KR20110122052A - Laser annealing method and annealing device for semiconductor film - Google Patents

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Abstract

레이저 어닐링시에 레이저 출력의 변동에 관계없이 결정화의 균일성을 확보한다. 비단결정 반도체막상에 펄스 레이저 광을 조사해서 어닐링 처리를 행하는 레이저 어닐링 처리 방법에 있어서, 상기 레이저 광의 펄스 파형의 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 에너지 제어를 행하고, 상기 제어는 펄스 레이저 광을 출력하는 레이저 발진기(1)와, 펄스 레이저 광을 비단결정 반도체막으로 인도하는 광학계(4)와, 상기 펄스 레이저 광의 최대 피크 높이를 측정하는 최대 피크 높이 측정부와, 상기 최대 피크 높이 측정부의 측정 결과를 수신하여 상기 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 레이저 발진기에 있어서의 펄스 레이저 광의 출력 에너지 또는 펄스 레이저 광의 감쇠율을 조정하는 가변 감쇠기(2)를 제어하는 제어부(8)를 구비한 레이저 어닐링 장치에 의해 행할 수 있다.In laser annealing, uniformity of crystallization is ensured irrespective of variations in laser output. A laser annealing treatment method in which annealing treatment is performed by irradiating pulsed laser light onto a non-single crystal semiconductor film, wherein energy control of the pulsed laser light is performed so that the maximum peak height of the pulse waveform of the laser light becomes a predetermined height, and the control is a pulsed laser light. A laser oscillator 1 for outputting light, an optical system 4 for guiding pulsed laser light to a non-single crystal semiconductor film, a maximum peak height measuring unit for measuring the maximum peak height of the pulsed laser light, and the maximum peak height measurement A laser having a control unit 8 for receiving a negative measurement result and controlling a variable attenuator 2 for adjusting the output energy of the pulse laser light or the attenuation rate of the pulse laser light in the laser oscillator so that the maximum peak height becomes a predetermined height. It can carry out by an annealing apparatus.

Description

반도체막의 레이저 어닐링 방법 및 어닐링 장치{LASER ANNEALING METHOD AND ANNEALING DEVICE FOR SEMICONDUCTOR FILM}LASER ANNEALING METHOD AND ANNEALING DEVICE FOR SEMICONDUCTOR FILM}

본 발명은 액정 모니터나 유기 EL 디스플레이의 화소 스위치나 구동 회로에 사용되는 박막 트랜지스터에 사용되는 다결정 또는 단결정 반도체막을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for producing a polycrystalline or single crystal semiconductor film for use in thin film transistors used in pixel switches and drive circuits of liquid crystal monitors and organic EL displays.

액정 모니터나 유기 EL 디스플레이의 화소 스위치나 구동 회로에 사용되는 박막 트랜지스터에서는 저온 프로세스의 제조 방법의 일환으로서 레이저 광을 사용한 레이저 어닐링이 행해지고 있다. 이 방법은 기판상에 성막된 비단결정 반도체막에 레이저 광을 조사해서 국부적으로 가열 용융한 후 그 냉각 과정에서 반도체 박막을 다결정 또는 단결정으로 결정화하는 것이다. 결정화한 반도체 박막은 캐리어의 이동도가 높아지기 때문에 박막 트랜지스터를 고성능화할 수 있다. 그런데, 레이저 광의 조사에 있어서는 반도체 박막에서 균질한 처리가 행해질 필요가 있고, 조사되는 레이저 광이 안정된 조사 에너지를 갖도록 일반적으로 레이저 광 출력을 일정하게 하는 제어가 이루어지고 있다.In thin film transistors used in pixel switches and driving circuits of liquid crystal monitors and organic EL displays, laser annealing using laser light is performed as part of the low temperature process manufacturing method. This method irradiates a non-single-crystal semiconductor film formed on a substrate with laser light, locally heat-melts it, and then crystallizes the semiconductor thin film into polycrystal or single crystal during the cooling process. Since the crystallinity of the semiconductor thin film increases the mobility of carriers, the thin film transistor can be improved in high performance. By the way, in the irradiation of laser light, a homogeneous treatment needs to be performed in the semiconductor thin film, and control is generally made to make the laser light output constant so that the irradiated laser light has a stable irradiation energy.

그러나, 레이저 발진기의 발진 조건이 변화되거나 레이저 가스의 열화에 의해 레이저 광 출력이 일정하여도 펄스 파형이 변화되어서 일정한 결정화 특성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 도 3은 레이저 펄스 에너지를 변경한 경우의 레이저 펄스 파형의 변화를 나타낸 것이며, 레이저 펄스 에너지의 변동에 의해 펄스 파형의 프로파일(profile) 자체가 변화되고 있는 것을 알 수 있다.However, even when the oscillation condition of the laser oscillator is changed or the laser light output is constant due to the deterioration of the laser gas, the pulse waveform may be changed to obtain a constant crystallization characteristic. 3 shows a change in the laser pulse waveform when the laser pulse energy is changed, and it can be seen that the profile itself of the pulse waveform is changed by the variation of the laser pulse energy.

