JP2004134785A - Beam homogenizer, laser irradiator and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Beam homogenizer, laser irradiator and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem wherein structural problems and manufacturing accuracy of a cylindrical lens arrays constituting an optical system cause ununiformity of the energy distribution of the beam spot on the surface to be irradiated. <P>SOLUTION: In an optical system for forming a rectangular shaped beam spot, the optical system for uniformizing the energy distribution in the direction of the short side of the rectangular shaped beam spot on the surface to be irradiated is replaces by an optical waveguide. The optical waveguide is a circuit, having the ability to seal irradiated light in a fixed region, and to guide the flow of energy, in parallel with the axis of a path and transmit it. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

本発明は被照射面におけるビームスポットをある特定の領域で均一化するビームホモジナイザの技術分野に属する。また、前記ビームスポットを前記被照射面に照射するレーザ照射装置の技術分野に属する。なお、半導体装置とは、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス(EL)表示装置のような表示装置、電気光学装置および電気機器を指し、本発明は、前記半導体装置の作製方法の技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of a beam homogenizer that homogenizes a beam spot on a surface to be irradiated in a specific region. In addition, the present invention belongs to the technical field of a laser irradiation device that irradiates the beam spot onto the irradiation surface. Note that a semiconductor device refers to a display device such as a liquid crystal display device or an electroluminescence (EL) display device, an electro-optical device, and an electric appliance, and the present invention belongs to a technical field of a method for manufacturing the semiconductor device.

 近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜や結晶性半導体膜(単結晶でない、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜)、すなわち、非単結晶半導体膜に対し、レーザアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。 In recent years, an amorphous semiconductor film or a crystalline semiconductor film (a semiconductor film which is not a single crystal but has a crystallinity such as polycrystal or microcrystal) formed on an insulating substrate such as glass, that is, a non-single-crystal semiconductor film On the other hand, a technique of performing laser annealing to crystallize or improve crystallinity has been widely studied. As the semiconductor film, a silicon film is often used.

 ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作製できる利点を持っている。このため、上記研究が盛んに行われている。結晶化に好んでレーザが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザは基板の温度をあまり変えずに非単結晶半導体膜にのみ高いエネルギーを与えることができる。 Glass substrates are inexpensive, have good workability, and have the advantage that large-area substrates can be easily manufactured, as compared to quartz substrates that have been often used in the past. For this reason, the above research has been actively conducted. A laser is preferably used for crystallization because the melting point of the glass substrate is low. The laser can apply high energy only to the non-single-crystal semiconductor film without significantly changing the temperature of the substrate.

 レーザアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度を有する。そのため、この結晶性珪素膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)は盛んに利用され、例えば、一枚のガラス基板上に、画素用と駆動回路用のTFTを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。前記結晶性珪素膜は多数の結晶粒からできているため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜と呼ばれる。 結晶 The crystalline silicon film formed by performing the laser annealing has high mobility. Therefore, a thin film transistor (TFT) using the crystalline silicon film is widely used, for example, a monolithic liquid crystal electro-optical device or the like in which TFTs for a pixel and a driving circuit are formed on one glass substrate. It is widely used. The crystalline silicon film is called a polycrystalline silicon film or a polycrystalline semiconductor film because it is made of many crystal grains.

 また、エキシマレーザ等の、出力の大きいパルス発振式のレーザビームを、被照射面において、数cm角の四角いスポットや、長さ10cm以上の線状となるように光学系にて加工し、ビームスポットの照射位置を被照射面に対して相対的に走査させて、レーザアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。 In addition, a pulsed laser beam with a high output, such as an excimer laser, is processed by an optical system so that a square spot of several cm square or a linear shape with a length of 10 cm or more is formed on the surface to be irradiated. The method of performing laser annealing by scanning the irradiation position of the spot relatively to the irradiated surface is preferably used because it has good mass productivity and is industrially excellent.

 特に、線状のビームスポットを用いると、前後左右の走査が必要な点状のビームスポットを用いた場合とは異なり、線状のビームスポットの長軸方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザビームを照射することができるため、高い量産性が得られる。ここで線状のビームスポットとはアスペクト比が大きい長方形状のビームスポットとする。長軸方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。この高い量産性により、現在レーザアニールにはパルス発振のエキシマレーザのビームスポットを適当な光学系で加工した線状のビームスポットを使用することが主流になりつつある。 In particular, when a linear beam spot is used, unlike when a point-like beam spot that needs to be scanned back and forth and right and left is used, irradiation is performed only in a direction perpendicular to the long axis direction of the linear beam spot. Since the entire surface can be irradiated with the laser beam, high mass productivity can be obtained. Here, the linear beam spot is a rectangular beam spot having a large aspect ratio. Scanning is performed in a direction perpendicular to the long axis direction because it is the most efficient scanning direction. Due to this high mass productivity, the use of a linear beam spot obtained by processing a beam spot of a pulsed excimer laser with an appropriate optical system is currently becoming the mainstream in laser annealing.

図10に、被照射面においてビームスポットの断面形状を線状に加工するための光学系の例を示す。図10中に示す光学系はきわめて一般的なものである。前記光学系は、ビームスポットの断面形状を線状に変換するだけでなく、同時に、被照射面におけるビームスポットのエネルギー均一化を果たすものである。一般にビームのエネルギーの均一化を行う光学系を、ビームホモジナイザと呼ぶ。図10に示した光学系もビームホモジナイザである。 FIG. 10 shows an example of an optical system for processing the cross-sectional shape of the beam spot on the irradiated surface into a linear shape. The optical system shown in FIG. 10 is very general. The optical system not only converts the cross-sectional shape of the beam spot into a linear shape, but also at the same time, makes the energy of the beam spot uniform on the irradiated surface. In general, an optical system that equalizes beam energy is called a beam homogenizer. The optical system shown in FIG. 10 is also a beam homogenizer.

紫外光であるエキシマレーザを光源に使用するならば、上記光学系の母材は例えばすべて石英とするとよい。なぜならば、高い透過率が得られるからである。また、コーティングは、使用するエキシマレーザの波長に対する透過率が99%以上得られるものを使用するとよい。 If an excimer laser, which is ultraviolet light, is used as a light source, the base material of the optical system may be made of, for example, quartz. This is because a high transmittance can be obtained. Further, it is preferable to use a coating having a transmittance of 99% or more with respect to the wavelength of the excimer laser to be used.

まず、図10(a)の側面図について説明する。レーザ発振器1201から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ1202aと1202bにより、前記レーザビームのスポットを1方向に分割する。前記方向を、縦方向と呼ぶことにする。前記縦方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、4分割となっている。これらの分割されたスポットは、シリンドリカルレンズ1204により、いったん1つのスポットにまとめられる。再び分離したスポットはミラー1207で反射され、その後、ダブレットシリンドリカルレンズ1208により、被照射面1209にて再び1つのスポットに合成される。ダブレットシリンドリカルレンズとは、2枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことをいう。これにより、線状のビームスポットの縦方向のエネルギー均一化がなされ、縦方向の長さが決定される。 First, a side view of FIG. 10A will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 1201 divides the laser beam spot in one direction by cylindrical lens arrays 1202a and 1202b. The direction will be referred to as a vertical direction. The vertical direction is to bend in the direction of the light bent by the mirror when the mirror enters in the middle of the optical system. In this configuration, there are four divisions. These divided spots are once combined into one spot by the cylindrical lens 1204. The spot separated again is reflected by the mirror 1207, and then combined by the doublet cylindrical lens 1208 on the irradiated surface 1209 into one spot again. The doublet cylindrical lens refers to a lens composed of two cylindrical lenses. Thereby, the energy in the vertical direction of the linear beam spot is equalized, and the length in the vertical direction is determined.

 次に、図10(b)の上面図について説明する。レーザ発振器1201から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ1203により、前記レーザビームのスポットを、前記縦方向に対し直角方向に分割する。前記直角方向を、横方向と呼ぶことにする。前記横方向は、光学系の途中でミラーが入ったとき、前記ミラーが曲げた光の方向に曲がるものとする。この構成では、7分割となっている。その後、シリンドリカルレンズ1205にて、7分割された前記スポットは被照射面1209にて1つに合成される。ミラー1207以降が破線で示されているが、前記破線は、ミラー1207を配置しなかった場合の正確な光路とレンズや被照射面の位置を示している。これにより、線状のビームスポットの横方向のエネルギーの均一化がなされ、横方向の長さが決定される。 Next, the top view of FIG. 10B will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 1201 divides the spot of the laser beam in a direction perpendicular to the longitudinal direction by a cylindrical lens array 1203. The perpendicular direction is referred to as a lateral direction. In the lateral direction, when a mirror enters in the middle of the optical system, the mirror bends in the direction of the light bent by the mirror. In this configuration, there are seven divisions. Thereafter, the spot divided into seven by the cylindrical lens 1205 is combined into one on the irradiated surface 1209. A broken line after the mirror 1207 is shown by a broken line, and the broken line shows an accurate optical path and the position of the lens and the irradiated surface when the mirror 1207 is not arranged. Thereby, the energy in the horizontal direction of the linear beam spot is made uniform, and the length in the horizontal direction is determined.

上述したように、シリンドリカルレンズアレイ1202aとシリンドリカルレンズアレイ1202bとシリンドリカルレンズアレイ1203とがレーザビームのスポットを分割するレンズとなる。これらの分割数により、得られる線状のビームスポットのエネルギー分布の均一性が決まる。 As described above, the cylindrical lens array 1202a, the cylindrical lens array 1202b, and the cylindrical lens array 1203 serve as lenses for dividing the spot of the laser beam. The number of divisions determines the uniformity of the energy distribution of the obtained linear beam spot.

上記の諸レンズは、エキシマレーザに対応するため合成石英製である。また、エキシマレーザをよく透過するように表面にコーティングを施してあり、これにより、例えばXeClエキシマレーザを用いる場合、レンズ1つあたりのエキシマレーザの透過率は99%以上となる。 The above lenses are made of synthetic quartz in order to support an excimer laser. Further, the surface is coated so as to transmit the excimer laser well, so that, for example, when a XeCl excimer laser is used, the transmittance of the excimer laser per lens becomes 99% or more.

上記の構成で加工された線状のビームスポットをそのビームスポットの縦方向に徐々にずらしながら重ねて照射する。そうすると、例えば非単結晶珪素膜全面に対しレーザアニールを施して結晶化させたり結晶性を向上させることができる。 The linear beam spot processed in the above configuration is irradiated while being superposed while gradually shifting the beam spot in the vertical direction of the beam spot. Then, for example, laser annealing can be performed on the entire surface of the non-single-crystal silicon film to crystallize or improve the crystallinity.

次に、レーザビームの照射対象となる半導体膜の典型的な作製方法を示す。
まず基板として、厚さ0.7mm、5インチ角のコーニング1737基板を用意した。基板にプラズマCVD装置を用いて、厚さ200nmのSiO2膜(酸化珪素膜)を成膜し、SiO2膜表面に厚さ50nmの非晶質珪素膜(以下、a-Si膜と表記する)を成膜した。基板を、温度500℃の窒素雰囲気で1時間加熱し、膜中の水素濃度を減らした。これにより、膜の耐レーザ性が著しく向上した。
Next, a typical method for manufacturing a semiconductor film to be irradiated with a laser beam will be described.
First, a Corning 1737 substrate having a thickness of 0.7 mm and a 5-inch square was prepared as a substrate. An SiO 2 film (silicon oxide film) having a thickness of 200 nm is formed on the substrate using a plasma CVD apparatus, and an amorphous silicon film (hereinafter referred to as an a-Si film) having a thickness of 50 nm is formed on the surface of the SiO 2 film. ) Was formed. The substrate was heated in a nitrogen atmosphere at a temperature of 500 ° C. for one hour to reduce the hydrogen concentration in the film. This significantly improved the laser resistance of the film.

 レーザ発振器は、ラムダ社製のXeClエキシマレーザ(波長308nm、パルス幅30ns)L4308を使用した。前記レーザ発振器はパルス発振レーザを発し、1パルスあたり670mJのエネルギーを出す能力を持っている。レーザビームのスポットサイズは、レーザビームの出口で、10×30mm(共に半値幅)である。レーザビームの出口は、レーザ発振器からレーザビームが出た直後における、レーザビームの進行方向に垂直な平面で定義する。 XeCl excimer laser (wavelength 308 nm, pulse width 30 ns) L4308 manufactured by Lambda was used as the laser oscillator. The laser oscillator emits a pulsed laser and has an ability to emit 670 mJ of energy per pulse. The spot size of the laser beam is 10 × 30 mm (both half width) at the exit of the laser beam. The exit of the laser beam is defined by a plane immediately after the laser beam is emitted from the laser oscillator and perpendicular to the traveling direction of the laser beam.

エキシマレーザの発生するレーザビームの形状は一般的に長方形状であり、アスペクト比で表現すると、1〜5位の範囲に入る。レーザビームのスポットの強度は、レーザビームのスポットの中央ほど強い、ガウシアンの分布を示す。前記レーザビームのスポットサイズは、図10に示した光学系により、エネルギー分布が一様のスポット形状125mm×0.4mmの線状のビームスポットに変換される。 The shape of a laser beam generated by an excimer laser is generally rectangular, and falls within a range of 1 to 5 in terms of an aspect ratio. The intensity of the laser beam spot shows a Gaussian distribution that is stronger toward the center of the laser beam spot. The spot size of the laser beam is converted into a linear beam spot having a uniform energy distribution of 125 mm × 0.4 mm by the optical system shown in FIG.

上述の半導体膜に対しレーザビームを照射する場合、重ね合わせのピッチは線状のビームスポットの短幅(半値幅)の1/10前後が最も適当であった。これにより、前記半導体膜内における結晶性の均一性が向上した。上記の例では、前記半値幅が0.4mmであったので、エキシマレーザのパルス周波数を30Hz、走査速度を1.0mm/sとし、レーザビームを照射した。このとき、レーザビームの被照射面におけるエネルギー密度は450mJ/cm2とした。これまで述べた方法は線状のビームスポットを使って半導体膜を結晶化するために用いられる極めて一般的なものである。 When irradiating the above-mentioned semiconductor film with a laser beam, the overlapping pitch is most suitably about 1/10 of the short width (half width) of the linear beam spot. Thereby, the uniformity of crystallinity in the semiconductor film was improved. In the above example, since the half-width was 0.4 mm, the laser beam was irradiated at an excimer laser pulse frequency of 30 Hz and a scanning speed of 1.0 mm / s. At this time, the energy density on the surface to be irradiated with the laser beam was 450 mJ / cm 2 . The method described so far is a very general method used for crystallizing a semiconductor film using a linear beam spot.

ビームホモジナイザには、反射鏡を用いているものがある(例えば、特許文献1参照。)。 Some beam homogenizers use a reflecting mirror (for example, see Patent Document 1).

特開2001−291681号公報JP 2001-291681 A

上記、シリンドリカルレンズアレイの製作には、高い加工精度が要求される。 The fabrication of the cylindrical lens array requires high processing accuracy.

シリンドリカルレンズアレイはシリンドリカルレンズを曲率方向に並べたレンズである。ここで、曲率方向とはシリンドリカルレンズのシリンドリカル面の母線と垂直な方向とする。シリンドリカルレンズアレイには、構成するシリンドリカルレンズ間に接合部が必ず存在する。前記接合部はシリンドリカルレンズとしての曲面を有していないため、この接合部に入射した光線はシリンドリカルレンズの作用を受けずに透過する。前記作用を受けずに照射面に到達する光線は、照射面における長方形状のビームスポットのエネルギー分布の不均一性の原因のひとつになる可能性がある。 The cylindrical lens array is a lens in which cylindrical lenses are arranged in a curvature direction. Here, the curvature direction is a direction perpendicular to the generatrix of the cylindrical surface of the cylindrical lens. In the cylindrical lens array, there is always a junction between the constituent cylindrical lenses. Since the joint does not have a curved surface as a cylindrical lens, light rays incident on the joint are transmitted without being affected by the cylindrical lens. The light beam that reaches the irradiation surface without receiving the above-mentioned action may be one of the causes of the non-uniformity of the energy distribution of the rectangular beam spot on the irradiation surface.

前記シリンドリカルレンズアレイを構成するシリンドリカルレンズはすべて同じ精度で製作されていなければならない。前記シリンドリカルレンズが異なる曲率を持っていれば、シリンドリカルレンズアレイによって分割された光線は集光レンズによっても、被照射面の同じ位置に重ね合わされない。つまり、被照射面における長方形状のビームスポットのエネルギー分布は均一化されない。 All the cylindrical lenses constituting the cylindrical lens array must be manufactured with the same precision. If the cylindrical lenses have different curvatures, the light beams split by the cylindrical lens array are not superimposed on the same position on the irradiated surface even by the condenser lens. That is, the energy distribution of the rectangular beam spot on the irradiated surface is not uniform.

被照射面におけるビームスポットのエネルギー分布の不均一性の原因は、光学系を構成するシリンドリカルレンズアレイの構造的な問題及び製作精度にある。言い換えると、不均一性の原因は、ホモジナイザに入射するすべての光線がシリンドリカルレンズアレイのレンズ作用が働く部分に入射していない点、前記シリンドリカルレンズアレイによって分割された光線がすべて同じ位置に重ね合わされていない点にある。 The causes of the non-uniformity of the energy distribution of the beam spot on the irradiated surface are due to the structural problems and the manufacturing accuracy of the cylindrical lens array constituting the optical system. In other words, the cause of the non-uniformity is that not all the light rays incident on the homogenizer are incident on the portion where the lens action of the cylindrical lens array works, and the light rays split by the cylindrical lens array are all superimposed at the same position. Not in that.

また、被照射面において長方形の短辺方向のエネルギー分布がガウシアン分布をしている長方形状のビームスポットを従来技術で示した方法により、半導体膜に走査させ前記半導体膜を結晶化させた場合、半導体膜上に走査方向と直角な方向に縞模様が顕著に生じる。前記縞模様は半導体膜の結晶性の不均一性と同期する。例えば前記半導体膜上を用いて形成されるTFTの電気特性のばらつきとなって現われ、前記TFTを用いたパネル上に縞模様を表示する。 Further, in the case where the energy distribution in the short side direction of the rectangle on the surface to be irradiated has a rectangular beam spot having a Gaussian distribution, the semiconductor film is scanned and crystallized by the method shown in the related art, A stripe pattern is noticeably formed on the semiconductor film in a direction perpendicular to the scanning direction. The stripe pattern is synchronized with the non-uniformity of the crystallinity of the semiconductor film. For example, it appears as a variation in electrical characteristics of a TFT formed using the semiconductor film, and a stripe pattern is displayed on a panel using the TFT.

前記縞模様はレーザ発振機の出力の不安定性に起因すると考えられる。よって、レーザ発振機が改良される他、前記縞模様を消す方法はないが、被照射面における長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布が均一であれば、レーザ発振機の出力不安定性は平均化され、縞模様は目立たなくなる。すなわち、長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布を均一化することで、縞模様の発生を抑制することができる。従って、被照射面におけるエネルギー分布を均一にする光学系の必要性が高まっている。無論、シリンドリカルレンズアレイを用いてエネルギー分布の均一な長方形状のビームスポットをえることはできるが、高精度の光学系が必要であった。 It is considered that the stripe pattern is caused by instability of the output of the laser oscillator. Therefore, the laser oscillator is improved, and there is no method for eliminating the stripe pattern. However, if the energy distribution in the short side direction of the rectangular beam spot on the irradiation surface is uniform, the output instability of the laser oscillator is unstable. Are averaged out and the stripes become less noticeable. That is, by making the energy distribution in the short side direction of the rectangular beam spot uniform, it is possible to suppress the occurrence of a stripe pattern. Therefore, there is an increasing need for an optical system that makes the energy distribution uniform on the irradiated surface. Of course, a rectangular beam spot having a uniform energy distribution can be obtained using a cylindrical lens array, but a high-precision optical system was required.

本発明は、上記の長方形状のビームスポットの形成用光学系において、被照射面における長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布を均一化する光学系を、光導波路に置き換えるものである。光導波路とは、放射光を一定領域に閉じ込め、そのエネルギーの流れを経路の軸に平行に案内して伝送する能力を持った回路である。 According to the present invention, in the above-described optical system for forming a rectangular beam spot, the optical system that equalizes the energy distribution in the short side direction of the rectangular beam spot on the surface to be irradiated is replaced with an optical waveguide. An optical waveguide is a circuit that has the ability to confine emitted light in a certain area, guide the energy flow parallel to the axis of the path, and transmit the energy.

上記課題を解決する方法を、以下に提示する。図1に前記課題を解決する方法の模式図を示す。図1(a)の上面図について説明する。向い合う2つの反射面を有する光導波路1302、照射面1303を用意し、光線を紙面左側から入射する。前記光線は、光導波路1302が存在するときの光線を実線1301aで、光導波路1302が存在しないときの光線を破線1301bで示す。 A method for solving the above-mentioned problem is presented below. FIG. 1 shows a schematic diagram of a method for solving the above-mentioned problem. The top view of FIG. 1A will be described. An optical waveguide 1302 having two opposing reflection surfaces and an irradiation surface 1303 are prepared, and light rays are incident from the left side of the drawing. The light rays when the optical waveguide 1302 is present are indicated by solid lines 1301a, and the light rays when the optical waveguide 1302 is not present are indicated by broken lines 1301b.

光導波路1302が存在しないときは、光線1301bで示したように、紙面左側から入射する光線は、照射面1303a、1303b及び1303cの領域に到達する。 When the optical waveguide 1302 does not exist, as shown by a light ray 1301b, a light ray incident from the left side of the drawing reaches the areas of the irradiation surfaces 1303a, 1303b, and 1303c.

光導波路1302が存在するときには、光線1301aで示したように、光線は光導波路1302の反射面によって反射され、すべて照射面1303bの領域に到達する。つまり、光導波路1302が存在するときには、光導波路1302が存在しないときに照射面1303a及び1303cの領域に到達する光線が、すべて照射面1303bの領域に到達する。従って、光導波路1302に光線を入射すると、入射する光線が分割され、それら分割された光線すべてが、同じ位置である照射面1303bに重ね合わされる。このように、入射する光線を分割し、分割される光線を同じ位置に重ね合わせることで、重ね合わせた位置における光線のエネルギー分布は均一化される。 When the optical waveguide 1302 is present, as shown by the ray 1301a, the ray is reflected by the reflection surface of the optical waveguide 1302, and all reach the area of the irradiation surface 1303b. That is, when the optical waveguide 1302 is present, all the light beams that reach the regions of the irradiation surfaces 1303a and 1303c when the optical waveguide 1302 does not exist reach the region of the irradiation surface 1303b. Therefore, when a light beam enters the optical waveguide 1302, the incident light beam is split, and all the split light beams are superimposed on the irradiation surface 1303b at the same position. In this way, by dividing the incident light beam and superposing the divided light beams at the same position, the energy distribution of the light beam at the superimposed position is made uniform.

ホモジナイザは一般的に光線の分割数が多くなるほど、分割された光線が重ね合わされた位置でのエネルギー分布の均一性は高くなる。上記光導波路1302において、光線の分割数を多くするには、上記光導波路1302内での反射回数を多くすることで可能である。つまり、光導波路が有する2つの反射面の光線入射方向の長さを長くするとよい。また、向い合う反射面の間隔を小さくすることでも分割数を大きくすることができる。望ましくは2つの反射面の間隔を10mm以下にするとよい。これにより、被照射面でのビームスポットの短辺方向の長さを数mm以下にすることができる。 In general, the homogenizer increases the uniformity of the energy distribution at the position where the split light beams are superimposed as the number of split light beams increases. In the optical waveguide 1302, the number of light rays divided can be increased by increasing the number of reflections in the optical waveguide 1302. That is, the length of the two reflecting surfaces of the optical waveguide in the light incident direction may be increased. Also, the number of divisions can be increased by reducing the distance between the opposing reflecting surfaces. Desirably, the interval between the two reflecting surfaces is set to 10 mm or less. Thus, the length of the beam spot on the irradiated surface in the short side direction can be reduced to several mm or less.

本発明の他の構成は、上記の長方形状のビームスポット形成用光学系おいて、被照射面における長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布を均一化する光学系を、ライトパイプに置き換えるものである。ライトパイプとは、通常、反射によって一端から他端に光を送る円錐形、ピラミッド形、円柱形などの形状に引き出される部材のことをいう。 According to another configuration of the present invention, in the above-described rectangular beam spot forming optical system, the optical system for equalizing the energy distribution in the short side direction of the rectangular beam spot on the irradiation surface is replaced with a light pipe. Things. A light pipe generally refers to a member that is drawn into a shape such as a conical shape, a pyramid shape, or a cylindrical shape that transmits light from one end to the other end by reflection.

本発明が開示するレーザ装置は、上記の光導波路又はライトパイプを具備したホモジナイザを有することを特徴とする。向い合う2つの反射面を有する光導波路又はライトパイプにより、被照射面における長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布を均一化することができる。 A laser device disclosed by the present invention includes a homogenizer having the above-described optical waveguide or light pipe. The energy distribution in the short side direction of the rectangular beam spot on the surface to be illuminated can be made uniform by the optical waveguide or the light pipe having two opposing reflecting surfaces.

また、半導体装置作製において、上記のレーザ照射装置を用いることにより、被照射面におけるビームスポットのエネルギー不均一性に起因する縞模様の発生を抑制することができ、半導体膜の結晶性の均一性を向上させることができる。 In addition, by using the above laser irradiation apparatus in manufacturing a semiconductor device, it is possible to suppress the occurrence of a stripe pattern due to energy non-uniformity of a beam spot on a surface to be irradiated, and to achieve uniformity in crystallinity of a semiconductor film. Can be improved.

本発明の方法は、レーザビームを供給し、レーザビームを光導波路に通し、通った後のレーザビームを半導体膜に照射して半導体膜に照射して半導体膜を結晶化させる(ここで、半導体膜の表面におけるレーザビームのエネルギー分布は光導波路によって均一化されている)段階からなる。 The method of the present invention provides a laser beam, passes the laser beam through an optical waveguide, irradiates the semiconductor film with the laser beam that has passed therethrough, and irradiates the semiconductor film to crystallize the semiconductor film (here, the semiconductor The energy distribution of the laser beam on the surface of the film is homogenized by the optical waveguide).

本発明が開示するレーザ照射装置は、光導波路又はライトパイプを具備したビームホモジナイザを有することを特徴とする。前記光導波路又は前記ライトパイプは、向い合う2つの反射面を有し、長方形状の短辺方向のエネルギー分布を被照射面において均一化することができる。 A laser irradiation apparatus disclosed in the present invention has a beam homogenizer provided with an optical waveguide or a light pipe. The light guide or the light pipe has two reflecting surfaces facing each other, and can make the energy distribution in the rectangular short side direction uniform on the irradiated surface.

本発明が開示する長方形状のビームスポットを形成する光学系を用いれば、高い製作精度が要求される光学レンズを用いることなく、短辺方向のエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットを被照射面において形成することが可能となる。この光学系を用いたレーザ照射装置から射出される長方形状のビームスポットを、半導体膜に長方形状の短辺方向に走査すると、ビームスポットのエネルギー分布の不均一性に起因する縞模様の発生を抑制することができ、基板面内の結晶性の均一性を向上させることができる。また本発明を、低温ポリシリコンTFTの量産ラインに適用すれば、動作特性の高いTFTを効率良く生産することができる。 By using the optical system for forming a rectangular beam spot disclosed in the present invention, a rectangular beam spot having a uniform energy distribution in the short side direction can be irradiated without using an optical lens requiring high manufacturing accuracy. It is possible to form on the surface. When a rectangular beam spot emitted from a laser irradiation device using this optical system is scanned on a semiconductor film in a rectangular short side direction, a stripe pattern caused by non-uniform energy distribution of the beam spot is generated. Thus, the uniformity of the crystallinity in the plane of the substrate can be improved. Further, if the present invention is applied to a mass production line of low-temperature polysilicon TFTs, TFTs having high operation characteristics can be efficiently produced.

本発明で開示する長方形状のビームスポット形成光学系を、図2を用いて説明する。 The rectangular beam spot forming optical system disclosed in the present invention will be described with reference to FIG.

まず、図2(b)の側面図について説明する。レーザ発振器1101から出たレーザビームは図2中、矢印の方向に伝搬される。まず、レーザビームは球面レンズ1102a及び1102bにより拡大される。この構成は、レーザ発振器1101から出るビームスポットが十分に大きい場合には必要ない。 First, a side view of FIG. 2B will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 1101 is propagated in the direction of the arrow in FIG. First, the laser beam is expanded by the spherical lenses 1102a and 1102b. This configuration is not necessary when the beam spot emitted from the laser oscillator 1101 is sufficiently large.

第2面が曲率半径−486mm、厚さ20mmのシリンドリカルレンズ1105により、長方形の短辺方向にビームスポットを絞る。曲率半径の符号は、曲率中心がレンズ面に対して光線の射出側にある時が正、曲率中心がレンズ面に対して入射側にある時を負とする。また、レンズ面は光が入射する面を第1面、射出する面を第2面とする。シリンドリカルレンズ1105の後方1030mmに置かれた向い合う2つの反射面1106a及び1106bを有する光導波路1106により、照射面における長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布が均一化される。前記光導波路1106は光線の入射方向に長さ300mm、反射面間の距離が2mmとする。 The beam spot is narrowed in the short side direction of the rectangle by the cylindrical lens 1105 whose second surface has a radius of curvature of -486 mm and a thickness of 20 mm. The sign of the radius of curvature is positive when the center of curvature is on the light exit side with respect to the lens surface, and negative when the center of curvature is on the incident side with respect to the lens surface. The lens surface is a first surface on which light enters, and a second surface is a surface on which light exits. The energy distribution in the short side direction of the rectangular beam spot on the irradiation surface is made uniform by the optical waveguide 1106 having two opposing reflection surfaces 1106a and 1106b placed 1030 mm behind the cylindrical lens 1105. The optical waveguide 1106 has a length of 300 mm in the light incident direction and a distance between the reflecting surfaces of 2 mm.

光導波路1302を有する本発明は、従来の光学系で被照射面における長方形状のビームスポットのエネルギー分布の不均一性の原因となった、シリンドリカルレンズアレイの構造的問題及び製作精度、分割した光線の集光レンズであるシリンドリカルレンズの製作精度の問題を改善することができる。 According to the present invention having the optical waveguide 1302, in the conventional optical system, the structural problem and manufacturing accuracy of the cylindrical lens array, which caused the non-uniformity of the energy distribution of the rectangular beam spot on the surface to be irradiated, and the divided light beam The problem of the manufacturing accuracy of the cylindrical lens which is the condensing lens can be improved.

1250mm後方に配置したダブレットシリンドリカルレンズ1107a及び1107bにより、前記ダブレットシリンドリカルレンズから後方237mmに配置した被照射面1108に長方形の短辺方向に光導波路1106から射出される光線を集光する。ダブレットシリンドリカルレンズとは、2枚のシリンドリカルレンズで構成されているレンズのことをいう。前記ダブレットシリンドリカルレンズを構成する2枚のシリンドリカルレンズは、1枚は第1面の曲率半径が+125mm、第2面の曲率半径が+77mm、厚さ10mmのシリンドリカルレンズであり、もう1枚は第1面の曲率半径が+97mm、第2面の曲率半径が−200mm、厚さ20mmのシリンドリカルレンズであり、2枚のシリンドリカルレンズの間隔は5.5mmである。これにより、長方形状のビームスポットの短辺方向のエネルギー分布の均一化がなされ、短辺方向の長さが決定される。前記ダブレットシリンドリカルレンズは使用しなくとも構わないが、前記ダブレットシリンドリカルレンズを用いることにより、光学系と照射面との間に距離がとれるため、空間的な余裕ができる。 Light beams emitted from the optical waveguide 1106 in the short side direction of the rectangle are converged by the doublet cylindrical lenses 1107a and 1107b disposed 1250 mm rearward on the irradiated surface 1108 disposed 237 mm rearward from the doublet cylindrical lens. The doublet cylindrical lens refers to a lens composed of two cylindrical lenses. One of the two cylindrical lenses constituting the doublet cylindrical lens is a cylindrical lens having a radius of curvature of the first surface of +125 mm, a radius of curvature of the second surface of +77 mm, and a thickness of 10 mm, and the other is the first lens. This is a cylindrical lens having a surface with a radius of curvature of +97 mm, a second surface with a radius of curvature of -200 mm, and a thickness of 20 mm, and the interval between the two cylindrical lenses is 5.5 mm. Thereby, the energy distribution in the short side direction of the rectangular beam spot is made uniform, and the length in the short side direction is determined. The doublet cylindrical lens does not have to be used, but by using the doublet cylindrical lens, a distance can be secured between the optical system and the irradiation surface, so that there is room in space.

次に、図2(a)の上面図について説明する。レーザ発振器1101から出たレーザビームは、シリンドリカルレンズアレイ1103a及び1103bにより、スポットが長方形の長辺方向に分割される。シリンドリカルレンズアレイ1103aは、第1面の曲率半径が+28mmで、厚さが5mm、幅2mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に30個並べたものである。シリンドリカルレンズアレイ1103bは第1面の曲率半径が−13.33mm、厚さ5mm、幅2mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に30個並べたものである。また、シリンドリカルレンズアレイ1103aと1103bとの間隔は88mmとした。その後、シリンドリカルレンズアレイ1103bの後方120mmに置かれた第1面の曲率半径が+2140mm、厚さ20mmのシリンドリカルレンズ1104にて、レーザビームは被照射面1108にて1つに合成される。これにより、長方形状のビームスポットの長辺方向のエネルギー分布の均一化がなされ、長辺方向の長さが決定される。 Next, a top view of FIG. 2A will be described. The spot of the laser beam emitted from the laser oscillator 1101 is divided in the long side direction of the rectangle by the cylindrical lens arrays 1103a and 1103b. The cylindrical lens array 1103a is configured by arranging thirty cylindrical lenses having a curvature radius of the first surface of +28 mm, a thickness of 5 mm, and a width of 2 mm in the curvature direction. The cylindrical lens array 1103b is formed by arranging 30 cylindrical lenses having a curvature radius of the first surface of −13.33 mm, a thickness of 5 mm, and a width of 2 mm in the curvature direction. The distance between the cylindrical lens arrays 1103a and 1103b was 88 mm. Thereafter, the laser beam is combined into one on the irradiated surface 1108 by the cylindrical lens 1104 having a radius of curvature of +2140 mm and a thickness of 20 mm on the first surface located 120 mm behind the cylindrical lens array 1103b. Thereby, the energy distribution in the long side direction of the rectangular beam spot is made uniform, and the length in the long side direction is determined.

図3に光学設計ソフトでシミュレーションを行い、長辺方向の長さが300mm、短辺方向の長さが0.4mmのエネルギー分布が均一なビームスポットが得られた結果を示す。図3(a)は、長方形状のビームスポットの中心から長辺方向に±0.3mm、短辺方向に±0.2mmの部分のビームスポットのエネルギー分布を示した図である。図3(b)は、長方形状のビームスポットのエネルギー分布の長方形の中心部の短辺方向の断面図である。 FIG. 3 shows a result obtained by performing a simulation using optical design software to obtain a beam spot having a uniform energy distribution having a length in the long side direction of 300 mm and a length in the short side direction of 0.4 mm. FIG. 3A is a diagram showing the energy distribution of the beam spot at a portion of ± 0.3 mm in the long side direction and ± 0.2 mm in the short side direction from the center of the rectangular beam spot. FIG. 3B is a cross-sectional view of the energy distribution of the rectangular beam spot in the short side direction at the center of the rectangle.

本発明の光学系と組み合わせるレーザ発振器は、大出力でかつ半導体膜によく吸収される波長域が好ましい。半導体膜として珪素膜を用いた場合、吸収率を考慮し、用いるレーザ発振器の出すレーザビームの波長は600nm以下であることが好ましい。このようなレーザビームを出すレーザ発振器には、例えば、エキシマレーザ、YAGレーザ(高調波)、ガラスレーザ(高調波)がある。 The laser oscillator used in combination with the optical system of the present invention preferably has a wavelength range that has a large output and is well absorbed by the semiconductor film. In the case where a silicon film is used as the semiconductor film, the wavelength of the laser beam emitted from the laser oscillator used is preferably 600 nm or less in consideration of the absorptance. Laser oscillators that emit such laser beams include, for example, excimer lasers, YAG lasers (harmonics), and glass lasers (harmonics).

また、現在の技術ではまだ大出力は得られていないが、珪素膜の結晶化に適当な波長のレーザビームを発振するレーザ発振器として、例えば、YVO4レーザ(高調波)、YLFレーザ(高調波)、Arレーザがある。 Although high output has not yet been obtained with current technology, laser oscillators that emit a laser beam having a wavelength suitable for crystallization of a silicon film include, for example, a YVO 4 laser (harmonic) and a YLF laser (harmonic). ), There is an Ar laser.

以下、本発明のビームホモジナイザ及びレーザ照射装置を用いた本発明の半導体装置の作製方法について説明する。まず、基板として127×127×0.7mmのガラス基板(コーニング1737)を用意する。この基板は600℃までの温度であれば充分な耐久性がある。前記ガラス基板上に下地膜として酸化珪素膜を200nm成膜する。さらに、その上から非晶質珪素膜を55nmの厚さに成膜する。成膜は、共にスパッタ法にて行う。あるいはプラズマCVD法にて成膜してもよい。 Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention using the beam homogenizer and the laser irradiation apparatus of the present invention will be described. First, a 127 × 127 × 0.7 mm glass substrate (Corning 1737) is prepared as a substrate. This substrate has sufficient durability at temperatures up to 600 ° C. A 200-nm-thick silicon oxide film is formed as a base film on the glass substrate. Further, an amorphous silicon film is formed thereon with a thickness of 55 nm. The film formation is performed by a sputtering method. Alternatively, the film may be formed by a plasma CVD method.

 上記成膜済の基板を、450℃の窒素雰囲気中に1時間おく。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザエネルギーに対して耐えきれないので本工程をいれる。 前記膜内の水素の濃度は1020/cm3オーダーが適当である。ここで、1020/cm3とは、1cm3あたりに水素原子が1020個存在するという意味である。 The substrate on which the film has been formed is placed in a nitrogen atmosphere at 450 ° C. for one hour. This step is a step for reducing the hydrogen concentration in the amorphous silicon film. If the amount of hydrogen in the film is too much, the film cannot withstand the laser energy, so this step is performed. The concentration of hydrogen in the film is suitably on the order of 10 20 / cm 3 . Here, 10 20 / cm 3 means that there are 10 20 hydrogen atoms per 1 cm 3 .

 本実施の形態では、レーザ発振器として、ラムダフィジック社製L4308XeClエキシマレーザを使う。前記エキシマレーザは、パルスレーザである。前記エキシマレーザの最大エネルギーは、1パルスあたり670mJ、発振波長は308nm、最大周波数は300Hzである。基板1枚をレーザ処理する間、該パルスレーザの1パルスごとのエネルギー変動は、±10%以内、好ましくは±5%以内に収まっていると、均一な結晶化が行える。 In this embodiment, an L4308XeCl excimer laser manufactured by Lambda Physics is used as a laser oscillator. The excimer laser is a pulse laser. The maximum energy of the excimer laser is 670 mJ per pulse, the oscillation wavelength is 308 nm, and the maximum frequency is 300 Hz. During laser processing of one substrate, uniform crystallization can be performed if the energy fluctuation of each pulse of the pulse laser is within ± 10%, preferably within ± 5%.

ここで述べているレーザエネルギーの変動は、以下のように定義する。すなわち、基板1枚を照射している期間のレーザエネルギーの平均値を基準とし、その期間の最小エネルギーまたは最大エネルギーと前記平均値との差を%で表したものである。 The variation of the laser energy described here is defined as follows. That is, the difference between the minimum energy or the maximum energy in the period during which one substrate is irradiated and the average value is expressed in%.

使用される線状レーザはアスペクト比が10以上とし、さらに望ましくは100以上であるとよい。 The linear laser used has an aspect ratio of 10 or more, and more preferably 100 or more.

レーザビームの照射は例えば、図2に示した被照射面1108をのせたステージを長方形状のビームスポットの短辺方向に走査させながら行う。このとき、被照射面におけるビームスポットのエネルギー密度や、走査のスピードは、実施者が適宜決めればよい。だいたいの目安は、エネルギー密度200mJ/cm2〜1000mJ/cm2の範囲である。走査のスピードは、長方形状のビームスポットの短辺方向の幅が90%程度もしくはそれ以上で互いに重なり合う範囲で適当なものを選ぶと、均一なレーザアニールを行える可能性が高い。最適な走査スピードは、レーザ発振器の周波数に依存し、前記周波数に比例すると考えてよい。 The laser beam irradiation is performed, for example, while scanning the stage on which the irradiation surface 1108 shown in FIG. 2 is placed in the short side direction of the rectangular beam spot. At this time, the energy density of the beam spot on the irradiation surface and the scanning speed may be appropriately determined by the practitioner. Rule of thumb is the range of the energy density of 200mJ / cm 2 ~1000mJ / cm 2 . If an appropriate scanning speed is selected within a range in which the width of the rectangular beam spot in the short side direction is about 90% or more and overlaps each other, there is a high possibility that uniform laser annealing can be performed. The optimum scanning speed depends on the frequency of the laser oscillator and may be considered to be proportional to said frequency.

 こうして、レーザアニール工程が終了する。上記工程を繰り返すことにより、多数の基板を処理できる。前記基板を利用して例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイを公知の方法に従って作製することができる。 Thus, the laser annealing step is completed. By repeating the above steps, a large number of substrates can be processed. Using the substrate, for example, an active matrix liquid crystal display can be manufactured according to a known method.

上記の例ではレーザ発振器にエキシマレーザを用いた。エキシマレーザはコヒーレント長が数μmと非常に小さいため、上記例の光学系に適している。以下に示すレーザにはコヒーレント長が長いものもあるが、作為的にコヒーレント長を変えたものを用いればよい。YAGレーザの高調波やガラスレーザの高調波を用いても同様な大出力が得られ、かつ珪素膜にレーザビームのエネルギーが良く吸収されるので好ましい。珪素膜の結晶化に適当なレーザ発振器として、YVO4レーザ(高調波)、YLFレーザ(高調波)、Arレーザなどがある。これらのレーザビームの波長域は珪素膜によく吸収される。 In the above example, an excimer laser was used as the laser oscillator. An excimer laser has a very small coherent length of several μm and is suitable for the optical system of the above example. Some of the lasers described below have a long coherent length, but a laser having a coherent length changed artificially may be used. The use of a harmonic of a YAG laser or a harmonic of a glass laser is preferable because a similar large output is obtained and the energy of the laser beam is well absorbed by the silicon film. As a laser oscillator suitable for crystallization of a silicon film, there are a YVO 4 laser (harmonic), a YLF laser (harmonic), an Ar laser, and the like. The wavelength region of these laser beams is well absorbed by the silicon film.

上記の例では、非単結晶半導体膜には非晶質珪素膜を使ったが、本発明は他の非単結晶半導体にも適用できることが容易に推測できる。例えば、非単結晶半導体膜に非晶質珪素ゲルマニウム膜などの非晶質構造を有する化合物半導体膜を使用しても良い。あるいは、非単結晶半導体膜に多結晶珪素膜を使用してもよい。 In the above example, an amorphous silicon film is used as the non-single-crystal semiconductor film, but it can easily be estimated that the present invention can be applied to other non-single-crystal semiconductors. For example, a compound semiconductor film having an amorphous structure such as an amorphous silicon germanium film may be used as the non-single-crystal semiconductor film. Alternatively, a polycrystalline silicon film may be used as the non-single-crystal semiconductor film.

本実施例では、実施の形態に記載した光学系とは別の光学系の例を挙げる。 In this embodiment, an example of an optical system different from the optical system described in the embodiment will be described.

図4に本実施例で説明する光学系の例を示す。まず、図4(b)の側面図について説明する。レーザ発振器1401から出たレーザビームは図4中、矢印の方向に伝搬される。
第2面の曲率半径が−182mm、厚さが10mmのシリンドリカルレンズ1402により、長方形の短辺方向にビームスポットを絞る。向い合う2つの反射面1405a及び1405bを有する光導波路1405の入射口が前記シリンドリカルレンズの焦点位置になるように光導波路1405を置く。光導波路1405によってビームスポットのエネルギー分布が均一化される。光導波路1405は光線の進行方向に長さ300mmで、反射面間の距離を0.4mmとする。前記光導波路1405の射出口から0.2mmだけ離れた位置に照射面1406を置く。前記照射面1406において短辺方向の長さが0.4mmのエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットが形成される。
FIG. 4 shows an example of the optical system described in this embodiment. First, a side view of FIG. 4B will be described. The laser beam emitted from the laser oscillator 1401 is propagated in the direction of the arrow in FIG.
The beam spot is narrowed in the short side direction of the rectangle by a cylindrical lens 1402 having a radius of curvature of the second surface of -182 mm and a thickness of 10 mm. The optical waveguide 1405 is placed so that the entrance of the optical waveguide 1405 having two opposing reflecting surfaces 1405a and 1405b is located at the focal position of the cylindrical lens. The energy distribution of the beam spot is made uniform by the optical waveguide 1405. The optical waveguide 1405 has a length of 300 mm in the traveling direction of the light beam, and the distance between the reflecting surfaces is 0.4 mm. An irradiation surface 1406 is placed at a position 0.2 mm away from the exit of the optical waveguide 1405. A rectangular beam spot having a uniform energy distribution and a length of 0.4 mm in the short side direction is formed on the irradiation surface 1406.

次に、図4の上面図について説明する。レーザ発振機1401からレーザビームは図4中、矢印の方向に伝搬される。第1面が曲率半径+35mm、幅3mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に7つ接合したシリンドリカルレンズアレイ1403を通過し、長方形の長辺方向に分割されたビームスポットは、第1面が曲率半径+816mm、厚さ5mmのシリンドリカルレンズ1404を通し、照射面1406で重ね合わせる。これにより、長方形の長辺方向のエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットができる。前記シリンドリカルレンズ1404が長い焦点距離を持つ場合、集光能力が小さくなるため前記シリンドリカルレンズ1404は無くともよい。 Next, a top view of FIG. 4 will be described. The laser beam is propagated from the laser oscillator 1401 in the direction of the arrow in FIG. The first surface passes through a cylindrical lens array 1403 in which seven cylindrical lenses having a radius of curvature of +35 mm and a width of 3 mm are joined in the curvature direction, and the first surface has a first surface with a radius of curvature of +816 mm. The light passes through a cylindrical lens 1404 having a thickness of 5 mm and is superposed on an irradiation surface 1406. As a result, a rectangular beam spot having a uniform energy distribution in the long side direction of the rectangle is formed. When the cylindrical lens 1404 has a long focal length, the light collecting ability is reduced, so that the cylindrical lens 1404 may be omitted.

図4に示した光学系により、長方形の短辺方向の長さ0.4mmのエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットを形成することができる。図5に光学設計ソフトにおいて行ったシュミレーション結果を示す。図5(a)は、長方形状のビームスポットの中心から長辺方向に±0.3mm、短辺方向に±0.2mmの部分のビームスポットのエネルギー分布を示した図である。図5(b)は、長方形状のビームスポットのエネルギー分布の長方形の中心部の短辺方向の断面図である。 With the optical system shown in FIG. 4, a rectangular beam spot having a uniform energy distribution with a length of 0.4 mm in the short side direction of the rectangle can be formed. FIG. 5 shows the results of a simulation performed using the optical design software. FIG. 5A is a diagram showing the energy distribution of the beam spot at a portion of ± 0.3 mm in the long side direction and ± 0.2 mm in the short side direction from the center of the rectangular beam spot. FIG. 5B is a cross-sectional view of the energy distribution of the rectangular beam spot in the short side direction at the center of the rectangle.

本実施例では、実施の形態に記載した光学系とは別の光学系の例を挙げる。図6に本実施例で説明する光学系の例を示す。 In this embodiment, an example of an optical system different from the optical system described in the embodiment will be described. FIG. 6 shows an example of the optical system described in this embodiment.

まず、図6(b)の側面図について説明する。図6中、向い合う2つの反射面1605a及び1605bを有する光導波路1605にレーザビームが達するまでは、図4に示した光学系と全く同じ光路を通る。光導波路1605は、光導波路1405と同様に向い合う2つの反射面を有する。光導波路1605は光線の進行方向に長さ900mmで、反射面間の距離が2.6mmとする。前記光導波路1605から射出される光線は短辺方向の長さ2.6mmの長方形の短辺方向にエネルギー分布が均一化された長方形状のビームスポットに形成される。前記光導波路1605から射出される光線は前記光導波路1605から後方1000mmに配置したダブレットシリンドリカルレンズ1606a及び1606bによって絞られ、前記ダブレットシリンドリカルレンズから後方220mmに配置した照射面1607に集められる。前記ダブレットシリンドリカルレンズは、第1面が曲率半径+125mm、第2面が曲率半径+69mm、厚さが10mmのシリンドリカルレンズ、第1面が曲率半径+75mm、第2面が曲率半径−226mm、厚さが20mmのシリンドリカルレンズから構成される。また、上記シリンドリカルレンズ間の間隔は1mmとした。照射面1607には長方形の短辺方向のエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットが形成される。前記ダブレットレンズは第1面の曲率半径が+963mm、第2面の曲率半径が−980mm、厚さが30mmのシリンドリカルレンズに置き換えてもよい。その場合、前記シリンドリカルレンズの位置は、光導波路1605から後方2000mmに配置し、照射面1607は前記シリンドリカルレンズの後方2000mmに配置するとよい。 First, a side view of FIG. 6B will be described. In FIG. 6, the laser beam passes through exactly the same optical path as the optical system shown in FIG. 4 until the laser beam reaches the optical waveguide 1605 having two opposing reflecting surfaces 1605a and 1605b. The optical waveguide 1605 has two reflecting surfaces facing each other similarly to the optical waveguide 1405. The optical waveguide 1605 has a length of 900 mm in the traveling direction of the light beam, and the distance between the reflecting surfaces is 2.6 mm. The light beam emitted from the optical waveguide 1605 is formed into a rectangular beam spot in which the energy distribution is made uniform in the short side direction of the rectangle having a length of 2.6 mm in the short side direction. Light rays emitted from the optical waveguide 1605 are converged by doublet cylindrical lenses 1606a and 1606b disposed 1000 mm rearward from the optical waveguide 1605, and collected on an irradiation surface 1607 disposed 220mm rearward from the doublet cylindrical lens. The doublet cylindrical lens has a first surface with a radius of curvature of +125 mm, a second surface with a radius of curvature of +69 mm, a thickness of 10 mm, a first surface with a radius of curvature of +75 mm, a second surface with a radius of curvature of -226 mm, and a thickness of -226 mm. It is composed of a 20 mm cylindrical lens. The interval between the cylindrical lenses was 1 mm. A rectangular beam spot having a uniform energy distribution in the short side direction of the rectangle is formed on the irradiation surface 1607. The doublet lens may be replaced by a cylindrical lens having a first surface having a radius of curvature of +963 mm, a second surface having a radius of curvature of -980 mm, and a thickness of 30 mm. In that case, the position of the cylindrical lens is preferably set at 2000 mm behind the optical waveguide 1605, and the irradiation surface 1607 is preferably set at 2000 mm behind the cylindrical lens.

次に、図6(a)の上面図について説明する。レーザ発振機1601からレーザビームは図6中、矢印の方向に伝搬される。第1面の曲率半径が35mm、厚さが3mm、幅が3mmのシリンドリカルレンズを曲率方向に7つ接合したシリンドリカルレンズアレイ1603を通過し、長辺方向に分割されたスポットは、第1面の曲率半径が+816mm、厚さが5mmのシリンドリカルレンズ1604を通し、照射面1606で重ね合わせる。これにより、長辺方向のエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットができる。前記シリンドリカルレンズ1604が長い焦点距離を持つ場合、集光能力が小さくなるため前記シリンドリカルレンズ1604は無くともよい。 Next, a top view of FIG. 6A will be described. The laser beam propagates from the laser oscillator 1601 in the direction of the arrow in FIG. A spot that has passed through a cylindrical lens array 1603 in which seven cylindrical lenses each having a radius of curvature of 35 mm, a thickness of 3 mm, and a width of 3 mm on the first surface are joined in the curvature direction, and divided in the long side direction, The light passes through a cylindrical lens 1604 having a radius of curvature of +816 mm and a thickness of 5 mm, and is superposed on an irradiation surface 1606. Thereby, a rectangular beam spot having a uniform energy distribution in the long side direction is formed. When the cylindrical lens 1604 has a long focal length, the light collecting ability is reduced, so that the cylindrical lens 1604 may be omitted.

図6に示した光学系により、短辺方向の長さが0.6mmのエネルギー分布が均一な長方形状のビームスポットを形成することができる。図7に光学設計ソフトにおいて行ったシミュレーション結果を示す。図7(a)は、長方形状のビームスポットの中心から長辺方向に±0.3mm、短辺方向に±0.2mmの部分のビームスポットのエネルギー分布を示した図である。図7(b)は、長方形状のビームスポットのエネルギー分布の長方形の中心部の短辺方向の断面図である。 With the optical system shown in FIG. 6, a rectangular beam spot having a uniform energy distribution with a length in the short side of 0.6 mm can be formed. FIG. 7 shows a simulation result performed by the optical design software. FIG. 7A is a diagram showing the energy distribution of the beam spot at a portion of ± 0.3 mm in the long side direction and ± 0.2 mm in the short side direction from the center of the rectangular beam spot. FIG. 7B is a sectional view of the energy distribution of the rectangular beam spot in the short side direction at the center of the rectangle.

本実施例で示した光学系を利用して、例えば実施の形態に従った方法にて、半導体膜のレーザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイを作製することができる。前記作製は、実施者が公知の方法に従って行えばよい。 Using the optical system described in this embodiment, laser annealing of the semiconductor film is performed by, for example, the method according to the embodiment. For example, an active matrix liquid crystal display or an electroluminescence (EL) display can be manufactured using the semiconductor film. The production may be performed by a practitioner according to a known method.

本実施例では、実施の形態に記載した光学系とは別の光学系の例を挙げる。図8に本実施例で説明する光学系の例を示す。 In this embodiment, an example of an optical system different from the optical system described in the embodiment will be described. FIG. 8 shows an example of the optical system described in this embodiment.

図8中、光導波路1805以外は、図4に示した光学系と全く同じ光路を通る。光導波路1805は、光導波路1405と同様に向い合う2つの反射面を有する。光導波路1405は向い合う2つの反射面間の空間が中空である一方で、光導波路1805の反射面間の空間は屈折率nの媒質1805cで満たされている。この点で両者は異なる。媒質の屈折率nが反射面の材質の屈折率よりも大きければ、光線が臨界角以下の角度で前記光導波路1805に入射すると、反射面において光線は全反射する。つまり、このときは光導波路の光線の透過率は全反射しない場合と比べて高くなる。従って、より高効率で光源1801からの光線を照射面1806に集光することができる。なお、シリンドリカルレンズ1804は無くともよい。 In FIG. 8, components other than the optical waveguide 1805 pass through exactly the same optical path as the optical system shown in FIG. The optical waveguide 1805 has two reflecting surfaces facing each other similarly to the optical waveguide 1405. In the optical waveguide 1405, the space between two opposing reflection surfaces is hollow, while the space between the reflection surfaces of the optical waveguide 1805 is filled with a medium 1805c having a refractive index n. They differ in this respect. If the refractive index n of the medium is larger than the refractive index of the material of the reflection surface, when the light beam enters the optical waveguide 1805 at an angle smaller than the critical angle, the light beam is totally reflected on the reflection surface. That is, at this time, the light transmittance of the optical waveguide is higher than that in the case where total reflection is not performed. Accordingly, the light from the light source 1801 can be more efficiently condensed on the irradiation surface 1806. Note that the cylindrical lens 1804 may not be provided.

図8に示した光学系により、短辺方向の長さが0.4mmのエネルギー分布が均一な長方形状ビームスポットを形成することができる。ここで媒質の屈折率は1.521、反射面の材質の屈折率が1.464とした。図9に光学設計ソフトにおいて行ったシミュレーション結果を示す。図9(a)は、長方形状のビームスポットの中心から長辺方向に±0.3mm、短辺方向に±0.2mmの部分のビームスポットのエネルギー分布を示した図である。下図9(b)は、長方形状のビームスポットのエネルギー分布の長方形の中心部の短辺方向の断面図である。 With the optical system shown in FIG. 8, it is possible to form a rectangular beam spot having a uniform energy distribution and a length of 0.4 mm in the short side direction. Here, the refractive index of the medium was 1.521, and the refractive index of the material of the reflecting surface was 1.644. FIG. 9 shows the results of a simulation performed by the optical design software. FIG. 9A is a diagram showing the energy distribution of the beam spot at a portion of ± 0.3 mm in the long side direction and ± 0.2 mm in the short side direction from the center of the rectangular beam spot. FIG. 9B is a sectional view of the energy distribution of the rectangular beam spot in the short side direction at the center of the rectangle.

本実施例で示した光学系を利用して、例えば発明実施の形態に従った方法にて、半導体膜のレーザアニールを行う。前記半導体膜を利用して例えばアクティブマトリクス型の液晶ディスプレイやエレクトロルミネッセンス(EL)ディスプレイを作製することができる。前記作製は、実施者が公知の方法に従って行えばよい。 Using the optical system shown in this embodiment, laser annealing of the semiconductor film is performed, for example, by the method according to the embodiment of the invention. For example, an active matrix liquid crystal display or an electroluminescence (EL) display can be manufactured using the semiconductor film. The production may be performed by a practitioner according to a known method.

本発明の手段を説明する図。The figure explaining the means of the present invention. 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus disclosed by the present invention. 図2が提示する光学系による長方形状のビームスポットのエネルギー分布。Energy distribution of a rectangular beam spot by the optical system presented in FIG. 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus disclosed by the present invention. 図4が提示する光学系による長方形状のビームスポットのエネルギー分布。FIG. 4 is an energy distribution of a rectangular beam spot by the optical system presented in FIG. 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus disclosed by the present invention. 図6が提示する光学系による長方形状のビームスポットのエネルギー分布。Energy distribution of a rectangular beam spot by the optical system presented in FIG. 本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a laser irradiation apparatus disclosed by the present invention. 図8が提示する光学系による長方形状のビームスポットのエネルギー分布。FIG. 8 is an energy distribution of a rectangular beam spot by the optical system presented in FIG. 従来のレーザ照射装置を示す図。The figure which shows the conventional laser irradiation apparatus.

Claims (25)

被照射面におけるビームスポットを長方形状にするためのビームホモジナイザであって、
前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化する光導波路を有することを特徴とするビームホモジナイザ。
A beam homogenizer for making a beam spot on a surface to be irradiated rectangular.
A beam homogenizer having an optical waveguide for making the energy distribution in the short side direction of the rectangular shape uniform on the irradiated surface.
請求項1に記載の前記光導波路は、向い合う2つの反射面を有することを特徴とするビームホモジナイザ。 The beam homogenizer according to claim 1, wherein the optical waveguide has two reflecting surfaces facing each other. 被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するためのビームホモジナイザであって、
前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化するライトパイプを有することを特徴とするビームホモジナイザ。
A beam homogenizer for forming a beam spot on a surface to be irradiated into a rectangular shape,
A beam homogenizer comprising a light pipe for making the energy distribution in the short side direction of the rectangular shape uniform on the irradiated surface.
請求項3に記載の前記ライトパイプは、向い合う2つの反射面を有することを特徴とするビームホモジナイザ。 4. The beam homogenizer according to claim 3, wherein the light pipe has two reflecting surfaces facing each other. 被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するためのビームホモジナイザであって、
前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化する光導波路と、
前記被照射面において、前記光導波路から射出される光を前記長方形状の短辺方向に集光させる一つもしくは複数のシリンドリカルレンズを有することを特徴とするビームホモジナイザ。
A beam homogenizer for forming a beam spot on a surface to be irradiated into a rectangular shape,
An optical waveguide for uniformizing the energy distribution in the rectangular short side direction on the irradiated surface,
A beam homogenizer comprising: one or a plurality of cylindrical lenses that converge light emitted from the optical waveguide in a direction of the short side of the rectangle on the irradiated surface.
被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するためのビームホモジナイザであって、
前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化するライトパイプと、
前記被照射面において、前記ライトパイプから射出される光を前記長方形状の短辺方向に集光させる一つもしくは複数のシリンドリカルレンズとを有することを特徴とするビームホモジナイザ。
A beam homogenizer for forming a beam spot on a surface to be irradiated into a rectangular shape,
A light pipe for uniformizing the energy distribution in the short side direction of the rectangular shape on the irradiated surface;
A beam homogenizer, comprising: one or a plurality of cylindrical lenses that converge light emitted from the light pipe in a direction of the short side of the rectangle on the irradiation surface.
被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するためのビームホモジナイザであって、
前記長方形状の長辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化する手段と、
前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化する光導波路とを有し、前記手段は少なくともシリンドリカルレンズアレイを有することを特徴とするビームホモジナイザ。
A beam homogenizer for forming a beam spot on a surface to be irradiated into a rectangular shape,
Means for uniformizing the energy distribution in the long side direction of the rectangular shape on the irradiated surface,
A beam waveguide for making the energy distribution in the short side direction of the rectangular shape uniform on the surface to be irradiated, wherein the means has at least a cylindrical lens array.
被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するためのビームホモジナイザであって、
前記長方形状の長辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化する手段と、
前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を前記被照射面において均一化するライトパイプとを有し、前記手段は少なくともシリンドリカルレンズアレイを有することを特徴とするビームホモジナイザ。
A beam homogenizer for forming a beam spot on a surface to be irradiated into a rectangular shape,
Means for uniformizing the energy distribution in the long side direction of the rectangular shape on the irradiated surface,
A light pipe for making the energy distribution in the rectangular short side direction uniform on the irradiated surface, wherein the means has at least a cylindrical lens array.
請求項5又は7に記載の前記光導波路は、向い合う2つの反射面を有することを特徴とするビームホモジナイザ。 8. The beam homogenizer according to claim 5, wherein the optical waveguide has two reflecting surfaces facing each other. 請求項6又は8に記載の前記ライトパイプは、向い合う2つの反射面を有することを特徴とするビームホモジナイザ。 9. The beam homogenizer according to claim 6, wherein the light pipe has two reflecting surfaces facing each other. 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の前記アスペクト比は、100以上であることを特徴とするビームホモジナイザ。 The beam homogenizer according to any one of claims 1 to 10, wherein the aspect ratio is 100 or more. 被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するレーザ照射装置であって、
レーザ発振器と、
ビームホモジナイザとを有し、
前記ビームホモジナイザは、前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を均一化する光導波路を有することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser irradiation apparatus for forming a beam spot on a surface to be irradiated in a rectangular shape,
A laser oscillator,
Having a beam homogenizer,
The laser irradiation device, wherein the beam homogenizer has an optical waveguide for uniformizing an energy distribution in a short side direction of the rectangular shape.
被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するレーザ照射装置であって、
レーザ発振器と、
ビームホモジナイザとを有し、
前記ビームホモジナイザは、前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を均一化する光導波路を有し、前記光導波路は向い合う2つの反射面を有することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser irradiation apparatus for forming a beam spot on a surface to be irradiated in a rectangular shape,
A laser oscillator,
Having a beam homogenizer,
The laser irradiation apparatus, wherein the beam homogenizer has an optical waveguide for equalizing the energy distribution in the rectangular short side direction, and the optical waveguide has two opposing reflecting surfaces.
被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するレーザ照射装置であって、
レーザ発振器と、
ビームホモジナイザとを有し、
前記ビームホモジナイザは、前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を均一化するライトパイプを有することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser irradiation apparatus for forming a beam spot on a surface to be irradiated in a rectangular shape,
A laser oscillator,
Having a beam homogenizer,
The laser irradiation apparatus, wherein the beam homogenizer includes a light pipe for uniforming an energy distribution in a direction of the rectangular short side.
被照射面におけるビームスポットを長方形状に形成するレーザ照射装置であって、
レーザ発振器と、
ビームホモジナイザとを有し、
前記ビームホモジナイザは、前記長方形状の短辺方向のエネルギー分布を均一化するライトパイプを有し、前記ライトパイプは向い合う2つの反射面を有することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser irradiation apparatus for forming a beam spot on a surface to be irradiated in a rectangular shape,
A laser oscillator,
Having a beam homogenizer,
The laser irradiation apparatus, wherein the beam homogenizer has a light pipe for uniformizing an energy distribution in a direction of the rectangular short side, and the light pipe has two facing reflection surfaces.
請求項12乃至15のいずれか1項に記載の前記レーザ発振器は、エキシマレーザ、YAGレーザ、ガラスレーザのいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。 16. The laser irradiation apparatus according to claim 12, wherein the laser oscillator is any one of an excimer laser, a YAG laser, and a glass laser. 請求項12乃至15のいずれか1項に記載の前記レーザ発振器は、YVO4レーザ、YLFレーザ、Arレーザのいずれかであることを特徴とするレーザ照射装置。 The laser oscillator according to any one of claims 12 to 15, YVO 4 laser, YLF laser, a laser irradiation apparatus which is characterized in that any one of Ar laser. 請求項12乃至17のいずれか1項に記載の前記アスペクト比は、100以上であることを特徴とするレーザ照射装置。 18. The laser irradiation apparatus according to claim 12, wherein the aspect ratio is 100 or more. 半導体装置の作製方法において、
前記基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを少なくともシリンドリカルレンズアレイと光導波路により、被照射面において長方形状のエネルギー分布の均一なビームスポットとする工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記長方形状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、
を有し、前記シリンドリカルレンズアレイは前記長方形状のビームスポットの長辺方向に作用し、前記光導波路は前記長方形状のビームスポットの短辺方向に作用することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device,
Forming a non-single-crystal semiconductor film on the substrate,
Generating a laser beam;
A step of forming the laser beam into a uniform beam spot having a rectangular energy distribution on an irradiated surface by at least a cylindrical lens array and an optical waveguide;
Placing the substrate on which the non-single-crystal semiconductor film is formed on a stage, and matching the surface of the non-single-crystal semiconductor film to the irradiated surface;
Scanning the stage relative to the laser beam while irradiating the rectangular laser beam, laser annealing the non-single-crystal semiconductor film,
Wherein the cylindrical lens array acts in the long side direction of the rectangular beam spot, and the optical waveguide acts in the short side direction of the rectangular beam spot. .
半導体装置の作製方法において、
前記基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを少なくともシリンドリカルレンズアレイと光導波路により、被照射面において長方形状のエネルギー分布の均一なビームスポットとする工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記長方形状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、
を有し、前記シリンドリカルレンズアレイは前記長方形状のビームスポットの長辺方向に作用し、前記光導波路は前記長方形状のビームスポットの短辺方向に作用し、また前記光導波路は向い合う2つの反射面を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device,
Forming a non-single-crystal semiconductor film on the substrate,
Generating a laser beam;
A step of forming the laser beam into a uniform beam spot having a rectangular energy distribution on an irradiated surface by at least a cylindrical lens array and an optical waveguide;
Placing the substrate on which the non-single-crystal semiconductor film is formed on a stage, and matching the surface of the non-single-crystal semiconductor film to the irradiated surface;
Scanning the stage relative to the laser beam while irradiating the rectangular laser beam, laser annealing the non-single-crystal semiconductor film,
Wherein the cylindrical lens array acts in a long side direction of the rectangular beam spot, the optical waveguide acts in a short side direction of the rectangular beam spot, and the optical waveguide has two facing sides. A method for manufacturing a semiconductor device having a reflective surface.
半導体装置の作製方法において、
前記基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを少なくともシリンドリカルレンズアレイとライトパイプにより、被照射面において長方形状のエネルギー分布の均一なビームスポットとする工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、
を有し、前記シリンドリカルレンズアレイは前記長方形状のビームスポットの長辺方向に作用し、前記ライトパイプは前記長方形状のビームスポットの短辺方向に作用することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device,
Forming a non-single-crystal semiconductor film on the substrate,
Generating a laser beam;
A step of forming the laser beam into a uniform beam spot having a rectangular energy distribution on an irradiated surface by at least a cylindrical lens array and a light pipe,
Placing the substrate on which the non-single-crystal semiconductor film is formed on a stage, and matching the surface of the non-single-crystal semiconductor film to the irradiated surface;
Scanning the stage relative to the laser beam while irradiating the linear laser beam, laser annealing the non-single-crystal semiconductor film,
Wherein the cylindrical lens array acts in a long side direction of the rectangular beam spot, and the light pipe acts in a short side direction of the rectangular beam spot. .
半導体装置の作製方法において、
前記基板上に非単結晶半導体膜を形成する工程と、
レーザビームを発生させる工程と、
前記レーザビームを少なくともシリンドリカルレンズアレイとライトパイプにより、被照射面において長方形状のエネルギー分布の均一なビームスポットとする工程と、
前記非単結晶半導体膜が形成された前記基板をステージに設置し、前記非単結晶半導体膜の表面を前記被照射面に一致させる工程と、
前記線状のレーザビームを照射させながら前記ステージを前記レーザビームに対して相対的に走査させ、前記非単結晶半導体膜をレーザアニールする工程と、
を有し、前記シリンドリカルレンズアレイは前記長方形状のビームスポットの長辺方向に作用し、前記ライトパイプは前記長方形状のビームスポットの短辺方向に作用し、また前記ライトパイプは向い合う2つの反射面を有することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In the method for manufacturing a semiconductor device,
Forming a non-single-crystal semiconductor film on the substrate,
Generating a laser beam;
A step of forming the laser beam into a uniform beam spot having a rectangular energy distribution on an irradiated surface by at least a cylindrical lens array and a light pipe,
Placing the substrate on which the non-single-crystal semiconductor film is formed on a stage, and matching the surface of the non-single-crystal semiconductor film to the irradiated surface;
Scanning the stage relative to the laser beam while irradiating the linear laser beam, laser annealing the non-single-crystal semiconductor film,
Wherein the cylindrical lens array acts in the long side direction of the rectangular beam spot, the light pipe acts in the short side direction of the rectangular beam spot, and the light pipe has two facing sides. A method for manufacturing a semiconductor device having a reflective surface.
請求項19乃至22のいずれか1項に記載の前記レーザビームの発振器は、エキシマレーザ、YAGレーザ、ガラスレーザのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 23. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the oscillator of the laser beam according to claim 19 is any one of an excimer laser, a YAG laser, and a glass laser. 請求項19乃至22のいずれか1項に記載の前記レーザビームの発振器は、YVO4レーザ、YLFレーザ、Arレーザのいずれかであることを特徴とする半導体装置の作製方法。 Oscillator of the laser beam according to any one of claims 19 to 22, YVO 4 laser, YLF laser, a method for manufacturing a semiconductor device which is characterized in that any one of Ar laser. 請求項19乃至24のいずれか1項に記載の前記アスペクト比は、100以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。

25. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 19, wherein the aspect ratio is 100 or more.

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