JP2001257176A - Method and device for evaluating crystallizability of silicon thin film and laser annealing method and device - Google Patents
Method and device for evaluating crystallizability of silicon thin film and laser annealing method and deviceInfo
- Publication number
- JP2001257176A JP2001257176A JP2000396474A JP2000396474A JP2001257176A JP 2001257176 A JP2001257176 A JP 2001257176A JP 2000396474 A JP2000396474 A JP 2000396474A JP 2000396474 A JP2000396474 A JP 2000396474A JP 2001257176 A JP2001257176 A JP 2001257176A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- light
- silicon thin
- substrate
- polycrystalline silicon
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜の結晶
性を評価する方法および装置、ならびに当該方法を使用
したレーザアニール法およびレーザアニール装置に関
し、特に、多結晶シリコン薄膜の結晶性をモニタし、制
御することが可能な半導体薄膜結晶性モニタリングシス
テムに関するものである。The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating the crystallinity of a semiconductor thin film, and a laser annealing method and a laser annealing apparatus using the method, and more particularly, to monitoring the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film. And a controllable semiconductor thin film crystallinity monitoring system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】液晶表示素子の高精細、高画質を実現す
るためには、各画素における薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）の電子の電界効果移動度を向上させることが必要で
ある。そのため、従来のアモルファスシリコン薄膜に代
えて、多結晶シリコン薄膜をＴＦＴに応用した多結晶シ
リコンＴＦＴ技術が急速に成長している。この多結晶シ
リコンＴＦＴの高歩留まりを保つためには、ＴＦＴ特性
に対して最も重要な機能を持つ多結晶シリコン薄膜の品
質管理を行なうことが極めて重要になっている。2. Description of the Related Art In order to realize high definition and high image quality of a liquid crystal display device, a thin film transistor (TF) in each pixel is required.
It is necessary to improve the field effect mobility of the electrons in T). Therefore, a polycrystalline silicon TFT technology in which a polycrystalline silicon thin film is applied to a TFT instead of the conventional amorphous silicon thin film is rapidly growing. In order to maintain the high yield of the polycrystalline silicon TFT, it is extremely important to control the quality of the polycrystalline silicon thin film having the most important function for the TFT characteristics.
【０００３】多結晶シリコンＴＦＴをガラス基板上に形
成する際には、予めガラス基板上に形成したアモルファ
スシリコン薄膜を多結晶シリコン薄膜に改質する方法が
ある。この方法には、高温（８００〜１０００℃）で加
熱し結晶化する方法と、アモルファスシリコン薄膜に対
して吸収率の高いレーザ光（たとえば波長３０８ｎｍの
ＸｅＣｌレーザ）を照射して結晶化する方法とがある。When forming a polycrystalline silicon TFT on a glass substrate, there is a method of modifying an amorphous silicon thin film previously formed on a glass substrate into a polycrystalline silicon thin film. This method includes heating at a high temperature (800 to 1000 ° C.) for crystallization, irradiating the amorphous silicon thin film with a laser beam having a high absorptance (for example, a XeCl laser having a wavelength of 308 nm), and crystallizing the amorphous silicon thin film. There is.
【０００４】前者の加熱して結晶化する方法は、基板全
体を高温に加熱する。そのため、石英ガラス等の耐熱性
の基板を用いる必要があり、大面積化に伴い高価となる
という問題がある。そこで、近年では、後者のレーザビ
ームを照射することにより結晶化するレーザアニール方
法が最も一般的である。このレーザアニール法により得
られた多結晶シリコン薄膜の結晶性は、レーザエネルギ
ーに敏感に依存するため、レーザエネルギーの最適化は
結晶化の際の最も重要な項目である。In the former method of heating and crystallizing, the entire substrate is heated to a high temperature. For this reason, it is necessary to use a heat-resistant substrate such as quartz glass, and there is a problem that the cost increases as the area increases. Therefore, in recent years, the latter laser annealing method of crystallization by irradiating a laser beam is the most common. Since the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film obtained by the laser annealing method is sensitive to laser energy, optimization of laser energy is the most important item in crystallization.
【０００５】従来、最適レーザエネルギーを設定するた
めに、異なるパワーのレーザ光を照射して、結晶化状態
の異なる多結晶シリコン薄膜を有するモニタ基板を作製
し、ラマン分光法を用いて結晶性の評価をすることによ
り、レーザパワーの最適化を行なっている。ラマン分光
法は、多結晶シリコン薄膜の結晶性を正確に評価するた
めに一般的に用いられている方法である。多結晶シリコ
ン薄膜の結晶性とラマンスペクトルのシリコンのピーク
強度との間には相関があり、結晶性がよい膜ほどピーク
強度は大きくなる。Conventionally, in order to set an optimum laser energy, a monitor substrate having a polycrystalline silicon thin film having different crystallization states is manufactured by irradiating laser beams of different powers, and the crystallinity is determined by Raman spectroscopy. The evaluation is used to optimize the laser power. Raman spectroscopy is a commonly used method for accurately evaluating the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film. There is a correlation between the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film and the peak intensity of silicon in the Raman spectrum, and the peak intensity increases as the crystallinity increases.
