JP2008066356A - Method and apparatus for laser annealing - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for laser annealing y which the absorption of a laser beam can be improved and an influence of film thickness be also reduced when a semiconductor film is subject to laser annealing by using the wavelength conversion light of solid laser. <P>SOLUTION: A p-polarized laser beam 4 of which electric field vector is parallel to the incident surface of a semiconductor film 1a is produced, and it is given to the semiconductor film at an incident angle θ where the absorption of the laser beam exceeds 50%. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザビームを用いて半導体膜のアニールを行うためのレーザアニール方法および装置に関する。   The present invention relates to a laser annealing method and apparatus for annealing a semiconductor film using a laser beam.

レーザアニールとは、絶縁基板上に形成された半導体膜にレーザビームを照射して結晶性を向上させる処理をいう。絶縁基板としては、石英基板やガラス基板が用いられる。ガラス基板は、石英基板と比較して大面積基板に適しており、既に基板サイズ600mm×720mmが実用化されている。
半導体膜には、珪素膜(Si)が一般的であり、非結晶膜(アモルファスSi:a−Si)や多結晶膜(多結晶Si:p−Si)がレーザアニールの対象となる。
Laser annealing is treatment for improving crystallinity by irradiating a semiconductor film formed over an insulating substrate with a laser beam. A quartz substrate or a glass substrate is used as the insulating substrate. A glass substrate is suitable for a large-area substrate as compared with a quartz substrate, and a substrate size of 600 mm × 720 mm has already been put into practical use.
The semiconductor film is generally a silicon film (Si), and an amorphous film (amorphous Si: a-Si) or a polycrystalline film (polycrystalline Si: p-Si) is a target for laser annealing.

半導体・液晶の分野で、ガラス基板上に成膜したアモルファスSi(a−Si)を多結晶化する手段として、レーザアニールが用いられている。
このレーザアニール用のレーザとして、従来は主にエキシマレーザが用いられていた。エキシマレーザは、紫外光を発するため珪素膜(Si)の吸収性が高く、また大出力を有しているため生産性が高い利点がある。
しかし、エキシマレーザは高価で寿命が短くメンテナンス性が低いため、これにかわるレーザビームとして近年、YAG、YLF、YVO4等の固体レーザの波長変換光(可視領域光)を利用したレーザアニールが提案されている(例えば、特許文献1〜3)。
また、多結晶Si(p−Si)や結晶Siのデバイスにおいても、不純物の活性化等のプロセスに、固体レーザの波長変換光が利用できると注目されている。
In the field of semiconductors and liquid crystals, laser annealing is used as a means for polycrystallizing amorphous Si (a-Si) formed on a glass substrate.
Conventionally, an excimer laser has been mainly used as the laser for laser annealing. The excimer laser has the advantage that the silicon film (Si) has high absorptivity because it emits ultraviolet light, and the productivity is high because it has a large output.
However, excimer lasers are expensive, have a short lifetime, and are not easily maintainable. In recent years, laser annealing using wavelength-converted light (visible light) of solid lasers such as YAG, YLF, and YVO4 has been proposed as an alternative laser beam. (For example, Patent Documents 1 to 3).
Further, in polycrystalline Si (p-Si) and crystalline Si devices, attention has been paid that the wavelength-converted light of a solid-state laser can be used for processes such as impurity activation.

特許文献1の方法は、高い干渉性を有するレーザビームのエネルギー分布を均一化することを目的とし、図6に示すように、レーザビームの進行方向に直角である第一の方向においてレーザビームを互いに独立である偏光方向を有する2つのレーザビーム51,52に分割し、2つのレーザビームを照射面53またはその近傍で1つに合成し、レーザビームの進行方向に直角であり、かつ、第一の方向に直角な第二の方向においてレーザビームを互いに異なる光路長を有する複数のレーザビームに分割し、複数のレーザビームを照射面53またはその近傍で1つに合成することを特徴とするものである。   The method of Patent Document 1 aims to uniformize the energy distribution of a laser beam having high coherence. As shown in FIG. 6, the laser beam is irradiated in a first direction perpendicular to the traveling direction of the laser beam. The laser beam is split into two laser beams 51 and 52 having polarization directions that are independent from each other, and the two laser beams are combined into one at or near the irradiation surface 53, perpendicular to the traveling direction of the laser beam, and The laser beam is divided into a plurality of laser beams having different optical path lengths in a second direction perpendicular to the one direction, and the plurality of laser beams are combined into one at or near the irradiation surface 53. Is.

特許文献2の装置は、特性の良い半導体膜を生成できることを目的とし、図7に示すように、基板の有する半導体膜61を活性化または結晶化しうるレーザ光を出力するレーザ発振器62を有するレーザ光学系63と、その基板を支持する基板支持構造とを備え、基板の照射面でのレーザ光64の光軸と基板の照射面直交軸との交差角度が所定の値δになるように構成することを特徴とするものである。
所定の値δは、原理上基板表面で反射したレーザ光と基板裏面で反射したレーザ光が干渉をおこさない範囲であり、好ましくは、10度以上で30度以下である。
The apparatus of Patent Document 2 aims to be able to generate a semiconductor film with good characteristics. As shown in FIG. 7, a laser having a laser oscillator 62 that outputs laser light that can activate or crystallize a semiconductor film 61 of a substrate. An optical system 63 and a substrate support structure for supporting the substrate are provided, and the intersection angle between the optical axis of the laser beam 64 on the irradiation surface of the substrate and the orthogonal axis of the irradiation surface of the substrate is set to a predetermined value δ. It is characterized by doing.
The predetermined value δ is a range in which the laser light reflected on the substrate surface and the laser light reflected on the back surface of the substrate do not interfere with each other, and preferably 10 degrees or more and 30 degrees or less.

特許文献3の方法は、非晶質シリコン膜のレーザアニール処理においてエネルギー利用効率の向上をはかることを目的とし、図8に示すように、固体レーザ発振装置71から発振されたレーザ光72を波長変換結晶73に通して得られる第2高調波74を用いて非晶質シリコン膜75にレーザアニール処理を施す半導体装置の製造方法であって、波長変換して得られる第2高調波74と、波長変換されずに波長変換結晶を通過した基本波72とを合せた混合波を、非晶質シリコン膜75に照射するものである。   The method of Patent Document 3 aims to improve the energy utilization efficiency in the laser annealing treatment of the amorphous silicon film. As shown in FIG. 8, the laser beam 72 oscillated from the solid-state laser oscillation device 71 is wavelength-converted. A method of manufacturing a semiconductor device in which a laser annealing process is performed on an amorphous silicon film 75 using a second harmonic 74 obtained by passing through a conversion crystal 73, the second harmonic 74 obtained by wavelength conversion; The mixed silicon wave combined with the fundamental wave 72 that has passed through the wavelength conversion crystal without being subjected to wavelength conversion is irradiated onto the amorphous silicon film 75.

特開2002−190454号公報、「レーザビームの加工方法、レーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法」Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-190454, “Laser beam processing method, laser irradiation apparatus, and semiconductor device manufacturing method” 特開2002−231655号公報、「レーザアニール装置」JP-A-2002-231655, “Laser annealing apparatus” 特開2003−347237号公報、「半導体装置の製造方法およびその製造装置」Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-347237, “Method for Manufacturing Semiconductor Device and Apparatus for Manufacturing the Same”

レーザアニール用のレーザとして、従来は主に用いられていたエキシマレーザの波長は、紫外光である308nm(XeCl)、248nm(KrF)であり、珪素膜(Si)の吸収性が高く、吸収率は膜厚20〜80nmのa−Siに対して40〜50%前後であった。
これに対して、レーザアニール用の固体レーザの波長は、吸収率を高めるため、波長変換光を用いるが、その場合でも、可視領域光である例えば、527nm(YLF)、532nm(YAG、YVO)であり、吸収率が低い(通常20%未満)問題点があった。
また、固体レーザの吸収率は、膜厚の影響が大きく、膜厚20〜80nmのa−Siに対して、吸収率が約15%から約50%まで変化する問題点があった。そのため、a−Si成膜時の膜厚の不均一性により、p−Siの結晶状態が場所により変わってしまう問題があった
The wavelength of an excimer laser, which has been mainly used as a laser annealing laser, is 308 nm (XeCl) and 248 nm (KrF), which are ultraviolet light, and has a high silicon film (Si) absorbability and absorptance. Was around 40 to 50% with respect to a-Si having a film thickness of 20 to 80 nm.
On the other hand, the wavelength of the solid-state laser for laser annealing uses wavelength-converted light in order to increase the absorptance. Even in this case, visible light, for example, 527 nm (YLF), 532 nm (YAG, YVO 4 ) And the absorption rate is low (usually less than 20%).
Further, the absorptance of the solid laser is greatly affected by the film thickness, and there is a problem that the absorptance varies from about 15% to about 50% for a-Si having a film thickness of 20 to 80 nm. Therefore, there is a problem that the crystal state of p-Si varies depending on the location due to the non-uniformity of the film thickness when forming the a-Si film.

本発明は上述した問題点に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、固体レーザの波長変換光を用いた半導体膜のレーザアニールにおいて、レーザビームの吸収率を高め、かつ膜厚の影響を低減することができるレーザアニール方法および装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a laser annealing method and apparatus capable of increasing the absorption rate of a laser beam and reducing the influence of the film thickness in laser annealing of a semiconductor film using wavelength conversion light of a solid-state laser. There is to do.

固体レーザの可視光を用いた場合のa−Si、p−Siの吸収率を検討した結果、入射角度を大きくしていった際に、レーザビームの吸収率の変化がp偏光とs偏光で大きく変わることがわかった。
特に、p偏光の場合は、入射角度の増加につれ吸収率が大きくなり、膜厚50nm以上の場合、40°以上の入射角度において、非結晶膜または多結晶膜の両方において、50%を超える高い吸収率となることがわかった。
これは、半導体膜のブリュースター角度(a−Si:78.4°、p−Si:76.3°)に近づくにつれ、p偏光の反射率が小さくなるためと考えられる。
また、膜厚に対する吸収率変化を各入射角度で見積もった結果、入射角度が大きくなるにつれ、膜厚に対する吸収率変化量は小さくなり、とくに入射角度80°ではほぼ一定になることがわかった。
本発明は、かかる新規の知見に基づくものである。
As a result of examining the a-Si and p-Si absorption rates when using visible light from a solid-state laser, when the incident angle is increased, the change in the absorption rate of the laser beam varies between p-polarized light and s-polarized light. I found that it changed a lot.
In particular, in the case of p-polarized light, the absorptance increases as the incident angle increases. When the film thickness is 50 nm or more, it is higher than 50% in both the amorphous film and the polycrystalline film at an incident angle of 40 ° or more. It was found that the absorption rate.
This is presumably because the reflectance of p-polarized light decreases as the Brewster angle (a-Si: 78.4 °, p-Si: 76.3 °) of the semiconductor film is approached.
In addition, as a result of estimating the change in the absorptance with respect to the film thickness at each incident angle, it was found that the amount of change in the absorptance with respect to the film thickness decreases as the incident angle increases, and is almost constant particularly at an incident angle of 80 °.
The present invention is based on such novel findings.

すなわち、本発明によれば、レーザビームを用いた半導体膜のレーザアニール方法であって、
半導体膜に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビームを発生させ、
該p偏光のレーザビームを、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜に照射する、ことを特徴とするレーザアニール方法が提供される。
That is, according to the present invention, a laser annealing method of a semiconductor film using a laser beam,
Generating a p-polarized laser beam whose electric field vector is parallel to the semiconductor film;
There is provided a laser annealing method characterized by irradiating the semiconductor film with the p-polarized laser beam at an incident angle θ in which the absorption rate of the laser beam exceeds 50%.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記レーザビームは、YAG、YVO、YLF又はYAGの固体レーザビームであり、
該固体レーザビームの波長は、532nm、527nm、又は355nmである。
According to a preferred embodiment of the present invention, the laser beam is a solid-state laser beam of YAG, YVO 4 , YLF or YAG;
The wavelength of the solid state laser beam is 532 nm, 527 nm, or 355 nm.

また、前記入射角度θは、膜厚50nm以上の半導体膜に対して、65°以上、85°以下である。
また、前記入射角度θは、半導体膜のブリュースター角度に対して±5°以下である、のがよい。
The incident angle θ is 65 ° or more and 85 ° or less for a semiconductor film having a thickness of 50 nm or more.
The incident angle θ is preferably ± 5 ° or less with respect to the Brewster angle of the semiconductor film.

また、前記半導体膜は、非結晶膜または多結晶膜である。   The semiconductor film is an amorphous film or a polycrystalline film.

また、本発明によれば、レーザビームを用いた半導体膜のレーザアニール装置であって、
半導体膜に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビームを発生するレーザ発生装置と、
前記p偏光のレーザビームを、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜に照射する照射装置とを備えた、ことを特徴とするレーザアニール装置が提供される。
According to the present invention, there is also provided a laser annealing apparatus for a semiconductor film using a laser beam,
A laser generator for generating a p-polarized laser beam having an electric field vector parallel to the semiconductor film;
There is provided a laser annealing apparatus comprising: an irradiation apparatus that irradiates a semiconductor film with the p-polarized laser beam at an incident angle θ with an absorption rate of the laser beam exceeding 50%.

