JPH05234885A - 単結晶シリコン薄膜形成方法及びその装置 - Google Patents
単結晶シリコン薄膜形成方法及びその装置Info
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- JPH05234885A JPH05234885A JP3925492A JP3925492A JPH05234885A JP H05234885 A JPH05234885 A JP H05234885A JP 3925492 A JP3925492 A JP 3925492A JP 3925492 A JP3925492 A JP 3925492A JP H05234885 A JPH05234885 A JP H05234885A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ光の光強度が変動した場合、応答性に
優れたフィードバック制御を可能とし、サブグレインダ
ンバリーの少ない単結晶シリコン薄膜を安定して形成で
きるようにすること。 【構成】 絶縁性材料１５上に形成された多結晶シリコ
ン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ光１１を照射し
て溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜を形成する
ようにした単結晶シリコン薄膜形成方法において、レー
ザ光１１を光学部材１２により反射光１３と透過光１４
とに分割するとともに、この分割の割合を可変制御させ
ることにより、所望の光強度とされたレーザ光なる透過
光１４を照射するようにした。
優れたフィードバック制御を可能とし、サブグレインダ
ンバリーの少ない単結晶シリコン薄膜を安定して形成で
きるようにすること。 【構成】 絶縁性材料１５上に形成された多結晶シリコ
ン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ光１１を照射し
て溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜を形成する
ようにした単結晶シリコン薄膜形成方法において、レー
ザ光１１を光学部材１２により反射光１３と透過光１４
とに分割するとともに、この分割の割合を可変制御させ
ることにより、所望の光強度とされたレーザ光なる透過
光１４を照射するようにした。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、絶縁性材料上に単結晶
シリコン薄膜を形成するための単結晶シリコン薄膜形成
方法及びその装置に関する。
シリコン薄膜を形成するための単結晶シリコン薄膜形成
方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】絶縁性材料上に単結晶シリコン薄膜を形
成する技術、いわゆるＳＯＩ形成法については、従来よ
り多数提案されている。これらの提案の多くのものは、
絶縁性材料上に多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン
薄膜を形成し、この薄膜を種々の熱源により溶融・再結
晶化させて単結晶化させる、というものである。この場
合、熱源としては、レーザ光、電子ビーム、ランプ光、
ワイヤ状のカーボンヒータ、高周波加熱されたカーボン
サセプタ等がある。
成する技術、いわゆるＳＯＩ形成法については、従来よ
り多数提案されている。これらの提案の多くのものは、
絶縁性材料上に多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン
薄膜を形成し、この薄膜を種々の熱源により溶融・再結
晶化させて単結晶化させる、というものである。この場
合、熱源としては、レーザ光、電子ビーム、ランプ光、
ワイヤ状のカーボンヒータ、高周波加熱されたカーボン
サセプタ等がある。
【０００３】この中で、レーザ光による溶融・再結晶化
法は、絶縁性材料上に形成された多結晶シリコン薄膜又
は非晶質シリコン薄膜をレーザ光のエネルギーにより加
熱・溶融し、レーザ光又は基板を相対的に移動させるこ
とにより、溶融領域を移動させ、それに伴い、溶融シリ
コンを冷却・固化して単結晶化させるものである。この
方法によれば、ランプ光、カーボンヒータ、高周波加熱
されたカーボンサセプタ等を利用した帯域溶融・再結晶
化法のように、基板全体をシリコンの融点近くまで加熱
する必要がないため、基板加熱のための大掛りな装置を
要せず、高温加熱による基板変形といった問題もない。
また、帯域溶融・再結晶化法は各種熱源からの輻射加熱
を主体としているため、熱源と基板との距離によって溶
融・再結晶化の様子が大きく異なるのに対し、レーザ光
溶融・再結晶化法によれば、レーザ光の吸収による熱の
発生を利用しているので基板上の温度プロファイルが基
板とレーザ光源との間の距離の影響を受けにくいもので
もある。また、レーザ光のコヒーレンシーを考慮すれ
