專利名稱：激光結(jié)晶設(shè)備和激光結(jié)晶方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光結(jié)晶設(shè)備和激光結(jié)晶方法。
背景技術(shù)：
液晶顯示器包括帶有TFTs的有源矩陣(active matrix)驅(qū)動(dòng)電路。此外，系統(tǒng)液晶顯示器在圍繞顯示區(qū)的外圍區(qū)中包括帶有TFTs的電路。低溫多晶硅適于形成液晶顯示器中的TFTs和系統(tǒng)液晶顯示器外圍區(qū)的TFTs。此外，期望低溫多晶硅能用于有機(jī)EL顯示器中的像素驅(qū)動(dòng)TFTs，或者有機(jī)EL顯示器外圍區(qū)的電路。本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)晶方法和使用CW激光器(連續(xù)波激光器)從低溫多晶硅制造TFTs的設(shè)備。
通常，為了從低溫多晶硅形成液晶顯示器的TFTs，在玻璃襯底上形成非晶硅薄膜，并且用受激準(zhǔn)分子脈沖激光器照射玻璃襯底上的非晶硅薄膜，從而使非晶硅結(jié)晶。最近，已經(jīng)發(fā)展了一種通過(guò)用CW固態(tài)激光器照射玻璃襯底上的非晶硅來(lái)使非晶硅結(jié)晶的技術(shù)(例如，參見(jiàn)日本未審查的專利申請(qǐng)2003-86505號(hào)和the Institute of Electronics，Information and Communication Engineers(IEICE)Transanctions，Vol.J85-C.8，August 2002)。非晶硅被激光束熔化，然后固化，其中所固化的部分轉(zhuǎn)變成多晶硅。
在通過(guò)受激準(zhǔn)分子脈沖激光器結(jié)晶的硅中的遷移率值約為150-300(cm2/Vs)，而在通過(guò)CW激光器結(jié)晶的硅中可以獲得約400-600(cm2/Vs)的遷移率，這有利于形成高性能的多晶硅。
在硅結(jié)晶體中，非晶硅薄膜被激光束掃描。在此情況下，在可移動(dòng)的試樣臺(tái)上安裝具有硅薄膜的襯底，以至于通過(guò)相對(duì)于固定的激光束移動(dòng)硅薄膜來(lái)掃描硅薄膜。舉例來(lái)說(shuō)，在受激準(zhǔn)分子脈沖激光器的情況中，可以通過(guò)帶有束斑為27.5厘米×0.4毫米的激光束來(lái)實(shí)施掃描操作。另一方面，在帶有較小束斑的CW固態(tài)激光器的情況中，使用例如柱面透鏡的光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚光成橢圓斑。舉例來(lái)說(shuō)，在此情況下，束斑的尺寸為數(shù)十到數(shù)百微米，并且在垂直于橢圓主軸的方向上實(shí)施掃描操作。因此，即便可以獲得高質(zhì)量的多晶硅，但通過(guò)CW固態(tài)激光器的結(jié)晶具有低的生產(chǎn)量。
因?yàn)镃W激光器具有小的束斑，并因此在一次掃描中只有小面積的非晶硅被結(jié)晶，所以需要連續(xù)實(shí)施多次掃描來(lái)結(jié)晶所需面積的非晶硅。在此情況下，在可移動(dòng)的試樣臺(tái)上安裝玻璃襯底并且實(shí)施光柵掃描，以至于束斑軌跡一次掃描在向前的方向上而下一次掃描在彼此部分重疊的相反方向上。如果重疊的量小，在兩次軌跡之間形成未結(jié)晶區(qū)，因此在加上位置公差下確定重疊量。但是，如果重疊量太大，兩次束斑的總寬度降低，從而生產(chǎn)量降低。
在最近的研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)束斑軌跡微弱彎曲。盡管通?？梢哉f(shuō)試樣臺(tái)線性移動(dòng)，但是試樣臺(tái)的移動(dòng)事實(shí)上與微小的彎曲相關(guān)，即便控制試樣臺(tái)使之線性移動(dòng)，一次掃描中結(jié)晶的束斑軌跡也會(huì)彎曲，如后面所述。如果有彎曲，兩次束斑軌跡之間的重疊量肯定增加，結(jié)果生產(chǎn)量降低。
此外，當(dāng)結(jié)晶液晶顯示器顯示區(qū)周圍的外圍區(qū)中的半導(dǎo)體層時(shí)，必須在兩個(gè)彼此正交的方向上實(shí)施掃描。因此，支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底的可移動(dòng)試樣臺(tái)必須是可旋轉(zhuǎn)的。傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括XY臺(tái)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)，其中襯底粘附到旋轉(zhuǎn)臺(tái)上并且該旋轉(zhuǎn)臺(tái)可以旋轉(zhuǎn)90度，此外，如果旋轉(zhuǎn)，可以在兩個(gè)彼此正交的方向上實(shí)施掃描。但是，提供傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)還用于在最終定位襯底中進(jìn)行角度校正，并且在此情況下，必須在幾度的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)以0.1-0.2秒的高精確度和準(zhǔn)確度來(lái)操作。為了實(shí)現(xiàn)這種精確度，傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)并沒(méi)有設(shè)計(jì)成旋轉(zhuǎn)90度。因此，試樣臺(tái)整體必須重新設(shè)計(jì)，以至于旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)可以被旋轉(zhuǎn)90度。此外，即使在生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)時(shí)使之能旋轉(zhuǎn)90度，也必須設(shè)計(jì)來(lái)精確地操作襯底的最終定位，因此，旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)的成本將是高的。結(jié)果，當(dāng)在兩個(gè)彼此正交的方向上實(shí)施掃描時(shí)，操作者必須手動(dòng)取下襯底，使之轉(zhuǎn)動(dòng)90度，并且重新設(shè)定旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)，因此操作變得麻煩并且生產(chǎn)量降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種即便在使用CW激光時(shí)也能實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)量的激光結(jié)晶設(shè)備和激光結(jié)晶方法。
