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KR20130100996A - Laser annealing device and laser annealing method - Google Patents

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KR20130100996A
KR20130100996A KR1020137004538A KR20137004538A KR20130100996A KR 20130100996 A KR20130100996 A KR 20130100996A KR 1020137004538 A KR1020137004538 A KR 1020137004538A KR 20137004538 A KR20137004538 A KR 20137004538A KR 20130100996 A KR20130100996 A KR 20130100996A
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KR
South Korea
Prior art keywords
laser light
pulse
semiconductor film
laser
effective power
Prior art date
Application number
KR1020137004538A
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Korean (ko)
Inventor
료스케 사토
히데아키 쿠사마
료타로 토가시
히로토모 이자키
Original Assignee
가부시끼가이샤 니혼 세이꼬쇼
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Filing date
Publication date
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Abstract

반도체막이 레이저 어닐링에 의해 균일하게 결정화되는 것을 가능하게 한다. 펄스 레이저 광을 출력하는 펄스 레이저 발진 장치와, 상기 펄스 레이저 발진 장치로부터 출력된 상기 펄스 레이저 광을 전송해서 반도체막에 조사하는 광 전송 수단을 구비하고, 상기 펄스 레이저 광은 반도체막 조사면에 있어서 유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초) × 반도체막의 흡수 계수(cm-1)의 식으로 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 반도체막에 조사되기 때문에 반도체막을 완전 용융에 의한 이상 입성장을 초래하지 않고 결정화시킬 수 있고 불균일이 작은 균일한 결정이 얻어진다.It is possible to make the semiconductor film uniformly crystallized by laser annealing. And a pulse laser oscillation device for outputting pulse laser light, and light transmission means for transmitting the pulse laser light output from the pulse laser oscillation device to irradiate the semiconductor film, wherein the pulse laser light is formed on a semiconductor film irradiation surface. Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (seconds) x The effective power density calculated by the formula of absorption coefficient (cm -1 ) of the semiconductor film is 3 ×. Since the semiconductor film is irradiated so as to fall within the range of 10 12 to 1.5 × 10 12 , uniform crystals with low nonuniformity can be obtained without causing abnormal grain growth by complete melting.

Description

레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법{LASER ANNEALING DEVICE AND LASER ANNEALING METHOD}Laser annealing device and laser annealing method {LASER ANNEALING DEVICE AND LASER ANNEALING METHOD}

본 발명은 반도체막에 펄스 레이저 광을 조사해서 레이저 어닐링을 행하는 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a laser annealing apparatus and a laser annealing method for irradiating pulsed laser light onto a semiconductor film to perform laser annealing.

최근, 액정 디스플레이는 고해상도나 구동 프레임 레이트의 고속화, 3D화 등을 키워드로 그것을 실현하기 위해서 필요한 성능의 박막 트랜지스터가 요구되도록 되어 있다. 박막 트랜지스터의 성능 향상을 위해 레이저 어닐링에 의해 실리콘 반도체막이 결정화될 필요가 있다.In recent years, liquid crystal displays are required to require thin film transistors having the necessary performance to realize high resolution, high speed of driving frame rate, 3D, and the like with keywords. In order to improve the performance of the thin film transistor, it is necessary to crystallize the silicon semiconductor film by laser annealing.

종래, 레이저 어닐링 장치는 어모퍼스 실리콘(a-Si)이 결정화되는 장치이며 엑시머 레이저를 이용한 어닐링 기술이 이용되고 있다. 엑시머 레이저는 빔이 저품질이기 때문에 빔을 미소하게 줄이는 것을 할 수 없다. 그 때문에, 광학계를 구성하여 XY방향으로 탑 플랫형의 빔으로 정형해서 이용하고 있다. 일반적으로 이용되는 엑시머 레이저는 XeCl(파장 308nm)이기 때문에 a-Si로의 흡수가 높고 어모퍼스 실리콘으로의 침투 깊이는 약 7nm로 대단히 얕고 막두께 방향으로 온도 구배가 발생한다. 엑시머 레이저를 이용한 어닐링 기술은 이 온도 구배를 이용해서 어모퍼스 실리콘막 전체를 완전히 용융시키지 않는 레이저 출력으로 막 저부에 결정 성장의 핵(核)을 남겨서 용융시켜 이 핵을 기점으로 결정 성장을 일으키게 한다. 도 8에 상기 결정화의 모식도를 나타낸다.Conventionally, a laser annealing device is a device in which amorphous silicon (a-Si) is crystallized, and an annealing technique using an excimer laser is used. Excimer lasers are not able to reduce the beam minutely because the beam is of low quality. For this reason, the optical system is configured and used as a top flat beam in the XY direction. Excimer lasers generally used are XeCl (wavelength 308 nm), so the absorption into a-Si is high, the penetration depth into amorphous silicon is about 7 nm, very shallow, and a temperature gradient occurs in the film thickness direction. The annealing technique using an excimer laser utilizes this temperature gradient to produce a crystal growth starting from the nucleus of the crystal silicon at the bottom of the film with a laser output that does not completely melt the amorphous silicon film. The schematic diagram of the said crystallization is shown in FIG.

다시 말해, 글라스 기판(30) 상에 형성된 어모퍼스 실리콘막(31)에 대하여 펄스 레이저 광(40)을 조사하고 용융 실리콘막(32)을 생성한다. 상기 용융 실리콘막(32)이 재결정화되어 응고되는 과정에서 결정화되어 결정 실리콘막(33)이 형성된다.In other words, the pulsed laser light 40 is irradiated to the amorphous silicon film 31 formed on the glass substrate 30 to produce the molten silicon film 32. The molten silicon film 32 is crystallized in the process of recrystallization and solidification to form a crystalline silicon film 33.

그 외에도 흡수층을 이용한 레이저 어닐링 방법(특허문헌 1), YAG 2배파(파장 532nm)를 이용한 레이저 어닐링 장치(특허문헌 2)나 연속 발진 레이저를 이용한 장치(특허문헌 3)도 제안되어 있다.In addition, the laser annealing method (patent document 1) using an absorption layer, the laser annealing apparatus (patent document 2) using the YAG double wave (wavelength 532 nm), and the apparatus (patent document 3) using a continuous oscillation laser are also proposed.

또한, 얼룩 없이 균일하게 결정화를 하기 위해서 복잡한 공정을 이용해서 레이저 어닐링을 행하는 방법도 있고, 예를 들면 특허문헌 4에서는 가열 스테이지를 이용하는 방법이 제안되어 있다. 그 밖에, 레이저를 2회로 나누어서 조사하는 방법(특허문헌 5, 6)이 제안되어 있다. 또한, 다른 파장의 레이저를 이용해서 상기 문제점을 해결하고자 한 예도 있고, 예를 들면 Mo막 흡수층과 레이저 다이오드를 이용한 예(비특허문헌 1)가 보고되어 있다. 이외에는 GaN계 청색 반도체 레이저를 이용한 방법(특허문헌 7)이 제안되어 있다.Moreover, there is also a method of performing laser annealing using a complicated process in order to uniformly crystallize without spots. For example, Patent Document 4 proposes a method using a heating stage. In addition, the method (patent document 5, 6) which irradiates a laser in 2 times is proposed. In addition, there is an example to solve the above problem by using a laser of a different wavelength, for example, an example using a Mo film absorbing layer and a laser diode (Non-Patent Document 1) has been reported. In addition, the method (patent document 7) using the GaN system blue semiconductor laser is proposed.

일본 특허 공개 소62-1323311 호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 62-1323311 일본 특허 공개 제 2005-294493 호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2005-294493 일본 특허 공개 제 2010-118409 호 공보Japanese Patent Publication No. 2010-118409 일본 특허 공개 제 2008-147487 호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2008-147487 일본 특허 공개 제 2010-103485 호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2010-103485 일본 특허 공개 제 2001-338873 호 공보Japanese Patent Laid-Open No. 2001-338873 일본 특허 공개 제 2009-111206 호 공보Japanese Patent Publication No. 2009-111206

E.P. Donovan, Calorimetric studies of crystallization and relaxation of amorphous Si and Ge prepared by ion implantation.J.Appl.Phys., Vol.57, pp.1795-1804, 1985 E.P. Donovan, Calorimetric studies of crystallization and relaxation of amorphous Si and Ge prepared by ion implantation. J. Appl. Phys., Vol. 57, pp. 1795-1804, 1985

종래의 XeCl 엑시머 레이저 어닐링 장치는 이상과 같은 방법을 이용하기 때문에 결정성은 좋지만 순간적으로 융점까지 가열하기 때문에 어블레이션(ablation)을 방지할 목적의 탈수소 공정이나 레이저 출력, 포커스의 정밀한 제어가 필요하게 된다. 또한 한번 용융시키기 위해서 빔의 장축 상호 연결부가 특성 열화의 문제가 있고 현상황에서는 빔 사이즈의 제약상 기판 사이즈 G4(730mm×920mm)까지밖에 대응할 수 없기 때문에 대면적 처리가 곤란하다는 문제점이 있다. 레이저 어닐링에 있어서 레이저 출력의 대소에 의해 결정의 상태가 변화되기 때문에 상기한 문제를 감안하여 특허문헌 1에서는 레이저 출력을 변화시키는 방법도 개시되어 있지만 장축 상호 연결의 문제를 해결하는 것은 가능하지 않다.Conventional XeCl excimer laser annealing device uses the above-described method, but the crystallinity is good, but since it heats up to the melting point instantaneously, dehydrogenation process, laser output and focus control to prevent ablation are required. . In addition, there is a problem in that the long-axis interconnection of the beam has a problem of deterioration of characteristics in order to melt it once, and in the present situation, since the beam size can only cope with the substrate size G4 (730 mm x 920 mm) due to the limitation of the beam size, large area processing is difficult. In the laser annealing, since the state of the crystal changes depending on the magnitude of the laser output, Patent Document 1 discloses a method of changing the laser output in view of the above problem, but it is not possible to solve the problem of long-axis interconnection.

연속 발진 레이저를 이용한 특허문헌 3에 나타내는 장치에서는 복수의 레이저 광을 수렴화하는 광학계를 필요로 하기 때문에 레이저 발진기 각각이 갖는 에너지의 강도에 불균일이나 간섭이 발생하여 고정밀도로 균일화를 도모하는 것이 곤란해진다.Since the apparatus shown in patent document 3 using a continuous oscillation laser requires an optical system which converges a plurality of laser lights, it becomes difficult to achieve uniformity with high precision because an unevenness or interference occurs in the intensity of energy of each laser oscillator. .

또한, 특허문헌 4에 의해 가열 스테이지를 이용하는 방법은 가열 냉각에 따른 택트 타임(tact time)의 손실이 커서 실용상 적합하지 않다. 또한, 레이저를 2회 나누어서 조사하는 특허문헌 5, 6에 나타내는 방법은 스루풋(throughput)이 악화된다는 문제가 있다. 또한 다른 파장의 레이저를 이용해서 상기 문제점을 해결하는 비특허문헌 1에 개시되는 것에서는 흡수층의 박리 등이라는 공정이 늘어나기 때문에 실용상 적합하지 않다.Moreover, according to patent document 4, the method of using a heating stage is large, and loss of the tact time by heat cooling is not suitable practically. Moreover, the method shown in patent documents 5 and 6 which irradiates a laser twice and has a problem that throughput deteriorates. Moreover, in what is disclosed by the nonpatent literature 1 which solves the said problem using the laser of a different wavelength, since the process of peeling an absorption layer etc. increases, it is not practically suitable.

또한, GaN계 청색 반도체 레이저를 이용한 특허문헌 7의 방법은 본질적으로 용융 프로세스로 변환되지 않는데다가 이 프로세스는 GaN계 청색 반도체 레이저에 한정되기 때문에 출력이 지극히 낮아 산업상 적합하지 않다.In addition, the method of Patent Document 7 using a GaN-based blue semiconductor laser is not converted into a melting process inherently, and since this process is limited to a GaN-based blue semiconductor laser, the output is extremely low and is not suitable for industrial use.

본 발명은 상기와 같은 종래의 발명의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 반도체막에 흡수되는 레이저 광을 이용해서 본원에서 나타내는 유효 파워 밀도가 있는 범위로 함으로써 복잡한 공정을 요하지 않고 대면적의 반도체막이 얼룩 없이 균일하게 결정화될 수 있는 레이저 어닐링 장치 및 레이저 어닐링 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.This invention is made | formed in order to solve the problem of the conventional invention mentioned above, and it makes the large area semiconductor film stain without requiring a complicated process by making it into the range with the effective power density shown here using the laser beam absorbed by a semiconductor film. It is an object to provide a laser annealing apparatus and a laser annealing method which can be crystallized uniformly without.

즉, 본 발명의 레이저 어닐링 장치의 중 제 1 본 발명은 펄스 레이저 광을 출력하는 펄스 레이저 발진 장치와 상기 펄스 레이저 발진 장치로부터 출력된 상기 펄스 레이저 광을 전송해서 반도체막에 조사하는 광 전송 수단을 구비하고, 상기 펄스 레이저 광은 반도체막 조사면에 있어서 하기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 반도체막에 조사되는 것을 특징으로 한다.That is, among the laser annealing apparatuses of the present invention, the first aspect of the present invention provides a pulse laser oscillation apparatus for outputting pulse laser light, and optical transmission means for transmitting the pulse laser light output from the pulse laser oscillation apparatus and irradiating the semiconductor film. The pulsed laser light is irradiated to the semiconductor film so that the effective power density calculated by the following equation on the semiconductor film irradiation surface is within the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 .

유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초) × 반도체막의 흡수 계수(cm-1) … (식)Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x absorption coefficient of the semiconductor film (cm −1 ). (expression)

제 2 본 발명의 레이저 어닐링 장치는 연속 레이저 광을 출력하는 연속 레이저 발진 장치와, 상기 연속 레이저 발진 장치로부터 출력된 연속 레이저 광 및 상기 연속 레이저 광으로부터 절출(切出)된 펄스 레이저 광을 전송해서 상기 펄스 레이저 광을 반도체막에 조사하는 광 전송 수단과, 상기 연속 레이저 광을 상기 전송 중에 절출해서 유사적으로 펄스 형상으로 해서 펄스 레이저 광을 생성하는 펄스 레이저 광 생성 수단을 구비하고,The laser annealing device of the second aspect of the present invention provides a continuous laser oscillation device for outputting continuous laser light, a continuous laser light output from the continuous laser oscillation device, and pulsed laser light cut out from the continuous laser light. Light transmitting means for irradiating the pulsed laser light to the semiconductor film, and pulsed laser light generating means for extracting the continuous laser light during the transmission to form pulsed laser light in a similar pulse form,

상기 펄스 레이저 광은 반도체막 조사면에 있어서 하기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 반도체막에 조사되는 것을 특징으로 한다.The said pulsed laser light is irradiated to the said semiconductor film so that the effective power density computed by a following formula in a semiconductor film irradiation surface may be in the range of 3 * 10 <12> -1.5 * 10 <12> .

유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초) × 반도체막의 흡수 계수(cm-1) … (식)Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x absorption coefficient of the semiconductor film (cm −1 ). (expression)

제 3 본 발명의 레이저 어닐링 장치는 상기 제 1 또는 제 2 본 발명에 있어서 상기 펄스 레이저 광의 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정 수단을 갖고, 상기 에너지 조정 수단은 상기 식에 의해 산출되는 상기 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 에너지 밀도가 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.The laser annealing apparatus of the third invention has energy adjusting means for adjusting the energy density of the pulsed laser light in the first or second invention, and the energy adjusting means has the effective power density calculated by the above formula. The energy density is set so that it exists in the range of 3 * 10 <12> -1.5 * 10 <12> .

제 4 본 발명의 레이저 어닐링 장치는 상기 제 3 본 발명에 있어서 상기 에너지 조정 수단으로서 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 감쇠시켜서 투과시키는 어테뉴에이터 및 상기 레이저 발진 장치의 출력을 조정하는 출력 조정 수단을 구비하고, 상기 어테뉴에이터 및 상기 출력 조정 수단은 상기 식에 의해 산출되는 상기 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 감쇠율 및 상기 출력이 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.The laser annealing apparatus of the fourth aspect of the present invention includes an attenuator for attenuating and transmitting pulsed laser light at a predetermined attenuation rate as the energy adjusting means in the third aspect of the present invention, and an output adjusting means for adjusting the output of the laser oscillation apparatus. The attenuator and the output adjusting means are characterized in that the attenuation rate and the output are set such that the effective power density calculated by the above formula falls within a range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 .

제 5 본 발명의 레이저 어닐링 장치는 상기 제 1 ~ 제 4 본 발명 중 어느 하나에 있어서 상기 펄스 레이저 광의 펄스폭을 조정하는 펄스폭 조정 수단을 구비하고, 상기 펄스폭 조정 수단은 상기 식에 의해 산출되는 상기 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 펄스폭을 조정하는 것을 특징으로 한다.The laser annealing apparatus of the fifth aspect of the invention comprises pulse width adjusting means for adjusting the pulse width of the pulsed laser light according to any one of the first to fourth inventions, and the pulse width adjusting means is calculated by the above formula. And the pulse width of the pulsed laser light is adjusted so that the effective power density is within the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 .

제 6 본 발명의 레이저 어닐링 장치는 상기 제 1 ~ 제 5 본 발명 중 어느 하나에 있어서 상기 반도체막이 실리콘 반도체막이며, 상기 에너지 밀도가 100~500ｍJ/cm2, 상기 펄스폭이 50~500n초인 것을 특징으로 한다.In the laser annealing apparatus of the sixth aspect of the present invention, the semiconductor film is a silicon semiconductor film according to any one of the first to fifth inventions, the energy density is 100 to 500 mJ / cm 2 , and the pulse width is 50 to 500 n seconds. It features.

제 7 본 발명의 레이저 어닐링 방법은 펄스 레이저 광을 반도체막에 조사해서 상기 반도체막의 레이저 어닐링을 행하는 레이저 어닐링 방법에 있어서, 상기 펄스 레이저 광의 펄스 에너지 밀도 및 펄스폭을 조사면에 있어서 하기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 설정을 하고, 상기 설정이 이루어진 상기 펄스 레이저 광을 상기 반도체막에 조사하는 것을 특징으로 한다.In the laser annealing method of the seventh aspect of the present invention, in the laser annealing method of irradiating a pulsed laser light to a semiconductor film and performing laser annealing on the semiconductor film, the pulse energy density and pulse width of the pulsed laser light are expressed on the irradiated surface by the following equation. It is set so that the calculated effective power density may be in the range of 3x10 <12> -1.5 * 10 <12> , and the said pulsed laser light which said setting was made is irradiated to the said semiconductor film, It is characterized by the above-mentioned.

유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초) × 반도체막의 흡수 계수(cm-1) … (식)Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x absorption coefficient of the semiconductor film (cm −1 ). (expression)

본 발명에 의하면 펄스 레이저 광을 적절한 에너지 밀도와 펄스폭과 흡수 계수의 관계를 가지고 반도체막에 조사해서 급속히 가열함으로써 반도체막에 완전히 용융되지 않을 정도의 열을 가해 종래의 완전 용융·재결정화법과 다른 방법으로 입경의 불균일이 작은 균일한 결정을 얻는 것이 가능하다. 종래 방식의 용융 결정화법이나 가열로에 의한 SPC(고상 성장법)에서는 결정입의 불균일은 커진다.According to the present invention, the pulsed laser light is irradiated to the semiconductor film with an appropriate energy density, pulse width and absorption coefficient, and rapidly heated to apply heat that is not completely melted on the semiconductor film, which is different from the conventional full melting and recrystallization method. By this method, it is possible to obtain uniform crystals with a small variation in particle diameter. In SPC (solid state growth method) by the conventional melt crystallization method or a heating furnace, nonuniformity of a grain becomes large.

이어서, 본 발명에서 규정하는 조건에 대해서 이하에 설명한다.Next, the conditions prescribed | regulated by this invention are demonstrated below.

유효 파워 밀도: 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내Effective power density: in the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12

하기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도를 적절한 범위로 설정함으로써 반도체막을 어닐링해서 불균일이 작은 균일한 결정 반도체막으로 할 수 있다. 유효 파워 밀도가 하한 미만이면 반도체막을 충분히 가열할 수 없고 결정화가 불균일해지기 쉽다. 또한, 유효 파워 밀도가 상한을 초과하면 반도체막의 용융이 발생해서 불균일한 결정이 된다.By setting the effective power density calculated by the following formula to an appropriate range, the semiconductor film can be annealed to obtain a uniform crystalline semiconductor film with small nonuniformity. If the effective power density is less than the lower limit, the semiconductor film cannot be sufficiently heated and crystallization tends to be uneven. In addition, when the effective power density exceeds the upper limit, melting of the semiconductor film occurs, resulting in nonuniform crystals.

유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초)×반도체막의 흡수 계수(cm-1) … (식)Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x semiconductor film absorption coefficient (cm −1 ). (expression)

또한, 상기 유효 파워 밀도는 본 발명에 있어서 정의하는 것이며 일반적인 물리적 성질을 나타내는 것은 아니다.In addition, the said effective power density is defined in this invention, and does not show general physical property.

펄스 레이저 광 파장 영역Pulsed laser light wavelength range

본 발명에 있어서는 반도체막에 조사하는 펄스 레이저 광 파장 영역이 특정한 것에 한정되는 것이 아니다. 단, 반도체막 특히 어모퍼스 실리콘막에 대하여 흡수가 좋은 파장 영역인 펄스 레이저 광에 의해 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 반도체막을 직접 가열시킴으로써 효과적으로 가열을 행할 수 있고, 반도체막의 상층에 간접적으로 레이저 흡수층을 설치할 필요가 없다. 또한, 반도체막 특히 어모퍼스 실리콘막에 대하여 흡수는 있지만 투과하는 바와 같은 파장이면 반도체막에 대한 광의 흡수율이 하층으로부터의 다중 반사에 의해 실리콘 하층의 두께에 의한 편차(불균일)에 크게 의존해 버린다. 이들의 점에서 자외선 영역의 308~358nm의 파장 영역이 바람직하다.In the present invention, the pulse laser light wavelength region irradiated to the semiconductor film is not limited to a specific one. However, when the pulsed laser light is irradiated by setting the pulsed laser light, which is a wavelength region with good absorption to the semiconductor film, especially the amorphous silicon film, the heating can be performed effectively by directly heating the semiconductor film, and the laser absorbing layer is indirectly formed on the upper layer of the semiconductor film. No need to install If the wavelength of the semiconductor film, especially the amorphous silicon film, is absorbed but is transmitted, the absorption rate of light to the semiconductor film is largely dependent on the variation (nonuniformity) due to the thickness of the silicon underlayer due to multiple reflections from the underlayer. From these points, the wavelength range of 308-358 nm of an ultraviolet range is preferable.

에너지 밀도Energy density

반도체막에 적절한 에너지 밀도의 펄스 레이저 광을 조사함으로써 반도체막은 완전히 용융하지 않는 상태에서 변화되고 미결정을 제작할 수 있다. 에너지 밀도가 낮으면 유효 파워 밀도가 작아져서 결정화가 충분히 되지 않거나 결정화가 곤란해진다. 한편, 에너지 밀도가 높으면 유효 파워 밀도가 지나치게 커져서 용융 결정이 발생하여 어브레이션이 발생해 버린다. 본 발명으로서는 유효 파워 밀도가 적절한 범위 내에 있으면 에너지 밀도는 특별히 한정되는 것은 아니지만 100~500ｍJ/cm2의 범위가 바람직한 것으로서 나타낼 수 있다.By irradiating the pulsed laser light of an appropriate energy density to a semiconductor film, a semiconductor film changes in the state which does not melt completely, and can produce a microcrystal. When the energy density is low, the effective power density becomes small, so that crystallization is insufficient or crystallization becomes difficult. On the other hand, when the energy density is high, the effective power density becomes too large and molten crystals occur, causing abrasion. In the present invention, the energy density is not particularly limited as long as the effective power density is within an appropriate range, and a range of 100 to 500 mJ / cm 2 can be represented as a preferable one.

펄스폭Pulse width

펄스폭은 유효 파워 밀도를 적절하게 해서 반도체막을 적절히 가열하기 위해 중요한 요소의 1개이며, 펄스폭이 지나치게 작으면 유효 파워 밀도가 증대되고 반도체막이 완전히 용융하는 온도까지 가열되어 균일한 결정화가 곤란해진다. 또한, 펄스폭이 지나치게 크면 유효 파워 밀도가 감소하고 결정화시키는 온도까지 가열할 수 없을 경우가 있다. 본 발명으로서는 유효 파워 밀도가 적절한 범위 내에 있으면 펄스폭은 특별히 한정되는 것이 아니지만 50~500n초의 범위가 바람직한 것으로서 나타낼 수 있다.The pulse width is one of the important factors for proper heating of the semiconductor film by appropriately effecting the effective power density. If the pulse width is too small, the effective power density is increased and the temperature is heated to the temperature at which the semiconductor film is completely melted, making uniform crystallization difficult. . In addition, when the pulse width is too large, the effective power density may decrease and may not be heated to a temperature for crystallization. In the present invention, the pulse width is not particularly limited as long as the effective power density is within an appropriate range, but a range of 50 to 500 n seconds can be represented as a preferable one.

펄스 레이저 광의 조사면 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고 예를 들면 스폿 형상, 라인 형상으로 해서 반도체막에 조사할 수 있다.The irradiation surface shape of pulse laser light is not specifically limited, For example, it can irradiate a semiconductor film as a spot shape and a line shape.

라인 형상으로 할 경우 상기 펄스 레이저 광의 단축 폭은 0.5mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 단축 폭 방향으로 펄스 레이저 광을 상대적으로 주사함으로써 반도체막을 부분적으로 조사·가열하면서 큰 영역의 결정화 처리가 가능하게 된다. 단, 단축 폭이 지나치게 크면 효율적으로 결정화하기 위해서 주사 속도를 크게 하지 않으면 안되고 장치 비용이 증대해 버린다.In the case of a line shape, the short axis width of the pulsed laser light is preferably 0.5 mm or less. By relatively scanning the pulsed laser light in the uniaxial width direction, it becomes possible to crystallize a large area while partially irradiating and heating the semiconductor film. However, if the shortening width is too large, the scanning speed must be increased for efficient crystallization, and the apparatus cost increases.

상기 펄스 레이저 광을 비결정질 막에 대하여 상대적으로 주사함으로써 상기 반도체막을 면방향을 따라 결정화시키는 것이 가능하게 된다. 상기 주사는 펄스 레이저측을 이동시켜도 좋고. 비결정질막측을 이동시켜도 좋고. 양쪽을 이동시키도록 해도 좋다.By scanning the pulsed laser light relative to the amorphous film, it is possible to crystallize the semiconductor film along the plane direction. The scan may move the pulse laser side. The amorphous film side may be moved. You may make it move both sides.

또한, 본 발명은 펄스 레이저 광을 출력하는 고체 레이저 광원을 이용해서 소망의 파장 영역의 펄스 레이저 광을 출력할 수 있고 유지 보수 성이 양호한 레이저 광원에 의해 균일 결정의 제작을 행할 수 있다. 또한, 펄스 레이저 광은 연속 레이저 광을 절출해서 유사적으로 펄스 형상으로 한 것이여도 좋다. 절출하는 것은 기계적으로 고속 회전 등을 하는 셔터나 광 변조기 등을 이용해서 행할 수 있다.Moreover, this invention can output the pulse laser light of a desired wavelength range using the solid-state laser light source which outputs pulsed laser light, and can manufacture uniform crystal | crystallization by the laser light source with favorable maintainability. The pulsed laser light may be similarly pulsed by cutting out the continuous laser light. Cutting out can be performed using a shutter, an optical modulator, etc. which mechanically rotate at high speeds.

펄스 레이저 광은 적절한 상기 유효 파워 밀도에 의해 균일한 미세 결정을 얻기 위해 에너지 조정 수단에 의해 에너지 밀도가 적절하게 조정되어서 반도체막에 조사되도록 할 수 있다. 에너지 조정 수단은 레이저 발진 장치의 출력을 조정해서 소정의 에너지 밀도가 얻어지도록 해도 좋고, 레이저 발진 장치로부터 출력된 레이저 광의 감쇠율을 어테뉴에이터로 조정하는 등을 해서 에너지 밀도를 조정하도록 해도 좋다. 펄스 레이저 광의 에너지 밀도 조정은 유사적인 펄스 레이저 광을 이용할 경우 펄스 형상으로 절출하기 전에 상기 에너지 조정이 이루어지는 것이여도 좋다.The pulsed laser light can be adjusted so that the energy density is appropriately adjusted by the energy adjusting means so as to irradiate the semiconductor film in order to obtain uniform fine crystals by the appropriate effective power density. The energy adjusting means may adjust the output of the laser oscillation device to obtain a predetermined energy density, or adjust the energy density by adjusting the attenuation rate of the laser light output from the laser oscillation device with an attenuator. The energy density adjustment of the pulsed laser light may be such that the energy adjustment is made before cutting into a pulse shape when using similar pulsed laser light.

또한, 펄스 레이저 광은 적절한 상기 유효 파워 밀도에 의해 균일한 미세 결정을 얻기 위해서 펄스폭 조정 수단에 의해 펄스폭이 적절하게 조정되어서 반도체막에 조사되도록 할 수 있다.Further, the pulse laser light can be irradiated to the semiconductor film by adjusting the pulse width appropriately by the pulse width adjusting means in order to obtain uniform fine crystals by the appropriate effective power density.

펄스폭 조정 수단으로서는 펄스 레이저 광을 복수의 빔으로 분할하는 빔 분할 수단과, 분할된 각 빔을 지연시키는 지연 수단과, 분할된 각 빔을 합성하는 빔 합성 수단을 구비함으로써 구성할 수 있다. 지연 수단에 있어서의 지연량의 설정에 의해 펄스 파형을 적절한 형태로 할 수 있다. 지연 수단은 광로 길이의 조정에 의해 지연량을 변경할 수 있다.The pulse width adjusting means can be constituted by including beam splitting means for dividing pulsed laser light into a plurality of beams, delaying means for delaying each divided beam, and beam synthesizing means for synthesizing each divided beam. By setting the delay amount in the delay means, the pulse waveform can be in an appropriate form. The delay means can change the delay amount by adjusting the optical path length.

예를 들면, 상기 빔분할 수단에 의해 분할된 레이저를 각각 광로 길이가 다른 광학계로 인도한다. 분할해서 지연시킨 빔을 다시 단일의 광로 상에 인도함으로써 펄스 시간 폭을 신장시켜 펄스 파형을 조정할 수 있다. 특히 분할시의 강도비의 조정과 분할 후의 각각의 광로 길이의 설정에 의해 펄스 시간 파형을 적절히 변경할 수 있다.For example, the laser split by the beam splitting means is guided to optical systems having different optical path lengths, respectively. The pulse waveform can be adjusted by extending the pulse time width by guiding the split and delayed beams again onto a single optical path. In particular, the pulse time waveform can be appropriately changed by adjusting the intensity ratio at the time of division and setting the respective optical path lengths after the division.

펄스폭 조정으로서는 복수의 레이저 광원으로부터 출력된 펄스 레이저 광을 중첩시킴으로써 행할 수도 있다. 복수의 펄스 레이저 광을 반도체막에 조사함으로써 결과적으로 소망의 펄스 파형이 얻어진다. 복수의 펄스 레이저 광을 중첩시킬 때에 펄스 출력의 위상을 조정하거나 지연 수단을 개재시킴으로써 소망의 펄스폭으로 조정할 수 있고 이들 구성에 의해 펄스폭 조정 수단이 구성된다.As pulse width adjustment, it can also be performed by superimposing the pulse laser light output from several laser light sources. By irradiating a semiconductor film with a some pulse laser light, a desired pulse waveform is obtained as a result. When superimposing a plurality of pulse laser lights, it is possible to adjust the desired pulse width by adjusting the phase of the pulse output or interposing the delay means, and the pulse width adjusting means is constituted by these configurations.

펄스 레이저 광은 주사 장치에 의해 반도체막에 대하여 상대적으로 주사함으로써 반도체막의 큰 영역에서 미세하게 균일한 결정을 얻을 수 있다. 상기 주사에 의해 반도체막에 대한 동일 영역으로의 쇼트 수가 소정수, 예를 들면 1~10이 되도록 펄스의 주파수, 펄스 레이저 광의 단축 폭, 주사 속도가 설정된다.The pulsed laser light can be scanned relatively with respect to the semiconductor film by the scanning device to obtain finely uniform crystals in a large area of the semiconductor film. By the scanning, the frequency of the pulse, the short axis width of the pulsed laser light, and the scanning speed are set such that the number of shots in the same region with respect to the semiconductor film is a predetermined number, for example, 1 to 10.

주사 장치는 펄스 레이저 광이 인도되는 광학계를 이동시켜서 펄스 레이저 광을 이동시키는 것이라도 좋고, 또한 반도체막이 배치되는 기대를 이동시키는 것이여도 좋다.The scanning device may move the optical laser guided by the pulsed laser light to move the pulsed laser light, or may move the base on which the semiconductor film is placed.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 하기 식에 의해 나타내어지는 유효 파워 밀도를 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 해서 반도체막에 펄스 레이저 광을 조사하기 때문에 반도체막을 이상 입성장시키지 않고 결정화시킬 수 있어 불균일이 작은 균일한 결정을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, since the laser power is irradiated to the semiconductor film with the effective power density represented by the following formula within the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 , crystallization is performed without abnormal grain growth of the semiconductor film. It is possible to obtain a uniform crystal with a small nonuniformity.

도 1은 본 발명에 의한 레이저 어닐링 장치의 일실시형태를 나타내는 개략도이다.
도 2는 동일하게 펄스폭 조정 수단의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 3은 다른 실시 형태에 있어서의 레이저 어닐링 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서의 레이저 어닐링 후의 결정을 나타내는 SEM 사진이다.
도 5는 동일하게 실시예에 있어서의 레이저 어닐링 후의 결정을 나타내는 SEM 사진이다.
도 6은 동일하게 실시예에 있어서의 레이저 어닐링 후의 결정을 나타내는 SEM 사진이다.
도 7은 동일하게 실시예에 있어서의 유효 파워 밀도를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래의 레이저 어닐링에 있어서의 결정 형성 상태를 나타내는 설명도이다.1 is a schematic view showing one embodiment of a laser annealing apparatus according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing an example of the pulse width adjusting means in the same manner.
3 is a schematic view showing a laser annealing apparatus in another embodiment.
4 is a SEM photograph showing the crystal after laser annealing in the embodiment of the present invention.
5 is a SEM photograph showing the crystal after laser annealing in the same example.
6 is a SEM photograph showing the crystal after laser annealing in the same example.
7 is a diagram showing an effective power density in the same example.
8 is an explanatory diagram showing a crystal formation state in conventional laser annealing.

이하에, 본 발명의 일실시형태를 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, one Embodiment of this invention is described.

도 1은 본 발명의 레이저 어닐링 장치(1)의 개략을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing an outline of a laser annealing apparatus 1 of the present invention.

레이저 어닐링 장치(1)는 처리실(2)을 구비하고 있고, 상기 처리실(2) 내에 X-Y방향으로 이동가능한 주사 장치(3)를 구비하고, 그 상부에 기대(4)를 구비하고 있다. 기대(4) 상에는 스테이지로서 기판 배치대(5)가 설치되어 있다. 어닐링 처리 시에는 상기 기판 배치대(5) 상에 반도체막으로서 비결정질의 실리콘막(100) 등이 설치된다. 실리콘막(100)은 도시되지 않은 기판 상에 50nm 두께로 형성되어 있다. 상기 형성은 상법에 의해 행할 수 있고 본 발명으로서는 반도체막의 형성 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 어닐링 대상이 되는 반도체막으로서는 비결정질의 막이 적합하지만 본 발명으로서는 비결정질의 막에 한정되는 것이 아니다. 결정질의 막이나 결정을 일부에 포함하는 것이여도 좋고, 이들에 있어서도 결정의 개질로서 레이저 어닐링을 적용할 수 있다.The laser annealing apparatus 1 is provided with the processing chamber 2, the scanning apparatus 3 movable in the X-Y direction is provided in the said processing chamber 2, and the base 4 is provided in the upper part. On the base 4, the board | substrate mounting table 5 is provided as a stage. In the annealing process, an amorphous silicon film 100 or the like is provided on the substrate placing table 5 as a semiconductor film. The silicon film 100 is formed to a thickness of 50 nm on a substrate (not shown). Said formation can be performed by a conventional method, and the formation method of a semiconductor film is not specifically limited as this invention. As the semiconductor film to be annealed, an amorphous film is suitable, but the present invention is not limited to the amorphous film. A crystalline film or crystal may be included in a part thereof, and laser annealing can be applied as a modification of the crystal also in these.

또한, 주사 장치(3)는 도시되지 않은 모터 등에 의해 구동되고, 상기 모터는 후술하는 제어부(8)에 의해 동작이 제어되어서 주사 장치(3)의 주사 속도가 설정된다. 또한, 처리실(2)에는 외부로부터 펄스 레이저 광을 도입하는 도입창(6)이 설치되어 있다.In addition, the scanning device 3 is driven by a motor (not shown) or the like, and the motor is controlled by the control unit 8 described later to set the scanning speed of the scanning device 3. In addition, an introduction window 6 for introducing pulsed laser light from outside is provided in the processing chamber 2.

처리실(2)의 외부에는 펄스 레이저 발진 장치(10)가 설치되어 있다. 상기 펄스 레이저 발진 장치(10)는 엑시머 레이저 발진 장치로 구성되어 있다. 상기 펄스 레이저 발진 장치(10)에는 구동 전압을 공급하는 레이저 전원(9)이 접속되어 있고, 상기 레이저 전원(9)은 제어부(8)에 제어 가능하게 접속되어 있다. 제어부(8)의 지령에 의해 레이저 전원(9)은 필요한 구동 전압을 펄스 레이저 발진 장치(10)에 공급하고, 상기 펄스 레이저 발진 장치(10)에서는 소정의 출력으로 펄스 레이저 광이 출력된다.The pulse laser oscillation apparatus 10 is provided outside the processing chamber 2. The pulse laser oscillation apparatus 10 is comprised with an excimer laser oscillation apparatus. The laser power supply 9 which supplies a drive voltage is connected to the said pulse laser oscillation apparatus 10, The said laser power supply 9 is connected to the control part 8 so that control is possible. By the command of the control part 8, the laser power supply 9 supplies the required drive voltage to the pulse laser oscillation apparatus 10, and the pulse laser oscillation apparatus 10 outputs pulsed laser light at a predetermined output.

상기 펄스 레이저 발진 장치(10)에 있어서 펄스 발진되어서 출력되는 펄스 레이저 광(15)은 필요에 따라 어테뉴에이터(11)에 의해 에너지 밀도가 조정된다. 어테뉴에이터(11)는 상기 제어부(8)에 제어 가능하게 접속되어 있고 제어부(8)의 지령에 의해 소정의 감쇠율로 설정된다. 다시 말해, 상기 레이저 전원(9), 제어부(8) 및 어테뉴에이터(11)는 본 발명의 에너지 조정 수단을 구성한다. 상기 에너지 조정 수단에 의해 바람직하게는 실리콘막(100)의 조사면에 있어서 에너지 밀도가 100~500ｍJ/cm가 되도록 조정할 수 있다.In the pulse laser oscillation apparatus 10, the pulse laser light 15 output by pulse oscillation is adjusted by the attenuator 11 as needed. The attenuator 11 is controlably connected to the said control part 8, and is set to predetermined | prescribed attenuation rate by the command of the control part 8. In other words, the laser power source 9, the control unit 8 and the attenuator 11 constitute the energy adjusting means of the present invention. By the said energy adjusting means, it is possible to adjust so that energy density may become 100-500mJ / cm in the irradiation surface of the silicon film 100 preferably.

어테뉴에이터(11)를 투과한 펄스 레이저 광(15)은 렌즈, 반사 미러, 호모지나이저 등에 의해 구성되는 광 전송 수단(12)으로 빔 정형이나 편향이 이루어지고 처리실(2)에 설치된 도입창(6)을 통해서 처리실(2) 내의 실리콘막(100)에 조사된다. 조사시의 조사면 형상은 특별히 한정되지 않지만 상기 광 전송 수단(12)에 의해, 예를 들면 스폿 형상, 원 형상, 각이 진 형상, 길이가 긴 형상 등으로 정형된다.The pulsed laser light 15 transmitted through the attenuator 11 is a light transmission means 12 constituted by a lens, a reflection mirror, a homogenizer, or the like, and has a beam shaping or deflection, and an introduction window installed in the processing chamber 2 ( 6) is irradiated to the silicon film 100 in the processing chamber 2. Although the shape of the irradiation surface at the time of irradiation is not specifically limited, For example, the light transmission means 12 forms a spot shape, a circular shape, an angled shape, a long shape, or the like.

또한, 광 전송 수단(12)에는 펄스폭 조정 수단(13)을 갖는 것이여도 좋다. 상기 펄스폭 조정 수단(13)의 개략을 도 2에 의거하여 설명한다.In addition, the optical transmission means 12 may have a pulse width adjusting means 13. The outline of the pulse width adjusting means 13 will be described based on FIG. 2.

펄스폭 조정 수단(13)에는 광로 상에 하프 미러로 이루진 빔 스플리터(130)가 배치되어 있고, 일부의 빔(15a)은 90도 반사되고 나머지부의 빔(15b)은 투과하도록 분할된다. 다시 말해, 빔 스플리터(130)는 본 발명의 빔분할 수단에 상당한다. 또한, 빔 스플리터(130)의 반사 방향에는 입사각이 45도가 되도록 전반사 미러(131)가 배치되고, 상기 전반사 미러(131)의 반사 방향으로 입사각이 45도가 되도록 전반사 미러(132)가 배치되며, 전반사 미러(132)의 반사 방향으로 입사각이 45도가 되도록 전반사 미러(133)가 배치되고, 전반사 미러(133)의 반사 방향으로 입사각이 45도가 되도록 전반사 미러(134)가 배치되어 있다.In the pulse width adjusting means 13, a beam splitter 130 made up of half mirrors is arranged on the optical path, and some beams 15a are reflected by 90 degrees and the remaining beams 15b are divided to transmit. In other words, the beam splitter 130 corresponds to the beam splitting means of the present invention. In addition, the total reflection mirror 131 is disposed in the reflection direction of the beam splitter 130 so that the incident angle is 45 degrees, and the total reflection mirror 132 is disposed so that the incident angle is 45 degrees in the reflection direction of the total reflection mirror 131, and total reflection The total reflection mirror 133 is disposed so that the incident angle is 45 degrees in the reflection direction of the mirror 132, and the total reflection mirror 134 is disposed so that the incident angle is 45 degrees in the reflection direction of the total reflection mirror 133.

전반사 미러(134)의 반사 방향에는 상기 빔 스플리터(130)의 이면측이 위치하고 있고 입사각 45도로 빔이 조사된다.The back side of the beam splitter 130 is located in the reflection direction of the total reflection mirror 134 and the beam is irradiated with an incident angle of 45 degrees.

빔 스플리터(130)에서 90도 반사된 빔(15a)은 전반사 미러(131, 132, 133, 134)에서 순차 90도씩 반사됨으로써 지연된 빔(15c)이 되어서 빔 스플리터(130)의 이면측에 이르고, 일부가 90도 반사되어서 빔(15b)에 지연된 형태로 중첩되고 나머지 빔은 빔 스플리터(130)를 투과해서 상기 전반사 빔 스플리터(130)에서의 분할이 되풀이된다. 빔(15b)측에서 중첩된 빔은 지연된 빔이 중첩됨으로써 펄스 파형의 정형이 이루어지고 펄스폭의 조정이 이루어지며 펄스 레이저 광(150)으로서 광로 상에 진행된다.The beam 15a reflected by the beam splitter 130 by 90 degrees is sequentially reflected by the total reflection mirrors 131, 132, 133, and 134 by 90 degrees to become a delayed beam 15c, and reaches the back side of the beam splitter 130. A portion of the beam is reflected by 90 degrees and superimposed on the beam 15b in a delayed form. The remaining beam passes through the beam splitter 130 and the division in the total reflection beam splitter 130 is repeated. On the beam 15b side, the superimposed beams are superimposed on the delayed beam to form a pulse waveform, adjust the pulse width, and proceed on the optical path as pulse laser light 150.

또한, 각 전반사 미러의 위치를 변경해서 광로 길이를 조정함으로써 빔의 지연량을 변경할 수 있고 이것에 의해 중첩된 펄스 레이저 광의 펄스폭을 임의로 변경할 수 있다. 또한, 분할된 펄스 레이저 광의 강도를 개별적으로 조정하도록 해도 좋다.In addition, the delay amount of the beam can be changed by changing the position of each total reflection mirror to adjust the optical path length, whereby the pulse width of the superimposed pulsed laser light can be arbitrarily changed. In addition, the intensity of the divided pulsed laser light may be adjusted individually.

펄스폭 조정 수단에 의해 바람직하게는 펄스폭을 50~500ns의 범위로 설정할 수 있다. 또한, 본 발명으로서는 펄스폭 조정 수단을 갖지 않고 출력된 펄스 레이저 광의 펄스폭으로 실리콘막(100)에 조사되는 것이여도 좋다.The pulse width adjusting means can preferably set the pulse width in the range of 50 to 500 ns. In addition, as the present invention, the silicon film 100 may be irradiated with the pulse width of the output pulse laser light without the pulse width adjusting means.

펄스 레이저 광(150)은 도입창(6)을 통해서 처리실(2) 내에 도입되어 기판 배치대(5) 상의 실리콘막(100)에 조사된다. 이때에 기판 배치대(5)는 주사 장치(3)에 의해 기대(4)와 함께 이동되어 펄스 레이저 광(150)이 실리콘막(100) 상에서 상대적으로 주사되면서 조사되게 된다.The pulsed laser light 150 is introduced into the processing chamber 2 through the introduction window 6 and irradiated to the silicon film 100 on the substrate placing table 5. At this time, the substrate placement table 5 is moved together with the base 4 by the scanning device 3 so that the pulse laser light 150 is irradiated while being relatively scanned on the silicon film 100.

이때의 펄스 레이저 광(150)은 결정화에 적합한 유효 파워 밀도가 얻어지도록 펄스 레이저 발진 장치(10)의 출력, 어테뉴에이터(11)의 감쇠율, 펄스폭, 펄스 레이저 광의 조사 단면적이 설정되어 있고, 상기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 설정되어 있다. 이 펄스 레이저 광(150)의 조사에 의해 실리콘막(100)이 균일하게 결정화된다. 또한, 실리콘막(100)에 있어서의 레이저 광 흡수율은 펄스 레이저 광 파장에 의해 정해지는 것이며 이미 알려진 정보를 이용할 수 있다.In this case, the output of the pulse laser oscillator 10, the attenuation rate of the attenuator 11, the pulse width, and the irradiation cross-sectional area of the pulse laser light are set so that an effective power density suitable for crystallization is obtained. The effective power density calculated by the formula is set to fall within the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 . The silicon film 100 is uniformly crystallized by the irradiation of the pulsed laser light 150. The laser light absorption in the silicon film 100 is determined by the pulse laser light wavelength, and known information can be used.

상기 펄스 레이저 광(150)이 조사되어서 결정화된 실리콘막(100)은 결정 입경이 정렬된 결정성이 뛰어난 것이 된다.The silicon film 100 crystallized by irradiating the pulsed laser light 150 has excellent crystallinity in which crystal grain diameters are aligned.

또한, 상기에서는 펄스폭의 조정을 펄스 레이저 광의 분할과 지연에 의해 행하는 펄스폭 조정 수단(13)으로 행하고 있지만 복수의 펄스 레이저 발진 장치에 의해 출력된 펄스 레이저 광을 동기를 어긋나게 해서 실리콘막(100)에 조사함으로써 펄스폭을 조정할 수 있다.In addition, although the pulse width adjustment is performed by the pulse width adjustment means 13 which performs adjustment of a pulse width by division and a delay of a pulse laser light, the silicon film 100 is made to shift | deviate the pulse laser light output by the several pulse laser oscillation apparatus. ), The pulse width can be adjusted.

도 3은 상기 장치 구성을 나타내는 도이며 이하에 설명한다. 또한, 상기 실시형태와 같은 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고 설명한다.3 is a diagram illustrating the above-described apparatus configuration and will be described below. In addition, about the structure similar to the said embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated.

레이저 어닐링 장치는 도 3에 나타낸 바와 같이 처리실(2)을 구비하고 있고, 상기 처리실(2) 내에 X-Y방향으로 이동가능한 주사 장치(3)를 구비하고, 그 상부에 기대(4)를 구비하고 있다. 기대(4) 상에는 기판 배치대(5)가 설치되어 있다. 어닐링 처리시에는 상기 기판 배치대(5) 상에 처리 대상인 실리콘막(100)이 설치된다. 또한, 주사 장치(3)는 도시되지 않은 모터 등에 의해 구동되어 제어부(8)에 의해 제어된다.The laser annealing apparatus is provided with the processing chamber 2 as shown in FIG. 3, The scanning apparatus 3 which is movable in an XY direction in the said processing chamber 2 is provided, and the base 4 is provided in the upper part. . On the base 4, the board | substrate mounting table 5 is provided. In the annealing process, the silicon film 100 to be processed is provided on the substrate placing table 5. In addition, the scanning device 3 is driven by a motor or the like not shown and controlled by the control unit 8.

처리실(2) 외부에는 펄스 레이저 발진 장치(10)가 설치되어 있다. 펄스 레이저 발진 장치(10)에서 펄스 발진되어서 출력되는 펄스 레이저 광(15)은 필요에 따라 감쇠기(11)에서 에너지 밀도가 조정되고, 렌즈, 반사 미러, 호모지나이저 등에 의해 구성되는 광 전송 수단(12)에 의해 빔 정형이나 편향이 이루어지고, 처리실(2) 내의 실리콘막(100)에 조사된다.The pulse laser oscillation apparatus 10 is provided outside the processing chamber 2. The pulse laser light 15 outputted by pulse oscillation from the pulse laser oscillation device 10 is adjusted by the energy attenuator 11 as necessary, and has optical transmission means constituted by a lens, a reflection mirror, a homogenizer or the like ( 12) beam shaping and deflection are performed, and the silicon film 100 in the processing chamber 2 is irradiated.

또한, 처리실(2) 외부에는 동일하게 펄스 레이저 광(25)을 발생하는 펄스 레이저 발진 장치(20)가 설치되어 있다. 펄스 레이저 발진 장치(20)에서 펄스 발진되어서 출력되는 펄스 레이저 광(25)은 필요에 따라 감쇠기(21)에서 에너지 밀도가 조정되고, 렌즈, 반사 미러, 호모지나이저 등에 의해 구성되는 광 전송 수단(22)에 의해 빔 정형이나 편향이 이루어지고, 처리실(2) 내의 실리콘막(100)에 조사된다.Moreover, the pulse laser oscillation apparatus 20 which similarly generates the pulse laser light 25 is provided in the process chamber 2 exterior. The pulse laser light 25 outputted by pulse oscillation from the pulse laser oscillation device 20 is adjusted by an energy density in the attenuator 21 as necessary, and includes optical transmission means composed of a lens, a reflection mirror, a homogenizer, and the like ( 22) beam shaping and deflection are performed, and the silicon film 100 in the processing chamber 2 is irradiated.

상기 장치에서는 제어부(8)에 의해 장치 전체가 제어되고 있고 상기 펄스 레이저 발진 장치(10)를 구동하는 레이저 전원(9), 상기 펄스 레이저 발진 장치(20)를 구동하는 레이저 전원(19)에 각각 제어 가능하게 접속되어 각각의 펄스 레이저 발진 장치(10, 20)의 출력을 설정한다. 또한, 제어부(8)는 어테뉴에이터(11), 어테뉴에이터(21)에 제어 가능하게 접속되어 각각의 감쇠율을 설정한다. 따라서, 레이저 전원(9, 19), 어테뉴에이터(11, 21) 및 제어부(8)는 본 발명의 에너지 조정 수단을 구성한다.In this apparatus, the whole apparatus is controlled by the control part 8, and it supplies to the laser power supply 9 which drives the said pulse laser oscillation apparatus 10, and the laser power supply 19 which drives the said pulse laser oscillation apparatus 20, respectively. It is connected controlably and sets the output of each pulse laser oscillation apparatus 10,20. Moreover, the control part 8 is controlably connected to the attenuator 11 and the attenuator 21, and sets each attenuation rate. Therefore, the laser power sources 9 and 19, the attenuators 11 and 21 and the control unit 8 constitute the energy adjusting means of the present invention.

상기 레이저 어닐링 장치에서는 도 3에 나타낸 바와 같이 펄스 레이저 광(15)과 펄스 레이저 광(25)이 출력되고 실리콘막(100) 상에서 복합 조사된다. 이때의 펄스 레이저 광의 동기를 어긋나게 함으로써 결과적으로는 실리콘막(100)에 조사되는 펄스 레이저 광의 펄스폭을 조정할 수 있다.In the laser annealing apparatus, as shown in Fig. 3, the pulse laser light 15 and the pulse laser light 25 are output and are irradiated on the silicon film 100 in a complex manner. By shifting the synchronization of the pulsed laser light at this time, the pulse width of the pulsed laser light irradiated onto the silicon film 100 can be adjusted as a result.

펄스폭이 조정된 펄스 레이저 광에 있어서 상기 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 설정되어서 실리콘막(100)에 조사된다.In the pulse laser light of which the pulse width is adjusted, the effective power density is set to be within the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 and is irradiated to the silicon film 100.

또한, 상기 각 실시형태에서는 펄스 레이저 발진 장치로부터 출력된 펄스 레이저 광을 이용하는 것으로서 설명을 했지만 레이저 광 연속 발진 장치로부터 출력된 연속 레이저 광을 절출해서 유사적으로 펄스 형상으로 한 레이저 광을 이용하는 것도 가능하다.In each of the above embodiments, the pulse laser light output from the pulse laser oscillation device is described as being used, but it is also possible to use the laser light in which the continuous laser light output from the laser light continuous oscillation device is cut out to have a similar pulse shape. Do.

(실시예 1)(Example 1)

다음에 본 발명의 실시예와 비교예를 비교하면서 설명한다.Next, it demonstrates, comparing the Example and comparative example of this invention.

상기 실시형태의 레이저 어닐링 장치(도 1)를 이용하여 글라스제의 기판의 표면에 상법에 의해 형성된 어모퍼스 실리콘 박막 50nm에 펄스 레이저 광을 조사하는 실험을 행했다.Using the laser annealing apparatus (FIG. 1) of the said embodiment, the experiment which irradiated pulsed laser light to the amorphous silicon thin film 50nm formed by the conventional method on the surface of the glass substrate was performed.

상기 실험에서는 펄스 레이저 광은 광 전송 수단에 의해 가공면에서 직사각형형상이 되도록 정형하고 조사면에 있어서 에너지 밀도가 8~400ｍJ/cm2, 펄스폭이 20~600ns의 범위에 있도록 설정해서 기판 상의 어모퍼스 실리콘에 조사했다. 또한, 어모퍼스 실리콘막의 흡수 계수는 흡수 계수=4πk/파장으로 정의한다.In the above experiment, the pulsed laser light is shaped so as to have a rectangular shape on the processing surface by the light transmitting means, and the energy density on the irradiation surface is set so that the energy density is in the range of 8 to 400 mJ / cm 2 and the pulse width is 20 to 600 ns. Checked on silicone. In addition, the absorption coefficient of an amorphous silicon film is defined as absorption coefficient = 4 (pi) k / wavelength.

(k: 감쇠 계수 비특허문헌: D. E. Aspnes and J. B. Theeten, J. Electrochem. Soc.127, 1359(1980) 참조)(k: Attenuation Coefficient Non-Patent Document: See D. E. Aspnes and J. B. Theeten, J. Electrochem. Soc. 127, 1359 (1980))

상기 펄스 레이저 광의 조사에 의해 어모퍼스 실리콘은 가열되어 결정 실리콘으로 변화되었다. 이 조사를 행한 박막을 현미경과 SEM 사진에 의해 평가했다. SEM 사진(도면 대용 사진)은 도 4~도 6에 나타낸다.By irradiation of the pulsed laser light, amorphous silicon was heated to change into crystalline silicon. The thin film which investigated this was evaluated by the microscope and the SEM photograph. SEM photograph (drawing substitute photograph) is shown to FIGS. 4-6.

또한, 이하에서 설명하는 유효 파워 밀도는 모두 하기 식으로 산출했다. 또한, 산출 결과를 도 7에 나타낸다. 상기 도면에는 참고 데이터로서 종래의 레이저 어닐링에 있어서의 유효 파워 밀도를 기재했다. 도면 중 Ｏ표시는 이하의 실시예에 상당하고 ×표시는 이하의 비교예에 상당한다.In addition, all the effective power densities demonstrated below were computed by the following formula. In addition, the calculation result is shown in FIG. In this figure, effective power density in conventional laser annealing is described as reference data. In the figure, the O mark corresponds to the following example, and the x mark corresponds to the following comparative example.

유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초) × 반도체막의 흡수 계수(cm-1) … (식)Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x absorption coefficient of the semiconductor film (cm −1 ). (expression)

(실시예 1)(Example 1)

레이저 발진 장치에 XeCl 엑시머 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 2.0×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 1에 나타낸 바와 같이 균일하고 얼룩이 없는 결정이 생겼다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 2.0 × 10 12 using an XeCl excimer laser, a uniform and uneven crystal was formed as shown in the photograph 1.

(실시예 2)(Example 2)

레이저 발진 장치에 XeCl 엑시머 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 2.7×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 2에 나타낸 바와 같이 균일하고 얼룩이 없는 결정이 생겼다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 2.7 × 10 12 using an XeCl excimer laser, a uniform and spotless crystal was formed as shown in photograph 2.

(실시예 3)(Example 3)

레이저 발진 장치에 YAG 3배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 1.8×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 3에 나타낸 바와 같이 균일하고 얼룩이 없는 결정이 생겼다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 1.8 × 10 12 using a YAG triple wave solid-state laser, uniform and unstained crystals were formed as shown in the photograph 3.

(실시예 4)(Example 4)

레이저 발진 장치에 YAG 3배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 2.5×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 4에 나타낸 바와 같이 균일하고 얼룩이 없는 결정이 생겼다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 2.5 × 10 12 using a YAG triple wave solid-state laser, uniform and unstained crystals were formed as shown in the photograph 4.

(실시예 5)(Example 5)

레이저 발진 장치에 YAG 2배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 1.6×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 5에 나타낸 바와 같이 균일하고 얼룩이 없는 결정이 생겼다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 1.6 × 10 12 using a YAG double-wave solid-state laser, uniform and unstained crystals were formed as shown in photograph 5.

(실시예 6)(Example 6)

레이저 발진 장치에 YAG 2배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 2.4×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 6에 나타낸 바와 같이 균일하고 얼룩이 없는 결정이 생겼다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light using an effective power density of 2.4 × 10 12 using a YAG double-wave solid-state laser, uniform and unstained crystals were formed as shown in photograph 6.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

레이저 발진 장치에 XeCl 엑시머 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 2.0×1013으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 7에 나타낸 바와 장축 상호 연결부에서 결정 상태가 다른 얼룩이 있는 결정이 생겼다. XRD(X선 회절)로 표면 해석을 한 결과 거의 모든 영역에서 용융을 하고 있었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 2.0 × 10 13 using an XeCl excimer laser, crystals with different crystal states were formed in the long axis interconnects as shown in the photograph 7. As a result of surface analysis by XRD (X-ray diffraction), melting was performed in almost all regions.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

레이저 발진 장치에 XeCl 엑시머 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 3.5×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 8에 나타낸 바와 장축 상호 연결부에서 결정 상태가 다른 얼룩이 있는 결정이 생겼다. XRD로 표면 해석을 한 결과 표층 3nm 정도 용융을 하고 있었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light using an XeCl excimer laser with an effective power density of 3.5 × 10 12 , crystals with different crystal states were formed at the long axis interconnects as shown in the photograph 8. As a result of surface analysis by XRD, about 3 nm of surface layer was melted.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

레이저 발진 장치에 YAG 3배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 3.1×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 9에 나타낸 바와 같이 장축 상호 연결부에서 결정 상태가 다른 얼룩이 있는 결정이 생겼다. XRD로 표면 해석을 한 결과 표층 8nm 정도 용융을 하고 있었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 3.1 × 10 12 using a YAG triple wave solid state laser, crystals with different crystal states were formed at the long axis interconnects as shown in the photograph 9. As a result of surface analysis by XRD, about 8 nm of surface layer was melted.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

레이저 발진 장치에 YAG 3배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 3.5×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 10에 나타낸 바와 같이 장축 상호 연결부에서 결정 상태가 다른 얼룩이 있는 결정이 생겼다. XRD로 표면 해석을 한 결과 표층 9nm 정도 용융을 하고 있었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light using an effective power density of 3.5 × 10 12 using a YAG triple wave solid state laser, crystals with different crystal states were formed at the long axis interconnects as shown in the photograph 10. As a result of surface analysis by XRD, about 9 nm of surface layer was melted.

(비교예 5)(Comparative Example 5)

레이저 발진 장치에 YAG 2배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 3.2×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 11에 나타낸 바와 같이 장축 단축 상호 연결부에서 결정 상태가 다른 얼룩이 있는 결정이 생겼다. When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light using an effective power density of 3.2 × 10 12 using a YAG double-wave solid-state laser, crystals with different crystal states were formed at the long-axis short-term interconnects as shown in the photograph 11.

(비교예 6)(Comparative Example 6)

레이저 발진 장치에 XeCl 엑시머 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 1.4×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 12에 나타낸 바와 같이 전체적으로 얼룩이 있는 결정이 되었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 1.4 × 10 12 using an XeCl excimer laser, crystals with an overall unevenness were obtained as shown in the photograph 12.

(비교예 7)(Comparative Example 7)

레이저 발진 장치에 XeCl 엑시머 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 1.3×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 13에 나타낸 바와 같이 전체적으로 얼룩이 있는 결정이 되었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with a pulsed laser light by setting the effective power density to 1.3 × 10 12 using an XeCl excimer laser, crystals with an overall unevenness were obtained as shown in the photograph 13.

(비교예 8)(Comparative Example 8)

레이저 발진 장치에 YAG 3배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 1.4×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 14에 나타낸 바와 같이 전체적으로 얼룩이 있는 결정이 되었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 1.4 × 10 12 using a YAG triple wave solid-state laser, crystals with overall stains were obtained as shown in the photograph 14.

(비교예 9)(Comparative Example 9)

레이저 발진 장치에 YAG 3배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 0.9×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 15에 나타낸 바와 같이 전체적으로 얼룩이 있는 결정이 되었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light using an effective power density of 0.9 × 10 12 using a YAG triple wave solid-state laser, crystals with a total coloration were obtained as shown in the photograph 15.

(비교예 10)(Comparative Example 10)

레이저 발진 장치에 YAG 2배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 0.6×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 16에 나타낸 바와 같이 전체적으로 얼룩이 있는 결정이 되었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with a pulsed laser light by setting the effective power density to 0.6 x 10 12 using a YAG double-wave solid-state laser, a crystal with a total stain was obtained as shown in the photograph 16.

(비교예 11)(Comparative Example 11)

레이저 발진 장치에 YAG 2배파 고체 레이저를 이용해서 유효 파워 밀도를 1.4×1012으로 설정해서 펄스 레이저 광의 조사를 행하면 사진 17에 나타낸 바와 같이 전체적으로 얼룩이 있는 결정이 되었다.When the laser oscillation apparatus was irradiated with pulsed laser light by setting the effective power density to 1.4 × 10 12 using a YAG double-wave solid-state laser, a crystal with a total stain was obtained as shown in the photograph 17.

이상, 상기 실시형태 및 실시예에 의거하여 본 발명의 설명을 행했지만 본 발명은 상기 설명의 내용에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한은 적절한 변경이 가능하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment and Example, this invention is not limited to the content of the said description, As long as it does not deviate from the range of this invention, a suitable change is possible.

1 : 레이저 어닐링 장치 2 : 처리실
3 : 주사 장치 5 : 기판 배치대
8 : 제어부 9 : 레이저 전원
10 : 펄스 레이저 발진 장치 11 : 어테뉴에이터
12 : 광 전송 수단 13 : 펄스폭 조정 수단
15 : 펄스 레이저 광 19 : 레이저 전원
20 : 펄스 레이저 발진 장치 21 : 어테뉴에이터
22 : 광 전송 수단 25 : 펄스 레이저 광
100 : 실리콘막 150 : 펄스 레이저 광1: laser annealing device 2: processing chamber
3: scanning device 5: substrate placement table
8: control unit 9: laser power
10 pulse laser oscillation device 11: attenuator
12 light transmitting means 13 pulse width adjusting means
15: pulsed laser light 19: laser power
20: pulse laser oscillation device 21: attenuator
22 optical transmission means 25 pulsed laser light
100 silicon film 150 pulsed laser light

Claims (7)

펄스 레이저 광을 출력하는 펄스 레이저 발진 장치와, 상기 펄스 레이저 발진 장치로부터 출력된 상기 펄스 레이저 광을 전송해서 반도체막에 조사하는 광 전송 수단을 구비하고,
상기 펄스 레이저 광은 반도체막 조사면에 있어서 하기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 반도체막에 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초) × 반도체막의 흡수 계수(cm-1)… (식)A pulse laser oscillation device for outputting pulse laser light, and light transmission means for transmitting the pulse laser light output from the pulse laser oscillation device and irradiating the semiconductor film,
And the pulsed laser light is irradiated onto the semiconductor film so that the effective power density calculated by the following equation on the semiconductor film irradiation surface is within the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 .
Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x absorption coefficient of the semiconductor film (cm −1 ). (expression) 연속 레이저 광을 출력하는 연속 레이저 발진 장치와, 상기 연속 레이저 발진 장치로부터 출력된 연속 레이저 광 및 상기 연속 레이저 광으로부터 절출된 펄스 레이저 광을 전송해서 상기 펄스 레이저 광을 반도체막에 조사하는 광 전송 수단과, 상기 연속 레이저 광을 상기 전송 중에 절출해서 유사적으로 펄스 형상으로 해서 펄스 레이저 광을 생성하는 펄스 레이저 광 생성 수단을 구비하고,
상기 펄스 레이저 광은 반도체막 조사면에 있어서 하기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 도록 상기 반도체막에 조사되는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.
유효 파워 밀도[J/(초·cm3)]=펄스 에너지 밀도(J/cm2)/펄스폭(초)×반도체막의 흡수 계수(cm-1)… (식)A continuous laser oscillation device for outputting continuous laser light, a light transmission means for transmitting the continuous laser light output from the continuous laser oscillation device and the pulse laser light cut out from the continuous laser light to irradiate the pulsed laser light to a semiconductor film And pulse laser light generating means for cutting out the continuous laser light during the transmission to make pulse laser light similarly in a pulse shape,
The pulsed laser light is irradiated to the semiconductor film so that the effective power density calculated by the following equation on the semiconductor film irradiation surface is in the range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 .
Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x semiconductor film absorption coefficient (cm −1 ). (expression) 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 펄스 레이저 광의 에너지 밀도를 조정하는 에너지 조정 수단을 갖고, 상기 에너지 조정 수단은 상기 식에 의해 산출되는 상기 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 에너지 밀도가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
And an energy adjusting means for adjusting an energy density of the pulsed laser light, wherein the energy adjusting means has the energy density set so that the effective power density calculated by the above formula falls within a range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 . There is a laser annealing device. 제 3 항에 있어서,
상기 에너지 조정 수단으로서 펄스 레이저 광을 소정의 감쇠율로 감쇠시켜서 투과시키는 어테뉴에이터 및 상기 레이저 발진 장치의 출력을 조정하는 출력 조정 수단을 구비하고, 상기 어테뉴에이터 및 상기 출력 조정 수단은 상기 식에 의해 산출되는 상기 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 감쇠율 및 상기 출력이 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.The method of claim 3, wherein
An attenuator for attenuating and transmitting the pulsed laser light at a predetermined attenuation rate as the energy adjusting means, and an output adjusting means for adjusting the output of the laser oscillation device, wherein the attenuator and the output adjusting means are calculated by the above equation. And said attenuation rate and said output are set such that said effective power density is within the range of 3 x 10 12 to 1.5 x 10 12 . 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 펄스 레이저 광의 펄스폭을 조정하는 펄스폭 조정 수단을 구비하고, 상기 펄스폭 조정 수단은 상기 식에 의해 산출되는 상기 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 상기 펄스 레이저 광의 펄스폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.The method according to any one of claims 1 to 4,
Pulse width adjusting means for adjusting a pulse width of the pulsed laser light, and the pulse width adjusting means includes the pulse laser so that the effective power density calculated by the above formula falls within a range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 . A laser annealing apparatus, wherein the pulse width of the light is adjusted. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반도체막이 실리콘 반도체막이며, 상기 에너지 밀도가 100~500ｍJ/cm2, 상기 펄스폭이 50~500n초인 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor film is a silicon semiconductor film, the energy density is 100 ~ 500mJ / cm 2 , the pulse width is 50 ~ 500n seconds, characterized in that the laser annealing device. 펄스 레이저 광을 반도체막에 조사해서 상기 반도체막의 레이저 어닐링을 행하는 레이저 어닐링 방법에 있어서:
상기 펄스 레이저 광의 펄스 에너지 밀도 및 펄스폭을 조사면에 있어서 하기 식에 의해 산출되는 유효 파워 밀도가 3×1012 ~ 1.5×1012의 범위 내가 되도록 설정을 하고, 상기 설정이 이루어진 상기 펄스 레이저 광을 상기 반도체막에 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 어닐링 방법.
유효 파워 밀도[J/(초·cm3)] = 펄스 에너지 밀도(J/cm2) / 펄스폭(초) × 반도체막의 흡수 계수(cm-1) … (식)In the laser annealing method of irradiating pulsed laser light to a semiconductor film and performing laser annealing of the semiconductor film:
The pulse laser light in which the pulse energy density and the pulse width of the pulse laser light are set so that the effective power density calculated by the following formula in the irradiation surface is within a range of 3 × 10 12 to 1.5 × 10 12 , and the setting is made. Irradiating the semiconductor film to the laser annealing method.
Effective power density [J / (second cm 3 )] = pulse energy density (J / cm 2 ) / pulse width (second) x absorption coefficient of the semiconductor film (cm −1 ). (expression)
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