따라서, 종래 파워 미터나 포토다이오드를 이용해서 레이저 광을 검지하고, 레이저 광 파형의 에너지 적분값이 일정해지도록 레이저 광 출력 등을 제어하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.Therefore, conventionally, the method of detecting a laser light using a power meter or a photodiode and controlling a laser light output etc. so that the energy integrated value of a laser light waveform becomes constant is generally used.

또한, 이밖에 레이저 광의 펄스 파형에 있어서의 복수의 극대값끼리의 비를 구하고, 이 비가 소정값을 상회했을 때에 레이저 가스 봉입 용기내에 주입하는 여기 가스의 양 또는 상기 전원으로부터 충방전 회로에 공급되는 전압값의 적어도 한쪽을 제어하는 펄스 가스 레이저 발진 장치가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).In addition, the ratio of the plurality of maximum values in the pulse waveform of the laser light is obtained, and when the ratio exceeds the predetermined value, the amount of excitation gas to be injected into the laser gas containing container or the voltage supplied to the charge / discharge circuit from the power supply. The pulse gas laser oscillation apparatus which controls at least one of a value is proposed (refer patent document 1).

일본 특허 공개 평10-12549호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 10-12549

종래의 방법, 장치는 상기 한 바와 같이 구성되어 있으므로 이하의 문제점이 발생한다.Since the conventional method and apparatus are configured as described above, the following problems arise.

1. 레이저 가스로서 할로겐 가스를 주입할 때는 레이저 가스 조성비가 안정될 때까지 레이저 발진이 불안정해진다.1. When halogen gas is injected as the laser gas, the laser oscillation becomes unstable until the laser gas composition ratio is stabilized.

2. 할로겐 가스 조성비가 올라가면 펄스 에너지 안정성이 저하된다.2. If the halogen gas composition ratio rises, pulse energy stability falls.

3. 「극대값끼리의 비를 소정 범위에 들어가게 함」에는 일정한 시간을 요한다.3. It takes a certain amount of time to "enlarge the ratio between maximum values within a predetermined range."

4. 「극대값끼리의 비를 소정 범위에 들어가게 함」과 레이저의 에너지 변동이 적은 안정 발진은 상반한다.4. "Make the ratio of maximum values into a predetermined range" and stable oscillation with little energy fluctuation of a laser are incompatible.

5. 빔 다이버전스 등의 영향에 의해 레이저 발진기의 오리지널 펄스 파형과 피조사물에 조사되는 펄스 파형은 다르다.5. The original pulse waveform of the laser oscillator and the pulse waveform irradiated to the irradiated object are different due to the influence of beam divergence.

본 발명은 상기와 같은 종래 방법 및 장치의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 결정화에 기여하는 레이저 광 에너지를 안정되게 유지하고, 일정한 결정성을 가진 반도체 박막을 얻을 수 있는 반도체막의 레이저 어닐링 방법 및 어닐링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the conventional methods and apparatus as described above, and the laser annealing method and annealing of a semiconductor film capable of stably maintaining laser light energy contributing to crystallization and obtaining a semiconductor thin film having a constant crystallinity. It is an object to provide a device.

즉, 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 방법 중 제 1 본 발명은 비단결정 반도체막상에 펄스 레이저 광을 조사해서 어닐링 처리를 행하는 레이저 어닐링 처리 방법에 있어서, 상기 레이저 광의 펄스 파형의 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 에너지 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.That is, in the laser annealing method of the semiconductor film of this invention, 1st this invention is a laser annealing processing method which irradiates a pulsed laser light on a non-single-crystal semiconductor film, and performs annealing, WHEREIN: The maximum peak height of the pulse waveform of the said laser light is predetermined height. Energy control of the said pulsed laser light is performed so that it may become.

제 2 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 방법은 상기 제 1 본 발명에 있어서, 상기 레이저 광의 펄스 파형의 최대 피크 높이를 측정하고, 이 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 출력 에너지 또는/및 출력후의 상기 펄스 레이저 광의 에너지 조정을 행하는 것을 특징으로 한다.In the laser annealing method of the semiconductor film of the second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the maximum peak height of the pulse waveform of the laser light is measured, and the output energy or / and of the pulsed laser light is such that the maximum peak height is a predetermined height. The energy adjustment of the said pulsed laser light after output is performed. It is characterized by the above-mentioned.

본 발명에 의하면, 레이저 광 파형의 최대 피크 높이를 소정 높이로 유지함으로써 레이저 광이 조사되는 반도체막의 결정 특성이 일정해진다. 또한, 상기 펄스 파형에 있어서의 펄스폭은 통상은 1000n초 이하이며, 바람직하게는 5OOn초 이하이다. 단, 본 발명으로서는 펄스폭이 특정한 것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 상기 펄스 파형에 있어서의 소정 높이로서는 적당히 선정이 가능하지만 결정 특성이 일정 그리고 양질이 되도록 설정한다. 통상은 소정 높이로서 범위를 정하고, 이 범위내에 펄스 파형의 최대 피크 높이가 들어가도록 제어를 행한다.According to the present invention, the crystal characteristic of the semiconductor film to which laser light is irradiated is constant by maintaining the maximum peak height of the laser light waveform at a predetermined height. In addition, the pulse width in the said pulse waveform is 1000 n second or less normally, Preferably it is 500 n second or less. However, in the present invention, the pulse width is not limited to a specific one. The predetermined height in the pulse waveform can be appropriately selected, but the crystal characteristic is set to be constant and of good quality. Usually, the range is determined as a predetermined height, and control is performed so that the maximum peak height of the pulse waveform falls within this range.

도 4는 레이저 펄스 에너지에 대한 레이저 조사 위치에 있어서의 결정화에 최적인 최대 피크 높이 및 결정화에 최적인 에너지 밀도(레이저 파워 미터 계측에 의함)를 나타낸 것이다. 도면으로부터 명확한 바와 같이, 레이저 펄스 에너지가 다름으로 인해 최적인 에너지 밀도도 다르고, 펄스 파형 적분값을 일정하게 하도록 제어해도 레이저 펄스 에너지가 변동하면 결정화에 최적인 조건으로 유지할 수 없는 것을 알 수 있다. 한편, 최대 피크 높이에서는 레이저 펄스 에너지가 달라도 최적인 최대 피크 높이는 거의 일정하게 되어 있고, 파형의 최대 피크 높이를 일정하게 함으로써 레이저 펄스 에너지가 변동해도 결정화에 최적인 상태를 유지할 수 있다. 또한, 결정화에 최적인지의 여부는 예를 들면 결정 입경의 전자 현미경 관찰 등에 의해 판정할 수 있다.Fig. 4 shows the maximum peak height that is optimal for crystallization at the laser irradiation position to laser pulse energy and the energy density that is optimal for crystallization (by laser power meter measurement). As is clear from the figure, it is understood that the optimum energy density is also different due to the different laser pulse energy, and even if the control of the pulse waveform integrated value is made constant, the laser pulse energy fluctuates to maintain the optimum condition for crystallization. On the other hand, at the maximum peak height, even if the laser pulse energy is different, the optimum maximum peak height is almost constant. By making the maximum peak height of the waveform constant, the optimum state for crystallization can be maintained even if the laser pulse energy fluctuates. In addition, whether it is optimal for crystallization can be judged by electron microscope observation etc. of a crystal grain diameter, etc., for example.

또한, 도 5는 펄스 에너지(파워 미터 또는 에너지 미터에 의한 계측값)와, 펄스 에어리어(펄스 파형 적분값), 최대 피크 높이의 관계를 나타낸 것이다. 도면으로부터 명확한 바와 같이, 펄스 에너지와 최대 피크 높이는 비례 관계에 있지 않고, 펄스 에너지를 일정하게 해도 결정화에 최적인 상태로 유지할 수 없다는 것을 알 수 있다.5 shows the relationship between pulse energy (measured value by a power meter or an energy meter), pulse area (pulse waveform integrated value), and maximum peak height. As is clear from the figure, it can be seen that the pulse energy and the maximum peak height do not have a proportional relationship, and even if the pulse energy is made constant, it cannot be maintained in an optimal state for crystallization.

제 2 발명에 의하면, 최대 피크 높이를 측정하면서 출력 에너지나 레이저 광의 에너지를 조정함으로써 펄스 파형의 최대 피크 높이를 소정 높이로 정확하게 유지할 수 있다. 출력 에너지의 조정 방법으로서는 레이저 발진기에 있어서의 주입 여기 가스의 양의 조정, 레이저 발진기에서의 방전 전압값의 조정 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 출력후의 펄스 레이저 광의 에너지 조정은 레이저 발진기로부터 출력된 펄스 레이저 광의 감쇠율을 조정 가능한 가변 감쇠기 등을 이용해서 행할 수도 있다. 가변 감쇠기는 레이저 광에 대한 감쇠율을 적당히 변경할 수 있는 것이면 좋고, 본 발명으로서는 특정한 것에 한정되지 않는다.According to the second invention, the maximum peak height of the pulse waveform can be accurately maintained at a predetermined height by adjusting the output energy or the energy of the laser light while measuring the maximum peak height. As an adjustment method of output energy, it can carry out by adjustment of the quantity of injection excitation gas in a laser oscillator, adjustment of the discharge voltage value in a laser oscillator, etc. In addition, the energy adjustment of the pulse laser light after output can also be performed using the variable attenuator etc. which can adjust the attenuation rate of the pulse laser light output from the laser oscillator. The variable attenuator may be any one capable of appropriately changing the attenuation ratio with respect to the laser light, and the present invention is not limited to a specific one.

제 3 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 방법은 상기 제 1 또는 제 2 본 발명에 있어서, 상기 비단결정 반도체막이 실리콘막인 것을 특징으로 한다.In the laser annealing method of the semiconductor film of the third invention of the present invention, the non-single crystal semiconductor film is a silicon film.

제 4 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 방법은 상기 제 1∼제 3 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 레이저 광이 엑시머 레이저 광인 것을 특징으로 한다.In the laser annealing method of the semiconductor film of the fourth aspect of the present invention, the pulsed laser light is excimer laser light in any one of the first to the third inventions.

