JP2012244025A - Light radiation device and light radiation method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、フラッシュランプを用いた光照射装置および光照射方法に関するものであり、特に、ガラス基板(ワーク)上に成膜されたアモルファスシリコン膜を結晶化(ポリシリコン化)するための光照射装置および光照射方法に係わるものである。 The present invention relates to a light irradiation apparatus and a light irradiation method using a flash lamp, and in particular, light irradiation for crystallizing (polysiliconizing) an amorphous silicon film formed on a glass substrate (work). The present invention relates to an apparatus and a light irradiation method.
従来、液晶ディスプレイや有機ELディスプレイなどの用途において、薄膜トランジスタ製造時にガラス基板上のアモルファスシリコン膜を結晶化するために、フラッシュランプが用いられている。
例えば特開2005−026354号公報(特許文献1)では、棒状のフラッシュランプを複数本並べて発光することにより、アモルファスシリコンを結晶化することが記載されている。
この光源としてフラッシュランプを利用するものは、エキシマレーザの放射光を利用する従来方法に比べて、スループットが高く、また、装置全体としても安価という利点がある。
Conventionally, in applications such as liquid crystal displays and organic EL displays, flash lamps have been used to crystallize an amorphous silicon film on a glass substrate when a thin film transistor is manufactured.
For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2005-026354 (Patent Document 1) describes that amorphous silicon is crystallized by emitting a plurality of rod-shaped flash lamps arranged side by side.
The use of a flash lamp as the light source has advantages of higher throughput and lower cost as a whole apparatus than the conventional method using the excimer laser radiation.
図7に上記従来技術が示されていて、ワークWに対して複数本の棒状フラッシュランプ50が並列配置されていて、これらフラッシュランプ50は同時に発光されるものである。
しかしながら、このフラッシュランプによる照射方法では、1回の発光による基板上の照射エネルギー分布にバラツキがあり、基板表面上において、結晶化されている領域と、結晶化されていない領域、あるいは半結晶化されている領域が混在してしまうなど、結晶化レベルに場所的な不均一が発生するという問題があった。
棒状ランプを並列配置したものにおいては、その同時発光によって、同図に示すように、ワークW表面には楕円形状の結晶化領域Xが形成されてしまう。楕円形状になる理由は、ワークW表面における照射エネルギーは均一にはならず、中央部分が高いのに対し周辺ほど低くなるからである。即ち、ランプ50の管軸方向においては管軸中心部で照射エネルギーが高く、その両端部では低くなり、また、ランプ50の並列配置方向でも、並列方向の中央部で高く、端部では低くなるので、高照射エネルギー領域Xは、図示のように楕円形状となるものである。
ところで、アモルファスシリコンは、所定値以上の照射エネルギー(結晶化エネルギー)を受けたときに当該領域において結晶化反応が生じる。このため、結晶化領域Xは、結晶化エネルギーを受光した部位が外郭線(境界線)となって楕円形状が形成される。
これによって、前述したように、ワーク面上での結晶化レベルが場所的に不均一になることが避けられなかった。
FIG. 7 shows the above prior art, in which a plurality of rod-
However, in this irradiation method using a flash lamp, there is a variation in the irradiation energy distribution on the substrate due to one light emission, and a crystallized region, a non-crystallized region, or a semi-crystallized region on the substrate surface. There has been a problem that nonuniformity in location occurs in the crystallization level, for example, mixed regions are mixed.
In the case where the rod-shaped lamps are arranged in parallel, due to the simultaneous light emission, an elliptical crystallization region X is formed on the surface of the workpiece W as shown in FIG. The reason for the elliptical shape is that the irradiation energy on the surface of the workpiece W is not uniform, and the center portion is high, but the periphery is lower. That is, in the tube axis direction of the
By the way, when amorphous silicon receives irradiation energy (crystallization energy) of a predetermined value or more, a crystallization reaction occurs in the region. For this reason, in the crystallization region X, an oval shape is formed with a portion receiving the crystallization energy as an outline (boundary line).
