[发明专利]激光结晶设备和激光结晶方法

说明书

本申请是申请日为2004年12月3日、申请号为200410098348.5、发明名称为“激光结晶设备和激光结晶方法”的专利申请的分案申请，所述申请的全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种激光结晶设备和激光结晶方法。

背景技术

液晶显示器包括带有TFTs的有源矩阵(active matrix)驱动电路。此外，系统液晶显示器在围绕显示区的外围区中包括带有TFTs的电路。低温多晶硅适于形成液晶显示器中的TFTs和系统液晶显示器外围区的TFTs。此外，期望低温多晶硅能用于有机EL显示器中的像素驱动TFTs，或者有机EL显示器外围区的电路。本发明涉及半导体结晶方法和使用CW激光器(连续波激光器)从低温多晶硅制造TFTs的设备。

通常，为了从低温多晶硅形成液晶显示器的TFTs，在玻璃衬底上形成非晶硅薄膜，并且用受激准分子脉冲激光器照射玻璃衬底上的非晶硅薄膜，从而使非晶硅结晶。最近，已经发展了一种通过用CW固态激光器照射玻璃衬底上的非晶硅来使非晶硅结晶的技术(例如，参见日本未审查的专利申请2003-86505号和the Institute of Electronics，Information and Communication Engineers(IEICE)Transanctions，Vol.J85-C.8，August2002)。非晶硅被激光束熔化，然后固化，其中所固化的部分转变成多晶硅。

在通过受激准分子脉冲激光器结晶的硅中的迁移率值约为150-300(cm²/Vs)，而在通过CW激光器结晶的硅中可以获得约400-600(cm²/Vs)的迁移率，这有利于形成高性能的多晶硅。

在硅结晶体中，非晶硅薄膜被激光束扫描。在此情况下，在可移动的试样台上安装具有硅薄膜的衬底，以至于通过相对于固定的激光束移动硅薄膜来扫描硅薄膜。举例来说，在受激准分子脉冲激光器的情况中，可以通过带有束斑为27.5厘米×0.4毫米的激光束来实施扫描操作。另一方面，在带有较小束斑的CW固态激光器的情况中，使用例如柱面透镜的光学系统将激光束聚光成椭圆斑。举例来说，在此情况下，束斑的尺寸为数十到数百微米，并且在垂直于椭圆主轴的方向上实施扫描操作。因此，即便可以获得高质量的多晶硅，但通过CW固态激光器的结晶具有低的生产量。

因为CW激光器具有小的束斑，并因此在一次扫描中只有小面积的非晶硅被结晶，所以需要连续实施多次扫描来结晶所需面积的非晶硅。在此情况下，在可移动的试样台上安装玻璃衬底并且实施光栅扫描，以至于束斑轨迹一次扫描在向前的方向上而下一次扫描在彼此部分重叠的相反方向上。如果重叠的量小，在两次轨迹之间形成未结晶区，因此在加上位置公差下确定重叠量。但是，如果重叠量太大，两次束斑的总宽度降低，从而生产量降低。

在最近的研究中，已经发现束斑轨迹微弱弯曲。尽管通常可以说试样台线性移动，但是试样台的移动事实上与微小的弯曲相关，即便控制试样台使之线性移动，一次扫描中结晶的束斑轨迹也会弯曲，如后面所述。如果有弯曲，两次束斑轨迹之间的重叠量肯定增加，结果生产量降低。

此外，当结晶液晶显示器显示区周围的外围区中的半导体层时，必须在两个彼此正交的方向上实施扫描。因此，支承上面形成有半导体层的衬底的可移动试样台必须是可旋转的。传统旋转台包括XY台和旋转台，其中衬底粘附到旋转台上并且该旋转台可以旋转90度，此外，如果旋转，可以在两个彼此正交的方向上实施扫描。但是，提供传统的旋转台还用于在最终定位衬底中进行角度校正，并且在此情况下，必须在几度的旋转范围内以0.1-0.2秒的高精确度和准确度来操作。为了实现这种精确度，传统的旋转试样台并没有设计成旋转90度。因此，试样台整体必须重新设计，以至于旋转试样台可以被旋转90度。此外，即使在生产旋转试样台时使之能旋转90度，也必须设计来精确地操作衬底的最终定位，因此，旋转试样台的成本将是高的。结果，当在两个彼此正交的方向上实施扫描时，操作者必须手动取下衬底，使之转动90度，并且重新设定旋转试样台，因此操作变得麻烦并且生产量降低。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种即便在使用CW激光时也能实现高生产量的激光结晶设备和激光结晶方法。

根据本发明的激光结晶设备包含支承上面形成有半导体层的衬底的可移动试样台、以时分方式使激光束导向多个光路的器件，以及向试样台支承的衬底上的半导体层聚光并应用通过光路的激光束的光学器件。