KR100619197B1 - 반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법 - Google Patents

반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법 Download PDF

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Abstract

결정 성장 장치는 제1 조사 수단(100)과, 제2 조사 소단(200)을 구비한다. 제1 조사 수단(100)은 반도체 박막(20)에 선택적으로 제1 레이저광(110)을 조사하여 슈퍼 래터럴 성장법으로 반도체 박막(20)을 결정화시키는 수단이다. 제2 조사 수단(200)은 유리 기판(10)에 선택적으로 제1 레이저광(110)보다도 반도체 박막(20)을 투과하기 쉬운 제2 레이저광(210)을 조사하고, 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 유리 기판(10)을 가열하는 수단이다. 제2 조사 수단(200)은 제2 레이저광(210)을 출사하는 레이저 발진기(201)와, 제2 레이저광(210)이 조사되어 원하는 개구상을 성형하는 개구 교축판(206)과, 개구상을 유리 기판(10)의 메인 표면에 결상하는 대물 렌즈(207)를 갖고 있다. 이에 의해 큰 결정 입자를 갖는 다결정 반도체 박막을 용이하면서 또한 안정적으로 얻을 수 있게 된다.
조사 수단, 레이저광, 레이저 발진기, 개구상, 개구 교축판, 반사 미러

Description

반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법{CRYSTAL GROWTH APPARATUS AND CRYSTAL GROWTH METHOD FOR SEMICONDUCTOR THIN FILM}
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 전체 구조를 도시하는 개략도.
도2는 도1에 도시한 반도체 박막의 결정 성장 장치의 제2 조사 수단의 구성예를 나타내는 개략도.
도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 방법을 설명하기 위한 반도체 박막의 결정화 예정 영역을 포함하는 개략 평면도.
도4는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 방법을 설명하기 위한 반도체 성막의 결정화 예정 영역을 포함하는 개략 단면도.
도5는 본 발명의 제1 실시예에 있어서의 마스크 형상을 도시하는 평면도.
도6a 내지 도6c는 복수회의 펄스 조사를 이용한 슈퍼 래터럴 성장법에 의해 침상 결정 입자가 성장하는 모습을 단계적으로 도시하는 개략도.
도7은 도6a 내지 도6c에 나타낸 방법을 이용하여 형성한 반도체 박막에 트랜지스터를 형성한 모습을 도시하는 개략도.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 있어서의 마스크 형상을 도시하는 평면도.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 있어서 반도체 성막이 결정화된 후의 상태를 도시하는 평면도.
도10은 본 발명의 제2 실시예에 있어서 트랜지스터가 형성된 후의 상태를 도시하는 평면도.
도11은 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 제2 조사 수단의 구성예를 나타내는 개략도.
도12a는 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 개구 교축판의 형상을 도시하는 개략도.
도12b는 도12a에 도시하는 형상의 개구 교축판을 이용한 경우의 개구상(aperture image)의 형상을 도시하는 개략도.
도13은 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 제2 조사 수단의 구성예를 나타내는 개략도.
도14는 본 발명의 제3 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 제2 조사 수단의 다른 구성예를 나타내는 개략도.
도15는 본 발명의 제4 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 제2 조사 수단의 구성예를 나타내는 개략도.
도16은 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 제2 조사 수단의 구성예를 나타내는 개략도.
도17은 본 발명의 제5 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 제2 조사 수단의 다른 구성예를 나타내는 개략도.
도18은 종래의 슈퍼 래터럴 성장법에 있어서 1회의 펄스 조사로 형성되는 침 형 결정 조직을 설명하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 유리 기판
20 : 반도체 박막
100 : 제1 조사 수단
101 : 레이저 발진기
102 : 가변 감쇠 수단
103 : 빔 정형 수단
104 : 조도 분포 균일화 수단
105 : 필드 렌즈
106 : 마스크
107 : 대물 렌즈
108 : 반사 미러
110 : 제1 레이저광
200 : 제2 조사 수단
201 : 레이저 발진기
206 : 개구 교축판
207 : 대물 렌즈
210 : 제2 레이저광
본 발명은, 레이저광 등의 에너지 빔을 이용한 반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법에 관한 것이다.
최근, 퍼스널 컴퓨터나 휴대 전화기의 표시 디스플레이 등에 액정이나 유기 전계 발광(유기 EL)를 이용한 평면형의 표시 장치가 많이 이용되고 있다. 이 액정이나 유기 EL을 이용한 표시 장치에서는 화소의 표시를 스위칭하기 위해, 비정질 또는 다결정의 실리콘을 활성층으로서 이용한 박막 트랜지스터가 이용된다. 구체적으로는, 유리 기판 상에 이들 박막 트랜지스터를 형성하고, 또한 액정 디바이스나 유기 EL 디바이스를 이 유리 기판 상에 형성함으로써, 박형이면서 또한 경량의 표시 장치가 제조 가능해진다.
이 중, 다결정 실리콘 박막을 이용하여 형성된 박막 트랜지스터는 비정질 실리콘을 이용하여 형성된 박막 트랜지스터보다도 캐리어(전자)의 이동도가 높기 때문에, 비정질 실리콘을 이용하여 형성된 박막 트랜지스터에 비해 많은 장점을 갖고 있다.
예를 들어, 캐리어의 이동도가 높기 때문에, 고성능의 트랜지스터를 제작하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 화소 부분에 스위칭 소자를 형성할 뿐만 아니라, 화소의 주변 영역에 고성능인 트랜지스터를 필요로 하는 구동 회로나 화상 처리 회로를 형성하는 것이 가능해진다. 이 결과, 별도로 드라이버 IC(집적회로; Integrated Circuit)나 회로 기판을 유리 기판 상에 실장할 필요가 없어져 표시 장 치를 저가격으로 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 그 밖의 장점으로서 트랜지스터의 치수를 미세화하는 것이 가능하고, 화소 부분에 형성하는 스위칭 소자를 작게 할 수 있으므로, 개구율을 높게 하는 것이 가능하다. 이 결과, 고휘도 및 고정밀도의 표시 장치를 제공하는 것이 가능해진다.
다결정 실리콘 박막을 제조하는 경우에는, 일반적으로 유리 기판에 CVD(화학 기상 성장법) 등으로 비정질 실리콘 박막을 형성한 후에, 이 비정질 실리콘 박막을 다결정화하는 방법이 이용된다.
비정질 실리콘 박막을 다결정화하는 방법으로서는, 기재 전체를 600 ℃ 내지 1000 ℃ 이상의 고온으로 유지하여 비정질 실리콘 박막을 용융시켜 재결정화하는 어닐법이 있다. 이 경우에는, 600 ℃ 이상의 고온에 견딜 수 있는 기재를 사용할 필요가 있어, 고가인 석영 기판을 사용해야만 해 장치의 저가격화의 저해 요인이 되고 있었다.
그러나, 최근에는 레이저광을 이용하여 600 ℃ 이하의 저온으로 비정질 실리콘의 다결정화를 행하는 기술이 일반화되어 있고, 저가격의 유리 기판을 이용하여 비정질 실리콘 박막을 다결정화하는 것이 가능해졌다.
레이저광을 이용한 결정화 기술에 있어서는, 비정질 실리콘 박막이 형성된 유리 기판을 온도 400 ℃ 정도로 가열하고, 유리 기판을 일정 속도로 주사하면서 길이 200 ㎜ 내지 400 ㎜, 폭 0.2 ㎜ 내지 1.0 ㎜ 정도의 선형 빔을 비정질 실리콘 박막으로 조사하는 방법이 일반적이다. 이 방법에 따르면, 결정 입자 직경이 0.2 ㎛ 정도 내지 0.5 ㎛ 정도의 결정 입자를 얻을 수 있다.
또한, 레이저광을 조사한 부분의 비정질 실리콘 박막은 박막의 두께 방향 전체 영역에 걸쳐서 용융하는 것은 아니고, 일부의 비정질 영역을 남긴 상태에서 용융한다. 이로 인해, 레이저광의 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 이르는 곳에 결정핵이 발생하고, 실리콘 박막의 최표면을 향해 결정이 성장하여 랜덤한 방위의 결정 입자가 형성된다.
그러나, 이 방법에 따르면, 다수의 결정 입자가 유리 기판 상에 형성되므로, 박막 속에는 무수한 입자 경계가 존재하게 된다. 이로 인해, 이 다결정 실리콘 박막에 트랜지스터를 형성한 경우에는 캐리어가 입자 경계에 산란되어 이동도가 저하되고, 단결정 실리콘 기판에 비하면 수분의 일 정도의 이동도밖에 얻을 수 없다. 이로 인해, 보다 고성능의 트랜지스터를 얻기 위해서는 다결정 실리콘 박막의 결정 입경을 크게 하는 동시에, 결정 방위를 제어하는 것이 필요해진다. 이로 인해, 최근에 있어서는, 단결정 실리콘에 가까운 실리콘 박막을 얻는 것을 목적으로 하여 수많은 연구 개발이 이루어지고 있다.
그 중에, 일본 특허 공개 평11-307450호 공보나 일본 특허 공개 소58-201326호 공보 등에 개시된 기술이 있다. 이들의 공보에 개시된 기술에서는 비정질 실리콘 박막을 용융하기 위한 레이저광에 부가하여, 유리 기판을 가열하기 위한 레이저광이 이용된다. 이에 의해, 유리 기판을 국소적으로 가열하는 것이 가능해지므로, 종래보다도 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다. 그러나, 이들 공보에 개시된 기술을 이용해도 극적으로 결정 입자를 크게 할 수는 없어 한층 연구 개발이 필 요하다.
한편, 특허 공표 2000-505241호 공보에는 슈퍼 래터럴 성장법이라 칭하는 기술이 개시되어 있다. 이 공보에 개시된 결정 성장 방법에서는, 슬릿형의 펄스 레이저를 실리콘 박막에 조사하여 실리콘 박막을 레이저 조사 영역의 두께 방향 전체 영역에 걸쳐서 용융 및 응고시켜 결정화를 행하는 것이다. 이하, 이 슈퍼 래터럴 성장법에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도18은 1회의 펄스 조사로 형성된 침형 결정 조직을 설명하는 개략도이다. 예를 들어, 폭이 2 ㎛ 내지 3 ㎛의 슬릿형의 펄스 조사에 의해 결정화 예정 영역(22)이 용융하여 용융 영역의 경계로부터 횡방향, 즉 유리 기판의 메인 표면에 평행한 방향[화살표(24)로 나타내는 방향]으로 결정이 성장하고, 용융 영역의 중앙부에서 양측으로부터 성장한 결정이 충돌하여 성장이 종료된다. 이 화살표(24)로 나타내는 방향으로의 결정의 성장을 슈퍼 래터럴 성장이라 칭한다. 이 방법을 이용한 경우에 형성 가능한 결정의 길이는 각종 프로세스 조건에 따라 다르지만, 예를 들어 기판 온도 300 ℃에서 파장 308 ㎚의 엑시머 레이저광을 이용한 경우에 최장 1.2 ㎛ 정도의 결정을 얻을 수 있는 것이 알려져 있다(하라 아끼히또, 사사끼 노부오,「유리 상의 실리콘의 핵 형성 사이트와 응고 방향 제어 단일 결정 실리콘 Si-TFT 형성을 목표로 하여」, 응용 물리학회 결정 공학분과회 제112회 연구회 텍트스, 응용 물리학회 결정 공학분과회, 평성 12년 6월 20일, 19 페이지 내지 25 페이지를 참조).
또한, 결정 길이를 길게 하는 방법으로서, 복수회의 펄스 조사를 이용한 슈 퍼 래터럴 성장법이 있다. 이 복수회의 펄스 조사를 이용한 슈퍼 래터럴 성장법에 있어서는, 1회 전의 레이저 조사로 형성된 침형 결정의 일부에 중복하도록 차례로 레이저 펄스를 조사한다. 이에 의해, 이미 성장한 결정에 연계해서 더욱 긴 침형의 결정이 성장한다. 이 결과, 1회의 펄스 조사에 따른 결정화에 비해 대형이면서 또한 결정의 성장 방향에 방위가 구비된 침형 결정 입자를 용이하게 얻을 수 있게 된다.
이 경우, 전술한 바와 같은 1.2 ㎛ 정도의 결정을 1회의 조사로 얻을 수 있다고 가정하였다면, 조사하는 슬릿을 0.6 ㎛ 정도씩 어긋나게 하여 조사를 반복함으로써, 어긋나게 함에 따라 결정 성장이 연계되는 횟수에도 따르지만, 5 ㎛ 정도 내지 10 ㎛ 정도의 결정을 얻을 수 있다고 생각된다.
그러나, 상술한 어느 하나의 기술을 이용한 경우에도 형성되는 결정 입자의 크기는 여전히 충분한 것은 아니다.
본 발명은 보다 큰 결정 입자를 갖는 다결정 반도체 박막을 용이하면서 또한 안정적으로 얻을 수 있는 반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법을 제공하는 것이고, 특히 슈퍼 래터럴 성장법에 있어서 1회의 레이저광의 조사로 얻을 수 있는 결정 입자의 크기를 대폭으로 크게 하는 것이 가능한 반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법을 제공하는 것이다.
본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치는 기재 상에 성막된 반도체 박막에 레이저광을 조사함으로써, 기재의 메인 표면과 대략 평행 방향으로 반도체 박막을 결정 성장시키는 반도체 박막의 결정 성장 장치이며, 제1 조사 수단과, 제2 조사 수단을 구비한다. 제1 조사 수단은 반도체 박막에 선택적으로 제1 레이저광을 조사하여 반도체 박막의 결정화 예정 영역을 용융시키는 수단이다. 제2 조사 수단은 기재에 선택적으로 제1 레이저광보다도 반도체 박막을 투과하기 쉬운 제2 레이저광을 조사하여 반도체 박막의 결정화 예정 영역을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 기재를 가열하는 수단이다. 이 중, 제2 조사 수단은 제2 레이저광을 출사하는 광원과, 제2 레이저광이 조사되어 원하는 개구상을 성형하는 개구 교축판과, 개구상을 기재의 메인 표면에 결상하는 대물 렌즈를 갖고 있다.
이와 같이, 반도체 박막을 용융시키는 제1 조사 수단에 부가하여, 용융된 반도체 박막의 고화를 지연시키는 제2 조사 수단을 이용하여 슈퍼 래터럴 성장을 행함으로써 반도체 박막의 결정화를 지연시키는 것이 가능해진다. 이로 인해, 형성되는 결정의 크기를 대폭으로 크게 하는 것이 가능해진다. 또한, 개구 교축판을 이용하여 개구상을 성형함으로써, 기재에 조사되는 제2 레이저광의 조사 영역을 적정화하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 기재의 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 제2 레이저광을 조사하는 것이 가능해지고, 기재의 조사 영역 전체 영역을 균일하게 가열하는 것이 가능해진다. 이 결과, 반도체 박막 속에 형성되는 결정 입자를 용이하게 대형화하는 것이 가능해진다.
