JP2001044120A - レーザ熱処理方法およびレーザ熱処理装置 - Google Patents

レーザ熱処理方法およびレーザ熱処理装置

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JP2001044120A
JP2001044120A JP11221021A JP22102199A JP2001044120A JP 2001044120 A JP2001044120 A JP 2001044120A JP 11221021 A JP11221021 A JP 11221021A JP 22102199 A JP22102199 A JP 22102199A JP 2001044120 A JP2001044120 A JP 2001044120A
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pulse
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Tetsuya Ogawa
哲也 小川
Hidetada Tokioka
秀忠 時岡
Yukio Sato
行雄 佐藤
Mitsuo Inoue
満夫 井上
Tomohiro Sasagawa
智広 笹川
Mitsutoshi Miyasaka
光敏 宮坂
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Seiko Epson Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Seiko Epson Corp
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 高移動度の薄膜トランジスタを実現するため
に、結晶性に優れた基板上膜材料を形成するレーザ熱処
理方法を提供する。 【解決手段】 基板上膜材料9に対する吸収係数が異な
る、第1のパルスレーザ光3と第2のパルスレーザ光4
をそれぞれ上記基板上膜材料の同一部分に線状に集光し
て照射するレーザ熱処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】高移動度の薄膜トランジスタ
を実現するために、結晶性に優れた多結晶珪素膜を形成
するレーザ熱処理方法およびレーザ熱処理装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】現在、液晶パネルの画素部は、ガラスま
たは合成石英基板上の非晶質または多結晶珪素膜で作製
された薄膜トランジスタのスイッチングにより、画像を
構成している。もし、このパネル上に画素トランジスタ
を駆動するドライバ回路(主として外部に独立して設置
してある)を同時に構成することが可能となれば、液晶
パネルの製造コスト・信頼性等の面で飛躍的なメリット
が生じることになる。しかし現在は、トランジスタ能動
層を構成する珪素膜の結晶性が悪いため、移動度に代表
される薄膜トランジスタの性能が低く、高速性・高機能
性が要求される集積回路の作製は困難である。高移動度
薄膜トランジスタ実現を目的とする、珪素膜結晶性改善
手法として、一般的にレーザによる熱処理が行われてい
る。
【0003】珪素膜の結晶性と薄膜トランジスタの移動
度の関係は以下のように説明される。レーザ熱処理によ
り得られる珪素膜は一般に多結晶である。多結晶の結晶
粒界には結晶欠陥が局在しており、これが薄膜トランジ
スタ能動層のキャリア移動を阻害する。従って、薄膜ト
ランジスタの移動度を高くするには、キャリアが能動層
を移動中に結晶粒界を横切る回数を少なくし、かつ結晶
欠陥密度を小さくすれば良い。レーザ熱処理の目的は、
結晶粒径が大きくかつ結晶粒界における結晶欠陥が少な
い多結晶珪素膜の形成である。
【0004】図11は従来のレーザ熱処理装置の一例を
示す図である。ここにおいて、51は熱処理用レーザとし
て一般的に使われている紫外光を発する350nm未満の代
表的なパルスレーザ光源であるエキシマレーザ(KrF
