JP2007208015A - Crystallization device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非晶質もしくは多結晶半導体薄膜に光線を用いて溶融し結晶化させる結晶化装置に関する。 The present invention relates to a crystallization apparatus that melts and crystallizes an amorphous or polycrystalline semiconductor thin film using light.
ガラス基板等の絶縁体上に形成された非結晶半導体層を結晶化させて結晶質半導体層を得、この結晶質半導体層を活性層とした薄膜トランジスタ(TFT:thin film transistor)を形成する技術が知られている。 There is a technique for crystallizing an amorphous semiconductor layer formed on an insulator such as a glass substrate to obtain a crystalline semiconductor layer, and forming a thin film transistor (TFT) using the crystalline semiconductor layer as an active layer. Are known.
例えば、アクティブマトリックス型液晶表示装置では、シリコン膜等の半導体膜を設けガラス基板上に薄膜トランジスタを形成し、この薄膜トランジスタを切換え表示を行うためのスイッチング素子として用いている。 For example, in an active matrix liquid crystal display device, a semiconductor film such as a silicon film is provided, a thin film transistor is formed on a glass substrate, and the thin film transistor is used as a switching element for switching display.
薄膜トランジスタの形成は、非晶質又は多結晶などの非単結晶半導体薄膜の結晶化工程を含んでいる。この結晶化技術として、例えば、大エネルギーの短パルス・レーザー光を用いて非単結晶半導体薄膜の照射領域を溶融して、結晶化するレーザー結晶化技術が知られている。 The formation of a thin film transistor includes a crystallization step of a non-single-crystal semiconductor thin film such as an amorphous or polycrystalline film. As this crystallization technique, for example, a laser crystallization technique is known in which an irradiation region of a non-single-crystal semiconductor thin film is melted and crystallized using a short pulse laser beam with high energy.
現在、生産に供されているレーザー結晶化装置では、長尺ビーム(例えば、500μm×300mm)形状で均一な強度分布のレーザー光を非晶質シリコンに照射する手法を採用している。しかしながら、この手法では、得られた半導体膜の結晶粒径が0.5μm以下と小さい。そのため、TFTのチャネル領域に結晶粒界が存在することになり、TFTの特性が抑制されるなど性能に限界がある。 Currently, a laser crystallization apparatus used for production employs a technique of irradiating amorphous silicon with a laser beam having a long beam (for example, 500 μm × 300 mm) shape and a uniform intensity distribution. However, with this method, the crystal grain size of the obtained semiconductor film is as small as 0.5 μm or less. Therefore, a crystal grain boundary exists in the channel region of the TFT, and there is a limit in performance such as suppression of the TFT characteristics.
このTFTの性能を向上させるために、大きな結晶粒を有する高品質な半導体膜を製造する技術が要求されている。この要求を満足させる結晶化法として、各種のレーザー結晶化技術の中で、特に、位相変調して形成した逆ピークパターン状の光強度分布を有するエキシマ・レーザー光を非単結晶半導体薄膜に照射して結晶化する技術(Phase Modulated Excimer Laser Annealing:PMELA)が注目されている。 In order to improve the performance of the TFT, a technique for manufacturing a high-quality semiconductor film having large crystal grains is required. As a crystallization method that satisfies this requirement, among various laser crystallization techniques, non-single-crystal semiconductor thin film is irradiated with an excimer laser beam with a reverse peak pattern-like light intensity distribution formed by phase modulation. As a result, crystallization technology (Phase Modulated Excimer Laser Annealing: PMELA) has attracted attention.
PMELA技術は、所定の光強度分布を持つエキシマ・レーザー光を、非単結晶半導体薄膜に照射し、この半導体膜の照射部を溶融して、結晶化する方法である。所定の光強度分布を持つエキシマ・レーザー光は、位相変調素子、例えば位相シフタ等の位相変調素子により入射レーザー光を位相変調させることにより得られる。非単結晶半導体薄膜は、例えば、ガラス基板上に形成した非晶質シリコン若しくは多結晶シリコンの薄膜である。 The PMELA technique is a method of irradiating an excimer laser beam having a predetermined light intensity distribution onto a non-single crystal semiconductor thin film, melting the irradiated portion of the semiconductor film, and crystallizing. Excimer laser light having a predetermined light intensity distribution is obtained by phase-modulating incident laser light with a phase modulation element such as a phase modulation element such as a phase shifter. The non-single crystal semiconductor thin film is, for example, an amorphous silicon or polycrystalline silicon thin film formed on a glass substrate.
現在開発されているPMELA技術では、1回の照射で数mm角程度の大きさの領域を溶融・結晶化させる。この結晶化非単結晶半導体薄膜処理により、数μmから10μm程度の大きさで比較的一様な結晶粒を有する品質の優れた結晶化シリコン薄膜が形成されている(例えば、非特許文献1参照)。この手法で形成した結晶化シリコン薄膜に作成されたTFTは、優れた電気特性を有することが示されている。 The currently developed PMELA technology melts and crystallizes a region with a size of several mm square by one irradiation. By this crystallized non-single crystal semiconductor thin film treatment, a crystallized silicon thin film having a relatively uniform crystal grain size of several μm to 10 μm is formed (for example, see Non-Patent Document 1). ). TFTs fabricated on crystallized silicon thin films formed by this technique have been shown to have excellent electrical properties.
このPMELA結晶化技術は、レーザー光の使用効率が高く、大粒径の結晶が得られるという優れた特徴を有する。しかしながら、安定した電気特性を得るためには結晶粒の位置決めが必要であり、大面積の半導体膜を結晶化させるには、いわゆるステップ・アンド・リピート照射方式と呼ばれる、非単結晶半導体膜にレーザー光を照射後、次の照射位置までガラス基板を移動させ停止させた後再びレーザー光を照射する工程を繰り返す照射方式が用いられている。
PMLA結晶化では、基板に照射されるレーザー光の変調光のビームプロファイルが、各照射で一定であることが求められる。 In PMLA crystallization, the beam profile of the modulated light of the laser light irradiated on the substrate is required to be constant for each irradiation.
一方、レーザー光が照射される被照射側は、半導体薄膜が設けられた液晶用ガラス基板のうねりやステージの平面度のばらつきによって、高さにばらつきが存在する。このうねりの高低幅は例えば20μm〜50μm程度である。これに対して、レーザー光の焦点位置の深さマージン(D.O.F)は、光変調素子に依存するが5μm〜20μmである。このように、D.O.Fは被照射側の高さのばらつきと比較して十分な広さを有していないため、基板の高さ方向のうねりをD.O.Fによって許容させることは困難である。そのため、一定の結晶化品質を有するビームプロファイルを保持するには、ステージが次の照射位置に移動し、その照射位置におけるZ軸方向の高さを、レーザー光が照射される前に調整する必要がある。 On the other hand, the irradiated side irradiated with laser light has a variation in height due to the undulation of the glass substrate for liquid crystal provided with the semiconductor thin film and the variation of the flatness of the stage. The height of this undulation is, for example, about 20 μm to 50 μm. On the other hand, the depth margin (DOF) of the focal position of the laser beam is 5 μm to 20 μm, depending on the light modulation element. Thus, D.D. O. Since F does not have a sufficient width compared to the variation in height on the irradiated side, the undulation in the height direction of the substrate is represented by D.F. O. It is difficult to allow it by F. Therefore, in order to maintain a beam profile with a certain crystallization quality, the stage moves to the next irradiation position, and the height in the Z-axis direction at that irradiation position needs to be adjusted before the laser beam is irradiated. There is.
