DE112008000934B4 - Verfahren zur Umstrukturierung von Halbleiterschichten - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Umstrukturierung von Halbleiterschichten, insbesondere zur Kristallisation oder Rekristallisation einer amorphen Siliziumschicht (2), umfassend folgende Verfahrensschritte:- Aufbringen der Halbleiterschicht auf ein Substrat (1), - temporäres Bestrahlen der Halbleiterschicht mit dem Laserlicht eines Halbleiterlasers (14), das im Bereich der Halbleiterschicht eine linienförmige Intensitätsverteilung (3) aufweist, wobei die linienförmige Intensitätsverteilung (3) in einer Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie über die Halbleiterschicht bewegt wird und wobei die Intensitätsverteilung (3) in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie ein Intensitätsprofil (5, 12) mit mindestens einer Intensitätsspitze (7) aufweist, wobei das Intensitätsprofil (5, 12) in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie weiterhin mindestens einen ausgedehnten Bereich (8) aufweist, der in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie ausgedehnter ist als die Intensitätsspitze (7), wobei dessen Intensität (I8) kleiner als die Intensität (I7) der Intensitätsspitze (7) und größer als null ist, und wobei über den mindestens einen ausgedehnten Bereich (8) die Intensität (I8) weitgehend konstant ist, wobei der mindestens eine ausgedehnte Bereich (8) des Intensitätsprofils (5, 12) in Scan-Richtung (4) hinter der Intensitätsspitze (7) angeordnet ist, so dass jeder umzustrukturierende Abschnitt der Halbleiterschicht zuerst mit der Intensitätsspitze (7) und anschließend mit dem mindestens einen ausgedehnten Bereich (8) des Intensitätsprofils (5, 12) bestrahlt wird, wobei die Halbleiterschicht nacherhitzt wird, wobei der mindestens eine, hinter der Intensitätsspitze (7) angeordnete ausgedehnte Bereich (8) des Intensitätsprofils (5, 12) des Laserlichts derart ausgebildet ist, dass durch ein Bewegen des mindestens einen ausgedehnten Bereichs (8) über die Halbleiterschicht das Nacherhitzen gewährleistet wird, wodurch das Abkühlen der Halbleiterschicht und des Substrats (1) verlangsamt wird, so dass mechanische Spannungen in der Halbleiterschicht und in dem Substrat (1) reduziert werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umstrukturierung von Halbleiterschichten, insbesondere zur Kristallisation oder Rekristallisation einer amorphen Siliziumschicht.
  • Aus der US 2005 / 0 139 830 A1 ist ein Verfahren zur Umstrukturierung von Halbleiterschichten bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Rekristallisation von Siliziumsschichten auf Glassubstraten mit dem Licht eines Excimerlasers durchgeführt. Dabei weist das Laserlicht auf dem Substrat eine linienförmige Intensitätsverteilung auf, die in Linienquerrichtung strukturiert ist. Die Strukturierung ist derart, dass sich an eine Intensitätsspitze ein linear abfallender Bereich und daran ein ausgedehnter Bereich des Intensitätsprofils mit weitgehend konstanter Intensität anschließt.
  • Aus der US 5 840 118 A ist ein weiteres Verfahren zur Umstrukturierung von Halbleiterschichten bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verfahren wird zur Rekristallisation von Siliziumsschichten auf Glassubstraten mit einer linienförmigen Intensitätsverteilung einer von einem Excimerlaser erzeugten Laserstrahlung über die zu rekristallisierende Siliziumschicht bewegt. Bei dem Verfahren werden zwei Heizgeräte eingesetzt, die vor und nach dem Auftreffen der Laserstrahlung die Siliziumschicht erwärmen.