根據(jù)本發(fā)明的激光結(jié)晶設(shè)備包含支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底的可移動(dòng)試樣臺(tái)、以時(shí)分方式使激光束導(dǎo)向多個(gè)光路的器件，以及向試樣臺(tái)支承的襯底上的半導(dǎo)體層聚光并應(yīng)用通過(guò)光路的激光束的光學(xué)器件。
此外，根據(jù)本發(fā)明的激光結(jié)晶方法包含以時(shí)分方式將CW激光束導(dǎo)向至少兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)；使用一個(gè)激光束導(dǎo)向的光學(xué)系統(tǒng)晶化襯底上形成的半導(dǎo)體層的第一個(gè)區(qū)域，以及使用另一個(gè)激光束導(dǎo)向的光學(xué)系統(tǒng)晶化與第一個(gè)區(qū)域隔開(kāi)的襯底上形成的半導(dǎo)體層的第二個(gè)區(qū)域。
在上述的激光結(jié)晶設(shè)備和激光結(jié)晶方法中，以時(shí)分方式將CW激光束導(dǎo)向至少兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，并且使用各個(gè)光學(xué)系統(tǒng)連續(xù)晶化半導(dǎo)體層的不同區(qū)域。因此，一個(gè)方向上掃描形成的束跡(beam traces)與相反方向上掃描形成的另一個(gè)束跡彼此不會(huì)重疊，并且可能安排成僅在一個(gè)特定方向上的掃描形成的束跡才彼此重疊。結(jié)果，可以在較低估計(jì)源于試樣臺(tái)的束跡彎曲的影響下確定重疊的量。因此，即便在使用CW激光器時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)高的生產(chǎn)量。
另外，根據(jù)本發(fā)明的激光結(jié)晶設(shè)備包含支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底的可移動(dòng)試樣臺(tái)、向試樣臺(tái)支承的襯底上的半導(dǎo)體層施用激光束的光學(xué)器件，與試樣臺(tái)分開(kāi)提供并且可以旋轉(zhuǎn)襯底的旋轉(zhuǎn)裝置，以及能夠至少在試樣臺(tái)和旋轉(zhuǎn)裝置之間傳送襯底的傳送裝置。
在XY試樣臺(tái)上與旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)分開(kāi)提供旋轉(zhuǎn)裝置的所述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)在兩個(gè)彼此正交的方向上實(shí)施掃描時(shí)，首先，在一個(gè)方向上實(shí)施掃描，同時(shí)支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底，然后將所述襯底從試樣臺(tái)傳送到旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)所述襯底90度，然后從旋轉(zhuǎn)裝置上將所述襯底傳送到試樣臺(tái)上，并將襯底放置在試樣臺(tái)上，在另一個(gè)方向?qū)嵤┝硪淮螔呙?。因而，可以在兩個(gè)彼此正交的方向上連續(xù)實(shí)施掃描。因此，當(dāng)按原樣使用帶有有限旋轉(zhuǎn)范圍但具有高精確度的傳統(tǒng)試樣臺(tái)時(shí)，僅通過(guò)重新提供可以旋轉(zhuǎn)90度的旋轉(zhuǎn)試樣臺(tái)就可以實(shí)施掃描而不會(huì)降低生產(chǎn)量。在此情況下，只需要旋轉(zhuǎn)裝置可以旋轉(zhuǎn)90度或90度加幾度，但是它不一定需要提供高精確度和0.1-1度的準(zhǔn)確度(通過(guò)在XY試樣臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)確保精確度)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)榭梢允褂孟蚯昂拖蚝髵呙鑱?lái)結(jié)晶，所以可以顯著改善生產(chǎn)量，并且即便在有彎曲時(shí)，僅通過(guò)在每個(gè)結(jié)晶區(qū)域中向前或向后掃描就可以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶，因此可以增加掃描行距。此外，本發(fā)明通過(guò)CW激光結(jié)晶改善了低溫多晶硅TFTs的產(chǎn)量，結(jié)果有助于開(kāi)發(fā)包含源于低溫多晶硅技術(shù)的高性能TFTs的器件，例如薄片電腦、智能FPDs和低成本CMOS。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的液晶顯示器的示意剖視圖。
圖2是表示圖1的TFT襯底的示意平面圖。
圖3是表示制造圖2TFT襯底的母體玻璃的示意平面圖。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的激光結(jié)晶設(shè)備的示意平面圖。
