JP2005236253A - Crystallization device and crystallization method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、結晶化装置及び結晶化方法に係り、特に、薄膜が溶融して結晶化する状態をリアルタイムで観測、監視することができる結晶化装置及び結晶化方法に関する。 The present invention relates to a crystallization apparatus and a crystallization method, and more particularly to a crystallization apparatus and a crystallization method capable of observing and monitoring a state in which a thin film melts and crystallizes in real time.
エネルギー線、例えば、短パルス状レーザー光のような大エネルギーのレーザー光を用いて、非単結晶半導体薄膜を溶融して結晶化する結晶化技術は、例えば、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor : TFT)を形成する半導体薄膜の結晶化に使用されている。本発明者等は、大型画面用液晶表示装置の開発を行っている。液晶表示装置の、例えば、画素部用スイッチング素子は、薄膜トランジスタにより構成されており、高速動作が要求されるため大粒径に結晶化したシリコン薄膜に形成される。結晶化シリコン薄膜は、例えば、大型ガラス基板のような支持基板上に形成された非晶質シリコン薄膜を結晶化するレーザー結晶化技術により形成される。 A crystallization technique for melting and crystallizing a non-single-crystal semiconductor thin film using an energy beam, for example, a high-energy laser beam such as a short-pulse laser beam is, for example, a liquid crystal display device or an organic electroluminescence display device. It is used for crystallization of a semiconductor thin film that forms a thin film transistor (TFT) used in, for example. The present inventors have developed a liquid crystal display device for a large screen. For example, a switching element for a pixel portion of a liquid crystal display device is formed of a thin film transistor and is formed on a silicon thin film crystallized to have a large particle size because high speed operation is required. The crystallized silicon thin film is formed by a laser crystallization technique for crystallizing an amorphous silicon thin film formed on a support substrate such as a large glass substrate, for example.
このような結晶化技術の中で、特に、位相変調したエキシマレーザー光を半導体薄膜に照射して結晶化(Phase Modulated Excimer Laser Annealing:PMELA)する技術が注目されている。PMELA技術は、位相変調素子、例えば、位相シフタにより位相変調された所定の光強度分布を持つエキシマレーザー光を、非単結晶半導体薄膜、例えば、非晶質シリコン若しくは多結晶シリコン薄膜に照射し、シリコン薄膜を溶融して所定の領域を結晶化する方法である。この結晶化を適切に制御することによって、大粒径の結晶化シリコン薄膜を得ることができる。現在開発されているPMELA技術では、1回の照射で数mm角程度の大きさの領域内の所定の場所を溶融して結晶化し、数μmから10μm程度の大きさで比較的一様な結晶粒を有する品質の優れた結晶化シリコン薄膜を形成している。この詳細は、例えば、非特許文献1に記載されている。
Among such crystallization techniques, a technique for crystallization by irradiating a semiconductor thin film with phase-modulated excimer laser light (Phase Modulated Excimer Laser Annealing: PMELA) has attracted attention. The PMELA technology irradiates a non-single crystal semiconductor thin film, for example, an amorphous silicon or polycrystalline silicon thin film, with an excimer laser beam having a predetermined light intensity distribution that is phase modulated by a phase modulation element, for example, a phase shifter, In this method, a predetermined region is crystallized by melting a silicon thin film. By appropriately controlling the crystallization, a crystallized silicon thin film having a large particle size can be obtained. In the currently developed PMELA technology, a predetermined area in a region of several mm square is melted and crystallized by a single irradiation, and a relatively uniform crystal having a size of several μm to 10 μm. A crystallized silicon thin film having grains and excellent quality is formed. The details are described in
結晶粒径が数μm以上の大粒径のシリコン薄膜には、一つの結晶粒に1個又は複数個の薄膜トランジスタを形成できるまでになっている。この薄膜トランジスタにより構成された液晶表示装置は、大型画面前面に渉って均一なカラー像を再生することができ、高速スイッチングができるまでになっている。このような特徴を持った大粒径の結晶粒を有する半導体薄膜の製造は、信頼性が高く、品質管理されていることが必要になる。 In a silicon thin film having a large particle diameter of several μm or more, one or more thin film transistors can be formed in one crystal grain. The liquid crystal display device constituted by the thin film transistor can reproduce a uniform color image by interfering with the front surface of a large screen and can perform high-speed switching. The manufacture of a semiconductor thin film having large-sized crystal grains having such characteristics requires high reliability and quality control.
現状のPMELA技術において、実用化されているエキシマレーザー光のパワー変動は、5%から10%程度である。しかし、このエキシマレーザー光の安定性に比べ、所望の品質の、例えば、結晶化シリコン薄膜を形成するためのプロセスマージンは、非常に狭くなっている。そのため、工業化するためには、結晶化シリコン薄膜のさらなる高品質化、品質の安定化のために、プロセスマージンを拡大する必要がある。これに対応するために、シリコン薄膜が、微小領域において溶融して結晶化するまでの変化している状態を、数μmの高空間分解能でリアルタイム若しくは、レーザー照射直後にナノ秒オーダーの高時間分解能で観測若しくは監視したいという要求がある。 In the current PMELA technology, the power fluctuation of the excimer laser light that is put into practical use is about 5% to 10%. However, compared to the stability of this excimer laser beam, the process margin for forming a crystallized silicon thin film having a desired quality, for example, is very narrow. Therefore, in order to industrialize, it is necessary to expand the process margin in order to further improve the quality and stabilize the quality of the crystallized silicon thin film. In order to cope with this, the state of the silicon thin film changing from melting to crystallization in a minute region is real-time with high spatial resolution of several μm, or high time resolution on the order of nanoseconds immediately after laser irradiation. There is a request to monitor or monitor.
このようなその場観測として、位相変調をしないエキシマレーザー結晶化(ELA)技術において、溶融して結晶化しているシリコン薄膜の熱的特性を、その場測定した実験例が、非特許文献2に報告されている。この報告は、ナノ秒(以下、nsecと記す)オーダーの高時間分解能で溶融して結晶化しているシリコン薄膜の熱的特性を測定したものである。具体的には、観察用のプローブ光であるヘリウム−ネオン(He−Ne)レーザー光(波長633nm及び1520nm)を斜め上方から溶融部、結晶化部に照射する。その溶融部、結晶化部からの反射光及び透過光を高速で応答するインジウム・ガリウム・ヒ素光検出器及びシリコンpnフォトダイオードで検出して、シリコン薄膜の熱的特性を測定する。
As such in-situ observation, in Excimer Laser Crystallization (ELA) technology without phase modulation, an experimental example in which the thermal characteristics of a silicon thin film that has been melted and crystallized is measured in situ is described in Non-Patent
PMELAでは、シリコン薄膜は、数10nsec〜100nsecの結晶化用レーザー光の照射により溶融して、その後、結晶化する。この溶融から結晶化終了までの時間は数100nsであり、しかも、観測、監視したい結晶化領域は、光強度分布により定められる領域であり、その大きさは数10μm角程度の微小領域である。しかし、非特許文献2の方法は、結晶化用レーザー光の照射により非晶質シリコン薄膜のどの位置に溶融が生じたか、すなわち非晶質シリコン薄膜の溶融領域を特定することができない。当然ながら、溶融領域の時間的変化及び所定の領域における結晶化の状態を測定することもできない。このような不確かな評価をされた結晶化シリコン薄膜を有するシリコン薄膜トランジスタを液晶表示装置のスイッチング素子として用いた場合、このスイッチング素子における電気的特性に不良が生じていた。
In PMELA, a silicon thin film is melted by irradiation with laser light for crystallization of several tens of nsec to 100 nsec, and then crystallized. The time from the melting to the end of crystallization is several hundred ns, and the crystallization region to be observed and monitored is a region determined by the light intensity distribution, and the size is a minute region of about several tens of μm square. However, the method of Non-Patent
さらに、非特許文献2の方法では、PMELAにおけるような特定位置の横方向の結晶成長(ラテラル成長)において重要な位置情報、すなわち1μm程度の面積の領域の1nsec以下の急峻な状態変化、微小光の変化を測定することができない。トランジスタの微細化を図り、高集積化することでより高性能なディスプレイを実現するためには、膜上の非晶質シリコン薄膜上のどの位置にどのような過程で結晶化するかをモニタリングすることが、プロセス開発上でも、生産管理上でも、品質管理上においても重要になる。
Further, in the method of
したがって、非特許文献2の方法は、時間的には高分解能であるが、数μm以下の高空間分解能と高時間分解能の両者を同時に満足させる観測システムには適用できない。
Therefore, although the method of Non-Patent
また、非晶質シリコン薄膜のレーザー結晶化時のラテラル成長のスピードは、7m/secと推定されており、かつ現在発表されている結晶粒のサイズは、最大数μm程度である。したがって、結晶化のラテラル成長をリアルタイムでモニタリングするためには、結晶成長に要する時間
10-6m/(7m/sec)≒10-7sec=100nsec
の少なくとも1桁以上(10nsec以上)の時間分解能で(空間的にはサブμmの分解能で)測定することが好ましい。
Further, the lateral growth speed at the time of laser crystallization of the amorphous silicon thin film is estimated to be 7 m / sec, and the currently announced crystal grain size is about several μm at the maximum. Therefore, in order to monitor the lateral growth of crystallization in real time, the time required for crystal growth is 10 −6 m / (7 m / sec) ≈10 −7 sec = 100 nsec.
It is preferable to measure at a time resolution of at least one digit (10 nsec or more) (in terms of spatial resolution).
