JP2007109943A - Method and device for laser annealing - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize easy laser annealing operation and a simple constitution of a laser anneal device. <P>SOLUTION: Pure water is sprayed in a W-shaped liquid column from a spray nozzle provided to a processing head 6 to a work piece 2 formed by laminating an amorphous semiconductor film on a substrate 2a, and a laser light L is subjected to light guiding into the W-shaped liquid column. Since the inside of the liquid column W is irradiated with the guided laser light L, the amorphous silicon film 2b is crystallized into a polysilicon film, and in the process, pure water of the liquid column W spreads along the amorphous silicon film 2b, thus covering a portion irradiated with the laser light L with the pure water and preventing it from coming into contact with air. Furthermore, a portion heated by the laser light L is rapidly cooled by the pure water of the liquid column W, and the crystal grain of the crystallized polysilicon can be enlarged. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はレーザアニール方法およびその装置に関し、詳しくはレーザ光を被加工物に照射して該被加工物をアニーリングするレーザアニール方法およびその装置に関する。   The present invention relates to a laser annealing method and apparatus, and more particularly to a laser annealing method and apparatus for irradiating a workpiece with laser light to anneal the workpiece.

従来、被加工物の表面にレーザ光を照射して、該被加工物のアニーリングを行うレーザアニール方法が知られ、特に半導体のような被加工物に対してアニーリングを行う際には、レーザ光の照射される部分が酸化してしまうのを防止するため、以下のレーザアニール方法が用いられている。
第1のレーザアニール方法として、透明な容器内に半導体基体を載置するとともに、該容器内にシリコン酸化膜と屈折率の等しい液体を満たし、さらに半導体基体の上方から液体を通過させてレーザ光を照射する方法が知られている。(特許文献1)
また第2のレーザアニール方法として、真空にされたチャンバー内にアモルファスシリコン膜を表面に形成したガラス基板などの試料を載置し、この試料の表面に上記チャンバーに形成された窓を介してレーザ光を照射する方法が知られている。(特許文献2)
そして第3のレーザアニール方法として、真空状態にされた加工チャンバ内にアモルファスシリコン薄膜を表面に形成したプラスチック基板を載置し、このアモルファスシリコン薄膜の表面にパルスレーザ光を照射する方法が知られている。(特許文献3)
特公昭62−8011号公報 特開2001−44132号公報 特開2004−63924号公報
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a laser annealing method for irradiating a surface of a workpiece with laser light to anneal the workpiece, and particularly when annealing a workpiece such as a semiconductor, laser light is used. In order to prevent oxidation of the irradiated portion, the following laser annealing method is used.
As a first laser annealing method, a semiconductor substrate is placed in a transparent container, and the container is filled with a liquid having a refractive index equal to that of the silicon oxide film. A method of irradiating is known. (Patent Document 1)
As a second laser annealing method, a sample such as a glass substrate having an amorphous silicon film formed on the surface thereof is placed in a vacuum chamber, and laser is passed through the window formed in the chamber on the surface of the sample. A method of irradiating light is known. (Patent Document 2)
As a third laser annealing method, a method is known in which a plastic substrate having an amorphous silicon thin film formed thereon is placed in a vacuum processing chamber, and the surface of the amorphous silicon thin film is irradiated with pulsed laser light. ing. (Patent Document 3)
Japanese Examined Patent Publication No. 62-8011 JP 2001-44132 A JP 2004-63924 A

しかしながら、上記特許文献1の場合、液体内に半導体基体を載置することで酸化膜が生成されるのを防止しているが、アニーリングを行うたびに液体の交換・補充を行う必要があり、作業が煩雑になるとともに、装置が複雑化するといった問題がある。
また特許文献2,3の場合も、真空中にアモルファスシリコン膜を形成した基板を載置することで酸化膜の生成を防止しているが、アニーリングを行うたびにチャンバ内を真空にする作業を行わなければならず、作業が煩雑になるとともに、装置が複雑化するといった問題が生じていた。
このような問題に鑑み、煩雑な作業が不要なレーザアニール方法を提供するとともに、簡易な構成を有するレーザアニール装置を提供するものである。
However, in the case of the above-mentioned Patent Document 1, an oxide film is prevented from being generated by placing a semiconductor substrate in a liquid, but it is necessary to exchange and replenish the liquid each time annealing is performed. There is a problem that the work becomes complicated and the apparatus becomes complicated.
In the case of Patent Documents 2 and 3, the formation of an oxide film is prevented by placing a substrate on which an amorphous silicon film is formed in a vacuum. However, the work of evacuating the chamber every time annealing is performed. There is a problem that the work is complicated and the apparatus is complicated.
In view of such a problem, a laser annealing method that does not require complicated work is provided, and a laser annealing apparatus having a simple configuration is provided.

すなわち、請求項1におけるレーザアニール方法は、被加工物の表面にレーザ光を照射して、該被加工物のアニーリングを行うレーザアニール方法において、
上記被加工物に対して液体を噴射し、該液体により被加工物表面の所要部分を覆うとともに、噴射した液体内にレーザ光を導光して、該レーザ光を被加工物に照射することを特徴としている。
That is, in the laser annealing method according to claim 1, the surface of the workpiece is irradiated with laser light to anneal the workpiece.
Injecting a liquid onto the workpiece, covering a required portion of the surface of the workpiece with the liquid, guiding laser light into the injected liquid, and irradiating the workpiece with the laser light It is characterized by.

また請求項5におけるレーザアニール装置は、レーザ光を照射するレーザ発振器を備え、被加工物の表面にレーザ光を照射することで、被加工物のアニーリングを行うレーザアニール装置において、
上記被加工物に液体を噴射する噴射ノズルを設け、該噴射ノズルは噴射した液体にレーザ光を導光し、さらに噴射ノズルより噴射される液体によって被加工物表面の所要部分を覆うようにしたことを特徴としている。
The laser annealing apparatus according to claim 5 includes a laser oscillator that irradiates a laser beam, and irradiates the surface of the workpiece with the laser beam to anneal the workpiece.
An injection nozzle for injecting liquid is provided on the workpiece, and the injection nozzle guides laser light to the injected liquid, and further covers a required portion of the surface of the workpiece by the liquid injected from the injection nozzle. It is characterized by that.

本発明によれば、噴射した液体がレーザ光の照射される位置を覆うため、当該部分が大気と触れることがなく、被加工物が酸化してしまうのを防止することができる。
このため、上記特許文献1のように容器の液体の交換・補充作業が不要となり、特許文献2、3のようなチャンバを真空にする作業が不要となるため、効率的にアニーリングをすることが可能となる。
また、上記特許文献1のように液体を貯溜する容器や、特許文献2、3のようなチャンバを真空にする負圧発生手段が不要となるため、簡易なアニーリング装置を得ることができる。
According to the present invention, since the ejected liquid covers the position where the laser light is irradiated, the portion does not come into contact with the atmosphere, and the workpiece can be prevented from being oxidized.
For this reason, it is not necessary to replace and replenish the liquid in the container as in the above-mentioned Patent Document 1, and it is not necessary to perform the operation of evacuating the chamber as in Patent Documents 2 and 3, so that annealing can be performed efficiently. It becomes possible.
Further, since a container for storing a liquid as in Patent Document 1 and a negative pressure generating means for evacuating a chamber as in Patent Documents 2 and 3 are not required, a simple annealing device can be obtained.

以下図示実施例について説明すると、図1には本発明にかかるレーザアニール装置1を示し、液体の噴射により形成した液柱Wにレーザ光Lを導光することで、被加工物2をアニーリングする装置となっている。
このレーザアニール装置1は、上記被加工物2を支持する加工テーブル3と、レーザ光Lを発振するレーザ発振器4と、高圧にした純水等の液体を供給する液体供給手段5と、被加工物2に向けて純水を液柱Wとして噴射するとともに、レーザ光Lを上記液柱Wに導光する加工ヘッド6とを備え、これらは図示しない制御手段によって制御されるようになっている。
上記加工テーブル3は従来公知であるので詳細な説明をしないが、上記被加工物2を加工ヘッド6に対して水平方向に移動させるようになっており、また上記加工ヘッド6は図示しない昇降手段によって垂直方向に移動するようになっている。
The illustrated embodiment will be described below. FIG. 1 shows a laser annealing apparatus 1 according to the present invention, and a workpiece 2 is annealed by guiding a laser beam L to a liquid column W formed by jetting a liquid. It is a device.
The laser annealing apparatus 1 includes a processing table 3 that supports the workpiece 2, a laser oscillator 4 that oscillates laser light L, a liquid supply means 5 that supplies liquid such as high-pressure pure water, and a workpiece. A processing head 6 for injecting pure water as a liquid column W toward the object 2 and guiding the laser beam L to the liquid column W is provided, and these are controlled by a control means (not shown). .
The processing table 3 is conventionally known and will not be described in detail. However, the workpiece 2 is moved in the horizontal direction with respect to the processing head 6, and the processing head 6 is not shown. It moves in the vertical direction.

次に上記被加工物2は,ガラスや樹脂製の絶縁性の基板2aと、該基板2aの表面に積層された非晶質半導体膜としてのアモルファスシリコン膜2bとから構成されている。
上記アモルファスシリコン膜2bは非晶質のため電子の移動度が低く、短時間に大量の電子を流すことが出来ないという性質があった。
そこで、アモルファスシリコン膜2bにレーザ光Lを照射して瞬時に加熱溶融させその後冷却する、すなわちレーザ光によってアニーリングすることで、アモルファスシリコンを結晶化させて基板2a上に電子の移動度が高いポリシリコン膜を形成することができ、高性能な液晶ディスプレイ基板として利用することができる。
Next, the workpiece 2 includes an insulating substrate 2a made of glass or resin and an amorphous silicon film 2b as an amorphous semiconductor film laminated on the surface of the substrate 2a.
Since the amorphous silicon film 2b is amorphous, the mobility of electrons is low, and a large amount of electrons cannot flow in a short time.
Therefore, the amorphous silicon film 2b is irradiated with the laser beam L, heated and melted instantaneously, and then cooled, that is, annealed by the laser beam, so that the amorphous silicon is crystallized and the electron mobility on the substrate 2a is high. A silicon film can be formed and can be used as a high-performance liquid crystal display substrate.

上記レーザ発振器4はYAGレーザ発振器4であり、加工に応じてCW発振又はパルス発振が可能であり、またその出力やパルスの発振周期等の加工条件を適宜調整できるようになっている。
また、YAGレーザ光Lの基本波の波長(1064nm)が上記アモルファスシリコンへの吸収率が低いので、本実施例のレーザ発振器4には上記基本波を第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)に変換する、図示しない波長変換手段が設けられている。
レーザ発振器4と加工ヘッド6との間には、レーザ光Lを遮断するシャッタ手段11と、レーザ光Lを加工ヘッド6に向けて反射させる反射ミラー12と、照射されたレーザ光Lを集光する集光レンズ13とが設けられている。
上記シャッタ手段11は上記制御手段によって制御され、図示しない駆動手段によりレーザ光Lの光路上と光路外とを往復動する反射ミラー11aと、当該反射ミラー11aによって反射したレーザ光Lのエネルギーを吸収するダンパ11bとを備えている。
上記反射ミラー11aをレーザ光Lの光路上に位置させると、レーザ光Lは当該反射ミラー11aに反射し、当該レーザ光Lのエネルギーが上記ダンパ11bに吸収される。
一方、反射ミラー11aをレーザ光Lの光路外に移動させると、レーザ光Lは上記反射ミラー12で反射した後、集光レンズ13を介して上記加工ヘッド6へと照射される。
The laser oscillator 4 is a YAG laser oscillator 4, which can perform CW oscillation or pulse oscillation according to processing, and can adjust processing conditions such as its output and pulse oscillation period as appropriate.
In addition, since the wavelength of the fundamental wave (1064 nm) of the YAG laser light L has a low absorption rate into the amorphous silicon, the fundamental wave is transmitted to the second harmonic (532 nm) or the third harmonic in the laser oscillator 4 of the present embodiment. A wavelength converting means (not shown) for converting to a wave (355 nm) is provided.
Between the laser oscillator 4 and the processing head 6, shutter means 11 that blocks the laser light L, a reflection mirror 12 that reflects the laser light L toward the processing head 6, and the irradiated laser light L are collected. And a condenser lens 13 is provided.
The shutter unit 11 is controlled by the control unit, and absorbs the energy of the laser beam L reflected by the reflection mirror 11a that reciprocates on and off the optical path of the laser beam L by a driving unit (not shown). And a damper 11b.
When the reflection mirror 11a is positioned on the optical path of the laser beam L, the laser beam L is reflected by the reflection mirror 11a, and the energy of the laser beam L is absorbed by the damper 11b.
On the other hand, when the reflecting mirror 11 a is moved out of the optical path of the laser beam L, the laser beam L is reflected by the reflecting mirror 12 and then irradiated to the processing head 6 through the condenser lens 13.

次に、液体供給手段5は、純水を貯溜する貯水タンク21と、貯水タンク21に貯溜された純水を加工ヘッド6に向けて送液するポンプ22とを備え、これらは導管23によって相互に接続されている。
上記貯水タンク21は給水源24に接続されており、給水源24と貯水タンク21とを接続する導管23には、給水源24からの純水の供給を制御する開閉弁25と、給水源24から供給される純水に含有される異物を除去する余水フィルタ26とを備えている。
上記ポンプ22と加工ヘッド6との間には、上流側のポンプ22側から順に、ポンプ22への純水の逆流を防止する逆止弁27、上記制御装置によって開閉作動を制御される電磁開閉弁28、ポンプ22から送液される純水を貯溜するとともにポンプ22からの圧力を蓄圧するアキュムレータ29、純水内の異物を除去するフィルタ30が設けられている。
従来公知のとおり、上記アキュムレータ29は、その内部に封入しているガス圧を変更することで蓄圧力を調整するものとなっている。
また、給水源24から貯水タンク21までの導管23と、ポンプ22から加工ヘッド6までの導管23とは、平行する2本の導管23によって接続されており、一方の導管23には逆止弁31が、他方の導管23には圧力調整弁32が設けられている。
上記逆止弁31により、上記電磁開閉弁28が閉鎖されたときなどにポンプ22から吐出される高圧水を貯水タンク24に戻すようになっており、圧力調整弁32はポンプ22から加工ヘッド6までの導管23内部の高圧水の圧力を一定に保つために設けられている。
Next, the liquid supply means 5 includes a water storage tank 21 that stores pure water, and a pump 22 that supplies the pure water stored in the water storage tank 21 toward the processing head 6. It is connected to the.
The water storage tank 21 is connected to a water supply source 24, and a conduit 23 connecting the water supply source 24 and the water storage tank 21 is provided with an open / close valve 25 for controlling the supply of pure water from the water supply source 24, and the water supply source 24. And a spillage filter 26 that removes foreign matters contained in the pure water supplied from the water.
Between the pump 22 and the processing head 6, a check valve 27 for preventing the backflow of pure water to the pump 22 in order from the upstream pump 22 side, and an electromagnetic opening / closing operation controlled by the controller. An accumulator 29 for accumulating the pure water sent from the valve 28 and the pump 22 and accumulating the pressure from the pump 22 and a filter 30 for removing foreign substances in the pure water are provided.
As is conventionally known, the accumulator 29 adjusts the accumulated pressure by changing the gas pressure enclosed therein.
Further, the conduit 23 from the water supply source 24 to the water storage tank 21 and the conduit 23 from the pump 22 to the processing head 6 are connected by two parallel conduits 23, and one conduit 23 has a check valve. 31 and the other conduit 23 is provided with a pressure regulating valve 32.
The check valve 31 returns high-pressure water discharged from the pump 22 to the water storage tank 24 when the electromagnetic on-off valve 28 is closed, and the pressure adjustment valve 32 is supplied from the pump 22 to the machining head 6. It is provided in order to keep the pressure of the high-pressure water inside the conduit 23 up to a constant.

図2は加工ヘッド6の拡大図を示しており、該加工ヘッド6は、上記移動手段によって移動するハウジング41と、ハウジング41の下部に設けられた噴射ノズル42と、噴射ノズル42と上記集光レンズ13との間に設けられた透明なガラス板43とを備えている。
上記ハウジング41の側面には、上記ガラス板43および噴射ノズル42との間に形成された液体通路45に連通すると共に、上記導管23に接続される接続口41aが設けられており、上記液体供給手段5から供給された純水は接続口41aから液体通路45内に流入した後、上記噴射ノズル42から液柱Wとなって噴射されることとなる。
上記噴射ノズル42は、ハウジング41の下端部に嵌合するステー46の中央に固定されており、このステー46は上記ハウジング41の下面にリング状の固定部材47によって固定されている。
この噴射ノズル42の中央には噴射孔48が形成され、この噴射孔48は集光レンズ13側に形成されて加工テーブル3側に向けて縮径する第1傾斜面48aと、この第1傾斜面48aの最小径部48bより加工テーブル3側に向けて拡径する第2傾斜面48cとから構成されている。
そして、上記噴射ノズル42の下方には上記ステー46および固定部材47を貫通する貫通孔46a、47aが形成され、この貫通孔46a、47aの径は噴射ノズル42の外径よりも小径で、かつ上記第2傾斜面48cの下端部の径よりも大径に設定されている。
上記ガラス板43は上記噴射ノズル42と集光レンズ13との間に位置し、上記ハウジング41にナット49を用いて固定されており、上記液体通路45の純水が該ガラス板43よりも上方の空間に漏出するのを防止し、また集光レンズ13によって集光されたレーザ光Lが透過するようになっている。
ここで、本実施例における噴射孔48の上記最小径部48bの直径は、噴射される液柱Wの径が大きくなるほどアニーリングできる範囲が大きくなる一方、純水の消費量が増大してレーザ発振器4によるレーザ光Lの出力も向上させなければならないことから、100〜200μmとするのが望ましい。
FIG. 2 shows an enlarged view of the processing head 6. The processing head 6 includes a housing 41 that is moved by the moving means, an injection nozzle 42 provided at a lower portion of the housing 41, the injection nozzle 42, and the light condensing. A transparent glass plate 43 provided between the lens 13 and the lens 13 is provided.
A side surface of the housing 41 is provided with a connection port 41a that communicates with a liquid passage 45 formed between the glass plate 43 and the injection nozzle 42 and is connected to the conduit 23. The pure water supplied from the means 5 flows into the liquid passage 45 from the connection port 41a and is then ejected as a liquid column W from the ejection nozzle 42.
The injection nozzle 42 is fixed to the center of a stay 46 fitted to the lower end portion of the housing 41, and the stay 46 is fixed to the lower surface of the housing 41 by a ring-shaped fixing member 47.
An injection hole 48 is formed at the center of the injection nozzle 42. The injection hole 48 is formed on the condenser lens 13 side and has a first inclined surface 48a having a diameter reduced toward the processing table 3, and the first inclination. It is comprised from the 2nd inclined surface 48c expanded in diameter toward the process table 3 side from the minimum diameter part 48b of the surface 48a.
Through holes 46a and 47a that penetrate the stay 46 and the fixing member 47 are formed below the injection nozzle 42. The diameters of the through holes 46a and 47a are smaller than the outer diameter of the injection nozzle 42, and The diameter is set larger than the diameter of the lower end portion of the second inclined surface 48c.
The glass plate 43 is located between the spray nozzle 42 and the condenser lens 13 and is fixed to the housing 41 with a nut 49, and the pure water in the liquid passage 45 is above the glass plate 43. The laser light L collected by the condenser lens 13 is transmitted.
Here, as for the diameter of the minimum diameter portion 48b of the injection hole 48 in this embodiment, the larger the diameter of the liquid column W to be injected, the larger the range that can be annealed, while the consumption of pure water increases and the laser oscillator increases. Since it is necessary to improve the output of the laser beam L due to 4, it is desirable to set it to 100 to 200 μm.

以下、このような構成を有するレーザアニール装置1の動作について説明する。
本実施例では、噴射ノズル6の上記最小径部48bをφ150μm、噴射される液柱Wの水圧を5〜30MPaとし、レーザ発振器4のレーザ強度を50〜200mJ/パルス、パルス幅を10〜100nsとし、加工テーブル3と加工ヘッド6との相対移動速度を100mm/sと設定した。
この状態からレーザアニール装置1を始動させると、制御手段は液体供給手段5を制御し、上記ポンプ22によって貯水タンク21内の純水を加工ヘッド6に向けて送液を開始する。なお、貯水タンク21には予め給水源24より十分な量の純水が供給されている。
そして、上記ポンプ22によってアキュムレータ29内や加工ヘッド6までの導管23を介して加工ヘッド6内の液体通路45内に純水が充満すると、純水は上記噴射ノズル42の噴射孔48から噴射され、噴射された純水は液柱Wとなって被加工物2表面のアモルファスシリコン膜2bに到達する。
そしてアモルファスシリコン膜2bに到達した純水は、そこでアモルファスシリコン膜2b表面に沿って広がり、レーザアニールの行われる部分が純水によって覆われることとなる。
Hereinafter, the operation of the laser annealing apparatus 1 having such a configuration will be described.
In this embodiment, the minimum diameter portion 48b of the injection nozzle 6 is φ150 μm, the water pressure of the liquid column W to be injected is 5 to 30 MPa, the laser intensity of the laser oscillator 4 is 50 to 200 mJ / pulse, and the pulse width is 10 to 100 ns. The relative moving speed between the processing table 3 and the processing head 6 was set to 100 mm / s.
When the laser annealing apparatus 1 is started from this state, the control means controls the liquid supply means 5 and starts feeding the pure water in the water storage tank 21 toward the processing head 6 by the pump 22. A sufficient amount of pure water is supplied to the water storage tank 21 in advance from the water supply source 24.
When the pump 22 fills the liquid passage 45 in the processing head 6 through the accumulator 29 and the conduit 23 to the processing head 6, the pure water is injected from the injection hole 48 of the injection nozzle 42. The injected pure water becomes a liquid column W and reaches the amorphous silicon film 2b on the surface of the workpiece 2.
Then, the pure water that has reached the amorphous silicon film 2b spreads along the surface of the amorphous silicon film 2b, and the portion where laser annealing is performed is covered with the pure water.

これと並行して、制御手段はレーザ発振器4を制御し、レーザ発振器4はレーザ光Lの発振を開始する。このとき、上記シャッタ手段11の反射ミラー11aは発振されたレーザ光Lの光路上に位置しており、レーザ光Lは反射ミラー11aによってダンパ11bに案内され、レーザ光Lのエネルギーは吸収される。
電磁開閉弁28を閉鎖した後、噴射孔48より噴射される液柱Wが安定した状態となると、制御手段は直ちにシャッタ手段11を制御して反射ミラー11aをレーザ光Lの光路外に移動させ、これによりレーザ光Lは反射ミラー12に反射した後、集光レンズ13によって集光される。
集光されたレーザ光Lはガラス板43および液体通路45内の純水を通過し、さらに噴射孔48の第1傾斜面48aで反射して液柱Wに形成された純水内に導光され、その後液柱W内で反射を繰り返しながら、アモルファスシリコン膜2bに照射される。
In parallel with this, the control means controls the laser oscillator 4 and the laser oscillator 4 starts oscillation of the laser light L. At this time, the reflection mirror 11a of the shutter means 11 is located on the optical path of the oscillated laser beam L, the laser beam L is guided to the damper 11b by the reflection mirror 11a, and the energy of the laser beam L is absorbed. .
When the liquid column W ejected from the ejection hole 48 becomes stable after closing the electromagnetic opening / closing valve 28, the control unit immediately controls the shutter unit 11 to move the reflection mirror 11a out of the optical path of the laser beam L. Thus, the laser beam L is reflected by the reflection mirror 12 and then condensed by the condenser lens 13.
The condensed laser light L passes through the pure water in the glass plate 43 and the liquid passage 45, is further reflected by the first inclined surface 48 a of the injection hole 48, and is guided into the pure water formed in the liquid column W. Then, the amorphous silicon film 2b is irradiated while being repeatedly reflected in the liquid column W.

このようにしてレーザ光Lがアモルファスシリコン膜2bに照射されると、レーザ光Lの照射された部分が加熱され、それと同時に液柱Wの純水によって急激に冷却されることとなる。
その結果、アモルファスシリコン膜2bはアニーリングされ、結晶化してポリシリコン膜となる。このとき形成されるポリシリコン膜は、噴射ノズル42より供給される純水により急激に冷却されるので、真空中でのレーザアニールに比較して結晶粒が大きくなり、電子の移動度の高いポリシリコン膜を得ることができる。
また、レーザ光Lの照射される部分は液柱Wの純水によって覆われるので、当該部分が大気に触れない状態を維持することができ、ポリシリコン膜の酸化を防止することができる。
さらに、レーザ光Lは液柱W内で反射を繰り返しながらアモルファスシリコン膜2bに照射されるようになっているので、ビームホモジナイザ等を用いなくとも、レーザ光Lの強度を均一化でき、またレーザ光の焦点距離を精密に合わせる必要もない。
When the amorphous silicon film 2b is irradiated with the laser light L in this way, the portion irradiated with the laser light L is heated, and at the same time, it is rapidly cooled by the pure water of the liquid column W.
As a result, the amorphous silicon film 2b is annealed and crystallized to become a polysilicon film. Since the polysilicon film formed at this time is rapidly cooled by pure water supplied from the injection nozzle 42, the crystal grains become larger than that of laser annealing in a vacuum, and a polycrystal having high electron mobility. A silicon film can be obtained.
Further, since the portion irradiated with the laser light L is covered with the pure water of the liquid column W, the portion can be kept away from the atmosphere, and oxidation of the polysilicon film can be prevented.
Further, since the laser beam L is irradiated on the amorphous silicon film 2b while being repeatedly reflected in the liquid column W, the intensity of the laser beam L can be made uniform without using a beam homogenizer or the like. There is no need to adjust the focal length of the light precisely.

これに対し、上記特許文献1の場合、容器中に液体を通過させてレーザ光を照射していることから、レーザアニールを行うたびに液体の交換・補充を行わなければならず、また液体を貯溜する容器等が必要であった。
さらに特許文献1の場合、基板が液中に位置しているので、アモルファスシリコン膜が大気に触れることはないが、液体が流れているわけではないので、レーザ光の照射によりその周囲の水温が高くなってしまう。
水温が高くなると、急激な冷却効果が得られずにポリシリコン膜の結晶粒を大きくすることができず、また液体中に温度の境界層が形成されるので、該境界層でレーザ光が屈折してしまうといった問題も生じてしまう。
そして、上記特許文献2、3の場合、レーザアニールを行うたびにチャンバ内を真空にしなければならず、負圧発生手段等の設備が必要となっていた。
また、特許文献2、3ではレーザ光の照射された位置の急激な冷却を行うことはできなかった。
On the other hand, in the case of Patent Document 1, since the liquid is passed through the container and irradiated with the laser beam, the liquid must be replaced and replenished every time laser annealing is performed. A container for storage was required.
Further, in the case of Patent Document 1, since the substrate is located in the liquid, the amorphous silicon film does not come into contact with the atmosphere, but the liquid is not flowing. It will be high.
When the water temperature rises, the crystal grain of the polysilicon film cannot be enlarged without obtaining a rapid cooling effect, and a temperature boundary layer is formed in the liquid, so that the laser beam is refracted in the boundary layer. The problem of doing so will also occur.
In the case of Patent Documents 2 and 3, the chamber has to be evacuated each time laser annealing is performed, and equipment such as negative pressure generating means is required.
In Patent Documents 2 and 3, rapid cooling of the position irradiated with the laser beam could not be performed.

図3は本発明にかかる第2の実施例のレーザアニール装置1を示したものであり、本実施例の場合、上記第1の実施例における加工ヘッド6以外、同様の構成を有している。
本実施例の加工ヘッド106は、上記昇降手段によって垂直方向に移動するハウジング141と、ハウジング141の下部に設けられた噴射ノズル142とから構成されている。
上記ハウジング141の内部には液体通路145が形成されて上記液体供給手段5の導管23に接続されており、該ハウジング141の上面中央にはレーザ光Lを透過させるガラス板143がはめ込まれている。
上記噴射ノズル142の内部には上記液体通路145に連通するとともに、下方に向けて縮径する円錐状部142aと、該円錐状部142aの下方に位置する円柱状部142bとが形成されている。
そして、上記噴射ノズル142の下端部142cと被加工物としてのアモルファスシリコン膜2b上面との間隔は1mm程度となっており、上記液体供給手段5から供給された純水は液体通路145内に流入した後、上記噴射ノズル142の円柱状部142bから噴射される。
なお、加工ヘッド106に対して加工テーブル3が水平方向に移動する際には、噴射ノズル142の下端部142cとアモルファスシリコン膜2b上面との間隔が一定に保たれるようになっている。
FIG. 3 shows a laser annealing apparatus 1 according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the laser annealing apparatus 1 has the same configuration except for the processing head 6 in the first embodiment. .
The processing head 106 according to the present embodiment includes a housing 141 that moves in the vertical direction by the elevating means, and an injection nozzle 142 that is provided in the lower portion of the housing 141.
A liquid passage 145 is formed inside the housing 141 and connected to the conduit 23 of the liquid supply means 5. A glass plate 143 that transmits the laser light L is fitted in the center of the upper surface of the housing 141. .
Inside the spray nozzle 142, a conical portion 142a that communicates with the liquid passage 145 and has a diameter reduced downward, and a columnar portion 142b that is positioned below the conical portion 142a are formed. .
The distance between the lower end 142c of the spray nozzle 142 and the upper surface of the amorphous silicon film 2b as the workpiece is about 1 mm, and the pure water supplied from the liquid supply means 5 flows into the liquid passage 145. After that, it is ejected from the cylindrical portion 142b of the ejection nozzle 142.
When the processing table 3 moves in the horizontal direction with respect to the processing head 106, the distance between the lower end portion 142c of the injection nozzle 142 and the upper surface of the amorphous silicon film 2b is kept constant.

そして本実施例のレーザアニール装置1を作動させると、上記液体通路145、円錐状部142a、円柱状部142bを介して噴射された純水は噴射ノズル142の下端部142cとアモルファスシリコン膜2bとの間から該アモルファスシリコン膜2bの表面に沿って広がって行く。
その状態でレーザ発振器4よりレーザ光Lを照射すると、レーザ光Lは上記ガラス板143を通過した後、噴射ノズル142の円錐状部142aで反射した後、さらに円柱状部142b内で反射を繰り返し、噴射ノズルの下端部142cの位置から照射される。
このとき下端部142cとアモルファスシリコン膜2bとの間隔が狭くなっているため、レーザ光は直ちにアモルファスシリコン膜2bに照射され、その結果レーザアニールが行われてポリシリコン膜が得られるようになる。
本実施例の場合も、噴射ノズル142から噴射された純水がレーザ光Lの照射される位置を覆うように広がるので、上記第1の実施例と同様の効果を得ることができ、純水は順次供給されるのでレーザ光Lの照射された位置を急激に冷却することもできる。
上記第1の実施例に対しては、液柱Wがアモルファスシリコン膜2bに到達する前に拡散することがないといった効果が得られる。
When the laser annealing apparatus 1 of this embodiment is operated, the pure water sprayed through the liquid passage 145, the conical portion 142a, and the cylindrical portion 142b is in contact with the lower end portion 142c of the spray nozzle 142 and the amorphous silicon film 2b. And spread along the surface of the amorphous silicon film 2b.
When the laser beam L is irradiated from the laser oscillator 4 in this state, the laser beam L passes through the glass plate 143, is reflected by the conical portion 142a of the injection nozzle 142, and then repeats reflection in the cylindrical portion 142b. Irradiation is performed from the position of the lower end portion 142c of the injection nozzle.
At this time, since the gap between the lower end 142c and the amorphous silicon film 2b is narrow, the amorphous silicon film 2b is immediately irradiated with laser light, and as a result, laser annealing is performed to obtain a polysilicon film.
Also in the case of the present embodiment, since the pure water ejected from the ejection nozzle 142 spreads so as to cover the position where the laser light L is irradiated, the same effect as the first embodiment can be obtained, and the pure water Are sequentially supplied, so that the position irradiated with the laser beam L can be rapidly cooled.
With respect to the first embodiment, there is an effect that the liquid column W does not diffuse before reaching the amorphous silicon film 2b.

なお、上記実施例ではアモルファスシリコン膜2bのアニーリングを行ったが、この他にもレーザ光Lの照射部分が酸化するのを避けたい素材や、レーザ光Lの照射部分を急激に冷却しなければならない素材に対してもアニーリングをすることが可能である。   In the above embodiment, the amorphous silicon film 2b is annealed. However, in addition to this, it is necessary to prevent the irradiated portion of the laser beam L from being oxidized, or the irradiated portion of the laser beam L must be rapidly cooled. It is possible to anneal even the material that does not become.

本実施例にかかるレーザアニール装置の構成図。The block diagram of the laser annealing apparatus concerning a present Example. 加工ヘッドについての断面図。Sectional drawing about a processing head. 第2の実施例を示す加工ヘッドについての断面図。Sectional drawing about the processing head which shows a 2nd Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザアニール装置 2 被加工物
2b アモルファスシリコン膜 4 レーザ発振器
6、106 加工ヘッド 42、142 噴射ノズル
L レーザ光 W 液柱
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser annealing apparatus 2 Workpiece 2b Amorphous silicon film 4 Laser oscillator 6, 106 Processing head 42, 142 Injection nozzle L Laser beam W Liquid column

Claims (7)

被加工物の表面にレーザ光を照射して、該被加工物のアニーリングを行うレーザアニール方法において、
上記被加工物に対して液体を噴射し、該液体により被加工物表面の所要部分を覆うとともに、噴射した液体内にレーザ光を導光して、該レーザ光を被加工物に照射することを特徴とするレーザアニール方法。
In a laser annealing method for irradiating a surface of a workpiece with laser light and annealing the workpiece,
Injecting a liquid onto the workpiece, covering a required portion of the surface of the workpiece with the liquid, guiding laser light into the injected liquid, and irradiating the workpiece with the laser light A laser annealing method characterized by the above.
上記被加工物は、基板と、該基板上に形成された非晶質半導体膜とからなり、上記非晶質半導体膜にレーザ光を照射して結晶化することを特徴とする請求項1に記載のレーザアニール方法。   2. The work piece includes a substrate and an amorphous semiconductor film formed on the substrate, and is crystallized by irradiating the amorphous semiconductor film with a laser beam. The laser annealing method as described. 上記液体を液柱の状態にして噴射し、レーザ光を該液柱内に導光することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載のレーザアニール方法。   3. The laser annealing method according to claim 1, wherein the liquid is ejected in a liquid column state, and laser light is guided into the liquid column. 上記レーザ光を、YAGレーザの高調波とすることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のレーザアニール方法。   The laser annealing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the laser beam is a harmonic of a YAG laser. レーザ光を発振するレーザ発振器を備え、被加工物の表面にレーザ光を照射することで、被加工物のアニーリングを行うレーザアニール装置において、
上記被加工物に液体を噴射する噴射ノズルを設け、該噴射ノズルは噴射した液体にレーザ光を導光し、さらに噴射ノズルより噴射される液体によって被加工物表面の所要部分を覆うようにしたことを特徴とするレーザアニール装置。
In a laser annealing apparatus that includes a laser oscillator that oscillates laser light and performs annealing of the workpiece by irradiating the surface of the workpiece with laser light,
An injection nozzle for injecting liquid is provided on the workpiece, and the injection nozzle guides laser light to the injected liquid, and further covers a required portion of the surface of the workpiece by the liquid injected from the injection nozzle. A laser annealing apparatus characterized by that.
上記被加工物は、基板と、該基板上に形成された非晶質半導体膜とからなり、上記非晶質半導体膜にレーザ光を照射して結晶化することを特徴とする請求項5に記載のレーザアニール装置。   6. The workpiece according to claim 5, wherein the workpiece includes a substrate and an amorphous semiconductor film formed on the substrate, and is crystallized by irradiating the amorphous semiconductor film with a laser beam. The laser annealing apparatus as described. 上記噴射ノズルは液体を液柱の状態にして噴射し、レーザ光を該液柱に導光することを特徴とする請求項5または請求項6のいずれかに記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 5, wherein the spray nozzle sprays the liquid in a liquid column state and guides the laser beam to the liquid column.
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