As a result, as described above, it is inevitable that the crystallization level on the work surface is locally uneven.
これを解決する一手段として、フラッシュランプを長尺化し、並列配置する本数を増やし、これらのランプを同時発光させることで、擬似的な平面発光源を大型化して楕円領域そのものを大きくすることが考えられる。楕円領域そのものを大きくして、ワーク表面の全領域が、当該楕円領域の中に収まるようにさえすれば、ワーク表面に対して1回の照射で全領域を結晶化できるからである。
しかしながら、ランプの長尺化や配置本数の増大化は装置全体の大型化を招いてしまい好ましいことではなく、更には、フラッシュランプによる結晶化のためにはできるだけそのパルス幅の小さなものが好ましく、ランプを長尺化するとこのパルス幅が伸びてしまい、その結果、結晶化層の厚さが必要以上に厚くなってガラス基板が反ってしまうという不具合を起こすので、あまりに長尺な構成を採用することはできない。
また、複数のフラッシュランプを同時に発光させることも制御上煩雑化してしまうため並べる本数にも限界がある。
特に、近年におけるワークの大型化に対して、ランプを更に長尺化することには限界があって、この手法にも限界がある。
As a means to solve this problem, the flash lamps are made longer, the number of lamps arranged in parallel is increased, and these lamps are caused to emit light at the same time, thereby increasing the size of the pseudo planar light source and enlarging the elliptical area itself. Conceivable. This is because, as long as the ellipse area itself is enlarged so that the entire area of the workpiece surface is within the elliptic area, the entire area can be crystallized by a single irradiation on the workpiece surface.
However, an increase in the length of the lamp and an increase in the number of arrangements are not preferable because it leads to an increase in the size of the entire apparatus.Further, it is preferable that the pulse width is as small as possible for crystallization with a flash lamp, When the lamp is lengthened, this pulse width is extended, and as a result, the thickness of the crystallized layer becomes thicker than necessary and the glass substrate is warped. It is not possible.
In addition, simultaneously emitting a plurality of flash lamps is complicated in terms of control, so there is a limit to the number of lamps to be arranged.
In particular, there is a limit to further increasing the length of the lamp against the increase in the size of workpieces in recent years, and this method also has a limit.
更に、この問題を解決するひとつの方法として、大型ワークの表面を結晶化させるためには、分割された複数の照射領域に対して、順次、位置送りをしながら照射させていく方法が考えられる。これは半導体ウエハのステップ露光の考え方に似ている。
つまり、結晶化されていない領域に対して、もう一度重ねて光照射させることによって当該未結晶化領域を結晶化させようとするものである。しかしながら、上記のように、楕円形状である照射領域を順次隣接するように照射していくと、照射領域が互いに重なりあったり、あるいはこれを避けようとすると、未照射領域ができてしまったりするという不具合が生じる。
照射領域が重なり合うと、すでに結晶化反応が生じた領域に再び結晶化エネルギー以上のエネルギーで光照射することになり、複数回の光照射を受けたアモルファスシリコンは、結晶化の質が異なるなど性能面での問題が大きくて採用できない。
また、照射が重なって過剰照射になってしまうと基板そのものが損傷してしまうという問題も発生する。
Furthermore, as a method for solving this problem, in order to crystallize the surface of a large workpiece, a method of sequentially irradiating a plurality of divided irradiation regions while performing position feeding is conceivable. . This is similar to the idea of step exposure of a semiconductor wafer.
That is, the non-crystallized region is crystallized by irradiating the non-crystallized region again with light. However, as described above, when the irradiation areas having an elliptical shape are sequentially irradiated so as to be adjacent to each other, the irradiation areas overlap each other, or if an attempt is made to avoid this, an unirradiated area may be formed. The problem that occurs.
If the irradiated areas overlap, the area where the crystallization reaction has already occurred will be irradiated again with an energy higher than the crystallization energy. Amorphous silicon that has been irradiated multiple times will have different crystallization qualities. There is a big problem in the field and it cannot be adopted.
In addition, there is a problem that the substrate itself is damaged when the irradiation is overlapped and excessive irradiation occurs.
この発明が解決しようとする課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、棒状フラッシュランプを有する光源ユニットと、アモルファスシリコンが表面に成膜されたワークを載置するステージと、光源ユニットとステージの間に存在する光透過性窓部材とよりなる光照射装置およびこれを用いた光照射方法において、大型化したワークにあっても、良好な結晶化を達成できる構造の光照射装置およびこれを用いた光照射方法を提供することである。 In view of the above-mentioned problems of the prior art, the problems to be solved by the present invention are a light source unit having a rod-shaped flash lamp, a stage on which a work having amorphous silicon deposited thereon, a light source unit and a stage In a light irradiation apparatus comprising a light transmissive window member existing between and a light irradiation method using the same, a light irradiation apparatus having a structure capable of achieving good crystallization even in a large workpiece and It is to provide a light irradiation method used.
上記課題を解決するために、この発明に係る光照射装置では、光源ユニットと、ワークを載置するステージの間に存在する光透過性窓部材がガラス部材であって、ワーク表面上に略矩形状の結晶化領域を形成させるための高透過率エリアと、当該ワーク表面上の該結晶化領域以外の領域を結晶化させないための低透過率エリアが形成されていることを特徴とする。
また、前記低透過率エリアはフロスト加工により形成されていることを特徴とする。
また、前記光透過性窓部材は、前記高透過率エリアの範囲内に、ワーク表面上における照射量を低減させる透過率低減エリアが局所的に形成されていることを特徴とする。
また、前記光源ユニットには光源ユニット移動機構が設けられており、前記ワーク表面上に前記結晶化領域を順次隣接させて形成するように移動することを特徴とする。
また、前記ステージにはステージ移動機構が設けられており、前記ワーク表面上に前記結晶化領域を順次隣接させて形成するように移動することを特徴とする。
更には、この発明に係る光照射方法では、前記光照射装置における前記光源ユニットまたは前記ステージを移動させながら、ワーク表面上に形成された結晶化領域に対して前記高透過率エリアを通過した光を重ねて照射させることなく、未結晶化領域に対して前記高透過率エリアを通過した光を順次照射させていくことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, in the light irradiation apparatus according to the present invention, the light transmissive window member existing between the light source unit and the stage on which the work is placed is a glass member, and is substantially rectangular on the work surface. A high transmittance area for forming a shape crystallization region and a low transmittance area for preventing a region other than the crystallization region on the workpiece surface from being crystallized are formed.
The low transmittance area is formed by frost processing.
Further, the light transmissive window member is characterized in that a transmittance reduction area for reducing an irradiation amount on the work surface is locally formed within the range of the high transmittance area.
Further, the light source unit is provided with a light source unit moving mechanism, and moves so as to sequentially form the crystallization regions adjacent to each other on the work surface.
Further, the stage is provided with a stage moving mechanism, and moves so as to sequentially form the crystallization regions adjacent to each other on the work surface.
Furthermore, in the light irradiation method according to the present invention, the light that has passed through the high transmittance area with respect to the crystallization region formed on the work surface while moving the light source unit or the stage in the light irradiation apparatus. The light that has passed through the high transmittance area is sequentially irradiated to the non-crystallized region without irradiating the layers.
この発明の光照射装置および光照射方法によれば、ワークに対してこれより小さな略矩形状の照射領域を順次隣接するように照射していくことによって、照射が不十分なために未結晶化領域が発生したり、照射領域が重なって過剰照射される領域が生じたりすることがなく、ワーク面上の全ての領域で結晶化が均一に行われる。
これにより、ランプの長尺化の限界という制約にもかかわらず、ワークの大型化に適正に対応することができるものである。
According to the light irradiation apparatus and the light irradiation method of the present invention, the irradiation is insufficient due to insufficient irradiation by sequentially irradiating the workpiece with a substantially rectangular irradiation region smaller than this. Crystallization is uniformly performed in all regions on the work surface without generating a region or generating a region where the irradiated regions overlap and over-irradiate.
Thereby, it is possible to appropriately cope with an increase in the size of the workpiece, regardless of the limitation of the lengthening of the lamp.
図1は、本発明のフラッシュランプを複数本配置した光照射装置の概略図である。
光照射装置1は、光源ユニット2、ワークを搭載するステージ3、及び光透過性窓部材4とから構成される。
光源ユニット2は、ケーシング22内に並列配置された複数の棒状フラッシュランプ21と、これを取り囲む反射ミラー23とからなる。このフラッシュランプ21は、例えば、キセノンガスが封入されており、図示略の給電装置によって、例えば、1回あたり10J/cm2ジュール、1/3ヘルツで発光する。
前記光源ユニット2の下方にはステージ3が配置され、表面にアモルファスシリコンが成膜された液晶基板などのワークWを載置するものであり、真空吸着機構などを具備している。
そして、前記光源ユニット2には位置調整用の光源ユニット移動機構24が設けられ、前記ステージ3には位置調整用のステージ移動機構31が設けられている。なお、これら光源ユニット移動機構24およびステージ移動機構31は、必ずしも両方が必要というわけではなく、どちらか一方であってもよい。
FIG. 1 is a schematic view of a light irradiation apparatus in which a plurality of flash lamps of the present invention are arranged.
The
The light source unit 2 includes a plurality of rod-like flash lamps 21 arranged in parallel in the
A
The light source unit 2 is provided with a light source
前記フラッシュランプ21の下方には石英ガラスなどよりなる光透過性窓部材(以下、単に「窓部材」ともいう)4が設けられている。この実施例では、光源ユニット2のケーシング22に取り付けられている。
図2にこの光透過性窓部材4が示され、図2(A)は平面図、図2(B)は側面図である。図2(A)に示すように、光透過性窓部材4は、全体が略矩形の板形状をなす。該窓部材4には、中央に矩形状の高透過率エリア41と、その周囲に低透過率エリア42とが形成されている。前記高透過率エリア41は、フラッシュランプ21の放射光を高い確率で透過するエリアであり、無処理の石英ガラスとするか、あるいは開口を形成させてもよい。
一方、図2(B)に示すように、低透過率エリア42はガラス材料の表面に例えばフロスト加工を施したエリアであって、フラッシュランプ21の放射光が低減されてワーク表面に照射されるエリアである。
高透過率エリア41と低透過率エリア42の技術的な線引きは、高透過率エリア41を通過した光はアモルファスシリコンを結晶化させるが、その一方で低透過率エリア42を通過した光はアモルファスシリコンを結晶化させないことにある。つまり、ワーク表面上の照射エネルギーが、アモルファスシリコンを結晶化するか、あるいは結晶かしないが、高透過率エリア41と低透過率エリア42の線引きとなる。
なお、前記低透過率エリア42を形成する手段としては前述のフロスト加工に限るものではなく、透過率を低減させる手段であれば他の方法であってもかまわない。あるいは、遮光性物質などを塗布させて透過率をゼロとしてもよい。ここで、窓部材4について、一数値例をあげると、全体の寸法は150mm×250mm、厚さ1.0mmである。また、高透過率エリアは50mm×100mmである。
A light transmissive window member (hereinafter also simply referred to as “window member”) 4 made of quartz glass or the like is provided below the flash lamp 21. In this embodiment, the light source unit 2 is attached to the
FIG. 2 shows the light
On the other hand, as shown in FIG. 2B, the low-
Technical drawing of the
The means for forming the
図3は、光透過性窓部材4の他の実施例であり、低透過率エリア42を構成するフロスト加工等の加工処理が、ガラス部材の両面に施されているものである。
FIG. 3 shows another embodiment of the light
図4はワークW表面上に形成される照射領域Xを示す。この実施例では、光源ユニット2を光源ユニット移動機構24によって移動させながら、ワーク表面上に照射領域を順次形成していく場合について説明する。
まず、ワークW上に、フラッシュランプ21の発光により光透過性窓部材4の光透過率エリア41を透過した光が照射される矩形の照射領域X1が形成され、当該領域X1で結晶化がなされる。次いで、光源ユニット2を移動させて、その隣に同じく矩形の照射領域X2が隣接形成される。
以下同様に、その後も順次照射領域Xnを形成していくが、前に形成した照射領域と重なることなく、かつ、それらの間に隙間ができないように照射していくものである。
このように、本発明ではワークW上に矩形状の照射領域Xを形成することで、ワークWが大型化しても、照射領域(結晶化領域)Xが重なって2度照射するようなことがなく、かつ、非照射領域を作ることがないように照射することが可能となり、隙間なく、しかも重なることのないように隣接した照射領域Xで結晶化がなされてワークWの全表面領域を良好に結晶化することができる。
その数値例をあげると、ワークWの寸法は1000mm×1000mmの矩形であり、1回の光照射による結晶化領域Xは50mm×100mmである。
なお、上記説明においては、光源ユニット2を順次移動させていくものとして説明したが、ステージ3をステージ移動機構31によって移動させるようにしてもよく、更には、その両者を相対的に移動させるものであってもよい。
FIG. 4 shows an irradiation region X formed on the surface of the workpiece W. In this embodiment, a case will be described in which irradiation regions are sequentially formed on the work surface while the light source unit 2 is moved by the light source
First, a rectangular irradiation region X1 irradiated with light transmitted through the
In the same manner, irradiation regions Xn are sequentially formed thereafter, but irradiation is performed without overlapping with previously formed irradiation regions and without forming a gap therebetween.
Thus, in the present invention, by forming the rectangular irradiation region X on the workpiece W, even if the workpiece W is enlarged, the irradiation region (crystallization region) X is overlapped and irradiated twice. It is possible to irradiate so as not to create a non-irradiated area, and the entire irradiated surface area of the workpiece W is satisfactorily crystallized in the adjacent irradiated area X so that there is no gap and does not overlap. Can be crystallized.
For example, the dimension of the workpiece W is a rectangle of 1000 mm × 1000 mm, and the crystallization region X by one light irradiation is 50 mm × 100 mm.
In the above description, the light source unit 2 is sequentially moved. However, the
図5は、アモルファスシリコンの構造を示す。(A)はトップゲート型アモルファスシリコンの構造を示し、(B)はボトムゲート型アモルファスシリコンの構造を示す。
トップゲート型もボトムゲート型も無アルカリガラス基板の上にSiO2が形成され、その上にアモルファスシリコンが成膜されている。トップゲート型はアモルファスシリコンに光照射した後、当該アモルファスシリコンの上に電極が形成されるが、ボトムゲート型は光照射されるときに、すでにSiO2の内部に電極が埋設されている。
従って、トップゲート型の場合は、上記実施例の手順にてアモルファスシリコンに対して光照射することで結晶化することができるが、ボトムゲート型の場合は同様に光照射すると、アモルファスシリコンとSiO2を透過した照射光が電極において反射し、当該反射光により、アモルファスシリコンを再び照射してしまうことになる。
つまり、電極が形成された領域は設計値以上の光照射を受けることになってしまい、本来、結晶化されるべきでない領域が結晶化されたり、あるいは、本来結晶化される領域が過度に光照射を受けて性能が劣化するなどの問題が発生する。
FIG. 5 shows the structure of amorphous silicon. (A) shows the structure of the top gate type amorphous silicon, and (B) shows the structure of the bottom gate type amorphous silicon.
In both the top gate type and the bottom gate type, SiO2 is formed on an alkali-free glass substrate, and amorphous silicon is formed thereon. In the top gate type, the amorphous silicon is irradiated with light, and then an electrode is formed on the amorphous silicon. However, in the bottom gate type, the electrode is already embedded in the SiO 2 when the light is irradiated.
Therefore, in the case of the top gate type, the amorphous silicon can be crystallized by irradiating light to the amorphous silicon by the procedure of the above-described embodiment. Irradiation light that has passed through the electrode is reflected by the electrode, and the reflected silicon irradiates the amorphous silicon again.
That is, the region where the electrode is formed is irradiated with light exceeding the design value, and the region that should not be crystallized is crystallized or the region that is originally crystallized is excessively light. Problems such as performance degradation due to irradiation occur.
図6はこのような状況に対処するものであって、ボトムゲート型アモルファスシリコンの場合に用いられる光透過性窓部材4の構成を示す。
該光透過性窓部材4の高透過率エリア41の中に中透過率エリア43が局所的に形成されている。この中透過率エリア43は、前記SiO2の内部に埋設された電極の位置に対応した部位に形成されているものである。そして、その透過率は、高透過率エリア41よりは劣るが、低透過率エリア42よりは高いものであって、電極による光反射も加味して良好化な結晶化が達成できるものである。
FIG. 6 copes with such a situation, and shows a configuration of the light
A
以上説明したように、本発明に係る光照射装置および光照射方法によれば、ワークに対してこれより小さな略矩形状の照射領域を順次隣接するように照射していくことによって、該照射領域で適正に結晶化がなされ、照射が不十分なために未結晶化領域が発生したり、照射領域が重なって過剰照射される領域が生じたりすることがなく、ワーク面上の全ての領域で結晶化が均一に行われるという効果を奏するものである。 As described above, according to the light irradiation apparatus and the light irradiation method according to the present invention, the irradiation region is irradiated by sequentially irradiating the workpiece with a substantially rectangular irradiation region smaller than this. In all areas on the workpiece surface, there is no crystallization due to inadequate irradiation and no uncrystallized areas are generated due to insufficient irradiation, and there is no overlapped irradiation area. There is an effect that crystallization is performed uniformly.
1 光照射装置
2 光源ユニット
21 フラッシュランプ
22 ケーシング
23 反射ミラー
24 光源ユニット移動機構
3 ステージ
31 ステージ移動機構
4 光透過性窓部材
41 光透過率エリア
42 低透過率エリア
43 中低下率エリア
W ワーク(基板)
X 照射領域(結晶化領域)
DESCRIPTION OF
X irradiation area (crystallization area)
Claims (6)
前記光透過性窓部材はガラス部材であって、ワーク表面上に略矩形状の結晶化領域を形成させるための高透過率エリアと、当該ワーク表面上の該結晶化領域以外の領域を結晶化させないための低透過率エリアが形成されていることを特徴とする光照射装置。 In a light irradiation device comprising a light source unit having a rod-shaped flash lamp, a stage on which a work having amorphous silicon film formed thereon is placed, and a light transmissive window member existing between the light source unit and the stage,
The light transmissive window member is a glass member, and a high transmittance area for forming a substantially rectangular crystallization region on the work surface and a region other than the crystallization region on the work surface are crystallized. A light irradiating apparatus characterized in that a low transmittance area is formed so as not to cause a loss.
前記光透過性窓部材はガラス部材であって、ワーク表面上に略矩形状の結晶化領域を形成させるための高透過率エリアと、当該ワーク表面上の該結晶化領域以外の領域を結晶化させないための低透過率エリアが形成されるものであって、
前記光源ユニットまたは前記ステージを移動させながら、ワーク表面上に形成された結晶化領域に対して前記高透過率エリアを通過した光を重ねて照射させることなく、未結晶化領域に対して前記高透過率エリアを通過した光を順次照射させていくことを特徴とする光照射方法。
A light irradiation method using an apparatus comprising: a light source unit having a rod-shaped flash lamp; a stage on which a work having an amorphous silicon film formed thereon is placed; and a light transmissive window member existing between the light source unit and the stage. In
The light transmissive window member is a glass member, and a high transmittance area for forming a substantially rectangular crystallization region on the work surface and a region other than the crystallization region on the work surface are crystallized. A low-transmittance area to prevent it from being formed,
While moving the light source unit or the stage, the crystallized region formed on the work surface is not irradiated with the light that has passed through the high transmittance area, and the high level is applied to the uncrystallized region. A light irradiation method characterized by sequentially irradiating light that has passed through a transmittance area.
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