JPH05315278A

JPH05315278A - 光アニール方法及び装置

Info

Publication number: JPH05315278A
Application number: JP12036392A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hino; 威日野; Yukito Sato; 幸人佐藤; Koichi Otaka; 剛一大高
Original assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1992-05-13
Filing date: 1992-05-13
Publication date: 1993-11-26
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JP3221724B2

Abstract

(57)【要約】【目的】互いに偏光方向が直交する複数のビームをビ
ーム径と略同一ピッチで直線状に配列し、このような直
線配置の二つのビームを半ピッチにオーバラップさせて
試料に照射する光アニール方法において、試料に対する
ビームの入射方向が配列方向や配列方向と直交する方向
などに傾斜しても光アニールが均質に行なわれるように
する。【構成】直線配置の二つのビーム４８，４９の配列方
向と偏光方向とを45度で交差させ、試料に対する入射方
向が傾斜しても二つのビーム４８，４９の反射率が同一
に変化するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体材料のアニール
等に利用される光アニール装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、良質な半導体材料を得るための方
法の一つとしてアニールが存する。これは、加熱や冷却
で結晶中の格子欠陥を除去するなどして半導体材料を改
質するもので、基板上に形成した多結晶や非晶質等のシ
リコン薄膜を再結晶化させるＳＯＩ(Ｓilicon on Ｉn
sulation)技術などに利用されている。

【０００３】しかし、このＳＯＩ技術はシリコンウエハ
ーを用いた三次元ＬＳＩの開発を主眼としているため、
ガラス基板上に単結晶シリコン薄膜を形成する方法につ
いては研究例が少ない。その一例としては図９に例示す
るように、石英ガラス基板１上に多結晶シリコン薄膜２
と保護膜である酸化シリコン膜３とを積層形成し、図１
０に例示するように、これを帯状に順次加熱して多結晶
シリコン薄膜２を溶融させた後に再結晶化させることで
単結晶シリコン薄膜４を作成する方法が報告されてい
る。この方法はＺＭＲ(Ｚone Ｍelting Ｒecrystalli
zation)と称されており、利用される加熱方式としては
ストリップヒータ加熱、カーボンサセプタによる高周波
加熱、電子ビーム加熱、ハロゲンランプ加熱、レーザビ
ーム加熱等が提案されている。そして、この中でも光ア
ニールの一つであるレーザビーム加熱方式は他の加熱方
式に比較して、エネルギ密度が高い出力制御が容易である光学部品の使用でビーム経路を任意に形成できる大気中で使用可能材料に最適な波長のビームを選択できる等の利点を有している。しかし、レーザビームは加熱領
域がスポット状で強度分布もビーム断面中で一定でない
ため、これらを補正して幅広い帯状の領域を均一な強度
でビーム照射できる機構を形成する必要がある。

【０００４】そこで、このような課題を解決するものと
しては、例えば、特開昭59-52831号公報に開示されてい
る提案があり、これは等間隔で直線状に配列した複数の
レーザ光源の出射光が配列方向でビーム径の半ピッチで
オーバラップする位置に反射面が放物線状に湾曲したミ
ラーを設け、このミラーの反射光路上に配置される基板
に強度分布が均一で幅広のビームを照射するようになっ
ている。また、特開昭59-121822号公報に開示されてい
る方法では、一個のレーザ光源の出射光をプリズムで複
数の平行光に分割することでビーム径の半ピッチでオー
バラップする幅広のビームを形成するようになってい
る。しかし、これらの方法では完全に強度が均一で直線
状のビームを形成することは困難である。

【０００５】また、図１１に第一の従来例として例示す
る光アニール装置５では、ビームの強度分布がガウス型
のレーザ光源６₁〜６₈を基板７に対して連続的に対向配
置することで、図１２(ａ)，(ｂ)に例示するように、基
板７上に直線状に配列されるビームスポット８₁〜８₈を
半ピッチでオーバラップさせることができるようになっ
ている。

【０００６】しかし、この光アニール装置５では、レー
ザ光源６₁〜６₈の横幅はビーム径に比較して必然的に大
きいので、図１１に例示したように、そのビームスポッ
ト８₁〜８₈をオーバラップさせるためにはレーザ光源６
₁〜６₈は基板７に対して放射状に配置する必要があり、
端部近傍のレーザ光源６は基板７に対する照射角が直角
から傾斜してビームスポット８が楕円形となり、その強
度分布がガウス型でなくなるので、得られた直線状のビ
ームの強度は均一にならない。また、このように基板７
に対して傾斜した入射光が存すると、この基板７の内部
で入射光が過剰にオーバラップするなどして発熱が不均
一となることが考えられる。

【０００７】そこで、このような課題を解決する光アニ
ール装置として本出願人が特開平3-232223号公報に開示
した装置を、ここでは第二の従来例として図１３ないし
図１５に基づいて説明する。まず、この光アニール装置
９では、図１３に例示するように、ビーム径と略同一ピ
ッチの直線状の配列で強度分布がガウス型のビームを出
射するように形成された第一・第二の光出射装置１０，
１１と、試料である基板１２の表面に対して45度に傾斜
したビームコンバイナーである半透過ミラー１３とを組
合わせた構造となっている。

【０００８】ここで、前記第一・第二の光出射装置１
０，１１は、両端部に外部ミラー１４を備えたＣＯ₂ガ
スレーザ管１５等からなるレーザ光源１６₁〜１６₄，１
７₁〜１７₄を直線状に連続配置して金蒸着シリコンミラ
ー１８〜２０を所定配置した光学系２１，２２に組合わ
せた構造となっており、ここではレーザ光源１６，１７
間でガスレーザ管１５のブリュースター窓２３の方向を
規定することで偏光方向が互いに直交したＳ偏光・Ｐ偏
光のビーム２４，２５を出射するようになっている。そ
して、この光アニール装置９では、上述のようにして第
一・第二の光出射装置１０，１１から出射される各々四
本のＳ偏光・Ｐ偏光のビーム２４₁〜２４₄，２５₁〜２
５₄が、前記金蒸着シリコンミラー１８〜２０の配置に
より各ビームがビーム径と同一ピッチで連続するように
なっている。そこで、これらＳ偏光・Ｐ偏光のビーム２
４₁〜２４₄，２５₁〜２５₄が、各々前記半透過ミラー１
３で反射及び透過されて前記基板１２上に照射されたビ
ームスポット２６₁〜２６₄，２７₁〜２７₄は、図１４に
例示するように、配列方向でビーム径の半ピッチでオー
バラップするようになっている。

【０００９】なお、前記レーザ光源１６，１７としては
出力20Ｗでビーム径が16(mm)のＣＯ₂ガスレーザ等が使
用でき、これらの出射光をＳ偏光・Ｐ偏光とする方法は
45度折り返しミラーの取付方向を光軸に対して90度に変
位させることでも可能である。

【００１０】このような構成において、図１５に例示す
るように、ここでは厚さ1.0(mm)の石英ガラス基板１上
にＣＶＤ法で厚さ3000Åの多結晶シリコン薄膜２と厚さ
1.5(μｍ)の酸化シリコン膜３とを順次積層形成した基
板１２を光アニールする。

【００１１】この光アニール装置９は、第一・第二の光
出射装置１０，１１のレーザ光源１６₁〜１６₄，１７₁
〜１７₄から出射された各々ビーム径が16(mm)で四本が
直線状に連続配置されたＳ偏光・Ｐ偏光のビーム２４₁
〜２４₄，２５₁〜２５₄は、各光学系２１，２２で反射
されることでピッチが16(mm)となり、半透過ミラー１３
で反射及び透過されることで各ビーム２４，２５が8.0
(mm)のピッチで連続した状態で基板１２上に入射する。

【００１２】そして、図１４に例示したように、強度分
布がガウス型で直径16(mm)の八つのビームスポット２６
₁〜２６₄，２７₁〜２７₄が基板１２上で半ピッチでオー
バラップすることで、 (16／2)×(8−1)＝56(mm) となり、約56(mm)の直線状に光強度が均一なビームが形
成されて基板１２に照射される。そこで、このような直
線状のビームを1.0(mm／sec)で基板１２を相対的に走査
したところ、多結晶シリコン薄膜２から幅56mmの単結晶
シリコン薄膜４が形成された。

【００１３】つまり、この光アニール装置９は、各々強
度分布がガウス型でビーム径の半ピッチでオーバラップ
した直線状のビームを得るため、ビーム径と同一ピッチ
で直線状に連続配置したビームの偏光方向を直交させ、
これらのビームを偏光方向に従って入射光を反射及び透
過する半透過ミラー１３に入射させた。この光アニール
装置９では、ビーム２４，２５を平行として基板１２へ
の入射角を各々直角とすることができ、強度分布がガウ
ス型のビームスポット２６，２７が正確に半ピッチでオ
ーバラップすることになって配列方向の光強度が均一で
ある。また、この光アニール装置９では、基板１２に対
する各ビーム２４，２５の入射角が直角なので、この基
板１２の深さ方向でも入射光のオーバラップは均一で発
熱が均一である。

【００１４】さらに、本出願人が上記公報に開示した他
の光アニール装置を第三の従来例として図１６ないし図
２２に基づいて説明する。まず、この光アニール装置２
８では、図１６に例示するように、前述した光アニール
装置９と略同様な構造の第一・第二の光アニールユニッ
ト２９，３０が対向配置されており、これらの出射光路
上に配置された光偏向素子である第一・第二の光走査ユ
ニット３１，３２で偏向走査されたビーム３３₁〜３
３₄，３４₁〜３４₅の各ビームスポット３５₁〜３５₄，
３６₁〜３６₅が基板１２上でオーバラップするようにな
っている。ここで、前記第一の光アニールユニット２９
は、出力が50Ｗでビーム径が10(mm)のＣＯ₂レーザ(図示
せず)を四個内蔵した光源部３７と光学系３８とで形成
されており、前記第二の光アニールユニット３０は、出
力が5Ｗでビーム径が5(mm)のＡrレーザ(図示せず)を五
個内蔵した光源部３９と光学系４０とで形成されてい
る。

【００１５】そして、前記第一の光走査ユニット３１
は、図１７及び図１８に例示するように、制御回路４１
が接続された駆動モータ４２で細長い走査ミラー４３を
長手方向と直交する面内で回動自在に軸支した構造とな
っており、前記第二の光走査ユニット３２は、図１９及
び図２０に例示するように、制御回路４４が接続された
駆動モータ４５で細長い走査ミラー４６を長手方向と平
行な面内で回動自在に軸支してシリンドリカルレンズ４
７に対向配置した構造となっている。

【００１６】このような構成において、この光アニール
装置２８では、第一・第二の光アニールユニット２９，
３０は前述の光アニール装置９と同様に直線状に連続し
て半ピッチでオーバラップするビーム３３₁〜３３₄，３
４₁〜３４₅を出射するようになっており、前述したよう
に二種類のビームスポット３５₁〜３５₄，３６₁〜３６₅
が基板１２上でオーバラップするようになっている。

【００１７】そして、この光アニール装置２８では、第
一・第二の光走査ユニット３１，３２の偏向走査によ
り、第一の光アニールユニット２９のビームスポット３
５₁〜３５₄が連続方向と直角に周波数300(kHz)で振幅5
(mm)に振動し、第二の光アニールユニット３０のビーム
スポット３６₁〜３６₅が連続方向に周波数300(kHz)で振
幅5(mm)に振動するようになっている。このようにする
ことで、ビームスポット３５₁〜３５₄，３６₁〜３６₅の
光強度差が分散されるので、基板１２は極めて均一に光
アニールされることになる。

