JP2012019231A - Crystallization method and apparatus for amorphous film - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体薄膜であるアモルファスシリコン膜などの膜質を改善するために順次側面結晶化によって前記アモルファス膜を結晶化させる結晶化方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a crystallization method and apparatus for sequentially crystallizing the amorphous film by side crystallization in order to improve the film quality of an amorphous silicon film or the like which is a semiconductor thin film.
フラットパネルディスプレイの基板などに用いられる半導体薄膜では、アモルファス膜を用いるものの他、結晶薄膜を用いるものが知られている。この結晶薄膜に関し、アモルファス膜をアニールして結晶化させることにより製造する方法が提案されている。この他に、エネルギー源をレーザにしてシリコン結晶の側面成長を誘導して巨大な単結晶シリコンを製造するSLS(sequential lateral solidification)(順次側面結晶化)技術が特許文献1や特許文献2で提案されている。 As a semiconductor thin film used for a flat panel display substrate or the like, a semiconductor thin film using an amorphous film or a crystalline thin film is known. With respect to this crystalline thin film, a method of manufacturing an amorphous film by annealing and crystallizing has been proposed. In addition, Patent Document 1 and Patent Document 2 propose SLS (Sequential Lateral Solidification) technology for producing huge single crystal silicon by inducing lateral growth of silicon crystals using an energy source as a laser. Has been.
SLS技術は、シリコングレインが液状シリコンと固相シリコンの境界面でその境界面に対して垂直方向で成長するという現象に基づいている。レーザエネルギーの強さとレーザビームの走査範囲の移動を適切に調節して、シリコングレインを所定の長さに側面成長させることで非晶質シリコン薄膜を結晶化させることである。
さらに、従来の装置では、シリコンを結晶化するために順次側面結晶化(SLS)方法を利用する時の生産効率の改善した手法を提供することが特許文献3で提案されている。
The SLS technology is based on the phenomenon that silicon grains grow in a direction perpendicular to the boundary surface between liquid silicon and solid phase silicon. By appropriately adjusting the intensity of the laser energy and the movement of the scanning range of the laser beam, the silicon grain is laterally grown to a predetermined length to crystallize the amorphous silicon thin film.
Furthermore, in the conventional apparatus, it is proposed in Patent Document 3 to provide a method with improved production efficiency when sequentially using a lateral crystallization (SLS) method to crystallize silicon.
従来の技術では、図7(a)に示すように光学部材114に透過領域114aと遮断領域114bが横方向で長いスリット(長さW)になるように、交互に並列させている。このとき、透過領域114aの縦の長さdは、側面成長するグレインの最大の長さの2倍またはその以下の長さを持つように構成されている。該光学部材114を通してアモルファス膜にレーザ光を照射すると、透過領域114aに応じて、アモルファス膜で細帯状に溶融領域が形成され、両側界面でアモルファス固相から側面成長が生じて結晶化される。この際に、図7(b)に示すように、両側界面から側面成長したグレイン116a、116bの境界が液相中間で互いに衝突するまで成長し、この部分で線状の突起116cが形成される。次いで、図7(b)に示すように2ショット目で、前記アモルファス固相部分117に透過領域114aを透過したレーザ光が照射されるように前記光学部材114を移動させ、レーザ光の照射により該固相部分を含む領域を溶融させる。すると、その両側界面で結晶化されている固相から側面成長が生じて前記アモルファス固相部分が結晶化される。この際にも液相の中間で線状の突起が形成される。上記工程を位置を変えつつ膜面全般に亘って行うことでアモルファス膜の結晶化がなされる。
In the prior art, as shown in FIG. 7A, the
特許文献3では、上記工程を効率化するために、図8に示すように、光学部材に透過領域130a、131aと遮断領域130b、131bを有する2つのブロック130、131を横に並べて設け、さらに、これらブロックに並べて小さい四角形のスリット132aが多数形成された活性化領域132が設けられている。
この手法では、非晶質シリコン薄膜が形成された基板を準備する段階と;非晶質シリコン薄膜が形成された基板の上部に第1エネルギー領域(2つのブロック)と第2エネルギー領域(活性化領域)を持つマスクを位置させる段階と;第1エネルギー領域と第2エネルギー領域を持つ光学部材を通して非晶質シリコン薄膜が形成された基板の第1領域上部にレーザビームを照射して基板の第1領域を光学部材の第1エネルギー領域を通して照射されたレーザビームによって結晶化する段階と;結晶化された基板の第1額域に第2エネルギー領域を通じて照射されたレーザビームによって活性化(アニーリング)する段階を含んでいる。
In Patent Document 3, in order to improve the efficiency of the above process, as shown in FIG. 8, two
In this method, a step of preparing a substrate on which an amorphous silicon thin film is formed; a first energy region (two blocks) and a second energy region (activation) on the substrate on which the amorphous silicon thin film is formed; A mask having a region); irradiating a laser beam on the first region of the substrate on which the amorphous silicon thin film is formed through an optical member having a first energy region and a second energy region, Crystallization of one region with a laser beam irradiated through the first energy region of the optical member; and activation (annealing) of the first frame region of the crystallized substrate with the laser beam irradiated through the second energy region. Includes steps to do.
従来の結晶成長方法ではいずれも、レーザビームを複数のラインの形に成形してシリコン薄膜を堆積した被照射物に照射し、シリコン薄膜を溶融している。このため、シリコンが液体から固体になる際に生成する突起が線状になって一定間隔に形成される。しかし、ビーム内のエネルギーの差や焦点位置のズレにより、突起の位置に部分的なズレが生じる場合があり、このズレによりムラが発生する。このムラは、結晶化された薄膜をディスプレイに使用したとき、欠陥として現れる。また、レーザ照射する際にはステージを移動させているが、その際にステージの揺れも同様な原因となり、ムラの原因になってしまう。 In any of the conventional crystal growth methods, a laser beam is formed into a plurality of lines and irradiated to an irradiation object on which a silicon thin film is deposited to melt the silicon thin film. For this reason, protrusions generated when silicon changes from a liquid to a solid form in a linear shape and are formed at regular intervals. However, there may be a partial shift in the position of the projection due to a difference in energy in the beam or a shift in the focal position, and this shift causes unevenness. This unevenness appears as a defect when the crystallized thin film is used for a display. In addition, the stage is moved when laser irradiation is performed, but the stage swings at the same time cause the same and causes unevenness.
この発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたもので、結晶の成長を任意的にばらつくようにすることにより、部分的な突起のズレが発生してもムラが発生しないようにできる結晶化方法および結晶化装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art. By arbitrarily varying the crystal growth, unevenness does not occur even when partial misalignment occurs. An object of the present invention is to provide a crystallization method and a crystallization apparatus that can be configured as described above.
すなわち、アモルファス膜の結晶化方法のうち、第1の本発明は、アモルファス膜にレーザ光を照射して順次側面結晶化によって結晶化する結晶化方法において、レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間を溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化することを特徴とする。 That is, among the crystallization methods of the amorphous film, the first aspect of the present invention is an incomplete method in which the amorphous film is not melted by the laser light in the crystallization method in which the amorphous film is irradiated with laser light and sequentially crystallized by side surface crystallization. The melt energy regions are arranged in parallel in the waveform with an interval in the amplitude direction, the non-complete melt energy regions are made into a melt energy region where the film is melted by laser light, and the film is irradiated with the laser light, The melted portions are sequentially crystallized from the side of the solid phase portion, the position is changed so that the solid phase portion becomes the melted portion, and the non-complete melting energy regions are arranged in parallel with an interval in the amplitude direction in the waveform. The complete melting energy region is set as a melting energy region, and the film is irradiated with the laser beam to sequentially crystallize the side surfaces.
上記本発明によれば、上記非完全溶融エネルギー領域の形状に応じて形成される固相から、波形状に従って、順次側面結晶化が進むので、結果的に形成される突起部の位置がばらついて、装置や外部影響によって生じる突起部の位置ずれによるムラの発生を抑制する。 According to the present invention, side crystallization proceeds sequentially according to the wave shape from the solid phase formed according to the shape of the incomplete melting energy region, so that the positions of the resulting protrusions vary. The occurrence of unevenness due to the misalignment of the protrusions caused by the apparatus and external influence is suppressed.
第2の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第1の本発明において、前記非完全溶融エネルギー領域は、一定の周期を有する波形からなることを特徴とする。 The amorphous film crystallization method according to the second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, the incomplete melting energy region has a waveform having a constant period.
第3の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第2の本発明において、前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域と、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域とを、振幅方向および波の長さ方向でずれるように位置させることを特徴とする。 The amorphous film crystallization method of the third aspect of the present invention is the method according to the second aspect of the present invention, wherein the incomplete melting energy region in the post-irradiation of the laser light and the incomplete melting energy region in the pre-irradiation of the laser light. Are positioned so as to deviate in the amplitude direction and the wave length direction.
上記本発明によれば、先のレーザ光照射による波形の固相と、後のレーザ光照射による波形の固相の位置をずらして順次側面結晶化を行うので、結果的に形成される突起部の位置をばらつかせて、装置や外部影響によって生じる突起部の位置ずれによるムラの発生を抑制する。 According to the present invention, the side surface crystallization is sequentially performed by shifting the position of the solid phase of the waveform by the previous laser beam irradiation and the position of the solid phase of the waveform by the subsequent laser beam irradiation. The occurrence of unevenness due to the misalignment of the protrusions caused by the apparatus and external influences is suppressed.
第4の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第3の本発明において、前記レーザ光の後照射における前記非完全溶融エネルギー領域は、前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域間の中心に位置し、かつ前記レーザ光の先照射における前記非完全溶融エネルギー領域に対し、波の長さ方向に半周期ずれるように、位置させることを特徴とする。 The amorphous film crystallization method according to a fourth aspect of the present invention is the method according to the third aspect, wherein the non-complete melting energy region in the post-irradiation of the laser light is the non-complete melting energy region in the pre-irradiation of the laser light. It is located in the center of the gap, and is positioned so as to be shifted by a half cycle in the wave length direction with respect to the incomplete melting energy region in the prior irradiation of the laser beam.
上記本発明によれば、先のレーザ光照射による波形の固相と、後のレーザ光照射による波形の固相の位置を適切にずらして順次側面結晶化を行うことができ、突起部の位置を効果的にばらつかせて、装置や外部影響によって生じる突起部の位置ずれによるムラの発生を抑制する。 According to the present invention, the side surface crystallization can be sequentially performed by appropriately shifting the position of the solid phase of the waveform by the previous laser beam irradiation and the position of the solid phase of the waveform by the subsequent laser beam irradiation. Is effectively dispersed to suppress the occurrence of unevenness due to the misalignment of the protrusions caused by the apparatus and external influences.
第5の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第2〜第4の本発明のいずれかにおいて、前記非完全溶融エネルギー領域は、三角波または正弦波状の波形を有していることを特徴とする。 The amorphous film crystallization method according to a fifth aspect of the present invention is characterized in that, in any of the second to fourth aspects of the present invention, the incomplete melting energy region has a triangular or sinusoidal waveform. And
上記本発明によれば、波形の非完全溶融エネルギー領域にしたがって、順次側面結晶化が異なる向きで所定の方向に進行し、順次側面結晶化を略均等に行うことができ、良質な結晶化が可能になる。 According to the present invention, in accordance with the incomplete melting energy region of the waveform, the side surface crystallization sequentially proceeds in a predetermined direction in different directions, and the side surface crystallization can be performed substantially evenly. It becomes possible.
第6の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第2〜第5の本発明のいずれかにおいて、前記波形の周期は、結晶化された膜に配置される薄膜トランジスタの配置間隔の整数倍であることを特徴とする。 In the crystallization method for an amorphous film according to a sixth aspect of the present invention, in any one of the second to fifth aspects of the present invention, the period of the waveform is an integral multiple of an arrangement interval of thin film transistors arranged in the crystallized film. It is characterized by being.
