JP2001077022A - レーザを用いた結晶化膜の作製方法及びレーザ結晶化装置 - Google Patents
レーザを用いた結晶化膜の作製方法及びレーザ結晶化装置Info
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- JP2001077022A JP2001077022A JP24813699A JP24813699A JP2001077022A JP 2001077022 A JP2001077022 A JP 2001077022A JP 24813699 A JP24813699 A JP 24813699A JP 24813699 A JP24813699 A JP 24813699A JP 2001077022 A JP2001077022 A JP 2001077022A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 照射するレーザビームのエネルギ密度が時間
的にゆらいでも、比較的高品質の多結晶膜を形成するこ
とが可能な結晶化膜の作製方法を提供する。 【解決手段】 アモルファス状態の半導体薄膜の表面
を、パルスレーザである方向に走査して該半導体薄膜を
結晶化させる。使用するパルスレーザは、アモルファス
状態の半導体薄膜を第１の平均結晶粒径を有する微結晶
膜にするエネルギ密度の第１の部分と、微結晶化された
半導体薄膜を、第１の平均結晶粒径よりも大きい第２の
平均結晶粒径を有する多結晶膜にするエネルギ密度を有
する第２の部分とを含む。このパルスレーザを、アモル
ファス状態の半導体薄膜に照射する。アモルファス状態
の部分に第１の部分が照射され、前回までのレーザ照射
によって微結晶化されている部分に第２の部分が照射さ
れるように、レーザ照射領域をずらしてパルスレーザを
照射する。
的にゆらいでも、比較的高品質の多結晶膜を形成するこ
とが可能な結晶化膜の作製方法を提供する。 【解決手段】 アモルファス状態の半導体薄膜の表面
を、パルスレーザである方向に走査して該半導体薄膜を
結晶化させる。使用するパルスレーザは、アモルファス
状態の半導体薄膜を第１の平均結晶粒径を有する微結晶
膜にするエネルギ密度の第１の部分と、微結晶化された
半導体薄膜を、第１の平均結晶粒径よりも大きい第２の
平均結晶粒径を有する多結晶膜にするエネルギ密度を有
する第２の部分とを含む。このパルスレーザを、アモル
ファス状態の半導体薄膜に照射する。アモルファス状態
の部分に第１の部分が照射され、前回までのレーザ照射
によって微結晶化されている部分に第２の部分が照射さ
れるように、レーザ照射領域をずらしてパルスレーザを
照射する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザを用いてア
モルファス状態の膜を結晶化させ、結晶化膜を作製する
方法及びレーザ結晶化装置に関する。
モルファス状態の膜を結晶化させ、結晶化膜を作製する
方法及びレーザ結晶化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガラス基板上にアモルファスシリコン膜
を堆積し、エキシマレーザ光の照射を断続的に繰り返
し、アモルファスシリコン膜を多結晶化する技術が注目
されている。多結晶シリコン膜が形成されたガラス基板
は、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置に用い
られる。
を堆積し、エキシマレーザ光の照射を断続的に繰り返
し、アモルファスシリコン膜を多結晶化する技術が注目
されている。多結晶シリコン膜が形成されたガラス基板
は、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置に用い
られる。
【０００３】アモルファスシリコンを多結晶化するのに
十分なエネルギを得るために、レーザ光をアモルファス
シリコン膜上に集光する。レーザ光を照射しながらガラ
ス基板を移動させ、アモルファスシリコン膜の広い領域
にレーザ光を照射することにより、大面積の多結晶シリ
コン膜を形成することができる。通常、レーザビームの
断面を１方向に長い形状とする。ガラス基板を、ビーム
断面の長尺方向に直交する方向に移動させることによ
り、広い領域にレーザ光を照射することができる。
十分なエネルギを得るために、レーザ光をアモルファス
シリコン膜上に集光する。レーザ光を照射しながらガラ
ス基板を移動させ、アモルファスシリコン膜の広い領域
にレーザ光を照射することにより、大面積の多結晶シリ
コン膜を形成することができる。通常、レーザビームの
断面を１方向に長い形状とする。ガラス基板を、ビーム
断面の長尺方向に直交する方向に移動させることによ
り、広い領域にレーザ光を照射することができる。
【０００４】ガラス基板の移動速度は、エキシマレーザ
光のあるショットにより照射される領域と、次のショッ
トにより照射される領域とが、相互に部分的に重なる程
度とする。
光のあるショットにより照射される領域と、次のショッ
トにより照射される領域とが、相互に部分的に重なる程
度とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】照射するレーザのエネ
ルギ密度を最適化することにより、一様かつ大きな結晶
粒径を有する多結晶シリコン膜を得ることができる。し
かし、一般的に、レーザ光源から出力されるレーザビー
ムのエネルギ密度は時間的に１０％程度のゆらぎを持っ
