JP2004165184A - Method of manufacturing laser irradiation equipment and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体膜などをレーザ光を用いて結晶化又はイオン注入後の活性化をするレーザ照射装置に関する。本発明は、多結晶質あるいは多結晶質に近い状態の半導体膜にレーザ照射し、半導体膜の結晶性を向上させるレーザ照射装置の技術分野に属する。半導体装置とは、液晶表示装置に代表される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。
【0002】
【従来の技術】
近年、基板上にTFTを形成する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型の半導体表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたTFTは、従来の非晶質半導体膜を用いたTFTよりも電解効果移動度(モビリティともいう)が高いので、高速動作が可能である。そのため、従来基板の外に設けられた駆動回路で行っていた画素の制御を、画素と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが試みられている。
【0003】
ところで半導体装置に用いる基板は、コストの面から単結晶シリコン基板よりも、ガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上にポリシリコンTFTを形成する場合には、ガラス基板の熱変形を避けるために、半導体膜の結晶化にレーザアニールが用いられる。
【0004】
レーザアニールの特徴は、輻射加熱或いは伝導加熱を利用するアニール法と比較して処理時間を大幅に短縮できることや、半導体基板又は半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板に殆ど熱的損傷を与えないことなどが上げられている。
【0005】
なお、ここでいうレーザアニール法とは、半導体基板又は半導体膜に形成された損傷層やアモルファス層を再結晶化する技術や、基板上に形成された非晶質半導体膜を結晶化させる技術を指している。また、半導体基板又は半導体膜の平坦化や表面改質に適用される技術も含んでいる
【0006】
レーザアニールに用いられるレーザはその発振方法により、パルス発振と連続発振の2種類に大別される。近年では、半導体膜の結晶化においてパルス発振のレーザよりも連続発振のレーザを用いるほうが、半導体膜内に形成される結晶の粒径が大きくなることが見出されている。半導体膜内の結晶粒径が大きくなると、該半導体膜を用いて形成されるTFTチャネル領域に入る粒界の数が減るので移動度が高くなり、より高性能のデバイスの開発に利用できる。そのため、連続発振のレーザはにわかに脚光を浴び始めている。
【0007】
また、半導体または半導体膜のレーザアニールを行う際に、レーザ発振器から射出されたレーザ光を被照射面においてアスペクト比が10以上の線状または楕円状(本明細書中では線状と記述する)となるように光学系で加工して、ビームスポットを被照射面に対して走査させる方法が知られている。上記の方法によって基板へのレーザ光の照射を効率的に行うことができ、量産性を高めることができるため、工業的に好んで使用される(例えば、特許文献1参照)。
【0008】
【特許文献1】特開平8−195357号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
基板上に成膜された半導体膜のレーザアニールを効率的に行うため、連続発振のレーザ発振器から射出されたビームスポット形状を光学系を用いて線状に加工し、前記線状のビームスポットを基板に照射する方式が用いられている。
【0010】
ビームスポットに対し基板を設置した走査ステージを移動させ、基板全面にレーザアニールを行う方法がよく用いられる。上記方法を用いてレーザ光を照射する場合、レーザ光が基板上にのみ照射されるよう走査ステージの移動に合わせてレーザ光を遮断する装置(以後シャッターという)を設ける必要がある。シャッターを設けることで、基板上の任意の領域にレーザ光の照射が可能となり、また、その他の領域への照射を無くし装置へのレーザ光によるダメージを防ぐことができる。
【0011】
シャッターを逆回転が可能な、例えばソレノイドモータ−を用いた反射ミラーの回転による開閉機構にした場合(図1)、シャッターを完全に開閉したいときには、モーター1101の回転を強制的に停止させる必要がある。前記モーター1101の回転軸1102に突起1103を設け、前記突起1103をストッパー1104に当てることで回転を強制的に止めようとすると、回転の停止時には前記ストッパー1104と前記突起1103の衝突により振動が生じる。前記振動がビームスポットを形成する光学系及び基板を設置した走査ステージに伝わると、基板上に形成されるレーザ照射跡が直線的でなく振動を反映したうねりをもった形状になる。レーザ照射跡が波状にうねると、走査ステージの往復運動によって形成される隣合うレーザ照射跡間に極端にオーバーラップ率が高い部分や、全くレーザ照射されない部分が生じてしまう。基板上には規則的な配列をもってTFTが形成されるため、前述した部分に形成されたTFTは電気特性が悪く、また電気特性のバラツキの原因ともなる。
【0012】
本発明は上述した問題に鑑み、直線的にレーザ照射が可能な連続発振のレーザ照射装置および半導体装置の作製方法を提供する。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転の加速度変化が連続的であるモーターを動力源としたシャッターを用いることで、前記シャッターから生じる振動を無くし、レーザ照射跡が直線的であることを可能にするレーザ照射装置である。また本発明は、音響光学効果を利用した音響光学素子を用い、光路を変更することによりシャッター機能をもたせた振動源のないレーザ照射装置である。