제 5 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 방법은 상기 제 1∼제 4 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 파형의 최대 피크 높이는 상기 비단결정 반도체막에 조사되는 레이저 광의 펄스 파형으로 계측하는 것을 특징으로 한다.In the laser annealing method of the semiconductor film of the fifth aspect of the present invention, the maximum peak height of the pulse waveform is measured by a pulse waveform of laser light irradiated onto the non-single crystal semiconductor film. do.

제 6 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 장치는 펄스 레이저 광을 출력하는 레이저 발진기와, 펄스 레이저 광을 비단결정 반도체막으로 인도하는 광학계와, 상기 펄스 레이저 광의 최대 피크 높이를 측정하는 최대 피크 높이 측정부와, 이 최대 피크 높이 측정부의 측정 결과를 수신하여 상기 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 레이저 발진기에 있어서의 펄스 레이저 광 에너지를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.The laser annealing apparatus of the semiconductor film of the sixth invention includes a laser oscillator for outputting pulse laser light, an optical system for guiding pulse laser light to a non-single crystal semiconductor film, and a maximum peak height measuring unit for measuring the maximum peak height of the pulse laser light. And a control unit for receiving the measurement result of the maximum peak height measuring unit and controlling the pulsed laser light energy in the laser oscillator so that the maximum peak height becomes a predetermined height.

제 7 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 장치는 펄스 레이저 광을 출력하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 광의 감쇠율을 조정하는 가변 감쇠기와, 펄스 레이저 광을 비단결정 반도체막으로 인도하는 광학계와, 상기 펄스 레이저 광의 최대 피크 높이를 측정하는 최대 피크 높이 측정부와, 이 최대 피크 높이 측정부의 측정 결과를 수신하여 상기 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 가변 감쇠기의 감쇠율을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.A laser annealing apparatus for a semiconductor film according to a seventh aspect of the present invention includes a laser oscillator for outputting pulsed laser light, a variable attenuator for adjusting attenuation rate of the pulsed laser light, an optical system for guiding pulsed laser light to a non-single crystal semiconductor film, and the pulsed laser light. And a maximum peak height measuring unit for measuring a maximum peak height of light, and a control unit for receiving a measurement result of the maximum peak height measuring unit and controlling attenuation rate of the variable attenuator so that the maximum peak height becomes a predetermined height. .

또한, 상기 제어부는 상기 레이저 발진기에 있어서의 펄스 레이저 광 에너지와 상기 가변 감쇠기의 감쇠율의 양쪽을 제어하는 것이어도 좋다.The control unit may control both pulse laser light energy in the laser oscillator and attenuation rate of the variable attenuator.

제 8 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 장치는 상기 제 6 또는 제 7 본 발명에 있어서, 상기 최대 피크 높이 측정부는 상기 펄스 레이저 광의 광로에 배치된 빔 스플리터와, 이 빔 스플리터에 의해 스플리팅(splitting)된 일부의 펄스 레이저 광의 파형을 검출하는 펄스 파형 검출부와, 이 펄스 파형 검출부에서 검출된 펄스 파형으로부터 최대 피크 높이를 판정하는 최대 피크 높이 판정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the sixth or seventh aspect of the present invention, in the laser annealing apparatus of the semiconductor film of the eighth aspect of the present invention, the maximum peak height measuring unit is a beam splitter disposed in an optical path of the pulsed laser light, and is split by the beam splitter. And a maximum peak height determination section for determining a maximum peak height from the pulse waveform detected by the pulse waveform detection section.

[발명의 효과][Effects of the Invention]

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체막의 레이저 어닐링 방법에 의하면, 비단결정 반도체막상에 펄스 레이저 광을 조사해서 어닐링 처리를 행하는 레이저 어닐링 처리 방법에 있어서, 상기 레이저 광의 펄스 파형의 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 에너지 제어를 행하므로 이하의 효과가 있다.As explained above, according to the laser annealing method of the semiconductor film of this invention, in the laser annealing processing method which irradiates a pulsed laser light on a non-single-crystal semiconductor film, and performs an annealing process, the maximum peak height of the pulse waveform of the said laser light is predetermined height. Energy control of the pulsed laser light is performed so that the following effects are obtained.

1. 결정 특성과 상관성이 높은 펄스 파형의 최대 피크 높이에 의해 레이저 조사 에너지 밀도를 제어하므로 항상 일정한 결정화 특성이 얻어진다.1. Since the laser irradiation energy density is controlled by the maximum peak height of the pulse waveform which has a high correlation with the crystal characteristic, a constant crystallization characteristic is always obtained.

2. 레이저 발진기의 발진 조건의 변화에 의해 펄스 파형이 변화되어도 항상 일정한 결정화 특성이 얻어진다.2. Even if the pulse waveform is changed by the change of oscillation condition of the laser oscillator, constant crystallization characteristic is always obtained.

3. 레이저 가스의 열화에 의해 출력(W)이 일정하여도 펄스 파형이 변화될 경우에 결정 특성과 상관성이 높은 펄스 파형의 최대 피크 높이에 의해 레이저 조사 에너지 밀도를 제어하므로 항상 일정한 결정화 특성이 얻어진다.3. Even when the output W is constant due to the deterioration of the laser gas, the laser irradiation energy density is controlled by the maximum peak height of the pulse waveform which has a high correlation with the crystal characteristic when the pulse waveform changes, so that a constant crystallization characteristic is always obtained. Lose.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 레이저 어닐링 장치의 개략을 나타낸 도면이다.
도 2는 마찬가지로 결정화에 최적인 상태를 유지하기 위한 수순을 나타낸 플로우 도면이다.
도 3은 레이저 펄스 에너지를 변경한 경우의 레이저 펄스 파형의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 레이저 펄스 에너지에 대한 결정화에 최적인 에너지 밀도와 최대 피크 높이를 나타낸 그래프이다.
도 5는 레이저 펄스 에너지에 대한 펄스 에너지 밀도와 최대 피크 높이의 관계를 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the outline of the laser annealing apparatus in one Embodiment of this invention.
FIG. 2 is a flow diagram showing a procedure for maintaining a state that is optimal for crystallization in the same manner.
3 is a graph showing changes in the laser pulse waveform when the laser pulse energy is changed.
4 is a graph showing an energy density and a maximum peak height that are optimal for crystallization of laser pulse energy.
5 is a graph showing the relationship between the pulse energy density and the maximum peak height with respect to the laser pulse energy.

이하에 본 발명의 일실시형태를 첨부 도면에 의거해서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, one Embodiment of this invention is described based on an accompanying drawing.

레이저 어닐링 처리 장치는 가스 레이저 광을 출력하는 레이저 발진기(1)를 구비하고 있고, 이 레이저 발진기(1)에서는 주입 가스량이나 방전 전압을 조정함으로써 레이저 광 출력을 조정하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 레이저 발진기(1)로서는 예컨대 Coherent사의 엑시머 레이저 발진기(LSX315C)(파장 3O8㎚, 반복 발진수3OO㎐)를 사용할 수 있다.The laser annealing processing apparatus is provided with the laser oscillator 1 which outputs gas laser light, and this laser oscillator 1 can adjust laser light output by adjusting the injection gas amount and discharge voltage. As the laser oscillator 1, for example, Coherent's excimer laser oscillator LSX315C (wavelength 3O8 nm, repetitive oscillation 30OHz) can be used.

레이저 발진기(1)로부터 출력된 레이저 광(10)이 출사되는 광로에는 가변 감쇠기(2)가 배치되어 있다. 이 가변 감쇠기(2)는 레이저 광의 입사 각도에 따라서 투과율이 변화되는 어테뉴에이터(atteuator) 광학 소자에 의해 구성되어 있고, 가변 감쇠기(2)를 통과하는 레이저 광의 감쇠율 조정이 가능하게 되어 있다. 이 가변 감쇠기(2)에 있어서의 감쇠율 조정은 가변 감쇠기 제어부(3)에 의해 행할 수 있고, 이 가변 감쇠기 제어부(3)는 예컨대 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램 등에 의해 구성될 수 있다.The variable attenuator 2 is disposed in the optical path from which the laser light 10 output from the laser oscillator 1 is emitted. This variable attenuator 2 is comprised by the attenuator optical element whose transmittance | permeability changes with the angle of incidence of a laser beam, and the attenuation ratio of the laser beam which passes through the variable attenuator 2 is attained. The attenuation ratio adjustment in this variable attenuator 2 can be performed by the variable attenuator control part 3, and this variable attenuator control part 3 can be comprised, for example by a CPU and the program which operates this.

가변 감쇠기(2)의 출사측 광로에는 호모지나이저 등의 광학 부재를 배치한 광학계(4)가 설치되어 있고, 이 광학계(4)에 의해 레이저 광(10)을 예를 들면 길이 465㎜, 폭 0.4㎜의 라인 빔으로 정형한다.The optical system 4 which arrange | positioned optical members, such as a homogenizer, is provided in the light emission side optical path of the variable attenuator 2, and this optical system 4 makes laser beam 10 10 length 465 mm, width, for example. It is shaped by a line beam of 0.4 mm.

광학계(4)에 의해 인도되는 레이저 광(10)은 빔 스플리터(5)에 의해 레이저 광의 일부가 인출되고, 대부분은 빔 스플리터(5)를 투과해서 피처리체(6)에 조사된다. 피처리체(6)로서는 예를 들면 두께 50㎚의 a-Si(amorphous Si)막이 대상으로 된다.The laser light 10 guided by the optical system 4 is led out by a beam splitter 5, and a part of the laser light is extracted, and most of the laser light 10 passes through the beam splitter 5 and is irradiated to the object to be processed 6. As the to-be-processed object 6, the a-Si (amorphous Si) film | membrane of thickness 50nm, for example is made into object.