【０００６】図１は、ラマンスペクトルを示すグラフで
あり、横軸はレーザエネルギー（ｍＪ／ｃｍ2）を示
し、縦軸はピーク強度（Ａ．Ｕ．）を示している。FIG. 1 is a graph showing a Raman spectrum. The horizontal axis indicates laser energy (mJ / cm 2), and the vertical axis indicates peak intensity (AU).
【０００７】図１に示すように、ラマン分光法は、多結
晶シリコン薄膜の膜質の正確な評価が可能な手法であ
り、この手法を用いて最適レーザエネルギーの設定を行
なうことができることがわかる。As shown in FIG. 1, Raman spectroscopy is a technique capable of accurately evaluating the film quality of a polycrystalline silicon thin film, and it can be seen that the optimum laser energy can be set using this technique.
【０００８】また、多結晶シリコン薄膜の結晶性を評価
する他の方法として、特開平１１−２０４６０６号公報
に示すように、多結晶シリコン薄膜に評価用の光を照射
し、その照射光の透過強度によりその結晶性の評価を行
なう方法がある。この方法は、透過光強度により結晶性
の評価を行なう方法で、透過光強度の波長依存性が結晶
性によって変化することを利用したものである。As another method for evaluating the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-204606, a polycrystalline silicon thin film is irradiated with light for evaluation, and the transmitted light is irradiated. There is a method of evaluating the crystallinity based on the strength. This method evaluates the crystallinity based on the transmitted light intensity, and utilizes the fact that the wavelength dependence of the transmitted light intensity changes depending on the crystallinity.
【０００９】さらに、特開平６−２２４２７６号公報に
示すように、結晶化に用いるレーザの散乱光により、結
晶性の評価を行う方法がある。この方法はバンドギャッ
プ分光反射率が結晶性によって変化することを利用した
ものである。Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-224276, there is a method of evaluating crystallinity by using scattered light of a laser used for crystallization. This method utilizes the fact that the bandgap spectral reflectance changes due to crystallinity.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ラマン分光法は、正確
で、かつ信頼性の高い多結晶シリコン薄膜の結晶性の評
価手法であるが、以下のような問題点がある。Raman spectroscopy is an accurate and highly reliable method for evaluating the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film, but has the following problems.
【００１１】すなわち、まず、装置が大掛かりで高価で
ある。次に、光源にアルゴンレーザを用いているため、
ランニングコストがかかる。さらに、複雑な光学系を必
要とするため、調整に手間と時間がかかる。また、ラマ
ン光は微弱であるため、レーザ光を１μｍ程度に絞る必
要があり、測定領域が多結晶シリコンの結晶粒径と同程
度になるため、多結晶シリコン薄膜の平均的な結晶性を
評価するには複数の測定点を設ける必要があり、モニタ
に要する時間が長くなるというものである。That is, first, the apparatus is large and expensive. Next, because an argon laser is used as the light source,
Running costs are high. Furthermore, since a complicated optical system is required, it takes time and effort for adjustment. In addition, since the Raman light is weak, it is necessary to reduce the laser light to about 1 μm. Since the measurement area is about the same as the crystal grain size of the polysilicon, the average crystallinity of the polysilicon thin film is evaluated. To do so, it is necessary to provide a plurality of measurement points, which increases the time required for monitoring.
【００１２】また、透過光強度によって結晶性を評価す
る方法についても、以下のような問題点がある。すなわ
ち、光を照射する光源と受光する検出器はそれぞれ基板
を介して反対側にあるため、基板を保持するステージに
より光が遮断されてしまう。光が遮断されないように
し、測定を実行するためには、基板の周辺のみをステー
ジにより支持する形状にする等の工夫が必要で、このよ
うな基板の支持方法では基板の固定が不十分である。さ
らに、基板の撓み等が生じる等の問題が生じ、装置の使
用上の制約が大きくなってしまう。また、基板が光を透
過しない材料の場合は原理に測定は不可能である。Further, the method for evaluating crystallinity by transmitted light intensity also has the following problems. That is, since the light source that emits light and the detector that receives light are on opposite sides of the substrate, the light is blocked by the stage that holds the substrate. In order to prevent the light from being blocked and to perform the measurement, it is necessary to devise a method of supporting only the periphery of the substrate with the stage, and the substrate is not sufficiently fixed by such a substrate supporting method. . Further, problems such as occurrence of bending of the substrate and the like occur, and restrictions on use of the apparatus are increased. In addition, when the substrate is a material that does not transmit light, measurement is impossible in principle.
【００１３】他方、バンドギャップ分光反射率により結
晶性を評価する方法についても、以下のような問題があ
る。すなわち、この方法は、結晶化に用いるレーザの散
乱光を用いるため、結晶化を行うためにレーザを基板に
照射している場合のリアルタイム測定のみ可能であり、
結晶化に用いるレーザが基板に照射されない場合のオフ
ライン測定ができない。また、測定する光が散乱光であ
るため、基板の表面状態などの影響で強度が安定せず測
定のばらつきの原因になる等の欠点がある。On the other hand, the method for evaluating the crystallinity based on the bandgap spectral reflectance has the following problems. That is, this method uses the scattered light of the laser used for crystallization, so that only real-time measurement is possible when the substrate is irradiated with a laser for crystallization,
Off-line measurement cannot be performed when the laser used for crystallization is not irradiated on the substrate. In addition, since the light to be measured is scattered light, there is a drawback that the intensity is not stabilized due to the influence of the surface state of the substrate or the like, which causes a variation in measurement.
