JPH05226790A - Laser annealer - Google Patents
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- JPH05226790A JPH05226790A JP3037792A JP3037792A JPH05226790A JP H05226790 A JPH05226790 A JP H05226790A JP 3037792 A JP3037792 A JP 3037792A JP 3037792 A JP3037792 A JP 3037792A JP H05226790 A JPH05226790 A JP H05226790A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はレーザアニール装置に係
り、特に、シリコン（以下Ｓｉと示す。）から成る膜を
アニールするための装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser annealing apparatus, and more particularly to an apparatus for annealing a film made of silicon (hereinafter referred to as Si).
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般にアモルファスシリコンＳｉ（以下
ａ−Ｓｉと示す。）膜を再結晶化させる一つの手段とし
て、レーザアニールがあり、これにより薄膜トランジス
タ（以下ＴＦＴと示す。）の電子移動度を高くする（高
移動度化と呼ばれる。）研究が行われている。これによ
ると、チャネル層となるＳｉ膜を非晶質（アモルファス
のことである。）状態で堆積した後、レーザ光を照射し
て、多結晶に改質したり、あるいは、多結晶Ｓｉ（以下
ｐ−Ｓｉと示す。）に照射して、より高移動度化させる
ことができる。2. Description of the Related Art Generally, as one means for recrystallizing an amorphous silicon Si (hereinafter referred to as a-Si) film, there is laser annealing, which increases the electron mobility of a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT). Yes (known as high mobility) is being studied. According to this, after a Si film to be a channel layer is deposited in an amorphous state (which means an amorphous state), it is irradiated with laser light to be modified into polycrystal or polycrystal Si (hereinafter (shown as p-Si) to increase the mobility.
【０００３】従来、この種のレーザアニールには、エキ
シマレーザや、アルゴンイオンレーザ（以下Ａｒレーザ
と示す。）が用いられてきた。Conventionally, an excimer laser or an argon ion laser (hereinafter referred to as an Ar laser) has been used for this type of laser annealing.
【０００４】エキシマレーザを用いる場合は、取り出さ
れるパルスレーザ光を、基板に照射する際に、一回の照
射では、通常、数ミリ角程度の部分しかアニールできな
いため、一般に数十センチメートル四方の大きさである
基板全体をアニールするにはレーザ光をパルスごとに照
射する位置を変えて、全面に行き渡る様にする。In the case of using an excimer laser, when the substrate is irradiated with the extracted pulsed laser light, it is possible to anneal only a part of several millimeters square in a single irradiation. To anneal the entire substrate, which is the size, the irradiation position of the laser beam is changed for each pulse so that the entire surface is spread.
【０００５】また、Ａｒレーザを用いる場合は、以下で
説明する二つの理由から、照射させるレーザ光の強度を
高くするために、レーザ光をレンズにより小さく集光さ
せる必要がある。When an Ar laser is used, it is necessary to focus the laser light by a lens in order to increase the intensity of the laser light to be irradiated, for the following two reasons.
【０００６】Ａｒレーザから取り出されるレーザ光は、
数Ｗ程度の連続出力（以下ＣＷと示す。）であるため、
数ＭＷ以上のピークパワーを有するエキシマレーザに比
べてパワーが数桁も小さい。また、Ａｒレーザの発振波
長は、４８８ｎｍあるいは５１４.５ｎｍ であるが、こ
れらの波長では、図３に示したａ−Ｓｉの光吸収特性
（波長５１４.５ｎｍ に対しては、図中で右側の矢印で
示した値である。）から分かるように、Ｓｉに対する光
の吸収係数が１０4／cm 程度と小さい。その結果、アニ
ールさせる必要がある膜内よりも深い所（およそ１ミク
ロン程度にもなる。）まで、レーザ光が浸透してしま
い、実際にアニールに利用されるレーザ光のエネルギは
少なくなる。The laser light extracted from the Ar laser is
Since it is a continuous output of about several W (hereinafter referred to as CW),
The power is several orders of magnitude smaller than that of an excimer laser having a peak power of several MW or more. The oscillation wavelength of the Ar laser is 488 nm or 514.5 nm. At these wavelengths, the light absorption characteristics of a-Si shown in FIG. 3 (wavelength 514.5 nm is shown on the right side in the figure). As indicated by the arrow), the light absorption coefficient for Si is as small as about 10 4 / cm 2. As a result, the laser light penetrates deeper into the film that needs to be annealed (approximately 1 micron), and the energy of the laser light actually used for annealing decreases.
【０００７】以上から、レーザ光を直径数十ミクロン以
下程度の小さなスポットに集光させて、レーザ光強度を
およそ１０5Ｗ／cm2程度に高める必要がある。そしてレ
ーザ光を照射させながら、基板を動かすことで、アニー
ルさせる部分にレーザ光をスキャンさせていた。From the above, it is necessary to focus the laser light on a small spot having a diameter of several tens of microns or less to increase the laser light intensity to about 10 5 W / cm 2 . Then, by moving the substrate while irradiating the laser light, the portion to be annealed is scanned with the laser light.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記従来法において、
エキシマレーザを用いる方法では、以下に説明する問題
があった。In the above conventional method,
The method using the excimer laser has the following problems.
【０００９】基板上にパルスレーザ光が照射させる際
に、ビームホモジナイザにより、ビームの強度分布を均
一化して、パルス毎にレーザ光が僅かに重なり合う様に
照射する。その結果、パルス光が２度照射される部分が
生じ、この部分では、基板内で電気的特性がばらつくこ
とがあった。When irradiating the substrate with the pulsed laser light, the beam homogenizer homogenizes the intensity distribution of the beam, and irradiates the laser light such that the pulses slightly overlap each other. As a result, there is a portion where the pulsed light is irradiated twice, and in this portion, the electrical characteristics may vary within the substrate.
【００１０】また、Ａｒレーザを用いる方法では、以下
に説明する問題があった。すなわち、直径数十ミクロン
程度に小さいスポット径で照射させるため、１回のスキ
ャンでは、数十ミクロン程度に細い帯状にアニールされ
るため、基板全面をアニールするには、数千回もスキャ
ンする必要があり、スループットの点が問題となってい
た。Further, the method using the Ar laser has the following problems. In other words, since irradiation is performed with a spot diameter as small as several tens of microns, one scan anneals in a thin strip shape of approximately several tens of microns, so it is necessary to scan several thousand times to anneal the entire surface of the substrate. There was a problem in terms of throughput.
【００１１】本発明の目的は以上で説明した問題を解決
することにある。An object of the present invention is to solve the problems described above.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに、本発明は波長０.４ ミクロン以下のＣＷレーザ光
を発生するレーザ装置と、レーザ光を線状に集光する光
学系とを含む。In order to solve the above-mentioned object, the present invention provides a laser device for generating CW laser light having a wavelength of 0.4 micron or less, and an optical system for linearly focusing the laser light. including.
【００１３】また、スキャンする回数を減らし、しかも
均一にアニールできる様に、前記レーザ装置を少なくと
も２台含み、それらから取り出される複数本のレーザビ
ームを偏光ビームスプリッタを用いて結合させた。In order to reduce the number of times of scanning and to anneal uniformly, at least two laser devices are included and a plurality of laser beams extracted from them are combined by using a polarization beam splitter.
【００１４】また、波長０.４ ミクロン以下のＣＷレー
ザ光を高出力で得るため、及び前記偏光ビームスプリッ
タによりレーザ光を結合する際に、レーザ光が損失を受
けない様にするため、及び、前記レーザ光を線状に集光
する光学系によって絞られる集光幅を１０ミクロン以下
にするために、前記レーザ装置の共振器内部に非線形光
学結晶を含んだものである。Further, in order to obtain a CW laser light having a wavelength of 0.4 micron or less at a high output and to prevent the laser light from being lost when the laser light is coupled by the polarization beam splitter, and A non-linear optical crystal is included in the resonator of the laser device so that the converging width narrowed by an optical system that condenses the laser light linearly is 10 μm or less.
【００１５】[0015]
【作用】先ず、本発明では、ＣＷレーザ光を用いるた
め、基板あるいはレーザ光のスキャンにより、連続的に
アニールでき、前記エキシマレーザを用いた場合の様
に、パルス毎の重なりが原因となる電気的特性のばらつ
きの問題は生じない。First, in the present invention, since the CW laser light is used, it is possible to anneal continuously by scanning the substrate or the laser light, and as in the case where the excimer laser is used, the electric current caused by the overlap between the pulses is caused. There is no problem of variation in the physical characteristics.
【００１６】また、波長が０.４ ミクロン以下になる
と、図３から分かるように、ａ−Ｓｉに対する光の吸収
係数は急激に増加し、Ａｒレーザの場合の吸収係数に比
べて、１桁以上も高くなる。その結果、照射されるレー
ザ光はシリコン膜中におよそ１００ｎｍ程度しか浸透せ
ず、アニールする必要のある膜厚の数十ｎｍの間に吸収
されるレーザ光のパワーが十倍以上に高くなる。したが
って、Ａｒレーザで集光させるスポットの面積の十倍以
上の面積を一度に照射させることができる。Further, when the wavelength becomes 0.4 μm or less, as can be seen from FIG. 3, the absorption coefficient of light for a-Si sharply increases, which is more than one digit compared with the absorption coefficient in the case of Ar laser. Will also be higher. As a result, the irradiated laser light penetrates only about 100 nm into the silicon film, and the power of the laser light absorbed within several tens of nm of the film thickness that needs to be annealed increases ten times or more. Therefore, it is possible to irradiate at once an area that is ten times or more the area of the spot condensed by the Ar laser.
【００１７】その結果、１回のスキャンで、照射される
幅が従来の十倍以上に太くでき、スキャンの回数が１／
１０以下に減らすことができ、アニールの時間を大幅に
短縮することができる。As a result, the irradiation width can be made ten times thicker than the conventional one scan, and the number of scans is 1 /
It can be reduced to 10 or less, and the annealing time can be significantly shortened.
【００１８】そこで、複数本のレーザビームを用いて以
下の様に結合すれば、レーザ光を線状に集光する光学系
であるシリンドリカルレンズ等で集光されるレーザ光
を、ほぼ均一な強度分布にすることができる。Therefore, if a plurality of laser beams are combined as follows, the laser light condensed by a cylindrical lens or the like, which is an optical system for condensing the laser light linearly, has a substantially uniform intensity. Can be distributed.
【００１９】つまり、複数本のレーザビームの中の２本
のレーザビームについて考えると、偏光方向を互いに直
交させるならば、それらを偏光ビームスプリッタを用い
て、ほとんど損失無く、レーザビームを重ねて進む様
に、結合させることができる。そこで一方のレーザ光の
周辺部と、もう一方のレーザ光の中心部とを重ねるよう
に結合させると、重ね合わされたレーザ光は均一な強度
分布をもつ様になる。That is, considering two laser beams among a plurality of laser beams, if the polarization directions are made orthogonal to each other, the laser beams are superposed with almost no loss by using a polarization beam splitter. Like, can be combined. Therefore, when the peripheral portion of one laser light and the central portion of the other laser light are combined so as to overlap each other, the superimposed laser light has a uniform intensity distribution.
【００２０】また、数百ｍＷ以上の高出力が必要となる
アニールでは、波長０.４ ミクロン以下のＣＷレーザ光
を用いる場合、波長０.５ミクロンから０.８ミクロンの
間でＣＷ発振できるＡｒレーザやクリプトンレーザ、あ
るいはアレキサンドライトレーザ等３価のクロムイオン
を含んだ結晶を母体とする固体レーザ等の第２高調波を
用いる方が、高出力化が容易なため、紫外域で直接ＣＷ
発振するヘリウムカドミウムレーザ（波長０.３２５ｎ
ｍ であり、出力は数十ｍＷしか出ない。）を用いるよ
りも有利である。Further, in annealing which requires a high output of several hundred mW or more, when CW laser light having a wavelength of 0.4 micron or less is used, Ar which can oscillate CW in the wavelength of 0.5 micron to 0.8 micron is used. It is easier to increase the output by using the second harmonic of a laser, a krypton laser, or a solid-state laser having a crystal containing trivalent chromium ions, such as an alexandrite laser, as the base material.
Oscillating helium-cadmium laser (wavelength 0.325n
m 2, and the output is only tens of mW. ) Is preferred.
【００２１】また、この第２高調波を発生させる時に、
レーザ装置の共振器内部に非線形光学結晶を含む内部波
長変換型と呼ばれる波長変換では、共振器外部に取り出
されるレーザ光は第２高調波だけであり、元の波長のレ
ーザ光(以下基本波と呼ぶ。)を含まないため、偏光ビー
ムスプリッタで結合させる時に、エネルギ的に損失は無
い。When the second harmonic is generated,
In wavelength conversion called an internal wavelength conversion type that includes a nonlinear optical crystal inside the resonator of the laser device, the laser light extracted outside the resonator is only the second harmonic, and the laser light of the original wavelength (hereinafter referred to as the fundamental wave ) Is not included, there is no energy loss when combining with the polarization beam splitter.
【００２２】また、第２高調波は完全な直線偏光である
ことからも、偏光ビームスプリッタを用いて、損失無く
結合させることができる。Further, since the second harmonic wave is completely linearly polarized light, it can be combined without loss by using a polarization beam splitter.
【００２３】さらに、波長変換では、基本波がシングル
モードに近い低次モードである方が変換効率が高くなる
ため、第２高調波もシングルモードに近い低次モードで
ある。低次モードではビーム拡がり角が極めて小さいた
め、レンズで集光すると、１０ミクロン以下程度の小さ
なスポットに集光させることが容易になる。それによる
と、シリンドリカルレンズ等で集光した時の集光幅が、
従来のスポット径の数十ミクロンよりもさらに１桁程度
小さくできる。したがってレーザ光を絞らない方向の幅
は、さらに十倍程度長くすることができ、１回のスキャ
ンでアニールできる面積をさらに十倍程度拡げることが
できる。Further, in the wavelength conversion, the conversion efficiency is higher when the fundamental wave is a low-order mode closer to the single mode, so that the second harmonic is also a low-order mode closer to the single mode. Since the beam divergence angle is extremely small in the low-order mode, focusing with a lens facilitates focusing on a small spot of about 10 microns or less. According to it, the condensing width when condensing with a cylindrical lens, etc.
It can be made smaller by about one digit than the conventional spot diameter of several tens of microns. Therefore, the width in the direction in which the laser light is not narrowed can be further increased by about 10 times, and the area that can be annealed by one scan can be increased by about 10 times.
【００２４】[0024]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００２５】図１は、本発明の第１実施例として、レー
ザアニール装置１００の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a laser annealing apparatus 100 as a first embodiment of the present invention.
【００２６】レーザアニール装置１００は、寸法約１０
ｃｍ角の基板１０の表面のａ−Ｓｉ膜を再結晶化するた
めに用いられている。The laser annealing apparatus 100 has a size of about 10
It is used to recrystallize the a-Si film on the surface of the substrate 10 of cm square.
【００２７】レーザ装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、ど
れもＡｒレーザに、非線形光学結晶であるβ−ＢａＢ2
Ｏ4を用いた内部波長変換型であり、第２高調波である
波長２５７ｎｍのＣＷのレーザ光２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄが取り出される。これらのレーザ光はビーム径が約４
mmであり、出力は約０.５Ｗ である。また、偏光方向は
図中で矢印で示した様に、水平方向（これをＰ波と呼
ぶ。）になっている。Each of the laser devices 1a, 1b, 1c and 1d is an Ar laser and β-BaB 2 which is a nonlinear optical crystal.
It is an internal wavelength conversion type using O 4 , and is a CW laser beam 2a, 2b, 2c, 2 which is a second harmonic and has a wavelength of 257 nm.
d is taken out. The beam diameter of these laser beams is about 4
mm, and the output is about 0.5 W. Further, the polarization direction is the horizontal direction (this is called P wave) as indicated by the arrow in the figure.
【００２８】これら４本のレーザ光の内、レーザ光２
ａ，２ｂは、波長板３ａ，３ｂを通ることで偏光方向が
９０度回転し、垂直方向の偏光方向（これをＳ波と呼
ぶ。）になる。Of these four laser beams, laser beam 2
The polarization directions of a and 2b are rotated 90 degrees by passing through the wave plates 3a and 3b, and become the polarization direction in the vertical direction (this is referred to as S wave).
【００２９】それぞれのレーザ光は、小型ミラー４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄで反射後、レーザ光２ｃ′と２ｄ′
は、大型ミラー５ａで反射して、偏光ビームスプリッタ
６に入射する。この時、レーザ光２ｃ′，２ｄ′はＰ波
であるため、偏光ビームスプリッタ６に対して、９９％
以上の高い透過率を有する。これに対して、レーザ光２
ａ′，２ｂ′はＳ波であるため、偏光ビームスプリッタ
６に対して、９９％以上の高い反射率を有する。その結
果、４本のレーザ光２ａ″，２ｂ″，２ｃ″，２ｄ″
は、図の様に、隣り合うレーザ光どうしが重なりあう。The respective laser beams are transmitted to the small mirrors 4a,
After being reflected by 4b, 4c and 4d, laser beams 2c 'and 2d'
Is reflected by the large-scale mirror 5a and enters the polarization beam splitter 6. At this time, since the laser beams 2c 'and 2d' are P waves, 99% of the polarization beam splitter 6 is used.
It has the above high transmittance. On the other hand, laser light 2
Since a'and 2b 'are S waves, they have a high reflectance of 99% or more with respect to the polarization beam splitter 6. As a result, four laser beams 2a ″, 2b ″, 2c ″, 2d ″
, The adjacent laser beams overlap each other as shown in the figure.
【００３０】ところで、偏光ビームスプリッタ６を用い
てレーザ光を重ね合わせる場合に、レーザ光２ａ′，２
ｂ′，２ｃ′，２ｄ′が波長５１４.５ｎｍ の基本波を
含むと、レーザ光を結合できる効率が以下に説明する様
に悪化してしまう。By the way, when the laser beams are superposed by using the polarization beam splitter 6, the laser beams 2a ', 2
If b ', 2c' and 2d 'contain a fundamental wave having a wavelength of 514.5 nm, the efficiency with which laser light can be coupled deteriorates as described below.
【００３１】一般に、偏光ビームスプリッタを用いる場
合、偏光方向を調節すると、Ｐ波に対しては９９％以上
の反射率となり、Ｓ波に対しては９９％以上の透過率を
持たせることができ、損失無く結合させることができ
る。ところが、それらはある特定の波長に対しての反射
率，透過率であるため、波長が変化すると、Ｐ波が反射
し、Ｓ波が透過する割合が増えてしまう。In general, when a polarization beam splitter is used, if the polarization direction is adjusted, it is possible to have a reflectance of 99% or more for P waves and a transmittance of 99% or more for S waves. , Can be combined without loss. However, since they have the reflectance and the transmittance with respect to a certain specific wavelength, when the wavelength changes, the ratio of the P wave reflected and the S wave transmitted increases.
【００３２】これに対して本発明では、内部波長変換方
式のレーザ装置を光源として用いているため、基本波は
共振器外部に取りだされないことから、偏光ビームスプ
リッタ６により、レーザ光２ａ′，２ｂ′，２ｃ′，２
ｄ′を１％以下程度の損失で結合できる。On the other hand, in the present invention, since the laser device of the internal wavelength conversion system is used as the light source, the fundamental wave is not taken out of the resonator. Therefore, the polarization beam splitter 6 causes the laser light 2a ', 2b ', 2c', 2
d'can be combined with a loss of about 1% or less.
【００３３】また、レーザ光２ａ′，２ｂ′，２ｃ′，
２ｄ′は、第２高調波であるため、直線偏光であること
からも、偏光ビームスプリッタ６により損失無く結合さ
せることができる。これに対して、従来のエキシマレー
ザ，Ａｒレーザ、あるいはヘリウムカドミウムレーザ等
では、高出力化させると、ランダム偏光に成りやすいこ
とからも、本発明の光源としては適さない。The laser beams 2a ', 2b', 2c ',
Since 2d 'is the second harmonic wave and is linearly polarized light, it can be coupled without loss by the polarization beam splitter 6. On the other hand, conventional excimer lasers, Ar lasers, helium cadmium lasers, etc. are not suitable as the light source of the present invention because they tend to become random polarization when the output is increased.
【００３４】これら結合されたレーザ光２ａ″，２
ｂ″，２ｃ″，２ｄ″は大型ミラー５ｂで反射後、レー
ザ光を線状に集光する光学系の一種としてシリンドリカ
ルレンズ７に入射し、基板１０に対して線状に集光され
る。These combined laser beams 2a ", 2
After b ', 2c', and 2d 'are reflected by the large mirror 5b, they enter the cylindrical lens 7 as a kind of optical system for linearly focusing the laser light, and are linearly focused on the substrate 10.
【００３５】ところで、シリンドリカルレンズ７等を用
いずに、通常のレンズを用いてレーザ光を集光させる
と、そのレーザ光が低次モードで発振していると、最も
集光される焦点位置付近では、一般に、数十ミクロン以
下程度のスポット径になってしまう。そこで、照射面積
を大きくするために、集光される焦点の位置から外して
照射させようとするならば、以下に述べるような問題が
生じてしまう。By the way, when the laser light is focused by using a normal lens without using the cylindrical lens 7 or the like, when the laser light is oscillating in the low-order mode, it is near the focus position where it is most focused. Then, generally, the spot diameter is about several tens of microns or less. Therefore, in order to increase the irradiation area, if the irradiation is performed out of the position of the focal point to be condensed, the following problems will occur.
【００３６】焦点が基板の表面より上方に位置する様に
すると、空気中で焦点が結ばれるため、空気中の気体が
プラズマ化したり、絶縁破壊が生じたりすることがあ
る。When the focal point is located above the surface of the substrate, the focal point is formed in the air, so that the gas in the air may be turned into plasma or dielectric breakdown may occur.
【００３７】また、焦点が基板の表面より下方に位置す
る様にすると、基板中で下方に進むにつれてレーザ光が
絞られていくため、基板の内部でダメージが起こること
がある。When the focal point is located below the surface of the substrate, the laser beam is focused as it goes downward in the substrate, which may cause damage inside the substrate.
【００３８】これに対して、シリンドリカルレンズ７等
では、一つの方向にしかレーザ光が集光されないため、
集光幅が数十ミクロンになっても、これと直交する方向
は、元のレーザビームの径と等しい。それにより、集光
される面積を、普通のレンズで集光したときの面積の十
倍以上にすることは容易である。On the other hand, in the cylindrical lens 7 etc., the laser light is focused only in one direction,
Even if the converging width is several tens of microns, the direction orthogonal to this is equal to the diameter of the original laser beam. Thereby, it is easy to make the area to be condensed ten times or more than the area when condensed by an ordinary lens.
【００３９】また、４本のレーザ光のビーム径はどれも
約４mmであるが、各ビームが重なっているため、集光幅
はおよそ１０mmになる。その結果、集光される幅は、約
１０ミクロン程度まで絞られているため、レーザ光が照
射される面積はおよそ０.００１cm2 程度になる。その
結果、レーザ光強度はおよそ２０００Ｗ／cm2程度にな
り、従来の１０5Ｗ／cm2より小さい。しかし波長２５７
ｎｍの光に対するＳｉの吸収係数は、図３中で左側の矢
印で示した様に、およそ１０6／cm であり、Ａｒレーザ
の基本波の場合より２桁程度高い。そのため、レーザ光
強度が低くなっても、表面のａ−Ｓｉ膜内にはレーザの
エネルギが十分入り、アニールすることができる。The beam diameters of the four laser beams are all about 4 mm, but since the beams are overlapped with each other, the focusing width is about 10 mm. As a result, the focused width is narrowed down to about 10 microns, so that the area irradiated with laser light is about 0.001 cm 2 . As a result, the laser light intensity becomes 2 about about 2000 W / cm, a conventional 10 5 W / cm 2 is less than. But wavelength 257
The absorption coefficient of Si for nm light is about 10 6 / cm 2 as shown by the arrow on the left side in FIG. 3, which is about two orders of magnitude higher than that of the fundamental wave of the Ar laser. Therefore, even if the laser light intensity becomes low, the laser energy is sufficiently introduced into the a-Si film on the surface and annealing can be performed.
【００４０】また、基板１０はＸＹステージ８上に置か
れており、基板１０を前後左右に移動することで、照射
されるレーザ光をスキャンすることができる。この基板
１０は一辺が約１０cmあるが、１回のスキャンで約１０
mmの幅である図中で１１の部分がアニールされ、合計１
０回のスキャンで全面をアニールすることができる。ま
た、本発明は特に以下の場合に適している。The substrate 10 is placed on the XY stage 8. By moving the substrate 10 back and forth and right and left, it is possible to scan the emitted laser light. This substrate 10 has a side of about 10 cm, but it is about 10 in one scan.
11 parts in the figure with a width of mm are annealed, for a total of 1
The entire surface can be annealed with 0 scans. Further, the present invention is particularly suitable for the following cases.
【００４１】基板１０として、縦３５cm，横４５cm程度
のガラス基板上に、ＴＦＴ，透明電極，走査線、及び信
号線を配したアクティブマトリクス方式の液晶ディスプ
レイを製作する場合では、駆動用回路を画素と同一基板
上に内蔵することが行われている。その場合、この駆動
用回路は高速動作を必要とするため、ａ−ＳｉのTFTの
様に、電子移動度が０.５cm2／Ｖｓ程度では動作しな
い。そのため、回路部を高移動度化する必要がある。そ
こで、基板全面にプラズマＣＶＤ（化学的気相成長を意
味する。）法で、ａ−Ｓｉ膜を堆積した後、回路部をレ
ーザアニールすることが行われている。In the case of manufacturing an active matrix type liquid crystal display in which TFTs, transparent electrodes, scanning lines and signal lines are arranged on a glass substrate having a length of about 35 cm and a width of about 45 cm as the substrate 10, a driving circuit is used as a pixel. It has been built on the same substrate as. In this case, since this driving circuit requires high speed operation, it does not operate at an electron mobility of about 0.5 cm 2 / Vs like an a-Si TFT. Therefore, it is necessary to increase the mobility of the circuit section. Therefore, after the a-Si film is deposited on the entire surface of the substrate by the plasma CVD (meaning chemical vapor deposition) method, the circuit portion is laser-annealed.
【００４２】この場合、回路領域は、５mmから１０mm程
度の幅を有するため、本実施例のレーザアニール装置１
００を用いれば、１回のスキャンでこの領域をアニール
することができる。In this case, since the circuit area has a width of about 5 mm to 10 mm, the laser annealing apparatus 1 of this embodiment is used.
If 00 is used, this region can be annealed in one scan.
【００４３】次に、この実施例において、基板１０上で
線上に集光される部分でのレーザ光強度分布を、図２を
用いて説明する。Next, in this embodiment, the laser light intensity distribution at the portion on the substrate 10 which is focused on a line will be described with reference to FIG.
【００４４】図１において、レーザ光２ａ′，２ｂ′，
２ｃ′，２ｄ′の内、偏光ビームスプリッタ６で結合さ
れる前は、レーザ光２ｄ′とレーザ光２ｃ′とは、図２
(Ａ)に示した様な強度分布になって平行に進んでいる。
また、レーザ光２ｂ′とレーザ光２ａ′とは、図２
（Ｂ）に示した様な強度分布になって平行に進んでい
る。この様に、それぞれ１本のレーザ光２ａ′，２
ｂ′，２ｃ′，２ｄ′の強度分布としては、一般にビー
ムの中心の光軸付近が強く、周辺部が弱い形状になるた
め、レーザ光をシリンドリカルレンズ等のレーザ光を線
状に集光する光学系で絞っても、集光される位置では、
中心部が強く、周辺部が弱い強度分布になってしまう。In FIG. 1, laser beams 2a ', 2b',
Before being combined by the polarization beam splitter 6, the laser beam 2d 'and the laser beam 2c' of 2c 'and 2d' are as shown in FIG.
The intensity distribution shown in (A) progresses in parallel.
Further, the laser light 2b 'and the laser light 2a' are the same as those in FIG.
The intensity distribution is as shown in (B), and progresses in parallel. In this way, one laser beam 2a ', 2
The intensity distribution of b ', 2c', 2d 'is generally strong near the optical axis at the center of the beam and weak at the periphery, so that the laser light is condensed linearly by a cylindrical lens or the like. Even if you stop down with an optical system,
The intensity distribution is strong in the central part and weak in the peripheral part.
【００４５】これに対して、偏光ビームスプリッタ６で
それらのレーザ光が結合されると、レーザ光２ｂ″，２
ｄ″，２ａ″，２ｃ″は、図２（Ｃ）に示した様な強度
分布となり、両側を除けば約１０％以下の範囲で均一化
される。この結合されたレーザ光は、シリンドリカルレ
ンズ７により、基板上に集光されても、この強度分布を
保っている。On the other hand, when the laser beams are combined by the polarization beam splitter 6, the laser beams 2b ″, 2
The intensity distributions of d ″, 2a ″, and 2c ″ are as shown in FIG. 2C, and are uniformized within a range of about 10% or less excluding both sides. The combined laser light is a cylindrical lens. 7, the intensity distribution is maintained even when the light is focused on the substrate.
【００４６】これによって、アニールされる基板の電気
的特性が、場所によらずに安定して得られる様になっ
た。As a result, the electrical characteristics of the annealed substrate can be stably obtained regardless of the location.
【００４７】[0047]
【発明の効果】本発明は、以上で説明した様に構成され
ているため、レーザ光が照射される異なる部分の間の境
界における電気的特性のばらつきが無く、また、基板全
面をアニールする場合でも、レーザ光のスキャン回数を
従来より１桁から２桁以上も減らすことができ、アニー
ルの時間が短縮できる。Since the present invention is configured as described above, there is no variation in electrical characteristics at the boundary between different portions irradiated with laser light, and when the entire surface of the substrate is annealed. However, the number of laser beam scans can be reduced from one digit to two digits or more compared with the conventional technique, and the annealing time can be shortened.
【００４８】特に、アクティブマトリクス方式の液晶デ
ィスプレイを製作する場合、駆動用回路を画素と同一基
板上に内蔵するために行うレーザアニールに、本発明の
レーザアニール装置を用いれば、１回のスキャンで、均
一な電気的特性が得られる様になる。In particular, in the case of manufacturing an active matrix type liquid crystal display, if the laser annealing apparatus of the present invention is used for laser annealing performed to incorporate the driving circuit on the same substrate as the pixels, one scan is required. , Uniform electric characteristics can be obtained.
【００４９】また、本発明のレーザアニール装置を用い
ると、アニール以外でも、レーザの熱的効果を利用した
単結晶シリコンや、ガリウムひ素等のエッチングにも利
用することができる。これらのエッチングでは、従来Ａ
ｒレーザが用いられていたが、波長が可視域であるた
め、基板や、原料ガスへの吸収率が悪く、レーザアニー
ルにおける前述した問題と同様な問題があった。これに
対して、本発明を利用すれば、短時間にしかも均一にエ
ッチングすることができる。In addition to the annealing, the laser annealing apparatus of the present invention can also be used for etching single crystal silicon, gallium arsenide, etc. utilizing the thermal effect of laser. In these etchings, conventional A
Although the r laser was used, since the wavelength is in the visible range, the absorptivity to the substrate and the raw material gas is poor, and there are the same problems as those described above in the laser annealing. On the other hand, when the present invention is used, uniform etching can be performed in a short time.
【図１】本発明の実施例であるレーザアニール装置の説
明図。FIG. 1 is an explanatory diagram of a laser annealing apparatus that is an embodiment of the present invention.
【図２】レーザ光強度分布図。FIG. 2 is a laser light intensity distribution chart.
【図３】ａ−Ｓｉの光吸収特性図。FIG. 3 is a light absorption characteristic diagram of a-Si.
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…レーザ装置、２ａ，２ｂ，２
ｃ，２ｄ，２ａ′，２ｂ′，２ｃ′，２ｄ′，２ａ″，
２ｂ″，２ｃ″，２ｄ″…レーザ光、３ａ，３ｂ…波長
板、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…小型ミラー、５ａ，５ｂ
…大型ミラー、６…偏光ビームスプリッタ、７…シリン
ドリカルレンズ、８…ＸＹステージ、１０…基板、１１
…アニールされる部分、１００…レーザアニール装置。1a, 1b, 1c, 1d ... Laser device, 2a, 2b, 2
c, 2d, 2a ', 2b', 2c ', 2d', 2a ",
2b ″, 2c ″, 2d ″ ... Laser light, 3a, 3b ... Wave plate, 4a, 4b, 4c, 4d ... Small mirror, 5a, 5b
... Large mirror, 6 ... Polarizing beam splitter, 7 ... Cylindrical lens, 8 ... XY stage, 10 ... Substrate, 11
... the part to be annealed, 100 ... a laser annealing device.
フロントページの続き (72)発明者 矢野 眞 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内Continuation of the front page (72) Inventor Makoto Yano 4026 Kuji-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hiritsu Manufacturing Co., Ltd.
Claims (3)
する複数台のレーザ装置、前記レーザ装置から取り出さ
れる複数本のレーザビームを結合させる偏光ビームスプ
リッタおよびレーザ光を線状に集光する光学系を含むこ
とを特徴とするレーザアニール装置。1. A plurality of laser devices that generate a continuous output having a wavelength of 0.4 micron or less, a polarizing beam splitter for combining a plurality of laser beams extracted from the laser device, and a laser beam that is linearly focused. A laser annealing apparatus comprising an optical system.
器の内部に非線形光学結晶を含むレーザアニール装置。2. The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein a nonlinear optical crystal is included inside the resonator of the laser apparatus.
するレーザ装置と、レーザ光を線状に集光する光学系と
を含むことを特徴とするレーザアニール装置。3. A laser annealing device comprising a laser device for generating a continuous output having a wavelength of 0.4 μm or less, and an optical system for condensing a laser beam linearly.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037792A JPH05226790A (en) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Laser annealer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3037792A JPH05226790A (en) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Laser annealer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05226790A true JPH05226790A (en) | 1993-09-03 |
Family
ID=12302193
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3037792A Pending JPH05226790A (en) | 1992-02-18 | 1992-02-18 | Laser annealer |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH05226790A (en) |
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