KR20210122783A - 레이저 어닐링 방법, 레이저 어닐링 장치 및 결정화 실리콘막 기판 - Google Patents

레이저 어닐링 방법, 레이저 어닐링 장치 및 결정화 실리콘막 기판 Download PDF

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KR20210122783A
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laser
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laser annealing
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준 고토
잉바오 양
미치노부 미즈무라
요시히로 시오아쿠
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브이 테크놀로지 씨오. 엘티디
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Abstract

제1 레이저빔을 조사해서, 비정질 실리콘막을 미세결정 실리콘막으로 변화시키는 제1 레이저빔 조사와, 이 미세결정 실리콘막을 기점으로 하여, 제2 레이저빔을 상기 일정 방향을 따라 이동시켜서, 기판면에 결정화 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시키는 제2 레이저빔 조사를 행하고, 기판면에 대해서, 일정 방향을 따라 미세결정 실리콘막과 결정화 실리콘막을 교대로 형성한다.

Description

레이저 어닐링 방법, 레이저 어닐링 장치 및 결정화 실리콘막 기판
본 발명은, 레이저 어닐링 방법, 레이저 어닐링 장치, 및 결정화 실리콘막 기판에 관한 것이다.
박막 트랜지스터(TFT： Thin Film Transistor)는, 박형 디스플레이(FPD： Flat Panel Display)를 액티브 구동하기 위한 스위칭 소자로서 이용되고 있다. 박막 트랜지스터(이하, TFT라고 한다)의 반도체층의 재료로서는, 비정질 실리콘(a－Si： amorphous Silicon)이나, 다결정 실리콘(p－Si： polycrystalline Silicon) 등이 이용되고 있다.
비정질 실리콘은, 전자의 움직임 용이함의 지표인 이동도(μ)가 낮다. 이 때문에, 비정질 실리콘에서는, 더욱더 고밀도·고선명도화가 진행되는 FPD에서 요구되는 고이동도에는 다 대응할 수 없다. 그래서, FPD에 있어서의 스위칭 소자로서는, 비정질 실리콘보다도 이동도가 대폭 높은 다결정 실리콘으로 채널 반도체층을 형성하는 것이 바람직하다. 다결정 실리콘막을 형성하는 방법으로서는, 엑시머 레이저를 사용한 엑시머 레이저 어닐링(ELA: Excimer Laser Annealing) 장치에 의해, 비정질 실리콘막에 레이저광을 조사하여, 비정질 실리콘을 재결정화시켜서 다결정 실리콘을 형성하는 방법이 있다.
종래의 레이저 어닐링 방법으로서는, 피조사 영역에 있어서, 엑시머 레이저 어닐링(이하, ELA라고 한다) 장치에 의해 발생시킨 엑시머 레이저광의 펄스 레이저빔을 이용한 기술이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
이 레이저 어닐링 방법에서는, 피처리 영역을, 펄스 레이저빔을 발생시키는 고에너지부에 의해 조사하고, 이 고에너지부가 통과한 후, 순차적으로, 그것보다도 작은 에너지의 레이저빔으로 이루어지는 저에너지부의 조사를 행한다. 이 레이저 어닐링 방법에서는, 저에너지부의 조사에 의해서 고에너지부에 의해서 생긴 잔존 결정화 불량 영역의 결정화를 모도하고 있다.
이 다른 레이저 어닐링 방법으로서는, ELA 장치에 의한 펄스 레이저광의 레이저빔에 대해서, 주사 방향을 따라 에너지 분포를 갖게한 것 등이 제안되어 있다.
일본공개특허 특개2002－313724호 공보
그렇지만, 상기의 특허문헌 1에 개시된 레이저 어닐링 방법에서는, 엑시머 레이저의 펄스 광 조사에 의해서 형성되는 다결정 실리콘의 결정 입자 지름이 수 10∼350 ㎚ 정도이다. 이 정도의 결정 입자 지름에서는, 더욱더 높은 이동도를 만족시킬 수가 없다. 근래, FPD에 있어서는, 그의 대형화, 고해상도화, 동화상(動畵) 특성의 고속화에 수반하여, 스위칭 소자로서의 TFT에 있어서 채널 반도체층의 고이동도화가 요망된다.
본 발명은, 상기의 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 반도체 특성에 편차가 발생하는 것을 억제하면서, 이동도가 높은 의사(疑似) 단결정 실리콘막 등의 결정화 실리콘막의 형성을 실현할 수 있는 레이저 어닐링 방법, 레이저 어닐링 장치, 및 결정화 실리콘막 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 양태는, 기판면에 형성된 비정질 실리콘막에 대해서, 레이저빔을 일정 방향으로 상대 이동시키고, 상기 비정질 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시켜서 결정화 실리콘막을 형성하는 레이저 어닐링 방법으로서, 제1 레이저빔을 조사해서, 상기 비정질 실리콘막을 미세결정 실리콘막으로 변화시키는 제1 레이저빔 조사와, 상기 미세결정 실리콘막을 기점으로 하여, 제2 레이저빔을 상기 일정 방향을 따라 이동시켜서, 상기 기판면에 상기 결정화 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시키는 제2 레이저빔 조사를 행하고, 상기 기판면에 대해서, 상기 일정 방향을 따라 상기 미세결정 실리콘막과 상기 결정화 실리콘막을 교대로 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔 조사를, 적어도 상기 미세결정 실리콘막을 형성하는 영역에서 행하고, 상기 제2 레이저빔 조사를, 상기 일정 방향으로 이동시키는 도중에 있어서 상기 결정화 실리콘막을 형성하는 영역에서만 행하는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔 조사를 행하여, 상기 비정질 실리콘막에 대해서 상기 일정 방향을 따라 미세결정 실리콘막을 연속해서 형성하고, 상기 제1 레이저빔 조사로 형성된 상기 미세결정 실리콘막을 기점으로 하여, 제2 레이저빔 조사를 상기 일정 방향을 따라 간헐적으로 행하는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막은, 반도체 소자를 형성하는 영역을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 펄스폭 변조되어 있는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 변조 주파수가 다른 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔은 펄스 레이저광이고, 상기 제2 레이저빔은 연속 발진 레이저광인 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막의 상기 일정 방향의 길이는, 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태는, 기판면에 형성된 비정질 실리콘막에 대해서, 레이저빔을 일정 방향으로 상대 이동시키고, 상기 비정질 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시켜서 결정화 실리콘막을 형성하는 레이저 어닐링 장치로서, 제1 레이저빔을 조사해서, 상기 비정질 실리콘막을 미세결정 실리콘막으로 변화시키는 제1 레이저빔 출사부와, 상기 미세결정 실리콘막을 기점으로 하여, 제2 레이저빔을 상기 일정 방향을 따라 이동시켜서, 상기 기판면에 상기 결정화 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시키는 제2 레이저빔 출사부와, 상기 제1 레이저빔 출사부와 상기 제2 레이저빔 출사부를, 상기 기판면에 대해서 상기 일정 방향을 따라 상기 미세결정 실리콘막과 상기 결정화 실리콘막을 교대로 형성하도록 구동시키는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔 출사부가, 적어도 상기 미세결정 실리콘막을 형성하는 영역에서 온(on) 상태로 되고, 상기 제2 레이저빔 출사부가, 상기 일정 방향으로 이동시키는 도중에 있어서 상기 결정화 실리콘막을 형성하는 영역에서만 온 상태로 되는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔 출사부가, 상기 비정질 실리콘막에 대해서 상기 일정 방향을 따라 연속해서 온 상태로 되고, 상기 제2 레이저빔 출사부가, 상기 일정 방향을 따라 간헐적으로 온 상태로 되는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막은, 반도체 소자를 형성하는 영역을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 펄스폭 변조되어 있는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 변조 주파수가 다른 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 제1 레이저빔은 펄스 발진 레이저광이고, 상기 제2 레이저빔은 연속 발진 레이저광인 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막의 상기 일정 방향의 길이는, 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 양태는, 결정화 실리콘막 기판으로서, 기판면에, 미세결정 실리콘막으로 이루어지는 영역과, 결정화 실리콘막으로 이루어지는 영역이 일정 방향을 따라 교대로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막의 상기 일정 방향의 길이는, 50 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 결정화 실리콘막은, 반도체 소자를 형성하는 영역을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 반도체 특성에 편차가 발생하는 것을 억제하면서, 이동도가 높은 의사 단결정 실리콘막 등의 결정화 실리콘막의 형성을 실현할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치의 개략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치를 이용한 레이저 어닐링 방법에 있어서의 레이저 어닐링 처리를 개시하는 상태를 도시하는 평면 설명도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치에 있어서의 제1 레이저빔과 제2 레이저빔의 에너지 밀도를 도시하는 도면으로서, (A)는 레이저빔의 폭방향의 위치와 에너지 밀도의 관계를 도시하는 도면, (B)는 레이저빔의 길이 방향(반송 방향(T))의 위치와 에너지 밀도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치에 있어서의 제1 레이저빔과 제2 레이저빔의 조사 시점 및 기판이 이동 상태인지 정지 상태인지를 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에 의해서, 피처리 기판에 결정화 실리콘막을 형성해서 이루어지는 결정화 실리콘막 기판을 도시하는 평면 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법을 도시하고, (A)는 제1 레이저빔의 조사 시점과 기판이 이동 상태인지 정지 상태인지를 도시하는 도면, (B)는 제2 레이저빔의 조사 시점과 기판이 이동 상태인지 정지 상태인지를 도시하는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에 있어서, 비정질 실리콘막 전체가 미세결정 실리콘막으로 변화된 피처리 기판을 도시하는 평면도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법을 도시하고, (A)는 제1 레이저빔의 조사 시점과 기판이 이동 상태인지 정지 상태인지를 도시하는 도면, (B)는 제2 레이저빔의 조사 시점과 기판이 이동 상태인지 정지 상태인지를 도시하는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에 의해서 형성된 결정화 실리콘막 기판을 도시하는 평면도이다.
도 10은, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치를 이용한 레이저 어닐링 방법에 의해 형성된 비정질 실리콘막(의사 단결정 실리콘막)의 결정 구조를 도시하는 설명도이다.
도 11은, 참고예를 도시하고, 시드(種) 결정막(미세결정 실리콘막)을 기점으로 하여 소정 거리 이상이 떨어진 위치에서 성장한 결정화 실리콘막의 결정 구조를 도시하는 설명도이다.
이하에, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법, 레이저 어닐링 장치, 및 결정화 실리콘막 기판의 상세를 도면에 기초하여 설명한다. 다만, 도면은 모식적인 것이다.
(레이저 어닐링 장치)
이하, 도 1을 이용하여, 본 발명의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치(10)의 개략 구성에 대하여 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 레이저 어닐링 장치(10)는, 피처리 기판(1)을 반송 방향(이동 방향)(T)으로 반송하는 도시하지 않는 기판 반송 수단과, 레이저 펄스 빔으로 이루어지는 제1 레이저빔(LB1)을 발진하는 제1 레이저빔 출사부(11)와, 연속 발진 레이저광(CW 레이저광)으로 이루어지는 제2 레이저빔(LB2)을 발진한다, 예를 들면, 반도체 레이저 등의 제2 레이저빔 출사부(12)와, 반사경(13)과, 제어부(14)를 구비한다. 제어부(14)는, 제1 레이저빔 출사부(11) 및 제2 레이저빔 출사부(12)에 있어서의 레이저빔 출사의 온·오프 그리고 타이밍의 제어를 행한다. 또한, 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 이용하는 피처리 기판(1)은, 복수의 패널 영역(1a)을 구비한다.
