KR20150060746A - 결정 반도체막의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents
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Abstract
비단결정 반도체막을 펄스 레이저의 조사에 의해 결정화할 때에, 조사 불균일이 발생하는 것을 방지하기 위해서, 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도를 E0으로 하고, 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 같은 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 1 스텝과, 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지(E2)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 2 스텝을 갖고, 동일 조사면에 대한 제 1 스텝과 제 2 스텝의 합계 조사 횟수를 N회 이상으로 한다.
Description
본 발명은 반도체막 상에 단면 장방형 형상의 펄스 레이저를 복수회 조사(오버랩 조사)하면서 이동시켜서 비정질막의 결정화나 결정막의 개질을 행하는 결정 반도체막의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로 TV나 PC 디스플레이에서 사용되고 있는 박막 트랜지스터는 어모퍼스(비결정) 실리콘(이후 a-실리콘이라고 함)에 의해 구성되어 있지만, 어떠한 수단에 의해 실리콘을 결정화(이후 p-실리콘이라고 함)해서 이용함으로써 TFT로서의 성능을 각별히 향상시킬 수 있다. 현재는, 저온도에서의 Si 결정화 프로세스로서 엑시머 레이저 어닐 기술이 이미 실용화되어 있고, 스마트폰 등의 소형 디스플레이대상 용도에서 빈번히 이용되고 있고, 또한 대화면 디스플레이 등으로의 실용화가 이루어져 있다.
이 레이저 어닐법에서는 높은 펄스 에너지를 갖는 엑시머 레이저를 비결정 반도체막에 조사함으로써 광 에너지를 흡수한 반도체가 용융 또는 반용융 상태가 되고, 그 후 냉각되어 응고할 때에 결정화하는 구성이다. 이 경우에는 넓은 영역을 처리하기 위해서, 라인빔 형상으로 정형한 펄스 레이저를 상대적으로 단축 방향으로 주사하면서 조사한다. 통상은 비결정 반도체막을 설치한 설치대를 이동시킴으로써 펄스 레이저의 주사가 행해진다.
상기 펄스 레이저의 주사에 있어서는 비결정 반도체막의 동일 위치에 펄스 레이저가 복수회 조사(오버랩 조사)시키도록, 소정의 피치로 펄스 레이저를 주사 방향으로 이동시키고 있다. 그것에 의해서, 사이즈가 큰 반도체막의 레이저 어닐 처리를 가능하게 하고 있다.
그리고, 종래의 라인빔을 사용한 레이저 어닐 처리에서는 레이저 펄스의 주사 방향의 빔폭을, 예를 들면 0.35∼0.4mm 정도로 고정하고, 펄스마다 기판 이송량을 빔폭의 3%∼8% 정도로 설정하고 있고, 복수의 박막 트랜지스터의 성능 균일성을 확보하기 위해서는 레이저의 조사 횟수를 가능한 한 증가시키는 것이 필요하다고 생각되고 있다.
예를 들면, LCD(Liquid Crystal Display)용 반도체막에서는 오버랩률을 92∼95%(조사 횟수 12∼20회, 빔폭이 0.4mm일 경우에는 주사 피치 32∼20㎛), OLED(Organic light-Emitting Diode)용 반도체막에서는 오버랩률 93.8∼97%(조사 횟수 16∼33회, 빔폭이 0.4mm일 경우에는 주사 피치 25∼12㎛)로 설정하고 있다.
이러한 레이저 어닐 처리에서는 통상은 빔 단면의 강도 분포를 평탄 형상으로 해서 단축 방향, 장축 방향의 처리 균일성을 도모하고 있다. 이것에 대해서, 특허문헌 1에서는 레이저 에너지의 불균형에 따라서 결정화 불량 영역이 생성된다고 해도, 충분한 결정화 처리 후에 보다 낮은 에너지로 레이저를 조사함으로써 충분한 결정 또는 활성화가 이루어진 부분을 유지하면서 에너지 강도의 불균형에 의해 막질이 악화된 부분의 재결정화 또는 재활성화를 행하는 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 1에서 과제로 하고 있는 레이저 에너지의 불균형은 레이저 광원의 출력 불균형에 기인하는 것이다. 이 레이저 광원의 출력 불균형은 발진회로의 개량이나 레이저 광원 그 자체의 개량 등에 의해 상당한 개선이 이루어져 오고 있고, 출력 불균형에 기인하는 결정화의 불량이라고 하는 과제는 점차로 작은 것으로 되고 있다. 더욱이 다수회의 오버랩에 의하면, 동일한 조사면에는 펄스 레이저가 중첩 해서 수회도 조사되기 때문에, 출력 불균형에 의해 생긴 결정화 불량 영역이 재용융되고 결정화되어, 불량 영역의 해소가 도모된다.
그러나, 본 발명자들의 주의 깊은 관찰에 의하면, 현재의 상황에서도 펄스 레이저의 조사에 의해 결정화된 반도체에는 조사 불균일이 확인되고, 이것이 원인이 되어서 디바이스로 했을 때에 성능에 영향이 발생하여 있는 것을 알고 있다.
본원 발명자들의 연구에 의하면, 상기 조사 불균일은 라인빔의 주사 방향(통상은 단축 방향)의 엣지부(주사 방향 후단측)에 폴리실리콘막의 돌기가 형성되는 것이 원인이라고 생각된다. 이 부분은 레이저 조사에 의한 반도체막의 용융부와 레이저가 조사되어 있지 않은 고체 그대로인 부분의 경계선에 상당한다. 이 돌기는 조사 에너지의 강도에 비례해서 커진다고 생각된다. 즉, 조사 에너지가 커짐에 따라서 반도체막의 막두께 방향으로 용융이 진행되고, 또한 막 전체가 용융한 후에도 액체가 된 반도체막층의 온도가 증대한다. 이 액상 부분이 온도 저하에 따라 결정화할 때에, 보다 선행해서 온도가 저하하기 시작하는 고액 계면, 즉 라인빔 단축 엣지부로 액체가 흡입되면서 고착화되기 때문에, 돌기가 생긴다고 생각된다. 또한, 레이저의 에너지 변동, 라인빔 단축 형상의 변화, 빔에 대해서 상대적으로 이동하는 반도체막의 위치 혼란 등이 상기 「돌기부」의 높이나 간격의 혼란으로 되어서 조사 불균일로 인지된다.
따라서, 조사 에너지 밀도를 낮게 해서 펄스 레이저를 조사하면 상기 조사 불균일을 저감할 수 있게 되지만, 그것을 위해서는 동일한 조사면 상에 보다 많은 조사 횟수로 레이저를 조사할 필요가 있어서 생산 효율이 나빠진다. 또한, 조사 펄스 에너지 밀도가 지나치게 낮아지면, 결정립경이 충분하게 커지지 않는다고 하는 문제가 생긴다.
본 발명은 상기 사정을 배경으로 해서 이루어진 것으로서, 생산성의 저하를 극력 억제한 점에서 펄스 레이저의 주사 방향 엣지부에 의한 반도체막 상의 조사 불균일을 해소할 수 있는 결정 반도체막의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
즉, 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법 중, 제 1의 본 발명은 비단결정 반도체막 상에 펄스 레이저를 단축 방향으로 상대적으로 주사하면서 오버랩 조사해서 결정화를 행하는 결정 반도체막의 제조방법에 있어서,
상기 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도를 E0으로 하고,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 같은 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 1 스텝과,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지(E2)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 2 스텝을 갖고,
동일 조사면에 대한 상기 제 1 스텝과 상기 제 2 스텝에 있어서의 합계 조사 횟수가 N회 이상인 것을 특징으로 한다.
제 2의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1의 본 발명에 있어서, 상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지가 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
제 3의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1 또는 제 2의 본 발명에 있어서, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)가 E1×0.95 이상인 것을 특징으로 한다.
제 4의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 3의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 합계 조사 횟수가 N×1.5 이하인 것을 특징으로 한다.
제 5의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 4의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N1회의 복수회 조사를 순차 행하고, 그 후 상기 소정면에 대해서 상기 제 2 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N2회의 복수회 조사를 순차 행하고, 상기 N1+N2를 상기 합계 조사 횟수로서 N회 이상으로 하는 것을 특징으로 한다.
제 6의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 5의 본 발명에 있어서, 상기 N1을 상기 N2 이상의 횟수로 하는 것을 특징으로 한다.
제 7의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 6의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 레이저는 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 8의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 7의 본 발명에 있어서, 상기 주사 방향 전방측의 주사 방향폭은 상기 주사 방향 후방측의 주사 방향폭 이상인 것을 특징으로 한다.
제 9의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 8의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 레이저의 파장은 400nm 이하인 것을 특징으로 한다.
제 10의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은, 상기 제 1∼제 9의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 펄스 레이저의 반치폭은 200ns 이하인 것을 특징으로 한다.
제 11의 본 발명의 결정 반도체막의 제조방법은 상기 제 1∼제 10의 본 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 비단결정 반도체는 실리콘인 것을 특징으로 한다.
제 12의 본 발명의 결정 반도체막의 제조장치는 펄스 레이저를 출력하는 1개 또는 2개 이상의 레이저 광원과,
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체로 안내하는 광학계와,
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어해서 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N1회(단, N1<N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 1 스텝과, 제 1 스텝에서 상기 펄스 레이저가 조사된 반도체에 상기 에너지 조정부를 제어해서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지(E2)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N2회(단, N2<N, N1+N2≥N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 2 스텝을 실행하는 것을 특징으로 한다.
제 13의 본 발명의 결정 반도체막의 제조장치는 펄스 레이저를 출력하는 1개 또는 2개 이상의 레이저 광원과,
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체로 안내하는 광학계와,
상기 펄스 레이저의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서, 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측의 강도가 주사 방향 전방측의 강도보다 낮고, 또한 주사 방향 후방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도가 주사 방향 전방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도의 0.95배 이상이 되도록 상기 강도 분포를 조정하는 강도 조정부와,
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어하여, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 전방측의 조사에 있어서 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)가 되고, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 후방측의 조사에 있어서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지(E2)가 되도록 조정하고, 또한 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N회 이상의 복수회 조사를 순차로 행하는 공정을 실행하는 것을 특징으로 한다.
제 14의 본 발명의 결정 반도체막의 제조장치는, 상기 제 12 또는 제 13의 본 발명에 있어서, 상기 제어부는 상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지가 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 비단결정 반도체막에 대해서, N회 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도로 펄스 레이저 조사할 경우와 마찬가지로, 제 1 스텝과 제 2 스텝에서 미결정이 생기지 않도록 비단결정 반도체막을 양호하게 결정화할 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 펄스 레이저의 엣지부에 의한 반도체막 상의 돌기부의 높이를 낮게 할 수 있다. 또한, 결정화는 비단결정의 결정 반도체막을 단결정으로 하는 것이어도 좋고, 또한 비정질 반도체막을 다결정 반도체막으로 하는 것이어도 좋고, 비정질 반도체막을 단결정 반도체막으로 하는 것이어도 좋다.
조사 펄스 에너지 밀도는 반도체막 상의 펄스 에너지 밀도이고, 제 1 스텝에서는 조사 펄스 에너지 밀도를 N회 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 에너지 밀도와 동일하게 해서 조사를 행할 수 있다. 이것에 의해 제 1 스텝에서는 미결정화가 회피된다. 또한, 제 1 스텝에 있어서의 결정화에 적합한 에너지 밀도는 결정화를 의도하는 범위에서 적당하게 선정할 수 있다. 예를 들면, 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)와 동 정도의 조사 펄스 에너지 밀도로 할 수 있다. 구체적으로는 E×0.98∼E×1.03의 범위가 바람직하다. 스텝 1의 조사 펄스 에너지 밀도가 E×1.03을 초과하면, 결정립경의 조대화 등에 의한 불균형이 발생하기 쉬워진다. 한편, E×0.98 미만이 되면, 결정립 성장이 불충분해져서 결정립경의 불균형이 발생하기 쉬워진다.
또한, 제 2 스텝에서는 조사 펄스 에너지 밀도(E1) 이하로 하고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상으로 함으로써, 제 1 스텝에서 생성된 펄스 레이저의 엣지부에 의한 반도체막 상의 돌기부의 높이를 낮게 함과 아울러, 양호한 결정성을 유지할 수 있다. 여기에서, 제 2 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 상기 조건을 만족시키는 것이 필요하지만, 더욱이는 E1×0.95 이상인 것이 바람직하다. 이것에 의해 제 1 스텝 및 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사 후의 결정립경을 균일하고 충분히 결정이 성장한 것으로 할 수 있다. 제 2 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도를 지나치게 낮게 하면, 용융 에너지 밀도영역에 도달하지 않으면 돌기의 완화는 불가능하고, 또한 용융 에너지 밀도영역에 도달하여 있어도, 돌기의 완화 작용은 얻어져도 충분한 결정 성장이 얻어지지 않아서, 결정립경이 작아져버린다.
또한, 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 E1×0.98 미만으로 하는 것이 바람직하다. 조사 펄스 에너지 밀도(E2)가 조사 펄스 에너지 밀도(E1)와 동등하면, 반도체막 상에 동등의 돌기를 재차 형성해버려서 돌기의 완화 작용이 얻어지지 않는다.
또한, 합계 조사 횟수는 N회 이상으로 함으로써 결정립경을 충분하게 성장시킬 수 있다. 또한, N의 수치에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 출력 불균형에 의한 막질 저하를 방지한다고 하는 점에서는 어느 정도의 횟수가 바람직하고, 예를 들면 8회 이상으로 할 수 있다.
또한, 합계 조사 횟수는 N×1.5 이하로 하는 것이 바람직하다. 전체 조사 횟수를 많게 하면 생산성의 저하를 초래한다. 생산성의 관점에서 가장 바람직한 합계 조사 횟수는 N회이지만, 결정화의 상태를 감안해서 선정할 수 있다.
또한, 제 1 스텝의 조사 횟수 N1은 제 2 스텝의 조사 횟수 N2와 같거나 많게 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 합계 조사 횟수를 가능한 한 적게 할 수 있다.
또한, 본원발명에서는 펄스 레이저의 파장은 특정의 것에 한정되지 않지만, 예를 들면 400nm 이하의 것을 나타낼 수 있다.
또한, 본원발명에 있어서의 펄스 레이저의 반치폭은 특정의 것에 한정되지 않지만, 예를 들면 200ns 이하의 것을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 제 1 스텝, 제 2 스텝의 펄스 레이저의 조사는 시간을 달리해서 비단결정 반도체막에 다른 펄스 레이저가 조사되는 것을 들 수 있지만, 1개의 펄스 레이저로 제 1 스텝과 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사가 행해지는 것이어도 좋다. 펄스 레이저는 2개 이상의 펄스 레이저가 비단결정 반도체막에 동시기에 조사됨으로써 유사적으로 합성된 것이어도 좋다.
즉, 펄스 레이저가 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어지는 것으로 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제 1 스텝과 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사에 의해 결정을 충분히 성장시켜서 조사 불균일이 적은 양질의 결정 반도체막을 얻을 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 결정 반도체막의 제조장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 빔 단면 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도 3은 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 펄스 레이저를 정형하는 광학계를 도시하는 도면이다.
도 4는 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 펄스 레이저의 합성을 설명하는 도면이다.
도 5는 마찬가지로, 실시예에 있어서의 반도체막 표면의 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 마찬가지로, 실시예에 있어서의 불균일 평가의 결과를 도시하는 도면이다.
도 2는 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 빔 단면 강도 분포를 도시하는 도면이다.
도 3은 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 펄스 레이저를 정형하는 광학계를 도시하는 도면이다.
도 4는 마찬가지로, 주사 방향에서의 빔 단면 강도 분포에서 빔 강도에 단계를 갖는 펄스 레이저의 합성을 설명하는 도면이다.
도 5는 마찬가지로, 실시예에 있어서의 반도체막 표면의 상태를 도시하는 도면이다.
도 6은 마찬가지로, 실시예에 있어서의 불균일 평가의 결과를 도시하는 도면이다.
이하에, 본 발명의 일 실시형태의 결정 반도체막의 제조장치 및 제조방법을 설명한다.
결정 반도체막 제조장치(1)는 처리실(2)을 구비하고, 상기 처리실(2) 내에 X-Y방향으로 이동가능한 주사장치(3)를 구비하고, 상기 주사장치(3)에 스테이지(5)가 설치되어 있다. 처리 시에는 상기 스테이지(5) 상에 비단결정 반도체막으로서 비정질의 실리콘막(100) 등이 설치되고, 소망에 의해 처리실(2) 내의 분위기를 조정한다. 실리콘막(100)은 도시하지 않은 기판 상에, 예를 들면 40∼100nm의 두께 로 형성되어 있다. 또한, 본 발명으로서는 비단결정 반도체막의 두께가 특별히 한정되는 것은 아니다. 비단결정 반도체막의 형성은 상법에 의해 행할 수 있고, 본 발명으로서는 반도체막의 형성방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 처리 대상이 되는 반도체막으로서는 비정질의 것이 적합하지만, 본 발명으로서는 비정질의 것에 한정되는 것은 아니고, 비단결정의 것이나 결정을 일부에 포함하는 것이어도 좋고, 이들에 있어서도 결정의 개질로서 본 장치를 적용할 수 있다.
또한, 주사장치(3)는 도시하지 않은 모터 등에 의해 구동되고, 상기 모터는 후술하는 제어부(8)에 의해 동작이 제어되어서 주사장치(3)의 주사 속도가 설정된다. 또한 처리실(2)에는 외부로부터 펄스 레이저를 도입하는 도입창(윈도우)(6)이 설치되어 있다.
처리실(2)의 외부에는 펄스 레이저 발진장치(10)가 설치되어 있다. 상기 펄스 레이저 발진장치(10)는 엑시머 레이저 발진장치로 구성되어 있다. 상기 펄스 레이저 발진장치(10)에는 제어부(8)에 제어 가능하게 접속되어 있다. 제어부(8)의 지령에 의해 펄스 레이저 발진장치(10)는 소정의 출력으로 펄스 레이저를 출력한다. 또한, 본 발명으로서는 발진장치의 종별이나 발진 매질이 한정되는 것은 아니고, 소망의 펄스 레이저를 반도체막에 조사할 수 있는 것이면 좋다.
상기 펄스 레이저 발진장치(10)에 있어서 펄스 발진되어서 출력되는 펄스 레이저(15)는, 예를 들면 파장이 400nm 이하이고, 펄스 반치폭이 200ns 이하인 것으로 한다. 단, 본 발명으로서는 이들에 한정되는 것은 아니다.
펄스 레이저(15)는 어테뉴에이터(11)에 의해 펄스 에너지 밀도가 조정된다. 어테뉴에이터(11)는 상기 제어부(8)에 제어 가능하게 접속되어 있고, 제어부(8)의 지령에 의해 소정의 감쇠율로 설정된다. 제어부(8)에서는 반도체막으로의 조사면 상에서 소정의 조사 펄스 에너지 밀도가 얻어지도록 감쇠율이 조정된다. 적합하게는 실리콘막(100)의 조사면 상에 있어서 에너지 밀도가 100∼500mJ/㎠가 되도록 조정할 수 있다.
어테뉴에이터(11)를 투과한 펄스 레이저(15)는 렌즈, 반사 미러, 호모지나이저 등으로 구성되는 광학계(12)에 의해 빔 정형되고, 처리실(2)에 설치한 도입창(6)을 통해서 처리실(2) 내의 실리콘막(100)에 조사되도록 펄스 레이저(15)를 안내된다. 도면에서는 광학계(12)의 하나로서 반사 미러(12a)와 집광렌즈(12b)가 도시되어 있다. 본 발명으로서는 광학계에 포함되는 광학부재의 종별이나 수가 특별히 한정되는 것은 아니다.
조사시의 조사면 형상은 단면각 형상으로 하고, 각형에는 라인상의 것이 포함된다.
다음에, 상기 결정 반도체막 제조장치(1)를 사용한 결정 반도체막의 제조방법에 대해서 설명한다.
상기 실리콘막(100)을 대상으로 해서 펄스 레이저(15)의 조사에 의해 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)를 결정한다. 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)로서는 N회의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)와 동등한 것을 선정할 수 있다. 동등한 것으로서는 E×0.98∼E×1.03을 예시할 수 있다. 이 실시형태에서는 횟수 N회의 오버랩 조사에 의해 조사 펄스 에너지 밀도(E0)로 펄스 레이저를 조사했을 때와 동등한 결정화를 얻는 것이다.
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E0)를 제 1 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 결정한다. 또한, 제 2 스텝의 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로서, 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지(E2)를 결정하고, 이들을 제어부(8)에 설정한다. 또한, 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 E1×0.95 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상기한 E0, E1, E2에는 경험적으로 수치를 얻은 것을 이용할 수 있다.
다음에, 제 1 스텝에 있어서의 오버랩에 있어서의 조사 횟수(N1)와, 제 2 스텝에 있어서의 오버랩에 있어서의 조사 횟수(N2)를 결정하고, 제어부(8)에 설정한다. N1과 N2의 합은 N 이상으로 한다. 또한, N1≥N2가 바람직하고, 또한 N1+N2≤ 1.5N이 바람직하다. N1, N2의 횟수는 경험적으로 정할 수 있다.
상기 설정에 근거하여, 제 1 스텝의 조건에서 주사장치(3)에 의해 실리콘막(100)을 일방향으로 이동시키면서 펄스 레이저 발진장치(10)로부터 펄스 레이저(15)를 출력하고, 광학계(12), 도입창(6)을 통해서 처리실(2) 내의 실리콘막(100)에 펄스 레이저(15)를 오버랩 조사해서 처리한다. 또한, 오버랩 횟수는 주사장치(3)의 주사 속도와 펄스 레이저의 반복 주파수와 펄스의 단축 방향폭에 의해 결정된다. 이 때문에, 제어부(8)는 펄스 레이저의 반복 주파수를 전제로 하여, N1회의 오버랩이 되도록 주사장치(3)의 주사 속도를 결정한다. 주사 속도는, 예를 들면 6∼16mm/초의 범위에서 선정할 수 있다. 또한, 본 발명으로서는 이 주사 속도가 특정의 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 1∼100mm/초의 범위에서 선택할 수 있다. 또한, 어테뉴에이터(11)의 감쇠율은 제어부(8)에 의해 실리콘막(100) 상의 조사 펄스 에너지(E1)가 설정값이 되도록 조정된다. 상기 조정은 미리 감쇠율과 조사 펄스 에너지와의 관계를 구해 두고, 이 관계에 따라서 행할 수 있다. 또한, 도시하지 않은 측정장치에 의해 펄스 레이저(15)의 펄스 에너지 밀도를 측정하고, 상기 펄스 에너지 밀도가 소정값이 되도록 어테뉴에이터(11)의 제어를 행할 수 있다.
다음에, 실리콘막(100)의 소정 에리어의 처리가 완료되면, 주사장치(3)를 역방향으로 이동하도록 동작시켜서 제 2 스텝의 오버랩 조사를 행한다. 제어부(8)는 펄스 레이저의 반복 주파수를 전제로 하여, N2회의 오버랩이 되도록 주사장치(3)의 주사 속도를 결정한다. 주사 속도는, 예를 들면 6∼16mm/초의 범위에서 선정할 수 있다. 또한, 본 발명으로서는 이 주사 속도가 특정의 것에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 1∼100mm/초의 범위에서 선택할 수 있다. 또한, 어테뉴에이터(11)의 감쇠율은 제어부(8)에 의해 실리콘막(100)의 조사 펄스 에너지(E2)가 설정값이 되도록 조정된다. 상기 조정은 제 1 스텝과 마찬가지로 행할 수 있다. 또한, 제 2 스텝에서 펄스폭이 다른 펄스 레이저를 사용함으로써 오버랩에 의한 횟수를 변경할 수도 있고, 주사 속도 등을 복합해서 소망의 오버랩 횟수를 얻도록 해도 좋다.
제 1 스텝의 펄스 레이저 조사와 제 2 스텝의 펄스 레이저 조사가 된 실리콘막(100)의 소정 에리어는 조사 펄스 에너지 밀도(E0)로 N회의 오버랩 조사를 행했을 경우와 동 정도로 양호하게 결정화된다. 또한, 본 실시형태에서는 제 1 스텝의 조사와 제 2 스텝의 조사가 행해짐으로써 펄스 레이저의 엣지부에 의한 반도체막 상의 돌기부의 높이를 낮게 해서 조사 불균일을 없애고, 따라서 보다 양질의 반도체 디바이스에 제공하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 실시예에서는 제 1 스텝의 스캔 조사를 소정의 에리어에서 행한 후, 제 2 스텝의 스캔 조사를 상기 에리어에 행하는 것으로서 설명했지만, 2개의 펄스 레이저를 이용하여 제 1 스텝에서의 조사를 행한 후, 즉시 제 2 스텝의 조사 를 행하도록 해도 좋다. 이 경우, 2개의 펄스 레이저는 2개의 펄스 레이저 광원으로부터 출력된 것을 사용할 수 있고, 또한 1개의 펄스 레이저 광원으로부터 출력된 펄스 레이저를 분할하여 에너지 조정이나 지연 조정 등을 행해서 2개의 펄스 레이저를 얻어도 좋다.
또한, 펄스 레이저는 복수의 펄스 레이저를 합성해서 펄스폭을 조정한 것이어도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 제 1 스텝에서 1개의 펄스 레이저에 의해 소정의 에리어의 실리콘막을 처리한 후에, 제 2 스텝에서 다른 펄스 레이저에 의해 처리를 행하는 것으로서 설명했지만, 1개의 펄스에 의해 제 1 스텝과 제 2 스텝이 동시기에 행해지도록 해도 좋다. 또한, 1개의 펄스로서는 유사적으로 1개로 할 수 있는 것도 포함된다.
즉, 펄스 레이저가 단축 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서, 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어진다.
이 형태에 사용되는 펄스 레이저의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포를 도 2에 나타낸다.
빔 단면은 주사 방향 전방측에서 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖고, 주사 방향 후방측에서 후단에 걸쳐서 펄스 조사 에너지(E2)의 높이를 갖는 단계적인 빔 강도를 갖고 있다. 이 형태에서는 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖는 펄스 부분에서 실리콘막(100)의 동일 영역에 N1회의 펄스 레이저 조사가 행해지고, 펄스 조사 에너지(E2)의 높이를 갖는 펄스 부분에서 실리콘막(100)의 동일 영역에 N2회의 펄스 레이저 조사가 행해진다. N1, N2의 횟수는 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖는 주사 방향의 부분 길이(L1)와 펄스 조사 에너지(E1)의 높이를 갖는 주사 방향의 부분 길이(L2)와, 펄스마다의 피치에 따라서 정해진다. 예를 들면, L1=L2(예를 들면 200㎛)이라고 하면, N1과 N2는 기본적으로는 동일 횟수가 된다.
즉, 길이(L1)를 상대적으로 길게 함으로써 N1의 횟수를 많게 할 수 있다. 이 때문에 L1≥L2로 하는 것이 바람직하다. 따라서, N1, N2는 길이(L1, L2)의 크기에 의존하고, 더욱이는 상기 실시형태와 마찬가지로 주사 속도와 펄스 레이저의 반복 주파수에도 의존한다. 이들 설정에 의해, 이 형태에 있어서의 N1, N2가 결정된다.
상기 형상의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포를 갖는 펄스 레이저는 각종의 방법에 의해 가질 수 있다.
예를 들면, 도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 광학계의 광로 상에서 광학부재의 상류측 또는 하류측에서 레이저빔의 일부를 차폐 또는 투과를 억제하는 부재를 배치함으로써, 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 주사 방향에 있어서의 빔 강도를 부분적으로 낮게 하여, 빔 강도가 단계적으로 이루어진 빔 단면 강도 분포를 갖는 펄스 레이저가 얻어진다.
또한, 도 4(a)에 나타나 있는 바와 같이, 2개의 펄스를 합성 또는 유사적으로 합성함으로써 도 4(b)에 나타나 있는 바와 같이 빔 강도가 단계적(주사 방향폭(L1, L2))으로 된 빔 단면 강도 분포를 갖는 펄스(c)가 얻어진다. 예를 들면, 빔 강도가 다른 펄스(a)와 펄스(b)에 시간차를 두고 광학계에 의해 합성하고, 합성한 펄스를 비단결정 반도체막 상에 조사할 수 있다. 또한, 빔 강도가 다른 펄스(a)와 펄스(b)를 동시에 위치를 어긋나게 해서 비단결정 반도체막 상에 조사함으로써 유사적으로 1개로 한 펄스로 할 수 있다.
실시예
1
다음에, 펄스 레이저 광원(제품번호 LSX540C)을 이용하여, 막두께 50nm의 어모퍼스 실리콘막에 파장 308nm, 펄스폭 70nm, 반복 주파수 300Hz, 빔 단면에 있어서 장축 길이 465mm×단축 길이 400㎛의 라인빔 상의 엑시머 펄스 레이저를 조사하여 어닐 처리를 행했다.
종래예로서, 오버랩률 95%(오버랩 조사 20회)에서 결정화에 적합한 조사 에너지 밀도(E0)(OED(Optinum energy density); 이 예에서는 370mJ/㎠)를 설정했다. 이때에는 20㎛ 피치가 되도록 주사 속도 및 펄스 레이저의 반복 주파수를 설정했다. 에너지 밀도(E0)는 미결정이 생기지 않고, 상기 오버랩 조사에 의해 결정립경이 포화되는 조사 에너지 밀도(E)와 동일하게 했다.
또한, 발명예 및 참고예로서, 제 1 스텝에서 오버랩률 90%(오버랩 조사 10회)에서 조사 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 에너지 밀도(E1)(370mJ/㎠)를 설정했다. 이때에는 40㎛ 피치가 되도록 주사 속도를 설정했다.
또한, 발명예로서, 제 2 스텝에서 오버랩률 90%(오버랩 조사 10회)에서 조사 에너지 밀도(E1)의 -5%가 되는 조사 에너지 밀도(E2)(352mJ/㎠)를 설정했다. 이때에는 40㎛ 피치가 되도록 주사 속도를 설정했다.
또한, 참고예로서, 제 2 스텝에서 오버랩률 90%(오버랩 조사 10회)에서 조사 에너지 밀도(E1)의 -10%, -15% 또는 -20%가 되는 조사 에너지 밀도로 설정했다. 이때에도, 40㎛ 피치가 되도록 주사 속도 및 펄스 레이저의 반복 주파수를 설정했다.
상기 조건에서, 어모퍼스의 실리콘막에 펄스 레이저를 오버랩 조사하고, 처리 후의 결정 실리콘막의 조사 불균일 및 결정성을 평가했다. 또한, 종래예와 발명예에 대해서는 결정 실리콘막의 표면 요철을 AFM(Atomic Force Microscope: 원자간력 현미경)에 의해 관찰했다.
도 5에 결정 실리콘막의 표면 단면의 개략도를 나타낸다. 종래예에서는 도 5(b)에 나타낸 바와 같이 펄스 레이저의 최종 조사에 의한 엣지 부분에 상응해서 비교적 큰 돌기가 형성되어 있다. 한편, 발명예에서는 도 5(a)에 나타나 있는 바와 같이 상기에 상당하는 돌기가 낮게 완만하게 되어 있는 것이 확인되어, 제 1 스텝과 제 2 스텝의 조사에 의해 돌기가 완화되어 있는 것을 알 수 있다.
결정 실리콘막의 조사 불균일 평가는 이하의 방법에 의해 행했다.
결정 실리콘막에 검사광을 각각의 예에서 5지점에 조사하고, 각각 반사광을 수광해서 칼라 화상을 취득하고, 칼라 화상의 색 성분을 검출하고, 검출된 색 성분 에 의거하여 칼라 화상을 모노크롬화했다. 이어서, 모노크롬화된 화상의 데이터를 콘볼루션해서 화상 농담을 강조한 화상 데이터를 취득하고, 화상 농담을 강조한 화상 데이터를 사영 변환하고, 사영 변환이 된 화상 데이터에 의거하여 표면 불균일을 평가했다. 모노크롬화는 검출된 색 성분 중, 주가 되는 색 성분을 이용하여 행할 수 있고, 주가 되는 색 성분은 광분포가 다른 색 성분보다 상대적으로 큰 색성분이라고 할 수 있다.
모노크롬화한 화상 데이터는 레이저의 빔 방향을 행, 레이저의 주사 방향을 열이라고 하는 행렬 데이터로 나타내고, 콘볼루션에서는 소정 계수의 행렬을 모노크롬화된 화상 데이터의 행렬에 곱함으로써 행했다.
소정 계수의 행렬은 빔 방향을 강조하는 것과, 스캔 방향을 강조하는 것을 각각 사용해서 빔 방향의 화상 농담을 강조한 화상 데이터와 스캔 방향의 화상 농담을 강조한 화상 데이터를 각각 취득했다.
구체적으로는 이하의 콘볼루션을 행했다. 또한, 소정 계수의 행렬이 하기에 한정되는 것은 아니다.
화상 농담을 강조한 화상 데이터에 대해서는 스캔 방향, 샷 방향으로 통합된 줄무늬가 나타나는 것을 이용하여 각각의 방향의 사영을 구한다.
구체적으로는 하기에 나타내는 식에 의해 샷 방향, 스캔 방향으로 각각 사영 변환한다.
샷 방향 = (Max(Σf(x)/Nx)-Min(Σf(x)/Nx))/평균
스캔 방향 = (Max(Σf(y)/Ny)-Min(Σf(y)/Ny))/평균
단, x는 샷 방향의 화상의 위치, y는 스캔 방향의 화상의 위치, f(x)는 x위치에 있어서의 화상 데이터, f(y)은 y위치에 있어서의 화상 데이터, Nx는 샷 방향의 화상의 수, Ny는 스캔 방향의 화상의 수를 나타낸다.
도 6의 불균일 스코어는 스캔 방향의 불균일을 수치화해서 나타낸 것이다. 수치가 높을수록 불균일이 큰 것을 나타내고 있다.
도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래예에서는 불균일 스코어는 0.2∼0.3이 되어 불균일이 크다. 이것은 상술한 바와 같이 펄스 레이저의 엣지에 의한 표면 돌기가 영향을 미치고 있다고 생각된다.
한편, 발명예에서는 제 1 스텝 후에는 종래예와 마찬가지로 불균일이 크지만, 제 2 스텝 후에는 불균일 스코어는 0.06∼0.13이 되어 불균일이 완화되어 있다. 또한, 제 2 스텝에서의 조사를 -10% E0, -15% E0, -20% E0의 조사 펄스 에너지로 행한 것은 종래예보다 불균일은 작아져 있지만, 불균일의 경감이라고 하는 점에서 충분하지는 않았다.
다음에, 종래예, 발명예 및 참고예의 결정 실리콘막의 결정성을 SEM(Scanning Electron Microscope) 사진에 의해 관찰했다.
그 결과, 종래예, 발명예 모두 균일한 결정립이 동등하게 형성되어 있었다. 한편, -15% E0, -20% E0으로 한 참고예에서는 충분한 결정성장이 되어 있지 않고, 결정립경이 작은 것이 되었다. -10% E0에서는 -15% E0, -20% E0 정도는 아니지만 약간 결정립경이 작아졌다.
이상과 같이, 본 발명예에 의하면, 양호한 결정립 성장이 얻어짐과 아울러 펄스 레이저의 엣지에 의한 돌기를 작게 해서 불균일을 경감할 수 있다. 또한, 종래에 비해서 생산성을 거의 저하시키지 않고 처리를 행하는 것이 가능해진다.
이상, 본 발명에 대해서 상기 각 실시형태 및 실시예에 의거하여 설명을 행했지만, 본 발명은 이들 설명 내용에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한은 적당한 변경이 가능하다.
1: 결정 반도체막 제조장치 2: 처리실
3: 주사장치 5: 스테이지
8: 제어부 10: 펄스 레이저 발진장치
11: 어테뉴에이터
3: 주사장치 5: 스테이지
8: 제어부 10: 펄스 레이저 발진장치
11: 어테뉴에이터
Claims (14)
- 비단결정 반도체막 상에 펄스 레이저를 단축 방향으로 상대적으로 주사하면서 오버랩 조사해서 결정화를 행하는 결정 반도체막의 제조방법에 있어서,
상기 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도를 E0으로 하고,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 1 스텝과,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상이 되는 조사 펄스 에너지(E2)로 상기 펄스 레이저가 조사되는 제 2 스텝을 갖고,
동일 조사면에 대한 상기 제 1 스텝과 상기 제 2 스텝에 있어서의 합계 조사 횟수가 N회 이상인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지는 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)는 E1×0.95 이상인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 합계 조사 횟수는 N×1.5 이하인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N1회의 복수회 조사를 순차 행하고, 그 후 상기 소정면에 대해서 상기 제 2 스텝에 의해 상기 펄스 레이저를 주사하면서 동일 조사면에 대한 N2회의 복수회 조사를 순차 행하고, 상기 N1+N2를 상기 합계 조사 횟수로서 N회 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 N1을 상기 N2 이상의 횟수로 하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스 레이저는 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측이 주사 방향 전방측의 강도보다 낮은 강도를 갖고 있고, 상기 주사 방향 전방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 1 스텝의 조사가 이루어지고, 상기 주사 방향 후방측에서 상기 강도에 따라서 상기 제 2 스텝의 조사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 주사 방향 전방측의 주사 방향폭은 상기 주사 방향 후방측의 주사 방향폭 이상인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스 레이저의 파장은 400nm 이하인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스 레이저의 반치폭은 200ns 이하인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비단결정 반도체는 실리콘인 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조방법. - 펄스 레이저를 출력하는 1개 또는 2개 이상의 레이저 광원과,
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체로 안내하는 광학계와,
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어해서 펄스 레이저의 조사에 의해 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N1회(단, N1<N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 1 스텝과, 제 1 스텝에서 상기 펄스 레이저가 조사된 반도체에 상기 에너지 조정부를 제어해서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지(E2)로 조정하고, 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E2)로 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N2회(단, N2<N, N1+N2≥N)의 복수회 조사를 순차 행하는 제 2 스텝을 실행하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조장치. - 펄스 레이저를 출력하는 1개 또는 2개 이상의 레이저 광원과,
상기 펄스 레이저를 정형해서 비단결정 반도체로 안내하는 광학계와,
상기 펄스 레이저의 주사 방향의 빔 단면 강도 분포에 있어서 주사 방향 후단에 걸친 주사 방향 후방측의 강도가 주사 방향 전방측의 강도보다 낮고, 또한 주사 방향 후방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도가 주사 방향 전방측의 강도에 의한 조사 펄스 에너지 밀도의 0.95배 이상이 되도록 상기 강도 분포를 조정하는 강도 조정부와,
상기 펄스 레이저의 조사 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정부와,
상기 펄스 레이저를 상기 비단결정 반도체에 대해서 상대적으로 주사하는 주사장치와,
상기 레이저 광원, 상기 에너지 조정부 및 상기 주사장치를 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 제어부는 상기 에너지 조정부를 제어하여, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 전방측의 조사에 있어서 상기 비단결정 반도체막에 미결정화가 발생하는 조사 펄스 에너지 밀도보다 낮고, 또한 복수 횟수(N회)의 조사에 의한 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지 밀도(E0)와 동일한 조사 펄스 에너지 밀도(E1)가 되고, 상기 펄스 레이저의 주사 방향 후방측의 조사에 있어서 상기 조사 펄스 에너지 밀도(E1)보다 낮고, 또한 결정이 재용융되기 위해서 필요한 조사 에너지 밀도 이상의 조사 펄스 에너지(E2)가 되도록 조정하고, 또한 상기 주사장치를 제어해서 상기 펄스 레이저를 주사하면서 상기 비단결정 반도체에 대해서 N회 이상의 복수회 조사를 순차 행하는 공정을 실행하는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조장치. - 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 결정화에 적합한 조사 펄스 에너지가 복수 횟수(N회)의 조사에 의해 결정립경 성장이 포화되는 조사 펄스 에너지 밀도(E)로서 E×0.98∼E×1.03의 범위 내로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 결정 반도체막의 제조장치.
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