上記本発明によれば、非完全溶融エネルギー領域の周期に依存して突起の形成位置が定めるため、突起を薄膜トランジスタ間の間隙など、支障のない場所に位置するように薄膜トランジスタの配置位置の設計を行うことができる。 According to the present invention, since the projection formation position is determined depending on the period of the incomplete melting energy region, the arrangement position of the thin film transistor is designed so that the projection is located in a place where there is no trouble such as a gap between the thin film transistors. It can be carried out.
第7の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第2〜第6の本発明のいずれかにおいて、前記波形の周期は、結晶化した膜を基板として用いるフラットパネルディスプレイの画素間隔の整数倍であることを特徴とする。 The amorphous film crystallization method according to a seventh aspect of the present invention is the method according to any one of the second to sixth aspects, wherein the period of the waveform is an integer of a pixel interval of a flat panel display using the crystallized film as a substrate. It is characterized by being double.
上記本発明によれば、非完全溶融エネルギー領域の周期に依存して突起の形成位置が定めるため、突起をフラットパネルディスプレイの画素に支障のない場所に位置するように薄膜トランジスタの配置位置の設計を行うことができる。 According to the present invention, since the projection formation position is determined depending on the period of the incomplete melting energy region, the arrangement position of the thin film transistor is designed so that the projection is located at a place where the pixel of the flat panel display is not hindered. It can be carried out.
第8の本発明のアモルファス膜の結晶化方法は、前記第1〜第7の本発明のいずれかにおいて、前記非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域とを有するレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することを特徴とする。 An amorphous film crystallization method according to an eighth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to seventh aspects, wherein the amorphous film is crystallized with a laser pattern having the incomplete melting energy region and the melting energy region. It is characterized by becoming.
上記本発明によれば、上記で定めた前記非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域のイメージに従って、アモルファス膜に前記非完全溶融エネルギー領域と前記溶融エネルギー領域を与えてレーザ光照射を行うことで、順次側面結晶化を効率よく行うことができる。
なお、前記レーザパターンは、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材や光学系(回折格子など)による成形などにより得ることができる。ただし、本発明としては、レーザパターンを得る手段がこれらに限定されるものではない。
According to the present invention, in accordance with the image of the incomplete melting energy region and the melting energy region defined above, the amorphous film is irradiated with the laser beam by providing the incomplete melting energy region and the melting energy region. Then, the side crystallization can be efficiently performed sequentially.
In addition, the said laser pattern can be obtained by shaping | molding by the optical member which has a laser beam shielding or a laser beam low transmission part, and a laser beam transmission part, or an optical system (diffractive grating etc.). However, in the present invention, the means for obtaining the laser pattern is not limited to these.
上記本発明によれば、上記レーザ光遮蔽または低透過部およびレーザ光透過部を有するレーザパターンにより所定配置形状で非完全溶融エネルギー領域と溶融エネルギー領域とを膜に与えることができる。先のレーザ光照射と、後のレーザ光照射とで、非完全溶融エネルギー領域の位置を異なるようにするには、先のレーザ光照射と後のレーザ光照射でレーザ光を異なる形状に成形してもよく、また成形したレーザ光をレーザ光照射に際し前記位置が異なる分、相対的に移動させても良い。さらに、例えば、レーザ光に先の照射用と、後の照射用とに位置をずらしてレーザ光遮蔽またはレーザ低透過部とレーザ光透過部とが横方向に並ぶように設けておき、先の照射と後の照射とで、相対的に横方向に移動させて、レーザ光を照射するようにしても良い。 According to the present invention, a non-complete melting energy region and a melting energy region can be given to the film in a predetermined arrangement shape by the laser pattern having the laser light shielding or low transmission part and the laser light transmission part. In order to make the position of the incomplete melting energy region different between the previous laser light irradiation and the subsequent laser light irradiation, the laser light is shaped into different shapes by the previous laser light irradiation and the subsequent laser light irradiation. Alternatively, the shaped laser beam may be moved relatively by the amount of the different positions when the laser beam is irradiated. Further, for example, the laser light shielding or laser low transmission part and the laser light transmission part are provided so that the laser light shielding or laser low transmission part and the laser light transmission part are arranged in the horizontal direction by shifting the positions for the previous irradiation and the subsequent irradiation. The laser beam may be irradiated by moving relatively in the horizontal direction between irradiation and subsequent irradiation.
