JP5235073B2 - Laser annealing apparatus and laser annealing method - Google Patents
Laser annealing apparatus and laser annealing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5235073B2 JP5235073B2 JP2007320998A JP2007320998A JP5235073B2 JP 5235073 B2 JP5235073 B2 JP 5235073B2 JP 2007320998 A JP2007320998 A JP 2007320998A JP 2007320998 A JP2007320998 A JP 2007320998A JP 5235073 B2 JP5235073 B2 JP 5235073B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- laser beam
- birefringent crystal
- annealing
- birefringent
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 title claims description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 83
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 46
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 16
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 7
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 44
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 19
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 8
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 7
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 4
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000006356 dehydrogenation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004205 SiNX Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
本発明は、レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method.
低温ポリシリコン薄膜トランジスタ(ＬＴＰＳ ＴＦＴ)を用いた有機ＥＬディスプレイ(ＯＬＥＤ)や液晶ディスプレイ(ＬＣＤ)は、高精細、高画質なフラットパネルディスプレイとして注目されている。このようなＬＴＰＳ ＴＦＴの製造工程においては、ガラス基板表面に非晶質シリコン膜(以下、「ａ−Ｓｉ膜」という)を形成したものを対象物とし、当該対象物にレーザービームを照射してアニール処理することで、多結晶シリコン膜を形成するためにレーザーアニール装置が用いられている。この種のレーザーアニール装置においては、レーザービームを対象物の被照射面で線状のプロフィールに成形し、当該線状のレーザービームに対して直交する方向（ビームの幅方向）に一定の速度でレーザービームを走査させながら照射することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
上記のように線状に成形したレーザービームを走査させながら照射すると、アニール処理により得られた多結晶シリコン膜に線状のレーザービームに沿うピッチムラが周期的または局所的に発生し、結晶の均一性が悪くなるという不具合がある。このようなピッチムラが存するものを上述のディスプレイに用いると、その点灯時にスジムラとして現れることから、高品位パネル用のものとしては利用できない。 When irradiation is performed while scanning a linearly shaped laser beam as described above, pitch unevenness along the linear laser beam occurs periodically or locally in the polycrystalline silicon film obtained by annealing treatment, and the crystal is uniform. There is a problem that the sex becomes worse. If a display with such pitch unevenness is used in the above-mentioned display, it appears as a stripe when it is turned on, and therefore cannot be used for a high-quality panel.
ここで、結晶の不均一性に基づくピッチムラの発生は、レーザー発振器からパルス発振されるレーザービームのパルス変動に起因している。つまり、レーザー発振器において時間軸に対するパルスの立ち上がり時間やパルスの到達最大強度を略一定にできないことで、対象物に照射されるレーザービームの強度（エネルギ）がパルス毎にばらつき、当該レーザービームの強度のばらつきが、被照射面にレーザービームを照射したときにそのまま照射強度の変化となる。その結果、アニール処理により多結晶シリコン膜を形成するような場合には、多結晶化の程度に差異が生じ、結晶の均一性が悪くなる。 Here, the occurrence of pitch unevenness based on crystal non-uniformity is caused by pulse fluctuations of a laser beam pulsed from a laser oscillator. In other words, in the laser oscillator, the rise time of the pulse with respect to the time axis and the maximum intensity of the pulse cannot be made substantially constant, so that the intensity (energy) of the laser beam irradiated to the object varies from pulse to pulse, and the intensity of the laser beam The variation in the intensity becomes the change in irradiation intensity as it is when the irradiated surface is irradiated with the laser beam. As a result, when a polycrystalline silicon film is formed by annealing treatment, a difference occurs in the degree of polycrystallization, resulting in poor crystal uniformity.
そこで、本発明の課題は、上記点に鑑み、線状のレーザービームを走査させながら照射してアニール処理を行う場合に、被照射面でのレーザービームの照射強度を略均一化できる装置構成が簡単なレーザーアニール装置及びレーザーアニール方法を提供することにある。 Therefore, in view of the above points, an object of the present invention is to provide an apparatus configuration that can substantially uniformize the irradiation intensity of a laser beam on an irradiated surface when performing an annealing process by irradiating while scanning a linear laser beam. An object is to provide a simple laser annealing apparatus and laser annealing method.
上記課題を解決するために、本発明のレーザーアニール装置は、レーザー発振器と、当該レーザー発振器から出力されたレーザービームを、アニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形するビーム成形手段とを備えたレーザーアニール装置において、 前記レーザー発振器からビーム成形手段を経て被照射面に到るレーザービームの光路内で前記レーザービームをその集光方向に分割する第１の複屈折結晶を少なくとも１個備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a laser annealing apparatus of the present invention forms a laser oscillator and a laser beam output from the laser oscillator into a linear profile on the irradiated surface of an object to be annealed. In a laser annealing apparatus comprising a beam shaping means, a first birefringent crystal that divides the laser beam in the light condensing direction in the optical path of the laser beam from the laser oscillator through the beam shaping means to the irradiated surface It is characterized by having at least one.
本発明によれば、レーザービームの光路内に第１の複屈折結晶を配置し、レーザー発振器から出力されたレーザービームをその集光方向に分割するようにしたため、当該第１の複屈折結晶の非線形光学効果により、レーザー発振器からパルス発振されるレーザービームの強度（エネルギ）がパルス毎にばらついたとしても、対象物の被照射面でのレーザービームの照射強度を略均一化できる。その結果、本発明をアニール処理による多結晶シリコン膜の形成に適用すれば、ピッチムラが周期的または局所的に発生することを低減できる。また、本発明においては、光路内に第１の複屈折結晶を設けるだけだから、簡単な装置構成で被照射面での照射強度を均一化する構成を実現できる。 According to the present invention, the first birefringent crystal is disposed in the optical path of the laser beam, and the laser beam output from the laser oscillator is divided in the condensing direction thereof. Even if the intensity (energy) of the laser beam pulsed from the laser oscillator varies from pulse to pulse due to the nonlinear optical effect, the irradiation intensity of the laser beam on the irradiated surface of the object can be made substantially uniform. As a result, if the present invention is applied to the formation of a polycrystalline silicon film by annealing, it is possible to reduce the occurrence of pitch unevenness periodically or locally. Further, in the present invention, since only the first birefringent crystal is provided in the optical path, it is possible to realize a configuration in which the irradiation intensity on the irradiated surface is made uniform with a simple device configuration.
本発明においては、前記光路内に、前記レーザービームをその均一化方向に分割する第２の複屈折結晶を少なくとも１個備えておけば、当該複屈折結晶が光学的ローパスフィルターとしての役割を果たし、レーザービームの高調波成分が除去されるため、レーザービームの走査方向に縞状の干渉縞が生じることが低減されてよい。 In the present invention, if at least one second birefringent crystal that divides the laser beam in the uniform direction is provided in the optical path, the birefringent crystal serves as an optical low-pass filter. Since the harmonic component of the laser beam is removed, the occurrence of fringe interference fringes in the scanning direction of the laser beam may be reduced.
前記光路内で第１及び第２の複屈折結晶の複数個を列設し、当該光路の最上流側に、第２の複屈折結晶を位置させておけば、アニール処理により多結晶シリコン膜を形成するような場合に、レーザービームの走査の痕跡が殆ど残らず、略均一に多結晶化でき、高品位パネル用のものとして最適なものが得られる。 If a plurality of first and second birefringent crystals are arranged in the optical path and the second birefringent crystal is positioned on the most upstream side of the optical path, a polycrystalline silicon film is formed by annealing. In the case of formation, almost no trace of scanning of the laser beam remains, and it can be polycrystallized substantially uniformly, and an optimum one for a high-quality panel can be obtained.
