JPH0741845A - ビームアニール装置とそれを用いたｔｆｔ製造方法 - Google Patents
ビームアニール装置とそれを用いたｔｆｔ製造方法Info
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- JPH0741845A JPH0741845A JP5208395A JP20839593A JPH0741845A JP H0741845 A JPH0741845 A JP H0741845A JP 5208395 A JP5208395 A JP 5208395A JP 20839593 A JP20839593 A JP 20839593A JP H0741845 A JPH0741845 A JP H0741845A
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- scanning
- spot
- annealing apparatus
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Abstract
(57)【要約】
【目的】最適なビームアニール条件を得る。
【構成】ビーム光源１から出射した円形ビーム９Ａは、
シリンドリカルレンズを備えた縦横方向で倍率の違うビ
ームエキスパンダ２によって楕円形ビーム９Ｂに拡大さ
れ、ガルバノスキャナーを備えるミラー駆動装置４によ
り駆動されるスキャンミラー３により偏向され、スキャ
ンレンズ５に入射され、その焦点位置に置かれた被照射
体８にビームスポット９Ｃが１０ｍ／秒以上の線走査速
度で照射される。 【効果】高速かつ最適エネルギー効率で均一な多結晶化
処理が行える。
シリンドリカルレンズを備えた縦横方向で倍率の違うビ
ームエキスパンダ２によって楕円形ビーム９Ｂに拡大さ
れ、ガルバノスキャナーを備えるミラー駆動装置４によ
り駆動されるスキャンミラー３により偏向され、スキャ
ンレンズ５に入射され、その焦点位置に置かれた被照射
体８にビームスポット９Ｃが１０ｍ／秒以上の線走査速
度で照射される。 【効果】高速かつ最適エネルギー効率で均一な多結晶化
処理が行える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高機能で大面積、かつ
精密パターンを有するアクティブマトリクス画像表示素
子等の半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ（以
下、ＴＦＴと呼ぶ）の製造工程に用いられているビーム
アニール装置に関する。つまり、非単結晶から多結晶化
せしめるという重要な工程において多結晶化達成手段の
１つとして用いられているビームアニール装置である。
なお、具体的にビームとしては連続発振アルゴンイオン
レーザ等のレーザビームのことを指す。
精密パターンを有するアクティブマトリクス画像表示素
子等の半導体装置に用いられる薄膜トランジスタ（以
下、ＴＦＴと呼ぶ）の製造工程に用いられているビーム
アニール装置に関する。つまり、非単結晶から多結晶化
せしめるという重要な工程において多結晶化達成手段の
１つとして用いられているビームアニール装置である。
なお、具体的にビームとしては連続発振アルゴンイオン
レーザ等のレーザビームのことを指す。
【０００２】
【従来の技術】従来よりＴＦＴのビームアニールは行わ
れているが、そのほとんどは半導体薄膜の溶融再結晶あ
るいは実質的に熱処理であり、これらの方法の場合に
は、ビーム照射により誘起される熱現象は、被照射体上
でのビームスポットの走査速度にあまり依存しない。
れているが、そのほとんどは半導体薄膜の溶融再結晶あ
るいは実質的に熱処理であり、これらの方法の場合に
は、ビーム照射により誘起される熱現象は、被照射体上
でのビームスポットの走査速度にあまり依存しない。
【０００３】また、これとは別にビームスポットを高速
走査し、被照射体をほとんど温度上昇させず、もちろん
熔融せしめることなく、例えば、水素化アモルファスシ
リコン膜を多結晶化する手法も知られている。このと
き、ビームアニール装置の光学系において、ビームをレ
ンズで絞って用いる場合、そのレンズでビームスポット
径を小さくでき、かつエネルギー密度を最大化できる最
適入射径にし、円形形状のビームスポットを通常用い
る。これは、エネルギー効率の観点からいっても望まし
い。
走査し、被照射体をほとんど温度上昇させず、もちろん
熔融せしめることなく、例えば、水素化アモルファスシ
リコン膜を多結晶化する手法も知られている。このと
き、ビームアニール装置の光学系において、ビームをレ
ンズで絞って用いる場合、そのレンズでビームスポット
径を小さくでき、かつエネルギー密度を最大化できる最
適入射径にし、円形形状のビームスポットを通常用い
る。これは、エネルギー効率の観点からいっても望まし
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この高速走査ビームア
ニール法、すなわちビームスポット径×５０００／秒以
上の高速度でビームスポットを被照射体上で走査し、非
単結晶半導体薄膜を完全な溶融状態に至らしめることな
く多結晶化する高速走査ビームアニール法においてはそ
の走査速度により多結晶部分の平面形状や表面凹凸の様
相がかなり変化し、大画面かつ高精細の画像表示に用い
るＴＦＴとして、高い素子性能の製品を安定して製造し
得るためには走査速度を精密に制御することが求められ
る。
ニール法、すなわちビームスポット径×５０００／秒以
上の高速度でビームスポットを被照射体上で走査し、非
単結晶半導体薄膜を完全な溶融状態に至らしめることな
く多結晶化する高速走査ビームアニール法においてはそ
の走査速度により多結晶部分の平面形状や表面凹凸の様
相がかなり変化し、大画面かつ高精細の画像表示に用い
るＴＦＴとして、高い素子性能の製品を安定して製造し
得るためには走査速度を精密に制御することが求められ
る。
【０００５】そして、この高速走査ビームアニール法に
用いるビームアニール装置には以下のような問題があ
る。
用いるビームアニール装置には以下のような問題があ
る。
【０００６】生産性の面においては、１回のビームスポ
ット走査で多結晶化される領域の幅（走査方向に直交す
る方向でのビームスポット径の有効長さ）の広い方が望
ましい。従来は、この幅を広げる目的でビーム源の出力
を大きくしていた。この高出力化によりある程度幅を広
げることができたが、さらにビーム出力を増大するとビ
ームスポットは幅方向のみならず走査方向にも広がって
しまう。
ット走査で多結晶化される領域の幅（走査方向に直交す
る方向でのビームスポット径の有効長さ）の広い方が望
ましい。従来は、この幅を広げる目的でビーム源の出力
を大きくしていた。この高出力化によりある程度幅を広
げることができたが、さらにビーム出力を増大するとビ
ームスポットは幅方向のみならず走査方向にも広がって
しまう。
【０００７】すると走査方向における照射領域が広がる
ことになり、走査方向のビームスポット径の中で照射さ
れている時間も長くなる。その結果、最適な実効照射時
間の範囲を逸脱してしまうことになる。
ことになり、走査方向のビームスポット径の中で照射さ
れている時間も長くなる。その結果、最適な実効照射時
間の範囲を逸脱してしまうことになる。
【０００８】また、さらにビーム出力を増大するとビー
ムスポットの中心部ではエネルギー密度が過大となり半
導体薄膜の剥離等が生じてしまう。この悪影響を防止す
る対策としては走査速度を増大することが考えられる
が、この方法では幅を広げる効果が逆に損なわれる。
ムスポットの中心部ではエネルギー密度が過大となり半
導体薄膜の剥離等が生じてしまう。この悪影響を防止す
る対策としては走査速度を増大することが考えられる
が、この方法では幅を広げる効果が逆に損なわれる。
【０００９】また、この高速走査ビームアニール法で
は、用いる線走査速度値が絶対的にかなり大きい範囲に
あり、線走査速度をそれ以上増大させることは光学的に
も機械的にも限界に近くＴＦＴ素子形成の上で信頼性
や、再現性や、安定性を欠くことになる。
は、用いる線走査速度値が絶対的にかなり大きい範囲に
あり、線走査速度をそれ以上増大させることは光学的に
も機械的にも限界に近くＴＦＴ素子形成の上で信頼性
や、再現性や、安定性を欠くことになる。
【００１０】あるいは逆に、ビームアニール装置のビー
ム走査を行う機械的能力等にまだ余裕がある場合には、
生産性を高めるために走査速度をさらに増大させること
ができるが、従来の方法では非単結晶半導体薄膜の多結
晶化に最適な走査速度の範囲が主体的な制限となり機械
的能力の限界まで生産性を高めることができないことに
なる。
ム走査を行う機械的能力等にまだ余裕がある場合には、
生産性を高めるために走査速度をさらに増大させること
ができるが、従来の方法では非単結晶半導体薄膜の多結
晶化に最適な走査速度の範囲が主体的な制限となり機械
的能力の限界まで生産性を高めることができないことに
なる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、ビーム源が出
力７Ｗ以上であり、被照射体に線速度１０ｍ／ｓ以上で
ビームスポットを走査するビームアニール装置であっ
て、走査方向におけるビームスポット走査方向長と、そ
の直交方向におけるビームスポット幅との比率が可変さ
れ、非等方形状のビームスポットが生成せしめられるこ
とを特徴とするビームアニール装置（１）を提供する。
力７Ｗ以上であり、被照射体に線速度１０ｍ／ｓ以上で
ビームスポットを走査するビームアニール装置であっ
て、走査方向におけるビームスポット走査方向長と、そ
の直交方向におけるビームスポット幅との比率が可変さ
れ、非等方形状のビームスポットが生成せしめられるこ
とを特徴とするビームアニール装置（１）を提供する。
【００１２】また、上記のビームアニール装置（１）に
おいて、ビームスポット走査方向長×１０００００／秒
以上の線速度でビームスポットが走査されることを特徴
とするビームアニール装置（２）を提供する。
おいて、ビームスポット走査方向長×１０００００／秒
以上の線速度でビームスポットが走査されることを特徴
とするビームアニール装置（２）を提供する。
【００１３】また、ビームアニール装置（１）または
（２）において、楕円形状のビームスポットが生成せし
められ、その楕円率と線走査速度の双方が調整されるこ
とを特徴とするビームアニール装置（３）を提供する。
（２）において、楕円形状のビームスポットが生成せし
められ、その楕円率と線走査速度の双方が調整されるこ
とを特徴とするビームアニール装置（３）を提供する。
【００１４】また、ビームアニール装置（３）におい
て、ビーム源から出力されたビームがビームエキスパン
ダによって楕円形状せしめられ、さらにビームスポット
の走査がスキャンミラーとスキャンレンズの組合せによ
り行われ、スキャンミラーに入射されるビームスポット
の形状が楕円形状とされ、スキャンレンズでビームスポ
ットが形状反転され、さらに、被照射体上で楕円形状の
ビームスポットが得られることを特徴とするビームアニ
ール装置（４）を提供する。
て、ビーム源から出力されたビームがビームエキスパン
ダによって楕円形状せしめられ、さらにビームスポット
の走査がスキャンミラーとスキャンレンズの組合せによ
り行われ、スキャンミラーに入射されるビームスポット
の形状が楕円形状とされ、スキャンレンズでビームスポ
ットが形状反転され、さらに、被照射体上で楕円形状の
ビームスポットが得られることを特徴とするビームアニ
ール装置（４）を提供する。
【００１５】また、ビームアニール装置（１）〜（４）
のいずれか１つが用いられ、非単結晶膜をビームアニー
ルし、多結晶化せしめてＴＦＴの多結晶層を得る工程を
備えたことを特徴とするＴＦＴ製造方法（１）を提供す
る。
のいずれか１つが用いられ、非単結晶膜をビームアニー
ルし、多結晶化せしめてＴＦＴの多結晶層を得る工程を
備えたことを特徴とするＴＦＴ製造方法（１）を提供す
る。
【００１６】また、ビームアニール装置（１）〜（４）
のいずれか１つが用いられ、ビームスポット幅を５０μ
ｍ〜３００μｍとし、走査ビームアニールライン間隙を
２０μｍ〜１０００μｍとし、基板上にあらかじめ設け
られた非単結晶膜をビームアニールしてＴＦＴの多結晶
層とし、そして、１基板上に３００×２００のマトリッ
クス以上、好ましくは６００×４００以上、さらに好ま
しくは、１０００×６００以上の画素用または周辺回路
用のＴＦＴを形成することを特徴とするＴＦＴ製造方法
（２）を提供する。
のいずれか１つが用いられ、ビームスポット幅を５０μ
ｍ〜３００μｍとし、走査ビームアニールライン間隙を
２０μｍ〜１０００μｍとし、基板上にあらかじめ設け
られた非単結晶膜をビームアニールしてＴＦＴの多結晶
層とし、そして、１基板上に３００×２００のマトリッ
クス以上、好ましくは６００×４００以上、さらに好ま
しくは、１０００×６００以上の画素用または周辺回路
用のＴＦＴを形成することを特徴とするＴＦＴ製造方法
（２）を提供する。
【００１７】次に図を参照しながら、本発明を概説す
る。図１に本発明のビームアニール装置の配置構成を示
す。ビーム光源より出射した円形ビームは、シリンドリ
カルレンズ等の組み込まれた直角方向に倍率の違うビー
ムエキスパンダによって楕円形ビームに拡大され、そし
てスキャンミラーにより偏向されスキャンレンズに入射
する。
る。図１に本発明のビームアニール装置の配置構成を示
す。ビーム光源より出射した円形ビームは、シリンドリ
カルレンズ等の組み込まれた直角方向に倍率の違うビー
ムエキスパンダによって楕円形ビームに拡大され、そし
てスキャンミラーにより偏向されスキャンレンズに入射
する。
【００１８】本発明では、スキャンレンズ焦点面でのビ
ームスポット径は入射ビーム径に反比例することを利用
している。つまり、入射ビームの楕円の長軸が走査方向
であれば焦点面でのビームスポットは長軸が幅方向の楕
円形となり、入射ビームの楕円の長軸が幅方向であれば
焦点面でのビームスポットは長軸が走査方向の楕円形と
なる。
ームスポット径は入射ビーム径に反比例することを利用
している。つまり、入射ビームの楕円の長軸が走査方向
であれば焦点面でのビームスポットは長軸が幅方向の楕
円形となり、入射ビームの楕円の長軸が幅方向であれば
焦点面でのビームスポットは長軸が走査方向の楕円形と
なる。
【００１９】図２に示すように、円形のビームスポット
が適正な照射時間を得るような線走査速度で走査され、
半導体薄膜の結晶化がなされている状態から、１回の走
査で多結晶化される領域の幅を広げることを考えてみ
る。図中、矢の方向が走査方向であり、破線は走査後の
アニールされた領域の一部を示す。なお、破線は間欠的
に表現している。Ｖ１は線速度を意味する。
が適正な照射時間を得るような線走査速度で走査され、
半導体薄膜の結晶化がなされている状態から、１回の走
査で多結晶化される領域の幅を広げることを考えてみ
る。図中、矢の方向が走査方向であり、破線は走査後の
アニールされた領域の一部を示す。なお、破線は間欠的
に表現している。Ｖ１は線速度を意味する。
【００２０】本図から、線走査速度の変化で照射される
箇所の累積被照射状態が変わることがわかる。前述した
ようにビーム出力を増大するかスキャンミラーに入射す
るビーム径を小さくするなどの方法によりビームスポッ
トを大きくするとビームスポットは幅方向のみならず走
査方向にも広がるため、最終的には絶対線速度が小さく
なってしまい、最適な照射時間の範囲を逸脱してしま
う。
箇所の累積被照射状態が変わることがわかる。前述した
ようにビーム出力を増大するかスキャンミラーに入射す
るビーム径を小さくするなどの方法によりビームスポッ
トを大きくするとビームスポットは幅方向のみならず走
査方向にも広がるため、最終的には絶対線速度が小さく
なってしまい、最適な照射時間の範囲を逸脱してしま
う。
【００２１】また、さらにビーム出力を増大するとビー
ムスポットの中心部ではエネルギー密度が過大となり半
導体薄膜の剥離等が生じてしまう。そこで本発明の方法
によりスキャンミラーに走査方向に長軸のある楕円形ビ
ームを入射し図３に示すような幅方向に長い楕円形のビ
ームスポットを用いれば照射時間の条件は適正のまま幅
のみ広げることができる。
ムスポットの中心部ではエネルギー密度が過大となり半
導体薄膜の剥離等が生じてしまう。そこで本発明の方法
によりスキャンミラーに走査方向に長軸のある楕円形ビ
ームを入射し図３に示すような幅方向に長い楕円形のビ
ームスポットを用いれば照射時間の条件は適正のまま幅
のみ広げることができる。
【００２２】次に、図２に示した参考例１において、円
形のビームが適正な照射時間を得るような線走査速度で
走査され、半導体薄膜の結晶化がなされている状態か
ら、線走査速度を増大し生産性を向上させることを考え
る。ビーム出力を増大するかスキャンミラーに入射する
ビーム径を小さくするなどの方法によりビームスポット
を大きくし、その分だけ線走査速度を増大すると実効的
な照射時間を変えずに線走査速度を速めることができ
る。
形のビームが適正な照射時間を得るような線走査速度で
走査され、半導体薄膜の結晶化がなされている状態か
ら、線走査速度を増大し生産性を向上させることを考え
る。ビーム出力を増大するかスキャンミラーに入射する
ビーム径を小さくするなどの方法によりビームスポット
を大きくし、その分だけ線走査速度を増大すると実効的
な照射時間を変えずに線走査速度を速めることができ
る。
【００２３】しかし、この方法では幅方向にも同じ割合
でビーム径が大きくなっているため走査速度の増加率の
２乗の割合でビーム出力を増大させる必要がある。１回
の走査で多結晶化される領域の幅を広げることの必要が
ないか、逆に不適当である場合にはそのための設備コス
ト、エネルギー消費は本来不要なものである。
でビーム径が大きくなっているため走査速度の増加率の
２乗の割合でビーム出力を増大させる必要がある。１回
の走査で多結晶化される領域の幅を広げることの必要が
ないか、逆に不適当である場合にはそのための設備コス
ト、エネルギー消費は本来不要なものである。
【００２４】そこで本発明では、スキャンミラーに幅方
向に長軸のある楕円形ビームを入射し図５に示すように
走査方向に走査速度の増大率の分だけ長い楕円形のビー
ムスポットを用いれば必要最小限のビーム出力増加で、
幅方向には変化を与えることなく走査速度を増大し生産
性を向上させることができる。
向に長軸のある楕円形ビームを入射し図５に示すように
走査方向に走査速度の増大率の分だけ長い楕円形のビー
ムスポットを用いれば必要最小限のビーム出力増加で、
幅方向には変化を与えることなく走査速度を増大し生産
性を向上させることができる。
【００２５】そして、ビームスポットの形状を楕円形と
しその楕円率を微妙に調整することにより最適な実効照
射時間を維持しながら、１回の走査で多結晶化される領
域の幅、線走査速度、ビーム出力の３条件を調和させる
ことができる。
しその楕円率を微妙に調整することにより最適な実効照
射時間を維持しながら、１回の走査で多結晶化される領
域の幅、線走査速度、ビーム出力の３条件を調和させる
ことができる。
【００２６】また、本発明はビームスポットの走査をス
キャンミラーとスキャンレンズの組合せ機構により行
い、スキャンミラーに入射するビームスポットの形状を
楕円形にすることにより実現することができる。
キャンミラーとスキャンレンズの組合せ機構により行
い、スキャンミラーに入射するビームスポットの形状を
楕円形にすることにより実現することができる。
【００２７】スキャンミラーへの入射ビーム径および楕
円率は、例えばビームエキスパンダの縦横の倍率を適当
な値に設定することにより決定する。楕円率の微調整は
楕円の長短軸を走査方向・幅方向から微妙にずらすこと
によっても可能である。以上においては、具体例として
楕円形状のビームスポットについて説明したが、これ以
外に例えば、矩形の両端が丸くせしめられたような、も
しくは菱形の端が丸くせしめられたような非等方形状の
ビームスポットについても、本発明は適用できる。例え
ば、簡易的にアパーチャを用いて得られるこれらのビー
ムスポット形状においても同様の効果が得られる。
円率は、例えばビームエキスパンダの縦横の倍率を適当
な値に設定することにより決定する。楕円率の微調整は
楕円の長短軸を走査方向・幅方向から微妙にずらすこと
によっても可能である。以上においては、具体例として
楕円形状のビームスポットについて説明したが、これ以
外に例えば、矩形の両端が丸くせしめられたような、も
しくは菱形の端が丸くせしめられたような非等方形状の
ビームスポットについても、本発明は適用できる。例え
ば、簡易的にアパーチャを用いて得られるこれらのビー
ムスポット形状においても同様の効果が得られる。
【００２８】
（実施例１）以下に、本発明の実施例を説明する。図１
に実施例１のビームアニール装置の構成を示す。連続発
振モードのアルゴンイオンレーザをビーム光源１として
用い、これより出射した円形ビーム９Ａは、直径がおよ
そ２ｍｍである。なお、ここで直径とはエネルギー密度
が最大値の１３．５％となる径のことを指す。
に実施例１のビームアニール装置の構成を示す。連続発
振モードのアルゴンイオンレーザをビーム光源１として
用い、これより出射した円形ビーム９Ａは、直径がおよ
そ２ｍｍである。なお、ここで直径とはエネルギー密度
が最大値の１３．５％となる径のことを指す。
【００２９】そして、この円形ビーム９Ａは、シリンド
リカルレンズの組み込まれた直角方向に倍率の違うビー
ムエキスパンダ２によって楕円形ビーム９Ｂに拡大さ
れ、ガルバノスキャナーを備えるミラー駆動装置４によ
り駆動されるスキャンミラー３により偏向されスキャン
レンズ５として用いられるｆ・θレンズに入射する。被
照射体８はｆ・θレンズの焦点面に置かれビームスポッ
ト９Ｃにより、１０〜３０ｍ／秒の線走査速度でビーム
アニールされる。好ましくは、１５ｍ／ｓ以上、さら
に、高速処理が必要であるならば２０ｍ／ｓの線速度以
上が好ましい。
リカルレンズの組み込まれた直角方向に倍率の違うビー
ムエキスパンダ２によって楕円形ビーム９Ｂに拡大さ
れ、ガルバノスキャナーを備えるミラー駆動装置４によ
り駆動されるスキャンミラー３により偏向されスキャン
レンズ５として用いられるｆ・θレンズに入射する。被
照射体８はｆ・θレンズの焦点面に置かれビームスポッ
ト９Ｃにより、１０〜３０ｍ／秒の線走査速度でビーム
アニールされる。好ましくは、１５ｍ／ｓ以上、さら
に、高速処理が必要であるならば２０ｍ／ｓの線速度以
上が好ましい。
【００３０】図２は、出力７Ｗのビームをビームエキス
パンダにより直径１０ｍｍ（５倍）に拡大しスキャンミ
ラーにより偏向、スキャンレンズにより集光した直径約
７０μｍの円形のビームスポットとなり、１３ｍ／秒の
線走査速度で走査され、１回の走査で約２５μｍ幅の半
導体薄膜の多結晶化が適正な条件でなされている状態を
示す。
パンダにより直径１０ｍｍ（５倍）に拡大しスキャンミ
ラーにより偏向、スキャンレンズにより集光した直径約
７０μｍの円形のビームスポットとなり、１３ｍ／秒の
線走査速度で走査され、１回の走査で約２５μｍ幅の半
導体薄膜の多結晶化が適正な条件でなされている状態を
示す。
【００３１】次に、このビームアニール条件を参考にし
て、１回の走査で多結晶化される領域の幅を広げること
を考えてみる。ビーム出力を８Ｗに増大することにより
幅は約２５μｍから約３０μｍまで広げることができた
がそれ以上ビーム出力を増大するとビームスポットの中
心部ではエネルギー密度が過大となり半導体薄膜の剥離
等が生じた。
て、１回の走査で多結晶化される領域の幅を広げること
を考えてみる。ビーム出力を８Ｗに増大することにより
幅は約２５μｍから約３０μｍまで広げることができた
がそれ以上ビーム出力を増大するとビームスポットの中
心部ではエネルギー密度が過大となり半導体薄膜の剥離
等が生じた。
【００３２】ビームエキスパンダの倍率を４倍としスキ
ャンミラーに入射するビーム径を８ｍｍと小さくするこ
とによりビームスポットを約９０μｍと大きくすること
ができたが、このときはビームスポットは幅方向のみな
らず走査方向にも広がるため、１３ｍ／秒の線走査速度
のままでは実効的な照射時間は長くなってしまい、ビー
ムアニール時の均一性が失われ、多結晶化された半導体
薄膜の表面にむらが生じた。
ャンミラーに入射するビーム径を８ｍｍと小さくするこ
とによりビームスポットを約９０μｍと大きくすること
ができたが、このときはビームスポットは幅方向のみな
らず走査方向にも広がるため、１３ｍ／秒の線走査速度
のままでは実効的な照射時間は長くなってしまい、ビー
ムアニール時の均一性が失われ、多結晶化された半導体
薄膜の表面にむらが生じた。
【００３３】線走査速度を１７ｍ／秒、ビーム出力（レ
ーザ光源出力）を９．８Ｗに増大することにより３２μ
ｍ幅の半導体薄膜の多結晶化が適正な条件でなされた。
しかし、ビーム出力をこれ以上増大させることは装置コ
ストなどの観点から好ましくなく、一定の限界がある。
そこで本発明の方法によりビームエキスパンダの倍率を
走査方向５倍・幅方向４倍としスキャンミラーに入射す
るビーム径を走査方向１０ｍｍ・幅方向８ｍｍの楕円形
状のビームとすることによりビームスポットを幅方向の
み約９０μｍと大きくすることができ、このとき走査方
向は約７０μｍと変わらないことになる。
ーザ光源出力）を９．８Ｗに増大することにより３２μ
ｍ幅の半導体薄膜の多結晶化が適正な条件でなされた。
しかし、ビーム出力をこれ以上増大させることは装置コ
ストなどの観点から好ましくなく、一定の限界がある。
そこで本発明の方法によりビームエキスパンダの倍率を
走査方向５倍・幅方向４倍としスキャンミラーに入射す
るビーム径を走査方向１０ｍｍ・幅方向８ｍｍの楕円形
状のビームとすることによりビームスポットを幅方向の
み約９０μｍと大きくすることができ、このとき走査方
向は約７０μｍと変わらないことになる。
【００３４】そのため、１３ｍ／秒の線走査速度のまま
で実効的な照射時間は変化せずビーム出力９Ｗで約３３
μｍ、９．８Ｗで約３７μｍ幅の半導体薄膜の多結晶化
が可能となった。このように図３に示すような幅方向に
長い楕円形のビームスポットを用いることにより照射時
間の条件は適正のまま幅のみ広げることができた。この
ときの線走査速度がＶ２である。
で実効的な照射時間は変化せずビーム出力９Ｗで約３３
μｍ、９．８Ｗで約３７μｍ幅の半導体薄膜の多結晶化
が可能となった。このように図３に示すような幅方向に
長い楕円形のビームスポットを用いることにより照射時
間の条件は適正のまま幅のみ広げることができた。この
ときの線走査速度がＶ２である。
【００３５】（実施例２）以下に図４と図５を参照しな
がら、実施例２について説明する。ビームアニール装置
の構成は実施例１と同じである。
がら、実施例２について説明する。ビームアニール装置
の構成は実施例１と同じである。
【００３６】図４は、参考例２であって、ビーム出力
７．５Ｗのビームをビームエキスパンダにより直径１０
ｍｍ（５倍）に拡大しスキャンミラーにより偏向、スキ
ャンレンズにより集光した直径約１００μｍの円形のビ
ームが１７ｍ／秒の線走査速度で走査され、１回の走査
で約２５μｍ幅の半導体薄膜の多結晶化が適正な条件で
なされている状態を示す。Ｖ３が線走査速度である。
７．５Ｗのビームをビームエキスパンダにより直径１０
ｍｍ（５倍）に拡大しスキャンミラーにより偏向、スキ
ャンレンズにより集光した直径約１００μｍの円形のビ
ームが１７ｍ／秒の線走査速度で走査され、１回の走査
で約２５μｍ幅の半導体薄膜の多結晶化が適正な条件で
なされている状態を示す。Ｖ３が線走査速度である。
【００３７】次にこの状態から、線走査速度を増大し生
産性を向上させることを考える。ビームエキスパンダの
倍率を走査方向４倍・幅方向５倍としスキャンミラーに
入射するビーム径を走査方向８ｍｍ・幅方向１０ｍｍの
楕円形状ビームとしたときビームスポットを走査方向の
み約１３０μｍと大きくすることができた。これを図５
に示す。Ｖ４が線走査速度である。
産性を向上させることを考える。ビームエキスパンダの
倍率を走査方向４倍・幅方向５倍としスキャンミラーに
入射するビーム径を走査方向８ｍｍ・幅方向１０ｍｍの
楕円形状ビームとしたときビームスポットを走査方向の
み約１３０μｍと大きくすることができた。これを図５
に示す。Ｖ４が線走査速度である。
【００３８】このときＶ４＝２２ｍ／秒と線走査速度を
増大させても実効的な走査速度は変化せず、必要なビー
ム出力は９．８Ｗであった。必要最小限のビーム出力の
増加でビームアニールの生産性を約３割向上させること
ができた。
増大させても実効的な走査速度は変化せず、必要なビー
ム出力は９．８Ｗであった。必要最小限のビーム出力の
増加でビームアニールの生産性を約３割向上させること
ができた。
【００３９】本発明においては、実施例で説明した以外
にビームスポット走査方向長として５０μｍ〜３００μ
ｍの範囲、ビームスポット幅として５０μｍ〜３００μ
ｍの範囲が可能である。そして、ビーム光源の出力とし
ては、７Ｗ〜２５Ｗの範囲が用いられ得る。そして、ビ
ームスポット走査方向長×５００００／秒以上、好まし
くは、ビームスポット走査方向長×１０００００／秒以
上、かつ、ビーム源出力７Ｗ以上の範囲で行うことがで
きる。
にビームスポット走査方向長として５０μｍ〜３００μ
ｍの範囲、ビームスポット幅として５０μｍ〜３００μ
ｍの範囲が可能である。そして、ビーム光源の出力とし
ては、７Ｗ〜２５Ｗの範囲が用いられ得る。そして、ビ
ームスポット走査方向長×５００００／秒以上、好まし
くは、ビームスポット走査方向長×１０００００／秒以
上、かつ、ビーム源出力７Ｗ以上の範囲で行うことがで
きる。
【００４０】さらに、ビームスポット走査方向長が８０
μｍ〜１２０μｍ、ビームスポット幅が８０μｍ〜１２
０μｍ、ビーム源出力８Ｗ以上の範囲でより好ましい条
件が得られる。
μｍ〜１２０μｍ、ビームスポット幅が８０μｍ〜１２
０μｍ、ビーム源出力８Ｗ以上の範囲でより好ましい条
件が得られる。
【００４１】
【発明の効果】本発明によれば、高速走査ビームアニー
ル用のビームアニール装置に改良を施し、ビームスポッ
トの形状を楕円形とし、さらにその楕円率を調整するこ
とにより最適な実効照射時間を維持しながら、１回の走
査で処理される領域の幅、線走査速度、ビーム出力の３
条件を調和させることができる。
ル用のビームアニール装置に改良を施し、ビームスポッ
トの形状を楕円形とし、さらにその楕円率を調整するこ
とにより最適な実効照射時間を維持しながら、１回の走
査で処理される領域の幅、線走査速度、ビーム出力の３
条件を調和させることができる。
【００４２】すなわち１回の走査で処理される領域の幅
を大きくする必要のある場合は、最適な実効照射時間を
維持しながら必要最小限のビーム出力の増大で幅を拡大
することができる。
を大きくする必要のある場合は、最適な実効照射時間を
維持しながら必要最小限のビーム出力の増大で幅を拡大
することができる。
【００４３】また、線走査速度を高くしてスループット
をできるだけ大きくする必要のある場合にも最適な実効
照射時間を維持しながら必要最小限のビーム出力の増大
で線走査速度を増大することができる。
をできるだけ大きくする必要のある場合にも最適な実効
照射時間を維持しながら必要最小限のビーム出力の増大
で線走査速度を増大することができる。
【００４４】また、本発明ではビームスポットの走査を
スキャンミラーとスキャンレンズの組合せにより行って
いるので、これらの調整は容易に高精度に達成できる。
スキャンミラーに入射するビームスポットの形状を楕円
形にすることによりビームスポット調整を実現すること
ができる。そして、光源の出力エネルギーを最適効率で
ビームスポットに集約してビームアニールを行うことが
できる。
スキャンミラーとスキャンレンズの組合せにより行って
いるので、これらの調整は容易に高精度に達成できる。
スキャンミラーに入射するビームスポットの形状を楕円
形にすることによりビームスポット調整を実現すること
ができる。そして、光源の出力エネルギーを最適効率で
ビームスポットに集約してビームアニールを行うことが
できる。
【００４５】スキャンミラーへの入射ビーム径と楕円率
の設定は、例えばビームエキスパンダの縦横の倍率を適
当な値に設定することにより決定することができる。す
なわち、本発明によれば比較的簡単な装置構成で、種々
の用途に応じた最適なビームアニール条件を実現するこ
とができるという効果がある。
の設定は、例えばビームエキスパンダの縦横の倍率を適
当な値に設定することにより決定することができる。す
なわち、本発明によれば比較的簡単な装置構成で、種々
の用途に応じた最適なビームアニール条件を実現するこ
とができるという効果がある。
【００４６】なお、ビームとしては連続発振アルゴンイ
オンレーザを用いることができるが、他の連続発振レー
ザまたは電子線等の他のエネルギービームを用いること
もできる。
オンレーザを用いることができるが、他の連続発振レー
ザまたは電子線等の他のエネルギービームを用いること
もできる。
【図１】本発明のビームアニール装置の構成例を示す斜
視図。
視図。
【図２】参考例１での円形ビームスポットと走査方向の
関係を示す平面図。
関係を示す平面図。
【図３】幅方向に長い楕円ビームスポットと走査方向の
関係を示す平面図。
関係を示す平面図。
【図４】参考例２での円形ビームスポットと走査方向の
関係を示す平面図。
関係を示す平面図。
【図５】走査方向に長い楕円ビームスポットと走査方向
の関係を示す平面図。
の関係を示す平面図。
１：ビーム光源 ２：ビームエキスパンダ ３：スキャンミラー ４：ミラー駆動装置 ５：スキャンレンズ ６：ステージ ８：被照射体 ９Ａ：円形ビーム ９Ｂ：楕円形ビーム ９Ｃ：ビームスポット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/336
Claims (6)
- 【請求項１】ビーム源が出力７Ｗ以上であり、被照射体
に線速度１０ｍ／ｓ以上でビームスポットを走査するビ
ームアニール装置であって、走査方向におけるビームス
ポット走査方向長と、その直交方向におけるビームスポ
ット幅との比率が可変され、非等方形状のビームスポッ
トが生成せしめられることを特徴とするビームアニール
装置。 - 【請求項２】請求項１のビームアニール装置において、
ビームスポット走査方向長×１０００００／秒以上の線
速度でビームスポットが走査されることを特徴とするビ
ームアニール装置。 - 【請求項３】請求項１または２のビームアニール装置に
おいて、楕円形状のビームスポットが生成せしめられ、
その楕円率と線走査速度の双方が調整されることを特徴
とするビームアニール装置。 - 【請求項４】請求項３のビームアニール装置において、
ビーム源から出力されたビームがビームエキスパンダに
よって楕円形状せしめられ、さらにビームスポットの走
査がスキャンミラーとスキャンレンズの組合せにより行
われ、スキャンミラーに入射されるビームスポットの形
状が楕円形状とされ、スキャンレンズでビームスポット
が形状反転され、さらに、被照射体上で楕円形状のビー
ムスポットが得られることを特徴とするビームアニール
装置。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項のビームアニ
ール装置が用いられ、非単結晶膜をビームアニールし、
多結晶化せしめてＴＦＴの多結晶層を得る工程を備えた
ことを特徴とするＴＦＴ製造方法。 - 【請求項６】請求項１〜４のいずれか１項のビームアニ
ール装置が用いられ、ビームスポット幅を５０μｍ〜３
００μｍとし、走査ビームアニールライン間隙を２０μ
ｍ〜１０００μｍとし、基板上にあらかじめ設けられた
非単結晶膜をビームアニールしてＴＦＴの多結晶層と
し、そして、１基板上に３００×２００のマトリックス
以上の画素用または周辺回路用のＴＦＴを形成すること
を特徴とするＴＦＴ製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5208395A JPH0741845A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | ビームアニール装置とそれを用いたｔｆｔ製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5208395A JPH0741845A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | ビームアニール装置とそれを用いたｔｆｔ製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0741845A true JPH0741845A (ja) | 1995-02-10 |
Family
ID=16555551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5208395A Pending JPH0741845A (ja) | 1993-07-30 | 1993-07-30 | ビームアニール装置とそれを用いたｔｆｔ製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0741845A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7303980B2 (en) | 1995-07-25 | 2007-12-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser annealing method and apparatus |
| JP2008021890A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー光照射装置およびレーザー光照射方法 |
| US7352789B2 (en) | 2006-01-12 | 2008-04-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method |
| CN100401463C (zh) * | 2003-04-21 | 2008-07-09 | 株式会社半导体能源研究所 | 束照射装置、束照射方法及薄膜晶体管的制造方法 |
| US7445974B2 (en) | 2001-11-30 | 2008-11-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser beam irradiating apparatus, laser beam irradiating method, and method of manufacturing a semiconductor device |
| JP2010028128A (ja) * | 2001-11-30 | 2010-02-04 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 半導体装置の作製方法 |
| US7706078B2 (en) | 2006-09-14 | 2010-04-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method |
| CN112864040A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-05-28 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 激光退火装置 |
-
1993
- 1993-07-30 JP JP5208395A patent/JPH0741845A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7303980B2 (en) | 1995-07-25 | 2007-12-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser annealing method and apparatus |
| US7452788B2 (en) | 1995-07-25 | 2008-11-18 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of laser annealing using linear beam having quasi-trapezoidal energy profile for increased depth of focus |
| US7445974B2 (en) | 2001-11-30 | 2008-11-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser beam irradiating apparatus, laser beam irradiating method, and method of manufacturing a semiconductor device |
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| CN100401463C (zh) * | 2003-04-21 | 2008-07-09 | 株式会社半导体能源研究所 | 束照射装置、束照射方法及薄膜晶体管的制造方法 |
| US7352789B2 (en) | 2006-01-12 | 2008-04-01 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method |
| US7649698B2 (en) | 2006-01-12 | 2010-01-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method |
| JP2008021890A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー光照射装置およびレーザー光照射方法 |
| US7706078B2 (en) | 2006-09-14 | 2010-04-27 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser light irradiation apparatus and laser light irradiation method |
| CN112864040A (zh) * | 2019-11-26 | 2021-05-28 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 激光退火装置 |
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