JP4503343B2 - Beam irradiation apparatus, beam irradiation method, and method for manufacturing thin film transistor - Google Patents

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Description

本発明は、ビーム照射装置、及びビーム照射方法に関する。さらに本発明は、当該装置及び方法を用いた薄膜トランジスタの作製方法に関する。   The present invention relates to a beam irradiation apparatus and a beam irradiation method. Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing a thin film transistor using the apparatus and the method.

表示装置や集積回路等が有する半導体素子として、多結晶半導体膜にチャネル形成領域を有する薄膜トランジスタ（以下、多結晶ＴＦＴと表記する）の研究が行われている。表示装置や集積回路の発達に伴い、多結晶ＴＦＴのさらなる特性向上が求められている。   As a semiconductor element included in a display device, an integrated circuit, or the like, a thin film transistor (hereinafter referred to as a polycrystalline TFT) having a channel formation region in a polycrystalline semiconductor film has been studied. With the development of display devices and integrated circuits, further improvements in the characteristics of polycrystalline TFTs are required.

そこで多結晶ＴＦＴの特性向上のため、連続発振型のレーザ照射装置による半導体膜の結晶化が検討されている。例えば、ガラス基板上にａ−Ｓｉ膜を線状又は島状にパターニングし、連続発振型のレーザ照射装置から時間に対して連続的に出力するエネルギービームを照射走査してａ−Ｓｉ膜を結晶化する方法がある（特許文献１参照）。特許文献１によると、半導体薄膜を予め線状又は島状にパターニングしておくことにより、ガラス基板の温度は上がらず、クラックの発生等を防止することが記載されている。また特許文献１の図２９、図３１には、開孔が設けられた遮蔽板を用い、ガラス基板へのダメージやａ―Ｓｉ膜を剥がすことなく、ａ―Ｓｉ膜の必要部分のみを選択的に結晶化することが記載されている。   Therefore, in order to improve the characteristics of the polycrystalline TFT, crystallization of a semiconductor film by a continuous oscillation type laser irradiation apparatus has been studied. For example, an a-Si film is patterned on a glass substrate in a linear or island shape, and an a-Si film is crystallized by irradiating and scanning an energy beam continuously output with respect to time from a continuous wave laser irradiation apparatus. There is a method (see Patent Document 1). According to Patent Document 1, it is described that the temperature of the glass substrate does not rise and the generation of cracks and the like is prevented by patterning a semiconductor thin film in a linear or island shape in advance. Further, in FIGS. 29 and 31 of Patent Document 1, only a necessary portion of the a-Si film is selectively used without using a shielding plate provided with an aperture and without damaging the glass substrate or peeling off the a-Si film. Describes crystallization.

またレーザ光（レーザビームとも表記する）を走査（偏向ともいう）させる手段としてガルバノミラー（特許文献２参照）やポリゴンミラー（特許文献３参照）が用いられている。ガルバノミラーやポリゴンミラーは走査速度を高速化することが容易である。そのため、照射装置の負担を低減させることができる。
特開２００３−８６５０５号公報 特開２００３−８６５０７号公報 特開２００３−４５８９０号公報 Further, a galvanometer mirror (see Patent Document 2) and a polygon mirror (see Patent Document 3) are used as means for scanning (also referred to as deflection) laser light (also referred to as a laser beam). Galvano mirrors and polygon mirrors can easily increase the scanning speed. Therefore, the burden on the irradiation device can be reduced.
JP 2003-86505 A JP 2003-86507 A JP 2003-45890 A

上述のような連続発振型のレーザビーム（以下、ＣＷビーム、当該ビームを発振する装置をＣＷレーザ照射装置と表記する）をガルバノミラーやポリゴンミラーを使って基板等の被照射物に照射する場合、走査幅に限度があった。そのため、複数回レーザ光の走査を繰り返す必要があり、レーザ光の走査が停止する領域があった。この停止する領域のため、均一なレーザ処理は難しかった。   When irradiating an irradiation object such as a substrate using a galvano mirror or a polygon mirror with a continuous wave laser beam as described above (hereinafter, a CW beam, and a device that oscillates the beam is referred to as a CW laser irradiation device) The scan width was limited. Therefore, it is necessary to repeat scanning of the laser light a plurality of times, and there is a region where the scanning of the laser light stops. Due to this stop region, uniform laser processing was difficult.

更にガルバノミラーやポリゴンミラー等の走査手段により走査されるレーザ光の速度は、走査幅の中心部と端部とで速度が一様とならなかった。例えば、ガルバノミラーにより一方向に走査、つまり往復運動の第１走査するレーザ光は、往復運動の速度の向きが変わる領域（ガルバノミラーの止まり際）に向かって減速し、ついには速度がゼロとなり、その後は加速する。このような速度が減速、加速し、さらにゼロになる領域では照射時間が長くなり、被照射物に必要以上のエネルギーが照射されてしまう。その結果、被照射物として非晶質半導体膜を用いる場合、非晶質半導体膜が剥がれる等の恐れがあることを本発明者らは見出した。   Further, the speed of the laser beam scanned by scanning means such as a galvanometer mirror or a polygon mirror is not uniform at the center and end of the scanning width. For example, the laser beam scanned in one direction by the galvanometer mirror, that is, the first scan of the reciprocating motion, decelerates toward the region where the direction of the reciprocating motion changes (when the galvanometer mirror stops), and finally the velocity becomes zero. Then it accelerates. In such a region where the speed is decelerated and accelerated, and further becomes zero, the irradiation time becomes longer, and the irradiated object is irradiated with more energy than necessary. As a result, the present inventors have found that when an amorphous semiconductor film is used as an irradiation object, the amorphous semiconductor film may be peeled off.

一方ポリゴンミラーでは、速度はゼロとならないものの、やはり、走査幅の中心部と端部とでは速度が一様とならなかった。その結果、ガルバノミラーと同様に、非晶質半導体膜が剥がれる等の恐れがあることを本発明者らは見出した。このように半導体膜が剥がれてしまうと、飛び散る半導体膜によって、正常な膜まで荒れてしまうことが懸念される。このように、レーザ光の走査速度が不均一になることは、半導体分野において問題となる。   On the other hand, in the polygon mirror, although the speed is not zero, the speed is not uniform at the center and the end of the scanning width. As a result, the present inventors have found that the amorphous semiconductor film may be peeled off as in the case of the galvanometer mirror. When the semiconductor film is peeled off in this way, there is a concern that a normal film may be roughened by the scattered semiconductor film. Thus, the nonuniformity of the scanning speed of the laser beam becomes a problem in the semiconductor field.

またＣＷビームを照射するときに、予め被照射物である半導体膜を素子レベルとなる線状、又は島状にパターニングする方法があるが、ビーム照射の位置制御が精密なものとなり、照射装置へ負担が大きくなってしまう。また予め半導体膜をパターニングした後、ビームを照射して結晶化を行う場合、ビーム照射によって半導体膜が溶融するため、パターニングした半導体膜の端部の形状を維持することが難しく、所望のパターン形状を得ることが困難である。   In addition, when irradiating a CW beam, there is a method of patterning a semiconductor film, which is an object to be irradiated, into a linear shape or an island shape at an element level in advance. The burden will increase. In addition, when crystallizing by irradiating a beam after patterning the semiconductor film in advance, it is difficult to maintain the shape of the end of the patterned semiconductor film because the semiconductor film is melted by the beam irradiation, and the desired pattern shape Is difficult to get.

以上のように、均一なＣＷビームの照射を行うには改良の余地があった。特に大型基板や量産を考えると、改良すべき点は多かった。   As described above, there is room for improvement in performing uniform CW beam irradiation. There were many points to be improved, especially when considering large substrates and mass production.

そこで本発明は、ガルバノミラーやポリゴンミラーを使ってビーム照射を行う場合、ビーム照射の走査幅の端部における不具合を解決することを課題とする。特に、本発明は、大型基板や量産を考え、被照射物に均一なビームを照射するための装置（ビーム照射装置、つまりレーザ照射装置）、及びビーム照射方法を提供することを課題とする。また上記のようなビーム照射装置、及びビーム照射方法を用いて薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴと表記する）に対する均一なレーザ処理、つまりレーザアニール（結晶化や活性化を含む）を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to solve the problem at the end of the scanning width of beam irradiation when beam irradiation is performed using a galvano mirror or a polygon mirror. In particular, it is an object of the present invention to provide an apparatus (beam irradiation apparatus, that is, a laser irradiation apparatus) and a beam irradiation method for irradiating an irradiation object with a uniform beam in consideration of a large substrate or mass production. It is another object of the present invention to provide uniform laser treatment for a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT), that is, laser annealing (including crystallization and activation) using the beam irradiation apparatus and the beam irradiation method. To do.

上記課題を鑑み本発明は、連続的に出力されるエネルギービーム（ＣＷビーム、特に、光源にレーザを使用する場合ＣＷレーザと表記する）の被照射物上でのレーザのスポット（照射領域）を、走査手段（偏向手段）等により往復運動させて走査する場合、スポットの走査速度（移動速度）が所定値以外となる場合、つまり一定とならない場合は、ビームを素子形成領域外に照射することを特徴とする。言い換えると、スポットの走査速度（移動速度）が所定値以外となる範囲、つまり一定とならない範囲を、素子形成領域外とすることを特徴とする。なおスポットの走査速度（移動速度）が所定値以外とは、速度が一定ではない、例えば増加、又は減少するとき、加えてゼロとなるときである。また速度が一定でなく、増加、減少又はゼロとなる領域とは、例えば走査方向が変わる位置、又は走査開始位置（一端）及び走査終了位置（他端）である。このように本発明は、素子形成領域外において、走査方向を変えることができる。なお位置とは、その付近の領域も適宜含むものとする。   In view of the above-described problems, the present invention provides a laser spot (irradiation region) on an object to be irradiated with a continuously output energy beam (CW beam, particularly CW laser when a laser is used as a light source). When scanning by reciprocating with a scanning means (deflection means) or the like, if the scanning speed (moving speed) of the spot is other than a predetermined value, that is, not constant, the beam is irradiated outside the element formation region. It is characterized by. In other words, a range in which the spot scanning speed (moving speed) is other than a predetermined value, that is, a non-constant range, is outside the element formation region. The spot scanning speed (moving speed) other than the predetermined value is when the speed is not constant, for example, when it increases or decreases, and when it becomes zero. The region where the speed is not constant but increases, decreases, or becomes zero is, for example, a position where the scanning direction changes, or a scanning start position (one end) and a scanning end position (the other end). As described above, according to the present invention, the scanning direction can be changed outside the element formation region. Note that the position includes a region in the vicinity thereof as appropriate.

素子形成領域とは、例えば、半導体膜を有する表示部及び駆動回路部を有する表示装置、又は集積回路が形成される領域を指す。そのため、素子形成領域外とはパネル間や当該パネルを有する表示装置間を指し、加えてパネルに駆動回路が一体形成されている場合、表示部と駆動回路部との間を指す。なお表示装置は、液晶表示装置や自発光素子を有する発光装置を含み、集積回路としてはＣＰＵやメモリ等を含む。   The element formation region refers to a region where a display device having a semiconductor film and a driver circuit portion, or an integrated circuit is formed, for example. Therefore, the outside of the element formation region refers to between the panels or between the display devices having the panel, and in addition, when the drive circuit is integrally formed on the panel, indicates between the display unit and the drive circuit unit. Note that the display device includes a liquid crystal display device and a light-emitting device having a self-luminous element, and the integrated circuit includes a CPU, a memory, and the like.

