JP2006310820A - Laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、線状ビームを被照射体に照射するレーザ照射装置、及び前記レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法に関するものである。 The present invention relates to a laser irradiation apparatus that irradiates an irradiation object with a linear beam, and a method for manufacturing a semiconductor device using the laser irradiation apparatus.
近年、基板上に薄膜トランジスタ(以下TFTともいう)を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。それらの技術の中に、レーザをTFTの作製に利用するものがある。例えば、レーザアニール技術、レーザドーピング技術、レーザスクライブ技術等があげられる。 In recent years, technology for manufacturing a thin film transistor (hereinafter also referred to as TFT) on a substrate has greatly advanced, and application development to an active matrix display device has been advanced. Some of these technologies utilize lasers for TFT fabrication. For example, a laser annealing technique, a laser doping technique, a laser scribing technique, and the like can be given.
また、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よりも電界効果移動度(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、例えばTFTを用いたアクティブマトリクス型表示装置において、従来基板の外に設けられた駆動回路部で行っていた画素TFTの制御を、画素TFTと同一の基板上に形成した駆動回路TFTで行うことが試みられている。 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. For this reason, for example, in an active matrix display device using TFTs, the control of the pixel TFT, which has been performed by the drive circuit unit provided outside the conventional substrate, is performed by the drive circuit TFT formed on the same substrate as the pixel TFT. It has been tried.
ところで、半導体装置に用いる基板は、コストの面から石英基板よりもガラス基板が有望視されている。また、ガラス基板は石英基板に比べ大型化が容易なため、大面積のガラス基板上に半導体デバイスを多数作製し、1枚のガラス基板から得られるデバイスを増やすことが出来る。その結果、半導体デバイスの単価を下げることができ、大量生産にも都合が良い。 By the way, as a substrate used for a semiconductor device, a glass substrate is considered promising rather than a quartz substrate in terms of cost. In addition, since a glass substrate can be easily increased in size as compared with a quartz substrate, a large number of semiconductor devices can be manufactured over a large-area glass substrate, and the number of devices obtained from one glass substrate can be increased. As a result, the unit price of the semiconductor device can be lowered, which is convenient for mass production.
しかしながら、ガラス基板は、耐熱性に劣り熱変形しやすいため、従来の輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法を用いて、ガラス基板上に成膜された半導体膜を結晶化させる工程を行うと、ガラス基板が熱により変形する、あるいは結晶化に要する時間が非現実的なものとなる。一方、本工程にレーザアニール法を適用すると、レーザビームはガラス基板上に形成された半導体膜を局所的に加熱することが可能なため、ガラス基板の熱変形を抑えることが出来る。レーザアニール法は、輻射加熱ある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の利点を持つ。 However, since the glass substrate is inferior in heat resistance and easily deformed by heat, when a conventional annealing method using radiant heating or conductive heating is used, the semiconductor film formed on the glass substrate is crystallized. The glass substrate is deformed by heat, or the time required for crystallization becomes unrealistic. On the other hand, when a laser annealing method is applied to this step, the laser beam can locally heat a semiconductor film formed on the glass substrate, so that thermal deformation of the glass substrate can be suppressed. The laser annealing method can significantly reduce the processing time as compared with the annealing method using radiant heating or conduction heating, and the substrate or the semiconductor film can be selectively and locally heated so that the substrate is almost thermally treated. It has the advantage of not damaging it.
なお、ここでいうレーザアニールとは、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加熱する技術や、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、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等を含むものである。 The laser annealing here means a technique for heating a damaged layer or an amorphous layer formed on a semiconductor substrate or semiconductor film, a technique for crystallizing an amorphous semiconductor film formed on a substrate, a semiconductor substrate or This includes techniques applied to planarization and surface modification of semiconductor films.
レーザアニールに用いられるレーザ発振器はその発振方法により、パルス発振と連続発振(以降、CWと略す)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エキシマレーザのようなパルス発振のレーザ発振器よりもArレーザやYVO4レーザのようなCWのレーザ発振器を用いる方が、半導体膜中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。半導体膜中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の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る。従って、CWのレーザ発振器を用いることでより高性能なデバイスの開発が可能である。本明細書中では、そのような大きな結晶粒が集まっている領域を大粒径結晶領域と称する。 Laser oscillators used for laser annealing are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation (hereinafter abbreviated as CW), depending on the oscillation method. In recent years, in the crystallization of a semiconductor film, it is more preferable to use a CW laser oscillator such as an Ar laser or a YVO 4 laser than a pulsed laser oscillator such as an excimer laser. Has been found to be large. As the crystal grain size in the semiconductor film increases, the number of grain boundaries that enter the channel region of a TFT formed using the semiconductor film decreases, so that the mobility increases. Therefore, it is possible to develop a higher performance device by using a CW laser oscillator. In the present specification, a region where such large crystal grains are gathered is referred to as a large grain crystal region.
また、レーザビーム(レーザ光ともいう)の半導体膜への吸収効率を高くするため、半導体膜のレーザアニールには可視あるいは紫外域の波長を持ったレーザビームが用いられる。しかしながら、一般的にCWレーザに用いられる固体のレーザ媒質から発振する波長は、半導体膜への吸収効率が低い赤から近赤外域である。そのため、CWの固体レーザをレーザアニールの工程に適用する場合、非線形光学素子を用いて可視域以下の波長を持つ高調波に変換して用いる。一般的には、大出力を容易に得られる近赤外の基本波を第二高調波であるグリーンのレーザビームに変換する方法が最も変換効率が高く、頻繁に用いられている。 In order to increase the absorption efficiency of a laser beam (also referred to as laser light) into a semiconductor film, a laser beam having a wavelength in the visible or ultraviolet region is used for laser annealing of the semiconductor film. However, the wavelength oscillated from a solid laser medium generally used in a CW laser is from red to the near infrared region where the absorption efficiency into the semiconductor film is low. Therefore, when a CW solid-state laser is applied to the laser annealing process, it is converted into a harmonic having a wavelength below the visible range using a nonlinear optical element. In general, a method of converting a near-infrared fundamental wave that can easily obtain a large output into a green laser beam that is a second harmonic has the highest conversion efficiency and is frequently used.
例えば、出力10W、波長532nmのCWのレーザビームを長辺300μm、短辺10μm程度の線状ビームに整形し、該線状ビームをその短辺方向に走査させて半導体膜を結晶化した場合、一度の走査で得られる大粒径結晶領域の幅は200μm程度となる。従って、比較的大きな基板全面に成膜された半導体膜をCWのレーザビームによってすべて結晶化するためには、線状ビームの一度の走査によって得られた大粒径結晶領域の幅の分ずつ、線状ビームの走査する位置をその長辺方向にずらしてレーザアニールを行う必要がある。 For example, when a CW laser beam having an output of 10 W and a wavelength of 532 nm is shaped into a linear beam having a long side of about 300 μm and a short side of about 10 μm, and the semiconductor film is crystallized by scanning the linear beam in the short side direction, The width of the large grain crystal region obtained by one scan is about 200 μm. Therefore, in order to crystallize all the semiconductor film formed on the entire surface of a relatively large substrate by the CW laser beam, the width of the large grain crystal region obtained by one scanning of the linear beam is It is necessary to perform laser annealing by shifting the scanning position of the linear beam in the long side direction.
一方、大粒径結晶領域の形成と同時に、上記線状ビームの長辺方向の両端のエネルギーの減衰したところにおいて、大粒径結晶領域ではない結晶領域(以下、結晶性不良領域とよぶ)ができる。結晶性不良領域の表面においては、凹凸が目立ち、TFTを作製するには不向きである。結晶性不良領域上にTFTが形成された場合、電気特性のばらつきや動作不良の原因となる。 On the other hand, at the same time as the formation of the large grain crystal region, the crystal region that is not the large grain crystal region (hereinafter referred to as the poor crystallinity region) is obtained when the energy at both ends in the long side direction of the linear beam is attenuated. it can. Unevenness is conspicuous on the surface of the poor crystallinity region, which is not suitable for manufacturing a TFT. When a TFT is formed on a crystalline defect region, it causes variations in electrical characteristics and malfunctions.
このようなことから、信頼性の高いデバイスを作製するには、TFTが結晶性不良領域に形成されないように、レーザビームの照射位置を正確に決める必要がある。 For this reason, in order to manufacture a highly reliable device, it is necessary to accurately determine the irradiation position of the laser beam so that the TFT is not formed in the poorly crystalline region.
レーザアニールに用いられるレーザ照射方法として、XYステージ上に試料を設置し、所定の光学系を用いて試料上に形成されたビームスポットを試料に対し相対的に走査することにより、基板全面に対してレーザアニールを行う方法が挙げられる。このとき、レーザビームの照射する位置を正確に決定するために、被照射面上に基準となるマーカーを設け、該マーカーの像をCCDカメラに記憶させ、パターンマッチング等の画像処理手段で該マーカーの位置を検出し、該マーカーの位置にあわせて被照射面を移動することで照射位置の制御を行う方法が用いられている(例えば特許文献1)。
特許文献1に示される方法を採用した場合、生産性が悪くなるという問題がある。例えば、長辺の長さ300μmの線状ビーム1つで1000mm角のガラス基板に成膜された半導体膜の全面をアニールすると、3000回以上の走査を繰り返す必要があるため、大型基板をアニールすると時間がかかってしまう。 When the method shown in Patent Document 1 is adopted, there is a problem that productivity is deteriorated. For example, if the entire surface of a semiconductor film formed on a 1000 mm square glass substrate is annealed with one linear beam having a long side length of 300 μm, it is necessary to repeat scanning more than 3000 times. It takes time.
そこで、生産性を向上させるために、3台のレーザ発振器504、505、506から射出した線状ビーム500a、500b、500cをそれぞれ、照射面上に並べて同時に照射し、被照射体501を走査する方法が考えられる(図5参照)。
Therefore, in order to improve productivity, the
この場合、3台のレーザ発振器から射出したレーザ光を被照射面の3箇所にそれぞれ照射することが可能であるので、1台のレーザ発振器を用いた場合の1/3の走査回数で全面を処理することができ、レーザ発振器の台数の増加に伴って処理速度が向上する。しかしながら、この方法を採用した場合には歩留まりの面で問題がある。この問題について図5〜図7を用いて説明する。 In this case, the laser light emitted from the three laser oscillators can be irradiated to three locations on the surface to be irradiated, so the entire surface can be scanned with 1/3 the number of scans when one laser oscillator is used. The processing speed can be improved as the number of laser oscillators increases. However, when this method is adopted, there is a problem in terms of yield. This problem will be described with reference to FIGS.
図6は、図5の被照射体501の上面を示した図である。ここでは、3台のレーザ発振器を用い、図6に示すように1台目のレーザ発振器はA1の位置から走査を開始し、2台目のレーザ発振器はA2の位置から走査を開始し、3台目のレーザ発振器はA3の位置から走査を開始する構成とする。この場合、まず光学系の調整により3台それぞれのレーザ発振器から射出したレーザ光を線状レーザに整形する。しかし、各レーザ発振器から射出したレーザビームを線状に整形するために光学系をそれぞれ調整すると、線状ビームの相互位置が所望の位置A1、A2、A3とはずれてしまう。そこで、レーザの形状を線状に保ったまま、光学系の調整により始点をそれぞれA1、A2、A3に合わせる必要がある。光学系を調整して、線状ビームの照射開始位置をそれぞれA1〜A3に合わせた後、被照射体501をX軸方向及びY軸方向に移動させて基板に対して線状ビームを照射する。
FIG. 6 is a view showing the upper surface of the
しかしながら、各線状ビームの形状を保ったまま、各線状ビームの照射位置を所定の位置に合わせる光学調整は非常に困難である。そこで、実際は各線状ビームの厳密な位置合わせは行われず、被照射体501の表面において、あらかじめ決められた照射開始位置A1、A2、A3とずれた位置から、各線状ビーム500a、500b、500cの照射が開始される(図6参照)。そして、図7の破線矢印の方向に各線状ビームが照射される。しかし、この場合、照射が終了した時には、図7に示すように線状ビームが照射されない領域502や、線状ビームが重なって照射されてしまう領域503が形成されてしまう。従って、図5に示すレーザ照射装置を用いた場合、基板全面に対して均一にレーザ照射を行うのは困難である。大型基板では、X軸方向及びY軸方向への線状ビームの走査が数百回行われるため、各線状ビームの照射開始位置が所望の位置より数μmずれたとしたら、レーザが照射されない領域502やレーザ光が重なって照射されてしまう領域503の幅は数十μm程度になる。このようなレーザ照射により結晶化された半導体膜上の領域502又は503を含む位置にTFTを作製すると、TFT特性は非常に悪くなりTFT同士の特性のばらつきも大きくなる。
However, it is very difficult to perform optical adjustment to match the irradiation position of each linear beam to a predetermined position while maintaining the shape of each linear beam. Therefore, in actuality, exact alignment of each linear beam is not performed, and the position of each
従って、複数のレーザ光を被照射体に同時に照射して走査するときは、それぞれのレーザ発振器から射出したレーザ光が被照射体上で形成するビームスポットの位置及びビームスポット同士の間隔の制御を確実かつ容易に行う必要がある。さもなければ、結晶領域でない領域にTFTが作製されるため、歩留まりに悪影響を及ぼす可能性がある。 Therefore, when irradiating an object to be irradiated with a plurality of laser beams at the same time, the positions of the beam spots formed by the laser beams emitted from the respective laser oscillators and the distance between the beam spots are controlled. It must be done reliably and easily. Otherwise, the TFT is manufactured in a region that is not a crystal region, which may adversely affect the yield.
そこで、本発明は、複数のレーザ光を被照射体の所定の位置にそれぞれ照射し、被照射体に均一なレーザ照射を行い、生産性の高いレーザ照射装置及び該レーザ照射装置を用いた半導体装置の作製方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention irradiates a predetermined position of an irradiated body with a plurality of laser beams, performs uniform laser irradiation on the irradiated body, and a laser irradiation apparatus with high productivity and a semiconductor using the laser irradiation apparatus It is an object to provide a method for manufacturing a device.
上記課題を鑑み、本発明のレーザ照射装置は、複数のレーザ発振器から射出したレーザビームを照射位置にそれぞれ移動するために、少なくとも2台以上のレーザ発振器をそれぞれ互いに独立して動かす機構を備えることを特徴とする。 In view of the above problems, the laser irradiation apparatus of the present invention includes a mechanism for moving at least two laser oscillators independently of each other in order to move laser beams emitted from a plurality of laser oscillators to irradiation positions, respectively. It is characterized by.
本発明のレーザ照射装置は、レーザ光を射出する複数のレーザ発振器と、前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、前記被照射体を前記線状ビームの短辺に沿った方向に移動させる手段と、前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記レーザ発振器を互いに独立して移動させる手段と、アライメントマーカ位置を検出する手段を有することを特徴とする。 The laser irradiation apparatus of the present invention includes a plurality of laser oscillators for emitting laser light, a plurality of optical systems for forming the laser light into a linear beam on the surface of the irradiated body, and the irradiated body for the linear beam. Means for moving in the direction along the short side of the laser beam, means for moving the laser oscillators independently in the direction along the long side of the linear beam, and means for detecting the alignment marker position It is characterized by that.
本発明のレーザ照射装置は、レーザ光を射出する複数のレーザ発振器と、前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、アライメントマーカー検出手段と画像処理装置とを有する、レーザ照射位置を決定する手段を有し、前記線状ビームの短辺方向に移動可能な、前記被照射体が設けられた第1のステージと、前記線状ビームの長辺方向に移動可能な複数の第2のステージとを有し、複数の前記第2のステージそれぞれの上に、前記レーザ発振器と前記光学系とが1つずつ設置され、複数の前記第2のステージは、それぞれ独立した移動機構を有することを特徴とする。 A laser irradiation apparatus according to the present invention includes a plurality of laser oscillators that emit laser light, a plurality of optical systems that form the laser light into a linear beam on the surface of an irradiated object, an alignment marker detection unit, and an image processing apparatus. Having a means for determining a laser irradiation position, movable in the short side direction of the linear beam, provided with the irradiated body, and in the long side direction of the linear beam A plurality of movable second stages, and the laser oscillator and the optical system are installed one by one on each of the plurality of second stages, and the plurality of second stages are: It is characterized by having an independent moving mechanism.
本発明のレーザ照射装置において、前記アライメントマーカー検出手段はCCDカメラである。 In the laser irradiation apparatus of the present invention, the alignment marker detection means is a CCD camera.
前記線状ビームの形状は、矩形状または楕円状であることを特徴とするレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus characterized in that the shape of the linear beam is rectangular or elliptical.
本発明のレーザ照射装置において、前記レーザ発振器として、YAGレーザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ、YLFレーザ又はArレーザを用いることを特徴とする。 In the laser irradiation apparatus of the present invention, a YAG laser, a YVO 4 laser, a GdVO 4 laser, a YLF laser, or an Ar laser is used as the laser oscillator.
本発明のレーザ照射装置において、複数の前記レーザ発振器はそれぞれ出力が異なることを特徴とする。 In the laser irradiation apparatus of the present invention, the plurality of laser oscillators have different outputs.
本発明の半導体装置の作製方法は、第1のステージ上に非晶質半導体膜を有する絶縁基板を設置し、所定の方向に複数の第2のステージを互いに独立して動かし、複数の前記第2のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数ヵ所に照射しながら、前記第1のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化することを特徴とする。前記所定の方向は、前記線状ビームの長辺に沿った方向である。 According to a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an insulating substrate having an amorphous semiconductor film is provided on a first stage, and a plurality of second stages are moved independently from each other in a predetermined direction. And irradiating the surface of the amorphous semiconductor film with a plurality of linear beams emitted from a plurality of laser oscillators installed on the second stage, and applying a plurality of the linear beams to the surface of the amorphous semiconductor film. The amorphous semiconductor film is crystallized by moving the first stage in a direction along the short side of the linear beam while irradiating the spot. The predetermined direction is a direction along the long side of the linear beam.
本発明の半導体装置の作製方法は、第1のステージ上に非晶質半導体膜を有する絶縁基板を設置し、前記非晶質半導体膜に複数のアライメントマーカーを形成し、複数の第2のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、前記アライメントマーカーの位置を基に前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記第2のステージを互いに独立して動かして複数の前記線状ビームの照射位置を調整して、複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数個所に照射し、前記線状ビームを照射しながら前記第1のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化することを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, an insulating substrate having an amorphous semiconductor film is placed on a first stage, a plurality of alignment markers are formed on the amorphous semiconductor film, and a plurality of second stages are formed. Irradiating the surface of the amorphous semiconductor film with a plurality of linear beams emitted from a plurality of laser oscillators installed thereon, and a direction along the long side of the linear beam based on the position of the alignment marker In addition, the plurality of second stages are moved independently of each other to adjust the irradiation positions of the plurality of linear beams, and the plurality of linear beams are irradiated to a plurality of locations on the surface of the amorphous semiconductor film. The amorphous semiconductor film is crystallized by moving the first stage in the direction along the short side of the linear beam while irradiating the linear beam.
複数の前記第2のステージにはそれぞれ1台のレーザ発振器が設置されていることを特徴とする。 Each of the plurality of second stages is provided with one laser oscillator.
複数の前記レーザ発振器の出力はそれぞれ異なることを特徴とする。 The outputs of the plurality of laser oscillators are different from each other.
本明細書では、被照射面における形状が線状であるレーザビームを線状ビームと呼ぶ。ここでいう「線状」とは、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比が大きい矩形(例えば、アスペクト比が10以上(好ましくは100以上))を意味する。なお、線状ビームとするのは、レーザアニールの効率を高めるためであり、その形状が矩形状や楕円状であってもよい。 In this specification, a laser beam having a linear shape on an irradiated surface is referred to as a linear beam. The term “linear” as used herein does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle having a large aspect ratio (for example, an aspect ratio of 10 or more (preferably 100 or more)). Note that the linear beam is used to increase the efficiency of laser annealing, and the shape may be rectangular or elliptical.
本発明は、複数のレーザ発振器から射出した複数本のレーザビームを同時に被照射体に照射する装置において、それぞれのレーザビームの照射位置の調整が極めて容易になるとともに、その位置調整を確実に行うことができる。そのため、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、その結果、生産性を向上させることができる。また、レーザ発振器を移動させることで照射位置を調整するため、レーザ照射位置の微調整が可能となり、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。そこで、本明細書の実施の形態に記載したレーザ照射装置を、例えば半導体膜の結晶化の際に用いることで、生産性及び歩留まりを向上させることができる。 According to the present invention, in an apparatus for simultaneously irradiating an object to be irradiated with a plurality of laser beams emitted from a plurality of laser oscillators, it is extremely easy to adjust the irradiation position of each laser beam, and the position adjustment is reliably performed. be able to. Therefore, the time required for maintenance can be remarkably shortened, and as a result, productivity can be improved. Further, since the irradiation position is adjusted by moving the laser oscillator, it is possible to finely adjust the laser irradiation position, and it is possible to prevent generation of a region where the laser is not irradiated or a region where the laser is overlapped. Thus, by using the laser irradiation apparatus described in the embodiment of this specification, for example, when crystallization of a semiconductor film is performed, productivity and yield can be improved.
(実施の形態1)
本実施の形態では、照射面上に形成された複数の線状ビームの照射位置を、それぞれ独立して調整できる移動機構を備えたレーザ照射装置の構成について説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a configuration of a laser irradiation apparatus including a moving mechanism that can independently adjust irradiation positions of a plurality of linear beams formed on an irradiation surface will be described. However, the present invention can be implemented in many different modes, and it is easy for those skilled in the art to change the modes and details in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Understood. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.
まず、図1を用いて線状ビームを形成する光学系の説明をする。本実施の形態では、スリット121、ミラー131、シリンドリカルレンズ141、151を有する第1の光学系と、スリット122、ミラー132、シリンドリカルレンズ142、152を有する第2の光学系と、スリット123、ミラー133、シリンドリカルレンズ143、153を有する第3の光学系と、スリット124、ミラー134、シリンドリカルレンズ144、154を有する第4の光学系とが、レーザ発振器111、112、113、114の射出側にそれぞれ設置されている。
First, an optical system for forming a linear beam will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a first optical system having a
レーザ発振器111、112、113、114はCWあるいは10MHz以上の繰り返し周波数が高いレーザビームを射出するものである。本実施の形態において使用するレーザ発振器については特に制限されることはなく、パルス発振あるいは連続発振のいずれのレーザ発振器も用いることができる。例えば、エキシマレーザ、YAGレーザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ、YLFレーザ、Arレーザなどが挙げられる。また、これら以外の種類のレーザ発振器を用いてもよい。なお、本実施の形態では4台のレーザ発振器を用いているが、台数はこれに限定されず、2台以上であればよく、用いる基板の大きさ及びレーザ発振器の大きさ等により適宜決定すれば良い。
The
レーザ発振器111から射出されたレーザビームはスリット121によってレーザビームの強度の弱い部分を遮断され、ミラー131によって被照射体101の方向に偏向される。スリット121は、被照射面上に照射される線状ビームの両端に形成されるレーザ光強度の弱い部分をできるだけ少なくするために配置される。
The laser beam emitted from the
ミラー131により偏向されたレーザビームは一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ141を通過する。さらに、シリンドリカルレンズ141を通過したレーザビームはシリンドリカルレンズ141と90度回転した一方向にのみ作用するシリンドリカルレンズ151によって集光され、被照射体101に線状ビーム161が照射される。同様に、レーザ発振器112、113、114から射出したレーザ光もスリット、ミラー、シリンドリカルレンズによって整形され、被照射面上に線状ビーム162、163、164が照射される。なお、シリンドリカルレンズ141、142、143、144は被照射面上に形成される線状ビームの長辺方向にのみ作用し、シリンドリカルレンズ151、152、153、154はその短辺方向にのみ作用する。
The laser beam deflected by the
ここで、シリンドリカルレンズ141、142、143、144と、スリット121、122、123、124及び被照射体101の照射面との間の位置関係について詳しく説明する。4つのレーザ発振器それぞれに用いられる光学系は互いに同一のものであるので、ここでは代表してレーザ発振器111に対応する光学系について説明する。まず、シリンドリカルレンズ141の焦点距離をfとし、スリット121の幅をsとする。このとき、スリット121からシリンドリカルレンズ141までの光路長をM1とし、シリンドリカルレンズ141から被照射体101までの光路長をM2とする。また、被照射体101の照射面上に形成される線状ビームの長辺方向の長さをLとする。このとき、次の2式が成り立つ。
Here, the positional relationship between the
上記式1、式2より、次の式が導かれる。 From the above formulas 1 and 2, the following formula is derived.
これらの関係を満たす位置にスリット、シリンドリカルレンズ、被照射体を配置することで、スリットによる回折の影響がない線状ビームを照射面に投影できる。スリットは、結晶性不良領域の面積を出来るだけ小さくするために用いられているが、一方で、回折による影響から周期的なエネルギー分布を発生させる欠点を持っている。一般に、レーザビームがスリットにより一部遮光されると、光の回折現象が起こる。これによりスリットを通過したレーザビームには、被照射面上で周期的なエネルギー分布が発生する。しかしながら、レーザビームがスリットで切られた直後の位置では、回折による周期的なエネルギー分布は発生しない。従って、上記式を満たす位置に光学系を配置することにより、スリットによる回折の影響を受けない線状ビームを得ることができる。従って、被照射面にほぼ均一なエネルギー分布を持った線状ビームを照射することが可能となる。 By arranging the slit, the cylindrical lens, and the irradiated object at a position that satisfies these relationships, a linear beam that is not affected by diffraction by the slit can be projected onto the irradiation surface. The slit is used to reduce the area of the poor crystallinity region as much as possible, but has a drawback of generating a periodic energy distribution due to the influence of diffraction. In general, when a laser beam is partially shielded by a slit, a light diffraction phenomenon occurs. As a result, a periodic energy distribution is generated on the irradiated surface in the laser beam that has passed through the slit. However, no periodic energy distribution due to diffraction occurs at a position immediately after the laser beam is cut by the slit. Therefore, by arranging the optical system at a position satisfying the above formula, a linear beam that is not affected by diffraction by the slit can be obtained. Accordingly, it is possible to irradiate the irradiated surface with a linear beam having a substantially uniform energy distribution.
もちろん、線状ビームを形成するための光学系は、本実施の形態の光学系に限定されない。例えば、スリットを設けない構成でもよいし、シリンドリカルレンズのかわりにフライアイレンズやシリンドリカルレンズアレイ、あるいは回折光学素子等を用いてもよいし、これらを適宜組み合わせて用いてもよい。また、本実施の形態では、4台のレーザ発振器それぞれに対して、同一の構成の光学系をそれぞれ配置しているが、本実施の形態はこの構成に限定されない。例えば、レーザ発振器それぞれに異なる構成の光学系を配置してもよい。レーザ発振器それぞれに異なる光学系を配置することで、照射面に照射される線状ビームのエネルギー分布及びエネルギー密度等の特性をそれぞれ変えることが可能である。線状ビームのエネルギー分布及びエネルギー密度等の特性をそれぞれ変えることで、それぞれの線状ビームで結晶化された結晶領域の結晶性を異ならせることができるため、1つの基板上に異なる特性のデバイスを作製する際には、各デバイスの特性を制御することが可能である。 Of course, the optical system for forming the linear beam is not limited to the optical system of the present embodiment. For example, a configuration in which no slit is provided may be used, a fly-eye lens, a cylindrical lens array, a diffractive optical element, or the like may be used in place of the cylindrical lens, or an appropriate combination thereof may be used. In the present embodiment, the optical system having the same configuration is arranged for each of the four laser oscillators. However, the present embodiment is not limited to this configuration. For example, you may arrange | position the optical system of a different structure to each laser oscillator. By arranging different optical systems for each laser oscillator, it is possible to change the characteristics such as the energy distribution and energy density of the linear beam irradiated on the irradiation surface. By changing the characteristics such as the energy distribution and energy density of the linear beam, the crystallinity of the crystal regions crystallized by the respective linear beams can be made different, so devices with different characteristics on one substrate When manufacturing the device, the characteristics of each device can be controlled.
また、特性の異なる線状ビームで形成した結晶領域に渡って1つのデバイスを作製する場合には、偏光板やフィルター、またはその他のエネルギー調整手段を用いて、複数の線状ビームのエネルギー分布及びエネルギー密度等の特性がそれぞれ均一になるように調整することで、そのデバイスの特性のばらつきを最小限に抑えることができる。なお、ここでは図示していないが、レーザ発振器、スリット、ミラー及びシリンドリカルレンズを有する光学系とは移動可能なY軸ステージに設置されている。また、171、172、173、174はアライメントマーカーを検出するための手段である。ここでは、アライメントマーカーの検出手段としてCCDカメラを用いる。
In addition, when a single device is manufactured over a crystal region formed by linear beams having different characteristics, the energy distribution of a plurality of linear beams and the use of polarizing plates, filters, or other energy adjusting means are used. By adjusting the characteristics such as energy density so as to be uniform, variations in the characteristics of the device can be minimized. Although not shown here, an optical system having a laser oscillator, a slit, a mirror, and a cylindrical lens is installed on a movable Y-axis stage.
次に、図2を用いてX軸ステージ102と複数のY軸ステージ201、202、203、204の構成を説明する。図2は、図1にY軸ステージを201、202、203、204を加えた図であり、図1と同一のものには同じ符号を付し説明を省略する。なお、ここでのX軸方向とは、線状ビームの短辺方向のことであり、Y軸方向とは線状ビームの長辺方向のことである。なお、本明細書では、Y軸上で座標の正の方向へ向かう方向をY軸方向、負の方向へ向かう方向を−Y軸方向、X軸上で座標の正の方向へ向かう方向をX軸方向、負の方向へ向かう方向を−X軸方向と記載する。
Next, the configuration of the
本実施の形態では、テーブル211上にX軸方向に自由に移動可能なX軸ステージ102を設け、X軸ステージ102の上方にY軸方向に移動可能なY軸ステージ201、202、203、204を設ける構成とした。つまり、テーブル211上に接してX軸ステージ102が設置され、X軸ステージ102の両側に配置された支持体231、232からX軸ステージ102上に延びた支持体241に支えられて、X軸ステージ102の上方にY軸ステージ201、202が配置されている。同様に、Y軸ステージ203、204は、X軸ステージ102の両側に配置された支持体233、234からX軸ステージ102上に延びた支持体242に支えられて、X軸ステージ102の上方に配置されている。本実施の形態では、Y軸ステージ201、202、203、204は連動することなく、それぞれが支持体241又は242に沿って独立して任意の距離だけ移動させることが可能な移動機構を備えている。なお、本実施の形態で示すY軸ステージ及び支持体の構成は一例であって、レーザ発振器をそれぞれ独立に動かすことができる機構であれば他の構成でもよい。また、本実施の形態においてY軸ステージはレーザ発振器の数と同数設ける。
In this embodiment, an
Y軸ステージ201には、図1に示す線状ビームを整形するための第1の光学系とレーザ発振器111及びCCDカメラ171が配置されている。同様に、Y軸ステージ202には、図1に示す線状ビームを整形するための第2の光学系、レーザ発振器112、およびCCDカメラ172が設置され、Y軸ステージ203には、図1に示す線状ビームを整形するための第3の光学系、レーザ発振器113、および図2には示されないCCDカメラ173が設置され、Y軸ステージ204には、図1に示す線状ビームを整形するための第4の光学系、レーザ発振器114、および図2には示されないCCDカメラ174が設置されている。ここでは、第1の光学系とレーザ発振器111とをまとめて221、第2の光学系とレーザ発振器112とをまとめて222、第3の光学系とレーザ発振器113とをまとめて223、第4の光学系とレーザ発振器114とをまとめて224として図示した。
On the Y-
Y軸ステージ201、202、203、204をそれぞれY軸方向に移動させることにより、照射面上に形成された線状ビーム161、162、163、164もY軸方向に移動する。ここで、Y軸ステージ201、202、203、204には、レーザ発振器と光学系をそれぞれ1つずつ配置する。つまり、1つのY軸ステージ上には、レーザ発振器を1台だけ設ける。仮に、1つのY軸ステージ上に複数のレーザ発振器を設置した場合、隣り合うレーザ発振器から射出された線状ビームの間隔は光学系を用いて調整されなければならないため、正確な位置合わせが困難になる。
By moving the Y-
本実施の形態において、各光学系により線状に整形された線状ビーム161、162、163、164の照射位置は、例えば図8に示すように、あらかじめ設定されたレーザ光の照射開始位置1401、1402、1403、1404とは、それぞれ距離d1、d2、d3、d4だけずれた位置に照射される。なぜならば、線状ビームを形成するために光学系をそれぞれ微調整すると、線状ビームの相互位置が所望の位置よりずれるからである。なお、上記距離d1、d2、d3、d4は、それぞれ異なっている必要はない。
In this embodiment, the irradiation positions of the
そこで、CCDカメラにより各アライメントマーカーを検出することで得た各アライメントマーカーの位置情報を基に、4つのY軸ステージを移動して各線状ビームを照射位置へ正確に移動させる。つまり、Y軸ステージ201、202、203、204をそれぞれY軸方向又は−Y軸方向にd1、d2、d3、d4だけ移動させて、線状ビーム161、162、163、164をレーザ光の照射開始位置1401、1402、1403、1404に合わせる。
Therefore, based on the position information of each alignment marker obtained by detecting each alignment marker with a CCD camera, the four Y-axis stages are moved to accurately move each linear beam to the irradiation position. That is, the Y-
ここで、アライメントマーカーを読み取る手段について図1及び図2を用いて説明する。4つのY軸ステージ201、202、203、204にそれぞれ設置されたCCDカメラ171、172、173、174を移動させて各CCDカメラで被照射体101表面を撮影し、アライメントマーカー181、182、183、184の位置を認識する。ここでは、CCDカメラに接続された画像処理装置でパターンマッチング等の画像処理を行うことにより、アライメントマーカーの位置を認識している。その後、パターンマッチング処理により得られたアライメントマーカーの位置情報を基に、Y軸ステージ201、202、203、204をそれぞれ移動して各線状ビームを所定の照射開始位置にあわせる。ここでは、CCDカメラ171でアライメントマーカー181の位置を検出し、CCDカメラ172でアライメントマーカー182の位置を検出し、CCDカメラ173でアライメントマーカー183の位置を検出し、CCDカメラ174でアライメントマーカー184の位置を検出している。つまり、各CCDカメラは、同じY軸ステージ上に設置されたレーザ発振器から射出されるレーザビームに対応するアライメントマーカーの位置情報のみを検出する。
Here, means for reading the alignment marker will be described with reference to FIGS. The
本実施の形態では、被照射体表面での反射光をCCDカメラを用いて記録した画像に、ソーベル処理等による輪郭部分のみの抽出を行う。そして、輪郭部分を抽出した画像とあらかじめ画像処理装置に登録されたアライメントマーカーの画像とを比較するパターンマッチング処理を行い、アライメントマーカーの位置を検出している。輪郭部分のみを抽出した画像でパターンマッチング処理を行うことにより、被照射体表面での反射率の変化に影響されることがなく、安定してパターンマッチング処理を行うことが可能となる。なお、アライメントマーカーの位置の認識方法はこの方法に限定されない。例えば、CADデータから得られるアライメントマーカーのパターンを画像処理装置に登録してもよい。ここで登録される情報は、CCDカメラのピクセル間のコントラスト差を多階調で数値化したものではなく、二値化されたものを登録する。このとき、画像処理装置に登録される情報はアライメントマーカーの形状、つまり画像の輪郭部分のみとなる。この場合も、CCDカメラを用いて記録した画像にソーベル処理等を行い輪郭部分のみを抽出したパターンと、あらかじめ画像処理装置に登録したCADデータから得られるパターンとに対してパターンマッチング処理を行う。 In the present embodiment, only the contour portion is extracted by Sobel processing or the like on the image in which the reflected light from the surface of the irradiated object is recorded using a CCD camera. Then, a pattern matching process for comparing the image from which the contour portion is extracted and the image of the alignment marker registered in the image processing apparatus in advance is performed to detect the position of the alignment marker. By performing the pattern matching process on the image obtained by extracting only the contour portion, the pattern matching process can be performed stably without being influenced by the change in the reflectance on the surface of the irradiated object. Note that the method of recognizing the position of the alignment marker is not limited to this method. For example, an alignment marker pattern obtained from CAD data may be registered in the image processing apparatus. The information registered here is not a value obtained by converting the contrast difference between pixels of the CCD camera into a numerical value with multiple gradations but a binary value. At this time, the information registered in the image processing apparatus is only the shape of the alignment marker, that is, the contour portion of the image. In this case as well, pattern matching processing is performed on a pattern in which only the contour portion is extracted by performing Sobel processing or the like on the image recorded using the CCD camera and a pattern obtained from CAD data registered in the image processing apparatus in advance.
被照射体に形成されたアライメントマーカーをCCDカメラを用いて記録する際、可視域全域にわたる波長を持った白色光源を用いると、被照射体に特定波長の吸収帯が存在したとしても反射光の総量に大きな違いが得られないため、良いコントラストを得ることが難しい。従って、ここで用いる光源としては被照射体に存在する吸収波長域に対応する単色の光源がより好ましい。被照射体が半導体膜の場合は、半導体膜上においてレーザ光の照射位置を決める際の光源としては、半導体膜の吸収波長域である可視域以下の短波長の光源を用いるのが好ましい。例えば非晶質シリコンは波長500nm以下で良い吸収を持っているため、波長500nm以下の光源を用いるのが好ましい。また、半導体膜に非晶質シリコン、下地膜にシリコン酸化膜を用いた場合、シリコン酸化膜には波長500nm付近の吸収はなく、波長200nm付近から吸収が現れるため、200〜500nmの波長帯の光源を用いるのが好ましい。 When recording an alignment marker formed on an object to be irradiated using a CCD camera, if a white light source having a wavelength over the entire visible range is used, even if an absorption band of a specific wavelength exists on the object to be irradiated, reflected light It is difficult to obtain a good contrast because a large difference cannot be obtained in the total amount. Therefore, the light source used here is more preferably a monochromatic light source corresponding to the absorption wavelength region existing in the irradiated object. When the object to be irradiated is a semiconductor film, it is preferable to use a light source having a short wavelength below the visible wavelength range, which is the absorption wavelength range of the semiconductor film, as the light source for determining the irradiation position of the laser beam on the semiconductor film. For example, since amorphous silicon has good absorption at a wavelength of 500 nm or less, it is preferable to use a light source having a wavelength of 500 nm or less. Further, when an amorphous silicon is used for the semiconductor film and a silicon oxide film is used for the base film, the silicon oxide film has no absorption near the wavelength of 500 nm, and absorption appears near the wavelength of 200 nm. It is preferable to use a light source.
膜構造の複雑化でアライメントマーカーのコントラストが低い場合にも、このような単色光源の反射光を記録し、画像処理を行うことで、アライメントマーカーの輪郭では反射光の強度が変化し、その輪郭部分のみは認識できる。そのため、アライメントマーカーの位置をコントラストに関わらず認識することが可能である。さらに、基板面内の膜厚分布があり、面内に複数箇所あるアライメントマーカーのコントラストが互いに異なる場合にもそれらのアライメントマーカーを認識することができる。例えば、剥離層である非晶質シリコン膜と、剥離工程から半導体膜を保護するシリコン酸化膜と、アライメントマーカーの形成された半導体膜(多結晶シリコン膜)が順に積層された多層構造を有する積層膜上にレーザ光照射する場合でも、所定の位置にビームスポットの位置あわせすることが可能となる。 Even when the contrast of the alignment marker is low due to the complexity of the film structure, the reflected light of such a monochromatic light source is recorded and image processing is performed. Only the part can be recognized. Therefore, it is possible to recognize the position of the alignment marker regardless of the contrast. Furthermore, even when there is a film thickness distribution in the substrate surface and the contrasts of the alignment markers at a plurality of locations in the surface are different from each other, the alignment markers can be recognized. For example, an amorphous silicon film that is a peeling layer, a silicon oxide film that protects the semiconductor film from the peeling process, and a multilayer structure in which a semiconductor film (polycrystalline silicon film) on which an alignment marker is formed is sequentially laminated Even when the laser beam is irradiated onto the film, the beam spot can be aligned at a predetermined position.
本実施の形態のレーザ照射装置を用いると、レーザ発振器をそれぞれ支持体241、242に沿って任意の距離だけ移動してレーザ光の照射位置を調整することができるので、各線状ビーム161、162、163、164をそれぞれの照射開始位置に容易に合わせることができる。ここでは、テーブル211に設けられたステージ201、202、203、204をY軸方向のみに移動可能なものとしたが、もちろんこの構成に限定されず、レーザの照射位置があらかじめ設定された照射開始位置にあうようなものであればよい。つまり、Y軸方向移動に加えてX軸方向移動できるものであってもよいし、Y軸方向移動に加えてZ軸方向移動できるものであってもよい。あるいは、Y軸方向移動に加えて回転移動できるものであってもよいし、これらを適宜組み合わせた方向に移動できるものであってもよい。
When the laser irradiation apparatus of this embodiment is used, the laser oscillator can be moved by an arbitrary distance along the
次に、100〜1000mm/sec程度の速度で移動できるX軸ステージ102をX軸方向に適切な速度にて走査移動させることで、被照射体101上に線状ビームを照射することができる。本実施の形態では、被照射体が設けられたステージ102は、X軸方向にのみ移動可能なものとしたが、もちろんこの構成に限定されず、レーザ光の照射位置があらかじめ設定された照射位置にあうようなものであればよい。つまり、X軸方向に加えY軸方向移動や、Z軸方向移動、又は回転移動できるものであっても良いし、これらを適宜組み合わせた方向に移動できるものであってもよい。
Next, the
X軸ステージ102をX軸方向に移動後、線状ビーム161、162、163、164で結晶化される各結晶領域の幅と同じ距離だけ、4つのY軸ステージ201、202、203、204をY軸方向にそれぞれ移動する。Y軸ステージ201、202、203、204の移動後、今度はX軸ステージ102を逆方向、つまり−X軸方向に移動させる。本実施の形態では、X軸方向に移動後、各レーザ発振器を互いに独立した距離だけY軸方向に移動させているので、同じレーザ発振器から射出した隣り合う線状ビームの間にほぼ隙間無く、基板表面を均一に照射することができる。本動作を繰り返し行うことで、基板全面に線状ビームを照射することが可能である。このとき、Y軸ステージ201、202、203、204として、同軸上で互いに独立して動くステージを用いることで、装置面積を小さくすることが可能である。そのようなことを可能にするステージに、リニアモータ駆動のステージなどがある。
After moving the
本実施の形態のレーザ照射装置を用いることで、線状ビームの照射位置をあらかじめ決められた位置に合わせる場合に、それぞれの線状ビームの照射位置の調整をレーザ発振器の移動だけで行うことができる。単にY軸ステージを移動するだけで、レーザ発振器と光学系を一緒に移動することができる。よって、困難な光学系の調整を行う必要がなくなり、線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ発振器を移動することで照射位置を調整するため、レーザ照射位置の微調整が可能となる。従って、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のレーザ照射装置を、例えばTFT作製の際の半導体膜の結晶化に用いることで、TFTの生産性及び歩留まりを向上することができる。 By using the laser irradiation apparatus of the present embodiment, when the irradiation position of the linear beam is adjusted to a predetermined position, adjustment of the irradiation position of each linear beam can be performed only by moving the laser oscillator. it can. The laser oscillator and the optical system can be moved together simply by moving the Y-axis stage. Therefore, it is not necessary to make difficult adjustment of the optical system, and the adjustment of the irradiation position of the linear beam becomes extremely easy. Therefore, the time required for maintenance can be remarkably shortened, leading to an improvement in productivity. Moreover, since the irradiation position is adjusted by moving the laser oscillator, the laser irradiation position can be finely adjusted. Therefore, it is possible to prevent the generation of a region where the laser is not irradiated or a region where the laser is overlapped and irradiated. By using the laser irradiation apparatus of this embodiment mode, for example, for crystallizing a semiconductor film in manufacturing a TFT, the productivity and yield of the TFT can be improved.
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1の4台のCCDカメラのかわりに1台のCCDカメラで線状ビームの照射位置を決定するレーザ照射装置の構成について説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the configuration of a laser irradiation apparatus that determines the irradiation position of a linear beam with one CCD camera instead of the four CCD cameras of the first embodiment will be described. However, the present invention can be implemented in many different modes, and it is easy for those skilled in the art to change the modes and details in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Understood. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.
本実施の形態のレーザ照射装置の構成を図3及び図4に示す。本実施の形態では、1台のCCDカメラを移動して4本の線状ビームそれぞれの位置合わせを行う。つまり、本実施の形態で示すレーザ照射装置は、図1、図2に示したCCDカメラ171〜174のかわりに、図3、図4に示すCCDカメラ371及び、CCDカメラ371を移動させる図4に示すY軸ステージ405を設ける構成である。本実施の形態において、実施の形態1と同一のものには同じ符号を付し説明は省略する。
The structure of the laser irradiation apparatus of this embodiment is shown in FIGS. In the present embodiment, one CCD camera is moved to align each of the four linear beams. That is, the laser irradiation apparatus shown in this embodiment moves the
ここでは、4台のレーザ発振器が設置されたY軸ステージ201、202、203、204とは別のY軸ステージ405に設置されたCCDカメラ371を移動させることで、被照射体上の4隅に形成された各線状ビームの照射位置の基準となるアライメントマーカー382の位置を検出する。アライメントマーカー382は、それぞれの線状ビームの照射位置の基準となる。
Here, by moving a
本実施の形態のレーザ照射装置を用いることで、複数の線状ビームそれぞれの照射位置の調整のために、困難な光学系の調整を行う必要がなくなり、線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ照射位置の微調整が可能となり、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のレーザ照射装置を、例えばTFT作製の際の半導体膜の結晶化に用いることで、TFTの生産性及び歩留まりを向上することができる。 By using the laser irradiation apparatus of this embodiment, it is not necessary to make difficult adjustment of the optical system for adjusting the irradiation position of each of the plurality of linear beams, and the adjustment of the irradiation position of the linear beam is extremely difficult. It becomes easy. Therefore, the time required for maintenance can be remarkably shortened, leading to an improvement in productivity. Further, the laser irradiation position can be finely adjusted, and generation of a region where the laser is not irradiated or a region where the laser is overlapped and irradiated can be prevented. By using the laser irradiation apparatus of this embodiment mode, for example, for crystallizing a semiconductor film in manufacturing a TFT, the productivity and yield of the TFT can be improved.
(実施の形態3)
本実施の形態においては、図1及び図2に示したレーザ照射装置を用いて、薄膜トランジスタ(TFT)を作製する工程について説明する。なお、本実施の形態ではトップゲート型(順スタガ型)TFTの作製方法を記載しているが、トップゲート型TFTに限らず、ボトムゲート型(逆スタガ型)TFTなどでも同様に本発明を用いることができる。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a process for manufacturing a thin film transistor (TFT) using the laser irradiation apparatus illustrated in FIGS. 1 and 2 will be described. Note that although a manufacturing method of a top gate type (forward stagger type) TFT is described in this embodiment mode, the present invention is similarly applied to a bottom gate type (reverse stagger type) TFT or the like as well as the top gate type TFT. Can be used. However, the present invention can be implemented in many different modes, and it is easy for those skilled in the art to change the modes and details in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Understood. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Further, this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.
図9は、図1及び図2のX軸ステージ102を示したものである。X軸ステージ102は、吸着機能を有し、X軸方向に沿って移動することができる。まず、図9に示すように、吸着機能を持ったX軸ステージ102上に、絶縁表面を有する絶縁基板700、下地膜701、非晶質半導体膜702を順次形成したものを設置する。絶縁基板700には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ステンレス基板等を用いることができる。また、PET、PES、PENに代表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に他の基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることができる。
FIG. 9 shows the
下地膜701は、絶縁基板700中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。そのため、アルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜中への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素、酸素を含む窒化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。例えば、プラズマCVD法を用いて窒化酸化珪素膜を10〜400nmの膜厚になるように成膜する。ガラス基板又はプラスチック基板のようにアルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がたいして問題とならない場合には必ずしも設ける必要はない。
The
下地膜701上に、膜厚25〜100nm(好ましくは30〜60nm)程度の非晶質半導体膜702が形成されている。非晶質半導体膜としては、珪素やゲルマニウムを含む珪素を用いることができる。ゲルマニウムを含む珪素を用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01〜4.5atomic%程度であることが好ましい。続いて、本発明のレーザ照射装置を用いて非晶質半導体膜702を結晶化する。
An
図10に非晶質半導体膜702の上面の模式図を示す。ここで、下地絶縁膜上に成膜された非晶質半導体膜702には、フォトリソグラフィ法を用いて非晶質半導体膜702をエッチングすることにより、あらかじめアライメントマーカー601a、601b、601c、601dが形成されている。非晶質半導体膜702のエッチングされた部分をアライメントマーカとして使用する。アライメントマーカー601a、601b、601c、601dは半導体膜に複数個形成されており、アライメントマーカー601aは線状ビーム161の照射位置調整のために用いられるものである。同様に、アライメントマーカー601b、601c、601dは各線状ビーム162、163、164に対応するものである。本実施の形態では、レーザ照射位置を決めるためにアライメントマーカーを設けているが必ずしも必要ではない。また、本実施の形態では、アライメントマーカーを半導体膜に形成しているが、ガラス基板中に形成してもよい。なお、ガラス基板中にアライメントマーカを形成する場合、ガラス基板内部に局所的にエネルギーを集中させたレーザ光をガラス基板に照射する。そして、照射することにより部分的にガラス基板内部の状態が変化した部分をアライメントマーカとして使用する。
FIG. 10 is a schematic view of the top surface of the
本実施の形態では、図1及び図2で説明した4台のレーザ発振器、線状ビームを整形するための4組の光学系、4台のCCDカメラ、X軸ステージ、4つのY軸ステージを有するレーザ照射装置を用いる。まずレーザ発振器111、112、113、114から射出されたレーザ光を、第1の光学系、第2の光学系、第3の光学系、第4の光学系を用いて、被照射体上において線状ビーム161、162、163、164を形成する(図1参照)。本実施の形態において、被照射体は非晶質半導体膜702である。
In this embodiment, the four laser oscillators described with reference to FIGS. 1 and 2, the four optical systems for shaping the linear beam, the four CCD cameras, the X-axis stage, and the four Y-axis stages are provided. The laser irradiation apparatus which has is used. First, laser light emitted from the
次に、各Y軸ステージ上に設置されたCCDカメラにより、非晶質半導体膜702に形成されたアライメントマーカー601a、601b、601c、601d(図10参照)それぞれのパターンを画像処理装置(図示しない)に取り込む。そして、CCDカメラにより画像処理装置に取り込まれたパターンと事前に画像処理装置に登録されたパターンのパターンマッチング処理を行い、各アライメントマーカーの位置情報を得る。そして、得られたアライメントマーカーの位置情報を基にX軸ステージ102、Y軸ステージ201、202、203、204を移動して、線状ビーム161、162、163、164を半導体膜702上の照射位置にそれぞれ合わせる。
Next, the pattern of each of the
レーザ発振器として、例えば4台の出力10Wの第2高調波、連続発振のNd:YVO4レーザを用いることができる。もちろん、レーザ発振器の台数はこれに限定されず、2台以上であれば何台でもよい。また、レーザ発振器の出力はそれぞれ異なっていてもよい。異なる出力のレーザ発振器を用いることで、一度の走査で異なる結晶性を有する半導体膜を形成することが可能である。 As the laser oscillator, for example, four second-harmonic, continuous-wave Nd: YVO 4 lasers with an output of 10 W can be used. Of course, the number of laser oscillators is not limited to this, and may be any number as long as it is two or more. The outputs of the laser oscillators may be different from each other. By using laser oscillators with different outputs, it is possible to form semiconductor films having different crystallinity by one scan.
線状ビームの位置合わせの後、X軸ステージを移動することで、各線状ビームは、図10に示す破線矢印602a、602b、602c、602dで示す方向に同時に走査され、結晶領域605a、605b、605c、605dを形成する。このとき、前記X軸方向はそれぞれの線状ビームの短辺方向と平行の関係にある方が生産性が良く好ましい。
After the alignment of the linear beams, the X-axis stage is moved so that each linear beam is simultaneously scanned in the direction indicated by the dashed
X軸ステージをX軸方向に走査して結晶領域605a、605b、605c、605dを形成した後、Y軸ステージを移動して矢印603a、603b、603c、603dで示す方向に各線状ビームを移動する。このとき、結晶領域605a、605b、605c、605dの幅と同じ距離だけそれぞれのY軸ステージを移動して、605aと606aにほぼ隙間がないようにする。その後、再びX軸ステージにより、破線矢印604a、604b、604c、604dで示す方向に線状ビームを同時に走査し、結晶領域606a、606b、606c、606dを形成する。本実施の形態では、X軸方向に移動後、各レーザ発振器を互いに独立した距離だけY軸方向に移動させているので、結晶領域605aと結晶領域606aの間の隙間をほぼ無くすることができる。同様に、結晶領域605b、605c、605dと結晶領域606b、606c、606dそれぞれの間の隙間がほぼ無く、基板上において均一な照射を可能とすることができる。これらの動作を繰り返すことで、基板全面に形成された非晶質半導体膜を均一にかつ効率的にレーザアニールによって結晶化することができる。このとき、Y軸ステージとして、互いに独立して動くステージを用いることで、装置面積を小さくすることが可能である。そのようなことを可能にするステージに、リニアモータ駆動のステージなどがある。ここで、X軸方向とは、線状ビームの短辺に沿った方向であり、Y軸方向とは線状ビームの長辺に沿った方向である。
After the X-axis stage is scanned in the X-axis direction to form
次に図11を用いて、TFTの作製工程について説明する。図11は、図10のMとNを結ぶ破線における断面図である。図11(A)に示すように、絶縁基板700上に下地膜701、非晶質半導体膜702が順次積層して形成されている。線状ビームは、非晶質半導体膜702の表面において、図11(B)に示した矢印の方向に向かって走査する。その線状ビームの照射により走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成される。前記のように、走査方向に向かって長く延びた結晶の粒を形成することで、結晶性半導体膜606aよりチャネルのキャリア移動方向には結晶粒界のほとんど存在しないTFTの形成が可能となる。
Next, a manufacturing process of the TFT will be described with reference to FIGS. 11 is a cross-sectional view taken along a broken line connecting M and N in FIG. As shown in FIG. 11A, a
その後、図11(C)に示すように結晶性半導体膜606aをエッチングし、島状の半導体膜704〜707を形成する。島状の半導体膜704〜707を用いてTFTに代表される各種の半導体素子を形成する。次に、その島状の半導体膜704〜707を覆うようにゲート絶縁膜708を形成する。そのゲート絶縁膜708には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。その際の成膜方法には、プラズマCVD法、スパッタ法などを用いることができる。例えば、スパッタ法を用いて、膜厚30nm〜200nmの珪素を含む絶縁膜を形成すればよい。
After that, as illustrated in FIG. 11C, the
次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を形成しエッチングすることでゲート電極を形成する。その後、ゲート電極、又はレジストを形成しエッチングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜704〜707にn型またはp型の導電性を付与する不純物を選択的に添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはLDD領域等を形成する。上述の工程によって、N型トランジスタ710、712と、P型トランジスタ711、713を同一基板上に形成することができる(図11(D))。続いて、それらの保護膜として絶縁膜714を形成する。この絶縁膜714には、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、膜厚100nm〜200nmの珪素を含む絶縁膜を、単層又は積層構造として形成すれば良い。例えば、プラズマCVD法により膜厚100nmの酸化窒化珪素膜を形成すればよい。
Next, a conductive film is formed over the gate insulating film and etched to form a gate electrode. After that, an impurity imparting n-type or p-type conductivity is selectively added to the island-shaped
次いで、絶縁膜714上に、有機絶縁膜715を形成する。有機絶縁膜715としては、SOG法によって塗布されたポリイミド、ポリアミド、BCB、アクリル等の有機絶縁膜を用いる。その絶縁膜715は、ガラス基板上700に形成されたTFTによる凹凸を緩和し、平坦化する意味合いが強いので、平坦性に優れた膜が好ましい。さらに、フォトリソグラフィ法を用いて、絶縁膜714及び有機絶縁膜715をパターン加工して、不純物領域に達するコンタクトホールを形成する。
Next, an organic
次に、導電性材料を用いて、導電膜を形成し、該導電膜をパターン加工して、配線716〜723を形成する。その後、保護膜として絶縁膜724を形成すると、図11(D)に図示するような半導体装置が完成する。なお、本発明のレーザアニール方法を用いた半導体装置の作製方法は、上述したTFTの作製工程に限定されない。本発明では、レーザ光の照射方法を用いて得られる結晶性半導体膜をTFTの活性層として用いることを特徴とする。その結果、素子間の移動度、閾値及びオン電流のばらつきを抑えることができる。なお、レーザ光は、本実施の形態で示した照射条件に限定されない。
Next, a conductive film is formed using a conductive material, and the conductive film is patterned to form
また、レーザ光による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けてもよい。その触媒元素としては、ニッケル(Ni)、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)といった元素を用いることができる。触媒元素を用いた結晶化工程の後に、レーザ光による結晶化工程を行うと、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、レーザ光の照射により溶融されずに残存し、この結晶を結晶核として結晶化が進む。 Further, a crystallization step using a catalytic element may be provided before crystallization with laser light. The catalyst elements are nickel (Ni), germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt (Co), platinum (Pt), copper (Cu). An element such as gold (Au) can be used. When a crystallization process using a laser beam is performed after a crystallization process using a catalytic element, the crystal formed during crystallization using the catalytic element remains without being melted by the irradiation of the laser beam. Crystallization proceeds as a crystal nucleus.
そのため、レーザ光による結晶化工程のみの場合に比べて、より半導体膜の結晶性を高めることができ、レーザ光による結晶化後の半導体膜表面の荒れが抑えられる。よって、後に形成される半導体素子、代表的にはTFTの特性のばらつきがより抑えられ、オフ電流を抑えることができる。なお、触媒元素を添加してから加熱処理を行って結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めていてもよいし、加熱処理の工程を省略してもよい。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしてもよい。 Therefore, the crystallinity of the semiconductor film can be further enhanced as compared with the case of only the crystallization process using laser light, and the surface roughness of the semiconductor film after crystallization using laser light can be suppressed. Accordingly, variation in characteristics of semiconductor elements formed later, typically TFTs, can be further suppressed, and off-current can be suppressed. Note that after the catalyst element is added and heat treatment is performed to promote crystallization, the crystallinity may be further increased by laser light irradiation, or the heat treatment step may be omitted. Specifically, after adding the catalyst element, laser light may be irradiated instead of the heat treatment to improve crystallinity.
本実施の形態では、本発明のレーザ照射方法を半導体膜の結晶化に用いた例を示したが、半導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行うために用いてもよい。また、本発明を用いた半導体装置の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法にも用いることができる。ドライバやCPUなどの機能回路を用途としたトランジスタは、LDD構造又はLDDがゲート電極とオーバーラップする構造が好適であり、高速化のためには、トランジスタの微細化を図ることが好ましい。本実施の形態により完成されるトランジスタ710〜713は、LDD構造を有するため、低いIoff値が必要な駆動回路に用いることが好適である。 Although an example in which the laser irradiation method of the present invention is used for crystallization of a semiconductor film is described in this embodiment mode, the laser irradiation method of the present invention may be used to activate an impurity element doped in a semiconductor film. The method for manufacturing a semiconductor device using the present invention can also be used for a method for manufacturing an integrated circuit or a semiconductor display device. For a transistor using a functional circuit such as a driver or a CPU, an LDD structure or a structure in which the LDD overlaps with a gate electrode is preferable, and the transistor is preferably miniaturized in order to increase the speed. Since the transistors 710 to 713 completed in this embodiment have an LDD structure, they are preferably used for a driver circuit that requires a low Ioff value.
本実施の形態において、複数の線状ビームの照射位置の調整をレーザ発振器の移動により行っているため、各線状ビームの照射位置のずれを修正するために光学系の調整を行う必要がなくなり、各線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ発振器を移動することで照射位置を調整するため、線状ビームの照射位置の微調整が可能となる。従って、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のTFTの作製方法を用いることで、TFTの生産性及び歩留まりを向上することができる。 In the present embodiment, adjustment of the irradiation position of a plurality of linear beams is performed by moving the laser oscillator, so there is no need to adjust the optical system to correct the deviation of the irradiation position of each linear beam, Adjustment of the irradiation position of each linear beam becomes extremely easy. Therefore, the time required for maintenance can be remarkably shortened, leading to an improvement in productivity. Further, since the irradiation position is adjusted by moving the laser oscillator, the irradiation position of the linear beam can be finely adjusted. Therefore, it is possible to prevent the generation of a region where the laser is not irradiated or a region where the laser is overlapped and irradiated. By using the method for manufacturing a TFT of this embodiment mode, productivity and yield of the TFT can be improved.
(実施の形態4)
本実施の形態では、薄膜集積回路または非接触型薄膜集積回路装置(無線チップ、無線ICタグ、RFID(無線認証、Radio Frequency Identification)とも呼ばれる)を図3及び図4のレーザ照射装置を用いて作製する過程を示す。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
(Embodiment 4)
In this embodiment mode, a thin film integrated circuit or a non-contact thin film integrated circuit device (a wireless chip, a wireless IC tag, RFID (also referred to as radio frequency identification)) is used with the laser irradiation device in FIGS. The manufacturing process is shown. However, the present invention can be implemented in many different modes, and it is easy for those skilled in the art to change the modes and details in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Understood. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.
無線ICタグの集積回路に用いられる半導体素子として絶縁分離されたTFTを用いた例を以下に示すが、無線ICタグの集積回路に用いられる半導体素子はTFTに限定されず、あらゆる素子を用いることができる。例えば、TFTの他に、記憶素子、ダイオード、光電変換素子、抵抗素子、コイル、容量素子、インダクタなどが代表的に挙げられる。 An example of using an insulated TFT as a semiconductor element used in an integrated circuit of a wireless IC tag is shown below. However, a semiconductor element used in an integrated circuit of a wireless IC tag is not limited to a TFT, and any element is used. Can do. For example, in addition to the TFT, a memory element, a diode, a photoelectric conversion element, a resistance element, a coil, a capacitor element, an inductor, and the like can be typically given.
図12は、図3及び図4のX軸ステージ102を示したものである。X軸ステージ102は、吸着機能を有し、X軸に沿った方向に移動できる。図12に示すように、X軸ステージ上にガラス基板(第1の基板)1700、剥離層1701、下地絶縁膜1702、半導体膜1703を順次形成したものを設置する。半導体膜1703を成膜するまでの工程を説明する。
FIG. 12 shows the
まず、スパッタ法を用いてガラス基板(第1の基板)1700上に剥離層1701を形成する。剥離層1701は、スパッタ法、減圧CVD法、プラズマCVD法等を用いて形成することができる。本実施の形態では、膜厚50nm程度の非晶質シリコンをスパッタ法で形成し、剥離層1701として用いる。なお剥離層1701はシリコンに限定されず、エッチングにより選択的に除去できる材料(例えば、W、Moなど)で形成すれば良い。剥離層1701の膜厚は、50〜60nmとするのが望ましい。
First, a
次いで、剥離層1701上に、下地絶縁膜1702を形成する。下地絶縁膜1702は第1の基板中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、TFTなどの半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また、下地絶縁膜1702は、後の半導体素子を剥離する工程において、半導体素子を保護する役目も有している。下地絶縁膜1702は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒素を含む酸化珪素(SiON)、酸素を含む窒化珪素(SiNO)などの絶縁膜を用いて形成する。
Next, a
次に、下地絶縁膜1702上に半導体膜1703を形成する。半導体膜1703は、下地絶縁膜1702を形成した後、大気に曝さずに形成することが望ましい。半導体膜1703の膜厚は20〜200nm(望ましくは40〜170nm、より望ましくは50〜150nm)とする。
Next, a
そして、上記工程で作製された基板を図12に示すようにX軸ステージ上に設置し、本発明のレーザ照射装置を用いて、半導体膜1703に対して線状ビームを照射して半導体膜1703を結晶化する。ここで、半導体膜1703の表面の様子を模式的に図13に示す。下地絶縁膜上に半導体膜1703を成膜した後、半導体膜1703を結晶化する前に、フォトリソグラフィ法を用いて半導体膜1703をエッチングすることにより、アライメントマーカー382を形成しておく。あらかじめアライメントマーカー601a、601b、601c、601dが形成されている。アライメントマーカー382は半導体膜に複数個形成されており、アライメントマーカー382をCCDカメラを用いて記録することにより線状ビームの照射位置を決定する。もちろん、照射位置を決定するためのアライメントマーカーは半導体膜上のどのような位置に設けてもよい。また、半導体膜に設けるかわりにガラス基板内部にアライメントマーカーを形成してもよい。なお、基板中にアライメントマーカを形成する場合、基板内部に局所的にエネルギーを集中させたレーザ光を基板に照射する。そして、照射することにより部分的に基板内部の状態が変化した部分をアライメントマーカとして使用する。
Then, the substrate manufactured in the above process is set on an X-axis stage as shown in FIG. 12, and the
本実施の形態では、4台のレーザ発振器、線状ビームを形成するための4組の光学系、4台のCCDカメラ、X軸ステージ、4つのY軸ステージを有するレーザ照射装置(図3、図4参照)を用いる。まずレーザ発振器111、112、113、114から射出されたレーザ光を、第1の光学系、第2の光学系、第3の光学系、第4の光学系を用いて線状ビーム161、162、163、164に整形する(図3参照)。
In this embodiment, a laser irradiation apparatus having four laser oscillators, four sets of optical systems for forming a linear beam, four CCD cameras, an X-axis stage, and four Y-axis stages (FIG. 3, 4). First, laser beams emitted from the
次に、図4のY軸ステージ405上に設置されたCCDカメラ371で、被照射体上に形成されたアライメントマーカー382を撮影し、画像処理装置(図示しない)に取り込む。本実施の形態において、被照射体とは半導体膜1703である。そして、取り込まれた各アライメントマーカー382のパターンと事前に画像処理装置に登録されたパターンとのパターンマッチングを行い、各アライメントマーカーの位置情報を得る。そして、得られたアライメントマーカーの位置情報を基にX軸ステージ又はY軸ステージ201、202、202、204を移動して線状ビーム161、162、163、164それぞれを半導体膜1703上の照射位置にそれぞれ合わせる。
Next, with the
レーザ発振器として、例えば4台の10Wの第2高調波、連続発振のNd:YVO4レーザを用いることができる。もちろん、レーザ発振器の台数はこれに限定されず、2台以上であれば何台でも良い。また、レーザ発振器の出力はそれぞれ異なっていても良い。異なる出力のレーザ発振器を用いることで、一度の走査で異なる結晶性を有する半導体膜を形成することとが可能である。 As the laser oscillator, for example, four 10 W second harmonic, continuous wave Nd: YVO 4 lasers can be used. Of course, the number of laser oscillators is not limited to this, and may be any number as long as it is two or more. The outputs of the laser oscillators may be different from each other. By using laser oscillators with different outputs, it is possible to form semiconductor films having different crystallinity by one scan.
線状ビームの位置合わせの後、X軸ステージを移動して、図13に示す破線矢印802a、802b、802c、802dの示す方向に各線状ビームを同時に走査して、結晶領域805a、805b、805c、805dを形成する。このとき、前記X軸方向はそれぞれの線状ビーム161、162、163、164の短辺方向と平行の関係にある方が、生産性が良く好ましい。
After the alignment of the linear beams, the X-axis stage is moved, and each linear beam is simultaneously scanned in the direction indicated by the dashed
X軸ステージをX軸方向に走査して図13に示す結晶領域805a、805b、805c、805dを結晶化した後、各線状ビームをY軸ステージの移動して矢印803a、803b、803c、803dで示す方向に移動する。このとき、結晶領域の幅に合わせてそれぞれのY軸ステージが移動するようにする。その後、再びX軸ステージを破線矢印804a、804b、804c、804dで示す方向に同時に走査して、結晶領域806a、806b、806c、806dを形成する。これらの動作を繰り返すことで、基板全面に形成された半導体膜を効率的にレーザアニールすることができる。このとき、Y軸ステージとして、互いに独立して動くステージを用いることで、装置面積を小さくすることが可能である。そのようなことを可能にするステージに、リニアモータ駆動のステージなどがある。
The X-axis stage is scanned in the X-axis direction to crystallize the
次に、図14〜図18を用いて薄膜集積回路の作製工程について説明する。図14(A)は、図13のMとNを結ぶ破線における断面図である。図14(A)に示すように、第1の基板1700上に、剥離層1701、下地絶縁膜1702、半導体膜1703を順次積層して形成する。そして、本実施の形態のレーザ照射装置を用いた半導体膜1703への線状ビームの照射により、結晶性半導体膜805a(結晶領域)が形成される(図14(A)参照)。
Next, a manufacturing process of the thin film integrated circuit will be described with reference to FIGS. 14A is a cross-sectional view taken along a broken line connecting M and N in FIG. As shown in FIG. 14A, a
次いで、図14(B)に示すように、結晶構造を有する半導体膜805aをエッチングして、島状の半導体層1705〜1707を形成した後、ゲート絶縁膜1708を形成する。ゲート絶縁膜1708は、プラズマCVD法又はスパッタリング法などを用い、窒化珪素、酸化珪素、窒素を含む酸化珪素又は酸素を含む窒化珪素を含む膜を、単層又は積層させて形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 14B, the
なお、ゲート絶縁膜1708を形成した後、3%以上の水素を含む雰囲気中で、300〜450℃で1〜12時間の熱処理を行ない、島状の半導体膜1705〜1707を水素化する工程を行なっても良い。また、水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
Note that after the
次に図14(C)に示すように、ゲート電極1709〜1711を形成する。ここでは、SiとWをスパッタ法で積層するように形成した後、レジスト1712をマスクとしてエッチングを行なうことにより、ゲート電極1709〜1711を形成した。勿論、ゲート電極1709〜1711の導電材料、構造、作製方法は、これに限定されるものではなく、適宜選択することができる。例えば、n型を付与する不純物(リン、ヒ素等)がドーピングされたSiとNiSi(ニッケルシリサイド)との積層構造や、TaN(窒化タンタル)とW(タングステン)の積層構造としてもよい。また、種々の導電材料を用いて単層で形成しても良い。また、ゲート電極とアンテナとを同時に形成する場合には、それらの機能を考慮して材料を選択すればよい。
Next, as shown in FIG. 14C,
また、レジストマスクの代わりに、酸化珪素等のマスクを用いてもよい。この場合、エッチングして酸化珪素、窒素を含む酸化珪素等のマスク(ハードマスクと呼ばれる。)を形成する工程が加わるが、エッチング時におけるマスクの膜減りがレジストよりも少ないため、所望の幅のゲート電極1709〜1711を形成することができる。また、レジスト1712を用いずに、液滴吐出法を用いて選択的にゲート電極1709〜1711を形成しても良い。
A mask made of silicon oxide or the like may be used instead of the resist mask. In this case, a step of etching to form a mask (referred to as a hard mask) of silicon oxide, silicon oxide containing nitrogen, or the like is added, but since the film thickness of the mask during etching is less than that of the resist, a desired width is obtained.
次いで、図14(D)に示すように、pチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1706をレジスト1713で覆い、ゲート電極1709、1711をマスクとして、島状の半導体膜1705、1707に、n型を付与する不純物元素(代表的にはP(リン)又はAs(砒素))を低濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜1708を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜1705、1707に、一対の低濃度不純物領域1716、1717が形成される。なお、このドーピング工程は、pチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1706をレジスト1713で覆わずに行っても良い。
Next, as illustrated in FIG. 14D, the island-shaped
次いで、図14(E)に示すように、レジスト1713をアッシング等により除去した後、nチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1705、1707を覆うように、レジスト1718を新たに形成し、ゲート電極1710をマスクとして、島状の半導体膜1706に、p型を付与する不純物元素(代表的にはB(ホウ素))を高濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜1708を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜1706に、一対のp型の高濃度不純物領域1720が形成される。
Next, as shown in FIG. 14E, after removing the resist 1713 by ashing or the like, a resist 1718 is newly formed so as to cover the island-shaped
次いで、図15(A)に示すように、レジスト1718をアッシング等により除去した後、ゲート絶縁膜1708及びゲート電極1709〜1711を覆うように、絶縁膜1721を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 15A, after the resist 1718 is removed by ashing or the like, an insulating
その後、エッチバック法により、絶縁膜1721、ゲート絶縁膜1708を部分的にエッチングし、図15(B)に示すように、ゲート電極1709〜1712の側壁に接するサイドウォール1722〜1724を自己整合的(セルフアライン)に形成する。エッチングガスとしては、CHF3とHeの混合ガスを用いた。なお、サイドウォールを形成する工程は、これらに限定されるものではない。
After that, the insulating
次いで、図15(C)に示すように、pチャネル型TFTとなる島状の半導体膜1506を覆うように、レジスト1726を新たに形成し、ゲート電極1709、1711及びサイドウォール1722、1724をマスクとして、n型を付与する不純物元素(代表的にはP又はAs)を高濃度にドープする。このドーピング工程によって、ゲート絶縁膜1708を介してドーピングがなされ、島状の半導体膜1705、1707に、一対のn型の高濃度不純物領域1727、1728が形成される。
Next, as shown in FIG. 15C, a resist 1726 is newly formed so as to cover the island-shaped semiconductor film 1506 to be a p-channel TFT, and the
次に、レジスト1726をアッシング等により除去した後、不純物領域の熱活性化を行っても良い。例えば、50nmの窒素を含む酸化珪素膜を成膜した後、550℃、4時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なえばよい。また、水素を含む窒化珪素膜を、100nmの膜厚に形成した後、410℃、1時間、窒素雰囲気下において、加熱処理を行なうことにより、多結晶半導体膜の欠陥を改善することができる。これは、例えば、多結晶半導体膜中に存在するダングリングボンドを終端させるものであり、水素化処理工程などと呼ばれる。 Next, after removing the resist 1726 by ashing or the like, the impurity region may be thermally activated. For example, after a silicon oxide film containing nitrogen with a thickness of 50 nm is formed, heat treatment may be performed at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. In addition, after forming a silicon nitride film containing hydrogen to a thickness of 100 nm, defects in the polycrystalline semiconductor film can be improved by performing heat treatment at 410 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere. This terminates dangling bonds existing in the polycrystalline semiconductor film, for example, and is called a hydrogenation process.
上述した一連の工程により、nチャネル型TFT1730、pチャネル型TFT1731、nチャネル型TFT1732が形成される。上記作製工程において、エッチバック法の条件を適宜変更し、サイドウォールのサイズを調整することで、LDD長0.2μm〜2μmのTFTを形成することができる。さらに、この後、TFT1730〜1732を保護するためのパッシベーション膜を形成しても良い。
Through the series of steps described above, an n-
次いで、図16(A)に示すように、TFT1730〜1732を覆うように、第1の層間絶縁膜1733を形成する。さらに、第1の層間絶縁膜1733上に、第2の層間絶縁膜1734を形成する。なお、第1の層間絶縁膜1733又は第2の層間絶縁膜1734と、後に形成される配線を構成する導電材料等との熱膨張率の差から生じる応力によって、第1の層間絶縁膜1733又は第2の層間絶縁膜1734の膜剥がれや割れが生じるのを防ぐために、第1の層間絶縁膜1733又は第2の層間絶縁膜1734中にフィラーを混入させておいても良い。
Next, as illustrated in FIG. 16A, a first
次いで、図16(A)に示すように、第1の層間絶縁膜1733、第2の層間絶縁膜1734及びゲート絶縁膜1708にコンタクトホールを形成し、TFT1730〜1732に接続する配線1735〜1739を形成する。なお、配線1735、1736はnチャネル型TFT1730の高濃度不純物領域1727に、配線1736、1737はpチャネル型TFT1731の高濃度不純物領域1720に、配線1738、1739はnチャネル型TFT1732の高濃度不純物領域1728に、それぞれ接続されている。さらに配線1739は、nチャネル型TFT1732のゲート電極1711にも接続されている。nチャネル型TFT1732は、乱数ROMのメモリ素子として用いることができる。
Next, as illustrated in FIG. 16A, contact holes are formed in the first
次いで、図16(B)に示すように、配線1735〜1739を覆うように、第2の層間絶縁膜1734上に第3の層間絶縁膜1741を形成する。第3の層間絶縁膜1741は、配線1735が一部露出する様な位置に開口部を有するように形成する。なお、第3の層間絶縁膜1741は、第1の層間絶縁膜1733と同様の材料を用いて形成することが可能である。
Next, as illustrated in FIG. 16B, a third
次に、第3の層間絶縁膜1741上にアンテナ1742を形成する。アンテナ1742は、Ag、Au、Cu、Pd、Cr、Mo、Ti、Ta、W、Al、Fe、Co、Zn、Sn、Niなどの金属、金属化合物を1つまたは複数有する導電材料を用いることができる。そしてアンテナ1742は、配線1735と接続されている。なお、図16(B)では、アンテナ1742が配線1735と直接接続されているが、本発明の無線ICタグはこの構成に限定されない。例えば別途形成した配線を用いて、アンテナ1742と配線1735とを電気的に接続するようにしても良い。
Next, an
アンテナ1742は印刷法、フォトリソグラフィ法、蒸着法または液滴吐出法などを用いて形成することができる。図16(B)では、アンテナ1742が単層の導電膜で形成されているが、複数の導電膜が積層されたアンテナ1742を形成することも可能である。例えば、Niなどで形成した配線に、Cuを無電解めっきでコーティングして、アンテナ1742を形成しても良い。なお液滴吐出法とは、所定の組成物を含む液滴を細孔から吐出して所定のパターンを形成する方法を意味し、インクジェット法などがその範疇に含まれる。また印刷法にはスクリーン印刷法、オフセット印刷法などが含まれる。印刷法、液滴吐出法を用いることで、露光用のマスクを用いずとも、アンテナ1742を形成することが可能になる。また、液滴吐出法、印刷法だと、フォトリソグラフィ法と異なり、エッチングにより除去されてしまうような材料の無駄がない。また高価な露光用のマスクを用いなくとも良いので、無線ICタグの作製に費やされるコストを抑えることができる。
The
液滴吐出法または各種印刷法を用いる場合、例えば、CuをAgでコートした導電粒子なども用いることが可能である。なお液滴吐出法を用いてアンテナ1742を形成する場合、アンテナ1742の密着性が高まるような処理を、第3の層間絶縁膜1741の表面に施すことが望ましい。密着性を高めることができる方法として、具体的には、例えば触媒作用により導電膜または絶縁膜の密着性を高めることができる金属または金属化合物を第3の層間絶縁膜1741の表面に付着させる方法、形成される導電膜または絶縁膜との密着性が高い有機系の絶縁膜、金属、金属化合物を第3の層間絶縁膜1741の表面に付着させる方法、第3の層間絶縁膜1741の表面に大気圧下または減圧下においてプラズマ処理を施し、表面改質を行なう方法などが挙げられる。
In the case of using a droplet discharge method or various printing methods, for example, conductive particles in which Cu is coated with Ag can be used. Note that in the case where the
第3の層間絶縁膜1741に付着させる金属または金属化合物が導電性を有する場合、アンテナの正常な動作が妨げられないように、そのシート抵抗を制御する。具体的には、導電性を有する金属または金属化合物の平均の厚さを、例えば1〜10nmとなるように制御したり、これらの金属または金属化合物を酸化により部分的に、または全体的に絶縁化したりすれば良い。或いは、密着性を高めたい領域以外は、付着した金属または金属化合物をエッチングにより選択的に除去しても良い。また金属または金属化合物を、予め基板の全面に付着させるのではなく、液滴吐出法、印刷法、ゾル−ゲル法などを用いて特定の領域にのみ選択的に付着させても良い。なお金属または金属化合物は、第3の層間絶縁膜1741の表面において完全に連続した膜状である必要はなく、ある程度分散した状態であっても良い。
When the metal or metal compound attached to the third
そして、図17(A)に示すように、アンテナ1742を形成した後、アンテナ1742を覆うように、第3の層間絶縁膜1741上に保護層1745を形成する。保護層1745は、後に剥離層1701をエッチングにより除去する際に、アンテナ1742を保護することができる材料を用いる。例えば、水またはアルコール類に可溶なエポキシ系、アクリレート系、シリコン系の樹脂を全面に塗布することで保護層1745を形成することができる。
Then, as shown in FIG. 17A, after the
次いで、図17(B)に示すように、無線ICタグを個別に分離するために溝1746を形成する。溝1746は、剥離層1701が露出する程度であれば良い。溝1746の形成は、ダイシング、スクライビングなどを用いることができる。なお、第1の基板1700上に形成されている無線ICタグを分離する必要がない場合、必ずしも溝1746を形成する必要はない。
Next, as shown in FIG. 17B, a
次いで、図17(C)に示すように、剥離層1701をエッチングにより除去する。ここでは、エッチングガスとしてフッ化ハロゲンを用い、このガスを溝1746から導入する。例えばClF3(三フッ化塩素)を用い、温度を350℃とし、流量を300sccmとし、気圧を798パスカル(798Pa)とし、処理時間を3時間とした条件で行う。また、ClF3ガスに窒素を混ぜたガスを用いても良い。ClF3等のフッ化ハロゲンを用いることで、剥離層1701が選択的にエッチングされ、第1の基板1700をTFT1730〜1732から剥離することができる。なおフッ化ハロゲンは、気体であっても液体であってもどちらでも良い。
Next, as illustrated in FIG. 17C, the
次に図18(A)に示すように、剥離されたTFT1730〜1732及びアンテナ1742を、接着剤1750を用いて第2の基板1751に貼り合わせる。接着剤1750は、第2の基板1751と下地絶縁膜1702とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤1750は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
Next, as illustrated in FIG. 18A, the peeled
なお、第2の基板1751として、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。
Note that the
次いで、図18(B)に示すように、保護層1745を除去した後、アンテナ1742を覆うように接着剤1752を第3の層間絶縁膜1741上に塗布し、カバー材1753を貼り合わせる。カバー材1753は第2の基板1751と同様に、フレキシブルな紙またはプラスチックなどの有機材料を用いることができる。接着剤1752の厚さは、例えば10〜200μmとすれば良い。
