JP2004153150A

JP2004153150A - 表示装置の基板の製造方法及び結晶化装置

Info

Publication number: JP2004153150A
Application number: JP2002318473A
Authority: JP
Inventors: Takuya Hirano; 琢也平野; Takuya Watabe; 卓哉渡部
Original assignee: Fujitsu Display Technologies Corp
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP4772261B2

Abstract

【課題】表示装置の基板の製造方法及び結晶化装置に関し、安価に歩留りよく高性能な表示装置の基板を製造することを目的とする。
【解決手段】複数のパネル領域を有し、各パネル領域が画素部１８及び該画素部のまわりの周辺回路部２０を備えた表示装置の基板の製造方法であって、該基板に形成した非晶質半導体層を複数のレーザー光２８にて同時に結晶化する工程を含み、一つのパネル領域の周辺回路部２０は複数のレーザー光２８のうちの１つのレーザー光２８のみで結晶化される構成とする。
【選択図】図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば液晶表示装置等の表示装置の基板の製造方法及び結晶化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年液晶表示装置は種々の用途に用いられ、高精細化、高性能化への要求が高まっている。液晶表示装置は一対の基板の間に液晶を挟持してなる液晶パネルを含む。一方の基板はＴＦＴ基板と呼ばれ、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されている。液晶パネルは表示領域である画素部及び画素部のまわりの周辺回路部を含む。ＴＦＴは画素部の各画素毎に設けられ、さらに他のＴＦＴは周辺回路部に形成される。最近では特に周辺回路部のＴＦＴを信頼性よく形成することが求められている。
【０００３】
ＴＦＴの動作層は従来は非晶質半導体（非晶質シリコン）で形成されていたが、最近では多結晶半導体（多結晶シリコン）で形成されるようになっている。多結晶半導体は基板に形成された非晶質半導体層を結晶化する結晶化処理により形成される。
【０００４】
結晶化処理は、基板の非晶質半導体層にレーザー光を照射することにより実施される。結晶化のためのレーザーとして例えばエキシマパルスレーザーが使用される（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。しかし、エキシマパルスレーザーによる非晶質半導体の結晶化では、半導体の移動度が比較的に低く、液晶表示装置の高精細化、高性能化への要求を満足できないことがある。そこで、連続発振レーザー（ＣＷレーザー）を用いた半導体結晶化方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。また、特願平１４−１４３０７０の提案がある。ＣＷレーザーによる非晶質半導体の結晶化では、結晶粒径を大きくでき、比較的に大きな半導体の移動度を実現できるので、特に、液晶表示装置の周辺回路部のＴＦＴを形成するのに有利である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−４１２４４号公報
【特許文献２】
特開平８−２０３８４３号公報
【非特許文献１】
電子情報通信学会論文誌、ＶＯＬ．Ｊ１８５，ＣＮ０８，２００２年８月、Ｐ６０１−６０８
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
非晶質半導体層の結晶化では、非晶質半導体層をレーザー光で走査する。レーザー走査は、非晶質半導体層を有する基板をステージとともに動かし、固定の位置に保持されたレーザーからレーザー光を非晶質半導体層に照射しながら行われる。エキシマパルスレーザーを用いた走査の場合には、ビームスポットの大きさがかなり大きいので、単位面積当たりの走査時間が短く、液晶表示装置の生産性はよい。しかし、ＣＷレーザーを用いた走査の場合には、ビームスポットの大きさが非常に小さいので、単位面積当たりの走査時間が増加し、液晶表示装置の生産性が低下し、製造コストが高くなる。
【０００７】
