JPH0851078A - Optical processing device and method - Google Patents

Optical processing device and method

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JPH0851078A
JPH0851078A JP7153850A JP15385095A JPH0851078A JP H0851078 A JPH0851078 A JP H0851078A JP 7153850 A JP7153850 A JP 7153850A JP 15385095 A JP15385095 A JP 15385095A JP H0851078 A JPH0851078 A JP H0851078A
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laser light
refractive index
light
thin film
irradiation energy
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直明 山口
Koichiro Tanaka
幸一郎 田中
Satoshi Teramoto
聡 寺本
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Abstract

PURPOSE:To enable an optical processing device to output a laser beam constant in irradiation energy or kept in a certain range of irradiation energy monitoring the variation of the laser beam in irradiation energy by a method wherein the refractive index of a thin film modified by irradiation with a laser beam is measured continuously. CONSTITUTION:The refractive index of a crystalline silicon film irradiated with an excimer laser beam is measured through an elipsometry. If the measured refractive index is smaller than a prescribed value, thereafter a laser beam is lessened in irradiation energy. If the refractive index is larger than a prescribed value, a laser beam is enhanced in irradiation energy thereafter. By this setup, a crystalline silicon film having a certain refractive index or so can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、レー
ザー光を用いた各種処理工程において、その処理効果を
評価する技術に関する。さらには、レーザー光の照射エ
ネルギーを相対的に評価、さらには制御する技術に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The invention disclosed in this specification relates to a technique for evaluating the treatment effect in various treatment steps using a laser beam. Furthermore, the present invention relates to a technique for relatively evaluating and further controlling the irradiation energy of laser light.

【0002】[0002]

【従来の技術】多結晶珪素薄膜を用いた薄膜トランジス
タ(一般のTFTと称される)が知られている。このT
FTは、各種集積回路、特にアクティブマトリクス型の
液晶パネルに利用される。またこのアクティブマトリク
ス型の液晶パネルを製作する試みとして、「低温プロセ
ス」の開発が進んでいる。これは、低温プロセスを用い
ることにより、基板として安価で大面積なものが低コス
トで入手できるガラス基板を用い、液晶パネル自体のコ
ストを抑えるためである。
2. Description of the Related Art A thin film transistor (referred to as a general TFT) using a polycrystalline silicon thin film is known. This T
The FT is used for various integrated circuits, especially for an active matrix type liquid crystal panel. Also, as an attempt to manufacture this active matrix type liquid crystal panel, development of a "low temperature process" is in progress. This is because by using a low temperature process, a glass substrate which is inexpensive and has a large area and which can be obtained at low cost is used, and the cost of the liquid crystal panel itself is suppressed.

【0003】上記低温プロセスは、ガラス基板が耐えら
れる約600℃以下の温度プロセスでガラス基板上に形
成された非晶質珪素膜を結晶化できるかどうかが大きな
課題となっている。低温プロセスの一つとしては、ガラ
ス基板上に非晶質珪素膜をプラズマCVD法や減圧熱C
VD法で形成し、その膜にエキシマレーザー光を照射し
て結晶性珪素膜に変成するプロセスが知られている。こ
のプロセスは、珪素膜の表面近傍を瞬間的に溶融状態と
することによって、非晶質珪素膜を結晶化させるもので
ある。
In the above-mentioned low temperature process, whether or not the amorphous silicon film formed on the glass substrate can be crystallized by a temperature process of about 600 ° C. or less, which the glass substrate can withstand, is a major issue. As one of the low temperature processes, an amorphous silicon film is formed on a glass substrate by a plasma CVD method or low pressure heat C
A process is known in which the film is formed by the VD method and the film is irradiated with excimer laser light to be transformed into a crystalline silicon film. In this process, the vicinity of the surface of the silicon film is instantaneously brought into a molten state to crystallize the amorphous silicon film.

【0004】レーザー光、特にエキシマレーザー光の照
射によって結晶化された結晶性珪素膜は、緻密で電気的
な特性も優れているという長所を有している。しかも基
板に対する熱的なダメージが極めて少ないという特徴が
ある。しかしながら、エキシマレーザー光は、その照射
エネルギーが不安定であり、常に最適な条件で照射を行
うことが困難であるという問題がある。
The crystalline silicon film crystallized by irradiation with laser light, especially excimer laser light, has the advantage that it is dense and has excellent electrical characteristics. Moreover, there is a feature that thermal damage to the substrate is extremely small. However, the irradiation energy of the excimer laser light is unstable, and it is difficult to always perform irradiation under optimum conditions.

【0005】エキシマレーザーは特定のガスを用い、こ
のガスに対して高周波放電を起こすことによって、ガス
を励起状態とし、そしてこのガスの分子が励起状態から
定常状態に変化する際における電磁波放出を利用したも
のである。したがって、レーザー発振を継続して行う
と、ガス中の不純物が増加したり、ガスが変質したり
し、同じ放電電力を与えても、レーザー光の出力が低下
してしまうという原理的な問題が存在する。一般には、
校正表等を用い、レーザー光の出力が一定なものとなる
ようにしてはいるが、十分なものとはいえないのが現状
である。(例えば放電チャンバー内の汚染等までも考慮
して校正を行うことは困難である)
The excimer laser uses a specific gas, makes a gas into an excited state by causing a high-frequency discharge to the gas, and utilizes electromagnetic wave emission when the molecules of the gas change from the excited state to the steady state. It was done. Therefore, if the laser oscillation is continued, the principle problem that the impurities in the gas increase or the gas deteriorates, and the output of the laser light decreases even if the same discharge power is applied. Exists. Generally,
Although the output of the laser light is made constant by using a calibration table, etc., it is not sufficient at present. (For example, it is difficult to calibrate in consideration of contamination in the discharge chamber)

【0006】レーザー光の照射によって、結晶性を有せ
しめた結晶性珪素膜を用い、薄膜トランジスタを作製し
た場合、薄膜トランジスタの特性はレーザー光の照射エ
ネルギーにほぼ依存していることが判明している。従っ
て、常にレーザー光の照射エネルギーを一定なもの、あ
るいは所望の値のものとすることができれば、所定の特
性を有する薄膜トランジスタを得ることができる。この
ことは、薄膜トランジタの例に限らず、レーザー光の照
射による処理を用いた半導体装置に広くいえることであ
る。
It has been found that when a thin film transistor is manufactured using a crystalline silicon film having crystallinity by irradiation with laser light, the characteristics of the thin film transistor are substantially dependent on the irradiation energy of laser light. Therefore, if the irradiation energy of the laser light can always be made constant or of a desired value, a thin film transistor having predetermined characteristics can be obtained. This is not limited to an example of a thin film transistor, and can be widely applied to a semiconductor device using a process by irradiation with laser light.

【0007】半導体に対するレーザー光の照射によるア
ニール効果を評価する方法としては、例えば、特開昭5
8−15943号公報、特開昭58−40331号公
報、特開平1−16378号公報に記載されている技術
がある。
As a method for evaluating the annealing effect of laser light irradiation on a semiconductor, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
There are techniques described in JP-A 8-15943, JP-A-58-40331, and JP-A-1-16378.

【0008】これらの方法は、半導体に対するレーザー
光の照射によるアニール効果、特にその結晶性をラマン
分光法によって計測し、所定のアニール効果を評価せん
とするものである。しかしながら、ラマン分光法には次
のような欠点がある。 (1)測定の再現性が悪い。 (2)Arレーザーのような大出力レーザーを使用するた
め安全面で問題がある。 (3)装置の値段が高い。 (4)測定に時間を要する。
[0008] In these methods, the annealing effect due to laser light irradiation to the semiconductor, especially its crystallinity is measured by Raman spectroscopy, and the predetermined annealing effect is evaluated. However, Raman spectroscopy has the following drawbacks. (1) Poor measurement reproducibility. (2) There is a problem in safety because a high power laser such as an Ar laser is used. (3) The price of the device is high. (4) It takes time to measure.

【0009】また、膜の表面の平坦性も完成した薄膜ト
ランジスタの特性を左右する大きな要素であるが、ラマ
ン分光法では膜表面の平坦性を評価することは困難であ
る。以上のような理由から、ラマン分光法のみでは、所
望の特性を有する薄膜トランジスタを構成する結晶性珪
素膜の評価を十分に行うことができない。
Further, the flatness of the surface of the film is a major factor that influences the characteristics of the completed thin film transistor, but it is difficult to evaluate the flatness of the film surface by Raman spectroscopy. For the above reasons, the Raman spectroscopy alone cannot sufficiently evaluate the crystalline silicon film forming the thin film transistor having the desired characteristics.

【0010】従って、上記のラマン分光法を用いた評価
方法に併用して、光学顕微鏡やSEM(走査型電子顕微
鏡)を使用して、人間の目で膜の平坦性を評価している
のが現状である。
Therefore, in combination with the above-described evaluation method using Raman spectroscopy, the flatness of the film is evaluated by the human eye using an optical microscope or SEM (scanning electron microscope). The current situation.

