專利名稱：用于通過激光束使半導體結(jié)晶化的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使半導體結(jié)晶化的方法和裝置。
背景技術(shù)：
液晶顯示設(shè)備包括一個包含TFT的有源矩陣驅(qū)動電路。并且，一種系統(tǒng)液晶顯示器設(shè)備包括在圍繞該顯示區(qū)域的外圍區(qū)域中包含TFT的電子電路。低溫多晶硅適用于形成用于液晶顯示設(shè)備的TFT以及用于系統(tǒng)液晶顯示設(shè)備的外圍區(qū)域的TFT。并且低溫多晶硅被應(yīng)用于有機EL顯示器所用的像素驅(qū)動TFT、有機EL顯示器的外圍區(qū)域所用的電子電路等等。本發(fā)明涉及一種用于使用CW激光(連續(xù)波激光)對半導體結(jié)晶化的方法和裝置，用于通過低溫多晶硅制造TFT。
為了利用低溫多晶硅形成液晶顯示設(shè)備的TFT，在現(xiàn)有技術(shù)中，無定形硅層形成在一個玻璃基片上，并且在的玻璃基片上的無定形硅層被受激準分子脈沖激光所照射，以使得該無定形硅結(jié)晶化。最近，已經(jīng)開發(fā)出一種解決方法，其中在玻璃基片上的無定形硅層被CW固體激光器所照射，以使該無定形硅結(jié)晶化。
在通過受激準分子脈沖激光使硅結(jié)晶化中，遷移率為150至300(cm2/Vs)的量級，但是在另一方面，在通過CW激光對硅的結(jié)晶化中，可以實現(xiàn)400至600(cm2/Vs)量級的遷移率，這在形成用于系統(tǒng)液晶顯示設(shè)備的外圍區(qū)域中的電子電路的TFT中特別有利。
在硅結(jié)晶化中，硅層被激光束所掃描。在這種情況中，具有硅層的基片被安裝在一個可移動的平臺上，并且當硅層相對于固定激光束運動時執(zhí)行掃描。如圖19中所示，在受激準分子脈沖激光掃描中，可以用例如具有27.5mm×0.4mm的光點“X”的激光束直線掃描，并且當光束寬度為27.5mm，掃描速度為6mm/s時，面積掃描速度為16.5cm2/s。
另一方面，如圖20中所示，在CW固體激光掃描中，可以用例如400μm×20μm的光點“Y”執(zhí)行掃描，并且當以50cm/s的掃描速度執(zhí)行掃描時，可接受的結(jié)晶熔化寬度為150μm并且面積掃描速度為0.75cm2/s。按照這種方式，通過CW固體激光的結(jié)晶化，可以獲得高質(zhì)量的多晶硅，但是具有效率較低的問題。并且，可以用2m/s的掃描速度執(zhí)行掃描，在這種情況中面積掃描速度為5cm2/s。但是，如此獲得的多晶硅的遷移率較低。
在通過CW固體激光的結(jié)晶化中，由于穩(wěn)定CW激光的輸出相對較低，即使掃描速度增加，也存在面積掃描速度較低并且不能夠大大增加效率的問題。
另外，如果通過例如具有10W的激光功率的CW激光執(zhí)行掃描，光點的寬度“Y”大約為400μm，并且掃描速度為50cm/s，用可以獲得可接受的結(jié)晶化的400μm的光點所獲得的有效熔化寬度為150μm，因此面積掃描速度為0.75cm2/s。按照這種方式，在通過CW固體激光的結(jié)晶化中，盡管可以獲得良好質(zhì)量的多晶硅，但是仍然存在的效率低的問題。
另外，如圖29中所示，在現(xiàn)有技術(shù)中，支承具有硅層的基片的可移動臺包括一個Y軸臺1、一個X軸臺2、一個可旋轉(zhuǎn)臺3以及一個真空吸盤4。通常，處于最低位置的Y軸臺1具有較多運動的大的高速結(jié)構(gòu)，并且該Y軸臺1上方的X軸臺2具有相對較小和較少運動的結(jié)構(gòu)。處于最低位置的Y軸臺1承擔所有上方部件的負載。包括無定形半導體的基片被在真空吸盤4所固定，一個激光束照射到該無定形半導體上，并且在可移動臺被移動，并且通過熔化和硬化對該無定形硅進行結(jié)晶化，以形成多晶硅。
利用受激準分子脈沖激光，由于所形成的光點相對較大，因此可以獲得較高的面積掃描速度。但是，利用CW固體激光，由于所形成的光點極小，因此面積掃描速度相當?shù)汀Ｒ虼?，通過CW固體激光進行結(jié)晶化可以獲得優(yōu)良質(zhì)量的多晶硅，但是效率較低。
為了提高通過激光掃描進行結(jié)晶的效率，具有硅層的基片必須以最高的可能速度進行往復移動。換句話說，該基片從靜止狀態(tài)被加速，繼續(xù)以恒定速度移動，并且被激光束掃描，然后減速到靜止狀態(tài)。接著，該基片在相反方向上移動，在此時該基片被加速，以恒定速度移動，并且減速到靜止狀態(tài)。當重復進行基片的往復運動時執(zhí)行激光掃描。
為了有效地執(zhí)行高速掃描，需要增加高速Y軸臺1的加速度/減速度。但是，如果加速度增加，則加速的震動增加，并且該震動與加速度和由該臺所支承的負載的重量之間的乘積成比例。大的震動將使得用于發(fā)射激光束的光學系統(tǒng)擺動，使其偏移，因此使該光學系統(tǒng)對焦不準，并且移動聚焦位置，從而不能夠獲得穩(wěn)定的結(jié)晶化。
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于以高速度移動的Y軸臺1支承所有其他臺部件的負載，并且該負載的重量較大，因此其加速度不能夠大大地增加，并且該基片不能夠在短時間內(nèi)被加速到高速度。
另外，該可旋轉(zhuǎn)臺3被用于糾正具有硅層的基片的旋轉(zhuǎn)位置的偏移，并且可以在大約10度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。為了把具有硅層的基片旋轉(zhuǎn)90度，需要從真空吸盤4上除去該基片，并且把該基片重新附著在真空吸盤4上。結(jié)果，在現(xiàn)有技術(shù)中，不能夠執(zhí)行具有硅層的基片的90度旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對半導體結(jié)晶化的方法和裝置，其即使在使用CW固體激光的情況下也可以增加效率。
根據(jù)本發(fā)明，一種用于對半導體結(jié)晶化的方法包括如下步驟把由激光源所發(fā)射的激光束分類多個子光束，并且有選擇地把子光束照射到基片上的無定形半導體上，以使該半導體結(jié)晶化，其中由多個激光源所發(fā)射的激光束被同時照射到該半導體上，并且多個激光束的發(fā)散角之間的差別被糾正。
并且，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對半導體結(jié)晶化的裝置包括至少一個激光源、用于把由激光源所發(fā)射的激光束分為多個子光束的光束分離裝置、用于把子光束聚焦在基片上的無定形半導體上的至少一個聚焦光學系統(tǒng)、用于改變由該聚焦光學系統(tǒng)所形成的子光束的至少兩個光點位置之間的距離的運動機構(gòu)、用于把激光束轉(zhuǎn)向到該聚焦光學系統(tǒng)的第一平面鏡、以及被提供在該聚焦光學系統(tǒng)中以接收由第一平面鏡所反射的子光束的第二平面鏡，其中第一平面鏡和第二平面鏡之間的子光束與該運動機構(gòu)的移動方向相平行。
在這些結(jié)構(gòu)中，通過同時照射多個子光束可以增加效率。在顯示設(shè)備的顯示區(qū)域中，考慮到不需要對整個顯示區(qū)域進行結(jié)晶化的情況，與像素的表面面積相比，TFT部分受到限制，可以通過有選擇地把子光束僅僅照射到必須被結(jié)晶化的部分上而進一步增加效率。盡管不被光束所照射的那些部分保持為無定形半導體，但是當TFT被分割時，它們被除去，因此如果它們被保留為無定形半導體也不成問題。
接著，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對半導體結(jié)晶化的方法，其中包括如下步驟把由多個激光源所發(fā)射的激光束通過一個聚焦光學系統(tǒng)照射到基片上的一個半導體層，以使得該半導體層熔化和結(jié)晶化，其中多個激光束被照射到該基片上而不重疊，相互平行地掃描該半導體層，并且被定位，使得它們的熔化軌跡相互重疊。
并且，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對半導體結(jié)晶化的方法包括如下步驟把由多個激光源所發(fā)射的激光束通過一個聚焦光學系統(tǒng)照射到的基片上的半導體層上，以熔化和結(jié)晶化的該半導體層，其中由該激光源所發(fā)射的激光束所形成的多個光點至少部分地相互重疊。
另外，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對半導體結(jié)晶化的裝置包括第一和第二激光源、聚焦光學系統(tǒng)、以及用于把由第一和第二光源所發(fā)射的激光束引導到該聚焦光學系統(tǒng)的組合光學系統(tǒng)，其中該組合光學系統(tǒng)包括置于第一激光源之后的一個λ/2波片、置于第一和第二激光源的至少一個激光源之后的光束擴展器、以及用于把由第一和第二激光源所發(fā)射的激光束相組合的偏振分束器。
在這些結(jié)構(gòu)中，通過把由第一和第二激光源所發(fā)射的激光束通過該聚焦光學系統(tǒng)照射到基片上的無定形半導體上，可以增加照射光點的尺寸。通過增加該光點的尺寸，熔化寬度增加，因此即使所需的掃描速度為常量，以獲得高質(zhì)量的多晶硅，該面積掃描速度也較高。因此，可以高效率地獲得優(yōu)良質(zhì)量的多晶硅。
接著，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對半導體結(jié)晶化的裝置包括激光源、用于支承包括無定形半導體的基片的平臺、以及一個光學聚焦系統(tǒng)，其中該平臺包括平行放置并且同步地在第一方向上移動的多個第一臺部件、置于第一臺部件之上并且在與第一方向相垂直的第二方向上移動的第二臺部件、可旋轉(zhuǎn)地置于第二臺部件之上的第三臺部件，從而由激光源所發(fā)射的激光束被通過該光學聚焦系統(tǒng)照射到固定到第三臺部件的基片上的半導體上，以熔化和結(jié)晶化該半導體。
在該結(jié)構(gòu)中，在用于支承包括無定形半導體的基片的平臺中，多個第一臺部件被置于最下方位置并且支承第二臺部件和第三臺部件。第二臺部件可以高速移動。從而不需要該高速移動的第二臺部件來支承都的多個第一臺部件，因此在其上面的負載較小。因為它以高速運動，多個第一臺部件同時移動并且支承較長的第二臺部件而不使其彎曲。相應(yīng)地，第二臺部件可以是一個高速部件并且可以提高結(jié)晶化的效率。
并且，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對半導體結(jié)晶化的方法包括如下步驟把激光束照射到在具有顯示區(qū)域和圍繞該顯示區(qū)域的外圍區(qū)域的一個基片上的半導體上，以熔化和結(jié)晶化該半導體，在第一掃描方向上執(zhí)行外圍區(qū)域的結(jié)晶化，在把支承該基片的可旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)90度之后，在與第一掃描方向相垂直的第二掃描方向上執(zhí)行外圍區(qū)域的結(jié)晶化，以及沿著與像素的三原色的子像素區(qū)域的排列方向相平行的第三掃描方向上執(zhí)行顯示區(qū)域的結(jié)晶化。
在這種結(jié)構(gòu)中，可以連續(xù)執(zhí)行外圍區(qū)的結(jié)晶化和顯示區(qū)域的結(jié)晶化，并且可以提高整體結(jié)晶化的效率。


從下文結(jié)合附圖給出的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的描述中可以完整地理解本發(fā)明，其中
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的液晶顯示設(shè)備的截面視圖；圖2為示出圖1的玻璃基片的平面視圖；圖3為示出用于制作圖2的玻璃基片的樣品玻璃的平面視圖；圖4為示出形成在玻璃基片上的TFT和外圍區(qū)域的TFT的處理的流程圖；圖5為示出圖4的結(jié)晶步驟的內(nèi)容的流程圖；圖6為示出用子光束照射到在玻璃基片上的顯示區(qū)域中的無定形硅層的一個例子的透視圖；圖7為示出用于調(diào)節(jié)子光束的光點的光學設(shè)備的示意圖；圖8為示出CW激光振蕩器和子光束選擇照射系統(tǒng)的示意圖；圖9為示出形成16個子光束的子光束選擇照射系統(tǒng)的示意圖；圖10為示出圖9的子光束聚焦組件的一個具體例子的平面視圖；圖11為示出圖10的子光束聚焦組件的正面視圖；圖12為示出圖10的子光束聚焦組件的側(cè)面視圖；圖13為示出子光束和掃描間距之間的關(guān)系的示意圖；圖14為示出兩個玻璃基片和多個子光束之間的關(guān)系的示意圖；圖15為示出子光束的分布的一個例子的示意圖；圖16為示出子光束的分布的一個例子的示意圖；圖17為示出用于說明本發(fā)明的原理的TFT結(jié)構(gòu)和激光掃描的示意圖；圖18為示出圖8至12的子光束組件的一個變型例子的示意圖；圖19為示出利用受激準分子脈沖激光的現(xiàn)有結(jié)晶方法的示意圖；圖20為示出利用CW激光的現(xiàn)有結(jié)晶方法的示意圖；圖21為示出根據(jù)本發(fā)明另一個實施例通過激光束對半導體層進行結(jié)晶化的步驟的透視圖；圖22為示出用于對外圍區(qū)域的半導體進行結(jié)晶化的激光設(shè)備的示意圖；圖23為示出該激光設(shè)備的一個變型例子的示意圖；圖24為示出光點的一個例子的示意圖；
圖25為示出光點的一個例子的示意圖；圖26為示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例通過激光束對半導體層進行結(jié)晶化的步驟的示意圖；圖27為示出支承具有無定形硅層的玻璃基片的可移動臺的透視圖；圖28為示出激光掃描操作的示意圖；以及圖29為示出現(xiàn)有的可移動臺的透視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的液晶顯示設(shè)備的截面視圖。該液晶顯示設(shè)備10包括一對相對的玻璃基片12和14以及插入在它們之間的液晶16。電極和對齊層可以被提供在該玻璃基片12和14上。一個玻璃基片12為TFT基片，并且另一個玻璃基片14為濾色基片。
圖2為示出圖1的玻璃基片12的平面視圖。該玻璃基片12具有一個顯示區(qū)域18和圍繞該顯示區(qū)域18的外圍區(qū)域20。該顯示區(qū)域18包括大量像素22。在圖2中，一個像素22被部分放大示出。像素22包括三原色子像素區(qū)域R、G和B，以及TFT24形成在每個子像素區(qū)域R、G和B中。外圍區(qū)域20具有TFT(未示出)，在外圍區(qū)域20中的TFT被設(shè)置為比顯示區(qū)域18的TFT24的密度更大。
圖2的玻璃基片12形成一個15”的QXGA液晶顯示設(shè)備，并且具有2048×1536個像素22。2048個像素被排列在三原色子像素區(qū)域R、G和B排列的方向上(水平地)，從而子像素區(qū)域R、G和B的數(shù)目為2048×3個。1536個像素被排列在與三原色子像素區(qū)域R、G和B排列的方向(水平地)相垂直的方向上(垂直地)。在半導體結(jié)晶化的處理中，在與外圍區(qū)20的側(cè)邊相平行的方向上執(zhí)行激光掃描，并且在由箭頭A和B所表示的方向上在顯示區(qū)域18中執(zhí)行激光掃描。
其原因是因為TFT24在箭頭A和B的方向上排列緊密，并且在與箭頭A和B的方向相垂直的方向上排列稀疏，并且在基本上為方形的樣品玻璃上，在A/B方向上所需的激光掃描次數(shù)較少，因此效率較高。
圖3為示出用于制作圖2的玻璃基片12的樣品玻璃(mother glass)26的平面視圖。樣品玻璃26包括多個玻璃基片12。在圖3中所示的例子中，一個樣品玻璃26包括4個玻璃基片12，但是一個樣品玻璃26可以包括4個以上的玻璃基片12。
圖4為示出形成玻璃基片12的TFT24和外圍區(qū)域20的TFT的處理的流程圖。在步驟S1中，絕緣層和無定形硅層形成在該玻璃基片上。在步驟S2，無定形硅層被結(jié)晶化以形成多晶硅。在步驟S3，TFT被分離，保留必要的硅部分，例如要成為TFT等等的部分，并且除去不必要的多晶硅和無定形硅層部分。在步驟S4，形成柵極、漏極、層間絕緣層和接觸孔。在步驟S5，形成絕緣層和ITO層，并且完成該玻璃基片12。該ITO層變?yōu)橛糜谛纬上袼?2的像素電極。
圖5為示出圖4的結(jié)晶化步驟S2的內(nèi)容的流程圖。CW激光(連續(xù)波激光)振蕩器30被用于結(jié)晶化步驟S2中。從CW激光振蕩器30輸出的激光束被一個接一個地提供到外圍區(qū)域照射系統(tǒng)32和子光束選擇照射系統(tǒng)34。首先，激光束被聚焦并且照射到玻璃基片12的外圍區(qū)域20的無定形硅上，以熔化和硬化該無定形硅，把它結(jié)晶化為多晶硅。然后，子光束被有選擇地聚焦和照射到玻璃基片12的顯示區(qū)域18的無定形硅36上，以熔化和硬化該無定形硅，使其結(jié)晶化為多晶硅。
由于外圍區(qū)域20的TFT被排列為比顯示區(qū)域18的TFT24的密度更大，因此在外圍區(qū)域中需要高質(zhì)量的多晶硅。在該外圍區(qū)域照射系統(tǒng)32中，外圍區(qū)域20被來自CW激光振蕩器30的相對較高功率的激光束以相對較低的掃描速度而照射。如果用于上述例子中，則以250μm的光束寬度執(zhí)行掃描，并且掃描速度為40cm/s，給出1cm2/s的面積掃描速度。
另一方面，由于顯示區(qū)域18的TFT24不需要較高質(zhì)量的多晶硅，在該子光束選擇照射系統(tǒng)34中，來自CW激光振蕩器30的激光束被分為子光束，這將在下文中描述，并且用這些子光束以相對較高的掃描速度照射顯示區(qū)域18。通過這種方式，提高整體效率，并且在需要的區(qū)域中獲得較高質(zhì)量的多晶硅。
圖6為示出用由子光束選擇照射系統(tǒng)34所發(fā)出的多個子光束SB有選擇地照射在玻璃基片12上的顯示區(qū)域的無定形硅層的一個例子。多個子光束SB被從由CW激光振蕩器30輸出的激光束所分出，以在預定的間隔形成光點。數(shù)字36表示形成在玻璃基片12上的無定形硅層，并且玻璃基片12被通過XY臺的真空吸盤固定到XY臺38上。
子光束SB被設(shè)置為在包括存在TFT24的位置的無定形硅層36上的條形部分40中形成光點，并且XY臺38在箭頭A和B的方向上移動(掃描)。該無定形硅層36的剩余條形部分42不被照射。也就是說，該無定形硅層36的條形部分40被子光束SB有選擇地照射。
圖7為示出用于調(diào)節(jié)子光束SB的光點的光學系統(tǒng)的示意圖。該光學系統(tǒng)包括用于轉(zhuǎn)向子光束SB的光路的平面鏡44、大約為半圓柱形的透鏡46、被設(shè)置為與透鏡46相垂直的大約為半圓柱形的透鏡48、以及一個凸透鏡50。通過該光學系統(tǒng)，把子光束SB的光點形成為橢圓形。
圖8為示出多個CW激光振蕩器30和30a以及該子光束選擇照射系統(tǒng)34的示意圖。一個半透射鏡51被設(shè)置在CW激光振蕩器30的正前方，使得由CW激光振蕩器30所發(fā)出的激光束LB被該半透射鏡51分為兩個子光束SB。通過該半透射鏡51的一個子光束SB被另一個半透射鏡52進一步分為兩個子光束SB。數(shù)字53表示一個平面鏡。被半透射鏡51所反射的另一個子光束SB被另一個半透射鏡54進一步分為兩個子光束SB。按照這種方式，由CW激光振蕩器30所發(fā)出的激光束LB被分為4個子光束SB。
一個可獨立調(diào)節(jié)的光閘55和一個可獨立調(diào)節(jié)的ND濾光器56被設(shè)置在子光束SB的每個光路中。該光閘55可以用根據(jù)需要中斷該子光束SB。ND濾光器56可以調(diào)節(jié)子光束SB的功率。
另外，平面鏡57被設(shè)置為把水平的子光束SB向上偏轉(zhuǎn)為在垂直方向上。平面鏡58把子光束SB偏轉(zhuǎn)為在不同高度上與玻璃基片12相平行。水平子光束SB被聚焦單元59在垂直方向上向下偏轉(zhuǎn)，由聚焦單元59所聚焦，并且在預定光點照射到該無定形硅層36。
每個聚焦單元59包括圖7中所示的平面鏡44、透鏡46、透鏡48和凸透鏡50，這些光學部件形成一個單元。該聚焦單元59在由箭頭C所表示的方向上在許可范圍內(nèi)移動。光束剖面測量儀60被設(shè)置在每個聚焦單元59上的光軸上。該光束剖面測量儀60糾正各個子光束SB的聚焦位置。并且，該光束剖面測量儀60可以檢測各個子光束SB的聚焦位置。
在半透射鏡51和ND濾光器56之間，在與玻璃基片12相平行的水平平面中以等間距相互平行地設(shè)置4個子光束SB。在平面鏡57和聚焦單元59之間，在與玻璃基片12相垂直的垂直平面中以等間距相互平行地設(shè)置該子光束SB。具有無定形硅層36的玻璃基片12被在與該垂直平面相垂直的方向A/B上移動(掃描)。
在子光束選擇照射系統(tǒng)34中的面積掃描速度由子光束的數(shù)目×掃描速度×無定形硅層36的條形部分40之間的間隔所確定。因此，最后把激光束LB分多個子光束SB，并且增加激光振蕩器30的數(shù)目，從而提供結(jié)晶所需的充足功率并且增加子光束的數(shù)目。
在圖8中，另一個激光振蕩器30a被設(shè)置為與激光振蕩器30相平行，并且利用該激光振蕩器30a，提供與該激光振蕩器30所包含的光學部件相同的光學部件(半透射鏡、平面鏡、聚焦單元等，未在圖中示出)，從而可以形成另外4個子光束SB。在這種情況中，8個子光束SB都被設(shè)置在相同的水平平面中以相等的間隔相互平行。
光束擴展器79被設(shè)置在激光振蕩器30a和第一半透射鏡51a之間。該光束擴展器79調(diào)節(jié)激光束LB的發(fā)散角。換句話說，如果在激光振蕩器30和30a的同時照射的多個激光束LB的發(fā)散角之間不一致，則存在一條激光束LB(子光束SB)被聚焦光學系統(tǒng)所聚焦而其他激光束LB(子光束SB)的焦點不一致的情況，因此，通過調(diào)節(jié)LB激光束的發(fā)散角，兩個激光束LB的焦點將一致。該光束擴展器79還可以被設(shè)置在其他激光束LB的光路中。并且，在兩個激光束LB的每個光路中可以設(shè)置兩個光束擴展器。
圖9為示出適用于形成16個子光束SB的子光束選擇照射系統(tǒng)34的示意圖。該子光束選擇照射系統(tǒng)34包括4個激光振蕩器30、兩個子光束分離組件62、兩個子光束聚焦組件64。兩個激光振蕩器30對應(yīng)于圖8的兩個激光振蕩器30和30a。一個子光束分離組件62把從兩個激光振蕩器30和30a輸出的激光束LB分為8個子光束SB，并且包括對應(yīng)于設(shè)置在圖8的半透射鏡51和ND濾光器56之間的光學部件。一個子光束聚焦組件64被光連接到一個子光束分離組件62，并且包括對應(yīng)于從圖8的平面鏡57到聚焦單元59的光學部件。
圖10為示出圖9的子光束聚焦組件64的一個具體例子的平面視圖，圖11為示出圖10的子光束聚焦組件64的正面視圖，以及圖12為示出圖10的子光束聚焦組件64的側(cè)面視圖。在圖10至圖12中，8個平面鏡57和58以及8個聚焦單元59被安裝到一個框架64F上。每個聚焦單元59通過電驅(qū)動的平臺59S附著到該框架64F上，并且可以在由圖8中的箭頭C所表示的方向上在許可范圍內(nèi)移動。
在使用圖5的外圍區(qū)域照射系統(tǒng)32的情況中，從圖8的半透射鏡51到聚焦單元59的光學部件被除去，并且外圍區(qū)域照射系統(tǒng)32的光學部件被設(shè)置在該半透射鏡51的位置處。
在上述結(jié)構(gòu)中，TFT24的間隔(interval)與像素22的間距(pitch)相等。根據(jù)本發(fā)明，面積掃描速度與像素間距和子光束的數(shù)目成比例地增加。并且，TFT24的尺寸越小，則可以更加減小需要熔化的表面面積，因此可以增加子光束的數(shù)目。在不需要過度地減小像素間距的條件下，對于可以由人眼所觀看的顯示器來說，TFT24的尺寸可以預先用小型化技術(shù)而減小。結(jié)果，可以僅僅在需要的部分有選擇地執(zhí)行結(jié)晶化，而不需要把能量施加到不需要的區(qū)域上，從而可以提高進行處理的效率，并且可以實現(xiàn)節(jié)能處理。
在一個例子中，TFT24的尺寸可以是溝道長度大約為4μm并且溝道寬度大約為5μm。能夠以2m/s執(zhí)行高速掃描的XY臺的波動最大為±10μm的量級，因此子光束SB的寬度至少為25μm，并且考慮到其它因素最好為30μm?？梢酝ㄟ^把溝道寬度設(shè)置為與掃描方向相平行的布局而容易地實現(xiàn)增加溝道寬度的需要。
熔化寬度(無定形硅層36的條形部分40被熔化的寬度)根據(jù)掃描速度、硅的厚度、激光功率、照射聚焦透鏡等等而改變。在無定形硅層36的深度為150納米并且使用可以獲得橢圓形的光點具有F＝200mm和F＝40mm的透鏡組合的光學系統(tǒng)，并且與橢圓的長軸相垂直地執(zhí)行激光掃描的情況中，可以獲得30μm的有效熔化寬度。從而，即使對于激光束的分割而造成的功率損耗，如果可以把2W或更多的功率施加到被分割的子光束SB，則可以保持30μm的所需熔化寬度。所用的激光為NdYV04連續(xù)波固體激光。
對于10W的激光振蕩，在分割為4個子光束之后的激光功率值為2.3W、2.45W、2.45W和2.23W，都超過2W。相信子光束SB的10至20％的功率值偏差是由于在平面鏡和半透射鏡的特性偏差所造成的。由于這些數(shù)值，在ND濾光器56處的功率有一些衰減，從而4個子光束SB的功率值都一致為2.2W。
在圖9中，16個子光束SB被ND濾光器56進行功率調(diào)節(jié)，從而所有16個子光束SB被調(diào)節(jié)為具有2.1W的相同功率值。由于來自不同激光振蕩器的光束的發(fā)散角不同，因此聚焦位置也不同，從而為了糾正，緊接著在從激光振蕩器輸出激光束之后提供光束擴展器，并且通過糾正該發(fā)散角，可以獲得相同的聚焦位置。但是，如果聚焦位置偏移不大，則可以獲得相同尺寸的熔化寬度，并且即使用偏移的聚焦位置執(zhí)行結(jié)晶化也不會造成嚴重的問題。
在圖2的玻璃基片12中，外圍區(qū)域的寬度大約為2mm。使用16個子光束SB在15”的QXGA顯示設(shè)備上執(zhí)行結(jié)晶化。像素22的尺寸為148.5平方微米。從而，RGB子像素尺寸為148.5μm×49.5μm。為了減小掃描的次數(shù)并且增加整體效率，與148.5μm的一側(cè)相垂直(沿著RGB子像素設(shè)置的方向)執(zhí)行掃描。由于該光學系統(tǒng)的尺寸而不可能以148.5μm的間隔設(shè)置16個子光束SB。每個聚焦單元59的照射透鏡以30m的間隔而設(shè)置，并且通過電驅(qū)動臺59S可以相對于它們設(shè)置的方向在±4mm的范圍內(nèi)移動。
由于30mm/148.5μm＝202.02，因此在兩個聚焦單元59之間存在一行202個TFT24(無定形硅層36的條形部分40)。
從而，第一、末端照射透鏡和第二照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm＝29997μm＝30000-3。
第一、末端照射透鏡和第三照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×2＝59994μm＝30000×2-6。
第一、末端照射透鏡和第四照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×3＝89991μm＝30000×3-9。
第一、末端照射透鏡和第五照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×4＝119988μm。
第一、末端照射透鏡和第六照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×5＝149985μm。
第一、末端照射透鏡和第七照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×6＝179982μm。
第一、末端照射透鏡和第八照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×7＝209979μm。
第一、末端照射透鏡和第九照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×8＝239976μm。
第一、末端照射透鏡和第十照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×9＝269973μm。
第一、末端照射透鏡和第十一照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×10＝299970μm。
第一、末端照射透鏡和第十二照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×11＝329967μm。
第一、末端照射透鏡和第十三照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×12＝359964μm。
第一、末端照射透鏡和第十四照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×14＝389961μm。
第一、末端照射透鏡和第十五照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×15＝419958μm。
第一、末端照射透鏡和第十六照射透鏡之間的間隔為202×148.5μm×16＝449955μm＝30000×15-45。
相應(yīng)地，每個照射透鏡被從設(shè)計的平均位置精細地調(diào)節(jié)，在第二照射透鏡的情況中為在負方向上的3μm，對于第三照射透鏡為在負方向上的6μm，...，對于第16個照射透鏡為在負方向上的45μm。因此，子光束被聚焦在各個TFT區(qū)域上。在該狀態(tài)中，用10W的激光振蕩器30的輸出和2m/s的掃描速度照射該子光束，并且用2W的每個子光束SB執(zhí)行照射。
圖13為示出子光束SB和掃描間隔之間的關(guān)系的示意圖。如圖13中所示，子光束SB被以(3mm-3μm)的間隔“a”而設(shè)置。TFT24之間的間隔，即掃描間隔“b”，為148.5μm。當XY臺38在由箭頭A和B所表示的方向上往復運動時執(zhí)行掃描。換句話說，在XY臺38在箭頭A的方向上運動之后，XY臺在與箭頭A和B相垂直的方向上移動148.5μm，然后在箭頭B的方向上運動，接著再次在與箭頭A和B相垂直的方向上移動148.5μm。該操作被重復執(zhí)行。在圖13中，盡管每個子光束SB被示出為掃描4次，但是在此所述的例子中，每個子光束SB掃描202次。
在一個掃描方向中的一次掃描中，16個子光束SB以202個像素的間隔對無定形硅層36的條形部分40進行結(jié)晶化。接著，在反向掃描中，16個子光束SB以202個像素的間隔對無定形硅層36的相鄰條形部分40進行結(jié)晶化。在101次往復掃描中(即，202次掃描)，可以掃描對應(yīng)于202×16＝3332個像素的部分。在這種情況中，面積掃描速度為148.5μm×2m/s＝7.5cm2/s。
但是，在本例的玻璃基片12中，在垂直方向上的像素數(shù)目僅僅為1536個。從而，在要被接著說明的例子中，使用8個子光束SB而不是16個。由于1536＝202×7+122＝122×8+80×7，因此用8個光束執(zhí)行122次掃描，用7個子光束SB執(zhí)行剩余的80次掃描。在這種情況中，在第122次掃描之后用光閘55切斷第8條子光束SB。
由于在本例中，該設(shè)備具有16條子光束SB，以及用8條子光束SB對一個玻璃基片12進行掃描和結(jié)晶化，因此可以通過剩余的8條子光束SB執(zhí)行在樣本玻璃26(圖3)上的相鄰玻璃基片12的掃描和結(jié)晶化。但是，為了執(zhí)行該操作，最好當前玻璃基片12的像素的端部與相鄰玻璃基片12的像素的最近端部之間的距離為像素間距的整數(shù)倍。另外，在樣本玻璃26上的所有玻璃基片12的像素22的位置最好被設(shè)置在具有統(tǒng)一的像素間距的網(wǎng)格上。
圖14為示出在樣本玻璃26上的兩個玻璃基片12a和12b以及多個子光束SB8和SB9之間的關(guān)系的示意圖。子光束SB8為在用于使玻璃基片12a結(jié)晶化的8個子光束SB中的第8個子光束SB，并且子光束SB9為在用于使玻璃基片12b結(jié)晶化的8個子光束SB中的第一子光束SB。
當?shù)?個子光束SB8已經(jīng)結(jié)束122次掃描時，它被光閘56所停止?？梢杂稍摰?個子光束SB8所掃描的剩余80次掃描的掃描區(qū)域的長度為148.5μm×80＝11.880mm。如果該距離與玻璃基片上12a的最后一個像素和相鄰玻璃基片12b的第一像素之間的距離相同，則第9至第16個子光束SB可以被用于對相鄰玻璃基片12b進行結(jié)晶化，而沒有浪費。換句話說，當?shù)谝蛔庸馐鳶B掃描玻璃基片12a的第一像素時，第9子光束SB掃描玻璃基片12b的第一像素。當存在玻璃基片12的2mm的外圍區(qū)域20時，可以在兩個玻璃基片12a和12b之間提供(11.880-2×2＝7.88mm)的間隙(L)。
在本裝置中，當相對于平均位置的±4mm的可移動區(qū)被提供給每個子光束SB時，可以允許能夠用該可移動區(qū)域消除的不規(guī)則性，但是一個接一個地對相鄰玻璃基片的調(diào)節(jié)的需要被復雜化，并且該過程是耗時間的，從而最好樣本玻璃基片的所有平面的像素位置被設(shè)置在具有統(tǒng)一像素間距的網(wǎng)格上。
圖14示出具有在該樣本玻璃上的像素的像素間距的虛擬網(wǎng)格M。設(shè)計該樣本玻璃使得在多個玻璃基片12a和12b上的像素排列與該虛擬網(wǎng)格M相同，該網(wǎng)格被描繪為具有樣本玻璃的像素間距。
由于與像素間距、玻璃基片12的尺寸、子光束SB的平均位置以及子光束SB的數(shù)目的關(guān)系，暫時出現(xiàn)停止這種單個子光束SB的情況。在大的玻璃基片12的情況中，應(yīng)當明確可以更加有效地使用16個子光束SB。
圖15為示出子光束SB的排列的一個例子的示意圖。為了增加效率，最好減小子光束SB之間的間距。但是，由于對透鏡和平面鏡小型化的限制，因此對于減小子光束SB的間距存在限制。在該限制之下，為了減小該間距，子光束SB照射系統(tǒng)可以不設(shè)置為1行，而是按照相同的間距但是交錯地設(shè)置為多行，如圖15中所示。按照這種方式把該系統(tǒng)設(shè)置為多行，按照與在樣本玻璃的寬度上增加的行數(shù)相同的比例，XY臺能夠以一致的高速度運動的距離增加，因此效率有所下降。
圖16為示出子光束SB排列的一個例子的示意圖。在用兩行來克服該問題中，盡管可以通過把兩個相同的子光束SB的位置偏移而排列為兩行的子光束照射系統(tǒng)，但是當該平臺已經(jīng)完成以一致的高速度運動時，還可以通過把每一行設(shè)置在樣本玻璃的最前位置而實現(xiàn)該目的，如圖16中所示。當然，多行的子光束照射系統(tǒng)也可以排列在這些位置。
圖17為說明本發(fā)明的原理的示意圖。圖18為示出圖8至圖12的子光束聚焦組件的變型例子的示意圖。
當通過激光對無定形硅面板的面板表面進行退火時，如果整個面板表面都被退火，則需要太多的時間。如果TFT24被零星地分散，如圖17中所示，則可以僅僅對包含TFT24的條形部分40進行退火，因此不需要對整個表面退火。
在通過激光束掃描以對該面板表面進行退火中，存在有當該面板被固定時移動該激光束(子光束)的方法，以及當激光束(子光束)被固定時移動該面板的方法。本發(fā)明可以應(yīng)用于這兩種方法。
由于用單個激光束來進行激光退火需要太多的時間，因此希望增加激光束的數(shù)目(n)，使用“n”條激光束需要1/n的時間，因此使用多條激光束(n條光束)。如圖17中所示，TFT24以間距PTR規(guī)則地設(shè)置，但是該間距PTR根據(jù)該產(chǎn)品而變化。本實施例的裝置可以適用于不同的間距。
這在圖18中進一步說明。在用多條(在圖18中為4條)激光束(子光束SB)進行退火時，該面板必須用等間距的子光束SB來照射。這種機構(gòu)將使用圖18的4條光束來說明。
使用光路轉(zhuǎn)向平面鏡58把4條子光束SB轉(zhuǎn)向90度，從而子光束SB與該圖中所示的平臺的運動方向C相平行(在圖18的中為左右運動)。接著，使用光路轉(zhuǎn)向平面鏡44把子光束SB轉(zhuǎn)向90度，從而子光束SB通過該圖中所示的透鏡單元LU的中央(圖7中所示的透鏡46、48和50)。該平面鏡44和透鏡單元LU位于聚焦單元59中。該聚焦單元59被安裝在導軌59G上(手動臺)和電驅(qū)動臺59S上，從而當該電驅(qū)動臺59S運動時(在圖中為左右運動)，整個聚焦單元59向左或向右運動。當該電驅(qū)動臺59S運動時(在圖中為左右運動)，整個聚焦單元59向左或向右移動，從而激光束(子光束SB)總是通過圖形單元LU的中央。
通過該機構(gòu)，可以調(diào)節(jié)經(jīng)過透鏡單元LU的向外激光束和經(jīng)過下一個透鏡單元LU的下一個向外激光束之間的間隔(激光束間距PLB1)。可以按照與用于激光束間距PLB1相同的方法來類似地調(diào)節(jié)其他激光束之間的間隔。
接著，將描述使用具有圖18的結(jié)構(gòu)的多條(在圖18中為4條)激光束(子光束SB)對具有按照如圖17中所示的晶體管間距PTR排列的TFT的面板表面進行退火而沒有浪費或損耗的方法。
晶體管間距PTR通常為100μm的量級(根據(jù)所制造的產(chǎn)品而不同，如已經(jīng)描述的那樣)。例如，將具體描述當PTR為90μm并且初始激光束間距為20mm的情況。由于20mm/90μm＝222.22...，通過四舍五入得到整數(shù)222。222×90μm＝19.98。因此，如果激光束間距PLB1至PLB4為19.98mm，則可以用一次掃描對具有19.98mm的激光間距的4個晶體管行進行退火。接著，在把該面板與激光掃描方向相垂直地相對于激光束移動90μm之后，再次執(zhí)行激光掃描，可以對緊接著的4個晶體管行進行退火。當在此之后執(zhí)行220次激光掃描之后(已經(jīng)執(zhí)行兩次掃描，因此掃描的總次數(shù)為222)，222×4個晶體管行被退火而沒有重復或遺留?？梢詫?22×4×90μm＝19.98mm×4＝約80mm的區(qū)域進行退火而沒有浪費或失敗。接著，在把該面板與激光掃描方向相垂直地相對于激光束移動80mm之后，如果通過相同的處理執(zhí)行退火，則可以對任何尺寸的面板進行退火而沒有重復或遺漏。
本實施例提供一種用于退火的裝置，通過用可以調(diào)節(jié)激光束間距的結(jié)構(gòu)把激光束間距設(shè)置為晶體管間距的整數(shù)倍，即使當對具有變化的晶體管間距的面板進行激光退火時，也不會有浪費或遺漏。在此已經(jīng)提出一種系統(tǒng)，當使用激光對無定形硅面板等等進行激光退火時，使用多條激光束。本實施例提供一種方法，其可以使用多條激光束進行退火，可以響應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品而變化并且分散在該面板的表面上的晶體管間距，以及通過把多個激光束的間隔設(shè)置為晶體管間距的整數(shù)倍，提供一種可以有效地執(zhí)行退火而沒有浪費的裝置。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明，即使使用CW固體激光器也可以增加效率。
接著，將描述本發(fā)明的其他實施例。該實施例包括圖1至4所示基本特征。
圖21為示出通過激光束對無定形硅層(半導體層)進行結(jié)晶化的步驟的示意圖。該無定形硅層36形成在一個玻璃基片12上，并且氧化硅的絕緣層等等被設(shè)置在它們之間，并且該玻璃基片12被通過真空吸盤或者臺38的機械制動器固定到一個XY臺38上。激光束LB被在照射到無定形硅層36上，并且激光束LB在預定方向上移動，從而執(zhí)行掃描。首先，激光束被聚焦和照射到玻璃基片12的外圍區(qū)域20的無定形硅層36上，以熔化和硬化該無定形硅層，使得該無定形硅層結(jié)晶化為多晶硅。然后，激光束被聚焦和照射玻璃基片12的顯示區(qū)域18的無定形硅層36上，以熔化和硬化該無定形硅層，以把操作硅層的無定形態(tài)結(jié)晶化為多晶硅。其原因是在以交錯的方式執(zhí)行激光掃描時，當首先用強激光對外圍區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化，然后用弱激光對顯示區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化時，交錯部分的結(jié)晶度與當使用強激光時外圍區(qū)域的結(jié)晶度相同，但是如果激光以相反的次序照射則由強激光所獲得的結(jié)晶度不足。這是因為如果無定形硅被部分地結(jié)晶為特定的程度則對光的吸收減少。
當外圍區(qū)域20的TFT被設(shè)置為比顯示區(qū)域18的TFT24更加密集時，則需要高質(zhì)量的多晶硅。從而，用相對較高功率的激光束以相對較低的掃描速度執(zhí)行外圍區(qū)域20的激光掃描，并且當顯示區(qū)域18的TFT24不需要高質(zhì)量的多晶硅時，用相對較低功率的激光束(或者通過從激光束分離的子光束)以相對較高的掃描速度執(zhí)行掃描。
圖22為示出用于對外圍區(qū)域20的半導體進行結(jié)晶化的激光設(shè)備70的示意圖。該激光設(shè)備70使用圖5中的XY臺38用于結(jié)晶化。該激光設(shè)備70包括兩個激光源(連續(xù)波(CW)激光振蕩器)71和72、普通聚焦光學系統(tǒng)72、以及用于把從兩個激光源71和72發(fā)出的激光束引導到該聚焦光學系統(tǒng)73的組合光學系統(tǒng)74。
該聚焦光學系統(tǒng)73包括大約為半圓柱形的透鏡75、設(shè)置為與透鏡75相垂直的大約為半圓柱形的透鏡76、以及凸透鏡77。該激光束LB的光點由聚焦光學系統(tǒng)73形成為橢圓形。
該組合光學系統(tǒng)74包括置于第一激光源71之后的λ/2波片78、置于第二激光源72之后的光束擴展器79、以及用于組合來自第一和第二激光源71和72的激光束LB的偏振分束器80。
從激光源71和72發(fā)出的激光束LB被組合光學系統(tǒng)74所組合，并且通過聚焦光學系統(tǒng)73照射到玻璃基片12的無定形半導體36，以使得該無定形半導體36結(jié)晶化。該光束擴展器79調(diào)節(jié)激光束LB的發(fā)散角。換句話說，如果在激光束LB的發(fā)散角之間具有偏差，則存在一個激光束LB被該聚焦光學系統(tǒng)73所聚焦，但是與另一個激光束LB的焦點不一致，因此希望通過光束擴展器79調(diào)節(jié)該激光束LB的發(fā)散角使得兩個激光束LB的焦點相一致。該光束擴展器79也可以被設(shè)置在另一個激光束LB的光路中。并且，兩個光束擴展器可以設(shè)置在這些激光束LB的兩個光路中。
由第一和第二激光源71和72所發(fā)出的激光束LB被垂直線性偏振，并且由第一激光源71所發(fā)出的激光束LB具有被λ/2波片78旋轉(zhuǎn)90度的偏振面，并且水平的線性偏振。從而，從第一激光源71輸出并且通過λ/2波片78的激光束LB以及從第二激光源72輸出的激光束LB被引導到偏振光束分束器80，并且兩個激光束LB以基本上重疊的方式照射到無定形半導體36。線性偏振狀態(tài)的改變在圖23中更加詳細地示出。
每個激光束LB通過聚焦光學系統(tǒng)73以形成一個橢圓形的光點。如圖24中所示，激光束LB的各個光點相重疊，并且組合的激光束LB的光點形成一個蠶繭狀的光點BS。這可以通過稍微偏轉(zhuǎn)任何一個平面鏡81的角度而實現(xiàn)。換句話說，從激光源71和72輸出的激光束LB分別形成橢圓形的光點，并且該橢圓形光點在它們的長軸方向上相互重疊。
在本例中，通過等離子體CVD方法在玻璃基片12上形成400nm厚的氧化硅層，并且通過等離子體CVD方法在其上形成100nm厚的無定形硅36。所使用的激光為連續(xù)波NdYV04固體激光。在一個實施例中，當使用單個激光源時，以10W的激光功率形成400μm×20μm的光點。如果使用具有400μm的激光寬度和50cm/s的掃描速度的單個激光執(zhí)行掃描，則可以獲得200cm2/s的面積掃描速度。并且，在400μm的激光照射寬度中，無定形半導體36的150μm寬的條形部分被良好地熔化和結(jié)晶，并且表現(xiàn)出流型晶界。一旦在由該流型晶界所制成的多晶硅區(qū)域中形成TFT時，可以獲得500(cm2/Vs)的高遷移率。
如圖22中所示，從兩個激光源71和72發(fā)出的激光束的組合光點為600μm×20μm。當以10W的激光功率、600μm的光點寬度以及50cm/s的掃描速度執(zhí)行激光掃描時，無定形半導體36的350μm寬的條形部分被特別良好地在600μm的激光照射寬度內(nèi)熔化和結(jié)晶，并且獲得流型晶界。具有350μm的寬度的高質(zhì)量結(jié)晶化條形部分為使用單個激光的具有150μm寬度的高質(zhì)量結(jié)晶化條形部分的寬度的2倍。換句話說，通過兩個光點的復合加熱，可以增加光點尺寸和有效熔化寬度(高質(zhì)量結(jié)晶寬度)。
圖23為示出激光設(shè)備70的變型例子的示意圖。圖23的激光設(shè)備70A包括兩個光學系統(tǒng)的單元。每個光學系統(tǒng)的單元包括與圖22的激光設(shè)備70的部件相同的部件。第一單元的光學系統(tǒng)使用與圖22相同的帶有后綴“a”的標號，以表示相同的光學部件；并且第二單元的光學系統(tǒng)使用與圖22相同的帶有后綴“b”的標號以表示相同的光學部件。可以適當?shù)靥峁┕馐鴶U展器79。
兩個單元的光學系統(tǒng)被設(shè)置為緊密相鄰，并且由該兩個單元的光學系統(tǒng)所產(chǎn)生的光點BS被設(shè)置為使得它們在與掃描方向相垂直和相平行的方向上偏移。在該結(jié)構(gòu)中，每個350μm的有效熔化寬度區(qū)域被設(shè)置為使得掃描軌跡重疊50μm，并且有效熔化寬度為650μm。
圖25為示出光點的另一個例子的示意圖。三個光點BS都被設(shè)置為使得它們在與掃描方向相垂直和相平行的方向上偏移。這三個光點都照射到基片上，并且在掃描方向上偏移而不重疊。但是，這三個光點被設(shè)置為使得它們相平行地掃描該半導體層，并且當在掃描方向上觀察時相互重疊，從而它們的熔化寬度相互重疊。并且，三個以上的光點可以被設(shè)置為使得它們在與掃描方向相垂直和相平行的方向上偏移。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明，即使當使用CW固定激光時也可以增加效率。
接著，將說明本發(fā)明的另一個實施例。該實施例包括參照圖1至4所述的基本特征。圖26為示出通過激光束對無定形硅層(半導體層)36進行結(jié)晶化的步驟的示意圖。該無定形硅層36形成在玻璃基片12上，它們之間具有氧化硅的絕緣層等等，并且玻璃基片12被真空吸盤或者該臺的機械制動器固定到一個可移動臺38上。從激光源(連續(xù)波(CW)激光振蕩器)30輸出的激光束LB通過一個凹透鏡31，被平面鏡44所反射，通過一個聚焦光學系統(tǒng)，并且被照射到無定形硅層36上。該聚焦光學系統(tǒng)包括一個大約為半圓柱形的透鏡46、被設(shè)置為與該透鏡46相垂直的大約為半圓柱形的透鏡48、以及一個凸透鏡50。通過該凸透鏡50的激光束LB的光點形成為一個橢圓形。
激光束LB被在照射到無定形硅層36上，并且該可移動臺38在預定方向上移動，從而執(zhí)行激光掃描。首先，激光束LB被聚焦和照射到玻璃基片12的外圍區(qū)域20的無定形硅36上，以熔化和硬化該無定形硅，使其結(jié)晶化為多晶硅。然后，該激光束被聚焦和照射到玻璃基片12的顯示區(qū)域18的無定形硅36上，以熔化和硬化該無定形硅，把其結(jié)晶化為多晶硅。
當外圍區(qū)域20的TFT被設(shè)置為比顯示區(qū)域18的TFT24更加密集時，需要高質(zhì)量的多晶硅。從而，用相對較高功率的激光束以相對較低的掃描速度執(zhí)行外圍區(qū)域20的激光掃描，并且當顯示區(qū)域18的TFT24不需要較高質(zhì)量的多晶硅時，以相對較低功率的激光束(或者通過從激光束分離的子光束)以相對較高的掃描速度執(zhí)行掃描。
圖27為示出支承具有無定形硅層36的玻璃基片12的可移動臺38的透視圖。該可移動臺38包括平行設(shè)置并且同步地在第一方向P、Q上運動的第一臺部件38A，設(shè)置在第一臺部件38A之上并且在與第一方向相垂直的第二方向R、S上運動的第二臺部件38B，以及可旋轉(zhuǎn)地置于第二臺38B上方的第三臺部件38C。該第三臺部件38C具有用于固定玻璃基片12的無定形半導體36的真空吸盤38D。該第三臺部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺)可以在110度的角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
在該可移動臺38中，第一臺部件38A置于最下方位置并且支承第二臺部件38B以及第三臺部件38C。第二臺部件38B較大和較長，具有更大的行程，并且可以高速運動。從而，以高速運動的第二臺部件38B不需要支承第一臺部件38A，因此在第二臺部件38B上的負載較小。第一臺部件38A同時運動和支承第二臺部件38B而沒有彎曲。相應(yīng)地，第二臺部件38B可以被以較高速度驅(qū)動，因此可以提高結(jié)晶化的效率。
圖28為示出激光掃描操作的示意圖。首先，執(zhí)行外圍區(qū)域20的激光掃描。在外圍區(qū)域20的激光掃描中，(1)執(zhí)行與第一掃描方向P、Q相平行的外圍區(qū)域20的結(jié)晶化，(2)接著，在支承玻璃基片12的第三臺部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺)被旋轉(zhuǎn)90度之后，執(zhí)行在與第二掃描方向R、S相平行，與第一掃描方向P、Q相垂直的外圍區(qū)域20的結(jié)晶化。然后，(3)在與像素22的三原色的子像素區(qū)域的排列方向相平行的第三掃描方向A、B上對顯示區(qū)域18進行結(jié)晶化。
這種操作次序的原因是在多個面板上執(zhí)行結(jié)晶化掃描并且出現(xiàn)掃描交錯部分的情況中，當首先用高能量密度的激光對外圍區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化，然后用弱激光對顯示區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化時，交錯部分的結(jié)晶度與當使用強激光時的結(jié)晶度相同，但是如果激光以相反的次序照射則由強激光所獲得的結(jié)晶度不足。這是因為如果無定形硅被部分地結(jié)晶為特定的程度，則與無定形狀態(tài)相比對光的吸收減少。按照該次序執(zhí)行操作的另一個原因是可以連續(xù)地在相同方向上執(zhí)行掃描。
也就是說，首先執(zhí)行在玻璃基片12的外圍區(qū)域20的四邊中的兩個短邊的激光掃描，然后執(zhí)行在玻璃基片12的外圍區(qū)域20的四邊中的兩個長邊的激光掃描。在兩個短邊的掃描中，玻璃基片12的短邊被定位為與第二臺部件38B相垂直，并且第二臺部件38B與玻璃基片12一同在第一掃描方向P、Q上往復運動。第二臺部件38B被驅(qū)動，以在一個方向P上運動，并且在該運動時，第二臺部件38B從靜止位置加速，用處于恒定速度狀態(tài)的第二臺部件38B執(zhí)行激光掃描，并且在的通過激光掃描區(qū)域之后，該第二臺部件38B被減速和停止。然后，當?shù)谝慌_部件38A在與第一掃描方向P、Q相垂直的方向上少量運動之后，第二臺部件38B被驅(qū)動，以在相反的方向Q上運動。在此時，第二臺部件38B被加速，并且以恒定速度運動，然后被減速。當重復該往復運動時，執(zhí)行激光掃描，從而照射區(qū)域的端部相互重疊。
然后，第三臺部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺)被旋轉(zhuǎn)90度，并且玻璃基片12的長邊被定位為與第二臺部件38B相平行。在第二掃描方向R、S上執(zhí)行兩個長邊的激光掃描。當按照與短邊相同的方式重復往復運動時執(zhí)行兩個長邊的掃描。
在此之后，在第三掃描方向A、B中執(zhí)行顯示區(qū)域的激光掃描。由于該第三掃描方向A、B與第二掃描方向R、S相平行，因此第三臺部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺)被支承在與當掃描該外圍區(qū)域20的兩個長邊時相同的旋轉(zhuǎn)位置處。在第一臺部件38A被在與第二掃描方向R、S相垂直的方向上移動到初始位置時，該第二臺部件38B被驅(qū)動以在第三掃描方向A、B中往復運動。
在第二臺部件38B的往復運動之間，第一臺部件38A被在與第二掃描方向R、S相垂直的方向上少量移動。在顯示區(qū)域18的激光掃描過程中第一臺部件38A的移動量大于在外圍區(qū)域20的激光掃描過程中第一臺部件38A的移動量。換句話說，按照比外圍區(qū)域20的激光掃描的間距更大的間距執(zhí)行顯示區(qū)域18的激光掃描。并且，按照比用于外圍區(qū)域20的激光掃描更高的掃描速度執(zhí)行顯示區(qū)域18的激光掃描。另外，按照比外圍區(qū)域20的激光掃描更低的激光功率執(zhí)行顯示區(qū)域18的激光掃描。另外，當在與像素22的三原色子像素區(qū)域排列的方向相平行的第三掃描方向上執(zhí)行顯示區(qū)域18的結(jié)晶化時，掃描次數(shù)大大地小于當在與像素22的三原色子像素區(qū)域排列的方向相垂直的方向上(與方向A、B相垂直)執(zhí)行顯示區(qū)域18的結(jié)晶化時的掃描次數(shù)，因此可以縮短激光掃描時間。
按照這種方式，通過把高精度的第一臺部件38A置于底部，并且把高速的第二臺部件38B置于上方，可以減小在高速的第二臺部件38B上的負載重量。同時，可以通過多個第一臺部件38A支承長的第二臺部件38B，從而該第二臺部件38B被在支承而沒有彎曲。多個第一臺部件38A被同步驅(qū)動。因此，當高速的第二臺部件38B被加速和減速時，可以增加加速度，并且可以縮短用于激光掃描之外的其他運動的時間。通過使得第三臺部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺)在110度的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在把玻璃基片12安裝在真空吸盤38D中之后，可以連續(xù)地執(zhí)行外圍區(qū)域20的結(jié)晶化和顯示區(qū)域18的結(jié)晶化。因此，根據(jù)本發(fā)明，可以提高結(jié)晶化的效率。
在本例中，通過等離子體CVD方法在玻璃基片12上形成400nm厚的氧化硅層，并且通過等離子體CVD方法在其上形成100nm厚的無定形半導體36。所使用的激光為連續(xù)波NdYV04固體激光。在一個例子中，該激光為10W，并且形成400μm×20μm的光點。如果使用具有400μm的激光寬度和50cm/s的掃描速度的單個激光源執(zhí)行掃描，可以獲得200cm2/s的面積掃描速度。并且，在400μm的激光照射寬度內(nèi)，無定形半導體36的150μm寬的條形部分被良好地熔化和結(jié)晶化，并且表現(xiàn)出流型晶界。一旦在由該流型晶界所制成的多晶硅區(qū)域中形成TFT時，可以獲得500(cm2/Vs)的高運動特性。
如上文所述，根據(jù)本發(fā)明，即使在使用CW固定激光的情況下也可以增加效率。
權(quán)利要求
1.一種用于對半導體結(jié)晶化的方法，包括如下步驟把由激光源所發(fā)射的激光束分類多個子光束；以及有選擇地把子光束照射到基片上的無定形半導體上，以使該半導體結(jié)晶化；其中由多個激光源所發(fā)射的激光束被同時照射到該半導體上，并且多個激光束的發(fā)散角之間的差別被糾正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于形成在該基片上的子光束的多個激光點的間隔為要形成在該半導體上的單位元件的整數(shù)倍。
3.一種用于對半導體結(jié)晶化的裝置，包括至少一個激光源；用于把由激光源所發(fā)射的激光束分為多個子光束的光束分離裝置；用于把子光束聚焦在基片上的無定形半導體上的至少一個聚焦光學系統(tǒng)；用于改變由該聚焦光學系統(tǒng)所形成的子光束的至少兩個光點位置之間的距離的運動機構(gòu)；用于把激光束轉(zhuǎn)向到該聚焦光學系統(tǒng)的第一平面鏡；以及被提供在該聚焦光學系統(tǒng)中以接收由第一平面鏡所反射的子光束的第二平面鏡，其中第一平面鏡和第二平面鏡之間的子光束與該運動機構(gòu)的運動方向相平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于在該子光束的光路中提供光閘。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于ND濾光器被提供在該子光束的光路中。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于子光束的激光點被設(shè)置在與激光掃描方向相垂直的方向上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述聚焦光學系統(tǒng)包括一個框架和被所述框架固定的多個可移動聚焦單元，并且所述運動機構(gòu)包括與該聚焦單元相關(guān)的運動部件，用于使所述聚焦單元相對于所述框架而運動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述聚焦單元被設(shè)置為在一個平面上相互平行，并且可運動以改變由相鄰的兩個聚焦單元所形成的子光束之間的距離。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于每個聚焦單元包括一個外殼、平面鏡和由所述外殼所固定的透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述至少一個激光源包括多個激光源，并且所述光束分離裝置包括多個光學部件組，該光學部件組的數(shù)目對應(yīng)于激光源的數(shù)目。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述至少一個光學部件組包括一個光束擴展器，用于糾正由該激光源所發(fā)射的激光束的發(fā)散角的差別。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于每個光學部件組包括至少一個光束分離器和至少一個平面鏡。
13.一種用于對半導體結(jié)晶化的方法，其中包括如下步驟把由多個激光源所發(fā)射的激光束通過一個聚焦光學系統(tǒng)照射到基片上的一個半導體層，以使得該半導體層熔化和結(jié)晶化，其中所示多個激光束照射到該基片上而不重疊，相互平行地掃描該半導體層，并且被定位，使得它們的熔化軌跡相互重疊。
14.一種用于對半導體結(jié)晶化的方法，包括如下步驟把由多個激光源所發(fā)射的激光束通過一個聚焦光學系統(tǒng)照射到的基片上的半導體層上，以熔化和結(jié)晶化的該半導體層，其中由該激光源所發(fā)射的激光束所形成的多個光點至少部分地相互重疊。
15.一種用于對半導體結(jié)晶化的裝置，包括第一和第二激光源；聚焦光學系統(tǒng)；以及用于把由第一和第二光源所發(fā)射的激光束引導到該聚焦光學系統(tǒng)的組合光學系統(tǒng)；其中該組合光學系統(tǒng)包括置于第一激光源之后的一個λ/2波片、置于第一和第二激光源的至少一個激光源之后的光束擴展器、以及用于把由第一和第二激光源所發(fā)射的激光束相組合的偏振分束器。
16.一種用于對半導體結(jié)晶化的裝置，包括激光源；用于支承包括無定形半導體的基片的平臺；光學聚焦系統(tǒng)；以及所述平臺包括平行放置并且同步地在第一方向上運動的第一臺部件、置于第一臺部件之上并且在與第一方向相垂直的第二方向上運動的第二臺部件、可旋轉(zhuǎn)地置于第二臺部件之上的第三臺部件，使得由激光源所發(fā)射的激光束被通過該光學聚焦系統(tǒng)照射到固定到第三臺部件的基片上的半導體上，以熔化和結(jié)晶化該半導體。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于該第二臺部件具有比第一臺部件的運動行程更長的運動行程。
18.一種用于對半導體結(jié)晶化的方法，包括如下步驟把激光束照射到在具有顯示區(qū)域和圍繞該顯示區(qū)域的外圍區(qū)域的一個基片上的半導體上，以熔化和結(jié)晶化該半導體；在第一掃描方向上執(zhí)行外圍區(qū)域的結(jié)晶化；在把支承該基片的可旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)90度之后，在與第一掃描方向相垂直的第二掃描方向上執(zhí)行外圍區(qū)域的結(jié)晶化；以及沿著與像素的三原色的子像素區(qū)域的排列方向相平行的第三掃描方向上執(zhí)行顯示區(qū)域的結(jié)晶化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于該第三掃描方向與第二掃描方向相平行。
全文摘要
由多個激光源所發(fā)射的激光束被分為多個子光束，其被照射到一個基片上的無定形半導體的所選擇部分上，以使得該無定形半導體結(jié)晶化。通過一個光束擴展器糾正在該激光束之間的發(fā)散角的差別。該裝置包括一個子光束選擇照射系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括子光束分離組件和子光束聚焦組件。并且，該裝置包括激光源、聚焦光學系統(tǒng)、以及組合光學系統(tǒng)。用于支承基片的平臺包括多個第一臺部件、置于該第一臺部件上方的第二臺部件、以及可旋轉(zhuǎn)地置于該第二平臺上以支承該無定形半導體的第三臺部件。
文檔編號C30B13/24GK1461045SQ0313116
公開日2003年12月10日 申請日期2003年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者佐佐木伸夫, 宇塚達也, 大木孝一 申請人:富士通株式會社, 株式會社日本激光