JP3352995B2 - Crystal growth evaluation method and apparatus - Google Patents
Crystal growth evaluation method and apparatusInfo
- Publication number
- JP3352995B2 JP3352995B2 JP2000114302A JP2000114302A JP3352995B2 JP 3352995 B2 JP3352995 B2 JP 3352995B2 JP 2000114302 A JP2000114302 A JP 2000114302A JP 2000114302 A JP2000114302 A JP 2000114302A JP 3352995 B2 JP3352995 B2 JP 3352995B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- crystal growth
- laser beam
- crystal
- fluctuation
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims description 96
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 27
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 16
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 8
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 8
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 5
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 38
- 239000010408 film Substances 0.000 description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 13
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 8
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000033458 reproduction Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術の分野】本発明は、半導体材料等の
対象物にレーザビームを照射した際の、対象物中におけ
る結晶の成長状態を評価するための結晶成長評価方法及
び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a crystal growth evaluation method and apparatus for evaluating a crystal growth state in an object such as a semiconductor material when the object is irradiated with a laser beam.
【0002】[0002]
【従来の技術】アモルファスシリコンの薄膜にエキシマ
レーザを照射して多結晶シリコンを生成させる過程を数
値的に解析する方法が、「1999年7月14日、日本
塑性加工学会、シミュレーション統合システム分科会、
資料集、第22号、PP27-32」で発表されている。この
解析方法では、シリコンの薄膜について熱伝導方程式を
解いて、核生成率、結晶成長速度、結晶変態率、結晶形
状及び結晶寸法を決定する。2. Description of the Related Art A method of numerically analyzing a process of irradiating an excimer laser to a thin film of amorphous silicon to generate polycrystalline silicon is described in "July 14, 1999, Japan Society for Technology of Plasticity, Simulation Integrated System Subcommittee. ,
References No. 22, PP27-32 ". In this analysis method, a nucleation rate, a crystal growth rate, a crystal transformation rate, a crystal shape, and a crystal size are determined by solving a heat conduction equation for a silicon thin film.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記方法で得られる解
析結果は、レーザアニーリングによる多結晶シリコンの
生成過程をある程度反映したものとなっているが、必ず
しも現実の成膜を精密に再現したものとなっていない。
このため、多結晶シリコンのレーザアニーリングの条件
設定に利用するための有用なツールとなるまでには至っ
ていない。The analysis results obtained by the above method reflect to some extent the process of forming polycrystalline silicon by laser annealing, but are not necessarily accurate reproductions of actual film formation. is not.
Therefore, it has not yet become a useful tool for use in setting conditions for laser annealing of polycrystalline silicon.
【0004】そこで、本発明は、半導体材料等の対象物
をレーザアニーリングして結晶を成長させる際の条件設
定を容易にすることができ、所望の結晶状態の材料を製
造するために役立つ結晶成長評価方法及び装置を提供す
ることを目的とする。Accordingly, the present invention provides a crystal growth which can facilitate setting of conditions for growing a crystal by laser annealing of an object such as a semiconductor material, and which is useful for manufacturing a material in a desired crystalline state. It is an object to provide an evaluation method and an apparatus.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の結晶成長評価方法は、対象物へのレーザビ
ームの多重照射に関する基本パラメータを入力する第1
工程と、基本パラメータのうち所定パラメータについて
ゆらぎ成分を設定する第2工程と、基本パラメータ及び
ゆらぎ成分に基づいて対象物に関する熱伝導方程式を解
いて、対象物中における結晶の成長を統計的に計算する
第3工程とを備える。In order to solve the above-mentioned problems, a crystal growth evaluation method according to the present invention provides a first method for inputting basic parameters relating to multiple irradiation of an object with a laser beam.
Step, a second step of setting a fluctuation component for a predetermined parameter among the basic parameters, and solving a heat conduction equation for the object based on the basic parameter and the fluctuation component, and statistically calculating crystal growth in the object. And a third step of performing the above.
【0006】上記結晶成長評価方法では、基本パラメー
タのみならず、ゆらぎ成分に基づいて対象物に関する熱
伝導方程式を解いて、対象物中における結晶の成長を統
計的に計算するので、対象物中における多結晶の生成過
程をより精密に反映した結晶成長の評価が可能になる。
よって、この結晶成長評価方法をレーザアニーリングに
よって実際に結晶成長させる際の条件設定に利用すれ
ば、斯かるレーザアニーリングの条件設定を容易にする
ことができ、所望の結晶状態の材料を短期間で迅速に開
発することができる。つまり、ポリシリコン膜等を形成
する際のプロセス設計を時間的・コスト的に効率化する
ことができ、ポリシリコン膜等の形成の高品質化や最適
化を図ることができる。さらに、レーザアニーリング装
置の設計の時間的、コスト的効率化やレーザアニーリン
グ装置の高性能化を図ることができる。In the above-described crystal growth evaluation method, the crystal growth in the object is statistically calculated by solving the heat conduction equation for the object based on not only the basic parameters but also the fluctuation component. This makes it possible to evaluate crystal growth that more accurately reflects the polycrystalline formation process.
Therefore, if this crystal growth evaluation method is used for setting conditions for actually growing a crystal by laser annealing, the conditions for such laser annealing can be easily set, and a material having a desired crystal state can be produced in a short period of time. Can be developed quickly. That is, the process design for forming the polysilicon film and the like can be made more efficient in terms of time and cost, and the quality and optimization of the formation of the polysilicon film and the like can be improved. Further, the design of the laser annealing apparatus can be improved in terms of time and cost, and the performance of the laser annealing apparatus can be improved.
【0007】上記結晶成長評価方法の好ましい態様によ
れば、基本パラメータが、レーザビームの中心位置、分
布、及びエネルギ密度、並びにレーザビームを多重照射
する際の重複率を含み、所定パラメータが、中心位置、
及びエネルギ密度を含む。この場合、基本パラメータや
所定パラメータの選択が対象物中における多結晶の生成
過程を精密に反映するものとなっているので、結晶成長
の評価が精密なものとなる。なお、レーザビームの分布
とは、空間的なビームプロファイルにおけるビーム形
状、ビーム幅を意味し、時間的なパルスプロファイルに
おけるパルス形状、パルス幅を意味する。According to a preferred embodiment of the above-described crystal growth evaluation method, the basic parameters include the center position, distribution, and energy density of the laser beam, and the overlap rate when irradiating the laser beam multiple times. position,
And energy density. In this case, the selection of the basic parameters and the predetermined parameters accurately reflects the process of forming the polycrystal in the object, so that the evaluation of the crystal growth becomes precise. The laser beam distribution means a beam shape and a beam width in a spatial beam profile, and means a pulse shape and a pulse width in a temporal pulse profile.
【0008】上記結晶成長評価方法の好ましい態様によ
れば、レーザビームが、所定遅延時間をおいて対象物に
逐次照射される一対のパルスレーザであり、基本パラメ
ータ及び所定パラメータが、所定遅延時間を含む。この
場合、ダブルパルス或いは3重パルス以上のレーザビー
ムを用いたレーザアニールにおいて、レーザアニーリン
グの条件設定を容易にすることができ、所望の結晶状態
の材料を短期間で迅速に開発することができる。According to a preferred embodiment of the crystal growth evaluation method, the laser beam is a pair of pulsed lasers that are sequentially irradiated on the object with a predetermined delay time, and the basic parameter and the predetermined parameter correspond to the predetermined delay time. Including. In this case, in laser annealing using a laser beam of a double pulse or a triple pulse or more, it is possible to easily set conditions for laser annealing, and to quickly develop a material in a desired crystalline state in a short time. .
【0009】上記結晶成長評価方法の好ましい態様によ
れば、第3工程で、熱伝導方程式を解いて、核生成率、
結晶成長速度、結晶変態率、結晶形状及び結晶寸法を順
次決定する。この場合、結晶の成長過程を現実的に反映
した結晶成長評価方法とすることができる。According to a preferred aspect of the above-mentioned crystal growth evaluation method, in a third step, a heat conduction equation is solved to obtain a nucleation rate,
The crystal growth rate, crystal transformation rate, crystal shape, and crystal size are sequentially determined. In this case, a crystal growth evaluation method that realistically reflects the crystal growth process can be provided.
【0010】また、本発明の結晶成長評価装置は、対象
物へのレーザビームの照射に関する基本パラメータを記
憶する基本パラメータ記憶手段と、基本パラメータのう
ち所定パラメータについてゆらぎ成分を設定するゆらぎ
成分設定手段と、基本パラメータ及びゆらぎ成分に基づ
いて対象物に関する熱伝導方程式を解いて、対象物中に
おける結晶の成長を統計的に計算する結晶成長演算手段
とを備える。Further, the crystal growth evaluation apparatus of the present invention comprises a basic parameter storage means for storing basic parameters relating to the irradiation of the object with the laser beam, and a fluctuation component setting means for setting a fluctuation component for a predetermined parameter among the basic parameters. And crystal growth calculation means for solving a heat conduction equation for the object based on the basic parameters and the fluctuation component, and statistically calculating the growth of crystals in the object.
【0011】上記結晶成長評価装置では、結晶成長演算
手段が、基本パラメータのみならず、ゆらぎ成分に基づ
いて対象物に関する熱伝導方程式を解いて、対象物中に
おける結晶の成長を統計的に計算するので、対象物中に
おける多結晶の生成過程をより精密に反映した結晶成長
の評価が可能になる。よって、この結晶成長評価装置を
レーザアニーリングによって実際に結晶成長させる際の
条件設定に利用すれば、斯かるレーザアニーリングの条
件設定を容易にすることができ、所望の結晶状態の材料
を短期間で迅速に開発することができる。In the above-described crystal growth evaluation apparatus, the crystal growth calculating means statistically calculates the crystal growth in the object by solving a heat conduction equation for the object based on not only the basic parameters but also the fluctuation component. Therefore, it is possible to evaluate crystal growth that more accurately reflects the process of forming polycrystals in the object. Therefore, if this crystal growth evaluation apparatus is used for setting conditions for actually growing a crystal by laser annealing, the conditions for such laser annealing can be easily set, and a material having a desired crystal state can be produced in a short period of time. Can be developed quickly.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】[第1実施形態]図1は、第1実
施形態の結晶成長評価装置の構造を説明する図である。
この結晶成長評価装置は、レーザアニールによる結晶成
長の評価を行うためのものであり、装置全体をプログラ
ムに従って制御する主制御装置2と、この主制御装置2
に接続されて必要なデータを記憶する記憶装置3と、主
制御装置2に接続されて外部からの指示やデータを入力
するための入力装置4と、主制御装置2に接続されて処
理結果を表示するための表示出力装置5とを備える。こ
の結晶成長評価装置は、演算処理を主に行うコンピュー
タ本体とこれに接続される周辺装置とからなるコンピュ
ータシステムによって実現され、外観的には、図示のよ
うに個別のコンポーネントを通信ケーブルで接続したも
のすることもできるが、一体形の装置とすることもでき
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 is a view for explaining the structure of a crystal growth evaluation apparatus according to a first embodiment.
This crystal growth evaluation device is for evaluating crystal growth by laser annealing. The main control device 2 controls the entire device according to a program, and the main control device 2
A storage device 3 connected to the main control device 2 for storing necessary data; an input device 4 connected to the main control device 2 for inputting external instructions and data; A display output device 5 for displaying. This crystal growth evaluation apparatus is realized by a computer system composed of a computer main unit that mainly performs arithmetic processing and peripheral devices connected to the computer body. In appearance, individual components are connected by a communication cable as illustrated. It can also be an integrated device.
【0013】なお、主制御装置2と記憶装置3と入力装
置4とを組み合わせたものは、基本パラメータ記憶手段
及びゆらぎ成分設定手段をともに構成する。また、主制
御装置2は、それ自体で結晶成長演算手段を構成する。The combination of the main controller 2, the storage device 3, and the input device 4 constitutes a basic parameter storage means and a fluctuation component setting means. Further, main controller 2 itself constitutes a crystal growth calculating means.
【0014】ここで、主制御装置2は、CPUや内部メ
モリを備え、オペレーティングシステム等の制御プログ
ラムのほか、結晶成長評価方法の手順を規定したプログ
ラムが組み込まれている。記憶装置3は、ハードディス
ク等の電気的若しくは光学的な記録媒体であり、結晶成
長評価方法のプログラムの実行に必要なデータや、結晶
成長評価プログラムの実行によって得た評価結果のデー
タ等を保管する。なお、入力装置4は、キーボード等か
らなり、表示出力装置5は、ディスプレイやプリンタ等
からなる。なお、表示出力装置5としてのディスプレイ
は、オペレータ専用に設けたものだけに限らず、プレゼ
ンテーションのために評価結果のデータ等を大型のスク
リーンに投影することができるプロジェクタ等を含むも
のとすることができる。The main controller 2 has a CPU and an internal memory, and incorporates a control program such as an operating system and a program defining a procedure of a crystal growth evaluation method. The storage device 3 is an electrical or optical recording medium such as a hard disk, and stores data necessary for executing a program of the crystal growth evaluation method, data of an evaluation result obtained by executing the crystal growth evaluation program, and the like. . The input device 4 includes a keyboard and the like, and the display output device 5 includes a display and a printer. The display as the display output device 5 is not limited to the one provided exclusively for the operator, and may include a projector or the like capable of projecting evaluation result data and the like on a large screen for presentation.
【0015】図2(a)及び図2(b)は、レーザアニ
ールによる結晶成長の評価対象となるシリコン薄膜を説
明する平面図及び断面図である。この基板Wは、平板状
のガラス板GP上に例えば1000Åの厚さのSiO2
膜ILを形成し、このSiO2膜IL上に例えば500
Åの厚さのアモルファス状のSi膜SLを形成したもの
である。FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a silicon thin film to be evaluated for crystal growth by laser annealing. The substrate W is formed, for example, on a flat glass plate GP by a SiO 2 layer having a thickness of 1000 °.
Forming a film IL, for example, 500 to the SiO 2 film IL
An amorphous Si film SL having a thickness of Å is formed.
【0016】基板W上のSi膜SLを形成した領域に
は、Y方向に延びる線状のレーザビームLBが照射さ
れ、X方向に一定の速度で一端から他端まで走査され
る。これにより、Si膜SLが一端から徐々に多結晶化
され、走査が終了した段階では、Si膜SL全体が多結
晶Siとなる。具体的に説明すると、図2(b)に示す
ように、レーザビームLBの照射前のSi膜SLaはア
モルファス状態となっており、レーザビームLBの照射
中のSi膜SLbは溶融した状態となっており、レーザ
ビームLBの照射後のSi膜SLcは多結晶状態となっ
ている。A region on the substrate W where the Si film SL is formed is irradiated with a linear laser beam LB extending in the Y direction, and is scanned from one end to the other end at a constant speed in the X direction. Thereby, the Si film SL is gradually polycrystallized from one end, and when the scanning is completed, the entire Si film SL becomes polycrystalline Si. More specifically, as shown in FIG. 2B, the Si film SLa before the irradiation with the laser beam LB is in an amorphous state, and the Si film SLb during the irradiation with the laser beam LB is in a molten state. After the irradiation with the laser beam LB, the Si film SLc is in a polycrystalline state.
【0017】なお、本実施形態では、Si膜SLの一部
領域OAに着目し、ここにおける熱的現象に影響する支
配的なパラメータを選択し、後に詳述するが、これらパ
ラメータを数値的に解析することによって結晶の成長状
態を効率的に評価する。In the present embodiment, attention is paid to the partial area OA of the Si film SL, and dominant parameters affecting the thermal phenomenon are selected here, and these parameters will be described in detail later. The analysis is used to efficiently evaluate the crystal growth state.
【0018】図3は、図2に示すレーザビームLBの基
板W上におけるビームプロファイルと走査とを説明する
図である。レーザビームLBnのビームプロファイル
は、中心位置、ビーム形状、及びビーム幅によって特定
される。この場合、中心位置がXnであるとする。ビー
ム形状を例えばガウシャン分布とすると、上記の中心位
置Xnは、レーザビームLBnのピーク位置に対応し、ビ
ーム幅BWは、その半値幅に対応する。また、レーザビ
ームLBnのピーク強度Ipは、そのエネルギ密度に対応
し、レーザビームLBnの面積は、そのエネルギ量に対
応する。この際、レーザビームLBnをパルス照射しつ
つ走査を行うので、ビームスポットは、パルス照射の1
サイクルごとにX方向に移動量ΔXだけ移動する。つま
り、1つ前のサイクルのレーザビームLBn-1の中心位
置Xn-1は、Xn-1=Xn−ΔXで与えられる。なお、
(W−ΔX)/Wは重複率と呼ばれ、走査のアニールサ
イクルにおいて、n−1番目のサイクルに対応するパル
スLBn-1と、次のn番目のサイクルに対応するパルス
LBnとがX方向において空間的に重なり合う割合に相
当する。なお、上記ビーム幅BWは例えば0.6mmと
いった用途に応じた適当な数値に設定することができ、
重複率も例えば90%といった適当な数値に設定するこ
とができる。FIG. 3 is a view for explaining a beam profile and scanning of the laser beam LB shown in FIG. 2 on the substrate W. Beam profile of the laser beam LB n, the center position and is identified by the beam shape, and beam width. In this case, it is assumed that the center position is Xn. When the shape of the beam for example Gaussian distribution, the center position Xn of the above, corresponds to the peak position of the laser beam LB n, the beam width BW corresponds to a half-value width. Further, the peak intensity Ip of the laser beam LB n corresponds to the energy density, the area of the laser beam LB n corresponds to the amount of energy. At this time, since the scanning while the laser beam LB n and pulse irradiation, the beam spot of the pulse irradiation 1
It moves by the movement amount ΔX in the X direction every cycle. That is, the center position X n-1 of the laser of the previous cycle beam LB n-1 is given by X n-1 = X n -ΔX . In addition,
(W-ΔX) / W is called the overlap rate, in the scanning of the annealing cycle, the pulse LB n-1 corresponding to the (n-1) th cycle, and a pulse LB n corresponding to the next n th cycle This corresponds to the ratio of spatially overlapping in the X direction. The beam width BW can be set to an appropriate value according to the application, for example, 0.6 mm.
The overlap rate can also be set to an appropriate value, for example, 90%.
【0019】ところで、ビームプロファイルにおける中
心位置は、現実のレーザアニール装置では、制御できな
い要因によって一定の精度範囲内でランダムに変動する
ものである。このような変動の程度は、ポインティング
スタビリティ、すなわち中心位置の揺らぎの抑制度とし
て捉えることができる。結晶成長の評価に際して、上記
のようなレーザビームの中心位置の揺らぎδXを考慮す
ることで、現実の現象により即した結晶成長の評価が可
能なる。この揺らぎδXは、目標位置Xからのずれ量で
あり、レーザビームの入射ごとに異なる値となる。By the way, the center position in the beam profile fluctuates randomly within a certain accuracy range due to factors that cannot be controlled by an actual laser annealing apparatus. The degree of such variation can be regarded as pointing stability, that is, the degree of suppression of fluctuation of the center position. By considering the fluctuation δX of the center position of the laser beam as described above in evaluating the crystal growth, it is possible to evaluate the crystal growth more in accordance with the actual phenomenon. The fluctuation δX is a deviation amount from the target position X, and has a different value every time a laser beam is incident.
【0020】また、レーザビームのエネルギ密度も、現
実のレーザアニール装置では、制御できない要因によっ
て一定の精度範囲内でランダムに変動するものである。
このような変動は、エネルギ密度の揺らぎとして捉える
ことができる。結晶成長の評価に際して、上記のような
レーザビームのエネルギ密度の揺らぎδEを考慮するこ
とで、現実の現象により即した結晶成長の評価が可能な
る。Further, the energy density of the laser beam also fluctuates randomly within a certain accuracy range due to factors that cannot be controlled by the actual laser annealing apparatus.
Such a fluctuation can be regarded as a fluctuation of the energy density. In evaluating the crystal growth, the above-described fluctuation of the energy density δE of the laser beam is taken into consideration, so that the crystal growth can be evaluated more in accordance with the actual phenomenon.
【0021】図4は、図3に示すレーザビームLBnの
経時的変化であるパルスプロファイルを説明するグラフ
である。レーザビームLBnのパルスプロファイルは、
パルス形状、及びパルス幅によって特定される。パルス
形状は、レーザ光源の特性に応じて適宜設定できるが、
例えばガウシャン分布とすることもできる。パルス幅P
Wは、その半値幅に対応する。[0021] FIG. 4 is a graph illustrating a pulse profile which is temporal change of the laser beam LB n shown in FIG. Pulse profile of the laser beam LB n is,
It is specified by the pulse shape and pulse width. The pulse shape can be set appropriately according to the characteristics of the laser light source,
For example, a Gaussian distribution can be used. Pulse width P
W corresponds to the half width.
【0022】図5は、図4に示すレーザビームLBnの
複数パルスのプロファイルを説明するグラフである。こ
のレーザビームLBnは、1サイクル分であるが2つの
ピークを含むダブルパルスであり、一対の光源からのレ
ーザビームを適当なタイミングだけずらして合成したも
のである。これにより、先発のレーザビームLB1の照
射時に生成された核あるいは微結晶を中心にして、後発
のレーザビームLB2の照射による余熱でさらなる再成
長をさせることができるようにしている。なお、先行す
るレーザビームLB1の中心時刻t1と、後側のレーザビ
ームLB2の中心時刻t2との差である遅延時間Δtは、
例えば百数10ns程度の時間に設定される。FIG. 5 is a graph illustrating a profile of a plurality of pulses of the laser beam LB n shown in FIG. The laser beam LB n is a one cycle is a double pulse comprising two peaks is a composite being shifted by appropriate timing of the laser beam from the pair of light sources. Thus, further regrowth can be performed with the residual heat generated by the irradiation of the subsequent laser beam LB2, centering on the nucleus or microcrystal generated at the time of the irradiation of the preceding laser beam LB1. The delay time Δt, which is the difference between the center time t1 of the preceding laser beam LB1 and the center time t2 of the rear laser beam LB2,
For example, the time is set to about one hundred and several ns.
【0023】この場合も、両レーザビームLB1、LB2
のパルスプロファイルは、図4のシングルパルスと同様
に形状、及び幅によってそれぞれ特定される。パルス形
状は、レーザ光源の特性応じて適宜設定できるが、両ビ
ームLB1、LB2を互いに異なる分布とすることもでき
る。パルス幅PW1、PW2は、それぞれの半値幅に対応
する。なお、パルス幅PW1、PW2は、遅延時間Δtよ
りも大きくすることができる。Also in this case, both laser beams LB1, LB2
Are respectively specified by the shape and the width similarly to the single pulse of FIG. The pulse shape can be appropriately set according to the characteristics of the laser light source, but the two beams LB1 and LB2 can have different distributions from each other. The pulse widths PW1 and PW2 correspond to the respective half-value widths. Note that the pulse widths PW1 and PW2 can be larger than the delay time Δt.
【0024】一方、両レーザビームLB1、LB2のビー
ムプロファイル、すなわち空間的な分布特性は、図3に
示すと同様の特定方法によって、各レーザビームLB
1、LB2ごとにそれぞれ個別に設定される。On the other hand, the beam profiles of the two laser beams LB1 and LB2, that is, the spatial distribution characteristics, are determined by the same specific method as shown in FIG.
1 and LB2 are set individually.
【0025】なお、一対のレーザビームLB1、LB2の
遅延時間Δtは、現実のレーザアニール装置では、制御
できない要因によって一定の精度範囲内でランダムに変
動するものである。このような変動すなわちジッタは、
遅延時間Δtの揺らぎとして捉えることができる。結晶
成長の評価に際して、上記のようなレーザビームの遅延
時間の揺らぎ(ジッタ)δtを考慮することで、現実の
現象により即した結晶成長の評価が可能なる。The delay time Δt of the pair of laser beams LB1 and LB2 fluctuates randomly within a certain accuracy range due to factors that cannot be controlled by an actual laser annealing apparatus. Such fluctuations or jitters are:
This can be regarded as fluctuation of the delay time Δt. In the evaluation of crystal growth, by considering the fluctuation (jitter) δt of the delay time of the laser beam as described above, it becomes possible to evaluate the crystal growth more in accordance with the actual phenomenon.
【0026】以下、図6及び図7を参照して、図1の装
置における結晶成長評価の手順を説明する。The procedure for evaluating the crystal growth in the apparatus shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIGS.
【0027】まず、ステップS1で、オペレータの指示
に従って、レーザアニールを行うに際しての多重パルス
照射法を適宜選択する。具体的には、図4に示すような
シングルパルスとするか、図5に示す2重パルスとする
かの選択を入力装置4を介して主制御装置2に入力し、
主制御装置2の動作モードを決定する。なお、以上の説
明では、多重パルスの一例として2重パルスの場合(図
5参照)についてのみ説明したが、3重以上の多重パル
スを照射するレーザアニールとすることもできる。First, in step S1, a multiple pulse irradiation method for performing laser annealing is appropriately selected in accordance with an instruction of an operator. Specifically, selection of whether to use a single pulse as shown in FIG. 4 or a double pulse as shown in FIG. 5 is input to the main controller 2 via the input device 4,
The operation mode of main controller 2 is determined. In the above description, only a case of a double pulse (see FIG. 5) has been described as an example of a multiple pulse, but laser annealing for irradiating multiple pulses of three or more times may be used.
【0028】次に、ステップS2で、主制御装置2は、
表示出力装置5を介してオペレータに基本パラメータの
入力を促し、オペレータにより入力装置4を介して入力
された基本パラメータを以後の処理のために記憶装置3
に保存し、或いは記憶装置3から必要なデータを読み出
す。Next, in step S2, main controller 2
The operator is urged to input basic parameters via the display output device 5, and the basic parameters input by the operator via the input device 4 are stored in the storage device 3 for further processing.
Or read necessary data from the storage device 3.
【0029】ここで、基本パラメータには、レーザビー
ムLBの連続する前後のサイクル間における重複率と、
レーザビームLBのビームプロファイルと、パルスプロ
ファイルと、エネルギ密度とが含まれる。ここで、ビー
ムプロファイルは、既述のように、中心位置、ビーム形
状、及びビーム幅によって特定される。また、パルスプ
ロファイルも、既述のように、パルス形状、及びパルス
幅によって特定される。Here, the basic parameters include an overlap rate between successive cycles of the laser beam LB before and after,
A beam profile of the laser beam LB, a pulse profile, and an energy density are included. Here, the beam profile is specified by the center position, the beam shape, and the beam width as described above. Also, the pulse profile is specified by the pulse shape and the pulse width as described above.
【0030】主制御装置2が多重パルス照射モードで動
作する場合、レーザビームLBに含まれる複数のパルス
成分のそれぞれについて、ビームプロファイルと、パル
スプロファイルと、エネルギ密度とを入力し、さらに2
番目以降の各パルス成分の遅延時間を入力することにな
る。When the main controller 2 operates in the multi-pulse irradiation mode, a beam profile, a pulse profile, and an energy density are input for each of a plurality of pulse components included in the laser beam LB.
The delay time of each of the following pulse components is input.
【0031】次に、ステップS3で、主制御装置2は、
ポインティングスタビリティに関する情報を設定するか
否かを、入力装置4からのオペレータの指示等に基づい
て判断する。Next, in step S3, main controller 2
Whether to set information on pointing stability is determined based on an operator's instruction from the input device 4 or the like.
【0032】ポインティングスタビリティに関する情報
を設定すると判断した場合、次のステップS4に進ん
で、主制御装置2は、表示出力装置5を介してオペレー
タに所定パラメータである中心位置の揺らぎに関するデ
ータの入力を促し、オペレータにより入力装置4を介し
て入力された揺らぎδXに関するデータを以後の処理の
ために記憶装置3に保存する。なお、中心位置の揺らぎ
データは、入力装置4を介して数値を直接入力する場合
だけに限らず、例えば記憶装置3から必要なデータを読
み出してこれを加工することによって得ることもでき
る。If it is determined that the information relating to the pointing stability is to be set, the process proceeds to the next step S4, where the main controller 2 inputs data relating to the fluctuation of the center position, which is a predetermined parameter, to the operator via the display output device 5. And the data relating to the fluctuation δX input by the operator via the input device 4 is stored in the storage device 3 for subsequent processing. Note that the fluctuation data of the center position is not limited to the case where a numerical value is directly input via the input device 4, but may be obtained, for example, by reading necessary data from the storage device 3 and processing the data.
【0033】中心位置の揺らぎデータは、レーザビーム
の走査における複数照射サイクルにおいて、Si膜SL
の一部領域OAを重畳して照射する各レーザビームLB
n-1,LBn,LBn+1,…ごとに予め用意される。具体
的に説明すると、Si膜SLの一部領域OAが10サイ
クル分のレーザビームのパルス照射(90%の重複率)
によってアニールされる場合、形状効果を見るために余
分に20パルス分の揺らぎデータが個別、かつ、一定範
囲内でランダムに設定される。The fluctuation data of the center position is obtained from the Si film SL in a plurality of irradiation cycles in the scanning of the laser beam.
Laser beam LB for irradiating a partial area OA of the
.. are prepared in advance for each of n−1 , LB n , LB n + 1 ,. To be more specific, the laser beam pulse irradiation (90% overlap rate) for 10 cycles in the partial area OA of the Si film SL
When annealing is performed, fluctuation data for 20 extra pulses are set individually and randomly within a certain range in order to see the shape effect.
【0034】次に、ステップS5で、主制御装置2は、
エネルギ密度揺らぎに関する情報を設定するか否かを、
入力装置4からのオペレータの指示等に基づいて判断す
る。Next, in step S5, main controller 2
Whether to set information on energy density fluctuation,
The determination is made based on an operator's instruction from the input device 4 or the like.
【0035】エネルギ密度揺らぎに関する情報を設定す
ると判断した場合、次のステップS6に進んで、主制御
装置2は、表示出力装置5を介してオペレータに所定パ
ラメータであるエネルギ密度の揺らぎに関するデータの
入力を促し、オペレータにより入力装置4を介して入力
された揺らぎδEに関するデータを以後の処理のために
記憶装置3に保存する。なお、エネルギ密度の揺らぎデ
ータは、入力装置4を介して数値を直接入力する場合だ
けに限らず、例えば記憶装置3から必要なデータを読み
出してこれを加工することによって得ることもできる。
なお、エネルギ密度の揺らぎデータも、一部領域OAを
重畳して照射する複数サイクルのレーザビームL
Bn-1,LBn,LBn+1,…ごとに予め用意される。If it is determined that the information relating to the energy density fluctuation is to be set, the process proceeds to the next step S6, where the main controller 2 inputs data relating to the energy density fluctuation which is a predetermined parameter to the operator via the display output device 5. And the data relating to the fluctuation δE input by the operator via the input device 4 is stored in the storage device 3 for subsequent processing. The fluctuation data of the energy density is not limited to the case where a numerical value is directly input via the input device 4, but may be obtained by, for example, reading necessary data from the storage device 3 and processing the data.
Note that the energy density fluctuation data is also a multiple cycle laser beam L that irradiates the partial area OA in a superimposed manner.
B n−1 , LB n , LB n + 1 ,... Are prepared in advance.
【0036】次に、ステップS7で、主制御装置2は、
ジッタに関する情報を設定するか否かを、入力装置4か
らのオペレータの指示等に基づいて判断する。Next, in step S7, main controller 2
It is determined whether or not information on the jitter is to be set based on an operator's instruction from the input device 4 or the like.
【0037】ジッタに関する情報を設定すると判断した
場合、次のステップS8に進んで、主制御装置2は、表
示出力装置5を介してオペレータに所定パラメータであ
るジッタに関するデータの入力を促し、オペレータによ
り入力装置4を介して入力されたジッタδtに関するデ
ータを以後の処理のために記憶装置3に保存する。な
お、ジッタすなわち遅延時間の揺らぎデータは、入力装
置4を介して数値を直接入力する場合だけに限らず、例
えば記憶装置3から必要なデータを読み出してこれを加
工することによって得ることもできる。なお、ジッタの
揺らぎデータも、一部領域OAを重畳して照射する複数
サイクルのレーザビームLBn-1,LBn,LBn+1,…
ごとに予め用意される。When it is determined that the information relating to the jitter is to be set, the operation proceeds to the next step S8, where the main controller 2 prompts the operator to input data relating to the predetermined parameter, jitter, via the display output device 5, and Data relating to the jitter δt input via the input device 4 is stored in the storage device 3 for subsequent processing. The jitter, that is, the fluctuation data of the delay time is not limited to the case where the numerical value is directly input via the input device 4, but may be obtained by, for example, reading necessary data from the storage device 3 and processing the data. Note that the jitter fluctuation data also includes laser beams LB n−1 , LB n , LB n + 1 ,.
It is prepared in advance for each.
【0038】次に、ステップS9で、主制御装置2は、
以上のようにして得た基本パラメータ及び所定パラメー
タに基づいて熱伝導方程式を計算して図2に示すSi膜
SL上の一部領域OAの特定位置における温度等を求め
る。この際用いる熱伝導方程式は、「1999年7月1
4日、日本塑性加工学会、シミュレーション統合システ
ム分科会、資料集、第22号、PP27-32」にも開示のよ
うに、以下のようなものである。 Next, in step S9, the main control device 2
The heat conduction equation is calculated based on the basic parameters and the predetermined parameters obtained as described above, and the temperature or the like at a specific position of the partial region OA on the Si film SL shown in FIG. 2 is obtained. The heat conduction equation used at this time is described in “July 1, 1999
On the 4th, the Japan Society for Technology of Plasticity, Simulation Integrated System Subcommittee, Data Book, No. 22, PP27-32, etc. "
【0039】次に、ステップS10で、主制御装置2
は、ステップS9で得た温度等に基づいて図2の一部領
域OAにおける核生成率を計算する。核生成率Iは、以
下の式で与えられる。 Next, at step S10, the main controller 2
Calculates the nucleation rate in the partial area OA in FIG. 2 based on the temperature and the like obtained in step S9. The nucleation rate I is given by the following equation.
【0040】次に、ステップS11で、主制御装置2
は、図2の一部領域OAの格子点をランダムに選択し、
ランダム核数と核生成率とを比較する。ここで、ランダ
ム核数とは、これまでにランダムに選択した格子点の総
数を意味する。Next, at step S11, the main controller 2
Randomly selects the lattice points of the partial area OA in FIG.
Compare the number of random nuclei with the nucleation rate. Here, the number of random nuclei means the total number of lattice points randomly selected so far.
【0041】ランダム核数が核生成率よりも小さい限
り、主制御装置2は、一部領域OAの格子点をランダム
に追加し続ける。ランダム核数が核生成率よりも大きく
なると、主制御装置2は、格子点の追加を終了する。As long as the number of random nuclei is smaller than the nucleation rate, main controller 2 continues to add the lattice points of partial area OA at random. When the number of random nuclei becomes larger than the nucleation rate, main controller 2 ends the addition of the lattice points.
【0042】次に、ステップS12で、主制御装置2
は、ステップS11でランダムに選択した各格子点に核
が形成され得るとの設定を行う。Next, in step S12, the main controller 2
Sets that a nucleus can be formed at each grid point selected at random in step S11.
【0043】次に、ステップS13で、主制御装置2
は、核が形成される格子点における核成長率を計算す
る。核成長率Vは、以下の式で与えられる。 Next, at step S13, the main controller 2
Calculates the nucleus growth rate at the lattice point where nuclei are formed. The nuclear growth rate V is given by the following equation.
【0044】次に、ステップS14で、主制御装置2
は、各格子点における結晶変態率を計算する。結晶変態
率ξは、潜熱等を考慮して以下の式で与えられる。 Next, in step S14, the main controller 2
Calculates the crystal transformation rate at each lattice point. The crystal transformation ratio ξ is given by the following equation in consideration of latent heat and the like.
【0045】次に、ステップS15で、主制御装置2
は、結晶の形状やサイズを計算によって求める。Next, in step S15, the main controller 2
Calculates the shape and size of a crystal by calculation.
【0046】次に、ステップS16で、主制御装置2
は、レーザビームの照射開始からの時間が1サイクルの
照射時間を超えたか否かを判断する。1サイクルの照射
時間は、あるレーザビームの照射開始から次のレーザビ
ームの照射開始までの時間間隔とすることもできるが、
迅速な処理のため、ある着目している一部領域OAへの
レーザビームの照射後から温度降下によって一部領域O
Aが十分に固化するまでの時間に設定することもでき
る。Next, at step S16, the main controller 2
Determines whether the time from the start of laser beam irradiation has exceeded the irradiation time of one cycle. The irradiation time of one cycle can be a time interval from the start of irradiation of a certain laser beam to the start of irradiation of the next laser beam,
For rapid processing, the partial area OA of interest is irradiated with a laser beam after the laser beam is applied to the partial area OA.
It is also possible to set the time until A fully solidifies.
【0047】ステップS16で、1サイクルの照射時間
を超えていないと判断した場合、主制御装置2は、時間
カウンタに所定の単位時間、例えば1nsを追加し、ス
テップS9に戻って、既述のステップS9〜S15を繰
返す。ただしこの場合、前回ステップS9〜S15で求
めた状態から所定時間だけ経過した後における熱伝導方
程式が解かれるので、結晶の状態も僅かに変化する。ス
テップS16で、1サイクルの照射時間を超えたと判断
した場合、次のステップS17に進む。If it is determined in step S16 that the irradiation time of one cycle has not been exceeded, main controller 2 adds a predetermined unit time, for example, 1 ns, to the time counter, returns to step S9, and returns to step S9. Steps S9 to S15 are repeated. However, in this case, the heat conduction equation after a lapse of a predetermined time from the state obtained in the previous steps S9 to S15 is solved, so that the state of the crystal slightly changes. If it is determined in step S16 that the irradiation time has exceeded one cycle, the process proceeds to the next step S17.
【0048】ステップS17では、次のレーザビームの
照射開始に備えて温度をリセットする。In step S17, the temperature is reset in preparation for the start of the next laser beam irradiation.
【0049】次のステップS18で、主制御装置2は、
計算開始からの時間が全行程制限時間を超えたか否かを
判断する。ここで、全行程制限時間は、例えばレーザビ
ームが一部領域OAを完全に通り過ぎるような適当な値
に定めてある。In the next step S18, main controller 2
It is determined whether the time from the start of the calculation has exceeded the total stroke time limit. Here, the total stroke time limit is set to an appropriate value such that, for example, the laser beam completely passes through the partial area OA.
【0050】ステップS18で、全行程制限時間を超え
ていないと判断した場合、主制御装置2は、時間カウン
タに所定の単位時間、若しくは次のパルスが入射するま
での残り時間を追加し、ステップS9に戻って、既述の
ステップS9〜S17を繰返す。ただしこの場合、次の
異なるレーザパルスが入射することになるので、ビーム
プロファイルやパルスプロファイルが前回のものから変
動して揺らいでいる。つまり、レーザビームの中心位
置、エネルギ密度、及び遅延時間には、前回と異なるラ
ンダムな揺らぎδX、δE、δtが加味されている。If it is determined in step S18 that the total stroke time limit has not been exceeded, main controller 2 adds a predetermined unit time to the time counter or the remaining time until the next pulse enters, and proceeds to step S18. Returning to S9, the aforementioned steps S9 to S17 are repeated. However, in this case, since the next different laser pulse is incident, the beam profile and the pulse profile fluctuate from the previous one and fluctuate. That is, a random fluctuation δX, δE, δt different from the previous time is added to the center position, the energy density, and the delay time of the laser beam.
【0051】このような揺らぎ成分を考えることで、現
実の現象に即した結晶成長の評価が可能なるのみなら
ず、各揺らぎの重畳効果についても予測することがで
き、多結晶Siの結晶粒サイズの評価や制御が可能にな
る。By considering such a fluctuation component, not only can the crystal growth be evaluated in accordance with the actual phenomenon, but also the superposition effect of each fluctuation can be predicted, and the crystal grain size of the polycrystalline Si can be estimated. Can be evaluated and controlled.
【0052】ステップS18で、全行程制限時間を超え
ていると判断した場合、主制御装置2は、表示出力装置
5に結晶粒サイズ、均一性、結晶化率等のデータを視覚
的に表示させ、結晶成長評価のプログラムを終了する。
ここで、結晶粒サイズや均一性等のデータは、評価の対
象となっている一部領域OA中の個々の結晶についての
データを統計的に処理することによって得られ、処理後
のデータは様々なグラフや図形に変換して表示される。If it is determined in step S18 that the total stroke time limit has been exceeded, main controller 2 causes display output device 5 to visually display data such as crystal grain size, uniformity, and crystallization rate. Then, the crystal growth evaluation program ends.
Here, data such as crystal grain size and uniformity are obtained by statistically processing data on individual crystals in the partial area OA to be evaluated. It is displayed after being converted into a simple graph or figure.
【0053】なお、上記の結晶成長評価プログラムは、
基本パラメータ(ステップS2参照)や、そのうちの所
定パラメータの揺らぎ(ステップS3等参照)として入
力する数値を適宜変更しつつ、繰り返し実行することが
できる。このような結果を記憶装置3に保存し、全デー
タを統計的に処理すれば、上記基本パラメータの最適値
や影響度が明確になり、上記所定パラメータついての揺
らぎの影響や制御の方向性についても示唆が得られる。The above-mentioned crystal growth evaluation program
It can be repeatedly executed while appropriately changing basic parameters (see step S2) and numerical values to be input as fluctuations of predetermined parameters (see step S3 and the like). If such a result is stored in the storage device 3 and all data are statistically processed, the optimal value and the degree of influence of the above-mentioned basic parameters become clear, and the influence of fluctuations and the directionality of control on the above-mentioned predetermined parameters are obtained. Some suggestions are also obtained.
【0054】以上説明した実施形態の結晶成長評価方法
によれば、レーザアニーリング装置によってSi膜SL
をポリシリコン化する際のプロセス設計を時間的・コス
ト的に効率化することができ、得られるポリシリコン膜
の形成の高品質化や最適化を図ることができる。さら
に、レーザアニーリング装置の設計の時間的、コスト的
効率化やレーザアニーリング装置の高性能化を図ること
ができる。According to the crystal growth evaluation method of the embodiment described above, the Si film SL is formed by the laser annealing apparatus.
It is possible to make the process design for converting polysilicon into polysilicon more efficient in terms of time and cost, and to achieve higher quality and optimization of the resulting polysilicon film formation. Further, the design of the laser annealing apparatus can be improved in terms of time and cost, and the performance of the laser annealing apparatus can be improved.
【0055】[第2実施形態]図8は、第2実施形態の
結晶成長評価装置を組み込んだレーザアニーリング装置
6の構造を説明する図である。このレーザアニーリング
装置6は、密閉構造の処理室60中に、アモルファスシ
リコン層形成後の基板Wを載置した状態で基板Wととも
に移動する移動ステージ61と、基板W上のアモルファ
スシリコン層を加熱して多結晶化するためにエキシマレ
ーザその他のレーザビームLBを発生するレーザビーム
源62と、このレーザビームを線条にして所定の照度で
基板W上に入射させるビーム整形光学系63と、基板W
を載置した移動ステージ61をビーム整形光学系63等
に対して必要量だけ相対的に移動させるステージ駆動装
置65と、処理室60中を適当な真空度に維持する排気
系66と、レーザアニーリング装置6全体の動作を統括
的に制御する制御装置67とを備える。[Second Embodiment] FIG. 8 is a view for explaining the structure of a laser annealing apparatus 6 incorporating the crystal growth evaluation apparatus of the second embodiment. The laser annealing apparatus 6 heats the amorphous silicon layer on the substrate W and a moving stage 61 that moves together with the substrate W while the substrate W after the amorphous silicon layer is formed is placed in the processing chamber 60 having a closed structure. Laser beam source 62 for generating an excimer laser or other laser beam LB for polycrystallizing by means of a beam, a beam shaping optical system 63 for making this laser beam into a line and impinging on the substrate W with a predetermined illuminance,
A stage driving device 65 for moving the moving stage 61 on which the laser beam is mounted relative to the beam shaping optical system 63 and the like by a required amount, an exhaust system 66 for maintaining the inside of the processing chamber 60 at an appropriate degree of vacuum, and laser annealing. A control device 67 for controlling the overall operation of the device 6.
【0056】移動ステージ61の動作は、ステージ駆動
装置65を介して制御装置67によって制御されてお
り、移動ステージ61の移動速度や移動範囲を適宜調節
できるようになっている。The operation of the moving stage 61 is controlled by a control device 67 via a stage driving device 65, so that the moving speed and the moving range of the moving stage 61 can be adjusted appropriately.
【0057】レーザビーム源62の動作は、制御装置6
7によって制御されており、レーザビームLBの発生タ
イミング等を適宜設定できるようになっている。なお、
図示の装置構成は、レーザビーム源62が単一パルスを
発生することを前提としたものであるが、レーザビーム
源62は、複数の光源光を合成して多重パルスとするも
のであってもよい。この場合、後述するミラー68a、
68b等の光学系を適宜変更する必要がある。また、制
御装置67によって、単一パルスと発生するか多重パル
スかの選択を適宜設定することになる。The operation of the laser beam source 62 is controlled by the controller 6
7 so that the generation timing of the laser beam LB and the like can be appropriately set. In addition,
Although the illustrated device configuration is based on the premise that the laser beam source 62 generates a single pulse, the laser beam source 62 may be configured to combine a plurality of light sources to form multiple pulses. Good. In this case, a mirror 68a described later,
It is necessary to appropriately change the optical system such as 68b. In addition, the control device 67 appropriately sets selection between single pulse generation and multiple pulse generation.
【0058】また、ビーム整形光学系63は、ホモジナ
イザであり、その動作は、ビーム調節装置63aを介し
て制御装置67によって制御されており、基板W上に入
射させるレーザビームLBのビーム形状を適宜調節する
ことができるようになっている。The beam shaping optical system 63 is a homogenizer, and its operation is controlled by a control device 67 via a beam adjusting device 63a, and the beam shape of the laser beam LB to be incident on the substrate W is appropriately adjusted. It can be adjusted.
【0059】制御装置67は、第1実施形態の図1に示
すと同様の構造を有するコンピュータからなる。レーザ
ビーム源62からは、制御装置67からの制御信号に基
づく所定のタイミングでレーザビームLBが出射する。
レーザビーム源62からのレーザビームLBは、ミラー
68aを経て、制御装置67によって制御されて動作す
る光量調節部69に入射する。光量調節部69を通過し
て適宜減光されたレーザビームLBは、ミラー68bを
経てビーム整形光学系63に入射する。ビーム整形光学
系63は、制御装置67によって制御されて例えば矩形
断面のレーザビームLBを所望のビームプロファイルの
線条ビームに変換する。つまり、ビーム整形光学系63
を通過したレーザビームLBは、処理室60上部に形成
したウィンドウ60aを経て基板W上においてY軸方向
に延びる線条ビームとして投影される。The control device 67 comprises a computer having the same structure as that shown in FIG. 1 of the first embodiment. Laser beam LB is emitted from laser beam source 62 at a predetermined timing based on a control signal from control device 67.
The laser beam LB from the laser beam source 62 is incident on a light amount adjustment unit 69 that operates under the control of the control device 67 via a mirror 68a. The laser beam LB appropriately reduced after passing through the light amount adjusting unit 69 enters the beam shaping optical system 63 via the mirror 68b. The beam shaping optical system 63 is controlled by the control device 67 to convert, for example, the laser beam LB having a rectangular cross section into a linear beam having a desired beam profile. That is, the beam shaping optical system 63
Is projected as a linear beam extending in the Y-axis direction on the substrate W via a window 60a formed above the processing chamber 60.
【0060】以下、図3のレーザアニーリング装置6の
動作について説明する。まず、アモルファスシリコン層
を形成した直後の基板Wをレーザアニーリング装置6中
に搬入し、移動ステージ61上に載置する。次に、ステ
ージ駆動装置65を動作させることにより、ビーム整形
光学系63に対して移動ステージ61をX軸方向に一定
速度で移動させる。ビーム整形光学系63からのレーザ
ビームLBは、Y方向に延びる線条ビーム像として、例
えば基板Wの一端から他端に移動するので、基板W全面
の光走査が行われることになる。これにより、基板W上
のアモルファスシリコン層が迅速にアニールされ、ポリ
シリコン層が形成される。Hereinafter, the operation of the laser annealing apparatus 6 shown in FIG. 3 will be described. First, the substrate W immediately after the formation of the amorphous silicon layer is carried into the laser annealing device 6 and placed on the moving stage 61. Next, the moving stage 61 is moved at a constant speed in the X-axis direction with respect to the beam shaping optical system 63 by operating the stage driving device 65. Since the laser beam LB from the beam shaping optical system 63 moves from one end of the substrate W to the other end, for example, as a linear beam image extending in the Y direction, optical scanning of the entire surface of the substrate W is performed. Thereby, the amorphous silicon layer on the substrate W is quickly annealed, and a polysilicon layer is formed.
【0061】なお、制御装置67は、レーザアニールに
際して、移動ステージ61、レーザビーム源62、ビー
ム整形光学系63等の動作を個別に制御するだけでな
く、基板Wを最適な条件で処理できるように、各種プロ
グラムを実行する。例えば、図6及び図7に示す結晶成
長評価方法を制御装置67にて実行することにより、基
板W上のアモルファスシリコン層の多結晶化の状況、具
体的には結晶粒サイズの平均値や均一性を予測すること
ができる。さらに、レーザアニールによって得たシリコ
ンの多結晶化の状態が所望のものとなっていない場合
に、その結果をフィードバックしてレーザアニールの条
件を修正する際の指針を簡易に得ることができ、レーザ
アニールの最適化を図ることが容易になる。The control device 67 not only individually controls the operations of the moving stage 61, the laser beam source 62, the beam shaping optical system 63, etc., but also performs processing of the substrate W under optimum conditions during laser annealing. Next, various programs are executed. For example, by executing the crystal growth evaluation method shown in FIGS. 6 and 7 by the control device 67, the state of polycrystallization of the amorphous silicon layer on the substrate W, specifically, the average value or uniformity of the crystal grain size is obtained. Sex can be predicted. Furthermore, when the state of polycrystallization of silicon obtained by laser annealing is not as desired, the result can be fed back to easily obtain a guideline for correcting the laser annealing condition, and the laser can be obtained easily. It is easy to optimize the annealing.
【0062】[0062]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の結晶成長評価方法によれば、基本パラメータのみなら
ず、ゆらぎ成分に基づいて対象物に関する熱伝導方程式
を解いて、対象物中における結晶の成長を統計的に計算
するので、対象物中における多結晶の生成過程をより精
密に反映した結晶成長の評価が可能になる。よって、こ
の結晶成長評価方法をレーザアニーリングによって実際
に結晶成長させる際の条件設定に利用すれば、斯かるレ
ーザアニーリングの条件設定を容易にすることができ、
所望の結晶状態の材料を短期間で迅速に開発することが
できる。つまり、ポリシリコン膜等を形成する際のプロ
セス設計を時間的・コスト的に効率化することができ、
ポリシリコン膜等の形成の高品質化や最適化を図ること
ができる。さらに、レーザアニーリング装置の設計の時
間的、コスト的効率化やレーザアニーリング装置の高性
能化を図ることができる。As is apparent from the above description, according to the crystal growth evaluation method of the present invention, not only the basic parameters but also the heat conduction equation relating to the object is solved based on the fluctuation component, and Since the crystal growth is statistically calculated, it is possible to evaluate the crystal growth that more accurately reflects the polycrystalline generation process in the object. Therefore, if this crystal growth evaluation method is used for setting conditions for actually growing a crystal by laser annealing, it is possible to easily set conditions for such laser annealing.
A material in a desired crystalline state can be rapidly developed in a short time. In other words, the process design for forming a polysilicon film or the like can be made more efficient in terms of time and cost.
High quality and optimization of the formation of the polysilicon film or the like can be achieved. Further, the design of the laser annealing apparatus can be improved in terms of time and cost, and the performance of the laser annealing apparatus can be improved.
【0063】本発明の結晶成長評価装置によれば、結晶
成長演算手段が、基本パラメータのみならず、ゆらぎ成
分に基づいて対象物に関する熱伝導方程式を解いて、対
象物中における結晶の成長を統計的に計算するので、対
象物中における多結晶の生成過程をより精密に反映した
結晶成長の評価が可能になる。よって、この結晶成長評
価装置をレーザアニーリングによって実際に結晶成長さ
せる際の条件設定に利用すれば、斯かるレーザアニーリ
ングの条件設定を容易にすることができ、所望の結晶状
態の材料を短期間で迅速に開発することができる。According to the crystal growth evaluation apparatus of the present invention, the crystal growth calculation means solves the heat conduction equation for the object based on not only the basic parameters but also the fluctuation component, and statistically calculates the crystal growth in the object. , The evaluation of the crystal growth that more accurately reflects the polycrystalline formation process in the object becomes possible. Therefore, if this crystal growth evaluation apparatus is used for setting conditions for actually growing a crystal by laser annealing, the conditions for such laser annealing can be easily set, and a material having a desired crystal state can be produced in a short period of time. Can be developed quickly.
【図1】第1実施形態の結晶成長評価装置の構造を説明
するブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a structure of a crystal growth evaluation apparatus according to a first embodiment.
【図2】(a)、(b)は、レーザアニールによる結晶
成長の評価対象となるシリコン薄膜を説明する平面図及
び断面図である。FIGS. 2A and 2B are a plan view and a cross-sectional view illustrating a silicon thin film to be evaluated for crystal growth by laser annealing.
【図3】図2に示すレーザビームの基板上におけるビー
ムプロファイルを説明するグラフである。FIG. 3 is a graph illustrating a beam profile of a laser beam shown in FIG. 2 on a substrate.
【図4】図3に示すレーザビームの経時的変化であるパ
ルスプロファイルを説明するグラフである。FIG. 4 is a graph illustrating a pulse profile which is a temporal change of the laser beam shown in FIG. 3;
【図5】図4に示すレーザビームのパルスファイルの変
形例を説明するグラフである。FIG. 5 is a graph illustrating a modification of the pulse file of the laser beam shown in FIG. 4;
【図6】結晶成長評価の手順を説明するフローチャート
である。FIG. 6 is a flowchart illustrating a procedure of crystal growth evaluation.
【図7】結晶成長評価の手順を説明するフローチャート
である。FIG. 7 is a flowchart illustrating a procedure of crystal growth evaluation.
【図8】第2実施形態の結晶成長評価装置を組み込んだ
レーザアニーリング装置の構造を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the structure of a laser annealing device incorporating the crystal growth evaluation device of the second embodiment.
2 主制御装置 3 記憶装置 4 入力装置 5 表示出力装置 6 レーザアニーリング装置 60 処理室 61 移動ステージ 62 レーザビーム源 63 ビーム整形光学系 63a ビーム調節装置 65 ステージ駆動装置 67 制御装置 69 光量調節部 2 Main control device 3 Storage device 4 Input device 5 Display output device 6 Laser annealing device 60 Processing room 61 Moving stage 62 Laser beam source 63 Beam shaping optical system 63a Beam adjusting device 65 Stage driving device 67 Control device 69 Light intensity adjusting unit
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/20 H01L 21/268 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/20 H01L 21/268
Claims (5)
する基本パラメータを入力する第1工程と、 前記基本パラメータのうち所定パラメータについてゆら
ぎ成分を設定する第2工程と、 前記基本パラメータ及び前記ゆらぎ成分に基づいて前記
対象物に関する熱伝導方程式を解いて、前記対象物中に
おける結晶の成長を統計的に計算する第3工程とを備え
る結晶成長評価方法。A first step of inputting a basic parameter relating to multiple irradiation of a laser beam to an object; a second step of setting a fluctuation component for a predetermined parameter among the basic parameters; and the basic parameter and the fluctuation component A third step of solving a heat conduction equation relating to the object based on the above and statistically calculating the crystal growth in the object.
ムの中心位置、分布、及びエネルギ密度、並びに前記レ
ーザビームを多重照射する際の重複率を含み、前記所定
パラメータは、前記中心位置、及び前記エネルギ密度を
含むことを特徴とする請求項1記載の結晶成長評価方
法。2. The basic parameters include a center position, a distribution, and an energy density of the laser beam, and an overlap rate when the laser beam is multiplexed, and the predetermined parameters include the center position, the energy, 2. The method for evaluating crystal growth according to claim 1, further comprising a density.
いて前記対象物に逐次照射される一対のパルスレーザで
あり、前記基本パラメータ及び前記所定パラメータは、
前記所定遅延時間を含むことを特徴とする請求項2記載
の結晶成長評価方法。3. The laser beam is a pair of pulse lasers that are sequentially irradiated on the object at a predetermined delay time, and the basic parameter and the predetermined parameter are:
3. The method according to claim 2, wherein the predetermined delay time is included.
解いて、核生成率、結晶成長速度、結晶変態率、結晶形
状及び結晶寸法を順次決定することを特徴とする請求項
1から請求項3のいずれか記載の結晶成長評価方法。4. The method according to claim 1, wherein in the third step, a nucleation rate, a crystal growth rate, a crystal transformation rate, a crystal shape and a crystal size are sequentially determined by solving the heat conduction equation. Item 4. The method for evaluating crystal growth according to any one of Items 3.
基本パラメータを記憶する基本パラメータ記憶手段と、 前記基本パラメータのうち所定パラメータについてゆら
ぎ成分を設定するゆらぎ成分設定手段と、 前記基本パラメータ及び前記ゆらぎ成分に基づいて前記
対象物に関する熱伝導方程式を解いて、前記対象物中に
おける結晶の成長を統計的に計算する結晶成長演算手段
とを備える結晶成長評価装置。5. A basic parameter storage unit for storing basic parameters relating to laser beam irradiation on an object, a fluctuation component setting unit for setting a fluctuation component for a predetermined parameter among the basic parameters, the basic parameter and the fluctuation A crystal growth evaluation device, comprising: a crystal growth operation unit that statistically calculates a crystal growth in the object by solving a heat conduction equation relating to the object based on a component.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000114302A JP3352995B2 (en) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Crystal growth evaluation method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000114302A JP3352995B2 (en) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Crystal growth evaluation method and apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001297983A JP2001297983A (en) | 2001-10-26 |
| JP3352995B2 true JP3352995B2 (en) | 2002-12-03 |
Family
ID=18626127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000114302A Expired - Fee Related JP3352995B2 (en) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Crystal growth evaluation method and apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3352995B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100514561C (en) * | 2002-10-29 | 2009-07-15 | 住友重机械工业株式会社 | Crystalline film and its manufacture method using laser |
| JP2004172331A (en) | 2002-11-20 | 2004-06-17 | Ushio Inc | Electric conductivity control method |
| KR101810062B1 (en) | 2011-10-14 | 2017-12-19 | 삼성디스플레이 주식회사 | Laser crystallization apparatus and laser crystallizatio method using the same |
-
2000
- 2000-04-14 JP JP2000114302A patent/JP3352995B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001297983A (en) | 2001-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5854803A (en) | Laser illumination system | |
| US6908835B2 (en) | Method and system for providing a single-scan, continuous motion sequential lateral solidification | |
| US6577380B1 (en) | High-throughput materials processing system | |
| JP3388042B2 (en) | Laser annealing method | |
| TWI359441B (en) | Processes and systems for laser crystallization pr | |
| JP2002110544A (en) | Thin film crystal growth by laser annealing | |
| US7612943B2 (en) | Optical device and crystallization device | |
| US20050252894A1 (en) | Laser annealing device and method for producing thin-film transistor | |
| US20080289573A1 (en) | Crystallization method, crystallization apparatus, processed substrate, thin film transistor and display apparatus | |
| KR930020203A (en) | Method for Forming Polycrystalline Silicon Film in LCD Manufacturing Processor | |
| US20120260847A1 (en) | Amorphous silicon crystallization using combined beams from multiple oscillators | |
| JP2009505432A (en) | High-throughput crystallization of thin films | |
| JP2005347694A (en) | Semiconductor thin film manufacturing method and semiconductor thin film manufacturing apparatus | |
| JP2015188110A (en) | System and method for partial dissolution film processing based on asynchronous pulse | |
| JP2006005148A (en) | Method and apparatus for manufacturing semiconductor thin film | |
| JP3352995B2 (en) | Crystal growth evaluation method and apparatus | |
| US20060054077A1 (en) | Pulse sequencing lateral growth method | |
| JP3185771B2 (en) | Semiconductor processing method and semiconductor processing apparatus | |
| JPWO2012029488A1 (en) | Laser annealing apparatus and laser annealing method | |
| TWI582833B (en) | Method and apparatus for manufacturing crystalline semiconductor film | |
| US7550694B2 (en) | Laser anneal apparatus | |
| US7727913B2 (en) | Method of crystallizing semiconductor film | |
| JP2003273018A (en) | Manufacturing method of semiconductor crystal layer, laser irradiation method, multi-pattern mask, and laser irradiation system | |
| JP5095135B2 (en) | Crystallization apparatus and crystallization method | |
| JP2003243322A (en) | Method for manufacturing semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020827 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070920 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080920 Year of fee payment: 6 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080920 Year of fee payment: 6 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090920 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100920 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100920 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110920 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |