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JP7583571B2 - レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明はレーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
特許文献１には、多結晶シリコン薄膜を形成するためのレーザアニール装置が開示されている。特許文献１では、固体レーザから、直線偏光のレーザ光が出射している。直線偏光レーザ光は１／２波長板を介して偏光ビームスプリッタに入射している。偏光ビームスプリッタは、レーザ光を２つの光ビームに分岐している。偏光ビームスプリッタで分岐された２本の光ビームは、２つ目の偏光ビームスプリッタで合成されている。
特許第６７０６１５５号公報
このようなレーザ照射装置では、適切な偏光状態のレーザ光を照射することが望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、レーザ照射装置は、直線偏光のパルスレーザ光を発生させるレーザ光源と、前記パルスレーザ光の光路中に回転可能に配置された第１の１／２波長板と、前記第１の１／２波長板からの前記パルスレーザ光を第１及び第２パルス光に分岐する第１偏光ビームスプリッタと、前記第１パルス光と前記第２パルス光との光路長差によって前記第１パルス光よりも遅延した第２パルス光を、前記第１パルス光と合成する第２偏光ビームスプリッタと、前記第２偏光ビームスプリッタで合成された前記第１及び第２パルス光の合成パルス光の光路中に回転可能に配置された第１の波長板と、を備えている。
一実施の形態によれば、レーザ照射方法は、（ａ）直線偏光のパルスレーザ光を発生させるステップと、（ｂ）前記パルスレーザ光を回転可能に配置された第１の１／２波長板に入射させるステップと、（ｃ）前記第１の１／２波長板からの前記パルスレーザ光を第１偏光ビームスプリッタによって、第１及び第２パルス光に分岐するステップと、（ｄ）前記第１パルス光と前記第２パルス光との光路長差によって前記第１パルス光よりも遅延した第２パルス光を、第２偏光ビームスプリッタによって前記第１パルス光と合成するステップと、（ｅ）前記第２偏光ビームスプリッタで合成された前記第１及び第２パルス光の合成パルス光の光路中に回転可能に配置された第１の波長板に入射させるステップと、を備えている。
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、（Ｓ１）基板上に非晶質膜を形成するステップと、（Ｓ２）前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するように、前記非晶質膜をアニールするステップと、を備え、前記（Ｓ２）アニールするステップは、（Ａ）直線偏光のパルスレーザ光を発生させるステップと、（Ｂ）前記パルスレーザ光を回転可能に配置された第１の１／２波長板に入射させるステップと、（Ｃ）前記第１の１／２波長板からの前記パルスレーザ光を第１偏光ビームスプリッタによって、第１及び第２パルス光に分岐するステップと、（Ｄ）前記第１パルス光と前記第２パルス光との光路長差によって前記第１パルス光よりも遅延した第２パルス光を、第２偏光ビームスプリッタによって前記第１パルス光と合成するステップと、（Ｅ）前記第２偏光ビームスプリッタで合成された前記第１及び第２パルス光の合成パルス光の光路中に回転可能に配置された第１の波長板に入射させるステップと、を備えている。
前記一実施の形態によれば、適切な偏光状態のレーザ光を照射することができる。
本実施形態にかかるレーザアニール装置の光学系を示す図である。 レーザアニール装置の光学系を示す図である。 偏光ビームスプリッタ３３で分岐されるレーザ光を示す図である。 偏光ビームスプリッタ６１で合成されたレーザ光の時間波形を示す図である。 偏光ビームスプリッタ６１で合成されたレーザ光の偏光状態を説明する図である。 有機ＥＬディスプレイの構成を簡略化して示す断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本実施の形態にかかるレーザ照射装置は、例えば、低温ポリシリコン(LTPS:Low Temperature Poly-Silicon)膜を形成するレーザアニール装置である。以下、図面を参照して本実施の形態にかかるレーザ照射装置、レーザ照射方法、及び製造方法について説明する。
（レーザ照射装置の光学系）
図１を用いて、本実施の形態にかかるレーザ照射装置の構成について説明する。図１は、レーザ照射装置１の光学系を模式的に示す図である。基板１００の上面（主面）には、シリコン膜１０１が形成されている。レーザ照射装置１は、レーザ光Ｌ１を基板１００上に形成されたシリコン膜１０１に照射する。これにより、非晶質のシリコン膜（アモルファスシリコン膜:ａ－Ｓｉ膜）１０１を多結晶のシリコン膜（ポリシリコン膜：ｐ－Ｓｉ膜）１０１に変換することができる。基板１００は、例えば、ガラス基板などの透明基板である。基板１００は、レーザ光が照射される対象物となる。
なお、図１では説明の明確化のため、ＸＹＺ三次元直交座標系が示されている。Ｚ方向は鉛直方向となり、基板１００に垂直な方向である。ＸＹ平面は、基板１００のシリコン膜１０１が形成された面と平行な平面である。Ｘ方向は、矩形状の基板１００の長手方向となり、Ｙ方向は基板１００の短手方向となる。また、レーザ照射装置１では、搬送機構（不図示）により基板１００を＋Ｘ方向に搬送しながら、シリコン膜１０１にレーザ光Ｌ１が照射される。なお、図１では、シリコン膜１０１において、レーザ光Ｌ１の照射前のシリコン膜１０１をアモルファスシリコン膜１０１ａと示し、レーザ光Ｌ１の照射後のシリコン膜１０１はポリシリコン膜１０１ｂと示している。
レーザ照射装置１は、ステージ１０と、レーザ光源２１、光学系２０と、検出部２２を備えている。基板１００は、ステージ１０の上に配置されている。ステージ１０は、例えば、基板１００をエア浮上させる浮上搬送ステージ（浮上搬送ユニット）であるが、浮上搬送ステージに限られるものではない。例えば、ステージ１０は、バキュームチャックタイプのステージであってもよい。ステージ１０は、下側から基板１００に向けてガスを噴出させている。よって、ステージ１０と基板１００との間に微小なエアギャップが形成された状態で、基板１００が＋Ｘ方向に搬送される。
