JPH1012549A - Pulse gas laser oscillator, laser annealing apparatus, method of manufacturing the semiconductor device and semiconductor device - Google Patents

Pulse gas laser oscillator, laser annealing apparatus, method of manufacturing the semiconductor device and semiconductor device

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JPH1012549A
JPH1012549A JP16458696A JP16458696A JPH1012549A JP H1012549 A JPH1012549 A JP H1012549A JP 16458696 A JP16458696 A JP 16458696A JP 16458696 A JP16458696 A JP 16458696A JP H1012549 A JPH1012549 A JP H1012549A
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JP
Japan
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ratio
pulse
light
maximum value
value
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JP16458696A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Sumino
努 角野
Koji Kakizaki
弘司 柿崎
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a continuous stable oscillation, without changing the light intensity waveform of laser pulse light by controlling at least the quantity of an exciting gas to be injected into a vessel or voltage to be fed to a charging-discharging circuit, when the ratio between two peak values of the time-varying light energy of the pulse laser light exceeds a specified value. SOLUTION: A controller 22 judges the time variation of a light waveform due to the reduction of the halogen concn. in a gas chamber of a laser oscillator 11 from a peak value, detected by an optical waveform peak detector circuit 21. As the gas deteriorates to lower concn., the ratio between first peak value E1 to second peak value E2 gradually rises. The controller 22 computes at all times the E1/E2 ratio obtained from the peaks Ea, E2 of the waveforms, obtained from the peak detector 21 and newly injects the halogen gas into the chamber and raises the feed voltage to the oscillator 11 from a high voltage source 1, as required, if the variation width of this ratio exceeds a predetermined value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、パルスガスレーザ
発振装置、レーザアニール装置、半導体装置の製造方
法、及び半導体装置に関する。
The present invention relates to a pulse gas laser oscillation device, a laser annealing device, a method for manufacturing a semiconductor device, and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶表示素子や半導体の製造プロ
セスで低温化の研究が盛んに進められている。その1つ
の技術として、薄膜の膜質を改善すべく、例えば非結晶
物質を結晶化し、あるいは結晶物質の粒径を向上させる
ために、熱的なアニール処理を施す方法がある。このア
ニール処理では、600℃程度以上もの高温に達するこ
とがあるので、基板材料としては高価な石英基板等の高
融点のものが要求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, research on lowering the temperature in the manufacturing process of liquid crystal display elements and semiconductors has been actively pursued. As one of the techniques, there is a method in which a thermal annealing treatment is performed to improve the film quality of a thin film, for example, to crystallize an amorphous substance or to increase the particle diameter of the crystalline substance. Since the annealing process can reach a high temperature of about 600 ° C. or more, a substrate material having a high melting point such as an expensive quartz substrate is required.

【0003】しかるに、450℃程度の低温プロセスに
てアニール処理を行なう具体的な方法として、エキシマ
レーザを用いたものがある。このエキシマレーザを用い
たアニール処理では、基板にレーザ光を照射し、瞬間的
に材料を溶融させ、そのまま凝固させることで該材料を
結晶化させる方法であり、通常は1パルスで溶融を行な
う。
However, as a specific method of performing an annealing process in a low temperature process of about 450 ° C., there is a method using an excimer laser. The annealing process using an excimer laser is a method of irradiating a substrate with a laser beam, instantaneously melting and solidifying the material, and crystallizing the material. Usually, the melting is performed in one pulse.

【0004】図11は上記のようなアニール処理に用い
られるレーザ発振装置の一般的な構成を示すものであ
り、蓄電手段としてはコンデンサを用いた。1は高電圧
電源、2は充電用抵抗、3は例えばサイラトロン等の高
電圧スイッチング素子、4は主コンデンサ、5,5は浮
遊インダクタンス、6,6はピーキングコンデンサ、
7,7は予備放電電極、8は主放電電極、9は充電用イ
ンダクタンス、10はトリガ発生部である。
FIG. 11 shows a general configuration of a laser oscillation device used for the above-described annealing process, and a capacitor is used as a power storage means. 1 is a high voltage power supply, 2 is a charging resistor, 3 is a high voltage switching element such as a thyratron, 4 is a main capacitor, 5 and 5 are stray inductances, 6 and 6 are peaking capacitors,
7, 7 are preliminary discharge electrodes, 8 is a main discharge electrode, 9 is a charging inductance, and 10 is a trigger generator.

【0005】負性ガスであるハロゲンガスを含む2〜4
気圧程度の高気圧ガスを封入した、ここでは図示しない
ガスチャンバ内に上記浮遊インダクタンス5,5、ピー
キングコンデンサ6,6、予備電離電極7,7、主放電
電極8が配置される。
2-4 containing a halogen gas which is a negative gas
The floating inductances 5, 5, the peaking capacitors 6, 6, the preionization electrodes 7, 7, and the main discharge electrode 8 are arranged in a gas chamber (not shown) filled with a high-pressure gas of about the atmospheric pressure.

【0006】高電圧電源1が発生する、例えば15[k
V]〜30[kV]の高電圧により主コンデンサ4がチ
ャージされた状態で、トリガ発生部10の出力するトリ
ガパルスにより高電圧スイッチング素子3が瞬間的に導
通すると、その電位差で予備電離電極7,7のギャップ
が絶縁破壊により導通し、主コンデンサ4にチャージさ
れていた電荷がピーキングコンデンサ6,6に移動す
る。
The high voltage power supply 1 generates, for example, 15 [k].
When the high-voltage switching element 3 is instantaneously turned on by a trigger pulse output from the trigger generator 10 in a state where the main capacitor 4 is charged with a high voltage of V] to 30 [kV], the potential difference between the high-voltage switching element 3 and the pre-ionization electrode 7 , 7 become conductive due to dielectric breakdown, and the electric charge charged in the main capacitor 4 moves to the peaking capacitors 6, 6.

【0007】このとき、予備電離電極7,7の各電極間
のギャップでは、予備電離放電が点弧するもので、ピー
キングコンデンサ6,6の充電電圧が主放電電極8の電
極間の放電開始電圧を越えると主放電が点弧し、レーザ
光が発振されるものである。
At this time, in the gap between the preionization electrodes 7, 7, the preionization discharge is ignited, and the charging voltage of the peaking capacitors 6, 6 becomes the discharge starting voltage between the main discharge electrodes 8. Is exceeded, the main discharge is ignited, and laser light is oscillated.

【0008】図12(a)は、上記トリガ発生部10に
より高電圧スイッチング素子3が導通してからの主放電
電極8の高電圧側A点での電位を示すものである。図示
するように高電圧スイッチング素子3が導通した直後よ
り、主コンデンサ4に充電した電荷がピーキングコンデ
ンサ6,6に移動することで徐々に電位が低下し、予備
電離電極7,7が予備電離放電した時点でさらにスパイ
ク状に一時的に急激に低下する。
FIG. 12A shows the potential at the point A on the high voltage side of the main discharge electrode 8 after the high voltage switching element 3 is turned on by the trigger generator 10. As shown in the drawing, immediately after the high voltage switching element 3 is turned on, the electric charge charged in the main capacitor 4 moves to the peaking capacitors 6 and 6 to gradually lower the potential, and the preionization electrodes 7 and 7 discharge the preionization discharge. At that point, it drops temporarily and spikes temporarily.

【0009】その後、さらにA点での電位が低下してい
き、主放電電極8の電極間の電位差が放電開始電圧を越
えた時点で主放電が点弧してレーザ光の発振が開始され
ると、再びA点での電位が高電圧となるまで上昇してい
くものである。
Thereafter, the potential at point A further decreases, and when the potential difference between the main discharge electrodes 8 exceeds the discharge starting voltage, the main discharge is ignited and laser light oscillation starts. Then, the potential at point A rises again until it becomes a high voltage.

【0010】しかしながら、浮遊インダクタンス5,5
とピーキングコンデンサ6,6とによる共振作用によ
り、A点での電位は直接上記高電圧に収束するものでは
なく、図示するようなリンギングを生じるものである。
したがって、発振されるレーザ光の波形は図12(2)
に示すような主として2つのピークを有するものとな
る。
However, stray inductances 5,5
The potential at point A does not directly converge on the high voltage, but causes ringing as shown in the figure due to the resonance action of the peaking capacitors 6 and 6.
Therefore, the waveform of the oscillated laser light is shown in FIG.
As shown in FIG.

【0011】図13はこのパルス状のレーザ光の波形を
取出して示すものである。第1のピークの光強度をE1
、第2のピークの光強度をE2 とすると、一般的にE1
>E2 となる。また、第1のピークの時間幅は図示す
る如く20[nS]〜30[nS]程度となり、この第
1のピークの頂部には、共振による光の反射回数(図で
は3)に応じた5[nS]程度の小さなピークが存在す
る。
FIG. 13 shows the waveform of the pulsed laser light. The light intensity of the first peak is E1
If the light intensity of the second peak is E2, generally E1
> E2. Also, the time width of the first peak is about 20 [nS] to 30 [nS] as shown in the figure, and the top of the first peak has a value corresponding to the number of reflections of light by resonance (3 in the figure). There is a small peak of about [nS].

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】アニール処理において
は、膜質の信頼性の確保、歩留まりの向上等の点から、
照射するパルス状のレーザ光の波形形状が、長時間にわ
たってレーザ光を連続して発振しても変化しないことが
要求される。
In the annealing process, from the viewpoints of ensuring the reliability of the film quality and improving the yield,
It is required that the waveform of the pulsed laser light to be irradiated does not change even if the laser light is continuously oscillated for a long time.

【0013】しかしながら、実際に長時間にわたってレ
ーザ光を連続して発振した場合、多くはガスチャンバ内
のガスの劣化により、上記図13に示した波形のレーザ
光は、全体的にはレベルが低下し、且つ第2のピークに
関しては若干そのレベルが上がるような変化を生じる。
However, when the laser light is actually continuously oscillated for a long time, the level of the laser light having the waveform shown in FIG. 13 generally decreases due to deterioration of the gas in the gas chamber. However, the second peak is slightly changed in level.

【0014】このような結果、例えば非結晶薄膜の結晶
化プロセスなどにおいては、アニールされる薄膜の電子
移動度にばらつきを生じるため、動作の安定が失われ、
信頼性の確保、歩留まりの向上が阻害されることとな
る。
As a result, for example, in the crystallization process of an amorphous thin film, the electron mobility of the thin film to be annealed is varied, so that the stability of the operation is lost.
Ensuring reliability and improving yield will be hindered.

【0015】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、レーザパルス光の
光強度波形が変化することなく、安定した発振を連続し
て行なうことが可能なパルスガスレーザ発振装置、この
発振装置を用いたレーザアニール装置、同レーザアニー
ル装置を使用した半導体装置の製造方法、及びこの製造
方法によって製造された半導体装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has as its object to enable stable continuous oscillation without changing the light intensity waveform of laser pulse light. An object of the present invention is to provide a simple pulse gas laser oscillation device, a laser annealing device using the oscillation device, a method of manufacturing a semiconductor device using the laser annealing device, and a semiconductor device manufactured by the manufacturing method.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
励起ガスを封入する容器と、この容器内に相対向して設
けられた一対の主放電電極と、これら主放電電極に対し
て配置された複数対の予備電離電極と、これら予備電離
電極間の電力を充放電する充放電回路と、この充放電回
路に電力を供給する電源と、上記充放電回路から上記予
備電離電極の放電による電力を蓄電する複数の蓄電手段
と、上記主放電電極で発生した光を増幅する光共振器
と、この光共振器から出力されたパルスレーザ光の光エ
ネルギの経時変化を得る光エネルギ採取手段と、この光
エネルギ採取手段で得られた上記光エネルギの経時変化
で得られる極大値の推移を上記パルスレーザ光の各パル
ス毎に検出する検出手段と、この検出手段により複数の
上記極大値同士の比を求めこの比が所定値を上回ったと
きに、上記容器内に注入する励起ガスの量あるいは上記
電源から充放電回路に供給される電圧値の少なくとも一
方を制御する第1の制御手段とを具備したことを特徴と
する。
The invention according to claim 1 is
A container for encapsulating the excitation gas, a pair of main discharge electrodes provided in the container so as to face each other, a plurality of pairs of preliminary ionization electrodes arranged for these main discharge electrodes; A charging / discharging circuit for charging / discharging power; a power supply for supplying power to the charging / discharging circuit; a plurality of power storage means for storing power from the charging / discharging circuit by discharging the preliminary ionizing electrode; Optical amplifier for amplifying the reflected light, optical energy sampling means for obtaining a temporal change in the optical energy of the pulsed laser light output from the optical resonator, and temporal change in the optical energy obtained by the optical energy extracting means Detecting means for detecting the transition of the maximum value obtained in each pulse of the pulsed laser light, and determining the ratio between the plurality of maximum values by the detecting means, when the ratio exceeds a predetermined value, the container Within Characterized by comprising a first control means for controlling at least one voltage value supplied from the amount of excitation gas or the power supply for input to the charge and discharge circuit.

【0017】このような構成とすれば、採取した光の強
度波形のモニタリングを行なうことで上記容器内の励起
ガスの劣化状態を知ることができ、その結果により上記
波形の変化を制御することができるので、発信する光の
強度波形を一定に保持することができる。
With such a configuration, it is possible to know the deterioration state of the excited gas in the container by monitoring the intensity waveform of the collected light, and to control the change in the waveform based on the result. Therefore, the intensity waveform of the transmitted light can be kept constant.

【0018】請求項2に係る発明は、上記請求項1に係
る発明において、上記検出手段は、上記光エネルギ採取
手段で採取した上記パルスレーザ光の光強度波形中のn
番目(n:自然数)の上記極大値に対する(n+1)番
目の上記極大値との比を求めこの比の上記パルスレーザ
光における各パルス毎の変動を検出し、上記第1の制御
手段は、これら複数の上記極大値の比がこの比の初期値
に対する所定倍率を越えないように制御を行なうことを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the detecting means includes an n in the light intensity waveform of the pulse laser light collected by the light energy collecting means.
The ratio of the (n + 1) th local maximum value to the (n: natural number) local maximum value is determined, and a variation of this ratio for each pulse in the pulsed laser light is detected. Control is performed such that the ratio of the plurality of local maximum values does not exceed a predetermined magnification with respect to the initial value of the ratio.

【0019】このような構成とすれば、上記請求項1に
係る発明の作用に加えて、光の強度波形の変化を算出し
て一定に保持し、良好な一定のエネルギ分布を持つレー
ザ光を発振することができる。
With this configuration, in addition to the operation of the first aspect of the present invention, a change in the intensity waveform of the light is calculated and held constant, and laser light having a good constant energy distribution is obtained. Can oscillate.

【0020】請求項3に係る発明は、上記請求項2に係
る発明において、上記極大値が2つの場合には、第1番
目の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこ
の比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を
行なうことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the invention according to the second aspect, when the number of the maximum values is two, the ratio of the second maximum value to the first maximum value is determined by this ratio. Is controlled so as not to exceed 1.6 times the initial value of.

【0021】このような構成とすれば、請求項2に係る
発明の作用に加えて、2つの極大値を持つ波形において
良好な一定のエネルギ分布を持つレーザ光を発振するこ
とができる。
With this configuration, in addition to the function of the second aspect of the invention, it is possible to oscillate laser light having a good constant energy distribution in a waveform having two local maximum values.

【0022】請求項4に係る発明は、請求項1に係る発
明において、上記光共振器から出力された上記パルスレ
ーザ光を任意減衰率で減衰させる可変減衰手段と、上記
光エネルギ採取手段で得た光エネルギの経時変化に応じ
て上記可変減衰手段による減衰率を制御する第2の制御
手段とをさらに具備したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the pulse laser light output from the optical resonator is attenuated at an arbitrary attenuation rate, and the light energy sampling means is provided. And a second control means for controlling an attenuation rate by the variable attenuation means in accordance with the temporal change of the light energy.

【0023】このような構成とすれば、請求項1に係る
発明の作用に加えて、発振する光の強度を微調整しなが
ら保持できる。請求項5に係る発明は、励起ガスを封入
する容器、この容器内に相対向して設けられた一対の主
放電電極、これら主放電電極に対して配置された複数対
の予備電離電極、これら予備電離電極間の電力を充放電
する充放電回路、この充放電回路に電力を供給する電
源、上記充放電回路から上記予備電離電極の放電による
電力を蓄電する複数の蓄電手段、及び上記主放電電極で
発生した光を増幅する光共振器を有するパルスガスレー
ザ発振部と、被処理体が格納されるチャンバと、上記パ
ルスガスレーザ発振部から出力されたパルスレーザ光を
上記被処理体に照射する照射手段と、上記パルスレーザ
光の光エネルギの経時変化を得る光エネルギ採取手段
と、上記光エネルギの経時変化で得られる極大値の推移
を上記パルスレーザ光の各パルス毎に検出する検出手段
と、この検出手段により複数の上記極大値同士の比を求
めこの比が所定値を上回ったときに、上記容器内に注入
する励起ガスの量あるいは上記電源から充放電回路に供
給される電圧値の少なくとも一方を制御する第1の制御
手段とを具備したことを特徴とする。
With this configuration, in addition to the operation of the first aspect, the intensity of the oscillating light can be maintained while being finely adjusted. The invention according to claim 5 is a container for enclosing the excitation gas, a pair of main discharge electrodes provided in the container so as to face each other, a plurality of pairs of preliminary ionization electrodes arranged for these main discharge electrodes, A charging / discharging circuit for charging / discharging power between the preliminary ionizing electrodes, a power supply for supplying power to the charging / discharging circuit, a plurality of power storage means for storing power from the charging / discharging circuit by discharging the preliminary ionizing electrode, and the main discharge A pulse gas laser oscillation unit having an optical resonator for amplifying light generated at the electrode; a chamber in which the object to be processed is stored; and irradiation for irradiating the object with pulsed laser light output from the pulse gas laser oscillation unit. Means, a light energy sampling means for obtaining a temporal change of the light energy of the pulse laser light, and a transition of a maximum value obtained by the temporal change of the light energy for each pulse of the pulse laser light. Detecting means for detecting the ratio of the plurality of local maxima by the detecting means, and when the ratio exceeds a predetermined value, the amount of the excitation gas to be injected into the container or supply from the power supply to the charging / discharging circuit. And first control means for controlling at least one of the applied voltage values.

【0024】このような構成とすれば、採取した光の強
度波形のモニタリングを行なうことで上記容器内の励起
ガスの劣化状態を知ることができ、その結果により上記
波形の変化を制御することができるので、発信する光の
強度波形を一定に保持することができ、良好な被処理体
に対するアニール処理を行なうことができる。
With this configuration, it is possible to know the state of deterioration of the excited gas in the container by monitoring the intensity waveform of the collected light, and to control the change in the waveform based on the result. Therefore, the intensity waveform of the emitted light can be kept constant, and good annealing can be performed on the object.

【0025】請求項6に係る発明は、上記請求項5に係
る発明において、上記検出手段は、上記光エネルギ採取
手段で採取した上記パルスレーザ光の光強度波形中のn
番目(n:自然数)の上記極大値に対する(n+1)番
目の上記極大値との比を求めこの比の上記パルスレーザ
光における各パルス毎の変動を検出し、上記第1の制御
手段は、これら複数の上記極大値の比がこの比の初期値
に対する所定倍率を越えないように制御を行なうことを
特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, the detecting means comprises n in the light intensity waveform of the pulsed laser light collected by the light energy collecting means.
The ratio of the (n + 1) th local maximum value to the (n: natural number) local maximum value is determined, and a variation of this ratio for each pulse in the pulsed laser light is detected. Control is performed such that the ratio of the plurality of local maximum values does not exceed a predetermined magnification with respect to the initial value of the ratio.

【0026】このような構成とすれば、上記請求項5に
係る発明の作用に加えて、光の強度波形の変化を算出し
て一定に保持し、良好な一定のエネルギ分布を持つレー
ザ光を被処理体に与えることができる。
According to this structure, in addition to the effect of the fifth aspect of the present invention, a change in the intensity waveform of the light is calculated and held constant, so that the laser light having a good constant energy distribution can be obtained. It can be given to the object to be processed.

【0027】請求項7に係る発明は、上記請求項6に係
る発明において、上記極大値が2つの場合には、第1番
目の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこ
の比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を
行なうことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to the sixth aspect, when the number of the maximum values is two, the ratio of the second maximum value to the first maximum value is determined by this ratio. Is controlled so as not to exceed 1.6 times the initial value of.

【0028】このような構成とすれば、上記請求項6に
係る発明の作用に加えて、2つの極大値を持つ波形にお
いて良好な一定のエネルギ分布を持つレーザ光を被処理
体に与えることができる。
According to this structure, in addition to the function of the invention according to claim 6, it is possible to apply a laser beam having a good constant energy distribution in a waveform having two maximum values to the object. it can.

【0029】請求項8に係る発明は、上記請求項5に係
る発明において、上記光共振器から出力された上記パル
スレーザ光を任意減衰率で減衰させる可変減衰手段と、
上記光エネルギ採取手段で得た光エネルギの経時変化に
応じて上記可変減衰手段による減衰率を制御する第2の
制御手段とをさらに具備したことを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to the fifth aspect, a variable attenuating means for attenuating the pulse laser beam output from the optical resonator at an arbitrary attenuation rate;
And a second control means for controlling an attenuation rate of the variable attenuation means in accordance with a temporal change of the light energy obtained by the light energy collecting means.

【0030】このような構成とすれば、上記請求項5に
係る発明の作用に加えて、発振する光の強度を微調整し
ながら保持できる。請求項9に係る発明は、パルスレー
ザ光を用いた非晶質半導体基板のアニール工程を有する
半導体装置の製造方法において、このパルスレーザ光の
光強度波形中のn番目(n:自然数)の極大値に対する
(n+1)番目の極大値との比を求めこの比の上記パル
スレーザ光における各パルス毎のこれら複数の極大値の
比がこの比の初期値に対する所定倍率を越えないように
制御を行ないながら非晶質半導体基板のアニールを行な
うことを特徴とする。
With this configuration, in addition to the operation of the fifth aspect, the intensity of the oscillating light can be maintained while being finely adjusted. According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having an annealing step of an amorphous semiconductor substrate using a pulse laser beam, wherein the nth (n: natural number) maximum in the light intensity waveform of the pulse laser beam The ratio between the value and the (n + 1) -th local maximum value is determined, and control is performed so that the ratio of the plurality of local maximum values for each pulse in the pulse laser light at this ratio does not exceed a predetermined magnification relative to the initial value of this ratio. The annealing is performed on the amorphous semiconductor substrate.

【0031】このような方法とすれば、非晶質半導体を
多結晶化する際に、結晶粒径を最適な値にすることがで
きるので、半導体基板の電子移動度を高めることが可能
となる。
According to such a method, the crystal grain size can be set to an optimum value when polycrystallizing an amorphous semiconductor, so that the electron mobility of the semiconductor substrate can be increased. .

【0032】請求項10に係る発明は、上記請求項9に
係る発明において、上記極大値が2つの場合には、第1
番目の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比が
この比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御
を行ないながら上記非晶質半導体基板のアニールを行な
うことを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the invention according to the ninth aspect, when the maximum value is two, the first
Annealing the amorphous semiconductor substrate while controlling so that the ratio of the second maximum value to the second maximum value does not exceed 1.6 times the initial value of the ratio. And

【0033】このような方法とすれば、上記請求項9に
係る発明の作用に加えて、非晶質半導体を多結晶化する
際に、結晶粒径を最適な値にすることができるので、半
導体基板の電子移動度を高めることが可能となる。
According to such a method, in addition to the effect of the ninth aspect, the crystal grain size can be set to an optimum value when the amorphous semiconductor is polycrystallized. It is possible to increase the electron mobility of the semiconductor substrate.

【0034】請求項11に係る発明は、パルスガスレー
ザ装置を用いた非晶質半導体基板のアニール工程を有す
る半導体装置の製造方法において、パルスガスレーザ発
振工程と、このパルスガスレーザ発振工程にて出力され
たパルスレーザ光を半導体基板に照射する照射工程と、
上記パルスレーザ光の光エネルギの経時変化を得る光エ
ネルギ採取工程と、この光エネルギ採取工程で得られる
極大値の推移を上記パルスレーザ光の各パルス毎に検出
する検出工程と、この検出工程により複数の上記極大値
同士の比を求めこの比が所定値を上回ったときに、上記
パルスガスレーザ装置の励起ガス封入容器に注入する励
起ガスの量あるいは上記パルスガスレーザ装置に供給さ
れる電圧の少なくとも一方を制御する第1の制御工程と
を有して、上記非晶質半導体基板のアニールを行なうこ
とを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device having an annealing step of an amorphous semiconductor substrate using a pulse gas laser device, wherein the pulse gas laser oscillation step and the pulse gas laser oscillation step are performed. An irradiation step of irradiating the semiconductor substrate with pulsed laser light,
A light energy sampling step for obtaining a temporal change in the light energy of the pulse laser light, a detection step for detecting a transition of a maximum value obtained in the light energy collection step for each pulse of the pulse laser light, When a ratio between a plurality of the maximum values is obtained and the ratio exceeds a predetermined value, at least one of the amount of the excitation gas injected into the excitation gas enclosure of the pulse gas laser device and the voltage supplied to the pulse gas laser device And annealing the amorphous semiconductor substrate.

【0035】このような方法とすれば、発振する光の強
度を一定値に保持できるので、非晶質半導体を多結晶化
する際に、結晶粒径を最適な値にすることができるの
で、半導体基板の電子移動度を高めることが可能とな
る。
According to such a method, the intensity of the oscillating light can be kept at a constant value, and the crystal grain size can be set to an optimum value when polycrystallizing the amorphous semiconductor. It is possible to increase the electron mobility of the semiconductor substrate.

【0036】請求項12に係る発明は、上記請求項11
に係る発明において、上記検出工程は、上記光エネルギ
採取工程で採取した上記パルスレーザ光の光強度波形中
のn番目(n:自然数)の上記極大値に対する(n+
1)番目の上記極大値との比を求めこの比の上記パルス
レーザ光における各パルス毎の変動を検出し、上記第1
の制御工程は、これら複数の上記極大値の比がこの比の
初期値に対する所定倍率を越えないように制御を行なう
ことを特徴とする。
According to the twelfth aspect of the present invention,
In the invention according to the first aspect, the detecting step may include (n + n) of the n-th (n: natural number) maximum value in the light intensity waveform of the pulsed laser light collected in the light energy collecting step.
1) The ratio between the first maximum value and the maximum value is obtained, and a change in this ratio for each pulse in the pulse laser light is detected, and the first
Is characterized in that control is performed such that the ratio of the plurality of local maximum values does not exceed a predetermined magnification with respect to the initial value of the ratio.

【0037】このような方法とすれば、上記請求項11
に係る発明の作用に加えて、光の強度波形の変化を算出
して微調整して一定に保持することができる。請求項1
3に係る発明は、上記請求項12に係る発明において、
上記極大値が2つの場合には、第1番目の上記極大値に
対する第2番目の上記極大値の比がこの比の初期値に対
して1.6倍を越えないように制御を行ないながら上記
非晶質半導体基板のアニールを行なうことを特徴とす
る。
With such a method, the above-mentioned claim 11
In addition to the effect of the invention according to the above, the change in the intensity waveform of the light can be calculated, finely adjusted, and kept constant. Claim 1
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 12, wherein
When the number of the maximum values is two, the control is performed so that the ratio of the second maximum value to the first maximum value does not exceed 1.6 times the initial value of the ratio. The annealing of the amorphous semiconductor substrate is performed.

【0038】このような方法とすれば、上記請求項12
に係る発明の作用に加えて、2つの極大値を持つ波形に
おいて良好な一定のエネルギ分布を持つレーザ光を被処
理体に与えることができ、半導体基板の電子移動度を高
めることが可能となる。
With such a method, the above-mentioned claim 12 can be used.
In addition to the effect of the invention according to the above, a laser beam having a good constant energy distribution in a waveform having two maximum values can be given to the object to be processed, and the electron mobility of the semiconductor substrate can be increased. .

【0039】請求項14に係る発明は、上記請求項11
に係る発明において、上記パルスガスレーザ発振工程に
て出力された上記パルスレーザ光を任意減衰率で減衰さ
せる可変減衰工程と、上記光エネルギ採取工程で得た光
エネルギの経時変化に応じて上記可変減衰工程による減
衰率を制御する第2の制御工程とをさらに有したことを
特徴とする。
The invention according to claim 14 is the invention according to claim 11.
A variable attenuation step of attenuating the pulse laser light output in the pulse gas laser oscillation step at an arbitrary attenuation rate, and the variable attenuation according to a temporal change of light energy obtained in the light energy sampling step. A second control step of controlling the attenuation rate in the step.

【0040】このような方法とすれば、上記請求項11
に係る発明の作用に加えて、発振する光の強度を微調整
しながら保持できる。請求項15に係る発明は、パルス
レーザ光の光強度波形中のn番目(n:自然数)の上記
極大値に対する(n+1)番目の上記極大値との比を求
めこの比の上記パルスレーザ光における各パルス毎のこ
れら複数の極大値の比がこの比の初期値に対する所定倍
率を越えないように制御を行ないながらアニールの行な
われた多結晶半導体基板を用いることを特徴とする。
According to such a method, the above-mentioned claim 11 can be used.
In addition to the effect of the invention according to the above, the intensity of the oscillating light can be maintained while being finely adjusted. According to a fifteenth aspect of the present invention, the ratio of the (n + 1) th local maximum value to the nth (n: natural number) local maximum value in the light intensity waveform of the pulsed laser beam is determined. A polycrystalline semiconductor substrate that has been annealed while controlling so that the ratio of the plurality of local maximum values for each pulse does not exceed a predetermined magnification with respect to the initial value of the ratio is used.

【0041】このような構成とすれば、非晶質半導体を
多結晶化する際に、結晶粒径を最適な値にすることがで
きるので、電子移動度を高められた、動作速度の高い半
導体装置を得ることが可能となる。
With such a configuration, the crystal grain size can be made an optimum value when the amorphous semiconductor is polycrystallized, so that the semiconductor having high electron mobility and high operating speed can be obtained. A device can be obtained.

【0042】請求項16に係る発明は、上記請求項15
に係る発明において、極大値が2つの場合には、第1番
目の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこ
の比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を
行ないながらアニールの行なわれた多結晶半導体基板を
用いることを特徴とする。
The invention according to claim 16 is the invention according to claim 15.
In the invention according to the first aspect, when there are two maximum values, control is performed such that the ratio of the second maximum value to the first maximum value does not exceed 1.6 times the initial value of this ratio. A polycrystalline semiconductor substrate that has been annealed while performing the above.

【0043】このような構成とすれば、上記請求項15
に係る発明の作用に加えて、2つの極大値を持つレーザ
光の波形において、非晶質半導体を多結晶化する際に、
結晶粒径を最適な値にすることができるので、電子移動
度を高められた半導体装置を得ることが可能となる。
With such a configuration, the above-described claim 15
In addition to the function of the invention according to the present invention, when the amorphous semiconductor is polycrystallized in the waveform of the laser light having two maximum values,
Since the crystal grain size can be set to an optimum value, a semiconductor device with increased electron mobility can be obtained.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下本発明を非晶質(アモルファ
ス)半導体基板に対するアニールプロセスを施すレーザ
アニール装置に適用した場合の実施の一形態について図
面を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment in which the present invention is applied to a laser annealing apparatus for performing an annealing process on an amorphous semiconductor substrate will be described below with reference to the drawings.

【0045】図1はその機能構成を示すものであり、1
は上記図11で示したものと同様構成のレーザ発振装置
である。このレーザ発振装置11は、ハロゲンガスとし
てHClガスを用いたXeClエキシマレーザとし、高
電圧電源1からの電力とトリガ発生部10からのトリガ
パルスによりパルス状のレーザ光を発振するもので、発
振されたレーザ光は、回転角に応じて減衰率が変化する
可変減衰器12、ミラー13を介してビームホモジナイ
ザ14でライン状のビームとされた後、ミラー15で反
射され、プロセスチャンバ16に設けられた石英ウィン
ドウ17よりこのプロセスチャンバ16内に載置されて
いるガラス基板18上に照射される。
FIG. 1 shows the functional configuration.
Is a laser oscillation device having the same configuration as that shown in FIG. The laser oscillation device 11 is a XeCl excimer laser using HCl gas as a halogen gas, and oscillates a pulsed laser beam by the power from the high-voltage power supply 1 and the trigger pulse from the trigger generator 10. The laser light is converted into a linear beam by a beam homogenizer 14 via a variable attenuator 12 and a mirror 13 whose attenuation rate changes according to the rotation angle, and then reflected by a mirror 15 to be provided in a process chamber 16. The glass window 18 placed in the process chamber 16 is irradiated from the quartz window 17.

【0046】このガラス基板18は、表面にa−Si薄
膜が堆積形成されたものであり、図示はしないがX−Y
走査テーブル上に載置され、このテーブルによってX−
Y平面で走査移動される。そのため、基板表面のa−S
i薄膜が全面にわたってレーザ光に照射され、アニール
プロセスが施されるようになっている。
The glass substrate 18 has an a-Si thin film deposited and formed on the surface thereof.
It is placed on a scanning table, and the X-
Scanning movement is performed on the Y plane. Therefore, a-S on the substrate surface
The i-thin film is irradiated with laser light over the entire surface, and an annealing process is performed.

【0047】しかるに上記ミラー13では、可変減衰器
12を介して送られてきたレーザ光の一部、例えば5%
を透過して光波形検出器19に送出する。この光波形検
出器19は、例えば高速フォトトランジスタやフォトマ
ル等で構成されるものであり、入射したレーザ光の光強
度に応じた電流を発生する。この光波形検出器19で発
生した電流信号は、電流/電圧変換器20によって電圧
信号に変換され、光波形ピーク検出回路21に送られ
る。
In the mirror 13, however, a part of the laser light transmitted via the variable attenuator 12, for example, 5%
And transmitted to the optical waveform detector 19. The optical waveform detector 19 is composed of, for example, a high-speed phototransistor, a photomultiplier, or the like, and generates a current according to the light intensity of the incident laser light. The current signal generated by the optical waveform detector 19 is converted into a voltage signal by the current / voltage converter 20 and sent to the optical waveform peak detection circuit 21.

【0048】光波形ピーク検出回路21は、例えば2段
のピークホールド回路により構成されるもので、電流/
電圧変換器20から送られてくる2つのピークを有する
パルス状の光強度波形の電圧信号から第1及び第2それ
ぞれのピーク値を検出し、検出した各ピーク値を制御部
22へ出力する。
The optical waveform peak detection circuit 21 is constituted by, for example, a two-stage peak hold circuit.
The first and second peak values are detected from the voltage signal of the pulse-like light intensity waveform having two peaks sent from the voltage converter 20, and the detected peak values are output to the control unit 22.

【0049】この制御部22は、光波形ピーク検出回路
21が検出したピーク値によってレーザ発振装置11の
ガスチャンバ内のハロゲンガス濃度の低下による光波形
の経時変化を判断するもので、その判断結果によって上
記高電圧電源1の発生電圧を制御する一方、ハロゲン注
入部23に対して該ガスチャンバ内に新たにハロゲンガ
スの注入を指示し、また上記可変減衰器12を回転駆動
する可変減衰器駆動部24に対して可変減衰器12が所
望する減衰率の回転角となるような指示を与えるもので
ある。
The control unit 22 determines the temporal change of the optical waveform due to the decrease in the concentration of the halogen gas in the gas chamber of the laser oscillator 11 based on the peak value detected by the optical waveform peak detection circuit 21. Control the generated voltage of the high-voltage power supply 1 while instructing the halogen injection unit 23 to inject a new halogen gas into the gas chamber, and driving the variable attenuator 12 to rotate. An instruction is given to the section 24 so that the rotation angle of the variable attenuator 12 becomes a desired attenuation rate.

【0050】次に上記実施の形態の動作について説明す
る。図2は上記光波形ピーク検出回路21による光強度
波形からのピーク値の検出シーケンスを例示するもので
ある。光波形ピーク検出回路21は、上述した如く例え
ば2段のピークホールド回路により構成されるものであ
り、そのうちの第1のピークホールド回路は図2(1)
に示す上記トリガ発生部10のレーザ発振装置11への
トリガパルスにより動作を開始する。ここで、図2
(2)に示すような光強度波形が得られる場合、第1の
ピークホールド回路の保持する第1のピーク値は図2
(3)のような内容となる。
Next, the operation of the above embodiment will be described. FIG. 2 illustrates a detection sequence of a peak value from a light intensity waveform by the light waveform peak detection circuit 21. The optical waveform peak detection circuit 21 is constituted by, for example, a two-stage peak hold circuit as described above, and the first peak hold circuit is shown in FIG.
The operation is started by the trigger pulse to the laser oscillation device 11 of the trigger generation unit 10 shown in FIG. Here, FIG.
When the light intensity waveform as shown in (2) is obtained, the first peak value held by the first peak hold circuit is as shown in FIG.
The contents are as shown in (3).

【0051】また、上記図2(1)に示したトリガパル
スに一定時間、例えば17[nS]ディレイをかけるこ
とで得られる図2(4)に示す第2のピーク値検出のた
めのトリガパルスを用いて、光波形ピーク検出回路21
の第2のピークホールド回路が動作を開始することで、
この第2のピークホールド回路の保持する第2のピーク
値は図2(5)のような内容となる。
A trigger pulse for detecting the second peak value shown in FIG. 2D obtained by applying a delay of 17 [ns] to the trigger pulse shown in FIG. , The optical waveform peak detection circuit 21
The second peak hold circuit starts to operate,
The second peak value held by the second peak hold circuit has a content as shown in FIG.

【0052】光波形ピーク検出回路21を構成する第1
及び第2のピークホールド回路は、それぞれ次のトリガ
パルスが入力されるまで保持内容をリセットせず、その
保持内容は随時上記制御部22に読出されるようになっ
ている。
The first part of the optical waveform peak detection circuit 21
The second peak hold circuit does not reset the held contents until the next trigger pulse is input, and the held contents are read out to the control unit 22 at any time.

【0053】しかるに、レーザ発振装置11で連続して
パルス状のレーザ光を発振した場合、ガスチャンバ内の
ハロゲンガスが劣化してその濃度が低下する前と後とで
は図3に示すように波形が変化する。
However, when the pulsed laser light is continuously oscillated by the laser oscillation device 11, the waveform of the halogen gas in the gas chamber is deteriorated before and after its concentration is reduced as shown in FIG. Changes.

【0054】図中、実線がガス劣化前、破線がガス劣化
後の光強度波形を示すものであり、波形の積分値に相当
する全体としての出力エネルギと第1のピーク値に関し
てはレベルが低下するものの、反対に第2のピーク値に
関してはレベルが上がるような変化を生じる。
In the drawing, the solid line shows the light intensity waveform before gas deterioration, and the broken line shows the light intensity waveform after gas deterioration. The levels of the overall output energy and the first peak value corresponding to the integral value of the waveform are reduced. However, on the contrary, a change occurs in which the level increases with respect to the second peak value.

【0055】したがって、ガスが劣化してその濃度が低
下するのに伴って、第1のピーク値をE1 、第2のピー
ク値をE2 とすると、その比E2 /E1 は徐々に上昇し
ていくものとなる。
Accordingly, if the first peak value is E1 and the second peak value is E2 as the gas deteriorates and its concentration decreases, the ratio E2 / E1 gradually increases. It will be.

【0056】図4はガスチャンバ内におけるハロゲンガ
ス(HCl)の濃度と、光パルスピーク比E2 /E1 及
び出力エネルギとの関係を示すものであり、ガスの濃度
が上がるに連れて出力エネルギが増加する一方、光パル
スピーク比E2 /E1 が減少していることがわかる。
FIG. 4 shows the relationship between the concentration of the halogen gas (HCl) in the gas chamber, the light pulse peak ratio E2 / E1, and the output energy. The output energy increases as the gas concentration increases. On the other hand, it can be seen that the light pulse peak ratio E2 / E1 has decreased.

【0057】また、図5は高電圧電源1からレーザ発振
装置11に供給する電圧値を変化させた場合の光強度波
形の変化を例示するものである。図中に実線で示す電圧
Va1 での光強度波形と、破線で示す電圧Va2 (Va
1 >Va2 )での光強度波形とを比べても明らかなよう
に、より高い電圧を加えることで、ハロゲンガスの濃度
を上げた場合と同様に、光パルスピーク比E2 /E1 及
び出力エネルギを共に増加させることができるのがわか
る。
FIG. 5 illustrates a change in the light intensity waveform when the voltage supplied from the high-voltage power supply 1 to the laser oscillation device 11 is changed. In the drawing, the light intensity waveform at the voltage Va1 shown by the solid line and the voltage Va2 (Va
As is clear from comparison with the light intensity waveform at 1> Va2), by applying a higher voltage, the light pulse peak ratio E2 / E1 and the output energy are reduced in the same manner as when the halogen gas concentration is increased. It can be seen that both can be increased.

【0058】さらに、図6はハロゲンガスの濃度を変化
させた場合の光強度波形の変化を例示するものである。
図中に実線で示すハロゲンC1 での光強度波形と、破線
で示すハロゲンC2 (C1の濃度>C2 の濃度)での光
強度波形とを比べても明らかなように、より高いガス濃
度のハロゲンガスを用いることで、光パルスピーク比E
2 /E1 及び出力エネルギを共に増加可能であることが
できるのがあらためて確認できる。
FIG. 6 illustrates a change in the light intensity waveform when the concentration of the halogen gas is changed.
As is clear from the comparison between the light intensity waveform of the halogen C1 shown by the solid line in the figure and the light intensity waveform of the halogen C2 (the concentration of C1> the concentration of C2) shown by the broken line, the halogen having a higher gas concentration is apparent. By using gas, the light pulse peak ratio E
It can be seen again that both 2 / E1 and the output energy can be increased.

【0059】しかして、上記のようにハロゲンガスの濃
度を上げ、またこれと併せて高電圧電源1による供給電
圧の値を上げることによって、レーザ光の光強度波形を
光パルスピーク比E2 /E1 の低いものとすることがで
きる。
By increasing the concentration of the halogen gas and increasing the value of the supply voltage from the high-voltage power supply 1 as described above, the light intensity waveform of the laser light is changed to the light pulse peak ratio E2 / E1. Low.

【0060】このような現象は、レーザ光による投入エ
ネルギがほぼ一定であっても起こることであり、従来の
アニール方法においてはハロゲンガス濃度の低下による
光強度波形の変化については考慮せず、レーザ光の持つ
エネルギ(積分値)のみの制御を行なっていたので、経
時的な光強度波形の変化によりアニール条件も変わり、
アモルファスシリコン膜が均一にアニールされず良好な
ポリシリコン膜を得ることができなかった。
Such a phenomenon occurs even when the input energy by the laser beam is almost constant. In the conventional annealing method, the change in the light intensity waveform due to the decrease in the halogen gas concentration is not considered. Since only the energy (integral value) of the light was controlled, the annealing conditions also changed due to changes in the light intensity waveform over time.
The amorphous silicon film was not uniformly annealed and a good polysilicon film could not be obtained.

【0061】アモルファスシリコン膜はパルス状のレー
ザ光での第1のピーク値にて溶融後に再凝固し始める。
そして、パルス状のレーザ光での第2のピーク値にて再
加熱され、良好なポリシリコン膜を得るのである。しか
し、この際に経時的に第2のピーク値が高くなると、光
強度波形のアニールにおける最適条件を当初に設定して
も波形の変動により最適条件が損なわれていたのであ
る。
The amorphous silicon film starts to solidify again after melting at the first peak value of the pulsed laser light.
Then, it is reheated at the second peak value of the pulsed laser light to obtain a good polysilicon film. However, at this time, if the second peak value increases with time, even if the optimum conditions for annealing the light intensity waveform are initially set, the optimum conditions are impaired due to fluctuations in the waveform.

【0062】したがって上記制御部22では、光波形ピ
ーク検出回路21から得られる光強度波形のピーク値E
1 ,E2 により得られる比E2 /E1 を随時演算し、そ
の変化幅が予め設定した値を越えた際に、上記した如く
ハロゲン注入部23によりガスチャンバ内に新たにハロ
ゲンガスを注入することでハロゲンガスの濃度を上げ、
また必要により併せて高電圧電源1によるレーザ発振装
置11への供給電圧の値を上げて、レーザ光の光強度波
形を光パルスピーク比E2 /E1 の低いものとするよう
に制御する。
Therefore, in the control unit 22, the peak value E of the light intensity waveform obtained from the light waveform peak detection circuit 21 is obtained.
The ratio E2 / E1 obtained from E1 and E2 is calculated as needed, and when the variation width exceeds a preset value, the halogen injection unit 23 injects a new halogen gas into the gas chamber as described above. Increase the concentration of halogen gas,
If necessary, the value of the supply voltage to the laser oscillation device 11 from the high-voltage power supply 1 is increased to control the light intensity waveform of the laser light so that the light pulse peak ratio E2 / E1 is low.

【0063】図7は制御部22が行なう制御の一例を示
すもので、ここではレーザ発振装置11で発振させるレ
ーザ光のパルス数と上記光パルスピーク比E2 /E1 と
の関係をもって示す。
FIG. 7 shows an example of the control performed by the control unit 22. Here, the relationship between the number of laser light pulses oscillated by the laser oscillation device 11 and the above-mentioned light pulse peak ratio E2 / E1 is shown.

【0064】同図に示す如く、初期状態での光パルスピ
ーク比E2 /E1 が「0.3」であった場合、予め設定
したその変化幅が例えば「60%」であるものとする
と、発振パルス数の増加でハロゲンガスが劣化し、ガス
濃度が低下するに伴って高くなる光パルスピーク比E2
/E1 が「0.48」となった時点で、図中に示すよう
にハロゲン注入部23に指示を与えて定量のハロゲンガ
スをレーザ発振装置11のガスチャンバ内に注入させ、
ガス濃度を上げて瞬時に光パルスピーク比E2 /E1 を
初期状態の「0.3」にまで戻すようにしたものであ
る。
As shown in the figure, when the light pulse peak ratio E2 / E1 in the initial state is "0.3", the oscillation width is assumed to be, for example, "60%". The light pulse peak ratio E2 increases as the number of pulses degrades the halogen gas and decreases as the gas concentration decreases.
When / E1 becomes "0.48", an instruction is given to the halogen injection part 23 as shown in the figure to inject a fixed amount of halogen gas into the gas chamber of the laser oscillation device 11,
The light pulse peak ratio E2 / E1 is instantaneously returned to the initial state "0.3" by increasing the gas concentration.

【0065】このように光パルスピーク比E2 /E1 の
変化幅を所定の範囲内に収めることで、ほぼ光強度波形
が等しく、したがってパルス全体の出力エネルギも含め
て均質なパルス状のレーザ光を長時間にわたって連続し
て発振させ、良好なアニールプロセスを安定して続行さ
せることができるようになる。
By keeping the variation range of the light pulse peak ratio E2 / E1 within a predetermined range, a uniform pulsed laser beam having substantially equal light intensity waveforms and including output energy of the entire pulse can be obtained. Oscillation is continuously performed for a long time, and a good annealing process can be stably continued.

【0066】なお、上記図7では、制御部22が光パル
スピーク比E2 /E1 の変化に伴ってハロゲン注入部2
3により新たにハロゲンガスをガスチャンバ注入するこ
とのみにより光パルスピーク比E2 /E1 を所定の値に
戻すものとして説明したが、これに限らず、併せて高電
圧電源1によるレーザ発振装置11への供給電圧値を上
げるものとすれば、一介に注入するハロゲンガスの注入
量を減らしても同等の効果を得ることができ、より応答
性を高めることができる。
In FIG. 7, the control unit 22 controls the halogen injection unit 2 according to the change of the light pulse peak ratio E2 / E1.
Although the light pulse peak ratio E2 / E1 is returned to a predetermined value only by newly injecting a halogen gas into the gas chamber in FIG. 3, the present invention is not limited to this. If the supply voltage value is increased, the same effect can be obtained even if the injection amount of the halogen gas to be injected is reduced, and the responsiveness can be further improved.

【0067】また、上記のようにガスチャンバ内にハロ
ゲンガスを注入し、また高電圧電源1の供給電圧値を上
げることで所望の光パルスピーク比E2 /E1 を得られ
た場合でも、所望の形状の光強度波形は得られているも
のの、全体の出力エネルギが必要以上に高いものとなっ
てしまう場合も有り得る。
Even if a desired light pulse peak ratio E2 / E1 can be obtained by injecting a halogen gas into the gas chamber and increasing the supply voltage value of the high voltage power supply 1 as described above, the desired light pulse peak ratio E2 / E1 can be obtained. Although a light intensity waveform having a shape is obtained, there is a possibility that the entire output energy becomes unnecessarily high.

【0068】このような場合、上記光波形ピーク検出回
路21で得られる第1のピーク値E1 及び第2のピーク
値E2 の比ではなくそれぞれの絶対値を制御部22で管
理し、必要により可変減衰器駆動部24を介して可変減
衰器12の角度制御を行なわせ、レーザ発振装置11で
発振されたレーザ光に対する可変減衰器12での減衰率
を加減制御するようにすれば、パルス状のレーザ光の全
体の出力エネルギに関しても所望する範囲内に収めるこ
とができるものである。
In such a case, not the ratio of the first peak value E1 and the second peak value E2 obtained by the optical waveform peak detection circuit 21 but the absolute values of the respective values are managed by the control unit 22 and are variable if necessary. If the angle control of the variable attenuator 12 is performed via the attenuator drive unit 24 and the attenuation rate of the laser light oscillated by the laser oscillation device 11 in the variable attenuator 12 is controlled, the pulse shape can be controlled. The entire output energy of the laser beam can be kept within a desired range.

【0069】上記のようなレーザアニール装置によって
実際に薄膜トランジスタを製造する場合について説明す
る。図8は、ガラス基板31上にSi0x またはSiN
x からなるアンダーコート層32をプラズマCVD法で
形成した後、アモルファスシリコン33(a−Si)を
例えば50[nm]プラズマCVD法で形成した状態を
示す。ここでは、基板のサイズは例えば300[mm]
×400[mm]とする。
A case where a thin film transistor is actually manufactured by the laser annealing apparatus as described above will be described. FIG. 8 shows a case where Si0x or SiN is
After the undercoat layer 32 of x is formed by the plasma CVD method, amorphous silicon 33 (a-Si) is formed by, for example, 50 [nm] plasma CVD method. Here, the size of the substrate is, for example, 300 [mm].
× 400 [mm].

【0070】ここで、図中に矢印Aで示す如く上記レー
ザアニール装置によるアニールプロセスを施すものとす
る。エキシマレーザの照射サイズは200[mm]×
0.4[mm]の線状ビームとし、基板上でのフルエン
スは50[mJ/cm2 ]、オーバラップ率は90
[%]となるように設定する。レーザの繰返し周波数を
200[Hz]、基板を乗せたトレイを0.8[mm/
S]で移動させて、基板全面に上記エキシマレーザによ
るアニールを施す。
Here, it is assumed that an annealing process is performed by the laser annealing apparatus as shown by an arrow A in the figure. Excimer laser irradiation size is 200 [mm] x
A linear beam of 0.4 [mm] was used, the fluence on the substrate was 50 [mJ / cm 2 ], and the overlap ratio was 90.
Set to [%]. The repetition frequency of the laser is 200 [Hz], and the tray on which the substrate is placed is 0.8 [mm /
S] to anneal the entire surface of the substrate with the excimer laser.

【0071】こうしてアニールプロセスをa−Si33
に施すことにより、平均結晶粒径を0.4[μm]と
し、それにより平均電子移動度100[cm2 /V・
S]を達成し、さらにa−Siを脱水素してポリシリコ
ンに改質することができる。このポリシリコン膜で半導
体装置が得ることができるので、その一例を示す。
In this way, the annealing process is performed with a-Si 33
To an average crystal grain size of 0.4 [μm], thereby obtaining an average electron mobility of 100 [cm 2 / V ·
S], and a-Si can be further dehydrogenated and reformed into polysilicon. Since a semiconductor device can be obtained with this polysilicon film, an example is shown.

【0072】図9は駆動部と画素部とを同一基板内に作
成したアクティブマトリクスパネルの回路構造を示す。
図中、40が上記アンダーコート層32を形成したガラ
ス基板31と同等の透明な絶縁基板、41がP型TFT
(薄膜トランジスタ)のチャネル領域、42,43がN
型TFTのチャネル領域であり、これら各チャネル領域
41〜43が上記図8のa−Si33に相当するもの
で、上述したアニールプロセスによってポリシリコンに
改質されたものである。
FIG. 9 shows a circuit structure of an active matrix panel in which a driving section and a pixel section are formed on the same substrate.
In the figure, 40 is a transparent insulating substrate equivalent to the glass substrate 31 on which the undercoat layer 32 is formed, and 41 is a P-type TFT.
(Thin film transistor) channel region, 42 and 43 are N
Each of the channel regions 41 to 43 corresponds to the a-Si 33 in FIG. 8 and has been modified to polysilicon by the above-described annealing process.

【0073】また、44〜46はゲート絶縁膜、47〜
49はゲート電極、51,52がP型TFTのソース・
ドレイン領域、53〜56がN型TFTのソース・ドレ
イン領域、59が層間絶縁膜、60,60,…が配線、
61が透明導電膜による画素電極であり、62が完成さ
れたドライバ回路部のP型TFT、63が同N型TF
T、64が完成された画素マトリクス部の画素TFTで
ある。
Reference numerals 44 to 46 denote gate insulating films, and 47 to 46.
49 is a gate electrode, 51 and 52 are sources of a P-type TFT.
.. Are drain regions, 53 to 56 are source / drain regions of an N-type TFT, 59 is an interlayer insulating film, 60, 60,.
61 is a pixel electrode made of a transparent conductive film, 62 is a P-type TFT of the completed driver circuit portion, and 63 is an N-type TF of the same.
T and 64 are pixel TFTs of the completed pixel matrix portion.

【0074】このような回路構造は通常のフォトリソグ
ラフィ工程で作成されるものであり、特に本発明のアニ
ールプロセスで作成した各チャネル領域41〜43の電
子移動度が高いので、駆動電圧を低く設定することがで
き、充分実用に耐え得るものとすることができる。
Such a circuit structure is formed by a normal photolithography process. In particular, since the electron mobility of each of the channel regions 41 to 43 formed by the annealing process of the present invention is high, the drive voltage is set low. And can be sufficiently practical.

【0075】図10は上記のように形成したアクティブ
マトリクスパネルを用いて構成した液晶表示パネルの部
分構成を例示するもので、上記画素TFT64及び画素
電極61を含む全面が絶縁膜65で被覆され、その上に
液晶材66が透明導電膜層を含む対向電極67及び透明
基板68間に封入されて構成される。なお、スペーサ、
カラーフィルタ、ブラックマトリクス等は不図示であ
る。
FIG. 10 illustrates a partial configuration of a liquid crystal display panel using the active matrix panel formed as described above. The entire surface including the pixel TFT 64 and the pixel electrode 61 is covered with an insulating film 65. A liquid crystal material 66 is sealed between the counter electrode 67 including the transparent conductive film layer and the transparent substrate 68 thereon. The spacer,
A color filter, a black matrix, and the like are not shown.

【0076】このような構造とすることにより、上記図
9でも示した如く画素マトリクス部をドライバ回路部と
一体にして構成したために液晶表示パネル全体としての
厚さを抑えることができると共に、ドライバ回路を高密
度で形成可能であるので、画素ピッチも抑えて画面の高
精細化に大きく寄与することができる。
With such a structure, the pixel matrix portion is formed integrally with the driver circuit portion as shown in FIG. 9, so that the thickness of the entire liquid crystal display panel can be suppressed and the driver circuit portion can be formed. Can be formed at a high density, so that the pixel pitch can also be suppressed, which can greatly contribute to higher definition of the screen.

【0077】そして、高い電子移動度が得られることか
ら、駆動部のTFTでも高速動作を実現することがで
き、画面表示の高速化が可能となる。なお、上記実施の
形態では、本発明に係るアニールプロセスをTFTのチ
ャネル領域に施した場合について例示したが、これに限
るものではなく、半導体製造のアニールプロセスであれ
ば他のどのような部位にでも適用可能であることは言う
までもない。
Since a high electron mobility can be obtained, a high-speed operation can be realized even with the TFT of the driving section, and a high-speed screen display can be realized. In the above-described embodiment, the case where the annealing process according to the present invention is performed on the channel region of the TFT has been exemplified. However, the present invention is not limited to this. But it goes without saying that it is applicable.

【0078】その他、本発明は実施の形態に限定され
ず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施す
ることが可能であるものとする。例えば、本発明の実施
の態様においては半導体装置としてTFTを例に説明し
たが、アモルファスシリコンをポリ化して用いるもので
あればCMOSやSRAM,DRAM等に代表される他
種類の半導体装置に用いてもよいのは勿論である。これ
はすなわち、本発明の目的とするところがアモルファス
シリコンを良好にポリ化する点にあるからである。
In addition, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified and implemented without departing from the gist thereof. For example, in the embodiments of the present invention, a TFT has been described as an example of a semiconductor device. However, as long as amorphous silicon is used after being poly-crystallized, it may be used for other types of semiconductor devices such as CMOS, SRAM, and DRAM. Of course, it is good. This is because the purpose of the present invention is to satisfactorily polymorph amorphous silicon.

【0079】[0079]

【発明の効果】請求項1に係る発明によれば、採取した
光の強度波形のモニタリングを行なうことで上記容器内
の励起ガスの劣化状態を知ることができ、その結果によ
り上記波形の変化を制御することができるので、発信す
る光の強度波形を一定に保持することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to know the deterioration state of the excited gas in the container by monitoring the intensity waveform of the collected light, and to determine the change in the waveform based on the result. Since the control can be performed, the intensity waveform of the emitted light can be kept constant.

【0080】請求項2に係る発明によれば、上記請求項
1に係る発明の効果に加えて、光の強度波形の変化を算
出して一定に保持し、良好な一定のエネルギ分布を持つ
レーザ光を発振することができる。
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effects of the first aspect of the present invention, a laser having a good and constant energy distribution by calculating a change in the intensity waveform of light and keeping the change constant. Light can oscillate.

【0081】請求項3に係る発明によれば、請求項2に
係る発明の効果に加えて、2つの極大値を持つ波形にお
いて良好な一定のエネルギ分布を持つレーザ光を発振す
ることができる。
According to the third aspect of the invention, in addition to the effect of the second aspect of the invention, it is possible to oscillate a laser beam having a good constant energy distribution in a waveform having two maximum values.

【0082】請求項4に係る発明によれば、請求項1に
係る発明の効果に加えて、発振する光の強度を微調整し
ながら保持できる。請求項5に係る発明によれば、採取
した光の強度波形のモニタリングを行なうことで上記容
器内の励起ガスの劣化状態を知ることができ、その結果
により上記波形の変化を制御することができるので、発
信する光の強度波形を一定に保持することができ、良好
な被処理体に対するアニール処理を行なうことができ
る。
According to the invention of claim 4, in addition to the effect of the invention of claim 1, it is possible to maintain the intensity of the oscillating light while finely adjusting it. According to the invention according to claim 5, by monitoring the intensity waveform of the collected light, the deterioration state of the excited gas in the container can be known, and the change in the waveform can be controlled based on the result. Therefore, the intensity waveform of the transmitted light can be kept constant, and a good annealing process can be performed on the object.

【0083】請求項6に係る発明によれば、上記請求項
5に係る発明の効果に加えて、光の強度波形の変化を算
出して一定に保持し、良好な一定のエネルギ分布を持つ
レーザ光を被処理体に与えることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, in addition to the effect of the fifth aspect of the present invention, a laser having a good and constant energy distribution by calculating a change in the intensity waveform of light and keeping it constant. Light can be given to the object.

【0084】請求項7に係る発明によれば、上記請求項
6に係る発明の効果に加えて、2つの極大値を持つ波形
において良好な一定のエネルギ分布を持つレーザ光を被
処理体に与えることができる。
According to the seventh aspect of the invention, in addition to the effect of the sixth aspect of the present invention, a laser beam having a good constant energy distribution in a waveform having two local maximum values is given to the object to be processed. be able to.

【0085】請求項8に係る発明によれば、上記請求項
5に係る発明の効果に加えて、発振する光の強度を微調
整しながら保持できる。請求項9に係る発明によれば、
非晶質半導体を多結晶化する際に、結晶粒径を最適な値
にすることができるので、半導体基板の電子移動度を高
めることが可能となる。
According to the invention of claim 8, in addition to the effect of the invention of claim 5, it is possible to maintain the intensity of the oscillating light while finely adjusting it. According to the invention according to claim 9,
When the amorphous semiconductor is polycrystallized, the crystal grain size can be set to an optimum value, so that the electron mobility of the semiconductor substrate can be increased.

【0086】請求項10に係る発明によれば、上記請求
項9に係る発明の効果に加えて、非晶質半導体を多結晶
化する際に、結晶粒径を最適な値にすることができるの
で、半導体基板の電子移動度を高めることが可能とな
る。
According to the tenth aspect, in addition to the effect of the ninth aspect, when the amorphous semiconductor is polycrystallized, the crystal grain size can be set to an optimum value. Therefore, the electron mobility of the semiconductor substrate can be increased.

【0087】請求項11に係る発明によれば、発振する
光の強度を一定値に保持できるので、非晶質半導体を多
結晶化する際に、結晶粒径を最適な値にすることができ
るので、半導体基板の電子移動度を高めることが可能と
なる。
According to the eleventh aspect, since the intensity of the oscillating light can be kept at a constant value, the crystal grain size can be set to an optimum value when polycrystallizing an amorphous semiconductor. Therefore, the electron mobility of the semiconductor substrate can be increased.

【0088】請求項12に係る発明によれば、上記請求
項11に係る発明の効果に加えて、光の強度波形の変化
を算出して微調整して一定に保持することができる。請
求項13に係る発明によれば、上記請求項12に係る発
明の効果に加えて、2つの極大値を持つ波形において良
好な一定のエネルギ分布を持つレーザ光を被処理体に与
えることができ、半導体基板の電子移動度を高めること
が可能となる。
According to the twelfth aspect of the present invention, in addition to the effects of the eleventh aspect of the present invention, it is possible to calculate a change in the light intensity waveform, finely adjust the light intensity waveform, and keep the light intensity waveform constant. According to the thirteenth aspect, in addition to the effect of the twelfth aspect, a laser beam having a favorable constant energy distribution in a waveform having two maximum values can be given to the object to be processed. In addition, the electron mobility of the semiconductor substrate can be increased.

【0089】請求項14に係る発明によれば、上記請求
項11に係る発明の効果に加えて、発振する光の強度を
微調整しながら保持できる。請求項15に係る発明によ
れば、非晶質半導体を多結晶化する際に、結晶粒径を最
適な値にすることができるので、電子移動度を高められ
た、動作速度の高い半導体装置を得ることが可能とな
る。
According to the fourteenth aspect, in addition to the effect of the eleventh aspect, the intensity of the oscillating light can be maintained while being finely adjusted. According to the invention according to claim 15, when polycrystallizing an amorphous semiconductor, the crystal grain size can be set to an optimum value, so that a semiconductor device with high electron mobility and high operation speed can be obtained. Can be obtained.

【0090】請求項16に係る発明によれば、上記請求
項15に係る発明の効果に加えて、2つの極大値を持つ
レーザ光の波形において、非晶質半導体を多結晶化する
際に、結晶粒径を最適な値にすることができるので、電
子移動度を高められた半導体装置を得ることが可能とな
る。
According to the sixteenth aspect, in addition to the effect of the fifteenth aspect, when the amorphous semiconductor is polycrystallized in the waveform of the laser beam having two maximum values, Since the crystal grain size can be set to an optimum value, a semiconductor device with increased electron mobility can be obtained.

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

【図1】本発明の実施の一形態に係るレーザアニール装
置の機能構成を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration of a laser annealing apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態に係る光強度波形のピーク値検出
シーケンスを説明する図。
FIG. 2 is an exemplary view for explaining a peak value detection sequence of the light intensity waveform according to the embodiment.

【図3】同実施の形態に係るハロゲンガス劣化に伴う光
強度波形の変化を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a change in a light intensity waveform due to halogen gas deterioration according to the embodiment.

【図4】同実施の形態に係るハロゲンガス濃度と光パル
スピーク比及び出力エネルギの関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a halogen gas concentration, a light pulse peak ratio, and output energy according to the embodiment.

【図5】同実施の形態に係る電源電圧の変化に伴う光強
度波形の変化を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a change in a light intensity waveform according to a change in a power supply voltage according to the embodiment.

【図6】同実施の形態に係るハロゲンガス濃度と光強度
波形の関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a halogen gas concentration and a light intensity waveform according to the embodiment.

【図7】同実施の形態に係る制御の一例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing an example of control according to the embodiment.

【図8】同実施の形態に係る薄膜トランジスタの製造工
程を説明する図。
FIG. 8 is a diagram illustrating a manufacturing process of the thin film transistor according to the embodiment.

【図9】同実施の形態に係る薄膜トランジスタを有する
アクティブマトリクスパネルの断面構造を例示する図。
FIG. 9 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of an active matrix panel including the thin film transistor according to the embodiment.

【図10】同実施の形態に係る薄膜トランジスタを有す
る液晶表示パネルの断面構造を例示する図。
FIG. 10 illustrates a cross-sectional structure of a liquid crystal display panel including the thin film transistor according to the embodiment.

【図11】一般的なレーザ発振装置の構造を示す図。FIG. 11 illustrates a structure of a general laser oscillation device.

【図12】図11のレーザ発振装置のA点での電位と発
振されるレーザ光の光強度波形とを示す図。
12 is a diagram showing a potential at a point A of the laser oscillation device of FIG. 11 and a light intensity waveform of the oscillated laser light.

【図13】図12の光強度波形を詳細に示す図。FIG. 13 is a diagram showing the light intensity waveform of FIG. 12 in detail.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…高電圧電源 2…充電用抵抗 3…高電圧スイッチング素子 4…主コンデンサ 5…浮遊インダクタンス 6…ピーキングコンデンサ 7…予備電離電極 8…主放電電極 9…充電用インダクタンス 10…トリガ発生部 11…レーザ発振装置 12…可変減衰器 13…ミラー 14…ビームホモジナイザ 15…ミラー 16…プロセスチャンバ 17…石英ウィンドウ 18…ガラス基板 19…光波形検出器 20…電流/電圧変換器 21…光波形ピーク検出回路 22…制御部 23…ハロゲン注入部 24…可変減衰器駆動部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High voltage power supply 2 ... Charge resistance 3 ... High voltage switching element 4 ... Main capacitor 5 ... Floating inductance 6 ... Peaking capacitor 7 ... Preliminary ionization electrode 8 ... Main discharge electrode 9 ... Charge inductance 10 ... Trigger generation part 11 ... Laser oscillation device 12 Variable attenuator 13 Mirror 14 Beam homogenizer 15 Mirror 16 Process chamber 17 Quartz window 18 Glass substrate 19 Optical waveform detector 20 Current / voltage converter 21 Optical waveform peak detection circuit 22: control unit 23: halogen injection unit 24: variable attenuator drive unit

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 励起ガスを封入する容器と、 この容器内に相対向して設けられた一対の主放電電極
と、 これら主放電電極に対して配置された複数対の予備電離
電極と、 これら予備電離電極間の電力を充放電する充放電回路
と、 この充放電回路に電力を供給する電源と、 上記充放電回路から上記予備電離電極の放電による電力
を蓄電する複数の蓄電手段と、 上記主放電電極で発生した光を増幅する光共振器と、 この光共振器から出力されたパルスレーザ光の光エネル
ギの経時変化を得る光エネルギ採取手段と、 この光エネルギ採取手段で得られた上記光エネルギの経
時変化で得られる極大値の推移を上記パルスレーザ光の
各パルス毎に検出する検出手段と、 この検出手段により複数の上記極大値同士の比を求めこ
の比が所定値を上回ったときに、上記容器内に注入する
励起ガスの量あるいは上記電源から充放電回路に供給さ
れる電圧値の少なくとも一方を制御する第1の制御手段
とを具備したことを特徴とするパルスガスレーザ発振装
置。
1. A container for enclosing an excitation gas, a pair of main discharge electrodes provided in the container so as to face each other, a plurality of pairs of preliminary ionization electrodes arranged for these main discharge electrodes, A charge / discharge circuit for charging / discharging power between the preliminary ionization electrodes; a power supply for supplying power to the charge / discharge circuit; a plurality of power storage means for storing power from the charge / discharge circuit by discharging the preliminary ionization electrode; An optical resonator for amplifying the light generated at the main discharge electrode; a light energy collecting means for obtaining a temporal change of the light energy of the pulse laser light output from the optical resonator; Detecting means for detecting the transition of the maximum value obtained by the temporal change of the light energy for each pulse of the pulsed laser light; and determining the ratio between the plurality of maximum values by the detecting means, and determining that the ratio exceeds a predetermined value. A first control means for controlling at least one of an amount of the excitation gas injected into the container and a voltage value supplied from the power supply to the charge / discharge circuit. .
【請求項2】 上記検出手段は、上記光エネルギ採取手
段で採取した上記パルスレーザ光の光強度波形中のn番
目(n:自然数)の上記極大値に対する(n+1)番目
の上記極大値との比を求めこの比の上記パルスレーザ光
における各パルス毎の変動を検出し、 上記第1の制御手段は、これら複数の上記極大値の比が
この比の初期値に対する所定倍率を越えないように制御
を行なうことを特徴とする請求項1記載のパルスガスレ
ーザ発振装置。
2. The method according to claim 1, wherein the detecting means is configured to determine an n-th (n: natural number) maximum value of the (n + 1) -th maximum value in the light intensity waveform of the pulse laser light collected by the light energy collecting means. A ratio is obtained and a fluctuation of this ratio for each pulse in the pulse laser beam is detected. The first control means controls the ratio of the plurality of local maximum values so as not to exceed a predetermined magnification with respect to an initial value of the ratio. The pulse gas laser oscillation device according to claim 1, wherein control is performed.
【請求項3】 上記極大値が2つの場合には、第1番目
の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこの
比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を行
なうことを特徴とする請求項2記載のパルスガスレーザ
発振装置。
3. When there are two maximum values, the ratio of the second maximum value to the first maximum value does not exceed 1.6 times the initial value of this ratio. The pulse gas laser oscillation device according to claim 2, wherein the control is performed.
【請求項4】 上記光共振器から出力された上記パルス
レーザ光を任意減衰率で減衰させる可変減衰手段と、 上記光エネルギ採取手段で得た光エネルギの経時変化に
応じて上記可変減衰手段による減衰率を制御する第2の
制御手段とをさらに具備したことを特徴とする請求項1
記載のパルスガスレーザ発振装置。
4. A variable attenuating means for attenuating the pulse laser light output from the optical resonator at an arbitrary attenuation rate, and the variable attenuating means according to a temporal change of light energy obtained by the light energy sampling means. 2. The apparatus according to claim 1, further comprising a second control unit for controlling an attenuation rate.
A pulse gas laser oscillation device as described in the above.
【請求項5】 励起ガスを封入する容器、この容器内に
相対向して設けられた一対の主放電電極、これら主放電
電極に対して配置された複数対の予備電離電極、これら
予備電離電極間の電力を充放電する充放電回路、この充
放電回路に電力を供給する電源、上記充放電回路から上
記予備電離電極の放電による電力を蓄電する複数の蓄電
手段、及び上記主放電電極で発生した光を増幅する光共
振器を有するパルスガスレーザ発振部と、 被処理体が格納されるチャンバと、 上記パルスガスレーザ発振部から出力されたパルスレー
ザ光を上記被処理体に照射する照射手段と、 上記パルスレーザ光の光エネルギの経時変化を得る光エ
ネルギ採取手段と、 上記光エネルギの経時変化で得られる極大値の推移を上
記パルスレーザ光の各パルス毎に検出する検出手段と、 この検出手段により複数の上記極大値同士の比を求めこ
の比が所定値を上回ったときに、上記容器内に注入する
励起ガスの量あるいは上記電源から充放電回路に供給さ
れる電圧値の少なくとも一方を制御する第1の制御手段
とを具備したことを特徴とするレーザアニール装置。
5. A container for enclosing an excitation gas, a pair of main discharge electrodes provided in the container so as to face each other, a plurality of pairs of preliminary ionization electrodes arranged for these main discharge electrodes, and these preliminary ionization electrodes. A charging / discharging circuit for charging / discharging electric power between the charging / discharging circuits; a power supply for supplying power to the charging / discharging circuit; A pulse gas laser oscillating unit having an optical resonator that amplifies the processed light; a chamber in which the object to be processed is stored; and an irradiation unit that irradiates the object to be processed with the pulse laser light output from the pulse gas laser oscillating unit; A light energy sampling means for obtaining a temporal change of the light energy of the pulse laser light; and detecting a transition of a maximum value obtained by the temporal change of the light energy for each pulse of the pulse laser light. Detecting means for calculating a ratio between the plurality of local maxima by the detecting means, and when the ratio exceeds a predetermined value, the amount of the excitation gas to be injected into the container or supplied from the power supply to the charge / discharge circuit. A first control unit for controlling at least one of the voltage values.
【請求項6】 上記検出手段は、上記光エネルギ採取手
段で採取した上記パルスレーザ光の光強度波形中のn番
目(n:自然数)の上記極大値に対する(n+1)番目
の上記極大値との比を求めこの比の上記パルスレーザ光
における各パルス毎の変動を検出し、 上記第1の制御手段は、これら複数の上記極大値の比が
この比の初期値に対する所定倍率を越えないように制御
を行なうことを特徴とする請求項5記載のレーザアニー
ル装置。
6. The method according to claim 1, wherein the detecting means is configured to determine an n-th (n: natural number) maximum value of the (n + 1) -th maximum value in the light intensity waveform of the pulsed laser light collected by the light energy collecting means. A ratio is obtained and a fluctuation of this ratio for each pulse in the pulse laser beam is detected. The first control means controls the ratio of the plurality of local maximum values so as not to exceed a predetermined magnification with respect to an initial value of the ratio. 6. The laser annealing apparatus according to claim 5, wherein control is performed.
【請求項7】 上記極大値が2つの場合には、第1番目
の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこの
比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を行
なうことを特徴とする請求項6記載のレーザアニール装
置。
7. When there are two maximum values, the ratio of the second maximum value to the first maximum value does not exceed 1.6 times the initial value of this ratio. 7. The laser annealing apparatus according to claim 6, wherein control is performed.
【請求項8】 上記光共振器から出力された上記パルス
レーザ光を任意減衰率で減衰させる可変減衰手段と、 上記光エネルギ採取手段で得た光エネルギの経時変化に
応じて上記可変減衰手段による減衰率を制御する第2の
制御手段とをさらに具備したことを特徴とする請求項5
記載のレーザアニール装置。
8. A variable attenuating means for attenuating the pulse laser light output from the optical resonator at an arbitrary attenuation rate, and the variable attenuating means according to a temporal change of light energy obtained by the light energy sampling means. 6. The apparatus according to claim 5, further comprising a second control unit for controlling the attenuation rate.
A laser annealing apparatus as described in the above.
【請求項9】 パルスレーザ光を用いた非晶質半導体基
板のアニール工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、 このパルスレーザ光の光強度波形中のn番目(n:自然
数)の極大値に対する(n+1)番目の極大値との比を
求めこの比の上記パルスレーザ光における各パルス毎の
これら複数の極大値の比がこの比の初期値に対する所定
倍率を越えないように制御を行ないながら非晶質半導体
基板のアニールを行なうことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
9. A method of manufacturing a semiconductor device having an annealing step of an amorphous semiconductor substrate using a pulsed laser beam, wherein the n-th (n: natural number) maximum value in the light intensity waveform of the pulsed laser beam The ratio between the (n + 1) -th maximum value and the plurality of maximum values for each pulse in the pulsed laser light at this ratio is controlled while controlling the amorphous ratio so that the ratio does not exceed a predetermined magnification with respect to the initial value of this ratio. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising annealing a high quality semiconductor substrate.
【請求項10】 上記極大値が2つの場合には、第1番
目の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこ
の比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を
行ないながら上記非晶質半導体基板のアニールを行なう
ことを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方
法。
10. When there are two maximum values, the ratio of the second maximum value to the first maximum value should not exceed 1.6 times the initial value of this ratio. 10. The method according to claim 9, wherein the annealing is performed on the amorphous semiconductor substrate while performing control.
【請求項11】 パルスガスレーザ装置を用いた非晶質
半導体基板のアニール工程を有する半導体装置の製造方
法において、 パルスガスレーザ発振工程と、 このパルスガスレーザ発振工程にて出力されたパルスレ
ーザ光を半導体基板に照射する照射工程と、 上記パルスレーザ光の光エネルギの経時変化を得る光エ
ネルギ採取工程と、 この光エネルギ採取工程で得られる極大値の推移を上記
パルスレーザ光の各パルス毎に検出する検出工程と、 この検出工程により複数の上記極大値同士の比を求めこ
の比が所定値を上回ったときに、上記パルスガスレーザ
装置の励起ガス封入容器に注入する励起ガスの量あるい
は上記パルスガスレーザ装置に供給される電圧の少なく
とも一方を制御する第1の制御工程とを有して、上記非
晶質半導体基板のアニールを行なうことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
11. A method of manufacturing a semiconductor device having an annealing step of an amorphous semiconductor substrate using a pulse gas laser device, comprising: a pulse gas laser oscillation step; and a pulse laser beam output in the pulse gas laser oscillation step. An irradiation step of irradiating the pulse laser light; a light energy sampling step of obtaining a temporal change of the light energy of the pulse laser light; and a detection of detecting a transition of the maximum value obtained in the light energy collection step for each pulse of the pulse laser light. Determining the ratio between the plurality of local maxima by the detection step, and when the ratio exceeds a predetermined value, the amount of the excitation gas injected into the excitation gas enclosure of the pulse gas laser device or the pulse gas laser device. And a first control step of controlling at least one of the supplied voltages. Method of manufacturing a semiconductor device and performing Lumpur.
【請求項12】 上記検出工程は、上記光エネルギ採取
工程で採取した上記パルスレーザ光の光強度波形中のn
番目(n:自然数)の上記極大値に対する(n+1)番
目の上記極大値との比を求めこの比の上記パルスレーザ
光における各パルス毎の変動を検出し、 上記第1の制御工程は、これら複数の上記極大値の比が
この比の初期値に対する所定倍率を越えないように制御
を行なうことを特徴とする請求項11記載の半導体装置
の製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein the detecting step includes the step of n in the light intensity waveform of the pulse laser light collected in the light energy collecting step.
The ratio of the (n + 1) th local maximum value to the (n: natural number) local maximum value is determined, and a change in this ratio for each pulse in the pulsed laser light is detected. 12. The method according to claim 11, wherein the control is performed such that the ratio of the plurality of local maximum values does not exceed a predetermined magnification with respect to the initial value of the ratio.
【請求項13】 上記極大値が2つの場合には、第1番
目の上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこ
の比の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を
行ないながら上記非晶質半導体基板のアニールを行なう
ことを特徴とする請求項12記載の半導体装置の製造方
法。
13. When there are two maximum values, the ratio of the second maximum value to the first maximum value does not exceed 1.6 times the initial value of this ratio. 13. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the annealing of the amorphous semiconductor substrate is performed while performing control.
【請求項14】 上記パルスガスレーザ発振工程にて出
力された上記パルスレーザ光を任意減衰率で減衰させる
可変減衰工程と、 上記光エネルギ採取工程で得た光エネルギの経時変化に
応じて上記可変減衰工程による減衰率を制御する第2の
制御工程とをさらに有したことを特徴とする請求項11
記載の半導体装置の製造方法。
14. A variable attenuation step for attenuating the pulse laser light output in the pulse gas laser oscillation step at an arbitrary attenuation rate, and the variable attenuation according to a temporal change of the light energy obtained in the light energy sampling step. 12. The method according to claim 11, further comprising a second control step of controlling an attenuation rate in the step.
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項15】 パルスレーザ光の光強度波形中のn番
目(n:自然数)の上記極大値に対する(n+1)番目
の上記極大値との比を求めこの比の上記パルスレーザ光
における各パルス毎のこれら複数の極大値の比がこの比
の初期値に対する所定倍率を越えないように制御を行な
いながらアニールの行なわれた多結晶半導体基板を用い
ることを特徴とする半導体装置。
15. A ratio of the (n + 1) -th maximum value to the n-th (n: natural number) maximum value in the light intensity waveform of the pulse laser light is calculated for each pulse in the pulse laser light having this ratio. A semiconductor device using an annealed polycrystalline semiconductor substrate while controlling such that the ratio of the plurality of local maximum values does not exceed a predetermined magnification with respect to the initial value of the ratio.
【請求項16】 極大値が2つの場合には、第1番目の
上記極大値に対する第2番目の上記極大値の比がこの比
の初期値に対して1.6倍を越えないように制御を行な
いながらアニールの行なわれた多結晶半導体基板を用い
ることを特徴とする請求項15記載の半導体装置。
16. When there are two maximum values, control is performed so that the ratio of the second maximum value to the first maximum value does not exceed 1.6 times the initial value of this ratio. 16. The semiconductor device according to claim 15, wherein a polycrystalline semiconductor substrate that has been annealed while performing the step is used.
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