KR20130075720A - Method of manufacturing crystalline semiconductor and laser anneal apparatus - Google Patents

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석환 정
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가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼
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Abstract

펄스 레이저의 조사에 의해 실리콘 박막을 결정화시킬 때에 균일한 결정화를 달성한다. 펄스 레이저를 출력하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저를 비정질 반도체로 유도하는 광학계와, 상기 펄스 레이저를 상기 비정질 반도체에 대하여 주사해서 조사하기 위해 상기 비정질 반도체를 상대적으로 이동시키는 이동 장치를 구비하고, 상기 레이저 발진기는 출력되는 펄스 레이저가 시간적 강도 변화에 있어서 1펄스에 복수의 피크군을 갖고, 상기 피크군 중 최대 높이를 갖는 제 1 피크군과 그 후에 나타나는 제 2 피크군이 피크 강도값으로 (제 2 피크군)/(제 1 피크군)≤0.35의 관계를 충족시키는 제조 장치로 해서 상기 펄스 레이저를 비정질 반도체에 조사해서 균일한 특성을 갖는 결정질 반도체를 얻는다.Uniform crystallization is achieved when crystallizing a silicon thin film by irradiation of a pulsed laser. A laser oscillator for outputting a pulse laser, an optical system for guiding the pulse laser to an amorphous semiconductor, and a moving device for relatively moving the amorphous semiconductor to scan and irradiate the pulse laser to the amorphous semiconductor, The laser oscillator has a plurality of peak groups in one pulse in the temporal intensity change of the output pulse laser, and the first peak group having the maximum height among the peak groups and the second peak group appearing thereafter are the peak intensity values (the The pulsed laser is irradiated to the amorphous semiconductor with a manufacturing apparatus satisfying the relationship of 2 peak group) / (first peak group) ≤ 0.35 to obtain a crystalline semiconductor having uniform characteristics.

Description

결정질 반도체의 제조 방법 및 레이저 어닐링 장치{METHOD OF MANUFACTURING CRYSTALLINE SEMICONDUCTOR AND LASER ANNEAL APPARATUS}METHOOD OF MANUFACTURING CRYSTALLINE SEMICONDUCTOR AND LASER ANNEAL APPARATUS

본 발명은 액정 디스플레이나 유기 EL 디스플레이의 화소 스위치나 구동 회로에 사용되는 박막 트랜지스터의 다결정 또는 단결정 반도체막의 제조에 바람직하게 사용되는 결정질 반도체의 제조 방법 및 레이저 어닐링 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a crystalline semiconductor and a laser annealing device which are preferably used for the production of polycrystalline or single crystal semiconductor films of thin film transistors used in pixel switches and drive circuits of liquid crystal displays or organic EL displays.

액정 디스플레이나 유기 EL(Electro-Luminescence) 디스플레이의 화소 스위치나 구동 회로에 사용되는 박막 트랜지스터에서는 저온 프로세스의 제조 방법의 일환으로서 레이저를 사용한 레이저 어닐링이 행해지고 있다. 이 방법은 기판 상에 성막된 비단결정 반도체막에 레이저를 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.In thin film transistors used in pixel switches and drive circuits of liquid crystal displays and organic EL (Electro-Luminescence) displays, laser annealing using lasers is performed as part of the low temperature process manufacturing method. This method is to irradiate a non-single crystal semiconductor film formed on a substrate with a laser, locally heat-melt, and crystallize 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.

상기 레이저의 조사에 있어서는 반도체 박막으로 균질한 처리가 행해질 필요가 있고, 조사되는 레이저가 안정된 조사 에너지를 갖도록 일반적으로 레이저 출력을 일정하게 하는 제어가 이루어지고 있고, 펄스 레이저에서는 펄스 에너지를 일정하게 하는 제어가 이루어지고 있다.In the irradiation of the laser, a homogeneous treatment needs to be performed on the semiconductor thin film, and in general, control is made to keep the laser output constant so that the irradiated laser has a stable irradiation energy. Control is taking place.

그런데 상기 펄스 레이저에 많이 이용되고 있는 엑시머 가스 레이저는 방전 방식에 의한 레이저광을 발진시킨다. 고출력의 엑시머 가스 레이저에서는 1회째의 고전압에 의한 방전 후 잔류 전압에 의해 복수의 방전이 발생하고, 그 결과에 따라 복수의 피크를 갖는 레이저광이 발생한다. 그때에 2번째 이후의 피크는 1번째의 피크와 그 특성이 다른 경우가 있다. 이것 때문에 펄스 레이저의 펄스 파형에 있어서의 복수의 극대값끼리의 비를 구하고, 이 비를 소정 범위에 넣어서 결정화 실리콘의 특성을 일정하게 유지하는 펄스 레이저 발진 장치가 제안되어 있다 (특허문헌 1 참조).By the way, excimer gas lasers, which are widely used in the pulsed laser, oscillate laser light by a discharge method. In the high output excimer gas laser, a plurality of discharges are generated by the residual voltage after the discharge by the first high voltage, and laser light having a plurality of peaks is generated according to the result. At that time, the second and subsequent peaks may be different from the first peak. For this reason, the pulse laser oscillation apparatus which calculates | requires ratio of several maximum values in the pulse waveform of a pulse laser, puts this ratio in a predetermined range, and keeps the characteristic of crystallization silicon constant (refer patent document 1).

이 펄스 레이저 발진 장치에서는 상기 펄스 레이저빔의 시간 변화 파형이 2 이상인 피크군을 포함하고, 그 중 2번째의 피크군의 펄스 레이저빔의 피크값이 최초의 피크군의 펄스 레이저빔군에 대하여 0.37∼0.47의 범위 내가 되도록 설정하고 있다.The pulse laser oscillation apparatus includes a peak group having a time variation waveform of the pulse laser beam of 2 or more, wherein the peak value of the pulse laser beam of the second peak group is 0.37 to the pulse laser beam group of the first peak group. It is set to be in the range of 0.47.

일본 특허 공개 2001-338892 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2001-338892

상기한 바와 같이 상기 특허문헌 1에 나타내어진 장치에서는 피크비를 안정된 범위로 함으로써 결정화 실리콘의 특성을 일정하게 유지하는 것으로 하고 있다. 그러나 이러한 범위의 피크비에 안정시켜도 반드시 실리콘 박막의 결정화 및 활성화가 실리콘 박막의 면내에서 균일하게 되지 않는다는 문제가 발생하고 있다.As mentioned above, in the apparatus shown in the said patent document 1, the characteristic of crystallized silicon is kept constant by making peak ratio into the stable range. However, there is a problem that the crystallization and activation of the silicon thin film does not necessarily become uniform in the plane of the silicon thin film even when stabilized at the peak ratio in this range.

본 발명자들은 상기 피크비에 대해서 검증을 더 진행시킨 결과 피크비의 안정화보다 피크비의 값 그 자체가 결정화 특성의 균일화에 크게 기여하고 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이른 것이다.As a result of further verifying the peak ratio, the present inventors have found that the value of the peak ratio itself contributes to the homogenization of crystallization characteristics rather than stabilizing the peak ratio, and thus, the present invention has been completed.

즉, 본 발명의 결정질 반도체의 제조 방법은 비정질 반도체에 펄스 레이저를 조사해서 상기 비정질 반도체를 결정화시킬 때에 상기 펄스 레이저가 시간적 강도 변화에 있어서 1펄스에 복수의 피크군을 갖고, 상기 비정질 반도체로의 조사 시에 상기 피크군 중 최대 높이를 갖는 제 1 피크군과 그 후에 나타나는 제 2 피크군이 피크 강도값으로 (제 2 피크군)/(제 1 피크군)≤0.35의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 한다.That is, in the method of manufacturing the crystalline semiconductor of the present invention, when the amorphous semiconductor is irradiated with a pulse laser to crystallize the amorphous semiconductor, the pulsed laser has a plurality of peak groups in one pulse in temporal intensity change, and is transferred to the amorphous semiconductor. In the irradiation, the first peak group having the maximum height and the second peak group appearing after the peak group satisfy the relationship of (second peak group) / (first peak group) ≤ 0.35 as peak intensity values. It is done.

또한, 본 발명의 레이저 어닐링 장치는 펄스 레이저를 출력하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저를 비정질 반도체로 유도하는 광학계와, 상기 펄스 레이저를 상기 비정질 반도체에 대하여 주사해서 조사하기 위해 상기 비정질 반도체를 상대적으로 이동시키는 이동 장치를 구비하고, 상기 레이저 발진기는 출력되는 펄스 레이저가 시간적 강도 변화에 있어서 1펄스에 복수의 피크군을 갖고, 상기 피크군 중 최대 높이를 갖는 제 1 피크군과 그 후에 나타나는 제 2 피크군이 피크 강도값으로 (제 2 피크군)/(제 1 피크군)≤0.35의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the laser annealing apparatus of the present invention includes a laser oscillator for outputting a pulsed laser, an optical system for guiding the pulsed laser to an amorphous semiconductor, and the amorphous semiconductor to scan and irradiate the pulsed laser with respect to the amorphous semiconductor. The laser oscillator includes a first peak group having a plurality of peak groups in one pulse, the maximum height among the peak groups, and a second one appearing thereafter, wherein the laser oscillator outputs a pulsed laser beam. The peak group satisfies the relationship of (second peak group) / (first peak group) ≤ 0.35 as the peak intensity value.

본 발명은 상기 피크 강도비가 상기 관계를 충족시킴으로써 상기 펄스 레이저가 조사된 비정질 반도체가 결정화할 때에 균일한 결정화 특성이 얻어진다. 이 비가 0.35를 초과하면 결정화 반도체의 특성이 불균일해진다.The present invention obtains uniform crystallization characteristics when the amorphous semiconductor irradiated with the pulse laser is crystallized by the peak intensity ratio satisfying the above relationship. When this ratio exceeds 0.35, the characteristics of the crystallized semiconductor become nonuniform.

