JPH04364031A - レーザアニール方法およびレーザアニール装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はレーザアニール方法およ
びレーザアニール装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザアニール技術はシリコンウエハの
加工処理や液晶ディスプレイのＴＦＴ　製造などに利用
されるもので、被加工物にレーザ光を照射し、被加工物
表面を所定温度に加熱することによって被加工物表面を
再結晶化したり、成膜処理と同時に使用することによっ
て所定の成膜を得る目的で利用されている。レーザアニ
ール方法としてふつう行われている方法は、被加工物に
単一のレーザ光を照射してアニールする方法で、被加工
物に対しレーザ光を順次スイープさせてアニールする方
法である。なお、この単一のレーザ光を用いる場合でも
レーザ光の照射部分を円形でなく長円形にしたりライン
状にして照射する方法もある。このライン状にして照射
する方法の場合は単位面積あたりのレーザ光強度が低下
するから、アニール温度が低い場合等の所要のアニール
処理が可能な条件下で使用される。レーザ光をライン状
にして使用する場合は処理時間が短縮できるという利点
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な単一のレーザ光によって被加工物の全範囲をトレース
する場合は、レーザ光のビーム径にしたがい所定間隔を
あけてトレースラインを順次移動させながらアニール処
理を施す。実際にトレースする場合はトレースラインを
一部重複させて全スペースが尽くされるようにしている
。レーザビームは中心の強度が高い一定の強度分布を有
するから、１つのトレース幅内で見た場合、幅内で中心
部分は高温に加熱され、側縁部分は温度が低くなる。 このような温度勾配が存在することは、中心部分で溶融
作用をなし温度が低くなる部分で再結晶化を促進させる
ことから、効果的なアニール作用をなす上で重要である
。

【０００４】単一のレーザ光を用いてアニール処理する
場合は、上記のようにレーザ光の照射により結晶化を促
進させて被加工物全体をアニール処理するが、レーザ光
は１回ごと所定間隔ずるトレースラインを変えてトレー
スしていき、トレースラインごとのアニール作用を積み
重ねることによって全体をアニール処理するしくみとな
っている。そのため、トレースライン間の相互作用とし
てアニール処理がなされず、レーザ光を照射した際にあ
る方向にのみ結晶化がすすみやすくなってアニール処理
がなされるようになる。また、ライン状のレーザ光を用
いる場合も、レーザ光強度分布を維持したまま平行移動
してスイープしていくから、温度勾配が一方向にのみ生
じ、再結晶化等の作用が一方に偏って生じるといった問
題点がある。そこで、本発明は上記問題点を解消すべく
なされたものであり、その目的とするところは、レーザ
光によるアニール処理の際に被加工物に対して効果的な
アニール作用をなして有効なアニール処理を可能にし再
結晶化等の作用を効果的に発揮させることのできるレー
ザアニール方法およびこれを用いたレーザアニール装置
を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため次の構成を備える。すなわち、被加工物にレー
ザ光を照射してアニールするレーザアニール方法におい
て、レーザ光源から出射されたレーザ光を光学系によっ
て二以上のレーザ光束に分離し、該分離したレーザ光束
を前記被加工物上で部分的に重ね合わせて集光させるこ
とにより被加工物上で所要の温度勾配を設定してスイー
プすることを特徴とする。真空チャンバ内に被加工物を
セットし、前記真空チャンバに設けた光学窓から被加工
物にレーザ光を照射することによってアニール処理を施
すレーザアニール装置において、単一のレーザ光源から
の射出光を二以上のレーザ光束に分離する光学系を設け
るとともに、前記被加工物上において、所要の温度勾配
を得るために前記分離したレーザ光束を部分的に重ね合
わせて集光させる光学系を設けたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】レーザ光源から出射したレーザ光を複数のレー
ザ光束に分離し、分離したレーザ光束を再度被加工物上
で集光させてアニール処理する。複数のレーザ光束を被
加工物上で集光させる場合は、レーザ光束を部分的に重
なり合わせ、レーザ光束自体の強度分布を利用して被加
工物上で適当な強度分布を設定しアニール処理に効果的
な温度勾配を生じさせてアニール処理を行う。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るレーザアニ
ール装置の主要部の構成を示す説明図である。本発明に
係るレーザアニール装置は、レーザ光源から射出された
レーザ光を２つの同一の強度を有するレーザ光束に分離
した後、２つのレーザ光束を所定の位置関係で被加工物
に照射させてアニール処理することを特徴とする。

【０００８】図１で１０はレーザ光源として用いたアル
ゴンレーザである。１２はアルゴンレーザ１０から出射
したレーザ光強度を監視するレファレンス用のパワーメ
ータ、１４はハーフミラーである。レーザ光源から出射
したレーザ光はハーフミラー１６とその後方に配置した
ミラー１８によって２光束に分離する。２０ａおよび２
０ｂは変調器、２２および２４はパワーメータ、２５、
２６はハーフミラーである。ハーフミラー１６とミラー
１８によって２光束に分離したレーザ光はそれぞれ同パ
ワーに設定するが、レーザ光強度はハーフミラー１６の
透過度を適当に設定しパワーメータ２２、２４によって
レーザパワーを参照して等しく設定することができる。 変調器２０ａ、２０ｂはレーザ光照射をＯＮ−ＯＦＦ　
させる目的で用いるもので、被加工物の全体に対し全面
的に連続してアニール処理するのでなく、特定箇所のみ
をアニール処理する際にレーザ光照射を切るために用い
る。また、光束でＯＮ−ＯＦＦ　させることによって大
面積の被加工物に対しレーザ光強度を見かけ上均一にす
る作用も有する。

【０００９】２つに分離したレーザ光束は最終的に対向
方向から被加工物に照射してアニール処理する。図１に
示す実施例では真空チャンバに設置した光学窓５０から
レーザ光束を入射させるため、ミラー３０、３１でレー
ザ光を反射させ、ミラー３２、３３で向かい合わせにレ
ーザ光を反射して集光レンズ３４、３５で被加工物表面
に集光させている。光学窓５０に対しては垂直に近い角
度でレーザ光束を入射させる。３６、３７はそれぞれミ
ラー３２、３３の前段に配置した４分の１波長板、３８
、３９は偏光ハーフミラーである。偏光ハーフミラー３
８、３９と４分の１波長板３６、３７を用いて円偏光を
被加工物に照射するようにしている。４０および４１は
レーザ光の出射側での強度をみるためのパワーメータで
、４２ａ、４２ｂは平行光束にするためのビームエキス
パンダである。

【００１０】上記実施例のレーザアニール装置は上記構
成により、２つの分離したレーザ光束のパワーを等しく
設定し、被加工物に同時に２つのレーザ光束を照射する
ことによってアニール処理を行う。レーザ光束を被加工
物に照射する場合は、図２に示すように２つのレーザ光
束が部分的に重なり合うようにする。レーザ光束の集光
は光学系を適宜配置することによって行う。このように
レーザ光束が一部重なり合うようにしながら、被加工物
上でレーザ光をスイープしていき全体をアニール処理す
る。レーザ光のスイープはたとえばＸＹステージに被加
工物をセットし、被加工物をレーザ光に対して移動させ
ることによって行うことができる。

【００１１】上記のように２つのレーザ光束を重ね合わ
せてアニール処理する方法による場合は、被加工物上で
のレーザ光束の重ね方によって、集光部分での強度分布
を適宜設定することができるという利点がある。すなわ
ち、レーザ光束の集光のしかたによって図２に示すよう
な、中央部分が凹んだ２つのピークを有する強度分布を
設定することができる。前述したように、レーザ光強度
の分布は被加工物をアニール処理する場合の温度勾配に
関係し、図２のような強度分布にした場合は、２つのピ
ーク間で温度勾配が生じ、このＡ部分で再結晶化を促進
させてアニール処理させることが可能になる。このよう
に、複数光束を用いてアニール処理する場合は、レーザ
光束の集光のしかたによって相互作用により適当な温度
勾配を設定することが可能となり、従来の単一のレーザ
光束を照射するだけの方法ではなし得なかった温度勾配
を設定してきわめて効果的なアニール処理を施すことが
可能となる。さらに、上記方法の場合はレーザ光束を重
ね合わせてスイープするから、単一のレーザ光束を用い
た場合よりもスイープ幅がひろがり、全体のアニール処
理時間が短縮できるという利点もある。

【００１２】なお、上記実施例ではレーザ光束を２光束
に分離した場合での処理方法について説明したが、もち
ろん３光束以上に分離し、被加工物上で再度集光させて
アニール処理することも可能である。ただし、レーザ光
を複数光束に分離した場合は光強度が必然的に低下する
から、被加工物でのアニール温度が低くてもよい場合の
ように所要のアニール条件が満足できる条件下で行う必
要がある。また、場合によっては複数台のレーザ光源を
用いることも可能である。上記のレーザアニール方法は
レーザ光束が本来有する強度分布を利用して、アニール
処理に適当な温度勾配を設定して処理することを特徴と
する。したがって、シリコンウエハの再結晶化処理の他
、成膜処理等の他の処理においても同様に適用すること
ができ、またこれら処理内容に合わせてレーザ光束の集
光方法、重ね合わせ方法等を適当に設定することによっ
て最適の処理を行うことが可能であり、種々の加工処理
に利用することが可能になる。また、上記実施例では２
つに分離したレーザ光束は同パワー強度に設定したが、
場合によっては集光させるレーザ光束を異なるパワーに
設定してアニール処理することもできる。たとえば、結
晶の成長方向を特定方向にとくに設定したいような場合
に利用することができる。本レーザアニール方法による
場合は上述したように、光学系の適宜配置によって所望
の処理ができるよう設定可能であるから、装置構成が複
雑にならず、設定方法も容易であるという利点がある。 以上、本発明について好適な実施例を挙げて種々説明し
たが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、
発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得る
のはもちろんである。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係るレーザアニール方法および
レーザアニール装置によれば、上述したように構成した
ことにより、被加工物上でのレーザ光によるアニール処
理の際にアニール処理部分の温度勾配を適宜設定して、
被加工物に対する処理内容に応じて効果的なアニール処
理を行うことが可能である等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】アニール処理時のレーザ光束の照射方法を示す
説明図である。

【図２】２つのレーザ光束を集光させた場合の強度分布
を示すグラフである。

【符号の説明】

１０　　アルゴンレーザ １２、２２、２４、４０、４１　　パワーメータ１４、
１６、２５、２６　　ハーフミラー２０ａ、２０ｂ　　
変調器 ３２、３３　　ミラー ３４、３５　　集光レンズ ３６、３７　　４分の１波長板 ３８、３９　　偏光ハーフミラー ４２ａ、４２ｂ　　ビームエキスパンダ５０　　光学窓

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　被加工物にレーザ光を照射してアニー
   ルするレーザアニール方法において、レーザ光源から出
   射されたレーザ光を光学系によって二以上のレーザ光束
   に分離し、該分離したレーザ光束を前記被加工物上で部
   分的に重ね合わせて集光させることにより被加工物上で
   所要の温度勾配を設定してアニールすることを特徴とす
   るレーザアニール方法。
2. 【請求項２】　　真空チャンバ内に被加工物をセットし
   、前記真空チャンバに設けた光学窓から被加工物にレー
   ザ光を照射することによってアニール処理を施すレーザ
   アニール装置において、単一のレーザ光源からの射出光
   を二以上のレーザ光束に分離する光学系を設けるととも
   に、前記被加工物上において、所要の温度勾配を得るた
   めに前記分離したレーザ光束を部分的に重ね合わせて集
   光させる光学系を設けたことを特徴とするレーザアニー
   ル装置。