JPH0888196A

JPH0888196A - レーザー処理方法

Info

Publication number: JPH0888196A
Application number: JP7206551A
Authority: JP
Inventors: Kouyuu Chiyou; 宏勇張; Koichiro Tanaka; 幸一郎田中
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1996-04-02
Anticipated expiration: 2015-07-20
Also published as: JP3871725B2

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザー光を用いた半導体のアニールの際
に、レーザー出力を安定に保ちながらレーザー照射する
技術を提供する。【構成】発振器２で発振されたレーザー光は、全反射ミ
ラー５、６で反射され、増幅器３で増幅されて、全反射
ミラー７、８でそれぞれ反射され、光学系４に入射し
て、線状ビームに成形される。線状ビームはミラー９で
反射されて、ステージ１０上の試料１１に照射される。
レーザーの出力エネルギーはそのレーザーが安定に出力
できる範囲で固定する。全反射ミラー８と光学系４との
間に、互いに透過率の異なる複数の減光フィルターを挿
脱することにより、照射エネルギーを変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本明細書で開示する発明は、量産
性に優れ、ばらつきが小さく、歩留りの高いレーザー光
照射による半導体デバイスの作製方法、およびその作製
方法に利用できるレーザー処理装置に関する。特に、本
明細書で開示する発明は、１部もしくは全部が非晶質成
分からなる半導体材料、あるいは、実質的に真性な多結
晶の半導体材料、さらには、イオン照射、イオン注入、
イオンドーピング等によってダメージを受けて、結晶性
が著しく損なわれた半導体材料にレーザー光を照射する
ことによって、該半導体材料の結晶性を向上せしめ、あ
るいは結晶性を回復させる方法、およびそれらの方法に
利用できるレーザー処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子プロセスの低温化に関
して研究が盛んに進められている。その大きな理由は、
ガラス等の耐熱性のそれ程高くない絶縁基板上に半導体
素子を形成する必要が生じたからである。その他にも素
子の小型化や素子の多層化に伴う要請もある。

【０００３】素子の特性の優劣は半導体材料の結晶性が
決定する。このため、半導体プロセスにおいて、半導体
材料に含まれる非晶質成分もしくは非晶質半導体材料を
結晶化させることや、結晶性であったものの、イオンを
照射したために結晶性が低下した半導体材料の結晶性を
回復することや、結晶性であるが、より結晶性を向上さ
せることが必要とされている。

【０００４】従来、このような目的のためには熱的なア
ニールが採用さている。半導体材料として珪素を用いる
場合には、６００℃から１１００℃の温度で０．１〜４
８時間、もしくはそれ以上の時間のアニールをおこなう
ことによって、非晶質の結晶化、結晶性の回復、結晶性
の向上等がなされる。

【０００５】一般に、熱アニールは温度が高いほど、処
理時間が短縮でき、結晶化の効果が大きくなる。そのた
め、５００℃以下の温度では、ほとんど効果がないた
め、プロセスの低温化の観点からは、従来、熱アニール
によってなされていた工程を他の手段によって置き換え
ることが必要とされている。

【０００６】この熱アニール変わる技術として、レーザ
ー光を照射することによってアニールを行う技術が低温
プロセスと注目されている。レーザー光は熱アニールに
匹敵する高いエネルギーを必要とされる箇所に限定して
与えることができるため、レーザーアニールは基板全体
を高い温度にさらす必要がないからである。

【０００７】レーザー光の照射に関しては、大きく分け
て２つの方法が提案されている。第１の方法はアルゴン
イオンレーザー等の連続発振レーザーを用いて、スポッ
ト状のビームを半導体材料に照射する方法である。スポ
ット状のビームが半導体材料に照射されると、ビーム内
部でのエネルギー分布の差、およびビームの移動によっ
て、半導体材料が溶融され、緩やかに凝固することによ
って結晶化される。