1개의 피크군에서는 복수의 피크를 갖는 것이어도 좋고, 피크군 중의 최대 높이에서 상기 피크군에서의 피크 강도를 나타낼 수 있다. 통상의 엑시머 레이저에서는 최초에 상대적으로 높이가 큰 제 1 피크군이 나타나고, 그 후에 강도가 크게 저하되는 극소값(최대 높이의 몇분의 1정도)을 거친 후 상대적으로 높이가 작은 제 2 피크군이 나타나 크게는 2개의 피크군을 갖고 있다. 또한, 본 발명으로서는 1펄스에 피크군이 3 이상 나타나는 것이어도 좋다.One peak group may have a plurality of peaks, and the peak intensity in the peak group can be exhibited at the maximum height in the peak group. In a conventional excimer laser, a first group of relatively high peaks appears first, and then a second group of relatively shorter peaks appears after passing through a minimum value (a fewth of the maximum height) in which the intensity greatly decreases. It has two peak groups. In addition, in this invention, three or more peak groups may appear in one pulse.

또한, 1펄스는 1개의 레이저 발진기에서 출력된 것이어도 좋고, 2개 이상의 레이저 발진기에서 출력된 펄스가 중합되어서 1펄스가 되는 것이어도 좋다.In addition, one pulse may be output from one laser oscillator, and the pulses output from two or more laser oscillators may be polymerized and become one pulse.

상기 펄스 레이저는 레이저 발진기로부터 출력될 때에 상기 피크 강도비를 충족시키고 있는 것이 필요하다. 1개의 펄스에 시간적인 강도 변화로 복수의 피크군을 가질 경우 통상은 각 피크군의 높이를 따로따로 조정하는 것은 불가능하다. 이것 때문에 레이저 발진기로부터 출력될 때에 적어도 상기 피크 강도비를 만족시키고 있도록 한다. 또한, 펄스 레이저는 광학계 등을 개재함으로써 레이저 파형이 변화되어 펄스 레이저의 최대 높이가 낮아지는 경우가 있다. 이 경우 제 1 피크군의 강도가 낮아지기 때문에 상기 피크 강도비는 커지는 경향이 있다. 따라서, 상기 피크 강도비가 광로로 변화되는 경우에는 비정질 반도체에 조사될 때의 펄스 레이저의 피크 강도비가 상기 조건을 충족시키도록 레이저 발진기로부터 출력되는 펄스 레이저의 상기 비를 0.35 이하이며, 상기 변화를 예측한 값(보다 작은 값)으로 한다.The pulse laser needs to satisfy the peak intensity ratio when output from the laser oscillator. When one pulse group has a plurality of peak groups with temporal intensity changes, it is usually impossible to adjust the height of each peak group separately. For this reason, when output from a laser oscillator, at least the said peak intensity ratio is made to be satisfied. In addition, a pulse laser may change a laser waveform by interposing an optical system etc., and the maximum height of a pulse laser may fall. In this case, since the intensity of the first peak group decreases, the peak intensity ratio tends to increase. Therefore, when the peak intensity ratio is changed to the optical path, the ratio of the pulse laser output from the laser oscillator is 0.35 or less so that the peak intensity ratio of the pulse laser when irradiated to the amorphous semiconductor satisfies the above condition, and predicts the change. One value (less value).

펄스 레이저의 출력은 펄스 에너지로 700mJ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 850mJ로 하는 것이 한층 더 바람직하다. 펄스 에너지의 출력이 작으면 상기 피크 강도비는 작아지는 경향이 있지만, 낮은 펄스 에너지에서는 광로에 배치해서 레이저의 투과율을 조정하는 감쇠기의 조정 범위가 작아진다.The output of the pulse laser is preferably 700 mJ or more in terms of pulse energy, and more preferably 850 mJ. If the output of pulse energy is small, the peak intensity ratio tends to be small. However, at low pulse energy, the adjustment range of the attenuator for adjusting the transmittance of the laser to be arranged in the optical path becomes small.

본 발명에서는 비정질 반도체로서 기판에 형성된 아모퍼스 실리콘 박막이 바람직한 대상이 된다. 기판에는 통상은 유리 기판이 사용되지만 본 발명으로서는 기판의 재질이 특별히 한정되는 것은 아니고, 그 밖의 재질이어도 좋다. 아모퍼스 실리콘 박막은 통상은 40∼100㎚의 두께로 형성되어 있지만 본 발명으로서는 그 두께가 특별히 한정되는 것은 아니다.In the present invention, an amorphous silicon thin film formed on a substrate as an amorphous semiconductor is a preferred object. Although a glass substrate is normally used for a board | substrate, the material of a board | substrate is not specifically limited as this invention, It may be another material. Although an amorphous silicon thin film is normally formed in the thickness of 40-100 nm, the thickness is not specifically limited in this invention.