여기서, 연속 발진 레이저광(CW 레이저광)이란, 목적 영역에 대해서 연속해서 레이저광을 조사하는 소위 의사 연속 발진도 포함하는 개념이다. 다시 말해, 레이저광이 펄스 레이저이어도, 펄스 간격이 가열 후의 실리콘 박막의 냉각 시간보다도 짧은(굳어지기 전에 다음 펄스로 조사하는) 의사 연속 발진 레이저이어도 된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 레이저빔(LB1) 및 제2 레이저빔(LB2)은, 반송하는 피처리 기판(1)에 있어서의 패널 영역(1a)의 폭방향 전체에 걸친 것 같은 가늘고 직사각형상(矩形狀)의 빔 스폿으로 성형되어 있다. 또한, 폭방향이란, 반송 방향(T)과 직교하는 방향이다. 제1 레이저빔(LB1) 및 제2 레이저빔(LB2)은, 피처리 기판(1)에 대해서 반송 방향(T)과 반대 방향(일정 방향)으로 상대적으로 이동한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서 이용하는 피처리 기판(1)은, 유리 기판 등의 기판면에 퇴적된 비정질 실리콘막(2)을 구비해서 구성되어 있다. 이 피처리 기판(1)은, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법을 적용하는 것에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같은 결정화 실리콘막 기판(1A)이나 도 9에 도시하는 바와 같은 결정화 실리콘막 기판(1B)으로 된다. 피처리 기판(1)에 있어서의 각각의 패널 영역(1a)은, 최종적으로 박막 트랜지스터(TFT) 등이 만들어넣어진 TFT 기판으로 된다.
제1 레이저빔(LB1)은, 비정질 실리콘막(2)을 미세결정 실리콘막(2A)으로 변화시키는 에너지 밀도를 가지고 있다. 제2 레이저빔(LB2)은, 비정질 실리콘막(2)을 결정화 실리콘막으로서의 의사 단결정 실리콘막(2B)으로 변화시키는 에너지 밀도를 가지고 있다.
도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이, 제1 레이저빔(LB1)과 제2 레이저빔(LB2)은, 폭방향(장축 방향) 전체에 걸친 에너지 밀도는 균일(에너지 밀도의 분포±1% 이내)로 설정되어 있다.
도 2 및 도 3의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제1 레이저빔(LB1)의 빔 스폿과 제2 레이저빔(LB2)의 빔 스폿은, 반송 방향(T)에 소정의 간격(C)을 띄고 배치되어 있다. 또한, 이 간격(C)은, 극히 짧은 간격인데, 제1 레이저빔(LB1) 및 제2 레이저빔(LB2)의 조건 등에 따라 적당히 설정되어 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 제1 레이저빔(LB1)이 제2 레이저빔(LB2)에 선행하도록, 제1 레이저빔(LB1)과 제2 레이저빔(LB2)을 일정 방향(반송 방향(T)과 반대 방향)을 따라 이동(상대 이동)시키도록 설정되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 피처리 기판(1)을 이동하고 있는 동안은, 제1 레이저빔(LB1)을 연속적으로 온 상태로 하고 있다. 제2 레이저빔(LB2)은, 피처리 기판(1)을 이동시키는 도중에 있어서 의사 단결정 실리콘막(2B)을 형성하는 영역에서만 온 상태로 한다.
그 때문에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제2 레이저빔(LB2)은, 제어부(14)에 의해서 간헐적으로 온 상태로 되도록 설정되어 있다. 바꾸어 말하면, 제2 레이저빔(LB2)은, 간헐적으로 오프 상태로 되도록 설정되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치(10)에서는, 도 4에 도시하는 바와 같은 구동 제어를 행했지만, 이하에 설명하는 레이저 어닐링 방법의 각 실시 형태를 적용할 수가 있다.
(레이저 어닐링 방법)
이하, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에 대하여 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에서는, 제1 레이저빔(LB1)의 빔 스폿을 제2 레이저빔(LB2)의 빔 스폿에 선행시켜, 비정질 실리콘막(2) 상을 상대적으로 이동시킨다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제1 레이저빔(LB1)은, 피처리 기판(1)이 이동되는 도중은 계속해서 온 상태로 설정한다.
또, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에서는, 제2 레이저빔(LB2)은, 이동 도중에 있어서 간헐적으로 오프 상태로 하도록 설정한다. 이와 같이, 제2 레이저빔(LB2)을 오프 상태로 하고 있는 동안은, 비정질 실리콘막(2)에 대해서, 제1 레이저빔(LB1)만이 조사되고 있는 상태이다.