なお、本発明においては、前記第１及び第２の各複屈折結晶は、１軸性の結晶とすればよい。 In the present invention, the first and second birefringent crystals may be uniaxial crystals.
また、前記第１及び第２の各複屈折結晶を、前記光路内で当該レーザービームが平行光となる領域に配置しておけば、収差が生じ難くできてよい。 Further, if each of the first and second birefringent crystals is arranged in a region where the laser beam becomes parallel light in the optical path, it may be difficult for aberration to occur.
さらに、上記課題を解決するために、本発明のレーザーアニール方法は、レーザー発振器からレーザービームを出力し、当該レーザービームをアニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形し、線状のレーザービームを走査させながら対象物に照射するレーザーアニール方法において、前記レーザー発振器から出力されたレーザービームが被照射面に到るまでの間で、複屈折結晶により集光方向に分割するようにしたことを特徴とする。 Furthermore, in order to solve the above problems, the laser annealing method of the present invention outputs a laser beam from a laser oscillator, and forms the laser beam into a linear profile on the irradiated surface of the object to be annealed. In a laser annealing method that irradiates an object while scanning a linear laser beam, the laser beam output from the laser oscillator is divided in the condensing direction by a birefringent crystal until it reaches the irradiated surface. It was made to do.
この場合、前記レーザー発振器から出力されたレーザービームが被照射面に到るまでの間で、他の複屈折結晶によりレーザービームの高調波成分を除去することが好ましい。 In this case, it is preferable to remove harmonic components of the laser beam by another birefringent crystal until the laser beam output from the laser oscillator reaches the irradiated surface.
また、前記レーザビームの集光方向への分割及び高調波成分の除去を、レーザービームが平行光となる領域で行うようにすればよい。 Further, the laser beam may be divided in the condensing direction and the harmonic component may be removed in a region where the laser beam becomes parallel light.
前記レーザービームの高調波成分の除去を行った後、当該レーザビームを集光方向に分割すればよい。 After removing the harmonic component of the laser beam, the laser beam may be divided in the condensing direction.
なお、本発明においては、前記被対象物が、アモルファスシリコン膜であるときに特に有効である。 The present invention is particularly effective when the object is an amorphous silicon film.
本発明のレーザーアニール装置は、レーザー発振器と、レーザー発振器から出力されたレーザービームを、アニール処理すべき対象物の被照射面にて線状のプロフィールに成形するビーム成形手段と、被照射面にてアニール処理すべき対象物を保持する載置台を有する処理室とを備え、レーザー発振器からビーム成形手段を経て被照射面に到るレーザービームの光路内に、第１の複屈折結晶を、この第１の複屈折結晶に入射するレーザービームをその集光方向に分割するように配置している。 The laser annealing apparatus of the present invention includes a laser oscillator, beam forming means for forming a laser beam output from the laser oscillator into a linear profile on an irradiated surface of an object to be annealed, and an irradiated surface. And a processing chamber having a mounting table for holding the object to be annealed, and the first birefringent crystal is placed in the optical path of the laser beam from the laser oscillator to the irradiated surface through the beam shaping means. The laser beam incident on the first birefringent crystal is arranged so as to be divided in the condensing direction.
図１を参照して第１の複屈折結晶について説明する。複屈折結晶Ａに入射した平行なレーザービームＬは、２つのビームレット、即ち、そのまま直進する常光線Ｌ１と、図１中の矢印で示した結晶軸（光学軸）方向に沿って進む異常光線Ｌ２とに分割される。この常光線Ｌ１と異常光線Ｌ２との間のビームレット間隔Ｓに平行な方向Ｄが、レーザービームの集光方向と同一となるように配置することで、レーザービームのパルス毎のエネルギーを均一化できる。これにより、非晶質シリコン膜にレーザービームを照射してアニール処理し、多結晶シリコン膜を得るような場合に、レーザー発振器でのパルス毎の強度（エネルギー）の違いに起因した、線状のレーザービームに沿うピッチムラが生じることを低減できる。 The first birefringent crystal will be described with reference to FIG. The parallel laser beam L incident on the birefringent crystal A has two beamlets, that is, an ordinary ray L1 that goes straight as it is, and an extraordinary ray that travels along the crystal axis (optical axis) direction indicated by the arrow in FIG. Divided into L2. By arranging the direction D parallel to the beamlet interval S between the ordinary ray L1 and the extraordinary ray L2 to be the same as the condensing direction of the laser beam, the energy for each pulse of the laser beam is made uniform. it can. As a result, when an amorphous silicon film is annealed by irradiating a laser beam to obtain a polycrystalline silicon film, the linear shape caused by the difference in intensity (energy) for each pulse in the laser oscillator The occurrence of pitch unevenness along the laser beam can be reduced.
このビームレット間隔Ｓは、第１の複屈折結晶の材料固有の屈折率と複屈折結晶の厚みとの関係で変更できる。例えば、当該複屈折結晶の厚みを大きくすれば、ビームレット間隔Ｓを大きくでき、また、材料固有の屈折率、即ち光学軸の傾きを大きくすれば、同じ厚みのものであってもビームレット間隔Ｓを大きくできる。 This beamlet interval S can be changed by the relationship between the refractive index inherent to the material of the first birefringent crystal and the thickness of the birefringent crystal. For example, if the thickness of the birefringent crystal is increased, the beamlet interval S can be increased. If the refractive index inherent to the material, that is, the inclination of the optical axis is increased, the beamlet interval can be increased even for the same thickness. S can be increased.
本実施の形態において用いられる第１の複屈折結晶としては、１軸性の結晶、例えば、水晶や、Ｌi２Ｂ４Ｏ７結晶やＬiＢ３Ｏ５結晶などが上げられる。入手のしやすさ、加工性、耐水性の観点からは水晶を用いることが好ましく、分割幅を大きくしたい場合には、Ｌi２Ｂ４Ｏ７結晶やＬiＢ３Ｏ５結晶を用いることが好ましい。このような複屈折結晶は、入手が容易で、かつ、加工性もよいため、このようなレーザービームのパルス毎のエネルギーを均一化できる光学系を作製することは非常に簡易である。 Examples of the first birefringent crystal used in this embodiment include uniaxial crystals such as quartz, Li 2 B 4 O 7 crystal, LiB 3 O 5 crystal, and the like. From the viewpoint of easy availability, workability, and water resistance, it is preferable to use crystal. When it is desired to increase the division width, it is preferable to use Li 2 B 4 O 7 crystal or LiB 3 O 5 crystal. Since such a birefringent crystal is easily available and has good workability, it is very easy to produce an optical system that can uniformize the energy for each pulse of the laser beam.
次に、図２を参照して上記複屈折結晶を備えた本発明のレーザーアニール装置を説明する。ここで、図２は、本発明のレーザーアニール装置の光学部品の配置とレーザービームの光路とを模式的に示したものであり、（ａ）はレーザービームの集光方向（以下、これをｘ方向とする）の模式図であり、（ｂ）はレーザービームの均一化方向（以下、これをｙ方向とする）の模式図であり、後述する（ｃ）は均一化方向の一部拡大図である。 Next, the laser annealing apparatus of the present invention provided with the birefringent crystal will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2 schematically shows the arrangement of the optical components of the laser annealing apparatus of the present invention and the optical path of the laser beam. FIG. 2A shows the condensing direction of the laser beam (hereinafter referred to as x). (B) is a schematic diagram of the laser beam homogenization direction (hereinafter referred to as the y direction), and (c) described later is a partially enlarged view of the homogenization direction. It is.
図２を参照して説明すれば、本実施の形態のレーザーアニール装置は、パルス発振のレーザー発振器１を備える。レーザー発振器１から発振されたレーザービームは、光軸補正ミラー２に入射され、レーザービームの光軸が補正される。レーザー発振器１としては、固体グリーンレーザー、ガスレーザー、半導体レーザー、色素レーザー等、公知の構造を有するものを用いることができる。また、このレーザー発振器１から発振されたレーザービームは、ランダム偏光したものであることが好ましい。 Referring to FIG. 2, the laser annealing apparatus of the present embodiment includes a pulsed laser oscillator 1. The laser beam oscillated from the laser oscillator 1 enters the optical axis correction mirror 2, and the optical axis of the laser beam is corrected. As the laser oscillator 1, a laser having a known structure such as a solid green laser, a gas laser, a semiconductor laser, or a dye laser can be used. The laser beam emitted from the laser oscillator 1 is preferably randomly polarized.
補正ミラー２を経たレーザビームは、減衰器３に入射され、レーザービームのエネルギーが所定値に減衰させる。そして、レーザービームは、入射するレーザービームをレーザービームの集光方向に分割するように配置された第１の複屈折結晶４に入射され、第１の複屈折結晶４に入射されたレーザービームが、図２において図示省略した異常光線と常光線とに分割される（図１参照）。 The laser beam that has passed through the correction mirror 2 enters the attenuator 3, and the energy of the laser beam is attenuated to a predetermined value. The laser beam is incident on the first birefringent crystal 4 arranged so as to divide the incident laser beam in the laser beam condensing direction, and the laser beam incident on the first birefringent crystal 4 is 2 is divided into an extraordinary ray and an ordinary ray which are not shown in FIG. 2 (see FIG. 1).
ここで、複屈折結晶４を経たレーザービームに対しては、後述する拡大レンズ８に入射する前に、初期直径を与える必要があるため、第１の拡大レンズ５及びコリメートレンズ６に順次入射される。これにより、第１の拡大レンズ５によりレーザービームの直径が拡大され、コリメートレンズ６により平行光に整えられる。そして、コリメートレンズ６により平行光に整えられたレーザービームは、光軸補正ミラー７に入射され、レーザービームの光軸が補正される。そして、光軸が補正されたレーザービームはビーム成形手段に入射され、対象物の被照射面において線状のプロフィールに成形される。 Here, the laser beam that has passed through the birefringent crystal 4 needs to be given an initial diameter before entering a later-described magnifying lens 8, so that it is sequentially incident on the first magnifying lens 5 and the collimating lens 6. The As a result, the diameter of the laser beam is enlarged by the first magnifying lens 5 and is adjusted to parallel light by the collimating lens 6. Then, the laser beam adjusted to parallel light by the collimator lens 6 is incident on the optical axis correction mirror 7, and the optical axis of the laser beam is corrected. Then, the laser beam whose optical axis is corrected is incident on the beam shaping means, and is shaped into a linear profile on the irradiated surface of the object.
ビーム成形手段においては、光軸補正ミラー７を通過したレーザービームが、先ず拡大レンズ８を通って集光方向及び均一化方向にその直径が拡大される。例えば、拡大レンズ８に入射されたレーザービームはスポット状であり、その直径が１２ｍｍ程度であり、拡大レンズ８を通ると、集光方向については直径８０ｍｍ程度、均一化方向については直径３０ｍｍ程度に拡大され、楕円状とされる。次いで、この楕円状のレーザービームは、ｙ方向のみ平行光とするｙコリメートレンズ９に入射され、集光方向については直径を拡大し、均一化方向に対しては平行光となる。 In the beam shaping means, the diameter of the laser beam that has passed through the optical axis correction mirror 7 is first enlarged in the condensing direction and the uniformizing direction through the magnifying lens 8. For example, the laser beam incident on the magnifying lens 8 is spot-like and has a diameter of about 12 mm. When passing through the magnifying lens 8, the condensing direction is about 80 mm in diameter and the homogenization direction is about 30 mm in diameter. Enlarged to be elliptical. Next, this elliptical laser beam is incident on the y collimating lens 9 which is parallel light only in the y direction, and the diameter is enlarged in the condensing direction and becomes parallel light in the uniforming direction.
次いで、レーザービームはｘ方向のみ平行光とするｘコリメートレンズ１０に入射され、集光方向に対しては平行光となり、均一化方向に対してはｘコリメートレンズ１０入射時と同一の平行光の状態で射出される。そして、レーザービームはｙ方向のみ集光するｙ集光レンズ１１に入射される。均一化方向については、後述する導波路１２内で多重反射させるために、レーザービームがｙ集光レンズ１１の先にある導波路１２より前で集束し、その後発散するようにｙ集光レンズ１１を構成する。集光方向については平行光のままで射出される。 Next, the laser beam is incident on the x collimator lens 10 which is parallel light only in the x direction, becomes parallel light in the condensing direction, and the same collimated light as in the incidence of the x collimator lens 10 in the uniforming direction. It is injected in the state. Then, the laser beam is incident on the y condensing lens 11 that condenses only in the y direction. Regarding the uniforming direction, in order to make multiple reflections in a waveguide 12 to be described later, the y condensing lens 11 is focused so that the laser beam converges before the waveguide 12 ahead of the y condensing lens 11 and then diverges. Configure. About the condensing direction, it is inject | emitted as parallel light.
次いで、レーザービームは導波路１２に入射される。この導波路１２内でレーザービームは多重反射されて、反射ごとにビームレットが２本ずつ増える。従って、レーザービームは、導波路１２から射出する時には、反射回数ｍに対して（２ｍ＋１）で表される複数本のレーザービーム（ビームレット）に分割されるので、レーザービームのコヒーレント性を低減することができる（図２（ａ）及び図２（ｂ）では各ビームレットを図示せず）。導波路１２に入射される前で均一化方向のみ集光レンズによって集束されていたことから、導波路１２から射出した複数のレーザービームは、均一化方向でのみ広がり、集光方向に対しては平行光の状態を保つ。 The laser beam is then incident on the waveguide 12. The laser beam is multiple-reflected in the waveguide 12, and two beamlets are added for each reflection. Therefore, when the laser beam is emitted from the waveguide 12, it is divided into a plurality of laser beams (beamlets) represented by (2m + 1) with respect to the number of reflections m, thereby reducing the coherency of the laser beam. (Each beamlet is not shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b)). Since the light is focused by the condensing lens only in the uniformizing direction before entering the waveguide 12, the plurality of laser beams emitted from the waveguide 12 spread only in the uniforming direction, Keep parallel light.
これらの複数のビームレットは、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４に入射され、集光方向に対しては平行光の状態で射出される。均一化方向でのレーザービーム（ビームレット）の振る舞いについて、導波路１２〜第３のｙ転写レンズ１６間の拡大図（図２（ｃ））を用いて説明する。なお、図２（ｃ）では説明のため全てのビームレットについては図示していないが、図２（ｃ）中、Ｌはビームレットの光路である。 The plurality of beamlets are incident on the first y transfer lens 13 and the second y transfer lens 14, and are emitted in the state of parallel light with respect to the condensing direction. The behavior of the laser beam (beamlet) in the uniforming direction will be described with reference to an enlarged view (FIG. 2C) between the waveguide 12 and the third y transfer lens 16. In FIG. 2C, all the beamlets are not shown for explanation, but in FIG. 2C, L is an optical path of the beamlet.
次いで、導波路１２から射出したビームレットは、導波路１２から射出すると広がりながら直進し、第１のｙ転写レンズ１３及び第２のｙ転写レンズ１４とに順次入射され、屈折して、二つのビームレット群に分かれるが、後述する基板Ｓの照射位置で各ビームレットが重なって、１つのレーザービームとなるように構成されている。 Next, the beamlet emitted from the waveguide 12 travels straight while spreading from the waveguide 12, and is sequentially incident on the first y transfer lens 13 and the second y transfer lens 14, and refracted. Although divided into beamlet groups, each beamlet is overlapped at the irradiation position of the substrate S to be described later to form one laser beam.
次いで、一方のビームレット群に位相差が与えられた状態で、図２（ａ）及び（ｂ）に示したように、レーザービームは第１及び第２のｙ転写レンズ１３、１４とは異なる向きに配置された第３のｙ転写レンズ１６及びｘ方向のみ集光するｘ集光レンズ１７に入射することによって、集光方向に対しては集光され、また、均一化方向に対しては、レーザービームはｙ転写レンズ１６により収差を補正されつつ拡大される。このようにして、レーザービームは線状の所望のプロフィール（ｙ方向：＞１００ｍｍ、ｘ方向：＜５０μｍ）になるように成形され、入射窓１８を通ってチャンバー（図示せず）内の載置台（図示せず）に載置されたａ−Ｓｉ膜１９上（被照射面）に照射され、レーザーアニール処理により多結晶シリコン膜が形成される。このレーザービームのプロフィールは、アニール処理すべき対象物に応じて適宜選択することができる。 Next, in a state where a phase difference is given to one beamlet group, the laser beam is different from the first and second y transfer lenses 13 and 14 as shown in FIGS. By entering the third y transfer lens 16 arranged in the direction and the x condensing lens 17 that condenses only in the x direction, the light is condensed in the condensing direction and in the uniforming direction. The laser beam is expanded while the aberration is corrected by the y transfer lens 16. In this way, the laser beam is shaped to have a desired linear profile (y direction:> 100 mm, x direction: <50 μm), passes through the entrance window 18 and is placed in a chamber (not shown). Irradiation is performed on the a-Si film 19 (irradiated surface) placed on (not shown), and a polycrystalline silicon film is formed by laser annealing. The profile of the laser beam can be appropriately selected according to the object to be annealed.
ここで、対象物としては、例えば、ａ−Ｓｉ膜（アニールにより多結晶シリコン膜を形成する）や、Ｓｉ基板（アニールによりＳｉ基板の添加物を活性化する）などがあげられる。この場合、ａ−Ｓｉ膜としては、ＣＶＤ法により形成された膜厚３００Å〜１０００Åのものである。 Here, examples of the object include an a-Si film (a polycrystalline silicon film is formed by annealing), an Si substrate (an additive of the Si substrate is activated by annealing), and the like. In this case, the a-Si film has a film thickness of 300 to 1000 mm formed by the CVD method.
例えば、本実施の形態のレーザーアニール装置を用いてａ−Ｓｉ膜をアニール処理して多結晶シリコン膜を形成する場合には、ガラス基板上にＣＶＤ法によりＳｉＮ、ＳｉＯ、ａ−Ｓｉが、順次厚さ１００Å、３０００Å、５００Åで成膜されたものが用いられ、このような対象物をアニール装置内に載置し、脱水素アニール工程を３５０〜５００℃で５〜１５分間行った後に、レーザー出力：３００〜７００ｍＪ／ｃｍ２で、真空チャンバーの雰囲気：窒素雰囲気などの不活性ガス雰囲気、圧力：３０〜５００Ｐａ、温度：常温状態の条件に設定してレーザーアニールを行う。この場合、基板表面でのアニール温度は、６００〜１８００℃である。 For example, when a polycrystalline silicon film is formed by annealing an a-Si film using the laser annealing apparatus of this embodiment, SiN, SiO, and a-Si are sequentially formed on a glass substrate by a CVD method. A film formed with a thickness of 100 mm, 3000 mm, or 500 mm is used. After placing such an object in an annealing apparatus and performing a dehydrogenation annealing process at 350 to 500 ° C. for 5 to 15 minutes, a laser is used. Laser annealing is performed under conditions of output: 300 to 700 mJ / cm 2 , vacuum chamber atmosphere: inert gas atmosphere such as nitrogen atmosphere, pressure: 30 to 500 Pa, temperature: normal temperature. In this case, the annealing temperature on the substrate surface is 600 to 1800 ° C.
本実施の形態においては、第１の複屈折結晶４を減衰器３とコリメートレン５ズとの間に配置したが、レーザー発振器１からビーム成形手段を経て被照射面に到る光路内であれば、いずれの位置に配置してもよいが、収差が生じないようにレーザービームが平行光となる領域に配置することが好ましい。例えば、コリメートレンズ６と光軸補正ミラー７との間や、光軸補正ミラー７と拡大レンズ８との間やｘコリメートレンズ１０とｙ集光レンズ１１との間に配置するのがよい。平行光でない位置に配置した場合には、レンズデザインを変更するか、レンズの位置調整により収差が生じないようにすればよい。 In the present embodiment, the first birefringent crystal 4 is disposed between the attenuator 3 and the collimator lens 5. However, the first birefringent crystal 4 may be disposed in the optical path from the laser oscillator 1 through the beam shaping means to the irradiated surface. For example, the laser beam may be arranged at any position, but is preferably arranged in a region where the laser beam becomes parallel light so as not to cause aberration. For example, it is preferable to arrange between the collimating lens 6 and the optical axis correcting mirror 7, between the optical axis correcting mirror 7 and the magnifying lens 8, or between the x collimating lens 10 and the y condenser lens 11. When the lens is arranged at a position that is not parallel light, the lens design may be changed or aberration may not be generated by adjusting the position of the lens.
ところで、本実施の形態で説明したものはコヒーレント性が高いので、第１の複屈折結晶４を、当該第１の複屈折結晶４に入射されるレーザービームを集光方向に分割するように設置し、対象物の被照射面でのレーザービームの照射強度を略均一化したとしても、対象物に、レーザービームの走査方向に対して平行又は斜めの干渉縞を生じさせる虞がある。 By the way, since what was demonstrated in this Embodiment has high coherency, it installs the 1st birefringent crystal 4 so that the laser beam which injects into the said 1st birefringent crystal 4 may be divided | segmented into a condensing direction. Even if the irradiation intensity of the laser beam on the surface to be irradiated of the object is made substantially uniform, there is a possibility that interference fringes parallel or oblique to the scanning direction of the laser beam are generated on the object.
このような場合には、他の実施の形態として、レーザーアニール装置の光路内に、第１の複屈折結晶４に加えて、図示省略した第２の複屈折結晶（第１の複屈折結晶４と同一構造のもの）が、そのビームレット間隔Ｓに平行な方向Ｄが均一化方向と同一となるように配置される（即ち、第２の複屈折結晶の光学軸が、第１の複屈折結晶４の光学軸に対して９０°回転させて配置される）。これにより、第２の複屈折結晶が空間的な光学ローパスフィルターとしての役割を果たすことで、レーザービームの高調波成分が除去され、レーザービームのコヒーレント性に起因した走査方向に対して平行な縞状の照射痕を低減することができる。 In such a case, as another embodiment, in addition to the first birefringent crystal 4 in the optical path of the laser annealing apparatus, a second birefringent crystal (not shown) (the first birefringent crystal 4 is omitted). Are arranged such that the direction D parallel to the beamlet interval S is the same as the homogenization direction (that is, the optical axis of the second birefringent crystal is the first birefringence). It is rotated 90 ° with respect to the optical axis of the crystal 4). As a result, the second birefringent crystal serves as a spatial optical low-pass filter, so that the harmonic components of the laser beam are removed, and the stripes parallel to the scanning direction due to the coherency of the laser beam. -Like irradiation marks can be reduced.
また、レーザービームが第２の複屈折結晶に入射され、分割されることで得られた各ビームレットが、それぞれ異なる偏光パターンとなるため、互いに干渉し難くなり、より照射痕を低減することができる。このような照射痕間隔は、第２の複屈折結晶を用いずにレーザーアニール処理した多結晶膜上に発生した照射痕間隔から決定することができる。そして、照射痕間隔がビームレット間隔Ｓに比べて大きい場合には、第２の複屈折結晶を光路中に２以上配置して、各別の複屈折結晶でレーザービームを２つずつ分割して、全体としてビームレット間隔を広くして、照射痕間隔を埋めることができる。 In addition, each beamlet obtained by the laser beam being incident on the second birefringent crystal and being divided into different polarization patterns makes it difficult to interfere with each other, further reducing irradiation marks. it can. Such an irradiation mark interval can be determined from an irradiation mark interval generated on a polycrystalline film that has been laser-annealed without using the second birefringent crystal. When the irradiation mark interval is larger than the beamlet interval S, two or more second birefringent crystals are arranged in the optical path, and the laser beam is divided into two by two different birefringent crystals. As a whole, the beamlet interval can be widened to fill the irradiation mark interval.
さらに、このような第２の複屈折結晶を複数枚用いることで、ビーム調整による照射痕間隔の変更に容易に対応することができる。第２の複屈折結晶を光路中に２以上配置すれば、１つ配置した場合に比べて干渉をより低減させることが可能である。また、ビーム品質に合わせて容易に調整が出来るという利点を有する。 Furthermore, by using a plurality of such second birefringent crystals, it is possible to easily cope with a change in the irradiation mark interval by beam adjustment. If two or more second birefringent crystals are arranged in the optical path, interference can be further reduced as compared with the case where one second birefringent crystal is arranged. Further, it has an advantage that it can be easily adjusted according to the beam quality.
第２の複屈折結晶は、光路内であればその位置は問わないが、収差が生じないように、第１の複屈折結晶４と同様にレーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。平行光でない位置に配置した場合には、レンズデザインを変更するか、レンズの位置調整により収差が生じないようにすればよい。 The position of the second birefringent crystal is not limited as long as it is in the optical path. However, the second birefringent crystal may be arranged at a position where the laser beam is parallel light like the first birefringent crystal 4 so as not to cause aberration. preferable. When the lens is arranged at a position that is not parallel light, the lens design may be changed or aberration may not be generated by adjusting the position of the lens.
ここで、第１及び第２の複屈折結晶の複数個を光路内に配置する場合の例を図３に示す。これによれば、第１及び第２の複屈折結晶４ａ、４ｂは、減衰器３とコリメートレンズ５との間で所定の間隔を存して列設され、光路の上流側から、均一化方向にレーザービームを分割する第２の複屈折結晶４ｂが４個設けられ、次に、集光方向に分割する第１の複屈折結晶４ａ及び第２の複屈折結晶４ｂが交互に設けられている。 Here, FIG. 3 shows an example in which a plurality of first and second birefringent crystals are arranged in the optical path. According to this, the first and second birefringent crystals 4a and 4b are arranged at a predetermined interval between the attenuator 3 and the collimator lens 5, and are made uniform from the upstream side of the optical path. Four second birefringent crystals 4b that divide the laser beam are provided, and then, first birefringent crystals 4a and second birefringent crystals 4b that are divided in the condensing direction are alternately provided. .
このような構成を採用することで、上流側の４個の第２の複屈折結晶４ｂを通ったレーザービームが一次元的に多分割され（楕円偏光生成領域）、下流側の第１及び第２の複屈折結晶４ａ、４ｂを通ったレーザービームが２次元的にチルトされる（この場合、第１の複屈折結晶４ａによりパルス毎の強度の均一化も併せて図られる）。これにより、スパイキービーム成分の生成確率が抑制される。その結果、アニール処理により多結晶シリコン膜を形成するような場合には、多結晶化の程度の均一化でき、レーザービームの走査方向に対して垂直なピッチムラ及び走査方向に対して平行な縞状の干渉縞を著しく低減でき、高品位パネルとして利用可能になる。 By adopting such a configuration, the laser beam that has passed through the four second birefringent crystals 4b on the upstream side is one-dimensionally multi-divided (elliptical polarization generation region), and the first and the second on the downstream side. The laser beam that has passed through the two birefringent crystals 4a and 4b is tilted two-dimensionally (in this case, the first birefringent crystal 4a also achieves uniform intensity for each pulse). Thereby, the generation probability of the spiky beam component is suppressed. As a result, in the case where a polycrystalline silicon film is formed by annealing, the degree of polycrystallization can be made uniform, pitch unevenness perpendicular to the scanning direction of the laser beam and stripes parallel to the scanning direction. Interference fringes can be remarkably reduced and can be used as a high-quality panel.
また、さらに他の実施の形態として、斜めの干渉縞が生じる場合には、レーザーアニール装置の光路中に波長板を設け、干渉を低減させることができる。この波長板は、波長板の遅延軸に対する垂線とビーム偏光方向のうちの長軸方向との間で所定の角度をなすように配置されている。レーザービームはこの所定の角度をなすように配置された波長板に入射されることで、ランダム偏光であるレーザービームのうち、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となるので、干渉しに難くなり、斜めの縞状の照射痕を低減することができる。波長板としては、入射光線に対して１波長未満の波長差を生じさせる機能を有する波長板が好ましい。例えば、１／２波長板、１／３波長板、２／３波長板、１／４波長板、３／４波長板、１／５波長板、２／５波長板、３／５波長板、４／５波長板、１／８波長板、３／８波長板、５／８波長板などが挙げられる。 As still another embodiment, when oblique interference fringes are generated, a wavelength plate can be provided in the optical path of the laser annealing apparatus to reduce interference. The wave plate is disposed so as to form a predetermined angle between a perpendicular to the retardation axis of the wave plate and the major axis direction of the beam polarization direction. When the laser beam is incident on the wave plate arranged to form the predetermined angle, the component in the polarization direction that causes the oblique stripe-shaped irradiation traces of the randomly polarized laser beam is circularly polarized. Therefore, it becomes difficult to interfere, and oblique stripe-shaped irradiation marks can be reduced. As the wave plate, a wave plate having a function of causing a wavelength difference of less than one wavelength with respect to incident light is preferable. For example, 1/2 wavelength plate, 1/3 wavelength plate, 2/3 wavelength plate, 1/4 wavelength plate, 3/4 wavelength plate, 1/5 wavelength plate, 2/5 wavelength plate, 3/5 wavelength plate, A 4/5 wavelength plate, a 1/8 wavelength plate, a 3/8 wavelength plate, a 5/8 wavelength plate, etc. are mentioned.
この場合の斜めの照射痕の原因となる偏光成分を低減するための所定の角度は、波長板の種類及びレーザー発振器１１によって変わってくる。例えば、４分の１波長板と、Ｎｄ：ＹＡＧを活性媒質とし、平均パワー２００Ｗ、パルス繰り返し周波数：４ｋＨｚ、ビーム品質：Ｍ２≒１０、レーザー直径：１２．５ｍｍのレーザー発振器を用いた場合、このランダム偏光の偏光成分のうち長軸方向を基準とし、この基準に対して反時計回りに傾けた前記遅延軸の垂線がこの基準となす傾斜角φが、−１０＜φ＜３０°となるように４分の１波長板が配置されている場合には、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。 In this case, the predetermined angle for reducing the polarization component that causes the oblique irradiation trace varies depending on the type of the wave plate and the laser oscillator 11. For example, when a quarter wave plate, Nd: YAG is used as an active medium, a laser oscillator having an average power of 200 W, a pulse repetition frequency of 4 kHz, a beam quality of M 2 ≈10, and a laser diameter of 12.5 mm is used. Of the polarization components of the random polarization, the long axis direction is used as a reference, and the inclination angle φ formed by the perpendicular of the delay axis tilted counterclockwise with respect to the reference is −10 <φ <30 °. Thus, when the quarter-wave plate is arranged, it is possible to reduce irradiation traces oblique to the scanning direction of the laser beam.
特に、傾斜角φが０≦φ≦２０°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。また、傾斜角φが１７０＜φ＜２１０°の場合にも、それぞれ前記の長軸方向と垂線との関係が−１０＜φ＜３０°の場合と同一であるので、斜めの縞状の照射痕の原因となる偏光方向の成分が円偏光となって干渉しにくくなり、レーザービームの走査方向に対して斜めの照射痕を低減することができる。この場合にも、傾斜角φが１８０≦φ≦２００°である場合は、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。これ以外にも、傾斜角φが１００＜φ＜１５０°又は２８０＜φ＜３３０°の場合にも、レーザービームの走査方向に対して斜めの縞状の照射痕を低減することが可能である。特に、傾斜角φが１１０≦φ≦１４０°又は２９０≦φ≦３２０°である場合には、斜めの照射痕を大幅に低減することができるので好ましい。 In particular, when the inclination angle φ is 0 ≦ φ ≦ 20 °, it is preferable because oblique irradiation marks can be significantly reduced. Further, when the inclination angle φ is 170 <φ <210 °, the relationship between the major axis direction and the perpendicular is the same as that in the case where −10 <φ <30 °, so that the oblique stripe irradiation is performed. The component in the polarization direction that causes the trace becomes circularly polarized light and is less likely to interfere, and the irradiation trace oblique to the laser beam scanning direction can be reduced. Also in this case, when the inclination angle φ is 180 ≦ φ ≦ 200 °, it is preferable because oblique irradiation marks can be greatly reduced. In addition to this, even when the inclination angle φ is 100 <φ <150 ° or 280 <φ <330 °, it is possible to reduce the stripe-shaped irradiation traces oblique to the laser beam scanning direction. . In particular, when the inclination angle φ is 110 ≦ φ ≦ 140 ° or 290 ≦ φ ≦ 320 °, it is preferable because oblique irradiation traces can be greatly reduced.
上記においては、波長板として４分の１波長板を配置した場合について説明したが、４分の１波長板でなくとも、波長板であれば、所定の角度（傾斜角）をなすように配置すれば、上記と同様の結果を得ることができる。例えば、波長板として、例えば、波長板として、３分の１波長板を配置した場合には、所定の角度を、４０＜φ＜９０°、１００＜φ＜１４０°、２２０＜φ＜２７０°、又は２８０＜φ＜３２０°、好ましくは５０≦φ≦８０°、１１０≦φ≦１３０°、２３０≦φ≦２６０°、又は２９０≦φ≦３１０°となるように配置すればよい。 In the above description, the case where a quarter-wave plate is disposed as a wave plate has been described. However, even if it is not a quarter-wave plate, the wave plate is disposed so as to form a predetermined angle (tilt angle). Then, the same result as above can be obtained. For example, when a third wavelength plate is disposed as a wave plate, for example, as a wave plate, the predetermined angles are set to 40 <φ <90 °, 100 <φ <140 °, 220 <φ <270 °. Or 280 <φ <320 °, preferably 50 ≦ φ ≦ 80 °, 110 ≦ φ ≦ 130 °, 230 ≦ φ ≦ 260 °, or 290 ≦ φ ≦ 310 °.
４分の３波長板を配置した場合には、−１０＜φ＜６０°、１１０＜φ＜１７０、１７０＜φ＜２４０°、又は２９０＜φ＜３５０°、好ましくは、０≦φ≦５０°、１２０≦φ≦１６０°、１８０≦φ≦２３０°、又は３００≦φ≦３４０°となるように配置すればよい。これらの４分の１波長板ではない波長板を用いた場合にも、波長板は光路中であればどこに配置してもよいが、収差がなるべく生じない様に、レーザービームが平行光である位置に配置することが好ましい。 When a three-quarter wavelength plate is disposed, −10 <φ <60 °, 110 <φ <170, 170 <φ <240 °, or 290 <φ <350 °, preferably 0 ≦ φ ≦ 50 It suffices to arrange such that 120 °, φ ≦ 160 °, 180 ≦ φ ≦ 230 °, or 300 ≦ φ ≦ 340 °. Even when these wave plates other than the quarter wave plate are used, the wave plate may be arranged anywhere in the optical path, but the laser beam is parallel light so as not to cause aberrations as much as possible. It is preferable to arrange in a position.
また、さらに他の実施の形態として、光路中の基板の直前に２以上のスリット板を設けて、レーザービームの強度が中央部とは異なっているレーザービームの端部を、スリット板の開口部以外の場所で反射して、レーザービームの中央部のみ開口部を通過させ、アニール対象基板に照射するように構成してもよい。このように光路中に２以上のスリット板を設けることで、強度の一定な中央部のレーザービームのみ通過せしめ、強度の異なる端部のレーザービームを照射したことによるアニール対象基板の表面に生じたピッチムラを低減することができる。 As still another embodiment, two or more slit plates are provided immediately before the substrate in the optical path, and the end portion of the laser beam whose intensity is different from that of the central portion is provided at the opening of the slit plate. It may be configured to reflect at a place other than that, pass through the opening only at the center of the laser beam, and irradiate the substrate to be annealed. In this way, by providing two or more slit plates in the optical path, only the central laser beam having a constant intensity is allowed to pass through, and the laser beam at the end portion having a different intensity is irradiated on the surface of the substrate to be annealed. Pitch unevenness can be reduced.
各スリット板の開口部の長手方向の長さは、レーザービーム断面の長手方向の長さより短く、載置台に近づくにつれて順次短くなるように構成されている。このように構成することで、一枚のスリット板に当たるレーザービーム量が低減されて、スリット板にレーザービームが当たって生じる熱を全体として低減できるので、熱によるレーザービーム端部での強度分布の変化を低減させることが可能である。 The length in the longitudinal direction of the opening of each slit plate is shorter than the length in the longitudinal direction of the cross section of the laser beam, and is gradually shortened as it approaches the mounting table. By configuring in this way, the amount of laser beam hitting one slit plate is reduced, and the heat generated when the laser beam hits the slit plate can be reduced as a whole, so that the intensity distribution at the end of the laser beam due to heat can be reduced. It is possible to reduce the change.
