JP4223470B2 - Method for determining pitch x and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Description

本明細書で開示する発明は、大面積の被照射面に対しレーザー光を高い均質性で照射することができる技術に関する。本発明は特に半導体膜のアニールに適している。   The invention disclosed in this specification relates to a technique capable of irradiating laser light with high homogeneity onto a large surface to be irradiated. The present invention is particularly suitable for annealing a semiconductor film.

近年、ガラス等の絶縁基板上に形成された非晶質半導体膜や結晶性半導体膜(単結晶でない、多結晶、微結晶等の結晶性を有する半導体膜)に対し、レーザーアニールを施して、結晶化させたり、結晶性を向上させる技術が、広く研究されている。上記半導体膜には、珪素膜がよく用いられる。   In recent years, laser annealing is performed on an amorphous semiconductor film or a crystalline semiconductor film (non-single crystal, polycrystalline, microcrystalline, etc. semiconductor film) formed on an insulating substrate such as glass, Techniques for crystallizing and improving crystallinity have been widely studied. A silicon film is often used as the semiconductor film.

ガラス基板は、従来よく使用されてきた石英基板と比較し、安価で加工性に富んでおり、大面積基板を容易に作成できる利点を持っている。これが上記研究が行われる理由である。また、結晶化に好んでレーザーが使用されるのは、ガラス基板の融点が低いからである。レーザーは基板の温度をあまり変えずに非単結晶膜にのみ高いエネルギーを与え、結晶化させることができる。   A glass substrate is cheaper and more workable than a quartz substrate that has been frequently used in the past, and has an advantage that a large-area substrate can be easily produced. This is the reason why the above research is conducted. In addition, the reason why laser is used for crystallization is that the melting point of the glass substrate is low. Laser can give high energy only to the non-single crystal film without changing the temperature of the substrate so much that it can be crystallized.

レーザーアニールを施して形成された結晶性珪素膜は、高い移動度を有するため、この結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジスタ(TFT)を形成し、例えば、一枚のガラス基板上に、画素駆動用と駆動回路用のTFTを作製する、モノリシック型の液晶電気光学装置等に盛んに利用されている。該結晶性珪素膜は多くの結晶粒を有するため、多結晶珪素膜、あるいは多結晶半導体膜と呼ばれる。   Since the crystalline silicon film formed by laser annealing has high mobility, a thin film transistor (TFT) is formed using this crystalline silicon film, for example, on a single glass substrate for pixel driving. It is actively used in monolithic liquid crystal electro-optical devices and the like for producing TFTs for driving circuits. Since the crystalline silicon film has many crystal grains, it is called a polycrystalline silicon film or a polycrystalline semiconductor film.

また、出力の大きい、エキシマレーザー等のパルスレーザービームを、被照射面において、数cm角の四角いスポットや、数ミリ幅×数10cmの線状となるように光学系にて加工し、レーザービームを走査させて(レーザービームの照射位置を被照射面に対し相対的に移動させて)、レーザーアニールを行う方法が、量産性が良く、工業的に優れているため、好んで使用される。   In addition, a laser beam is produced by processing a pulse laser beam such as an excimer laser having a high output with an optical system so that a square spot of several centimeters square or a line of several millimeters wide × several tens of centimeters is formed on the irradiated surface. The method of performing laser annealing by moving the laser beam (moving the irradiation position of the laser beam relative to the surface to be irradiated) is preferable because it is excellent in mass productivity and industrially excellent.

特に、線状レーザービームを用いると、前後左右の走査が必要なスポット状のレーザービームを用いた場合とは異なり、線状レーザーの線方向に直角な方向だけの走査で被照射面全体にレーザー照射を行うことができるため、高い量産性が得られる。線方向に直角な方向に走査するのは、それが最も効率のよい走査方向であるからである。この高い量産性により、現在レーザーアニールには線状レーザービームを使用することが主流になりつつある。   In particular, when a linear laser beam is used, unlike the case of using a spot laser beam that requires front / rear / left / right scanning, the entire irradiated surface is scanned by scanning only in a direction perpendicular to the linear direction of the linear laser. Since irradiation can be performed, high mass productivity is obtained. The reason for scanning in the direction perpendicular to the line direction is that it is the most efficient scanning direction. Due to this high mass productivity, the use of linear laser beams for laser annealing is now becoming mainstream.

上記線状に加工されたパルスレーザービームを走査させて、非単結晶半導体膜に対してレーザーアニールを施すに際し、いくつかの問題が生じている。   Several problems have arisen when laser annealing is performed on a non-single-crystal semiconductor film by scanning the pulse laser beam processed into the linear shape.

例えば、一般に,基板のうねり等により高低差のある基板上に成膜された半導体被膜の表面に対し、レーザーを照射するとき、レーザービームの焦点が局所的にずれてしまう問題がある。   For example, in general, when a laser is irradiated on the surface of a semiconductor film formed on a substrate having a height difference due to the undulation of the substrate, there is a problem that the focal point of the laser beam is locally shifted.

上記問題のため、レーザーアニールが膜面全体に一様に為されない。例えば、レーザーアニールで線状レーザービームを用いた場合、ビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立ち、これらの縞の一本一本で膜の半導体特性が著しく異なっていた。   Due to the above problem, laser annealing is not uniformly performed on the entire film surface. For example, when a linear laser beam is used in laser annealing, a phenomenon that stripes are formed at the overlapping portions of the beams is conspicuous, and the semiconductor characteristics of the film are significantly different for each of these stripes.

この問題は、特に大面積基板に対してレーザーを照射するときに深刻である。なぜならば、大面積基板は基板の高低差が比較的大きいからである。例えば、600×720mmの基板のうねりは100μm程度である。この数値は使用するレーザービームの特徴によっては大変大きなものとなる。   This problem is particularly serious when a large area substrate is irradiated with a laser. This is because a large area substrate has a relatively large difference in height between the substrates. For example, the waviness of a 600 × 720 mm substrate is about 100 μm. This value is very large depending on the characteristics of the laser beam used.

具体的にレーザービームの焦点近傍がどのような状態になっているかを以下に示す。レーザービームの焦点近傍でのレーザービームのエネルギー分布はレーザービームを形成する光学系の形態により異なった挙動をとる。   Specifically, the state near the focal point of the laser beam is shown below. The energy distribution of the laser beam near the focal point of the laser beam behaves differently depending on the form of the optical system that forms the laser beam.

例えば、単純にレーザービームを線状に絞っただけのビームであれば、焦点のずれがビーム幅とエネルギー密度に影響する。図1(a)に記載の光学系は、単純にレーザービームを線状に絞るものである。
図1において、100はレーザービーム、101、102は、レーザービーム100を線方向に拡大する系を構成するシリンドリカルレンズ、103は幅方向に集光させるシリンドリカルレンズである。
For example, if the laser beam is simply a linear beam, the focus shift affects the beam width and energy density. The optical system shown in FIG. 1A simply narrows the laser beam into a linear shape.
In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a laser beam, reference numerals 101 and 102 denote cylindrical lenses constituting a system for expanding the laser beam 100 in the linear direction, and reference numeral 103 denotes a cylindrical lens that collects light in the width direction.

このような光学系は、単純にレーザービームを線状に絞っただけなので、一般に、被照射面104における線状レーザービームのエネルギー均質性が悪い。このような光学系を用いるときは、線状に加工される前のレーザービームのエネルギーの均質性の非常に良いものが要求される。また、焦点のずれが被照射面におけるエネルギー密度を変化させることから、このような構成の光学系でレーザービームを形成することは好ましくない。   Since such an optical system simply narrows the laser beam into a linear shape, the energy uniformity of the linear laser beam on the irradiated surface 104 is generally poor. When such an optical system is used, it is required that the laser beam has a very uniform energy before being processed into a linear shape. In addition, since the deviation of the focus changes the energy density on the irradiated surface, it is not preferable to form a laser beam with the optical system having such a configuration.

図1(b)の光学系は、図1(a)の光学系に凹シリンドリカルレンズ105を加えたものである。レーザービームを図1(b)の様にして形成すれば、レーザービームは被照射面106近傍で平行光線であるから、そもそもレーザービームの焦点という概念がなくなる。よって、焦点がずれるといった問題はそもそも起こらない。しかしながら、線状レザービームを形成する直前におかれているレンズを通過するレーザービームのエネルギー密度が高く、レンズの耐久性が追いつかない。よって、現状では、この様な光学系は実用的でない。また、このような光学系を用いるときは、元々のレーザービーム(線状に加工される前のレーザービーム)のエネルギーの均質性が非常に良いものである必要がある。   The optical system in FIG. 1B is obtained by adding a concave cylindrical lens 105 to the optical system in FIG. If the laser beam is formed as shown in FIG. 1B, since the laser beam is a parallel light beam in the vicinity of the irradiated surface 106, the concept of the focal point of the laser beam is eliminated. Therefore, the problem of defocusing does not occur in the first place. However, the energy density of the laser beam passing through the lens placed immediately before forming the linear leather beam is high, and the durability of the lens cannot be caught up. Therefore, at present, such an optical system is not practical. Further, when such an optical system is used, the energy uniformity of the original laser beam (laser beam before being processed into a linear shape) needs to be very good.

上記の2例は、線状に加工される前の段階のレーザービームのエネルギー均質性が非常に高いものが要求される。現存のレーザー発生装置では、半導体膜をアニールするのに充分な均質性をもつものは見当たらない。よって、上記の構成は新たな技術開発を待つこととなる。   The above two examples require that the laser beam has a very high energy homogeneity before being processed into a linear shape. There are no existing laser generators with sufficient homogeneity to anneal the semiconductor film. Therefore, the above configuration waits for new technology development.

上記の2例は線状レーザービームのエネルギー分布の均質性が悪く、現状では半導体膜のアニールには適さない。次に、実際に現在使われている光学系を例に出す。   The above two examples have poor uniformity of the energy distribution of the linear laser beam and are not suitable for annealing a semiconductor film at present. Next, an optical system that is actually used is taken as an example.

図2(a)に示した構成の光学系が形成するレーザービームは線状のレーザービームとなる。この光学系の構成はレーザービームを縦横に分割し、分割されたレーザービームの各々を線状に加工しつつ照射面で1つに合成するものである。この様にすることで線状レーザービーム内のエネルギー分布を均質化できる。   The laser beam formed by the optical system having the configuration shown in FIG. 2A is a linear laser beam. In this optical system, the laser beam is divided vertically and horizontally, and each of the divided laser beams is combined into one on the irradiation surface while being processed into a linear shape. By doing so, the energy distribution in the linear laser beam can be homogenized.

図2(a)の構成のレンズ群を介して得られる線状レーザービームの焦点(合成焦点)と、該焦点からやや離れた断面でエネルギーの分布を調べると、線状レーザービームの幅方向のエネルギー分布が図3のようになる。合成焦点から離れた断面では分割されたレーザービームが1つになりきれないので、分布は階段状になる。   When the energy distribution is examined at the focal point (synthetic focal point) of the linear laser beam obtained through the lens group having the configuration shown in FIG. 2A and the cross section slightly separated from the focal point, the width direction of the linear laser beam is examined. The energy distribution is as shown in FIG. Since the divided laser beam cannot be one in the cross section away from the synthetic focus, the distribution is stepped.

図3、a が焦点直前のもの、図3、b が焦点のもの、図3、c が焦点直後のものであり、図2(b)の破線a 、b 、c にそれぞれ対応している。なお、ここで言う線状レーザービームの焦点は、分割されたレーザー光が実質的に1つになる平面を指す。一般に線状レーザービームは、高いエネルギー密度を必要とするので、幅は1mm以下に設定されることが多い。よって、図3a と図3c のビーム形状は概略合同になる。   FIGS. 3A and 3B are those immediately before the focus, FIGS. 3B and 3B are those immediately after the focus, and FIGS. 3C and 3C correspond to the broken lines a 1, b 2, and c 2 in FIG. 2B, respectively. The focal point of the linear laser beam referred to here refers to a plane in which the divided laser beams are substantially one. In general, since a linear laser beam requires a high energy density, the width is often set to 1 mm or less. Therefore, the beam shapes in FIGS. 3a and 3c are substantially congruent.

図3、a 、c に示したようなエネルギー分布のレーザーが半導体膜に照射されると、線状レーザービームの幅方向に対する中央部分が照射されたところと、端の部分が照射されたところではアニールの効果が全く異なってくる。このようなレーザービームを使って出来るだけ一様にレーザーアニールを行うために、レーザービームを幅方向に重ね合わせながら半導体膜に照射することが一般に行われている。   When the semiconductor film is irradiated with a laser having an energy distribution as shown in FIGS. 3, a, and c, the central portion with respect to the width direction of the linear laser beam and the end portion are irradiated. The effect of annealing is completely different. In order to perform laser annealing as uniformly as possible using such a laser beam, it is generally performed to irradiate a semiconductor film while overlapping the laser beam in the width direction.

すなわち、端の部分が照射された半導体膜の部分のさらに上から、線状レーザービームの幅方向に対する中央部分のエネルギーが照射されるように、レーザーを重ね合わせて照射すると良かった。使用するレーザー発生装置はパルスレーザーであるエキシマレーザーであるから、線状レーザービームを半導体膜上で重ね合わせることで半導体膜全体にレーザーを照射することになる。   That is, it is preferable to irradiate the lasers so that the energy of the central part with respect to the width direction of the linear laser beam is irradiated from above the semiconductor film part irradiated with the end part. Since the laser generator to be used is an excimer laser which is a pulse laser, the laser beam is irradiated on the entire semiconductor film by superimposing a linear laser beam on the semiconductor film.

上記レーザービームを使用して、最も一様に半導体膜全体をアニールするためには、線状レーザービームの幅Wに対しその1/ 20〜1/ 5程度のピッチxで半導体膜を移動し、線状レーザービームの照射位置を重ね合わせることが重要である。すなわち、W/ 20≦x≦W/ 5の条件を満たしてレーザーを照射する必要がある。   In order to anneal the entire semiconductor film most uniformly using the laser beam, the semiconductor film is moved at a pitch x of 1/20 to 1/5 of the width W of the linear laser beam, It is important to overlap the irradiation positions of the linear laser beam. That is, it is necessary to irradiate the laser while satisfying the condition of W / 20 ≦ x ≦ W / 5.

その範囲中特に、幅Wの1/ 10程度のピッチxで重ね合わせると特に良かった。しかしながら、このような条件でレーザー照射を行っても、依然としてビームとビームの重なりの部分で縞ができてしまう現象が目立った。   In that range, it was particularly good to superimpose at a pitch x of about 1/10 of the width W. However, even when laser irradiation is performed under such conditions, a phenomenon in which stripes are still formed in the overlapping portion of the beams is conspicuous.

図4に示すのは、この縞の状態である。図に示された基板は5インチ角のものである。5インチ角の基板で厚さ0. 7mmのものの凹凸(うねり)は、20μm程度であった。この縞は、レーザーアニール後の珪素膜の表面を観察すると光の反射加減によって現れる。   FIG. 4 shows this stripe state. The substrate shown in the figure is a 5 inch square. The unevenness (swell) of a 5-inch square substrate having a thickness of 0.7 mm was about 20 μm. These stripes appear due to light reflection when the surface of the silicon film after laser annealing is observed.

図4は、Xe Clエキシマレーザーを紙面の左右方向に延長する線状のレーザービームとし、これを紙面上から下方向に走査して照射した場合のものである。   FIG. 4 shows a case in which a Xe Cl excimer laser is used as a linear laser beam extending in the left-right direction on the paper surface, and is irradiated by scanning downward from above the paper surface.

図4の横縞は、パルスレーザーショットの重なり具合に起因するものであると理解される。   It is understood that the horizontal stripes in FIG. 4 are caused by the overlapping state of pulse laser shots.

図4に示すような縞状の模様が現れてしまう珪素膜を用いて薄膜トランジスタを形成し、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイを作製した場合、この縞が画面の表示にそのまま出てしまう不都合が生じた。   When a thin film transistor is formed using a silicon film in which a striped pattern as shown in FIG. 4 appears and an active matrix type liquid crystal display is manufactured, there is a disadvantage that the stripe appears as it is on the screen display. .

この問題は、基板が600×720mmの如き大面積で厚さが0. 7mmのものとなると表面の高低差が100μm程度と大きくなり、さらに深刻になる。   This problem becomes more serious when the substrate has a large area such as 600 × 720 mm and a thickness of 0.7 mm, and the surface height difference becomes as large as about 100 μm.

一般に線状レーザービームを形成する場合、その断面が長方形状のビームを適当な光学系に通して線状に加工する。前記長方形状のビームはアスペクト比が2から5程度であるが、例えば、図2に示した光学系により、アスペクト比100以上の線状ビームに変形される。その際、エネルギーのビーム内分布も同時に均質化されるように、上記光学系は設計されている。   In general, when a linear laser beam is formed, a beam having a rectangular cross section is processed into a linear shape through an appropriate optical system. The rectangular beam has an aspect ratio of about 2 to 5. For example, the rectangular beam is transformed into a linear beam having an aspect ratio of 100 or more by the optical system shown in FIG. At this time, the optical system is designed so that the distribution of energy in the beam is also homogenized at the same time.

図2に示す装置は、発振器201からのレーザー光(この状態では概略矩形形状を有している)を202、203、204、206、208で示す光学系を介して、線状ビームとして照射する機能を有している。なお、205はスリット、207はミラーである。   The apparatus shown in FIG. 2 irradiates a laser beam from the oscillator 201 (in this state, having a substantially rectangular shape) as a linear beam via an optical system indicated by 202, 203, 204, 206, and 208. It has a function. Reference numeral 205 denotes a slit, and 207 denotes a mirror.

202はシリンドリカルレンズ群(多シリンドリカルレンズとも称される)と呼ばれ、ビームを多数に分割する機能を有する。この分割された多数のビームは、最終レンズであるシリンドリカルレンズ206で合成される。   Reference numeral 202 denotes a cylindrical lens group (also referred to as a multi-cylindrical lens), which has a function of dividing a beam into a large number. A large number of the divided beams are combined by a cylindrical lens 206 as a final lens.

この構成は、ビーム内の強度分布の均質性を改善するために必要とされる。また、シリンドリカルレンズ群203とシリンドリカルレンズ204との組み合わせも上述したシリンドリカルレンズ群202とシリンドリカルレンズ206の組み合わせと同様な機能を有する。   This configuration is required to improve the homogeneity of the intensity distribution within the beam. Further, the combination of the cylindrical lens group 203 and the cylindrical lens 204 has the same function as the combination of the cylindrical lens group 202 and the cylindrical lens 206 described above.

即ち、シリンドリカルレンズ群202とシリンドリカルレンズ206の組み合わせは、線状レーザービームの長手方向における強度分布の均質性を改善する機能を有し、シリンドリカルレンズ群203とシリンドリカルレンズ204の組み合わせは、線状レーザービームの幅方向における強度分布の均質性を改善する機能を有している。   That is, the combination of the cylindrical lens group 202 and the cylindrical lens 206 has a function of improving the homogeneity of the intensity distribution in the longitudinal direction of the linear laser beam, and the combination of the cylindrical lens group 203 and the cylindrical lens 204 is a linear laser beam. It has the function of improving the homogeneity of the intensity distribution in the beam width direction.

ビーム内のエネルギー分布を均質化する役割を果たす光学系をビームホモジェナイザーと呼ぶ。図2に示した光学系もビームホモジェナイザーの1つである。エネルギー分布を一様化する方法は、元の長方形のビームを分割後、各々拡大し重ね合わせて均質化するものである。   An optical system that plays a role in homogenizing the energy distribution in the beam is called a beam homogenizer. The optical system shown in FIG. 2 is also one of the beam homogenizers. The method for uniformizing the energy distribution is to divide the original rectangular beam, and then to enlarge and superimpose them to homogenize them.

このような光学系を介して形成された線状レーザービームの焦点近傍の断面におけるエネルギー分布は、先に図3に示した通りである。この図をみればわかるように、レーザービームの焦点前後ではエネルギーの分布に変化がみられる。この変化が、縞模様の形成を助長している。   The energy distribution in the cross section near the focal point of the linear laser beam formed through such an optical system is as shown in FIG. As can be seen from this figure, the energy distribution changes before and after the focal point of the laser beam. This change facilitates the formation of the striped pattern.

図2に示したレンズ群の構成は、基本的なものであり、さらに他の光学系を配置してもよい。また、同様な作用をする他のレンズに一部を置換してもよい。また、上記構成を全体の一部として利用してもよい。たとえば、図2に示すシリンドリカルレンズ群202、シリンドリカルレンズ群203は凸レンズ群であるが、凹レンズ群もしくは、凹凸混合のレンズ群を用いてもよい。   The configuration of the lens group shown in FIG. 2 is basic, and another optical system may be arranged. A part of the lens may be replaced with another lens having the same function. Moreover, you may utilize the said structure as a part of whole. For example, although the cylindrical lens group 202 and the cylindrical lens group 203 shown in FIG. 2 are convex lens groups, a concave lens group or a concave / convex mixed lens group may be used.

ただし、凹凸混合レンズ群に代表されるような、互いに合同でないレンズ群を使用する場合は、それらのレンズで加工される平行光線の、加工後の拡がりの角度が同じであるレンズ群で構成されなければならない。   However, when using lens groups that are not congruent as represented by the concave-convex mixed lens group, the parallel light beams processed by these lenses are composed of lens groups having the same spread angle after processing. There must be.

さもなければ、分割したビームが再結合されるとき、個々のビームが異なる大きさや形で重なり合い、ビームの輪郭が不明瞭となる。   Otherwise, when the split beams are recombined, the individual beams overlap in different sizes and shapes and the beam contours are unclear.

また、シリンドリカルレンズではなく、他の方法でレーザービームを分割してもよい。例えば、図10に示すように、図2記載のシリンドリカルレンズ群203とシリンドリカルレンズ204とを、ほぼ同様の作用を持つマルチフェイズプリズムに置き換えてもよい。この本光学系はレンズの群数を減らすことができるので、光量損失をおさえ、かつ、光学系の配置調整を容易にする等のメリットがある。   Further, the laser beam may be divided by another method instead of the cylindrical lens. For example, as shown in FIG. 10, the cylindrical lens group 203 and the cylindrical lens 204 shown in FIG. 2 may be replaced with a multi-phase prism having substantially the same action. Since this optical system can reduce the number of lens groups, there are advantages such as a reduction in light amount loss and easy adjustment of the arrangement of the optical system.

本明細書で開示する発明は、図4に示すようなレーザー光の照射ムラを改善することを課題とする。   An object of the invention disclosed in this specification is to improve the irradiation unevenness of laser light as shown in FIG.

本発明は、図3に示したレーザービームの焦点近傍の断面におけるエネルギー分布の変化を極力抑え、レーザーによる照射ムラを抑えることができる光学系の構成を提供する。   The present invention provides an optical system configuration that can suppress changes in energy distribution in the cross section near the focal point of the laser beam shown in FIG.

図2(a)に示した光学系の構成を基本とする光学系の最後尾に置かれた、集光のためのシリンドリカルレンズ(以下、最終レンズと呼ぶ)から照射面までのレーザービームの光路図を図2(b)に示す。図2(b)から明らかなように、複数のビームが被照射面で1つに合成されて線状ビームが形成される様子が見て取れる。被照射面が合成焦点(光学系全体の焦点)の前後にずれる、すなわち最終レンズからの距離が変化すると、複数のレーザービームが完全に1つにならないのでエネルギー分布が変化する。図2(a)中の断面a 、b 、c が図3のエネルギー分布a 、b 、c に対応している。   The optical path of the laser beam from the cylindrical lens for condensing (hereinafter referred to as the final lens) to the irradiation surface placed at the end of the optical system based on the configuration of the optical system shown in FIG. The figure is shown in FIG. As apparent from FIG. 2B, it can be seen that a plurality of beams are combined into one on the irradiated surface to form a linear beam. When the irradiated surface deviates before and after the synthetic focus (the focus of the entire optical system), that is, when the distance from the final lens changes, the energy distribution changes because the plurality of laser beams do not become one completely. The cross sections a 1, b 2, and c in FIG. 2A correspond to the energy distributions a 1, b 2, and c 3 in FIG.

照射する半導体膜の高低差rは、600×720mmの基板を用いた場合、100μm程度ある場合が多い。これは該基板を平坦なステージの上においた場合の数値である。この場合、レーザービームの合成焦点の前後100/ 2μm=50μmの範囲において、焦点のズレが半導体膜の結晶化の状態に反映されないような光学系を設計する必要がある。   The height difference r of the semiconductor film to be irradiated is often about 100 μm when a substrate of 600 × 720 mm is used. This is a numerical value when the substrate is placed on a flat stage. In this case, it is necessary to design an optical system in which the focus shift is not reflected in the crystallization state of the semiconductor film in the range of 100/2 μm = 50 μm before and after the synthetic focus of the laser beam.

基板搬送の便宜上、基板を置くステージが3点支持(基板の堅さにより4点あるいはそれ以上の方が好ましい場合もある)である方が好ましいのであるが、このようなステージの上に置かれた基板はそりが出てしまい、本来基板が持っているうねり以上に基板表面がそる。このときは、当然そのそりがあっても良好な結晶化ができるようなレーザービームでレーザーアニールをする必要がある。3点支持のステージに600×720mm、厚さ0. 7mmの基板を置いた場合、該基板の表面の見かけ上の高低差は1000μm程度になった。   For the convenience of transporting the substrate, it is preferable that the stage on which the substrate is placed has a three-point support (in some cases, four or more are preferable depending on the rigidity of the substrate). The substrate is warped, and the substrate surface is warped more than the undulation inherent to the substrate. In this case, naturally, it is necessary to perform laser annealing with a laser beam that allows good crystallization even if there is warping. When a substrate of 600 × 720 mm and a thickness of 0.7 mm was placed on a three-point support stage, the apparent height difference of the surface of the substrate was about 1000 μm.

図5に、焦点距離の異なる2つの最終レンズを示した。該2つの最終レンズを通るレーザービームの光路から、最終レンズに入射するレーザービームの、最終レンズの母線に垂直な方向の光入射範囲の大きさDと、前記最終レンズの母線と前記半導体膜との距離Fとは、Dに対するFの比が大きければ大きいほど、照射面近傍でのレーザービームのエネルギー分布の変化が少ないことがわかる。   FIG. 5 shows two final lenses having different focal lengths. From the optical path of the laser beam passing through the two final lenses, the size D of the light incident range of the laser beam incident on the final lens in the direction perpendicular to the generatrix of the final lens, the generatrix of the final lens, and the semiconductor film It can be seen that the larger the ratio of F to D, the smaller the change in the energy distribution of the laser beam near the irradiated surface.

以下に図5を用いてその点を説明する。図5(a)(b)とにおいて、zは合成焦点近傍のビーム断面でビーム幅がw* である断面から、ビーム幅がWである断面を経て、再びビーム幅がw* になる断面までの距離を表している。   This point will be described below with reference to FIG. In FIGS. 5 (a) and 5 (b), z is a cross section of the beam in the vicinity of the synthetic focus, from a cross section where the beam width is w *, to a cross section where the beam width is W *, through the cross section where the beam width is W. Represents the distance.

F1/ D1≦F2/ D2のとき、z1≦z2となり、(b)のほうが合成焦点のズレに対するビーム幅の変化量が小さい。   When F1 / D1 ≦ F2 / D2, z1 ≦ z2, and the amount of change in the beam width with respect to the shift of the composite focus is smaller in (b).

合成焦点での線状レーザービームの幅Wは、合成焦点からz/ 2前後にずれたところで、Δ=W−w*減少する。ここで、D>>Wであるので、Δ(z)≒(z/ 2)×D/ Fと近似できる。   The width W of the linear laser beam at the synthetic focal point decreases by Δ = W−w * when it deviates from the synthetic focal point to about z / 2. Here, since D >> W, it can be approximated as Δ (z) ≈ (z / 2) × D / F.

なお、図3に示すが、合成焦点からz/ 2前後にずれた領域でのビーム幅w*の定義は、合成焦点でのエネルギー密度と実質的に等しいエネルギー密度を持つ領域の幅とする。なお、本明細書においては、Δはビーム幅変化量と呼ぶ。
また、Δを特にΔ(r)と書いたとき、高低差rを有する半導体膜にビームを照射した時の、ビーム幅変化量を表すものとする。
As shown in FIG. 3, the definition of the beam width w * in the region shifted from the synthetic focal point to around z / 2 is the width of the region having an energy density substantially equal to the energy density at the synthetic focal point. In the present specification, Δ is referred to as a beam width change amount.
Further, when Δ is written as Δ (r) in particular, it represents the amount of change in beam width when a semiconductor film having a height difference r is irradiated with a beam.

上記説明のように、ビーム幅Wは、合成焦点からの距離でΔだけ変化する。従来、レーザービームの幅に対しその1/10前後のピッチxで線状レーザービームを重ね合わせて照射すると、レーザービームの線状の照射ムラがもっとも目立たなくなるとしていた。   As described above, the beam width W changes by Δ depending on the distance from the synthetic focus. Conventionally, when a linear laser beam is superimposed and irradiated at a pitch x of about 1/10 of the width of the laser beam, the linear irradiation unevenness of the laser beam is least noticeable.

しかしながら、本出願人は、ピッチxよりもΔが大きくなるような条件でレーザーを照射するとその均質性が著しく損なわれることが経験的に発見した。   However, the present applicant has empirically found that the homogeneity is significantly impaired when laser irradiation is performed under such conditions that Δ is larger than the pitch x.

よって、W/ 20≦x≦W/ 5の条件を満たし、x≧Δの条件でレーザー照射を行うと、均質なレーザーアニールを行えることを本出願人は発見した。   Therefore, the present applicant has found that homogeneous laser annealing can be performed when laser irradiation is performed under the condition of x ≧ Δ satisfying the condition of W / 20 ≦ x ≦ W / 5.

本明細書で開示する発明は、ビーム幅W、パルスレーザービーム光源の発振周期の間に被照射面が移動するピッチ(距離)x、光学系の最終レンズに入射するレーザービームの、最終レンズの母線に垂直な方向の光入射範囲の大きさをD、最終レンズの母線と前記半導体膜との距離F、照射する半導体膜の高低差r、に関して最適な諸パラメータの組み合わせを提供し、半導体膜に対し均質なレーザーアニールを施すことを可能とするものである。   In the invention disclosed in this specification, the beam width W, the pitch (distance) x at which the irradiated surface moves during the oscillation period of the pulse laser beam light source, and the final lens of the laser beam incident on the final lens of the optical system. Providing optimum combinations of parameters with respect to the size of the light incident range in the direction perpendicular to the bus bar, D, the distance F between the bus bar of the final lens and the semiconductor film, and the height difference r of the semiconductor film to be irradiated. It is possible to perform homogeneous laser annealing on the substrate.

上記課題を解決するために、本明細書で開示する発明は、
パルスレーザービーム光源と、該光源より照射されるパルスレーザービームを縦横に複数分割した後、分割された各々のビームを線状としてから合成させて、ビーム幅Wを有する線状ビームを得る光学系と、前記線状ビームが照射される半導体膜が設けられた基板を移動させる手段とを有し、
前記半導体膜に対し線状レーザービームを走査しながら照射するレーザー照射装置であって、
前記半導体膜表面の高低差をr、前記ビーム幅Wの前記高低差rに対する変化量をΔ(r)、前記パルスレーザービーム光源のパルスレーザーの発振周期の間に前記基板が移動するピッチをxとするとき、
W/20≦Δ(r)≦x≦W/5の条件を満たしていることを特徴とする半導体膜のレーザー照射装置である。
In order to solve the above problems, the invention disclosed in this specification is
An optical system for obtaining a linear beam having a beam width W by dividing a pulse laser beam light source and a plurality of pulse laser beams irradiated from the light source vertically and horizontally, and then combining the divided beams into a linear shape And means for moving the substrate provided with the semiconductor film irradiated with the linear beam,
A laser irradiation apparatus for irradiating the semiconductor film while scanning a linear laser beam,
The height difference on the surface of the semiconductor film is r, the amount of change of the beam width W with respect to the height difference r is Δ (r), and the pitch at which the substrate moves during the pulse laser oscillation period of the pulse laser beam light source is x. And when
A laser irradiation apparatus for a semiconductor film, which satisfies the condition of W / 20 ≦ Δ (r) ≦ x ≦ W / 5.

本明細書で開示する他の発明は、
パルスレーザービーム光源と、該光源より照射されるパルスレーザービームを縦横に複数分割した後、分割された各々のビームを線状としてから合成させて、ビーム幅Wを有する線状ビームを得る光学系と、前記線状ビームが照射される半導体膜が設けられた基板を移動させる手段とを有し、
前記半導体膜に対し線状レーザービームを走査しながら照射するレーザー照射装置であって、
前記半導体膜表面の高低差をr、前記ビーム幅Wの前記高低差rに対する変化量をΔ(r)、前記パルスレーザービーム光源のパルスレーザーの発振周期の間に前記基板が移動するピッチをxとするとき、
Δ(r)≦W/20≦x≦W/5の条件を満たしていることを特徴とするレーザー照射装置である。
Other inventions disclosed in this specification are:
An optical system for obtaining a linear beam having a beam width W by dividing a pulse laser beam light source and a plurality of pulse laser beams irradiated from the light source vertically and horizontally, and then combining the divided beams into a linear shape And means for moving the substrate provided with the semiconductor film irradiated with the linear beam,
A laser irradiation apparatus for irradiating the semiconductor film while scanning a linear laser beam,
The height difference on the surface of the semiconductor film is r, the amount of change of the beam width W with respect to the height difference r is Δ (r), and the pitch at which the substrate moves during the pulse laser oscillation period of the pulse laser beam light source is x. And when
A laser irradiation apparatus characterized by satisfying the condition of Δ (r) ≦ W / 20 ≦ x ≦ W / 5.

本明細書で開示する他の発明は、
パルスレーザービーム光源と、該光源より照射されるパルスレーザービームを縦横に複数分割した後、分割された各々のビームを線状としてから合成させて、ビーム幅Wを有する線状ビームを得る光学系と、前記線状ビームが照射される半導体膜が設けられた基板を移動させる手段とを有し、
前記半導体膜に対し線状レーザービームを走査しながら照射するレーザー照射装置であって、
前記半導体膜表面の高低差をr、前記ビーム幅をW、前記光学系の最終レンズに入射するレーザービームの、該最終レンズの母線に垂直な方向の入射範囲の大きさをD、前記最終レンズの母線と前記半導体膜との距離をF、前記パルスレーザービーム光源のパルスレーザーの発振周期の間に前記基板が移動するピッチをxとするとき、
W/20≦rD/2F≦x≦W/ 5の条件を満たしていることを特徴とする半導体膜のレーザー照射装置である。
Other inventions disclosed in this specification are:
An optical system for obtaining a linear beam having a beam width W by dividing a pulse laser beam light source and a plurality of pulse laser beams irradiated from the light source vertically and horizontally, and then combining the divided beams into a linear shape And means for moving the substrate provided with the semiconductor film irradiated with the linear beam,
A laser irradiation apparatus for irradiating the semiconductor film while scanning a linear laser beam,
The height difference of the surface of the semiconductor film is r, the beam width is W, the size of the incident range of the laser beam incident on the final lens of the optical system in the direction perpendicular to the generatrix of the final lens is D, and the final lens When the distance between the bus and the semiconductor film is F, and the pitch at which the substrate moves during the pulse laser oscillation period of the pulse laser beam light source is x,
A laser irradiation apparatus for a semiconductor film, which satisfies the condition of W / 20 ≦ rD / 2F ≦ x ≦ W / 5.

本明細書で開示する他の発明は、
パルスレーザービーム光源と、該光源より照射されるパルスレーザービームを縦横に複数分割した後、分割された各々のビームを線状としてから合成させて、ビーム幅Wを有する線状ビームを得る光学系と、前記線状ビームが照射される半導体膜が設けられた基板を移動させる手段とを有し、
前記半導体膜に対し線状レーザービームを走査しながら照射するレーザー照射装置であって、
前記半導体膜表面の高低差をr、前記ビーム幅をW、前記光学系の最終レンズに入射するレーザービームの、該最終レンズの母線に垂直な方向の入射範囲の大きさをD、前記最終レンズの母線と前記半導体膜との距離をF、前記パルスレーザービーム光源のパルスレーザーの発振周期の間に前記基板が移動するピッチをxとするとき、
rD/2F≦W/20≦x≦W/5の条件を満たしていることを特徴とする半導体膜のレーザー照射装置である。
Other inventions disclosed in this specification are:
An optical system for obtaining a linear beam having a beam width W by dividing a pulse laser beam light source and a plurality of pulse laser beams irradiated from the light source vertically and horizontally, and then combining the divided beams into a linear shape And means for moving the substrate provided with the semiconductor film irradiated with the linear beam,
A laser irradiation apparatus for irradiating the semiconductor film while scanning a linear laser beam,
The height difference of the surface of the semiconductor film is r, the beam width is W, the size of the incident range of the laser beam incident on the final lens of the optical system in the direction perpendicular to the generatrix of the final lens is D, and the final lens When the distance between the bus and the semiconductor film is F, and the pitch at which the substrate moves during the pulse laser oscillation period of the pulse laser beam light source is x,
A laser irradiation apparatus for a semiconductor film characterized by satisfying a condition of rD / 2F ≦ W / 20 ≦ x ≦ W / 5.

また、上記の構成は、高低差r≦1000μmである場合において、特に有効であり、特にr≦100μmであると、その効果は著しい。   The above configuration is particularly effective when the height difference r ≦ 1000 μm, and the effect is particularly remarkable when r ≦ 100 μm.

また、上記の構成において、基板はの大きさが、100mm×100mm〜1000mm×1000mmであると、レーザーアニールの面内均質性が効果的に向上する。特に、300mm×300mm〜800mm×800mmの範囲であると、均質性向上の効果は顕著に得られる。かかる大きさにおいて、基板の厚さは特に1.5mm以下のものであると、効果は顕著である。   Moreover, in said structure, the in-plane homogeneity of a laser annealing improves effectively that the magnitude | size of a board | substrate is 100 mm x 100 mm-1000 mm x 1000 mm. In particular, when the thickness is in the range of 300 mm × 300 mm to 800 mm × 800 mm, the effect of improving the homogeneity is remarkably obtained. In such a size, the effect is remarkable when the thickness of the substrate is particularly 1.5 mm or less.

W/ 20≦x≦W/ 5の範囲の中での最適条件は、照射する半導体膜の状態(例えば膜中の水素濃度等)により変化する。よってW/ 20≦Δ≦x≦W/ 5のときは、xの選択範囲が狭くなり、充分な均質性が得られないこともある。   The optimum condition in the range of W / 20 ≦ x ≦ W / 5 varies depending on the state of the semiconductor film to be irradiated (for example, the hydrogen concentration in the film). Therefore, when W / 20 ≦ Δ ≦ x ≦ W / 5, the selection range of x becomes narrow and sufficient homogeneity may not be obtained.

一方、Δ≦W/ 20≦x≦W/ 5のときは、W/ 20≦x≦W/ 5の範囲で自由にピッチxを選ぶことができるので、あらゆる半導体膜に最適条件でレーザーアニールすることができる。   On the other hand, when Δ ≦ W / 20 ≦ x ≦ W / 5, since the pitch x can be freely selected within the range of W / 20 ≦ x ≦ W / 5, laser annealing is performed on all semiconductor films under optimum conditions. be able to.

例えば、Δ≦W/ 20≦x≦W/ 5を満たしたレーザーで結晶化された半導体膜を用いて構成された薄膜トランジスタを画素のスイッチング素子として有するアクティブマリトクス型液晶ディスプレイを作製した場合、画面に目立った縞模様は見られなかった。   For example, when an active matrix liquid crystal display having a thin film transistor formed using a semiconductor film crystallized with a laser satisfying Δ ≦ W / 20 ≦ x ≦ W / 5 as a pixel switching element is manufactured, There was no noticeable stripe pattern.

被照射面の高低差rを考慮に入れると、図6に示すように、Δ≦W/ 5を少なくとも満たしていると良いことが、式、W/ 20≦Δ≦x≦W/ 5からわかる。   Taking into account the height difference r of the irradiated surface, as shown in FIG. 6, it can be understood from the equation, W / 20 ≦ Δ ≦ x ≦ W / 5, that Δ ≦ W / 5 is satisfied. .

また、被照射面の高低差rを考慮に入れると、Δ≦W/ 20を少なくとも満たしているとさらに良いことが、式、Δ≦W/ 20≦x≦W/ 5からわかる。   Further, when taking into account the height difference r of the irradiated surface, it can be seen from the equation, Δ ≦ W / 20 ≦ x ≦ W / 5 that it is better if at least Δ ≦ W / 20 is satisfied.

上記のビーム幅変化量Δ(r)は、前述したように、Δ(r)=(r/ 2)×(D/ F)で定義される。   The beam width change amount Δ (r) is defined by Δ (r) = (r / 2) × (D / F) as described above.

なお、上記に示した条件は、半導体膜表面の高低差の中心が、線状レーザービームの焦点にあるときの制限である。これ以外の状況での制限は、さらに厳しくなることがある。この位置合わせのために、ステージの位置が上下に微調整できるものであることは好ましい。   Note that the above-described conditions are limitations when the center of the height difference of the semiconductor film surface is at the focal point of the linear laser beam. Restrictions in other situations can be even more severe. For this alignment, it is preferable that the position of the stage can be finely adjusted up and down.

本発明により、レーザー光線を照射し半導体膜を結晶化また結晶性を向上させるに際し、半導体膜の表面が、基板の凹凸、うねり等により高低差を有していても、基板面内において均質にレーザーアニールを行うことができる。   According to the present invention, when a semiconductor film is crystallized or crystallinity is improved by irradiating a laser beam, even if the surface of the semiconductor film has a height difference due to unevenness or waviness of the substrate, the laser is uniformly distributed in the substrate surface. Annealing can be performed.

例えば、図2に示される光学系により形成される線状レーザービーム内のエネルギー分布は、図3に示すように、該線状レーザービームの焦点(合成焦点)前後で変化する。   For example, the energy distribution in the linear laser beam formed by the optical system shown in FIG. 2 changes before and after the focal point (synthetic focal point) of the linear laser beam, as shown in FIG.

よって、このような線状レーザービームを、高低差のある半導体膜に対し照射すると、線状レーザービーム内のエネルギーの分布の変化が該膜にそのまま反映され、レーザーアニールが均質に行えない。   Therefore, when such a linear laser beam is irradiated onto a semiconductor film having a difference in height, a change in energy distribution in the linear laser beam is reflected as it is, and laser annealing cannot be performed uniformly.

本発明では、レーザーの照射対象である半導体膜の表面の起伏の状態に合わせて、線状レーザービームの条件を得ることができ、より一様にレーザーアニールを行うことができる。   In the present invention, the condition of the linear laser beam can be obtained in accordance with the undulation state of the surface of the semiconductor film to be irradiated with laser, and laser annealing can be performed more uniformly.

上記の構成は、縦横比があまり大きく無いレーザービームを、縦横に複数分割した後、分割された各々のビームを線状としてから合成させて、ビーム幅Wを有する線状ビームを得る光学系により加工して、縦横比が100以上あるような線状のレーザービームにビーム加工する場合に特に有効なものとなる。   The above-described configuration is obtained by an optical system that obtains a linear beam having a beam width W by dividing a laser beam whose aspect ratio is not so large into a plurality of lengths and widths and then combining the divided beams into a linear shape. This is particularly effective when the beam is processed into a linear laser beam having an aspect ratio of 100 or more.

本明細書に記載のレーザー照射装置を用いて半導体膜のレーザーアニールを行い、多結晶半導体膜とし、該半導体膜を用いて例えばTFT液晶ディスプレイのようなデバイスを作製すると、個々のTFTの特性のばらつきが抑えられて、高画質なものを得ることができる。   Laser annealing of a semiconductor film is performed using the laser irradiation apparatus described in this specification to form a polycrystalline semiconductor film, and a device such as a TFT liquid crystal display is manufactured using the semiconductor film. Variations are suppressed, and high quality images can be obtained.

また、本発明の装置を用いて半導体集積回路を作製すると、同一基体上に形成される素子の特性をそろえることができ、高い性能を有する回路を得ることができる。   Further, when a semiconductor integrated circuit is manufactured using the apparatus of the present invention, the characteristics of elements formed on the same substrate can be aligned, and a circuit having high performance can be obtained.

本発明により、分割再結合によりレーザービームを均質化したレーザービームを走査して、半導体膜に対するレーザーアニールの面内均質性を大幅に向上させることができる。   According to the present invention, it is possible to greatly improve the in-plane homogeneity of laser annealing on a semiconductor film by scanning a laser beam obtained by homogenizing a laser beam by split recombination.

実施例の作製工程で、まず、レーザー照射される膜の作製方法を示す。レーザー照射される膜は、本明細書中で3種類である。いずれの膜に対しても、本発明は効果的である。   In the manufacturing process of the example, first, a manufacturing method of a film irradiated with a laser will be described. There are three types of films irradiated with laser in this specification. The present invention is effective for any film.

まず、3種類いずれの膜も、基板として、600×720mm、厚さ0. 7mmのコーニング1737ガラス基板上に、下地膜としての酸化珪素膜を200nmの厚さに、その上に非晶質珪素膜を50nmの厚さに共にプラズマCVD法にて成膜する。この膜を今後、出発膜と呼ぶ。   First, each of the three types of films has a substrate of 600 × 720 mm and a thickness of 0.7 mm on a Corning 1737 glass substrate, a silicon oxide film as a base film having a thickness of 200 nm, and an amorphous silicon film thereon. Both films are formed to a thickness of 50 nm by plasma CVD. This membrane is hereinafter referred to as the starting membrane.

(膜Aの作製手順)
出発膜を、500℃の熱浴に1時間さらす。本工程は非晶質珪素膜中の水素濃度を減らすための工程である。膜中の水素が多すぎると膜がレーザーエネルギーに対して耐えきれないので本工程が必要とされる。
(Procedure for Membrane A)
The starting membrane is exposed to a 500 ° C. heat bath for 1 hour. This step is a step for reducing the hydrogen concentration in the amorphous silicon film. This process is necessary because the film cannot withstand the laser energy if there is too much hydrogen in the film.

膜内の水素の密度は1020atoms/cm3 オーダーが適当であある。この膜を非単結晶珪素膜Aと呼ぶ。 The density of hydrogen in the film is suitably on the order of 10 20 atoms / cm 3 . This film is called a non-single crystal silicon film A.

(膜Bの作製手順)
10ppmの酢酸ニッケル水溶液が、スピンコート法により、出発膜上に塗布され、酢酸ニッケル層が形成される。酢酸ニッケル水溶液には、界面活性剤を添加するとより好ましい。酢酸ニッケル層は、極めて薄いので、膜状となっているとは限らないが、以後の工程において問題はない。
(Producing procedure of membrane B)
A 10 ppm nickel acetate aqueous solution is applied onto the starting film by a spin coating method to form a nickel acetate layer. It is more preferable to add a surfactant to the nickel acetate aqueous solution. Since the nickel acetate layer is extremely thin, it is not always a film, but there is no problem in the subsequent steps.

次に、上記のようにして各膜が積層された基板に、550℃で4時間の熱アニールを施す。すると、非晶質珪素膜が結晶化し、非単結晶珪素膜である結晶性珪素膜Bが形成される。   Next, the substrate on which the films are laminated as described above is subjected to thermal annealing at 550 ° C. for 4 hours. Then, the amorphous silicon film is crystallized, and a crystalline silicon film B which is a non-single crystal silicon film is formed.

このとき、触媒元素であるニッケルが結晶成長の核の役割を果たし、結晶化が促進される。550℃、4時間という低温、短時間で結晶化を行うことができるのは、ニッケルの機能による。詳細については、特開平6−244104号に記載されている。   At this time, the catalyst element nickel plays a role of crystal growth nucleus, and crystallization is promoted. The reason why crystallization can be performed at a low temperature of 550 ° C. for 4 hours and in a short time is due to the function of nickel. Details are described in JP-A-6-244104.

触媒元素の濃度は、1×1015〜1019原子/cm3 であると好ましい。1×1019原子/cm3 以上の高濃度では、結晶性珪素膜に金属的性質が現れ、半導体としての特性が消滅する。本実施例において、結晶性珪素膜中の触媒元素の濃度は、膜中のおける最小値で、1×1017〜5×1018原子/cm3 である。これらの値は、2次イオン質量分析法(SIMS)により分析、測定したものである。 The concentration of the catalyst element is preferably 1 × 10 15 to 10 19 atoms / cm 3 . At a high concentration of 1 × 10 19 atoms / cm 3 or more, metallic properties appear in the crystalline silicon film and the characteristics as a semiconductor disappear. In this embodiment, the concentration of the catalytic element in the crystalline silicon film is 1 × 10 17 to 5 × 10 18 atoms / cm 3, which is the minimum value in the film. These values are analyzed and measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

(膜Cの作製手順)
出発膜の上からさらに酸化珪素膜を700Åの厚さに成膜する。成膜方法はプラズマCVD法を用いる。
(Producing procedure of membrane C)
A silicon oxide film is further formed on the starting film to a thickness of 700 mm. A plasma CVD method is used as a film forming method.

次に該酸化珪素膜の一部をフォトリソパターニング工程によって完全に開孔する。   Next, a part of the silicon oxide film is completely opened by a photolithography patterning process.

さらに、該開孔部に薄い酸化膜を形成するために酸素雰囲気中でUV光を5分間照射する。この薄い酸化膜は、後に導入するニッケル水溶液に対する上記開孔部の濡れ性改善のために形成されるものである。   Further, UV light is irradiated for 5 minutes in an oxygen atmosphere in order to form a thin oxide film in the opening. This thin oxide film is formed in order to improve the wettability of the opening portion with respect to the nickel aqueous solution to be introduced later.