상기 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 예를 들어 제2 조사 수단은 개구 교축판의 광원측에 배치되고, 또한 투과된 제2 레이 저광이 광축과 수직인 면에 있어서 균일한 방사 조도 분포가 되도록 제2 레이저광을 조정하는 방사 조도 분포 균일화 수단을 더 갖고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 기재를 가열하는 제2 조사 수단에 방사 조도 균일화 수단을 설치함으로써, 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 기재를 가열하는 것이 가능해지고, 안정적으로 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 예를 들어 제2 레이저광이 기재의 메인 표면에 경사 입사되도록 제2 조사 수단이 구성되어 있고, 대물 렌즈는 경사 입사되는 제2 레이저광의 광축에 대략 수직으로 배치되고, 또한 개구 교축판은 개구상의 상면이 기재의 메인 표면과 실질적으로 포개어지도록 경사 입사되는 제2 레이저광의 광축에 대해 경사져 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제2 레이저광이 경사 입사되는 경우에 개구상의 상면과 기재의 메인 표면이 실질적으로 포개어지도록 구성함으로써, 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 기재를 가열하는 것이 가능해지고, 안정적으로 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 예를 들어 기재의 메인 표면에 결상되는 개구상이 직사각형이 되도록 개구 교축판에 마련된 개구의 형상이 다이형으로 조정되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제2 레이저광이 경사 입사되는 경우에 제2 조사 수단에 의한 조사 영역이 직사각형이 되도록 조정함으로써, 복수회의 펄스 조사를 이용하여 지속 적으로 결정을 성장시킨 경우에도 기재를 균일하게 가열하는 것이 가능해지고, 안정적으로 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 예를 들어 제2 레이저광이 기재의 메인 표면에 경사 입사되도록 제2 조사 수단이 구성되어 있고, 대물 렌즈 및 개구 교축판은 기재의 메인 표면과 대략 평행하게 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 기재를 가열하는 것이 가능해지므로, 안정적으로 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치 중, 기재의 메인 표면에 대해 제2 레이저광이 경사 입사되는 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 예를 들어 제2 조사 수단은 개구 교축판의 광원측에 배치되고, 또한 투과된 제2 레이저광이 광축과 수직인 면에 있어서 균일한 방사 조도 분포가 되도록 제2 레이저광을 조정하는 방사 조도 분포 균일화 수단을 더 갖고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제2 레이저광이 경사 입사되는 경우에 있어서도, 기재를 가열하는 제2 조사 수단에 방사 조도 균일화 수단을 설치함으로써 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 기재를 가열하는 것이 가능해지고, 안정적으로 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다.
상기 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치 중, 기재의 메인 표면에 대해 제2 레이저광이 경사 입사되는 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어 서는, 예를 들어 제2 조사 수단은 개구 교축판과 대략 평행하게 배치되고, 또한 방사 조도 분포 균일화 수단으로부터 출사되는 제2 레이저광을 개구 교축판에 대해 경사 입사시키도록 제2 레이저광의 조사 방향을 변경하는 조사 방향 변경 수단을 더 갖고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성함으로써, 개구 교축판이 제2 레이저광의 광축에 대해 경사져 배치된 경우에도 방사 조도 분포의 균일화가 도모되므로, 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 기재를 가열하는 것이 가능해지고, 안정적으로 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 상기한 조사 방향 변경 수단을 갖는 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 예를 들어 조사 방향 변경 수단이 프리즘 또는 렌즈 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 방법은 기재 상에 성막된 반도체 박막에 레이저광을 조사함으로써, 기재의 메인 표면과 대략 평행 방향으로 반도체 박막을 결정 성장시키는 반도체 박막의 결정 성장 방법이며, 이하의 공정을 구비하고 있다.
(a) 반도체 박막에 선택적으로 제1 레이저광을 조사하여 반도체 박막의 결정화 예정 영역을 용융시키는 공정.
(b) 기재에 선택적으로 제1 레이저광보다도 반도체 박막을 투과하기 쉬운 제2 레이저광을 개구 교축판을 거쳐서 조사하고, 반도체 박막의 결정화 예정 영역을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 기재에 개구 교축판에 의해 성형된 개구상을 결상함으로써 기재를 가열하는 공정.
이와 같이, 반도체 박막을 용융시키기 위한 제1 레이저광의 조사 공정에 부가하여 용융된 반도체 박막의 고화를 지연시키기 위한 제2 레이저광의 조사 공정을 더 구비함으로써 반도체 박막의 결정화를 지연시키는 것이 가능해지고, 형성되는 결정의 크기를 대폭으로 크게 하는 것이 가능해진다. 또한, 개방 교축판을 이용하여 개구상을 성형함으로써, 기재에 조사되는 제2 레이저광의 조사 영역을 적정화하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 기재의 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 제2 레이저광을 조사하는 것이 가능해지고, 기재의 조사 영역 전체 영역을 균일하게 가열하는 것이 가능해진다. 이 결과, 반도체 박막 속에 형성되는 결정 입자를 용이하게 대형화하는 것이 가능해진다.
상기 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 방법에 있어서는, 예를 들어 제2 레이저광의 조사 시간은 제1 레이저광의 조사 시간보다도 길고, 또한 제2 레이저광은 제1 레이저광과 동시에 조사되는 시간을 포함하고 있는 것이 바람직하다.
이와 같이, 조사 시간을 조정함으로써 보다 안정적으로 대형의 결정 입자를 얻는 것이 가능해진다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징, 국면 및 이점은 첨부한 도면과 관련하여 이해되는 본 발명에 관한 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
발명자는 레이저 어닐법을 이용하여 반도체 박막을 결정화할 때 슈퍼 래터럴 성장법에 주목하는 한편, 반도체 박막의 결정화 예정 영역에 대응하는 영역의 기재를 균일하게 가열함으로써, 반도체 박막에 의해 큰 결정 입자가 형성되는 점에 착 안하여 본 발명을 완성시키는 데 이르렀다.
이하에 있어서는, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시 형태)
(반도체 박막의 결정 성장 장치의 전체 구조)
우선, 도1을 참조하여 본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치의 전체 구조에 대해 설명한다. 도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치는 제1 조사 수단(100)과, 제2 조사 수단(200)과, 스테이지(300)를 구비하고 있다.
스테이지(300) 상에는 기재로서의 유리 기판(10)이 적재된다. 이 유리 기판(10)의 메인 표면 상에는 전공정에 있어서 반도체 박막(20)이 미리 성막되어 있다. 반도체 박막(20)으로서는, 예를 들어 비정질 실리콘 박막이나 다결정 실리콘 박막 등이 적용 가능하다.
(제1 조사 수단의 구성)
제1 조사 수단(100)은 레이저 발진기(101)와, 가변 감쇠 수단(102)과, 빔 정형 수단(103)과, 방사 조도 분포 균일화 수단(104)과, 필드 렌즈(105)와, 마스크(106)와, 대물 렌즈(107)와, 반사 미러(108; reflecting mirror)를 주로 구비하고 있다.
레이저 발진기(101)는 제1 레이저광(110)을 출사한다. 이 제1 레이저광(110)은 반도체 박막(20)을 용융시키는 것이 가능한 펄스형의 레이저광이다. 제1 레이저광(110)으로서는, 예를 들어 엑시머 레이저광이나 YAG(이트륨-알루 미늄-가넷) 레이저광에 대표되는 각종 고체 레이저광 등의 자외 영역의 파장을 갖는 레이저광이 이용된다.
가변 감쇠 수단(102)은 제1 레이저광(110)의 빔 강도를 보정하는 수단이다. 빔 정형 수단(103)은 제1 레이저광(110)의 빔 형상을 보정하는 수단이다. 또한, 방사 조도 분포 균일화 수단(104)은 제1 레이저광(110)의 광축과 수직으로 교차하는 면에 있어서의 방사 조도 분포를 균일하게 하는 수단이다. 이 방사 조도 분포 균일화 수단(104)은, 예를 들어 원통형 렌즈 어레이와 콘덴서 렌즈를 조합함으로써 구성되고, 광축과 수직으로 교차되는 면에 있어서 가우시안형 방사 조도 분포를 갖는 레이저광을 일단 분할하여 다시 중합함으로써, 방사 조도 분포의 균일화를 도모하는 수단이다.
필드 렌즈(105)는 방사 조도 분포 균일화 수단(104)을 투과한 제1 레이저광(110)을 마스크(106)에 조사하기 위한 렌즈이다. 마스크(106)는 그 메인 면에 빔을 투과하는 복수의 슬릿을 갖고 있고, 슬릿 이외의 부분에 조사된 레이저광을 차광하는 수단이다. 대물 렌즈(107)는 마스크(106)가 갖는 슬릿을 투과한 빔을 마스크상으로서 반도체 박막(20) 상에 결상하는 수단이다.
또한, 반사 미러(108)는 제1 레이저광(110)의 조사 방향을 변경하는 수단이며, 예를 들어 미러 이외에도 렌즈 등에 의해 구성하는 것도 가능하다. 이 반사 미러(108)는 장치의 광학 설계나 기계 설계에 따라서 적절하게 배치하면 되고, 그 설치 부위나 설치 수량은 특별히 제한되는 것은 아니다.
(제2 조사 수단의 구성)
제2 조사 수단(200)은 광원으로서의 레이저 발진기(201)와, 빔 확대 수단(202)과, 방사 조도 분포 균일화 수단(204)과, 필드 렌즈(205)와, 개구 교축판(206)과, 대물 렌즈(207)를 주로 구비하고 있다.
