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JP2005333117A - Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Laser irradiation apparatus and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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JP2005333117A
JP2005333117A JP2005114092A JP2005114092A JP2005333117A JP 2005333117 A JP2005333117 A JP 2005333117A JP 2005114092 A JP2005114092 A JP 2005114092A JP 2005114092 A JP2005114092 A JP 2005114092A JP 2005333117 A JP2005333117 A JP 2005333117A
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JP
Japan
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laser
beam spot
irradiated
turning point
optical system
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Application number
JP2005114092A
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Japanese (ja)
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Koichiro Tanaka
幸一郎 田中
Yoshiaki Yamamoto
良明 山本
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser irradiation device which can irradiate laser light of a uniform energy density on an object to be irradiated without complicating an optical system. <P>SOLUTION: The laser device comprises: a laser oscillator; an optical system which repeatedly scans a beam spot formed by the laser light oscillated from the laser oscillator in one axis direction of the surface of the object to be irradiated; and a position control means which moves a position relative to the laser light of the object to be irradiated in the direction of crossing the one axis direction of the surface. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は半導体膜の結晶化に用いられるレーザ照射装置に関する。また半導体装置の作製方法に関する。   The present invention relates to a laser irradiation apparatus used for crystallization of a semiconductor film. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

多結晶半導体膜を用いた薄膜トランジスタ(TFT)は、非晶質半導体膜を用いたTFTに比べて移動度が2桁以上高く、半導体表示装置の画素部とその周辺の駆動回路を同一基板上に一体形成できるという利点を有している。多結晶半導体膜は、レーザアニール法を用いることで、安価なガラス基板上に形成することができる。   A thin film transistor (TFT) using a polycrystalline semiconductor film has a mobility of two orders of magnitude higher than that of a TFT using an amorphous semiconductor film, and the pixel portion of a semiconductor display device and its peripheral drive circuit are formed on the same substrate. It has the advantage that it can be integrally formed. The polycrystalline semiconductor film can be formed over an inexpensive glass substrate by using a laser annealing method.

レーザはその発振方法により、パルス発振と連続発振の2種類に大別される。エキシマレーザに代表されるパルス発振のレーザは、連続発振のレーザと比べて、単位時間あたりに出力されるレーザ光のエネルギーが3〜6桁程度高い。よって、ビームスポット(被照射体の表面において実際にレーザ光が照射される照射領域)を数cm角の矩形状や、長さ100mm以上の線状となるように光学系で成形することで、レーザ光の照射のスループットを高めることができる。そのため、半導体膜の結晶化には、パルス発振のレーザを用いるのが主流となりつつあった。   Lasers are roughly classified into two types, pulse oscillation and continuous oscillation, depending on the oscillation method. A pulsed laser typified by an excimer laser has a laser beam energy output per unit time of about 3 to 6 digits higher than that of a continuous wave laser. Therefore, by shaping the beam spot (irradiation area where the laser beam is actually irradiated on the surface of the irradiated object) into a rectangular shape of several centimeters square or a linear shape with a length of 100 mm or more, by an optical system, The throughput of laser light irradiation can be increased. For this reason, it has become the mainstream to use a pulsed laser for crystallization of the semiconductor film.

なお、ここでいう「線状」は、厳密な意味で「線」を意味しているのではなく、アスペクト比の大きい長方形(もしくは長楕円形)を意味する。例えば、アスペクト比が2以上(好ましくは10〜10000)のものを線状と呼ぶが、線状が矩形状に含まれることに変わりはない。   Here, “linear” does not mean “line” in a strict sense, but means a rectangle (or oval) having a large aspect ratio. For example, an aspect ratio of 2 or more (preferably 10 to 10000) is called a linear shape, but the linear shape is still included in a rectangular shape.

しかし、このようにパルス発振のレーザ光を用いて結晶化された半導体膜は、その位置と大きさがランダムな複数の結晶粒の集まりで形成されている。結晶粒内と異なり、結晶粒の界面(結晶粒界)には、非晶質構造や結晶欠陥などに起因する再結合中心や捕獲中心が無数に存在している。この捕獲中心にキャリアがトラップされると、結晶粒界のポテンシャルが上昇し、キャリアに対して障壁となるため、キャリアの輸送特性が低下するという問題がある。   However, the semiconductor film crystallized using pulsed laser light in this way is formed of a collection of a plurality of crystal grains whose positions and sizes are random. Unlike in the crystal grains, there are innumerable recombination centers and trap centers due to an amorphous structure, crystal defects, and the like at the interface (crystal grain boundary) of the crystal grains. When carriers are trapped in this trapping center, the grain boundary potential rises and becomes a barrier against the carriers, so that there is a problem that the carrier transport property is lowered.

上記問題が背景にあり、連続発振のレーザを用いた半導体膜の結晶化に関する技術が、近年注目されている。連続発振のレーザの場合、従来のパルス発振のレーザとは異なり、一方向に走査させながら半導体膜にレーザ光を照射して、結晶を走査方向に向かって連続的に成長させ、該走査方向に沿って長く延びた単結晶からなる結晶粒の集まりを形成することができる。   Against the background of the above problems, a technique related to crystallization of a semiconductor film using a continuous wave laser has attracted attention in recent years. In the case of a continuous wave laser, unlike a conventional pulsed laser, a semiconductor film is irradiated with laser light while scanning in one direction, and a crystal is continuously grown in the scanning direction. A collection of crystal grains made of a single crystal extending along the length can be formed.

ところでレーザアニールのスループットを高めるためには、連続発振のレーザ光を用いる場合においても、ビームスポットを光学系にて線状に成形する必要がある。そして、ビームスポットの成形において重要なのは、ビームスポットの長軸方向(長辺方向とも言う)におけるエネルギー密度の分布を、如何に均一化できるかという点である。長軸方向におけるエネルギー密度の分布は、レーザアニールにより結晶化された半導体膜の結晶性を左右し、延いては該半導体膜を用いて形成された半導体素子の特性にも影響を与えるからである。例えば、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度が、ガウス型の分布を有している場合、該ビームスポットを用いて形成された半導体素子の特性も、ガウス型の分布を有してばらつくことになる。よって、半導体素子の特性の均一性を確保するためには、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度の分布をより均一にすることが望ましい。また、ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度の分布が均一である方が、ビームスポットを長軸方向により長く引き伸ばすことができ、スループットを向上させることができるというメリットを有する。   By the way, in order to increase the throughput of laser annealing, it is necessary to form a beam spot into a linear shape by an optical system even when using continuous wave laser light. What is important in the formation of the beam spot is how the energy density distribution in the long axis direction (also referred to as the long side direction) of the beam spot can be made uniform. This is because the distribution of energy density in the major axis direction affects the crystallinity of the semiconductor film crystallized by laser annealing, and thus affects the characteristics of the semiconductor element formed using the semiconductor film. . For example, when the energy density in the major axis direction of a beam spot has a Gaussian distribution, the characteristics of a semiconductor element formed using the beam spot also vary with a Gaussian distribution. Become. Therefore, in order to ensure the uniformity of the characteristics of the semiconductor element, it is desirable to make the energy density distribution in the major axis direction of the beam spot more uniform. In addition, the distribution of the energy density in the major axis direction of the beam spot has a merit that the beam spot can be elongated longer in the major axis direction and throughput can be improved.

しかし、線状のビームスポットの長軸方向におけるエネルギー密度を均一化するには、シリンドリカルレンズや回折光学素子などの光学系を用いる必要がある。これらのエネルギー密度を均一化するための光学系は、ビームスポットの波面、形状を考慮した高度な光学設計が必要となるため、調整が複雑であるという問題があった。   However, in order to make the energy density of the linear beam spot in the major axis direction uniform, it is necessary to use an optical system such as a cylindrical lens or a diffractive optical element. The optical system for making these energy densities uniform requires a sophisticated optical design in consideration of the wavefront and shape of the beam spot, so that there is a problem that adjustment is complicated.

また半導体膜の結晶化は、半導体膜に対するレーザ光の吸収係数が大きいほど、より効率良く行なうことができる。YAGレーザやYVO4レーザの場合、半導体装置に通常用いられる膜厚数十〜数百nmの珪素膜に対する吸収係数は、基本波よりも波長の短い第2高調波の方がはるかに高い。よって、通常、半導体装置の作製工程における半導体膜のレーザ結晶化では、高調波を用い、基本波を用いることは殆どない。基本波から高調波への変換は、非線形光学素子を用いることで行なうことができる。 Further, the crystallization of the semiconductor film can be performed more efficiently as the absorption coefficient of the laser beam with respect to the semiconductor film is larger. In the case of a YAG laser or a YVO 4 laser, the second harmonic wave having a shorter wavelength than the fundamental wave has a much higher absorption coefficient for a silicon film with a film thickness of several tens to several hundreds nm that is usually used in a semiconductor device. Therefore, in general, laser crystallization of a semiconductor film in a manufacturing process of a semiconductor device uses harmonics and hardly uses a fundamental wave. Conversion from the fundamental wave to the harmonic can be performed by using a nonlinear optical element.

ところが連続発振のレーザは、パルス発振のレーザに比べて、単位時間あたりのレーザ光の出力が低いため、時間に対する光子の密度も低く、よって非線形光学素子における高調波への変換効率が低い。具体的には、入射光のモード特性や時間特性にもよるが、パルス発振のレーザの変換効率が10〜30%程度であるのに対し、連続発振のレーザの変換効率は0.2〜0.3%程度である。また連続発振のレーザの場合、連続的に非線形光学素子に負荷を与えるために、非線形光学素子のレーザ光に対する耐性が、パルス発振のレーザに比べて著しく低いという問題もある。   However, since a continuous wave laser has a lower output of laser light per unit time than a pulsed laser, the density of photons with respect to time is also low, and thus the conversion efficiency to harmonics in a nonlinear optical element is low. Specifically, although depending on the mode characteristics and time characteristics of incident light, the conversion efficiency of a pulsed laser is about 10 to 30%, whereas the conversion efficiency of a continuous wave laser is 0.2 to 0. About 3%. Further, in the case of a continuous wave laser, since the load is continuously applied to the nonlinear optical element, there is a problem that the resistance of the nonlinear optical element to the laser beam is significantly lower than that of the pulsed laser.

したがって連続発振のレーザは、パルス発振のレーザに比べて、高調波を有するレーザ光の、単位時間あたりに出力されるレーザ光が弱く、ビームスポットの面積を広げてスループットを高めることが難しい。例えば連続発振のYAGレーザは、基本波を10kW出力できるのに対し、第2高調波の出力は10W程度しか得られない。この場合、半導体膜の結晶化に必要なエネルギー密度を得るためにはビームスポットの面積を10-3mm2程度と小さくしなければならない。このように連続発振のレーザは、パルス発振のエキシマレーザに比べてスループットが劣っており、このことが量産に際し経済性を落とす一因となっている。 Therefore, a continuous wave laser has a weaker laser beam output per unit time than a pulsed laser, and it is difficult to increase the beam spot area and increase the throughput. For example, a continuous wave YAG laser can output a fundamental wave of 10 kW, while a second harmonic output of only about 10 W can be obtained. In this case, in order to obtain an energy density necessary for crystallization of the semiconductor film, the area of the beam spot must be reduced to about 10 −3 mm 2 . As described above, the continuous wave laser has a lower throughput than the pulsed excimer laser, and this contributes to a decrease in economy in mass production.

本発明は上述した問題に鑑み、光学系を複雑化させることなく、長軸方向に対し均一なエネルギー密度を持つ線状のレーザスポットを被照射体に照射することができる、レーザ照射装置の提案を課題とする。さらに本発明は、線状のビームスポットの長軸と交差する方向に向かって結晶粒を連続的に成長させることができる、レーザ照射装置の提案を課題とする。また、被照射体に対するレーザ照射のスループットを向上させることができるレーザ照射装置の提案を課題とする。   In view of the above-described problems, the present invention proposes a laser irradiation apparatus that can irradiate an irradiated body with a linear laser spot having a uniform energy density in the major axis direction without complicating the optical system. Is an issue. Another object of the present invention is to propose a laser irradiation apparatus capable of continuously growing crystal grains in a direction intersecting with the long axis of a linear beam spot. It is another object of the present invention to provide a laser irradiation apparatus that can improve the throughput of laser irradiation on an object to be irradiated.

また本発明は上述した問題に鑑み、光学系を複雑化させることなく、長軸方向に対し均一なエネルギー密度を持つ線状のレーザスポットを半導体膜に照射することができる、半導体装置の作製方法の提案を課題とする。さらに本発明は、線状のビームスポットの長軸と交差する方向に向かって結晶粒を連続的に成長させることができるレーザ照射装置の提案を課題とする。また、半導体膜に対するレーザ照射のスループットを向上させることができる半導体装置の作製方法の提案を課題とする。   In addition, in view of the above-described problems, the present invention can irradiate a semiconductor film with a linear laser spot having a uniform energy density in the long axis direction without complicating the optical system. The proposal of Another object of the present invention is to propose a laser irradiation apparatus capable of continuously growing crystal grains in a direction intersecting with the long axis of a linear beam spot. Another object is to propose a method for manufacturing a semiconductor device, which can improve the throughput of laser irradiation on a semiconductor film.

本発明の一形態は、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、光学系を用いて一軸方向に高速に走査し、擬似的な線状のビームスポット(以下、擬似線状ビームスポットとする)を形成することを特徴とする。本明細書において擬似線状ビームスポットとは、第1の点と第2の点を結んだ線上においてレーザ光を走査することで形成されるスポットであり、第1の点をレーザ光で照射したことで溶融した領域が固化しないうちに、第2の点にレーザ光が走査されることで形成されるビームスポットである。つまり、擬似線状ビームスポットによって照射された領域は、まるで線状ビームで照射したようにある一定時間溶融している。   In one embodiment of the present invention, a laser beam oscillated from a laser oscillator is scanned at high speed in one axis direction using an optical system, and a pseudo linear beam spot (hereinafter referred to as a pseudo linear beam spot) is obtained. It is characterized by forming. In this specification, the pseudo-linear beam spot is a spot formed by scanning a laser beam on a line connecting the first point and the second point, and the first point is irradiated with the laser beam. This is a beam spot formed by scanning the laser beam on the second point before the melted region is solidified. That is, the region irradiated with the pseudo-linear beam spot is melted for a certain period of time as if irradiated with a linear beam.

そして、レーザ光は、光学系、または光学系とレーザ光に対する被照射体の位置を移動させる手段を用いて、等間隔で並ぶ複数の直線を1つずつなぞるように走査される。複数の直線のうち隣り合う直線をなぞることで形成される、第1の擬似線状ビームスポットと第2の擬似線状ビームスポットは、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向において互いに部分的に重なるようにする。また、先に形成された第1の擬似線状ビームスポットにおける被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を走査して、次に形成される第2の擬似線状ビームスポットを形成する。これにより、擬似線状ビームの長軸と交差する方向に、被照射体の結晶粒を伸ばすことが可能となる。   Then, the laser beam is scanned so as to trace a plurality of straight lines arranged at equal intervals one by one using an optical system or means for moving the position of the irradiated object relative to the optical system and the laser beam. The first quasi-linear beam spot and the second quasi-linear beam spot, which are formed by tracing adjacent straight lines out of a plurality of straight lines, are part of each other in the direction intersecting the long axis of the quasi-linear beam spot. To overlap. Further, before the irradiated object in the first pseudo-linear beam spot formed earlier is solidified, the laser beam is scanned to form a second pseudo-linear beam spot to be formed next. . As a result, the crystal grains of the irradiated object can be extended in the direction intersecting the long axis of the pseudo-linear beam.

本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、直線上を往復するようにレーザ発振器から発振されたレーザ光を走査して、擬似線状ビームスポットを形成する光学系と、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向にレーザ光に対する被照射体の相対的な位置を移動させる手段とを有する。擬似線状ビームスポットが照射される第1の被照射体領域と、第1の被照射体領域が照射された後に引き続き、擬似線状ビームスポットが照射される第2の被照射体領域は、部分的に重なるように、移動させる手段により被照射体を移動し、擬似線状ビームスポットにおいて照射されたレーザ光が第1の被照射体領域に吸収されて、第1の被照射体領域が溶融し固化するよりも前に、移動させる手段により擬似線状ビームスポットの照射位置を第1の被照射体領域から第2の被照射体領域に移動することを特徴とする。   One form of the laser irradiation apparatus of the present invention includes a laser oscillator, an optical system that scans laser light oscillated from the laser oscillator so as to reciprocate on a straight line, and forms a quasi-linear beam spot, and a quasi-linear beam And means for moving the relative position of the irradiated object with respect to the laser beam in a direction crossing the long axis of the beam spot. A first irradiated region to be irradiated with the pseudo-linear beam spot, and a second irradiated region to be irradiated with the pseudo-linear beam spot after the first irradiated region is irradiated, The irradiated object is moved by the moving means so as to partially overlap, and the laser beam irradiated at the pseudo-linear beam spot is absorbed by the first irradiated object region, so that the first irradiated object region becomes Prior to melting and solidifying, the irradiation position of the pseudo-linear beam spot is moved from the first irradiated region to the second irradiated region by the moving means.

本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、直線上を往復するように、レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系と、レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を、レーザ光の走査方向と交差する方向に移動する手段とを有する。光学系及び移動する手段により、レーザ光を被照射体上において波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査し、波形状または鋸歯状の線の第1の方向転換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、第1の方向転換点をレーザ光で照射したときの第1のビームスポットと、第3の方向転換点をレーザ光で照射したときの第2のビームスポットは部分的に重なるようにし、第1のビームスポットにおいてレーザ光が照射され、被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を第1の方向転換点から第3の方向転換点へ走査することを特徴とする。   In one embodiment of the laser irradiation apparatus of the present invention, a laser oscillator, an optical system that scans laser light oscillated from the laser oscillator so as to reciprocate on a straight line, and a relative position of an irradiated object with respect to the laser light are determined. And means for moving in a direction crossing the scanning direction of the laser beam. The optical system and the moving means scan the laser beam on the irradiated object so as to follow a wave shape or a sawtooth line, and the second direction change from the first turning point of the wave shape or the sawtooth line. When scanning to the third turning point via the point, when the first turning point is irradiated with the laser beam, and when the third turning point is irradiated with the laser beam The second beam spot is partially overlapped, and the laser beam is irradiated from the first turning point to the third beam before the irradiated laser beam is irradiated at the first beam spot and the irradiated object is solidified. It scans to a turning point.

本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように走査する光学系とを有する。複数の直線のうち第1の直線をなぞるように走査して形成する第1の擬似線状ビームスポットと、第1の直線と隣り合う第2の直線をなぞるように走査して形成する第2の擬似線状ビームスポットは、部分的に重なり、第1の擬似線状ビームスポットにおける被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を走査して、第2の擬似線状ビームスポットを形成することを特徴とする。   One embodiment of the laser irradiation apparatus of the present invention includes a laser oscillator and an optical system that scans laser light oscillated from the laser oscillator so as to trace a plurality of straight lines arranged at equal intervals one by one. A first pseudo-linear beam spot formed by scanning to trace the first straight line among the plurality of straight lines, and a second formed by scanning to trace the second straight line adjacent to the first straight line. The quasi-linear beam spot partially overlaps and forms a second quasi-linear beam spot by scanning the laser beam before the irradiated object in the first quasi-linear beam spot solidifies. It is characterized by doing.

本発明のレーザ照射装置の一形態は、レーザ発振器と、レーザ発振器から発振されたレーザ光を、波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査する光学系とを有する。波形状または鋸歯状の線の第1の方向転換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、第1の方向転換点を中心とする第1のビームスポットと、第3の方向転換点を中心とする第2のビームスポットは部分的に重なるように、レーザ光を走査し、第1のビームスポットにおける被照射体が固化するよりも前に、レーザ光を第1の方向転換点から第3の方向転換点まで走査することを特徴とする。   One embodiment of the laser irradiation apparatus of the present invention includes a laser oscillator and an optical system that scans laser light oscillated from the laser oscillator so as to trace a wave shape or a sawtooth line. The first beam centered on the first turning point when scanning from the first turning point of the wave shape or sawtooth line to the third turning point via the second turning point The laser beam is scanned so that the spot and the second beam spot centered on the third turning point partially overlap, and the laser beam is irradiated before the irradiated object in the first beam spot is solidified. The light is scanned from the first turning point to the third turning point.

本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、半導体膜の第1の領域を溶融するため、レーザ光を第1の方向に沿って第1の走査をし、第1の走査の後、半導体膜の第2の領域を溶融するため、レーザ光を第2の方向に沿って第2の走査をし、第1の領域は第2の領域と部分的に重なり、第2の走査をしている間は第1の領域の少なくとも一部は溶融状態にあることを特徴とする。   In one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a first scan of laser light is performed along a first direction in order to melt a first region of a semiconductor film. In order to melt the second region of the film, the laser beam is scanned in the second direction along the second direction, the first region partially overlaps the second region, and the second scan is performed. During this time, at least a part of the first region is in a molten state.

本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、波形状または鋸歯状の線をなぞるように、半導体膜をレーザ光で走査し、波形状または鋸歯状の線の第1の方向変換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、第1の方向転換点を中心とする第1のビームスポットと、第3の方向転換点を中心とする第2のビームスポットとが、部分的に重なるようにし、第1のビームスポットにより照射された半導体膜部分が固化するよりも前に、レーザ光を第1のビームスポットから第2のビームスポットへ走査することを特徴とする。   According to one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a semiconductor film is scanned with a laser beam so as to trace a wave shape or a sawtooth line, and the first direction change point of the wave shape or the sawtooth line is changed. When scanning to the third turning point via the two turning points, the first beam spot centered on the first turning point and the second beam centering on the third turning point The laser beam is scanned from the first beam spot to the second beam spot before the beam spot partially overlaps and the semiconductor film portion irradiated by the first beam spot is solidified. It is characterized by.

本発明の半導体装置の作製方法の一形態は、櫛歯状の線をなぞるように、半導体膜を前記レーザ光で走査し、櫛歯状の線の第1の角から第2及び第3の角を経由して第4の角へ走査するとき、第1の角を中心とする第1のビームスポットと、第4の角を中心とする第2のビームスポットとが、部分的に重なるようにし、第1のビームスポットにより照射された半導体膜部分が固化するよりも前に、レーザ光を第1のビームスポットから第2のビームスポットへ走査することを特徴とする。   In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor film is scanned with the laser light so as to trace a comb-like line, and the second and third lines are scanned from the first corner of the comb-like line. When scanning to the fourth corner via the corner, the first beam spot centered on the first corner and the second beam spot centered on the fourth corner are partially overlapped. In addition, the laser beam is scanned from the first beam spot to the second beam spot before the semiconductor film portion irradiated by the first beam spot is solidified.

以上のようなレーザ光照射装置または半導体装置の作製方法を用いると、被照射体中において固液界面を一方向に連続的に移動させることができる。   When the laser beam irradiation apparatus or the semiconductor device manufacturing method as described above is used, the solid-liquid interface can be continuously moved in one direction in the irradiated body.

例えば連続発振のレーザ光の場合、レーザ光の照射により半導体膜が溶融してから完全に固化するまでの時間は、非特許文献1にあるように、おおよそ100nsである。この場合、一軸方向における上記レーザ光の走査の周波数を10MHz以上として擬似線状ビームスポットを形成すれば良い。上記構成により、擬似線状ビームスポット内の半導体膜の溶融している領域が完全に固化する前に、該半導体膜の溶融した領域と一部重なる領域に次の擬似線状ビームスポットを照射し、固液界面を擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に連続的に移動させることができる。そして、固液界面を連続的に移動させた結果、例えば擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向における幅が10〜30μm、前記長軸方向における幅が1〜5μm程度の結晶粒の集合を形成することができる。そして擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することで、キャリアが移動する方向と交差するような結晶粒界がほとんど存在しないTFTを、形成することが可能となる。   For example, in the case of a continuous wave laser beam, the time from when the semiconductor film is melted by laser beam irradiation until it is completely solidified is approximately 100 ns as described in Non-Patent Document 1. In this case, the quasi-linear beam spot may be formed by setting the scanning frequency of the laser beam in the uniaxial direction to 10 MHz or more. With the above configuration, before the melted region of the semiconductor film in the quasi-linear beam spot is completely solidified, the next quasi-linear beam spot is irradiated to the region partially overlapping with the melted region of the semiconductor film. The solid-liquid interface can be continuously moved in the direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot. As a result of continuously moving the solid-liquid interface, for example, a set of crystal grains having a width in the direction intersecting the major axis of the pseudo-linear beam spot of 10 to 30 μm and a width in the major axis direction of about 1 to 5 μm. Can be formed. Then, by forming single crystal grains that extend long along the direction intersecting the long axis of the quasi-linear beam spot, a TFT having few crystal grain boundaries that intersect with the direction in which carriers move is obtained. It becomes possible to form.

表面科学 Vol.24,No.6,pp.375―382,2003Surface Science Vol. 24, no. 6, pp. 375-382, 2003

なお、擬似線状ビームスポットを形成するための、一軸方向におけるレーザ光の走査の周波数は、半導体膜を溶融させることができる程度に、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネルギーを確保できるよう、その上限を決めれば良い。   Note that the scanning frequency of the laser beam in the uniaxial direction for forming the quasi-linear beam spot ensures the total energy of the laser beam irradiated to an arbitrary point to such an extent that the semiconductor film can be melted. The upper limit should be decided so that it can be done.

また本発明で用いるレーザ光は、連続発振に限定されない。例えば、パルス発振のレーザ光の発振周波数を100MHz以上とし、通常用いられている数十Hz〜数百Hzの周波数帯よりも著しく高い周波数帯を用いてレーザ結晶化を行なっても良い。パルス発振でレーザ光を半導体膜に照射してから半導体膜が完全に固化するまでの時間は数十ns〜数百nsと言われている。よって、レーザ光の走査の周波数を数十〜数百MHzとすることで、擬似線状ビームスポット内の半導体膜の溶融している領域が完全に固化する前に、次の擬似線状ビームスポットを該半導体膜の溶融した領域と一部重なる領域に照射できる。したがって、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるので、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に向かって連続的に成長した結晶粒を有する半導体膜が形成される。具体的には、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向における幅が10〜30μm、前記長軸方向における幅が1〜5μm程度の結晶粒の集合を形成することができる。擬似線状ビームの長軸と交差する方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することで、キャリアが移動する方向と交差するような結晶粒界がほとんど存在しないTFTを、形成することが可能となる。   The laser beam used in the present invention is not limited to continuous oscillation. For example, the laser crystallization may be performed by setting the oscillation frequency of pulsed laser light to 100 MHz or more and using a frequency band significantly higher than a frequency band of several tens to several hundreds Hz that is normally used. It is said that the time from when the semiconductor film is irradiated with laser light by pulse oscillation until the semiconductor film is completely solidified is several tens to several hundred ns. Therefore, by setting the scanning frequency of the laser beam to several tens to several hundreds of MHz, the next pseudo linear beam spot can be obtained before the melted region of the semiconductor film in the pseudo linear beam spot is completely solidified. Can be irradiated to a region partially overlapping with the melted region of the semiconductor film. Therefore, since the solid-liquid interface can be continuously moved in the semiconductor film, a semiconductor film having crystal grains continuously grown in the direction intersecting with the long axis of the pseudo-linear beam spot is formed. . Specifically, a set of crystal grains having a width in the direction intersecting with the major axis of the quasi-linear beam spot of 10 to 30 μm and a width in the major axis direction of about 1 to 5 μm can be formed. By forming single crystal grains that extend long along the direction intersecting the long axis of the quasi-linear beam, a TFT having few crystal grain boundaries that intersect the direction in which carriers move is formed. It becomes possible.

また、上述したような著しく高い発振周波数を用いる場合、必然的にパルス幅もその発振周波数に合わせてps(pico second)のオーダー若しくはそれ以下まで短くなる。それによってレーザ光を基板に対して垂直の方向から照射しても、基板の裏面における光の反射によって生じる干渉が抑えられるという、副次的な効果も得ることができる。干渉が抑えられるのは、1mm程度のガラス基板を往復して半導体膜に戻ってきた光と、新たに半導体膜に入射する光とが混在している時間が、psのオーダーのパルス幅だと著しく短くすることができるからである。通常の発振周波数を用いたパルス発振のレーザでは、パルス幅が10ns〜数100nsであり、この期間に光が進む距離は3m〜100m程度である。しかし、著しく高い発振周波数を用いる場合、パルス幅はpsのオーダーである。例えばパルス幅10psの期間に光が進む距離は3mm程度であり、通常の発振周波数のパルス発振のレーザに比べてその距離が著しく短い。よって、1mm程度のガラス基板を往復して半導体膜に戻ってきた光と、新たに半導体膜に入射する光とが混在している時間が短く、干渉が抑えられやすい。よって、干渉の影響を考慮してレーザ光を半導体膜に対して斜めに照射する必要がなくなり、レーザ光を基板に対して垂直の方向から照射することができる。したがって光学設計が容易になり、得られるビームスポットのエネルギー分布をより均一にすることができる。またレーザ光を斜めに照射する場合、被照射体の走査方向によってレーザ光の照射条件が変化するため、均一なレーザアニールを行なうことが難しい。この場合、均一なレーザアニールを行なうためには、一方向の走査のみによってレーザアニールを行なう必要があり、スループットを犠牲にせざるを得ない。しかし著しく高い発振周波数を用いる場合、垂直にレーザ光を照射することができるので、走査方向によってレーザ光の照射条件が変化することがない。よって被照射体を往復させるように走査してもレーザアニールの均一性が損なわれることがない。   When a remarkably high oscillation frequency as described above is used, the pulse width is inevitably shortened to the order of ps (pico second) or less in accordance with the oscillation frequency. Accordingly, even if the laser beam is irradiated from a direction perpendicular to the substrate, a secondary effect that interference caused by light reflection on the back surface of the substrate can be suppressed can be obtained. Interference can be suppressed when the time during which the light returning to the semiconductor film after reciprocating on the glass substrate of about 1 mm and the light newly incident on the semiconductor film is mixed is a pulse width on the order of ps. This is because it can be significantly shortened. In a pulse oscillation laser using a normal oscillation frequency, the pulse width is 10 ns to several 100 ns, and the distance traveled by light during this period is about 3 m to 100 m. However, when using a significantly higher oscillation frequency, the pulse width is on the order of ps. For example, the distance traveled by light during a period of 10 ps is about 3 mm, and the distance is significantly shorter than that of a pulsed laser having a normal oscillation frequency. Therefore, the time in which the light returning to the semiconductor film after reciprocating on the glass substrate of about 1 mm and the light newly incident on the semiconductor film are mixed is short, and interference can be easily suppressed. Therefore, it is not necessary to irradiate the semiconductor film obliquely with respect to the semiconductor film in consideration of the influence of interference, and the laser light can be irradiated from a direction perpendicular to the substrate. Therefore, the optical design becomes easy and the energy distribution of the obtained beam spot can be made more uniform. In addition, when the laser beam is irradiated obliquely, it is difficult to perform uniform laser annealing because the irradiation condition of the laser beam changes depending on the scanning direction of the irradiated object. In this case, in order to perform uniform laser annealing, it is necessary to perform laser annealing only by scanning in one direction, and throughput must be sacrificed. However, when a remarkably high oscillation frequency is used, the laser beam can be irradiated vertically, so that the irradiation condition of the laser beam does not change depending on the scanning direction. Therefore, the uniformity of laser annealing is not impaired even if the irradiation object is scanned so as to reciprocate.

また、従来のパルス発振のレーザを用いて結晶化を行なった場合、結晶の粒界において、酸素、窒素、炭素等の不純物が偏析する傾向がある。特にレーザ光を用いた結晶化と触媒金属を用いた結晶化とを組み合わせた場合は、ゲッタリングしきれなかった触媒金属が偏析することもある。本発明では、固液界面を連続的に移動させることができるので、帯域溶融法のごとく、偏析係数が正の不純物の偏析を防ぎ、半導体膜の純化や溶質濃度の一様化を行なうことができる。したがって、該半導体膜を用いた半導体素子の特性を高め、また特性のバラツキを抑えることができる。   Further, when crystallization is performed using a conventional pulsed laser, impurities such as oxygen, nitrogen, and carbon tend to segregate at the crystal grain boundaries. In particular, when crystallization using laser light and crystallization using a catalyst metal are combined, the catalyst metal that could not be gettered may be segregated. In the present invention, since the solid-liquid interface can be continuously moved, as in the zone melting method, segregation of impurities with a positive segregation coefficient can be prevented, and the semiconductor film can be purified and the solute concentration can be made uniform. it can. Therefore, characteristics of a semiconductor element using the semiconductor film can be improved and variation in characteristics can be suppressed.

本発明では、連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザなどがあり、固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、Y23レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザなどが挙げられる。 In the present invention, a continuous wave gas laser or solid state laser can be used. Examples of gas lasers include Ar laser and Kr laser, and solid-state lasers include YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, Y 2 O 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, and Ti: sapphire laser. Etc.

また本発明では、周波数100MHz以上でパルス発振させることができるレーザを用いることができる。上記周波数での発振が可能であるならば、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザ、CO2レーザ、YAGレーザ、Y23レーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることができる。 In the present invention, a laser capable of pulse oscillation at a frequency of 100 MHz or more can be used. If oscillation at the above frequency is possible, Ar laser, Kr laser, excimer laser, CO 2 laser, YAG laser, Y 2 O 3 laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, glass laser, ruby laser Alexandrite laser, Ti: sapphire laser, copper vapor laser or gold vapor laser can be used.

なお本発明の半導体装置の作製方法は、集積回路や半導体表示装置の作製方法に用いることができる。半導体表示装置は、例えば液晶表示装置、有機発光素子に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)等が挙げられる。   Note that the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention can be used for a method for manufacturing an integrated circuit or a semiconductor display device. Examples of the semiconductor display device include a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element represented by an organic light emitting element in each pixel, a DMD (Digital Micromirror Device), a PDP (Plasma Display Panel), an FED (Field Emission Display), and the like. Can be mentioned.

従来のように、光学系のみを用いて線状のビームスポットを形成する場合、ビームスポット内の長軸方向におけるエネルギー分布の均一化に限界が生じていた。本発明の場合、ビームスポットを一軸方向に高速に、そして隣り合うスポット同士が重なるように走査することで擬似線状ビームスポットを形成している。よって、擬似線状ビームスポットの長軸方向におけるエネルギー分布を、従来の線状のビームスポットの場合に比べて、光学系を複雑化させることなく、より均一にすることができる。したがって、擬似線状ビームスポットの長軸方向における半導体膜の結晶性をより均一にすることができ、該半導体膜を用いて形成された半導体素子の特性のばらつきを抑えることができる。   Conventionally, when a linear beam spot is formed using only an optical system, there has been a limit to uniform energy distribution in the major axis direction in the beam spot. In the case of the present invention, the quasi-linear beam spot is formed by scanning the beam spot at high speed in one axis direction so that adjacent spots overlap each other. Therefore, the energy distribution in the major axis direction of the quasi-linear beam spot can be made more uniform without complicating the optical system than in the case of the conventional linear beam spot. Therefore, the crystallinity of the semiconductor film in the major axis direction of the quasi-linear beam spot can be made more uniform, and variations in characteristics of semiconductor elements formed using the semiconductor film can be suppressed.

また従来のように、長軸方向におけるエネルギー分布の均一化に限界が生じると、線状のビームスポットを長軸方向により長く引き伸ばすことが難しくなるため、スループットの向上が妨げられる。本発明の場合、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネルギーを確保しつつ、長軸方向におけるレーザ光の走査速度を高めることで、擬似線状ビームスポットの長軸方向における幅をより長くすることができる。よって、光学系を複雑化させることなく、レーザ照射のスループットをより高めることが可能になる。   In addition, when there is a limit to the uniform energy distribution in the long axis direction as in the prior art, it becomes difficult to extend the linear beam spot longer in the long axis direction, which hinders improvement in throughput. In the case of the present invention, the width of the quasi-linear beam spot in the major axis direction is further increased by increasing the scanning speed of the laser beam in the major axis direction while ensuring the total energy of the laser beam irradiated to an arbitrary point. Can be long. Therefore, the throughput of laser irradiation can be further increased without complicating the optical system.

また従来のように線状のビームスポットを形成する場合は、レーザ光を集光するための光学系として、シリンドリカルレンズを用いる必要があった。本発明では、擬似線状ビームスポットを形成するためのビームスポットは、その形状が円形であっても良い。円形のビームスポットを用いる場合、レーザ光を集光するための光学系として、球面レンズを用いることができる。そして球面レンズは、一般的にシリンドリカルレンズよりも精度が高いので、エネルギー密度がより高く、径がより短いビームスポットを形成することが可能である。よって本発明では、従来の線状のビームスポットの場合に比べ、擬似線状ビームスポットの短軸方向における幅を短くすることができ、長軸方向における幅をより長くすることができるので、スループットをより高めることができる。   Further, when forming a linear beam spot as in the prior art, it is necessary to use a cylindrical lens as an optical system for condensing laser light. In the present invention, the beam spot for forming the quasi-linear beam spot may have a circular shape. When a circular beam spot is used, a spherical lens can be used as an optical system for condensing laser light. Since the spherical lens is generally more accurate than the cylindrical lens, it is possible to form a beam spot having a higher energy density and a shorter diameter. Therefore, in the present invention, the width in the minor axis direction of the pseudo-linear beam spot can be shortened and the width in the major axis direction can be made longer than in the case of the conventional linear beam spot. Can be further enhanced.

また、固液界面を擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に連続的に移動させることで、大粒径の結晶粒を形成することができる。これにより、一つの結晶粒径内で少なくとも一つのアイランド化された半導体膜を形成できるため、キャリアが結晶粒界でトラップされることがなく、キャリアの輸送特性が低下しない半導体装置を提供できる。   Further, by continuously moving the solid-liquid interface in the direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot, large crystal grains can be formed. Accordingly, since at least one islanded semiconductor film can be formed within one crystal grain size, a carrier is not trapped at a crystal grain boundary, and a semiconductor device in which carrier transport characteristics are not deteriorated can be provided.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、以下の実施の形態や実施例におけるビームスポットの形状は円形に限定するものでなく、楕円や四角でもよい。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention can be implemented in many different modes, and those skilled in the art can easily understand that the modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Is done. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of this embodiment mode. In addition, the shape of the beam spot in the following embodiments and examples is not limited to a circle, and may be an ellipse or a square.

(実施の形態1)
まず図1を用いて、本発明で用いる擬似線状ビームスポットの形成について説明する。図1(A)に、実線の矢印で示すように、レーザ光のビームスポット101を一軸方向において走査するまたは直線的に走査することで、擬似線状ビームスポット100を形成している様子を示す。
(Embodiment 1)
First, the formation of the quasi-linear beam spot used in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A shows a state in which a quasi-linear beam spot 100 is formed by scanning a laser beam spot 101 in a uniaxial direction or linearly as indicated by a solid arrow. .

図1(A)では、ビームスポット101を往復させるように走査して、擬似線状ビームスポット100を形成している。しかし本発明はこの構成に限定されず、ビームスポット101を一方向にのみ走査し、擬似線状ビームスポット100を形成するようにしても良い。また図1(A)では、ビームスポット101を、図1(A)の左から右へ走査した後、再び右から左へ走査している様子を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明では、擬似線状ビームスポット100内の任意の一点において、ビームスポット101が少なくとも1回走査されていれば良い。   In FIG. 1A, the quasi-linear beam spot 100 is formed by scanning the beam spot 101 so as to reciprocate. However, the present invention is not limited to this configuration, and the quasi-linear beam spot 100 may be formed by scanning the beam spot 101 only in one direction. FIG. 1A shows a state in which the beam spot 101 is scanned from left to right in FIG. 1A and then scanned again from right to left. However, the present invention is limited to this configuration. Not. In the present invention, the beam spot 101 only needs to be scanned at least once at an arbitrary point in the pseudo-linear beam spot 100.

ビームスポット101の走査は、例えば被照射体が半導体膜である場合、レーザ光の照射により溶融した半導体膜の任意の一点が完全に固化するまでに、再び該一点にレーザ光を照射することができる程度の速度とする。つまり図1(A)の場合、擬似線状ビームスポット100内において、一軸方向の右端においてビームスポット101により溶融された領域が完全に固化しないうちに、一軸方向の左端にビームスポット101が走査されるように、ビームスポット101の走査速度を設定すれば良い。こうすることで、ある一定時間、線状に溶融している擬似線状ビームスポットを形成できる。   For example, when the irradiated object is a semiconductor film, the beam spot 101 may be irradiated again with a laser beam until an arbitrary point of the semiconductor film melted by the laser beam irradiation is completely solidified. Make it as fast as possible. That is, in the case of FIG. 1A, the beam spot 101 is scanned at the left end in the uniaxial direction before the region melted by the beam spot 101 at the right end in the uniaxial direction in the pseudo-linear beam spot 100 is not completely solidified. Thus, the scanning speed of the beam spot 101 may be set. By doing so, it is possible to form a quasi-linear beam spot that is melted linearly for a certain period of time.

また、パルス発振のビームスポットで擬似線状ビームスポットを形成する場合は、隣り合うビームスポット同士が互いに重なるように走査する。   Further, when forming a quasi-linear beam spot with a pulse oscillation beam spot, scanning is performed so that adjacent beam spots overlap each other.

また一軸方向におけるレーザ光の走査速度は、半導体膜を溶融させることができる程度に、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネルギーを確保できる程度とする。   The scanning speed of the laser light in the uniaxial direction is such that the total energy of the laser light irradiated to any one point can be secured to such an extent that the semiconductor film can be melted.

なお本実施の形態では、ビームスポット101を一軸方向においてのみ走査させることで、擬似線状ビームスポット100を形成している例について示しているが、本発明はこの構成に限定されない。結果的に擬似線状ビームスポット100を形成することができるのであれば、2つ以上の方向においてビームスポットを走査しても良い。   In this embodiment, an example is shown in which the quasi-linear beam spot 100 is formed by scanning the beam spot 101 only in one axis direction, but the present invention is not limited to this configuration. As a result, if the pseudo-linear beam spot 100 can be formed, the beam spot may be scanned in two or more directions.

そして本発明では、擬似線状ビームスポット100を、一軸方向と交差する方向、言い換えると擬似線状ビームスポット100の長軸と交差する方向に向かって、更に走査する。図1(B)に、図1(A)に示した擬似線状ビームスポット100を、破線の矢印で示すように長軸と交差する方向に向かって走査し、擬似線状ビームスポット103を形成している様子を示す。   In the present invention, the quasi-linear beam spot 100 is further scanned in a direction crossing the uniaxial direction, in other words, in a direction crossing the long axis of the quasi-linear beam spot 100. In FIG. 1B, the quasi-linear beam spot 100 shown in FIG. 1A is scanned in the direction intersecting the long axis as indicated by the dashed arrow to form the quasi-linear beam spot 103. It shows how it is doing.

