JP2010141190A - Laser crystallization device - Google Patents

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Takashi Ono
隆 大野
Noritaka Akita
典孝 秋田
Yoshio Takami
芳夫 高見
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser crystallization device such that unevenness of irradiation power is eliminated by reducing increases in light device area and device weight and eliminating a shift in light condensation position of laser light. <P>SOLUTION: A substrate is scanned with laser light in two dimensions through two movements which is a movement of the substrate and a movement of an optical system, and while the movement of the substrate is made through a continuous scan movement in a scanning direction (for example, in an X direction) of the substrate, the movement of the optical system is made through an intermittent stepped movement in a direction (for example, in a Y direction) perpendicular to the scanning direction. Thus, the scanning with the laser light includes two operations, i.e. a scanning operation and a stepping operation and then a stage for conveying the substrate is moved in one scanning direction (for example, in the X direction), so a movement range based upon the movement of the stage is reducible to about a half as compared with a configuration for moving the stage in two scanning directions of the X direction and Y direction. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ結晶化装置に関し、非単晶質半導体薄膜にレーザ光を用いて溶融し結晶化させる結晶化技術に関する。   The present invention relates to a laser crystallization apparatus, and relates to a crystallization technique in which a non-single crystalline semiconductor thin film is melted and crystallized using laser light.

ガラス基板等の絶縁体上に形成された非結晶半導体層を結晶化させて結晶質半導体層を得、この結晶質半導体層を活性層とした薄膜トランジスタ(TFT:thin film transistor)を形成する技術が知られている。例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置では、シリコン膜等の半導体膜を設けガラス基板上に薄膜トランジスタを形成し、この薄膜トランジスタを切換え表示を行うためのスイッチング素子として用いている。   There is a technique for crystallizing an amorphous semiconductor layer formed on an insulator such as a glass substrate to obtain a crystalline semiconductor layer, and forming a thin film transistor (TFT) using the crystalline semiconductor layer as an active layer. Are known. For example, in an active matrix liquid crystal display device, a semiconductor film such as a silicon film is provided, a thin film transistor is formed on a glass substrate, and the thin film transistor is used as a switching element for switching display.

薄膜トランジスタの形成は、非単結晶半導体薄膜の結晶化して結晶化半導体膜を生成する結晶化工程を含んでいる。この結晶化技術として、例えば、大エネルギーの短パルス・レーザ光を用いて非単結晶半導体薄膜の照射領域を溶融して、結晶化するレーザ結晶化技術が知られている。   The formation of the thin film transistor includes a crystallization step of crystallizing the non-single crystal semiconductor thin film to generate a crystallized semiconductor film. As this crystallization technique, for example, a laser crystallization technique is known in which an irradiation region of a non-single-crystal semiconductor thin film is melted and crystallized using a high-energy short pulse laser beam.

レーザ結晶化技術において、照射光としてエキシマレーザ光を用いるものと、連続発振レーザ光(CWレーザ光)を用いるものが知られている。   In laser crystallization technology, one using excimer laser light as irradiation light and one using continuous wave laser light (CW laser light) are known.

エキシマレーザ光を用いたレーザ結晶化において、位相変調を行うことなく均一な強度分布のレーザ光を非晶質シリコンに照射する手法(ELA技術)と、位相変調したエキシマレーザ光を照射して行う結晶化する技術(PMELA技術)が知られている。   Laser crystallization using excimer laser light is performed by irradiating amorphous silicon with laser light having a uniform intensity distribution without performing phase modulation (ELA technology) and by irradiating phase-modulated excimer laser light. A technique for crystallizing (PMELA technique) is known.

エキシマレーザ光を用いた結晶化技術(ELA)は、パルス照射時間が30nsec程度と極端に短く、微小領域を瞬間的に1000℃以上に加熱することができるため、安価なガラス基板の低温ポリシリコン技術として普及している。1パルス当たりのエネルギー密度は0.3J/cm2程度であるため、90〜99%の重ね照射を行う必要がある。重ね照射により処理時間が長くなるため、スループットを向上させるために長尺ビームとする必要がある。そのため、同一条件のもとで基板を全面照射することになる。   Crystallization technology (ELA) using excimer laser light has an extremely short pulse irradiation time of about 30 nsec, and a minute region can be instantaneously heated to 1000 ° C. or higher. Popular as a technology. Since the energy density per pulse is about 0.3 J / cm 2, it is necessary to perform 90 to 99% overlap irradiation. Since the processing time becomes longer due to the multiple irradiation, it is necessary to use a long beam in order to improve the throughput. Therefore, the entire surface is irradiated under the same conditions.

時間に対して連続的にエネルギーを出力する連続発振レーザ光(CWレーザ光)を用いたレーザアニール結晶化では、エネルギー密度を確保するためにビーム照射面積を小さく絞る必要があるが、照射面積を絞ることによって、結晶化領域の品質を選択的に制御することができる。これによって、TFT特性の品質を保持したまま、省エネルギーの結晶化を実現することができる。   In laser annealing crystallization using continuous wave laser light (CW laser light) that outputs energy continuously with respect to time, it is necessary to reduce the beam irradiation area to ensure energy density. By narrowing down, the quality of the crystallized region can be selectively controlled. As a result, energy-saving crystallization can be realized while maintaining the quality of TFT characteristics.

また、エキシマパルスレーザ光による結晶化では、移動度が例えば150〜300(cm2/Vs)程度であるのに対して、連続発振レーザ光(CWレーザ光)を用いてレーザアニール結晶化は、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の形成に有利であるとされている(例えば、特許文献1参照)。   In crystallization using excimer pulse laser light, the mobility is about 150 to 300 (cm 2 / Vs), for example, whereas laser annealing crystallization using continuous wave laser light (CW laser light) The degree can be realized in the range of about 400 to 600 (cm 2 / Vs), which is advantageous for forming high-performance polysilicon (see, for example, Patent Document 1).

エキシマレーザやCWレーザ等を使用した結晶化装置において、レーザ光を処理対象の基板上でスキャン(走査)照射する手法として、処理対象を搭載した搬送ステージをXY方向に駆動する機構や、レーザ光自体をガルバノミラー等によって振る機構が知られている。
特開2005−167084号公報
In a crystallization apparatus using an excimer laser, a CW laser, or the like, as a technique for irradiating laser light onto a substrate to be processed, a mechanism for driving a transfer stage on which the processing target is mounted in the XY direction, laser light, A mechanism for shaking itself with a galvanometer mirror or the like is known.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-167084

処理対象の基板を搭載した搬送ステージをXY方向に駆動するステージ機構によって、レーザ光を基板上でスキャン照射させる場合には、搬送ステージの駆動範囲が少なくとも基板サイズの4倍のスペースが必要となるため、基板サイズの大型化に伴って装置面積が巨大化し装置重量が増加するという課題がある。   When a laser beam is scanned and irradiated on a substrate by a stage mechanism that drives a transfer stage on which a substrate to be processed is mounted in the XY directions, the drive range of the transfer stage requires a space at least four times the substrate size. For this reason, there is a problem that the apparatus area is enlarged and the apparatus weight is increased as the substrate size is increased.

図9は、従来の搬送ステージの駆動範囲を説明するための図である。図9において、基板30はXY搬送ステージ13上に載置され、レーザ光源21は固定されたガントレ(構台)に取り付けられている。レーザ光の照射は、固定されたレーザ光源21に対して、基板30を搭載してXY搬送ステージ13をX方向およびY方向に移動させることによって行う。基板30の全面にレーザ光を照射するには、XY搬送ステージ13は図中の13a〜13dの範囲を移動する必要があり、少なくとも基板サイズの4倍のスペースが必要となる。   FIG. 9 is a diagram for explaining a driving range of a conventional transfer stage. In FIG. 9, the substrate 30 is placed on the XY transport stage 13, and the laser light source 21 is attached to a fixed gantry (gantry). Laser light irradiation is performed by mounting the substrate 30 on the fixed laser light source 21 and moving the XY transport stage 13 in the X direction and the Y direction. In order to irradiate the entire surface of the substrate 30 with laser light, the XY transport stage 13 needs to move in the range of 13a to 13d in the drawing, and requires a space at least four times the substrate size.

また、連続発振レーザ光(CWレーザ光)で基板上を高速連続スキャン照射するには、基板を載置するステージを高速で往復動させる必要がある。例えば、0.1Gの平均加速度で加速し、基板上を2000mm/sの等速でスキャンさせるには、加速領域で約2m分、減速領域で約2m分移動させる必要があり、加減速領域で合計約4mの距離を必要とする。   Further, in order to perform high-speed continuous scanning irradiation on the substrate with continuous wave laser light (CW laser light), it is necessary to reciprocate the stage on which the substrate is placed at high speed. For example, to accelerate at an average acceleration of 0.1 G and scan the substrate at a constant speed of 2000 mm / s, it is necessary to move about 2 m in the acceleration region and about 2 m in the deceleration region. A total distance of about 4m is required.

例えば、730mm×920mmのサイズの液晶用ガラス液晶基板を高速連続スキャン照射する場合には、基板の長さとして約1m加減速領域として約4mのステージサイズが必要であり、このステージを設置するステージ定盤は両端でのマージン分を加えると約6mのサイズが必要となる。   For example, when high-speed continuous scanning irradiation is performed on a liquid crystal glass liquid crystal substrate having a size of 730 mm × 920 mm, a stage size of about 4 m is required as the acceleration / deceleration region of about 1 m as the length of the substrate, and the stage on which this stage is installed The surface plate needs a size of about 6m when margins at both ends are added.

このように、ステージ駆動によって高速連続スキャン照射を行う場合には、ステージおよびステージ定盤のサイズが大型化、液晶化装置を設置する設置面積も広くなるという問題がある。   Thus, when performing high-speed continuous scan irradiation by driving a stage, there are problems that the size of the stage and the stage surface plate is increased, and the installation area for installing the liquid crystal display device is also increased.

一方、レーザ光を振ることによって基板上でスキャン照射させる場合には、基板上において照射速度のムラやレーザ光の集光位置の基板表面からのずれによって、ビーム集光密度のばらつきや低下が生じるという課題がある。   On the other hand, when scanning irradiation is performed on the substrate by shaking the laser beam, variations in the beam condensing density and a decrease occur due to uneven irradiation speed on the substrate and deviation of the condensing position of the laser beam from the substrate surface. There is a problem.

図10は、レーザ光の照射速度のムラ、集光位置の基板表面からのずれを説明するための図である。   FIG. 10 is a diagram for explaining unevenness in the irradiation speed of the laser light and deviation of the condensing position from the substrate surface.

図10において、点aの位置でレーザ光を等角速度で振ることによって基板上にレーザ光を照射すると、照射されたレーザ光の基板上の移動速度は等速度とならず、中央部(図中のa位置)の速度は遅くなり、周辺部側(図中のc位置)の速度は速くなる。このように、基板上においてレーザ光の照射速度にムラが生じると、ビーム集光密度が低下し、均質な結晶化が望めなくなる。   In FIG. 10, when the laser beam is irradiated onto the substrate by shaking the laser beam at a constant angular velocity at the point a, the moving speed of the irradiated laser beam on the substrate is not equal, but the central portion (in the drawing) The speed at the a position) is reduced, and the speed at the peripheral side (the c position in the figure) is increased. As described above, when unevenness occurs in the irradiation speed of the laser light on the substrate, the beam condensing density is lowered, and uniform crystallization cannot be expected.

また、照射されたレーザ光の集光位置は必ずしも基板上とならない。集光位置を中央部(図中のa位置)にあわせると、周辺部側(図中のc位置)では基板上で集光せず、集光位置は基板の前方位置(図中のb位置)となる。一方、集光位置を周辺部側にあわせると、中央部では集光位置は基板の後方位置となる(図示していない)。このように、集光位置が基板表面上からずれると、ビーム集光密度が低下してレーザ光の照射パワーが不均一となり、均質な結晶化が望めなくなる。   Further, the focused position of the irradiated laser beam is not necessarily on the substrate. When the condensing position is matched with the central part (position a in the figure), no light is collected on the substrate on the peripheral side (position c in the figure), and the condensing position is the front position of the board (position b in the figure). ) On the other hand, when the condensing position is adjusted to the peripheral side, the condensing position is the rear position of the substrate in the center (not shown). As described above, when the condensing position is deviated from the surface of the substrate, the beam condensing density is lowered, the irradiation power of the laser light becomes non-uniform, and uniform crystallization cannot be expected.

そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、レーザ光照射による結晶化装置において、装置面積の巨大化や装置重量の増大化と、レーザ光の集光位置のずれや照射パワーの不均一といった課題を解決し、装置面積や装置重量の増加を低減し、レーザ光の集光位置のずれを解消し、照射パワーの不均一さを解消することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above-described conventional problems, and in a crystallization apparatus using laser light irradiation, the apparatus area is enlarged and the weight of the apparatus is increased, the laser light condensing position is shifted, and the irradiation power is reduced. An object of the present invention is to solve the problem of uniformity, reduce an increase in apparatus area and apparatus weight, eliminate the deviation of the laser beam focusing position, and eliminate unevenness in irradiation power.

本発明は、レーザ光を基板上で二次元的に走査させる際に、基板の移動と光学系の移動の2つの移動に分け、基板の移動については基板の走査方向(例えば、X方向)に沿った連続的なスキャン移動で行い、光学系の移動については走査方向と直交する方向(例えば、Y方向)の間欠的なステップ移動で行う構成とする。レーザ光の走査をスキャン動作とステップ動作の2つの動作で行う構成とすることで、基板を搬送するステージの移動方向は一走査方向(例えば、X方向)のみとなるため、ステージが移動することによる移動範囲を縮小することができ、ステージをX方向およびY方向の2つの走査方向とする構成と比較して移動範囲を約1/2とすることができる。   The present invention is divided into two movements, the movement of the substrate and the movement of the optical system, when the laser beam is scanned two-dimensionally on the substrate. The movement of the substrate is in the scanning direction of the substrate (for example, the X direction). The optical system is moved by intermittent step movement in a direction orthogonal to the scanning direction (for example, Y direction). By adopting a configuration in which the scanning of the laser beam is performed by two operations, a scanning operation and a step operation, the stage moves so that the moving direction of the stage carrying the substrate is only one scanning direction (for example, the X direction). The moving range can be reduced, and the moving range can be reduced to about ½ as compared with the configuration in which the stage has two scanning directions of the X direction and the Y direction.

また、本発明は、レーザ光を射出する光学系をガントリに設け、このガントリに対して光学系を移動する構成、あるいは光学系を取る付けたガントリを移動させる構成とする。この構成とすることによって、光学系とステージとの位置関係は移動動作によって変化せず一定に保持されるため、焦点位置のずれの発生を抑制し、レーザ照射パワーの均一化を図ることができる。   Further, according to the present invention, an optical system for emitting laser light is provided in the gantry, and the optical system is moved relative to the gantry, or the gantry with the optical system is moved. With this configuration, the positional relationship between the optical system and the stage is not changed by the moving operation and is kept constant, so that it is possible to suppress the occurrence of a focal position shift and make the laser irradiation power uniform. .

また、ステージの折り返し動作する間に光学系のステップ移動を行うことができるため、走査に要するプロセスタクト時間を短縮することができる。   Further, since the optical system can be moved step by step during the stage folding operation, the process tact time required for scanning can be shortened.

本発明のレーザ結晶化装置は、基板を載置するステージと、ステージに向けてレーザ光を射出する光学系と、ステージをレーザ光の走査方向に沿って連続的に往復自在にスキャン移動するステージスキャン機構と、光学系を走査方向と直交する方向に間歇的に所定ステップ幅でステップ移動する光学系ステップ送り機構とを備える。   A laser crystallization apparatus according to the present invention includes a stage on which a substrate is placed, an optical system that emits laser light toward the stage, and a stage that continuously scans the stage in a reciprocating manner along the scanning direction of the laser light. A scanning mechanism; and an optical system step feeding mechanism that intermittently steps the optical system in a direction orthogonal to the scanning direction with a predetermined step width.

本発明のレーザ結晶化装置は、ステージスキャン機構によるステージのスキャン移動と光学系ステップ送り機構による光学系のステップ移動とによって、レーザ光を基板上に二次元的に照射して基板を結晶化する。   The laser crystallization apparatus of the present invention crystallizes a substrate by two-dimensionally irradiating a laser beam on the substrate by a stage scan movement by a stage scanning mechanism and an optical system step movement by an optical system step feed mechanism. .

本発明の光学系ステップ送り機構は、光学系をステージの上方位置において走査方向と直交する方向に延びた桁部材を有するガントリとステップ駆動部とを備える。   The optical system step feed mechanism of the present invention includes a gantry having a beam member extending in the direction perpendicular to the scanning direction at an upper position of the stage and a step driving unit.

光学系ステップ送り機構の一形態は、ガントリの桁部材上には光学系がスライド移動自在に取り付けられ、ステップ駆動部はこの光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動する。   In one form of the optical system step feed mechanism, an optical system is slidably mounted on a girder member of a gantry, and a step driving unit moves the optical system stepwise in a direction orthogonal to the scanning direction.

光学系ステップ送り機構の別の形態は、ガントリの桁部材の所定位置に光学系が固定されて取り付けられ、ステップ駆動部はこのガントリを走査方向と直交する方向にステップ移動することによって光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動する。   In another form of the optical system step feed mechanism, the optical system is fixedly attached to a predetermined position of the beam member of the gantry, and the step drive unit steps the gantry in a direction perpendicular to the scanning direction to move the optical system. Step moves in a direction perpendicular to the scanning direction.

本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構とは駆動制御部によって駆動制御される。駆動制御部は、ステージスキャン機構の移動方向を反転させる動作の間に、光学系ステップ送り機構にあらか定められたステップ幅の移動量だけステップ移動させる。これによって、ステージの折り返し動作する間に光学系をステップ移動させ、走査に要するプロセスタクト時間を短縮する。   The stage scanning mechanism and the optical system step feed mechanism of the present invention are driven and controlled by a drive control unit. The drive control unit performs the step movement by the amount of movement of the step width determined in the optical system step feeding mechanism during the operation of reversing the moving direction of the stage scanning mechanism. As a result, the optical system is stepped during the stage folding operation, thereby shortening the process tact time required for scanning.

本発明のガントリに取り付ける光学系は、レーザ光源又は、光ファイバを介してレーザ光源と接続されたレーザ射出部とすることができる。レーザ射出部をガントリに取り付ける場合には、レーザ射出部をガントリに対して移動させたり、あるいはレーザ射出部を取り付けたガントリ自体を移動させた際にレーザ射出部とレーザ光源との位置関係が変化するが、レーザ射出部とレーザ光源とは光ファイバ等の光導体で接続されているため、移動による支障を回避することができる。   The optical system attached to the gantry of the present invention can be a laser light source or a laser emitting unit connected to the laser light source via an optical fiber. When attaching the laser emitting part to the gantry, the positional relationship between the laser emitting part and the laser light source changes when the laser emitting part is moved relative to the gantry or when the gantry itself to which the laser emitting part is attached is moved. However, since the laser emitting portion and the laser light source are connected by an optical conductor such as an optical fiber, troubles due to movement can be avoided.

本発明によれば、装置面積や装置重量の増加を低減することができる。また、レーザ光の集光位置のずれを解消し、照射パワーの不均一さを解消することができる。   According to the present invention, an increase in device area and device weight can be reduced. In addition, it is possible to eliminate the deviation of the condensing position of the laser beam and to eliminate the unevenness of the irradiation power.

以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明のレーザ結晶化装置の構成例を説明するための概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a configuration example of a laser crystallization apparatus of the present invention.

図1において、本発明のレーザ結晶化装置1は、処理対象の基板30を載置する基板ステージ10と、基板ステージ10に向けてレーザ光を射出する光学系20と、基板ステージ10が備える搬送ステージ11(Xステージ)をレーザ光の走査方向に沿って連続的に往復自在にスキャン移動するステージスキャン機構2と、光学系20を走査方向と直交する方向に間歇的に所定ステップ幅でステップ移動する光学系ステップ送り機構3とを備える。   In FIG. 1, a laser crystallization apparatus 1 of the present invention includes a substrate stage 10 on which a substrate 30 to be processed is placed, an optical system 20 that emits laser light toward the substrate stage 10, and a transport provided in the substrate stage 10. The stage scanning mechanism 2 that scans and moves the stage 11 (X stage) continuously in a reciprocating manner along the scanning direction of the laser beam, and the optical system 20 are stepped intermittently at a predetermined step width in a direction orthogonal to the scanning direction. And an optical system step feed mechanism 3.

レーザ結晶化装置1は、ステージスキャン機構2による搬送ステージ11のスキャン移動と光学系ステップ送り機構3による光学系20のステップ移動とによって、レーザ光を基板30上に二次元的に照射して基板30をアニールさせて結晶化する。なお、基板ステージ10は、載置した基板30を搬送する搬送ステージ11の他に、載置した基板30の高さを変更するZステージ12を備える構成としてもよい。   The laser crystallization apparatus 1 irradiates a laser beam two-dimensionally on the substrate 30 by the scanning movement of the transport stage 11 by the stage scanning mechanism 2 and the step movement of the optical system 20 by the optical system step feed mechanism 3. 30 is annealed and crystallized. The substrate stage 10 may include a Z stage 12 that changes the height of the placed substrate 30 in addition to the transport stage 11 that transports the placed substrate 30.

ステージスキャン機構2は、搬送ステージ11をスキャン移動するスキャン駆動部2aを備える。このスキャン駆動部2aは、レーザ光の走査方向に沿って連続的に搬送ステージ11をスキャン移動する他、搬送ステージ11の移動方向を反転させることができ、搬送ステージ11の移動方向を反転させることによって搬送ステージ11を往復移動させることができる。   The stage scan mechanism 2 includes a scan drive unit 2 a that scans and moves the transport stage 11. The scan driving unit 2a continuously scans and moves the transport stage 11 along the scanning direction of the laser beam, and can also reverse the moving direction of the transport stage 11 and reverse the moving direction of the transport stage 11. Thus, the transfer stage 11 can be reciprocated.

ステージスキャン機構2によって搬送ステージ11をスキャン移動させる間に、光学系20から出射されたレーザ光は、搬送ステージ11上に搭載された基板30の上において、走査方向に沿ってレーザ光を走査し結晶化を行う。   During the scanning movement of the transport stage 11 by the stage scanning mechanism 2, the laser light emitted from the optical system 20 scans the laser light along the scanning direction on the substrate 30 mounted on the transport stage 11. Crystallize.

光学系ステップ送り機構3は、光学系20を搬送ステージ11の上方位置において走査方向(X方向)と直交する方向(Y方向)に延びた桁部材3cを有するガントリ3bと、光学系20を走査方向(X方向)と直交する方向(Y方向)にステップ移動するステップ駆動部3aとを備える。   The optical system step feed mechanism 3 scans the optical system 20 with a gantry 3b having a beam member 3c extending in the direction (Y direction) perpendicular to the scanning direction (X direction) at the position above the transport stage 11. A step drive unit 3a that performs step movement in a direction (Y direction) orthogonal to the direction (X direction).

搬送ステージ11は、ステージスキャン機構2によって一方の端部に移動した後、移動方向を同じ走査方向(X方向)上で反転させる。この時、光学系ステップ送り機構3は、光学系20を走査方向(X方向)と直交する方向(Y方向)に予め定めたスキャン幅分だけステップ移動する。このステップ移動によって、光学系20は次の走査ライン上に対するレーザ光の照射の準備ができ、再びステージスキャン機構2によって前回の走査と反対側の移動方向に搬送ステージ11を移動する。この搬送ステージ11の移動によって、基板30には前回のレーザ光の走査ラインと隣接する走査ライン上のレーザ光が照射されることになる。   After the transfer stage 11 is moved to one end by the stage scanning mechanism 2, the transfer stage 11 is reversed in the same scanning direction (X direction). At this time, the optical system step feed mechanism 3 moves the optical system 20 stepwise in a direction (Y direction) orthogonal to the scanning direction (X direction) by a predetermined scan width. By this step movement, the optical system 20 is ready for laser light irradiation on the next scanning line, and the stage scanning mechanism 2 again moves the transport stage 11 in the moving direction opposite to the previous scanning. By this movement of the transport stage 11, the substrate 30 is irradiated with laser light on a scanning line adjacent to the previous scanning line of laser light.

本発明は、光学系ステップ送り機構3のステップ駆動部3aとして2つの形態を備える。   The present invention includes two forms as the step drive unit 3 a of the optical system step feed mechanism 3.

光学系ステップ送り機構3のステップ駆動部3aの第1の形態は光学系20をステップ移動させる構成である。この第1の形態では、光学系20はガントリ3bの桁部材3c上にスライド移動自在に取り付けられる。ステップ駆動部3aは、桁部材3cに沿って光学系20を所定のステップ幅でステップ移動する。   The first form of the step drive unit 3a of the optical system step feed mechanism 3 is configured to move the optical system 20 in steps. In the first embodiment, the optical system 20 is slidably mounted on the beam member 3c of the gantry 3b. The step drive unit 3a moves the optical system 20 stepwise along the beam member 3c with a predetermined step width.

ステップ駆動部3aのステップ移動の移動方向は、ステージスキャン機構2による走査方向(X方向)と直交する方向(Y方向)であり、この方向に予め定められたステップ幅に分だけステップ移動させる。   The movement direction of the step movement of the step driving unit 3a is a direction (Y direction) orthogonal to the scanning direction (X direction) by the stage scanning mechanism 2, and the step movement is performed by a predetermined step width in this direction.

光学系ステップ送り機構3のステップ駆動部3aの第2の形態はガントリ3bと共に光学系20をステップ移動させる構成である。この第2の形態では、光学系20はガントリ3bの桁部材3c上に固定して取り付けられる。ステップ駆動部3aは、ガントリ3bを所定のステップ幅でステップ移動することによって、ガントリ3bの桁部材3cに取り付けられた光学系20をステップ移動する。   The second form of the step drive unit 3a of the optical system step feed mechanism 3 is configured to move the optical system 20 stepwise together with the gantry 3b. In the second embodiment, the optical system 20 is fixedly mounted on the beam member 3c of the gantry 3b. The step driving unit 3a steps the optical system 20 attached to the beam member 3c of the gantry 3b by step-moving the gantry 3b with a predetermined step width.

ステップ駆動部3aのステップ移動の移動方向は、第1の形態と同様に、ステージスキャン機構2による走査方向(X方向)と直交する方向(Y方向)であり、この方向に予め定められたステップ幅に分だけステップ移動させる。   The moving direction of the step movement of the step driving unit 3a is the direction (Y direction) orthogonal to the scanning direction (X direction) by the stage scanning mechanism 2 as in the first embodiment, and the step is predetermined in this direction. Step by step in the width.

ステージスキャン機構2のスキャン駆動部2aは、各軸ドライバ6から出力された駆動信号を受けて搬送ステージ11を移動する。各軸ドライバ6は、駆動制御部5からの制御信号によって制御される。   The scan driving unit 2 a of the stage scanning mechanism 2 receives the drive signal output from each axis driver 6 and moves the transport stage 11. Each axis driver 6 is controlled by a control signal from the drive control unit 5.

また、各軸ドライバ6は、搬送ステージ11の他にZステージ12を駆動する駆動信号を出力し、図示しない駆動部によってZステージ12の高さ調整を行う。Zステージ12の高さ調整によって、レーザ光の焦点位置を基板30の表面に位置合わせすることができる。なお、このZステージ12による高さ調整はレーザ光の走査動作には必ずしも必要ではなく、レーザ光の焦点位置の位置合わせは光学系(図示していない)によって調整することができる。   Each axis driver 6 outputs a drive signal for driving the Z stage 12 in addition to the transport stage 11, and adjusts the height of the Z stage 12 by a drive unit (not shown). The focal position of the laser beam can be aligned with the surface of the substrate 30 by adjusting the height of the Z stage 12. The height adjustment by the Z stage 12 is not necessarily required for the laser beam scanning operation, and the alignment of the focal position of the laser beam can be adjusted by an optical system (not shown).

また、光学系スキャン送り機構3のステップ駆動部3aは、駆動制御部5からの制御信号によって制御される。   The step drive unit 3 a of the optical system scan feed mechanism 3 is controlled by a control signal from the drive control unit 5.

