JPH06120139A - Semiconductor material manufacturing equipment - Google Patents

Semiconductor material manufacturing equipment

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JPH06120139A
JPH06120139A JP29071092A JP29071092A JPH06120139A JP H06120139 A JPH06120139 A JP H06120139A JP 29071092 A JP29071092 A JP 29071092A JP 29071092 A JP29071092 A JP 29071092A JP H06120139 A JPH06120139 A JP H06120139A
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JP
Japan
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semiconductor material
laser beam
laser
manufacturing apparatus
material manufacturing
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Application number
JP29071092A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukito Sato
幸人 佐藤
Koichi Otaka
剛一 大▲高▼
Takeshi Hino
威 日野
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Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd
Ricoh Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To stably obtain single crystal semiconductor material, when semiconductor material is fused and recrystallized by laser beam irradiation. CONSTITUTION:Polycrystalline or noncrystalline semiconductor material, e.g. polycrystalline or noncrystalline silicon thin film 2 on an insulative substrate 1 is irradiated with a laser beam BM0 from a laser lignt source 3 via a rotary mirror 5 of a rotary mirror equipment 4. The semiconductor material 2 is scanned in the direction of an arrow A. Thereby the polycrystalline or noncrystalline semiconductor material 2 can be continuosly fused and recrystallized. In this case, the laser beam BM0 is rotated by a radius corresponding to the inclination angle theta to the rotary shaft 7 of the rotary mirror 5. The beam profile of the laser beam on the semiconductor material 2 becomes a stable doughnut type having a specified radius. The beam intensity distribution becomes a stable double-humped type.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、多結晶あるいは非晶質
の半導体材料を溶融,再結晶化する半導体材料製造装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor material manufacturing apparatus for melting and recrystallizing a polycrystalline or amorphous semiconductor material.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、絶縁性材料上に単結晶薄膜を形成
してSOI構造の半導体装置とするような場合に、レー
ザビーム溶融再結晶化法が知られている。このレーザ溶
融再結晶法は、例えばSOI構造の半導体装置を作製す
るのに用いられる場合に、図12(a)に示すように絶
縁性基板203上に形成された多結晶あるいは非晶質シ
リコン薄膜201をレーザビームBMのエネルギーで加
熱,溶融し、レーザビームあるいは基板を相対的に移動
させることによって、溶融領域を矢印Aで示すように移
動させて溶融シリコンを冷却固化し、再結晶化シリコン
202とするようになっている。このレーザ溶融再結晶
化法は、ランプ光,ワイヤー状のカーボンヒーター,あ
るいは高周波加熱カーボンサセプター等を利用した帯域
溶融再結晶化法のように、基板全体をシリコンの融点近
くまで加熱する必要がないので、製造装置の規模を小型
化することができ、また、高温加熱による基板変形の問
題もない。また、帯域溶融再結晶化法は、多種熱源から
の輻射加熱を主に用いているため、熱源と基板との距離
によって、溶融,再結晶化の様子が大きく異なるのに対
し、レーザビーム溶融再結晶化法では、レーザ光の吸収
による熱の発生を利用しているため基板上の温度プロフ
ァイルが基板とレーザ光源との距離に影響されにくく、
また、レーザビームはレンズミラー等の各種光学系を用
いて任意の位置から基板まで導くことができるので、レ
ーザビームのコヒーレンシーをも容易に確保することが
でき、従って、帯域溶融再結晶化に比べて、半導体材料
の溶融,再結晶化を安定してかつ確実に効率良く行なう
ことができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser beam melting recrystallization method has been known when a single crystal thin film is formed on an insulating material to obtain a semiconductor device having an SOI structure. This laser melting recrystallization method is used, for example, when manufacturing a semiconductor device having an SOI structure, and a polycrystalline or amorphous silicon thin film formed on an insulating substrate 203 as shown in FIG. 12A. 201 is heated and melted with the energy of the laser beam BM, and the laser beam or the substrate is relatively moved to move the melting region as shown by an arrow A to cool and solidify the molten silicon, and recrystallized silicon 202 It is supposed to be. This laser melting recrystallization method does not require heating the entire substrate to near the melting point of silicon, unlike the zone melting recrystallization method using lamp light, a wire-shaped carbon heater, a high frequency heating carbon susceptor, or the like. Therefore, the scale of the manufacturing apparatus can be reduced, and there is no problem of substrate deformation due to high temperature heating. In addition, since the zone melting recrystallization method mainly uses radiant heating from various heat sources, the state of melting and recrystallization greatly differs depending on the distance between the heat source and the substrate, whereas the laser beam melting recrystallization method Since the crystallization method utilizes the generation of heat due to the absorption of laser light, the temperature profile on the substrate is less likely to be affected by the distance between the substrate and the laser light source,
Further, since the laser beam can be guided to the substrate from any position by using various optical systems such as a lens mirror, the coherency of the laser beam can be easily ensured, and therefore, compared with the zone melting recrystallization. Thus, the melting and recrystallization of the semiconductor material can be performed stably and reliably and efficiently.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レーザ
ビーム溶融再結晶化法を利用している従来の半導体材料
製造装置では、半導体材料(例えばシリコン)の表面に
対するレーザビームの強度分布は、集光性の良さから、
通常、図13に示すようにガウス型となっている。この
ため、半導体材料(シリコン)の溶融領域付近の温度分
布は、ガウス型のビーム強度を反映して、図12(b)
に示すように、ビーム走査方向に見て、中央部が最も高
く、周辺になるに従い低くなる。このような状況下では
溶融シリコンの再結晶化は、溶融部の周辺から多数同時
に進行するため、再結晶化シリコンは、図14に示すよ
うに多結晶体となる場合が多く、単結晶シリコンを安定
して得ることができない。
However, in the conventional semiconductor material manufacturing apparatus utilizing the laser beam melting recrystallization method, the intensity distribution of the laser beam on the surface of the semiconductor material (for example, silicon) has a converging property. From the goodness of
Normally, it is of a Gauss type as shown in FIG. Therefore, the temperature distribution in the vicinity of the molten region of the semiconductor material (silicon) reflects the Gaussian beam intensity, as shown in FIG.
As shown in, the central portion is highest in the beam scanning direction and becomes lower toward the periphery. In such a circumstance, recrystallization of molten silicon progresses simultaneously from the periphery of the melted portion, and thus recrystallized silicon often becomes a polycrystalline body as shown in FIG. You can't get stable.