そこで、複数のレーザーを互いに近接して配置し、複数のレーザー光で非晶質半導体層の複数の部分を同時に照射すれば、レーザー光のビームスポットを大きくしたのと同じことになり、走査時間を短縮して、液晶表示装置の生産性を向上することができる。
【０００８】
しかし、複数のレーザー光を同時に用いる場合、複数のレーザー光のエネルギーを同じにするのは困難なことが多く、複数のレーザー光のエネルギーに差が生じることがある。複数のレーザー光のエネルギーに差があると、製造された液晶パネルのＴＦＴの性能にバラツキが生じる原因になり、歩留りが低下する。
【０００９】
本発明の目的は安価に歩留りよく高性能な基板を製造するのに適した表示装置の基板の製造方法及び結晶化装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示装置の基板の製造方法は、複数のパネル領域を有し、各パネル領域が画素部及び該画素部のまわりの周辺回路部を備えた表示装置の基板の製造方法であって、該基板に形成した非晶質半導体層を複数の強エネルギー光にて同時に結晶化する工程を含み、一つのパネル領域の周辺回路部は該複数の強エネルギー光のうちの１つの強エネルギー光のみで結晶化されることを特徴とするものである。
【００１１】
この構成によれば、複数のパネル領域を有する基板に複数の強エネルギー光を同時に照射して、短時間で走査を行い、非晶質半導体層を結晶化する。その際、一つのパネル領域の周辺回路部は１つの強エネルギー光で結晶化される。このため、１つのパネル領域内では、単一の強エネルギー光で非晶質半導体層が結晶化され、形成されるトランジスタの性能が均一になる。
【００１２】
また、本発明による結晶化装置は、絶縁基板上に形成された非晶質半導体層の結晶化装置であって、複数の強エネルギー光源と、該複数の強エネルギー光源の位置を変更可能な可変機構と、非晶質半導体層を形成した基板を支持するステージとを備え、該基板に形成した非晶質半導体層を複数の強エネルギー光により同時に結晶化するようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
この構成によれば、複数の強エネルギー光源が設けられていて、複数のパネル領域を有する基板に複数の強エネルギー光を同時に照射して、短時間で走査を行い、非晶質半導体層を結晶化する。複数の強エネルギー光源の位置は変更可能であり、強エネルギー光のピッチを複数のパネル領域のピッチに合わせ、一つのパネル領域の周辺回路部は１つの強エネルギー光で結晶化されるようにすることができる。このため、１つのパネル領域内では、単一の強エネルギー光で非晶質半導体層が結晶化され、形成されるトランジスタの性能が均一になる。
【００１４】
このようにして、本発明によれば、安価に歩留りよく高性能な表示装置を製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施例による液晶表示装置の液晶パネル１０を示す略断面図である。液晶パネル１０は対向する一対の基板１２，１４の間に液晶１６を挿入してなるものである。電極及び配向膜が基板１２，１４に設けられることができる。一方の基板１２はＴＦＴ基板であり、他方の基板１４はカラーフィルタ基板である。
【００１７】
図２は図１の基板１２を示す略平面図である。基板１２は画素部１８と、画素部１８のまわりの周辺回路部２０とを有する。画素部１８は多数の画素２２を含む。図２では、１つの画素２２が部分的に拡大して示されている。画素２２は３色のサブ画素領域ＲＧＢを含み、各サブ画素領域ＲＧＢにはＴＦＴが形成されている。周辺回路部２０は複数のＴＦＴを含む制御回路を有し、周辺回路部２０のＴＦＴは表示領域１８のＴＦＴよりも密に配置される。
【００１８】
図３は図２の基板１２を作るためのガラス基板２４を示す略平面図である。ガラス基板２４は複数のパネル領域を含む。１つのパネル領域は１つの液晶パネル１０の基板１２に相当し、画素部１８及び周辺回路部２０を有する。図３に示す例では、４つのパネル領域があり、１つのガラス基板２４から４つの液晶パネル１０の基板１２を採取するようになっている。ガラス基板２４はＴＦＴ等の製造後に４つの基板１２に切断される。１つのガラス基板２４から４つ以上の基板１２を採取することもできる。
【００１９】
図４は本発明に基づいた結晶化工程及び装置の実施例を示す図である。図５は図４の結晶化装置の詳細を示す斜視図である。図４及び図５に示す結晶化の前の製造プロセスで、ガラス基板２４には非晶質半導体層（非晶質シリコン層）が形成してあり、その非晶質半導体層を結晶化して、多結晶半導体層（多結晶シリコン層）にし、多結晶半導体層を含むＴＦＴを形成する。
【００２０】