従来、このZ軸方向の高さ調整は、基板を支持する基板ステージにZ軸方向に移動するZ軸ステージによって行っている。 Conventionally, this height adjustment in the Z-axis direction is performed by a Z-axis stage that moves in the Z-axis direction to a substrate stage that supports the substrate.
図12は、結晶化装置の概略構成を説明するための図である。 FIG. 12 is a diagram for explaining a schematic configuration of the crystallization apparatus.
結晶化装置10は、レーザー光を発するレーザー光源2aと、レーザー光を照射する照明光学系2bと、照明光学系2bで照射されたレーザー光を所定の光強度分布の光線に変調する光変調素子2cと、光変調素子2cの変調光を基板(被処理基板20)上に結像させる結像光学系2dと、被処理基板20を支持すると共に基板(被処理基板20)上の二次元位置を定める基板ステージ3とを備える。結像光学系2dを介して基板(被処理基板20)に照射された変調光は、基板に設けられた薄膜を溶融して結晶化させる。
The
照明光学系2b、光変調素子2c、及び結像光学系2dは光学系2を構成する。また、照明光学系2bはエキシマ照明光学系を構成し、光変調素子2cを照明する結晶化用レーザー光を射出、調整する。
The illumination
基板ステージ3は、X軸ステージ3a、Y軸ステージ3b、及びZ軸ステージ3cを備え、Z軸ステージ3cによってステージ上に載置する被処理基板20のZ軸方向の高さを調整して、結像位置に被処理基板20を高さ調整している。この高さ調整は、基板高さ検出部4によって被処理基板20の高さを検出し、この検出信号を演算回路7で処理して得られた制御信号によってZ軸ステージ3cを駆動することで行う。
The
しかしながら、この基板ステージは通常数百kgの重量があるため、高速Z軸動作(例えば、応答速度10msec以下)を行うことはできない。高速動作させるには、重量物を高速で昇降することができるトルクを備え、かつ高精度で位置決めすることができる基板ステージが必要となるが、このような特性を備えた精密Zステージは知られていない。 However, since this substrate stage usually has a weight of several hundred kg, high-speed Z-axis operation (for example, response speed of 10 msec or less) cannot be performed. A high-speed operation requires a substrate stage that has a torque that can move a heavy object up and down at a high speed and that can be positioned with high accuracy. A precision Z stage with such characteristics is known. Not.
現在、基板の大型化に伴って結晶化の高速処理が求められている。この高速処理では、レーザー光の照射周期を短くしてレーザー光ショット間隔を短くすると共に、基板を高速移動させることが求められるが、上記したように高速でZ軸調整することができるステージ機構は存在せず、結晶化の高速化を妨げる要因となっている。 Currently, high-speed crystallization processing is required as the substrate size increases. In this high-speed processing, it is required to shorten the laser light irradiation period to shorten the laser light shot interval and to move the substrate at a high speed. However, as described above, the stage mechanism capable of high-speed Z-axis adjustment is as follows. It does not exist and is a factor that hinders the speeding up of crystallization.
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、結晶化装置において、基板側のうねりに対して、レーザー光の結像位置の調整を高速で行うことを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described conventional problems and to adjust the imaging position of laser light at high speed with respect to the undulation on the substrate side in the crystallization apparatus.
本発明は、レーザー光を結像する結像光学系をZ軸方向に移動自在とする構成とすることによって、レーザー光の結像位置の調整を高速で行う。結像光学系は、例えば数kgの重量であるため、数百kgの基板ステージと比較して極めて軽量であるため、レーザー光の結像位置の調整を高速で行うことができる。結像位置を高速で調整することによって、基板の結晶化を高速化することができ、結晶化による基板のスループットを高めることができる。 In the present invention, the imaging optical system for imaging the laser beam is configured to be movable in the Z-axis direction, thereby adjusting the imaging position of the laser beam at high speed. The imaging optical system, for example, weighs several kilograms and is extremely light compared to a substrate stage of several hundred kilograms, so that the imaging position of laser light can be adjusted at high speed. By adjusting the imaging position at a high speed, the crystallization of the substrate can be accelerated, and the throughput of the substrate due to the crystallization can be increased.
本発明の結晶化装置は、レーザー光を照射する照明光学系と、レーザー光を所定の光強度分布の光線に変調する光変調素子と、光変調素子の変調光を基板上に結像させる結像光学系とを含む光学系と、基板を支持する基板ステージとを備え、基板に設けられた薄膜を変調光により溶融して結晶化させる結晶化装置である。 The crystallization apparatus of the present invention includes an illumination optical system that irradiates laser light, a light modulation element that modulates the laser light into a light beam having a predetermined light intensity distribution, and an image of the modulated light of the light modulation element formed on a substrate. The crystallization apparatus includes an optical system including an image optical system and a substrate stage that supports the substrate, and melts and crystallizes a thin film provided on the substrate with modulated light.
この結晶化装置において、本発明は結像光学系のZ軸方向位置を調整する結像光学系駆動部を備える。結像光学系駆動部は、結像光学系のZ軸方向位置を調整することによって、結像光学系が結像する変調光の結像位置を調整する。 In this crystallization apparatus, the present invention includes an imaging optical system driving unit that adjusts the position of the imaging optical system in the Z-axis direction. The imaging optical system drive unit adjusts the imaging position of the modulated light imaged by the imaging optical system by adjusting the position in the Z-axis direction of the imaging optical system.
結像光学系駆動部は、例えば高速ピエゾステージを用いることができる。高速ピエゾステージは、例えばストロークが50μm以上で、静定時間を含む応答時間が10msec以下の特性が可能である。レーザー光の各照射に対して結像位置の高さ調整を行うとしたとき、高速ピエゾステージの応答時間を10msec以下とすることにより、レーザー光のショット周期を100Hzとすることができ高速動作が可能となる。 For example, a high-speed piezo stage can be used as the imaging optical system driving unit. The high-speed piezo stage can have characteristics such as a stroke of 50 μm or more and a response time including a settling time of 10 msec or less. When the height of the imaging position is adjusted for each irradiation of the laser beam, the response time of the high-speed piezo stage is set to 10 msec or less, so that the shot period of the laser beam can be set to 100 Hz and high-speed operation can be achieved. It becomes possible.
本発明の結晶化装置は、基板のZ軸方向の高さを検出する基板高さ検出部を備える。結像光学系駆動部は、この基板高さ検出部で検出した基板高さに基づいて結像光学系のZ軸方向位置を調整する。 The crystallization apparatus of the present invention includes a substrate height detection unit that detects the height of the substrate in the Z-axis direction. The imaging optical system drive unit adjusts the position of the imaging optical system in the Z-axis direction based on the substrate height detected by the substrate height detection unit.
結像光学系駆動部は、レーザー光の照射と同じ周期間隔でステップ駆動し、所定周期でレーザー光を照射位置に位置合わせし、光学系からレーザー光を照射する。 The imaging optical system driving unit performs step driving at the same periodic intervals as the laser light irradiation, aligns the laser light with the irradiation position at a predetermined period, and irradiates the laser light from the optical system.
本発明の結像光学系駆動部による高さ調整の第1の態様は、レーザー光の照射において、その照射位置のZ軸方向の高さを検出し、この検出した高さを用いてそのレーザー光の照射周期において、結像位置のZ軸方向の高さを調整し、調整が終了した後にレーザー光を照射する。 The first aspect of the height adjustment by the imaging optical system drive unit of the present invention is to detect the height of the irradiation position in the Z-axis direction in the irradiation of the laser beam, and use the detected height for the laser. In the light irradiation period, the height of the imaging position in the Z-axis direction is adjusted, and after the adjustment is completed, laser light is emitted.
基板高さ検出部は、レーザー光が基板上に照射された照射位置のZ軸方向の基板高さを検出し、結像光学系駆動部は、基板高さ検出部が検出した基板高さを用いて結像位置を調整する。結像光学系駆動部は応答時間を有し、駆動を開始してから指定された高さまで移動するまでの間に遅れ時間が生じる。 The substrate height detection unit detects the substrate height in the Z-axis direction of the irradiation position where the laser beam is irradiated on the substrate, and the imaging optical system drive unit detects the substrate height detected by the substrate height detection unit. To adjust the imaging position. The imaging optical system driving unit has a response time, and a delay time occurs between the start of driving and the movement to a designated height.
したがって、この第1の態様では、この応答時間によって、基板高さ検出部が検出する照射位置とレーザー光が照射される照射位置との間に、応答時間に応じた距離の分だけ位置ずれが生じると共に、レーザー光の照射位置と基板との間に高さにずれが生じる可能性がある。 Therefore, in the first aspect, the response time causes a positional shift by an amount corresponding to the response time between the irradiation position detected by the substrate height detection unit and the irradiation position irradiated with the laser beam. At the same time, there is a possibility that a difference in height occurs between the irradiation position of the laser beam and the substrate.
しかしながら、基板のうねりや基板ステージの平面度のばらつき等のうねりに対して、レーザー光の各照射位置の間隔で生じる高さの変位は十分に小さいため、隣接する照射位置での高さに高さ調整することで、結像位置を焦点深度内に高速で位置制御することができる。 However, the height displacement that occurs at the intervals of the laser light irradiation positions is sufficiently small against the waviness of the substrate and the variation in the flatness of the substrate stage, so the height at the adjacent irradiation positions is high. By adjusting the height, the position of the imaging position can be controlled at high speed within the depth of focus.
本発明の結像光学系駆動部による高さ調整の第2の態様は、レーザー光の照射において、その照射位置のZ軸方向の高さを検出し、この検出した高さを用いて次のレーザー光の照射位置において、結像位置のZ軸方向の高さを調整する。 The second aspect of the height adjustment by the imaging optical system drive unit of the present invention is to detect the height of the irradiation position in the Z-axis direction in the irradiation of the laser beam, and use the detected height to The height of the imaging position in the Z-axis direction is adjusted at the laser light irradiation position.
基板高さ検出部は、レーザー光が基板上に照射された照射位置のZ軸方向の基板高さを検出し、結像光学系駆動部は、基板高さ検出部が一周期前に検出した基板高さを用いて結像位置を調整する。 The substrate height detecting unit detects the substrate height in the Z-axis direction of the irradiation position where the laser beam is irradiated onto the substrate, and the imaging optical system driving unit is detected by the substrate height detecting unit one cycle ago. The imaging position is adjusted using the substrate height.
この第2の態様では、基板高さ検出部が検出する照射位置とレーザー光が照射される照射位置とは異なり、レーザー光のステップ状の照射において、前の照射位置での高さを用いて次の照射位置の高さを調整する。 In the second aspect, unlike the irradiation position detected by the substrate height detection unit and the irradiation position irradiated with the laser light, the height at the previous irradiation position is used in the stepwise irradiation of the laser light. Adjust the height of the next irradiation position.
基板のうねりや基板ステージの平面度のばらつき等のうねりに対して、レーザー光の各照射位置の間隔で生じる高さの変位は十分に小さいため、隣接する照射位置での高さに高さ調整することで、結像位置を焦点深度内に高速で位置制御することができる。 Due to the waviness of the substrate and the unevenness of the flatness of the substrate stage, the height displacement caused by the interval between the laser light irradiation positions is sufficiently small, so the height is adjusted to the height at the adjacent irradiation position. By doing so, the imaging position can be controlled at high speed within the depth of focus.
本発明の結像光学系駆動部による高さ調整の第3の態様は、レーザー光の照射において、その照射位置より一周期先の次の照射位置のZ軸方向の高さを検出し、この検出した高さを用いてレーザー光の次の照射位置において、結像位置のZ軸方向の高さを調整する。 The third mode of height adjustment by the imaging optical system drive unit of the present invention is to detect the height in the Z-axis direction of the next irradiation position one cycle ahead of the irradiation position in laser light irradiation. Using the detected height, the height of the imaging position in the Z-axis direction is adjusted at the next irradiation position of the laser beam.
この第2の態様では、レーザー光のステップ状の照射において、次の照射位置での高さを検出することで、基板高さ検出部が検出する照射位置とレーザー光が照射される照射位置とを同一とすることができる。 In this second aspect, in stepwise irradiation of laser light, by detecting the height at the next irradiation position, the irradiation position detected by the substrate height detection unit and the irradiation position where the laser light is irradiated Can be the same.
本発明によれば、結晶化装置において、基板側のうねりに対して、レーザー光の結像位置の調整を高速で行うことができる。 According to the present invention, in the crystallization apparatus, the imaging position of the laser beam can be adjusted at high speed with respect to the waviness on the substrate side.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1を用いて本発明の結晶化装置の一構成例について説明する。 A configuration example of the crystallization apparatus of the present invention will be described with reference to FIG.
本発明の結晶化装置1は、レーザー光を照射する照明光学系2bと、照明光学系2bで照射されたレーザー光を所定の光強度分布の光線に変調する光変調素子2cと、光変調素子2cの変調光を基板(被処理基板20)上に結像させる結像光学系2dと、基板(被処理基板20)を支持すると共に基板(被処理基板20)上の二次元位置を定める基板ステージ3とを備える。結像光学系2dを介して基板(被処理基板20)に照射された変調光は、基板に設けられた薄膜を溶融して結晶化させる。
The
照明光学系2b、光変調素子2c、及び結像光学系2dは光学系2を構成する。また、照明光学系2bはエキシマ照明光学系を構成し、光変調素子2cを照明する結晶化用レザー光を射出、調整する。照明光学系2bは、レーザー光源2aから出射されたエキシマレーザー光のビームを拡大するビーム・エキスパンダや、面内の光強度を均一化するホモジナイザを備えることができる。なお、図では、ビーム・エキスパンダ及びホモジナイザは示していない。
The illumination
光変調素子2cは位相シフタを用いることができ、結晶化用レーザー光を位相変調して所望の光強度分布、例えば、逆ピーク・パターンの光強度分布を有する光に変調する。 The light modulation element 2c can use a phase shifter, and modulates the laser light for crystallization into light having a desired light intensity distribution, for example, a light intensity distribution having an inverse peak pattern.
結像光学系2dは、光変調素子2cにより位相変調された結晶化用レーザー光を結晶化させる非単結晶半導体薄膜に縮小照射する。図1では、光変調素子2cを照明光学系2bと結像光学系2dとの間に設置したプロジェクション方式を示しているが、光変調素子2cを被処理基板20に近接して設置するプロキシミティ方式とすることもできる。
The imaging optical system 2d irradiates the non-single-crystal semiconductor thin film for crystallizing the crystallization laser light phase-modulated by the light modulation element 2c. Although FIG. 1 shows a projection system in which the light modulation element 2c is installed between the illumination
レーザー光源2aは、被処理基板20に設けられた非単結晶半導体膜、例えば、非晶質若しくは多結晶半導体膜を溶融するために充分なエネルギー、例えば、非単結晶半導体膜上で1J/cm2を有する光を出力する。レーザー光源2aは、例えば、エキシマ・レーザー光源であり、短パルス、例えば、半値幅が約25から30nsecのパルス・レーザー光を出力する。レーザー光は、例えば、波長248nmのKrFエキシマ・レーザー光、波長308nmのXeClエキシマ・レーザー光が好ましい。
The
エキシマ・レーザー光源は、例えば、発振周波数が例えば10Hzから300Hzのパルス発振型である。 The excimer laser light source is, for example, a pulse oscillation type whose oscillation frequency is 10 Hz to 300 Hz, for example.
ビーム・エキスパンダは、入射されたレーザー光を拡大するもので、例えば、拡大する凹レンズと平行光にする凸レンズとにより構成することができる。また、ホモジナイザは、入射したレーザー光のXY断面方向の寸法を決定し、かつ決定した形状内の光強度分布を均一にする機能を有する。例えば、X方向シリンドリカル・レンズをY方向に複数個並べ、Y方向に並んだ複数の光束を形成し、X方向コンデンサ・レンズで各光束をY方向に重ね合わせて再分布させる。同様に、Y方向シリンドリカル・レンズをX方向に複数並べ、X方向に並んだ複数の光束を形成し、Y方向コンデンサ・レンズで各光束をX方向に重ね合わせて再分布させる。ホモジナイザによりエキシマ・レーザー光は、所定の角度広がりをもち断面内の光強度が均一化された照明光に調光される。 The beam expander expands incident laser light, and can be composed of, for example, a concave lens that expands and a convex lens that converts light into parallel light. The homogenizer has a function of determining the dimension of the incident laser beam in the XY cross-sectional direction and uniforming the light intensity distribution in the determined shape. For example, a plurality of X direction cylindrical lenses are arranged in the Y direction to form a plurality of light beams arranged in the Y direction, and each light beam is superposed in the Y direction and redistributed by the X direction condenser lens. Similarly, a plurality of Y-direction cylindrical lenses are arranged in the X direction to form a plurality of light beams arranged in the X direction, and each light beam is superposed in the X direction and redistributed by the Y-direction condenser lens. The excimer laser light is dimmed by the homogenizer into illumination light having a predetermined angular spread and uniform light intensity in the cross section.
位相シフタは、位相変調素子11の一例であり、例えば、石英ガラス基板に段差をつけたものである。この段差の境界でレーザー光の回折と干渉をおこさせ、レーザー光強度に周期的な空間分布を付与し、例えば、左右で180°の位相差を付ける。左右で180°の位相差を付けた位相シフタは、入射光を左右対称な逆ピーク状光強度分布に位相変調する。
The phase shifter is an example of the
段差(厚み分布)dは、レーザー光の波長をλ、位相シフタの透明基板の屈折率nとしたとき、d=λ/2(n−1)で求められる。この関係から、位相シフタは、例えば、石英ガラス基板に所定の位相差に対応する段差dを形成することにより製造することができる。例えば、石英基板の屈折率を1.46とすると、KrFエキシマ・レーザー光の波長が248nmであるから、180°の位相差を付けるための段差は269.6nmになる。石英ガラス基板の段差は、選択エッチングやFIB(Focused Ion Beam)加工により形成することができる。位相シフタは、入射光を位相変調して逆ピーク状光強度分布を形成するように段差が形成されており、エキシマ・レーザー光の位相を上述の段差量の場合、半波長だけシフトさせる。この結果、半導体膜を照射するレーザー光は、位相のシフト部(段差)を組み合わせることによって形成される任意形状の光強度分布となる。この方法によれば、他の方法で用いられるようなメタル・パターンによるエキシマ・レーザー光の遮蔽よりも自由度の高い光強度分布を実現できる。 The level difference (thickness distribution) d is obtained by d = λ / 2 (n−1) where λ is the wavelength of the laser beam and n is the refractive index of the transparent substrate of the phase shifter. From this relationship, the phase shifter can be manufactured, for example, by forming a step d corresponding to a predetermined phase difference on a quartz glass substrate. For example, assuming that the refractive index of the quartz substrate is 1.46, the wavelength of the KrF excimer laser light is 248 nm, so the step for adding a phase difference of 180 ° is 269.6 nm. The step of the quartz glass substrate can be formed by selective etching or FIB (Focused Ion Beam) processing. The phase shifter has a step formed so as to form a reverse peak light intensity distribution by phase-modulating the incident light, and shifts the phase of the excimer laser light by a half wavelength in the case of the above step amount. As a result, the laser light for irradiating the semiconductor film has a light intensity distribution having an arbitrary shape formed by combining phase shift portions (steps). According to this method, it is possible to realize a light intensity distribution having a higher degree of freedom than that of excimer laser light shielding by a metal pattern used in other methods.
位相シフタを透過したレーザー光は、収差補正されたエキシマ結像光学系2dにより位相シフタ(光変調素子2c)と共役な位置に設置された被処理基板20上に、所定の光強度分布で結像する。エキシマ結像光学系2dは、例えば、複数枚のフッ化カルシウム(CaF2)レンズ及ぴ合成石英レンズからなるレンズ群により構成される。エキシマ結像光学系12は、例えば、縮小率:1/5、N.A.:0.13、解像力:2μm、焦点深度:±10μm、焦点距離:30mmから70mmの片側あるいは両側テレセントリックレンズである。
The laser light transmitted through the phase shifter is coupled with a predetermined light intensity distribution on the
また、結晶化の処理を受ける被処理基板20は、一般に、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の絶縁基板、シリコン等の半導体基板(ウェーハ)等の保持基板に絶縁膜を介して非単結晶半導体膜(例えば、非晶質シリコン膜、多結晶シリコン膜、スパッタされたシリコン膜、シリコン・ゲルマニウム膜、若しくは脱水素処理をした非晶質シリコン膜)を形成し、この非単結晶半導体膜上にキャップ膜として絶縁膜を設けたものである。
Further, the
非単結晶半導体膜の膜厚は、例えば脱水素処理をした非晶質シリコン膜の場合には30nmから300nmであり、例えば、50nmである。絶縁膜は、非単結晶半導体膜を結晶化する際に、保持基板から好ましくない不純物が非単結晶半導体膜に拡散することを防止するために設けられた膜である。あるいは、レーザー照射によるジュール熱を断熱する目的で設けられた膜である。 The film thickness of the non-single-crystal semiconductor film is, for example, 30 nm to 300 nm, for example, 50 nm in the case of an amorphous silicon film subjected to dehydrogenation treatment. The insulating film is a film provided to prevent unwanted impurities from diffusing from the holding substrate into the non-single-crystal semiconductor film when the non-single-crystal semiconductor film is crystallized. Or it is the film | membrane provided in order to insulate the Joule heat by laser irradiation.
