存在し粒子間干渉が有る場合の両方を示してい
る。後者の場合は散乱角度ゼロ近傍で散乱光強度が減衰
する分布となる。いずれにせよ角度分布幅が広い分布Ａ
と狭い分布Ｂとで粒径を比較すると、分布Ｂの粒径が分
布Ａの粒径より大きいと判定できる。この原理によっ
て、粒径を非破壊で計測する。
【０００６】以上のようなｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の製造方法
では、ｐｏｌｙ−Ｓｉの製造工程でａ−Ｓｉにエキシマ
レーザを照射して薄膜形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉの光回
折パターン強度の角度分布の幅を計測し、この結果より
ｐｏｌｙ−Ｓｉの結晶粒径を評価する。この評価結果に
よりアニールレーザーのフルエンスを設定する。アニー
ルレーザ光のフルエンスが低すぎる場合は、粒径が十分
に大きくならないのでフルエンスの下限を設定する。
では、ｐｏｌｙ−Ｓｉの製造工程でａ−Ｓｉにエキシマ
レーザを照射して薄膜形成されたｐｏｌｙ−Ｓｉの光回
折パターン強度の角度分布の幅を計測し、この結果より
ｐｏｌｙ−Ｓｉの結晶粒径を評価する。この評価結果に
よりアニールレーザーのフルエンスを設定する。アニー
ルレーザ光のフルエンスが低すぎる場合は、粒径が十分
に大きくならないのでフルエンスの下限を設定する。
【０００７】一方でフルエンスが高すぎて図１７に示し
たように微結晶が発生する領域では、平均粒径が小さく
なるとともに、光回折パターンに図１８に示した様に直
線状のパターンが発生する。この直線状のパターンの検
出によって微結晶筋を検出する。この微結晶筋が発生し
ない様にアニールレーザのフルエンスの上限を設定す
る。レーザーフルエンスの下限と上限は、以下のように
平均粒径の管理範囲で定められる。
たように微結晶が発生する領域では、平均粒径が小さく
なるとともに、光回折パターンに図１８に示した様に直
線状のパターンが発生する。この直線状のパターンの検
出によって微結晶筋を検出する。この微結晶筋が発生し
ない様にアニールレーザのフルエンスの上限を設定す
る。レーザーフルエンスの下限と上限は、以下のように
平均粒径の管理範囲で定められる。
【０００８】図１５に示した平均粒径と電界効果移動度
との間の関係を利用して、所望の電界効果移動度とその
面内分布の変動幅から平均粒径の管理範囲（上限と下
限）をきめる。
との間の関係を利用して、所望の電界効果移動度とその
面内分布の変動幅から平均粒径の管理範囲（上限と下
限）をきめる。
【０００９】着工の前にレーザーアニール条件を決定す
るために，レーザーフルエンス条件を基板内でステップ
上に変えてアニールを行い，そのポリシリコン膜の光回
折パターンの角度分布幅によって平均粒径を評価し、そ
の平均粒径が管理範囲内で或るようにレーザアニールの
条件を設定する。実際のプロセスではレーザアニール後
のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の粒径の面内分布を評価し、基板の
良不良を上述の判定基準で判定し、良品基板のみを後の
工程に送ることによって、製造ばらつきの低減や製造歩
留まりを高める。この場合、全数検査を行う必要はな
く、同一ロット内の基板毎の平均粒径変動幅に応じて、
抜取検査か全数検査かを決めれば良い。すなわち、同一
ロットの平均粒径の基板毎の変動幅が、±２０％以内で
あれば、最低でも同一ロットで一枚の基板の検査を行え
ば良い。通常の抜き取り検査としては、ロット毎に最初
と中間と最後の３枚の検査を行う。この３枚のうち、３
枚とも平均粒径及び面内変動幅が±２０％以内であれば
全体を良品ロットと見なす。しかし、３枚のうち１枚で
も基板毎の平均粒径変動幅が±２０％より大きければ、
そのロットに関する検査を全数検査に切り替える。
るために，レーザーフルエンス条件を基板内でステップ
上に変えてアニールを行い，そのポリシリコン膜の光回
折パターンの角度分布幅によって平均粒径を評価し、そ
の平均粒径が管理範囲内で或るようにレーザアニールの
条件を設定する。実際のプロセスではレーザアニール後
のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の粒径の面内分布を評価し、基板の
良不良を上述の判定基準で判定し、良品基板のみを後の
工程に送ることによって、製造ばらつきの低減や製造歩
留まりを高める。この場合、全数検査を行う必要はな
く、同一ロット内の基板毎の平均粒径変動幅に応じて、
抜取検査か全数検査かを決めれば良い。すなわち、同一
ロットの平均粒径の基板毎の変動幅が、±２０％以内で
あれば、最低でも同一ロットで一枚の基板の検査を行え
ば良い。通常の抜き取り検査としては、ロット毎に最初
と中間と最後の３枚の検査を行う。この３枚のうち、３
枚とも平均粒径及び面内変動幅が±２０％以内であれば
全体を良品ロットと見なす。しかし、３枚のうち１枚で
も基板毎の平均粒径変動幅が±２０％より大きければ、
そのロットに関する検査を全数検査に切り替える。
【００１０】この様に全数検査または抜取検査によって
基板を選別する。図１５のデータによれば、平均粒径が
５００ｎｍ以上であってその値の面内分布の変動幅が±
２０％以下であるように粒径を管理することによって電
界効果移動度の設定値２００ｃｍ２／ＶＳ以上でかつ電
界効果移動度の面内変動が±１０％以下であるポリシリ
コン膜を形成する。
基板を選別する。図１５のデータによれば、平均粒径が
５００ｎｍ以上であってその値の面内分布の変動幅が±
２０％以下であるように粒径を管理することによって電
界効果移動度の設定値２００ｃｍ２／ＶＳ以上でかつ電
界効果移動度の面内変動が±１０％以下であるポリシリ
コン膜を形成する。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明者による実施の結果、形成
されたポリシリコンの結晶粒径が最も大きく且つ、微結
晶が発生していない状態であるとき、電気伝導度は高く
なり、且つエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）された薄
膜からの散乱光の角度分布の幅が最も狭くなることが判
明した。この実験データを図８の表に示した。ｐｏｌｙ
−Ｓｉ膜の散乱光強度の角度依存性、ＳＥＭ観察結果と
ＡＦＭ観察結果のレーザーフルエンス依存性を示してい
る。ＳＥＭ観察の結果、フルエンスが４２０ｍＪ／ｃｍ
２の場合は粒径が約３００ｎｍの均一粒径領域である
が、フルエンスが高くなるにつれて粒径約３００ｎｍの
結晶粒が複数個融合した結晶となり、融合が進むにつれ
てその平均粒径が大きくなる。４７０ｍＪ／ｃｍ２近傍
のフルエンスにおいてｐｏｌｙ−Ｓｉ粒界が融合率が最
大となり平均粒径が最大となる。均一粒径のポリシリコ
ンは，各粒界の３重点に突起が存在する。融合結晶は、
均一結晶粒が複数個融合した結晶であり、融合により粒
界内に突起を含む形態となる。ＡＦＭ観察によるとラフ
ネスの指標の一つである最大高低差（ＰＶ）は均一粒径
で６０ｎｍ以上となり、融合とともに低下し６０ｎｍ以
下となる。自乗平均粗さ（ＲＭＳ）は，均一粒径で８ｎ
ｍより大きく，融合とともに低下し，８ｎｍより小さく
なる。これは図１４で示した粒径とラフネスとの関係と
一致する。図９は、図１で示した測定系で計測した光回
折パターンの角度分布幅の逆数のフルエンス依存性を示
すグラフである。このように角度分布の幅はフルエンス
が大きくなるにつれて狭くなり（すなわち１／角度分布
幅が大きくなる）、フルエンスが約４９０ｍＪ／ｃｍ２
を境に再び広がる（すなわち１／角度分布幅が小さくな
る）ことが分かる。図１０は、図９と同じサンプルのＳ
ＥＭ写真における粒界を示したものである。レーザーフ
ルエンスが４２０ｍＪ／ｃｍ２のサンプルは、粒径が約
３００ｎｍであって均一粒径領域である。フルエンス４
８０ｍＪ／ｃｍ２のサンプルは、融合によって平均粒径
が５００ｎｍ以上となっている。フルエンス５１０ｍＪ
／ｃｍ２のサンプルは、融合による大粒径結晶のなかに
微結晶が混在しているのが分かる。したがって、図９の
グラフは、ｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径が大きくなるにつれて角
度分布幅が小さくなるということを示している。さら
に、このグラフは図１４の粒径のフルエンス依存性のグ
ラフに対応し、ラフネスが低く粒径が最大であるＤ領域
を検出することが可能であることを示している。本実施
形態では、この散乱光強度の角度分布幅が最も狭くなる
状態が最も粒径が大きくなり、かつ微結晶が混在しない
条件で、最も電界効果移動度が良くなることを利用し
て、レーザアニールの最適条件を求める。また測定結果
に基づいて、不良品を判別し、次の製造工程への流れ込
みを阻止し、若しくはレーザーアニールのフルエンス設
定値にフィードバックし、常に最適条件により、ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ膜を製造することで製造歩留まりを向上させる
ものである。図１６は以上の流れを図示したものであ
る。粒径検査情報は中央制御コンピュータに送られ、そ
こから、搬送ロボットに対する基板の物流情報および製
造装置に対するプロセスパラメータの変更情報などによ
って、製造プロセスにフィードバックする。レーザアニ
ール装置と粒径評価装置との間の基板のやり取りを搬送
ロボットが行い、それぞれがネットワークで通信する。
レーザアニール装置で作製されたｐｏｌｙ−Ｓｉ基板
は、搬送ロボットで粒径評価装置に搬送され、評価され
る。粒径評価装置では、一定の判定基準に基づいて基板
単位で良不良の判定結果と不良と判定された基板の粒径
面内分布情報を中央制御コンピュータとレーザアニール
装置に伝える。良と判定された基板は、後の工程の製造
装置に搬送される。不良と判定された基板は、再アニー
ルの為にレーザアニール装置に戻される。粒径評価装置
では良不良の判定とともに、粒径が小さく不良と判定し
た基板についてはさらに、高フルエンス側で生じた微結
晶化か低フルエンス側で生じた微結晶化を粒径評価装置
で判断し、再レーザアニール条件を決定する。高フルエ
ンス側で生じた微結晶であると判定する方法は、粒径面
内分布の一部に図１４で示したＣ領域がある一定の割合
以上存在してかつ微結晶領域が共存する場合とする。低
フルエンス側で生じた微結晶であると判定する方法は、
Ｂ領域がある一定以上存在してかつ微結晶領域が共存す
る場合とする。再アニールの条件の決定方法について記
述する。高フルエンス側で生じた微結晶であると判定さ
れた基板の再アニール条件としては、初期のレーザフル
エンスより低いフルエンスで再アニールする。低フルエ
ンス側で生じた微結晶であると判定された基板の再アニ
ール条件としては、初期のレーザフルエンスより高いフ
ルエンスで再アニールする。再アニールの方法として
は、微結晶が存在する領域のみ再アニールする方法と全
面再アニールする方法の２通りある。Ｂ領域とＣ領域の
粒径と微結晶が共存する場合は、微結晶が存在する領域
のみの再アニールとするか、または再アニールを断念し
て廃棄すべき基板と判定する。この場合の再アニールの
条件としては次の様にする。微結晶が存在する近傍の粒
径範囲がＢ領域に存在する場合は、初期フルエンスより
高めのフルエンス条件とし、微結晶の近傍の粒径範囲が
Ｃ領域に存在する場合は低めのフルエンス条件とする。
図１５は、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴで測定した電界効果移
動度とそのｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径との関係を調べたもので
ある。粒径８００ｎｍ近傍に電界効果移動度が約２５０
±１５ｃｍ２／ＶＳと均一になる領域が存在する。ま
た、この図の直線の傾きにより、電界効果移動度と粒径
とバラツキの関係をもとめると、電界効果移動度の変動
を±１０％以内に押さえるためには、平均粒径のバラツ
キは±２０％以内である必要がある。この粒径を管理す
る様に粒径評価結果をプロセスにフィードバックする。
これによって、電界効果移動度が約２５０±１５ｃｍ２
／ＶＳ以内のｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴの作製が可能であ
る。この場合の移動度の面内バラツキは、±１０％以下
である。
されたポリシリコンの結晶粒径が最も大きく且つ、微結
晶が発生していない状態であるとき、電気伝導度は高く
なり、且つエキシマレーザアニール（ＥＬＡ）された薄
膜からの散乱光の角度分布の幅が最も狭くなることが判
明した。この実験データを図８の表に示した。ｐｏｌｙ
−Ｓｉ膜の散乱光強度の角度依存性、ＳＥＭ観察結果と
ＡＦＭ観察結果のレーザーフルエンス依存性を示してい
る。ＳＥＭ観察の結果、フルエンスが４２０ｍＪ／ｃｍ
２の場合は粒径が約３００ｎｍの均一粒径領域である
が、フルエンスが高くなるにつれて粒径約３００ｎｍの
結晶粒が複数個融合した結晶となり、融合が進むにつれ
てその平均粒径が大きくなる。４７０ｍＪ／ｃｍ２近傍
のフルエンスにおいてｐｏｌｙ−Ｓｉ粒界が融合率が最
大となり平均粒径が最大となる。均一粒径のポリシリコ
ンは，各粒界の３重点に突起が存在する。融合結晶は、
均一結晶粒が複数個融合した結晶であり、融合により粒
界内に突起を含む形態となる。ＡＦＭ観察によるとラフ
ネスの指標の一つである最大高低差（ＰＶ）は均一粒径
で６０ｎｍ以上となり、融合とともに低下し６０ｎｍ以
下となる。自乗平均粗さ（ＲＭＳ）は，均一粒径で８ｎ
ｍより大きく，融合とともに低下し，８ｎｍより小さく
なる。これは図１４で示した粒径とラフネスとの関係と
一致する。図９は、図１で示した測定系で計測した光回
折パターンの角度分布幅の逆数のフルエンス依存性を示
すグラフである。このように角度分布の幅はフルエンス
が大きくなるにつれて狭くなり（すなわち１／角度分布
幅が大きくなる）、フルエンスが約４９０ｍＪ／ｃｍ２
を境に再び広がる（すなわち１／角度分布幅が小さくな
る）ことが分かる。図１０は、図９と同じサンプルのＳ
ＥＭ写真における粒界を示したものである。レーザーフ
ルエンスが４２０ｍＪ／ｃｍ２のサンプルは、粒径が約
３００ｎｍであって均一粒径領域である。フルエンス４
８０ｍＪ／ｃｍ２のサンプルは、融合によって平均粒径
が５００ｎｍ以上となっている。フルエンス５１０ｍＪ
／ｃｍ２のサンプルは、融合による大粒径結晶のなかに
微結晶が混在しているのが分かる。したがって、図９の
グラフは、ｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径が大きくなるにつれて角
度分布幅が小さくなるということを示している。さら
に、このグラフは図１４の粒径のフルエンス依存性のグ
ラフに対応し、ラフネスが低く粒径が最大であるＤ領域
を検出することが可能であることを示している。本実施
形態では、この散乱光強度の角度分布幅が最も狭くなる
状態が最も粒径が大きくなり、かつ微結晶が混在しない
条件で、最も電界効果移動度が良くなることを利用し
て、レーザアニールの最適条件を求める。また測定結果
に基づいて、不良品を判別し、次の製造工程への流れ込
みを阻止し、若しくはレーザーアニールのフルエンス設
定値にフィードバックし、常に最適条件により、ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ膜を製造することで製造歩留まりを向上させる
ものである。図１６は以上の流れを図示したものであ
る。粒径検査情報は中央制御コンピュータに送られ、そ
こから、搬送ロボットに対する基板の物流情報および製
造装置に対するプロセスパラメータの変更情報などによ
って、製造プロセスにフィードバックする。レーザアニ
ール装置と粒径評価装置との間の基板のやり取りを搬送
ロボットが行い、それぞれがネットワークで通信する。
レーザアニール装置で作製されたｐｏｌｙ−Ｓｉ基板
は、搬送ロボットで粒径評価装置に搬送され、評価され
る。粒径評価装置では、一定の判定基準に基づいて基板
単位で良不良の判定結果と不良と判定された基板の粒径
面内分布情報を中央制御コンピュータとレーザアニール
装置に伝える。良と判定された基板は、後の工程の製造
装置に搬送される。不良と判定された基板は、再アニー
ルの為にレーザアニール装置に戻される。粒径評価装置
では良不良の判定とともに、粒径が小さく不良と判定し
た基板についてはさらに、高フルエンス側で生じた微結
晶化か低フルエンス側で生じた微結晶化を粒径評価装置
で判断し、再レーザアニール条件を決定する。高フルエ
ンス側で生じた微結晶であると判定する方法は、粒径面
内分布の一部に図１４で示したＣ領域がある一定の割合
以上存在してかつ微結晶領域が共存する場合とする。低
フルエンス側で生じた微結晶であると判定する方法は、
Ｂ領域がある一定以上存在してかつ微結晶領域が共存す
る場合とする。再アニールの条件の決定方法について記
述する。高フルエンス側で生じた微結晶であると判定さ
れた基板の再アニール条件としては、初期のレーザフル
エンスより低いフルエンスで再アニールする。低フルエ
ンス側で生じた微結晶であると判定された基板の再アニ
ール条件としては、初期のレーザフルエンスより高いフ
ルエンスで再アニールする。再アニールの方法として
は、微結晶が存在する領域のみ再アニールする方法と全
面再アニールする方法の２通りある。Ｂ領域とＣ領域の
粒径と微結晶が共存する場合は、微結晶が存在する領域
のみの再アニールとするか、または再アニールを断念し
て廃棄すべき基板と判定する。この場合の再アニールの
条件としては次の様にする。微結晶が存在する近傍の粒
径範囲がＢ領域に存在する場合は、初期フルエンスより
高めのフルエンス条件とし、微結晶の近傍の粒径範囲が
Ｃ領域に存在する場合は低めのフルエンス条件とする。
図１５は、ｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴで測定した電界効果移
動度とそのｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径との関係を調べたもので
ある。粒径８００ｎｍ近傍に電界効果移動度が約２５０
±１５ｃｍ２／ＶＳと均一になる領域が存在する。ま
た、この図の直線の傾きにより、電界効果移動度と粒径
とバラツキの関係をもとめると、電界効果移動度の変動
を±１０％以内に押さえるためには、平均粒径のバラツ
キは±２０％以内である必要がある。この粒径を管理す
る様に粒径評価結果をプロセスにフィードバックする。
これによって、電界効果移動度が約２５０±１５ｃｍ２
／ＶＳ以内のｐｏｌｙ−ＳｉＴＦＴの作製が可能であ
る。この場合の移動度の面内バラツキは、±１０％以下
である。
【００１２】以下，粒径評価方法の実施形態について，
詳しく記述する。図１は、本発明による一実施形態に係
るｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径の評価方法を示す図である。まず
ガラス基板上にプラズマＣＶＤ法により、少なくとも一
層以上に積層された薄膜の最上層にあるａ−Ｓｉ膜に波
長約３００ｎｍのエキシマレーザを照射して多結晶化し
たサンプル１を用意する。このサンプルにｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ膜が形成されている面と反対側の裏面の方から波長５
３２ｎｍのレーザ光源２を照射光源としてサンプル面に
垂直に光照射する。ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜で散乱された光を
サンプルの表面側に角度別に複数設置した光検出器７で
散乱光強度を計測する。計測する角度範囲は、５度から
４５度の範囲である。光散乱体の粒径と散乱光強度の角
度分布幅との関係はフーリエ変換の対応関係により、粒
径が大きいほど散乱光の角度分布が低角度に分布し散乱
角度分布幅が小さいのに対し、粒径が小さいほど角度分
布が広い。この原理を用い、散乱角度分布の幅を測定す
ることでｐ−Ｓｉ膜の粒径が評価される。粒径は、角度
分布幅との校正曲線を予めつくっておいてその対応から
定める。角度分布幅を求める方法としては、図１１に示
した様に回折面に１次元アレー型に複数の検出素子を角
度別に並べて計測する方法と図１２に示す様に２次元光
検出器で光回折パターンを計測する方法がある。どちら
の場合も照射ビームを検出器に直接入らない様にする必
要がある。図３は、本発明による他の一実施形態に係る
ｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径の評価方法を示す図である。すなわ
ち、サンプル１にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成されている方
向よりレーザ光を垂直に照射し、回折パターンの計測を
後方散乱を検出する向きで行う方式を示したものであ
る。図５は、照射光が斜入射の場合の光回折パターンの
計測方式を示したものである。実際の製造工程において
は、本実施形態のｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径の評価方法による
液晶ディスプレイの製造方法が非破壊及び非接触による
検査で実施できることから、従来のように製造ロットの
中に検査用ダミーサンプルを入れる必要もなく、製品の
抜取検査或いは全数検査を行うことができる。これに対
応するためには１枚当り分のオーダで計測する必要があ
り、図２に示したように計測用照射レーザービームをマ
ルチビームとして、基板の複数位置を同時に走査測定す
る方法をとる。図４は図３に示した計測系をマルチビー
ムにした測定系の構成図である。このようにマルチビー
ム系とすることによって、計測時間が短縮化される。検
査時間をレーザーアニールプロセス時間より短く設定し
て全数検査を行う。さらに、図６に示したようにレーザ
アニール装置に本粒径評価法の機能を備え付けることに
より、装置外に取り出さずに評価することができる。こ
の場合、アニール時の基板走査とともにアニールが済ん
でいる場所の粒径を評価する方法と、アニールが終了し
た後に粒径評価を行う方法がある。評価結果は、評価装
置分離方式の場合と同様に、基板の良不良の判定、不良
の場合は再アニール条件を行うか否かの判定、再アニー
ルを行う場合はその条件を決定する。この情報に基づい
て再レーザアニールを行う。図１７には図１４のＥ領域
において微結晶がどのような形態で混在しているかを示
した。すなわち、粒径５００ｎｍ以上の融合粒径が存在
する面内領域と２００ｎｍ以下の微結晶が存在する面内
領域が、アニールレーザの照射領域の形状に依存してお
り、ビーム形状の長手方向と平行に融合結晶と微結晶の
境界ができるように微結晶領域が形成される。これはア
ニールレーザ光がパルスであって、パルス毎にフルエン
スが変動しているためである。この筋状の微結晶領域
は、光回折パターンの角度分布幅から測定する平均粒径
でも検出可能であるが、このほかに光回折パターンでは
直線パターンとして筋が検出される。微結晶筋に由来す
る直線状パターンを含む光回折パターンを模式的に示し
たのが図１８である。散乱角度が５度から１０度近傍に
発生し、アニールレーザビーム形状の短軸方向にのびた
直線パターンとなる。この直線パターンを検出するため
には、図１１の検出器において、０度方向に設置した検
出素子の信号強度と９０度方向に設置した検出素子の信
号強度の差に比例する量で測定すればよい。図１９は、
本計測方法による評価結果の表示例の一つを示してい
る。粒径の面内分布、微結晶発生領域の面内分布、異物
の面内分布である。異物は局所的に散乱光が強い個所と
して判定される。本実施例では、粒径が図１４のＤ領域
の粒径のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を製造するためのプロセスを
述べたが、要求されるＴＦＴの性能に応じて、Ｄ領域以
外の粒径領域で製造管理するプロセスでも良い。この場
合は、製造条件として設定した平均粒径に対して下限値
と上限値を設けて、下限値より小さい粒径が発生する場
合はレーザアニールのフルエンスを増大して、上限より
大きい粒径が発生する場合はレーザアニールのフルエン
スを低減する様にプロセスにフィードバックすれば良
い。
詳しく記述する。図１は、本発明による一実施形態に係
るｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径の評価方法を示す図である。まず
ガラス基板上にプラズマＣＶＤ法により、少なくとも一
層以上に積層された薄膜の最上層にあるａ−Ｓｉ膜に波
長約３００ｎｍのエキシマレーザを照射して多結晶化し
たサンプル１を用意する。このサンプルにｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ膜が形成されている面と反対側の裏面の方から波長５
３２ｎｍのレーザ光源２を照射光源としてサンプル面に
垂直に光照射する。ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜で散乱された光を
サンプルの表面側に角度別に複数設置した光検出器７で
散乱光強度を計測する。計測する角度範囲は、５度から
４５度の範囲である。光散乱体の粒径と散乱光強度の角
度分布幅との関係はフーリエ変換の対応関係により、粒
径が大きいほど散乱光の角度分布が低角度に分布し散乱
角度分布幅が小さいのに対し、粒径が小さいほど角度分
布が広い。この原理を用い、散乱角度分布の幅を測定す
ることでｐ−Ｓｉ膜の粒径が評価される。粒径は、角度
分布幅との校正曲線を予めつくっておいてその対応から
定める。角度分布幅を求める方法としては、図１１に示
した様に回折面に１次元アレー型に複数の検出素子を角
度別に並べて計測する方法と図１２に示す様に２次元光
検出器で光回折パターンを計測する方法がある。どちら
の場合も照射ビームを検出器に直接入らない様にする必
要がある。図３は、本発明による他の一実施形態に係る
ｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径の評価方法を示す図である。すなわ
ち、サンプル１にｐｏｌｙ−Ｓｉ膜が形成されている方
向よりレーザ光を垂直に照射し、回折パターンの計測を
後方散乱を検出する向きで行う方式を示したものであ
る。図５は、照射光が斜入射の場合の光回折パターンの
計測方式を示したものである。実際の製造工程において
は、本実施形態のｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径の評価方法による
液晶ディスプレイの製造方法が非破壊及び非接触による
検査で実施できることから、従来のように製造ロットの
中に検査用ダミーサンプルを入れる必要もなく、製品の
抜取検査或いは全数検査を行うことができる。これに対
応するためには１枚当り分のオーダで計測する必要があ
り、図２に示したように計測用照射レーザービームをマ
ルチビームとして、基板の複数位置を同時に走査測定す
る方法をとる。図４は図３に示した計測系をマルチビー
ムにした測定系の構成図である。このようにマルチビー
ム系とすることによって、計測時間が短縮化される。検
査時間をレーザーアニールプロセス時間より短く設定し
て全数検査を行う。さらに、図６に示したようにレーザ
アニール装置に本粒径評価法の機能を備え付けることに
より、装置外に取り出さずに評価することができる。こ
の場合、アニール時の基板走査とともにアニールが済ん
でいる場所の粒径を評価する方法と、アニールが終了し
た後に粒径評価を行う方法がある。評価結果は、評価装
置分離方式の場合と同様に、基板の良不良の判定、不良
の場合は再アニール条件を行うか否かの判定、再アニー
ルを行う場合はその条件を決定する。この情報に基づい
て再レーザアニールを行う。図１７には図１４のＥ領域
において微結晶がどのような形態で混在しているかを示
した。すなわち、粒径５００ｎｍ以上の融合粒径が存在
する面内領域と２００ｎｍ以下の微結晶が存在する面内
領域が、アニールレーザの照射領域の形状に依存してお
り、ビーム形状の長手方向と平行に融合結晶と微結晶の
境界ができるように微結晶領域が形成される。これはア
ニールレーザ光がパルスであって、パルス毎にフルエン
スが変動しているためである。この筋状の微結晶領域
は、光回折パターンの角度分布幅から測定する平均粒径
でも検出可能であるが、このほかに光回折パターンでは
直線パターンとして筋が検出される。微結晶筋に由来す
る直線状パターンを含む光回折パターンを模式的に示し
たのが図１８である。散乱角度が５度から１０度近傍に
発生し、アニールレーザビーム形状の短軸方向にのびた
直線パターンとなる。この直線パターンを検出するため
には、図１１の検出器において、０度方向に設置した検
出素子の信号強度と９０度方向に設置した検出素子の信
号強度の差に比例する量で測定すればよい。図１９は、
本計測方法による評価結果の表示例の一つを示してい
る。粒径の面内分布、微結晶発生領域の面内分布、異物
の面内分布である。異物は局所的に散乱光が強い個所と
して判定される。本実施例では、粒径が図１４のＤ領域
の粒径のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を製造するためのプロセスを
述べたが、要求されるＴＦＴの性能に応じて、Ｄ領域以
外の粒径領域で製造管理するプロセスでも良い。この場
合は、製造条件として設定した平均粒径に対して下限値
と上限値を設けて、下限値より小さい粒径が発生する場
合はレーザアニールのフルエンスを増大して、上限より
大きい粒径が発生する場合はレーザアニールのフルエン
スを低減する様にプロセスにフィードバックすれば良
い。
【００１３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、形
成されるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の平均結晶粒径の大きさによ
り、その膜の光回折パターンが変化することを利用し、
複数の光検出で散乱光強度の角度分布を計測することで
粒径評価を行い、大型基板の実製品を非接触及び非破壊
で評価し、製造ばらつきの少なく、不良品の早期排除に
より製造歩留まりの高い多結晶シリコン膜の製造方法を
提供することができる。特に、表面ラフネスがフルエン
ス変化で極大となる粒径３００ｍより平均粒径が大きい
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の管理が可能となり、平均粒径が５０
０ｎｍ以上でその面内分布変動幅が±２０％以下のｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ膜からなる液晶ディスプレイ装置の量産が可
能となる。
成されるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の平均結晶粒径の大きさによ
り、その膜の光回折パターンが変化することを利用し、
複数の光検出で散乱光強度の角度分布を計測することで
粒径評価を行い、大型基板の実製品を非接触及び非破壊
で評価し、製造ばらつきの少なく、不良品の早期排除に
より製造歩留まりの高い多結晶シリコン膜の製造方法を
提供することができる。特に、表面ラフネスがフルエン
ス変化で極大となる粒径３００ｍより平均粒径が大きい
ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜の管理が可能となり、平均粒径が５０
０ｎｍ以上でその面内分布変動幅が±２０％以下のｐｏ
ｌｙ−Ｓｉ膜からなる液晶ディスプレイ装置の量産が可
能となる。
【図１】本発明によるポリシリコン粒径の評価方法につ
いて説明するための構成例を示す図である。
いて説明するための構成例を示す図である。
【図２】光回折パターンによる粒径計測検査装置（マル
チビーム型）の構成図である。
チビーム型）の構成図である。
【図３】本発明によるポリシリコン粒径の評価方法につ
いて説明するための他の構成例を示す図である。
いて説明するための他の構成例を示す図である。
【図４】光回折パターンによる粒径計測検査装置（マル
チビーム型）の他の構成図である。
チビーム型）の他の構成図である。
【図５】本発明によるポリシリコン粒径の評価方法につ
いて説明するためのさらに他の構成例を示す図である。
いて説明するためのさらに他の構成例を示す図である。
【図６】光回折パターンによる粒径評価機能を組み込ん
だレーザアニール装置の構成図である。
だレーザアニール装置の構成図である。
【図７】本発明によるポリシリコン粒径の評価原理を説
明する図である。
明する図である。
【図８】ポリシリコンの光回折パターンと粒径とラフネ
スとの対応を調べた実験データをまとめた表である。
スとの対応を調べた実験データをまとめた表である。
【図９】光回折パターンの散乱光強度の角度分布幅のレ
ーザフルエンス依存性を調べたグラフである。
ーザフルエンス依存性を調べたグラフである。
【図１０】図９と同一サンプルのＳＥＭ観察によるポリ
シリコン粒界を示した図である。
シリコン粒界を示した図である。
【図１１】光回折パターンを計測するための検出素子の
配列を示す図である。
配列を示す図である。
【図１２】光回折パターンを計測するための検出器が２
次元検出方式の場合の検出光学系を示す図である。
次元検出方式の場合の検出光学系を示す図である。
【図１３】レーザーアニールによる多結晶シリコン形成
プロセスを示す図である。
プロセスを示す図である。
【図１４】レーザーフルエンスとｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径と
表面ラフネスとの関係を示す図である。
表面ラフネスとの関係を示す図である。
【図１５】ｐｏｌｙ−Ｓｉ粒径とキャリア移動度の関係
を示す図である。
を示す図である。
【図１６】粒径検査情報によるレーザアニールプロセス
へのフィードバック方法を示す図である。
へのフィードバック方法を示す図である。
【図１７】高フルエンス領域における微結晶筋の発生形
態。
態。
【図１８】微結晶筋が存在する場合の光回折パターンの
模式図。
模式図。
【図１９】検査結果の表示例。
１…ガラス基板上にポリシリコン膜が形成されている基
板、２…照射レーザ光源、３…照射レーザー光、４…ハ
ーフミラー、５…ミラー、６…照射光強度モニター、７
…光回折パターンの検出面、８…基板指示台、９…照射
光学系と検出光学系を固定する枠、１０…散乱光、１１
…基板固定用真空チャック穴、１１−１…検出素子、１
１−２…開口、１２−１…二次元検出器、１２−２…レ
ンズ、１２−３…ガラス上のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、１３−
１…ラインビームパルスエキシマレーザ、１３−２…ミ
ラー、１３−３…ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、１７−１…アニー
ルレーザの照射ビームの長手方向、１８−１…微結晶領
域と融合結晶の境界線による光回折パターン、１８−２
…平均粒径を反映するリング状の光回折パターン。
板、２…照射レーザ光源、３…照射レーザー光、４…ハ
ーフミラー、５…ミラー、６…照射光強度モニター、７
…光回折パターンの検出面、８…基板指示台、９…照射
光学系と検出光学系を固定する枠、１０…散乱光、１１
…基板固定用真空チャック穴、１１−１…検出素子、１
１−２…開口、１２−１…二次元検出器、１２−２…レ
ンズ、１２−３…ガラス上のｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、１３−
１…ラインビームパルスエキシマレーザ、１３−２…ミ
ラー、１３−３…ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、１７−１…アニー
ルレーザの照射ビームの長手方向、１８−１…微結晶領
域と融合結晶の境界線による光回折パターン、１８−２
…平均粒径を反映するリング状の光回折パターン。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 高崎 幸男
千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立
製作所ディスプレイグループ内
(72)発明者 阿部 広伸
千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立
製作所ディスプレイグループ内
(72)発明者 大倉 理
千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立
製作所ディスプレイグループ内
(72)発明者 木村 嘉伸
東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 芝 健夫
東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
Ｆターム(参考） 2H092 KA04 MA30 MA55
4M106 AA01 BA05 CB30
5F052 AA02 BB07 CA07 JA01
5F110 AA24 BB01 DD02 GG02 GG13
PP03
Claims (19)
- 【請求項１】基板上に配置されたシリコン膜に光照射し
多結晶シリコン膜を形成する工程と、基板面内の平均粒
径の値が５００ｎｍ以上である基板を選別する工程とを
具備することを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方
法。 - 【請求項２】請求項１記載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、前記シリコン膜は、非結晶シリコン膜であ
り、前記光照射がレーザー光の照射によることを特徴と
する多結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項３】請求項１記載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、前記多結晶シリコン膜の平均粒径の値が５
００ｎｍ以上である基板を選別する工程は、ポリシリコ
ン膜の光回折パターンの計測によりポリシリコン粒径を
計測して選別する事を特徴とする多結晶シリコン膜の製
造方法。 - 【請求項４】請求項１記載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、前期多結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記多結晶シリコン膜の粒径を計測する工程とが、同一
の装置で行うことを特徴とする多結晶シリコン膜の製造
方法。 - 【請求項５】請求項１記載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、前記多結晶シリコン膜の平均粒径の面内変
動幅は±２０％以内であることを特徴とする多結晶シリ
コン膜の製造方法。 - 【請求項６】請求項１記載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、選別された基板上の多結晶シリコン膜の結
晶は融合結晶であり、その表面ラフネスの程度をしめす
最大高低差（ＰＶ）は６０ｎｍ以下であり，自乗平均粗
さ（ＲＭＳ）は８ｎｍ以下であることを特徴とする多結
晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項７】基板上に形成されたシリコン膜に光照射し
多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記多結晶シリコ
ン膜の粒径を測定する工程と、前記粒径に基づいて前記
光照射エネルギーを調整する工程と、を具備することを
特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項８】請求項７記載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、前記多結晶シリコン膜が融合結晶領域であ
りかつ微結晶を含まない範囲内で前記光照射エネルギー
を調節することを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方
法。 - 【請求項９】請求項７記載の多結晶シリコン膜の製造方
法において、前記多結晶シリコン膜を選別する工程で選
別条件を満足せずに不良と判定された基板に対して、光
照射エネルギーを変更して再光照射を行うプロセスを含
むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項１０】請求項７記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、前記シリコン膜が非結晶シリコン膜であ
り、前記エネルギーがエキシマレーザーの照射によるこ
とを特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項１１】請求項７記載の多結晶シリコン膜の製造
方法において、前記多結晶シリコン膜の粒径を測定する
工程が、光回折パターンの計測によりポリシリコン粒径
を求める事を特徴とする多結晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項１２】請求項１１記載の多結晶シリコン膜の製
造方法において、前記光回折パターンの計測によりポリ
シリコン粒径を求める方法が、基板に波長５４０ｎｍよ
り短い波長の光を照射しその散乱光強度の角度依存性を
少なくとも角度５度から４０度以上の範囲で計測し、そ
の角度分布情報から粒径を求めることを特徴とする多結
晶シリコン膜の製造方法。 - 【請求項１３】光回折パターンを計測することによって
多結晶シリコン膜の粒径を求めることを特徴とする多結
晶シリコン粒径計測方法。 - 【請求項１４】光回折パターンを計測することによって
多結晶シリコン膜の微結晶筋を検出することを特徴とす
る多結晶シリコン評価方法。 - 【請求項１５】基板上に配置されたシリコン膜に光照射
することによって多結晶シリコン膜を形成する装置にお
いて、融合領域の粒径を計測する機能が組み込まれてい
る事を特徴とする多結晶シリコン膜形成装置。 - 【請求項１６】平均粒径が５００ｎｍ以上であって面内
分布の平均粒径の変動幅が±２０％以下の融合領域のポ
リシリコン結晶を含む薄膜トランジスタで作製された液
晶ディスプレイ装置。 - 【請求項１７】電界効果移動度が２００ｃｍ２／ＶＳ以
上でかつ電界効果移動度の面内変動が±１０％以下であ
ることを特徴とする薄膜トランジスタで作製された液晶
ディスプレイ装置。 - 【請求項１８】平均粒径が５００ｎｍ以上であるポリシ
リコン結晶を用いて形成され，電界効果移動度の面内変
動が±１０％以下である電界効果移動度の面内変動が±
１０％以下である薄膜トランジスタで作製された液晶デ
ィスプレイ装置。 - 【請求項１９】ポリシリコン膜の品質表示として、ポリ
シリコン膜の粒径に関する面内の１００００点以上の測
定ポイントに基づいて、粒径あるいは粒径に関連する値
の分布の表示を行うことを特徴とするポリシリコン膜品
質表示方法。
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| TW091102237A TW538458B (en) | 2001-10-02 | 2002-02-07 | Process for producing polysilicon film |
| KR1020020010374A KR100833761B1 (ko) | 2001-10-02 | 2002-02-27 | 다결정 실리콘 막 생산 공정 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003109902A true JP2003109902A (ja) | 2003-04-11 |
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|---|---|---|---|
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| CN (1) | CN1276470C (ja) |
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