  • Aus der US 2004 / 0 232 126 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Umstrukturierung von Halbleiterschichten bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine Rekristallisation von Siliziumschichten auf Glassubstraten mit dem Licht eines Diodenlasers durchgeführt. Dabei wird eine linienförmige Intensitätsverteilung über die zu rekristallisierende Siliziumsschicht senkrecht zur Linienrichtung gescannt. In Scan-Richtung beziehungsweise senkrecht zur Erstreckung der Linie weist die Intensitätsverteilung ein schmales unstrukturiertes Intensitätsprofil wie beispielsweise ein Gaußprofil auf.
  • Als nachteilig bei einem derartigen Verfahren erweist sich, dass einerseits aufgrund des lediglich mit einer Intensitätsspitze der linienförmigen Intensitätsverteilung behandelten Abschnitts der Siliziumschicht das Ergebnis der Rekristallisation mangelhaft ist. Andererseits können aufgrund der hohen Spitzenintensität der Intensitätsverteilung Risse in dem Substrat entstehen.
  • Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, das effektiver ist.
  • Dies wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Gemäß Anspruch 1 umfasst das Verfahren folgende Verfahrensschritte
    • - Aufbringen der Halbleiterschicht auf ein Substrat,
    • - temporäres Bestrahlen der Halbleiterschicht mit dem Laserlicht eines Halbleiterlasers, das im Bereich der Halbleiterschicht eine linienförmige Intensitätsverteilung aufweist, wobei die linienförmige Intensitätsverteilung in einer Richtung senkrecht zur Erstreckung der Linie über die Halbleiterschicht bewegt wird und wobei die Intensitätsverteilung in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Linie ein Intensitätsprofil mit mindestens einer Intensitätsspitze aufweist, wobei das Intensitätsprofil in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Linie weiterhin mindestens einen ausgedehnten Bereich aufweist, der in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Linie ausgedehnter ist als die Intensitätsspitze, wobei dessen Intensität kleiner als die Intensität der Intensitätsspitze und größer als null ist, und wobei über den mindestens einen ausgedehnten Bereich die Intensität weitgehend konstant ist, wobei der mindestens eine ausgedehnte Bereich des Intensitätsprofils in Scan-Richtung hinter der Intensitätsspitze angeordnet ist, so dass jeder umzustrukturierende Abschnitt der Halbleiterschicht zuerst mit der Intensitätsspitze und anschließend mit dem mindestens einen ausgedehnten Bereich des Intensitätsprofils bestrahlt wird, wobei die Halbleiterschicht nacherhitzt wird, wobei der mindestens eine, hinter der Intensitätsspitze angeordnete ausgedehnte Bereich des Intensitätsprofils des Laserlichts derart ausgebildet ist, dass durch ein Bewegen des mindestens einen ausgedehnten Bereichs über die Halbleiterschicht das Nacherhitzen gewährleistet wird, wodurch das Abkühlen der Halbleiterschicht und des Substrats verlangsamt wird, so dass mechanische Spannungen in der Halbleiterschicht und in dem Substrat reduziert werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass das Intensitätsprofil in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Linie mindestens zwei ausgedehnte Bereiche aufweist, die in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Linie ausgedehnter sind als die Intensitätsspitze, wobei deren Intensitäten kleiner als die Intensität der Intensitätsspitze und größer als null sind. Dabei kann ein erster der mindestens zwei ausgedehnten Bereiche des Intensitätsprofils in Scan-Richtung vor der Intensitätsspitze angeordnet sein und ein zweiter der mindestens zwei ausgedehnten Bereiche des Intensitätsprofils kann in Scan-Richtung hinter der Intensitätsspitze angeordnet sein. Durch den ersten ausgedehnten Bereich, der eine kleinere Intensität als die Intensitätsspitze aufweist, kann eine Vorerwärmung der Siliziumschicht und des darunter befindlichen Substrats erreicht werden, so dass die Rissbildung in dem Substrat verhindert werden kann. Weiterhin kann durch den zweiten, der Intensitätsspitze hinterher laufenden ausgedehnten Bereich eine thermische Nachbehandlung des mit der Intensitätsspitze behandelten Abschnitts der Siliziumschicht durchgeführt werden. Dadurch kann das Ergebnis der Rekristallisation deutlich verbessert werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Dünnschichten aus amorphem Silizium auf Glas bearbeitet werden, die bei der Produktion von Dünnschichtsolarzellen und der Flachbildschirmproduktion eingesetzt werden können.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen
    • 1 eine schematische Draufsicht auf eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren umzustrukturierende Halbleiterschicht, die auf einem Substrat angeordnet ist, wobei die linienförmige Intensitätsverteilung der Laserstrahlung angedeutet ist;
    • 2 eine schematische Seitenansicht der auf dem Substrat befindlichen Halbleiterschicht gemäß 1;
    • 3 ein in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendetes Intensitätsprofil in der Richtung senkrecht zur Erstreckung der Linie der linienförmigen Intensitätsverteilung des Laserlichts (Intensität in willkürlichen Einheiten gegen Ausdehnung in Scan-Richtung);
    • 4 eine schematische Ansicht des Intensitätsprofils gemäß 3 (Intensität in willkürlichen Einheiten gegen Ausdehnung in Scan-Richtung);
    • 5 eine schematische Ansicht eines Intensitätsprofils, das nicht in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird (Intensität in willkürlichen Einheiten gegen Ausdehnung in Scan-Richtung);
    • 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Intensitätsprofils (Intensität in willkürlichen Einheiten gegen Ausdehnung in Scan-Richtung);
    • 7 eine perspektivische Ansicht einer Laservorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    • 8 eine schematische Ansicht eines Linsenarrays und eines Intensitätsprofils gemäß 3.
  • In einigen der Figuren ist zur besseren Übersichtlichkeit ein kartesisches Koordinatensystem eingezeichnet.
  • 1 und 2 zeigen ein Substrat 1, auf das eine Siliziumschicht 2 aufgebracht ist. Das Substrat 1 kann beispielsweise als Glassubstrat ausgebildet sein. Mit einer Laservorrichtung 13, die mindestens einen Halbleiterlaser 14 und eine Mikrooptik 15 zur Strahlformung umfasst, wird in z-Richtung eine linienförmige Intensitätsverteilung 3 der Laserstrahlung auf eine amorphe Siliziumschicht 2 aufgebracht (siehe dazu 1, 2 und 7). Die Laservorrichtung 13 arbeitet im CW-Betrieb. Die Linie der linienförmigen Intensitätsverteilung 3 erstreckt sich dabei in y-Richtung. Die linienförmige Intensitätsverteilung 3 wird in einer Scan-Richtung 4, die der x-Richtung entspricht, senkrecht zur Erstreckung der Linie über die Siliziumschicht 2 bewegt beziehungsweise gescannt. Die Scangeschwindigkeit kann dabei zwischen 1 m/min und 20 m/min betragen.
  • Die linienförmige Intensitätsverteilung 3 weist in Scan-Richtung 4 beziehungsweise in x-Richtung eine vergleichsweise kleine Breite B auf, die um ein Vielfaches kleiner als die Länge L der linienförmigen Intensitätsverteilung 3 in Längsrichtung der Linie ist. Beispielsweise kann die Länge L der linienförmigen Intensitätsverteilung 3 mehr als 500 mm betragen, wohingegen die Breite B zwischen 0,1 mm und 10,0 mm betragen kann.
  • In Scan-Richtung 4 beziehungsweise in x-Richtung weist die linienförmige Intensitätsverteilung 3 beispielsweise ein Intensitätsprofil 5 gemäß 3 auf. Dieses Intensitätsprofil 5 weist drei wesentliche Bereiche auf, nämlich von rechts nach links in 3 einen ersten ausgedehnten Bereich 6, eine Intensitätsspitze 7 (Intensitätspeak) und einen zweiten ausgedehnten Bereich 8. Rechts des ersten ausgedehnten Bereichs 6 und links des zweiten ausgedehnten Bereichs 8 schließen sich jeweils noch eine ansteigende beziehungsweise abfallende Flanke 9, 10 an, die in der nachfolgenden Beschreibung außer Betracht bleiben sollen.