이와 같이, 이 레이저 어닐링 방법에서는, 피처리 기판(1)을 이동하고 있는 동안에 있어서 제1 레이저빔(LB1)을 온 상태로 유지하고, 제2 레이저빔(LB2)을 간헐적으로 오프 상태로 하는 것에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같은 미세결정 실리콘막(2A)과 의사 단결정 실리콘막(2B)이 교대로 배치된 결정 분포를 가지는 패널 영역(1a)을 구비한 결정화 실리콘막 기판(1A)을 제작할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 결정화 실리콘막 기판(1A)이 복수의 패널 영역(1a)을 구비하는 구성이지만, 단수의 패널 영역(1a)으로 이루어지는 결정화 실리콘막 기판(1A)이어도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 레이저빔(LB1)과 제2 레이저빔(LB2)이, 펄스폭 변조된 구성이어도 된다. 또, 본 실시 형태에서는, 제1 레이저빔(LB1)과 제2 레이저빔(LB2)이, 변조 주파수가 다른 구성이어도 된다.
본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에서는, 제2 레이저빔(LB2)을 온 상태로 한 후에 제2 레이저빔(LB2)을 오프 상태로 할 때까지의, 비정질 실리콘막 상의 거리는, 예를 들면 50 ㎛ 이하로 설정되어 있다. 또한, 이 거리는, 도 5에 도시하는 미세결정 실리콘막(2A)끼리의 사이의 거리이고, 의사 단결정 실리콘막(2B)의 길이(성장 방향의 길이)이다.
또한, 이 의사 단결정 실리콘막(2B)을 형성하는 영역은, 미세결정 실리콘막(2A)의 결정 구조의 영향을 균일하게 받아서 횡방향으로 결정 성장하고 있기 때문에, 반도체 특성의 편차가 작다. 따라서, 이 의사 단결정 실리콘막(2B)은, 이동도가 높고, 반도체 특성에 편차가 적은 영역이기 때문에, 예를 들면, TFT 등의 반도체 소자의 반도체층 영역으로서 적합한 영역이다. 또한, 시드 결정막으로 되는 미세결정 실리콘막(2A)을 형성한 영역은, 반도체 소자의 반도체층 영역으로서 이용하지 않도록 설정되어 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법으로 형성한 결정화 실리콘막으로서의 의사 단결정 실리콘막(2B)은, 시드 결정막으로서의 미세결정 실리콘막(2A)으로부터 제2 레이저빔(LB2)의 빔 스폿으로 나아감에 따라서 래터럴 정 성장을 행한다. 특히, 본 실시 형태에서는, 제2 레이저빔(LB2)을, 이동 도중에 간헐적으로 오프 상태로 하는 것에 의해, 의사 단결정 실리콘막(2B)의 성장 방향의 길이를 짧게 하고 있다. 이 결과, 도 10에 도시하는 바와 같이, 시드 결정막의 입계(粒界)에 기인하여 횡방향으로 결정 성장하는 의사 단결정 실리콘막(2B)의 결정 구조가 시드 결정막으로서의 미세결정 실리콘막(2A)의 입계의 영향을 똑같이 받은 결정 구조로 된다. 이 때문에, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법으로 형성한 의사 단결정 실리콘막(2B)에서는, 반도체 특성에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
도 11은, 참고예로서의 의사 단결정 실리콘막(2C)을 도시한다. 이 의사 단결정 실리콘막(2C)은, 시드 결정막으로서의 미세결정 실리콘막(2A)으로부터 비교적 떨어진 위치까지 횡방향으로 결정 성장시킨 것이고, 시드 결정막의 영향이 작아지고, 단결정이 커진 부분이나 입계가 모인 부분 등을 포함하기 때문에, 이 영역을 반도체 소자의 반도체층 영역으로서 이용하면, 반도체 특성에 편차가 발생하는 경우가 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법, 레이저 어닐링 장치, 및 결정화 실리콘막 기판(1A, 1B)에 의하면, 결정화 실리콘막 기판(1A, 1B)에 제작하는 반도체 소자에 있어서의 반도체 특성에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
[그밖의 실시 형태]
이상, 실시 형태에 대하여 설명했지만, 이 실시 형태의 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.