ば、レーザ光を任意の位置から基板まで、レンズ・ミラ
ー等の各種光学系を用いて導くことも可能であり、本質
的に基板とレーザ光源との間の距離は問題にはならない
ものである。
法は、絶縁性材料上に形成された多結晶シリコン薄膜又
は非晶質シリコン薄膜をレーザ光のエネルギーにより加
熱・溶融し、レーザ光又は基板を相対的に移動させるこ
とにより、溶融領域を移動させ、それに伴い、溶融シリ
コンを冷却・固化して単結晶化させるものである。この
方法によれば、ランプ光、カーボンヒータ、高周波加熱
されたカーボンサセプタ等を利用した帯域溶融・再結晶
化法のように、基板全体をシリコンの融点近くまで加熱
する必要がないため、基板加熱のための大掛りな装置を
要せず、高温加熱による基板変形といった問題もない。
また、帯域溶融・再結晶化法は各種熱源からの輻射加熱
を主体としているため、熱源と基板との距離によって溶
融・再結晶化の様子が大きく異なるのに対し、レーザ光
溶融・再結晶化法によれば、レーザ光の吸収による熱の
発生を利用しているので基板上の温度プロファイルが基
板とレーザ光源との間の距離の影響を受けにくいもので
もある。また、レーザ光のコヒーレンシーを考慮すれ
ば、レーザ光を任意の位置から基板まで、レンズ・ミラ
ー等の各種光学系を用いて導くことも可能であり、本質
的に基板とレーザ光源との間の距離は問題にはならない
ものである。
【０００４】ところで、このようなレーザ光溶融・再結
晶化法による単結晶シリコン薄膜の形成の様子について
検討する。まず、レーザ光の走査によりシリコン溶融領
域を移動させることにより固化・再結晶化する際、溶融
シリコンの凝固の固液界面上には、図６に示すようにシ
リコンの融点１４１２℃を過ぎても液体の状態を保って
いる過冷却状態の領域が存在する。そして、シリコンの
再結晶化の固液界面は、この過冷却領域中でシリコンの
結晶面の中で一番成長が遅い（１１１）面のファセット
１（小さな結晶面）の集まりにより形成されるといわれ
ている。単結晶シリコンの形成は、帯状の溶融領域の移
動に伴い過冷却領域が移動し、この過冷却領域の中でシ
リコンの（１１１）面で構成されるファセット１面が連
続的に成長することによりなされる。この際、結晶欠陥
の一つであるサブグレインバンダリー２と呼ばれる面内
方向の僅かなずれを生ずることが知られている。
晶化法による単結晶シリコン薄膜の形成の様子について
検討する。まず、レーザ光の走査によりシリコン溶融領
域を移動させることにより固化・再結晶化する際、溶融
シリコンの凝固の固液界面上には、図６に示すようにシ
リコンの融点１４１２℃を過ぎても液体の状態を保って
いる過冷却状態の領域が存在する。そして、シリコンの
再結晶化の固液界面は、この過冷却領域中でシリコンの
結晶面の中で一番成長が遅い（１１１）面のファセット
１（小さな結晶面）の集まりにより形成されるといわれ
ている。単結晶シリコンの形成は、帯状の溶融領域の移
動に伴い過冷却領域が移動し、この過冷却領域の中でシ
リコンの（１１１）面で構成されるファセット１面が連
続的に成長することによりなされる。この際、結晶欠陥
の一つであるサブグレインバンダリー２と呼ばれる面内
方向の僅かなずれを生ずることが知られている。
【０００５】図７は、絶縁性基板上に多結晶シリコン薄
膜を形成し、この薄膜を加熱・溶融後、再結晶化させる
時の温度プロファイルとサブグレインバンダリー２の発
生形態を模式的に示すものである。図示のように、シリ
コン融液の長さの違いにより過冷却領域の長さが異な
り、過冷却領域が長いほどサブグレインバンダリー２の
密度が低くなっていることがわかる。即ち、温度プロフ
ァイルの制御（Ａ，Ｂの違い）により結晶性のよい単結
晶シリコン薄膜を形成することが可能といえる。
膜を形成し、この薄膜を加熱・溶融後、再結晶化させる
時の温度プロファイルとサブグレインバンダリー２の発
生形態を模式的に示すものである。図示のように、シリ
コン融液の長さの違いにより過冷却領域の長さが異な
り、過冷却領域が長いほどサブグレインバンダリー２の
密度が低くなっていることがわかる。即ち、温度プロフ
ァイルの制御（Ａ，Ｂの違い）により結晶性のよい単結
晶シリコン薄膜を形成することが可能といえる。
【０００６】このときの温度プロファイルは、照射レー
ザ光の出力に極めて敏感であり、過冷却領域の長さを最
適化し、サブグレインバンダリー２の発生を抑制するた
めにはレーザ出力の精緻な制御が要求される。即ち、レ
ーザ出力に変動があると、固液界面の成長速度にムラが
生じ、過冷却領域を一定に保つことができなくなり、サ
ブグレインバンダリー２の発生を十分に抑制できなくな
るので、レーザ出力を十分に安定化させる必要がある。
ザ光の出力に極めて敏感であり、過冷却領域の長さを最
適化し、サブグレインバンダリー２の発生を抑制するた
めにはレーザ出力の精緻な制御が要求される。即ち、レ
ーザ出力に変動があると、固液界面の成長速度にムラが
生じ、過冷却領域を一定に保つことができなくなり、サ
ブグレインバンダリー２の発生を十分に抑制できなくな
るので、レーザ出力を十分に安定化させる必要がある。
【０００７】この点、従来のレーザ光溶融・再結晶化法
に使用されているレーザ出力制御は、一般に、図８に示
すようにレーザ光源３から出射されたレーザ光の一部を
ハーフミラー４により反射させて強度検出器５で受光検
知し、その検出値をレーザ光源３に対するレーザ用電源
６にフィードバックさせることにより行うようにしてい
る。
に使用されているレーザ出力制御は、一般に、図８に示
すようにレーザ光源３から出射されたレーザ光の一部を
ハーフミラー４により反射させて強度検出器５で受光検
知し、その検出値をレーザ光源３に対するレーザ用電源
６にフィードバックさせることにより行うようにしてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
出力制御法による場合、電流を変化させた際のプラズマ
のエネルギー変化を介してからレーザ出力を変化させる
ものであり、レーザ発振の状況まで変化し、定常状態に
なるまで時間を要するため、応答性に限界があり、出力
変動に十分対応できず、安定した固液界面の成長を実現
しているとはいい難いものである。
出力制御法による場合、電流を変化させた際のプラズマ
のエネルギー変化を介してからレーザ出力を変化させる
ものであり、レーザ発振の状況まで変化し、定常状態に
なるまで時間を要するため、応答性に限界があり、出力
変動に十分対応できず、安定した固液界面の成長を実現
しているとはいい難いものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】絶縁性材料上に形成され
た多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ
光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜
を形成するようにした単結晶シリコン薄膜形成方法にお
いて、前記レーザ光を光学部材により分割するととも
に、この分割の割合を可変制御させて所望の光強度のレ
ーザ光を照射するようにした。
た多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ
光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜
を形成するようにした単結晶シリコン薄膜形成方法にお
いて、前記レーザ光を光学部材により分割するととも
に、この分割の割合を可変制御させて所望の光強度のレ
ーザ光を照射するようにした。
【００１０】また、装置的には、絶縁性材料上に形成さ
れた多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレー
ザ光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄
膜を形成するようにした単結晶シリコン薄膜形成装置に
おいて、分割の割合が可変とされて前記レーザ光を分割
する光学部材を有するレーザ光出力制御手段を設けた。
れた多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレー
ザ光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄
膜を形成するようにした単結晶シリコン薄膜形成装置に
おいて、分割の割合が可変とされて前記レーザ光を分割
する光学部材を有するレーザ光出力制御手段を設けた。
【００１１】
【作用】多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜に
照射するレーザ光を分割し、かつ、その分割の割合を可
変させることにより光強度を微調制御するので、レーザ
光源自体の発振状況の変化を要せず、レーザ光の強度安
定化のためのフィードバック制御が可能となり、応答性
に優れ、サブグレインバンダリーの少ない単結晶シリコ
ン薄膜を安定して形成し得るものとなる。
照射するレーザ光を分割し、かつ、その分割の割合を可
変させることにより光強度を微調制御するので、レーザ
光源自体の発振状況の変化を要せず、レーザ光の強度安
定化のためのフィードバック制御が可能となり、応答性
に優れ、サブグレインバンダリーの少ない単結晶シリコ
ン薄膜を安定して形成し得るものとなる。
【００１２】このためにも、分割の割合が可変でレーザ
光を分割する光学部材を有するレーザ光出力制御手段を
設けることにより、容易に達成し得る。
光を分割する光学部材を有するレーザ光出力制御手段を
設けることにより、容易に達成し得る。
【００１３】
【実施例】本発明の第一の実施例を図１ないし図３に基
づいて説明する。基本的には、絶縁性材料上に形成され
た多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ
光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜
を形成する際の、レーザ光の光出力制御につき、偏光し
たレーザ光の入射角によって透過率の異なる光学部材を
介在させることにより、所望の光強度の透過光を得るよ
うにしたものである。
づいて説明する。基本的には、絶縁性材料上に形成され
た多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ
光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜
を形成する際の、レーザ光の光出力制御につき、偏光し
たレーザ光の入射角によって透過率の異なる光学部材を
介在させることにより、所望の光強度の透過光を得るよ
うにしたものである。
【００１４】図１は、入射角によって透過率の異なる光
学部材を介して所望の光強度の透過光を得るようにした
単結晶シリコン薄膜形成装置例の原理的構成を示すもの
である。まず、紙面面内方向に偏光面を持つレーザ光１
１は光学部材１２に対して角度θで入射した後、反射光
１３と透過光１４とに分離される。ここに、レーザ光１
１を出射するレーザ光源としては、絶縁性材料１５上の
試料（多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜）１
６を溶融可能なアルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等を用いればよい。
学部材を介して所望の光強度の透過光を得るようにした
単結晶シリコン薄膜形成装置例の原理的構成を示すもの
である。まず、紙面面内方向に偏光面を持つレーザ光１
１は光学部材１２に対して角度θで入射した後、反射光
１３と透過光１４とに分離される。ここに、レーザ光１
１を出射するレーザ光源としては、絶縁性材料１５上の
試料（多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜）１
６を溶融可能なアルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡ
Ｇレーザ等を用いればよい。
【００１５】ここに、光学部材１２は偏光したレーザ光
１１の入射する角度θによって透過率が変化する構造の
もの、例えば、ＣＯ2 レーザの場合であれば、ＺｎＳｅ
製の薄膜ポーラライザー等が用いられる。また、光学部
材１２の角度θをモータ等の駆動機構（図示せず）によ
り変化させると、それに対応して反射光１３と透過光１
４との割合も変化する。そこで、反射光１３を受光する
強度検出器１７が設けられ、検出された光強度が一定と
なるように角度θを変化させる駆動機構にフィードバッ
ク制御をかける構成とされている。この時、光学部材１
２の角度変化が即時に透過光１４の強度変化となるた
め、応答性の高いフィードバック制御が可能であり、十
分安定したレーザ出力を得ることができる。このように
して、本実施例では、光学部材１２を主体としたレーザ
光出力制御手段１８を設けたものである。
１１の入射する角度θによって透過率が変化する構造の
もの、例えば、ＣＯ2 レーザの場合であれば、ＺｎＳｅ
製の薄膜ポーラライザー等が用いられる。また、光学部
材１２の角度θをモータ等の駆動機構（図示せず）によ
り変化させると、それに対応して反射光１３と透過光１
４との割合も変化する。そこで、反射光１３を受光する
強度検出器１７が設けられ、検出された光強度が一定と
なるように角度θを変化させる駆動機構にフィードバッ
ク制御をかける構成とされている。この時、光学部材１
２の角度変化が即時に透過光１４の強度変化となるた
め、応答性の高いフィードバック制御が可能であり、十
分安定したレーザ出力を得ることができる。このように
して、本実施例では、光学部材１２を主体としたレーザ
光出力制御手段１８を設けたものである。
【００１６】なお、ここでは光学部材１２と試料１６と
の間に偏向用ミラー１９が設けられ、透過光１４を試料
１６に導くように構成されている。ここに、レーザ光１
１が光学部材１２を透過する際に、光学部材１２の角度
により透過光１４の光路が平行移動するので、これを矯
正して常に試料１６上の定位置に照射し得るように偏向
用ミラー１９を平行移動させるための駆動機構２０が設
けられている。
の間に偏向用ミラー１９が設けられ、透過光１４を試料
１６に導くように構成されている。ここに、レーザ光１
１が光学部材１２を透過する際に、光学部材１２の角度
により透過光１４の光路が平行移動するので、これを矯
正して常に試料１６上の定位置に照射し得るように偏向
用ミラー１９を平行移動させるための駆動機構２０が設
けられている。
【００１７】本実施例は、例えば図２に示すように具体
化される。まず、レーザ光１１は紙面面内方向に偏光面
を持つ出力１０ＷのＣＯ2 レーザ光とされている。この
ようなレーザ光１１をＺｎＳｅ製角度可変薄膜ポーララ
イザーによる光学部材１２に角度θ＝６３°で、薄膜ポ
ーラライザー面と偏光面とが垂直になるように入射させ
る。この薄膜ポーラライザーは入射角によりＰ偏光の透
過率を図３に示すように変化させ得るもので、入射する
角度θがブリュースタ角（６７．４°）の時に最大透過
率を示し、角度θ＝６３°では９５％の透過率となる。
このような光学部材１２を透過した透過光１４はＡｕ蒸
着膜付きの可動の偏向用ミラー１９により９０°曲げら
れ、試料１６上に垂直照射される。試料１６は厚さ１．
６ｍｍの石英基板による絶縁性材料１５上に、ＣＶＤ法
により多結晶シリコン薄膜１６ａを３５００Å、ＳｉＯ
2 膜１６ｂを１．５μｍの厚さで積層形成したものであ
る。
化される。まず、レーザ光１１は紙面面内方向に偏光面
を持つ出力１０ＷのＣＯ2 レーザ光とされている。この
ようなレーザ光１１をＺｎＳｅ製角度可変薄膜ポーララ
イザーによる光学部材１２に角度θ＝６３°で、薄膜ポ
ーラライザー面と偏光面とが垂直になるように入射させ
る。この薄膜ポーラライザーは入射角によりＰ偏光の透
過率を図３に示すように変化させ得るもので、入射する
角度θがブリュースタ角（６７．４°）の時に最大透過
率を示し、角度θ＝６３°では９５％の透過率となる。
このような光学部材１２を透過した透過光１４はＡｕ蒸
着膜付きの可動の偏向用ミラー１９により９０°曲げら
れ、試料１６上に垂直照射される。試料１６は厚さ１．
６ｍｍの石英基板による絶縁性材料１５上に、ＣＶＤ法
により多結晶シリコン薄膜１６ａを３５００Å、ＳｉＯ
2 膜１６ｂを１．５μｍの厚さで積層形成したものであ
る。
【００１８】ここで、ＣＯ2 レーザ光１１に出力変動が
生じた場合、薄膜ポーラライザーからの５％の反射光１
３もそれに応じて変化することになる。この反射光１３
の光強度を例えばペルチェ素子を利用した強度検出器１
７により検出し、その強度が一定となるように薄膜ポー
ラライザー（光学部材１２）の駆動機構２１に対する制
御回路２２にフィードバックをかけ、光学部材１２の角
度を変化させる。同時に、光学部材１２の角度変化に応
じて透過光１４の光路も平行移動してしまうため、偏向
用ミラー１９を平行移動させる駆動機構２０に対する制
御回路２３にもフィードバックがかけられ、試料１６に
対する照射光の照射位置が変動しないように制御され
る。
生じた場合、薄膜ポーラライザーからの５％の反射光１
３もそれに応じて変化することになる。この反射光１３
の光強度を例えばペルチェ素子を利用した強度検出器１
７により検出し、その強度が一定となるように薄膜ポー
ラライザー（光学部材１２）の駆動機構２１に対する制
御回路２２にフィードバックをかけ、光学部材１２の角
度を変化させる。同時に、光学部材１２の角度変化に応
じて透過光１４の光路も平行移動してしまうため、偏向
用ミラー１９を平行移動させる駆動機構２０に対する制
御回路２３にもフィードバックがかけられ、試料１６に
対する照射光の照射位置が変動しないように制御され
る。
【００１９】このようなレーザ光出力制御手段１８を用
いることにより、試料１６に対して照射するレーザ光の
強度変動を±０．１％以下とすることが可能となったも
のである。そこで、レーザ光（透過光１４）を試料１６
に照射し、０．１ｍｍ／ｓの速度で走査させたところ、
サブグレインバンダリーの少ない再結晶化された単結晶
シリコン薄膜を安定して得ることができたものである。
いることにより、試料１６に対して照射するレーザ光の
強度変動を±０．１％以下とすることが可能となったも
のである。そこで、レーザ光（透過光１４）を試料１６
に照射し、０．１ｍｍ／ｓの速度で走査させたところ、
サブグレインバンダリーの少ない再結晶化された単結晶
シリコン薄膜を安定して得ることができたものである。
【００２０】つづいて、本発明の第二の実施例を図４及
び図５により説明する。基本的には、絶縁性材料上に形
成された多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜に
レーザ光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコ
ン薄膜を形成する際の、レーザ光の光出力制御につき、
偏光したレーザ光の偏光面に対するずれ角によって透過
率の異なる光学部材を介在させることにより、所望の光
強度の透過光を得るようにしたものである。
び図５により説明する。基本的には、絶縁性材料上に形
成された多結晶シリコン薄膜又は非晶質シリコン薄膜に
レーザ光を照射して溶融・再結晶化させて単結晶シリコ
ン薄膜を形成する際の、レーザ光の光出力制御につき、
偏光したレーザ光の偏光面に対するずれ角によって透過
率の異なる光学部材を介在させることにより、所望の光
強度の透過光を得るようにしたものである。
【００２１】図４は、偏光面に対するずれ角によって透
過率の異なる光学部材を介して所望の光強度の透過光を
得るようにした単結晶シリコン薄膜形成装置の基本構成
例を示すものである。まず、紙面表裏方向に偏光面を持
つレーザ光２６（レーザ光源としては、前記実施例と同
様、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等
を用いればよい）は、その偏光方向を変化させるλ／２
波長板２７に入射した後、光学部材２８に入射して透過
光２９と反射光３０とに分離される。ここに、反射光３
０が絶縁性材料３１上の試料（多結晶シリコン薄膜又は
非晶質シリコン薄膜）３２に照射される。光学部材２８
は例えば偏光ビームスプリッタによるもので、紙面に垂
直な方向の偏光のみを反射させるものが用いられてい
る。また、λ／２波長板２７は同図(ｂ)に示すようにモ
ータ等の駆動機構（図示せず）により角度を変化させる
ことにより、入射するレーザ光２６の偏光面を傾けるこ
とができる。よって、紙面に垂直な方向からある傾きを
持った偏光は、光学部材２８により紙面に垂直な成分は
反射光３０となって試料２７上に照射され、紙面に平行
な成分は透過光２９となり、強度検出器３３により受光
検知される。
過率の異なる光学部材を介して所望の光強度の透過光を
得るようにした単結晶シリコン薄膜形成装置の基本構成
例を示すものである。まず、紙面表裏方向に偏光面を持
つレーザ光２６（レーザ光源としては、前記実施例と同
様、アルゴンレーザ、炭酸ガスレーザ、ＹＡＧレーザ等
を用いればよい）は、その偏光方向を変化させるλ／２
波長板２７に入射した後、光学部材２８に入射して透過
光２９と反射光３０とに分離される。ここに、反射光３
０が絶縁性材料３１上の試料（多結晶シリコン薄膜又は
非晶質シリコン薄膜）３２に照射される。光学部材２８
は例えば偏光ビームスプリッタによるもので、紙面に垂
直な方向の偏光のみを反射させるものが用いられてい
る。また、λ／２波長板２７は同図(ｂ)に示すようにモ
ータ等の駆動機構（図示せず）により角度を変化させる
ことにより、入射するレーザ光２６の偏光面を傾けるこ
とができる。よって、紙面に垂直な方向からある傾きを
持った偏光は、光学部材２８により紙面に垂直な成分は
反射光３０となって試料２７上に照射され、紙面に平行
な成分は透過光２９となり、強度検出器３３により受光
検知される。
【００２２】従って、λ／２波長板２７を回転させ、レ
ーザ光２６の偏光方向を変化させることにより、光学部
材２８からの反射光３０と透過光２９との割合を変化さ
せることができる。そこで、透過光２９を受光する強度
検出器３３で検出された光強度が一定となるようにλ／
２波長板２７を回転させる駆動機構にフィードバック制
御をかける構成とされている。この時、λ／２波長板２
７の回転角変化が即時に反射光３０の強度変化となるた
め、応答性の高いフィードバック制御が可能であり、十
分安定したレーザ出力を得ることができる。このように
して、本実施例では、光学部材２８、λ／２波長板２７
及びその駆動機構を主体としたレーザ光出力制御手段３
４を設けたものである。
ーザ光２６の偏光方向を変化させることにより、光学部
材２８からの反射光３０と透過光２９との割合を変化さ
せることができる。そこで、透過光２９を受光する強度
検出器３３で検出された光強度が一定となるようにλ／
２波長板２７を回転させる駆動機構にフィードバック制
御をかける構成とされている。この時、λ／２波長板２
７の回転角変化が即時に反射光３０の強度変化となるた
め、応答性の高いフィードバック制御が可能であり、十
分安定したレーザ出力を得ることができる。このように
して、本実施例では、光学部材２８、λ／２波長板２７
及びその駆動機構を主体としたレーザ光出力制御手段３
４を設けたものである。
【００２３】本実施例は、例えば図５に示すように具体
化される。まず、レーザ光２６は紙面表裏方向に偏光面
を持つＡｒレーザ光とされている。このようなレーザ光
２６がλ／２水晶波長板によるλ／２波長板２７に入射
するが、レーザ光２６が透過する際には偏光面が２°傾
くように設置されている。このようなλ／２波長板２７
を透過したレーザ光２６は偏光面が紙面表裏方向に対し
て２°傾いているため、偏光ビームスプリッタによる光
学部材２８に入射すると、紙面に垂直な成分であるレー
ザ光２６の強度の９７％は反射光３０として直交する方
向に反射され、試料３２上に垂直照射される。試料３２
は厚さ１．６ｍｍの石英基板による絶縁性材料３１上
に、ＣＶＤ法により多結晶シリコン薄膜３２ａを３５０
０Å、ＳｉＯ2 膜３２ｂを１．５μｍの厚さで積層形成
したものである。一方、紙面に平行な成分であるレーザ
光２６の残りの３％は透過光２９としてそのまま光学部
材２８を透過し、強度検出器３３に入射する。
化される。まず、レーザ光２６は紙面表裏方向に偏光面
を持つＡｒレーザ光とされている。このようなレーザ光
２６がλ／２水晶波長板によるλ／２波長板２７に入射
するが、レーザ光２６が透過する際には偏光面が２°傾
くように設置されている。このようなλ／２波長板２７
を透過したレーザ光２６は偏光面が紙面表裏方向に対し
て２°傾いているため、偏光ビームスプリッタによる光
学部材２８に入射すると、紙面に垂直な成分であるレー
ザ光２６の強度の９７％は反射光３０として直交する方
向に反射され、試料３２上に垂直照射される。試料３２
は厚さ１．６ｍｍの石英基板による絶縁性材料３１上
に、ＣＶＤ法により多結晶シリコン薄膜３２ａを３５０
０Å、ＳｉＯ2 膜３２ｂを１．５μｍの厚さで積層形成
したものである。一方、紙面に平行な成分であるレーザ
光２６の残りの３％は透過光２９としてそのまま光学部
材２８を透過し、強度検出器３３に入射する。
【００２４】ここで、レーザ光２６に出力変動が生じた
場合、光学部材２８を透過した透過光２９の強度もそれ
に応じて変化することになる。この透過光２９の光強度
を強度検出器３３により検出し、その強度が一定となる
ようにλ／２波長板２７の駆動機構である回転用モータ
３５に対する制御回路３６にフィードバックをかけ、λ
／２波長板２７を回転させ、偏光の傾きを変化させる。
これにより、光学部材２８で分離される反射光３０、透
過光２９の割合が変化し、試料３２に照射されるレーザ
光（反射光３０）の強度を一定に保てるものとなる。
場合、光学部材２８を透過した透過光２９の強度もそれ
に応じて変化することになる。この透過光２９の光強度
を強度検出器３３により検出し、その強度が一定となる
ようにλ／２波長板２７の駆動機構である回転用モータ
３５に対する制御回路３６にフィードバックをかけ、λ
／２波長板２７を回転させ、偏光の傾きを変化させる。
これにより、光学部材２８で分離される反射光３０、透
過光２９の割合が変化し、試料３２に照射されるレーザ
光（反射光３０）の強度を一定に保てるものとなる。
【００２５】このようなレーザ光出力制御手段３４を用
いることにより、試料３２に対して照射するレーザ光の
強度変動を±０．１％以下とすることが可能となったも
のである。そこで、レーザ光（反射光３０）を試料３２
に照射し、０．１ｍｍ／ｓの速度で走査させたところ、
サブグレインバンダリーの少ない再結晶化された単結晶
シリコン薄膜を安定して得ることができたものである。
いることにより、試料３２に対して照射するレーザ光の
強度変動を±０．１％以下とすることが可能となったも
のである。そこで、レーザ光（反射光３０）を試料３２
に照射し、０．１ｍｍ／ｓの速度で走査させたところ、
サブグレインバンダリーの少ない再結晶化された単結晶
シリコン薄膜を安定して得ることができたものである。
【００２６】
【発明の効果】本発明は、上述したように、多結晶シリ
コン薄膜又は非晶質シリコン薄膜に照射するレーザ光を
分割し、かつ、その分割の割合を可変させることにより
光強度を微調制御するようにしたので、レーザ光源自体
の発振状況の変化を要せずに、レーザ光の強度安定化の
ためのフィードバック制御を可能とすることができ、応
答性に優れ、サブグレインバンダリーの少ない単結晶シ
リコン薄膜を安定して形成することができ、そのための
構成としても、分割の割合が可変可能とされてレーザ光
を分割し得る光学部材を有するレーザ光出力制御手段を
設けることにより、容易に達成できるものである。
コン薄膜又は非晶質シリコン薄膜に照射するレーザ光を
分割し、かつ、その分割の割合を可変させることにより
光強度を微調制御するようにしたので、レーザ光源自体
の発振状況の変化を要せずに、レーザ光の強度安定化の
ためのフィードバック制御を可能とすることができ、応
答性に優れ、サブグレインバンダリーの少ない単結晶シ
リコン薄膜を安定して形成することができ、そのための
構成としても、分割の割合が可変可能とされてレーザ光
を分割し得る光学部材を有するレーザ光出力制御手段を
設けることにより、容易に達成できるものである。
【図１】本発明の第一の実施例を示す原理的な光学系構
成図である
成図である
【図２】より具体的な構成を示す光学系構成図である。
【図３】薄膜ポーラライザーのＰ偏光透過率特性を示す
特性図である。
特性図である。
【図４】本発明の第二の実施例を示す原理的な光学系構
成図である
成図である
【図５】より具体的な構成を示す光学系構成図である。
【図６】レーザ光溶融・再結晶化法において過冷却領域
の存在の様子を示す説明図である。
の存在の様子を示す説明図である。
【図７】温度プロファイルとサブグレインバンダリーの
発生形態を模式的に示す説明図である。
発生形態を模式的に示す説明図である。
【図８】従来の光強度制御系の構成を示す光学系構成図
である。
である。
１１，２６ レーザ光 １２，２８ 光学部材 １５，３１ 絶縁性材料 １６ａ，３２ａ 多結晶シリコン薄膜 １８，３４ レーザ光出力制御手段
Claims (2)
- 【請求項１】 絶縁性材料上に形成された多結晶シリコ
ン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ光を照射して溶
融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜を形成するよう
にした単結晶シリコン薄膜形成方法において、前記レー
ザ光を光学部材により分割するとともに、この分割の割
合を可変制御させて所望の光強度のレーザ光を照射する
ようにしたことを特徴とする単結晶シリコン薄膜形成方
法。 - 【請求項２】 絶縁性材料上に形成された多結晶シリコ
ン薄膜又は非晶質シリコン薄膜にレーザ光を照射して溶
融・再結晶化させて単結晶シリコン薄膜を形成するよう
にした単結晶シリコン薄膜形成装置において、分割の割
合が可変とされて前記レーザ光を分割する光学部材を有
するレーザ光出力制御手段を設けたことをことを特徴と
する単結晶シリコン薄膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3925492A JPH05234885A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 単結晶シリコン薄膜形成方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3925492A JPH05234885A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 単結晶シリコン薄膜形成方法及びその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05234885A true JPH05234885A (ja) | 1993-09-10 |
Family
ID=12548009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3925492A Pending JPH05234885A (ja) | 1992-02-26 | 1992-02-26 | 単結晶シリコン薄膜形成方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05234885A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6210996B1 (en) | 1995-01-13 | 2001-04-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser illumination system |
| JP2007049195A (ja) * | 2006-10-24 | 2007-02-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー照射装置 |
| JP2008042055A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Hitachi Displays Ltd | 表示装置の製造方法およびその製造装置 |
-
1992
- 1992-02-26 JP JP3925492A patent/JPH05234885A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6210996B1 (en) | 1995-01-13 | 2001-04-03 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser illumination system |
| US6468842B2 (en) | 1995-01-13 | 2002-10-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser illumination system |
| US6706570B2 (en) | 1995-01-13 | 2004-03-16 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd., | Laser illumination system |
| US6784030B2 (en) | 1995-01-13 | 2004-08-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Laser illumination system |
| US7528079B2 (en) | 1995-01-13 | 2009-05-05 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of changing an energy attenuation factor of a linear light in order to crystallize a semiconductor film |
| JP2008042055A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Hitachi Displays Ltd | 表示装置の製造方法およびその製造装置 |
| JP2007049195A (ja) * | 2006-10-24 | 2007-02-22 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | レーザー照射装置 |
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