ガラス基板２４はＸＹステージ２６に支持される。ＸＹステージ２６はＸ方向及びＹ方向に移動可能である。非晶質半導体層の結晶化では、非晶質半導体層をレーザー光２８で走査をする。走査は、非晶質半導体層を有するガラス基板２４をＸＹステージ２６とともに動かし、固定の位置に保持されたレーザー光２８を非晶質半導体層に照射しながら行われる。
【００２１】
レーザー装置３０は２つのレーザー光源３２，３４を含み、レーザー光源３２，３４から発せられたレーザー光（強エネルギー光）はそれぞれ光学系を介して楕円形の形状のレーザースポットとしてガラス基板２４の非晶質半導体層を照射する。例えば、各光学系は、ミラー３６と、ほぼ半円筒体形状のレンズ３８と、このレンズ３８と直交するように配置されたほぼ半円筒体形状のレンズ４０と、凸レンズ（図示せず）とからなる。
【００２２】
レーザー光源３２，３４は、それぞれ支持調整機構４２，４４によってレーザー装置３０のフレーム４６に支持される。支持調整機構４２，４４はそれぞれレーザー光源３２，３４を支持するとともに、図示しないアジャストボルト等により位置が調整可能になっており、レーザー光源３２，３４の位置を変更可能な可変機構を構成する。レーザー光源３２，３４の位置は、照射位置がガラス基板２４のパネル領域の間隔に合うように調整される。光学系の位置はレーザー光源３２，３４に連動して調整される。
【００２３】
周辺回路部２０の結晶化の際には、図５に示されるように、一方のレーザー光源３２から発せられたレーザー光２８は図５においてガラス基板２４の上段側に位置するパネル領域の周辺回路部２０の上辺部分を照射するように配置され、他方のレーザー光源３４から発せられたレーザー光２８は図５においてガラス基板２４の下段側に位置するパネル領域の周辺回路部２０の上辺部分を照射するように配置される。２つのレーザー光源３２，３４から発せられたレーザー光２８は、２つのパネル領域の周辺回路部２０の上辺部分を同時に照射する。ただし、一つのパネル領域の周辺回路部２０は２つのレーザー光源３２，３４から発せられたレーザー光２８の１つのレーザー光２８のみで結晶化される。
【００２４】
走査において、レーザー光源３２，３４はＣＷレーザーであり、例えば波長５３２ｎｍ、エネルギー６Ｗ、ビーム径４００μｍ×４０μｍのレーザー光を発生し、ガラス基板２４を載置したＸＹステージ２６は走査速度２０ｃｍ／ｓで移動する。各レーザーの移動量に連動した図示しないシャッタが設けられており、結晶化が必要な領域のみ照射されるようにしてある。
【００２５】
図６は図５の結晶化装置により周辺回路部２０の結晶化を行う手順を示す略図である。まず、一方のレーザー光源３２から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の上段側のパネル領域の周辺回路部２０の上辺部分を矢印Ａで示されるように走査する。他方のレーザー光源３４から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の下段側のパネル領域の周辺回路部２０の上辺部分を矢印Ｂで示されるように走査する。各パネル領域の周辺回路部２０の走査は、矢印Ａ，Ｂの方向の走査を行った後、ガラス基板２４を矢印Ｙ方向に少し移動させ、矢印Ａ，Ｂとは逆の方向の走査を行い、これらの走査を繰り返し行うことができる。なお、結晶化を行わない間（例えば方向転換を行う間）には、レーザー光はシャッタによって遮光される。
【００２６】
ガラス基板２４の上段側及び下段側のパネル領域の周辺回路部２０の上辺部分の走査が終了したら、一方のレーザー光源３２から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の上段側のパネル領域の周辺回路部２０の下辺部分を矢印Ｃで示されるように走査する。他方のレーザー光源３４から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の下段側のパネル領域の周辺回路部２０の下辺部分を矢印Ｄで示されるように走査する。この場合にも、各パネル領域の周辺回路部２０の上辺部分の走査は、矢印Ｃ，Ｄの方向の走査ばかりでなく、矢印Ｃ，Ｄとは逆の方向の走査によっても実施され、これらの走査を繰り返し行うことができる。
【００２７】