【0011】以上述べたように、現状では、 (A)エキシマレーザー光を用いた非晶質珪素膜の結晶
化工程において、エキシマレーザー光の最適照射条件を
実験的に見い出し、常に最適な条件でレーザー光の照射
が行えるように努める。 (B)上記の最適な条件の割り出しは、ラマン分光法に
よってその結晶性を評価し、さらに目視によってその平
坦性を評価することによって行われる。
As described above, at present, in the crystallization process of (A) the amorphous silicon film using the excimer laser light, the optimum irradiation condition of the excimer laser light is experimentally found, and the optimum irradiation condition is always kept. Strive for laser light irradiation. (B) The optimum conditions are determined by evaluating their crystallinity by Raman spectroscopy and visually evaluating their flatness.

【0012】しかしながら、前述のように、エキシマレ
ーザー光の照射エネルギーは変動し易く、その照射エネ
ルギーを制御することは困難である。また、上記(B)
に示すように、レーザー光の照射による効果の評価は、
ラマン分光法による結晶性の評価と目視による膜の平坦
性の評価という2つのパラメータに依存し、しかもこの
2つのパラメータを用いて、徐々に変動するエキシマレ
ーザー光の照射パワーを最適なものに制御するという基
本的に困難な方法を利用している。
However, as described above, the irradiation energy of the excimer laser light easily fluctuates, and it is difficult to control the irradiation energy. Also, the above (B)
As shown in, the evaluation of the effect of laser light irradiation is
Depends on two parameters: crystallinity evaluation by Raman spectroscopy and film flatness evaluation by visual observation, and these two parameters are used to control the gradually changing excimer laser light irradiation power. It is basically a difficult method to do.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以下に示す
課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。 (1)レーザー光を用いた薄膜の膜質改善やアニール等
の各種処理において、リアルタイムでその効果を判定で
きる技術を提供する。 (2)レーザー光を用いた薄膜の膜質改善やアニールに
おいて、常に最適な条件に制御しつつレーザー光の照射
が行える技術を提供する。 (3)レーザー光を用いた珪素薄膜の結晶化工程におい
て、珪素薄膜の結晶性を簡単に評価できる技術を提供す
る。 (4)レーザー光を用いた珪素薄膜の結晶化工程におい
て、珪素薄膜の結晶性と、その表面の平坦性とを簡単に
評価できる技術を提供する。 (5)レーザー光の照射エネルギーが常に所定の値に近
くなるように制御する技術を提供する。 (6)レーザー光の照射エネルギーが常に所定の範囲内
となるように制御する技術を提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to solve at least one of the following problems. (1) To provide a technique capable of determining the effect in real time in various treatments such as film quality improvement and annealing using a laser beam. (2) To provide a technique capable of irradiating a laser beam while always controlling to the optimum conditions in the film quality improvement and annealing of the thin film using the laser beam. (3) To provide a technique for easily evaluating the crystallinity of a silicon thin film in the crystallization process of the silicon thin film using laser light. (4) To provide a technique capable of easily evaluating the crystallinity of a silicon thin film and the flatness of its surface in a crystallization process of a silicon thin film using laser light. (5) To provide a technique for controlling the irradiation energy of laser light so that it is always close to a predetermined value. (6) A technique is provided for controlling the irradiation energy of laser light so that the irradiation energy is always within a predetermined range.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本明細書で開示する主要
な構成の1つは、薄膜にレーザー光または強光を照射す
る工程と、前記レーザー光または強光が照射された薄膜
の屈折率を計測する工程と、前記屈折率を基に前記レー
ザー光または強光の照射エネルギーを制御して前記薄膜
または別の薄膜に対してレーザー光または強光を照射す
る工程と、を有することを特徴とする。
One of the main constitutions disclosed in the present specification is to irradiate a thin film with laser light or strong light, and a refractive index of the thin film irradiated with the laser light or strong light. And a step of controlling the irradiation energy of the laser light or strong light based on the refractive index and irradiating the thin film or another thin film with laser light or strong light. And

【0015】薄膜としては、半導体薄膜である非晶質珪
素、結晶性珪素の薄膜を挙げることができる。なお半導
体の導電型は特に限定されるものではない。また、薄膜
としては、酸化物材料、窒化物材料、さらには金属材料
や有機物材料を用いることができる。即ち、レーザー光
または強光の照射によって変質する材料を用いることが
できる。
The thin film may be a thin film of amorphous silicon or crystalline silicon which is a semiconductor thin film. The conductivity type of the semiconductor is not particularly limited. Further, as the thin film, an oxide material, a nitride material, a metal material or an organic material can be used. That is, a material that is altered by irradiation with laser light or strong light can be used.

【0016】またこれらの薄膜が形成される基板として
は、絶縁表面を有する基板であるガラス基板、石英基
板、各種絶縁性の基板、絶縁膜が形成された半導体基板
や導体基板、その他絶縁膜が形成された材料を用いるこ
とができる。
As a substrate on which these thin films are formed, there are a glass substrate which is a substrate having an insulating surface, a quartz substrate, various insulating substrates, a semiconductor substrate on which an insulating film is formed, a conductor substrate, and other insulating films. The formed material can be used.

【0017】レーザー光としては、KrF、ArFまた
はXeClエキシマレーザー光等を挙げることができ
る。また、強光としては、紫外光から赤外光まで、必要
とする波長の光を用いることができる。また、レーザー
ビームの形状は、矩形状、線状、点状、面状等、実用と
する形状とすることができる。
Examples of laser light include KrF, ArF, and XeCl excimer laser light. Further, as the strong light, light having a required wavelength from ultraviolet light to infrared light can be used. Moreover, the shape of the laser beam can be a practical shape such as a rectangular shape, a linear shape, a dot shape, or a planar shape.

【0018】薄膜の屈折率を計測する方法としては、エ
リプソメトリを用いる方法を挙げることができる。
As a method for measuring the refractive index of the thin film, a method using ellipsometry can be mentioned.

【0019】レーザー光または強光の照射エネルギーを
制御する方法としては、例えば、エキシマレーザー光で
あれば、放電の出力を制御する方法を挙げることができ
る。また、フィルターを用いて、照射エネルギーを制御
するようにしてもよい。
As a method of controlling the irradiation energy of laser light or intense light, for example, in the case of excimer laser light, a method of controlling the discharge output can be mentioned. Further, a filter may be used to control the irradiation energy.

【0020】上記構成は、レーザー光の照射によって変
質した半導体薄膜の屈折率を計測することで、レーザー
光の照射による効果を評価することを特徴とする。例え
ば、常に特定の屈折率になるようにレーザー光の照射エ
ネルギーを制御し、必要とする回数で繰り返しレーザー
光の照射を行うことで、常に所定の効果を得ることがで
きる。またはレーザー光が照射された半導体膜の屈折率
が所定の範囲内となるようにすることによって、そのレ
ーザー光の照射による効果を一定に範囲内に収めること
ができる。
The above structure is characterized in that the effect of the laser light irradiation is evaluated by measuring the refractive index of the semiconductor thin film which has been altered by the laser light irradiation. For example, by controlling the irradiation energy of the laser light so that the refractive index always becomes a specific refractive index and repeatedly irradiating the laser light as many times as necessary, it is possible to always obtain a predetermined effect. Alternatively, by setting the refractive index of the semiconductor film irradiated with the laser light to be within a predetermined range, the effect of the irradiation with the laser light can be kept within a certain range.

【0021】この際、最初の薄膜を屈折率の測定用に利
用し、次の薄膜から、必要とする処理を行うのでもよ
い。また、1つの薄膜に対して複数回のレーザー光の照
射を行うようにしてもよい。また、多数枚の基板上に形
成された薄膜を連続して処理する際に、その中の何枚か
を屈折率の測定用に利用し、工程の全体において、常に
得られる屈折率を一定の値、または一定の範囲の値とす
るようにしてもよい。
At this time, the first thin film may be used for measuring the refractive index, and the necessary treatment may be performed from the next thin film. Further, one thin film may be irradiated with laser light a plurality of times. Further, when continuously processing thin films formed on a large number of substrates, some of them are used for the measurement of the refractive index, and the refractive index obtained at all times is kept constant throughout the process. The value may be a value or a value in a certain range.

【0022】本明細書で開示する他の主要な構成は、珪
素の結晶化を助長する金属元素の作用で結晶化された珪
素膜にレーザー光または強光を照射する第1の工程と、
前記レーザー光または強光が照射された珪素膜の屈折率
を計測する第2の工程と、前記珪素膜または前記珪素膜
と同一の作製法によって得られた他の珪素膜に対してレ
ーザー光または強光を照射する第3の工程と、を有し、
前記第3の工程において、前記屈折率の値を基にレーザ
ー光または強光の照射エネルギーが制御されることを特
徴とする光処理方法。
Another main structure disclosed in the present specification is a first step of irradiating a silicon film crystallized by the action of a metal element that promotes crystallization of silicon with laser light or intense light.
The second step of measuring the refractive index of the silicon film irradiated with the laser beam or the intense light, and the laser beam for the silicon film or another silicon film obtained by the same manufacturing method as the silicon film or A third step of irradiating strong light,
In the third step, the irradiation energy of laser light or intense light is controlled based on the value of the refractive index, which is a light treatment method.

【0023】上記構成は、レーザー光を照射する珪素膜
として、結晶化を助長する元素の作用により結晶化がさ
れた膜を用いることを特徴とする。このような元素とし
ては、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、In、S
n、Pb、As、Sbから選ばれた一種または複数種の
元素が用いることができる。特にNiを用いた場合、顕
著な効果を得ることができる。具体的には、この結晶化
を助長する元素を非晶質珪素膜に導入し、しかる後に加
熱処理を施すことにより、非晶質珪素膜を結晶化させ、
結晶性珪素膜を得ることができる。この加熱処理は、こ
の結晶化を助長する触媒元素を導入しない場合と比較し
て50℃以上低い温度で行うことができ、基板(特にガ
ラス基板)に対する熱ダメージを大きく低減させること
ができる。
The above structure is characterized in that a film crystallized by the action of an element that promotes crystallization is used as the silicon film irradiated with laser light. Such elements include Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, In and S.
One or more elements selected from n, Pb, As and Sb can be used. Especially when Ni is used, a remarkable effect can be obtained. Specifically, an element that promotes crystallization is introduced into the amorphous silicon film, and then heat treatment is performed to crystallize the amorphous silicon film,
A crystalline silicon film can be obtained. This heat treatment can be performed at a temperature lower by 50 ° C. or more as compared with the case where the catalyst element that promotes the crystallization is not introduced, and the heat damage to the substrate (particularly the glass substrate) can be greatly reduced.

【0024】また上記非晶質珪素膜の結晶化を助長する
元素としては、VIII族、IIIb族、IVb 族、Vb族元素から
選ばれた一種または複数種の元素を用いることもでき
る。
As the element that promotes crystallization of the amorphous silicon film, one or more elements selected from VIII group, IIIb group, IVb group, and Vb group elements can be used.

【0025】他の発明の構成は、レーザー光または強光
を照射する手段と、前記レーザー光または強光が照射さ
れた薄膜の屈折率に基づいて、前記レーザー光または強
光の照射エネルギーを制御する手段と、を有することを
特徴とする。
According to another aspect of the invention, the irradiation energy of the laser light or the strong light is controlled based on the means for irradiating the laser light or the strong light and the refractive index of the thin film irradiated with the laser light or the strong light. And means for doing so.

【0026】上記構成において、レーザー光または強光
の照射エネルギーを制御する手段としては、例えばエキ
シマレーザー光における放電パワーを制御する機構を挙
げることができる。
In the above structure, as a means for controlling the irradiation energy of laser light or intense light, for example, a mechanism for controlling the discharge power of excimer laser light can be mentioned.

【0027】上記構成において、薄膜の屈折率が所定の
値または所定の範囲内の値となるようにレーザー光また
は強光の照射エネルギーを制御することによって、レー
ザー光または強光の照射エネルギーを所定に値、または
所定の値に近い値、または所定の範囲内の値とすること
ができる。さらにその動作を繰り返し行うことによっ
て、徐々に所定の屈折率の値に近づけることもできる。
In the above structure, the irradiation energy of the laser light or the strong light is controlled by controlling the irradiation energy of the laser light or the strong light so that the refractive index of the thin film becomes a predetermined value or a value within a predetermined range. Can be a value close to a predetermined value, or a value within a predetermined range. Further, by repeating the operation, it is possible to gradually approach the value of the predetermined refractive index.

【0028】[0028]

【作用】レーザー光の照射によって変質させられる薄膜
の屈折率を計測することにより、レーザー光の照射エネ
ルギーを相対的に見積もることができる。例えば、屈折
率が常に一定に値となるようにレーザー光の照射エネル
ギーを調整することによって、照射されるレーザー光の
エネルギーを特定に値に常に近づくようにすることがで
きる。従って、レーザー光の照射エネルギーが変動し易
い場合であっても、前述の屈折率を用いて照射エネルギ
ーの値を監視することができ、その変動が極力小さくな
るようにすることができる。言い換えるならば、レーザ
ー光の照射によって変質させられる薄膜の屈折率を常に
計測することで、レーザー光の照射エネルギーの値の変
動を監視することができ、この屈折率が一定の値または
一定に範囲内の値になるようにすることができる。そし
て、レーザー光の照射エネルギーの値を一定の値または
一定の範囲内の値とすることができる。またこのことを
利用して、レーザー光の照射による効果を所定のものと
することができる。
The irradiation energy of the laser light can be relatively estimated by measuring the refractive index of the thin film which is altered by the irradiation of the laser light. For example, by adjusting the irradiation energy of the laser light so that the refractive index always has a constant value, it is possible to make the energy of the irradiated laser light always approach a specific value. Therefore, even when the irradiation energy of the laser beam is likely to fluctuate, the value of the irradiation energy can be monitored using the above-mentioned refractive index, and the fluctuation can be minimized. In other words, by constantly measuring the refractive index of the thin film that is altered by laser light irradiation, it is possible to monitor the variation in the irradiation energy value of the laser light. It can be set to a value within. Then, the irradiation energy value of the laser light can be set to a constant value or a value within a fixed range. Further, by utilizing this, the effect of laser light irradiation can be made predetermined.

【0029】例えば、図4に示すのは、レーザー光の照
射エネルギー密度とレーザー光の照射によって結晶性が
助長された珪素薄膜の屈折率nとの関係を示した実験デ
ータである。ここでこのグラフに基づき、珪素薄膜の屈
折率nが所定の値より大きい場合は、次に新たな珪素薄
膜に対してレーザー光の照射を行う際に、レーザー光の
照射エネルギー密度を大きくする。するとこの珪素薄膜
の屈折率を所定の値に近づけることができる。また珪素
薄膜の屈折率が所定の値より小さい場合は、次にレーザ
ー光の照射を行う際に、レーザー光の照射エネルギー密
度を小さくする。この場合も珪素薄膜の屈折率を所定の
値に近づけることができる。
For example, FIG. 4 shows experimental data showing the relationship between the irradiation energy density of laser light and the refractive index n of the silicon thin film whose crystallinity is promoted by the irradiation of laser light. Here, based on this graph, when the refractive index n of the silicon thin film is larger than a predetermined value, the irradiation energy density of the laser light is increased when the new silicon thin film is irradiated with the laser light next time. Then, the refractive index of this silicon thin film can be brought close to a predetermined value. When the refractive index of the silicon thin film is smaller than a predetermined value, the irradiation energy density of the laser light is reduced when the laser light is irradiated next. Also in this case, the refractive index of the silicon thin film can be brought close to a predetermined value.

【0030】また、同じ珪素薄膜に対して、屈折率の測
定を行いながら複数回のレーザー光の照射を繰り返し行
い、所定の屈折率になるようにしてもよい。ただし、一
端結晶性の進んだ珪素膜の結晶性を低下させるには、非
常に強力なパワーでレーザー光を照射し、一端非晶質状
態にする必要があるので注意が必要である。
Further, the same silicon thin film may be repeatedly irradiated with laser light a plurality of times while measuring the refractive index so as to obtain a predetermined refractive index. However, in order to reduce the crystallinity of the silicon film having advanced crystallinity, it is necessary to irradiate the laser beam with a very strong power to once make it into an amorphous state.

【0031】以上のような動作を行うことによって、レ
ーザー光の照射エネルギー密度が変動してしまう場合で
あっても、一定の結晶性を有する珪素薄膜を得ることが
できる。このことは、常に所定のエネルギー密度でレー
ザー光の照射が行えるようにレーザー光の照射エネルギ
ー密度を制御することができることを意味する。そし
て、レーザー光の照射による効果を一定なものとするこ
とができることを意味する。
By performing the above operation, a silicon thin film having a certain crystallinity can be obtained even if the irradiation energy density of the laser light fluctuates. This means that the irradiation energy density of the laser light can be controlled so that the irradiation of the laser light can always be performed with a predetermined energy density. And it means that the effect of laser light irradiation can be made constant.

【0032】また、膜の屈折率は、膜の平坦性をも評価
できるので、結晶性の評価と膜の平坦性とを同時に評価
することができる。このことを利用すると、所定の特性
を有する薄膜トランジスタを作製ことが可能となる。
Since the film refractive index can also evaluate the film flatness, it is possible to evaluate the crystallinity and the film flatness at the same time. By utilizing this, it becomes possible to manufacture a thin film transistor having predetermined characteristics.

【0033】[0033]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例は、エキシマレーザー光の照射に
よって結晶化された珪素膜の状態(この状態というの
は、膜の結晶性と平坦性とを含む概念として定義され
る)を評価するシステム、およびその方法を示す。
Example 1 In this example, the state of a silicon film crystallized by irradiation with excimer laser light (this state is defined as a concept including the crystallinity and flatness of the film) is evaluated. A system and its method are shown.

【0034】まず装置について説明する。図1には本実
施例で使用するレーザーアニール装置の概念図を示す。
装置の大部分は台1は上に配置されている。台1は外部
からの振動の影響を受けない構造となっている。レーザ
ー光は発振器2で発振される。発振器2で発振されるレ
ーザー光は、KrFエキシマレーザー(波長248n
m、パルス幅25ns)である。勿論、他のエキシマレ
ーザーさらには他の方式のレーザーを用いることもでき
る。
First, the device will be described. FIG. 1 shows a conceptual diagram of a laser annealing apparatus used in this embodiment.
For most of the device, the platform 1 is located above. The base 1 has a structure that is not affected by external vibration. The laser light is oscillated by the oscillator 2. The laser light oscillated by the oscillator 2 is a KrF excimer laser (wavelength 248n
m, pulse width 25 ns). Of course, other excimer lasers or lasers of other types can be used.

【0035】発振器2で発振されたレーザー光は、全反
射ミラー5、6を経由して増幅器3で増幅され、さらに
全反射ミラー7、8を経由して光学系4に入射する。光
学系に入射する直前のレーザー光のビームは、3×2cm
2 程度の長方形である。そして光学系4を通過すること
によって、長さ10〜30cm、幅0.1 〜1cm程度の細
長いビーム(線状ビーム)に加工される。この光学系4
を経たレーザー光のエネルギーは最大で1000mJ/
ショットである。
The laser light oscillated by the oscillator 2 is amplified by the amplifier 3 via the total reflection mirrors 5 and 6, and further enters the optical system 4 via the total reflection mirrors 7 and 8. The beam of laser light just before entering the optical system is 3 x 2 cm
It is a rectangle of about 2 . Then, by passing through the optical system 4, it is processed into an elongated beam (linear beam) having a length of 10 to 30 cm and a width of 0.1 to 1 cm. This optical system 4
The energy of the laser beam passed through is up to 1000 mJ /
It is a shot.

【0036】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、加工性を向上させるためである。即ち、線
状のビームは光学系4を出た後、全反射ミラー9を経
て、試料11に照射されるが、ビームの幅は試料の幅よ
りも長いので、試料を1方向に移動させることで、試料
全体に対してレーザー光を照射することができる。従っ
て、試料のステージ及び駆動装置10は構造が簡単で保
守も用意である。また、試料をセットする際の位置合わ
せの操作(アラインメント)も容易である。
The laser beam is processed into such an elongated beam in order to improve the processability. That is, the linear beam exits the optical system 4, passes through the total reflection mirror 9, and is irradiated on the sample 11. However, since the width of the beam is longer than the width of the sample, the sample should be moved in one direction. Thus, the entire sample can be irradiated with laser light. Therefore, the sample stage and the driving device 10 have a simple structure and are easy to maintain. In addition, the positioning operation (alignment) when setting the sample is easy.

【0037】レーザー光が照射される試料のステージ1
0はコンピュータにより制御されており線状のレーザー
光に対して直角に動くよう設計されている。又、ステー
ジ10の下にはヒーターが内臓されており、レーザー光
の照射時に試料を所定の温度に保つことができる。
Stage 1 of sample irradiated with laser light
0 is controlled by a computer and is designed to move at a right angle to a linear laser beam. Further, a heater is built in below the stage 10 so that the sample can be kept at a predetermined temperature when the laser beam is irradiated.

【0038】光学系4の内部の光路を図2に示す。光学
系4に入射したレーザー光はシリンドリカル凹レンズ
A、シリンドリカル凸レンズB、横方向のフライアイレ
ンズC、Dを通過することによってレーザー光はそれま
でのガウス分布型から短形分布に変化する。さらに、シ
リンドリカル凸レンズE、Fを通過してミラーG(図1
ではミラー9に相当)を介して、シリンドリカルレンズ
H(図1には示さず)によって集束され、試料に照射さ
れる。
The optical path inside the optical system 4 is shown in FIG. The laser light incident on the optical system 4 passes through the cylindrical concave lens A, the cylindrical convex lens B, and the lateral fly-eye lenses C and D, so that the laser light changes from the Gaussian distribution type to the rectangular distribution. Further, the light passes through the cylindrical convex lenses E and F, and the mirror G (see FIG.
Then, it is focused by a cylindrical lens H (not shown in FIG. 1) via a mirror 9) and is irradiated onto the sample.

【0039】図3にはエリプソメトリの原理図を示す。
エリプソメトリは、膜の見かけ上の屈折率を計測するも
のであり、このエリプソメトリで得られる屈折率を用い
て、珪素膜の結晶性と平坦性とを同時に評価することが
できる。
FIG. 3 shows a principle diagram of ellipsometry.
Ellipsometry measures the apparent refractive index of the film, and the crystallinity and flatness of the silicon film can be evaluated at the same time by using the refractive index obtained by this ellipsometry.

【0040】エリプソメトリは、図3に示す様に、測定
しようとする試料(薄膜)表面に偏光を斜め方向から入
射させる。この入射光の偏光は反射する時に偏光状態が
変化する。この変化量は薄膜の厚さや屈折率に関係して
いる。それでまず偏光の変化量を測定し、次に解析計算
によって変化量から厚さや屈折率を求めようとするのが
エリプソメトリである。例えば膜の厚さが判明していれ
ば、屈折率を得ることができる。
In ellipsometry, as shown in FIG. 3, polarized light is obliquely incident on the surface of a sample (thin film) to be measured. The polarization state of the polarized light of this incident light changes when it is reflected. This amount of change is related to the thickness and refractive index of the thin film. Therefore, ellipsometry is a method in which the amount of change in polarization is first measured, and then the thickness or refractive index is obtained from the amount of change by analytical calculation. For example, if the thickness of the film is known, the refractive index can be obtained.

【0041】以下に本明細書で開示する発明を用いて、
レーザー光の照射によって、ガラス基板上に結晶性を有
する珪素膜を形成する例を示す。まず、10cm角のガ
ラス基板(例えばコーニング7959ガラス基板)を用
意する。そしてこのガラス基板上に、TEOSを原料と
したプラズマCVD法により、酸化珪素膜を2000Å
の厚さに形成する。この酸化珪素膜は、ガラス基板側か
ら不純物が半導体膜に拡散したりするのを防止する下地
膜として機能する。
Using the invention disclosed in the present specification,
An example of forming a crystalline silicon film on a glass substrate by irradiation with laser light will be described. First, a 10 cm square glass substrate (for example, Corning 7959 glass substrate) is prepared. Then, a silicon oxide film of 2000 Å is formed on this glass substrate by a plasma CVD method using TEOS as a raw material.
To the thickness of. This silicon oxide film functions as a base film that prevents impurities from diffusing into the semiconductor film from the glass substrate side.

【0042】次にプラズマCVD法によって、非晶質珪
素膜(アモルファスシリコン膜)の成膜を行う。ここで
は、プラズマCVD法を用いるが、減圧熱CVD法を用
いるのでもよい。なお、非晶質珪素膜の厚さは、500
Åとする。勿論この厚さは、必要とする厚さとすればよ
い。次に過水アンモニアに基板を浸し、70℃に5分間
保つことにより、非晶質珪素膜の表面に酸化膜を形成す
る。さらに液相Ni酢酸塩をスピンコート法により非晶
質珪素膜の表面に塗布する。Ni元素は、非晶質珪素膜
が結晶化する際に結晶化を助長する元素として機能す
る。
Next, an amorphous silicon film (amorphous silicon film) is formed by the plasma CVD method. Although a plasma CVD method is used here, a low pressure thermal CVD method may be used. The thickness of the amorphous silicon film is 500
Å Of course, this thickness may be the required thickness. Next, the substrate is dipped in ammonia-hydrogen peroxide mixture and kept at 70 ° C. for 5 minutes to form an oxide film on the surface of the amorphous silicon film. Further, liquid phase Ni acetate is applied to the surface of the amorphous silicon film by spin coating. The Ni element functions as an element that promotes crystallization when the amorphous silicon film is crystallized.

【0043】次に窒素雰囲気中において、450℃の温
度で1時間保持することにより、非晶質珪素膜中の水素
を離脱させる。これは、非晶質珪素膜中に不対結合手を
意図的に形成することにより、後の結晶化に際してのし
きい値エネルギーを下げるためである。そして窒素雰囲
気中において、550℃、4時間の加熱処理を施すこと
により、非晶質珪素膜を結晶化させる。この結晶化の際
の温度を550℃とすることができのは、ニッケル元素
の作用によるものである。
Next, in a nitrogen atmosphere, the temperature of 450 ° C. is maintained for 1 hour to release hydrogen in the amorphous silicon film. This is because by intentionally forming dangling bonds in the amorphous silicon film, the threshold energy at the time of subsequent crystallization is lowered. Then, the amorphous silicon film is crystallized by performing heat treatment at 550 ° C. for 4 hours in a nitrogen atmosphere. The temperature at the time of crystallization can be set to 550 ° C. because of the action of nickel element.

【0044】こうして、ガラス基板上に結晶性を有する
珪素膜を得ることができる。次に図1に示す装置を用
い、KrFエキシマレーザー(波長248nm、パルス
幅25ns)を前記結晶性を有する珪素膜に照射する。
このレーザー光の照射によって、結晶性をさらに高める
ことができる。
Thus, a crystalline silicon film can be obtained on the glass substrate. Next, using the apparatus shown in FIG. 1, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm, pulse width 25 ns) is irradiated to the crystalline silicon film.
By irradiating with this laser light, the crystallinity can be further enhanced.

【0045】レーザービームはビーム形状変換レンズを
用いて長方形に整形し、被照射部分でのビーム面積は1
25mm×1mmとする。試料は、ステージ10上に載
せられており、ステージを2mm/s速度で移動させる
ことによって、その全面に照射が行われる。レーザー光
の照射条件は、まず200mJ/cm2 、次に本照射と
して250〜350mJ/cm2 の2段階照射とし、パ
ルス数を30パルス/sとする。また、レーザー光の照射の
際、基板温度は200℃に保たれている。また雰囲気制
御は特に行わず、大気中で照射を行う。
The laser beam is shaped into a rectangle using a beam shape conversion lens, and the beam area at the irradiated portion is 1
The size is 25 mm × 1 mm. The sample is placed on the stage 10, and the entire surface of the sample is irradiated by moving the stage at a speed of 2 mm / s. The laser light irradiation conditions, first 200 mJ / cm 2, and 2-step irradiation 250~350mJ / cm 2 and then as the irradiation, the number of pulses to 30 pulses / s. Further, the substrate temperature is kept at 200 ° C. during the laser light irradiation. Irradiation is performed in the atmosphere without any particular atmosphere control.

【0046】上記レーザー光の照射の際の2段階目の照
射エネルギー密度を250〜350mJ/cm2 の範囲
で変化させ、それぞれの場合における結晶性珪素膜の屈
折率を図3にその原理図を示すエリプソメトリ(波長12
94nmの半導体レーザー使用)を用いて測定した結果を図
4に示す。
The irradiation energy density at the second stage of the laser light irradiation is changed within the range of 250 to 350 mJ / cm 2 , and the refractive index of the crystalline silicon film in each case is shown in FIG. Ellipsometry (wavelength 12
The result of measurement using a semiconductor laser of 94 nm) is shown in FIG.

【0047】なお、ここでいう屈折率とは、ガラス基板
上に形成された結晶性珪素膜の屈折率をエリプソメトリ
を用いて測定したものを指す。エリプソメトリは測定膜
の平坦性が悪いと実際の膜の屈折率よりやや低い値を出
す特性を持っている。従って得られる値は、膜の平坦性
をも含んだ見かけの屈折率ということができる。また、
屈折率が小さいことは、その膜の結晶性が高いことを示
す。従って、得られた屈折率が小さければ小さい程、そ
の膜の結晶性は高く、またその膜の平坦性が悪いという
ことを意味する。なお、珪素膜の場合、屈折率の下限は
3程度となる。
The term "refractive index" as used herein refers to the refractive index of a crystalline silicon film formed on a glass substrate measured by ellipsometry. Ellipsometry has the characteristic that if the flatness of the measured film is poor, it will be slightly lower than the actual refractive index of the film. Therefore, the obtained value can be regarded as an apparent refractive index including the flatness of the film. Also,
A low refractive index indicates that the film has high crystallinity. Therefore, the smaller the obtained refractive index, the higher the crystallinity of the film and the poorer the flatness of the film. In the case of a silicon film, the lower limit of the refractive index is about 3.

【0048】図4の意味するところは以下のように示さ
れる。即ち、必要とする結晶性が得られ、許容できる平
坦性を備えた膜は、ある一定の範囲の屈折率を示す、と
いうことができる。換言すれば、一定の範囲内の屈折率
を有する結晶性珪素膜であれば、その膜の結晶性は一定
のレベル以上であり、またその平坦性は許容できる範囲
内にあると判断できる。
The meaning of FIG. 4 is shown as follows. That is, it can be said that a film having the required crystallinity and an acceptable flatness exhibits a refractive index within a certain range. In other words, if the crystalline silicon film has a refractive index within a certain range, it can be judged that the crystallinity of the film is at a certain level or more and the flatness thereof is within an allowable range.

【0049】図4を見ると、結晶性珪素膜の屈折率と照
射されるレーザー光のエネルギー密度とは、比例関係に
あることが分かる。勿論前述したように、エキシマレー
ザー光の照射エネルギー密度は変動するものであり、図
4の横軸で示される値もある程度相対的なものであると
考えられる。
It can be seen from FIG. 4 that the refractive index of the crystalline silicon film and the energy density of the irradiated laser light are in a proportional relationship. Of course, as described above, the irradiation energy density of the excimer laser light fluctuates, and the value shown by the horizontal axis in FIG. 4 is considered to be relatively relative to some extent.

【0050】また、図4に示す実験データは、膜表面の
5点を平均したものを用いている。なお、5点間の測定
値のばらつきは2%以内であった。このことは膜の均質
性、エリプソメトリの測定精度が共によいことを示唆し
ている。
The experimental data shown in FIG. 4 is obtained by averaging five points on the film surface. The variation in the measured values among the five points was within 2%. This suggests that both the homogeneity of the film and the measurement accuracy of ellipsometry are good.

【0051】一般にエリプソメトリを使って測定した屈
折率の値は、結晶化が進むほど又表面の平坦性が損なわ
れるほど低下する傾向にある。この性質を利用して、本
発明者らは、以下のようなレーザー処理方法を発明する
に至った。即ち、エキシマレーザー光を照射した後の結
晶性珪素膜の屈折率をエリプソメタリで計測し、その屈
折率が所定の間より小さければ、その後のレーザー光の
照射エネルギーを小さくし、その屈折率が所定の値より
大きければ、その後のレーザー光の照射エネルギーを大
きくする。こうすることによって、常に所定の屈折率の
値またはそれに近い値を有する結晶性珪素膜を得ること
ができる。そして、レーザー光の照射エネルギーの絶対
値が変動しても、常に所定の結晶性と許容できる平坦性
を有した結晶性珪素膜を得ることができる。
Generally, the value of the refractive index measured by ellipsometry tends to decrease as the crystallization progresses and the flatness of the surface is impaired. Utilizing this property, the present inventors have invented the following laser processing method. That is, the refractive index of the crystalline silicon film after being irradiated with the excimer laser light is measured by ellipsometry, and if the refractive index is smaller than a predetermined period, the irradiation energy of the laser light after that is reduced and the refractive index is If it is larger than the predetermined value, the irradiation energy of the laser beam thereafter is increased. By doing so, it is possible to always obtain a crystalline silicon film having a predetermined refractive index value or a value close thereto. Then, even if the absolute value of the irradiation energy of the laser beam changes, it is possible to always obtain a crystalline silicon film having a predetermined crystallinity and an acceptable flatness.

【0052】例えば、前述したようなNiを用いて加熱
処理により結晶化させた結晶性珪素膜に対して、KrF
エキシマレーザー光を照射し、その結晶性をさらに高め
る構成とする場合、この結晶性珪素膜を用いて得られる
薄膜トランジスタの性能を損なわない程度の表面劣化状
態とTFTを駆動するのに充分な高さの電界効果移動度
とを兼ね備えた結晶性珪素膜の屈折率は、概ね3.5以
下であるとの測定結果が得られている。
For example, for a crystalline silicon film crystallized by heat treatment using Ni as described above, KrF
When the crystallinity is further increased by irradiating the excimer laser light, the surface deterioration state that does not impair the performance of the thin film transistor obtained by using this crystalline silicon film and the height sufficient to drive the TFT The measurement result has been obtained that the refractive index of the crystalline silicon film having the field effect mobility of 1 is approximately 3.5 or less.

【0053】測定によれば、レーザー光の照射後におけ
る結晶性珪素膜の屈折率が3.5以上の場合、その膜を
用いた薄膜トランジスタの電界効果移動度が100以下
であり、またその屈折率が3.5以下であれば、その膜
を用いた薄膜トランジスタの電界効果移動度が100以
上であることが判明している。従って、例えば結晶性珪
素膜の屈折率が3.4となるようにすることによって、
常に電界効果移動度が100以上である薄膜トランジス
タを構成する結晶性珪素膜を得ることができる。
According to the measurement, when the refractive index of the crystalline silicon film after irradiation with laser light is 3.5 or more, the field effect mobility of the thin film transistor using the film is 100 or less, and the refractive index thereof is Is 3.5 or less, it is known that the thin film transistor using the film has a field effect mobility of 100 or more. Therefore, for example, by setting the refractive index of the crystalline silicon film to 3.4,
A crystalline silicon film forming a thin film transistor having a field effect mobility of 100 or more can always be obtained.

【0054】ただ、あまりに屈折率が低くなりすぎると
膜の平坦性が著しく悪化し、薄膜トランジスタに用いる
のは適さないものとなってしまう。従って、その適性な
範囲は、屈折率が3.2〜3.5の範囲となるようにす
ることが好ましい。
However, if the refractive index is too low, the flatness of the film is significantly deteriorated and it becomes unsuitable for use in a thin film transistor. Therefore, the appropriate range is preferably such that the refractive index is in the range of 3.2 to 3.5.

【0055】本実施例で説明したエリプソメトリを使っ
た測定は非常に簡便で安全性も高い。また測定も極短時
間(数十秒)で済む。よって、例えば基板を1枚処理す
る毎に、エリプソメトリを用いて基板上の結晶性珪素膜
の屈折率を計測し、その計測値を基にして、次の基板を
処理する際の照射エネルギー密度を制御することによっ
て、常に所定の絶対値を有するエネルギー密度でレーザ
ー光を照射することができる。そして、基板を処理する
毎に生じるその効果のバラツキを抑えることができる。
そして、このことを利用して、所定の特性を有する半導
体装置、例えば薄膜トランジスタを大量に生産すること
ができる。
The measurement using ellipsometry described in this embodiment is very simple and highly safe. Also, measurement can be done in an extremely short time (tens of seconds). Therefore, for example, every time one substrate is processed, the refractive index of the crystalline silicon film on the substrate is measured by using ellipsometry, and the irradiation energy density when processing the next substrate based on the measured value. It is possible to always irradiate the laser beam with an energy density having a predetermined absolute value by controlling. Then, it is possible to suppress variations in the effect that occur each time the substrate is processed.
Then, by utilizing this, it is possible to mass-produce semiconductor devices having predetermined characteristics, for example, thin film transistors.

【0056】また、本実施例では、線状のレーザービー
ムを用いてビームを走査する例を示したが、基板全面に
レーザービームを照射する形態としてもよい。
Further, in the present embodiment, the example in which the beam is scanned using the linear laser beam has been described, but the laser beam may be irradiated onto the entire surface of the substrate.

【0057】〔実施例2〕本実施例は、実施例1に示し
た技術を用いて、薄膜トランジスタを形成する例を示
す。図5に本実施例の薄膜トランジスタの作製工程を示
す。本実施例では基板としてガラス基板501を用い
る。このガラス基板501の表面には、図示しないが、
下地膜として酸化珪素膜が2000Åの厚さに形成され
ている。
[Embodiment 2] This embodiment shows an example of forming a thin film transistor by using the technique shown in Embodiment 1. FIG. 5 shows a manufacturing process of the thin film transistor of this embodiment. In this embodiment, a glass substrate 501 is used as the substrate. Although not shown on the surface of the glass substrate 501,
A silicon oxide film having a thickness of 2000 liters is formed as a base film.

【0058】まず、ガラス基板501上に非晶質珪素膜
502を500Åの厚さにプラズマCVD法または減圧
熱CVD法で形成する。次に、非晶質珪素膜の表面に酸
素雰囲気中においてUV光を照射し、表面の洗浄を行う
とともに、その表面に極薄い酸化膜を形成する。次に酢
酸ニッケル塩の溶液を塗布し、水膜503を形成する。
そしてスピナー500を用いて、酢酸ニッケル塩溶液を
スピンコートするとともに、余分な溶液を吹き飛ばす。
First, an amorphous silicon film 502 is formed on a glass substrate 501 to a thickness of 500Å by a plasma CVD method or a low pressure thermal CVD method. Next, the surface of the amorphous silicon film is irradiated with UV light in an oxygen atmosphere to clean the surface and form an extremely thin oxide film on the surface. Next, a solution of nickel acetate is applied to form a water film 503.
Then, the spinner 500 is used to spin coat the nickel acetate salt solution and blow off the excess solution.

【0059】次に不活性雰囲気中において450℃、1
時間の加熱処理を行い、非晶質珪素膜502の水素出し
を行うとともに、非晶質珪素膜の表面にニッケルと珪素
の化合物層を形成する。
Next, in an inert atmosphere, 450 ° C., 1
The amorphous silicon film 502 is dehydrogenated by performing heat treatment for a time, and a compound layer of nickel and silicon is formed on the surface of the amorphous silicon film.

【0060】次に不活性雰囲気中において、550℃、
4時間の加熱処理を施すことにより、ニッケルを膜中に
拡散させ、結晶化を行わせる。こうして、結晶性珪素膜
504を得る。そして図1に示す装置を用いてKrFエ
キシマレーザーを照射し、結晶性珪素膜504の結晶性
をさらに向上させる。
Next, at 550 ° C. in an inert atmosphere,
By performing heat treatment for 4 hours, nickel is diffused in the film and crystallization is performed. Thus, the crystalline silicon film 504 is obtained. Then, a KrF excimer laser is irradiated using the apparatus shown in FIG. 1 to further improve the crystallinity of the crystalline silicon film 504.

【0061】この際、基板1枚を処理する毎に、結晶性
珪素膜の屈折率をエリプソメタリによって計測し、その
計測値が所定の値(例えば3.4)よりも大きければ、
レーザー光の照射エネルギーの設定値を大きくし、その
計測値が所定の値よりの小さければ、レーザー光の照射
エネルギー設定値を小さくする。そして、次の基板に対
するレーザー光の照射を行う。こうすることによって、
基板を連続して処理していく状態において、常に所定の
屈折率またはそれに近い値の屈折率を有した結晶性珪素
膜を得ることができる。即ち、所定の状態(膜質)を有
する結晶性珪素膜を得ることができる。
At this time, the refractive index of the crystalline silicon film is measured by ellipsometry every time one substrate is processed, and if the measured value is larger than a predetermined value (for example, 3.4),
If the set value of the irradiation energy of the laser light is increased and the measured value is smaller than the predetermined value, the set value of the irradiation energy of the laser light is decreased. Then, the next substrate is irradiated with laser light. By doing this,
It is possible to always obtain a crystalline silicon film having a predetermined refractive index or a refractive index close to the predetermined refractive index in a state where the substrate is continuously processed. That is, a crystalline silicon film having a predetermined state (film quality) can be obtained.

【0062】上記のレーザー光の照射工程のチャート図
を図6に示す。図6に示すのは、(A)〜(C)で1枚
の基板に対する処理を構成する。そして、(C)の結果
を(A)にフィードバックすることによって、次の基板
に対する処理が修正される。こうして連続して基板を処
理していくに従って、徐々に変化していってしまうレー
ザー光の照射エネルギー密度の変化分を補正することが
できる。そして、常にそのバラツキを最小限に抑えるこ
とができる。
FIG. 6 shows a chart of the laser beam irradiation process. 6A to 6C configure the processing for one substrate in (A) to (C). Then, by feeding back the result of (C) to (A), the process for the next substrate is corrected. In this way, it is possible to correct the change in the irradiation energy density of the laser light, which changes gradually as the substrate is continuously processed. And, the variation can be always minimized.

【0063】ここで示したのは、基板1枚毎に対して、
レーザー光の照射条件を調整する方法であるが、例えば
5枚の基板を処理する毎に、5枚目の基板上の結晶性珪
素膜の屈折率をエリプソメタリで計測し、その値を基
に、次の基板に対するレーザー光の照射エネルギー密度
の設定を制御するという形態としてもよい。
What is shown here is that for each substrate,
This is a method of adjusting the laser light irradiation conditions. For example, every time 5 substrates are processed, the refractive index of the crystalline silicon film on the 5th substrate is measured by ellipsometry, and based on that value, Alternatively, the setting of the irradiation energy density of laser light on the next substrate may be controlled.

【0064】図5(B)に示す工程において、結晶性珪
素膜504を得たら、パターニングを行い、薄膜トラン
ジスタの活性層を形成する。この活性層は、図5(C)
の507〜509で示される領域を有する半導体層のこ
とである。
In the step shown in FIG. 5B, after the crystalline silicon film 504 is obtained, patterning is performed to form an active layer of a thin film transistor. This active layer is shown in FIG.
No. 507 to 509 of the semiconductor layer.

【0065】そして、ゲイト絶縁膜として機能する酸化
珪素膜505を1000Åの厚さにプラズマCVD法ま
たはスパッタ法で形成する。さらにアルミニウム等の金
属または一導電型を付与する不純物がヘビードープされ
た珪素半導体でゲイト電極506を形成する。その後、
ゲイト電極506をマクスとして一導電型を付与する不
純物のイオン注入(またはプラズマドーピング)を行
い、ソース領域507とドレイン領域509を形成す
る。また同時にチャネル形成領域508が形成される。
(図5(C))
Then, a silicon oxide film 505 which functions as a gate insulating film is formed to a thickness of 1000 Å by plasma CVD or sputtering. Further, the gate electrode 506 is formed of a metal such as aluminum or a silicon semiconductor heavily doped with impurities imparting one conductivity type. afterwards,
Ion implantation (or plasma doping) of impurities imparting one conductivity type is performed using the gate electrode 506 as a mask to form a source region 507 and a drain region 509. At the same time, a channel formation region 508 is formed.
(Fig. 5 (C))

【0066】その後、イオンの衝撃によって非晶質化さ
れたソース及びドレイン領域507、509の再結晶化
と、注入された不純物の活性化のために、レーザー光の
照射を行う。この際、レーザー光の照射エネルギー密度
を一定なものとすために、別に(B)に示す状態の基板
をサンプルとして用意し、例えば基板1枚の処理が済む
毎に、この別に用意したサンプル基板に対してレーザー
光を照射し、その被照射領域の屈折率をエリプソメタリ
によって計測する。そしてその計測値に基づいて、次の
基板に対するレーザー光の照射条件を設定する。
After that, laser light irradiation is performed for recrystallization of the source and drain regions 507 and 509 which are made amorphous by the bombardment of ions and activation of the implanted impurities. At this time, in order to make the irradiation energy density of the laser light constant, a substrate in the state shown in (B) is separately prepared as a sample, and for example, each time one substrate is processed, the separately prepared sample substrate is prepared. A laser beam is radiated to the sample, and the refractive index of the irradiated region is measured by ellipsometry. Then, based on the measured value, the irradiation condition of the laser light on the next substrate is set.

