JP2007311479A - Laser annealing device and its method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method.
低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(ＬＴＰＳ ＴＦＴ)を用いた有機ＥＬディスプレイ(ＯＬＥＤ)や液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)は、高精細、高画質なフラットパネルディスプレイとして注目されている。このＬＴＰＳ ＴＦＴの製造工程では、レーザー光源より発生されるレーザービームをライン状ビームに成形し、ガラス基板上の非晶質シリコン膜(以下、ａ−Ｓｉ膜とも称す)に対して成形したライン状レーザービームを走査しながらアニールすることにより、ａ−Ｓｉ膜を結晶化させて多結晶シリコン膜を形成するレーザーアニール工程が重要である。 Organic EL displays (OLEDs) and liquid crystal displays (LCDs) using low-temperature polysilicon thin film transistors (LTPS TFTs) are attracting attention as high-definition and high-quality flat panel displays. In the manufacturing process of this LTPS TFT, a laser beam generated from a laser light source is formed into a line beam, and the line shape is formed on an amorphous silicon film (hereinafter also referred to as a-Si film) on a glass substrate. A laser annealing step of crystallizing the a-Si film to form a polycrystalline silicon film by annealing while scanning with a laser beam is important.
ところで、このライン状ビームをその長手方向に対し垂直に走査した場合、多結晶シリコン膜上に、レーザービーム自体のコヒーレント性に起因する走査方向に沿った縞状の照射痕、即ち干渉縞が生じることがある。この照射痕は、ディスプレイ等の表示ムラの原因となり、画質劣化を招くこととなる。特に、パフォーマンスがよい固体グリーンレーザーは、コヒーレント性が高いため縞状の照射痕が生じやすい。そこで、平行四辺形状のシリンドリカルレンズ群と、他のシリンドリカルレンズとから構成されたビームホモジェナイザーを備えたレーザー照射装置を用いて、強弱のピークが重なって干渉縞を形成することを抑制して照射痕を低減することが知られている（例えば、特許文献１参照）
しかしながら、上記のような平行四辺形のシリンドリカルレンズを光学系に配置する場合には、各レーザービームのビーム品質（コヒーレント性）が異なるので、各品質にあわせてシリンドリカルレンズ、導波路及び位相差板の形状を変えなければならず、煩雑で汎用性が低いという問題がある。 However, when the parallelogram cylindrical lens as described above is arranged in the optical system, the beam quality (coherence) of each laser beam is different, so that the cylindrical lens, the waveguide and the retardation plate are adapted to each quality. The shape must be changed, and there is a problem that it is complicated and low in versatility.
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、多結晶シリコン膜上に形成された縞状の照射痕を低減でき、また、装置構成が簡単で、かつ汎用性が高いレーザーアニール装置及びその方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to reduce striped irradiation marks formed on the polycrystalline silicon film, and the apparatus configuration is simple and versatile. Is to provide a laser annealing apparatus and method thereof.
本発明のレーザーアニール装置は、レーザー発振器と、生成されたレーザービームの光路内に設けられ、レーザービームを所定のプロフィールに成形するビーム成形手段と、成形されたレーザービームの被照射位置にてレーザーアニールの対象物を支持する載置台を備えた処理室とを有するレーザーアニール装置において、前記レーザービームの光路内にレーザービームを分割して、その高調波成分を除去する複屈折結晶を備えたことを特徴とする。 The laser annealing apparatus of the present invention is provided with a laser oscillator, a beam forming means for forming a laser beam into a predetermined profile provided in an optical path of a generated laser beam, and a laser at an irradiated position of the formed laser beam. In a laser annealing apparatus having a processing chamber equipped with a mounting table that supports an object to be annealed, a birefringent crystal that divides the laser beam in the optical path of the laser beam and removes its harmonic components is provided. It is characterized by.
前記複屈折結晶が空間的な光学ローパスフィルターとして機能することにより、レーザービームの高調波成分を除去して、レーザービームのコヒーレント性に起因する縞状の照射痕を低減することができる。又、レーザービームが複屈折結晶に入射されて分割して得られた各ビームレットは、それぞれ異なる偏光パターンとなるので、互いに干渉しにくいため、より照射痕を低減することが可能となる。 When the birefringent crystal functions as a spatial optical low-pass filter, it is possible to remove the harmonic component of the laser beam and reduce the striped irradiation trace caused by the coherency of the laser beam. In addition, each beamlet obtained by splitting the laser beam incident on the birefringent crystal has a different polarization pattern, so that it is difficult to interfere with each other, so that it is possible to further reduce irradiation marks.