次に、一方のレーザー光源３２から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の上段側のパネル領域の周辺回路部２０の左辺部分を矢印Ｅで示されるように走査する。他方のレーザー光源３４から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の下段側のパネル領域の周辺回路部２０の左辺部分を矢印Ｆで示されるように走査する。この場合にも、各パネル領域の周辺回路部２０の上辺部分の走査は、矢印Ｅ，Ｆの方向の走査ばかりでなく、矢印Ｆ，Ｅとは逆の方向の走査によっても実施され、これらの走査を繰り返すことができる。
【００２８】
次に、一方のレーザー光源３２から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の上段側のパネル領域の周辺回路部２０の右辺部分を矢印Ｇで示されるように走査する。他方のレーザー光源３４から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の下段側のパネル領域の周辺回路部２０の右辺部分を矢印Ｈで示されるように走査する。この場合にも、各パネル領域の周辺回路部２０の上辺部分の走査は、矢印Ｇ，Ｈの方向の走査ばかりでなく、矢印Ｇ，Ｈとは逆の方向の走査によっても実施され、これらの走査を繰り返すことができる。また、結晶化の手順や順序は上記の例に限られるものではない。
【００２９】
図７はレーザー光のビームスポットの例を示す図である。Ｘ軸方向の走査（矢印Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの走査）で結晶化を行う場合には、広い幅のレーザー光で結晶化領域を効率よく行なうため、図７の（Ａ）に示されるように、Ｘ軸方向に対して垂直な方向に長い楕円形状のビームスポットで走査を行う。次に、Ｙ軸方向の走査（矢印Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈの走査）で結晶化を行う場合には、レーザー光のビームスポットの形状を９０度回転させ、図７（Ｂ）に示されるように、Ｙ軸方向に対して垂直な方向に長い楕円形状のビームスポットで走査を行う。レーザー光のビームスポットの形状の回転は、図５に示した一対の半円筒状レンズ３８，４０を光軸に合わせて９０度回転させることにより実施される。
【００３０】
また、レーザー光のビームスポットの形状が円形であれば、特にビームスポットの形状を回転させる必要はない。
【００３１】
図８は画素部１８の結晶化を行う例を示す略図である。画素部１８の結晶化は、２つのレーザー光源３２，３４をガラス基板２４のパネル領域の間隔に合わせ、照射位置を調整し、レーザー光２８を一定の位置に保持し、ＸＹステージ２６及びガラス基板２４を移動しながら、走査を行う。レーザー光源３２，３４はＣＷレーザーであり、例えば波長５３２ｎｍ、エネルギー６Ｗ、ビーム径４００μｍ×４０μｍのレーザー光を発生し、ガラス基板２４を載置したＸＹステージ２６は走査速度４０ｃｍ／ｓで移動する。レーザー光はガラス基板２４の非晶質半導体層に照射され、画素部１８を繰り返し走査する。
【００３２】
また、周辺回路部２０の結晶化を図５及び図６に示す例のように２つのＣＷレーザーを用いて行い、画素部１８の結晶化は、例えばエキシマレーザー（波長３０８ｎｍ）をエネルギー３００ｍＬ／ｃｍ^２、周波数３００Ｈｚ、ビーム重ね率９５％で照射して、行ってもよい。
【００３３】
図９は周辺回路部２０及び画素部１８の結晶化を行う他の例を示す略図である。この例においては、一方のレーザー光源３２から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の上段側のパネル領域の周辺回路部２０を走査し、他方のレーザー光源３４から発せられたレーザー光２８はガラス基板２４の下段側のパネル領域の画素部１８を走査する。このように、ＣＷレーザーで画素部１８と周辺回路部２０を同時に照射してもよい。ただし、一つのパネル領域の周辺回路部２０は複数のレーザー光のうちの１つのレーザー光のみで結晶化される。
【００３４】
図１０はレーザー光の合成を行う装置の例を示す図である。この例でも、ＣＷレーザーを使用する。図１１は合成されたレーザー光のビームスポットの例を示す図である。レーザー光源５０から発せられたレーザー光５２は、ビームスプリッタ５４により２つのレーザー光５２Ａ，５２Ｂに分割される。レーザー光５２Ａはミラー５６、ビームスプリッタ５８、半円筒状レンズ６０，６２を経てガラス基板２４の非晶質半導体層に照射される。レーザー光５２Ｂはミラー５４、ビームスプリッタ５８、半円筒状レンズ６０，６２を経てガラス基板２４の非晶質半導体層に照射される。なお、ビーム合成には２台のレーザーを用い、同様に合成しても構わない。
【００３５】
図１１に示されるように、ガラス基板２４の非晶質半導体層に照射されるレーザー光５２Ａ，５２Ｂは互いにずらされているが、一部が重複するようになっている。従って、２つのＣＷ（連続発振）レーザー光は合成され、単一のスポット光となる。図１１（Ａ）では、２つのレーザー光５２Ａ，５２Ｂは長軸方向に互いにずらされて、さらに長い幅をもったビームスポットを提供する。この場合２つのスポット５２Ａ，５２Ｂのエネルギーをそろえることが重要である。何故なら長軸方向に均一に結晶化しなければならないからである。図１１（Ｂ）では、２つのレーザー光５２Ａ，５２Ｂは短軸方向に互いにずらされて、二重のビームスポットを提供する。この場合、２つのスポット５２Ａと５２Ｂは意図的にスポットサイズやエネルギーを変えても構わない。何故なら結晶粒径は溶融温度や冷却スピードに強く依存するため、２つのビームを調整し、それらを最適化することにより大粒径の多結晶シリコンが得られるからである。
【００３６】
図１１（Ａ），（Ｂ）に示すビームスポットは図７に示したビームスポットの代わりに周辺回路部２０を照射するように構成されることができる。また、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すビームスポットは図８に示したビームスポットの代わりに画素部１８を照射するように構成されることができる。また、図１１（Ａ），（Ｂ）に示すビームスポットは図９に示したビームスポットの代わりに画素部１８及び周辺回路部２０を照射するように構成されることができる。画素部１８を結晶化する場合には、ビームスポットは一つのレーザー光で形成されている場合と、複数のレーザー光を組み合わせたもののどちらでもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板の周辺回路部の非晶質半導体層は１つの強エネルギー光のみにより結晶化されるため、得られた結晶性にバラツキがなく、特性のそろったトランジスタを得ることができ、安定した動作の回路を製造することができる。また、複数の強エネルギー光を使用することにより高い処理能力が得られ、安価に液晶表示装置等の表示装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による液晶表示装置を示す略断面図である。
【図２】図１の基板を示す略平面図である。
【図３】図２の基板を作るためのガラス基板を示す略平面図である。
【図４】ガラス基板に形成した非晶質半導体を結晶化するための結晶化装置を示す略図である。
【図５】図４の結晶化装置の詳細を示す斜視図である。
【図６】図５の結晶化装置により周辺回路部の結晶化を行う手順を示す略図である。
【図７】レーザー光のビームスポットの例を示す図である。
【図８】画素部の結晶化を行う例を示す略図である。
【図９】周辺回路部及び画素部の結晶化を行う他の例を示す略図である。
【図１０】レーザー光の合成を行う装置の例を示す図である。
【図１１】合成されたレーザー光のビームスポットの例を示す図である。
【符号の説明】
１０…液晶パネル
１２…基板
１４…基板
１６…液晶
１８…画素部
２０…周辺回路部
２２…画素
２４…ガラス基板
２６…ＸＹステージ
２８…レーザー光
３０…レーザー装置
３２…レーザー光源
３４…レーザー光源
３６…ミラー
３８…レンズ
４０…レンズ
４２…支持調整機構
４４…支持調整機構

Claims

複数のパネル領域を有し、各パネル領域が画素部及び該画素部のまわりの周辺回路部を備えた表示装置の基板の製造方法であって、
該基板に形成した非晶質半導体層を複数の強エネルギー光にて同時に結晶化する工程を含み、一つのパネル領域の周辺回路部は該複数の強エネルギー光のうちの１つの強エネルギー光のみで結晶化されることを特徴とする表示装置の基板の製造方法。
複数の強エネルギー光は連続発振レーザーのスポット光を用いることを特徴とする請求項１に記載の表示装置の基板の製造方法。
強エネルギー光は複数の連続発振レーザー光を合成し、単一のスポット光としたことを特徴とする請求項１に記載の表示装置の基板の製造方法。
絶縁基板上に形成された非晶質半導体層の結晶化装置であって、複数の強エネルギー光源と、該複数の強エネルギー光源の位置を変更可能な可変機構と、非晶質半導体層を形成した基板を支持するステージとを備え、該基板に形成した非晶質半導体層を複数の強エネルギー光により同時に結晶化するようにしたことを特徴とする結晶化装置。
該強エネルギー光のスポット光の形状を回転させる機構を備えることを特徴とする請求項４に記載の結晶化装置。