  • Über die ausgedehnten Bereiche 6, 8 ist die Intensität weitgehend konstant. 4 stellt die Proportionen des Intensitätsprofils 5 schematisch dar. Den links und rechts des Intensitätsprofils 5 angeordneten Bereichen ist dabei die Intensität 0 zugeordnet. Der erste ausgedehnte Bereich 6 weist eine Intensität I6, der zweite ausgedehnte Bereich 8 weist eine Intensität I8 und die Intensitätsspitze 7 weist eine Intensität I7 auf. Dabei zeigt sich, dass I7 > I8 > I6 gilt. Dabei kann beispielsweise I7 mehr als doppelt so groß wie I8 beziehungsweise I6 sein. Insbesondere kann die Leistungsdichte in den ausgedehnten Bereichen 6, 8 zwischen 100 W/cm2 und 100 kW/cm2 betragen, wohingegen die Leistungsdichte im Bereich der Intensitätsspitze 7 zwischen 1 kW/cm2 und 1 MW/cm2 betragen kann.
  • Weiterhin zeigt sich, dass die Breite B6 und B8 des ersten und des zweiten ausgedehnten Bereichs 6, 8 jeweils deutlich größer ist als die Breite B7 der Intensitätsspitze 7. Unter Berücksichtigung der Scangeschwindigkeit wird somit jeder Abschnitt der Siliziumschicht deutlich länger mit den moderaten Intensitäten I6, I8 der ausgedehnten Bereiche 6, 8 als mit der hohen Intensität I7 der Intensitätsspitze 7 bestrahlt. Beispielsweise kann die Breite B7 der Intensitätsspitze 7 kleiner als 0,1 mm (FW 1/e2) sein, wohingegen die Breiten B6 und B8 des ersten und des zweiten ausgedehnten Bereichs 6, 8 zwischen 0,1 mm und 10,0 mm groß sein können.
  • Der erste ausgedehnte Bereich 6 des Intensitätsprofils 5 heizt den umzuwandelnden Abschnitt der Siliziumschicht 2 und das Substrat vor, bevor die Intensitätsspitze 7 eine derart große Energiemenge zuführt, dass die eigentliche Umwandlung beziehungsweise Rekristallisation erfolgen kann. Die Intensitätsspitze 7 dient zeitlich als Startpunkt für den Umwandlungsprozess.
  • Der zweite ausgedehnte Bereich 8 des Intensitätsprofils 5 führt dem umzuwandelnden Abschnitt der Siliziumschicht 2 nach der Einbringung der Spitzenenergiemenge durch die Intensitätsspitze 7 weiterhin eine moderate Energiemenge zu. Diese moderate Energiezufuhr unterstützt das Kristallwachstum in der Siliziumschicht 2 und verlangsamt das Abkühlen der Siliziumschicht 2 und des Substrats 1. Dadurch können mechanische Spannungen in der Siliziumschicht 2 und in dem Substrats 1 reduziert werden.
  • Bei den Intensitätsprofilen gemäß 5 und 6 sind gleiche oder funktional gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in 4 versehen.
  • 5 zeigt ein „sesselförmiges“ Intensitätsprofil 11, bei dem lediglich der erste ausgedehnte Bereich 6 rechts von der Intensitätsspitze 7 vorgesehen ist, nicht jedoch der zweite ausgedehnte Bereich links von der Intensitätsspitze 7. Ein derartiges Intensitätsprofil 11 wird zwar vor dem Umwandeln ein Vorheizen bewirken, nicht jedoch ein Nacherwärmen nach begonnener Umwandlung.
  • 6 zeigt ein „sesselförmiges“ Intensitätsprofil 12, bei dem lediglich der zweite ausgedehnte Bereich 8 links von der Intensitätsspitze 7 vorgesehen ist, nicht jedoch der erste ausgedehnte Bereich rechts von der Intensitätsspitze 7. Ein derartiges Intensitätsprofil 12 wird zwar nach begonnener Umwandlung ein Nacherwärmen bewirken, nicht jedoch vor dem Umwandeln ein Vorheizen.
  • Der Halbleiterlaser 14 gemäß 7 kann als Laserdiodenbarren oder als Stack von Laserdiodenbarren mit einer Vielzahl von Einzelemittern ausgebildet sein, die zusammen die benötigte Leistung und das für die Applikation notwendige Strahlparameterprodukt ergeben.
  • Die Mikrooptik 15 zur Strahlformung umfasst in y-Richtung eine Überlagerung und Homogenisierung aller Emitter unter Zuhilfenahme von Zylinderlinsenarrays. In x-Richtung werden Zylinderlinsenarrays verwendet, deren Oberfläche aus Mehrzonenoptiken bestehen, die zum Beispiel das Intensitätsprofil 5 gemäß 3 ermöglichen. In 8 sind drei nebeneinander angeordnete Zylinderlinsen 16, 17, 18 eines derartigen Zylinderlinsenarrays abgebildet. Dabei kann das Zylinderlinsenarray deutlich mehr als drei Zylinderlinsen umfassen. Bei der mittleren Zylinderlinse 17 sind drei Zonen 17a, 17b, 17c verdeutlicht. Dabei ist die Zone 17a für die Ausbildung des ersten ausgedehnten Bereichs 6, die Zone 17b für die Ausbildung der Intensitätsspitze 7 und die Zone 17c für die Ausbildung des zweiten ausgedehnten Bereichs 8 verantwortlich. Dies ist in 8 durch die Strichpunktierung angedeutet.
  • Je nach Wahl der Oberflächenkrümmung und der Zonenbreite kann unterschiedliche viel Licht in die verschiedenen Raumrichtungen geleitet werden. In Kombination mit einer Fourieroptik kann dann das Licht der Zonen 17a, 17b, 17c zusammen mit dem der Zonen der anderen Zylinderlinsen 16, 18 (beziehungsweise der nicht abgebildeten Zylinderlinsen) auf verschieden breite Foki mit unterschiedlicher Intensität fokussiert werden.
  • Das Licht der Laservorrichtung 13 wird mit einem x-y-z-Koordinatentisch mit Linearantrieben linear über die Proben gescannt. Dabei werden die Verfahrensparameter Laserleistung, Verfahrgeschwindigkeit, Probenvorbehandlung so eingestellt, dass der gewünschte Effekt erzielt wird (Rekristallisation von sehr dünnen, amorphen Si-Beschichtungen auf Glassubstraten).
  • Eine teilweise zu beobachtende Rissbildung in den Glassubstraten (Borosilikatglas, nicht bei Quarzglas) kann durch Vorheizen (im Ofen oder auf einer Heizplatte) und durch anschließende Laserbehandlung der Substrate verhindert werden. Dieses Vorheizen wird erfindungsgemäß optisch durch eine entsprechende Anpassung des Intensitätsprofils des vorhandenen Lasermoduls erzielt, zum Beispiel in Form eines Sesselprofils mit nachlaufendem Intensitätspeak. Alternativ kann auch ein weiteres Diodenlasermodul mit weniger Intensität genutzt werden, das dem Linienmodul vorläuft.
  • Beispiele:
  • Ein sichtbarer Effekt konnte zum Beispiel mit folgenden Proben und Parametern erzielt werden:
    Proben-Nr. Schichtdicke [nm] Geschwindigkeit [m/min] Ergebnis
    a-Si01 100 bis zu 4,75 farblich sichtbare Umwandlung
    a-Si02 98,7 bis zu 4,75 farblich sichtbare
    Umwandlung
    a-Si03 48,1 bis zu 4,75 farblich sichtbare Umwandlung
    a-Si04 46 bis zu 4,75 farblich sichtbare Umwandlung
  • Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren können auch in einer industriellen Fertigung zuverlässig und kostengünstig Silizium-Dünnschichten mit erhöhter Elektronenmobilität hergestellt werden. Die Linienform mit der erfindungsgemäßen Intensitätsverteilung ist dabei der Schlüssel für eine effektive Bearbeitung von Dünnschichten auf Glas. Eine Skalierung der Linienlänge auf über 500 mm und hohe Laserleistungen bieten für aktuelle und zukünftige Aufgaben in den Bereichen Displaytechnologie und Photovoltaik neue Wertschöpfungsmöglichkeiten.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Hochleistungs-Diodenlaserquellen mit entsprechender Liniengeometrie für die Dünnschichtbearbeitung eingesetzt. Ab einer Dauerstrichleistung von einem Kilowatt eignen sich diese Linienlaserquellen für thermische Bearbeitungsprozesse von Siliziumschichtdicken von mehreren Mikrometern. Eine aufwendigere großflächige Heizung kann durch das Oberflächen-Scan-Verfahren mit dem Linien-Diodenlaser ersetzt werden und beschleunigt die Aufheizphase für schnellere und kostengünstigere thermische Prozesse für Dünnschichten.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Umstrukturierung von Halbleiterschichten, insbesondere zur Kristallisation oder Rekristallisation einer amorphen Siliziumschicht (2), umfassend folgende Verfahrensschritte: - Aufbringen der Halbleiterschicht auf ein Substrat (1), - temporäres Bestrahlen der Halbleiterschicht mit dem Laserlicht eines Halbleiterlasers (14), das im Bereich der Halbleiterschicht eine linienförmige Intensitätsverteilung (3) aufweist, wobei die linienförmige Intensitätsverteilung (3) in einer Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie über die Halbleiterschicht bewegt wird und wobei die Intensitätsverteilung (3) in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie ein Intensitätsprofil (5, 12) mit mindestens einer Intensitätsspitze (7) aufweist, wobei das Intensitätsprofil (5, 12) in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie weiterhin mindestens einen ausgedehnten Bereich (8) aufweist, der in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie ausgedehnter ist als die Intensitätsspitze (7), wobei dessen Intensität (I8) kleiner als die Intensität (I7) der Intensitätsspitze (7) und größer als null ist, und wobei über den mindestens einen ausgedehnten Bereich (8) die Intensität (I8) weitgehend konstant ist, wobei der mindestens eine ausgedehnte Bereich (8) des Intensitätsprofils (5, 12) in Scan-Richtung (4) hinter der Intensitätsspitze (7) angeordnet ist, so dass jeder umzustrukturierende Abschnitt der Halbleiterschicht zuerst mit der Intensitätsspitze (7) und anschließend mit dem mindestens einen ausgedehnten Bereich (8) des Intensitätsprofils (5, 12) bestrahlt wird, wobei die Halbleiterschicht nacherhitzt wird, wobei der mindestens eine, hinter der Intensitätsspitze (7) angeordnete ausgedehnte Bereich (8) des Intensitätsprofils (5, 12) des Laserlichts derart ausgebildet ist, dass durch ein Bewegen des mindestens einen ausgedehnten Bereichs (8) über die Halbleiterschicht das Nacherhitzen gewährleistet wird, wodurch das Abkühlen der Halbleiterschicht und des Substrats (1) verlangsamt wird, so dass mechanische Spannungen in der Halbleiterschicht und in dem Substrat (1) reduziert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht vorgeheizt wird, wobei das Vorheizen ebenfalls durch das Laserlicht erfolgt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Intensitätsprofil (5) in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie mindestens zwei ausgedehnte Bereiche (6, 8) aufweist, die in der Richtung (x) senkrecht zur Erstreckung der Linie ausgedehnter sind als die Intensitätsspitze (7), wobei deren Intensitäten (I6, I8) kleiner als die Intensität (I7) der Intensitätsspitze (7) und größer als null sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster der mindestens zwei ausgedehnten Bereiche (6, 8) des Intensitätsprofils (5) in Scan-Richtung (4) vor der Intensitätsspitze (7) angeordnet ist und ein zweiter der mindestens zwei ausgedehnten Bereiche (6, 8) des Intensitätsprofils (5) in Scan-Richtung (4) hinter der Intensitätsspitze (7) angeordnet ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität (I7) der Intensitätsspitze (7) mehr als doppelt so groß, vorzugsweise mehr als viermal so groß wie die Intensität (I6, I8) des mindestens einen ausgedehnten Bereichs (6, 8) des Intensitätsprofils (5, 12) ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine ausgedehnte Bereich (6, 8) des Intensitätsprofils (5, 12) eine Leistungsdichte zwischen 100 W/cm2 und 100 kW/cm2 aufweist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsspitze (7) eine Leistungsdichte zwischen 1 kW/cm2 und 1 MW/cm2 aufweist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B6, B8) des mindestens einen ausgedehnten Bereichs (6, 8) des Intensitätsprofils (5, 12) in Scan-Richtung (4) größer als die Breite (B7) der Intensitätsspitze (7), insbesondere mehr als doppelt so groß, vorzugsweise mehr als viermal so groß wie die Breite (B7) der Intensitätsspitze (7) ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine ausgedehnte Bereich (6, 8) des Intensitätsprofils in Scan-Richtung (4) eine Breite (B6, B8) zwischen 0,1 mm und 10,0 mm aufweist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsspitze (7) in Scan-Richtung (4) eine Breite (B7) von weniger als 0,1 mm aufweist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterlaser im CW-Betrieb betrieben wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Scangeschwindigkeit zwischen 1 m/min und 20 m/min beträgt.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014198668A1 (de) * 2013-06-10 2014-12-18 Limo Patentverwaltung Gmbh & Co. Kg Verfahren zur herstellung einer kratzfesten schicht auf einem glassubstrat
DE102014116213A1 (de) 2014-11-06 2016-05-25 Lilas Gmbh Vorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung sowie eine Vorrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks
DE102015100940A1 (de) 2015-01-22 2016-07-28 Lilas Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils mit einer zumindest abschnittsweise gekrümmten Oberfläche
DE102017213168A1 (de) 2017-07-31 2019-01-31 Carl Zeiss Smt Gmbh Verfahren zum Behandeln eines reflektiven optischen Elements für den EUV-Wellenlängenbereich, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Vorrichtung zur Behandlung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5840118A (en) 1994-12-19 1998-11-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser process system and method of using the same
US20040232126A1 (en) 2001-08-09 2004-11-25 Koichi Tatsuki Laser annealing apparatus and method of fabricating thin film transistor
US20050139830A1 (en) 2003-10-24 2005-06-30 Kazuo Takeda Semiconductor thin film decomposing method, decomposed semiconductor thin film, decomposed semiconductor thin film evaluation method, thin film transistor made of decomposed semiconductor thin film, and image display device having circuit constituted of thin film transistors

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58106836A (ja) * 1981-12-18 1983-06-25 Hitachi Ltd レ−ザ−アニ−ル装置
JPS61289617A (ja) * 1985-06-18 1986-12-19 Sony Corp 薄膜単結晶の製造装置
US6855584B2 (en) * 2001-03-29 2005-02-15 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method of manufacturing a semiconductor device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5840118A (en) 1994-12-19 1998-11-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Laser process system and method of using the same
US20040232126A1 (en) 2001-08-09 2004-11-25 Koichi Tatsuki Laser annealing apparatus and method of fabricating thin film transistor
US20050139830A1 (en) 2003-10-24 2005-06-30 Kazuo Takeda Semiconductor thin film decomposing method, decomposed semiconductor thin film, decomposed semiconductor thin film evaluation method, thin film transistor made of decomposed semiconductor thin film, and image display device having circuit constituted of thin film transistors

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