Next, as shown in FIG. 18B, after the
また接着剤1752は、カバー材1753と第3の層間絶縁膜1741及びアンテナ1742とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤1752は、例えば反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
The adhesive 1752 is formed using a material that can bond the
上述した各工程を経て、無線ICタグが完成する。上記作製方法によって、トータルの膜厚が0.3μm以上3μm以下、代表的には2μm程度の飛躍的に薄い集積回路を第2の基板1751とカバー材1753との間に形成することができる。
The wireless IC tag is completed through the above-described steps. By the above manufacturing method, an extremely thin integrated circuit with a total film thickness of 0.3 μm to 3 μm, typically about 2 μm, can be formed between the
なお、集積回路の厚さは、半導体素子自体の厚さのみならず、接着剤1750と接着剤1752との間に形成された各種絶縁膜及び層間絶縁膜の厚さを含めるものとする。また、無線ICタグが有する集積回路の占める面積を、5mm四方(25mm2)以下、より望ましくは0.3mm四方(0.09mm2)〜4mm四方(16mm2)程度とすることができる。 Note that the thickness of the integrated circuit includes not only the thickness of the semiconductor element itself but also the thicknesses of various insulating films and interlayer insulating films formed between the adhesive 1750 and the adhesive 1752. Further, the area occupied by the integrated circuit in the wireless IC tag, 5 mm square (25 mm 2) or less, and more preferably may be 0.3mm square (0.09 mm 2) to 4 mm square (16 mm 2) degree.
なお、本実施の形態では、耐熱性の高い第1の基板1700と集積回路の間に剥離層を設け、エッチングにより剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離する方法について示したが、本発明の無線ICタグの作製方法は、この構成に限定されない。例えば、耐熱性の高い基板と集積回路の間に金属酸化膜を設け、この金属酸化膜を結晶化により脆弱化して集積回路を剥離しても良い。或いは、耐熱性の高い基板と集積回路の間に、水素を含む非晶質半導体膜を用いた剥離層を設け、レーザビームの照射によりこの剥離層を除去することで基板と集積回路とを剥離しても良い。あるいは、集積回路が形成された耐熱性の高い基板を機械的に削除または溶液やガスによるエッチングで除去することで集積回路を基板から切り離しても良い。
Note that although this embodiment mode describes a method in which a separation layer is provided between the
なお、本実施の形態では、アンテナを集積回路と同じ基板上に形成している例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。別の基板上に形成したアンテナと集積回路とを、後に貼り合わせることで、電気的に接続するようにしても良い。 Note that although an example in which the antenna is formed over the same substrate as the integrated circuit has been described in this embodiment, the present invention is not limited to this structure. An antenna formed over another substrate and the integrated circuit may be bonded later to be electrically connected.
なお、一般的にRFID(無線認証、Radio Frequency Identification)で用いられている電波の周波数は、13.56MHz、2.45GHzが多く、これらの周波数の電波を検波できるように無線ICタグを形成することが、汎用性を高める上で非常に重要である。 Note that the frequency of radio waves generally used in RFID (radio frequency identification) is 13.56 MHz and 2.45 GHz, and a wireless IC tag is formed so that radio waves of these frequencies can be detected. This is very important for improving versatility.
本実施の形態の無線ICタグでは、半導体基板を用いて形成されたRFIDよりも電波が遮蔽されにくく、電波の遮蔽により信号が減衰するのを防ぐことができるというメリットを有している。よって、半導体基板を用いずに済むので、無線ICタグのコストを大幅に低くすることができる。 The wireless IC tag of this embodiment has an advantage that radio waves are less likely to be shielded than an RFID formed using a semiconductor substrate, and the signal can be prevented from being attenuated by shielding the radio waves. Accordingly, since a semiconductor substrate is not necessary, the cost of the wireless IC tag can be significantly reduced.
なお、本実施の形態では、集積回路を剥離して、可撓性を有する基板に貼り合わせる例について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えばガラス基板のように、集積回路の作製工程における熱処理に耐えうるような、耐熱温度を有している基板をICタグ中に用いる場合、必ずしも集積回路を剥離する必要はない。 Note that although an example in which the integrated circuit is separated and attached to a flexible substrate is described in this embodiment, the present invention is not limited to this structure. For example, when a substrate having a heat resistant temperature that can withstand heat treatment in a manufacturing process of an integrated circuit, such as a glass substrate, is used in an IC tag, the integrated circuit is not necessarily peeled off.
本実施の形態において、複数の線状ビームの照射位置の調整をレーザ発振器の移動により行っているため、各線状ビームの照射位置のずれを修正するために光学系の調整を行う必要がなくなり、各線状ビームの照射位置の調整が極めて容易になる。従って、メンテナンスに要する時間を著しく短縮でき、生産性の向上につながる。また、レーザ発振器を移動することで照射位置を調整するため、線状ビームの照射位置の微調整が可能となる。従って、レーザが照射されない領域やレーザが重なって照射されてしまう領域の発生を防ぐことができる。本実施の形態のTFTの作製方法を用いることで、TFTの生産性及び歩留まりを向上することができる。 In the present embodiment, adjustment of the irradiation position of a plurality of linear beams is performed by moving the laser oscillator, so there is no need to adjust the optical system to correct the deviation of the irradiation position of each linear beam, Adjustment of the irradiation position of each linear beam becomes extremely easy. Therefore, the time required for maintenance can be remarkably shortened, leading to an improvement in productivity. Further, since the irradiation position is adjusted by moving the laser oscillator, the irradiation position of the linear beam can be finely adjusted. Therefore, it is possible to prevent the generation of a region where the laser is not irradiated or a region where the laser is overlapped and irradiated. By using the method for manufacturing a TFT of this embodiment mode, productivity and yield of the TFT can be improved.
(実施の形態5)
本発明により、基板全面を均一にアニールすることができるため、半導体装置の生産性、集積度の向上が可能となる。さらに、一度の走査で同一基板上に異なる出力のレーザを照射することが可能となるため、半導体装置のレイアウトや大きさの自由度を高くすることや、集積度を向上することが可能となる。また、基板のどの部分においても同一のレーザで結晶化された部分の結晶化度は同じであるため、製作した半導体装置の製品品質は良好な状態であり、その製品品質のばらつきをなくすことが可能になる。本発明の半導体装置を用いることで電子機器をスループット良く、良好な品質で作製することが可能になる。その具体例を図を用いて説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせて用いることができる。
(Embodiment 5)
According to the present invention, since the entire surface of the substrate can be annealed uniformly, the productivity and integration degree of the semiconductor device can be improved. Furthermore, since it is possible to irradiate lasers with different outputs onto the same substrate in a single scan, it becomes possible to increase the degree of freedom of the layout and size of the semiconductor device and to improve the degree of integration. . In addition, since the crystallinity of the portion crystallized by the same laser is the same in any part of the substrate, the product quality of the manufactured semiconductor device is in a good state, and variations in the product quality can be eliminated. It becomes possible. By using the semiconductor device of the present invention, an electronic device can be manufactured with high throughput and good quality. A specific example will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and it is easy for those skilled in the art to change the modes and details in various ways without departing from the spirit and scope of the present invention. Understood. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. Note that this embodiment can be freely combined with any of the other embodiments.
図19(A)は表示装置であり、筐体2201、支持台2202、表示部2203、スピーカー部2204、ビデオ入力端子2205などを含む。表示部2203は、薄膜トランジスタで画素を構成するものであり、薄膜トランジスタは実施の形態3と同様の方法で作製される。それにより、半導体膜にレーザの回折による縞が生じることなく結晶領域の面積を増やし、かつ結晶性不良領域の面積を少なくすることが可能となり、表示装置の生産性を向上させることができる。さらに、本発明は、大面積基板のレーザ照射処理を効率よく行うことができるため、表示装置の生産性を向上させることができる。よって、大画面の表示装置の生産コストの削減に寄与することができる。また、表示装置はメモリ、駆動回路部等を有していてもよく、本発明の半導体装置をメモリ、駆動回路部等に適用してもよい。なお表示装置として、液晶の電気光学効果を利用した液晶表示装置、エレクトロルミネセンス等の発光材料を用いた表示装置、電子源素子を用いた表示装置、場の印加により反射率が変化するコントラスト媒体(電子インクとも呼ばれる)を用いた表示装置など、薄膜トランジスタと各種表示媒体を組み合わせた様々なものが含まれる。利用形態として、コンピュータ用、テレビジョン用、電子書籍等の情報表示機器用、広告表示用若しくは案内表示用など全ての情報表示用機器が含まれる。
FIG. 19A illustrates a display device, which includes a
図19(B)はコンピュータであり、筐体2211、表示部2212、キーボード2213、外部接続ポート2214、ポインティングマウス2215などを含む。表示部2212やコンピュータに付随するCPU、メモリ、駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部2212やコンピュータに付随するCPU、メモリ、駆動回路部などに用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。
FIG. 19B illustrates a computer, which includes a
また、図19(C)は携帯電話機であり、携帯端末の1つの代表例である。この携帯電話機は筐体2221、表示部2222、操作キー2223などを含む。表示部2222や携帯電話機に付随するCPU、メモリなどの機能回路部に薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部2222や携帯電話機に付随するCPU、メモリなどの機能回路部に用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された半導体装置は、上記の携帯電話を初めとして、PDA(Personal Digital Assistants、情報携帯端末)、デジタルカメラ、小型ゲーム機などの電子機器に用いることができる。
FIG. 19C illustrates a mobile phone, which is a typical example of a mobile terminal. This mobile phone includes a
また、図19(D)、(E)はデジタルカメラである。なお、図19(E)は、図19(D)の裏側を示す図である。このデジタルカメラは、筐体2231、表示部2232、レンズ2233、操作キー2234、シャッター2235などを有する。表示部2232や表示部2232を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部2232や表示部2232を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。
19D and 19E are digital cameras. Note that FIG. 19E illustrates the back side of FIG. This digital camera includes a
図19(F)はデジタルビデオカメラである。このデジタルビデオカメラは、本体2241、表示部2242、筐体2243、外部接続ポート2244、リモコン受信部2245、受像部2246、バッテリー2247、音声入力部2248、操作キー2249、接眼部2250などを有する。表示部2242を制御する駆動回路部などに薄膜トランジスタを有する。本発明のレーザ照射装置を用いて作製された薄膜トランジスタを、表示部2242を制御する駆動回路部、及び他の回路などに用いることで、品質が向上し、品質のばらつきを少なくすることができる。
FIG. 19F illustrates a digital video camera. This digital video camera includes a
また、本発明のレーザ処理装置を用いて作製した薄膜トランジスタを薄膜集積回路、または非接触型薄膜集積回路装置(無線ICタグ、RFID(無線認証、Radio Frequency Identification)とも呼ばれる)として用いることもできる。他の実施の形態で示した作製方法を用いることにより作製された薄膜集積回路および非接触型薄膜集積回路は、タグやメモリに用いることができる。 In addition, a thin film transistor manufactured using the laser processing apparatus of the present invention can be used as a thin film integrated circuit or a non-contact thin film integrated circuit device (a wireless IC tag or RFID (also referred to as radio frequency identification (RFID)). A thin film integrated circuit and a non-contact thin film integrated circuit manufactured by using the manufacturing method described in another embodiment can be used for a tag or a memory.
図20(A)は、パスポート2301に無線ICタグ2302を貼り付けている状態を示している。また、パスポート2301に無線ICタグ2302を埋め込んでもよい。同様にして、運転免許証、クレジットカード、紙幣、硬貨、証券、商品券、チケット、トラベラーズチェック(T/C)、健康保険証、住民票、戸籍謄本などに無線ICタグを貼り付けたり埋め込むことができる。この場合、本物であることを示す情報のみを無線ICタグに入力しておき、不正に情報を読み取ったり書き込んだりできないようにアクセス権を設定する。このようにタグとして利用することによって、偽造されたものと区別することが可能になる。
FIG. 20A shows a state where the
このほかに、無線ICタグをメモリとして用いることも可能である。図20(B)は、無線ICタグ2311を野菜の野菜の包装に貼り付けるラベルに埋め込んだ例を示している。また、包装そのものに無線ICタグを貼り付けたり埋め込んだりしても構わない。無線ICタグ2311には、生産地、生産者、製造年月日、加工方法などの生産段階のプロセスや、商品の流通プロセス、価格、数量、用途、形状、重量、賞味期限、各種認証情報などを記録することが可能になる。無線ICタグ2311からの情報は、無線式のリーダ2312のアンテナ部2313で受信して読み取り、リーダ2312の表示部2314に表示することによって、卸売業者、小売業者、消費者が把握することが容易になる。また、生産者、取引業者、消費者のそれぞれに対してアクセス権を設定することによって、アクセス権を有しない場合は読み込み、書き込み、書き換え、消去ができない仕組みになっている。
In addition, a wireless IC tag can be used as a memory. FIG. 20B illustrates an example in which the
また、無線ICタグは以下のように用いることができる。会計の際に無線ICタグに会計を済ませたことを記入し、出口にチェック手段を設け、会計済みであることを無線ICタグに書き込まれているかをチェックする。会計を済ませていないで店を出ようとすると、警報が鳴る。この方法によって、会計のし忘れや万引きを予防することができる。 The wireless IC tag can be used as follows. At the time of accounting, the fact that accounting has been completed is entered in the wireless IC tag, and a check means is provided at the exit to check whether accounting has been written on the wireless IC tag. If you try to leave the store without checking out, an alarm will sound. This method can prevent forgetting to pay and shoplifting.
さらに、顧客のプライバシー保護を考慮すると、以下に記す方法にすることも可能である。レジで会計をする段階で、(1)無線ICタグに入力されているデータを暗証番号などでロックする、(2)無線ICタグに入力されているデータそのものを暗号化する、(3)無線ICタグに入力されているデータを消去する、(4)無線ICタグに入力されているデータを破壊する、のいずれかを行う。そして、出口にチェック手段を設け、(1)〜(4)のいずれかの処理が行われたか、または無線ICタグのデータに何も処理が行われていない状態であるかをチェックすることによって、会計の有無をチェックする。このようにすると、店内では会計の有無を確認することが可能であり、店外では所有者の意志に反して無線ICタグの情報を読み取られることを防止することができる。 Furthermore, in consideration of customer privacy protection, the following method can be used. At the stage of accounting at the cash register, (1) lock the data input to the wireless IC tag with a password, (2) encrypt the data itself input to the wireless IC tag, (3) wireless Either the data input to the IC tag is deleted, or (4) the data input to the wireless IC tag is destroyed. Then, by providing a check means at the exit, it is checked whether any of the processes (1) to (4) has been performed, or whether the wireless IC tag data has not been processed. Check for accounting. In this way, it is possible to check whether or not there is a transaction in the store, and it is possible to prevent information on the wireless IC tag from being read outside the store against the will of the owner.
なお、(4)の無線ICタグに入力されているデータを破壊する方法をいくつか挙げることができる。例えば、(a)無線ICタグが有する電子データの少なくとも一部に「0(オフ)」若しくは「1(オン)」、または「0」と「1」の両方を書き込んでデータのみを破壊する方法や、(b)無線ICタグに電流を過剰に流し、無線ICタグが有する半導体素子の配線の一部を物理的に破壊する方法などを用いることができる。 Note that there are several methods for destroying the data input to the wireless IC tag (4). For example, (a) a method of writing only “0 (off)” or “1 (on)” or both “0” and “1” into at least a part of electronic data of the wireless IC tag and destroying only the data Alternatively, (b) a method in which a current is excessively supplied to the wireless IC tag and a part of wiring of a semiconductor element included in the wireless IC tag is physically destroyed can be used.
以上に挙げた無線タグは、従来用いているバーコードより製造コストが高いため、コスト低減を図る必要がある。本発明を用いることによって、半導体膜の均一なレーザアニールが可能であるため、品質が良好でばらつきのない半導体装置を効率良く作製することができ、コストの低減に有効である。さらに、どの無線タグも品質が高く、性能のばらつきがない信頼性の高い無線タグを製作することができる。 Since the wireless tag mentioned above is higher in manufacturing cost than a conventionally used barcode, it is necessary to reduce the cost. By using the present invention, uniform laser annealing of a semiconductor film is possible, so that a semiconductor device with good quality and no variation can be efficiently manufactured, which is effective for cost reduction. Further, any wireless tag can be manufactured with high quality and high reliability without any performance variation.
以上のように、本発明により作製された半導体装置の適用範囲は極めて広く、本発明により作製された半導体装置をあらゆる分野の電子機器に用いることができる。 As described above, the applicable range of the semiconductor device manufactured according to the present invention is so wide that the semiconductor device manufactured according to the present invention can be used for electronic devices in various fields.
101 被照射体
102 X軸ステージ
111 レーザ発振器
112 レーザ発振器
113 レーザ発振器
114 レーザ発振器
121 スリット
122 スリット
123 スリット
124 スリット
131 ミラー
132 ミラー
133 ミラー
134 ミラー
141 シリンドリカルレンズ
142 シリンドリカルレンズ
143 シリンドリカルレンズ
144 シリンドリカルレンズ
151 シリンドリカルレンズ
152 シリンドリカルレンズ
153 シリンドリカルレンズ
154 シリンドリカルレンズ
161 線状ビーム
162 線状ビーム
163 線状ビーム
164 線状ビーム
171 CCDカメラ
172 CCDカメラ
173 CCDカメラ
174 CCDカメラ
181 アライメントマーカー
182 アライメントマーカー
183 アライメントマーカー
184 アライメントマーカー
101
Claims (10)
前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、
前記被照射体を前記線状ビームの短辺に沿った方向に移動させる手段と、
前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記レーザ発振器を互いに独立して移動させる手段と、
アライメントマーカ位置を検出する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。 A plurality of laser oscillators for emitting laser light;
A plurality of optical systems for forming the laser beam into a linear beam on the surface of the irradiated body;
Means for moving the irradiated object in a direction along a short side of the linear beam;
Means for moving the plurality of laser oscillators independently of each other in a direction along the long side of the linear beam;
A laser irradiation apparatus comprising means for detecting an alignment marker position.
前記レーザ光を被照射体の表面において線状ビームに形成する複数の光学系と、
アライメントマーカー検出手段と画像処理装置とを有する、レーザ照射位置を決定する手段を有し、
前記線状ビームの短辺方向に移動可能な、前記被照射体が設けられた第1のステージと、
前記線状ビームの長辺方向に移動可能な複数の第2のステージとを有し、
複数の前記第2のステージそれぞれの上に、前記レーザ発振器及び前記光学系が1つずつ設置され、
複数の前記第2のステージは、それぞれ独立した移動機構を有することを特徴とするレーザ照射装置。 A plurality of laser oscillators for emitting laser light;
A plurality of optical systems for forming the laser beam into a linear beam on the surface of the irradiated body;
Having an alignment marker detection means and an image processing apparatus, having a means for determining a laser irradiation position;
A first stage provided with the irradiated body, movable in a short side direction of the linear beam;
A plurality of second stages movable in the long-side direction of the linear beam,
The laser oscillator and the optical system are installed one by one on each of the plurality of second stages,
The plurality of second stages have independent moving mechanisms, respectively.
前記アライメントマーカー検出手段はCCDカメラであることを特徴とするレーザ照射装置。 In claim 2,
The laser irradiation apparatus, wherein the alignment marker detection means is a CCD camera.
前記線状ビームの形状は、矩形状または楕円状であることを特徴とするレーザ照射装置。 In any one of Claims 1 thru | or 3,
The laser irradiation apparatus characterized in that the shape of the linear beam is rectangular or elliptical.
前記レーザ発振器として、YAGレーザ、YVO4レーザ、GdVO4レーザ、YLFレーザ又はArレーザを用いることを特徴とするレーザ照射装置。 In any one of Claims 1 thru | or 4,
A laser irradiation apparatus using a YAG laser, a YVO 4 laser, a GdVO 4 laser, a YLF laser, or an Ar laser as the laser oscillator.
複数の前記レーザ発振器はそれぞれ出力が異なることを特徴とするレーザ照射装置。 In any one of Claims 1 thru | or 5,
A laser irradiation apparatus, wherein the plurality of laser oscillators have different outputs.
所定の方向に複数の第2のステージを互いに独立して動かして複数の第2のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、
複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数箇所に照射しながら、前記第1のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化する方法であって、前記所定の方向は前記線状ビームの長辺に沿った方向であることを特徴とする半導体装置の作製方法。 Installing an insulating substrate having an amorphous semiconductor film on the first stage;
A plurality of linear beams emitted from a plurality of laser oscillators installed on the plurality of second stages by moving the plurality of second stages independently from each other in a predetermined direction are applied to the surface of the amorphous semiconductor film. Irradiate
The first stage is moved in a direction along the short side of the linear beam while irradiating a plurality of the linear beams to a plurality of locations on the surface of the amorphous semiconductor film, thereby moving the amorphous semiconductor film A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the predetermined direction is a direction along a long side of the linear beam.
前記非晶質半導体膜に複数のアライメントマーカーを形成し、
複数の第2のステージ上に設置された複数のレーザ発振器から射出された複数の線状ビームを前記非晶質半導体膜の表面に照射し、
前記アライメントマーカーの位置を基に前記線状ビームの長辺に沿った方向に、複数の前記第2のステージを互いに独立して動かして前記複数の線状ビームの照射位置を調整して、複数の前記線状ビームを前記非晶質半導体膜表面の複数箇所に照射し、
前記線状ビームを照射しながら前記第1のステージを前記線状ビームの短辺に沿った方向へ移動させて前記非晶質半導体膜を結晶化することを特徴とする半導体装置の作製方法。 Installing an insulating substrate having an amorphous semiconductor film on the first stage;
Forming a plurality of alignment markers on the amorphous semiconductor film;
Irradiating the surface of the amorphous semiconductor film with a plurality of linear beams emitted from a plurality of laser oscillators installed on a plurality of second stages;
A plurality of second stages are moved independently from each other in the direction along the long side of the linear beam based on the position of the alignment marker to adjust the irradiation position of the plurality of linear beams, Is irradiated to a plurality of locations on the surface of the amorphous semiconductor film,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the amorphous semiconductor film is crystallized by moving the first stage in a direction along a short side of the linear beam while irradiating the linear beam.
複数の前記第2のステージにはそれぞれ1台のレーザ発振器が設置されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In claim 7 or claim 8,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein one laser oscillator is installed in each of the plurality of second stages.
複数の前記レーザ発振器の出力はそれぞれ異なることを特徴とする半導体装置の作製方法。 In any one of Claims 7 to 9,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein outputs of the plurality of laser oscillators are different from each other.
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