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JP2004363298A - 液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置 - Google Patents

液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置 Download PDF

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JP2004363298A JP2003159524A JP2003159524A JP2004363298A JP 2004363298 A JP2004363298 A JP 2004363298A JP 2003159524 A JP2003159524 A JP 2003159524A JP 2003159524 A JP2003159524 A JP 2003159524A JP 2004363298 A JP2004363298 A JP 2004363298A
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JP2003159524A
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Junji Fujiwara
淳史 藤原
Naotada Okada
直忠 岡田
Yoshitaka Kawada
義高 川田
Hiroshi Ito
弘 伊藤
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Toshiba Corp
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Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、短時間で、基板上に成膜されているシリコン膜をポリシリコン化できる液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供すること。
【解決手段】液晶表示装置に使用される基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、SHG−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与えるための第1の工程と、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、CW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含む液晶表示装置の製造方法。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor、以下TFTと呼ぶ)を使用した液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、液晶表示装置に使用されるTFTの動作速度(反応速度、移動度)を速くするため、TFTのチャンネルである、アモルファスシリコンを含む全体を、例えば紫外光のエキシマレーザ(パルスレーザ)を所定時間照射することで、アモルファスシリコンがポリシリコンになる。このようにパルスレーザを何回か照射、停止させることを繰り返すことで、結晶粒径が少しずつ大きくなり、結果として、TFTの動作速度が向上する。
【0003】
しかしながら、エキシマレーザはハロゲンを使ったガスレーザであることから、ガス交換やチューブの交換を必要とし、長期に亘って使用した場合には、出力やプロファイルの変動が生じる。
【0004】
このようなエキシマレーザの問題点を改善するため、従来、CW(Continuos Wave:連続波)−YAG(Yttrium Alminum Garnet)レーザを使用した半導体装置のアニール方法が公開開示されている(特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−291666号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
該特許文献1に記載されているCW−YAGレーザを使用した半導体装置のアニール方法は、前述したエキシマレーザの問題点を改善することはできるものの、以下のような問題点が存在する。
【0007】
図6に示すように、基板6の成膜面63に、CW−YAGレーザ光10のみを照射した場合、基板内の温度分布は図7<図6の7−7線断面図>に示すようになり、また最高到達温度の時間変化は図8のようになる。このことから明らかなように、CW−YAGレーザエネルギーを少しずつ上げていくと、あるしきい値を超えたエネルギーから急激に温度上昇が起こり、沸騰状態となる。このため、実際にアニール処理が可能なエネルギ範囲(プロセスウインドウ)が存在しなくなる可能性がある。
【0008】
一方、半導体装置のアニール方法に使用するSHG−YAGレーザの方法がある。この場合は、加工機1台の出力が小さく、かつレーザビーム径が例えば200μmと非常に短いので、レーザビームの照射面積が小さく、TFTの基板全面に照射することは困難である。実際に、TFTの基板全面に照射することは、SHG−YAGレーザ加工機を何台も並設してこれらを制御して同時にレーザビームを発生させることにより可能である。しかながら、SHG−YAGレーザ加工機の台数が増えることで、制御が複雑で、構成が複雑で、その設備コスト、メンテナンスコストが多くかかるので、実用的ではない。
【0009】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、比較的簡単な構成で、短時間で、基板上に成膜されているシリコン膜をポリシリコン化できる液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項1に対応する発明は、液晶表示装置に使用される基板上にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、可視光又は可視光より短い波長のレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与えるための第1の工程と、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含む液晶表示装置の製造方法である。
【0011】
前記目的を達成するため、請求項4に対応する発明は、液晶表示装置に使用される基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、可視光又は可視光より短い波長のレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の手段と、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の手段を含む液晶表示装置の製造装置である。
【0012】
前記目的を達成するため、請求項7に対応する発明は、基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、可視光より短い波長のレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の工程と、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光又は可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含むレーザアニール方法である。
【0013】
前記目的を達成するため、請求項8に対応する発明は、基板に多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に可視光又は可視光より短い波長の第1のレーザ光を照射して該成膜を溶かす第1のレーザ光照射手段と、前記基板の成膜を溶かした後であって、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化するための第2のレーザ光照射手段と、を含むレーザアニール装置である。
【0014】
前記目的を達成するため、請求項10に対応する発明は、液晶表示装置に使用される基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の工程と、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値の前記CW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含む液晶表示装置の製造方法である。
【0015】
前記目的を達成するため、請求項11に対応する発明は、液晶表示装置に使用される基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の手段と、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値の前記CW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の手段を含む液晶表示装置の製造装置である。
【0016】
前記目的を達成するため、請求項12に対応する発明は、基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の工程と、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値の前記CW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含むレーザアニール方法である。
【0017】
前記目的を達成するため、請求項13に対応する発明は、基板に多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜が成膜されている第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与えるCW−YAGレーザ光照射手段と、前記基板の成膜を溶かした後であって、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値を照射して前記成膜面をポリシリコン化するポリシリコン化手段と、を含むレーザアニール装置である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置を説明するための概略構成図である。
【0019】
本発明の液晶表示装置の製造装置又はレーザアニール装置の実施形態は、第1の手段又は第1のレーザ光照射手段と、第2の手段又は第2のレーザ光照射手段を備えている。第1の手段又は第1のレーザ光照射手段は、例えばSHG−YAGレーザ光源4と、反射ミラー51、52、53、ダイクロィックミラー3とからなる。これは、液晶表示装置の表示器を構成する基板6のガラス基板61に、例えばSiO2とSiNからなる絶縁膜(アンダーコート)62を介してアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面63の第1の所定領域6aに、可視光より短い波長例えば530nmのレーザ光を照射して成膜面63を溶かすためのトリガーを与える。
【0020】
また、第2の手段又は第2のレーザ光照射手段は、例えばCW−YAGレーザ光源1と、光学系2と、ダイクロィックミラー3とからなる。これは、基板6の第1の所定領域6aを含む成膜面63の第2の所定領域6bに、可視光より長い波長例えば1.06μmのレーザ光を照射して成膜面63をポリシリコン化する。
【0021】
そして、基板6は、図示しないステージに載置され、該ステージは図示しない駆動手段により、所定方向XY方向の少なくともいずれか一方向に駆動される。CW−YAGレーザ光源1とSHG−YAGレーザ光源4の切換えは、図示しない制御手段により、行われるようになっている。ガラス基板61、絶縁膜62、成膜面63からなる基板6は、図示しないプロセスチャンバ内に収納されることは言うまでもない。
【0022】
以下、このように構成された実施形態の作用効果について、図3を参照して説明する。図3(a)、(b)は図1の作用効果を説明するための図であって、基板の成膜面におけるレーザ強度(照射エネルギー)と時間の関係を示す図及び基板の成膜面における温度(最高到達温度)と時間の関係を示す図である。
【0023】
始めに、SHG−YAGレーザ光源4からのレーザ光を反射ミラー51、52、53及びダイクロイックミラー3を介して基板6の成膜面63の第1の所定領域6aに、可視光以下の波長例えば530nmのライン状のレーザ光を所定時間ΔTだけ照射すると、成膜面63が溶ける。この場合、Siの融点は1420℃なので、図3(b)に示すように全体を例えば1400℃で所定時間ΔTだけ、SHG−YAGレーザ光を成膜面63に照射すると、成膜面63のSiは溶ける。これにより、成膜面63のSiは固体から液体に変わる。このようにしてSiが固体から液体に変わると、Siの熱吸収係数が増大する。
【0024】
図3(a)のように成膜面63のSiは、第1のレーザ光照射手段により溶けた後、第1のレーザ光照射手段の動作を停止させると共に、第2のレーザ光照射手段を動作させると該成膜面63のSiがポリシリコン化される。
【0025】
ここで、第1のレーザ光照射手段からのレーザ光を成膜面63に照射することで、成膜面63が溶けるのは、実験結果又は次のような光の強度の計算結果からも明らかである。具体的には、成膜面63に照射レーザ光の強度と、成膜面63の材料の熱吸収係数と、成膜面63の厚さから求められる光の強度であり、この求められた光の強度は、大きな値となることから、成膜面63においてレーザ光が吸収されるからである。
【0026】
また、第1のレーザ光照射手段からのレーザ光により成膜面63が溶けてSiが液体に変わった時点で、SHG−YAGレーザ光源4の動作を止め、CW−YAGレーザ光源1を動作させて、波長が例えば1.06μmのCW−YAGレーザ光を、該成膜面63の第2の所定領域において、SHG−YAGレーザ光(6a)に対して直交する方向に照射する。具体的には、成膜面63を含む基板6は、図2に示すようにXY駆動手段によりライン状のSHG−YAGレーザ光(6a)に対して直交する方向に駆動走査される。
【0027】
前述したように第2のレーザ光照射手段からのレーザ光を照射することで成膜面63がポリシリコン化されるのは、実験結果又は次のような光の強度の計算結果からも明らかである。具体的には、成膜面63に照射レーザ光の強度と、成膜面63の材料の熱吸収係数と、成膜面63の厚さから求められる光の強度であり、この求められた光の強度は、小さな値となることから、成膜面63においてレーザ光が透過(通過)されるからである。この結果、成膜面63がポリシリコン化される。
【0028】
以上述べた第1の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造費装置、レーザアニール方法、レーザアニール装置を用いると、従来不可能であった、CW−YAGレーザ装置が1台では長さの長いレーザビームを実現することができず、大面積の処理が一度にできないことによる問題点を改善できる。具体的には、比較的簡単な構成で、短時間で、基板上に成膜されている大面積のシリコン膜をポリシリコン化できる。
【0029】
図4は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置を説明するための概略構成図である。本実施形態は、第1及び第2の手段を構成するレーザ光源として、CW−YAGレーザ光源7が1個と、CW−YAGレーザ光源7から出射されるレーザ光の強度を調節して成膜面63に照射できるように電源8を備え、これにより以下に述べる第1の手段と、第2の手段を構成したものである。
【0030】
具体的には、第1の手段はガラス基板61にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面63の第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して成膜面63を溶かすためのトリガーを与えるものである。
【0031】
第2の手段は、第1の所定領域を含む成膜面63の第2の所定領域に、第1の所定領域に照射するCW−YAGレーザ光の強度より小さい値のCW−YAGレーザ光を照射して成膜面63をポリシリコン化するものである。
【0032】
以下、このように構成された第2の実施形態の作用効果について、図5を照して説明する。図5(a)、(b)は図4の作用効果を説明するための図であって、基板の成膜面におけるレーザ強度(照射エネルギー)と時間の関係を示す図及び基板の成膜面における温度(最高到達温度)と時間の関係を示す図である。
【0033】
始めに、CW−YAGレーザ光源7からのレーザ光の強度を、所定時間ΔT(Siが溶けて沸騰するまでの時間)だけ、最大になるように調節する。この場合、Siの融点は1420℃なので、全体を例えば1400℃で所定時間ΔTだけ、CW−YAGレーザ光を成膜面63に照射すると、Siは沸騰し、Siは固体から液体に変わる。
【0034】
このようにしてSiが固体から液体に変わると、Siの熱吸収係数が増大する。Siが液体に変わった時点で、所定時間ΔT経過後、CW−YAGレーザ光源7のレーザ強度を小さくして、CW−YAGレーザ光を、該成膜面63の第2の所定領域において、図4に示すようにライン状のレーザ光に対して直交する方向に照射する。具体的には、基板6の成膜面63を含む基板6は、XY駆動手段によりライン状のレーザ光に対して直交する方向に駆動走査される。
【0035】
このように構成された第2の実施形態の液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法、レーザアニール装置を用いると、前述した第1の実施形態と同様に、従来不可能であった、CW−YAGレーザ装置が1台では長さの長いレーザビームを実現することができず、大面積の処理が一度にできないことによる問題点を改善できる。具体的には、比較的簡単な構成で、短時間で、基板上に成膜されている大面積のシリコン膜をポリシリコン化できる。
【0036】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、比較的簡単な構成で、短時間で、基板上に成膜されているシリコン膜をポリシリコン化できる液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置を説明するための概略構成図。
【図2】図1のレーザ光の加工点のイメージを説明するための図。
【図3】図1の作用効果を説明するための図であって、基板の成膜面におけるレーザ強度と時間の関係を示す図及び基板の成膜面における温度と時間の関係を示す図。
【図4】本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の製造方法、液晶表示装置の製造装置、レーザアニール方法及びレーザアニール装置を説明するための概略構成図。
【図5】図4の作用効果を説明するための図であって、基板の成膜面におけるレーザ強度と時間の関係を示す図及び基板の成膜面における温度と時間の関係を示す図。
【図6】従来のCW−YAGレーザを使用したレーザアニール方法における問題点を説明するための図。
【図7】図6の7−7線に沿って断面した図。
【図8】従来のCW−YAGレーザを使用したレーザアニール方法における問題点を説明するための図であって、基板の成膜面における温度と時間の関係を示す図。
【符号の説明】
1…CW−YAGレーザ光源、2…光学系、3…ハーフミラー、4…SHG−YAGレーザ光源、6…基板、6a…第1の所定領域、6b…第2の所定領域、7…CW−YAGレーザ光源、8…電源、10…YAGレーザ光、51、52…ハーフミラー、61…ガラス基板、62…絶縁膜、63…成膜面。

Claims (13)

  1. 液晶表示装置に使用される基板上にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、可視光または、可視光より短い波長のレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与えるための第1の工程と、
    前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含む液晶表示装置の製造方法。
  2. 前記可視光または、可視光より短い波長のレーザ光は、SHG−YAGレーザ光又はエキシマレーザ光であり、前記可視光より長い波長のレーザ光は、CW−YAGレーザ光である請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。
  3. 前記第1の工程はレーザ光を第1の所定方向に走査し、前記第2の工程は前記基板を載置しているステージにより前記第1の所定方向と直交する方向に移動させる請求項1記載の液晶表示装置の製造方法。
  4. 液晶表示装置に使用される基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、可視光または、可視光より短い波長のレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の手段と、
    前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の手段を含む液晶表示装置の製造装置。
  5. 前記可視光より短い波長の波長のレーザ光は、SHG−YAGレーザ光源又はエキシマレーザ光源により与え、前記可視光より長い波長のレーザ光は、CW−YAGレーザ光源で与える請求項4記載の液晶表示装置の製造装置。
  6. 前記第1の手段はレーザ光を第1の所定方向に走査するものであり、前記第2の手段は前記基板を載置しているステージにより前記第1の所定方向と直交する方向に移動させるものである請求項4記載の液晶表示装置の製造装置。
  7. 基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、可視光または、可視光より短い波長のレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の工程と、
    前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含むレーザアニール方法。
  8. 基板に多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に可視光または、可視光より短い波長の第1のレーザ光を照射して該成膜を溶かす第1のレーザ光照射手段と、
    前記基板の成膜を溶かした後であって、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記可視光より長い波長のレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化するための第2のレーザ光照射手段と、
    を含むレーザアニール装置。
  9. 前記可視光または、可視光より短い波長のレーザ光は、SHG−YAGレーザ光源又はエキシマレーザ光源により与え、前記可視光より長い波長のレーザ光は、CW−YAGレーザ光源で与える請求項8記載のレーザアニール装置。
  10. 液晶表示装置に使用される基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の工程と、
    前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値の前記CW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含む液晶表示装置の製造方法。
  11. 液晶表示装置に使用される基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の手段と、
    前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値の前記CW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の手段を含む液晶表示装置の製造装置。
  12. 基板にアモルファスシリコン膜又は多結晶シリコン膜が形成されている成膜面の第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与える第1の工程と、
    前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値の前記CW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面をポリシリコン化する第2の工程を含むレーザアニール方法。
  13. 基板に多結晶シリコン膜又はアモルファスシリコン膜が成膜されている第1の所定領域に、所定強度のCW−YAGレーザ光を照射して前記成膜面を溶かすためのトリガーを与えるCW−YAGレーザ光照射手段と、
    前記基板の成膜を溶かした後であって、前記第1の所定領域を含む前記成膜面の第2の所定領域に、前記第1の所定領域に照射する前記CW−YAGレーザ光の強度より小さい値を照射して前記成膜面をポリシリコン化するポリシリコン化手段と、
    を含むレーザアニール装置。
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