빔 스플리터(5)로부터 인출된 레이저 광(10a)은 펄스 파형 검출 수단(7)에 입력된다. 펄스 파형 검출 수단(7)은 레이저 광(10a)의 펄스 파형을 검출하는 것이며, 본 발명의 펄스 파형 검출부에 상당한다. 예를 들면, 펄스 파형 검출 수단(7)으로서는 하마마츠 포토닉스(Hamamatsu Photonics)제 바이플레이너 광전관(타입 RI193U-52)을 사용한다.The laser light 10a drawn out from the beam splitter 5 is input to the pulse waveform detecting means 7. The pulse waveform detection means 7 detects the pulse waveform of the laser light 10a and corresponds to the pulse waveform detection unit of the present invention. For example, a biplanar photoelectric tube (type RI193U-52) manufactured by Hamamatsu Photonics is used as the pulse waveform detecting means 7.

펄스 파형 검출 수단(7)에 의해 검출된 결과는 제어부(8)로 출력된다. 제어부(8)는 CPU와 이것을 동작시키는 프로그램, 펄스 파형의 소정 최대 피크 높이에 관한 데이터를 불휘발성으로 기억하는 기억부 등에 의해 구성된다. 제어부(8)에서는 펄스 파형 검출 수단(7)에 있어서의 검출 결과로부터 파형의 최대 피크 높이를 판정한다. 따라서, 제어부(8)는 최대 피크 높이 판정부로서의 기능을 갖고 있고, 상기 펄스 파형 검출 수단(7)과 협동해서 본 발명의 최대 피크 높이 측정부를 구성한다. 이 제어부(8)는 레이저 발진기(1)의 출력 제어가 가능하게 되어 있음과 아울러 가변 감쇠기 제어부(3)에 제어 지령을 발행할 수 있다.The result detected by the pulse waveform detection means 7 is output to the control part 8. The control part 8 is comprised by the CPU, the program which operates this, the memory | storage part etc. which store nonvolatile data about the predetermined maximum peak height of a pulse waveform. The control part 8 determines the maximum peak height of a waveform from the detection result in the pulse waveform detection means 7. Therefore, the control part 8 has a function as a maximum peak height determination part, and cooperates with the said pulse waveform detection means 7, and comprises the maximum peak height measuring part of this invention. The control unit 8 is capable of output control of the laser oscillator 1 and can issue control commands to the variable attenuator control unit 3.

이어서, 상기 레이저 어닐링 장치의 동작에 대해서 설명한다.Next, the operation of the laser annealing apparatus will be described.

초기 설정된 출력에 의해 레이저 발진기(1)로부터 레이저 광(10)이 출력된다. 레이저 발진기(1)는 내장된 에너지 미터에 의해 그 발진 에너지가 제어되고 있다. 에너지 미터의 값은 펄스 파형의 적분값에 비례하고 있다.The laser light 10 is output from the laser oscillator 1 by the initially set output. The oscillation energy of the laser oscillator 1 is controlled by a built-in energy meter. The value of the energy meter is proportional to the integral of the pulse waveform.

이 레이저 광(10)은 가변 감쇠기(2)에 도달한다. 이 가변 감쇠기(2)에서는 가변 감쇠기 제어부(3)에 의해 초기 설정된 감쇠율로 레이저 광(10)이 통과하도록 제어되고 있다. 가변 감쇠기(2)에 의해 피처리체(6)를 결정화시키는데에 최적인 조사 에너지 밀도가 설정된다.This laser light 10 reaches the variable attenuator 2. In this variable attenuator 2, the laser light 10 is controlled to pass through the variable attenuator control part 3 at the attenuation rate initially set. The variable attenuator 2 sets the irradiation energy density that is optimal for crystallizing the object 6.

소정의 감쇠율로 감쇠된 레이저 광은 광학계(4)에 의해 벨트 형상으로 정형되어 빔 스플리터(5)에 도달한다. 빔 스플리터(5)를 통과하는 레이저 광은 피처리체(6)에 조사되어서 레이저 어닐링 처리가 된다. 빔 스플리터(5)에 의해 스플리팅된 레이저 광(10a)은 펄스 파형 검출 수단(7)에 도달하고, 검출된 펄스 파형에 관한 정보가 제어부(8)로 출력된다.The laser light attenuated at a predetermined attenuation rate is shaped into a belt by the optical system 4 and reaches the beam splitter 5. The laser light passing through the beam splitter 5 is irradiated to the object 6 to be subjected to laser annealing. The laser light 10a split by the beam splitter 5 reaches the pulse waveform detecting means 7, and information about the detected pulse waveform is output to the controller 8.

이하, 제어부(8)에 있어서의 제어 순서를 도 2에 의거해서 설명한다.Hereinafter, the control procedure in the control part 8 is demonstrated based on FIG.

우선, 스텝 1에서는, 상기한 바와 같이, 펄스 파형이 검출되고, 검출 결과가 제어부(8)로 출력된다(스텝 s1).First, in step 1, as mentioned above, a pulse waveform is detected and a detection result is output to the control part 8 (step s1).

