JPS60126840A - Ｓｏｉ形成用レーザ照射方法 - Google Patents
Ｓｏｉ形成用レーザ照射方法Info
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- JPS60126840A JPS60126840A JP23532683A JP23532683A JPS60126840A JP S60126840 A JPS60126840 A JP S60126840A JP 23532683 A JP23532683 A JP 23532683A JP 23532683 A JP23532683 A JP 23532683A JP S60126840 A JPS60126840 A JP S60126840A
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- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 6
- 206010041662 Splinter Diseases 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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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】
産業上の利用分野
本発明は、レーザ光源と光学系よ構成るレーザビーム照
射装置に関するものである。
射装置に関するものである。
従来例の構成とその問題点
従来より、たとえばレーザアニール装置などに用いられ
ているレーザ照射装置は、殆んどの場合、１台のレーザ
光源を用いた１本のレーザビームを照射する機構であっ
た。一般にレーザビームの最安定で高エネルギーモード
はＴ Ｅ Ｍｏｏモードでありこの場合のパワー強度分
布はビーム中心で最大パワー密度となるガウス型分布を
している。このようなガウス型パワー分布を有するレー
ザビームをたとえば、非晶質絶縁基板上のシリコン層即
ちＳＱＬの溶融再結晶化技術に適用すると、細かい小さ
な結晶粒の集合体となってしまうことが知られている。
ているレーザ照射装置は、殆んどの場合、１台のレーザ
光源を用いた１本のレーザビームを照射する機構であっ
た。一般にレーザビームの最安定で高エネルギーモード
はＴ Ｅ Ｍｏｏモードでありこの場合のパワー強度分
布はビーム中心で最大パワー密度となるガウス型分布を
している。このようなガウス型パワー分布を有するレー
ザビームをたとえば、非晶質絶縁基板上のシリコン層即
ちＳＱＬの溶融再結晶化技術に適用すると、細かい小さ
な結晶粒の集合体となってしまうことが知られている。
このような再結晶化層を半導体デバイスの母材として用
いると１結晶粒界の影響でリーク電流の増大、易動度の
劣化等、デバイスとしての重大な電気特性の劣化をきた
すものである。したがって、このような問題を除去する
ために、大結晶粒もしくは単結晶のシリコン層を得る一
つの方法として、レーザビームのビームパワー分布を中
央が周辺より強度の弱いドーナツ型ビームとなるＴＥＭ
ｏ、モードとＴ Ｅ Ｍ、ｏモードの合成ビーム、ある
いはビームの極大値が複数あるたとえばＴＥＭｏ、モー
ドなどのビームを照射することが試みられている。事実
。
いると１結晶粒界の影響でリーク電流の増大、易動度の
劣化等、デバイスとしての重大な電気特性の劣化をきた
すものである。したがって、このような問題を除去する
ために、大結晶粒もしくは単結晶のシリコン層を得る一
つの方法として、レーザビームのビームパワー分布を中
央が周辺より強度の弱いドーナツ型ビームとなるＴＥＭ
ｏ、モードとＴ Ｅ Ｍ、ｏモードの合成ビーム、ある
いはビームの極大値が複数あるたとえばＴＥＭｏ、モー
ドなどのビームを照射することが試みられている。事実
。
このようなビーム照射によりビーム走査の中央付近、即
ち周辺よりパワーの小さい部分において、大結晶粒とな
ることが報告されている。
ち周辺よりパワーの小さい部分において、大結晶粒とな
ることが報告されている。
しかしながら、レーザ発振モードとして、ＴＥＭｏ。
モードからはずれるＴＥＭｏ、、ＴＥＭ１ｏモードなど
は、ビーム発振がきわめて不安定であると同時に出力パ
ワーも小さくなる。したがって、レーザ光源として安定
に使うためには、ＴＥＭｏｏモードで発振させることが
望ましい。
は、ビーム発振がきわめて不安定であると同時に出力パ
ワーも小さくなる。したがって、レーザ光源として安定
に使うためには、ＴＥＭｏｏモードで発振させることが
望ましい。
１〜たがって、上記の欠点を除き、安定で、高エネルギ
ーでしかも、所望のパワー分布を制御できるレーザビー
ム照射装置の開発が望まれている。
ーでしかも、所望のパワー分布を制御できるレーザビー
ム照射装置の開発が望まれている。
発明の目的
本発明は、レーザ照射によるＳＯＩの再結晶化やアニー
ルに用いるレーザビームにおける上記従来例の欠点を克
服し、レーザビームの強度分布を制御して所望の分布を
得ることのできるレーザビーム照射装置を提供するもの
である。
ルに用いるレーザビームにおける上記従来例の欠点を克
服し、レーザビームの強度分布を制御して所望の分布を
得ることのできるレーザビーム照射装置を提供するもの
である。
発明の構成
本発明は、複数台のレーザ光源を用いて、安定なたとえ
ばＴ Ｅ Ｍｏｏモードの複数本のレーザビームを光学
系により合成（−制御して合成されたレーザビームを所
望のビームパワー分布にせしむるものである。
ばＴ Ｅ Ｍｏｏモードの複数本のレーザビームを光学
系により合成（−制御して合成されたレーザビームを所
望のビームパワー分布にせしむるものである。
本発明の構成を２台のレーザ光源を用いた場合について
説明する。
説明する。
レーザ光源として、たとえば連続発振Ａ イオンレーザ
を用いる。光源からのレーザビームは、たとえば直線偏
光のＰ波になっている。第１のレーザ光源からの第１の
レーザ光はＰ波のまま、ビームエクスパンダーに入射し
、続いてグランテーラ−プリズムでパワー調節されて、
Ｐ波を殆んど透過せしめる偏光ビームスプリッタ−に入
射する。
を用いる。光源からのレーザビームは、たとえば直線偏
光のＰ波になっている。第１のレーザ光源からの第１の
レーザ光はＰ波のまま、ビームエクスパンダーに入射し
、続いてグランテーラ−プリズムでパワー調節されて、
Ｐ波を殆んど透過せしめる偏光ビームスプリッタ−に入
射する。
第２のレーザ光源からの第２のレーザ光のＰ波は第１の
レーザ光と平行であって棒波長板を通過後Ｓ波に変換さ
れるようにする。その後、第２のレーザ光は、全反射ミ
ラーで入射方向から９０°の方向反射されて、前記偏光
ビームスプリッタ−に第１のレーザ光が透過している付
近に入射する。
レーザ光と平行であって棒波長板を通過後Ｓ波に変換さ
れるようにする。その後、第２のレーザ光は、全反射ミ
ラーで入射方向から９０°の方向反射されて、前記偏光
ビームスプリッタ−に第１のレーザ光が透過している付
近に入射する。
偏光ビームスプリッタ−は、Ｓ波は殆んど反射し入射方
向に対して９００の方向に曲げられるものテする。した
がって偏光ビームスプリ・ンターを出た第２のレーザ光
は、はじめの方向と平行になっている。また前記の如く
第１のレーザ光は偏光ビームスプリッタ−を殆んど透過
しているので、偏光ビームスプリッタ−を出た光は、殆
んど一本のビームのように合成されることになる。第２
のレーザ光を反射する全反射ミラーは、第２のレーザ光
の光軸と平行に微少移動可能にしておくことによす、偏
光ビームスプリ・ツタ−を出た合成ビームはこの全反射
ミラーの移動距離と同じ距離だけ第２のレーザ光の中心
が、第１のレーザ光の中心から離れているビームとなっ
ている。したがって、この移動距離を任意に変えること
によりガウス型強度分布のビームが２本重ね合わせられ
た強度分布を有することになり、ピークの接近した２ピ
ークビームあるいは中央部がはヌ平坦な強度分布を有す
る合成ビームを得ることができる。
向に対して９００の方向に曲げられるものテする。した
がって偏光ビームスプリ・ンターを出た第２のレーザ光
は、はじめの方向と平行になっている。また前記の如く
第１のレーザ光は偏光ビームスプリッタ−を殆んど透過
しているので、偏光ビームスプリッタ−を出た光は、殆
んど一本のビームのように合成されることになる。第２
のレーザ光を反射する全反射ミラーは、第２のレーザ光
の光軸と平行に微少移動可能にしておくことによす、偏
光ビームスプリ・ツタ−を出た合成ビームはこの全反射
ミラーの移動距離と同じ距離だけ第２のレーザ光の中心
が、第１のレーザ光の中心から離れているビームとなっ
ている。したがって、この移動距離を任意に変えること
によりガウス型強度分布のビームが２本重ね合わせられ
た強度分布を有することになり、ピークの接近した２ピ
ークビームあるいは中央部がはヌ平坦な強度分布を有す
る合成ビームを得ることができる。
実施例の説明
本発明にかかわる一実施例を図面に基き、以下に説明す
る。
る。
第１図は本発明の全体概念を示す平面図である。
第１のレーザ光源１から出た直線偏光のＰ波である第１
のレーザ光Ｌ１は、ビームエクスパンダ−４を通過後ビ
ーム径がたとえば１ｏ倍のレーザ光Ｌ１２となり、パワ
ーを調節するだめのグランテーラ−プリズム６を通過後
所望のパワーのレーザ光Ｌ１３となって、偏光ビームス
プリッタ−８に入射する。この偏光ビームスプリッタ−
ｓＨ，ｐ波に対して透過型にしであるのでレーザ光Ｌ１
３は殆んど減衰せず偏光ビームスプリッタ−８を通過し
たレーザ光Ｌ１４が得られる。光学系は光軸を揃えであ
るので、第１のレーザ光Ｌ１ 、Ｌ１２゜Ｌ１３．Ｌ１
４はすべて、同一直線の光軸上にある０ 次に、第２のレーザ光源２を出た直線偏光のＰ波である
第２のレーザ光Ｌ２は、Ａ波長板３を通過することによ
り、直線偏光のＳ波に変換される。
のレーザ光Ｌ１は、ビームエクスパンダ−４を通過後ビ
ーム径がたとえば１ｏ倍のレーザ光Ｌ１２となり、パワ
ーを調節するだめのグランテーラ−プリズム６を通過後
所望のパワーのレーザ光Ｌ１３となって、偏光ビームス
プリッタ−８に入射する。この偏光ビームスプリッタ−
ｓＨ，ｐ波に対して透過型にしであるのでレーザ光Ｌ１
３は殆んど減衰せず偏光ビームスプリッタ−８を通過し
たレーザ光Ｌ１４が得られる。光学系は光軸を揃えであ
るので、第１のレーザ光Ｌ１ 、Ｌ１２゜Ｌ１３．Ｌ１
４はすべて、同一直線の光軸上にある０ 次に、第２のレーザ光源２を出た直線偏光のＰ波である
第２のレーザ光Ｌ２は、Ａ波長板３を通過することによ
り、直線偏光のＳ波に変換される。
このＳ波となった第２のレーザ光Ｌ２１は、ビームエク
スパンダ−５を通過して、ビーム径が１０倍のレーザ光
Ｌ２２となって、グランテーラ−プリズム７を通過して
、所望のパワーのレーザ光Ｌ２３となって、全反射ミラ
ー９に入射する。第２のレーザ光源２を出たレーザ光Ｌ
２．Ｌ２．１゜Ｌ２２．Ｌ２３は全て同一直線の光軸上
にあり、第１のレーザ光Ｌ１ 、Ｌ１２ 、Ｌｌ３とは
、平行である。また全反射ミラー９は第２のレーザ光Ｌ
２ 、Ｌ２１ 、Ｌ２２ 、Ｌ２３の光軸上をこの光軸
に平行に微動できるようになっている。
スパンダ−５を通過して、ビーム径が１０倍のレーザ光
Ｌ２２となって、グランテーラ−プリズム７を通過して
、所望のパワーのレーザ光Ｌ２３となって、全反射ミラ
ー９に入射する。第２のレーザ光源２を出たレーザ光Ｌ
２．Ｌ２．１゜Ｌ２２．Ｌ２３は全て同一直線の光軸上
にあり、第１のレーザ光Ｌ１ 、Ｌ１２ 、Ｌｌ３とは
、平行である。また全反射ミラー９は第２のレーザ光Ｌ
２ 、Ｌ２１ 、Ｌ２２ 、Ｌ２３の光軸上をこの光軸
に平行に微動できるようになっている。
全反射ミラー９によって全反射された第２のレーザ光Ｌ
２４は、レーザ光Ｌ２ 、Ｌ２１ 、Ｌ２２゜Ｌ２３の
光軸に対して、９Ｑ０の角度をもった光軸を有するよう
に、全反射ミラ−９０角度を調整しである。この第２の
レーザ光Ｌ２４は、全反射ミラー９の位置を調節して、
第１のレーザ光Ｌ１３が透過する偏光ビームスプリ・ツ
タ−８のＡの位置付近に入射するようにしである。第２
のレーザ光Ｌ２４はＳ波であるので偏光ビームスプリッ
タ−８により、はに全ての光エネルギーが直角方向に反
射され、偏光ビームスプリッタ−８を通過した第１のレ
ーザ光１４と平行で殆んど光軸が接近したレーザ光Ｌ２
５となって偏光ビームスプリッタ−８から出てくる。し
たがって、偏光ビームスプリッタ−８を出たレーザ光Ｌ
１４．Ｌ２ｓｉＪ、、光軸がごく接近した平行ビームと
なっているので合成されて１本のビームのように見える
。
２４は、レーザ光Ｌ２ 、Ｌ２１ 、Ｌ２２゜Ｌ２３の
光軸に対して、９Ｑ０の角度をもった光軸を有するよう
に、全反射ミラ−９０角度を調整しである。この第２の
レーザ光Ｌ２４は、全反射ミラー９の位置を調節して、
第１のレーザ光Ｌ１３が透過する偏光ビームスプリ・ツ
タ−８のＡの位置付近に入射するようにしである。第２
のレーザ光Ｌ２４はＳ波であるので偏光ビームスプリッ
タ−８により、はに全ての光エネルギーが直角方向に反
射され、偏光ビームスプリッタ−８を通過した第１のレ
ーザ光１４と平行で殆んど光軸が接近したレーザ光Ｌ２
５となって偏光ビームスプリッタ−８から出てくる。し
たがって、偏光ビームスプリッタ−８を出たレーザ光Ｌ
１４．Ｌ２ｓｉＪ、、光軸がごく接近した平行ビームと
なっているので合成されて１本のビームのように見える
。
第２のレーザ光Ｌ２３が反射され、偏光ビームスプリッ
タ−８により第１のレーザ光Ｌ１３と合成されてあたか
も１本のレーザ光となってみえる様子を第２図に従って
簡単に説明する。
タ−８により第１のレーザ光Ｌ１３と合成されてあたか
も１本のレーザ光となってみえる様子を第２図に従って
簡単に説明する。
全反射ミラー９がＢの位置にあるとき、第２のレーザ光
Ｌ２３の反射光Ｌ２４は偏光ビームスプリッタ−８の人
の位置に入射する。”このＡ点は、第１のレーザ光Ｌ１
３が偏光ビームスプリッタ−８を透過する点である。次
に全反射ミラー９を第２のレーザ光Ｌ２３の光軸に平行
に距離ｄだけ平行移動すれば、反射光Ｌ２４は、偏光ビ
ームスプリッタ−８で反射された後、第１のレーザ光Ｌ
１４の光軸からｄだけ離れた平行な光軸を有するレーザ
光Ｌ２５となり、第１のレーザ光Ｌ１４と第２（Ｄレ−
ｆ光Ｌ２６により合成されたビームｉｄツレぞれがガウ
ス型のパワー分布の２つのピークをもつパワー分布とな
っている。しかも、この２つのピークの距離ｄは、全反
射ミラー９を微調整することにより、任意の所望の値に
設定できる。
Ｌ２３の反射光Ｌ２４は偏光ビームスプリッタ−８の人
の位置に入射する。”このＡ点は、第１のレーザ光Ｌ１
３が偏光ビームスプリッタ−８を透過する点である。次
に全反射ミラー９を第２のレーザ光Ｌ２３の光軸に平行
に距離ｄだけ平行移動すれば、反射光Ｌ２４は、偏光ビ
ームスプリッタ−８で反射された後、第１のレーザ光Ｌ
１４の光軸からｄだけ離れた平行な光軸を有するレーザ
光Ｌ２５となり、第１のレーザ光Ｌ１４と第２（Ｄレ−
ｆ光Ｌ２６により合成されたビームｉｄツレぞれがガウ
ス型のパワー分布の２つのピークをもつパワー分布とな
っている。しかも、この２つのピークの距離ｄは、全反
射ミラー９を微調整することにより、任意の所望の値に
設定できる。
したがって、安定な、双峰型のピークを有しそのピーク
の距離を任意の所望の値に設定されるレーザ光を得るこ
とができる。
の距離を任意の所望の値に設定されるレーザ光を得るこ
とができる。
発明の効果
本発明の装置から得られたレーザ光を適当な絞りレンズ
系で絞り込むことりこより、たとえば第３図に示すよう
な、断面が双峰型のパワー分布を有するレーザ光を得る
ことができ、たとえばこのレーザ光をＳＯＩ構造のシリ
コンの溶融再結晶化に用いれば、再結晶化シリコン層は
、大結晶粒化された結晶層とすることができる。試料構
造がシリコン島であるシリコン層に本発明にょるレーザ
光を照射すればこのシリコン島全体ははｙ単結晶へ化す
ることができ、すぐれたＳＯＩ素子を提供できることに
なり、高性能、高集積な半導体ＩＣの実現にとって効果
は極めて犬なるものがある。
系で絞り込むことりこより、たとえば第３図に示すよう
な、断面が双峰型のパワー分布を有するレーザ光を得る
ことができ、たとえばこのレーザ光をＳＯＩ構造のシリ
コンの溶融再結晶化に用いれば、再結晶化シリコン層は
、大結晶粒化された結晶層とすることができる。試料構
造がシリコン島であるシリコン層に本発明にょるレーザ
光を照射すればこのシリコン島全体ははｙ単結晶へ化す
ることができ、すぐれたＳＯＩ素子を提供できることに
なり、高性能、高集積な半導体ＩＣの実現にとって効果
は極めて犬なるものがある。
第１図は本発明にかかる装置の一実施例の概念図、第２
図は合成ビームを得る部分の詳細説明図、第３図は本発
明の装置から得られた合成ビームを絞り込んだ場合のレ
ーザ光のパワー分布の模式図で、第３図（ａ）は平面パ
ワー分布図、同（ｂ）Ｈ断面パワー分布図である。 −１，２・・・・・・レーザ光源、３・・・・・・差波
長板、４゜５・川・・ビームエクスパンダー、６，７・
川・・グランテーラ−プリズム、８・・・・・偏光ビー
ムスプリッタ−１９・・・・・・全反射ミラー、Ｌｌ、
Ｌ１２．Ｌｌ３゜Ｌｌ４・・・・・・第１のレーザ光、
Ｌ２．Ｌ２１ 、Ｌ２２゜Ｌ２３ 、Ｌ２４ 、Ｌ２５
・川・・第２のレーザ光。
図は合成ビームを得る部分の詳細説明図、第３図は本発
明の装置から得られた合成ビームを絞り込んだ場合のレ
ーザ光のパワー分布の模式図で、第３図（ａ）は平面パ
ワー分布図、同（ｂ）Ｈ断面パワー分布図である。 −１，２・・・・・・レーザ光源、３・・・・・・差波
長板、４゜５・川・・ビームエクスパンダー、６，７・
川・・グランテーラ−プリズム、８・・・・・偏光ビー
ムスプリッタ−１９・・・・・・全反射ミラー、Ｌｌ、
Ｌ１２．Ｌｌ３゜Ｌｌ４・・・・・・第１のレーザ光、
Ｌ２．Ｌ２１ 、Ｌ２２゜Ｌ２３ 、Ｌ２４ 、Ｌ２５
・川・・第２のレーザ光。
Claims (1)
- 複数台のレーザ光源、Ｖ２波長板、ビームエクスパング
ー、グランテーラ−プリズム、偏光ビームスプリンター
、可動全反射ミラーを有する光学系により、複数本のレ
ーザビームを少数本のビームに合成すること、および前
記全反射ミラーを移動することにより、前記合成ビーム
のビームパワーの複数個の極大値をとる位置の相互の距
離を調整し、所望の合成ビームのパワー分布を得ること
が可能であることを特徴とするレーザビーム照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23532683A JPS60126840A (ja) | 1983-12-13 | 1983-12-13 | Ｓｏｉ形成用レーザ照射方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23532683A JPS60126840A (ja) | 1983-12-13 | 1983-12-13 | Ｓｏｉ形成用レーザ照射方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60126840A true JPS60126840A (ja) | 1985-07-06 |
| JPH0220137B2 JPH0220137B2 (ja) | 1990-05-08 |
Family
ID=16984445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23532683A Granted JPS60126840A (ja) | 1983-12-13 | 1983-12-13 | Ｓｏｉ形成用レーザ照射方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60126840A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01246829A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-02 | Tokyo Electron Ltd | ビームアニール装置 |
| JPH01246828A (ja) * | 1988-03-28 | 1989-10-02 | Tokyo Electron Ltd | ビームアニール装置 |
| JP2004103628A (ja) * | 2002-09-05 | 2004-04-02 | Hitachi Ltd | レーザアニール装置及びｔｆｔ基板のレーザアニール方法 |
| US7410508B2 (en) | 2002-05-17 | 2008-08-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Apparatus for crystallizing semiconductor with laser beams |
| JP2012099844A (ja) * | 2004-06-18 | 2012-05-24 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射方法及びレーザ照射装置 |
Citations (3)
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| JPS56114390A (en) * | 1980-02-15 | 1981-09-08 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Laser apparatus |
| JPS57128024A (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-09 | Fujitsu Ltd | Single crystallization for non-single crystalline semiconductor layer |
-
1983
- 1983-12-13 JP JP23532683A patent/JPS60126840A/ja active Granted
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| US7410508B2 (en) | 2002-05-17 | 2008-08-12 | Sharp Kabushiki Kaisha | Apparatus for crystallizing semiconductor with laser beams |
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| JP2012099844A (ja) * | 2004-06-18 | 2012-05-24 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザ照射方法及びレーザ照射装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0220137B2 (ja) | 1990-05-08 |
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