さらに、観察用照明光を結晶成長部に照射し、結晶成長部からの反射率変化の測定データによれば、相変化(固体→液体→固体)の時間は、10nsec程度である。結晶化のラテラル成長をリアルタイムでモニタリングするためには、10nsecの1/10の1nsec程度の分解能が必要となる。このようにレーザー結晶化法によるラテラル成長を観測、監視(モニタリング)するためには、非常に短い1nsec以下の時間分解能での測定が可能であること、観測、監視対象の空間的に非常に狭い1μm以下の領域での高空間分解能の測定が可能であること、微弱な光量の像の測定が可能であることなどの課題があった。時間(秒)や距離(m)での測定に比べると、光量が10−9×10−6程度の微小量であり、観測するための光量が少ないという課題があった。 Furthermore, the illumination light for observation is irradiated to the crystal growth portion, and according to the measurement data of the change in reflectance from the crystal growth portion, the phase change (solid → liquid → solid) time is about 10 nsec. In order to monitor the lateral growth of crystallization in real time, a resolution of about 1 nsec, which is 1/10 of 10 nsec, is required. Thus, in order to observe and monitor (monitor) the lateral growth by the laser crystallization method, it is possible to measure with a very short time resolution of 1 nsec or less, and the space to be observed and monitored is very narrow. There are problems such as being able to measure with high spatial resolution in an area of 1 μm or less, and being able to measure an image with a weak light amount. Compared with the measurement at time (seconds) or distance (m), the amount of light is a minute amount of about 10 −9 × 10 −6 , and there is a problem that the amount of light for observation is small.
また、結晶化用レーザー光と観察用光を同時に照射するIn−situ(その場)観察方法が、特許文献1に開示されている。この方法では、穴あき対物レンズを使用して、結晶化用レーザー光の照射及び観察光の照明と検出を行っている。結晶化用レーザー光は、位相変調をしないエキシマレーザー光であり、上記対物レンズの穴を通して被処理膜を照射する。アニール過程において被処理膜からの反射光を穴あき対物レンズを介して検出して、例えば、試料表面の反射率、ラマンスペクトル等の変化をIn−situで測定する。特許文献1には、PMELAにおいて要求される被処理膜の特定の領域において結晶化している状態の観測、あるいは観測した結晶化情報を基に結晶成長にフィードバックして結晶成長を管理する方法に関しては、記述されていない。
本発明者は、エネルギー光を照射する、例えば、レーザー結晶化装置において、所定の領域が溶融して結晶化する状態を、数μmの高空間分解能及びナノ秒オーダーの高時間分解能で、リアルタイムであるいは溶融中、若しくは溶融直後に観測する観察システム、すなわち観察用光学システムを搭載することを開発している。レーザー結晶化装置に観察システムを組み込むためには、結晶化用のエキシマレーザー光(紫外光領域)と観察用の照明光(可視光領域)とを、同時に収差補正した光学系を使用することが好ましい。 The inventor irradiates energy light, for example, in a laser crystallization apparatus, a state in which a predetermined region melts and crystallizes in real time with a high spatial resolution of several μm and a high temporal resolution of nanosecond order. Alternatively, an observation system that observes during melting or immediately after melting, that is, an optical system for observation has been developed. In order to incorporate an observation system into a laser crystallization apparatus, it is necessary to use an optical system in which excimer laser light for crystallization (ultraviolet light region) and illumination light for observation (visible light region) are simultaneously corrected for aberrations. preferable.
この課題、要求を満足させるためには、さらに、次のような課題がある。 In order to satisfy this problem and requirement, there are further problems as follows.
ELA装置で実際に使用されるレンズは、生産効率の面から、高光強度、高デューティー、大面積での使用が前提となる。具体的には、レーザー光強度は、結晶化を行う基板上で約1J/cm2であることが好ましい。そのため、同種のエキシマレーザー光を使用する大規模集積回路用の露光装置とは異なり、レーザー光は、広いスペクトル幅(0.5nm)のまま使用される。また、使用するエキシマレーザー光は、例えば、フッ化クリプトン(KrF)若しくは塩化キセノン(XeCl)であり、その波長は、それぞれ248nm及び308nmである。これらのレーザー光の波長を考慮すると、使用できるレンズ材料は、紫外線グレードの合成石英若しくはフッ化カルシウム(CaF2)が好ましいという材料面の制約がある。その上、可視光用の顕微鏡レンズのような張り合わせレンズを含んだ構成は、耐熱性の面から好ましくなく、レンズ設計の自由度が低い。 A lens actually used in an ELA apparatus is premised on the use in high light intensity, high duty, and large area from the viewpoint of production efficiency. Specifically, the laser light intensity is preferably about 1 J / cm 2 on the substrate to be crystallized. Therefore, unlike an exposure apparatus for a large-scale integrated circuit that uses the same kind of excimer laser light, the laser light is used with a wide spectral width (0.5 nm). The excimer laser beam used is, for example, krypton fluoride (KrF) or xenon chloride (XeCl), and the wavelengths thereof are 248 nm and 308 nm, respectively. Considering the wavelength of these laser beams, the lens material that can be used has a material limitation that ultraviolet-grade synthetic quartz or calcium fluoride (CaF 2 ) is preferable. In addition, a configuration including a bonded lens such as a microscope lens for visible light is not preferable in terms of heat resistance, and the degree of freedom in lens design is low.
さらに、位相変調素子、例えば、位相シフタを使用した結晶化プロセスでは、所定の光強度分布を有するレーザー光を結晶化が行われる基板の所定の領域に照射する。すなわち、例えば、位相シフタのマスクパターンを数μm程度の高解像度で基板上の特定の領域に縮小若しくは等倍で転写する。そのため、PMELA装置で使用するレンズ(群)には、紫外光領域の色収差及びひずみ収差等の収差補正を実施しなければならない。この1つの光学系でエキシマレーザー光と顕微観察用の可視光とを使用する場合には、紫外光領域と可視光領域の2つの波長領域で同時に収差補正を実施しなければならず、極めて困難な課題である。例え色収差補正ができたとしても、レンズ枚数を増やさなければならず、レンズによる光の吸収が増加する結果、基板上に到達するレーザー光強度が低下することになり、強い光強度を得る要求に対して逆行することになる。 Furthermore, in a crystallization process using a phase modulation element, for example, a phase shifter, a laser beam having a predetermined light intensity distribution is irradiated to a predetermined region of a substrate where crystallization is performed. That is, for example, the mask pattern of the phase shifter is transferred to a specific region on the substrate with a high resolution of about several μm at a reduced or equal magnification. For this reason, the lens (group) used in the PMELA apparatus must be corrected for aberrations such as chromatic aberration and distortion aberration in the ultraviolet region. When excimer laser light and visible light for microscopic observation are used in this single optical system, aberration correction must be performed simultaneously in the two wavelength regions of the ultraviolet light region and the visible light region, which is extremely difficult. It is a difficult task. Even if chromatic aberration can be corrected, the number of lenses must be increased, and as a result of the increase in light absorption by the lenses, the intensity of the laser beam reaching the substrate decreases, which is a requirement to obtain a high light intensity. It goes against it.
さらに、前記のような性能のエキシマレーザー光に適合させた結晶化用光学系は、可視光を透過させると可視光の解像力が低下するという問題もある。すなわち、解像力は、光の波長に比例するため、エキシマレーザー光(波長:248nm、308nm)の約2倍の波長を持つ可視光(波長:480nm−600nm)の場合には、エキシマレーザー光で2μmの解像力は、可視光ではその2倍の約4μmに低下する。その結果、数μmの結晶化領域を観測、監視するために必要な解像力1μm以下が得られない。 Furthermore, the crystallization optical system adapted to the excimer laser beam having the above-described performance has a problem that the resolution of visible light is reduced when visible light is transmitted. That is, since the resolution is proportional to the wavelength of light, in the case of visible light (wavelength: 480 nm-600 nm) having a wavelength about twice that of excimer laser light (wavelength: 248 nm, 308 nm), the excimer laser light is 2 μm. Is reduced to about 4 μm, which is twice that of visible light. As a result, the resolving power of 1 μm or less necessary for observing and monitoring a crystallized region of several μm cannot be obtained.
また、基板上に設けられた半導体薄膜が、溶融して結晶化する状態をリアルタイムで観測、監視するためには、非常に短時間(ナノ秒)の時間分解能で観測する必要がある。そのため、短時間観測に対応した高輝度の観察用の照明光源が必要である。このような観察用の照明光としての可視光を多数枚の光学レンズを通して照射すると、光量を損失するという問題だけでなく、本来の結晶化用エキシマレーザー光の結像性能にも悪影響を与えるという問題がある。 Further, in order to observe and monitor the state in which the semiconductor thin film provided on the substrate melts and crystallizes in real time, it is necessary to observe with a very short time (nanosecond) time resolution. Therefore, an illumination light source for observation with high brightness corresponding to short-time observation is necessary. When such visible light as illumination light for observation is irradiated through a large number of optical lenses, not only the problem of losing the amount of light but also adversely affecting the imaging performance of the original crystallization excimer laser light. There's a problem.
すなわち、このような要求に対応できる光学システムは、高光強度(例えば、基板上で1J/cm2以上)、照射面積(例えば、5×5mm2以上)、高デューティー(例えば、レーザー動作周波数100Hz以上)のエキシマレーザー光(例えば、波長248nm)と観察用の照明光、例えば、可視光(例えば、波長480nm−650nm)の少なくとも2種類の異なる波長において安定して使用できることが条件である。 That is, an optical system capable of meeting such a requirement has a high light intensity (for example, 1 J / cm 2 or more on the substrate), an irradiation area (for example, 5 × 5 mm 2 or more), and a high duty (for example, a laser operating frequency of 100 Hz or more). ) Excimer laser light (for example, wavelength 248 nm) and illumination light for observation, for example, visible light (for example, wavelengths 480 nm to 650 nm) at least two different wavelengths can be used stably.
本発明によれば、エネルギー分布を有するエネルギー線、例えば、位相変調をして光強度分布を与えたパルス状エキシマレーザー光を半導体薄膜に照射して、半導体薄膜の所定の領域を溶融する。そして、エネルギー分布によって制御される所定の領域において横方向に結晶化する状態をリアルタイムで若しくはパルス状レーザー光照射終了直後から、数μm以下の高空間分解能及びナノ秒オーダーの高時間分解能で観測、監視することが可能である。 According to the present invention, an energy beam having an energy distribution, for example, a pulsed excimer laser beam that has been phase-modulated to give a light intensity distribution is irradiated to the semiconductor thin film to melt a predetermined region of the semiconductor thin film. Then, the state of lateral crystallization in a predetermined region controlled by the energy distribution is observed in real time or immediately after the end of pulsed laser light irradiation with a high spatial resolution of several μm or less and a high temporal resolution of nanosecond order, It is possible to monitor.
さらに、この観測結果に基づき、例えばフィードバックすることにより、結晶化プロセスの安定化が図られ、高品質な半導体薄膜に効率よく結晶化することが可能な結晶化装置及び結晶化方法を提供することである。 Furthermore, based on the observation result, for example, by providing feedback, the crystallization process is stabilized, and a crystallization apparatus and a crystallization method capable of efficiently crystallizing a high-quality semiconductor thin film are provided. It is.
上記の課題及び問題点は、下記の結晶化装置及び結晶化方法により解決される。 The above problems and problems are solved by the following crystallization apparatus and crystallization method.
本発明の1態様による結晶化装置は、基板に設けられた薄膜に光強度分布を有するパルス状エネルギー光を照射してこの薄膜を溶融し、前記パルス状エネルギー光の照射終了直後から前記光強度分布にしたがって前記薄膜の所定の領域において結晶粒を横方向に成長させて結晶化させる結晶化用光学系を具備する結晶化装置であって、前記エネルギー光の光路外に配置され、前記薄膜上の前記エネルギー光照射領域を照明する観察用照明光を射出する照明光源と、前記エネルギー光の光路が中央部にあり、この光路に沿って前記照明光源からの照明光を前記薄膜に導く環状光学素子を含む照明光学系と、前記薄膜を含む基板を透過した照明光を拡大して、前記パルス状エネルギー光の照射終了後に前記所定の領域において結晶粒が横方向に成長する過程を観測する観察光学系とを具備する。 The crystallization apparatus according to one aspect of the present invention irradiates a thin film provided on a substrate with pulsed energy light having a light intensity distribution to melt the thin film, and the light intensity immediately after the irradiation of the pulsed energy light is completed. A crystallization apparatus comprising a crystallization optical system for laterally growing crystal grains in a predetermined region of the thin film according to a distribution to crystallize the crystal grains, the crystallizing apparatus being disposed outside the optical path of the energy light, An illumination light source that emits observation illumination light that illuminates the energy light irradiation area of the optical fiber, and an optical ring that guides the illumination light from the illumination light source to the thin film along the optical path. The illumination light transmitted through the illumination optical system including the element and the substrate including the thin film is magnified, and after the irradiation with the pulsed energy light, crystal grains are laterally formed in the predetermined region. Comprising the observation optical system for observing the process of.
本発明の他の1態様による結晶化装置は、基板に設けられた薄膜に光強度分布を有するパルス状エネルギー光を照射してこの薄膜を溶融し、前記パルス状エネルギー光の照射終了直後から前記光強度分布にしたがって前記薄膜の所定の領域を結晶化させて固液界面を横方向に移動させる結晶化用光学系を具備する結晶化装置であって、前記エネルギー光の光路外に配置され、前記薄膜上の前記エネルギー光照射領域を照明する観察用の照明光を射出する照明光源と、前記エネルギー光の光路が中央部にあり、この光路に沿って前記照明光源からの照明光を前記薄膜に導く環状光学素子を含む照明光学系と、前記薄膜を含む基板を透過した照明光を拡大して前記所定の領域において前記固液界面が横方向に移動する過程を観測する観察光学系とを具備する。 The crystallization apparatus according to another aspect of the present invention irradiates a thin film provided on a substrate with pulsed energy light having a light intensity distribution to melt the thin film, and immediately after the irradiation of the pulsed energy light, A crystallization apparatus comprising a crystallization optical system that crystallizes a predetermined region of the thin film according to a light intensity distribution and moves a solid-liquid interface in a lateral direction, and is disposed outside the optical path of the energy light, An illumination light source that emits illumination light for observation that illuminates the energy light irradiation region on the thin film, and an optical path of the energy light is in a central portion, and the illumination light from the illumination light source is transmitted along the optical path to the thin film And an observation optical system for observing a process in which the solid-liquid interface moves laterally in the predetermined region by magnifying the illumination light transmitted through the substrate including the thin film, Comprising.
本発明のさらに他の1態様による結晶化方法は、光強度分布を有するパルス状エネルギー光を射出する工程と、前記パルス状エネルギー光を基板に設けられた薄膜に照射してこの薄膜を溶融し、前記パルス状エネルギー光の照射終了直後から前記光強度分布にしたがって前記薄膜の所定の領域において結晶粒が横方向に成長して結晶化する工程と、前記エネルギー光の光路に同軸的に設けられこのエネルギー光を通過させる環状光学素子を介して、前記光路に沿って前記エネルギー光の照射個所を観察用環状照明光で照明する工程と、前記薄膜を透過した観察用照明光を拡大して前記結晶粒が横方向に成長する過程を検出する工程と、前記検出した過程を電子データに変換する工程と、前記電子データを表示する工程とを具備する。 A crystallization method according to still another aspect of the present invention includes a step of emitting pulsed energy light having a light intensity distribution, and irradiating the thin film provided on the substrate with the pulsed energy light to melt the thin film. A step in which crystal grains grow laterally and crystallize in a predetermined region of the thin film according to the light intensity distribution immediately after the end of the irradiation of the pulsed energy light, and are provided coaxially in the optical path of the energy light. The step of illuminating the irradiated portion of the energy light with the annular illumination light for observation along the optical path through the annular optical element that transmits the energy light, and the observation illumination light transmitted through the thin film is enlarged A step of detecting a process in which crystal grains grow laterally, a step of converting the detected process into electronic data, and a step of displaying the electronic data.
本発明のさらに他の1態様による結晶化方法は、光強度分布を有するパルス状エネルギー光を射出する工程と、前記パルス状エネルギー光を基板に設けられた薄膜に照射してこの薄膜を溶融し、前記パルス状エネルギー光の照射終了直後から前記光強度分布にしたがって前記薄膜の所定の領域において固液界面が横方向に移動して結晶化する工程と、前記エネルギー光の光路に同軸的に設けられこのエネルギー光を通過させる環状光学素子を介して、前記光路に沿って前記エネルギー光の照射個所を観察用環状照明光で照明する工程と、前記薄膜を透過した観察用照明光を拡大して前記固液界面が横方向に移動する過程を検出する工程と、前記検出した過程を電子データに変換する工程と、前記電子データを表示する工程とを具備する。 A crystallization method according to still another aspect of the present invention includes a step of emitting pulsed energy light having a light intensity distribution, and irradiating the thin film provided on the substrate with the pulsed energy light to melt the thin film. A step in which a solid-liquid interface moves laterally in a predetermined region of the thin film according to the light intensity distribution immediately after the irradiation of the pulsed energy light and crystallizes, and is provided coaxially in the optical path of the energy light. And a step of illuminating the irradiated portion of the energy light with the annular illumination light for observation along the optical path through the annular optical element that transmits the energy light, and expanding the observation illumination light transmitted through the thin film. The method includes a step of detecting a process in which the solid-liquid interface moves in a lateral direction, a step of converting the detected process into electronic data, and a step of displaying the electronic data.
本発明によれば、所定の領域の半導体薄膜が溶融して結晶化する状態を、リアルタイムで若しくは直後に、かつ数μm以下の高空間分解能及び高時間分解能で観測若しくは監視することが可能である。さらに、この観測結果に基づき、例えば、フィードバックすることにより、結晶化プロセスの安定化が図られ、高品質な半導体薄膜に効率よく結晶化することが可能な結晶化装置及び結晶化方法を提供することができる。 According to the present invention, the state in which a semiconductor thin film in a predetermined region melts and crystallizes can be observed or monitored in real time or immediately after and with high spatial resolution and high time resolution of several μm or less. . Furthermore, based on this observation result, for example, by providing feedback, the crystallization process is stabilized, and a crystallization apparatus and a crystallization method capable of efficiently crystallizing a high-quality semiconductor thin film are provided. be able to.
上記の問題点を解決した結晶化装置及び結晶化方法の実施形態の構成例及び応用例を、以下に図面を用いて説明する。 Configuration examples and application examples of embodiments of a crystallization apparatus and a crystallization method that solve the above problems will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施形態による結晶化装置は、光強度分布を有するパルス状レーザー光の照射により基板上に設けられた半導体薄膜を溶融し、レーザー光照射終了直後から半導体薄膜の所定の領域において結晶粒が横方向に成長する過程をリアルタイムで観測・監視する機構を搭載した装置である。 A crystallization apparatus according to an embodiment of the present invention melts a semiconductor thin film provided on a substrate by irradiation with pulsed laser light having a light intensity distribution, and crystal grains in a predetermined region of the semiconductor thin film immediately after the end of laser light irradiation. It is a device equipped with a mechanism to observe and monitor the process of growing in the horizontal direction in real time.
本実施形態では、溶融した半導体薄膜において結晶化を開始する位置は、照射したレーザー光の光強度分布により決められる。したがって、所定の光強度分布を有するレーザー光を照射することによって、半導体薄膜の所定の位置から結晶化を開始させることができる。その結果、観測する場所を事前に特定できるため、高い空間分解の観測が可能になる。 In this embodiment, the position at which crystallization starts in the molten semiconductor thin film is determined by the light intensity distribution of the irradiated laser light. Therefore, crystallization can be started from a predetermined position of the semiconductor thin film by irradiating laser light having a predetermined light intensity distribution. As a result, the observation location can be specified in advance, so that high spatial resolution can be observed.
本実施形態のレーザー結晶化装置1は、図1に示したように、結晶化用光学系20と顕微観察システム40とを備える。結晶化用光学系20は、基板32に設けられた半導体薄膜35を溶融して結晶化するためのレーザー光を基板32に照射する。顕微観察システム40は、半導体薄膜の溶融して結晶化している所定の領域を観察する。顕微観察システム40は、観察用の照明光を照射する観察用照明光学系42と、半導体薄膜35が溶融して結晶化する状態を観察、観測する透過型の顕微観察光学系60とをさらに備える。本実施形態の光学系の特徴は、結晶化用光学系20内の結像光学系30が、長焦点距離(50mmから70mm)であることに着目して、結像光学系30と基板32との間の空間に、独立した、例えば、高輝度可視光の、観察用照明光学系42を同軸的に配置したことである。すなわち、観察用照明光学系42を結晶化用の結像光学系30とは独立した光学系にしたものである。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態の他の特徴は、エネルギー光、例えば、エキシマパルス状レーザー光を結晶化を行う基板32に設けられた半導体薄膜35の、例えば、4mm2から25mm2程度の面積の領域に照射し、溶融させ凝固させて結晶化を行う、わずか数100nsの期間における観察用照明光がμmオーダーの照射領域内の特定領域において変化する状態を、リアルタイムで観測する、例えば、モニタ画面74cに表示することである。さらに、この観測結果に基づいて、例えば、フィードバックすることにより、結晶化プロセスを制御する。その結果、結晶化プロセスの安定化が図られ、高品質な半導体薄膜に効率よく結晶化することである。
Another feature of this embodiment, the energy beam, for example, the semiconductor
このように超微細な所定の領域の超高速変化を観測する顕微観察システム40の特徴は、結晶化用光学系20を中心軸に形成し、この結晶化用光学系20の光路の周囲に観察用照明光学系42を構成する環状光学系52,54を設けることである。環状光学系52は、結晶化用レーザー光と同軸的にその周囲に観察用照明光を導光するもので、例えば、環状リフレクタである。環状光学系54は、環状照明光を基板32に結像させるもので、1枚の環状光学レンズが最適である。複数枚の環状レンズを使用する対物レンズを使用することも考えられるが、光学性能、価格等の点から見て、実用的でない。この環状光学系52,54によって、高空間分解能かつ高時間分解能の観測、監視が、可能になることである。結晶化用のレーザー光照射領域の状態変化を、画像処理ユニット74の記憶部74b、例えば、メモリに記憶することにより、監視者の所望の条件、例えば、所望の速度、結晶化直後、若しくはリアルタイムで、照射領域の状態変化を、例えば、モニタ画面74cに、静止画若しくは映像として表示することができる。
A feature of the
図1に示したレーザー結晶化装置1は、透過型顕微観察システム40を備え、位相変調素子28の像を縮小投影するレーザー結晶化装置1である。さらに、顕微観察システム40による観測結果に基づいて結晶化を行う基板32の高さ方向及び平面内のズレを補正する機能を有する。
The
すなわち、このレーザー結晶化装置1は、大粒径の結晶化を行うための結晶化用光パターンを形成する結晶化用光学系20と、結晶化用レーザー光の光路の周囲に設置された観察用環状光を形成する観察用照明光学系42と、結晶化プロセスの被処理領域を観察する顕微観察光学系60と、タイミング制御部10と、ステージ駆動部12とを備える。
That is, the
結晶化用光学系20は、レーザー光源22と、ビームエキスパンダ24と、ホモジナイザ26と、位相変調素子28、例えば、位相シフタと、結像光学系30と、基板32を予め定められた位置に案内する基板保持ステージ38とを具備する。レーザー光源22からのレーザー光は、ビームエキスパンダ24で拡大され、ホモジナイザ26により面内の光強度が均一化され、位相変調素子28、例えば、位相シフタに照射される。位相シフタ28を透過したエキシマレーザー光は、所定の光強度分布、例えば、逆ピークパターンの光強度分布を有する光に変調され、結像光学系30、例えば、エキシマレーザー用結像光学系により縮小又は等倍で基板32上を照射する。
The crystallization
レーザー光源22は、基板32に設けられた非単結晶半導体薄膜35、例えば、非晶質半導体薄膜若しくは多結晶半導体薄膜を溶融するに充分なエネルギー、例えば、1J/cm2を有するレーザー光を出力する。レーザー光は、例えば、波長248nmのフッ化クリプトン(KrF)エキシマレーザー光、塩化キセノン(XeCl)エキシマレーザー光が好ましい。その他、フッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザー光、アルゴン(Ar)エキシマレーザー光、YAGレーザー光、イオンビーム、電子ビーム、キセノン(Xe)フラッシュランプを用いることができる。例えば、エキシマレーザー光源22は、パルス発振型であり、発振周波数は、例えば、100Hzから300Hzであり、パルス幅は、半値幅で、例えば、20nsecから200nsecである。本実施形態では、半値幅が25nsecのパルス状KrFエキシマレーザー光を使用している。また、基板32上に照射されるKrFエキシマレーザー光の光エネルギーは、1J/cm2程度である。発振周波数を、例えば、100Hzとし、エキシマレーザー光の照射面積を、例えば、2mm×2mmとして、基板32を基板保持ステージ38により、例えば、2mmステップで移動しながらエキシマレーザー光をステップ照射すると、基板32の移動速度は、200mm/secになる。
The
ビームエキスパンダ24は、入射されたレーザー光を拡大するもので、図2に示したように、拡大する凹レンズ24aと平行光にする凸レンズ24bとからなる。ホモジナイザ26は、入射したレーザー光の断面XY方向の寸法を決定しかつ決定した形状内のビーム強度分布を均一にする機能を有する。例えば、X方向シリンドリカルレンズをY方向に複数個並べてY方向に並んだ複数の光束を形成し、X方向コンデンサレンズで各光束をY方向に再分布させ、同様にY方向シリンドリカルレンズをX方向に複数並べてX方向に並んだ複数の光束を形成し、Y方向コンデンサレンズで各光束をX方向に再分布させる。すなわち、図2に示すように、第1フライアイレンズ26aと第1コンデンサレンズ26bからなる第1ホモジナイザ、及び第2フライアイレンズ26cと第2コンデンサレンズ26dからなる第2ホモジナイザから構成される。第1ホモジナイザは、位相シフタ28上でのY方向のレーザー光強度の均一化を行い、第2ホモジナイザは、位相シフタ28上でのX方向のレーザー光強度の均一化と入射角度の設定を行う。したがって、ホモジナイザ26によりKrFエキシマレーザー光は、所定の角度広がりをもち断面のビーム強度が均一化されたレーザー光に調光され、位相シフタ28を照射する。
The
位相シフタ28は、位相変調素子の一例であり、例えば、石英ガラス基板に段差をつけたものである。この段差の境界でレーザー光の回折と干渉をおこさせ、レーザー光強度に周期的な空間分布を付与するものであり、例えば、左右で180°の位相差を付ける。左右で180°の位相差を付けた位相シフタ28は、入射光を左右対称な逆ピーク状光強度分布に位相変調する。段差(厚み分布)dは、レーザー光の波長をλ、位相シフタの透明基板の屈折率nとしたとき、d=λ/2(n−1)で求められる。この式から位相シフタ28は、例えば、石英ガラス基板に所定の位相差に対応する段差を形成することにより製造することができる。石英ガラス基板の段差は、選択エッチングやFIB(Focused Ion Beam)加工により形成することができる。例えば、石英基板の屈折率を1.46とすると、XeC1エキシマレーザー光の波長が308nmであるから、180°の位相差を付けるための段差は334.8nmになる。位相シフタ28は、入射光を位相変調して逆ピーク状光強度分布を形成するように段差が形成されており、エキシマレーザー光の位相を半波長だけシフトさせる。この結果、半導体薄膜を照射するレーザー光は、位相のシフト部に対応した箇所が最小光強度となる逆ピークを有するパターンの光強度分布となる。この方法によれば、他の方法で用いられるようなメタルパターンによるエキシマレーザー光の遮蔽なしに所定のビーム光強度分布を実現できる。
The
位相シフタ28を透過したレーザー光は、収差補正されたエキシマ結像光学系30により位相シフタ28と共役な位置に設置された基板32上に、所定の光強度分布で結像する。結像光学系30は、例えば、複数枚のフッ化カルシウム(CaF2)レンズ及び合成石英レンズからなるレンズ群により構成される。結像光学系30は、例えば、縮小率:1/5、N.A.:0.13、解像力:2μm、焦点深度:±10μm、焦点距離:50mmから70mmの性能を持つ長焦点レンズである。
The laser light transmitted through the
基板32は、結像光学系30の位相シフタ28に対して光学的に共役な位置、すなわち、結像光学系30による位相シフタ28の結像位置に設置される。結像光学系30は、レンズ間に開口絞りを備えることができる。
The
結晶化を行う基板32は、一般に、図3に示したように、支持基板33(例えば、透明のガラス基板、プラスチック基板、シリコン等の半導体基板(ウェハ))上に絶縁膜34を介して被処理膜35、例えば、半導体薄膜(例えば、非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜、スパッタされたシリコン薄膜、シリコンゲルマニウム膜、脱水素処理をした非晶質シリコン薄膜)を形成し、この膜上にキャップ膜として絶縁膜36を設けたものである。本実施形態で使用した基板32は、脱水素処理をした非晶質シリコン薄膜35をガラス基板33上に所望の厚み、例えば、50nmの厚さに形成したものである。基板32は、基板を予め定められた位置に保持するためのX、Y、及びZ方向に移動可能な基板保持ステージ38に取り外し可能に保持される。
As shown in FIG. 3, the
上述したように、このレーザー結晶化装置1は、ホモジナイズされたパルス状レーザー光を位相シフタ28により位相変調して逆ピーク状光強度分布の結晶化用パルス状レーザー光を形成し、基板32にパルス状レーザー光を照射する投影型結晶化装置1である。パルス状レーザー光に照射された半導体薄膜35は、溶融してレーザー光の照射終了直後から結晶化を開始する。溶融した半導体薄膜35において結晶化は、照射されたレーザー光の光強度分布に対応する位置から開始する。レーザー光照射直後の半導体薄膜35は、高光強度部で溶融温度が高く、低光強度部で温度が低い。したがって、レーザー光の低光強度部から結晶化が始まり、固液界面は高光強度部方向に向かって横方向に移動する。つまり、結晶粒も横方向に高速に結晶成長する。このように光パターンの光強度分布に応じて水平方向に結晶化が進み、例えば、10μm程度の大粒径の単結晶粒を有する半導体薄膜35を形成することが出来る。このように、半導体薄膜35の所定の位置から結晶化を開始させることができるため、観測する場所を事前に特定でき、高い空間分解の観測が可能になる。
As described above, the
この結晶化プロセスは、超高速の変化であり、数100nsecの極めて短時間で終了する。この特定の領域における固液界面の移動や結晶粒の横方向成長の超高速の変化を観測、若しくは監視するために顕微観察システム40を備えている。顕微観察システム40は、図1に示したように、観察用の照明光を出射する観察用照明光学系42と、観測し表示する顕微観察光学系60とからなる。顕微観察光学系60は、保持ステージ38の下面側に設けられ、基板32上の半導体薄膜35がレーザー光照射終了直後から横方向に成長する過程を、溶融して結晶化している所定の領域からの透過光を受光し、リアルタイムで結晶化プロセスを顕微観察、監視若しくは測定する。この顕微観察光学系60で観察、監視、若しくは測定するために保持ステージ38の上面側には、結晶化用光学系20の一部と観察用照明光学系42の一部とが重なった複合光学系が設けられている。
This crystallization process is a very fast change and is completed in an extremely short time of several hundreds of nsec. A
観察用照明光学系42内で観察用照明光は、図1に示したように、結像光学系30と基板32との間に設置した環状光学系52,54に導光され、結晶化用光学系20を通らない。観察用照明光学系42は、観察用照明光を環状にして基板32を照明し、この環状光学系52,54の中心軸に結晶化用レーザー光の光路が形成される。複合光学系は、結晶化プロセスと結晶化状態観察プロセスとを、互いに干渉することなく同時に実行させることを可能にする光学系である。環状の観察用照明光は、高空間分解能かつ高時間分解能の観察、監視、若しくは測定を可能にする。
In the observation illumination
観察用照明光学系42は、図1に一例を示したように、高輝度観察用照明光源44と、ビームエキスパンダ50と、環状リフレクタ52と環状収束レンズ54とを具備する。すなわち、観察用照明光学系42の光路は、エキシマレーザー光の光路を遮らないように、その光路中ではレーザー光を通過させる窓孔を設けた環状光学系52,54により構成される。
As shown in FIG. 1, the observation illumination
高輝度観察用照明光源44からの観察用照明光は、ビームエキスパンダ50で拡張されて平行光になり、環状リフレクタ52および環状収束レンズ54からなる環状光学系により環状観察用照明光になる。環状観察用照明光は、結晶化用レーザー光の光路に沿って同じ側から、例えば、垂線から7.5°の角度で基板32に入射するエキシマレーザー光の外側から基板32上で収束するように入射する。すなわち、環状観察用照明光は、結晶化プロセス中の結晶化プロセス部を照明する。結晶化プロセス部とは、結晶化用レーザー光に照射されて溶融プロセスから凝固プロセスに移行し、結晶化を完了するまでの過程を実行している半導体薄膜35の領域をいう。
The observation illumination light from the high-intensity observation
高輝度観察用照明光源44は、ナノ秒オーダーの時間分解能の観測を可能にするため、強度の高い光源、例えば、キセノン(Xe)フラッシュランプあるいはArレーザー光、ヘリウム−ネオン(He−Ne)レーザー光等の可視レーザー光を出射する光源である。本実施形態では、パルス幅2μsec、出力60WのXeフラッシュランプを用いた。光源としてレーザー光を使用する場合には、レーザー光の断面内の光強度分を均一にするために、ホモジナイザ(図示してない)を使用することが好ましい。ビームエキスパンダ50及び収束レンズ54は、照明光の吸収、反射などによる損失を抑えるため、少ないレンズ枚数で構成できることが好ましく、例えば、非球面レンズを使用できる。環状リフレクタ52と環状収束レンズ54は、環状でなければならないが、ビームエキスパンダ50は、必ずしも環状レンズである必要はない。環状リフレクタ52の窓孔の大きさは、例えば、結晶化用レーザー光の照射面積が、基板32上で、最大5mm×5mm程度であり、基板32上での結晶化用レーザー光の見込み角が約7.5°であるとすると、基板32から約25mm離れた位置で、直径約12mmの結晶化用レーザー光を通過できればよいことになる。環状リフレクタ52と環状収束レンズ54の形状は、円環状あるいは多角形等の環状とすることができる。
The high-intensity observation
観察用照明光学系42は、他の構成も考えられ、それを使用することも可能である。例えば、図4(a)に示したように、収束レンズ56は、ビームエキスパンダ50と環状リフレクタ52との間の結晶化用レーザー光(例えば、エキシマレーザー光)の光路外に設置することも可能である。この構成は、環状リフレクタ52を基板32に近づけて設置することができるため、結晶化用レーザー光を通すための窓孔を小さくできる。この場合、環状収束レンズ56は、レーザーの光路外に配置されるため環状でなくてもよい。
The observation illumination
また、図4(b)に示したように、環状光学素子として、図1の環状リフレクタ52と環状レンズ54を合わせた機能を持つ環状凹面鏡(リフレクタ)58を採用してもよい。この場合、図1の構成に比べ、光学素子の数が一つ減ることになる。
As shown in FIG. 4B, an annular concave mirror (reflector) 58 having a function of combining the
次に、結晶化プロセス状態を観測し表示する顕微観察光学系60を、図1を使用して説明する。顕微観察光学系60は、観察用照明光による結晶化プロセス部からの透過光、すなわち観察光を拡大し結像する顕微対物レンズ62と、このレンズ62からの観察光の光路を変更するために光路上に設けられた反射鏡64と、観察光を結像する結像レンズ66と、顕微対物レンズ62及び結像レンズ66により拡大され結像された結晶化プロセス部の変化を、検出して表示するための手段としての光検出器68と、イメージインテンシファイア70と、撮像素子72と、画像処理ユニット74とにより構成される。
Next, the microscopic observation
加工対象である基板32に設けられた半導体薄膜35(例えば、非晶質シリコン薄膜、多結晶シリコン薄膜)は、溶融すると金属的になり、可視光を透過しなくなる。一方、未溶融部及び結晶化して固化したシリコン薄膜35は、赤色の可視光をかなりよく透過する。この点で、透過光を用いて観察する方法は、コントラストが高く、半導体薄膜35が溶融して結晶化していく状態の観測に適している。さらに、観察用照明光を結晶化用レーザー光と同じ側から基板32にほぼ垂直に照射する場合には、透過型の顕微観察光学系40の顕微対物レンズ62は、レンズ中央部を使用できるため収差補正が容易である、という利点がある。
A semiconductor thin film 35 (for example, an amorphous silicon thin film or a polycrystalline silicon thin film) provided on the
顕微観察光学系60では、基板32からの透過光像が、顕微対物レンズ62により集光され、反射鏡64を経由して結像レンズ66によって光検出器68の受光面である光電面68aに数μm以下の高分解能で結像される。光検出器68の光電面68aは、高速で変化する結晶化状態を観察するためにスリット状の受光面が形成されている。半導体薄膜35の所定の結晶化領域からの像がこのスリット状の光電面68aに入射するように顕微観察光学系40は、予め設置されている。スリット状光電面68aの大きさは、例えば、幅数mm、長さ数cmの方形である。光検出器68は、光電面68aに入射した像を光電子増倍し蛍光面68cに高分解の画像を形成する。光検出器68で得られた高分解能の画像は、イメージインテンシファイア70でさらに輝度増倍され、撮像素子72により画像データとして取り込まれる。この画像データは、画像処理ユニット74で信号処理される。この信号処理は、例えば、画像データの解析、画像データの記憶、画像データの表示部での表示である。
In the microscopic observation
光検出器68は、例えば図5に示すような光電管、例えば、ストリークカメラが好ましい。ストリークカメラとしては、例えば、入射光像を光電子に変換した後に、再び光に変換し、1次元像を数ナノ秒の高時間分解能で時間とともに変化させることができるストリーク管を利用できる。一般的なストリーク管68は、特殊用途の真空管であり、例えば、図5に示すような構成である。入射光の画像は、スリット状の光電面68aに結像されて受光される。スリット状の像は、所定の結晶化プロセス部の1次元像である。光電面68aは、この入射光の1次元像を光電子に変換する。光電面68aで発生した線状の光電子線は、掃引電極68b−2を通過する。掃引電極68b−2は、X又はY方向に光電子線を掃引するために一対の電極を離間して設けてある。掃引電極68b−2には、掃引電圧SV(図5、図6参照)が掃引回路68b−1から印加される。掃引回路68b−1は、タイミング制御部10(図1参照)からのトリガ信号P2(図5、図6参照)により制御されるタイミングで、時間により変化する掃引電圧SV(図5、図6参照)を掃引電極68b−2に供給する。線状の光電子線は、掃引電極68b−2を通過するときに、掃引電圧の大きさに応じて曲げられる量が変化し、時間により異なった蛍光面68c上の位置に光電子線の投影像Rを形成する。蛍光面68cは、残像効果を有するため異なる位置に形成される像を蓄積する。したがって、この投影像Rは、スリット状の1次元像を時間で掃引した2次元像になり、光電面68aで受光した像のナノ秒オーダーの時間変化が、蛍光面68c上の位置の変化として表示される高分解能画像である。ストリーク管68の感度を向上させるために、加速電極68d及び電子増倍器68eの少なくとも一方を一体に組み込むことができる。
The
ストリーク管68の蛍光面68c上に形成された高分解能の2次元画像は、イメージインテンシファイア70でさらに輝度増倍され、高輝度の2次元光増幅画像を形成する。すなわち、イメージインテンシファイア70は、図示していないが次のような機能を有する。ストリーク管68により得られた高分解能の光学画像が撮像レンズにより撮像されてイメージインテンシファイア70の光電面に結像される。この光電面は、真空容器内壁面上に形成されている。光電面から放出された光電子は、真空容器内に形成された電子レンズにより加速、収束されて蛍光面に入射する。蛍光面には、前記加速および収束により輝度が増倍された画像が表示される。
The high-resolution two-dimensional image formed on the
イメージインテンシファイア70の蛍光面に表示された2次元光増倍画像は、撮像素子72、例えば、2次元CCD撮像素子により撮像され、画像データに変換される。CCD撮像素子72は、極めて小さな光量の画像を撮影するため、暗電流を抑制し、S/N比を向上させることが好ましい。そのため、低温(例えば、マイナス数10℃から液体窒素温度程度)で使用する冷却CCD撮像素子が、好ましい。
A two-dimensional photomultiplied image displayed on the fluorescent screen of the
CCD撮像素子72からの画像データは、画像処理ユニット74、例えば、パソコンの制御回路74aの制御によって、データ処理、記憶される。データ処理は、例えば、所定時間経過後の結晶化領域の幅を求めることである。画像データ及び計算されたデータは、記憶部74b、例えば、メモリに記憶されると同時に必要に応じて表示部74cに表示される。表示部74cに表示されたデータは、結晶化プロセスの担当者によって結晶化の進行状況の監視に使用されることができる。さらに、記憶部74bに画像データが記憶されているので、制御回路74aの制御により所望の画像を静止画像やスロー画像として抽出し表示部74cに表示させることもできる。このように顕微観察光学系60を構成にすることにより、数ナノ秒オーダーの高時間分解能で、かつ数μmの高空間分解能で必要な観測、監視をすることが可能となる。
Image data from the
レーザー結晶化装置1には、タイミング制御部10が設けられている。タイミング制御部10は、例えば、結晶化用レーザー光源22と、観察用照明光源44と、顕微観察光学系60の各種タイミング制御を行う。その一例を図6に示す。タイミング制御部10は、結晶化用レーザー光EL(図6(a))の照射パルス状が立下るタイミングに合わせて観察用照明光OLの照射及びストリーク管68の掃引電圧SVの印加を開始するように、観察用照明光源44及び掃引電圧発生器68bにそれぞれトリガ信号P1及びP2(図6(b))を送信する。観察用照明光源44は、トリガ信号P1を受信すると観察用照明光OL(図6(c))を射出する。ストリーク管68の掃引電界発生器68bは、トリガ信号P2を受信すると、時間とともに変化する掃引電圧SV(図6(d))を時間tsの期間発生するように掃引回路68b−1に指示し、掃引電極68b−2に掃引電圧SVを印加する。掃引電圧SVの印加が終了すると、タイミング制御部10は、撮像素子72にトリガ信号P3を送信し、撮像素子72は、イメージインテンシファイア70の蛍光面上の2次元像を画像データとして取り込む。
The
例えば、図7は、前記の観測で得られた画像データの一例であり、半導体薄膜35の所定の領域における結晶化プロセスを観測したものである。結晶化用の基板32には、位相変調された逆ピーク状光強度分布を有する結晶化用レーザー光が照射される。この結果、照射された基板32上の半導体薄膜35の領域は溶融するが、レーザー光の光強度分布、例えば、逆ピーク状光強度分布に対応して溶融温度は、中央部で低くその両側で高い温度分布になる。結晶化用レーザー光の照射が遮断されると照射領域は、降温する。この冷却時の温度勾配は、前記逆ピーク状光強度分布に対応した温度勾配である。結晶化はこの中央部から始まり、結晶化の先端位置、すなわち固液界面は、この温度勾配にしたがって横方向に移動する。このようにPMELAでは、半導体薄膜35の結晶化は、所定の位置で所定のパターン、すなわち、レーザー光の光強度分布にしたがって進行する。この結晶化の過程は、同時に観察用照明光源44から射出された観察用照明光を所定の結晶化プロセス部に照射することにより顕微観察光学系60の撮像素子72によって撮像され、結晶化状態を観測、監視することができる。ここでの観察は、所定の領域における、例えば結晶化していく状態の観察であり、測定は、例えば結晶化された領域の幅の測定である。
For example, FIG. 7 is an example of image data obtained by the above observation, and is an observation of the crystallization process in a predetermined region of the semiconductor
図7において、画像の幅は、実際には数100μm以上であるが、ここではその一部である所定の領域を拡大してあり、例えば、10μmである。画像の高さは、掃引電圧SVの印加時間、例えば、tS=300nsecに相当する。非晶質シリコン薄膜35は、溶融すると金属的になり可視光を透過しなくなる。そのため、溶融部分は暗い像に、結晶化した部分は可視光を透過するため明るい像になる。図7において、斜線領域は、シリコン薄膜の溶融領域を示し、白領域は、結晶化(固化)領域を示す。図7の上端が溶融直後であり、全体が暗い像(斜線領域)である。時間の経過とともに結晶化した明るい部分が中心から広がり、図7の下に向かって結晶化が進行している様子が観測される。図の横軸の中心は、位相シフタ28によりKrFエキシマレーザー光の位相が変化する所定の部分に予め合わせられている。この部分では、KrFエキシマレーザー光の位相がその両側で反転しているため、両者の干渉によりエキシマレーザー光の強度が極めて弱く(理想的にはゼロに)なる。そのため、溶融後の温度は最も低くなり、シリコン薄膜が結晶化する際の結晶核の形成はこの部分から始まる。その後、溶融部分の温度勾配にしたがい結晶粒は横方向に成長し、時間が経過した図の下方向ほど結晶化領域(斜線領域)の幅が広くなる。本実施形態のPMELA装置で結晶化した結晶粒の大きさは、例えば約6μmである。
In FIG. 7, the width of the image is actually several hundred μm or more, but here, a predetermined region which is a part of the image is enlarged, for example, 10 μm. The height of the image corresponds to the application time of the sweep voltage SV, for example, t S = 300 nsec. When melted, the amorphous silicon
このように、本実施形態では、所定の光強度分布を有するレーザー光を使用して半導体薄膜35の結晶化を行うため、溶融後に結晶化が始まる部分を予め特定できる。したがって、この所定の領域における結晶化の状態を観測できるため、高い位置精度かつ高空間分解能の観測が可能になる。
Thus, in this embodiment, since the semiconductor
(第1の応用例)
この結晶化過程を観測した結果の結晶化プロセスへの一応用例として、基板32と結像光学系30との結像位置合わせがある。結像位置ズレは、後述するようにいくつかの原因によって生じる。結晶化用レーザー光(エキシマレーザー光)の結像位置が、基板32表面からズレると、位相反転部分のレーザー光強度が十分に弱くならない。そのため、基板32が結像位置にある場合に比べ、位相反転部分の溶融後の温度が高くなり、結晶核の形成が遅くなる結果、結晶化が始まるタイミングが遅くなる。そればかりでなく、結晶核の形成が起きる場所は、レーザー光の位相反転部だけでなく他の部分でもランダムに生じやすくなる。そのため、成長を始めた結晶粒同士がぶつかり合う機会が大きくなり、成長した結晶粒の大きさは小さくなる。すなわち、結晶化した多結晶シリコン薄膜の品質が低下することになる。
(First application example)
As an application example to the crystallization process as a result of observing this crystallization process, there is imaging alignment between the
結晶化プロセス中に結晶化用レーザー光、例えば、エキシマレーザー光の結像位置が変化する原因には、例えば、基板32の平坦性が完全ではないこと、大面積の基板32を保持することにより生ずるたわみ、及び結像光学系30の温度変化による結像位置のズレ等が上げられる。さらに、結像光学系30は、高エネルギーのエキシマレーザー光の照射によって温度変化(上昇)する。温度が1℃変化(上昇)すると、ある結像光学系では結像位置が、例えば、10μm変化する。結像光学系30の焦点深度が、例えば、±10μmであることを考慮すると、このズレは無視できない大きさである。
The cause of the change in the imaging position of the crystallization laser light, for example, excimer laser light, during the crystallization process is that, for example, the flatness of the
基板32のズレを補正して結像光学系30の結像位置に合わせるプロセスの一例を説明するためのフローチャートを図8に示す。ステップ81において、結晶化用のエキシマレーザー光が基板32に照射され、シリコン薄膜35は溶融する。観察用照明光は、これに同期してタイミング制御部10によって制御されたタイミングでシリコン薄膜35の所定の溶融した領域を照明する。これにより結晶化プロセスの観測、監視が開始される。ステップ82において、エキシマレーザー光の基板32への照射から所定の時間tMが経過した時の結晶化している領域の幅Wを、画像処理ユニット74で測定する。すなわち、図7の中央にT−Tで示した、時間tMが経過した時の、結晶化している領域(白領域)の幅Wを測定する。測定された幅Wは、ステップ83において所定の幅W1と比較される。ここで、幅W1は、良好な結晶化が行われていると判断される最小の結晶化領域の幅である。幅Wが幅W1より大きければ、結晶化は良好に行われていると判断され、プロセスはステップ89へ進む。ステップ89では、基板32の全ての結晶化すべき領域に対してプロセスが終了したかが判断される。終了していなければステップ90で、基板32は次の結晶化用レーザー光の照射位置に移動され、ステップ81へ戻る。測定された幅Wが幅W1より小さければ、ステップ84で所定の幅W2と比較される。ここで、幅W2は、結晶化した品質の許容できる下限に対応する結晶化領域の幅である。幅Wが幅W2より大きければ、結晶化プロセスが許容範囲であると判断される。しかし、次のエキシマレーザー光の照射は、ステップ87,88で基板32の高さを補正した後に行われる。ステップ87では、観測結果から後で述べるように、基板32の高さ、すなわちZ軸方向のズレ補正量が算出される。ステップ88で、ステージ駆動部12は、基板32高さを算出されたズレ補正量だけ補正し、ステップ89へ進む。測定された幅Wが幅W2より小さければ、結晶粒が十分に大きく成長していないと判断されるため、ステップ85,86において同様に基板32の高さを補正し、ステップ81へ戻って、その領域にエキシマレーザー光を再照射する。
FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of a process for correcting the deviation of the
ステップ85及び87において、基板32の高さ補正量の算出は、以下のように行われる。画像処理ユニット74には、基板32のZ軸方向のズレ量(Z軸ズレ量)に対応する画像が予め記憶されている。画像処理ユニット74は、結晶化したシリコン薄膜35の観測した画像パターンと記憶されているズレ画像パターンから、パターン認識技術を用いて基板32の結像位置からのZ軸ズレ補正量(ΔZ)を算出する。算出されZ軸ズレ補正量(ΔZ)は、ステージ駆動部12に入力される。ステップ86及び88において、ステージ駆動部12は、このZ軸ズレ補正量(ΔZ)に基づき基板保持ステージ38を駆動し、基板32の高さ(Z軸)方向の位置を補正し、エキシマレーザー光の結像位置にシリコン薄膜35を一致させる。
In
(第2の応用例)
他の応用の一例は、本実施形態のレーザー結晶化装置1を使用して、エキシマレーザー光照射領域の2次元像観測をして、基板32の平面内位置、すなわちX−Y位置のズレ補正を行うものである。位相シフタ28による逆ピーク状光強度分布を形成した結晶化方法の特徴は、所望の位置を結晶化できることである。この位置観測のために顕微観察光学系61の配置は、図9に示したように、図1に示した光検出器68のみを一時結像レンズ66の光路から退避させ、イメージインテンシファイア70を結像レンズ66の結像位置に移動させて設置する。これにより、結晶化プロセス領域の2次元像を撮像できる。基板32からの測定光が十分な強度を有する場合には、この配置は、イメージインテンシファイア70を使用しないで結像レンズ66の結像位置に撮像素子72を設置するように変形することもできる。
(Second application example)
As another example of application, the
以下に、図9に示した観察光学系61を使用した基板32のX−Y位置合わせ方法について説明する。基板32のX−Y方向の位置合わせプロセスの一例を説明するためのフローチャートを図9に示す。X−Y方向の位置合わせは、次のようにして実施することができる。例えば、アライメントマーク付きX−Y−Z保持ステージ38上に、基板32を予め位置決めして設置する。このアライメントマークを基準に精密な位置合わせをした後、結晶化プロセスを実行することができる。ステップ91において、結晶化用のエキシマレーザー光を基板32に照射し、シリコン薄膜35を溶融する。ステップ92において、結晶化プロセスの任意のタイミングでエキシマレーザー光の照射領域の2次元像を撮像し、照射パターンのX、Y位置を測定する。照射パターンとアライメントマークとの位置を比較して、照射パターンの位置ズレが許容範囲であるかどうかをステップ93で判断する。許容範囲内であれば、プロセスはステップ96へ進む。許容範囲から外れている場合には、ステップ94において、画像処理ユニット74はアライメントマークからの位置ズレ補正量を自動的に算出する。そして、ステップ95でステージ駆動部12を介して基板32のX−Y方向のズレを補正する。ステップ96では、基板32の結晶化すべき領域の全てに対してプロセスが終了したかが判断される。終了していなければステップ97で、次の結晶化用レーザー光の照射位置に移動し、ステップ91へ戻る。
Below, the XY alignment method of the board |
この結晶化プロセスは、表示部74cに表示することができ、画面上に位置合わせ状態を表示して確認することができる。さらに、この位置ズレ補正は、結晶化用レーザー光を出射する毎に自動的に実施して微調整するようにしてもよい。また、アライメントマークによる位置のズレ補正結果は、後工程のレジスト露光工程にも利用することができる。
This crystallization process can be displayed on the
(本実施形態の変形例)
本実施形態の結晶化用光学系の構成の1変形例を図11に示す。この変形例は、図1に示した構成から、位相シフタ28及び結像光学系30を取り除き、ホモジナイザ26の結像位置に基板32を配置したものである。本変形例は、図1の実施形態に比べ、レンズ等の光学素子の数を減らすことができるため、より強い強度の結晶化用レーザー光を照射できる。
(Modification of this embodiment)
A modification of the configuration of the crystallization optical system of the present embodiment is shown in FIG. In this modification, the
顕微観察光学系60は、前記の構成だけでなく以下のようにその一部を省略した構成、あるいは他の構成とすることができる。
The microscopic observation
顕微観察光学系60の1つの変形例では、図12に示したように、ストリーク管68を省略して、イメージインテンシファイア70とCCD撮像素子72の機能が一体となった構造の、いわゆるゲート付きCCD撮像素子73を使用することができる。ゲート付きCCD撮像素子73は、結像レンズ66により形成された2次元像を撮像するように配置される。ゲート付きCCD撮像素子73は、ある瞬間の2次元像を撮影する機能を有する。すなわち、時間とともに変化する画像を撮像素子73の2次元の光電変換部で受光し、所定のある瞬間だけ光電子増倍器に高電圧を印加することによりその瞬間の2次元像を蛍光面に記して、CCD撮像素子により2次元画像データを得るものである。したがって、ストリーク管68を用いた場合のような特定領域の連続データは得られない。しかし、ゲート付きCCD撮像素子73の光電子増倍器に印加する高電圧は、数ナノ秒の時間分解能で制御できるため、所望の瞬間における広い観察領域の2次元像を得ることができる。
In one modification of the microscopic observation
本変形例によって、撮像した結果の一例を図13に示す。上段の図13(a)は、エキシマレーザー光照射直後(t=t0)の図であり、照射領域のシリコン薄膜35が溶融している。小さな溶融領域は、縦横にマトリックス状に配置されている。溶融領域では照明光が透過しないため、暗い像になる。図では、この溶融領域を斜線でハッチングして示している。中段の図13(b),(c)は、エキシマレーザー光照射後t1だけ時間が経過した図であり、溶融領域の中心から結晶化が始まり、溶融領域内の外側部分が溶融している状態を示している。結晶化した領域を図では白ヌキで示している。結晶化する領域の形状は、位相シフタ28のパターン設計によって制御することができる。図13(b)は、方形の光強度分布を形成する位相シフタを使用した場合の例で、中心から方形に結晶化した領域が形成されている。図13(c)は、線対称の光強度分布を形成する位相シフタを使用した場合の例であり、図の縦方向に延びる結晶化した領域が観測され、結晶化は図の横方向へ進行する。下段の図13(d)は、エキシマレーザー光照射から時間t2が経過し、結晶化が終了した図であり、全体が結晶化して白く表わされている。しかし、溶融して結晶化した領域と溶融しなかった領域とでは、光の反射及び透過特性が異なるため、その境界を結晶化後においても認識することができる。
An example of the result of imaging according to this modification is shown in FIG. FIG. 13A in the upper stage is a diagram immediately after excimer laser light irradiation (t = t 0 ), and the silicon
さらに他の変形例は、図5に示したストリーク管68が加速電極68d若しくは電子増倍器68eの少なくとも一方を含む場合である。ストリーク管68の出力である1次像の強度が、CCD撮像素子72の感度に対して十分でない場合に、この配置を使用できる。
Still another modification is a case where the
逆に、ストリーク管68の出力の1次像の強度が、CCD撮像素子72の感度に対して十分な強度を有する場合、あるいは、CCD撮像素子72の感度が十分に高い場合、イメージインテンシファイア70を省略することができる。
Conversely, when the intensity of the primary image output from the
本実施形態は、前記した種々の実施形態に限定されることなく、さらに変形して、若しくはその一部を省略して使用することもできる。例えば、レーザー結晶化装置1の基板32の位置のズレを補正する機構等を省略して、観測結果をレーザー結晶化装置にフィードバックすることなく、単に、半導体薄膜が、溶融し、時間とともに結晶化して変化する状態を観測、監視するシステムとすることもできる。
The present embodiment is not limited to the various embodiments described above, and can be further modified or used with a part thereof omitted. For example, the mechanism for correcting the positional deviation of the
上記に説明したように、本発明によれば、エネルギー分布を有するエネルギー線、例えば、位相変調をして光強度分布を与えたパルス状エキシマレーザー光を半導体薄膜に照射して、半導体薄膜の所定の領域を溶融する。そして、エネルギー分布によって制御される所定の領域において横方向に結晶化する状態をリアルタイムで若しくはパルス状レーザー光照射終了直後から、数μm以下の高空間分解能及びナノ秒オーダーの高時間分解能で観測、監視することが可能である。さらに、この観測結果に基づき、例えばフィードバックすることにより、結晶化プロセスの安定化が図られ、高品質な半導体薄膜に効率よく結晶化することが可能な結晶化装置及び結晶化方法を提供することである。 As described above, according to the present invention, an energy beam having an energy distribution, for example, a pulsed excimer laser beam that has been phase-modulated to give a light intensity distribution is irradiated onto the semiconductor thin film, so Melt the area. Then, the state of lateral crystallization in a predetermined region controlled by the energy distribution is observed in real time or immediately after the end of pulsed laser light irradiation with a high spatial resolution of several μm or less and a high temporal resolution of nanosecond order, It is possible to monitor. Furthermore, based on the observation result, for example, by providing feedback, the crystallization process is stabilized, and a crystallization apparatus and a crystallization method capable of efficiently crystallizing a high-quality semiconductor thin film are provided. It is.
本発明は、前記の実施形態に限定されるものではない。前記の実施形態には、種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示された全ての構成要件の中から、いくつかの構成要件が削除されてもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above. The above embodiments include various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, some configuration requirements may be deleted from all the configuration requirements shown in the embodiment.
本発明は、液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置等に用いられる薄膜トランジスタ用材料の製造に使用できるほか、非晶質及び多結晶の半導体薄膜をレーザー光照射により溶融、再結晶化させて使用する、例えば、太陽電池用材料薄膜のレーザー結晶化にも利用できる。 The present invention can be used for the production of thin film transistor materials used in liquid crystal display devices, organic electroluminescence display devices, etc., and is used by melting and recrystallizing amorphous and polycrystalline semiconductor thin films by laser light irradiation. For example, it can be used for laser crystallization of a material thin film for a solar cell.
1…レーザー結晶化装置,10…タイミング制御部,12…ステージ駆動部,20…結晶化用光学系,22…レーザー光源,24…ビームエキスパンダ,26…ホモジナイザ,28…位相シフタ,30…結像光学系(エキシマ結像光学系),32…被処理基板,38…基板保持ステージ,40…顕微観察システム,42…観察用照明光学系,44…観察用照明光源,50…ビームエキスパンダ,52…環状リフレクタ,54…環状収束レンズ,60…顕微観察光学系,62…顕微対物レンズ,64…反射鏡,66…結像レンズ,68…光検出器(ストリーク管),68a…光電面,68b…掃引電界発生器,68b−1…掃引回路,68b−2…掃引電極,68c…蛍光板,70…イメージインテンシファイア,72…撮像素子,74…画像処理ユニット。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記エネルギー光の光路外に配置され、前記薄膜上の前記エネルギー光照射領域を照明する観察用照明光を射出する照明光源と、
前記エネルギー光の光路が中央部にあり、この光路に沿って前記照明光源からの照明光を前記薄膜に導く環状光学素子を含む照明光学系と、
前記薄膜を含む基板を透過した照明光を拡大して、前記パルス状エネルギー光の照射終了後に前記所定の領域において結晶粒が横方向に成長する過程を観測する観察光学系と
を具備することを特徴とする結晶化装置。 A thin film provided on a substrate is irradiated with pulsed energy light having a light intensity distribution to melt the thin film, and a crystal is formed in a predetermined region of the thin film according to the light intensity distribution immediately after the irradiation of the pulsed energy light. A crystallization apparatus comprising a crystallization optical system for growing and crystallizing grains laterally,
An illumination light source that is arranged outside the optical path of the energy light and emits illumination light for observation that illuminates the energy light irradiation region on the thin film;
An illumination optical system including an annular optical element that guides illumination light from the illumination light source to the thin film along the optical path of the optical path of the energy light, and
An observation optical system for magnifying illumination light transmitted through the substrate including the thin film and observing a process in which crystal grains grow laterally in the predetermined region after the irradiation of the pulsed energy light is completed. A characteristic crystallization apparatus.
前記エネルギー光の光路外に配置され、前記薄膜上の前記エネルギー光照射領域を照明する観察用の照明光を射出する照明光源と、
前記エネルギー光の光路が中央部にあり、この光路に沿って前記照明光源からの照明光を前記薄膜に導く環状光学素子を含む照明光学系と、
前記薄膜を含む基板を透過した照明光を拡大して前記所定の領域において前記固液界面が横方向に移動する過程を観測する観察光学系と
を具備することを特徴とする結晶化装置。 A thin film provided on a substrate is irradiated with pulsed energy light having a light intensity distribution to melt the thin film, and a predetermined region of the thin film is crystallized according to the light intensity distribution immediately after the irradiation of the pulsed energy light. A crystallization apparatus comprising a crystallization optical system for moving the solid-liquid interface in a lateral direction by
An illumination light source that is disposed outside the optical path of the energy light and emits illumination light for observation that illuminates the energy light irradiation region on the thin film;
An illumination optical system including an annular optical element that guides illumination light from the illumination light source to the thin film along the optical path of the optical path of the energy light, and
A crystallization apparatus comprising: an observation optical system for observing a process in which the solid-liquid interface moves laterally in the predetermined region by magnifying illumination light transmitted through the substrate including the thin film.
前記所定の領域を含む前記薄膜の像を拡大して光電面上に結像するレンズと、
前記光電面で発生した電子を増倍させて蛍光面に入射させて蛍光像とする光検出器と、
前記蛍光面の像を撮像する撮像素子を備えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1に記載の結晶化装置。 The observation optical system is
A lens for enlarging an image of the thin film including the predetermined region to form an image on a photocathode;
A photodetector that multiplies electrons generated on the photocathode and enters the phosphor screen to form a fluorescence image;
The crystallization apparatus according to claim 1, further comprising an image sensor that captures an image of the phosphor screen.
前記画像処理ユニットにより処理された前記画像から得られた前記基板の位置データに基づき、前記基板の位置を調整する機能を有するステージ駆動部とを
さらに具備する、請求項1ないし6のいずれか1に記載の結晶化装置。 An image processing unit for processing an image detected by the observation optical system;
The stage drive part which has a function which adjusts the position of the said board | substrate based on the position data of the said board | substrate obtained from the said image processed by the said image processing unit is further provided. The crystallization apparatus according to 1.
前記パルス状エネルギー光を基板に設けられた薄膜に照射してこの薄膜を溶融し、前記パルス状エネルギー光の照射終了直後から前記光強度分布にしたがって前記薄膜の所定の領域において結晶粒が横方向に成長して結晶化する工程と、
前記エネルギー光の光路に同軸的に設けられこのエネルギー光を通過させる環状光学素子を介して、前記光路に沿って前記エネルギー光の照射個所を観察用環状照明光で照明する工程と、
前記薄膜を透過した観察用照明光を拡大して前記結晶粒が横方向に成長する過程を検出する工程と、
前記検出した過程を電子データに変換する工程と、
前記電子データを表示する工程と
を具備することを特徴とする結晶化方法。 Emitting pulsed energy light having a light intensity distribution;
The thin film provided on the substrate is irradiated with the pulsed energy light to melt the thin film, and crystal grains are laterally distributed in a predetermined region of the thin film according to the light intensity distribution immediately after the irradiation of the pulsed energy light. Growing and crystallizing,
Illuminating the irradiation portion of the energy light with the annular illumination light for observation along the optical path through an annular optical element that is coaxially provided in the optical path of the energy light and passes the energy light;
Expanding the observation illumination light transmitted through the thin film and detecting a process in which the crystal grains grow laterally;
Converting the detected process into electronic data;
And a step of displaying the electronic data.
前記パルス状エネルギー光を基板に設けられた薄膜に照射してこの薄膜を溶融し、前記パルス状エネルギー光の照射終了直後から前記光強度分布にしたがって前記薄膜の所定の領域において固液界面が横方向に移動して結晶化する工程と、
前記エネルギー光の光路に同軸的に設けられこのエネルギー光を通過させる環状光学素子を介して、前記光路に沿って前記エネルギー光の照射個所を観察用環状照明光で照明する工程と、
前記薄膜を透過した観察用照明光を拡大して前記固液界面が横方向に移動する過程を検出する工程と、
前記検出した過程を電子データに変換する工程と、
前記電子データを表示する工程と
を具備することを特徴とする結晶化方法。 Emitting pulsed energy light having a light intensity distribution;
The thin film provided on the substrate is irradiated with the pulsed energy light to melt the thin film, and a solid-liquid interface is laterally spread in a predetermined region of the thin film according to the light intensity distribution immediately after the irradiation of the pulsed energy light. Moving in the direction and crystallizing;
Illuminating the irradiation portion of the energy light with the annular illumination light for observation along the optical path through an annular optical element that is coaxially provided in the optical path of the energy light and passes the energy light;
Expanding the observation illumination light transmitted through the thin film and detecting a process in which the solid-liquid interface moves laterally; and
Converting the detected process into electronic data;
And a step of displaying the electronic data.
前記所定の領域を含む前記薄膜の像を撮像する工程と、
前記撮像した前記薄膜の画像データを画像処理する工程と、
前記画像処理の結果に基づき、前記基板の位置データを算出する工程と、
前記位置データに基づき、前記基板の位置を調整する工程と
をさらに具備する、請求項11ないし13のいずれか1に記載の結晶化方法。 The step of converting into the electronic data includes
Capturing an image of the thin film including the predetermined region;
Image processing the image data of the imaged thin film;
Calculating the position data of the substrate based on the result of the image processing;
The crystallization method according to claim 11, further comprising a step of adjusting the position of the substrate based on the position data.
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