제어부(8)에서는 검출 펄스 파형으로부터 이 파형에 있어서의 최대 피크 높이를 판정한다(스텝 s2). 또한, 통상은, 도 3에 도시된 바와 같이, 파형에 있어서의 제 1 피크가 최대 피크가 되기 때문에 이 제 1 피크 높이를 판정함으로써 최대 피크 높이로 간주할 수 있다.The control part 8 determines the maximum peak height in this waveform from a detection pulse waveform (step s2). In addition, as shown in FIG. 3, since the first peak in the waveform becomes the maximum peak, it can be regarded as the maximum peak height by determining the first peak height.

이어서, 제어부(8)에서는 기억부에 기억시킨 소정 범위의 최대 피크 높이 데이터를 판독하고, 상기에서 판정(검지)한 최대 피크 높이와 비교한다(스텝 s3). 또한, 소정 범위의 최대 피크 높이는 미리 기억부에 기억시켜 둔다. 이 소정 범위의 최대 피크 높이는 피처리체(6)의 종류 등에 의해 다른 데이터를 설정한 것이어도 좋다.Next, the control part 8 reads the maximum peak height data of the predetermined range memorize | stored in the memory | storage part, and compares it with the maximum peak height determined (detected) above (step s3). In addition, the maximum peak height of the predetermined range is stored in advance in the storage unit. The maximum peak height in this predetermined range may be set by other data depending on the type of the target object 6 or the like.

상기 비교에서 검지한 최대 피크 높이가 소정 범위의 최대 피크 높이 이내에 있을 경우(스텝 s3, YES), 현재의 레이저 광(10)은 결정화에 최적인 최대 피크 높이를 갖고 있는 것으로 하고, 이어서 레이저 광 파형의 검출을 행한다(스텝 s1로 ). 반복적으로 행하는 레이저 파형의 검출은 연속적으로 행해도 좋고, 또한 소정의 간격을 두고 행하도록 해도 좋다.When the maximum peak height detected in the comparison is within the maximum peak height of the predetermined range (step s3, YES), the current laser light 10 is assumed to have the maximum peak height optimal for crystallization, and then the laser light waveform Is detected (at step s1). The laser waveform to be repeatedly performed may be detected continuously or at predetermined intervals.

검출한 최대 피크 높이가 소정의 범위내에 없을 경우(스텝 s3, NO) 레이저 출력 조정을 행한다.If the detected maximum peak height is not within the predetermined range (step s3, NO), laser output adjustment is performed.

레이저 발진기(1)에서의 출력 조정은 방전 전압에 의해 조정한다. 이 제어부(8)에서는 검출한 최대 피크 높이가 소정 범위보다도 높을 경우 출력을 작게 해서 최대 피크 높이가 소정 범위내가 되도록 레이저 발진기(1)의 방전 전압을 조정하는 한편 검출한 최대 피크 높이가 소정 범위보다도 낮을 경우 출력을 크게 해서 최대 피크 높이가 소정 범위내가 되도록 레이저 발진기(1)를 조정한다. 조정량은 검출한 최대 피크 높이가 소정 범위로부터 벗어난 양에 의거해서 결정할 수 있다.The output adjustment in the laser oscillator 1 is adjusted by the discharge voltage. When the detected maximum peak height is higher than the predetermined range, the controller 8 adjusts the discharge voltage of the laser oscillator 1 so as to reduce the output and falls within the predetermined range, while the detected maximum peak height is larger than the predetermined range. If it is low, the laser oscillator 1 is adjusted so that the output is increased so that the maximum peak height is within a predetermined range. The adjustment amount can be determined based on the amount from which the detected maximum peak height deviates from a predetermined range.

상기 조정후에는 레이저 조사 처리가 종료될 때(스텝 s5, YES)까지 계속되어 레이저 광 파형의 검출을 행한다(스텝 s1로).After the adjustment, the laser beam waveform is detected until the laser irradiation process ends (step s5, YES) (step s1).

상기한 바와 같이, 레이저 광의 출력이 변동했을 때에도 펄스 파형의 최대 피크 높이를 소정값으로 유지함으로써 펄스 파형의 형태에 관계 없이 결정화에 최적인 상태로 해서 레이저 어닐링 처리를 행할 수 있어서 항상 일정한 결정이 얻어진다.As described above, even when the output of the laser light is varied, the maximum peak height of the pulse waveform is kept at a predetermined value so that the laser annealing process can be performed in a state that is optimal for crystallization regardless of the shape of the pulse waveform, so that a constant crystal is always obtained. Lose.

또한, 상기 제어 스텝에서는 펄스 파형의 최대 피크 높이로 조정하기 위해 레이저 발진기(1)에서의 출력 조정에 의해 행하는 것으로 설명했지만 상기 가변 감쇠기(2)에 있어서의 감쇠율을 조정함으로써 펄스 파형의 최대 피크 높이를 조정해도 좋고, 또한 레이저 발진기(1)에서의 출력 조정과 가변 감쇠기(2)에 있어서의 감쇠율 조정 양쪽에 의해 펄스 파형의 최대 피크 높이를 조정하도록 해도 좋다.Incidentally, in the above control step, it is explained that the output is performed by the laser oscillator 1 in order to adjust the maximum peak height of the pulse waveform. However, the maximum peak height of the pulse waveform is adjusted by adjusting the attenuation rate in the variable attenuator 2. FIG. May be adjusted, and the maximum peak height of the pulse waveform may be adjusted by both the output adjustment in the laser oscillator 1 and the attenuation ratio adjustment in the variable attenuator 2.

이상, 본 발명에 대해서 상기 실시형태에 의거하여 설명을 행했지만 본 발명은 상기 설명의 내용에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한은 적당한 변경이 가능하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to the content of the said description, As long as it does not deviate from the range of this invention, a suitable change is possible.

1 : 레이저 발진기 2 : 가변 감쇠기
3 : 가변 감쇠기 제어부 4 : 광학계
5 : 빔 스플리터 6 : 조사 대상
7 : 펄스 파형 검출 수단 8 : 제어부1: laser oscillator 2: variable attenuator
3: variable attenuator control unit 4: optical system
5: beam splitter 6: irradiation target
7: pulse waveform detection means 8: control part

Claims (8)

비단결정 반도체막상에 펄스 레이저 광을 조사해서 어닐링 처리를 행하는 레이저 어닐링 처리 방법에 있어서: 상기 레이저 광의 펄스 파형의 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 에너지 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 방법.A laser annealing treatment method in which annealing treatment is performed by irradiating pulsed laser light onto a non-single crystal semiconductor film, wherein the energy control of the pulsed laser light is performed such that the maximum peak height of the pulse waveform of the laser light becomes a predetermined height. Laser annealing method. 제 1 항에 있어서,
상기 레이저 광의 펄스 파형의 최대 피크 높이를 측정하고, 상기 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 출력 에너지 또는/및 출력후의 상기 펄스 레이저 광의 에너지 조정을 행하는 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 방법.The method of claim 1,
Measuring the maximum peak height of the pulse waveform of the laser light, and adjusting the output energy of the pulsed laser light and / or the energy of the pulsed laser light after the output so that the maximum peak height becomes a predetermined height. . 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 비단결정 반도체막은 실리콘막인 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 방법.The method according to claim 1 or 2,
And said non-single crystal semiconductor film is a silicon film. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스 레이저 광은 엑시머 레이저 광인 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 방법.The method according to any one of claims 1 to 3,
The pulsed laser light is excimer laser light, characterized in that the laser annealing method of a semiconductor film. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스 파형의 최대 피크 높이는 상기 비단결정 반도체막에 조사되는 레이저 광의 펄스 파형으로 계측하는 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 방법.The method according to any one of claims 1 to 4,
The maximum peak height of the pulse waveform is measured by the pulse waveform of the laser light irradiated to the non-single crystal semiconductor film, the laser annealing method of the semiconductor film. 펄스 레이저 광을 출력하는 레이저 발진기와, 펄스 레이저 광을 비단결정 반도체막으로 인도하는 광학계와, 상기 펄스 레이저 광의 최대 피크 높이를 측정하는 최대 피크 높이 측정부와, 상기 최대 피크 높이 측정부의 측정 결과를 수신하여 상기 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 레이저 발진기에 있어서의 펄스 레이저 광의 출력 에너지를 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 장치.A laser oscillator for outputting pulsed laser light, an optical system for guiding the pulsed laser light to a non-single crystal semiconductor film, a maximum peak height measuring unit for measuring the maximum peak height of the pulsed laser light, and a measurement result of the maximum peak height measuring unit And a control unit for controlling the output energy of pulsed laser light in the laser oscillator so that the maximum peak height is a predetermined height. 펄스 레이저 광을 출력하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저 광의 감쇠율을 조정하는 가변 감쇠기와, 펄스 레이저 광을 비단결정 반도체막으로 인도하는 광학계와, 상기 펄스 레이저 광의 최대 피크 높이를 측정하는 최대 피크 높이 측정부와, 상기 최대 피크 높이 측정부의 측정 결과를 수신하여 상기 최대 피크 높이가 소정 높이가 되도록 상기 가변 감쇠기의 감쇠율을 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 장치.A laser oscillator for outputting pulsed laser light, a variable attenuator for adjusting the attenuation rate of the pulsed laser light, an optical system for guiding the pulsed laser light to a non-single crystal semiconductor film, and a maximum peak height measurement for measuring the maximum peak height of the pulsed laser light And a control unit which receives a measurement result of the maximum peak height measuring unit and controls the attenuation rate of the variable attenuator so that the maximum peak height becomes a predetermined height. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 최대 피크 높이 측정부는 상기 펄스 레이저 광의 광로에 배치된 빔 스플리터와, 상기 빔 스플리터에 의해 스플리팅된 일부의 펄스 레이저 광의 파형을 검출하는 펄스 파형 검출부와, 상기 펄스 파형 검출부에서 검출된 펄스 파형으로부터 최대 피크 높이를 판정하는 최대 피크 높이 판정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체막의 레이저 어닐링 장치.The method according to claim 6 or 7,
The maximum peak height measuring unit includes a beam splitter disposed in an optical path of the pulse laser light, a pulse waveform detector for detecting a waveform of a part of the pulse laser light split by the beam splitter, and a pulse waveform detected by the pulse waveform detector. And a maximum peak height determining section for determining the maximum peak height from the laser beam.
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