擬似線状ビームスポット100内の領域は、半導体膜が完全に固化されていない状態にある。よって、擬似線状ビームスポット100が照射された半導体膜が固化する前に、擬似線状ビームスポット100と部分的に重なる擬似線状ビームスポット103を、半導体膜に照射することで、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができる。   The region in the quasi-linear beam spot 100 is in a state where the semiconductor film is not completely solidified. Therefore, before the semiconductor film irradiated with the quasi-linear beam spot 100 is solidified, the semiconductor film is irradiated with the quasi-linear beam spot 103 that partially overlaps the quasi-linear beam spot 100. Can move the solid-liquid interface continuously.

図1(C)に、上記動作を繰り返し、半導体膜を結晶化している様子を示す。図1(C)では、レーザ光のビームスポット101を、矢印で示すように、等間隔で対向する複数の直線をなぞらせるように走査して、被照射体である半導体膜102を結晶化する。このとき、ある直線をなぞるようにして形成した擬似線状ビームスポット100と、次の直線をなぞるようにして形成した擬似線状ビームスポット103とが、図1(B)に示すとおり、互いに部分的に重なるように擬似線状ビームスポットを走査する。これにより、破線の矢印で示した走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することができる。具体的には、擬似線状ビームスポット100と擬似線状ビームスポット103それぞれの一方の長辺に沿った領域を重ねるようにする。   FIG. 1C shows a state in which the above operation is repeated and the semiconductor film is crystallized. In FIG. 1C, the laser beam spot 101 is scanned so as to trace a plurality of straight lines facing each other at equal intervals as indicated by arrows, and the semiconductor film 102 which is an object to be irradiated is crystallized. To do. At this time, a quasi-linear beam spot 100 formed so as to trace a certain straight line and a quasi-linear beam spot 103 formed so as to trace the next straight line are partially separated as shown in FIG. The quasi-linear beam spot is scanned so as to overlap each other. As a result, single crystal grains extending long along the scanning direction indicated by the broken arrow can be formed. Specifically, the regions along one long side of each of the pseudo-linear beam spot 100 and the pseudo-linear beam spot 103 are overlapped.

また、レーザ光の走査速度としては、擬似線状ビームスポット100においてレーザ光に照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット103を形成できる程度の速度とする。より厳密にいえば、擬似線状ビームスポット100を形成するための複数のビームスポットのうち、任意のビームスポットで溶融した被照射体領域が固化する前に、擬似線状ビームスポット103を形成するための複数のビームスポットの一つを、その被照射体領域に重なるように照射する。こうすることで、被照射体の結晶粒を一方向に連続的に成長させることができ、大粒径を形成できる。   The scanning speed of the laser light is set to a speed at which the pseudo linear beam spot 103 can be formed before the irradiated object irradiated with the laser light in the pseudo linear beam spot 100 is solidified. More precisely, among the plurality of beam spots for forming the pseudo-linear beam spot 100, the pseudo-linear beam spot 103 is formed before the irradiated region melted at any beam spot is solidified. One of a plurality of beam spots is irradiated so as to overlap the irradiated object region. By carrying out like this, the crystal grain of a to-be-irradiated body can be made to grow continuously to one direction, and a large grain size can be formed.

シリコンがレーザに照射されて固化するまでの時間は約100nsである。したがって、被照射体がシリコンの場合は、擬似線状ビームスポット100が形成され始めてから100ns以内に、擬似線状ビームスポット103を形成するとよい。   The time required for the silicon to be solidified by irradiation with the laser is about 100 ns. Therefore, when the irradiated object is silicon, the pseudo-linear beam spot 103 is preferably formed within 100 ns after the pseudo-linear beam spot 100 starts to be formed.

次に、本発明のレーザ照射装置の構成について説明する。図2に、本発明のレーザ照射装置の一形態を示す。図2に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器201と、集光用光学系202と、ミラー203と、音響光学素子204と、fθレンズ205と、ステージ206と、X軸方向位置制御手段209と、Y軸方向位置制御手段210とを有している。   Next, the structure of the laser irradiation apparatus of this invention is demonstrated. FIG. 2 shows an embodiment of the laser irradiation apparatus of the present invention. 2 includes a laser oscillator 201, a condensing optical system 202, a mirror 203, an acoustooptic element 204, an fθ lens 205, a stage 206, an X-axis direction position control unit 209, Y-axis direction position control means 210.

レーザ発振器201には、レーザ光を連続発振できる発振器、もしくは周波数100MHz以上でレーザ光をパルス発振できる発振器を用いることができる。本実施の形態では、例えば出力10Wの連続発振のYVO4レーザを用い、断面が直径1mmの円形を有するレーザ光をレーザ発振器201から発振したものと仮定する。 As the laser oscillator 201, an oscillator that can continuously oscillate laser light or an oscillator that can oscillate laser light at a frequency of 100 MHz or more can be used. In this embodiment, it is assumed that, for example, a continuous wave YVO 4 laser with an output of 10 W is used, and a laser beam having a circular shape with a cross section of 1 mm in diameter is oscillated from the laser oscillator 201.

レーザ発振器201から発振されたレーザ光は、集光用光学系202に入射する。集光用光学系202は、レーザ光を集光することができる光学系であれば良く、例えば球面レンズ、フレネルレンズなどを用いることができる。本実施の形態では、集光用光学系202において、円形を有するレーザ光の断面が、直径1mmから0.1mmに縮小されたものと仮定する。集光用光学系202において集光されたレーザ光は、ミラー203において反射し、音響光学素子204に入射する。   The laser light oscillated from the laser oscillator 201 enters the condensing optical system 202. The condensing optical system 202 only needs to be an optical system that can condense laser light. For example, a spherical lens or a Fresnel lens can be used. In the present embodiment, it is assumed that in the condensing optical system 202, the circular cross section of the laser beam is reduced from 1 mm to 0.1 mm in diameter. The laser beam condensed by the condensing optical system 202 is reflected by the mirror 203 and enters the acoustooptic device 204.

音響光学素子204は、超音波などの高周波数を有する音波を加えることで屈折率が周期的に変調するので、入射したレーザ光をGHz単位の高周期で偏向させることができる。よって音響光学素子204を用いることで、ビームスポットを高周期でもって一軸方向に繰り返し走査することが可能になる。なお本実施の形態では、ビームスポットを一軸方向に繰り返し走査するための光学系として音響光学素子を用いているが、本発明はこの構成に限定されない。ビームスポットを高周期でもって一軸方向に繰り返し走査することができる光学系であれば良く、例えばポリゴンミラー、レゾナントスキャナを用いることができる。   The acoustooptic device 204 periodically modulates the refractive index by applying a sound wave having a high frequency such as an ultrasonic wave, so that the incident laser light can be deflected at a high period in GHz. Therefore, by using the acoustooptic device 204, it becomes possible to repeatedly scan the beam spot in a uniaxial direction with a high period. In this embodiment, an acousto-optic element is used as an optical system for repeatedly scanning a beam spot in one axis direction, but the present invention is not limited to this configuration. Any optical system that can repeatedly scan a beam spot in a uniaxial direction with a high period may be used. For example, a polygon mirror or a resonant scanner can be used.

音響光学素子204において偏向されたレーザ光は、fθレンズ205に入射される。fθレンズ205は、被照射体において常に焦点を結ぶように、偏向されたレーザ光を集光することができる。ステージ206は、被照射体を載置することができる。図2では被照射体として、基板207上に形成された半導体膜208を用いている例を示す。fθレンズ205により、ステージ206上に載置された半導体膜208においてレーザ光が焦点を結ぶことで、一軸方向に周期的に走査されているビームスポットを形成することができる。この一軸方向に周期的に走査しているビームスポットの軌跡を、図2では擬似線状ビームスポット211として示す。   The laser beam deflected by the acoustooptic device 204 is incident on the fθ lens 205. The fθ lens 205 can collect the deflected laser light so as to always focus on the irradiated object. The stage 206 can place an object to be irradiated. FIG. 2 shows an example in which a semiconductor film 208 formed over a substrate 207 is used as an object to be irradiated. The laser beam is focused on the semiconductor film 208 placed on the stage 206 by the fθ lens 205, so that a beam spot periodically scanned in the uniaxial direction can be formed. The locus of the beam spot periodically scanned in the uniaxial direction is shown as a quasi-linear beam spot 211 in FIG.

図3を用いて、音響光学素子204において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポット211が形成される過程を示す。図3(A)〜図3(C)は、図2に示した音響光学素子204、fθレンズ205により偏向されたレーザ光が半導体膜208上を走査する図である。図3(A)〜図3(C)に示すように、実線の矢印で示すレーザ光は、音響光学素子204において偏向された後、fθレンズ205において集光され、半導体膜208において焦点を結んでいる。   A process in which the quasi-linear beam spot 211 is formed by the laser light deflected by the acoustooptic device 204 will be described with reference to FIG. 3A to 3C are diagrams in which the laser beam deflected by the acoustooptic device 204 and the fθ lens 205 illustrated in FIG. As shown in FIGS. 3A to 3C, the laser beam indicated by the solid line arrow is deflected by the acousto-optic element 204, condensed by the fθ lens 205, and focused on the semiconductor film 208. It is out.

そして図3(A)、図3(B)、図3(C)の順に音響光学素子204の屈折率が変調していると仮定すると、レーザ光が白抜きの矢印で示す偏向方向に向かって偏向される。そしてレーザ光の偏向に伴い、半導体膜208においてレーザ光が焦点を結んでいる領域、すなわちビームスポットが、一軸方向に走査される。   If it is assumed that the refractive index of the acoustooptic device 204 is modulated in the order of FIGS. 3A, 3B, and 3C, the laser light is directed toward the deflection direction indicated by the white arrow. Deflected. Along with the deflection of the laser beam, a region in the semiconductor film 208 where the laser beam is focused, that is, a beam spot, is scanned in a uniaxial direction.

なお擬似線状ビームスポット211内では、半導体膜208が完全に固化されていない状態であることが必要であるため、上記条件を満たす速度で、ビームスポットを一軸方向に走査することが必要である。図2に示すレーザ照射装置の場合、ビームスポットの一軸方向における走査速度は、音響光学素子204に加える音波の周波数で制御することが可能である。   In the pseudo-linear beam spot 211, it is necessary that the semiconductor film 208 is not completely solidified. Therefore, it is necessary to scan the beam spot in a uniaxial direction at a speed satisfying the above condition. . In the case of the laser irradiation apparatus shown in FIG. 2, the scanning speed in the uniaxial direction of the beam spot can be controlled by the frequency of the sound wave applied to the acoustooptic device 204.

本実施の形態では、音響光学素子204における屈折率が、80MHzの周期で変調されているものと仮定する。さらに本実施の形態では、fθレンズ205により、半導体膜208の表面に直径が5μmのビームスポットが形成されたと仮定する。上記条件で擬似線状ビームスポット211を形成した場合、擬似線状ビームスポット211の短軸方向における幅を5μm、一軸方向、すなわち長軸方向における幅を400μm程度とすることができる。   In the present embodiment, it is assumed that the refractive index in the acoustooptic device 204 is modulated with a period of 80 MHz. Further, in this embodiment, it is assumed that a beam spot having a diameter of 5 μm is formed on the surface of the semiconductor film 208 by the fθ lens 205. When the quasi-linear beam spot 211 is formed under the above conditions, the width of the quasi-linear beam spot 211 in the minor axis direction can be 5 μm, and the width in the uniaxial direction, that is, the major axis direction can be about 400 μm.

そして図2に示すレーザ照射装置では、X軸方向にステージ206の位置を移動させることができるX軸方向位置制御手段209を用いて、擬似線状ビームスポット211を、一軸方向と交差する方向(擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向)に走査することができる。つまり、図1(C)の破線の矢印で示す方向に、レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を移動することができる。X軸方向位置制御手段209が動く速度は、一軸方向へのビームスポット101の走査速度よりも非常に遅い。これにより、図1(C)に示すような走査が実現する。X軸方向位置制御手段209は、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向にステージ206を一定速度で移動させる。また図2に示すレーザ照射装置では、さらにX軸方向と直交するY軸方向に、ステージ206の位置を移動させることができるY軸方向位置制御手段210を有している。   In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 2, the X-axis direction position control means 209 that can move the position of the stage 206 in the X-axis direction is used to cross the quasi-linear beam spot 211 in a direction intersecting the uniaxial direction ( It is possible to scan in the direction intersecting the long axis of the quasi-linear beam spot. That is, the relative position of the irradiated object with respect to the laser light can be moved in the direction indicated by the dashed arrow in FIG. The moving speed of the X-axis direction position control means 209 is much slower than the scanning speed of the beam spot 101 in the uniaxial direction. Thereby, scanning as shown in FIG. 1C is realized. The X-axis direction position control means 209 moves the stage 206 at a constant speed in a direction crossing the long axis of the pseudo-linear beam spot. In addition, the laser irradiation apparatus shown in FIG. 2 further includes Y-axis direction position control means 210 that can move the position of the stage 206 in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction.

なお図2では、X軸方向位置制御手段209とY軸方向位置制御手段210の2つの位置制御手段を用いて、ステージ206に対する擬似線状ビームスポット211の相対的な位置を制御しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明のレーザ照射装置は、少なくともX軸方向位置制御手段209を有していれば良い。X軸方向位置制御手段209の他に、ステージ206を、ステージ206を含む面内において回転させることができる位置制御手段を有していても良い。   In FIG. 2, the relative position of the quasi-linear beam spot 211 with respect to the stage 206 is controlled using two position control means, that is, an X-axis direction position control means 209 and a Y-axis direction position control means 210. The present invention is not limited to this configuration. The laser irradiation apparatus of the present invention only needs to have at least the X-axis direction position control means 209. In addition to the X-axis direction position control unit 209, the stage 206 may have a position control unit that can rotate in a plane including the stage 206.

本形態は、音響光学素子204と、少なくともX軸方向位置制御手段209を用いて、図1(C)に示すように等間隔で並ぶ複数の直線をなぞるようにレーザ光を走査し、半導体膜208を結晶化する。   In this embodiment, the acousto-optic element 204 and at least the X-axis direction position control means 209 are used to scan the laser light so as to trace a plurality of straight lines arranged at equal intervals as shown in FIG. Crystallize 208.

本実施の形態では、X軸方向位置制御手段209を用いて、例えば100mm/s以上の走査速度でステージ206をX軸方向に走査する。そして半導体膜208の全面にレーザ光を照射したい場合は、Y軸方向位置制御手段210を用いて擬似線状ビームスポット211を長軸方向に走査し、再びX軸方向位置制御手段209を用いて擬似線状ビームスポット211をX軸方向に走査するという作業を、繰り返せば良い。また、ステージ206に対する擬似線状ビームスポット211の位置を、光学系自体を動かすことで制御しても良い。その場合はステージを動かす必要はなく、図2の201〜205で示す光学系をX軸方向、Y軸方向に動かせばよい。   In the present embodiment, the stage 206 is scanned in the X-axis direction at a scanning speed of, for example, 100 mm / s or more using the X-axis direction position control means 209. When it is desired to irradiate the entire surface of the semiconductor film 208 with laser light, the pseudo-linear beam spot 211 is scanned in the major axis direction using the Y-axis direction position control unit 210, and again using the X-axis direction position control unit 209. The operation of scanning the quasi-linear beam spot 211 in the X-axis direction may be repeated. Further, the position of the quasi-linear beam spot 211 with respect to the stage 206 may be controlled by moving the optical system itself. In that case, it is not necessary to move the stage, and the optical system indicated by 201 to 205 in FIG. 2 may be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction.

なおレーザ発振器201に、レーザ光をパルス発振できる発振器を用いる場合、パルス発振の周波数によって、擬似線状ビームスポット211の長軸方向における長さが制限される。よって擬似線状ビームスポット211は、パルス発振の周波数を考慮に入れて設計する必要がある。具体的には、被照射体の表面に形成されるビームスポットの、一軸方向における径をd[μm]、一軸方向における擬似線状ビームスポット211の幅をL[μm]、音響光学素子204における偏向の周期をf[MHz]とすると、パルス発振の周波数F[MHz]は、以下の数1に示す式を満たせば良い。   Note that in the case of using an oscillator that can oscillate laser light as the laser oscillator 201, the length of the pseudo-linear beam spot 211 in the major axis direction is limited by the frequency of pulse oscillation. Therefore, the quasi-linear beam spot 211 needs to be designed in consideration of the frequency of pulse oscillation. Specifically, the diameter of the beam spot formed on the surface of the irradiated object is d [μm] in the uniaxial direction, the width of the quasi-linear beam spot 211 in the uniaxial direction is L [μm], and If the deflection cycle is f [MHz], the pulse oscillation frequency F [MHz] may satisfy the following equation (1).

Figure 2005333117
Figure 2005333117

例えば、ビームスポットの一軸方向における径dが10μm、擬似線状ビームスポット211の一軸方向における幅Lが200μm、音響光学素子204における偏向の周期fが10MHzだとすると、数1に示す式からパルス発振の周波数Fが400MHz以上であれば良いことがわかる。   For example, if the diameter d in the uniaxial direction of the beam spot is 10 μm, the width L in the uniaxial direction of the quasi-linear beam spot 211 is 200 μm, and the deflection period f of the acoustooptic device 204 is 10 MHz, It can be seen that the frequency F should be 400 MHz or higher.

なお図2に示すレーザ照射装置において、集光用光学系202は必ずしも必要ではない。しかし集光用光学系202を用いることで、音響光学素子204に入射するレーザ光の断面の大きさを抑えることができるので、より小さい音響光学素子204を用いることができる。またミラー203などのレーザ光の光路を偏向するための光学系は必須ではなく、必要に応じて適宜設ければ良い。またfθレンズ205は必ずしも必要ではないが、上記光学系を用いることで擬似線状ビームスポット211内において一軸方向に走査されているビームスポットの速度や大きさを、一定にすることができる。   In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 2, the condensing optical system 202 is not necessarily required. However, by using the condensing optical system 202, the size of the cross section of the laser light incident on the acoustooptic element 204 can be suppressed, and thus a smaller acoustooptic element 204 can be used. An optical system such as the mirror 203 for deflecting the optical path of the laser light is not essential, and may be provided as needed. Further, although the fθ lens 205 is not necessarily required, the speed and size of the beam spot scanned in the uniaxial direction in the pseudo-linear beam spot 211 can be made constant by using the above optical system.

また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図2に示したものに限定されず、設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。   Further, the optical system used in the laser irradiation apparatus of the present invention is not limited to that shown in FIG. 2, and a designer may appropriately add an appropriate optical system as necessary.

(実施の形態2)
本形態では、図11を用いて、実施の形態1とは異なるレーザ光の走査方法を示す。したがって、レーザ光の走査方法以外は実施の形態1と同様である。レーザ照射装置は図2に示すものを用いる。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a laser beam scanning method different from that in Embodiment Mode 1 is described with reference to FIG. Therefore, the second embodiment is the same as the first embodiment except for the laser beam scanning method. The laser irradiation apparatus shown in FIG. 2 is used.

図11の1101、1102は擬似線状ビームスポット、1103、1104はビームスポット、1105は被照射体である半導体膜を示す。図11で示すビームスポットの走査においても、実施の形態1と同様に擬似線状ビームスポットを形成する。また、擬似線状ビームスポットも、実施の形態1と同様に、ある擬似線状ビームスポット1101と、引き続き形成された次の擬似線状ビームスポット1102において、それぞれの一方の長辺に沿った領域が互いに重なるように走査する。   In FIG. 11, reference numerals 1101 and 1102 denote quasi-linear beam spots, 1103 and 1104 denote beam spots, and 1105 denotes a semiconductor film which is an object to be irradiated. Also in the scanning of the beam spot shown in FIG. 11, a pseudo linear beam spot is formed as in the first embodiment. Similarly to the first embodiment, the quasi-linear beam spot is also a region along one long side of each quasi-linear beam spot 1101 and the next quasi-linear beam spot 1102 formed subsequently. Are scanned so that they overlap each other.

図11(A)は鋸歯状の線をなぞるように、もしくはギザギザにレーザ光を走査する。図11(B)は波形状の線をなぞるようにレーザ光を走査し、図11(C)は櫛歯状の線をなぞるようにレーザ光を走査する。図11(A)及び図11(B)で示すようにギザギザまたは波形状にレーザ光を走査するとき、擬似線状ビームスポットの両端となる部分を、以後方向転換点と呼ぶ。図11(A)、図11(B)において、擬似線状ビームスポット1101と1102を部分的に重ねる場合、ある方向転換点を中心とするビームスポット1103と、次の次の方向転換点を中心とするビームスポット1104とを、部分的に重ねるようにすれば、自然と擬似線状ビームスポット1101、1102は部分的に重なる。なお、図11(B)では、波形状の線の方向転換点に矢印がなく、方向転換点の手前までしか矢印がない。しかし実際は、波形状の線の方向転換点から次の方向転換点の間においてレーザ光を往復させて、擬似線状ビームスポットを形成している。   In FIG. 11A, the laser beam is scanned so as to follow a sawtooth line or in a jagged manner. In FIG. 11B, the laser beam is scanned so as to trace a wavy line, and in FIG. 11C, the laser beam is scanned so as to trace a comb-like line. As shown in FIGS. 11A and 11B, when the laser beam is scanned in a jagged or wavy shape, the portions that become both ends of the pseudo-linear beam spot are hereinafter referred to as turning points. 11A and 11B, when the quasi-linear beam spots 1101 and 1102 are partially overlapped, the beam spot 1103 centered on a certain turning point and the next next turning point are centered. If the beam spot 1104 to be partially overlapped, the quasi-linear beam spots 1101 and 1102 naturally overlap each other. In FIG. 11B, there is no arrow at the turning point of the wavy line, and there is only an arrow just before the turning point. However, in practice, the quasi-linear beam spot is formed by reciprocating the laser beam between the turning point of the wave-shaped line and the next turning point.

図11(C)は実施の形態1の図1(C)で示す走査方法の変形である。図1(C)では、擬似線状ビームスポット100を形成後、擬似線状ビームスポット103を形成する前までは、ビームスポット101は走査しない。一方で、図11(C)は、擬似線状ビームスポット1101の形成後で、擬似線状ビームスポット1102の形成前でも、被照射体にレーザ光を照射し続ける例である。図11(C)の走査方法で、半導体膜1105に照射するエネルギー密度の分布を均一にするには、擬似線状ビームスポットの両端において、走査速度を早くするかまたはレーザ光の出力を弱くする。こうすることで、擬似線状ビームスポットの両端で吸収されるレーザ光のトータルエネルギーを、その他のレーザ光が照射された領域と同程度にできる。   FIG. 11C shows a modification of the scanning method shown in FIG. In FIG. 1C, the beam spot 101 is not scanned after the pseudo linear beam spot 100 is formed and before the pseudo linear beam spot 103 is formed. On the other hand, FIG. 11C illustrates an example in which the irradiated object is continuously irradiated with laser light even after the pseudo linear beam spot 1101 is formed and before the pseudo linear beam spot 1102 is formed. In order to make the distribution of energy density irradiated to the semiconductor film 1105 uniform with the scanning method of FIG. 11C, the scanning speed is increased or the output of the laser beam is weakened at both ends of the pseudo-linear beam spot. . By doing so, the total energy of the laser light absorbed at both ends of the pseudo-linear beam spot can be made the same level as the region irradiated with the other laser light.

図11(A)、(B)に示す走査方法の場合、少なくとも一度は、ビームスポット1103の中心である方向転換点から、一つ方向転換点を経由して、ビームスポット1104の中心である方向転換点まで、レーザ光は走査される。そのため、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット1103で照射された半導体膜1105が固化する前に、レーザ光をビームスポット1104まで走査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット1101において照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット1102を形成でき、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大粒径の結晶を形成できる。   In the case of the scanning method shown in FIGS. 11A and 11B, at least once, from the turning point that is the center of the beam spot 1103, the direction that is the center of the beam spot 1104 through one turning point. The laser beam is scanned up to the turning point. Therefore, in order to continuously grow crystal grains in a direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot, the laser beam is scanned to the beam spot 1104 before the semiconductor film 1105 irradiated with the beam spot 1103 is solidified. do it. Then, as a result, the pseudo-linear beam spot 1102 can be formed before the irradiated object irradiated at the pseudo-linear beam spot 1101 is solidified, and is fixed in the direction intersecting the long axis of the pseudo-linear beam spot. The liquid interface can be moved. That is, a crystal having a large grain size can be formed.

図11(C)の場合は、ビームスポット1103の中心である櫛歯状の線の第1の角から、第2及び第3の二つの角を経由して、ビームスポット1104の中心である櫛歯状の線の第4の角まで、レーザ光は走査される。そのため、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット1103で照射された半導体膜1105が固化する前に、レーザ光をビームスポット1104まで走査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット1101で照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット1102を形成でき、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大粒径の結晶を形成できる。   In the case of FIG. 11C, the comb that is the center of the beam spot 1104 passes through the second and third corners from the first corner of the comb-like line that is the center of the beam spot 1103. The laser beam is scanned up to the fourth corner of the tooth-like line. Therefore, in order to continuously grow crystal grains in a direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot, the laser beam is scanned to the beam spot 1104 before the semiconductor film 1105 irradiated with the beam spot 1103 is solidified. do it. Then, as a result, the pseudo-linear beam spot 1102 can be formed before the irradiated object irradiated with the pseudo-linear beam spot 1101 is solidified, and is fixed in the direction intersecting the long axis of the pseudo-linear beam spot. The liquid interface can be moved. That is, a crystal having a large grain size can be formed.

また、擬似線状ビームスポット1101ではビームスポット1103が、最も早くレーザ照射される。一方で、擬似線状ビームスポット1102ではビームスポット1104が最も遅くレーザ照射される。したがって、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット1103で照射された半導体膜1105が固化する前に、レーザ光をビームスポット1104まで走査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット1101においてレーザ光で照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット1102を形成でき、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に固液界面を移動させることができる。つまり、大粒径の結晶を形成できる。   In addition, the quasi-linear beam spot 1101 is irradiated with the laser beam 1103 the earliest. On the other hand, in the quasi-linear beam spot 1102, the beam spot 1104 is irradiated with the laser beam the latest. Therefore, in order to continuously grow crystal grains in a direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot, the laser beam is scanned to the beam spot 1104 before the semiconductor film 1105 irradiated with the beam spot 1103 is solidified. do it. Then, as a result, the pseudo-linear beam spot 1102 can be formed before the irradiated object irradiated with the laser beam in the pseudo-linear beam spot 1101 is solidified, and intersects the long axis of the pseudo-linear beam spot. The solid-liquid interface can be moved in the direction. That is, a crystal having a large grain size can be formed.

図11で示す走査方法は、図2の音響光学素子204及びX軸方向位置制御手段209をタイミング良く動かすことで実現できる。音響光学素子204は一定の周期で光を偏向する。この音響光学素子204の一定周期に合わせて、X軸方向位置制御手段を動かすことで、図11に示すようなさまざまな走査ができる。図11(A)、図11(B)で示す走査方法は、レーザ光を音響光学素子で走査させつつ、X軸方向位置制御手段でステージを移動させて行う。また、図11(C)の走査方法は、レーザ光が擬似線状ビームスポットの端部に位置した時点で、X軸方向位置制御手段でステージを移動させて行う。   The scanning method shown in FIG. 11 can be realized by moving the acoustooptic device 204 and the X-axis direction position control means 209 in FIG. 2 with good timing. The acoustooptic device 204 deflects light at a constant period. Various scans as shown in FIG. 11 can be performed by moving the X-axis direction position control means in accordance with a certain period of the acousto-optic element 204. The scanning method shown in FIGS. 11A and 11B is performed by moving the stage with X-axis direction position control means while scanning the laser light with the acousto-optic element. Further, the scanning method of FIG. 11C is performed by moving the stage with the X-axis direction position control means when the laser beam is positioned at the end of the pseudo-linear beam spot.

(実施の形態3)
次に本発明の他の実施形態について説明する。
(Embodiment 3)
Next, another embodiment of the present invention will be described.

まず図4を用いて、本発明で用いる擬似線状ビームスポットの形成について説明する。図4(A)に、実線の矢印で示すように、レーザ光のビームスポット301を一方向に走査することで、擬似線状ビームスポット300を形成している様子を示す。   First, the formation of the quasi-linear beam spot used in the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows a state in which a pseudo linear beam spot 300 is formed by scanning a laser beam spot 301 in one direction as indicated by a solid arrow.

図4(A)では、実施の形態1の場合と異なり、ビームスポット301を一方向にのみ走査し、擬似線状ビームスポット300を形成している様子を示している。図4(A)に示すように、一方向にのみビームスポット301を走査することで、擬似線状ビームスポット300内の任意の一点において、レーザ光が照射されるトータルの時間を均一にすることができる。また図4(A)では、ビームスポット301を、図4(A)の左から右へ走査している様子を示しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明では、擬似線状ビームスポット300内の任意の一点において、ビームスポット301が少なくとも1回走査されていれば良い。   FIG. 4A shows a state in which the beam spot 301 is scanned only in one direction to form a quasi-linear beam spot 300, unlike the case of the first embodiment. As shown in FIG. 4A, by scanning the beam spot 301 only in one direction, the total time during which the laser beam is irradiated is made uniform at any one point in the pseudo-linear beam spot 300. Can do. 4A shows a state in which the beam spot 301 is scanned from the left to the right in FIG. 4A, the present invention is not limited to this configuration. In the present invention, the beam spot 301 only needs to be scanned at least once at an arbitrary point in the pseudo-linear beam spot 300.

また図4(A)の場合、ビームスポット301の走査速度は、擬似線状ビームスポット300内において、一軸方向の左端においてビームスポット301により溶融された領域が完全に固化しないうちに、一軸方向の右端にビームスポット301が走査されるように、ビームスポット301の走査速度を設定すれば良い。   In the case of FIG. 4A, the scanning speed of the beam spot 301 is such that the region melted by the beam spot 301 at the left end in the uniaxial direction in the pseudo-linear beam spot 300 is not solidified completely. The scanning speed of the beam spot 301 may be set so that the beam spot 301 is scanned at the right end.

また本実施の形態においても実施の形態1と同様に、一方向におけるレーザ光の走査速度は、半導体膜を溶融させることができる程度に、任意の一点に照射されるレーザ光のトータルのエネルギーを確保できる程度とする。   Also in this embodiment, similarly to Embodiment 1, the scanning speed of the laser light in one direction is set so that the total energy of the laser light applied to any one point is such that the semiconductor film can be melted. It is assumed that it can be secured.

なお本実施の形態では、ビームスポット301を一方向においてのみ走査させることで、擬似線状ビームスポット300を形成している例について示しているが、本発明はこの構成に限定されない。結果的に擬似線状ビームスポット300を形成することができるのであれば、2つ以上の方向においてビームスポットを走査しても良い。   Note that in this embodiment mode, an example is shown in which the quasi-linear beam spot 300 is formed by scanning the beam spot 301 only in one direction, but the present invention is not limited to this configuration. As a result, if the quasi-linear beam spot 300 can be formed, the beam spot may be scanned in two or more directions.

そして擬似線状ビームスポット300を、一方向と交差する方向、言い換えると擬似線状ビームスポット300の長軸と交差する方向に向かって、更に走査する。図4(B)に、図4(A)に示した擬似線状ビームスポット300を、破線の矢印で示すように擬似線状ビームスポット300の長軸と交差する方向に向かって走査し、擬似線状ビームスポット303を形成する様子を示す。   The quasi-linear beam spot 300 is further scanned in a direction intersecting with one direction, in other words, in a direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot 300. In FIG. 4B, the quasi-linear beam spot 300 shown in FIG. 4A is scanned in the direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot 300 as indicated by the dashed arrow, and the quasi-linear beam spot 300 is scanned. A mode that the linear beam spot 303 is formed is shown.

擬似線状ビームスポット300内の領域は、半導体膜が完全に固化されず溶融している状態にある。よって、擬似線状ビームスポット300が照射されて半導体膜が固化する前に、擬似線状ビームスポット303を半導体膜に照射することで、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができる。このとき、擬似線状ビームスポット300、303は部分的に重なるようにする。   The region in the quasi-linear beam spot 300 is in a state where the semiconductor film is melted without being completely solidified. Therefore, the semiconductor film is irradiated with the quasi-linear beam spot 303 before the quasi-linear beam spot 300 is irradiated and the semiconductor film is solidified, whereby the solid-liquid interface can be continuously moved in the semiconductor film. it can. At this time, the pseudo-linear beam spots 300 and 303 are made to partially overlap.

図4(C)、図12に、上記動作を繰り返し、半導体膜を結晶化している様子を示す。レーザ光のビームスポット301を、等間隔で対向する複数の直線をなぞらせるように走査しながら、被照射体である半導体膜302をレーザ光により結晶化していく。このとき、図4(B)のように、擬似線状ビームスポット300と、続いて形成された擬似線状ビームスポット303とが部分的に重なるようにし、さらに擬似線状ビームスポット300において照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット303を形成する。これにより、破線の矢印で示した走査方向に沿って長く延びた単結晶の結晶粒を形成することができる。具体的には、隣り合う擬似線状ビームスポットにおいて、それぞれの擬似線状ビームスポットの一方の長辺に沿った領域が重なるようにする。また、被照射体がシリコンの場合は、シリコンの固化時間が約100nsのため、擬似線状ビームスポット300が形成され始めてから、100ns以内に、擬似線状ビームスポット303を形成する。   FIG. 4C and FIG. 12 show how the semiconductor film is crystallized by repeating the above operation. While the laser beam spot 301 is scanned so as to trace a plurality of straight lines facing each other at equal intervals, the semiconductor film 302 that is an object to be irradiated is crystallized by the laser light. At this time, as shown in FIG. 4B, the pseudo-linear beam spot 300 and the subsequently formed pseudo-linear beam spot 303 are partially overlapped with each other, and further irradiated with the pseudo-linear beam spot 300. Before the irradiated object is solidified, a quasi-linear beam spot 303 is formed. As a result, single crystal grains extending long along the scanning direction indicated by the broken arrow can be formed. Specifically, in adjacent quasi-linear beam spots, regions along one long side of each quasi-linear beam spot are overlapped. When the irradiated object is silicon, the solidification time of silicon is about 100 ns, so that the quasi-linear beam spot 303 is formed within 100 ns after the quasi-linear beam spot 300 starts to be formed.

図12では、様々なレーザ光の走査方法を示す。図12(A)は鋸歯状もしくはギザギザの線をなぞるように、図12(B)は波形状の線をなぞるように、図12(C)は櫛歯型状の線をなぞるように、レーザ光を走査する。このときも、図4(C)と同様に、ある擬似線状ビームスポット1201と、その次の擬似線状ビームスポット1202が部分的に重なるようにし、擬似線状ビームスポット1201で照射された被照射体部分が固化する前に、擬似線状ビームスポット1202が形成されるようにする。   FIG. 12 shows various laser beam scanning methods. 12A traces a sawtooth or jagged line, FIG. 12B traces a wavy line, and FIG. 12C traces a comb-shaped line. Scan the light. Also at this time, as in FIG. 4C, a certain quasi-linear beam spot 1201 and the next quasi-linear beam spot 1202 are partially overlapped, and the object irradiated with the quasi-linear beam spot 1201 is also overlapped. The quasi-linear beam spot 1202 is formed before the irradiated portion is solidified.

図12(A)、図12(B)の走査方法で、擬似線状ビームスポット1201と1202を部分的に重ねる場合は、ある方向転換点を中心とするビームスポット1203と、次の次の方向転換点を中心とするビームスポット1204とを、部分的に重ねるようにすれば、自然と擬似線状ビームスポット1201、1202は部分的に重なる。   When the pseudo-linear beam spots 1201 and 1202 are partially overlapped by the scanning method of FIGS. 12A and 12B, the beam spot 1203 centered on a certain turning point and the next next direction If the beam spot 1204 centering on the turning point is partially overlapped, the quasi-linear beam spots 1201 and 1202 partially overlap naturally.

図12(C)は図4(C)の変形であり、擬似線状ビームスポット1201を形成してから、擬似線状ビームスポット1202を形成する間も、被照射体にレーザ光を照射する例である。図12(C)の走査方法で、半導体膜1205に照射するエネルギー密度の分布を均一にするには、擬似線状ビームスポットの両端において、走査速度を早くするかまたはレーザ光の出力を弱くする。こうすることで、擬似線状ビームスポットの両端で吸収されるレーザエネルギーを、その他のレーザ光が照射された領域と同程度にできる。   FIG. 12C is a modification of FIG. 4C, in which the irradiated object is irradiated with laser light during the formation of the pseudo linear beam spot 1201 after the pseudo linear beam spot 1201 is formed. It is. In order to make the distribution of energy density irradiated to the semiconductor film 1205 uniform by the scanning method of FIG. 12C, the scanning speed is increased or the output of the laser beam is weakened at both ends of the quasi-linear beam spot. . By doing so, the laser energy absorbed at both ends of the quasi-linear beam spot can be made comparable to the region irradiated with the other laser light.

また、擬似線状ビームスポット1201ではビームスポット1203が、最も早くレーザ照射される。一方で、擬似線状ビームスポット1202ではビームスポット1204が最も遅くレーザ照射される。具体的には図12(A)、(B)では、ビームスポット1203の中心である方向転換点から、一つ方向転換点を経由して、ビームスポット1204の中心である方向転換点までレーザ光は走査される。図12(C)の場合は、ビームスポット1203の中心である櫛歯状の線の一つの角から、二つの角を経由して、ビームスポット1204の中心である櫛歯状の線の角まで、レーザ光は走査される。したがって、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に結晶粒を連続的に成長させるには、ビームスポット1203で照射された半導体膜1205が固化する前に、レーザ光をビームスポット1204まで走査すればよい。そうすれば、結果として、擬似線状ビームスポット1201で照射された被照射体が固化する前に、擬似線状ビームスポット1202を形成でき、大粒径の結晶が形成できる。   In the pseudo-linear beam spot 1201, the beam spot 1203 is irradiated with the laser beam earliest. On the other hand, in the quasi-linear beam spot 1202, the laser beam 1204 is irradiated with the latest laser beam. Specifically, in FIGS. 12A and 12B, the laser beam passes from a turning point that is the center of the beam spot 1203 to a turning point that is the center of the beam spot 1204 through one turning point. Is scanned. In the case of FIG. 12C, from one corner of the comb-like line that is the center of the beam spot 1203 to the corner of the comb-like line that is the center of the beam spot 1204 via the two corners. The laser beam is scanned. Therefore, in order to continuously grow crystal grains in the direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot, the laser beam is scanned to the beam spot 1204 before the semiconductor film 1205 irradiated with the beam spot 1203 is solidified. do it. Then, as a result, the pseudo-linear beam spot 1202 can be formed before the irradiated object irradiated with the pseudo-linear beam spot 1201 is solidified, and a crystal having a large grain size can be formed.

レーザ光が照射されてからシリコンが固化するまでの時間は約100nsである。したがって、被照射体である半導体膜1205がシリコンであれば、ビームスポット1203が照射されてから100ns以内に、レーザ光をビームスポット1204まで走査すればよい。   The time from the irradiation of the laser light to the solidification of silicon is about 100 ns. Therefore, when the semiconductor film 1205 that is an irradiation object is silicon, the laser beam may be scanned to the beam spot 1204 within 100 ns after the irradiation with the beam spot 1203.

次に本実施の形態の、レーザ照射装置の構成について説明する。図5に本実施の形態の、レーザ照射装置の一形態を示す。図5に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器401と、集光用光学系402と、ポリゴンミラー403と、fθレンズ404と、ステージ405と、X軸方向位置制御手段408と、Y軸方向位置制御手段409とを有している。   Next, the structure of the laser irradiation apparatus of this Embodiment is demonstrated. FIG. 5 shows one mode of a laser irradiation apparatus of this embodiment mode. The laser irradiation apparatus shown in FIG. 5 includes a laser oscillator 401, a condensing optical system 402, a polygon mirror 403, an fθ lens 404, a stage 405, an X-axis direction position control unit 408, and a Y-axis direction position control. Means 409.

レーザ発振器401には、実施の形態1の場合と同様に、レーザ光を連続発振できる発振器、もしくは周波数100MHz以上でレーザ光をパルス発振できる発振器を用いることができる。レーザ発振器401から発振されたレーザ光は、集光用光学系402に入射する。集光用光学系402は、実施の形態1の場合と同様に、レーザ光を集光することができる光学系であれば良く、例えば球面レンズ、フレネルレンズなどを用いることができる。集光用光学系402において集光されたレーザ光はポリゴンミラー403に入射する。   As the laser oscillator 401, as in Embodiment 1, an oscillator that can continuously oscillate laser light or an oscillator that can oscillate laser light at a frequency of 100 MHz or more can be used. The laser light oscillated from the laser oscillator 401 enters the condensing optical system 402. The condensing optical system 402 only needs to be an optical system that can condense laser light, as in the case of the first embodiment. For example, a spherical lens or a Fresnel lens can be used. The laser beam condensed by the condensing optical system 402 enters the polygon mirror 403.

ポリゴンミラー403は、周囲に一連の平面反射面を有する回転体であるので、入射したレーザ光を同一の方向に向かって繰り返し偏向することができる。よってポリゴンミラー403を用いることで、ビームスポットを高周波数でもって一軸方向に繰り返し走査することが可能になる。   Since the polygon mirror 403 is a rotating body having a series of planar reflecting surfaces around it, the incident laser light can be repeatedly deflected in the same direction. Therefore, by using the polygon mirror 403, it becomes possible to repeatedly scan the beam spot in a uniaxial direction with a high frequency.

ポリゴンミラー403において偏向されたレーザ光は、fθレンズ404に入射される。fθレンズ404は、被照射体において常に焦点を結ぶように、偏向されたレーザ光を集光することができる。ステージ405は、被照射体を載置することができる。図5では被照射体として、基板406上に形成された半導体膜407を用いている例を示す。fθレンズ404により、ステージ405上に載置された半導体膜407においてレーザ光が焦点を結ぶことで、一軸方向に周期的に走査されている擬似線状ビームスポットを形成することができる。この一軸方向に周期的に走査されているビームスポットの軌跡を、図5では擬似線状ビームスポット410として示す。   The laser beam deflected by the polygon mirror 403 enters the fθ lens 404. The fθ lens 404 can collect the deflected laser light so as to always focus on the irradiated object. The stage 405 can place an irradiated object. FIG. 5 shows an example in which a semiconductor film 407 formed over a substrate 406 is used as an irradiation object. A laser beam is focused on the semiconductor film 407 placed on the stage 405 by the fθ lens 404, so that a quasi-linear beam spot periodically scanned in the uniaxial direction can be formed. The locus of the beam spot periodically scanned in the uniaxial direction is shown as a quasi-linear beam spot 410 in FIG.

図6を用いて、ポリゴンミラー403において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポット410が形成される過程を示す。図6(A)〜図6(C)は、図5に示したポリゴンミラー403、fθレンズ404により偏向されたレーザ光が半導体膜407上を走査する図である。図6(A)〜図6(C)に示すように、実線の矢印で示すレーザ光は、ポリゴンミラー403において偏向された後、fθレンズ404において集光され、半導体膜407において焦点を結んでいる。   A process in which a quasi-linear beam spot 410 is formed by the laser light deflected by the polygon mirror 403 will be described with reference to FIG. 6A to 6C are diagrams in which the laser light deflected by the polygon mirror 403 and the fθ lens 404 shown in FIG. 5 is scanned over the semiconductor film 407. As shown in FIGS. 6A to 6C, the laser beam indicated by the solid line arrow is deflected by the polygon mirror 403, condensed by the fθ lens 404, and focused on the semiconductor film 407. Yes.

そして図6(A)、図6(B)、図6(C)の順にポリゴンミラー403を回転させると、ポリゴンミラー403が有する一つの反射面411の角度が変化し、レーザ光が白抜きの矢印で示す偏向方向に向かって偏向される。そしてレーザ光の偏向に伴い、半導体膜407においてレーザ光が焦点を結んでいる領域、すなわちビームスポットが、一軸方向に走査される。そして、ポリゴンミラー403の回転が進むと、反射面411に連接する次の反射面において、レーザ光が偏向されることになるため、ビームスポットを同一の方向に向かって繰り返し走査することが可能である。   Then, when the polygon mirror 403 is rotated in the order of FIG. 6A, FIG. 6B, and FIG. 6C, the angle of one reflecting surface 411 of the polygon mirror 403 changes, and the laser light is outlined. It is deflected in the deflection direction indicated by the arrow. Along with the deflection of the laser beam, a region where the laser beam is focused on the semiconductor film 407, that is, a beam spot is scanned in a uniaxial direction. As the rotation of the polygon mirror 403 proceeds, the laser beam is deflected on the next reflecting surface connected to the reflecting surface 411, so that the beam spot can be repeatedly scanned in the same direction. is there.

なお擬似線状ビームスポット410内では、半導体膜407が完全に固化されていない状態であることが必要であるため、上記条件を満たす速度で、ビームスポットを一軸方向に走査することが必要である。図5に示すレーザ照射装置の場合、ビームスポットの一軸方向における走査速度は、ポリゴンミラー403の回転の周期により制御することが可能である。また擬似線状ビームスポット410の長軸方向における長さは、ポリゴンミラー403が有する反射面411の回転方向における幅により、制御することができる。   In the pseudo-linear beam spot 410, the semiconductor film 407 needs to be in a state of not being completely solidified. Therefore, the beam spot needs to be scanned in a uniaxial direction at a speed satisfying the above conditions. . In the case of the laser irradiation apparatus shown in FIG. 5, the scanning speed in the uniaxial direction of the beam spot can be controlled by the rotation period of the polygon mirror 403. Further, the length of the pseudo linear beam spot 410 in the major axis direction can be controlled by the width of the reflecting surface 411 of the polygon mirror 403 in the rotation direction.

そして図5に示すレーザ照射装置では、X軸方向にステージ405の位置を移動させることができるX軸方向位置制御手段408を用いて、擬似線状ビームスポット410を、一軸方向と交差する方向(擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向)に走査することができる。X軸方向位置制御手段408が動く速度は、一軸方向へのビームスポット301の走査速度よりも非常に遅い。このため、図4(C)に示すような走査が実現する。X軸方向位置制御手段408は、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に一定速度で移動する。これにより、大粒径の結晶を形成することができる。また、擬似線状ビームスポットを形成している間も、X軸方向にステージを移動させることで、図12(B)や図12(C)のような走査方法を可能とする。また図5に示すレーザ照射装置では、さらにX軸方向と直行するY軸方向に、ステージ405の位置を移動させることができるY軸方向位置制御手段409を有している。   In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 5, the quasi-linear beam spot 410 is intersected with the uniaxial direction by using the X-axis direction position control means 408 that can move the position of the stage 405 in the X-axis direction ( It is possible to scan in the direction intersecting the long axis of the quasi-linear beam spot. The moving speed of the X-axis direction position control means 408 is much slower than the scanning speed of the beam spot 301 in the uniaxial direction. For this reason, scanning as shown in FIG. 4C is realized. The X-axis direction position control means 408 moves at a constant speed in a direction crossing the long axis of the pseudo-linear beam spot. Thereby, a crystal having a large grain size can be formed. In addition, while the quasi-linear beam spot is formed, the scanning method shown in FIGS. 12B and 12C is enabled by moving the stage in the X-axis direction. Further, the laser irradiation apparatus shown in FIG. 5 further includes Y-axis direction position control means 409 that can move the position of the stage 405 in the Y-axis direction perpendicular to the X-axis direction.

なお図5では、X軸方向位置制御手段408とY軸方向位置制御手段409の2つの位置制御手段を用いて、ステージ405に対する擬似線状ビームスポット410の相対的な位置を制御しているが、本発明はこの構成に限定されない。本発明のレーザ照射装置は、少なくともX軸方向位置制御手段408を有していれば良い。X軸方向位置制御手段408の他に、ステージ405を、ステージ405を含む面内において回転させることができる位置制御手段を有していても良い。   In FIG. 5, the relative position of the quasi-linear beam spot 410 with respect to the stage 405 is controlled using two position control means, that is, an X-axis direction position control means 408 and a Y-axis direction position control means 409. The present invention is not limited to this configuration. The laser irradiation apparatus of the present invention only needs to have at least the X-axis direction position control means 408. In addition to the X-axis direction position control means 408, a position control means that can rotate the stage 405 in a plane including the stage 405 may be provided.

半導体膜407の全面にレーザ光を照射したい場合は、X軸方向位置制御手段408を用いて擬似線状ビームスポット410をX軸方向に走査した後、Y軸方向位置制御手段409を用いて擬似線状ビームスポット410を長軸方向に走査するという作業を、繰り返せば良い。また、ステージ405に対する擬似線状ビームスポット410の位置を、光学系自体を動かすことで制御しても良い。その場合はステージを動かす必要はなく、401〜404で示す光学系をX軸方向、Y軸方向に動かせばよい。   When it is desired to irradiate the entire surface of the semiconductor film 407 with a laser beam, the pseudo linear beam spot 410 is scanned in the X-axis direction using the X-axis direction position control means 408 and then simulated using the Y-axis direction position control means 409. The operation of scanning the linear beam spot 410 in the major axis direction may be repeated. Further, the position of the quasi-linear beam spot 410 with respect to the stage 405 may be controlled by moving the optical system itself. In that case, it is not necessary to move the stage, and the optical system indicated by 401 to 404 may be moved in the X-axis direction and the Y-axis direction.

なおレーザ発振器401に、レーザ光をパルス発振できる発振器を用いる場合、パルス発振の周波数によって、擬似線状ビームスポット410の長軸方向における長さが制限される。よって擬似線状ビームスポット410は、パルス発振の周波数を考慮に入れて設計する必要がある。具体的には、実施の形態1の場合と同様に、パルス発振の周波数が上述した数1に示す式を満たせば良い。なお、式中のfは、実施の形態1では音響光学素子204における偏向の周期であるが、本形態ではポリゴンミラーの回転の周期である。   Note that in the case of using an oscillator that can oscillate laser light as the laser oscillator 401, the length of the quasi-linear beam spot 410 in the major axis direction is limited by the frequency of pulse oscillation. Therefore, the pseudo-linear beam spot 410 needs to be designed in consideration of the frequency of pulse oscillation. Specifically, as in the case of the first embodiment, the pulse oscillation frequency may satisfy the above-described equation (1). Note that f in the equation is the period of deflection in the acoustooptic device 204 in the first embodiment, but is the period of rotation of the polygon mirror in this embodiment.

なお図5に示すレーザ照射装置において、集光用光学系402は必ずしも必要ではない。しかし集光用光学系402を用いることで、短軸方向の幅がより短く、長軸方向の幅がより長い、擬似線状ビームスポット410を形成することができ、スループットを向上させることができる。またミラーなどのレーザ光の光路を変更するための光学系は必須ではなく、必要に応じて適宜設ければ良い。またfθレンズ404は必ずしも必要ではないが、上記光学系を用いることで擬似線状ビームスポット410内において一軸方向に走査されているビームスポットの速度や大きさを、一定にすることができる。   In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 5, the condensing optical system 402 is not necessarily required. However, by using the condensing optical system 402, a pseudo-linear beam spot 410 having a shorter width in the short axis direction and a longer width in the long axis direction can be formed, and throughput can be improved. . In addition, an optical system for changing the optical path of the laser beam, such as a mirror, is not essential, and may be provided as appropriate. Further, although the fθ lens 404 is not always necessary, the speed and size of the beam spot scanned in the uniaxial direction in the pseudo-linear beam spot 410 can be made constant by using the above optical system.

また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図5に示したものに限定されず、設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。   Further, the optical system used in the laser irradiation apparatus of the present invention is not limited to that shown in FIG. 5, and a designer may add and use an appropriate optical system as necessary.

本形態は、実施可能な範囲で実施の形態1、2と組み合わせることが可能である。   This embodiment can be combined with Embodiments 1 and 2 as far as practicable.

(実施の形態4)
実施の形態1〜3では、レーザ光を光学系を用いて直線的に走査し、レーザ光の走査方向と交差する方向にはステージを移動することで、被照射体に対し2次元的にレーザ光を照射する形態を説明した。本形態では、ステージを移動する手段を用いなくとも、光学系だけを用いて、被照射体に対し2次元的にレーザ光を走査する例をあげる。
(Embodiment 4)
In the first to third embodiments, the laser beam is scanned linearly using an optical system, and the stage is moved in a direction intersecting the scanning direction of the laser beam, thereby two-dimensionally lasering the irradiated object. The form which irradiates light was demonstrated. In this embodiment, an example in which a laser beam is scanned two-dimensionally on an irradiated object using only an optical system without using a means for moving the stage is given.

図13に本実施の形態のレーザ照射装置を示す。レーザ照射装置は、レーザ発振器1301、集光用光学系1302、第1の偏向光学系1311、第2の偏向光学系1303、fθレンズ1304で構成される。第1の偏向光学系及び第2の偏向光学系は、それぞれレーザ光を高周期でもって一方向に繰り返し走査することができる光学系であればよく、例えばポリゴンミラー、レゾナントスキャナ、音響光学素子がある。図13では第1の偏向光学系1311として音響光学素子を用い、第2の偏向光学系1303としてポリゴンミラーを用いる。1305はステージであり、ステージ1305には半導体膜1307が形成された基板1306が載せられる。   FIG. 13 shows a laser irradiation apparatus of this embodiment mode. The laser irradiation apparatus includes a laser oscillator 1301, a condensing optical system 1302, a first deflection optical system 1311, a second deflection optical system 1303, and an fθ lens 1304. The first deflecting optical system and the second deflecting optical system may be any optical system that can repeatedly scan a laser beam in one direction with a high period. For example, a polygon mirror, a resonant scanner, and an acousto-optic element may be used. is there. In FIG. 13, an acousto-optic element is used as the first deflection optical system 1311 and a polygon mirror is used as the second deflection optical system 1303. Reference numeral 1305 denotes a stage, and a substrate 1306 provided with a semiconductor film 1307 is placed on the stage 1305.

第1の偏向光学系1311と第2の偏向光学系1303を組み合わせることで、レーザ光を一軸方向に加え、一軸方向と交差する方向にも走査できる。まず、第1の偏向光学系により、レーザ光を一軸方向に走査する。第1の偏向光学系により一軸方向に偏向されたレーザ光が、一軸方向と交差する方向にさらに偏向されるように、第2の偏向光学系を設ける。こうすることによって、偏向光学系を一つだけ用いて形成した擬似線状ビームスポットよりも面積の広いビームスポット1310を形成することができる。   By combining the first deflecting optical system 1311 and the second deflecting optical system 1303, laser light can be applied in a uniaxial direction and can be scanned in a direction intersecting the uniaxial direction. First, a laser beam is scanned in a uniaxial direction by the first deflection optical system. A second deflecting optical system is provided so that the laser beam deflected in the uniaxial direction by the first deflecting optical system is further deflected in a direction intersecting the uniaxial direction. By doing so, it is possible to form a beam spot 1310 having a larger area than the quasi-linear beam spot formed by using only one deflection optical system.

仮に、第1の偏向光学系で一軸方向にMの幅で走査し、第2の偏向光学系で一軸方向と交差する方向にNの幅で走査したときは、MとNの長さの辺を持つ四角形状のビームスポット1310を形成することができる。   If the first deflection optical system scans with a width of M in a uniaxial direction and the second deflection optical system scans with a width of N in a direction crossing the uniaxial direction, sides of length M and N A quadrangular beam spot 1310 can be formed.

ビームスポット1310内ではさまざまな走査方法が考えられる。図14(A)は、半導体膜1307に照射されたビームスポット1310を示す上面図である。図14(B)〜(E)には、ビームスポット1310を形成するためのレーザ光の走査方法の一例を示す。これら走査方法は実施の形態1〜3で示した方法と同じであり、図14(B)では平行に並んだ複数の直線上を走査し、図14(C)は鋸歯状の線上もしくはギザギザに走査し、図14(D)は波形状の線上を走査し、図14(E)は櫛歯状の線上を走査する。本形態では、第1の偏向光学系と第2の偏向光学系の組み合わせを用いて、レーザ光を2次元に走査する。この二つの偏向光学系を適切に制御することで、図14(B)〜図14(E)に示す以外にも、様々な走査を行うことができる。図14で示す擬似線状ビームスポット1401と、その次の擬似線状ビームスポット1402との関係は、実施の形態1、2と同様である。擬似線状ビームスポット1401、1402は部分的に重なり、擬似線状ビームスポット1401によって照射された半導体部分が固化する前に、擬似線状ビームスポット1402は形成される。これにより、ビームスポット1310内は、擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に、結晶粒を成長させることができ、大粒径の結晶粒を得ることができる。   Various scanning methods can be considered in the beam spot 1310. FIG. 14A is a top view illustrating a beam spot 1310 irradiated to the semiconductor film 1307. FIGS. 14B to 14E show an example of a laser beam scanning method for forming the beam spot 1310. These scanning methods are the same as those shown in the first to third embodiments. In FIG. 14B, scanning is performed on a plurality of straight lines arranged in parallel, and FIG. 14C is a sawtooth line or a jagged line. In FIG. 14D, scanning is performed on a wavy line, and FIG. 14E is scanning on a comb-shaped line. In this embodiment, laser light is scanned two-dimensionally using a combination of the first deflection optical system and the second deflection optical system. By appropriately controlling the two deflection optical systems, various scans can be performed in addition to those shown in FIGS. 14B to 14E. The relationship between the quasi-linear beam spot 1401 shown in FIG. 14 and the next quasi-linear beam spot 1402 is the same as in the first and second embodiments. The pseudo-linear beam spots 1401 and 1402 partially overlap, and the pseudo-linear beam spot 1402 is formed before the semiconductor portion irradiated by the pseudo-linear beam spot 1401 is solidified. Thereby, inside the beam spot 1310, crystal grains can be grown in a direction intersecting with the long axis of the quasi-linear beam spot, and crystal grains with a large grain size can be obtained.

第1の偏向光学系、第2の偏向光学系のみでは、半導体膜1307の一部しか結晶化できない。半導体膜全面を結晶化したい場合は、X軸方向位置制御手段1308およびY軸方向位置制御手段1309を用いるとよい。もしくは、被照射体は移動せず、図13の1301〜1304、1311で示す光学系自体を動かして、半導体膜全面にレーザ光を照射してもよい。   Only the first deflection optical system and the second deflection optical system can crystallize only part of the semiconductor film 1307. If it is desired to crystallize the entire surface of the semiconductor film, the X-axis direction position control means 1308 and the Y-axis direction position control means 1309 may be used. Alternatively, the irradiated object may not be moved, and the optical system itself indicated by reference numerals 1301 to 1304 and 1311 in FIG.

本形態は、ビームスポット1310で示す範囲内であれば、確実にX軸及びY軸位置制御手段を必要とせず、被照射体である半導体膜を結晶化できる。さらに一方向に結晶粒を成長させた結晶性半導体膜を得ることができる。したがって、本形態は、一枚の基板上に複数の半導体素子を形成した後、個々に分離して、複数のIDチップを作製するような作製方法に適している。   In this embodiment, as long as it is within the range indicated by the beam spot 1310, the X-axis and Y-axis position control means are not required, and the semiconductor film as the irradiated object can be crystallized. Further, a crystalline semiconductor film in which crystal grains are grown in one direction can be obtained. Therefore, this embodiment is suitable for a manufacturing method in which a plurality of semiconductor elements are formed over one substrate and then individually separated to manufacture a plurality of ID chips.

なお図13に示すレーザ照射装置において、集光用光学系1302は必ずしも必要ではない。しかし集光用光学系1302を用いることで、第1の偏向光学系1311に入射するレーザ光の断面の大きさを抑えることができるので、より小さい第1の偏向光学系1311を用いることができる。またfθレンズ1304は必ずしも必要ではないが、fθレンズ1304を用いることでビームスポット1310内において走査されているレーザ光の速度や大きさを、一定にすることができる。   In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 13, the condensing optical system 1302 is not always necessary. However, by using the condensing optical system 1302, the size of the cross section of the laser light incident on the first deflection optical system 1311 can be suppressed, so that the smaller first deflection optical system 1311 can be used. . Further, although the fθ lens 1304 is not always necessary, the speed and size of the laser light scanned in the beam spot 1310 can be made constant by using the fθ lens 1304.

また本発明のレーザ照射装置で用いられる光学系は、図13に示したものに限定されず、設計者が適宜必要に応じて適切な光学系を追加して用いても良い。   The optical system used in the laser irradiation apparatus of the present invention is not limited to the one shown in FIG. 13, and a designer may add and use an appropriate optical system as needed.

本形態は、実施の形態1〜3と実施可能な範囲で組み合わせることが可能である。   This embodiment can be combined with Embodiments 1 to 3 within a feasible range.

次に図7を用いて、本発明の半導体装置の作製方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず図7(A)に示すように、基板500上に下地膜501を成膜する。基板500には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、ステンレス基板等を用いることができる。また、PET、PES、PENに代表されるプラスチックや、アクリル等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。   First, as shown in FIG. 7A, a base film 501 is formed over a substrate 500. As the substrate 500, for example, a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a stainless steel substrate, or the like can be used. In addition, substrates made of plastics typified by PET, PES, PEN, and flexible synthetic resins such as acrylic generally tend to have lower heat-resistant temperatures than the above-mentioned substrates. Any material that can withstand the processing temperature can be used.

下地膜501は基板500中に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、半導体膜中に拡散し、半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。よってアルカリ金属やアルカリ土類金属の半導体膜への拡散を抑えることができる酸化珪素や、窒化珪素、窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いて形成する。本実施例では、プラズマCVD法を用いて窒化酸化珪素膜を10nm〜400nm(好ましくは50nm〜300nm)の膜厚になるように成膜する。   The base film 501 is provided to prevent an alkali metal such as Na or an alkaline earth metal contained in the substrate 500 from diffusing into the semiconductor film and adversely affecting the characteristics of the semiconductor element. Therefore, the insulating film is formed using an insulating film such as silicon oxide, silicon nitride, or silicon nitride oxide that can suppress diffusion of alkali metal or alkaline earth metal into the semiconductor film. In this embodiment, a silicon nitride oxide film is formed to a thickness of 10 nm to 400 nm (preferably 50 nm to 300 nm) using a plasma CVD method.

なお下地膜501は単層であっても複数の絶縁膜を積層したものであっても良い。またガラス基板、SUS基板またはプラスチック基板のように、アルカリ金属やアルカリ土類金属が多少なりとも含まれている基板を用いる場合、不純物の拡散を防ぐという観点から下地膜を設けることは有効であるが、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合は、必ずしも設ける必要はない。   Note that the base film 501 may be a single layer or a stack of a plurality of insulating films. In the case of using a substrate containing an alkali metal or an alkaline earth metal, such as a glass substrate, a SUS substrate, or a plastic substrate, it is effective to provide a base film from the viewpoint of preventing impurity diffusion. However, when diffusion of impurities does not cause any problem, such as a quartz substrate, it is not necessarily provided.

次に下地膜501上に半導体膜502を形成する。半導体膜502の膜厚は25nm〜100nm(好ましくは30nm〜60nm)とする。なお半導体膜502は、非晶質半導体であっても良いし、多結晶半導体であっても良い。半導体膜502が多結晶半導体膜であれば、本発明によりレーザ光を照射することで再結晶化され、大粒径の結晶で構成される結晶性半導体膜を得ることができる。また半導体は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムも用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01atomic%〜4.5atomic%程度であることが好ましい。   Next, a semiconductor film 502 is formed over the base film 501. The thickness of the semiconductor film 502 is 25 nm to 100 nm (preferably 30 nm to 60 nm). Note that the semiconductor film 502 may be an amorphous semiconductor or a polycrystalline semiconductor. If the semiconductor film 502 is a polycrystalline semiconductor film, it can be recrystallized by irradiating laser light according to the present invention, and a crystalline semiconductor film composed of crystals with a large grain size can be obtained. As the semiconductor, not only silicon but also silicon germanium can be used. In the case of using silicon germanium, the concentration of germanium is preferably about 0.01 atomic% to 4.5 atomic%.

次に図7(B)に示すように、本発明を用いて半導体膜502にレーザ光を照射し、結晶化を行なう。   Next, as shown in FIG. 7B, crystallization is performed by irradiating the semiconductor film 502 with laser light using the present invention.

レーザ結晶化を行なう場合、レーザ結晶化の前に、レーザに対する半導体膜502の耐性を高めるために、550℃、4時間の加熱処理を該半導体膜502に加えるのが望ましい。レーザ結晶化は、連続発振のレーザまたは発振周波数が100MHz以上のパルス発振のレーザを用いることができる。   In the case of performing laser crystallization, it is preferable to add heat treatment at 550 ° C. for 4 hours to the semiconductor film 502 in order to increase the resistance of the semiconductor film 502 to the laser before laser crystallization. For laser crystallization, a continuous wave laser or a pulsed laser having an oscillation frequency of 100 MHz or more can be used.

具体的には、公知の連続発振の気体レーザもしくは固体レーザを用いることができる。気体レーザとして、Arレーザ、Krレーザなどがあり、固体レーザとして、YAGレーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、Y23レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザなどが挙げられる。 Specifically, a known continuous wave gas laser or solid-state laser can be used. Examples of gas lasers include Ar laser and Kr laser, and solid-state lasers include YAG laser, YVO 4 laser, YLF laser, YAlO 3 laser, Y 2 O 3 laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, and Ti: sapphire laser. Etc.

また周波数100MHz以上でパルス発振させることができるのであれば、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザ、CO2レーザ、YAGレーザ、Y23レーザ、YVO4レーザ、YLFレーザ、YAlO3レーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザを用いることができる。 If pulse oscillation can be performed at a frequency of 100 MHz or more, an Ar laser, a Kr laser, an excimer laser, a CO 2 laser, a YAG laser, a Y 2 O 3 laser, a YVO 4 laser, a YLF laser, a YAlO 3 laser, a glass laser Ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, copper vapor laser or gold vapor laser can be used.

例えば連続発振が可能な固体レーザを用いる場合、第2高調波〜第4高調波のレーザ光を照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。代表的には、YAGレーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いるのが望ましい。具体的には、連続発振のYAGレーザから射出されたレーザ光を非線形光学素子により高調波に変換し、例えば出力4〜8W程度のレーザ光を得る。そして、ビームスポットを一軸方向に走査することで線状擬似ビームスポットを形成して、半導体膜502に照射する。エネルギー密度は0.01〜100MW/cm2程度(好ましくは0.1〜10MW/cm2)とすれば良い。擬似線状ビームスポットを形成するためのレーザ光の走査速度は1×106〜1×107cm/sec程度とする。本実施例では2×106cm/secとする。そして、擬似線状ビームスポットの、長軸と交差する方向における走査速度を10〜2000cm/sec程度とし、照射する。本実施例では、エネルギー5W、擬似線状ビームスポットのサイズを長軸400μm、短軸10〜20μm、長軸と交差する方向における走査速度を35cm/secとして結晶化を行なう。 For example, when a solid-state laser capable of continuous oscillation is used, a crystal having a large grain size can be obtained by irradiating laser light of second to fourth harmonics. Typically, it is desirable to use the second harmonic (532 nm) or the third harmonic (355 nm) of a YAG laser (fundamental wave 1064 nm). Specifically, laser light emitted from a continuous wave YAG laser is converted into a harmonic by a non-linear optical element to obtain, for example, laser light with an output of about 4 to 8 W. Then, a linear pseudo beam spot is formed by scanning the beam spot in a uniaxial direction, and the semiconductor film 502 is irradiated. Energy density may be about 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.1~10MW / cm 2). The scanning speed of the laser beam for forming the quasi-linear beam spot is about 1 × 10 6 to 1 × 10 7 cm / sec. In this embodiment, it is 2 × 10 6 cm / sec. Then, irradiation is performed with the scanning speed of the pseudo-linear beam spot in the direction intersecting the long axis being about 10 to 2000 cm / sec. In this embodiment, crystallization is performed with an energy of 5 W, a quasi-linear beam spot size of 400 μm in the major axis, 10 to 20 μm in the minor axis, and a scanning speed in the direction crossing the major axis of 35 cm / sec.

擬似線状ビームスポットを、図7(B)に示すように、白抜きの矢印で示す方向に走査することで、固液界面を白抜きの矢印の方向に向かって連続的に移動させることができる。よって、擬似線状ビームスポットの走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒が形成される。該走査方向に沿って長く延びた単結晶の粒を形成することで、キャリアが移動する方向と交差するような結晶粒界がほとんど存在しないTFTを、形成することが可能となる。   By scanning the quasi-linear beam spot in the direction indicated by the white arrow as shown in FIG. 7B, the solid-liquid interface can be continuously moved in the direction of the white arrow. it can. Therefore, crystal grains continuously grown in the scanning direction of the quasi-linear beam spot are formed. By forming single crystal grains that extend long along the scanning direction, it is possible to form a TFT with few crystal grain boundaries that intersect the direction in which carriers move.

なお、希ガスや窒素などの不活性ガス雰囲気中でレーザ光を照射するようにしても良い。これにより、レーザ光照射による半導体表面の荒れを抑えることができ、界面準位密度のばらつきによって生じる閾値電圧のばらつきを抑えることができる。   Note that laser light may be irradiated in an inert gas atmosphere such as a rare gas or nitrogen. Thereby, roughness of the semiconductor surface due to laser light irradiation can be suppressed, and variation in threshold voltage caused by variation in interface state density can be suppressed.

上述した半導体膜502へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜503が形成される。   By irradiating the semiconductor film 502 with the laser light, the semiconductor film 503 with higher crystallinity is formed.

次に、図7(C)に示すように半導体膜503をパターニングすることで、島状の半導体膜507〜509が形成され、該島状の半導体膜507〜509を用いてTFTに代表される各種の半導体素子が形成される。   Next, as illustrated in FIG. 7C, the semiconductor film 503 is patterned to form island-shaped semiconductor films 507 to 509, and the island-shaped semiconductor films 507 to 509 are used to represent the TFT. Various semiconductor elements are formed.

図示しないが、例えばTFTを作製する場合、次に島状の半導体膜507〜509を覆うようにゲート絶縁膜を成膜する。ゲート絶縁膜には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。また成膜方法は、プラズマCVD法、スパッタ法などを用いることができる。   Although not shown, for example, when a TFT is manufactured, a gate insulating film is formed so as to cover the island-shaped semiconductor films 507 to 509. For the gate insulating film, for example, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like can be used. As a film formation method, a plasma CVD method, a sputtering method, or the like can be used.

次に、ゲート絶縁膜上に導電膜を成膜した後、該導電膜をパターニングすることで、ゲート電極を形成する。そして、ゲート電極や、あるいはレジストを成膜してパターニングしたものをマスクとして用い、島状の半導体膜507〜509にn型またはp型の導電性を付与する不純物を添加し、ソース領域、ドレイン領域、さらにはLDD領域等を形成する。   Next, after forming a conductive film over the gate insulating film, the conductive film is patterned to form a gate electrode. Then, using a gate electrode or a resist film formed and patterned as a mask, an impurity imparting n-type or p-type conductivity is added to the island-shaped semiconductor films 507 to 509 so that the source region, the drain, Regions, LDD regions and the like are formed.

上記一連の工程によってTFTを形成することができる。なお本発明の半導体装置の作製方法は、上述したTFTの作製工程に限定されない。本発明を用いて結晶化された半導体膜をTFTの活性層として用いることで、素子の移動度、閾値電圧及びオン電流のばらつきを抑えることができる。   A TFT can be formed by the series of steps described above. Note that the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention is not limited to the above-described TFT manufacturing process. By using a semiconductor film crystallized using the present invention as an active layer of a TFT, variations in element mobility, threshold voltage, and on-current can be suppressed.

また、レーザ光による結晶化の前に、触媒元素を用いた結晶化工程を設けても良い。触媒元素としては、ニッケル(Ni)があげられるが、これ以外にも、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)といった元素を用いることができる。触媒元素を用いた結晶化工程の後に、レーザ光による結晶化工程を行なうと、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から半導体膜の表面に向かって均一に進みやすく、レーザ光による結晶化工程のみの場合に比べて、より半導体膜の結晶性を高めることができ、レーザ光による結晶化後の半導体膜表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはTFTの特性のばらつきがより抑えられ、オフ電流を抑えることができる。   Further, a crystallization step using a catalytic element may be provided before crystallization with laser light. Nickel (Ni) can be cited as a catalyst element. Besides this, germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt (Co), platinum Elements such as (Pt), copper (Cu), and gold (Au) can be used. When a crystallization process using a laser beam is performed after a crystallization process using a catalytic element, the crystal formed during the crystallization using the catalytic element remains on the side closer to the substrate without being melted by the laser beam irradiation. Then, crystallization proceeds using the crystal as a crystal nucleus. Therefore, crystallization by laser light irradiation tends to progress uniformly from the substrate side toward the surface of the semiconductor film, and the crystallinity of the semiconductor film can be improved more than in the case of only the crystallization process by laser light. The surface roughness of the semiconductor film after crystallization by light can be suppressed. Accordingly, variation in characteristics of semiconductor elements formed later, typically TFTs, can be further suppressed, and off-current can be suppressed.

なお、触媒元素を添加し加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めても良い。また、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。   Note that the crystallinity may be further increased by laser light irradiation after the catalyst element is added and heat treatment is performed to promote crystallization. Further, the heat treatment step may be omitted. Specifically, after adding a catalyst element, laser light may be irradiated instead of heat treatment to improve crystallinity.

なお本実施例では、半導体膜の結晶化に本発明を用いた例を示したが、半導体膜にドーピングした不純物元素の活性化を行なうのに用いても良い。   Note that in this embodiment, an example in which the present invention is used for crystallization of a semiconductor film is shown, but the present invention may be used to activate an impurity element doped in a semiconductor film.

本実施例は実施可能な範囲で実施の形態1〜4と組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with Embodiments 1 to 4 as far as practicable.

本実施例では実施例1とは異なり、レーザ結晶化に、触媒元素による結晶化方法を組み合わせた例について説明する。   In this example, unlike Example 1, an example in which laser crystallization is combined with a crystallization method using a catalytic element will be described.

まず、半導体膜502を成膜する工程まで、実施例1の図7(A)を参照して行なう。次に図8(A)に示すように、半導体膜502の表面に、重量換算で1〜100ppmのNiを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布する。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。そして、500〜650℃で4〜24時間、例えば570℃、14時間の加熱処理を行なう。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、基板500に向かって縦方向に結晶化が促進された半導体膜520が形成される(図8(A))。   First, the process up to forming the semiconductor film 502 is performed with reference to FIG. Next, as shown in FIG. 8A, a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm of Ni in terms of weight is applied to the surface of the semiconductor film 502 by spin coating. Note that the addition of the catalyst is not limited to the above method, and the catalyst may be added by sputtering, vapor deposition, plasma treatment, or the like. And it heat-processes at 500-650 degreeC for 4 to 24 hours, for example, 570 degreeC and 14 hours. By this heat treatment, a semiconductor film 520 in which crystallization is promoted in the vertical direction from the surface coated with the nickel acetate salt solution toward the substrate 500 is formed (FIG. 8A).

加熱処理には、例えば、ランプの輻射を熱源としたRTA(Rapid Thermal Anneal)、又は加熱された気体を用いるRTA(ガスRTA)で設定加熱温度740℃、180秒のRTAを行なう。設定加熱温度は、パイロメータで測る基板の温度であり、その温度を熱処理時の設定温度としている。他の方法としては、ファーネスアニール炉を用いて550℃にて4時間の熱処理があり、これを用いても良い。結晶化温度の低温化及び時短化は触媒作用のある金属元素の作用によるものである。   In the heat treatment, for example, RTA (Rapid Thermal Anneal) using lamp radiation as a heat source or RTA (gas RTA) using heated gas is performed at a set heating temperature of 740 ° C. for 180 seconds. The set heating temperature is the temperature of the substrate measured with a pyrometer, and this temperature is set as the set temperature during heat treatment. As another method, there is a heat treatment for 4 hours at 550 ° C. using a furnace annealing furnace, which may be used. The lowering and shortening of the crystallization temperature is due to the action of a catalytic metal element.

なお、本実施例では触媒元素としてニッケル(Ni)を用いるが、それ以外にも、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)といった元素を用いても良い。   In this embodiment, nickel (Ni) is used as a catalytic element. In addition, germanium (Ge), iron (Fe), palladium (Pd), tin (Sn), lead (Pb), cobalt (Co ), Platinum (Pt), copper (Cu), and gold (Au).

次に図8(B)に示すように、半導体膜520を本発明を用いて結晶化する。レーザ結晶化は、実施例1に記載されている条件で行なうことができる。   Next, as shown in FIG. 8B, the semiconductor film 520 is crystallized by using the present invention. Laser crystallization can be performed under the conditions described in Example 1.

上述した半導体膜520へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜521が形成される。なお、触媒元素を用いて結晶化された半導体膜521内には、触媒元素(ここではNi)がおおよそ1×1019atoms/cm3程度の濃度で含まれていると考えられる。次に、半導体膜521内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。 By irradiating the semiconductor film 520 with the laser light, the semiconductor film 521 with higher crystallinity is formed. Note that it is considered that the semiconductor element 521 crystallized using the catalytic element contains the catalytic element (here, Ni) at a concentration of about 1 × 10 19 atoms / cm 3 . Next, gettering of the catalytic element present in the semiconductor film 521 is performed.

まず、図8(C)に示すように半導体膜521の表面に酸化膜522を形成する。1nm〜10nm程度の膜厚を有する酸化膜522を形成することで、後のエッチング工程において半導体膜521の表面がエッチングにより荒れるのを防ぐことができる。酸化膜522は公知の方法を用いて形成することができる。例えば、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液や、オゾン水で、半導体膜521の表面を酸化することで形成しても良いし、酸素を含む雰囲気中でのプラズマ処理や、加熱処理、紫外線照射等により形成しても良い。また酸化膜を別途、プラズマCVD法やスパッタ法、蒸着法などで形成しても良い。   First, an oxide film 522 is formed on the surface of the semiconductor film 521 as illustrated in FIG. By forming the oxide film 522 having a thickness of about 1 nm to 10 nm, the surface of the semiconductor film 521 can be prevented from being roughened by etching in a later etching step. The oxide film 522 can be formed using a known method. For example, it may be formed by oxidizing the surface of the semiconductor film 521 with an aqueous solution in which sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, and the like are mixed with hydrogen peroxide water or ozone water, or plasma treatment in an atmosphere containing oxygen Alternatively, it may be formed by heat treatment, ultraviolet irradiation or the like. In addition, an oxide film may be separately formed by a plasma CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.

次に酸化膜522上に、希ガス元素を1×1020atoms/cm3以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜523を、スパッタ法を用いて25〜250nmの厚さで形成する。ゲッタリング用の半導体膜523は、半導体膜521とエッチングの選択比を大きくするため、半導体膜521よりも膜の密度の低い方がより望ましい。希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。 Next, a gettering semiconductor film 523 containing a rare gas element at a concentration of 1 × 10 20 atoms / cm 3 or more is formed with a thickness of 25 to 250 nm on the oxide film 522 by a sputtering method. The gettering semiconductor film 523 preferably has a lower film density than the semiconductor film 521 in order to increase the etching selectivity between the semiconductor film 521 and the semiconductor film 521. As the rare gas element, one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) are used.

次にファーネスアニール法やRTA法を用いて加熱処理を施し、ゲッタリングを行なう。ファーネスアニール法で行なう場合には、窒素雰囲気中にて450〜600℃で0.5〜12時間の加熱処理を行なう。また、RTA法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を1〜60秒、好ましくは30〜60秒点灯させ、それを1〜10回、好ましくは2〜6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には600〜1000℃、好ましくは700〜750℃程度にまで加熱されるようにする。   Next, heat treatment is performed using a furnace annealing method or an RTA method to perform gettering. In the case of performing furnace annealing, heat treatment is performed at 450 to 600 ° C. for 0.5 to 12 hours in a nitrogen atmosphere. When the RTA method is used, the lamp light source for heating is turned on for 1 to 60 seconds, preferably 30 to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times. The emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to 600 to 1000 ° C., preferably about 700 to 750 ° C.

加熱処理により、半導体膜521内の触媒元素が、拡散により矢印に示すようにゲッタリング用の半導体膜523に移動し、ゲッタリングされる。   By the heat treatment, the catalytic element in the semiconductor film 521 moves to the gettering semiconductor film 523 as indicated by an arrow by diffusion and is gettered.

次にゲッタリング用の半導体膜523をエッチングして除去する。エッチングは、ClF3によるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド((CH34NOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行なうことができる。この時酸化膜522によって半導体膜521がエッチングされるのを防ぐことができる。 Next, the gettering semiconductor film 523 is removed by etching. Etching can be performed by dry etching without using plasma with ClF 3 , or wet etching with an alkaline solution such as an aqueous solution containing hydrazine or tetramethylammonium hydroxide ((CH 3 ) 4 NOH). At this time, the oxide film 522 can prevent the semiconductor film 521 from being etched.

次に酸化膜522をフッ酸により除去した後、半導体膜521をパターニングし、島状の半導体膜524〜526を形成する(図8(D))。該島状の半導体膜524〜526を用いてTFTに代表される各種の半導体素子を形成することができる。なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。   Next, after the oxide film 522 is removed with hydrofluoric acid, the semiconductor film 521 is patterned to form island-shaped semiconductor films 524 to 526 (FIG. 8D). Various semiconductor elements typified by TFTs can be formed using the island-shaped semiconductor films 524 to 526. In the present invention, the gettering step is not limited to the method shown in this embodiment. Other methods may be used to reduce the catalytic element in the semiconductor film.

本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、またその結晶方位を揃えやすいため、実施例1の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはTFTの特性のばらつきがより抑えられる。   In the case of this example, the crystal formed during the crystallization with the catalytic element remains unmelted by laser light irradiation on the side closer to the substrate, and the crystallization proceeds using the crystal as a crystal nucleus. Therefore, crystallization by laser light irradiation is likely to proceed uniformly from the substrate side to the surface, and the crystal orientation is easily aligned, so that surface roughness can be suppressed compared to the case of Example 1. Therefore, variations in characteristics of semiconductor elements formed later, typically TFTs, can be further suppressed.

なお本実施例では、触媒元素を添加してから加熱処理を行なって結晶化を促進してから、レーザ光の照射により結晶性をより高めている構成について説明した。本発明はこれに限定されず、加熱処理の工程を省略しても良い。具体的には、触媒元素を添加してから加熱処理の代わりにレーザ光を照射し、結晶性を高めるようにしても良い。   Note that in this embodiment, the structure in which the crystallinity is further enhanced by laser light irradiation after the catalyst element is added and then heat treatment is performed to promote crystallization has been described. The present invention is not limited to this, and the heat treatment step may be omitted. Specifically, after adding a catalyst element, laser light may be irradiated instead of heat treatment to improve crystallinity.

本実施例は、実施可能な範囲で、実施の形態1〜4、実施例1と組み合わせることができる。   This example can be combined with Embodiments 1 to 4 and Example 1 as long as practicable.

本実施例では、本発明の結晶化方法に触媒元素による結晶化方法を組み合わせた、実施例2とは異なる例について説明する。   In this example, an example different from Example 2 in which the crystallization method of the present invention is combined with a crystallization method using a catalytic element will be described.

まず、半導体膜502を成膜する工程まで、実施例1の図7(A)を参照して行なう。次に、半導体膜502の上に開口部を有するマスク540を形成する。そして図9(A)に示すように、半導体膜502の表面に重量換算で1〜100ppmのNiを含む酢酸ニッケル塩溶液をスピンコート法で塗布する。なお触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加しても良い。塗布された酢酸ニッケル塩溶液は、マスク540の開口部において半導体膜502と接する(図9(A))。   First, the process up to forming the semiconductor film 502 is performed with reference to FIG. Next, a mask 540 having an opening is formed over the semiconductor film 502. Then, as shown in FIG. 9A, a nickel acetate salt solution containing 1 to 100 ppm of Ni in terms of weight is applied to the surface of the semiconductor film 502 by spin coating. Note that the addition of the catalyst is not limited to the above method, and the catalyst may be added by sputtering, vapor deposition, plasma treatment, or the like. The applied nickel acetate salt solution is in contact with the semiconductor film 502 at the opening of the mask 540 (FIG. 9A).

次に、500〜650℃で4〜24時間、例えば570℃、14時間の加熱処理を行なう。この加熱処理により、酢酸ニッケル塩溶液が塗布された表面から、実線の矢印で示したように結晶化が促進された半導体膜530が形成される(図9(A))。加熱処理の方法はこれに限定されず、実施例2に示したその他の方法で行なっても良い。なお、触媒元素は実施例2に列記したものを用いることができる。   Next, heat treatment is performed at 500 to 650 ° C. for 4 to 24 hours, for example, 570 ° C. for 14 hours. By this heat treatment, a semiconductor film 530 in which crystallization is promoted as shown by a solid arrow is formed from the surface coated with the nickel acetate salt solution (FIG. 9A). The heat treatment method is not limited to this, and the other heat treatment methods described in Embodiment 2 may be used. The catalyst elements listed in Example 2 can be used.

次にマスク540を除去した後、図9(B)に示すように、半導体膜530を本発明のレーザ照射装置を用いて結晶化する。レーザ結晶化は、実施例1に記載されている条件で行なうことができる。上述した半導体膜530へのレーザ光の照射により、結晶性がより高められた半導体膜531が形成される。   Next, after removing the mask 540, as shown in FIG. 9B, the semiconductor film 530 is crystallized using the laser irradiation apparatus of the present invention. Laser crystallization can be performed under the conditions described in Example 1. By irradiating the semiconductor film 530 with the laser light, the semiconductor film 531 with higher crystallinity is formed.

なお図9(B)に示したように触媒元素を用いて結晶化された半導体膜531内には、触媒元素(ここではNi)がおおよそ1×1019atoms/cm3程度の濃度で含まれていると考えられる。次に、半導体膜531内に存在する触媒元素のゲッタリングを行なう。 Note that as shown in FIG. 9B, the catalyst element (Ni in this case) is contained in the semiconductor film 531 crystallized using the catalyst element at a concentration of about 1 × 10 19 atoms / cm 3. It is thought that. Next, gettering of the catalytic element present in the semiconductor film 531 is performed.

まず図9(C)に示すように、半導体膜531を覆うように、マスク用の酸化シリコン膜532を150nmの厚さで形成し、パターニングにより開口部を設け、半導体膜531の一部を露出させる。そして、リンを添加して、半導体膜531にリンが添加されたゲッタリング領域533を設ける。この状態で、窒素雰囲気中で550〜800℃、5〜24時間、例えば600℃、12時間の熱処理を行なうと、半導体膜531にリンが添加されたゲッタリング領域533がゲッタリングサイトとして働き、半導体膜531に残存していた触媒元素が、リンの添加されたゲッタリング領域533に偏析する。   First, as shown in FIG. 9C, a masking silicon oxide film 532 is formed to a thickness of 150 nm so as to cover the semiconductor film 531, an opening is provided by patterning, and a part of the semiconductor film 531 is exposed. Let Then, phosphorus is added to provide the gettering region 533 in which phosphorus is added to the semiconductor film 531. In this state, when heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at 550 to 800 ° C. for 5 to 24 hours, for example, 600 ° C. for 12 hours, the gettering region 533 in which phosphorus is added to the semiconductor film 531 functions as a gettering site, The catalytic element remaining in the semiconductor film 531 is segregated in the gettering region 533 to which phosphorus is added.

そして、リンが添加されたゲッタリング領域533をエッチングで除去することにより、半導体膜531の残りの領域において、触媒元素の濃度を1×1017atoms/cm3以下にまで低減させることができる。次に、マスク用の酸化シリコン膜532を除去した後、半導体膜531をパターニングし、島状の半導体膜534〜536を形成する(図9(D))。該島状の半導体膜534〜536用いてTFTに代表される各種の半導体素子を形成することができる。なお、本発明においてゲッタリング工程は、本実施例に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。 Then, by removing the gettering region 533 to which phosphorus is added, the concentration of the catalytic element in the remaining region of the semiconductor film 531 can be reduced to 1 × 10 17 atoms / cm 3 or less. Next, after removing the masking silicon oxide film 532, the semiconductor film 531 is patterned to form island-shaped semiconductor films 534 to 536 (FIG. 9D). Various semiconductor elements typified by TFTs can be formed using the island-shaped semiconductor films 534 to 536. In the present invention, the gettering step is not limited to the method shown in this embodiment. Other methods may be used to reduce the catalytic element in the semiconductor film.

本実施例の場合、触媒元素による結晶化の際に形成された結晶が、基板により近い側においてレーザ光の照射により溶融されずに残存し、該結晶を結晶核として結晶化が進む。よってレーザ光の照射による結晶化は基板側から表面に向かって均一に進みやすく、またその結晶方位を揃えやすいため、実施例1の場合に比べて表面の荒れが抑えられる。よって後に形成される半導体素子、代表的にはTFTの特性のばらつきがより抑えられる。   In the case of this example, the crystal formed during the crystallization with the catalytic element remains unmelted by laser light irradiation on the side closer to the substrate, and the crystallization proceeds using the crystal as a crystal nucleus. Therefore, crystallization by laser light irradiation is likely to proceed uniformly from the substrate side to the surface, and the crystal orientation is easily aligned, so that surface roughness can be suppressed compared to the case of Example 1. Therefore, variations in characteristics of semiconductor elements formed later, typically TFTs, can be further suppressed.

本実施例は、実施可能な範囲で、実施の形態1〜4、実施例1、2と組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 and 2 within a feasible range.

図10を用いて、本発明を用いて形成される半導体表示装置の1つである、発光装置の画素の構成について説明する。   A structure of a pixel of a light-emitting device, which is one of semiconductor display devices formed using the present invention, will be described with reference to FIGS.

図10において、基板6000に、下地膜6001が形成されており、該下地膜6001上にトランジスタ6002が形成されている。トランジスタ6002は島状の半導体膜6003と、ゲート電極6005と、島状の半導体膜6003とゲート電極6005の間に挟まれたゲート絶縁膜6004と、を有している。   In FIG. 10, a base film 6001 is formed over a substrate 6000, and a transistor 6002 is formed over the base film 6001. The transistor 6002 includes an island-shaped semiconductor film 6003, a gate electrode 6005, and a gate insulating film 6004 sandwiched between the island-shaped semiconductor film 6003 and the gate electrode 6005.

島状の半導体膜6003には、本発明を用いることで結晶化された多結晶半導体膜が用いられている。なお、島状の半導体膜は珪素だけではなくシリコンゲルマニウムを用いるようにしても良い。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01〜4.5atomic%程度であることが好ましい。また窒化炭素が添加された珪素を用いていても良い。   As the island-shaped semiconductor film 6003, a polycrystalline semiconductor film crystallized by using the present invention is used. Note that the island-shaped semiconductor film may be made of silicon germanium as well as silicon. When silicon germanium is used, the concentration of germanium is preferably about 0.01 to 4.5 atomic%. Further, silicon to which carbon nitride is added may be used.

またゲート絶縁膜6004は、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素を用いることができる。またそれらを積層した膜、例えばSiO2上にSiNを積層した膜を、ゲート絶縁膜として用いても良い。またゲート電極6005として、Ta、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成する。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。また単層の導電膜ではなく、複数の層からなる導電膜を積層したものであっても良い。 For the gate insulating film 6004, silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride can be used. A film in which these layers are stacked, for example, a film in which SiN is stacked on SiO 2 may be used as the gate insulating film. The gate electrode 6005 is formed using an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, and Cu, or an alloy material or a compound material containing the element as a main component. Alternatively, a semiconductor film typified by a polycrystalline silicon film doped with an impurity element such as phosphorus may be used. Further, instead of a single conductive film, a conductive film composed of a plurality of layers may be stacked.

またトランジスタ6002は、第1の層間絶縁膜6006で覆われており、第1の層間絶縁膜6006上には第2の層間絶縁膜6007と、第3の層間絶縁膜6008とが積層されている。第1の層間絶縁膜6006は、プラズマCVD法またはスパッタ法を用い、酸化珪素、窒化珪素または酸化窒化珪素膜を単層でまたは積層して用いることができる。   The transistor 6002 is covered with a first interlayer insulating film 6006, and a second interlayer insulating film 6007 and a third interlayer insulating film 6008 are stacked over the first interlayer insulating film 6006. . The first interlayer insulating film 6006 can be formed using a single layer or a stack of silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride films by a plasma CVD method or a sputtering method.

また第2の層間絶縁膜6007は、有機樹脂膜、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂等を用いることができる。なお、シロキサン樹脂とは、Si−O−Si結合を含む樹脂に相当する。シロキサンは、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される。置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
本実施例では非感光性のアクリルを用いる。第3の層間絶縁膜6008は、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜を用いる。代表的には、例えばDLC膜、窒化炭素膜、RFスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。
The second interlayer insulating film 6007 can be formed using an organic resin film, an inorganic insulating film, a siloxane resin, or the like. Note that a siloxane resin corresponds to a resin including a Si—O—Si bond. Siloxane has a skeleton structure formed of a bond of silicon (Si) and oxygen (O). As a substituent, an organic group containing at least hydrogen (for example, an alkyl group or an aromatic hydrocarbon) is used. A fluoro group may be used as a substituent. Alternatively, an organic group containing at least hydrogen and a fluoro group may be used as a substituent.
In this embodiment, non-photosensitive acrylic is used. As the third interlayer insulating film 6008, a film that hardly transmits a substance that causes deterioration of the light-emitting element such as moisture or oxygen as compared with other insulating films is used. Typically, it is desirable to use, for example, a DLC film, a carbon nitride film, a silicon nitride film formed by an RF sputtering method, or the like.

また図10において6010は第1の電極、6011は電界発光層、6012は第2の電極であり、第1の電極6010と電界発光層6011と第2の電極6012が重なっている部分が発光素子6013に相当する。トランジスタ6002の一つは、発光素子6013に供給する電流を制御する駆動用トランジスタであり、発光素子6013と直接、または他の回路素子を介して直列に接続されている。電界発光層6011は、発光層単独かもしくは発光層を含む複数の層が積層された構成を有している。   In FIG. 10, reference numeral 6010 denotes a first electrode, 6011 denotes an electroluminescent layer, 6012 denotes a second electrode, and a portion where the first electrode 6010, the electroluminescent layer 6011, and the second electrode 6012 overlap is a light emitting element. This corresponds to 6013. One of the transistors 6002 is a driving transistor that controls current supplied to the light-emitting element 6013, and is connected to the light-emitting element 6013 directly or in series via another circuit element. The electroluminescent layer 6011 has a structure in which a light emitting layer alone or a plurality of layers including a light emitting layer are stacked.

第1の電極6010は第3の層間絶縁膜6008上に形成されている。また第3の層間絶縁膜6008上には隔壁として用いる有機樹脂膜6014が形成されている。なお本実施例では隔壁として有機樹脂膜を用いているが、無機絶縁膜、シロキサン系樹脂等を隔壁として用いることができる。有機樹脂膜6014は開口部6015を有しており、該開口部において第1の電極6010と電界発光層6011と第2の電極6012が重なり合うことで発光素子6013が形成されている。   The first electrode 6010 is formed over the third interlayer insulating film 6008. An organic resin film 6014 used as a partition is formed over the third interlayer insulating film 6008. In this embodiment, an organic resin film is used as the partition. However, an inorganic insulating film, a siloxane resin, or the like can be used as the partition. The organic resin film 6014 has an opening 6015, and a light-emitting element 6013 is formed by overlapping the first electrode 6010, the electroluminescent layer 6011, and the second electrode 6012 in the opening.

そして有機樹脂膜6014及び第2の電極6012上に、保護膜6016が成膜されている。保護膜6016は第3の層間絶縁膜6008と同様に、水分や酸素などの発光素子の劣化を促進させる原因となる物質を、他の絶縁膜と比較して透過させにくい膜、例えばDLC膜、窒化炭素膜、RFスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いる。   A protective film 6016 is formed over the organic resin film 6014 and the second electrode 6012. As with the third interlayer insulating film 6008, the protective film 6016 is a film that hardly transmits a substance that causes deterioration of the light-emitting element such as moisture and oxygen compared to other insulating films, such as a DLC film, A carbon nitride film, a silicon nitride film formed by an RF sputtering method, or the like is used.

また有機樹脂膜6014の開口部6015における端部は、有機樹脂膜6014上に一部重なって形成されている電界発光層6011に、該端部において穴があかないように、丸みを帯びさせることが望ましい。具体的には、開口部における有機樹脂膜の断面が描いている曲線の曲率半径が、0.2〜2μm程度であることが望ましい。上記構成により、後に形成される電界発光層や第2の電極のカバレッジを良好とすることができ、第1の電極6010と第2の電極6012が電界発光層6011に形成された穴においてショートするのを防ぐことができる。また電界発光層6011の応力を緩和させることで、発光領域が減少するシュリンクとよばれる不良を低減させることができ、信頼性を高めることができる。   Also, the end of the organic resin film 6014 in the opening 6015 is rounded so that the electroluminescent layer 6011 formed on the organic resin film 6014 partially overlaps so that there is no hole in the end. Is desirable. Specifically, it is desirable that the radius of curvature of the curve drawn by the cross section of the organic resin film in the opening is about 0.2 to 2 μm. With the above structure, coverage of an electroluminescent layer or a second electrode to be formed later can be improved, and the first electrode 6010 and the second electrode 6012 are short-circuited in a hole formed in the electroluminescent layer 6011. Can be prevented. Further, by relaxing the stress of the electroluminescent layer 6011, defects called “shrink” in which a light emitting region is reduced can be reduced, and reliability can be improved.

なお図10では、有機樹脂膜6014として、ポジ型の感光性のアクリル樹脂を用いた例を示している。感光性の有機樹脂には、光、電子、イオンなどのエネルギー線が露光された箇所が除去されるポジ型と、露光された箇所が残るネガ型とがある。本発明ではネガ型の有機樹脂膜を用いても良い。また感光性のポリイミドを用いて有機樹脂膜6014を形成しても良い。ネガ型のアクリルを用いて有機樹脂膜6014を形成した場合、開口部6015における端部が、S字状の断面形状となる。このとき開口部の上端部及び下端部における曲率半径は、0.2〜2μmとすることが望ましい。   Note that FIG. 10 illustrates an example in which a positive photosensitive acrylic resin is used as the organic resin film 6014. The photosensitive organic resin includes a positive type in which a portion exposed to energy rays such as light, electrons, and ions is removed, and a negative type in which the exposed portion remains. In the present invention, a negative organic resin film may be used. Alternatively, the organic resin film 6014 may be formed using photosensitive polyimide. When the organic resin film 6014 is formed using negative acrylic, an end portion of the opening 6015 has an S-shaped cross-sectional shape. At this time, it is desirable that the radius of curvature at the upper end and the lower end of the opening is 0.2 to 2 μm.

なお、第1の電極6010と、第2の電極6012は、いずれか一方が陽極、他方が陰極に相当する。   Note that one of the first electrode 6010 and the second electrode 6012 corresponds to an anode and the other corresponds to a cathode.

陽極には、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ITO及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ(以下、ITSOとする)や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに2〜20%の酸化亜鉛(ZnO)を混合したものを用いても良い。また陽極として上記透光性酸化物導電材料の他に、例えばTiN、ZrN、Ti、W、Ni、Pt、Cr、Ag、Al等の1つまたは複数からなる単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との三層構造等を用いることができる。ただし透光性酸化物導電材料以外の材料で陽極側から光を取り出す場合、光が透過する程度の膜厚(好ましくは、5nm〜30nm程度)で形成する。   For the anode, other light-transmitting oxide conductive materials such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), and zinc oxide to which gallium is added (GZO) can be used. . Indium tin oxide containing ITO and silicon oxide (hereinafter referred to as ITSO) or indium oxide containing silicon oxide mixed with 2 to 20% zinc oxide (ZnO) may be used. In addition to the light-transmitting oxide conductive material as an anode, in addition to a single layer film made of, for example, one or more of TiN, ZrN, Ti, W, Ni, Pt, Cr, Ag, Al, etc., titanium nitride and A stack of a film containing aluminum as its main component, a three-layer structure of a titanium nitride film, a film containing aluminum as its main component, and a titanium nitride film can be used. However, when light is extracted from the anode side with a material other than the light-transmitting oxide conductive material, the light-transmitting oxide film is formed to have a film thickness that allows light to pass (preferably, about 5 nm to 30 nm).

陰極は、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、これらを含む合金(Mg:Ag、Al:Li、Mg:Inなど)、およびこれらの化合物(CaF2、CaN)の他、YbやEr等の希土類金属を用いることができる。また電界発光層6011中に電子注入層を設ける場合、Alなどの他の導電層を用いることも可能である。また陰極側から光を取り出す場合は、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛(GZO)などその他の透光性酸化物導電材料を用いることが可能である。ITO及び酸化珪素を含む酸化インジウムスズ(以下、ITSOとする)や、酸化珪素を含んだ酸化インジウムに、さらに2〜20%の酸化亜鉛(ZnO)を混合したものを用いても良い。透光性酸化物導電材料を用いる場合、後に形成される電界発光層6011に電子注入層を設けるのが望ましい。また透光性酸化物導電材料を用いずとも、陰極を光が透過する程度の膜厚(好ましくは、5nm〜30nm程度)で形成することで、陰極側から光を取り出すことができる。この場合、該陰極の上または下に接するように透光性酸化物導電材料を用いて透光性を有する導電層を形成し、陰極のシート抵抗を抑えるようにしても良い。 As the cathode, a metal, an alloy, an electrically conductive compound, a mixture thereof, or the like having a low work function can be used. Specifically, alkali metals such as Li and Cs, and alkaline earth metals such as Mg, Ca, and Sr, alloys containing these (Mg: Ag, Al: Li, Mg: In, etc.), and compounds thereof ( In addition to CaF 2 and CaN, rare earth metals such as Yb and Er can be used. In the case where an electron injection layer is provided in the electroluminescent layer 6011, another conductive layer such as Al can be used. When light is extracted from the cathode side, other light-transmitting oxide conductive materials such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide (ZnO), indium zinc oxide (IZO), and gallium-added zinc oxide (GZO) are used. It is possible to use. Indium tin oxide containing ITO and silicon oxide (hereinafter referred to as ITSO) or indium oxide containing silicon oxide mixed with 2 to 20% zinc oxide (ZnO) may be used. In the case of using a light-transmitting oxide conductive material, it is preferable to provide an electron injection layer in the electroluminescent layer 6011 to be formed later. In addition, without using a light-transmitting oxide conductive material, light can be extracted from the cathode side by forming the cathode with a film thickness that allows light to pass therethrough (preferably, about 5 nm to 30 nm). In this case, a light-transmitting conductive layer may be formed using a light-transmitting oxide conductive material so as to be in contact with or under the cathode so as to suppress the sheet resistance of the cathode.

なお図10では、発光素子から発せられる光が基板6000側に照射される構成を示しているが、光が基板とは反対側に向かうような構造の発光素子としても良い。   Note that FIG. 10 illustrates a structure in which light emitted from the light-emitting element is emitted to the substrate 6000 side; however, a light-emitting element having a structure in which light is directed to the opposite side of the substrate may be used.

なお、実際には図10まで完成したら、さらに外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(熱圧着したときに溶融する層を備えたフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)や透光性のカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。その際、カバー材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料(例えば酸化バリウム)を配置したりすると発光素子の信頼性が向上する。   Actually, when completed up to FIG. 10, a protective film (such as a film having a layer that melts when thermocompression-bonded, an ultraviolet curable resin film, etc.) having high airtightness and low degassing so as not to be exposed to the outside air, It is preferable to package (enclose) with a translucent cover material. At that time, if the inside of the cover material is made an inert atmosphere or a hygroscopic material (for example, barium oxide) is arranged inside, the reliability of the light emitting element is improved.

なお、本実施例では半導体表示装置の一例として発光装置を例に挙げたが、本発明の作製方法を用いて形成される半導体表示装置はこれに限定されない。   Note that although a light-emitting device is used as an example of a semiconductor display device in this embodiment, a semiconductor display device formed using the manufacturing method of the present invention is not limited thereto.

本実施例は、実施可能な範囲で実施の形態1〜4、実施例1〜3と組み合わせることができる。   This embodiment can be combined with Embodiments 1 to 4 and Embodiments 1 to 3 within a feasible range.

ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。The figure which shows a mode that the pseudo linear beam spot is formed by scanning a beam spot in a uniaxial direction. 本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。The figure which shows one form of the laser irradiation apparatus of this invention. 音響光学素子において偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポットが形成される過程を示す図。The figure which shows the process in which a pseudo linear beam spot is formed with the laser beam deflected in the acousto-optic device. ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。The figure which shows a mode that the pseudo linear beam spot is formed by scanning a beam spot in a uniaxial direction. 本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。The figure which shows one form of the laser irradiation apparatus of this invention. ポリゴンミラーにおいて偏向されたレーザ光により、擬似線状ビームスポットが形成される過程を示す図。The figure which shows the process in which a pseudo linear beam spot is formed with the laser beam deflected in the polygon mirror. 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明の半導体装置の作製方法を示す図。4A and 4B illustrate a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. 本発明のレーザ照射装置を用いて形成される半導体表示装置の1つである、発光装置の画素の構成を示す図。FIG. 10 illustrates a pixel structure of a light-emitting device which is one of semiconductor display devices formed using the laser irradiation apparatus of the present invention. ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。The figure which shows a mode that the pseudo linear beam spot is formed by scanning a beam spot in a uniaxial direction. ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。The figure which shows a mode that the pseudo linear beam spot is formed by scanning a beam spot in a uniaxial direction. 本発明のレーザ照射装置の一形態を示す図。The figure which shows one form of the laser irradiation apparatus of this invention. ビームスポットを一軸方向において走査することで、擬似線状ビームスポットを形成している様子を示す図。The figure which shows a mode that the pseudo linear beam spot is formed by scanning a beam spot in a uniaxial direction.

符号の説明Explanation of symbols

100 擬似線状ビームスポット
101 ビームスポット
102 半導体膜
103 擬似線状ビームスポット
201 レーザ発振器
202 集光用光学系
203 ミラー
204 音響光学素子
205 fθレンズ
206 ステージ
207 基板
208 半導体膜
209 X軸方向位置制御手段
210 Y軸方向位置制御手段
211 擬似線状ビームスポット
300 擬似線状ビームスポット
301 ビームスポット
302 半導体膜
303 擬似線状ビームスポット
401 レーザ発振器
402 集光用光学系
403 ポリゴンミラー
404 fθレンズ
405 ステージ
406 基板
407 半導体膜
408 X軸方向位置制御手段
409 Y軸方向位置制御手段
410 擬似線状ビームスポット
500 基板
501 下地膜
502 半導体膜
503 半導体膜
507 島状の半導体膜
520 半導体膜
521 半導体膜
522 酸化膜
523 半導体膜
524 島状の半導体膜
530 半導体膜
531 半導体膜
540 マスク
532 酸化シリコン膜
533 ゲッタリング領域
534 島状の半導体膜
6000 基板
6001 下地膜
6002 トランジスタ
6003 島状の半導体膜
6004 ゲート絶縁膜
6005 ゲート電極
6006 第1の層間絶縁膜
6008 第3の層間絶縁膜
6007 第2の層間絶縁膜
6010 第1の電極
6011 電界発光層
6012 第2の電極
6013 発光素子
6014 有機樹脂膜
6015 開口部
6016 保護膜
1101 擬似線状ビームスポット
1102 擬似線状ビームスポット
1103 ビームスポット
1104 ビームスポット
1105 半導体膜
1201 擬似線状ビームスポット
1202 擬似線状ビームスポット
1203 ビームスポット
1204 ビームスポット
1205 半導体膜
1301 レーザ発振器
1302 集光用光学系
1303 第2の偏向光学系
1304 fθレンズ
1305 ステージ
1306 基板
1307 半導体膜
1308 X軸方向位置制御手段
1309 Y軸方向位置制御手段
1310 ビームスポット
1311 第1の偏向光学系
1401 擬似線状ビームスポット
1402 擬似線状ビームスポット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Pseudo linear beam spot 101 Beam spot 102 Semiconductor film 103 Pseudo linear beam spot 201 Laser oscillator 202 Condensing optical system 203 Mirror 204 Acousto-optic element 205 fθ lens 206 Stage 207 Substrate 208 Semiconductor film 209 X-axis direction position control means 210 Y-axis direction position control means 211 Pseudo linear beam spot 300 Pseudo linear beam spot 301 Beam spot 302 Semiconductor film 303 Pseudo linear beam spot 401 Laser oscillator 402 Condensing optical system 403 Polygon mirror 404 fθ lens 405 Stage 406 Substrate 407 Semiconductor film 408 X-axis direction position control means 409 Y-axis direction position control means 410 Pseudo linear beam spot 500 Substrate 501 Base film 502 Semiconductor film 503 Semiconductor film 507 Island-like semiconductor film 52 Semiconductor film 521 Semiconductor film 522 Oxide film 523 Semiconductor film 524 Island-like semiconductor film 530 Semiconductor film 531 Semiconductor film 540 Mask 532 Silicon oxide film 533 Gettering region 534 Island-like semiconductor film 6000 Substrate 6001 Base film 6002 Transistor 6003 Island-like Semiconductor film 6004 Gate insulating film 6005 Gate electrode 6006 First interlayer insulating film 6008 Third interlayer insulating film 6007 Second interlayer insulating film 6010 First electrode 6011 Electroluminescent layer 6012 Second electrode 6013 Light emitting element 6014 Organic resin Film 6015 Opening 6016 Protective film 1101 Pseudo linear beam spot 1102 Pseudo linear beam spot 1103 Beam spot 1104 Beam spot 1105 Semiconductor film 1201 Pseudo linear beam spot 1202 Pseudo linear beam spot 1203 Beam spot 1204 Beam spot 1205 Semiconductor film 1301 Laser oscillator 1302 Condensing optical system 1303 Second deflection optical system 1304 fθ lens 1305 Stage 1306 Substrate 1307 Semiconductor film 1308 X-axis direction position control means 1309 Y-axis direction position control means 1310 Beam spot 1311 First deflection optical system 1401 Pseudo linear beam spot 1402 Pseudo linear beam spot

Claims (25)

レーザ発振器と、
直線上を往復するように前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査して、擬似線状ビームスポットを形成する光学系と、
前記擬似線状ビームスポットの長軸と交差する方向に前記レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を移動させる手段と、を有し、
前記擬似線状ビームスポットにおいて前記レーザ光が照射される第1の被照射体領域と、前記第1の被照射体領域が照射された後に引き続き、前記擬似線状ビームスポットが形成される第2の被照射体領域は、部分的に重なるように、前記手段により前記被照射体を移動し、
前記第1の被照射体領域が固化するよりも前に、前記手段により前記擬似線状ビームスポットの位置を前記第1の被照射体領域から前記第2の被照射体領域に移動することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to reciprocate on a straight line to form a quasi-linear beam spot;
Means for moving the relative position of the irradiated object with respect to the laser beam in a direction intersecting with the long axis of the pseudo-linear beam spot;
A first irradiated region to be irradiated with the laser beam in the pseudo-linear beam spot, and a second in which the pseudo-linear beam spot is formed following the irradiation of the first irradiated region. The irradiated body region is moved by the means so as to partially overlap,
Before the first irradiated region is solidified, the means moves the position of the pseudo linear beam spot from the first irradiated region to the second irradiated region. A featured laser irradiation device.
レーザ発振器と、
直線上を往復するように、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系と、
前記レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を、前記レーザ光の走査方向と交差する方向に移動する手段とを有し、
前記光学系及び前記手段により、前記レーザ光を前記被照射体上において波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査し、
前記波形状または前記鋸歯状の線の第1の方向転換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、
前記第1の方向転換点を前記レーザ光で照射したときの第1のビームスポットと、前記第3の方向転換点を前記レーザ光で照射したときの第2のビームスポットは部分的に重なるようにし、
前記第1のビームスポットにより照射された前記被照射体が固化するよりも前に、前記レーザ光を前記第1の方向転換点から前記第3の方向転換点へ走査することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to reciprocate on a straight line;
Means for moving a relative position of the irradiated object with respect to the laser beam in a direction crossing a scanning direction of the laser beam;
By the optical system and the means, the laser beam is scanned on the irradiated body so as to trace a wave shape or a sawtooth line,
When scanning from the first turning point of the wave shape or the sawtooth line to the third turning point via the second turning point,
The first beam spot when the first turning point is irradiated with the laser beam and the second beam spot when the third turning point is irradiated with the laser beam partially overlap each other. West,
A laser that scans the laser light from the first turning point to the third turning point before the irradiated object irradiated by the first beam spot is solidified. Irradiation device.
レーザ発振器と、
直線上を往復するように、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系と、
前記レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を、前記レーザ光の走査方向と交差する方向に移動する手段とを有し、
前記光学系及び前記手段により、前記レーザ光を等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように走査し、
前記複数の直線のうち第1の直線をなぞるように前記レーザ光を走査することで、前記レーザ光が照射される第1の被照射体領域と、前記第1の直線と隣り合う第2の直線をなぞるように前記レーザ光を走査することで、前記レーザ光が照射される第2の被照射体領域とを、部分的に重ねるようにし、
前記第1の被照射体領域が固化するよりも前に、前記レーザ光を前記第2の被照射体領域に照射させることを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to reciprocate on a straight line;
Means for moving a relative position of the irradiated object with respect to the laser beam in a direction crossing a scanning direction of the laser beam;
The optical system and the means scan the laser beam so that a plurality of straight lines arranged at equal intervals are traced one by one,
By scanning the laser light so as to trace the first straight line among the plurality of straight lines, a first irradiated region to be irradiated with the laser light and a second adjacent to the first straight line By scanning the laser beam so as to trace a straight line, the second irradiated object region irradiated with the laser beam is partially overlapped,
A laser irradiation apparatus that irradiates the second irradiated region with the laser beam before the first irradiated region is solidified.
レーザ発振器と、
直線上を往復するように、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系と、
前記レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を、前記レーザ光の走査方向と交差する方向に移動する手段とを有し、
前記光学系及び前記手段により、前記レーザ光を前記被照射体上において波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査し、
前記波形状または前記鋸歯状の線の第1の方向転換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、
前記第1の方向転換点を前記レーザ光で照射したときの第1のビームスポットと、前記第3の方向転換点を前記レーザ光で照射したときの第2のビームスポットは部分的に重なるようにし、
前記第1の方向転換点から前記第3の方向転換点まで100ns以内で、前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to reciprocate on a straight line;
Means for moving a relative position of the irradiated object with respect to the laser beam in a direction crossing a scanning direction of the laser beam;
By the optical system and the means, the laser beam is scanned on the irradiated body so as to trace a wave shape or a sawtooth line,
When scanning from the first turning point of the wave shape or the sawtooth line to the third turning point via the second turning point,
The first beam spot when the first turning point is irradiated with the laser beam and the second beam spot when the third turning point is irradiated with the laser beam partially overlap each other. West,
A laser irradiation apparatus that scans the laser beam within 100 ns from the first turning point to the third turning point.
レーザ発振器と、
直線上を往復するように、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系と、
前記レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を、前記レーザ光の走査方向と交差する方向に移動する手段とを有し、
前記光学系及び前記手段により、前記レーザ光を等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように走査し、
前記レーザ光が前記複数の直線のうち第1の直線をなぞる際に、前記レーザ光が照射される第1の被照射体領域と、前記レーザ光が前記第1の直線と隣り合う第2の直線をなぞる際に、前記レーザ光が照射される第2の被照射体領域とを、部分的に重ねるようにし、
前記第1の被照射体領域から前記第2の被照射体領域に、100ns以内で、前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to reciprocate on a straight line;
Means for moving a relative position of the irradiated object with respect to the laser beam in a direction crossing a scanning direction of the laser beam;
The optical system and the means scan the laser beam so that a plurality of straight lines arranged at equal intervals are traced one by one,
When the laser beam traces a first straight line of the plurality of straight lines, a first irradiated region to be irradiated with the laser light, and a second adjacent to the first straight line. When tracing a straight line, the second irradiated object region irradiated with the laser beam is partially overlapped,
A laser irradiation apparatus that scans the laser light within 100 ns from the first irradiated region to the second irradiated region.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、前記光学系は音響光学素子、ポリゴンミラー、またはレゾナントスキャナであることを特徴とするレーザ照射装置。   6. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the optical system is an acousto-optic element, a polygon mirror, or a resonant scanner. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、前記光学系によりレーザ光を走査する速度は、前記手段により前記被照射体を移動する速度よりも早いことを特徴とするレーザ照射装置。   7. The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein a speed at which the optical system scans the laser beam is faster than a speed at which the object is moved by the means. レーザ発振器と、
等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系とを有し、
前記複数の直線のうち第1の直線をなぞるように走査して形成する第1の擬似線状ビームスポットと、前記第1の直線と隣り合う第2の直線をなぞるように走査して形成する第2の擬似線状ビームスポットは、部分的に重なり、
前記第1の擬似線状ビームスポットにより照射された被照射体が固化するよりも前に、前記レーザ光を走査して、前記第2の擬似線状ビームスポットを形成することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to trace a plurality of straight lines arranged at equal intervals one by one,
A first pseudo linear beam spot formed by scanning to trace the first straight line among the plurality of straight lines, and a second straight line adjacent to the first straight line are scanned and formed. The second quasi-linear beam spot partially overlaps,
The laser beam is scanned before the irradiated object irradiated with the first quasi-linear beam spot is solidified to form the second quasi-linear beam spot. Irradiation device.
レーザ発振器と、
等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系とを有し、
前記複数の直線のうち第1の直線をなぞるように走査して形成する第1の擬似線状ビームスポットと、前記第1の直線と隣り合う第2の直線をなぞるように走査して形成する第2の擬似線状ビームスポットは、部分的に重なり、
前記第1の擬似線状ビームスポットにより照射された被照射体が固化するよりも前に、前記レーザ光を走査して、前記第2の擬似線状ビームスポットを形成し始めることを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to trace a plurality of straight lines arranged at equal intervals one by one,
A first pseudo linear beam spot formed by scanning to trace the first straight line among the plurality of straight lines, and a second straight line adjacent to the first straight line are scanned and formed. The second quasi-linear beam spot partially overlaps,
Before the irradiated object irradiated by the first quasi-linear beam spot is solidified, the laser beam is scanned to start forming the second quasi-linear beam spot. Laser irradiation device.
レーザ発振器と、
等間隔で並ぶ複数の直線を一つずつなぞるように、前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を走査する光学系とを有し、
前記複数の直線のうち第1の直線をなぞるように走査して形成する第1の擬似線状ビームスポットと、前記第1の直線と隣り合う第2の直線をなぞるように走査して形成する第2の擬似線状ビームスポットは、部分的に重なり、
前記第1の擬似線状ビームスポットを形成し始めてから前記第2の擬似線状ビームスポットを形成するまで、100ns以内でおこなうことを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to trace a plurality of straight lines arranged at equal intervals one by one,
A first pseudo linear beam spot formed by scanning to trace the first straight line among the plurality of straight lines, and a second straight line adjacent to the first straight line are scanned and formed. The second quasi-linear beam spot partially overlaps,
The laser irradiation apparatus, wherein the laser beam irradiation is performed within 100 ns from the start of forming the first quasi-linear beam spot to the formation of the second quasi-linear beam spot.
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を、波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査する光学系とを有し、
前記波形状または前記鋸歯状の線の第1の方向転換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、
前記第1の方向転換点を中心とする第1のビームスポットと、前記第3の方向転換点を中心とする第2のビームスポットは部分的に重なるように、前記レーザ光を走査し、
前記第1のビームスポットにより照射された被照射体が固化するよりも前に、前記レーザ光を前記第1の方向転換点から前記第3の方向転換点まで走査することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to trace a wave shape or a sawtooth line;
When scanning from the first turning point of the wave shape or the sawtooth line to the third turning point via the second turning point,
The laser beam is scanned so that the first beam spot centered on the first turning point and the second beam spot centered on the third turning point partially overlap,
Laser irradiation, wherein the laser beam is scanned from the first turning point to the third turning point before the irradiated object irradiated by the first beam spot is solidified. apparatus.
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光を、波形状または鋸歯状の線をなぞるように走査する光学系とを有し、
前記波形状または前記鋸歯状の線の第1の方向転換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、
前記第1の方向転換点を中心とする第1のビームスポットと、前記第3の方向転換点を中心とする第2のビームスポットは部分的に重なるように、前記レーザ光を走査し、
前記第1の方向転換点から前記第3の方向転換点まで100ns以内で、前記レーザ光を走査することを特徴とするレーザ照射装置。
A laser oscillator;
An optical system that scans the laser light oscillated from the laser oscillator so as to trace a wave shape or a sawtooth line;
When scanning from the first turning point of the wave shape or the sawtooth line to the third turning point via the second turning point,
The laser beam is scanned so that the first beam spot centered on the first turning point and the second beam spot centered on the third turning point partially overlap,
A laser irradiation apparatus that scans the laser beam within 100 ns from the first turning point to the third turning point.
請求項8乃至請求項12のいずれか一項において、前記光学系は、第1の方向に前記レーザ光を走査する第1の光学系と、前記第1の方向と交差する方向に前記レーザ光を走査する第2の光学系で構成されることを特徴とするレーザ照射装置。   13. The optical system according to claim 8, wherein the optical system includes a first optical system that scans the laser light in a first direction and the laser light in a direction that intersects the first direction. A laser irradiation apparatus comprising: a second optical system that scans a laser beam. 請求項13において、前記第1の光学系及び前記第2の光学系のそれぞれは、音響光学素子、ポリゴンミラー、またはレゾナントスキャナであることを特徴とするレーザ照射装置。   The laser irradiation apparatus according to claim 13, wherein each of the first optical system and the second optical system is an acousto-optic element, a polygon mirror, or a resonant scanner. 請求項8乃至請求項14のいずれか一項において、前記レーザ光に対する被照射体の相対的な位置を移動する手段を有することを特徴とするレーザ照射装置。   15. The laser irradiation apparatus according to claim 8, further comprising means for moving a relative position of an irradiation object with respect to the laser light. 請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、
前記レーザ光は前記レーザ発振器からパルス発振されており、前記パルス発振の周波数は100MHz以上であることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 to 15,
The laser irradiation apparatus is characterized in that the laser light is pulse-oscillated from the laser oscillator, and the frequency of the pulse oscillation is 100 MHz or more.
請求項1乃至請求項15のいずれか一項において、
前記レーザ光は前記レーザ発振器から連続発振されていることを特徴とするレーザ照射装置。
In any one of Claims 1 to 15,
The laser irradiation apparatus, wherein the laser light is continuously oscillated from the laser oscillator.
半導体膜の第1の領域を溶融するため、レーザ光を第1の方向に沿って第1の走査をし、
前記第1の走査の後、前記半導体膜の第2の領域を溶融するため、前記レーザ光を第2の方向に沿って第2の走査をし、
前記第1の領域は前記第2の領域と部分的に重なり、
前記第2の走査をしている間は前記第1の領域の少なくとも一部は溶融状態にあることを特徴とする半導体装置の作製方法。
In order to melt the first region of the semiconductor film, the laser beam is scanned in the first direction along the first direction,
After the first scan, in order to melt the second region of the semiconductor film, the laser beam is scanned in a second direction along a second direction,
The first region partially overlaps the second region;
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein at least part of the first region is in a molten state during the second scanning.
請求項18において、前記第2の領域が前記第1の領域と部分的に重なる領域を介して、前記半導体膜の結晶は前記第1の領域から前記第2の領域に連続的に成長することを特徴とする半導体装置の作製方法。   19. The crystal of the semiconductor film according to claim 18, wherein the crystal of the semiconductor film continuously grows from the first region to the second region through a region where the second region partially overlaps the first region. A method for manufacturing a semiconductor device. 請求項18または請求項19において、前記第2の領域の一部を前記レーザ光で照射しているとき、前記第2の領域の前記一部と重なる前記第1の領域の一部は、前記第1の走査により溶融していることを特徴とする半導体装置の作製方法。   In Claim 18 or Claim 19, when irradiating a part of the second region with the laser beam, a part of the first region overlapping the part of the second region is A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is melted by first scanning. 請求項18乃至請求項20のいずれか一項において、前記第1の領域及び前記第2の領域は線状であり、前記第1の方向は前記第2の方向と同じ方向であり、前記第1の領域は前記第1の方向に沿って前記第2の領域と部分的に重なることを特徴とする半導体装置の作製方法。   In any one of Claims 18 to 20, the first region and the second region are linear, the first direction is the same direction as the second direction, 1. The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first region partially overlaps the second region along the first direction. レーザ光を半導体膜に照射して半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法において、
波形状または鋸歯状の線をなぞるように、前記半導体膜を前記レーザ光で走査し、
前記波形状または前記鋸歯状の線の第1の方向転換点から第2の方向転換点を経由して第3の方向転換点へ走査するとき、
前記第1の方向転換点を中心とする第1のビームスポットと、前記第3の方向転換点を中心とする第2のビームスポットとが、部分的に重なるようにし、
前記第1のビームスポットにより照射された前記半導体膜が固化するよりも前に、前記レーザ光を前記第1のビームスポットから前記第2のビームスポットへ走査することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor film is crystallized by irradiating the semiconductor film with laser light,
The semiconductor film is scanned with the laser beam so as to trace a wave shape or a sawtooth line,
When scanning from the first turning point of the wave shape or the sawtooth line to the third turning point via the second turning point,
A first beam spot centered on the first turning point and a second beam spot centered on the third turning point partially overlap;
Fabrication of a semiconductor device, wherein the laser beam is scanned from the first beam spot to the second beam spot before the semiconductor film irradiated by the first beam spot is solidified. Method.
レーザ光を半導体膜に照射して半導体膜を結晶化する半導体装置の作製方法において、
櫛歯状の線をなぞるように、前記半導体膜を前記レーザ光で走査し、
前記櫛歯状の線の第1の角から第2及び第3の角を経由して第4の角へ走査するとき、
前記第1の角を中心とする第1のビームスポットと、前記第4の角を中心とする第2のビームスポットとが、部分的に重なるようにし、
前記第1のビームスポットにより照射された前記半導体膜が固化するよりも前に、前記レーザ光を前記第1のビームスポットから前記第2のビームスポットへ走査することを特徴とする半導体装置の作製方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device in which a semiconductor film is crystallized by irradiating the semiconductor film with laser light,
The semiconductor film is scanned with the laser beam so as to trace a comb-like line,
When scanning from the first corner of the comb-like line to the fourth corner via the second and third corners,
A first beam spot centered on the first corner and a second beam spot centered on the fourth corner partially overlapping;
Fabrication of a semiconductor device, wherein the laser beam is scanned from the first beam spot to the second beam spot before the semiconductor film irradiated by the first beam spot is solidified. Method.
請求項18乃至請求項23のいずれか一項において、
前記レーザ光は連続発振されていることを特徴とする半導体装置の作製方法。
24. In any one of claims 18 to 23,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the laser light is continuously oscillated.
請求項18乃至請求項23のいずれか一項において、
前記レーザ光はパルス発振されており、前記パルス発振の周波数は100MHz以上であることを特徴とする半導体装置の作製方法。

24. In any one of claims 18 to 23,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the laser beam is pulse-oscillated, and the frequency of the pulse oscillation is 100 MHz or more.

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