【0014】
図2に前記問題を解決する方法の模式図を示す。反射ミラー1201は、一部分に切れ目が入った円板である。前記反射ミラー1201は円の中心を回転軸1202として回し、レーザ光1206が切れ目の部分1203に入射する場合には、前記反射ミラー1201に当たることなくレーザ光は通過し(1207)、切れ目でない部分1204に入射するレーザ光はミラー表面で反射され(1208)、ヒートシンク1209に入射し進行は止められる。回転方向は一方向のみにして、往復運動する走査ステージに設置する基板が、レーザ照射位置に来たときに、前記レーザ光1206が前記反射ミラー1201の切れ目部分1203に入射し、反射ミラー1201を通過するように回転速度を制御する。
【0015】
上記のように反射ミラー1201の回転を一方向に限定し、走査ステージの運動と同期させる。回転を強制的に停止させない構造とすることにより、回転の強制停止の衝撃による振動の発生が無くなり、光学系及び走査ステージに伝わる振動が無くなるため、レーザ照射跡が直線的なレーザアニールを行うことができる。
【0016】
上記構成によって、光学系及び走査ステージに振動を与えることなくレーザ照射することが可能となり、半導体膜全面を隙間無くレーザアニールすることが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のレーザ照射装置の構成について図3を用いて説明する。
【0018】
本発明のレーザ照射装置は、レーザ光を発振するレーザ発振器1301を有している。なお図3では1つのレーザ発振器1301を設けている例について示しているが、本発明のレーザ照射装置が有するレーザ発振器はこの数に限定されない。レーザ発振器から出力される各レーザ光のビームスポットを互いに重ね合わせ、1つのビームスポットとして用いても良い。
【0019】
レーザは、処理の目的によって適宜変えることが可能である。本発明では、公知のレーザを用いることができる。レーザは、連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザなどがあり、固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、Y2O3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライドレーザ、Ti:サファイアレーザなどが挙げられる。なお、レーザ媒質へのドーパント物質としてはNd、Cr、Yb等があり、基本波に対する高調波は、非線形光学素子を用いることで得ることができる。
【0020】
またさらに、固体レーザから発せられた赤外レーザ光を非線形光学素子を用いることでグリーンレーザ光に変換後、さらに別の非線形光学素子によって得られる紫外レーザ光を用いることもできる。
【0021】
レーザ発振機1301から射出されたレーザ光は、光路上に設置されたシャッター1302に入射する。
【0022】
入射口からシャッター内部に入射したレーザ光は、反射ミラー1303まで到達する。往復運動するX軸ステージ1305が運転開始から片道動作を終える間に、前記反射ミラー1303が一回転するように回転速度を制御する。以下においてレーザ照射位置とは、前記シャッター1302がないときにレーザ光がステ−ジ上に設置される基板1307に照射する位置のこととする。なお、前記レーザ照射位置は、前記X軸ステージのほぼ中央になるよう前記X軸ステージを配置し、前記レーザ照射位置から前記X軸ステージの移動開始位置までの距離と終了位置までの距離は同じとする。前記反射ミラーを図3(b)の矢印が示す方向に回転しする。前記基板1307の前端の部分がレーザ照射位置に来たときには、前記反射ミラー1303へのレーザ光の入射位置が切れ目部分aに、前記基板端1307の後端の部分がレーザ照射位置に来たときに、前記反射ミラー1303へのレーザ光の入射位置が切れ目部分bになるようにモーターの回転を制御する。ここで、X軸ステージを移動させたとき、基板のレーザ光が先に当たるほうの端を前端、もう一方の端を後端とする。
【0023】
本発明は、レーザ発振器1301から発振されるレーザ光の被照射面である基板1307におけるビームスポットの形状は線状に成形する光学系1304を有する。なおレーザ発振機から射出されるレーザ光の形状はレーザの種類によって異なる。YAGレーザの場合、射出されるレーザ光の形状はロッド形状が円筒形であれば円状となり、スラブ型であれば矩形状となる。なお、スラブ型のレーザから射出されるレーザ光は縦横でビームの広がり角が大きく異なるため射出口からの距離によって大きくビーム形状が変わる。このようなレーザ光を光学系により、成形することにより、所望の大きさの線状にレーザ光をつくることができる。
【0024】
また、複数のレーザ発振器を用いる場合、前記光学系を用いて各レーザ発振器から出力されるビームスポットを互いに重ねあわせて1つのビームスポットを形成するようにしても良い。
【0025】
本発明のレーザ照射装置を用いてレーザアニールを行うことにより電気特性のバラツキが低減されたTFTを得ることができる。
【0026】
以下、本発明の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。
【0027】
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。
【0028】
本実施の形態では、レーザ発振器として、コヒーレント社製LD励起固体YVO4レーザを使う。前記YVO4レーザは、連続発振レーザである。前記YVO4レーザの最大エネルギーは10W、発振波長は532nm。
【0029】