예를 들면, 상기의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치(10)에서는, 연속 발진 레이저광(CW 레이저광)을 발진하는 연속 발진 레이저로서 반도체 레이저를 예시하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 고체 레이저, 기체 레이저, 금속 레이저 등 연속 발진 레이저광을 발진시키는 각종 레이저를 이용하는 것도 가능하다. 또, 상술한 바와 같이, 연속 발진 레이저로서는, 펄스폭이 용융 실리콘의 냉각 시간보다도 긴, 예를 들면, 수백 ㎱∼1 ㎳ 정도 이상의 펄스폭을 가지는 레이저를 포함하는, 의사 연속 발진 레이저를 이용하는 것도 본 발명의 적용 범위이다.
상기의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치(10)에서는, 피처리 기판(1)을 반송 방향(T)으로 이동시키는 구성으로 했지만, 피처리 기판(1)을 위치 고정해서 제1 레이저빔(LB1) 및 제2 레이저빔(LB2)을 이동시키는 구성으로 해도 된다.
상기의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 장치(10)에서는, 제1 레이저빔(LB1) 및 제2 레이저빔(LB2)의 빔 스폿을 가늘고 긴 직사각형상으로 형성해서 폭을 넓게 설정했지만, 폭이 좁은 빔 스폿을 가지는 레이저빔으로 해도 물론 된다.
상기의 실시 형태에 관계된 레이저 어닐링 방법에서는, 제1 레이저빔 조사와 제2 레이저빔 조사를 동시 병행적으로 행했지만, 도 6의 (A)에 도시하는 바와 같은, 제1 레이저빔(LB1)에 의한 제1 레이저빔 조사만을 행한 후에, 도 6의 (B)에 도시하는 바와 같은 제2 레이저빔 조사만을 행해도 된다. 제1 레이저빔 조사만을 행한 경우에는, 도 7에 도시하는 바와 같은 미세결정 실리콘막(2A)이 대략 전면에 형성된 패널 영역(1a)이 형성된다. 그 후, 제2 레이저빔 조사를 행하는 것에 의해, 도 5에 도시하는 바와 같은 결정화 실리콘막 기판(1A)을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명에 관계된 레이저 어닐링 방법에서는, 도 8의 (A)에 도시하는 바와 같이, 패널 영역(1a) 전체에 대해서, 빔 스폿의 폭이 좁은 제1 레이저빔(LB1)을 조사한 후, 도 8의 (B)에 도시하는 바와 같이, 제2 레이저빔 조사를 간헐적으로 행해도 된다. 이 경우, 도 9에 도시하는 바와 같이, 의사 단결정 실리콘막(2B)과 미세결정 실리콘막(2A) 사이에 스트라이프형으로 비정질 실리콘막(2)이 남는 것 같은 기판 구조로 된다. 또한, 상기의 본 실시 형태와 마찬가지로, 도 8의 (A)의 제1 레이저빔 조사와, (B)의 제2 레이저빔 조사를 동시 병행적으로 행해도 물론 된다.
C: 간격
LB1: 제1 레이저빔
LB2: 제2 레이저빔
T: 반송 방향(일정 방향)
1: 피처리 기판
1A, 1B: 결정화 실리콘막 기판
1a: 패널 영역
2: 비정질 실리콘막
2A: 미세결정 실리콘막(시드 결정막)
2B: 의사 단결정 실리콘막(특성에 편차가 적은 결정화 실리콘막)
2C: 의사 단결정 실리콘막(참고예)
10: 레이저 어닐링 장치
11: 제1 레이저빔 출사부
12: 제2 레이저빔 출사부
13: 반사경
14: 제어부

Claims (19)

  1. 기판면에 형성된 비정질 실리콘막에 대해서, 레이저빔을 일정 방향으로 상대 이동시키고, 상기 비정질 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시켜서 결정화 실리콘막을 형성하는 레이저 어닐링 방법으로서,
    제1 레이저빔을 조사해서, 상기 비정질 실리콘막을 미세결정 실리콘막으로 변화시키는 제1 레이저빔 조사와,
    상기 미세결정 실리콘막을 기점으로 하여, 제2 레이저빔을 상기 일정 방향을 따라 이동시켜서, 상기 기판면에 상기 결정화 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시키는 제2 레이저빔 조사를 행하고,
    상기 기판면에 대해서, 상기 일정 방향을 따라 상기 미세결정 실리콘막과 상기 결정화 실리콘막을 교대로 형성하는,
    레이저 어닐링 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔 조사를, 적어도 상기 미세결정 실리콘막을 형성하는 영역에서 행하고, 상기 제2 레이저빔 조사를, 상기 일정 방향으로 이동시키는 도중에 있어서 상기 결정화 실리콘막을 형성하는 영역에서만 행하는, 레이저 어닐링 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔 조사를 행하여, 상기 비정질 실리콘막에 대해서 상기 일정 방향을 따라 상기 미세결정 실리콘막을 연속해서 형성하고,