このように走査速度が所定値以外のとき、選択的に素子形成領域外へビームを照射するようにビームの照射位置を制御することにより、均一なレーザ処理を行うことができる。   Thus, when the scanning speed is other than the predetermined value, uniform laser processing can be performed by controlling the beam irradiation position so that the beam is selectively irradiated outside the element formation region.

また本発明のように、素子形成領域、すなわちパネルやそれを有する表示表示レベルの全面に渡って均一に結晶化された半導体膜を形成することができる。そのため、素子レベルで結晶性半導体膜を設ける方法と比べて、薄膜トランジスタを設ける領域に制限がなく、設計の自由度を高めることができる。   In addition, as in the present invention, it is possible to form a semiconductor film uniformly crystallized over an element formation region, that is, a panel or the entire display display level having the panel. Therefore, as compared with a method in which a crystalline semiconductor film is provided at the element level, a region where a thin film transistor is provided is not limited, and the degree of design freedom can be increased.

走査手段は、被照射物に対するビームの照射位置を連続的又は矩形的に変化させる鏡面体（ミラーともいう）を有する。走査手段は、例えば、単数又は複数の鏡面体を有する手段、複数の連続して配置された鏡面体を有する手段、又はその他のミラーを有する手段を用いることができる。具体的な走査手段には、ガルバノミラーやポリゴンミラーが挙げられる。その他のミラーとしては、軸に平面又は曲面を有する鏡面体を固定し、前記軸を中心として回動（回転や振動を含む）する鏡面体を用いてもよい。このとき、軸の一端部又は両端部には、鏡面体の回転を制御する手段が設置される。回動を制御するとは、回転の場合は回転速度等、振動の場合は振動幅等を制御することを指す。また鏡面体を複数設けると、鏡面体間の反射状態が異なることがあることを考慮すると、鏡面体は単数である方が好ましい。   The scanning unit has a mirror body (also referred to as a mirror) that continuously or rectangularly changes the irradiation position of the beam to the irradiation object. As the scanning means, for example, a means having one or a plurality of mirror bodies, a means having a plurality of mirror bodies arranged in succession, or a means having other mirrors can be used. Specific scanning means includes a galvanometer mirror and a polygon mirror. As another mirror, a mirror body having a plane or curved surface on an axis may be fixed, and a mirror body rotating (including rotation and vibration) about the axis may be used. At this time, means for controlling the rotation of the mirror body is provided at one or both ends of the shaft. Controlling the rotation means controlling the rotational speed in the case of rotation and the vibration width in the case of vibration. In consideration of the fact that when a plurality of mirror bodies are provided, the reflection state between the mirror bodies may be different, it is preferable that a single mirror body is provided.

なおガルバノミラーやポリゴンミラーを用いると、走査速度が１０〜数１０００ｍｍ／ｓとかなりの高速にもかかわらず、加減速に要する時間が短いため、処理時間を短縮することができる。これはガルバノミラーやポリゴンミラーが軽量であるため、高速走査を行うことができるからである。   When a galvano mirror or a polygon mirror is used, the processing time can be shortened because the time required for acceleration / deceleration is short although the scanning speed is as high as 10 to several thousand mm / s. This is because galvanometer mirrors and polygon mirrors are lightweight and can perform high-speed scanning.

連続的に出力されるエネルギービームを照射するための装置（ＣＷレーザ照射装置）としては、固体レーザを用いればよく、例えばＹＶＯ4レーザや、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、及びＡｒレーザ等を有し、当該レーザから連続的に出力されるエネルギービームを照射することができる。またこれらのビームの高調波を使用することができる。 As an apparatus (CW laser irradiation apparatus) for irradiating the energy beam output continuously, a solid laser may be used. For example, a YVO 4 laser, a YAG laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, an Ar laser, or the like. And an energy beam continuously output from the laser can be irradiated. The harmonics of these beams can also be used.

なおレーザビームは、任意の形状で構わず、光学系を通過することにより線状となるように加工すると好ましい。なおここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形（または長楕円形）を意味する。例えば、アスペクト比が１０以上（好ましくは１００〜１００００）のもの指す。例えば、線状のレーザビームのスポット径は、長軸１５０〜１０００μｍ、短軸５〜２０μｍとする。線状に加工されたレーザビームを用いると、スループットの高い処理を行うことができる。   Note that the laser beam may have any shape, and it is preferable to process the laser beam so as to be linear by passing through the optical system. Note that “linear” here does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle (or oblong shape) with a large aspect ratio. For example, the aspect ratio is 10 or more (preferably 100 to 10,000). For example, the spot diameter of the linear laser beam is set to a major axis of 150 to 1000 μm and a minor axis of 5 to 20 μm. When a laser beam processed into a linear shape is used, processing with high throughput can be performed.

また、レーザビームの走査幅によってスポットの走査速度が所定値以外となる範囲が異なるため、素子形成領域外を選択することができる。   Further, since the range in which the spot scanning speed is other than the predetermined value varies depending on the scanning width of the laser beam, it is possible to select outside the element formation region.

なお被照射物とビームとが相対的に移動して一列を処理し、その後、次列を処理する。このような相対的な移動を繰り返して大型面積の処理が行われる。そのため、レーザビームの走査速度と被照射物の走査速度は、互いに同期させるように設定するとよい。すなわち、レーザビームの進行方向（走査方向）を変化させる第１の走査手段と、第１の走査手段に対して相対的に被照射物を走査する第２の走査手段とを同期するように制御する。   The irradiated object and the beam move relatively to process one row, and then process the next row. Such relative movement is repeated to process a large area. For this reason, the scanning speed of the laser beam and the scanning speed of the irradiated object are preferably set so as to be synchronized with each other. That is, control is performed so that the first scanning unit that changes the traveling direction (scanning direction) of the laser beam and the second scanning unit that scans the irradiation object relative to the first scanning unit are synchronized. To do.

また好ましくは、レーザビームのスポット形状を一定とするため、被照射物と走査手段との間にｆθレンズを配置するとよい。さらに入射角を一定とすることができるテレセントリックｆθレンズを用いると好ましい。このようなｆθレンズはサイズを大きくすることに限度があるが、被照射物を移動させてＸＹ方向に走査することにより、広範囲の領域に対して処理することができる。   Preferably, an fθ lens is disposed between the irradiation object and the scanning unit in order to make the spot shape of the laser beam constant. Further, it is preferable to use a telecentric fθ lens that can make the incident angle constant. Such an fθ lens has a limit in enlarging the size, but it can process a wide area by moving the irradiated object and scanning in the XY direction.

以上のような本発明の照射装置により、レーザビームの均一な領域、すなわち等速度に走査する場合には被照射物の素子形成領域に照射することができ、均一なレーザビーム処理を行うことができる。   With the irradiation apparatus of the present invention as described above, a uniform region of a laser beam, that is, an element formation region of an irradiation object can be irradiated when scanning at a uniform speed, and uniform laser beam processing can be performed. it can.

さらに被照射物として半導体膜を用いる場合、結晶性や電気特性が揃った多結晶ＴＦＴを提供することができる。このような多結晶ＴＦＴを備えた表示装置や、自発光型素子を有する発光装置等の表示装置や、ＣＰＵやメモリを有する集積回路においては、表示の均一化、性能の向上等の効果が期待できる。   Further, when a semiconductor film is used as an irradiation object, a polycrystalline TFT having uniform crystallinity and electrical characteristics can be provided. In display devices including such polycrystalline TFTs, display devices such as light-emitting devices having self-luminous elements, and integrated circuits having CPUs and memories, effects such as uniform display and improved performance are expected. it can.

特に本発明は、ＣＷビームを用いる場合であって、ビームの走査速度が不均一となってしまうとき、素子形成領域外となる表示装置外にビームを照射することで、均一にむらなくビーム照射を行うことができる。すなわち、光源にレーザを使用したレーザアニールを均一にむらなく行うことができる。その結果、量産性が高まり、表示装置の低コスト化につながる。   In particular, in the present invention, when a CW beam is used and the beam scanning speed becomes non-uniform, the beam is irradiated uniformly and uniformly by irradiating the beam outside the display device outside the element formation region. It can be performed. In other words, laser annealing using a laser as a light source can be performed uniformly. As a result, mass productivity increases, leading to cost reduction of the display device.

本発明の走査手段により、被照射物上を走査するＣＷビーム又はパルスビームにおいて、レーザビームの走査方向が変わる場合、あるいは等速度運動が行われない場合に当該ビームを素子形成領域外に照射することにより、均一な処理を行うことができる。その結果、半導体膜の均一なアニールを提供することができる。以上のようにして、被照射物、特に半導体膜の膜が剥がれることを防止することができる。また大型基板を用いる場合、本発明の高効率なレーザアニールは好適である。   When the scanning direction of the laser beam changes in the CW beam or pulse beam that scans the irradiation object by the scanning means of the present invention, or when constant velocity motion is not performed, the beam is irradiated outside the element formation region. Thus, uniform processing can be performed. As a result, uniform annealing of the semiconductor film can be provided. As described above, it is possible to prevent the object to be irradiated, particularly the semiconductor film, from being peeled off. When a large substrate is used, the highly efficient laser annealing of the present invention is suitable.

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that in all the drawings for describing the embodiments, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals, and repetitive description thereof is omitted.

（実施の形態１）
本実施の形態では、４つの素子形成領域が形成される被照射物に対し、光源にレーザを用いてレーザ処理を行う場合を説明する。 (Embodiment 1)
In this embodiment mode, a case where laser processing is performed on an irradiation object on which four element formation regions are formed using a laser as a light source will be described.

図１（Ａ）に示す斜視図において、被照射物１０には４つの素子形成領域１１が設けられている。そしてレーザビームと、被照射物とが相対的に移動することにより、スポット１２は走査経路１３を移動する。走査経路１３としては、例えば長軸方向（図１（Ａ）においてはＸ軸方向）と、短軸方向（図１（Ａ）においてはＹ軸方向）とが組み合わされたＸＹ方向である。このとき例えば、長軸方向の走査は第１の走査手段（例えば、ガルバノミラーやポリゴンミラー）によるスポットの移動により行われ、短軸方向の走査は第２の走査手段（例えば、ＸＹステージ）による被照射物の移動により行われる。このように順次走査（ジグザグ走査）を行い、大面積を有する被照射物全体にレーザ処理を行うことができる。   In the perspective view shown in FIG. 1A, the irradiated object 10 is provided with four element forming regions 11. The spot 12 moves along the scanning path 13 by relatively moving the laser beam and the object to be irradiated. The scanning path 13 is, for example, an XY direction in which a major axis direction (X-axis direction in FIG. 1A) and a minor axis direction (Y-axis direction in FIG. 1A) are combined. At this time, for example, scanning in the long axis direction is performed by moving a spot by a first scanning means (for example, a galvano mirror or a polygon mirror), and scanning in the short axis direction is performed by a second scanning means (for example, an XY stage). This is done by moving the object to be irradiated. Thus, sequential scanning (zigzag scanning) is performed, and laser processing can be performed on the entire irradiated object having a large area.