本発明の好ましい実施形態によれば、前記照射装置は、入射角度θを可変調整可能な照射角度調整器を有する。   According to a preferred embodiment of the present invention, the irradiation apparatus includes an irradiation angle adjuster that can variably adjust the incident angle θ.

また、前記レーザ発振器のレーザビームは、YAG、YVO、YLF又はYAGの固体レーザビームであり、
該固体レーザビームの波長は、532nm、527nm、又は355nmである、ことが好ましい。
The laser beam of the laser oscillator is a solid laser beam of YAG, YVO 4 , YLF or YAG,
The wavelength of the solid-state laser beam is preferably 532 nm, 527 nm, or 355 nm.

上述した本発明の方法及び装置によれば、半導体膜に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビームを、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜に照射するので、p偏光の反射率を小さくでき、レーザビームの吸収率を高めることができる。   According to the above-described method and apparatus of the present invention, the semiconductor film is irradiated with a p-polarized laser beam having an electric field vector parallel to the semiconductor film at an incident angle θ in which the absorption rate of the laser beam exceeds 50%. The reflectance of p-polarized light can be reduced, and the absorption rate of the laser beam can be increased.

以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the common part in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

図1は、本発明のレーザアニール装置を構成するレーザ発振器10の構成図である。このうち、(A)は外部波長変換方式、(B)は内部波長変換方式である。
図1(A)(B)において、5はレーザ固体媒体(例えばYAGロッド)、6はレーザ媒体を励起させるレーザダイオード、7,8はファブリ・ペロー型の共振器を構成する反射ミラーである。この構成により、反射ミラー7,8の間で固体媒体で決まる赤外レーザビーム2が発生・増幅される。
図において、9は波長変換結晶であり、赤外レーザビーム2の波長を1/n(nは整数:2又は3)にする機能を有する。波長変換結晶9は、(A)では反射ミラー7,8の外部、(B)は反射ミラー7,8の内部に設けられる。
波長変換結晶9は、波長を変換すると同時にその偏光方向を揃える作用を有する。そのため、この構成により、外部に発振(放射)されるレーザビームは、波長が赤外レーザビーム2の1/nの偏光レーザビーム3となる。
FIG. 1 is a configuration diagram of a laser oscillator 10 constituting the laser annealing apparatus of the present invention. Among these, (A) is an external wavelength conversion system, and (B) is an internal wavelength conversion system.
1A and 1B, 5 is a laser solid medium (for example, YAG rod), 6 is a laser diode for exciting the laser medium, and 7 and 8 are reflection mirrors constituting a Fabry-Perot type resonator. With this configuration, the infrared laser beam 2 determined by the solid medium is generated and amplified between the reflection mirrors 7 and 8.
In the figure, reference numeral 9 denotes a wavelength conversion crystal, which has a function of setting the wavelength of the infrared laser beam 2 to 1 / n (n is an integer: 2 or 3). The wavelength conversion crystal 9 is provided outside the reflection mirrors 7 and 8 in (A) and inside the reflection mirrors 7 and 8 in (B).
The wavelength conversion crystal 9 has the function of converting the wavelength and simultaneously aligning the polarization direction thereof. Therefore, with this configuration, the laser beam oscillated (radiated) to the outside becomes the polarized laser beam 3 having a wavelength 1 / n of the infrared laser beam 2.

図2は、本発明によるレーザアニール装置の全体構成図であり、(A)は第1実施形態図、(B)は第2実施形態図である。
図2(A)(B)において、本発明のレーザアニール装置は、レーザ発生装置11と照射装置14を備える。
レーザ発生装置11は、半導体膜1aの入射面に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビーム4を発生する機能を有する。この例において、レーザ発生装置11は、レーザ発振器10と変換装置12からなる。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a laser annealing apparatus according to the present invention. FIG. 2A is a diagram illustrating a first embodiment, and FIG. 2B is a diagram illustrating a second embodiment.
2A and 2B, the laser annealing apparatus of the present invention includes a laser generator 11 and an irradiation device 14.
The laser generator 11 has a function of generating a p-polarized laser beam 4 having an electric field vector parallel to the incident surface of the semiconductor film 1a. In this example, the laser generator 11 includes a laser oscillator 10 and a converter 12.

レーザ発振器10は、上述した外部波長変換方式(A)、又は内部波長変換方式(B)のレーザ発振器いずれでもよい。また、このレーザ発振器10の偏光レーザビーム3は、YAG、YVO、YLF又はYAGの固体レーザビームであり、この固体レーザビームの波長は、532nm、527nm、又は355nmであることが好ましい。 The laser oscillator 10 may be either the external wavelength conversion method (A) or the internal wavelength conversion method (B) described above. The polarized laser beam 3 of the laser oscillator 10 is a solid laser beam of YAG, YVO 4 , YLF or YAG, and the wavelength of this solid laser beam is preferably 532 nm, 527 nm, or 355 nm.

すなわち、レーザ発振器10は、可視領域の偏光レーザビーム3を発生する。この偏光レーザビーム3の偏光方向すなわち電場ベクトルは、この例では、絶縁基板1上に形成された半導体膜1aの入射面(図で上面)に対し垂直なs偏光である。なおs偏光をこの図では上下向きの矢印で示す。   That is, the laser oscillator 10 generates a polarized laser beam 3 in the visible region. In this example, the polarization direction of the polarized laser beam 3, that is, the electric field vector is s-polarized light perpendicular to the incident surface (upper surface in the drawing) of the semiconductor film 1 a formed on the insulating substrate 1. In this figure, s-polarized light is indicated by a vertical arrow.

変換装置12は、s偏光である偏光レーザビーム3を半導体膜に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビーム4に変換する機能を有する。なおp偏光をこの図では中心が黒丸の二重円で示す。
変換装置12として、λ/2板を用いることができる。λ/2板は、入射したビームの偏光方向を、素子の軸となす角度θの2倍だけ、回転させる効果がある。
なお、偏光レーザビーム3がp偏光である場合には、変換装置12を省略することができる。
The conversion device 12 has a function of converting the s-polarized polarized laser beam 3 into a p-polarized laser beam 4 having an electric field vector parallel to the semiconductor film. In this figure, p-polarized light is indicated by a double circle whose center is a black circle.
A λ / 2 plate can be used as the conversion device 12. The λ / 2 plate has an effect of rotating the polarization direction of the incident beam by twice the angle θ formed with the axis of the element.
If the polarized laser beam 3 is p-polarized light, the conversion device 12 can be omitted.

照射装置14は、p偏光のレーザビーム4を、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜1aの入射面に照射する機能を有する。入射角度θは、膜厚50nm以上の半導体膜1aに対して、65°以上、85°以下であるのがよい。また、この入射角度θは、半導体膜のブリュースター角度に対して±5°以下の範囲であるのが更に好ましい。   The irradiation device 14 has a function of irradiating the incident surface of the semiconductor film 1a with the p-polarized laser beam 4 at an incident angle θ in which the absorption rate of the laser beam exceeds 50%. The incident angle θ is preferably 65 ° or more and 85 ° or less with respect to the semiconductor film 1a having a film thickness of 50 nm or more. Further, the incident angle θ is more preferably within a range of ± 5 ° or less with respect to the Brewster angle of the semiconductor film.

図2(A)において、照射装置14は、固定反射ミラー15a、集光レンズ15b、可変反射ミラー15c、ミラー傾動装置15dからなる。固定反射ミラー15aと可変反射ミラー15cでレーザビーム4を半導体膜1aの所望の位置に照射し、集光レンズ15bでその位置に集光させる。またミラー傾動装置15dで可変反射ミラー15cの傾きを制御し、入射角度θを所望の角度に調整するようになっている。   In FIG. 2A, the irradiation device 14 includes a fixed reflection mirror 15a, a condenser lens 15b, a variable reflection mirror 15c, and a mirror tilting device 15d. The fixed reflection mirror 15a and the variable reflection mirror 15c irradiate the laser beam 4 to a desired position on the semiconductor film 1a, and the condenser lens 15b condenses the laser beam. The tilt of the variable reflecting mirror 15c is controlled by the mirror tilting device 15d so that the incident angle θ is adjusted to a desired angle.

図2(B)において、照射装置14は、固定反射ミラー16a、可変集光レンズ16b、レンズ移動装置16cからなる。固定反射ミラー16aと可変集光レンズ16bでレーザビーム4を半導体膜1aの所望の位置に照射し、可変集光レンズ16bでその位置に集光させる。またレンズ移動装置16cで可変集光レンズ16bの位置又は傾きを制御し、入射角度θを所望の角度に調整するようになっている。 In FIG. 2B, the irradiation device 14 includes a fixed reflecting mirror 16a, a variable condenser lens 16b, and a lens moving device 16c. The fixed reflection mirror 16a and the variable condensing lens 16b irradiate the laser beam 4 to a desired position on the semiconductor film 1a, and the variable condensing lens 16b condenses the laser beam. Further, the lens moving device 16c controls the position or inclination of the variable condenser lens 16b to adjust the incident angle θ to a desired angle.

上述した装置を用いて、本発明の方法では、半導体膜1aの入射面に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビーム4を発生させ、このp偏光のレーザビーム4を、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜1aの入射面に照射する。
レーザビームは、YAG、YVO、YLF又はYAGの固体レーザビームであり、固体レーザビームの波長は、532nm、527nm、又は355nmであるのがよい。
また、入射角度θは、膜厚50nm以上の半導体膜に対して、40°以上、かつ半導体膜のブリュースター角度以下であるのがよい。
また、半導体膜1aは、非結晶膜(例えばa−Si膜)または多結晶膜(例えばp−Si膜)であるのがよい。
In the method of the present invention using the apparatus described above, a p-polarized laser beam 4 having an electric field vector parallel to the incident surface of the semiconductor film 1a is generated, and this p-polarized laser beam 4 is absorbed by the laser beam. The incident surface of the semiconductor film 1a is irradiated at an incident angle θ with a rate exceeding 50%.
The laser beam is a solid laser beam of YAG, YVO 4 , YLF or YAG, and the wavelength of the solid laser beam may be 532 nm, 527 nm, or 355 nm.
The incident angle θ is preferably 40 ° or more and less than or equal to the Brewster angle of the semiconductor film with respect to the semiconductor film having a thickness of 50 nm or more.
The semiconductor film 1a is preferably an amorphous film (for example, an a-Si film) or a polycrystalline film (for example, a p-Si film).

図3は、p偏光とs偏光の吸収率の比較図であり、(A)はa−Si膜の場合、(B)はp−Si膜の場合である。また、各図において、横軸は入射角度、縦軸は吸収率、図中のIpはp偏光の吸収率、Isはs偏光の吸収率である。なおこの例は、固体レーザビームの波長が532nm、半導体膜の膜厚が50nmの場合である。   FIG. 3 is a comparison diagram of the absorptivity of p-polarized light and s-polarized light, where (A) shows the case of an a-Si film and (B) shows the case of a p-Si film. In each figure, the horizontal axis represents the incident angle, the vertical axis represents the absorptance, Ip represents the p-polarized absorptance, and Is represents the s-polarized absorptivity. In this example, the wavelength of the solid-state laser beam is 532 nm and the thickness of the semiconductor film is 50 nm.

図3(A)(B)から、固体レーザの可視光を用いた場合のa−Si膜とp−Si膜の吸収率は、p偏光とs偏光で大きく異なることがわかる。
特に、p偏光の場合は、入射角度の増加につれ吸収率が大きくなり、膜厚50nmの場合、入射角度80°でa−Si膜で82%、p−Si膜77%の高い吸収率となることがわかる。
従って、レーザビームを用いた半導体膜のレーザアニールには、p偏光のレーザビームの方が、膜厚50nm以上の半導体膜に対して、入射角度が65°以上、85°以下の範囲(図中のA)で高い吸収率が得られることがわかる。
これは、ブリュースター角度(a−Si膜:78.4°、p−Si膜:76.3°)に近づくにつれ、p偏光の反射率が小さくなるためと考えられる。
ブリュースター角度との関係では、入射角度θは、膜厚に関係なく、半導体膜のブリュースター角度に対して±5°以下の範囲(図中のB)であるのがよい。
3A and 3B, it is understood that the absorptivity of the a-Si film and the p-Si film when the visible light of the solid-state laser is used is greatly different between the p-polarized light and the s-polarized light.
In particular, in the case of p-polarized light, the absorptance increases as the incident angle increases, and in the case of a film thickness of 50 nm, the a-Si film has a high absorptance of 82% and the p-Si film 77% at an incident angle of 80 °. I understand that.
Accordingly, in laser annealing of a semiconductor film using a laser beam, the incident angle of the p-polarized laser beam is 65 ° or more and 85 ° or less with respect to a semiconductor film having a thickness of 50 nm or more (in the drawing). It can be seen that a high absorptance is obtained in A).
This is presumably because the reflectance of p-polarized light decreases as the Brewster angle (a-Si film: 78.4 °, p-Si film: 76.3 °) is approached.
In relation to the Brewster angle, the incident angle θ is preferably within a range of ± 5 ° or less (B in the figure) with respect to the Brewster angle of the semiconductor film regardless of the film thickness.

図4は、波長が異なる固体レーザビームのp偏光の吸収率を示す図であり、(A)はa−Si膜の場合、(B)はp−Si膜の場合である。また、各図において、横軸は入射角度、縦軸は吸収率、図中の各曲線は、固体レーザビームの波長が527nm、355nmの場合であり、半導体膜の膜厚は50nmで共通である。
図4(A)(B)から、固体レーザビームの波長が異なる場合でも、p偏光の場合は、入射角度の増加につれ吸収率が大きくなり、膜厚50nmの場合、入射角度80°でa−Si膜で82%、p−Si膜77%の高い吸収率となることがわかる。
従って、レーザビームを用いた半導体膜のレーザアニールには、p偏光のレーザビームの方が、高い吸収率が得られる。
4A and 4B are diagrams showing the absorption rate of p-polarized light of solid-state laser beams having different wavelengths. FIG. 4A shows the case of an a-Si film, and FIG. 4B shows the case of a p-Si film. In each figure, the horizontal axis represents the incident angle, the vertical axis represents the absorptance, and each curve in the figure corresponds to the case where the wavelength of the solid laser beam is 527 nm and 355 nm, and the film thickness of the semiconductor film is common to 50 nm. .
4A and 4B, even when the wavelength of the solid-state laser beam is different, in the case of p-polarized light, the absorptance increases as the incident angle increases. When the film thickness is 50 nm, the a- It can be seen that the Si film has a high absorption rate of 82% and the p-Si film 77%.
Therefore, for laser annealing of a semiconductor film using a laser beam, a higher absorption rate can be obtained with a p-polarized laser beam.

図5は、p偏光における膜厚と吸収率の関係図であり、(A)はa−Si膜の場合、(B)はp−Si膜の場合である。また、各図において、図中に曲線は、入射角度θを0,40,60,70,80°に変化させた場合を示している。   FIG. 5 is a relational diagram between the film thickness and the absorptance in p-polarized light, where (A) shows the case of an a-Si film and (B) shows the case of a p-Si film. Moreover, in each figure, the curve in the figure has shown the case where incident angle (theta) is changed into 0, 40, 60, 70, 80 degrees.

図4(A)(B)から、入射角度が大きくなるにつれ、膜厚に対する吸収率変化量は小さくなり、特に入射角度80°ではほぼ一定になることがわかる。
従って、p偏光の光を、入射角度65°以上、85°以下の範囲(さらに好ましくは、半導体膜のブリュースター角度に対して±5°以下の範囲)で入射させることで、a−Si膜やp−Si膜のレーザの吸収率を大きく増やすことができ、レーザパワーを有効に活用することができる。
また、装置のスループットを大幅に向上させることができる。
また、入射角度を増やすことで、a−Si、p−Siの膜厚に対する吸収率変化を軽減させることができ、a−Si成膜時の膜厚不均一性による結晶状態のムラを無くすことが可能となる。
4 (A) and 4 (B), it can be seen that as the incident angle increases, the amount of change in the absorptance with respect to the film thickness decreases, and becomes substantially constant particularly at an incident angle of 80 °.
Accordingly, the p-polarized light is incident in an incident angle range of 65 ° or more and 85 ° or less (more preferably, a range of ± 5 ° or less with respect to the Brewster angle of the semiconductor film). In addition, the laser absorptance of the p-Si film can be greatly increased, and the laser power can be effectively utilized.
In addition, the throughput of the apparatus can be greatly improved.
Also, by increasing the incident angle, the change in the absorptance with respect to the film thickness of a-Si and p-Si can be reduced, and unevenness of the crystal state due to film thickness non-uniformity during a-Si film formation can be eliminated. Is possible.

上述したように、本発明の方法及び装置によれば、半導体膜に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビームを、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜に照射するので、p偏光の反射率を小さくでき、レーザビームの吸収率を高めることができる。   As described above, according to the method and apparatus of the present invention, a semiconductor film is irradiated with a p-polarized laser beam having an electric field vector parallel to the semiconductor film at an incident angle θ where the absorption rate of the laser beam exceeds 50%. Therefore, the reflectance of p-polarized light can be reduced, and the absorption rate of the laser beam can be increased.

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。   In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, Of course, a various change can be added in the range which does not deviate from the summary of this invention.

本発明のレーザアニール装置を構成するレーザ発振器の構成図である。It is a block diagram of the laser oscillator which comprises the laser annealing apparatus of this invention. 本発明によるレーザアニール装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a laser annealing apparatus according to the present invention. p偏光とs偏光の吸収率の比較図である。It is a comparison figure of the absorption factor of p polarized light and s polarized light. 波長が異なる固体レーザビームのp偏光の吸収率を示す図である。It is a figure which shows the absorption factor of the p polarization | polarized-light of the solid laser beam from which a wavelength differs. p偏光における膜厚と吸収率の関係図である。It is a related figure of the film thickness and absorption factor in p polarization. 特許文献1の方法の模式図である。It is a schematic diagram of the method of patent document 1. FIG. 特許文献2の装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus of patent document 2. FIG. 特許文献3の方法の模式図である。It is a schematic diagram of the method of patent document 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 絶縁基板、1a 半導体膜、2 赤外レーザビーム、3 偏光レーザビーム、
5 レーザ固体媒体(YAGロッド)、6 レーザダイオード、
・ 反射ミラー、9 波長変換結晶、
10 レーザ発振器、11 レーザ発生装置、
12 変換装置(λ/2板)、14 照射装置、
15a 固定反射ミラー、15b 集光レンズ、
15c 可変反射ミラー、15d ミラー傾動装置、
16a 固定反射ミラー、16b 可変集光レンズ、
16c レンズ移動装置
1 insulating substrate, 1a semiconductor film, 2 infrared laser beam, 3 polarized laser beam,
5 Laser solid medium (YAG rod), 6 Laser diode,
・ Reflection mirror, 9 wavelength conversion crystal,
10 laser oscillator, 11 laser generator,
12 conversion device (λ / 2 plate), 14 irradiation device,
15a fixed reflection mirror, 15b condenser lens,
15c variable reflection mirror, 15d mirror tilting device,
16a fixed reflecting mirror, 16b variable condenser lens,
16c Lens moving device

Claims (8)

レーザビームを用いた半導体膜のレーザアニール方法であって、
半導体膜に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビームを発生させ、
該p偏光のレーザビームを、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜に照射する、ことを特徴とするレーザアニール方法。
A laser annealing method of a semiconductor film using a laser beam,
Generating a p-polarized laser beam whose electric field vector is parallel to the semiconductor film;
A laser annealing method, wherein the semiconductor film is irradiated with the p-polarized laser beam at an incident angle θ in which the absorption rate of the laser beam exceeds 50%.
前記レーザビームは、YAG、YVO、YLF又はYAGの固体レーザビームであり、
該固体レーザビームの波長は、532nm、527nm、又は355nmである、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。
The laser beam is a solid laser beam of YAG, YVO 4 , YLF or YAG,
The laser annealing method according to claim 1, wherein the wavelength of the solid-state laser beam is 532 nm, 527 nm, or 355 nm.
前記入射角度θは、膜厚50nm以上の半導体膜に対して、65°以上、85°以下である、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 laser annealing method according to claim 1, wherein the incident angle θ is 65 ° or more and 85 ° or less with respect to a semiconductor film having a thickness of 50 nm or more. 前記入射角度θは、半導体膜のブリュースター角度に対して±5°以下の範囲である、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。   The laser annealing method according to claim 1, wherein the incident angle θ is in a range of ± 5 ° or less with respect to the Brewster angle of the semiconductor film. 前記半導体膜は、非結晶膜または多結晶膜である、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。   The laser annealing method according to claim 1, wherein the semiconductor film is an amorphous film or a polycrystalline film. レーザビームを用いた半導体膜のレーザアニール装置であって、
半導体膜に対して電場ベクトルが平行なp偏光のレーザビームを発生するレーザ発生装置と、
前記p偏光のレーザビームを、レーザビームの吸収率が50%を超える入射角度θで半導体膜に照射する照射装置とを備えた、ことを特徴とするレーザアニール装置。
A laser annealing apparatus for a semiconductor film using a laser beam,
A laser generator for generating a p-polarized laser beam having an electric field vector parallel to the semiconductor film;
A laser annealing apparatus comprising: an irradiation apparatus that irradiates the semiconductor film with the p-polarized laser beam at an incident angle θ with an absorption rate of the laser beam exceeding 50%.
前記照射装置は、入射角度θを可変調整可能な照射角度調整器を有する、ことを特徴とする請求項6に記載のレーザアニール装置。   The laser annealing apparatus according to claim 6, wherein the irradiation apparatus includes an irradiation angle adjuster capable of variably adjusting the incident angle θ. 前記レーザ発振器のレーザビームは、YAG、YVO、YLF又はYAGの固体レーザビームであり、
該固体レーザビームの波長は、532nm、527nm、又は355nmである、ことを特徴とする請求項6に記載のレーザアニール装置。
The laser beam of the laser oscillator is a solid laser beam of YAG, YVO 4 , YLF or YAG,
The laser annealing apparatus according to claim 6, wherein the wavelength of the solid-state laser beam is 532 nm, 527 nm, or 355 nm.
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