【０００８】第２の方法はエキシマーレーザー等のパル
ス発振レーザーを用いる方法である。高いエネルギー密
度でレーザーパルスを半導体材料に照射して、半導体材
料を瞬間的に溶融させ、凝固させることによって半導体
材料を結晶化させる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
第１のレーザー照射方法では、連続発振レーザーの最大
エネルギーが限られたものであるため、ビームスポット
の寸法は高々数ｍｍφ程度であるため、処理に時間がか
かるという問題点がある。他方、第２のレーザー処理方
法では、レーザーの最大エネルギーは非常に大きいた
め、数ｃｍ² 以上の大きなスポット（一般には正方形や
長方形のビームパターンとなる）を用いて、より量産性
を上げることができる。

【００１０】しかしながら、通常用いられる正方形もし
くは長方形の形状のビームでは、１枚の大きな面積の基
板を処理するには、ビームを二次元的に走査させる必要
があり、量産性の面で依然として改善する余地があっ
た。

【００１１】これに関しては、ビームを線状に変形し、
ビームの長手方向の長さを処理すべき基板を越える長さ
としすることにより、ビームを一次元のみに走査すれば
よいので、処理時間を短縮できる。

【００１２】レーザー照射による結晶化工程は、レーザ
ーエネルギーの強度が完成する半導体デバイスの特性を
大きく左右する。従って、レーザーエネルギーの最適化
が重要課題の一つとなる。

【００１３】しかしながら、パルス発振レーザーはパル
ス毎にエネルギーがある程度変動してしまい、その変動
の度合いは出力エネルギーに依存する。特にパルスレー
ザー光はレーザーエネルギーの強度が低すぎると、レー
ザーエネルギーの安定性が著しく低下する傾向を有す
る。上記最適エネルギーがレーザー発振の安定性を著し
く低下させる領域にあるとき、レーザー照射面の均一性
が著しく悪くなるため、基板全面にわたって均一なエネ
ルギーでレーザーを照射することは困難であり、半導体
材料を均一に結晶化することができない。

【００１４】半導体材料の結晶性の不均一性を緩和する
方法として、強いパルスレーザー光を照射する前に、そ
れよりも弱いパルスレーザー光を予備的に照射すること
により、結晶生の均一性が向上することが報告されてい
る。さらに、予備的な照射と本照射とのビームの走査方
向を互いに概略直行させることで、複数回の照射で生ず
る結晶性の不均一が相殺されて、基板全体の結晶性がよ
り均一になることも判明している。しかしながら、レー
ザーエネルギーの変動により生じる結晶性の不均一を根
本的に解決していない。

【００１５】レーザーを異なるエネルギーで同一基板に
照射する方法は、照射毎にレーザー光のエネルギーを変
化させねばならない。レーザー出力を変化すると、しば
らくの間、パルス発振レーザーは出力が不安定になるた
め、レーザー出力が安定するまで照射を待たねばならな
い。複数回のレーザーの照射は結晶性の均一性を高める
長所を有するが、処理時間が大幅に増加してしまうとい
う欠点を有する。

【００１６】本発明の目的は、上述の問題点を解決し
て、レーザー光を複数回照射する場合でも、最適なエネ
ルギーでレーザー光を安定に照射し得るレーザー処理方
法を提供することにある。

【００１７】また、本発明の他の目的は、上述の問題点
を解決して、レーザー光を安定に照射し、かつレーザー
光照射を短時間に行い得るレーザー処理方法を提供する
ことにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ために本発明に係るレーザー処理方法の構成は、半導体
デバイスの形成された基板もしくは半導体デバイスとな
るべき物体の形成された基板に対して線状のレーザー光
を走査しつつ照射する工程で、レーザーが最も安定に発
振できるエネルギーの範囲より低いエネルギーでレーザ
ー照射を行う場合に、減光フィルターを１枚以上用いて
エネルギー調節を行うことを特徴とする。

【００１９】また、本発明に係るレーザー処理方法の他
の構成は、基板上に形成された珪素膜に対して線状のレ
ーザー光を走査しつつ照射する工程で、レーザーが最も
安定に発振できるエネルギーの範囲より低いエネルギー
でレーザー照射を行う場合に、減光フィルターを１枚以
上用いてエネルギー調節を行うことを特徴とする。

【００２０】本発明に係るレーザー処理方法の他の構成
は、一定のエネルギーのレーザー光を減光フィルターを
１枚以上用いてエネルギーを調節して、レーザー光を照
射する方法であって、使用する前記減光フィルターの種
類及び／又は枚数を少なくとも１回変更することを特徴
とする。

【００２１】

【作用】上記の構成を有する本発明に係るレーザー処理
方法は、安定に発振するエネルギーでレーザーを出力し
て、減光フィルターを少なくとも１枚以上組み合わせて
用いることで、レーザーエネルギーを最適エネルギーに
調節して、基板に照射する。特に、レーザー光の出力エ
ネルギーよりも、照射すべきエネルギーが低い場合に、
有効である。なお、減光フィルターを用いずに、上記最
適エネルギーで安定に基板に照射できる場合は、このフ
ィルターを用いる必要がないことは言うまでもない。

【００２２】さらに、本明細書で開示する発明は、同一
基板上に複数回レーザー照射を行なう場合に、照射毎に
レーザーエネルギーを変化させる方法（例えば、前述し
た予備照射と本照射の２回照射を行なう方法）において
実施するとより効果的である。すなわち、レーザー出力
を変えずに、照射毎に減光フィルターの種類及び３／又
は枚数を変更するのみで、レーザーエネルギーを最適化
する。このため、レーザー出力が安定な状態を保ったま
ま、複数回のレーザー照射を行なうことができるので、
レーザーを安定させる時間を省略できる。このため、処
理工程の時短化が図れる。

【００２３】また、レーザー照射を複数回行なう場合に
は、レーザービームを基板に対して相対的に往復させな
がら走査する。この際に、かつ往路と復路とでは、レー
ザービームの走査方向が略直行するようにするとよい。
このため、非常に無駄の無い動作で均一にレーザーを照
射することができると共に、レーザー照射に要する時間
を短縮できる。なお複数回レーザー照射を行なう場合に
は、レーザービームの走査の往路または復路が終了した
時点で、減光フィルターを迅速にレーザー光路上に挿脱
すればよい。

【００２４】なお、以上説明した構成を採用することに
よって得られる作用効果は、単なるレーザーと減光フィ
ルターの組み合わせによるエネルギー調節にとどまら
ず、使用するパルス発振レーザーが安定に出せる最大の
エネルギーよりも低い任意のエネルギーで、安定にレー
ザー照射できる効果と、先に述べたような異なるエネル
ギーで複数回レーザー照射を行う場合にレーザー出力を
変えることなく連続的にレーザー照射を行える効果を指
す。

【００２５】

【実施例】

〔実施例１〕レーザー光を非晶質状態もしくは結晶性を
有する状態の珪素膜または珪素化合物膜に照射すること
によりこの膜の結晶性を高める過程で、膜表面の均質性
が低下する傾向がみられる。その低下を極力抑さえる方
法を本実施例で示し、さらにその方法を用いることによ
りレーザー照射の作業時間を大幅に短縮できることを述
べる。

【００２６】図１には本実施例で使用するレーザーアニ
ール装置の構成図を示す。基台１上には、レーザー光を
発振する発振器２が配置されている。発振器２の出射方
向の光路上には、全反射ミラー５、６が配列され、全反
射ミラー６の反射方向の光路上には、増幅器３、全反射
ミラー７、８、光学系４、全反射ミラー９が順次に配列
されている。全反射ミラー９により下方に屈曲された光
路上には、試料１１を載置するステージ１０が配置され
ている。

【００２７】ステージ１０はコンピュータにより制御さ
れて、一次元方向に往復移動可能とされ、また、ステー
ジ１０面内で回転可能とされている。ステージ１０には
ヒーターが内臓されており、試料１１を所定の温度に保
つことができるようになっている。

【００２８】更に、図１には示さないが、全反射ミラー
８と光学系４との間に減光フィルターが挿脱自在に配置
されている。図３に減光フィルターの駆動機構の構造を
示す。遠隔操作により、減光フィルター３１〜３４はレ
ール３５〜３８に沿って移動可能とされており、この直
線移動により光路から挿脱自在とされている。減光フィ
ルター３１〜３４は透過率が互いに異なっており、それ
らを組み合わせることにより１５通りの異なる減光率を
得ることができる。本実施例では、減光フィルター３１
〜３４の透過率をそれぞれ９６％、９２％、８５％、７
７％とする。これら４つの減光フィルター３１〜３４を
組み合わせて、透過率５７〜９６％の領域をほぼカバー
することができる。例えば、透過率９６％の減光フィル
ター３１と９２％の減光フィルター３２とを組み合わせ
ることで透過率８８％の減光フィルターを得ることがで
きる。

【００２９】なお、減光フィルター３１〜３４は石英に
酸化ハフニウムと二酸化珪素とを層状に交互にコーティ
ングしたものであり、減光フィルター３１〜３４の透過
率はコーティングされた層数に依存する。

【００３０】レーザー光は発振器２で発振される。発振
器２で発振されるレーザー光は、ＫｒＦエキシマレーザ
ー（波長２４８ｎｍ、パルス幅２５ｎｓ）である。勿
論、他のエキシマレーザーさらには他の方式のレーザー
を用いることもできる。

【００３１】発振器２で発振されたレーザー光は、全反
射ミラー５、６を経由して増幅器３で増幅されて、全反
射ミラー７、８でそれぞれ反射されて光学系４に入射さ
れる。

【００３２】図２は光学系４の内部の光学配置図であ
り、光学系４に入射したレーザー光はシリンドリカル凹
レンズＡ、シリンドリカル凸レンズＢ、横方向のフライ
アイレンズＣ、Ｄを通過することによって、レーザー光
はそれまでのガウス分布型から短形分布に変化する。さ
らに、シリンドリカル凸レンズＥ、Ｆを通過してミラー
Ｇ（図１ではミラー９に相当）で反射され、シリンドリ
カルレンズＨによって集束されて、線状ビームに成形さ
れて、試料１１に照射される。

【００３３】光学系４に入射する直前のレーザービーム
は３×２cm² 程度の長方形であるが、光学系４によっ
て、長さ１０〜３０cm、幅０．１〜１ｃｍ程度の細長い
線状ビームに加工される。この光学系４を経たレーザー
光のエネルギーは最大で１０００ｍＪ／ショットであ
る。

【００３４】レーザー光をこのような細長いビームに加
工するのは、加工性を向上させるためである。線状のビ
ームは光学系４を出射した後に、全反射ミラー９を経
て、試料１１に照射されるが、ビームの幅は試料１１の
幅よりも長いので、試料１１を１方向に移動させること
で、試料１１全体に対してレーザー光を照射することが
できる。従って、ステージ１０の駆動装置１０の構造を
簡素にでき、保守も容易になる。また、試料１１を固定
する際のアラインメントも容易になる。

【００３５】以下に、レーザー光の照射によって、ガラ
ス基板上に結晶性を有する珪素膜を形成する例を示す。
１０ｃｍ角のガラス基板（例えばコーニング７９５９ガ
ラス基板）を用意する。このガラス基板上に、プラズマ
ＣＶＤ法により、ＴＥＯＳを原料として酸化珪素膜を２
０００Åの厚さに形成する。この酸化珪素膜は、ガラス
基板側から不純物が半導体膜に拡散するのを防止する下
地膜として機能する。

【００３６】次にプラズマＣＶＤ法によって、非晶質珪
素膜を厚さ５００Åに成膜する。ここでは、プラズマＣ
ＶＤ法を用いるが、減圧熱ＣＶＤ法を用いるのでもよ
い。また、非晶質珪素膜の膜厚は必要とする厚さとすれ
ばよい。

【００３７】次に過水アンモニアに基板を浸して、７０
℃に５分間保つことにより、非晶質珪素膜の表面に酸化
膜を形成する。その後、液相ニッケル酢酸塩をスピンコ
ート法により非晶質珪素膜の表面に塗布する。ニッケル
元素は非晶質珪素膜が結晶化する際に結晶化を助長する
触媒として機能する。なお、酸化膜はニッケル溶液の密
着性を向上する作用をする。

【００３８】次に窒素雰囲気中において、４５０℃の温
度で１時間加熱することにより、非晶質珪素膜中の水素
を離脱させる。これは、非晶質珪素膜中に不対結合手を
意図的に形成することにより、後の結晶化に際してのし
きい値エネルギーを下げるためである。更に、窒素雰囲
気中において、５５０℃、４時間の加熱処理を施すこと
により、非晶質珪素膜を結晶化させる。この結晶化の温
度を５５０℃と低くすることができるのは、ニッケル元
素の触媒作用によるものである。

【００３９】こうして、ガラス基板上に結晶性を有する
珪素膜を得ることができる。更に、この珪素膜にレーザ
ー光を照射して、結晶性をさらに高める

【００４０】レーザー光を照射するには、図１に示す装
置を用いて、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎ
ｍ、パルス幅２５ｎｓ）を照射する。雰囲気制御は特に
行わず、大気中で照射を行う。

【００４１】ステージ１０に載置された基板はステージ
１０内部のヒーターにより、温度が４００℃に保たれて
いる。これは、レーザー照射間に、基板表面温度の上昇
と下降の速度を緩和するためである。一般に、環境の急
激な変化は物質の均一性を損なわれることが知られてい
る。そのため、レーザー照射間に基板温度を高く一定に
保つようにして、基板表面の均一性の劣化を極力抑制す
る。なお、基板温度を４００℃に設定しているが、１０
０℃〜６００℃までの範囲でレーザーアニールに最適な
温度を選ぶことができる。

【００４２】発振器２で発振されたレーザー光は光学系
４において、線状ビームに成形されて、ステージ１０上
の基板に照射される。被照射部分でのビーム面積は１２
５ｍｍ×１ｍｍとされる。基板の寸法は１０ｃｍ×１０
ｃｍであるので、ステージ１０をレーザービームの長手
方向と直交する方向に直線移動することにより、基板の
全面にレーザービームが照射される。なお、ステージ１
０の移動速度は２ｍｍ／ｓとする。

【００４３】珪素膜を結晶化するには、先ず予備照射と
して低いエネルギーでレーザーを照射して、次に本照射
として高いエネルギーでレーザーを照射する。２段階で
レーザーを照射とするのは、レーザー照射による膜表面
の均一性が劣化するのを極力抑さえるためである。上記
の工程で得られた結晶性珪素膜は非晶質部分が多く残っ
ており、レーザーエネルギーの吸収率が多結晶珪素とか
なり異なるため、１回目の予備照射により、珪素膜に残
っている非晶質部分を結晶化する。２回目の本照射によ
り、結晶化を全体的に促進させる。この結果、珪素膜の
結晶性が均一になり、半導体半導体デバイスの特性が著
しく向上する。さらに、その均一性を高めるために、予
備照射と本照射において、ステージ１０を９０度回転し
て、ビームの走査方向を概略直交させるとよい。なお、
ステージ１０の回転角度は９０度に限るものではなく、
一般的には、ステージ１０を（ｎ／２＋１／４）回転
（ｎは０を含む自然数）させることにより、線状レー
ザーの走査方向を概略直交させることができる。

【００４４】本実施例では、予備照射のエネルギーを２
００ｍＪ／ｃｍ² とし、本照射のエネルギーを３００ｍ
Ｊ／ｃｍ² として、レーザーアニールを行なう。また、
レーザーの出力エネルギーは３００ｍＪ／ｃｍ² とす
る。このエネルギーはレーザーが安定して出力される範
囲である。

【００４５】予備照射の際には、図３に示す装置を使用
して、透過率８５％、７７％の減光フィルターをレーザ
ーの光路に挿入して、レーザービームの強度を２００ｍ
Ｊ／ｃｍ² に減衰させる。次に、本照射の際には、これ
らの減光フィルターをレーザー光路から退避して、エネ
ルギーを減衰させずに、レーザー照射を行う。

【００４６】なお、本照射のエネルギーがレーザーが安
定に出力されるエネルギー領域よりも低い場合には、本
照射時にも減光フィルターを用いることは言うまでもな
い。例えば、レーザーが安定に照射できるエネルギー範
囲が２５０ｍＪ／ｃｍ² 以上であり、予備照射のエネル
ギーが１７０ｍＪ／ｃｍ² であり、本照射のエネルギー
が２２０ｍＪ／ｃｍ² でレーザー照射を行う場合を考え
る。この場合、レーザー出力を例えば３００ｍＪ／ｃｍ
² に固定する。予備照射時は、４枚の減光フィルターを
すべて光路に挿入する。本照射時は、透過率９２％と８
５％の減光フィルターを光路中から退避して、透過率９
６％と７７％の減光フィルターを光路中に挿入したまま
にする。これにより。必要とするエネルギーで、レーザ
ーを照射することができる。

【００４７】本実施例では、レーザーの出力を変化させ
ずに、減光フィルターを光路から挿脱するのみで、レー
ザーの照射エネルギーを変化することができるため、一
連のレーザー処理工程において、基板毎に照射回数、照
射エネルギーを任意に設定することができる。従って、
異なる性質の膜が形成された基板を一括して処理するこ
とができる。

【００４８】一連のレーザー処理工程において、基板毎
に照射回数、照射エネルギー等を設定して、図１に示し
たレーザー装置のコントローラに記憶させておく。基板
をステージに載置し、アライメントをする。アライメン
ト終了後に、コントローラにより、ステージ１０を往復
させながら、同一基板に複数回レーザーを照射する。こ
の間レーザーの出力は一定に保たれており、ステージ１
０の往路、復路で基板にレーザー照射が行われる度に、
コントローラは入力されたデータに従って、減光フィル
ターをレーザー光路に適宜に挿脱して、照射エネルギー
を調節する。さらに、ステージ１０の軌道が、往路から
復路にもしくは復路から再び往路に変わる間に、少なく
とも１回、ステージ１０が概略直角に回転されて、ビー
ムの走査方向を往路と復路で直交させている。これによ
り、レーザーが基板に均一に照射されるため、膜質をよ
り均一にすることができる。

【００４９】〔実施例２〕実施例１に記載した珪素膜も
しくは珪素化合物膜に対するレーザー処理技術を、大量
生産性を有した産業用機械（マルチチャンバー化し、ロ
ボットアームによって基板の搬送を行う）で実施し、レ
ーザー照射時の基板の雰囲気調整をすることで基板間の
均質性を高める方法について述べる。

【００５０】まず、装置を簡単に説明する。図４は装置
の上面から見た構成図であり、図５は装置を図４のＡ−
Ａ’で切った断面図である。室４１はレーザー照射室で
ある。基板を置く場所の下にはヒーターが埋め込まれて
おり、レーザー照射時に基板を所定の温度に保てるよう
になっている。室４２は、加熱室であり、基板を加熱す
るためのホットプレートが配置されている。室４３はレ
ーザー照射前の基板をストックしておく予備室であり、
この予備室４３を介して、基板の搬入搬出を行うことが
できる。即ち、予備室４３から装置内に基板の搬入が行
われ、予備室４３から装置外に基板の搬出が行われる。

【００５１】図中央の基板搬入室４０には基板運搬用の
ロボットアーム４４が設けられており、室４１〜４３間
で基板を移動するために使用する。また、これらの室４
１〜４３は密封性を有しており、雰囲気制御ができるよ
う設計されている。また各部屋を仕切るためにゲイトバ
ルブ４５〜４７が設けられており、このゲイトバルブ４
５〜４７を閉鎖することで、各室４１〜４３間における
雰囲気の混合を防止することができる。また各室４１〜
４３には、真空排気装置が個別に備えられており、必要
とする圧力に真空引きを行えるように構成されている。

【００５２】また５５で示されるのが、レーザー発振装
置であって、例えば図１に示すような構成を有すし、図
３に示すような減光フィルターシステムが内蔵されてお
り、減光フィルターを適宜に光路中に挿脱して、レーザ
ーのエネルギーを照射すべき大きさに減衰することがで
きる。

【００５３】次に、装置使用方法について述べる。ま
ず、レーザー光を照射しようとする薄膜が成膜された複
数枚の基板をカートリッジに収納して、カートリッジご
と予備室４３に搬入される。それから、４つの室４０〜
４３をすべて真空に引く。

【００５４】真空中でのレーザー処理は気体の影響を受
けないので、レーザー処理の再現性が高まる。あるい
は、レーザー処理室を常に一定の雰囲気に保つことによ
っても再現性を保つという方法も、真空中で照射するの
と同等の効果を生む。この効果は特に大量生産の際に、
製品のばらつきを抑え、その製品の信頼性を高める上で
有用である。

【００５５】そして、ゲイトバルブ４５と４７を開け、
基板搬入室４０内に配置されたロボットアーム４４を用
いて、基板を１枚づつ加熱室４２に搬送する。加熱室４
２に移送された基板は、ホットプレート上に置かれ所定
の温度まで加熱される。

【００５６】基板の加熱温度は２００℃とする。この
間、ゲイトバルブ４７を閉鎖しておくことは、不純物の
汚染を防止する点からは好ましいが、生産性の点からは
不利となる。ゲイトバルブ４７を閉鎖するか否かは、実
施において適宜に選択すればよい。基板が充分温まった
ら、ロボットアーム４４で基板をレーザー照射室４１へ
搬出する。レーザー照射室４１では実施例１と同様な条
件で、予備照射と本照射として、２回レーザー照射を行
なう。

【００５７】基板の寸法が１０ｃｍ×１０ｃｍであり、
被照射面でのレーザービームの面積は１２５ｍｍ×１ｍ
ｍであり、ステ−ジの移動速度が２ｍｍ／ｓであるた
め、２回のレーザー照射に要する時間は１００秒強とな
る。加熱室４２で、基板が温たたまる時間は３分ほどで
ある。従って、一度にレーザーが照射される基板の枚数
の２倍の枚数の基板が加熱室４２で一度に温められるよ
うにしておけば、より能率的になる。

【００５８】予め、加熱室４２で基板を所定の枚数温め
る。加熱終了後に、先ずその半数の基板を加熱室４２か
らレーザー照射室４１へ搬送して、レーザーを照射す
る。レーザー照射間に、予備室４３から加熱室４２に加
熱すべき基板を補充する。レーザー照射が終了後に、レ
ーザー処理済みの基板をレーザー照射室４１から予備室
４３に戻し、最初に搬入された基板の残り半数の基板を
加熱室４２からレーザー照射室４１に搬入して、レーザ
ーを照射する。このレーザー照射の終了後には、加熱室
４２において、予備室４３から補充された基板の加熱が
終了している。従って、以上の動作を連続的に繰り返す
ことにより、レーザー照射前に基板を温める時間を節約
することができるため、処理時間が短縮される。

【００５９】一回のレーザー処理において、基板を温め
る時間３分であり、レーザー照射時間１００秒であるた
め、合計約５分ほど要するが、図４、５に示す装置を用
いることで、処理時間を半分以下に抑えることが可能と
なる。また、処理すべき基板を全て予め予備室４３に収
納することができるため、レーザー照射室４１の雰囲気
が外部から汚染されないため、清浄な雰囲気（真空状態
も含む）中で連続してレーザーアニールを連続して行う
ことができる。

【００６０】

【発明の効果】本発明に係るレーザー処理工程おいて
は、減光フィルターにより、レーザーの照射エネルギー
を調節するようにしたため、レーザーの出力を終始一定
に保つことができる。このため、使用するパルス発振レ
ーザーが安定するエネルギーで出力させても、このエネ
ルギーよりも低い任意のエネルギーで、レーザーを安定
に照射できるため、半導体デバイスとなるべき膜の均一
性を高めることができる。更に、複数回レーザー照射す
る場合でも、レーザー出力を変化させる必要がないの
で、レーザーを安定させる時間を省くことができる。特
に大量生産を行う場合に、作業能率向上やコストの削減
に多大な効果をもたらす。

【００６１】本明細書で開示される発明は、半導体デバ
イスのプロセスに利用される全てのレーザー処理プロセ
スに利用できる。特に、半導体デバイスとしてＴＦＴに
本発明を応用した場合に、例えば、本発明のレーザー処
理工程を結晶化工程に応用することにより、優れた結晶
性珪素膜を得ることができるため、ＴＦＴのしきい値電
圧の均一性を向上することができる。或いは、本発明の
レーザー処理工程をソース／ドレインの不純物元素の活
性化工程に応用することにより、ＴＦＴの電界効果移動
度、あるいはオン電流の均一性を向上できる。このよう
に本発明は工業上、有益なものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のレーザー照射装置の構成図であ
る。

【図２】レーザー光をビーム状にするための光学系の
配置図である。

【図３】減光フィルターの概略の構成を示す図であ
る。

【図４】実施例２のレーザー処理装置の上面図であ
る。

【図５】実施例２のレーザー処理装置の側面図であ
る。

【符号の説明】

２レーザー発振器５、６全反射ミラー３増幅器４光学系７、８全反射ミラー３１〜３４減光レンズ１０ステージ４０基板搬送室４１レーザー照射室４２加熱室４３予備室４４ロボットアーム４５〜４７ゲイトバルブ５５レーザー発振装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体デバイスが形成された基板もしく
は半導体デバイスとなるべき物体が形成された基板に対
して線状のレーザー光を走査しつつ照射する工程で、レーザーが最も安定に発振できるエネルギーの範囲より
低いエネルギーでレーザー照射を行う場合に、減光フィ
ルターを１枚以上用いてエネルギー調節を行うことを特
徴とするレーザー処理方法。
【請求項２】請求項１において、前記基板は長方形で
あることを特徴とするレーザー処理方法。
【請求項３】請求項１において、同一基板に対しレー
ザー照射を異なるエネルギーで２回以上行う工程で、照
射エネルギーを変化させる場合に、レーザー出力そのも
のは変えずに、前記減光フィルターを用いることにより
照射エネルギーを変化させることを特徴とするレーザー
処理方法。
【請求項４】請求項３において、前記基板を（ｎ／２
＋１／４）回転（ｎは０を含む自然数）させることによ
り、前記基板に対する線状レーザーの走査方向を概略直
角に変化させる工程を、上記複数回の照射と照射の間に
少なくとも１回入れることを特徴とするレーザー処理方
法。
【請求項５】基板上に形成された珪素膜に対して線状
のレーザー光を走査しつつ照射する工程で、レーザーが
最も安定に発振できるエネルギーの範囲より低いエネル
ギーでレーザー照射を行う場合に、減光フィルターを１
枚以上用いてエネルギー調節を行うことを特徴とするレ
ーザー処理方法。
【請求項６】請求項５において、前記珪素膜には高速
のイオンが照射されたことを特徴とするレーザー処理方
法。
【請求項７】請求項５において、前記珪素膜は固相成
長法によって結晶化した膜であることを特徴とするレー
ザー処理方法。
【請求項８】請求項５において、前記珪素膜は非晶質
状態であることを特徴とするレーザー処理方法。
【請求項９】一定のエネルギーのレーザー光を減光フ
ィルターを１枚以上用いてエネルギーを調節して、レー
ザー光を照射する方法であって、使用する前記減光フィルターの種類及び／又は枚数を少
なくとも１回変更することを特徴とするレーザー処理方
法。