JP2005167084A - レーザ結晶化装置及びレーザ結晶化方法 - Google Patents

レーザ結晶化装置及びレーザ結晶化方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 レーザ結晶化装置及びレーザ結晶化方法に関し、ＣＷレーザを使用した場合でもスループット高くすることができるようにすることを目的とする。
【解決手段】 レーザ結晶化装置は、半導体層が形成された基板を支持する可動のステージと、レーザ光を時分割で複数の光路３３，３４に振り分ける装置３６と、各光路を通るレーザ光を集光してステージに支持された基板の半導体層に照射する光学装置３７，３８とを備えた構成とする。
【選択図】 図４

Description

本発明はレーザ結晶化装置及びレーザ結晶化方法に関する。
液晶表示装置はＴＦＴを含むアクティブマトリックス駆動回路を含む。また、システム液晶表示装置は表示領域のまわりの周辺領域にＴＦＴを含む電子回路を含む。低温ポリＳｉは、液晶表示装置のＴＦＴ及びシステム液晶表示装置の周辺領域のＴＦＴを形成するのに適している。また、低温ポリＳｉは、有機ＥＬでの画素駆動用ＴＦＴや有機ＥＬでの周辺領域の電子回路への応用も期待されている。本発明は低温ポリＳｉでＴＦＴを作るためにＣＷレーザ（連続発振レーザ）を用いた半導体結晶化方法及び装置に関するものである。
低温ポリＳｉで液晶表示装置のＴＦＴを形成するために、従来はガラス基板に非晶質シリコン膜を形成し、ガラス基板の非晶質シリコン膜にエキシマパルスレーザを照射し、非晶質シリコンを結晶化していた。最近、ガラス基板の非晶質シリコン膜にＣＷ固体レーザを照射し、非晶質シリコンを結晶化する結晶化方法が開発された。（例えば特許文献１、非特許文献１参照。）非晶質シリコンはレーザ光によって溶融され、その後固化して、固化した部分がポリシリコンになる。
エキシマパルスレーザによるシリコンの結晶化では、移動度が１５０〜３００（cm2 ／Vs）程度であるのに対して、ＣＷレーザによるシリコンの結晶化では、移動度が４００〜６００（cm2 ／Vs）程度を実現でき、高性能のポリシリコンを形成するのに有利である。
シリコンの結晶化では、非晶質シリコン膜をレーザビームでスキャンする。この場合、シリコン膜を有する基板を可動ステージに搭載し、固定のレーザビームに対してシリコン膜を動かしながらスキャンを行う。エキシマパルスレーザでは、例えば、ビームスポットが２７．５cm×０．４mmのレーザビームでスキャンすることができる。一方、ＣＷ固体レーザでは、ビームスポットが小さいので、シリンドリカルレンズなどの光学系を用いて基板上に楕円状のスポットとして集光する。この場合、例えば、ビームスポットが数１０μｍ〜数１００μｍとなり、楕円の長軸方向に対して垂直な方向にスキャンする。このように、ＣＷ固体レーザによる結晶化では、品質の優れたポリシリコンを得ることができるが、スループットが低いという問題があった。
特開２００３−８６５０５号公報 電子情報通信学会論文誌、ＶＯＬ．Ｊ８５−ＣＮＯ．８、２００２年８月 ＣＷレーザではビームスポットが小さいので、１回のスキャンでは結晶化される非晶質シリコンの面積が小さいので、連続的に多数回のスキャンを行って必要な面積の非晶質シリコンを結晶化する。この場合、可動のステージにガラス基板を置き、ラスタースキャンで行い、往路におけるスキャンのビームトレースとその次の復路におけるスキャンのビームトレースとが部分的にオーバーラップするようにしている。オーバーラップ量が小さいと２つのビームトレースの間に結晶化されていない領域ができる可能性があるためにオーバーラップ量は余裕量を見込んで定めている。一方、オーバーラップ量が大きいと２つ合計のビームトレースの幅が小さくなり、スループットが低下する。
最近の研究では、ビームトレースが微小に蛇行することが分かった。一般にステージの運動は直線運動であるが、実際には直線運動をさせようとしても、微小な蛇行を伴うので、一回のスキャンで結晶化されたビームトレースは後で示すように蛇行している。蛇行があると、２つのビームトレースの間のオーバーラップ量を増加させる必要があり、そのためにスループットが低下する。
さらに、液晶表示装置の表示領域のまわりの周辺領域においての半導体層の結晶化においては、互いに直交する２つの方向でスキャンする必要がある。このために、半導体層が形成された基板を支持する可動のステージは回転する必要がある。従来のステージは、ＸＹステージと回転ステージとを含み、基板は回転ステージに取り付けられていて、回転ステージを９０度回転させる事ができ、かつ回転させれば、互いに直交する２つの方向でのスキャンを実施することができる。しかしながら、従来の回転ステージは基板の最終的な位置決めにおける角度補正のためにも設けられていて、数度の回転範囲で０．１秒から０．２秒の高精度で精密な動作を行う必要がある。この高精度化を達成するために、従来の回転ステージは９０度回転するようになっていない。そこで、回転ステージが９０度回転するようにステージ全体を設計しなおす必要がある。さらに、回転ステージが９０度回転するように製造する場合にも、基板の最終的な位置決めのために精密な動作を行うように設計されなければならず、回転ステージのコストが高くなる。従って、互いに直交する２つの方向でスキャンする場合には、人の手で基板をもって９０度回転させて回転ステージにセットし直す必要があり、作業に手がかかり、スループットが低下する。
本発明の目的は、ＣＷレーザを使用した場合でもスループット高くすることのできるレーザ結晶化装置及びレーザ結晶化方法を提供することである。
本発明によるレーザ結晶化装置は、半導体層が形成された基板を支持する可動のステージと、レーザ光を時分割で複数の光路に振り分ける装置と、各光路を通るレーザ光を集光して該ステージに支持された基板の半導体層に照射する光学装置とを備えたことを特徴とする。
また、本発明によるレーザ結晶化方法は、ＣＷレーザ光を時分割で少なくとも２つの光学系に振り分け、該レーザ光が振り分けられた光学系を使用して基板に形成された半導体層の第１の領域を結晶化し、次に該レーザ光が振り分けられた光学系を使用して基板に形成された半導体層の第１の領域とは離れた第２の領域を結晶化することを特徴とする。
上記レーザ結晶化装置及びレーザ結晶化方法においては、ＣＷレーザ光を時分割で少なくとも２つの光学系に振り分け、それぞれの光学系を使用して、半導体層の異なった領域を順次に結晶化する。従って、一方向のスキャンで形成されるビームトレースと反対方向のスキャンで形成されるビームトレースとは直接にオーバーラップしなくなり、一定の方向のスキャンで形成されるビームトレースのみがオーバーラップするようにすることができる。このために、オーバーラップ量を定めるときにステージに起因するビームトレースの蛇行の影響を小さくみつもることができる。従って、ＣＷレーザを使用した場合でもスループット高くすることができる。
さらに、本発明によるレーザ結晶化装置は、半導体層が形成された基板を支持する可動のステージと、レーザ光を該ステージに支持された基板の半導体層に照射する光学装置と、該ステージとは別に設けられ、該基板を回転させることのできる回転装置と、少なくとも該ステージと該回転装置の間で基板を搬送することのできる搬送手段とを備えたことを特徴とするものである。