駆動制御部5、ステージスキャン機構2の移動方向を反転させる動作を制御すると共に、この反転動作の間に、光学系ステップ送り機構3にあらか定められたステップ幅の移動量だけステップ移動させる動作を制御する。これによって、駆動制御部5は、ステージスキャン機構2のスキャン駆動部2aと光学系ステップ送り機構3のステップ駆動部3aの駆動を制御し、基板30上に対してレーザ光をXY方向の二次元的に照射する。   The drive control unit 5 controls the operation of reversing the moving direction of the stage scanning mechanism 2, and during this reversing operation, moves the step by the amount of movement of the step width determined in the optical system step feed mechanism 3. To control. As a result, the drive control unit 5 controls the drive of the scan drive unit 2a of the stage scan mechanism 2 and the step drive unit 3a of the optical system step feed mechanism 3 to two-dimensionally direct the laser beam on the substrate 30 in the XY directions. Irradiate.

駆動制御部5は上位制御部4によって制御される。上位制御部4は、駆動制御部5を制御する他に、レーザ結晶化装置の全体の動作を制御する。   The drive control unit 5 is controlled by the host control unit 4. The host controller 4 controls the overall operation of the laser crystallization apparatus in addition to controlling the drive controller 5.

また、光学系20は、レーザ光源21又は、光ファイバ(図示していない)を介してレーザ光源と接続されたレーザ光射出部22とすることができる。   The optical system 20 can be a laser light source 21 or a laser light emitting unit 22 connected to the laser light source via an optical fiber (not shown).

図2は、本発明のレーザ結晶化装置によるレーザ光の走査を説明するための図である。図2(a)はステージスキャン機構2によるスキャン移動および光学系ステップ送り機構3によるステップ移動を示し、図2(b)は基板30上のレーザ光の軌跡を示している。   FIG. 2 is a view for explaining scanning of laser light by the laser crystallization apparatus of the present invention. 2A shows scanning movement by the stage scanning mechanism 2 and step movement by the optical system step feed mechanism 3, and FIG. 2B shows a locus of laser light on the substrate 30. FIG.

図2(a)は、図中の横方向をステージスキャン方向a(X方向)とし、縦方向をステップ送り方向b(Y方向)とする例を示している。   FIG. 2A shows an example in which the horizontal direction in the figure is the stage scanning direction a (X direction) and the vertical direction is the step feed direction b (Y direction).

ステージスキャン機構2によって搬送ステージ11をステージスキャン方向a1にスキャン移動する。このとき光学系20は固定されているため、スキャン移動によって、光学系20からの出射されたレーザ光は基板30上を搬送ステージ11の移動方向と反対方向(図中のA1方向)に移動することになる。   The stage 11 is moved by the stage scanning mechanism 2 in the stage scanning direction a1. At this time, since the optical system 20 is fixed, the laser light emitted from the optical system 20 moves on the substrate 30 in the direction opposite to the movement direction of the transport stage 11 (direction A1 in the drawing) by the scanning movement. It will be.

搬送ステージ11を一方の端部までスキャンさせる間に、一ライン上でレーザ光を走査することができる。搬送ステージ11が一方の端部に達することによって、一ライン上のレーザ光の走査が完了する。端部位置において、光学系ステップ送り機構3は光学系20を図2(a)中の下方方向(図2(a)中のb方向)にステップ移動する。このステップ動作によって、光学系20からの出射されたレーザ光は基板30上を光学系20の移動方向と同じ方向(図中のB方向)にステップ移動する。このステップ移動によって、光学系20はレーザ光を次のライン上で走査する準備が完了する。   While the transfer stage 11 is scanned to one end, the laser beam can be scanned on one line. When the transfer stage 11 reaches one end, scanning of the laser beam on one line is completed. At the end position, the optical system step feed mechanism 3 moves the optical system 20 stepwise in the downward direction in FIG. 2A (the b direction in FIG. 2A). By this step operation, the laser beam emitted from the optical system 20 is step-moved on the substrate 30 in the same direction as the movement direction of the optical system 20 (direction B in the drawing). By this step movement, the optical system 20 is ready to scan the laser beam on the next line.

この後、ステージスキャン機構2によって搬送ステージ11をステージスキャン方向a2にスキャン移動する。このスキャン移動によって、光学系20からの出射されたレーザ光は基板30上を搬送ステージ11の移動方向と反対方向(図中のA2方向)に移動することになる。   Thereafter, the stage 11 is moved by the stage scanning mechanism 2 in the stage scanning direction a2. By this scanning movement, the laser light emitted from the optical system 20 moves on the substrate 30 in the direction opposite to the movement direction of the transport stage 11 (direction A2 in the drawing).

上記したステージスキャン機構2による搬送ステージ11のスキャン移動と、光学系ステップ送り機構3による光学系20のステップ移動を繰り返すことによって、基板30上にレーザ光を二次元的に走査する。   By repeating the scanning movement of the transfer stage 11 by the stage scanning mechanism 2 and the step movement of the optical system 20 by the optical system step feeding mechanism 3, the laser beam is scanned two-dimensionally on the substrate 30.

次に、本発明のステージスキャン機構2と光学系ステップ送り機構3の構成例について図3〜図6を用いて説明し、動作例について図7のフローチャートおよび図8のタイミング図を用いて説明する。なお、図3,4は第1の構成例を示し、図5,6は第2の構成例を示している。   Next, configuration examples of the stage scanning mechanism 2 and the optical system step feed mechanism 3 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6, and operation examples will be described with reference to the flowchart of FIG. 7 and the timing chart of FIG. 8. . 3 and 4 show a first configuration example, and FIGS. 5 and 6 show a second configuration example.

はじめに、本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第1の構成例について説明する。   First, a first configuration example of the stage scanning mechanism and the optical system step feeding mechanism of the present invention will be described.

図3はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第1の構成例の概略斜視図を示している。ステージスキャン機構2Aは、搬送ステージ11をX方向にスキャン移動させるスキャン駆動部2aを備える。光学系ステップ送り機構3Aは、X方向と直交するY方向に延びた桁材部3cを含むガントリ3bが搬送ステージ11の上方位置に設置され、この桁材部3cにはY方向にステップ移動を自在とするステップ駆動部3aが設けられている。桁材部3cは、搬送ステージ11との距離が一定となるように設置される。   FIG. 3 is a schematic perspective view of a first configuration example of the stage scanning mechanism and the optical system step feeding mechanism. The stage scan mechanism 2A includes a scan drive unit 2a that scans and moves the transport stage 11 in the X direction. In the optical system step feed mechanism 3A, a gantry 3b including a beam member 3c extending in the Y direction orthogonal to the X direction is installed at a position above the transport stage 11, and the beam member 3c is stepped in the Y direction. A step driving unit 3a is provided. The beam member 3c is installed so that the distance from the transfer stage 11 is constant.

光学系20は、搬送ステージ11上に載置された処理対象である基板30上にレーザ光を射出する機構であり、レーザ光源21あるいはレーザ光射出部22とすることができる。   The optical system 20 is a mechanism that emits laser light onto a substrate 30 that is a processing target placed on the transport stage 11, and can be a laser light source 21 or a laser light emitting unit 22.

図3(a)は光学系20をレーザ光源21によって構成した例を示し、図3(b)は光学系20をレーザ光射出部22によって構成した例を示している。レーザ光源21は図示しない電源によってレーザ光を射出する。レーザ光射出部22は図示しないレーザ光源から送光されたレーザ光を光ファイバ23を介して受光して射出する。   FIG. 3A shows an example in which the optical system 20 is configured by a laser light source 21, and FIG. 3B shows an example in which the optical system 20 is configured by a laser light emitting unit 22. The laser light source 21 emits laser light from a power source (not shown). The laser light emitting unit 22 receives and emits laser light transmitted from a laser light source (not shown) through an optical fiber 23.

光学系20は、ステップ駆動部3aによってガントリ3bの桁材部3cに沿ってY方向にステップ移動する。光学系20は桁材部3cに沿って移動することによって、搬送ステージ11との距離は一定に保持される。これにより、光学系20から射出されたレーザ光の焦点位置は、ステップ移動に関わらず常に基板30上とすることができる。   The optical system 20 is moved stepwise in the Y direction by the step driving unit 3a along the beam member 3c of the gantry 3b. By moving the optical system 20 along the beam member 3c, the distance from the transport stage 11 is kept constant. Thereby, the focal position of the laser light emitted from the optical system 20 can always be on the substrate 30 regardless of the step movement.

また、このステップ移動では予め定められたステップ幅で移動する。このステップ幅は、レーザ光を走査において隣接する走査ライアとの距離間隔に定めることができる。   In this step movement, the movement is performed with a predetermined step width. This step width can be determined by the distance between the laser beam and the adjacent scanning line in scanning.

図4はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第1の構成例の概略平面図を示している。搬送ステージ11はステージスキャン機構2AによってX方向にスキャン移動し、光学系20は光学系ステップ送り機構3AによってY方向にステップ移動する。搬送ステージ11のX方向のスキャン移動と、光学系20のY方向のステップ移動とによって、搬送ステージ11上に載置された基板30上にレーザ光を二次元的に照射する。   FIG. 4 is a schematic plan view of a first configuration example of the stage scanning mechanism and the optical system step feeding mechanism. The transport stage 11 scans in the X direction by the stage scanning mechanism 2A, and the optical system 20 steps in the Y direction by the optical system step feed mechanism 3A. Laser light is irradiated two-dimensionally onto the substrate 30 placed on the transport stage 11 by the scanning movement of the transport stage 11 in the X direction and the step movement of the optical system 20 in the Y direction.

次に、本発明のステージスキャン機構2と光学系ステップ送り機構3の第2の構成例について説明する。   Next, a second configuration example of the stage scanning mechanism 2 and the optical system step feeding mechanism 3 according to the present invention will be described.

図5はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第2の構成例の概略斜視図を示している。ステージスキャン機構2Bは、前記したステージスキャン機構2Aと同様に構成であり、搬送ステージ11をX方向にスキャン移動させるスキャン駆動部2aを備える。光学系ステップ送り機構3Bは、X方向に延びた桁材部3cを含むガントリ3bが搬送ステージ11の上方位置に設置され、この桁材部3cには光学系20が固定されている。ガントリ3bは、ステップ駆動部3aによってX方向と直交するY方向にステップ移動を自在としている。桁材部3cは、搬送ステージ11との距離が一定となるように設置される。   FIG. 5 is a schematic perspective view of a second configuration example of the stage scanning mechanism and the optical system step feeding mechanism. The stage scan mechanism 2B has the same configuration as the stage scan mechanism 2A described above, and includes a scan drive unit 2a that scans and moves the transport stage 11 in the X direction. In the optical system step feed mechanism 3B, a gantry 3b including a beam member 3c extending in the X direction is installed at a position above the transport stage 11, and an optical system 20 is fixed to the beam member 3c. The gantry 3b is capable of step movement freely in the Y direction orthogonal to the X direction by the step drive unit 3a. The beam member 3c is installed so that the distance from the transfer stage 11 is constant.

光学系20は、前記したステージスキャン機構2Aと同様に、搬送ステージ11上に載置された処理対象である基板30上にレーザ光を射出する機構であり、レーザ光源21あるいはレーザ光射出部22とすることができる。   The optical system 20 is a mechanism that emits laser light onto the substrate 30 that is a processing target placed on the transport stage 11, as in the case of the stage scanning mechanism 2 </ b> A, and is a laser light source 21 or a laser light emitting unit 22. It can be.

レーザ光源21を設置した構成では、図示しない電源によってレーザ光を射出し、レーザ光射出部22を設置した構成では、図示しないレーザ光源から送光されたレーザ光を光ファイバを介して受光して射出する。   In the configuration in which the laser light source 21 is installed, laser light is emitted by a power source (not shown), and in the configuration in which the laser light emitting unit 22 is installed, laser light transmitted from a laser light source (not shown) is received via an optical fiber. Eject.

光学系20は、ステップ駆動部3aによってガントリ3bと共にY方向にステップ移動する。光学系20は桁材部3c上に固定された状態で移動することによって、搬送ステージ11との距離は一定に保持される。これにより、光学系20から射出されたレーザ光の焦点位置は、ステップ移動に関わらず常に基板30上とすることができる。   The optical system 20 is moved stepwise in the Y direction together with the gantry 3b by the step drive unit 3a. By moving the optical system 20 while being fixed on the beam member 3c, the distance from the transport stage 11 is kept constant. Thereby, the focal position of the laser light emitted from the optical system 20 can always be on the substrate 30 regardless of the step movement.

また、このステップ移動では予め定められたステップ幅で移動する。このステップ幅は、レーザ光を走査において隣接する走査ライアとの距離間隔に定めることができる。   In this step movement, the movement is performed with a predetermined step width. This step width can be determined by the distance between the laser beam and the adjacent scanning line in scanning.

図6はステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第2の構成例の概略平面図を示している。搬送ステージ11はステージスキャン機構2BによってX方向にスキャン移動し、光学系20は光学系ステップ送り機構3BによってY方向にステップ移動する。搬送ステージ11のX方向のスキャン移動と、光学系20のY方向のステップ移動とによって、搬送ステージ11上に載置された基板30上にレーザ光を二次元的に照射する。   FIG. 6 is a schematic plan view of a second configuration example of the stage scanning mechanism and the optical system step feeding mechanism. The transport stage 11 is scanned and moved in the X direction by the stage scanning mechanism 2B, and the optical system 20 is stepped in the Y direction by the optical system step feed mechanism 3B. Laser light is irradiated two-dimensionally onto the substrate 30 placed on the transport stage 11 by the scanning movement of the transport stage 11 in the X direction and the step movement of the optical system 20 in the Y direction.

次に、図7を用いて本発明のレーザ結晶化装置によるレーザ光の走査動作例を説明する。   Next, an example of scanning operation of laser light by the laser crystallization apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.

はじめに、搬送ステージ上に基板を搭載し(S1)、搬送ステージと光学系を初期位置に移動する。初期位置への移動は、駆動制御部から出力される指令信号に基づいて行うことができる。駆動制御部は、搬送ステージの初期位置、処理対象である基板の基板サイズ、照射するレーザ光の間隔、レーザ光の走査速度等のレーザ光を基板上に走査する際の各種データを記憶部(図示していない)に格納しておき、このデータに基づいて初期位置の位置座標、搬送ステージを折り返す位置座標、スキャン速度、ステップ幅等の各値を算出し、スキャン駆動部の駆動信号、ステップ駆動部の駆動信号等の各部を制御する信号を生成する(S2)。   First, the substrate is mounted on the transfer stage (S1), and the transfer stage and the optical system are moved to the initial positions. The movement to the initial position can be performed based on a command signal output from the drive control unit. The drive control unit stores various data when the substrate is scanned with laser light such as the initial position of the transfer stage, the substrate size of the substrate to be processed, the interval between the laser beams to be irradiated, and the scanning speed of the laser light. (Not shown), and based on this data, the position coordinates of the initial position, the position coordinates at which the conveyance stage is turned back, the scan speed, the step width, and the like are calculated, and the drive signal and step of the scan drive unit are calculated. A signal for controlling each part such as a drive signal of the drive part is generated (S2).

