JP2004103628A - Laser annealing device and method of laser-annealing tft substrate - Google Patents

Laser annealing device and method of laser-annealing tft substrate Download PDF

Info

Publication number
JP2004103628A
JP2004103628A JP2002259521A JP2002259521A JP2004103628A JP 2004103628 A JP2004103628 A JP 2004103628A JP 2002259521 A JP2002259521 A JP 2002259521A JP 2002259521 A JP2002259521 A JP 2002259521A JP 2004103628 A JP2004103628 A JP 2004103628A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
laser beam
linear
laser annealing
cylindrical lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002259521A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mikio Hongo
本郷 幹雄
Toshihiko Nakada
中田 俊彦
Akio Yazaki
矢崎 秋夫
Mutsuko Hatano
波多野 睦子
Osamu Okura
大倉 理
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2002259521A priority Critical patent/JP2004103628A/en
Publication of JP2004103628A publication Critical patent/JP2004103628A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser annealing device which is capable of emitting a continuous oscillation laser beam linear through a simple optical system, accurately irradiating only a target region with a laser beam, and obtaining a polycrystalline silicon film substantially equivalent to a single crystal film without causing thermal damage to the silicon film and a substrate. <P>SOLUTION: The laser beam is split into halves and deflected by a prism, and the split laser beams are made to overlap with each other while the directions of polarization of the split laser beams are made to cross each other at right angles, the overlapping laser beams are set uniform in energy distribution in the deflecting direction and condensed through a cylindrical lens or formed through a combination of a Powell lens and a cylindrical lens into a linear beam in the direction perpendicular to the deflecting direction. The linear beam is made to irradiate a plurality of target regions as continuously scanning the regions without stopping a stage, so that the polycrystalline silicon film having characteristics substantially equivalent to those of a single crystal silicon film is formed on only the target regions irradiated with the linear laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は絶縁基板上に形成された非晶質または多結晶半導体膜に、レーザ光を照射して膜質の改善あるいは結晶粒の拡大あるいは単結晶化を行うのに好適なしーザアニール方法およびレーザアニール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、液晶パネルはガラスや溶融石英などの基板上の非晶質シリコン膜で形成された薄膜トランジスタのスイッチングにより画像を形成している。この基板上に画素トランジスタを駆動するドライバ回路を同時に形成することが可能になれば、飛躍的な製造コスト低減および信頼性の向上が期待できる。しかし、現状ではトランジスタの能動層を形成するシリコン膜は結晶性が悪いため、移動度に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速・高機能が要求される回路の製作は困難である。これら高速・高機能の回路を製作するためには、高移動度薄膜トランジスタを必要とし、これを実現するためにシリコン薄膜の結晶性を改善する必要がある。
【0003】
この結晶性改善の手法として、従来からエキシマレーザアニールが注目を浴びている。この方法はガラスなどの絶縁基板上に形成された非晶質シリコン膜(移動度は1cm/Vs以下)に工キシマレーザを照射して、非晶質シリコン膜を多結晶シリコン膜に変化させることで、移動度を改善するものである。しかしながら、エキシマレーザの照射により得られた多結晶膜は、結晶粒径が数100nm程度、移動度も100cm/Vs程度であり、液晶パネルを駆動するドライバー回路などに適用するには性能不足である。
【0004】
この問題を解決する連続発振レーザによるアニール方法として、非特許文献1及び特許文献1に記載されている。
【0005】
【非特許文献1】
F.Takeuchi, Performance of poly−Si TFTs fabricated by a Stable Scanning CW Laser Crystallization, AM−LCD’01(TFT4−3)
【特許文献1】
特開平10−64842号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、ダイオード励起連続発振YVOレーザの第二高調波を、ガラス基板上に形成した非晶質シリコン薄膜上を走査することで結晶成長させ、500cm/Vsを越える移動度を得ている。この程度の移動度が得られると、十分な性能の駆動回路を形成することができ、システムオンパネルが実現できる。
【0007】
上記ダイオード励起連続発振YVOレーザの第二高調波の様な固体レーザの場合には、発振されるビームはガウス形の分布を持つ。また、エキシマレーザのような大出力レーザの場合にはマルチモードで発振するため、いずれの場合にも照射領域全体に均一なエネルギ密度の照射が必要なレーザアニールに適用する場合の問題点となる。そのため、例えば特開平10−64842に開示されているような複数のレンズアレイを組み合わせたビームホモジナイザを設置してエネルギ密度分布の均一化を図るのが一般的である。
【0008】
しかしながら、上記技術は複数のレンズアレイを組み合わせたもので非常に複雑で大がかりな光学系となっており、装置価格増大の原因となっていた。また、上記ダイオード励起連続発振YVOレーザの第二高調波の様な固体レーザの場合には、エキシマレーザに比べて可干渉性が高く、レンズアレイを組み合わせたホモジナイザでは均一なエネルギ密度分布のビームを得るのが困難である問題点があった。
【0009】
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解決し、簡単な構造の光学系で均一なエネルギ密度分布を有する線状ビームを得て、安定に高品質なシリコン薄膜を得ることができるレーザアニール方法およびレーザアニール装置並びに方法と装置により得られたTFT基板を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザアニール方法は上記目的を達成するために、ガウス分布形のエネルギ分布をもつ固体レーザ光を線状ビームに成形するに際し、幅方向に対しては円柱レンズ(シリンドリカルレンズ)で集光しつつ、長手方向に対しては屈折あるいは反射手段でビームを2分割し、分割したビームの偏光方向が互いに90度をなすように調整して、分割前のビーム径の1/2となるように重ね合わせ、得られた線状ビームを必要に応じて対物レンズで縮小投影して非晶質あるいは多結晶シリコン薄膜に照射しつつ、レーザ光の幅方向へ走査する。
【0011】
また、本発明のレーザアニール装置は上記目的を達成するために、レーザ光を線状に成形するためのビームホモジナイザとして、幅方向に集光するための円柱レンズと、長手方向(前記幅方向と直交する方向)にレーザ光を2分割するビーム分割手段と、分割されたビームの偏光方向が直交するように調整する偏光方向調整手段と、分割されたビームを重ね合わせる手段とから構成された光学系を有し、得られた線状のビームを対象となる基板上を走査するものである。
【0012】
また、本発明のレーザアニール装置は上記目的を達成するために、1方向にレーザ光を広げるパウエルレンズと、1方向と直交する方向に集光するための円柱レンズで構成された光学系を有し、得られた線状のビームを対象となる基板上を走査するものである。尚、パウエルレンズは米国特許(USP4826299)に開示されている。
【0013】
また、本発明の平面ディスプレイ装置は上記レーザアニール装置により、上記レーザアニール方法を適用して製造された高性能シリコン薄膜を有するトランジスタ回路の形成された平面ディスプレイ装置である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、図に従って本発明を詳細に説明する。図1は本発明の1実施例であるレーザアニール装置の構成を示す図である。ガラス基板1はXYθステージ2上に載置されている。防振機構を備えた定盤(図示せず)上に固定されたXYθステージ2にはそれぞれX方向及びY方向の位置座標を検出するためのリニアスケール3、4が付加されている。
【0015】
アニール光学系は連続発振レーザ光18を発振するレーザ発振器6、レーザ光18が不用意に照査されるのを防ぐためのシャッタ7、レーザ光18のビーム径を拡大するためのビームエキスパンダ8、レーザ光18の出力(エネルギ)を調整するための透過率可変フィルタ9、レーザ光18のON/OFFおよび必要に応じて時間的な変調を行うためのEO(電気光学)モジュレータ10とその電源21、レーザ光18を一方向に圧縮して線状ビームに変換するビーム成形光学系11、線状に成形されたレーザ光18の必要部分のみを切り出すための電動矩形スリット12、電動矩形スリット12を透過したレーザ光18をガラス基板1上に投影するための対物レンズ13、レーザ光18の照射位置・形状を確認するためのスリット参照光源14、ガラス基板表面を照明するための落射照明光源15、ガラス基板1面の観察あるいは必要に応じてアライメント時にアライメントマークを撮像するためのCCDカメラ16、シャッタ7の開閉、透過率可変フィルタ9の透過率調整、EOモジュレータ電源21の制御、電動矩形スリット12の制御、ステージ2の制御、リニアスケール3、4からの信号処理、CCDカメラ16で撮像した画像の処理等を行うための制御装置22から構成されている。尚、図1には電気的な接続として、リニアスケール3、4と制御装置22とEOモジュレータ10と電源21の関係のみを示してある。
【0016】
レーザ発振器6は紫外あるいは可視波長の連続発振光を発生するものが用いられ、特に出力の大きさ、安定性等からレーザダイオード励起YVOレーザの第二高調波が最適である。しかし、これに限定されることなく、アルゴンレーザ、YAGレーザの高調波、ファイバで結合した複数の半導体レーザ等を使用することが可能である。
【0017】
シャッタ7はガラス基板1の搬送中・位置決め中などに、不用意にレーザ光18が照射されないように設置するもので、レーザアニール時のレーザ光18のON/OFFに使用するものではない。ビームエキスパンダ8は光学素子、特にEOモジュレータ10を構成するポッケルスセルなどの結晶にダメージが発生するのを防止するためにビーム径を拡大するものであるが、高エネルギ密度に耐えるポッケルスセルを使用する場合には、特に使用しなくても良い。
【0018】
レーザ発振器6で発振された連続発振レーザ光18はシャッタ7が開の状態で通過し、ビームエキスパンダ8でビーム径を拡大され、EOモジュレータ10に入射される。この時、EOモジュレータ10の耐パワー性を考慮して、EOモジュレータ10の有効径に近い大きさまで、ビームエキスパンダ8でビーム径を拡大する。レーザ発振器6から発振されたレーザ光18のビーム径がおよそ2mmで、有効径15mmのEOモジュレータ10を使用する場合、ビームエキスパンダ8の拡大率は3〜5倍程度が適している。
【0019】
ビームエキスパンダ8でビーム径を拡大されたレーザ光18はEOモジュレータ10に入射する。EOモジュレータ10は、図2及び図3に示すようにポッケルス・セル61(以下、結晶と称する)と偏光ビームスプリッタ62を組み合わせて使用する。
【0020】
レーザ光18が直線偏光の場合、図2に示すようにEOモジュレータ電源(図示せず)を介して結晶61に電圧V1(通常は電圧0V)を印加することにより、結晶61を透過するレーザ光18の偏光方向は回転せずにそのまま保存され、偏光ビームスプリッタ62にS偏光として入射して、90度偏向されるように設定する。即ちこの状態では、レーザ光18は90度偏向して出力してしまうため、以後の光学系には入射せず、ガラス基板1上ではレーザ光18はOFF状態となる。
【0021】
また図3に示すように、結晶61を透過するレーザ光18の偏光方向を90度回転させることのできる電圧V2を印加することにより、結晶61を透過するレーザ光18の偏光方向は90度回転し、偏光ビームスプリッタ62にP偏光として入射する。この時、レーザ光18は偏光ビームスプリッタ62を透過・直進する。即ち、この状態では、レーザ光18は直進して以後の光学系に入射するので、ガラス基板1上ではレーザ光18はON状態となる。
【0022】
さらに、図4に結晶61に印加する電圧とEOモジュレータ6を透過するレーザ光18の透過率T1の関係を示す。この図から分かるように、結晶61に印加する電圧をV1(通常は0V)とV2の間で変化させることにより、EOモジュレータ6を透過するレーザ光18の透過率をT1(通常は0)とT2(ここでは最大透過率、即ち1)の間で任意に設定することができる。即ち、EOモジュレータ6を透過するレーザ光18の透過率を0から1の間で任意に設定することができる。ただし、ここでは結晶61や偏光ビームスプリッタ62表面での反射や吸収はないものとして考えている。
【0023】
これらのことから、図5に示すように、EOモジュレータ10に入射するレーザ光18の出力(EOモジュレータ10への入力)をP0一定とし、結晶61への印加電圧をV1,V2,V3,V1と変化させることにより、EOモジュレータ10からのレーザ出力として、出力P2,P3の階段状のパルス出力が得られる。ここで出力P2はEOモジュレータ10への入力P0と電圧V2を印加したときの透過率T2との積で求められ、P3はP0と電圧V3を印加したときの透過率T3との積で求められる。当然、結晶61に印加する電圧を連続的に変化させることにより、透過するレーザ光2の出力を連続的に変化させることができ、結果的に任意の時間変化を有するパルスレーザ光2を得ることができることになる。
【0024】
ここではEOモジュレータ10として、ポッケルス・セル61と偏光ビームスプリッタ62を組み合わせることで説明したが、各種偏光板を用いることができる。尚、以後の説明では結晶61と偏光ビームスプリッタ62(または偏光板)の組み合わせをEOモジュレータ10と称する。
【0025】
EOモジュレータ10の他に、AO(音響光学)モジュレータを使用することができる。ただし、一般的にAOモジュレータはEOモジュレータと比較して、駆動周波数が低いため、高速の立ち上がり・立ち下がりが必要な場合や、パルス幅の小さいパルス光を切り出すには適さない場合もある。このようにEOモジュレータ10あるいはAOモジュレータなどの変調器を用いることにより、レーザ発振器からは常にレーザ光を出力した状態で、被照射部に任意の時点で照射を開始し、任意の時点で照射を終了することができる。
【0026】
EOモジュレータ10によりON状態になったレーザ光18はビーム成型光学系で線状のビームに成形する。通常、ガスレーザ発振器や固体レーザ発振器からの出力ビームは、円形でガウス形のエネルギ分布を持っているため、そのままでは本発明のレーザアニールに使用することはできない。
【0027】
発振器出力が十分に大きければ、ビーム径を十分に広げ、中心部分の比較的均一な部分から必要な形状に切り出すことで、ほぼ均一なエネルギ分布の任意の形状を得ることができるが、ビームの周辺部分を捨てることになり、エネルギの大部分が無駄になる。この欠点を解決して、ガウス形の分布を均一な分布に変換するために、ビーム成形光学系11を用いる。
【0028】
ビーム成形光学系11は図6に示すように1/2波長板31、プリズム32、シリンドリカルレンズ33から構成されている。1/2波長板31はプリズム32に入射する直線偏光の偏光方向を90度回転するように調整され、入射するレーザ光のちょうど半分が透過するように設置される。半分が互いに偏光方向が直交するレーザ光18はプリズム32を透過し、プリズム32の頂角部を境に2分割され、互いに重なる方向に偏向される。
【0029】
この時、2分割されたビーム各々は、1/2波長板31を透過した部分41(図6において、網掛けで表示)と透過しなかった部分41’とに対応し、偏向方向が互いに直交するように設定されている。ビーム形成光学系11の手前に別な1/2波長板(図示せず)を設置し、ビーム成形光学系11に入射するレーザ光18の偏光方向を回転させ、図6に示した1/2波長板31で偏光方向が90度回転するように調整することが可能である。
【0030】
プリズム32の頂角は2分割されたビームが後で説明する電動矩形開口スリット12面でちょうど重なるように設計されている。また同時に、プリズム32により偏向される方向と直交する方向には、シリンドリカルレンズ33により集光される。このシリンドリカルレンズ33は電動矩形開口スリット12面でちょうど集光する焦点距離のものが選択される。
【0031】
図7(a)に示すようにもともとガウス形の分布であったレーザ光はプリズムを透過した直後に半分が残りの半分と偏向方向が直交する関係を保持したまま徐々に重なり、電動矩形開口スリット12面で図7(b)に示すように完全に重なる。ここで、ビーム径をビーム中心のエネルギ密度の1/eとなる点で規定している。
【0032】
この結果、分割された各々のビームの偏向方向が直交しているため、重ねても互いに干渉することはなく、図7(c)に示すようにほぼ均一なエネルギ分布を持つビームが形成される。また、図7に示した分布と直交する方向のエネルギ分布は、シリンドリカルレンズ33で集光される結果、ほぼガウス形の分布となる。即ち、長手方向に対してはビーム成形光学系11に入射したビーム径の1/2でほぼ均一な、幅方向に対してはシリンドリカルレンズ33で集光された寸法の線状ビームが得られる。この時のエネルギ密度は、シリンドリカルレンズのみで集光した場合の中心におけるエネルギ密度に対して、中央部で約121%、周辺部で約114%である。
【0033】
ビームエキスパンダ8で10mmのビーム径に広げてビーム形成光学系11に入射し、プリズム32の位置から1000mm離れた位置で2分割されたビームが重なる場合を考える。2分割されたビームの一方は2.5mm偏向されればよいから、偏向角は2.5ミリラジアンである。プリズムの材質を石英とすると、屈折率は1.46である。
【0034】
偏向角が小さいプリズムの場合、偏向角ε、プリズム稜角σ、プリズム屈折率nの間には、次の関係が成り立つ。
ε=(n−1)σ
即ち、ε=2.5mrad、n=1.46からσ=5.43mradが求まる。これは0.31度に相当し、プリズムの頂角αはα=180−2σから179.38度となる。
【0035】
また、1000mmの焦点距離を持つシリンドリカルレンズを使用した場合、入射ビームの拡がり角を0.1ミリラジアンとすることで、100ミクロン幅が得られる。
【0036】
ビーム成形光学系11で線状に集光されたレーザ光18は電動矩形開口スリット12で不要な部分のレーザ光を切り落とされて所望の矩形形状に成形され、対物レンズ13でガラス基板1上に縮小投影される。対物レンズ13の倍率をMとすると、電動矩形開口スリット12の像、あるいは電動矩形スリット12を通過したレーザ光18の大きさは倍率の逆数、即ち1/Mの大きさで投影される。ここで、20倍の対物レンズを使用することで、ガラス基板1表面で長手方向250ミクロン、幅方向5ミクロンの線状ビームが得られることになる。
【0037】
ガラス基板1にレーザ光18を照射するに当たって、ステージ2をXY平面内で移動しながら所望の位置にレーザ光18をパルス的に照射するが、ガラス基板1表面の凹凸、うねりなどによる焦点はずれが起きると、集光されたレーザ光18のパワー密度変動、照射形状の劣化が起き、所期の目的を達成することができない。このため、必要に応じて常に焦点位置で照射できるように、自動焦点光学系(図示せず)により焦点位置を検出し、焦点位置から外れた場合にはステージ2をZ方向(高さ方向)駆動するか、あるいは光学系をZ方向(高さ方向)駆動して、常に焦点位置(電動矩形開口スリット12面の投影位置)とガラス基板1表面が一致するように制御する。
【0038】
レーザ光18を照射するガラス基板1表面は、落射照明光源15からの照明光で照明し、CCDカメラ16で撮像することで、モニタ(図示せず)により観察することができる。レーザ照射中に観察する場合には、CCDカメラ16の手前にレーザカットフィルタを挿入して、ガラス基板1表面で反射したレーザ光でCCDカメラ16がハレーションを起こしたり観察できなくなったり、極端な場合にはダメージを受けるのを防止する。
【0039】
試料基板1のアライメントは、対物レンズ13、CCDカメラ16でガラス基板1に形成してあるアライメントマークあるいはガラス基板角部あるいは特定のパターンを複数箇所撮像し、それぞれ制御装置22により必要に応じて2値化処理、パターンマッチング処理などの画像処理を行って、それらの位置座標を算出し、ステージ2を駆動することで、XYθ3軸に対して行うことができる。
【0040】
図1において、対物レンズ13は1個で表現してあるが、電動レボルバに複数の対物レンズを装着させておき、制御装置22からの信号により切り替え、処理内容に応じて最適な対物レンズを使い分けることができる。即ち、試料をロードした時のアライメント、必要に応じて精アライメント、レーザアニール処理、処理後の観察、更には後で述べるアライメントマーク形成等に最適な対物レンズを使用することができる。
【0041】
アライメントは専用の光学系(レンズ、撮像装置および照明装置)を設けて行うことは可能であるが、レーザアニールを行う光学系をアライメント光学系と共用することで、同一光軸での検出とレーザ照射が可能になり、アライメント精度が向上する。
【0042】
次に、前記した本発明のレーザアニール装置を用いて実施する、本発明の1実施例であるレーザアニール方法について、図に従って説明する。ここで、アニール対象とする基板は、厚さ0.3〜1.0mm程度のガラス基板の1主面に絶縁体薄膜を介して膜厚40〜150nmの非晶質シリコン薄膜を形成したもの、あるいは前記非晶質シリコン薄膜全面にエキシマレーザ光を走査することで多結晶シリコン薄膜に結晶化させた多結晶シリコン薄膜を形成したものであり、以降これらをガラス基板1と称する。ここで、絶縁体薄膜とは膜厚50〜200nmのSiO2あるいはSiNあるいはそれらの複合膜である。
【0043】
エキシマレーザでアニールした多結晶シリコン薄膜が形成されたガラス基板1をステージ2上に載置する。このガラス基板1には図8に示すように、画素部101と駆動回路部102、102’から構成され、外縁部にアライメントマーク103、103’が2箇所に形成されている。これらアライメントマーク103,103’はフォトエッチング技術で形成しても良いが、この目的だけでフォトレジスト工程を実施するのは無駄が多い。このためレーザアニールに使用するレーザ光18を、ビーム成形光学系11の回転と電動矩形スリット12で、例えば縦長と横長の矩形に、順次成形して多結晶シリコン薄膜を除去加工することで十字マークを形成したり、一定幅・一定距離を高エネルギ密度で照射して矩形形状に加工して、アライメントマーク103、103’とすることができる。この場合、予め、ガラス基板1の角部等でプリアライメントを行っておく必要がある。
【0044】
アライメントマーク103,103’位置を検出し、XYθについて位置補正をした後、設計上の座標に従って、図8に矢印で示すようにステージ2あるいは光学系を移動させて相対的に走査させながら、EOモジュレータ10によりON状態になったレーザ光18を対物レンズ13により集光照射する。
【0045】
照射する領域は、例えば各画素を駆動するためのドライバ回路を形成する部分102、102’であり、より厳密には、アニール領域(図8の拡大図で、104、105、106、107、108、109、110で示した部分)である。必要に応じてガラス基板1を相対的に複数回数往復させながら順次照射する。装置の構成によっては、光学系を移動することで、相対的に走査しても良い。
【0046】
アニール領域104〜110の各々の大きさは、例えば4mm×200μmで、この矩形領域が250μmピッチで設定されている。一方、照射するレーザビームの大きさは250μm×5μmである。即ち、レーザビームは図16に示す長手方向が250μm、幅方向が5μmの矩形(線状)に成形されている。
【0047】
この時のエネルギ密度は50×103〜500×103W/cm程度が適しているが、シリコン膜の膜厚、非晶質か多結晶か等によって変動する。1回の走査でアニールできるのが250μmであるため、必要な幅(4mm)をアニールするためには16回の片道走査、あるいは8往復走査の照射が必要になる。レーザビームの大きさはレーザ発振器6の出力で決まり、発振器6の出力が十分に大きければ、より大きな領域に照射することができ、走査回数を減らすことができる。あるいは照射するビームの形状をより小さな集光幅にすることでも、長手方向を大きくすることができる。
【0048】
ガラス基板1を500mm/sの速度で相対的に移動させながら250μmピッチで、図17に示すように200μm長さだけ照射する。即ち照射開始位置でレーザ光の照射を開始し、レーザ光の照射を持続したままステージを相対的に200μm移動させ、照射終了位置でレーザ光の照射を停止する。ステージは継続して移動している。
【0049】
次にステージが250μm移動した地点で、再び照射を開始し、200μm移動した時点で照射停止を行い、これを必要回数だけ繰り返す。その間、ステージは停止することなく、一定速度で連続的に移動を継続する。これにより、概ね250μm×200μmのアニール領域(照射するレーザの幅を考慮すると、より厳密には250μm×205μmのアニール領域)が250μmピッチで形成されることになり、後で詳細に説明するが、レーザ光の移動した方向に結晶粒が成長する。照射する幅を正確に200μmとする場合は、レーザ光を走査距離が195μmとなるように、EOモジュレータ10を制御すればよい。
【0050】
ここで、基板を相対的に走査させながらEOモジュレータ10でレーザ光18をON/OFFさせて照射する手順について、図8の矢印で示したように、X方向に走査しながら250ミクロンピッチで距離200ミクロンだけ1024箇所に照射する場合を例に、図9に従って説明する。
【0051】
ステージ2のX軸に付加したリニアスケール3はステージ2のX方向への移動に応じて、一定間隔でパルス信号を発生する。発生する信号が正弦波の場合には1周期を1パルスの矩形波に変換して使用しても良い。このパルス信号をカウントすることで、ステージの位置を検出することができる。リニアスケール3で発生するパルス信号は、高精度のリニアスケールでは、例えば移動量0.1ミクロン毎に1パルス発生する。パルス間隔が大きい場合には、電気的に分割して、小さなパルス間隔にすることも可能である。
【0052】
ステージは停止状態から一定速度に達するまでに、一定の距離(加速領域)を必要とする。レーザ照射時のステージ速度を500mm/sとすると、50mm程度の加速領域が必要であり、照射開始位置(図8におけるアニール領域104の左辺)より、加速領域として50mm以上、例えば60mmだけ左側の位置(図9におけるXs)に位置決めし、停止する。
【0053】
ここで、リニアスケール3からの信号をカウントするC1(カウンタ1)をクリアしてからカウントを開始するとともに、ステージの駆動を開始する。カウンタ1はステージの移動に従って発生するパルス信号をカウントし、ステージが照射開始位置X1に到達した時点、即ち60mm移動に相当するパルス数n1(600000パルス)をカウントした時点でゲートON信号を出力する。この信号により、EOモジュレータ電源21へのゲートが開き、EOモジュレータ電源21への信号が伝達可能となる。この時点では、ステージ速度は加速を終え、一定速度に達している。
【0054】
このゲートON信号を受けて、C3(カウンタ3)がEOモジュレータ電源21のON信号を出力するとともにカウントをクリアしてカウントを開始し、以降、照射ピッチに相当するパルス数n3(2500パルス)をカウントする度に、EOモジュレータ電源21にON信号を出力する。
【0055】
一方、C4(カウンタ4)はEOモジュレータ電源21へのON信号を受けて、カウントをクリアするとともにカウントを開始し、アニール長さ100ミクロンに相当するパルス数n4(2000パルス)をカウントした時点でEOモジュレータ電源21にOFF信号を出力する。この動作を、カウンタ3がEOモジュレータ電源21へのON信号を発生する度に繰り返す。
【0056】
EOモジュレータ電源21はEOモジュレータ電源ON信号を受けてからEOモジュレータ電源OFF信号を受けるまでの間(500mm/sで200ミクロンを通過する時間:400マイクロ秒)、ポッケルスセル61にレーザ光18の偏光方向が90度回転する電圧を印加する。これにより、ポッケルスセル61に印加される電圧と同じ時間だけ、レーザ光18が出力され、基板1上に照射される。
【0057】
一方、C2(カウンタ2)はカウンタ1からのゲートON信号を受けてカウントをクリアするとともに、カウンタ4のEOモジュレータ電源OFF信号をカウントし、アニール領域数に相当するパルス数n2(1024パルス)をカウントした時点で、ゲートを閉じる。これにより、EOモジュレータ電源21はEOモジュレータ電源ON信号やEOモジュレータ電源OFF信号を受けることがなくなり、EOモジュレータ電源21は動作しない。
【0058】
以上の手順により、図8に示したドライバ回路領域102の1回目のレーザアニールが終了するが、実際にはドライバ回路領域が数ミリ幅であり、1回の走査で全体をアニールできない。そのため、一定ピッチ(本実施例の場合には250ミクロン)Y方向に移動して、上に述べた手順を繰り返す。これにより、ステージ速度の変動の影響を全く受けずに、高精度にレーザ光18を照射することができる。ただし、走査を繰り返す場合、走査方向に平行にアニールの重なる部分、あるいはレーザが照射されなかった部分が発生する場合があるが、走査部と走査部のつながる部分にはトランジスタを形成しないようにレイアウト設計することが望ましい。
【0059】
ここで、レーザ光18が照射された場合の、多結晶シリコン薄膜の挙動を説明する。前述したように、本実施例では、ガラス基板1上にエキシマレーザでアニールされた多結晶シリコン薄膜が形成された基板をアニール対象に用いている。
【0060】
エキシマレーザによるアニールで得られた多結晶シリコン薄膜は、図10に示すように結晶粒径が1ミクロン以下(数100nm)の微細な結晶粒120、121の集合体である。図中に示した領域にレーザ光を照射すると、レーザ照射領域外の微細結晶粒120はそのまま残るが、レーザ照射領域内の微細結晶粒(例えば結晶粒121)は溶融する。
【0061】
その後、レーザ照射領域が通過することにより急速に凝固・再結晶する。この時、溶融したシリコンは溶融部周辺に残留している結晶粒を種結晶として、種結晶の結晶方位にならった結晶が温度勾配に従ってレーザ光の走査方向に成長して行く。また、結晶粒の成長速度は結晶方位によって異なるため、最終的には最も成長速度の早い結晶方位を持つ結晶粒だけが結晶成長を続ける。
【0062】
即ち、図11に示すように、成長速度の遅い結晶方位をもつ結晶粒122は、周囲の成長速度の早い結晶方位をもつ結晶粒124、126の成長に抑えられ、結晶成長が止まる。また、成長速度が中程度の結晶方位を持つ結晶粒123、124は成長を続けるが、さらに成長速度の大きい結晶粒125、126の成長に抑えられ、やがて成長が停止する。最終的には成長速度の最も大きな結晶方位を持つ結晶粒125、126、127のみが成長を続ける。
【0063】
これら、最後まで結晶成長が続いた結晶粒125、126、127は、厳密な意味では独立した結晶粒であるが、ほとんど同じ結晶方位を有しており、溶融再結晶した部分は実効的にほぼ単結晶と見なすことができる。
【0064】
レーザ光を上記したように多結晶シリコン薄膜に照射することにより、レーザ光を照射した部分のみが島状にアニールされ、特定の結晶方位を有する結晶粒のみが成長して、厳密な意味では多結晶状態であるが、ほぼ単結晶に近い性質を有する領域125〜127が形成されたことになる。特に、結晶粒界を横切らない方向においては、実質的に単結晶と考えて良い。この時のシリコン膜の移動度として、400cm/Vs以上、典型的には500cm/Vsが得られる。
【0065】
ガラス基板1を相対的に走査しながらこの手順を繰り返し、順次アニールの必要な部分にレーザ光を照射することにより、ドライバ回路のトランジスタを形成する領域をすべて、ほぼ単結晶に近い性質を有する領域に変換することができる。更に、単結晶に近い性質を有する領域は図11に示したように、結晶粒が一定方向に成長しているため、トランジスタを形成した際に、電流が流れる方向(ソース−ドレイン方向)と結晶粒の成長方向を一致させることにより、結晶粒界を横切るように電流が流れるのを避けることができる。
【0066】
そこで、図12に示すようにレーザ照射領域301のうち、成長速度の遠い結晶粒のみで構成された部分が駆動用トランジスタの能動層(活性領域)302、303となるように、位置合わせすればよい。不純物拡散工程およびフォトエッチング工程を経て、括性領域302、303以外を除去し、フォトレジスト工程により図13に示すようなゲート絶縁膜を介したゲート電極305、オーミックな接続を有するソース電極306およびドレイン電極306を形成してトランジスタが完成する。
【0067】
ここで、活性領域303には結晶粒界304、304’が存在する。しかし、電流はソース電極306とドレイン電極307の間を流れるため、電流が結晶粒界304、304’を横切ることがなく、実質的に単結晶で構成された場合と等価な移動度が得られる。
【0068】
上記したように本発明のレーザアニールにより溶融再結晶した部分は、電流の流れる方向を、結晶粒界を横切らない方向に一致させることで、その移動度はエキシマレーザによるアニールを行っただけの多結晶シリコン薄膜と比較して、2倍以上に改善することができる。この移動度は、液晶を高速に駆動するためのドライバ回路を形成するに十分な値である。
【0069】
一方、画素部のスイッチング用トランジスタは、エキシマレーザによるアニールを実施しただけの多結晶シリコン薄膜103の領域で形成する。工キシマレーサによるアニールで得られた多結晶膜は結晶粒が微細で結晶方向もランダムなため、本発明のレーザアニールで得られた結晶粒に比べて移動度は小さいが、画素部のスイッチング用トランジスタに使用するには十分である。
【0070】
場合によっては、画素部のスイッチング用トランジスタとして非晶質シリコン膜でも十分に使える。この場合、ガラス基板1上に非晶質シリコン薄膜を形成し、エキシマレーザによるアニールを実施することなく、駆動回路を形成する部分に本発明のレーザアニール方法を実施すればよい。
【0071】
即ち、最初にレーザ光18が照射されて溶融したシリコンが凝固する過程で微細な多結晶状態になり、この時に形成された結晶粒が種結晶となって、エキシマレーザ照射により形成された多結晶状態のシリコン膜にレーザ光18を照射した場合と同様に、種々の結晶方位を有する結晶が成長するが、最終的には成長速度の最も速い方向の結晶粒のみが成長を続け、実質的に単結晶といえる多結晶シリコン膜が形成できる。
【0072】
図8に示す駆動回路領域102に対するレーザアニールが終了した後、駆動回路領域102’をアニールすることになるが、この場合は基板を90度回転させても良いし、走査方向を90度偏向しても良い。後者の場合、ビーム成型器(図1に於いてはシリンドリカルレンズ11)を90度回転させ、また矩形スリットの幅方向と長さ方向を切り換える必要がある。
【0073】
ただし、図8に示したガラス基板1において、駆動回路領域102、102’のうちの一方、例えば駆動回路領域102に高速な動作を必要とするトランジスタをまとめることができれば、駆動回路領域102のみに本発明のレーザアニールを実施するだけで良い。
【0074】
即ち、駆動回路領域102に形成されるトランジスタの能動層(活性領域)は電流が流れる方向に結晶粒界を持たない結晶粒を含む多結晶シリコンで構成され、高速に動作するトランジスタが得られる一方、駆動回路領域102’にはそれほどの高速動作を必要としないトランジスタを形成するため、トランジスタの能動層(活性領域)はエキシマレーザでアニールされただけの微細結晶粒からなる多結晶シリコン膜で構成される。この場合には、基板の回転あるいは走査方向と線状ビームの方向を回転させる必要が無くなり、しかもアニールすべき領域も小さくすることができるため、スループット向上の効果が大きい。
【0075】
あるいは、高移動度を必要とする駆動回路領域602を画素領域601の外側の1辺にまとめることができれば、駆動回路用トランジスタ全ての能動層(活性領域)が電流の流れる方向に結晶粒界を持たない結晶粒を含む多結晶シリコンで構成され、高速に動作するトランジスタが得られる。さらに、基板の回転あるいは走査方向と線状ビームの方向を回転させる必要が無くなり、スループット向上の面からも好ましい。ただし、複数のアライメントマークが必要なことは言うまでもない。
【0076】
なお、本実施例の説明に於いて、ステージの位置あるいは移動量を検出するために、ステージに設置されたリニアスケール(リニアエンコーダ)からの信号をカウントすることで説明したが、これに限定されるものではなく、ステージ位置を検出するために、レーザ干渉を用いた測長器、ステージを駆動するモータ軸に設置したロータリエンコーダ等からの出力信号を用いることができる。
【0077】
上に述べた手順を含めたTFT基板の製造工程は以下のようにまとめることができる。即ち、図18に示すように、基板上に絶縁膜形成、a−Si(非晶質シリコン)膜形成を行い、エキシマレーザアニールを行った後に本発明のレーザアニールを、駆動回路を構成するトランジスタの能動層部分とその周辺のみに行う。
【0078】
本発明のレーザアニール工程を更に詳細に述べると図19に示すように、エキシマレーザアニールを実施した基板を本発明のレーザアニール装置に搭載し、基板端面あるいは角部でプリアライメントを行い、レーザ加工等によりアライメントマークを形成する。このアライメントマークを検出してアライメント(精アライメント)を行った後、設計データに従って駆動回路を構成するトランジスタの能動層部分とその周辺のみにレーザアニールを実施する。
【0079】
レーザアニール装置に搭載された時点で、フォトレジストプロセス等により他の手段でアライメントマークが形成されている場合には、プリアライメント、アライメン−トマーク形成の工程は不要である。所望の領域が全てアニールされるまで繰り返した後、基板を搬出する。この後、アライメントマーク103、103’を基準に、あるいはアライメントマーク103、103’から算出される原点座標を基準に、フォトエッチング工程により、多結晶シリコン膜の必要な部分のみを島状に残す。
【0080】
その後、フォトレジスト工程により、ゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成を経て 不純物拡散、および拡散領域活性化を行う。その後、層間絶縁膜形成、ソース・ドレイン電極形成、保護膜(バッシベーション膜)形成などのフォトレジスト工程を経て、駆動回路と画素部101が形成され、TFT基板が完成する。
【0081】
尚、アライメントマーク103、103’は本発明のレーザアニールを行った後、少なくとも1回のフォトレジスト工程での位置合わせに用いられる。その後は上記フォトレジスト工程で新たに形成したアライメントマークを使用しても良い。また、図13に示したトランジスタは1例を示したに過ぎず、これに限定させるものではない。トランジスタとして種々の構造が可能であるが、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の構造のトランジスタを形成可能であることは明らかである。
【0082】
一方、画素部のスイッチング用トランジスタは工キシマレーザによるアニールを実施しただけの多結晶シリコン薄膜103の領域で形成する。即ち、アライメントマークを基準に、あるいはアライメントマークから算出される原点座標を基準に、ゲート絶縁膜形成、ゲート電極形成、不純物拡散、拡散領域の活性化、ソース・ドレイン電極形成、バッシベーンョン膜形成等のためのフォトレジストプロセスを経て、TFT基板が完成する。
【0083】
この後、完成したTFT基板に配向膜を形成し、ラビング工程を経た後、力ラーフィルタを重ねて液晶材料を封入するLCD(パネル)工程、バックライトなどと一緒に組み込むモジュール工程を経て、高速ドライバ回路をガラス基板上に形成した液晶表示装置(いわゆるシステム・オン・パネル)が完成する。
【0084】
本発明のレーザアニールを適用して製造された液晶表示装置を搭載した製品の一例として、図14(a)に示すような液晶テレビ401のディスプレイ部、図14(b)に示すような携帯電話402のディスプレイ部、あるいは図14(c)に示すようなノート形パソコン403のディスプレイ部のほか、自動車のダッシュボードに格納される各種計器のディスプレイ部、携帯型ゲーム機のディスプレイ部などが上げられる。
【0085】
次に本発明の別な実施例について図15に従って説明する。図15は図6に示したものとは構造の異なる、線状ビームを得るためのビーム成形光学系11であり、プリズム71、シリンドリカルレンズ72、1/2波長板74、平面ミラー75、76から構成されている。入射した直線偏光レーザ光18はプリズム71を透過し、プルズム71の頂角部を境に2分割され、互いに重なる方向に偏向される。2分割されたビーム73、73’は一度重なった後分離し、平面ミラー75、76で反射され、再び重なる。
【0086】
2分割されたビームが完全に分離した位置で、一方のビーム(図15では73)のみ、1/2波長板74を透過する。この1/2波長板は透過するビームの偏光方向がちょうど90度回転するように調整されている。ビーム成形光学系11の手前に別な1/2波長板(図示せず)を設置し、ビーム成形光学系11に入射するレーザ光18の偏光方向を回転させ、図15に示した1/2波長板74で偏光方向が90度回転するように調整することが可能である。
【0087】
また、プリズム71の頂角は2分割されたビーム73、73’が平面ミラー75、76で反射された後、電動矩形開口スリット面35で完全に重なるように設計されている。また、シリンドリカルレンズ72はプリズム71を透過したレーザ光73、73’が偏向される方向と直交する方向にのみ、即ち幅方向に対して、電動矩形開口スリット12面で集光する焦点距離のものが選択される。
【0088】
図7(a)に示す様に、もともとガウス形の分布であったレーザ光はプリズムを透過して2分割され、一度重なった後に分離し、平面ミラー75、76で反射され、一方が他の一方と偏光方向が直交する関係を保持したまま徐々に重なり、電動矩形開口スリット面35で図7(b)に示すように完全に重なる。ここで、ビーム径をビーム中心のエネルギ密度の1/eとなる点で規定している。
【0089】
尚、本実施例において1/2波長板74は入射レーザ光18がプリズム71で2分割され、完全に分離してから挿入したが、第1の実施例と同様にプリズムの手前に置いても良い。この時、1/2波長板の端部がプリズムの頂角部と一致するように調整することが必要になる。
【0090】
この結果、分割された各ビームの偏光方向が直交しているため、重ねても互いに干渉することはなく、図7(c)に示すようにほぼ均一なエネルギ分布を持つ線状ビームが形成される。尚、図7に示した分布と直交する方向(幅方向)のエネルギ分布は、シリンドリカルレンズで集光された結果、ほぼガウス形の分布となる。
【0091】
即ち、長手方向に対してはビーム成形光学系11に入射したビーム径の1/2で均一な、幅方向に対してはシリンドリカルレンズ33で集光された寸法の線状ビームが得られる。この時のエネルギ密度は、中央部でシリンドリカルレンズのみで集光した場合の中心におけるエネルギ密度の約121%、周辺部で114%と、概ね一様な分布となる。
【0092】
ビーム成形光学系11で線状に集光されたレーザ光18は必要に応じて電動矩形開口スリット12で不要な部分のレーザ光を切り落とされて所望の矩形形状に成形され、対物レンズ13でガラス基板1上に縮小投影される。対物レンズ13の倍率をMとすると、電動矩形開口スリット12の像、あるいは電動矩形スリット12面を通過したレーザ光18の大きさは倍率の逆数、即ち1/Mの大きさで投影される。ビーム成形光学系11で長手方向5mm、幅方向に100ミクロンの線状ビームができた場合、20倍の対物レンズを使用することで、ガラス基板1表面で長手方向250ミクロン、幅方向5ミクロンの線状ビームが得られることになる。
【0093】
この線状ビームでアニールする手順、被照射部の挙動などは前述したとおりであり、レーザを照射した部分には駆動回路を形成するに十分な特性の多結晶シリコン膜が得られる。この時のシリコン薄膜の移動度として、400cm/Vs以上、典型的には500cm/Vsが得られる。
次に別の実施例について、図16に従って説明する。図16は図6、図15とは異なる構成のビーム成形光学系11で、パウエルレンズ78と呼ばれる光学素子とシリンドリカルレンズ79で構成される。パウエルレンズ78は「Linear Deiverging Lens」として米国特許USP4836299に記載されているものである。
【0094】
パウエルレンズ78は1次元にビームを広げるもので、図16(a)において入射したレーザ光18を中心部は粗に、周辺部は密になるように分布を変換することで、ガウス分布形のレーザ光が入射した場合に、ほぼ均一な分布に変換する。一方、図16(b)は図16(a)の側面図を示すが、レーザ光18はパウレルレンズ78を平行光のまま透過し、シリンドリカルレンズ79により集光される。
【0095】
ガウス形の分布を有するビーム径2mm、拡がり角0.4ミリラジアンのレーザ光18に対して、投射距離500mmで5mmに広がるパウエルレンズ78を使用すると、入射レーザ光18はパウエルレンズ78の入射曲面の曲率に応じて中心部は粗に、即ちエネルギ密度が減少するように、また周辺部は密に、即ちエネルギ密度が増加するように、分布を変更させながらビーム径が広げられ、投射位置がスリット面35と一致するように配置することで、長手方向5mmのビームが得られる。結果として、ガウス形の分布の中心部はエネルギ密度が低下し、周辺部はエネルギ密度が増加することで、図16(a)で示した拡散方向(即ち、線状ビームの長手方向)はほぼ均一なエネルギ分布となる。
【0096】
一方、拡散方向と直交する方向には、焦点距離500mmのシリンドリカルレンズを配置することで、200ミクロン程度の幅に集光できる。ビーム成形光学系11で線状に集光されたレーザ光18は必要に応じて電動矩形開口スリット12で不要な部分のレーザ光を切り落とされて所望の矩形形状(線状)に成形され、対物レンズ13でガラス基板1上に縮小投影される。対物レンズ13の倍率をMとすると、電動矩形開口スリット12の像、あるいは電動矩形スリット面35を通過したレーザ光18の大きさは倍率の逆数、即ち1/Mの大きさで投影される。
【0097】
ここで、20倍の対物レンズを使用することで、ガラス基板1表面で長手方向250ミクロン、幅方向10ミクロンの線状ビームが得られることになる。この線状ビームを基板1上を走査してアニールを実施するが、アニールする手順、被照射部の挙動などは前述したとおりである。
【0098】
図16においては、パウエルレンズ78とシリンドリカルレンズ79を個別に配置したが、図20に示すように、一体に形成された光学素子80として用いても全く同じ効果が得られる。また、パウレルレンズ78には幾つかの形があるが、基本的には同じ機能を有しており、同様に使用することができる。
【0099】
【発明の効果】
上記したように、本発明のレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、簡単な構造の光学系で均一なエネルギ分布を有する線状ビームを得ることができ、これにより、非晶質あるいは多結晶シリコン薄膜などの結晶粒を所望の方向に成長させ、大きさの結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜を形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例であるレーザアニール装置の概略構成を示す斜視図である。
【図2】本発明の1実施例に用いたEOモジュレータの斜視図である。
【図3】本発明の1実施例に用いたEOモジュレータの斜視図である。
【図4】EOモジュレータにおける印加電圧と透過率の関係を示すグラフである。
【図5】EOモジュレータにおける、レーザ入力と印加電圧とレーザ出力の関係を示すグラフである。
【図6】本発明の1実施例におけるビーム成形光学系の構成を示す平面図と側面図である。
【図7】本発明の1実施例であるビーム成形光学系で成形されるビーム形状の説明図である。
【図8】本発明のレーザアニールを行う際のレーザ照射領域を説明する斜視図である。
【図9】本発明のほかの実施例であるステージの移動とレーザを照射するタイミングを示すタイムチャートである。
【図10】本発明の1実施例におけるアニール方法を実施する前の結晶状態を示す平面図である。
【図11】本発明の1実施例におけるアニール方法を実施した後の結晶状態を示す平面図である。
【図12】本発明によるレーザアニール方法を実施した領域と駆動回路活性領域の位置関係を示す基板の平面図である。
【図13】本発明によるレーザアニール方法を実施して形成された駆動回路用トランジスタの構成を示す基板の平面図である。
【図14】(a)〜(c)は、いずれも本発明によるレーザアニールを適用したTFT基板で構成された液晶表示装置の適用製品例を示す斜視図である。
【図15】本発明の別な実施例であるビーム成形光学系の構成を示す平面図と側面図である。
【図16】本発明の別な実施例であるビーム成形光学系の構成を示す平面図と側面図である。
【図17】本発明のレーザアニールを行う際のレーザ照射領域を説明する斜視図である。
【図18】本発明のレーザアニール方法を適用した液晶表示装置製造工程を示すフローチャートである。
【図19】本発明のレーザアニール工程を示すフローチャートである。
【図20】本発明のレーザアニール装置のビーム成形光学系として適用可能な光学素子の平面図及び側面図である。
【符号の説明】
1…ガラス基板、2…ステージ、3、4…リニアスケール、6…レーザ発振器、7…シャッタ、8…ビームエキスパンダ、9…透過率連続可変フィルタ、10…EOモジュレータ、12…電動矩形スリット、13…対物レンズ、21…EOモジュレータ電源、22…制御装置、31…1/2波長板、32、71…プリズム、33、72、79…シリンドリカルレンズ、61…ポッケルス・セル、62…偏光ビームスプリッタ、78…パウエルレンズ、101…画素領域、102…駆動回路領域、103…アライメントマーク、104〜110…アニール領域、125、126、 127…レーザアニールにより成長した結晶粒、304…結晶粒界、305…ゲート電極、306…ソース電極、307…ドレイン電極、401…液晶テレビ、402…携帯電話、403…ノート型パソコン
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is suitable for irradiating a laser beam to an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on an insulating substrate to improve film quality, enlarge crystal grains, or perform single crystallization. About.
[0002]
[Prior art]
At present, a liquid crystal panel forms an image by switching a thin film transistor formed of an amorphous silicon film on a substrate such as glass or fused quartz. If it becomes possible to simultaneously form a driver circuit for driving a pixel transistor on this substrate, a dramatic reduction in manufacturing cost and improvement in reliability can be expected. However, at present, since the silicon film forming the active layer of the transistor has poor crystallinity, the performance of a thin film transistor represented by mobility is low, and it is difficult to manufacture a circuit that requires high speed and high function. In order to manufacture these high-speed and high-performance circuits, high mobility thin film transistors are required, and in order to realize this, it is necessary to improve the crystallinity of the silicon thin film.
[0003]
As a method for improving the crystallinity, excimer laser annealing has been receiving attention. This method uses an amorphous silicon film (having a mobility of 1 cm) formed on an insulating substrate such as glass. 2 / Vs or less), the mobility is improved by irradiating an excimer laser to change the amorphous silicon film into a polycrystalline silicon film. However, the polycrystalline film obtained by excimer laser irradiation has a crystal grain size of about several 100 nm and a mobility of 100 cm. 2 / Vs, which is insufficient for application to a driver circuit for driving a liquid crystal panel.
[0004]
Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 describe an annealing method using a continuous wave laser to solve this problem.
[0005]
[Non-patent document 1]
F. Takeuchi, Performance of poly-Si TFTs Fabricated by a Stable Scanning CW Laser Crystallization, AM-LCD'01 (TFT4-3)
[Patent Document 1]
JP-A-10-64842
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, a diode-pumped continuous oscillation YVO 4 The second harmonic of the laser is crystal-grown by scanning on an amorphous silicon thin film formed on a glass substrate, and 500 cm 2 / Vs. When such a degree of mobility is obtained, a drive circuit with sufficient performance can be formed, and a system-on-panel can be realized.
[0007]
The above diode excited continuous oscillation YVO 4 In the case of a solid state laser, such as the second harmonic of a laser, the emitted beam has a Gaussian distribution. In the case of a high-power laser such as an excimer laser, the laser oscillates in a multi-mode, and in any case, there is a problem in application to laser annealing that requires irradiation with a uniform energy density over the entire irradiation region. . For this reason, it is common to install a beam homogenizer in which a plurality of lens arrays are combined as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-64842, for example, to make the energy density distribution uniform.
[0008]
However, the above technique is a combination of a plurality of lens arrays and is a very complicated and large-scale optical system, which has caused an increase in the cost of the apparatus. In addition, the diode-excited continuous oscillation YVO 4 In the case of a solid-state laser such as the second harmonic of a laser, the coherence is higher than that of an excimer laser, and it is difficult to obtain a beam having a uniform energy density distribution with a homogenizer combined with a lens array. was there.
[0009]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned drawbacks of the prior art, to obtain a linear beam having a uniform energy density distribution with an optical system having a simple structure, and to stably obtain a high-quality silicon thin film. An object of the present invention is to provide an annealing method, a laser annealing apparatus, and a TFT substrate obtained by the method and the apparatus.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the laser annealing method of the present invention converges a solid-state laser beam having a Gaussian distribution type energy distribution into a linear beam with a cylindrical lens in the width direction. In addition, the beam is divided into two in the longitudinal direction by refraction or reflection means, and the polarization directions of the divided beams are adjusted so as to form 90 degrees with each other, so that the beam diameter becomes 1 / of the beam diameter before division. Then, the obtained linear beam is reduced and projected by an objective lens as necessary, and is irradiated in the amorphous or polycrystalline silicon thin film while scanning in the width direction of the laser beam.
[0011]
Further, in order to achieve the above object, the laser annealing apparatus of the present invention has a cylindrical lens for condensing in the width direction as a beam homogenizer for forming a laser beam into a linear shape, An optical system comprising: a beam splitting unit that splits a laser beam into two in a direction orthogonal to each other); a polarization direction adjusting unit that adjusts the polarization directions of the split beams so as to be orthogonal; and a unit that overlaps the split beams. It has a system and scans the obtained linear beam on a target substrate.
[0012]
Further, in order to achieve the above object, the laser annealing apparatus of the present invention has an optical system composed of a Powell lens for expanding laser light in one direction and a cylindrical lens for condensing light in a direction orthogonal to one direction. Then, the obtained linear beam is scanned on a target substrate. The Powell lens is disclosed in U.S. Pat. No. 4,826,299.
[0013]
Further, the flat display device of the present invention is a flat display device in which a transistor circuit having a high-performance silicon thin film manufactured by applying the laser annealing method is formed by the laser annealing device.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser annealing apparatus according to one embodiment of the present invention. The glass substrate 1 is mounted on an XYθ stage 2. The XYθ stage 2 fixed on a surface plate (not shown) provided with a vibration isolation mechanism is provided with linear scales 3 and 4 for detecting position coordinates in the X and Y directions, respectively.
[0015]
The annealing optical system includes a laser oscillator 6 for oscillating a continuous wave laser beam 18, a shutter 7 for preventing the laser beam 18 from being carelessly illuminated, a beam expander 8 for expanding the beam diameter of the laser beam 18, Variable transmittance filter 9 for adjusting the output (energy) of laser light 18, EO (electro-optic) modulator 10 for ON / OFF of laser light 18 and temporal modulation as required, and its power supply 21 A beam shaping optical system 11 for compressing the laser beam 18 in one direction and converting it into a linear beam, an electric rectangular slit 12 for cutting out only a necessary portion of the linearly formed laser beam 18, and an electric rectangular slit 12. An objective lens 13 for projecting the transmitted laser light 18 onto the glass substrate 1 and a slit reference light source for confirming the irradiation position and shape of the laser light 18 4. An epi-illumination light source 15 for illuminating the glass substrate surface, a CCD camera 16 for observing the glass substrate 1 surface or capturing an alignment mark as needed at the time of alignment, opening and closing the shutter 7, and controlling the transmittance variable filter 9. A control device 22 for adjusting transmittance, controlling the EO modulator power supply 21, controlling the electric rectangular slit 12, controlling the stage 2, processing signals from the linear scales 3 and 4, processing images captured by the CCD camera 16, and the like. It is composed of FIG. 1 shows only the electrical connections between the linear scales 3 and 4, the control device 22, the EO modulator 10, and the power supply 21.
[0016]
The laser oscillator 6 generates a continuous wave light of ultraviolet or visible wavelength. In particular, a laser diode-pumped YVO is used because of its large output and stability. 4 The second harmonic of the laser is optimal. However, without being limited to this, it is possible to use harmonics of an argon laser, a YAG laser, a plurality of semiconductor lasers connected by a fiber, or the like.
[0017]
The shutter 7 is provided so as not to be carelessly irradiated with the laser light 18 while the glass substrate 1 is being conveyed or positioned, and is not used for turning on / off the laser light 18 during laser annealing. The beam expander 8 expands the beam diameter in order to prevent damage to an optical element, particularly a crystal such as a Pockels cell constituting the EO modulator 10, but uses a Pockels cell that can withstand a high energy density. If so, it is not necessary to use it.
[0018]
The continuous wave laser light 18 oscillated by the laser oscillator 6 passes with the shutter 7 open, the beam diameter is expanded by the beam expander 8, and is incident on the EO modulator 10. At this time, in consideration of the power resistance of the EO modulator 10, the beam diameter is expanded by the beam expander 8 to a size close to the effective diameter of the EO modulator 10. When the EO modulator 10 having a laser beam 18 oscillated from the laser oscillator 6 having a beam diameter of about 2 mm and an effective diameter of 15 mm is used, the magnification of the beam expander 8 is preferably about 3 to 5 times.
[0019]
The laser beam 18 whose beam diameter has been expanded by the beam expander 8 enters the EO modulator 10. The EO modulator 10 uses a Pockels cell 61 (hereinafter, referred to as a crystal) and a polarization beam splitter 62 in combination, as shown in FIGS.
[0020]
When the laser beam 18 is linearly polarized, a laser beam transmitted through the crystal 61 is applied by applying a voltage V1 (normally 0 V) to the crystal 61 via an EO modulator power supply (not shown) as shown in FIG. The polarization direction of 18 is stored as it is without rotation, and is incident on the polarization beam splitter 62 as S-polarized light and is set to be deflected by 90 degrees. That is, in this state, since the laser beam 18 is output after being deflected by 90 degrees, it does not enter the subsequent optical system, and the laser beam 18 is turned off on the glass substrate 1.
[0021]
Further, as shown in FIG. 3, by applying a voltage V2 capable of rotating the polarization direction of the laser beam 18 passing through the crystal 61 by 90 degrees, the polarization direction of the laser beam 18 passing through the crystal 61 is rotated by 90 degrees. Then, the light enters the polarization beam splitter 62 as P-polarized light. At this time, the laser light 18 passes through the polarization beam splitter 62 and goes straight. That is, in this state, the laser beam 18 goes straight and enters the subsequent optical system, so that the laser beam 18 is turned on on the glass substrate 1.
[0022]
FIG. 4 shows the relationship between the voltage applied to the crystal 61 and the transmittance T1 of the laser beam 18 transmitted through the EO modulator 6. As can be seen from this figure, by changing the voltage applied to the crystal 61 between V1 (normally 0 V) and V2, the transmittance of the laser beam 18 passing through the EO modulator 6 is set to T1 (normally 0). It can be set arbitrarily between T2 (here, the maximum transmittance, that is, 1). That is, the transmittance of the laser beam 18 passing through the EO modulator 6 can be arbitrarily set between 0 and 1. However, here, it is assumed that there is no reflection or absorption on the surface of the crystal 61 or the polarizing beam splitter 62.
[0023]
From these facts, as shown in FIG. 5, the output of the laser beam 18 incident on the EO modulator 10 (input to the EO modulator 10) is fixed at P0, and the applied voltage to the crystal 61 is V1, V2, V3, V1. As a result, stepwise pulse outputs of the outputs P2 and P3 are obtained as the laser output from the EO modulator 10. Here, the output P2 is obtained by the product of the input P0 to the EO modulator 10 and the transmittance T2 when the voltage V2 is applied, and the output P2 is obtained by the product of P0 and the transmittance T3 when the voltage V3 is applied. . Naturally, by continuously changing the voltage applied to the crystal 61, the output of the transmitted laser light 2 can be changed continuously, and as a result, the pulsed laser light 2 having an arbitrary time change can be obtained. Can be done.
[0024]
Here, the EO modulator 10 has been described by combining the Pockels cell 61 and the polarization beam splitter 62, but various types of polarizing plates can be used. In the following description, the combination of the crystal 61 and the polarizing beam splitter 62 (or the polarizing plate) is referred to as the EO modulator 10.
[0025]
In addition to the EO modulator 10, an AO (acousto-optic) modulator can be used. However, since the AO modulator generally has a lower driving frequency than the EO modulator, there are cases where high-speed rise and fall are required and cases where it is not suitable for cutting out pulse light having a small pulse width. By using a modulator such as the EO modulator 10 or the AO modulator in this manner, irradiation with a laser oscillator is started at an arbitrary time while laser light is always output from the laser oscillator, and irradiation is performed at an arbitrary time. Can be finished.
[0026]
The laser beam 18 turned on by the EO modulator 10 is formed into a linear beam by a beam forming optical system. Usually, an output beam from a gas laser oscillator or a solid-state laser oscillator has a circular and Gaussian energy distribution, and therefore cannot be used for laser annealing of the present invention as it is.
[0027]
If the oscillator output is sufficiently large, it is possible to obtain an arbitrary shape with a substantially uniform energy distribution by widening the beam diameter sufficiently and cutting out the required shape from a relatively uniform central portion. The surrounding area is discarded, and most of the energy is wasted. The beam shaping optical system 11 is used to solve this drawback and convert the Gaussian distribution into a uniform distribution.
[0028]
As shown in FIG. 6, the beam shaping optical system 11 includes a half-wave plate 31, a prism 32, and a cylindrical lens 33. The half-wave plate 31 is adjusted so that the polarization direction of the linearly polarized light incident on the prism 32 is rotated by 90 degrees, and is installed so that exactly half of the incident laser light is transmitted. The laser beams 18 whose halves are orthogonal to each other in polarization direction pass through the prism 32, are divided into two at the vertex of the prism 32, and are deflected in directions overlapping each other.
[0029]
At this time, each of the split beams corresponds to a portion 41 (shown by hatching in FIG. 6) that has passed through the half-wave plate 31 and a portion 41 ′ that has not passed, and the deflection directions are orthogonal to each other. Is set to Another half-wave plate (not shown) is installed in front of the beam forming optical system 11, and the polarization direction of the laser beam 18 incident on the beam forming optical system 11 is rotated. The wavelength plate 31 can be adjusted so that the polarization direction is rotated by 90 degrees.
[0030]
The apex angle of the prism 32 is designed so that the two split beams just overlap on the surface of the motor-operated rectangular aperture slit 12 described later. At the same time, light is converged by the cylindrical lens 33 in a direction orthogonal to the direction deflected by the prism 32. As the cylindrical lens 33, a lens having a focal length at which light is condensed at the surface of the motor-operated rectangular aperture slit 12 is selected.
[0031]
As shown in FIG. 7A, the laser beam originally having a Gaussian distribution gradually overlaps immediately after passing through the prism while maintaining the relationship that the deflection direction is orthogonal to the other half, and the motorized rectangular aperture slit The 12 surfaces completely overlap as shown in FIG. Here, the beam diameter is 1 / e of the energy density at the center of the beam. 2 It stipulates that
[0032]
As a result, since the deflection directions of the divided beams are orthogonal to each other, they do not interfere with each other even when they overlap, and a beam having a substantially uniform energy distribution is formed as shown in FIG. 7C. . The energy distribution in the direction orthogonal to the distribution shown in FIG. 7 is substantially Gaussian as a result of being collected by the cylindrical lens 33. In other words, a linear beam having a size substantially equal to one half of the beam diameter incident on the beam shaping optical system 11 in the longitudinal direction and a size condensed by the cylindrical lens 33 in the width direction is obtained. The energy density at this time is about 121% at the center and about 114% at the periphery with respect to the energy density at the center when condensing only by the cylindrical lens.
[0033]
Consider a case where the beam is expanded to a beam diameter of 10 mm by the beam expander 8, enters the beam forming optical system 11, and the two split beams overlap at a position 1000 mm away from the position of the prism 32. Since one of the two split beams only needs to be deflected by 2.5 mm, the deflection angle is 2.5 milliradians. Assuming that the material of the prism is quartz, the refractive index is 1.46.
[0034]
In the case of a prism having a small deflection angle, the following relationship holds between the deflection angle ε, the prism ridge angle σ, and the prism refractive index n.
ε = (n−1) σ
That is, σ = 5.43 mrad is obtained from ε = 2.5 mrad and n = 1.46. This corresponds to 0.31 degrees, and the vertex angle α of the prism is 179.38 degrees from α = 180−2σ.
[0035]
When a cylindrical lens having a focal length of 1000 mm is used, a width of 100 microns can be obtained by setting the divergence angle of the incident beam to 0.1 milliradian.
[0036]
The laser beam 18 condensed linearly by the beam shaping optical system 11 is cut off an unnecessary portion of the laser beam by the electric rectangular aperture slit 12 to be shaped into a desired rectangular shape, and is formed on the glass substrate 1 by the objective lens 13. Reduced projection is performed. Assuming that the magnification of the objective lens 13 is M, the image of the motorized rectangular aperture slit 12 or the size of the laser beam 18 passing through the motorized rectangular slit 12 is projected at the reciprocal of the magnification, ie, 1 / M. Here, by using a 20 × objective lens, a linear beam having a length of 250 μm and a width of 5 μm can be obtained on the surface of the glass substrate 1.
[0037]
When irradiating the glass substrate 1 with the laser beam 18, the laser beam 18 is pulse-irradiated to a desired position while moving the stage 2 in the XY plane. If this occurs, the power density of the condensed laser light 18 fluctuates and the irradiation shape deteriorates, so that the intended purpose cannot be achieved. For this reason, the focus position is detected by an auto-focus optical system (not shown) so that irradiation can always be performed at the focus position if necessary. If the focus position deviates from the focus position, the stage 2 is moved in the Z direction (height direction). Driving or driving the optical system in the Z direction (height direction) is controlled so that the focal position (projection position of the electric rectangular aperture slit 12 surface) always coincides with the surface of the glass substrate 1.
[0038]
The surface of the glass substrate 1 irradiated with the laser light 18 can be observed by a monitor (not shown) by illuminating the surface of the glass substrate 1 with illumination light from the epi-illumination light source 15 and imaging the CCD camera 16. In the case of observation during laser irradiation, a laser cut filter is inserted in front of the CCD camera 16 so that the laser beam reflected on the surface of the glass substrate 1 causes halation or obstruction of the CCD camera 16 in extreme cases. To prevent damage.
[0039]
The alignment of the sample substrate 1 is performed by taking an image of an alignment mark formed on the glass substrate 1, a corner portion of the glass substrate or a specific pattern at a plurality of positions by the objective lens 13 and the CCD camera 16, and controlling the device 22 as needed. By performing image processing such as value conversion processing and pattern matching processing, calculating their position coordinates, and driving the stage 2, the processing can be performed on the XYθ3 axes.
[0040]
In FIG. 1, although the objective lens 13 is represented by one, a plurality of objective lenses are mounted on the electric revolver, switching is performed by a signal from the control device 22, and an optimal objective lens is selectively used according to the processing content. be able to. That is, it is possible to use an objective lens that is optimal for alignment when the sample is loaded, fine alignment as necessary, laser annealing, observation after the processing, and alignment mark formation described later.
[0041]
Alignment can be performed by providing a dedicated optical system (lens, imaging device, and illumination device). However, by sharing the optical system for laser annealing with the alignment optical system, detection on the same optical axis and laser Irradiation becomes possible, and alignment accuracy is improved.
[0042]
Next, a laser annealing method according to an embodiment of the present invention, which is performed using the laser annealing apparatus of the present invention, will be described with reference to the drawings. Here, the substrate to be annealed is a glass substrate having a thickness of about 0.3 to 1.0 mm with an amorphous silicon thin film having a thickness of 40 to 150 nm formed on one main surface via an insulating thin film. Alternatively, a polycrystalline silicon thin film crystallized into a polycrystalline silicon thin film by scanning an excimer laser beam over the entire surface of the amorphous silicon thin film is formed. Here, the insulator thin film is SiO2 or SiN or a composite film thereof having a thickness of 50 to 200 nm.
[0043]
A glass substrate 1 on which a polycrystalline silicon thin film annealed by an excimer laser is formed is placed on a stage 2. As shown in FIG. 8, the glass substrate 1 includes a pixel portion 101 and drive circuit portions 102 and 102 ', and alignment marks 103 and 103' are formed at two positions on the outer edge. These alignment marks 103 and 103 'may be formed by a photo-etching technique, but it is wasteful to carry out a photoresist process only for this purpose. For this reason, the laser beam 18 used for laser annealing is sequentially shaped into, for example, a vertically long and a horizontally long rectangle by the rotation of the beam shaping optical system 11 and the electric rectangular slit 12, and the polycrystalline silicon thin film is removed. Or by irradiating a fixed width and a fixed distance at a high energy density and processing it into a rectangular shape to obtain the alignment marks 103 and 103 '. In this case, it is necessary to perform pre-alignment in advance at a corner or the like of the glass substrate 1.
[0044]
After detecting the positions of the alignment marks 103 and 103 ′ and correcting the positions of XYθ, the stage 2 or the optical system is moved according to the design coordinates as shown by the arrow in FIG. The laser beam 18 turned on by the modulator 10 is condensed and irradiated by the objective lens 13.
[0045]
Irradiated regions are, for example, portions 102 and 102 'for forming a driver circuit for driving each pixel, and more specifically, an annealing region (104, 105, 106, 107, and 108 in the enlarged view of FIG. 8). , 109, 110). Irradiation is performed sequentially while reciprocating the glass substrate 1 a plurality of times as necessary. Depending on the configuration of the apparatus, relative scanning may be performed by moving the optical system.
[0046]
The size of each of the annealing regions 104 to 110 is, for example, 4 mm × 200 μm, and the rectangular regions are set at a pitch of 250 μm. On the other hand, the size of the laser beam to be irradiated is 250 μm × 5 μm. That is, the laser beam is formed in a rectangular (linear) shape having a length of 250 μm and a width of 5 μm as shown in FIG.
[0047]
The energy density at this time is 50 × 103 to 500 × 103 W / cm 2 The degree is suitable, but varies depending on the thickness of the silicon film, whether it is amorphous or polycrystalline, and the like. Since it is 250 μm that can be annealed in one scan, irradiation of 16 one-way scans or 8 reciprocal scans is required to anneal the required width (4 mm). The size of the laser beam is determined by the output of the laser oscillator 6. If the output of the oscillator 6 is sufficiently large, it is possible to irradiate a larger area and reduce the number of scans. Alternatively, the longitudinal direction can be increased by making the shape of the irradiated beam smaller in the converging width.
[0048]
While the glass substrate 1 is relatively moved at a speed of 500 mm / s, irradiation is performed at a pitch of 250 μm and a length of 200 μm as shown in FIG. That is, the laser beam irradiation is started at the irradiation start position, the stage is relatively moved by 200 μm while the laser beam irradiation is continued, and the laser beam irradiation is stopped at the irradiation end position. The stage is moving continuously.
[0049]
Next, at the point where the stage has moved by 250 μm, irradiation is started again. When the stage has moved by 200 μm, irradiation is stopped, and this is repeated as many times as necessary. During that time, the stage does not stop and continues to move at a constant speed. As a result, an annealing region of approximately 250 μm × 200 μm (more precisely, an annealing region of 250 μm × 205 μm in consideration of the width of the laser beam to be irradiated) is formed at a pitch of 250 μm, which will be described in detail later. Crystal grains grow in the direction in which the laser light has moved. When the irradiation width is set to be exactly 200 μm, the EO modulator 10 may be controlled so that the scanning distance of the laser beam becomes 195 μm.
[0050]
Here, the procedure of turning on / off the laser light 18 by the EO modulator 10 while relatively scanning the substrate and irradiating the same is shown in FIG. 8 by a distance of 250 micron pitch while scanning in the X direction. An example in which irradiation is performed at 1024 locations by 200 microns will be described with reference to FIG.
[0051]
The linear scale 3 attached to the X axis of the stage 2 generates a pulse signal at regular intervals according to the movement of the stage 2 in the X direction. When the generated signal is a sine wave, one cycle may be converted to a one-pulse rectangular wave and used. The position of the stage can be detected by counting the pulse signals. The pulse signal generated by the linear scale 3 is generated, for example, by a high-accuracy linear scale, for example, one pulse for every 0.1 μm of movement. When the pulse interval is large, it is also possible to electrically divide the pulse into a small pulse interval.
[0052]
The stage requires a certain distance (acceleration area) from the stop state to a certain speed. Assuming that the stage speed at the time of laser irradiation is 500 mm / s, an acceleration region of about 50 mm is necessary, and a position 50 mm or more, for example, 60 mm left from the irradiation start position (left side of the annealing region 104 in FIG. 8) as the acceleration region. (Xs in FIG. 9) and stop.
[0053]
Here, the count is started after clearing C1 (counter 1) for counting the signal from the linear scale 3, and the stage drive is started. The counter 1 counts a pulse signal generated according to the movement of the stage, and outputs a gate ON signal when the stage reaches the irradiation start position X1, that is, when the number of pulses n1 (600,000 pulses) corresponding to the movement of 60 mm is counted. . With this signal, the gate to the EO modulator power supply 21 is opened, and the signal to the EO modulator power supply 21 can be transmitted. At this point, the stage speed has finished accelerating and has reached a certain speed.
[0054]
Upon receiving this gate ON signal, C3 (counter 3) outputs an ON signal of the EO modulator power supply 21 and clears the count to start counting. Thereafter, the pulse number n3 (2500 pulses) corresponding to the irradiation pitch is obtained. Each time it counts, it outputs an ON signal to the EO modulator power supply 21.
[0055]
On the other hand, C4 (counter 4) receives the ON signal to the EO modulator power supply 21, clears the count, starts counting, and counts the pulse number n4 (2000 pulses) corresponding to the annealing length of 100 microns. An OFF signal is output to the EO modulator power supply 21. This operation is repeated each time the counter 3 generates an ON signal to the EO modulator power supply 21.
[0056]
