JPS61136985A

JPS61136985A - レ−ザアニ−ル法

Info

Publication number: JPS61136985A
Application number: JP25666284A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsumoto; 比呂志松本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1984-12-05
Filing date: 1984-12-05
Publication date: 1986-06-24

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】（産業上の利用分野）本発明はレーザービーム照射を用いｔ再結晶法に関する
。

（従来技術の問題点）レーザービーム照射を用いた再結晶法は、レーザー照射
することによって試料を加熱し、試料を一時的に溶融せ
しめ、引き続き、自然冷却もしくけ意図的な冷却による
再凝固によって結晶を得るために用いられている。良質
の結晶を得るｔめＫは、固化する際に溶融している部分
忙、良質の結晶性を有する固相部の結晶性を継承させ得
るように温度分布を考慮する必要がある。また、シード
とビームの重ね合わせの制御性やスループット向上のた
め、ビーム幅はなるべく広い方がよい。この目的のため
、従来、第６図に示すように１個ま念は複数個の複屈折
材をビームスプリフタ１７として用いてビームを二峰あ
るいはそれ以上の数の峰に分割したり、あるいはビーム
の走査方向に単振動を印加して等価的に二峰を形成する
、いわゆる多峰ビーム法が用いられてきた。（特開昭５
２−１４３７５５号公報、特開昭５８−１０３１４０号
公報、１９８４年春季第３１回応用物理学会関連連合講
演会講演予稿集４４９ページ、３１Ｐ−Ｕ−９、参照）
。

多峰ビームの光強度分布は、それぞれのビームの峰にお
いて最強となり、各々のビームの光強度分布を重ね合わ
せることによつて全体として幅の広いビームを得ること
ができる。しかしながら、各々のビームの強度比の調整
が困難であり、温度分布に対する制御性の自由度が力い
欠点がある。この欠点は、シードの結晶性を継承させて
連続し念再結晶を行なう際の技術的な障害となっている
。

（発明の目的）本発明の目的は、このような従来の欠点を除去せしめ、
レーザービームをシード等の単結晶の端面に沿って走査
する際に、適切な温度分布を試料に与えること罠より、
ビームの一方の側面忙おける単結晶の結晶性を継承した
再結晶を行なうのに適し念レーザーアニール法を提供す
ることＫある。

（発明の構成）本発明は、レーザービームを試料表面にまで導く光学系
の中の、少なくとも一個の反射鋼、もしくはレンズに、
単振動とその１つまたは複数の高調波振動との、位相同
期による重畳振動を印加しつつビーム走査を行なうこと
を特徴とするレーザーアニール法である。

（本発明の作用・原理）次に本発明の原理について説明する。レーザーアニール
法において、レーザー光を試料表面で走査するには、ビ
ームそのものを走査する方法、試料台を走査する方法、
前記の両者を併用する方法があるが、いずれにせよ、試
料台に固定した座標系で見れば、走査線を形成するｔめ
の水平走査と走査線を走査する垂直走査の２種類の走査
方法を用いることが、単に走査するという観点において
は、必要かつ十分である。しかし、実際のレーザー走査
忙おいては、光学系及び試料台の゛移動機構における不
規則振動や加工精度による揺らぎ、レーザー発振器の発
振強度の変動や、ビーム径の変動等の不安定性が存在し
ており、これが均一なレーザー強度を得ること、あるい
は、隣接するレーザー走査線間の重なりを一定条件罠保
つことを困難にしている。本発明の原理は、前記の２種
のレーザー光走査に加え、前記の種々の不安定な外乱が
試料表面温度の揺らぎと々るまでの時間、即ち、外乱か
ら試料表面温度への伝達関数の時定数より十分短かい周
期を有する、振動波形と振幅の制御された第３の振動を
光学系に対して印加することによって、実効ビーム幅を
拡げ、かつ、レーザーの水平走査方向に対して垂直々方
向に沿つた試料表面温度分布を制御することである。

原理をより明確に説明する念めに第１図を用いる。本発
明を用いて、反射鏡もしくはレンズをある波形で振動さ
せるとき、レーザスポット２３の中心点の軌跡が第１図
１８のようになるように、即ち、第１図の配置忙おいて
ビームの水平走査方向に関して右側に訃けるビーム中心
の滞在時間の割合が、左側におけるビーム中心の滞在時
間の割合より大きくなるように、振動波形を決定すると
、第１図の実効光強度２０（即ち、レーザアニールとし
ての効果を実効的な光強度に換算し九量）の、レーザビ
ーム１９の水平走査方向に対して直交する、横方向２１
に沿っ九分布として実効光強度分布２２を得る。即ち、
概ね右側から左側に向かって光強度勾配が存在するよう
な光強度分布である。

振動波形を制御することによって実効光強度分布を制御
し、これ忙よって　試料表面の温度分布を制御すること
が、本発明の原理である。

（実施例）以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。

（実施例１）第２図に本発明の第１の実施例を示す。本実施例は通常
の、レーザーアニール法のための光学系に加え、１枚の
反射鏡３の裏面に力学的な振動子（水晶振動子等の電歪
素子）を付加し、さらに１１１５を動子６への入力とし
て、波形発生器７の出力を接続した構成を用いている。

ただし、図面の不必要な繁雑化を避けるために、ビーム
リデー−サ、ビームエクスパンダ、対物集光レンズ等の
光学系構成要素、及び通常のビーム走査機構の表記は省
略している。

同図では反射鏡３の裏面中央に振動子６ｔ−配置してい
る。この場合、光軸は平行を保ったまま、その位置だけ
が変調されるが、その後の光路内に存在するレンズの収
差によって一部角度変調が加わる。振動子を反射鏡の重
心から偏心させておけば、反射光はこの時点で角度変調
される。いずれ忙せよ、振動子６を振動させることによ
って試料表面におけるビームスポットの位ｔｔ−変動さ
せることができる。表面温度を、この変動に追従させな
いようにするＫは周波数として概ね１０ＫＨｚ以上の振
動が必要であるが、これは水晶振動子を用いれば容易に
実現可能である。第３図に波形発生器７の内部の構成の
一実施例を示す。基本波は発振器１０によって発生され
、一部は分岐したのち１個または複数個の逓倍器１１に
よって高調波発生に用いられる。基本波及び高調波は位
相制御回路１３忙よって制御された各々の信号に対応し
九移相器１２によって各々、独立の位相回転を受け、そ
ののち、アナログ加算器１４によって加算される。しか
るのち、適切な振幅を得るために減衰器１５によって減
衰され念のち、振動子６へ送られる。このような構成を
採ることによって、逓倍器の数に依存し念自由度のもと
て種々の波形を発生させることができる。

（実施例２）第４図に本発明の第２の実施例を示す。本実施例におい
ても実施例１と同様に発明の本質と無関係と思われる諸
構放要素は図面の繁雑化を避ける九めに省略している。

本実施例では前実施例と同様の振動子６を光学系のレン
ズ８の一端に付加していると七が特徴である。これ釦よ
り、レンズを通過するレーザービームに角度変調を加え
ることができ、実施例１と同等の効果がある。

レーザービーム２としてビーム径２Ｗの一様強度分布の
ビームを用い、振動子６の振動による試料表面における
スポットの振動として、ａ　（Ｃｏｇ　Ｗｔ−αｃｏｓ
　２ｖｔ　）　’１する波形（ここに、ａは基調振幅、
αは第２高調波の、基調波撮幅に対する相対振幅、Ｗは
角周波数で７７＞　１０　ＫＨｚｓ・ｔＦｉ時間変数。

）の撮動を、水平走査中のレーザースポットに１垂直走
査方向に与え念場合に、レーザースポット中心の時間平
均した位置を原点にとり、垂直走査方向ｔｙ軸とした上
で、ｙ座標を亀で規格化し次位置を横軸に、その位置に
おける時間積算した照射強度を全照射強度で規格化した
量を縦軸にとつ几積算照射強度分布１６を第５図に示す
。ここにα＝−、Ｗ／ａ　＝　”である。ある位置にお
ける積算熱耐強度はレーザービームが一様強度の場合、
振動子６の一振動周期の間にビーム子ポットが、その位
置を内包する時間の合計に比例する。Ｗが熱の移動の緩
和時間の逆数に対して充分大きいので、本発明の実行は
第５図のようなビーム内強度分布を有する仮想的なレー
ザービームを照射することと同等である。α＝Ｏの場合
は左右対称の２峰ビームと力る。さらに高い周波数の高
調波を重畳すること罠よって第４図の積算強度の分布形
状をさらに多くの自由度で制御することが可能である。

第５図のような積算照射量分布１６を試料に照射中のレ
ーザービームに与えると、積算照射量に対応した温度分
布を得ることができるので、温度の低い側にシードを配
置しておくと、溶融部分の同化はシード側から進行し、
従ってシードの結晶性を継承した良質で大面積の再結晶
を得るために卓絶し友効果を発揮するものである。

（発明の効果）本発明によれば、レーザービームによって溶融する部分
内の、ビーム走査方向に直角の方向内の積算ビーム強度
分布、従って、温度分布を制御することが可能であり、
ビーム側面に接している固相部分のうちの一方からの結
晶性のみを継承せしめることによって良質の再結晶を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示す図である。第２図は反射鏡
裏面に力学振動子を付加し、さらに波形発生器を接続し
た構造の、本発明の１実施例を示す図である。第３図は
波形発生器の構成方法の１実施例を示す図である。第４
図はレンズに力学振動子を付加し、さらに波形発生器を
接続した構造の、本発明の１実施例を示す図である。第
５図は本発明の一実施例における、ビームの水平走査方
向に垂直表方向の積算照射量分布を示す図。第６図はビ
ームスプリッタを用いた従来法の構成図である。１・・・レーザ発振器、２・・・レーザビーム、３・・
・反射鏡、４・・・試料台、５・・・試料、６・・・振
動子、７・・・波形発生器、８・・・レンズ、９・・・
支点、１０・−発振器、１１・・・逓倍器、１２・・・
移相器、１３・・・位相制御回路、１４・・・アナログ
加算器、１５・・・減衰器、１６・・・積算照射量分布
、１７・・・ビームスプリッタ、１８・・・レーザスポ
ットの中心点の軌跡、１９・・・レーザビームの水平走
査方向、２０・・・実効光強度、２１・・・横方向座標
、２２・・・実効光強度分布、２３・・・レーザースポ
ット。半　　１　　口

Claims

【特許請求の範囲】

　レーザービームを試料表面にまで導く光学系の中の、
少なくとも一個の反射鏡、もしくはレンズに、単振動と
その１つまたは複数の高調波振動との、位相同期による
重畳振動を印加しつつ、ビーム走査を行なうことを特徴
とするレーザーアニール法。