圖5是表示圖4激光結(jié)晶設(shè)備的透視圖。
圖6是表示圖4和5的光學(xué)器件結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖7是表示圖4和5中以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向多個(gè)光路的器件實(shí)例的平面圖。
圖8是表示試樣臺(tái)支承的襯底的透視圖。
圖9是表示重疊束跡實(shí)例的圖。
圖10是彎曲束跡實(shí)例的圖。
圖11是表示在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的掃描時(shí)重疊束跡實(shí)例的圖。
圖12是表示在實(shí)施往復(fù)掃描時(shí)重疊束跡實(shí)例的圖。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的激光結(jié)晶設(shè)備的側(cè)視圖。
圖14是表示試樣臺(tái)實(shí)例的透視圖。
圖15是表示圖13的傳送裝置實(shí)例的透視圖。
圖16是表示激光結(jié)晶設(shè)備變體的示意平面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的液晶顯示器的示意剖視圖。該液晶顯示器10包含一對(duì)相對(duì)的玻璃襯底12和14，和插在其間的液晶16。所述玻璃襯底12和13可以提供有電極和取向薄膜。一個(gè)玻璃襯底12是TFT襯底，并且另一個(gè)玻璃襯底14是彩色濾光片襯底。
圖2是表示圖1的玻璃襯底12的示意平面圖。該玻璃襯底具有顯示區(qū)18和繞著顯示區(qū)18的外圍區(qū)20。顯示區(qū)18包括大量的像素22。在圖2中，像素22之一被部分放大表示。像素22包括三原色RGB的次像素區(qū)，并且在三原色的每個(gè)次像素區(qū)中形成TFTs 24。外圍區(qū)域20具有TFTs(未顯示)，其中外圍區(qū)域20中的TFTs被安排得比顯示區(qū)18中的TFTs 24更密。
圖2的玻璃襯底12構(gòu)成了具有2048×1536像素22的15英寸QXGA液晶顯示器。在排列三原色的次像素區(qū)RGB的方向(水平方向)上，排列了2048個(gè)像素，因此次像素區(qū)RGB的數(shù)量為2048×3。在垂直于排列三原色次像素區(qū)RGB方向(水平方向)的方向(垂直方向)上，排列了1056個(gè)像素。在半導(dǎo)體結(jié)晶過(guò)程中，外圍區(qū)域20中在平行于其側(cè)面的方向中實(shí)施激光掃描，但是在顯示區(qū)18中，在方向A或B中實(shí)施激光掃描。
圖3是表示制造圖2玻璃襯底12的母體玻璃26的示意平面圖。配置母體玻璃26，使得從其獲得多個(gè)玻璃襯底12。盡管在圖3所示的實(shí)例中從一個(gè)母體玻璃26中可以獲得4個(gè)玻璃襯底12，但是可以獲得4個(gè)以上的玻璃襯底12。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的激光結(jié)晶設(shè)備的示意平面圖。圖5是表示圖4激光結(jié)晶設(shè)備的透視圖。激光結(jié)晶設(shè)備30包含支承上面形成有半導(dǎo)體層(非晶硅薄膜)68的襯底66的可移動(dòng)試樣臺(tái)62(圖8)、激光源32、將激光源32發(fā)射的激光束以時(shí)分方式導(dǎo)向多個(gè)光路33和34的器件36，以及使通過(guò)光路33和34的激光束聚光并應(yīng)用到試樣臺(tái)62支承的襯底66上的半導(dǎo)體層68上的光學(xué)器件37和38。輸入器件36的激光束不僅直接來(lái)自激光源32，而且舉例來(lái)說(shuō)可以是被半平面鏡同時(shí)分割的次激光束之一，如圖16所示。此外，相反地，來(lái)自器件36的出射光被同時(shí)分成次束。
激光源32包含CW激光(連續(xù)波激光器)振蕩器。半導(dǎo)體層68包括區(qū)1和區(qū)2。半導(dǎo)體層68不一定被具體分成區(qū)1和區(qū)2，但是此處如此分僅是為了便于說(shuō)明。在所示的實(shí)施方案中，在相反方向上取向在器件36中分開(kāi)的光路33和34，并且平面鏡39和40分別反射光路33和34，以至于它們彼此平行。可以改變器件36和平面鏡39(40)的中央之間的距離H，以至于可以調(diào)節(jié)平面鏡39和40之間，或者換句話說(shuō)光學(xué)器件37和38之間的距離。優(yōu)選平面鏡39和光學(xué)器件37一起由第一個(gè)支承裝置支承，并且平面鏡40和光學(xué)器件38一起由第二個(gè)支承裝置支承，以至于第一個(gè)支承裝置和第二個(gè)支承裝置之間的相對(duì)位置可以通過(guò)單軸試樣臺(tái)改變。
圖6是表示圖4和5的光學(xué)器件37的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。盡管圖6表示了圖5的光學(xué)器件37的結(jié)構(gòu)，但是應(yīng)當(dāng)理解光學(xué)器件38也可以相似配置。光學(xué)器件37包含從水平方向?qū)⒓す馐墓饴贩瓷涑纱怪狈较虻钠矫骁R42、基本上作為半圓柱形成的柱面透鏡44、與柱面透鏡44正交設(shè)置并且基本上作為半圓柱形成的柱面透鏡46，以及凸透鏡48。所述平面鏡優(yōu)選由全反射介電多層膜形成。所述光學(xué)器件37(38)使激光束的束斑BS在半導(dǎo)體層68呈橢圓形。此外，優(yōu)選在平面鏡42的上游面放置凹透鏡50。但是，光學(xué)器件37(38)不一定包括所有這些元件。
圖7是表示圖4和5中以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向多個(gè)光路33和34的器件36實(shí)例的平面圖。所述器件36包括檢流計(jì)平面鏡52。檢流計(jì)平面鏡52是由馬達(dá)54驅(qū)動(dòng)的平面鏡，并且借助驅(qū)動(dòng)裝置(驅(qū)動(dòng)電路)56，馬達(dá)54連接到控制裝置58上。試樣臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置(驅(qū)動(dòng)電路)60也被連接到控制裝置58上?？刂蒲b置58控制檢流計(jì)平面鏡52和試樣臺(tái)62，并彼此同步操作它們。檢流計(jì)平面鏡52可以用多角鏡代替。
檢流計(jì)平面鏡52反射的激光束根據(jù)檢流計(jì)平面鏡52的位置被導(dǎo)向平面鏡39或40。驅(qū)動(dòng)檢流計(jì)平面鏡52，以至于激光束被兩者選一地導(dǎo)向光路33或34。在圖7中，定位檢流計(jì)平面鏡52，使激光束被反射向平面鏡40，其中從激光源32發(fā)射出的光被檢流計(jì)平面鏡52反射，進(jìn)入光路34，然后被平面鏡40反射到圖6光學(xué)器件37中的平面鏡42。在下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，將檢流計(jì)平面鏡52放置到使激光束導(dǎo)向平面鏡39的位置上，其中從激光源32發(fā)射出的光被檢流計(jì)平面鏡52反射，進(jìn)入光路33，然后被平面鏡39反射到光學(xué)器件38中的平面鏡42上。在這種聯(lián)系中，圖4和5表示了直線取向到相反方向上的光路33和34，但是圖7表示了以一個(gè)角度取向到相反方向上的光路33和34。重要的是分別由平面鏡39和40反射的激光束彼此平行。
圖8是表示試樣臺(tái)62支承的襯底66的透視圖。試樣臺(tái)62包括X試樣臺(tái)62X、Y試樣臺(tái)62Y和旋轉(zhuǎn)臺(tái)(圖6中未顯示)。X試樣臺(tái)62X被放置在導(dǎo)向裝置(未顯示)上，以至于X試樣臺(tái)62X可以在X方向上移動(dòng)，并且在X方向上受例如進(jìn)料螺桿(未顯示)的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)。Y試樣臺(tái)62Y被放置在依次提供在X試樣臺(tái)62X上的導(dǎo)向裝置(未顯示)上，以至于Y試樣臺(tái)62Y在Y方向上受例如進(jìn)料螺桿(未顯示)的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)被可旋轉(zhuǎn)地放置在Y試樣臺(tái)62Y上，并且受驅(qū)動(dòng)裝置(未顯示)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)。
在Y試樣臺(tái)62Y的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝吸臺(tái)64。吸臺(tái)64形成具有多個(gè)真空吸孔和真空通道的真空吸盤。舉例來(lái)說(shuō)，襯底66是圖3中所示的母體玻璃26，并且通過(guò)薄膜生產(chǎn)工藝在襯底66上形成由非晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體層68。激光束LB通過(guò)圖6所示的光學(xué)器件37(38)聚光并被應(yīng)用到所述半導(dǎo)體層68上。
在激光束LB照射固定位置而試樣臺(tái)62移動(dòng)的狀態(tài)下實(shí)施掃描，所以半導(dǎo)體層68的帶狀部分受激光束LB的照射。激光束照射的非晶硅半導(dǎo)體層68部分熔化、固化并且結(jié)晶成多晶硅。在半導(dǎo)體層68中受激光束照射的帶狀部分內(nèi)，存在半導(dǎo)體層68被充分熔化，但是其背面部分沒(méi)有被充分熔化的有效熔化寬度。此處，包括在有效熔化寬度內(nèi)的半導(dǎo)體層68的部分被稱作束跡。
圖9是表示重疊束跡一個(gè)實(shí)例的圖。兩個(gè)束跡70以重疊量“I”彼此重疊?！癑”表示有效熔化寬度。因?yàn)镃W激光具有小的束斑，因此在一次掃描中，只有小面積的半導(dǎo)體層68被晶化，所以連續(xù)實(shí)施多次掃描，使束跡彼此重疊，從而晶化所需面積的半導(dǎo)體層68。
在此情況下，如圖4所示，實(shí)施光柵掃描。在光柵掃描中，Y試樣臺(tái)62Y沿著Y軸在一個(gè)方向(向前的方向)上移動(dòng)，X試樣臺(tái)62X沿著X軸方向移動(dòng)，然后Y試樣臺(tái)62Y沿著Y軸在相反方向(向后的方向)上移動(dòng)。當(dāng)在一個(gè)方向(向前的方向)上的掃描中晶化了半導(dǎo)體層68的區(qū)域1時(shí)，在相反方向(向后的方向)上掃描中晶化了半導(dǎo)體層68的區(qū)域2。
圖4中，如半導(dǎo)體層68的區(qū)域1中箭頭a1所示，實(shí)施第一次掃描。如半導(dǎo)體層68的區(qū)域2中箭頭b1所示，實(shí)施第二次掃描。如半導(dǎo)體層68的區(qū)域1中箭頭a2所示，實(shí)施第三次掃描。如半導(dǎo)體層68的區(qū)域2中箭頭b2所示，實(shí)施第四次掃描。如上所述，通過(guò)在相反方向上交替重復(fù)所述掃描，可以晶化半導(dǎo)體層68中需要晶化的部分。
控制裝置58控制檢流計(jì)平面鏡52和試樣臺(tái)62，彼此同步操作它們。在向前的掃描a1、a2和a3中，器件36工作，使激光束通過(guò)光路33，但在向后的掃描b1和b2中，器件36工作，使激光束通過(guò)光路34。
關(guān)于向前掃描，試樣臺(tái)62(62Y)在一個(gè)方向a1上移動(dòng)時(shí)半導(dǎo)體層68中形成的束跡和試樣臺(tái)62(62Y)在相同的方向a2上在接著移動(dòng)時(shí)于半導(dǎo)體層68中形成的束跡彼此重疊。關(guān)于向后掃描，試樣臺(tái)62(62Y)在相反方向b1上移動(dòng)時(shí)半導(dǎo)體層68中形成的束跡和試樣臺(tái)62(62Y)在相同的方向b2上在接著移動(dòng)時(shí)半導(dǎo)體層68中形成的束跡彼此重疊。因此，圖9中所示的兩個(gè)束跡70代表了區(qū)1(區(qū)2)中的束跡。
在這種方式下，本發(fā)明包括與向前和向后掃描同步交替地在不同的光學(xué)系統(tǒng)之間開(kāi)關(guān)激光束的機(jī)制，其中這些光學(xué)系統(tǒng)包含用來(lái)照射彼此不同的區(qū)域，并且起著以重疊方式掃描聚光的束跡功能的光學(xué)聚焦系統(tǒng)。
另一方面，關(guān)于連續(xù)向前和向后掃描，當(dāng)試樣臺(tái)62(62Y)在一個(gè)方向a1上移動(dòng)時(shí)半導(dǎo)體層68中形成的束跡和試樣臺(tái)62(62Y)在相反方向b1上移動(dòng)時(shí)半導(dǎo)體層68中形成的束跡彼此分開(kāi)。
圖10是彎曲束跡一個(gè)實(shí)例的圖。“K”表示彎曲量。在最近的研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)束跡70會(huì)微小地彎曲。也就是說(shuō)，試樣臺(tái)62(62Y)通常線性移動(dòng)，但是即便控制試樣臺(tái)使之線性移動(dòng)，事實(shí)上試樣臺(tái)62(62Y)移動(dòng)也會(huì)伴隨著彎曲，因此束跡70在一次掃描彎曲中結(jié)晶，如圖10所示。
圖11是表示在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的掃描時(shí)重疊束跡的一個(gè)實(shí)例的圖。舉例來(lái)說(shuō)，圖11表示了當(dāng)試樣臺(tái)62(62Y)在圖4中的一個(gè)方向a1上移動(dòng)時(shí)的束跡70，以及當(dāng)試樣臺(tái)62(62Y)在圖4中的相同方向a2上接著移動(dòng)時(shí)的另一個(gè)束跡70，其中這些兩個(gè)束跡彼此重疊，重疊量為“I”。在于相同方向上掃描的情況下，同相彎曲，因此可能降低重疊量。
圖12是表示在實(shí)施前后掃描時(shí)重疊束跡的一個(gè)實(shí)例的圖。例如圖12表示了當(dāng)試樣臺(tái)62(62Y)在一個(gè)方向a1上移動(dòng)時(shí)的束跡70，以及當(dāng)試樣臺(tái)62(62Y)在相反方向b1上移動(dòng)時(shí)的另一個(gè)束跡70，這些束跡彼此接近，以至于它們彼此重疊。在此情況下，因?yàn)榭赡鼙舜霜?dú)立發(fā)生的這兩個(gè)束跡70中的彎曲，如果重疊的量小，在兩個(gè)束跡70之間可能形成非晶區(qū)70X。因而，如果存在彎曲，兩個(gè)束跡70之間的重疊量肯定增加，結(jié)果生產(chǎn)量降低。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，非晶硅薄膜通過(guò)CW激光照射結(jié)晶。使用Nd:YVO4的DPSS及其諧波(多重波)可以獲得波長(zhǎng)為532納米的CW激光束。舉例來(lái)說(shuō)，使用橢圓束斑在2.5W的激光功率和2m/s的激光掃描速度下掃描最度約100納米的非晶硅薄膜。如圖10所示，在一個(gè)激光束跡70中，有效熔化寬度“J”為20微米，并且彎曲量“K”為5微米。
在如圖12所示的重復(fù)掃描中，需要約為10微米的重疊量“I”，這是彎曲量“K”和約5微米的位置公差之和。假定重疊量“I”在理想條件下可以降低至0，并且沒(méi)有彎曲也沒(méi)有位置公差的情況，圖12所示的重復(fù)掃描中的產(chǎn)量就理想情況而言降低至(20-10)/20＝0.50。
與此相比，在圖11所示本發(fā)明施用的掃描中可能有效地使用前后掃描來(lái)結(jié)晶，并且使用一個(gè)方向的掃描而不包括彎曲量“K”，就重疊量“I”可以降低為0的理想情況而言，圖11中所示的掃描產(chǎn)量被提高為(20-5)/20＝3/4＝0.75。
當(dāng)激光功率有限或者非晶硅薄膜的厚度大時(shí)，熔化寬度降低。如果熔化寬度為15微米，相對(duì)于理想情況而言，重復(fù)掃描的產(chǎn)量為(15-10)/15＝1/3＝0.33；但是根據(jù)本發(fā)明的掃描產(chǎn)量為(15-5)/15＝2/3＝0.66。
當(dāng)不實(shí)施光柵掃描，僅在向前或向后方向上實(shí)施一個(gè)方向上的掃描時(shí)，多次掃描束跡中的彎曲同相，如圖11所示，因此即便彎曲寬度為5微米，對(duì)應(yīng)于上述位置公差的僅為5微米的重疊量也是足夠的。但是，只在向前方向的一個(gè)方向上掃描(或者只在向后方向的一個(gè)方向上掃描)中，可以使用向前的束跡來(lái)結(jié)晶，但是在向后運(yùn)動(dòng)期間，激光束肯定會(huì)被光閘阻檔，這意味著一半的掃描時(shí)間浪費(fèi)了，結(jié)果產(chǎn)量降低。
圖13是表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的激光結(jié)晶設(shè)備的側(cè)視圖。該實(shí)施方案的激光結(jié)晶設(shè)備72包含支承上面形成有半導(dǎo)體層68的襯底66的可移動(dòng)試樣臺(tái)62(參見(jiàn)圖8)、激光源32、將激光源32發(fā)射出的激光束施用到由試樣臺(tái)62支承的襯底66上的半導(dǎo)體層68上的光學(xué)器件37、與試樣臺(tái)62分開(kāi)提供并能旋轉(zhuǎn)襯底66的旋轉(zhuǎn)裝置74，以及至少能在試樣臺(tái)62和旋轉(zhuǎn)裝置74之間傳送襯底66的傳送裝置76。此外，提供了襯底堆料器(儲(chǔ)器)78，作為傳送器，并且傳送裝置76可以在試樣臺(tái)62和襯底堆料器(儲(chǔ)器)78之間傳送襯底66。
試樣臺(tái)62包括X試樣臺(tái)62X、Y試樣臺(tái)62Y和旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R。X試樣臺(tái)62X被放置在導(dǎo)向裝置(未顯示)上，以至于X試樣臺(tái)62X可以在X方向上移動(dòng)，并且在X方向上受例如進(jìn)料螺桿(未顯示)的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)。Y試樣臺(tái)62Y被放置在依次提供在X試樣臺(tái)62X上的導(dǎo)向裝置(未顯示)上，以至于Y試樣臺(tái)62Y在Y方向上受例如進(jìn)料螺桿(未顯示)的驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R被可旋轉(zhuǎn)地放置在Y試樣臺(tái)62Y上，并且受驅(qū)動(dòng)裝置(未顯示)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)。在旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R上提供吸臺(tái)64(參見(jiàn)圖8)。
圖14是表示試樣臺(tái)62的一個(gè)實(shí)例的透視圖。包含多個(gè)分裂板的X試樣臺(tái)62X在低速下操作并具有高的位置分辨率。包含一個(gè)長(zhǎng)板的Y試樣臺(tái)62Y在高速下操作并且具有較低的位置分辨率。
制造旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R，使之在幾度的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)精確地操作。也就是說(shuō)，因?yàn)閭魉脱b置76以預(yù)定的姿態(tài)從襯底堆料器78中取出襯底66，并且以預(yù)定的姿態(tài)放在試樣臺(tái)62中，所以在所述操作范圍中并不特別需要在試樣臺(tái)62上旋轉(zhuǎn)襯底66。提供旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R是為了精細(xì)地調(diào)節(jié)襯底66的位置。
另一方面，如圖2所示，當(dāng)半導(dǎo)體層68在液晶顯示器顯示區(qū)18的外圍區(qū)域20中被晶化時(shí)，必須在兩個(gè)彼此正交的方向上(在C和D方向上)實(shí)施掃描。因此，襯底66必須被旋轉(zhuǎn)90度。在此情況下，如果不提供旋轉(zhuǎn)裝置74，應(yīng)該手動(dòng)旋轉(zhuǎn)襯底66并且放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)63R上。否則，必須將旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R設(shè)計(jì)成可以旋轉(zhuǎn)90度或更大角度，但是如果制造旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R使之可以旋轉(zhuǎn)90度或更大并具有高的分辨率，生產(chǎn)成本將顯著增加。
旋轉(zhuǎn)裝置74包含安裝在固定基板74A上的可旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R，并且進(jìn)一步包括用來(lái)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R的驅(qū)動(dòng)裝置。在旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R上提供有真空吸盤。所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R可以旋轉(zhuǎn)90度或更大角度。不需要旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R能夠?qū)嵤└邷?zhǔn)確度地定位操作。
圖15是表示圖13的傳送裝置76的一個(gè)實(shí)例的透視圖。傳送裝置76被構(gòu)造成一個(gè)自動(dòng)機(jī)械，其包含基板80、可以如箭頭E所示在垂直方向上移動(dòng)并且可以如箭頭F所示旋轉(zhuǎn)的機(jī)身82、連接到機(jī)身82上的平行四邊形連接84，以及叉狀臂86。如箭頭G所示，平行四邊形連接84是可伸展并且伸縮自如的。當(dāng)襯底66被放在臂86時(shí)，它被傳送。試樣臺(tái)62的旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R和旋轉(zhuǎn)裝置74的旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R具有單獨(dú)的頂升桿(未顯示)，以至于臂86可以插在襯底66和旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R或旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R之間。
在圖13中，傳送裝置76以預(yù)定姿勢(shì)取出襯底66，并且將其以預(yù)定姿勢(shì)放到試樣臺(tái)62上。試樣臺(tái)62的旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R精細(xì)地調(diào)節(jié)襯底66的位置，并且舉例來(lái)說(shuō)半導(dǎo)體層68在箭頭C的方向上沿著外圍區(qū)域20的一邊被晶化。然后，傳送裝置76從試樣臺(tái)62的旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R將襯底66傳送到旋轉(zhuǎn)裝置74的旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R。旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R帶著襯底66旋轉(zhuǎn)90度，然后傳送裝置76從旋轉(zhuǎn)裝置74的旋轉(zhuǎn)臺(tái)74R將旋轉(zhuǎn)了90度的襯底66傳送到試樣臺(tái)62的旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R上。試樣臺(tái)62的旋轉(zhuǎn)臺(tái)62R精細(xì)地調(diào)節(jié)襯底66的位置，并且舉例來(lái)說(shuō)半導(dǎo)體層68在箭頭D的方向上沿著外圍區(qū)域20的另一邊被晶化。在這種方式下，通過(guò)提供簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)裝置74可以高產(chǎn)量地晶化半導(dǎo)體層。
