레이저 조사장치 document_id A220623029119

본 발명은, 레이저 조사장치 및 본 발명의 레이저 조사장치를 이용해 레이저 또는 강한 광으로 반도체막을 결정화하는 공정을 포함하는, 반도체 장치의 제작방법에 관한 것이다. 반도체 장치는, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 모든 장치, 예를 들면, 액정 표시장치 등의 전기광학 장치, 및 전기광학 장치를 부품으로서 포함하는 전기장치, 발광장치, 및 무선 칩, 무선 IC, RFID 칩, IC 칩, IC 태그 등의 데이터를 무선으로 송수신하는 장치를 가리킨다. 절연기판 위에 형성된 반도체막에 대하여 레이저 조사를 수행해, 결정화시키거나 결정성을 향상시키거나 반도체막에 첨가된 불순물을 활성화시키거나 하는 기술이 널리 연구되고 있다. 또, 반도체막으로서 규소막이 자주 이용된다. 글라스 기판은 대면적 기판으로 가공할 수가 있기 때문에 절연기판으로서 자주 이용된다. 글라스 기판 이외에, 석영기판이 사용되어도 된다. 그러나, 석영기판을 대면적 기판으로 가공하는 것은 매우 곤란하다. 글라스 기판을 사용하는 것이 매우 유리하지만, 글라스 기판의 융점은 석영 기판의 융점보다 낮은 것이 문제이다. 반도체막의 결정화에는 비교적 고온을 필요로 하기 때문에, 결정화 시의 글라스 기판의 변형의 문제가 있다. 그 문제를 해결하기 위해, 반도체막의 레이저 조사를 이용한 결정화가 고안되었다. 레이저를 이용함으로써, 글라스 기판의 온도를 증가시키지 않고, 반도체막의 온도만을 상승시키는 것이 가능하다. 즉, 유리 기판이나 플라스틱 기판 등의 융점이 낮은 재료 위에 형성된 반도체막의 결정화에는, 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. 반도체막에 레이저를 조사하는 것으로, 반도체막을 결정화시키거나 결정성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 그 처리 시에, 반도체막은 레이저의 에너지에 의해 용해된 후, 다시 고체상태로 돌아온다. 반도체막이 고체상태로 돌아오면, 반도체막은 무수한 핵을 형성한다. 각각의 핵이 주로 반도체막의 면과 평행한 방향으로 성장해 결정립을 형성한다. 이러한 결정립의 성장 시에, 인접한 결정립이 서로 충돌한다. 이렇게 함으로써, 매우 높은 볼록부가 반도체막 위에 형성된다. 특히 산소를 포함한 분위기, 예를 들면 대기에서 반도체막에 레이저를 조사하면, 볼록부는 상당히 성장해서, 반도체막의 두께와 거의 동일한 높이에 도달하는 경우도 있다. 이와 같이 함으로써, 레이저가 조사된 반도체막의 표면에 요철이 형성된다. 특히 탑 게이트형 TFT를 제작하는 경우에는, 요철이 있는 표면이 게이트 절연막과의 계면이 된다. 따라서, 이 요철은, 소자 특성의 변동 및/또는 오프 전류값의 상승의 원인이 된다. 상기 볼록부의 성장은, 레이저를 조사해서 반도체막을 결정화하는 분위기로부터 산소를 제거하면, 현저하게 억제될 수 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, 결정화를 행하기 위한 레이저 조사는 종종 산소가 없는 분위기, 예를 들면 질소 분위기 혹은 진공에서 행해진다. 이렇게 함으로써, 반도체막의 요철을 억제할 수가 있다. 그러나, 레이저 어닐링을 위한 질소 분위기나 진공을 갖기 위해서는, 강고한 진공 챔버, 진공 시스템 및/또는 대량의 질소 공급이 필요해 비용을 증가시킨다. 상기 과제를 해결하기 위해서, 고가의 진공 시스템을 사용하지 않고, 레이저가 조사되는 반도체막의 아주 가까운 근방의 분위기만을, 산소가 없는 분위기, 예를 들면 질소 분위기, 희가스 분위기 또는 수소 분위기로 함으로써, 국소적으로 산소가 적은 분위기를 형성하는 내용의 발명도 개시되어 있다(참조문헌 1:일본 공개특허번호 제2003-017411호). 상기 참조문헌에서는, 매우 강한 기류를 형성해, 레이저 조사 시에 레이저 광이 조사되는 반도체막의 영역에 산소를 포함하지 않는 기체를 분사한다. 또, 반도체막의 아주 가까운 근방에 산소를 포함하지 않는 가스를 분사할 수 있는 평탄한 판을 설치하고, 상기 판을 통해서 레이저 광을 반도체막에 조사한다. 레이저 광이 조사되는 반도체막의 영역의 근방에서 산소레벨을 최소로 줄이기 위해서, 상기 판으로부터 가스를 분사시켜서, 상기 판을, 반도체막 위에 에어 부상시킨다. 산소가 없는 분위기 하에서 레이저 조사를 행한 경우, 반도체막의 표면의 요철을 줄일 수 있다. 반면, 반도체 특성을 저하시키는 경우가 있다. 이 문제를 해결하기 위해서, 산소를 포함한 분위기 하에서 반도체막에 제1 레이저 광을 조사하여 결정화시킨 후, 제1 레이저 광의 조사에 의해 형성되는 산화막을 제거하고, 그 후에 산소를 포함하지 않는 분위기 하에서 제2 레이저 광을 반도체막에 조사함으로써, 반도체막의 표면의 요철을 줄이고, 즉 반도체막의 표면을 평탄화하는 방법을 이용한다. 이러한 공정을 통해서, TFT의 전류값을 크게 감소시키는 일없이 반도체막의 표면을 평탄화할 수가 있다. 이것에 의해, 문제, 특히 OFF 전류값의 상승을 억제할 수가 있다. 니켈, 팔라듐, 또는 납 등의 미량의 금속 원소를 첨가해 비정질 구조를 갖는 반도체막을 결정화시키는데 걸리는 시간을 단축하는 기술을 이용하면, 예를 들어 550℃의 질소 분위기에서 4시간 동안 가열 처리를 행함으로써 특성이 양호한 결정 구조를 갖는 반도체막을 얻을 수 있다(참조문헌 2:일본공개특허 제7-183540호). 이 기술은, 결정화에 필요한 가열온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 결정 방위의 배향성을 단일 방향으로 증가시킬 수 있다. 그러한 결정 구조를 갖는 반도체막을 기본으로 TFT를 제작하면, 전계 효과 이동도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 서브스레숄드 계수(S값)를 감소시킬 수 있다. 이렇게 함으로써, 전기적 특성을 상당히 향상시킬 수 있다. 상기 가열처리뿐 아니라 레이저 조사를 수행하면, 결정화를 위해 가열 처리 또는 레이저 조사 중 하나를 수행하는 경우에 비해 반도체막으로서의 특성을 향상시킬 수 있다. 이 조사를 상기 제1 레이저 광의 조사로서 수행하여, 이 조사에 의해 형성된 산화막을 제거할 수 있다. 한층 더, 그 후에, 제2 레이저 광으로 조사를 수행할 수 있다. 덧붙여, 더 높은 성능을 얻기 위해서, 가열 처리 및 레이저 조사를 위한 조건을 최적화할 필요가 있다.　 그러나, 종래의 레이저 조사장치에 이용되고 있는 가스를 분사시키기 위한 판의 사이즈는 크기 때문에, 레이저 광이 최종적으로 통과하는 광학계와 기판과의 사이에 측정 장치 또는 측정용 프로브를 설치할 때, 대기에 노출되어 있는 채 판을 제거할 필요가 있었다. 게다가, 측정계와 가스를 분사시키기 위한 판이 서로 간섭해, 레이저 광 관리와 레이저 광 조사 분위기의 제어의 양립이 곤란했다. 즉, 레이저 광의 상태를 확인하기 위한 작업이 많아, 한층 더 판의 배치 조건을 변경해야 했기 때문에, 레이저 광 조사 분위기 제어 하에서 레이저 조사를 행하는 것은 용이하지 않았다. 게다가, 판의 사이즈가 크기 때문에, 레이저 광을 조사하기 전에 판의 내부 공간을 안정화시키기 위해서 흘리는 기체의 총량이 많아졌다.