(波長:248nm)、XeCl(波長:308nm)等)、52はエキ
シマレーザ光、53はビーム強度分布を均一にするための
ビームホモジナイザ、54はビームを集光するための集光
光学系、55は非晶質珪素膜、56はガラスまたは石英基板
である。
【0005】次に従来のレーザ熱処理手法について説明
する。エキシマレーザ51から出射されたエキシマレーザ
光52がビームホモジナイザ53を経て集光光学系54により
非晶質珪素膜55上に照射される。エキシマレーザ光52の
照射により照射領域における非晶質珪素55が溶融され
る。その後温度が低下するに従って溶融した珪素が再結
晶化して、多結晶珪素膜を形成する。しかし、エキシマ
レーザ光による熱処理で得られたポリシリコンの平均結
晶粒径は数100nmと非常に小さい。これは、エキシマレ
ーザの時間パルス幅が一般的に数10nsecしかないため、
再結晶時間が短く、大きな結晶粒が成長できないからで
ある。
【0006】以上のように形成された多結晶珪素膜を能
動層として作製されたMOSトランジスタの移動度(nチ
ャネル)のレーザ光照射エネルギー密度に対する依存性
の例として、文献1(DIGEST OF TECHNICAL PAPERS AM-
LCD 96, TFTp2-4 pp113-116(1996))にあるものを示
す。レーザ光源51としてKrFエキシマレーザを用いてお
り、非晶質珪素膜55の厚みは50nmの例である。照射条件
により得られる結果は少し変化するが、例えば照射強度
260 mJ/cm2で最高移動度100cm2/Vsが得られている。し
かし、照射エネルギー密度に対する移動度の依存性が大
きく、±5mJ/cm2の範囲内でしか最高移動度の8割以上
の移動度が得られず、同手法を生産ラインに導入する
際、レーザ出力、および光学系の集光性を極めて厳密に
制御しないと製作されたトランジスタの特性がばらつく
という問題がある。これは、珪素におけるエキシマレー
ザ光の吸収率が大きいために、わずかな照射エネルギー
密度の変化により溶融状態が異なり、再結晶過程が変化
するためと考えられる。
【0007】また、特開平8−148423号公報には
非晶質珪素膜を、第1のレーザ光と第2のレーザ光の、
2つのレーザ光により溶融再結晶化させるものが記述さ
れているが、ここでは、第2のレーザ光は補助加熱に用
いるべく、第1のレーザ光と同一波長のレーザ光か、基
板で吸収する波長のレーザ光を用いることが記述されて
いる。また、第1のレーザ光としてはエキシマレーザ光
を用いることが示唆されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザを光源
とした、従来の代表的なレーザ熱処理方法では、レーザ
光のパルス時間幅が短いために、また膜での吸収が大き
いため表面での加熱となり、横方向への結晶成長が十分
行われず、たとえ同一波長の第2のレーザ光を補助加熱
として用いても、やはり表面だけの加熱となり、結晶粒
径が小さいものしか得られず、薄膜トランジスタの移動
度が最大でも100 cm2/Vs、通常では60cm2/Vs程度と低い
値しか得られないことが問題であった。また、照射エネ
ルギー密度に対する移動度の依存性が極めて大きいため
に一定の移動度が得られず、作製されたトランジスタの
特性にばらつきがあることが問題であった。
【0009】本発明の目的は、高性能の薄膜トランジス
タを作製するのに必要な結晶性に優れた薄膜を形成する
レーザ熱処理方法およびレーザ熱処理装置を提供するこ
とである。
【0010】また、生産性の高い、安定なレーザ熱処理
方法およびレーザ熱処理装置を提供することを第2の目
的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1の
レーザ熱処理方法は、基板上膜材料に対する吸収係数が
異なる、第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光
をそれぞれ、上記基板上膜材料の同一部分に線状に集光
して照射するものである。
【0012】本発明に係る請求項2のレーザ熱処理方法
は、上記第1のパルスレーザ光を、紫外域、あるいは真
空紫外域のパルスレーザ光とし、上記第2のパルスレー
ザ光は可視域のパルスレーザ光としたものである。
【0013】本発明に係る請求項3のレーザ熱処理方法
は、第1のパルスレーザ光として、エキシマレーザ光ま
たはフッ素レーザ光を用いるものである。
【0014】本発明に係る請求項4のレーザ熱処理方法
は、第2のパルスレーザ光として、Ndイオンドープある
いはYbイオンドープの結晶あるいはガラスを励起媒質と
したQスイッチ発振固体レーザの高調波を用いるもので
ある。
【0015】本発明に係る請求項5のレーザ熱処理方法
は、第1のレーザ光の照射と第2のレーザ光の照射との
タイミングのずれを200nsec以下としたものである。
【0016】本発明に係る請求項6のレーザ熱処理方法
は、基板上膜材料として、非晶質または多結晶珪素膜を
用いるものである。
【0017】本発明に係る請求項7のレーザ熱処理方法
は、非晶質または多結晶珪素膜の表面における第1のレ
ーザ光の照射エネルギー密度が1500mJ/cm2以下100mJ/cm
2以上としたものである。
【0018】本発明に係る請求項8のレーザ熱処理方法
は、非晶質または多結晶珪素膜の表面における第2のレ
ーザ光の照射エネルギー密度が1000mJ/cm2以下100mJ/cm
2以上としたものである。
【0019】本発明に係る請求項9のレーザ熱処理装置
は、基板上膜材料に対する吸収係数が異なる第1のパル
スレーザ光と第2のパルスレーザ光を発生する、第1の
パルスレーザ光源と第2のパルスレーザ光源を備えたも
のである。
【0020】本発明に係る請求項10のレーザ熱処理装
置は、第1のパルスレーザ光源を、紫外域、あるいは真
空紫外域のレーザ光源とし、第2のパルスレーザ光源は
可視域のパルスレーザ光源としたものである。
【0021】本発明に係る請求項11のレーザ熱処理装
置は、第1のパルスレーザ光源を、エキシマレーザまた
はフッ素レーザとしたものである。
【0022】本発明に係る請求項12のレーザ熱処理装
置は、第2のパルスレーザ光源を、Ndイオンドープある
いはYbイオンドープの結晶あるいはガラスを励起媒質と
したQスイッチ発振固体レーザの高調波としたものであ
る。
【0023】本発明に係る請求項13のレーザ熱処理装
置は、基板上膜材料に照射される第1のレーザ光の光軸
と第2のレーザ光の光軸が一致しているものである。
【0024】本発明に係る請求項14のレーザ熱処理装
置は、基板上膜材料に照射される第1のレーザ光の光軸
と第2のレーザ光の光軸が異なるものである。
【0025】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明のレ
ーザ熱処理装置の構成図である。1は第1のパルスレー
ザ光源、2は第2のパルスレーザ光源、3は第1のパル
スレーザ光、4は第2のパルスレーザ光、5は第1のパ
ルスレーザ光のアッテネータ、6は第2のパルスレーザ
光のアッテネータ、7は第1のパルスレーザ光の線状ビ
ーム成形光学系、8は第2のパルスレーザ光の線状ビー
ム成形光学系、9は基板上膜材料である非晶質珪素膜、
10は基板である。基板10は移動ステージに設置して
あり、広い面積にわたるレーザ熱処理が可能となってい
る。
【0026】次に、レーザ熱処理方法について説明す
る。第1のパルスレーザ光源1より出射した第1のパル
スレーザ光3はアッテネータ5で光強度調整された後、
7において線状ビームに成形され、非晶質珪素膜9に照
射される。第2のパルスレーザ光4は、第1のパルスレ
ーザ光3のパルス立ち上がり時刻に対して同時もしくは
ある特定の時間だけ後にずらして、第2のパルスレーザ
光源2から発振され、アッテネータ6で光強度調整され
た後、8において線状ビームに成形され、非晶質珪素膜
9に照射される。この際、図2に示すように、非晶質珪
素膜表面において、第2のパルスレーザ光によって照射
される線状エリアの幅方向は、第1のパルスレーザ光に
よって照射された線状エリアの幅方向を完全に包含して
いなければならない。すなわち、非晶質珪素膜表面にお
いて、第2のパルスレーザ光の幅は第1のパルスレーザ
光の幅よりも広くなければならない。
【0027】ここで、第1のレーザ光としてエキシマレ
ーザ光を用い、エキシマレーザより非晶質珪素膜の吸収
係数が小さく、しかも非晶質珪素膜で吸収する波長の第
2のパルスレーザ光を時間的に同時もしくは若干の遅延
時間を設定して照射してやれば、再結晶化過程において
光エネルギーを追加補償することになるため、再結晶化
時間を延長でき、結晶粒径を大きくすることが可能とな
る。具体的には、第1のパルスレーザ光としてKrFやXeC
l等のエキシマレーザ、あるいはフッ素レーザといっ
た、紫外域あるいは真空紫外域のレーザ光であれば珪素
に対する吸収係数が十分高いので、これらのレーザ光を
用いることができる。また、第2のパルスレーザ光とし
ては、第1のパルスレーザ光よりも吸収率が小さくなる
可視域のパルスレーザ光が適している。すなわち、Nd:Y
AGレーザ、Nd:YLFレーザやYb:YAGレーザ、あるいはNd:
ガラスレーザやYb:ガラスレーザといったNdイオンドー
プあるいはYbイオンドープの結晶あるいはガラスを励起
媒質としたQスイッチ発振の固体レーザの高調波を用い
ることができる。
【0028】実際に第1のパルスレーザ光としてKrFエ
キシマレーザ、第2のパルスレーザ光としてNd:YAGレー
ザの第2高調波を用いて行った例について説明する。時
間パルス幅は半値でKrFエキシマレーザが15nsec、Nd:YA
Gレーザの第2高調波が60nsecである。第1のパルスレ
ーザ光の役割は非晶質珪素膜を溶融して再結晶化を起こ
させることである。そのため、珪素に対する吸収係数が
高い紫外光を発振するエキシマレーザを選択した。第2
のパルスレーザ光の役割は再結晶時間の延長である。よ
って、照射時に珪素膜は溶融しているため、あまり強い
光強度は必要ない(強度の強い光を照射するとレーザア
ブレーションが起こり、珪素膜が基板から剥離してしま
う)。むしろ、再結晶時間の延長には時間パルス幅が長
いことの方が重要である。従って、珪素に対する吸収係
数があまり高くなく、時間パルス幅が長い、Nd:YAGレー
ザの第2高調波を選択した。
【0029】なお、本実施の形態1では、図1に示すよ
うに、2つのレーザ光の光軸が異なっている。すなわ
ち、2つのレーザ光を任意の方向より照射してよいた
め、レーザ発振器の設置位置を自由にでき、装置設計及
び生産が容易になる。
【0030】実施の形態2.実施の形態2では、第1の
パルスレーザ光の照射と第2のパルスレーザ光の照射の
タイミングについて述べる。レーザ光照射による非晶質
珪素膜の表面温度の経時変化をシミュレーションにより
求めた。計算モデルとしては、図3に示すように、レー
ザ光照射により非晶質珪素膜中に導入された熱が基板へ
と散逸していく1次元モデルを考える。なお、表面から
の放射による熱損失は考慮していない。先ず図4に照射
エネルギー密度200mJ/cm2のKrFエキシマレーザ光を照射
した場合の表面温度の経時変化のシミュレーション結果
を示す。図の横軸(Time)はパルス立ち上がりからの時
間、縦軸(Temperature)は表面温度を示す。再結晶化
時間とほぼ同等である表面溶融時間は80nsec程度であ
る。次に、照射エネルギー密度300mJ/cm2のNd:YAGレー
ザの第2高調波を遅延時間0nsec, 50nsec,100nsecで重
畳照射した場合のシミュレーション結果を各々図5
(a)、(b)、(c)に示す。これらの結果から、10
0nsec以上では、第2のレーザ光の重畳照射による再結
晶化時間延長の効果はないことが予想される。しかし、
実際に実験を行った結果、遅延時間200nsecまでは重畳
の効果があることが、形成された多結晶珪素膜の平均結
晶粒径の顕微鏡による観察から確認できた。従って、遅
延時間は200nsec以内、好ましくは100nsec以内が適当で
ある。
【0031】実施の形態3.実施の形態3では、本発明
のレーザ熱処理方法により、非晶質珪素膜から形成した
多結晶珪素膜の平均結晶粒径について述べる。第1のレ