プラズマＣＶＤ法によりプラズマを形成し、ガラス基板上に、ＳｉＮｘ膜を厚さ１０００Åで形成し、続けてＳｉＯｘ膜を厚さ３０００Åで形成した。次いで、ＳｉＯｘ膜上にａ−Ｓｉ膜を厚さ５００Åで形成し、脱水素処理を８分間行って、レーザーアニール処理すべき対象物たる基板を得た。 Plasma was formed by the plasma CVD method, and a SiNx film was formed with a thickness of 1000 mm on a glass substrate, followed by a SiOx film with a thickness of 3000 mm. Next, an a-Si film having a thickness of 500 mm was formed on the SiOx film, and dehydrogenation treatment was performed for 8 minutes to obtain a substrate that was an object to be laser-annealed.
この基板を、図２に示したレーザーアニール装置の基板載置台に載置した。複屈折結晶４としては、４０ｍｍ×４０ｍｍ×８．４ｍｍの１軸性の水晶を減衰器３とコリメートレンズ５との間に配置し、レーザー発振器１としてグリーンレーザーを用いた。そして、上記ａ−Ｓｉ膜が形成された基板に対してレーザー出力４５０ｍＪ／ｃｍ２、Ｎ２ガス雰囲気、大気圧、常温状態の条件で２μｍピッチでレーザーアニールを行い（レーザービームのプロフィールは、１５０ ｍｍ×４０μｍの線状ビーム）、多結晶シリコン膜を作製し、その表面を観察した。
（比較例１）
This substrate was mounted on the substrate mounting table of the laser annealing apparatus shown in FIG. As the birefringent crystal 4, a 40 mm × 40 mm × 8.4 mm uniaxial crystal was disposed between the attenuator 3 and the collimating lens 5, and a green laser was used as the laser oscillator 1. Then, laser annealing is performed on the substrate on which the a-Si film is formed at a laser output of 450 mJ / cm 2 , an N 2 gas atmosphere, atmospheric pressure, and room temperature at a pitch of 2 μm (the laser beam profile is 150). (mm × 40 μm linear beam), a polycrystalline silicon film was prepared, and its surface was observed.
(Comparative Example 1)
比較例１では、実施例１と同様のレーザーアニール装置を用いたが、１軸性の水晶は配置せずにレーザーアニール処理し、多結晶シリコン膜を作製し、その膜の表面を観察した。 In Comparative Example 1, the same laser annealing apparatus as in Example 1 was used, but laser annealing was performed without placing a uniaxial crystal, a polycrystalline silicon film was produced, and the surface of the film was observed.
図４（ａ）及び（ｂ）は、実施例１により作製した多結晶シリコン膜表面の顕微鏡写真及びその一部拡大写真をそれぞれに示し、図５（ａ）及び（ｂ）は、比較例１で作製した多結晶シリコン膜表面の顕微鏡写真及びその一部拡大図をそれぞれに示す。これによれば、比較例１では、膜の表面に走査方向に対して垂直なピッチムラが約３００μｍ間隔で周期的に発生しており、パルス毎のエネルギーの変動に起因いｓてピッチムラが生じることが判る。それに対して、実施例１では、比較例１に比べて、膜の表面の、レーザービームの走査方向に対して垂直なピッチムラが低減されていることが判る。 4 (a) and 4 (b) show a micrograph and a partially enlarged photograph of the surface of the polycrystalline silicon film produced in Example 1, respectively, and FIGS. 5 (a) and 5 (b) show Comparative Example 1. A micrograph and a partially enlarged view of the surface of the polycrystalline silicon film produced in the above are shown. According to this, in Comparative Example 1, pitch unevenness perpendicular to the scanning direction is periodically generated on the surface of the film at intervals of about 300 μm, and pitch unevenness occurs due to energy fluctuation for each pulse. I understand. On the other hand, in Example 1, it can be seen that the pitch unevenness perpendicular to the scanning direction of the laser beam on the surface of the film is reduced as compared with Comparative Example 1.
ここで、実施例１及び比較例１の結果をそれぞれ示す図４（ａ）及び図５（ａ）中の顕微鏡写真における線Ｌ３及びＬ４上での色の強度を、相対強度として比較した結果のグラフを図６に示す。図６中、縦軸は相対強度を示している。横軸は、図４（ａ）及び図５（ａ）中の顕微鏡写真における線Ｌ３及びＬ４での位置（上を０、下を２４０としている）を示すものであり、図６中矢印で示した長さが３００μｍに対応する。 Here, as a result of comparing the intensity of the color on the lines L3 and L4 in the micrographs in FIGS. 4 (a) and 5 (a) showing the results of Example 1 and Comparative Example 1 as relative intensity, respectively. A graph is shown in FIG. In FIG. 6, the vertical axis represents the relative intensity. The abscissa indicates the positions at the lines L3 and L4 (the top is 0 and the bottom is 240) in the micrographs in FIGS. 4 (a) and 5 (a), and are indicated by arrows in FIG. The length corresponds to 300 μm.
これによれば、比較例１では、３００μｍ前後の周期で相対強度が２２０前後から１６０前後まで変化している。これに対し、実施例１では、相対強度が３００μｍ前後の周期で変化しているものの、その強度は、２２０前後から１８０前後でしか変化していない。このことから、複屈折結晶を集光方向に対してレーザービームを分割するように設けることで、相対強度の変化を３０％前後抑えられることが判った（図６参照）。 According to this, in Comparative Example 1, the relative intensity changes from around 220 to around 160 with a period of around 300 μm. On the other hand, in Example 1, although the relative intensity changes with a period of about 300 μm, the intensity changes only from about 220 to about 180. From this, it was found that the change in relative intensity can be suppressed by about 30% by providing the birefringent crystal so as to divide the laser beam with respect to the condensing direction (see FIG. 6).
実施例１により得られた多結晶シリコン膜は、実用上問題はなかったが、レーザービームの走査方向に対して平行な干渉縞が多結晶膜表面でわずかながら発生する場合があった。そこで、さらに第２の複屈折結晶を、レーザービームの均一化方向にレーザービームを分割するように配置し、実施例１と同一条件でレーザーアニールを行なった。その結果、多結晶シリコン膜に生じていたレーザービームの走査方向に対して平行な干渉縞が低減したことが分かり、より高品質な多結晶シリコン膜を得られたことがわかった。 Although there was no practical problem with the polycrystalline silicon film obtained in Example 1, interference fringes parallel to the scanning direction of the laser beam sometimes occurred slightly on the surface of the polycrystalline film. Therefore, the second birefringent crystal was further arranged so as to divide the laser beam in the direction of uniformizing the laser beam, and laser annealing was performed under the same conditions as in Example 1. As a result, it was found that interference fringes parallel to the scanning direction of the laser beam generated in the polycrystalline silicon film were reduced, and that a higher quality polycrystalline silicon film was obtained.
実施例３では、実施例１と同様のレーザーアニール装置を用いたが、減衰器３とコリメートレンズ５との間には、図３に示すように第１及び第２の複屈折結晶４ａ、４ｂを８個所定の間隔を存して列設することとした。そして、実施例１と同様に作製した基板に対し、実施例１と同条件でレーザービームを照射してアニール処理した。 In Example 3, the same laser annealing apparatus as in Example 1 was used. However, between the attenuator 3 and the collimating lens 5, as shown in FIG. 3, the first and second birefringent crystals 4a and 4b are used. Eight of them were arranged at predetermined intervals. Then, the substrate manufactured in the same manner as in Example 1 was annealed by irradiation with a laser beam under the same conditions as in Example 1.
図７は、実施例３により作製した多結晶シリコン膜の写真である。これによれば、良好な表面モフォロジーとなり、レーザー照射均一性が格段に向上していることが判る。 FIG. 7 is a photograph of the polycrystalline silicon film produced according to Example 3. According to this, it turns out that it becomes favorable surface morphology and the laser irradiation uniformity is remarkably improved.
本発明のレーザーアニール装置及びその方法を用いれば、例えば、ａ−Ｓｉ膜をアニール処理して多結晶シリコン膜を得た場合に、この多結晶シリコン膜を用いれば、ＬＴＰＳ ＴＦＴ等の自発光型ディスプレイ作製において表示ムラのない、高品質なディスプレイを作製することが可能である。従って、本発明はディスプレイ作製分野において利用可能である。 If the laser annealing apparatus and method of the present invention are used, for example, when an a-Si film is annealed to obtain a polycrystalline silicon film, this polycrystalline silicon film can be used to generate a self-luminous type such as an LTPS TFT. It is possible to produce a high-quality display without display unevenness in display production. Therefore, the present invention can be used in the display manufacturing field.
１ レーザー発振器 ２ 光軸補正ミラー
３ 減衰器 ４ 複屈折結晶
５ 拡大レンズ ６ コリメートレンズ
７ 光軸補正ミラー ８ 拡大レンズ
９ ｙコリメートレンズ １０ ｘコリメートレンズ
１１ ｙ集光レンズ １２ 導波路
１３ 第１のｙ転写レンズ １４ 第２のｙ転写レンズ
１５ 位相差板 １６ 第３のｙ転写レンズ
１７ ｘ集光レンズ １８ 入射窓
１９ ａ−Ｓｉ膜 Ａ 複屈折結晶
Ｌ レーザービーム Ｓ ビームレット間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser oscillator 2 Optical axis correction mirror 3 Attenuator 4 Birefringent crystal 5 Magnifying lens 6 Collimating lens 7 Optical axis correction mirror 8 Magnifying lens 9 y Collimating lens 10 x Collimating lens 11 y Condensing lens 12 Waveguide 13 1st y Transfer lens 14 Second y transfer lens 15 Phase difference plate 16 Third y transfer lens 17 x Condensing lens 18 Entrance window 19 a-Si film A Birefringent crystal L Laser beam S Beamlet interval
Claims (10)
前記レーザー発振器からビーム成形手段を経て被照射面に到るレーザービームの光路内で前記レーザービームをその集光方向に分割する第１の複屈折結晶を少なくとも１個備えたことを特徴とするレーザーアニール装置。 In a laser annealing apparatus comprising a laser oscillator and a beam forming means for forming a laser beam output from the laser oscillator into a linear profile on an irradiated surface of an object to be annealed,
A laser comprising: at least one first birefringent crystal that divides the laser beam in a condensing direction in an optical path of the laser beam from the laser oscillator through a beam shaping unit to an irradiated surface. Annealing equipment.
前記レーザー発振器から出力されたレーザービームが被照射面に到るまでの間で、複屈折結晶により集光方向に分割するようにしたことを特徴とするレーザーアニール方法。 A laser annealing method in which a laser beam is output from a laser oscillator, the laser beam is shaped into a linear profile on the irradiated surface of the object to be annealed, and the object is irradiated while the linear laser beam is scanned In
A laser annealing method characterized in that a laser beam output from the laser oscillator is divided in a condensing direction by a birefringent crystal until reaching the irradiated surface.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007320998A JP5235073B2 (en) | 2007-03-05 | 2007-12-12 | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2007054541 | 2007-03-05 | ||
| JP2007054541 | 2007-03-05 | ||
| JP2007320998A JP5235073B2 (en) | 2007-03-05 | 2007-12-12 | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008252064A JP2008252064A (en) | 2008-10-16 |
| JP5235073B2 true JP5235073B2 (en) | 2013-07-10 |
Family
ID=39976607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2007320998A Expired - Fee Related JP5235073B2 (en) | 2007-03-05 | 2007-12-12 | Laser annealing apparatus and laser annealing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5235073B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5717146B2 (en) * | 2012-10-23 | 2015-05-13 | 株式会社日本製鋼所 | Laser line beam improving apparatus and laser processing apparatus |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59121822A (en) * | 1982-12-28 | 1984-07-14 | Agency Of Ind Science & Technol | Fabrication of semiconductor thin film |
| JPS59175115A (en) * | 1983-03-24 | 1984-10-03 | Agency Of Ind Science & Technol | Laser annealing device |
| JPS59224114A (en) * | 1983-06-03 | 1984-12-17 | Agency Of Ind Science & Technol | Manufacture of single crystal semiconductor thin-film |
| JP2003287706A (en) * | 2002-03-28 | 2003-10-10 | Mitsubishi Electric Corp | Optical system for uniformly irradiating laser beam |
| JP4499578B2 (en) * | 2004-01-27 | 2010-07-07 | 株式会社 液晶先端技術開発センター | Light irradiation apparatus, crystallization apparatus, and crystallization method |
-
2007
- 2007-12-12 JP JP2007320998A patent/JP5235073B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008252064A (en) | 2008-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4059952B2 (en) | Laser light irradiation method | |
| JP4086932B2 (en) | Laser irradiation apparatus and laser processing method | |
| JP3462053B2 (en) | Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and semiconductor device | |
| JP4056577B2 (en) | Laser irradiation method | |
| JP3903761B2 (en) | Laser annealing method and laser annealing apparatus | |
| JP3770999B2 (en) | Laser irradiation apparatus and laser irradiation method | |
| JP4021135B2 (en) | Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device | |
| CN100347835C (en) | Laser annealing apparatus and annealing method | |
| JPH11186189A (en) | Laser irradiation equipment | |
| KR20110123711A (en) | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing a semiconductor device | |
| JP6531107B2 (en) | Beam homogenizer for laser annealing | |
| CN107924827B (en) | Fiber laser based system for uniform crystallization of amorphous silicon substrates | |
| JP4296762B2 (en) | Laser irradiation apparatus and semiconductor thin film processing method | |
| JP2017224708A (en) | Method of producing polycrystalline semiconductor film, laser annealing device, thin film transistor, and display | |
| JP5235073B2 (en) | Laser annealing apparatus and laser annealing method | |
| JP5132083B2 (en) | Laser annealing apparatus and method | |
| JP5191674B2 (en) | Laser annealing apparatus and laser annealing method | |
| JP4056684B2 (en) | Laser processing method | |
| JP4223470B2 (en) | Method for determining pitch x and method for manufacturing semiconductor device | |
| JP4628879B2 (en) | Manufacturing method of display device | |
| TW201812867A (en) | Laser annealing apparatus, method for manufacturing semiconductor device, and method for crystallizing amorphous silicon | |
| JP2003243322A (en) | Method of manufacturing semiconductor device | |
| JP5097414B2 (en) | Laser annealing apparatus and method | |
| KR20090024087A (en) | Crystallization method | |
| KR20120062474A (en) | Laser crystallization system and laser crystallization method and method for manufacturing thin film transistor substrate using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101118 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130314 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130319 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130325 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5235073 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160405 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |