JPH0531354A - レーザ照射装置 - Google Patents
レーザ照射装置Info
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- JPH0531354A JPH0531354A JP19427091A JP19427091A JPH0531354A JP H0531354 A JPH0531354 A JP H0531354A JP 19427091 A JP19427091 A JP 19427091A JP 19427091 A JP19427091 A JP 19427091A JP H0531354 A JPH0531354 A JP H0531354A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 最適なパルス幅をもつパルスレーザビームの
照射によってシリコン薄膜の結晶化ができるレーザ照射
装置を提供する。 【構成】 レーザ発振器LSから出たパルスレーザは光軸
A-Bに沿って進む。ビーム分割部分透過ミラーPMによっ
て経路B-Eを通るものとB-C-D-Eを通るものにレーザビー
ムは分割される。複数の経路を経たレーザビームはビー
ム集光用部分透過ミラーにより同じ光軸に集められる。
経路B-Eと経路B-C-D-Eの道のりが異なるため、ビーム分
割用部分透過ミラーによって分割された複数のビーム
は、異なる時間に試料SAに到達する。これにより効果的
にシリコン薄膜が結晶化される。
照射によってシリコン薄膜の結晶化ができるレーザ照射
装置を提供する。 【構成】 レーザ発振器LSから出たパルスレーザは光軸
A-Bに沿って進む。ビーム分割部分透過ミラーPMによっ
て経路B-Eを通るものとB-C-D-Eを通るものにレーザビー
ムは分割される。複数の経路を経たレーザビームはビー
ム集光用部分透過ミラーにより同じ光軸に集められる。
経路B-Eと経路B-C-D-Eの道のりが異なるため、ビーム分
割用部分透過ミラーによって分割された複数のビーム
は、異なる時間に試料SAに到達する。これにより効果的
にシリコン薄膜が結晶化される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体製造プロセスなど
に用いられるレーザ照射装置に関するものである。な
お、本発明のレーザ照射装置は、レーザアニールやゲッ
タリングの歪導入などの種々のレーザー装置に用いられ
ているが、以下ではレーザ照射の例として多く用いられ
ている結晶化について説明する。
に用いられるレーザ照射装置に関するものである。な
お、本発明のレーザ照射装置は、レーザアニールやゲッ
タリングの歪導入などの種々のレーザー装置に用いられ
ているが、以下ではレーザ照射の例として多く用いられ
ている結晶化について説明する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高密度化が進む
に伴い、半導体集積回路の各素子寸法の微細化を図って
横方向の集積度を向上させる他に、いったん形成された
素子構造の上に絶縁膜を全面にわたって形成し、さら
に、この絶縁膜の上に半導体薄膜を設けて、この半導体
薄膜を用いて素子を形成するというような三次元構造が
盛んに研究開発されている。とくに、絶縁膜上に形成し
た多結晶シリコン膜をレーザビームにより照射し再結晶
化させる方法が検討されている。
に伴い、半導体集積回路の各素子寸法の微細化を図って
横方向の集積度を向上させる他に、いったん形成された
素子構造の上に絶縁膜を全面にわたって形成し、さら
に、この絶縁膜の上に半導体薄膜を設けて、この半導体
薄膜を用いて素子を形成するというような三次元構造が
盛んに研究開発されている。とくに、絶縁膜上に形成し
た多結晶シリコン膜をレーザビームにより照射し再結晶
化させる方法が検討されている。
【０００３】半導体集積回路の分野では回路の高速化が
進むに伴い半導体集積回路の各素子あるいは配線部分と
基板シリコンとの間の電気容量を小さくすることが重要
な課題となっている。これまでによく用いられているｐ
ｎ接合分離と比較すると、絶縁膜上に形成したシリコン
膜を用いれば寄生容量を小さくすることができる。
進むに伴い半導体集積回路の各素子あるいは配線部分と
基板シリコンとの間の電気容量を小さくすることが重要
な課題となっている。これまでによく用いられているｐ
ｎ接合分離と比較すると、絶縁膜上に形成したシリコン
膜を用いれば寄生容量を小さくすることができる。
【０００４】この意味でレーザビームにより再結晶技術
すなわちレーザ再結晶化技術が注目されている。
すなわちレーザ再結晶化技術が注目されている。
【０００５】また、平面画像表示装置の中で特にアクテ
ィブマトリックス方式の液晶表示装置の研究が進みブラ
ウン管方式の画像表示装置と同等以上の画質を得てい
る。高精細な画質と製造コスト低減のため、画素の薄膜
トランジスタの駆駆動回路を画素と同一の絶縁基板上に
構成する必要がある。レーザビームをシリコン薄膜に照
射して結晶化すると、駆動回路を画素と同一の絶縁基板
上に構成することができる。
ィブマトリックス方式の液晶表示装置の研究が進みブラ
ウン管方式の画像表示装置と同等以上の画質を得てい
る。高精細な画質と製造コスト低減のため、画素の薄膜
トランジスタの駆駆動回路を画素と同一の絶縁基板上に
構成する必要がある。レーザビームをシリコン薄膜に照
射して結晶化すると、駆動回路を画素と同一の絶縁基板
上に構成することができる。
【０００６】これまでに、連続発振のアルゴンレーザの