このとき走査手段により移動するスポットの走査速度は、一定とならないことがある。走査手段の止まり際、つまり移動方向の変更点にむかって、走査速度は減速し、ついにはゼロとなり、向きを変更した後加速を始め、等速度となる。このように、走査速度が減速、加速、及びゼロとなる場合、レーザビームを素子形成領域１１外に照射する。   At this time, the scanning speed of the spot moved by the scanning unit may not be constant. When the scanning means stops, that is, toward the change point of the moving direction, the scanning speed is decelerated and finally becomes zero. After changing the direction, acceleration is started and the speed becomes constant. As described above, when the scanning speed is reduced, accelerated, and zero, the laser beam is irradiated outside the element formation region 11.

その結果、スポットの走査速度が一定な場合、レーザビームを素子形成領域へ照射することにより、均一なレーザ処理を行うことができる。   As a result, when the spot scanning speed is constant, uniform laser processing can be performed by irradiating the element formation region with a laser beam.

また図１（Ｂ）に示す被照射物１４として、４つの素子形成領域１１がパターニングされている。なお、パターニングする素子形成領域は、島状又は線状でも構わないが、好ましくは表示装置の最終形態の大きさであるとよい。表示装置のようにある程度の面積を有する領域にレーザビームを照射する結果、スポット１２の走査位置の制御が容易となり、レーザ照射装置の構成が単純なものとなる。   Further, as the irradiated object 14 shown in FIG. 1B, four element forming regions 11 are patterned. Note that the element formation region to be patterned may be an island shape or a line shape, but preferably has the size of the final form of the display device. As a result of irradiating a region having a certain area such as a display device with a laser beam, the scanning position of the spot 12 can be easily controlled, and the configuration of the laser irradiation device becomes simple.

そして図１（Ａ）同様に、走査速度が減速、加速、及びゼロとなる場合、レーザビームを素子形成領域１１外に照射する。このような走査速度が減速、加速、及びゼロとなる領域は、レーザ照射時間が長く、必要以上に被照射物にエネルギーが与えられてしまう。その結果、被照射物の物性が変化し、膜が剥がれてしまう。そのため、図１（Ｂ）のように、予め素子形成領域外の半導体膜を除去すると、膜が剥がれることを防止でき、正常な膜への悪影響を低減することができ好ましい。   As in FIG. 1A, when the scanning speed is decelerated, accelerated, and zero, the laser beam is irradiated outside the element formation region 11. In such a region where the scanning speed is decelerated, accelerated, and zero, the laser irradiation time is long, and energy is given to the irradiated object more than necessary. As a result, the physical properties of the irradiated object change and the film is peeled off. Therefore, it is preferable to remove the semiconductor film outside the element formation region in advance as illustrated in FIG. 1B because the film can be prevented from being peeled off and adverse effects on a normal film can be reduced.

また図１（Ｂ）は、予め表示装置等の最終形態の大きさに素子形成領域をパターニングすることを特徴としている。そのため本発明は、特許文献２に示すように予め半導体素子の大きさにパターニングする場合と比較すると、レーザ照射による溶融によるパターン形状の変形を気にすることがなく好ましい。   Further, FIG. 1B is characterized in that the element formation region is patterned in advance to the size of the final form of a display device or the like. For this reason, the present invention is preferable as compared with the case where the semiconductor element is previously patterned to the size of the semiconductor element as shown in Patent Document 2 without worrying about deformation of the pattern shape due to melting caused by laser irradiation.

なお図１（Ａ）（Ｂ）において、レーザビームと被照射物とは相対的に移動すればよく、レーザビームが移動しても、被照射物が移動しても、両方が移動しても構わない。被照射物の移動手段としては、ＸＹ軸に移動するステージを用いればよい。例えば、Ｘ軸方向に移動するレールと、Ｙ軸方向に移動するレールとを交差して配置し、被照射物が吸着等により固定されたステージをＸＹ方向に移動する。または被照射物を空気等により浮上させ、ＸＹ方向に移動させてもよい。また照射領域の短軸方向に移動させる場合、レーザビームの走査方向を変更させるタイミングと同期するようにステージを制御する。またガルバノミラーを２つ用いると、ガルバノミラーによりレーザビームの走査速度を制御することもできる。   Note that in FIGS. 1A and 1B, the laser beam and the object to be irradiated need only move relatively, and even if the laser beam moves, the object to be irradiated moves, or both move. I do not care. As a moving means for the irradiated object, a stage that moves along the XY axes may be used. For example, a rail that moves in the X-axis direction and a rail that moves in the Y-axis direction are arranged so as to cross each other, and the stage on which the irradiated object is fixed by suction or the like is moved in the XY direction. Alternatively, the irradiated object may be levitated by air or the like and moved in the XY direction. Further, when moving in the minor axis direction of the irradiation region, the stage is controlled to synchronize with the timing of changing the scanning direction of the laser beam. When two galvanometer mirrors are used, the scanning speed of the laser beam can be controlled by the galvanometer mirror.

特に、走査手段としてポリゴンミラーを用いる場合、ステージの移動距離は、ミラーごとに微調整すると好ましい。これは、ポリゴンミラーは複数のミラーを有するため、隣り合うミラーによるレーザビームの反射方向が異なってしまうためである。例えば実施者は、ポリゴンミラーが有する複数のミラーに番号を付し、一度走査させる。このように各ミラーの移動の特性を把握し、これを踏まえてステージの移動を制御するとよい。   In particular, when a polygon mirror is used as the scanning means, it is preferable to finely adjust the moving distance of the stage for each mirror. This is because the polygon mirror has a plurality of mirrors, so that the reflection direction of the laser beam by the adjacent mirrors is different. For example, the practitioner assigns numbers to a plurality of mirrors included in the polygon mirror and scans them once. Thus, it is preferable to grasp the characteristics of the movement of each mirror and control the movement of the stage based on this.

このような本発明により、レーザビーム、特にＣＷレーザによる均一性の高い処理方法、及び照射装置を提供することができる。さらに本発明の処理方法、及び照射装置を半導体膜の結晶化に用いることによって、均一性の高い結晶性半導体膜、つまり多結晶ＴＦＴを提供することができる。   According to the present invention as described above, it is possible to provide a processing method and irradiation apparatus with high uniformity using a laser beam, particularly a CW laser. Further, by using the treatment method and the irradiation apparatus of the present invention for crystallization of a semiconductor film, a highly uniform crystalline semiconductor film, that is, a polycrystalline TFT can be provided.

また本発明により、素子形成領域、すなわち表示装置等レベルの全面に渡って均一に結晶化された半導体膜を形成することができる。そのため、半導体素子レベルで結晶性半導体膜を設ける方法と比べて、薄膜トランジスタを設ける領域に制限がなく、設計の自由度を高めることができる。   Further, according to the present invention, a semiconductor film that is uniformly crystallized over the entire surface of the element formation region, that is, the display device or the like can be formed. Therefore, as compared with a method of providing a crystalline semiconductor film at the semiconductor element level, there is no limitation on a region where a thin film transistor is provided, and the degree of design freedom can be increased.

なお本実施の形態では、４つの素子形成領域が形成される被照射物の場合で説明したが、単数、又はその他の複数の素子形成領域を形成する場合も同様に、レーザ走査速度が所定値以外の照射領域を選択的に素子形成外の領域とすることにより、均一なレーザ処理を行うことができる。   In the present embodiment, the case of an irradiation object in which four element formation regions are formed has been described. Similarly, when a single element or a plurality of other element formation regions are formed, the laser scanning speed is a predetermined value. Uniform laser processing can be performed by selectively setting the irradiation region other than the region outside the element formation.

また、レーザビームの走査幅によっては複数の表示装置又は集積回路と、複数の表示装置又は集積回路との間の素子形成領域外へレーザビームを照射してもよい。例えば、９つ（３×３）の素子形成領域が形成される被照射物の場合、一列目において、２つの素子形成領域と、１つの素子形成領域との間に、スポットの走査速度が所定値以外となるレーザビームを照射してもよい。   Further, depending on the scanning width of the laser beam, the laser beam may be irradiated outside the element formation region between the plurality of display devices or integrated circuits and the plurality of display devices or integrated circuits. For example, in the case of an irradiated object in which nine (3 × 3) element formation regions are formed, a spot scanning speed is predetermined between two element formation regions and one element formation region in the first row. You may irradiate the laser beam which becomes other than a value.

さらに本実施の形態において光源を複数用いたり、複数に分光したりして、効率よく被照射物にレーザビームを照射するができる。特に、大型基板を処理する場合、スループットがよくなる。すなわち、処理能力が飛躍的に向上する。   Furthermore, in this embodiment mode, a plurality of light sources can be used or a plurality of light sources can be dispersed to efficiently irradiate the irradiated object with the laser beam. In particular, when processing a large substrate, the throughput is improved. That is, the processing capability is dramatically improved.

（実施の形態２）
本実施の形態では図２を用いて、ビームの一形態としてＣＷレーザを用いたビーム照射装置、つまりレーザ照射装置、及びビーム照射方法、つまりレーザ照射方法を説明する。また被照射物として半導体膜を用い、第１の走査手段としてガルバノミラーを用いる一例を説明する。 (Embodiment 2)
In this embodiment mode, a beam irradiation apparatus using a CW laser as one form of a beam, that is, a laser irradiation apparatus, and a beam irradiation method, that is, a laser irradiation method will be described with reference to FIG. An example in which a semiconductor film is used as the irradiation object and a galvano mirror is used as the first scanning means will be described.

まず、レーザ発振器１０１から射出されるＣＷレーザが光学系１０２により長く引き伸ばされ、線状に加工される。具体的には、光学系１０２が有するシリンドリカルレンズや凸レンズを通過すると、レーザビームを線状に加工することができる。   First, the CW laser emitted from the laser oscillator 101 is elongated by the optical system 102 and processed into a linear shape. Specifically, the laser beam can be processed into a linear shape after passing through a cylindrical lens or a convex lens included in the optical system 102.

その後、線状に加工されたレーザビーム（線状ビームとも表記する）は、ガルバノミラー１０３と、ｆθレンズ１０４とを介して半導体膜１０６へ入射する。このとき線状ビームは、半導体膜上に所定の大きさのレーザのスポット（以下、レーザスポットと表記する）１０５を形成するように調整されている。またｆθレンズ１０４により、ガルバノミラーの角度によらず、被照射物表面において、レーザスポット１０５の形状が一定となる。   After that, the laser beam processed into a linear shape (also referred to as a linear beam) is incident on the semiconductor film 106 through the galvanometer mirror 103 and the fθ lens 104. At this time, the linear beam is adjusted so as to form a laser spot (hereinafter referred to as a laser spot) 105 having a predetermined size on the semiconductor film. Further, the fθ lens 104 makes the shape of the laser spot 105 constant on the surface of the irradiated object regardless of the angle of the galvanometer mirror.

なお図２においては、１５００ｍｍ（図中Ｙ方向の長さ）×１８００ｍｍ（図中Ｘ方向の長さ）の大面積基板に成膜された半導体膜をレーザ処理、つまりレーザアニールする。ｆθレンズ１０４の直径は、１００〜３００ｍｍ程度が現実的であり、すなわち幅１００〜３００ｍｍに渡って走査可能である。   In FIG. 2, a semiconductor film formed on a large-area substrate of 1500 mm (length in the Y direction in the drawing) × 1800 mm (length in the X direction in the drawing) is subjected to laser treatment, that is, laser annealing. The diameter of the fθ lens 104 is practically about 100 to 300 mm, that is, it can be scanned over a width of 100 to 300 mm.

このときガルバノミラーの振動を制御する装置（制御装置）１１０によりガルバノミラーの振動が制御される。つまりミラーの角度が変化するように振動し、レーザスポット１０５は、一方向（例えば、図中のＸ軸方向）に移動する。例えばガルバノミラーが半周期振動すると、レーザスポットが半導体膜上のＸ軸方向に一定幅移動する（往路）。   At this time, the vibration of the galvanometer mirror is controlled by a device (control device) 110 that controls the vibration of the galvanometer mirror. That is, it vibrates so that the angle of the mirror changes, and the laser spot 105 moves in one direction (for example, the X-axis direction in the figure). For example, when the galvanometer mirror vibrates in a half cycle, the laser spot moves by a certain width in the X-axis direction on the semiconductor film (outward path).

そして、半導体膜はＸＹステージ１０９によりＹ軸方向へ移動する。そして同様に、ガルバノミラーにより、レーザスポットが半導体膜上のＸ軸方向に移動する（復路）。このようなレーザビームの往復運動を用いて、経路１０７をレーザスポットが移動し、半導体膜全体へレーザアニールが行われる。   Then, the semiconductor film moves in the Y axis direction by the XY stage 109. Similarly, the galvano mirror moves the laser spot in the X-axis direction on the semiconductor film (return path). Using such a reciprocating motion of the laser beam, the laser spot moves along the path 107, and laser annealing is performed on the entire semiconductor film.

なお往復運動の方向は、レーザスポットの長軸方向と垂直方向（図中、Ｘ軸方向）にするとスループットが高いので好ましい。また、レーザスポットの長軸を往復方向とある角度を有する、いわゆる斜め入射になるように設定してもよい。すなわち垂直方向に限らず、その他の方向に設定してもよい。   The reciprocating direction is preferably perpendicular to the major axis direction of the laser spot (in the X-axis direction in the figure) because the throughput is high. Further, the long axis of the laser spot may be set to have a so-called oblique incidence having a certain angle with the reciprocating direction. That is, not only the vertical direction but also other directions may be set.

この往復運動の際、ガルバノミラー１０３の止まり際（Ｙ軸方向の移動領域を含む）で、レーザスポットの速度が一定でなく、増加、減少等してしまう。これによりレーザアニールの均一性が失われることが懸念されるが、本発明はレーザスポットの速度が一定でない領域は、表示装置が形成される領域外を照射するため、均一なレーザアニールを行うことができる。但し、表示装置の一辺の長さは、スポットが一筋で走査される幅以内とする必要がある。例えば、ガルバノミラーを使用する場合、一筋で走査される幅は５０ｍｍ〜３００ｍｍであるため、表示装置となる素子形成領域の一辺はそれ以下とする。   During this reciprocation, the speed of the laser spot is not constant but increases or decreases when the galvano mirror 103 stops (including the moving region in the Y-axis direction). Although there is a concern that the uniformity of laser annealing may be lost due to this, in the present invention, the region where the speed of the laser spot is not constant irradiates outside the region where the display device is formed. Can do. However, the length of one side of the display device needs to be within a width in which the spot is scanned in a straight line. For example, when using a galvanometer mirror, the width scanned in a single line is 50 mm to 300 mm, so that one side of the element formation region serving as a display device is less than that.

ガルバノミラー１０３は一定の振動数で振り子運動を行い、その結果レーザスポット１０５は一定の往復運動を行う。そしてＸＹステージ１０９は、所定の長さずつ移動し、さらに、一列分のレーザの照射を終えると、次の列へ移るように移動する。   The galvanometer mirror 103 performs a pendulum motion at a constant frequency, and as a result, the laser spot 105 performs a constant reciprocating motion. Then, the XY stage 109 moves by a predetermined length, and further moves so as to move to the next row when the laser irradiation for one row is finished.

例えば、ガルバノミラー１０３を振動させながら、小型パネルとなる５０ｍｍ×５０ｍｍの表示装置を複数処理する。例えば、ガルバノミラーの走査速度が一定になるために５ｍｍ程度必要であるとすると、少なくとも表示装置は５ｍｍの間隔でレイアウトされていればよい。このとき半導体膜において５０ｍｍ×２００μｍ（これは一筋のＸ軸方向への走査のレーザ照射領域に相当し、２００μｍはスポットの長軸の長さに相当）の範囲を結晶化する。次いで、ＸＹステージ１０９により半導体膜１０６を２００μｍだけＹ軸方向に移動させ、ガルバノミラー１０３の振動によりレーザビームを照射する。この繰り返し往復運動により、５０ｍｍ×１５００ｍｍの一列の範囲を均一にレーザアニールを行うことができる。同様にその他の領域に対してレーザの照射を行って、半導体膜全体のレーザアニールを行う。本実施の形態の場合、上述した工程を３６回繰り返すことで、１５００×１８００ｍｍの半導体膜全体をレーザアニールすることができ、マージンを考慮して５０ｍｍ×５０ｍｍの表示装置を８９０枚程度作製することができる。   For example, a plurality of 50 mm × 50 mm display devices that are small panels are processed while vibrating the galvanometer mirror 103. For example, assuming that about 5 mm is necessary for the scanning speed of the galvanometer mirror to be constant, at least the display device may be laid out at intervals of 5 mm. At this time, in the semiconductor film, a range of 50 mm × 200 μm (this corresponds to a laser irradiation region for scanning in the straight X-axis direction, and 200 μm corresponds to the length of the long axis of the spot) is crystallized. Next, the semiconductor film 106 is moved in the Y-axis direction by 200 μm by the XY stage 109, and the laser beam is irradiated by the vibration of the galvano mirror 103. By this reciprocating motion, laser annealing can be performed uniformly over a range of 50 mm × 1500 mm. Similarly, other regions are irradiated with laser to perform laser annealing on the entire semiconductor film. In the case of the present embodiment, by repeating the above-described steps 36 times, the entire 1500 × 1800 mm semiconductor film can be laser-annealed, and about 890 display devices of 50 mm × 50 mm are manufactured in consideration of the margin. Can do.

また一般にＣＷレーザは、干渉性が高い。そのためレーザビームの入射角を０°以上とする、いわゆる斜め入射により、被照射物の裏面からのレーザビームの反射光が、被照射物の表面からのレーザビームの反射光と被照射面上で干渉しないようにするのが好ましい。   In general, the CW laser has high coherence. For this reason, the reflected light of the laser beam from the back surface of the irradiated object is reflected on the surface of the irradiated object and the reflected light of the laser beam by so-called oblique incidence with the incident angle of the laser beam being 0 ° or more. It is preferable not to interfere.

このように本発明は、ＣＷレーザと、ガルバノミラーやポリゴンミラー等の第１の走査手段と、ＸＹステージのような第２の走査手段と、ｆθレンズとを用い、大面積領域を照射する場合であって、レーザビームの走査速度が不均一となってしまうとき、素子形成領域外となる表示装置外にレーザビームを照射することで、均一にむらなくレーザアニールすることができる。その結果、量産性が高まり、表示装置製造の低コスト化につながる。   As described above, the present invention uses a CW laser, a first scanning unit such as a galvano mirror or a polygon mirror, a second scanning unit such as an XY stage, and an fθ lens to irradiate a large area region. When the scanning speed of the laser beam becomes nonuniform, laser annealing can be performed uniformly and uniformly by irradiating the laser beam outside the display device outside the element formation region. As a result, mass productivity increases, leading to cost reduction of display device manufacture.

以上、本実施の形態では第１の走査手段としてガルバノミラーを用いたが、ポリゴンミラーや回転機能をする単数又は複数の鏡面を有するミラーを使用することができる。また本実施の形態では表示装置の場合で説明したが、集積回路も同様にレーザ処理を行うことができる。   As described above, although the galvanometer mirror is used as the first scanning unit in the present embodiment, a polygon mirror or a mirror having a single or a plurality of mirror surfaces having a rotation function can be used. In this embodiment mode, the case of a display device is described, but an integrated circuit can be similarly laser-processed.

（実施の形態３）
本実施の形態では、基板上に形成される半導体膜に対して、複数のレーザ発振器を有するレーザ照射装置を用いてレーザ処理を行い、薄膜トランジスタを有する集積回路の量産性を高める場合を説明する。 (Embodiment 3)
In this embodiment, a case where a semiconductor film formed over a substrate is subjected to laser treatment using a laser irradiation apparatus including a plurality of laser oscillators to increase the mass productivity of an integrated circuit including a thin film transistor will be described.

図３には、ＣＷレーザ発振器２０１、テレセントリックｆθレンズ２０４、ガルバノミラー２０３、一対のスリット２０７をそれぞれ３つ用い、１５００ｍｍ×１８００ｍｍの大面積基板に成膜した半導体膜２０５に対してレーザ処理、つまりレーザアニールを行う場合を示す。なお図３（Ａ）は上面図、図３（Ｂ）は側面図を示す。   In FIG. 3, the CW laser oscillator 201, the telecentric fθ lens 204, the galvanometer mirror 203, and a pair of slits 207 are used, respectively, and laser processing is performed on the semiconductor film 205 formed on a large area substrate of 1500 mm × 1800 mm. The case where laser annealing is performed is shown. 3A is a top view and FIG. 3B is a side view.

基板に下地膜として酸化膜（ＳｉＯＮやＳｉＯ2などの酸化珪素膜）、半導体膜を順次成膜する。半導体膜はＣＶＤ法や、スパッタ法等を用い、珪素を主成分とする材料で形成すればよい。本実施の形態では、シランガスを用いたＣＶＤ法により非晶質珪素膜を成膜する。成膜方法によっては半導体膜中の水素濃度が高すぎて、レーザアニールに耐えられないものがある。そこで、レーザアニールに耐える確率を高くするため、半導体膜中の水素濃度を１０20/cm3オーダー以下とするとよい。そのため成膜が終了した時点で、水素濃度が上記の値以上である場合は、４００〜５００℃程度の熱アニールにて、１時間程度の脱水素工程を行うとよい。このように形成された半導体膜に対してレーザアニールを行う。なおレーザアニール前に、半導体膜を所定の形状にパターニングしておいても構わない。 An oxide film (a silicon oxide film such as SiON or SiO 2 ) and a semiconductor film are sequentially formed on the substrate as a base film. The semiconductor film may be formed using a material mainly containing silicon by a CVD method, a sputtering method, or the like. In this embodiment mode, an amorphous silicon film is formed by a CVD method using silane gas. Some film formation methods cannot withstand laser annealing because the hydrogen concentration in the semiconductor film is too high. Therefore, in order to increase the probability of withstanding laser annealing, the hydrogen concentration in the semiconductor film is preferably set to 10 20 / cm 3 or less. Therefore, when the hydrogen concentration is equal to or higher than the above value when the film formation is completed, it is preferable to perform a dehydrogenation process for about one hour by thermal annealing at about 400 to 500 ° C. Laser annealing is performed on the semiconductor film thus formed. Note that the semiconductor film may be patterned into a predetermined shape before laser annealing.

レーザ発振器２０１には例えば、ＬＤ励起のＣＷのＮｄ:ＹＶＯ4レーザから射出されるビームを用い、その第２高調波（波長５３２ｎｍ）を用いてレーザアニールを行う。出力は１０Ｗとし、ＴＥＭ（００）モードのものを使用する。ビームスポット径はφ２.３ｍｍ、広がり角は０.３５ｍｒａｄとする。 For example, the laser oscillator 201 uses a beam emitted from an LD-excited CW Nd: YVO 4 laser, and performs laser annealing using the second harmonic (wavelength 532 nm). The output is 10 W, and the TEM (00) mode is used. The beam spot diameter is φ2.3 mm, and the spread angle is 0.35 mrad.

なおこの波長を有するレーザビームでは、非晶質珪素膜や基板に対してレーザビームが透光性を示すため、干渉によるレーザアニールの不均一を抑える工夫を施す必要が生じることがある。その場合、例えば、レーザビームの半導体膜２０５に対する入射角を０°以外とするいわゆる斜め入射を行うとよい。このとき適切な入射角は、レーザビームのスポット形状やサイズに依存する。レーザスポット２０８の引き伸ばす方向、つまり当該スポットの長軸方向は、図３（Ａ）中のＹ軸方向である。目的によっては他の方向に引き伸ばすこともあるが、本実施の形態ではスループットを最大とするためＹ軸方向に引き伸ばすとよい。例えば本実施の形態において、半導体膜２０５上のレーザスポットのサイズを長径４００μｍ、短径２０μｍの線状の楕円とし、入射面に長径が含まれるように設定すると、適正な入射角θは２０°程度である。   Note that in the case of a laser beam having this wavelength, since the laser beam is translucent with respect to the amorphous silicon film or the substrate, it may be necessary to devise measures for suppressing nonuniformity of laser annealing due to interference. In that case, for example, so-called oblique incidence may be performed in which the incident angle of the laser beam with respect to the semiconductor film 205 is other than 0 °. At this time, the appropriate incident angle depends on the spot shape and size of the laser beam. The extending direction of the laser spot 208, that is, the major axis direction of the spot is the Y-axis direction in FIG. Depending on the purpose, it may be stretched in another direction, but in this embodiment, it may be stretched in the Y-axis direction in order to maximize the throughput. For example, in this embodiment, if the size of the laser spot on the semiconductor film 205 is a linear ellipse having a major axis of 400 μm and a minor axis of 20 μm, and the incident surface includes the major axis, the appropriate incident angle θ is 20 °. Degree.

テレセントリックｆθレンズ２０４の焦点距離は３００ｍｍ程度とし、φ１２０ｍｍとする。光学系２０２はレーザビームのスポット形状を線状に加工するもので、例えば、焦点距離５０ｍｍの平凹レンズと、焦点距離２００ｍｍの平凸レンズを１４５ｍｍ離して配置し、さらに平凸レンズの後方１４０ｍｍに、焦点距離２５０ｍｍの平凸シリンドリカルレンズを配置し、さらに平凸シリンドリカルレンズの後方１４５ｍｍに焦点距離１００ｍｍの平凹シリンドリカルレンズを配置する。なお、平凸シリンドリカルレンズと平凹シリンドリカルレンズの曲率の方向は同じとする。さらに、平凹シリンドリカルレンズから２５０ｍｍ程度後方にガルバノミラー２０３を配置し、テレセントリックｆθレンズ２０４はそれらレンズの仕様に合わせて配置する。   The focal length of the telecentric fθ lens 204 is about 300 mm and φ120 mm. The optical system 202 processes the spot shape of a laser beam into a linear shape. For example, a plano-concave lens with a focal length of 50 mm and a plano-convex lens with a focal length of 200 mm are arranged 145 mm apart, and further, the focal point is placed 140 mm behind the plano-convex lens. A plano-convex cylindrical lens having a distance of 250 mm is arranged, and a plano-concave cylindrical lens having a focal length of 100 mm is arranged 145 mm behind the plano-convex cylindrical lens. The direction of curvature of the plano-convex cylindrical lens and the plano-concave cylindrical lens are the same. Further, a galvano mirror 203 is arranged about 250 mm behind the plano-concave cylindrical lens, and the telecentric fθ lens 204 is arranged according to the specifications of these lenses.

以上のような光学系を有するレーザ照射装置において、半導体膜２０５上で線状に伸ばされたレーザビームのスポット２０８は、ガルバノミラー２０３により、速度５００ｍｍ/ｓで半導体膜２０５上を走査する。レーザビームのスポット２０８が半導体膜２０５上で加減速するときは、集積回路が形成される領域外とし、スポットの走査速度が一定の場合のみ集積回路が形成されるＡ領域に照射する。このときガルバノミラーの加速は数ｍｍで十分であるため、集積回路が形成される領域外の距離は５ｍｍとする。そしてレーザのスポットサイズにより決まる一度のガルバノミラーの動作でできる多結晶の領域の幅（Ｙ軸方向のスポット幅）を２００μｍとすると、ガルバノミラーによりレーザビームのスポット２０８をＸ軸方向に１１０ｍｍ走査させた後、ＸＹステージ２０６をＹ方向に２００μｍ移動させ、再びガルバノミラー２０３によりレーザビームのスポットを半導体膜２０５上で走査させる。   In the laser irradiation apparatus having the optical system as described above, the laser beam spot 208 linearly extended on the semiconductor film 205 is scanned on the semiconductor film 205 by the galvano mirror 203 at a speed of 500 mm / s. When the spot 208 of the laser beam is accelerated or decelerated on the semiconductor film 205, the area A where the integrated circuit is formed is irradiated only when the spot scanning speed is constant. At this time, since the acceleration of the galvanometer mirror is sufficient to be several mm, the distance outside the region where the integrated circuit is formed is 5 mm. If the width of the polycrystalline region (spot width in the Y-axis direction) that can be obtained by one operation of the galvanometer mirror determined by the laser spot size is 200 μm, the laser beam spot 208 is scanned 110 mm in the X-axis direction by the galvanometer mirror. After that, the XY stage 206 is moved by 200 μm in the Y direction, and the laser beam spot is again scanned on the semiconductor film 205 by the galvanometer mirror 203.

以上を繰り返すことで、図中のＡ領域をレーザアニールする。そして、Ａ領域のアニールが終了後、ＸＹステージ２０６により、Ｂ領域をレーザアニールできる位置まで半導体膜２０５を移動させる。そして、B領域をA領域と同様にレーザアニールする。これら一連の動作により、半導体膜２０５の全面をレーザアニールすることができる。もちろん、半導体膜２０５全面をレーザアニールする必要はなく、必要な位置のみレーザアニールするとより処理時間を短縮できるので好ましい。この場合、位置決め機構などを精密に設ける必要があるが、その構成は実施者が必要な精度を算出し適宜決定するとよい。   By repeating the above, laser annealing is performed on the region A in the figure. Then, after the annealing of the A region is completed, the semiconductor film 205 is moved to a position where the B region can be laser-annealed by the XY stage 206. Then, laser annealing is performed on the B region in the same manner as the A region. Through the series of operations, the entire surface of the semiconductor film 205 can be laser-annealed. Of course, it is not necessary to laser anneal the entire surface of the semiconductor film 205, and it is preferable to perform laser annealing only at a required position because the processing time can be further shortened. In this case, it is necessary to provide a positioning mechanism or the like precisely, but the configuration may be determined appropriately by the practitioner calculating the necessary accuracy.

本実施の形態では、間隔を開けて複数のテレセントリックｆθレンズ２０４を配置している。そのため、隣り合うテレセントリックｆθレンズが干渉することなく、複数のレーザビームを半導体膜に同時に照射することが可能となる。これにより、レーザ発振器を１台のみ用いる場合と比較して高いスループットを得ることができるため、特に大型基板に適す。本実施の形態では、レーザビームの半導体膜に入射する角度を一定とするためｆθテレセントリックｆθレンズを用いる。これにより、レーザアニールの一様性が得られるが、要求されないときは代わりにｆθレンズを用いるとよい。   In the present embodiment, a plurality of telecentric fθ lenses 204 are arranged at intervals. Therefore, it is possible to simultaneously irradiate the semiconductor film with a plurality of laser beams without interference between adjacent telecentric fθ lenses. As a result, a high throughput can be obtained as compared with the case where only one laser oscillator is used, which is particularly suitable for a large substrate. In this embodiment, an fθ telecentric fθ lens is used in order to make the angle at which the laser beam is incident on the semiconductor film constant. This provides uniformity of laser annealing, but if not required, an fθ lens may be used instead.

以上のように半導体膜の結晶化が行われる。   As described above, the semiconductor film is crystallized.

その後、半導体膜を必要に応じて所定の形状にパターニングし、ゲート絶縁膜、ゲート電極、不純物領域を形成し、活性化を行う。本発明のレーザ照射装置及びレーザ照射方法は、半導体膜の活性化にも使用することができる。そして、層間絶縁膜、ソース配線、ドレイン配線、画素電極等を形成し、複数の薄膜トランジスタを有するアクティブマトリクス基板が形成される。またアクティブマトリクス基板を用いて集積回路等を形成することができる。   Thereafter, the semiconductor film is patterned into a predetermined shape as necessary to form a gate insulating film, a gate electrode, and an impurity region, and activation is performed. The laser irradiation apparatus and laser irradiation method of the present invention can also be used for activation of a semiconductor film. Then, an interlayer insulating film, a source wiring, a drain wiring, a pixel electrode, and the like are formed, and an active matrix substrate having a plurality of thin film transistors is formed. An integrated circuit or the like can be formed using an active matrix substrate.

以上のように、複数のレーザ発振器を用いてレーザアニールを行うことによって、薄膜トランジスタ、そして集積回路の量産性を高めることができる。   As described above, by performing laser annealing using a plurality of laser oscillators, the mass productivity of thin film transistors and integrated circuits can be improved.

なお本実施の形態において、レーザ発振器を複数用いているが、一つのレーザ発振器からのレーザビームをミラー等により分割して、複数のスポットを形成しても構わない。   Although a plurality of laser oscillators are used in this embodiment, a plurality of spots may be formed by dividing a laser beam from one laser oscillator by a mirror or the like.

また本実施の形態では第１の走査手段としてガルバノミラーを用いたが、ポリゴンミラーや回転機能をする単数又は複数の鏡面を有するミラーを使用することができる。   In this embodiment, a galvanometer mirror is used as the first scanning means. However, a polygon mirror or a mirror having a single mirror surface or a plurality of mirror surfaces having a rotation function can be used.

また本実施の形態のアクティブマトリクス基板は、液晶表示装置、発光装置、その他の表示装置の半導体素子として使用することができる。   In addition, the active matrix substrate of this embodiment can be used as a semiconductor element of a liquid crystal display device, a light-emitting device, or another display device.

（実施の形態４）
本実施の形態では、アクティブマトリクス基板を用いて作製される発光装置について、図４を用いて説明する。 (Embodiment 4)
In this embodiment, a light-emitting device manufactured using an active matrix substrate will be described with reference to FIGS.

図４（Ａ）には、発光装置、具体的にはＥＬモジュールの断面を示す。また図４（Ｂ）には、ＥＬモジュールの発光素子（有機化合物層、第１の導電膜及び第２の導電膜を有する）の積層構造を拡大したものを示す。   FIG. 4A shows a cross section of a light-emitting device, specifically, an EL module. FIG. 4B shows an enlarged view of a stacked structure of a light-emitting element (having an organic compound layer, a first conductive film, and a second conductive film) of an EL module.

図４（Ａ）には、第１の基板４００、下地絶縁膜４０１、本発明のレーザ照射装置を用いたレーザアニールにより形成される半導体膜を有するＴＦＴ４２２、第１の導電膜（電極）４０３、絶縁物（隔壁、土手、バンク、障壁とも呼ばれる）４０４、有機化合物層４０５、第２の導電膜（電極）４０６、保護膜４０７、空隙４０８、第２の基板４０９を示す。   4A shows a first substrate 400, a base insulating film 401, a TFT 422 having a semiconductor film formed by laser annealing using a laser irradiation apparatus of the present invention, a first conductive film (electrode) 403, An insulator 404 (also called a partition wall, a bank, a bank, or a barrier) 404, an organic compound layer 405, a second conductive film (electrode) 406, a protective film 407, a gap 408, and a second substrate 409 are shown.

