JPS62216216A - 三日月ビ−ムホモジナイザ− - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （概要〕 三日月ビームを得るために、ガラス欅（ホモジナイザー
）の出口端を三日月形に形成したものにレーザビームを
通し、均一なエネルギー密度の三日月ビームスポットを
形成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は三日月ビームを作るホモジナイザーに関するも
ので、さらに詳しく言えば、レーザアニールに用いるビ
ームのためのホモジナイザーのレーザ光出口端の形状に
関するものである。

〔従来の技術〕

例えばシリコン・オン・インシユレータ（Ｓｉｌｉ−ｃ
ｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎ５ｕｌａｔｏｒ、　ＳＯＩ　）技術に
用いるレーザビームのスポットは、第４図中）の平面図
に示される如き円形のものであった。なお、第４図（ｂ
ｌはポリシリコンの面４１上を走査するレーザビームス
ポット４２を示し、同図１８）はレーザビームスポット
４２の温度分布を示す図で、横軸にはレーザビームスポ
ットの位置を、縦軸に温度をとる。

レーザビームスポットはその中心部で最も温度が高く、
中心から外方へ向けて温度が下がるガウス型ビームスポ
ットである。かかるビームスポットでポリシリコンを熔
融すべくポリシリコン面４１上を矢印方向にレーザビー
ムスポットを走査するとき、溶けたポリシリコン（液相
部）と、冷却しく２） て固化し単結晶シリコンとなる固相部との境界である固
液界面４３はレーザビームスポットの温度勾配と逆の形
状をとり、溶けたポリシリコンは両端部分から内部へ向
けて再結晶化し、その結果グレインバウンダリイ　（粒
界）４４が図示の如く形成される。

かくして、円形スポットのレーザビームを用いるポリシ
リコンの再結晶化において、単結晶粒は最大５×５μｎ
２と小さく、単結晶シリコンの大領域が形成されない問
題があった。

上記した問題を解決すべく第３図（ｂ）に示される三日
月形のレーザビームスポット３１が作られた。

かかる三日月形レーザビームスポットの温度分布は、同
図＋ａ）に示される如くピークが両端にあり中央部で低
くなっている。

かかるビームスポットを用い第３図中）に示される如く
ポリシリコン面４１を矢印方向に走査すると、固液界面
３３は第３図ｔａ＋の温度分布と逆の形状をとる。その
結果、グレインバウンダリイはレーザビームスポットの
走査した部分の両端部分にのみ形成され、円形ビームス
ポットの場合よりもより大なる単結晶領域が作られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図に示される三日月形のレーザビームスポットを作
るには従来、三日月形に穴のあいたマスクでレーザビー
ムを三日月形にしていた。しかし、この方式で得られる
レーザビームにおいては、レーザ光の一部分のみを利用
するのであるから、効率が悪く、三日月ビームスポット
の温度分布がビームスポット内で不均一である問題があ
る。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたもので、均一
なエネルギー密度の三日月ビームスポットを形成する手
段を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明実施例の配置図で、図中、１１は本発明
にかかるホモジナイザー、１２はレーザ光、１３は凹レ
ンズ、１４と１５は凸レンズ、１６はウェハ、１７は三
日月形ビームスポットである。

本発明においては、ホモジナイザー１１の光出口端１１
ａの形状を、第２図の側面図に示される如く三日月形に
し、ホモジナイザー１１は光透過性材料例えばガラス棒
で作り、その外面は全反射のコーティングを施しである
。

〔作用〕

上記したホモジナイザーを用いると、レーザ光はガラス
棒内で全反射を繰り返していくうちに均一なエネルギー
密度の光となり、その光が出口端１１ａの三日月形を通
してウェハ１６上に三日月形に照射される。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

再び第１図を参照すると、本発明にかかるホモジナイザ
ー１１は光を透過する材料例えばガラスで作ったもので
あり、レーザ光の入口端１１ｂから出口端１１ａまでは
従来のホモジナイザーと同じ構造のものである。その外
面は全反射コーティングが施され、ホモジナイザー内で
レーザ光は全反射を繰り返し、出口端１１ａでは均一な
エネルギー密度になる。

本発明によると、出口端１１ａの形状は、第２図の側面
図に見られるように三日月形になっているので、出口端
１１ａを出るレーザ光は三日月形をとるようになってい
る。しかも、三日月の輪郭内でレーザ光のエネルギー密
度は前記した如く均一であるから、均一なエネルギー密
度の三日月形レーザビームスポットが作られる。

使用において、光、例えばレーザ光１２は凹レンズ１３
で拡散され、次いで凸レンズ１４で平行なビームに変え
られてガラスで作ったホモジナイザー１１に入る。ホモ
ジナイザー１１内でレーザ光は全反射を繰り返し、出口
端１１ａに達するときそれはエネルギー密度が均一なも
のとなっている。出口端１１ａから出るレーザ光は凸レ
ンズ１５で試料（例えばウェハ）１６上に焦点を合され
、三日月形レーザビームスポット１７によってレーザア
ニールが行ねれる。かかる全反射の繰返しがなされるよ
うに、ホモジナイザー１１はその長手方向全長にわたっ
てゆるやかにテーパしている、すなわちなめらかに形が
変形している。

第３図（ｂ）を参照すると、本発明の一実施例において
は、ポリシリコン面４１上を矢印方向に走査する三日月
形ビームスポットの図に見て左右方向幅は５０μｍであ
り、そのときダレインバウンダリイ４４はビームが走査
した領域の両端からそれぞれ５μｍ程度の部分にのみ発
生し、内部に幅４０Ｉ１７ｗｌの単結晶粒の領域が形成
された。さらに実験によると、幅１問〜２ｍｍの単結晶
粒の領域が作られうろことが確認された。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように本発明によれば、レーザアニール
に用いる均一なエネルギー密度の三日月形のレーザビー
ムスポットが得られ、それは例えばＳＯＩ技術において
大なる単結晶粒領域を形成するに有効である。なお、以
上はＳＯＩ技術に関連しく７） レーザ光を用いる場合を例に説明したが、本発明の通用
範囲はその場合に限定されるものでなく、光ビームを用
いるその他の場合にも及ぶものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の図、 第２図は第１図のホモジナイザーの側面図、第３図（ａ
）と世）は三日月形レーザビームスポットの温度分布図
と同ビームスポットの走査を示す平面図、 第４図（ａｌと（ｂｌは従来例の円形レーザビームスポ
ットの温度分布図と同ビームスポットの走査を示す平面
図である。 第１図ないし第３図において、 １１はホモジナイザー、 １１ａは出口端、 １２はレーザ光、 １３は凹レンズ、 １４と１５は凸レンズ、 １６はウェハ、 １７と３１は三日月形ビームスポット、３３は固液界面
、 ４１はポリシリコン面、 ４４はダレインバウンダリイである。 代理人　　弁理士　　久木元　　　彰 復代理人　弁理士　　大　菅　義　之 第２図 第３図 劇 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光（１２）のビームを試料（１６）上に照射するに用い
   るホモジナイザー（１１）において、 ホモジナイザー（１１）は、光透過性材料で作られテー
   パした棒状形状の外周面が全反射コーティングを施した
   部材であり、 ホモジナイザー（１１）の光出口端（１１ａ）は三日月
   形の輪郭に形成されてなることを特徴とする三日月ビー
   ムホモジナイザー。