專利名稱：用于通過(guò)激光束使半導(dǎo)體結(jié)晶化的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使半導(dǎo)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(gè)包含TFT(薄膜晶體管)的有源矩陣驅(qū)動(dòng)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(jī)EL顯示器所用的像素驅(qū)動(dòng)TFT、有機(jī)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(duì)半導(dǎo)體結(jié)晶化的方法和裝置，用于通過(guò)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(wú)定形硅層形成在一個(gè)玻璃基片上，并且在的玻璃基片上的無(wú)定形硅層被受激準(zhǔn)分子脈沖激光所照射，以使得該無(wú)定形硅結(jié)晶化。最近，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種解決方法，其中在玻璃基片上的無(wú)定形硅層被CW固體激光器所照射，以使該無(wú)定形硅結(jié)晶化。
在通過(guò)受激準(zhǔn)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(jí)，但是在另一方面，在通過(guò)CW激光對(duì)硅的結(jié)晶化中，可以實(shí)現(xiàn)400至600(cm2/Vs)量級(jí)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(gè)可移動(dòng)的平臺(tái)上，并且當(dāng)硅層相對(duì)于固定激光束運(yùn)動(dòng)時(shí)執(zhí)行掃描。如圖19中所示，在受激準(zhǔn)分子脈沖激光掃描中，可以用例如具有27.5mm×0.4mm的光點(diǎn)“X”的激光束直線掃描，并且當(dāng)光束寬度為27.5mm，掃描速度為6mm/s時(shí)，面積掃描速度為1.65cm2/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(diǎn)“Y”執(zhí)行掃描，并且當(dāng)以50cm/s的掃描速度執(zhí)行掃描時(shí)，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(guò)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(wèn)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3cm2/s。但是，如此獲得的多晶硅的遷移率較低。
在通過(guò)CW固體激光的結(jié)晶化中，由于穩(wěn)定CW激光的輸出相對(duì)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(wèn)題。
另外，如果通過(guò)例如具有10W的激光功率的CW激光執(zhí)行掃描，光點(diǎn)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(diǎn)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(guò)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(wèn)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(dòng)臺(tái)包括一個(gè)Y軸臺(tái)1、一個(gè)X軸臺(tái)2、一個(gè)可旋轉(zhuǎn)臺(tái)3以及一個(gè)真空吸盤(pán)4。通常，處于最低位置的Y軸臺(tái)1具有較多運(yùn)動(dòng)的大的高速結(jié)構(gòu)，并且該Y軸臺(tái)1上方的X軸臺(tái)2具有相對(duì)較小和較少運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。處于最低位置的Y軸臺(tái)1承擔(dān)所有上方部件的負(fù)載。包括無(wú)定形半導(dǎo)體的基片被在真空吸盤(pán)4所固定，一個(gè)激光束照射到該無(wú)定形半導(dǎo)體上，并且在可移動(dòng)臺(tái)被移動(dòng)，并且通過(guò)熔化和硬化對(duì)該無(wú)定形硅進(jìn)行結(jié)晶化，以形成多晶硅。
利用受激準(zhǔn)分子脈沖激光，由于所形成的光點(diǎn)相對(duì)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(diǎn)極小，因此面積掃描速度相當(dāng)?shù)?。因此，通過(guò)CW固體激光進(jìn)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(guò)激光掃描進(jìn)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(jìn)行往復(fù)移動(dòng)。換句話說(shuō)，該基片從靜止?fàn)顟B(tài)被加速，繼續(xù)以恒定速度移動(dòng)，并且被激光束掃描，然后減速到靜止?fàn)顟B(tài)。接著，該基片在相反方向上移動(dòng)，在此時(shí)該基片被加速，以恒定速度移動(dòng)，并且減速到靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)重復(fù)進(jìn)行基片的往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(tái)1的加速度/減速度。但是，如果加速度增加，則加速的震動(dòng)增加，并且該震動(dòng)與加速度和由該臺(tái)所支承的負(fù)載的重量之間的乘積成比例。大的震動(dòng)將使得用于發(fā)射激光束的光學(xué)系統(tǒng)擺動(dòng)，使其偏移，因此使該光學(xué)系統(tǒng)對(duì)焦不準(zhǔn)，并且移動(dòng)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(dòng)的Y軸臺(tái)1支承所有其他臺(tái)部件的負(fù)載，并且該負(fù)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(shí)間內(nèi)被加速到高速度。
另外，該可旋轉(zhuǎn)臺(tái)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(pán)4上除去該基片，并且把該基片重新附著在真空吸盤(pán)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(duì)半導(dǎo)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(duì)半導(dǎo)體結(jié)晶化的方法包括如下步驟把由激光源所發(fā)射的激光束分為多個(gè)子光束，并且有選擇地把子光束照射到基片上的無(wú)定形半導(dǎo)體上，以使該半導(dǎo)體結(jié)晶化，其中由多個(gè)激光源所發(fā)射的激光束被同時(shí)照射到該半導(dǎo)體上，并且多個(gè)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(duì)半導(dǎo)體結(jié)晶化的裝置包括至少一個(gè)激光源、用于把由激光源所發(fā)射的激光束分為多個(gè)子光束的光束分離裝置、用于把子光束聚焦在基片上的無(wú)定形半導(dǎo)體上的至少一個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)、用于改變由該聚焦光學(xué)系統(tǒng)所形成的子光束的至少兩個(gè)光點(diǎn)位置之間的距離的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、用于把激光束轉(zhuǎn)向到該聚焦光學(xué)系統(tǒng)的第一平面鏡、以及被提供在該聚焦光學(xué)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)方向相平行。
在這些結(jié)構(gòu)中，通過(guò)同時(shí)照射多個(gè)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(duì)整個(gè)顯示區(qū)域進(jìn)行結(jié)晶化的情況，與像素的表面面積相比，TFT(薄膜晶體管)部分受到限制，可以通過(guò)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(jìn)一步增加效率。盡管不被光束所照射的那些部分保持為無(wú)定形半導(dǎo)體，但是當(dāng)TFT被分割時(shí)，它們被除去，因此如果它們被保留為無(wú)定形半導(dǎo)體也不成問(wèn)題。
接著，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對(duì)半導(dǎo)體結(jié)晶化的方法，其中包括如下步驟把由多個(gè)激光源所發(fā)射的激光束通過(guò)一個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)照射到基片上的一個(gè)半導(dǎo)體層，以使得該半導(dǎo)體層熔化和結(jié)晶化，其中多個(gè)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(dǎo)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(duì)半導(dǎo)體結(jié)晶化的方法包括如下步驟把由多個(gè)激光源所發(fā)射的激光束通過(guò)一個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)照射到的基片上的半導(dǎo)體層上，以熔化和結(jié)晶化的該半導(dǎo)體層，其中由該激光源所發(fā)射的激光束所形成的多個(gè)光點(diǎn)至少部分地相互重疊。
另外，根據(jù)本發(fā)明，一種用于對(duì)半導(dǎo)體結(jié)晶化的裝置包括第一和第二激光源、聚焦光學(xué)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(dǎo)到該聚焦光學(xué)系統(tǒng)的組合光學(xué)系統(tǒng)，其中該組合光學(xué)系統(tǒng)包括置于第一激光源之后的一個(gè)λ/2波片、置于第一和第二激光源的至少一個(gè)激光源之后的光束擴(kuò)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(guò)把由第一和第二激光源所發(fā)射的激光束通過(guò)該聚焦光學(xué)系統(tǒng)照射到基片上的無(wú)定形半導(dǎo)體上，可以增加照射光點(diǎn)的尺寸。通過(guò)增加該光點(diǎn)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(duì)半導(dǎo)體結(jié)晶化的裝置包括激光源、用于支承包括無(wú)定形半導(dǎo)體的基片的平臺(tái)、以及一個(gè)光學(xué)聚焦系統(tǒng)，其中該平臺(tái)包括平行放置并且同步地在第一方向上移動(dòng)的多個(gè)第一臺(tái)部件、置于第一臺(tái)部件之上并且在與第一方向相垂直的第二方向上移動(dòng)的第二臺(tái)部件、可旋轉(zhuǎn)地置于第二臺(tái)部件之上的第三臺(tái)部件，從而由激光源所發(fā)射的激光束被通過(guò)該光學(xué)聚焦系統(tǒng)照射到固定到第三臺(tái)部件的基片上的半導(dǎo)體上，以熔化和結(jié)晶化該半導(dǎo)體。
在該結(jié)構(gòu)中，在用于支承包括無(wú)定形半導(dǎo)體的基片的平臺(tái)中，多個(gè)第一臺(tái)部件被置于最下方位置并且支承第二臺(tái)部件和第三臺(tái)部件。第二臺(tái)部件可以高速移動(dòng)。從而不需要該高速移動(dòng)的第二臺(tái)部件來(lái)支承都的多個(gè)第一臺(tái)部件，因此在其上面的負(fù)載較小。因?yàn)樗愿咚龠\(yùn)動(dòng)，多個(gè)第一臺(tái)部件同時(shí)移動(dòng)并且支承較長(zhǎng)的第二臺(tái)部件而不使其彎曲。相應(yīng)地，第二臺(tái)部件可以是一個(gè)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(duì)半導(dǎo)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(gè)基片上的半導(dǎo)體上，以熔化和結(jié)晶化該半導(dǎo)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(tái)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(shí)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(gè)實(shí)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(薄膜晶體管)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(wú)定形硅層的一個(gè)例子的透視圖；圖7為示出用于調(diào)節(jié)子光束的光點(diǎn)的光學(xué)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(gè)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(gè)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(gè)玻璃基片和多個(gè)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(gè)例子的示意圖；圖16為示出子光束的分布的一個(gè)例子的示意圖；圖17為示出用于說(shuō)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(gè)變型例子的示意圖；圖19為示出利用受激準(zhǔn)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(gè)實(shí)施例通過(guò)激光束對(duì)半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶化的步驟的透視圖；圖22為示出用于對(duì)外圍區(qū)域的半導(dǎo)體進(jìn)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(gè)變型例子的示意圖；圖24為示出光點(diǎn)的一個(gè)例子的示意圖；圖25為示出光點(diǎn)的一個(gè)例子的示意圖；圖26為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例通過(guò)激光束對(duì)半導(dǎo)體層進(jìn)行結(jié)晶化的步驟的示意圖；圖27為示出支承具有無(wú)定形硅層的玻璃基片的可移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)的透視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1為示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)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(duì)相對(duì)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(duì)齊層可以被提供在該玻璃基片12和14上。一個(gè)玻璃基片12為TFT(薄膜晶體管)基片，并且另一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)15”的QXGA液晶顯示設(shè)備(即分辨率為QXGA)，并且具有2048×1536個(gè)像素22。2048個(gè)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(gè)。1536個(gè)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(dǎo)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?yàn)門FT24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(gè)玻璃基片12。在圖3中所示的例子中，一個(gè)樣品玻璃26包括4個(gè)玻璃基片12，但是一個(gè)樣品玻璃26可以包括4個(gè)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(wú)定形硅層形成在該玻璃基片上。在步驟S2，無(wú)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(wú)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(氧化銦錫)層，并且完成該玻璃基片12。該ITO(氧化銦錫)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(gè)接一個(gè)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(wú)定形硅上，以熔化和硬化該無(wú)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(wú)定形硅36上，以熔化和硬化該無(wú)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(lái)自CW激光振蕩器30的相對(duì)較高功率的激光束以相對(duì)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(lái)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(duì)較高的掃描速度照射顯示區(qū)域18。通過(guò)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(gè)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(wú)定形硅層的一個(gè)例子。多個(gè)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(yù)定的間隔形成光點(diǎn)。數(shù)字36表示形成在玻璃基片12上的無(wú)定形硅層，并且玻璃基片12被通過(guò)XY臺(tái)的真空吸盤(pán)固定到XY臺(tái)38上。
子光束SB被設(shè)置為在包括存在TFT24的位置的無(wú)定形硅層36上的條形部分40中形成光點(diǎn)，并且XY臺(tái)38在箭頭A和B的方向上移動(dòng)(掃描)。該無(wú)定形硅層36的剩余條形部分42不被照射。也就是說(shuō)，該無(wú)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(diǎn)的光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。該光學(xué)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(gè)凸透鏡50。通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)，把子光束SB的光點(diǎn)形成為橢圓形。
圖8為示出多個(gè)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(gè)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(gè)子光束SB。通過(guò)該半透射鏡51的一個(gè)子光束SB被另一個(gè)半透射鏡52進(jìn)一步分為兩個(gè)子光束SB。數(shù)字53表示一個(gè)平面鏡。被半透射鏡51所反射的另一個(gè)子光束SB被另一個(gè)半透射鏡54進(jìn)一步分為兩個(gè)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(gè)子光束SB。
一個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)的光閘55和一個(gè)可獨(dú)立調(diào)節(jié)的ND(中性密度)濾光器56被設(shè)置在子光束SB的每個(gè)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(yù)定光點(diǎn)照射到該無(wú)定形硅層36。
每個(gè)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(xué)部件形成一個(gè)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(dòng)。光束剖面測(cè)量?jī)x60被設(shè)置在每個(gè)聚焦單元59上的光軸上。該光束剖面測(cè)量?jī)x60糾正各個(gè)子光束SB的聚焦位置。并且，該光束剖面測(cè)量?jī)x60可以檢測(cè)各個(gè)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(gè)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(wú)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(dòng)(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(wú)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(gè)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(gè)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(xué)部件相同的光學(xué)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(gè)子光束SB。在這種情況中，8個(gè)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(kuò)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(kuò)展器79調(diào)節(jié)激光束LB的發(fā)散角。換句話說(shuō)，如果在激光振蕩器30和30a的同時(shí)照射的多個(gè)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(xué)系統(tǒng)所聚焦而其他激光束LB(子光束SB)的焦點(diǎn)不一致的情況，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)LB激光束的發(fā)散角，兩個(gè)激光束LB的焦點(diǎn)將一致。該光束擴(kuò)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(gè)激光束LB的每個(gè)光路中可以設(shè)置兩個(gè)光束擴(kuò)展器。
圖9為示出適用于形成16個(gè)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(gè)激光振蕩器30、兩個(gè)子光束分離組件62、兩個(gè)子光束聚焦組件64。兩個(gè)激光振蕩器30對(duì)應(yīng)于圖8的兩個(gè)激光振蕩器30和30a。一個(gè)子光束分離組件62把從兩個(gè)激光振蕩器30和30a輸出的激光束LB分為8個(gè)子光束SB，并且包括對(duì)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(xué)部件。一個(gè)子光束聚焦組件64被光連接到一個(gè)子光束分離組件62，并且包括對(duì)應(yīng)于從圖8的平面鏡57到聚焦單元59的光學(xué)部件。
圖10為示出圖9的子光束聚焦組件64的一個(gè)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(gè)平面鏡57和58以及8個(gè)聚焦單元59被安裝到一個(gè)框架64F上。每個(gè)聚焦單元59通過(guò)電驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)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(dòng)。
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(xué)部件被除去，并且外圍區(qū)域照射系統(tǒng)32的光學(xué)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(guò)度地減小像素間距的條件下，對(duì)于可以由人眼所觀看的顯示器來(lái)說(shuō)，TFT24的尺寸可以預(yù)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(jìn)行處理的效率，并且可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能處理。
在一個(gè)例子中，TFT24的尺寸可以是溝道長(zhǎng)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(tái)的波動(dòng)最大為±10μm的量級(jí)，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^(guò)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(shí)現(xiàn)增加溝道寬度的需要。
熔化寬度(無(wú)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(wú)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(diǎn)具有F＝200mm和F＝40mm的透鏡組合的光學(xué)系統(tǒng)，并且與橢圓的長(zhǎng)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(duì)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Nd:YV04連續(xù)波固體激光。
對(duì)于10W的激光振蕩，在分割為4個(gè)子光束之后的激光功率值為2.3W、2.45W、2.45W和2.23W，都超過(guò)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(gè)子光束SB的功率值都一致為2.2W。
在圖9中，16個(gè)子光束SB被ND濾光器56進(jìn)行功率調(diào)節(jié)，從而所有16個(gè)子光束SB被調(diào)節(jié)為具有2.1W的相同功率值。由于來(lái)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(kuò)展器，并且通過(guò)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(huì)造成嚴(yán)重的問(wèn)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(gè)子光束SB在15”的QXGA顯示設(shè)備(即分辨率為QXGA的顯示設(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(xué)系統(tǒng)的尺寸而不可能以148.5μm的間隔設(shè)置16個(gè)子光束SB。每個(gè)聚焦單元59的照射透鏡以30m的間隔而設(shè)置，并且通過(guò)電驅(qū)動(dòng)臺(tái)59S可以相對(duì)于它們?cè)O(shè)置的方向在±4mm的范圍內(nèi)移動(dòng)。
由于30mm/148.5μm＝202.02，因此在兩個(gè)聚焦單元59之間存在一行202個(gè)TFT24(無(wú)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(gè)照射透鏡被從設(shè)計(jì)的平均位置精細(xì)地調(diào)節(jié)，在第二照射透鏡的情況中為在負(fù)方向上的3μm，對(duì)于第三照射透鏡為在負(fù)方向上的6μm，...，對(duì)于第16個(gè)照射透鏡為在負(fù)方向上的45μm。因此，子光束被聚焦在各個(gè)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(gè)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(dāng)XY臺(tái)38在由箭頭A和B所表示的方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)執(zhí)行掃描。換句話說(shuō)，在XY臺(tái)38在箭頭A的方向上運(yùn)動(dòng)之后，XY臺(tái)在與箭頭A和B相垂直的方向上移動(dòng)148.5μm，然后在箭頭B的方向上運(yùn)動(dòng)，接著再次在與箭頭A和B相垂直的方向上移動(dòng)148.5μm。該操作被重復(fù)執(zhí)行。在圖13中，盡管每個(gè)子光束SB被示出為掃描4次，但是在此所述的例子中，每個(gè)子光束SB掃描202次。
在一個(gè)掃描方向中的一次掃描中，16個(gè)子光束SB以202個(gè)像素的間隔對(duì)無(wú)定形硅層36的條形部分40進(jìn)行結(jié)晶化。接著，在反向掃描中，16個(gè)子光束SB以202個(gè)像素的間隔對(duì)無(wú)定形硅層36的相鄰條形部分40進(jìn)行結(jié)晶化。在101次往復(fù)掃描中(即，202次掃描)，可以掃描對(duì)應(yīng)于202×16＝3332個(gè)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?cái)?shù)目?jī)H僅為1536個(gè)。從而，在要被接著說(shuō)明的例子中，使用8個(gè)子光束SB而不是16個(gè)。由于1536＝202×7+122＝122×8+80×7，因此用8個(gè)光束執(zhí)行122次掃描，用7個(gè)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(duì)一個(gè)玻璃基片12進(jìn)行掃描和結(jié)晶化，因此可以通過(guò)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(dāng)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(gè)玻璃基片12a和12b以及多個(gè)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(gè)子光束SB中的第8個(gè)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(gè)子光束SB中的第一子光束SB。
當(dāng)?shù)?個(gè)子光束SB8已經(jīng)結(jié)束122次掃描時(shí)，它被光閘56所停止。可以由該第8個(gè)子光束SB8所掃描的剩余80次掃描的掃描區(qū)域的長(zhǎng)度為148.5μm×80＝11.880mm。如果該距離與玻璃基片上12a的最后一個(gè)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(gè)子光束SB可以被用于對(duì)相鄰玻璃基片12b進(jìn)行結(jié)晶化，而沒(méi)有浪費(fèi)。換句話說(shuō)，當(dāng)?shù)谝蛔庸馐鳶B掃描玻璃基片12a的第一像素時(shí)，第9子光束SB掃描玻璃基片12b的第一像素。當(dāng)存在玻璃基片12的2mm的外圍區(qū)域20時(shí)，可以在兩個(gè)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(dāng)相對(duì)于平均位置的±4mm的可移動(dòng)區(qū)被提供給每個(gè)子光束SB時(shí)，可以允許能夠用該可移動(dòng)區(qū)域消除的不規(guī)則性，但是一個(gè)接一個(gè)地對(duì)相鄰玻璃基片的調(diào)節(jié)的需要被復(fù)雜化，并且該過(guò)程是耗時(shí)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(jì)該樣本玻璃使得在多個(gè)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(shí)出現(xiàn)停止這種單個(gè)子光束SB的情況。在大的玻璃基片12的情況中，應(yīng)當(dāng)明確可以更加有效地使用16個(gè)子光束SB。
圖15為示出子光束SB的排列的一個(gè)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(duì)透鏡和平面鏡小型化的限制，因此對(duì)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(cuò)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(tái)能夠以一致的高速度運(yùn)動(dòng)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(gè)例子的示意圖。在用兩行來(lái)克服該問(wèn)題中，盡管可以通過(guò)把兩個(gè)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(dāng)該平臺(tái)已經(jīng)完成以一致的高速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，還可以通過(guò)把每一行設(shè)置在樣本玻璃的最前位置而實(shí)現(xiàn)該目的，如圖16中所示。當(dāng)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(shuō)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(dāng)通過(guò)激光對(duì)無(wú)定形硅面板的面板表面進(jìn)行退火時(shí)，如果整個(gè)面板表面都被退火，則需要太多的時(shí)間。如果TFT24被零星地分散，如圖17中所示，則可以僅僅對(duì)包含TFT24的條形部分40進(jìn)行退火，因此不需要對(duì)整個(gè)表面退火。
在通過(guò)激光束掃描以對(duì)該面板表面進(jìn)行退火中，存在有當(dāng)該面板被固定時(shí)移動(dòng)該激光束(子光束)的方法，以及當(dāng)激光束(子光束)被固定時(shí)移動(dòng)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(gè)激光束來(lái)進(jìn)行激光退火需要太多的時(shí)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(shí)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(shí)施例的裝置可以適用于不同的間距。
這在圖18中進(jìn)一步說(shuō)明。在用多條(在圖18中為4條)激光束(子光束SB)進(jìn)行退火時(shí)，該面板必須用等間距的子光束SB來(lái)照射。這種機(jī)構(gòu)將使用圖18的4條光束來(lái)說(shuō)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(tái)的運(yùn)動(dòng)方向C相平行(在圖18的中為左右運(yùn)動(dòng))。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(guò)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(dǎo)軌59G上(手動(dòng)臺(tái))和電驅(qū)動(dòng)臺(tái)59S上，從而當(dāng)該電驅(qū)動(dòng)臺(tái)59S運(yùn)動(dòng)時(shí)(在圖中為左右運(yùn)動(dòng))，整個(gè)聚焦單元59向左或向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)該電驅(qū)動(dòng)臺(tái)59S運(yùn)動(dòng)時(shí)(在圖中為左右運(yùn)動(dòng))，整個(gè)聚焦單元59向左或向右移動(dòng)，從而激光束(子光束SB)總是通過(guò)圖形單元LU的中央。
通過(guò)該機(jī)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)透鏡單元LU的向外激光束和經(jīng)過(guò)下一個(gè)透鏡單元LU的下一個(gè)向外激光束之間的間隔(激光束間距PLB1)?？梢园凑张c用于激光束間距PLB1相同的方法來(lái)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(duì)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(jìn)行退火而沒(méi)有浪費(fèi)或損耗的方法。
晶體管間距PTR通常為100μm的量級(jí)(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(dāng)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(guò)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(duì)具有19.98mm的激光間距的4個(gè)晶體管行進(jìn)行退火。接著，在把該面板與激光掃描方向相垂直地相對(duì)于激光束移動(dòng)90μm之后，再次執(zhí)行激光掃描，可以對(duì)緊接著的4個(gè)晶體管行進(jìn)行退火。當(dāng)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(gè)晶體管行被退火而沒(méi)有重復(fù)或遺留。可以對(duì)222×4×90μm＝19.98mm×4＝約80mm的區(qū)域進(jìn)行退火而沒(méi)有浪費(fèi)或失敗。接著，在把該面板與激光掃描方向相垂直地相對(duì)于激光束移動(dòng)80mm之后，如果通過(guò)相同的處理執(zhí)行退火，則可以對(duì)任何尺寸的面板進(jìn)行退火而沒(méi)有重復(fù)或遺漏。
本實(shí)施例提供一種用于退火的裝置，通過(guò)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(dāng)對(duì)具有變化的晶體管間距的面板進(jìn)行激光退火時(shí)，也不會(huì)有浪費(fèi)或遺漏。在此已經(jīng)提出一種系統(tǒng)，當(dāng)使用激光對(duì)無(wú)定形硅面板等等進(jìn)行激光退火時(shí)，使用多條激光束。本實(shí)施例提供一種方法，其可以使用多條激光束進(jìn)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(guò)把多個(gè)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(méi)有浪費(fèi)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(shí)施例。該實(shí)施例包括圖1至4所示基本特征。
圖21為示出通過(guò)激光束對(duì)無(wú)定形硅層(半導(dǎo)體層)進(jìn)行結(jié)晶化的步驟的示意圖。該無(wú)定形硅層36形成在一個(gè)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(guò)真空吸盤(pán)或者臺(tái)38的機(jī)械制動(dòng)器固定到一個(gè)XY臺(tái)38上。激光束LB被在照射到無(wú)定形硅層36上，并且激光束LB在預(yù)定方向上移動(dòng)，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(wú)定形硅層36上，以熔化和硬化該無(wú)定形硅層，使得該無(wú)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(wú)定形硅層36上，以熔化和硬化該無(wú)定形硅層，以把操作硅層的無(wú)定形態(tài)結(jié)晶化為多晶硅。其原因是在以交錯(cuò)的方式執(zhí)行激光掃描時(shí)，當(dāng)首先用強(qiáng)激光對(duì)外圍區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化，然后用弱激光對(duì)顯示區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化時(shí)，交錯(cuò)部分的結(jié)晶度與當(dāng)使用強(qiáng)激光時(shí)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(qiáng)激光所獲得的結(jié)晶度不足。這是因?yàn)槿绻麩o(wú)定形硅被部分地結(jié)晶為特定的程度則對(duì)光的吸收減少。
當(dāng)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(shí)，則需要高質(zhì)量的多晶硅。從而，用相對(duì)較高功率的激光束以相對(duì)較低的掃描速度執(zhí)行外圍區(qū)域20的激光掃描，并且當(dāng)顯示區(qū)域18的TFT24不需要高質(zhì)量的多晶硅時(shí)，用相對(duì)較低功率的激光束(或者通過(guò)從激光束分離的子光束)以相對(duì)較高的掃描速度執(zhí)行掃描。
圖22為示出用于對(duì)外圍區(qū)域20的半導(dǎo)體進(jìn)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(tái)38用于結(jié)晶化。該激光設(shè)備70包括兩個(gè)激光源(連續(xù)波(CW)激光振蕩器)71和72、普通聚焦光學(xué)系統(tǒng)73、以及用于把從兩個(gè)激光源71和72發(fā)出的激光束引導(dǎo)到該聚焦光學(xué)系統(tǒng)73的組合光學(xué)系統(tǒng)74。
該聚焦光學(xué)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(diǎn)由聚焦光學(xué)系統(tǒng)73形成為橢圓形。
該組合光學(xué)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(kuò)展器79、以及用于組合來(lái)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(xué)系統(tǒng)74所組合，并且通過(guò)聚焦光學(xué)系統(tǒng)73照射到玻璃基片12的無(wú)定形半導(dǎo)體36，以使得該無(wú)定形半導(dǎo)體36結(jié)晶化。該光束擴(kuò)展器79調(diào)節(jié)激光束LB的發(fā)散角。換句話說(shuō)，如果在激光束LB的發(fā)散角之間具有偏差，則存在一個(gè)激光束LB被該聚焦光學(xué)系統(tǒng)73所聚焦，但是與另一個(gè)激光束LB的焦點(diǎn)不一致，因此希望通過(guò)光束擴(kuò)展器79調(diào)節(jié)該激光束LB的發(fā)散角使得兩個(gè)激光束LB的焦點(diǎn)相一致。該光束擴(kuò)展器79也可以被設(shè)置在另一個(gè)激光束LB的光路中。并且，兩個(gè)光束擴(kuò)展器可以設(shè)置在這些激光束LB的兩個(gè)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(guò)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(dǎo)到偏振光束分束器80，并且兩個(gè)激光束LB以基本上重疊的方式照射到無(wú)定形半導(dǎo)體36。線性偏振狀態(tài)的改變?cè)趫D23中更加詳細(xì)地示出。
每個(gè)激光束LB通過(guò)聚焦光學(xué)系統(tǒng)73以形成一個(gè)橢圓形的光點(diǎn)。如圖24中所示，激光束LB的各個(gè)光點(diǎn)相重疊，并且組合的激光束LB的光點(diǎn)形成一個(gè)蠶繭狀的光點(diǎn)BS。這可以通過(guò)稍微偏轉(zhuǎn)任何一個(gè)平面鏡81的角度而實(shí)現(xiàn)。換句話說(shuō)，從激光源71和72輸出的激光束LB分別形成橢圓形的光點(diǎn)，并且該橢圓形光點(diǎn)在它們的長(zhǎng)軸方向上相互重疊。
在本例中，通過(guò)等離子體CVD(化學(xué)氣相淀積)方法在玻璃基片12上形成400nm厚的氧化硅層，并且通過(guò)等離子體CVD方法在其上形成100nm厚的無(wú)定形硅36。所使用的激光為連續(xù)波Nd:YV04固體激光。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)使用單個(gè)激光源時(shí)，以10W的激光功率形成400μm×20μm的光點(diǎn)。如果使用具有400μm的激光寬度和50cm/s的掃描速度的單個(gè)激光執(zhí)行掃描，則可以獲得2cm2/s的面積掃描速度。并且，在400μm的激光照射寬度中，無(wú)定形半導(dǎo)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(shí)，可以獲得500(cm2/Vs)的高遷移率。
如圖22中所示，從兩個(gè)激光源71和72發(fā)出的激光束的組合光點(diǎn)為600μm×20μm。當(dāng)以10W的激光功率、600μm的光點(diǎn)寬度以及50cm/s的掃描速度執(zhí)行激光掃描時(shí)，無(wú)定形半導(dǎo)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(gè)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(shuō)，通過(guò)兩個(gè)光點(diǎn)的復(fù)合加熱，可以增加光點(diǎn)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(gè)光學(xué)系統(tǒng)的單元。每個(gè)光學(xué)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(xué)系統(tǒng)使用與圖22相同的帶有后綴“a”的標(biāo)號(hào)，以表示相同的光學(xué)部件；并且第二單元的光學(xué)系統(tǒng)使用與圖22相同的帶有后綴“b”的標(biāo)號(hào)以表示相同的光學(xué)部件?？梢赃m當(dāng)?shù)靥峁┕馐鴶U(kuò)展器79。
兩個(gè)單元的光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)置為緊密相鄰，并且由該兩個(gè)單元的光學(xué)系統(tǒng)所產(chǎn)生的光點(diǎn)BS被設(shè)置為使得它們?cè)谂c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(gè)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(diǎn)的另一個(gè)例子的示意圖。三個(gè)光點(diǎn)BS都被設(shè)置為使得它們?cè)谂c掃描方向相垂直和相平行的方向上偏移。這三個(gè)光點(diǎn)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(gè)光點(diǎn)被設(shè)置為使得它們相平行地掃描該半導(dǎo)體層，并且當(dāng)在掃描方向上觀察時(shí)相互重疊，從而它們的熔化寬度相互重疊。并且，三個(gè)以上的光點(diǎn)可以被設(shè)置為使得它們?cè)谂c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(dāng)使用CW固定激光時(shí)也可以增加效率。
接著，將說(shuō)明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。該實(shí)施例包括參照?qǐng)D1至4所述的基本特征。圖26為示出通過(guò)激光束對(duì)無(wú)定形硅層(半導(dǎo)體層)36進(jìn)行結(jié)晶化的步驟的示意圖。該無(wú)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(pán)或者該臺(tái)的機(jī)械制動(dòng)器固定到一個(gè)可移動(dòng)臺(tái)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(guò)一個(gè)凹透鏡31，被平面鏡44所反射，通過(guò)一個(gè)聚焦光學(xué)系統(tǒng)，并且被照射到無(wú)定形硅層36上。該聚焦光學(xué)系統(tǒng)包括一個(gè)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(gè)凸透鏡50。通過(guò)該凸透鏡50的激光束LB的光點(diǎn)形成為一個(gè)橢圓形。
激光束LB被在照射到無(wú)定形硅層36上，并且該可移動(dòng)臺(tái)38在預(yù)定方向上移動(dòng)，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(wú)定形硅36上，以熔化和硬化該無(wú)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(wú)定形硅36上，以熔化和硬化該無(wú)定形硅，把其結(jié)晶化為多晶硅。
當(dāng)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(shí)，需要高質(zhì)量的多晶硅。從而，用相對(duì)較高功率的激光束以相對(duì)較低的掃描速度執(zhí)行外圍區(qū)域20的激光掃描，并且當(dāng)顯示區(qū)域18的TFT24不需要較高質(zhì)量的多晶硅時(shí)，以相對(duì)較低功率的激光束(或者通過(guò)從激光束分離的子光束)以相對(duì)較高的掃描速度執(zhí)行掃描。
圖27為示出支承具有無(wú)定形硅層36的玻璃基片12的可移動(dòng)臺(tái)38的透視圖。該可移動(dòng)臺(tái)38包括平行設(shè)置并且同步地在第一方向P、Q上運(yùn)動(dòng)的第一臺(tái)部件38A，設(shè)置在第一臺(tái)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(yùn)動(dòng)的第二臺(tái)部件38B，以及可旋轉(zhuǎn)地置于第二臺(tái)38B上方的第三臺(tái)部件38C。該第三臺(tái)部件38C具有用于固定玻璃基片12的無(wú)定形半導(dǎo)體36的真空吸盤(pán)38D。該第三臺(tái)部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺(tái))可以在110度的角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
在該可移動(dòng)臺(tái)38中，第一臺(tái)部件38A置于最下方位置并且支承第二臺(tái)部件38B以及第三臺(tái)部件38C。第二臺(tái)部件38B較大和較長(zhǎng)，具有更大的行程，并且可以高速運(yùn)動(dòng)。從而，以高速運(yùn)動(dòng)的第二臺(tái)部件38B不需要支承第一臺(tái)部件38A，因此在第二臺(tái)部件38B上的負(fù)載較小。第一臺(tái)部件38A同時(shí)運(yùn)動(dòng)和支承第二臺(tái)部件38B而沒(méi)有彎曲。相應(yīng)地，第二臺(tái)部件38B可以被以較高速度驅(qū)動(dòng)，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(tái)部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺(tái))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(duì)顯示區(qū)域18進(jìn)行結(jié)晶化。
這種操作次序的原因是在多個(gè)面板上執(zhí)行結(jié)晶化掃描并且出現(xiàn)掃描交錯(cuò)部分的情況中，當(dāng)首先用高能量密度的激光對(duì)外圍區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化，然后用弱激光對(duì)顯示區(qū)域執(zhí)行結(jié)晶化時(shí)，交錯(cuò)部分的結(jié)晶度與當(dāng)使用強(qiáng)激光時(shí)的結(jié)晶度相同，但是如果激光以相反的次序照射則由強(qiáng)激光所獲得的結(jié)晶度不足。這是因?yàn)槿绻麩o(wú)定形硅被部分地結(jié)晶為特定的程度，則與無(wú)定形狀態(tài)相比對(duì)光的吸收減少。按照該次序執(zhí)行操作的另一個(gè)原因是可以連續(xù)地在相同方向上執(zhí)行掃描。
也就是說(shuō)，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(gè)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(gè)長(zhǎng)邊的激光掃描。在兩個(gè)短邊的掃描中，玻璃基片12的短邊被定位為與第二臺(tái)部件38B相垂直，并且第二臺(tái)部件38B與玻璃基片12一同在第一掃描方向P、Q上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。第二臺(tái)部件38B被驅(qū)動(dòng)，以在一個(gè)方向P上運(yùn)動(dòng)，并且在該運(yùn)動(dòng)時(shí)，第二臺(tái)部件38B從靜止位置加速，用處于恒定速度狀態(tài)的第二臺(tái)部件38B執(zhí)行激光掃描，并且在的通過(guò)激光掃描區(qū)域之后，該第二臺(tái)部件38B被減速和停止。然后，當(dāng)?shù)谝慌_(tái)部件38A在與第一掃描方向P、Q相垂直的方向上少量運(yùn)動(dòng)之后，第二臺(tái)部件38B被驅(qū)動(dòng)，以在相反的方向Q上運(yùn)動(dòng)。在此時(shí)，第二臺(tái)部件38B被加速，并且以恒定速度運(yùn)動(dòng)，然后被減速。當(dāng)重復(fù)該往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(tái)部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺(tái))被旋轉(zhuǎn)90度，并且玻璃基片12的長(zhǎng)邊被定位為與第二臺(tái)部件38B相平行。在第二掃描方向R、S上執(zhí)行兩個(gè)長(zhǎng)邊的激光掃描。當(dāng)按照與短邊相同的方式重復(fù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)執(zhí)行兩個(gè)長(zhǎng)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(tái)部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺(tái))被支承在與當(dāng)掃描該外圍區(qū)域20的兩個(gè)長(zhǎng)邊時(shí)相同的旋轉(zhuǎn)位置處。在第一臺(tái)部件38A被在與第二掃描方向R、S相垂直的方向上移動(dòng)到初始位置時(shí)，該第二臺(tái)部件38B被驅(qū)動(dòng)以在第三掃描方向A、B中往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在第二臺(tái)部件38B的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間，第一臺(tái)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(dòng)。在顯示區(qū)域18的激光掃描過(guò)程中第一臺(tái)部件38A的移動(dòng)量大于在外圍區(qū)域20的激光掃描過(guò)程中第一臺(tái)部件38A的移動(dòng)量。換句話說(shuō)，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(dāng)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(shí)，掃描次數(shù)大大地小于當(dāng)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(shí)的掃描次數(shù)，因此可以縮短激光掃描時(shí)間。
按照這種方式，通過(guò)把高精度的第一臺(tái)部件38A置于底部，并且把高速的第二臺(tái)部件38B置于上方，可以減小在高速的第二臺(tái)部件38B上的負(fù)載重量。同時(shí)，可以通過(guò)多個(gè)第一臺(tái)部件38A支承長(zhǎng)的第二臺(tái)部件38B，從而該第二臺(tái)部件38B被在支承而沒(méi)有彎曲。多個(gè)第一臺(tái)部件38A被同步驅(qū)動(dòng)。因此，當(dāng)高速的第二臺(tái)部件38B被加速和減速時(shí)，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(yùn)動(dòng)的時(shí)間。通過(guò)使得第三臺(tái)部件38C(可旋轉(zhuǎn)臺(tái))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(pán)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(guò)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(guò)等離子體CVD方法在其上形成100nm厚的無(wú)定形半導(dǎo)體36。所使用的激光為連續(xù)波Nd:YV04固體激光。在一個(gè)例子中，該激光為10W，并且形成400μm×20μm的光點(diǎn)。如果使用具有400μm的激光寬度和50cm/s的掃描速度的單個(gè)激光源執(zhí)行掃描，可以獲得2cm2/s的面積掃描速度。并且，在400μm的激光照射寬度內(nèi)，無(wú)定形半導(dǎo)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(shí)，可以獲得500(cm2/Vs)的高運(yùn)動(dòng)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
1.一種用于使半導(dǎo)體結(jié)晶化的裝置，包括激光源；用于支承包括無(wú)定形半導(dǎo)體的基片的平臺(tái)；光學(xué)聚焦系統(tǒng)；以及所述平臺(tái)包括平行放置并且同步地在第一方向上運(yùn)動(dòng)的第一臺(tái)部件、置于第一臺(tái)部件上方并且在與第一方向相垂直的第二方向上運(yùn)動(dòng)的第二臺(tái)部件、可旋轉(zhuǎn)地置于第二臺(tái)部件上方的第三臺(tái)部件，使得由激光源所發(fā)射的激光束通過(guò)該光學(xué)聚焦系統(tǒng)被照射到固定到第三臺(tái)部件的基片上的半導(dǎo)體上，以使該半導(dǎo)體熔化和結(jié)晶化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，該第二臺(tái)部件具有比第一臺(tái)部件的運(yùn)動(dòng)行程更長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)行程。
全文摘要
由多個(gè)激光源所發(fā)射的激光束被分為多個(gè)子光束，其被照射到一個(gè)基片上的無(wú)定形半導(dǎo)體的所選擇部分上，以使得該無(wú)定形半導(dǎo)體結(jié)晶化。通過(guò)一個(gè)光束擴(kuò)展器糾正在該激光束之間的發(fā)散角的差別。該裝置包括激光源；用于支承包括無(wú)定形半導(dǎo)體的基片的平臺(tái)；光學(xué)聚焦系統(tǒng)；以及所述平臺(tái)包括平行放置并且同步地在第一方向上運(yùn)動(dòng)的第一臺(tái)部件、置于第一臺(tái)部件上方并且在與第一方向相垂直的第二方向上運(yùn)動(dòng)的第二臺(tái)部件、可旋轉(zhuǎn)地置于第二臺(tái)部件上方的第三臺(tái)部件，使得由激光源所發(fā)射的激光束通過(guò)該光學(xué)聚焦系統(tǒng)被照射到固定到第三臺(tái)部件的基片上的半導(dǎo)體上，以使該半導(dǎo)體熔化和結(jié)晶化。
文檔編號(hào)H01L21/268GK1702830SQ20051007908
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)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(dá)也, 大木孝一 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社, 株式會(huì)社日本激光