圖16是表示激光結(jié)晶設(shè)備變體的示意平面圖。激光結(jié)晶設(shè)備90具有分束裝置92，例如將從激光源32發(fā)射出的激光束分成兩個(gè)次束的半平面鏡。對(duì)于分束裝置92分開(kāi)的每個(gè)的次束，激光結(jié)晶設(shè)備90包含圖4和5所示的以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向多個(gè)光路33和34裝置36，以及將通過(guò)光路33和34的激光束聚光并應(yīng)用到由試樣臺(tái)62支承的襯底上的半導(dǎo)體層68上。因此，可以增加同時(shí)結(jié)晶的半導(dǎo)體層68的面積。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種激光結(jié)晶設(shè)備，其包含支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底的可移動(dòng)試樣臺(tái)；以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向多個(gè)光路的器件；以及向所述試樣臺(tái)支承的所述襯底上的所述半導(dǎo)體層聚光并應(yīng)用通過(guò)所述各自光路的激光束的光學(xué)器件。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例，所述激光結(jié)晶設(shè)備進(jìn)一步包含控制裝置，控制所述以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向光路的器件，以及同步附加所述襯底的所述試樣臺(tái)。在一個(gè)例子中，所述控制裝置控制所述以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向光路的器件以及所述試樣臺(tái)，使得所述試樣臺(tái)在一個(gè)方向上移動(dòng)時(shí)在所述半導(dǎo)體層上形成的束跡與所述試樣臺(tái)在所述一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)在所述半導(dǎo)體層中形成的另一個(gè)束跡彼此重疊。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例，其中所述以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向光路的器件包括可移動(dòng)的平面鏡。在一個(gè)例子中，所述可移動(dòng)的平面鏡包括檢流計(jì)平面鏡。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例，其中所述光學(xué)器件包括固定平面鏡和至少一個(gè)聚光透鏡。在一個(gè)例子中，安排所述光學(xué)器件的固定平面鏡，使由一個(gè)所述固定平面鏡反射的激光束與由另一個(gè)所述固定平面鏡反射的激光束平行。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例，所述激光結(jié)晶設(shè)備進(jìn)一步包含向所述以時(shí)分方式將激光束導(dǎo)向光路的器件發(fā)射激光束的激光源。在一個(gè)例子中，所述激光源包括CW激光振蕩器。在另一個(gè)例子中，所述激光源直接將激光束發(fā)送到所述器件。在另一個(gè)例子中，所述激光結(jié)晶設(shè)備進(jìn)一步在所述激光源和所述器件之間包括分束器。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實(shí)施例，其中所述襯底是從其可以獲得液晶顯示器用的多個(gè)玻璃襯底的襯底。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種激光結(jié)晶方法，其包括下列步驟以時(shí)分方式將CW激光束導(dǎo)向至少兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)；使用激光束導(dǎo)向的所述光學(xué)系統(tǒng)之一晶化所述襯底上形成的所述半導(dǎo)體層的第一個(gè)區(qū)域；以及使用另一個(gè)激光束導(dǎo)向的所述光學(xué)系統(tǒng)晶化與所述第一個(gè)區(qū)域隔開(kāi)的所述襯底上形成的所述半導(dǎo)體層的第二個(gè)區(qū)域。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的實(shí)施例，所述激光結(jié)晶方法進(jìn)一步包含下列步驟在半導(dǎo)體層的第一個(gè)區(qū)域結(jié)晶時(shí)，在一個(gè)方向上移動(dòng)支承上面形成有所述半導(dǎo)體層的襯底的試樣臺(tái)；以及在半導(dǎo)體層的第二個(gè)區(qū)域結(jié)晶時(shí)，在所述一個(gè)方向的相反方向上移動(dòng)所述試樣臺(tái)。在一個(gè)例子中，所述襯底是從其可以獲得多個(gè)液晶顯示器用玻璃襯底的襯底，并且每個(gè)具有半導(dǎo)體的玻璃襯底具有顯示區(qū)域和圍繞著所述顯示區(qū)域的外圍區(qū)域，所述第一個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于所述玻璃襯底之一的顯示區(qū)域，所述第二個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)于另一個(gè)所述玻璃襯底的顯示區(qū)域。在一個(gè)例子中，所述激光結(jié)晶方法進(jìn)一步包含晶化一部分對(duì)應(yīng)于所述外圍區(qū)域的所述半導(dǎo)體層的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種激光結(jié)晶設(shè)備，其包含支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底的可移動(dòng)試樣臺(tái)；向所述試樣臺(tái)支承的所述襯底上的所述半導(dǎo)體層施用激光束的光學(xué)器件；與所述試樣臺(tái)分開(kāi)提供并且可以旋轉(zhuǎn)所述襯底的旋轉(zhuǎn)裝置；以及能夠至少在所述試樣臺(tái)和所述旋轉(zhuǎn)裝置之間傳送所述襯底的傳送裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的實(shí)施例，其中所述試樣臺(tái)包含X試樣臺(tái)、提供在X試樣臺(tái)上的Y試樣臺(tái)，以及提供在Y試樣臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)；其中，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含底板和提供在所述底板上并且可以旋轉(zhuǎn)90度或更大角度的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，所述可移動(dòng)試樣臺(tái)的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)可被旋轉(zhuǎn)小于所述旋轉(zhuǎn)裝置的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的可旋轉(zhuǎn)角度的角度；其中，所述傳送裝置可以以不變的姿勢(shì)在可移動(dòng)試樣臺(tái)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間傳送所述襯底。在一個(gè)例子中，所述可移動(dòng)試樣臺(tái)的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)被旋轉(zhuǎn)小于10度的角度。
權(quán)利要求
1.一種激光結(jié)晶設(shè)備，其包含支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底的可移動(dòng)試樣臺(tái)；向所述試樣臺(tái)支承的所述襯底上的所述半導(dǎo)體層施用激光束的光學(xué)器件；與所述試樣臺(tái)分開(kāi)提供并且可以旋轉(zhuǎn)所述襯底的旋轉(zhuǎn)裝置；以及能夠至少在所述試樣臺(tái)和所述旋轉(zhuǎn)裝置之間傳送所述襯底的傳送裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的激光結(jié)晶設(shè)備，其中所述試樣臺(tái)包含X試樣臺(tái)、提供在X試樣臺(tái)上的Y試樣臺(tái)，以及提供在Y試樣臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)臺(tái)；其中，所述旋轉(zhuǎn)裝置包含底板和提供在所述底板上并且可以旋轉(zhuǎn)90度或更大角度的旋轉(zhuǎn)臺(tái)，所述可移動(dòng)試樣臺(tái)的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)可被旋轉(zhuǎn)小于所述旋轉(zhuǎn)裝置的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)的可旋轉(zhuǎn)角度的角度；其中，所述傳送裝置可以以不變的姿勢(shì)在可移動(dòng)試樣臺(tái)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)和所述旋轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)臺(tái)之間傳送所述襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的激光結(jié)晶設(shè)備，其中所述可移動(dòng)試樣臺(tái)的所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)可被旋轉(zhuǎn)小于10度的角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種即便在使用CW激光時(shí)也能實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)量的激光結(jié)晶設(shè)備和激光結(jié)晶方法。所述激光結(jié)晶設(shè)備包含支承上面形成有半導(dǎo)體層的襯底的可移動(dòng)試樣臺(tái)、以時(shí)分方式使激光束導(dǎo)向多個(gè)光路的器件，以及向試樣臺(tái)支承的襯底上的半導(dǎo)體層聚光并應(yīng)用通過(guò)光路的激光束的光學(xué)器件。使用激光束在一個(gè)方向上掃描半導(dǎo)體層的第一個(gè)區(qū)域，并且使用激光束在相反方向上掃描半導(dǎo)體層的第二個(gè)區(qū)域。
文檔編號(hào)G02F1/13GK101086954SQ200710101149
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2004年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者佐佐木伸夫, 宇塚達(dá)也 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社, 株式會(huì)社日本激光