JPH0661172A - エキシマレ−ザアニ−ル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構造でエネルギ−の異なるレ−ザ光を
一度の照射作業で照射できるエキシマレ−ザアニ−ル装
置を提供する。 【構成】 ホモジナイザ２から出力されたレ−ザ光の一
部はビ−ムスプリッタ−８によって分岐され、この分岐
されたビ−ム光は反射鏡９によって被照射物３へ光路変
更され、さらに、調節レンズ１０によってビ−ムの拡が
り等が調整された後にフィルタ１１によって所望のエネ
ルギ−密度の副ビ−ムＥ１となる。したがて、ビ−ムの
移動方向に対してエネルギ−の異なる主ビ−ムＥ２と副
ビ−ムＥ１とが平行して出力されることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁基板上の半導体薄
膜をエキシマレ−ザを用いてアニ−ル処理するエキシマ
レ−ザアニ−ル装置に係り、特に、アモルファスシリコ
ン（ａ−Ｓｉ）をアニ−ル処理して多結晶シリコン（ｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ）を得るために用いられるエキシマレ−ザ
アニ−ル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイなどにｐｏｌｙ
−Ｓｉからなる薄膜トランジスタを内臓して、小型、多
機能で且つ安価な製品が研究、提案されている。このよ
うな製品に用いられているｐｏｌｙ−Ｓｉを得る技術と
しては、例えば、「Extended A-bstracts of the 1991
International Conferance on Solid State Devices an
d Materials,1991,P623 」には、ａ−Ｓｉを絶縁基板上
に堆積し、これをエキシマレ−ザによりアニ−ル処理す
ることによりｐｏｌｙ−Ｓｉを得る方法が提案されて
る。かかる方法によれば、高エネルギ−で且つ短いパル
ス幅（例えば、２０ｎｓｅｃ程度）のエキシマレ−ザ
（例えば、発振波長２４８ｎｍ）を用いるため、照射に
起因する被照射膜の内部における欠陥を少なくでき、し
かも基板に熱的ダメ−ジを与えることがないという利点
がある。

【０００３】このようにａ−Ｓｉにエキシマレ−ザを照
射することにより得られるｐｏｌｙ−Ｓｉの膜質は、均
一であることが望まれる。そこで、本願出願人はこのｐ
ｏｌｙ−Ｓｉ膜の均一化について鋭意研究を重ねた結
果、エネルギ−強度の異なる複数のエネルギ−を照射す
ることが均一化に有効であることを突き止めるに至っ
た。すなわち、先ず、比較的低いエネルギ−でアニ−ル
処理した後に、より高いエネルギ−でアニ−ル処理する
ことにより膜質を均一にすることができる。

【０００４】ところで、従来のエキシマレ−ザアニ−ル
装置は、例えば、図３及び図４に示されるように、エキ
シマレ−ザ発振源１と、このエキシマレ−ザ発振源１か
ら出力されたレ−ザビ−ム内のエネルギ−分布をいわゆ
るトップハット状の均一な分布に整形するホモジナイザ
２と、被照射物３を載置するＸ−Ｙステ−ジ４と、これ
らを振動から保護して載置する防振台５と、を有してな
るものである。そして、Ｘ−Ｙステ−ジ４は、図示しな
い駆動装置によって防振台５において互いに直交する２
方向（Ｘ及びＹ方向）で移動されるようになっており、
これによって、被照射物３上において照射ビ−ムは相対
的に移動するようになっている（図４参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の装置においては、被照射物に照射されるレ−ザ光
のエネルギ−は特定の値に固定された１種類だけである
ので、従来装置を使用して上述したような２種類のエネ
ルギ−照射を行おうとすると、例えば、エキシマレ−ザ
発振源１とホモジナイザ２との間にエキシマレ−ザ発振
源１から出力されたレ−ザ光のエネルギ−を所望の大き
さに下げるエネルギ−変換器（図示せず）を挿入し、図
５に示されるようにジグザグ（同図実線矢印参照）に被
照射物３を照射した後、先のエネルギ−変換器を取り除
き、高いエネルギ−のレ−ザ光が被照射物３に照射され
るようにし、再び図５に示されたように被照射物を照射
しなければならず、非常に手間がかかり作業効率が悪い
という問題がある。

【０００６】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
で、簡易な構造でエネルギ−の異なるレ−ザ光を一度の
照射作業で照射でき、アニ−ル処理が容易なエキシマレ
−ザアニ−ル装置を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明に係るエキシマレ−ザアニ−ル装置は、絶縁性
基板上に設けられた半導体膜をエキシマレ−ザにてアニ
−ルするエキシマレ−ザ装置において、少なくとも２つ
のエネルギ−密度の異なるレ−ザ光を発生するレ−ザ光
発生手段と、前記レ−ザ光発生手段により発生されたエ
ネルギ−密度の異なるレ−ザ光を前記半導体膜上に導く
と共に、その照射点を互いに離隔させ且つ直線上に配す
る導光手段と、を具備してなるものである。

【０００８】

【作用】レ−ザ光発生手段により少なくともエネルギ−
の異なる２つのレ−ザ光が同時に発生され、しかも、こ
れらの半導体膜上の照射点が互いに離隔状態で且つ直線
上に生ずるように導光手段により導光されるので、半導
体膜上でレザ−光を一度移動させることにより半導体膜
はエネルギ−の異なるレ−ザ光の照射を受けることとな
る。

【０００９】

【実施例】以下、図１乃び図２を参照しつつ、本発明に
係るエキシマレ−ザアニ−ル装置について説明する。こ
こで、図１は本発明に係るエキシマレ−ザアニ−ル装置
の主要部の構成を示す構成図、図２は本実施例のエキシ
マレ−ザアニ−ル装置を用いてアニ−ル処理する際の照
射手順を説明するための説明図である。このエキシマレ
−ザアニ−ル装置は、エキシマレ−ザ発振源１と、この
エキシマレ−ザ発振源１から出力されたレ−ザビ−ム内
のエネルギ−分布をいわゆるトップハット状の均一な分
布に整形するホモジナイザ２と、被照射物３を載置する
Ｘ−Ｙステ−ジ４と、これらを振動から保護して載置す
る防振台５と、を有する点においては、図３及び図４を
用いて説明した従来装置と基本的に同様であるが、本発
明に係る装置には、さらに、副ビ−ム発生部７が設けら
れている点で従来の装置と異なっている。したがって、
本実施例の説明においては、従来装置と異なる点を中心
に説明することとする。尚、図１において、図３及び図
４で説明した構成要素と同一のものについては、同一の
符号を付すこととする。

【００１０】本実施例の副ビ−ム発生部７は、ビ−ムス
プリッタ−８と、反射鏡９と、調節レンズ１０と、フィ
ルタ１１と、を具備してなるものである。ビ−ムスプリ
ッタ−８は、ホモジナイザ２によりいわゆるトップハッ
ト状の均一なエネルギ−分布にされた比較的高エネルギ
−のレ−ザ光の一部を水平方向へ分岐させるためのもの
で、このビ−ムスプリッタ−８に分岐されずに通過した
レ−ザ光は主ビ−ムＥ２となる。また、ビ−ムスプリッ
タ−８により水平方向に分岐されたレ−ザ光は、反射鏡
９により被照射物３へ光路変更されるようになってい
る。ここで、本実施例における被照射物３は、具体的に
は、アモルファスシリコン１３が堆積された絶縁基板１
２である。

【００１１】調整レンズ１０は、反射鏡９からのレ−ザ
光のビ−ムの拡がりと焦点位置を調整するものである。
このように調整レンズ１０による調整が必要なのは、主
ビ−ムＥ２と副ビ−ムＥ１との光路長が異なることに起
因するものである。さらに、フィルタ１１は、調整レン
ズ１０を通過してき来たレ−ザ光のエネルギ−を所望の
大きさに調整するものであり、このフィルタ１１を通過
したレ−ザ光は主ビ−ムＥ２に比して低いエネルギ−を
有する副ビ−ムＥ１となる。本実施例においては、主ビ
−ムＥ２のエネルギ−が４５０ｍＪ／ｃｍ2 であるのに
対して、副ビ−ムＥ１のエネルギ−は２７０ｍＪ／ｃｍ
2 に設定されている。

【００１２】尚、本実施例において、副ビ−ムＥ１の位
置は、主ビ−ムＥ２と副ビ−ムＥ１の移動方向（図１に
おいて実線矢印参照）に対して、常に主ビ−ムＥ２より
先行するように設定されている。したがって、被照射物
３は、先ず副ビ−ムＥ１により照射され、その後主ビ−
ムＥ２によって照射されるようになっている。

【００１３】次に、上述の構成におけるアニ−ル処理に
ついて図２を参照しつつ説明する。先ず、アニ−ル処理
の対象となる絶縁基板１２をＸ−Ｙステ−ジ４に載置
し、図示されない操作スイッチを操作することにより、
主及び副ビ−ムＥ１，Ｅ２が絶縁基板１２の隅に位置す
るようにＸ−Ｙステ−ジ４の位置を調整する。本実施例
においては、図２に示されるように絶縁基板１２を上面
から見て左隅に主及び副ビ−ムＥ１及びＥ２が位置する
ようにしている（図２におてい矩形の位置）。この際、
ビ−ムの移動方向（実際には絶縁基板１２を動かすこと
によって相対的にビ−ムが移動した状態を形成してい
る）に対する主ビ−ムＥ２と副ビ−ムＥ１との位置関係
は、既に述べたように副ビ−ムＥ１が先行するようにな
っている（図１参照）。

【００１４】ビ−ム位置の設定終了後、図２に示される
ように、Ｘ−Ｙステ−ジ４を調整することにより絶縁基
板１２を幅方向（図２において紙面左右方向）に移動さ
せるようにし、絶縁基板１２に対して主及び副ビ−ムＥ
２，Ｅ１が絶縁基板１２の幅方向へ移動するようにす
る。このようにすることによって、絶縁基板１２の幅方
向において、先ず、エネルギ−の比較的低い副ビ−ムＥ
１によってアニ−ル処理された部位が、その後直ぐにこ
の副ビ−ムＥ１よりエネルギ−の高い主ビ−ムＥ２によ
ってアニ−ル処理されることにより、最初から高いエネ
ルギ−を有するビ−ムを用いてアニ−ル処理する場合に
生ずる問題、すなわち、結晶粒の粒径が大きく基板表面
の平坦性が劣化し易いというようなことがなくなること
となる。

【００１５】そして、絶縁基板１２を幅方向に移動させ
て他方の側端（図２において紙面右側端）に達したら、
絶縁基板１２をビ−ムの照射を始めた側（図２において
紙面左側端）の端に戻し、且つ絶縁基板１２をその縦方
向へずらした後、上述したと同様に絶縁基板１２の幅方
向へ絶縁基板１２を移動させつつ副ビ−ムＥ１と主ビ−
ムＥ２とを照射してアニ−ル処理を施す。以下、同様に
してアニ−ル処理の必要な絶縁基板１２の残りの部分に
ビ−ム照射を行う。

【００１６】本実施例においては、副ビ−ムＥ１と主ビ
−ムＥ２とが同時に出力され且つビ−ムの移動方向に対
して副ビ−ムＥ１が主ビ−ムＥ２に先行するように構成
したが（図１参照）、ビ−ムの移動方向において、主ビ
−ムＥ２の両側に副ビ−ムＥ１がそれぞれ配置されるよ
うに構成してもよい。このように主ビ−ムの両側に副ビ
−ムを配することによって、上述の実施例において、ビ
−ム照射は、絶縁基板１２の移動に対して常に一方向で
のみ（図２においては、紙面左側端から右側端へ移動す
る際にビ−ム照射が行われる）であったのに対し、往
路、すなわち、図２の例で言えば、ビ−ムに対する絶縁
基板１２の位置を右側端から左側端へ戻す際も、ビ−ム
照射を行うことができることとなる。したがって、絶縁
絶縁基板１２の左側端から右側端へ移動しつつビ−ム照
射を行うと共に、右側端から左側部へビ−ムが移動する
際にもビ−ム照射が行われることとなるので、先の実施
例以上にアニ−ル処理の効率化が図られることとなる。
尚、このように主ビ−ムの両側に副ビ−ムをそれぞれ配
する構成とした場合、最初に副ビ−ムで照射され、次に
主ビ−ムで照射された部位が、さらに副ビ−ムで再度照
射されることとなるが、一旦、高いエネルギ−のビ−ム
照射を受けた後に、それより低いエネルギ−のビ−ム照
射を行っても高いエネルギのビ−ム照射により成長した
ｐｏｌｙ−Ｓｉの粒子には何等影響を与えることがない
ので問題はない。

【００１７】また、本実施例においては、ビ−ムスプリ
ッタ−８、反射鏡９、調整レンズ１０及びフィルタ１１
をホモジナイザ２の外部に設ける構造としたが、必ずし
もホモジナイザ２の外部に設けなければならないもので
はなく、ホモジナイザ２の内部に設けるようにしてもよ
いことは勿論である。またさらに、本実施例において
は、エキシマレ−ザを用いた場合を示したが、これに限
られることなく、例えば、ルビ−レ−ザのような他のパ
ルスレ−ザ、また、アルゴンレ−ザのようないわゆるＣ
Ｗ（Continuous Wave)レ−ザにも適用できることは勿論
であると共に、被照射物としてａ−Ｓｉやｐｏｌｙ−Ｓ
ｉに限らずＳｉＧｅ等の他の半導体薄膜の場合にも適用
できるものである。

【００１８】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
一度の照射作業においてエネルギ−密度の異なる少なく
とも２つのビ−ム光が同時に半導体膜上に照射されるよ
うな構成とすることにより、半導体膜上でレ−ザ光を移
動させながら半導体膜にレ−ザ光を照射させる際、移動
方向において比較的エネルギ−の低いレ−ザ光が先行す
るようにすることによりこのエネルギ−の比較的低いレ
−ザ光が照射された部位にはこれよりエネルギ−の比較
的高いレ−ザ光が照射されることとなるので、一度の照
射作業においてエネルギ−の異なる２種のレ−ザ光の照
射ができ、従来のように、比較的低いエネルギ−のレ−
ザ光で半導体膜全体を一度照射した後に、これより高い
エネルギ−を有するレ−ザ光で半導体膜全体を再度照射
するような二度に渡る照射作業が不要となり、照射作業
び効率化が図れる。また、半導体膜は、エネルギ−密度
の比較的低いレ−ザ光が一度照射された後に、これより
エネルギ−密度の高いレ−ザ光が照射されることとなる
ので、アニ−ルされた半導体膜の膜質が均一化されるこ
ととなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るエキシマレ−ザアニ−ル装置の
主要部の一構成例を示す構成図である。

【図２】 本発明に係るエキシマレ−ザアニ−ル装置に
よる照射手順を説明するための説明図である。

【図３】 従来のエキシマレ−ザアニ−ル装置の一構成
例を示す構成図である。

【図４】 図３に示された従来の装置におけるビ−ムと
被照射物との関係を説明するための説明図である。

【図５】 従来の装置による照射手順を説明するための
説明図である。

【符号の説明】

１…エキシマレ−ザ発振源、 ２…ホモジナイザ、 ３
…被照射物、 ４…Ｘ−Ｙステ−ジ、 ７…副ビ−ム発
生部、 ８…ビ−ムスプリッタ、 ９…反射鏡、 １０
…調整レンズ、 １１…フィルタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に設けられた半導体膜をエ
   キシマレ−ザにてアニ−ルするエキシマレ−ザ装置にお
   いて、少なくとも２つのエネルギ−密度の異なるレ−ザ
   光を発生するレ−ザ光発生手段と、前記レ−ザ光発生手
   段により発生されたエネルギ−密度の異なるレ−ザ光を
   前記半導体膜上に導くと共に、その照射点を互いに離隔
   させ且つ直線上に配する導光手段と、を具備することを
   特徴とするエキシマレ−ザアニ−ル装置。