【００１４】本発明の目的は、上述の問題点を解決し、
従来にない簡便な方法で多結晶シリコン薄膜の結晶化の
ために最適レーザエネルギーの設定を行ない、さらに生
産ラインもしくは装置内に組込んでインラインで多結晶
シリコン薄膜の結晶性の評価および制御を行ない、不良
を未然に防止し、歩留りを向上させることができる半導
体薄膜結晶性モニタリングシステムを提供することにあ
る。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems,
The optimum laser energy is set for the crystallization of the polycrystalline silicon thin film using a simple and unconventional method, and the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film is evaluated and controlled inline by incorporating it into a production line or equipment. Another object of the present invention is to provide a semiconductor thin film crystallinity monitoring system capable of preventing defects beforehand and improving the yield.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】まず、本発明により、基
板上に形成された多結晶シリコン薄膜の結晶性を評価す
る方法が提供され、該方法は、基板上に形成された多結
晶シリコン薄膜に光を照射する工程と、照射した光の反
射光を分光する工程とを備え、分光により得られる光の
強度分布から多結晶シリコン薄膜の結晶性を判定するこ
とを特徴とする。First, according to the present invention, there is provided a method for evaluating the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film formed on a substrate, the method comprising the steps of: And a step of dispersing the reflected light of the irradiated light, and determining the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film from the intensity distribution of the light obtained by the dispersion.
【００１６】本発明による方法の好ましい態様におい
て、照射する光は基板に垂直であり、基板に垂直な方向
に反射した光を分光する。ここで、「照射光または反射
光が基板に垂直である」とは、薄膜が形成される基板の
主要面に対して照射光または反射光が垂直であることを
意味する。In a preferred embodiment of the method according to the invention, the illuminating light is perpendicular to the substrate and disperses the light reflected in a direction perpendicular to the substrate. Here, “the irradiation light or the reflected light is perpendicular to the substrate” means that the irradiation light or the reflected light is perpendicular to the main surface of the substrate on which the thin film is formed.
【００１７】本発明による方法において、照射する光と
して可視光を使用することができる。In the method according to the invention, visible light can be used as the illuminating light.
【００１８】本発明による方法において、典型的に、多
結晶シリコン薄膜は、基板上に形成されたアモルファス
シリコン薄膜にレーザ光を照射することにより結晶化さ
れたものである。In the method according to the present invention, typically, the polycrystalline silicon thin film has been crystallized by irradiating a laser beam to an amorphous silicon thin film formed on a substrate.
【００１９】また本発明により、上記方法を行うための
装置が提供され、該装置は、光源と、光源からの光を基
板上に形成された多結晶シリコン薄膜に照射するための
光学系と、照射した光の反射光を分析するための分光光
度計と、反射光を分光光度計に導くための光学系とを備
える。According to the present invention, there is provided an apparatus for performing the above method, the apparatus comprising: a light source; an optical system for irradiating light from the light source onto a polycrystalline silicon thin film formed on a substrate; A spectrophotometer for analyzing reflected light of the irradiated light and an optical system for guiding the reflected light to the spectrophotometer are provided.
【００２０】当該装置において光源にはハロゲンランプ
等の可視光源を使用することが好ましい。また、当該装
置において、光を照射するための光学系には、光ファイ
バーを使用することができる。典型的に、分光光度計
は、分光器および分光スペクトルを出力するための手段
を含む。反射光を分光光度計に導くための光学系にも、
光ファイバーを使用することができる。In the apparatus, a visible light source such as a halogen lamp is preferably used as a light source. Further, in the device, an optical fiber can be used for an optical system for irradiating light. Typically, a spectrophotometer includes a spectrometer and a means for outputting a spectral spectrum. In the optical system to guide the reflected light to the spectrophotometer,
Optical fibers can be used.
【００２１】さらに本発明によりレーザアニール法が提
供され、該方法は、基板上に形成されたアモルファスシ
リコン薄膜にレーザ光を照射することにより該薄膜を結
晶化する工程と、結晶化の工程の後、上記評価方法によ
り薄膜の結晶性を評価する工程と、評価の結果に基き、
レーザ光を照射して薄膜を結晶化する工程における条件
を調節する工程とを備える。特に、該評価の結果は、結
晶化に使用されるレーザ光のエネルギー設定にフィード
バックされる。このフィードバックにより、レーザエネ
ルギーを変化させて結晶化の条件を改善することができ
る。Further, the present invention provides a laser annealing method, comprising the steps of irradiating a laser beam to an amorphous silicon thin film formed on a substrate to crystallize the thin film, and after the crystallization step, The step of evaluating the crystallinity of the thin film by the above evaluation method, based on the result of the evaluation,
Adjusting the conditions in the step of irradiating the laser beam to crystallize the thin film. In particular, the result of the evaluation is fed back to the energy setting of the laser beam used for crystallization. With this feedback, the crystallization conditions can be improved by changing the laser energy.
【００２２】さらに本発明により上記レーザアニール法
を行うための装置が提供され、該装置は、基板に形成さ
れたアモルファスシリコン薄膜にレーザアニールを行う
ための手段と、上述して結晶性を評価する方法を行う装
置とを備える。特に、該装置は、評価装置による情報に
基き、結晶化に使用されるレーザエネルギーの設定を変
化させるフィードバック機能を有することが好ましい。Further, according to the present invention, there is provided an apparatus for performing the above-described laser annealing method, the apparatus comprising means for performing laser annealing on an amorphous silicon thin film formed on a substrate, and evaluating the crystallinity as described above. And an apparatus for performing the method. In particular, the apparatus preferably has a feedback function for changing the setting of the laser energy used for crystallization based on information from the evaluation apparatus.
【００２３】[0023]
【発明の実施の形態】図２は、本発明による半導体薄膜
結晶性モニタリングシステムの一例の原理を説明するた
めの図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of an example of a semiconductor thin film crystallinity monitoring system according to the present invention.
【００２４】図２を参照して、このシステムは、光を投
光する光源２５と、反射された光を受光する分光器２６
とを備え、光の伝達は、投光用および受光用の光ファイ
バー２２で行なわれる。投光用および受光用の光ファイ
バーは、それぞれその先端で１つに束ねられ、投受光器
２１に接続されている。Referring to FIG. 2, the system comprises a light source 25 for projecting light and a spectroscope 26 for receiving reflected light.
The transmission of light is performed by optical fibers 22 for projecting and receiving light. The light emitting and receiving optical fibers are bundled together at their ends and connected to the light emitting and receiving device 21.
【００２５】図３は、図２に示す投受光器２１の一部を
示す拡大図である。図２および図３を参照して、このシ
ステムによるモニタリングの原理を説明する。まず、光
源２５から投光された光は、投光用の光ファイバー２２
を通して基板２４上の多結晶シリコン薄膜２３に垂直に
投光される。投光された光は、多結晶シリコン薄膜２３
の表面で反射され、受光用光ファイバー２２を通して分
光器２６で分光されることによって、スペクトルが得ら
れる。FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the light emitting and receiving device 21 shown in FIG. The principle of monitoring by this system will be described with reference to FIGS. First, light emitted from the light source 25 is transmitted to the optical fiber 22 for light emission.
The light is projected vertically to the polycrystalline silicon thin film 23 on the substrate 24. The emitted light is a polycrystalline silicon thin film 23.
The light is reflected by the surface of the optical fiber 22 and split by the spectroscope 26 through the light receiving optical fiber 22 to obtain a spectrum.
【００２６】図４は、レーザエネルギーを３１０ｍＪ／
ｃｍ2から４１０ｍＪ／ｃｍ2まで変化させて結晶化を行
った場合の多結晶シリコン薄膜について、図２および図
３に示すシステムを使用して測定された反射強度のスペ
クトルを示す。これらのスペクトルのうち、スペクトル
４１は、レーザエネルギーを３７０ｍＪ／ｃｍ2に設定
して結晶化を行った場合の多結晶シリコン薄膜の反射強
度分布を示す。このスペクトルには、波長４８０ｎｍ付
近に極大値、波長５２０ｎｍ付近に極小値を持つサブピ
ークが現れる。スペクトル４２、スペクトル４３、スペ
クトル４４およびスペクトル４５は、レーザエネルギー
をそれぞれ３１０ｍＪ／ｃｍ2、３４０ｍＪ／ｃｍ2、３
９０ｍＪ／ｃｍ2および４１０ｍＪ／ｃｍ2に設定して結
晶化を行った場合の多結晶シリコン薄膜の反射強度分布
を示す。これらのスペクトルでは、スペクトル４１に見
られるようなサブピークは見られない。サブピークは、
レーザエネルギーを３７０ｍＪ／ｃｍ2に設定して結晶
化を行った場合の多結晶シリコン薄膜についてのみ観察
される特徴であることがわかる。FIG. 4 shows that the laser energy is 310 mJ /
FIG. 4 shows a spectrum of reflection intensity measured using the system shown in FIGS. 2 and 3 for a polycrystalline silicon thin film when crystallization is performed while changing from cm 2 to 410 mJ / cm 2 . Of these spectra, spectrum 41 shows the reflection intensity distribution of the polycrystalline silicon thin film when crystallization is performed with the laser energy set to 370 mJ / cm 2 . In this spectrum, a sub-peak having a maximum value near the wavelength of 480 nm and a minimum value near the wavelength of 520 nm appears. The spectrum 42, the spectrum 43, the spectrum 44, and the spectrum 45 indicate that the laser energies are 310 mJ / cm 2 , 340 mJ / cm 2 ,
4 shows the reflection intensity distribution of a polycrystalline silicon thin film when crystallization is performed at 90 mJ / cm 2 and 410 mJ / cm 2 . In these spectra, no subpeak as seen in spectrum 41 is seen. The sub-peak is
It can be seen that this is a characteristic observed only for the polycrystalline silicon thin film when crystallization is performed with the laser energy set to 370 mJ / cm 2 .
【００２７】一方、レーザエネルギーを３７０ｍＪ／ｃ
ｍ2に設定して結晶化を行った場合の多結晶シリコン薄
膜をラマン分光法で評価した場合、図１に示すようにピ
ーク強度が最大となり、最も優れた結晶性を有する膜で
あることがわかる。したがって、以上のように最適レー
ザエネルギーで結晶化を行った場合にのみ反射強度のス
ペクトルはサブピークを持つ特徴的な形状となり、反射
強度スペクトルの変化から最適レーザエネルギーの判定
を行うことができる。On the other hand, a laser energy of 370 mJ / c
When the polycrystalline silicon thin film obtained by crystallization with m 2 was evaluated by Raman spectroscopy, it was found that the film had the highest peak intensity as shown in FIG. 1 and had the highest crystallinity. Understand. Therefore, only when crystallization is performed with the optimum laser energy as described above, the spectrum of the reflection intensity has a characteristic shape having a sub-peak, and the optimum laser energy can be determined from the change in the reflection intensity spectrum.
【００２８】このように構成される本発明の多結晶シリ
コン薄膜結晶性モニタリングシステムは、装置が簡便
で、かつ安価である。また、測定に可視光を用いること
ができるため、たとえば光源にハロゲンランプを使用す
ることができ、ランニングコストがかからない。さら
に、測定領域は、対物レンズの焦点距離を変化させるこ
とで、数ｍｍφ〜１０数ｍｍφに調整することが可能
で、多結晶シリコンの結晶粒径より十分大きいため、一
点測定で平均的な結晶性を測定することができる。した
がって、従来のラマン分光法のように、レーザ発振器や
複雑な光学系を必要とせず、投受光用ファイバーを試料
の上部に設置するだけで、多結晶シリコン薄膜の結晶性
を急速に、かつ高精度で測定することが可能である。The polycrystalline silicon thin film crystallinity monitoring system of the present invention thus configured is simple and inexpensive. Further, since visible light can be used for measurement, for example, a halogen lamp can be used as a light source, and running cost is not required. Furthermore, the measurement area can be adjusted to several mmφ to several tens mmφ by changing the focal length of the objective lens, and is sufficiently larger than the crystal grain size of polycrystalline silicon. Sex can be measured. Therefore, unlike a conventional Raman spectroscopy, a laser oscillator and a complicated optical system are not required, and the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film can be rapidly and highly improved only by installing a light emitting / receiving fiber above a sample. It is possible to measure with accuracy.
【００２９】図５は、本発明による多結晶シリコン薄膜
結晶性モニタリングシステムを備えた薄膜レーザアニー
ル装置の一例の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of a thin film laser annealing apparatus provided with a polycrystalline silicon thin film crystallinity monitoring system according to the present invention.
【００３０】図５を参照して、この装置は、光を基板２
４に投光する投受光器２１、光を伝達するための光ファ
イバー２０、光源２５、および分光器２６を有する図２
に示すモニタリングシステムと、ゲートバルブ５４を有
するレーザアニール装置部５１とを備えている。Referring to FIG. 5, this device transmits light to a substrate 2.
FIG. 2 includes a light emitting and receiving device 21 for projecting light to the light source 4, an optical fiber 20 for transmitting light, a light source 25, and a spectroscope 26.
And a laser annealing device 51 having a gate valve 54.
【００３１】本実施の形態では、図２および図３を用い
て説明した多結晶シリコン薄膜結晶性モニタリングシス
テムを用いて、アモルファスシリコン薄膜をレーザアニ
ール装置部で結晶化した後の多結晶シリコン薄膜の結晶
性を測定する。In this embodiment, using the polycrystalline silicon thin film crystallinity monitoring system described with reference to FIG. 2 and FIG. Measure the crystallinity.
【００３２】図５に示す装置では、まず、レーザアニー
ル装置部５１で、ガラス基板２４上に形成したアモルフ
ァスシリコン薄膜に、ガラス基板２４を移動させながら
レーザ光を照射して、多結晶シリコン薄膜２３に変換す
る。結晶化工程を終え、ロボットハンド５３でロードロ
ック基板２４を搬送する途中で、ロードロック上部に設
置した投受光用光ファイバー２２を用いて測定を行な
う。光源２５から投光された光は、光ファイバー２２に
より投光器２１より基板２４に対して垂直に投光され
て、多結晶シリコン薄膜２３表面で反射する。反射され
た光は、受光器２１により受光されて、光ファイバー２
２により分光器２６に伝達される。In the apparatus shown in FIG. 5, first, the amorphous silicon thin film formed on the glass substrate 24 is irradiated with a laser beam while moving the glass substrate 24 by the laser annealing device section 51 so that the polycrystalline silicon thin film 23 is formed. Convert to After the crystallization step, while the load lock substrate 24 is being conveyed by the robot hand 53, measurement is performed using the optical fiber 22 for light transmission and reception installed above the load lock. The light emitted from the light source 25 is emitted perpendicularly to the substrate 24 from the light projector 21 by the optical fiber 22, and is reflected on the surface of the polycrystalline silicon thin film 23. The reflected light is received by the light receiver 21 and the optical fiber 2
2 to the spectroscope 26.
【００３３】投受光器２１は、図３に示すように、投光
用および受光用の光ファイバー２２がそれぞれその先端
で１つに束ねられている構造になっているため、設置を
正確かつ容易に行なうことができる。この分光器２６に
より、図４に示す反射強度スペクトルが得られる。この
スペクトルから、結晶化の際に照射されたレーザエネル
ギーが最適値、過大、過小のいずれかであることが判定
される。この判定をもとに、レーザアニール装置部５１
に適正なレーザエネルギーが照射されるようにフィード
バックをかけることにより、不良基板の発生を最小限に
し、歩留り向上に貢献することができる。As shown in FIG. 3, the light emitting and receiving device 21 has a structure in which light emitting and receiving optical fibers 22 are bundled together at one end thereof, so that the setting can be performed accurately and easily. Can do it. The spectroscope 26 obtains the reflection intensity spectrum shown in FIG. From this spectrum, it is determined that the laser energy irradiated during crystallization is one of an optimum value, an excessive value, and an excessive value. Based on this determination, the laser annealing device 51
By applying feedback so that appropriate laser energy is applied to the substrate, the occurrence of defective substrates can be minimized and the yield can be improved.
【００３４】図６は、本発明による多結晶シリコン薄膜
結晶性モニタリングシステムを備えた薄膜レーザアニー
ル装置の他の例の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of another example of a thin film laser annealing apparatus provided with a polycrystalline silicon thin film crystallinity monitoring system according to the present invention.
【００３５】図６を参照して、この装置は、光を基板２
０に投受光する投受光器２１、光を伝達するための光フ
ァイバー２２、光源２５、および分光器２６とを有する
図２に示すモニタリングシステムと、レーザアニール装
置部とを備えている。Referring to FIG. 6, this device transmits light to substrate 2.
A monitoring system shown in FIG. 2 having a light emitter / receiver 21 for transmitting and receiving light at 0, an optical fiber 22 for transmitting light, a light source 25, and a spectroscope 26, and a laser annealing device are provided.
【００３６】本実施の形態では、図２および図３を用い
て説明した多結晶シリコン薄膜結晶性モニタリングシス
テムを用いて、アモルファスシリコン薄膜をレーザアニ
ール装置部で結晶化した直後の多結晶シリコン薄膜の結
晶性を測定する。In this embodiment, using the polycrystalline silicon thin film crystallinity monitoring system described with reference to FIGS. 2 and 3, the polycrystalline silicon thin film immediately after the amorphous silicon thin film is crystallized by the laser annealing device section. Measure the crystallinity.
【００３７】図６に示す装置では、まず、ガラス基板２
４上に形成したアモルファスシリコン薄膜に、ガラス基
板２４を移動させながら、レーザ発振器６１より発生し
ホモジナイザ６２で整形されたレーザ光を照射して、多
結晶シリコン薄膜２３に変換する。この結晶化した直後
の多結晶シリコン薄膜２３について、投受光用の光ファ
イバー２２を用いて測定を行なう。In the apparatus shown in FIG. 6, first, the glass substrate 2
The amorphous silicon thin film formed on 4 is irradiated with laser light generated by a laser oscillator 61 and shaped by a homogenizer 62 while moving the glass substrate 24, thereby converting the amorphous silicon thin film into a polycrystalline silicon thin film 23. The polycrystalline silicon thin film 23 immediately after the crystallization is measured using the optical fiber 22 for projecting and receiving light.
【００３８】すなわち、光源２５から投光された光は、
光ファイバー２２により投光器２１より基板２４に対し
て垂直に投光されて、多結晶シリコン薄膜２３表面で反
射される。反射された光は、受光器２１により受光され
て、光ファイバー２２により分光器２６に伝達される。
投受光器２１は、図３に示すように、投光用および受光
用の光ファイバー２２がそれぞれその先端で１つに束ね
られている構造になっている。この分光器２６により、
図４に示す反射強度スペクトルが得られる。このスペク
トルから、結晶化の際に照射されたレーザエネルギーが
最適値、過大、過小のいずれかであることが判定され
る。この判定をもとに、レーザアニール装置部に適正な
レーザエネルギーが照射されるようにフィードバックを
かけることにより、基板面内に最適条件で均一に結晶化
された多結晶シリコン薄膜を得ることができる。That is, the light projected from the light source 25 is
The light is emitted perpendicularly to the substrate 24 from the light projector 21 by the optical fiber 22 and is reflected on the surface of the polycrystalline silicon thin film 23. The reflected light is received by the light receiver 21 and transmitted to the spectroscope 26 by the optical fiber 22.
As shown in FIG. 3, the light emitter / receiver 21 has a structure in which optical fibers 22 for light emission and light reception are bundled together at one end. With this spectroscope 26,
The reflection intensity spectrum shown in FIG. 4 is obtained. From this spectrum, it is determined that the laser energy irradiated during the crystallization is any of the optimum value, the excessive value, and the excessive value. By applying feedback based on this determination so that the laser annealing device is irradiated with appropriate laser energy, it is possible to obtain a polycrystalline silicon thin film that is uniformly crystallized under optimum conditions within the substrate surface. .
【００３９】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による半導
体薄膜結晶性モニタリングシステムは、多結晶シリコン
薄膜表面の反射光を分光分析することにより、結晶化レ
ーザエネルギーが最適値か、もしくは過大または過小で
あるかを判定することができる。また、生産ラインもし
くは装置に組込むことにより、インラインでの結晶性の
評価および制御が可能である。その結果、不良を未然に
防止し、歩留りを向上させることができる。As described above, the semiconductor thin film crystallinity monitoring system according to the present invention performs the spectroscopic analysis of the reflected light on the surface of the polycrystalline silicon thin film, and thereby the crystallization laser energy is at an optimum value, or is too large or too small. Can be determined. Further, by incorporating it into a production line or an apparatus, it is possible to evaluate and control the crystallinity in-line. As a result, defects can be prevented beforehand, and the yield can be improved.
【図１】 ラマンスペクトルを示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing a Raman spectrum.
【図２】 本発明による半導体薄膜結晶性モニタリング
システムの一例の原理を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of an example of a semiconductor thin film crystallinity monitoring system according to the present invention.
【図３】 図２に示す投受光器の一部を示す拡大図であ
る。FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the light emitting and receiving device shown in FIG. 2;
【図４】 反射スペクトルを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a reflection spectrum.
【図５】 本発明による多結晶シリコン薄膜結晶性モニ
タリングシステムを備えた薄膜レーザアニール装置の一
例の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an example of a thin-film laser annealing apparatus provided with a polycrystalline silicon thin-film crystallinity monitoring system according to the present invention.
【図６】 本発明による多結晶シリコン薄膜結晶性モニ
タリングシステムを備えた薄膜レーザアニール装置の他
の例の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the configuration of another example of a thin-film laser annealing apparatus provided with a polycrystalline silicon thin-film crystallinity monitoring system according to the present invention.
２１ 投受光器、２２ 光ファイバー、２３ 多結晶シ
リコン薄膜、２４ ガラス基板、２５ 光源、２６ 分
光器、４１ 適正レーザエネルギーの反射スペクトル、
４２，４３ 過小レーザエネルギーの反射スペクトル、
４４，４５ 過大レーザエネルギーの反射スペクトル、
５１ レーザアニール装置部、５２ ガラス基板、５３
ロボットハンド、５４ ゲートバルブ、６１ レーザ
発振器、６２ ホモジナイザ。21 Emitter / receiver, 22 Optical fiber, 23 Polycrystalline silicon thin film, 24 Glass substrate, 25 Light source, 26 Spectroscope, 41 Reflection spectrum of proper laser energy,
42,43 reflection spectrum of under laser energy,
44,45 reflection spectrum of excessive laser energy,
51 laser annealing unit, 52 glass substrate, 53
Robot hand, 54 Gate valve, 61 Laser oscillator, 62 Homogenizer.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｎ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/66 H01L 21/66 N
Claims (7)
の結晶性を評価する方法であって、 前記基板上に形成された前記多結晶シリコン薄膜に光を
照射する工程と、 前記照射した光の反射光を分光する工程とを備え、 前記分光により得られる光の強度分布から前記多結晶シ
リコン薄膜の結晶性を判定することを特徴とする、シリ
コン薄膜の結晶性評価方法。1. A method for evaluating the crystallinity of a polycrystalline silicon thin film formed on a substrate, comprising: irradiating the polycrystalline silicon thin film formed on the substrate with light; And b) determining the crystallinity of the polycrystalline silicon thin film from the intensity distribution of the light obtained by the spectral analysis.
り、 前記基板に垂直な方向に反射した光を分光することを特
徴とする、請求項１に記載の方法。2. The method according to claim 1, wherein the irradiating light is perpendicular to the substrate, and the light reflected in a direction perpendicular to the substrate is separated.
徴とする、請求項１または２に記載の方法。3. The method according to claim 1, wherein the irradiating light is visible light.
に形成されたアモルファスシリコン薄膜にレーザ光を照
射することにより結晶化されたものであることを特徴と
する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。4. The polycrystalline silicon thin film according to claim 1, wherein the amorphous silicon thin film formed on the substrate is crystallized by irradiating the amorphous silicon thin film with laser light. Or the method of claim 1.
法を行うための装置であって、 光源と、 前記光源からの光を基板上に形成された多結晶シリコン
薄膜に照射するための光学系と、 前記照射した光の反射光を分析するための分光光度計
と、 前記反射光を前記分光光度計に導くための光学系とを備
えることを特徴とする、シリコン薄膜の結晶性評価装
置。5. An apparatus for performing the method according to claim 1, wherein the light source irradiates the polycrystalline silicon thin film formed on the substrate with light from the light source. An optical system for analyzing reflected light of the irradiated light, and an optical system for guiding the reflected light to the spectrophotometer, a crystal of a silicon thin film, Sex evaluation device.
ン薄膜にレーザ光を照射することにより前記薄膜を結晶
化する工程と、 前記結晶化の工程の後、請求項１〜４のいずれか１項に
記載の方法により前記薄膜の結晶性を評価する工程と、 前記評価の結果に基き、前記レーザ光を照射して前記薄
膜を結晶化する工程における条件を調節する工程とを備
えることを特徴とする、レーザアニール法。6. The method according to claim 1, wherein a step of irradiating the amorphous silicon thin film formed on the substrate with a laser beam to crystallize the thin film, and after the step of crystallization, Evaluating the crystallinity of the thin film by the method described above, and adjusting a condition in a step of crystallizing the thin film by irradiating the laser beam based on a result of the evaluation. , Laser annealing method.
うための装置であって、 基板に形成されたアモルファスシリコン薄膜にレーザア
ニールを行うための手段と、 請求項５に記載のシリコン薄膜の結晶性評価装置とを備
えることを特徴とする、レーザアニール装置。7. An apparatus for performing the laser annealing method according to claim 6, wherein: means for performing laser annealing on the amorphous silicon thin film formed on the substrate; A laser annealing device comprising: a crystallinity evaluation device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000396474A JP3733022B2 (en) | 1999-12-27 | 2000-12-27 | Crystallinity evaluation method and evaluation apparatus for silicon thin film, and laser annealing method and apparatus |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-368958 | 1999-12-27 | ||
| JP36895899 | 1999-12-27 | ||
| JP2000396474A JP3733022B2 (en) | 1999-12-27 | 2000-12-27 | Crystallinity evaluation method and evaluation apparatus for silicon thin film, and laser annealing method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001257176A true JP2001257176A (en) | 2001-09-21 |
| JP3733022B2 JP3733022B2 (en) | 2006-01-11 |
Family
ID=26582056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000396474A Expired - Fee Related JP3733022B2 (en) | 1999-12-27 | 2000-12-27 | Crystallinity evaluation method and evaluation apparatus for silicon thin film, and laser annealing method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3733022B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2393248A (en) * | 2002-08-29 | 2004-03-24 | Ekisho Sentan Kk | Method of in-situ monitoring of crystallization state |
| WO2005086211A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for fabricating a semiconductor device and apparatus for inspecting a semiconductor |
| US7292320B2 (en) | 2004-03-11 | 2007-11-06 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. | Laser crystallization apparatus and laser crystallization method |
| JP2008157753A (en) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Mitsubishi Electric Corp | Inspection device, annealing device, and inspection method |
-
2000
- 2000-12-27 JP JP2000396474A patent/JP3733022B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2393248A (en) * | 2002-08-29 | 2004-03-24 | Ekisho Sentan Kk | Method of in-situ monitoring of crystallization state |
| GB2393248B (en) * | 2002-08-29 | 2004-09-15 | Ekisho Sentan Kk | Method of in-situ monitoring of crystallisation state |
| US7102750B2 (en) | 2002-08-29 | 2006-09-05 | Kabushiki Kaisha Ekisho Sentan Gijutsu Kaihatsu Center | Method of in-situ monitoring of crystallization state |
| WO2005086211A1 (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for fabricating a semiconductor device and apparatus for inspecting a semiconductor |
| JP2007520874A (en) * | 2004-03-04 | 2007-07-26 | シャープ株式会社 | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor inspection apparatus |
| CN100466180C (en) * | 2004-03-04 | 2009-03-04 | 夏普株式会社 | Method for fabricating a semiconductor device and apparatus for inspecting a semiconductor |
| US8101018B2 (en) | 2004-03-04 | 2012-01-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Method for fabricating a semiconductor device and apparatus for inspecting a semiconductor |
| US7292320B2 (en) | 2004-03-11 | 2007-11-06 | Advanced Lcd Technologies Development Center Co., Ltd. | Laser crystallization apparatus and laser crystallization method |
| JP2008157753A (en) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Mitsubishi Electric Corp | Inspection device, annealing device, and inspection method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3733022B2 (en) | 2006-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4963064B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor inspection apparatus | |
| US5372836A (en) | Method of forming polycrystalling silicon film in process of manufacturing LCD | |
| US7078246B2 (en) | Optical processing apparatus and optical processing method | |
| US6426791B2 (en) | Method and apparatus for evaluating semiconductor film, and method for producing the semiconductor film | |
| US8404498B2 (en) | Method of inspecting semiconductor thin film by transmission imaging and inspection device for the same | |
| US20030064571A1 (en) | Process for producing polysilicon film | |
| US6815377B2 (en) | Laser annealing method and apparatus for determining laser annealing conditions | |
| JP3996641B2 (en) | Laser surface treatment apparatus and method | |
| GB2206688A (en) | Stress evaluation apparatus | |
| JP2010004012A (en) | Method of forming semiconductor thin film and semiconductor thin film inspection apparatus | |
| JP2006300811A (en) | Method of measuring film thickness of thin film, method of forming polycrystal semiconductor thin film, manufacturing method for semiconductor device, manufacturing apparatus for the same, and manufacture method for image display | |
| US20200064198A1 (en) | Systems And Methods For Thermal Processing And Temperature Measurement Of A Workpiece At Low Temperatures | |
| KR20020092231A (en) | Method and apparatus for testing the quality of film | |
| JP3733022B2 (en) | Crystallinity evaluation method and evaluation apparatus for silicon thin film, and laser annealing method and apparatus | |
| US9257288B2 (en) | Method and system for monitoring crystallization of amorphous silicon thin film, and method of manufacturing thin film transistor by using the method and system | |
| KR100623250B1 (en) | Inspection equipment and method for Poly-Si | |
| US20220331910A1 (en) | Laser processing device and laser light monitoring method | |
| JPH11265859A (en) | Device and method for forming semiconductor film | |
| JP3580079B2 (en) | Laser annealing apparatus and laser annealing method | |
| JP3471485B2 (en) | Optical processing apparatus and optical processing method | |
| US20100197050A1 (en) | Method of forming semiconductor thin film and inspection device of semiconductor thin film | |
| JPH09213652A (en) | Laser annealing device | |
| JP2011066084A (en) | Method of forming semiconductor thin film, device for inspecting semiconductor thin film, and semiconductor thin film | |
| JP2009058273A (en) | Crystallinity evaluation device of silicon semiconductor thin film | |
| US20210310862A1 (en) | Laser energy measuring device, and laser energy measuring method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20041028 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041109 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041217 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050412 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050530 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20051004 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20051014 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3733022 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081021 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091021 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091021 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101021 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111021 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121021 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131021 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |