JP2003332257A - Method and device for crystallizing semiconductor - Google Patents
Method and device for crystallizing semiconductorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は半導体結晶化方法及
び装置に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor crystallization method and apparatus.
【０００２】[0002]
【従来の技術】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。2. Description of the Related Art A liquid crystal display device includes an active matrix driving circuit including a TFT. Also, the system liquid crystal display device includes a TFT and an electronic circuit in a peripheral region around the display region. Low temperature poly-Si is suitable for forming a TFT in a liquid crystal display device and a TFT in a peripheral region of a system liquid crystal display device. Further, low-temperature poly-Si is expected to be applied to a pixel driving TFT in an organic EL and an electronic circuit in a peripheral area of the organic EL. The present invention relates to a semiconductor crystallization method and apparatus using a CW laser (continuous oscillation laser) for manufacturing a TFT with low-temperature poly-Si.
【０００３】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。In order to form a TFT of a liquid crystal display device using low temperature poly-Si, conventionally, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate, and the amorphous silicon film on the glass substrate is irradiated with an excimer pulse laser to form an amorphous film. The crystalline silicon was crystallized.
Recently, a crystallization method has been developed in which an amorphous silicon film on a glass substrate is irradiated with a CW solid laser to crystallize the amorphous silicon.
【０００４】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、特に、システム液晶表示装置の周辺領域の電子回路
のＴＦＴを形成するのに有利である。In the crystallization of silicon by the excimer pulse laser, the mobility is about 150 to 300 (cm 2 / Vs), whereas in the crystallization of silicon by the CW laser, the mobility is 400 to 600 (cm). 2 / Vs) can be realized, and it is particularly advantageous for forming a TFT of an electronic circuit in the peripheral area of the system liquid crystal display device.
【０００５】シリコンの結晶化では、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ニングを行う。
図８に示されるように、従来は、シリコン膜を有する基
板を支持する可動ステージは、Ｙ軸ステージ１と、Ｘ軸
ステージ２と、回転ステージ３と、真空チャック４とか
らなる。通常、最も下に位置するＹ軸ステージ１は大型
で高速で大きく移動するように構成され、Ｙ軸ステージ
１の上に位置するＸ軸ステージ２は比較的に小型で小さ
く移動するように構成される。最下位置にあるＹ軸ステ
ージ１はその上にある全ての部材の負荷を受ける。非晶
質半導体を含む基板は真空チャック４に保持され、可動
ステージを動かしながら、レーザビームを非晶質半導体
に照射し、非晶質半導体を溶融固化して結晶化し、ポリ
シリコンとする。In crystallization of silicon, the silicon film is scanned with a laser beam. In this case, a substrate having a silicon film is mounted on a movable stage, and scanning is performed while moving the silicon film with respect to a fixed laser beam.
As shown in FIG. 8, conventionally, a movable stage that supports a substrate having a silicon film includes a Y-axis stage 1, an X-axis stage 2, a rotary stage 3, and a vacuum chuck 4. Usually, the Y-axis stage 1 located at the bottom is large and configured to move largely at high speed, and the X-axis stage 2 located above the Y-axis stage 1 is configured to relatively small and move small. It The Y-axis stage 1 at the lowest position receives the loads of all the members above it. The substrate containing the amorphous semiconductor is held by the vacuum chuck 4, and while moving the movable stage, the amorphous semiconductor is irradiated with a laser beam to melt and solidify the amorphous semiconductor to crystallize it.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】エキシマパルスレーザ
では、形成されるビームスポットが比較的に大きいの
で、大きなエリアスキャン速度を実現することができ
る。しかし、ＣＷ固体レーザでは、形成されるビームス
ポットが非常に小さいので、エリアスキャン速度がかな
り小さい。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。In the excimer pulse laser, since the beam spot formed is relatively large, a large area scanning speed can be realized. However, in the CW solid-state laser, the beam spot formed is very small, and thus the area scan speed is considerably low. As described above, crystallization by the CW solid-state laser makes it possible to obtain high-quality polysilicon.
Low throughput.
【０００７】そこで、レーザスキャンによる結晶化のス
ループットを向上させるために、シリコン膜を有する基
板をできるだけ高速で往復移動させることが必要であ
る。つまり、基板は停止から加速され、一定の速度で移
動しつつレーザスキャンされ、その後減速して停止され
る。それから、基板は逆方向に動かされ、その際、基板
は加速され、一定の速度で移動し、減速して停止され
る。レーザスキャンはこのような基板の往復運動の繰り
返しとともに実施される。Therefore, in order to improve the throughput of crystallization by laser scanning, it is necessary to move the substrate having the silicon film back and forth as fast as possible. That is, the substrate is accelerated from the stop, laser-scanned while moving at a constant speed, and then decelerated and stopped. The substrate is then moved in the opposite direction, whereupon the substrate is accelerated, moved at a constant velocity, decelerated and stopped. The laser scan is carried out by repeating such reciprocating movement of the substrate.
【０００８】効果的な高速スキャンを行うためには、高
速で移動するＹ軸ステージ１の加速減速の加速度を大き
くする必要がある。しかし、加速度が大きいと、衝撃も
大きくなり、衝撃力は加速度とそのステージが支持する
負荷の質量との積に比例する。大きな衝撃は、レーザビ
ームの照射のための光学系を振動させたり、調整をずら
してしまい、フォーカスをぼけさせたり、フォーカス位
置を動かしたりして、安定した結晶化ができなくなるこ
とがある。In order to perform an effective high-speed scan, it is necessary to increase the acceleration of deceleration of the Y-axis stage 1 moving at a high speed. However, when the acceleration is large, the impact is also large, and the impact force is proportional to the product of the acceleration and the mass of the load supported by the stage. A large shock may vibrate or misalign the optical system for laser beam irradiation, blur the focus, or move the focus position, which may make stable crystallization impossible.
【０００９】従来は、高速で移動するＹ軸ステージ１が
残りの全てのステージ部材の負荷を支持しており、負荷
の質量が大きかったので、加速度の大きさを十分に大き
くできず、基板を短時間で高速に加速することができな
かった。Conventionally, the Y-axis stage 1 which moves at a high speed supports the loads of all the remaining stage members, and the mass of the load is large. I couldn't accelerate at high speed in a short time.
【００１０】さらに、回転ステージ３は、シリコン膜を
有する基板の回転位置のずれを補正するために使用さ
れ、１０度程度の角度範囲内で回転できるものであっ
た。シリコン膜を有する基板を９０度回転させるために
は、基板を真空チャック４から取り外し、基板を真空チ
ャック４に装着しなおすことが必要であった。従って、
従来は、シリコン膜を有する基板を９０度回転させるこ
とは実施されていない。Further, the rotary stage 3 is used to correct the deviation of the rotational position of the substrate having the silicon film, and can rotate within an angular range of about 10 degrees. In order to rotate the substrate having the silicon film by 90 degrees, it was necessary to remove the substrate from the vacuum chuck 4 and remount the substrate on the vacuum chuck 4. Therefore,
Conventionally, rotating a substrate having a silicon film by 90 degrees has not been performed.
【００１１】本発明の目的は、ＣＷ固体レーザを使用し
た場合でもスループットを高くすることのできる半導体
結晶化方法及び装置を提供することである。It is an object of the present invention to provide a semiconductor crystallization method and apparatus capable of increasing the throughput even when a CW solid state laser is used.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明による半導体結晶
化装置は、レーザ源と、非晶質半導体を含む基板を支持
するステージと、フォーカス光学系とを備え、該ステー
ジは、平行に配置され且つ同期して第１の方向に動くこ
とのできる複数の第１のステージ部材と、該第１のステ
ージ部材の上に配置され且つ第１の方向と直交する第２
の方向に動くことのできる第２のステージ部材と、該第
２のステージ部材の上に回転可能に配置された第３のス
テージ部材とを備え、該レーザ源から出射するレーザビ
ームをフォーカス光学系を通して該第３のステージ部材
に固定された基板の半導体に照射し、該半導体を溶融結
晶化させることを特徴とするものである。A semiconductor crystallization apparatus according to the present invention comprises a laser source, a stage for supporting a substrate containing an amorphous semiconductor, and a focus optical system, and the stages are arranged in parallel. And a plurality of first stage members that can move in the first direction in synchronization with each other, and a second stage member that is disposed on the first stage members and that is orthogonal to the first direction.
And a third stage member rotatably disposed on the second stage member, and a focusing optical system for a laser beam emitted from the laser source. Through which the semiconductor of the substrate fixed to the third stage member is irradiated to melt and crystallize the semiconductor.
【００１３】この構成によれば、非晶質半導体を含む基
板を支持するステージでは、複数の第１のステージ部材
が最下位置に配置されていて第２のステージ部材及び第
３のステージ部材を支持する。第２のステージ部材は高
速で移動することができる。従って、高速で移動する第
２のステージ部材は複数の第１のステージ部材を支持す
る必要がなく、それにかかる負荷が小さい。複数の第１
のステージ部材は、同期して動き、高速で移動する故に
長くなる第２のステージ部材をたわみなく支持する。従
って、第２のステージ部材を高速化して、結晶化のスル
ープットを向上させることができる。According to this structure, in the stage for supporting the substrate containing the amorphous semiconductor, the plurality of first stage members are arranged at the lowest position, and the second stage member and the third stage member are arranged. To support. The second stage member can move at high speed. Therefore, the second stage member that moves at high speed does not need to support the plurality of first stage members, and the load applied to it is small. Multiple first
The second stage member moves in synchronization with each other, and supports the second stage member, which is elongated because it moves at a high speed, without bending. Therefore, it is possible to increase the speed of the second stage member and improve the throughput of crystallization.
【００１４】また、本発明による半導体結晶化方法は、
表示領域と、該表示領域のまわりの周辺領域を有する基
板の半導体にレーザビームを照射し、該半導体を結晶化
させる半導体結晶化方法であって、第１のスキャン方向
で該周辺領域の結晶化を行い、次に該基板を支持する回
転ステージを９０度回転させた後、第１のスキャン方向
と直交する第２のスキャン方向で周辺領域の結晶化を行
い、次いで、画素の３原色のサブ画素領域の並んでいる
方向と平行な第３のスキャン方向で表示領域の結晶化を
行うことを特徴とするものである。The semiconductor crystallization method according to the present invention comprises:
What is claimed is: 1. A semiconductor crystallization method, wherein a semiconductor of a substrate having a display region and a peripheral region around the display region is irradiated with a laser beam to crystallize the semiconductor, the crystallization of the peripheral region in a first scan direction. Then, after rotating the rotary stage that supports the substrate by 90 degrees, the peripheral region is crystallized in the second scan direction orthogonal to the first scan direction, and then the three primary color sub-pixels It is characterized in that the display region is crystallized in a third scanning direction parallel to the direction in which the pixel regions are arranged.
【００１５】この構成によれば、周辺領域の結晶化と、
表示領域の結晶化とを連続して行うことができ、全体と
して結晶化のスループットを向上させることができる。According to this structure, crystallization of the peripheral region and
The crystallization of the display region can be continuously performed, and the crystallization throughput can be improved as a whole.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について図面
を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１７】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Ｔ
ＦＴ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。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention. The liquid crystal display device 10 is configured by inserting a liquid crystal 16 between a pair of glass substrates 12 and 14 facing each other. The electrodes and the alignment film are glass substrates 12, 14
Can be provided. One glass substrate 12 is T
It is an FT substrate, and the other glass substrate 14 is a color filter substrate.
【００１８】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Ｔ
ＦＴ２４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。FIG. 2 is a schematic plan view showing the glass substrate 12 of FIG. The glass substrate 12 has a display area 18 and a peripheral area 20 around the display area 18. Display area 18
Includes a large number of pixels 22. In FIG. 2, one pixel 22 is shown in a partially enlarged manner. The pixel 22 includes sub-pixel regions RGB of three primary colors, and each sub-pixel region RGB has T
The FT 24 is formed. The peripheral region 20 has a TFT (not shown), and the TFT in the peripheral region 20 is the display region 18
Are arranged more densely than the TFT 24.
【００１９】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、２０４８×１５３
６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。後で説明する半導体結晶化においては、周辺領域２
０では各辺に平行な方向Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓにレーザスキャ
ンが行われ、表示領域１８では３原色のサブ画素領域Ｒ
ＧＢが並ぶ方向と平行な方向Ａ，Ｂにレーザスキャンが
行われる。その理由は、Ａ，Ｂの方向にＴＦＴが密に配
置されＡ，Ｂと垂直の方向にはＴＦＴが疎に配置されて
いるため、正方形に近いマザーガラスでは、Ａ，Ｂ方向
の方がレーザスキャン回数が少くなりスループットが高
くなるからである。The glass substrate 12 shown in FIG. 2 is a 15 type QXGA.
It constitutes a liquid crystal display device and has a size of 2048 × 153.
It has 6 pixels 22. 2048 pixels are arranged in the direction (horizontal direction) where the three primary color sub-pixel regions RGB are arranged,
The number of sub-pixel areas RGB is 2048 × 3. 1536 pixels are arranged in a direction (vertical direction) perpendicular to the direction (horizontal direction) in which the sub-pixel regions RGB of the three primary colors are arranged. In the semiconductor crystallization described later, the peripheral region 2
At 0, laser scanning is performed in the directions P, Q, R, and S parallel to each side, and in the display region 18, the sub-pixel region R of three primary colors is formed.
Laser scanning is performed in directions A and B that are parallel to the direction in which GBs are arranged. The reason is that the TFTs are densely arranged in the A and B directions and the TFTs are sparsely arranged in the direction perpendicular to the A and B directions. This is because the number of scans decreases and the throughput increases.
【００２０】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。FIG. 3 is a schematic plan view showing a mother glass 26 for making the glass substrate 12 of FIG. The mother glass 26 is adapted to collect a plurality of glass substrates 12. In the example shown in FIG. 3, one mother glass 26 to 4
It is designed to collect two glass substrates 12, but 1
It is also possible to collect four or more glass substrates 12 from one mother glass 26.
【００２１】図４は図２のガラス基板１２のＴＦＴ２４
及び周辺領域２０のＴＦＴを形成する工程を示す図であ
る。ステップＳ１において、ガラス基板に、絶縁膜、非
晶質シリコン膜を形成する。ステップＳ２において、非
晶質シリコン膜が結晶化され、ポリシリコンになる。ス
テップＳ３において、ＴＦＴとなるべきシリコンの部分
などの必要なシリコン部分を残し、ポリシリコンや非晶
質シリコン膜の不要部を除去して、ＴＦＴ分離を行う。
ステップＳ４において、ゲート電極、ドレイン電極、層
間絶縁膜、コンタクトホールなどを形成する。ステップ
Ｓ５において、さらに、絶縁膜やＩＴＯ膜を形成して、
ガラス基板１２を完成する。ＩＴＯ膜は画素２２を構成
する画素電極となる。FIG. 4 shows the TFT 24 of the glass substrate 12 of FIG.
6A and 6B are diagrams showing a process of forming a TFT in the peripheral region 20. In step S1, an insulating film and an amorphous silicon film are formed on the glass substrate. In step S2, the amorphous silicon film is crystallized to become polysilicon. In step S3, a necessary silicon portion such as a silicon portion to be a TFT is left, and unnecessary portions of the polysilicon and the amorphous silicon film are removed to perform TFT separation.
In step S4, a gate electrode, a drain electrode, an interlayer insulating film, a contact hole, etc. are formed. In step S5, an insulating film and an ITO film are further formed,
The glass substrate 12 is completed. The ITO film serves as a pixel electrode forming the pixel 22.
【００２２】図５はレーザビームによって非晶質シリコ
ン膜（半導体膜）３６を結晶化するところを示す図であ
る。非晶質シリコン膜３６がＳｉＯ2 等の絶縁膜を間に
はさんでガラス基板１２に形成され、ガラス基板１２は
可動ステージ３８の真空チャックや機械的ストッパーで
可動ステージ３８に固定されている。レーザ源（連続発
振（ＣＷ）レーザ発振器）３０から出射するレーザビー
ムＬＢは、ミラー４４で曲げられ、フォーカス光学系を
通って、非晶質シリコン膜３６に照射される。フォーカ
ス光学系は、ほぼ半円筒体形状のレンズ４６と、このレ
ンズ４６と直交するように配置されたほぼ半円筒体形状
のレンズ４８と、凸レンズ５０とからなる。凸レンズ５
０を通ったレーザビームＬＢのビームスポットは楕円形
状になる。FIG. 5 is a diagram showing a state where the amorphous silicon film (semiconductor film) 36 is crystallized by a laser beam. An amorphous silicon film 36 is formed on the glass substrate 12 with an insulating film such as SiO 2 interposed therebetween, and the glass substrate 12 is fixed to the movable stage 38 by a vacuum chuck of the movable stage 38 or a mechanical stopper. A laser beam LB emitted from a laser source (continuous wave (CW) laser oscillator) 30 is bent by a mirror 44, passes through a focus optical system, and is irradiated onto the amorphous silicon film 36. The focus optical system includes a lens 46 having a substantially semi-cylindrical shape, a lens 48 having a substantially semi-cylindrical shape arranged so as to be orthogonal to the lens 46, and a convex lens 50. Convex lens 5
The beam spot of the laser beam LB passing through 0 becomes an elliptical shape.
【００２３】レーザビームＬＢは非晶質シリコン膜３６
に照射され、可動ステージ３８は所定の方向に移動さ
れ、レーザスキャンが行われる。最初に、ガラス基板１
２の周辺領域２０の非晶質シリコン３８にレーザビーム
ＬＢを集光照射し、非晶質シリコンを溶融固化させ、ポ
リシリコンに結晶化させる。それから、ガラス基板１２
の表示領域１８の非晶質シリコン３６にレーザビームを
集光照射し、非晶質シリコンを溶融固化させ、ポリシリ
コンに結晶化させる。The laser beam LB is used as the amorphous silicon film 36.
The movable stage 38 is moved in a predetermined direction, and laser scanning is performed. First, the glass substrate 1
The laser beam LB is focused and irradiated on the amorphous silicon 38 in the second peripheral region 20 to melt and solidify the amorphous silicon and crystallize it into polysilicon. Then, the glass substrate 12
The amorphous silicon 36 in the display region 18 is condensed and irradiated with a laser beam to melt and solidify the amorphous silicon to crystallize it into polysilicon.
【００２４】周辺領域２０のＴＦＴは表示領域１８のＴ
ＦＴ２４よりも密に配置されているので、品質の高いポ
リシリコンが求められる。従って、周辺領域２０のレー
ザスキャンは比較的に高いパワーをもったレーザビーム
で比較的に低いスキャン速度で行われ、表示領域１８の
ＴＦＴ２４はそれほどの高い品質のポリシリコンでなく
てもよいので、比較的に出力の低いレーザビーム（ある
いはレーザビームを分割したサブビーム）で比較的に高
いスキャン速度で行われる。The TFT in the peripheral area 20 is the TFT in the display area 18.
Since they are arranged more closely than the FT 24, high quality polysilicon is required. Therefore, the laser scanning of the peripheral region 20 is performed with a laser beam having a relatively high power at a relatively low scanning speed, and the TFT 24 in the display region 18 does not need to be polysilicon of such high quality. A relatively low-power laser beam (or a sub-beam obtained by dividing the laser beam) is used at a relatively high scanning speed.
【００２５】図６は非晶質シリコン膜３６を有するガラ
ス基板１２を支持する可動ステージ３８を示す斜視図で
ある。可動ステージ３８は、平行に配置され且つ同期し
て第１の方向Ｐ，Ｑに動くことのできる複数の第１のス
テージ部材３８Ａと、第１のステージ部材３８Ａの上に
配置され且つ第１の方向と直交する第２の方向Ｒ，Ｓに
動くことのできる第２のステージ部材３８Ｂと、第２の
ステージ部材３８の上に回転可能に配置された第３のス
テージ部材３８Ｃとを備える。第３のステージ部材３８
Ｃはガラス基板１２の非晶質半導体３６を保持するため
に真空チャック３８Ｄを有する。第３のステージ部材３
８Ｃ（回転ステージ）は１１０度の角度範囲内で回転す
ることができる。FIG. 6 is a perspective view showing the movable stage 38 supporting the glass substrate 12 having the amorphous silicon film 36. The movable stage 38 is arranged in parallel and is capable of moving in the first directions P and Q in synchronization, and a plurality of first stage members 38A, and a first stage member 38A. A second stage member 38B movable in second directions R and S orthogonal to the direction, and a third stage member 38C rotatably arranged on the second stage member 38 are provided. Third stage member 38
C has a vacuum chuck 38D for holding the amorphous semiconductor 36 of the glass substrate 12. Third stage member 3
8C (rotary stage) can rotate within an angle range of 110 degrees.
【００２６】可動ステージ３８では、複数の第１のステ
ージ部材３８Ａが最下位置に配置されていて、第２のス
テージ部材３８Ｂ及び第３のステージ部材３８Ｃを支持
する。第２のステージ部材３８Ｂは大型であり、長く、
移動距離が大きく、且つ高速で移動することができる。
従って、高速で移動する第２のステージ部材３８Ｂは複
数の第１のステージ部材３８Ａを支持する必要がなく、
第２のステージ部材３８Ｂにかかる負荷が小さい。複数
の第１のステージ部材３８Ａは、同期して動き、長い第
２のステージ部材３８Ｂをたわみなく支持する。従っ
て、第２のステージ部材３８Ｂは、より高速で駆動され
ることができ、それによって結晶化のスループットを向
上させることができる。In the movable stage 38, a plurality of first stage members 38A are arranged at the lowermost position and support the second stage member 38B and the third stage member 38C. The second stage member 38B is large and long,
It can travel a long distance and can move at high speed.
Therefore, the second stage member 38B that moves at high speed does not need to support the plurality of first stage members 38A,
The load applied to the second stage member 38B is small. The plurality of first stage members 38A move synchronously and support the long second stage member 38B without bending. Therefore, the second stage member 38B can be driven at a higher speed, which can improve the throughput of crystallization.
【００２７】図７はレーザスキャンの動作を示す図であ
る。最初に周辺領域２０のレーザスキャンを行う。周辺
領域２０のレーザスキャンにおいては、（１）第１のス
キャン方向Ｐ，Ｑで周辺領域２０のＰＱに平行な方向の
領域の結晶化を行い、（２）次にガラス基板１２を支持
する第３のステージ部材３８Ｃ（回転ステージ）を９０
度回転させた後、第１のスキャン方向Ｐ，Ｑと直交する
第２のスキャン方向Ｒ，Ｓで周辺領域２０のＲ，Ｓに平
行な方向の領域の結晶化を行う。それから、（３）画素
２２の３原色のサブ画素領域の並んでいる方向と平行な
第３のスキャン方向Ａ，Ｂで表示領域１８の結晶化を行
う。FIG. 7 is a diagram showing the operation of laser scanning. First, laser scanning of the peripheral area 20 is performed. In laser scanning of the peripheral region 20, (1) crystallization of a region of the peripheral region 20 in a direction parallel to PQ in the first scanning directions P and Q is performed. 3 stage member 38C (rotary stage) 90
After rotating once, the regions of the peripheral region 20 in the direction parallel to R and S are crystallized in the second scan directions R and S orthogonal to the first scan directions P and Q. Then, (3) the display region 18 is crystallized in the third scan directions A and B parallel to the direction in which the sub-pixel regions of the three primary colors of the pixel 22 are arranged.
【００２８】この順に行う理由は、複数のパネルにわた
って結晶化スキャンを行うと、スキャンの交叉部が発生
し、交叉部の結晶化は、周辺領域用の強いエネルギー密
度のレーザ光で結晶化させた後に表示領域対応の弱いレ
ーザ光で結晶化する場合は、交叉部の結晶性は強いレー
ザ光の場合と変わらないが、逆の順番では強いレーザ光
による結晶化が不十分となるためである。アモルファス
状態に比べ弱いレーザ光である程度結晶化していると光
の吸収が小さくなるためである。この順にするもう１つ
の付加的理由は同じ方向のスキャンを続けることができ
るようにするためである。The reason for performing in this order is that when a crystallization scan is performed over a plurality of panels, scan intersections are generated, and the crystallization of the intersections is performed by laser light having a strong energy density for the peripheral region. This is because when the crystallization is performed with the weak laser light corresponding to the display area later, the crystallinity of the crossing portion is the same as that of the strong laser light, but in the reverse order, the crystallization with the strong laser light is insufficient. This is because light absorption becomes smaller when the laser light is crystallized to a certain extent than in the amorphous state. Another additional reason for this order is to be able to continue scanning in the same direction.
【００２９】つまり、最初に、ガラス基板１２の周辺部
分２０の４辺のうちの２つの短辺のレーザスキャンを行
い、それから、ガラス基板１２の周辺部分２０の４辺の
うちの２つの長辺のレーザスキャンを行う。２つの短辺
のレーザスキャンにおいては、ガラス基板１２の短辺が
第２のステージ部材３８Ｂと平行に位置し、第２のステ
ージ部材３８Ｂがガラス基板１２とともに第１のスキャ
ン方向Ｐ，Ｑに往復移動される。第２のステージ部材３
８Ｂは一方の方向Ｐに動くように駆動され、その際、第
２のステージ部材３８Ｂは停止から加速され、第２のス
テージ部材３８Ｂが一定の速度となった状態でレーザス
キャンが行われ、レーザスキャン領域を通過後第２のス
テージ部材３８Ｂは減速して停止される。それから、第
１のステージ部材３８Ａが微小量だけ第１のスキャン方
向Ｐ，Ｑとは直交する方向に移動された後、第２のステ
ージ部材３８Ｂは逆方向Ｑに動くように駆動される。そ
の際、第２のステージ部材３８Ｂは加速され、一定の速
度で移動し、減速される。このような往復運動を繰り返
しながら、照射された領域の端部が互いにオーバーラッ
プするようにレーザスキャンが行われる。That is, first, laser scanning is performed on two short sides of the four sides of the peripheral portion 20 of the glass substrate 12, and then two long sides of the four sides of the peripheral portion 20 of the glass substrate 12 are scanned. Laser scan. In laser scanning of the two short sides, the short side of the glass substrate 12 is positioned parallel to the second stage member 38B, and the second stage member 38B reciprocates in the first scanning directions P and Q together with the glass substrate 12. Be moved. Second stage member 3
8B is driven so as to move in one direction P, at that time, the second stage member 38B is accelerated from the stop, and the laser scanning is performed while the second stage member 38B is at a constant speed. After passing through the scan area, the second stage member 38B is decelerated and stopped. Then, after the first stage member 38A is moved by a small amount in the direction orthogonal to the first scan directions P and Q, the second stage member 38B is driven so as to move in the reverse direction Q. At that time, the second stage member 38B is accelerated, moves at a constant speed, and is decelerated. While repeating such reciprocating motion, laser scanning is performed so that the end portions of the irradiated region overlap each other.
【００３０】続いて、第３のステージ部材３８Ｃ（回転
ステージ）が９０度回転させられ、ガラス基板１２の長
辺が第２のステージ部材３８Ｂと平行に位置する。そこ
で、２つの長辺のレーザスキャンが第２のスキャン方向
Ｒ，Ｓに行われる。２つの長辺は短辺のレーザスキャン
と同様に往復運動を繰り返しながら、行われる。Subsequently, the third stage member 38C (rotary stage) is rotated by 90 degrees, and the long side of the glass substrate 12 is positioned parallel to the second stage member 38B. Therefore, laser scanning of the two long sides is performed in the second scanning directions R and S. The two long sides are performed while repeating the reciprocating motion similarly to the laser scanning of the short sides.
【００３１】これに続いて、表示領域１８のレーザスキ
ャンが第３のスキャン方向Ａ，Ｂで行われる。第３のス
キャン方向Ａ，Ｂは第２のスキャン方向Ｒ，Ｓとは平行
であるので、第３のステージ部材３８Ｃ（回転ステー
ジ）は周辺領域２０の２つの長辺をスキャンしたときと
同じ回転位置に維持される。第１のステージ部材３８Ａ
が第２のスキャン方向Ｒ，Ｓとは直交する方向で初期位
置に移動された後、第２のステージ部材３８Ｂは第３の
スキャン方向Ａ，Ｂに往復運動するように駆動される。Following this, laser scanning of the display area 18 is performed in the third scanning directions A and B. Since the third scan directions A and B are parallel to the second scan directions R and S, the third stage member 38C (rotary stage) rotates in the same rotation as when scanning the two long sides of the peripheral region 20. Maintained in position. First stage member 38A
Is moved to an initial position in a direction orthogonal to the second scanning directions R and S, and then the second stage member 38B is driven so as to reciprocate in the third scanning directions A and B.
【００３２】第２のステージ部材３８Ｂの往復運動の間
に、第１のステージ部材３８Ａが第２のスキャン方向
Ｒ，Ｓとは直交する方向に微小量だけ移動される。表示
領域１８のレーザスキャンにおける第１のステージ部材
３８Ａの移動量は、周辺領域２０のレーザスキャンにお
ける第１のステージ部材３８Ａの移動量よりも大きい。
すなわち、表示領域１８のレーザスキャンは周辺領域２
０のレーザスキャンよりも大きいピッチで行われる。ま
た、表示領域１８のレーザスキャンは周辺領域２０のレ
ーザスキャンよりも大きいスキャン速度で行われる。ま
た、表示領域１８のレーザスキャンは周辺領域２０のレ
ーザスキャンよりも低いレーザパワーで行われる。ま
た、画素２２の３原色のサブ画素領域の並んでいる方向
と平行な第３のスキャン方向Ａ，Ｂで表示領域１８の結
晶化を行う場合のスキャン数は、画素２２の３原色のサ
ブ画素領域の並んでいる方向と垂直なスキャン方向
（Ａ，Ｂと垂直な方向）で表示領域１８の結晶化を行う
場合のスキャン数よりもかなり少なくなるので、レーザ
スキャン時間を短縮することができる。During the reciprocating movement of the second stage member 38B, the first stage member 38A is moved by a minute amount in the direction orthogonal to the second scanning directions R and S. The amount of movement of the first stage member 38A in the laser scan of the display region 18 is larger than the amount of movement of the first stage member 38A in the laser scan of the peripheral region 20.
That is, the laser scan of the display area 18 is performed in the peripheral area 2
It is performed at a pitch larger than 0 laser scan. Further, the laser scanning of the display area 18 is performed at a scanning speed higher than that of the laser scanning of the peripheral area 20. The laser scan of the display area 18 is performed with a lower laser power than the laser scan of the peripheral area 20. The number of scans when crystallizing the display region 18 in the third scan directions A and B parallel to the direction in which the three primary color sub-pixel regions of the pixel 22 are arranged is the number of scans of the three primary color sub-pixels of the pixel 22. Since the number of scans is significantly smaller than the number of scans when the display region 18 is crystallized in the scan direction perpendicular to the direction in which the regions are arranged (direction perpendicular to A and B), the laser scan time can be shortened.
【００３３】このように、高精度の第１のステージ部材
３８Ａを一番下に置き、その上に高速移動の第２のステ
ージ部材３８Ｂを置くことで、高速移動の第２のステー
ジ部材３８Ｂの負荷となる質量を低減することができ
る。同時に、長い第２のステージ部材３８Ｂを複数の第
１のステージ部材３８Ａで支え、第２のステージ部材３
８Ｂをたわみなく支持することができる。複数の第１の
ステージ部材３８Ａは互いに同期して駆動される。こう
して、高速移動の第２のステージ部材３８Ｂの加速減速
時の加速度を大きくすることができ、レーザスキャン時
の以外の運動時間を短縮することができる。第３のステ
ージ部材３８Ｃ（回転ステージ）は１１０度の範囲内で
回転することができるようにすることにより、ガラス基
板１２を真空チャック３８Ｄに保持させた後で、周辺領
域２０の結晶化と、表示領域１８の結晶化とを連続して
行うことができる。こうして、本発明によれば、結晶化
のスループットを向上させることができる。In this way, by placing the high-precision first stage member 38A at the bottom and placing the high-speed moving second stage member 38B on it, the high-speed moving second stage member 38B The load mass can be reduced. At the same time, the long second stage member 38B is supported by the plurality of first stage members 38A, and the second stage member 3
8B can be supported without bending. The plurality of first stage members 38A are driven in synchronization with each other. In this way, the acceleration of the high-speed moving second stage member 38B at the time of acceleration / deceleration can be increased, and the motion time other than during the laser scan can be shortened. By allowing the third stage member 38C (rotary stage) to rotate within a range of 110 degrees, the peripheral region 20 is crystallized after the glass substrate 12 is held on the vacuum chuck 38D. The crystallization of the display area 18 can be continuously performed. Thus, according to the present invention, the crystallization throughput can be improved.
【００３４】例においては、ＳｉＯ2 がプラズマＣＶＤ
でガラス基板１２の上に厚さ４００nmで形成され、その
上に非晶質半導体３６がプラズマＣＶＤで１００nmの厚
さに形成された。レーザはＮｄ：ＹＶ０４の固体レーザ
の連続波を用いる。一例において、レーザ源３０は、レ
ーザパワー１０Ｗで、４００μｍ×２０μｍのビームス
ポットを形成する。単一のレーザ源では、レーザ幅４０
０μｍで、スキャン速度５０cm／ｓでスキャンすると、
エリアスキャン２００cm2 ／ｓを達成できる。そして、
レーザ照射幅４００μｍのうち、非晶質半導体３６の幅
１５０μｍのストライプ状の部分がよく溶融し、結晶化
され、フロー型の結晶粒界を示す。このフロー型の結晶
粒界からなるポリシリコン領域にＴＦＴを作ると、移動
度が５００（cm2 ／Vs）の高移動度特性を得ることがで
きる。In the example, SiO 2 is plasma CVD
Was formed on the glass substrate 12 to a thickness of 400 nm, and the amorphous semiconductor 36 was formed thereon to a thickness of 100 nm by plasma CVD. The laser uses a continuous wave of Nd: YV04 solid-state laser. In one example, the laser source 30 forms a 400 μm × 20 μm beam spot with a laser power of 10 W. A single laser source has a laser width of 40
When scanning at 0 μm and a scanning speed of 50 cm / s,
Area scan 200 cm 2 / s can be achieved. And
Of the laser irradiation width of 400 μm, the stripe-shaped portion of the amorphous semiconductor 36 having a width of 150 μm is well melted and crystallized to show a flow type grain boundary. When a TFT is formed in the polysilicon region composed of this flow type grain boundary, a high mobility characteristic with a mobility of 500 (cm 2 / Vs) can be obtained.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ＣＷ固体レーザを使用した場合でもスループットを高く
することができる。As described above, according to the present invention,
Throughput can be increased even when a CW solid-state laser is used.
【図１】本発明の実施例による液晶表示装置を示す略断
面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
【図２】図１のガラス基板を示す略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view showing the glass substrate of FIG.
【図３】図２のガラス基板を作るためのマザーガラスを
示す略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view showing a mother glass for making the glass substrate of FIG.
【図４】図２のガラス基板のＴＦＴ及び周辺領域のＴＦ
Ｔを形成する工程を示す図である。4 is a TFT of the glass substrate of FIG. 2 and TF of a peripheral region.
It is a figure which shows the process of forming T.
【図５】レーザビームによって半導体膜を結晶化すると
ころを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing crystallization of a semiconductor film by a laser beam.
【図６】非晶質シリコン膜を有するガラス基板を支持す
る可動ステージを示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a movable stage that supports a glass substrate having an amorphous silicon film.
【図７】レーザスキャンの動作を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an operation of laser scanning.
【図８】従来の可動ステージを示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing a conventional movable stage.
１２，１４…ガラス基板 １６…液晶 １８…表示領域 ２０…周辺領域 ２２…画素 ２４…ＴＦＴ ２６…マザーガラス ３０…ＣＷレーザ発振器 ３６…非晶質シリコン膜 ３８…可動ステージ ３８Ａ…第１のステージ部材 ３８Ｂ…第２のステージ部材 ３８Ｃ…第３のステージ部材（回転ステージ部材） ３８Ｄ…真空チャック 12, 14 ... Glass substrate 16 ... Liquid crystal 18 ... Display area 20 ... Peripheral area 22 ... Pixel 24 ... TFT 26 ... Mother glass 30 ... CW laser oscillator 36 ... Amorphous silicon film 38 ... Movable stage 38A ... 1st stage member 38B ... Second stage member 38C ... Third stage member (rotary stage member) 38D ... Vacuum chuck
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇塚 達也 東京都新宿区西早稲田２丁目14番１号 株 式会社日本レーザー内 Ｆターム(参考） 5F052 AA02 BA01 BB04 CA10 DA02 FA00 JA01 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Tatsuya Utsuka 2-14-1, Nishiwaseda, Shinjuku-ku, Tokyo Stock Ceremony Company Japan Laser F-term (reference) 5F052 AA02 BA01 BB04 CA10 DA02 FA00 JA01
Claims (4)
支持するステージと、フォーカス光学系とを備え、該ス
テージは、平行に配置され且つ同期して第１の方向に動
くことのできる複数の第１のステージ部材と、該第１の
ステージ部材の上に配置され且つ第１の方向と直交する
第２の方向に動くことのできる第２のステージ部材と、
該第２のステージ部材の上に回転可能に配置された第３
のステージ部材とを備え、該レーザ源から出射するレー
ザビームをフォーカス光学系を通して該第３のステージ
部材に固定された基板の半導体に照射し、該半導体を溶
融結晶化させることを特徴とする半導体結晶化装置。1. A laser source, a stage for supporting a substrate containing an amorphous semiconductor, and a focus optical system, the stages being arranged in parallel and capable of moving in a first direction in synchronization. A plurality of first stage members, a second stage member disposed on the first stage member and movable in a second direction orthogonal to the first direction,
A third rotatably disposed on the second stage member
A semiconductor member of a substrate fixed to the third stage member is irradiated with a laser beam emitted from the laser source through a focus optical system to melt and crystallize the semiconductor. Crystallizer.
ジ部材よりも長い移動距離を移動することができること
を特徴とする請求項１に記載の半導体結晶化装置。2. The semiconductor crystallization apparatus according to claim 1, wherein the second stage member can move a longer moving distance than the first stage member.
領域を有する基板の半導体にレーザビームを照射し、該
半導体を結晶化させる半導体結晶化方法であって、第１
のスキャン方向で該周辺領域の結晶化を行い、次に該基
板を支持する回転ステージを９０度回転させた後、第１
のスキャン方向と直交する第２のスキャン方向で周辺領
域の結晶化を行い、次いで、画素の３原色のサブ画素領
域の並んでいる方向と平行な第３のスキャン方向で表示
領域の結晶化を行うことを特徴とする半導体結晶化方
法。3. A semiconductor crystallization method in which a semiconductor of a substrate having a display region and a peripheral region around the display region is irradiated with a laser beam to crystallize the semiconductor.
The peripheral region is crystallized in the scan direction of, and then the rotary stage supporting the substrate is rotated by 90 degrees.
The peripheral region is crystallized in the second scan direction orthogonal to the scan direction of, and then the display region is crystallized in the third scan direction parallel to the direction in which the sub-pixel regions of the three primary colors of the pixel are arranged. A method for crystallizing a semiconductor, which comprises performing the method.
向と平行であることを特徴とする請求項３に記載の半導
体結晶化方法。4. The semiconductor crystallization method according to claim 3, wherein the third scan direction is parallel to the second scan direction.
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