ーザとしてはKrFエキシマレーザを、第2のレーザとし
てはNd:YAGレーザの第2高調波を用いた。KrFエキシマ
レーザの照射エネルギー密度を200mJ/cm2に固定して、
遅延時間25nsecでNd:YAGレーザの第2高調波を照射した
結果を図6に示す。図において、横軸はNd:YAGレーザの
第2高調波の照射エネルギー密度(YAG2ω energy dens
ity)で、縦軸は平均結晶粒径(Grain size)である。K
rFエキシマレーザのみによる熱処理により形成された多
結晶珪素膜の平均結晶粒径は〜100nmであった。しか
し、Nd:YAGレーザの第2高調波を重畳照射して得られた
多結晶珪素膜の平均結晶粒径は最大で1.2μm程度であ
る。MOSトランジスタの能動層中でのキャリアの移動は
個々の結晶粒界における欠陥により阻害されるので、MO
Sトランジスタの移動度を向上させるには結晶粒径を大
きくすることが必須である。本発明のレーザ熱処理方法
による、結晶粒径の増大が実証された。
【0032】実施の形態4.実施の形態4では、本発明
のレーザ熱処理方法により、非晶質珪素膜より形成した
多結晶珪素膜を用いて作製したMOSトランジスタについ
て述べる。特性の評価についてはMOSトランジスタの代
表的なパラメータである移動度(Mobility)を用いて行
う。第1のパルスレーザ光源としてはKrFエキシマレー
ザを、第2のパルスレーザ光源としてはNd:YAGレーザの
第2高調波(2ω)を用いた。先ず、比較のためにKrF
エキシマレーザのみで熱処理を行って形成した多結晶珪
素膜を用いて作製したMOSトランジスタのnチャネル移
動度の照射エネルギー密度(fluence)依存性を図7に
示す。図から明らかなように最高でも移動度は60cm2/Vs
程度しかない。次に、KrFエキシマレーザの照射エネル
ギー密度を240mJ/cm2に固定して、様々な照射エネルギ
ー密度のNd:YAGレーザの第2高調波(2ω)を重畳照射
した。その際、遅延時間は25nsec, 50nsec, 100nsecの
3種類を設定した。こうして形成された多結晶珪素膜を
用いて作製されたMOSトランジスタのnチャネル移動度
を、各々の遅延時間に関してそれぞれ図8(a)、
(b)、(c)に示す。これらの本発明に関する実験結
果より、照射エネルギー密度240mJ/cm2のKrFエキシマレ
ーザのみでの熱処理では移動度は30cm2/Vs程度である
が、Nd:YAGレーザの第2高調波を重畳照射することによ
り、4倍の値である120cm2/Vs程度が達成されることが
わかった。
【0033】実施の形態5.実施の形態5では、第1の
パルスレーザ光源としてはKrFエキシマレーザを、第2
のパルスレーザ光源としてはNd:YAGレーザの第2高調波
を用いた場合の、MOSトランジスタのnチャネル移動度
に対する、KrFエキシマレーザの照射エネルギー密度の
依存性について述べる。図9はKrFエキシマレーザ単独
(図中EXLで示される線)の場合と、第1のレーザと
してKrFエキシマレーザを、第2のレーザとしてNd:YAG
レーザの第2高調波を用いた場合(図中EXL+YAG
2ωで示される線)のエキシマレーザの照射エネルギー
密度に対する移動度の関係を示す実験値である。この図
でわかるように、エキシマレーザとNd:YAGレーザを用い
た場合、エキシマレーザ単独で得られる移動度よりも大
きい移動度が得られ、しかもエキシマレーザ単独の場合
は高移動度が得られるエキシマレーザの照射エネルギー
密度の範囲が狭いのに比べ、エキシマレーザとNd:YAGレ
ーザを用いた場合はエキシマレーザの照射エネルギー密
度の依存性が非常に小さい。すなわち、エキシマレーザ
とNd:YAGレーザを用いた場合は、エキシマレーザの出力
変動による影響をあまり受けないことがわかる。
【0034】実施の形態6.実施の形態6では、第1の
パルスレーザ光の照射エネルギー密度について述べる。
第1のパルスレーザ光としては、非晶質珪素膜を溶融し
て再結晶化が可能な状態にする能力が要求されるが、吸
収係数とのかね合いから真空紫外域、紫外域のパルスレ