光学系２０は、アモルファスシリコン膜１０１ａを結晶化するためのレーザ光Ｌ１をシリコン膜１０１に照射するための光学系である。光学系２０は、レーザ光Ｌ１の偏光状態を制御する偏光制御部３０を備えている。偏光制御部３０は、レーザ光Ｌ１の偏光状態を制御する。光学系２０の詳細な構成については、後述する。
光学系２０は、基板１００の上側（＋Ｚ側）に配置されている。レーザ光源２１はパルスレーザ光源であり、パルスレーザ光を発生させる。レーザ光源２１は、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光源等の固体レーザである。また、レーザ光源２１はパルス状のレーザ光Ｌ１を放出する。レーザ光源２１は直線偏光のレーザ光Ｌ１を発生させる。レーザ光源２１は、固体レーザに限らず、半導体レーザであってもよい。
光学系２０は、レーザ光Ｌ１を均一化するためのホモジナイザ、及びレーザ光Ｌ１を集光するコンデンサレンズなどを有している。レーザ光Ｌ１は、基板１００上において、ライン状の照射領域を形成する。照射領域は、Ｙ方向を長手方向とし、Ｘ方向を短手方向とするライン状になっている。
光学系２０は、レーザ光源２１からのレーザ光Ｌ１を基板１００に導いている。光学系２０から基板１００に照射されるレーザ光をレーザ光Ｌ２とする。レーザ光Ｌ２の照射によって、アモルファスシリコン膜１０１ａが結晶化する。基板１００に対するレーザ光Ｌ２の照射位置を変えながら、レーザ光Ｌ２をシリコン膜１０１に照射する。ステージ１０の搬送機構により基板１００を＋Ｘ方向に搬送することで、基板１００上に均一なポリシリコン膜１０１ｂが形成される。もちろん、基板１００を搬送する構成ではなく、レーザ光源２１と光学系２０を移動させてもよい。つまり、基板１００と光学系２０とを相対的に移動させることで、レーザ光Ｌ２の照射領域が走査されていればよい。
さらに、基板１００の上に検出部２２が配置されている。検出部２２は、結晶化したポリシリコン膜１０１ｂからの光を検出する光検出器を備えている。例えば、検出部２２は、例えばポリシリコン膜１０１ｂを撮像するカメラを備えている。あるいは、検出部２２は、ポリシリコン膜１０１ｂで反射した反射光のスペクトルを測定する分光計を有していてもよい。さらに、検出部２２は基板１００を照明する照明光源を備えていてもよい。例えば、照明光源は、レーザ光Ｌ２が照射された領域を照明するための照明光を発生する。カメラは、照明光で照明された領域からの反射光を検出する。検出部２２は、レーザ光Ｌ２が照射された領域を撮像することができるため、ポリシリコン膜１０１ｂの結晶状態を評価することができる。ポリシリコン膜１０１ｂの結晶状態の均一性やムラなどを評価することが可能になる。
偏光制御部３０は、レーザ光Ｌ１の偏光状態を制御するとともに、パルス波形を調整する。具体的には、偏光制御部３０は、パルスレーザ光の一部を遅延させることで、パルスレーザ光の時間波形を制御している。図２は、偏光制御部３０の構成を示す図である。偏光制御部３０は、１／２波長板３１、ミラー３２、偏光ビームスプリッタ３３、偏光ビームスプリッタ６１、波長板６２を備えている。
１／２波長板３１は、レーザ光Ｌ１の光路中に回転可能に設けられている。１／２波長板３１をレーザ光Ｌ１の光軸周りに回転させることで、レーザ光Ｌ１の偏光方向を調整することができる。つまり、１／２波長板３１の回転角度に応じて、直線偏光方向が回転する。
レーザ光Ｌ１は、１／２波長板３１を介して、ミラー３２に入射する。ミラー３２は、レーザ光Ｌ１を偏光ビームスプリッタ３３の方向に反射する。ミラー３２で反射したレーザ光Ｌ１は、偏光ビームスプリッタ３３に入射する。
偏光ビームスプリッタ３３は、レーザ光Ｌ１を２本のパルス光Ｌ３１、Ｌ３２に分岐する。偏光ビームスプリッタ３３は、偏光状態に応じて、入射光を分岐する。具体的には、偏光ビームスプリッタ３３はＰ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。よって、偏光ビームスプリッタ３３を透過したパルス光Ｌ３１は、Ｐ偏光の直線偏光となる。偏光ビームスプリッタ３３で反射したパルス光Ｌ３２は、Ｓ偏光の直線偏光となる。
パルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２は、後段の偏光ビームスプリッタ６１で合成される。偏光ビームスプリッタ３３と偏光ビームスプリッタ６１との間には、２本の光路が設けられている。偏光ビームスプリッタ３３から偏光ビームスプリッタ６１までの一方の光路をパルス光Ｌ３１が伝播し、他方の光路をパルス光Ｌ３２が伝播する。そして、２本の光路には、パルス光Ｌ３２をパルス光Ｌ３１に対して遅延させるように、光路長差が与えられている。

偏光ビームスプリッタ３３と偏光ビームスプリッタ６１との間において、パルス光Ｌ３１が伝播する光路を先行光路４０とし、パルス光Ｌ３２が伝播する光路を遅延光路５０とする。遅延光路５０の光路長は、先行光路４０の光路長よりも長くなっている。また、パルス光Ｌ３１を先行パルス光とし、パルス光Ｌ３２を遅延パルス光とする。
先行光路４０には、波長板４１が配置されている。偏光ビームスプリッタ３３からのパルス光Ｌ３１は、波長板４１を通過して、偏光ビームスプリッタ６１に入射する。
遅延光路５０には、ミラー５１、ミラー５２、及び波長板５３が配置されている。偏光ビームスプリッタ３３からのパルス光Ｌ３２はミラー５１，ミラー５２で反射する。ミラー５２で反射したパルス光Ｌ３２は、波長板５３に入射する。パルス光Ｌ３２は波長板５３を透過して、偏光ビームスプリッタ６１に入射する。遅延光路５０では、ミラー５１、及びミラー５２が配置されているため、先行光路４０よりも光路長が長くなる。これにより、偏光ビームスプリッタ６１に入射するパルス光Ｌ３２は、パルス光Ｌ３１よりも遅延する。
なお、図２において、遅延光路５０には２枚のミラー５１，５２が設けられているが、光路長差に応じてミラー５１、５２の配置や数を調整すれば良い。もちろん、ミラー以外の光学素子を用いて光路長差を設けても良い。また、ミラー５１，５２の位置を調整することで、遅延時間を調整してもよい。
偏光ビームスプリッタ６１はパルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２とを合成する。偏光ビームスプリッタ６１は、パルス光Ｌ３１を透過して、パルス光Ｌ３２を反射する。これにより、パルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２が同一の光軸となって伝播する。光路長差分だけパルス光Ｌ３２がパルス光Ｌ３１から遅延した状態で、パルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２とが合成される。
例えば、波長板４１と波長板５３は、それぞれ１／２波長板となっている。波長板４１を第３の１／２波長板とし、波長板５３を第４の１／２波長板とすることができる。先行光路４０において、波長板４１は回転可能に配置されている。波長板４１の回転軸は、パルス光Ｌ３１の光軸と平行になっている。遅延光路５０において、波長板５３は回転可能に配置されている。遅延光路５０において、波長板５３は回転可能に配置されている。波長板５３の回転軸は、パルス光Ｌ３２の光軸と平行になっている。
波長板４１と波長板５３は、偏光ビームスプリッタ６１での光量の損失を低減するために、設けられている。例えば、偏光ビームスプリッタ６１は、Ｐ偏光成分を透過し、Ｓ偏光成分を反射する。波長板４１は、偏光ビームスプリッタ６１におけるパルス光Ｌ３１の透過光量を最大化するために配置されている。つまり、波長板４１は、偏光ビームスプリッタ６１に入射するパルス光Ｌ３１がＰ偏光となるような回転角度で配置されている。
波長板５３は、偏光ビームスプリッタ６１におけるパルス光Ｌ３２の反射光量を最大化するために配置されている。つまり、波長板５３は、偏光ビームスプリッタ６１に入射するパルス光Ｌ３２がＳ偏光となるような回転角度で配置されている。例えば、ミラー５１、ミラー５２での反射によって、パルス光Ｌ３２の偏光方向が回転することがある。このような場合であっても、波長板５３を回転させることで偏光ビームスプリッタ６１におけるパルス光Ｌ３２の損失を防ぐことができる。なお、波長板４１及び波長板５３は省略可能である。
上記のように、偏光ビームスプリッタ６１は、パルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２を合成する。したがって、先行パルス光と遅延パルス光が同軸となって伝播する。ここで、偏光ビームスプリッタ６１によって合成されたパルス光Ｌ３１及びパルス光Ｌ３２を合成パルス光Ｌ６０とする。合成パルス光Ｌ６０は、先行パルス光及び遅延パルス光を含んでいる。
ここで、パルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２とのパルス光量について説明する。図３に示すように、パルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２とは互いに直交した直線偏光となっている。ここで、レーザ光源２１から偏光ビームスプリッタ３３までの光路には、１／２波長板３１が配置されている。したがって、１／２波長板３１を回転させることで、パルス光Ｌ３１とパルス光Ｌ３２の割合を調整することができる。１／２波長板３１を回転することで、レーザ光Ｌ１の偏光方向が変化する。
したがって、１／２波長板３１の回転角度に応じて、先行パルス光と遅延パルス光との強度比を変化させることができる。図４は、先行パルス光Ｐ１と遅延パルス光Ｐ２とを含む合成パルス光Ｌ６０の時間波形を模式的に示す図である。図４では、１／２波長板３１の角度を変えた場合の３つの例が示されている。
図４の上段には、先行パルス光Ｐ１を遅延パルス光Ｐ２よりも高い強度とした場合の時間波形が示されている。図４の中段には、先行パルス光Ｐ１を遅延パルス光Ｐ２と同程度の強度とした場合の時間波形が示されている。図４の下段には、先行パルス光Ｐ１を遅延パルス光Ｐ２よりも低い強度とした場合の時間波形が示されている。１／２波長板３１の回転角度を変更することで、先行パルス光Ｐ１と遅延パルス光Ｐ２を任意の強度比とすることができる。よって、合成パルス光Ｌ６０の時間波形を調整することが可能となる。さらに、アッテネータによりレーザ光をビームダンプしていないため、レーザ光の強度を維持できる。
図２の説明に戻る。偏光ビームスプリッタ６１からの合成パルス光Ｌ６０は、波長板６２に入射する。波長板６２は、第２の１／２波長板である。波長板６２は、合成パルス光Ｌ６０の光路中に回転可能に設けられている。波長板６２を合成パルス光Ｌ６０の光軸周りに回転させることで、合成パルス光Ｌ６０の偏光方向を調整することができる。つまり、波長板６２の回転角度に応じて、直線偏光方向が回転する。
波長板６２を透過した合成パルス光Ｌ６０はミラー６３で反射される。ミラー６３で反射された合成パルス光Ｌ６０は、レンズ６４、ホモジナイザ６５、ホモジナイザ６６、レンズ６７の順番に入射する。
レンズ６４は、合成パルス光Ｌ６０を集光する。ホモジナイザ６５、及びホモジナイザ６６は、合成パルス光Ｌ６０の空間分布を均一化する。ホモジナイザ６５は、Ｘ方向にビームを分割するアレイレンズとＹ方向にビームを分割するアレイレンズとの組み合わせである。ホモジナイザ６６は、Ｘ方向に分割されたビームを、レンズ６７を構成するコンデンサレンズに伝送するアレイレンズと、Ｙ方向に分割されたビームを、レンズ６７を構成するコンデンサレンズに伝送するアレイレンズとの組み合わせである。コンデンサレンズは、アパーチャの段階でトップフラットなビームになるように設置されている。その後、対物レンズで倍率が変更される。レンズ６７は合成パルス光Ｌ６０を集光する。
なお、図示を省略するが、光学系２０は、光源１１からホモジナイザ６５までの間、集光と平行を繰り返してビームを伝送している。また、合成パルス光Ｌ６０は、ホモジナイザ６５の直前でビームを分割できるように拡大されていてもよい。例えば、レンズ６４は、ビームを拡大するレンズと拡大されたビームを平行光にするレンズの組み合わせ、具体的にはテレスコープレンズであってもよい。レンズ６７はビームを集光するコンデンサレンズであり、レンズ６７の下流にはスリット（アパーチャ）が配備されている。スリットの下流には基板に照射するための落射ミラーが配備されていてもよい。落射ミラーの下流には対物レンズが配備されていてもよい。
合成パルス光Ｌ６０が図１のレーザ光Ｌ２として基板１００に照射される。レーザ光Ｌ２は、基板１００上において、ライン状の照射領域を形成する。レーザ光Ｌ２はラインビームに限定されるものではない。例えば、レーザ光Ｌ２は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向にトップフラットな空間分布を有していてもよい。基板１００上において、レーザ光Ｌ２のスポット形状を１辺が１ｍｍの正方形としてもよい。これにより、均一な空間分布を有するラインビームを基板１００に照射することができる。
図５を用いて、基板１００に照射されるレーザ光Ｌ２の偏光状態について説明する。先行パルス光Ｐ１と遅延パルス光Ｐ２とを含むレーザ光Ｌ２の偏光状態を模式的に示す図である。図５では、波長板６２の角度を変えた場合の３つの例が示されている。
図５に示すように、波長板６２の角度を変えることで、基板１００に対して、先行パルス光Ｐ１を第１の直線偏光(例えば、Ｓ偏光)とし、遅延パルス光Ｐ２を第１の直線偏光(例えば、Ｐ偏光)とすることができる。あるいは、波長板６２の角度を変えることで、基板１００に対して、先行パルス光Ｐ１を第２の直線偏光とし、遅延パルス光Ｐ２を第１の直線偏光とすることができる。つまり、先行パルス光Ｐ１と遅延パルス光Ｐ２の偏光状態を入れ替えることができる。また、先行パルス光Ｐ１、遅延パルス光Ｐ２を第１の直線偏光から、例えば、４５度傾いた直線偏光とすることが可能となる。もちろん、波長板６２の回転角度は、４５°に限られるものではない。
このように、波長板６２の回転角度を調整することで、所望の偏光状態とすることができる。よって、レーザ照射プロセスに応じて、適切な偏光状態のパルスレーザ光を照射することができる。さらに、レーザ照射プロセスに応じて、適切な時間波形のパルスレーザ光を照射することができる。
なお、ミラー６３は合成パルス光Ｌ６０の一部を透過する部分透過ミラーであってもよい。例えば、ミラー６３は合成パルス光Ｌ６０の９９％を反射し、１％を透過する。ミラー６３を透過した合成パルス光Ｌ６０は、光検出器７０に入射する。もちろん、ミラー６３の透過率と反射率は特に限定されるものではない。また、光検出器７０での検出を行わない場合、ミラー６３は反射率１００％であってもよい。
光検出器７０は、ミラー６３を透過した合成パルス光Ｌ６０を検出する。光検出器７０での検出結果に応じて、１／２波長板３１の回転角度を調整しても良い。光検出器７０は合成パルス光Ｌ６０の時間波形を検出する。そして、光検出器７０での検出結果に応じて、先行パルス光Ｐ１と遅延パルス光Ｐ２の光量が所望の割合となるように、１／２波長板３１の回転角度を変えればよい。
また、光検出器７０が合成パルス光Ｌ６０を検出する場合における波長板６２の回転角度について説明する。ミラー６３の光学特性は、入射光の偏光状態に依存することがある。例えば、Ｓ偏光に対するミラー６３の透過率が、Ｐ偏光に対するミラー６３の透過率よりも低くなっているとする。この場合、光検出器７０で検出される先行パルス光Ｐ１と遅延パルス光Ｐ２の検出光量の割合が、先行パルス光Ｐ１と遅延パルス光の実際の光量からずれてしまう。例えば、先行パルス光Ｐ１がＳ偏光、遅延パルス光Ｐ２がＰ偏光となっている場合、光検出器７０では、Ｐ偏光である遅延パルス光Ｐ２の光量比が高くなって検出されてしまう。
そこで、本実施の形態では、先行パルス光Ｐ１におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分が等しく、遅延パルス光Ｐ２におけるＳ偏光成分とＰ偏光成分が等しくなるように、波長板６２の回転角度を調整している。具体的には、波長板６２の光学軸が、先行パルス光Ｐ１の直線偏光に対して、２２．５°傾くように配置している。これにより、先行パルス光Ｐ１が波長板６２を透過すると、先行パルス光Ｐ１の直線偏光が４５°回転する。
遅延パルス光Ｐ２は、先行パルス光Ｐ１と直交する直線偏光である。このため、遅延パルス光Ｐ２が波長板６２を透過すると、遅延パルス光Ｐ２の直線偏光も４５°回転する。したがって、ミラー６３に入射する先行パルス光Ｐ１の偏光割合が、遅延パルス光Ｐ２の偏光割合と等しくすることができる。よって、光検出器７０が合成パルス光Ｌ６０をより正確に検出することができる。合成パルス光Ｌ６０の時間波形を正確に測定することができるため、より適切に偏光状態を調整することができる。１／２波長板３１の回転角度の調整が終わった後に、波長板６２の回転角度を調整すればよい。
さらに、光検出器７０での検出結果に基づいて、波長板４１や波長板５３の回転角度を調整してもよい。光検出器７０での検出光量が最も大きくなるように、波長板４１の回転角度を変えていく。その後、光検出器７０での検出光量が最も大きくなるように、波長板５３の回転角度を変えていく。これにより、偏光ビームスプリッタ６１でのレーザ光の損失を抑制することができる。１／２波長板３１、波長板４１、波長板５３の回転角度の調整が終わった後に、波長板６２を調整すればばよい。
さらには、波長板６２は、１／４波長板であってもよい。例えば、円偏光のレーザ光を照射するプロセスでは、波長板６２として、１／２波長板の代わりに１／４波長板を用いることが可能である。
また、波長板４１、波長板５３は省略することも可能である。波長板４１、波長板５３は、１／４波長板としてもよい。
ポリシリコン膜１０１ｂの結晶状態の評価結果に応じて、偏光状態を制御してもよい。例えば、図１に示す、検出部２２がポリシリコン膜１０１ｂの結晶状態を検出している。検出部２２の検出結果に応じて、１／２波長板３１、及び波長板６２の回転角度を調整する。これにより、各種プロセス条件に適した偏光状態を生成することができる。例えば、レーザ光の出力パワー、基板１００の種類、シリコン膜１０１の厚さ、基板１００の搬送速度等に応じて、偏光状態を最適化することができる。例えば、ポリシリコン膜１０１ｂの結晶状態のばらつきが小さくなるように、偏光状態を制御する。よって、アニールプロセスに適した偏光状態のレーザ光Ｌ２を照射することが可能となる。
偏光ビームスプリッタ３３、及び偏光ビームスプリッタ６１を用いることで、レーザ光の損失を抑制することができる。所望の偏光状態の合成パルス光Ｌ６０を効率よく生成することができる。つまり、偏光子などを用いていないため、レーザ光の吸収を防ぐことができ、レーザ光を効率よく利用することができる。
本実施の形態にかかるレーザアニール方法は、直線偏光のパルスレーザ光を発生させるステップと、（ｂ）前記パルスレーザ光を回転可能に配置された第１の１／２波長板に入射させるステップと、（ｃ）前記第１の１／２波長板からの前記パルスレーザ光を第１偏光ビームスプリッタによって、第１及び第２パルス光に分岐するステップと、前記第１パルス光と前記第２パルス光との光路長差によって前記第１パルス光よりも遅延した第２パルス光を、第２偏光ビームスプリッタによって前記第１パルス光と合成するステップと、前記第２偏光ビームスプリッタで合成された前記第１及び第２パルス光の合成パルス光の光路中に回転可能に配置された第１の波長板に入射させるステップと、を備えている。第１の１／２波長板、及び第１の波長板を回転させることで、適切な偏光状態のレーザ光を生成することができる。
レーザ光の偏光状態は、結晶の粒径、方位に影響を与える。本実施の形態では、レーザ光が任意の偏光状態となるように、制御することができる。よって、結晶の均一性、周期性、方位などの品質を向上するように、偏光状態を制御することができる。ミクロな結晶状態を制御することで、ムラが発生しにくい条件での調整が可能となる。
また、ステージ１０として、基板１００を浮上させながら搬送する浮上搬送ステージを用いることが好ましい。特に、浮上搬送ステージは、大型基板の搬送において優れている。大型基板をアニール処理する場合、製品単価当りにコストを下げる必要がある。浮上搬送ステージを用いて大型基板をアニール処理する場合、レーザ光を適切な偏光状態に変換してから照射することで、適切なアニールが可能となる。さらに、検出部２２での結晶状態の評価結果に基づいて、偏光状態を制御することで、生産性が高く、高品質な結晶を得ることができる。
上記の偏光制御部３０は、レーザアニール装置以外のレーザ照射装置にも適用可能である。例えば、レーザ加工装置やレーザリフトオフ装置のレーザ照射装置に偏光制御部３０を組み込むことが可能である。本実施の形態にかかるレーザ照射装置は上記した例に限られるものではない。
例えば、穴開けなどのレーザ加工プロセスでは、円偏光のレーザ光を照射することが好ましい。この場合、波長板６２として、１／４波長板を用いることが可能である。レーザ光源２１が極短パルスのレーザ光Ｌ１を発生して、偏光制御部３０が、合成パルス光Ｌ６０を所望のパルス幅のシングルパルスとすればよい。また、レーザリフトオフ装置では、極短パルスのレーザ光を円偏光にして照射すればよい。
（有機ＥＬディスプレイ）
上記のポリシリコン膜を有する半導体装置は、有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイ用のＴＦＴ（Thin Film transistor）アレイ基板に好適である。すなわち、ポリシリコン膜は、ＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を有する半導体層として用いられる。
以下、本実施の形態にかかる半導体装置を有機ＥＬディスプレイディスプレイに適用した構成について説明する。図６は、有機ＥＬディスプレイの画素回路を簡略化して示す断面図である。図６に示す有機ＥＬディスプレイ３００は、各画素ＰＸにＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス型の表示装置である。
有機ＥＬディスプレイ３００は、基板３１０、ＴＦＴ層３１１、有機層３１２、カラーフィルタ層３１３、及び封止基板３１４を備えている。図６では、封止基板３１４側が視認側となるトップエミッション方式の有機ＥＬディスプレイを示している。なお、以下の説明は、有機ＥＬディスプレイの一構成例を示すものであり、本実施の形態は、以下に説明される構成に限られるものではない。例えば、本実施の形態にかかる半導体装置は、ボトムエミッション方式の有機ＥＬディスプレイに用いられていてもよい。
基板３１０は、ガラス基板又は金属基板である。基板３１０の上には、ＴＦＴ層３１１が設けられている。ＴＦＴ層３１１は、各画素ＰＸに配置されたＴＦＴ３１１ａを有している。さらに、ＴＦＴ層３１１は、ＴＦＴ３１１ａに接続される配線（図示を省略）等を有している。ＴＦＴ３１１ａ、及び配線等が画素回路を構成する。
ＴＦＴ層３１１の上には、有機層３１２が設けられている。有機層３１２は、画素ＰＸごとに配置された有機ＥＬ発光素子３１２ａを有している。さらに、有機層３１２には、画素ＰＸ間において、有機ＥＬ発光素子３１２ａを分離するための隔壁３１２ｂが設けられている。
有機層３１２の上には、カラーフィルタ層３１３が設けられている。カラーフィルタ層３１３は、カラー表示を行うためのカラーフィルタ３１３ａが設けられている。すなわち、各画素ＰＸには、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、又はＢ（青色）に着色された樹脂層がカラーフィルタ３１３ａとして設けられている。
カラーフィルタ層３１３の上には、封止基板３１４が設けられている。封止基板３１４は、ガラス基板などの透明基板であり、有機層３１２の有機ＥＬ発光素子の劣化を防ぐために設けられている。
有機層３１２の有機ＥＬ発光素子３１２ａに流れる電流は、画素回路に供給される表示信号によって変化する。よって、表示画像に応じた表示信号を各画素ＰＸに供給することで、各画素ＰＸでの発光量を制御することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。
有機ＥＬディスプレイ等のアクティブマトリクス型表示装置では、１つの画素ＰＸに、１つ以上のＴＦＴ（例えば、スイッチング用ＴＦＴ、又は駆動用ＴＦＴ）が設けられている。そして、各画素ＰＸのＴＦＴには、ソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域を有する半導体層が設けられている。本実施の形態にかかるポリシリコン膜は、ＴＦＴの半導体層に好適である。すなわち、上記の製造方法により製造したポリシリコン膜をＴＦＴアレイ基板の半導体層に用いることで、ＴＦＴ特性の面内ばらつきを抑制することができる。よって、表示特性の優れた表示装置を高い生産性で製造することができる。
（半導体装置の製造方法）
本実施の形態にかかるレーザ照射装置を用いた半導体装置の製造方法は、ＴＦＴアレイ基板の製造に好適である。ＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について、図７、図８を用いて説明する。図７、図８は半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。以下の説明では、逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について説明する。図７，図８では、半導体製造方法におけるポリシリコン膜の形成工程を示している。なお、その他の製造工程については、公知の手法を用いることができるため、説明を省略する。
図７に示すように、ガラス基板４０１上に、ゲート電極４０２が形成されている。ゲート電極４０２の上に、ゲート絶縁膜４０３が形成されている。ゲート絶縁膜４０３の上に、アモルファスシリコン膜４０４を形成する。アモルファスシリコン膜４０４は、ゲート絶縁膜４０３を介して、ゲート電極４０２と重複するように配置されている。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ゲート絶縁膜４０３とアモルファスシリコン膜４０４とを連続成膜する。
そして、アモルファスシリコン膜４０４にレーザ光Ｌ１を照射することで、図８に示すように、ポリシリコン膜４０５が形成される。すなわち、図１等で示したレーザ照射装置１によって、アモルファスシリコン膜４０４を結晶化する。これにより、シリコンが結晶化したポリシリコン膜４０５がゲート絶縁膜４０３上に形成される。ポリシリコン膜４０５は、上記したポリシリコン膜１０１ｂに相当する。
さらに、上記の説明では、本実施の形態にかかるレーザアニール装置が、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してポリシリコン膜を形成するものとして説明したが、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してマイクロクリスタルシリコン膜を形成するものであってもよい。さらには、アニールを行うレーザ光はＮｄ：ＹＡＧレーザに限定されるものではない。また、本実施の形態にかかる方法は、シリコン膜以外の薄膜を結晶化するレーザアニール装置に適用することも可能である。すなわち、非晶質膜にレーザ光を照射して、結晶化膜を形成するレーザアニール装置であれば、本実施の形態にかかる方法は適用可能である。本実施の形態にかかるレーザアニール装置によれば、結晶化膜付き基板を適切に改質することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１ レーザ照射装置
１０ ステージ
２０ 光学系
２１ レーザ光源
２２ 検出部
３０ 偏光制御部
３１ １／２波長板
３２ ミラー
３３ 偏光ビームスプリッタ
４１ 波長板
５１ ミラー
５２ ミラー
５３ 波長板
６１ 偏光ビームスプリッタ
６２ 波長板
６３ ミラー
６４ レンズ
６５ ホモジナイザ
６６ ホモジナイザ
６７ レンズ
７０ 光検出器
１００ 基板
１０１ シリコン膜
１０１ａ アモルファスシリコン膜
１０１ｂ ポリシリコン膜
１２０ チャンバ
３００ 有機ＥＬディスプレイ
３１０ 基板
３１１ ＴＦＴ層
３１１ａ ＴＦＴ
３１２ 有機層
３１２ａ 有機ＥＬ発光素子
３１２ｂ 隔壁
３１３ カラーフィルタ層
３１３ａ カラーフィルタ（ＣＦ）
３１４ 封止基板
４０１ ガラス基板
４０２ ゲート電極
４０３ ゲート絶縁膜
４０４ アモルファスシリコン膜
４０５ ポリシリコン膜
４０６ 層間絶縁膜
４０７ａ ソース電極
４０７ｂ ドレイン電極
４０８ 平坦化膜
４０９ 画素電極
４１０ ＴＦＴ
ＰＸ 画素

Claims (14)

  1. 直線偏光のパルスレーザ光を発生させるレーザ光源と、
    前記パルスレーザ光の光路中に回転可能に配置された第１の１／２波長板と、
    前記第１の１／２波長板からの前記パルスレーザ光を第１及び第２パルス光に分岐する第１偏光ビームスプリッタと、
    前記第１パルス光と前記第２パルス光との光路長差によって前記第１パルス光よりも遅延した第２パルス光を、前記第１パルス光と合成する第２偏光ビームスプリッタと、
    前記第２偏光ビームスプリッタで合成された前記第１及び第２パルス光の合成パルス光の光路中に回転可能に配置された第１の波長板と、
    前記第１偏光ビームスプリッタから前記第２偏光ビームスプリッタまでの前記第１パルス光の光路中に回転可能に配置された第２の波長板と、
    前記第１偏光ビームスプリッタから前記第２偏光ビームスプリッタまでの前記第２パルス光の光路中に回転可能に配置された第３の波長板と、
    前記第１の波長板を透過した前記合成パルス光の一部を取り出す部分透過ミラーと、
    前記部分透過ミラーからの前記合成パルス光を検出する光検出器と、を備え、
    前記第１の波長板が１／２波長板、又は１／４波長板であり、
    前記第２及び第３の波長板が１／２波長板であり、
    前記光検出器での検出光量が最大となるように、前記第２の波長板及び第３の波長板の回転角度を調整し、
    前記第２の波長板及び第３の波長板の回転角度を調整した後、前記第１の波長板の回転角度を調整する、
    レーザ照射装置。
  2. 前記合成パルス光が照射される照射対象物には、非晶質の膜が形成されており、
    前記合成パルス光によって前記膜が結晶化する請求項１に記載のレーザ照射装置。
  3. 前記照射対象物を浮上させて、前記照射対象物を搬送する浮上搬送ユニットをさらに備え、
    前記浮上搬送ユニットが前記照射対象物を搬送することで、前記合成パルス光が照射された照射領域を走査する請求項２に記載のレーザ照射装置。
  4. 前記照射対象物を照明する照明光源と、前記照明された前記照射対象物からの光を検出する検出器と、を有し、前記膜の結晶状態を評価する検出部をさらに備え、
    前記結晶状態の評価結果に応じて、前記第１の波長板の回転角度を調整する請求項２、又は３に記載のレーザ照射装置。
  5. 前記合成パルス光が、照射対象物上において、第１の方向に沿ったライン状の照射領域を形成する請求項１～４のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  6. （ａ）直線偏光のパルスレーザ光を発生させるステップと、
    （ｂ）前記パルスレーザ光を回転可能に配置された第１の１／２波長板に入射させるステップと、
    （ｃ）前記第１の１／２波長板からの前記パルスレーザ光を第１偏光ビームスプリッタによって、第１及び第２パルス光に分岐するステップと、
    （ｄ）前記第１パルス光と前記第２パルス光との光路長差によって前記第１パルス光よりも遅延した第２パルス光を、第２偏光ビームスプリッタによって前記第１パルス光と合成するステップと、
    （ｅ）前記第２偏光ビームスプリッタで合成された前記第１及び第２パルス光の合成パルス光の光路中に回転可能に配置された第１の波長板に入射させるステップと、を備え、
    前記第１偏光ビームスプリッタから前記第２偏光ビームスプリッタまでの前記第１パルス光の光路中に配置された第２の波長板に、前記第１パルス光を入射させるステップと、
    前記第１偏光ビームスプリッタから前記第２偏光ビームスプリッタまでの前記第２パルス光の光路中に配置された第３の波長板に、前記第２パルス光を入射させるステップと、
    前記第１の波長板を透過した前記合成パルス光を部分透過ミラーに入射させて、前記合成パルス光の一部を取り出すステップと、
    前記部分透過ミラーからの前記合成パルス光を光検出器で検出するステップをさらに備え、
    前記第１の波長板が１／２波長板又は１／４波長板であり、
    前記第２の波長板及び第３の波長板が１／２波長板であり、
    前記光検出器での検出光量が最大となるように、前記第２の波長板及び第３の波長板の回転角度を調整し、
    前記第２の波長板及び第３の波長板の回転角度を調整した後、前記第１の波長板の回転角度を調整する、
    レーザ照射方法。
  7. 前記合成パルス光が照射される照射対象物には、非晶質の膜が形成されており、
    前記合成パルス光によって前記膜が結晶化する請求項６に記載のレーザ照射方法。
  8. 浮上搬送ユニットが前記照射対象物を浮上させて、前記照射対象物を搬送し、
    前記浮上搬送ユニットが前記照射対象物を搬送することで、前記合成パルス光が照射された照射領域を走査する請求項７に記載のレーザ照射方法。
  9. 照明光源からの照明光によって前記照射対象物を照明し、前記照明された前記照射対象物からの光を検出器で検出することで、前記膜の結晶状態を評価し、
    前記結晶状態の評価結果に応じて、前記第１の波長板の回転角度を調整する請求項７、又は８に記載のレーザ照射方法。
  10. 前記合成パルス光が、照射対象物上において、第１の方向に沿ったライン状の照射領域を形成する請求項６～９のいずれか１項に記載のレーザ照射方法。
  11. （Ｓ１）基板上に非晶質膜を形成するステップと、
    （Ｓ２）前記非晶質膜を結晶化して結晶化膜を形成するように、前記非晶質膜をアニールするステップと、を備え、
    前記（Ｓ２）アニールするステップは、
    （Ａ）直線偏光のパルスレーザ光を発生させるステップと、
    （Ｂ）前記パルスレーザ光を回転可能に配置された第１の１／２波長板に入射させるステップと、
    （Ｃ）前記第１の１／２波長板からの前記パルスレーザ光を第１偏光ビームスプリッタによって、第１及び第２パルス光に分岐するステップと、
    （Ｄ）前記第１パルス光と前記第２パルス光との光路長差によって前記第１パルス光よりも遅延した第２パルス光を、第２偏光ビームスプリッタによって前記第１パルス光と合成するステップと、
    （Ｅ）前記第２偏光ビームスプリッタで合成された前記第１及び第２パルス光の合成パルス光の光路中に回転可能に配置された第１の波長板に入射させるステップと、を備え、
    前記第１偏光ビームスプリッタから前記第２偏光ビームスプリッタまでの前記第１パルス光の光路中に配置された第２の波長板に、前記第１パルス光を入射させるステップと、
    前記第１偏光ビームスプリッタから前記第２偏光ビームスプリッタまでの前記第２パルス光の光路中に配置された第３の波長板に、前記第２パルス光を入射させるステップと、
    前記第１の波長板を透過した前記合成パルス光を部分透過ミラーに入射させて、前記合成パルス光の一部を取り出すステップと、
    前記部分透過ミラーからの前記合成パルス光を光検出器で検出するステップをさらに備え、
    前記光検出器での検出光量が最大となるように、前記第２の波長板及び第３の波長板の回転角度を調整し、
    前記第２の波長板及び第３の波長板の回転角度を調整した後、前記第１の波長板の回転角度を調整する
    半導体装置の製造方法。
  12. 照明光源からの照明光によって前記基板を照明し、前記照明された前記基板からの光を検出器で検出することで、前記結晶化膜の結晶状態を評価し、
    前記結晶状態の評価結果に応じて、前記第１の波長板の回転角度を調整する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 浮上搬送ユニットが前記基板を浮上させて、前記基板を搬送し、
    前記浮上搬送ユニットが前記基板を搬送することで、前記合成パルス光の照射領域を走査する請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記合成パルス光が、前記基板上において、第１の方向に沿ったライン状の照射領域を形成する請求項１１～１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI810132B (zh) * 2023-01-04 2023-07-21 鴻揚半導體股份有限公司 晶圓背面研磨方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059431A (ja) 2005-08-22 2007-03-08 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法及びレーザ加工装置
JP2009031634A (ja) 2007-07-30 2009-02-12 Japan Synchrotron Radiation Research Inst パルス整形装置、パルス整形方法、及び電子銃
JP2015507365A (ja) 2012-01-31 2015-03-05 サンパワー コーポレイション 太陽電池の製造用の多重レーザパルスによるレーザシステム
JP2017224708A (ja) 2016-06-15 2017-12-21 株式会社日本製鋼所 多結晶半導体膜の製造方法、レーザアニール装置、薄膜トランジスタ、およびディスプレイ

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06140704A (ja) * 1992-10-26 1994-05-20 Mitsubishi Electric Corp レーザ光照射装置
US6790425B1 (en) * 1999-10-27 2004-09-14 Wiliam Marsh Rice University Macroscopic ordered assembly of carbon nanotubes
US7405114B2 (en) * 2002-10-16 2008-07-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser irradiation apparatus and method of manufacturing semiconductor device
JP4413569B2 (ja) * 2003-09-25 2010-02-10 株式会社 日立ディスプレイズ 表示パネルの製造方法及び表示パネル
JP2005294801A (ja) * 2004-03-11 2005-10-20 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd レーザー結晶化装置及びレーザー結晶化方法
US8110775B2 (en) * 2004-06-18 2012-02-07 Electro Scientific Industries, Inc. Systems and methods for distinguishing reflections of multiple laser beams for calibration for semiconductor structure processing
JP5467730B2 (ja) * 2008-03-24 2014-04-09 株式会社半導体エネルギー研究所 レーザ照射装置
JP2011003666A (ja) * 2009-06-17 2011-01-06 Sony Corp 照射装置および半導体素子の製造方法
US10114157B2 (en) 2012-09-20 2018-10-30 Applied Materials, Inc. Pulse width controller
CN105206517A (zh) 2014-06-24 2015-12-30 上海微电子装备有限公司 一种脉宽展宽激光退火装置
KR101700392B1 (ko) * 2015-05-26 2017-02-14 삼성디스플레이 주식회사 레이저빔 어닐링 장치 및 이를 이용한 디스플레이 장치 제조방법
JP2018037646A (ja) * 2016-08-24 2018-03-08 株式会社日本製鋼所 レーザアニール装置、結晶化膜付き基板の検査方法、及び半導体装置の製造方法
JP7320975B2 (ja) * 2019-04-16 2023-08-04 Ｊｓｗアクティナシステム株式会社 レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法
JP2020181923A (ja) * 2019-04-26 2020-11-05 株式会社日本製鋼所 半導体膜の製造方法
JP2021019036A (ja) * 2019-07-18 2021-02-15 株式会社日本製鋼所 レーザ照射装置、レーザ照射方法、及び半導体装置の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059431A (ja) 2005-08-22 2007-03-08 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法及びレーザ加工装置
JP2009031634A (ja) 2007-07-30 2009-02-12 Japan Synchrotron Radiation Research Inst パルス整形装置、パルス整形方法、及び電子銃
JP2015507365A (ja) 2012-01-31 2015-03-05 サンパワー コーポレイション 太陽電池の製造用の多重レーザパルスによるレーザシステム
JP2017224708A (ja) 2016-06-15 2017-12-21 株式会社日本製鋼所 多結晶半導体膜の製造方法、レーザアニール装置、薄膜トランジスタ、およびディスプレイ

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