【0067】即ち、図7に示すように、サンプル基板上
に形成された珪素膜の屈折率に基づいて、常にレーザー
光の照射条件を制御する。具体的には、サンプル基板の
屈折率が所定の値より大きければ、レーザー光の照射エ
ネルギー密度が大きくなるように設定を変更する。ま
た、サンプル基板の屈折率が所定の値より小さければ、
レーザー光の照射エネルギー密度が小さくなるように設
定を変更する。こうすることによって、基板1枚を処理
する毎に、レーザー光の照射エネルギー密度のバラツキ
を補正し、その値を特定の値に近づけるこができる。結
果として、基板毎において照射されるレーザー光の照射
エネルギー密度をほぼ一定なものとすることができ、常
に同じアニール条件とすることができる。
That is, as shown in FIG. 7, the irradiation condition of the laser light is always controlled based on the refractive index of the silicon film formed on the sample substrate. Specifically, if the refractive index of the sample substrate is larger than a predetermined value, the setting is changed so that the irradiation energy density of the laser light becomes large. Also, if the refractive index of the sample substrate is smaller than the predetermined value,
Change the setting so that the irradiation energy density of the laser light becomes smaller. By doing so, it is possible to correct the variation in the irradiation energy density of the laser light each time one substrate is processed, and bring the value closer to a specific value. As a result, the irradiation energy density of the laser light irradiated on each substrate can be made substantially constant, and the same annealing condition can be always maintained.

【0068】こうして図5(C)に示す状態を経て、次
に層間絶縁膜510を酸化珪素または酸化珪素と窒化珪
素等の絶縁材料によって形成する。次に穴開け工程を経
て、ソース電極511、ドレイン電極512を形成す
る。また図示はしないが、同時にゲイト引出し電極を形
成する。そして、水素雰囲気中において、350℃、1
時間の加熱処理を行うことにより、活性層中の不対結合
手を中和し、薄膜トランジスタを完成する。
Thus, after passing through the state shown in FIG. 5C, an interlayer insulating film 510 is next formed from an insulating material such as silicon oxide or silicon oxide and silicon nitride. Next, a source electrode 511 and a drain electrode 512 are formed through a hole making process. Although not shown, a gate extraction electrode is formed at the same time. Then, in a hydrogen atmosphere, 350 ° C., 1
By performing heat treatment for a time, the dangling bonds in the active layer are neutralized to complete the thin film transistor.

【0069】本実施例のような構成を採用した場合、常
に特定の状態に近い結晶性珪素膜を用いて薄膜トランジ
スタを作製することができ、さらに常に特定の条件に近
い条件でレーザー光を用いたアニール(ソース/ドレイ
ンへのアニール)を行うことができるので、特性のそろ
った薄膜トランジスタを得ることができる。
When the structure as in this embodiment is adopted, a thin film transistor can be always manufactured by using a crystalline silicon film close to a specific state, and laser light is always used under a condition close to a specific condition. Since annealing (source / drain annealing) can be performed, a thin film transistor with uniform characteristics can be obtained.

【0070】〔実施例3〕本実施例は、レーザー光の照
射条件をリアルタイムで補正する技術に関する。図4に
示すデータは、KrFエキシマレーザー光によって結晶
性が助長された結晶性珪素膜の屈折率(エリプソメトリ
で計測された屈折率)とその際に照射されたレーザー光
の照射エネルギー密度(mJ/cm2 )との関係を示し
たものである。図4に示す照射エネルギー密度が、照射
されるレーザー光の実際のエネルギー密度を表すもので
ないことは、前述の通りである。
[Embodiment 3] This embodiment relates to a technique for correcting the irradiation condition of laser light in real time. The data shown in FIG. 4 are the refractive index of the crystalline silicon film whose crystallinity is promoted by the KrF excimer laser light (refractive index measured by ellipsometry) and the irradiation energy density (mJ of the laser light irradiated at that time). / Cm 2 ). As described above, the irradiation energy density shown in FIG. 4 does not represent the actual energy density of the irradiated laser light.

【0071】しかし、結晶性が助長された結晶性珪素膜
の屈折率と照射されたレーザー光のエネルギー密度との
相対的な関係が、図4に示すような比例関係となること
は理解される。従って、所定の屈折率となるように、常
にレーザー光の照射エネルギーを制御することによっ
て、常に一定の値の照射エネルギー密度とすることがで
きる。
However, it is understood that the relative relationship between the refractive index of the crystalline silicon film whose crystallinity is promoted and the energy density of the irradiated laser light has a proportional relationship as shown in FIG. . Therefore, by constantly controlling the irradiation energy of the laser light so that the refractive index is a predetermined value, the irradiation energy density can always be a constant value.

【0072】そこで、一定の出力でレーザー光の照射を
行う必要がある場合、他にモニター用の非晶質珪素膜
(または結晶性珪素膜)を用意し、この非晶質珪素膜に
対するレーザー光の照射において、常に一定の屈折率が
得られるようにすることによって、必要とする時にレー
ザー光の照射エネルギー密度を校正できる。
Therefore, when it is necessary to irradiate a laser beam with a constant output, an amorphous silicon film (or a crystalline silicon film) for monitoring is additionally prepared, and the laser beam for this amorphous silicon film is prepared. The irradiation energy density of the laser beam can be calibrated when necessary by making it possible to always obtain a constant refractive index in the irradiation.

【0073】例えば、被照射体に対して、所定のエネル
ギーでレーザー光を照射する必要のある場合を考える。
この場合、別にモニター用の非晶質珪素膜を用意し、必
要とする工程毎に、このレーザー光の照射によって結晶
化あるいは結晶化が助長される珪素膜の屈折率を計測す
る。そして、この計測値が所定の値に近づくように、レ
ーザー光の照射エネルギーを変化させる。すると、常に
特定の値にレーザー光の照射エネルギーが近づくような
補正(校正)を行うことができる。即ち、レーザー光の
照射エネルギーが一定の範囲内に納まるようにすること
ができる。
For example, consider a case where it is necessary to irradiate an object to be irradiated with laser light with a predetermined energy.
In this case, an amorphous silicon film for monitoring is separately prepared, and the crystallization or the refraction index of the crystallization which is promoted by the irradiation of the laser beam is measured for each required step. Then, the irradiation energy of the laser light is changed so that this measured value approaches a predetermined value. Then, it is possible to perform correction (calibration) such that the irradiation energy of the laser light always approaches a specific value. That is, the irradiation energy of the laser light can be kept within a certain range.

【0074】上記のような構成は、レーザー光を用いた
各種処理装置、アニール装置、加工装置、切断装置等に
利用することができる。
The structure as described above can be used for various processing devices using laser light, annealing devices, processing devices, cutting devices, and the like.

【0075】[0075]

【発明の効果】レーザー光の照射による各種処理効果の
評価を、レーザー光の照射によって変質される薄膜の屈
折率を計測することで行うことができる。また、レーザ
ー光の照射によって変質される薄膜の屈折率を計測する
ことで、レーザー光の照射エネルギーの値を相対的に評
価することができる。そして、このことを利用して、レ
ーザー光の照射のエネルギーが特定に値または特定に値
に近い値となるように制御することができる。
The effects of various treatments by the irradiation of laser light can be evaluated by measuring the refractive index of a thin film which is altered by the irradiation of laser light. Further, by measuring the refractive index of the thin film that is altered by the irradiation of the laser light, the value of the irradiation energy of the laser light can be relatively evaluated. Then, by utilizing this fact, the irradiation energy of the laser light can be controlled to have a specific value or a value close to the specific value.

【0076】本明細書で開示する発明を利用することに
より、レーザー光の照射によるアニールを常に一定の効
果でもって得ることができるようになる。従って、例え
ば薄膜トランジスタの作製において、特性のそろったも
のを得ることができる。また、薄膜トランジスタに利用
される結晶性珪素膜の結晶性と膜の平坦性との評価を同
時にしかも平易に行うことができる。
By utilizing the invention disclosed in this specification, it becomes possible to obtain annealing by irradiation of laser light with a constant effect. Therefore, for example, in manufacturing a thin film transistor, a thin film transistor having uniform characteristics can be obtained. Further, the crystallinity of the crystalline silicon film used for the thin film transistor and the flatness of the film can be evaluated simultaneously and easily.

【0077】本明細書で開示する発明は、各種半導体の
作製やレーザー光の照射エネルギーや照射パワーの制御
に利用することができる。
The invention disclosed in this specification can be used for manufacturing various semiconductors and controlling the irradiation energy and irradiation power of laser light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 レーザー光を照射する装置の概要を示す。FIG. 1 shows an outline of an apparatus for irradiating laser light.

【図2】 レーザー光を照射する装置に配置された光学
系の概要を示す。
FIG. 2 shows an outline of an optical system arranged in an apparatus for irradiating laser light.

【図3】 エリプソメタリの原理図を示す。FIG. 3 shows a principle diagram of ellipsometry.

【図4】 レーザー光の照射エネルギー密度とレーザー
光が照射された結晶性を有する珪素膜の屈折率との関係
を示す。
FIG. 4 shows the relationship between the irradiation energy density of laser light and the refractive index of a crystalline silicon film irradiated with laser light.

【図5】 薄膜トランジスタの作製工程を示す。FIG. 5 shows a manufacturing process of a thin film transistor.

【図6】 レーザー光を用いた結晶性珪素膜の形成工程
のチャート図を示す。
FIG. 6 is a chart showing the steps of forming a crystalline silicon film using laser light.

【図7】 薄膜トランジスタの作製工程におけるレーザ
ー光を用いたアニール工程のチャート図を示す。
FIG. 7 is a chart showing an annealing process using laser light in a manufacturing process of a thin film transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・・台 2・・・・・・発振器 5、6・・・・全反射ミラー 3・・・・・・増幅器 7、8・・・・全反射ミラー 4・・・・・・光学系 9・・・・・・全反射ミラー 11・・・・・試料(基板) 10・・・・・ステージ及び駆動装置 500・・・・スピナー 501・・・・ガラス基板 502・・・・非晶質珪素膜 503・・・・水膜 504・・・・結晶性珪素膜 505・・・・ゲイト絶縁膜(酸化珪素膜) 506・・・・ゲイト電極 507・・・・ソース領域 508・・・・チャネル形成領域 509・・・・ドレイン領域 510・・・・層間絶縁膜 511・・・・ソース電極 512・・・・ドレイン電極 1 ... ・ Station 2 ・ ・ ・ Oscillator 5,6 ・ ・ ・ ・ Total reflection mirror 3 ・ ・ ・ ・ Amplifier 7, 8 ・ ・ ・ ・ Total reflection mirror 4 ・ ・ ・ ・ ・-Optical system 9 ...- Total reflection mirror 11-Sample (substrate) 10-Stage and driving device 500-Spinner 501-Glass substrate 502- Amorphous silicon film 503 ... Water film 504 ... Crystalline silicon film 505 ... Gate insulating film (silicon oxide film) 506 ... Gate electrode 507 ... Source region 508・ ・ ・ Channel formation region 509 ・ ・ ・ Drain region 510 ・ ・ ・ ・ Interlayer insulating film 511 ・ ・ ・ ・ Source electrode 512 ・ ・ ・ ・ Drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/66 C 7514−4M 27/12 R 29/786 21/336 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication H01L 21/66 C 7514-4M 27/12 R 29/786 21/336

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 薄膜にレーザー光または強光を照射する
工程と、 前記レーザー光または強光が照射された薄膜の屈折率を
計測する工程と、 前記屈折率を基に前記レーザー光または強光の照射エネ
ルギーを制御して前記薄膜または別の薄膜に対してレー
ザー光または強光を照射する工程と、 を有することを特徴とする光処理方法。
1. A step of irradiating a thin film with laser light or strong light, a step of measuring a refractive index of the thin film irradiated with the laser light or strong light, and the laser light or strong light based on the refractive index. And a step of irradiating the thin film or another thin film with laser light or strong light by controlling the irradiation energy of the above.
【請求項2】 請求項1において、基板上に形成される
薄膜が珪素膜であることを特徴とする光処理方法。
2. The optical processing method according to claim 1, wherein the thin film formed on the substrate is a silicon film.
【請求項3】 請求項1において、レーザー光としてK
rF、ArFまたはXeClエキシマレーザー光のいず
れかが用いられることを特徴とする光処理方法。
3. The laser light according to claim 1, wherein K is laser light.
An optical processing method, wherein any one of rF, ArF, and XeCl excimer laser light is used.
【請求項4】 請求項1において、屈折率の計測にはエ
リプソメトリが使用されることを特徴とする光処理方
法。
4. The optical processing method according to claim 1, wherein ellipsometry is used for measuring the refractive index.
【請求項5】 請求項1において、薄膜の屈折率が所定
の値または所定の範囲内の値となるように、レーザー光
または強光の照射エネルギーを制御することを特徴とす
る光処理方法。
5. The optical processing method according to claim 1, wherein the irradiation energy of the laser light or the intense light is controlled so that the refractive index of the thin film has a predetermined value or a value within a predetermined range.
【請求項6】 珪素の結晶化を助長する金属元素の作用
で結晶化された珪素膜にレーザー光または強光を照射す
る第1の工程と、 前記レーザー光または強光が照射された珪素膜の屈折率
を計測する第2の工程と、 前記珪素膜または前記珪素膜と同一の作製法によって得
られた他の珪素膜に対してレーザー光または強光を照射
する第3の工程と、 を有し、 前記第3の工程において、前記屈折率の値を基にレーザ
ー光または強光の照射エネルギーが制御されることを特
徴とする光処理方法。
6. A first step of irradiating a silicon film crystallized by the action of a metal element for promoting crystallization of silicon with laser light or strong light, and a silicon film irradiated with the laser light or strong light. And a third step of irradiating the silicon film or another silicon film obtained by the same manufacturing method as that of the silicon film with laser light or strong light. In the third step, the light treatment method is characterized in that the irradiation energy of the laser light or the strong light is controlled based on the value of the refractive index in the third step.
【請求項7】 請求項6において、レーザー光としてK
rF、ArFまたはXeClエキシマレーザー光のいず
れかが用いられることを特徴とする光処理方法。
7. The laser light according to claim 6, wherein K is laser light.
An optical processing method, wherein any one of rF, ArF, and XeCl excimer laser light is used.
【請求項8】 請求項6において、珪素膜の屈折率が
3.5以下であることを特徴とする光処理方法。
8. The optical processing method according to claim 6, wherein the silicon film has a refractive index of 3.5 or less.
【請求項9】 請求項6において、屈折率の計測にはエ
リプソメトリが使用されることを特徴とする光処理方
法。
9. The optical processing method according to claim 6, wherein ellipsometry is used for measuring the refractive index.
【請求項10】請求項6において、結晶化を助長する元
素として、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、I
n、Sn、Pb、As、Sbから選ばれた一種または複
数種の元素が用いられることを特徴とする光処理方法。
10. The element according to claim 6, wherein the elements promoting crystallization are Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au and I.
An optical treatment method, wherein one or more elements selected from n, Sn, Pb, As, and Sb are used.
【請求項11】請求項6において、結晶化を助長する元
素として、VIII族、IIIb族、IVb 族、Vb族元素から選ば
れた一種または複数種の元素が用いられることを特徴と
する光処理方法。
11. The optical treatment according to claim 6, wherein one or more elements selected from Group VIII, IIIb, IVb, and Vb elements are used as an element that promotes crystallization. Method.
【請求項12】請求項6において、薄膜の屈折率が所定
の値または所定の範囲内の値となるように、レーザー光
または強光の照射エネルギーを制御することを特徴とす
る光処理方法。
12. The optical processing method according to claim 6, wherein the irradiation energy of the laser light or the intense light is controlled so that the refractive index of the thin film has a predetermined value or a value within a predetermined range.
【請求項13】レーザー光または強光を照射する手段
と、 前記レーザー光または強光が照射された薄膜の屈折率に
基づいて、前記レーザー光または強光の照射エネルギー
を制御する手段と、 を有することを特徴とする光処理装置。
13. A means for irradiating laser light or strong light, and a means for controlling irradiation energy of the laser light or strong light based on a refractive index of a thin film irradiated with the laser light or strong light. An optical processing device having.
【請求項14】請求項13において、レーザー光または
強光の照射エネルギーを制御する手段は、薄膜の屈折率
が所定の値または所定の範囲内の値となるようにレーザ
ー光または強光の照射エネルギーを制御することを特徴
とする光処理装置。
14. The means for controlling the irradiation energy of laser light or intense light according to claim 13, wherein the thin film is irradiated with laser light or intense light so that the refractive index of the thin film has a predetermined value or a value within a predetermined range. An optical processing device characterized by controlling energy.
【請求項15】レーザー光または強光を照射する手段
と、 前記レーザー光または強光が照射された薄膜の屈折率に
基づいて、前記レーザー光または強光の照射エネルギー
を制御する手段と、 前記屈折率が所定の値または所定に範囲内の値となるま
で繰り返しレーザー光を照射する手段と、 を有することを特徴とする光処理装置。
15. A means for irradiating laser light or strong light; a means for controlling irradiation energy of the laser light or strong light based on a refractive index of a thin film irradiated with the laser light or strong light; And a means for repeatedly irradiating a laser beam until the refractive index reaches a predetermined value or a value within a predetermined range.
【請求項16】薄膜にレーザー光または強光を照射する
工程と、 前記レーザー光または強光が照射された薄膜の屈折率に
基づいて、前記レーザー光または強光の照射エネルギー
を制御し、再び前記薄膜にレーザー光または強光を照射
する工程と、 前記屈折率が所定の値または所定に範囲内の値となるま
で繰り返しレーザー光を照射する工程と、 を有することを特徴とする光処理方法。
16. A step of irradiating a thin film with laser light or strong light, and controlling irradiation energy of the laser light or strong light based on a refractive index of the thin film irradiated with the laser light or strong light, and again. A light treatment method comprising: a step of irradiating the thin film with laser light or intense light; and a step of repeatedly irradiating the thin film with laser light until the refractive index reaches a predetermined value or a value within a predetermined range. .
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