JP2009044007A - Laser irradiation device - Google Patents

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Yasuhito Otsuka
靖仁 大塚
Hiroaki Takeuchi
博明 竹内
Shinya Okazaki
真也 岡崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser irradiation device capable of excellently growing a semiconductor crystal. <P>SOLUTION: A controller 7 controls a first laser irradiating mechanism 1 and a second laser irradiating mechanism 2 so that a body 6 to be irradiated may be irradiated with a peak of first pulse laser light being delayed behind a peak of second pulse laser light by a delay time td satisfying T-0.15tw≤td≤T+0.3tw while a material to be heated is irradiated with the second pulse laser light on condition that T=(3.0×10<SP>-3</SP>)×ρ×C×λ/(4π×k×h), where ρ is the density (kg/m<SP>3</SP>) of the material to be heated, C the specific heat (J/kg×K) of the material to be heated, (k) the attenuation coefficient of the second pulse light to the material 6b to be heated, (h) heat transmissivity (W/m<SP>2</SP>×K) in heat transmission from the material 6b to be heated to a stage, λ the wavelength (m) of the second pulse laser light, and tw a half-value width of a time-base waveform of the second pulse laser light. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体膜の結晶化に用いられるレーザ照射装置に関するものである。   The present invention relates to a laser irradiation apparatus used for crystallization of a semiconductor film.

従来から、高性能TFT(Thin Film Transistor)に用いられる結晶薄膜を製造する技術として、非晶質半導体薄膜を結晶化するレーザアニール技術が知られている。レーザアニール技術の一例として、複数のレーザを被照射物に照射して、非晶質半導体薄膜を結晶化させる技術がある。そのようなレーザアニール技術を実現するためにレーザ照射装置が用いられる。   Conventionally, a laser annealing technique for crystallizing an amorphous semiconductor thin film is known as a technique for producing a crystalline thin film used for a high performance TFT (Thin Film Transistor). As an example of the laser annealing technique, there is a technique for crystallizing an amorphous semiconductor thin film by irradiating an irradiation object with a plurality of lasers. In order to realize such a laser annealing technique, a laser irradiation apparatus is used.

そのようなレーザ照射装置は、被照射物が半導体材料と被加熱材料とからなっている場合に、半導体材料に吸収される波長を有する第1パルスレーザ光を被照射物に照射する第1レーザ照射機構と、被加熱材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2パルスレーザ光を被照射物に照射する第2レーザ照射機構とを備えている。   Such a laser irradiation apparatus is a first laser that irradiates an irradiated object with a first pulse laser beam having a wavelength that is absorbed by the semiconductor material when the irradiated object is composed of a semiconductor material and a heated material. An irradiation mechanism and a second laser irradiation mechanism that irradiates the irradiation object with a second pulse laser beam having a shape that has a wavelength that is absorbed by the material to be heated and has a peak in the time axis waveform.

前述のレーザ照射装置の中でも、特に、第2パルスレーザ光として炭酸ガスレーザが用いられ、第1パルスレーザ光としてエキシマレーザが用いられるレーザ照射装置が広く知られている。   Among the laser irradiation apparatuses described above, in particular, a laser irradiation apparatus in which a carbon dioxide laser is used as the second pulse laser light and an excimer laser is used as the first pulse laser light is widely known.

この方法は、炭酸ガスレーザをアシストレーザとして用いることにより、効率的に結晶長を大きくする方法である。また、炭酸ガスレーザおよびエキシマレーザの照射タイミングは、次の特許文献に開示されているように様々である。   This method is a method for efficiently increasing the crystal length by using a carbon dioxide laser as an assist laser. Further, the irradiation timings of the carbon dioxide laser and the excimer laser are various as disclosed in the following patent documents.

例えば、特開平11−307450号公報には、エキシマレーザを被照射物に照射した後に、炭酸ガスレーザを被照射物に照射するレーザ照射装置が開示されている。   For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-307450 discloses a laser irradiation apparatus that irradiates an irradiated object with a carbon dioxide gas laser after irradiating the irradiated object with an excimer laser.

特開平6−291034号公報には、炭酸ガスレーザの照射による被照射物の予備加熱の終了後に、エキシマレーザを被照射物に照射する方法が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 6-291034 discloses a method of irradiating an object to be irradiated with an excimer laser after preheating of the object to be irradiated by irradiation with a carbon dioxide gas laser.

特開昭56−142630号公報には、炭酸ガスレーザおよびエキシマレーザを完全に同時に被照射物に照射する方法が開示されている。
特開平11−307450号公報 特開平6−291034号公報 特開昭56−142630号公報
Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-142630 discloses a method of irradiating an object to be irradiated with a carbon dioxide gas laser and an excimer laser completely simultaneously.
JP-A-11-307450 Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-291034 JP-A-56-142630

本発明者らは、特開平11−307450号公報、特開平6−291034号公報、および、特開昭56−142630号公報のそれぞれに開示されているレーザ照射装置を用いて2種類のレーザを被照射物に照射し、半導体薄膜の結晶長を観察する実験を行った。   The present inventors have used two types of lasers using the laser irradiation devices disclosed in JP-A-11-307450, JP-A-6-291034, and JP-A-56-142630. An experiment was conducted in which the irradiated object was irradiated and the crystal length of the semiconductor thin film was observed.

発明者らの実験の結果から、特開平11−307450号公報および特開平6−291034号公報に記載されているような照射タイミングで、炭酸ガスレーザおよびエキシマレーザを被照射物に照射した場合には、エキシマレーザ単独で被照射物の結晶化を行った場合と同程度の大きさの多結晶半導体薄膜しか得られないこと、つまり、十分な結晶長の多結晶半導体薄膜が得られないことが明らかになった。言い換えれば、実験結果から、炭酸ガスレーザの照射を開始する以前に、または、炭酸ガスレーザの照射を終了した後に、エキシマレーザを被照射物に照射する方法によれば、所望の巨大結晶を得ることが困難であることが分かった。   From the results of the experiments by the inventors, when the irradiated object is irradiated with the carbon dioxide laser and the excimer laser at the irradiation timing as described in JP-A-11-307450 and JP-A-6-291034, It is clear that only a polycrystalline semiconductor thin film having the same size as that obtained by crystallization of an irradiated object can be obtained with an excimer laser alone, that is, a polycrystalline semiconductor thin film having a sufficient crystal length cannot be obtained. Became. In other words, from the experimental results, according to the method of irradiating the irradiated object with the excimer laser before starting the irradiation of the carbon dioxide laser or after ending the irradiation of the carbon dioxide laser, a desired giant crystal can be obtained. It turned out to be difficult.

また、本発明者らの実験の結果から、特開昭56−142630号公報に記載されているように、エキシマレーザおよび炭酸ガスレーザをほぼ同時に被照射物に照射する方法によれば、2種類のレーザの照射タイミングの微妙なズレ量に応じて、得られる多結晶半導体の結晶長が異なってしまうことが明らかになった。   Further, from the results of experiments by the present inventors, according to a method of irradiating an object to be irradiated with an excimer laser and a carbon dioxide gas laser almost simultaneously, as described in JP-A-56-142630, two types of irradiation It has been clarified that the crystal length of the obtained polycrystalline semiconductor differs depending on the slight deviation of the laser irradiation timing.

前述のような実験結果が得られる理由は、レーザ光の種類に応じて、レーザパルスの形状および被照射物からの放熱の状態が異なっているためであると考えられる。   The reason why the above experimental results can be obtained is considered to be that the shape of the laser pulse and the state of heat radiation from the irradiated object differ depending on the type of laser light.

したがって、2種類のレーザの照射タイミングは、それぞれ、レーザのパルス形状および被照射物からの放熱の状態を考慮して、設定されるべきである。しかしながら、従来においては、2種類のレーザの照射タイミングは、レーザのパルス形状および被照射物からの放熱の状態を考慮することなく設定されている。   Therefore, the irradiation timings of the two types of lasers should be set in consideration of the pulse shape of the laser and the state of heat radiation from the irradiated object, respectively. However, conventionally, the irradiation timings of the two types of lasers are set without considering the laser pulse shape and the state of heat radiation from the irradiated object.

したがって、本発明者らは、半導体結晶を良好に成長させるために、半導体材料に吸収される波長を有する第1レーザ光の照射タイミングと、被加熱材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2レーザ光の照射タイミングとを適切に設定する手法が必要であると考えている。   Therefore, the present inventors have developed the irradiation timing of the first laser beam having a wavelength that is absorbed by the semiconductor material, the wavelength that is absorbed by the material to be heated, and the time for growing the semiconductor crystal satisfactorily. It is considered that a method for appropriately setting the irradiation timing of the second laser light having a shape in which the axial waveform has a peak is necessary.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体結晶を良好に成長させることができるレーザ照射装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser irradiation apparatus capable of favorably growing a semiconductor crystal.

本発明の一の局面のレーザ照射装置は、半導体材料と被加熱材料とを含む被照射物を保持し得るステージと、半導体材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第1パルスレーザ光を被照射物に照射し得る第1レーザ照射機構とを備えている。また、そのレーザ照射装置は、被加熱材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2パルスレーザ光を被照射物に照射し得る第2レーザ照射機構と、第1レーザ照射機構および第2レーザ照射機構を制御する制御装置とを備えている。   A laser irradiation apparatus according to one aspect of the present invention includes a stage that can hold an irradiation object including a semiconductor material and a material to be heated, a wavelength that is absorbed by the semiconductor material, and a peak in a time axis waveform thereof. A first laser irradiation mechanism capable of irradiating an object with a first pulsed laser beam having a shape. Further, the laser irradiation apparatus includes a second laser irradiation mechanism capable of irradiating the irradiated object with a second pulse laser beam having a wavelength that is absorbed by the material to be heated and having a peak in the time axis waveform. And a control device for controlling the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism.