ている。レーザビームのエネルギ密度が最適値からずれ
ると、一様かつ大きな粒径の多結晶シリコン膜を得るこ
とができない。例えば、エネルギ密度が小さい場合に
は、結晶粒径が大きくならず微結晶の膜が形成される。
エネルギ密度が大きくなると再アモルファス化（クエン
チング）が起こり、多結晶膜を得ることができない。
ルギ密度を最適化することにより、一様かつ大きな結晶
粒径を有する多結晶シリコン膜を得ることができる。し
かし、一般的に、レーザ光源から出力されるレーザビー
ムのエネルギ密度は時間的に１０％程度のゆらぎを持っ
ている。レーザビームのエネルギ密度が最適値からずれ
ると、一様かつ大きな粒径の多結晶シリコン膜を得るこ
とができない。例えば、エネルギ密度が小さい場合に
は、結晶粒径が大きくならず微結晶の膜が形成される。
エネルギ密度が大きくなると再アモルファス化（クエン
チング）が起こり、多結晶膜を得ることができない。
【０００６】本発明の目的は、照射するレーザビームの
エネルギ密度が時間的にゆらいでも、比較的高品質の多
結晶膜を形成することが可能な結晶化膜の作製方法及び
レーザ結晶化装置を提供することである。
エネルギ密度が時間的にゆらいでも、比較的高品質の多
結晶膜を形成することが可能な結晶化膜の作製方法及び
レーザ結晶化装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、アモルファス状態の半導体薄膜の表面を、パルスレ
ーザである方向に走査して該半導体薄膜を結晶化させる
結晶化膜の作製方法において、アモルファス状態の半導
体薄膜を第１の平均結晶粒径を有する微結晶膜にするエ
ネルギ密度の第１の部分と、微結晶化された半導体薄膜
を、前記第１の平均結晶粒径よりも大きい第２の平均結
晶粒径を有する多結晶膜にするエネルギ密度を有する第
２の部分とを含むパルスレーザを、アモルファス状態の
半導体薄膜に照射する工程と、アモルファス状態の部分
に前記第１の部分が照射され、前回までのレーザ照射に
よって微結晶化されている部分に前記第２の部分が照射
されるように、レーザ照射領域をずらして前記パルスレ
ーザを照射する工程とを有する結晶化膜の作製方法が提
供される。
と、アモルファス状態の半導体薄膜の表面を、パルスレ
ーザである方向に走査して該半導体薄膜を結晶化させる
結晶化膜の作製方法において、アモルファス状態の半導
体薄膜を第１の平均結晶粒径を有する微結晶膜にするエ
ネルギ密度の第１の部分と、微結晶化された半導体薄膜
を、前記第１の平均結晶粒径よりも大きい第２の平均結
晶粒径を有する多結晶膜にするエネルギ密度を有する第
２の部分とを含むパルスレーザを、アモルファス状態の
半導体薄膜に照射する工程と、アモルファス状態の部分
に前記第１の部分が照射され、前回までのレーザ照射に
よって微結晶化されている部分に前記第２の部分が照射
されるように、レーザ照射領域をずらして前記パルスレ
ーザを照射する工程とを有する結晶化膜の作製方法が提
供される。
【０００８】微結晶膜を多結晶化させるためのレーザビ
ームのエネルギ密度の好適な範囲は、アモルファス膜を
多結晶化させるためのレーザビームのエネルギ密度の好
適な範囲よりも広い。第１の部分を照射することにより
一旦アモルファスを微結晶化させ、次に第２の部分を照
射することにより多結晶化するため、レーザビームのエ
ネルギ密度にゆらぎが生じても、再現性よく良質の多結
晶膜を形成することができる。
ームのエネルギ密度の好適な範囲は、アモルファス膜を
多結晶化させるためのレーザビームのエネルギ密度の好
適な範囲よりも広い。第１の部分を照射することにより
一旦アモルファスを微結晶化させ、次に第２の部分を照
射することにより多結晶化するため、レーザビームのエ
ネルギ密度にゆらぎが生じても、再現性よく良質の多結
晶膜を形成することができる。
【０００９】本発明の他の観点によると、アモルファス
状態の半導体薄膜の表面を、パルスレーザである方向に
走査して該半導体薄膜を結晶化させる結晶化膜の作製方
法において、前記パルスレーザの走査方向に関するエネ
ルギ密度分布が、走査方向の前方側に肩部を有し、該肩
部の後方側に頂上部を有する形状であり、該肩部のエネ
ルギ密度が、前記半導体薄膜をアモルファス状態から平
均粒径が第１の粒径以下の微結晶状態に変化させる大き
さであり、該頂上部のエネルギ密度が、微結晶化された
前記半導体薄膜を前記第１の平均粒径よりも大きな平均
粒径の多結晶状態に変化させる大きさである前記パルス
レーザを前記半導体薄膜の表面の一部に照射する工程
と、前記パルスレーザのエネルギ密度分布の頂上部の走
査方向前方側の縁が、前回のショットで微結晶化された
領域の前方側の縁を越えず、かつ前記頂上部の後方側の
縁が、前回までのショットで微結晶化された領域の後方
側の縁を越えないように前記パルスレーザで照射される
領域をずらしながら、前記パルスレーザを繰り返し照射
する工程とを有する結晶化膜の作製方法が提供される。
状態の半導体薄膜の表面を、パルスレーザである方向に
走査して該半導体薄膜を結晶化させる結晶化膜の作製方
法において、前記パルスレーザの走査方向に関するエネ
ルギ密度分布が、走査方向の前方側に肩部を有し、該肩
部の後方側に頂上部を有する形状であり、該肩部のエネ
ルギ密度が、前記半導体薄膜をアモルファス状態から平
均粒径が第１の粒径以下の微結晶状態に変化させる大き
さであり、該頂上部のエネルギ密度が、微結晶化された
前記半導体薄膜を前記第１の平均粒径よりも大きな平均
粒径の多結晶状態に変化させる大きさである前記パルス
