JP2007324519A - Laser annealing device and method of manufacturing display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁性基板上に形成された非晶質または多結晶半導体膜などにレーザ光を照射して膜質の改善,結晶粒の拡大または単結晶化を行うのに好適なレーザアニール装置及び表示装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a laser annealing apparatus suitable for improving film quality, expanding crystal grains, or making a single crystal by irradiating an amorphous or polycrystalline semiconductor film formed on an insulating substrate with a laser beam. The present invention relates to a method for manufacturing a display device.
近年、液晶表示パネルは、ガラスや溶融石英などの基板上に非晶質または多結晶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となれば、飛躍的な製造コスト低減及び信頼性の向上が期待できる。 In recent years, liquid crystal display panels form images by switching thin film transistors formed of an amorphous or polycrystalline silicon film on a substrate such as glass or fused quartz. If it is possible to simultaneously form a driver circuit for driving a pixel transistor on this substrate, a drastic reduction in manufacturing cost and improvement in reliability can be expected.
しかしながら、トランジスタの能動層を形成するシリコン膜は、結晶性が低いために移動度特性に代表される薄膜トランジスタの性能が低く、高速性及び高機能性が要求される回路の製作は困難である。これらの高速性及び高機能性の回路を製作するためには、高移動度特性の薄膜トランジスタを必要とし、これを実現するためにはシリコン薄膜の結晶性を改善する必要がある。 However, since a silicon film forming an active layer of a transistor has low crystallinity, the performance of a thin film transistor typified by mobility characteristics is low, and it is difficult to manufacture a circuit that requires high speed and high functionality. In order to manufacture these high-speed and high-functional circuits, a thin film transistor having a high mobility characteristic is required. In order to realize this, it is necessary to improve the crystallinity of the silicon thin film.
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、ガラスなどの絶縁性基板上に形成された非晶質シリコン膜にエ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特性を改善するものである。 Conventionally, excimer laser annealing has attracted attention as a technique for improving crystallinity. This method improves mobility characteristics by irradiating an excimer laser to an amorphous silicon film formed on an insulating substrate such as glass to change the amorphous silicon film to a polycrystalline silicon film. is there.
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程度であり、液晶表示パネルを駆動するドライバ回路などに適用するには性能不足である。 However, the polycrystalline film obtained by excimer laser irradiation has a crystal grain size of about several hundreds of nanometers and is insufficient in performance to be applied to a driver circuit for driving a liquid crystal display panel.
この問題を解決する方法として下記特許文献1には、レーザ発振器から発振されたレーザ光の干渉による影響がなく、照射部でアニールに好適なエネルギー密度分布を持ち、最適なパルス幅でかつ時間的にもアニールに好適なエネルギー変化を有するレーザ光を照射することにより、非晶質また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、約10μmを超える大きさの結晶粒からなる多結晶シリコン薄膜に変換でき、多結晶シリコン薄膜の移動度特性を大幅に改善させることができるレーザアニール装置及びレーザアニール方法が開示されている。 As a method for solving this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228688 has no influence due to interference of laser light oscillated from a laser oscillator, has an energy density distribution suitable for annealing at an irradiated portion, has an optimum pulse width, and is temporal. In addition, by irradiating a laser beam having an energy change suitable for annealing, crystal grains such as an amorphous or polycrystalline silicon thin film are grown in a desired direction, and a large number of crystal grains having a size exceeding about 10 μm are formed. A laser annealing apparatus and a laser annealing method that can be converted into a crystalline silicon thin film and can greatly improve the mobility characteristics of the polycrystalline silicon thin film are disclosed.
しかしながら、従来のレーザアニール装置は、図13に要部拡大断面図で示すようにガラス板61の表面にパッシベーション膜62及びシリコン膜63が成膜されたガラス基板1をレーザアニール装置の移動可能なトップテーブル2上に載置し、このガラス基板1の上方から対物レンズ22を通してレーザ光30が照射されると、レーザ光30の約90%以上のエネルギーがガラス基板1を透過し、基板吸着ベースに到達し、ガラス基板1を透過したレーザ光30によりトップテーブル2の基板吸着ベースに温度上昇,変形及び溶解などの損傷を与え、信頼性を低下させるという課題あった。なお、ここで基板吸着ベースとは、ガラス基板1の背面が接触するトップテーブル2の表面部分を指す。
However, in the conventional laser annealing apparatus, the laser annealing apparatus can move the
また、このように構成されるレーザアニール装置において、トップテーブル2はXY方向に走行させる必要があり、また、高精度な加工が必要であり、コストも安価である必要があることから、天然石が使用される。 Further, in the laser annealing apparatus configured as described above, the top table 2 needs to travel in the XY directions, needs high-precision processing, and needs to be low in cost. used.
また、対物レンズ22で集光したレーザ光30は、シリコン膜63に照射され、シリコン膜63を溶融再結晶化する。しかし、シリコン膜63がレーザ光30のエネルギーを吸収する比率は約10%以下であり、その大部分はガラス基板1を透過し、トップテーブル2の基板吸着ベースに到達する。このトップテーブル2は材質が天然石であることから、各種の成分から構成されているため、熱に弱い成分、吸収率の高い成分などを含有している。
Further, the
トップテーブル2の基板吸着ベースに到達したレーザ光30は、トップテーブル2の一部の成分が吸収し、トップテーブル2の表面の温度上昇、さらには変形、溶解などの損傷を与えることになる。この改善方法としてトップテーブル2に石英ガラスを用いてレーザ光30を透過させる方法もあるが、トップテーブル2の下方には防振定盤があり、この防振定盤も石英ガラスで形成する必要がある。防振定盤はトップテーブル2に比べて形状も大きく、石英ガラスを用いて形成することはコストも高くなって現実的ではない。
The
したがって、本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ガラス基板へのレーザ光の透過によるトップテーブルの基板吸着ベースの損傷防止したレーザアニール装置及び表示装置の製造方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus and a display in which damage to the substrate adsorption base of the top table due to transmission of laser light to the glass substrate is prevented. It is to provide a method for manufacturing an apparatus.
このような目的を達成するために本発明によるレーザアニール装置は、ステージ手段の試料吸着面ベースにレーザ光吸収率の低い保護膜を設けたことを特徴としている。 In order to achieve such an object, the laser annealing apparatus according to the present invention is characterized in that a protective film having a low laser light absorption rate is provided on the sample adsorption surface base of the stage means.
また、本発明による他のレーザアニール装置は、好ましくは、上記構成において、保護膜は、空気膜としたことを特徴としている。 Further, another laser annealing apparatus according to the present invention is preferably characterized in that, in the above configuration, the protective film is an air film.
また、本発明によるさらに他のレーザアニール装置は、好ましくは、上記構成において、保護膜は、レーザ光反射膜としたことを特徴としている。 Still another laser annealing apparatus according to the present invention is preferably characterized in that, in the above configuration, the protective film is a laser light reflecting film.
また、本発明による表示装置の製造方法は、試料を載置して移動可能なステージ手段と、レーザ光を発生するレーザ光源手段と、レーザ光源から発射したレーザ光を試料の表面に投射する投影光学系手段とを備え、ステージ手段の試料の吸着面ベースにレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたレーザアニール装置によって、基板上の一部をアニールするアニール工程と、基板上のアニール工程によってアニールされた領域に駆動回路を形成する工程とを有すること特徴としている。 The display device manufacturing method according to the present invention also includes a stage unit on which a sample can be placed and moved, a laser light source unit that generates laser light, and a projection that projects laser light emitted from the laser light source onto the surface of the sample. An annealing process for annealing a part on the substrate by a laser annealing apparatus comprising an optical system means and providing a protective film with a low laser light absorption rate on the sample adsorption surface base of the stage means, and an annealing process on the substrate And a step of forming a drive circuit in the region annealed by the above.
なお、本発明は、上記各構成及び後述する実施の形態に記載される構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱することなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the configurations described in the above-described configurations and the embodiments described later, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. .
本発明によれば、ステージ手段の試料吸着面ベースに当該試料を透過したレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたことにより、試料へのレーザ光の照射によるステージ手段の試料吸着ベースの損傷が防止できるので、信頼性の高いレーザアニール装置が得られるなどの極めて優れた効果を有する。 According to the present invention, the sample adsorption base of the stage means is damaged by the laser irradiation of the sample by providing the sample adsorption surface base of the stage means with the protective film having a low absorption rate of the laser light transmitted through the sample. Therefore, it has an extremely excellent effect such as obtaining a highly reliable laser annealing apparatus.
また、本発明による表示装置の製造方法によれば、信頼性の高いレーザアニール装置により、試料の表面にレーザ光源から発射したレーザ光のエネルギーを時間的に変調するとともにエネルギー分布を調整したレーザ光を走査して照射することにより、移動度特性の高い半導体膜が形成できるので、試料表面に高度集積回路を形成することができるなどの極めて優れた効果が得られる。 In addition, according to the method for manufacturing a display device according to the present invention, a laser beam whose energy distribution is adjusted while temporally modulating the energy of the laser beam emitted from the laser light source onto the surface of the sample by a highly reliable laser annealing device. By scanning and irradiating the semiconductor film, a semiconductor film having high mobility characteristics can be formed, so that an extremely excellent effect such as formation of a highly integrated circuit on the sample surface can be obtained.
以下、本発明の具体的な実施の形態について、実施例の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings of the examples.
図1は、本発明によるレーザアニール装置の実施例1による構成を説明する図であり、図1(a)は上方から見た平面図、図1(b)は側面から見た平面図である。図1において、レーザアニール装置は、試料としてガラス基板1がステージ手段としてのトップテーブル2上の基板吸着ベースにその基板背面を吸着させて塔載されている。また、防振台5を備えた定盤6上に固定されたXYステージ3を備え、トップテーブル2をXY方向に走行させてガラス基板1が移動可能となる。なお、4は定盤6をXYステージ3上に支持固定するフレームである。また、この定盤6上には図示しないレーザ光学系が配設される。
1A and 1B are diagrams for explaining the configuration of a laser annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view seen from above, and FIG. 1B is a plan view seen from the side. . In FIG. 1, a laser annealing apparatus is mounted with a
図2(a),(b)は、図1で説明したレーザ光学系の構成を示す図である。図2において、レーザ光学系は、連続発振レーザ光を発振するレーザ発振器10−1〜10−4と、レーザ光のビーム径を拡大させるビームエキスパンダー11−1〜11−4と、レーザ光のオン/オフ及び必要に応じて時間的な変調を行うEO(電気光学)モジュレータ12−1〜12−4と、2本のビームを平行光とするプリズム16と、レーザ光を一方向に圧縮して線状ビームに変換するDOE(回折光学エレメント)17と、ガラス基板1上に投影する対物レンズ22とから構成されている。
2A and 2B are diagrams showing the configuration of the laser optical system described in FIG. In FIG. 2, the laser optical system includes laser oscillators 10-1 to 10-4 that oscillate continuous-wave laser light, beam expanders 11-1 to 11-4 that expand the beam diameter of the laser light, and laser light on. EO (electro-optic) modulators 12-1 to 12-4 that perform temporal modulation as necessary / off, a
なお、図2中、13−1,13−2はミラー、14−1,14−2は偏光ビームスプリッタ、15−1,15−2はミラー、18は結像レンズ、19はシリンドリカルレンズ、20はミラー、21は結像レンズである。 In FIG. 2, 13-1 and 13-2 are mirrors, 14-1 and 14-2 are polarization beam splitters, 15-1 and 15-2 are mirrors, 18 is an imaging lens, 19 is a cylindrical lens, 20 Is a mirror and 21 is an imaging lens.
図3は、レーザ光をガラス基板に照射する状態を示す斜視図である。図3に示すように図2のレーザ光学系で整形されたレーザ光30は、ガラス基板1の上方から下方に向かって照射される。ガラス基板1は図1に示すXYステージ3により水平方向に矢印で示す右側から左側に向かって移動される。レーザ光30は図2に示すEOモジュレータ12−1〜12−4によりオン/オフ制御され、必要な場所のみにレーザ光30を照射して溶融再結晶領域32が形成される。
FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the glass substrate is irradiated with laser light. As shown in FIG. 3, the
図4は、本発明を適用したガラス基板1のレーザ照射領域を示す平面図である。破線で示す33は、溶融再結晶領域33を形成した後、後述する表示装置の製造工程において切断する際の切断位置である。
FIG. 4 is a plan view showing a laser irradiation region of the
図5は、ガラス基板1において、溶融再結晶領域32と、表示装置の表示部となる領域の位置関係を示す平面図である。図中、破線内が表示部51を形成し、溶融再結晶領域32は、表示部51を形成し、溶融再結晶領域32は、表示部51の周辺部に形成される。
FIG. 5 is a plan view showing the positional relationship between the
図6は、溶融再結晶領域32が形成される前のガラス基板1の拡大断面図である。このガラス基板1は、ガラス板61の表面にパッシベーション膜62を形成し、このパッシベーション膜62の表面にシリコン膜63が形成されている。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the
図7は、本発明によるレーザアニール装置のトップテーブル2の構成を示す要部拡大断面図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図7において、トップテーブル2のガラス基板1の背面と接触する基板吸着ベース(トップテーブル2の表面)には、ガラス基板1を透過したレーザ光30を上方に向かって反射させるテーブル保護膜80が被着形成されている。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the configuration of the top table 2 of the laser annealing apparatus according to the present invention. In FIG. 7, a table
このテーブル保護膜80に適用される材料としては、ホワイトアルミナ、グレイアルミナ、チタニア、ジルコニア、クロミア、ジルコンマグネシアスピネス、マグネシア、タングステンカーバイト、チタンカーバイト、シリコンカーバイト、クロムカーバイト、アルミニウム、ニッケル、銅、ニクロム、モリブテン、タングステンまたはチタンなどのレーザ光が透過しない材料膜が好適である。また、これらの材料を主成分とする合金材料または混合物の何れかを用いても良い。
Examples of the material applied to the table
また、このテーブル保護膜80をトップテーブル2の基板吸着ベースに成膜する方法としては、上記保護膜材料を溶かして吹き付ける溶射法が挙げられる。また、溶射後のトップテーブル2上の保護膜80の表面は平坦性が低下しているので、研磨などの手段により加工精度を高める。なお、この保護膜80の膜厚は約100μm程度である。
Moreover, as a method of forming the table
このように構成されたレーザアニール装置は、対物レンズ22で集光されたレーザ光30がシリコン膜63に照射され、シリコン膜63を溶融させ、溶融再結晶化する。シリコン膜63を透過したレーザ光30は、パッシベーション膜62及びガラス板61をそれぞれ透過してテーブル保護膜80に到達する。このテーブル保護膜80に到達したレーザ光30は、テーブル保護膜80により上方に反射され、再びガラス板61,パッシベーション膜62及びシリコン膜63に到達する。この反射したレーザ光30は集光しておらず、散乱状態のため、溶融再結晶化に影響を与えることはない。
In the laser annealing apparatus configured as described above, the
このような構成によれば、ガラス基板1を透過したレーザ光30のエネルギーの大部分がテーブル保護膜80により反射されるので、トップテーブル2の基板吸着ベースの温度上昇,変形及び溶解などの損傷の発生を防止できるので、信頼性が向上する。
According to such a configuration, most of the energy of the
図8は、図7に示したトップテーブル2上にガラス基板1を塔載した状態を示す要部平面図である。図8において、トップテーブル2は、XY方向に走行可能な構造となっている。レーザ光30は、上方から下方に向かって照射される。
FIG. 8 is a plan view of an essential part showing a state where the
図9は、レーザ光30の照射中におけるトップテーブル2の動きを示す要部平面図である。また、図10はレーザ光30の照射のタイミングを示す図である。これらの図において、レーザ光30は、トップテーブル2上を加速して走行させ、一定速度になったところで、レーザ光30の出力をオン/オフ制御を繰り返してガラス基板1上の必要な個所にレーザ光30を照射し、溶融再結晶領域32を形成する。
FIG. 9 is a main part plan view showing the movement of the top table 2 during the irradiation of the
図11は、本発明によるレーザアニール装置を用いた液晶表示装置の製造方法を示すフローチャートである。まず、図6に示すガラス板61上に絶縁膜形成、a−Si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装置を用いて駆動回路が形成される部分のみ溶融再結晶領域32を形成する。この場合、所望の領域が全てアニールされるまで繰り返した後、ガラス板61を搬出する。
FIG. 11 is a flowchart showing a method of manufacturing a liquid crystal display device using the laser annealing apparatus according to the present invention. First, after forming an insulating film and an a-Si film on the
次に、フォトエッチング工程により、多結晶シリコン膜を必要な領域のみに島状に残す。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及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(パッシベーション膜)形成などのフォトレジスト工程を経て図5に示したようなガラス基板1上に図示しない駆動回路及び表示部51が形成され、薄膜トランジスタを塔載したガラス基板1が完成する。
Next, a polycrystalline silicon film is left in an island shape only in a necessary region by a photoetching process. Thereafter, impurity diffusion and activation of the diffusion region are performed by forming a gate insulating film and forming a gate electrode by a photoresist process. Thereafter, through a photoresist process such as interlayer insulating film formation, source / drain electrode formation, protective film (passivation film) formation, a drive circuit and a display unit 51 (not shown) are formed on the
その後、配向膜形成、ラビングなどの工程を経たガラス基板1に図示しないカラーフィルタ基板を重ねて液晶材料を封入し、その後、所望の枚数に切断するLCD工程(パネル工程)及び図示しないバックライトなどと一緒にフレーム内に組み込むモジュール工程を経て高速駆動回路を有する液晶表示パネルが完成する。
Thereafter, a color filter substrate (not shown) is placed on the
図12は、本発明によるレーザアニール装置によるレーザ出力制御方式を説明する図であり、前述した図と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図12において、レーザアニール装置は、テーブル保護膜80で反射したレーザ光の変化をフォトマル100により受光してレーザ出力演算部101により演算し、レーザアッテネータ102に対してレーザ出力指令を行う。
FIG. 12 is a diagram for explaining a laser output control method by the laser annealing apparatus according to the present invention. In FIG. 12, the laser annealing apparatus receives a change in laser light reflected by the table
レーザアニール装置は、例えば長時間動作させた時などにレーザ光の出力強度が所定の出力強度から変化してしまう場合がある。しかし、本願発明のレーザアニール装置においては、テーブル保護膜80で反射したレーザ光を利用してレーザ光30の出力強度の変化を検出し、所定の出力強度に補正することができる。
For example, when the laser annealing apparatus is operated for a long time, the output intensity of laser light may change from a predetermined output intensity. However, in the laser annealing apparatus of the present invention, a change in the output intensity of the
なお、前述した実施例1において、トップテーブル2の基板吸着面にガラス基板1を透過したレーザ光を反射させるテーブル保護膜80を配置した場合について説明したが、このテーブル保護膜80に代えて膜厚が充分に厚い、反射率の低い保護膜を設ける構成としてもよい。保護膜の反射が低くても、充分な膜厚保があることにより、トップテーブル2の基板吸着面ではレーザ光がディフォーカスされるので、トップテーブル2の基板吸着ベースの温度上昇、変形及び溶解など損傷の発生を防止でき、同様に信頼性が向上できる。
In the first embodiment, the case where the table
また、ガラス基板1を透過したレーザ光を反射させるテーブル保護膜80に代えて空気膜、つまり、隙間を設けることにより、ガラス基板1を透過したレーザ光がトップテーブル2の基板吸着面でディフォーカスされるので、ベースの温度上昇,変形及び溶解などの損傷の発生を防止でき、同様に信頼性が向上できる。
In addition, by providing an air film, that is, a gap, instead of the table
1・・・ガラス基板、2・・・トップテーブル、3・・・XYステージ、4・・・フレーム、5・・・防振台、6・・・定盤、10−1〜10−4・・・レーザ発振器、11−1〜11−4・・・ビームエキスパンダー、12−1〜12−4・・・EO(電気光学)モジュレータ、13−1・・・ミラー、13−2・・・ミラー、16・・・プリズム、15−1・・・ミラー、15−2・・・ミラー、17・・・DOE(回折光学エレメント)、18・・・結像レンズ、19・・・シリンドリカルレンズ、20・・・ミラー、21・・・結像レンズ、22・・・対物レンズ、30・・・レーザ光、32・・・溶融再結晶領域、33・・・ガラス切断部、51・・・表示部、61・・・ガラス板、62・・・パッシベーション膜、63・・・シリコン膜、80・・・テーブル保護膜、100・・・フォトマル、101・・・レーザ出力演算部、102・・・レーザアッテネータ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
レーザ光を発生するレーザ光源手段と、
前記レーザ光源から発射したレーザ光を前記試料の表面に投射する投影光学系手段と、
を備え、
前記ステージ手段の前記試料の吸着面ベースにレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたことを特徴とするレーザアニール装置。 Stage means on which a sample can be placed and moved;
Laser light source means for generating laser light;
Projection optical system means for projecting laser light emitted from the laser light source onto the surface of the sample;
With
A laser annealing apparatus characterized in that a protective film having a low absorption rate of laser light is provided on the adsorption surface base of the sample of the stage means.
試料を載置して移動可能なステージ手段と、レーザ光を発生するレーザ光源手段と、前記レーザ光源から発射したレーザ光を前記試料の表面に投射する投影光学系手段とを備え、前記ステージ手段の前記試料の吸着面ベースにレーザ光の吸収率の低い保護膜を設けたレーザアニール装置によって、
前記基板上の一部をアニールするアニール工程と、
前記基板上の前記アニール工程によってアニールされた領域に前記駆動回路を形成する工程と、
を有すること特徴とする表示装置の製造方法。
A method of manufacturing a display device having a drive circuit on a substrate,
Stage means comprising stage means capable of placing and moving a sample, laser light source means for generating laser light, and projection optical system means for projecting laser light emitted from the laser light source onto the surface of the sample. By the laser annealing apparatus provided with a protective film having a low absorption rate of laser light on the adsorption surface base of the sample,
An annealing step for annealing a portion of the substrate;
Forming the drive circuit in a region annealed by the annealing step on the substrate;
A method for manufacturing a display device, comprising:
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