JP2010118409A - Laser annealing apparatus and laser annealing method - Google Patents
Laser annealing apparatus and laser annealing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010118409A JP2010118409A JP2008289185A JP2008289185A JP2010118409A JP 2010118409 A JP2010118409 A JP 2010118409A JP 2008289185 A JP2008289185 A JP 2008289185A JP 2008289185 A JP2008289185 A JP 2008289185A JP 2010118409 A JP2010118409 A JP 2010118409A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- substrate
- laser annealing
- linear beam
- semiconductor film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 title claims abstract description 122
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 111
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 87
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 65
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 53
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 24
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 17
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000010408 film Substances 0.000 description 70
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 3
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910009372 YVO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
Description
本発明は、レーザアニール装置及びレーザアニール方法に関し、特に非晶質シリコン半導体膜が表面に堆積している大型基板の全面又は所定の部分をレーザアニールするために使用するレーザアニール装置及びその装置を用いて行うレーザアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method, and more particularly to a laser annealing apparatus used for laser annealing an entire surface or a predetermined portion of a large substrate on which an amorphous silicon semiconductor film is deposited. The present invention relates to a laser annealing method to be used.
従来、非晶質シリコン半導体膜に対するレーザアニール手法は、エキシマレーザに代表されるパルス発振のレーザ発振器にて行われてきた。エキシマレーザは市販のもので５００Ｗを超える大出力のものもあり、第４世代までのマザーガラス対応の高精細液晶ディスプレイの生産ラインではエキシマレーザアニールが主流となっている。 Conventionally, a laser annealing method for an amorphous silicon semiconductor film has been performed by a pulsed laser oscillator represented by an excimer laser. Excimer lasers are commercially available and have a large output exceeding 500 W, and excimer laser annealing is the mainstream in the production lines of high-definition liquid crystal displays compatible with mother glass up to the fourth generation.
一方、液晶テレビの製造工程ではレーザアニール工程は生産コストの問題から使われていない。液晶テレビにおいては、ボトムゲート構造を有する非晶質シリコン半導体膜トランジスタ（薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）が現在主流となっているが、近年、早い動きにも対応できる大型倍速液晶テレビや大型有機ＥＬテレビの開発が脚光を浴びている。３７型以上の大型テレビの普及により２ｍを超える第８世代以上の大型マザーガラスが生産コストの面から使用されつつある。 On the other hand, in the manufacturing process of the liquid crystal television, the laser annealing process is not used due to the problem of production cost. In liquid crystal televisions, amorphous silicon semiconductor film transistors (thin film transistors: TFTs) having a bottom gate structure are currently mainstream, but in recent years, development of large-sized double-speed liquid crystal televisions and large-sized organic EL televisions that can cope with fast movements. Is in the limelight. Due to the widespread use of large-sized televisions of 37-inch or larger, large-sized mother glass of 8th generation or more exceeding 2 m is being used in terms of production cost.
そのため、近年、半導体膜への吸収率が高く、かつ高い出力を比較的得やすいという点から、波長がグリーン領域の固体レーザが有望視されつつある。 Therefore, in recent years, a solid-state laser having a wavelength in the green region is promising because it has a high absorption rate in a semiconductor film and can easily obtain a high output.
一般に、レーザアニール法を用いて非晶質半導体膜の結晶化を行い、非単結晶の結晶性半導体膜とする際には、光学系を用いてビームスポットの形状を線状や長方形等の形状に整形してガラス基板等の被照射物に照射する。被照射物へのレーザ光の照射は、レーザ光に対して被照射物をビームスポットの短手方向および長手方向の２方向へ相対的に移動することにより、被照射物へのレーザ光の照射を効率的に行うことができ、量産性を高めることができる。また、歩留まりを良くするため、ＴＦＴ間のばらつきをできるだけ抑える必要があり、レーザアニールによる非晶質半導体膜の結晶化を基板全面において均一にすることが重要である。 In general, when crystallizing an amorphous semiconductor film using a laser annealing method to form a non-single crystal crystalline semiconductor film, the beam spot is shaped like a line or rectangle using an optical system. And then irradiate the irradiated object such as a glass substrate. The irradiation of the laser beam to the irradiation object is performed by moving the irradiation object relative to the laser beam in the short direction and the long direction of the beam spot, thereby irradiating the irradiation object with the laser beam. Can be performed efficiently, and mass productivity can be improved. Further, in order to improve the yield, it is necessary to suppress variations between TFTs as much as possible, and it is important that the crystallization of the amorphous semiconductor film by laser annealing is uniform over the entire surface of the substrate.
レーザアニール法を用いて、基板上に形成された非晶質シリコン半導体膜を多結晶シリコン半導体膜にする技術は知られており、例えばレーザ発振器から発振されたレーザ光を光ファイバーで伝送し、この伝送されたレーザ光を、光ファイバーに接続された光導波路により基板へと照射する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合、複数のレーザ発振器のそれぞれに光ファイバーをつなげ、この複数の光ファイバーからのレーザ光を統合し、統合後に１本の光ファイバーを介して光導波路に導き、基板へと照射し、これにより所望の出力を得ている。
大型倍速液晶テレビや有機ＥＬテレビの製作工程において、コスト削減の観点から第８世代以上の大型ガラス基板（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ以上）を使用する場合には、高出力のエキシマレーザを用いレーザアニールを行ったとしても、タクトや生産コストの面で見合わないのが実情であり、技術的なブレークスルーが切望されている。 In the manufacturing process of large double-speed LCD TVs and organic EL TVs, laser annealing is performed using a high-power excimer laser when using a large glass substrate of 8th generation or higher (2200mm x 2400mm or higher) from the viewpoint of cost reduction. Even so, the actual situation is that the tact and production costs do not match, and a technical breakthrough is eagerly desired.
また、レーザ媒体にＸｅＣｌやＡｒＦ等の気体を用いたエキシマレーザはレーザ媒体に気体を用いるため、パルス間の出力や空間モードのばらつきが生じて、得られた半導体膜の結晶性が不均一となるので、エキシマレーザを用いるアニールはＴＦＴの電気特性のばらつきの原因となるという問題がある。 In addition, since an excimer laser using a gas such as XeCl or ArF as a laser medium uses a gas as a laser medium, variations in output between pulses and spatial modes occur, resulting in non-uniform crystallinity of the obtained semiconductor film. Therefore, there is a problem that annealing using an excimer laser causes variation in the electrical characteristics of the TFT.
さらに、エキシマレーザでは波長が３０８ｎｍと短いため、非晶質シリコン半導体膜（ａ−Ｓｉ膜）の表面近傍でのみレーザ光の吸収が生じ、膜厚方向の結晶性の不均一が生じる。これはボトムゲート構造を有するＴＦＴを形成する際には、ゲート絶縁膜側に非晶質膜が残るため、ソース−ドレイン間電流は非晶質膜及びゲート絶縁膜界面を流れるため、移動度の向上に繋がり難い。 Further, since the wavelength of the excimer laser is as short as 308 nm, the laser beam is absorbed only near the surface of the amorphous silicon semiconductor film (a-Si film), resulting in non-uniform crystallinity in the film thickness direction. This is because when a TFT having a bottom gate structure is formed, since an amorphous film remains on the gate insulating film side, the source-drain current flows through the interface between the amorphous film and the gate insulating film. It is difficult to improve.
そこで、本発明の課題は、上述の従来技術の問題点を解決することにあり、特に第８世代以上の大型マザーガラスに対して、ムラのない均一なレーザアニール処理を行うことができ、その結果、大型液晶表示装置や大型有機ＥＬ表示装置を実現することができるレーザアニール装置及びレーザアニール方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and in particular, it is possible to perform uniform and uniform laser annealing for large-sized mother glass of the eighth generation or more, As a result, a laser annealing apparatus and a laser annealing method capable of realizing a large liquid crystal display device and a large organic EL display device are provided.
本発明における第１発明のレーザアニール装置は、可視光を連続発振する複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器に接続された複数の光ファイバーであって、それぞれの光ファイバーの一端がそれぞれのレーザ発振器に接続されている複数の光ファイバーと、該複数の光ファイバーのそれぞれの他端を配置するためのファイバーアレイと、該ファイバーアレイ上に配置された光ファイバーの他端の射出面から射出されたレーザ光を、非晶質シリコン半導体膜が表面に堆積している基板の照射面上にて線状ビームに整形する光学系と、該線状ビームと基板とを相対的に走査する機構とを有してなり、該基板上の非晶質シリコン半導体膜の全面をレーザアニールできるように構成されていることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser annealing apparatus comprising: a plurality of laser oscillators that continuously oscillate visible light; and a plurality of optical fibers connected to the plurality of laser oscillators, wherein one end of each optical fiber is a laser oscillator. A plurality of optical fibers connected to each other, a fiber array for arranging the other end of each of the plurality of optical fibers, and a laser beam emitted from the exit surface of the other end of the optical fiber arranged on the fiber array. An optical system for shaping a linear beam on the irradiation surface of the substrate on which the amorphous silicon semiconductor film is deposited, and a mechanism for relatively scanning the linear beam and the substrate Thus, the entire surface of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate can be laser annealed.
このように構成されたレーザアニール装置を用いることにより、特に第８世代以上の大型マザーガラスに対して、ムラのない均一なレーザアニール処理を行うことができるので、大型液晶表示装置や大型有機ＥＬ表示装置が実現でき、生産コストの低減につながる。勿論、それ以外の世代のマザーガラスに対しても利用可能である。 By using the laser annealing apparatus configured as described above, uniform laser annealing treatment can be performed even for large mother glass of the eighth generation or more, so that a large liquid crystal display device or large organic EL can be obtained. A display device can be realized, leading to a reduction in production costs. Of course, it can be used for other generations of mother glass.
上記レーザ発振器として、４００〜８００ｎｍの波長を有するものを用いることが好ましい。波長が４００ｎｍ未満であると、非晶質シリコン半導体膜の表面近傍でのみレーザ光の吸収が生じ、膜厚方向の結晶性の不均一が生じ、その結果、ボトムゲート構造を有するＴＦＴを形成する際に、複雑な問題を招くという問題がある。また、波長が８００ｎｍを超えると、アモルファスシリコンへの光吸収が低下し、非効率であり、また、下層の膜との波長選択性が小さくなるため、下層膜へのダメージを与える。 As the laser oscillator, one having a wavelength of 400 to 800 nm is preferably used. When the wavelength is less than 400 nm, laser light is absorbed only near the surface of the amorphous silicon semiconductor film, resulting in non-uniform crystallinity in the film thickness direction. As a result, a TFT having a bottom gate structure is formed. In some cases, this leads to complicated problems. On the other hand, when the wavelength exceeds 800 nm, light absorption into the amorphous silicon is reduced, which is inefficient, and the wavelength selectivity with the lower layer film is reduced, so that the lower layer film is damaged.
上記第１発明のレーザアニール装置において、光ファイバーがシングルモードファイバーであることが好ましい。マルチモードファイバーであると、ファイバー中で光が複数のモードに分散されて伝播されているため、集光性が悪く照射面にて高エネルギー密度を得にくいという問題がある。 In the laser annealing apparatus of the first invention, the optical fiber is preferably a single mode fiber. In the case of a multimode fiber, since light is dispersed and propagated in a plurality of modes in the fiber, there is a problem that the light collecting property is poor and it is difficult to obtain a high energy density on the irradiated surface.
上記第１発明のレーザアニール装置において、光学系（光学素子）が回折光学素子及びマイクロシリンドリカルレンズアレイから構成されていることが好ましい。 In the laser annealing apparatus of the first invention, the optical system (optical element) is preferably composed of a diffractive optical element and a micro cylindrical lens array.
本発明における第２発明のレーザアニール方法は、上記第１発明のレーザアニール装置を用いてレーザアニールする方法であって、可視光を連続発振するレーザ発振器から発振されるレーザ光を光ファイバーを介して伝送し、ファイバーアレイ上に配置された光ファイバーの他端の射出面から射出せしめ、この射出されたレーザ光を光学系を透過せしめて、基板の照射面上にて線状ビームに整形するようにし、得られた線状ビームを基板上の非晶質シリコン半導体膜に照射してレーザアニールし、その際に、該線状ビームと基板とを相対的に走査して、基板上の非晶質シリコン半導体膜の全面をレーザアニールすることを特徴とする。 A laser annealing method according to a second aspect of the present invention is a method for laser annealing using the laser annealing apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein laser light oscillated from a laser oscillator that continuously oscillates visible light is transmitted via an optical fiber. It is transmitted and emitted from the exit surface of the other end of the optical fiber arranged on the fiber array, and the emitted laser light is transmitted through the optical system and shaped into a linear beam on the irradiation surface of the substrate. Then, the amorphous silicon semiconductor film on the substrate is irradiated with the obtained linear beam and laser annealing is performed. At that time, the linear beam and the substrate are relatively scanned to obtain an amorphous on the substrate. The entire surface of the silicon semiconductor film is laser annealed.
このように構成されたレーザアニール方法により、特に第８世代以上の大型マザーガラスに対して、ムラのない均一なレーザアニール処理を行うことができるので、大型液晶表示装置や大型有機ＥＬ表示装置が実現でき、生産コストの低減につながる。勿論、それ以外の世代のマザーガラスに対しても利用可能である。 With the laser annealing method configured as described above, uniform laser annealing treatment can be performed without any unevenness, particularly for large-sized mother glass of the eighth generation or higher, so that a large liquid crystal display device or a large organic EL display device can be manufactured. This can be realized, leading to a reduction in production costs. Of course, it can be used for other generations of mother glass.
本発明における第３発明のレーザアニール装置は、可視光を連続発振する複数のレーザ発振器と、該複数のレーザ発振器に接続された複数の光ファイバーであって、それぞれの光ファイバーの一端がそれぞれのレーザ発振器に接続されている複数の光ファイバーと、該複数の光ファイバーのそれぞれの他端を配置するためのファイバーアレイと、該ファイバーアレイ上に配置された光ファイバーの他端の射出面から射出されたレーザ光を、非晶質シリコン半導体膜が表面に堆積している基板の照射面上にて線状ビームに整形する光学系と、該線状ビームと基板とを相対的に走査する機構と、該基板に設けられた少なくとも２つのアライメントマーカーに合わせて該線状ビームの照射位置を補正する機構とを有してなり、該線状ビームと基板とを該アライメントマーカーの位置に合わせて相対的に走査することで、基板上の非晶質シリコン半導体膜の所定の位置に該線状ビームを照射してレーザアニールできるように構成されていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser annealing apparatus comprising: a plurality of laser oscillators for continuously oscillating visible light; and a plurality of optical fibers connected to the plurality of laser oscillators, wherein one end of each optical fiber is a laser oscillator. A plurality of optical fibers connected to each other, a fiber array for arranging the other end of each of the plurality of optical fibers, and a laser beam emitted from the exit surface of the other end of the optical fiber arranged on the fiber array. An optical system for shaping a linear beam on the irradiation surface of the substrate on which the amorphous silicon semiconductor film is deposited, a mechanism for relatively scanning the linear beam and the substrate, and A mechanism for correcting the irradiation position of the linear beam in accordance with at least two alignment markers provided, the linear beam and the substrate; It is configured to perform laser annealing by irradiating the linear beam to a predetermined position of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate by scanning relatively according to the position of the alignment marker. And
上記第３発明のレーザアニール装置において、さらに、複数のレーザ発振器の出力をそれぞれ独立に制御するための制御機構が設けられていることが好ましい。 In the laser annealing apparatus of the third invention, it is preferable that a control mechanism for independently controlling the outputs of the plurality of laser oscillators is further provided.
上記第３発明のレーザアニール装置において、レーザ発振器が４００〜８００ｎｍの波長を有するものであることが好ましく、光ファイバーがシングルモードファイバーであることが好ましく、そして光学系が回折光学素子及びマイクロシリンドリカルレンズアレイから構成されていることが好ましい。 In the laser annealing apparatus of the third invention, the laser oscillator preferably has a wavelength of 400 to 800 nm, the optical fiber is preferably a single mode fiber, and the optical system is a diffractive optical element and a micro cylindrical lens array. It is preferable that it is comprised from these.
本発明における第４発明のレーザアニール方法は、上記第３の発明のレーザアニール装置を用いてレーザアニールする方法であって、可視光を連続発振するレーザ発振器から発振されるレーザ光を光ファイバーを介して伝送し、ファイバーアレイ上に配置された光ファイバーの他端の射出面から射出せしめ、この射出されたレーザ光を光学系を透過せしめて、基板の照射面上にて線状ビームに整形するようにし、得られた線状ビームを基板上の非晶質シリコン半導体膜に照射してレーザアニールし、その際に、該基板に設けられた少なくとも２つのアライメントマーカーに合わせて該線状ビームの照射位置を補正し、該線状ビームと基板とを該アライメントマーカーの位置に合わせて相対的に走査して、基板上の非晶質シリコン半導体膜の所定の位置に該線状ビームを照射してレーザアニールすることを特徴とする。 A laser annealing method according to a fourth aspect of the present invention is a method for laser annealing using the laser annealing apparatus according to the third aspect of the present invention, wherein laser light oscillated from a laser oscillator that continuously oscillates visible light is transmitted through an optical fiber. The laser beam is emitted from the exit surface of the other end of the optical fiber disposed on the fiber array, and the emitted laser light is transmitted through the optical system so as to be shaped into a linear beam on the irradiation surface of the substrate. Then, the amorphous silicon semiconductor film on the substrate is irradiated with the obtained linear beam and laser annealing is performed. At that time, the irradiation of the linear beam is performed in accordance with at least two alignment markers provided on the substrate. The position of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate is corrected by correcting the position and scanning the linear beam and the substrate relative to the alignment marker. Wherein the laser annealing in the position irradiated with the linear beam.
本発明における第５発明のレーザアニール方法は、複数のレーザ発振器の出力をそれぞれ独立に制御し、可視光を連続発振するレーザ発振器から発振されるレーザ光を光ファイバーを介して伝送し、ファイバーアレイ上に配置された光ファイバーの他端の射出面から射出し、この射出されたレーザ光を光学系を透過せしめて、基板の照射面上にて線状ビームに整形するようにし、得られた線状ビームを基板上の非晶質シリコン半導体膜に照射してレーザアニールし、その際に、該基板に設けられたアライメントマーカーに合わせて該線状ビームの照射位置を補正し、該線状ビームと基板とを該アライメントマーカーの位置に合わせて相対的に走査して、基板上の非晶質シリコン半導体膜の所定の位置に該線状ビームを照射してレーザアニールすることを特徴とする。 In the laser annealing method according to the fifth aspect of the present invention, the outputs of a plurality of laser oscillators are independently controlled, laser light oscillated from a laser oscillator that continuously oscillates visible light is transmitted via an optical fiber, Is emitted from the exit surface of the other end of the optical fiber disposed on the optical fiber, and the emitted laser light is transmitted through the optical system so as to be shaped into a linear beam on the irradiation surface of the substrate. The amorphous silicon semiconductor film on the substrate is irradiated with the laser to perform laser annealing. At that time, the irradiation position of the linear beam is corrected according to the alignment marker provided on the substrate, and the linear beam and Laser annealing is performed by relatively scanning the substrate with the alignment marker and irradiating the linear beam onto a predetermined position of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate. And wherein the Rukoto.
本発明のレーザアニール装置及びレーザアニール方法によれば、特に第８世代以上の２ｍを超える大型マザーガラスに対して、ムラのない均一なレーザアニール処理を行うことができるという効果を奏すると共に、エキシマレーザ等のパルスレーザに比べて安定な、可視光を連続発振する複数のレーザ発振器（ＣＷレーザ発振器）を使うため、ムラが少なく、かつ均一な素子の電気特性、例えば良好なＴＦＴの電気特性が得られる。その結果、大型液晶表示装置や大型有機ＥＬ表示装置を実現することができ、コストダウンにもつながる。 According to the laser annealing apparatus and the laser annealing method of the present invention, it is possible to perform uniform and uniform laser annealing treatment on a large mother glass exceeding 2 m of the eighth generation or more, and excimer. Since a plurality of laser oscillators (CW laser oscillators) that oscillate visible light continuously, which is stable compared to pulse lasers such as lasers, are used, there is little unevenness and uniform element electrical characteristics, for example, excellent TFT electrical characteristics can get. As a result, a large liquid crystal display device or a large organic EL display device can be realized, which leads to cost reduction.
本発明に係るレーザアニール装置の第一の実施の形態によれば、可視光を連続発振する複数のレーザ発振器（ＣＷレーザ発振器）であって、４００〜８００ｎｍの波長を有するレーザ発振器と、複数のレーザ発振器に接続された複数の光ファイバーであるシングルモードファイバー（以下、特に断らない限り、シングルモードファイバーを光ファイバーと称す。）であって、それぞれの光ファイバーの一端がそれぞれのレーザ発振器に接続されて、各レーザ発振器から発振されたレーザ光をそれぞれ伝送する複数の光ファイバーと、複数の光ファイバーのそれぞれの他端を直線状に配置するためのファイバーアレイと、ファイバーアレイ上に配置された光ファイバーの他端の射出面から射出されたレーザ光を、非晶質シリコン半導体膜（ａ−Ｓｉ膜）が表面に堆積している基板の照射面上にて線状ビームに整形する光学系（光学素子）であって、回折光学素子及びマイクロシリンドリカルレンズアレイから構成されている光学系と、線状ビームと基板とを相対的に走査する機構とを有してなり、基板上の非晶質シリコン半導体膜の全面をレーザアニールできるように構成されている。 According to the first embodiment of the laser annealing apparatus of the present invention, a plurality of laser oscillators (CW laser oscillators) that continuously oscillate visible light, having a wavelength of 400 to 800 nm, A single mode fiber that is a plurality of optical fibers connected to a laser oscillator (hereinafter, unless otherwise specified, a single mode fiber is referred to as an optical fiber), and one end of each optical fiber is connected to each laser oscillator, A plurality of optical fibers for transmitting laser beams oscillated from the respective laser oscillators, a fiber array for linearly arranging the other ends of the plurality of optical fibers, and the other end of the optical fiber disposed on the fiber array Laser light emitted from the emission surface is converted into an amorphous silicon semiconductor film (a- an optical system (optical element) for shaping a linear beam on the irradiation surface of the substrate on which the (i-film) is deposited, and an optical system composed of a diffractive optical element and a micro cylindrical lens array; A mechanism for relatively scanning the linear beam and the substrate is provided, and the entire surface of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate can be laser-annealed.