    상기 제1 레이저빔 조사로 형성된 상기 미세결정 실리콘막을 기점으로 하여, 제2 레이저빔 조사를 상기 일정 방향을 따라 간헐적으로 행하는, 레이저 어닐링 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정화 실리콘막은, 반도체 소자를 형성하는 영역을 포함하는, 레이저 어닐링 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 펄스폭 변조되어 있는, 레이저 어닐링 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 변조 주파수가 다른, 레이저 어닐링 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔은 펄스 레이저광이고, 상기 제2 레이저빔은 연속 발진 레이저광인, 레이저 어닐링 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정화 실리콘막의 상기 일정 방향의 길이는, 50 ㎛ 이하인, 레이저 어닐링 방법.
  9. 기판면에 형성된 비정질 실리콘막에 대해서, 레이저빔을 일정 방향으로 상대 이동시키고, 상기 비정질 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시켜서 결정화 실리콘막을 형성하는 레이저 어닐링 장치로서,
    제1 레이저빔을 조사해서, 상기 비정질 실리콘막을 미세결정 실리콘막으로 변화시키는 제1 레이저빔 출사부와,
    상기 미세결정 실리콘막을 기점으로 하여, 제2 레이저빔을 상기 일정 방향을 따라 이동시켜서, 상기 기판면에 상기 결정화 실리콘막을 횡방향으로 결정 성장시키는 제2 레이저빔 출사부와,
    상기 제1 레이저빔 출사부와 상기 제2 레이저빔 출사부를, 상기 기판면에 대해서 상기 일정 방향을 따라 상기 미세결정 실리콘막과 상기 결정화 실리콘막을 교대로 형성하도록 구동시키는 제어부
    를 구비하는, 레이저 어닐링 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔 출사부가, 적어도 상기 미세결정 실리콘막을 형성하는 영역에서 온 상태로 되고, 상기 제2 레이저빔 출사부가, 상기 일정 방향으로 이동시키는 도중에 있어서 상기 결정화 실리콘막을 형성하는 영역에서만 온 상태로 되는, 레이저 어닐링 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔 출사부가, 상기 비정질 실리콘막에 대해서 상기 일정 방향을 따라 연속해서 온 상태로 되고,
    상기 제2 레이저빔 출사부가, 상기 일정 방향을 따라 간헐적으로 온 상태로 되는, 레이저 어닐링 장치.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정화 실리콘막은, 반도체 소자를 형성하는 영역을 포함하는, 레이저 어닐링 장치.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 펄스폭 변조되어 있는, 레이저 어닐링 장치.
  14. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔과 상기 제2 레이저빔은, 변조 주파수가 다른, 레이저 어닐링 장치.
  15. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 레이저빔은 펄스 발진 레이저광이고, 상기 제2 레이저빔은 연속 발진 레이저광인, 레이저 어닐링 장치.
  16. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정화 실리콘막의 상기 일정 방향의 길이는, 50 ㎛ 이하인, 레이저 어닐링 장치.
  17. 기판면에, 미세결정 실리콘막으로 이루어지는 영역과, 결정화 실리콘막으로 이루어지는 영역이 일정 방향을 따라 교대로 형성된,
    결정화 실리콘막 기판.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 결정화 실리콘막의 상기 일정 방향의 길이는, 50 ㎛ 이하인, 결정화 실리콘막 기판.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 결정화 실리콘막은, 반도체 소자를 형성하는 영역을 포함하는, 결정화 실리콘막 기판.
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