キャップ絶縁膜は、レーザー光に対するキャップ絶縁膜の透過特性及び光吸収特性を利用して、結晶化のために非単結晶半導体膜が受光して溶融したときの熱を蓄える機能を有する。キャップ絶縁膜の蓄熱効果は、非単結晶半導体膜の溶融領域に大粒径(5μm以上)の結晶化を可能にする。キャップ絶縁膜は、結晶化の効率を高めるためのものであるが、省賂することができる。 The cap insulating film has a function of storing heat when the non-single-crystal semiconductor film receives light and melts for crystallization by using transmission characteristics and light absorption characteristics of the cap insulating film with respect to laser light. The heat storage effect of the cap insulating film enables crystallization with a large grain size (5 μm or more) in the molten region of the non-single crystal semiconductor film. The cap insulating film is for increasing the efficiency of crystallization, but can be saved.
基板ステージ3は、X方向に移動自在のX軸ステージ3aとY方向に移動自在のY軸ステージ3bとを備え、XYステージコントローラ(図示していない)によって駆動制御される。この基板ステージ3は、定盤5上に固定して設けられる。また、この定盤5上には、前記した光学系2を支持する光学ベース部(図示していない)が固定して設けられる。
The
定盤5は除振装置6によって床面(図示していない)上に取り付けられる。除振装置6はバネ要素やゲイン要素を備え、除振装置制御コントローラ(図示していない)によって駆動され、定盤5及びその定盤5上に設けた基板ステージ3や光学ベース部が、床面等の基準面に対して振動しないように制御する。なお、XYステージコントローラや除振装置制御コントローラは、上位の制御PC(図示していない)によって制御することができる。
The
さらに、本発明の結晶化装置2は、結像光学系2dをZ軸方向に移動自在とする結像光学系駆動部8を備える。この結像光学系駆動部8は、結像光学系2dをZ軸方向の高さを調整し、これによって結像位置のZ軸方向の高さを調整する。ここで、結像位置のZ軸方向の高さを、被処理基板20上の表面高さに合わせる。
Furthermore, the
なお、結像光学系駆動部8は、光学系2が照射するレーザー光と同じ周期間隔でステップ駆動し、所定周期でレーザー光を照射位置に位置合わせし、光学系からレーザー光を照射する。
The imaging optical
この被処理基板20上においてレーザー光を照射する位置のZ軸方向の高さを検出する手段として、本発明の結晶化装置1は基板高さ検出部4を備える。この基板高さ検出部4は、例えば測定点に入射する入射光を照射する光源4aと、測定点で反射した反射光を検出する検出器4bを備える。
The
演算回路7は、基板高さ検出部4で検出したZ軸方向の高さ信号に基づいて、結像光学系2の変調光の結像位置を被処理基板20上と一致するように、結像光学系駆動部8を制御する制御信号を生成する。結像光学系駆動部8は、演算回路7で生成した制御信号を受けて結像光学系2dのZ軸方向の高さを調整する。
Based on the height signal in the Z-axis direction detected by the
以下、本発明の結晶化装置が備える結像光学系駆動部による高さ調整の態様について説明する。 Hereinafter, the aspect of height adjustment by the imaging optical system driving unit provided in the crystallization apparatus of the present invention will be described.
本発明の結像光学系駆動部による高さ調整の各態様は、レーザー光の照射において、その照射位置のZ軸方向の高さを検出し、この検出した高さを用いてレーザー光の照射位置において、結像位置のZ軸方向の高さを調整する。 Each aspect of the height adjustment by the imaging optical system drive unit of the present invention detects the height in the Z-axis direction of the irradiation position in laser light irradiation, and uses this detected height for laser light irradiation. At the position, the height of the imaging position in the Z-axis direction is adjusted.
本発明の結晶化装置の各態様の動作例を、図2のフローチャートを用いて説明する。 An operation example of each aspect of the crystallization apparatus of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.
基板ステージ3を基準位置に移動して(S1)、その基準位置の高さを検出し(S2)、初期位置として設定する(S3)。
The
その後、基板ステージ3を駆動して被処理基板20上の開始位置に移動し結晶化の処理位置に結像位置を位置合わせした後(S4)、基板送りを開始し(S5)、以後S6〜S9を最終位置まで繰り返すことによって被処理基板に設けられた半導体膜を結晶化する(S10)。
Thereafter, the
基板ステージ3は、X軸ステージ3a及びY軸ステージ3bを順次駆動することによって被処理基板20を移動する。基板高さ検出部4によりレーザー光の照射位置のZ軸方向の高さを検出し(S6)、演算回路7は、取得した高さ情報に基づいて駆動信号を生成し、結像光学系駆動部8に送る(S7)。結像光学系駆動部8は、この駆動信号を受けて結像光学系2dのZ軸方向の高さを制御し(S8)、レーザー光を照射する(S9)。
The
以下、この第1の態様について、図3〜図5を用いて説明する。 Hereinafter, this first aspect will be described with reference to FIGS.
図3、図4は本発明の結晶化装置の第1の態様における基板と結像光学系駆動部との関係を説明するための図であり、図5は本発明の結晶化装置の第1の態様における基板と結像光学系駆動部との関係を説明するためのタイミングチャートである。 3 and 4 are diagrams for explaining the relationship between the substrate and the imaging optical system driving unit in the first embodiment of the crystallization apparatus of the present invention, and FIG. 5 is a first diagram of the crystallization apparatus of the present invention. 6 is a timing chart for explaining the relationship between the substrate and the imaging optical system driving unit in the embodiment of FIG.
本発明の結像光学系駆動部による高さ調整の第1の態様は、レーザー光の照射において、その照射位置のZ軸方向の高さを検出し、この検出した高さを用いてそのレーザー光の照射において、結像位置のZ軸方向の高さを調整する。 The first aspect of the height adjustment by the imaging optical system drive unit of the present invention is to detect the height of the irradiation position in the Z-axis direction in the irradiation of the laser beam, and use the detected height for the laser. In light irradiation, the height of the imaging position in the Z-axis direction is adjusted.
光学系2がレーザー光を被処理基板20上に照射する各ステップにおいて、基板高さ検出部4は、そのステップにおける照射位置のZ軸方向の基板高さを検出する。結像光学系駆動部8は、その照射ステップにおいて検出した照射位置のZ軸方向の基板高さを用いて結像位置を調整する。
In each step in which the
図3は、レーザー光の照射周期において連続する照射における動作を説明するための図であり、連続するレーザー光の照射中に一照射を示している。 FIG. 3 is a diagram for explaining an operation in continuous irradiation in the laser light irradiation cycle, and shows one irradiation during continuous laser light irradiation.
図3では、被処理基板20を各レーザー光照射で結晶化される領域を模式的に示し、ここでは、被処理基板20を矢印の方向に移動させながらレーザー光を照射することによって、被処理基板20の領域A,領域B,領域C,…を順に結晶するものとする。
FIG. 3 schematically shows a region where the
図3は、領域Bにレーザー光を照射して結晶化する状態を示している。この結晶化では、レーザー光照射により領域Bを結晶化する際に、この領域Aの基板面の高さh1を検出して取得し、この高さh1を用いて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置を高さh1に調整する。
FIG. 3 shows a state in which the region B is irradiated with laser light to be crystallized. In this crystallization, when the region B is crystallized by laser light irradiation, the height h1 of the substrate surface of the region A is detected and acquired, and the imaging optical
上記高さ調整において、結像光学系駆動部8の駆動を開始してから実際の結晶位置に達するまでに、応答時間分だけ遅れ時間が生じる。図3では、高さを検出した位置を“×”印で示し、調整された実際の結像位置を“○”印で示している。結像位置の高さは、必ずしも検出高さh1と同じではなく、高さ誤差Δhが存在する可能性がある。
In the height adjustment, there is a delay time corresponding to the response time from the start of driving of the imaging optical
この高さ誤差Δhは、基板のうねりや基板ステージの平面度のばらつき等のうねりに対して十分に小さいため、結像位置を焦点深度内に位置制御することができる。 Since the height error Δh is sufficiently small with respect to the waviness such as the waviness of the substrate and the variation in flatness of the substrate stage, the imaging position can be controlled within the depth of focus.
上記高さずれの数値例について、レーザー光を100Hzで照射する場合を例にして説明する。レーザー光を100Hzで照射する場合、レーザー光は10msec間隔でステップ状に照射されるため、この10msec毎に基板高さを補正する必要がある。基板高さ検出部4が検出した基板高さに基づいて制御量を算出し、この制御量だけ結像光学系を昇降して合焦動作させる。基板ステージ3が500mm/secの移動速度で等速移動するものとすると、結像光学系駆動部であるピエゾステージの応答時間を10msecとしたとき、この応答時間に相当する5mm(=500mm/sec×10msec)だけ実際の結像位置が遅れる。
A numerical example of the height deviation will be described by taking a case where laser light is irradiated at 100 Hz as an example. When the laser beam is irradiated at 100 Hz, the laser beam is irradiated stepwise at intervals of 10 msec. Therefore, it is necessary to correct the substrate height every 10 msec. A control amount is calculated based on the substrate height detected by the substrate
被処理基板として例えば730mm×920mmの液晶基板及びこの液晶基板を支持する基板ステージを想定したとき、前記した遅れによる5mmの位置ずれはわずかであり、この距離間で生じる高さ方向の誤差は、焦点位置の深さ方向マージン(D.O.F)の範囲内であるため、実際の結像位置における高さ誤差は許容することができる。 Assuming, for example, a liquid crystal substrate of 730 mm × 920 mm and a substrate stage that supports the liquid crystal substrate as the substrate to be processed, the positional deviation of 5 mm due to the delay described above is slight, and the error in the height direction generated between these distances is Since it is within the depth direction margin (DOF) of the focal position, a height error at the actual imaging position can be tolerated.
図4は高さの検出位置と結像位置との関係を各照射時について示している。図4(a)は、初期状態を示し、初期高さh0に基づいて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置を高さh0に位置合わせする状態を示している。
FIG. 4 shows the relationship between the height detection position and the imaging position for each irradiation. FIG. 4A shows an initial state, in which the imaging optical
図4(b)では、基板高さ検出部4によって基板の高さh1を検出し、この高さ情報に基づいて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置をh1に位置合わせする。このとき、結像光学系駆動部8の応答時間Δtによって、基板の高さの検出位置(図中の“×”印)と結像位置(図中の“○”印)との間に位置ずれが生じる。この位置ずれは、応答時間Δtと基板ステージの移動速度によって求めることができる。
In FIG. 4B, the substrate
図4(c)〜図4(e)においても同様にして、各レーザー光の照射ステップにおいて、基板高さ検出位置と実際の結像位置との間に位置ずれが生じ、高さ方向の誤差の要因となる。 Similarly, in FIGS. 4C to 4E, in each laser light irradiation step, a positional deviation occurs between the substrate height detection position and the actual imaging position, and an error in the height direction occurs. It becomes a factor of.
基板高さ検出部は図5(a)のタイミングで基板高さを検出し、結像位置光学系駆動部8は、応答時間Δtの後に検出した基板高さに位置合わせが行われる(図5(b))。基板高さの位置合わせが終了した後、レーザー光を照射する(図5(c))。
The substrate height detection unit detects the substrate height at the timing of FIG. 5A, and the imaging position optical
本発明の結像光学系駆動部による高さ調整の第2の態様は、レーザー光の照射において、その照射位置のZ軸方向の高さを検出し、この検出した高さを用いて次のレーザー光の照射位置において、結像位置のZ軸方向の高さを調整する。 The second aspect of the height adjustment by the imaging optical system drive unit of the present invention is to detect the height of the irradiation position in the Z-axis direction in the irradiation of the laser beam, and use the detected height to The height of the imaging position in the Z-axis direction is adjusted at the laser light irradiation position.
光学系2がレーザー光を被処理基板20上に照射する各ステップにおいて、基板高さ検出部4は、そのステップにおける照射位置のZ軸方向の基板高さを検出する。結像光学系駆動部8は、その照射ステップにおいて検出した照射位置のZ軸方向の基板高さではなく、基板高さ検出部が一周期前に検出した基板高さを用いて結像位置を調整する。
In each step in which the
図6は、レーザー光の照射周期において連続する照射における動作を説明するための図であり、図6(a)と図6(b)は、連続するレーザー光の照射を示している。 FIG. 6 is a diagram for explaining an operation in continuous irradiation in the laser light irradiation cycle, and FIGS. 6A and 6B show continuous laser light irradiation.
図6は図3と同様に、被処理基板20を各レーザー光照射で結晶化される領域を模式的に示し、ここでは、被処理基板20を矢印の方向に移動させながらレーザー光を照射することによって、被処理基板20の領域A,領域B,領域C,…を順に結晶するものとする。
FIG. 6 schematically shows a region in which the
図6(a)は、領域Bにレーザー光を照射して結晶化する状態を示している。この結晶化では、前回のレーザー光照射時に領域Aを結晶化した際に、この領域Aの基板面の高さh1を検出して取得しておき、この高さh1を用いて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置を高さh1に調整する。
FIG. 6A shows a state where the region B is crystallized by being irradiated with laser light. In this crystallization, when the region A is crystallized at the time of the previous laser beam irradiation, the height h1 of the substrate surface of the region A is detected and acquired, and the imaging optical system is obtained using this height h1. The
図6(b)は、領域Cにレーザー光を照射して結晶化する状態を示している。この領域Cでの結晶化では、前回のレーザー光照射時に領域Bを結晶化した際に(図6(a))、検出して取得しておいた領域Bの基板面の高さh2を用いて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置を高さh2に調整する。
FIG. 6B shows a state in which the region C is crystallized by being irradiated with laser light. In the crystallization in the region C, when the region B is crystallized at the time of the previous laser beam irradiation (FIG. 6A), the height h2 of the substrate surface of the region B detected and acquired is used. Then, the imaging optical
上記高さ調整において、領域Bの高さh2は必ずしも領域Aの高さh1と同じではなく、高さ誤差Δh21(=h2−h1)が存在する可能性があり、また、領域Cにおいても同様に、領域Cの高さh3(領域Cの高さをh3とする)は必ずしも領域Bの高さh2と同じではなく、高さ誤差Δh32(=h3−h2)が存在する可能性がある。 In the above height adjustment, the height h2 of the region B is not necessarily the same as the height h1 of the region A, and there is a possibility that a height error Δh21 (= h2−h1) exists, and the same applies to the region C. In addition, the height h3 of the region C (the height of the region C is h3) is not necessarily the same as the height h2 of the region B, and there may be a height error Δh32 (= h3−h2).
この高さ誤差Δhは、基板のうねりや基板ステージの平面度のばらつき等のうねりに対して十分に小さいため、結像位置を焦点深度内に位置制御することができる。 Since the height error Δh is sufficiently small with respect to the waviness such as the waviness of the substrate and the variation in flatness of the substrate stage, the imaging position can be controlled within the depth of focus.
第2の態様の数値例は、前記第1の態様で示した数値例において各領域の移動方向の長さを5mmとしたときに相当する。 The numerical example of the second aspect corresponds to the numerical example shown in the first aspect when the length of each region in the moving direction is 5 mm.
図7は高さの検出位置と結像位置との関係を各照射時について示している。図7(a)は、初期状態を示し、初期高さh0に基づいて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置を高さh0に位置合わせする状態を示している。ここで、基板の高さh1を検出する。
FIG. 7 shows the relationship between the height detection position and the imaging position for each irradiation. FIG. 7A shows an initial state, in which the imaging optical
図7(b)では、前の周期(図7(a))において検出した基板高さh1に基づいて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置をh1に位置合わせする。このとき、結像光学系駆動部8の応答時間Δtによって、基板の高さの検出位置(図中の“×”印)と結像位置(図中の“○”印)との間に位置ずれが生じる。この位置ずれは、応答時間Δtと基板ステージの移動速度によって求めることができる。
In FIG. 7B, the imaging optical
図7(c)〜図7(e)においても同様にして、各レーザー光の照射ステップ間において、基板高さ検出位置と実際の結像位置との間に位置ずれが生じ、高さ方向の誤差の要因となる。 Similarly, in FIGS. 7C to 7E, a position shift occurs between the substrate height detection position and the actual image formation position between the laser light irradiation steps, and the height direction is changed. It becomes a factor of error.
基板高さ検出部は図7(a)のタイミングで基板高さを検出し、結像位置光学系駆動部8は、応答時間Δtの後に検出した基板高さに位置合わせされる(図7(b))。基板高さの位置合わせが終了した後、レーザー光を照射する(図7(c))。
The substrate height detection unit detects the substrate height at the timing of FIG. 7A, and the imaging position optical
基板高さ検出部は図8(a)のタイミングで基板高さを検出し、結像位置光学系駆動部8は、次に周期で基板高さに位置合わせする(図8(b))。基板高さの位置合わせが終了した後、レーザー光を照射する(図8(c))。
The substrate height detection unit detects the substrate height at the timing shown in FIG. 8A, and the imaging position optical
また、演算回路は、図8(a)〜図8(c)に示したように、前回の照射ステップで求めた高さを制御高さとして照射ステップの高さを調整する他、前回及び前々回の照射ステップで求めた高さを用いて外挿によって制御高さを推定し、この外挿値を用いて照射ステップの高さを調整してもよい。 In addition, as shown in FIGS. 8A to 8C, the arithmetic circuit adjusts the height of the irradiation step using the height obtained in the previous irradiation step as a control height, and the previous and previous times. The control height may be estimated by extrapolation using the height obtained in the irradiation step, and the height of the irradiation step may be adjusted using this extrapolated value.
図8(d)〜図8(e)は、前回及び前々回の照射ステップで求めた高さを用いて、制御高さを外挿する場合を示している。 FIG.8 (d)-FIG.8 (e) have shown the case where control height is extrapolated using the height calculated | required by the last and last irradiation step.
例えば、時刻t3における基板高さの調整は、前回の照射ステップ(時刻t2)で検出した高さh2と前前回の照射ステップ(時刻t1)で検出した高さh1と用いて外挿によって制御高さ(2h2−h1)を求める。 For example, the adjustment of the substrate height at time t3 is controlled by extrapolation using the height h2 detected at the previous irradiation step (time t2) and the height h1 detected at the previous irradiation step (time t1). (2h2-h1) is obtained.
本発明の結像光学系駆動部による高さ調整の第3の態様は、その照射位置より一周期先の次の照射位置のZ軸方向の高さを検出し、この検出した高さを用いてレーザー光の次の照射位置において、結像位置のZ軸方向の高さを調整する。 In the third aspect of height adjustment by the imaging optical system drive unit of the present invention, the height in the Z-axis direction of the next irradiation position one cycle ahead of the irradiation position is detected, and this detected height is used. Then, the height of the imaging position in the Z-axis direction is adjusted at the next irradiation position of the laser beam.
光学系2がレーザー光を被処理基板20上に照射する各ステップにおいて、基板高さ検出部4は、その照射位置より一周期先の次の照射位置のZ軸方向の高さを検出する。基板高さ検出部4は、結像光学系2dが結像する位置よりも、基板と反対方向に一周期分先の位置に配置することで、照射位置より一周期先の次の照射位置のZ軸方向の高さを検出することができる。
In each step in which the
結像光学系駆動部8は、その照射ステップにおいて検出した照射位置のZ軸方向の基板高さではなく、基板高さ検出部が一周期先の次の照射位置の基板高さを用いて結像位置を調整する。
The imaging optical
図9は、レーザー光の照射周期において連続する照射における動作を説明するための図であり、図9(a)〜図9(c)は、連続するレーザー光の照射を示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining an operation in continuous irradiation in the laser light irradiation cycle, and FIGS. 9A to 9C show continuous laser light irradiation.
図9は図3及び図6と同様に、被処理基板20を各レーザー光照射で結晶化される領域を模式的に示し、ここでは、被処理基板20を矢印の方向に移動させながらレーザー光を照射することによって、被処理基板20の領域A,領域B,領域C,…を順に結晶するものとする。
FIG. 9 schematically shows a region where the
図9(b)は、領域Bにレーザー光を照射して結晶化する状態を示している。この結晶化では、予め領域Aの基板面の高さH1を検出して取得しておき(図9(a))、この高さH1を用いて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置を高さh1に調整する。
FIG. 9B shows a state in which the region B is crystallized by being irradiated with laser light. In this crystallization, the height H1 of the substrate surface in the region A is detected and acquired in advance (FIG. 9A), and the imaging optical
図9(c)は、領域Cにレーザー光を照射して結晶化する状態を示している。この領域Cでの結晶化では、前回のレーザー光照射時に領域Bを結晶化した際に(図9(b))、検出して取得しておいた領域Cの基板面の高さH2を用いて結像光学系駆動部8を駆動して、結像位置を高さH2に調整する。
FIG. 9C shows a state where the region C is crystallized by being irradiated with laser light. In the crystallization in the region C, the height H2 of the substrate surface of the region C that has been detected and acquired when the region B was crystallized at the time of the previous laser light irradiation (FIG. 9B) is used. Then, the imaging optical
上記高さ調整においては、領域Bの高さH2は、前周期でその領域Bの高さH2を求めているため、高さ誤差は存在しない。 In the height adjustment, the height H2 of the region B is obtained in the previous period, and therefore there is no height error.
基板高さ検出部は図10(a)〜図10(e)の各タイミングにおいて、前回の周期で検出した高さに基づいて高さ制御を行う。この高さ検出を行う位置と、高さ制御を行う位置は一致するため、結像光学系駆動部の応答時間による遅れで生じる高さずれを除くことができる。 The substrate height detection unit performs height control based on the height detected in the previous cycle at each timing of FIGS. 10 (a) to 10 (e). Since the position where the height is detected coincides with the position where the height is controlled, a height shift caused by a delay due to the response time of the imaging optical system driving unit can be eliminated.
基板高さ検出部は図11(a)のタイミングで基板高さを検出し、結像位置光学系駆動部8は、次に周期で同じ位置について基板高さに位置合わせする(図11(b))。基板高さの位置合わせが終了した後、レーザー光を照射する(図11(c))。
The substrate height detection unit detects the substrate height at the timing shown in FIG. 11A, and the imaging position optical
なお、上記では、レーザー光照射をステップ状に行うとして説明しているが、このレーザー光照射は、基板の移動を断続させて行うステップ&リピート照射ではなく、基板を連続的に移動させる連続送りにおいて、所定領域をステップ状にレーザー光を照射するものである。
In the above description, the laser light irradiation is described as being performed in steps, but this laser light irradiation is not a step-and-repeat irradiation performed by intermittently moving the substrate, but a continuous feed that continuously moves the substrate. In
本発明によれば、PMELA結晶化技術により形成される数μmサイズの擬似結晶粒の品質を基板全領域で維持することが可能となり、結晶粒の上にトランジスタを形成することで、ばらつきの少ない高性能な回路あるいは結晶表示デバイスの形成が期待できる。 According to the present invention, it becomes possible to maintain the quality of pseudo crystal grains having a size of several μm formed by the PMELA crystallization technique in the entire region of the substrate, and by forming transistors on the crystal grains, there is little variation. The formation of high-performance circuits or crystal display devices can be expected.
本発明の振動制御は、結晶化装置に限らず、基板を高速・高精度に位置決めすることが求められる装置に適用することができ、半導体基板に所定に処理を施す半導体処理装置や、処理済みの半導体基板を測定する半導体基板測定装置にも適用することができる。 The vibration control of the present invention can be applied not only to a crystallization apparatus but also to an apparatus that is required to position a substrate at high speed and high accuracy. The present invention can also be applied to a semiconductor substrate measuring apparatus that measures the semiconductor substrate.
1…結晶化装置、2…光学系、2a…エキシマレーザー、2b…照明光学系、2c…光変調素子、2d…結像光学系、3…基板ステージ、3a…X軸ステージ、3b…Y軸ステージ、4…基板高さ検出、4a…光源、4b…検出器、5…定盤、6…除振装置、7…演算回路、8…結像光学系駆動部、20…被処理基板。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
基板を支持する基板ステージとを備え、
基板に設けられた薄膜を変調光により溶融して結晶化させる結晶化装置において、
前記結像光学系のZ軸方向位置を調整する結晶光学系駆動部を備え、
当該結晶光学系駆動部は、結像光学系のZ軸方向位置を調整することによって、当該結像光学系が結像する変調光の結像位置を調整することを特徴とする結晶化装置。 An illumination optical system that irradiates laser light; a light modulation element that modulates the laser light into a light beam having a predetermined light intensity distribution; and an imaging optical system that forms an image of the modulation light of the light modulation element on a substrate Optical system,
A substrate stage for supporting the substrate,
In a crystallization apparatus for melting and crystallizing a thin film provided on a substrate with modulated light,
A crystal optical system driving unit that adjusts the Z-axis direction position of the imaging optical system;
The crystallization apparatus characterized in that the crystal optical system drive unit adjusts the imaging position of the modulated light imaged by the imaging optical system by adjusting the position of the imaging optical system in the Z-axis direction.
前記結晶光学系駆動部は、前記基板高さ検出部で検出した基板高さに基づいて結像光学系のZ軸方向位置を調整することを特徴とする、請求項1に記載の結晶化装置。 A substrate height detector for detecting the height of the substrate in the Z-axis direction;
2. The crystallization apparatus according to claim 1, wherein the crystal optical system driving unit adjusts a Z-axis direction position of the imaging optical system based on the substrate height detected by the substrate height detection unit. .
前記基板高さ検出部は、レーザー光が基板上に照射された照射位置のZ軸方向の基板高さを検出し、
前記結晶光学系駆動部は、前記基板高さ検出部が一周期前に検出した基板高さを用いて結像位置を調整することを特徴とする、請求項2に記載の結晶化装置。 The crystal optical system drive unit is step-driven at the same periodic interval as the laser light irradiation,
The substrate height detection unit detects the substrate height in the Z-axis direction of the irradiation position where the laser beam is irradiated on the substrate,
3. The crystallization apparatus according to claim 2, wherein the crystal optical system driving unit adjusts an imaging position using the substrate height detected by the substrate height detection unit one cycle ago.
前記基板高さ検出部は、レーザー光が基板上に照射される照射位置より一周期先の照射位置のZ軸方向の基板高さを検出し、
前記結晶光学系駆動部は、前記基板高さ検出部が一周期前に検出した基板高さを用いて結像位置を調整することを特徴とする、請求項2に記載の結晶化装置。 The crystal optical system drive unit is step-driven at the same periodic interval as the laser light irradiation,
The substrate height detection unit detects the substrate height in the Z-axis direction of the irradiation position one cycle ahead of the irradiation position where the laser beam is irradiated on the substrate,
3. The crystallization apparatus according to claim 2, wherein the crystal optical system driving unit adjusts an imaging position using the substrate height detected by the substrate height detection unit one cycle ago.
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