上記線状ビームとは、照射面におけるビーム形状が線状であるレーザ光のことである。ここでいう「線状」とは、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比が大きい矩形（例えば、アスペクト比が、好ましくは１：１００以上）を意味する。なお、線状とするのは、アニール処理を受けるａ−Ｓｉ膜に対して十分なアニールを行うためのエネルギー密度を確保するためであり、矩形状や楕円状であっても被照射体に対して十分なアニールを行うことができるものであれば、線状という概念に入るものとする。 The linear beam is a laser beam having a linear beam shape on the irradiation surface. “Linear” here does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle with a large aspect ratio (for example, the aspect ratio is preferably 1: 100 or more). Note that the linear shape is used to ensure sufficient energy density for performing annealing on the a-Si film subjected to the annealing treatment. If it is possible to perform sufficient annealing, the concept of linear is assumed.
また、本発明で用いるＣＷレーザ発振器は、いわゆる面発光レーザであり、レーザ光が半導体基板面に対して垂直に出射する構造のレーザであり、例えば、励起媒体にＩｎＧａＡｓ系量子井戸式半導体を用い、励起用高出力長寿命ＩｎＧａＡｓＰ系半導体チップ全体に照射し、縦励起する手法を用いたレーザを挙げることができる。すなわち、光励起半導体を採用した全固体連続発振（ＣＷ）高出力グリーンレーザであり、例えばコヒレント社製のＴａｉｐａｎ（登録商標）等が挙げられる。 The CW laser oscillator used in the present invention is a so-called surface emitting laser, which is a laser having a structure in which laser light is emitted perpendicularly to the surface of a semiconductor substrate. For example, an InGaAs quantum well semiconductor is used as an excitation medium. A laser using a technique of irradiating the entire high-power long-life InGaAsP-based semiconductor chip for excitation and longitudinally exciting it can be mentioned. That is, it is an all-solid-state continuous wave (CW) high-power green laser employing a photo-excited semiconductor, such as Taipan (registered trademark) manufactured by Coherent.
上記のように構成されたレーザアニール装置を用いることにより、特に第８世代以上の大型マザーガラスに対して、ａ−Ｓｉ膜の表面近傍だけではなく内部でもレーザ光の吸収が生じ、膜厚方向の結晶性を均一にし、ムラのない均一なレーザアニール処理を行うことができ、その結果、ボトムゲート構造を有するＴＦＴを形成することができるので、大型液晶表示装置や大型有機ＥＬ表示装置が実現でき、生産コストの低減につながる。 By using the laser annealing apparatus configured as described above, absorption of laser light occurs not only in the vicinity of the surface of the a-Si film but also in the inside, particularly in the case of a large mother glass of the eighth generation or more, and the film thickness direction As a result, it is possible to form a TFT having a bottom gate structure, thereby realizing a large liquid crystal display device and a large organic EL display device. This leads to a reduction in production costs.
上記第一の実施の形態に係るレーザアニール装置について、装置全体の構成を模式的に示す図１（ａ）の平面図及び図１（ｂ）の側面図、レーザ発振器の配置例を模式的に示す図２の側面図、光学系（光学素子）の配置例を模式的に示す図３（ａ）の側面図及び照射面上で得られたビームについてのプロファイルを図３（ｂ−１）及び（ｂ−２）、並びに光学系におけるレーザ光の光路について、長軸方向及び短軸方向の光路をそれぞれ模式的に示す図４（ａ）及び（ｂ）を参照して詳細に説明する。各図中、同じ要素は、同じ符号で表示する。 About the laser annealing apparatus according to the first embodiment, a plan view of FIG. 1A and a side view of FIG. 1B schematically showing a configuration of the entire apparatus, and an arrangement example of laser oscillators are schematically shown. 2 shown in FIG. 2, the side view of FIG. 3A schematically showing an arrangement example of the optical system (optical element), and the profile of the beam obtained on the irradiation surface are shown in FIG. (B-2) and the optical path of the laser beam in the optical system will be described in detail with reference to FIGS. 4A and 4B schematically showing the optical paths in the major axis direction and the minor axis direction, respectively. In each figure, the same element is displayed with the same code | symbol.
図１（ａ）及び（ｂ）に示すレーザアニール装置１００は、ＣＷレーザ発振器１０１と、このＣＷレーザ発振器１０１から発振されたレーザ光を伝送するための、ＣＷレーザ発振器に一端が接続されている光ファイバー１０２と、この光ファイバー１０２の他端を直線状に配置するためのファイバーアレイ１０３と、光ファイバー１０２の他端の射出面から射出されたレーザ光を線状ビームに整形するための光学系１０４とを有してなるものである。図１中では、ファイバーアレイ１０３と光学系１０４とを１つに纏めて模式的に示してある。ファイバーアレイ１０３には、光ファイバーの本数と同じ数のＶ溝が直線状に切られており、この各溝内に各光ファイバー１０２の他端部分が固定されて配置される。 A laser annealing apparatus 100 shown in FIGS. 1A and 1B has a CW laser oscillator 101 and one end connected to the CW laser oscillator for transmitting the laser light oscillated from the CW laser oscillator 101. An optical fiber 102; a fiber array 103 for linearly arranging the other end of the optical fiber 102; an optical system 104 for shaping laser light emitted from the exit surface of the other end of the optical fiber 102 into a linear beam; Is provided. In FIG. 1, the fiber array 103 and the optical system 104 are schematically shown as one. In the fiber array 103, the same number of V-grooves as the number of optical fibers are linearly cut, and the other end portion of each optical fiber 102 is fixed and disposed in each groove.
また、レーザアニール装置１００は、線状に整形されたレーザビームを照射してレーザアニールする非晶質シリコン半導体膜が表面に堆積された基板１０５（例えば、第８世代対応の２５００ｍｍ×２２００ｍｍガラス基板）を固定するための吸着ステージ１０６を載置するＸ軸、並びにファイバーアレイ１０３、レーザ光整形用の光学系１０４及び所望に応じてフォーカス機構（図示せず）を有するＺ軸が搭載されたＹ軸を備えている。本発明の場合、Ｘ軸及びＹ軸が独立に軸を持っているガントリー式ステージ１０７を用いている。Ｙ軸上に搭載されたファイバーアレイ１０３、光学系１０４、及びＺ軸は、Ｙ軸の可動子（図示せず）により搬送自在に構成されている。 In addition, the laser annealing apparatus 100 is a substrate 105 (for example, a 2500 mm × 2200 mm glass substrate corresponding to the eighth generation) on which an amorphous silicon semiconductor film that is laser-annealed by irradiating a linearly shaped laser beam is deposited. ) On which the suction stage 106 is fixed, and the Y axis on which the Z axis having the fiber array 103, the laser beam shaping optical system 104, and a focus mechanism (not shown) as required is mounted. It has a shaft. In the case of the present invention, a gantry stage 107 having an X axis and a Y axis independently is used. The fiber array 103, the optical system 104, and the Z axis mounted on the Y axis are configured to be transportable by a Y axis movable element (not shown).
上記レーザアニール装置には、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板基準当てピン１０８及び基板押し当て機構１０９が設けられており、これは、基板１０５を吸着ステージ１０６上に搬送した後の位置を簡易的に決めるための機構である。また、基板１０５は、図示していない搬送ロボットにより、レーザアニール装置１００内へ搬送され、基板昇降ピン機構１１０により吸着ステージ１０６上に載置され、上記したようにして位置決めされる。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the laser annealing apparatus is provided with a substrate reference abutting pin 108 and a substrate pressing mechanism 109, which convey the substrate 105 onto the suction stage 106. This is a mechanism for simply determining the position after the operation. The substrate 105 is transported into the laser annealing apparatus 100 by a transport robot (not shown), placed on the suction stage 106 by the substrate lift pin mechanism 110, and positioned as described above.
また、図１（ａ）及び（ｂ）に示すＺ軸は、レーザの焦点位置を調整するためのフォーカス機構を有しているものであっても良く、このフォーカス機構としては、基板、ひいてはレーザアニール処理する膜の平坦性の程度に応じて、公知のフォーカス機構や、クローズドループのオートフォーカス機構等を設けることができる。 Further, the Z axis shown in FIGS. 1A and 1B may have a focus mechanism for adjusting the focal position of the laser. As the focus mechanism, the substrate, and thus the laser, may be used. A known focus mechanism, a closed loop autofocus mechanism, or the like can be provided depending on the degree of flatness of the film to be annealed.
上記レーザアニール装置１００で用いるＣＷレーザ発振器１０１は、図２に示すように小出力の固体グリーンレーザ（例えば、波長５３２ｎｍ）が複数台配置され、このグリーンレーザは１台あたりの連続発振（ＣＷ）の最大出力が６〜８Ｗのものであり、それぞれにレーザ光伝送用の光ファイバーの一端が接続されている。図２では、このＣＷレーザ発振器１０１が２００台縦横に配列されている例を示す。ＣＷレーザ発振器１０１の台数は、目的とするレーザアニールにより適宜増減すればよい。 As shown in FIG. 2, the CW laser oscillator 101 used in the laser annealing apparatus 100 includes a plurality of small output solid green lasers (for example, a wavelength of 532 nm). The green lasers are continuously oscillated (CW) per unit. The maximum output is 6 to 8 W, and one end of an optical fiber for laser light transmission is connected to each. FIG. 2 shows an example in which 200 CW laser oscillators 101 are arranged vertically and horizontally. The number of CW laser oscillators 101 may be appropriately increased or decreased depending on the target laser annealing.
それぞれのＣＷレーザ発振器１０１から射出されたレーザ光は、ＣＷレーザ発振器１０１に接続された光ファイバー１０２に結合され、光ファイバー１０２中を伝送し、図１（ａ）に示すファイバーアレイ１０３に導かれる。ファイバーアレイ１０３は、図３（ａ）に示すように複数の光ファイバー１０２が一直線に配列された形状であり、この例の場合、光ファイバー１０２が２２５μｍの間隔を保つように配置されている。 Laser light emitted from each CW laser oscillator 101 is coupled to an optical fiber 102 connected to the CW laser oscillator 101, is transmitted through the optical fiber 102, and is guided to a fiber array 103 shown in FIG. The fiber array 103 has a shape in which a plurality of optical fibers 102 are arranged in a straight line as shown in FIG. 3A. In this example, the optical fibers 102 are arranged so as to maintain an interval of 225 μm.
