JP2003332400A - Method and system for calculating mobility of semiconductor thin film, method and system for crystallization laser annealing - Google Patents

Method and system for calculating mobility of semiconductor thin film, method and system for crystallization laser annealing

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JP2003332400A
JP2003332400A JP2002135063A JP2002135063A JP2003332400A JP 2003332400 A JP2003332400 A JP 2003332400A JP 2002135063 A JP2002135063 A JP 2002135063A JP 2002135063 A JP2002135063 A JP 2002135063A JP 2003332400 A JP2003332400 A JP 2003332400A
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thin film
semiconductor thin
mobility
laser
film
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JP2002135063A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Shimizu
正裕 清水
Ikuo Sawada
郁夫 沢田
Gohei Kawamura
剛平 川村
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To monitor the mobility of a semiconductor thin film with high accuracy even in the case of inprocess. <P>SOLUTION: A mobility monitoring section 34 comprises a light emitting section 36 and a reflected light receiving section 38 disposed above a substrate carrying passage on the downstream side of a laser irradiating position PA for annealing, a transmitted light receiving section 40 disposed below the substrate carrying passage, and a section 42 for calculating the mobility of the semiconductor thin film (poly-Si film) being measured based on the output signals from both light receiving sections 38 and 40. A process control section 44 controls each section in the system, especially the process parameters at a laser light source 26 or the substrate carrying passage, based on the results of monitoring (mobility) from the mobility monitoring section 34. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体薄膜の移動
度を算出する技術およびアモルファスSi膜をレーザで
再結晶化して多結晶Si膜を形成する技術に関する。
The present invention relates to a technique for calculating the mobility of a semiconductor thin film and a technique for recrystallizing an amorphous Si film with a laser to form a polycrystalline Si film.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、液晶ディスプレイ(LCD)
における薄膜トランジスタ(TFT)の材料として多結
晶Si膜が実用化されている。多結晶Si膜の移動度は
数十〜100cm2/V・sあるいはそれ以上で、アモ
ルファスSi膜の移動度よりも桁違いに高いため、高速
動作を必要とする大画面ディスプレイに適しており、周
辺駆動回路もSiTFTの形態でディスプレイ基板上に
搭載可能である。多結晶Si膜の製造プロセスには高温
プロセスと低温プロセスとがある。高温プロセスは耐熱
温度の高い石英基板を必要とする。このため、ガラス基
板を使用できる低温プロセスの発展が期待されており、
中でもアモルファスSi膜をレーザで溶融再結晶化させ
て多結晶Si膜を形成する結晶化レーザアニール法が注
目されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid crystal display (LCD)
A polycrystalline Si film has been put into practical use as a material for a thin film transistor (TFT) in the above. Since the mobility of the polycrystalline Si film is several tens to 100 cm 2 / V · s or higher, which is orders of magnitude higher than that of the amorphous Si film, it is suitable for a large-screen display that requires high-speed operation. The peripheral drive circuit can also be mounted on the display substrate in the form of SiTFT. There are a high temperature process and a low temperature process in the manufacturing process of the polycrystalline Si film. The high temperature process requires a quartz substrate having a high heat resistant temperature. Therefore, the development of low-temperature processes that can use glass substrates is expected,
Of these, the crystallization laser annealing method of forming a polycrystalline Si film by melting and recrystallizing an amorphous Si film with a laser has been drawing attention.

【0003】結晶化レーザアニール法は、一般にエキシ
マレーザを使用し、長尺状またはライン状のレーザビー
ムをガラス基板上のアモルファスSi膜に照射して、S
i膜を瞬間的に溶融させ、冷却過程で結晶化させる。基
板をレーザビーム長方向と直交する方向に移動させるこ
とで、アモルファスSi膜の全面を多結晶Si膜に転換
することができる。結晶化に際して多結晶Si膜の粒界
特性を改善するために、レーザビームの照射と併せて磁
場を印加することも行われている。
The crystallization laser annealing method generally uses an excimer laser and irradiates an amorphous Si film on a glass substrate with a long or line-shaped laser beam to obtain S.
The i film is instantaneously melted and crystallized in the cooling process. By moving the substrate in the direction orthogonal to the laser beam length direction, the entire surface of the amorphous Si film can be converted into a polycrystalline Si film. At the time of crystallization, in order to improve the grain boundary characteristics of the polycrystalline Si film, a magnetic field is also applied together with laser beam irradiation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなレーザア
ニール法で形成される多結晶Si膜は、結晶粒の大きさ
によって移動度が異なる。一般に粒径が大きいほど移動
度が大きくなり、0.3μmの粒径で100cm2/V
・s以上の移動度が得られ、1.5μm程度の粒径にな
るとn型TFTでは200cm2/V・s以上の移動度
が得られる。多結晶Si膜の移動度はTFTの動作速度
を決定する重要な特性値であるから、TFT製造工程の
中で管理される必要がある。しかしながら、従来は、多
結晶Si膜の移動度をin-situまたはインプロセスで高
精度に測定または算出できる非接触式の移動度モニタリ
ング技術がなかった。
The polycrystalline Si film formed by the laser annealing method as described above has different mobilities depending on the size of crystal grains. Generally, the larger the particle size, the higher the mobility, and 100 cm 2 / V with a particle size of 0.3 μm.
· S or more mobility can be obtained, the particle size of about 1.5μm when n-type 200 cm 2 / V · s or more mobility in the TFT is obtained. Since the mobility of the polycrystalline Si film is an important characteristic value that determines the operating speed of the TFT, it needs to be controlled during the TFT manufacturing process. However, conventionally, there has been no non-contact type mobility monitoring technology capable of measuring or calculating the mobility of a polycrystalline Si film in-situ or in-process with high accuracy.

【0005】また、従来の結晶化レーザアニール法で
は、アモルファスSi膜の吸収率が高いという理由から
波長248nmまたは308nmのエキシマレーザ光を
採用している。しかしながら、そのような波長領域のエ
キシマレーザ光は、アモルファスSi膜に完全に吸収さ
れないときは、ガラス基板に入射して基板の溶融または
損傷を来すおそれがある。最近の基板はますます薄型・
大型化して割れやすくなっており、基板へのダメージを
避けつつ効率良く多結晶Si膜を形成できる結晶化レー
ザアニール技術が求められている。
In the conventional crystallization laser annealing method, excimer laser light having a wavelength of 248 nm or 308 nm is adopted because the absorptivity of the amorphous Si film is high. However, when the excimer laser light in such a wavelength region is not completely absorbed by the amorphous Si film, the excimer laser light may enter the glass substrate to melt or damage the substrate. Recent boards are becoming thinner and thinner.
There is a demand for a crystallization laser annealing technique capable of efficiently forming a polycrystalline Si film while avoiding damage to the substrate as it becomes large and easily cracked.

【0006】一方で、上記のような波長領域のエキシマ
レーザ光においては、アモルファスSiが溶けた後の反
射率つまり液化Siの反射率が高くなってレーザエネル
ギーが中に浸透しなくなり、Si膜の深層まで十全に溶
融させるのが難しいという問題もある。
On the other hand, in the excimer laser beam in the wavelength range as described above, the reflectance after the amorphous Si is melted, that is, the reflectance of liquefied Si is increased, laser energy does not penetrate into the inside, and the Si film There is also a problem that it is difficult to melt deeply enough.

【0007】また、従来の結晶化レーザアニール法にお
ける磁場の印加方法は、結晶粒の結晶方位を揃えたり、
粒界特性を改善するのには有効であるものの、大掛かり
な磁界発生装置を必要とするうえ、結晶の粗粒化を効率
よく実現するのが難しいという問題がある。
Further, in the conventional method of applying a magnetic field in the crystallization laser annealing method, the crystal orientations of crystal grains are aligned,
Although effective for improving the grain boundary characteristics, there are problems that a large-scale magnetic field generator is required and it is difficult to efficiently realize grain coarsening of crystals.

【0008】本発明は、上記のような従来技術の問題点
に鑑みてなされたものであり、半導体薄膜の移動度をイ
ンプロセスでも高い精度でモニタリングできる非接触式
の半導体薄膜用の移動度算出方法および装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the mobility calculation for a non-contact type semiconductor thin film capable of monitoring the mobility of the semiconductor thin film with high accuracy even in the process. It is an object to provide a method and a device.

【0009】本発明の別の目的は、インプロセスで半導
体薄膜の移動度をフィードバックして高精度なプロセス
制御を行えるようにした半導体製造装置を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus capable of performing highly accurate process control by feeding back the mobility of a semiconductor thin film in-process.

【0010】本発明の別の目的は、ガラス基板にダメー
ジを与えずにアモルファスSi膜を良好に溶融再結晶化
させて信頼性の高い多結晶Si膜を得るようにした結晶
化レーザアニール方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a crystallization laser annealing method for obtaining a highly reliable polycrystalline Si film by melting and recrystallizing an amorphous Si film well without damaging a glass substrate. To provide.

【0011】本発明の別の目的は、Si膜の表面が溶融
または液化した後もレーザエネルギーが深層まで及ぶよ
うにしてSi膜全体を十全に溶融させ、膜質の良好な多
結晶Si膜を得るようにした結晶化レーザアニール方法
を提供することにある。
Another object of the present invention is to fully melt the entire Si film by making the laser energy reach a deep layer even after the surface of the Si film is melted or liquefied, and to obtain a polycrystalline Si film having good film quality. Another object of the present invention is to provide a crystallization laser annealing method to be obtained.

【0012】本発明の他の目的は、効率的な磁場印加法
により多結晶Si膜の結晶粗粒化を改善することができ
る結晶化レーザアニール方法および装置を提供すること
にある。
Another object of the present invention is to provide a crystallization laser annealing method and apparatus capable of improving crystal grain coarsening of a polycrystalline Si film by an efficient magnetic field application method.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体薄膜用の移動度算出方法は、基板
上に形成された半導体薄膜に所定の波長を有する光ビー
ムを照射して反射率および透過率を測定する工程と、前
記反射率および透過率に基づいて所定の演算式から前記
半導体薄膜の移動度を求める工程とを有する。
In order to achieve the above object, the mobility calculating method for a semiconductor thin film of the present invention irradiates a semiconductor thin film formed on a substrate with a light beam having a predetermined wavelength. Measuring the reflectance and the transmittance, and the step of obtaining the mobility of the semiconductor thin film from a predetermined arithmetic expression based on the reflectance and the transmittance.

【0014】また、本発明の半導体薄膜用の移動度算出
装置は、基板上に形成された半導体薄膜に所定の波長を
有する光ビームを照射する光ビーム照射手段と、前記半
導体薄膜からの前記光ビームに対応する反射光を受光し
て反射率を測定する反射率測定手段と、前記半導体薄膜
からの前記光ビームに対応する透過光を受光して透過率
を測定する透過率測定手段と、前記反射率および透過率
に基づいて前記半導体薄膜の移動度を演算で求める移動
度演算手段とを有する。
Further, the mobility calculating device for a semiconductor thin film of the present invention includes a light beam irradiation means for irradiating a semiconductor thin film formed on a substrate with a light beam having a predetermined wavelength, and the light from the semiconductor thin film. Reflectance measuring means for receiving the reflected light corresponding to the beam and measuring the reflectance, and transmittance measuring means for receiving the transmitted light corresponding to the light beam from the semiconductor thin film and measuring the transmittance, And a mobility calculating means for calculating the mobility of the semiconductor thin film based on the reflectance and the transmittance.

【0015】本発明の移動度算出方法および移動度算出
装置では、半導体薄膜について光ビームを用いて反射率
および透過率を測定し、演算によって移動度を算出する
ので、インプロセスで非接触式の移動度モニタリングを
行うことができる。
In the mobility calculating method and the mobility calculating apparatus of the present invention, since the reflectance and the transmittance of the semiconductor thin film are measured by using the light beam and the mobility is calculated, the non-contact type in-process method is used. Mobility monitoring can be performed.

