JP3248109B2

JP3248109B2 - ステップアンドリピート式のレーザ結晶化方法及びレーザ光照射方法

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Publication number: JP3248109B2
Application number: JP29816590A
Authority: JP
Inventors: 隆野口; 俊治鈴木
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Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-11-02
Filing date: 1990-11-02
Publication date: 2002-01-21
Anticipated expiration: 2017-01-21
Also published as: JPH04171717A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、エキシマレーザ光を半導体基体に照射し
て、例えば半導体基体を熱処理する場合におけるレーザ
光照射方法に関する。

本発明は、半導体薄膜等の半導体基体を結晶化する場
合におけるステップアンドリピート式のレーザ結晶化方
法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、半導体基体にエキシマレーザ光を照射して
行うステップアンドリピート式のレーザ結晶化方法であ
って、半導体基体とエキシマレーザ光とを相対的に回転
させるようにして、むらのない均一な結晶化を可能にし
たものである。

本発明は、レーザ光照射方法であって、ガラス基板上
の半導体基体に紫外域光のパルスレーザであるエキシマ
レーザ光を照射し、半導体基体で反射したエキシマレー
ザ光を再度半導体基体に照射するようにして、１回のパ
ルス照射によるエネルギー効率を向上し、大面積のアニ
ールを可能にしたものである。

本発明は、半導体基体にエキシマレーザ光を照射する
レーザ照射方法であって、照射領域可変手段によりエキ
シマレーザ光の半導体基体への照射領域を可変制御し、
半導体基体に各部均一なエキシマレーザ光を照射するよ
うにして、面積の広い半導体基体に対して、もれなく、
かつ不必要に重ね合わせることなく、均一にエキシマレ
ーザ光を照射して熱処理の均一化を図るようにしたもの
である。

〔従来の技術〕

従来、ウェハに対する熱処理としては、電気炉アニー
ル等があるが、バッチ処理方式であるため、ウェハ間に
ばらつきが生じる。そこで枚葉処理方式の熱処理として
開発されたのが、レーザ光による熱処理である。

しかし、レーザ光自体、照射領域が非常に狭いため、
ウェハ全面に対し熱処理を行なう場合は、例えば特開昭
55−150238号公報や特開昭61−230318号公報に示すよう
に、レーザ光をウェハに対し、うず巻き状に照射して行
なうようにしている。

ところが、この場合、チップ以外のウェハ面を照射す
ることとなり、ウェハ全体の温度が上昇し、例えば不純
物拡散領域の浅い接合等を目的とした熱処理には使用す
ることができない。

そこで注目されたのがエキシマレーザ光による熱処理
である。このエキシマレーザ光は、紫外域光で、かつ短
波長（〜20nsec）のパルスを発振するパルスレーザであ
るため、薄膜シリコン層の熱処理や不純物拡散領域の浅
い接合を目的とした熱処理等に有望である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、エキシマレーザ光による熱処理は、エ
キシマレーザ光自体がガウシアンビームであるため、ビ
ーム照射面に対するエネルギ密度分布の面内均一性に欠
けるという不都合がある。

最近、エキシマレーザ光のエネルギ密度分布を矩形状
の面分布に成形する光学的ホモジナイザが開発され、ビ
ーム照射面に対するエネルギ密度分布の面内均一性が良
好となってきている。

ここで、上記光学的ホモジナイザとしては、様々な方
式が考えられるが、代表例として、第10図に示すよう
に、エキシマレーザ光ｌの入射側に球面レンズ（41）が
複数配されたレンズ構体（42）を２つ、夫々球面レンズ
（41）側を外側に位置させたかたちで配置し、更に上記
レンズ構体（42）の後方にコリメーティングレンズ（4
3）を配して構成され、レンズ構体（42）によって集束
されたレーザ光ｌをコリメーティングレンズ（43）によ
って成形することにより、エネルギ密度分布が広範囲に
わたって均一な面内均一性のあるレーザ光ｌを得ること
ができる。