레이저 발진기(201)는 제2 레이저광(210)을 출사한다. 이 제2 레이저광(210)은 유리 기판(10)을 가열하는 것이 가능한 펄스형의 레이저광이다. 제2 레이저광(210)으로서는, 예를 들어 탄산 가스 레이저광이나 YAG 레이저광 등이 이용 가능하다. 단, 제1 조사 수단(100)에 의해 방사되는 제1 레이저광(110)보다도 유리 기판(10) 상에 성막된 반도체 박막(20)을 투과하기 쉬운 레이저광을 채용할 필요가 있다.
빔 확대 수단(202)은 레이저 발진기(201)로부터 출사된 제2 레이저광(210)을 확대하여 평행광선으로 하는 수단이다. 이 빔 확대 수단(202)으로서는, 예를 들어 갈릴레오식의 빔 확대기가 이용된다.
방사 조도 분포 균일화 수단(204)은 제2 레이저광(210)의 광축과 수직으로 교차하는 면에 있어서의 방사 조도 분포를 균일하게 하는 수단이다. 예를 들어, 원통형 렌즈 어레이와 콘덴서 렌즈를 조합하여 구성되고, 광축과 수직으로 교차하는 면에 있어서 가우시안형 방사 조도 분포를 갖는 레이저광을 일단 분할하여 다시 중합함으로써, 방사 조도 분포의 균일화를 도모하는 수단이다.
필드 렌즈(205)는 방사 조도 분포 균일화 수단(204)을 투과한 제2 레이저광(210)을 개구 교축판(206)에 조사하는 렌즈이다. 개구 교축판(206)은 그 메인 면에 개구 교축판을 갖고 있고, 조사된 제2 레이저광(210)의 광량을 교축하는 동시에 원하는 개구상을 성형하는 수단이다. 대물 렌즈(207)는 개구 교축판(206)에 의해 교축된 제2 레이저광(210)을 개구상으로서 유리 기판(10) 상에 결상하는 수단이다.
또한, 필요에 따라서, 제2 레이저광(210)의 조사 방향을 변경하는 수단으로서 반사 미러나 렌즈, 프리즘 등을 배치해도 좋다. 이들의 조사 방향 변경 수단은 장치의 광학 설계나 기계 설계에 따라서 적절하게 배치하면 되고, 그 설치 부위나 설치 수량은 특별히 제한되는 것은 아니다.
(제2 조사 수단에 있어서의 각 광학계의 배치와 레이저광의 광로와의 관계)
다음에, 도2를 참조하여 상술한 제2 조사 수단(200)에 있어서의 각 광학계의 배치와 제2 레이저광(210)의 광로와의 관계에 대해 보다 상세하게 설명한다.
도2에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 제2 조사 수단(200)으로부터 방사된 제2 레이저광(210)은 유리 기판(10)의 메인 표면에 경사 입사되도록 구성되어 있다. 이 제2 레이저광(210)의 광축 상에 상술한 각종 광학계가 배치된다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 중 개구 교축판(206)과 대물 렌즈(207)가 제2 레이저광(210)의 광축에 대해 대략 수직으로 교차하도록 배치되어 있다.
레이저 발진기(201)로부터 출사된 제2 레이저광(210)은 빔 확대 수단(202)에 의해 제2 레이저광(210)의 광축에 수직으로 교차하는 면에 있어서 적당한 형상으로 조정되고, 평행광선화되어 방사 조도 분포 균일화 수단(204)에 조사된다. 방사 조도 분포 균일화 수단(204)에 의해 광축과 수직으로 교차하는 면에 있어서 방사 조 도 분포가 균일화된 제2 레이저광(210)은 필드 렌즈(205)를 거쳐서 개구 교축판(206)에 조사된다. 개구 교축판(206)에 마련된 개구를 투과한 제2 레이저광(210)은 대물 렌즈(207)에 의해 유리 기판(10)의 메인 표면(11)의 소정 영역에 선택적으로 조사된다.
이 결과, 개구 교축판(206)이 배치된 면이 물체면(220)으로서 작용하게 되고, 이 물체면(220)에 위치하는 물체, 즉 개구 교축판(206)의 상(개구상)이 대물 렌즈(207)에 의해 상면(222)에 결상되게 된다. 이 상면(222)이 유리 기판(10)의 메인 표면(11)과 광축에 있어서 교차하도록 각종 광학계의 위치를 조절함으로써, 개구상이 유리 기판(10)의 메인 표면(11)에 형성되고, 이 개구상이 형성된 부분의 유리 기판(10)이 가열되게 된다.
또한, 제2 레이저광(210)은 상술한 바와 같이, 유리 기판(10) 상에 성막된 반도체 박막(20)을 투과하기 쉬운 레이저광으로 조절되고 있다. 이로 인해, 제2 레이저광(210)이 반도체 박막(20)에 의해 흡수되는 일은 거의 없고, 효과적으로 유리 기판(10)을 가열하는 것이 가능하다.
(반도체 박막의 결정 성장 방법)
다음에, 도3 및 도4를 참조하여 본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 방법에 대해 설명한다.
도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 유리 기판(10)의 메인 표면(11) 상에는 전공정에 있어서 미리 반도체 박막(20)이 성막되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 슈퍼 래터럴 성장법을 적용하는 것을 전제로 하고 있으므로, 반도체 박막(20)의 결 정화 예정 영역(22)은, 예를 들어 2 ㎛ 정도 내지 10 ㎛ 정도의 미세한 폭으로 조정되어 있다. 또한, 결정화 예정 영역(22)의 길이 방향에는 특별히 제한은 없지만, 적어도 상술한 폭보다도 크게 조정하는 것이 필요하다. 이 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)에는 상술한 제1 조사 수단(100)을 이용하여 제1 레이저광(110)이 조사된다.
도4에 도시한 바와 같이, 제2 조사 수단(200)에 의해 제2 레이저광(210)이 조사되는 유리 기판(10)의 조사 영역(12)은 상술한 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)에 대응하는 영역을 포함하도록 조정되어 있다. 즉, 도3에 도시한 바와 같이 유리 기판(10) 및 반도체 박막(20)을 평면적으로 본 경우에, 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)은 유리 기판(10)의 조사 영역(12)에 중복되도록 조정되어 있다.
또한, 도3에 도시한 바와 같이 제1 조사 수단(100)에 의해 조사되는 제1 레이저광(110)은 반도체 박막(20)의 메인 표면(21)에 대략 수직으로 입사하도록 구성된다. 이에 대해, 제2 조사 수단(200)에 의해 유리 기판(10)으로 조사되는 제2 레이저광(210)은 유리 기판(10)의 메인 표면에 경사 입사하도록 구성된다.
다음에, 반도체 박막을 결정화하는 순서에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 방법은 반도체 박막(20)에 선택적으로 제1 레이저광(110)을 조사하여 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)을 용융시키는 공정과, 유리 기판(10)에 선택적으로 제1 레이저광(110)보다도 반도체 박막(20)을 투과하기 쉬운 제2 레이저광(210)을 개구 교축판(206)을 거쳐서 조사하고, 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 유리 기판(10)에 개구 교축판(206)에 의해 성형된 개구상을 결상함으로써, 유리 기판(10)을 가열하는 공정을 주로 구비하고 있다.
구체적으로는, 우선 제2 조사 수단(200)에 의해 유리 기판(10)을 가열한다. 이 때, 유리 기판(10)에 생기는 열에 의해 반도체 박막(20)이 용융하지 않을 정도로 제2 조사 수단(200)에 의한 제2 레이저광(210)의 조사량을 조정한다. 다음에, 제2 조사 수단(200)에 의한 유리 기판(10)의 가열을 계속한 상태에서, 제1 조사 수단(100)에 의해 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)을 가열하여 용융시킨다. 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)의 용융이 완료된 시점에서 제1 조사 수단(100)에 의한 조사를 정지한다. 이 후에도 일정 시간, 제2 조사 수단(200)에 의한 유리 기판(10)의 가열을 계속한다. 이상에 의해, 반도체 박막(20)의 결정화가 완료된다.
이와 같은 순서로 제1 레이저광(110) 및 제2 레이저광(210)을 조사함으로써, 반도체 박막에 슈퍼 래터럴 성장이 발생한다. 슈퍼 래터럴 성장법은 슬릿형의 펄스 레이저(제1 레이저광)에 의해 가열된 영역의 반도체 박막이 용융하여 미용융 영역과의 경계로부터 횡방향, 즉 유리 기판의 메인 표면과 대략 평행 방향으로 결정이 성장하고, 용융 영역의 중앙부에서 양측으로부터 성장한 결정끼리 충돌함으로써 결정 성장이 종료하는 결정 성장 방법이다. 이 슈퍼 래터럴 성장법에 있어서는 반도체 박막의 두께 방향 전체 영역에 걸쳐서 용융 및 응고가 행해진다.
또한, 제1 조사 수단(100)에 의한 제1 레이저광(110)의 조사는 제2 조사 수단(200)에 의한 제2 레이저광(210)의 조사가 개시된 후에 개시되지만, 적어도 제2 레이저광(210)의 조사 시간은 제1 레이저광(110)의 조사 시간을 포함하고, 또한 보다 긴 시간 조사를 행하도록 조정할 필요가 있다. 즉, 제2 레이저광(210)의 조사 시간은 제1 레이저광(110)의 조사 시간보다도 길고, 또한 제2 레이저광(210)은 제1 레이저광(110)과 동시에 조사되는 시간을 포함하도록 조정한다. 이에 의해, 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역이 적절하게 긴 동안 용융 상태를 유지하게 되어 결정화의 진행이 지연되게 된다. 단, 제2 레이저광(210)을 장시간에 걸쳐서 조사를 계속하면 유리 기판(10)의 온도가 지나치게 상승하므로, 유리 기판(10)에 손상을 줄 우려가 있다. 이로 인해, 제2 레이저광(210)의 조사 시간은 유리 기판(10)에 손상을 주지 않을 정도로 조정할 필요가 있다.
상술한 바와 같은 반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법을 이용하여 반도체 박막(20)의 결정화를 행함으로써, 1회의 조사로 얻게 되는 결정 입자의 크기를 대폭으로 크게 하는 것이 가능해진다. 이는, 제2 조사 수단(200)에 의해 유리 기판(10)이 가열됨으로써 제1 조사 수단(100)에 의해 용융된 부분이 응고할 때의 냉각 속도가 지연되기 때문이고, 용융된 반도체 박막(20)이 천천히 응고하기 때문이다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서는 개구 교축판(206)을 이용하여 제2 레이저광(210)의 조사 영역을 규정하고 있다. 이로 인해, 유리 기판(10)에 조사되는 제2 레이저광(210)의 조사 영역(12)을 용이하게 적정화하는 것이 가능해진다. 이 결 과, 유리 기판(10)의 조사 영역(12)의 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 제2 레이저광(210)을 조사하는 것이 가능해지고, 유리 기판(10)의 조사 영역(12) 전체 영역을 균일하게 가열하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 반도체 박막(20) 속에 형성되는 결정 입자를 용이하게 대형화하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제2 레이저광(210)으로서 제1 레이저광(110)보다도 반도체 박막(20)을 투과하기 쉬운 레이저광을 이용하고 있으므로, 제2 레이저광(210)이 반도체 박막(20)에 의해 흡수되는 일이 적어져 유리 기판(10)의 반도체 박막(20)의 경계면 부근을 국소적으로 가열하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 효과적으로 용융된 부분의 반도체 박막의 결정화를 지연시키는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서의 제2 조사 수단(200)은 상술한 바와 같이 방사 조도 분포 균일화 수단(204)을 갖고 있다. 통상 레이저 발진기로부터 출사되는 레이저광은 광축에 수직으로 교차되는 면에 있어서 중앙부의 방사 조도가 높고, 주연부로 옮김에 따라서 방사 조도가 낮아지는 가우시안형 방사 조도 분포를 갖고 있다. 이로 인해, 아무런 처리를 하지 않은 레이저광을 그대로 이용하여 유리 기판을 가열한 경우에는, 조사 영역에 있어서 유리 기판이 균일하게 가열되지 않아, 주연 부분에 있어서 가열 부족이 생기는 경우가 있다.
그러나, 본 실시 형태에 있어서는, 방사 조도 분포 균일화 수단(204)을 이용하여 제2 레이저광(210)의 방사 조도 분포를 균일화하고 있으므로, 조사 영역(12) 전체 영역에 걸쳐서 대략 동일한 방사 조도로 유지된다. 이로 인해, 조사 영역(12)의 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 가열할 수 있게 되고, 안정된 결정화를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 방사 조도 분포 균일화 수단(204)으로서 원통형 렌즈 어레이와 콘덴서 렌즈를 조합한 것을 사용하였지만, 카레이드 스코프(만화경)의 원리를 이용한 광학계 등을 채용하는 것도 가능하다.
(실시예)
이하에 있어서는, 본 실시 형태를 기초로 한 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시예)
본 실시예에 있어서는, 반도체 박막으로서 비정질 실리콘 박막을 채용하고, 제1 레이저광으로서 파장 308 ㎚의 XeCl 엑시머 레이저광을 채용하였다. 또한 제2 레이저광으로서는 파장 10.6 ㎛의 탄산 가스 레이저광을 채용하였다.
도5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 있어서 사용한 마스크(106)는 복수의 슬릿(106a)을 갖는다. 슬릿(106a)은 마스크면 상에 있어서 피치(P), 폭(D)으로 배치되어 있고, 각각의 슬릿(106a)의 길이는 A로 나타낸다. 이 슬릿(106a)을 투과한 슬릿형의 펄스 빔은 소정 배율로 비정질 실리콘 박막에 조사된다.
한편, 제2 조사 수단에 의한 유리 기판의 조사 영역은 마스크(106)에 의해 반도체 박막의 메인 표면에 결상되는 마스크상 모든 영역에 대응하는 위치를 포함하도록 조정되어 있다.
상술한 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법을 이용하여 슬릿형의 펄스 빔의 폭을 2 ㎛ 정도 내지 50 ㎛ 정도로 조정하고, 방사 조도 500 mJ/㎠의 XeCl 엑시머 레이저광을 조사 시간 50 ns에서 1회 조사하였다. 이 경우에 얻을 수 있는 결정 입자의 결정 길이가 최대 10 ㎛ 정도까지 도달하는 것이 발명자에 의해 확인되었다. 이 결정 길이가 최대 10 ㎛ 정도인 결정 입자는 종래 얻을 수 있던 결정 길이가 1.2 ㎛ 정도인 결정 입자에 비해 대폭 대형화되어 있는 것이 된다. 이는, 일의적으로 결정화 예정 영역을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 유리 기판을 제2 조사 수단을 이용하여 균일하게 가열한 것에 의한 것이고, 1회의 펄스 조사로 얻게 되는 결정 입자의 결정 길이를 대형화하는 경우에 매우 유효한 수단인 것을 알 수 있다.
그러나, 이 결정 길이가 10 ㎛ 정도인 결정 입자가 형성된 반도체 박막에 있어서도, 용도에 따라서는 제작하는 트랜지스터의 크기에 비교하면 여전히 결정 입자는 작아, 이대로 트랜지스터를 제작하는 것은 실용적이지 않은 경우도 있다.
그래서, 결정 길이를 길게 하기 위해, 발명자는 복수회의 펄스 조사를 이용한 슈퍼 래터럴 성장법을 적용하였다. 이 복수회의 펄스 조사를 이용한 슈퍼 래터럴 성장법은 1회 전의 레이저 조사로 형성된 침형 결정의 일부에 중복하도록 차례로 레이저 펄스를 조사하는 것이다. 이에 의해, 이미 성장한 결정을 인계하여 더욱 긴 침형의 결정이 성장하게 된다.
슈퍼 래터럴 성장은 상술한 바와 같이 펄스 레이저를 1회 조사함으로써 완료된다(도18 참조). 그러나 도6a 내지 도6c에 도시한 바와 같이, 일단 반도체 박막에 빔을 조사하여 조사 영역(23a)을 용융시킨 후, 이 부분을 포함하도록 약간 어긋나게 하여 펄스 레이저를 조사하여 조사 영역(23b)를 용융시킨다. 이에 의해, 이 부분에서 결정이 더 성장하게 된다. 도6b에 도시한 바와 같이, 다음에 또한 조금 어긋나게 한 위치에 빔을 조사하여 조사 영역(23c)을 형성한다. 또한, 조금씩 어긋나게 하여 조사 영역(23d 및 23e)을 형성함으로써 결정을 더 신장시킬 수 있다. 즉, 1회 전의 펄스 조사로 형성된 침형 결정의 일부에 중복되도록 차례로 펄스 레이저를 조사해 가면, 이미 성장한 결정을 인계하여 더욱 긴 침형의 결정이 성장하고, 결정의 성장 방향으로 방위가 구비된 긴 결정을 얻을 수 있게 된다.
상술한 조건에 있어서, 이 복수회의 레이저 조사를 행함으로써, 최대 50 ㎛ 정도의 결정 길이를 갖는 침형 결정 입자가 형성 가능한 것이 발명자에 의해 확인되었다. 이 50 ㎛ 정도의 결정 길이를 갖는 침형 결정 입자는 종래 얻을 수 있었던 결정 길이가 10 ㎛ 정도인 침형 결정 입자에 비해 대폭으로 대형화되어 있는 것이 된다. 이는, 일의적으로 결정화 예정 영역을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 유리 기판을 제2 조사 수단을 이용하여 균일하게 가열한 것에 의한 것이고, 1회의 펄스 조사로 얻게 되는 결정 입자의 결정 길이가 대형화되는 것 및 반복하여 행하는 펄스 조사에 의해 인계되는 결정 성장이 보다 많은 횟수 지속하는 것에 따른다.
이와 같이 하여 긴 침형 결정 입자를 형성하면, 그곳에 디바이스를 형성하는 것이 가능해진다. 도7은 그 모습을 도시하는 개략도이다. 도7에서는 길게 형성된 침형 결정 입자(30) 상에 소스, 드레인 및 채널을 갖는 트랜지스터(40)를 형성하고, 그것을 제어하는 게이트를 배치한 예를 나타낸다. 여기서 채널 속을 흐르는 캐리어의 방향과, 침형 결정 입자(30)가 성장한 방향을 동일한 방향으로 취함으로써 캐리어의 입자 경계에 의한 산란이 억제되므로, 고성능의 트랜지스터를 얻을 수 있다. 즉, 트랜지스터의 배치에 채널 방향을 일방향이 되는 제한을 가함으로써, 고성능인 트랜지스터군을 형성하는 것이 가능해진다.
(제2 실시예)
본 실시예에 있어서는, 상술한 제1 실시예와 마찬가지로 반도체 박막으로서 비정질 실리콘 박막을 채용하고, 제1 레이저광으로서 파장 308 ㎚의 XeCl 엑시머 레이저광을 채용하고, 제2 레이저광으로서 파장 10.6 ㎛의 탄산 가스 레이저광을 채용하였다. 상술한 실시예와 다른 점은, 제1 조사 수단(100)의 마스크(106)의 패턴이다.
도8에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 있어서 이용한 마스크(106)에는 개구부(106b 내지 106e)가 마련되어 있다. 개구부(106b 내지 106e)는 그들이 반도체 박막 상에 결상되었을 때에 대개 트랜지스터의 채널 영역의 크기와 위치에 일치하는 형상으로 조절되어 있다.
상술한 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법을 이용하여 개구부(106b 내지 106e)를 거쳐서 제1 레이저광을 1회의 펄스 조사로 조사함으로써, 반도체 박막(20)의 결정화 예정 영역(22)이 용융 및 고화되고, 고화하는 과정에 있어서 결정화가 생긴다. 이 때, 개구부(106b 내지 106e)의 주연부로부터 결정화가 생기므로, 도9에 도시한 바와 같이 개구부(106b 내지 106e)의 중심을 향해 슈퍼 래터럴 성장이 생긴다. 이 때 발생하는 결정 입자의 크기는 최대 10 ㎛ 정도이고, 트랜지스터의 채널 영역의 크기와 비교하여 거의 동등한 크기이다.
도10에 도시한 바와 같이, 트랜지스터(40b 내지 40e)의 소스 및 드레인이 채 널 영역(42b 내지 42e)을 사이에 두고 배치되고, 채널 영역(42b 내지 42e)의 상부에는 게이트 전극이 배치된다. 이 때, 채널 영역(42b 내지 42e)을 흐르는 캐리어의 방향에 결정화 영역의 결정 성장 방향이 일치하도록 배치함으로써, 캐리어가 결정 입자 경계에 의해 산란되는 경우가 적어지므로, 매우 이동도가 높은 트랜지스터를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시예와 같은 마스크를 이용함으로써 트랜지스터의 배치에 제약이 없어지므로, 자유롭게 트랜지스터를 배치할 수 있게 된다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치는 상술한 제1 실시 형태와 대략 같은 구조를 갖고 있지만, 제2 조사 수단의 광학계의 배치가 상술한 제1 실시 형태와는 다르고, 이에 수반하여 제2 레이저광의 광로에도 차이가 생기고 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 기초로 하는 반도체 박막의 결정 성장 장치 및 결정 성장 방법에서는 제2 조사 수단에 의한 유리 기판의 가열을 제2 레이저광이 조사되는 조사 영역 중에 있어서 균일하게 유지하는 것이 중요해진다. 그러나, 상술한 제1 실시 형태에 나타내는 구성의 제2 조사 수단으로 한 경우에는, 제2 레이저광이 유리 기판의 메인 표면에 대해 경사 입사되도록 구성되어 있다. 이로 인해, 제2 레이저광이 유리 기판에 대해 크게 경사지도록 구성한 경우에는, 개구상이 양호하게 결상되지 않는 경우가 있다.
이는, 대물 렌즈를 투과한 제2 레이저광이 유리 기판에 도달할 때에, 대물 렌즈를 투과한 위치에 의해 유리 기판에 도달할 때까지 필요로 하는 거리가 다르기 때문이다. 이로 인해, 유리 기판의 메인 표면에 형성된 개구상이 초점 어긋남을 일으켜, 개구상을 그만큼 예리하게 얻을 수 없게 되는 문제를 일으킨다. 개구상이 예리하게 결상되지 않는 경우에는, 개구상의 윤곽부가 단순히 흐려질 뿐 아니라 그 조사 강도 분포가 불균일해지는 경우가 많다. 이는, 개구상의 흐려짐이 초점면의 전방과 후방에서는 반드시 대칭은 아니기 때문이다. 이 결과, 조사 영역 내에 있어서의 똑같은 가열이 곤란해지는 경우가 있다.
그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 제2 조사 수단(200)의 각 광학계의 배치를 도11에 도시하는 바와 같은 배치로 하였다. 즉, 경사 입사되는 제2 레이저광(210)의 광축에 대략 수직이 되도록 대물 렌즈(207)를 배치하고, 개구상의 상면(222)과 유리 기판(10)의 메인 표면(11)이 실질적으로 포개어지도록 개구 교축판(206)을 제2 레이저광(210)에 대해 경사지게 하여 배치하고 있다.
환언하면, 제2 레이저광(210)의 광축에 대해 수직으로 개구 교축판(206)을 배치한 상태로부터, 대물 렌즈(207)로부터 보다 먼 유리 기판(10) 상의 위치에 위치하는 결상점(12a1)에 대응하는 개구 교축판(206)의 개구의 일단부(206a1)를 대물 렌즈(207)에 의해 가까운 위치에 오도록, 또한 대물 렌즈(207)로부터 보다 가까운 유리 기판(10) 상의 위치에 위치하는 결상점(12a2)에 대응하는 개구 교축판(206)의 개구의 타단부(206a2)를 대물 렌즈(207)에 의해 먼 위치에 오도록 개구 교축판(206)을 경사지게 하여 배치한다. 즉, 개구 교축판(206)의 개구의 일단부(206a1)가 유리 기판(10) 상의 점(12a1)에, 개구의 타단부(206a2)가 유리 기판(10) 상의 점(12a2)에 각각 결상하도록 개구 교축판(206)을 경사지게 하여 배치 한다.
이에 의해, 개구상의 윤곽부가 유리 기판(10) 상에 예리하게 결상되게 된다. 이 결과, 방사 강도 분포 균일화 수단(204)에 의해 방사 조도가 균일화된 광선이 그대로 유리 기판(10) 상에 결상되므로, 방사 조도 분포의 불균일이 생기기 어려워진다.
이와 같이, 유리 기판(10) 상에 결상되는 개구상의 초점 어긋남이 보정되므로 예리한 윤곽의 개구상이 실현되고, 조사 영역의 주연부에 있어서도 균일하게 가열하는 것이 가능해진다. 또한, 개구 교축판(206)을 광축에 대해 경사지게 하는 각도는 대물 렌즈(207)로부터 유리 기판(10)까지의 거리나 대물 렌즈(207)의 초점 거리 등에 의해 기하 광학적으로 결정된다.
또한, 본 실시 형태와 같이 제2 레이저광(210)을 유리 기판(10)의 메인 표면에 대해 경사 입사시키고, 또한 경사 입사되는 제2 레이저광(210)의 광축에 대해 대물 렌즈(207)를 대략 수직으로 배치한 경우에는, 대물 렌즈(207)로부터의 유리 기판(10)에 이르기까지의 거리가 대물 렌즈(207)의 부분 부분에 따라 다르므로, 결상되는 개구상의 배율이 다르게 된다. 이 결과, 개구 교축판(206)의 개구를 직사각형으로 조정한 경우에는, 유리 기판(10)에 형성되는 개구상은 다이형이 된다.
그래서, 도12a에 도시한 바와 같이, 개구 교축판(206)에 마련하는 개구(206a)의 형상을 다이형으로 하는 것이 바람직하다. 이 다이형의 개구(206a)를 갖는 개구 교축판(206)을 이용하여 개구상을 유리 기판(10) 상에 결상시킴으로써, 도12b에 도시한 바와 같은 직사각형의 조사 영역(12)을 얻을 수 있게 된다.
이와 같이, 조사 영역을 직사각형으로 조정함으로써, 상술한 제1 실시예에 있어서 설명한 복수회의 펄스 조사를 이용한 슈퍼 래터럴 성장법을 채용한 경우에도, 각 펄스 조사에 의한 조사 영역이 직사각형이 되므로, 그 경계 부분의 연결이 균일해진다. 이 결과, 안정적으로 균일하게 유리 기판을 가열하는 것이 가능해져 대형의 결정 입자를 형성하는 것이 촉진되게 된다.
(제3 실시 형태)
본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서는, 상술한 제2 실시 형태와 마찬가지로 대물 렌즈(207)는 경사 입사되는 제2 레이저광(210)의 광축에 대략 수직으로 배치되고, 개구 교축판(206)은 개구상의 상면이 유리 기판(10)의 메인 표면(11)과 실질적으로 포개어지도록 제2 레이저광(210)에 대해 경사져 배치되어 있다.
그러나, 상술한 제2 실시 형태와 같은 광학계의 배치로 한 경우에는, 개구 교축판(206)에 대해 제2 레이저광(210)이 경사져 입사하는 결과, 개구 교축판(206)의 개구부에 있어서 방사 조도의 불균일이 생긴다. 이로 인해, 유리 기판(10)의 조사 영역 전체면에 걸쳐서 균일하게 가열하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 제2 조사 수단(200)의 각 광학계의 배치를 도13에 도시한 바와 같은 배치로 하였다. 즉, 방사 조도 분포 균일화 수단(204)에 의해 방사 조도 분포가 균일화된 제2 레이저광(210)이 개구 교축판(206)에 대해 경사 입사되도록, 개구 교축판(206)과 필드 렌즈(205) 사이에 조사 방향 변경 수단으로서의 렌즈(208)를 배치하였다. 여기서, 렌즈(208)는 개구 교축판(206)과 대략 평행하게 배치된다.
이와 같이 구성함으로써, 방사 조도 분포 균일화 수단(204)으로부터 개구 교축판(206)까지의 거리가 어떤 부분에 있어서도 동일해지므로, 개구 교축판(206)을 광축에 대해 경사지게 한 경우에도 방사 조도 분포가 불균일해지는 것이 회피되게 된다. 이 결과, 유리 기판(10)의 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 가열하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 조사 방향 변경 수단으로서 도14에 도시한 바와 같은 프리즘(209)을 사용하는 것이 가능하다. 상술한 렌즈(208) 대신에 프리즘(209)을 사용함으로써, 제2 조사 수단(200)의 소형화가 가능해져 장치 설계가 용이해진다.
(제4 실시 형태)
상술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태와 마찬가지로, 본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막의 결정 성장 장치에 있어서도, 제2 레이저광(210)은 유리 기판(10)의 메인 표면(11)에 대해 경사 입사되어 있다. 그러나, 상술한 어떠한 쪽의 실시 형태와도 달리, 대물 렌즈(207) 및 개구 교축판(206)이 유리 기판(10)의 메인 표면(11)과 대략 평행하게 배치되어 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 개구 교축판(206)으로부터 대물 렌즈(207)까지의 거리는 개구 교축판(206)에 형성된 개구부의 어떤 위치에 있어서도 비슷해지므로, 또한 대물 렌즈(207)와 유리 기판(10) 사이의 거리도 어떤 위치에 있어서도 동일해지므로, 개구상의 유리 기판(10)으로의 결상 배율은 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 일정해진다. 이로 인해, 개구 교축판(206)의 개구부와 닮은꼴의 개구상으로 하는 것이 가능해져, 개구를 다이형으로 조절할 필요없이 유리 기판(10)의 균일 가열이 가능해진다.
(제5 실시 형태)
본 실시 형태에 있어서의 반도체 박막 장치의 결정 성장 장치에 있어서는, 상술한 제4 실시 형태와 마찬가지로 제2 레이저광(210)이 유리 기판(10)의 메인 표면(11)에 대해 경사 입사되어 있고, 또한 대물 렌즈(207) 및 개구 교축판(206)이 유리 기판(10)의 메인 표면(11)과 대략 평행하게 배치되어 있다.
그러나, 상술한 제4 실시 형태와 같은 광학계의 배치로 한 경우에는, 개구 교축판(206)에 대해 제2 레이저광(210)이 경사져 입사하는 결과, 개구 교축판(206)의 개구부에 있어서 조명 강도의 불균일이 생긴다. 이로 인해, 유리 기판(10)의 조사 영역 전체면에 걸쳐서 균일하게 가열하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 제2 조사 수단(200)의 각 광학계의 배치를 도16에 도시하는 바와 같은 배치로 하였다. 즉, 방사 조도 분포 균일화 수단(204)에 의해 방사 조도 분포가 균일화된 제2 레이저광(210)이 개구 교축판(206) 대해 경사 입사되도록, 개구 교축판(206)과 필드 렌즈(205) 사이에 조사 방향 변경 수단으로서의 렌즈(208)를 배치하였다. 여기서, 렌즈(208)는 개구 교축판(206)과 대략 평행하게 배치된다.
이와 같이 구성함으로써, 방사 조도 분포 균일화 수단(204)으로부터 개구 교축판(206)까지의 거리가 어떤 부분에 있어서도 동일해지므로, 개구 교축판(206)을 광축에 대해 경사지게 한 경우에도 방사 조도 분포가 불균일해지는 것이 회피되게 된다. 이 결과, 유리 기판(10)의 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 균일하게 가열하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 구성으로 함으로써, 개구 교축판(206)으로부터 대물 렌즈(207)까지의 거리는 개구 교축판(206)에 형성된 개구부의 어떤 위치에 있어서도 비슷해지고, 또한 대물 렌즈(207)와 유리 기판(10) 사이의 거리도 어떤 위치에 있어서도 동일하게 되므로, 개구상의 유리 기판(10)으로의 결상 배율은 조사 영역 전체 영역에 걸쳐서 일정해진다. 이로 인해, 개구 교축판(206)의 개구부와 닮은꼴의 개구상으로 하는 것이 가능해지고, 개구를 다이형으로 조절할 필요가 없어 유리 기판(10)의 균일 가열이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 조사 방향 변경 수단으로서 도16에 도시한 바와 같은 프리즘(209)을 사용하는 것이 가능하다. 상술한 렌즈(208) 대신에 프리즘(209)을 사용함으로써, 제2 조사 수단(200)의 소형화가 가능해져 장치 설계가 용이해진다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는 제1 조사 수단의 마스크의 광투과부 형상을 직사각형의 슬릿으로 한 경우를 예시하였지만, 특별히 이에 한정되는 것은 아니고, 메쉬 형상, 톱니 형상, 물결 형상 등의 다양한 형상을 채용하는 것이 가능하다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 반도체 박막의 메인 표면에 제2 레이저광을 경사 입사시킨 경우를 예시하여 설명을 행하였지만, 특별히 이에 한정되는 것 으로는 수직으로 입사하도록 구성해도 상관없다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는 유리 기판 등의 기재 상에 직접 비정질 실리콘 박막 등의 반도체 박막을 성막한 경우를 예시하여 설명을 행하였지만, 기재와 반도체 박막 사이에 반도체 박막의 용융시의 열적인 영향이 기재에 미치지 않도록 하기 위한, 또한 기재 중의 불순물이 반도체 박막에 확산되지 않도록 하기 위한 버퍼층을 설치해도 좋다. 박막으로서 실리콘 박막을 채용한 경우에는, 버퍼층으로서 예를 들어 산화 실리콘막 등이 적용 가능하다.
본 발명을 상세하게 설명하여 나타내 왔지만, 이는 예시를 위한 것일 뿐으로, 한정되는 것은 아니며 발명의 정신과 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해서만 한정되는 것이 명백하게 이해될 것이다.
본 발명에 따르면, 1회의 레이저광의 조사로 얻을 수 있는 결정 입자의 크기를 대폭으로 크게 하는 것이 가능해진다. 또한, 복수회의 레이저 조사를 적용함으로써, 더욱 큰 결정 길이를 갖는 다결정 반도체 박막을 용이하면서 또한 안정적으로 얻을 수 있게 된다. 이 결과, 종래에 비해 결정화에 필요한 시간이 대폭으로 삭감되게 된다.

Claims (13)

  1. 기재 상에 성막된 반도체 박막에 레이저광을 조사함으로써, 상기 기재의 메인 표면과 대략 평행 방향으로 상기 반도체 박막을 결정 성장시키는 반도체 박막의 결정 성장 장치이며,
    상기 반도체 박막에 선택적으로 제1 레이저광을 조사하여 상기 반도체 박막의 결정화 예정 영역을 용융시키는 제1 조사 수단과,
    상기 기재에 선택적으로 상기 제1 레이저광보다도 상기 반도체 박막을 투과하기 쉬운 제2 레이저광을 조사하여 상기 반도체 박막의 상기 결정화 예정 영역을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 상기 기재를 가열하는 제2 조사 수단을 구비하고,
    상기 제2 조사 수단은 상기 제2 레이저광을 출사하는 광원과, 투과된 상기 제2 레이저광이 광축과 수직인 면에 있어서 균일한 방사 조도 분포가 되도록 상기 제2 레이저광을 조정하는 원통형 렌즈 어레이 및 콘덴서 렌즈를 포함하는 광학계에 의한 방사 조도 분포 균일화 수단을 갖는 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방사 조도 분포 균일화 수단의 상기 기재측에 위치하고 상기 제2 레이저광이 반사되어 원하는 개구상을 성형하는 개구 교축판과, 상기 개구 교축판의 상기 기재측에 위치하고 상기 개구상을 상기 기재의 메인 표면에 결상하는 대물 렌즈를 더 갖는 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 레이저광이 상기 기재의 메인 표면에 경사 입사되도록 상기 제2 조사 수단이 구성되어 있고,
    상기 대물 렌즈는 상기 경사 입사되는 제2 레이저광의 광축에 대략 수직으로 배치되고,
    상기 개구 교축판은 상기 개구상의 상면이 상기 기재의 메인 표면과 실질적으로 포개어지도록 상기 경사 입사되는 제2 레이저광의 광축에 대해 경사지게 배치되어 있는 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기재의 메인 표면에 결상되는 상기 개구상이 직사각형이 되도록 상기 개구 교축판에 마련된 개구의 형상이 다이형으로 조정되어 있는 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서, 상기 제2 레이저광이 상기 기재의 메인 표면에 경사 입사되도록 상기 제2 조사 수단이 구성되어 있고,
    상기 대물 렌즈 및 상기 개구 교축판은 상기 기재의 메인 표면과 대략 평행하게 배치되어 있는 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 제2 조사 수단은 상기 개구 교축판과 대략 평행하게 배치되고, 또한 상기 방사 조도 분포 균일화 수단으로부터 출사되는 상기 제2 레이저광을 상기 개구 교축판에 대해 경사 입사시키도록 상기 제2 레이저광의 조사 방향을 변경하는 조사 방향 변경 수단을 더 갖는 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 조사 방향 변경 수단은 프리즘인 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 조사 방향 변경 수단은 렌즈인 반도체 박막의 결정 성장 장치.
  11. 기재 상에 성막된 반도체 박막에 레이저광을 조사함으로써, 상기 기재의 메인 표면과 대략 평행 방향으로 상기 반도체 박막을 결정 성장시키는 반도체 박막의 결정 성장 방법이며,
    상기 반도체 박막에 선택적으로 제1 레이저광을 조사하여 상기 반도체 박막의 결정화 예정 영역을 용융시키는 공정과,
    상기 기재에 선택적으로 상기 제1 레이저광보다도 상기 반도체 박막을 투과하기 쉬운 제2 레이저광을, 투과된 상기 제2 레이저광이 광축과 수직인 면에 있어서 균일한 방사 조도 분포가 되도록 상기 제2 레이저광을 조정하는 원통형 렌즈 어레이 및 콘덴서 렌즈를 포함하는 광학계에 의한 방사 조도 분포 균일화 수단을 거쳐서, 조사함으로써 상기 기재를 가열하는 공정을 구비하는 반도체 박막의 결정 성장 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 레이저광의 조사 시간은 상기 제1 레이저광의 조사 시간보다도 길고, 또한 상기 제2 레이저광은 상기 제1 레이저광과 동시에 조사되는 시간을 포함하는 반도체 박막의 결정 성장 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2 레이저광을 조사함으로써 상기 기재를 가열하는 공정은 상기 제2 레이저광을 개구 교축판을 거쳐서 상기 기재에 조사하고, 이에 의해 상기 반도체 박막의 상기 결정화 예정 영역을 포함하는 영역에 대응하는 위치의 상기 기재에 상기 개구 교축판에 의해 성형된 개구상을 결상함으로써 가열하는 것을 포함하는 반도체 박막의 결정 성장 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004265897A (ja) * 2003-01-20 2004-09-24 Sharp Corp 結晶化半導体素子およびその製造方法ならびに結晶化装置
JP5447909B2 (ja) * 2008-04-25 2014-03-19 株式会社日本製鋼所 薄膜材料の結晶化方法及びその装置
TW201528379A (zh) * 2013-12-20 2015-07-16 Applied Materials Inc 雙波長退火方法與設備

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3917698B2 (ja) * 1996-12-12 2007-05-23 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザーアニール方法およびレーザーアニール装置
JPH11186189A (ja) * 1997-12-17 1999-07-09 Semiconductor Energy Lab Co Ltd レーザー照射装置
US6525296B2 (en) * 1998-10-20 2003-02-25 Sharp Kabushiki Kaisha Method of processing and optical components
JP4403599B2 (ja) * 1999-04-19 2010-01-27 ソニー株式会社 半導体薄膜の結晶化方法、レーザ照射装置、薄膜トランジスタの製造方法及び表示装置の製造方法
US6451631B1 (en) * 2000-08-10 2002-09-17 Hitachi America, Ltd. Thin film crystal growth by laser annealing
US6809012B2 (en) * 2001-01-18 2004-10-26 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of making a thin film transistor using laser annealing
US6770546B2 (en) * 2001-07-30 2004-08-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device
US6750423B2 (en) * 2001-10-25 2004-06-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation method, laser irradiation apparatus, and method of manufacturing a semiconductor device

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