WO2021145176A1 - レーザアニール装置及びレーザアニール方法 - Google Patents

レーザアニール装置及びレーザアニール方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021145176A1
WO2021145176A1 PCT/JP2020/048145 JP2020048145W WO2021145176A1 WO 2021145176 A1 WO2021145176 A1 WO 2021145176A1 JP 2020048145 W JP2020048145 W JP 2020048145W WO 2021145176 A1 WO2021145176 A1 WO 2021145176A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser beam
laser
annular
semi
silicon film
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/048145
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
卓哉 澤井
Original Assignee
株式会社ブイ・テクノロジー
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 株式会社ブイ・テクノロジー filed Critical 株式会社ブイ・テクノロジー
Priority to KR1020227021046A priority Critical patent/KR20220123644A/ko
Priority to CN202080090760.XA priority patent/CN114902376A/zh
Publication of WO2021145176A1 publication Critical patent/WO2021145176A1/ja

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B23K26/354—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by melting
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02524—Group 14 semiconducting materials
    • H01L21/02532—Silicon, silicon germanium, germanium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02587—Structure
    • H01L21/0259—Microstructure
    • H01L21/02592—Microstructure amorphous
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02656—Special treatments
    • H01L21/02664—Aftertreatments
    • H01L21/02667—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth
    • H01L21/02675—Crystallisation or recrystallisation of non-monocrystalline semiconductor materials, e.g. regrowth using laser beams
    • H01L21/02678—Beam shaping, e.g. using a mask
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/20—Deposition of semiconductor materials on a substrate, e.g. epitaxial growth solid phase epitaxy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26—Bombardment with radiation
    • H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67115—Apparatus for thermal treatment mainly by radiation

Definitions

  • the present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method.
  • CW laser beam a continuously oscillating laser beam
  • the beam is made elliptical with respect to the irradiation surface in the line width direction (minor axis direction) of an amorphous semiconductor.
  • a laser annealing device capable of producing a large-particle crystal in which crystal grains are elongated in the moving direction by relatively moving the substrate on which the film is formed is known (see, for example, Patent Document 1). ).
  • the shape of the molten pool of the amorphous semiconductor melted on the irradiated surface of the amorphous semiconductor film also resembles the outer shape of the CW laser beam. It has a circular or elliptical shape.
  • FIG. 14 shows the crystallization process of the amorphous semiconductor when the circular molten pool 100 is moving in the traveling direction of the CW laser beam (the direction indicated by the arrow 101 in FIG. 14).
  • the crystallization of the amorphous semiconductor proceeds from the low-temperature solid-liquid interface 102 located behind the molten pool 100 with respect to the traveling direction of the CW laser beam toward the center of the high-temperature molten pool. ..
  • the growth 104 in which crystallization progresses toward the center of the molten pool at the same time in front of the main growth 103 in the traveling direction of the CW laser beam collides with the main growth 103 from the lateral direction. Therefore, there is a problem that the growth of the main growth 103 is hindered and the main growth 103 cannot grow into a stable crystal having large crystal grains.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and provides a laser annealing apparatus and a laser annealing method capable of obtaining stable crystals having large crystal grains in the moving direction of the laser beam relative to the substrate.
  • the purpose is.
  • the laser beam is relatively moved in a certain direction with respect to the amorphous silicon film formed on the substrate surface, and the amorphous silicon
  • a laser annealing device that grows a film laterally to form a crystallized silicon film, in which a laser light source unit that emits continuously oscillating laser light as the laser beam and the continuously oscillating laser light emitted from the laser light source unit.
  • the optical system includes an optical system that shapes the laser beam and guides the laser beam to the irradiated surface of the amorphous silicon film.
  • the optical system includes a beam shaping unit that shapes the continuously oscillating laser beam into a laser beam that forms a focusing ring.
  • It has a beam dividing portion having a reflecting surface for generating at least one semi-annular laser beam by dividing and reflecting an annular laser beam shaped by the beam shaping portion, and is reflected by the beam dividing portion.
  • the semi-annular laser beam is applied to the irradiated surface of the amorphous silicon film so that the outer peripheral edge of the semi-annular laser beam faces the relative movement direction of the laser beam.
  • the beam shaping unit reflects the first mirror that reflects the continuously oscillating laser beam to generate a plate-shaped laser beam and the plate-shaped laser beam reflected by the first mirror. It is preferable to have a condensing mirror that condenses light.
  • the beam dividing portion comprises a roof type mirror in which two plane mirrors are arranged so as to face each other at a predetermined angle.
  • the optical system has a first optical element capable of changing the vertical and horizontal dimensions of the semi-annular laser beam reflected by the beam dividing portion.
  • the optical system has a second optical element capable of changing the beam radius of the semi-annular laser beam reflected by the beam dividing portion.
  • the optical system has a third optical element capable of changing the intensity distribution of the semi-annular laser beam reflected by the beam dividing portion.
  • the laser beam is relatively moved in a certain direction with respect to the amorphous silicon film formed on the substrate surface, and the amorphous silicon film is laterally grown to form a crystallized silicon film.
  • a laser annealing method for forming a laser in which a continuously oscillating laser beam is emitted from a laser light source section as the laser beam, and the continuously oscillating laser beam emitted from the laser light source section is used to form a condensing ring by a beam shaping section.
  • At least one semi-annular laser beam is generated by shaping the beam into a beam and dividing and reflecting the annular laser beam shaped by the beam shaping portion by the reflecting surface, and the semi-annular shape reflected by the reflecting surface.
  • the semi-annular laser beam is applied to the irradiated surface of the amorphous silicon film so that the outer peripheral edge of the laser beam is directed in the relative movement direction of the laser beam.
  • the continuously oscillating laser beam is reflected by the first mirror to generate a plate-shaped laser beam, and the plate-shaped laser beam is reflected and condensed by the focusing mirror. It is preferable to shape the continuously oscillating laser beam into the annular laser beam.
  • the annular laser beam it is preferable to divide the annular laser beam by a roof type mirror in which two plane mirrors are arranged so as to face each other at a predetermined angle as the reflection surface.
  • the vertical and horizontal dimensions of the semi-annular laser beam can be changed by the first optical element.
  • the beam radius of the semi-annular laser beam can be changed by the second optical element.
  • the intensity distribution of the semi-annular laser beam can be changed by the third optical element.
  • stable crystals having large crystal grains can be obtained in the moving direction of the laser beam relative to the substrate.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser annealing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the optical system of the laser annealing device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a bottom view of the optical system of the laser annealing device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view of the optical system of the laser annealing device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of the optical system of the laser annealing device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a laser annealing device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the
  • FIG. 7 is a cross-sectional perspective view of the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • 8A and 8B are views showing a conical mirror in the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention, in which FIG. 8A is a rear view and FIG. 8B is a plan view.
  • 9 (a) shows a plan view of an annular parabolic mirror in the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 9 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 9 (a). Is shown.
  • FIG. 9 (a) shows a plan view of an annular parabolic mirror in the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 9 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 9 (a). Is shown.
  • FIG. 9 (a) shows a plan view of an annular
  • FIG. 10A shows a plan view of an annular parabolic mirror and a beam dividing portion in the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 10B shows B in FIG. 10A.
  • -B cross-sectional view is shown.
  • 11 (a) shows a front view of the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 11 (b) shows a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 11 (a).
  • FIG. 12 is a diagram showing the shape of a semi-annular laser beam irradiated on the irradiated surface by the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the shape of a semi-annular laser beam irradiated on the irradiated surface by the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing the shape of a molten pool of an amorphous silicon film generated by a semi-annular laser beam of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing the shape of a molten pool of an amorphous semiconductor generated by a laser beam of a conventional laser annealing device.
  • FIG. 15 is a front view showing an example in which the first optical element is provided in the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing the shape of the semi-annular laser beam in the example shown in FIG. FIG.
  • FIG. 17 is a side view showing an example in which the first optical element is provided in the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention, and the arrangement of the first optical element is different from that in FIG. be.
  • FIG. 18 is a diagram showing the shape of the semi-annular laser beam in the example shown in FIG.
  • FIG. 19 is a perspective view showing an example in which a first optical element, a second optical element, and a third optical element are provided in the optical system of the laser annealing apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the laser annealing apparatus 10 includes a substrate transport means (not shown) that transports the substrate 1 to be processed in the transport direction (movement direction) T, and a continuously oscillating laser beam (CW laser).
  • Laser beam LB oscillating (light) for example, a laser light source unit 12 such as a semiconductor laser and a CW laser light emitted from the laser light source unit 12 are parallel in a circular cross section in a direction orthogonal to the beam traveling direction. It includes a collimator lens 13 that changes to light, and an optical system 20 that shapes the CW laser light emitted from the laser light source unit 12.
  • the laser annealing device 10 moves the laser beam LB relative to the irradiated surface 1a of the amorphous silicon film 2 formed on the substrate surface of the substrate 1 to be processed in a certain direction, and laterally moves the amorphous silicon film. (Horizontal direction) Crystal growth is performed to form a crystallized silicon film.
  • the continuously oscillating laser beam is a concept including so-called pseudo continuous oscillation that continuously irradiates the target region with the laser beam. That is, even if the laser beam is a pulse laser, it may be a pseudo-continuous oscillation laser in which the pulse interval is shorter than the cooling time of the silicon thin film after heating (irradiation with the next pulse before solidification).
  • the laser light source unit 12 various lasers such as a semiconductor laser, a solid-state laser, a liquid laser, and a gas laser can be used.
  • the laser beam LB moves relatively in the direction opposite to the transport direction (movement direction) T of the substrate 1 to be processed (hereinafter, referred to as “relative movement direction”) M.
  • the substrate 1 to be processed used in this embodiment includes an amorphous silicon film 2 deposited on a substrate surface such as a glass substrate.
  • the substrate 1 to be processed is annealed by the laser annealing apparatus according to the present embodiment to become a crystallized silicon film substrate.
  • the substrate 1 to be processed finally becomes a TFT substrate on which a thin film transistor (TFT) or the like is built.
  • TFT thin film transistor
  • the optical system 20 includes a beam shaping unit 21, a beam dividing unit 22, and a mirror 23.
