JPH10125614A - レーザ照射装置 - Google Patents
レーザ照射装置Info
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- JPH10125614A JPH10125614A JP27646496A JP27646496A JPH10125614A JP H10125614 A JPH10125614 A JP H10125614A JP 27646496 A JP27646496 A JP 27646496A JP 27646496 A JP27646496 A JP 27646496A JP H10125614 A JPH10125614 A JP H10125614A
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- laser
- laser beam
- light source
- laser light
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Abstract
(57)【要約】
【課題】大きいパルス幅のレーザビームが得られ、しか
も小型化されたレーザ照射装置を提供する。 【解決手段】レーザ光源11、12と、タイミング制御
装置20と、全反射ミラー21、22、23、25と、
選択反射ミラー24と、レーザビーム形成部30とを備
える。レーザ光源12のパルス発振のタイミングをレー
ザ光源11のパルス発振のタイミングよりも所定時間遅
くするようにタイミング制御装置20によって制御す
る。レーザ光源11からのレーザビーム61とレーザ光
源12からのレーザビーム62とは選択反射ミラー24
の箇所で時間的に連続しパルス幅が大きい単一のレーザ
ビーム63となって試料に照射される。
も小型化されたレーザ照射装置を提供する。 【解決手段】レーザ光源11、12と、タイミング制御
装置20と、全反射ミラー21、22、23、25と、
選択反射ミラー24と、レーザビーム形成部30とを備
える。レーザ光源12のパルス発振のタイミングをレー
ザ光源11のパルス発振のタイミングよりも所定時間遅
くするようにタイミング制御装置20によって制御す
る。レーザ光源11からのレーザビーム61とレーザ光
源12からのレーザビーム62とは選択反射ミラー24
の箇所で時間的に連続しパルス幅が大きい単一のレーザ
ビーム63となって試料に照射される。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザ照射装置に関
し、特に半導体製造プロセスなどに用いられるレーザ照
射装置に関するものである。なお、本発明のレーザ照射
装置は、レーザアニール用のレーザ照射装置やゲッタリ
ングのための歪導入用のレーザ照射装置等、種々のレー
ザー照射装置として用いられるが、以下では、レーザ照
射装置が多く用いられている結晶化技術を例として説明
する。
し、特に半導体製造プロセスなどに用いられるレーザ照
射装置に関するものである。なお、本発明のレーザ照射
装置は、レーザアニール用のレーザ照射装置やゲッタリ
ングのための歪導入用のレーザ照射装置等、種々のレー
ザー照射装置として用いられるが、以下では、レーザ照
射装置が多く用いられている結晶化技術を例として説明
する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の高密度化が進む
に伴い、半導体集積回路の各素子寸法の微細化を図って
横方向の集積度を向上させる研究の他に、いったん形成
された素子構造の上に絶縁膜を全面にわたって形成し、
さらに、この絶縁膜の上に半導体薄膜を設けて、この半
導体薄膜を用いて素子を形成するというような三次元構
造が盛んに研究開発され、特に、絶縁膜上に形成した多
結晶シリコン膜等をレーザビームにより照射し再結晶化
させる方法又はアモルファスシリコン膜を結晶化させる
方法が検討されている。
に伴い、半導体集積回路の各素子寸法の微細化を図って
横方向の集積度を向上させる研究の他に、いったん形成
された素子構造の上に絶縁膜を全面にわたって形成し、
さらに、この絶縁膜の上に半導体薄膜を設けて、この半
導体薄膜を用いて素子を形成するというような三次元構
造が盛んに研究開発され、特に、絶縁膜上に形成した多
結晶シリコン膜等をレーザビームにより照射し再結晶化
させる方法又はアモルファスシリコン膜を結晶化させる
方法が検討されている。
【0003】また、半導体集積回路の分野では回路の高
速化が進むに伴い半導体集積回路の各素子あるいは配線
部分と基板シリコンとの間の電気容量を小さくすること
が重要な課題となっている。これまでによく用いられて
いるpn接合分離と比較すると、絶縁膜上に形成したシ
リコン膜を用いれば寄生容量を小さくすることができ
る。この意味でもレーザビームによる結晶化技術すなわ
ちレーザ結晶化技術が注目されている。
速化が進むに伴い半導体集積回路の各素子あるいは配線
部分と基板シリコンとの間の電気容量を小さくすること
が重要な課題となっている。これまでによく用いられて
いるpn接合分離と比較すると、絶縁膜上に形成したシ
リコン膜を用いれば寄生容量を小さくすることができ
る。この意味でもレーザビームによる結晶化技術すなわ
ちレーザ結晶化技術が注目されている。
【0004】また、平面画像表示装置の中で特にアクテ
ィブマトリックス方式の液晶表示装置の研究が進みブラ
ウン管方式の画像表示装置と同等以上の画質を得てい
る。高精細な画質と製造コスト低減のため、画素の薄膜
トランジスタの駆動回路を画素と同一の絶縁基板上に構
成する必要がある。駆動回路を画素と同一の絶縁基板上
に構成するためには、レーザビームをシリコン薄膜に照
射して結晶化する技術が重要となる。
ィブマトリックス方式の液晶表示装置の研究が進みブラ
ウン管方式の画像表示装置と同等以上の画質を得てい
る。高精細な画質と製造コスト低減のため、画素の薄膜
トランジスタの駆動回路を画素と同一の絶縁基板上に構
成する必要がある。駆動回路を画素と同一の絶縁基板上
に構成するためには、レーザビームをシリコン薄膜に照
射して結晶化する技術が重要となる。
【0005】これまでに、連続発振のアルゴンレーザの
ビームの照射方法が研究されシリコン基板構造の最適化
や、レーザビーム構造の最適化、あるいはレーザビーム
の走査方法の最適化等により通常の集積回路作製の目的
に使用できる程度の結晶性のものが得られるまでになっ
てきた。しかしながら、アルゴンレーザによるアニール
に必要とする処理時間は半導体集積回路を形成する目的
に対してまだ長いという問題があった。そこで、レーザ
アニール処理時間を短くするためにビームのエネルギー
が大きいエキシマパルスレーザによるレーザ再結晶化が
検討されている。
ビームの照射方法が研究されシリコン基板構造の最適化
や、レーザビーム構造の最適化、あるいはレーザビーム
の走査方法の最適化等により通常の集積回路作製の目的
に使用できる程度の結晶性のものが得られるまでになっ
てきた。しかしながら、アルゴンレーザによるアニール
に必要とする処理時間は半導体集積回路を形成する目的
に対してまだ長いという問題があった。そこで、レーザ
アニール処理時間を短くするためにビームのエネルギー
が大きいエキシマパルスレーザによるレーザ再結晶化が
検討されている。
【0006】また、アクティブマトリクス型の液晶表示
体の分野でもエキシマレーザによるシリコン薄膜の結晶
化が検討されている。
体の分野でもエキシマレーザによるシリコン薄膜の結晶
化が検討されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パルス
レーザによる結晶化では、発振されるレーザのパルス幅
がレーザの発振装置の性能によって決まってしまうた
め、結晶化されるシリコン薄膜の膜厚や、結晶シリコン
薄膜を構成する多結晶の粒子の大きさなどが、レーザ発
振器によって制約を受け十分な性質の結晶シリコン薄膜
が得られない問題点があった。パルスレーザの照射によ
るシリコン薄膜の結晶化では、シリコン薄膜を融点以上
の温度に上昇させて結晶化する必要があるが、電子情報
通信学会技術研究報告電子デバイスED90−163、
PP55「パルスレーザアニール時のシリコン膜内過度温度
分布」の報告にもあるように、シリコン薄膜を溶融する
ためには、ある値以上のパルス幅が必要である。そこ
で、レーザ発振器の性能によりパルスレーザのパルス幅
が小さい場合、何らかの方法によりパルス幅を大きくす
る必要がある。
レーザによる結晶化では、発振されるレーザのパルス幅
がレーザの発振装置の性能によって決まってしまうた
め、結晶化されるシリコン薄膜の膜厚や、結晶シリコン
薄膜を構成する多結晶の粒子の大きさなどが、レーザ発
振器によって制約を受け十分な性質の結晶シリコン薄膜
が得られない問題点があった。パルスレーザの照射によ
るシリコン薄膜の結晶化では、シリコン薄膜を融点以上
の温度に上昇させて結晶化する必要があるが、電子情報
通信学会技術研究報告電子デバイスED90−163、
PP55「パルスレーザアニール時のシリコン膜内過度温度
分布」の報告にもあるように、シリコン薄膜を溶融する
ためには、ある値以上のパルス幅が必要である。そこ
で、レーザ発振器の性能によりパルスレーザのパルス幅
が小さい場合、何らかの方法によりパルス幅を大きくす
る必要がある。
【0008】レーザアニールではレーザの電磁波のエネ
ルギーが、シリコン薄膜に入射したときに、熱エネルギ
ーに変化しシリコン薄膜が高温となってシリコン原子の
再配列化により結晶化が達成される。よって、レーザビ
ームによる結晶化ではレーザの電磁波エネルギーが熱エ
ネルギーに変換する効率が問題となる。
ルギーが、シリコン薄膜に入射したときに、熱エネルギ
ーに変化しシリコン薄膜が高温となってシリコン原子の
再配列化により結晶化が達成される。よって、レーザビ
ームによる結晶化ではレーザの電磁波エネルギーが熱エ
ネルギーに変換する効率が問題となる。
【0009】波長308nmのXeClエキシマレーザ
では、パルス幅が30〜50ns程度と、シリコン薄膜
の表面からシリコン薄膜の内部に熱が伝導する時間に比
べて大変小さい。また、シリコン薄膜におけるXeCl
レーザの浸入長が約10nm程度であり、シリコン薄膜
の熱伝導率も小さい。そのため、シリコン薄膜表面に到
達したレーザの電磁波エネルギーの一部分だけが、シリ
コン薄膜の結晶化に必要な熱エネルギーに変換され、残
りの部分のエネルギーはシリコン薄膜表面でシリコン原
子の気化、イオン化、プラズマ化、などに消費されてし
まう。
では、パルス幅が30〜50ns程度と、シリコン薄膜
の表面からシリコン薄膜の内部に熱が伝導する時間に比
べて大変小さい。また、シリコン薄膜におけるXeCl
レーザの浸入長が約10nm程度であり、シリコン薄膜
の熱伝導率も小さい。そのため、シリコン薄膜表面に到
達したレーザの電磁波エネルギーの一部分だけが、シリ
コン薄膜の結晶化に必要な熱エネルギーに変換され、残
りの部分のエネルギーはシリコン薄膜表面でシリコン原
子の気化、イオン化、プラズマ化、などに消費されてし
まう。
【0010】また、パルス幅が短いとシリコン薄膜の厚
みが100nm以上である場合、IEEE TRANSACTIONS ON
DEVICES, VOL.36,NO.12,PP2868-2872の報告にあるよう
に、シリコン薄膜の表面から高々50nm程度の厚みだ
け結晶化し、表面から奥の絶縁膜側では、熱エネルギー
が得られないため結晶化が進まない問題点があった。
みが100nm以上である場合、IEEE TRANSACTIONS ON
DEVICES, VOL.36,NO.12,PP2868-2872の報告にあるよう
に、シリコン薄膜の表面から高々50nm程度の厚みだ
け結晶化し、表面から奥の絶縁膜側では、熱エネルギー
が得られないため結晶化が進まない問題点があった。
【0011】従来のパルスビームによるアニールは図4
に示すような光学系を用いて行われていた。この光学系
においては、レーザ発振器211から出たレーザビーム
261は、ビーム261の空間的な強度分布を改良する
レーザビーム形成部230を通り、試料240の表面に
到達するものであった。この光学系では、レーザビーム
のパルス幅はレーザ発振器211に依存し、必要なパル
ス幅にビームを改良することができない欠点を持ってい
た。
に示すような光学系を用いて行われていた。この光学系
においては、レーザ発振器211から出たレーザビーム
261は、ビーム261の空間的な強度分布を改良する
レーザビーム形成部230を通り、試料240の表面に
到達するものであった。この光学系では、レーザビーム
のパルス幅はレーザ発振器211に依存し、必要なパル
ス幅にビームを改良することができない欠点を持ってい
た。
【0012】この点を解決し、必要なパルス幅のビーム
を得るために、本発明者は、図5に示すレーザ照射装置
を提案している。
を得るために、本発明者は、図5に示すレーザ照射装置
を提案している。
【0013】このレーザ照射装置101は、2つのレー
ザ光源111、112を備え、この2つのレーザ光源か
らのレーザ光に光路差Lを設けることにより、試料14
0に照射されるレーザ光のパルス幅を改良している。
ザ光源111、112を備え、この2つのレーザ光源か
らのレーザ光に光路差Lを設けることにより、試料14
0に照射されるレーザ光のパルス幅を改良している。
【0014】現在代表的なXeClエキシマレーザーの
パルス幅は30〜50nsである。パルス幅が50ns
ならば、光路差Lが15mあれば、光の速度が3000
00kms-1であるので、レーザ光源112からのレー
ザビームは、レーザ光源111からのレーザビームより
も50ns遅れて部分透過ミラー121に到達する。そ
こでレーザ光源111から出たレーザビームとレーザ光
源112から出たレーザビームとは、時間的に連続した
ビームとなり、その後、全反射ミラー122で反射され
た後レーザビーム形成部130を通り、試料台150上
の試料140に到達する。この場合、試料面で得られる
パルス幅は100nsとなる。
パルス幅は30〜50nsである。パルス幅が50ns
ならば、光路差Lが15mあれば、光の速度が3000
00kms-1であるので、レーザ光源112からのレー
ザビームは、レーザ光源111からのレーザビームより
も50ns遅れて部分透過ミラー121に到達する。そ
こでレーザ光源111から出たレーザビームとレーザ光
源112から出たレーザビームとは、時間的に連続した
ビームとなり、その後、全反射ミラー122で反射され
た後レーザビーム形成部130を通り、試料台150上
の試料140に到達する。この場合、試料面で得られる
パルス幅は100nsとなる。
【0015】このようにすれば、レーザ光源111、1
12で発振されたレーザビームよりもパルス幅が大きい
レーザビームが、レーザ照射される試料140の表面に
おいて得られることになり、レーザのエネルギーを遥か
に効率的に熱エネルギーに変換できるので、良質な結晶
シリコン薄膜を製造することができるようになる。
12で発振されたレーザビームよりもパルス幅が大きい
レーザビームが、レーザ照射される試料140の表面に
おいて得られることになり、レーザのエネルギーを遥か
に効率的に熱エネルギーに変換できるので、良質な結晶
シリコン薄膜を製造することができるようになる。
【0016】しかしながら、この従来のレーザ照射装置
では上述のように、光路差Lが15mも必要となり、レ
ーザ照射装置の大型化を招いてしまう。
では上述のように、光路差Lが15mも必要となり、レ
ーザ照射装置の大型化を招いてしまう。
【0017】従って、本発明の目的は、大きいパルス幅
のレーザビームが得られ、しかも小型化されたレーザ照
射装置を提供することにある。
のレーザビームが得られ、しかも小型化されたレーザ照
射装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第1の
レーザビームをパルス発振する第1のレーザ光源と、第
2のレーザビームをパルス発振する第2のレーザ光源で
あって前記第1のレーザ光源とは異なる第2のレーザ光
源と、前記第1のレーザ光源による第1のレーザビーム
の発振後所定の時間経過後に前記第2のレーザ光源によ
る第2のレーザビームを発振させるべく、前記第1のレ
ーザ光源のパルス発振と前記第2のレーザ光源のパルス
発振との間のタイミングを制御可能なタイミング制御手
段と、前記第1のレーザビームと前記第2のレーザビー
ムとを被照射物の同一の被照射箇所に照射可能な光学系
と、を備えることを特徴とするレーザ照射装置が提供さ
れる。
レーザビームをパルス発振する第1のレーザ光源と、第
2のレーザビームをパルス発振する第2のレーザ光源で
あって前記第1のレーザ光源とは異なる第2のレーザ光
源と、前記第1のレーザ光源による第1のレーザビーム
の発振後所定の時間経過後に前記第2のレーザ光源によ
る第2のレーザビームを発振させるべく、前記第1のレ
ーザ光源のパルス発振と前記第2のレーザ光源のパルス
発振との間のタイミングを制御可能なタイミング制御手
段と、前記第1のレーザビームと前記第2のレーザビー
ムとを被照射物の同一の被照射箇所に照射可能な光学系
と、を備えることを特徴とするレーザ照射装置が提供さ
れる。
【0019】このようにすれば、第1のレーザビームと
第2のレーザビームとの間に所定の時間差を設けること
ができ、それにより被照射物の被照射箇所に到達するレ
ーザビームのパルス幅を実質的に大きくできる。
第2のレーザビームとの間に所定の時間差を設けること
ができ、それにより被照射物の被照射箇所に到達するレ
ーザビームのパルス幅を実質的に大きくできる。
【0020】しかも、第1のレーザビームと第2のレー
ザビームとの間に所定の時間差を設けるために第1のレ
ーザ光源のパルス発振と第2のレーザ光源のパルス発振
との間のタイミングを制御可能なタイミング制御手段を
用いているから、第1のレーザ光源による第1のレーザ
ビームの光路と第2のレーザ光源による第2のレーザビ
ームの光路との間に光路差を設ける必要ななくなり、そ
の結果レーザ照射装置を小型化できる。
ザビームとの間に所定の時間差を設けるために第1のレ
ーザ光源のパルス発振と第2のレーザ光源のパルス発振
との間のタイミングを制御可能なタイミング制御手段を
用いているから、第1のレーザ光源による第1のレーザ
ビームの光路と第2のレーザ光源による第2のレーザビ
ームの光路との間に光路差を設ける必要ななくなり、そ
の結果レーザ照射装置を小型化できる。
【0021】好ましくは、前記第1のレーザビームと前
記第2のレーザビームとが同一種類のレーザビームであ
る。
記第2のレーザビームとが同一種類のレーザビームであ
る。
【0022】また、好ましくは、前記第1のレーザビー
ムと前記第2のレーザビームがエキシマーレーザビーム
である。
ムと前記第2のレーザビームがエキシマーレーザビーム
である。
【0023】また、好ましくは、前記第1のレーザビー
ムと前記第2のレーザビームがYAGレーザビームであ
る。
ムと前記第2のレーザビームがYAGレーザビームであ
る。
【0024】また、前記第1のレーザビームによる所定
の処理が終了する前に前記第2のレーザビームが照射さ
れることが好ましい。
の処理が終了する前に前記第2のレーザビームが照射さ
れることが好ましい。
【0025】この場合に、必ずしも、前記第1のレーザ
ビームのパルスの一部と前記第2レーザビームのパルス
の一部とが時間的に重ならなくとも所定の処理ができる
場合もあるが、前記第1のレーザビームのパルスの一部
と前記第2レーザビームのパルスの一部とが時間的に重
なる方が好ましい。
ビームのパルスの一部と前記第2レーザビームのパルス
の一部とが時間的に重ならなくとも所定の処理ができる
場合もあるが、前記第1のレーザビームのパルスの一部
と前記第2レーザビームのパルスの一部とが時間的に重
なる方が好ましい。
【0026】また、前記第1のレーザビームと前記第2
のレーザビームとを被照射物の同一の被照射箇所に照射
するためには、前記第1のレーザビームと前記第2のレ
ーザビームとを同一の光路に集めずに被照射箇所に至る
までは別々の光路とすることもできるが、好ましくは、
前記第1のレーザビームと前記第2のレーザビームとを
同一光路に集める光学系を使用する。このようにすれ
ば、同一の光路に集められた後には光路は1つとなるの
で、その後の光学系は1つの光路について設ければよく
なり、その分、装置構成も簡単となる。
のレーザビームとを被照射物の同一の被照射箇所に照射
するためには、前記第1のレーザビームと前記第2のレ
ーザビームとを同一の光路に集めずに被照射箇所に至る
までは別々の光路とすることもできるが、好ましくは、
前記第1のレーザビームと前記第2のレーザビームとを
同一光路に集める光学系を使用する。このようにすれ
ば、同一の光路に集められた後には光路は1つとなるの
で、その後の光学系は1つの光路について設ければよく
なり、その分、装置構成も簡単となる。
【0027】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施の形態の
レーザ照射装置を説明するための図である。
レーザ照射装置を説明するための図である。
【0028】このレーザ照射装置1は、2つのレーザ光
源11、12と、タイミング制御装置20と、全反射ミ
ラー21、22、23、25と、選択反射ミラー24
と、レーザビーム形成部30とを備えている。この選択
反射ミラー24は、レーザビーム61に対しては全反射
ミラーとして働き、レーザビーム62に対しては単なる
透明板として働く機能を有するミラーである。この選択
反射ミラー24として例えば偏光ビームスプリッタを用
いることができる。本実施の形態においては、レーザ光
源11、12として、XeClエキシマーレーザ光源を
使用した。なお、エキシマーレーザに代えてYAGレー
ザを使用することもできる。
源11、12と、タイミング制御装置20と、全反射ミ
ラー21、22、23、25と、選択反射ミラー24
と、レーザビーム形成部30とを備えている。この選択
反射ミラー24は、レーザビーム61に対しては全反射
ミラーとして働き、レーザビーム62に対しては単なる
透明板として働く機能を有するミラーである。この選択
反射ミラー24として例えば偏光ビームスプリッタを用
いることができる。本実施の形態においては、レーザ光
源11、12として、XeClエキシマーレーザ光源を
使用した。なお、エキシマーレーザに代えてYAGレー
ザを使用することもできる。
【0029】次に、図1、図2を参照して、本実施の形
態のレーザ照射装置1の動作を説明する。
態のレーザ照射装置1の動作を説明する。
【0030】図2(A)に示すように、レーザ光源11
から時間T1において、パルス幅W1のレーザビーム6
1が出射し、全反射ミラー21で反射され、選択反射ミ
ラー24に到達する。また、レーザ光源12から時間T
3において、パルス幅W2のレーザビーム62が出射
し、全反射ミラー22及び23で反射され、やはり選択
反射ミラー24に到達する。このレーザ光源11のパル
ス発振とレーザ光源12のパルス発振との間のタイミン
グはタイミング制御装置20によって制御される。本実
施の形態では、レーザ光源12によるレーザビーム62
の最初とレーザ光源11によるレーザビーム61の最後
とを一致させるタイミングとした。なお、レーザビーム
61のパルス幅W1とレーザビーム62のパルス幅W2
とは同じとした。
から時間T1において、パルス幅W1のレーザビーム6
1が出射し、全反射ミラー21で反射され、選択反射ミ
ラー24に到達する。また、レーザ光源12から時間T
3において、パルス幅W2のレーザビーム62が出射
し、全反射ミラー22及び23で反射され、やはり選択
反射ミラー24に到達する。このレーザ光源11のパル
ス発振とレーザ光源12のパルス発振との間のタイミン
グはタイミング制御装置20によって制御される。本実
施の形態では、レーザ光源12によるレーザビーム62
の最初とレーザ光源11によるレーザビーム61の最後
とを一致させるタイミングとした。なお、レーザビーム
61のパルス幅W1とレーザビーム62のパルス幅W2
とは同じとした。
【0031】レーザビーム61は選択反射ミラー24に
より反射され、レーザビーム62は選択反射ミラー24
を透過して、時間的に連続しパルス幅がW3の単一のレ
ーザビーム63となり、その後全反射ミラー25によっ
て反射された後、レーザビーム形成部30によって空間
的な強度分布が改良され、試料台50上の試料40に到
達する。
より反射され、レーザビーム62は選択反射ミラー24
を透過して、時間的に連続しパルス幅がW3の単一のレ
ーザビーム63となり、その後全反射ミラー25によっ
て反射された後、レーザビーム形成部30によって空間
的な強度分布が改良され、試料台50上の試料40に到
達する。
【0032】本実施の形態では、レーザ光源12による
レーザビーム62の最初とレーザ11によるレーザビー
ム61の最後とを一致させており、また、レーザビーム
61のパルス幅W1とレーザビーム62のパルス幅W2
とは同じだから、レーザ光源11によるレーザビーム6
1やレーザ光源12によるレーザビーム62のほぼ2倍
のパルス幅W3を持つレーザビーム63が得られる。
レーザビーム62の最初とレーザ11によるレーザビー
ム61の最後とを一致させており、また、レーザビーム
61のパルス幅W1とレーザビーム62のパルス幅W2
とは同じだから、レーザ光源11によるレーザビーム6
1やレーザ光源12によるレーザビーム62のほぼ2倍
のパルス幅W3を持つレーザビーム63が得られる。
【0033】このように、レーザ光源11のパルス発振
とレーザ光源12のパルス発振との間に所定の時間差を
設けることにより、試料40に照射されるレーザビーム
63のパルス幅を改良している。そして、こうすること
によって、図5のレーザ照射装置101のように光路差
Lを設ける必要がなくなり、本実施の形態のレーザ照射
装置1が小型化される。
とレーザ光源12のパルス発振との間に所定の時間差を
設けることにより、試料40に照射されるレーザビーム
63のパルス幅を改良している。そして、こうすること
によって、図5のレーザ照射装置101のように光路差
Lを設ける必要がなくなり、本実施の形態のレーザ照射
装置1が小型化される。
【0034】次に、本実施の形態のレーザ照射装置1を
用いてシリコン薄膜を処理する場合について説明する。
用いてシリコン薄膜を処理する場合について説明する。
【0035】シリコン薄膜中における波長308nmの
XeClエキシマーレーザの電磁波の浸入長は約10n
mである。XeClエキシマーレーザのパルス幅は最大
で50ns程度のため、このパルスレーザが単独で試料
表面に照射されると、シリコン薄膜の表面から10nm
の部分が瞬間的に高温となるが、シリコンの熱伝達係数
が小さく、エキシマーレーザのパルス幅も小さいため、
パルスレーザのエネルギーがシリコン薄膜の溶融のため
の熱エネルギーに変化する前に、シリコン薄膜表面部分
のシリコン原子の気化やプラズマ化に消費される。つま
り、パルスレーザーの時間的な幅が短いと、シリコン薄
膜は表面だけが溶融し結晶化する。このため、厚みが1
00nm以上のシリコン薄膜では、表面から50nm程
度以上の部分では十分に結晶化しない。
XeClエキシマーレーザの電磁波の浸入長は約10n
mである。XeClエキシマーレーザのパルス幅は最大
で50ns程度のため、このパルスレーザが単独で試料
表面に照射されると、シリコン薄膜の表面から10nm
の部分が瞬間的に高温となるが、シリコンの熱伝達係数
が小さく、エキシマーレーザのパルス幅も小さいため、
パルスレーザのエネルギーがシリコン薄膜の溶融のため
の熱エネルギーに変化する前に、シリコン薄膜表面部分
のシリコン原子の気化やプラズマ化に消費される。つま
り、パルスレーザーの時間的な幅が短いと、シリコン薄
膜は表面だけが溶融し結晶化する。このため、厚みが1
00nm以上のシリコン薄膜では、表面から50nm程
度以上の部分では十分に結晶化しない。
【0036】これに対して、本実施の形態のように、試
料表面に到達するエキシマーレーザビームのパルス幅を
2倍の約100ns程度にまで大きくすると、たとえ、
シリコンの熱伝達係数が小さくても、150nm程度の
厚みのシリコン薄膜までも十分結晶化することが可能と
なる。
料表面に到達するエキシマーレーザビームのパルス幅を
2倍の約100ns程度にまで大きくすると、たとえ、
シリコンの熱伝達係数が小さくても、150nm程度の
厚みのシリコン薄膜までも十分結晶化することが可能と
なる。
【0037】また、シリコン薄膜の厚さが薄くても、レ
ーザ光のパルス幅が小さいとシリコンの大粒径化ができ
ず、十分な電子やホールの移動度が得られない。そこ
で、本実施の形態のように、試料表面に到達するエキシ
マーレーザビームのパルス幅を2倍の約100ns程度
にまで大きくすると、大粒径のシリコン膜が得られ、高
い移動度が得られるようになる。
ーザ光のパルス幅が小さいとシリコンの大粒径化ができ
ず、十分な電子やホールの移動度が得られない。そこ
で、本実施の形態のように、試料表面に到達するエキシ
マーレーザビームのパルス幅を2倍の約100ns程度
にまで大きくすると、大粒径のシリコン膜が得られ、高
い移動度が得られるようになる。
【0038】また、プラズマCVD法によって形成した
アモルファスシリコン膜は、水素を含有しているが、こ
のアモルファスシリコン膜を単一のエキシマーレーザ光
源からのレーザビームでアニールしても、パルス幅が短
く、アニール時間も短いので、水素が十分離脱すること
が困難であり、多結晶化することも困難である。そこ
で、本実施の形態のように、試料表面に到達するエキシ
マーレーザビームのパルス幅を2倍の100ns程度に
まで大きくすると、アニール時間が長くなり、その結
果、水素が十分離脱することでき、プラズマCVD法に
よって形成したアモルファスシリコン膜を多結晶化でき
るようになる。このプラズマCVD法によればシリコン
薄膜をより低い温度で形成できるので、融点や軟化点の
より低い材料上に多結晶シリコンを形成できるようにな
る。
アモルファスシリコン膜は、水素を含有しているが、こ
のアモルファスシリコン膜を単一のエキシマーレーザ光
源からのレーザビームでアニールしても、パルス幅が短
く、アニール時間も短いので、水素が十分離脱すること
が困難であり、多結晶化することも困難である。そこ
で、本実施の形態のように、試料表面に到達するエキシ
マーレーザビームのパルス幅を2倍の100ns程度に
まで大きくすると、アニール時間が長くなり、その結
果、水素が十分離脱することでき、プラズマCVD法に
よって形成したアモルファスシリコン膜を多結晶化でき
るようになる。このプラズマCVD法によればシリコン
薄膜をより低い温度で形成できるので、融点や軟化点の
より低い材料上に多結晶シリコンを形成できるようにな
る。
【0039】なお、図2においては、レーザ光源12に
よるレーザビーム62の最初とレーザ光源11によるレ
ーザビーム61の最後とを一致させるタイミングとなる
ように、レーザ光源11のパルス発振とレーザ光源12
のパルス発振との間のタイミングをタイミング制御装置
20で制御したが、図3に示すようにレーザ光源12に
よるレーザビーム62の最初の部分とレーザ光源11に
よるレーザビーム61の最後の部分とを一部重複させる
ことによって、完全な矩形でないパルス波形のエキシマ
ーレーザを用いた場合であっても、時間的に均一なレー
ザビーム63を試料に照射できる。
よるレーザビーム62の最初とレーザ光源11によるレ
ーザビーム61の最後とを一致させるタイミングとなる
ように、レーザ光源11のパルス発振とレーザ光源12
のパルス発振との間のタイミングをタイミング制御装置
20で制御したが、図3に示すようにレーザ光源12に
よるレーザビーム62の最初の部分とレーザ光源11に
よるレーザビーム61の最後の部分とを一部重複させる
ことによって、完全な矩形でないパルス波形のエキシマ
ーレーザを用いた場合であっても、時間的に均一なレー
ザビーム63を試料に照射できる。
【0040】なお、本実施の形態では、図1に示すよう
に、試料40の手前にレーザビーム形成部30を設けて
いるので、パルスレーザビームの空間的なエネルギー強
度分布を均一にすることができ、レーザビームが照射さ
れる範囲において均一な特性のシリコン結晶を得ること
ができる。
に、試料40の手前にレーザビーム形成部30を設けて
いるので、パルスレーザビームの空間的なエネルギー強
度分布を均一にすることができ、レーザビームが照射さ
れる範囲において均一な特性のシリコン結晶を得ること
ができる。
【0041】以上のように、本実施の形態のレーザ照射
装置1によって、半導体集積回路や、アクティブマトリ
ックス型の薄膜トランジスタに必要な良好な特性を有す
る再結晶シリコン薄膜、あるいは結晶シリコン薄膜を得
ることができる。
装置1によって、半導体集積回路や、アクティブマトリ
ックス型の薄膜トランジスタに必要な良好な特性を有す
る再結晶シリコン薄膜、あるいは結晶シリコン薄膜を得
ることができる。
【0042】また、それのみならず、本発明は、パルス
レーザを用いた、金属の特性改質、高分子の形成・分
解、化学反応、生物反応などの分野でも応用することが
可能である。
レーザを用いた、金属の特性改質、高分子の形成・分
解、化学反応、生物反応などの分野でも応用することが
可能である。
【0043】また、上記一実施の形態ではXeClエキ
シマレーザを例にしたが、パルスレーザはこれに限られ
ることなく、ArF、KrFなどのエキシマレーザ、Y
AGレーザ、ルビーレーザなどのパルスレーザでも本発
明を適用することができる。
シマレーザを例にしたが、パルスレーザはこれに限られ
ることなく、ArF、KrFなどのエキシマレーザ、Y
AGレーザ、ルビーレーザなどのパルスレーザでも本発
明を適用することができる。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、小型のレーザ照射装置
を使用しても、大きいパルス幅のレーザビームが得られ
る。
を使用しても、大きいパルス幅のレーザビームが得られ
る。
【0045】そして、このようにレーザビームのパルス
幅を大きくすることにより、レーザビームの電磁波エネ
ルギーをシリコン薄膜中で効率よく熱エネルギーに変換
することができるようになり、結晶粒径の大きな結晶欠
陥の少ない高品質の再結晶化あるいは結晶化シリコン薄
膜が得られる。また、プラズマCVD法により形成した
水素含有アモルファスシリコン薄膜も多結晶化できるよ
うになるので、シリコン薄膜をより低温で形成できるよ
うになる。
幅を大きくすることにより、レーザビームの電磁波エネ
ルギーをシリコン薄膜中で効率よく熱エネルギーに変換
することができるようになり、結晶粒径の大きな結晶欠
陥の少ない高品質の再結晶化あるいは結晶化シリコン薄
膜が得られる。また、プラズマCVD法により形成した
水素含有アモルファスシリコン薄膜も多結晶化できるよ
うになるので、シリコン薄膜をより低温で形成できるよ
うになる。
【図1】本発明の一実施の形態のレーザ照射装置を説明
するための図である。
するための図である。
【図2】本発明の一実施の形態のレーザ照射装置による
レーザパルスを説明するための図である。
レーザパルスを説明するための図である。
【図3】本発明の一実施の形態のレーザ照射装置による
レーザパルスを説明するための図である。
レーザパルスを説明するための図である。
【図4】従来のレーザ照射装置を説明するための図であ
る。
る。
【図5】従来のレーザ照射装置を説明するための図であ
る。
る。
11、12、111、112、211…レーザ光源 20…タイミング制御装置 21、22、23、25、122…全反射ミラー 24…選択反射ミラー 121…部分透過ミラー 30、130、230…レーザビーム形成部 40、140、240…試料 50、150…試料台 61、62、63…レーザビーム L…光路差
Claims (7)
- 【請求項1】第1のレーザビームをパルス発振する第1
のレーザ光源と、 第2のレーザビームをパルス発振する第2のレーザ光源
であって前記第1のレーザ光源とは異なる第2のレーザ
光源と、 前記第1のレーザ光源による第1のレーザビームの発振
後所定の時間経過後に前記第2のレーザ光源による第2
のレーザビームを発振させるべく、前記第1のレーザ光
源のパルス発振と前記第2のレーザ光源のパルス発振と
の間のタイミングを制御可能なタイミング制御手段と、 前記第1のレーザビームと前記第2のレーザビームとを
被照射物の同一の被照射箇所に照射可能な光学系と、 を備えることを特徴とするレーザ照射装置。 - 【請求項2】前記第1のレーザビームと前記第2のレー
ザビームとが同一種類のレーザビームであることを特徴
とする請求項1記載のレーザ照射装置。 - 【請求項3】前記第1のレーザビームと前記第2のレー
ザビームがエキシマーレーザビームであることを特徴と
する請求項1または2記載のレーザ照射装置。 - 【請求項4】前記第1のレーザビームと前記第2のレー
ザビームがYAGレーザビームであることを特徴とする
請求項1または2記載のレーザ照射装置。 - 【請求項5】前記第1のレーザビームによる所定の処理
が終了する前に前記第2のレーザビームが照射されるこ
とを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のレー
ザ照射装置。 - 【請求項6】前記第1のレーザビームのパルスの一部と
前記第2レーザビームのパルスの一部とが時間的に重な
ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の
レーザ照射装置。 - 【請求項7】前記光学系が、前記第1のレーザビームと
前記第2のレーザビームとを同一光路に集める光学系で
あることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載
のレーザ照射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27646496A JPH10125614A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | レーザ照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27646496A JPH10125614A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | レーザ照射装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10125614A true JPH10125614A (ja) | 1998-05-15 |
Family
ID=17569819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27646496A Withdrawn JPH10125614A (ja) | 1996-10-18 | 1996-10-18 | レーザ照射装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10125614A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100847425B1 (ko) * | 2000-12-26 | 2008-07-21 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 레이저 조사 장치 및 레이저 조사 방법 |
US7759181B2 (en) | 2000-12-26 | 2010-07-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device |
JP2011096808A (ja) * | 2009-10-29 | 2011-05-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置、及びレーザ加工方法 |
WO2016155027A1 (zh) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 激光脉冲调制装置 |
-
1996
- 1996-10-18 JP JP27646496A patent/JPH10125614A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100847425B1 (ko) * | 2000-12-26 | 2008-07-21 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 레이저 조사 장치 및 레이저 조사 방법 |
US7759181B2 (en) | 2000-12-26 | 2010-07-20 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device |
JP2011096808A (ja) * | 2009-10-29 | 2011-05-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置、及びレーザ加工方法 |
WO2016155027A1 (zh) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | 深圳市华星光电技术有限公司 | 激光脉冲调制装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050614 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20050804 |