【0004】単結晶半導体材料を安定して得るようにす
るためには、溶融領域付近の温度分布を、中央部が低く
周辺になるほど高くなるようにすれば良い。すなわち、
この場合には、再結晶化は中央部より進行するため、単
一核からの結晶成長が可能となり、単結晶領域を広い範
囲に得ることが期待できる。
In order to stably obtain the single crystal semiconductor material, the temperature distribution in the vicinity of the melting region may be set to be lower in the central portion and higher in the peripheral portion. That is,
In this case, since recrystallization proceeds from the central portion, crystal growth from a single nucleus is possible, and it can be expected that a single crystal region can be obtained in a wide range.

【0005】このような温度分布を得るため、例えば、
レーザビームの強度分布を図15に示すように双峰型の
ものにして照射することが提案されている。具体的に
は、ガウス型強度分布のレーザビームを複屈折板を用い
て2本のビームに分離して照射したり、あるいは文献
「Appl. Phys. Lett. 40(5)1 March 1982,
第394〜395頁」に開示のようにレーザビームのモ
ードをドーナツ型として使用したり、あるいは2本のレ
ーザ発振器からのレーザビームを組み合わせて照射した
りして、双峰型の強度分布を得ることが考えられる。こ
れらの仕方は、基板構造を変化させず、プロセスを複雑
化させないという利点はあるが、いずれも双峰型のビー
ム強度分布を制御性良く安定に維持することが難かし
く、従って、単結晶半導体材料を安定して得ることがで
きないという問題があり、実用レベルには至っていな
い。
To obtain such a temperature distribution, for example,
It has been proposed to irradiate a laser beam with a bimodal intensity distribution as shown in FIG. Specifically, a laser beam having a Gaussian intensity distribution is separated into two beams by using a birefringent plate and is irradiated, or the document “Appl. Phys. Lett. 40 (5) 1 March 1982,
As described in "Pages 394 to 395", a laser beam mode is used as a donut type, or laser beams from two laser oscillators are combined and irradiated to obtain a bimodal intensity distribution. It is possible. These methods have the advantage of not changing the substrate structure and complicating the process, but in both cases, it is difficult to maintain the bimodal beam intensity distribution stably with good controllability. There is a problem that a material cannot be stably obtained, and it has not reached a practical level.

【0006】また、図12に示したような従来のレーザ
ビーム溶融再結晶化法では、加熱領域がレーザビームB
Mの径により制限されるため、処理能力に限界があり、
スループットを向上させることができない。処理能力,
すなわちスループットを向上させるためには、レーザビ
ームによって幅広の加熱領域を形成すれば良い。幅広の
加熱領域を形成する仕方として、例えば図16に示すよ
うに、振動型ミラー504を用いて、レーザビームBM
を基板走査方向Aと直交する方向Bに任意の幅で高い周
波数で振動させることが考えられる。しかしながら、こ
の方法は、基板501における熱拡散速度との兼ね合い
から、大出力のレーザを高い周波数で振動させる必要が
あり、半導体材料502の加熱領域503の幅wには限
界があった。また、図17に示すように、基板走査方向
Aと直交する方向Bに複数のレーザビームBMMを同一
線状に並べて重ね合あわせながら照射することにより、
幅広の加熱領域を形成することも提案されている(特開
昭59−52831号)。しかしながら、ガウス型の強
度分布をもつレーザビームを重ね合わせることにより、
十分に均一な強度分布の幅広ビームを形成することは、
現実的には難かしいという問題があった。
Further, in the conventional laser beam melting recrystallization method as shown in FIG. 12, the heating region is the laser beam B.
Since it is limited by the diameter of M, there is a limit to the processing capacity,
The throughput cannot be improved. processing power,
That is, in order to improve the throughput, a wide heating region may be formed by a laser beam. As a method of forming a wide heating region, for example, as shown in FIG. 16, a laser beam BM is used by using a vibrating mirror 504.
It is conceivable to oscillate at a high frequency in an arbitrary width in a direction B orthogonal to the substrate scanning direction A. However, this method requires a high-power laser to vibrate at a high frequency in consideration of the thermal diffusion rate in the substrate 501, and the width w of the heating region 503 of the semiconductor material 502 is limited. Further, as shown in FIG. 17, by irradiating a plurality of laser beams BMM in the direction B orthogonal to the substrate scanning direction A while arranging them in line and superimposing them,
It has also been proposed to form a wide heating region (Japanese Patent Laid-Open No. 59-52831). However, by overlapping the laser beams with Gaussian intensity distribution,
Forming a wide beam with a sufficiently uniform intensity distribution is
There was a problem that it was difficult in reality.

【0007】本発明は、レーザビームの照射によって半
導体材料を溶融,再結晶化する場合に、単結晶半導体材
料を安定して得ることが可能であり、さらには、十分に
均一な強度分布の幅広ビームを形成して単結晶半導体材
料を安定してかつ高いスループットで得ることの可能な
半導体材料製造装置を提供することを目的としている。
According to the present invention, a single crystal semiconductor material can be stably obtained when the semiconductor material is melted and recrystallized by irradiation with a laser beam, and further, a sufficiently uniform intensity distribution is wide. An object of the present invention is to provide a semiconductor material manufacturing apparatus capable of forming a beam and stably obtaining a single crystal semiconductor material with high throughput.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】図1(a),(b)は本
発明に係る半導体材料製造装置の構成例を示す図であ
る。図1(a)を参照すると、この半導体材料製造装置
は、レーザ光BM0を出射するレーザ光源3と、絶縁性
基板1上の多結晶あるいは非晶質の半導体材料(例えば
多結晶あるいは非晶質シリコン薄膜)2に、レーザ光源
3からのレーザビームBM0を照射するための回転ミラ
ー装置4とを有している。ここで、レーザ光源3として
は、絶縁性基板1上の多結晶あるいは非晶質の半導体材
料を溶融することができる出力を有するCO2レーザ,
Arレーザ,YAGレーザ等が用いられる。
1 (a) and 1 (b) are views showing a configuration example of a semiconductor material manufacturing apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 1A, this semiconductor material manufacturing apparatus includes a laser light source 3 which emits a laser beam BM 0 , and a polycrystalline or amorphous semiconductor material (for example, polycrystalline or amorphous) on an insulating substrate 1. 2) has a rotary mirror device 4 for irradiating a laser beam BM 0 from a laser light source 3. Here, as the laser light source 3, a CO 2 laser having an output capable of melting a polycrystalline or amorphous semiconductor material on the insulating substrate 1,
Ar laser, YAG laser or the like is used.

【0009】また、図1(b)を参照すると、回転ミラ
ー装置4は、モータ6と、モータ6の回転軸7に取付け
られた回転ミラー(回転反射鏡)5とを有しており、本
発明では、回転ミラー装置4の回転ミラー5の反射面
は、図1(b)に示すように、モータ6の回転軸7に対
して直角より角度θだけ傾いた状態で取付けられてい
る。ここで、ミラー5には、レーザ光源3からのレーザ
ビームBM0を99%以上反射するものが用いられる。
例えば、レーザ光源3にCO2レーザを使用する場合に
は、金(Au)コートのSiミラーを用いることがで
き、また、Arレーザを使用する場合には、誘電体コー
トの石英ミラーを用いることができる。また、モータ6
には、回転が滑らかで振動の少ないACモータ等が用い
られ、回転数は、500rpm以上であることが望まし
い。また、取付角度θについては、必要とするビームプ
ロファイルに応じて任意の角度を選定することができ
る。
Further, referring to FIG. 1B, the rotary mirror device 4 has a motor 6 and a rotary mirror (rotary reflecting mirror) 5 attached to a rotary shaft 7 of the motor 6, and In the invention, the reflecting surface of the rotary mirror 5 of the rotary mirror device 4 is attached in a state of being inclined by an angle θ with respect to a right angle with respect to the rotary shaft 7 of the motor 6, as shown in FIG. Here, as the mirror 5, one that reflects 99% or more of the laser beam BM 0 from the laser light source 3 is used.
For example, when a CO 2 laser is used as the laser light source 3, a gold (Au) -coated Si mirror can be used, and when an Ar laser is used, a dielectric-coated quartz mirror can be used. You can Also, the motor 6
For this, an AC motor or the like that rotates smoothly and has little vibration is used, and the number of rotations is preferably 500 rpm or more. Further, as for the attachment angle θ, any angle can be selected according to the required beam profile.

【0010】次にこのような構成の半導体材料製造装置
の動作について説明する。レーザ光源3からのレーザビ
ームBM0は、回転ミラー装置4の回転ミラー5を介し
て絶縁性基板1上の多結晶あるいは非晶質の半導体材料
(例えば多結晶あるいは非晶質シリコン薄膜)2を照射
する。半導体材料2を例えば矢印Aの方向に走査するこ
とにより、多結晶あるいは非晶質半導体材料2を図1
(a)に符号10で示すように、連続的に溶融,再結晶
化することができる。
Next, the operation of the semiconductor material manufacturing apparatus having such a configuration will be described. A laser beam BM 0 from the laser light source 3 passes through a rotary mirror 5 of a rotary mirror device 4 to a polycrystalline or amorphous semiconductor material (for example, a polycrystalline or amorphous silicon thin film) 2 on an insulating substrate 1. Irradiate. By scanning the semiconductor material 2 in the direction of arrow A, for example, the polycrystalline or amorphous semiconductor material 2 is removed as shown in FIG.
As indicated by reference numeral 10 in (a), it is possible to continuously melt and recrystallize.

【0011】この際、レーザ光源3として単独の(単一
のシングルモードの)レーザビームを出射するものが用
いられ、レーザ光源3から図2(a),(b)に示すよ
うなビームプロファイル,ビーム強度をもつ単独のレー
ザビームBM0が出射される場合には、このレーザビー
ムBM0を回転ミラー5の回転軸7に対する傾き角度θ
に応じた半径で回転させることができる。この場合、半
導体材料2上でのレーザビームのビームプロファイルは
図3(a)に示すように、所定の径Dをもつ安定したド
ーナツ型のものとなり、C−C線におけるビーム強度分
布は、図3(b)のように安定した双峰型のものとな
る。また、回転ミラー5の傾き角度θを変えることによ
り、ドーナツ型の径Dを任意に変化させることができ、
双峰型のビーム強度分布を容易に制御することができ
る。
At this time, the laser light source 3 which emits a single (single single mode) laser beam is used, and the laser light source 3 has a beam profile as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). When a single laser beam BM 0 having a beam intensity is emitted, this laser beam BM 0 is inclined with respect to the rotation axis 7 of the rotary mirror 5 by an inclination angle θ.
It can be rotated with a radius according to. In this case, the beam profile of the laser beam on the semiconductor material 2 becomes a stable donut shape having a predetermined diameter D, as shown in FIG. It becomes a stable bimodal type as shown in FIG. Further, by changing the tilt angle θ of the rotating mirror 5, the diameter D of the donut shape can be changed arbitrarily.
The bimodal beam intensity distribution can be easily controlled.

【0012】このように、本発明では、モータ6の回転
軸7に対して所定の傾き角度θをもたせて回転ミラー5
が取付けられているので、双峰型のビーム強度分布を制
御性良く、安定して維持することができて、これによ
り、単結晶半導体材料(例えば単結晶シリコン薄膜)を
安定して得ることができる。
As described above, in the present invention, the rotary mirror 5 is provided with a predetermined tilt angle θ with respect to the rotary shaft 7 of the motor 6.
Since it is attached, the bimodal beam intensity distribution can be stably maintained with good controllability, whereby a single crystal semiconductor material (for example, a single crystal silicon thin film) can be stably obtained. it can.

【0013】また、レーザ光源3として複数のレーザビ
ームを同一直線上に重ね合わせた合成レーザビームが用
いられ、レーザ光源3から図4(a),(b)に示すよ
うなビームプロファイル,ビーム強度をもつ直線状に合
成されたレーザビームBM0が出射される場合には、個
々のビームを回転ミラー5の回転により振動させること
によって、半導体材料2上では図5に示すようなビーム
強度を得ることができる。すなわち、合成レーザビーム
BM0の個々のビームを回転ミラー5の回転により振動
させることによって、合成ビームの強度分布を十分均一
なものにすることができ、幅広の領域についてスループ
ットの高い均等な溶融,再結晶化を行なうことができ
る。換言すれば、複数のレーザビームを同一直線状に重
ね合せたものを本発明の回転ミラー5を介して照射する
場合、これを強度の均一な線状熱源として使用すること
ができる。
As the laser light source 3, a synthetic laser beam in which a plurality of laser beams are superposed on the same straight line is used. The laser light source 3 has a beam profile and beam intensity as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). When a laser beam BM 0 that is linearly combined with is emitted, the individual beams are vibrated by the rotation of the rotating mirror 5 to obtain the beam intensity as shown in FIG. 5 on the semiconductor material 2. be able to. That is, by vibrating the individual beams of the combined laser beam BM 0 by the rotation of the rotating mirror 5, the intensity distribution of the combined beam can be made sufficiently uniform, and uniform melting with high throughput in a wide region can be achieved. Recrystallization can be performed. In other words, when a plurality of laser beams superposed in the same straight line are irradiated through the rotating mirror 5 of the present invention, this can be used as a linear heat source with uniform intensity.

【0014】[0014]

【実施例】実施例1 図6は実施例1の装置の構成図である。実施例1では、
レーザ光源3として、出力10W,ビーム径2mmのA
rレーザビームを出射するArレーザを用い、また、レ
ーザ光源3からのArレーザビームがモータ6の回転軸
7に対して角度45°で入射するよう回転ミラー装置4
を設置し、また、回転ミラー5をモータ6の回転軸7に
対して直角より0.1°の角度θで傾けて取付けた。
Embodiment 1 FIG. 6 is a block diagram of the apparatus of Embodiment 1. As shown in FIG. In Example 1,
As the laser light source 3, an output of 10 W and a beam diameter of 2 mm A
An Ar laser that emits an r laser beam is used, and the rotating mirror device 4 is arranged so that the Ar laser beam from the laser light source 3 enters the rotating shaft 7 of the motor 6 at an angle of 45 °.
The rotary mirror 5 was attached to the rotary shaft 7 of the motor 6 at an angle θ of 0.1 ° with respect to the right angle.

【0015】このように装置を構成し、試料30の位置
を回転ミラー5の中心から500mm離した状態で、回
転ミラー5をモータ6により1000rpmで回転させ
ることによって、試料30上でのビームプロファイルお
よびビーム強度は、それぞれ図7(a),(b)に示す
ようなものとなった。すなわち、強度ピークの直径Dが
3.5mmのドーナツ型のものとなった。試料30とし
て、厚さ1.6mmの石英基板31上に、厚さ3000
Åの多結晶シリコン膜32,厚さ1.5μmの表面保護
膜(SiO2膜)33をCVD法によってこの順に形成
したものを用い、上記ドーナツ型の強度分布をもつレー
ザビームを照射しながら、0.1mm/秒の速度で走査
した結果、幅5mmにわたってシリコン膜32は溶融再
結晶化し、その中央部1.5mm幅の領域34を単結晶
化させることができた。
By constructing the apparatus as described above and rotating the rotary mirror 5 by the motor 6 at 1000 rpm while the position of the sample 30 is 500 mm away from the center of the rotary mirror 5, the beam profile on the sample 30 and The beam intensities were as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), respectively. That is, it was a donut type having a strength peak diameter D of 3.5 mm. As the sample 30, a quartz substrate 31 having a thickness of 1.6 mm and a thickness of 3000
Using a polycrystalline silicon film 32 of Å and a surface protective film (SiO 2 film) 33 having a thickness of 1.5 μm formed in this order by the CVD method, while irradiating the laser beam having the above donut-shaped intensity distribution, As a result of scanning at a speed of 0.1 mm / sec, the silicon film 32 was melted and recrystallized over a width of 5 mm, and the central portion 34 having a width of 1.5 mm could be single-crystallized.

【0016】実施例2 実施例2では、レーザ光源3として、図8に示す構成の
ものを用いた。すなわち、出力10W,ビーム径9mm
のレーザビームを出射するCO2レーザ光源1101を
計12本直線上に配置し、各CO2レーザ光源1101
からそれぞれ互いに平行ビームとして出射した12本の
レーザビームB1〜B12をミラーおよびビームコンバイ
ナーからなるビーム合成用光学系1103により合成
し、各ビーム間の中心距離dが4.5mmの直線状ビー
ムBM0を合成するようにした。このときの合成ビーム
の強度分布は、12本のビームの個々のビームプロファ
イルの微妙な違いなどから、実際上は、図9に示すよう
なものとなり、合成ビームの強度分布は、均一なものと
はなっておらず、実際、このレーザ光源3において合成
ビームの強度分布を均一なものにすることは難かしい。
このような合成ビームBM0を図10に示すように、回
転ミラー装置4の回転ミラー5に入射した。なお、合成
ビームBM0の入射角度は、実施例1と同様、モータ6
の回転軸7に対して45°とし、また、回転ミラー5は
回転軸7に対して0.1°の角度θで傾けて取付けられ
ている。また、試料30の位置は回転ミラー5の中心か
ら100mm離した。この状態で、回転ミラー5を10
00rpmで回転させると、試料位置での合成ビームの
強度分布はビーム全体の振動により、凸凹がなくなり、
図11に示すようにほぼ均一なものとなった。試料30
として、実施例1と同様に、厚さ1.6mmの石英基板
上に、厚さ3000Åの多結晶シリコン膜,厚さ1.5
μmの表面保護膜(SiO2膜)をCVD法によってこ
の順に形成したものを用い、上記均一な強度分布をもつ
直線状レーザビームを照射しながら、ビームに直交方向
に0.1mm/秒の速度で走査した結果、幅45mmに
わたって多結晶シリコンを均一に溶融再結晶化すること
ができた。
Example 2 In Example 2, the laser light source 3 having the structure shown in FIG. 8 was used. That is, output 10 W, beam diameter 9 mm
Place a CO 2 laser light source 1101 for emitting a laser beam to a total of 12 straight lines on each CO 2 laser light source 1101
Twelve laser beams B 1 to B 12 emitted as parallel beams from each other are combined by a beam combining optical system 1103 including a mirror and a beam combiner, and a linear beam with a center distance d between the beams is 4.5 mm. It was made to synthesize BM 0 . The intensity distribution of the combined beam at this time is actually as shown in FIG. 9 due to subtle differences in the individual beam profiles of the 12 beams, and the intensity distribution of the combined beam is uniform. In fact, it is difficult to make the intensity distribution of the synthetic beam uniform in the laser light source 3.
Such combined beam BM 0 is incident on the rotary mirror 5 of the rotary mirror device 4 as shown in FIG. The incident angle of the combined beam BM 0 is the same as that in the first embodiment.
The rotary mirror 5 is mounted at an angle θ of 0.1 ° with respect to the rotary shaft 7. The position of the sample 30 was 100 mm away from the center of the rotating mirror 5. In this state, rotate the rotary mirror 5 to 10
When rotated at 00 rpm, the intensity distribution of the synthetic beam at the sample position disappears due to the vibration of the entire beam,
As shown in FIG. 11, it became almost uniform. Sample 30
As in Example 1, a quartz substrate having a thickness of 1.6 mm and a polycrystalline silicon film having a thickness of 3000 Å and a thickness of 1.5
A surface protective film (SiO 2 film) having a thickness of μm formed in this order by a CVD method is used, and while irradiating the linear laser beam having the uniform intensity distribution, the beam has a velocity of 0.1 mm / sec in the orthogonal direction. As a result of scanning with, it was possible to uniformly melt and recrystallize polycrystalline silicon over a width of 45 mm.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、レーザビームを所定の回転軸に対して傾き角度θを
もって取付けられた回転反射鏡を介して多結晶あるいは
非晶質の半導体材料に照射するよう構成されているの
で、双峰型のビーム強度分布を制御性良く安定に維持す
ることができ、単結晶半導体材料を安定して得ることが
できる。すなわち、レーザビームとして、単一のシング
ルモードレーザビームを使用した場合には、ビームを任
意の半径で回転させることができるため、任意の大きさ
の安定したドーナツ型のレーザビームを得ることがで
き、これを絶縁性材料上の多結晶あるいはアモルファス
シリコン薄膜上に照射し、走査することにより、単結晶
シリコンを安定に得ることができる。また、複数の直線
状に合成したレーザビームを使用した場合には、個々の
ビームをミラーの回転により振動させることにより、合
成ビームの強度分布を十分均一にすることができ、幅広
の領域についてスループットの高い、均等な溶融再結晶
化を行なうことができる。
As described above, according to the present invention, a polycrystalline or amorphous semiconductor material is provided through a rotary reflecting mirror mounted with a laser beam at an inclination angle θ with respect to a predetermined rotation axis. Since it is configured to irradiate the single crystal semiconductor material, the bimodal beam intensity distribution can be stably maintained with good controllability, and a single crystal semiconductor material can be stably obtained. That is, when a single single-mode laser beam is used as the laser beam, the beam can be rotated with an arbitrary radius, so that a stable donut-shaped laser beam with an arbitrary size can be obtained. By irradiating and scanning a polycrystalline or amorphous silicon thin film on an insulating material with this, single crystal silicon can be stably obtained. Also, when multiple linearly combined laser beams are used, the intensity distribution of the combined beams can be made sufficiently uniform by vibrating the individual beams by rotating the mirrors, and the throughput for a wide area can be improved. A uniform and high melt recrystallization can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a),(b)は本発明に係る半導体材料製造
装置の構成例を示す図である。
1A and 1B are diagrams showing a configuration example of a semiconductor material manufacturing apparatus according to the present invention.

【図2】(a),(b)はレーザ光源から出射される単
独のレーザビームのビームプロファイル,ビーム強度を
それぞれ示す図である。
2A and 2B are diagrams respectively showing a beam profile and a beam intensity of a single laser beam emitted from a laser light source.

【図3】(a),(b)は図2(a),(b)に示すビ
ームプロファイル,ビーム強度のレーザビームが回転ミ
ラーを介し半導体材料に入射するときの半導体材料上で
のレーザビームのビームプロファイル,ビーム強度をそ
れぞれ示す図である。
3A and 3B are laser beams on a semiconductor material when the laser beam having the beam profile and the beam intensity shown in FIGS. 2A and 2B is incident on the semiconductor material through a rotating mirror. 3 is a diagram showing a beam profile and a beam intensity of FIG.

【図4】(a),(b)はレーザ光源から出射される直
線状レーザビームのビームプロファイル,ビーム強度を
それぞれ示す図である。
4 (a) and 4 (b) are diagrams respectively showing a beam profile and a beam intensity of a linear laser beam emitted from a laser light source.

【図5】図2(a),(b)に示すビームプロファイ
ル,ビーム強度のレーザビームが回転ミラーを介し半導
体材料に入射するときの半導体材料上でのレーザビーム
のビーム強度を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the beam intensity of the laser beam on the semiconductor material when the laser beam having the beam profile and the beam intensity shown in FIGS. 2A and 2B is incident on the semiconductor material through the rotating mirror. .

【図6】実施例1の半導体材料製造装置の構成図であ
る。
6 is a configuration diagram of a semiconductor material manufacturing apparatus of Example 1. FIG.

【図7】(a),(b)は図6の装置における半導体材
料上でのレーザビームのビームプロファイル,ビーム強
度をそれぞれ示す図である。
7 (a) and 7 (b) are diagrams showing a beam profile and a beam intensity of a laser beam on a semiconductor material in the apparatus of FIG. 6, respectively.

【図8】実施例2の半導体材料製造装置のレーザ光源の
構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of a laser light source of a semiconductor material manufacturing apparatus according to a second embodiment.

【図9】図8のレーザ光源から出射される合成ビームの
強度分布を示す図である。
9 is a diagram showing an intensity distribution of a combined beam emitted from the laser light source of FIG.

【図10】実施例2の半導体材料製造装置の回転ミラー
装置の構成図である。
FIG. 10 is a configuration diagram of a rotating mirror device of a semiconductor material manufacturing apparatus according to a second embodiment.

【図11】図9に示すビーム強度の直線状レーザビーム
が回転ミラーを介し半導体材料に入射するときの半導体
材料上でのレーザビームのビーム強度を示す図である。
11 is a diagram showing the beam intensity of the laser beam on the semiconductor material when the linear laser beam having the beam intensity shown in FIG. 9 is incident on the semiconductor material via the rotating mirror.

【図12】(a),(b)は従来の半導体材料製造装置
の溶融,再結晶化の方法を説明するための図である。
12A and 12B are views for explaining a melting and recrystallization method of a conventional semiconductor material manufacturing apparatus.

【図13】ガウス型のレーザビーム強度分布を示す図で
ある。
FIG. 13 is a diagram showing a Gaussian laser beam intensity distribution.

【図14】再結晶化シリコンが多結晶体となる様子を示
す図である。
FIG. 14 is a diagram showing how recrystallized silicon becomes a polycrystal.

【図15】双峰型のレーザビーム強度分布を示す図であ
る。
FIG. 15 is a diagram showing a bimodal laser beam intensity distribution.

【図16】幅広の加熱領域を形成する従来の方法を説明
するための図である。
FIG. 16 is a diagram for explaining a conventional method for forming a wide heating region.

【図17】幅広の加熱領域を形成する従来の方法を説明
するための図である。
FIG. 17 is a diagram for explaining a conventional method of forming a wide heating region.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁性基板 2 半導体材料 3 レーザ光源 4 回転ミラー装置 5 回転ミラー 6 モータ 7 モータの回転軸 1 Insulating Substrate 2 Semiconductor Material 3 Laser Light Source 4 Rotating Mirror Device 5 Rotating Mirror 6 Motor 7 Motor Rotating Shaft

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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−応用電子研究所株式会社内 (72)発明者 日野 威 宮城県名取市高舘熊野堂字余方上5番地の 10 リコ−応用電子研究所株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Dai ▲ Taka ▼ Goichi Goichi Takahata Kumanodou, Natori City, Miyagi Prefecture 10 Rico-Applied Electronics Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Takeshi Hino Miyagi Prefecture 10 Rico, 5th place on the side of Takadate Kumano-do, Natori City

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光源から出射されたレーザビーム
を照射して多結晶あるいは非晶質の半導体材料を溶融,
再結晶化する半導体材料製造装置において、レーザ光源
からのレーザビームを所定の回転軸の周りに回転する回
転反射鏡を介して前記半導体材料上に照射するようにな
っており、前記回転反射鏡は、その反射面が前記回転軸
に対して直角から所定の角度θで傾いて取り付けられて
いることを特徴とする半導体材料製造装置。
1. A polycrystalline or amorphous semiconductor material is melted by irradiating a laser beam emitted from a laser light source,
In a semiconductor material manufacturing apparatus for recrystallizing, a laser beam from a laser light source is irradiated onto the semiconductor material via a rotary reflecting mirror that rotates around a predetermined rotation axis, and the rotary reflecting mirror is The semiconductor material manufacturing apparatus is characterized in that the reflecting surface is attached at a predetermined angle θ from a right angle with respect to the rotation axis.
【請求項2】 請求項1記載の半導体材料製造装置にお
いて、前記回転反射鏡の回転軸に対する傾き角度θは、
任意の角度に設定可能となっていることを特徴とする半
導体材料製造装置。
2. The semiconductor material manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the tilt angle θ of the rotary reflecting mirror with respect to the rotation axis is:
A semiconductor material manufacturing apparatus characterized in that it can be set at an arbitrary angle.
【請求項3】 請求項1記載の半導体材料製造装置にお
いて、前記レーザ光源から出射されるレーザビームは、
単一のシングルモードのレーザビームとなっているか、
あるいは複数のレーザビームが同一直線上に重ね合わさ
れた直線状の合成レーザビームとなっていることを特徴
とする半導体材料製造装置。
3. The semiconductor material manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the laser beam emitted from the laser light source is
Is it a single single mode laser beam,
Alternatively, the semiconductor material manufacturing apparatus is a linear synthetic laser beam in which a plurality of laser beams are superposed on the same straight line.
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