第１の基板及び第２の基板としては、ガラス基板、石英基板やシリコン基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス基板、可撓性基板などを用いることができる。可撓性基板とは、ＰＥＴ、ＰＥＳ、ＰＥＮ、アクリルなどからなるフィルム状の基板のことであり、可撓性基板を用いて発光装置を作製すれば、軽量化が見込まれる。可撓性基板の表面、または表面および裏面にアルミ膜（ＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＡｌＯなど）、炭素膜（ＤＬＣなど）、ＳＩｎなどのバリア層を単層または多層にして形成すれば、耐久性やガスバリア性などが向上するので望ましい。   As the first substrate and the second substrate, a glass substrate, a quartz substrate, a silicon substrate, a plastic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a flexible substrate, or the like can be used. A flexible substrate is a film-like substrate made of PET, PES, PEN, acrylic, or the like. If a light-emitting device is manufactured using a flexible substrate, weight reduction is expected. If a barrier layer such as an aluminum film (AlON, AlN, AlO, etc.), a carbon film (DLC, etc.), SIn or the like is formed on the surface of the flexible substrate, or on the front and back surfaces, the durability and gas barrier This is desirable because of improved properties.

なお有機化合物層からの発光が上方又は下方のいずれかに出射されるかにより、第１の導電膜及び第２の導電膜のいずれかを透光性を有するＩＴＯ等の導電膜から形成する。また両方に出射する場合は、第１の導電膜及び第２の導電膜を、透光性を有する導電膜とすればよい。   Note that either the first conductive film or the second conductive film is formed from a light-transmitting conductive film such as ITO, depending on whether light emission from the organic compound layer is emitted upward or downward. In the case of emitting light to both, the first conductive film and the second conductive film may be light-transmitting conductive films.

第１の基板４００上に設けられたＴＦＴ４２２（本実施の形態ではｐチャネル型ＴＦＴ）は、有機化合物層４０５に流れる電流を制御する素子であり、ドレイン領域（または極性によってはソース領域）として機能する不純物領域４１１と、チャネル形成領域４１２と、チャネル形成領域上に設けられたゲート電極４１７を有する。また、第１の導電膜４０３と不純物領域を電気的に接続するドレイン電極（またはソース電極）４１６を有する。また、ドレイン電極４１６と同じ工程で電源供給線やソース配線などの配線４１８を同時に形成ことができる。   A TFT 422 (a p-channel TFT in this embodiment mode) provided over the first substrate 400 is an element that controls current flowing in the organic compound layer 405 and functions as a drain region (or a source region depending on polarity). An impurity region 411, a channel formation region 412, and a gate electrode 417 provided over the channel formation region. In addition, a drain electrode (or a source electrode) 416 that electrically connects the first conductive film 403 and the impurity region is provided. In addition, a wiring 418 such as a power supply line or a source wiring can be formed at the same time in the same process as the drain electrode 416.

第１の基板４００上には下地絶縁膜（ここでは、下層を窒化絶縁膜、上層を酸化絶縁膜）となる下地絶縁膜４０１が形成されており、ゲート電極４１７と半導体膜との間には、ゲート絶縁膜が設けられている。また、層間絶縁膜４０２は各層が有機材料または無機材料を用いて構成され、単層構造または多層構造をとることができる。ここでは図示しないが、一つの画素には、他にもＴＦＴ（ｎチャネル型ＴＦＴまたはｐチャネル型ＴＦＴ）を一つ、または複数設けている。また、一つのチャネル形成領域４１２を有するＴＦＴを示したが、特に限定されず、複数のチャネル形成領域を有するいわゆるマルチチャネル型ＴＦＴとしてもよい。   A base insulating film 401 serving as a base insulating film (here, a lower layer is a nitride insulating film and an upper layer is an oxide insulating film) is formed over the first substrate 400, and is formed between the gate electrode 417 and the semiconductor film. A gate insulating film is provided. In addition, each layer of the interlayer insulating film 402 is formed using an organic material or an inorganic material, and can have a single-layer structure or a multilayer structure. Although not shown here, one or more other TFTs (n-channel TFTs or p-channel TFTs) are provided in one pixel. Although a TFT having one channel formation region 412 is shown, it is not particularly limited, and a so-called multi-channel TFT having a plurality of channel formation regions may be used.

また本実施の形態では、トップゲート型ＴＦＴを例として説明したが、ＴＦＴ構造に関係なく本発明を適用することが可能であり、例えばボトムゲート型（逆スタガ型）ＴＦＴや順スタガ型ＴＦＴに適用することが可能である。   In this embodiment mode, the top gate type TFT is described as an example. However, the present invention can be applied regardless of the TFT structure. For example, a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or a forward stagger type TFT is applicable. It is possible to apply.

また、第１の導電膜４０３は、発光素子の陽極（或いは陰極）となる。第１の導電膜において、透明導電膜を用いる場合、ＩＴＯ（酸化インジウム酸化スズ合金）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ2Ｏ3―ＺｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等を用いることができる。 In addition, the first conductive film 403 serves as an anode (or a cathode) of the light emitting element. In the first conductive film, when using a transparent conductive film, ITO (indium tin oxide alloy), indium oxide-zinc oxide alloy (In 2 O 3 -ZnO), it can be used zinc oxide (ZnO) and the like.

また、第１の導電膜４０３の端部（および配線４１８）を覆う絶縁物４０４（バンク、隔壁、障壁、土手などと呼ばれる）を有している。絶縁物４０４としては、無機材料（酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコンなど）、感光性または非感光性の有機材料（ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、レジストまたはベンゾシクロブテン）、またはこれらの積層などを用いることができる。なお本実施の形態では、窒化シリコン膜で覆われた感光性の有機樹脂を用いる。例えば、有機樹脂の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物の上端部のみに曲率半径を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは感光性の光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。   In addition, an insulator 404 (referred to as a bank, a partition, a barrier, a bank, or the like) is provided to cover an end portion (and the wiring 418) of the first conductive film 403. As the insulator 404, an inorganic material (silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, or the like), a photosensitive or non-photosensitive organic material (polyimide, acrylic, polyamide, polyimide amide, resist, or benzocyclobutene), or a material thereof Lamination etc. can be used. Note that in this embodiment mode, a photosensitive organic resin covered with a silicon nitride film is used. For example, when positive photosensitive acrylic is used as the organic resin material, it is preferable that only the upper end portion of the insulator has a curved surface having a curvature radius. As the insulator, either a negative type that becomes insoluble in an etchant by photosensitive light or a positive type that becomes soluble in an etchant by photosensitive light can be used.

また、有機化合物層４０５は、蒸着法または塗布法を用いて形成する。本実施の形態では、有機化合物層を蒸着装置で成膜し、均一な膜厚を得る。なお、信頼性を向上させるため、有機化合物層４０５の形成直前に真空加熱（１００℃〜２５０℃）を行って脱気すると好ましい。例えば、蒸着法を用いる場合、真空度が５×１０-3Ｔｏｒｒ（０．６６５Ｐａ）以下、好ましくは１０-4〜１０-6Ｐａまで真空排気された成膜室で蒸着を行う。蒸着の際、予め、加熱により有機化合物は気化されており、蒸着時にシャッターが開くことにより基板の方向へ飛散する。気化された有機化合物は、上方に飛散し、メタルマスクに設けられた開口部を通って蒸着される。 The organic compound layer 405 is formed using a vapor deposition method or a coating method. In this embodiment mode, the organic compound layer is formed with a vapor deposition apparatus to obtain a uniform film thickness. In order to improve reliability, it is preferable to perform deaeration by performing vacuum heating (100 ° C. to 250 ° C.) immediately before the formation of the organic compound layer 405. For example, when using an evaporation method, a vacuum degree of 5 × 10 -3 Torr (0.665Pa) or less, preferably vapor deposition is performed in the deposition chamber was evacuated to 10 -4 ~10 -6 Pa. At the time of vapor deposition, the organic compound is vaporized by heating in advance and is scattered in the direction of the substrate when the shutter is opened at the time of vapor deposition. The vaporized organic compound is scattered upward and deposited through an opening provided in the metal mask.

なお図４（Ｂ）に示すように、有機化合物層（ＥＬ層）４０５は、陽極側から順に、ＨＩＬ（ホール注入層）、ＨＴＬ（ホール輸送層）、ＥＭＬ（発光層）、ＥＴＬ（電子輸送層）、ＥＩＬ（電子注入層）の順に積層されている。代表的には、ＨＩＬとしてＣｕＰｃ、ＨＴＬとしてα−ＮＰＤ、ＥＴＬとしてＢＣＰ、ＥＩＬとしてＢＣＰ：Ｌｉをそれぞれ用いる。なお、有機化合物は、無機材料を有したり、有機材料と無機材料との混合材料を有してもよい。   As shown in FIG. 4B, the organic compound layer (EL layer) 405 includes, in order from the anode side, HIL (hole injection layer), HTL (hole transport layer), EML (light emitting layer), ETL (electron transport). Layer) and EIL (electron injection layer). Typically, CuPc is used as HIL, α-NPD is used as HTL, BCP is used as ETL, and BCP: Li is used as EIL. Note that the organic compound may include an inorganic material or a mixed material of an organic material and an inorganic material.

また、有機化合物層（ＥＬ層）４０５として、フルカラー表示とする場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の発光を示す材料を、それぞれ蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法などによって適宜、選択的に形成すればよい。なおインクジェット法とは、導電膜や絶縁膜などの材料が混入された組成物の液滴（ドットとも表記する）を選択的に吐出（噴出）する方法である。具体的には、ＨＩＬとしてＣｕＰｃやＰＥＤＯＴ、ＨＴＬとしてα−ＮＰＤ、ＥＴＬとしてＢＣＰやＡｌｑ3、ＥＩＬとしてＢＣＰ：ＬｉやＣａＦ2をそれぞれ用いる。また例えばＥＭＬは、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの発光色に対応したドーパント（Ｒの場合ＤＣＭ等、Ｇの場合ＤＭＱＤ等）をドープしたＡｌｑ3を用いればよい。なお、上記有機化合物層の積層構造に限定されない。 In addition, in the case of full-color display as the organic compound layer (EL layer) 405, a material that emits red (R), green (G), and blue (B) light is deposited by an evaporation method using an evaporation mask or an inkjet. What is necessary is just to selectively form suitably according to the method. Note that the inkjet method is a method in which droplets (also referred to as dots) of a composition mixed with a material such as a conductive film or an insulating film are selectively ejected (ejected). Specifically, CuPc or PEDOT is used as HIL, α-NPD is used as HTL, BCP or Alq 3 is used as ETL, and BCP: Li or CaF 2 is used as EIL. Further, for example, EML may be Alq 3 doped with a dopant corresponding to each emission color of R, G, and B (DCM in the case of R, DMQD in the case of G). In addition, it is not limited to the laminated structure of the said organic compound layer.

より具体的な有機化合物層の積層構造は、赤色の発光を示す有機化合物層４０５を形成する場合、例えば、ＨＩＬとしてＣｕＰｃを３０ｎｍ形成し、ＨＴＬとしてα-ＮＰＤを６０ｎｍ形成した後、同一のマスクを用いて、赤色の発光層としてＤＣＭ2及びルブレンが添加されたＡｌｑ3を４０ｎｍ形成し、電子輸送層としてＢＣＰを４０ｎｍ形成し、電子注入層としてＬｉが添加されたＢＣＰを１ｎｍ形成する。また、緑色の発光を示す有機化合物層を形成する場合、例えば、ＨＩＬとしてＣｕＰｃを３０ｎｍ形成し、ＨＴＬとしてα―ＮＰＤを６０ｎｍ成膜した後、同一の蒸着マスクを用いて、緑色の発光層としてクマリン５４５Ｔが添加されたＡｌｑ3を４０ｎｍ形成し、電子輸送層としてＢＣＰを４０ｎｍ形成し、電子注入層としてＬｉが添加されたＢＣＰを１ｎｍ形成する。また、青色の発光を示す有機化合物を含む層を形成する場合、例えば、ＨＩＬとしてＣｕＰｃを３０ｎｍ形成し、ＨＴＬとしてα-ＮＰＤを６０ｎｍ形成した後、同一のマスクを用いて発光層としてビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）ベンゾオキサゾラト］亜鉛：Ｚｎ(ＰＢＯ)2を１０ｎｍ形成し、電子輸送層としてＢＣＰを４０ｎｍ成膜し、電子注入層としてＬｉが添加されたＢＣＰを１ｎｍ形成する。以上、各色の有機化合物層のうち、共通しているＣｕＰｃやα-ＮＰＤは、画素部全面に形成することができる。またマスクは、各色で共有することもでき、例えば、赤色の有機化合物層を形成後、マスクをずらして、緑色の有機化合物層、再度マスクをずらして青色の有機化合物層を形成することができる。なお、形成する各色の有機化合物層の順序は適宜設定すればよい。 More specifically, in the case of forming the organic compound layer 405 that emits red light, for example, after forming CuPc as 30 nm as HIL and α-NPD as 60 nm as HTL, the same mask is formed. with the Alq 3 to DCM 2 and rubrene was added as a red light-emitting layer is 40nm is formed, to form BCP 40nm formed as an electron transporting layer, to 1nm form BCP with Li added as an electron injection layer. When an organic compound layer that emits green light is formed, for example, CuPc is formed as 30 nm as HIL, α-NPD is formed as 60 nm as HTL, and then a green light emitting layer is formed using the same vapor deposition mask. 40 nm of Alq 3 to which coumarin 545T is added is formed, 40 nm of BCP is formed as an electron transport layer, and 1 nm of BCP to which Li is added is formed as an electron injection layer. In the case of forming a layer containing an organic compound that emits blue light, for example, CuPc is formed to 30 nm as HIL, α-NPD is formed to 60 nm as HTL, and then bis [2 is used as the light emitting layer using the same mask. -(2-Hydroxyphenyl) benzoxazolate] zinc: Zn (PBO) 2 is formed to a thickness of 10 nm, BCP is formed to a thickness of 40 nm as an electron transport layer, and BCP to which Li is added as an electron injection layer is formed to a thickness of 1 nm. As described above, among the organic compound layers of the respective colors, common CuPc and α-NPD can be formed on the entire surface of the pixel portion. The mask can also be shared by each color. For example, after forming the red organic compound layer, the mask can be shifted to form the green organic compound layer, and the mask can be shifted again to form the blue organic compound layer. . In addition, what is necessary is just to set the order of the organic compound layer of each color to form suitably.

また白色発光の場合、カラーフィルターや色変換層などを別途設けることによってフルカラー表示を行ってもよい。上方に発光する白色光に対するカラーフィルターや色変換層は、第２の基板に設けた後、第１の基板に張り合わせればよい。また、下方に発光する白色光に対するカラーフィルターや色変換層は、ドレイン電極（またはソース電極）４１６を形成後、絶縁膜を介して形成することができる。その後、カラーフィルターや色変換層上に絶縁膜、第２の導電膜の順に形成し、ドレイン電極（またはソース電極）４１６と第２の導電膜とは、絶縁膜に形成されるコンタクトを介して接続すればよい。   In the case of white light emission, full color display may be performed by separately providing a color filter, a color conversion layer, or the like. A color filter or a color conversion layer for white light emitted upward may be provided on the second substrate and then attached to the first substrate. Further, a color filter and a color conversion layer for white light emitted downward can be formed through an insulating film after the drain electrode (or source electrode) 416 is formed. After that, an insulating film and a second conductive film are formed in this order on the color filter and the color conversion layer, and the drain electrode (or source electrode) 416 and the second conductive film are connected via a contact formed in the insulating film. Just connect.

本発明のレーザ照射装置、及びレーザ照射方法により、均一性の高い結晶性半導体膜を有する発光装置を提供することができる。その結果、表示部において、レーザビームの照射ムラに起因する表示ムラの低減された発光装置を提供することができる。   With the laser irradiation apparatus and the laser irradiation method of the present invention, a light-emitting device having a highly uniform crystalline semiconductor film can be provided. As a result, a light-emitting device in which display unevenness due to laser beam irradiation unevenness is reduced in the display portion can be provided.

なお、本発明のアクティブマトリクス基板は液晶表示装置やその他の表示装置、更には半導体集積回路やＣＰＵにも採用することができる。   Note that the active matrix substrate of the present invention can also be used in liquid crystal display devices and other display devices, and also in semiconductor integrated circuits and CPUs.

（実施の形態５）
本発明により作製されたアクティブマトリクス基板は、様々な電子機器に適用することができる。電子機器としては、携帯情報端末（携帯電話機、モバイルコンピュータ、携帯型ゲーム機又は電子書籍等）、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、表示ディスプレイ、ナビゲーションシステム等が挙げられる。これら電子機器の具体例を図５に示す。 (Embodiment 5)
The active matrix substrate manufactured according to the present invention can be applied to various electronic devices. Examples of the electronic device include a portable information terminal (a mobile phone, a mobile computer, a portable game machine, an electronic book, etc.), a video camera, a digital camera, a goggle type display, a display display, a navigation system, and the like. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図５（Ａ）はディスプレイであり、筐体４００１、音声出力部４００２、表示部４００３等を含む。本発明により形成されたアクティブマトリクス基板により発光素子又は液晶材料を有する表示部４００３を完成することができる。表示装置は、パソコン用、ＴＶ放送受信用、広告表示用など全ての情報表示装置が含まれる。   FIG. 5A illustrates a display, which includes a housing 4001, an audio output portion 4002, a display portion 4003, and the like. A display portion 4003 including a light-emitting element or a liquid crystal material can be completed using the active matrix substrate formed according to the present invention. The display device includes all information display devices such as a personal computer, a TV broadcast reception, and an advertisement display.

図５（Ｂ）はモバイルコンピュータであり、本体４１０１、スタイラス４１０２、表示部４１０３、操作ボタン４１０４、外部インターフェイス４１０５等を含む。本発明により形成されたアクティブマトリクス基板により発光素子や液晶材料を有する表示部４１０３を完成することができる。   FIG. 5B illustrates a mobile computer, which includes a main body 4101, a stylus 4102, a display portion 4103, operation buttons 4104, an external interface 4105, and the like. A display portion 4103 including a light emitting element and a liquid crystal material can be completed with the active matrix substrate formed according to the present invention.

図５（Ｃ）はゲーム機であり、本体４２０１、表示部４２０２、操作ボタン４２０３等を含む。本発明により形成されたアクティブマトリクス基板により発光素子や液晶材料を有する表示部４２０２を完成することができる。
図５（Ｄ）は携帯電話機であり、本体４３０１、音声出力部４３０２、音声入力部４３０３、表示部４３０４、操作スイッチ４３０５、アンテナ４３０６等を含む。本発明により形成されたアクティブマトリクス基板により発光素子や液晶材料を有する表示部４３０４を完成することができる。 FIG. 5C illustrates a game machine, which includes a main body 4201, a display portion 4202, operation buttons 4203, and the like. A display portion 4202 including a light-emitting element and a liquid crystal material can be completed using the active matrix substrate formed according to the present invention.
FIG. 5D illustrates a mobile phone, which includes a main body 4301, an audio output portion 4302, an audio input portion 4303, a display portion 4304, operation switches 4305, an antenna 4306, and the like. A display portion 4304 including a light-emitting element and a liquid crystal material can be completed using the active matrix substrate formed according to the present invention.

図５（Ｅ）は電子ブックリーダーであり、表示部４４０１等を含む。本発明により形成されたアクティブマトリクス基板により発光素子や液晶材料を有する表示部４４０１を完成することができる。   FIG. 5E illustrates an electronic book reader, which includes a display portion 4401 and the like. A display portion 4401 having a light-emitting element or a liquid crystal material can be completed using the active matrix substrate formed according to the present invention.

以上のように、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。特に、アクティブマトリクス基板の絶縁基板をフレキシブル基板とすることで薄型化や軽量化が実現することができる。   As described above, the applicable range of the present invention is so wide that the present invention can be used for electronic devices in various fields. In particular, it is possible to reduce the thickness and weight by using a flexible substrate as the insulating substrate of the active matrix substrate.

（実施の形態６）
なお本発明に用いられるビームはＣＷビームに限定されず、パルス的に出力されるエネルギービーム（パルスビーム、特に、光源にレーザを使用する場合パルスレーザと表記する）であっても、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のレーザ光を照射できるような発振周波数でレーザ光を発振させることで、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができれば、本発明の効果を奏することができる。すなわち、パルス発振の周期（発振周波数）が、半導体膜が溶融してから完全に固化するまでの時間よりも短くなるように、発振周波数の下限を定めたパルスビームを使用してもよい。例えば光源にレーザを用いたパルスレーザにおいて、具体的な発振周波数は１０ＭＨｚ以上とし、通常用いられている数十Ｈｚ〜数百Ｈｚの周波数よりも著しく高い周波数を使用する。 (Embodiment 6)
Note that the beam used in the present invention is not limited to a CW beam, and even if it is an energy beam that is output in a pulsed manner (a pulse beam, in particular, a pulse laser when a laser is used as a light source), the semiconductor film If it is possible to obtain crystal grains that have grown continuously in the scanning direction by oscillating the laser light at an oscillation frequency that can be irradiated with the next laser light from melting to solidification by the laser light, The effects of the present invention can be achieved. That is, a pulse beam in which the lower limit of the oscillation frequency is determined so that the period of pulse oscillation (oscillation frequency) is shorter than the time from when the semiconductor film is melted until it is completely solidified. For example, in a pulse laser using a laser as a light source, a specific oscillation frequency is set to 10 MHz or more, and a frequency significantly higher than a frequency of several tens to several hundreds Hz that is usually used is used.

１０ＭＨｚ以上の高い周波数を使用する理由を説明すると、一般的なパルスレーザでは、レーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ｎｓｅｃ〜数百ｎｓｅｃと言われており、上記周波数を用いることで、半導体膜がレーザ光によって溶融してから固化するまでに、次のパルスのレーザ光を照射することができるからである。したがって、従来のパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には、結晶粒の走査方向における幅が１０〜３０μｍ、走査方向に対して垂直な方向における幅が１〜５μｍ程度の結晶粒の集合を形成することができ、ＣＷレーザと同程度の結晶粒を得ることができるからである。そして該走査方向に沿って長く伸びた単結晶の結晶粒を形成することで、少なくともＴＦＴのキャリアの移動方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜の形成が可能となる。   The reason for using a high frequency of 10 MHz or more will be explained. In a general pulse laser, the time from irradiating a semiconductor film with laser light until the semiconductor film is completely solidified is several tens to several hundreds nsec. This is because, by using the above-described frequency, it is possible to irradiate the laser light of the next pulse before the semiconductor film is melted by the laser light and solidified. Therefore, unlike the case of using a conventional pulse laser, the solid-liquid interface can be continuously moved in the semiconductor film, so that a semiconductor film having crystal grains continuously grown in the scanning direction is formed. . Specifically, a set of crystal grains having a width of 10 to 30 μm in the scanning direction of crystal grains and a width of about 1 to 5 μm in a direction perpendicular to the scanning direction can be formed. This is because crystal grains can be obtained. By forming single crystal crystal grains extending long along the scanning direction, it is possible to form a semiconductor film having almost no crystal grain boundaries in at least the TFT carrier movement direction.

上記周波数での発振が可能であるならば、パルスビームとしてＡｒレーザ、Ｋｒレーザ、エキシマレーザ、ＣＯ2レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｙ2Ｏ3レーザ、ＹＶＯ4レーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＡｌＯ3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ｔｉ：サファイヤレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザから射出されるビームを用いることができる。 If oscillation at the above-mentioned frequency is possible, an Ar laser, a Kr laser, an excimer laser, a CO 2 laser, a YAG laser, a Y 2 O 3 laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a glass laser can be used as a pulse beam. A beam emitted from a ruby laser, an alexandrite laser, a Ti: sapphire laser, a copper vapor laser, or a gold vapor laser can be used.

例えば、レーザ光として、エネルギー２Ｗ、ＴＥＭ(００)の発振モード、第２高調波（５３２ｎｍ）、発振周波数８０ＭＨｚ、パルス幅１２ｐｓｅｃのＹＶＯ4レーザから出力される光を用いることができ、この発振器を有するパルスレーザ照射装置を用いることができる。なお、レーザ光を光学系により加工することで半導体膜の表面に形成されるスポットは、短軸１０μｍ、長軸１００μｍの矩形状とする。発振周波数を８０ＭＨｚとすることで、固液界面を連続的に移動させることができるので、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成される。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の粒を形成することで、少なくともＴＦＴのキャリアの移動方向、つまりチャネル方向には結晶粒界のほとんど存在しない半導体膜の形成が可能となる。 For example, as the laser light, light output from a YVO 4 laser having an energy of 2 W, an oscillation mode of TEM (00), a second harmonic (532 nm), an oscillation frequency of 80 MHz, and a pulse width of 12 psec can be used. It is possible to use a pulse laser irradiation apparatus having the same. Note that a spot formed on the surface of the semiconductor film by processing laser light with an optical system has a rectangular shape with a short axis of 10 μm and a long axis of 100 μm. Since the solid-liquid interface can be continuously moved by setting the oscillation frequency to 80 MHz, crystal grains that are continuously grown in the scanning direction are formed. By forming single crystal grains extending in the scanning direction, it is possible to form a semiconductor film having almost no crystal grain boundaries in at least the TFT carrier movement direction, that is, the channel direction.

すなわち本発明は、連続的又はパルス的に発振されるレーザビームのいずれを用いて走査する場合であっても、レーザ光のスポットの走査速度が所定値以外となるとき、当該レーザビームは素子形成領域外に照射することを特徴とする。   That is, according to the present invention, even when scanning is performed using either a continuous or pulsed laser beam, when the scanning speed of a laser beam spot is other than a predetermined value, the laser beam is not formed into an element. Irradiation is performed outside the region.

本発明のレーザ照射装置を示す図。The figure which shows the laser irradiation apparatus of this invention. 本発明のレーザ照射装置を示す図。The figure which shows the laser irradiation apparatus of this invention. 本発明のレーザ照射方法を示す図。The figure which shows the laser irradiation method of this invention. 本発明のレーザ照射方法を用いて形成される発光装置を示す図。FIG. 10 shows a light-emitting device formed using the laser irradiation method of the present invention. 本発明のレーザ照射方法を用いて形成される電子機器を示す図。FIG. 13 illustrates an electronic device formed using the laser irradiation method of the present invention.

Claims (9)

１０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波のエネルギービームを被照射物上に走査させる手段と、
前記走査されたエネルギービームの一端及び他端が、少なくとも前記被照射物上の素子形成領域間を照射するように前記被照射物の位置を制御する手段と、
ｆ−θレンズと、
を有し、
前記被照射物上に走査させる手段はガルバノミラー又はポリゴンミラーであることを特徴とするビーム照射装置。 Means for scanning an irradiation object with an energy beam of a harmonic of a laser output with a pulse of 10 MHz or more;
Means for controlling the position of the irradiated object so that one end and the other end of the scanned energy beam irradiate at least between the element formation regions on the irradiated object;
an f-θ lens;
I have a,
The beam irradiation apparatus characterized in that the means for scanning the irradiation object is a galvanometer mirror or a polygon mirror . １０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波のエネルギービームを被照射物上に走査させる手段と、
前記走査する手段と同期して、前記走査されたエネルギービームの一端及び他端が、少なくとも前記被照射物上の素子形成領域間を照射するように前記被照射物の位置を制御する手段と、
ｆ−θレンズと、
を有し、
前記被照射物上に走査させる手段はガルバノミラー又はポリゴンミラーであることを特徴とするビーム照射装置。 Means for scanning an irradiation object with an energy beam of a harmonic of a laser output with a pulse of 10 MHz or more;
Means for controlling the position of the irradiated object so that at least one end and the other end of the scanned energy beam irradiate at least between the element forming regions on the irradiated object in synchronization with the scanning means;
an f-θ lens;
I have a,
The beam irradiation apparatus characterized in that the means for scanning the irradiation object is a galvanometer mirror or a polygon mirror . １０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波の複数のエネルギービームを被照射物上に走査させる複数の手段と、
前記走査された複数のエネルギービームの一端及び他端が、少なくとも前記被照射物上の素子形成領域間を照射するように前記被照射物の位置を制御する手段と、
ｆ−θレンズと、
を有し、
前記被照射物上に走査させる複数の手段はガルバノミラー又はポリゴンミラーであることを特徴とするビーム照射装置。 A plurality of means for scanning the irradiated object with a plurality of energy beams of harmonics of a laser output with a pulse of 10 MHz or higher;
Means for controlling the position of the irradiated object so that one end and the other end of the plurality of scanned energy beams irradiate at least between the element formation regions on the irradiated object;
an f-θ lens;
I have a,
The beam irradiation apparatus characterized in that the plurality of means for scanning the irradiation object are galvanometer mirrors or polygon mirrors . １０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波の複数のエネルギービームを被照射物上に走査させる複数の手段と、
前記走査する手段と同期して、前記走査された複数のエネルギービームの一端及び他端が、少なくとも前記被照射物上の素子形成領域間を照射するように前記被照射物の位置を制御する手段と、
ｆ−θレンズと、
を有し、
前記被照射物上に走査させる複数の手段はガルバノミラー又はポリゴンミラーであることを特徴とするビーム照射装置。 A plurality of means for scanning a plurality of energy beams of the harmonic of the laser output at 10MHz or more pulses on the irradiated object,
Means for controlling the position of the irradiated object so that at least one of the scanned energy beams irradiates at least between the element forming regions on the irradiated object in synchronization with the scanning means. When,
an f-θ lens;
I have a,
The beam irradiation apparatus characterized in that the plurality of means for scanning the irradiation object are galvanometer mirrors or polygon mirrors . １０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波のエネルギービームをｆ−θレンズで被照射物上で焦点を結びつつガルバノミラー又はポリゴンミラーで走査するビーム照射方法であって、
少なくとも前記被照射物に形成された素子形成領域間で、前記ビームの走査方向を変えることを特徴とするビーム照射方法。 A beam irradiation method in which an energy beam of a harmonic of a laser output with a pulse of 10 MHz or more is scanned with a galvano mirror or a polygon mirror while focusing on an irradiated object with an f-θ lens,
A beam irradiation method characterized by changing a scanning direction of the beam at least between element formation regions formed on the irradiation object. １０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波のエネルギービームをポリゴンミラーとｆ−θレンズにより被照射物上で焦点を結びつつ走査するビーム照射方法であって、
前記ビームがポリゴンミラーにより反射することで、前記被照射物に照射し、前記反射しているポリゴンミラーの面毎に、前記エネルギービームと、前記被照射物との相対的な位置を制御し、
少なくとも前記被照射物に形成された素子形成領域間で、前記ビームの走査方向を変えることを特徴とするビーム照射方法。 A beam irradiation method for scanning a laser harmonic energy beam output with a pulse of 10 MHz or more while focusing on an object to be irradiated by a polygon mirror and an f-θ lens,
The beam is reflected by a polygon mirror to irradiate the irradiated object, and for each surface of the reflecting polygon mirror, the relative position between the energy beam and the irradiated object is controlled,
A beam irradiation method characterized by changing a scanning direction of the beam at least between element formation regions formed on the irradiation object. １０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波のエネルギービームをｆ−θレンズにより半導体膜上で焦点を結んでガルバノミラー又はポリゴンミラーにより走査して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記結晶性半導体膜に不純物領域を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
少なくとも前記半導体膜に形成された素子形成領域間で、前記ビームの走査方向を変えることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 Scanned by the galvanometer mirror or polygon mirror with an energy beam of the harmonic of the laser output at 10MHz or more pulses in focus in the semiconductor film by f-theta lens to form a crystalline semiconductor film,
Forming a gate electrode on the crystalline semiconductor film;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein an impurity region is formed in the crystalline semiconductor film using the gate electrode as a mask,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a scanning direction of the beam is changed at least between element formation regions formed in the semiconductor film. １０ＭＨｚ以上のパルスで出力されるレーザの高調波のエネルギービームをポリゴンミラーとｆ−θレンズにより半導体膜上で焦点を結んで走査して結晶性半導体膜を形成し、
前記結晶性半導体膜上にゲート電極を形成し、
前記ゲート電極をマスクとして前記結晶性半導体膜に不純物領域を形成する薄膜トランジスタの作製方法であって、
前記ビームがポリゴンミラーにより反射することで、前記半導体膜を処理し、前記反射しているポリゴンミラーの面毎に、前記エネルギービームと、前記半導体膜との相対的な位置を制御し、
少なくとも前記半導体膜に形成された素子形成領域間で、前記ビームの走査方向を変えることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。 A laser beam harmonic energy beam output with a pulse of 10 MHz or more is focused and scanned on the semiconductor film by a polygon mirror and an f-θ lens to form a crystalline semiconductor film,
Forming a gate electrode on the crystalline semiconductor film;
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein an impurity region is formed in the crystalline semiconductor film using the gate electrode as a mask,
The beam is reflected by a polygon mirror, the semiconductor film is processed, and the relative position of the energy beam and the semiconductor film is controlled for each surface of the reflecting polygon mirror,
A method for manufacturing a thin film transistor, wherein a scanning direction of the beam is changed at least between element formation regions formed in the semiconductor film. 請求項７または８において、前記素子形成領域は、表示装置、又は集積回路が形成される領域であることを特徴とする薄膜トランジスタの作製方法。   9. The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 7, wherein the element formation region is a region where a display device or an integrated circuit is formed.
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