WO2020090396A1 - レーザアニール装置およびレーザアニール方法 - Google Patents

レーザアニール装置およびレーザアニール方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020090396A1
WO2020090396A1 PCT/JP2019/039860 JP2019039860W WO2020090396A1 WO 2020090396 A1 WO2020090396 A1 WO 2020090396A1 JP 2019039860 W JP2019039860 W JP 2019039860W WO 2020090396 A1 WO2020090396 A1 WO 2020090396A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
processed
laser
scanning direction
laser annealing
line beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/039860
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
水村　通伸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
V Technology Co Ltd
Original Assignee
V Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by V Technology Co Ltd filed Critical V Technology Co Ltd
Priority to US17/284,880 priority Critical patent/US20210387283A1/en
Priority to CN201980065438.9A priority patent/CN112805809A/zh
Priority to KR1020217008101A priority patent/KR20210071960A/ko
Publication of WO2020090396A1 publication Critical patent/WO2020090396A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P72/00—Handling or holding of wafers, substrates or devices during manufacture or treatment thereof
    • H10P72/04—Apparatus for manufacture or treatment
    • H10P72/0431—Apparatus for thermal treatment
    • H10P72/0436—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0006—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring taking account of the properties of the material involved
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0622—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam by shaping pulses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0643—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising mirrors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/073—Shaping the laser spot
    • B23K26/0738—Shaping the laser spot into a linear shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0838—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction by using an endless conveyor belt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D86/00—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates
    • H10D86/01—Manufacture or treatment
    • H10D86/021—Manufacture or treatment of multiple TFTs
    • H10D86/0221—Manufacture or treatment of multiple TFTs comprising manufacture, treatment or patterning of TFT semiconductor bodies
    • H10D86/0223—Manufacture or treatment of multiple TFTs comprising manufacture, treatment or patterning of TFT semiconductor bodies comprising crystallisation of amorphous, microcrystalline or polycrystalline semiconductor materials
    • H10D86/0229—Manufacture or treatment of multiple TFTs comprising manufacture, treatment or patterning of TFT semiconductor bodies comprising crystallisation of amorphous, microcrystalline or polycrystalline semiconductor materials characterised by control of the annealing or irradiation parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/29—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by the substrates
    • H10P14/2901—Materials
    • H10P14/2922—Materials being non-crystalline insulating materials, e.g. glass or polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • H10P14/3404—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition being Group IVA materials
    • H10P14/3411—Silicon, silicon germanium or germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3808—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H10P14/381—Beam shaping, e.g. using a mask
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3808—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H10P14/3814—Continuous wave laser beam
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/3808—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H10P14/3816—Pulsed laser beam
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/38—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials characterised by treatments done after the formation of the materials
    • H10P14/3802—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H10P14/382—Scanning of a beam
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P34/00—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P34/40—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation
    • H10P34/42—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/40—Semiconductor devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/50—Inorganic materials other than metals or composite materials
    • B23K2103/56—Inorganic materials other than metals or composite materials being semiconducting
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/031—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/0312—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes
    • H10D30/0314—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] characterised by the gate electrodes of lateral top-gate TFTs comprising only a single gate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/021—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET]
    • H10D30/031—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/0321—Manufacture or treatment of FETs having insulated gates [IGFET] of thin-film transistors [TFT] comprising silicon, e.g. amorphous silicon or polysilicon
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3451—Structure
    • H10P14/3452—Microstructure
    • H10P14/3456—Polycrystalline

Definitions

  • the present invention relates to a laser annealing device and a laser annealing method.
  • a thin film transistor (TFT: Thin Film Transistor) is used as a switching element for actively driving a thin display (FPD: Flat Panel Display) such as a liquid crystal display (LCD: Liquid Crystal Display) or an organic EL display (OLED: Organic Electroluminescence Display). It is used.
  • a thin film transistor As a material of a semiconductor layer of a thin film transistor (hereinafter referred to as a TFT), amorphous silicon (a-Si: amorphous Silicon), polycrystalline silicon (P-Si: Polycrystalline Silicon), or the like is used.
  • Amorphous silicon has a low mobility, which is an index of the mobility of electrons. For this reason, amorphous silicon cannot meet the demand for high mobility demanded by FPDs, which are becoming higher in density and definition. Therefore, as the switching element in the FPD, it is preferable to form the channel layer with polycrystalline silicon having a mobility significantly higher than that of amorphous silicon.
  • a method of forming a polycrystalline silicon film there is a method of irradiating the amorphous silicon film with laser light to recrystallize the amorphous silicon to form polycrystalline silicon.
  • Patent Document 1 discloses a laser annealing method for irradiating a laser beam in the form of a long line beam over substantially the entire width of a glass substrate to modify the amorphous silicon formed over almost the entire surface of the glass substrate into polycrystalline silicon. Is disclosed. In this laser annealing method, all the amorphous silicon formed on the surface of the glass substrate can be modified into polycrystalline silicon by scanning the glass substrate once. In order to form a long line beam-like laser beam as in the above method, a cylindrical lens having a length extending over substantially the entire width of the glass substrate is used.
  • the size of the display board has exceeded 1 m and has grown to 2 m and 3 m. It is difficult to manufacture such a long cylindrical lens. For this reason, a line beam having a length over the entire width of the display substrate may not be formed. In this case, it is necessary to perform an annealing process using a line beam for each surface region obtained by dividing the surface of the substrate into a plurality of parts.
  • the connecting portion between the surface regions that are adjacent to each other there is a possibility that the regions that have been irradiated with the laser light may overlap with each other, or an unprocessed portion that is not exposed to the laser light may occur. Therefore, in this case, the in-plane uniformity of the annealing process cannot be ensured.
  • the entire surface of the amorphous silicon film formed on the surface of the glass substrate is irradiated with laser light, but the area where the TFT is actually formed is a fine area. ..
  • Useless laser light irradiation is performed on the amorphous silicon film in the region where the TFT is not formed. Therefore, in the conventional laser annealing method, processing with low energy efficiency is performed. Further, in the conventional laser annealing method, it is necessary to slow down the relative scanning speed of the line beam or increase the number of pulses in order to irradiate a necessary portion with laser light at a sufficient energy density. As described above, the conventional laser annealing method has a problem that the processing time becomes long in addition to the cost increase due to the low energy utilization efficiency.
  • the present invention has been made in view of the above problems, a high irradiation energy efficiency without using a long cylindrical lens, a laser capable of uniform irradiation energy density in a region irradiated with laser light in a plane
  • An object is to provide an annealing device and a laser annealing method.
  • an aspect of a laser annealing apparatus is a substrate to be processed on which a film to be processed is formed, and an area to be processed set on the film to be processed.
  • the irradiation surface area is set in a band-shaped area, and the irradiation surface area is set such that the longitudinal direction of the irradiation surface area is inclined with respect to the scanning direction.
  • a plurality of the processing planned regions are set in the film to be processed so as to be spaced apart from each other in a direction perpendicular to the scanning direction, and the laser irradiation unit supplies a line beam to each of the plurality of processing planned regions. It is preferable to provide an optical system capable of irradiating.
  • the laser irradiation unit includes a group of a plurality of cylindrical lenses that respectively configure the optical system, and the group of cylindrical lenses is integrally provided in the cylindrical lens array.
  • the line beam is pulse-oscillated, and the line beam is relatively moved in the scanning direction by a length obtained by dividing the length of the line beam in the scanning direction into a plurality of numbers in synchronization with each irradiation pulse of the line beam. It is preferably set so that
  • the laser irradiation unit oscillates the continuous wave of the line beam, and the relative movement speed between the laser irradiation unit and the substrate to be processed is set to be constant.
  • the film to be processed is an amorphous silicon film and the region to be processed includes a row of formation regions of thin film transistors formed on the substrate to be processed.
  • the aspect of the laser annealing method according to the present invention is a laser annealing method in which a line beam of laser light is irradiated along an area to be processed set on a film to be processed formed on a substrate to be annealed. Then, the processing planned area is set to a strip-shaped area extending along the scanning direction, and the irradiation surface area in the processing planned area has a longitudinal direction of the irradiation surface area inclined with respect to the scanning direction. In this state, the line beam is moved relative to the region to be processed along the scanning direction to anneal the film to be processed.
  • a plurality of the processing planned regions are set apart from each other in the film to be processed, and through the group of optical systems corresponding to each of the plurality of processing planned regions, to the respective processing planned regions. Irradiation with the line beam is preferable.
  • the line beam is pulse-oscillated, and the line beam is relatively moved in the scanning direction by a length obtained by dividing the length of the line beam in the scanning direction into a plurality of numbers in synchronization with each irradiation pulse of the line beam.
  • the line beam is pulse-oscillated, and the line beam is relatively moved in the scanning direction by a length obtained by dividing the length of the line beam in the scanning direction into a plurality of numbers in synchronization with each irradiation pulse of the line beam.
  • the line beam is oscillated in a continuous wave and the line beam is moved relative to the processing target region at a constant speed.
  • the film to be processed is an amorphous silicon film and the region to be processed includes a row of formation regions of thin film transistors formed on the substrate to be processed.
  • the irradiation energy efficiency can be increased and the irradiation energy density in the region irradiated with the laser light can be made uniform in the plane.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which the surface of the amorphous silicon film is irradiated with a line beam by using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory plan view showing a cylindrical lens array in the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an explanatory plan view in which the substrate to be processed is annealed by using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser annealing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating a state in which the surface of the amorphous silicon film is irradiated with a line beam by using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an annealing process performed on a region to be processed of the substrate to be processed with the use of the laser annealing device according to the first embodiment of the present invention with time.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing energy densities in the width direction of the process-targeted region that has been annealed by using the laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view for explaining the annealing process on the substrate to be processed by using the laser annealing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a reference example.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the energy density in the width direction of the scheduled processing area that has been annealed in the reference example.
  • the substrate to be annealed by the laser annealing device is composed of a glass substrate 11 and an amorphous silicon film 12A as a film to be processed formed on almost the entire surface of the glass substrate 11, Specifically, it becomes a TFT substrate.
  • a wiring pattern such as a gate line may be formed between the amorphous silicon film 12A and the glass substrate 11 depending on the structure of the TFT to be manufactured.
  • FIG. 4 shows a state where the manufacture of the TFT has not been completed, but shows the TFT formation planned portion 14 using the symbol of the TFT.
  • a plurality of gate lines 15 and data lines 16 are formed on the substrate 10 to be processed, and a TFT formation planned portion 14 is arranged near the intersection of the gate lines 15 and the data lines 16. ing.
  • the amorphous silicon film 12A is provided with a band-shaped processing target region 13 extending in the scanning direction T.
  • the processing scheduled region 13 is formed along the scanning direction T so as to connect the plurality of TFT formation scheduled portions 14.
  • the plurality of scheduled processing regions 13 are provided in the direction perpendicular to the scanning direction T at the same pitch as the data lines 16.
  • the width dimension W of the scheduled processing region 13 is set to be substantially the same as the width dimension of the channel layer of the TFT to be manufactured.
  • the laser annealing apparatus 1 includes a base 2 and a laser irradiation unit 8.
  • the laser irradiation unit 8 includes a laser light source 3, an illumination optical system 4 including a beam homogenizer, a mirror 5, and a cylindrical lens array 6.
  • the substrate 10 to be processed is placed on the base 2.
  • the substrate 10 to be processed is provided so as to be movable relative to the laser irradiation unit 8 in the scanning direction T.
  • the substrate 10 to be processed is provided so as to move in the scanning direction T on the base 2 by a transfer unit (not shown).
  • the laser light source 3 emits laser light L by performing pulse oscillation at a set pulse frequency.
  • the illumination optical system 4 uniformly irradiates a predetermined space with the laser light L emitted from the laser light source 3.
  • the laser light L which is uniformly irradiated to a predetermined space by the illumination optical system 4 and is formed in a wide range, is reflected by the mirror 5 and enters the cylindrical lens array 6.
  • the cylindrical lens array 6 forms the incident laser light into a plurality of line beams LB. That is, the laser irradiation unit 8 includes an optical system corresponding to each of the plurality of processing planned regions 13.
  • the line beam LB shown in FIG. 2 is one of the plurality of line beams LB formed by the cylindrical lens array 6.
  • the line beam LB irradiates the amorphous silicon film 12A on the substrate 10 to be processed in the elongated irradiation surface region LBe.
  • the width dimension W1 (see FIG. 5A) in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the irradiation surface area LBe is wider than the width dimension W of the processing target area 13 in the direction perpendicular to the scanning direction T. It is set.
  • the width dimension W1 in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the irradiation surface area LBe may be set smaller than the width dimension W in the direction perpendicular to the scanning direction T of the processing target area 13.
  • the irradiation surface area LBe is set so as to be included in the processing scheduled area 13 set in the amorphous silicon film 12A. Further, as shown in FIG. 2 to FIG. 5, the irradiation surface area LBe is set so as to be arranged in the processing scheduled area 13 in a state in which the longitudinal direction is inclined with respect to the scanning direction T.
  • the front end portion LBe1 in the longitudinal direction of the irradiation surface region LBe is set so as to be substantially in contact with one of the process-scheduled region boundary lines 13L in the width direction of the process-scheduled region 13.
  • the rear end portion LBe2 in the longitudinal direction of the irradiation surface region LBe is set so as to be substantially in contact with the other scheduled processing region boundary line 13R in the width direction of the scheduled processing region 13.
  • the cylindrical lens array 6 includes an array substrate 61 and a plurality of cylindrical lenses 62.
  • the array substrate 61 is arranged so as to extend in a direction perpendicular to the scanning direction T.
  • the group of cylindrical lenses 62 is integrally provided on the array substrate 61 so as to form a row along a direction perpendicular to the scanning direction T.
  • the irradiation surface region LBe of the line beam LB emitted from each cylindrical lens 62 to the substrate 10 to be processed is overlapped and drawn in the cylindrical lens 62.
  • the respective cylindrical lenses 62 are arranged in the scanning direction T so that the irradiation surface region LBe is arranged as shown in FIG. 2 with respect to the amorphous silicon film 12A. It is arranged to lean.
  • the cylindrical lens 62 is actually used so that the line beam LB (irradiation surface area LBe) formed by the cylindrical lens 62 corresponds to the processing planned area 13 set in the amorphous silicon film 12A. Then it is arranged.
  • the substrate 10 to be processed is set on the base 2.
  • the longitudinal direction of the processing target region 13 set in the amorphous silicon film 12A is set to be parallel to the scanning direction T.
  • the laser irradiation unit 8 is operated to pulse-oscillate the line beam LB.
  • the substrate 10 to be processed is moved along the scanning direction T by a transfer unit (not shown), and the length of the irradiation surface region LBe along the scanning direction T is divided into a plurality (n, etc.).
  • the laser is irradiated every time the movement is performed in the scanning direction T by the length of (minutes).
  • the conveyance of the substrate 10 to be processed and the operation of the laser irradiation unit 8 are stopped, whereby the annealing process ends.
  • FIG. 5 shows a temporal change of the annealing process in one process scheduled region 13 to be annealed by the laser annealing apparatus 1 and a distribution of the energy density irradiated to the process scheduled region 13 at each pulse oscillation.
  • the state shown in FIG. 5A is a state in which the substrate 10 to be processed has started moving in the scanning direction T, and the annealing process has not been performed yet.
  • the state shown in FIG. 5B shows a state where the substrate 10 to be processed has reached below the cylindrical lens array 6 and the annealing process has started.
  • the irradiation surface area LBe of the line beam LB hits the position A in the processing scheduled area 13.
  • the peak of the energy density is in the vicinity of the scheduled processing region boundary line 13R of the scheduled processing region 13.
  • the state shown in FIG. 5C is a length obtained by dividing the length of the substrate 10 to be processed along the scanning direction T of the irradiation surface region LBe into a plurality (divided into n) from the state of FIG. 5B. Only, the state moved in the scanning direction T is shown. At the position A in this state, the peak of the energy density moves toward the center of the planned processing region 13 in the width direction. The region of the scheduled processing region 13 through which the irradiation surface region LBe has passed is annealed and recrystallized to become the polycrystalline silicon film 12P.
  • FIG. 6 shows a history of energy density in a state where the elongated irradiation surface area LBe that has passed through the position A in the processing planned area 13 passes in the processing planned area 13 in an inclined state.
  • the peaks of the energy densities (1) to (n) are flat.
  • the received energy density is uniform in both the scanning direction T and the width direction at any position.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing a reference example
  • FIG. 9 shows energy densities in a width direction coordinate of a portion annealed by the reference example.
  • the width dimension of the irradiation surface area LBe is set to be the same as the width dimension W of the processing planned area 13, and the irradiation surface area LBe is irradiated without tilting with respect to the scanning direction T. is doing.
  • FIG. 9 there is no history that the peaks of the energy density move with time in the width direction of the scheduled processing region 13, so that the profile of the irradiation energy density of the line beam LB is It is reflected as it is.
  • the laser annealing apparatus 1 and the laser annealing method according to the present embodiment it is possible to make the irradiation energy density within the processing scheduled region 13 irradiated with the laser light uniform in the plane. Therefore, the quality of the polycrystalline silicon film 12P obtained by modifying the amorphous silicon film 12A can be improved, and the polycrystalline silicon film 12P with high mobility can be manufactured. Therefore, the characteristics of the TFT can be improved and the performance of the display device can be improved.
  • each cylindrical lens 62 can be downsized by using the cylindrical lens array 6, and the apparatus cost can be reduced.
  • the laser annealing apparatus 1 it is sufficient to irradiate the laser beam only on the thin band-shaped process-scheduled region 13 that connects the TFT formation-scheduled portions 14, so that the irradiation energy efficiency can be increased.
  • FIG. 7 shows the cylindrical lens array 7 in the laser annealing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the cylindrical lens array 7 is provided with a row of cylindrical lenses 72 arranged in a direction perpendicular to the scanning direction T on the surface of an array substrate 71, and a row of cylindrical lenses 73 parallel to this row.
  • the processed substrate 10 used in this embodiment has a selection TFT formation scheduled portion 14S and a driving TFT formation scheduled portion 14D in one pixel region. Therefore, the cylindrical lens 72 is arranged at a position corresponding to the selection TFT formation planned portion 14S. The cylindrical lens 73 is arranged at a position corresponding to the driving TFT formation planned portion 14D.
  • Other configurations of the laser annealing apparatus according to the present embodiment are the same as those of the laser annealing apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the columns of the cylindrical lenses 72 and the columns of the cylindrical lenses 73 are provided, so that even if the intervals between the process-targeted regions 13A and 13B arranged in the direction perpendicular to the scanning direction T are small, they can be reliably performed. Can be annealed.
  • the other effects of this embodiment are the same as those of the first embodiment.
  • the amorphous silicon film 12A is used for reforming into the polycrystalline silicon film 12P, but it is also possible to use it for the annealing treatment of other material films. Is.
  • the amorphous silicon film 12A is annealed to form the channel layer of the TFT, but it is also possible to manufacture a polycrystalline silicon electrode.
  • the laser light is pulse-oscillated, but the laser irradiation unit 8 performs continuous wave oscillation of the line beam LB to change the relative moving speed between the laser irradiation unit 8 and the base 2. It may be set constant.
  • the cylindrical lenses 62, 72, 73 are used as the optical system for forming the line beam LB, but any optical system member that can form the line beam LB can be used. Not limited to.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)

Abstract

被処理膜が表面に形成された被処理基板と、前記被処理膜に設定された処理予定領域に沿ってレーザ光のラインビームを照射してアニール処理を行うレーザ照射部と、が走査方向へ相対的に移動可能なレーザアニール装置であって、前記処理予定領域が前記走査方向に沿って延びる帯状の領域に設定され、前記処理予定領域内に、前記照射面領域が、当該照射面領域の長手方向が前記走査方向に対して傾いた状態で配置されるように設定される。

Description

レーザアニール装置およびレーザアニール方法
　本発明は、レーザアニール装置およびレーザアニール方法に関する。
　薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ:Organic Electroluminescence Display）などの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）をアクティブ駆動するためのスイッチング素子として用いられている。薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の半導体層の材料としては、非晶質シリコン（ａ－Ｓｉ：amorphous Silicon）や、多結晶シリコン（Ｐ－Ｓｉ：Polycrystalline Silicon）などが用いられている。
　非晶質シリコンは、電子の動き易さの指標である移動度が低い。このため、非晶質シリコンでは、更に高密度・高精細化が進むＦＰＤで要求される高移動度の要求には対応しきれない。そこで、ＦＰＤにおけるスイッチング素子としては、非晶質シリコンよりも移動度が大幅に高い多結晶シリコンでチャネル層を形成することが好ましい。多結晶シリコン膜を形成する方法としては、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射し、非晶質シリコンを再結晶化させて多結晶シリコンを形成する方法がある。特許文献１には、ガラス基板の略全幅に亘る長いラインビーム状のレーザ光を照射して、ガラス基板表面の略全域に形成した非晶質シリコンを、多結晶シリコンに改質するレーザアニール方法が開示されている。このレーザアニール方法では、ガラス基板を一回走査することで、ガラス基板表面に形成した非晶質シリコンを全て多結晶シリコンに改質することができる。上記方法のような長いラインビーム状のレーザ光を形成するために、ガラス基板の略全幅に亘る長さを有するシリンドリカルレンズが用いられている。
特開２０１３－１９１７４３号公報
　しかしながら、近年では、ディスプレイ基板サイズが１ｍを越えて、２ｍ、３ｍと長くなっている。このように長いシリンドリカルレンズを製造することは困難である。このため、ディスプレイ基板の全幅に亘る長さのラインビームが形成できない場合がある。この場合には、基板の表面を複数に分割した表面領域毎に、ラインビームを用いたアニール処理を行う必要がある。しかし、この場合、互いに隣接する表面領域同士のつなぎ部分では、レーザ光で照射処理した領域が重なり合ったり、レーザ光が当たらない未処理部が発生したりする虞がある。したがって、この場合では、アニール処理の基板面内の均一性を確保できない。
　上記特許文献１に記載の技術では、ガラス基板の表面に形成された非晶質シリコン膜の全表面にレーザ光を照射しているが、実際にＴＦＴが形成される領域は微細な領域である。ＴＦＴを形成しない領域の非晶質シリコン膜に対しては、無駄なレーザ光の照射が行われている。このため、従来のレーザアニール方法では、エネルギー効率が低い処理が行われている。また、従来のレーザアニール方法では、必要な箇所に十分なエネルギー密度でレーザ光を照射するために、ラインビームの相対的な走査速度を遅くしたりパルス回数を増加したりする必要がある。このように、従来のレーザアニール方法は、エネルギー利用効率の低さによるコスト高に加えて処理時間が長くなるという問題がある。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、長いシリンドリカルレンズを用いることなく、照射エネルギー効率が高く、レーザ光を照射した領域内の照射エネルギー密度を面内で均一にできるレーザアニール装置およびレーザアニール方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーザアニール装置の態様は、被処理膜が表面に形成された被処理基板と、前記被処理膜に設定された処理予定領域に沿ってレーザ光のラインビームを照射してアニール処理を行うレーザ照射部と、が走査方向へ相対的に移動可能なレーザアニール装置であって、前記処理予定領域が前記走査方向に沿って延びる帯状の領域に設定され、前記処理予定領域内に、前記照射面領域が、当該照射面領域の長手方向が前記走査方向に対して傾いた状態で配置されるように設定されることを特徴とする。
　上記態様としては、前記被処理膜に複数の前記処理予定領域が互いに前記走査方向と直角をなす方向に離間して設定され、前記レーザ照射部は、複数の前記処理予定領域のそれぞれにラインビームを照射可能な光学系を備えることが好ましい。
　上記態様としては、前記レーザ照射部は、前記光学系をそれぞれ構成する複数のシリンドリカルレンズの群を備え、前記シリンドリカルレンズの群は、シリンドリカルレンズアレイに一体に設けられていることが好ましい。
　上記態様としては、前記ラインビームはパルス発振され、前記ラインビームの照射パルス毎に同期して、前記ラインビームの前記走査方向の長さを複数に分割した長さだけ、前記走査方向へ相対移動するように設定されていることが好ましい。
　上記態様としては、前記レーザ照射部は、前記ラインビームの連続波発振を行い、前記レーザ照射部と前記被処理基板との相対移動速度は一定に設定されることが好ましい。
　上記態様としては、前記被処理膜は、非晶質シリコン膜であり、前記処理予定領域は、前記被処理基板に形成される薄膜トランジスタの形成領域の列を含むことが好ましい。
　本発明に係るレーザアニール方法の態様は、被処理基板の上に形成された被処理膜に設定された処理予定領域に沿ってレーザ光のラインビームを照射してアニール処理を行うレーザアニール方法であって、前記処理予定領域を前記走査方向に沿って延びる帯状の領域に設定し、前記処理予定領域内に、前記照射面領域が、当該照射面領域の長手方向が前記走査方向に対して傾いた状態で配置し、前記ラインビームを前記処理予定領域に対して前記走査方向に沿って相対移動させて前記被処理膜をアニール処理することを特徴とする。
　上記態様としては、前記被処理膜に複数の前記処理予定領域が互いに離間して設定され、複数の前記処理予定領域のそれぞれに対応する光学系の群を介して、それぞれの前記処理予定領域へ前記ラインビームを照射することが好ましい。
　上記態様としては、前記ラインビームをパルス発振させ、前記ラインビームの照射パルス毎に同期して、前記ラインビームの前記走査方向の長さを複数に分割した長さだけ、前記走査方向へ相対移動させることが好ましい。
　上記態様としては、前記ラインビームを連続波発振させ、前記ラインビームを前記処理予定領域に対して、一定の速度で相対移動させることが好ましい。
　上記態様としては、前記被処理膜は、非晶質シリコン膜であり、前記処理予定領域は、前記被処理基板に形成される薄膜トランジスタの形成領域の列を含むことが好ましい。
　本発明に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法によれば、照射エネルギー効率を高くすることができ、レーザ光を照射した領域内の照射エネルギー密度を面内で均一にできる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置の概略構成図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いてラインビームを非晶質シリコン膜の表面に照射した状態を説明する斜視図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置におけるシリンドリカルレンズアレイを示す平面説明図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いて被処理基板にアニール処理を行う平面説明図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いて被処理基板の処理予定領域へ行うアニール処理を経時的に示す説明図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いてアニール処理された処理予定領域の幅方向におけるエネルギー密度を示す説明図である。 図７は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置を用いて被処理基板にアニール処理を行う平面説明図である。 図８は、参考例を示す斜視図である。 図９は、参考例におけるアニール処理された処理予定領域の幅方向におけるエネルギー密度を示す説明図である。
　以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置およびレーザアニール方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の寸法や寸法の比率や形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。
［第１の実施の形態］
　ここで、レーザアニール装置の構成の説明に先駆けて、レーザアニール装置でアニール処理を行う被処理基板について説明する。図１および図２に示すように、被処理基板１０は、ガラス基板１１と、このガラス基板１１の表面に略全面に形成された被処理膜としての非晶質シリコン膜１２Ａとでなり、最終的にはＴＦＴ基板となる。なお、非晶質シリコン膜１２Ａとガラス基板１１との間には、作製するＴＦＴの構造によってはゲート線などの配線パターンが形成されていてもよい。
　図４は、ＴＦＴの製造が完成していない状態を示すが、ＴＦＴの記号を用いてＴＦＴ形成予定部１４を示す。図４に示すように、被処理基板１０は、ゲート線１５とデータ線１６とがそれぞれ複数形成されており、ゲート線１５とデータ線１６との交差部近傍にＴＦＴ形成予定部１４が配置されている。
　図２および図４に示すように、非晶質シリコン膜１２Ａには、帯状の処理予定領域１３が走査方向Ｔに延びるように設定されている。この処理予定領域１３は、走査方向Ｔに沿って、複数のＴＦＴ形成予定部１４を繋ぐように形成されている。図４に示すように、複数の処理予定領域１３は、走査方向Ｔに対して直角をなす方向にデータ線１６と同じピッチで離間して設けられている。この処理予定領域１３の幅寸法Ｗは、作製するＴＦＴのチャネル層の幅寸法と略同じ寸法に設定されている。
（レーザアニール装置の概略構成）
　以下、図１を用いて、本実施の形態に係るレーザアニール装置１の概略構成を説明する。レーザアニール装置１は、基台２と、レーザ照射部８と、を備える。レーザ照射部８は、レーザ光源３と、ビームホモジナイザを含む照明光学系４と、ミラー５と、シリンドリカルレンズアレイ６と、を備える。
　図１に示すように、基台２の上には被処理基板１０が配置される。被処理基板１０はレーザ照射部８に対して、走査方向Ｔへ相対的に移動可能に設けられている。本実施の形態では、被処理基板１０が図示しない搬送手段により基台２の上を走査方向Ｔへ移動するように設けられている。
　図１に示すように、レーザ光源３は、設定されたパルス周波数でパルス発振を行ってレーザ光Ｌを出射する。照明光学系４は、レーザ光源３から出射されたレーザ光Ｌを所定の空間に均一に照射する。照明光学系４で所定の空間に均一照射されて幅広く形成されたレーザ光Ｌは、ミラー５で反射されてシリンドリカルレンズアレイ６へ入射する。シリンドリカルレンズアレイ６では、入射したレーザ光を複数のラインビームＬＢに形成する。すなわち、レーザ照射部８は、複数の処理予定領域１３のそれぞれに対応する光学系を備えている。
　図２に示すラインビームＬＢは、シリンドリカルレンズアレイ６で形成された複数のラインビームＬＢのうち一つのラインビームＬＢを示す。このラインビームＬＢは、被処理基板１０上の非晶質シリコン膜１２Ａに対して細長い照射面領域ＬＢｅで照射を行う。照射面領域ＬＢｅの長手方向に対して直角をなす方向の幅寸法Ｗ１（図５（Ａ）参照）は、処理予定領域１３の走査方向Ｔに対して直角をなす方向の幅寸法Ｗよりも広く設定されている。なお、照射面領域ＬＢｅの長手方向に対して直角をなす方向の幅寸法Ｗ１は、処理予定領域１３の走査方向Ｔに対して直角をなす方向の幅寸法Ｗよりも狭く設定してもよい。
　この照射面領域ＬＢｅは、非晶質シリコン膜１２Ａに設定された処理予定領域１３内に含まれるように設定されている。さらに、図２から図５に示すように、この照射面領域ＬＢｅは、処理予定領域１３内おいて、長手方向が走査方向Ｔに対して傾いた状態で配置されるように設定される。詳細には、図２に示すように、照射面領域ＬＢｅの長手方向の前端部ＬＢｅ１は、処理予定領域１３の幅方向の一方の処理予定領域境界線１３Ｌに略接するように設定されている。また、照射面領域ＬＢｅの長手方向の後端部ＬＢｅ２は、処理予定領域１３の幅方向の他方の処理予定領域境界線１３Ｒに略接するように設定されている。
　図３および図４に示すように、シリンドリカルレンズアレイ６は、アレイ基板６１と、複数のシリンドリカルレンズ６２を備える。アレイ基板６１は、走査方向Ｔに直角をなす方向に延びるように配置されている。シリンドリカルレンズ６２の群は、走査方向Ｔに直角をなす方向に沿って列をなすようにアレイ基板６１に一体に設けられている。
　図３および図４は、説明上の便宜から、シリンドリカルレンズ６２内に、それぞれのシリンドリカルレンズ６２から被処理基板１０に対して照射されたラインビームＬＢの照射面領域ＬＢｅを重ねて描いている。図３および図４に示すように、それぞれのシリンドリカルレンズ６２は、照射面領域ＬＢｅが、非晶質シリコン膜１２Ａに対して図２に示すような配置となるように、走査方向Ｔに対して傾くように配置されている。また、図４に示すように、シリンドリカルレンズ６２は、非晶質シリコン膜１２Ａに設定された処理予定領域１３内に、それぞれが形成するラインビームＬＢ（照射面領域ＬＢｅ）が対応するように実機では配置されている。
（レーザアニール装置の動作）
　以下、レーザアニール装置１を用いたレーザアニール方法および作用・動作について説明する。
　まず、図１に示すように、基台２上に被処理基板１０をセットする。このとき、非晶質シリコン膜１２Ａに設定した処理予定領域１３の長手方向が走査方向Ｔと平行になるように設定する。
　次に、レーザ照射部８を作動させて、ラインビームＬＢをパルス発振させる。レーザ照射部８の作動に伴って、図示しない搬送手段によって、被処理基板１０を走査方向Ｔに沿って移動させ、照射面領域ＬＢｅの走査方向Ｔに沿った長さを複数に分割（ｎ等分）した長さだけ、走査方向Ｔへ移動するごとにレーザを照射する。
　そして、被処理基板１０がレーザ照射部８を通過し終わったら、被処理基板１０の搬送とレーザ照射部８の作動を停止させることにより、アニール処理は終了する。
　図５は、レーザアニール装置１によりアニール処理される一つの処理予定領域１３におけるアニール処理の経時的な推移と、各パルス発振時の処理予定領域１３へ照射されたエネルギー密度の分布を示す。
　図５（Ａ）に示す状態は、被処理基板１０が走査方向Ｔに向けて移動を始めた状態であり、アニール処理は未だ行われていない。
　図５（Ｂ）に示す状態は、被処理基板１０がシリンドリカルレンズアレイ６の下方に到達してアニール処理が開始された状態を示す。この状態では、処理予定領域１３おける位置ＡにラインビームＬＢの照射面領域ＬＢｅが当たっている。この図５（Ｂ）の下部に示す幅方向座標におけるエネルギー密度の分布のように、エネルギー密度のピークは処理予定領域１３の処理予定領域境界線１３Ｒの近傍にある。
　図５（Ｃ）に示す状態は、図５（Ｂ）の状態から、被処理基板１０を、照射面領域ＬＢｅの走査方向Ｔに沿った長さを複数に分割（ｎ等分）した長さだけ、走査方向Ｔへ移動させた状態を示す。この状態の位置Ａでは、エネルギー密度のピークは処理予定領域１３の幅方向の中央寄りに移動する。処理予定領域１３における照射面領域ＬＢｅが通過した領域は、アニールされて再結晶化して多結晶シリコン膜１２Ｐになる。
　図５（Ｄ）に示す状態は、さらに被処理基板１０の移動が進んで、エネルギー密度のピークが処理予定領域境界線１３Ｌに近づいた状態を示し、位置Ａおいては、幅方向のほとんどが多結晶シリコン膜１２Ｐに改質されている。
　図６は、処理予定領域１３における位置Ａを通過した細長い照射面領域ＬＢｅが処理予定領域１３内で傾いた状態で通過した状態でのエネルギー密度の履歴を示す。図６に示すように、（１）から（ｎ）に示す照射に受けたエネルギー密度が処理予定領域１３の幅方向に密に並ぶため、（１）から（ｎ）のエネルギー密度のピークが平坦状になる。このため、照射面領域ＬＢｅが通過した処理予定領域１３では、どの位置においても、受けたエネルギー密度が走査方向Ｔにおいても幅方向においても均一となる。したがって、このようなレーザアニール装置１によれば、それぞれの処理予定領域１３に均一な膜質をもつ多結晶シリコン膜１２Ｐを形成できる。なお、図６に示す隣接するエネルギー密度のピーク同士のシフト量Ｓは、レーザ光Ｌのパルス発振数が増えるとさらに小さくなり、（１）から（ｎ）までのエネルギー密度が均一化される。
　図８は、参考例を示す説明図であり、図９はその参考例によってアニール処理された部分の幅方向座標におけるエネルギー密度を示す。図８に示すように、この参考例では、照射面領域ＬＢｅの幅寸法を、処理予定領域１３の幅寸法Ｗと同じに設定し、照射面領域ＬＢｅを走査方向Ｔに対して傾けずに照射している。このような参考例の場合は、図９に示すように、処理予定領域１３の幅方向においてエネルギー密度のピークが経時的に移動する履歴が発生しないため、ラインビームＬＢの照射エネルギー密度のプロファイルがそのまま反映される。
（レーザアニール装置およびレーザアニール方法の効果）
　本実施の形態に係るレーザアニール装置１およびレーザアニール方法によれば、レーザ光を照射した処理予定領域１３内の照射エネルギー密度を面内で均一にできる。このため、非晶質シリコン膜１２Ａを改質した多結晶シリコン膜１２Ｐの膜質を向上でき、移動度の高い多結晶シリコン膜１２Ｐの作製を実現できる。したがって、ＴＦＴの特性を高めることができ、表示装置の性能を向上することが可能となる。
　本実施の形態に係るレーザアニール装置１およびレーザアニール方法によれば、シリンドリカルレンズアレイ６を用いたことにより、個々のシリンドリカルレンズ６２を小型化でき、装置コストを低減できる。
　本実施の形態に係るレーザアニール装置１によれば、ＴＦＴ形成予定部１４を繋ぐ細い帯状の処理予定領域１３のみにレーザ光の照射を行えばよいため、照射エネルギー効率を高くすることができる。
［第２の実施の形態］
　図７は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置におけるシリンドリカルレンズアレイ７を示す。このシリンドリカルレンズアレイ７は、アレイ基板７１の表面に走査方向Ｔに直角なす方向に並ぶシリンドリカルレンズ７２の列と、この列と平行をなすシリンドリカルレンズ７３の列と、を備える。
　この実施の形態で用いる被処理基板１０は、１画素領域に内に、選択用ＴＦＴ形成予定部１４Ｓと、駆動用ＴＦＴ形成予定部１４Ｄと、を有する。このため、シリンドリカルレンズ７２は、選択用ＴＦＴ形成予定部１４Ｓに対応する位置に配置されている。シリンドリカルレンズ７３は、駆動用ＴＦＴ形成予定部１４Ｄに対応する位置に配置されている。
本実施の形態に係るレーザアニール装置の他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１と同様である。
　本実施の形態においては、シリンドリカルレンズ７２の列とシリンドリカルレンズ７３の列とを備えるため、走査方向Ｔに直角をなす方向に配置される処理予定領域１３Ａ，１３Ｂ同士の間隔が狭くても確実にアニール処理を行える。なお、本実施の形態における他の効果は、上記第１の実施の形態と同様である。
［その他の実施の形態］
　以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
　例えば、上記の各実施の形態に係るレーザアニール装置では、非晶質シリコン膜１２Ａを多結晶シリコン膜１２Ｐに改質する際に用いたが、他の材料膜のアニール処理に用いることも勿論可能である。
　上記の各実施の形態に係るレーザアニール装置では、ＴＦＴのチャネル層を作製するために非晶質シリコン膜１２Ａをアニール処理したが、多結晶シリコン電極の作製を行うことも可能である。
　上記各実施の形態に係るレーザアニール装置では、レーザ光をパルス発振させたが、レーザ照射部８でラインビームＬＢの連続波発振を行い、レーザ照射部８と基台２との相対移動速度を一定に設定してもよい。
　上記した各実施の形態に係るレーザアニール装置では、ラインビームＬＢを形成するための光学系として、シリンドリカルレンズ６２，７２，７３を用いたが、ラインビームＬＢを形成できる光学系部材であればこれに限定されない。
　１　レーザアニール装置
　２　基台
　３　レーザ光源
　４　照明光学系
　５　ミラー
　６，７　シリンドリカルレンズアレイ
　６１　アレイ基板
　６２　シリンドリカルレンズ
　７１　アレイ基板
　８　レーザ照射部
　１０　被処理基板
　１１　ガラス基板
　１２Ａ　非晶質シリコン膜
　１２Ｐ　多結晶シリコン膜
　１３，１３Ａ，１３Ｂ　処理予定領域
　１３Ｒ，１３Ｌ　処理予定領域境界線
　１４　ＴＦＴ形成予定部
　１４Ｓ　選択用ＴＦＴ形成予定部
　１４Ｄ　駆動用ＴＦＴ形成予定部
　１５　ゲート線
　１６　データ線
　ＬＢ　ラインビーム
　ＬＢｅ　照射面領域
　ＬＢｅ１　前端部
　ＬＢｅ２　後端部
 

Claims (11)

  1. 　被処理膜が表面に形成された被処理基板と、前記被処理膜に設定された処理予定領域に沿ってレーザ光のラインビームを照射してアニール処理を行うレーザ照射部と、が走査方向へ相対的に移動可能なレーザアニール装置であって、
    　前記処理予定領域が前記走査方向に沿って延びる帯状の領域に設定され、
    　前記処理予定領域内に、前記照射面領域が、当該照射面領域の長手方向が前記走査方向に対して傾いた状態で配置されるように設定される
    　レーザアニール装置。
  2. 　前記被処理膜に複数の前記処理予定領域が互いに前記走査方向と直角をなす方向に離間して設定され、
    　前記レーザ照射部は、複数の前記処理予定領域のそれぞれに前記ラインビームを照射可能な光学系を備える
    　請求項１に記載のレーザアニール装置。
  3. 　前記レーザ照射部は、前記光学系をそれぞれ構成する複数のシリンドリカルレンズの群を備え、前記シリンドリカルレンズの群は、シリンドリカルレンズアレイに一体に設けられている
    　請求項２に記載のレーザアニール装置。
  4. 　前記ラインビームはパルス発振され、
    　前記ラインビームの照射パルス毎に同期して、前記ラインビームの前記走査方向の長さを複数に分割した長さだけ、前記走査方向へ相対移動するように設定されている
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
  5. 　前記レーザ照射部は、前記ラインビームの連続波発振を行い、前記レーザ照射部と前記被処理基板との相対移動速度は一定に設定される
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
  6. 　前記被処理膜は、非晶質シリコン膜であり、
    　前記処理予定領域は、前記被処理基板に形成される薄膜トランジスタの形成領域の列を含む
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
  7. 　被処理基板の上に形成された被処理膜に設定された処理予定領域に沿ってレーザ光のラインビームを照射してアニール処理を行うレーザアニール方法であって、
    　前記処理予定領域を走査方向に沿って延びる帯状の領域に設定し、
    　前記処理予定領域内に、前記照射面領域を、当該照射面領域の長手方向が前記走査方向に対して傾いた状態で配置し、
    　前記ラインビームを前記処理予定領域に対して前記走査方向に沿って相対移動させて前記被処理膜をアニール処理する
    　レーザアニール方法。
  8. 　前記被処理膜に複数の前記処理予定領域が互いに離間して設定され、
    　複数の前記処理予定領域のそれぞれに対応する光学系の群を介して、それぞれの前記処理予定領域へ前記ラインビームを照射する
    　請求項７に記載のレーザアニール方法。
  9. 　前記ラインビームをパルス発振させ、
    　前記ラインビームの照射パルス毎に同期して、前記ラインビームの前記走査方向の長さを複数に分割した長さだけ、前記走査方向へ相対移動させる
    　請求項７または請求項８に記載のレーザアニール方法。
  10. 　前記ラインビームを連続波発振させ、
    　前記ラインビームを前記処理予定領域に対して、一定の速度で相対移動させる
    　請求項７または請求項８に記載のレーザアニール方法。
  11. 　前記被処理膜は、非晶質シリコン膜であり、
    　前記処理予定領域は、前記被処理基板に形成される薄膜トランジスタの形成領域の列を含む
    　請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載レーザアニール方法。
     
PCT/JP2019/039860 2018-11-02 2019-10-09 レーザアニール装置およびレーザアニール方法 Ceased WO2020090396A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/284,880 US20210387283A1 (en) 2018-11-02 2019-10-09 Laser annealing device and laser annealing method
CN201980065438.9A CN112805809A (zh) 2018-11-02 2019-10-09 激光退火装置及激光退火方法
KR1020217008101A KR20210071960A (ko) 2018-11-02 2019-10-09 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018207240A JP7226767B2 (ja) 2018-11-02 2018-11-02 レーザアニール装置およびレーザアニール方法
JP2018-207240 2018-11-02

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020090396A1 true WO2020090396A1 (ja) 2020-05-07

Family

ID=70462264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/039860 Ceased WO2020090396A1 (ja) 2018-11-02 2019-10-09 レーザアニール装置およびレーザアニール方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210387283A1 (ja)
JP (1) JP7226767B2 (ja)
KR (1) KR20210071960A (ja)
CN (1) CN112805809A (ja)
TW (1) TW202025244A (ja)
WO (1) WO2020090396A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08201846A (ja) * 1995-01-25 1996-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザーアニール法及び液晶表示装置
JPH0927453A (ja) * 1994-09-16 1997-01-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JPH09321310A (ja) * 1996-05-31 1997-12-12 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2003151906A (ja) * 2001-08-30 2003-05-23 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2003332235A (ja) * 2002-05-17 2003-11-21 Fujitsu Ltd 半導体結晶化方法及び装置
WO2012157410A1 (ja) * 2011-05-16 2012-11-22 株式会社ブイ・テクノロジー レーザ処理装置
JP2014041909A (ja) * 2012-08-22 2014-03-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ照射装置
JP2014139991A (ja) * 2013-01-21 2014-07-31 V Technology Co Ltd レーザアニール方法、レーザアニール装置
US20180012914A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Samsung Display Co., Ltd Laser crystallization apparatus and method of driving the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5526173B2 (ja) 2012-03-14 2014-06-18 株式会社東芝 レーザアニール方法、レーザアニール装置、および薄膜トランジスタの製造方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0927453A (ja) * 1994-09-16 1997-01-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JPH08201846A (ja) * 1995-01-25 1996-08-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザーアニール法及び液晶表示装置
JPH09321310A (ja) * 1996-05-31 1997-12-12 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
JP2003151906A (ja) * 2001-08-30 2003-05-23 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2003332235A (ja) * 2002-05-17 2003-11-21 Fujitsu Ltd 半導体結晶化方法及び装置
WO2012157410A1 (ja) * 2011-05-16 2012-11-22 株式会社ブイ・テクノロジー レーザ処理装置
JP2014041909A (ja) * 2012-08-22 2014-03-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd レーザ照射装置
JP2014139991A (ja) * 2013-01-21 2014-07-31 V Technology Co Ltd レーザアニール方法、レーザアニール装置
US20180012914A1 (en) * 2016-07-05 2018-01-11 Samsung Display Co., Ltd Laser crystallization apparatus and method of driving the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020072227A (ja) 2020-05-07
US20210387283A1 (en) 2021-12-16
TW202025244A (zh) 2020-07-01
KR20210071960A (ko) 2021-06-16
CN112805809A (zh) 2021-05-14
JP7226767B2 (ja) 2023-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8507368B2 (en) Single-shot semiconductor processing system and method having various irradiation patterns
TWI435388B (zh) 薄膜之線性掃描連續橫向固化
US8802580B2 (en) Systems and methods for the crystallization of thin films
KR101268107B1 (ko) 레이저 조사장치, 레이저 조사방법, 및 반도체장치 제조방법
CN107430990B (zh) 薄膜晶体管基板、显示面板以及激光退火方法
TWI541861B (zh) 非晶矽層之結晶化方法
JP5800292B2 (ja) レーザ処理装置
US9728562B2 (en) Manufacturing method and apparatus of low temperature polycrystalline silicon, and polycrystalline silicon
WO2020137399A1 (ja) レーザアニール方法およびレーザアニール装置
JP7154592B2 (ja) レーザアニール方法およびレーザアニール装置
JP7226767B2 (ja) レーザアニール装置およびレーザアニール方法
KR20080077794A (ko) 실리콘 결정화 장비 및 그를 이용한 실리콘 결정화 방법
WO2020184153A1 (ja) レーザアニール装置
KR100667899B1 (ko) 저온 다결정 폴리 실리콘 박막트랜지스터 액정표시장치의레이저 어닐링 장치 및 방법
WO2020158424A1 (ja) レーザアニール方法、レーザアニール装置、および結晶化シリコン膜基板
JP2008060314A (ja) レーザアニール装置、レーザアニール方法、及び半導体装置の製造方法
CN103377891B (zh) 激光晶化装置及用其制造薄膜晶体管阵列面板的方法
US20070170426A1 (en) Silicon crystallizing mask, apparatus for crystallizing silicon having the mask and method for crystallizing silicon using the apparatus
KR20050121548A (ko) 실리콘 결정화 방법과 이를 이용한 박막트랜지스터 기판의제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19878543

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217008101

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19878543

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1