JPS5984423A - エネルギ照射装置 - Google Patents
エネルギ照射装置Info
- Publication number
- JPS5984423A JPS5984423A JP57194115A JP19411582A JPS5984423A JP S5984423 A JPS5984423 A JP S5984423A JP 57194115 A JP57194115 A JP 57194115A JP 19411582 A JP19411582 A JP 19411582A JP S5984423 A JPS5984423 A JP S5984423A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- lens
- light
- center
- passing
- output light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P34/00—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices
Landscapes
- Recrystallisation Techniques (AREA)
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。
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
本発明は表面層の改質等に用いる高エネルギビーム照射
、特に半導体基板の単結晶化処理に用いる装置に関する
。
、特に半導体基板の単結晶化処理に用いる装置に関する
。
従来例の構成とその問題点
金属表面の改質例えば焼入、その他、半導体装置におい
ては、薄膜多結晶体の単結晶化などへ適用するためのレ
ーザ照射装置がある。
ては、薄膜多結晶体の単結晶化などへ適用するためのレ
ーザ照射装置がある。
このようなレーザ照射装置では、レーザ光を光学系に導
き、出力光を絞って試料表面に照射するが、そのエネル
ギ 分布１は一般に第１図（ＩＬ）に示すようにガウス
分布をしている。このような出力光で、試料を照射する
と、当然、そのピーク位置２０部分のみが深くしかも高
温に加熱され、その周囲３の部分は余り加熱されない。
き、出力光を絞って試料表面に照射するが、そのエネル
ギ 分布１は一般に第１図（ＩＬ）に示すようにガウス
分布をしている。このような出力光で、試料を照射する
と、当然、そのピーク位置２０部分のみが深くしかも高
温に加熱され、その周囲３の部分は余り加熱されない。
従って、第１図の形状のビームではビームの高温部分の
１１」が狭くなシ、ある面を均等に熱処理しようとする
と、非常に重なりを大きくし、かなシの数の走査を行わ
なければならない。例えば、半導体などのレーザアニー
ルという極端な例では、出力光の径が５０μｍ以上ある
のに、１０〜２０μｍ毎にずらして、即ち、６０〜８０
％の重なりをもって照射しなければならないという欠点
がある。しかも、ピークが大きいため、基板深くまで瞬
時に加熱され、熱歪や欠陥を誘起することが指摘されて
いるしたがって、第２図に示すいわゆる輪状ないしはド
ーナツ状の出力光エネルギ 分布４は、この点で優れて
いることが想像される。すなわち第２図では温度の比較
的高い部分（斜線部分）が広くなシ、広範囲に均一な加
熱を行うことができる、このような第２図に示すエネル
ギ 分布は、レーザ光をガウス分布をもつ多モードから
、単モードにし、ＴＥＭｏ＋やＴ Ｅ Ｍ＋ｏにすれば
得られることがわかっているが、調整が非常に難しい上
にレーザ出力が大［１〕に低下し、たとえば１／／Ｆ５
〜１／１ｏになるという欠点がある。
１１」が狭くなシ、ある面を均等に熱処理しようとする
と、非常に重なりを大きくし、かなシの数の走査を行わ
なければならない。例えば、半導体などのレーザアニー
ルという極端な例では、出力光の径が５０μｍ以上ある
のに、１０〜２０μｍ毎にずらして、即ち、６０〜８０
％の重なりをもって照射しなければならないという欠点
がある。しかも、ピークが大きいため、基板深くまで瞬
時に加熱され、熱歪や欠陥を誘起することが指摘されて
いるしたがって、第２図に示すいわゆる輪状ないしはド
ーナツ状の出力光エネルギ 分布４は、この点で優れて
いることが想像される。すなわち第２図では温度の比較
的高い部分（斜線部分）が広くなシ、広範囲に均一な加
熱を行うことができる、このような第２図に示すエネル
ギ 分布は、レーザ光をガウス分布をもつ多モードから
、単モードにし、ＴＥＭｏ＋やＴ Ｅ Ｍ＋ｏにすれば
得られることがわかっているが、調整が非常に難しい上
にレーザ出力が大［１〕に低下し、たとえば１／／Ｆ５
〜１／１ｏになるという欠点がある。
発明の目的
本発明は、レーザ等の照射エネルギ 出力の低下をきた
さず、即ち、多モードレーザ等においても、ＩＪ広い、
エネルギ分布の均等な出力光を実現し、基板深くに熱歪
を加えず、巾広い照射を行わしめる光エネルギ 照射装
置を提供するものである。
さず、即ち、多モードレーザ等においても、ＩＪ広い、
エネルギ分布の均等な出力光を実現し、基板深くに熱歪
を加えず、巾広い照射を行わしめる光エネルギ 照射装
置を提供するものである。
発明の構成
本発明は、中心部に凹部ないしは凸部を設けた光学レン
ズを用い、この光学レンズを通過する光のうち、中心部
附近を通過する光を周辺を通過する光よりも相対的にレ
ンズ外側へ大きく屈折させて、いわば光学系を出る光束
の中心部のエネルギ密度を低下させて、目的物に光学レ
ンズの通過光を照射するもので、さらにカマボコ型レン
ズを通過させて光エネルギ 分布を一方向に圧縮し長円
状にするものである。
ズを用い、この光学レンズを通過する光のうち、中心部
附近を通過する光を周辺を通過する光よりも相対的にレ
ンズ外側へ大きく屈折させて、いわば光学系を出る光束
の中心部のエネルギ密度を低下させて、目的物に光学レ
ンズの通過光を照射するもので、さらにカマボコ型レン
ズを通過させて光エネルギ 分布を一方向に圧縮し長円
状にするものである。
実施例の説明
本発明は、光学系の途中に特殊な光学レンズを設けるこ
とによって達成される。すなわち、本発明に用いる光学
レンズは、たとえば第３図又は第４図に示すごとく光学
レンズ１１中の中心部に凹部１２ないし凸部１３を設け
、中心部分を通過する光１４を相対的にレンズ外側へよ
シ大きく屈折させることによって、中心部に集中してい
るエネルギー強度を周辺に分散させ、こうしたレンズ１
１を通過した光を通常の凸レンズ（群）などで焦点にあ
つめることによって、第２図に示すような輪状の出力光
エネルギ分布を有した出力光を得る。
とによって達成される。すなわち、本発明に用いる光学
レンズは、たとえば第３図又は第４図に示すごとく光学
レンズ１１中の中心部に凹部１２ないし凸部１３を設け
、中心部分を通過する光１４を相対的にレンズ外側へよ
シ大きく屈折させることによって、中心部に集中してい
るエネルギー強度を周辺に分散させ、こうしたレンズ１
１を通過した光を通常の凸レンズ（群）などで焦点にあ
つめることによって、第２図に示すような輪状の出力光
エネルギ分布を有した出力光を得る。
この特殊な光学レンズ１４は、第３，４図に示すもの以
外に第５図に示すように両面とも円錐状になっていても
よく、又、第６図に示すように弧状に円錐のすそが引い
ていてもよい。要はレンズ中心部の光が通常の凹又は凸
レンズ等に、比べてより外側へ屈折されるようになって
おり、焦点を結ばなければ良い。又、曲面でなくとも、
五角錐などのように平面で構成されても同様の効果があ
る。
外に第５図に示すように両面とも円錐状になっていても
よく、又、第６図に示すように弧状に円錐のすそが引い
ていてもよい。要はレンズ中心部の光が通常の凹又は凸
レンズ等に、比べてより外側へ屈折されるようになって
おり、焦点を結ばなければ良い。又、曲面でなくとも、
五角錐などのように平面で構成されても同様の効果があ
る。
又、第７図に示すような特殊な凸レンズであれば（凹部
は極端に強調しである）、一枚で、その焦点附近に第２
図で示すような光エネルギ分布を有した出力光を得られ
る。
は極端に強調しである）、一枚で、その焦点附近に第２
図で示すような光エネルギ分布を有した出力光を得られ
る。
さらに、第５，６図に例示した特殊な光学レンズ１１に
、カマボコ型のレンズ１５を第８図に示すように組み合
わせれば、その合成焦点１６の近傍には、第１図に示す
ようなガウス分布ではなく一方向に圧縮された長円状で
しかも平旦な第９図に示すような熱処理に好ましい出力
光エネルギ分布１７を実現できる。すなわち、このよう
な長円状でしかも比較的均一なエネルギ 分布を有する
レーザー光で矢印１８の方向に走査すれば効率よくエネ
ルギー照射を目的物に行うことができる。
、カマボコ型のレンズ１５を第８図に示すように組み合
わせれば、その合成焦点１６の近傍には、第１図に示す
ようなガウス分布ではなく一方向に圧縮された長円状で
しかも平旦な第９図に示すような熱処理に好ましい出力
光エネルギ分布１７を実現できる。すなわち、このよう
な長円状でしかも比較的均一なエネルギ 分布を有する
レーザー光で矢印１８の方向に走査すれば効率よくエネ
ルギー照射を目的物に行うことができる。
なお、第８図に示す合成焦点１６はレンズ１１を凹部１
２のないものとしたときの破線の通過光による元の焦点
１９の近傍にある方が望ましい。なお、第８図のレンズ
１５の右側の図は側面を示したものでカマボコ状である
ことを示している。
２のないものとしたときの破線の通過光による元の焦点
１９の近傍にある方が望ましい。なお、第８図のレンズ
１５の右側の図は側面を示したものでカマボコ状である
ことを示している。
本発明の効果を、条件の厳しい半導体素子に適用した結
果でもって説明する。
果でもって説明する。
シリコン基板の上に非常に厚い熱酸化膜２μｍを形成し
、さらにその上にＬＰ（減圧）ＣＶＤ法によって多結晶
シリコンを０．５μｍ形成した。
、さらにその上にＬＰ（減圧）ＣＶＤ法によって多結晶
シリコンを０．５μｍ形成した。
通常この多結晶シリコンを第１０図に示す従来のレーザ
ー光照射装置にてアニールして単結晶化あるいは大結晶
粒化する。第１０図において、レーザ発生装置２１のレ
ーザ光２２は、拡大器２３で１０倍に拡げられ、鏡２４
で直角に曲げ、最終レンズ（焦点距離５Ｑｍの通常の凸
レンズ）２５で絞り、試料（前記多結晶シリコンの形成
された基板）２６上にあてる。
ー光照射装置にてアニールして単結晶化あるいは大結晶
粒化する。第１０図において、レーザ発生装置２１のレ
ーザ光２２は、拡大器２３で１０倍に拡げられ、鏡２４
で直角に曲げ、最終レンズ（焦点距離５Ｑｍの通常の凸
レンズ）２５で絞り、試料（前記多結晶シリコンの形成
された基板）２６上にあてる。
この従来の装置を用い、レーザ出力ｓＷ、走査速度１ｏ
ｏｗｔｒ、／Ｓ、基板温度３００°Ｃで、約２０μｍ巾
の多結晶シリコンが融解し、大結晶化した。
ｏｗｔｒ、／Ｓ、基板温度３００°Ｃで、約２０μｍ巾
の多結晶シリコンが融解し、大結晶化した。
全面をさらに大結晶粒化するためには、走査の重ねを大
きくし、横方向へ６μｍの小さなピッチで送らなければ
ならなかった。次にレーザ照射後の基板を割った所、通
常の臂開が生ぜず、貝から状に割れ、大きな歪があるこ
とが分った。断面を研磨し、蝕刻した所、無数の欠陥が
、レーザ光のピークに対応して、深さ５μｍにまで及ん
でいるのズ１１を第１０図の一点鎖線部分に挿入した所
、同条件でありながら融解巾は約８０μｍと増加した。
きくし、横方向へ６μｍの小さなピッチで送らなければ
ならなかった。次にレーザ照射後の基板を割った所、通
常の臂開が生ぜず、貝から状に割れ、大きな歪があるこ
とが分った。断面を研磨し、蝕刻した所、無数の欠陥が
、レーザ光のピークに対応して、深さ５μｍにまで及ん
でいるのズ１１を第１０図の一点鎖線部分に挿入した所
、同条件でありながら融解巾は約８０μｍと増加した。
従って、ピッチも４０μｍと非電に大きくとれ、従来法
に比べて走査能率が４〜８倍改善され ４だ。しかも
、基板には熱歪が見られず、前述のような欠陥は全く認
められなかった。
に比べて走査能率が４〜８倍改善され ４だ。しかも
、基板には熱歪が見られず、前述のような欠陥は全く認
められなかった。
次に第１１図に示すように特殊レンズ１１とカマボコ型
レンズ１５を凸レンズ２５のあとに組み入れ、長円状の
強度を有する第９図の出力光を形成した。この第１１図
の構成を用いて同様の実験をした所、融解巾は約１７０
μｍとさらに広くでき、従ってピッチも約１００μｍと
非常に改善された。そして基板に対する熱影響は全く認
められなかった。さらにカマボコ型のレンズを二枚直角
に組み合わせることによって、出力光の巾や長さを自由
に調整できることも明らかとなった。
レンズ１５を凸レンズ２５のあとに組み入れ、長円状の
強度を有する第９図の出力光を形成した。この第１１図
の構成を用いて同様の実験をした所、融解巾は約１７０
μｍとさらに広くでき、従ってピッチも約１００μｍと
非常に改善された。そして基板に対する熱影響は全く認
められなかった。さらにカマボコ型のレンズを二枚直角
に組み合わせることによって、出力光の巾や長さを自由
に調整できることも明らかとなった。
発明の効果
以上の説明でも明らかなように、本発明によればレーザ
出力の低下を招くことなく、又、基板に熱損傷を形成す
ることのないビーム巾の広いエネルギ照射装置を得るこ
とができる。なお、本発明はシリコンに限らず、全ての
表面処理に適用し得ることは明白である。
出力の低下を招くことなく、又、基板に熱損傷を形成す
ることのないビーム巾の広いエネルギ照射装置を得るこ
とができる。なお、本発明はシリコンに限らず、全ての
表面処理に適用し得ることは明白である。
第１図ａ、 ｂはレーザ出力光エネルギ分布の正面分
布図、平面分布図、第２図ａ・ ｂは本発明のレンズに
より作成されるエネルギ 分布の正面分布。＋ ”ｌ’
ｍｌ ５’ｆ 、−Ｗ’ｙ Ａ町。エア□１カ、ヵ、
６特殊光学レンズを示す図、第８図はカマポコ型レンズ
を用いた時のレーザ光路及びその出力光の照射状態を示
す図、第９図ａ、 ｂはカマボコ型レンズを用いた時
のエネルギ 分布の正面分布図、平面分布図、第１０図
は従来のレーザ照射装置の概略図、第１１図は本発明を
適用したレーザ照射装置の部分概略図である。 ４．１７・・・・・エネルギ 分布、１１・・・・・特
殊レンズ、１４・・・・・・中心部分の通過光、１５・
・・・・・カマボコ型レンズ、２６・・・・・試料。 代即人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図
布図、平面分布図、第２図ａ・ ｂは本発明のレンズに
より作成されるエネルギ 分布の正面分布。＋ ”ｌ’
ｍｌ ５’ｆ 、−Ｗ’ｙ Ａ町。エア□１カ、ヵ、
６特殊光学レンズを示す図、第８図はカマポコ型レンズ
を用いた時のレーザ光路及びその出力光の照射状態を示
す図、第９図ａ、 ｂはカマボコ型レンズを用いた時
のエネルギ 分布の正面分布図、平面分布図、第１０図
は従来のレーザ照射装置の概略図、第１１図は本発明を
適用したレーザ照射装置の部分概略図である。 ４．１７・・・・・エネルギ 分布、１１・・・・・特
殊レンズ、１４・・・・・・中心部分の通過光、１５・
・・・・・カマボコ型レンズ、２６・・・・・試料。 代即人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図
Claims (2)
- （１）光学レンズ中心部に凹部ないしは凸部を設け、前
記光学レンズを通過する光のうち前記中心部附近の光を
周辺の光に対して相対的にレンズ外側へよ多大きく屈折
させて前記光学レンズの通過光を目的物に照射すること
を特徴とするエネルギ照射装置。 - （２）光学レンズ中心部に凹部ないしは凸部を設け、前
記中心部附近の光を周辺の光に対して相対的にレンズ外
側へより大きく屈折させ、さらにカマボコ型レンズを通
すことにより、光エネルギ分布を一方向に圧縮し長円状
にすることを特徴とする光エネルギ照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57194115A JPS5984423A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | エネルギ照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57194115A JPS5984423A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | エネルギ照射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5984423A true JPS5984423A (ja) | 1984-05-16 |
Family
ID=16319167
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57194115A Pending JPS5984423A (ja) | 1982-11-04 | 1982-11-04 | エネルギ照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5984423A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59151421A (ja) * | 1983-02-17 | 1984-08-29 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザアニ−ル装置 |
| JPS6199323A (ja) * | 1984-10-19 | 1986-05-17 | Sharp Corp | 単結晶薄膜の製造装置 |
| JPS6247115A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS6266617A (ja) * | 1985-09-19 | 1987-03-26 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザ光照射装置 |
| EP0987577A3 (en) * | 1998-09-14 | 2001-07-04 | Fujitsu Limited | Light intensity distribution converting device and optical data storage apparatus |
| JP2013162010A (ja) * | 2012-02-07 | 2013-08-19 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 熱処理装置 |
-
1982
- 1982-11-04 JP JP57194115A patent/JPS5984423A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59151421A (ja) * | 1983-02-17 | 1984-08-29 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザアニ−ル装置 |
| JPS6199323A (ja) * | 1984-10-19 | 1986-05-17 | Sharp Corp | 単結晶薄膜の製造装置 |
| JPS6247115A (ja) * | 1985-08-26 | 1987-02-28 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JPS6266617A (ja) * | 1985-09-19 | 1987-03-26 | Agency Of Ind Science & Technol | レ−ザ光照射装置 |
| EP0987577A3 (en) * | 1998-09-14 | 2001-07-04 | Fujitsu Limited | Light intensity distribution converting device and optical data storage apparatus |
| EP1321795A3 (en) * | 1998-09-14 | 2004-01-07 | Fujitsu Limited | Light intensity distribution converting device and optical data storage apparatus |
| EP1569024A1 (en) * | 1998-09-14 | 2005-08-31 | Fujitsu Limited | Light intensity distribution converting device and optical data storage apparatus |
| JP2013162010A (ja) * | 2012-02-07 | 2013-08-19 | Dainippon Screen Mfg Co Ltd | 熱処理装置 |
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