JPS58103140A - レ−ザアニ−ル方法 - Google Patents
レ−ザアニ−ル方法Info
- Publication number
- JPS58103140A JPS58103140A JP56204077A JP20407781A JPS58103140A JP S58103140 A JPS58103140 A JP S58103140A JP 56204077 A JP56204077 A JP 56204077A JP 20407781 A JP20407781 A JP 20407781A JP S58103140 A JPS58103140 A JP S58103140A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser beam
- sample
- processed
- scanning
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
- B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（ａｌ 発明の技術分野
本発明はレーザアニール方法の改良に関する。
（ｂｌ 従来技術と問題点
レーザアニール方法は、絶縁基板上、或いは半導体基板
例えばシリコン（Ｓｔ）基板表面を被覆する二酸化シリ
コン（Ｓｉｎ、 ）膜のような絶ａｉｍ上に、多結晶シ
リコン層または非晶質シリコン層を形成し、これにレー
ザビームを照射することにより単結晶化することを目的
として、或いはイオン注入法を施すことにより生じたダ
メージを回復させる等、結晶性の改善を目的として半導
体装置の製造工程に用いられる趨勢にある。しかしなが
ら従来のレーザアニール方法は非常に効率が悪く、これ
の実施に際しては多大の工数を必要とした。
例えばシリコン（Ｓｔ）基板表面を被覆する二酸化シリ
コン（Ｓｉｎ、 ）膜のような絶ａｉｍ上に、多結晶シ
リコン層または非晶質シリコン層を形成し、これにレー
ザビームを照射することにより単結晶化することを目的
として、或いはイオン注入法を施すことにより生じたダ
メージを回復させる等、結晶性の改善を目的として半導
体装置の製造工程に用いられる趨勢にある。しかしなが
ら従来のレーザアニール方法は非常に効率が悪く、これ
の実施に際しては多大の工数を必要とした。
第１図（ａ）、 （ｂ）は上記従来のレーザアニール方
法を示す図で、１は走査線、２は断面がスポット状の溶
融部、３はレーザビームによる被照射跡である。レーザ
ビームの断面は通常円形であるから、レーザビームを照
射されて溶融する領域２も円形状となるが、レーザビー
ムの強度分布か中心部で大で外側に行くにつれて小さく
なる所謂ガウシャン分布をしているので、溶融部２の中
央部より周縁部の方が温度が低い。そのためレーザビー
ムが通過した後被照射跡３の周辺部が先に凝固する。
法を示す図で、１は走査線、２は断面がスポット状の溶
融部、３はレーザビームによる被照射跡である。レーザ
ビームの断面は通常円形であるから、レーザビームを照
射されて溶融する領域２も円形状となるが、レーザビー
ムの強度分布か中心部で大で外側に行くにつれて小さく
なる所謂ガウシャン分布をしているので、溶融部２の中
央部より周縁部の方が温度が低い。そのためレーザビー
ムが通過した後被照射跡３の周辺部が先に凝固する。
その際近傍に無数に存在する結晶粒を核と・して凝固す
るので、被照射跡３の周辺部には多結晶層４ａ。
るので、被照射跡３の周辺部には多結晶層４ａ。
４ｂが形成される。一方被照射跡３の中央部では、走査
始点に単結晶層が配設されている場合にはその単結晶層
の方位に従って再結晶するので、単結晶層５が形成され
、走査始点に単結晶層が配設されていない場合には、結
晶粒が大きく成長する。
始点に単結晶層が配設されている場合にはその単結晶層
の方位に従って再結晶するので、単結晶層５が形成され
、走査始点に単結晶層が配設されていない場合には、結
晶粒が大きく成長する。
そこで次にレーザビームをスポット径の半分程下に移動
せしめてから復路走査を行う。
せしめてから復路走査を行う。
このような走査を繰り返すことにより、所定区域を全域
にわたってアニールするのであるが、上記説明により既
に明らかなように、−回の走査によりアニールされる領
域の輻（以下これをアニール暢と略称する）は、レーザ
ビームの直径の凡そ半分程度に過ぎない、ＩＪ在実用に
供されているレーザビーム径は凡そ４０〔μｍ〕程度の
ため、−回の走査当りのアニール輻は約２０〔μｍ〕程
度に過ぎない。
にわたってアニールするのであるが、上記説明により既
に明らかなように、−回の走査によりアニールされる領
域の輻（以下これをアニール暢と略称する）は、レーザ
ビームの直径の凡そ半分程度に過ぎない、ＩＪ在実用に
供されているレーザビーム径は凡そ４０〔μｍ〕程度の
ため、−回の走査当りのアニール輻は約２０〔μｍ〕程
度に過ぎない。
上述の如〈従来のレーザアニール方法は、−回の走査当
りのアニール輻が狭く、多大の処理時間を要した。この
処理時間を短縮するには、１走査当りのアニール輻を拡
大することを要するが、従来のレーザアニール方法では
レーザパワー密度を一定に保つため、アニール暢の二乗
に比例してし一ザパワーを上げることが必要となるが、
レーザ装置の大出力化には限界があり、また価格的にも
高価となり、実用的でない。
りのアニール輻が狭く、多大の処理時間を要した。この
処理時間を短縮するには、１走査当りのアニール輻を拡
大することを要するが、従来のレーザアニール方法では
レーザパワー密度を一定に保つため、アニール暢の二乗
に比例してし一ザパワーを上げることが必要となるが、
レーザ装置の大出力化には限界があり、また価格的にも
高価となり、実用的でない。
（Ｏ） 発明の目的
本発明の目的は一回の走査で広い範囲を１ニールし得る
レーザアニール方法を提供することにある。
レーザアニール方法を提供することにある。
（ｄ） 発明の構成
上記目的は本発明において、被処理試料表面を走査方向
と交叉する方向に振動するレーザビームで走査すること
により達成される。
と交叉する方向に振動するレーザビームで走査すること
により達成される。
（＠） 発明の実施例
以下本発明の一実施例を、使用したレーザアニール装置
と共に図面により説明する。
と共に図面により説明する。
第２図及び第３図は上記一実施例の走査方法を説明する
ための図、第４図は上記一実施例に用いたレーザアニー
ル装置を示す要部斜視図である。
ための図、第４図は上記一実施例に用いたレーザアニー
ル装置を示す要部斜視図である。
第２図（ａ）、 （ｂ）において、１１は主走査線、１
２は走査軌跡、１３は本実施例における溶融部を示す、
従来方法においては前述した如く直線状に走査したのに
対し、本実施例ではレーザビームを主走査線１１の方向
に略直交する方向に高速で振動させておき、このレーザ
ビームにより主走査線１１に沿って走査を行う、このよ
うにすることによりレーザビームは走査軌跡１２に示す
ように被処理試料表面を蛇行走査する。その結果本実施
例においては被照射跡３の幅が広がり、溶融部１３の形
状は同図伽）に見られる如く長円状となり、１走査繍当
りの単結晶層５の幅を拡大することが出来る。
２は走査軌跡、１３は本実施例における溶融部を示す、
従来方法においては前述した如く直線状に走査したのに
対し、本実施例ではレーザビームを主走査線１１の方向
に略直交する方向に高速で振動させておき、このレーザ
ビームにより主走査線１１に沿って走査を行う、このよ
うにすることによりレーザビームは走査軌跡１２に示す
ように被処理試料表面を蛇行走査する。その結果本実施
例においては被照射跡３の幅が広がり、溶融部１３の形
状は同図伽）に見られる如く長円状となり、１走査繍当
りの単結晶層５の幅を拡大することが出来る。
即ち上記レーザビームの強度分布は第°３図（ａｌに見
られる如くガウシャン分布をなす、そこで同図ら）に見
られるように、レーザビームの振動を主走査線１１を中
心とする調和振動とすると、この振動は、 −ｑ ＝Ｗ ｓｉｎ （６１ｘ ／ Ｖ） 、
、、、、、（ＩＩで表される。ここでｙはＸ軸（主走査
線１１）からの偏位置、Ｗは最大振幅、ωは振動角周波
数、ＸはＸ軸上の位置、■はレーザビームのＸ軸方向の
移動速度である。
られる如くガウシャン分布をなす、そこで同図ら）に見
られるように、レーザビームの振動を主走査線１１を中
心とする調和振動とすると、この振動は、 −ｑ ＝Ｗ ｓｉｎ （６１ｘ ／ Ｖ） 、
、、、、、（ＩＩで表される。ここでｙはＸ軸（主走査
線１１）からの偏位置、Ｗは最大振幅、ωは振動角周波
数、ＸはＸ軸上の位置、■はレーザビームのＸ軸方向の
移動速度である。
上式において、ｘ−Ｖｔ（但しｔは時間）と表されるの
で、上記（１）式は ｙ ＝Ｗ ５ｉｎａ＋ ｔ 、、、、、
、（２）となる、この（２）式をｔで微分することによ
りｄｔ−ｄｙ／ （ω（Ｗ２−ｙ２）町 、、、、、
、（３１が得られる。この（３）式において、ｄｔは、
主走査線１１からの偏位置ｙなる位置の０幅ａｙなる区
間におけるレーザビームの滞在時間を表し、ｙが大なる
程ｄｔも大となる。このことは、被照射跡３の周辺部程
レーザビームの滞在時間が長くなることを意味し、その
結果上記長円形状の溶融部１３の長径方向の温度分布は
、同図（Ｃ１の実線Ａで示すように高温部の幅が拡大す
る。なお同図の点線Ｂは従来方法の温度分布を示す。こ
の結果−回の走査により得られる単結晶層５の幅は大幅
に拡大する。
で、上記（１）式は ｙ ＝Ｗ ５ｉｎａ＋ ｔ 、、、、、
、（２）となる、この（２）式をｔで微分することによ
りｄｔ−ｄｙ／ （ω（Ｗ２−ｙ２）町 、、、、、
、（３１が得られる。この（３）式において、ｄｔは、
主走査線１１からの偏位置ｙなる位置の０幅ａｙなる区
間におけるレーザビームの滞在時間を表し、ｙが大なる
程ｄｔも大となる。このことは、被照射跡３の周辺部程
レーザビームの滞在時間が長くなることを意味し、その
結果上記長円形状の溶融部１３の長径方向の温度分布は
、同図（Ｃ１の実線Ａで示すように高温部の幅が拡大す
る。なお同図の点線Ｂは従来方法の温度分布を示す。こ
の結果−回の走査により得られる単結晶層５の幅は大幅
に拡大する。
第４図は本実施例に使用したレーザアニール装置の要部
を示す斜視図で、２１は被処理試料、２２はステージ、
２３は例えばＡｒレーザ、２４はレーザビーム、２５は
ガルバノミラ−１２６は集光レンズを示す。
を示す斜視図で、２１は被処理試料、２２はステージ、
２３は例えばＡｒレーザ、２４はレーザビーム、２５は
ガルバノミラ−１２６は集光レンズを示す。
上記装置において、レーザビーム２４は所定の周波数で
振動するガルバノミラ−２５で反射され、被処理試料２
１表面で前述した如く振動する。従ってステージ２２を
矢線Ｃに示す方向に一定達度Ｖで移動せしめることによ
り、走査軌跡１２で示す如く被処理試料２１表面をレー
ザビーム２４により蛇行走査することが出来る。従って
、ステージ２２をＸ軸方向には矢線Ｃ２Ｃ′で示すよう
に往復移動させると共に、Ｙ軸方向には矢線りに示すよ
うに所定ピッチでステップ移動せしめ、かかる操作を繰
り返すことにより、被処理試料２１表面を前述したよう
に蛇行走査することが出来る。
振動するガルバノミラ−２５で反射され、被処理試料２
１表面で前述した如く振動する。従ってステージ２２を
矢線Ｃに示す方向に一定達度Ｖで移動せしめることによ
り、走査軌跡１２で示す如く被処理試料２１表面をレー
ザビーム２４により蛇行走査することが出来る。従って
、ステージ２２をＸ軸方向には矢線Ｃ２Ｃ′で示すよう
に往復移動させると共に、Ｙ軸方向には矢線りに示すよ
うに所定ピッチでステップ移動せしめ、かかる操作を繰
り返すことにより、被処理試料２１表面を前述したよう
に蛇行走査することが出来る。
上記装置を用い、例えばガルバノミラ−２５の振動周波
数を約１０ （ｋＨｚ） 、被処理試料２１表面におけ
るレーザビーム２４の最大振幅Ｗを約２００〔μｍ〕、
ステージ２２のＸ軸方向の移動速度Ｖを凡そ１０〔Ｃ−
／秒〕、レーザビーム２４の集光後のスポット径を約１
０〔μｍ〕、Ａｒレーザ２３の出力を約１５Ｗとすると
、−回の走査により幅凡そ １００〔μｍ〕以上の単結
晶層５が得られる。
数を約１０ （ｋＨｚ） 、被処理試料２１表面におけ
るレーザビーム２４の最大振幅Ｗを約２００〔μｍ〕、
ステージ２２のＸ軸方向の移動速度Ｖを凡そ１０〔Ｃ−
／秒〕、レーザビーム２４の集光後のスポット径を約１
０〔μｍ〕、Ａｒレーザ２３の出力を約１５Ｗとすると
、−回の走査により幅凡そ １００〔μｍ〕以上の単結
晶層５が得られる。
従って本実施例によれば、ステージ２２のＹ軸方向のス
テップ移動ピッチを約１００〔μｍ〕とすることが可能
となり、これは従来方法の凡そ５倍の処理がなされたこ
とになる。
テップ移動ピッチを約１００〔μｍ〕とすることが可能
となり、これは従来方法の凡そ５倍の処理がなされたこ
とになる。
（ｆ） 発明の詳細
な説明した如く本発明により、高能率のレーザアニール
方法が提供される。
方法が提供される。
なお本発明を実施するに際し、使用するレーザの＠類、
被処理試料表面においてレーザビームを高速振動せしめ
る手段等は前記一実施例に限定されるものではなく、種
々選択し得ることは特に説明するまでもない。
被処理試料表面においてレーザビームを高速振動せしめ
る手段等は前記一実施例に限定されるものではなく、種
々選択し得ることは特に説明するまでもない。
第１図は従来のレーザアニール方法の説明に供するため
の図、第２図及び第３図は本発明の一実施例を示す図、
第４図は上記一実施例に使用したレーザアニール装置を
示す要部断面図である。 図において、３は゛被照射跡、４ａ、４ｂは多結晶層、
５は単結晶層、１１は主走査線、１２は走査軌跡、１３
は溶融部、２１は被処理試料、２２はステージ、第４！
ＩＩ
の図、第２図及び第３図は本発明の一実施例を示す図、
第４図は上記一実施例に使用したレーザアニール装置を
示す要部断面図である。 図において、３は゛被照射跡、４ａ、４ｂは多結晶層、
５は単結晶層、１１は主走査線、１２は走査軌跡、１３
は溶融部、２１は被処理試料、２２はステージ、第４！
ＩＩ
Claims (1)
- 半導体層または半導体基板表面を所゛定の走査線に沿っ
てレーザビームで走査し、前記半導体層または半導体基
板表面を加熱するレーザアニール方法において、前記レ
ーザビームを前記所定の走査線に交叉する方向に移動せ
しめながら前記走査線に沿って走査することを特徴とす
るレーザアニールはうほう
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56204077A JPS58103140A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | レ−ザアニ−ル方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56204077A JPS58103140A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | レ−ザアニ−ル方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58103140A true JPS58103140A (ja) | 1983-06-20 |
Family
ID=16484389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56204077A Pending JPS58103140A (ja) | 1981-12-16 | 1981-12-16 | レ−ザアニ−ル方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58103140A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6088424A (ja) * | 1983-10-21 | 1985-05-18 | Agency Of Ind Science & Technol | ビ−ムアニ−ル法 |
| US5849043A (en) * | 1992-03-26 | 1998-12-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for laser ion doping |
| WO2023276182A1 (ja) * | 2021-06-28 | 2023-01-05 | Ｊｓｗアクティナシステム株式会社 | 熱処理方法、熱処理装置、及び半導体装置の製造方法 |
-
1981
- 1981-12-16 JP JP56204077A patent/JPS58103140A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6088424A (ja) * | 1983-10-21 | 1985-05-18 | Agency Of Ind Science & Technol | ビ−ムアニ−ル法 |
| JPH0436447B2 (ja) * | 1983-10-21 | 1992-06-16 | Kogyo Gijutsuin | |
| US5849043A (en) * | 1992-03-26 | 1998-12-15 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Apparatus for laser ion doping |
| US6358784B1 (en) | 1992-03-26 | 2002-03-19 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Process for laser processing and apparatus for use in the same |
| US6655767B2 (en) | 1992-03-26 | 2003-12-02 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Active matrix display device |
| US7169657B2 (en) | 1992-03-26 | 2007-01-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Process for laser processing and apparatus for use in the same |
| US7781271B2 (en) | 1992-03-26 | 2010-08-24 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Process for laser processing and apparatus for use in the same |
| WO2023276182A1 (ja) * | 2021-06-28 | 2023-01-05 | Ｊｓｗアクティナシステム株式会社 | 熱処理方法、熱処理装置、及び半導体装置の製造方法 |
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