次に100ppmの酢酸ニッケル水溶液が、スピンコート法により、該膜上に塗布され、酢酸ニッケルが上記開孔部分に入る。酢酸ニッケル水溶液には、界面活性剤を添加するとより好ましい。   Next, 100 ppm of nickel acetate aqueous solution is applied onto the film by spin coating, and nickel acetate enters the aperture. It is more preferable to add a surfactant to the nickel acetate aqueous solution.

次に、600℃で8時間の熱アニールが施され、ニッケル導入部分から横方向に結晶が成長してゆく。このとき、ニッケルが果たす役割は膜Bと同様のものである。今回の条件では横成長量として40μm程度が得られる。   Next, thermal annealing is performed at 600 ° C. for 8 hours, and crystals grow laterally from the nickel-introduced portion. At this time, the role played by nickel is the same as that of the film B. Under this condition, a lateral growth amount of about 40 μm is obtained.

このようにして非晶質珪素膜が結晶化し、非単結晶珪素膜である結晶性珪素膜Cが形成される。その後、結晶性珪素膜上の酸化珪素膜をバッファーフッ酸を用い剥離除去する。   In this way, the amorphous silicon film is crystallized to form a crystalline silicon film C which is a non-single crystal silicon film. Thereafter, the silicon oxide film on the crystalline silicon film is peeled and removed using buffer hydrofluoric acid.

このようにして得られる非単結晶珪素膜A、B、Cを結晶化させる。   The non-single crystal silicon films A, B, and C thus obtained are crystallized.

非単結晶珪素膜A、B、Cを有する各々の基板は、いずれも微小なうねりを有し、非単結晶半導体膜表面における高低差は約100μmであった。   Each of the substrates having the non-single-crystal silicon films A, B, and C had minute waviness, and the height difference on the non-single-crystal semiconductor film surface was about 100 μm.

次に結晶性をさらに高めるために、エキシマレーザーを用いてレーザーアニールを行う。   Next, in order to further enhance the crystallinity, laser annealing is performed using an excimer laser.

図7に、実施例におけるレーザー照射システムを示す。図7は、レーザー照射システムの概観である。   FIG. 7 shows a laser irradiation system in the embodiment. FIG. 7 is an overview of the laser irradiation system.

図7において、レーザー照射システムは、レーザー発振装置201から照射され、2 対の反射ミラー701によりレーザーの進行方向を調整後、光学系702により、断面形状が線状に加工されたパルスレーザービームを、ミラー207で反射させ、最終レンズであるシリンドリカルレンズ208にて集光しつつ、被照射面を有する被処理基板704に照射させる機能を有している。2 対の反射ミラー701の間には、レーザービームの広がり角を抑え、かつ、ビームの大きさを調整できるビームエキスパンダーを挿入してもよい。   In FIG. 7, the laser irradiation system is irradiated with a pulse laser beam irradiated from a laser oscillation device 201, adjusted in laser traveling direction by two pairs of reflecting mirrors 701, and then processed into a linear cross section by an optical system 702. The substrate 704 has a function of irradiating a substrate 704 having an irradiated surface while being reflected by a mirror 207 and condensed by a cylindrical lens 208 as a final lens. A beam expander that can suppress the spread angle of the laser beam and adjust the beam size may be inserted between the two pairs of reflecting mirrors 701.

光学系702、ミラー207、及び最終レンズであるシリンドリカルレンズ208は図2に示した構造に準じている。   The optical system 702, the mirror 207, and the cylindrical lens 208 as the final lens conform to the structure shown in FIG.

本実施例で使用する光学系は、図2で示した構成のものを用いる。この光学系を用いるのは、光学系に入射する前のビームのエネルギー不均質を、分割後重ね合わせることにより均質化しつつ、ビーム形状を線状に加工することが出来るからである。   The optical system used in this embodiment has the configuration shown in FIG. The reason for using this optical system is that the beam shape can be processed into a linear shape while homogenizing the energy inhomogeneity of the beam before entering the optical system by superimposing the beams after the division.

パルスレーザー光源であるレーザー発振装置201は、ここでは、XeClエキシマレーザー(波長308nm)を発振するものを用いる。他に、KrFエキシマレーザー(波長248nm)等を用いてもよい。   Here, as the laser oscillation device 201 that is a pulse laser light source, a device that oscillates a XeCl excimer laser (wavelength 308 nm) is used. In addition, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm) or the like may be used.

被処理基板704は、平坦な上面を有する台(ステージ)705上に配置される。台705は、移動機構703によって、線状レーザービームの線方向に対して直角方向に真っ直ぐに移動され、被処理基板704上面に対しレーザービームを走査しながら照射することを可能とする。   The substrate to be processed 704 is arranged on a stage (stage) 705 having a flat upper surface. The stage 705 is moved straight in a direction perpendicular to the linear direction of the linear laser beam by the moving mechanism 703, and can irradiate the upper surface of the substrate 704 while scanning the laser beam.

線状レーザービームの長さは150mmなので、600×720mmの基板を一度に処理できない。よって、4回の走査を繰り返すことで基板全面をレーザーアニールする。1回の走査ごとに、台705は、ビーム長(この場合150mm)ずつ線状レーザービームの線方向にスライドする。スライドは、走査領域変更装置706により行う。   Since the length of the linear laser beam is 150 mm, a 600 × 720 mm substrate cannot be processed at one time. Therefore, laser annealing is performed on the entire surface of the substrate by repeating four scans. For each scan, the stage 705 slides in the linear direction of the linear laser beam by a beam length (in this case, 150 mm). The slide is performed by the scanning area changing device 706.

基板をスライドさせる工程を挟みつつ、この動作を4度繰り返すことで、600×720mm基板の全面にレーザーを照射する。   By repeating this operation four times while sandwiching the step of sliding the substrate, the entire surface of the 600 × 720 mm substrate is irradiated with laser.

また、台705の高さは、線状レーザービームの焦点が半導体膜に対して適当な位置にくる様に微調整できると光学系の調整がより容易になる。   Further, if the height of the stage 705 can be finely adjusted so that the focal point of the linear laser beam is at an appropriate position with respect to the semiconductor film, the adjustment of the optical system becomes easier.

上記微調整するときは、半導体膜に実際にレーザーを1ショット打ってそのエネルギーの分布を確認しながら調整するとよい。また、エネルギー分布測定装置を台705に付けてもよい。   When the fine adjustment is performed, it is preferable to make an adjustment while confirming the energy distribution by actually hitting the semiconductor film with one shot. An energy distribution measuring device may be attached to the base 705.

図7において、被処理基板704上に照射される線状レーザービームは、幅0.5mm×長さ150mmとする。本ビームは図2記載のレンズ配置で形成されている。   In FIG. 7, the linear laser beam irradiated onto the substrate 704 to be processed has a width of 0.5 mm × a length of 150 mm. This beam is formed by the lens arrangement shown in FIG.

被照射面におけるレーザービームのエネルギー密度は、100mJ/cm2 〜500mJ/cm2 の範囲で、例えば300mJ/cm2 とする。台705を1. 5mm/sで一方向に移動させながら行うことで、線状レーザービームを走査させる。レーザー光源におけるパルスレーザーの発振周波数は、本実施例では30Hzとする。 The energy density of the laser beam on the irradiated surface is in the range of 100mJ / cm 2 ~500mJ / cm 2 , for example, 300 mJ / cm 2. A linear laser beam is scanned by moving the stage 705 while moving it in one direction at 1.5 mm / s. In this embodiment, the oscillation frequency of the pulse laser in the laser light source is 30 Hz.

本実施例で用いるレーザー照射装置の、Dは90mm、Fは275mm、線状レーザービームのビーム幅Wは500μmである。   In the laser irradiation apparatus used in this example, D is 90 mm, F is 275 mm, and the beam width W of the linear laser beam is 500 μm.

また、被照射面である非単結晶半導体膜は、前述のように高低差rを100μmで有している。   Further, as described above, the non-single-crystal semiconductor film which is the irradiated surface has a height difference r of 100 μm.

すると、Δ(r)=rD/2F=(100×90×103 )/(2×275×103 )≒16μmであり、W/5=100μm、W/20=25μmであるので、Δ(r)≦W/20≦x≦W/5がなりたつ。 Then, Δ (r) = rD / 2F = (100 × 90 × 10 3 ) / (2 × 275 × 10 3 ) ≈16 μm, and W / 5 = 100 μm and W / 20 = 25 μm. r) When ≦ W / 20 ≦ x ≦ W / 5.

したがって、発振周波数の発振周期の間に、被照射面(ステージ)の移動する距離であるピッチxは、25μm≦x≦100μmの範囲から自由に選択し決定でき、かかる条件を満たしていれば、基板面内において均質なレーザーアニールが可能となる。   Therefore, the pitch x, which is the distance that the irradiated surface (stage) moves during the oscillation period of the oscillation frequency, can be freely selected and determined from the range of 25 μm ≦ x ≦ 100 μm, and if this condition is satisfied, Uniform laser annealing can be performed in the substrate surface.

Δ(r)は、ここでは光学系より計算により求めたが、実測したΔ(r)を用いてもよいことは言うまでもない。   Here, Δ (r) is obtained by calculation from the optical system, but it goes without saying that actually measured Δ (r) may be used.

Δ(r)は、状況によっては、W/20≦Δ(r)≦x≦W/5となることもある。かかる条件によっても基板面内において均質なレーザーアニールが可能である。しかし、ピッチxの範囲が狭くなる。   In some circumstances, Δ (r) may satisfy W / 20 ≦ Δ (r) ≦ x ≦ W / 5. Even under such conditions, uniform laser annealing is possible within the substrate surface. However, the range of the pitch x is narrowed.

図8に示す装置の説明をする。図8に示す装置は、図7に示す構成のレーザー照射装置を有する、基板の連続処理を可能とする連続処理装置である。   The apparatus shown in FIG. 8 will be described. The apparatus shown in FIG. 8 is a continuous processing apparatus having a laser irradiation apparatus having the configuration shown in FIG.

ロード/アンロード室805に、被処理基板704が多数枚、例えば20枚収納されたカセット803が配置される。ロボットアーム805により、カセット803から一枚の基板がアライメント室に移動される。   In the load / unload chamber 805, a cassette 803 that accommodates a large number of substrates to be processed 704, for example, 20 sheets, is disposed. One substrate is moved from the cassette 803 to the alignment chamber by the robot arm 805.

アライメント室802には、被処理基板704とロボットアーム804との位置関係を修正するための、アライメント機構が配置されている。アライメント室802は、ロード/アンロード室805と接続されている。   An alignment mechanism for correcting the positional relationship between the substrate to be processed 704 and the robot arm 804 is disposed in the alignment chamber 802. The alignment chamber 802 is connected to the load / unload chamber 805.

基板は、ロボットアーム804によって基板搬送室801に運ばれ、さらにロボットアーム804によって、レーザー照射室806に移送される。   The substrate is transferred to the substrate transfer chamber 801 by the robot arm 804 and further transferred to the laser irradiation chamber 806 by the robot arm 804.

レーザー照射室806には、図7に示す構成のレーザー照射装置が配置されている。なお、図8においては、光学系の記載は煩雑になるので省略している。
レーザー照射終了後、被処理基板704はロボットアーム804によって基板搬送室802に引き戻される。
In the laser irradiation chamber 806, a laser irradiation apparatus having the configuration shown in FIG. In FIG. 8, the description of the optical system is omitted because it is complicated.
After the laser irradiation, the substrate 704 to be processed is pulled back to the substrate transfer chamber 802 by the robot arm 804.

被処理基板704は、ロボットアーム804によって、ロード/アンロード室805に移送され、カセット803に収納される。   The substrate 704 to be processed is transferred to the load / unload chamber 805 by the robot arm 804 and stored in the cassette 803.

こうして、レーザーアニール工程が終了する。このようにして、上記工程を繰り返すことにより、多数の基板に対して、連続的に一枚づつ処理できる。   Thus, the laser annealing process is completed. In this way, by repeating the above steps, a large number of substrates can be successively processed one by one.

本実施例によってレーザーアニールされた半導体膜は、ムラが生じることなく、基板面内において均質に結晶化された。   The semiconductor film laser-annealed according to this example was uniformly crystallized in the substrate surface without causing unevenness.

上記レーザーアニールされた半導体膜を活性層とするTFTを作製すると、Nチャネル型、Pチャネル型、いずれも作製できる。   When a TFT using the semiconductor film subjected to laser annealing as an active layer is manufactured, both an N channel type and a P channel type can be manufactured.

また、Nチャネル型とPチャネル型とを組み合わせた構造も得ることが可能である。また、多数のTFTを集積化して電子回路を構成することもできる。   It is also possible to obtain a structure in which an N channel type and a P channel type are combined. In addition, an electronic circuit can be configured by integrating a large number of TFTs.

以上のことは、他の実施例で示した光学系を介してレーザーアニールされた半導体膜についてもいえる。本発明の光学系を介してレーザーアニールされた半導体膜を利用して、TFTで構成される5インチの液晶ディスプレイを作製した場合、個々のTFT特性のバラツキの少ない高画質なものが得られる。   The above is also true for a semiconductor film that has been laser-annealed through the optical system shown in the other embodiments. When a 5-inch liquid crystal display composed of TFTs is manufactured by using a semiconductor film that has been laser-annealed via the optical system of the present invention, a high-quality image with little variation in individual TFT characteristics can be obtained.

本実施例では、実施例1にて作製した半導体膜A 、B 、C を有する基板を、平坦なステージではなく、4点支持のステージに載せ、実施例1と同様に均質なレーザーアニールをする為の装置とその方法を記す。   In this example, the substrate having the semiconductor films A 1, B 2, and C 2 prepared in Example 1 is placed on a four-point supported stage instead of a flat stage, and homogeneous laser annealing is performed as in Example 1. The apparatus and the method for this are described.

4点支持のステージ上の600×720mm、厚さ0. 7mmの基板を載せると、基板のうねりによりその表面の高低差rは1000μm程度になる。
。このような大きな高低差を有していても、先に示した条件をみたしていれば、高低差にほとんど影響されない、均質なアニールを行うことができる。
When a substrate of 600 × 720 mm and a thickness of 0.7 mm is placed on a four-point support stage, the surface height difference r becomes about 1000 μm due to the undulation of the substrate.
. Even with such a large height difference, if the above-described conditions are satisfied, homogeneous annealing that is hardly affected by the height difference can be performed.

4点支持のステージに基板を載せるとき、ロボットアーム804が上下に動く。これにより、基板をステージに残すことが出来る。   When placing the substrate on the four-point support stage, the robot arm 804 moves up and down. Thereby, the substrate can be left on the stage.

本実施例では、図9記載のレーザー光学系を使用する。図9記載のレーザー光学系が作るレーザービームは実施例1と同様、ビーム幅0. 5mm、ビーム長150mmのものである。よって、W=500μmである。また、Dは60mm、Fは320mmである。   In this embodiment, the laser optical system shown in FIG. 9 is used. The laser beam produced by the laser optical system shown in FIG. 9 has a beam width of 0.5 mm and a beam length of 150 mm, as in Example 1. Therefore, W = 500 μm. D is 60 mm and F is 320 mm.

すると、Δ(r)=rD/2F=(1000×60×103 )/(2×320×103 )≒94μmであり、W/5=100μm、W/20=25μmであるので、W/20≦Δ(r)≦x≦W/5がなりたつ。 Then, Δ (r) = rD / 2F = (1000 × 60 × 10 3 ) / (2 × 320 × 10 3 ) ≈94 μm, and W / 5 = 100 μm and W / 20 = 25 μm. 20 ≦ Δ (r) ≦ x ≦ W / 5.

したがって、被照射面(ステージ)の移動ピッチxは、94μm≦x≦100μmの範囲と限定されるが、かかる条件を満たしていれば、基板面内において均質なレーザーアニールが可能となる。   Therefore, the movement pitch x of the irradiated surface (stage) is limited to a range of 94 μm ≦ x ≦ 100 μm, and if this condition is satisfied, homogeneous laser annealing can be performed in the substrate surface.

Δ(r)は、ここでは光学系より計算により求めたが、実測したΔ(r)を用いてもよいことは言うまでもない。   Here, Δ (r) is obtained by calculation from the optical system, but it goes without saying that actually measured Δ (r) may be used.

この半導体膜は、実施例1で示したものほどの均質性は持っていなかったが、例えば、該半導体膜を基に液晶ディスプレイを作製した場合、全く問題はなかった。   Although this semiconductor film did not have the homogeneity as shown in Example 1, for example, when a liquid crystal display was produced based on the semiconductor film, there was no problem at all.

本実施例では、実施例1、2で示したレーザー光学系と同様の性質を持つ形状の異なる光学系を示す。本実施例では、マルチフェイズプリズムをレーザービームの幅方向の加工に使用する。 In this embodiment, an optical system having a different shape and having the same properties as those of the laser optical systems shown in Embodiments 1 and 2 is shown. In this embodiment, a multi-phase prism is used for processing in the laser beam width direction.

マルチフェイズプリズム1001は図10に示してある。この光学プリズムを利用するメリットはレンズ群の数を減らせることにある。レンズを1枚減らすことにより、光学系の配置調整が容易になる。また、光量損失も抑えることができる。   A multi-phase prism 1001 is shown in FIG. The advantage of using this optical prism is that the number of lens groups can be reduced. By reducing the number of lenses, the arrangement of the optical system can be easily adjusted. In addition, light loss can be suppressed.

本実施例に示した光学系の最終レンズより先のレーザーの光路は、実施例1、2で示した光学系のものと全く同様である。よって、本実施例により得られる半導体膜の性質も、実施例1、2で示したものと同様であった。   The optical path of the laser ahead of the final lens of the optical system shown in this embodiment is exactly the same as that of the optical system shown in Embodiments 1 and 2. Therefore, the properties of the semiconductor film obtained by this example were also the same as those shown in Examples 1 and 2.

本実施例では、実施例1〜3によって得られた、結晶化された非単結晶珪素膜を利用してTFT(薄膜トランジスタ)を作製する例を示す。本実施例の工程を図11に示す。   In this embodiment, an example of manufacturing a TFT (thin film transistor) using the crystallized non-single-crystal silicon film obtained in Embodiments 1 to 3 will be described. The steps of this example are shown in FIG.

図11において、ガラス等の基板1101上に下地膜として酸化珪素膜1102を設け、かかる基板上に実施例1〜3によって得られた非単結晶珪素膜1103を形成する。(図11(A))   In FIG. 11, a silicon oxide film 1102 is provided as a base film on a substrate 1101 such as glass, and the non-single-crystal silicon film 1103 obtained in Embodiments 1 to 3 is formed on the substrate. (Fig. 11 (A))

非単結晶珪素膜1103をパターニングすることで、TFTの島状の活性層パターン1104を形成する。この活性層パターンには、チャネル形成領域と高抵抗領域が形成される。(図11(A))。   By patterning the non-single crystal silicon film 1103, an island-shaped active layer pattern 1104 of the TFT is formed. In this active layer pattern, a channel forming region and a high resistance region are formed. (FIG. 11 (A)).

活性層を形成後、ゲイト絶縁膜1105として酸化珪素膜をプラズマCVD法により100nmの厚さに成膜する。   After forming the active layer, a silicon oxide film is formed as a gate insulating film 1105 to a thickness of 100 nm by plasma CVD.

次にチタン膜をスパッタ法により400 nm の厚さに成膜する。そして、このチタン膜をパターニングする。さらに、陽極酸化法により、チタン膜パターンの露呈した表面に陽極酸化膜1117を200nmの厚さで形成し、ゲイト電極1116を得る。   Next, a titanium film is formed to a thickness of 400 nm by sputtering. Then, this titanium film is patterned. Further, an anodized film 1117 is formed with a thickness of 200 nm on the exposed surface of the titanium film pattern by anodizing to obtain a gate electrode 1116.

この陽極酸化膜はゲイト電極の表面を電気的及び物理的に保護する機能を有している。また、後の工程において、チャネル領域に隣接してオフセット領域と称される高抵抗領域を形成するために機能する。   This anodic oxide film has a function of electrically and physically protecting the surface of the gate electrode. Further, in a later process, it functions to form a high resistance region called an offset region adjacent to the channel region.

次に、ゲイト電極、及び、その周囲の陽極酸化膜をマスクとして燐のドーピングを行う。この燐は、ソース、ドレイン領域を決定する為のドーパントとしての役割をになう。   Next, phosphorus is doped using the gate electrode and the surrounding anodic oxide film as a mask. This phosphorus serves as a dopant for determining the source and drain regions.

燐のドーピングを行うことで、ソース領域1118、チャネル形成領域1119、ドレイン領域1110、オフセット領域1111、1112が自己整合的に形成される。リンのドーズ量は本実施例では、5×1014ions/cm2 のドーズをイオンドーピング装置を用いて導入した。次にレーザーにより、燐を活性化させる。レーザーは実施例1で示した方法で照射した。これにより、基板面内において均一な活性化を行うことができた。 By performing phosphorus doping, a source region 1118, a channel formation region 1119, a drain region 1110, and offset regions 1111 and 1112 are formed in a self-aligned manner. In this embodiment, a phosphorus dose of 5 × 10 14 ions / cm 2 was introduced using an ion doping apparatus. Next, phosphorus is activated by a laser. The laser was irradiated by the method shown in Example 1. Thereby, uniform activation could be performed in the substrate surface.

レーザービームのエネルギー密度は、200mJ/cm2 程度とした。なお本工程における適当なエネルギー密度は、レーザーの種類や照射の方法、半導体膜の状態により異なるので、それに合わせて調整する。レーザーの照射により、ソースドレイン領域のシート抵抗は1KΩ/□まで下がった。(図11(C)) The energy density of the laser beam was about 200 mJ / cm 2 . Note that the appropriate energy density in this step varies depending on the type of laser, the irradiation method, and the state of the semiconductor film, and is adjusted accordingly. The sheet resistance in the source / drain region was lowered to 1 KΩ / □ by laser irradiation. (Fig. 11 (C))

次に、層間絶縁膜として、窒化珪素膜1113をプラズマCVD 法によって150nmの厚さに成膜し、更にアクリル樹脂膜1114を成膜する。アクリル樹脂膜の膜厚は、最少の部分で700nmとなるようにする。ここで樹脂膜を用いるのは、表面を平坦化する為である。   Next, as an interlayer insulating film, a silicon nitride film 1113 is formed to a thickness of 150 nm by plasma CVD, and an acrylic resin film 1114 is further formed. The thickness of the acrylic resin film is set to 700 nm at the minimum portion. Here, the resin film is used to flatten the surface.

アクリル以外には、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、エポキシ等の材料を用いることができる。この樹脂膜は多層膜として構成しても良い。   In addition to acrylic, materials such as polyimide, polyamide, polyimide amide, and epoxy can be used. This resin film may be configured as a multilayer film.

次に、コンタクトホールの形成を行い、ソース電極1115、ドレイン電極1116を形成する。(図11(D))   Next, contact holes are formed, and a source electrode 1115 and a drain electrode 1116 are formed. (Fig. 11 (D))

こうして、Nチャネル型TFTが完成する。本実施例では燐をソースドレイン領域に導入したのでNチャネル型TFTが作製されたが、Pチャネル型を作製するのであれば、燐に変えてボロンをドーピングすればよい。   Thus, an N-channel TFT is completed. In this embodiment, phosphorus is introduced into the source / drain region, so that an N-channel TFT is manufactured. However, if a P-channel type is manufactured, boron may be doped instead of phosphorus.

実施例1〜3によって形成された半導体膜を用いて作製されたTFTを使って、例えば、液晶ディスプレイを作製した場合、従来と比較してレーザーの加工あとが目立たないものができた。   For example, when a liquid crystal display is manufactured using the TFT manufactured using the semiconductor film formed according to Examples 1 to 3, a laser processing after the laser processing is not conspicuous as compared with the conventional case.

線状レーザービームを形成するための光学系の例を示す図。The figure which shows the example of the optical system for forming a linear laser beam. 従来例における線状レーザーを形成する光学系と光路図。The optical system and optical path diagram which form the linear laser in a prior art example. 図2の光学系の焦点近傍で形成される線状レーザービームの幅方向におけるエネルギー分布を示す図。The figure which shows the energy distribution in the width direction of the linear laser beam formed in the focus vicinity of the optical system of FIG. 線状レーザーによりレーザー結晶化された珪素の薄膜の写真。Photo of a silicon thin film crystallized by a linear laser. 最終レンズの形状によるレーザー光路の違いを示す図。The figure which shows the difference in the laser optical path by the shape of the last lens. 線状レーザービームの幅Wと、ビーム幅変化量Δと、ピッチxの関係を示す図。The figure which shows the relationship between the width W of a linear laser beam, beam width variation | change_quantity (DELTA), and the pitch x. 実施例におけるレーザー照射装置を示す図。The figure which shows the laser irradiation apparatus in an Example. 実施例における連続処理装置の図。The figure of the continuous processing apparatus in an Example. 実施例における線状レーザーを形成する光学系と光路図。The optical system and optical path diagram which form the linear laser in an Example. 実施例における線状レーザーを形成する光学系と光路図。The optical system and optical path diagram which form the linear laser in an Example. 実施例の工程を示す図。The figure which shows the process of an Example.

符号の説明Explanation of symbols

201 レーザー発振装置
202 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ群
203 レーザー光分割のためのシリンドリカルレンズ群
204 レーザー光、再結合のためのシリンドリカルレンズ
205 スリット
206 レーザー光、再結合のためのシリンドリカルレンズ
207 ミラー
208 線状ビームを集光するためのシリンドリカルレンズ
701 光学系702に入射するレーザー光の方向を調整するミラー
702 光学系
703 移動機構
704 基板
705 台
706 走査領域変更装置
801 基板搬送室
802 アライメント室
803 カセット
804 ロボットアーム
805 ロード/アンロード室
806 レーザー照射室
1001 マルチフェイズプリズム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 201 Laser oscillation apparatus 202 Cylindrical lens group 203 for laser beam splitting Cylindrical lens group 204 for laser beam splitting Laser beam, Cylindrical lens 205 for recombination Slit 206 Laser beam, Cylindrical lens 207 for recombination Mirror 208 Cylindrical lens 701 for condensing a linear beam Mirror 702 for adjusting the direction of laser light incident on the optical system 702 Optical system 703 Moving mechanism 704 Substrate 705 Stand 706 Scanning region changing device 801 Substrate transport chamber 802 Alignment chamber 803 Cassette 804 Robot arm 805 Load / unload chamber 806 Laser irradiation chamber 1001 Multi-phase prism

Claims (2)

基板上に形成され、表面の高低差がrである半導体膜に対して、ビーム幅Wの線状レーザービームを照射する際のピッチxの決定方法であって、A method of determining a pitch x when a semiconductor film formed on a substrate and having a surface height difference r is irradiated with a linear laser beam having a beam width W,
(a)前記線状レーザービームは、パルスレーザービームを縦横に複数分割した後、分割された各々のビームを線状としてから、最終レンズで集光することにより合成されたものであり、(A) The linear laser beam is synthesized by dividing the pulse laser beam into a plurality of lengths and widths and then condensing each of the divided beams with a final lens,
(b)前記最終レンズに入射するレーザービームの前記最終レンズの母線に垂直な方向の大きさがDであり、前記最終レンズの母線と前記半導体膜の距離がFである場合に、Δ(r)=rD/2Fという式から、前記Δ(r)の値を算出し、(B) When the size of the laser beam incident on the final lens in the direction perpendicular to the bus of the final lens is D and the distance between the bus of the final lens and the semiconductor film is F, Δ (r ) = RD / 2F, and the value of Δ (r) is calculated.
(c)前記Δ(r)がW/20よりも小さい場合は、W/20≦x≦W/5の範囲から前記ピッチxを選択し、(C) When the Δ (r) is smaller than W / 20, the pitch x is selected from the range of W / 20 ≦ x ≦ W / 5,
(d)前記Δ(r)がW/20よりも大きい場合は、Δ(r)≦x≦W/5の範囲から前記ピッチxを選択することを特徴とするピッチxの決定方法。(D) A method for determining the pitch x, wherein the pitch x is selected from a range of Δ (r) ≦ x ≦ W / 5 when Δ (r) is greater than W / 20.
基板上に形成され、表面の高低差がrである半導体膜に対して、ビーム幅Wの線状レーザービームをピッチxで照射する半導体装置の作製方法であって、A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a semiconductor film formed on a substrate and having a surface height difference r is irradiated with a linear laser beam having a beam width W at a pitch x,
(a)前記線状レーザービームは、パルスレーザービームを縦横に複数分割した後、分割された各々のビームを線状としてから、最終レンズで集光することにより合成されたものであり、(A) The linear laser beam is synthesized by dividing the pulse laser beam into a plurality of lengths and widths and then condensing each of the divided beams with a final lens,
(b)前記最終レンズに入射するレーザービームの前記最終レンズの母線に垂直な方向の大きさがDであり、前記最終レンズの母線と前記半導体膜の距離がFである場合に、Δ(r)=rD/2Fという式から、前記Δ(r)の値を算出し、(B) When the size of the laser beam incident on the final lens in the direction perpendicular to the bus of the final lens is D and the distance between the bus of the final lens and the semiconductor film is F, Δ (r ) = RD / 2F, and the value of Δ (r) is calculated.
(c)前記Δ(r)がW/20よりも小さい場合は、W/20≦x≦W/5の範囲から前記ピッチxを選択して、選択したxのピッチで前記半導体膜に対して前記線状レーザービームを照射し、(C) When the Δ (r) is smaller than W / 20, the pitch x is selected from the range of W / 20 ≦ x ≦ W / 5, and the selected x pitch is applied to the semiconductor film. Irradiate the linear laser beam,
(d)前記Δ(r)がW/20よりも大きい場合は、Δ(r)≦x≦W/5の範囲から前記ピッチxを選択して、選択したxのピッチで前記半導体膜に対して前記線状レーザービームを照射することを特徴とする半導体装置の作製方法。(D) When Δ (r) is larger than W / 20, the pitch x is selected from the range of Δ (r) ≦ x ≦ W / 5, and the semiconductor film is selected at the selected pitch x. And irradiating the linear laser beam.
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