レーザを前記半導体薄膜の表面の一部に照射する工程
と、前記パルスレーザのエネルギ密度分布の頂上部の走
査方向前方側の縁が、前回のショットで微結晶化された
領域の前方側の縁を越えず、かつ前記頂上部の後方側の
縁が、前回までのショットで微結晶化された領域の後方
側の縁を越えないように前記パルスレーザで照射される
領域をずらしながら、前記パルスレーザを繰り返し照射
する工程とを有する結晶化膜の作製方法が提供される。
【００１０】本発明の他の観点によると、表面上にアモ
ルファス状態の半導体膜が形成された処理基板を保持す
る保持台と、前記保持台に保持された処理基板上の半導
体膜にパルスレーザを照射するレーザ光学系と、前記レ
ーザ光学系から出力されるパルスレーザで前記半導体膜
の表面を走査するように、前記パルスレーザと前記処理
基板との相対位置を変化させる移動機構と、前記移動機
構による移動量を制御する制御手段を有し、前記レーザ
光学系から出力されるパルスレーザの、走査方向に関す
るエネルギ密度分布が、頂上部、及び該頂上部よりも走
査方向の前方側に肩部を有する形状であり、該肩部のエ
ネルギ密度が、前記半導体薄膜をアモルファス状態から
平均粒径が第１の粒径以下の微結晶状態に変化させる大
きさであり、該頂上部のエネルギ密度分布が、微結晶化
された前記半導体薄膜を前記第１の平均粒径よりも大き
な平均粒径の多結晶状態に変化させる大きさであり、前
記制御手段が、前記パルスレーザのエネルギ密度分布の
頂上部の走査方向前方側の縁が、前回のショットで微結
晶化された領域の前方側の縁を越えず、かつ前記頂上部
の後方側の縁が、前回までのショットで微結晶化された
領域の後方側の縁を越えないように移動量を制御するレ
ーザ結晶化装置が提供される。
ルファス状態の半導体膜が形成された処理基板を保持す
る保持台と、前記保持台に保持された処理基板上の半導
体膜にパルスレーザを照射するレーザ光学系と、前記レ
ーザ光学系から出力されるパルスレーザで前記半導体膜
の表面を走査するように、前記パルスレーザと前記処理
基板との相対位置を変化させる移動機構と、前記移動機
構による移動量を制御する制御手段を有し、前記レーザ
光学系から出力されるパルスレーザの、走査方向に関す
るエネルギ密度分布が、頂上部、及び該頂上部よりも走
査方向の前方側に肩部を有する形状であり、該肩部のエ
ネルギ密度が、前記半導体薄膜をアモルファス状態から
平均粒径が第１の粒径以下の微結晶状態に変化させる大
きさであり、該頂上部のエネルギ密度分布が、微結晶化
された前記半導体薄膜を前記第１の平均粒径よりも大き
な平均粒径の多結晶状態に変化させる大きさであり、前
記制御手段が、前記パルスレーザのエネルギ密度分布の
頂上部の走査方向前方側の縁が、前回のショットで微結
晶化された領域の前方側の縁を越えず、かつ前記頂上部
の後方側の縁が、前回までのショットで微結晶化された
領域の後方側の縁を越えないように移動量を制御するレ
ーザ結晶化装置が提供される。
【００１１】レーザビームの肩部を照射することによ
り、一旦アモルファス状態から微結晶状態に変え、次に
頂上部を照射することにより、多結晶化している。この
ため、レーザビームのエネルギ密度にゆらぎが生じて
も、再現性よく良質の多結晶膜を形成することができ
る。
り、一旦アモルファス状態から微結晶状態に変え、次に
頂上部を照射することにより、多結晶化している。この
ため、レーザビームのエネルギ密度にゆらぎが生じて
も、再現性よく良質の多結晶膜を形成することができ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１及び２を参照して、本発明の
アモルファス半導体膜の多結晶化方法について説明す
る。
アモルファス半導体膜の多結晶化方法について説明す
る。
【００１３】図１（Ａ）は、アモルファス半導体膜が形
成された基板１の平面図を示す。基板１の表面をｘｙ平
面とするｘｙ直交座標系を考える。基板１の表面の法線
方向から、アモルファス半導体膜の表面上に、ｙ軸方向
に長い帯状のビーム断面を有するレーザビームを照射す
る。例えばパルス発振しているＸｅＣｌエキシマレーザ
の照射を断続的に繰り返す。レーザビームの１ショット
により、基板１の表面のｙ軸方向に長い領域２が照射さ
れる。この照射領域２をｘ軸の例えば正の方向に移動さ
せることにより、アモルファス半導体膜の表面がレーザ
ビームで走査される。
成された基板１の平面図を示す。基板１の表面をｘｙ平
面とするｘｙ直交座標系を考える。基板１の表面の法線
方向から、アモルファス半導体膜の表面上に、ｙ軸方向
に長い帯状のビーム断面を有するレーザビームを照射す
る。例えばパルス発振しているＸｅＣｌエキシマレーザ
の照射を断続的に繰り返す。レーザビームの１ショット
により、基板１の表面のｙ軸方向に長い領域２が照射さ
れる。この照射領域２をｘ軸の例えば正の方向に移動さ
せることにより、アモルファス半導体膜の表面がレーザ
ビームで走査される。
【００１４】図１（Ｂ）は、レーザビームの照射領域２
におけるｘ軸方向の１ショットあたりのエネルギ密度分
布を示す。横軸はｘ座標（走査方向）を表し、縦軸はエ
ネルギ密度を表す。
におけるｘ軸方向の１ショットあたりのエネルギ密度分
布を示す。横軸はｘ座標（走査方向）を表し、縦軸はエ
ネルギ密度を表す。
【００１５】パルスレーザのエネルギ密度分布の形状
は、頂上部４よりもｘ軸の正側（走査方向の前方側）に
肩部３を有する。また、頂上部４よりもｘ軸の負の側
（走査方向の後方側）に肩部５を有する。肩部３及び頂
上部４の幅を、それぞれＷ3及びＷ4とする。肩部３と頂
上部４との間の領域の幅は、肩部３の幅Ｗ3及び頂上部
４の幅Ｗ4に比べて十分狭い。
は、頂上部４よりもｘ軸の正側（走査方向の前方側）に
肩部３を有する。また、頂上部４よりもｘ軸の負の側
（走査方向の後方側）に肩部５を有する。肩部３及び頂
上部４の幅を、それぞれＷ3及びＷ4とする。肩部３と頂
上部４との間の領域の幅は、肩部３の幅Ｗ3及び頂上部
４の幅Ｗ4に比べて十分狭い。
【００１６】図１（Ｃ）は、シリコン膜にＸｅＣｌエキ
シマレーザを照射して得られる多結晶膜の平均粒径とエ
キシマレーザのエネルギ密度との関係を示す。図中の実
線が、アモルファスシリコン膜にレーザを照射して得ら
れたシリコン膜の平均結晶粒径を示す。エネルギ密度が
Ｅ1以下の領域では、結晶化が起こらない。エネルギ密
度がＥ1以上になると結晶化が始まるが、エネルギ密度
がＥ1からＥ2までの範囲内のときは、平均結晶粒径が小
さい。すなわち、シリコン膜中にシリコンの微結晶粒が
形成される。
シマレーザを照射して得られる多結晶膜の平均粒径とエ
キシマレーザのエネルギ密度との関係を示す。図中の実
線が、アモルファスシリコン膜にレーザを照射して得ら
れたシリコン膜の平均結晶粒径を示す。エネルギ密度が
Ｅ1以下の領域では、結晶化が起こらない。エネルギ密
度がＥ1以上になると結晶化が始まるが、エネルギ密度
がＥ1からＥ2までの範囲内のときは、平均結晶粒径が小
さい。すなわち、シリコン膜中にシリコンの微結晶粒が
形成される。
【００１７】エネルギ密度がＥBのときに、平均結晶粒
径が最大になる。ただし、平均結晶粒径を大きくするた
めの好適なエネルギ密度の範囲は非常に狭い。エネルギ
密度が、好適な範囲を超えると、再アモルファス化が起
こる。
径が最大になる。ただし、平均結晶粒径を大きくするた
めの好適なエネルギ密度の範囲は非常に狭い。エネルギ
密度が、好適な範囲を超えると、再アモルファス化が起
こる。
【００１８】図１（Ｃ）中の破線は、微結晶化されたシ
リコン膜にレーザを照射したときの平均結晶粒径を示
す。エネルギ密度がＥ3とＥ4の間のとき、平均結晶粒径
が大きくなる。すなわち、エネルギ密度の好適な範囲
は、Ｅ3以上Ｅ4以下である。エネルギ密度の好適な範囲
の下限Ｅ3は、アモルファスシリコン膜を結晶化させる
場合の最適値ＥB以上である。
リコン膜にレーザを照射したときの平均結晶粒径を示
す。エネルギ密度がＥ3とＥ4の間のとき、平均結晶粒径
が大きくなる。すなわち、エネルギ密度の好適な範囲
は、Ｅ3以上Ｅ4以下である。エネルギ密度の好適な範囲
の下限Ｅ3は、アモルファスシリコン膜を結晶化させる
場合の最適値ＥB以上である。
【００１９】微結晶膜を多結晶化させる場合の好適なエ
ネルギ密度の範囲（Ｅ3〜Ｅ4）は、アモルファスシリコ
ン膜を結晶化させるときの好適なエネルギ密度の範囲よ
りも広い。このため、レーザにエネルギ密度のゆらぎが
ある場合にも、再現性よく結晶粒の大きな多結晶シリコ
ン膜を形成することができる。
ネルギ密度の範囲（Ｅ3〜Ｅ4）は、アモルファスシリコ
ン膜を結晶化させるときの好適なエネルギ密度の範囲よ
りも広い。このため、レーザにエネルギ密度のゆらぎが
ある場合にも、再現性よく結晶粒の大きな多結晶シリコ
ン膜を形成することができる。
【００２０】図１（Ｂ）に戻って説明を続ける。頂上部
４よりも前方側の肩部３のエネルギ密度は、図１（Ｃ）
で説明したエネルギ密度Ｅ1とＥ2との間の大きさであ
る。このため、アモルファスシリコン膜にレーザを照射
すると、肩部３に対応する部分のシリコン膜が微結晶化
される。頂上部４のエネルギ密度は、図１（Ｃ）で説明
したエネルギ密度Ｅ3とＥ4との間の大きさである。この
ため、微結晶化されたシリコン膜にレーザを照射する
と、シリコン膜が部分的に溶融し、溶融した部分が再結
晶化する。このようにして、頂上部３に対応する部分の
シリコン膜が、平均結晶粒径の大きな多結晶膜になる。
４よりも前方側の肩部３のエネルギ密度は、図１（Ｃ）
で説明したエネルギ密度Ｅ1とＥ2との間の大きさであ
る。このため、アモルファスシリコン膜にレーザを照射
すると、肩部３に対応する部分のシリコン膜が微結晶化
される。頂上部４のエネルギ密度は、図１（Ｃ）で説明
したエネルギ密度Ｅ3とＥ4との間の大きさである。この
ため、微結晶化されたシリコン膜にレーザを照射する
と、シリコン膜が部分的に溶融し、溶融した部分が再結
晶化する。このようにして、頂上部３に対応する部分の
シリコン膜が、平均結晶粒径の大きな多結晶膜になる。
【００２１】次に、図２を参照して、レーザビームでシ
リコン膜表面を走査したときの、シリコン膜の結晶化の
様子について説明する。
リコン膜表面を走査したときの、シリコン膜の結晶化の
様子について説明する。
【００２２】図２は、シリコン膜の結晶化された領域と
照射されたレーザビームのエネルギ密度分布との位置関
係を示す。まず、エネルギ密度分布６で示される位置に
レーザを照射する。前方の肩部６Ｓに対応する領域が、
微結晶化される。頂上部６Ｔに対応する領域は、再アモ
ルファス化されるであろう。
照射されたレーザビームのエネルギ密度分布との位置関
係を示す。まず、エネルギ密度分布６で示される位置に
レーザを照射する。前方の肩部６Ｓに対応する領域が、
微結晶化される。頂上部６Ｔに対応する領域は、再アモ
ルファス化されるであろう。
【００２３】エネルギ密度分布７に示されているよう
に、レーザ照射領域をｘ軸の正の方向に移動させる。な
お、実際には、基板１をｘ軸の負の方向に移動させる。
このとき、エネルギ密度分布７の頂上部７Ｔが、前回の
レーザショットで微結晶化された領域のｘ軸の正の側の
縁を越えないようにする。また、頂上部７Ｔの、ｘ軸の
負の側の縁が、前回までのショットで微結晶化された領
域の、ｘ軸の負の側の縁を越えないようにする。
に、レーザ照射領域をｘ軸の正の方向に移動させる。な
お、実際には、基板１をｘ軸の負の方向に移動させる。
このとき、エネルギ密度分布７の頂上部７Ｔが、前回の
レーザショットで微結晶化された領域のｘ軸の正の側の
縁を越えないようにする。また、頂上部７Ｔの、ｘ軸の
負の側の縁が、前回までのショットで微結晶化された領
域の、ｘ軸の負の側の縁を越えないようにする。
【００２４】このように、レーザ照射領域のずらし量を
制御すると、アモルファスシリコン膜が、エネルギ密度
分布の肩部の照射によって一旦微結晶化される。次のシ
ョットで、微結晶化されたシリコン膜にエネルギ密度分
布の頂上部が照射され、その部分８が多結晶化される。
エネルギ密度７の肩部７Ｓに対応する部分には、微結晶
化領域９が形成される。これを繰り返すことにより、基
板表面上のシリコン膜のほぼ全体を多結晶化させること
ができる。
制御すると、アモルファスシリコン膜が、エネルギ密度
分布の肩部の照射によって一旦微結晶化される。次のシ
ョットで、微結晶化されたシリコン膜にエネルギ密度分
布の頂上部が照射され、その部分８が多結晶化される。
エネルギ密度７の肩部７Ｓに対応する部分には、微結晶
化領域９が形成される。これを繰り返すことにより、基
板表面上のシリコン膜のほぼ全体を多結晶化させること
ができる。
【００２５】図１（Ｃ）に示すように、アモルファスシ
リコン膜を微結晶化させるための好適なエネルギ密度の
範囲は比較的広い。また、微結晶化されたシリコン膜
を、粒径の大きな多結晶膜にするための好適なエネルギ
密度の範囲も比較的広い。このため、照射するレーザビ
ームのエネルギ密度がゆらいでも、再現性よく多結晶化
を行うことができる。
リコン膜を微結晶化させるための好適なエネルギ密度の
範囲は比較的広い。また、微結晶化されたシリコン膜
を、粒径の大きな多結晶膜にするための好適なエネルギ
密度の範囲も比較的広い。このため、照射するレーザビ
ームのエネルギ密度がゆらいでも、再現性よく多結晶化
を行うことができる。
【００２６】次に、図１（Ｂ）に示す肩部５の効果につ
いて説明する。頂上部４の後方の縁においてエネルギ密
度を急激に低下させると、多結晶化されたシリコン膜
に、頂上部４の後方の縁の軌跡に対応した縞状の模様が
形成される場合がある。頂上部４の後方にも肩部５を設
けることにより、縞状の模様の形成を抑制することがで
きる。
いて説明する。頂上部４の後方の縁においてエネルギ密
度を急激に低下させると、多結晶化されたシリコン膜
に、頂上部４の後方の縁の軌跡に対応した縞状の模様が
形成される場合がある。頂上部４の後方にも肩部５を設
けることにより、縞状の模様の形成を抑制することがで
きる。
【００２７】図３は、レーザ結晶化装置の概略図を示
す。レーザ結晶化装置は、処理チャンバ１０、搬送チャ
ンバ５２、搬出入チャンバ５３、５４、エキシマレーザ
装置４１、ホモジナイザ４２、ＣＣＤカメラ５８、ビデ
オモニタ５９、及び制御手段６５を含んで構成される。
処理チャンバ１０には、ベローズ３７、結合部材３３、
３５、リニアガイド機構３４及びリニアモータ３６等を
含む直動機構３０が取り付けられている。
す。レーザ結晶化装置は、処理チャンバ１０、搬送チャ
ンバ５２、搬出入チャンバ５３、５４、エキシマレーザ
装置４１、ホモジナイザ４２、ＣＣＤカメラ５８、ビデ
オモニタ５９、及び制御手段６５を含んで構成される。
処理チャンバ１０には、ベローズ３７、結合部材３３、
３５、リニアガイド機構３４及びリニアモータ３６等を
含む直動機構３０が取り付けられている。
【００２８】処理チャンバ１０内に、基板載置台が配置
されている。基板載置台は、ベローズ３７内を貫通する
支持棒により支持される。この支持棒は、結合部材３３
及び３５に結合している。リニアモータ３６を駆動して
結合部材３３及び３５を移動させることにより、基板載
置台を並進移動させることができる。ホモジナイザ４２
は、ビーム断面が帯状になり、かつエネルギ密度が一様
になるようにレーザビームを整形する。
されている。基板載置台は、ベローズ３７内を貫通する
支持棒により支持される。この支持棒は、結合部材３３
及び３５に結合している。リニアモータ３６を駆動して
結合部材３３及び３５を移動させることにより、基板載
置台を並進移動させることができる。ホモジナイザ４２
は、ビーム断面が帯状になり、かつエネルギ密度が一様
になるようにレーザビームを整形する。
【００２９】処理チャンバ１０と搬送チャンバ５２がゲ
ートバルブ５５を介して結合され、搬送チャンバ５２と
搬出入チャンバ５３、及び搬送チャンバ５２と搬出入チ
ャンバ５４が、それぞれゲートバルブ５６及び５７を介
して結合されている。真空ポンプ６１、６２及び６３
が、それぞれ処理チャンバ１０、搬出入チャンバ５３及
び５４に取り付けられ、各チャンバの内部を真空排気す
る。
ートバルブ５５を介して結合され、搬送チャンバ５２と
搬出入チャンバ５３、及び搬送チャンバ５２と搬出入チ
ャンバ５４が、それぞれゲートバルブ５６及び５７を介
して結合されている。真空ポンプ６１、６２及び６３
が、それぞれ処理チャンバ１０、搬出入チャンバ５３及
び５４に取り付けられ、各チャンバの内部を真空排気す
る。
【００３０】搬送用ロボット６４が搬送チャンバ５２内
に収容されている。搬送用ロボット６４は、処理チャン
バ１０、搬出入チャンバ５３及び５４の各チャンバ相互
間で処理基板を移送する。
に収容されている。搬送用ロボット６４は、処理チャン
バ１０、搬出入チャンバ５３及び５４の各チャンバ相互
間で処理基板を移送する。
【００３１】処理チャンバ１０の上面に、レーザ光透過
用の石英窓８が設けられている。パルス発振したエキシ
マレーザ装置４１から出力されたレーザビームがアッテ
ネータ４６を通ってホモジナイザ４２に入射する。ホモ
ジナイザ４２は、レーザビームの断面形状を細長い形状
にする。ホモジナイザ４２を通過したレーザビームは、
ビーム断面の形状に対応した細長い石英窓８を透過し、
処理チャンバ１０内に配置された処理基板を照射する。
基板の表面がホモジナイズ面に一致するように、ホモジ
ナイザ４２と処理基板との相対位置が調節されている。
用の石英窓８が設けられている。パルス発振したエキシ
マレーザ装置４１から出力されたレーザビームがアッテ
ネータ４６を通ってホモジナイザ４２に入射する。ホモ
ジナイザ４２は、レーザビームの断面形状を細長い形状
にする。ホモジナイザ４２を通過したレーザビームは、
ビーム断面の形状に対応した細長い石英窓８を透過し、
処理チャンバ１０内に配置された処理基板を照射する。
基板の表面がホモジナイズ面に一致するように、ホモジ
ナイザ４２と処理基板との相対位置が調節されている。
【００３２】処理チャンバ１０内の処理基板は、直動機
構３０により石英窓８の長尺方向に直交する向きに並進
移動する。基板表面はＣＣＤカメラ５８により撮影さ
れ、処理中の基板表面をビデオモニタ５９で観察するこ
とができる。
構３０により石英窓８の長尺方向に直交する向きに並進
移動する。基板表面はＣＣＤカメラ５８により撮影さ
れ、処理中の基板表面をビデオモニタ５９で観察するこ
とができる。
【００３３】エキシマレーザ装置４１、ホモジナイザ４
２、搬送用ロボット６４、ゲートバルブ５５〜５７、及
び直動機構３０は、制御装置６５によって制御される。
制御装置６５は、連続する２つのショットによるレーザ
照射領域が、図２で説明した重なり具合になるように、
直動機構３０を制御する。
２、搬送用ロボット６４、ゲートバルブ５５〜５７、及
び直動機構３０は、制御装置６５によって制御される。
制御装置６５は、連続する２つのショットによるレーザ
照射領域が、図２で説明した重なり具合になるように、
直動機構３０を制御する。
【００３４】次に、図４を参照して、レーザのエネルギ
密度分布形状の一例について説明する。
密度分布形状の一例について説明する。
【００３５】図４（Ａ）に示す一例においては、頂上部
４及び肩部３のエネルギ密度がほぼ一定である。図４
（Ｂ）に示す一例においては、頂上部４のエネルギ密度
が、その中心部に向かって徐々に高くなり、肩部３のエ
ネルギ密度が、頂上部４から離れるに従って徐々に低く
なる。
４及び肩部３のエネルギ密度がほぼ一定である。図４
（Ｂ）に示す一例においては、頂上部４のエネルギ密度
が、その中心部に向かって徐々に高くなり、肩部３のエ
ネルギ密度が、頂上部４から離れるに従って徐々に低く
なる。
【００３６】このようなエネルギ密度分布を有するレー
ザビームは、例えば、ビームの光路内に、透過率分布を
有するフィルタを挿入することにより形成される。フィ
ルタは、図３に示すホモジナイザ４２よりも下流側であ
って、ビーム断面の短軸方向に関してエネルギ密度がほ
ぼ一様になった個所に配置される。
ザビームは、例えば、ビームの光路内に、透過率分布を
有するフィルタを挿入することにより形成される。フィ
ルタは、図３に示すホモジナイザ４２よりも下流側であ
って、ビーム断面の短軸方向に関してエネルギ密度がほ
ぼ一様になった個所に配置される。
【００３７】このフィルタは、例えば、石英基板上に誘
電体多層膜を形成することにより得られる。誘電体多層
膜の材料として、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、
Ｚｒ等を用いることができる。例えば、図４（Ａ）に示
す例の場合には、レーザビームのエネルギ密度分布の頂
上部に相当する領域の透過率を９９％とし、肩部に相当
する領域の透過率を７０％とし、肩部よりも外側の領域
の透過率を０％とする。図４（Ｂ）に示す例の場合に
は、透過率を連続的に変化させればよい。
電体多層膜を形成することにより得られる。誘電体多層
膜の材料として、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2、
Ｚｒ等を用いることができる。例えば、図４（Ａ）に示
す例の場合には、レーザビームのエネルギ密度分布の頂
上部に相当する領域の透過率を９９％とし、肩部に相当
する領域の透過率を７０％とし、肩部よりも外側の領域
の透過率を０％とする。図４（Ｂ）に示す例の場合に
は、透過率を連続的に変化させればよい。
【００３８】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のいずれの場合
も、頂上部４と肩部３との境界においてエネルギ密度が
不連続に変化する。この場合、頂上部４と肩部３との境
界は明確に把握される。
も、頂上部４と肩部３との境界においてエネルギ密度が
不連続に変化する。この場合、頂上部４と肩部３との境
界は明確に把握される。
【００３９】図４（Ｃ）に示す一例においては、頂上部
４のエネルギ密度分布が、中央が盛り上がった滑らかな
曲線状であり、肩部３のエネルギ密度分布が、頂上部４
から離れるに従って単調に減少する上に凸の曲線状であ
る。頂上部４のエネルギ密度分布曲線を滑らかに延ばす
と、肩部３のエネルギ密度分布曲線に繋がる。このよう
なエネルギ密度分布を有するレーザビームは、例えば昭
和オプトロニクス株式会社製のエキシマ＆ＹＡＧレーザ
用バリアブルアッテネータを用いることにより得られ
る。
４のエネルギ密度分布が、中央が盛り上がった滑らかな
曲線状であり、肩部３のエネルギ密度分布が、頂上部４
から離れるに従って単調に減少する上に凸の曲線状であ
る。頂上部４のエネルギ密度分布曲線を滑らかに延ばす
と、肩部３のエネルギ密度分布曲線に繋がる。このよう
なエネルギ密度分布を有するレーザビームは、例えば昭
和オプトロニクス株式会社製のエキシマ＆ＹＡＧレーザ
用バリアブルアッテネータを用いることにより得られ
る。
【００４０】この場合、エネルギ密度分布曲線のみか
ら、頂上部４と肩部３とを画定することは困難である。
このような場合には、図１（Ｃ）に示すエネルギ密度Ｅ
3とＥ4との間の大きさの部分が頂上部４になり、エネル
ギ密度Ｅ1とＥ2との間の大きさの部分が肩部３になる。
ら、頂上部４と肩部３とを画定することは困難である。
このような場合には、図１（Ｃ）に示すエネルギ密度Ｅ
3とＥ4との間の大きさの部分が頂上部４になり、エネル
ギ密度Ｅ1とＥ2との間の大きさの部分が肩部３になる。
【００４１】肩部３の幅が狭いと、ショットごとのレー
ザ照射領域のずらし量を少なくしなければならない。ま
た、移動制御も困難になる。上記実施例の十分な効果を
得るためには、肩部３の幅が頂上部４の幅の１倍〜２倍
の範囲とすることが好ましい。
ザ照射領域のずらし量を少なくしなければならない。ま
た、移動制御も困難になる。上記実施例の十分な効果を
得るためには、肩部３の幅が頂上部４の幅の１倍〜２倍
の範囲とすることが好ましい。
【００４２】上記実施例では、アモルファスシリコン膜
を多結晶化させる場合を説明したが、シリコン以外の半
導体材料にも適用可能であろう。また、レーザ光源とし
てＸｅＣｌエキシマレーザを使用したが、半導体材料を
多結晶化させるのに十分なエネルギのレーザを出力でき
る他のレーザ光源を用いてもよい。
を多結晶化させる場合を説明したが、シリコン以外の半
導体材料にも適用可能であろう。また、レーザ光源とし
てＸｅＣｌエキシマレーザを使用したが、半導体材料を
多結晶化させるのに十分なエネルギのレーザを出力でき
る他のレーザ光源を用いてもよい。
【００４３】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レーザのエネルギ密度にゆらぎがある場合でも、再現性
よくアモルファス状態の半導体薄膜を多結晶化させるこ
とが可能になる。
レーザのエネルギ密度にゆらぎがある場合でも、再現性
よくアモルファス状態の半導体薄膜を多結晶化させるこ
とが可能になる。
【図１】図1（Ａ）は、本発明の実施例で処理する基板
の平面図、図1（Ｂ）は、アモルファス半導体薄膜に照
射するレーザビームのエネルギ密度分布を示すグラフ、
図1（Ｃ）は、レーザ照射により多結晶化した半導体薄
膜の平均結晶粒径とレーザのエネルギ密度との関係を示
すグラフである。
の平面図、図1（Ｂ）は、アモルファス半導体薄膜に照
射するレーザビームのエネルギ密度分布を示すグラフ、
図1（Ｃ）は、レーザ照射により多結晶化した半導体薄
膜の平均結晶粒径とレーザのエネルギ密度との関係を示
すグラフである。
【図２】半導体薄膜の多結晶化された領域と、照射され
たレーザのエネルギ密度分布との関係を示す図である。
たレーザのエネルギ密度分布との関係を示す図である。
【図３】実施例によるレーザ結晶化装置の概略図であ
る。
る。
【図４】レーザビームのエネルギ分布の他の例を示すグ
ラフである。
ラフである。
１ 基板 ２ レーザ照射領域 ３、５ 肩部 ４ 頂上部 ６、７ エネルギ密度分布 ６Ｓ、７Ｓ 肩部 ６Ｔ、７Ｔ 頂上部 １０ 処理チャンバ ３０ 直動機構 ３３、３５ 結合部材 ３４ リニアガイド機構 ３６ リニアモータ ３７ 真空ベローズ ４１ エキシマレーザ装置 ４２ ホモジナイザ ４６ アッテネータ ５２ 搬送チャンバ ５３、５４ 搬出入チャンバ ５５〜５７ ゲートバルブ ５８ ＣＣＤカメラ ５９ ビデオモニタ ６１、６２、６３ 真空ポンプ ６４ 搬送ロボット ６５ 制御手段
Claims (3)
- 【請求項１】 アモルファス状態の半導体薄膜の表面
を、パルスレーザである方向に走査して該半導体薄膜を
結晶化させる結晶化膜の作製方法において、 アモルファス状態の半導体薄膜を第１の平均結晶粒径を
有する微結晶膜にするエネルギ密度の第１の部分と、微
結晶化された半導体薄膜を、前記第１の平均結晶粒径よ
りも大きい第２の平均結晶粒径を有する多結晶膜にする
エネルギ密度を有する第２の部分とを含むパルスレーザ
を、アモルファス状態の半導体薄膜に照射する工程と、 アモルファス状態の部分に前記第１の部分が照射され、
前回までのレーザ照射によって微結晶化されている部分
に前記第２の部分が照射されるように、レーザ照射領域
をずらして前記パルスレーザを照射する工程とを有する
結晶化膜の作製方法。 - 【請求項２】 アモルファス状態の半導体薄膜の表面
を、パルスレーザである方向に走査して該半導体薄膜を
結晶化させる結晶化膜の作製方法において、 前記パルスレーザの走査方向に関するエネルギ密度分布
が、走査方向の前方側に肩部を有し、該肩部の後方側に
頂上部を有する形状であり、該肩部のエネルギ密度が、
前記半導体薄膜をアモルファス状態から平均粒径が第１
の粒径以下の微結晶状態に変化させる大きさであり、該
頂上部のエネルギ密度が、微結晶化された前記半導体薄
膜を前記第１の平均粒径よりも大きな平均粒径の多結晶
状態に変化させる大きさである前記パルスレーザを前記
半導体薄膜の表面の一部に照射する工程と、 前記パルスレーザのエネルギ密度分布の頂上部の走査方
向前方側の縁が、前回のショットで微結晶化された領域
の前方側の縁を越えず、かつ前記頂上部の後方側の縁
が、前回までのショットで微結晶化された領域の後方側
の縁を越えないように前記パルスレーザで照射される領
域をずらしながら、前記パルスレーザを繰り返し照射す
る工程とを有する結晶化膜の作製方法。 - 【請求項３】 表面上にアモルファス状態の半導体膜が
形成された処理基板を保持する保持台と、 前記保持台に保持された処理基板上の半導体膜にパルス
レーザを照射するレーザ光学系と、 前記レーザ光学系から出力されるパルスレーザで前記半
導体膜の表面を走査するように、前記パルスレーザと前
記処理基板との相対位置を変化させる移動機構と、 前記移動機構による移動量を制御する制御手段を有し、 前記レーザ光学系から出力されるパルスレーザの、走査
方向に関するエネルギ密度分布が、頂上部、及び該頂上
部よりも走査方向の前方側に肩部を有する形状であり、
該肩部のエネルギ密度が、前記半導体薄膜をアモルファ
ス状態から平均粒径が第１の粒径以下の微結晶状態に変
化させる大きさであり、該頂上部のエネルギ密度分布
が、微結晶化された前記半導体薄膜を前記第１の平均粒
径よりも大きな平均粒径の多結晶状態に変化させる大き
さであり、 前記制御手段が、前記パルスレーザのエネルギ密度分布
の頂上部の走査方向前方側の縁が、前回のショットで微
結晶化された領域の前方側の縁を越えず、かつ前記頂上
部の後方側の縁が、前回までのショットで微結晶化され
た領域の後方側の縁を越えないように移動量を制御する
レーザ結晶化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24813699A JP2001077022A (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | レーザを用いた結晶化膜の作製方法及びレーザ結晶化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24813699A JP2001077022A (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | レーザを用いた結晶化膜の作製方法及びレーザ結晶化装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001077022A true JP2001077022A (ja) | 2001-03-23 |
Family
ID=17173772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24813699A Pending JP2001077022A (ja) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | レーザを用いた結晶化膜の作製方法及びレーザ結晶化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001077022A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002299233A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-11 | Toshiba Corp | 半導体薄膜の形成方法 |
| JP2010500759A (ja) * | 2006-08-07 | 2010-01-07 | ティーシーズィー ピーティーイー リミテッド | アモルファスシリコンの結晶化を最適化するシステム及び方法 |
| CN111192914A (zh) * | 2017-10-18 | 2020-05-22 | 汉阳大学校产学协力团 | 层、多级元件、多级元件制造方法和驱动多级元件的方法 |
-
1999
- 1999-09-02 JP JP24813699A patent/JP2001077022A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002299233A (ja) * | 2001-03-29 | 2002-10-11 | Toshiba Corp | 半導体薄膜の形成方法 |
| JP2010500759A (ja) * | 2006-08-07 | 2010-01-07 | ティーシーズィー ピーティーイー リミテッド | アモルファスシリコンの結晶化を最適化するシステム及び方法 |
| CN111192914A (zh) * | 2017-10-18 | 2020-05-22 | 汉阳大学校产学协力团 | 层、多级元件、多级元件制造方法和驱动多级元件的方法 |
| CN111192914B (zh) * | 2017-10-18 | 2023-10-31 | 汉阳大学校产学协力团 | 层、多级元件、多级元件制造方法和驱动多级元件的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070227 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070626 |