ーザが適当である。吸収係数は波長が長くなるに従い小
さくなるが、紫外域で比較的長い波長のレーザであるXe
Clエキシマレーザでレーザ熱処理実験を行った場合、照
射エネルギー密度が1000mJ/cm2以上ではアブレーション
が起こり、膜が基板から剥離する。また、照射エネルギ
ー密度の下限の方は、吸収係数の高い紫外域の代表的な
レーザであるKrFエキシマレーザを用いたレーザ熱処理
実験により、100mJ/cm2と規定できた。
【0035】実施の形態7.実施の形態7では、第2の
パルスレーザ光の照射エネルギー密度について述べる。
第2のパルスレーザ光は、第1のレーザ光照射により非
晶質珪素膜が溶融している液体状態へ照射される。役割
としては、再結晶化時間の延長である。再結晶時間の延
長の効果があるのは100mJ/cm2以上である。また、アブ
レーションが起こらない照射エネルギー密度である必要
がある。第2のパルスレーザ光として代表的なNd:YAGレ
ーザの第2高調波を用いた場合、1500mJ/cm2以上でアブ
レーションが起こった。したがって、第2のパルスレー
ザ光の照射エネルギー密度は1500mJ/cm2以下100mJ/cm2
以上が適当である。
【0036】実施の形態8.実施の形態8では、本発明
のレーザ熱処理方法において、2つのレーザ光を照射す
る他の方法について述べる。図10は実施の形態8によ
るレーザ熱処理方法を実現するレーザ熱処理装置を示す
図である。図において1〜10は図1と同様の部材を示
す。11はダイクロイックミラーあるいは偏光ビームスプ
リッターであり、第1のパルスレーザ光を透過し、第2
のパルスレーザ光を反射して、基板上膜材料に照射する
第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光の光軸を
一致させるように作用する。すなわち、本実施の形態8
の特徴は、基板上膜材料に照射する2つのレーザ光の光
軸が同一であることにある。2つのレーザ光をあらかじ
めダイクロイックミラーもしくは偏光ビームスプリッタ
11により重畳しておくために、ターゲット位置での光軸
調整が不要になり、レーザ熱処理を容易に行うことが可
能となる。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ熱
処理方法およびレーザ熱処理装置は、基板上膜材料にレ
ーザ光を吸収させて熱処理するレーザ熱処理方法におい
て、該基板上膜材料に対する吸収係数が異なる、第1の
パルスレーザ光と第2のパルスレーザ光をそれぞれ上記
基板上膜材料の同一部分に線状に集光して照射するよう
にしたので、結晶粒径が大きく、高移動度の薄膜トラン
ジスタの作製に適した高品質の薄膜が得られる効果があ
る。
【0038】また、本発明のレーザ熱処理方法およびレ
ーザ熱処理装置は、上記第1のパルスレーザ光は、紫外
域、あるいは真空紫外域のパルスレーザ光とし、上記第
2のパルスレーザ光は可視域のパルスレーザ光としたの
で、確実に結晶粒径が大きく、高移動度の薄膜トランジ
スタの作製に適した高品質の薄膜が得られる効果があ
る。
【0039】さらに、本発明のレーザ熱処理方法および
レーザ熱処理装置は、第1のレーザ光として、エキシマ
レーザ(ArF, KrF, XeCl)、フッ素レーザを用いるもの
で、安定かつ生産性の高いレーザ熱処理ができるという
効果がある。
【0040】さらに、本発明のレーザ熱処理方法および
レーザ熱処理装置は、第2のレーザ光として、Ndイオン
ドープあるいはYbイオンドープの結晶あるいはガラスを
励起媒質としたQスイッチ発振固体レーザの高調波を用
いるもので、効率の良いレーザ熱処理を行うことができ
るという効果がある。
【0041】さらに、本発明のレーザ熱処理方法は、第
1のパルスレーザ光の照射と第2のパルスレーザ光の照
射のタイミングのずれを200nsec以下としたもので、確
実に結晶粒径が大きく、高移動度の薄膜トランジスタの
作製に適した高品質の薄膜が得られる効果がある。
【0042】さらに、本発明のレーザ熱処理方法は、基
板上膜材料として、非晶質または多結晶珪素膜を用いる
もので、高移動度の薄膜トランジスタの作製が可能とな
る。
【0043】さらに、本発明のレーザ熱処理方法は、非
晶質または多結晶珪素膜の表面における第1のレーザ光
の照射エネルギー密度を1000mJ/cm2以下100mJ/cm2以上
としたもので、質の高いレーザ熱処理が可能となる。
【0044】さらに、本発明のレーザ熱処理方法は、非
晶質または多結晶珪素膜の表面における第2のレーザ光
の照射エネルギー密度を1500mJ/cm2以下100mJ/cm2以上
としたもので、結晶性に優れた薄膜の形成が可能とな
る。
【0045】さらに、本発明のレーザ熱処理装置は、レ
ーザ光照射時における第1のレーザ光と第2のレーザ光
の光軸を一致させて照射するため、ターゲット位置にお
ける光軸調整が不要となる効果がある。
【0046】さらに、本発明のレーザ熱処理装置は、レ
ーザ光照射時における第1のレーザ光と第2のレーザ光
の光軸が異なる、すなわち、2つのレーザ光を任意の方
向より照射してよいため、レーザ発振器の設置位置を自
由にでき、装置設計及び生産が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1を示すレーザ熱処理
装置を示す概観図である。
【図2】 2本のレーザ光による照射面積の相対位置を
表す図である。
【図3】 この発明の実施の形態2を説明するための、
レーザ光照射時の熱伝導シミュレーションの計算モデル
を説明する図である。
【図4】 この発明の実施の形態2を説明するための、
KrFエキシマレーザ照射による珪素膜表面温度の経時変
化のシミュレーション結果を示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態2を説明するための、
KrFエキシマレーザ照射と同時、50nsec後、100nsec後に
Nd:YAGレーザ第2高調波を照射した場合の珪素膜表面温
度経時変化のシミュレーション結果を示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態3を説明するための、
レーザ熱処理方法により得られた多結晶珪素膜の平均粒
径を示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態4を説明するための、
KrFエキシマレーザのみによるレーザ熱処理で得られた
多結晶珪素膜を用いて作製されたMOSトランジスタのn
チャネル移動度を示す図である。
【図8】 この発明の実施の形態4を説明するための、
レーザ熱処理方法において遅延時間を25nsecs、50nse
c、100nsecとして得られた多結晶珪素膜を用いて作製さ
れたMOSトランジスタのnチャネル移動度を示す図であ
る。
【図9】 この発明の実施の形態5を説明するための、
KrFエキシマレーザの照射エネルギー密度の依存性を説
明する図である。
【図10】 この発明の実施の形態8を示すレーザ熱処
理装置を示す概観図である。
【図11】 従来のレーザ熱処理装置を示す概観図であ
る。
【符号の説明】 1 第1のパルスレーザ光源 2 第2のパルスレーザ光源 3 第1のパルスレーザ光 4 第2のパルスレーザ光 9 基板上膜材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 時岡 秀忠 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 行雄 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 井上 満夫 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 笹川 智広 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 宮坂 光敏 長野県諏訪市大和3丁目3番5号 セイコ ーエプソン株式会社内 Fターム(参考) 5F052 AA02 BA07 BA11 BA15 BB02 BB03 BB07 DA01 DA02 JA01

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上膜材料にレーザ光を吸収させて熱
    処理するレーザ熱処理方法において、上記基板上膜材料
    に対する吸収係数が異なる、第1のパルスレーザ光と第
    2のパルスレーザ光をそれぞれ上記基板上膜材料の同一
    部分に線状に集光して照射するレーザ熱処理方法。
  2. 【請求項2】 上記第1のパルスレーザ光は、紫外域、
    あるいは真空紫外域のパルスレーザ光であり、上記第2
    のパルスレーザ光は可視域のパルスレーザ光であること
    を特徴とする請求項1記載のレーザ熱処理方法。
  3. 【請求項3】 上記第1のパルスレーザ光は、エキシマ
    レーザ光またはフッ素レーザ光であることを特徴とする
    請求項2記載のレーザ熱処理方法。
  4. 【請求項4】 上記第2のパルスレーザ光は、Ndイオン
    ドープあるいはYbイオンドープの結晶あるいはガラスを
    励起媒質としたQスイッチ発振固体レーザの高調波であ
    ることを特徴とする請求項2または3記載のレーザ熱処
    理方法。
  5. 【請求項5】 上記第1のパルスレーザ光の照射と、上
    記第2のパルスレーザ光の照射とのタイミングのずれが
    200nsec以下であることを特徴とする請求項1乃至4の
    いずれかに記載のレーザ熱処理方法。
  6. 【請求項6】 上記基板上膜材料として、非晶質または
    多結晶珪素膜を用いることを特徴とする請求項1乃至5
    のいずれかに記載のレーザ熱処理方法。
  7. 【請求項7】 上記非晶質または多結晶珪素膜の表面に
    おける第1のパルスレーザの照射エネルギー密度が1000
    mJ/cm2以下100mJ/cm2以上であることを特徴とする請求
    項6記載のレーザ熱処理方法。
  8. 【請求項8】 上記非晶質または多結晶珪素膜の表面に
    おける第2のパルスレーザ光の照射エネルギー密度が15
    00mJ/cm2以下100mJ/cm2以上であることを特徴とする請
    求項6または7記載のレーザ熱処理方法。
  9. 【請求項9】 レーザ光源からのレーザ光を線状ビーム
    に成形して基板上膜材料に照射してこの基板上膜材料に
    上記レーザ光を吸収させて熱処理するレーザ熱処理装置
    において、上記基板上膜材料に対する吸収係数が異なる
    第1のパルスレーザ光と第2のパルスレーザ光を発生す
    る、第1のパルスレーザ光源と第2のパルスレーザ光源
    を備えたことを特徴とするレーザ熱処理装置。
  10. 【請求項10】 上記第1のパルスレーザ光源は、紫外
    域、あるいは真空紫外域のレーザ光源であり、上記第2
    のパルスレーザ光源は可視域のパルスレーザ光源である
    ことを特徴とする請求項9記載のレーザ熱処理装置。
  11. 【請求項11】 上記第1のパルスレーザ光源は、エキ
    シマレーザまたはフッ素レーザであることを特徴とする
    請求項10記載のレーザ熱処理装置。
  12. 【請求項12】 上記第2のパルスレーザ光源は、Ndイ
    オンドープあるいはYbイオンドープの結晶あるいはガラ
    スを励起媒質としたQスイッチ発振固体レーザの高調波
    であることを特徴とする請求項10または11記載のレ
    ーザ熱処理装置。
  13. 【請求項13】 上記基板上膜材料に照射される上記第
    1のパルスレーザ光の光軸と、上記第2のパルスレーザ
    光の光軸とが一致していることを特徴とする請求項9乃
    至12のいずれかに記載のレーザ熱処理装置。
  14. 【請求項14】 上記基板上膜材料に照射される上記第
    1のパルスレーザ光の光軸と、上記第2のパルスレーザ
    光の光軸とが異なることを特徴とする請求項9乃至12
    のいずれかに記載のレーザ熱処理装置。
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