この構成によれば、ＸＹステージ上の回転ステージとは別に回転装置を設けたので、互いに直交する２つの方向でスキャンする場合には、まず半導体層が形成された基板をステージに支持して一方向のスキャンを行い、それから基板をステージから回転装置に搬送して基板を９０度回転し、そして基板を回転装置からステージに搬送し、基板をステージに支持して他の方向のスキャンを行う。このようにして、互いに直交する２つの方向でスキャンを連続的に行うことができる。このため、従来的な回転範囲は限定されるが高精度のステージはそのまま使用し、９０度回転する回転ステージをあらたに設けるだけで、スループットが低下することなくスキャンを行うことができる。この場合、回転ステージは９０度又は９０数度回転できるものであれば、０．１〜１度程度の精度のものでよく精密さは要求されない（精密さはステージの回転ステージが備えている。）
以上説明したように、本発明によれば、往路のスキャンでも、復路のスキャンでも結晶化に用いることができ、且つ蛇行があっても結晶化領域毎に往路あるいは復路のスキャンのみによる結晶化が達成され、スキャンピッチを大きくとることができるため、スループットが大幅に向上することができる。また、本発明はＣＷレーザによる結晶化により低温ポリシリコン−ＴＦＴのスループットを改善し、低温ポリシリコン技術のもつ高性能ＴＦＴを含む、シートコンピュータや、インテリジェントＦＰＤ、低価格のＣＭＯＳなどの開発に貢献する。
以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１は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。液晶表示装置１０は対向する一対のガラス基板１２，１４の間に液晶１６を挿入してなるものである。電極及び配向膜がガラス基板１２，１４に設けられることができる。一方のガラス基板１２はＴＦＴ基板であり、他方のガラス基板１４はカラーフィルタ基板である。
図２は図１のガラス基板１２を示す略平面図である。ガラス基板１２は表示領域１８と、表示領域１８のまわりの周辺領域２０とを有する。表示領域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原色のサブ画素領域ＲＧＢを含み、各サブ画素領域ＲＧＢにはＴＦＴ２４が形成されている。周辺領域２０はＴＦＴ（図示せず）を有し、周辺領域２０のＴＦＴは表示領域１８のＴＦＴ２４よりも密に配置されている。
図２のガラス基板１２は、１５型ＱＸＧＡ液晶表示装置を構成するものであり、２０４８×１５３６の画素２２を有する。３原色のサブ画素領域ＲＧＢが並ぶ方向（水平な方向）上には２０４８の画素が並び、サブ画素領域ＲＧＢの数は２０４８×３になる。３原色のサブ画素領域ＲＧＢが並ぶ方向（水平な方向）に対して垂直な方向（垂直な方向）には１５３６の画素が並ぶ。半導体結晶化においては、周辺領域２０では各辺に平行な方向にレーザスキャンが行われ、表示領域１８では矢印Ａ又はＢの方向にレーザスキャンが行われる。
図３は図２のガラス基板１２を作るためのマザーガラス２６を示す略平面図である。マザーガラス２６は複数のガラス基板１２を採取するようになっている。図３に示す例では、１つのマザーガラス２６から４つのガラス基板１２を採取するようになっているが、１つのマザーガラス２６から４つ以上のガラス基板１２を採取することもできる。
図４は本発明の実施例のレーザ結晶化装置を示す略平面図である。図５は図４のレーザ結晶化装置を示す斜視図である。レーザ結晶化装置３０は、半導体層（非晶質シリコン膜）６８が形成された基板６６を支持する可動のステージ６２（図８）と、レーザ源３２と、レーザ源３２から出たレーザ光を時分割で複数の光路３３，３４に振り分ける装置３６と、各光路３３，３４を通るレーザ光を集光してステージ６２に支持された基板の半導体層６８に照射する光学装置３７，３８とを備えている。装置３６に入るレーザ光は、レーザ源３２から直接に来るものばかりでなく、例えば図１６に示されるようにハーフミラーにより同時分割されたサブビームとすることもできる。また逆に装置３６からの出射光をハーフミラーで同時分割しサブビームとすることもできる。
