JP2021034693A - Laser annealing device and formation method of crystallized film - Google Patents

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Abstract

To provide a laser annealing device that efficiently crystallizes a to-be-annealed film without thermally damaging a substrate, a wiring layer, or the like located at a layer lower than the to-be-annealed film.SOLUTION: A beam processing unit is provided to process a continuous-wave laser beam so that it becomes a converging laser beam. The laser beam is scanned relative to a to-be-annealed film while a spot where the laser beam converges the most is located inside the to-be-annealed film.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーザアニール装置および結晶化膜の形成方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing device and a method for forming a crystallized film.

薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Organic Electroluminescence Display）などの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）をアクティブ駆動するためのスイッチング素子として用いられている。薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を構成する半導体層の材料としては、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：amorphous Silicon）や、多結晶シリコン（p−Ｓｉ：polycrystalline Silicon）などが用いられている。 A thin film transistor (TFT) is used as a switching element for actively driving a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display and an organic EL display (OLED). Amorphous silicon (a-Si: amorphous Silicon), polycrystalline silicon (p-Si), and the like are used as materials for the semiconductor layer constituting the thin film transistor (hereinafter referred to as TFT).

非晶質シリコンは、電子の動き易さの指標である移動度が低く、さらに高密度・高精細化が進むＦＰＤで要求される高移動度には対応しきれない。そこで、ＦＰＤにおけるＴＦＴとしては、非晶質シリコンよりも移動度が高い多結晶シリコンでチャネル層を形成することが好ましい。多結晶シリコン膜の形成方法としては、エキシマレーザアニール（ＥＬＡ:Excimer Laser Annealing）方法が知られている。 Amorphous silicon has low mobility, which is an index of electron mobility, and cannot meet the high mobility required for FPDs, which are becoming more dense and high-definition. Therefore, as the TFT in the FPD, it is preferable to form the channel layer with polycrystalline silicon having a higher mobility than amorphous silicon. As a method for forming a polycrystalline silicon film, an excimer laser annealing (ELA) method is known.

このＥＬＡ方法では、エキシマレーザからパルス出射されるレーザ光を光学系で均一な分布を持つラインビーム状のレーザビームに成形して用いる。このＥＬＡ方法では、例えば、図１４に示すように、非晶質シリコン膜１０３ａが形成されたガラス基板１００を用意する。次に、パルス照射を行うレーザビームＬＢｐの照射位置を固定させ、ガラス基板１００をスキャン方向Ｓへ移動させる動作を繰り返すことで非晶質シリコン膜１０３ａの全面にレーザビームＬＢｐを照射する。非晶質シリコン膜１０３ａは、レーザビームＬＢｐの照射により瞬時に溶融し、その後に結晶化して多結晶シリコン膜１０３ｐに改質される。なお、図１４に示すように、ガラス基板１００上には、銅（Ｃｕ）でなるゲートライン１０１が形成され、このゲートライン１０１と非晶質シリコン膜１０３との間には、ゲート絶縁膜１０２が介在されている。 In this ELA method, the laser beam emitted from the excimer laser as a pulse is formed into a line beam-shaped laser beam having a uniform distribution in the optical system. In this ELA method, for example, as shown in FIG. 14, a glass substrate 100 on which an amorphous silicon film 103a is formed is prepared. Next, the irradiation position of the laser beam LBp for pulse irradiation is fixed, and the operation of moving the glass substrate 100 in the scanning direction S is repeated to irradiate the entire surface of the amorphous silicon film 103a with the laser beam LBp. The amorphous silicon film 103a is instantly melted by irradiation with the laser beam LBp, and then crystallized to be reformed into the polycrystalline silicon film 103p. As shown in FIG. 14, a gate line 101 made of copper (Cu) is formed on the glass substrate 100, and a gate insulating film 102 is formed between the gate line 101 and the amorphous silicon film 103. Is intervened.

このようなＥＬＡ方法で用いられるレーザ光の波長は、例えば、３０８ｎｍ程度の短波長であるため、ほとんどが非晶質シリコン膜１０３で吸収される。加えて、図１４に模式的に示すように、このＥＬＡ方法ではパルス照射であるため、次のパルスが照射される前に基板内が冷め、基板が過熱されることなく多結晶シリコン膜となるため、ＬＴＰＳ（低温ポリシリコン）の語源となっている。図１４における破線Ｔｐは、１パルス毎に照射された領域の下層における温度変化が及ぶ領域を模式的に示す。このようなＥＬＡ方法によれば、ガラス基板１００上に形成されたゲートライン１０１などが過熱による影響を受け難いという利点がある。 Since the wavelength of the laser light used in such an ELA method is, for example, a short wavelength of about 308 nm, most of the laser light is absorbed by the amorphous silicon film 103. In addition, as schematically shown in FIG. 14, since this ELA method uses pulse irradiation, the inside of the substrate is cooled before the next pulse is irradiated, and the substrate becomes a polycrystalline silicon film without being overheated. Therefore, it is the origin of the term LTPS (low temperature polysilicon). The broken line Tp in FIG. 14 schematically shows a region where the temperature changes in the lower layer of the region irradiated for each pulse. According to such an ELA method, there is an advantage that the gate line 101 formed on the glass substrate 100 is not easily affected by overheating.

しかしながら、上述のＥＬＡ方法では希ガスを使ってガスレーザを発振させるため、設備コストならびに維持コストが嵩むという問題がある。また、ＥＬＡ方法では、ガスレーザの発生出力が強く、レーザ光の位相のそろい具合（コヒーレンス）や出力を一定の状態に保つことが難しいという問題がある。さらに、上述のＥＬＡ方法では、ＴＦＴを形成しない領域（占有率９割強）まで多結晶シリコン膜１０３ｐを形成してしまうため、エネルギー効率が悪い。また、このＥＬＡ方法を用いた場合、ＴＦＴを形成しない領域の多結晶シリコン膜を除去する工程が加わるため、後の加工プロセスの工程数が増加するという課題がある。 However, since the above-mentioned ELA method oscillates a gas laser using a rare gas, there is a problem that equipment cost and maintenance cost increase. Further, the ELA method has a problem that the generated output of the gas laser is strong and it is difficult to keep the phase alignment (coherence) and the output of the laser light in a constant state. Further, in the above-mentioned ELA method, the polycrystalline silicon film 103p is formed up to the region where the TFT is not formed (occupancy rate is more than 90%), so that the energy efficiency is poor. Further, when this ELA method is used, there is a problem that the number of steps in the subsequent processing process increases because a step of removing the polycrystalline silicon film in the region where the TFT is not formed is added.

近年、多結晶シリコンや、横方向（ラテラル）結晶成長させた疑似単結晶シリコンを形成する方法として、例えば、５００ｎｍ程度の青色系の連続発振（ＣＷ）レーザ光でなるラインビーム状のレーザビームをスキャンする方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、例えば、図１５に示すように、非晶質シリコン膜１０３ａに対して、レーザビームＬＢｃｗを相対的にスキャンして連続的な加熱を行うことにより、多結晶シリコン膜１０３ｐを形成する。なお、図１５における破線Ｔｃｗは、連続発振されたレーザビームＬＢｃｗが照射された領域の下層における温度変化が及ぶ領域を模式的に示す。 In recent years, as a method for forming polycrystalline silicon or pseudo-single crystal silicon in which lateral (lateral) crystals have been grown, for example, a line beam-shaped laser beam made of a blue continuous oscillation (CW) laser beam of about 500 nm has been used. There is a scanning method (see, for example, Patent Document 1). In this method, for example, as shown in FIG. 15, the polycrystalline silicon film 103p is formed by scanning the laser beam LBcw relative to the amorphous silicon film 103a and continuously heating the amorphous silicon film 103a. .. The broken line Tcw in FIG. 15 schematically shows a region where the temperature changes in the lower layer of the region irradiated with the continuously oscillated laser beam LBcw.

特開２００３−８６５０５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-86505

上述のＣＷレーザを用いた従来のアニール方法においては、以下のような課題がある。すなわち、このアニール方法では、レーザビームＬＢｃｗが連続発振であるため、ガラス基板１００上に熱がこもりゲートライン１０１を過熱して損傷させるという問題がある。加えて、このアニール方法では、波長帯域が４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の青色系のレーザ光を用いた場合、ビームが非晶質シリコン膜１０３ａよりも下層のゲートライン１０１やガラス基板１００まで達してしまうため、こもった熱の作用と相まってゲートライン１０１やガラス基板１００を過熱して損傷させるという問題がある。特に、上述のＣＷレーザを用いたアニール方法では、基板として可撓性を有する、例えば、ポリイミドなどの樹脂でなる基板を適用することが困難であった。 The conventional annealing method using the above-mentioned CW laser has the following problems. That is, in this annealing method, since the laser beam LBcw is continuously oscillated, there is a problem that heat is trapped on the glass substrate 100 and the gate line 101 is overheated and damaged. In addition, in this annealing method, when a blue laser beam having a wavelength band of about 400 nm to 500 nm is used, the beam reaches the gate line 101 and the glass substrate 100 below the amorphous silicon film 103a. There is a problem that the gate line 101 and the glass substrate 100 are overheated and damaged in combination with the action of the trapped heat. In particular, in the above-mentioned annealing method using a CW laser, it has been difficult to apply a flexible substrate, for example, a substrate made of a resin such as polyimide.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、被アニール処理膜よりも下層に配置された、基板ならびに配線層などを熱的損傷させることなく、効率的に被アニール処理膜を結晶化させるレーザアニール装置および結晶化膜の形成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and efficiently provides an annealed film to be annealed without thermally damaging a substrate, a wiring layer, or the like arranged below the annealed film. It is an object of the present invention to provide a laser annealing apparatus for crystallization and a method for forming a crystallized film.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、基板上に成膜された被アニール処理膜に対して、光源から発振された連続発振レーザ光を照射して前記被アニール処理膜を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、前記連続発振レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工するビーム加工部を備え、前記レーザビームが最も収束するスポット部が、前記被アニール処理膜の膜内部に位置する状態で、当該レーザビームが前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンされることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, the aspect of the present invention is to irradiate the annealed film formed on the substrate with a continuously oscillating laser beam oscillated from a light source. A laser annealing device that modifies an annealed film into a crystallized film, including a beam processing unit that processes the continuously oscillating laser light so that it becomes a converging laser beam, and a spot portion where the laser beam converges most. However, the laser beam is scanned relative to the annealed film while being located inside the film to be annealed.

上記態様としては、前記被アニール処理膜は、非晶質シリコン膜であり、前記被アニール処理膜の下方の前記基板上に、薄膜トランジスタのゲートラインが形成されていることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the annealed film is an amorphous silicon film, and a gate line of a thin film transistor is formed on the substrate below the annealed film.

上記態様としては、前記基板は、非金属無機材料または樹脂でなることが好ましい。 In the above aspect, the substrate is preferably made of a non-metallic inorganic material or resin.

上記態様としては、前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、５μｍ以上３００μｍ以内であることが好ましい。 In the above aspect, the diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is preferably 5 μm or more and 300 μm or less.

上記態様としては、前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。 In the above aspect, the diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

上記態様としては、前記レーザビームが前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、１００ｍｍ〜１０００ｍｍ／秒であることが好ましい。 In the above aspect, the scanning speed at which the laser beam is scanned relative to the film to be annealed is preferably 100 mm to 1000 mm / sec.

上記態様としては、前記レーザビームのパワー密度は、１５０〜５００ｋＷ／ｃｍ２であることが好ましい。 In the above aspect, the power density of the laser beam is preferably 150 to 500 kW / cm 2.

上記態様としては、前記レーザビームは、トップハット型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形であることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser beam has a top hat shape and has a circular cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis.

上記態様としては、前記レーザビームは、ドーナツ型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形であることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser beam has a donut shape and the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis is circular.

上記態様としては、前記ビーム加工部で形成されたレーザビームにおける前記スポット部の位置を調整する集光調整部と、前記集光調整部および前記光源を制御する制御部と、を備えることが好ましい。 As the above aspect, it is preferable to include a focusing adjusting unit for adjusting the position of the spot portion in the laser beam formed by the beam processing unit, and a controlling unit for controlling the focusing adjusting unit and the light source. ..

本発明の他の態様は、基板上に成膜された被アニール処理膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記被アニール処理膜を結晶化膜に改質させる結晶化膜の形成方法であって、前記連続発振レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工し、前記レーザビームが最も収束するスポット部を、前記被アニール処理膜の膜内部に位置するように配置させ、前記レーザビームを前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンすることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is a method for forming a crystallized film in which a film to be annealed formed on a substrate is irradiated with a continuously oscillating laser beam to modify the film to be annealed into a crystallized film. The continuously oscillating laser beam is processed so as to be a converging laser beam, and the spot portion where the laser beam converges most is arranged so as to be located inside the film to be annealed. The laser beam is scanned relative to the film to be annealed.

上記態様としては、前記被アニール処理膜は、非晶質シリコン膜であり、前記被アニール処理膜の下方の前記基板上に、薄膜トランジスタのゲートラインが形成されていることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the annealed film is an amorphous silicon film, and a gate line of a thin film transistor is formed on the substrate below the annealed film.

上記態様としては、前記基板は、非金属無機材料または樹脂でなることが好ましい。 In the above aspect, the substrate is preferably made of a non-metallic inorganic material or resin.

上記態様としては、前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、５μｍ以上３００μｍ以内であることが好ましい。 In the above aspect, the diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is preferably 5 μm or more and 300 μm or less.

上記態様としては、前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。 In the above aspect, the diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

上記態様としては、前記レーザビームが前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、１００ｍｍ〜１０００ｍｍ／秒であることが好ましい。 In the above aspect, the scanning speed at which the laser beam is scanned relative to the film to be annealed is preferably 100 mm to 1000 mm / sec.

上記態様としては、前記レーザビームのパワー密度は、１５０〜５００ｋＷ／ｃｍ２であることが好ましい。 In the above aspect, the power density of the laser beam is preferably 150 to 500 kW / cm 2.

上記態様としては、前記レーザビームは、トップハット型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形であることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser beam has a top hat shape and has a circular cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis.

上記態様としては、前記レーザビームは、ドーナツ型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形であることが好ましい。 In the above aspect, it is preferable that the laser beam has a donut shape and the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis is circular.

本発明に係るレーザアニール装置および結晶化膜の形成方法によれば、被アニール処理膜よりも下層に配置された、基板ならびに配線層などを熱的損傷させることなく、効率的に被アニール処理膜を結晶化させることができる。 According to the laser annealing apparatus and the method for forming a crystallization film according to the present invention, the film to be annealed is efficiently processed without thermally damaging the substrate and the wiring layer arranged below the film to be annealed. Can be crystallized.

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing an outline of a laser annealing apparatus according to an embodiment of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いた結晶化膜（疑似単結晶シリコン膜）の形成方法を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a method of forming a crystallized film (pseudo-single crystal silicon film) using the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention. 図３は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いた結晶化膜（疑似単結晶シリコン膜）の形成方法を示す工程平面図である。FIG. 3 is a process plan view showing a method of forming a crystallized film (pseudo-single crystal silicon film) using the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention. 図４は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いた結晶化膜（疑似単結晶シリコン膜）の形成方法を示す工程平面図である。FIG. 4 is a process plan view showing a method of forming a crystallized film (pseudo single crystal silicon film) using the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention. 図５は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置に用いるレーザビームのビームタイプを示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a beam type of a laser beam used in the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention. 図６は、本発明の実施の形態に係る結晶化膜の形成方法における単位面積当たりのパワー密度（ｋＷ／ｃｍ２）と、スキャン速度（ｍｍ／秒）と、の条件を変えて得られた結晶形態の発生条件を示す図である。 FIG. 6 was obtained by changing the conditions of the power density per unit area (kW / cm 2 ) and the scanning speed (mm / sec) in the method for forming a crystallized film according to the embodiment of the present invention. It is a figure which shows the generation condition of a crystal form. 図７は、比較例１および比較例２に関し、非晶質シリコン膜を形成したガラス基板の平面図である。FIG. 7 is a plan view of a glass substrate on which an amorphous silicon film is formed with respect to Comparative Example 1 and Comparative Example 2. 図８は、比較例１のアニール結果を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing the annealing result of Comparative Example 1. 図９は、比較例２のアニール結果を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing the annealing result of Comparative Example 2. 図１０は、比較例２のアニールによりゲートラインに生じた損傷部分を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing a damaged portion generated in the gate line due to the annealing of Comparative Example 2. 図１１は、比較例２における結晶化状態と温度分布を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a crystallization state and a temperature distribution in Comparative Example 2. 図１２−１は、図１１の（１）の部分の断面における熱伝導を模式的に示す説明図である。FIG. 12-1 is an explanatory diagram schematically showing heat conduction in the cross section of the portion (1) of FIG. 図１２−２は、図１１の（２）の部分の断面における熱伝導を模式的に示す説明図である。FIG. 12-2 is an explanatory diagram schematically showing heat conduction in the cross section of the portion (2) of FIG. 図１２−３は、図１１の（３）の部分の断面における熱伝導を模式的に示す説明図である。FIG. 12-3 is an explanatory diagram schematically showing heat conduction in the cross section of the portion (3) of FIG. 図１２−４は、図１１の（４）の部分の断面における熱伝導を模式的に示す説明図である。FIG. 12-4 is an explanatory diagram schematically showing heat conduction in the cross section of the portion (4) of FIG. 図１２−５は、図１１の（５）の部分の断面における熱伝導を模式的に示す説明図である。FIG. 12-5 is an explanatory diagram schematically showing heat conduction in the cross section of the portion (5) of FIG. 図１３は、本発明の実施の形態に係る結晶化膜の形成方法における他のビーム形状（ドーナツ型形状）を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing another beam shape (doughnut shape) in the method for forming a crystallized film according to the embodiment of the present invention. 図１４は、従来のパルスレーザを用いたレーザアニール方法を示す斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a laser annealing method using a conventional pulse laser. 図１５は、従来の連続発振レーザ光を用いたレーザアニール方法を示す斜視図である。FIG. 15 is a perspective view showing a laser annealing method using a conventional continuously oscillating laser beam.

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置および結晶化膜の形成方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, the details of the laser annealing apparatus and the method for forming the crystallized film according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the number of each member, the dimensions of each member, the ratio of dimensions, the shape, etc. are different from the actual ones. In addition, there are parts where the dimensional relationships, ratios, and shapes of the drawings are different from each other.

（レーザアニール装置の構成）
図１に示すように、本実施の形態に係るレーザアニール装置１は、光源２と、ビーム加工部３と、集光調整部４と、制御部５と、図示しない基板搬送手段と、を備えている。 (Construction of laser annealing device)
As shown in FIG. 1, the laser annealing device 1 according to the present embodiment includes a light source 2, a beam processing unit 3, a condensing adjustment unit 4, a control unit 5, and a substrate transport means (not shown). ing.

光源２は、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）を発振する光源としてのＣＷレーザ光源を備えている。ここで、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜（非晶質シリコン膜）の冷却時間よりも短い（固まる前に次のパルスで照射する）疑似連続発振レーザであってもよい。レーザ光源としては、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの各種のレーザを用いることが可能である。 The light source 2 includes a CW laser light source as a light source that oscillates a continuously oscillating laser light (CW laser light). Here, the continuously oscillating laser light (CW laser light) is a concept including so-called pseudo continuous oscillation that continuously irradiates the target region with the laser light. In other words, even if the laser beam is a pulse laser, the pulse interval is shorter than the cooling time of the silicon thin film (amorphous silicon film) after heating (irradiate with the next pulse before solidifying). You may. As the laser light source, various lasers such as a semiconductor laser, a solid-state laser, a liquid laser, and a gas laser can be used.

ビーム加工部３は、光源２から発振された連続発振レーザ光を、下流側（後側）へ向けてスポット部Ｆで収束するレーザビームＬＢｃｗとなるように加工する。本実施の形態では、ビーム加工部３としては、結像光学系が用いられている。なお、本実施の形態において、レーザビームＬＢｃｗは、図５に示すように、トップハット型形状の特性を持ち、光軸に直交する方向の断面形状が円形である。 The beam processing unit 3 processes the continuously oscillating laser light oscillated from the light source 2 so as to become a laser beam LBcw that converges at the spot unit F toward the downstream side (rear side). In the present embodiment, an imaging optical system is used as the beam processing unit 3. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the laser beam LBcw has the characteristics of a top hat shape, and the cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis is circular.

集光調整部４は、ビーム加工部３の結像光学系を作動させてレーザビームＬＢｃｗのスポット部Ｆの位置を昇降させる調整と、レーザビームＬＢｃｗのビーム形状の調整と、を行う機能部を備える。 The focusing adjusting unit 4 operates a functional unit that operates the imaging optical system of the beam processing unit 3 to raise and lower the position of the spot portion F of the laser beam LBcw and adjusts the beam shape of the laser beam LBcw. Be prepared.

制御部５は、図示しない、記憶手段およびスポット部Ｆの位置検出手段からの情報に基づいて光源２および集光調整部４へ制御信号を出力して、スポット部Ｆの位置を制御する。 The control unit 5 outputs a control signal to the light source 2 and the light collection adjustment unit 4 based on information from the storage means and the position detection means of the spot unit F (not shown) to control the position of the spot unit F.

図示しない基板搬送手段は、アニール処理を施す基板をスキャン方向Ｓへ任意の速度で搬送する機構を備える。したがって、ビーム加工部３の位置を固定した状態で基板側をスキャンすることによって、基板に対してレーザビームＬＢｃｗを相対的にスキャンするようになっている。 The substrate transporting means (not shown) includes a mechanism for transporting the substrate to be annealed in the scanning direction S at an arbitrary speed. Therefore, the laser beam LBcw is scanned relative to the substrate by scanning the substrate side with the position of the beam processing portion 3 fixed.

本実施の形態では、基板として、図１から図３に示すようなガラス基板１０を用いる。このガラス基板１０には、銅（Ｃｕ）でパターン形成されたゲートライン１１および図示しないその他の金属配線パターン、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）１２、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）１３、被アニール処理膜としての非晶質シリコン膜１４ａなどが順次積層されている。ゲートライン１１は、図示しない画素領域毎に形成されるＴＦＴのゲート電極となる部分を含む。因みに、一例として、ゲートライン１１の厚さ寸法は２００〜７００ｎｍ、シリコン窒化膜１２の厚さ寸法は３００ｎｍ程度、シリコン酸化膜１３の厚さ寸法は５０〜１００ｎｍ、非晶質シリコン膜１４ａの厚さ寸法は５０ｎｍ程度を挙げることができる。 In the present embodiment, the glass substrate 10 as shown in FIGS. 1 to 3 is used as the substrate. The glass substrate 10 has a gate line 11 patterned with copper (Cu) and other metal wiring patterns (not shown ), a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) 12, a silicon oxide film (SiO 2 ) 13, and an amorphous material. Amorphous silicon film 14a or the like as a treatment film is sequentially laminated. The gate line 11 includes a portion serving as a gate electrode of the TFT formed for each pixel region (not shown). Incidentally, as an example, the thickness dimension of the gate line 11 is 200 to 700 nm, the thickness dimension of the silicon nitride film 12 is about 300 nm, the thickness dimension of the silicon oxide film 13 is 50 to 100 nm, and the thickness of the amorphous silicon film 14a. The dimensions can be about 50 nm.

図２に示すように、本実施の形態では、非晶質シリコン膜１４ａの表面に照射されるレーザビームＬＢｃｗの径寸法ｄは、５μｍ以上３００μｍ以内の任意の寸法に設定されている。なお、この径寸法ｄの範囲は、レーザビームＬＢｃｗの照射面がＴＦＴの半導体活性領域内に収容され得る大きさである。なお、このレーザビームＬＢｃｗの照射面の径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内であることが好ましい。 As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the diameter dimension d of the laser beam LBcw irradiated on the surface of the amorphous silicon film 14a is set to an arbitrary dimension of 5 μm or more and 300 μm or less. The range of this diameter dimension d is such that the irradiation surface of the laser beam LBcw can be accommodated in the semiconductor active region of the TFT. The diameter of the irradiation surface of the laser beam LBcw is preferably 10 μm or more and 100 μm or less.

本実施の形態においては、レーザビームＬＢｃｗが非晶質シリコン膜１４ａに対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、１００〜１０００ｍｍ／秒であることが好ましい。 In the present embodiment, the scanning speed at which the laser beam LBcw is scanned relative to the amorphous silicon film 14a is preferably 100 to 1000 mm / sec.

本実施の形態では、上述した条件でレーザビームＬＢｃｗを非晶質シリコン膜１４ａに照射することにより、非晶質シリコン膜１４ａを疑似単結晶シリコン膜１４Ｌａに改質することができる。 In the present embodiment, the amorphous silicon film 14a can be modified into a pseudo single crystal silicon film 14La by irradiating the amorphous silicon film 14a with the laser beam LBcw under the above-mentioned conditions.

本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、レーザビームＬＢｃｗにおけるパワー密度の高いスポット部Ｆが非晶質シリコン膜１４ａの膜内部に位置するため、非晶質シリコン膜１４ａに重点的に大きな熱量が供給される。そして、スポット部Ｆから大部分の熱が側方（矢印ｈ方向）に向けて非晶質シリコン膜１４ａ内を伝達される。スポット部Ｆの後側（下側）では、ビームが拡散するため、下地のシリコン酸化膜１３等に到達する光のパワー密度が低くなり、非晶質シリコン膜１４ａの下層側を過熱することを抑制できる。このため、本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ゲートライン１１やその他の配線パターンやガラス基板１０などが過熱により損傷されることを回避できる。 According to the laser annealing apparatus 1 according to the present embodiment, since the spot portion F having a high power density in the laser beam LBcw is located inside the amorphous silicon film 14a, the focus is on the amorphous silicon film 14a. A large amount of heat is supplied. Then, most of the heat is transferred from the spot portion F toward the side (direction of arrow h) in the amorphous silicon film 14a. Since the beam is diffused on the rear side (lower side) of the spot portion F, the power density of the light reaching the underlying silicon oxide film 13 or the like becomes low, and the lower layer side of the amorphous silicon film 14a is overheated. Can be suppressed. Therefore, according to the laser annealing device 1 according to the present embodiment, it is possible to prevent the gate line 11, other wiring patterns, the glass substrate 10, and the like from being damaged by overheating.

（レーザアニール装置を用いた結晶化膜の形成方法）
以下、本実施の形態に係るレーザアニール装置１を用いて結晶化膜としての疑似単結晶シリコン膜１４Ｌａの形成方法について説明する。 (Method of forming a crystallized film using a laser annealing device)
Hereinafter, a method for forming a pseudo single crystal silicon film 14La as a crystallization film using the laser annealing apparatus 1 according to the present embodiment will be described.

まず、図１から図３に示すように、非晶質シリコン膜１４ａが形成されたガラス基板１０を図示しない基板搬送手段にセットする。図３に示すように、このガラス基板１０上には、ゲートライン１１および図示しない金属配線パターンが形成されている。図１および図２に示すように、レーザビームＬＢｃｗのスポット部Ｆが、ゲートライン１１の上方の非晶質シリコン膜１４ａの膜内に位置するようにビーム加工部３を調整する。なお、ビーム加工部３は、制御部５によって制御される集光調整部４によって調整駆動される。 First, as shown in FIGS. 1 to 3, the glass substrate 10 on which the amorphous silicon film 14a is formed is set in a substrate transporting means (not shown). As shown in FIG. 3, a gate line 11 and a metal wiring pattern (not shown) are formed on the glass substrate 10. As shown in FIGS. 1 and 2, the beam processing portion 3 is adjusted so that the spot portion F of the laser beam LBcw is located in the film of the amorphous silicon film 14a above the gate line 11. The beam processing unit 3 is adjusted and driven by the light collection adjusting unit 4 controlled by the control unit 5.

次に、図１から図３に示すように、ガラス基板１０上に成膜された非晶質シリコン膜１４ａに対して、レーザビームＬＢｃｗを照射しつつ、ガラス基板１０側を図示しない基板搬送手段によりスキャン方向Ｓに沿ってスキャンさせる。この結果、図４に示すように、ゲートライン１１の上方の非晶質シリコン膜１４ａが疑似単結晶シリコン膜１４Ｌａに改質される。 Next, as shown in FIGS. 1 to 3, a substrate transporting means for which the glass substrate 10 side is not shown while irradiating the amorphous silicon film 14a formed on the glass substrate 10 with the laser beam LBcw. Scans along the scanning direction S. As a result, as shown in FIG. 4, the amorphous silicon film 14a above the gate line 11 is modified into a pseudo single crystal silicon film 14La.

本実施の形態で用いる連続発振レーザ光の波長は、例えば、４５０ｎｍである。また、レーザビームＬＢｃｗの照射面の径寸法ｄが１０μｍになるように設定されている。なお、ＴＦＴを形成する場合には、レーザビームＬＢｃｗの径寸法ｄは、５μｍ以上３００μｍ以内で、好ましくは、１０μｍ以上１００μｍ以内に設定するとよい。因みに、本実施の形態においては、ビーム加工部３の結像光学系での開口数ＮＡは０.４に設定したが、これに限定されるものではない。また、本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法では、レーザビームＬＢｃｗとしては、図５に示すようなトップハット型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形のビームを用いる。 The wavelength of the continuously oscillating laser light used in this embodiment is, for example, 450 nm. Further, the diameter dimension d of the irradiation surface of the laser beam LBcw is set to be 10 μm. When forming the TFT, the diameter dimension d of the laser beam LBcw is preferably set to 5 μm or more and 300 μm or less, preferably 10 μm or more and 100 μm or less. Incidentally, in the present embodiment, the numerical aperture NA of the beam processing unit 3 in the imaging optical system is set to 0.4, but the present invention is not limited to this. Further, in the method for forming a crystallized film according to the present embodiment, the laser beam LBcw uses a beam having a top hat shape as shown in FIG. 5 and having a circular cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis. ..

図６は、上記の結晶化膜の形成方法において、フルエンスとしての単位面積当たりのパワー密度（ｋＷ／ｃｍ２）と、スキャン速度（ｍｍ／秒）と、の条件を変えて得られた結晶形態の発生条件を示す。図６に示すように、本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法において、境界線Ｌ１，Ｌ２で挟まれた領域が疑似単結晶シリコン膜（ラテラルＳｉ）を形成できることが判る。すなわち、図６から判るように、フルエンスが１５０（ｋＷ／ｃｍ２）以上で疑似単結晶シリコン膜を形成することができる。フルエンスが９０（ｋＷ／ｃｍ２）において、スキャン速度２００〜５００ｍｍ／秒の範囲で疑似単結晶シリコン膜を形成できる。また、フルエンス１１０（ｋＷ／ｃｍ２）において、スキャン速度４００〜１０００ｍｍ／秒の範囲で疑似単結晶シリコン膜を形成できる。なお、フルエンスが５００（ｋＷ／ｃｍ２）においては、非晶質シリコン膜の確実な溶融とラテラル成長が確保できるため疑似単結晶シリコン膜を形成できる。したがって、上記の結晶化膜の形成方法においては、パワー密度が１５０（ｋＷ／ｃｍ２）以上で疑似単結晶シリコン膜を形成でき、実用的なスキャン速度を加味するとパワー密度が５００（ｋＷ／ｃｍ２）までの範囲で結晶化膜の形成方法を実現することができる。 FIG. 6 shows a crystal morphology obtained by changing the conditions of the power density per unit area as fluence (kW / cm 2 ) and the scanning speed (mm / sec) in the above-mentioned method for forming a crystallized film. Indicates the conditions under which. As shown in FIG. 6, in the method for forming a crystallized film according to the present embodiment, it can be seen that the region sandwiched between the boundary lines L1 and L2 can form a pseudo single crystal silicon film (lateral Si). That is, as can be seen from FIG. 6, a pseudo single crystal silicon film can be formed when the fluence is 150 (kW / cm 2) or more. At a fluence of 90 (kW / cm 2 ), a pseudo-single crystal silicon film can be formed in a scanning speed range of 200 to 500 mm / sec. Further, at fluence 110 (kW / cm 2 ), a pseudo single crystal silicon film can be formed in a scanning speed range of 400 to 1000 mm / sec. When the fluence is 500 (kW / cm 2 ), the amorphous silicon film can be surely melted and lateral growth can be ensured, so that a pseudo single crystal silicon film can be formed. Therefore, in the above method for forming a crystallized film , a pseudo single crystal silicon film can be formed at a power density of 150 (kW / cm 2 ) or more, and the power density is 500 (kW / cm) when a practical scanning speed is taken into consideration. A method for forming a crystallized film can be realized within the range up to 2).

次に、比較例として、図１５に示すような、連続発振レーザ光をラインビーム状に加工してなるレーザビームＬＢｃｗを用いてアニールした場合について説明する。 Next, as a comparative example, a case where the continuously oscillating laser light is annealed using a laser beam LBcw formed by processing the continuously oscillating laser light into a line beam shape as shown in FIG. 15 will be described.

［比較例］
以下、連続発振レーザ光を用いてラインビーム状のレーザビームＬＢｃｗを用いたアニール方法を用いて結晶化膜を作製した比較例１について説明する。まず、図７の要部平面図に示すように、ガラス基板１００上に銅（Ｃｕ）でなるゲートライン１０１が形成され、これらゲートライン１０１よりも上層に成膜された非晶質シリコン膜１０３ａを用意する。 [Comparison example]
Hereinafter, Comparative Example 1 in which a crystallized film is produced by an annealing method using a line beam-shaped laser beam LBcw using continuously oscillating laser light will be described. First, as shown in the plan view of the main part of FIG. 7, a gate line 101 made of copper (Cu) is formed on the glass substrate 100, and an amorphous silicon film 103a formed in a layer above the gate line 101. Prepare.

次に、図１５示すように、ＣＷレーザでなるレーザビームＬＢｃｗに対してガラス基板１００側をスキャン方向Ｓにスキャンしながらアニールを行う。ＣＷレーザとしては、青色の半導体レーザを用いている。レーザビームＬＢｃｗの短軸方向の長さは２５μｍであり、長軸方向の長さは１.２ｍｍである。レーザビームＬＢｃｗの短軸方向におけるパワー密度の分布はガウシアン型であり、長軸方向におけるパワー密度の分布はトップハット型である。 Next, as shown in FIG. 15, the laser beam LBcw formed by the CW laser is annealed while scanning the glass substrate 100 side in the scanning direction S. As the CW laser, a blue semiconductor laser is used. The length of the laser beam LBcw in the minor axis direction is 25 μm, and the length in the major axis direction is 1.2 mm. The distribution of the power density in the short axis direction of the laser beam LBcw is the Gaussian type, and the distribution of the power density in the long axis direction is the top hat type.

（比較例１）
上記のようなラインビーム状のレーザビームＬＢｃｗを用いて、以下の条件でアニールを行った比較例１について説明する。比較例１は、ＣＷレーザのパワー密度を例えば、７０ｋＷ／ｃｍ２に設定し、ガラス基板１００のスキャン速度を例えば、３００ｍｍ／秒に設定した場合である。すなわち、スキャン速度を勘案しても単位面積当たりのパワー密度が低い場合である。この比較例１では、図８に示すように、ゲートライン１０１の上方の領域に、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）のまま残った非晶質シリコン膜１０３ａと、微結晶シリコン膜１０３μｃと、が形成される。また、ゲートライン１０１が配置されていない領域は全て多結晶シリコン膜１０３ｐとなっている。このため、ＴＦＴの半導体層としては、非晶質シリコン膜１０３ａと微結晶シリコン膜１０３μｃとが混在してしまう。このため、移動度の高いスイッチング素子を作製することができず、ＴＦＴ同士の間で特性のばらつきが発生する虞がある。 (Comparative Example 1)
Comparative Example 1 in which annealing was performed under the following conditions using the line beam-shaped laser beam LBcw as described above will be described. Comparative Example 1 is a case where the power density of the CW laser is set to, for example, 70 kW / cm 2, and the scanning speed of the glass substrate 100 is set to, for example, 300 mm / sec. That is, the power density per unit area is low even when the scanning speed is taken into consideration. In Comparative Example 1, as shown in FIG. 8, the amorphous silicon film 103a in which the amorphous silicon (a-Si) remained in the region above the gate line 101, the microcrystalline silicon film 103 μc, and the microcrystalline silicon film 103 μc. Is formed. Further, all the regions where the gate line 101 is not arranged are the polycrystalline silicon film 103p. Therefore, as the semiconductor layer of the TFT, the amorphous silicon film 103a and the microcrystalline silicon film 103 μc are mixed. Therefore, it is not possible to manufacture a switching element having high mobility, and there is a possibility that the characteristics may vary between the TFTs.

（比較例２）
比較例２では、上記比較例１と同様にラインビーム状のレーザビームＬＢｃｗを用いて、以下の条件でアニールを行った。比較例２では、ＣＷレーザのパワー密度を例えば、１４０ｋＷ／ｃｍ２に設定し、ガラス基板１００のスキャン速度を例えば、４００ｍｍ／秒以上に設定した。この比較例２では、図９に示すように、ゲートライン１０１の上方の領域に、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）のまま残った非晶質シリコン膜１０３ａと、多結晶シリコン膜１０３ｐと、が形成される。また、ゲートライン１０１が配置されていない領域は略全て多結晶シリコン膜１０３ｐとなっている。このため、この比較例２においても、ＴＦＴの半導体層としては、非晶質シリコン膜１０３ａと多結晶シリコン膜１０３ｐとが混在してしまう。このため、移動度の高いスイッチング素子を作製することができず、ＴＦＴ同士の間で特性のばらつきが発生する虞がある。図９および図１０に示すように、この比較例２においては、ゲートライン１０１に損傷部分１０１ｄが発生している。このため、比較例２のような条件でのアニール方法では、ＴＦＴパネルの歩留まりを低下させたり、ＴＦＴパネルの耐久性を低下させる虞がある。 (Comparative Example 2)
In Comparative Example 2, annealing was performed under the following conditions using a line beam-shaped laser beam LBcw in the same manner as in Comparative Example 1. In Comparative Example 2, the power density of the CW laser was set to, for example, 140 kW / cm 2, and the scanning speed of the glass substrate 100 was set to, for example, 400 mm / sec or more. In Comparative Example 2, as shown in FIG. 9, the amorphous silicon film 103a and the polycrystalline silicon film 103p, which remained as amorphous silicon (a-Si), were formed in the region above the gate line 101. Is formed. Further, almost all the regions where the gate line 101 is not arranged are the polycrystalline silicon film 103p. Therefore, even in Comparative Example 2, the amorphous silicon film 103a and the polycrystalline silicon film 103p are mixed as the semiconductor layer of the TFT. Therefore, it is not possible to manufacture a switching element having high mobility, and there is a possibility that the characteristics may vary between the TFTs. As shown in FIGS. 9 and 10, in this Comparative Example 2, the damaged portion 101d is generated at the gate line 101. Therefore, in the annealing method under the conditions as in Comparative Example 2, the yield of the TFT panel may be lowered or the durability of the TFT panel may be lowered.

以上、比較例１および比較例２について説明したが、連続発振レーザ光を用いたアニール方法においては、レーザビームＬＢｃｗがラインビーム状でない場合も、下方に形成された配線や基板などを損傷する可能が危惧される。図１１は、比較例２と同様の手順でアニールを行った場合のゲートライン１０１の部位（１）〜（５）に応じた温度分布と結晶化状態を示す。 Although Comparative Example 1 and Comparative Example 2 have been described above, in the annealing method using continuously oscillating laser light, even if the laser beam LBcw is not in the shape of a line beam, the wiring and the substrate formed below can be damaged. Is worried. FIG. 11 shows the temperature distribution and the crystallization state according to the sites (1) to (5) of the gate line 101 when annealing is performed in the same procedure as in Comparative Example 2.

図１２−１は、図１１における（１）の領域の断面説明図である。この位置にレーザビームＬＢｃｗが位置するときには、レーザビームＬＢｃｗが照射される領域の直下にゲートライン１０１が存在しないため、熱伝導が悪く、熱が非晶質シリコン膜１０３内に留まる。このため、この領域では、結晶化が促進される。 FIG. 12-1 is a cross-sectional explanatory view of the region (1) in FIG. When the laser beam LBcw is located at this position, the gate line 101 does not exist directly under the region irradiated with the laser beam LBcw, so that the heat conduction is poor and the heat stays in the amorphous silicon film 103. Therefore, crystallization is promoted in this region.

図１２−２は、図１１における（２）の領域の断面説明図である。この位置にレーザビームＬＢｃｗが位置するときには、直下にゲートライン１０１のエッジ部が存在するため、レーザビームＬＢｃｗからの熱が、熱伝導性の良いＣｕでなるゲートライン１０１に急激に奪われて、非晶質シリコン膜１０３に熱が留まらない。このため、この領域では、非晶質シリコン膜１０３が結晶化されずに、非晶質シリコン膜１０３が残ってしまう。 FIG. 12-2 is a cross-sectional explanatory view of the region (2) in FIG. When the laser beam LBcw is located at this position, the edge portion of the gate line 101 exists directly below the laser beam LBcw, so that the heat from the laser beam LBcw is rapidly taken away by the gate line 101 made of Cu having good thermal conductivity. Heat does not stay on the amorphous silicon film 103. Therefore, in this region, the amorphous silicon film 103 is not crystallized, and the amorphous silicon film 103 remains.

図１２−３は図１１における（３）の領域の断面説明図であり、図１２−４は図１１における（４）の領域の断面説明図である。これらの位置にレーザビームＬＢｃｗが位置するときには、ゲートライン１０１の温度が高くなるにつれて熱がゲートライン１０１に伝わりにくくなり、非晶質シリコン膜１０３に熱が溜まっていく。このため、非晶質シリコン膜１０３は、微結晶シリコン膜１０３μｃから徐々に多結晶シリコン膜１０３ｐの結晶状態に移行する。 12-3 is a cross-sectional explanatory view of the region (3) in FIG. 11, and FIG. 12-4 is a cross-sectional explanatory view of the region (4) in FIG. When the laser beam LBcw is located at these positions, heat is less likely to be transferred to the gate line 101 as the temperature of the gate line 101 increases, and heat accumulates in the amorphous silicon film 103. Therefore, the amorphous silicon film 103 gradually shifts from the microcrystalline silicon film 103 μc to the crystalline state of the polycrystalline silicon film 103p.

図１２−５は、図１１における（５）の領域の断面説明図である。この位置にレーザビームＬＢｃｗが位置するときには、レーザビームＬＢｃｗが照射される位置の下方に、ゲートライン１０１のエッジ部が存在するため、ガラス基板１００側に供給される熱をエッジ部が奪いエッジ部の温度が急激に高くなる。このため、ゲートライン１０１のエッジ部は、熱的に損傷されやすくなる。このとき、このエッジ部の上方の非晶質シリコン膜１０３の領域は温度が奪われて低下するため、結晶化状態としては微結晶シリコン膜（μｃ−Ｓｉ）となる。 FIG. 12-5 is a cross-sectional explanatory view of the region (5) in FIG. When the laser beam LBcw is located at this position, the edge portion of the gate line 101 exists below the position where the laser beam LBcw is irradiated, so that the edge portion takes away the heat supplied to the glass substrate 100 side and the edge portion. The temperature of the glass rises sharply. Therefore, the edge portion of the gate line 101 is easily damaged by heat. At this time, the region of the amorphous silicon film 103 above the edge portion is deprived of temperature and lowered, so that the crystallized state is a microcrystalline silicon film (μc—Si).

［本実施の形態の作用および効果］
以下に、本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法の作用および効果について説明する。 [Action and effect of this embodiment]
The action and effect of the method for forming a crystallized film according to the present embodiment will be described below.

本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法では、レーザビームＬＢｃｗのスポット部Ｆが非晶質シリコン膜１４ａの膜内部に位置する状態で、スキャンされるため、非晶質シリコン膜１４ａが選択的にパワー密度の高い状態でアニールされる。このため、スポット部Ｆから側方（図１に示す矢印ｈ方向）に熱が伝わり所定の範囲を結晶化する。 In the method for forming a crystallized film according to the present embodiment, the spot portion F of the laser beam LBcw is scanned in a state where it is located inside the film of the amorphous silicon film 14a, so that the amorphous silicon film 14a is selected. It is annealed in a state where the power density is high. Therefore, heat is transferred from the spot portion F to the side (direction of arrow h shown in FIG. 1) to crystallize a predetermined range.

本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法では、非晶質シリコン膜１４ａが下層の影響を受けずに均一に加熱できるという利点があり、均一な疑似単結晶シリコン膜を形成することが可能となる。本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法によれば、条件設定を変えることにより、良質な多結晶シリコン膜を形成することも勿論可能である。 The method for forming a crystallized film according to the present embodiment has an advantage that the amorphous silicon film 14a can be uniformly heated without being affected by the lower layer, and a uniform pseudo single crystal silicon film can be formed. It becomes. According to the method for forming a crystallized film according to the present embodiment, it is of course possible to form a high-quality polycrystalline silicon film by changing the condition setting.

本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法では、レーザビームＬＢｃｗのスポット部Ｆの下方では、レーザビームが分散して拡がりパワー密度が低下するため、下層に配置されたゲートライン１１や図示しないその他の金属配線パターンやガラス基板１０に対して熱的損傷が発生することを抑制できる。 In the method for forming the crystallized film according to the present embodiment, the laser beam is dispersed and spreads below the spot portion F of the laser beam LBcw to reduce the power density. Therefore, the gate line 11 arranged in the lower layer and not shown are shown. It is possible to suppress the occurrence of thermal damage to other metal wiring patterns and the glass substrate 10.

本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法では、非晶質シリコン膜１４ａの下層側に対して熱的損傷の発生を抑制できるため、基板として可撓性を有する、例えば、ポリイミドなどの樹脂基板を適用することも可能にする。また、本実施の形態では、基板として、ガラス以外の非金属無機材料を適用することも勿論可能である。 In the method for forming a crystallized film according to the present embodiment, since the occurrence of thermal damage to the lower layer side of the amorphous silicon film 14a can be suppressed, a resin having flexibility as a substrate, for example, a resin such as polyimide. It also makes it possible to apply a substrate. Further, in the present embodiment, it is of course possible to apply a non-metallic inorganic material other than glass as the substrate.

本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法では、スキャン速度が多少変動した場合でも、結晶化状態に影響を与えることなく疑似単結晶シリコン膜１４Ｌａを形成できる。すなわち、本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法によれば、スキャン方向が変動しても、非晶質シリコン膜１４ａに対して熱的に安定したアニールが行えるという効果がある。 In the method for forming a crystallized film according to the present embodiment, a pseudo single crystal silicon film 14La can be formed without affecting the crystallization state even when the scanning speed fluctuates slightly. That is, according to the method for forming a crystallized film according to the present embodiment, there is an effect that thermally stable annealing can be performed on the amorphous silicon film 14a even if the scanning direction fluctuates.

本実施の形態に係る結晶化膜の形成方法では、図６に示すように、アニール条件のマージンを大きくできるという効果がある。 As shown in FIG. 6, the method for forming a crystallized film according to the present embodiment has an effect that the margin of annealing conditions can be increased.

（その他の実施の形態）
以上、本発明の実施の形態について説明したが、実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
Although embodiments of the present invention have been described above, the statements and drawings that form part of the disclosure of embodiments should not be understood to limit the invention. This disclosure will reveal to those skilled in the art various alternative embodiments, examples and operational techniques.

例えば、上記実施の形態では、基板としてガラス基板１０などのＦＰＤに適用できる構成としたが、半導体基板に適用してもよい。そして、このような半導体基板上に形成される被アニール処理膜として、例えばＣｕ配線を挙げることができる。この場合、半導体ウェハを用いた半導体装置のＣｕ配線の結晶化により導電性を向上させる処理を行うことが可能となる。 For example, in the above embodiment, the configuration can be applied to an FPD such as a glass substrate 10 as a substrate, but it may be applied to a semiconductor substrate. Then, as the film to be annealed formed on such a semiconductor substrate, for example, Cu wiring can be mentioned. In this case, it is possible to perform a process of improving the conductivity by crystallizing the Cu wiring of the semiconductor device using the semiconductor wafer.

上記の実施の形態では、レーザビームＬＢｃｗとして、トップハット型を適用したが、レーザの強度分布は、ガウシアンでもよい。図１３に示すように、レーザビームＬＢｃｗは、ドーナツ型形状のレーザビームＬＢｃｗとしてもよい。このようなドーナツ型形状のレーザビームＬＢｃｗを用いることにより、被アニール処理膜に形成した結晶化膜の輪郭部も確実に結晶化できるという利点がある。 In the above embodiment, the top hat type is applied as the laser beam LBcw, but the intensity distribution of the laser may be Gaussian. As shown in FIG. 13, the laser beam LBcw may be a donut-shaped laser beam LBcw. By using such a donut-shaped laser beam LBcw, there is an advantage that the contour portion of the crystallized film formed on the film to be annealed can be reliably crystallized.

上記の実施の形態では、被アニール処理膜を最上層に積層した基板を用いたが、被アニール処理膜の上に、例えば、シリコン酸化膜などの保護層を有する構造であっても適用可能である。 In the above embodiment, a substrate in which an annealed film is laminated on the uppermost layer is used, but a structure having a protective layer such as a silicon oxide film on the annealed film can also be applied. is there.

上記の実施の形態に係るレーザアニール装置１では、集光調整部４を備える構成としたが、ビーム加工部３に調整機構を備える構成として、集光調整部４を省略してもよい。 Although the laser annealing device 1 according to the above embodiment has a configuration in which the focusing adjusting unit 4 is provided, the focusing adjusting unit 4 may be omitted as a configuration in which the beam processing unit 3 is provided with an adjusting mechanism.

１ レーザアニール装置
２ 光源
３ ビーム加工部
４ 集光調整部
５ 制御部
１０ ガラス基板（基板）
１１ ゲートライン
１２ シリコン窒化膜
１３ シリコン酸化膜
１４ａ 非晶質シリコン膜（被アニール処理膜）
１４Ｌａ 疑似単結晶シリコン膜
Ｆ スポット部
ＬＢｃｗ レーザビーム（連続発振）
ＬＢｐ レーザビーム（パルス発振） 1 Laser annealing device 2 Light source 3 Beam processing unit 4 Condensing adjustment unit 5 Control unit 10 Glass substrate (board)
11 Gateline 12 Silicon nitriding film 13 Silicon oxide film 14a Amorphous silicon film (annealed film)
14La pseudo single crystal silicon film F spot part LBcw laser beam (continuous oscillation)
LBp laser beam (pulse oscillation)

Claims (19)

基板上に成膜された被アニール処理膜に対して、光源から発振された連続発振レーザ光を照射して前記被アニール処理膜を結晶化膜に改質させるレーザアニール装置であって、
前記連続発振レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工するビーム加工部を備え、
前記レーザビームが最も収束するスポット部が、前記被アニール処理膜の膜内部に位置する状態で、当該レーザビームが前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンされる
レーザアニール装置。 A laser annealing device that irradiates a continuously oscillating laser beam oscillated from a light source to a film to be annealed formed on a substrate to modify the film to be annealed into a crystallization film.
A beam processing unit that processes the continuously oscillating laser beam so that it becomes a converging laser beam is provided.
A laser annealing device in which the laser beam is scanned relative to the annealed film in a state where the spot portion where the laser beam converges most is located inside the film to be annealed. 前記被アニール処理膜は、非晶質シリコン膜であり、
前記被アニール処理膜の下方の前記基板上に、薄膜トランジスタのゲートラインが形成されている、
請求項１に記載のレーザアニール装置。 The film to be annealed is an amorphous silicon film.
A gate line of the thin film transistor is formed on the substrate below the film to be annealed.
The laser annealing apparatus according to claim 1. 前記基板は、非金属無機材料または樹脂でなる、
請求項１または請求項２に記載のレーザアニール装置。 The substrate is made of a non-metallic inorganic material or resin.
The laser annealing apparatus according to claim 1 or 2. 前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、５μｍ以上３００μｍ以内である、
請求項２または請求項３に記載のレーザアニール装置。 The diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is 5 μm or more and 300 μm or less.
The laser annealing apparatus according to claim 2 or 3. 前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内である、
請求項４に記載のレーザアニール装置。 The diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is 10 μm or more and 100 μm or less.
The laser annealing apparatus according to claim 4. 前記レーザビームが前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、１００ｍｍ〜１０００ｍｍ／秒である、
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The scanning speed at which the laser beam is scanned relative to the film to be annealed is 100 mm to 1000 mm / sec.
The laser annealing apparatus according to any one of claims 2 to 5. 前記レーザビームのパワー密度は、１５０〜５００ｋＷ／ｃｍ２である、
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The power density of the laser beam is 150 to 500 kW / cm 2 .
The laser annealing apparatus according to any one of claims 2 to 5. 前記レーザビームは、トップハット型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形である、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The laser beam has a top hat shape and has a circular cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis.
The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 7. 前記レーザビームは、ドーナツ型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形である、
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 The laser beam has a donut shape and has a circular cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis.
The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 7. 前記ビーム加工部で形成された前記レーザビームにおける前記スポット部の位置を調整する集光調整部と、
前記集光調整部および前記光源を制御する制御部と、
を備える、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 A condensing adjustment unit that adjusts the position of the spot portion in the laser beam formed by the beam processing unit, and a focusing adjustment unit.
A condensing adjustment unit, a control unit that controls the light source, and
To prepare
The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 9. 基板上に成膜された被アニール処理膜に対して、連続発振レーザ光を照射して前記被アニール処理膜を結晶化膜に改質させる結晶化膜の形成方法であって、
前記連続発振レーザ光を、収束するレーザビームとなるように加工し、
前記レーザビームが最も収束するスポット部を、前記被アニール処理膜の膜内部に位置するように配置させ、
前記レーザビームを前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンする
結晶化膜の形成方法。 It is a method of forming a crystallization film in which a film to be annealed formed on a substrate is irradiated with a continuously oscillating laser beam to modify the film to be annealed into a crystallized film.
The continuously oscillating laser beam is processed so as to be a converging laser beam.
The spot portion where the laser beam converges most is arranged so as to be located inside the film to be annealed.
A method for forming a crystallized film that scans the laser beam relative to the film to be annealed. 前記被アニール処理膜は、非晶質シリコン膜であり、
前記被アニール処理膜の下方の前記基板上に、薄膜トランジスタのゲートラインが形成されている、
請求項１１に記載の結晶化膜の形成方法。 The film to be annealed is an amorphous silicon film.
A gate line of the thin film transistor is formed on the substrate below the film to be annealed.
The method for forming a crystallized film according to claim 11. 前記基板は、非金属無機材料または樹脂でなる、
請求項１１または請求項１２に記載の結晶化膜の形成方法。 The substrate is made of a non-metallic inorganic material or resin.
The method for forming a crystallized film according to claim 11 or 12. 前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、５μｍ以上３００μｍ以内である、
請求項１１または請求項１２に記載の結晶化膜の形成方法。 The diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is 5 μm or more and 300 μm or less.
The method for forming a crystallized film according to claim 11 or 12. 前記被アニール処理膜の表面に照射される前記レーザビームの径寸法は、１０μｍ以上１００μｍ以内である、
請求項１４に記載の結晶化膜の形成方法。 The diameter of the laser beam irradiated on the surface of the film to be annealed is 10 μm or more and 100 μm or less.
The method for forming a crystallized film according to claim 14. 前記レーザビームが前記被アニール処理膜に対して、相対的にスキャンされるスキャン速度は、１００ｍｍ〜１０００ｍｍ／秒である、
請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の結晶化膜の形成方法。 The scanning speed at which the laser beam is scanned relative to the film to be annealed is 100 mm to 1000 mm / sec.
The method for forming a crystallized film according to any one of claims 12 to 15. 前記レーザビームのパワー密度は、１５０〜５００ｋＷ／ｃｍ２である、
請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の結晶化膜の形成方法。 The power density of the laser beam is 150 to 500 kW / cm 2 .
The method for forming a crystallized film according to any one of claims 12 to 15. 前記レーザビームは、トップハット型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形である、
請求項１１から請求項１７のいずれか一項に記載の結晶化膜の形成方法。 The laser beam has a top hat shape and has a circular cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis.
The method for forming a crystallized film according to any one of claims 11 to 17. 前記レーザビームは、ドーナツ型形状であり、光軸に直交する方向の断面形状が円形である、
請求項１１から請求項１７のいずれか一項に記載の結晶化膜の形成方法。 The laser beam has a donut shape and has a circular cross-sectional shape in the direction orthogonal to the optical axis.
The method for forming a crystallized film according to any one of claims 11 to 17.
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