この場合、前記複屈折結晶が、２軸性水晶結晶又はＬi２Ｂ４Ｏ７結晶であることが好ましい。なお、Ｌｉはリチウムを示し、Ｂはボロンを示す。 In this case, the birefringent crystal is preferably a biaxial quartz crystal or a Li 2 B 4 O 7 crystal. Li represents lithium and B represents boron.
また、前記複屈折結晶を、前記レーザービームの光路内に２以上配置することが好ましい。形成される照射痕の間隔が複屈折結晶によって分割されたビームレットの間隔より広い場合、複屈折結晶を複数配置することで、レーザービームの分割本数を増やして照射痕の間隔に一致するようにし、縞状の照射痕を緩和することができるからである。 Further, it is preferable that two or more birefringent crystals are arranged in the optical path of the laser beam. If the distance between the formed irradiation marks is wider than the distance between the beamlets divided by the birefringent crystals, multiple birefringent crystals are arranged to increase the number of divided laser beams to match the distance between the irradiation marks. This is because the striped irradiation traces can be relaxed.
前記複屈折結晶を、前記レーザービームの光路内の該レーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。このように平行光である位置に配置することで、収差が生じにくくなる。
また、前記レーザービームの光路内に位相差板を設けることが好ましい。位相差板を設けることで、ビームレット間での干渉を抑制することが可能となる。
The birefringent crystal is preferably disposed at a position in the optical path of the laser beam where the laser beam is parallel light. In this way, by arranging at a position where the light is parallel light, it becomes difficult to cause aberration.
Moreover, it is preferable to provide a phase difference plate in the optical path of the laser beam. By providing the phase difference plate, it is possible to suppress interference between the beamlets.
本発明のレーザーアニール方法は、レーザー発振器で生成したレーザービームをビーム成形手段によって所定のプロフィールに成形し、成形されたレーザービームをレーザーアニールの対象物に照射して対象物をアニールするレーザーアニール方法において、そのレーザービームの光路内に配置された複屈折結晶でレーザービームを分割して高調波成分を除去し、この高調波成分が除去されたレーザービームを対象物に照射することを特徴とする。光学的ローパスフィルターとなる複屈折結晶によりレーザービームの高調波成分を除去できるので、簡易に照射痕を緩和することが可能である。この場合、前記複屈折結晶が、２軸性水晶結晶又はＬi２Ｂ４Ｏ７結晶であることが好ましい。また、前記レーザーアニールの対象物が、アモルファスシリコン膜であることが好ましい。 The laser annealing method of the present invention is a laser annealing method in which a laser beam generated by a laser oscillator is shaped into a predetermined profile by beam shaping means, and the object to be annealed is irradiated with the shaped laser beam on the object to be laser annealed. The laser beam is divided by a birefringent crystal disposed in the optical path of the laser beam to remove harmonic components, and the target is irradiated with the laser beam from which the harmonic components have been removed. . Since the harmonic component of the laser beam can be removed by the birefringent crystal serving as an optical low-pass filter, it is possible to easily reduce the irradiation trace. In this case, the birefringent crystal is preferably a biaxial quartz crystal or a Li 2 B 4 O 7 crystal. Further, it is preferable that the laser annealing target is an amorphous silicon film.
本発明のレーザーアニール装置及びその方法によれば、コヒーレント性の高いレーザービームを照射しても、アニール処理した対象物（例えば、多結晶シリコン膜）上に縞状の照射痕（干渉縞）が生じないので、表示ムラのない高品質のディスプレイを作製することが可能であるという優れた効果を奏する。また、配置する複屈折結晶の数を任意に設計することができるために、レーザービーム品質の変化などにも簡単に対応することが可能であるという優れた効果を奏する。 According to the laser annealing apparatus and method of the present invention, even when a highly coherent laser beam is irradiated, striped irradiation marks (interference fringes) are formed on the annealed object (for example, a polycrystalline silicon film). Since it does not occur, there is an excellent effect that a high-quality display without display unevenness can be produced. Further, since the number of birefringent crystals to be arranged can be arbitrarily designed, there is an excellent effect that it is possible to easily cope with a change in the quality of the laser beam.
本発明のレーザーアニール装置は、レーザービームを生成するレーザー発振器と、生成されたレーザービームの光路内に設けられ、レーザービームを所定のプロフィールに成形するビーム成形手段と、成形されたレーザービームの被照射位置にてレーザーアニールの対象物を支持する載置台を備えた処理室とを有するレーザーアニール装置において、前記レーザービームの光路内にレーザービームを分割してその高調波成分を除去する複屈折結晶を備えたことを特徴とする。これは、レーザービーム照射による照射痕の原因はレーザービームの高調波成分による干渉であることに鑑み、ローパスフィルターとしての複屈折結晶によって、レーザービームを２つに分割してその高調波成分を除去することで、レーザービームの干渉を抑制できるようにしたものである。 The laser annealing apparatus of the present invention includes a laser oscillator that generates a laser beam, a beam forming unit that is provided in an optical path of the generated laser beam, and shapes the laser beam into a predetermined profile, and a target of the formed laser beam. A birefringent crystal that divides a laser beam into an optical path of the laser beam and removes its harmonic components in a laser annealing apparatus having a processing chamber equipped with a mounting table that supports an object of laser annealing at an irradiation position It is provided with. Considering that the cause of the irradiation mark caused by laser beam irradiation is interference due to the harmonic component of the laser beam, the birefringent crystal as a low-pass filter divides the laser beam into two and removes the harmonic component. By doing so, interference of the laser beam can be suppressed.
初めに、この複屈折結晶について図１を用いて説明する。複屈折結晶Ａに入射した平行なレーザービームは、２つのビームレット、即ち、そのまま直進する常光線と、図１中の矢印で示した結晶軸方向に沿って進む異常光線とに分割される。この常光線と異常光線との間のビームレット間隔Ｓによって照射痕の現れる間隔（以下、照射痕間隔とも称す）を埋めることができるような複屈折結晶を選択すれば、照射痕の原因となる高調波成分が除去される。この場合に、照射痕間隔は、複屈折結晶を用いずにレーザーアニールされた多結晶膜上に発生した照射痕間隔から決定することができる。 First, the birefringent crystal will be described with reference to FIG. The parallel laser beam incident on the birefringent crystal A is divided into two beamlets, that is, an ordinary ray that goes straight as it is, and an extraordinary ray that travels along the crystal axis direction indicated by the arrow in FIG. If a birefringent crystal that can fill the interval (hereinafter also referred to as the irradiation mark interval) where the irradiation mark appears by the beamlet interval S between the ordinary ray and the extraordinary ray is selected, it causes the irradiation mark. Harmonic components are removed. In this case, the irradiation mark interval can be determined from the irradiation mark interval generated on the polycrystalline film annealed without using the birefringent crystal.
また、このビームレット間隔Ｓは、複屈折結晶の材料固有の屈折率と複屈折結晶の厚みとの関係で変更可能である。例えば、複屈折結晶の厚みを大きくすれば、ビームレット間隔Ｓも大きくなり、材料固有の屈折率、即ち光学軸の傾きが大きければ、同じ厚みでもビームレット間隔Ｓが大きくなる。さらに、このように１つのレーザービームを２つに分割することで、レーザービームの高調波成分を除去できるだけでなく、各ビームレットは互いに独立した偏光パターンとなり、近傍に存在するビームレット群とは相互に干渉しにくくなるため、干渉縞を低減することが可能である。 The beamlet interval S can be changed depending on the relationship between the refractive index inherent to the material of the birefringent crystal and the thickness of the birefringent crystal. For example, if the thickness of the birefringent crystal is increased, the beamlet interval S is also increased. If the refractive index inherent to the material, that is, the inclination of the optical axis is large, the beamlet interval S is increased even with the same thickness. Furthermore, by dividing one laser beam into two in this way, not only can the harmonic components of the laser beam be removed, but each beamlet has a polarization pattern independent of each other. Since it becomes difficult to interfere with each other, interference fringes can be reduced.
このような複屈折結晶としては、２軸性水晶結晶や、Ｌi２Ｂ４Ｏ７結晶、ＬiＢ３Ｏ５結晶などが上げられる。入手のしやすさ、加工性、耐水性の観点からは２軸性水晶結晶を用いることが好ましく、分割幅を大きくしたい場合には、Ｌi２Ｂ４Ｏ７結晶、ＬiＢ３Ｏ５結晶を用いることが好ましい。 Examples of such birefringent crystals include biaxial quartz crystals, Li 2 B 4 O 7 crystals, LiB 3 O 5 crystals, and the like. From the viewpoints of availability, workability, and water resistance, it is preferable to use a biaxial crystal crystal. When it is desired to increase the division width, a Li 2 B 4 O 7 crystal or a LiB 3 O 5 crystal is used. It is preferable.
照射痕間隔がビームレット間隔Ｓに比べて大きい場合には、複屈折結晶を光路中に２以上配置して、各複屈折結晶でレーザービームを２つずつ分割して、全体としてビームレット間隔を広くして、照射痕間隔を埋めればよい。 When the irradiation mark interval is larger than the beamlet interval S, two or more birefringent crystals are arranged in the optical path, and the laser beam is divided into two by each birefringent crystal, so that the beamlet interval is set as a whole. What is necessary is just to widen and fill the space | interval of irradiation marks.
上記のような複屈折結晶は、入手が容易で、かつ、加工性もよいため、このような除去手段を有する光学系を作製することは非常に簡易である。また、この除去手段としての複屈折結晶を何枚用いるかで、ビーム調整による照射痕間隔の変更にも容易に対応することができる。また、複屈折結晶を光路中に２以上配置すれば、１つ配置した場合に比べて干渉をより低減させることが可能である。また、ビーム品質に合わせて容易に調整が出来るという利点を有する。 Since the birefringent crystal as described above is easily available and has good workability, it is very easy to produce an optical system having such a removing means. Further, the number of the birefringent crystals as the removing means can be used to easily cope with the change of the irradiation mark interval by beam adjustment. If two or more birefringent crystals are arranged in the optical path, interference can be further reduced as compared with the case where one birefringent crystal is arranged. Further, it has an advantage that it can be easily adjusted according to the beam quality.
以下、上記の複屈折結晶を備えた本発明のレーザーアニール装置を、図２を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, the laser annealing apparatus of the present invention provided with the above birefringent crystal will be described in detail with reference to FIG.
図２は、本発明のレーザーアニール装置の光学部品の配置とレーザービームの光路とを模式的に示したものであり、（ａ）はレーザービームの集光方向（成形されたライン状レーザービームの短手方向を示す、これをｘ軸方向とする）の模式図であり、（ｂ）はレーザービームの均一化方向（成形されたライン状レーザービームの長手方向を示す、これをｙ軸方向とする）の模式図であり、後述する（ｃ）は均一化方向の一部拡大図である。 FIG. 2 schematically shows the arrangement of optical components of the laser annealing apparatus of the present invention and the optical path of the laser beam. FIG. 2A shows the condensing direction of the laser beam (the shape of the formed line-shaped laser beam). It is a schematic diagram showing the short direction, which is the x-axis direction, and (b) shows the laser beam homogenization direction (the longitudinal direction of the shaped line-shaped laser beam, which is the y-axis direction) (C) is a partially enlarged view in the uniformizing direction.
図２によれば、１は、レーザー発振器であり、このレーザー発振器から発振されたレーザービームは、初めに、光軸補正ミラー２に入射して、レーザービームの光軸が補正される。これは、レーザー発振器からのビームを光学光路内に導くためのものである。 According to FIG. 2, reference numeral 1 denotes a laser oscillator. A laser beam oscillated from the laser oscillator first enters the optical axis correction mirror 2 to correct the optical axis of the laser beam. This is for guiding the beam from the laser oscillator into the optical optical path.
この場合、レーザー発振器１としては、固体グリーンレーザー等を用いることができる。また、このレーザー発振器から発せられたレーザービームは、ランダム偏光したものであることが好ましい。ランダム偏光であれば、複屈折結晶に入射し、その後複屈折結晶から射出されたビームレットは互いに非常に短い時間しか干渉しない異なる楕円偏光パターンになるので、干渉縞を緩和させることができるからである。 In this case, a solid green laser or the like can be used as the laser oscillator 1. The laser beam emitted from the laser oscillator is preferably randomly polarized. In the case of random polarization, since the beamlets incident on the birefringent crystal and then emitted from the birefringent crystal have different elliptical polarization patterns that interfere with each other for a very short time, interference fringes can be relaxed. is there.
次いで、レーザービームのエネルギーを減衰させるために、レーザービームは減衰器３に入射され、例えば、エネルギーが０％〜５０％程度減衰される。その後、レーザービームはレーザービームの高調波部分を除去するための複屈折結晶４に入射される。複屈折結晶４に入射したレーザービームは図１のように異常光線と常光線とに分割される（図２中には図示していない）。これによって、高調波成分を除去してレーザービームの干渉を低減させることができる。 Next, in order to attenuate the energy of the laser beam, the laser beam is incident on the attenuator 3, and the energy is attenuated by about 0% to 50%, for example. Thereafter, the laser beam is incident on the birefringent crystal 4 for removing the harmonic part of the laser beam. The laser beam incident on the birefringent crystal 4 is divided into an extraordinary ray and an ordinary ray as shown in FIG. 1 (not shown in FIG. 2). Thereby, the harmonic component can be removed and the interference of the laser beam can be reduced.
複屈折結晶４から射出されたレーザービームは、後述する拡大レンズ８に入射する前に、初期直径を与える必要があり、そのために、第１の拡大レンズ５及びコリメートレンズ６に順次入射され、第１の拡大レンズ５で、レーザービームの直径が拡大され、コリメートレンズ６で平行光に整えられる。次いで、レーザービームは光軸補正ミラー７に入射されて光軸が補正される。 The laser beam emitted from the birefringent crystal 4 needs to be given an initial diameter before entering a later-described magnifying lens 8, and for this purpose, the laser beam is sequentially incident on the first magnifying lens 5 and the collimating lens 6. The diameter of the laser beam is enlarged by the one magnifying lens 5, and the collimating lens 6 adjusts it to parallel light. Next, the laser beam is incident on the optical axis correction mirror 7 to correct the optical axis.
続いて、以下に述べるように、このレーザービームを所望のプロフィールに成形する。 Subsequently, the laser beam is shaped into the desired profile as described below.
初めに、光軸補正ミラー７を通過したレーザービームは、拡大レンズ８を通って、集光方向にも均一化方向にもその直径が拡大される。例えば、拡大レンズ８に入射されたレーザービームは、集光方向においても均一化方向においても直径が１２ｍｍ程度であったものが、集光方向については直径８０ｍｍ程度に、均一化方向については直径３０ｍｍ程度に拡大され、楕円状に成形される。次いで、この楕円状のレーザービームは、ｙ方向のみ平行光とするｙコリメートレンズ９に入射し、集光方向については直径を拡大し、均一化方向に対しては平行光となる。 First, the diameter of the laser beam that has passed through the optical axis correction mirror 7 passes through the magnifying lens 8 and is expanded in the condensing direction and the uniformizing direction. For example, the laser beam incident on the magnifying lens 8 has a diameter of about 12 mm in both the condensing direction and the homogenizing direction, but is about 80 mm in diameter in the condensing direction and 30 mm in diameter in the homogenizing direction. Enlarged to a degree and shaped into an ellipse. Next, this elliptical laser beam is incident on the y collimating lens 9 which is parallel light only in the y direction, and the diameter is enlarged in the condensing direction and becomes parallel light in the uniforming direction.
その後、レーザービームはｘ方向のみ平行光とするｘコリメートレンズ１０に入射され、集光方向に対しては平行光となり、均一化方向に対してはｘコリメートレンズ１０入射時と同一の平行光の状態で射出される。次いで、レーザービームはｙ方向のみ集光するｙ集光レンズ１１に入射される。均一化方向については、後述する導波路１２内で多重反射させるために、レーザービームがｙ集光レンズ１１の先にある導波路１２より前で集束し、その後発散するようにｙ集光レンズ１１を構成する。集光方向については平行光のままで射出される。 Thereafter, the laser beam is incident on the x collimator lens 10 which is parallel light only in the x direction, becomes parallel light in the condensing direction, and the same collimated light as in the incidence of the x collimator lens 10 in the uniforming direction. It is injected in the state. Next, the laser beam is incident on the y condenser lens 11 that collects light only in the y direction. Regarding the uniforming direction, in order to make multiple reflections in a waveguide 12 to be described later, the y condensing lens 11 is focused so that the laser beam converges before the waveguide 12 ahead of the y condensing lens 11 and then diverges. Configure. About the condensing direction, it is inject | emitted as parallel light.
次いで、レーザービームは導波路１２に入射される。この導波路１２内でレーザービームは多重反射されてビームが複数本のレーザービーム（ビームレット）に分割されるので、レーザービームのコヒーレント性を低減することができる（図２（ａ）（ｂ）では各ビームレットを図示せず）。導波路１２に入射される前で均一化方向のみ集光レンズによって集束されていたことから、導波路１２から射出した複数のレーザービームは、均一化方向でのみ広がり、集光方向に対しては平行光の状態を保つ。これらの複数のビームレットは、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４に入射され、集光方向に対しては平行光の状態で射出される。均一化方向でのレーザービーム（ビームレット）の振る舞いについて、導波路１２〜第３のｙ転写レンズ１６間の拡大図（図２（ｃ））を用いて説明する。なお、図２（ｃ）では説明のため全てのビームレットについては図示していないが、図２（ｃ）中、Ｌはビームレットの光路である。 The laser beam is then incident on the waveguide 12. Since the laser beam is multiple-reflected in the waveguide 12 and the beam is divided into a plurality of laser beams (beamlets), the coherency of the laser beam can be reduced (FIGS. 2A and 2B). (Each beamlet is not shown). Since the light is focused by the condensing lens only in the uniformizing direction before entering the waveguide 12, the plurality of laser beams emitted from the waveguide 12 spread only in the uniforming direction, Keep parallel light. The plurality of beamlets are incident on the first y transfer lens 13 and the second y transfer lens 14, and are emitted in the state of parallel light with respect to the condensing direction. The behavior of the laser beam (beamlet) in the uniforming direction will be described with reference to an enlarged view (FIG. 2C) between the waveguide 12 and the third y transfer lens 16. In FIG. 2C, all the beamlets are not shown for explanation, but in FIG. 2C, L is an optical path of the beamlet.
導波路１２から射出したビームレットは、導波路１２から射出すると広がりながら直進し、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４とに順次入射され、屈折して、二つのビームレット群に分かれる。図２（ｃ）中、上部のビームレット群をビームレット群Ｌｘとし、下部のビームレット群をビームレット群Ｌｙとする。これらの２つのビームレット群のうち、一方に光学的遅延を与えれば、各ビームレットはより干渉しにくくなる。そこで、一方に位相差板１５を配置して（図中では例としてＬｙ側に配置した）、位相差を与えて干渉を緩和させている。これにより、ビームレット群Ｌｙはビームレット群Ｌｘより位相差板分だけ時間的差分が与えられた状態となる。 When exiting from the waveguide 12, the beamlet emitted from the waveguide 12 travels straight and spreads straight, enters the first y transfer lens 13 and the second y transfer lens 14 in sequence, refracts, and then enters two beamlets. Divide into groups. In FIG. 2C, an upper beamlet group is a beamlet group Lx, and a lower beamlet group is a beamlet group Ly. If an optical delay is given to one of these two beamlet groups, each beamlet is less likely to interfere. Therefore, a phase difference plate 15 is disposed on one side (arranged on the Ly side as an example in the drawing), and a phase difference is given to reduce interference. As a result, the beamlet group Ly is in a state in which a time difference is given by the amount of the phase difference plate from the beamlet group Lx.
その後、一方のビームレット群に位相差が与えられた状態で、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、レーザービームは第１及び第２のｙ転写レンズ１３、１４とは異なる向きに配置された第３のｙ転写レンズ１６及びｘ方向のみ集光するｘ集光レンズ１７に入射することによって、集光方向に対しては集光され、また、均一化方向に対しては、レーザービームはｙ転写レンズ１６により収差を補正されつつ拡大される。このようにして、レーザービームはライン状の所望のプロフィール（長手：＞１００ｍｍ、短手：＜５０μｍ）になるように成形され、入射窓１８を通ってチャンバー（図示せず）内の載置台（図示せず）に載置されたａ−Ｓｉ膜１９上に照射され、アニールして多結晶シリコン膜を形成する。この所望のプロフィールは、アニール対象物に応じて適宜決定することができる。アニール対象物としては、例えば、ａ−Ｓｉ膜（アニールにより多結晶シリコン膜を形成する）や、Ｓｉ基板（アニールによりＳｉ基板の添加物を活性化する）のなどがあげられる。 Thereafter, the laser beam is different from the first and second y transfer lenses 13 and 14 as shown in FIGS. 2A and 2B with a phase difference applied to one of the beamlet groups. By entering the third y transfer lens 16 arranged in the direction and the x condensing lens 17 that condenses only in the x direction, the light is condensed in the condensing direction and in the uniforming direction. The laser beam is expanded while the aberration is corrected by the y transfer lens 16. In this way, the laser beam is shaped to have a desired linear profile (longitudinal:> 100 mm, short: <50 μm), passes through the entrance window 18 and is placed on a mounting table (not shown) in a chamber (not shown). A polycrystalline silicon film is formed by irradiating and annealing on the a-Si film 19 placed on the substrate (not shown). This desired profile can be appropriately determined according to the object to be annealed. Examples of the annealing target include an a-Si film (a polycrystalline silicon film is formed by annealing), a Si substrate (an additive of the Si substrate is activated by annealing), and the like.
ａ−Ｓｉ膜としては、ＣＶＤ法により形成された膜厚３００Å〜１０００Åのものである。 The a-Si film has a film thickness of 300 to 1000 mm formed by a CVD method.
本発明のレーザーアニール装置を用いてこのようなａ−Ｓｉ膜をアニールする場合、例えば、ガラス基板上にＣＶＤ法によりＳｉＮ、ＳｉＯ、ａ−Ｓｉを、順次厚さ１００Å、３０００Å、５００Åで成膜したものをアニール装置に載置し、脱水素アニール工程を３５０〜５００℃で５〜１５分間行った後に、レーザー出力３００〜７００ｍＪ／ｃｍ２で、真空チャンバー内を、雰囲気：窒素雰囲気などの不活性ガス雰囲気、圧力：３０〜５００Ｐａ、温度：常温状態の条件に設定しレーザーアニールを行う。この場合、基板表面でのアニール温度は、６００〜１８００℃である。 When such an a-Si film is annealed using the laser annealing apparatus of the present invention, for example, SiN, SiO, and a-Si are sequentially formed on a glass substrate by a CVD method at a thickness of 100 mm, 3000 mm, and 500 mm. After performing the dehydrogenation annealing process at 350 to 500 ° C. for 5 to 15 minutes, the inside of the vacuum chamber at a laser output of 300 to 700 mJ / cm 2 and the atmosphere: nitrogen atmosphere or the like Laser annealing is performed under conditions of an active gas atmosphere, a pressure of 30 to 500 Pa, and a temperature of room temperature. In this case, the annealing temperature on the substrate surface is 600 to 1800 ° C.
本実施の形態においては、複屈折結晶４を減衰器３とコリメートレン５ズとの間に配置したが、光路中であればどこに配置してもよい。好ましくは、収差がなるべく生じない様に、レーザービームが平行光である位置に配置することである。例えば、コリメートレンズ６と光軸補正ミラー７との間や、光軸補正ミラー７と拡大レンズ８との間やｘコリメートレンズ１０とｙ集光レンズ１１との間に配置しても良い。平行光でない位置に配置した場合には、レンズデザインを変更するか、レンズの位置調整により収差が生じないようにすればよい。 In the present embodiment, the birefringent crystal 4 is disposed between the attenuator 3 and the collimator lens 5, but may be disposed anywhere in the optical path. Preferably, the laser beam is arranged at a position where it is parallel light so that aberrations do not occur as much as possible. For example, it may be disposed between the collimating lens 6 and the optical axis correction mirror 7, between the optical axis correction mirror 7 and the magnifying lens 8, or between the x collimating lens 10 and the y condenser lens 11. When the lens is arranged at a position that is not parallel light, the lens design may be changed or aberration may not be generated by adjusting the position of the lens.
プラズマＣＶＤ法によりプラズマを形成し、ガラス基板上に、ＳｉＮｘ膜を厚さ１０００Åで形成し、続けてＳｉＯｘ膜を厚さ３０００Åで形成した。次いで、ＳｉＯｘ膜上にａ−Ｓｉ膜を厚さ５００Åで形成し、脱水素処理を８分間行って、所望のレーザーアニール対象基板を得た。 Plasma was formed by the plasma CVD method, and a SiNx film was formed with a thickness of 1000 mm on a glass substrate, followed by a SiOx film with a thickness of 3000 mm. Next, an a-Si film having a thickness of 500 mm was formed on the SiOx film, and dehydrogenation treatment was performed for 8 minutes to obtain a desired laser annealing target substrate.
この基板を、図２に示したレーザーアニール装置の基板載置台に載置した。複屈折結晶４としては、４０ｍｍ×４０ｍｍ×８．４ｍｍの２軸性水晶結晶を減衰器３とコリメートレンズ５との間に配置し、レーザー発振器１としては、グリーンレーザーを用いた。そして、上記ａ−Ｓｉ膜が形成された基板に対してレーザー出力４５０ｍＪ／ｃｍ２、Ｎ２ガス雰囲気チャンバー内（大気圧、常温状態）条件でレーザーアニールを行い（レーザービームのプロフィールは、１５０ ｍｍ×４０μｍのラインビーム）、多結晶膜を作製し、その表面を観察した。この場合、ビームレット間隔Ｓは５０μｍであった。レーザーアニール後の多結晶膜表面の模式図を図３に示す。この場合には、以下に示す比較例１の結果に比べて干渉による照射痕が低減されたことがわかった。
（比較例１）
This substrate was mounted on the substrate mounting table of the laser annealing apparatus shown in FIG. As the birefringent crystal 4, a 40 mm × 40 mm × 8.4 mm biaxial crystal crystal is disposed between the attenuator 3 and the collimating lens 5, and the laser oscillator 1 is a green laser. Then, laser annealing is performed on the substrate on which the a-Si film is formed under the conditions of a laser output of 450 mJ / cm 2 and an N 2 gas atmosphere chamber (atmospheric pressure, normal temperature) (the laser beam profile is 150 mm). X 40 μm line beam), a polycrystalline film was prepared, and its surface was observed. In this case, the beamlet interval S was 50 μm. A schematic view of the surface of the polycrystalline film after laser annealing is shown in FIG. In this case, it was found that irradiation marks due to interference were reduced as compared with the results of Comparative Example 1 shown below.
(Comparative Example 1)
２軸性水晶結晶を配置しなかった以外は実施例１と同一の光学系を用いてレーザーアニールを行い、多結晶膜を作製して膜の表面を観察した。多結晶シリコン膜表面の模式図を図４に示す。干渉による縞状の照射痕が、照射領域の端部に顕著に表れ、また、照射領域の中央部にはほとんど現れず、細かい照射痕が全体に生じた。なお、この縞状の照射痕はレーザーアニール後の多結晶シリコン膜の表面を観察すると光の反射加減によって現れるものである。 Laser annealing was performed using the same optical system as in Example 1 except that the biaxial quartz crystal was not disposed, and a polycrystalline film was prepared and the surface of the film was observed. A schematic view of the surface of the polycrystalline silicon film is shown in FIG. Striped irradiation traces due to interference appeared remarkably at the end of the irradiation area, and hardly appeared at the center of the irradiation area, resulting in fine irradiation marks throughout. This striped irradiation trace appears due to light reflection when the surface of the polycrystalline silicon film after laser annealing is observed.
本発明のレーザーアニール装置及びその方法を用いれば、ａ−Ｓｉ膜をアニールして照射痕のない多結晶シリコン膜を作製することができる。この多結晶シリコン膜を用いれば、ＬＴＰＳ ＴＦＴ等の自発光型ディスプレイ作製において表示ムラのない、高品質なディスプレイを作製することが可能である。従って、本発明はディスプレイ作製分野において利用可能である。 By using the laser annealing apparatus and method of the present invention, a polycrystalline silicon film having no irradiation trace can be produced by annealing the a-Si film. By using this polycrystalline silicon film, it is possible to produce a high-quality display without display unevenness in producing a self-luminous display such as LTPS TFT. Therefore, the present invention can be used in the display manufacturing field.
１ レーザー発振器 ２ 光軸補正ミラー
３ 減衰器 ４ 複屈折結晶
５ 拡大レンズ ６ コリメートレンズ
７ 光軸補正ミラー ８ 拡大レンズ
９ ｙコリメートレンズ １０ ｘコリメートレンズ
１１ ｙ集光レンズ １２ 導波路
１３ 第１のｙ転写レンズ １４ 第２のｙ転写レンズ
１５ 位相差板 １６ 第３のｙ転写レンズ
１７ ｘ集光レンズ １８ 入射窓
１９ ａ−Ｓｉ膜 Ａ 複屈折結晶
Ｌ 光路 Ｓ
ビームレット間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Optical axis correction mirror 3 Attenuator 4 Birefringent crystal 5 Magnifying lens 6 Collimating lens 7 Optical axis correction mirror 8 Magnifying lens 9 y Collimating lens 10 x Collimating lens 11 y Condensing lens 12 Waveguide 13 1st y Transfer lens 14 Second y transfer lens 15 Phase difference plate 16 Third y transfer lens 17 x Condensing lens 18 Entrance window 19 a-Si film A Birefringent crystal L Optical path S
Beamlet spacing
Claims (8)
The laser annealing method according to claim 6 or 7, wherein the laser annealing target is an amorphous silicon film.
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