前述の制御装置は、第1パルスレーザ光のピークが、第2パルスレーザ光が被加熱材料に照射されている間において、T−0.15tw≦td≦T+0.3twという条件を満たす遅延時間tdだけ、第2パルスレーザ光のピークから遅延して、被照射物に照射されるように、第1レーザ照射機構および第2レーザ照射機構を制御する。この場合において、遅延時間tdは、次のパラメータを用いて決定される。   In the control device described above, the peak time of the first pulse laser beam is the delay time td that satisfies the condition of T−0.15tw ≦ td ≦ T + 0.3tw while the second pulse laser beam is irradiated on the material to be heated. Only the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism are controlled so that the irradiation object is irradiated with a delay from the peak of the second pulse laser beam. In this case, the delay time td is determined using the following parameters.

ρ(kg/m3):被加熱材料の密度
C(J/kg・K):被加熱材料の比熱
k:被加熱材料に対する前記第2パルスレーザ光の消衰係数
h(W/m2・K):被加熱材料からステージへの熱移動における熱透過率
λ(m):第2パルスレーザ光の波長
tw(s):第2パルスレーザ光の時間軸波形の半値幅
T=(3.0×10-3)・ρ・C・λ/(4π・k・h)
上記の構成によれば、半導体結晶を良好に成長させることができるレーザ照射装置が得られる。
ρ (kg / m 3 ): density of the material to be heated C (J / kg · K): specific heat of the material to be heated k: extinction coefficient of the second pulse laser beam with respect to the material to be heated h (W / m 2 · K): Heat transmittance in heat transfer from heated material to stage λ (m): Wavelength of second pulse laser beam tw (s): Half width of time axis waveform of second pulse laser beam T = (3. 0 × 10 −3 ) · ρ · C · λ / (4π · k · h)
According to said structure, the laser irradiation apparatus which can grow a semiconductor crystal favorably is obtained.

また、制御装置は、第2レーザパルス光の時間軸波形の半値幅における中心の時刻が、tcであり、第2レーザパルス光の時間軸波形のピーク時刻が、tpkであるとして、tpk≧tcである場合には、第1パルスレーザ光のピークが、0≦td≦0.3twという条件を満たす遅延時間tdだけ、第2パルスレーザ光のピークから遅延して、被照射物に照射されるように、第1レーザ照射機構および第2レーザ光照射機構を制御してもよい。   Further, the control device assumes that the center time in the half width of the time axis waveform of the second laser pulse light is tc, and the peak time of the time axis waveform of the second laser pulse light is tpk, tpk ≧ tc. In this case, the peak of the first pulse laser beam is irradiated from the peak of the second pulse laser beam with a delay time td that satisfies the condition of 0 ≦ td ≦ 0.3tw, and is irradiated to the irradiation object. As described above, the first laser irradiation mechanism and the second laser light irradiation mechanism may be controlled.

また、制御装置は、第2レーザパルス光の時間軸波形の半値幅における中心の時刻が、tcであり、第2レーザパルス光の時間軸波形のピーク時刻が、tpkであるとすると、tpk≦tcである場合には、第1パルスレーザ光のピークが、T−0.15tw≦td≦T+0.15twという条件を満たす遅延時間tdだけ、第2パルスレーザ光のピークから遅延して、被照射物に照射されるように、第1レーザ照射機構および第2レーザ照射機構を制御してもよい。   Further, the control device assumes that the center time in the half width of the time axis waveform of the second laser pulse light is tc, and the peak time of the time axis waveform of the second laser pulse light is tpk ≦ tpk ≦ In the case of tc, the peak of the first pulse laser beam is delayed from the peak of the second pulse laser beam by the delay time td that satisfies the condition of T−0.15 tw ≦ td ≦ T + 0.15 tw. The first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism may be controlled so that the object is irradiated.

本発明の他の局面のレーザ照射装置は、半導体材料と被加熱材料とを含む被照射物を保持し得るステージと、半導体材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第1パルスレーザ光を被照射物に照射し得る第1レーザ照射機構とを備えている。また、レーザ照射装置は、被加熱材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2パルスレーザ光を被照射物に照射し得る第2レーザ照射機構と、第1レーザ照射機構および第2レーザ照射機構を制御する制御装置とを備えている。   A laser irradiation apparatus according to another aspect of the present invention includes a stage capable of holding an irradiation object including a semiconductor material and a material to be heated, a wavelength that is absorbed by the semiconductor material, and a peak in a time axis waveform thereof. A first laser irradiation mechanism capable of irradiating an object with a first pulsed laser beam having a shape. The laser irradiation apparatus includes a second laser irradiation mechanism capable of irradiating the irradiated object with a second pulsed laser beam having a wavelength that is absorbed by the material to be heated and having a peak in the time axis waveform; And a control device that controls the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism.

前述の制御装置は、第1パルスレーザ光のピークが、第2パルスレーザ光が被加熱材料に照射されている間において、Tp−0.15tw≦te≦Tp+0.15twという条件を満たす時刻teにおいて、被照射物に照射されるように、第1レーザ照射機構および第2レーザ照射機構を制御する。この場合において、時刻teは、次のパラメータを用いて決定される。   In the above-described control device, the peak of the first pulse laser beam is at time te that satisfies the condition of Tp−0.15 tw ≦ te ≦ Tp + 0.15 tw while the second pulse laser beam is irradiated on the material to be heated. The first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism are controlled so that the irradiated object is irradiated. In this case, the time te is determined using the following parameters.

ρ(kg/m3):被加熱材料の密度
C(J/kg・K):被加熱材料の比熱
k:被加熱材料に対する第2パルスレーザ光の消衰係数
h(W/m2・K):被加熱材料からステージへの熱移動における熱透過率
λ(m):第2パルスレーザ光の波長
関数P(t)(t:時間):第2パルスレーザ光の時間軸波形の形状
(結晶成長における)時定数T:T=(3.0×10-3)・ρ・C・λ/(4π・k・h)×M:(Mは定数)
Δt:任意の微小時間
Tp:L(t)=(P(t)/h)・{1−exp(−Δt/T)}+L(t−Δt)・exp(−Δt/T)という漸化式で表される評価関数L(t)においてピークを与える時刻
tw(s):第2パルスレーザ光の時間軸波形の半値幅
上記の構成によっても、半導体結晶を良好に成長させることができるレーザ照射装置が得られる。
ρ (kg / m 3 ): density of the material to be heated C (J / kg · K): specific heat of the material to be heated k: extinction coefficient of the second pulse laser beam with respect to the material to be heated h (W / m 2 · K ): Heat transmittance in heat transfer from heated material to stage λ (m): wavelength of second pulse laser light Function P (t) (t: time): shape of time axis waveform of second pulse laser light Time constant T L : T L = (3.0 × 10 −3 ) · ρ · C · λ / (4π · k · h) × M: (M is a constant)
Δt: Arbitrary minute time Tp: L (t) = (P (t) / h) · {1−exp (−Δt / T L )} + L (t−Δt) · exp (−Δt / T L ) Time at which a peak is given in the evaluation function L (t) represented by the recurrence formula tw (s): half-value width of the time-axis waveform of the second pulse laser beam Even with the above configuration, the semiconductor crystal can be grown well. A laser irradiation apparatus that can be obtained is obtained.

また、ステージが1以上の固体材料(熱伝導率λi(W/m・K)、厚さdi(m)、i≧1)を含み、レーザ照射装置が1以上の固体材料に流体を接触させることによりステージを冷却する冷却機構をさらに備えていてもよい。この場合、被加熱材料から1以上の固体材料へ熱が移動し、かつ、1以上の固体材料から流体への熱伝達率がhw(W/m2・K)であれば、熱透過率h(W/m2・K)が、h=1/{Σ(di/λi)+(1/hw)}という式によって表されることが望ましい。これによれば、レーザ照射装置を効率的に冷却することができる。 The stage includes one or more solid materials (thermal conductivity λi (W / m · K), thickness di (m), i ≧ 1), and the laser irradiation apparatus brings the fluid into contact with the one or more solid materials. A cooling mechanism for cooling the stage may be further provided. In this case, if heat is transferred from the material to be heated to one or more solid materials and the heat transfer coefficient from one or more solid materials to the fluid is hw (W / m 2 · K), the heat transmittance h It is desirable that (W / m 2 · K) be expressed by an equation h = 1 / {Σ (di / λi) + (1 / hw)}. According to this, the laser irradiation apparatus can be efficiently cooled.

また、ステージが1以上の固体材料(熱伝導率λi(W/m・K)、厚さdi(m)、i≧1)を含み、レーザ照射装置が1以上の固体材料に水を接触させることによりステージを冷却する冷却機構をさらに備えていてもよい。この場合、被加熱材料から1以上の固体材料へ熱が移動し、かつ、1以上の固体材料の熱が水に伝達されるのであれば、熱透過率h(W/m2・K)が、h=1/{Σ(di/λi)}という式によって表されることが望ましい。これによれば、レーザ照射装置を効率的に冷却することができる。 In addition, the stage includes one or more solid materials (thermal conductivity λi (W / m · K), thickness di (m), i ≧ 1), and the laser irradiation apparatus makes water contact with the one or more solid materials. A cooling mechanism for cooling the stage may be further provided. In this case, if heat is transferred from the material to be heated to one or more solid materials and the heat of the one or more solid materials is transferred to water, the heat transmittance h (W / m 2 · K) is , H = 1 / {Σ (di / λi)}. According to this, the laser irradiation apparatus can be efficiently cooled.

また、第1パルスレーザ光は赤外線レーザであり、かつ、被加熱材料がシリコン原子を含む絶縁材料であってもよい。また、第2パルスレーザ光は炭酸ガスレーザであってもよい。また、被加熱材料に対する炭酸ガスレーザの消衰係数kが、4.6×10-2であってもよい。 Further, the first pulse laser beam may be an infrared laser, and the material to be heated may be an insulating material containing silicon atoms. The second pulse laser beam may be a carbon dioxide laser. The extinction coefficient k of the carbon dioxide laser with respect to the material to be heated may be 4.6 × 10 −2 .

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態のレーザ照射装置が説明される。
実施の形態のレーザ照射装置の設計においては、被照射物からの放熱および被照射物に照射する炭酸ガスレーザパルスの形状を考慮して、炭酸ガスレーザの照射タイミングとエキシマレーザ光の照射タイミングとの関係が決定されている。なお、本実施の形態においては、エキシマレーザ光のパルス形状およびパルス幅等は限定されず、いかなるものであってよい。
Hereinafter, a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In designing the laser irradiation apparatus according to the embodiment, the relationship between the irradiation timing of the carbon dioxide laser and the irradiation timing of the excimer laser light in consideration of the heat radiation from the irradiation object and the shape of the carbon dioxide laser pulse irradiated to the irradiation object. Has been determined. In the present embodiment, the pulse shape and pulse width of the excimer laser light are not limited and may be anything.

本実施の形態のレーザ照射装置は、炭酸ガスレーザを基板に照射して基板の温度を上昇させた後に、基板にエキシマレーザを照射することによって半導体膜を溶融再結晶化する場合において、効果的なエキシマレーザの照射タイミングを規定するものである。そのため、エキシマレーザが所定のタイミングで基板へ照射さえすれば、エキシマレーザのパルスの形状がいかなるものであっても、共通の作用が生じる。また、エキシマレーザのパルス幅は炭酸ガスレーザと比較して極めて小さいため(数十ns)、エキシマレーザのパルス幅の大きさの相違は、結晶長に大きな影響を与えることはない。そのため、エキシマレーザのパルス幅の相違を無視しても、エキシマレーザを基板へ照射するタイミングが所定のタイミングに規定されていれば、所望の効果を得ることが可能である。   The laser irradiation apparatus of this embodiment is effective in the case where a semiconductor film is melted and recrystallized by irradiating the substrate with an excimer laser after the substrate temperature is increased by irradiating the substrate with a carbon dioxide gas laser. Excimer laser irradiation timing is specified. Therefore, as long as the excimer laser irradiates the substrate at a predetermined timing, a common action occurs regardless of the pulse shape of the excimer laser. In addition, since the pulse width of the excimer laser is extremely small (several tens of ns) as compared with the carbon dioxide laser, the difference in the pulse width of the excimer laser does not significantly affect the crystal length. Therefore, even if the difference in the pulse width of the excimer laser is ignored, it is possible to obtain a desired effect if the timing of irradiating the substrate with the excimer laser is defined as a predetermined timing.

本実施の形態のレーザ照射装置によれば、半導体材料に吸収される波長を有する第1パルスレーザ(エキシマレーザ)が、被加熱材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2パルスレーザ光(炭酸ガスレーザ)のピークから所定の遅延時間だけ遅延して、被照射物に照射される。その結果、巨大結晶が得られる。具体的には、第1パルスレーザ光の一例のエキシマレーザが、第2パルスレーザ光の一例の炭酸ガスレーザのパルスのピークから所定時間だけずれたタイミングで、被照射物に照射される。   According to the laser irradiation apparatus of the present embodiment, the first pulse laser (excimer laser) having a wavelength that is absorbed by the semiconductor material has a wavelength that is absorbed by the material to be heated and the time axis waveform has a peak. The object to be irradiated is irradiated with a predetermined delay time from the peak of the second pulse laser beam (carbon dioxide laser) having the shape. As a result, giant crystals are obtained. Specifically, the object to be irradiated is irradiated with an excimer laser as an example of the first pulse laser beam at a timing shifted by a predetermined time from the peak of the pulse of the carbon dioxide laser as an example of the second pulse laser beam.

上記の所定時間は、炭酸ガスレーザによる加熱に起因した被照射物の温度上昇のみを考慮することのみよって決定され得ない。より具体的には、上記の所定時間の決定のためには、エキシマレーザが被照射物に照射されるときの被照射物の温度上昇と結晶成長との関係を考慮することが必要である。前述の所定時間を決定することは非常に困難なことであるが、本実施の形態のレーザ照射装置においては、前述の関係を考慮して、所定時間が設定されている。   The predetermined time cannot be determined only by considering only the temperature rise of the irradiated object due to heating by the carbon dioxide laser. More specifically, in order to determine the predetermined time, it is necessary to consider the relationship between the temperature increase of the irradiated object and the crystal growth when the irradiated object is irradiated with the excimer laser. Although it is very difficult to determine the predetermined time described above, in the laser irradiation apparatus of the present embodiment, the predetermined time is set in consideration of the above-described relationship.

したがって、本実施の形態のレーザ照射装置によれば、どのようなパルス波形の炭酸ガスレーザを用いても、また、どのようなステージを用いても、半導体薄膜の結晶成長に最も適したタイミングでエキシマレーザを半導体材料に照射することができる。そのため、結晶長を確実に大きくすることができる。   Therefore, according to the laser irradiation apparatus of the present embodiment, the excimer has the most suitable timing for crystal growth of a semiconductor thin film, regardless of the pulse waveform of the carbon dioxide laser or any stage. A semiconductor material can be irradiated with a laser. Therefore, the crystal length can be reliably increased.

次に、図1を用いて、本実施の形態のレーザ照射装置を説明する。
本実施の形態のレーザ照射装置10は、図1に示されるように、被照射物としての基板6を保持し得るステージ5を備えている。基板6は、半導体材料6aと被加熱材料6bとを含む。また、レーザ照射装置10は、第1レーザ照射機構1および第2レーザ照射機構2を備えている。
Next, the laser irradiation apparatus of this Embodiment is demonstrated using FIG.
As shown in FIG. 1, the laser irradiation apparatus 10 of the present embodiment includes a stage 5 that can hold a substrate 6 as an irradiation object. The substrate 6 includes a semiconductor material 6a and a heated material 6b. The laser irradiation apparatus 10 includes a first laser irradiation mechanism 1 and a second laser irradiation mechanism 2.

第1レーザ照射機構1は、基板6を構成する半導体材料6aに吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第1パルスレーザ光10を基板1に照射する。なお、本実施の形態においては、第1パルスレーザ光10は、エキシマレーザまたは赤外線レーザであるが、基板6を構成する半導体材料6aに吸収される波長を有するパルスレーザ光であれば、他のパルスレーザ光であってもよい。   The first laser irradiation mechanism 1 irradiates the substrate 1 with a first pulsed laser beam 10 having a wavelength that is absorbed by the semiconductor material 6 a constituting the substrate 6 and having a time-axis waveform having a peak. In the present embodiment, the first pulse laser beam 10 is an excimer laser or an infrared laser, but other pulse laser beams having a wavelength absorbed by the semiconductor material 6a constituting the substrate 6 may be used. Pulse laser light may be used.

第2レーザ照射機構2は、レーザ照射機本体2a、および、反射器2b,2c,2dを備えている。また、第2レーザ照射機構2は、基板6を構成する被加熱材料6bに吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2パルスレーザ光20を基板6に照射することができる。より具体的には、第2パルスレーザ光20は、レーザ照射機本体2aから発射される。その後、第2パルスレーザ光20は、反射器2b,2c,2dのそれぞれで反射される。さらに、第2パルスレーザ光20は、ステージ50上の基板6に照射される。なお、第2レーザパルス光20は、本実施の形態においては、炭酸ガスレーザであるが、基板6を構成する被加熱材料6bに吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなすパルスレーザ光であれば、他のパルスレーザ光であってもよい。   The second laser irradiation mechanism 2 includes a laser irradiator main body 2a and reflectors 2b, 2c, and 2d. Further, the second laser irradiation mechanism 2 irradiates the substrate 6 with the second pulsed laser light 20 having a wavelength that is absorbed by the heated material 6b constituting the substrate 6 and having a time axis waveform having a peak. can do. More specifically, the second pulse laser beam 20 is emitted from the laser irradiator body 2a. Thereafter, the second pulse laser beam 20 is reflected by each of the reflectors 2b, 2c, and 2d. Further, the second pulse laser beam 20 is irradiated on the substrate 6 on the stage 50. The second laser pulse light 20 is a carbon dioxide laser in the present embodiment, but has a wavelength that is absorbed by the material to be heated 6b constituting the substrate 6 and has a peak in its time axis waveform. Any other pulsed laser beam may be used as long as it is a pulsed laser beam.

また、本実施の形態においては、ステージ5、第1レーザ照射機構1および第2レーザ照射機構2は、制御装置7によって制御される。したがって、制御装置7は、第1レーザ照射機構1および第2レーザ照射機構2のそれぞれの照射タイミングを制御することができる。   In the present embodiment, the stage 5, the first laser irradiation mechanism 1, and the second laser irradiation mechanism 2 are controlled by the control device 7. Therefore, the control device 7 can control the irradiation timings of the first laser irradiation mechanism 1 and the second laser irradiation mechanism 2.

本実施の形態においては、制御装置7は、第1パルスレーザ光10のピークが、第2パルスレーザ光が被加熱材料6bに照射されている間において、Tp−0.15tw≦te≦Tp+0.15twという条件を満たす時刻teにおいて、基板6に照射されるように、第1レーザ照射機構1および第2レーザ照射機構2を制御する。   In the present embodiment, the control device 7 determines that the peak of the first pulse laser beam 10 is Tp−0.15tw ≦ te ≦ Tp + 0.00 while the second pulse laser beam is irradiated on the material to be heated 6b. The first laser irradiation mechanism 1 and the second laser irradiation mechanism 2 are controlled so that the substrate 6 is irradiated at time te that satisfies the condition of 15 tw.

ここで、Tpは、任意の微小時間がΔtであるときに、L(t)=(P(t)/h)・{1−exp(−Δt/T)}+L(t−Δt)・exp(−Δt/T)という漸化式で表される評価関数L(t)において、ピークを与える時刻である。第2パルスレーザ光20の時間軸波形の半値幅がtwである。時間Tは、T=(3.0×10-3)・ρ・C・λ/(4π・k・h)×Mという式によって表わされる。 Here, Tp is L (t) = (P (t) / h) · {1−exp (−Δt / T L )} + L (t−Δt) · when an arbitrary minute time is Δt. In the evaluation function L (t) represented by the recurrence formula exp (−Δt / T L ), this is a time when a peak is given. The half width of the time axis waveform of the second pulse laser beam 20 is tw. The time T L is expressed by an expression of T L = (3.0 × 10 −3 ) · ρ · C · λ / (4π · k · h) × M.

また、前述の式において用いられているパラメータは、次のようなものである。
ρ(kg/m3)は、被加熱材料6bの密度である。C(J/kg・K)は、被加熱材料6bの比熱である。kは、被加熱材料6bに対する第2パルスレーザ光20の消衰係数である。h(W/m2・K)は、被加熱材料6bからステージ5への熱移動における熱透過率である。λ(m)は、第2パルスレーザ光20の波長である。関数P(t)(t:時間)は、第2パルスレーザ光20の時間軸波形を表現するためのものである。なお、本実施の形態においては、被加熱材料6bに対する炭酸ガスレーザの消衰係数kが、4.6×10-2であるものとする。
Further, the parameters used in the above formula are as follows.
ρ (kg / m 3 ) is the density of the material to be heated 6b. C (J / kg · K) is the specific heat of the heated material 6b. k is an extinction coefficient of the second pulse laser beam 20 with respect to the material 6b to be heated. h (W / m 2 · K) is a heat transmittance in heat transfer from the heated material 6 b to the stage 5. λ (m) is the wavelength of the second pulse laser beam 20. The function P (t) (t: time) is for expressing the time axis waveform of the second pulse laser beam 20. In the present embodiment, it is assumed that the extinction coefficient k of the carbon dioxide laser with respect to the material to be heated 6b is 4.6 × 10 −2 .

また、ステージ5が1以上の固体材料(熱伝導率λi(W/m・K)、厚さdi(m)、i≧1)5i(i=1,2,3,・・・,n)を含んでおり、レーザ照射装置10は1以上の固体材料5iに流体1000を接触させることによりステージを冷却する冷却機構100をさらに備えていてもよい。この場合、被加熱材料から1以上の固体材料へ熱が移動し、かつ、1以上の固体材料5iから流体への熱伝達率がhwである場合には、熱透過率h(W/m2・K)は、h=1/{Σ(di/λi)+(1/hw)}という式によって表される。 Further, the stage 5 has a solid material (thermal conductivity λi (W / m · K), thickness di (m), i ≧ 1) 5i (i = 1, 2, 3,..., N) having one or more. The laser irradiation apparatus 10 may further include a cooling mechanism 100 that cools the stage by bringing the fluid 1000 into contact with one or more solid materials 5i. In this case, when heat is transferred from the material to be heated to one or more solid materials and the heat transfer coefficient from one or more solid materials 5i to the fluid is hw, the heat transmittance h (W / m 2). K) is represented by the equation h = 1 / {Σ (di / λi) + (1 / hw)}.

また、冷却機構100が1以上の固体材料5iに水を接触させる場合には、被加熱材料6bから1以上の固体材料5iへ熱が移動し、かつ、1以上の固体材料5iの熱が水に伝達される場合に、熱透過率h(W/m2・K)は、h=1/{Σ(di/λi)}という式によって表される。 When the cooling mechanism 100 brings water into contact with one or more solid materials 5i, heat is transferred from the heated material 6b to the one or more solid materials 5i, and the heat of the one or more solid materials 5i is water. , The heat transmittance h (W / m 2 · K) is expressed by the equation h = 1 / {Σ (di / λi)}.

まず、前述のような条件式の決定においては、基板1からステージ5への熱移動の系のモデルが考慮された。それにより、エキシマレーザの照射タイミングが定量的に決定された。   First, in determining the conditional expression as described above, a model of a heat transfer system from the substrate 1 to the stage 5 was considered. Thereby, the irradiation timing of the excimer laser was quantitatively determined.

上記の条件式の算出のために、炭酸ガスレーザの照射による被加熱材料6bの温度上昇モデルは、次のように規定された(図2参照)。   In order to calculate the above conditional expression, the temperature increase model of the heated material 6b by the irradiation of the carbon dioxide laser was defined as follows (see FIG. 2).

P(W/m2):炭酸ガスレーザの被加熱材料6bに対する吸収パワー密度
ρ(kg/m3):被加熱材料6bの密度
C(J/kg・K):被加熱材料6bの比熱
da(m):被加熱材料6bの被加熱領域の深さ
θ(K):被加熱材料における被加熱領域の温度とθeとの温度差
θe(K):熱が基板6から流体1000へ伝達された後の流体100の温度
h(W/m2・K):被加熱領域から流体1000までの熱移動における熱透過率
dt:微小時間
前述のモデルを具現化した構成が図3に示されている。
P (W / m 2 ): Absorption power density of carbon dioxide laser with respect to heated material 6b ρ (kg / m 3 ): Density of heated material 6b C (J / kg · K): Specific heat of heated material 6b da ( m): Depth of heated area of heated material 6b θ (K): Temperature difference between heated area of heated material and θe θe (K): Heat is transferred from substrate 6 to fluid 1000 Temperature h of the subsequent fluid 100 h (W / m 2 · K): Heat transmittance in heat transfer from the heated region to the fluid 1000 dt: Minute time A configuration embodying the above model is shown in FIG. .

このモデルにおいては、前述のような構成に対して被加熱材料にパワー密度Pの炭酸ガスレーザを照射するものとする。それによって、被加熱材料を加熱し、その温度を上昇させるものとする。その後、被加熱材料から外部へ熱を伝達によって放出させるものとする。   In this model, it is assumed that the material to be heated is irradiated with a carbon dioxide laser having a power density P in the configuration as described above. Thereby, the material to be heated is heated and its temperature is increased. Thereafter, heat is released from the material to be heated to the outside by transmission.

実際に炭酸ガスレーザを被加熱材料へ照射した場合、図2におけるz方向に所定の温度分布が生じることになる。しかしながら、このモデルにおいては、パワー密度Pの炭酸ガスレーザのエネルギが被加熱材料に均一に与えられものとする。そのため、主表面から所定の深さdaまでの領域のみに炭酸ガスレーザが吸収されるものとする。その結果、その領域は均一温度になる。ここで、加熱深さdaは、照射されるレーザが1/eまで減衰する深さ(=吸収深さ)と定義した。   When the material to be heated is actually irradiated with a carbon dioxide laser, a predetermined temperature distribution is generated in the z direction in FIG. However, in this model, it is assumed that the energy of the carbon dioxide laser having the power density P is uniformly applied to the material to be heated. Therefore, it is assumed that the carbon dioxide laser is absorbed only in a region from the main surface to a predetermined depth da. As a result, the region has a uniform temperature. Here, the heating depth da was defined as the depth at which the irradiated laser attenuates to 1 / e (= absorption depth).

すなわち、パワー密度Pの炭酸ガスレーザが、主表面から深さdaまでの部分に一様に吸収され、それにより、その部分の温度が所定温度(雰囲気温度との温度差θ)まで上昇した後、熱が外部へ放出されるというモデルが想定された。   That is, after the carbon dioxide laser of power density P is uniformly absorbed in the portion from the main surface to the depth da, the temperature of that portion rises to a predetermined temperature (temperature difference θ from the ambient temperature), A model was assumed in which heat was released to the outside.

以上のモデルに基づくと、熱収支は以下の式で記述される。
P(t)dt=ρ・C・da・dθ+h・θdt
この微分方程式を解くことにより、次の式(a)が得られる。(初期条件としてt=0でθ=θ0とした)
θ(t)=(θ0−P/h)exp(−ht/ρ・C・da)+P/h
=(P(t)/h){1−exp(−t/T)}+θ0・exp(−t/T)・・・式(a)
時定数 T=ρ・C・da/h ・・・式(b)
微小時間Δtが経過した後に、θがΔθだけ変化するものとして、これを式(a)に適用することにより、近似的な差分式として、次の式(1)が得られる。
Based on the above model, the heat balance is described by the following equation.
P (t) dt = ρ · C · da · dθ + h · θdt
By solving this differential equation, the following equation (a) is obtained. (As initial conditions, t = 0 and θ = θ0)
θ (t) = (θ0−P / h) exp (−ht / ρ · C · da) + P / h
= (P (t) / h) {1−exp (−t / T)} + θ0 · exp (−t / T) Expression (a)
Time constant T = ρ · C · da / h Equation (b)
Assuming that θ changes by Δθ after the minute time Δt has elapsed, applying this to equation (a) yields the following equation (1) as an approximate difference equation.

θ(t)=(P(t)/h){1−exp(−Δt/T)}+θ(t−Δt)・exp(−Δt/T) ・・・(1)式
本来の差分式を記述した場合、dθ/dt={θ(t)−θ(t−Δt)}/Δtのような差分近似が実行され、その結果、θ(t)={ρ・C・da・θ(t−Δt)+P・Δt}/(ρ・C・da+h) ・・・(2)
が得られる。しかしながら、本実施の形態においては、近似式として、式(1)が用いられている。
θ (t) = (P (t) / h) {1−exp (−Δt / T)} + θ (t−Δt) · exp (−Δt / T) (1) Equation When described, a difference approximation such as dθ / dt = {θ (t) −θ (t−Δt)} / Δt is executed, and as a result, θ (t) = {ρ · C · da · θ (t -Δt) + P · Δt} / (ρ · C · da + h) (2)
Is obtained. However, in the present embodiment, Expression (1) is used as an approximate expression.

また、前述の時定数の式(b)のhの決定のために、図3に示されるように、熱が被加熱材料6bの被加熱領域の深さdaの位置からステージ5まで熱透過率hで移動する1次元の熱伝導モデルが用いられる。   Further, in order to determine h in the above-described time constant equation (b), as shown in FIG. 3, heat is transmitted from the position of the heated region depth da of the heated material 6 b to the stage 5. A one-dimensional heat conduction model moving with h is used.

1次元の熱伝導モデルにおいては、次の規定が用いられる。
λ1(W/m・K):被加熱材料の熱伝導率
d1(m):被加熱材料6bの厚さ
λ2(W/m・K):ステージ5の熱伝導率
d2(m):ステージ5の厚さ
hw(W/m2・K):ステージ5から流体1000までの熱移動における熱伝達率
このとき、熱透過率h(W/m2・K)は、da≪d1であれば、
h≒1/{(d1/λ1)+(d2/λ2)+(1/hw)}・・・(3)
という式によって表される。
The following rules are used in the one-dimensional heat conduction model.
λ1 (W / m · K): Thermal conductivity of heated material d1 (m): Thickness of heated material 6b λ2 (W / m · K): Thermal conductivity of stage 5 d2 (m): Stage 5 Thickness hw (W / m 2 · K): heat transfer coefficient in heat transfer from the stage 5 to the fluid 1000 At this time, if the heat transmittance h (W / m 2 · K) is da << d1,
h≈1 / {(d1 / λ1) + (d2 / λ2) + (1 / hw)} (3)
It is expressed by the formula.

前述の事項から、n層の積層構造における1次元の熱伝導モデルは、上述のように、h=1/{Σ(di/λi)+(1/hw)}という式によって表されることが理解される。   From the foregoing, the one-dimensional heat conduction model in the n-layer stacked structure can be expressed by the formula h = 1 / {Σ (di / λi) + (1 / hw)} as described above. Understood.

前述のモデルでは、被加熱領域の深さdaは、吸収深さと定義される。
吸収深さdaは、一般に、da=1/α=λ/(4π×k)・・・(4)
と表わされる。
In the aforementioned model, the depth da of the heated region is defined as the absorption depth.
Absorption depth da is generally da = 1 / α = λ / (4π × k) (4)
It is expressed as

ここで、α:吸収係数(m-1)、λ:入射レーザの波長(m)、k:消衰係数
エキシマレーザの照射タイミングと結晶成長との関係式は、次のように決定される。
Here, α: absorption coefficient (m −1 ), λ: incident laser wavelength (m), k: extinction coefficient A relational expression between excimer laser irradiation timing and crystal growth is determined as follows.

本実施の形態においては、炭酸ガスレーザを基板6に照射することによって、式(1)によって示されるように温度が上昇している半導体薄膜に対して、エキシマレーザを照射する。これにより、半導体薄膜が、溶融し、結晶化する。   In this embodiment, the substrate 6 is irradiated with a carbon dioxide gas laser to irradiate the excimer laser onto the semiconductor thin film whose temperature is rising as shown by the equation (1). As a result, the semiconductor thin film melts and crystallizes.

この方法によれば、エキシマレーザ10が照射されるときには、図4に示されるように半導体薄膜の温度は炭酸ガスレーザ20の照射によって既に高くなっている。そのため、半導体薄膜が、エキシマレーザ10の照射の終了後に、溶融状態から凝固状態まで変化するために要する時間が長くなる。その結果、結晶成長のための時間を長くすることが可能になる。したがって、結晶長を大きくすることができる。   According to this method, when the excimer laser 10 is irradiated, the temperature of the semiconductor thin film is already increased by the irradiation of the carbon dioxide laser 20 as shown in FIG. Therefore, the time required for the semiconductor thin film to change from the molten state to the solidified state after the irradiation of the excimer laser 10 is increased. As a result, it is possible to lengthen the time for crystal growth. Therefore, the crystal length can be increased.

エキシマレーザを照射するタイミングteと式(1)によって特定される温度のピークのタイミングtpeakが一致すれば、半導体材料6aの結晶長が最大になるわけではない。これは、炭酸ガスレーザを照射していることによる除冷効果があるためで、温度のピークのタイミングtpeakよりも前のタイミングでエキシマレーザを基板へ照射することが望ましい。   If the timing te at which the excimer laser is irradiated matches the timing tpeak of the temperature peak specified by the equation (1), the crystal length of the semiconductor material 6a is not maximized. This is because there is a cooling effect by irradiating the carbon dioxide laser, and it is desirable to irradiate the substrate with the excimer laser at a timing before the temperature peak timing tpeak.

前述の点を鑑みた上で、本願の発明者らは、様々なタイミングでエキシマレーザを照射し、結晶長を測定する実験を行った。この実験結果から、結晶長と照射タイミングの関係を示すグラフが作成された。それによれば、実験結果から作成された結晶長と照射タイミングとの関係を示すグラフは、θ(t)の式によって特定される結晶長と照射タイミングとの関係を示すグラフとほぼ同様の形状である、ということが分かった。したがって、実験結果から作成された結晶長と照射タイミングとの関係を示す式は、θ(t)の式と同様の式で表わされ、時定数Tのみが、θ(t)の式と異なっている。   In view of the foregoing, the inventors of the present application conducted an experiment in which an excimer laser was irradiated at various timings to measure the crystal length. From this experimental result, a graph showing the relationship between crystal length and irradiation timing was created. According to this, the graph showing the relationship between the crystal length and the irradiation timing created from the experimental results is almost the same shape as the graph showing the relationship between the crystal length and the irradiation timing specified by the equation of θ (t). I knew that there was. Therefore, the formula showing the relationship between the crystal length and the irradiation timing created from the experimental results is expressed by the same formula as the formula of θ (t), and only the time constant T is different from the formula of θ (t). ing.

したがって、時定数をTとし、Mを定数とすれば、T=T×Mという関係が成立し、上記結晶長と照射タイミングを示す関係式は、
L(t)=P(t)/h・(1−exp(−Δt/T))+L(t−Δt)・
exp(−Δt/T)・・・(5)
と表される。
Therefore, if the time constant is T L and M is a constant, the relationship T L = T × M is established, and the relational expression indicating the crystal length and irradiation timing is as follows:
L (t) = P (t) / h · (1−exp (−Δt / T L )) + L (t−Δt) ·
exp (−Δt / T L ) (5)
It is expressed.

=T×M
=(ρ・C・da)/h×M
=(ρ・C・λ)/(4π・k・h)×M ・・・(6)式
L(t):時刻tにおいてエキシマレーザを照射したときの結晶長
P(t):炭酸ガスレーザの被加熱材料6bに対する吸収パワー密度
上記の式(5)および(6)の妥当性が実験によって確認された。
T L = T × M
= (Ρ · C · da) / h × M
= (Ρ · C · λ) / (4π · k · h) × M (6) Equation L (t): Crystal length when irradiated with excimer laser at time t P (t): of carbon dioxide laser Absorption power density for heated material 6b The validity of the above equations (5) and (6) was confirmed by experiments.

この実験においては、図5に示されるように、被加熱材料6bは、シリコン、シリコン絶縁膜およびガラス基板の一体構造であると見なした。   In this experiment, as shown in FIG. 5, the heated material 6b was regarded as an integral structure of silicon, a silicon insulating film, and a glass substrate.

炭酸ガスレーザ光のパルス幅が600μsであるときのパルス波形が図6に示されている。エキシマレーザ光の照射タイミングを変更しながら結晶長を測定する実験が行われた。得られた結晶長が図7にプロットされている。前述の式(5)式が、図7の実験結果により得られた結晶長分布を満たすように、定数Mの値が決定される。   FIG. 6 shows a pulse waveform when the pulse width of the carbon dioxide laser beam is 600 μs. An experiment was conducted to measure the crystal length while changing the irradiation timing of the excimer laser beam. The resulting crystal length is plotted in FIG. The value of the constant M is determined so that the above equation (5) satisfies the crystal length distribution obtained from the experimental results of FIG.

ここで、ガラスの密度ρ=2510(kg/m3)、ガラスの比熱C=837(J/kg・K)であり、熱透過率h=580(W/m2・K)であり、炭酸ガスレーザの波長λ=10.6(μm)であり、ガラスに対する炭酸ガスレーザの消衰係数k=4.6×10-2である。これらの値が式(5)に代入され、それにより、M=3.0×10-3が得られた。なお、このとき、T=200μsである。 Here, the density of the glass is ρ = 2510 (kg / m 3 ), the specific heat of the glass is C = 837 (J / kg · K), the heat transmittance is h = 580 (W / m 2 · K), The wavelength of the gas laser is λ = 10.6 (μm), and the extinction coefficient k of the carbon dioxide gas laser with respect to glass is 4.6 × 10 −2 . These values were substituted into equation (5), resulting in M = 3.0 × 10 −3 . At this time, T L = 200 μs.

このMの値の妥当性が、透過率hおよび炭酸ガスレーザ光のパルス幅を変更しながら、複数回半導体材料の結晶長を測定する実験によって確認された。   The validity of the value of M was confirmed by an experiment in which the crystal length of the semiconductor material was measured a plurality of times while changing the transmittance h and the pulse width of the carbon dioxide laser beam.

図8には、炭酸ガスレーザのパルス幅を150μsとした場合のパルス波形が示されている。   FIG. 8 shows a pulse waveform when the pulse width of the carbon dioxide laser is 150 μs.

上記と同様に、エキシマレーザ光の照射タイミングを変更しながら、複数回半導体材料の結晶長を測定する実験が行われた。   Similarly to the above, an experiment was conducted in which the crystal length of the semiconductor material was measured a plurality of times while changing the irradiation timing of the excimer laser light.

図9には、実験によって測定された値と式(5)式を用いて算出された値とが示されている。   FIG. 9 shows values measured by experiments and values calculated using Equation (5).

次に、チャックの厚さ、すなわち熱透過率hを変更した場合の影響を説明する。
熱透過率hは、チャックの厚さ、すなわち、ステージの厚さを変更することにより、変更される。炭酸ガスレーザのパルス幅を600μsおよび150μsとして、前述と同様に、異なる照射タイミングでエキシマレーザを被照射物に照射し、それぞれの照射タイミングでの半導体材料の結晶長が測定された。
Next, the influence when the thickness of the chuck, that is, the heat transmittance h is changed will be described.
The heat transmittance h is changed by changing the thickness of the chuck, that is, the thickness of the stage. With the pulse width of the carbon dioxide gas laser set to 600 μs and 150 μs, the excimer laser was irradiated to the irradiated object at different irradiation timings as described above, and the crystal length of the semiconductor material at each irradiation timing was measured.

パルス幅が600μsであるときの実験によって測定された値と式(5)式を用いて算出された値とが図10にプロットされている。また、パルス幅が150μsであるときの式(5)の計算結果と結晶長の実験によって測定された値と式(5)式を用いて算出された値とが図11にプロットされている。   The values measured by the experiment when the pulse width is 600 μs and the values calculated using the equation (5) are plotted in FIG. Moreover, the calculation result of Formula (5) when the pulse width is 150 μs, the value measured by the experiment of the crystal length, and the value calculated by using Formula (5) are plotted in FIG.

図10および図11から、実験結果と式(5)による計算結果とがほぼ一致しており、式(5)による計算結果の妥当性が確認され得る。   From FIG. 10 and FIG. 11, the experimental result and the calculation result by Formula (5) are substantially in agreement, and the validity of the calculation result by Formula (5) can be confirmed.

なお、理論的には、炭酸ガスレーザのパルス波形データから、式(5)を用いて半導体の結晶長の評価関数であるL(t)を作成し、L(t)がピーク値になる(=結晶長が最大となる)時刻において、エキシマレーザを基板へ照射することが最適であると考えられる。つまり、炭酸ガスレーザのパルス波形から、L(t)を作成して、L(t)が最大となる時刻t(=Tp)のタイミングでエキシマレーザを基板へ照射することが最も望ましい。ただし、本実施形態では、実用上の観点から、L(t)のピーク値を中心として、所定の幅を有する範囲においてエキシマレーザ光の照射タイミングが規定される。具体的には、炭酸ガスレーザの波形を考慮した上で、Tp−0.15tw≦te≦Tp+0.15twという条件が成立する照射タイミングteでエキシマレーザを基板へ照射すればよい。前述の条件が成立する照射タイミングでエキシマレーザを基板へ照射すれば、L(t)ピーク値の90%以上の結晶長が得られることが実験により確認されている。   Theoretically, L (t), which is an evaluation function of the semiconductor crystal length, is created from the pulse waveform data of the carbon dioxide laser using Equation (5), and L (t) has a peak value (= It is considered optimal to irradiate the substrate with an excimer laser at the time when the crystal length is maximum. In other words, it is most desirable to create L (t) from the pulse waveform of the carbon dioxide laser and irradiate the substrate with the excimer laser at time t (= Tp) at which L (t) is maximum. However, in the present embodiment, from the viewpoint of practical use, the irradiation timing of the excimer laser light is defined in a range having a predetermined width around the peak value of L (t). Specifically, the excimer laser may be irradiated to the substrate at the irradiation timing te that satisfies the condition of Tp−0.15tw ≦ te ≦ Tp + 0.15tw in consideration of the waveform of the carbon dioxide laser. Experiments have confirmed that a crystal length of 90% or more of the L (t) peak value can be obtained by irradiating the substrate with an excimer laser at the irradiation timing when the above-described conditions are satisfied.

しかしながら、パルス波形に応じて、その都度、L(t)を作成し、照射タイミングを決定するという方法によれば、L(t)の作成のために手間がかかるため、その方法は、必ずしも、実用的な使用に適しているとは言えない。よって、実用的な方法として、炭酸ガスレーザのパルス波形を基準として、エキシマレーザの照射タイミングを規定する、別の実施形態を以下に説明する。   However, according to the method of creating L (t) each time according to the pulse waveform and determining the irradiation timing, it takes time to create L (t). It cannot be said that it is suitable for practical use. Therefore, as a practical method, another embodiment for defining the irradiation timing of the excimer laser on the basis of the pulse waveform of the carbon dioxide laser will be described below.

この実施形態においては、レーザ照射装置の全体構成は、前述の実施形態と同様である。本実施の形態においては、制御装置7は、第1パルスレーザ光10のピークが、第2パルスレーザ光が被加熱材料6bに照射されている間において、T−0.15tw≦td≦T+0.3twによって規定される遅延時間tdだけ、第2パルスレーザ光20のピークから遅延して、基板6に照射されるように、第1レーザ照射機構1および第2レーザ照射機構2を制御する。その結果、前述された実施形態と同様に、巨大結晶を成長させるという発明の目的を達成することが可能となる。   In this embodiment, the overall configuration of the laser irradiation apparatus is the same as that of the above-described embodiment. In the present embodiment, the control device 7 determines that the peak of the first pulsed laser beam 10 is T−0.15tw ≦ td ≦ T + 0.W while the second pulsed laser beam is irradiated on the material to be heated 6b. The first laser irradiation mechanism 1 and the second laser irradiation mechanism 2 are controlled so that the substrate 6 is irradiated with a delay from the peak of the second pulse laser beam 20 by a delay time td defined by 3tw. As a result, it is possible to achieve the object of the invention of growing a giant crystal as in the above-described embodiment.

前述の条件式においては、ρ(kg/m3)は、被加熱材料の密度である。C(J/kg・K)は、被加熱材料の比熱である。kは、被加熱材料に対する第2パルスレーザ光20の消衰係数である。h(W/m2・K)は、被加熱材料からステージ5への熱移動における熱透過率である。λ(m)は、第2パルスレーザ光20の波長である。twは、第2パルスレーザ光20の時間軸波形の半値幅である。 In the above conditional expression, ρ (kg / m 3 ) is the density of the material to be heated. C (J / kg · K) is the specific heat of the material to be heated. k is an extinction coefficient of the second pulse laser beam 20 with respect to the material to be heated. h (W / m 2 · K) is a heat transmittance in heat transfer from the material to be heated to the stage 5. λ (m) is the wavelength of the second pulse laser beam 20. tw is the half width of the time axis waveform of the second pulse laser beam 20.

なお、実際の炭酸ガスレーザのパルス波形は、完全な矩形ではなく、パルス幅に応じて様々な形状である。具体的には、実際の炭酸ガスレーザ光のパルス波形は、パルス幅が600μsである場合には、図6に示されるような半値幅twの中心よりも前のタイミングに強度のピークを有する波形であり、パルス幅が150μsである場合には、図8に示されるような、半値幅twの中心よりも後ろに強度のピークを有する波形である。   Note that the actual pulse waveform of the carbon dioxide laser is not a perfect rectangle, but has various shapes depending on the pulse width. Specifically, the pulse waveform of the actual carbon dioxide laser beam is a waveform having an intensity peak at a timing before the center of the half-value width tw as shown in FIG. 6 when the pulse width is 600 μs. If the pulse width is 150 μs, the waveform has an intensity peak behind the center of the half-value width tw as shown in FIG.

したがって、時間軸波形のピーク時刻tpkが、時間軸波形の半値幅twにおける中心の時刻tcよりも後であるか、または前であるかによって、エキシマレーザ光の照射タイミングを異ならせることが必要になる。   Therefore, it is necessary to vary the irradiation timing of the excimer laser light depending on whether the peak time tpk of the time axis waveform is after or before the central time tc in the half width tw of the time axis waveform. Become.

より具体的には、時間軸波形の半値幅twにおける中心の時刻がtcであり、時間軸波形のピーク時刻が、tpkであると仮定される。   More specifically, it is assumed that the center time in the half width tw of the time axis waveform is tc and the peak time of the time axis waveform is tpk.

制御装置7は、tpk≧tcである場合には、第1パルスレーザ光10のピークが、第2パルスレーザ光が被加熱材料6bに照射されている間において、0≦td≦0.3twという条件を満たす遅延時間tdだけ、第2パルスレーザ光20のピークから遅延して、基板6に照射されるように、第1レーザ照射機構1および第2レーザ光照射機構2を制御する。   In the case where tpk ≧ tc, the control device 7 satisfies the condition that 0 ≦ td ≦ 0.3 tw when the peak of the first pulse laser beam 10 is applied to the material to be heated 6 b with the second pulse laser beam. The first laser irradiation mechanism 1 and the second laser light irradiation mechanism 2 are controlled so that the substrate 6 is irradiated with a delay time td that satisfies the condition, delayed from the peak of the second pulse laser light 20.

一方、制御装置7は、tpk≦tcである場合には、第1パルスレーザ光10のピークが、第2パルスレーザ光が被加熱材料6bに照射されている間において、T−0.15tw≦td≦T+0.15twという条件を満たす遅延時間tdだけ、第2パルスレーザ光20のピークから遅延して、基板6に照射されるように、第1レーザ照射機構10および第2レーザ照射機構20を制御する。   On the other hand, when tpk ≦ tc, the control device 7 indicates that the peak of the first pulse laser beam 10 is T−0.15 tw ≦ W while the second pulse laser beam is irradiated on the material 6b to be heated. The first laser irradiation mechanism 10 and the second laser irradiation mechanism 20 are set so that the substrate 6 is irradiated with a delay time td that satisfies the condition of td ≦ T + 0.15tw, delayed from the peak of the second pulse laser light 20. Control.

本実施の形態のレーザ照射装置においては、図12に示されるように、まず、ステップ1において、前述のρ、C、k、h、λ、およびtwなどのパラメータが制御装置7に入力される。次に、ステップ2およびステップ3において、制御装置7は、ROM(Read Only Memory)などの記憶領域に内蔵された前述の式を用いて、Tおよびtdを算出する。その後、ユーザがレーザ照射装置10の駆動スイッチを押すと、ステップ4において、制御装置7は、第2レーザ照射機構2に第2パルスレーザ光20を基板6に照射させる。また、ステップ4において、制御装置7は、第2レーザ照射機構2が第2パルスレーザ光を基板6に照射してから遅延時間tdだけ経過した時点で、第1レーザ照射機構1に第1パルスレーザ光を基板6に照射させる。   In the laser irradiation apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 12, first, in step 1, the parameters such as ρ, C, k, h, λ, and tw described above are input to the control device 7. . Next, in step 2 and step 3, the control device 7 calculates T and td using the above-described formulas built in a storage area such as a ROM (Read Only Memory). Thereafter, when the user presses the drive switch of the laser irradiation device 10, the control device 7 causes the second laser irradiation mechanism 2 to irradiate the substrate 6 with the second pulse laser light 20 in Step 4. In step 4, the control device 7 sends the first pulse to the first laser irradiation mechanism 1 when the delay time td has elapsed since the second laser irradiation mechanism 2 irradiated the substrate 6 with the second pulse laser light. The substrate 6 is irradiated with laser light.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

実施の形態のレーザ照射装置の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the laser irradiation apparatus of embodiment. 式の算出のために用いられる図である。It is a figure used for calculation of a formula. 熱透過率を算出するための計算の説明に使用される図である。It is a figure used for description of calculation for calculating heat transmittance. レーザのパルス波形、被加熱材料の温度、および半導体材料の結晶長の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the pulse waveform of a laser, the temperature of a to-be-heated material, and the crystal length of a semiconductor material. 基板とステージとの具体的構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the specific structure of a board | substrate and a stage. パルス幅が600μsの炭酸ガスレーザの波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of a carbon dioxide laser with a pulse width of 600 μs. パルス幅が600μsの炭酸ガスレーザが基板に照射される場合の、計算式によって算出された結晶長と実験において測定された結晶長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the crystal length calculated by the formula, and the crystal length measured in experiment, when a carbon dioxide gas laser with a pulse width of 600 μs is irradiated onto the substrate. パルス幅が150μsの炭酸ガスレーザの波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the waveform of a carbon dioxide laser with a pulse width of 150 μs. パルス幅が150μsの炭酸ガスレーザが基板に照射される場合の、計算式によって算出された結晶長と実験において測定された結晶長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the crystal length calculated by the formula, and the crystal length measured in experiment, when a carbon dioxide gas laser with a pulse width of 150 μs is irradiated onto the substrate. 図7の結果を得るための実験におけるチャック条件とは異なるチャック条件で、パルス幅が600μsの炭酸ガスレーザが基板に照射される場合の、計算式によって算出された結晶長と実験において測定された結晶長との関係を示す図である。The crystal length calculated by the formula and the crystal measured in the experiment when the substrate is irradiated with a carbon dioxide gas laser having a pulse width of 600 μs under the chuck condition different from the chuck condition in the experiment for obtaining the result of FIG. It is a figure which shows the relationship with length. 図9の結果を得るための実験におけるチャック条件とは異なるチャック条件で、パルス幅が150μsの炭酸ガスレーザが基板に照射される場合の、計算式によって算出された結晶長と実験において測定された結晶長との関係を示す図である。The crystal length calculated by the calculation formula and the crystal measured in the experiment when the substrate is irradiated with a carbon dioxide gas laser having a pulse width of 150 μs under the chuck condition different from the chuck condition in the experiment for obtaining the result of FIG. It is a figure which shows the relationship with length. レーザ照射装置の制御装置が行う制御のフローチャートである。It is a flowchart of the control which the control apparatus of a laser irradiation apparatus performs.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1レーザ照射機構、2 第2レーザ照射機構、2a レーザ照射機構本体、2b,2c,2d 反射器、5 ステージ、6 基板、7 制御装置、10 第2パルスレーザ光、20 第2パルスレーザ光、100 冷却機構、1000 流体。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st laser irradiation mechanism, 2nd 2nd laser irradiation mechanism, 2a Laser irradiation mechanism main body, 2b, 2c, 2d reflector, 5 stage, 6 substrate, 7 control apparatus, 10 2nd pulse laser beam, 20 2nd pulse laser Light, 100 cooling mechanism, 1000 fluid.

Claims (9)

半導体材料と被加熱材料とを含む被照射物を保持し得るステージと、
前記半導体材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第1パルスレーザ光を前記被照射物に照射し得る第1レーザ照射機構と、
前記被加熱材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2パルスレーザ光を前記被照射物に照射し得る第2レーザ照射機構と、
前記第1レーザ照射機構および前記第2レーザ照射機構を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記被加熱材料の密度が、ρ(kg/m3)であり、
前記被加熱材料の比熱が、C(J/kg・K)であり、
前記被加熱材料に対する前記第2パルスレーザ光の消衰係数が、kであり、
前記被加熱材料から前記ステージへの熱移動における熱透過率が、h(W/m2・K)であり、
前記第2パルスレーザ光の波長が、λ(m)であり、
前記第2パルスレーザ光の時間軸波形の半値幅が、twであり、
T=(3.0×10-3)・ρ・C・λ/(4π・k・h)である場合に、
前記第1パルスレーザ光のピークが、前記第2パルスレーザ光が前記被加熱材料に照射されている間において、T−0.15tw≦td≦T+0.3twという条件を満たす遅延時間tdだけ、前記第2パルスレーザ光のピークから遅延して、前記被照射物に照射されるように、
前記第1レーザ照射機構および前記第2レーザ照射機構を制御する、レーザ照射装置。
A stage capable of holding an irradiated object including a semiconductor material and a heated material;
A first laser irradiation mechanism capable of irradiating the irradiated object with a first pulse laser beam having a shape that has a wavelength absorbed by the semiconductor material and has a peak in the time axis waveform;
A second laser irradiation mechanism capable of irradiating the irradiated object with a second pulsed laser light having a wavelength that is absorbed by the material to be heated and having a peak in the time axis waveform;
A control device for controlling the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism;
The controller is
The density of the heated material is ρ (kg / m 3 ),
The specific heat of the material to be heated is C (J / kg · K),
The extinction coefficient of the second pulse laser beam with respect to the material to be heated is k,
The heat transmittance in heat transfer from the heated material to the stage is h (W / m 2 · K),
The wavelength of the second pulse laser beam is λ (m),
The half width of the time-axis waveform of the second pulse laser beam is tw.
When T = (3.0 × 10 −3 ) · ρ · C · λ / (4π · k · h),
The peak of the first pulse laser beam is the delay time td that satisfies the condition of T−0.15tw ≦ td ≦ T + 0.3tw while the second pulse laser beam is irradiated on the material to be heated. In order to irradiate the irradiated object with a delay from the peak of the second pulse laser beam,
A laser irradiation apparatus for controlling the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism.
前記制御装置は、
前記第2レーザパルス光の時間軸波形の半値幅における中心の時刻が、tcであり、
前記第2レーザパルス光の時間軸波形のピーク時刻が、tpkであるとして、
tpk≧tcである場合には、
前記第1パルスレーザ光のピークが、0≦td≦0.3twという条件を満たす遅延時間tdだけ、前記第2パルスレーザ光のピークから遅延して、前記被照射物に照射されるように、
前記第1レーザ照射機構および前記第2レーザ光照射機構を制御する、請求項1に記載のレーザ照射装置。
The controller is
The center time in the half width of the time-axis waveform of the second laser pulse light is tc,
Assuming that the peak time of the time axis waveform of the second laser pulse light is tpk,
If tpk ≧ tc,
The peak of the first pulse laser beam is delayed from the peak of the second pulse laser beam by a delay time td that satisfies the condition of 0 ≦ td ≦ 0.3tw, and is irradiated to the irradiated object.
The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first laser irradiation mechanism and the second laser light irradiation mechanism are controlled.
前記制御装置は、
前記第2レーザパルス光の時間軸波形の半値幅における中心の時刻が、tcであり、
前記第2レーザパルス光の時間軸波形のピーク時刻が、tpkであるとすると、
tpk≦tcである場合には、
前記第1パルスレーザ光のピークが、T−0.15tw≦td≦T+0.15twという条件を満たす遅延時間tdだけ、前記第2パルスレーザ光のピークから遅延して、前記被照射物に照射されるように、
前記第1レーザ照射機構および前記第2レーザ照射機構を制御する、請求項1に記載のレーザ照射装置。
The controller is
The center time in the half width of the time-axis waveform of the second laser pulse light is tc,
If the peak time of the time axis waveform of the second laser pulse light is tpk,
If tpk ≦ tc,
The peak of the first pulse laser beam is delayed from the peak of the second pulse laser beam by a delay time td that satisfies the condition of T−0.15 tw ≦ td ≦ T + 0.15 tw, and is irradiated on the irradiated object. As
The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism are controlled.
半導体材料と被加熱材料とを含む被照射物を保持し得るステージと、
前記半導体材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第1パルスレーザ光を前記被照射物に照射し得る第1レーザ照射機構と、
前記被加熱材料に吸収される波長を有しかつその時間軸波形がピークを有する形状をなす第2パルスレーザ光を前記被照射物に照射し得る第2レーザ照射機構と、
前記第1レーザ照射機構および前記第2レーザ照射機構を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記被加熱材料の密度がρ(kg/m3)であり、
前記被加熱材料の比熱がC(J/kg・K)であり、
前記被加熱材料に対する前記第2パルスレーザ光の消衰係数が、kであり、
前記被加熱材料から前記ステージへの熱移動における熱透過率が、h(W/m2・K)であり、
前記第2パルスレーザ光の波長が、λ(m)であり、
前記第2パルスレーザ光の時間軸波形の形状が、関数P(t)(t:時間)であり、
時間Tが、Mを定数として、
=(3.0×10-3)・ρ・C・λ/(4π・k・h)×M
という式によって表わされ、
任意の微小時間がΔtであるときに、L(t)=(P(t)/h)・{1−exp(−Δt/T)}+L(t−Δt)・exp(−Δt/T)という漸化式で表される評価関数L(t)においてピークを与える時刻が、Tpであり、かつ、前記第2パルスレーザ光の時間軸波形の半値幅が、twであるとすると、
前記第1パルスレーザ光のピークが、前記第2パルスレーザ光が前記被加熱材料に照射されている間において、Tp−0.15tw≦te≦Tp+0.15twという条件を満たす時刻teにおいて、前記被照射物に照射されるように、
前記第1レーザ照射機構および前記第2レーザ照射機構を制御する、レーザ照射装置。
A stage capable of holding an irradiated object including a semiconductor material and a heated material;
A first laser irradiation mechanism capable of irradiating the irradiated object with a first pulse laser beam having a shape that has a wavelength absorbed by the semiconductor material and has a peak in the time axis waveform;
A second laser irradiation mechanism capable of irradiating the irradiated object with a second pulsed laser light having a wavelength that is absorbed by the material to be heated and having a peak in the time axis waveform;
A control device for controlling the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism;
The controller is
The density of the material to be heated is ρ (kg / m 3 ),
The specific heat of the material to be heated is C (J / kg · K),
The extinction coefficient of the second pulse laser beam with respect to the material to be heated is k,
The heat transmittance in heat transfer from the heated material to the stage is h (W / m 2 · K),
The wavelength of the second pulse laser beam is λ (m),
The shape of the time axis waveform of the second pulse laser beam is a function P (t) (t: time),
Time TL is a constant M
T L = (3.0 × 10 −3 ) · ρ · C · λ / (4π · k · h) × M
Expressed by the formula
When an arbitrary minute time is Δt, L (t) = (P (t) / h) · {1−exp (−Δt / T L )} + L (t−Δt) · exp (−Δt / T L ) When the time at which the peak is given in the evaluation function L (t) represented by the recurrence formula is Tp, and the half width of the time-axis waveform of the second pulse laser beam is tw,
The peak of the first pulse laser beam is at the time te that satisfies the condition of Tp−0.15 tw ≦ te ≦ Tp + 0.15 tw while the second pulse laser beam is irradiated on the material to be heated. To irradiate the irradiated object,
A laser irradiation apparatus for controlling the first laser irradiation mechanism and the second laser irradiation mechanism.
前記ステージが1以上の固体材料(熱伝導率λi(W/m・K)、厚さdi(m)、i≧1)を含み、
前記レーザ照射装置は、前記1以上の固体材料に流体を接触させることにより前記ステージを冷却する冷却機構をさらに備え、
前記被加熱材料から前記1以上の固体材料へ熱が移動し、かつ、前記1以上の固体材料から前記流体への熱伝達率がhw(W/m2・K)である場合に、
前記熱透過率h(W/m2・K)が、h=1/{Σ(di/λi)+(1/hw)}という式によって表される、請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ照射装置。
The stage includes one or more solid materials (thermal conductivity λi (W / m · K), thickness di (m), i ≧ 1);
The laser irradiation apparatus further includes a cooling mechanism that cools the stage by bringing a fluid into contact with the one or more solid materials,
When heat is transferred from the heated material to the one or more solid materials and a heat transfer coefficient from the one or more solid materials to the fluid is hw (W / m 2 · K),
The said heat transmittance h (W / m < 2 > * K) is represented in any one of Claims 1-4 represented by the formula h = 1 / {(SIGMA) (di / (lambda) i) + (1 / hw)}. Laser irradiation device.
前記ステージが1以上の固体材料(熱伝導率λi(W/m・K)、厚さdi(m)、i≧1)を含み、
前記レーザ照射装置は、前記1以上の固体材料に水を接触させることにより前記ステージを冷却する冷却機構をさらに備え、
前記被加熱材料から前記1以上の固体材料へ熱が移動し、かつ、前記1以上の固体材料の熱が前記水に伝達される場合に、
前記熱透過率h(W/m2・K)が、h=1/{Σ(di/λi)}という式によって表される、請求項1〜4のいずれかに記載のレーザ照射装置。
The stage includes one or more solid materials (thermal conductivity λi (W / m · K), thickness di (m), i ≧ 1);
The laser irradiation apparatus further includes a cooling mechanism that cools the stage by bringing water into contact with the one or more solid materials,
When heat is transferred from the heated material to the one or more solid materials and the heat of the one or more solid materials is transferred to the water,
The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the heat transmittance h (W / m 2 · K) is represented by an expression h = 1 / {Σ (di / λi)}.
前記第1パルスレーザ光が赤外線レーザであり、かつ、前記被加熱材料がシリコン原子を含む絶縁材料である、請求項1〜6のいずれかに記載のレーザ照射装置。   The laser irradiation apparatus according to claim 1, wherein the first pulse laser beam is an infrared laser, and the material to be heated is an insulating material containing silicon atoms. 前記第2パルスレーザ光が炭酸ガスレーザである、請求項7に記載のレーザ照射装置。   The laser irradiation apparatus according to claim 7, wherein the second pulse laser beam is a carbon dioxide laser. 前記被加熱材料に対する前記炭酸ガスレーザの消衰係数kが、4.6×10-2である、請求項8に記載のレーザ照射装置。 The laser irradiation apparatus according to claim 8, wherein an extinction coefficient k of the carbon dioxide laser with respect to the material to be heated is 4.6 × 10 −2 .
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