レーザ源３２はＣＷレーザ（連続発振レーザ）発振器を含む。半導体層６８は領域１と領域２を含む。領域１と領域２は特別に区分されたものではなく、ここでは説明の都合上このように区分している。図示の実施例においては、装置３６で分けられた光路３３，３４は互いに反対方向を向いており、ミラ−３９，４０が光路３３，３４を互いに平行に曲げる。装置３６の中心とミラー３９（４０）の間の距離Ｈは変えられるようになっており、ミラー３９とミラー４０の間の距離、すなわち光学装置３７と光学装置３８の間の距離は調節可能である。ミラー３９と光学装置３７を第１の支持手段で一体的に支持し、ミラー４０と光学装置３８を第２の支持手段で一体的に支持し、第１の支持手段と第２の支持手段の相対位置を一軸ステージにより変えるようにするのが好ましい。
図６は図４及び図５の光学装置３７の構成を示す側面図である。図６は図５の光学装置３７の構成を示すが、光学装置３８についても同様である。光学装置３７は、レーザ光の光路を水平から垂直に曲げるミラー４２と、ほぼ半円筒形状のシリンドリカルレンズ４４と、シリンドリカルレンズ４４と直交するように配置されたほぼ半円筒形状のシリンドリカルレンズ４６と、凸レンズ４８とからなる。ミラーは全反射誘電体多層膜から形成されるのが好ましい。この光学装置３７（３８）により、レーザ光のビームスポットＢＳは半導体層６８上で楕円形状になる。また、凹レンズ５０がミラー４２の上流側に配置されるのが好ましい。しかし、光学装置３７（３８）はこれらの全ての要素を含む必要はない。
図７は図４及び図５のレーザ光を時分割で複数の光路３３，３４に振り分ける装置３６の一例を示す平面図である。装置３６はガルバノ５２を含む。ガルバノ５２はモータ５４によって駆動されるミラーであり、モータ５４は駆動手段（駆動回路）５６を介して制御装置５８に接続される。ステージ駆動手段（駆動回路）６０も制御装置５８に接続される。制御装置５８はガルバノ５０とステージ６２を同期して動作するように制御する。ガルバノ５２の代わりにポリゴンミラーとすることもできる。
ガルバノ５２で反射したレーザ光はガルバノ５２の位置に応じてミラー３９，４０へ向かう。ガルバノ５２はレーザ光を交互に光路３３，３４に向かわせるように駆動される。図７においては、ガルバノ５２はレーザ光をミラー４０に反射させる位置にあり、レーザ源３２から出た光はガルバノ５２で反射して光路３４に入り、ミラー４０で反射して図６の光学装置３７のミラー４２へ向かう。次の時点では、ガルバノ５２はレーザ光がミラー３９に向かう位置に変位させられ、レーザ源３２から出た光はガルバノ５２で反射して光路３３に入り、ミラー３９で反射して光学装置３８のミラー４２へ向かうようになる。なお、図４及び図５においては、光路３３，３４は一直線上で反対方向に向くように示されているが、図７においては、光路３３，３４は互いに角度をなして反対方向に向くように示されている。重要なことは、ミラー３９，４０で反射したレーザ光が互いに平行になるようにすることである。
図８はステージ６２に支持された基板６６を示す斜視図である。ステージ６２はＸステージ６２Ｘと、Ｙステージ６２Ｙと、回転ステージ（図８には図示せぅ）を含む。Ｘステージ６２ＸはＸ方向に移動可能に図示しないガイドに配置され、図示しない送りねじ等の駆動手段によってＸ方向に駆動される。Ｙステージ６２ＹはＸステージ６２Ｘに設けた図示しないガイドに配置され、図示しない送りねじ等の駆動手段によってＹ方向に駆動される。回転ステージはＹステージ６２Ｙに回転可能に設けられ、図示しない駆動手段によって回転駆動される。
吸着テーブル６４がＹステージ６２Ｙ上の回転ステージに装着されている。吸着テーブル６４は多数の真空吸着穴及び真空通路を有する真空吸着チャックを形成している。基板６６は例えば図３に示したマザーガラス２６であり、非晶質シリコンからなる半導体層６８が薄膜製造プロセスにより基板６６に形成されている。レーザ光ＬＢは図６に示した光学装置３７（３８）により集光されて半導体層６８に照射される。
レーザ光ＬＢが一定の位置を照射する状態で、ステージ６２を動かしながらスキャンをすると、半導体層６８の帯状の部分がレーザ光ＬＢで照射される。非晶質シリコンからなる半導体層６８のレーザ光が照射された部分は溶融、固化され、結晶化されてポリシリコンになる。半導体層６８のレーザ光が照射された帯状の部分でも半導体層６８が十分に溶融する有効メルト幅があり、その両側縁部は十分に溶融しない。ここでは、有効メルト幅に含まれる半導体層６８の部分をビームトレースと呼ぶ。
図９はオーバーラップしたビームトレースの例を示す図である。２つのビームトレース７０がオーバーラップ量Ｉでオーバーラップしている。Ｊは有効メルト幅である。ＣＷレーザではビームスポットが小さいので、１回のスキャンでは結晶化される半導体層６８の面積が小さいので、ビームトレースをオーバーラップさせながら連続的に多数回のスキャンを行って半導体層６８の必要な面積を結晶化する。
この場合、図４に示されるように、ラスタースキャンを行う。ラスタースキャンにおいては、Ｙステージ６２ＹをＹ軸に沿った一方向（往路方向）に動かし、次に、Ｘステージ６２ＸをＸ軸に沿った方向に動かし、次に、Ｙステージ６２ＹをＹ軸に沿った反対の方向（復路方向）に動かす。一方向（往路方向）のスキャンにおいては半導体層６８の領域１を結晶化し、反対の方向（復路方向）のスキャンにおいては半導体層６８の領域２を結晶化する。
図４において、１回目のスキャンは半導体層６８の領域１を矢印ａ１で示されるように行う。２回目のスキャンは半導体層６８の領域２を矢印ｂ１で示されるように行う。３回目のスキャンは半導体層６８の領域１を矢印ａ２で示されるように行う。４回目のスキャンは半導体層６８の領域２を矢印ｂ２で示されるように行う。このように往復のスキャンを繰り返しながら、半導体層６８の結晶化の必要な部分を結晶化する。
制御装置５８はガルバノ５２とステージ６２を同期して動作するように制御する。往路方向のスキャンａ１，ａ２，ａ３の場合には、装置３６はレーザ光が光路３３を通るようにし、復路方向のスキャンｂ１，ｂ２の場合には、装置３６はレーザ光が光路３４を通るようにする。
往路方向におけるスキャンについては、ステージ６２（６２Ｙ）が一方の方向ａ１に動くときに半導体層６８に形成されるビームトレースとステージ６２（６２Ｙ）が次に同じ方向ａ２に動くときに半導体層６８に形成されるビームトレースとが互いにオーバーラップするようになっている。復路方向におけるスキャンについては、ステージ６２（６２Ｙ）が一方の方向ｂ１に動くときに半導体層６８に形成されるビームトレースとステージ６２（６２Ｙ）が次に同じ方向ｂ２に動くときに半導体層６８に形成されるビームトレースとが互いにオーバーラップするようになっている。つまり、図９の２つのビームトレース７０は領域１（又は領域２）におけるビームトレースを示したものである。
このように、本発明は、往路と復路に同期して、交互にレーザ光を異なる光学系に切り換える機構を備え、これらの光学系はそれぞれ異なる領域を照射する集光系を備え、集光されたビームトレースをオーバーラップ状態でスキャンする機能を備えている。
一方、連続する往復方向のスキャンについては、ステージ６２（６２Ｙ）が一方の方向ａ１に動くときに半導体層６８に形成されるビームトレースとステージ６２（６２Ｙ）が次の該一方の方向ａ１とは反対方向ｂ１に動くときに半導体層６８に形成されるビームトレースとは互いに離れている。
図１０は蛇行のあるビームトレースの例を示す図である。蛇行量がＫである。最近の研究では、ビームトレース７０が微小に蛇行することが分かった。一般にステージ６２（６２Ｙ）の運動は直線運動であるが、実際には直線運動をさせようとしても、蛇行を伴うので、一回のスキャンで結晶化されたビームトレース７０は図１０に示すように蛇行している。