ビームの照射方法が研究されシリコン基板構造の最適化
や、レーザビーム構造の最適化、あるいはレーザビーム
の走査方法の最適化により通常の集積回路作製の目的に
使用できる程度の結晶性のものが得られるまでになって
きた。アルゴンレーザのアニールに必要とする処理時間
は半導体集積回路を形成する目的に対してまだ長いとい
う問題があった。そこで、レーザアニール処理時間を短
くするためにビームの大きさが大きいエキシマパルスレ
ーザによるレーザ再結晶化が検討されている。
ビームの照射方法が研究されシリコン基板構造の最適化
や、レーザビーム構造の最適化、あるいはレーザビーム
の走査方法の最適化により通常の集積回路作製の目的に
使用できる程度の結晶性のものが得られるまでになって
きた。アルゴンレーザのアニールに必要とする処理時間
は半導体集積回路を形成する目的に対してまだ長いとい
う問題があった。そこで、レーザアニール処理時間を短
くするためにビームの大きさが大きいエキシマパルスレ
ーザによるレーザ再結晶化が検討されている。
【０００７】また、アクティブマトリクス型の液晶表示
体の分野でもエキシマレーザによるシリコン薄膜の結晶
化が検討されている。
体の分野でもエキシマレーザによるシリコン薄膜の結晶
化が検討されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
レーザによる結晶化では、発振されるレーザのパルス幅
がレーザの発振装置の性能によって決まってしまうた
め、結晶化されるシリコン薄膜の膜厚や、結晶シリコン
薄膜を構成する多結晶の粒子の大きさなどが、レーザ発
振器によって制約を受け十分な性質の結晶シリコン薄膜
が得られない問題点があった。パルスレーザの照射によ
るシリコン薄膜の結晶化では、シリコン薄膜を融点以上
の温度に上昇させて結晶化する必要があるが、電子情報
通信学会技術研究報告電子デバイスＥＤ９０−１６３、
PP55「パルスレーザアニール時のシリコン膜内過度温度
分布」の報告にもあるように、シリコン薄膜を溶融する
ためには、ある値以上のパルス幅が必要である。そこ
で、レーザ発振器の性能によりパルスレーザのパルス幅
が小さい場合、何らかの方法によりパルス幅を大きくす
る必要がある。
レーザによる結晶化では、発振されるレーザのパルス幅
がレーザの発振装置の性能によって決まってしまうた
め、結晶化されるシリコン薄膜の膜厚や、結晶シリコン
薄膜を構成する多結晶の粒子の大きさなどが、レーザ発
振器によって制約を受け十分な性質の結晶シリコン薄膜
が得られない問題点があった。パルスレーザの照射によ
るシリコン薄膜の結晶化では、シリコン薄膜を融点以上
の温度に上昇させて結晶化する必要があるが、電子情報
通信学会技術研究報告電子デバイスＥＤ９０−１６３、
PP55「パルスレーザアニール時のシリコン膜内過度温度
分布」の報告にもあるように、シリコン薄膜を溶融する
ためには、ある値以上のパルス幅が必要である。そこ
で、レーザ発振器の性能によりパルスレーザのパルス幅
が小さい場合、何らかの方法によりパルス幅を大きくす
る必要がある。
【０００９】レーザアニールではレーザの電磁波のエネ
ルギーが、シリコン薄膜に入射したときに、熱エネルギ
ーに変化しシリコン薄膜が高温となってシリコン原子の
再配列化により結晶化が達成される。よって、レーザビ
ームによる結晶化ではレーザの電磁波エネルギーが熱エ
ネルギーに変換する効率が問題となる。
ルギーが、シリコン薄膜に入射したときに、熱エネルギ
ーに変化しシリコン薄膜が高温となってシリコン原子の
再配列化により結晶化が達成される。よって、レーザビ
ームによる結晶化ではレーザの電磁波エネルギーが熱エ
ネルギーに変換する効率が問題となる。
【００１０】波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザ
では、シリコン薄膜におけるレーザの浸入長が約１０ｎ
ｍ程度であり、パルス幅が３０〜５０ｎｓ程度と、シリ
コン薄膜の表面からシリコン薄膜の内部に熱が伝導する
時間に比べて大変小さい。シリコン薄膜の熱伝導率が小
さいため、シリコン薄膜表面に到達したレーザの電磁波
エネルギーの一部分だけが、シリコン薄膜の結晶化に必
要な熱エネルギーに変換し、残りの部分のエネルギーは
シリコン薄膜表面でシリコン原子の気化、イオン化、プ
ラズマ化、などに消費されてしまう。
では、シリコン薄膜におけるレーザの浸入長が約１０ｎ
ｍ程度であり、パルス幅が３０〜５０ｎｓ程度と、シリ
コン薄膜の表面からシリコン薄膜の内部に熱が伝導する
時間に比べて大変小さい。シリコン薄膜の熱伝導率が小
さいため、シリコン薄膜表面に到達したレーザの電磁波
エネルギーの一部分だけが、シリコン薄膜の結晶化に必
要な熱エネルギーに変換し、残りの部分のエネルギーは
シリコン薄膜表面でシリコン原子の気化、イオン化、プ
ラズマ化、などに消費されてしまう。
【００１１】また、パルス幅が短いとシリコン薄膜の厚
みが１００ｎｍ以上である場合、IEEE TRANSACTIONS ON
DEVICES. VOL.36,NO.12,PP2868-2872の報告にあるよう
に、シリコン薄膜の表面から高々５０ｎｍ程度の厚みだ
け結晶化し、表面から奥の絶縁膜側では、熱エネルギー
が得られないため結晶化が進まない問題点があった。従
来のパルスビームによるアニールは図１１に示すような
光学系を用いて行われていた。図１１では、レーザ発振
器ＬＳから出たレーザビームはレーザの強度を必要に応
じて減衰するアッテネーターＡＴを通り、ビームの空間
的な強度分布を改良するレーザビーム形成部ＨＭを通
り、ビームの大きさを必要に応じて可変するレンズ系を
通り試料の表面に到達するものであった。この光学系で
は、レーザビームのパルス幅はレーザ発振器に依存し、
必要なパルス幅にビームを改良することができない欠点
を持っていた。
みが１００ｎｍ以上である場合、IEEE TRANSACTIONS ON
DEVICES. VOL.36,NO.12,PP2868-2872の報告にあるよう
に、シリコン薄膜の表面から高々５０ｎｍ程度の厚みだ
け結晶化し、表面から奥の絶縁膜側では、熱エネルギー
が得られないため結晶化が進まない問題点があった。従
来のパルスビームによるアニールは図１１に示すような
光学系を用いて行われていた。図１１では、レーザ発振
器ＬＳから出たレーザビームはレーザの強度を必要に応
じて減衰するアッテネーターＡＴを通り、ビームの空間
的な強度分布を改良するレーザビーム形成部ＨＭを通
り、ビームの大きさを必要に応じて可変するレンズ系を
通り試料の表面に到達するものであった。この光学系で
は、レーザビームのパルス幅はレーザ発振器に依存し、
必要なパルス幅にビームを改良することができない欠点
を持っていた。
【００１２】本発明の目的は、パルスレーザを応用する
レーザアニールにおいて、ビーム部分分割ミラーによっ
て分割されたそれぞれのビームの光路の長さを違えるこ
とによって、ビームのパルス幅を大きくすることによ
り、レーザ発振装置の性能に依らないパルスビームを作
り出すレーザ照射装置を提供することにある。
レーザアニールにおいて、ビーム部分分割ミラーによっ
て分割されたそれぞれのビームの光路の長さを違えるこ
とによって、ビームのパルス幅を大きくすることによ
り、レーザ発振装置の性能に依らないパルスビームを作
り出すレーザ照射装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザビーム
をパルス発振するレーザ光源部と、このレーザビームの
エネルギーを分割するビーム分割用部分透過ミラーと、
分割されたレーザビームの光路の長さを調節する鏡と、
この分割されたビームを再び同じ光路に集めるビーム集
光用部分透過ミラーを備え、レーザビームの形状を成形
するレーザビーム形成部が、ビーム分割用部分透過ミラ
ーの前に、あるいはビーム分割用部分透過ミラーと前記
ビーム集光用部分透過ミラーの間に、あるいはビーム集
光用部分透過ミラーの後に設けられ、レーザビームのエ
ネルギー強度を減衰するアッテネーターが、レーザビー
ムの光路に関してビーム分割用部分透過ミラーの前と、
ビーム分割用部分透過ミラーとビーム集光用部分透過ミ
ラーの間と、ビーム集光用部分透過ミラーの後に設けら
れていることていることを特徴とするレーザ照射装置で
ある。
をパルス発振するレーザ光源部と、このレーザビームの
エネルギーを分割するビーム分割用部分透過ミラーと、
分割されたレーザビームの光路の長さを調節する鏡と、
この分割されたビームを再び同じ光路に集めるビーム集
光用部分透過ミラーを備え、レーザビームの形状を成形
するレーザビーム形成部が、ビーム分割用部分透過ミラ
ーの前に、あるいはビーム分割用部分透過ミラーと前記
ビーム集光用部分透過ミラーの間に、あるいはビーム集
光用部分透過ミラーの後に設けられ、レーザビームのエ
ネルギー強度を減衰するアッテネーターが、レーザビー
ムの光路に関してビーム分割用部分透過ミラーの前と、
ビーム分割用部分透過ミラーとビーム集光用部分透過ミ
ラーの間と、ビーム集光用部分透過ミラーの後に設けら
れていることていることを特徴とするレーザ照射装置で
ある。
【００１４】
【作用】本発明では、パルスレーザビームのエネルギー
をビーム分割用部分透過ミラーにより分割して、それぞ
れの分割したビームのビーム分割用部分透過ミラーから
ビーム集光用部分透過ミラーまでの光路長を変化させる
ことにより、レーザ発振器で発振されたレーザビームよ
りもパルス幅が大きいレーザビームが、レーザ照射され
る試料表面において得られることにより、レーザのエネ
ルギーを遥かに効率的に熱エネルギーに変換できるの
で、良質な結晶シリコン薄膜を製造することができる。
をビーム分割用部分透過ミラーにより分割して、それぞ
れの分割したビームのビーム分割用部分透過ミラーから
ビーム集光用部分透過ミラーまでの光路長を変化させる
ことにより、レーザ発振器で発振されたレーザビームよ
りもパルス幅が大きいレーザビームが、レーザ照射され
る試料表面において得られることにより、レーザのエネ
ルギーを遥かに効率的に熱エネルギーに変換できるの
で、良質な結晶シリコン薄膜を製造することができる。
【００１５】また、本発明は光路に設置されたレーザビ
ーム形成部とアッテネーターの作用により、空間的なレ
ーザビームのエネルギー分布を制御することができるの
で、必要な特性の結晶シリコン薄膜を自在に得ることが
可能となる。
ーム形成部とアッテネーターの作用により、空間的なレ
ーザビームのエネルギー分布を制御することができるの
で、必要な特性の結晶シリコン薄膜を自在に得ることが
可能となる。
【００１６】
【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１７】本発明は基本的に図１に示すような構成に
なっている。レーザ発振部ＬＳから出たパルスレーザビ
ームＬＢはビームのエネルギー強度を可変するアッテネ
ーターＡＴをとおり、ビーム部分分割ミラーＰＭによ
り、光路Ｂ−Ｅを通るものと光路ＢーＣーＤーＥを通る
ものにビームが分割される。Ｍ１とＭ２は全反射ミラー
である。複数の光路を経たビームは地点Ｅにあるビーム
集光用部分透過ミラーＣＭにより同じ光路に集められ
る。レーザ発振器ＬＳを出たパルスビームの空間的なエ
ネルギーの強度分布は一定ではない。そこで必要に応じ
てレーザビーム形成部ＨＭにより、ビームの空間的なエ
ネルギー強度分布を変更する。さらに、必要に応じてエ
ネルギー強度を変更するために凸レンズあるいは凹レン
ズＬＥにレーザビームを通過させて、レーザビームを照
射する。目的によっては、アッテネーターや、レーザビ
ーム形成部、レンズを用いずにレーザビームを試料ＳＡ
に照射してもよい。
なっている。レーザ発振部ＬＳから出たパルスレーザビ
ームＬＢはビームのエネルギー強度を可変するアッテネ
ーターＡＴをとおり、ビーム部分分割ミラーＰＭによ
り、光路Ｂ−Ｅを通るものと光路ＢーＣーＤーＥを通る
ものにビームが分割される。Ｍ１とＭ２は全反射ミラー
である。複数の光路を経たビームは地点Ｅにあるビーム
集光用部分透過ミラーＣＭにより同じ光路に集められ
る。レーザ発振器ＬＳを出たパルスビームの空間的なエ
ネルギーの強度分布は一定ではない。そこで必要に応じ
てレーザビーム形成部ＨＭにより、ビームの空間的なエ
ネルギー強度分布を変更する。さらに、必要に応じてエ
ネルギー強度を変更するために凸レンズあるいは凹レン
ズＬＥにレーザビームを通過させて、レーザビームを照
射する。目的によっては、アッテネーターや、レーザビ
ーム形成部、レンズを用いずにレーザビームを試料ＳＡ
に照射してもよい。
【００１８】現在代表的なＸｅＣｌエキシマレーザーの
パルス幅は３０〜５０ｎｓである。パルス幅が５０ｎｓ
ならば、経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの道のりが経路Ｂ−Ｅより
も１５ｍ長ければ、光の速度が３０００００ｋｍｓ-1で
あるので、経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅを経たビームは、経路Ｂ
−Ｅを経たものよりも５０ｎｓ遅れてビーム集光用部分
透過ミラーＣＭに到達する。そこでレーザ発振器から出
たビームが図２ａに示すようなパルスならば、経路Ｂ−
Ｃ−Ｄ−Ｅを経たビームと経路Ｂ−Ｅを経たビームは、
図２ｂに示すような時間的に連続したビームとなって試
料面ＳＢに到達する。この場合、試料面で得られるパル
ス幅は１００ｎｓとなる。一般的にパルス幅がτ（ｓ）
のパルスレーザビームを、パルス幅が２τ（ｓ）のパル
スレーザビームにするためには図１における光学系で、
光速をｃ（ｍｓ-1）とすれば、経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの道
のりを経路Ｂ−Ｅよりｃτ（ｍ）長くすれば得られる。
パルス幅は３０〜５０ｎｓである。パルス幅が５０ｎｓ
ならば、経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの道のりが経路Ｂ−Ｅより
も１５ｍ長ければ、光の速度が３０００００ｋｍｓ-1で
あるので、経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅを経たビームは、経路Ｂ
−Ｅを経たものよりも５０ｎｓ遅れてビーム集光用部分
透過ミラーＣＭに到達する。そこでレーザ発振器から出
たビームが図２ａに示すようなパルスならば、経路Ｂ−
Ｃ−Ｄ−Ｅを経たビームと経路Ｂ−Ｅを経たビームは、
図２ｂに示すような時間的に連続したビームとなって試
料面ＳＢに到達する。この場合、試料面で得られるパル
ス幅は１００ｎｓとなる。一般的にパルス幅がτ（ｓ）
のパルスレーザビームを、パルス幅が２τ（ｓ）のパル
スレーザビームにするためには図１における光学系で、
光速をｃ（ｍｓ-1）とすれば、経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの道
のりを経路Ｂ−Ｅよりｃτ（ｍ）長くすれば得られる。
【００１９】ビームの進行方向の垂直面についてビーム
の広がりが同じであれば、試料面に到達したビームの単
位時間あたりのエネルギーは、レーザ発振器を出たビー
ムの半分である。しかし、試料表面に到達するエネルギ
ーはレーザ発振器から出たレーザビームのエネルギーと
同じである。
の広がりが同じであれば、試料面に到達したビームの単
位時間あたりのエネルギーは、レーザ発振器を出たビー
ムの半分である。しかし、試料表面に到達するエネルギ
ーはレーザ発振器から出たレーザビームのエネルギーと
同じである。
【００２０】シリコン薄膜中における波長３０８ｎｍの
電磁波の浸入長は約１０ｎｍである。ところがレーザパ
ルスの時間的な長さは５０ｎｓ程度のため、このパルス
レーザが試料表面に照射されるとレーザのエネルギー
は、シリコン薄膜の表面から１０ｎｍの部分だけが瞬間
的に高温となるがシリコンの熱伝達係数が小さいため、
パルスレーザのエネルギーがシリコン薄膜の溶融のため
の熱エネルギーに変化する前に、シリコン薄膜表面部分
のシリコン原子の気化やプラズマ化に消費される。つま
り、パルスレーザーの時間的な幅が短いと、シリコン薄
膜は表面だけが溶融し結晶化する。このため、厚みが１
００ｎｍ以上のシリコン薄膜では、表面から５０ｎｍ程
度以上の部分では十分に結晶化しない。そこで、シリコ
ンの熱伝達係数が小さくても、前述のように光学系を工
夫してパルス幅を大きくすると、１５０ｎｍ程度の厚み
のシリコン薄膜でも十分結晶化することが可能となる。
電磁波の浸入長は約１０ｎｍである。ところがレーザパ
ルスの時間的な長さは５０ｎｓ程度のため、このパルス
レーザが試料表面に照射されるとレーザのエネルギー
は、シリコン薄膜の表面から１０ｎｍの部分だけが瞬間
的に高温となるがシリコンの熱伝達係数が小さいため、
パルスレーザのエネルギーがシリコン薄膜の溶融のため
の熱エネルギーに変化する前に、シリコン薄膜表面部分
のシリコン原子の気化やプラズマ化に消費される。つま
り、パルスレーザーの時間的な幅が短いと、シリコン薄
膜は表面だけが溶融し結晶化する。このため、厚みが１
００ｎｍ以上のシリコン薄膜では、表面から５０ｎｍ程
度以上の部分では十分に結晶化しない。そこで、シリコ
ンの熱伝達係数が小さくても、前述のように光学系を工
夫してパルス幅を大きくすると、１５０ｎｍ程度の厚み
のシリコン薄膜でも十分結晶化することが可能となる。
【００２１】上記の例では、ビーム部分分割部で分割さ
れたパルスビームを時間的に連続したパルスに変形した
例を示したが、経路ＢＣＤＥの長さを自由に調節するこ
とにより、時間的に連続したパルスばかりでなく、不連
続なパルスに変形することによってもシリコン薄膜の結
晶化に有効な効果が得られる。例えば、パルス幅５０ｎ
ｓのレーザビームを、経路Ｂ−Ｅと経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ
の距離の差が３０ｍであるような光学系を通過させると
図３のようなパルスレーザを得ることができる。
れたパルスビームを時間的に連続したパルスに変形した
例を示したが、経路ＢＣＤＥの長さを自由に調節するこ
とにより、時間的に連続したパルスばかりでなく、不連
続なパルスに変形することによってもシリコン薄膜の結
晶化に有効な効果が得られる。例えば、パルス幅５０ｎ
ｓのレーザビームを、経路Ｂ−Ｅと経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅ
の距離の差が３０ｍであるような光学系を通過させると
図３のようなパルスレーザを得ることができる。
【００２２】図４では、図１の方法を応用して試料の照
射面におけるレーザビームのパルス幅をレーザ発振器か
ら出たパルスビームのパルス幅の４倍にする方法を示し
ている。上記に述べた例のようにレーザ発振したレーザ
パルスのパルス幅が５０ｎｓであれば、経路Ｈ−Ｉ−Ｊ
−Ｋの道のりが経路Ｈ−Ｋより１５ｎｍ長く、経路Ｌ−
Ｍ−Ｎ−Ｐの道のりが経路Ｌ−Ｐより３０ｍ長ければ、
図５に示したようなパルス幅２００ｎｓのパルスビーム
が得られる。
射面におけるレーザビームのパルス幅をレーザ発振器か
ら出たパルスビームのパルス幅の４倍にする方法を示し
ている。上記に述べた例のようにレーザ発振したレーザ
パルスのパルス幅が５０ｎｓであれば、経路Ｈ−Ｉ−Ｊ
−Ｋの道のりが経路Ｈ−Ｋより１５ｎｍ長く、経路Ｌ−
Ｍ−Ｎ−Ｐの道のりが経路Ｌ−Ｐより３０ｍ長ければ、
図５に示したようなパルス幅２００ｎｓのパルスビーム
が得られる。
【００２３】さらに、図６では、試料の照射面における
レーザビームのパルス幅をレーザー発振器から出たパル
スビームのパルス幅の３倍にする方法を示している。レ
ーザ発振器におけるレーザビームのパルス幅が５０ｎｓ
である場合では、経路Ｂ−Ｉのビームと経路Ｂ−Ｃのビ
ームの、パルス分割部分透過ミラーＰＭ１によるエネル
ギーの分割比が２：１であり、Ｃ−Ｇ経路のビームとＣ
−Ｄ経路のビームのビーム分割用部分透過ミラーＰＭ２
のビームのエネルギーの分割比が１：１であり、経路Ｃ
−Ｇ−Ｈ−Ｄの道のりが経路Ｃ−Ｄより１５ｍ長く、経
路Ｂ−Ｉ−Ｊ−Ｅの道のりが経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅより３
０ｍ長いと図７に示したように、パルス幅が１５０ｎｓ
のレーザビームを得ることができる。
レーザビームのパルス幅をレーザー発振器から出たパル
スビームのパルス幅の３倍にする方法を示している。レ
ーザ発振器におけるレーザビームのパルス幅が５０ｎｓ
である場合では、経路Ｂ−Ｉのビームと経路Ｂ−Ｃのビ
ームの、パルス分割部分透過ミラーＰＭ１によるエネル
ギーの分割比が２：１であり、Ｃ−Ｇ経路のビームとＣ
−Ｄ経路のビームのビーム分割用部分透過ミラーＰＭ２
のビームのエネルギーの分割比が１：１であり、経路Ｃ
−Ｇ−Ｈ−Ｄの道のりが経路Ｃ−Ｄより１５ｍ長く、経
路Ｂ−Ｉ−Ｊ−Ｅの道のりが経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅより３
０ｍ長いと図７に示したように、パルス幅が１５０ｎｓ
のレーザビームを得ることができる。
【００２４】上記の例のようにパルス幅を大きくする
と、単位時間あたりのエネルギーが減少するが、試料面
に照射されるエネルギー量は、パルスを上記の光学系で
加工する以前と同じである。上記のような光学系による
レーザビームを加工することにより、レーザビームの電
磁波のエネルギーがシリコン薄膜中で効率よく熱エネル
ギーに転化するため、良好な結晶シリコン薄膜を得るこ
とが可能になる。
と、単位時間あたりのエネルギーが減少するが、試料面
に照射されるエネルギー量は、パルスを上記の光学系で
加工する以前と同じである。上記のような光学系による
レーザビームを加工することにより、レーザビームの電
磁波のエネルギーがシリコン薄膜中で効率よく熱エネル
ギーに転化するため、良好な結晶シリコン薄膜を得るこ
とが可能になる。
【００２５】シリコン薄膜をビームが照射される範囲に
おいて均一な特性のシリコン結晶を得るためには、パル
スレーザビームの空間的なエネルギー強度分布を均一に
する必要がある。例えば図１の例では、レーザビーム形
成部ＢＨをビーム集光用部分透過ミラーと試料の間に設
置するとよい。図１ばかりでなく図４や図６の場合でも
レーザービーム形成部を設置することができる。
おいて均一な特性のシリコン結晶を得るためには、パル
スレーザビームの空間的なエネルギー強度分布を均一に
する必要がある。例えば図１の例では、レーザビーム形
成部ＢＨをビーム集光用部分透過ミラーと試料の間に設
置するとよい。図１ばかりでなく図４や図６の場合でも
レーザービーム形成部を設置することができる。
【００２６】あるいは、目的によっては、必要に応じ
て、図８に示すようにレーザビーム形成部ＰＭを、ビー
ム部分分割部ＨＢとビーム集光用部分透過ミラーの間の
経路Ｂ−Ｅと経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの間のいずれかあるい
は両方に設置することもできる。レーザ発振器から出た
レーザビームのエネルギー分布は、空間的にガウス分布
しているが、例えば図９に示すように、経路Ｂ−Ｅにレ
ーザビームのエネルギー分布を均一にするレーザビーム
形成部を設置すると、図１０に示すように、異なるエネ
ルギー分布を持ったパルスレーザビームを時間的に連続
して試料に照射することができる。図１０で、レーザビ
ームの光軸の法線方向を「Ｘ方向」と表している。
て、図８に示すようにレーザビーム形成部ＰＭを、ビー
ム部分分割部ＨＢとビーム集光用部分透過ミラーの間の
経路Ｂ−Ｅと経路Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ｅの間のいずれかあるい
は両方に設置することもできる。レーザ発振器から出た
レーザビームのエネルギー分布は、空間的にガウス分布
しているが、例えば図９に示すように、経路Ｂ−Ｅにレ
ーザビームのエネルギー分布を均一にするレーザビーム
形成部を設置すると、図１０に示すように、異なるエネ
ルギー分布を持ったパルスレーザビームを時間的に連続
して試料に照射することができる。図１０で、レーザビ
ームの光軸の法線方向を「Ｘ方向」と表している。
【００２７】更に、ビーム分割用部分透過ミラーの前後
や、ビーム集光用透過ミラーの前後にレーザビームの強
度を適切に減衰させるアッテネーターを設置することに
よってレーザビームのエネルギー強度を制御できる。
や、ビーム集光用透過ミラーの前後にレーザビームの強
度を適切に減衰させるアッテネーターを設置することに
よってレーザビームのエネルギー強度を制御できる。
【００２８】以上述べたように、ビーム分割用部分透過
ミラー、鏡、アッテネーター、ビーム集光用部分透過ミ
ラー、レーザビーム形成部を適当な距離と適当な配置を
することにより、空間的、時間的に様々なエネルギー分
布を持つパルスレーザビームを得ることができる。
ミラー、鏡、アッテネーター、ビーム集光用部分透過ミ
ラー、レーザビーム形成部を適当な距離と適当な配置を
することにより、空間的、時間的に様々なエネルギー分
布を持つパルスレーザビームを得ることができる。
【００２９】これによって、半導体集積回路や、アクテ
ィブマトリックス型の薄膜トランジスタに必要な良好な
特性を有する再結晶シリコン薄膜、あるいは結晶シリコ
ン薄膜を得ることができる。
ィブマトリックス型の薄膜トランジスタに必要な良好な
特性を有する再結晶シリコン薄膜、あるいは結晶シリコ
ン薄膜を得ることができる。
【００３０】以上の実施例では、半導体集積回路やアク
ティブマトリックス型の表示帯の薄膜トランジスタのシ
リコン薄膜に付いて述べたが、本発明は上記の実施例に
限られることなく、パルスレーザを用いた、金属の特性
改質、高分子の形成・分解、化学反応、生物反応などの
分野でも応用することが可能である。
ティブマトリックス型の表示帯の薄膜トランジスタのシ
リコン薄膜に付いて述べたが、本発明は上記の実施例に
限られることなく、パルスレーザを用いた、金属の特性
改質、高分子の形成・分解、化学反応、生物反応などの
分野でも応用することが可能である。
【００３１】また、以上の実施例ではＸｅＣｌエキシマ
レーザを例にしたが、パルスレーザはこれに限られるこ
となく、ＡｒＦ，ＫｒＦなどのエキシマレーザ、ＹＡＧ
レーザ、ルビーレーザなどのパルスレーザでも本発明を
応用することができる。
レーザを例にしたが、パルスレーザはこれに限られるこ
となく、ＡｒＦ，ＫｒＦなどのエキシマレーザ、ＹＡＧ
レーザ、ルビーレーザなどのパルスレーザでも本発明を
応用することができる。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パルスレーザによりシリコン薄膜を再結晶化、あるいは
結晶化を行うレーザ照射装置において、ビーム分割用部
分透過ミラーによってレーザビームを分割して、分割さ
れたビームの経路の道のりを変えて、さらに、ビーム集
光用部分透過ミラーで再びレーザビームの光路を同じに
することによって、ビームのパルス幅を大きくすること
により、レーザビームの電磁波エネルギーをシリコン薄
膜中で効率よく熱エネルギーに変換することにより、結
晶粒径の大きな結晶欠陥の少ない高品質の再結晶化ある
いは結晶化シリコン薄膜を得る効果がある。
パルスレーザによりシリコン薄膜を再結晶化、あるいは
結晶化を行うレーザ照射装置において、ビーム分割用部
分透過ミラーによってレーザビームを分割して、分割さ
れたビームの経路の道のりを変えて、さらに、ビーム集
光用部分透過ミラーで再びレーザビームの光路を同じに
することによって、ビームのパルス幅を大きくすること
により、レーザビームの電磁波エネルギーをシリコン薄
膜中で効率よく熱エネルギーに変換することにより、結
晶粒径の大きな結晶欠陥の少ない高品質の再結晶化ある
いは結晶化シリコン薄膜を得る効果がある。
【図１】 本発明のレーザ照射装置を説明する図。
【図２】 本発明により改良されたレーザビームのパル
スを説明する図。
スを説明する図。
【図３】 本発明の第２の例により改良されたパルスを
説明する図。
説明する図。
【図４】 本発明の第３の例のレーザ照射装置を説明す
る図。
る図。
【図５】 本発明の第３の例のレーザー照射装置を利用
して改良されたレーザビームのパルスを説明する図。
して改良されたレーザビームのパルスを説明する図。
【図６】 本発明の第４の例のレーザ照射装置を説明す
る図。
る図。
【図７】 本発明の第４の例のレーザー照射装置を利用
して改良されたレーザビームのパルスを説明する図。
して改良されたレーザビームのパルスを説明する図。
【図８】 本発明の第５の例のレーザ照射装置を説明す
る図。
る図。
【図９】 本発明の第５の例のレーザー照射装置の応用
例を説明する図。
例を説明する図。
【図１０】 本発明の図９のレーザ照射装置により改良
されたレーザビームのパルスを説明する図。
されたレーザビームのパルスを説明する図。
【図１１】 従来のレーザ照射装置を説明する図。
ＬＳ レーザ発振器
ＡＴ アッテネーター
ＰＭ、ＰＭ１ ビーム分割部分透過ミラー
ＣＭ、ＣＭ１ ビーム集光部分透過ミラー
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４ 全反射ミラー
ＨＭ、ＨＭ１、ＨＭ２ レーザビーム形成部
ＬＥ 凸レンズと凹レンズの複合光学系
ＳＡ 試料
Claims (3)
- 【請求項１】 レーザビームをパルス発振するレーザ光
源部と、このレーザビームのエネルギーを分割するビー
ム分割用部分透過ミラーと、分割されたレーザビームの
光路の長さを調節する鏡と、この分割されたビームを再
び同じ光路に集めるビーム集光用部分透過ミラーを備え
ることを特徴とするレーザ照射装置。 - 【請求項２】 レーザビームの形状を成形するレーザビ
ーム形成部が、ビーム分割用部分透過ミラーの前と、ビ
ーム分割用部分透過ミラーとビーム集光用部分透過ミラ
ー間と、ビーム集光用部分透過ミラーの後に設けられて
いることを特徴とする請求項１記載のレーザー照射装
置。 - 【請求項３】 レーザビームのエネルギー強度を減衰す
るアッテネーターが、レーザビームの光路に関してビー
ム分割用部分透過ミラーの前と、ビーム分割用部分透過
ミラーとビーム集光用部分透過ミラーの間と、プリズム
の後に設けられていることを特徴とする請求項１記載の
レーザ照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19427091A JP3252403B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | レーザ照射装置及びシリコン薄膜の形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19427091A JP3252403B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | レーザ照射装置及びシリコン薄膜の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0531354A true JPH0531354A (ja) | 1993-02-09 |
| JP3252403B2 JP3252403B2 (ja) | 2002-02-04 |
Family
ID=16321831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19427091A Expired - Lifetime JP3252403B2 (ja) | 1991-08-02 | 1991-08-02 | レーザ照射装置及びシリコン薄膜の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3252403B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995026517A1 (en) * | 1992-11-10 | 1995-10-05 | United States Department Of Energy | Laser beam pulse formatting method |
| JP2004153232A (ja) * | 2002-10-30 | 2004-05-27 | Sharp Corp | 半導体素子の製造方法およびその方法により製造された半導体素子 |
| JP2004266102A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法。 |
| KR100480552B1 (ko) * | 1997-09-02 | 2005-05-16 | 삼성전자주식회사 | 실리콘막의결정화방법 |
| US7759181B2 (en) | 2000-12-26 | 2010-07-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device |
| WO2011148788A1 (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 株式会社ブイ・テクノロジー | レーザアニール方法及び装置 |
| US9460922B1 (en) | 2015-05-26 | 2016-10-04 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser annealing apparatus and a method for manufacturing a display apparatus using the laser annealing apparatus |
| US9829712B2 (en) | 2015-02-27 | 2017-11-28 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser optical system and laser annealing device including the same |
| WO2019150549A1 (ja) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | 株式会社日本製鋼所 | レーザ処理装置、レーザ処理方法及び半導体装置の製造方法 |
-
1991
- 1991-08-02 JP JP19427091A patent/JP3252403B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995026517A1 (en) * | 1992-11-10 | 1995-10-05 | United States Department Of Energy | Laser beam pulse formatting method |
| KR100480552B1 (ko) * | 1997-09-02 | 2005-05-16 | 삼성전자주식회사 | 실리콘막의결정화방법 |
| US7759181B2 (en) | 2000-12-26 | 2010-07-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device |
| JP2004153232A (ja) * | 2002-10-30 | 2004-05-27 | Sharp Corp | 半導体素子の製造方法およびその方法により製造された半導体素子 |
| JP4515034B2 (ja) * | 2003-02-28 | 2010-07-28 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置の作製方法 |
| US7569441B2 (en) | 2003-02-28 | 2009-08-04 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser irradiation apparatus, laser irradiation method, and method for manufacturing semiconductor device |
| JP2004266102A (ja) * | 2003-02-28 | 2004-09-24 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射装置およびレーザ照射方法、並びに半導体装置の作製方法。 |
| WO2011148788A1 (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-01 | 株式会社ブイ・テクノロジー | レーザアニール方法及び装置 |
| JP2011249607A (ja) * | 2010-05-27 | 2011-12-08 | V Technology Co Ltd | レーザアニール方法及び装置 |
| CN103038862A (zh) * | 2010-05-27 | 2013-04-10 | 株式会社V技术 | 激光退火方法及其装置 |
| US9829712B2 (en) | 2015-02-27 | 2017-11-28 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser optical system and laser annealing device including the same |
| US9460922B1 (en) | 2015-05-26 | 2016-10-04 | Samsung Display Co., Ltd. | Laser annealing apparatus and a method for manufacturing a display apparatus using the laser annealing apparatus |
| WO2019150549A1 (ja) * | 2018-02-02 | 2019-08-08 | 株式会社日本製鋼所 | レーザ処理装置、レーザ処理方法及び半導体装置の製造方法 |
| US11813694B2 (en) | 2018-02-02 | 2023-11-14 | Jsw Aktina System Co., Ltd | Laser processing apparatus, laser processing method, and method for manufacturing semiconductor apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3252403B2 (ja) | 2002-02-04 |
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