【0016】本発明において、モニタ対象となる半導体
薄膜が多結晶Si膜であるときは、光ビームの波長は
0.2μm〜0.4μmの範囲内が好適であり、0.3
μm近傍が最も好適である。
In the present invention, when the semiconductor thin film to be monitored is a polycrystalline Si film, the wavelength of the light beam is preferably in the range of 0.2 μm to 0.4 μm, 0.3
The vicinity of μm is most suitable.

【0017】本発明の半導体製造装置は、基板上に半導
体薄膜を形成する半導体薄膜形成手段と、前記半導体薄
膜の移動度を算出する本発明の移動度算出装置と、前記
移動度算出装置より得られる移動度に応じて前記半導体
薄膜形成手段における所定のプロセスパラメータを制御
するプロセス制御手段とを有する。かかる構成において
は、本発明の移動度算出装置によりインプロセスで求め
た移動度をプロセス制御にフィードバックするので、半
導体薄膜製造工程の管理を改善することができる。
The semiconductor manufacturing apparatus of the present invention comprises a semiconductor thin film forming means for forming a semiconductor thin film on a substrate, a mobility calculating apparatus of the present invention for calculating the mobility of the semiconductor thin film, and the mobility calculating apparatus. And a process control means for controlling a predetermined process parameter in the semiconductor thin film forming means according to the mobility. In such a configuration, the mobility calculated by the mobility calculating apparatus of the present invention is fed back to the process control, so that the management of the semiconductor thin film manufacturing process can be improved.

【0018】本発明の第1の結晶化レーザアニール方法
は、基板上に形成された半導体薄膜をレーザ光の照射に
より溶融し、冷却過程で結晶化させて多結晶Si膜にす
る結晶化レーザアニール方法において、前記レーザ光が
溶融状態の前記半導体薄膜におけるプラズマ振動数に対
応する波長の近傍またはそれよりも短い波長を有する。
この方法においては、半導体薄膜がレーザエネルギーに
より溶けて液化すると、レーザエネルギーの吸収性が一
段と増すことにより、深層まで十全に溶融させることが
できる。
The first crystallization laser annealing method of the present invention is a crystallization laser annealing method in which a semiconductor thin film formed on a substrate is melted by laser irradiation and crystallized in a cooling process to form a polycrystalline Si film. In the method, the laser light has a wavelength near or shorter than a wavelength corresponding to a plasma frequency in the melted semiconductor thin film.
In this method, when the semiconductor thin film is melted and liquefied by the laser energy, the absorption of the laser energy is further increased, so that the semiconductor thin film can be fully melted to the deep layer.

【0019】本発明の第2の結晶化レーザアニール方法
は、ガラス基板上に形成された半導体薄膜をレーザ光の
照射により溶融し、冷却過程で結晶化させて多結晶Si
膜にする結晶化レーザアニール方法において、前記レー
ザ光が0.4μm〜1.0μmの範囲内の波長を有す
る。この方法においては、レーザ光が半導体薄膜を通っ
てガラス基板に入射しても殆どまたは少ししか吸収され
ないので、ガラス基板が悪影響を受けるおそれはない。
In the second crystallization laser annealing method of the present invention, a semiconductor thin film formed on a glass substrate is melted by irradiation with laser light and crystallized in a cooling process to form polycrystalline Si.
In the crystallization laser annealing method for forming a film, the laser light has a wavelength in the range of 0.4 μm to 1.0 μm. In this method, even if laser light is incident on the glass substrate through the semiconductor thin film, the laser light is absorbed almost or only slightly, so that the glass substrate is not adversely affected.

【0020】本発明の第3の結晶化レーザアニール方法
は、基板上に形成された半導体薄膜に磁場を印加しなが
ら線状の横断面を有するレーザ光を照射して、前記半導
体薄膜のレーザ照射部分を溶かし、前記レーザ照射部分
が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移動するように
前記レーザ光に対して相対的に前記基板を移動させて、
前記半導体薄膜を全面的に溶融再結晶化させる結晶化レ
ーザアニール方法において、前記半導体薄膜のレーザ被
照射部分と再結晶化部分との境界付近に比較的強い磁場
を与えるとともに前記半導体薄膜のレーザ照射部分とレ
ーザ未照射部分との境界付近の磁場を弱くする。
According to a third crystallization laser annealing method of the present invention, a semiconductor thin film formed on a substrate is irradiated with laser light having a linear cross section while applying a magnetic field, and the semiconductor thin film is irradiated with laser light. Melting the portion, moving the substrate relative to the laser light so that the laser irradiation portion moves from one end to the other end on the semiconductor thin film,
In a crystallization laser annealing method for melting and recrystallizing the semiconductor thin film entirely, a relatively strong magnetic field is applied to the vicinity of the boundary between the laser irradiated portion and the recrystallized portion of the semiconductor thin film and the laser irradiation of the semiconductor thin film. The magnetic field near the boundary between the portion and the laser non-irradiated portion is weakened.

【0021】また、本発明の結晶化レーザアニール装置
は、基板上に形成された半導体薄膜に線状の横断面を有
するレーザ光を照射するレーザ照射手段と、前記半導体
薄膜において前記レーザ光の照射を受けるレーザ照射部
分が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移動するよう
に前記レーザ光に対して前記基板を相対的に移動させる
走査手段と、前記半導体薄膜のレーザ照射部分と再結晶
化部分との境界付近に比較的強い磁場を与えるとともに
前記半導体薄膜のレーザ照射部分とレーザ未照射部分と
の境界付近に弱い磁場を与える磁場印加手段とを有す
る。
Further, the crystallization laser annealing apparatus of the present invention comprises a laser irradiation means for irradiating a semiconductor thin film formed on a substrate with a laser beam having a linear cross section, and irradiating the semiconductor thin film with the laser beam. Scanning means for moving the substrate relative to the laser light so that the laser-irradiated portion receiving the laser light moves from one end to the other end on the semiconductor thin film; and the laser-irradiated portion and the recrystallized portion of the semiconductor thin film. And a magnetic field applying means for applying a relatively strong magnetic field near the boundary between the laser-irradiated portion and the non-laser-irradiated portion of the semiconductor thin film.

【0022】上記第3の結晶化レーザアニール方法また
は結晶化レーザアニール装置によれば、再結晶化が行わ
れる方の凝固界面付近には強い磁場を印加して溶融部の
渦の発生を抑制する一方で、溶融開始が行われる方の凝
固界面付近の磁場を弱くして溶融部の渦の発生を許容す
る。これにより、半導体薄膜の溶融再結晶化に対する磁
場の作用効果を向上させることができる。
According to the third crystallization laser annealing method or the crystallization laser annealing apparatus, a strong magnetic field is applied near the solidification interface on which recrystallization is performed to suppress the generation of vortices in the melted portion. On the other hand, the magnetic field near the solidification interface where melting starts is weakened to allow the generation of vortices in the melted portion. As a result, the effect of the magnetic field on the melt recrystallization of the semiconductor thin film can be improved.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、添付図を参照して本発明の
好適な実施形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

【0024】図1に、本発明の一実施形態によるTFT
−LCD用低温多結晶Si膜製造装置のシステム構成を
示す。このシステムは、クラスタ方式を採用しており、
中央プラットホームとして機能するトランスファチャン
バ10の周りに、アモルファスSiCVD装置12、レ
ーザアニール装置14,16、絶縁膜CVD装置18お
よびロードロック室またはカセットチャンバ20,22
を配置している。トランスファチャンバ10はゲートバ
ルブ24を介して各装置または各チャンバ(12〜2
2)と連通可能になっている。各チャンバまたは各装置
(10〜22)の室内が独立的に所定の真空度で減圧空
間を形成ないし維持できるようになっている。カセット
チャンバ20,22は被処理基板たとえばガラス基板の
搬入出時に大気圧に開放可能となっており、必要に応じ
て不活性ガスの雰囲気も形成可能となっている。
FIG. 1 shows a TFT according to an embodiment of the present invention.
-A system configuration of a low temperature polycrystalline Si film manufacturing apparatus for LCD is shown. This system uses a cluster system,
Amorphous SiCVD apparatus 12, laser annealing apparatuses 14 and 16, insulating film CVD apparatus 18 and load lock chambers or cassette chambers 20 and 22 are provided around transfer chamber 10 functioning as a central platform.
Are arranged. The transfer chamber 10 is connected to each device or each chamber (12 to 2 through the gate valve 24).
It is possible to communicate with 2). Each chamber or the chamber of each device (10 to 22) can independently form or maintain a depressurized space at a predetermined vacuum degree. The cassette chambers 20 and 22 can be opened to atmospheric pressure when a substrate to be processed, for example, a glass substrate is loaded and unloaded, and an atmosphere of an inert gas can be formed if necessary.

【0025】トランスファチャンバ10内には、周囲の
各装置または各チャンバ(12〜22)に出入り可能に
構成された回転可能かつ伸縮可能な搬送アームを有する
搬送装置(図示せず)が設けられている。このシステム
においては、該搬送装置がガラス基板をトランスファチ
ャンバ10経由で各装置または各チャンバ(12〜2
2)間を搬送することにより、外気に当てることなくイ
ンラインで低温プロセスによりガラス基板上に半導体薄
膜および絶縁膜を形成できるようになっている。
In the transfer chamber 10, there is provided a transfer device (not shown) having a rotatable and expandable / contractible transfer arm configured to be able to move in and out of the peripheral devices or chambers (12 to 22). There is. In this system, the transfer device transfers the glass substrate to each device or each chamber (12 to 2) via the transfer chamber 10.
By transporting between 2), a semiconductor thin film and an insulating film can be formed on a glass substrate by an in-line low temperature process without exposing to the outside air.

【0026】このシステムにおける一連の工程(一例)
は次のとおりである。カセットチャンバ20,22のい
ずれか1つからトランスファチャンバ10に搬出された
ガラス基板は、先ず絶縁膜CVD装置18に搬入され
る。このCVD装置18では、ガラス基板上に下地膜と
して絶縁膜たとえばシリコン酸化膜をプラズマCVD法
または減圧CVD法により所望の膜厚たとえば200Å
の厚みに成膜する。こうして下地膜を形成されたガラス
基板は次にアモルファスSiCVD装置12に移され
る。このCVD装置12では、下地膜の上にプラズマC
VD法または減圧CVD法によりアモルファスSiを所
望の膜厚たとえば500Åの厚みに堆積する。しかる
後、ガラス基板はレーザアニール装置14,16のいず
れか1つに移される。レーザアニール装置14(16)
では、ガラス基板上のアモルファスSi膜を結晶化レー
ザアニール法により溶融再結晶化させて多結晶Si膜に
転換する。アニール装置14(16)内の構成および作
用は後に詳述する。結晶化レーザアニール工程を終えた
ガラス基板は、カセットチャンバ20,22の1つに移
送され、カセットに収容される。
A series of steps in this system (example)
Is as follows: The glass substrate carried into the transfer chamber 10 from any one of the cassette chambers 20 and 22 is first carried into the insulating film CVD apparatus 18. In this CVD apparatus 18, an insulating film such as a silicon oxide film as a base film is formed on a glass substrate by a plasma CVD method or a low pressure CVD method to have a desired film thickness, for example, 200Å
To a film thickness. The glass substrate on which the base film has been formed in this way is then transferred to the amorphous SiCVD apparatus 12. In this CVD apparatus 12, plasma C is formed on the base film.
Amorphous Si is deposited to a desired film thickness, for example, 500 Å by VD method or low pressure CVD method. Then, the glass substrate is transferred to one of the laser annealing devices 14 and 16. Laser annealing device 14 (16)
Then, the amorphous Si film on the glass substrate is melted and recrystallized by the crystallization laser annealing method to be converted into a polycrystalline Si film. The structure and operation of the annealing device 14 (16) will be described in detail later. The glass substrate that has undergone the crystallization laser annealing process is transferred to one of the cassette chambers 20 and 22 and housed in the cassette.

【0027】なお、システムの各部および全体の動作を
制御するためにコントローラ(図示せず)が設けられて
いる。また、アモルファスSiCVD装置12で成膜さ
れるアモルファスSiの膜中に水素が相当含まれる場合
は、脱水素化用のアニール装置(図示せず)も設けられ
てよい。
A controller (not shown) is provided to control the operation of each part and the whole of the system. Further, when the amorphous Si film formed by the amorphous SiCVD apparatus 12 contains a considerable amount of hydrogen, an annealing apparatus (not shown) for dehydrogenation may be provided.

【0028】後述するように、このシステムでは、レー
ザアニール装置14,16で形成される多結晶Si膜の
移動度について非接触式でin-situのモニタリングを行
い、不良品と判定した基板にインラインで結晶化レーザ
アニール工程を再実施できるようになっている。その場
合、当該アニール装置14(16)内で結晶化レーザア
ニール工程を繰り返してもよく、いったんトランスファ
チャンバ10に搬出してから別のアニール装置16(1
4)へ移して2度目の結晶化レーザアニール工程を行っ
てもよい。
As will be described later, in this system, the mobility of the polycrystalline Si film formed by the laser annealing devices 14 and 16 is monitored in-situ in a non-contact manner, and the in-line is determined on the substrate judged to be defective. The crystallization laser annealing step can be performed again in. In that case, the crystallization laser annealing step may be repeated in the annealing device 14 (16), and once the crystallization laser annealing process is carried out to the transfer chamber 10, another annealing device 16 (1) is performed.
It may move to 4) and may perform the crystallization laser annealing process of the 2nd time.

【0029】また、このシステムでは、各チャンバ、各
装置(10〜22)毎に独立的な処理空間、搬送空間ま
たは保管空間を形成できるだけでなく、カセットチャン
バ20,22を除いてシステム内の各部が外気からほぼ
完全に遮断されているため、ガラス基板やSi膜上への
パーティクルの付着を可及的に防止することができる。
特に、アモルファスSiCVD装置12におけるアモル
ファスSi膜形成工程からレーザアニール装置14(1
6)における結晶化レーザアニール工程つまり多結晶S
i膜形成工程へインラインで安全かつ迅速に移行できる
ため、低温プロセス法の信頼性を保証することができ
る。
Further, in this system, it is possible not only to form an independent processing space, transfer space or storage space for each chamber and each device (10-22), but also for each part in the system except the cassette chambers 20 and 22. Since it is almost completely shielded from the outside air, it is possible to prevent particles from adhering to the glass substrate or the Si film as much as possible.
Particularly, from the amorphous Si film forming step in the amorphous SiCVD apparatus 12, the laser annealing apparatus 14 (1
6) Crystallization laser annealing step, that is, polycrystalline S
Since the i-film forming process can be safely and quickly transferred in-line, the reliability of the low temperature process method can be guaranteed.

【0030】図2に、この実施態様におけるレーザアニ
ール装置14(16)内の主要な構成と移動度モニタ部
およびプロセス制御部の構成を示す。
FIG. 2 shows the main construction of the laser annealing apparatus 14 (16) and the construction of the mobility monitor and the process controller in this embodiment.

【0031】レーザアニール装置14(16)は、結晶
化レーザアニールを実施するために、結晶化アニール用
のレーザビームLAを発生するレーザ光源26と、被処
理基板としてのガラス基板Gを一定方向たとえば水平方
向に一定の速度で搬送する基板搬送部(図示せず)と、
レーザ光源26からのレーザビームLAを矩形状または
線状横の横断面を有するビームに成形または変換して搬
送途上のガラス基板Gの上面に導くレーザ光学系28
と、少なくとも後述するアニール用レーザ照射位置PA
付近に磁場を形成する磁場形成部(図示せず)とを備え
ている。
The laser annealing device 14 (16) provides a laser light source 26 for generating a laser beam LA for crystallization annealing and a glass substrate G as a substrate to be processed in a predetermined direction, for example, in order to perform the crystallization laser annealing. A substrate transfer unit (not shown) that transfers in a horizontal direction at a constant speed,
A laser optical system 28 that shapes or converts the laser beam LA from the laser light source 26 into a beam having a rectangular or linear transverse cross section and guides it to the upper surface of the glass substrate G during transportation.
And at least the laser irradiation position P A for annealing described later.
A magnetic field forming unit (not shown) that forms a magnetic field is provided in the vicinity.

【0032】レーザ光源26は、たとえばエキシマレー
ザ装置からなり、所定のパルス幅、パルスエネルギーお
よび所定の繰り返し周波数を有するパルスレーザビーム
LAを水平方向に出射する。レーザ光学系28は、レー
ザ光源26からのレーザビームLAを水平方向(図の紙
面に垂直な方向)に引き延ばすようにしてビーム横断面
を矩形状または線状にする光学レンズ30と、この光学
レンズ30からの線状ビームLAを基板搬送路上に設定
されたアニール用レーザ照射位置PAに向けて鉛直下方
に反射するミラー32とで構成されている。基板搬送部
は、後述するように移動度モニタ部34において基板搬
送路の下方に受光部40が配置される関係から、好まし
くは基板Gを部分接触で支持して水平方向に搬送する機
構を有してよい。
The laser light source 26 comprises, for example, an excimer laser device, and emits a pulse laser beam LA having a predetermined pulse width, pulse energy and a predetermined repetition frequency in the horizontal direction. The laser optical system 28 extends the laser beam LA from the laser light source 26 in the horizontal direction (direction perpendicular to the plane of the drawing), and an optical lens 30 having a rectangular or linear beam cross section, and this optical lens. The mirror 32 reflects the linear beam LA from 30 vertically downward toward the annealing laser irradiation position P A set on the substrate transport path. The substrate transport unit preferably has a mechanism for supporting the substrate G in partial contact and transporting it in the horizontal direction because the light receiving unit 40 is arranged below the substrate transport path in the mobility monitor unit 34 as described later. You can do it.

【0033】結晶化レーザアニールは次のようにして行
われる。レーザアニール装置14(16)に搬入された
ガラス基板Gには、アモルファスSiCVD装置12に
おける前工程つまりCVD工程によりアモルファスSi
膜が所定の厚みで堆積されている。該ガラス基板Gは、
基板搬送部によって図2に示すようにミラー32の真下
に設定されたレーザ照射位置PAを通る所定の搬送路ま
たは搬送ルート上を水平方向に一定速度で搬送される。
一方で、レーザ光源26よりアニール用のレーザ光LA
が発振出力され、レーザ光学系28のミラー32よりレ
ーザ照射位置P Aに向けて矩形状または線状の横横断面
を有するレーザ光LAが照射される。これにより、ガラ
ス基板G上のアモルファスSi膜(a−Si)はレーザ
照射位置PAにてレーザ光LAの照射を受け、その付近
の部分つまりレーザ照射部分が瞬時に溶融する。ガラス
基板Gが水平方向に移動しているので、アモルファスS
i膜(a−Si)のレーザエネルギーで溶融した部分は
短時間でレーザ照射位置P Aを過ぎて冷却され、冷却固
化する時に再結晶化して多結晶Siになる。基板全体に
ついてみると、アモルファスSi膜(a−Si)上でレ
ーザ照射位置PAまたはレーザ照射部分が相対的に基板
移動方向と反対方向に一定速度で移動して、基板前端側
から基板後端側へ向ってレーザアニールのスキャニング
が行われ、ガラス基板G上の全面に多結晶Si膜(p−
Si)が形成される。
Crystallization laser annealing is performed as follows.
Be seen. It was carried into the laser annealing device 14 (16)
For the glass substrate G, the amorphous SiCVD device 12
Amorphous Si by the pre-process of CVD
The film is deposited with a predetermined thickness. The glass substrate G is
Directly below the mirror 32 by the substrate transfer unit as shown in FIG.
Laser irradiation position P set toATo the specified transport path
Or, it is transported horizontally at a constant speed on the transport route.
On the other hand, the laser light LA for annealing from the laser light source 26
Is oscillated and output by the mirror 32 of the laser optical system 28.
Laser irradiation position P ARectangular or linear cross section towards
The laser light LA having By this,
The amorphous Si film (a-Si) on the substrate G is a laser
Irradiation position PAIrradiated with laser light LA at
The portion, that is, the laser irradiation portion, is instantly melted. Glass
Since the substrate G is moving in the horizontal direction, the amorphous S
The portion of the i film (a-Si) melted by the laser energy is
Laser irradiation position P in a short time AIs cooled past the
When crystallized, it is recrystallized to become polycrystalline Si. On the whole board
Looking at it, the amorphous silicon film (a-Si) is recorded on
Laser irradiation position PAOr the laser irradiation part is relatively the substrate
Moves at a constant speed in the opposite direction to the moving direction, and
Laser annealing scanning from the substrate to the rear edge of the substrate
Then, the polycrystalline Si film (p-
Si) is formed.

【0034】かかる結晶化レーザアニールにおいて、ガ
ラス基板G上に形成される多結晶Si膜の膜特性(特に
移動度)は結晶粒の大きさに依存し、レーザエネルギ
ー、基板移動速度、基板温度等が結晶粒に影響する主要
なプロセスパラメータとなる。この実施形態では、レー
ザアニール装置14(16)に移動度モニタ部34とプ
ロセス制御部44とが設けられており、移動度モニタ部
34がガラス基板G上に形成された多結晶Si膜(p−
Si)の移動度を算出し、プロセス制御部44が移動度
モニタ部34からのモニタ結果(移動度)に基づいて装
置内の各部を制御し、特にレーザ光源26や基板搬送部
等における上記プロセスパラメータを制御するようにな
っている。
In such crystallization laser annealing, the film characteristics (particularly the mobility) of the polycrystalline Si film formed on the glass substrate G depend on the size of the crystal grains, such as laser energy, substrate moving speed, substrate temperature, etc. Is the main process parameter that affects grain. In this embodiment, the laser annealing device 14 (16) is provided with a mobility monitor 34 and a process controller 44, and the mobility monitor 34 is a polycrystalline Si film (p) formed on the glass substrate G. −
Si) mobility is calculated, and the process control unit 44 controls each unit in the apparatus based on the monitor result (mobility) from the mobility monitoring unit 34. In particular, the process in the laser light source 26, the substrate transfer unit, and the like is performed. It is designed to control parameters.

【0035】この実施形態における移動度モニタ部34
は、アニール用レーザ照射位置PAの下流側で基板搬送
路の上方に配置された発光部36および反射光受光部3
8と、基板搬送路の下方に配置された透過光受光部40
と、両受光部38,40の出力信号から測定対象の半導
体薄膜(この実施形態では多結晶Si膜)の移動度を算
出する移動度算出部42とを有する。
The mobility monitor 34 in this embodiment
Is a light emitting unit 36 and a reflected light receiving unit 3 which are arranged on the downstream side of the annealing laser irradiation position P A and above the substrate transport path.
8 and a transmitted light receiving portion 40 arranged below the substrate transport path.
And a mobility calculator 42 that calculates the mobility of the semiconductor thin film (polycrystalline Si film in this embodiment) to be measured from the output signals of both the light receivers 38 and 40.

【0036】発光部36は、基板搬送路上に設定された
移動度モニタリング位置PMに向けて斜め下方に移動度
モニタリング用の所定の波長および所定または既知の光
強度を有するレーザビームLMを出射する発光素子たと
えば半導体レーザを含んでいる。図示省略するが、該発
光素子より出射されたレーザビームLMを移動度モニタ
リング位置PM付近に集光させるための集光レンズを設
けてよい。
The light emitting section 36 emits a laser beam LM having a predetermined wavelength and a predetermined or known light intensity for mobility monitoring, obliquely downward toward the mobility monitoring position P M set on the substrate transport path. It includes a light emitting device such as a semiconductor laser. Although not shown, a condenser lens for condensing the laser beam LM emitted from the light emitting element near the mobility monitoring position P M may be provided.

【0037】反射光受光部38は、移動度モニタリング
位置PMでレーザビームLMの反射する方位、つまりレ
ーザビームLMの進行方向と移動度モニタリング位置P
Mの法線とを含む面内でレーザビームLMの入射角と等
しい反射角の方位に配置された受光素子たとえばフォト
ダイオードを有している。該受光素子は、移動度モニタ
リング位置PMからの反射光LMRを受光してその光強度
に応じた電気信号つまり反射光検出信号SRを出力す
る。この反射光検出信号SRは移動度算出部42に入力
される。なお、移動度モニタリング位置PMからの反射
光LMRを該受光素子に集光入射させるための集光レン
ズ(図示せず)を設けてよい。
The reflected light receiving unit 38 receives the azimuth where the laser beam LM is reflected at the mobility monitoring position P M , that is, the traveling direction of the laser beam LM and the mobility monitoring position P.
It has a light receiving element, for example, a photodiode, which is arranged in an azimuth having a reflection angle equal to the incident angle of the laser beam LM in a plane including the normal line of M. The light receiving element receives the reflected light LM R from the mobility monitoring position P M and outputs an electric signal corresponding to the light intensity, that is, a reflected light detection signal S R. The reflected light detection signal S R is input to the mobility calculator 42. A condenser lens (not shown) for converging the reflected light LM R from the mobility monitoring position P M on the light receiving element may be provided.

【0038】透過光受光部40は、基板搬送路を挟んで
発光部36の発光素子と対向する位置に配置された受光
素子たとえばフォトダイオードを有している。該受光素
子は、移動度モニタリング位置PMからの透過光LMT
受光してその光強度に応じた電気信号つまり透過光検出
信号STを出力する。この透過光検出信号STは移動度算
出部42に入力される。透過光受光部40においても、
移動度モニタリング位置PMからの透過光LMTを受光素
子に集光入射させるための集光レンズ(図示せず)を設
けてよい。
The transmitted light receiving portion 40 has a light receiving element, for example, a photodiode, which is arranged at a position facing the light emitting element of the light emitting portion 36 with the substrate transport path interposed therebetween. Photodetection element outputs an electrical signal, that the transmitted light detection signal S T corresponding to the light intensity by receiving the transmitted light LM T from mobility monitoring position P M. The transmitted light detection signal S T is input to the mobility calculator 42. Also in the transmitted light receiving section 40,
A condenser lens (not shown) may be provided for causing the incident light converging the transmitted light LM T from mobility monitoring position P M on the light receiving element.

【0039】図示の例では、発光部36、反射光受光部
38および透過光受光部40の三者を基板移動方向と平
行な面内に配置しているが、このような配置構成に限定
されるものではなく、たとえば基板移動方向と直交する
面内に配置してもよい。
In the illustrated example, the light emitting section 36, the reflected light receiving section 38, and the transmitted light receiving section 40 are arranged in a plane parallel to the substrate moving direction, but the arrangement is not limited to this. It may be arranged, for example, in a plane orthogonal to the substrate moving direction, instead of the one.

【0040】移動度算出部42は、反射光受光部38か
らの反射光検出信号SRと透過光受光部40からの透過
光検出信号STとを入力して、それらの信号SR,ST
値からガラス基板G上に形成されている多結晶Si膜
(p−Si)の移動度を求める。移動度算出部42は、
演算回路またはマイクロコンピュータで構成されてよ
く、図3に示すように、機能的には反射率演算部50、
透過率演算部52、屈折率/吸収係数(消衰係数)演算
部54、移動度演算部56、補正移動度演算部58およ
び係数/定数設定部60を有している。係数/定数設定
部60は、各演算部50〜58に所要の係数または定数
を与える。
The mobility calculating section 42 inputs the reflected light detection signal S R from the reflected light receiving section 38 and the transmitted light detection signal S T from the transmitted light receiving section 40, and outputs these signals S R , S. The mobility of the polycrystalline Si film (p-Si) formed on the glass substrate G is obtained from the value of T. The mobility calculation unit 42
It may be composed of an arithmetic circuit or a microcomputer, and as shown in FIG.
It has a transmittance calculator 52, a refractive index / absorption coefficient (extinction coefficient) calculator 54, a mobility calculator 56, a corrected mobility calculator 58, and a coefficient / constant setting unit 60. The coefficient / constant setting unit 60 gives a required coefficient or constant to each of the arithmetic units 50 to 58.

【0041】反射率演算部50は、入力した反射光検出
信号SRの値から移動度モニタリング位置PMにおける反
射光の光強度(測定値または換算値)を演算し、照射レ
ーザビームLMの光強度に対する反射光の光強度の比率
を求めてこれを反射率Rとする。
The reflectance calculator 50 calculates the light intensity (measured value or converted value) of the reflected light at the mobility monitoring position P M from the value of the input reflected light detection signal S R , and the light of the irradiation laser beam LM is calculated. The ratio of the light intensity of the reflected light to the intensity is obtained, and this is taken as the reflectance R.

【0042】透過率演算部52は、入力した透過光検出
信号STの値から移動度モニタリング位置PMにおける透
過光の光強度(測定値または換算値)を演算し、照射レ
ーザビームLMの光強度に対する透過光の光強度の比率
を求めてこれを透過率Tとする。なお、透過光受光部4
0に受光または検出される透過光LMTは多結晶Si膜
(p−Si)だけでなく酸化膜およびガラス基板Gを透
過したものであるので、係数/定数設定部60より与え
られる所定の補正値でその分の誤差を補償する。
The transmittance calculator 52 calculates the light intensity (measured value or converted value) of the transmitted light at the mobility monitoring position P M from the value of the input transmitted light detection signal S T , and calculates the light of the irradiation laser beam LM. The ratio of the light intensity of the transmitted light to the intensity is obtained, and this is taken as the transmittance T. The transmitted light receiving section 4
Transmitted light LM T that is received or detected zero because those transmitted through the polycrystalline Si film (p-Si) oxide film as well and the glass substrate G, a predetermined given from the coefficient / constant setting section 60 corrects The value compensates for the error.

【0043】屈折率/吸収係数(消衰係数)演算部54
は、反射率演算部50および透過率演算部52でそれぞ
れ求められた反射率Rおよび透過率Tを基に下記の式
(1),(2)を演算してガラス基板G上の多結晶Si膜(p
−Si)における屈折率nおよび吸収係数α(または消
衰係数k)を求める。 n=[(2R+2)+{(2R+2)2-4(1-R)2(1+(αλ/4π)2)}1/2] /(1-R) ‥‥(1) α=-(1/d)ln[{-(1-R)2+((1-R)4+4R2T2-1}/(2R2T)] ‥‥(2) ここで、dは多結晶Si膜(p−Si)の膜厚、λはレ
ーザビームLMの波長である。
Refractive index / absorption coefficient (extinction coefficient) calculator 54
Is the following equation based on the reflectance R and the transmittance T obtained by the reflectance calculation unit 50 and the transmittance calculation unit 52, respectively.
By calculating (1) and (2), the polycrystalline Si film (p
The refractive index n and absorption coefficient α (or extinction coefficient k) in -Si) are obtained. n = [(2R + 2) + {(2R + 2) 2 -4 (1-R) 2 (1+ (αλ / 4π) 2 )} 1/2 ] / (1-R) ‥‥‥ (1) α =-(1 / d) ln [{-(1-R) 2 + ((1-R) 4 + 4R 2 T 2 ) -1 } / (2R 2 T)] ・ ・ ・ (2) where d is the film thickness of the polycrystalline Si film (p-Si), and λ is the wavelength of the laser beam LM.

【0044】消衰係数kは吸収係数αと線形関係つまり
実質的に等価な関係にあり、cを光速度、ωをレーザビ
ームLMの角周波数として下記の式(3)で与えられる。 k=(c/2ω)α ‥‥(3)
The extinction coefficient k has a linear relationship, that is, a substantially equivalent relationship with the absorption coefficient α, and is given by the following equation (3), where c is the light velocity and ω is the angular frequency of the laser beam LM. k = (c / 2ω) α ··· (3)

【0045】上記の式(1),(2)は下記の式(4),(5)から導
かれる。 R={(n-1)2+k2}/{(n+1)2+k2} ‥‥(4) T={(1-R)2exp(-αd)}/{1-R2exp(-2αd)} ‥‥(5)
The above equations (1) and (2) are derived from the following equations (4) and (5). R = {(n-1) 2 + k 2 } / {(n + 1) 2 + k 2 } ... (4) T = {(1-R) 2 exp (-αd)} / {1-R 2 exp (-2αd)} (5)

【0046】すなわち、反射率Rおよび透過率Tは上記
の式(4),(5)のようにnとk(α)で表されるので、n
とk(α)についてこの連立二元方程式(4),(5)を解く
ことによって、上記の式(1),(2)が導かれる。なお、上
式(4),(5)は厳密には垂直入射の場合であるが、斜め入
射の場合にも準用(近似)できる。
That is, since the reflectance R and the transmittance T are represented by n and k (α) as in the above equations (4) and (5), n
By solving these simultaneous binary equations (4) and (5) for k and (k), the above equations (1) and (2) are derived. Strictly speaking, the above equations (4) and (5) are applied to the case of vertical incidence, but can be applied mutatis mutandis (approximate) to the case of oblique incidence.

【0047】移動度演算部56は、屈折率/吸収係数
(消衰係数)演算部54で求められた屈折率nおよび吸
収係数α(消衰係数k)を基に下記の式(6)を演算して
ガラス基板G上の多結晶Si膜(p−Si)における移
動度μを求める。 μ=cnα/4πenf ‥‥(6) ここで、eは電子素量、nfは多結晶Si膜(p−S
i)の自由電子密度(定数)である。
The mobility calculator 56 calculates the following equation (6) based on the refractive index n and the absorption coefficient α (extinction coefficient k) obtained by the refractive index / absorption coefficient (extinction coefficient) calculator 54. By calculation, the mobility μ in the polycrystalline Si film (p-Si) on the glass substrate G is obtained. μ = cnα / 4πen f (6) where e is the electron element content and n f is the polycrystalline Si film (p−S
i) Free electron density (constant).

【0048】自由電子密度nfは下記の式(7)で与えられ
てよい。 nf=me(wp2/4πe2 ‥‥(7) ただし、meは電子質量、wpはプラズマ振動数である。
たとえば、プラズマ振動数wpを0.38μm(波長換
算値)とすると、nf=1.13E20/cm3である。
The free electron density n f may be given by the following equation (7). n f = m e (w p ) 2 / 4πe 2 (7) where m e is the electron mass and w p is the plasma frequency.
For example, if the plasma frequency w p is 0.38 μm (wavelength conversion value), then n f = 1.13E 20 / cm 3 .

【0049】補正移動度演算部58は、移動度モニタリ
ング位置PMにおける多結晶Si膜(p−Si)におい
てレーザビームLMの入射による温度上昇分ひいては自
由電子密度nfの変化分による移動度μの誤差を補正ま
たはキャンセルするものであり、下記の式(8)を演算し
て補正移動度μCを求める。 μC=μ−A(Eλ−B)3/2 ‥‥(8) ここで、Aは比例定数、Eλは波長λのエネルギー換算
値(定数)、Bはオフセット定数である。
The corrected mobility calculating unit 58 calculates the mobility μ due to the temperature rise of the polycrystalline Si film (p-Si) at the mobility monitoring position P M due to the incidence of the laser beam LM and thus the change in the free electron density n f. The error of is corrected or canceled, and the corrected mobility μ C is obtained by calculating the following formula (8). μ C = μ−A (E λ −B) 3/2 (8) where A is a proportional constant, E λ is an energy conversion value (constant) of wavelength λ, and B is an offset constant.

【0050】Eλは下記の式(9)で与えられてよい。 Eλ=hc/λ ‥‥(9) ただし、hはプランク定数である。E λ may be given by equation (9) below. E λ = hc / λ (9) where h is Planck's constant.

【0051】上記のようにして、移動度モニタ部34
は、反射光受光部38からの反射光検出信号SRと透過
光受光部40からの透過光検出信号STとに基づいて所
定の演算を行うことより(特に上記の式(1),(2),(6)を
演算することにより)、ガラス基板G上で形成された直
後の多結晶Si膜(p−Si)の移動度を算出する。
As described above, the mobility monitor 34
By performing a predetermined calculation based on the reflected light detection signal S R from the reflected light receiving unit 38 and the transmitted light detection signal S T from the transmitted light receiving unit 40 (in particular, the above equations (1), ( 2) and (6) are calculated) to calculate the mobility of the polycrystalline Si film (p-Si) immediately after being formed on the glass substrate G.

【0052】プロセス制御部44は、移動度モニタ部3
4で算出された移動度μCが所定の移動度許容範囲内に
あるか否かを検査し、許容範囲内であれば良品と判定し
て次工程へ回す。このシステムでは結晶化レーザアニー
ルが最終工程なので、良品と判定されたガラス基板Gは
トランスファチャンバ10経由でカセットチャンバ2
0,22のいずれか1つに送られる。移動度μCが許容
範囲から外れている場合、プロセス制御部44は移動度
μCが許容範囲内に収まるようにプロセスパラメータを
適宜変更して、上記のような結晶化レーザアニール工程
を再実施させる。たとえば、移動度μCが許容範囲より
も小さいときは、アニール用レーザビームLAのパルス
エネルギーを上げるか、ガラス基板Gの走査移動速度を
下げる(冷却をゆっくりする)等のパラメータ制御を行
ってよい。反対に、移動度μCが許容範囲よりも大きい
ときは、アニール用レーザビームLAのパルスエネルギ
ーを下げるか、ガラス基板Gの走査移動速度を上げる
(冷却を速める)等のパラメータ制御を行ってよい。
The process control unit 44 includes the mobility monitor unit 3
It is inspected whether or not the mobility μ C calculated in 4 is within a predetermined mobility allowable range, and if it is within the allowable range, it is judged as a non-defective product and the process is passed to the next step. Since the crystallization laser annealing is the final step in this system, the glass substrate G judged as a good product is transferred to the cassette chamber 2 via the transfer chamber 10.
It is sent to any one of 0 and 22. If the mobility μ C is out of the allowable range, the process control unit 44 appropriately changes the process parameters so that the mobility μ C falls within the allowable range, and re-executes the crystallization laser annealing step as described above. Let For example, when the mobility μ C is smaller than the allowable range, parameter control such as increasing the pulse energy of the annealing laser beam LA or decreasing the scanning movement speed of the glass substrate G (slow cooling) may be performed. . On the contrary, when the mobility μ C is larger than the allowable range, the pulse energy of the annealing laser beam LA may be lowered, or the scanning movement speed of the glass substrate G may be increased (the cooling speed may be increased). .

【0053】結晶化レーザアニールを再実施した場合
も、移動度モニタ部34がガラス基板G上に再形成され
た多結晶Si膜(p−Si)の移動度を上記と同様の移
動度モニタリングによって算出する。そして、プロセス
制御部44は移動度を再検査し、検査結果が再度不良で
あったときは、結晶粒径制御工程に費やす費用がガラス
基板Gの回収から得られる費用を下回る限り、上記の手
順を繰り返してよい。
Even when the crystallization laser annealing is re-executed, the mobility monitor 34 determines the mobility of the polycrystalline Si film (p-Si) re-formed on the glass substrate G by the same mobility monitoring as above. calculate. Then, the process control unit 44 re-inspects the mobility, and when the inspection result is again defective, as long as the cost spent for the crystal grain size control step is less than the cost obtained from the recovery of the glass substrate G, the above procedure May be repeated.

【0054】このように、この実施形態では、レーザア
ニール装置14,16内に多結晶Si膜の移動度を非接
触式かつin-situで算出する移動度モニタリング機能を
搭載し、多結晶Si膜の移動度をフィードバックして多
結晶レーザアニールのプロセスを制御するようにしてい
るので、ガラス基板G上に所望の結晶粒径を有する多結
晶Si膜を高い歩留まりで得ることができる。なお、移
動度モニタ部34をレーザアニール装置14,16の外
に、たとえばトランスファチャンバ10内に設けること
も可能である。
As described above, in this embodiment, the laser annealing apparatus 14, 16 is provided with a mobility monitoring function for calculating the mobility of the polycrystalline Si film in a non-contact manner and in-situ, and the polycrystalline Si film is Since the process of the polycrystalline laser annealing is controlled by feeding back the mobility of C.sub.2, a polycrystalline Si film having a desired crystal grain size can be obtained on the glass substrate G with a high yield. The mobility monitor 34 may be provided outside the laser annealing devices 14 and 16, for example, inside the transfer chamber 10.

【0055】ここで、この実施形態の移動度モニタ部3
4において移動度μCを算出するために上記の演算式、
特に(6)を用いる理論を説明する。この実施形態では、
上記のように移動度モニタリング位置PMにて多結晶S
i膜(p−Si)にレーザビームLMを照射する。多結
晶Si膜(p−Si)においてレーザビームLMは電磁
波として伝搬するので、その電磁波伝搬特性は下記の式
(10)のようなマクスウェルの方程式(cgs単位)によ
って表される。 rotH=(4πi+δD/δt)/c ‥‥(10) ただし、Hは磁界である。
Here, the mobility monitor unit 3 of this embodiment is used.
4 above, the above equation for calculating the mobility μ C ,
In particular, the theory using (6) will be explained. In this embodiment,
As described above, at the mobility monitoring position P M, the polycrystalline S
The i-film (p-Si) is irradiated with the laser beam LM. Since the laser beam LM propagates as an electromagnetic wave in the polycrystalline Si film (p-Si), its electromagnetic wave propagation characteristic is represented by the following formula.
It is represented by Maxwell's equation (cgs unit) like (10). rotH = (4πi + δD / δt) / c (10) However, H is a magnetic field.

【0056】電流iおよび電束密度Dはそれぞれ下記の
式(11),(12)のように電界Eで表される。 i=σE ‥‥(11) D=εE ‥‥(12) ここで、σおよびεは多結晶Si膜(p−Si)の電気
伝導度および誘電率である。
The current i and the electric flux density D are represented by the electric field E as in the following equations (11) and (12). i = σE (11) D = εE (12) where σ and ε are the electric conductivity and dielectric constant of the polycrystalline Si film (p-Si).

【0057】上記の式(11),(12)を上記の式(10)に代入
して両辺を時間微分すると、下記の式(13)が得られる。 ∇2E=-(μm/c2){4πσ(δE/δt)+ε(δ2E/δt2)}‥‥(13) ただし、μmは多結晶Si膜(p−Si)の透磁率であ
る。
By substituting the above equations (11) and (12) into the above equation (10) and time-differentiating both sides, the following equation (13) is obtained. ∇ 2 E =-(μ m / c 2 ) {4πσ (δE / δt) + ε (δ 2 E / δt 2 )} (13) However, μ m is the transparency of the polycrystalline Si film (p-Si). Magnetic susceptibility.

【0058】このように、固体(p−Si)における電
磁波伝搬特性から導かれる上記の式(13)の中に誘電率ε
と電気伝導度σの関係が現れる。
Thus, the dielectric constant ε is included in the above equation (13) derived from the electromagnetic wave propagation characteristics in solid (p-Si).
And the electrical conductivity σ appears.

【0059】誘電率εは、下記の式(14),(15)のよう
に、厳密には複素誘電率(ε1−iε2)であるととも
に、複素屈折率n-の二乗n- 2に等しい。また、複素屈
折率n-の二乗n- 2は下記の式(16)のように屈折率nと
消衰係数kとで表される。 ε=ε1−iε2 ‥‥(14) ε=n- 2 ‥‥(15) n- 2=(n2−k2)+i2nk ‥‥(16)
Strictly speaking, the permittivity ε is a complex permittivity (ε 1 −i ε 2 ) as expressed by the following equations (14) and (15), and the complex refractive index n squared to n 2 equal. Moreover, the complex refractive index n - square n of - 2 is expressed by the refractive index n and extinction coefficient k as in Equation (16) below. ε = ε 1 −i ε 2・ ・ ・ (14) ε = n 2・ ・ ・ (15) n 2 = (n 2 −k 2 ) + i 2 nk ・ ・ ・ (16)

【0060】これらの関係式(14),(15),(16)を上記の式
(13)に代入すると、下記の式(17)が得られる。 ∇2E=−(μm/c2)[4πσ(δE/δt)+{(n2−k2) +2nki}(δ2E/δt2)] ‥‥(17)
These relational expressions (14), (15), and (16) are converted into the above equations.
Substituting into (13), the following equation (17) is obtained. ∇ 2 E = − (μ m / c 2 ) [4πσ (δE / δt) + {(n 2 −k 2 ) + 2nki} (δ 2 E / δt 2 )] (17)

【0061】Eの一般解は下記の式(18)で表される。 E=(1/A)Eoexp[i{ω(t−A/c)+φo}] ‥‥(18)A general solution of E is expressed by the following equation (18).     E = (1 / A) Eoexp [i {ω (t-A / c) + φo}] (18)

【0062】上記の式(17),(18)を時間微分すると1回
あたりiω積がEに付き、その係数虚数部を両辺等しい
として、下記の式(19)が得られる。 0=(4πσ(iω)+(2nki)(iω)(iω) ∴ 0=iω(4πσ−2nkω) ∴ σ=2nkω/4π ‥‥(19)
When the above equations (17) and (18) are differentiated with respect to time, the iω product per time is attached to E, and the imaginary part of the coefficient is equal on both sides, and the following equation (19) is obtained. 0 = (4πσ (iω) + (2nki) (iω) (iω) ∴ 0 = iω (4πσ-2nkω) ∴σ = 2nkω / 4π (19)

【0063】消衰係数kと吸収係数αとの間には上記の
式(3)の関係つまりk=(c/2ω)αの関係があるか
ら、上記の式(19)は下記の式(20)と等価である。 σ=cnα/4π ‥‥(20)
Since the extinction coefficient k and the absorption coefficient α have the relationship of the above expression (3), that is, the relationship of k = (c / 2ω) α, the above expression (19) is expressed by the following expression ( It is equivalent to 20). σ = cnα / 4π (20)

【0064】一方、固体中において電気伝導度σと移動
度μとの間には下記の式(21)の関係がある。 σ=enfμ ‥‥(21)
On the other hand, there is a relation of the following equation (21) between the electric conductivity σ and the mobility μ in the solid. σ = en f μ ‥‥‥ (21)

【0065】上記の式(20),(21)からσを消去すると、
移動度μについて上記の式(6)が得られる。
If σ is eliminated from the above equations (20) and (21),
Equation (6) above is obtained for the mobility μ.

【0066】ところで、上記のような本発明の移動度モ
ニタリングに用いる光ビームの最適な波長は測定対象と
なる半導体薄膜の材質に応じて異なるが、本発明者はこ
の実施形態のような多結晶Si膜に対するモニタリング
用光ビームの波長は0.2μm〜0.4μmの範囲内が
好ましく、特に0.3μm付近が最も有効であることを
見出した。
By the way, the optimum wavelength of the light beam used for the mobility monitoring of the present invention as described above varies depending on the material of the semiconductor thin film to be measured. It has been found that the wavelength of the monitoring light beam with respect to the Si film is preferably in the range of 0.2 μm to 0.4 μm, and particularly, around 0.3 μm is most effective.

【0067】図4〜図7に示すグラフは、本発明におい
て移動度モニタリング用の光ビーム(レーザビームL
M)の波長を0.25μm〜1.0μmの範囲内で変え
たときに得られる各光学特性および移動度の対波長特性
をシミュレーションで求めたものである。
The graphs shown in FIGS. 4 to 7 are light beams (laser beam L) for mobility monitoring in the present invention.
The optical characteristics and the mobility versus wavelength characteristics obtained when the wavelength of M) is changed within the range of 0.25 μm to 1.0 μm are obtained by simulation.

【0068】図示のように、レーザビームLMの波長が
0.5μm付近より短くなるにつれて、各特性値が大き
く変化し、特に透過率Tが著しく減少して0.4μm付
近からは0近辺まで小さくなり、一方で屈折率nや吸収
率(1−R−T)は増大してからいったん下がってはま
た上がり、極大ピークと極小ピークを繰り返す(図4、
図5、図6)。この特性は典型的な誘電分散の特徴であ
り、電子分極が追いつかなくなるためと考えられる。い
ずれにしても、波長0.25μm〜0.4μmの範囲内
で有意の移動度モニタ値が得られ、特に0.3μm近傍
で実測値に近い値(約100cm2/Vsec)を示す顕著
なピーク値が得られる(図7)。図示のシミュレーショ
ンにおける最短波長は0.25μmであるが、少なくと
も0.20μm近辺までは有意の移動度モニタ値が得ら
れるものと考えられる。なお、波長を短くしていくと、
レーザビームLMのエネルギーで自由電子密度が(温
度) 3/2または(1/波長)3/2に比例して急激に上昇す
ることから、その分の移動度増加分を上記式(8)のよう
に補正値A(Eλ−B)3/2によってキャンセルしてい
る(図7)。図示の例では、A=7、B=2としてい
る。
As shown in the figure, the wavelength of the laser beam LM is
The characteristic values increase as the length becomes shorter than around 0.5 μm.
Change, especially the transmittance T is remarkably reduced and 0.4 μm
From near, it decreases to around 0, while the refractive index n and absorption
The rate (1-R-T) increases and then decreases.
It rises and repeats the maximum and minimum peaks (Fig. 4,
5 and 6). This property is a characteristic of typical dielectric dispersion.
It is thought that this is because the electronic polarization cannot catch up. I
Even if it is displaced, the wavelength is within the range of 0.25 μm to 0.4 μm
Shows a significant mobility monitor value, especially around 0.3 μm
A value close to the actual measured value (about 100 cm2/ Vsec)
Peak values are obtained (Fig. 7). The simulation shown
The shortest wavelength is 0.25 μm, but at least
Also, a significant mobility monitor value was obtained up to around 0.20 μm.
It is thought to be done. In addition, when the wavelength is shortened,
The energy of the laser beam LM changes the free electron density (temperature
Every time) 3/2Or (1 / wavelength)3/2Rises rapidly in proportion to
Therefore, the increase in mobility is calculated as shown in equation (8).
Correction value A (Eλ-B)3/2Canceled by
(Fig. 7). In the illustrated example, A = 7 and B = 2.
It

【0069】次に、この実施形態において、結晶化レー
ザアニールに用いられるレーザ光LAの波長について好
ましい態様を説明する。
Next, in this embodiment, a preferable mode of the wavelength of the laser beam LA used for the crystallization laser annealing will be described.

【0070】図8に、TFT用ガラス基板の代表的な透
過率の対波長特性(コーニング社の1737の特性)を
示す。図8の特性から明らかなように、TFT用ガラス
基板にあっては、波長0.4μm〜2.5μmの範囲内
で透過率が1.0に近い飽和値を示し、0.4μmより
短いか2.5μmよりも長い波長領域では透過率は著し
く低下する。つまり、0.4μm〜2.5μmの波長領
域を用いると、ガラス基板に入射しても殆ど吸収されず
に透過するので、ガラス基板の損傷や劣化を来すおそれ
はない。一方、図9に示す放射率(吸収率)の対波長特
性のデータから明らかなように、1.0μmよりも長い
波長領域では多結晶Siの放射率(吸収率)は著しく低
下し、アモルファスSiの放射率(吸収率)も同様の特
性を示すものと考えられる。したがって、レーザ光LA
がアモルファスSi膜を透過してガラス基板に入射しや
すいアプリケーションにおいては、アニール用レーザ光
LAの波長を0.4μm〜1.0μmの範囲内に選ぶこ
とが好ましく、これによってアモルファスSi膜におけ
るレーザエネルギーの吸収効率を確保しつつガラス基板
の損傷または劣化を効果的に防止することができる。
FIG. 8 shows typical transmittance-wavelength characteristics (characteristic of Corning 1737) of the glass substrate for TFT. As is clear from the characteristics of FIG. 8, in the TFT glass substrate, the transmittance shows a saturation value close to 1.0 within the wavelength range of 0.4 μm to 2.5 μm, and is less than 0.4 μm. The transmittance remarkably decreases in the wavelength region longer than 2.5 μm. That is, when the wavelength region of 0.4 μm to 2.5 μm is used, even if the light enters the glass substrate, the light hardly penetrates and is transmitted, so that the glass substrate is not likely to be damaged or deteriorated. On the other hand, as is clear from the data of the emissivity (absorptivity) versus wavelength characteristics shown in FIG. 9, the emissivity (absorptivity) of polycrystalline Si is remarkably reduced in the wavelength region longer than 1.0 μm, and amorphous Si It is considered that the emissivity (absorption rate) of s. Therefore, the laser light LA
In an application in which is likely to pass through the amorphous Si film and enter the glass substrate, it is preferable to select the wavelength of the annealing laser light LA within the range of 0.4 μm to 1.0 μm. It is possible to effectively prevent the glass substrate from being damaged or deteriorated while ensuring the absorption efficiency.

【0071】また、図10に示す透過率の対波長特性の
データから、0.4μm〜1.0μmの波長に対しては
溶融(液化)Siが良好な反射率を示すことがわかる。
つまり、アモルファスSiがレーザエネルギーにより溶
けて液状Siに変わると、レーザ光LAの反射が増して
ガラス基板側への透過量が減少する。したがって、膜の
表層付近を重点的に溶融させるアプリケーションに有利
である。
Further, it can be seen from the data of the transmittance versus wavelength characteristic shown in FIG. 10 that molten (liquefied) Si exhibits a good reflectance for a wavelength of 0.4 μm to 1.0 μm.
That is, when the amorphous Si is melted by the laser energy and changed into liquid Si, the reflection of the laser light LA is increased and the amount of transmission to the glass substrate side is decreased. Therefore, it is advantageous for an application in which the vicinity of the surface layer of the film is melted intensively.

【0072】別の観点からみると、溶融(液化)Siに
おいてはプラズマ周波数近傍またはそれよりも短い波長
領域になると、反射率が著しく低下し(図10)、吸収
率が著しく高くなる。したがって、アモルファスSiか
ら液状Siに変じた後も溶融状態を深層まで十全または
確実に得ることが望まれるアプリケーションにおいて
は、レーザ光LAの波長をプラズマ周波数の近傍あるい
はそれよりも短い波長領域を選択すればよい。
From another point of view, in molten (liquefied) Si, the reflectance is remarkably lowered (FIG. 10) and the absorptance is remarkably increased in the vicinity of the plasma frequency or in a wavelength region shorter than the plasma frequency. Therefore, in an application in which it is desired to obtain a molten state fully or surely to the deep layer even after changing from amorphous Si to liquid Si, the wavelength range of the laser light LA is selected in the vicinity of the plasma frequency or in a shorter wavelength range. do it.

【0073】次に、この実施形態において、結晶化レー
ザアニールに好適な磁場の印加方法を説明する。
Next, a method of applying a magnetic field suitable for crystallization laser annealing in this embodiment will be described.

【0074】図11および図12に、一実施例による磁
場印加法を示す。図11の実施例では、一方の極性たと
えばN極の磁石62を基板Gの膜面(上面)側にてレー
ザ照射位置PAの下流側隣または多結晶Si膜(p−S
i)寄りに配置するとともに、S極の磁石64を基板G
の裏面(下面)側にてレーザ照射位置PAの中心側また
はアモルファスSi膜(p−Si)寄りに配置し、両磁
石62,64の間に形成される磁場Bをレーザ照射位置
Aの下流側または多結晶Si膜(p−Si)側にオフ
セットさせている。図12の実施例では、基板Gの膜面
(上面)側にてレーザ照射位置PAの下流側隣または多
結晶Si膜(p−Si)寄りにN極とS極とを有する磁
石66を配置し、この磁石66のN極とS極との間に形
成される磁場を多結晶Si膜(p−Si)側の凝固界面
付近に局所的に印加している。
11 and 12 show a magnetic field application method according to one embodiment. In the embodiment of FIG. 11, the magnet 62 of one polarity, for example, N pole, is provided on the film surface (upper surface) side of the substrate G on the downstream side of the laser irradiation position P A or in the polycrystalline Si film (p-S).
i) The magnet 64 with the south pole is placed close to the substrate G.
The back surface is disposed at (lower surface) side toward the center or amorphous Si film (p-Si) side of the laser irradiation position P A, the laser irradiation position P A magnetic field B formed between the magnets 62 and 64 It is offset to the downstream side or the polycrystalline Si film (p-Si) side. In the embodiment of FIG. 12, a magnet 66 having an N pole and an S pole is provided on the film surface (upper surface) side of the substrate G adjacent to the downstream side of the laser irradiation position P A or near the polycrystalline Si film (p-Si). The magnetic field formed between the N-pole and the S-pole of the magnet 66 is locally applied near the solidification interface on the polycrystalline Si film (p-Si) side.

【0075】レーザ照射位置PAに生成される溶融Si
領域(m−Si)においては凝固界面付近に自然対流に
よる渦Qa,Qbが発生し、冷却過程における再結晶化で
は界面付近の渦Qaによって結晶の粗粒化が阻害されや
すい。そのような凝固界面付近における溶融Siの渦Q
aを無くすには基板移動方向と平行なベクトル成分を有
する磁場が好適である。しかし、アモルファスSi膜
(a−Si)側の凝固界面付近において発生する溶融S
iの渦Qbは結晶の粗粒化に特に影響するわけではな
く、むしろ膜の深層まで十全に溶融させる上では望まし
いことから、磁場の作用をできるだけ受けない方が好ま
しい。
Molten Si produced at the laser irradiation position P A
Area (m-Si) Vortex Q a by natural convection in the vicinity of the solidification interface in, Q b is generated, likely grain coarsening of the crystal by eddy Q a in the vicinity of the interface is inhibited in the recrystallization during the cooling process. Vortex Q of molten Si near such solidification interface
magnetic field having a parallel vector component and the substrate moving direction to eliminate a is preferable. However, the molten S generated near the solidification interface on the amorphous Si film (a-Si) side
The vortex Q b of i does not particularly affect the grain coarsening of the crystal, but is rather desirable for fully melting the deep layer of the film. Therefore, it is preferable that it is not affected by the magnetic field as much as possible.

【0076】この実施例では、図11または図12に示
すような磁場印加法により、多結晶Si膜(p−Si)
側の凝固界面付近には強い磁場を印加して渦Qaの発生
を抑止する一方でアモルファスSi膜(a−Si)側の
凝固界面付近の磁場を弱くして渦Qbの発生を許容して
いるので、上記の二律背反要件を同時に満たし、Si膜
の溶融再結晶化のための磁場の作用効果を改善すること
ができる。なお、磁石62,64,66は永久磁石また
は電磁石のいずれで構成してもよい。
In this embodiment, a polycrystalline Si film (p-Si) is formed by the magnetic field application method as shown in FIG. 11 or 12.
Applying a strong magnetic field in the vicinity solidification interface side to permit the generation of eddy Q b to weak magnetic fields in the vicinity of the solidification interface of the amorphous Si film (a-Si) side while suppressing the generation of an eddy Q a with Therefore, the above-mentioned trade-off requirement can be satisfied at the same time, and the effect of the magnetic field for the melt recrystallization of the Si film can be improved. The magnets 62, 64, 66 may be either permanent magnets or electromagnets.

【0077】以上、本発明の好適な実施形態を説明した
が、本発明は上記の実施形態に限定されるものではな
く、その技術的思想の範囲内で種々の変形・変更が可能
である。たとえば、上記した実施形態では、移動度モニ
タリングにおいて透過率を測定するために、基板の裏側
に透過光受光部40を設けてモニタリング位置PMから
の透過光LMTを検出した。しかし、透過率が小さくて
計測が難しい場合は、楕円偏光解析法により反射光LM
Rだけから反射率と透過率とを測定することも可能であ
る。ここで、楕円偏光解析法とは、直線偏光を測定対象
の材料(たとえば多結晶Si膜)に斜入射させ、反射さ
れた楕円偏光から屈折率nと消衰係数kとを算出する方
法である。以下に、図13を参照して楕円偏光解析法の
手法を述べる。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the technical idea thereof. For example, in the above embodiment, in order to measure the transmission in mobility monitoring, and detecting transmitted light LM T from the monitoring position P M by the transmitted light receiving unit 40 provided on the back side of the substrate. However, when the transmittance is low and measurement is difficult, the reflected light LM is analyzed by ellipsometry.
It is also possible to measure reflectance and transmittance from R alone. Here, the elliptically polarized light analysis method is a method in which linearly polarized light is obliquely incident on a measurement target material (for example, a polycrystalline Si film), and the refractive index n and the extinction coefficient k are calculated from the reflected elliptically polarized light. . Hereinafter, the method of ellipsometry will be described with reference to FIG.

【0078】E偏光とP偏光の比をとると下記の式(22)
が導かれる。 Erp/Ers=-cos(θ12)/cos(θ12)=ρexp(iδ) ‥‥(22) θ1=0のときは、−1=ρexp(iδ)より ρ=1,δ=π θ2=0のときは、 1=ρexp(iδ)より ρ=1,δ=0 故に、θ1=θ0 、δ=π/2となる解がある。
Taking the ratio of E-polarized light and P-polarized light, the following formula (22)
Is guided. E rp / E rs = -cos (θ 1 + θ 2 ) / cos (θ 1 + θ 2 ) = ρexp (iδ) ・ ・ ・ (22) When θ 1 = 0, -1 = ρexp (iδ) When ρ = 1, δ = π θ 2 = 0, there is a solution of 1 = ρ exp (iδ) and ρ = 1, δ = 0. Therefore, θ 1 = θ 0 and δ = π / 2.

【0079】λ/2板を用いてρを求めると上記の式(2
2)より、θ1 、θ2を算出できる。したがって、下記の
式(23),(24)より複素誘電率(ε=ε1−iε2)のε1
ε2を算出できる。 sinθ2=(ε1/ε20.5sinθ1 ‥‥(23) cosθ2=[1−(ε1/ε2)sin2θ1 0.5 ‥‥(24)
When ρ is calculated using a λ / 2 plate, the above equation (2
From 2), θ 1 and θ 2 can be calculated. Therefore, the following equation (23), epsilon 1 (24) from the complex dielectric constant (ε = ε 1 -iε 2) ,
ε 2 can be calculated. sin θ 2 = (ε 1 / ε 2 ) 0.5 sin θ 1・ ・ ・ (23) cos θ 2 = [1- (ε 1 / ε 2 ) sin 2 θ 1 ] 0.5 ‥‥(twenty four)

【0080】そして、下記の式(25),(26)からn、kを
算出できる。 n2=(1/2ε0)[ε1 2+ε2 2]0.5+ε1] ‥‥(25) k2=(1/2ε0)[ε1 2+ε2 2]0.5−ε1] ‥‥(26)
Then, n and k can be calculated from the following equations (25) and (26). n 2 = (1 / 2ε 0 ) [ε 1 2 + ε 2 2 ] 0.5 + ε 1 ] ... (25) k 2 = (1 / 2ε 0 ) [ε 1 2 + ε 2 2 ] 0.5-ε 1 ] (26)

【0081】上記の式(3)により消衰係数kと吸収係数
αは実質的に等価であるから、上記した実施形態と同様
に式(6)を用いて移動度μを算出できる。
Since the extinction coefficient k and the absorption coefficient α are substantially equivalent to each other according to the above equation (3), the mobility μ can be calculated using the equation (6) as in the above embodiment.

【0082】上記実施形態はTFT−LCD用低温多結
晶Si膜製造装置に係わるものであったが、本発明の移
動度算出方法または装置は高温多結晶Si膜のプロセス
にも適用可能であり、さらには多結晶Si膜以外にも任
意の半導体薄膜の移動度についてin-situのモニタリン
グを行うアプリケーションに適用可能である。
Although the above embodiment relates to the low temperature polycrystalline Si film manufacturing apparatus for TFT-LCD, the mobility calculating method or apparatus of the present invention can be applied to the high temperature polycrystalline Si film process. Further, it can be applied to an application for in-situ monitoring of the mobility of any semiconductor thin film other than the polycrystalline Si film.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の移動度算
出方法または装置によれば、半導体薄膜の移動度をイン
プロセスでも高い精度でモニタリングすることが可能で
あり、プロセス評価ないし品質管理の改善をはかること
ができる。
As described above, according to the mobility calculating method or apparatus of the present invention, it is possible to monitor the mobility of a semiconductor thin film with high accuracy even in process, and it is possible to perform process evaluation or quality control. We can make improvements.

【0084】本発明の半導体製造装置によれば、インプ
ロセスで半導体薄膜の移動度をフィードバックして高精
度なプロセス制御を行えるので、製品歩留まりを改善す
ることができる。
According to the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention, since the mobility of the semiconductor thin film is fed back in-process to perform highly accurate process control, the product yield can be improved.

【0085】また、本発明の結晶化レーザアニール方法
によれば、ガラス基板にダメージを与えずにアモルファ
スSi膜を良好に溶融再結晶化させることが可能であ
り、信頼性の高い多結晶Si膜を得ることができる。
Further, according to the crystallization laser annealing method of the present invention, it is possible to satisfactorily melt and recrystallize the amorphous Si film without damaging the glass substrate, and a highly reliable polycrystalline Si film is obtained. Can be obtained.

【0086】また、本発明の結晶化レーザアニール方法
によれば、Si膜の表面が溶融または液化した後もレー
ザエネルギーが深層まで及ぶようにしてSi膜全体を十
全に溶融させ、膜質の良好な多結晶Si膜を得ることが
できる。
Further, according to the crystallization laser annealing method of the present invention, even after the surface of the Si film is melted or liquefied, the laser energy reaches the deep layer so that the entire Si film is sufficiently melted and the film quality is good. It is possible to obtain a good polycrystalline Si film.

【0087】また、本発明の結晶化レーザアニール方法
または装置によれば、効率的な磁場印加法により多結晶
Si膜の結晶粗粒化を改善することができる。
Further, according to the crystallization laser annealing method or apparatus of the present invention, the grain coarsening of the polycrystalline Si film can be improved by the efficient magnetic field application method.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施形態によるTFT−LCD用低
温多結晶Si膜製造装置のシステム構成を示す略平面図
である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a system configuration of a low temperature polycrystalline Si film manufacturing apparatus for a TFT-LCD according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施形態におけるレーザアニール装置内の主要
な構成と移動度モニタ部の構成を模式的に示す略正面図
である。
FIG. 2 is a schematic front view schematically showing a main configuration in a laser annealing apparatus and a configuration of a mobility monitor section in the embodiment.

【図3】実施形態における移動度算出部42の機能的構
成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of a mobility calculation unit 42 in the embodiment.

【図4】多結晶Si膜について反射率及び透過率の対波
長特性を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing reflectance and transmittance versus wavelength characteristics of a polycrystalline Si film.

【図5】多結晶Si膜について屈折率及び消衰係数の対
波長特性を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the refractive index and extinction coefficient versus wavelength characteristics of a polycrystalline Si film.

【図6】多結晶Si膜について吸収率の対波長特性を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing absorptance versus wavelength characteristics of a polycrystalline Si film.

【図7】多結晶Si膜について移動度の対波長特性を示
すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing mobility versus wavelength characteristics of a polycrystalline Si film.

【図8】TFT用ガラス基板の代表的な透過率の対波長
特性を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing typical transmittance-wavelength characteristics of a TFT glass substrate.

【図9】多結晶Si膜、アモルファスSi膜および溶融
Si膜について放射率(吸収率)の対波長特性を示すグ
ラフである。
FIG. 9 is a graph showing emissivity (absorptivity) versus wavelength characteristics of a polycrystalline Si film, an amorphous Si film, and a molten Si film.

【図10】多結晶Si膜、アモルファスSi膜および溶
融Si膜について反射率の対波長特性を示すグラフであ
る。
FIG. 10 is a graph showing reflectance vs. wavelength characteristics of a polycrystalline Si film, an amorphous Si film, and a molten Si film.

【図11】実施形態における結晶化レーザアニール用の
磁場印加方法および装置の一実施例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a magnetic field applying method and apparatus for crystallization laser annealing in the embodiment.

【図12】実施形態における結晶化レーザアニール用の
磁場印加方法および装置の一実施例を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing an example of a magnetic field applying method and apparatus for crystallization laser annealing in the embodiment.

【図13】実施形態における楕円偏光解析法の手法を説
明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining a method of ellipsometry in the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 トランスファチャンバ 12 アモルファスSiCVD装置 14,16 レーザアニール装置 26 レーザ光源 28 レーザ光学系 34 移動度モニタ部 36 発光部 38 反射光受光部 40 透過光受光部 42 移動度算出部 44 プロセス制御部 62,64,66 磁石 10 Transfer chamber 12 Amorphous SiCVD equipment 14, 16 Laser annealing equipment 26 Laser light source 28 Laser optical system 34 Mobility Monitor 36 Light emitting part 38 Reflected light receiver 40 Transmitted light receiver 42 Mobility calculator 44 Process control unit 62, 64, 66 magnets

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/268 H01L 21/268 G T 21/336 29/78 624 29/786 627G (72)発明者 川村 剛平 東京都港区赤坂五丁目3番6号 TBS放 送センター 東京エレクトロン株式会社内 Fターム(参考) 2G059 AA05 BB16 DD12 DD13 EE01 EE02 EE05 GG01 GG04 GG08 GG10 HH01 HH02 HH03 HH06 JJ11 JJ13 JJ19 KK01 KK03 MM01 4M106 AA01 BA06 CB12 DH60 5F052 AA02 BB07 DA02 DB02 DB03 JA01 5F110 AA01 AA24 BB01 DD02 DD13 GG02 GG13 GG25 GG45 GG47 PP03 PP05 PP06 PP35 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/268 H01L 21/268 GT 21/336 29/78 624 29/786 627G (72) Inventor Kawamura Gohei 5-3-6 Akasaka, Minato-ku, Tokyo TBS Broadcasting Center F-term in Tokyo Electron Co., Ltd. (reference) 2G059 AA05 BB16 DD12 DD13 EE01 EE02 EE05 GG01 GG04 GG08 GG10 HH01 HH02 HH03 HH06 JJ11 JJ13 JJ19 MM0101 KK01 KK01 KK01 KK03 BA06 CB12 DH60 5F052 AA02 BB07 DA02 DB02 DB03 JA01 5F110 AA01 AA24 BB01 DD02 DD13 GG02 GG13 GG25 GG45 GG47 PP03 PP05 PP06 PP35

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成された半導体薄膜に所定の
波長を有する光ビームを照射して反射率および透過率を
測定する工程と、 前記反射率および透過率に基づいて所定の演算式から前
記半導体薄膜の移動度を求める工程とを有する半導体薄
膜用の移動度算出方法。
1. A step of irradiating a semiconductor thin film formed on a substrate with a light beam having a predetermined wavelength to measure the reflectance and the transmittance, and a predetermined arithmetic expression based on the reflectance and the transmittance. A method of calculating mobility for a semiconductor thin film, the method comprising: determining the mobility of the semiconductor thin film.
【請求項2】 前記演算式が下記の式で与えられる請
求項1に記載の半導体薄膜用の移動度算出方法。 μ=cnα/4πenf ‥‥ ここで、μは前記半導体薄膜の移動度、cは光速度、n
およびαは前記半導体薄膜の屈折率および吸収係数、e
は電子素量、nfは前記半導体薄膜の自由電子密度であ
る。
2. The mobility calculating method for a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the arithmetic expression is given by the following expression. μ = cnα / 4πen f ... where μ is the mobility of the semiconductor thin film, c is the speed of light, and n is
And α are the refractive index and absorption coefficient of the semiconductor thin film, e
Is the electron content, and n f is the free electron density of the semiconductor thin film.
【請求項3】 前記屈折率nおよび吸収係数αが下記の
式およびで与えられる請求項2に記載の半導体薄膜
用の移動度算出方法。 n=[(2R+2)+{(2R+2)2-4(1-R)2(1+(αλ/4π)2)}1/2] /(1-R) ‥‥ α=-(1/d)ln[{-(1-R)2+((1-R)4+4R2T2-1}/(2R2T)] ‥‥ ここで、dは前記半導体薄膜の膜厚、λは前記光ビーム
の波長である。
3. The mobility calculation method for a semiconductor thin film according to claim 2, wherein the refractive index n and the absorption coefficient α are given by the following equations and. n = [(2R + 2) + {(2R + 2) 2 -4 (1-R) 2 (1+ (αλ / 4π) 2 )} 1/2 ] / (1-R) ‥ α =- (1 / d) ln [{-(1-R) 2 + ((1-R) 4 + 4R 2 T 2 ) -1 } / (2R 2 T)] Here, d is the semiconductor thin film. The film thickness, λ, is the wavelength of the light beam.
【請求項4】 前記半導体薄膜の自由電子密度nfが下
記の式で与えられる請求項1または2に記載の半導体
薄膜用の移動度算出方法。 nf=me(wp2/4πe2 ‥‥ ここで、meは電子質量、wpはプラズマ振動数である。
4. The mobility calculating method for a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the free electron density n f of the semiconductor thin film is given by the following formula. n f = m e (w p ) 2 / 4πe 2 ... Here, m e is the electron mass, and w p is the plasma frequency.
【請求項5】 前記半導体薄膜の移動度μを下記の式
で補正する請求項2〜4のいずれか一項に記載の半導体
薄膜用の移動度算出方法。 μC=μ−A(Eλ−B)3/2 ‥‥ ここで、μCは前記移動度μを補正した値、Aは比例定
数、Eλは波長λのエネルギー換算値、Bはオフセット
定数である。
5. The mobility calculating method for a semiconductor thin film according to claim 2, wherein the mobility μ of the semiconductor thin film is corrected by the following formula. μ C = μ−A (E λ −B) 3/2 where μ C is a value obtained by correcting the mobility μ, A is a proportional constant, E λ is an energy conversion value of wavelength λ, and B is an offset. It is a constant.
【請求項6】 前記半導体薄膜が多結晶Si膜であり、
前記光ビームの波長が0.2μm〜0.4μmの範囲内
である請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体薄膜
用の移動度算出方法。
6. The semiconductor thin film is a polycrystalline Si film,
The mobility calculation method for a semiconductor thin film according to claim 1, wherein the wavelength of the light beam is within a range of 0.2 μm to 0.4 μm.
【請求項7】 前記光ビームの波長が0.3μm近傍で
ある請求項6に記載の半導体薄膜用の移動度算出方法。
7. The mobility calculating method for a semiconductor thin film according to claim 6, wherein the wavelength of the light beam is in the vicinity of 0.3 μm.
【請求項8】 基板上に形成された半導体薄膜に所定の
波長を有する光ビームを照射する光ビーム照射手段と、 前記半導体薄膜からの前記光ビームに対応する反射光を
受光して反射率を測定する反射率測定手段と、 前記半導体薄膜からの前記光ビームに対応する透過光を
受光して透過率を測定する透過率測定手段と、 前記反射率および透過率に基づいて前記半導体薄膜の移
動度を演算で求める移動度演算手段とを有する半導体薄
膜用の移動度算出装置。
8. A light beam irradiating means for irradiating a semiconductor thin film formed on a substrate with a light beam having a predetermined wavelength, and a reflected light corresponding to the light beam from the semiconductor thin film for receiving a reflectance. Reflectance measuring means for measuring, transmittance measuring means for measuring the transmittance by receiving transmitted light corresponding to the light beam from the semiconductor thin film, and movement of the semiconductor thin film based on the reflectance and the transmittance. A mobility calculation device for a semiconductor thin film, comprising a mobility calculation means for calculating a mobility.
【請求項9】 前記移動度演算手段が下記の式を演算
する請求項8に記載の半導体薄膜用の移動度算出装置。 μ=cnα/4πenf ‥‥ ここで、μは前記半導体薄膜の移動度、cは光速度、n
およびαは前記半導体薄膜の屈折率および吸収係数、e
は電子素量、nfは前記半導体薄膜の自由電子密度であ
る。
9. The mobility calculating device for a semiconductor thin film according to claim 8, wherein the mobility calculating means calculates the following equation. μ = cnα / 4πen f ... where μ is the mobility of the semiconductor thin film, c is the speed of light, and n is
And α are the refractive index and absorption coefficient of the semiconductor thin film, e
Is the electron content, and n f is the free electron density of the semiconductor thin film.
【請求項10】 前記移動度演算手段が下記の式を演
算して前記半導体薄膜の移動度μを補正する請求項9に
記載の半導体薄膜用の移動度算出装置。 μC=μ−A(Eλ−B)3/2 ‥‥ ここで、μCは前記移動度μを補正した値、Aは比例定
数、Eλは波長λのエネルギー換算値、Bはオフセット
定数である。
10. The mobility calculating device for a semiconductor thin film according to claim 9, wherein the mobility calculating means calculates the following equation to correct the mobility μ of the semiconductor thin film. μ C = μ−A (E λ −B) 3/2 where μ C is a value obtained by correcting the mobility μ, A is a proportional constant, E λ is an energy conversion value of wavelength λ, and B is an offset. It is a constant.
【請求項11】 基板上に半導体薄膜を形成する半導体
薄膜形成手段と、 前記半導体薄膜の移動度を算出する請求項8〜10のい
ずれか一項に記載の移動度算出装置と、 前記移動度算出装置より得られる移動度に応じて前記半
導体薄膜形成手段における所定のプロセスパラメータを
制御するプロセス制御手段とを有する半導体製造装置。
11. A semiconductor thin film forming means for forming a semiconductor thin film on a substrate, a mobility calculating device according to claim 8, which calculates a mobility of the semiconductor thin film, and the mobility. A semiconductor manufacturing apparatus comprising: a process control unit that controls a predetermined process parameter in the semiconductor thin film forming unit according to a mobility obtained from a calculation unit.
【請求項12】 基板上に形成された半導体薄膜をレー
ザ光の照射により溶融し、冷却過程で結晶化させて多結
晶Si膜にする結晶化レーザアニール方法において、 前記レーザ光が溶融状態の前記半導体薄膜におけるプラ
ズマ振動数に対応する波長の近傍またはそれよりも短い
波長を有する結晶化レーザアニール方法。
12. A crystallization laser annealing method in which a semiconductor thin film formed on a substrate is melted by irradiation with laser light and crystallized in a cooling process to form a polycrystalline Si film, wherein the laser light is in a molten state. A crystallization laser annealing method having a wavelength near or shorter than a wavelength corresponding to a plasma frequency in a semiconductor thin film.
【請求項13】 ガラス基板上に形成された半導体薄膜
をレーザ光の照射により溶融し、冷却過程で結晶化させ
て多結晶Si膜にする結晶化レーザアニール方法におい
て、 前記レーザ光が0.4μm〜1.0μmの範囲内の波長
を有する結晶化レーザアニール方法。
13. A crystallization laser annealing method in which a semiconductor thin film formed on a glass substrate is melted by irradiation with laser light and crystallized in a cooling process to form a polycrystalline Si film, wherein the laser light is 0.4 μm. Crystallization laser annealing method having a wavelength in the range of ˜1.0 μm.
【請求項14】 基板上に形成された半導体薄膜に磁場
を印加しながら線状の横断面を有するレーザ光を照射し
て、前記半導体薄膜のレーザ照射部分を溶融し、前記レ
ーザ照射部分が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移
動するように前記レーザ光に対して相対的に前記基板を
移動させて、前記半導体薄膜を全面的に溶融再結晶化さ
せる結晶化レーザアニール方法において、 前記半導体薄膜のレーザ被照射部分と再結晶化部分との
境界付近に比較的強い磁場を与えるとともに前記半導体
薄膜のレーザ照射部分とレーザ未照射部分との境界付近
の磁場を弱くする結晶化レーザアニール方法。
14. A semiconductor thin film formed on a substrate is irradiated with a laser beam having a linear cross-section while applying a magnetic field to melt the laser-irradiated portion of the semiconductor thin film, and the laser-irradiated portion is the laser-irradiated portion. In the crystallization laser annealing method, the substrate is moved relative to the laser light so as to move from one end to the other end on the semiconductor thin film, and the semiconductor thin film is entirely melted and recrystallized. A crystallization laser annealing method in which a relatively strong magnetic field is applied near the boundary between the laser irradiated portion and the recrystallized portion of the thin film and the magnetic field near the boundary between the laser irradiated portion and the laser non-irradiated portion of the semiconductor thin film is weakened.
【請求項15】 前記磁場が前記レーザ照射部分の移動
方向と平行なベクトル成分を有する請求項14に記載の
結晶化レーザアニール方法。
15. The crystallization laser annealing method according to claim 14, wherein the magnetic field has a vector component parallel to a moving direction of the laser irradiation portion.
【請求項16】 基板上に形成された半導体薄膜に線状
の横断面を有するレーザ光を照射するレーザ照射手段
と、 前記半導体薄膜において前記レーザ光の照射を受けるレ
ーザ照射部分が前記半導体薄膜上で一端から他端まで移
動するように前記レーザ光に対して前記基板を相対的に
移動させる走査手段と、 前記半導体薄膜のレーザ照射部分と再結晶化部分との境
界付近に比較的強い磁場を与えるとともに前記半導体薄
膜のレーザ照射部分とレーザ未照射部分との境界付近に
弱い磁場を与える磁場印加手段とを有する結晶化レーザ
アニール装置。
16. A laser irradiation means for irradiating a semiconductor thin film formed on a substrate with laser light having a linear cross section, and a laser irradiation portion of the semiconductor thin film for receiving the laser light is on the semiconductor thin film. A scanning means for moving the substrate relative to the laser light so as to move from one end to the other end, and a relatively strong magnetic field near the boundary between the laser irradiation portion and the recrystallization portion of the semiconductor thin film. A crystallization laser annealing device having a magnetic field applying means for applying a weak magnetic field in the vicinity of the boundary between the laser-irradiated portion and the laser-unirradiated portion of the semiconductor thin film.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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