図１１は本発明のスキャンを行った場合のオーバーラップしたビームトレースの例を示す図である。例えば、図４において、ステージ６２（６２Ｙ）が一方の方向ａ１に動くときのビームトレース７０とステージ６２（６２Ｙ）が次に同一の方向ａ２に動くときのビームトレース７０を示し、２つのビームトレース７０はオーバーラップ量Ｉで互いにオーバーラップしている。同一方向のスキャンの場合には、蛇行の位相が一致するので、オーバーラップ量を小さくできる。
図１２は往復のスキャンでオーバーラップしたビームトレースの例を示す図である。例えば、図４において、ステージ６２（６２Ｙ）が一方の方向ａ１に動くときのビームトレース７０とステージ６２（６２Ｙ）が反対の方向ｂ１に動くときのビームトレース７０を互いに近づけてオーバーラップさせるようにした例である。この場合、蛇行が関係なく発生するので、オーバーラップ量Ｉが小さいと、２つのビームトレース７０の間に結晶化されない領域７０Ｘができる可能性がある。この場合、蛇行があると、２つのビームトレース７０の間のオーバーラップ量を増加させる必要があり、そのためにスループットが低下する。
実施例では、非晶質シリコンをＣＷレーザ照射で結晶化した。レーザはＮｄ：ＹＶＯ４のＤＰＳＳレーザとその高調波（倍波）を用いて、波長５３２nmのＣＷレーザを得た。例えば、楕円形状のビームスポットを用いて、レーザパワー２．５Ｗ、レーザスキャン速度２ｍ／ｓで、膜厚が１００nm程度の非晶質シリコンをスキャンした。図１０に示すように１つのレーザトレース７０では、有効メルト幅Ｊは２０μｍで、蛇行量Ｋは５μｍであった。
図１２に示す往復スキャンでは、蛇行量Ｋプラス位置合わせ余裕量を５μｍ程度もたせて１０μｍ程度のオーバーラップ量Ｉが必要となる。蛇行がなく且つ位置合わせ余裕量もない理想的な条件でオーバーラップ量Ｉを０にできるケースを仮定し、これと比較すると、図１２に示す往復スキャンの場合のスループットは、（２０−１０）／２０＝０．５０に低下する。
これに対して、本発明を適用した図１１に示すスキャンでは、往路も復路も結晶化に有効に利用でき、かつオーバーラップ量Ｉには蛇行量Ｋを見込まない片側スキャンを適用できるので、理想的な条件でオーバーラップ量Ｉを０にできるケースに比較すると、図１１に示すスキャンの場合のスループットは、（２０−５）／２０＝３／４＝０．７５に改善された。
レーザバワーの制限や非晶質シリコンの膜厚が厚いと、メルト幅は狭くなる。メルト幅が１５μｍの場合には、往復スキャンでは、理想的なケースに比較すると、スループットは、（１５−１０）／１５＝１／３＝０．３３であるが、本発明の場合にはスループットは、（１５−５）／１５＝２／３＝０．６６である。
ラスタースキャンではなく、往路のみの片側スキャンまたは復路のみの片側スキャンを行うと、蛇行の位相は図１１に示すように複数のスキャンのビームトレース同士で一致しているために、蛇行幅は５μｍあってもオーバーラップ量は上記の位置合わせ余裕量分のみを見込んで５μｍですむ。従って、図１１のようにオーバーラップ量を減らすことができる。しかし、往路のみの片側スキャン（又は復路のみの片側スキャン）では、往路は結晶化に使えるものの、復路はビームをシャッタで止めておく必要があり、スキャンの半分の時間はむだにすることになり、スループットを低下させる。
図１３は本発明の他の実施例のレーザ結晶化装置を示す側面図である。この実施例のレーザ結晶化装置７２は、半導体層６８が形成された基板６６（図８参照）を支持する可動のステージ６２と、レーザ源３２と、レーザ源３２から出たレーザ光をステージ６２に支持された基板６６の半導体層６８に照射する光学装置３７と、ステージ６２とは別に設けられ、基板６６を回転させることのできる回転装置７４と、少なくともステージ６２と回転装置７４の間で基板６６を搬送することのできる搬送装置７６とを備えている。さらに、搬送車として形成された基板スタッカ（ホルダー）７８があり、搬送装置７６はステージ６２と基板スタッカ（ホルダー）７８の間で基板６６を搬送することができる。
ステージ６２はＸステージ６２Ｘと、Ｙステージ６２Ｙと、回転ステージ６２Ｒを含む。Ｘステージ６２ＸはＸ方向に移動可能に図示しないガイドに配置され、図示しない送りねじ等の駆動手段によってＸ方向に駆動される。Ｙステージ６２ＹはＸステージ６２Ｘに設けた図示しないガイドに配置され、図示しない送りねじ等の駆動手段によってＹ方向に駆動される。回転ステージ６２ＲはＹステージ６２Ｙに回転可能に設けられ、図示しない駆動手段によって回転駆動される。吸着テーブル６４（図８参照）が回転ステージ６２Ｒに設けられている。
図１４はステージ６２の一例を示す斜視図である。Ｘステージ６２Ｘは分割された複数のプレートからなり、低速で作動し、高精度の位置分解能を有する。Ｙステージ６２Ｙは長い１つのプレートからなり、高速で作動し、比較的に低い位置分解能を有する。
回転ステージ６２Ｒは数度の回転範囲で精密な動作を行うように作られている。すなわち、搬送装置７６は基板スタッカ７８から所定の姿勢で基板６６を取り出して、ステージ６２上に所定の姿勢で置くので、この動作の範囲では特にステージ６２上で基板６６を回転させる必要はない。回転ステージ６２Ｒは基板６６の位置を微調整するために設けられる。
一方、図２に示されるように、液晶表示装置の表示領域１８のまわりの周辺領域２０において半導体層６８の結晶化を行うときには、互いに直交する２つの方向（Ｃ方向、Ｄ方向）でスキャンする必要がある。このために、基板６６を９０度回転させる必要がある。この場合、回転装置７４がないと、人の手で基板６６を回転して回転ステージ６２Ｒ上に置く必要がある。さもなくば、回転ステージ６２Ｒを９０度又はそれ以上回転することができるように設計する必要があるが、高い位置分解能を有し且つ９０度又はそれ以上回転できるように回転ステージ６２Ｒを作ることは、製造コストが非常に高くなる。
回転装置７４は固定台７４Ａ上に回転ステージ７４Ｒを回転可能に搭載したものであり、回転ステージ７４Ｒを回転させるための駆動手段を含む。真空吸着チャックが回転ステージ７４Ｒに設けられる。回転ステージ７４Ｒは９０度又はそれ以上回転することができる。ただし、回転ステージ７４Ｒは高精度で位置決めを行うことができるものである必要はない。
図１５は図１３の搬送装置７６の例を示す斜視図である。搬送装置７６は、ロボットとして構成され、ベース８０と、矢印Ｅで示される垂直方向に移動可能で且つ矢印Ｆで示されるように回転可能なボディ８２と、ボディ８２に取り付けられた平行四辺形リンク８４と、フォーク状のアーム８６とからなる。平行四辺形リンク８４は矢印Ｇで示されるように伸縮可能である。基板６６はアーム８６に載せられて搬送される。ステージ６２の回転ステージ６２Ｒ及び回転装置７４の回転ステージ７４Ｒはそれぞれ押し上げピン（図示せず）を有し、アーム８６を回転ステージ６２Ｒ又は回転ステージ７４Ｒと基板６６との間に挿入できるようになっている。
図１３において、搬送装置７６は、基板スタッカ７８から所定の姿勢で基板６６を取り出して、ステージ６２上に所定の姿勢で置く。ステージ６２の回転ステージ６２Ｒは基板６６の姿勢を微調整し、それから例えば周辺領域２０の一辺に沿って矢印Ｃ方向に半導体層６８の結晶化を行う。それから、搬送装置７６は、基板６６をステージ６２の回転ステージ６２Ｒから回転装置７４の回転ステージ７４Ｒへ搬送する。回転ステージ７４Ｒは基板６６とともに９０度回転し、それから搬送装置７６は、９０度回転された基板６６を回転装置７４の回転ステージ７４Ｒからステージ６２の回転ステージ６２Ｒへ搬送する。ステージ６２の回転ステージ６２Ｒは基板６６の姿勢を微調整し、それから例えば周辺領域２０の一辺に沿って矢印Ｄ方向に半導体層６８の結晶化を行う。このようにして、簡単な構造の回転装置７４を設けることにより、スループットよく半導体層の結晶化を行うことができる。
図１６はレーザ結晶化装置の変形例を示す略平面図である。レーザ結晶化装置９０はレーザ源３２を出たレーザ光を２つのサブビームに分割するハーフミラーなどの光分割手段９２を有する。レーザ結晶化装置９０は、光分割手段９２で分割されたサブビームの各々について、図４及び図５に示されたレーザ光を時分割で複数の光路３３，３４に振り分ける装置３６と、各光路３３，３４を通るレーザ光を集光してステージ６２に支持された基板の半導体層６８に照射する光学装置３７，３８とを備えている。このようにして、同時に結晶化される半導体層６８の部分を増加することができる。
図１は本発明により製造される液晶表示装置を示す略断面図である。 図２は図１のＴＦＴ基板を示す略平面図である。 図３は図２のＴＦＴ基板を作るためのマザーガラスを示す略平面図である。 図４は本発明の実施例のレーザ結晶化装置を示す略平面図である。 図５は図４のレーザ結晶化装置を示す斜視図である。 図６は図４及び図５の光学装置の構成を示す側面図である。 図７は図４及び図５のレーザ光を時分割で複数の光学路に振り分ける装置の一例を示す平面図である。 図８はステージに支持された基板を示す斜視図である。 図９はオーバーラップしたビームトレースの例を示す図である。 図１０は蛇行のあるビームトレースの例を示す図である。 図１１は本発明のスキャンを行った場合のオーバーラップしたビームトレースの例を示す図である。 図１２は往復のスキャンでオーバーラップしたビームトレースの例を示す図である。 図１３は本発明の他の実施例のレーザ結晶化装置を示す側面図である。 図１４はステージの一例を示す斜視図である。 図１５は図１３の搬送装置の例を示す斜視図である。 図１６はレーザ結晶化装置の変形例を示す略平面図である。
符号の説明
３０…レーザ結晶化装置
３２…レーザ源
３３，３４…光路
３６…レーザ光を振り分ける装置
３７，３８…光学装置
５２…ガルバノ
５８…制御手段
６２…ステージ
６２Ｘ…Ｘステージ
６２Ｙ…Ｙステージ
６２Ｒ…回転ステージ
６４…吸着プレート
６６…基板
６８…半導体層
７０…ビームトレース
７４…回転装置

Claims (5)

  1. 半導体層が形成された基板を支持する可動のステージと、レーザ光を時分割で複数の光路に振り分ける装置と、各光路を通るレーザ光を集光して該ステージに支持された基板の半導体層に照射する光学装置とを備えたことを特徴とするレーザ結晶化装置。
  2. 該レーザ光を時分割で複数の光路に振り分ける装置と基板を取り付けたステージの往復運動とを同期して制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ結晶化装置。
  3. 該制御手段は、該ステージが一方の方向に動くときに半導体層に形成されるビームトレースと該ステージが次に該一方の方向に動くときに半導体層に形成されるビームトレースとが互いにオーバーラップするように該レーザ光を時分割で複数の光路に振り分ける装置と該ステージを制御することを特徴とする請求項２に記載のレーザ結晶化装置。
  4. ＣＷレーザ光を時分割で少なくとも２つの光学系に振り分け、該レーザ光が振り分けられた光学系を使用して基板に形成された半導体層の第１の領域を結晶化し、次にレーザ光が振り分けられた光学系を使用して基板に形成された半導体層の第１の領域とは離れた第２の領域を結晶化することを特徴とするレーザ結晶化方法。
  5. 半導体層が形成された基板を支持する可動のステージと、レーザ光を該ステージに支持された基板の半導体層に照射する光学装置と、該ステージとは別に設けられ、該基板を回転させることのできる回転装置と、少なくとも該ステージと該回転装置の間で基板を搬送することのできる搬送手段とを備えたことを特徴とするレーザ結晶化装置。
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