JPH0645272A

JPH0645272A - レーザアニール装置

Info

Publication number: JPH0645272A
Application number: JP19371692A
Authority: JP
Inventors: Kiwamu Takehisa; 究武久; Makoto Yano; 眞矢野; Koji Kuwabara; 皓二桑原; Kazuhiro Ogawa; 和宏小川; Yoshiaki Mikami; 佳朗三上
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1994-02-18

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｑスイッチにより、数十ｋＨｚ程度の繰返し数
で発生されたＹＡＧレーザの第４高調波であるレーザ光
６は、ポリゴンミラー７でスキャンされながら、シリコ
ン基板２に照射される。レーザ光６はシングルモードで
取り出されるため、トランジスタが形成される微小領域
のみがアニールされる。【効果】一つのトランジスタが形成される領域は、１発
のパルスレーザ光でカバーされるため、アニール後の電
気的特性がばらつかない。しかも、トランジスタの領域
以外はほとんど照射されずに済むため、レーザ光の全エ
ネルギは少なくて済み、また、アニール処理の時間も短
縮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザアニール装置に係
り、特に、シリコンからなる膜（以下Ｓｉ基板と示
す。）にトランジスタ（一般にＴＦＴと呼ばれる。）を
形成する場合に、このＳｉ基板をアニール処理するため
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、アモルファスシリコン膜を再結
晶化させる一つの手段としてレーザアニールがある。こ
れによると、チャネル層となるＳｉ膜を非晶質状態で堆
積した後、レーザ光を照射して多結晶に改質したり、あ
るいは、多結晶Ｓｉに照射して電子の移動度を高くする
ことができる。

【０００３】従来、この種のレーザアニールには、エキ
シマレーザや、アルゴンイオンレーザ（以下、Ａｒレー
ザと示す。）が用いられてきた。

【０００４】エキシマレーザを用いる場合は、パルスレ
ーザ光が取り出されるため、パルス光１発の照射で通常
数mm角程度の部分をアニールできる。しかし、一般に数
十cm四方の大きさであるＳｉ基板のほぼ全面をアニール
するには、パルスごとに照射位置を変えて、複数発照射
する必要があった。

【０００５】Ａｒレーザを用いる場合は、連続出力（以
下ＣＷと示す。）で発振するため、パルスレーザ光に比
べてパワーが低い。そこで、照射させるレーザ光の強度
を高めるために、レーザ光をレンズで小さなスポット径
に絞って、Ｓｉ基板に照射させる必要があった。そのた
め、レーザ光を照射させながらスキャンさせることで、
Ｓｉ基板全面が照射される様にしていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザを用い
る場合は、基板上にパルスレーザ光が照射させる際に、
ビームホモジナイザにより、ビームの強度分布を均一化
して、パルス毎にレーザ光が僅かに重なり合う様に照射
する。その結果、パルス光が２度照射される部分が生
じ、この部分ではアニール処理後に電気的特性がばらつ
くことがあった。

【０００７】Ａｒレーザの場合は、レーザ光をレンズな
どにより直径数十μ以下程度に小さく集光させて、しか
もレーザ光のエネルギを十分吸収させるため、レーザ光
を照射させながら、ゆっくりとスキャンさせる必要があ
る。したがって、１回のスキャンでアニールされる部分
は、幅数十μ程度の細い帯状になる。その結果、Ｓｉ基
板全面をアニールするには、数千回もスキャンする必要
があり、エキシマレーザの場合に比べて桁違いに長い時
間が掛かっていた。

【０００８】本発明の目的は、Ｓｉ基板にトランジスタ
を形成させる場合に行うアニール処理を、電気的特性が
ばらつかず、かつ少ないエネルギで短時間に行うことが
できる装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明はＱスイッチを含むＹＡＧレーザからのパル
ス状のレーザ光を波長変換したパルスレーザ光を、Ｓｉ
基板に照射させたものである。

【００１０】また、一枚のＳｉ基板に複数個のトランジ
スタを形成させる場合には、前記パルスレーザ光の１パ
ルス分で、前記トランジスタ１個分のみをカバーする様
に照射したものである。

【００１１】また、一枚のＳｉ基板に複数個のトランジ
スタをマトリクス状に形成させる場合に、アニール処理
時間をさらに短縮するために、前記パルスレーザ光の１
パルス分で、前記マトリクスの１列分に含まれる複数の
前記トランジスタを複数個カバーする様に照射したもの
である。

【００１２】

【作用】ＹＡＧレーザからのレーザ光を波長変換する
と、波長約３５５ｎｍの第３高調波、あるいは波長約２
６６ｎｍの第４高調波などの紫外光を発生できる。した
がって、可視光を発生するＡｒレーザの場合に比べて、
Ｓｉに対する吸収が桁違いに強くなるため、アニール処
理に必要なレーザ光の全エネルギと処理時間は、Ａｒレ
ーザの場合よりも少なくて済む。

【００１３】しかも、エキシマレーザの場合とは異な
り、波長変換によって発生させたレーザ光は、シングル
モード、あるいは、シングルモードに近い低次モードに
なっている。その結果、レンズなどを用いると、数十μ
以下の小さいスポット径に集光できる。しかも、Ｑスイ
ッチによりパルス状に発生できるため、レーザ光の１パ
ルス分でＳｉ基板中のトランジスタ１個分を形成させる
微小な部分のみを照射することができる。

【００１４】また、シングルモード、あるいは、シング
ルモードに近い低次モードのレーザ光をシリンドリカル
レンズなどにより細長い楕円状に集光する場合、その楕
円の短辺に相当する集光幅は、数十μ以下程度になる。
そのため、一枚のＳｉ基板に複数個のトランジスタをマ
トリクス状に形成させる場合に、そのマトリクスの１列
分に含まれる複数のトランジスタにレーザ光が照射され
る様にしても、隣り合う列の間のトランジスタが形成さ
れない領域にはほとんどレーザ光が照射されない様にす
ることができる。

【００１５】以上より、トランジスタが形成されない領
域に照射させるレーザ光を減らすことができる。したが
って、アニール処理に必要なレーザ光の全エネルギは、
Ｓｉ基板全面にレーザ光を照射させる場合に比べて少な
くて済み、さらに、アニール処理に必要な時間も短くな
る。

【００１６】また、トランジスタ１個分を形成させる部
分では複数のパルスレーザ光が重なり合う事がないた
め、アニール処理後に電気的特性がばらつかない。

【００１７】また、一般に、Ｓｉ基板一枚にはトランジ
スタを１０⁶個程度形成させる必要があるが、ＹＡＧレ
ーザがＱスイッチを含むため、数ｋＨｚから数十ｋＨｚ
程度の高い繰返し動作でパルスレーザ光を発生できるた
め、アニール処理に必要な時間が従来より長くなること
はない。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１９】図１は、本発明の一実施例のレーザアニー
ル装置１０を横から見た説明図である。この実施例で
は、連続的に複数のＳｉ基板２，２′をアニールすると
ころが示されている。

【００２０】真空に引かれた容器１の中にはアニール処
理を施すＳｉ基板２，２′があり、これらはテーブル４
の上で移動するベルトコンベア３の上に置かれている。
繰返し数が数十ｋＨｚでシングルモードで紫外域のレー
ザ光を発生する紫外光レーザ５からレーザ光６が取り出
され、レーザ光６はミラー８で上方に反射し、スキャン
光学系として使われているポリゴンミラー７に当たり、
窓９から容器の中に進み、Ｓｉ基板２の表面に照射され
る。レーザ光６は集束しながら進んでいるため、Ｓｉ基
板２の面上に集光される様に照射される。

【００２１】Ｓｉ基板２上でレーザ光の照射される位置
は、ポリゴンミラー７により、Ｓｉ基板の移動方向とほ
ぼ直交する方向にスキャンされる。また、Ｓｉ基板２
は、ベルトコンベア３により、図１で矢印２０の方向に
移動しているので、レーザ光はスキャンごとに少しずれ
た位置に照射される。それにより、照射位置はＳｉ基板
２の全面をカバーできる。ただし、レーザ光６はパルス
状に発振しているため、レーザ光が照射される領域は多
数のスポットとなり、これらはマトリクス状に配置さ
れ、これらの部分がアニールされる。また、レーザ光６
はシングルモードであるため、集光されて生じるこれら
のスポットは、数十μ程度の微小な寸法になる。

【００２２】窓９は、紫外光に対して透過率の高い石英
からなり、また、ポリゴンミラー７のスキャンによるレ
ーザ光の照射位置を補正させるためにｆθレンズに相当
する形状になっている。これにより、時間的に等間隔で
発振しているパルス状のレーザ光６が照射される多数の
スポットは等間隔になり、それにより、Ｓｉ基板２にト
ランジスタを形成させる領域を等間隔に作ることができ
る。

【００２３】ここで、レーザ光がＳｉ基板２上で照射さ
れる各スポット位置に関し、図２を用いて説明する。図
２は容器１に対して上方から見たアニール処理の説明図
である。ただし、実際には、不透明なカバーがあるた
め、容器１の中は図２の様に見ることはできない。

【００２４】Ｓｉ基板２の上面に図で微小の丸印で示さ
れている部分は、パルスレーザ光のそれぞれのパルスが
当たった所であり、マトリクス状に形成させるトランジ
スタの位置に対応している。図２ではＳｉ基板２のほぼ
中央に位置するスポット２０にパルスレーザ光が、窓９
の中央部を通って、照射された直後の様子が示されてい
る。

【００２５】また、Ｓｉ基板２中に対して、レーザ光が
図で上下方向にポリゴンミラーでスキャンされる間、Ｓ
ｉ基板２は矢印２０の方向に移動している。そこで、Ｓ
ｉ基板２の辺に対して平行にスポットが形成される様に
レーザ光をスキャンさせるために、ポリゴンミラーでス
キャンされるレーザ光はＳｉ基板の移動方向に直交する
方向からわずかに斜めに照射される。

【００２６】また、図１に示されている様に、レーザ光
６はＳｉ基板２上に対して、垂直方向より多少斜めに照
射され、ここでスポットを形成する場合、レーザ光が照
射される領域の形状は、長辺、及び短辺がそれぞれ約７
０μ、及び３０μ程度の楕円形になる。この理由は、Ｓ
ｉ基板２に形成させるトランジスタの形状が長方形であ
ることに対応させるためであり、この結果、１個のトラ
ンジスタが形成される微小な部分をちょうど良くカバー
する領域のみがアニールされる。

【００２７】尚、この場合のレーザ光の照射法を図３を
用いて説明する。図３には、ＴＦＴが形成されるＳｉ基
板の１列の断片が示されている。トランジスタ形成領域
２２の形状は横５０μ，縦１０μ程度の微小な長方形で
あり、横１００μ，縦３００μの大きさの一つの画素の
端に位置している。したがって、レーザ光照射領域２３
は一つのトランジスタ形成領域２２をちょうど良くカバ
ーするため、レーザ光をＳｉ基板全面積の約７％だけ照
射させればよい。

【００２８】また、図１には示されていないが、レーザ
光６をＳｉ基板２に照射させる前にシリンドリカルレン
ズなどに通すことで、レーザ光の照射領域をより細長い
楕円形状にすることもできる。さらにこの場合、例え
ば、レーザ光のビーム断面の両端をナイフエッジ（図示
されず。）などにより約２０％ずつカットすると、図３
に示した様に、レーザ光照射領域２４は横３００μ，縦
３０μの長方形に近い形状となる。これにより、レーザ
光照射領域２４はトランジスタ３個を含む様になり、こ
の領域内がレーザ光１パルス分でアニールされる。ここ
では、カットされたレーザ光は、レーザ光強度が低いた
め、アニールに利用されない。尚、レーザ光照射領域２
４内で隣合う２個のトランジスタ形成領域２２の間隔は
１００μ程度しかないため、この部分にレーザ光が照射
されても、無駄になるレーザ光のエネルギの増加割合は
高くない。その結果、この場合には、レーザ光をＳｉ基
板全面積の約１０％だけ照射させればよい。

【００２９】図４は、レーザアニール装置１０で用いら
れる紫外光レーザ５の構成を示した構成図である。レー
ザの共振器は、レーザ媒質であるＹＡＧのロッド１８，
全反射鏡１１ａ，１１ｂ及びダイクロイックミラー１２
とでＬ字型に構成されている。共振器中には、ＡＯ（音
響光学的）Ｑスイッチ１３が挿入されており、これによ
り繰返し数が数十ｋＨｚ程度の高い繰返し動作でレーザ
発振できる。また、共振器中に挿入されたピンホール１
４によりシングルモードで発振する。発振する基本波
は、レンズ１５ａを通り、ダイクロイックミラー１２で
反射して、ＫＴｉＯＰＯ₄結晶１６に入射することで、
第２高調波が発生する。基本波がシングルモードである
ため、この第２高調波もシングルモードである。第２高
調波はダイクロイックミラー１２を透過して、共振器外
部に進み、レンズ１５ｂにより、ＢａＢ₂Ｏ₄結晶１７中
に集光され、それにより、紫外域に含まれる波長266ｎ
ｍの第４高調波が発生する。第２高調波がシングルモー
ドであるため、この第４高調波もシングルモードであ
る。第４高調波はレンズ１５ｃを通り、集束しながら進
むレーザ光６として紫外光レーザ５の外部に取り出され
る。レーザ光６はシングルモードであるため、レンズに
よる集光性が高く、数十μ以下の微小なスポットサイズ
に集光できる。

【００３０】尚、ＹＡＧレーザの第４高調波の波長は２
６６ｎｍであり、紫外域に含まれる。図５に示したＳｉ
の光吸収特性から分かる様に、波長２６６ｎｍにおける
Ｓｉに対する吸収係数は、Ａｒレーザの発振波長５１
４.５ｎｍにおける吸収係数よりも２桁程度高いため、
アニールに必要なレーザ光のエネルギは２桁程度も少な
くて済む。また、レーザ光６として、ＹＡＧレーザの第
３高調波を用いてもよい。その場合、波長は３５５ｎｍ
であり、図５から分かるように、Ｓｉに対する吸収係数
はＡｒレーザの場合よりも１桁程度高く、アニールに必
要なレーザ光のエネルギは１桁程度少なくて済む。

【００３１】以上、本実施例によれば、アニールに必要
なレーザ光の全エネルギは、Ｓｉ基板全面にレーザ光を
照射させる場合の約１０％以下で済む。それにより、ア
ニール処理時間も１桁程度少なくなる。

【００３２】さらにまた、Ａｒレーザを用いる場合に比
べると、レーザ光のＳｉに対する吸収係数が１桁から２
桁程度高いため、アニールに必要なレーザ光の全エネル
ギや処理時間を、さらに１桁から２桁程度少なくするこ
とができる。

【００３３】また、エキシマレーザを用いる場合とは異
なり、パルス毎にレーザ光の照射領域が重なり合うこと
が無く、アニール処理後に電気的特性がばらつかない。

【００３４】

【発明の効果】一つのトランジスタが形成される領域
は、１発のパルスレーザ光でカバーされるため、アニー
ル後の電気的特性がばらつかない。しかも、トランジス
タの領域以外にレーザ光はほとんど照射されないため、
アニール処理に必要なレーザ光の全エネルギは少なくて
済み、また、アニール処理の時間も短縮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザアニール装置の構成を示した説
明図。

【図２】アニール処理の説明図。

【図３】レーザ光の照射法の説明図。

【図４】紫外光レーザの説明図。

【図５】Ｓｉの光吸収特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１…容器、２，２′…Ｓｉ基板、３…ベルトコンベア、
４…テーブル、５…紫外光レーザ、６…レーザ光、７…
ポリゴンミラー、８…ミラー、９…窓、１０…レーザア
ニール装置。

フロントページの続き (72)発明者小川和宏茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者三上佳朗茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｑスイッチを含むＹＡＧレーザからのパル
ス状のレーザ光を波長変換したパルスレーザ光を、シリ
コンからなる膜に照射させることを特徴とするレーザア
ニール装置。
【請求項２】請求項１において、一枚のシリコンから成
る膜に複数個のトランジスタを形成させる場合に、前記
パルスレーザ光の１パルス分で、前記トランジスタの１
個分のみをカバーする様に照射するレーザアニール装
置。
【請求項３】請求項１において、シリコンからなる膜に
複数個のトランジスタをマトリクス状に形成させる場合
に、前記パルスレーザ光の１パルス分で、前記マトリク
スの１列分に含まれる複数の前記トランジスタを複数個
カバーする様に照射するレーザアニール装置。