ところが、このホモジナイザ内のレンズ系が入射ビー
ムｌの光軸に対し、垂直ではなく、数度の角度ずれ（傾
き）があったり、レンズ系間に機械的位置ずれがあった
場合、ホモジナイザから出射されるレーザ光ｌのエネル
ギ密度分布にむらができ、第11図Ａに示すように、エネ
ルギ密度分布ａが例えば左右に不均一となる所謂片寄り
が生じる。また、レンズ系にゴミ、汚れ等が付着してい
る場合においても、ホモジナイザから出射されるレーザ
光のエネルギ密度分布にむらが生じる（第11図Ｂ参
照）。

上記むらは、全体のエネルギ密度分布からみると±５
％以内のばらつき（誤差）ではあるが、エネルギ密度が
大きい部分において、アニール効果がより大となり、レ
ーザ光照射面内での熱処理状態に不均一が生じる。例え
ば、チップ毎の熱処理であれば、チップの各部がむらと
なり、例えばアモルファス膜等を弱いエネルギで少しず
つ多結晶化するような熱処理方法で作製されるシリコン
薄膜によるTFTの場合、リーク電流、移動度、ゲート電
圧スイング等の特性のばらつきを誘発させ、不純物拡散
領域の浅い接合の形成の場合では、比抵抗や接合深さに
ばらつきが生じる。

上記エネルギ密度分布のむらを解消するために、例え
ばホモジナイザから出射されるレーザ光を走査して重ね
合せて熱処理するという方法が考えられるが、レーザ光
照射間の重なった部分、特にその境界部分での均一性が
くずれるという新たな問題が生じる。

本発明は、このような点に鑑み成されたもので、エキ
シマレーザ光による熱処理の均一化を図り、均一な結晶
化を可能にしたレーザ結晶化方法を提供するものであ
る。

また、本発明は、エキシマレーザによる熱処理の均一
化を容易に図ることができるレーザ光照射方法を提供す
るものである。

また、本発明は、エキシマレーザ光による熱処理のエ
ネルギー効率の向上を図ったレーザ光照射方法、面積の
広い半導体基体に対する熱処理均一化を図ることができ
るレーザ光照射方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、半導体基体にエキシマレーザ光を照射して
行なうステップアンドリピート式のレーザ結晶化方法で
あって、半導体基体とエキシマレーザ光とを相対的に回
転させて行なう。

本発明は、レーザ光照射方法であって、ガラス基板上
の半導体基体に紫外域光のパルスレーザであるエキシマ
レーザ光を照射し、半導体基体で反射したエキシマレー
ザ光を再度半導体基体に照射して行なう。

本発明は、半導体基体にエキシマレーザ光を照射する
レーザ光照射方法であって、照射領域可変手段によりエ
キシマレーザ光の半導体基体への照射領域を可変制御
し、半導体基体に各部均一なエキシマレーザ光を照射し
て行なう。

〔作用〕

本発明のステップアンドリピート式のレーザ結晶化方
法によれば、半導体基体とエキシマレーザ光とを相対的
に回転させて半導体基体にエキシマレーザ光を照射する
ので、ホモジナイザから出射されるレーザ光のエネルギ
ー密度分布にむらがあったとしても、上記回転により、
そのむらが打ち消され、結果的にレーザ光照射面内のエ
ネルギー密度分布は均一になる。従って、エキシマレー
ザ光を半導体基体に照射して結晶化するとき、むらなく
均一に結晶化される。

本発明のレーザ光照射方法によれば、半導体基体で反
射したエキシマレーザ光を再度半導体基体に照射するの
で、１回のパルス照射によるエネルギー効率が向上す
る。紫外域光のパルスレーザであるエキシマレーザ光を
用いるので、ガラス基板上の半導体基体であっても、半
導体基体にレーザエネルギーが十分に吸収され、熱処理
が行われる。紫外域光のパルスレーザを用いるので、半
導体基体に対して、より斜め入射が可能、例えば半導体
基板に垂直な軸に対して５゜以上の斜め入射が可能とな
る。

本発明のレーザ光照射方法によれば、照射領域可変手
段によりエキシマレーザ光の半導体基体への照射領域を
可変制御し、半導体基体に各部均一なエキシマレーザ光
を照射するので、面積の広い半導体基体に対して、もれ
なく、かつ不必要に重ね合わせることなく、均一にエキ
シマレーザ光による熱処理ができる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第９図を参照しながら本発明の実施例
を説明する。

第１図は、本実施例に係るエキシマレーザ光の照射方
法を示す概略構成図である。

この図において、（１）は例えばXeCl等からなるエキ
シマレーザ光源、（２）はエキシマレーザ光源（１）か
らの、エネルギ密度分布がガウシアンモードのレーザ光
l₁を、エネルギ密度分布が矩形状で面内均一性のあるレ
ーザ光l₂に成形するホモジナイザを示す。

そして、上記ホモジナイザ（２）からのレーザ光l₂を
サセプタ（３）に保持されたウェハあるいは石英ガラス
上の薄膜（以下、単にサンプルと記す）（４）に照射さ
せる。ここで、エキシマレーザ光源（１）から出射され
るレーザl₁のエネルギ密度は約150mJ/cm²、パルス幅は
約60ns、パルス数は周波数換算で約100Hzである。

しかして、本例においては、サセプタ（３）に回転駆
動系（５）を接続し、この回転駆動系（５）によってサ
セプタ（３）を回転させながら、レーザ光l₂をサンプル
（４）に照射させて、例えばサンプル（４）に対し熱処
理を行なう。

上述の如く、本例によれば、サンプル（４）を保持す
るサセプタ（３）を回転させながら、ホモジナイザ
（２）からレーザ光l₂をサンプル（４）に照射するよう
にしたので、ホモジナイザ（２）から照射されるレーザ
光l₂のエネルギ密度分布にむらがあったとしても、上記
サンプル（４）の回転により、そのむらが打ち消され、
結果的にサンプル（４）におけるレーザ光l₂の照射面内
のエネルギ密度分布は均一になる。従って、レーザ光l₂
による熱処理が均一化され、サンプル（４）上に形成さ
れるデバイスの特性を向上させることができる。

また、サンプル（４）が例えばアモルファスシリコン
薄膜であれば、上記レーザ光l₂による熱処理により、そ
の多結晶化が均一にでき、該熱処理によって形成された
多結晶シリコン薄膜を活性層とする例えば薄膜トランジ
スタ（TFT）の特性が大幅に改善される。

また、サンプル（４）がウェハである場合、該ウェハ
（４）がそっていたり、レーザ光l₁,l₂の光軸がわずか
に傾いていたとしても、レーザ光l₂がむらなくウェハ
（４）に照射されるため、ウェハ（４）に対し均一に熱
処理を施すことができる。

また、ホモジナイザ（２）又はチェンバ内のレーザ光
透過面（石英ガラス製）にゴミや汚れが付着していたと
しても、ゴミ等による影を生ぜしめることなく、レーザ
光l₂をサンプル（４）に照射させることができ、熱処理
において上記ゴミ等による影響は問題とならなくなる。

ところで、エキシマレーザ光の熱処理に必要な光強度
を確保するために、ウェハに対し一括でレーザ光を照射
するよりも、チップ毎にレーザ光を照射してＸ−Ｙ方向
にウェハを摺動させながらレーザ照射を繰返す所謂ステ
ップアンドリピート方式が注目されている。

これは、エキシマレーザ光源（１）からのレーザ光l₁
をホモジナイザ（２）によって、第２図に示すように、
１チップ（６）分の大きさの面均一なエネルギ密度のレ
ーザ光l₂に成形してチップ（６）毎に照射する方式であ
る。

このステップアンドリピート方式による熱処理におい
て、ステージを回転させながら行なうには、機械的に困
難性が伴なう。

そこで、本例では、第３図に示すように、ホモジナイ
ザ（２）に回転駆動系（７）を接続し、ステージ（図示
せず）には回転させずに、ホモジナイザ（２）を回転駆
動系（７）により回転させながらレーザ光l₂をサンプル
（ウェハ）（４）上の各チップ（６）に照射させる。

即ち、１チップ（６）に対し、ホモジナイザ（２）を
数十度毎の回転角で回転させながら、レーザ光l₂をパル
ス照射し、例えば４〜５回のパルス照射でホモジナイザ
（２）が１回転するように構成する。

そして、１つのチップ（６）に対し、上記複数のパル
ス照射が終了すると、ステージあるいはホモジナイザ
（２）をＸ又はＹ方向に摺動させて次のチップ（６）に
対し、上記と同様にレーザ光l₂をパルス照射させる。

この実施例によれば、１チップ（６）に対するレーザ
光l₂による熱処理の均一化が図れ、各チップ（６）上に
おける各デバイスの特性の向上及び再現性の向上を図る
ことができ、チップ（６）の高歩留り化を実現させるこ
とができる。また、構造も簡単であるため、エキシマレ
ーザ光による良好な熱処理のコストの低廉化を図ること
ができる。

一方、最近では、半導体集積回路におけるパターンの
微細化、チップの大面積化に伴ない、チップ単位にエキ
シマレーザ光をパルス照射して一括で熱処理するには、
レーザ光の出力不足が問題となる。特に、液晶表示装置
用駆動素子（TFT）における活性層への熱処理に対して
は、効率化のために大面積アニールが必要となるが、こ
の場合、更に出力の点で問題となる。

通常は、基板温度を上げたり、反射防止膜を被着形成
してレーザ光の入射エネルギを確保するという方法が考
えられる。しかし、前者の方法は、スループット上、又
は他の制約（例えば、不純物拡散領域において浅い接合
を得たいなど）で不利である。また、後者の方法は、反
射防止膜の形成がシリコン面に対し、汚染を引起こすと
いう欠点があり、好ましくない。

そこで、本例では、紫外域光のシリコン表面での反射
率が約60〜70％にも及ぶことに着目し、エキシマレーザ
光のシリコン表面での反射によるエネルギ損失を抑制す
るように構成する。

即ち、第４図に示すように、ホモジナイザ（２）から
のレーザ光l₂がサンプル面（例えばシリコン表面）
（ａ）に対し、斜めに入射するように、反射ミラー
（９）を配置、あるいはサンプル面（ａ）を傾けて配置
すると共に、サンプル面（ａ）で反射したレーザ光l₃を
別に配置した反射ミラー（10）でサンプル面（ａ）に戻
すように構成する。尚、反射ミラー（10）の代わりにビ
ームスプリッタを用いれば、ホモジナイザ（２）からの
レーザ光l₂をサンプル面（ａ）に対し垂直に入射させる
ことができる。

今、ホモジナイザ（２）からのレーザ光l₂における入
射エネルギをＥ、サンプル面（ａ）での紫外域光（レー
ザ光l₂を含む）の反射率をＲ（一定）とする。

そして、まず第１回目のレーザ光l₂の照射でサンプル
面（ａ）中にとり込まれるエネルギE₁は、次式で求めら
れる。

E₁＝Ｅ（１−Ｒ） ‥‥（１）次に、サンプル面（ａ）で反射したレーザ光l₃が反射
ミラー（10）で100％反射されると仮定し、この反射ミ
ラー（10）で反射したレーザ光l₃が再びサンプル面
（ａ）に入射して該サンプル面（ａ）にとり込まれるエ
ネルギE₂は、次式で求められる。

E₂＝ER（１−Ｒ） ‥‥（２）従って、１回のパルス照射でサンプル面（ａ）にとり
込まれる全エネルギE_Pは、次式（１）及び（２）より E_P＝E₁＋E₂＝Ｅ（１−R²） ‥‥（３）となる。

ここで、Ｒ＝0.7とすると、本例の場合、（３）式か
らE_P＝0.51Eとなり、一方、従来の如く、反射ミラー（1
0）がなければE_P＝E₁からE_P＝0.3Eとなる。従って、本
例の場合、従来と比べ20％（0.2E）近くのエネルギを有
効に利用することができる。

このため、１回のパルス照射によるエネルギ効率が向
上し、同一のレーザ装置で、より大面積のアニールが可
能となる。その結果、チップの大面積化にも対応できる
と共に、液晶表示装置用駆動素子における活性層に対す
る熱処理を効率良く行なうことができる。また、第１図
及び第３図に示すように、ホモジナイザ（２）あるいは
サンプル（４）を回転させて、レーザ光l₂を照射させれ
ば、熱処理の均一化も図ることができる。

上記ステップアンドリピート方式の熱処理において、
ホモジナイザ（２）の使用により、レーザ光l₂のエネル
ギ密度分布はほぼ均一となり、レーザ光源の改善によ
り、各パルス照射間のエネルギのばらつきも改善されつ
つある（現在、±３％のばらつき）。

しかし、サンプル面における下地のシリコン膜の膜厚
及び膜質又はSiO₂等のキャップ膜（反射防止機能を含
む）の膜厚及び膜質にばらつき等があった場合、シリコ
ン膜に対する熱処理又は不純物拡散領域の接合深さ等が
不均一になるという問題が生じ、また、レーザ出力が何
らかの理由で劣化することにより、熱処理が不充分にな
るという問題も生じてきている。このことから、現在の
エキシマレーザ光による熱処理は、時間の経過によっ
て、熱処理条件が変わった場合、最適な熱処理を行なう
ことができないという問題がある。

そこで、本例では、第５図に示すように、ホモジナイ
ザ（２）からのレーザ光l₂が照射される面内の反射率を
読み取る反射率読取り機構を付加して構成する。この場
合、この反射率読取り機構は、サンプル（４）に対して
ホモジナイザ（２）と共にステップ送りされることが望
ましいため、例えば、図示する如くホモジナイザ（２）
の両側に例えば連続発振（CW）のH_e−N_eレーザ光源（1
1）と、PINダイオード等からなる受光素子（12）を設け
て構成する。特に、本例ではレーザ光源（11）からのレ
ーザ光ｌが、ホモジナイザ（２）からのレーザ光l₂のサ
ンプル（４）におけるレーザ光照射面内に入射するよう
に、上記レーザ光源（11）を配置し、更に、レーザ光ｌ
が上記レーザ光照射面を反射して、その反射光ｌの通過
位置に受光素子（12）の受光面がくるように上記受光素
子（12）を配置する。

そして、レーザ光l₂のサンプル（４）へのパルス照射
によってサンプル（４）が熱処理され、このときの熱処
理条件が一定であれば、サンプル（４）上のレーザ光照
射面の反射率は一定となり、受光素子（12）からの信号
出力S_inは一定となる。

レーザ光l₂のパルス照射によって、サンプル（４）上
のレーザ光照射面の温度が上がり、特にシリコン膜が溶
融すると、その屈折率が変化し、シリコン面の反射率が
増大する。この反射率の変化即ち、該反射率の変化に伴
なう反射光ｌの出力変化を受光素子（12）で読取って、
その変化に応じた電気信号S_inに変換し、エキシマレー
ザ光源（１）に接続されたレーザ出力制御回路（13）に
増幅器等を介してフィードバックする。

レーザ出力制御回路（13）は、受光素子（12）からの
上記電気信号S_inに基いて出力信号S_outを補正し、レー
ザ光源（１）の発振出力系に供給する。そして、レーザ
光源（１）から、上記出力信号S_outに応じたエネルギの
レーザ光l₁を出力し、ホモジナイザ（２）を介してエネ
ルギ密度が面内均一化されたレーザ光l₂としてサンプル
（４）に照射する。このようにして、サンプル（４）上
のレーザ光照射面の反射率が一定に保持される。

この実施例によれば、サンプル（４）上のレーザ光照
射面の反射率を一定に、即ち熱処理条件を一定に保持し
ながら熱処理を行なうことができ、下地膜の変化（膜厚
や膜質の変化）に影響されずにステップアンドリピート
方式によるエキシマレーザアニールの均一化を図ること
ができる。

ところで、現存のホモジナイザによるエキシマレーザ
アニールにおいては、15mm×15mm程度の面積までは、±
５％以内の均一性によるパルス照射で熱処理することが
できる。

しかしながら、SRAM等の高集積回路における１チップ
の面積は、4MbitSRAMでは8mm×14mm程度、16MbitSRAMで
は20mm×11mm程度となるので、１チップに対し１回のパ
ルス照射で処理を行なう場合、パルス照射されない領域
が生じることになる。小面積のチップでは、レーザ光照
射面を長方形状にするなどの工夫により解決できるが、
16Mbit以上のチップでは、多数回のパルス照射で１チッ
プを処理する必要がある（因みに照射面積はホモジナイ
ザの作製技術と、処理にはある一定以上のエネルギ密度
が必要であるため、レーザ光の総出力によって決定され
る）。

１チップを多数回のパルス照射で処理する場合は、次
のような問題が生じる。

ここで、16MbitSRAMを例にとると、通常第６図に示す
ように、１チップ（21）が横20mm×縦11mmの長方形パタ
ーンとなっているので、照射領域の合せ精度を考えてデ
コーダ配線（22）を境目として照射するならば３回に分
割しなければならない。ところが、照射面積形状を中央
部分の領域の形状に設定して一定のまま連続・照射した
場合、チップ（21）間の間隔ｄが〜1mmであることから
チップ（21）の左右の領域（21l）及び（21r）に対しレ
ーザ光を照射すると、隣接するチップ（21）の左右の領
域（21l）及び（21r）も同時に照射され、結果的に左右
の領域（21l）及び（21r）、特に斜線で示す領域が夫々
２回にわたってパルス照射され、熱処理の不均一をもた
らす。

そこで、本例では、第７図に示すように、ホモジナイ
ザ（２）とサンプル（４）間に照射領域可変機構（23）
を設け、ホモジナイザ（２）からのレーザ光l₂による矩
形状の照射領域（24）が可変となるように構成する。

この照射領域可変機構（23）は、ホモジナイザ（２）
に連結されたウィンド受台（25）上に少くとも相対向す
る２つのウィンド（26a）及び（26b）を有してなり、こ
の２つのウィンド（26a）及び（26b）が摺動（開閉）す
ることにより、上記レーザ光照射領域（24）が可変とな
される。

このウィンド（26a）及び（26b）の開閉は、例えば、
既知のソレノイド機構による開閉手段を用いることがで
き、例えば、初期状態において、各ウィンド（26a）及
び（26b）は例えば各引張ばねによって互いに“開”の
方向に保持されて各ウィンド（26a）及び（26b）によっ
て形成される開口（27）の開口幅ｍが例えば約10mm程度
となされる。

そして、上記ソレノイド機構を内蔵した第１のウィン
ド駆動系（28a）で、一方のウィンド（26a）を押圧する
ことにより、該ウィンド（26a）が他方のウィンド（26
b）側に摺動して、例えば図示しないストッパにより、
所定の位置、例えば上記初期状態（全開状態）における
開口（27）の右半分を遮閉する位置に固定され、反対
に、第２のウィンド駆動系（28b）で、他方のウィンド
（26b）を押圧することにより、該ウィンド（26b）が一
方のウィンド（26a）側に摺動して、同じくストッパに
より、所定の位置、例えば上記初期状態における開口
（27）の左半分を遮閉する位置に固定されるようになさ
れる。

上記ウィンドの開閉手段は、もちろん単なる一例であ
り、種々の開閉手段を用いることができる。本例では、
便宜的に上記開閉手段にそって説明し、以下にその動作
について、第８図及び第９図も参照しながら説明する。
ここで、ホモジナイザ（２）は、サンプル（ウェハ）
（４）上の１つのチップ（21）上の特に第９図Ａで示す
右側（1st位置）P₁に位置されているものとする。

まず、コントローラ（31）へのセットパルス（ステー
ジ（図示せず）を摺動させるＸ−Ｙ駆動系（32）からの
完了信号）psの入力に基いて、コントローラ（31）から
第１のウィンド駆動系（28a）に駆動信号S₁を供給す
る。第１のウィンド駆動系（28a）は、上記駆動信号S₁
の入力に基いて、一方のウィンド（26a）を押圧し、ウ
ィンド（26a）及び（26b）による開口（27）を半開状態
（右側遮閉）にさせる。その後、コントローラ（31）
は、上記セットパルスpsの入力から所定時間t₁経過後に
エキシマレーザ光源（１）に対し、駆動信号Slを出力す
る。レーザ光源（１）は、この駆動信号Slの入力に基い
て、エキシマレーザ光l₁をホモジナイザ（２）を介し、
レーザ光l₂としてパルス照射する。この場合、一方のウ
ィンド（26a）によって1st位置におけるレーザ光照射領
域（Ｗ）が左半分に規制されていることから、ホモジナ
イザ（２）からのレーザ光l₂は、上記領域（Ｗ）の左半
分のみに照射される。

次に、上記駆動信号Slの立上がりから所定時間t₂経過
後に、コントローラ（31）からＸ−Ｙ駆動系（32）に駆
動信号St（St₁）を供給してステージを例えばｘ方向に
摺動させる。このとき、上記駆動信号P₁が立下がること
から、一方のウィンド（26a）は初期状態に復帰し、ウ
ィンド（26a）及び（26b）による開口（27）は全開状態
となる。一方、駆動信号St₁は、ステージをホモジナイ
ザ（２）に対してｘ方向に、チップ（21）の横幅ｂの半
分程度の距離b/2ほど摺動させる必要性から比較的長い
パルス幅となっている。この駆動信号St₁に基づくステ
ージの摺動により、ホモジナイザ（２）は、チップ（2
1）の中央（2nd位置）P₂上に位置される。そして、ステ
ージの摺動が終了したと同時に、Ｘ−Ｙ駆動系（32）か
ら完了信号がセットパルスpsとしてコントローラ（31）
に供給される。コントローラ（31）は、このセットパル
スpsの入力から所定時間t₁経過後に、レーザ光源（１）
に対して駆動信号Slを出力する。レーザ光源（１）は、
上記と同様に、駆動信号Slの入力に基いてエキシマレー
ザ光l₁をパルス照射する。この場合、ウィンド（26a）
及び（26b）による開口（27）は全開となっていること
から、ホモジナイザ（２）からのレーザ光l₂は、2nd位
置P₂におけるレーザ光照射領域（Ｗ）全てに照射され
る。

次に、上記駆動信号Slの立上がりから所定時間t₂経過
後に、コントローラ（31）からＸ−Ｙ駆動系（32）に駆
動信号St（St₂）を供給して、ステージを更にｘ方向に
摺動させる。この駆動信号St₂は、上記と同様に、ステ
ージをホモジナイザ（２）に対してｘ方向に、上記と同
じ距離b/2ほど摺動させることに応じて比較的長いパル
ス幅になっている。この駆動信号St₂に基づくステージ
の摺動により、ホモジナイザ（２）は、チップ（21）の
左側（3rd位置）P₃上に位置される。そして、ステージ
の摺動が終了したと同時に、Ｘ−Ｙ駆動系（32）から完
了信号がセットパルスpsとしてコントローラ（31）に供
給される。

コントローラ（31）は、上記セットパルスpsの入力に
基いて、今度は第２のウィンド駆動系（28b）に駆動信
号S₂を供給する。第２のウィンド駆動系（28b）は、こ
の駆動信号S₂の入力に基いて、他方のウィンド（26b）
を押圧し、ウィンド（26a）及び（26b）による開口（2
7）を半開状態（左側遮閉）にさせる。その後、コント
ローラ（31）は、上記セットパルスpsの入力から所定時
間t₁経過後にレーザ光源（１）に対し、駆動信号Slを出
力する。レーザ光源（１）は、この駆動信号Slの入力に
基いて、エキシマレーザ光l₁をパルス照射する。この場
合、他方のウィンド（26b）によって3rd位置P₃における
レーザ光照射領域（Ｗ）が右半分に規制されていること
から、ホモジナイザ（２）からのレーザ光l₂は、上記領
域（Ｗ）の右半分のみに照射される。

次に、上記駆動信号Slの立上がりから所定時間t₂経過
後に、コントローラ（31）からＸ−Ｙ駆動系（32）に駆
動信号St（St₃）を供給してステージをわずかにｘ方向
に摺動させる。このとき、上記駆動信号S₂が立下がるこ
とから、他方のウィンド（26b）は初期状態に復帰し、
ウィンド（26a）及び（26b）による開口（27）は全開状
態となる。一方、駆動信号St₃は、ステージをホモジナ
イザ（２）に対してｘ方向に、チップ（21）間の間隔ｄ
に相当する距離ほどわずかに摺動させるだけでよいた
め、上記駆動信号St₁及びSt₂よりもそのパルス幅が小と
されている。この駆動信号St₃に基づくステージの摺動
により、ホモジナイザ（２）は、第９図Ｂに示すよう
に、次のチップ（21）の右側（1st位置）P₁に位置され
る。後は、上記一連の動作を繰返すことにより、ウェハ
（４）上を全チップ（21）に対してステップアンドリピ
ート方式にてエキシマレーザアニールを行なう。

この実施例によれば、16MbitSRAMの如く面積の広いチ
ップ（21）に対して、もれなく、かつ不必要に重ね合わ
せることなく、均一にホモジナイザ（２）からのレーザ
光l₂を照射することができ、エキシマレーザ光による熱
処理の均一化を図ることができる。更に、第１図及び第
３図に示す方法を併用することによりその均一化を効率
良く図ることができる。

また、上記例によれば、ウェハ（４）上を所謂一筆書
きのように照射することができるので、スループットを
落とすことがない。

〔発明の効果〕

本発明に係るステップアンドリピート式のレーザ結晶
化方法によれば、レーザ光照射面内でのエネルギー密度
分布の均一化を図ることができ、むらのない均一な結晶
化ができる。またステップアンドリピートにおけるステ
ップの継ぎ目を補償する、即ち、継ぎ目においても均一
な結晶化ができる。

本発明に係るレーザ光照射方法によれば、半導体基体
に紫外域光のパルスレーザであるエキシマレーザを照射
し、半導体基体で反射したエキシマレーザ光を再度利用
して１回のパルス照射によるエネルギー効率を高めるの
で、同一のレーザ装置でより大面積のアニールが可能に
なる。その結果、チップの大面積化にも対応でき、熱処
理を効率良く行なうことができる。また、ガラス基板上
の半導体基体に波長の短い紫外域光のパルスレーザを照
射するので、例えばガラス基板上のシリコン薄膜の熱処
理の場合、シリコン薄膜にレーザエネルギーが十分吸収
され良好な熱処理ができる。

紫外域光のパルスレーザであるエキシマレーザを用い
るので、半導体基体に対してより斜め入射が可能とな
り、エキシマレーザ光の入射角の設定条件が緩和され、
条件設定の自由度が大きくなる。

本発明に係るレーザ光照射方法によれば、照射領域可
変手段により半導体基体へのエキシマレーザ光の照射領
域を制御するので、面積の広い半導体基体に対しても、
もれなく、かつ不必要に重ね合わせることなく均一にエ
キシマレーザ光の照射が可能になり、エキシマレーザ光
による熱処理の均一化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係るレーザ光照射方法を示す概略構
成図、第２図はステップアンドリピート方式を示す説明
図、第３図は本実施例の他の方法を示す概略構成図、第
４図は反射ミラーを利用した熱処理方法を示す概略構成
図、第５図は本例のフィードバック方式による熱処理方
法を示す概略構成図、第６図は通常の多数回のパルス照
射による弊害を示す説明図、第７図は本例の多数回によ
るパルス照射方法を示す概略構成図、第８図はその信号
処理を示す波形図、第９図は本例のパルス照射順序を示
す説明図、第10図はホモジナイザの一例を示す構成図、
第11図はエネルギ密度分布のむらの一例を示す説明図で
ある。（１）はエキシマレーザ光源、（２）はホモジナイザ、
（４）はサンプル、（５）及び（７）は回転駆動系であ
る。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−117617（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−112327（ＪＰ，Ａ) 特開平１−211911（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−197816（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−40526（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−257718（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−82636（ＪＰ，Ａ) 特開平２−73627（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/268 H01L 21/20

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板にエキシマレーザ光を照射して
行なうステップアンドリピート式のレーザ結晶化方法で
あって、上記半導体基体と上記エキシマレーザ光とを相対的に回
転させることを特徴とするステップアンドリピート式の
レーザ結晶化方法。
【請求項２】ガラス基板上の半導体基体に紫外域光のパ
ルスレーザであるエキシマレーザ光を照射し、上記半導体基体で反射した上記エキシマレーザ光を再度
半導体基体に照射することを特徴とするレーザ光照射方
法。
【請求項３】半導体基体にエキシマレーザ光を照射する
レーザ光照射方法であって、照射領域可変手段により上記エキシマレーザ光の上記半
導体基体への照射領域を可変制御し、上記半導体基体に各部均一な上記エキシマレーザ光を照
射することを特徴とするレーザ光照射方法。