搬送ステージと光学系を初期位置に移動した後、光学系の位置を固定した状態で搬送ステージのスキャン移動を開始する。搬送ステージのスキャン動作を開始した後は、搬送ステージが移動して、レーザ光が基板を照射する位置となるまでレーザ光の基板への照射を停止しておき、照射領域以外の箇所にレーザ光が照射されないようにして、レーザ光による基板や装置の損傷を防ぐ。このレーザ光の照射の停止制御は、例えば、シャッタによってレーザ光の光路を遮断する他、ミラーによってレーザ光をダミー材に導くなどの処理によって、レーザ光が照射領域外への照射を停止することで行うことができる(S3)。   After the transport stage and the optical system are moved to the initial positions, the scanning movement of the transport stage is started with the position of the optical system fixed. After starting the scanning operation of the transfer stage, the irradiation of the laser beam to the substrate is stopped until the transfer stage moves and the laser beam reaches the position to irradiate the substrate. Is prevented from irradiating the substrate and the apparatus by the laser beam. This laser beam irradiation stop control is performed by, for example, stopping the irradiation of the laser beam outside the irradiation region by a process such as blocking the laser beam optical path by a shutter and guiding the laser beam to a dummy material by a mirror. (S3).

搬送ステージが所定位置に達した後(S4)、レーザ光の基板上への照射を開始する。このレーザ光の照射開始は、例えば、遮断していたシャッタを開放する他、ミラーによってレーザ光をダミー材から基板側に導くなどの処理によって行うことができる(S5)。   After the transport stage reaches a predetermined position (S4), irradiation of the laser beam onto the substrate is started. The start of the laser beam irradiation can be performed by, for example, opening the shutter that has been shut off, or performing processing such as guiding the laser beam from the dummy material to the substrate side using a mirror (S5).

光学系の位置を固定した状態で搬送ステージのスキャン動作を続けることで、基板上のX方向の一ライン上においてレーザ光が照射されて走査される。このレーザ光の照射を基板有効エリア内で続行する。基板有効エリアは、基板内において結晶化を行う領域であり、スキャン移動ではレーザ光を照射するラインによって定められる。スキャン動作によって基板の有効エリアでありラインの端部を過ぎた後(S6)、搬送ステージが折り返し位置に達すると(S7)、搬送ステージの移動方向を反転させる折り返し動作を行うと共に、光学系をステップ移動させて、次のライン上においてレーザ光を照射する準備を行う(S8)。   By continuing the scanning operation of the transfer stage with the position of the optical system fixed, the laser beam is irradiated and scanned on one line in the X direction on the substrate. This laser light irradiation is continued in the effective area of the substrate. The substrate effective area is a region where crystallization is performed in the substrate, and is determined by a line irradiated with laser light in the scan movement. After passing the end of the line, which is the effective area of the substrate by the scanning operation (S6), when the transfer stage reaches the return position (S7), it performs the return operation to reverse the direction of movement of the transfer stage and the optical system Stepping is performed to prepare for irradiation with laser light on the next line (S8).

上記S6の基板有効エリアとS7の折り返し位置とを別に設けた理由は、基板有効エリア内では搬送ステージを等速速度でスキャン移動させ、基板有効エリアを外れた後に減速させる必要があり、また折り返した後に搬送ステージを加速させて所定の搬送速度に達するまでに所定距離が必要であるからである。基板有効エリアの位置と折り返しの位置は、駆動制御部からの制御信号に基づいて判定する他、位置センサを用いて検出してもよい。   The reason why the effective substrate area of S6 and the folding position of S7 are provided separately is that within the effective substrate area, it is necessary to scan the carriage stage at a constant speed and decelerate after leaving the effective substrate area. This is because a predetermined distance is required after the transfer stage is accelerated to reach a predetermined transfer speed. The position of the substrate effective area and the position of the return may be determined using a position sensor in addition to determining based on a control signal from the drive control unit.

S8において、搬送ステージの折り返し動作と光学系のステップ移動の動作が完了した後(S9)、基板上のレーザ光の全走査が完了するまでS6〜S9の工程を繰り返す。レーザ光の全走査が完了したか否かは、搬送ステージの位置と光学系の位置が最終位置に達したか否かで判定することができ、この判定は駆動制御部からの制御信号に基づいて判定する他、位置センサを用いて検出してもよい(S10)。   In S8, after the operation of folding the transport stage and the step movement of the optical system is completed (S9), the processes of S6 to S9 are repeated until the entire scanning of the laser beam on the substrate is completed. Whether or not the entire scanning of the laser beam has been completed can be determined based on whether or not the position of the transport stage and the position of the optical system have reached the final position, and this determination is based on a control signal from the drive control unit. In addition, the position sensor may be used for detection (S10).

次に、図8を用いて搬送ステージと光学系の動作および位置の関係を説明する。図8(a)は搬送ステージのスキャン動作を示し、図8(b)は搬送ステージの反転動作を示し、図8(c)は搬送ステージの位置を示している。また、図8(d)は光学系のステップ動作を示し、図8(e)は光学系の位置を示している、図8(f)はレーザ光の照射を示している。   Next, the relationship between the operation and position of the transport stage and the optical system will be described with reference to FIG. FIG. 8A shows the scanning operation of the transfer stage, FIG. 8B shows the reversing operation of the transfer stage, and FIG. 8C shows the position of the transfer stage. FIG. 8D shows the step operation of the optical system, FIG. 8E shows the position of the optical system, and FIG. 8F shows laser light irradiation.

搬送ステージは、スキャン動作によるX方向の一ライン分の移動と(図8(a))、反転動作(図8(b))とを繰り返す。この繰り返しにおいて、搬送ステージの位置(図8(c))はスキャン動作によって直線的に増加した後に反転動作を行い、次のスキャン動作によって直線的に減少する。この動作を繰り返すことによって、基板上の全面にレーザ光を走査する。   The transfer stage repeats the movement of one line in the X direction by the scanning operation (FIG. 8A) and the reversing operation (FIG. 8B). In this repetition, the position of the transfer stage (FIG. 8C) increases linearly by the scanning operation and then reverses and decreases linearly by the next scanning operation. By repeating this operation, the entire surface of the substrate is scanned with laser light.

光学系は、搬送ステージが反転動作を行っている間にステップ動作によってY方向に一ステップ分だけ移動する(図8(d))。このステップ動作によって、Y方向の位置はステップ幅を単位として階段状に増加する(図8(e))。   The optical system moves by one step in the Y direction by the step operation while the transfer stage performs the reversing operation (FIG. 8D). By this step operation, the position in the Y direction increases stepwise with the step width as a unit (FIG. 8E).

レーザ光の照射は、搬送ステージがスキャン動作する間に設定されるレーザ光照射範囲内で行われる。このレーザ光照射範囲は、例えば搬送ステージが、スキャン動作の動作開始時と動作停止時における加減速範囲を除いて定速範囲となる部分で設定することができる。   The laser beam irradiation is performed within a laser beam irradiation range set while the transport stage performs a scanning operation. This laser beam irradiation range can be set, for example, in a portion where the conveyance stage is in a constant speed range except for an acceleration / deceleration range when the scanning operation starts and stops.

本発明の態様によれば、基板面全域において、均一なエネルギー密度のレーザ光を照射することができ、結晶化の品質を均一化し、TFT特性を均一化させることができる。   According to the aspect of the present invention, it is possible to irradiate a laser beam having a uniform energy density over the entire substrate surface, uniform crystallization quality, and uniform TFT characteristics.

本発明の態様によれば、基板ステージおよびこの基板ステージを支持する定盤のサイズを小さくすることができ、結晶化装置の設置面積を小さくすることができる。   According to the aspect of the present invention, the size of the substrate stage and the surface plate that supports the substrate stage can be reduced, and the installation area of the crystallization apparatus can be reduced.

本発明のレーザ結晶化装置の構成例を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the structural example of the laser crystallization apparatus of this invention. 本発明のレーザ結晶化装置によるレーザ光の走査を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the scanning of the laser beam by the laser crystallization apparatus of this invention. 本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第1の構成例を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the 1st structural example of the stage scan mechanism and optical system step feed mechanism of this invention. 本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第1の構成例を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the 1st structural example of the stage scan mechanism and optical system step feed mechanism of this invention. 本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第2の構成例を説明するための斜視図である。It is a perspective view for demonstrating the 2nd structural example of the stage scan mechanism and optical system step feed mechanism of this invention. 本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の第2の構成例を説明するための平面図である。It is a top view for demonstrating the 2nd structural example of the stage scan mechanism and optical system step feed mechanism of this invention. 本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of the stage scan mechanism and optical system step feed mechanism of this invention. 本発明のステージスキャン機構と光学系ステップ送り機構の動作を説明するためのタイミング図である。It is a timing diagram for demonstrating operation | movement of the stage scan mechanism and optical system step feed mechanism of this invention. 従来の搬送ステージの駆動範囲を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the drive range of the conventional conveyance stage. レーザ光の照射速度のムラ、集光位置の基板表面からのずれを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the nonuniformity of the irradiation speed of a laser beam, and the shift | offset | difference from the substrate surface of a condensing position.

符号の説明Explanation of symbols

1…レーザ結晶化装置、2…ステージスキャン機構、2A…ステージスキャン機構、2B…ステージスキャン機構、2a…スキャン駆動部、3,3A,3B…光学系ステップ送り機構、3a…ステップ駆動部、3b…ガントリ、3c…桁材部、4…上位制御部、5…駆動制御部、6…各軸ドライバ、10…基板ステージ、11…搬送ステージ、12…Zステージ、13…XY搬送ステージ、20…光学系、21…レーザ光源、22…レーザ光射出部、23…光ファイバ、30…基板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser crystallization apparatus, 2 ... Stage scan mechanism, 2A ... Stage scan mechanism, 2B ... Stage scan mechanism, 2a ... Scan drive part, 3, 3A, 3B ... Optical system step feed mechanism, 3a ... Step drive part, 3b ... Gantry, 3c ... Girder part, 4 ... Upper control part, 5 ... Drive control part, 6 ... Each axis driver, 10 ... Substrate stage, 11 ... Transport stage, 12 ... Z stage, 13 ... XY transport stage, 20 ... Optical system, 21... Laser light source, 22... Laser light emitting section, 23.

Claims (5)

基板を載置するステージと、
前記ステージに向けてレーザ光を射出する光学系と、
前記ステージを前記レーザ光の走査方向に沿って連続的に往復自在にスキャン移動するステージスキャン機構と、
前記光学系を前記走査方向と直交する方向に間歇的に所定ステップ幅でステップ移動する光学系ステップ送り機構とを備え、
前記ステージスキャン機構によるステージのスキャン移動と前記光学系ステップ送り機構による光学系のステップ移動とによってレーザ光を基板上に二次元的に照射して基板を結晶化することを特徴とする、レーザ結晶化装置。
A stage on which a substrate is placed;
An optical system for emitting laser light toward the stage;
A stage scanning mechanism that continuously and reciprocally scans the stage along the scanning direction of the laser beam;
An optical system step feed mechanism that intermittently steps the optical system in a direction perpendicular to the scanning direction with a predetermined step width;
A laser crystal characterized in that the substrate is crystallized by two-dimensionally irradiating a laser beam onto the substrate by the stage scan movement by the stage scan mechanism and the optical system step movement by the optical system step feed mechanism. Device.
前記光学系ステップ送り機構は、
前記光学系をステージの上方位置において前記走査方向と直交する方向に延びた桁部材を有するガントリと、
前記ガントリの桁部材上にスライド移動自在に取り付けられた光学系をステップ移動するステップ駆動部とを備え、
前記ステップ駆動部のステップ移動によって光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動させることを特徴とする、請求項1に記載のレーザ結晶化装置。
The optical system step feed mechanism is
A gantry having a beam member that extends the optical system in a direction perpendicular to the scanning direction at a position above the stage;
A step drive unit for step-moving an optical system slidably mounted on the gantry girder member;
2. The laser crystallization apparatus according to claim 1, wherein the optical system is stepped in a direction orthogonal to a scanning direction by step movement of the step driving unit.
前記光学系ステップ送り機構は、
前記光学系をステージの上方位置において前記走査方向と直交する方向に延びた桁部材を有するガントリと、
前記ガントリの桁部材をステップ移動するステップ駆動部とを備え、
前記ガントリの桁部材の所定位置に前記光学系を固定し、ステップ駆動部のステップ移動による前記ガントリの移動によって光学系を走査方向と直交する方向にステップ移動させることを特徴とする、請求項1に記載のレーザ結晶化装置。
The optical system step feed mechanism is
A gantry having a beam member that extends the optical system in a direction perpendicular to the scanning direction at a position above the stage;
A step drive unit for step-moving the beam member of the gantry,
2. The optical system is fixed to a predetermined position of a beam member of the gantry, and the optical system is stepped in a direction orthogonal to a scanning direction by the movement of the gantry by a step movement of a step driving unit. The laser crystallization apparatus described in 1.
前記ステージスキャン機構と前記光学系ステップ送り機構との駆動を制御する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、前記ステージスキャン機構の移動方向を反転させる動作の間に、前記光学系ステップ送り機構にあらか定められたステップ幅の移動量だけステップ移動させることを特徴とする、請求項1から3の何れか一つに記載のレーザ結晶化装置。
A drive control unit for controlling the drive of the stage scan mechanism and the optical system step feed mechanism;
The drive control unit performs step movement by an amount of movement of a step width defined in the optical system step feeding mechanism during an operation of reversing the moving direction of the stage scanning mechanism. The laser crystallization apparatus according to any one of 1 to 3.
前記光学系は、レーザ光源又は、光ファイバを介してレーザ光源と接続されたレーザ射出部であることを特徴とする、請求項1から4の何れか一つに記載のレーザ結晶化装置。   5. The laser crystallization apparatus according to claim 1, wherein the optical system is a laser light source or a laser emission unit connected to the laser light source via an optical fiber.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023079648A1 (en) * 2021-11-04 2023-05-11 Jswアクティナシステム株式会社 Laser irradiation device, laser irradiation method, and method for manufacturing display
WO2023095188A1 (en) * 2021-11-24 2023-06-01 Jswアクティナシステム株式会社 Laser irradiation device, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device

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