또한, 펄스 레이저로서는 바람직하게는 파장 308㎚의 엑시머 레이저를 들 수 있다. 단, 본 발명으로서는 펄스 레이저의 종별이 이것에 한정되는 것은 아니다.As the pulse laser, an excimer laser having a wavelength of 308 nm is preferable. However, in the present invention, the type of pulse laser is not limited to this.

(발명의 효과)(Effects of the Invention)

이상과 같이 이 발명에 의하면 비정질 반도체에 펄스 레이저를 조사해서 상기 비정질 반도체를 결정화시킬 때에 상기 펄스 레이저가 시간적 강도 변화에 있어서 1펄스에 복수의 피크군을 갖고, 상기 비정질 반도체로의 조사 시에 상기 피크군 중 최대 높이를 갖는 제 1 피크군과 그 후에 나타나는 제 2 피크군이 피크 강도값으로 (제 2 피크군)/(제 1 피크군)≤0.35의 관계를 충족시키는 것으로 하기 때문에 균일한 결정질 반도체가 얻어지는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, when the amorphous semiconductor is irradiated with a pulsed laser to crystallize the amorphous semiconductor, the pulsed laser has a plurality of peak groups in one pulse in temporal intensity change. Uniform crystalline because the first peak group having the maximum height among the peak groups and the second peak group appearing thereafter satisfy the relationship of (second peak group) / (first peak group) ≤ 0.35 as peak intensity values. There is an effect that a semiconductor is obtained.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 레이저 어닐링 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 마찬가지로 실시예에 있어서의 펄스 레이저 펄스 파형을 나타내는 도면이다.
도 3은 마찬가지로 실시예에 있어서의 각 에너지 밀도에서의 SEM 사진을 나타내는 도면이다.
도 4는 마찬가지로 실시예에 있어서의 조사 불균일을 나타내는 다결정 실리콘 박막을 나타내는 개념도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the laser annealing apparatus of one Embodiment of this invention.
Fig. 2 is a diagram showing a pulse laser pulse waveform in the same example.
FIG. 3 is a diagram showing an SEM photograph at each energy density in the same example.
4 is a conceptual diagram showing the polycrystalline silicon thin film which shows the irradiation nonuniformity in an Example similarly.

이하에 이 발명의 일실시형태를 도 1에 의거해서 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, one Embodiment of this invention is described based on FIG.

이 실시형태의 결정질막의 제조 방법에서는 플랫 패널 디스플레이 TFT 디바이스에 사용되는 기판(8)을 대상으로 하고, 상기 기판(8) 상에는 비정질막으로서 아모퍼스 실리콘 박막(8a)이 형성되어 있는 것으로 한다. 아모퍼스 실리콘 박막(8a)은 상법에 의해 기판(8)의 상층에 형성되고, 탈수소 처리가 이루어져 있다.In the manufacturing method of the crystalline film of this embodiment, the substrate 8 used for a flat panel display TFT device is made into object, and the amorphous silicon thin film 8a is formed on the said substrate 8 as an amorphous film. The amorphous silicon thin film 8a is formed in the upper layer of the board | substrate 8 by a conventional method, and the dehydrogenation process is performed.

단, 본 발명으로서는 대상이 되는 기판 및 이것에 형성된 비정질막의 종별이 이것에 한정되는 것은 아니다.However, as the present invention, the type of the target substrate and the amorphous film formed thereon is not limited to this.

도 1은 본 발명의 일실시형태의 결정질막의 제조 방법에 사용되는 엑시머 레이저 어닐링 처리 장치(1)를 나타내는 것이며, 상기 엑시머 레이저 어닐링 처리 장치(1)는 본 발명의 레이저 어닐링 장치에 상당한다.Fig. 1 shows an excimer laser annealing processing apparatus 1 used in the method for producing a crystalline film of one embodiment of the present invention, and the excimer laser annealing processing apparatus 1 corresponds to the laser annealing apparatus of the present invention.

엑시머 레이저 어닐링 처리 장치(1)에서는 308㎚의 파장을 갖고 펄스 주파수 1∼600㎐, 펄스폭(FWHM: full width at half maximum) 20∼50㎱의 펄스 레이저를 출력하는 엑시머 레이저 발진기(2)가 제진대(6)에 설치되어 있고, 상기 엑시머 레이저 발진기(2)에는 펄스 신호를 생성하는 제어 회로(2a)가 구비되어 있다.In the excimer laser annealing processing apparatus 1, an excimer laser oscillator 2 having a wavelength of 308 nm and outputting a pulse laser having a pulse frequency of 1 to 600 Hz and a pulse width (FWHM: full width at half maximum) of 20 to 50 Hz The excimer laser oscillator 2 is provided in the vibration damping table 6, and a control circuit 2a for generating a pulse signal is provided.