レーザ光の照射は例えば、図3に示した被照射面1307をのせたステージを線状の短軸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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
【実施例】
(実施例1)
本実施例では、実施の形態で記載のレーザ照射装置の一例を示す。レーザ発振装置から射出されたレーザ光を、シャッターを通し、シャッターを通過したレーザ光を球面レンズを用いて線状のビームに形成する。線状に形成したビームスポットを基板を設置した走査ステージに照射することでレーザアニールを行う。なお、前記シャッター内の反射ミラーによって反射されたレーザ光をヒートシンクに入射させることで、反射光による装置へのダメージを低減させる構成としてもよい。また、前記ヒートシンクに空冷および水冷機構を加えてもよい。
【0033】
ガラス基板などのレーザ光を透過する基板にレーザ照射をする場合、基板表面からの反射光と基板裏面からの反射光によって基板上の被照射物に干渉縞が生じることもあるため、基板に対して斜め方向からレーザ光を入射させる構成としても良い。
【0034】
走査ステージはストロークの長さが500mmで、停止状態から加速度1000mm/sec2 で加速し、0.5 secで50mm/secに到達後、等速度で250mm移動する。等速移動後、加速度1000mm/sec2で減速し、停止する。1.0秒停止後、復路の運動を開始する。上記規格の運動をする走査ステージを用いて、片道動作の間に基板内で100mmだけレーザ照射し、往路、復路ともにレーザ照射する場合を考える。
【0035】
ここで、上記仕様のレーザ照射を行う場合の反射ミラーに関して説明する。X軸ステージが片道動作を始めてから完了までの所要時間は2.5秒。X軸ステージが50mm/secの等速にあるときにレーザ照射する時間が0.2秒。走査ステージが片道動作をする間に反射ミラーが同一速度で一回転すると、反射ミラーには角度にして28.8°だけ切れ目が入っていればよい。図4にX軸ステージの速度分布と、シャッターの開閉状況をしめす。
【0036】
一回の片側動作のレーザ照射によって可能なレーザ照射幅分だけ、片側動作終了後、Y軸ステージを移動させる。なお、このY軸ステージの移動は、X軸ステージの片側動作終了後の停止時間内に行えばよい。走査回数を基板の規格に合わせることで、基板全面を隙間無くレーザアニールすることができる。
【0037】
(実施例2)
本実施例では、実施例1において反射ミラーの回転の制御方法を変えた例を説明する。反射ミラーの回転の方法以外は実施例1と同じ装置構成とする。
【0038】
反射ミラーの回転に速度変化を与えることによって、シャッターの応答速度を制御することができる。ここでシャッターの応答速度とは、反射ミラーがレーザ光を遮光し始めてから完全に遮光するまでの時間、もしくは、反射ミラーがレーザ光を通過させ始めてから完全に通過させるまでの時間とする。回転速度は、所望の応答速度の条件に応じて制御すると良い。また、回転速度を制御することで、レーザ照射時間を制御することができる。
【0039】
図5に反射ミラーの回転の速度分布の一例を示す。本装置では図5に示された分布でレーザ走査を行う。なお反射ミラーの回転速度の制御はモーターの回転速度を制御することによって行う
【0040】
なお、モーターの回転速度はX軸ステージの走査速度に応じて設定できるよう、モーター制御装置に種々の走査速度に応じた速度変化パターンをあらかじめ記憶させても良い。
【0041】
(実施例3)
本実施例では、シャッターに音響光学素子を用いた例を説明する。シャッター以外は実施例1と同じ装置構成とする。
【0042】
図6に音響光学素子を用いたシャッターを示す。音響光学素子1601は、超音波をかけられた媒質が光弾性効果によって屈折率に変化が生じ、前記媒質に入射した光が回折を起こし、光路が変えられる。前記回折効果を音響光学効果という。前記音響光学素子に入射したレーザ光は超音波が流されていないときは非回折光1603として、超音波が流れているときには回折光1602として射出される。本実施例では、非回折光1603が射出されているときが、シャッターが開いている構成としているが、回折光1602が射出されるときが、シャッターが開いている構成としてもよい。前記音響光学素子は電機機器である超音波発生器1604とアブソーバー1605を用いた装置であるため振動を発生させることがない。よって、前記音響光学素子を利用したシャッターを使用することで、光学系及び走査ステージに振動を与えることなくレーザ照射することができるため、基板全面を隙間なくレーザアニールすることが可能である。なお、前記音響光学素子は10−6秒オーダーの反応時間が可能であるため、シャッターとして反応時間が非常に速いものが可能である。また、音響光学素子の代わりにE/O素子を用いたシャッターを使用してもよい。
【0043】
【発明の効果】
本発明が開示する回転の加速度変化が連続的な反射ミラーから構成されるシャッター及び音響光学素子から構成されるシャッターを用いれば、ビームスポットを形成する光学系および走査ステージに振動を与えることなく、走査ステージ上の基板をレーザアニールすることが可能となる。このシャッターを用いたレーザ照射装置から射出される線状及び楕円状のビームスポットを、半導体膜に線状及び楕円状の短辺方向に走査すると、振動に起因するレーザ照射跡のうねりの発生を抑制することができ、基板全面を隙間なくレーザアニールすることが可能となる。したがって、基板面内の結晶性の均一性を向上させることができる。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。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のレーザ光のシャッターの構成を示す図。
【図2】本発明の手段を説明する図。
【図3】本発明が開示するレーザ照射装置の例を示す図。
【図4】X軸ステージの速度変化とシャッターの開閉状況を示した図。
【図5】シャッターの回転の速度変化とシャッターの開閉状況を示した図。
【図6】音響光学素子をシャッターに用いた例を示す図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser irradiation apparatus that activates a semiconductor film or the like after crystallization or ion implantation using a laser beam. The present invention belongs to the technical field of a laser irradiation apparatus that irradiates a semiconductor film in a polycrystalline or nearly polycrystalline state with a laser to improve the crystallinity of the semiconductor film. A semiconductor device refers to an electro-optical device and an electric device typified by a liquid crystal display device, and the present invention belongs to a technical field of a method for manufacturing the semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the technology for forming a TFT on a substrate has been greatly advanced, and application development to an active matrix type semiconductor display device has been advanced. In particular, a TFT using a polycrystalline semiconductor film has higher field-effect mobility (also referred to as mobility) than a TFT using a conventional amorphous semiconductor film, and thus can operate at high speed. Therefore, an attempt has been made to control a pixel, which has been conventionally performed by a drive circuit provided outside a substrate, by a drive circuit formed on the same substrate as the pixels.
[0003]
As a substrate used for a semiconductor device, a glass substrate is considered more promising than a single crystal silicon substrate in terms of cost. Since a glass substrate is inferior in heat resistance and easily deformed by heat, when a polysilicon TFT is formed on a glass substrate, laser annealing is used for crystallization of a semiconductor film in order to avoid heat deformation of the glass substrate.
[0004]
The characteristics of laser annealing are that the processing time can be significantly reduced compared to the annealing method using radiant heating or conduction heating, and that the semiconductor substrate or semiconductor film is selectively and locally heated to provide almost thermal It is said that no damage is caused.
[0005]
Here, the laser annealing method refers to a technique for recrystallizing a damaged layer or an amorphous layer formed on a semiconductor substrate or a semiconductor film, or a technique for crystallizing an amorphous semiconductor film formed on a substrate. pointing. In addition, the technology includes a technique applied to planarization and surface modification of a semiconductor substrate or a semiconductor film.
Lasers used for laser annealing are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation, depending on the oscillation method. In recent years, it has been found that the diameter of crystals formed in a semiconductor film is larger when a continuous wave laser is used than in a pulsed laser in crystallization of a semiconductor film. When the crystal grain size in the semiconductor film is increased, the number of grain boundaries entering the TFT channel region formed using the semiconductor film is reduced, so that the mobility is increased and the device can be used for developing a device with higher performance. For this reason, continuous wave lasers have begun to be spotlighted.
[0007]
Further, in performing laser annealing of a semiconductor or a semiconductor film, a laser beam emitted from a laser oscillator is applied to a surface to be irradiated in a linear or elliptical shape having an aspect ratio of 10 or more (referred to as a linear shape in this specification). A method is known in which a beam spot is scanned on an irradiation surface by processing with an optical system such that With the above method, the substrate can be efficiently irradiated with laser light, and mass productivity can be increased. Therefore, it is industrially favorably used (for example, see Patent Document 1).
[0008]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-195357
[Problems to be solved by the invention]
In order to efficiently perform laser annealing of a semiconductor film formed on a substrate, a beam spot shape emitted from a continuous wave laser oscillator is processed into a linear shape using an optical system, and the linear beam spot is processed. A method of irradiating a substrate is used.
[0010]
A method of moving a scanning stage on which a substrate is placed with respect to a beam spot and performing laser annealing on the entire surface of the substrate is often used. In the case of irradiating a laser beam using the above method, it is necessary to provide a device (hereinafter referred to as a shutter) for blocking the laser beam in accordance with the movement of the scanning stage so that the laser beam is irradiated only on the substrate. By providing the shutter, it is possible to irradiate an arbitrary region on the substrate with the laser light, and it is possible to prevent the other region from being irradiated and prevent the apparatus from being damaged by the laser light.
[0011]
When the shutter can be rotated in the reverse direction, for example, by an opening / closing mechanism by rotating a reflection mirror using a solenoid motor (FIG. 1), it is necessary to forcibly stop the rotation of the
[0012]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a continuous wave laser irradiation apparatus capable of linear laser irradiation and a method for manufacturing a semiconductor device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a laser irradiation apparatus that uses a shutter whose power source is a motor whose rotation acceleration change is continuous, eliminates vibration generated from the shutter, and enables a laser irradiation trace to be linear. is there. Further, the present invention is a laser irradiation apparatus having a shutter function by changing an optical path using an acousto-optic element utilizing an acousto-optic effect and having no vibration source.
[0014]
FIG. 2 is a schematic diagram of a method for solving the above problem. The
[0015]
As described above, the rotation of the
[0016]
With the above structure, laser irradiation can be performed without giving vibration to the optical system and the scanning stage, and laser annealing can be performed on the entire surface of the semiconductor film without any gap.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the configuration of the laser irradiation apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
[0018]
The laser irradiation apparatus of the present invention has a
[0019]
The laser can be appropriately changed depending on the purpose of processing. In the present invention, a known laser can be used. As the laser, a continuous wave gas laser or solid state laser can be used. As a gas laser, Ar laser, include a Kr laser, a solid state laser, YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, Y 2 O 3 laser, a glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire Laser and the like. Note that there are Nd, Cr, Yb, and the like as dopant substances for the laser medium, and harmonics with respect to the fundamental wave can be obtained by using a nonlinear optical element.
[0020]
Furthermore, after converting the infrared laser light emitted from the solid-state laser into a green laser light by using a non-linear optical element, an ultraviolet laser light obtained by another non-linear optical element can also be used.
[0021]
Laser light emitted from the
[0022]
Laser light that has entered the inside of the shutter from the entrance port reaches the
[0023]
The present invention includes an
[0024]
When a plurality of laser oscillators are used, one beam spot may be formed by overlapping the beam spots output from each laser oscillator using the optical system.
[0025]
By performing laser annealing using the laser irradiation apparatus of the present invention, a TFT with reduced variation in electrical characteristics can be obtained.
[0026]
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention using 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.
[0027]
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 .
[0028]
In this embodiment, the laser oscillator uses a coherent manufactured LD pumped solid state YVO 4 laser. The YVO 4 laser is a continuous wave laser. The YVO 4 laser maximum energy 10W of the oscillation wavelength is 532 nm.
[0029]
The laser beam irradiation is performed, for example, while scanning the stage on which the
[0030]
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.
[0031]
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.
[0032]
【Example】
(Example 1)
In this embodiment, an example of the laser irradiation apparatus described in the embodiment will be described. Laser light emitted from the laser oscillation device passes through a shutter, and the laser light passing through the shutter is formed into a linear beam using a spherical lens. Laser annealing is performed by irradiating a linearly formed beam spot on a scanning stage on which a substrate is placed. The laser light reflected by the reflection mirror in the shutter may be made incident on the heat sink to reduce damage to the device due to the reflected light. Further, an air cooling and a water cooling mechanism may be added to the heat sink.
[0033]
When irradiating a substrate that transmits laser light, such as a glass substrate, with laser light, reflected light from the substrate surface and light reflected from the back surface of the substrate may cause interference fringes on the irradiated object on the substrate. The laser beam may be incident from an oblique direction.
[0034]
The scanning stage has a stroke length of 500 mm, accelerates from a stopped state at an acceleration of 1000 mm / sec 2 , reaches 50 mm / sec in 0.5 sec, and moves 250 mm at a constant speed. After moving at a constant speed, the motor decelerates at an acceleration of 1000 mm / sec 2 and stops. After stopping for 1.0 second, the return movement starts. Consider a case in which a laser beam is radiated by 100 mm in the substrate during a one-way operation using a scanning stage that moves in accordance with the above-mentioned standard, and the laser beam is radiated on both the forward path and the return path.
[0035]
Here, a description will be given of a reflection mirror in the case of performing laser irradiation with the above specification. The time required from the start of the one-way operation of the X-axis stage to its completion is 2.5 seconds. Laser irradiation time is 0.2 seconds when the X-axis stage is at a constant speed of 50 mm / sec. If the reflection mirror makes one rotation at the same speed while the scanning stage performs a one-way operation, the reflection mirror only needs to be cut at an angle of 28.8 °. FIG. 4 shows the speed distribution of the X-axis stage and the opening / closing state of the shutter.
[0036]
After the one-side operation is completed, the Y-axis stage is moved by the laser irradiation width that is possible by one-side operation of the laser irradiation. The movement of the Y-axis stage may be performed within a stop time after the end of the one-sided operation of the X-axis stage. By adjusting the number of scans to the standard of the substrate, laser annealing can be performed on the entire surface of the substrate without any gap.
[0037]
(Example 2)
In the present embodiment, an example will be described in which the method of controlling the rotation of the reflection mirror in the first embodiment is changed. The apparatus configuration is the same as that of the first embodiment except for the method of rotating the reflection mirror.
[0038]
The response speed of the shutter can be controlled by giving a speed change to the rotation of the reflection mirror. Here, the response speed of the shutter is the time from when the reflection mirror starts to block the laser beam to when it completely blocks the laser beam, or when the reflection mirror starts to pass the laser beam until it completely passes the laser beam. The rotation speed may be controlled according to the condition of a desired response speed. Further, by controlling the rotation speed, the laser irradiation time can be controlled.
[0039]
FIG. 5 shows an example of the rotation speed distribution of the reflection mirror. In this apparatus, laser scanning is performed according to the distribution shown in FIG. The rotation speed of the reflection mirror is controlled by controlling the rotation speed of the motor.
The motor control device may store speed change patterns corresponding to various scanning speeds in advance so that the rotation speed of the motor can be set according to the scanning speed of the X-axis stage.
[0041]
(Example 3)
In this embodiment, an example in which an acousto-optic element is used for a shutter will be described. Except for the shutter, the apparatus configuration is the same as that of the first embodiment.
[0042]
FIG. 6 shows a shutter using an acousto-optic element. In the acousto-
[0043]
【The invention's effect】
With the use of a shutter composed of a continuous reflection mirror and a shutter composed of an acousto-optic element, the rotational acceleration change disclosed in the present invention does not give vibration to the optical system and the scanning stage that form the beam spot, The substrate on the scanning stage can be laser-annealed. When linear and elliptical beam spots emitted from a laser irradiation device using this shutter are scanned on the semiconductor film in the linear and elliptical short side directions, the undulation of the laser irradiation trace due to vibration is generated. Thus, laser annealing can be performed on the entire surface of the substrate without any gap. Therefore, the uniformity of the crystallinity in the substrate plane can be improved. 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.
[0044]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional laser light shutter.
FIG. 2 is a diagram illustrating a means of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a laser irradiation apparatus disclosed by the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a change in the speed of an X-axis stage and the opening / closing state of a shutter.
FIG. 5 is a diagram showing a change in the rotation speed of the shutter and the opening / closing state of the shutter.
FIG. 6 is a diagram showing an example in which an acousto-optic element is used for a shutter.
Claims (17)
前記レーザ発振器から射出されるレーザ光を、振動を発生させることなく遮断する手段と、
被照射面におけるビームスポットが線状になるように、前記レーザ発振器から射出されたレーザ光を加工する光学系と、
を有していることを特徴とするレーザ照射装置。A laser oscillator,
Means for blocking the laser light emitted from the laser oscillator without generating vibration,
An optical system that processes the laser light emitted from the laser oscillator so that the beam spot on the irradiated surface is linear;
A laser irradiation device, comprising:
前記レーザ発振器から射出されるレーザ光の被照射物を設置した走査ステージと、
前記レーザ光を遮断する手段と、
被照射面におけるビームスポットが線状になるように、前記レーザ発振器から射出されたレーザ光を加工する光学系とを有するレーザ照射装置であって、
前記レーザ光を遮断する手段は、回転の加速度変化が連続的な円板状の反射ミラーからなるシャッターであり、かつ、前記反射ミラーの回転速度は前記走査ステージの運動と同期させる
ことを特徴とするレーザ照射装置。A laser oscillator,
A scanning stage provided with an object to be irradiated with laser light emitted from the laser oscillator,
Means for blocking the laser light,
An optical system for processing a laser beam emitted from the laser oscillator, so that a beam spot on a surface to be irradiated becomes linear,
The means for blocking the laser beam is a shutter composed of a disk-shaped reflection mirror whose rotation acceleration change is continuous, and the rotation speed of the reflection mirror is synchronized with the movement of the scanning stage. Laser irradiation equipment.
前記非単結晶半導体膜において線状のビームスポットに成形されたレーザ光で、前記線状のビームスポットの短軸方向に走査して、前記非単結晶半導体膜をアニールする工程を含む半導体装置の作製方法であって、
前記線状のビームスポットの走査速度が一定速度に達しないときには、遮断手段によりレーザ光を遮断し、
前記線状のビームスポットを、前記基板の一方から他方に向けて、
前記レーザ光による前記非単結晶半導体膜上の照射跡が、互いに平行になるように走査してアニールする
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。Place the non-single-crystal semiconductor film formed on the substrate on the scanning stage,
A laser beam shaped into a linear beam spot in the non-single-crystal semiconductor film, scanning in a minor axis direction of the linear beam spot, and annealing the non-single-crystal semiconductor film. A method of making,
When the scanning speed of the linear beam spot does not reach a certain speed, the laser beam is blocked by blocking means,
Directing the linear beam spot from one side of the substrate to the other,
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that an irradiation mark on the non-single-crystal semiconductor film by the laser beam is scanned and annealed so as to be parallel to each other, and annealing is performed.
前記非単結晶半導体膜において線状のビームスポットに成形されたレーザ光で、前記線状のビームスポットの短軸方向に走査して、前記非単結晶半導体膜をアニールする工程を含む半導体装置の作製方法であって、
前記線状のビームスポットの走査速度が一定速度に達しないときには、遮断手段によりレーザ光を遮断し、
前記線状のビームスポットを、前記基板の一方から他方に向けて、または、前記基板の他方から一方に向けて、
前記レーザ光による前記非単結晶半導体膜上の照射跡が、互いに平行になるように、該レーザ光の照射領域を重ね合わせながら、連続的に走査してアニールする
ことを特徴とする半導体装置の作製方法。Place the non-single-crystal semiconductor film formed on the substrate on the scanning stage,
A laser beam shaped into a linear beam spot in the non-single-crystal semiconductor film, scanning in a minor axis direction of the linear beam spot, and annealing the non-single-crystal semiconductor film. A method of making,
When the scanning speed of the linear beam spot does not reach a certain speed, the laser beam is blocked by blocking means,
The linear beam spot is directed from one side of the substrate to the other, or from the other side of the substrate to one side,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the laser light is irradiated continuously on the non-single-crystal semiconductor film so that the irradiation marks on the non-single-crystal semiconductor film are parallel to each other, and the laser light is continuously scanned and annealed. Production method.
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