JPH06291036A - レーザーアニーリング方法 - Google Patents
レーザーアニーリング方法Info
- Publication number
- JPH06291036A JPH06291036A JP9713493A JP9713493A JPH06291036A JP H06291036 A JPH06291036 A JP H06291036A JP 9713493 A JP9713493 A JP 9713493A JP 9713493 A JP9713493 A JP 9713493A JP H06291036 A JPH06291036 A JP H06291036A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- dielectric
- flattened
- amorphous material
- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、薄膜製造方法に関するものであ
り、非晶質材料を多結晶化するレーザーアニーリング方
法を提供する。 【構成】 高出力レーザー１より発せられるガウスまた
は不均一な空間強度をしたレーザー光２を集光レンズ
３、誘電体角柱４、結像光学系６を通し、真空容器７内
の非晶質材料８の溶融温度以上になるエネルギー密度で
照射する。そして、多結晶化するにつれＸ−Ｙステージ
を動かすことにより、大面積にわたり均一な多結晶化を
行う。
り、非晶質材料を多結晶化するレーザーアニーリング方
法を提供する。 【構成】 高出力レーザー１より発せられるガウスまた
は不均一な空間強度をしたレーザー光２を集光レンズ
３、誘電体角柱４、結像光学系６を通し、真空容器７内
の非晶質材料８の溶融温度以上になるエネルギー密度で
照射する。そして、多結晶化するにつれＸ−Ｙステージ
を動かすことにより、大面積にわたり均一な多結晶化を
行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜製造分野に係り、
非晶質材料を結晶化するレーザーアニーリング方法に関
する。
非晶質材料を結晶化するレーザーアニーリング方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】レーザーにより非晶質材料（例えばａ−
Ｓｉ）を多結晶（例えばｐｏｌｙ−Ｓｉ）化するには、
光エネルギー密度の高いレーザー光（例えばエキシマレ
ーザー）を非晶質材料に照射し、溶融した後固化させる
ことで行っている。しかし、一般的なレーザー光は、空
間光強度がガウス分布をしており、そのため非晶質材料
の溶融深さが一様にならなかった。そのことがアニーリ
ングにより作製された多結晶の特性のばらつき、例えば
レーザー光の中心部と外側で非晶質材料が多結晶化した
とき結晶グレインサイズのばらつきが生じ、その結果ア
ニール後の材料の電気的（キャリア移動度等）・機械的
（硬度等）特性のばらつきを引き起こしていた。
Ｓｉ）を多結晶（例えばｐｏｌｙ−Ｓｉ）化するには、
光エネルギー密度の高いレーザー光（例えばエキシマレ
ーザー）を非晶質材料に照射し、溶融した後固化させる
ことで行っている。しかし、一般的なレーザー光は、空
間光強度がガウス分布をしており、そのため非晶質材料
の溶融深さが一様にならなかった。そのことがアニーリ
ングにより作製された多結晶の特性のばらつき、例えば
レーザー光の中心部と外側で非晶質材料が多結晶化した
とき結晶グレインサイズのばらつきが生じ、その結果ア
ニール後の材料の電気的（キャリア移動度等）・機械的
（硬度等）特性のばらつきを引き起こしていた。
【０００３】上記した問題を解決するためには、レーザ
ー光の空間光強度を平坦化する必要があるが、レーザー
アニーリング方法において従来用いられてきた平坦化方
法は、Optics Comm.88,59(1992) で報告されているよう
に、プリズムの組み合わせによりレーザー光の中心部の
強度が両端、両端部の強度が中心にくるように変形さ
せ、元のレーザー光と重ね合わせることにより空間強度
の平坦化をおこなっている。しかし、この方法では、多
数の光学素子を必要とし、さらにアライメントが難し
く、レーザー光の強度及び照射位置の安定性に問題があ
り、やはり均一な多結晶を作製することが困難である。
ー光の空間光強度を平坦化する必要があるが、レーザー
アニーリング方法において従来用いられてきた平坦化方
法は、Optics Comm.88,59(1992) で報告されているよう
に、プリズムの組み合わせによりレーザー光の中心部の
強度が両端、両端部の強度が中心にくるように変形さ
せ、元のレーザー光と重ね合わせることにより空間強度
の平坦化をおこなっている。しかし、この方法では、多
数の光学素子を必要とし、さらにアライメントが難し
く、レーザー光の強度及び照射位置の安定性に問題があ
り、やはり均一な多結晶を作製することが困難である。
【０００４】一方、レーザー医療の分野においては、レ
ーザー光の空間強度の平坦化はあざ治療の用途（東芝レ
ビュー ４２巻 ９号 ｐ７０９）で進められてきた。
この方法は、誘電体柱にレーザー光を通すことによって
空間強度分布を平坦化しており、シンプルな構成で平坦
化を達成している。そこで本発明者らは、レーザーアニ
ーリングにおいてもこの方法が有効であることを見いだ
した。
ーザー光の空間強度の平坦化はあざ治療の用途（東芝レ
ビュー ４２巻 ９号 ｐ７０９）で進められてきた。
この方法は、誘電体柱にレーザー光を通すことによって
空間強度分布を平坦化しており、シンプルな構成で平坦
化を達成している。そこで本発明者らは、レーザーアニ
ーリングにおいてもこの方法が有効であることを見いだ
した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前項のような現状を踏
まえ、本発明は、非晶質材料を多結晶化するレーザーア
ニーリング方法において、主として次の課題を解決しよ
うとするものである。すなわち、簡単な光学系によりレ
ーザー光の空間強度の平坦化を行い、均一な多結晶を作
製すること。本発明は、上記課題を達成することによっ
て、均一な多結晶を容易に得られるレーザーアニーリン
グ方法を提供することを目的とするものである。
まえ、本発明は、非晶質材料を多結晶化するレーザーア
ニーリング方法において、主として次の課題を解決しよ
うとするものである。すなわち、簡単な光学系によりレ
ーザー光の空間強度の平坦化を行い、均一な多結晶を作
製すること。本発明は、上記課題を達成することによっ
て、均一な多結晶を容易に得られるレーザーアニーリン
グ方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明に関わるレーザー
アニーリング方法は、レーザー光の平坦化に全面鏡面研
磨された誘電体柱の内部全反射を利用し、レーザー光の
出射端面における空間強度を平坦化することを特徴とし
ている。
アニーリング方法は、レーザー光の平坦化に全面鏡面研
磨された誘電体柱の内部全反射を利用し、レーザー光の
出射端面における空間強度を平坦化することを特徴とし
ている。
【０００７】
【作用】レーザー光にとって透明な誘電体柱は、一種の
光導波路として作用する。そのため、誘電体柱に全反射
臨界角以下の広がり角を以て入射したレーザー光は、波
長と光導波路の断面サイズと屈折率によって決まるいく
つかの導波モード（０次、１次、２次・・・Ｎ次モー
ド）で伝播することになる。これらの導波モードはそれ
ぞれ異なった角度で全反射を繰り返しながら誘電体柱を
伝播するため、各導波モード同士が伝播するにつれ重ね
合わされ、出射端面では完全に平坦化されたレーザー光
が出力される。
光導波路として作用する。そのため、誘電体柱に全反射
臨界角以下の広がり角を以て入射したレーザー光は、波
長と光導波路の断面サイズと屈折率によって決まるいく
つかの導波モード（０次、１次、２次・・・Ｎ次モー
ド）で伝播することになる。これらの導波モードはそれ
ぞれ異なった角度で全反射を繰り返しながら誘電体柱を
伝播するため、各導波モード同士が伝播するにつれ重ね
合わされ、出射端面では完全に平坦化されたレーザー光
が出力される。
【０００８】平坦化されたレーザー光は、真空または不
活性ガス中に配置された非晶質材料（例えばａ−Ｓｉ）
の溶融温度以上のエネルギー密度になるように集光し照
射され、非晶質材料を溶融させる。溶融した非晶質材料
が、冷却され固化する際に、結晶グレインの成長速度以
下の冷却速度で固化することにより、非晶質が多結晶化
する。このとき、照射したレーザー光の強度が不均一で
あると、固化が完了するまでの時間が同じにならず、そ
の結果不均一な多結晶化が行われる。このことから、平
坦化されたレーザー光を用いることで初めて均一な多結
晶を得ることが可能となる。
活性ガス中に配置された非晶質材料（例えばａ−Ｓｉ）
の溶融温度以上のエネルギー密度になるように集光し照
射され、非晶質材料を溶融させる。溶融した非晶質材料
が、冷却され固化する際に、結晶グレインの成長速度以
下の冷却速度で固化することにより、非晶質が多結晶化
する。このとき、照射したレーザー光の強度が不均一で
あると、固化が完了するまでの時間が同じにならず、そ
の結果不均一な多結晶化が行われる。このことから、平
坦化されたレーザー光を用いることで初めて均一な多結
晶を得ることが可能となる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら説明する。図１は、本発明におけるレーザーアニー
リング方法の一実施例を示す模式図である。アルゴン、
ＹＡＧ、エキシマ等の高出力なレーザー１より発せられ
るガウスまたは不均一な空間強度分布をしたレーザー光
２は、集光レンズ３を通り誘電体角柱４（例えば石英角
柱）に入射する。このとき、誘電体角柱４の側面で全反
射臨界角程度の入射角になるように集光レンズ３の焦点
距離を調整する。また誘電体角柱４は、１０w ×１０t
×１００l ｍｍで６面とも光学研磨がなされている。
がら説明する。図１は、本発明におけるレーザーアニー
リング方法の一実施例を示す模式図である。アルゴン、
ＹＡＧ、エキシマ等の高出力なレーザー１より発せられ
るガウスまたは不均一な空間強度分布をしたレーザー光
２は、集光レンズ３を通り誘電体角柱４（例えば石英角
柱）に入射する。このとき、誘電体角柱４の側面で全反
射臨界角程度の入射角になるように集光レンズ３の焦点
距離を調整する。また誘電体角柱４は、１０w ×１０t
×１００l ｍｍで６面とも光学研磨がなされている。
【００１０】誘電体角柱４に入射したレーザー光２は、
多数の導波モードに分離し誘電体角柱４の入射・出射以
外の面で全反射を繰り返すことにより導波モード同士が
重ね合わされ誘電体角柱４の出射端面からは空間強度が
平坦化されたレーザー光５が出力される。レーザー光５
は、レンズまたはミラーによって構成された結像光学系
６を通り、真空容器７内に配置された非晶質材料８（例
えばａ−Ｓｉ）の溶融温度以上になるエネルギー密度
（ａ−Ｓｉの場合２００ｍＪ／ｃｍ2 以上；ＹＡＧレー
ザーの３倍波ではレーザー光断面積１ｃｍ2 程度）にな
るように非晶質材料８の表面に結像される。この結果、
非晶質材料８は、平坦化されたレーザー光５を吸収する
ことにより一様な温度に加熱され等しい深さが溶融し、
固化する時間も照射された領域で等しくなるため結晶グ
レインサイズの揃った多結晶化が行える。このとき、誘
電体角柱４を用いずにガウスまたは不均一な空間強度分
布をしたレーザー光２を照射すると非晶質材料８はレー
ザー光２の空間強度分布に比例した温度に加熱されるた
め、溶融深さが場所に異なり固化する時間も異なってく
るため、得られる結晶グレインサイズにばらつきが生じ
る。
多数の導波モードに分離し誘電体角柱４の入射・出射以
外の面で全反射を繰り返すことにより導波モード同士が
重ね合わされ誘電体角柱４の出射端面からは空間強度が
平坦化されたレーザー光５が出力される。レーザー光５
は、レンズまたはミラーによって構成された結像光学系
６を通り、真空容器７内に配置された非晶質材料８（例
えばａ−Ｓｉ）の溶融温度以上になるエネルギー密度
（ａ−Ｓｉの場合２００ｍＪ／ｃｍ2 以上；ＹＡＧレー
ザーの３倍波ではレーザー光断面積１ｃｍ2 程度）にな
るように非晶質材料８の表面に結像される。この結果、
非晶質材料８は、平坦化されたレーザー光５を吸収する
ことにより一様な温度に加熱され等しい深さが溶融し、
固化する時間も照射された領域で等しくなるため結晶グ
レインサイズの揃った多結晶化が行える。このとき、誘
電体角柱４を用いずにガウスまたは不均一な空間強度分
布をしたレーザー光２を照射すると非晶質材料８はレー
ザー光２の空間強度分布に比例した温度に加熱されるた
め、溶融深さが場所に異なり固化する時間も異なってく
るため、得られる結晶グレインサイズにばらつきが生じ
る。
【００１１】非晶質材料８は、図２に示すようにＸ−Ｙ
ステージ９及び、加熱ヒーター１０の上に置かれ、レー
ザー５が照射され多結晶化されるにしたがい照射位置を
移動する。このとき、加熱ヒーター１０は、冷却速度を
調整するために用いられ、多結晶のグレインサイズを大
きくするためには、４００〜５００°Ｃに加熱する必要
がある。これにより、非晶質材料８を大面積にわたり多
結晶化することが可能となる。
ステージ９及び、加熱ヒーター１０の上に置かれ、レー
ザー５が照射され多結晶化されるにしたがい照射位置を
移動する。このとき、加熱ヒーター１０は、冷却速度を
調整するために用いられ、多結晶のグレインサイズを大
きくするためには、４００〜５００°Ｃに加熱する必要
がある。これにより、非晶質材料８を大面積にわたり多
結晶化することが可能となる。
【００１２】
【発明の効果】本発明は、上記の通りアニーリングに使
用するレーザー光を、誘電体柱で空間強度を平坦化する
ため、複雑なアライメントを必要とせず安定な平坦化さ
れたレーザー光を長時間保持することが可能となり、む
らの無い均一な多結晶を得ることができる。
用するレーザー光を、誘電体柱で空間強度を平坦化する
ため、複雑なアライメントを必要とせず安定な平坦化さ
れたレーザー光を長時間保持することが可能となり、む
らの無い均一な多結晶を得ることができる。
【図１】本発明に関するレーザーアニーリング方法の一
実施例を示す模式図である。
実施例を示す模式図である。
【図２】非晶質材料が多結晶化される状況を示した概略
図である。
図である。
１ レーザー ２，５ レーザー光 ３ 集光レンズ ４ 誘電体角柱 ６ 結像光学系 ７ 真空容器 ８ 非晶質材料 ９ Ｘ−Ｙステージ １０ 加熱ヒーター １１ 多結晶化された領域 １２ レーザー光２の空間強度分布 １３ レーザー光５の空間強度分布
フロントページの続き (72)発明者 玉木 輝幸 神奈川県相模原市淵野辺５丁目10番１号 新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究 所内 (72)発明者 長谷川 昇 神奈川県相模原市淵野辺５丁目10番１号 新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究 所内 (72)発明者 今井 浩文 神奈川県相模原市淵野辺５丁目10番１号 新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究 所内
Claims (1)
- 【請求項１】 非晶質材料にレーザー光を照射して結晶
化するレーザーアニーリング方法において、 レーザー光の空間強度の不均一分布をレーザー光を誘電
体柱内を複数回全反射させることによって均一化し、照
射することを特徴とするレーザーアニーリング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9713493A JPH06291036A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | レーザーアニーリング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9713493A JPH06291036A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | レーザーアニーリング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06291036A true JPH06291036A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14184103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9713493A Withdrawn JPH06291036A (ja) | 1993-03-31 | 1993-03-31 | レーザーアニーリング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06291036A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110722019A (zh) * | 2019-09-05 | 2020-01-24 | 东莞市逸昊金属材料科技有限公司 | 一种用于锆基非晶薄壁件平面度整平方法 |
-
1993
- 1993-03-31 JP JP9713493A patent/JPH06291036A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110722019A (zh) * | 2019-09-05 | 2020-01-24 | 东莞市逸昊金属材料科技有限公司 | 一种用于锆基非晶薄壁件平面度整平方法 |
| CN110722019B (zh) * | 2019-09-05 | 2021-01-19 | 东莞市逸昊金属材料科技有限公司 | 一种用于锆基非晶薄壁件平面度整平方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000704 |