또한, 엑시머 레이저 발진기(2)로부터 출력되는 펄스 레이저는 도 2에 나타내는 바와 같이 1펄스에 시간적 변화에 있어서 2개의 피크군(A,B)을 갖고 있고, 최대 높이를 갖는 제 1 피크군(A)의 피크 강도(a)에 대하여 제 2 피크군(B)의 피크 강도(b)는 b/a가 0.35 이하의 조건을 충족시키고 있다. 2번째 이후의 피크만을 1번째의 피크와 별도로 형성할 수 없는 것과, 2번째 이후의 피크의 제어는 불가능하기 때문에 2번째 이후의 피크의 강도를 낮춘 펄스 레이저를 출력하는 것이 필요하다. 상기 펄스 레이저 파형의 설정은 레이저의 발진 회로의 설계나 레이저 발진기의 에너지의 설정 또는 엑시머 가스 레이저의 가스 혼합비 등에 의해 행할 수 있다.In addition, the pulse laser output from the excimer laser oscillator 2 has two peak groups A and B in temporal change in one pulse as shown in FIG. 2, and has the 1st peak group A which has a maximum height. The peak intensity b of the second peak group B is such that b / a satisfies a condition of 0.35 or less. Since only the second and subsequent peaks cannot be formed separately from the first and the second and subsequent peaks cannot be controlled, it is necessary to output a pulse laser having a lower intensity of the second and subsequent peaks. The pulse laser waveform can be set by the design of the oscillation circuit of the laser, the setting of the energy of the laser oscillator, or the gas mixing ratio of the excimer gas laser.

상기 엑시머 레이저 발진기(2)는 본 발명의 레이저 발진기에 상당한다.The excimer laser oscillator 2 corresponds to the laser oscillator of the present invention.

엑시머 레이저 발진기(2)의 출력측에는 감쇠기(3)가 배치되어 있고, 감쇠기(3)의 출력측에는 결합기(4)를 통해 광섬유(5)가 접속되어 있다. 광섬유(5)의 전송처에는 집광 렌즈(70a,70b)와 상기 집광 렌즈(70a,70b) 사이에 배치한 빔 호모지나이저(71a,7lb) 등을 구비하는 광학계(7)가 접속되어 있다. 광학계(7)에는 그 밖에 미러 등의 적당한 광학 부재를 구비하는 것이어도 좋다. 본 발명으로서는 광학계의 내용이 특별히 한정되는 것은 아니고, 적당한 광학 부재에 의해 구성할 수 있다. 광학계(7)에서는 펄스 레이저를 유도하는 것 이외에 적당한 빔 형상으로 정형할 수 있다.An attenuator 3 is arranged on the output side of the excimer laser oscillator 2, and an optical fiber 5 is connected to the output side of the attenuator 3 via a combiner 4. The optical system 7 provided with the condenser lens 70a, 70b and the beam homogenizer 71a, 7lb etc. arrange | positioned between the condenser lens 70a, 70b is connected to the transmission destination of the optical fiber 5. In addition, the optical system 7 may be provided with a suitable optical member such as a mirror. As this invention, the content of an optical system is not specifically limited, It can comprise by a suitable optical member. In addition to guiding a pulsed laser, the optical system 7 can be shaped into a suitable beam shape.

광학계(7)의 출사 방향에는 기판(8)을 적재하는 기판 적재대(9)가 설치되어 있다. 광학계(7)는 펄스 레이저를 조사면 형상으로 직사각형 또는 라인빔상으로 정형하도록 설정되어 있다. 상기 기판 적재대(9)는 상기 기판 적재대(9)의 면 방향(XY 방향)을 따라 이동 가능하게 되어 있고, 상기 기판 적재대(9)를 상기 면 방향을 따라 고속 이동시키는 이동 장치(10)가 구비되어 있다.The board | substrate mounting table 9 which mounts the board | substrate 8 is provided in the emission direction of the optical system 7. The optical system 7 is set so that a pulse laser can be shape | molded in rectangular or line beam shape in the shape of an irradiation surface. The board | substrate mounting board 9 is movable along the surface direction (XY direction) of the said board | substrate mounting board 9, The moving apparatus 10 which moves the board | substrate mounting board 9 at high speed along the said surface direction ) Is provided.

이어서, 상기 엑시머 레이저 어닐링 처리 장치(1)를 사용한 아모퍼스 실리콘 박막의 결정화 방법에 대해서 설명한다.Next, the crystallization method of the amorphous silicon thin film using the said excimer laser annealing apparatus 1 is demonstrated.

우선 기판 적재대(9) 상에 아모퍼스 실리콘 박막(8a)이 상층에 형성된 기판(8)을 적재한다.First, the substrate 8 in which the amorphous silicon thin film 8a is formed on the board | substrate mounting table 9 is mounted.

제어 회로(2a)에서는 미리 설정된 펄스 주파수(1∼600㎐), 펄스폭(FWHM) 20∼50㎱, 상기 펄스 에너지의 펄스 레이저가 출력되도록 펄스 신호가 생성되고, 상기 펄스 신호에 의해 엑시머 레이저 발진기(2)로부터 308㎚의 파장의 펄스 레이저가 출력된다.In the control circuit 2a, a pulse signal is generated so that a pulse laser having a predetermined pulse frequency (1 to 600 Hz), a pulse width (FWHM) of 20 to 50 Hz and the pulse energy of the pulse energy is output, and the excimer laser oscillator is generated by the pulse signal. The pulse laser of 308 nm wavelength is output from (2).

엑시머 레이저 발진기(2)로부터 출력된 펄스 레이저는 감쇠기(3)에 이르고, 이것을 통과함으로써 소정의 감쇠율로 감쇠된다. 상기 감쇠율은 가공면에서 펄스 레이저가 소정의 에너지 밀도가 되도록 설정된다. 감쇠기(3)는 감쇠율을 가변으로 해도 좋다.The pulsed laser output from the excimer laser oscillator 2 reaches the attenuator 3 and is attenuated at a predetermined attenuation rate by passing through it. The attenuation rate is set so that the pulse laser becomes a predetermined energy density in the processing surface. The attenuator 3 may vary the attenuation rate.

에너지 밀도가 조정된 펄스 레이저는 광섬유(5)에 의해 전송되어서 광학계(7)에 도입된다. 광학계(7)에서는 상기한 바와 같이 집광 렌즈(70a,70b), 빔 호모지나이저(71a,7lb) 등에 의해 단축폭이 1.0㎜ 이하인 직사각형 또는 라인빔상으로 정형되고, 기판(8)을 향해서 가공면에 있어서 소정의 에너지 밀도로 조사된다. 또한, 펄스 레이저는 출력 시와 마찬가지로 시간적 변화에 있어서 2개의 피크군을 갖고 있고, 가공면에 있어서 (제 2 피크군의 피크 강도)/(제 1 피크군의 피크 강도)로 산출되는 피크 강도비가 0.35 이하가 되고 있다.The pulse laser whose energy density is adjusted is transmitted by the optical fiber 5 and introduced into the optical system 7. As described above, the optical system 7 is shaped into a rectangular or line beam having a short axis width of 1.0 mm or less by the condensing lenses 70a and 70b, the beam homogenizers 71a and 7lb, and the like to be processed toward the substrate 8. Is irradiated at a predetermined energy density. In addition, the pulse laser has two peak groups in time variation as in the case of outputting, and the peak intensity ratio calculated from (peak intensity of the second peak group) / (peak intensity of the first peak group) in the processing surface is It is 0.35 or less.

상기 기판 적재대(9)는 아모퍼스 실리콘 박막(8a) 면을 따라 이동 장치(10)에 의해 상기 라인빔의 단축폭 방향으로 이동되고, 이 결과 상기 아모퍼스 실리콘 박막(8a) 면이 넓은 영역에서 상기 펄스 레이저가 상대적으로 주사되면서 조사된다.The substrate mounting table 9 is moved along the surface of the amorphous silicon thin film 8a by the moving device 10 in the direction of the short axis width of the line beam. As a result, the area of the amorphous silicon thin film 8a is wide. Is irradiated while the pulse laser is relatively scanned.

상기 펄스 레이저광의 조사에 의해 기판(8) 상의 아모퍼스 실리콘 박막(8a)만이 가열되어서 단시간에 다결정화된다.By the irradiation of the pulsed laser light, only the amorphous silicon thin film 8a on the substrate 8 is heated to polycrystallize in a short time.

상기 조사에 의해 얻어진 결정질 박막은 평균 결정 입경이 350㎚정도로 균일하며 양질인 결정성을 갖고 있다. 상기 결정질 박막은 유기 EL 디스플레이에 바람직하게 사용할 수 있다. 단, 본 발명으로서는 사용 용도가 이것에 한정되는 것은 아니고, 그 밖의 액정 디스플레이나 전자 재료로서 이용하는 것이 가능하다.The crystalline thin film obtained by the above irradiation has an average crystal grain size of about 350 nm and is uniform and has good crystallinity. The crystalline thin film can be preferably used for an organic EL display. However, as this invention, a use use is not limited to this, It can use as another liquid crystal display or an electronic material.

또한, 상기 실시형태에서는 기판 적재대를 이동시킴으로써 펄스 레이저광을 상대적으로 주사하는 것으로 했지만 펄스 레이저광이 유도되는 광학계를 고속으로 이동시킴으로써 펄스 레이저광을 상대적으로 주사하는 것으로 해도 좋다.In the above embodiment, the pulse laser light is relatively scanned by moving the substrate mounting table, but the pulse laser light may be relatively scanned by moving the optical system in which the pulse laser light is guided at high speed.

실시예 1Example 1

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

동일한 레이저 발진기를 사용해서 출력을 바꾸고(1050mJ, 950mJ, 850mJ), 펄스 레이저를 출력했을 때의 펄스 파형을 도 2에 나타낸다. 상기 파형은 기판(8) 상의 아모퍼스 실리콘 박막(8a)에 상당하는 위치에서 계측한 파형이며, 그 강도를 상대값으로 나타내고 있다.The pulse waveform when the output is changed (1050mJ, 950mJ, 850mJ) using the same laser oscillator, and a pulse laser is output is shown in FIG. The waveform is a waveform measured at a position corresponding to the amorphous silicon thin film 8a on the substrate 8, and the intensity is represented by a relative value.

펄스 파형은 제 1 피크군(A)과, 그 후에 나타나는 제 2 피크군(B)을 갖고 있다. 펄스 레이저의 출력을 크게 했을 경우(1050mJ) 이에 따라 제 1 피크군의 최대 높이가 커짐과 아울러 제 2 피크군의 높이도 커지고 있고, 제 1 피크군의 피크 강도를 a, 제 2 피크 강도를 b로 해서 b/a는 0.418이 되고 있다. 또한, 이것보다 펄스 레이저의 출력을 작게 했을 경우(950mJ), 상기 비는 작아지지만 0.374를 갖고 있다.The pulse waveform has a first peak group A and a second peak group B appearing thereafter. When the output of the pulsed laser is increased (1050 mJ), the maximum height of the first peak group is increased and the height of the second peak group is also increased, and the peak intensity of the first peak group is a and the second peak intensity is b. B / a is set to 0.418. In addition, when the output of a pulse laser is smaller than this (950 mJ), although the said ratio becomes small, it has 0.374.

이와 마찬가지로 피크 강도비가 0.35를 초과하는 펄스 레이저를 실리콘 박막에 조사할 경우 제 2 피크군의 강도가 상대적으로 높아 실리콘 박막이 2번 용융된다. 즉, 1번째의 피크에 의해 실리콘 박막이 용융해서 액체로부터 고체가 될 때에 실리콘이 결정화되지만 2번째의 피크의 강도가 높으면 응고된 실리콘 박막은 다시 용융되어 재결정화가 일어난다. 이 현상이 실리콘 박막에서는 분균일을 갖고 발생하여 결정화의 균일성이 손상된다.Similarly, when irradiating the silicon thin film with a pulse laser having a peak intensity ratio exceeding 0.35, the intensity of the second peak group is relatively high, so that the silicon thin film is melted twice. That is, the silicon crystallizes when the silicon thin film melts and becomes a solid from the liquid by the first peak, but when the intensity of the second peak is high, the solidified silicon thin film is melted again and recrystallization occurs. This phenomenon occurs with uniformity in the silicon thin film, which impairs the uniformity of crystallization.

도 2에서 펄스 레이저의 출력을 더 낮추면(850mJ), 상기 비는 작아져서 0.35 이하가 되는 것이 나타내어져 있다. 실리콘 박막은 균일하게 결정화된다.In Fig. 2, when the output of the pulsed laser is further lowered (850 mJ), it is shown that the ratio becomes smaller and becomes 0.35 or less. The silicon thin film is uniformly crystallized.

이어서, 상기 피크 강도비가 0.374(비교예)와 0.341(발명예)인 펄스 레이저를 도 3에 나타내는 에너지 밀도(E/D)로 실리콘 박막에 조사해서 결정화시켰다. 얻어진 다결정 실리콘 박막의 SEM 사진(배율 5000배; 도면대용 사진)을 도 3에 나타냈다.Subsequently, a pulse laser having the peak intensity ratios of 0.374 (comparative example) and 0.341 (invention example) was irradiated to the silicon thin film at an energy density (E / D) shown in FIG. 3 to crystallize. The SEM photograph (magnification 5000 times; photograph for drawing drawing) of the obtained polycrystalline silicon thin film is shown in FIG.

기판에 조사한 에너지 밀도의 크기에 따라 결정성이 변하지만 2번째의 피크의 강도가 작은 레이저 펄스로 조사한 다결정 실리콘 박막(발명예) 쪽이 2번째의 피크의 강도가 큰 레이저 펄스로 조사한 다결정 실리콘 박막(비교예)보다 균일한 결정이 얻어지는 것을 알 수 있다.The polycrystalline silicon thin film (invention example) irradiated with a laser pulse having a small intensity of the second peak but the crystallinity varies depending on the magnitude of the energy density irradiated onto the substrate. It can be seen that a more uniform crystal is obtained than (Comparative Example).

또한, 상기 시험 재료에 대하여 백색광을 경사 방향으로부터 각도를 바꾸면서 조사함으로써 조사 불균일의 발생을 육안으로 관찰했다. 에너지 밀도를 337mJ/㎠로 한 발명예와 에너지 밀도를 333mJ/㎠로 한 비교예에 대해서 관찰 결과를 도 4에 나타냈다. 도 4로부터 명확한 바와 같이 결정화가 균일하게 이루어진 발명예에서는 조사 각도의 여하에 관계없이 조사 불균일은 관찰되지 않았지만 비교예에서는 조사 불균일이 관찰되었다. 이것에 의해 비교예에서는 결정화가 불균일하게 되어 있는 것을 알 수있다. 또한, 도시된 것 이외의 발명재이어도 조사 불균일은 관찰되지 않고, 도시 이외의 비교예에서는 상기와 같이 조사 불균일이 관찰되었다.In addition, the occurrence of irradiation unevenness was visually observed by irradiating the test material with white light while changing the angle from the oblique direction. The observation result was shown in FIG. 4 about the invention example which made energy density 337mJ / cm <2>, and the comparative example which made energy density 333mJ / cm <2>. As apparent from Fig. 4, irradiated nonuniformity was not observed in the invention example in which crystallization was uniform, regardless of irradiated angle, but irradiated nonuniformity was observed in the comparative example. This shows that crystallization is nonuniform in a comparative example. Moreover, even if it is an invention material other than what was shown, irradiation nonuniformity was not observed, but the irradiation nonuniformity was observed as mentioned above in the comparative example except illustration.

이상 본 발명에 대해서 상기 실시형태에 의거해서 설명을 행했지만 본 발명은 상기 실시형태의 내용에 한정되는 것은 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 embodiment, Unless it deviates from the range of this invention, a suitable change is possible.

1: 엑시머 레이저 어닐링 처리 장치 2: 엑시머 레이저 발진기
3: 감쇠기 7: 광학계
70a: 집광 렌즈 70b: 집광 렌즈
71a: 빔 호모지나이저 7lb: 빔 호모지나이저
8: 기판 8a: 아모퍼스 실리콘 박막
9: 기판 적재대 10: 이동 장치1: excimer laser annealing processing device 2: excimer laser oscillator
3: attenuator 7: optical system
70a: condenser lens 70b: condenser lens
71a: Beam homogenizer 7 lb: Beam homogenizer
8: Substrate 8a: Amorphous Silicon Thin Film
9: substrate loading table 10: shifting device

Claims (4)

비정질 반도체에 펄스 레이저를 조사해서 상기 비정질 반도체를 결정화시킬 때에 상기 펄스 레이저는 시간적 강도 변화에 있어서 1펄스에 복수의 피크군을 갖고, 상기 비정질 반도체로의 조사 시에 상기 피크군 중 최대 높이를 갖는 제 1 피크군과 그 후에 나타나는 제 2 피크군은 피크 강도값으로 (제 2 피크군)/(제 1 피크군)≤0.35의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 결정질 반도체의 제조 방법.When the amorphous semiconductor is irradiated with a pulsed laser to crystallize the amorphous semiconductor, the pulsed laser has a plurality of peak groups in one pulse in temporal intensity change, and has a maximum height among the peak groups when irradiated with the amorphous semiconductor. The first peak group and the second peak group appearing thereafter satisfy the relationship of (second peak group) / (first peak group) ≤ 0.35 as peak intensity values. 제 1 항에 있어서,
상기 비정질 반도체는 기판 상에 형성된 아모퍼스 실리콘 박막인 것을 특징으로 하는 결정질 반도체의 제조 방법.The method of claim 1,
The amorphous semiconductor is a method of manufacturing a crystalline semiconductor, characterized in that the amorphous silicon thin film formed on a substrate. 펄스 레이저를 출력하는 레이저 발진기와, 상기 펄스 레이저를 비정질 반도체로 유도하는 광학계와, 상기 펄스 레이저를 상기 비정질 반도체에 대하여 주사해서 조사하기 위해 상기 비정질 반도체를 상대적으로 이동시키는 이동 장치를 구비하고;
상기 레이저 발진기는 출력되는 펄스 레이저가 시간적 강도 변화에 있어서 1펄스에 복수의 피크군을 갖고, 상기 피크군 중 최대 높이를 갖는 제 1 피크군과 그 후에 나타나는 제 2 피크군은 피크 강도값으로 (제 2 피크군)/(제 1 피크군)≤0.35의 관계를 충족시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.A laser oscillator for outputting a pulse laser, an optical system for guiding the pulse laser to an amorphous semiconductor, and a moving device for relatively moving the amorphous semiconductor to scan and irradiate the pulse laser to the amorphous semiconductor;
The laser oscillator has a plurality of peak groups in one pulse in the temporal intensity change of the output pulse laser, and the first peak group having the maximum height among the peak groups and the second peak group appearing thereafter are the peak intensity values ( A laser annealing device, characterized by satisfying the relation of the second peak group) / (first peak group) ≤ 0.35. 제 3 항에 있어서,
상기 비정질 반도체로의 조사 시에 상기 펄스 레이저는 상기 관계{(제 2 피크군)/(제 1 피크군)≤0.35}를 충족시키는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.The method of claim 3, wherein
And the pulse laser satisfies the relationship {(second peak group) / (first peak group) ≤ 0.35} upon irradiation with the amorphous semiconductor.
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