このレーザアニール装置１００では、図３（ａ）に示すように、ＣＷレーザ発振器１０１から発振されたレーザ光は、光ファイバー１０２内を伝送し、ファイバーアレイ１０３上に直線状に配置された光ファイバー１０２の先端の射出部から射出され、この射出されたレーザ光は、光学系１０４を介して照射面上で線状ビームに整形される。このＣＷレーザ発振器１０１としては、例えば、波長：５３２ｎｍ、１ヘッドあたりのパワー：６〜８ＷのＣＷレーザ発振器をレーザアニールの目的に合わせて適宜の台数（例えば、２００台程度）用い、光ファイバー１０２としては、例えば、ＮＡ（開口数）：０．０４、コア径：２０〜３０μｍのシングルモードファイバーを、ほぼ５ｍ以上の長さで、ＣＷレーザ発振器１０１の台数と同じ本数用い、例えば２００本の場合、０．２２５ｍｍピッチで４５ｍｍ幅で、ファイバーアレイ１０３上に直線状に配置されている。図３（ｂ−１）及び（ｂ−２）に、照射面上で線状に整形されたレーザ光のプロファイルを示す。図３（ｂ−１）は長軸ビームプロファイルであり、図３（ｂ−２）は短軸ビームプロファイルである。 In this laser annealing apparatus 100, as shown in FIG. 3A, the laser light oscillated from the CW laser oscillator 101 is transmitted through the optical fiber 102, and the optical fiber 102 arranged in a straight line on the fiber array 103 is transmitted. The laser beam emitted from the emission part at the tip is shaped into a linear beam on the irradiation surface via the optical system 104. As this CW laser oscillator 101, for example, an appropriate number (for example, about 200) of CW laser oscillators having a wavelength of 532 nm and a power per head of 6 to 8 W according to the purpose of laser annealing is used as the optical fiber 102. In the case of, for example, 200 single-mode fibers with NA (numerical aperture): 0.04 and core diameter: 20-30 μm, having a length of about 5 m or more and the same number as the number of CW laser oscillators 101, for example, 200 Are linearly arranged on the fiber array 103 with a pitch of 0.225 mm and a width of 45 mm. FIGS. 3B-1 and 3B-2 show the profile of the laser beam shaped linearly on the irradiation surface. FIG. 3B-1 shows a long axis beam profile, and FIG. 3B-2 shows a short axis beam profile.
上記光学系１０４の構成を模式的に示す図４を参照すれば、上記したように、ファイバーアレイ１０３上には光ファイバーの本数と同じ数のＶ溝（ピッチ：０．２２５ｍｍ）が直線状に切られており、この各Ｖ溝内に直線状に配置された各光ファイバー１０２の先端である射出面から射出光の半角θで射出されたレーザ光は、マイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１の各マイクロレンズを透過した後、平行光として回折光学素子（Diffractive Optics Element:以下、ＤＯＥと称す。）１１２へ入射する。本発明において用いたＤＯＥは、それぞれの光ファイバー１０２の射出面から射出され、各マイクロレンズに入射して平行光として射出されたレーザ光を、発散傾向のレーザ光として射出し、照射面となる非晶質シリコン半導体膜上で線状ビームに整形することができる機能を有するものである。 Referring to FIG. 4 schematically showing the configuration of the optical system 104, as described above, the same number of V grooves (pitch: 0.225 mm) as the number of optical fibers are linearly cut on the fiber array 103. The laser light emitted at the half angle θ of the emitted light from the emission surface that is the tip of each optical fiber 102 arranged linearly in each V-groove is transmitted through each microlens of the micro cylindrical lens array 111. After that, it enters a diffractive optical element (Diffractive Optics Element: hereinafter referred to as DOE) 112 as parallel light. The DOE used in the present invention is emitted from the exit surface of each optical fiber 102, enters the respective microlenses and is emitted as parallel light, and is emitted as a divergent laser beam, which becomes an irradiation surface. It has a function capable of shaping into a linear beam on the crystalline silicon semiconductor film.
図４では、光ファイバーとしてコア径：ｄ＝０．０３ｍｍ、クラッド径：Ｄ＝０．２０ｍｍ、開口数：ＮＡ＝０．０４のシングルモードファイバーである光ファイバー１０２を用いた例を示す。 FIG. 4 shows an example in which an optical fiber 102 which is a single mode fiber having a core diameter: d = 0.03 mm, a clad diameter: D = 0.20 mm, and a numerical aperture: NA = 0.04 is used as the optical fiber.
整形されて得られた線状ビームの寸法は、目的とするレーザアニールに必要なエネルギー密度の計算から、以下のようにして求めることができる。本発明におけるレーザアニールの場合、上記したように、好ましくは長手方向で４５ｍｍ、短手方向で０．０２ｍｍ程度の線状レーザビームに整形する必要がある。 The dimension of the linear beam obtained by shaping can be obtained as follows from the calculation of the energy density required for the target laser annealing. In the case of laser annealing in the present invention, it is necessary to shape the laser beam into a linear laser beam of preferably about 45 mm in the longitudinal direction and about 0.02 mm in the short direction, as described above.
そのために、まず、ファイバーアレイ１０３とマイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１との距離Ｌ０を求める。この場合のＬ０は、ファイバーアレイ１０３のマイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１側の面と光ファイバー１０２の射出端面とが面一となっている場合の距離であり、そうでない場合は、光ファイバー１０２の射出端面とマイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１との距離である。上記マイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１は、長軸方向にのみ曲率を持つ円筒状のレンズが、ファイバーの本数と同じ数だけ、曲率方向に連なった形状をしたものであり、光ファイバー１０２から射出したレーザ光を長軸方向にのみコリメートする作用をもつ。 For this purpose, first, a distance L 0 between the fiber array 103 and the micro cylindrical lens array 111 is obtained. In this case, L 0 is the distance when the surface of the fiber array 103 on the micro cylindrical lens array 111 side and the exit end face of the optical fiber 102 are flush with each other. The distance from the micro cylindrical lens array 111. The micro cylindrical lens array 111 has a shape in which cylindrical lenses having a curvature only in the major axis direction are connected in the curvature direction by the same number as the number of fibers, and the laser light emitted from the optical fiber 102 is emitted. Collimates only in the long axis direction.
光ファイバー１０２から射出されたレーザ光の拡がり角は以下の式で求められる。 The divergence angle of the laser light emitted from the optical fiber 102 is obtained by the following equation.
ＮＡ＝ｎｓｉｎθ（式中、ｎは屈折率、θは射出光の半角である。） NA = n sin θ (where n is the refractive index and θ is the half angle of the emitted light)
この場合、ｎ＝１、ＮＡ＝０．０４とすると、θ＝２．２９度となる。 In this case, if n = 1 and NA = 0.04, θ = 2.29 degrees.
マイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１の位置での最大ビーム径Ｗｄは以下の式で求められる。 The maximum beam diameter W d at the position of the micro cylindrical lens array 111 is obtained by the following equation.
Ｗｄ＝２×Ｌ０×ｔａｎθ＋ｄ
（式中、Ｌ０、θ及びｄは上記の通りである。）
W d = 2 × L 0 × tan θ + d
(In the formula, L 0 , θ and d are as described above.)
それぞれの光ファイバー１０２から射出されたレーザ光をマイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１の位置にて重なり合わないようにする必要がある。そのため、Ｗｄ＜ｌｄ（式中、Ｗｄは上記の通りであり、ｌｄはＤＯＥ１１２に入射したレーザ光のビーム間隔である。）を満たす必要があるので、Ｌ０が以下のように決定される。 It is necessary to prevent the laser beams emitted from the respective optical fibers 102 from overlapping at the position of the micro cylindrical lens array 111. Therefore, it is necessary to satisfy W d <l d (W d is as described above, and l d is the beam interval of the laser light incident on the DOE 112), so L 0 is as follows: It is determined.
Ｌ０＜（Ｗｄ−ｄ）／（２＊ｔａｎθ）
Ｌ０＜２．４３７５ｍｍ
よって、Ｌ０＝２．４ｍｍと決定した。
L 0 <(W d −d) / (2 * tan θ)
L 0 <2.4375 mm
Therefore, it was determined that L 0 = 2.4 mm.
従って、このときのマイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１を透過したレーザ光をコリメートするためには、マイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１のそれぞれのレンズの焦点距離は２．４ｍｍとなる。 Therefore, in order to collimate the laser light transmitted through the micro cylindrical lens array 111 at this time, the focal length of each lens of the micro cylindrical lens array 111 is 2.4 mm.
本例においては、光ファイバー１０２の数に合わせ、マイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１のレンズの数は２００個とし、それぞれのマイクロシリンドリカルレンズの幅は光ファイバー１０２のピッチ間隔と同じく０．２２５ｍｍとした。 In this example, the number of lenses of the micro cylindrical lens array 111 is set to 200 in accordance with the number of the optical fibers 102, and the width of each micro cylindrical lens is 0.225 mm, which is the same as the pitch interval of the optical fibers 102.
長軸方向においてはマイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１から射出された複数のレーザ光はＤＯＥ１１２に入射し、照射面にてそれぞれがトップフラットとなり、さらにエッジスロープ部分が重なり合うように設計されており、重なり合ったレーザ光のプロファイルは長軸方向で４５ｍｍのトップフラットのビームとなる。 In the long axis direction, a plurality of laser beams emitted from the micro cylindrical lens array 111 are incident on the DOE 112, and each of them is designed to be top-flat on the irradiation surface, and the edge slope portions overlap each other. The light profile is a 45 mm top flat beam in the long axis direction.
次に、光ファイバー１０２（又はファイバーアレイ１０３）とＤＯＥ１１２との距離（Ｌ１）及びＤＯＥ１１２と照射面間との距離（Ｌ２）について説明する。 Next, the distance (L 1 ) between the optical fiber 102 (or the fiber array 103) and the DOE 112 and the distance (L 2 ) between the DOE 112 and the irradiation surface will be described.
短軸方向においては、光ファイバー１０２の射出端面と照射面とがほぼ等倍の関係になるように、Ｌ１及びＬ２を決定すると、Ｌ１：Ｌ２＝１：１が成り立つ。 In the minor axis direction, so that the exit end face of the optical fiber 102 and the radiation surface is equal multiple of substantially determined which L 1 and L 2, L 1: L 2 = 1: 1 holds.
よって、ＤＯＥ１１２と照射面との間の距離、つまりは作動距離を長くしたい場合には、Ｌ２＝Ｌ１となる関係を満たすようにすればよい。 Therefore, when it is desired to increase the distance between the DOE 112 and the irradiation surface, that is, the working distance, the relationship of L 2 = L 1 may be satisfied.
本例においては、作動距離を２０ｍｍとし、Ｌ１＝Ｌ２＝２０ｍｍとした。 In this example, the working distance was 20 mm, and L 1 = L 2 = 20 mm.
本発明に係るレーザアニール方法の第一の実施の形態によれば、上記第一の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いてレーザアニールする方法であって、可視光を連続発振するレーザ発振器１０１から発振されるレーザ光を、一端がＣＷレーザ発振器１０１に接続されたシングルモードファイバーである光ファイバー１０２中を伝送せしめ、次いでファイバーアレイ１０３上に、上記したように配置された光ファイバー１０２の他端の射出面から射出光の半角θで射出せしめ、この射出されたレーザ光を、光学系１０４を構成するマイクロシリンドリカルレンズアレイ１１１の各マイクロレンズに入射せしめ、平行光として射出されたレーザ光を回折光学素子であるＤＯＥ１１２に入射させ、処理して、照射面上で所定のビーム形状（例えば、短軸が半値全幅で０．０２ｍｍ、長軸が半値全幅で４５ｍｍ程度）を有する線状ビームに整形するようにし、この整形された線状ビームを基板上の非晶質シリコン半導体膜に照射してレーザアニールを行うものであり、その際に、線状ビームと基板とを相対的に走査して、基板上の非晶質シリコン半導体膜の全面をレーザアニールする方法である。その結果、図５に示す顕微鏡写真から明らかなように、基板上の非晶質シリコン半導体膜が微結晶シリコン半導体膜になっていることが確認できた。 According to the first embodiment of the laser annealing method of the present invention, there is provided a laser annealing method using the laser annealing apparatus according to the first embodiment, wherein the laser oscillator 101 continuously oscillates visible light. Is transmitted through the optical fiber 102, which is a single-mode fiber, one end of which is connected to the CW laser oscillator 101, and then the other end of the optical fiber 102 arranged as described above on the fiber array 103. The emitted laser light is emitted from the emission surface at a half angle θ, and the emitted laser light is incident on each microlens of the micro cylindrical lens array 111 constituting the optical system 104, and the laser light emitted as parallel light is diffracted optically. It is incident on the element DOE 112, processed, and has a predetermined beam shape on the irradiation surface (example: For example, the short axis is shaped into a linear beam having a full width at half maximum of 0.02 mm and the long axis at a full width at half maximum of about 45 mm). The shaped linear beam is formed on the amorphous silicon semiconductor film on the substrate. In this method, laser annealing is performed by irradiation, and at this time, the linear beam and the substrate are relatively scanned to perform laser annealing on the entire surface of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate. As a result, it was confirmed from the micrograph shown in FIG. 5 that the amorphous silicon semiconductor film on the substrate was a microcrystalline silicon semiconductor film.
本発明のレーザアニール装置では、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｘ軸及びＹ軸が独立に軸を持っているガントリー式ステージ１０７を用いているので、線状ビームと基板（例えば、ガラス基板）とを相対的に走査することで、基板全面をレーザアニールすることが可能である。例えば、線状ビームの形状が上記したような長手方向×短手方向＝４５ｍｍ×０．０２ｍｍ程度である場合、基板全面をスキャンするためには、６００ｍｍ／ｓｅｃ．で基板の長辺方向(図１中Ｙ軸方向)に線状ビームをＹ軸にて走査した後、基板の短辺方向（図１中Ｘ軸方向）に線状ビームの長軸方向の分（本例の場合、４５ｍｍ）だけＸ軸にて基板を移動せしめる。Ｘ軸の移動後、再びＹ軸にて走査することを繰り返すことにより基板全面処理を行う。Ｇ８基板１枚の全面を５分程度で処理することが可能であるので、１時間あたり、１０枚以上の基板を処理できる。 In the laser annealing apparatus of the present invention, as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the gantry stage 107 in which the X axis and the Y axis have independent axes is used. By scanning relatively (for example, a glass substrate), the entire surface of the substrate can be laser-annealed. For example, when the shape of the linear beam is about the longitudinal direction × the lateral direction = 45 mm × 0.02 mm as described above, 600 mm / sec. After scanning the linear beam with the Y axis in the long side direction of the substrate (Y-axis direction in FIG. 1), the length of the linear beam in the long side direction of the substrate (X-axis direction in FIG. 1) The substrate is moved along the X axis by (45 mm in this example). After the movement of the X axis, the entire surface of the substrate is processed by repeating scanning along the Y axis. Since the entire surface of one G8 substrate can be processed in about 5 minutes, 10 or more substrates can be processed per hour.
本発明に係るレーザアニール装置の第二の実施の形態によれば、可視光を連続発振する複数のレーザ発振器（ＣＷレーザ発振器）であって、４００〜８００ｎｍの波長を有するレーザ発振器と、複数のレーザ発振器に接続された複数の光ファイバーであるシングルモードファイバー（以下、特に断らない限り、シングルモードファイバーを光ファイバーと称す。）であって、それぞれの光ファイバーの一端がそれぞれのレーザ発振器に接続されて、各レーザ発振器から発振されたレーザ光をそれぞれ伝送する複数の光ファイバーと、複数の光ファイバーのそれぞれの他端を上記したように直線状に配置するためのファイバーアレイと、ファイバーアレイ上に配置された光ファイバーの他端の射出面から射出されたレーザ光を、非晶質シリコン半導体膜が表面に堆積している基板の照射面上にて線状ビームに整形する光学系であって、回折光学素子及びマイクロシリンドリカルレンズアレイから構成されている光学系と、線状ビームと基板とを相対的に走査する機構と、基板に設けられた少なくとも２つのアライメントマーカーに合わせて線状ビームの照射位置を補正する機構と、２つのアライメントマーカー及び照射面での線状ビームの反射光を検出するアライメントカメラと、照射面に光を照射する照明と、アライメントカメラで検出した画像から２つのアライメントマーカー間の距離を検出する画像処理装置とを有し、さらに所望により複数のレーザ発振器の出力をそれぞれ独立に制御するための制御機構を有してなり、２つのアライメントマーカー間の距離と、あらかじめ決められた２つのアライメントマーカー間の距離との差を補正し、アライメントカメラで検出した反射光から検出された線状ビームの照射位置のずれを補正し、線状ビームと基板とをアライメントマーカーの位置に合わせて相対的に走査することで、基板上の非晶質シリコン半導体膜の所定の位置に線状ビームを照射して所定の場所をレーザアニールできるように構成されている。 According to the second embodiment of the laser annealing apparatus of the present invention, a plurality of laser oscillators (CW laser oscillators) that continuously oscillate visible light, having a wavelength of 400 to 800 nm, A single mode fiber that is a plurality of optical fibers connected to a laser oscillator (hereinafter, unless otherwise specified, a single mode fiber is referred to as an optical fiber), and one end of each optical fiber is connected to each laser oscillator, A plurality of optical fibers for transmitting laser beams oscillated from the respective laser oscillators, a fiber array for linearly arranging the other ends of the plurality of optical fibers as described above, and an optical fiber disposed on the fiber array The laser light emitted from the emission surface at the other end of the An optical system for shaping a linear beam on an irradiation surface of a substrate on which a conductive film is deposited, an optical system including a diffractive optical element and a micro cylindrical lens array, and the linear beam and the substrate , A mechanism for correcting the irradiation position of the linear beam in accordance with at least two alignment markers provided on the substrate, and the reflected light of the linear beam on the two alignment markers and the irradiation surface An alignment camera that detects light, an illumination that irradiates light onto the irradiation surface, and an image processing device that detects a distance between two alignment markers from an image detected by the alignment camera. It has a control mechanism for controlling the output independently, and the distance between the two alignment markers is determined in advance. The difference between the distance between the two alignment markers is corrected, the deviation of the irradiation position of the linear beam detected from the reflected light detected by the alignment camera is corrected, and the alignment beam is positioned between the linear beam and the substrate. By scanning relatively in accordance with the above, a predetermined position of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate is irradiated with a linear beam so that laser annealing can be performed at the predetermined location.
上記のレーザアニール装置において、４００〜８００ｎｍの波長の中心波長が５３２ｎｍであることが好ましい。レーザ媒体に結晶（例えば、ＹＶＯ４やＹＡＧ等）を使う場合、レーザ発振しやすい波長である１０６４ｎｍではアモルファスシリコンの吸収効率が低下するので、波長変換結晶により２倍波にすることで、中心波長５３２ｎｍを得、吸収効率を上げている。これにより、より効率よい加熱が可能となる。 In the above laser annealing apparatus, it is preferable that the center wavelength of the wavelength of 400 to 800 nm is 532 nm. When a crystal (for example, YVO4, YAG, etc.) is used for the laser medium, the absorption efficiency of amorphous silicon decreases at 1064 nm, which is a wavelength at which laser oscillation is likely to occur. And increasing the absorption efficiency. Thereby, more efficient heating is attained.
上記第二の実施の形態に係るレーザアニール装置について、以下、図６〜８を参照して説明する。上記第一の実施の形態に係るレーザアニール装置と同じ構成要素、例えば図１〜４におけるレーザ発振器、光ファイバー、ファイバーアレイ、光学系等は同じであるので、それらの構成要素については詳細な説明を省略し、レーザ光の照射位置の補正機構を主体的に説明する。すなわち、この実施の形態では、整形されて得られた線状ビームの照射後に、レーザアニールされた領域を観測することにより、線状ビームの所望の位置からのずれを補正して所定の位置で線状ビームを照射することができるレーザアニール装置及び方法について説明する。本実施の形態では、アライメントマーカーを有する非晶質シリコン半導体膜が形成された基板を、Ｘ−Ｙステージ上に設置して、その半導体膜を線状ビームによりレーザアニールして微結晶膜とする例を示す。 The laser annealing apparatus according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS. The same components as the laser annealing apparatus according to the first embodiment, for example, the laser oscillator, the optical fiber, the fiber array, the optical system, etc. in FIGS. 1 to 4 are the same. A mechanism for correcting the irradiation position of the laser light will be mainly described. That is, in this embodiment, after irradiating the linear beam obtained by shaping, by observing the laser-annealed region, the deviation of the linear beam from the desired position is corrected and the predetermined position is obtained. A laser annealing apparatus and method capable of irradiating a linear beam will be described. In this embodiment mode, a substrate on which an amorphous silicon semiconductor film having an alignment marker is formed is placed on an XY stage, and the semiconductor film is laser-annealed with a linear beam to form a microcrystalline film. An example is shown.
図６は、第二の実施の形態に係るレーザアニール装置の構成を示す模式図である。図６において、ＣＷレーザ発振器６００から射出されたレーザ光６０１は光学系６０３を通って基板６０４表面の非晶質シリコン半導体膜上に照射される。そして、基板６０４表面上に照明６０５によって光が照射され、その反射光がアライメントカメラ６０６（図１（ａ）のアライメントカメラ１１３に対応する）に入射される。アライメントカメラ６０６は、レーザ光６０１の照射後の領域及びその近傍のパターンを画像信号に変換し、変換された画像信号が画像処理装置６０７に送られ、画像処理装置６０７において処理された画像信号がモニター６０８に送られる。操作者はモニター６０８を通してレーザ光の照射後の領域とその近傍のパターンとを観測することができる。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the laser annealing apparatus according to the second embodiment. In FIG. 6, a laser beam 601 emitted from a CW laser oscillator 600 is irradiated on an amorphous silicon semiconductor film on the surface of a substrate 604 through an optical system 603. Then, light is irradiated onto the surface of the substrate 604 by the illumination 605, and the reflected light is incident on the alignment camera 606 (corresponding to the alignment camera 113 in FIG. 1A). The alignment camera 606 converts the region after irradiation with the laser beam 601 and a pattern in the vicinity thereof into an image signal, the converted image signal is sent to the image processing device 607, and the image signal processed in the image processing device 607 is Sent to the monitor 608. The operator can observe the region after the laser beam irradiation and the pattern in the vicinity thereof through the monitor 608.
なお、本実施の形態において、基板６０４が設置されたＸ−Ｙステージ６０９は駆動装置６１０によって走査され、駆動装置６１０、画像処理装置６０７、及び照明６０５はコントローラ６１１によって制御される。また、アライメントカメラ６０６は固定されており、Ｘ−Ｙステージ６０９を駆動することで観測位置を変えることができる。ＣＷレーザ発振器６００と基板６０４との光路間に配置された光学系６０３は、ＣＷレーザ発振器６００から発振されたレーザ光６０１を基板６０４表面で線状ビームとなるように整形するためのものである。なお、アライメントカメラ６０６として例えばＣＣＤカメラを用いることができる。 In this embodiment mode, the XY stage 609 on which the substrate 604 is installed is scanned by the driving device 610, and the driving device 610, the image processing device 607, and the illumination 605 are controlled by the controller 611. The alignment camera 606 is fixed, and the observation position can be changed by driving the XY stage 609. An optical system 603 disposed between the optical path between the CW laser oscillator 600 and the substrate 604 is for shaping the laser light 601 oscillated from the CW laser oscillator 600 so as to be a linear beam on the surface of the substrate 604. . As the alignment camera 606, for example, a CCD camera can be used.
次に、図７を参照して整形された線状ビームの照射位置のずれを制御する方法を説明する。まず、アライメントマーカー６１２、６１３を有する非晶質シリコン半導体膜６１４が形成された基板６０４を用意する。なお、アライメントマーカーの個数は特に限定されず、例えば少なくとも２個であればよく、レーザの照射位置を確定できればいくつ設けてもよい。図７では、２個のアライメントマーカーを例にとり説明する。 Next, a method for controlling the deviation of the irradiation position of the shaped linear beam will be described with reference to FIG. First, a substrate 604 on which an amorphous silicon semiconductor film 614 having alignment markers 612 and 613 is formed is prepared. The number of alignment markers is not particularly limited. For example, the number of alignment markers may be at least two, and any number may be provided as long as the laser irradiation position can be determined. In FIG. 7, two alignment markers will be described as an example.
続いて、Ｘ−Ｙステージ６０９上に基板６０４を設置する。このとき、２つのアライメントマーカー６１２、６１３を結ぶ直線と、Ｘ−Ｙステージ６０９のＹ軸が平行になるように配置することが好ましい。次に、Ｘ−Ｙステージ６０９を移動させることによりアライメントマーカー６１２の位置をアライメントカメラ６０６で検出後、前記アライメントマーカー６１２が検出された位置から基板６０４をＹ方向に移動させ、アライメントカメラ６０６によりアライメントマーカー６１３を検出する。これにより線状ビーム６１５の照射位置を確定する。なお、上述では、２つのアライメントマーカー６１２、６１３を結ぶ直線とＸ−Ｙステージ６０９のＹ軸を平行に配置したが、そのＸ軸と平行に配置してもかまわない。このときは、Ｙ軸をＸ軸に、Ｙ軸方向をＸ軸方向に置き換えて考える。 Subsequently, the substrate 604 is set on the XY stage 609. At this time, it is preferable to arrange the straight line connecting the two alignment markers 612 and 613 so that the Y axis of the XY stage 609 is parallel. Next, after the position of the alignment marker 612 is detected by the alignment camera 606 by moving the XY stage 609, the substrate 604 is moved in the Y direction from the position where the alignment marker 612 is detected, and the alignment camera 606 performs alignment. A marker 613 is detected. Thereby, the irradiation position of the linear beam 615 is determined. In the above description, the straight line connecting the two alignment markers 612 and 613 and the Y axis of the XY stage 609 are arranged in parallel, but they may be arranged in parallel with the X axis. In this case, the Y axis is replaced with the X axis, and the Y axis direction is replaced with the X axis direction.
次に、ＴＦＴを形成しない領域にレーザが照射される位置にあらかじめＹ軸を移動し、線状ビーム６１５を非晶質シリコン半導体膜６１４に照射しながらＸ−Ｙステージ６０９をＸ軸方向に動作させ、この半導体膜６１４をレーザアニールする。その後、レーザアニールされた領域をアライメントカメラ６０６で検出する。図７において領域６１６は線状ビーム６１５が照射された領域を示している。 Next, the Y axis is moved in advance to a position where a laser is irradiated to a region where a TFT is not formed, and the XY stage 609 is operated in the X axis direction while irradiating the amorphous silicon semiconductor film 614 with the linear beam 615. The semiconductor film 614 is laser annealed. Thereafter, the laser annealed region is detected by the alignment camera 606. In FIG. 7, a region 616 indicates a region irradiated with the linear beam 615.
その後、再びＸ−Ｙステージ６０９をＸ軸方向に動作させ、アライメントカメラ６０６によりアライメントマーカーを検出する。続いて、Ｘ−Ｙステージ６０９をＹ軸方向に動作させ、レーザアニールされた領域、つまり微結晶領域をアライメントカメラ６０６により検出する。アライメントカメラ６０６がアライメントマーカーを検出してから微結晶領域を検出するまでにＸ−ＹステージがＹ軸方向に動作した距離をａとする。 Thereafter, the XY stage 609 is moved again in the X-axis direction, and the alignment marker 606 detects the alignment marker. Subsequently, the XY stage 609 is operated in the Y-axis direction, and the laser annealed region, that is, the microcrystalline region is detected by the alignment camera 606. The distance that the XY stage has moved in the Y-axis direction from the time when the alignment camera 606 detects the alignment marker to the time when the microcrystalline region is detected is defined as a.
ここで、基板６０４上における線状ビーム６１５の照射位置とアライメントカメラ６０６の視野位置とを考えると、線状ビーム６１５の照射位置のＹ座標とアライメントカメラ６０６のＹ座標が等しいことが好ましい。なぜなら、アライメントカメラ６０６の位置を基準に線状ビームの基板上の照射位置が決められるため、それらの相対位置が離れていればいるほど、誤差が大きくなるためである。しかしながら、実際は、アライメントカメラ６０６のＹ座標を所望の照射位置（ここではアライメントマーカー６１２の位置）にあわせたときに、線状ビーム６１５をアライメントマーカー６１２の位置に照射することは困難である。よって、線状ビーム６１５の実際の照射位置のＹ座標は、アライメントカメラ６０６及びアライメントマーカー６１２のＹ座標とずれた位置になってしまう。つまり、線状ビーム６１５は、アライメントマーカー６１２からＹ軸方向に距離ａだけずれた位置に照射される（図７）。ここで、距離ａはＸ−Ｙステージ６０９のエンコーダにより測定した値とする。ここで、設計上では距離ａ＝０となるべきであるが、実際は装置の構造上の取り合いや周囲の環境変化などにより距離ａは０以外の値になってしまう場合が多い。そこで、基板をＹ軸方向に距離ａだけ戻すことにより線状ビーム６１５を所望の照射位置に照射することが可能となる。 Here, considering the irradiation position of the linear beam 615 on the substrate 604 and the visual field position of the alignment camera 606, it is preferable that the Y coordinate of the irradiation position of the linear beam 615 and the Y coordinate of the alignment camera 606 are equal. This is because the irradiation position of the linear beam on the substrate is determined based on the position of the alignment camera 606, and the error increases as the relative positions thereof are further away. However, in practice, it is difficult to irradiate the position of the alignment marker 612 with the linear beam 615 when the Y coordinate of the alignment camera 606 is set to a desired irradiation position (here, the position of the alignment marker 612). Therefore, the Y coordinate of the actual irradiation position of the linear beam 615 is shifted from the Y coordinate of the alignment camera 606 and the alignment marker 612. That is, the linear beam 615 is irradiated to a position shifted from the alignment marker 612 by a distance a in the Y-axis direction (FIG. 7). Here, the distance a is a value measured by the encoder of the XY stage 609. Here, the distance a should be 0 in design, but in reality, the distance a often takes a value other than 0 due to structural changes in the apparatus or changes in the surrounding environment. Therefore, the linear beam 615 can be irradiated to a desired irradiation position by returning the substrate by a distance a in the Y-axis direction.
ここで、レーザアニールされた領域をアライメントカメラ６０６で検出する方法を説明する。非晶質シリコン半導体膜上に線状ビーム６１５を照射してレーザアニールされた領域は、この半導体膜表面の状態がレーザアニールされていない領域とは異なる。そのため、この領域を簡便に検出するには、この半導体膜表面に斜めから投光し、その散乱光の量をＣＣＤカメラ等で検出すればよい。レーザアニールされた領域とされていない領域とでは、散乱光の量が異なるため、線状ビーム６１５が照射された領域と未照射の領域を判別することができる。 Here, a method for detecting the laser annealed region with the alignment camera 606 will be described. The region where the amorphous silicon semiconductor film is irradiated with the linear beam 615 and laser-annealed is different from the region where the surface of the semiconductor film is not laser-annealed. For this reason, in order to easily detect this region, the surface of the semiconductor film is projected obliquely, and the amount of scattered light is detected by a CCD camera or the like. Since the amount of scattered light is different between the laser annealed region and the non-irradiated region, the region irradiated with the linear beam 615 and the unirradiated region can be distinguished.
例えば、図８（ａ）に示すように、照明６０５を非晶質シリコン半導体膜６１４に斜めから投光し、アライメントカメラ６０６に基板６０４表面あるいは内部からの正反射光が入らない角度に調整する。線状ビームの照射領域は微結晶シリコン半導体膜が形成されており、未照射領域に比べて表面の凹凸が大きいため、散乱光の強度が高く、これにより照射領域を検出することができる。従って、図８（ｂ）に示すように、線状ビームの照射領域６１７と未照射領域６１８の境界を高倍率アライメントカメラにて検出することにより、より高精度に距離ａ（図７に示す距離ａ）を測定することができる。 For example, as shown in FIG. 8A, the illumination 605 is projected obliquely onto the amorphous silicon semiconductor film 614 and adjusted to an angle at which the regular reflection light from the surface or inside of the substrate 604 does not enter the alignment camera 606. . Since the microcrystalline silicon semiconductor film is formed in the irradiation region of the linear beam and the surface unevenness is larger than that in the non-irradiation region, the intensity of the scattered light is high, whereby the irradiation region can be detected. Therefore, as shown in FIG. 8B, the distance a (the distance shown in FIG. 7) is detected with higher accuracy by detecting the boundary between the irradiation region 617 and the non-irradiation region 618 of the linear beam with a high magnification alignment camera. a) can be measured.
本実施の形態において、線状ビームを照射してレーザアニールされた領域をアライメントカメラ等の位置検出手段により検出し、線状ビームを照射する位置を補正することで、線状ビームの照射位置のずれを少なくし、非晶質シリコン半導体膜上において高精度に線状ビームを照射することができる。また、ＴＦＴを作製する場合、ＴＦＴを形成しない領域をレーザアニールしてアライメントカメラ等により位置を検出するため、ＴＦＴの特性に影響を与えることがない。さらに、この半導体膜のＴＦＴを作製する所望の位置にのみ各々のレーザ発振器をＯＮ／ＯＦＦすることで、効率よくレーザを照射することができるため、所望の位置を均一にレーザアニールすることができ、特性のよいＴＦＴを効率よく作製することが可能である。 In the present embodiment, the region annealed by irradiating the linear beam is detected by a position detection unit such as an alignment camera, and the position of the linear beam irradiation is corrected by correcting the position where the linear beam is irradiated. The shift can be reduced and the linear beam can be irradiated with high accuracy on the amorphous silicon semiconductor film. In the case of manufacturing a TFT, the region where the TFT is not formed is laser-annealed and the position is detected by an alignment camera or the like, so that the TFT characteristics are not affected. Furthermore, since each laser oscillator can be turned ON / OFF only at a desired position for manufacturing the TFT of the semiconductor film, the laser can be irradiated efficiently, so that the desired position can be uniformly laser-annealed. It is possible to efficiently produce TFTs with good characteristics.
本発明に係るレーザアニール方法の第二の実施の形態によれば、上記第二の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いてレーザアニールする方法であって、第一の実施の形態に係るレーザアニール方法とは、整形されて得られた線状ビームを基板上の非晶質シリコン半導体膜に照射してレーザアニールする際に、基板に設けられたアライメントマーカーに合わせてレーザ光の照射位置を補正し、線状ビームと基板とをアライメントマーカーの位置に合わせて相対的に走査して、基板上の非晶質シリコン半導体膜の所定の位置に線状ビームを照射してレーザアニールすることができるようにした点で異なる。すなわち、線状ビームの照射位置の補正を行って、所定の位置をレーザアニールする点で異なるだけであるので、その説明を省略する。 According to the second embodiment of the laser annealing method of the present invention, a laser annealing method using the laser annealing apparatus according to the second embodiment, the laser according to the first embodiment. The annealing method refers to the laser beam irradiation position according to the alignment marker provided on the substrate when laser annealing is performed by irradiating the shaped linear beam to the amorphous silicon semiconductor film on the substrate. Correction, scanning the relative position of the linear beam and the substrate in accordance with the position of the alignment marker, and irradiating the predetermined position of the amorphous silicon semiconductor film on the substrate with the linear beam for laser annealing. It differs in that it was made possible. That is, the only difference is that the irradiation position of the linear beam is corrected and the predetermined position is laser-annealed.
次に、上記第二の実施の形態に係るレーザアニール方法について、ボトムゲート型非晶質シリコンＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を例にとり、その製作手順を説明する。 Next, a manufacturing procedure of the laser annealing method according to the second embodiment will be described by taking a bottom gate type amorphous silicon TFT (thin film transistor) as an example.
図９（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＴＦＴの構成を模式的に示す概略断面図及びレーザアニール前の構造を模式的に示す概略断面図である。 9A and 9B are a schematic cross-sectional view schematically showing the structure of the TFT and a schematic cross-sectional view schematically showing the structure before laser annealing, respectively.
図９（ａ）に示すように、公知のＴＦＴ７０１では、まず、絶縁性の基板（例えば、厚さ０．５ｍｍのガラス基板）７０２の表面にＭｏからなるゲート電極７０３（例えば、厚さ５０ｎｍ）が形成され、このゲート電極７０３上に、例えば、ＳｉＯ２からなるゲート絶縁層７０４（例えば、厚さ１００ｎｍ）を介して、結晶性Ｓｉ層７０５が形成されている。この結晶性Ｓｉ層７０５上に非晶質Ｓｉ層７０６（例えば、厚さ５０ｎｍ）が形成され、この非晶質Ｓｉ層７０６上のＳｉＮ膜からなるエッチングストップ層７０７（例えば、厚さ１００ｎｍ）の直下部分がチャネル領域７１５とされ、このチャネル領域７１５を挟んで両側に延長するソース領域７１２及びドレイン領域７１３とが形成される。非晶質Ｓｉ層７０６のうち、エッチングストップ層７０７に被覆されない周辺部上、すなわちソース領域７１２及びドレイン領域７１３上には、ｎ＋非晶質Ｓｉ層７０８が形成され、この上に、第１〜第３の金属層７０９〜７１１によるソース電極７１６及びドレイン電極７１７が積層される。更にこれら積層構造とエッチングストップ層７０７とにわたる上面にパッシベーション膜となるＳｉＮ層７１４が形成されて、エッチングストッパータイプの逆スタガ型トランジスタが形成される。 As shown in FIG. 9A, in the known TFT 701, first, a gate electrode 703 (for example, 50 nm thick) made of Mo is formed on the surface of an insulating substrate (for example, a glass substrate having a thickness of 0.5 mm) 702. A crystalline Si layer 705 is formed on the gate electrode 703 via, for example, a gate insulating layer 704 (for example, a thickness of 100 nm) made of SiO 2 . An amorphous Si layer 706 (for example, a thickness of 50 nm) is formed on the crystalline Si layer 705, and an etching stop layer 707 (for example, a thickness of 100 nm) made of a SiN film on the amorphous Si layer 706 is formed. A portion directly underneath is a channel region 715, and a source region 712 and a drain region 713 extending on both sides with the channel region 715 interposed therebetween are formed. An n + amorphous Si layer 708 is formed on the periphery of the amorphous Si layer 706 that is not covered with the etching stop layer 707, that is, on the source region 712 and the drain region 713, on which the first + A source electrode 716 and a drain electrode 717 are stacked by the third metal layers 709 to 711. Further, an SiN layer 714 serving as a passivation film is formed on the upper surface extending between the laminated structure and the etching stop layer 707, thereby forming an etching stopper type inverted staggered transistor.
そして、本例においては、ゲート電極７０３が、ソース領域７１２及びドレイン領域７１３のいずれか一方のみ、本例ではソース領域７１２側にのみ一部延在されて伝熱部とされ、この電気的及び熱的に連結された伝熱部が、伝熱部材としてゲート電極７０３の側縁部を構成している。 In this example, the gate electrode 703 is partly extended only to one of the source region 712 and the drain region 713, in this example only to the source region 712 side, and serves as a heat transfer portion. The thermally connected heat transfer portion constitutes a side edge portion of the gate electrode 703 as a heat transfer member.
上記のように構成されるＴＦＴの製作について、以下、本発明と関連のあるレーザアニール工程を中心に、図９（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。 The manufacture of the TFT configured as described above will be described below with reference to FIGS. 9A and 9B, focusing on the laser annealing process related to the present invention.
図９（ｂ）は、レーザアニール前の構造を模式的に示す断面図であり、厚さ０．５ｍｍの基板上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ層、厚さ５０ｎｍのＭｏ層、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２層、厚さ５０ｎｍの非晶質Ｓｉ層が形成されている。 FIG. 9B is a cross-sectional view schematically showing a structure before laser annealing. A 100 nm thick SiN layer, a 50 nm thick Mo layer, and a 100 nm thick SiO layer are formed on a 0.5 mm thick substrate. Two layers of an amorphous Si layer having a thickness of 50 nm are formed.
図９（ａ）及び（ｂ）によれば、厚さ０．５ｍｍの基板（ガラス基板）７０２上に厚さ１００ｎｍのＳｉＮ膜を形成した後、スパッタ法により厚さ５０ｎｍのＭｏからなるゲート電極用膜を形成し、この電極用Ｍｏ膜にフォトリソグラフィ処理及びエッチング加工を施すことにより、ゲート電極７０３を形成する。次いで、このゲート電極７０３上にＣＶＤ法によりＳｉＯ２からなる厚さ１００ｎｍのゲート絶縁層７０４と、厚さ５０ｎｍの非晶質Ｓｉ層７０６とを形成する。 According to FIGS. 9A and 9B, after a SiN film having a thickness of 100 nm is formed on a substrate (glass substrate) 702 having a thickness of 0.5 mm, a gate electrode made of Mo having a thickness of 50 nm is formed by sputtering. A gate electrode 703 is formed by forming a film for the electrode and subjecting the Mo film for the electrode to a photolithography process and an etching process. Then formed as a gate insulating layer 704 having a thickness of 100nm composed of SiO 2 by CVD on the gate electrode 703, and an amorphous Si layer 706 having a thickness of 50nm.
次いで、窒素雰囲気中、４９０℃、３０分で脱水素処理を行った後、上記したようなレーザアニール処理を行う。セットアップは上記したレーザアニール方法の場合と同様である。４５ｍｍ×０．０２ｍｍの整形されたＣＷレーザビーム（９６０Ｗ）を非晶質Ｓｉ層７０６に照射し、結晶化を行う。この結晶化は、ゲート電極７０３上の全域のＳｉ層を結晶化するようにする。この場合、上記したようなアライメントカメラにより基板にあらかじめ設けられたアライメントマーカーの位置を確認し、アライメントマーカーの位置に合わせてレーザ照射位置を補正すればよい。このような位置補正後、あらかじめ制御ＰＣに登録されたＴＦＴのチャネル領域７１５の位置に合わせてレーザ発振のＯＮ／ＯＦＦを制御し、走査することでチャネル領域部分のみを選択照射可能である。 Next, after performing a dehydrogenation process at 490 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere, the laser annealing process as described above is performed. The setup is the same as in the laser annealing method described above. Crystallization is performed by irradiating the amorphous Si layer 706 with a shaped CW laser beam (960 W) of 45 mm × 0.02 mm. In this crystallization, the entire Si layer on the gate electrode 703 is crystallized. In this case, the position of the alignment marker previously provided on the substrate may be confirmed by the alignment camera as described above, and the laser irradiation position may be corrected according to the position of the alignment marker. After such position correction, the laser oscillation ON / OFF is controlled in accordance with the position of the TFT channel region 715 registered in advance in the control PC, and only the channel region portion can be selectively irradiated by scanning.
次いで、洗浄（サイクル洗浄）処理を行った後、結晶化されたＳｉ層の上に非晶質Ｓｉ層を形成し、この非晶質Ｓｉ層上の、最終的にチャネル領域となる部分に対応させて、ＳｉＮからなる厚さ１５０ｎｍのエッチングストップ層７０７を形成する。このＳｉ層及び非晶質Ｓｉ層では、エッチングストップ層７０７の直下にチャネル領域７１５が形成され、その両側にソース領域７１２及びドレイン領域７１３が形成される。このエッチングストップ層７０７にフォトリソグラフィ処理を施す。 Next, after performing a cleaning (cycle cleaning) process, an amorphous Si layer is formed on the crystallized Si layer, and a portion corresponding to a final channel region on the amorphous Si layer is formed. Thus, an etching stop layer 707 made of SiN and having a thickness of 150 nm is formed. In the Si layer and the amorphous Si layer, a channel region 715 is formed immediately below the etching stop layer 707, and a source region 712 and a drain region 713 are formed on both sides thereof. The etching stop layer 707 is subjected to photolithography.
その後、エッチングストップ層７０７とその周辺の非晶質Ｓｉ層の露出部にわたって、ｎ＋非晶質Ｓｉ層（Ｎ＋＝２５ｎｍ）７０８を析出せしめ、ｎ＋非晶質Ｓｉ層と非晶質Ｓｉ層とにフォトリソグラフィ処理及びエッチング加工を施す。 Thereafter, an n + amorphous Si layer (N + = 25 nm) 708 is deposited over the exposed portion of the etching stop layer 707 and the surrounding amorphous Si layer, and the n + amorphous Si layer and the amorphous Si layer are deposited. The layer is subjected to photolithography and etching.
続いて、ｎ＋非晶質Ｓｉ層７０８及びエッチングストップ層７０７にわたって、第１〜第３の金属層７０９〜７１１を形成し、エッチングストップ層７０７上の第１〜第３の金属層７０９〜７１１及びチャネル部のｎ＋非晶質Ｓｉ層７０８に対してフォトリソグラフィ処理及びエッチング加工を施す。これによって、ソース領域７１２及びドレイン領域７１３上に、第１〜第３の金属層７０９〜７１１によるソース電極７１６とドレイン電極７１７とが形成される。さらに、全面にパッシベーション膜となるＳｉＮ層７１４を形成して、逆スタガ型トランジスタを得ることができる。 Subsequently, first to third metal layers 709 to 711 are formed over the n + amorphous Si layer 708 and the etching stop layer 707, and the first to third metal layers 709 to 711 on the etching stop layer 707 are formed. Further, the n + amorphous Si layer 708 in the channel portion is subjected to photolithography processing and etching processing. Thus, the source electrode 716 and the drain electrode 717 are formed on the source region 712 and the drain region 713 by the first to third metal layers 709 to 711. Furthermore, an inverted staggered transistor can be obtained by forming a SiN layer 714 to be a passivation film over the entire surface.
本発明によれば、第８世代以上の大型マザーガラスに対して、ムラのない均一なレーザアニール処理を行うことができるので、大型液晶表示装置や大型有機ＥＬ表示装置等を含めた表示装置の技術分野で有効に利用できる。 According to the present invention, since uniform laser annealing treatment can be performed on a large-sized mother glass of the eighth generation or higher, there is no need for unevenness in display devices including large liquid crystal display devices and large organic EL display devices. It can be used effectively in the technical field.
１００ レーザアニール装置 １０１ ＣＷレーザ発振器
１０２ 光ファイバー １０３ ファイバーアレイ
１０４ 光学系 １０５ 基板
１０６ 吸着ステージ １０７ ガントリー式ステージ
１０８ 基板基準当てピン １０９ 基板押し当て機構
１１０ 基板昇降ピン機構 １１１ マイクロシリンドリカルレンズアレイ
１１２ 回折光学素子（ＤＯＥ） １１３ アライメントカメラ
６００ ＣＷレーザ発振器 ６０１ レーザ光
６０３ 光学系 ６０４ 基板
６０５ 照明 ６０６ アライメントカメラ
６０７ 画像処理装置 ６０８ モニター
６０９ Ｘ−Ｙステージ ６１０ 駆動装置
６１１ コントローラ ６１２、６１３ アライメントマーカー
６１４ 非晶質シリコン半導体膜 ６１５ 線状ビーム
６１６ 領域 ６１７ 照射領域
６１８ 未照射領域 ７０１ ＴＦＴ
７０２ 基板 ７０３ ゲート電極
７０４ ゲート絶縁層 ７０５ 結晶性Ｓｉ層
７０６ 非晶質Ｓｉ層 ７０７ エッチングストップ層
７０８ ｎ＋非晶質Ｓｉ層 ７０９〜７１１ 第１〜第３の金属層
７１２ ソース領域 ７１３ ドレイン領域
７１４ ＳｉＮ層 ７１５ チャネル領域
７１６ ソース電極 ７１７ ドレイン電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Laser annealing apparatus 101 CW laser oscillator 102 Optical fiber 103 Fiber array 104 Optical system 105 Substrate 106 Adsorption stage 107 Gantry stage 108 Substrate reference pin 109 Substrate pressing mechanism 110 Substrate raising / lowering pin mechanism 111 Micro cylindrical lens array 112 Diffractive optical element ( DOE) 113 alignment camera 600 CW laser oscillator 601 laser light 603 optical system 604 substrate 605 illumination 606 alignment camera 607 image processing device 608 monitor 609 XY stage 610 drive device 611 controller 612, 613 alignment marker 614 amorphous silicon semiconductor film 615 Linear beam 616 area 617 irradiated area 618 unirradiated area 701 TFT
702 Substrate 703 Gate electrode 704 Gate insulating layer 705 Crystalline Si layer 706 Amorphous Si layer 707 Etching stop layer 708 n + Amorphous Si layer 709 to 711 First to third metal layers 712 Source region 713 Drain region 714 SiN layer 715 channel region 716 source electrode 717 drain electrode
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008289185A JP2010118409A (en) | 2008-11-11 | 2008-11-11 | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008289185A JP2010118409A (en) | 2008-11-11 | 2008-11-11 | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010118409A true JP2010118409A (en) | 2010-05-27 |
Family
ID=42305915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008289185A Pending JP2010118409A (en) | 2008-11-11 | 2008-11-11 | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2010118409A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015199117A (en) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | 株式会社プロダクトサポート | Laser processing device |
| WO2016027821A1 (en) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | 城戸 淳二 | Laser annealing device and laser annealing method |
| JP2016514621A (en) * | 2013-04-05 | 2016-05-23 | リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー．カーゲーＬＩＭＯ Ｐａｔｅｎｔｖｅｒｗａｌｔｕｎｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ | Apparatus for generating a laser beam having a linear intensity distribution |
| TWI643693B (en) * | 2013-03-18 | 2018-12-11 | 南韓商三星顯示器有限公司 | Laser beam annealing device and method of controlling the same |
| CN110767576A (en) * | 2019-10-17 | 2020-02-07 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Laser annealing equipment and laser annealing process |
| WO2021039310A1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing device and laser annealing method |
| JP2021130604A (en) * | 2014-11-28 | 2021-09-09 | Ａｇｃ株式会社 | Liquid crystal display panel |
| CN116419659A (en) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 本源量子计算科技（合肥）股份有限公司 | Laser annealing device and method for superconducting quantum chips |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007096275A (en) * | 2005-09-02 | 2007-04-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacturing method for semiconductor device |
| JP2007194604A (en) * | 2005-12-20 | 2007-08-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation device and laser irradiation method |
| WO2007114031A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Hitachi Computer Peripherals Co., Ltd. | Laser irradiation device, laser irradiation method, and method for manufacturing modified object |
| JP2008112981A (en) * | 2006-10-03 | 2008-05-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation device, and laser irradiation method |
| JP2008147428A (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser irradiation apparatus and laser irradiation method |
-
2008
- 2008-11-11 JP JP2008289185A patent/JP2010118409A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007096275A (en) * | 2005-09-02 | 2007-04-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Manufacturing method for semiconductor device |
| JP2007194604A (en) * | 2005-12-20 | 2007-08-02 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation device and laser irradiation method |
| WO2007114031A1 (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Hitachi Computer Peripherals Co., Ltd. | Laser irradiation device, laser irradiation method, and method for manufacturing modified object |
| JP2008112981A (en) * | 2006-10-03 | 2008-05-15 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | Laser irradiation device, and laser irradiation method |
| JP2008147428A (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser irradiation apparatus and laser irradiation method |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI643693B (en) * | 2013-03-18 | 2018-12-11 | 南韓商三星顯示器有限公司 | Laser beam annealing device and method of controlling the same |
| DE102013103422B4 (en) | 2013-04-05 | 2022-01-05 | Focuslight Technologies Inc. | Device for generating laser radiation with a linear intensity distribution |
| JP2016514621A (en) * | 2013-04-05 | 2016-05-23 | リモ パテントフェルヴァルトゥング ゲーエムベーハー ウント コー．カーゲーＬＩＭＯ Ｐａｔｅｎｔｖｅｒｗａｌｔｕｎｇ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ．ＫＧ | Apparatus for generating a laser beam having a linear intensity distribution |
| JP2015199117A (en) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | 株式会社プロダクトサポート | Laser processing device |
| WO2016027821A1 (en) * | 2014-08-20 | 2016-02-25 | 城戸 淳二 | Laser annealing device and laser annealing method |
| JP2016046330A (en) * | 2014-08-20 | 2016-04-04 | 城戸 淳二 | Laser annealing device and laser annealing method |
| US9905427B2 (en) | 2014-08-20 | 2018-02-27 | Junji Kido | Laser annealing device and laser annealing method |
| JP7188487B2 (en) | 2014-11-28 | 2022-12-13 | Ａｇｃ株式会社 | Liquid crystal display panel and alkali-free glass substrate |
| JP7786495B2 (en) | 2014-11-28 | 2025-12-16 | Ａｇｃ株式会社 | Liquid crystal display panels and alkali-free glass substrates |
| JP2024112881A (en) * | 2014-11-28 | 2024-08-21 | Ａｇｃ株式会社 | Liquid crystal display panels and alkali-free glass substrates |
| JP7496051B2 (en) | 2014-11-28 | 2024-06-06 | Ａｇｃ株式会社 | Liquid crystal display panels and alkali-free glass substrates |
| JP2021130604A (en) * | 2014-11-28 | 2021-09-09 | Ａｇｃ株式会社 | Liquid crystal display panel |
| JP2023036599A (en) * | 2014-11-28 | 2023-03-14 | Ａｇｃ株式会社 | Liquid crystal display panel and non-alkali glass substrate |
| US11586084B2 (en) | 2014-11-28 | 2023-02-21 | AGC Inc. | Liquid crystal display panel |
| JPWO2021039920A1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | ||
| KR102799979B1 (en) * | 2019-08-29 | 2025-04-25 | 브이 테크놀로지 씨오. 엘티디 | Laser annealing device and laser annealing method |
| KR20220052901A (en) * | 2019-08-29 | 2022-04-28 | 브이 테크놀로지 씨오. 엘티디 | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
| WO2021039310A1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing device and laser annealing method |
| CN112447506B (en) * | 2019-08-29 | 2025-08-15 | 株式会社V技术 | Laser annealing device |
| CN112447506A (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-05 | 株式会社V技术 | Laser annealing device and laser annealing method |
| WO2021039920A1 (en) * | 2019-08-29 | 2021-03-04 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing device, and laser annealing method |
| JP7575788B2 (en) | 2019-08-29 | 2024-10-30 | 株式会社ブイ・テクノロジー | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
| TWI869437B (en) * | 2019-08-29 | 2025-01-11 | 日商Ｖ科技股份有限公司 | Laser annealing device and laser annealing method |
| CN110767576A (en) * | 2019-10-17 | 2020-02-07 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Laser annealing equipment and laser annealing process |
| CN110767576B (en) * | 2019-10-17 | 2022-10-21 | 上海华力集成电路制造有限公司 | Laser annealing equipment and laser annealing process |
| CN116419659A (en) * | 2021-12-29 | 2023-07-11 | 本源量子计算科技（合肥）股份有限公司 | Laser annealing device and method for superconducting quantum chips |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2010118409A (en) | Laser annealing apparatus and laser annealing method | |
| KR101037119B1 (en) | Method of manufacturing beam homogenizer, laser irradiation device and semiconductor device | |
| JP4660074B2 (en) | Laser annealing equipment | |
| US7327916B2 (en) | Beam Homogenizer, laser irradiation apparatus, and method of manufacturing a semiconductor device | |
| US20090173724A1 (en) | Product laser irradiation device, laser irradiation method and method for manufacturing modified object | |
| CN101484269A (en) | Laser processing method | |
| JP2013233556A (en) | Laser machining apparatus | |
| JP5657874B2 (en) | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, method for modifying amorphous silicon film, silicon crystallization apparatus, silicon crystallization method | |
| TWI869437B (en) | Laser annealing device and laser annealing method | |
| JP2004342875A (en) | Laser annealing device | |
| US8644665B2 (en) | Semiconductor manufacturing apparatus | |
| JP2007165624A (en) | Irradiation device | |
| WO2012157410A1 (en) | Laser treatment device | |
| JP5073260B2 (en) | Laser annealing apparatus and laser annealing method | |
| JP4407584B2 (en) | Laser irradiation apparatus and laser scribing method | |
| JP2007021557A (en) | Laser irradiation apparatus and laser scribing method | |
| KR101006373B1 (en) | Laser Crystallization Device Using 1: 1 Mask | |
| CN220474570U (en) | Laser annealing device | |
| JP5286482B2 (en) | Semiconductor manufacturing equipment | |
| KR101094322B1 (en) | Laser processing apparatus and multi-layer substrate processing method using the same | |
| KR100924280B1 (en) | Wide Area Laser Patterning System | |
| JP2007014975A (en) | Scribe formation method, substrate with planned dividing lines | |
| JP4969024B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2010194594A (en) | Marking method and marking device | |
| WO2012081474A1 (en) | Method for forming crystalline semiconductor film |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20110816 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130710 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20130717 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20131113 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |