JPH11265859A - Device and method for forming semiconductor film - Google Patents
Device and method for forming semiconductor filmInfo
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- JPH11265859A JPH11265859A JP6733798A JP6733798A JPH11265859A JP H11265859 A JPH11265859 A JP H11265859A JP 6733798 A JP6733798 A JP 6733798A JP 6733798 A JP6733798 A JP 6733798A JP H11265859 A JPH11265859 A JP H11265859A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に作成され
た半導体膜の形成装置と形成方法に関し、特に、光学的
観察により半導体膜の所定の状態値を割り出すことで、
当該半導体膜の形成とその評価を同時に行うものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for forming a semiconductor film formed on a substrate, and more particularly, to determining a predetermined state value of a semiconductor film by optical observation.
The formation of the semiconductor film and its evaluation are performed simultaneously.
【０００２】[0002]
【従来の技術】基板上に半導体膜を作成する技術を用い
ることにより、集積回路の集積度を高めて大容量化を図
る、あるいは、液晶を間に挟持した一対の基板の一方
に、マトリクス表示部のスイッチング素子となる薄膜電
界効果型トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transisto
r）を作り込み、高精細の動画表示を可能とするアクテ
ィブマトリクス型の液晶表示装置（ＬＣＤ：Liquid Cry
stal Display）の量産を行う等の開発が行われている。2. Description of the Related Art By using a technique for forming a semiconductor film on a substrate, the degree of integration of an integrated circuit is increased to increase the capacity, or a matrix display is performed on one of a pair of substrates sandwiching a liquid crystal. Thin-film field-effect transistor (TFT: Thin Film Transisto)
r) to enable the display of high-definition moving images with an active matrix liquid crystal display (LCD: Liquid Cry)
stal Display) is being developed.
【０００３】特に、シリコン基板に作製されたＭＯＳＦ
ＥＴに近い特性を示し得るようなＴＦＴを絶縁基板上に
形成することができれば、ＬＣＤのマトリクス表示部の
スイッチング素子のみならず、周辺にＣＭＯＳを形成し
てマトリクス表示部に所望の駆動信号電圧を供給するた
めの周辺駆動回路を一体的に作り込むことも可能とな
り、いわゆるドライバー内蔵型ＬＣＤの量産を行うこと
ができるようになる。In particular, MOSF fabricated on a silicon substrate
If a TFT capable of exhibiting characteristics close to ET can be formed on an insulating substrate, not only the switching elements of the LCD matrix display unit but also a CMOS around the LCD and a desired drive signal voltage can be applied to the matrix display unit. It is also possible to integrally form a peripheral driving circuit for supplying, so that mass production of a so-called driver built-in LCD can be performed.
【０００４】ドライバー内蔵型ＬＣＤは、液晶パネルに
ドライバー素子の外付けを行うことが不要となるため、
工程の削減、狭額縁化が可能となる。特に、狭額縁化
は、近年の携帯情報端末あるいはハンディビデオカメラ
のモニター等の用途においては、製品自体の小型化が図
られる。このようなドライバー内蔵型ＬＣＤの実用化に
おける重要な課題の一つとして、ガラス等の透明絶縁基
板上に、基板の耐熱限界範囲内の温度で良質な半導体膜
を作成することがある。従来、３００℃から４００℃程
度の比較的低温で、非晶質状の半導体層特にアモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）を作成することで、ガラス基板
上にＴＦＴを形成することが行われていた。しかし、こ
のようなａ−ＳｉＴＦＴは、オン抵抗が高く、マトリク
ス表示部のスイッチ素子には適用することはできても、
それよりも高速の動作が要求されるドライバー部を構成
することを可能とするまでには到らなかった。[0004] The LCD with a built-in driver eliminates the need for externally attaching a driver element to the liquid crystal panel.
The number of processes can be reduced and the frame can be narrowed. In particular, narrowing the frame can reduce the size of the product itself in applications such as a portable information terminal or a monitor of a handy video camera in recent years. One of the important issues in the practical use of such an LCD with a built-in driver is to form a high-quality semiconductor film on a transparent insulating substrate such as glass at a temperature within the heat-resistant limit of the substrate. Conventionally, a TFT is formed on a glass substrate by forming an amorphous semiconductor layer, particularly amorphous silicon (a-Si) at a relatively low temperature of about 300 ° C. to 400 ° C. However, such an a-Si TFT has a high on-resistance and can be applied to a switch element of a matrix display unit.
It has not been possible to configure a driver unit that requires a higher-speed operation.
【０００５】これに対して、数百Åから数千Åの粒径を
有した多数の単結晶粒（グレイン）が互いに接触した形
で存在する多結晶半導体をチャンネル層に用いること
で、ドライバー部にも適用できるＴＦＴを形成すること
ができる。特に多結晶シリコン即ちポリシリコン（ｐ−
Ｓｉ）は、移動度が数十から数百ｃｍ2／Ｖ・ｓ程度が
得られ、ａ−Ｓｉよりも２桁大きく、ＬＣＤのドライバ
ーを構成するには十分の速度を有したＣＭＯＳが形成さ
れる。[0005] On the other hand, by using a polycrystalline semiconductor in which a large number of single crystal grains (grains) having a grain size of several hundreds to several thousand degrees are in contact with each other for a channel layer, a driver portion is formed. A TFT that can be applied to any of the above can be formed. In particular, polycrystalline silicon or polysilicon (p-
Si) has a mobility of about several tens to several hundreds cm 2 / V · s, is two orders of magnitude larger than a-Si, and forms a CMOS having a sufficient speed to constitute an LCD driver. .
【０００６】このようなドライバー内蔵型ｐ−ＳｉＴＦ
ＴＬＣＤを作成するには、ガラス基板上に膜質の良好な
ｐ−Ｓｉを成膜することが最も大きな課題となってい
る。通常、ｐ−Ｓｉは、基板上に成膜されたａ−Ｓｉに
熱処理を施すことで結晶化を促す固相成長法（ＳＰ
Ｃ）、あるいは減圧ＣＶＤ等により直接に成膜するなど
の方法により形成される。これらの成膜方法は、いずれ
も７００℃から９００℃程度の高温での処理であり、こ
のような高温工程を含んだｐ−ＳｉＴＦＴＬＣＤの製造
プロセスは高温プロセスと呼ばれる。高温プロセスにお
いては、基板として耐熱性の高い石英ガラスなどの、高
価な基板が要され、コストが高かった。[0006] Such a driver built-in type p-SiTF
In order to manufacture a TLCD, the most important issue is to form p-Si with good film quality on a glass substrate. Usually, p-Si is formed by a solid phase growth method (SP) that promotes crystallization by performing heat treatment on a-Si formed on a substrate.
C) or a method of directly forming a film by low pressure CVD or the like. Each of these film forming methods is a process at a high temperature of about 700 ° C. to 900 ° C., and a manufacturing process of a p-Si TFT LCD including such a high temperature step is called a high temperature process. In the high temperature process, an expensive substrate such as quartz glass having high heat resistance is required as the substrate, and the cost is high.
【０００７】このため、出願人は、以前より、コストを
下げるために、プロセスの温度を最高でも６００℃程度
以下とし、基板として、安価な無アルカリガラス基板等
の採用を可能とする方法を開発してきた。このような、
全プロセスを基板の耐熱性の限界温度以下に抑えたｐ−
ＳｉＴＦＴＬＣＤの製造プロセスは、低温プロセスと呼
ばれる。[0007] For this reason, the applicant has previously developed a method in which the temperature of the process is set to a maximum of about 600 ° C. or less and an inexpensive alkali-free glass substrate or the like can be used as a substrate in order to reduce costs. I've been. like this,
P- which keeps all processes below the limit temperature of heat resistance of substrate
The manufacturing process of the SiTFT LCD is called a low temperature process.
【０００８】低温プロセスは、ａ−Ｓｉにエキシマレー
ザーを施すことで、結晶化を促してｐ−Ｓｉを作成する
エキシマレーザーアニール（ＥＬＡ）により可能となっ
た。エキシマレーザーは、励起状態にされたエキシマが
基底状態に戻る際に発生する紫外光であるが、ＥＬＡで
は、所定の光学系によりレーザービームの形状を加工し
て非処理膜に照射している。これにより、ａ−Ｓｉの表
面に特に熱エネルギーが与えられ、基板の耐熱限界温度
以下の温度で、結晶化が行われ、ｐ−Ｓｉが形成され
る。The low-temperature process has been made possible by excimer laser annealing (ELA) in which a-Si is irradiated with an excimer laser to promote crystallization to form p-Si. The excimer laser is ultraviolet light generated when the excited excimer returns to the ground state. In the ELA, the shape of the laser beam is processed by a predetermined optical system to irradiate the non-processed film. Thereby, thermal energy is particularly applied to the surface of the a-Si, and crystallization is performed at a temperature equal to or lower than the heat-resistant limit temperature of the substrate to form p-Si.
【０００９】図１３に、このようなＥＬＡ装置の構成を
示す。（５０）はレーザー発振源、（５１）はレンズ、
ミラー等からなる光学系、（５２）はレーザー光の最終
照射部、（５３）はレーザーアニール処理が実際におこ
なれるチャンバ、（５４）は被処理基板（５５）を載置
するための支持台である。レーザー発振源（５０）にて
生成されたレーザー光は、光学系（５１）にて所定の被
照射領域の形状を示すべく整形され、照射部（５２）よ
りチャンバ（５３）の透明な窓を介してチャンバ（５
３）内に照射される。チャンバ（５３）はレーザーアニ
ール処理に最適な所定の圧力、温度に保たれる。チャン
バ（５３）内では、被処理基板（５５）を載せた支持台
（５４）が一定方向に移動してレーザー照射領域を通過
する形でスキャンが行われ、全面にわたってレーザーア
ニールが施される。FIG. 13 shows the configuration of such an ELA apparatus. (50) is a laser oscillation source, (51) is a lens,
An optical system composed of a mirror or the like; (52) a final irradiation part of laser light; (53) a chamber in which laser annealing is actually performed; (54) a support for mounting a substrate to be processed (55) It is. The laser light generated by the laser oscillation source (50) is shaped by the optical system (51) so as to show the shape of a predetermined irradiated area, and the transparent part of the chamber (53) is opened by the irradiation part (52). Through the chamber (5
Irradiated in 3). The chamber (53) is maintained at a predetermined pressure and temperature optimum for laser annealing. In the chamber (53), the support table (54) on which the substrate to be processed (55) is mounted is moved in a certain direction and scans while passing through the laser irradiation area, and laser annealing is performed on the entire surface.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】ＥＬＡでは、そのレー
ザーパワーの最適設定が重要な課題となっている。図１
４に、照射レーザーエネルギーとｐ−Ｓｉの結晶粒径
（グレインサイズ）との関係を示す。図からわかるよう
に、ある点までは、付与エネルギーが大きくなるにつれ
て、グレインサイズも大きくなるが、ある点を越える
と、グレインサイズが急激に小さくなり、微結晶化、即
ち、マイクロクリスタルとなる。従って、十分に大きな
グレインサイズ（ＧＭ）以上を得るためには、レーザー
光源のパワーを下限Ｅdと上限Ｅuの間に最適に設定しな
ければならず、図１４の関係に基づいて、常時、ＥＬＡ
を管理する必要がある。In ELA, the optimal setting of the laser power is an important issue. FIG.
FIG. 4 shows the relationship between the irradiation laser energy and the crystal grain size (grain size) of p-Si. As can be seen from the figure, up to a certain point, the grain size increases as the applied energy increases, but beyond a certain point, the grain size sharply decreases, resulting in microcrystallization, ie, microcrystal. Therefore, in order to obtain a sufficiently large grain size (GM) or more, the power of the laser light source must be optimally set between the lower limit Ed and the upper limit Eu. Based on the relationship in FIG.
Need to be managed.
【００１１】特に、レーザー媒質の劣化に伴って、装置
のパワー設定と実際に比処理基板（５５）に照射される
実効エネルギーとのギャップが大きくなると、図１４に
従ってｐ−Ｓｉのグレインサイズが所望値よりも小さく
なてしまう。また、レーザー発振源（５０）にて発生さ
れたレーザー光は、所定のレーザーアニールに適した非
照射形状に整形するために長距離の光学系（５１）を通
過するが、湿気、異物等の僅かの汚染によっても実効エ
ネルギーの低下を招く。In particular, when the gap between the power setting of the apparatus and the effective energy actually applied to the specific processing substrate (55) becomes larger due to the deterioration of the laser medium, the grain size of p-Si becomes desired as shown in FIG. It will be smaller than the value. The laser light generated by the laser oscillation source (50) passes through a long-distance optical system (51) in order to shape it into a non-irradiation shape suitable for predetermined laser annealing. Even a small amount of pollution leads to a decrease in the effective energy.
【００１２】また、実効照射エネルギーのばらつきもま
た問題となる。即ち、例えば、レーザー光は光学系（５
１）にて照射領域が線状に整形されたラインビーム照射
の場合、ライン方向に沿って照射強度のばらつきが生じ
ていると、照射エネルギーが図１４の最適範囲から外れ
た部分が通過した帯状の領域にてグレインサイズが十分
に大きくならないといったことが問題となる。[0012] Also, variation in the effective irradiation energy also becomes a problem. That is, for example, the laser light is transmitted through the optical system (5).
In the case of line beam irradiation in which the irradiation area is linearly shaped in 1), if the irradiation intensity varies along the line direction, a band shape where the irradiation energy has deviated from the optimum range in FIG. The problem is that the grain size does not become sufficiently large in the region.
【００１３】照射レーザーエネルギーのばらつきの問題
を解決することが、従来のｐ−Ｓｉのグレインサイズの
評価方法として、セコエッチがあるが、この方法では、
膜の評価を行った基板は、製品としては使用できず、他
の基板の評価を類推することしかできない。本発明はこ
れらの問題点に鑑みて、インラインモニターにより直接
に当該のｐ−Ｓｉ膜の評価を行う方法を提供することを
目的としている。To solve the problem of the variation of the irradiation laser energy, there is Seco etch as a conventional method for evaluating the grain size of p-Si.
The substrate on which the film has been evaluated cannot be used as a product, and can only be used to estimate other substrates. In view of these problems, an object of the present invention is to provide a method for directly evaluating the p-Si film using an in-line monitor.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、この目的を達
成するために成され、基板上の半導体膜にレーザーアニ
ールを施す半導体膜の形成装置において、前記半導体膜
にレーザー光を照射するレーザー照射手段と、前記半導
体膜に評価用光を照射する評価用光照射手段と、前記評
価用光の前記半導体膜からの反射光を検出する評価用光
検出手段と、前記評価用光検出手段からの情報を基に前
記レーザー照射手段を制御する中央制御手段とを有し、
照射レーザーエネルギーを微調整しながら前記レーザー
アニールを行う構成である。According to the present invention, there is provided a semiconductor film forming apparatus for performing laser annealing on a semiconductor film on a substrate, wherein the semiconductor film is irradiated with laser light. Irradiation means, evaluation light irradiation means for irradiating the semiconductor film with evaluation light, evaluation light detection means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film, and evaluation light detection means Central control means for controlling the laser irradiation means based on the information of,
The laser annealing is performed while finely adjusting the irradiation laser energy.
【００１５】また、基板上の半導体膜にレーザーアニー
ルを施す半導体膜の形成方法において、前記半導体膜に
レーザー光を照射するレーザー照射手段と、前記半導体
膜に評価用光を照射する評価用光照射手段と、前記評価
用光の前記半導体膜からの反射光を検出する評価用光検
出手段と、前記評価用光検出手段からの情報を基に前記
レーザー照射手段を制御する中央制御手段とを有し、照
射レーザーエネルギーを微調整しながら前記レーザーア
ニールを行う構成である。In a method of forming a semiconductor film by performing laser annealing on a semiconductor film on a substrate, a laser irradiation means for irradiating the semiconductor film with laser light, an evaluation light irradiation for irradiating the semiconductor film with evaluation light Means, evaluation light detection means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film, and central control means for controlling the laser irradiation means based on information from the evaluation light detection means. Then, the laser annealing is performed while finely adjusting the irradiation laser energy.
【００１６】これにより、常時、半導体膜に実際に照射
されたエネルギーを査定して、微調整しながらレーザー
アニールを行うことができるで、良質な半導体膜が効率
よく作成され、高歩留まり、低コストが実現される。更
に、基板上の半導体膜にレーザーアニールを施す半導体
膜の形成装置において、前記半導体膜にレーザー光を照
射するレーザー照射手段と、前記半導体膜に評価用光を
照射する評価用光照射手段と、前記評価用光の前記半導
体膜からの反射光を検出する反射光検出手段と、前記反
射光検出手段からの情報を演算して光学的値を算出する
演算手段と、あらかじめ別の半導体膜に関して光学的値
と結晶粒径値とが関連づけて格納された記憶手段と、前
記演算手段で算出された光学的値を基に前記記憶手段か
ら対応する結晶粒径値を選択して前記半導体膜の結晶粒
径値を決定する評価手段と、前記評価手段により決定さ
れた結晶粒径値とあらかじめ設定された結晶粒径値との
離間量を調べてレーザーパワーの調整量を作成する調整
量作成手段と、を有し、前記レーザー照射手段の出力を
調整しながらレーザーアニールを行う構成である。Thus, the energy actually irradiated to the semiconductor film can be constantly evaluated, and the laser annealing can be performed while finely adjusting it. Thus, a high-quality semiconductor film can be efficiently formed, the yield is high, and the cost is low. Is realized. Further, in a semiconductor film forming apparatus for performing laser annealing on the semiconductor film on the substrate, a laser irradiation means for irradiating the semiconductor film with laser light, an evaluation light irradiation means for irradiating the semiconductor film with evaluation light, Reflected light detecting means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film; calculating means for calculating information from the reflected light detecting means to calculate an optical value; Storage means in which a target value and a crystal grain size value are stored in association with each other, and selecting a corresponding crystal grain size value from the storage means based on the optical value calculated by the arithmetic means, to obtain a crystal of the semiconductor film. Evaluation means for determining the particle size value, adjustment amount creating means for creating an adjustment amount of laser power by examining the amount of separation between the crystal grain value determined by the evaluation means and a predetermined crystal grain value , It has a configuration in which a laser annealing while adjusting the output of the laser irradiation unit.
【００１７】また、基板上の半導体膜にレーザーアニー
ルを施す半導体膜の形成方法において、前記半導体膜に
レーザー光を照射するレーザー照射手段と、前記半導体
膜に評価用光を照射する評価用光照射手段と、前記評価
用光の前記半導体膜からの反射光を検出する反射光検出
手段と、前記反射光検出手段からの情報を演算して光学
的値を算出する演算手段と、あらかじめ別の半導体膜に
関して光学的値と結晶粒径値とが関連づけて格納された
記憶手段と、前記演算手段で算出された光学的値を基に
前記記憶手段から対応する結晶粒径値を選択して前記半
導体膜の結晶粒径値を決定する評価手段と、前記評価手
段により決定された結晶粒径値とあらかじめ設定された
結晶粒径値との離間量を調べてレーザーパワーの調整量
を作成する調整量作成手段と、を有し、前記レーザー照
射手段の出力を調整しながらレーザーアニールを行う構
成である。Further, in the method of forming a semiconductor film by performing laser annealing on a semiconductor film on a substrate, a laser irradiation means for irradiating the semiconductor film with laser light, and an evaluation light irradiation for irradiating the semiconductor film with evaluation light Means, reflected light detecting means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film, calculating means for calculating information from the reflected light detecting means to calculate an optical value, and another semiconductor in advance. A storage unit in which an optical value and a crystal grain size value are stored in association with each other with respect to the film, and a corresponding crystal grain size value is selected from the storage unit based on the optical value calculated by the arithmetic unit, and the semiconductor Evaluation means for determining the crystal grain size value of the film, and an adjustment amount for creating a laser power adjustment amount by examining an amount of separation between the crystal grain size value determined by the evaluation means and a preset crystal grain size value. It comprises a forming means, and is configured to perform laser annealing while adjusting the output of the laser irradiation unit.
【００１８】これにより、光学的観察により工程中の被
処理基板に関して、処理と平行して比処理膜の管理が行
われるので、常に、最適条件での処理が行われる。特
に、前記光学的値は、前記半導体膜の所定の波長域にお
ける波長に依存した前記反射率の変化率である構成であ
る。これにより、処理条件の変化の影響を最も大きく受
ける波長域の反射光を調べることで、正確な比処理膜の
評価を行うことができる。In this way, the relative processing film is managed in parallel with the processing for the substrate being processed by the optical observation, so that the processing is always performed under optimal conditions. Particularly, the optical value is a change rate of the reflectance depending on a wavelength in a predetermined wavelength range of the semiconductor film. This makes it possible to accurately evaluate the specific processing film by examining the reflected light in the wavelength range that is most affected by the change in the processing conditions.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
るＥＬＡ装置の構成である。（１０）はレーザー発振
源、（１１）はレンズ、ミラー等からなる光学系、（１
２）はレーザー光の最終照射部、（１３）はレーザーア
ニール処理が実際におこなれるチャンバ、（１４）は被
処理基板（１５）を載置するための支持台、（１６）は
ハロゲンランプ等の発光素子と採光素子とが同軸ファイ
バーを構成する検光部である。（１７）は検光部（１
６）からの情報を受けてレーザー発振源（１０）を制御
する中央制御部である。FIG. 1 shows the configuration of an ELA apparatus according to an embodiment of the present invention. (10) is a laser oscillation source, (11) is an optical system including a lens, a mirror, etc., (1)
2) is a final irradiation part of laser light, (13) is a chamber in which laser annealing is actually performed, (14) is a support for mounting a substrate (15) to be processed, and (16) is a halogen lamp or the like. The light-emitting element and the daylighting element are the light-detecting sections constituting a coaxial fiber. (17) is an analyzer (1)
The central control unit controls the laser oscillation source (10) in response to the information from (6).
【００２０】レーザー発振源（１０）にて生成されたレ
ーザー光は、光学系（１１）にて所定の被照射領域の形
状がライン状に整形され、照射部（１２）よりチャンバ
（１３）の透明な窓を介してチャンバ（１３）内に照射
される。チャンバ（１３）はレーザーアニール処理に最
適な所定の圧力、温度に保たれる。チャンバ（１３）内
では、被処理基板（１５）を載せた支持台（１４）が一
定方向に移動してレーザー照射領域を通過する形でスキ
ャンが行われ、全面にわたってレーザーアニールが施さ
れる。チャンバ（１３）内には、また、検光部（１６）
より別の窓を通じて光が照射され、被処理基板（１５）
からの反射光が同じ検光部（１６）にて検出される。即
ち、被処理基板（１５）は、レーザー照射を受けた直後
の照光及びその反射光の検出が行われる。この検出され
た反射光強度情報は、中央制御部（１７）に送られ、被
処理基板（１５）の処理状態が査定され、これに基づい
て、レーザー発振源（１０）の出力の制御が行われる。The laser light generated by the laser oscillation source (10) is shaped into a linear shape in a predetermined irradiated area by an optical system (11), and is irradiated from a radiating section (12) to a chamber (13). Illuminated into the chamber (13) through a transparent window. The chamber (13) is maintained at a predetermined pressure and temperature optimum for laser annealing. In the chamber (13), the support (14) on which the substrate (15) to be processed is placed is moved in a certain direction, and scanning is performed while passing through the laser irradiation area, and laser annealing is performed on the entire surface. In the chamber (13), an analyzer (16)
Light is irradiated through another window, and the substrate to be processed (15)
The reflected light from is detected by the same analyzer (16). That is, the substrate to be processed (15) is subjected to the detection of the illumination immediately after the laser irradiation and the reflected light thereof. The detected reflected light intensity information is sent to the central control unit (17), where the processing state of the substrate to be processed (15) is evaluated, and based on this, the output of the laser oscillation source (10) is controlled. Will be
【００２１】図２は、この中央制御部（１７）の構成図
である。検光部（１６）より送られた反射光情報は、ま
ず、分光器（２０）にて、波長分光が行われる。この波
長分光情報は、測定演算部（２１）に送られ、所定の光
学情報に変換される。この光学情報は、エネルギー評価
部（２２）に送られて、更に、光学値が算出される。Ｅ
ＥＰＲＯＭ等の書き換え可能不揮発メモリー（２３）に
は、あらかじめ別の試作品を用いて、同様の方法で求め
られた光学値と、その試作品の実際の被処理状態を別の
従来の方法を用いて調べた測定値とが関連づけた形で格
納されている。FIG. 2 is a block diagram of the central control section (17). The reflected light information sent from the light analyzer (16) is first subjected to wavelength spectroscopy in the spectroscope (20). This wavelength spectral information is sent to the measurement operation unit (21) and is converted into predetermined optical information. This optical information is sent to the energy evaluation unit (22), and the optical value is further calculated. E
In a rewritable non-volatile memory (23) such as an EPROM, another prototype is used in advance, and the optical value obtained by the same method and the actual processing state of the prototype are used by another conventional method. It is stored in a form in which it is associated with the measured value checked.
【００２２】エネルギー評価部（２２）では、測定演算
部（２１）より送られた光学値を基に、不揮発メモリー
（２３）の読み込みを行って、その当該の光学値と同じ
光学値に関連づけられた被処理状態の測定値を選択す
る。これにより、当該の被処理基板（１５）は、実際に
測定したと等価的に、被処理状態を査定することができ
る。The energy evaluation section (22) reads the nonvolatile memory (23) based on the optical values sent from the measurement operation section (21) and associates them with the same optical values. The measured value of the processed state is selected. Thus, the state of the substrate to be processed (15) can be evaluated equivalently to the actual measurement.
【００２３】この査定結果は、現プロセスの処理直後情
報として、調整量作成部（２４）に送られ、現プロセス
の処理結果とあらかじめ設定された所望結果とが比較さ
れ、レーザー発振源（２０）の出力調整量が作成され、
レーザー発振源（１０）に制御信号を送る。即ち、レー
ザーアニールの処理と同時進行で、処理状態が管理さ
れ、レーザーパワーの微調整が行われる。The evaluation result is sent to the adjustment amount creating unit (24) as information immediately after the processing of the current process, and the processing result of the current process is compared with a preset desired result. Output adjustment amount is created,
A control signal is sent to the laser oscillation source (10). That is, the processing state is managed and fine adjustment of the laser power is performed simultaneously with the laser annealing processing.
【００２４】[0024]
【実施例】図３から図６は、ａ−ＳｉからＥＬＡにより
形成されたｐ−Ｓｉ膜の反射率の波長依存性（相対比）
を測定した関係曲線図である。図１の検光部（１６）の
光照射及び採光装置としては大塚電子製のマルチチャン
ネル分光測定器を用い、光照射及び反射光は対象膜に対
して垂直方向にて行った。図３はＥＬＡレーザーパワー
が５２０ｍＪの場合、図４は同様に５３０ｍＪ、図５は
５４０ｍＪ、図６は５５０ｍＪである。これらの図を見
比べることにより以下のことが分かる。即ち、関係曲線
が、波長５００ｎｍ付近で特徴的な形状を呈しており、
その特異性そのものが更にレーザーパワーにも依存して
いる。特に、図３及び図４においては、凸部となってお
り、同じ部分で、図５及び図６では凸部が消失してい
る。このような、レーザーパワーに依存する反射率曲線
の形状の変化は、ｐ−Ｓｉ膜のグレインサイズの変化に
起因するものである考えられる。FIG. 3 to FIG. 6 show the wavelength dependence (relative ratio) of the reflectance of a p-Si film formed from a-Si by ELA.
FIG. 4 is a relationship curve diagram obtained by measuring the relationship. As a light irradiation and lighting device of the light detection unit (16) in FIG. 1, a multi-channel spectrometer manufactured by Otsuka Electronics was used, and light irradiation and reflected light were performed in a direction perpendicular to the target film. 3 is 530 mJ, FIG. 5 is 540 mJ, and FIG. 6 is 550 mJ when the ELA laser power is 520 mJ. The following can be understood by comparing these figures. That is, the relation curve has a characteristic shape near the wavelength of 500 nm,
The specificity itself also depends on the laser power. In particular, in FIGS. 3 and 4, the protrusions are formed, and in the same portions, the protrusions disappear in FIGS. 5 and 6. Such a change in the shape of the reflectance curve depending on the laser power is considered to be caused by a change in the grain size of the p-Si film.
【００２５】そこで、出願人は、反射率曲線の１次変化
率を求めた。図７から図１０は、各々図３から図６の反
射率曲線の１次変化率の波長依存曲線である。図３から
図６と同様、５００ｎｍ付近において、反射率曲線の特
異部を強調した形で、変化率曲線の振れが大きくなって
いる。即ち、図３から図６における反射率曲線の特異部
分、より詳しくは、波長が大きくなるに従って反射率も
高くなる５００ｎｍ付近の領域において、局所的に反射
率曲線の傾きが変わっている、あるいは、低下して谷と
なっているところがあり、そのような波長−反射率の関
係が、図７から図１０においては、変化率曲線の谷部で
の矢印にて示すような極小の深さとして明確に表されて
いる。Therefore, the applicant obtained the primary change rate of the reflectance curve. FIGS. 7 to 10 are wavelength-dependent curves of the primary change rates of the reflectance curves of FIGS. 3 to 6, respectively. As in FIG. 3 to FIG. 6, the fluctuation of the change rate curve is large near 500 nm in a form in which the unique portion of the reflectance curve is emphasized. That is, the slope of the reflectance curve is locally changed in a unique portion of the reflectance curve in FIGS. 3 to 6, more specifically, in a region near 500 nm where the reflectance increases as the wavelength increases, or The wavelength-reflectance relationship is clearly shown in FIG. 7 to FIG. 10 as a minimum depth as indicated by an arrow at the valley of the change rate curve. Is represented in
【００２６】図１１は、図７から図１０における変化率
曲線の谷部の極小値を各々のＥＬＡレーザーパワーにて
処理した場合に固有の値として代表させ、更に、各々の
ｐ−Ｓｉ膜のグレインサイズをセコエッチ等により実測
することにより、変化率極小値とグレインサイズとの関
係を調べた図である。実線は、これらの関係の傾向線で
ある。これより、変化率極小値が大きくなればなるほ
ど、即ち、図３から図６の反射率曲線の特異部が緩和さ
れればされる程、グレインサイズが大きくなっているこ
とがわかる。即ち、これらの条件範囲においてはグレイ
ンサイズは変化率極小値に対してリニアに変化してい
る。FIG. 11 shows the minimum value of the valley of the rate-of-change curve in FIGS. 7 to 10 as a unique value when processed at each ELA laser power. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the minimum value of the change rate and the grain size by actually measuring the grain size by Secoetch or the like. The solid line is the trend line of these relationships. From this, it can be seen that the grain size increases as the change rate minimum value increases, that is, as the singular part of the reflectance curves in FIGS. 3 to 6 is relaxed. That is, in these condition ranges, the grain size changes linearly with respect to the minimum value of the change rate.
【００２７】これら、変化率極小値とその時のグレイン
サイズの値との１対１関係は、図２の不揮発メモリー
（２３）に格納される。そして、測定演算部（２１）に
て作成された当該被処理基板（１５）の変化率極小値を
基に、不揮発メモリー（２３）より同じ変化率極小値に
対応したグレインサイズが読み出され、当該被処理基板
（１５）のグレインサイズが査定される。従って、当該
被処理基板（１５）に対して化学的変化を招くことな
く、光学的に測定された反射率の変化率を調べること
で、グレインサイズを割り出すことができる。不揮発メ
モリー（２３）にあらかじめ格納しておくデータは、定
期的に、外部から更新することにより、ＥＬＡ装置の長
期的な劣化に対応される。The one-to-one relationship between the minimum value of the change rate and the value of the grain size at that time is stored in the nonvolatile memory (23) of FIG. Then, a grain size corresponding to the same minimum change rate value is read from the nonvolatile memory (23) based on the minimum change rate value of the processing target substrate (15) created by the measurement calculation unit (21), The grain size of the substrate (15) is evaluated. Therefore, the grain size can be determined by checking the change rate of the optically measured reflectance without causing a chemical change to the substrate (15). The data stored in advance in the nonvolatile memory (23) is periodically updated from the outside to cope with long-term deterioration of the ELA device.
【００２８】このような、反射率あるいはその変化率の
波長依存性が、特定波長領域において特異な性質を示す
ことについて、そのメカニズムは明白ではないが、結晶
秩序度に依存して反射と乱反射の優劣が変化し、それが
特に上述の波長域において顕著に現れるものと推測され
る。従って、このような光学的性質を調べることから逆
算的に結晶粒径を割り出すことができる。The mechanism by which the wavelength dependence of the reflectivity or the rate of change thereof exhibits a unique property in a specific wavelength range is not clear, but the mechanism of reflection and irregular reflection depends on the crystal order. It is presumed that the dominance changes, and this appears particularly remarkably in the above-mentioned wavelength range. Therefore, by examining such optical properties, the crystal grain size can be calculated backward.
【００２９】また、図１において、検光部（１６）の採
光素子を被処理基板（１５）の複数箇所、即ち、ライン
ビームのライン方向の複数ポイントの被処理状態を査定
することで、ラインビームの照射強度のばらつきを管理
することができる。ここで、更に、経験的につきとめら
れたことは、変化率極小値とレーザーエネルギー（グレ
インサイズ）との関係は図１２に示すような特徴を有し
ているということである。即ち、あるエネルギー領域に
おいて、変化率極小値が最小値となり、その両側では、
対称的に変化率極小値が上昇する関係となっている。そ
して、実験的にこのような変化率極小値の最小値をとる
エネルギー密度は、だいたい３００ｍＪ／ｃｍ2から３
５０ｍＪ／ｃｍ2の間にあり、ＥＬＡにおけるレーザー
パワーは、エネルギー密度が４００ｍＪ／ｃｍ2から５
００ｍＪ／ｃｍ2程度の範囲での微調整が要請されるこ
とを考えると、変化率極小値とレーザーパワー即ちグレ
インサイズとの関係はほぼ直線の形状を呈することがわ
かる。In FIG. 1, the light-collecting elements of the light detecting section (16) are evaluated at a plurality of positions on the substrate (15) to be processed, that is, at a plurality of points in the line direction of the line beam to be processed. Variation in beam irradiation intensity can be managed. Here, what has been further empirically found is that the relationship between the minimum value of the change rate and the laser energy (grain size) has a characteristic as shown in FIG. That is, in a certain energy region, the minimum value of the change rate becomes the minimum value, and on both sides thereof,
The change rate minimum value is symmetrically increased. The energy density at which the minimum value of the change rate minimum is experimentally obtained is approximately 300 mJ / cm 2 to 3 mJ / cm 2.
The laser power in ELA is between 400 mJ / cm2 and 5 mJ / cm2.
Considering that fine adjustment in the range of about 00 mJ / cm 2 is required, it can be seen that the relationship between the minimum value of the change rate and the laser power, that is, the grain size, has a substantially linear shape.
【００３０】このような本発明におけるｐ−Ｓｉ膜の評
価は、光反射率の測定、即ち、適当な光照射とその反射
光の採光により行われる。従って、インラインモニタリ
ングが可能となり、ａ−Ｓｉ膜のレーザーアニールを行
いながら、同時進行で、形成直後のｐ−Ｓｉのグレイン
サイズを管理し、かつ、レーザーパワーの微調整を行う
ことができる。従って、ＥＬＡ工程の後に、本工程を設
置し、ＥＬＡ直後のグレインサイズを測定し、湿気や異
物、光学系の汚染、レーザー光源の消耗等、何らかの理
由によりレーザー照射の実効エネルギーが変化しても、
常時、レーザーパワーが最適設定されるので、高歩留ま
り、低コストのプロセスが確立される。また、不揮発メ
モリー（２３）のデータを、装置の劣化に応じ定期的に
更新することにより、長期的な調整が可能となる。The evaluation of the p-Si film in the present invention is performed by measuring the light reflectance, that is, by irradiating a suitable light and collecting the reflected light. Therefore, in-line monitoring becomes possible, and while performing the laser annealing of the a-Si film, the grain size of p-Si immediately after the formation can be managed and the laser power can be finely adjusted simultaneously. Therefore, after the ELA step, this step is set up, the grain size immediately after the ELA is measured, and even if the effective energy of laser irradiation changes for any reason, such as moisture and foreign matter, contamination of the optical system, and depletion of the laser light source. ,
Since the laser power is always optimally set, a high-yield and low-cost process is established. In addition, long-term adjustment is possible by periodically updating the data in the nonvolatile memory (23) in accordance with the deterioration of the device.
【００３１】[0031]
【発明の効果】本発明で、半導体膜の結晶粒径の評価工
程を半導体膜の形成工程と一体化することができたの
で、常時、半導体膜形成状態を管理しながら、半導体膜
を形成することができる。これにより、半導体膜の形成
条件が常に最適状態に微調整されるので、装置の消耗や
劣化などにより形成状態が初期設定から変化しても、形
成された半導体膜の膜質が許容範囲外になることが防が
れ、高歩留まり、低コストの製造プロセスが確立され
る。According to the present invention, since the step of evaluating the crystal grain size of the semiconductor film can be integrated with the step of forming the semiconductor film, the semiconductor film can be formed while always controlling the state of forming the semiconductor film. be able to. As a result, the conditions for forming the semiconductor film are always finely adjusted to the optimum state. Therefore, even if the formation state changes from the initial setting due to wear or deterioration of the apparatus, the film quality of the formed semiconductor film is out of the allowable range. A high yield, low cost manufacturing process is established.
【図１】本発明の実施の形態にかかるＥＬＡ装置の構成
図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an ELA apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態にかかるＥＬＡ装置の一部
詳細構成図である。FIG. 2 is a partial detailed configuration diagram of an ELA apparatus according to the embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例にかかりｐ−Ｓｉ膜の反射率の
波長依存性を測定した関係図である。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wavelength dependence of the reflectance of a p-Si film according to an example of the present invention.
【図４】本発明実施例にかかりｐ−Ｓｉ膜の反射率の波
長依存性を測定した関係図である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength dependence of the reflectance of a p-Si film according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施例にかかりｐ−Ｓｉ膜の反射率の
波長依存性を測定した関係図である。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the wavelength dependence of the reflectance of a p-Si film according to an example of the present invention.
【図６】本発明の実施例にかかりｐ−Ｓｉ膜の反射率の
波長依存性を測定した関係図である。FIG. 6 is a graph showing the relationship between the wavelength dependence of the reflectance of a p-Si film according to an example of the present invention.
【図７】図３の反射率の波長依存性の曲線の１次変化率
を求めた関係図である。FIG. 7 is a relationship diagram showing a first-order change rate of a curve of the wavelength dependence of the reflectance in FIG. 3;
【図８】図４の反射率の波長依存性の曲線の１次変化率
を求めた関係図である。FIG. 8 is a relationship diagram showing a first-order change rate of a curve of the wavelength dependence of the reflectance in FIG. 4;
【図９】図５の反射率の波長依存性の曲線の１次変化率
を求めた関係図である。FIG. 9 is a relationship diagram showing a first-order change rate of a curve of the wavelength dependence of the reflectance in FIG. 5;
【図１０】図６の反射率の波長依存性の曲線の１次変化
率を求めた関係図である。FIG. 10 is a relationship diagram showing a first-order rate of change of the curve of the wavelength dependence of the reflectance in FIG. 6;
【図１１】変化率の極小値とｐ−Ｓｉ膜のグレインサイ
ズとの関係図である。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the minimum value of the change rate and the grain size of the p-Si film.
【図１２】レーザーエネルギーと変化率の極小値との関
係図である。FIG. 12 is a relationship diagram between laser energy and a minimum value of a change rate.
【図１３】従来のＥＬＡ装置の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional ELA device.
【図１４】照射レーザーエネルギーとグレインサイズと
の関係図である。FIG. 14 is a relationship diagram between irradiation laser energy and grain size.
Claims (6)
施す半導体膜の形成装置において、 前記半導体膜にレーザー光を照射するレーザー照射手段
と、前記半導体膜に評価用光を照射する評価用光照射手
段と、前記評価用光の前記半導体膜からの反射光を検出
する評価用光検出手段と、前記評価用光検出手段からの
情報を基に前記レーザー照射手段を制御する中央制御手
段とを有し、照射レーザーエネルギーを微調整しながら
レーザーアニールを行うことを特徴とした半導体膜の形
成装置。1. A semiconductor film forming apparatus for performing laser annealing on a semiconductor film on a substrate, comprising: a laser irradiator for irradiating the semiconductor film with laser light; and an evaluation light irradiator for irradiating the semiconductor film with evaluation light. Means, evaluation light detection means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film, and central control means for controlling the laser irradiation means based on information from the evaluation light detection means. And performing laser annealing while finely adjusting the irradiation laser energy.
施す半導体膜の形成装置において、 前記半導体膜にレーザー光を照射するレーザー照射手段
と、前記半導体膜に評価用光を照射する評価用光照射手
段と、前記評価用光の前記半導体膜からの反射光を検出
する反射光検出手段と、前記反射光検出手段からの情報
を演算して光学的値を算出する演算手段と、あらかじめ
別の半導体膜に関して光学的値と結晶粒径値とが関連づ
けて格納された記憶手段と、前記演算手段で算出された
光学的値を基に前記記憶手段から対応する結晶粒径値を
選択して前記半導体膜の結晶粒径値を決定する評価手段
と、前記評価手段により決定された結晶粒径値とあらか
じめ設定された結晶粒径値との離間量を調べてレーザー
パワーの調整量を作成する調整量作成手段と、を有し、
前記レーザー照射手段の出力を調整しながらレーザーア
ニールを行うことを特徴とした半導体膜の形成装置。2. An apparatus for forming a semiconductor film for performing laser annealing on a semiconductor film on a substrate, comprising: a laser irradiation unit for irradiating the semiconductor film with laser light; and an evaluation light irradiation for irradiating the semiconductor film with evaluation light. Means, reflected light detecting means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film, calculating means for calculating information from the reflected light detecting means to calculate an optical value, and another semiconductor in advance. A storage unit in which an optical value and a crystal grain size value are stored in association with each other with respect to the film, and a corresponding crystal grain size value is selected from the storage unit based on the optical value calculated by the arithmetic unit, and the semiconductor Evaluation means for determining the crystal grain size value of the film, and an adjustment amount for creating a laser power adjustment amount by examining an amount of separation between the crystal grain size value determined by the evaluation means and a preset crystal grain size value. Create Has a stage, a,
An apparatus for forming a semiconductor film, wherein laser annealing is performed while adjusting the output of the laser irradiation means.
波長域における波長に依存した前記反射率の変化率であ
ることを特徴とした請求項２記載の半導体膜の形成装
置。3. The semiconductor film forming apparatus according to claim 2, wherein said optical value is a change rate of said reflectance depending on a wavelength in a predetermined wavelength range of said semiconductor film.
施す半導体膜の形成方法において、 前記半導体膜にレーザー光を照射するレーザー照射手段
と、前記半導体膜に評価用光を照射する評価用光照射手
段と、前記評価用光の前記半導体膜からの反射光を検出
する評価用光検出手段と、前記評価用光検出手段からの
情報を基に前記レーザー照射手段を制御する中央制御手
段とを有し、照射レーザーエネルギーを微調整しながら
レーザーアニールを行うことを特徴とした半導体膜の形
成方法。4. A method for forming a semiconductor film by performing laser annealing on a semiconductor film on a substrate, comprising: a laser irradiation unit for irradiating the semiconductor film with laser light; and an evaluation light irradiation for irradiating the semiconductor film with evaluation light. Means, evaluation light detection means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film, and central control means for controlling the laser irradiation means based on information from the evaluation light detection means. And performing laser annealing while finely adjusting the irradiation laser energy.
施す半導体膜の形成方法において、 前記半導体膜にレーザー光を照射するレーザー照射手段
と、前記半導体膜に評価用光を照射する評価用光照射手
段と、前記評価用光の前記半導体膜からの反射光を検出
する反射光検出手段と、前記反射光検出手段からの情報
を演算して光学的値を算出する演算手段と、あらかじめ
別の半導体膜に関して光学的値と結晶粒径値とが関連づ
けて格納された記憶手段と、前記演算手段で算出された
光学的値を基に前記記憶手段から対応する結晶粒径値を
選択して前記半導体膜の結晶粒径値を決定する評価手段
と、前記評価手段により決定された結晶粒径値とあらか
じめ設定された結晶粒径値との離間量を調べてレーザー
パワーの調整量を作成する調整量作成手段と、を有し、
前記レーザー照射手段の出力を調整しながらレーザーア
ニールを行うことを特徴とした半導体膜の形成方法。5. A method for forming a semiconductor film by performing laser annealing on a semiconductor film on a substrate, comprising: a laser irradiating means for irradiating the semiconductor film with laser light; Means, reflected light detecting means for detecting reflected light of the evaluation light from the semiconductor film, calculating means for calculating information from the reflected light detecting means to calculate an optical value, and another semiconductor in advance. A storage unit in which an optical value and a crystal grain size value are stored in association with each other with respect to the film, and a corresponding crystal grain size value is selected from the storage unit based on the optical value calculated by the arithmetic unit, and the semiconductor Evaluation means for determining the crystal grain size value of the film, and an adjustment amount for creating a laser power adjustment amount by examining an amount of separation between the crystal grain size value determined by the evaluation means and a preset crystal grain size value. Create Has a stage, a,
A method for forming a semiconductor film, comprising performing laser annealing while adjusting the output of the laser irradiation means.
波長域における波長に依存した前記反射率の変化率であ
ることを特徴とした請求項２記載の半導体膜の形成方
法。6. The method according to claim 2, wherein the optical value is a change rate of the reflectance depending on a wavelength in a predetermined wavelength range of the semiconductor film.
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1998
- 1998-03-17 JP JP06733798A patent/JP3547979B2/en not_active Expired - Fee Related
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