  • the beam shaping unit 21 shapes the CW laser beam into a laser beam that forms a focusing ring.
  • the beam shaping unit 21 has a conical mirror 30 as a first mirror, a mirror holding window 31, and an annular parabolic mirror 32 as a condensing mirror.
  • the conical mirror 30 is a mirror that reflects CW laser light to generate a plate-shaped laser beam LBp.
  • the conical mirror 30 has a reflecting surface on the outer surface of the cone, and the laser beam LB incident on the apex of the cone in parallel with the conical axis. Is reflected in a plate shape in all directions in parallel with the plane perpendicular to the conical axis.
  • the optical axis of the laser beam LB of parallel light incident on the conical mirror 30 and the conical axis of the conical mirror 30 coincide with each other.
  • the mirror holding window 31 holds the conical mirror 30 and is composed of a member that transmits a laser beam without loss.
  • the conical mirror 30 is fixed to the mirror holding window 31 by, for example, bonding or a fastening member such as a screw or a bolt.
  • the conical mirror 30 is fixed to the mirror holding window 31 by the fastening member 30a.
  • the annular parabolic mirror 32 has an annular paraboloid having a curved line (parabola) in an annular shape, and an incident plate-shaped laser is provided on the annular paraboloid.
  • the beam LBp is reflected and focused. Due to this reflection focusing, as shown in FIG. 9B, the light intensity distribution in the cross section orthogonal to the traveling direction of the laser beam is ring-shaped, and the ring-shaped focused beam forming the focusing ring is formed in the beam traveling direction.
  • a laser beam LBr having an annular cross section in the orthogonal direction is emitted.
  • the beam dividing portion 22 has a cross section in a direction orthogonal to the beam traveling direction by dividing and reflecting the annular laser beam LBr shaped by the beam shaping portion 21. It has a reflective surface 22a that produces a hemispherical laser beam LBr_h (see FIG. 10B).
  • the beam dividing portion 22 is composed of a roof type mirror in which reflecting surfaces 22a composed of two plane mirrors are arranged so as to face each other at a predetermined angle.
  • the annular laser beam LBr incident on the beam dividing portion 22 is divided into two with the ridgeline of the beam dividing portion 22 as a boundary, and is reflected as a semi-annular laser beam LBr_h in the directions facing each other.
  • the annular laser beam LBr can be evenly divided into two.
  • the beam spot of the semi-annular laser beam LBr_h is also semi-annular.
  • the beam dividing unit 22 has a configuration having two plane mirrors, it may have a configuration in which one plane mirror is used and one of the two divided annular laser beams LBr is reflected. Further, the beam dividing portion 22 may be composed of a roof-type mirror of a multifaceted mirror provided with three or more plane mirrors, and the annular laser beam LBr may be divided into three or more.
  • the mirror 23 is arranged on the optical path of the two semi-annular laser beams LBr_h divided by the beam dividing portion 22.
  • the two mirrors 23 reflect the semi-annular laser beam LBr_h incident from the beam dividing portion 22 in the same direction (direction toward the substrate 1 to be processed).
  • the semi-annular laser beam LBr_h (see FIG. 11B) reflected by the two mirrors 23 irradiates the irradiated surface 1a of the amorphous silicon film 2 formed on the substrate surface of the substrate 1 to be processed, respectively.
  • NS The semi-annular laser beam LBr_h (see FIG. 11B) reflected by the two mirrors 23 irradiates the irradiated surface 1a of the amorphous silicon film 2 formed on the substrate surface of the substrate 1 to be processed, respectively.
  • the CW laser beam emitted from the laser light source unit 12 is finally used as two semi-annular laser beams LBr_h, which are amorphous formed on the substrate surface of the substrate 1 to be processed.
  • the irradiated surface 1a of the quality silicon film 2 can be irradiated.
  • the outer peripheral edge LBo of the semi-annular laser beam LBr_h finally irradiated on the irradiated surface 1a faces the relative movement direction M of the semi-annular laser beam LBr_h.
  • the orientation and arrangement of the optical system 20 with respect to the substrate 1 to be processed are defined.
  • the semi-annular laser beam LBr_h finally irradiated to the irradiated surface 1a of the amorphous silicon film 2 preferably has a narrow cross section width orthogonal to the beam traveling direction. Droplets can be suppressed by narrowing the width of the cross section of the semi-annular laser beam LBr_h.
  • the laser annealing method will be described using the laser annealing device 10 configured as described above.
  • the laser beam LB is relatively moved in a certain direction with respect to the irradiated surface 1a of the amorphous silicon film 2 formed on the substrate surface of the substrate 1 to be processed, and the amorphous silicon film is formed.
  • a laser annealing method is used in which lateral crystals are grown to form a crystallized silicon film.
  • the laser annealing method by the laser annealing device 10 includes the following methods.
  • a plate-shaped laser beam LBp is generated by reflecting the CW laser light emitted from the laser light source unit 12 by the conical mirror 30.
  • the CW laser beam is shaped into an annular laser beam LBr by reflecting and condensing the plate-shaped laser beam LBp with the annular parabolic mirror 32.
  • the annular laser beam LBr reflected and condensed by the annular parabolic mirror 32 is divided and reflected by the beam dividing portion 22 composed of the roof type mirror. ..
  • a laser beam LBr_h having a semi-annular cross section in the direction orthogonal to the beam traveling direction is generated.
  • the two semi-annular laser beams LBr_h divided by the beam dividing portion 22 are directed by the mirror 23 in the same direction (direction toward the substrate 1 to be processed). reflect.
  • the semi-annular laser beam LBr_h reflected by the mirror 23 is irradiated on the irradiated surface 1a of the amorphous silicon film 2 formed on the substrate surface of the substrate 1 to be processed.
  • the semi-annular laser beam LBr_h is irradiated so that its outer peripheral edge LBo faces the relative moving direction M of the semi-annular laser beam LBr_h.
  • the laser annealing apparatus has a semi-annular laser beam LBr_h so that the outer peripheral edge LBo of the semi-annular laser beam LBr_h faces the relative movement direction M of the semi-annular laser beam LBr_h. Since the irradiated surface 1a of the amorphous silicon film 2 is irradiated, as shown in FIG. 13, the molten pool 50 of the amorphous silicon film 2 is reversed in the relative movement direction M of the semi-annular laser beam LBr_h. It can be U-shaped.
  • the solid-liquid interface 52 of the molten pool 50 of the amorphous silicon film 2 can also be formed into an inverted U shape, and when the amorphous silicon film 2 is laterally grown, the main growth 53 of crystallization is formed. It can be generated in the foremost direction of the relative movement direction M of the hemispherical laser beam LBr_h. That is, the main growth 53 can be generated in front of the relative movement direction M rather than the growth 54 that grows laterally from the solid-liquid interface 52 on the rear side with respect to the relative movement direction M. Further, the growth of the growth 54 can be directed outward with respect to the growth direction of the main growth 53.
  • the growth of the main growth 53 of crystallization is not hindered by the growth 54, and stable crystals having large crystal grains can be obtained in the relative movement direction M of the hemispherical laser beam LBr_h.
  • the laser annealing apparatus since the beam dividing portion 22 is composed of a roof type mirror in which two plane mirrors are arranged facing each other at a predetermined angle, the laser annealing apparatus is semi-annular at two locations with respect to the substrate 1 to be processed.
  • the laser beam LBr_h can be irradiated.
  • the optical system 20 has a first optical element 61 capable of changing the vertical and horizontal dimensions of the semi-annular laser beam LBr_h reflected by the beam dividing portion 22. good.
  • an anamorphic prism pair including a pair of the first prism 61A and the second prism 61B can be used.
  • the relative movement direction M is defined as the vertical direction
  • the substrate plane direction orthogonal to the relative movement direction M is defined as the horizontal direction.
  • FIG. 15 shows a configuration in which the first prism 61A and the second prism 61B are arranged so as to be inclined in the lateral direction of the semi-annular laser beam LBr_h.
  • the semi-annular laser beam LBr_h can be a horizontally long semi-annular laser beam LBr_h extended in the lateral direction.
  • the length in the horizontal direction can be adjusted while keeping the length in the vertical direction constant.
  • FIG. 17 shows a configuration in which the first prism 61A and the second prism 61B are arranged so as to be inclined in the vertical direction of the semi-annular laser beam LBr_h.
  • the semi-annular laser beam LBr_h can be a vertically long semi-annular laser beam LBr_h extended in the vertical direction.
  • the length in the vertical direction can be adjusted while keeping the length in the horizontal direction constant.
  • the optical system 20 has a second optical element 62 capable of changing the beam radius r (see FIG. 12) of the semi-annular laser beam LBr_h reflected by the beam dividing portion 22. May have.
  • the second optical element 62 a parallel flat plate optical element can be used. By adjusting the plate thickness of the second optical element 62, the beam radius r of the semi-annular laser beam LBr_h can be changed.
  • the optical system 20 may have a third optical element 63 capable of changing the intensity distribution of the semi-annular laser beam LBr_h reflected by the beam dividing portion 22. ..
  • an anamorphic prism pair including a pair of the first prism 63A and the second prism 63B can be used.
  • the intensity distribution of the semi-annular laser beam LBr_h can be changed.
  • FIG. 19 an example having all of the first optical element 61, the second optical element 62, and the third optical element 63 has been illustrated, but the combination of these optical elements is arbitrary. Further, the configuration may include only one of the first optical element 61, the second optical element 62, and the third optical element 63.
  • Substrate to be processed 1a Irradiated surface 2 Amorphous silicon film 10 Laser annealing device 12 Laser light source unit 13 Collimator lens 20 Optical system 21 Beam shaping unit 22 Beam division unit 22a Reflection surface 23 Mirror 30 Conical mirror (first mirror) 30a Fastening member 31 Mirror holding window 32 Circular parabolic mirror (condensing mirror) 50 Molten pond 52 Solid-liquid interface 53 Main growth 54 Growth 61 First optical element 61A First prism 61B Second prism 62 Second optical element 63 Third optical element 63A First prism 63B Second prism LB Laser beam LBp Plate-shaped laser beam LBr Circular laser beam LBr_h Semi-annular laser beam LBo Outer peripheral edge T Conveyance direction M Relative movement direction

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

非晶質シリコン膜に対してＣＷレーザ光を一定方向に相対移動させ、非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール装置であって、光学系は、ＣＷレーザ光を、集光環を形成するレーザビームに整形するビーム整形部と、整形された環状のレーザビームを分割して反射することによって半環状のレーザビームを生成する反射面を有するビーム分割部とを有し、半環状のレーザビームの外周縁がレーザビームの相対移動方向に向くように、半環状のレーザビームを非晶質シリコン膜の被照射面に照射する。

Description

レーザアニール装置及びレーザアニール方法
　本発明は、レーザアニール装置及びレーザアニール方法に関する。
　従来、連続発振のレーザビーム（以下、「ＣＷレーザビーム」という）を楕円形状に整形し、照射面に対し楕円形状にしたビームの線幅方向（短軸方向）に対して、非晶質半導体膜が形成された基板を相対的に移動させることで、移動方向に結晶粒が長く伸びた大粒径結晶を作成することが可能なレーザアニール装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６－３２９２８号公報
　非晶質半導体膜に対して円形状又は楕円形状のＣＷレーザビームを照射すると、非晶質半導体膜の照射面で溶融した非晶質半導体の溶融池の形状もＣＷレーザビームの外形に近似した円形状又は楕円形状となる。
　図１４は、円形状の溶融池１００がＣＷレーザビームの進行方向（図１４中、矢印１０１で示す方向）に移動している場合の非晶質半導体の結晶化過程を示したものである。図１４に示すように、非晶質半導体の結晶化は、ＣＷレーザビームの進行方向に対して溶融池１００の後方に位置する低温の固液界面１０２から高温な溶融池中心に向かって進行する。
　この場合、溶融池１００内の温度勾配の特性によりＣＷレーザビームの進行方向１０１に進む結晶化が優位となる主成長１０３が存在する。この主成長１０３がＣＷレーザビームの進行方向１０１に成長するほど結晶粒の大きな安定した結晶を得ることができる。
　しかしながら、主成長１０３よりもＣＷレーザビームの進行方向前方において溶融池中心に向かって同時に結晶化が進行する成長１０４が、主成長１０３に対して横方向から衝突してしまう。このため、主成長１０３の成長が阻害されてしまい、主成長１０３が結晶粒の大きな安定した結晶に成長できないという課題があった。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、基板に対する相対的なレーザビームの移動方向に結晶粒の大きな安定した結晶を得ることができるレーザアニール装置及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、本発明の態様は、基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール装置であって、前記レーザビームとして連続発振レーザ光を出射するレーザ光源部と、前記レーザ光源部から出射された前記連続発振レーザ光を整形して前記非晶質シリコン膜の被照射面に導く光学系と、を備え、前記光学系は、前記連続発振レーザ光を、集光環を形成するレーザビームに整形するビーム整形部と、前記ビーム整形部で整形された環状のレーザビームを分割して反射することによって少なくとも１の半環状のレーザビームを生成する反射面を有するビーム分割部と、を有し、前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームの外周縁が前記レーザビームの相対移動方向に向くように、前記半環状のレーザビームを前記非晶質シリコン膜の被照射面に照射することを特徴とする。
　上記態様としては、前記ビーム整形部は、前記連続発振レーザ光を反射してプレート状のレーザビームを生成する第１のミラーと、前記第１のミラーで反射した前記プレート状のレーザビームを反射集光する集光ミラーと、を有することが好ましい。
　上記態様としては、前記ビーム分割部は、２つの平面鏡を所定角度で対向して配置したルーフ型ミラーからなることが好ましい。
　上記態様としては、前記光学系は、前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームの縦横寸法を変更可能な第１の光学素子を有することが好ましい。
　上記態様としては、前記光学系は、前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームのビーム半径を変更可能な第２の光学素子を有することが好ましい。
　上記態様としては、前記光学系は、前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームの強度分布を変更可能な第３の光学素子を有することが好ましい。
　本発明の他の態様は、基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール方法であって、前記レーザビームとして連続発振レーザ光をレーザ光源部から出射し、前記レーザ光源部から出射された前記連続発振レーザ光を、ビーム整形部によって集光環を形成するレーザビームに整形し、前記ビーム整形部で整形された環状のレーザビームを反射面により分割して反射することによって少なくとも１の半環状のレーザビームを生成し、前記反射面で反射された前記半環状のレーザビームの外周縁が前記レーザビームの相対移動方向に向くように、前記半環状のレーザビームを前記非晶質シリコン膜の被照射面に照射することを特徴とする。
　上記態様のレーザアニール方法においては、前記連続発振レーザ光を第１のミラーにより反射してプレート状のレーザビームを生成し、前記プレート状のレーザビームを集光ミラーにより反射集光することによって、前記連続発振レーザ光を前記環状のレーザビームに整形することが好ましい。
　上記態様のレーザアニール方法においては、前記反射面として２つの平面鏡を所定角度で対向して配置したルーフ型ミラーによって前記環状のレーザビームを分割することが好ましい。
　上記態様のレーザアニール方法においては、第１の光学素子によって、前記半環状のレーザビームの縦横寸法を変更可能であることが好ましい。
　上記態様のレーザアニール方法においては、第２の光学素子によって、前記半環状のレーザビームのビーム半径を変更可能であることが好ましい。
　上記態様のレーザアニール方法においては、第３の光学素子によって、前記半環状のレーザビームの強度分布を変更可能であることが好ましい。
　本発明に係るレーザアニール装置及びレーザアニール方法によれば、基板に対する相対的なレーザビームの移動方向に結晶粒の大きな安定した結晶を得ることができる。
図１は、本発明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、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系の平面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系の底面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系の正面図である。 図６は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系の側面図である。 図７は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系の断面斜視図である。 図８は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系における円錐ミラーを示す図であって、（ａ）は背面図、（ｂ）は平面図を示している。 図９（ａ）は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系における環状放物面ミラーの平面図を示し、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＡ－Ａ断面図を示している。 図１０（ａ）は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系における環状放物面ミラー及びビーム分割部の平面図を示し、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＢ－Ｂ断面図を示している。 図１１（ａ）は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系の正面図を示し、図１１（ｂ）は図１１（ａ）におけるＣ－Ｃ断面図を示している。 図１２は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系によって被照射面に照射される半環状のレーザビームの形状を示す図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の半環状のレーザビームによって生じた非晶質シリコン膜の溶融池の形状を示す図である。 図１４は、従来のレーザアニール装置のレーザビームによって生じた非晶質半導体の溶融池の形状を示す図である。 図１５は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系に第１の光学素子を設けた例を示す正面図である。 図１６は、図１５に示す例における半環状のレーザビームの形状を示す図である。 図１７は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系に第１の光学素子を設けた例であって、第１の光学素子の配置が図１５と異なる例を示す側面図である。 図１８は、図１７に示す例における半環状のレーザビームの形状を示す図である。 図１９は、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の光学系に第１の光学素子、第２の光学素子、第３の光学素子を設けた例を示す斜視図である。
　以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置及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、各部材の数、各部材の寸法、寸法の比率、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。
（レーザアニール装置の構成）
　図１に示すように、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置１０は、被処理基板１を搬送方向（移動方向）Ｔへ搬送する図示しない基板搬送手段と、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）でなるレーザビームＬＢを発振する、例えば、半導体レーザなどのレーザ光源部１２と、レーザ光源部１２から出射されたＣＷレーザ光を、ビーム進行方向に直交する方向の断面が円形状の平行光に変更するコリメータレンズ１３と、レーザ光源部１２から出射されたＣＷレーザ光を整形する光学系２０と、を含んで構成されている。
　レーザアニール装置１０は、被処理基板１の基板面に形成された非晶質シリコン膜２の被照射面１ａに対して、レーザビームＬＢを一定方向に相対移動させ、非晶質シリコン膜をラテラル（横方向）結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成する。
　ここで、連続発振レーザ光（ＣＷレーザ光）とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続発振も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス間隔が加熱後のシリコン薄膜の冷却時間よりも短い（固まる前に次のパルスで照射する）疑似連続発振レーザであってもよい。
　レーザ光源部１２としては、半導体レーザ、固体レーザ、液体レーザ、気体レーザなどの各種のレーザを用いることが可能である。レーザビームＬＢは、被処理基板１の搬送方向（移動方向）Ｔと反対方向（以下、「相対移動方向」という）Ｍに相対的に移動する。
　図１に示すように、本実施の形態で用いる被処理基板１は、ガラス基板などの基板面に堆積された非晶質シリコン膜２を備えて構成されている。この被処理基板１は、本実施の形態に係るレーザアニール装置により、アニール処理されて結晶化シリコン膜基板となる。被処理基板１は、最終的に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などが作り込まれたＴＦＴ基板となる。
　次に、図２から図１３を参照して、本実施の形態の光学系２０について、詳しく説明する。
　図２から図７に示すように、光学系２０は、ビーム整形部２１と、ビーム分割部２２と、ミラー２３と、を有する。
　ビーム整形部２１は、ＣＷレーザ光を、集光環を形成するレーザビームに整形するものである。
　図７に示すように、ビーム整形部２１は、第１のミラーとしての円錐ミラー３０と、ミラー保持ウィンドウ３１と、集光ミラーとしての環状放物面ミラー３２と、を有する。
　円錐ミラー３０は、ＣＷレーザ光を反射してプレート状のレーザビームＬＢｐを生成するミラーである。具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、円錐ミラー３０は、円錐の外面状に反射面を有し、その円錐軸と平行に円錐頂点に入射されたレーザビームＬＢを、円錐軸と垂直な平面と平行に全方位に亘りプレート状に反射する。円錐ミラー３０に入射する平行光のレーザビームＬＢの光軸と円錐ミラー３０の円錐軸とは一致している。
　ミラー保持ウィンドウ３１は、円錐ミラー３０を保持するもので、レーザビームを損失なく透過させる部材で構成されている。円錐ミラー３０は、ミラー保持ウィンドウ３１に対して、例えば、接着、又は、ねじやボルト等の締結部材によって固定される。本実施の形態では、円錐ミラー３０は、ミラー保持ウィンドウ３１に対して締結部材３０ａによって固定されている。
　図７及び図９（ａ）に示すように、環状放物面ミラー３２は、曲線（放物線）を環状に有する環状放物面を有し、その環状放物面で、入射したプレート状のレーザビームＬＢｐを反射集光する。この反射集光によって、図９（ｂ）に示すように、レーザビームの進行方向に直交する断面における光強度分布がリング状で、集光環を形成するリング状集光ビームとして、ビーム進行方向に直交する方向の断面が環状のレーザビームＬＢｒが出射される。
　図７及び図１０（ａ）に示すように、ビーム分割部２２は、ビーム整形部２１で整形された環状のレーザビームＬＢｒを分割して反射することによってビーム進行方向に直交する方向の断面が半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈ（図１０（ｂ）参照）を生成する反射面２２ａを有する。
　ビーム分割部２２は、２つの平面鏡からなる反射面２２ａを所定角度で対向して配置したルーフ型ミラーからなる。ビーム分割部２２に入射した環状のレーザビームＬＢｒは、ビーム分割部２２の稜線を境に二分割されて、互いに対向する方向に半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈとなって反射される。環状のレーザビームＬＢｒの断面中心とビーム分割部２２の稜線とが一致するようにビーム分割部２２を配置することによって、環状のレーザビームＬＢｒを均等に二分割することができる。半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈのビームスポットも半環状である。
　なお、ビーム分割部２２は、２つの平面鏡を有する構成としたが、平面鏡を１つとし、二分割した環状のレーザビームＬＢｒのうちの一方を反射する構成としてもよい。また、ビーム分割部２２を、平面鏡を３つ以上設けた多面鏡のルーフ型ミラーで構成し、環状のレーザビームＬＢｒを３つ以上に分割してもよい。
　図７及び図１１（ａ）に示すように、ミラー２３は、ビーム分割部２２で分割された２つの半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの光路上にそれぞれ配置されている。２つのミラー２３は、ビーム分割部２２から入射した半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈをそれぞれ同一方向（被処理基板１に向かう方向）に反射する。
　２つのミラー２３で反射された半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈ（図１１（ｂ）参照）は、被処理基板１の基板面に形成された非晶質シリコン膜２の被照射面１ａにそれぞれ照射される。
　このように構成された光学系２０によれば、レーザ光源部１２から出射されたＣＷレーザ光を最終的に２つの半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈとして被処理基板１の基板面に形成された非晶質シリコン膜２の被照射面１ａに照射することができる。
　また、図１２に示すように、本実施の形態では、最終的に被照射面１ａに照射される半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの外周縁ＬＢｏが半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの相対移動方向Ｍに向くように、被処理基板１に対する光学系２０の向き及び配置が定められている。
　また、非晶質シリコン膜２の被照射面１ａに最終的に照射される半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈは、ビーム進行方向に直交する断面の幅が狭いほうが好ましい。半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの上記断面の幅を狭くすることにより、ドロップレットを抑制することができる。
（レーザアニール方法）
　上述のように構成されたレーザアニール装置１０を用いてレーザアニール方法について説明する。
　レーザアニール装置１０においては、被処理基板１の基板面に形成された非晶質シリコン膜２の被照射面１ａに対して、レーザビームＬＢを一定方向に相対移動させ、非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール方法が用いられる。このレーザアニール装置１０によるレーザアニール方法には、以下の方法が含まれる。
　すなわち、レーザアニール装置１０によるレーザアニール方法によれば、レーザ光源部１２からＣＷレーザ光を出射し、レーザ光源部１２から出射されたＣＷレーザ光を、ビーム整形部２１によって集光環を形成するレーザビームに整形する。
　具体的には、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ光源部１２から出射されたＣＷレーザ光を、円錐ミラー３０で反射することによりプレート状のレーザビームＬＢｐを生成する。
　その後、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、プレート状のレーザビームＬＢｐを環状放物面ミラー３２で反射集光することによって、ＣＷレーザ光を環状のレーザビームＬＢｒに整形する。
　次いで、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、環状放物面ミラー３２で反射集光された環状のレーザビームＬＢｒを、ルーフ型ミラーからなるビーム分割部２２によって分割して反射する。これにより、ビーム進行方向に直交する方向の断面が半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈを生成する。
　その後、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ビーム分割部２２で分割された２つの半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈを、ミラー２３によってそれぞれ同一方向（被処理基板１に向かう方向）に反射する。これにより、ミラー２３によって反射された半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈが被処理基板１の基板面に形成された非晶質シリコン膜２の被照射面１ａに照射される。このとき、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈは、その外周縁ＬＢｏが半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの相対移動方向Ｍに向くように照射される。
　以上のように、本実施の形態に係るレーザアニール装置は、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの外周縁ＬＢｏが半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの相対移動方向Ｍに向くように、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈを非晶質シリコン膜２の被照射面１ａに照射するので、図１３に示すように、非晶質シリコン膜２の溶融池５０を、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの相対移動方向Ｍに向かって逆Ｕ字形状とすることができる。
　これにより、非晶質シリコン膜２の溶融池５０の固液界面５２も逆Ｕ字形状とすることができ、非晶質シリコン膜２をラテラル結晶成長させる際に、結晶化の主成長５３を半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの相対移動方向Ｍの最も前方で発生させることができる。すなわち、相対移動方向Ｍに対して後方側の固液界面５２から横方向に成長する成長５４よりも相対移動方向Ｍの前方で主成長５３を発生させることができる。さらに、主成長５３の成長方向に対して、成長５４の成長を外側に向かわせることができる。
　このため、結晶化の主成長５３の成長が成長５４によって阻害されることがなく、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの相対移動方向Ｍに結晶粒の大きな安定した結晶を得ることができる。
　また、本実施の形態に係るレーザアニール装置は、ビーム分割部２２が２つの平面鏡を所定角度で対向して配置したルーフ型ミラーからなるので、被処理基板１に対して２箇所、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈを照射できる。
［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、図１５及び図１７に示すように、光学系２０は、ビーム分割部２２で反射された半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの縦横寸法を変更可能な第１の光学素子６１を有していてもよい。
　第１の光学素子６１としては、第１のプリズム６１Ａ及び第２のプリズム６１Ｂのペアからなるアナモルフィックプリズムペアを用いることができる。ここで、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈにおいて、相対移動方向Ｍを縦方向とし、相対移動方向Ｍに直交する基板平面方向を横方向と定義する。
　図１５は、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの横方向に第１のプリズム６１Ａ及び第２のプリズム６１Ｂが傾斜するように配置した構成である。この図１５に示す配置によれば、図１６に示すように、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈを横方向に拡張した横長の半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈとすることができる。
　図１５に示す配置では、第１のプリズム６１Ａ及び第２のプリズム６１Ｂの姿勢や傾きを調整することによって、縦方向の長さを一定に保ちながら横方向の長さを調整できる。
　図１７は、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの縦方向に第１のプリズム６１Ａ及び第２のプリズム６１Ｂが傾斜するように配置した構成である。この図１７に示す配置によれば、図１８に示すように、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈを縦方向に拡張した縦長の半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈとすることができる。
　図１７に示す配置では、第１のプリズム６１Ａ及び第２のプリズム６１Ｂの姿勢や傾きを調整することによって、横方向の長さを一定に保ちながら縦方向の長さを調整できる。
　また、例えば、図１９に示すように、光学系２０は、ビーム分割部２２で反射された半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈのビーム半径ｒ（図１２を参照）を変更可能な第２の光学素子６２を有していてもよい。
　第２の光学素子６２としては、平行平板の光学素子を用いることができる。第２の光学素子６２の板厚を調整することによって、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈのビーム半径ｒを変更することができる。
　また、例えば、図１９に示すように、光学系２０は、ビーム分割部２２で反射された半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの強度分布を変更可能な第３の光学素子６３を有していてもよい。
　第３の光学素子６３としては、第１のプリズム６３Ａ及び第２のプリズム６３Ｂのペアからなるアナモルフィックプリズムペアを用いることができる。第１のプリズム６３Ａ及び第２のプリズム６３Ｂの姿勢や傾きを調整することによって、半環状のレーザビームＬＢｒ＿ｈの強度分布を変更することができる。
　図１９においては、第１の光学素子６１、第２の光学素子６２、第３の光学素子６３の全てを有する例について例示したが、これら光学素子の組み合わせは任意である。また、第１の光学素子６１、第２の光学素子６２、第３の光学素子６３のいずれか１つだけを有する構成でもよい。
　１　被処理基板
　１ａ　被照射面
　２　非晶質シリコン膜
　１０　レーザアニール装置
　１２　レーザ光源部
　１３　コリメータレンズ
　２０　光学系
　２１　ビーム整形部
　２２　ビーム分割部
　２２ａ　反射面
　２３　ミラー
　３０　円錐ミラー（第１のミラー）
　３０ａ　締結部材
　３１　ミラー保持ウィンドウ
　３２　環状放物面ミラー（集光ミラー）
　５０　溶融池
　５２　固液界面
　５３　主成長
　５４　成長
　６１　第１の光学素子
　６１Ａ　第１のプリズム
　６１Ｂ　第２のプリズム
　６２　第２の光学素子
　６３　第３の光学素子
　６３Ａ　第１のプリズム
　６３Ｂ　第２のプリズム
　ＬＢ　レーザビーム
　ＬＢｐ　プレート状のレーザビーム
　ＬＢｒ　環状のレーザビーム
　ＬＢｒ＿ｈ　半環状のレーザビーム
　ＬＢｏ　外周縁
　Ｔ　搬送方向
　Ｍ　相対移動方向
 

Claims (12)

  1. 　基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール装置であって、
    　前記レーザビームとして連続発振レーザ光を出射するレーザ光源部と、
    　前記レーザ光源部から出射された前記連続発振レーザ光を整形して前記非晶質シリコン膜の被照射面に導く光学系と、を備え、
    　前記光学系は、
    　前記連続発振レーザ光を、集光環を形成するレーザビームに整形するビーム整形部と、
    　前記ビーム整形部で整形された環状のレーザビームを分割して反射することによって少なくとも１の半環状のレーザビームを生成する反射面を有するビーム分割部と、を有し、
    　前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームの外周縁が前記レーザビームの相対移動方向に向くように、前記半環状のレーザビームを前記非晶質シリコン膜の被照射面に照射するレーザアニール装置。
  2. 　前記ビーム整形部は、
    　前記連続発振レーザ光を反射してプレート状のレーザビームを生成する第１のミラーと、
    　前記第１のミラーで反射した前記プレート状のレーザビームを反射集光する集光ミラーと、を有する請求項１に記載のレーザアニール装置。
  3. 　前記ビーム分割部は、２つの平面鏡を所定角度で対向して配置したルーフ型ミラーからなる請求項１又は請求項２に記載のレーザアニール装置。
  4. 　前記光学系は、前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームの縦横寸法を変更可能な第１の光学素子を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
  5. 　前記光学系は、前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームのビーム半径を変更可能な第２の光学素子を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
  6. 　前記光学系は、前記ビーム分割部で反射された前記半環状のレーザビームの強度分布を変更可能な第３の光学素子を有する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のレーザアニール装置。
  7. 　基板面に形成された非晶質シリコン膜に対して、レーザビームを一定方向に相対移動させ、前記非晶質シリコン膜をラテラル結晶成長させて結晶化シリコン膜を形成するレーザアニール方法であって、
    　前記レーザビームとして連続発振レーザ光をレーザ光源部から出射し、
    　前記レーザ光源部から出射された前記連続発振レーザ光を、ビーム整形部によって集光環を形成するレーザビームに整形し、
    　前記ビーム整形部で整形された環状のレーザビームを反射面により分割して反射することによって少なくとも１の半環状のレーザビームを生成し、
    　前記反射面で反射された前記半環状のレーザビームの外周縁が前記レーザビームの相対移動方向に向くように、前記半環状のレーザビームを前記非晶質シリコン膜の被照射面に照射するレーザアニール方法。
  8. 　前記連続発振レーザ光を第１のミラーにより反射してプレート状のレーザビームを生成し、前記プレート状のレーザビームを集光ミラーにより反射集光することによって、前記連続発振レーザ光を前記環状のレーザビームに整形する請求項７に記載のレーザアニール方法。
  9. 　前記反射面として２つの平面鏡を所定角度で対向して配置したルーフ型ミラーによって前記環状のレーザビームを分割する請求項７又は請求項８に記載のレーザアニール方法。
  10. 　第１の光学素子によって、前記半環状のレーザビームの縦横寸法を変更可能である請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のレーザアニール方法。
  11. 　第２の光学素子によって、前記半環状のレーザビームのビーム半径を変更可能である請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載のレーザアニール方法。
  12. 　第３の光学素子によって、前記半環状のレーザビームの強度分布を変更可能である請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載のレーザアニール方法。
     
PCT/JP2020/048145 2020-01-14 2020-12-23 レーザアニール装置及びレーザアニール方法 WO2021145176A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227021046A KR20220123644A (ko) 2020-01-14 2020-12-23 레이저 어닐 장치 및 레이저 어닐 방법
CN202080090760.XA CN114902376A (zh) 2020-01-14 2020-12-23 激光退火装置及激光退火方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020003793A JP2021111725A (ja) 2020-01-14 2020-01-14 レーザアニール装置及びレーザアニール方法
JP2020-003793 2020-01-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021145176A1 true WO2021145176A1 (ja) 2021-07-22

Family

ID=76863743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/048145 WO2021145176A1 (ja) 2020-01-14 2020-12-23 レーザアニール装置及びレーザアニール方法

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2021111725A (ja)
KR (1) KR20220123644A (ja)
CN (1) CN114902376A (ja)
TW (1) TW202130446A (ja)
WO (1) WO2021145176A1 (ja)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4406709A (en) * 1981-06-24 1983-09-27 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of increasing the grain size of polycrystalline materials by directed energy-beams
JPS5952831A (ja) * 1982-09-20 1984-03-27 Fujitsu Ltd 光線アニ−ル方法
JPS6247114A (ja) * 1985-08-26 1987-02-28 Mitsubishi Electric Corp 半導体単結晶膜の製造方法
JPS6319809A (ja) * 1986-07-14 1988-01-27 Agency Of Ind Science & Technol レ−ザビ−ムアニ−ル装置
JPH01165187A (ja) * 1987-12-22 1989-06-29 Canon Inc 照明装置
JPH01230221A (ja) * 1989-01-17 1989-09-13 Fujitsu Ltd 非単結晶半導体層の単結晶化方法
JPH0330317A (ja) * 1989-06-27 1991-02-08 Fuji Electric Co Ltd Ｓｏｉ基板製造装置
JP2003121895A (ja) * 2001-10-10 2003-04-23 Sumitomo Heavy Ind Ltd 高調波発生装置、レーザアニール装置及び高調波発生方法
JP2019063837A (ja) * 2017-10-04 2019-04-25 株式会社豊田中央研究所 レーザー加工装置
JP2019098373A (ja) * 2017-12-04 2019-06-24 Dmg森精機株式会社 付加加工用ヘッド

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5072197B2 (ja) 2004-06-18 2012-11-14 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射装置およびレーザ照射方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4406709A (en) * 1981-06-24 1983-09-27 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of increasing the grain size of polycrystalline materials by directed energy-beams
JPS5952831A (ja) * 1982-09-20 1984-03-27 Fujitsu Ltd 光線アニ−ル方法
JPS6247114A (ja) * 1985-08-26 1987-02-28 Mitsubishi Electric Corp 半導体単結晶膜の製造方法
JPS6319809A (ja) * 1986-07-14 1988-01-27 Agency Of Ind Science & Technol レ−ザビ−ムアニ−ル装置
JPH01165187A (ja) * 1987-12-22 1989-06-29 Canon Inc 照明装置
JPH01230221A (ja) * 1989-01-17 1989-09-13 Fujitsu Ltd 非単結晶半導体層の単結晶化方法
JPH0330317A (ja) * 1989-06-27 1991-02-08 Fuji Electric Co Ltd Ｓｏｉ基板製造装置
JP2003121895A (ja) * 2001-10-10 2003-04-23 Sumitomo Heavy Ind Ltd 高調波発生装置、レーザアニール装置及び高調波発生方法
JP2019063837A (ja) * 2017-10-04 2019-04-25 株式会社豊田中央研究所 レーザー加工装置
JP2019098373A (ja) * 2017-12-04 2019-06-24 Dmg森精機株式会社 付加加工用ヘッド

Also Published As

Publication number Publication date
CN114902376A (zh) 2022-08-12
JP2021111725A (ja) 2021-08-02
TW202130446A (zh) 2021-08-16
KR20220123644A (ko) 2022-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4748836B2 (ja) レーザ照射装置
US7418172B2 (en) Beam homogenizer, laser irradiation apparatus, and method for manufacturing semiconductor device
TWI394627B (zh) Laser processing method, laser processing apparatus and manufacturing method thereof
US7326623B2 (en) Method of manufacturing display device
EP1400832B1 (en) Beam homogenizer and laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US6717105B1 (en) Laser annealing optical system and laser annealing apparatus using the same
KR101161630B1 (ko) 레이저 어닐링 방법 및 레이저 어닐링 장치
US7991037B2 (en) Multi-beam laser apparatus
WO2021145176A1 (ja) レーザアニール装置及びレーザアニール方法
KR20030078742A (ko) 레이저빔 균일 조사 광학계
JP4190901B2 (ja) レーザ照射装置および半導体装置の作製方法
JP3563065B2 (ja) レーザビーム均一照射光学系
JP3762773B2 (ja) レーザビーム均一照射光学系
JP3537424B2 (ja) レーザビーム均一照射光学系
JP2005129916A (ja) ビームホモジナイザ、レーザ照射装置、半導体装置の作製方法
JPH03289128A (ja) 半導体薄膜結晶層の製造方法
JP2006080205A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP5454911B2 (ja) アニール処理体の製造方法およびレーザアニール装置
JP2005101333A (ja) 半導体膜のレーザアニーリング方法とそれに用いる装置
JP2005129889A (ja) ビームホモジナイザ及びレーザ照射装置、並びに半導体装置の作製方法
JPS62194611A (ja) ビ−ムアニ−ル方法
JP2008159910A (ja) レーザ照射装置およびレーザ照射方法
JPS6233416A (ja) 光フアイバ単結晶化装置
JPS61234088A (ja) レ−ザ光照射装置
JPS6247115A (ja) 半導体装置の製造方法

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: 20913327

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20913327

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1