第9の本発明のアモルファス膜の結晶化装置は、アモルファス膜に照射するレーザ光を出力するレーザ光源と、前記レーザ光を前記膜に誘導する光学系と、を備え、前記レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域が波形になって振幅方向に間隔を置いて並列し、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する波形の溶融エネルギー領域とするレーザパターンで前記アモルファス膜を結晶化することが可能であることを特徴とする。 An amorphous film crystallization apparatus according to a ninth aspect of the present invention includes: a laser light source that outputs a laser beam that irradiates an amorphous film; and an optical system that guides the laser beam to the film. The amorphous pattern is a laser pattern in which non-complete melting energy regions that do not melt are formed in a waveform and are arranged in parallel with an interval in the amplitude direction, and the non-complete melting energy regions are formed into a waveform melting energy region in which the film is melted by laser light. The film can be crystallized.
上記本発明によれば、前記した本発明の結晶化方法を確実かつ効率的に実行することができる。
なお、上記レーザパターンは、前記したように結晶化装置に、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材や、光学系(回折格子など)などの成形手段を設けることにより得ることができる。
According to the present invention described above, the above-described crystallization method of the present invention can be executed reliably and efficiently.
In the laser pattern, as described above, the crystallization apparatus is provided with an optical member having a laser light shielding or laser light low transmission part and a laser light transmission part, or a molding means such as an optical system (diffraction grating or the like). Can be obtained.
第10の本発明のアモルファス膜の結晶化装置は、前記第9の本発明において、前記アモルファス膜と前記レーザ光とを相対的に走査する走査装置を備えることを特徴とする。 An amorphous film crystallization apparatus according to a tenth aspect of the present invention is characterized in that, in the ninth aspect of the present invention, the apparatus includes a scanning device that relatively scans the amorphous film and the laser beam.
上記本発明によれば、前記成形手段の相対的な移動や、膜の移動により膜全般に亘る結晶化処理をおこなうことができる。 According to the present invention, it is possible to perform crystallization treatment over the entire film by relative movement of the forming means and movement of the film.
すなわち、本発明のアモルファス膜の結晶化方法によれば、レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間を溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化するので、波形の結晶成長時に発生する突起の間隔をランダムに制御することができ、装置性能や外乱影響による突起のずれによるムラが発生しない効果がある。 That is, according to the method for crystallizing an amorphous film of the present invention, incomplete melting energy regions in which the film is not melted by the laser beam are arranged in parallel in the waveform with an interval in the amplitude direction, and the laser beam is interposed between the incomplete melting energy regions. The film is melted in a melting energy region by irradiating the film with the laser beam so that the melted portion of the film is sequentially crystallized from the solid phase portion, and further, the solid phase portion becomes the melted portion. The incomplete melting energy regions are arranged in parallel in the waveform with an interval in the amplitude direction, the incomplete melting energy regions are made into the melting energy regions, and the laser beam is irradiated onto the film in order to change the position to Therefore, it is possible to randomly control the interval between the projections that occur during the growth of the corrugated crystal, and unevenness due to the deviation of the projections due to the influence of the device performance and disturbance There is raw and not effect.
(参考形態1)
以下に、本発明の一参考形態を説明する。
図1(a)は、結晶化装置を示すものであり、シリコン膜10が形成された基板1を載置するステージ2と、該ステージをXYZ軸方向に移動可能とした移動装置3と、所定波長のレーザ光4aを出力するレーザ光源4とを備えている。上記シリコン膜10は、処理前においてアモルファスの状態にある。レーザ光源としては、例えばコヒレント社のレーザ発振器LS2000(1)もしくはLSX315(波長308nm、繰り返し発振数300Hz)を用いることができる。但し、本発明としてはレーザ光源4が特定のものに限定されるものではない。
レーザ光源4で発振されたレーザ光4aは、ミラー5、結像レンズ6などにより構成される光学系を通して誘導され、基板1のシリコン膜10に照射される。また、レーザ光4aの光路(結像レンズ6の入射側)には、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材7が配置されて、レーザ光4aの整形がなされ、前記結合レンズ6側に至る。また、前記移動装置3によってステージ2を移動させることで、レーザ光4aとシリコン膜10との相対的な位置を変更することができる。したがって、移動装置3は、本発明の走査装置に相当する。なお、この形態では、シリコン膜を処理の対象としているが、本発明は、アモルファス膜を結晶膜に処理するものであり、その材料がシリコンに限定されるものではない。
(Reference form 1)
Hereinafter, one reference embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1A shows a crystallization apparatus, a stage 2 on which a substrate 1 on which a
光学部材7は、図1(b)に示すように、複数の円形のレーザ光遮蔽部7aが行方向および列方向においてそれぞれ等間隔で、かつ行方向および列方向で直線状に揃うように並列して点在しており、該レーザ光遮蔽部7a、7a間がレーザ光透過部7bとなっている。また、該レーザ光遮蔽部7a、7aの間隔は、アモルファス膜を結晶化させて薄膜トランジスタを配置する際に、該薄膜トランジスタの配置間隔の整数倍になるように、また、これをフラットパネルディスプレイに用いる際の画素の間隔の整数倍になるように、設定されている。
As shown in FIG. 1B, the
なお、光学部材としては、必ずしも円形のレーザ光遮蔽部が、行方向および列方向で直線状に位置するように並列していることが必要とされるものではない。
図1(c)は、光学部材の変更例を示すものであり、円形のレーザ光遮蔽部70a…70aの配置位置が各行で異なる光学部材70の平面図と一部拡大図を示している。そして、レーザ光遮蔽部70a以外の部分は、レーザ光透過部70bとなっている。
レーザ光遮蔽部70aは、図示行方向、列方向でそれぞれ等間隔(行方向と列方向の間隔は異なる)で配列されており、行方向で直線状に配列されているものの、列方向では各行毎に位置がずれている。そのずれ量は、レーザ光遮蔽部70a、70a間の間隔の半分に設定されている。この結果、レーザ光遮蔽部70aは、一行置きに列方向での位置が揃うように配列されている。この例では、隣接するレーザ光遮蔽部70a、70aの間隔は、図1(c)で示すようにレーザ光遮蔽部70aの径Aと同じ距離Aか、これよりも大きな距離Bを有している。この間隔設定により先のレーザ光照射と後のレーザ光照射とで非完全溶融エネルギー領域が重ならないようにレーザ光の照射を行うことができる。
なお、前記した光学部材7では、隣接するレーザ光遮蔽部7a同士が矩形状の角部に位置することになる。一方、光学部材70では、隣接するレーザ光遮蔽部70a同士が3角形状の頂点に位置することになる。このため光学部材7では、結晶が固相成長する際、矩形内の対角線上の半分まで成長しなければならずレーザ光遮蔽部70aに比べて相対的に距離が長く結晶化されない部分が残りやすいので、レーザ光遮蔽部7a同士の間隔を狭くせざるを得ない。一方、光学部材70では、結晶が固相成長する際に、三角形の中心まで成長すれば良く前記レーザ光遮蔽部7aに比べて相対的に距離が短く、より結晶化されやすいので、レーザ光遮蔽部70a同士の間隔を前記光学部材7よりも広くすることができる。なお、三角形状に位置する際に、各レーザ光遮蔽部70a同士の間隔が各辺で同一になるように、行間隔を設定するのが望ましい。これにより、各レーザ光遮蔽部70aから三角形の中心までの距離が同一になり、固相成長による結晶化がより均一になされる。
ただし、以下では、光学部材7を用いた装置について説明する。
In addition, as an optical member, it is not necessarily required that the circular laser beam shielding portions are arranged in parallel so as to be positioned linearly in the row direction and the column direction.
FIG.1 (c) shows the example of a change of an optical member, and has shown the top view and partial enlarged view of the
The laser
In the
However, hereinafter, an apparatus using the
以下、光学部材7を備える上記装置を用いて前記基板1にレーザ光を照射して結晶化させる際の作用について説明する。
Hereinafter, an operation when the substrate 1 is crystallized by irradiating the substrate 1 with laser light using the above-described apparatus including the
上記光学部材7を通して、レーザ光源4から出力されたレーザ光4aをシリコン膜10の一部領域に照射する。すると、レーザ光4aは、レーザ光遮蔽部7aに相当する非照射域では、シリコン膜10上で非完全溶融エネルギー領域となり、レーザ光透過部7bに相当する照射領域では、シリコン膜10上で溶融エネルギー領域となるレーザパターンに成形される。この結果、図2(a)に示すように、非完全溶融エネルギー領域はアモルファスの固相10aとなり、溶融エネルギー領域では液相10bとなる。レーザ光4aの照射後、固液相界面において固相10aから液相10bにかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。図2(b)は、図2(a)の部分拡大図であり、該結晶化によって生成されるグレインバウンドリ10cを示している。固相10aの周囲でグレインバウンドリ10cが放射状に形成され、該グレインバウンドリ10cの先端に連なる4角形およびその角部に突起が形成されやすくなる。
A part of the
その後、光学部材7またはステージ2を移動させることで、レーザ光遮蔽部7aに相当する非照射域を、前記固相10a、10aの間で同列に位置させる。また、図2(c)に示すように、光学部材7に先照射用と後照射用にそれぞれレーザ光遮蔽部7aおよびレーザ光透過部7bが横方向に並べておき、光学部材7またはステージ2を移動させることで、レーザ光遮蔽部7aに相当する非照射域を、前記固相10a、10aの間で同列に位置させるようにしてもよい。
Thereafter, by moving the
上記移動後、レーザ光を照射すると、レーザパターンに従ってレーザ光遮蔽部7aに相当する非照射域では、シリコン膜10上で非完全溶融エネルギー領域となり、レーザ光透過部7bに相当する照射領域では、シリコン膜10上で溶融エネルギー領域となる。この結果、非完全溶融エネルギー領域では、固相10dとなり、溶融エネルギー領域では液相となる。このため、先の照射における固相10aも液相となる。レーザ光4aの照射によって、固液相界面において固相10dから液相にかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。
図3(a)は、該結晶化によって生成されるグレインバウンドリ10eを示している。固相10dの周囲でグレインバウンドリ10eが放射状に形成され、該グレインバウンドリ10eの先端に連なる4角形およびその角部に突起が形成されやすくなる。
上記結晶化の結果、図3(b)に示すように、結晶化したシリコン膜10が得られる。
該結晶化シリコン膜10では、上記したように突起部が線状に並ぶことはなく、ランダムに、かつ小さい面積で位置しており、位置ずれによるムラの原因になることがない。
When the laser beam is irradiated after the movement, the non-irradiation region corresponding to the laser
FIG. 3A shows the grain bounds 10e generated by the crystallization. Grain bounds 10e are formed radially around the
As a result of the crystallization, a
In the crystallized
(実施形態1)
次に、レーザ光遮蔽またはレーザ光低透過部とレーザ光透過部とを有する光学部材のパターンを有する本発明の一実施形態を説明する。
この形態では、図4(a)に示すように、光学部材17に所定の幅で三角波形状をなすレーザ光遮蔽部17aを有し、他の領域はレーザ光透過部17bとなっている。
(Embodiment 1)
Next, an embodiment of the present invention having an optical member pattern having a laser light shielding or laser light low transmission part and a laser light transmission part will be described.
In this embodiment, as shown in FIG. 4A, the
上記光学部材17を通して、レーザ光源4から出力されたレーザ光4aをシリコン膜10の一部領域に照射する。すると、レーザ光4aは、レーザ光遮蔽部17aに相当する非照射域では、シリコン膜10上で非完全溶融エネルギー領域となり、レーザ光透過部17bに相当する領域では、シリコン膜10上で、溶融エネルギー領域となるレーザパターンに成形される。この結果、図4(b)に示すように、非完全溶融エネルギー領域は三角波形状のアモルファスの固相100aとなり、溶融エネルギー領域では液相となる。レーザ光4aの照射後、固液相界面において固相100aから液相にかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。図4(b)には、該結晶化によって生成されるグレインバウンドリ100cを示している。そして固相100a、100a間で、波形状の突起100dが形成されている。
Through the
次いで、光学部材17またはステージ2を移動させることで、図4(a)に示すように、レーザ光遮蔽部17aに相当する波形の非照射域が、前記固相100a、100aの間で、波の長さ方向に半周期ずれるように位置させる。また、光学部材17に先照射用と後照射用にそれぞれレーザ光遮蔽部17aおよびレーザ光透過部17bが横方向に並べておき、光学部材17またはステージ2を移動させることで、レーザ光遮蔽部17aに相当する非照射域を、前記固相100a、100aの間で、波の長さ方向に半周期ずれるように位置させるようにしてもよい。
Next, by moving the
上記の状態でレーザ光4aを照射すると、レーザパターンに従って非照射域に相当して三角波状の固相が残り、光学部材17を通した他の領域が液相となる。このため、先の照射における固相100aも液相となる。レーザ光4aの照射によって、固液相界面において固相から液相にかけて順次側面結晶化が生じ、液相部分が結晶化する。図5は、該結晶化がなされた膜を示すものであり、該膜には結晶化によって先の突起100dとともに三角波状に突起100eが形成されている。すなわち先のレーザ光照射により生成された突起100dの中心に後のレーザ光照射により生成する突起100eが入るようにして結晶化を完成する。
When the
なお、上記形態では、波形の非完全溶融エネルギー領域に応じて三角波形状のレーザ光遮蔽部を光学部材17に設けたが、三角波形状に変えて正弦波形状とすることもできる。図6は、光学部材27に所定の幅で正弦波状にレーザ光遮蔽部27aを設けたものであり、光学部材27の他部はレーザ光透過部27bとなっている。この光学部材27を通してアモルファス膜にレーザ光を照射することで、正弦波形状の固相を基点にして順次側面結晶化を進行させることができる。その後、図6に示すように、光学部材27またはステージ側を移動させて前記レーザ光遮蔽部27aに相当する非照射領域が前記固相部と固相部の間に位置し、かつ波の長さ方向で半周期ずれる(図示で上下反転したもの)ようにしてレーザ光を照射することで、該固相部を含めて結晶化を行うことができる。
In the above embodiment, a triangular wave shaped laser light shielding portion is provided on the
そして先のレーザ光照射により生成する突起の中心に、後のレーザ光照射により生成する突起が入るようにして結晶化を完成する。 Then, the crystallization is completed so that the projection generated by the subsequent laser beam irradiation enters the center of the projection generated by the previous laser beam irradiation.
1 基板
2 ステージ
3 移動装置
4 レーザ光源
4a レーザ光
5 ミラー
6 結像レンズ
7 光学部材
7a レーザ光遮蔽部
7b レーザ光透過部
10 シリコン膜
17 光学部材
17a レーザ光遮蔽部
17b レーザ光透過部
27 光学部材
27a レーザ光遮蔽部
27b レーザ光透過部
70 光学部材
70a レーザ光遮蔽部
70b レーザ光透過部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Stage 3
Claims (10)
レーザ光によって前記膜を溶融させない非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間をレーザ光によって前記膜が溶融する溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して、前記膜の溶融部分を固相部分から順次側面結晶化し、さらに、前記固相部分が溶融部分となるように位置を変えて、非完全溶融エネルギー領域を波形で振幅方向で間隔を置いて並列させ、該非完全溶融エネルギー領域間を溶融エネルギー領域にして、前記レーザ光を前記膜に照射して順次側面結晶化することを特徴とするアモルファス膜の結晶化方法。 In the crystallization method of irradiating the amorphous film with laser light and sequentially crystallizing by side crystallization,
Incomplete melting energy regions in which the film is not melted by laser light are arranged in parallel in a waveform with an interval in the amplitude direction, and the non-complete melting energy regions are made to be melting energy regions in which the film is melted by laser light, and the laser light Is irradiated to the film, the molten portion of the film is sequentially crystallized from the solid phase portion, and the position is changed so that the solid phase portion becomes the molten portion. A method for crystallizing an amorphous film, wherein the film is arranged side by side with a gap in the direction, and the incomplete melting energy region is made into a melting energy region, and the laser beam is irradiated to the film to sequentially perform side crystallization.
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