【００１８】さらに、この光アニール装置２８では、第
一光走査ユニット３１のビームスポット３５₁〜３５₄と
シリンドリカルレンズ４７で収束したビームスポット３
６₁〜３６₅とを基板１２上で重複させることで、図２１
及び図２２に例示するように、広範囲に照射されるビー
ムスポット３５₁〜３５₄で予熱された基板１２が細いビ
ームスポット３６₁〜３６₅で光アニールされることにな
る。従って、この光アニール装置２８では、基板１２の
全体をヒータなどで予熱しておく必要がないので、長時
間の加熱により変質や変形などが基板１２に生じること
がない。しかも、この光アニール装置２８では、第一・
第二の光アニールユニット２９，３０のビーム３３₁〜
３３₄，３４₁〜３４₅の波長が異なるので、基板１２の
構造に対応した加熱が行なわれるようになっている。

【００１９】そこで、このような光アニール装置２８
で、前述した光アニール装置９と同様に、厚さ1.0(mm)
の石英ガラス基板１上にＣＶＤ法で厚さ3000(Å)の多結
晶シリコン薄膜２と厚さ1.5(μｍ)の酸化シリコン膜３
とを順次積層形成した基板１２を光アニールし、各々約
15(mm)の直線状に形成されて重複した二種類のビームス
ポット３５₁〜３５₄，３６₁〜３６₅を1.0(mm／sec)で走
査移動する基板１２に照射したところ、多結晶シリコン
薄膜２から幅15mmの単結晶シリコン薄膜４が形成され
た。

【００２０】そして、この光アニール装置２８では、第
一の光アニールユニット２９のＣＯ₂レーザのビーム３
３₁〜３３₄を振動させることで、結晶性が良好な単結晶
シリコン薄膜４を得ることができ、第二の光アニールユ
ニット３０のＡrレーザのビーム３４₁〜３４₅を振動さ
せることで、均一性が良好な単結晶シリコン薄膜４を得
ることができるので、各ビームスポット３５₁〜３５₄，
３６₁〜３６₅を共に振動させることで、結晶性も均一性
も良好な光アニールを行なえることが確認された。

【００２１】なお、ここでは光アニール装置９，２８の
作業対象として石英ガラス基板１上に多結晶シリコン薄
膜２と酸化シリコン膜３とを形成した基板１２を例示し
たが、これは単体や化合物の半導体や半導体以外の金属
の光アニール等の他、誘電体材料の単結晶薄膜や有機結
晶薄膜などの形成にも利用可能である。

【００２２】また、上述した光アニール装置２８では、
第一・第二の光アニールユニット２９，３０で種類が異
なるレーザ光源を採用したが、これは同一のレーザ光源
も利用可能であり、そのビームスポット３５₁〜３５₄，
３６₁〜３６₅の振動方向や周波数及び振幅なども各種の
組合わせが考えられる。なお、この振幅としてはビーム
スポット３５₁〜３５₄，３６₁〜３６₅の直径の1／100〜
1／2とすることで良好な結果が得られると考えられ、例
えば、ビーム列の長さが50(mm)で幅が1.0(mm)ならば、
その振幅を列方向と直角な方向では10〜500(μｍ)とし
て列方向では0.5〜25(mm)とする。また、その周波数は
高いほど良好な結果が得られるが、実際的には数(Hz)〜
数(kHz)とすることが可能である。さらに、上述のよう
なビームスポット３５₁〜３５₄，３６₁〜３６₅の振動を
実現する光偏向素子としても、走査ミラー４３，４６を
回動させる光走査ユニット３１，３２の他、走査ミラー
４３，４６を平行移動させるものや、プリズムを回動や
平行移動等させるものや、音響光学型光変調器や電気光
学型光変調器などが利用可能である。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】上述した光アニール装
置９，２８では、直線状に配列したビーム２４，２５，
３３，３４が半ピッチでオーバラップしているので基板
１２を均質に光アニールすることができる。

【００２４】ここで、第二の従来例として前述した光ア
ニール装置９では、基板１２に対するビーム２４，２５
の入射角を直角とすることを例示したが、これは第三の
従来例の光アニール装置２８のように傾斜させたり偏向
走査することが考えられる。ここで、光アニール装置９
等では、図２３に例示するように、ビーム２４，２５等
の偏光方向は一方が配列方向と平行で他方は直角となっ
ているので、このようなビーム２４，２５等は基板１２
に対する入射角が傾斜すると一方がＰ偏光で他方がＳ偏
光となることになる。しかし、図２４に例示するよう
に、Ｐ偏光とＳ偏光とのビームは直角以外の入射角で試
料に照射されると反射率が異なるので、上述のように光
アニール装置９等のビーム２４，２５等の入射角が傾斜
すると、基板１２がビーム２４，２５から各々受光する
エネルギ量が異なって光アニールが均質に行なわれない
ことになる。

【００２５】このような課題は、基板１２に対するビー
ム３３，３４の入射角が直角とならない光アニール装置
２８に発生することであり、ビーム２４，２５の入射角
を直角に固定した光アニール装置９には発生しないが、
例えば、このような光アニール装置９でも製造誤差等に
よってビーム２４，２５の照射角が傾斜すると同様な課
題が発生することになる。

【００２６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
強度分布がガウス型で互いに偏光方向が直交する複数の
ビームを第一・第二の光出射装置がビーム径と略同一ピ
ッチの直線状の配列で出射し、これら第一・第二の光出
射装置から出射されたビームをビームコンバイナーが配
列方向でビーム径の半ピッチにオーバラップさせて試料
に照射するようにした光アニール方法において、前記第
一・第二の光出射装置のビームの配列方向と偏光方向と
が45度で交差するようにした。

【００２７】請求項２記載の発明は、ビーム径と略同一
ピッチの直線状の配列で強度分布がガウス型の複数のビ
ームを出射すると共に互いに偏光方向が直交する第一・
第二の光出射装置を設け、入射光を偏光方向に従って反
射及び透過するビームコンバイナーを設け、前記第一・
第二の光出射装置から出射されて前記ビームコンバイナ
ーを経た反射光と透過光とが配列方向でビーム径の半ピ
ッチでオーバラップする位置に前記第一・第二の光出射
装置と前記ビームコンバイナーとを配置した光アニール
装置において、ビームの配列方向と偏光方向とが45度で
交差する形態に前記第一・第二の光出射装置を形成し
た。

【００２８】

【作用】試料に対するビームの入射方向が配列方向や配
列方向と直交する方向などに傾斜しても、第一・第二の
光出射装置のビームの試料に対する反射率の変化が同一
となるので、例えば、構造的な理由などから試料に対す
るビームの入射方向を傾斜させるなどしても、試料を均
質に光アニールすることができる。

【００２９】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１ないし図４に基
づいて説明する。なお、ここでは従来例として前述した
光アニール装置９，２８等と同一の部分は同一の名称及
び符号を用いて説明も省略する。まず、本発明の光アニ
ール方法では、図１に例示するように、互いに偏光方向
が直交して半ピッチでオーバラップするビーム４８，４
９の配列方向と偏光方向とが45度で交差するようになっ
ており、このような光アニール方法を実現する光アニー
ル装置５０は、図２に例示するように、各々ビーム４
８，４９の配列方向と偏光方向とが45度で交差する形態
に第一・第二の光出射装置５１，５２を形成した構造と
なっている。より具体的には、これら第一・第二の光出
射装置５１，５２は、図中で左右方向と共に奥行方向に
順次変位した直線状に複数のレーザ光源１６，１７を配
置し、このようなレーザ光源１６，１７が出射するビー
ムを半透過ミラー１３上で半ピッチでオーバラップさせ
る光学系５３，５４を所定配置の金蒸着ミラー５５〜５
９等で形成した構造となっている。そこで、この光アニ
ール装置５０では、図３に例示するように、上述のよう
な配置のレーザ光源１６，１７のビームを直線状に合成
するために半透過ミラー１３は左右方向と共に前後方向
にも傾斜しており、図４に例示するように、基板１２の
移動方向も水平方向で45度に傾斜している。

【００３０】このような構成において、この光アニール
装置５０では、前述した光アニール装置９，２８と同様
に、直線状に配列したビーム４８，４９が半ピッチでオ
ーバラップしているので、図４に例示したように、基板
１２に照射されるビームスポット６０，６１は直線方向
の光強度が略均一である。そこで、この基板１２をビー
ムスポット６０，６１の配列方向と直交する方向に移動
させることで、この基板１２を均質に光アニールするこ
とができる。

【００３１】しかも、この光アニール装置５０では、半
ピッチでオーバラップするビーム４８，４９は互いに直
交する偏光方向が配列方向に対して各々45度に傾斜して
いるので、例えば、基板１２に対するビーム４８，４９
の入射方向が、その配列方向と直交する方向などに傾斜
しても、基板１２に対する各ビーム４８，４９の反射率
の変化は同一である。そこで、この光アニール装置５０
では、第三の従来例として例示した光アニール装置２８
のように、基板１２に対する各ビーム４８，４９の入射
方向を傾斜させたり偏向走査させるなどしても、基板１
２がビーム４８，４９から各々受光するエネルギ量が同
一に維持されて光アニールが均質に行なわれることにな
る。

【００３２】なお、本実施例の光アニール装置５０で
は、光出射装置５１，５２のレーザ光源としてＣＯ₂ガ
スレーザを想定したが、これは出射光がガウス型の強度
分布を示すものであれば可視光レーザの他に紫外線レー
ザや赤外線レーザなどでも良く、例えば、エキシマレー
ザ、Ａrレーザ、Ｈe−Ｃdレーザ、Ｈe−Ｎeレーザ、ル
ビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、ＹＡＧ(Ｙttr
ium Ａluminum Ｇarnet)レーザ、半導体レーザ、酸化
炭素レーザなどが利用可能である。

【００３３】つぎに、本発明の第二の実施例を図５及び
図６に基づいて説明する。なお、第一の従来例として上
述した光アニール装置５０と同一の部分は同一の名称及
び符号を用いて説明も省略する。まず、この光アニール
装置６２では、第一・第二の光出射装置６３，６４のレ
ーザ光源６５₁〜６５₄，６６₁〜６６₄が各々Ａrレーザ
６７で形成されており、前記第一の光出射装置６３のレ
ーザ光源６５はＡrレーザ６７の光出射面に1／2λ板６
８が対向配置されている。また、この光アニール装置６
２では、前記第一・第二の光出射装置６３，６４の光軸
上に配置されたビームコンバイナーがビームスプリッタ
６９で形成されている。

【００３４】このような構成において、この光アニール
装置６２は、第一・第二の光出射装置６３，６４のＡr
レーザ６７からは偏光方向が同一のビーム４８₁〜４
８₄，４９₁〜４９₄が出射されるが、このようなビーム
４８₁〜４８₄，４９₁〜４９₄の偏光方向が第一の光出射
装置６３では1／2λ板６８に直角に偏向されるので、以
下は前述の光アニール装置５０と同様に機能する。つま
り、上述のような光アニール装置５０，６２では、基板
１２に入射するビーム４８，４９が配列方向や配列方向
と直交する方向に傾斜しても、基板１２の光アニールを
均質に実行することができる。

【００３５】そこで、このような光アニール装置５０，
６２と同様な構造の光アニールユニット７０，７１のビ
ーム７２，７３の入射方向を基板１２に対して傾斜させ
た光アニール装置７４を第三の実施例として図７に基づ
いて説明する。まず、この光アニール装置７４では、第
二の従来例として前述した光アニール装置２８と同様
に、レーザ光源がＣＯ₂レーザである光アニールユニッ
ト７０とＡrレーザである光アニールユニット７１との
ビーム７２，７３が反射ミラー７５，７６で反射されて
基板１２の同一位置に照射されるようになっており、こ
こでは前記光アニールユニット７１と前記反射ミラー７
６との間にシリンドリカルレンズ７７が配置されてい
る。

【００３６】このような構成において、この光アニール
装置７４では、第二の従来例として例示した光アニール
装置２８と同様に、レーザ光源がＡrレーザである光ア
ニールユニット７１のビーム７３のみがシリンドリカル
レンズ７７によって配列方向と直交する方向に集光され
るので、基板１２は幅が広いビーム７２で予熱された状
態で幅が狭いビーム７３で光アニールされるようになっ
ている。

【００３７】ここで、この光アニール装置７４では、基
板１２に対する光アニールユニット７０，７１のビーム
７２，７３の入射方向は、その配列方向と直交する方向
に傾斜しているが、半ピッチでオーバラップしたビーム
７２，７３は偏光方向が配列方向に対して交互に45度に
傾斜しているので基板１２は光アニールが均質に行なわ
れるようになっている。

【００３８】なお、この光アニール装置７４では、幅が
広い予熱用のビーム７２をＣＯ₂レーザで形成すると共
に幅が狭い光アニール用のビーム７３をＡrレーザで形
成することを例示したが、これは各レーザに対する基板
１２の物性の違いを利用するためである。つまり、この
光アニール装置７４の試料である基板１２は、前述した
ように厚さ1.0(mm)の石英ガラス基板１上に厚さ3000
(Å)の多結晶シリコン薄膜２と厚さ1.5(μm)の酸化シリ
コン膜３とを順次積層形成した構造となっており、この
酸化シリコン膜３は光アニール後の溶融再結晶化で単結
晶シリコン薄膜となる多結晶シリコン薄膜２の変化を安
定させる保護膜として作用するようになっている。そし
て、物性的にＣＯ₂レーザのビーム７２は酸化シリコン
膜３に吸収されやすいと共に多結晶シリコン薄膜２は吸
収されにくく、光アニール用のＡrレーザのビーム７３
は酸化シリコン膜３に吸収されにくく多結晶シリコン薄
膜２は吸収されやすいので、この光アニール装置７４で
は、ＣＯ₂レーザのビーム７２を予熱に利用してＡrレー
ザのビーム７３で本加熱を実行することで、光アニール
を良好に行なうようになっている。

【００３９】さらに、本発明の第四の実施例を図８に基
づいて説明する。まず、この光アニール装置７８では、
第三の実施例として上述した光アニール装置７４と同様
に、光アニールユニット７１のビーム７３がシリンドリ
カルレンズ７７と反射ミラー７６とを介して基板１２に
傾斜して照射されるようになっており、ここでは基板１
２に電子線７９を照射する予熱装置８０が光アニールユ
ニット７１の前方に配置されている。

【００４０】このような構成において、この光アニール
装置７８では、基板１２は予熱装置８０が出射する電子
線７９で均一に予熱されて光アニールユニット７１のビ
ーム７３で光アニールされるようになっている。そし
て、この光アニール装置７８も、前述した光アニール装
置７４等と同様に光アニールユニット７１の半ピッチで
オーバラップしたビーム７３は偏光方向が配列方向に対
して交互に45度に傾斜しているので、基板１２は光アニ
ールが均質に行なわれるようになっている。そして、こ
のように基板１２に対するビーム７３の入射方向を傾斜
させることができるので、この光アニール装置７８で
は、予熱装置８０の配置や形状の自由度が良好で光学系
の形成も容易である。なお、この光アニール装置７８で
は、予熱装置８０として電子線７９を出射するものを例
示したが、このような予熱装置としてはイオンや赤外線
を出射する装置(図示せず)なども利用可能である。

【００４１】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、強度分布がガウ
ス型で互いに偏光方向が直交する複数のビームを第一・
第二の光出射装置がビーム径と略同一ピッチの直線状の
配列で出射し、これら第一・第二の光出射装置から出射
されたビームをビームコンバイナーが配列方向でビーム
径の半ピッチにオーバラップさせて試料に照射するよう
にした光アニール方法において、前記第一・第二の光出
射装置のビームの配列方向と偏光方向とが45度で交差す
るようにしたことにより、試料に対するビームの入射方
向が配列方向や配列方向と直交する方向などに傾斜して
も、第一・第二の光出射装置のビームの試料に対する反
射率の変化が同一となるので、例えば、構造的な理由な
どから試料に対するビームの入射方向を傾斜させるなど
しても、試料を均質に光アニールすることができる等の
効果を有するものである。

【００４２】請求項２記載の発明は、ビーム径と略同一
ピッチの直線状の配列で強度分布がガウス型の複数のビ
ームを出射すると共に互いに偏光方向が直交する第一・
第二の光出射装置を設け、入射光を偏光方向に従って反
射及び透過するビームコンバイナーを設け、前記第一・
第二の光出射装置から出射されて前記ビームコンバイナ
ーを経た反射光と透過光とが配列方向でビーム径の半ピ
ッチでオーバラップする位置に前記第一・第二の光出射
装置と前記ビームコンバイナーとを配置した光アニール
装置において、ビームの配列方向と偏光方向とが45度で
交差する形態に前記第一・第二の光出射装置を形成した
ことにより、試料に対するビームの入射方向が配列方向
や配列方向と直交する方向などに傾斜しても、第一・第
二の光出射装置のビームの試料に対する反射率の変化が
同一となるので、例えば、構造的な理由などから試料に
対するビームの入射方向を傾斜させるなどしても、試料
を均質に光アニールすることができる等の効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す模式図である。

【図２】光アニール装置を示す模式的な正面図である。

【図３】拡大した要部を示す斜視図である。

【図４】ビームの配列形状を示す模式図である。

【図５】第二の実施例を示す模式的な正面図である。

【図６】拡大した要部を示す斜視図である。

【図７】第三の実施例を示す正面図である。

【図８】第四の実施例を示す正面図である。

【図９】試料である基板を示す縦断正面図である。

【図１０】ＺＭＲ法の説明図であり、(ａ)は基板の平面
図、(ｂ)は縦断側面図、(ｃ)は発熱温度の特性図であ
る。

【図１１】光アニール装置の第一の従来例を示す正面図
である。

【図１２】光アニール方法の説明図であり、(ａ)はビー
ムスポットの平面図、(ｂ)は光強度の特性図である。

【図１３】第二の従来例を示す模式的な正面図である。

【図１４】拡大した要部を示す正面図である。

【図１５】試料である基板を示す縦断側面図である。

【図１６】第三の従来例を示す模式的な正面図である。

【図１７】拡大した要部を示す模式的な平面図である。

【図１８】側面図である。

【図１９】拡大した要部を示す模式的な平面図である。

【図２０】斜視図である。

【図２１】光アニール中の基板を示す斜視図である。

【図２２】温度特性を示す特性図である。

【図２３】オーバラップするビームの偏光方向を示す模
式図である。

【図２４】入射角によるビームの反射率の変化を示す特
性図である。

【符号の説明】

１２試料１３，６９ビームコンバイ
ナー４８，４９，７２，７３ビーム５０，６２，７４，７８光アニール装置５１，５２，６３，６４光出射装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤幸人宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５番地の 10 リコー応用電子研究所株式会社内 (72)発明者大高剛一宮城県名取市高舘熊野堂字余方上５番地の 10 リコー応用電子研究所株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強度分布がガウス型で互いに偏光方向が
直交する複数のビームを第一・第二の光出射装置がビー
ム径と略同一ピッチの直線状の配列で出射し、これら第
一・第二の光出射装置から出射されたビームをビームコ
ンバイナーが配列方向でビーム径の半ピッチにオーバラ
ップさせて試料に照射するようにした光アニール方法に
おいて、前記第一・第二の光出射装置のビームの配列方
向と偏光方向とが45度で交差するようにしたことを特徴
とする光アニール方法。
【請求項２】ビーム径と略同一ピッチの直線状の配列
で強度分布がガウス型の複数のビームを出射すると共に
互いに偏光方向が直交する第一・第二の光出射装置を設
け、入射光を偏光方向に従って反射及び透過するビーム
コンバイナーを設け、前記第一・第二の光出射装置から
出射されて前記ビームコンバイナーを経た反射光と透過
光とが配列方向でビーム径の半ピッチでオーバラップす
る位置に前記第一・第二の光出射装置と前記ビームコン
バイナーとを配置した光アニール装置において、ビーム
の配列方向と偏光方向とが45度で交差する形態に前記第
一・第二の光出射装置を形成したことを特徴とする光ア
ニール装置。