The EO modulator power supply 21 applies the polarization of the laser beam 18 to the Pockels cell 61 from the time the EO modulator power supply ON signal is received to the time the EO modulator power supply OFF signal is received (time to pass 200 microns at 500 mm / s: 400 microseconds). A voltage whose direction rotates 90 degrees is applied. As a result, the laser beam 18 is output for the same time as the voltage applied to the Pockels cell 61, and is irradiated onto the substrate 1.
[0057]
On the other hand, C2 (counter 2) receives the gate ON signal from counter 1 to clear the count, counts the EO modulator power OFF signal of counter 4 and counts the number of pulses n2 (1024 pulses) corresponding to the number of annealing regions. At the time of counting, the gate is closed. Thus, the EO modulator power supply 21 does not receive the EO modulator power supply ON signal or the EO modulator power supply OFF signal, and the EO modulator power supply 21 does not operate.
[0058]
According to the above procedure, the first laser annealing of the driver circuit area 102 shown in FIG. 8 is completed. However, the driver circuit area is actually several millimeters wide and the entire scanning cannot be performed by one scan. Therefore, the above-described procedure is repeated while moving in the Y direction at a constant pitch (250 microns in this embodiment). Thus, it is possible to irradiate the laser beam 18 with high accuracy without being affected by the fluctuation of the stage speed at all. However, when scanning is repeated, there may be cases where annealing overlaps in the scanning direction or where laser irradiation is not performed.However, layout is performed so that transistors are not formed in the portion where the scanning parts are connected. It is desirable to design.
[0059]
Here, the behavior of the polycrystalline silicon thin film when irradiated with the laser beam 18 will be described. As described above, in the present embodiment, the substrate on which the polycrystalline silicon thin film annealed by the excimer laser is formed on the glass substrate 1 is used as an object to be annealed.
[0060]
The polycrystalline silicon thin film obtained by annealing with an excimer laser is an aggregate of fine crystal grains 120 and 121 having a crystal grain size of 1 micron or less (several 100 nm) as shown in FIG. When the area shown in the drawing is irradiated with laser light, the fine crystal grains 120 outside the laser irradiation area remain as they are, but the fine crystal grains (for example, the crystal grains 121) in the laser irradiation area are melted.
[0061]
Thereafter, the solidified and recrystallized rapidly by passing through the laser irradiation area. At this time, in the melted silicon, the crystal grains that follow the crystal orientation of the seed crystal grow in the scanning direction of the laser beam according to the temperature gradient, with the crystal grains remaining around the melted portion as the seed crystal. Further, since the growth rate of the crystal grains differs depending on the crystal orientation, only the crystal grains having the crystal orientation with the highest growth rate ultimately continue the crystal growth.
[0062]
That is, as shown in FIG. 11, a crystal grain 122 having a crystal orientation with a slow growth rate is suppressed by the growth of surrounding crystal grains 124 and 126 having a crystal orientation with a fast growth rate, and crystal growth stops. The crystal grains 123 and 124 having a crystal orientation with a medium growth rate continue to grow, but the growth of the crystal grains 125 and 126 having a higher growth rate is suppressed, and the growth is eventually stopped. Eventually, only the crystal grains 125, 126, and 127 having the crystal orientation with the highest growth rate continue to grow.
[0063]
These crystal grains 125, 126, and 127 which have continued to grow to the end are independent crystal grains in the strict sense, but have almost the same crystal orientation, and the melted and recrystallized portion is practically almost It can be regarded as a single crystal.
[0064]
By irradiating the polycrystalline silicon thin film with the laser light as described above, only the portion irradiated with the laser light is annealed in an island shape, and only crystal grains having a specific crystal orientation grow, and in a strict sense, This means that the regions 125 to 127 which are in a crystalline state and have properties almost similar to a single crystal are formed. In particular, in a direction that does not cross the crystal grain boundary, the crystal may be considered substantially a single crystal. At this time, the mobility of the silicon film is 400 cm. 2 / Vs or more, typically 500 cm 2 / Vs.
[0065]
By repeating this procedure while relatively scanning the glass substrate 1 and sequentially irradiating a laser beam to a portion that needs to be annealed, all the regions where the transistors of the driver circuit are formed are regions having properties almost similar to a single crystal. Can be converted to Further, in a region having a property close to that of a single crystal, as shown in FIG. 11, crystal grains are grown in a certain direction. By matching the growth directions of the grains, it is possible to prevent a current from flowing across the grain boundaries.
[0066]
Therefore, as shown in FIG. 12, the laser irradiation region 301 may be positioned so that portions composed only of crystal grains having a distant growth rate become active layers (active regions) 302 and 303 of the driving transistor. Good. After the impurity diffusion step and the photo-etching step, the portions other than the confined regions 302 and 303 are removed, and the gate electrode 305 via the gate insulating film as shown in FIG. The transistor is completed by forming the drain electrode 306.
[0067]
Here, the active region 303 has crystal grain boundaries 304 and 304 ′. However, since the current flows between the source electrode 306 and the drain electrode 307, the current does not cross the grain boundaries 304 and 304 ', and a mobility substantially equivalent to that of a single crystal can be obtained. .
[0068]
As described above, the portion that has been melted and recrystallized by the laser annealing according to the present invention has a mobility that is the same as that obtained by annealing using an excimer laser, by matching the direction of current flow with the direction not crossing the crystal grain boundaries. The improvement can be made twice or more as compared with the crystalline silicon thin film. This mobility is a value sufficient to form a driver circuit for driving liquid crystal at high speed.
[0069]
On the other hand, the switching transistor in the pixel portion is formed in a region of the polycrystalline silicon thin film 103 which has just been annealed by excimer laser. Since the polycrystalline film obtained by annealing with a Kisima laser has small crystal grains and random crystal directions, the mobility is smaller than the crystal grains obtained by laser annealing of the present invention, but the switching transistor in the pixel portion is used. Enough to use.
[0070]
In some cases, an amorphous silicon film can be sufficiently used as a switching transistor in a pixel portion. In this case, an amorphous silicon thin film is formed on the glass substrate 1, and the laser annealing method of the present invention may be performed on a portion where a drive circuit is to be formed without performing annealing using excimer laser.
[0071]
That is, first, the melted silicon is irradiated with the laser beam 18 and becomes a fine polycrystalline state in the process of solidifying, and the crystal grains formed at this time become seed crystals, and the polycrystal formed by the excimer laser irradiation. As in the case where the silicon film in the state is irradiated with the laser beam 18, crystals having various crystal orientations grow, but only the crystal grains in the direction of the highest growth rate continue to grow, and substantially, A polycrystalline silicon film that can be regarded as a single crystal can be formed.
[0072]
After the laser annealing for the drive circuit region 102 shown in FIG. 8 is completed, the drive circuit region 102 'is annealed. In this case, the substrate may be rotated by 90 degrees or the scanning direction may be deflected by 90 degrees. May be. In the latter case, it is necessary to rotate the beam shaper (the cylindrical lens 11 in FIG. 1) by 90 degrees and switch the width direction and the length direction of the rectangular slit.
[0073]
However, in the glass substrate 1 shown in FIG. 8, if transistors that require high-speed operation can be combined in one of the driving circuit regions 102 and 102 ′, for example, the driving circuit region 102, only the driving circuit region 102 It is only necessary to perform the laser annealing of the present invention.
[0074]
That is, the active layer (active region) of the transistor formed in the drive circuit region 102 is made of polycrystalline silicon including crystal grains having no crystal grain boundary in the direction in which current flows, and a high-speed transistor can be obtained. In order to form a transistor that does not require such a high speed operation in the drive circuit region 102 ', the active layer (active region) of the transistor is formed of a polycrystalline silicon film composed of fine crystal grains merely annealed by an excimer laser. Is done. In this case, there is no need to rotate the substrate or rotate the scanning direction and the direction of the linear beam, and the area to be annealed can be reduced, thereby greatly improving the throughput.
[0075]
Alternatively, if the drive circuit region 602 requiring high mobility can be grouped on one side outside the pixel region 601, the active layer (active region) of all the transistors for the drive circuit forms a crystal grain boundary in the direction of current flow. A transistor which is formed of polycrystalline silicon including crystal grains not provided and operates at high speed can be obtained. Further, it is not necessary to rotate the substrate or rotate the scanning direction and the direction of the linear beam, which is preferable from the viewpoint of improving the throughput. However, needless to say, a plurality of alignment marks are required.
[0076]
In the description of the present embodiment, in order to detect the position or the amount of movement of the stage, it has been described by counting signals from a linear scale (linear encoder) installed on the stage. However, the present invention is not limited to this. Instead, in order to detect the stage position, an output signal from a length measuring device using laser interference, a rotary encoder installed on a motor shaft for driving the stage, or the like can be used.
[0077]
The manufacturing process of the TFT substrate including the procedure described above can be summarized as follows. That is, as shown in FIG. 18, an insulating film is formed on a substrate, an a-Si (amorphous silicon) film is formed, excimer laser annealing is performed, and then the laser annealing of the present invention is applied to a transistor constituting a drive circuit. Is performed only on the active layer portion and its periphery.
[0078]
The laser annealing step of the present invention will be described in more detail. As shown in FIG. 19, a substrate that has been subjected to excimer laser annealing is mounted on the laser annealing apparatus of the present invention, and pre-alignment is performed on the end face or corner of the substrate, and An alignment mark is formed by the above method. After detecting the alignment mark and performing alignment (fine alignment), laser annealing is performed only on the active layer portion of the transistor constituting the drive circuit and its periphery in accordance with the design data.
[0079]
When the alignment mark is formed by other means by a photoresist process or the like at the time of mounting on the laser annealing apparatus, the steps of pre-alignment and alignment mark formation are unnecessary. After repeating the process until all the desired regions are annealed, the substrate is unloaded. Thereafter, based on the alignment marks 103, 103 'or the origin coordinates calculated from the alignment marks 103, 103', only the necessary portions of the polycrystalline silicon film are left in an island shape by a photoetching process.
[0080]
Thereafter, through a photoresist process, impurity diffusion and activation of a diffusion region are performed through formation of a gate insulating film and formation of a gate electrode. Thereafter, through a photoresist process such as formation of an interlayer insulating film, formation of a source / drain electrode, formation of a protective film (passivation film), a drive circuit and a pixel portion 101 are formed, and a TFT substrate is completed.
[0081]
Note that the alignment marks 103 and 103 'are used for alignment in at least one photoresist step after performing the laser annealing of the present invention. Thereafter, an alignment mark newly formed in the above-described photoresist process may be used. The transistor illustrated in FIG. 13 is merely an example, and the transistor is not limited to this example. Although various structures are possible for the transistor, it is apparent that transistors having various structures can be formed without departing from the gist of the present invention.
[0082]
On the other hand, the switching transistor in the pixel portion is formed in the region of the polycrystalline silicon thin film 103 which has just been annealed by the excimer laser. That is, on the basis of the alignment mark or the origin coordinates calculated from the alignment mark, the gate insulating film formation, gate electrode formation, impurity diffusion, activation of the diffusion region, source / drain electrode formation, and the formation of a barrier film are performed. The TFT substrate is completed through a photo resist process.
[0083]
After that, an alignment film is formed on the completed TFT substrate, a rubbing process is performed, and a liquid crystal material is sealed by overlaying a power filter, and an LCD (panel) process is assembled together with a backlight, etc. A liquid crystal display device having a driver circuit formed on a glass substrate (a so-called system-on-panel) is completed.
[0084]
As an example of a product on which a liquid crystal display device manufactured by applying the laser annealing of the present invention is mounted, a display portion of a liquid crystal television 401 as shown in FIG. 14A, a mobile phone as shown in FIG. In addition to the display unit 402, the display unit of the notebook computer 403 as shown in FIG. 14C, the display unit of various instruments stored in the dashboard of the car, the display unit of the portable game machine, and the like. .
[0085]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows a beam shaping optical system 11 having a different structure from that shown in FIG. 6, for obtaining a linear beam. The beam shaping optical system 11 is formed by a prism 71, a cylindrical lens 72, a half-wave plate 74, and plane mirrors 75 and 76. It is configured. The incident linearly polarized laser light 18 passes through the prism 71, is divided into two parts by the vertex of the prism 71, and is deflected in a direction overlapping with each other. The two split beams 73 and 73 'are separated once after overlapping, reflected by the plane mirrors 75 and 76, and overlap again.
[0086]
At a position where the split beams are completely separated, only one beam (73 in FIG. 15) passes through the half-wave plate 74. The half-wave plate is adjusted so that the polarization direction of the transmitted beam is rotated exactly 90 degrees. Another half-wave plate (not shown) is installed in front of the beam shaping optical system 11, and the polarization direction of the laser beam 18 incident on the beam shaping optical system 11 is rotated, so that the half wave shown in FIG. The wavelength plate 74 can be adjusted so that the polarization direction is rotated by 90 degrees.
[0087]
The apex angle of the prism 71 is designed so that the two split beams 73 and 73 ′ are reflected by the plane mirrors 75 and 76 and then completely overlap on the electric rectangular opening slit surface 35. The cylindrical lens 72 has a focal length that converges on the surface of the electric rectangular aperture slit 12 only in the direction orthogonal to the direction in which the laser beams 73 and 73 ′ transmitted through the prism 71 are deflected, that is, in the width direction. Is selected.
[0088]
As shown in FIG. 7A, a laser beam having a Gaussian distribution originally passes through a prism, is divided into two parts, overlaps once, is separated, reflected by plane mirrors 75 and 76, and one is reflected by the other. 7A. The polarization gradually overlaps while maintaining the relationship that the polarization direction is orthogonal to the one, and completely overlaps with the electric rectangular opening slit surface 35 as shown in FIG. 7B. Here, the beam diameter is 1 / e of the energy density at the center of the beam. 2 It stipulates that
[0089]
In this embodiment, the half-wave plate 74 is inserted after the incident laser beam 18 is divided into two by the prism 71 and completely separated from each other. However, as in the first embodiment, the half-wave plate 74 can be placed in front of the prism. good. At this time, it is necessary to adjust the end of the half-wave plate so as to coincide with the vertex of the prism.
[0090]
As a result, since the polarization directions of the divided beams are orthogonal to each other, they do not interfere with each other even when they are overlapped, and a linear beam having a substantially uniform energy distribution is formed as shown in FIG. 7C. You. The energy distribution in the direction (width direction) orthogonal to the distribution shown in FIG. 7 is substantially Gaussian as a result of being collected by the cylindrical lens.
[0091]
That is, a linear beam having a size equal to 1 / of the beam diameter incident on the beam shaping optical system 11 in the longitudinal direction and a size condensed by the cylindrical lens 33 in the width direction can be obtained. At this time, the energy density at the center is approximately 121% of the energy density at the center when condensed only by the cylindrical lens, and the energy density at the periphery is 114%, which is a substantially uniform distribution.
[0092]
The laser beam 18 condensed linearly by the beam shaping optical system 11 is cut off an unnecessary portion of the laser beam by the electric rectangular aperture slit 12 as necessary, and is shaped into a desired rectangular shape. The image is reduced and projected on the substrate 1. Assuming that the magnification of the objective lens 13 is M, the size of the image of the electric rectangular aperture slit 12 or the size of the laser beam 18 passing through the surface of the electric rectangular slit 12 is projected as the reciprocal of the magnification, that is, 1 / M. When a linear beam of 5 mm in the longitudinal direction and 100 μm in the width direction is generated by the beam shaping optical system 11, a 20 × objective lens is used to make the surface of the glass substrate 1 250 μm in the longitudinal direction and 5 μm in the width direction. A linear beam will be obtained.
[0093]
The procedure of annealing with this linear beam, the behavior of the irradiated portion, and the like are as described above, and a polycrystalline silicon film having characteristics sufficient for forming a drive circuit is obtained in the portion irradiated with the laser. At this time, the mobility of the silicon thin film is 400 cm. 2 / Vs or more, typically 500 cm 2 / Vs.
Next, another embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows a beam shaping optical system 11 having a configuration different from those shown in FIGS. 6 and 15, and includes an optical element called a Powell lens 78 and a cylindrical lens 79. Powell lens 78 is described in U.S. Pat. No. 4,836,299 as "Linear Deriving Lens".
[0094]
The Powell lens 78 broadens the beam one-dimensionally, and converts the distribution of the incident laser beam 18 in FIG. 16A so that the central portion is coarse and the peripheral portion is dense, thereby forming a Gaussian distribution. When a laser beam enters, it is converted into a substantially uniform distribution. On the other hand, FIG. 16B shows a side view of FIG. 16A, and the laser beam 18 passes through the Paulel lens 78 as parallel light and is collected by the cylindrical lens 79.
[0095]
For a laser beam 18 having a Gaussian distribution and a beam diameter of 2 mm and a divergence angle of 0.4 mrad, a Powell lens 78 that spreads to 5 mm at a projection distance of 500 mm is used. In accordance with the curvature, the beam diameter is widened while changing the distribution so that the central part is coarse, that is, the energy density is reduced, and the peripheral part is dense, that is, the energy density is increased. By arranging it so as to coincide with the surface 35, a beam in the longitudinal direction of 5 mm is obtained. As a result, the energy density decreases at the center of the Gaussian distribution and increases at the periphery, so that the diffusion direction (that is, the longitudinal direction of the linear beam) shown in FIG. A uniform energy distribution results.
[0096]
On the other hand, by arranging a cylindrical lens having a focal length of 500 mm in a direction orthogonal to the diffusion direction, light can be condensed to a width of about 200 microns. The laser beam 18 condensed linearly by the beam shaping optical system 11 is cut off an unnecessary portion of the laser beam by the electric rectangular aperture slit 12 as necessary, and is shaped into a desired rectangular shape (linear shape). The image is reduced and projected on the glass substrate 1 by the lens 13. Assuming that the magnification of the objective lens 13 is M, the image of the electric rectangular opening slit 12 or the size of the laser beam 18 passing through the electric rectangular slit surface 35 is projected with the reciprocal of the magnification, that is, 1 / M.
[0097]
Here, by using a 20 × objective lens, a linear beam of 250 μm in the longitudinal direction and 10 μm in the width direction can be obtained on the surface of the glass substrate 1. Annealing is performed by scanning the linear beam on the substrate 1. The annealing procedure and the behavior of the irradiated portion are as described above.
[0098]
In FIG. 16, the Powell lens 78 and the cylindrical lens 79 are separately arranged. However, as shown in FIG. 20, exactly the same effects can be obtained by using the optical element 80 formed integrally. Further, although the Paulel lens 78 has several shapes, it basically has the same function and can be used similarly.
[0099]
【The invention's effect】
As described above, according to the laser annealing apparatus and the laser annealing method of the present invention, it is possible to obtain a linear beam having a uniform energy distribution with an optical system having a simple structure. Crystal grains such as a silicon thin film can be grown in a desired direction to form a polycrystalline silicon thin film having crystal grains of a size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a laser annealing apparatus according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an EO modulator used in one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of an EO modulator used in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between an applied voltage and transmittance in an EO modulator.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between a laser input, an applied voltage, and a laser output in the EO modulator.
FIG. 6 is a plan view and a side view showing a configuration of a beam shaping optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a beam shape formed by a beam forming optical system according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view illustrating a laser irradiation area when performing laser annealing according to the present invention.
FIG. 9 is a time chart showing a stage movement and laser irradiation timing according to another embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a plan view showing a crystal state before performing an annealing method in one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing a crystal state after performing an annealing method in one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a plan view of a substrate showing a positional relationship between a region where a laser annealing method according to the present invention is performed and a drive circuit active region.
FIG. 13 is a plan view of a substrate showing a configuration of a drive circuit transistor formed by performing a laser annealing method according to the present invention.
FIGS. 14A to 14C are perspective views showing examples of products to which a liquid crystal display device including a TFT substrate to which laser annealing according to the present invention is applied is applied.
FIG. 15 is a plan view and a side view showing a configuration of a beam shaping optical system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view and a side view showing a configuration of a beam shaping optical system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view illustrating a laser irradiation region when performing laser annealing according to the present invention.
FIG. 18 is a flowchart showing a liquid crystal display device manufacturing process to which the laser annealing method of the present invention is applied.
FIG. 19 is a flowchart showing a laser annealing step of the present invention.
FIG. 20 is a plan view and a side view of an optical element applicable as a beam shaping optical system of the laser annealing apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Glass substrate, 2 ... Stage, 3/4 ... Linear scale, 6 ... Laser oscillator, 7 ... Shutter, 8 ... Beam expander, 9 ... Continuous transmittance filter, 10 ... EO modulator, 12 ... Electric rectangular slit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 ... Objective lens, 21 ... EO modulator power supply, 22 ... Control device, 31 ... 1/2 wavelength plate, 32, 71 ... Prism, 33, 72, 79 ... Cylindrical lens, 61 ... Pockels cell, 62 ... Polarization beam splitter 78, Powell lens, 101, pixel area, 102, drive circuit area, 103, alignment mark, 104-110, annealed area, 125, 126, 127, crystal grains grown by laser annealing, 304, crystal grain boundary, 305 ... gate electrode, 306 ... source electrode, 307 ... drain electrode, 401 ... liquid crystal television, 40 2: Mobile phone, 403: Notebook PC

Claims (7)

基板を載置して移動可能なステージ手段と、上記ステージの位置を検出する位置検出手段と、空間分布が円形でガウス形の分布を有する連続発振レーザ光を発生するレーザ光源手段と、前記レーザ光源手段から発生した連続発振レーザ光のON/OFF(通過/非通過)を行う変調手段と、上記変調手段を通過した上記連続発振レーザ光を長手方向には均一で、幅方向にはガウス形の分布を有する線状あるいは帯状に成形する成形光学手段と、上記線状あるいは帯状に成形されたレーザ光を前記基板上に照射する照射光学手段と、上記ステージ手段および変調手段を制御する制御手段とを有し、上記位置検出手段で検出された位置が予め設定された位置と一致した時点で上記制御手段で上記変調手段をレーザ光通過状態とすることで、上記ステージ手段を連続的に移動させながら任意の領域に連続発振レーザ光を照射することを特徴とするレーザアニール装置。Stage means capable of mounting and moving a substrate, position detecting means for detecting the position of the stage, laser light source means for generating continuous wave laser light having a circular and Gaussian distribution in spatial distribution, and the laser A modulating means for turning on / off (passing / non-passing) the continuous wave laser light generated from the light source means, and the continuous wave laser light passing through the modulating means is uniform in the longitudinal direction and Gaussian in the width direction. Forming optical means for forming a linear or band-shaped laser beam having a distribution, irradiation optical means for irradiating the linear or band-shaped laser beam onto the substrate, and control means for controlling the stage means and the modulation means When the position detected by the position detecting means coincides with a preset position, the control means sets the modulating means in the laser beam passing state, whereby the scanning is performed. Laser annealing apparatus, which comprises irradiating a continuous wave laser beam in an arbitrary area while continuously moving the over-di unit. 請求項1記載のレーザアニール装置において、前記成形光学手段がプリズムと1/2波長板とシリンドリカルレンズから構成され、上記プリズムで前記連続発振レーザ光を2分割するとともに分割されたビームを偏向させ、かつ1/2波長板で2分割したビームの1方の偏光方向を90度回転させて重ね合わせるとともに、上記偏向させる方向と直交する方向にはシリンドリカルレンズで集光することを特徴とするレーザアニール装置。2. The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein the shaping optical unit is composed of a prism, a half-wave plate, and a cylindrical lens, and divides the continuous wave laser beam by the prism and deflects the split beam. Laser annealing, wherein one of the beams split into two by the half-wave plate is superposed by rotating one of the polarization directions by 90 degrees, and condensed by a cylindrical lens in a direction orthogonal to the direction of deflection. apparatus. 請求項1記載のレーザアニール装置において、前記成形光学手段がパウエルレンズとシリンドリカルレンズから構成され、パウエルレンズにより1方向に均一な分布に広げるとともに、上記1方向と直交する方向にシリンドリカルレンズで集光することを特徴とするレーザアニール装置。2. A laser annealing apparatus according to claim 1, wherein said shaping optical means is composed of a Powell lens and a cylindrical lens. A laser annealing apparatus. 請求項3記載のレーザアニール装置において、前記成形光学手段がパウエルレンズとシリンドリカルレンズが1体になった光学素子で構成され、パウエルレンズ部分により1方向に均一な分布に広げるとともに、上記1方向と直交する方向にシリンドリカルレンズ部分で集光することを特徴とするレーザアニール装置。4. The laser annealing apparatus according to claim 3, wherein the shaping optical means is constituted by an optical element in which a Powell lens and a cylindrical lens are integrated into one body, and the Powell lens portion spreads the distribution uniformly in one direction. A laser annealing apparatus wherein light is condensed by a cylindrical lens portion in a direction perpendicular to the laser beam. 請求項1〜4記載のレーザアニール装置において、レーザ光源手段がレーザダイオード励起連続発振YVO4レーザの第二高調波を発生する発振器であることを特徴とするレーザアニール装置。5. A laser annealing apparatus according to claim 1, wherein said laser light source means is an oscillator for generating a second harmonic of a laser diode pumped continuous wave YVO4 laser. 1主面に非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜が形成された絶縁基板をステージ上に載置し、上記絶縁基板上の非晶質シリコン膜あるいは多結晶シリコン膜の任意の領域にレーザ光を照射するレーザアニール方法であって、上記レーザ光が1方向に均一な分布を有し、上記1方向と直交する方向にガウス形の分布を有する線状あるいは帯状に成形された連続発振光であり、上記絶縁基板を連続的に移動させた状態でレーザ光を照射すべき領域のみに上記連続発振レーザ光を照射することを特徴とするレーザアニール方法。An insulating substrate having an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film formed on one main surface is placed on a stage, and laser light is applied to an arbitrary region of the amorphous silicon film or the polycrystalline silicon film on the insulating substrate. A laser annealing method, wherein the laser light has a uniform distribution in one direction, and is a continuous wave light formed into a linear or band shape having a Gaussian distribution in a direction orthogonal to the one direction. A laser annealing method comprising irradiating the continuous oscillation laser light only to a region to be irradiated with the laser light while the insulating substrate is continuously moved. 駆動回路を構成する薄膜トランジスタの能動領域の移動度が400cm/Vs以上であり、画素部薄膜トランジスタの能動領域の移動度が200cm/Vs以下であることを特徴とするTFT基板。A TFT substrate, wherein the mobility of the active region of the thin film transistor constituting the driving circuit is 400 cm 2 / Vs or more, and the mobility of the active region of the pixel portion thin film transistor is 200 cm 2 / Vs or less.
JP2002259521A 2002-09-05 2002-09-05 Laser annealing device and method of laser-annealing tft substrate Pending JP2004103628A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002259521A JP2004103628A (en) 2002-09-05 2002-09-05 Laser annealing device and method of laser-annealing tft substrate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002259521A JP2004103628A (en) 2002-09-05 2002-09-05 Laser annealing device and method of laser-annealing tft substrate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004103628A true JP2004103628A (en) 2004-04-02

Family

ID=32260501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002259521A Pending JP2004103628A (en) 2002-09-05 2002-09-05 Laser annealing device and method of laser-annealing tft substrate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004103628A (en)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005217209A (en) * 2004-01-30 2005-08-11 Hitachi Ltd Laser annealing method and laser annealer
JP2005347741A (en) * 2004-05-06 2005-12-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser irradiation apparatus
JP2006093677A (en) * 2004-08-23 2006-04-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006135251A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Hitachi Ltd Laser crystallization equipment
JP2007194604A (en) * 2005-12-20 2007-08-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser irradiation device and laser irradiation method
JP2008130713A (en) * 2006-11-20 2008-06-05 Ihi Corp Method and device for laser annealing
JP2010267943A (en) * 2009-05-13 2010-11-25 Tohoku Gakuin Method of manufacturing semiconductor device
US8304313B2 (en) 2004-08-23 2012-11-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and its manufacturing method
JP2013021353A (en) * 2005-05-26 2013-01-31 Cymer Inc Systems and methods for implementing interaction between laser shaped as line beam and film deposited on substrate
US8395084B2 (en) 2005-05-02 2013-03-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and laser irradiation method
JP2013131751A (en) * 2011-12-20 2013-07-04 Ap Systems Inc Laser processing device and control method of the same
US8525075B2 (en) 2004-05-06 2013-09-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus
US8588269B2 (en) 2011-10-14 2013-11-19 Samsung Display Co., Ltd. Laser crystallization apparatus and laser crystallization method using the same
US8835800B2 (en) 2005-03-29 2014-09-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
US9296068B2 (en) 2004-03-26 2016-03-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation method and laser irradiation apparatus
CN105892066A (en) * 2016-06-13 2016-08-24 凌云光技术集团有限责任公司 Straight line laser generation device
KR20170028426A (en) * 2014-07-15 2017-03-13 이놀라스 솔루션스 게엠베하 Method and device for the laser-based working of two-dimensional, crystalline substrates, in particular semiconductor substrates
JPWO2015174347A1 (en) * 2014-05-12 2017-06-01 株式会社日本製鋼所 Laser annealing apparatus, continuous conveyance path for laser annealing treatment, laser light irradiation means, and laser annealing treatment method
CN109512382A (en) * 2018-12-26 2019-03-26 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 A kind of Line beam modulation module and retinal imaging device

Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5919332A (en) * 1982-07-23 1984-01-31 Rikagaku Kenkyusho Emitting method for laser beam
JPS60126840A (en) * 1983-12-13 1985-07-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser beam irradiation device
US4826299A (en) * 1987-01-30 1989-05-02 Canadian Patents And Development Limited Linear deiverging lens
JPH01202388A (en) * 1988-02-08 1989-08-15 Tokyo Electron Ltd Laser annealing device
JPH0342819A (en) * 1989-07-10 1991-02-25 Nec Corp Laser annealer and laser annealing method
JPH05175235A (en) * 1991-12-25 1993-07-13 Sharp Corp Manufacture of polycrystalline semiconductor thin film
JPH07240415A (en) * 1994-03-02 1995-09-12 Hitachi Ltd Wiring repair and apparatus
JPH0843610A (en) * 1994-05-16 1996-02-16 Canada Lens for expanding beam
US5499262A (en) * 1992-03-18 1996-03-12 Rohm Co., Ltd. Semiconductor laser light source unit
JPH08148423A (en) * 1994-11-18 1996-06-07 Mitsubishi Electric Corp Laser annealing method
JPH08213341A (en) * 1995-02-02 1996-08-20 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser annealing and irradiation with laser beam
JPH1064842A (en) * 1996-02-15 1998-03-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method and apparatus for laser irradiation
JPH1098192A (en) * 1996-09-25 1998-04-14 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacture thereof
US6069748A (en) * 1998-10-20 2000-05-30 Eastman Kodak Company Laser line generator system
JP2000277451A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Seiko Epson Corp Semiconductor manufacturing device
JP2000323428A (en) * 1999-03-08 2000-11-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Beam homogenizer and laser radiator
JP2002203861A (en) * 2000-07-24 2002-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device, liquid crystal display unit, el display unit, manufacturing method of semiconductor thin film and manufacturing method of the semiconductor device
JP2002217126A (en) * 2001-01-12 2002-08-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Laser annealing method and its apparatus
JP2002222959A (en) * 2001-01-29 2002-08-09 Hitachi Ltd Thin film semiconductor device as well as method and apparatus for manufacturing polycrystal semiconductor thin film
JP2002231955A (en) * 2001-02-01 2002-08-16 Hitachi Ltd Display and its manufacturing method
JP2003229432A (en) * 2001-11-30 2003-08-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2004151668A (en) * 2002-09-02 2004-05-27 Hitachi Displays Ltd Display device, its manufacturing method and manufacturing device

Patent Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5919332A (en) * 1982-07-23 1984-01-31 Rikagaku Kenkyusho Emitting method for laser beam
JPS60126840A (en) * 1983-12-13 1985-07-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Laser beam irradiation device
US4826299A (en) * 1987-01-30 1989-05-02 Canadian Patents And Development Limited Linear deiverging lens
JPH01202388A (en) * 1988-02-08 1989-08-15 Tokyo Electron Ltd Laser annealing device
JPH0342819A (en) * 1989-07-10 1991-02-25 Nec Corp Laser annealer and laser annealing method
JPH05175235A (en) * 1991-12-25 1993-07-13 Sharp Corp Manufacture of polycrystalline semiconductor thin film
US5499262A (en) * 1992-03-18 1996-03-12 Rohm Co., Ltd. Semiconductor laser light source unit
JPH07240415A (en) * 1994-03-02 1995-09-12 Hitachi Ltd Wiring repair and apparatus
JPH0843610A (en) * 1994-05-16 1996-02-16 Canada Lens for expanding beam
JPH08148423A (en) * 1994-11-18 1996-06-07 Mitsubishi Electric Corp Laser annealing method
JPH08213341A (en) * 1995-02-02 1996-08-20 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser annealing and irradiation with laser beam
JPH1064842A (en) * 1996-02-15 1998-03-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method and apparatus for laser irradiation
JPH1098192A (en) * 1996-09-25 1998-04-14 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacture thereof
US6069748A (en) * 1998-10-20 2000-05-30 Eastman Kodak Company Laser line generator system
JP2000323428A (en) * 1999-03-08 2000-11-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Beam homogenizer and laser radiator
JP2000277451A (en) * 1999-03-26 2000-10-06 Seiko Epson Corp Semiconductor manufacturing device
JP2002203861A (en) * 2000-07-24 2002-07-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device, liquid crystal display unit, el display unit, manufacturing method of semiconductor thin film and manufacturing method of the semiconductor device
JP2002217126A (en) * 2001-01-12 2002-08-02 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Laser annealing method and its apparatus
JP2002222959A (en) * 2001-01-29 2002-08-09 Hitachi Ltd Thin film semiconductor device as well as method and apparatus for manufacturing polycrystal semiconductor thin film
JP2002231955A (en) * 2001-02-01 2002-08-16 Hitachi Ltd Display and its manufacturing method
JP2003229432A (en) * 2001-11-30 2003-08-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method of manufacturing semiconductor device
JP2004151668A (en) * 2002-09-02 2004-05-27 Hitachi Displays Ltd Display device, its manufacturing method and manufacturing device

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005217209A (en) * 2004-01-30 2005-08-11 Hitachi Ltd Laser annealing method and laser annealer
US9296068B2 (en) 2004-03-26 2016-03-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation method and laser irradiation apparatus
JP2005347741A (en) * 2004-05-06 2005-12-15 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser irradiation apparatus
US8525075B2 (en) 2004-05-06 2013-09-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus
JP2006093677A (en) * 2004-08-23 2006-04-06 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor device and its manufacturing method
US8304313B2 (en) 2004-08-23 2012-11-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and its manufacturing method
JP2006135251A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Hitachi Ltd Laser crystallization equipment
US8835800B2 (en) 2005-03-29 2014-09-16 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device
US8395084B2 (en) 2005-05-02 2013-03-12 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and laser irradiation method
JP2013021353A (en) * 2005-05-26 2013-01-31 Cymer Inc Systems and methods for implementing interaction between laser shaped as line beam and film deposited on substrate
JP2007194604A (en) * 2005-12-20 2007-08-02 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Laser irradiation device and laser irradiation method
JP2008130713A (en) * 2006-11-20 2008-06-05 Ihi Corp Method and device for laser annealing
JP2010267943A (en) * 2009-05-13 2010-11-25 Tohoku Gakuin Method of manufacturing semiconductor device
US8588269B2 (en) 2011-10-14 2013-11-19 Samsung Display Co., Ltd. Laser crystallization apparatus and laser crystallization method using the same
JP2013131751A (en) * 2011-12-20 2013-07-04 Ap Systems Inc Laser processing device and control method of the same
TWI484562B (en) * 2011-12-20 2015-05-11 Ap Systems Inc Laser processing apparatus and method of controlling the same
CN103409804A (en) * 2011-12-20 2013-11-27 Ap系统股份有限公司 Laser processing apparatus and method of controlling the same
JPWO2015174347A1 (en) * 2014-05-12 2017-06-01 株式会社日本製鋼所 Laser annealing apparatus, continuous conveyance path for laser annealing treatment, laser light irradiation means, and laser annealing treatment method
KR20170028426A (en) * 2014-07-15 2017-03-13 이놀라스 솔루션스 게엠베하 Method and device for the laser-based working of two-dimensional, crystalline substrates, in particular semiconductor substrates
JP2017521877A (en) * 2014-07-15 2017-08-03 イノラス ソリューションズ ゲーエムベーハー Laser processing method and apparatus for planar crystalline substrate, particularly semiconductor substrate
KR102318041B1 (en) 2014-07-15 2021-10-27 이놀라스 솔루션스 게엠베하 Method and device for the laser-based working of two-dimensional, crystalline substrates, in particular semiconductor substrates
CN105892066A (en) * 2016-06-13 2016-08-24 凌云光技术集团有限责任公司 Straight line laser generation device
CN109512382A (en) * 2018-12-26 2019-03-26 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 A kind of Line beam modulation module and retinal imaging device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4838982B2 (en) Laser annealing method and laser annealing apparatus
JP3903761B2 (en) Laser annealing method and laser annealing apparatus
KR101371265B1 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method and manufacturing method of semiconductor device
TWI248593B (en) Display device, process and apparatus for its production
JP4413569B2 (en) Display panel manufacturing method and display panel
JP2004103628A (en) Laser annealing device and method of laser-annealing tft substrate
JP4567984B2 (en) Flat panel display manufacturing equipment
KR100703111B1 (en) Laser annealing apparatus and annealing method of semiconductor thin film
US20080011968A1 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device
JP4674092B2 (en) Manufacturing method of display device
JP5137388B2 (en) Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and manufacturing method of semiconductor device
JP4628879B2 (en) Manufacturing method of display device
JP2004342954A (en) Laser annealing method and its apparatus
JP2009224373A (en) Manufacturing method of flat display device
JP2007036080A (en) Laser annealing device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040803

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050201

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20060419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080415

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090224

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090422

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20091104