JP2006344844A - Laser processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はレーザ処理装置に関し、特には薄膜半導体装置の製造において半導体薄膜のアニール処理に好適に用いられるレーザ処理装置に関する。 The present invention relates to a laser processing apparatus, and more particularly to a laser processing apparatus suitably used for annealing a semiconductor thin film in the manufacture of a thin film semiconductor device.
液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置のようなフラット型表示装置においては、複数画素のアクティブマトリックス表示を行うためのスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（thin film transistor：ＴＦＴ）が用いられている。薄膜トランジスタには、多結晶シリコン（poly-Si）あるいは微結晶シリコン（μc-Si）などを活性領域に用いたＴＦＴ（多結晶シリコンＴＦＴ）と、非晶質シリコン（アモルファスＳｉ）を活性領域に用いたＴＦＴ（非晶質シリコンＴＦＴ）とがある。このうち、多結晶シリコンＴＦＴは、非晶質シリコンＴＦＴと比較してキャリアの移動度が１０倍から１００倍程度大きいという特徴があり、スイッチング素子の構成材料として非常に優れた特性を有している。したがって、上述したフラット型表示装置において、表示画像の高精細化とともに、システムオンパネルと呼ばれる様なディスプレイ基板上に様々な機能や回路を持たせて高機能化を図るためには、スイッチング素子として多結晶シリコンＴＦＴを用いることが必須の技術となっている。 In a flat display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device, a thin film transistor (TFT) is used as a switching element for performing an active matrix display of a plurality of pixels. For thin film transistors, TFTs using polycrystalline silicon (poly-Si) or microcrystalline silicon (μc-Si) in the active region (polycrystalline silicon TFTs) and amorphous silicon (amorphous Si) are used in the active region. TFT (amorphous silicon TFT). Among these, the polycrystalline silicon TFT has a feature that the carrier mobility is about 10 to 100 times larger than that of the amorphous silicon TFT, and has a very excellent characteristic as a constituent material of the switching element. Yes. Therefore, in the flat type display device described above, in order to achieve high functionality by providing various functions and circuits on a display substrate called a system-on-panel as well as high-definition of a display image, as a switching element The use of polycrystalline silicon TFTs has become an essential technology.
以上のような多結晶シリコンＴＦＴの製造技術としては、おおむね６００℃以下の低温プロセスのみを用いる、いわゆる低温ポリシリコンプロセスが開発され、実用化されている。低温ポリシリコンプロセスを用いることにより、基板として石英、単結晶シリコンなどの高耐熱性ではあるが高価な基板を用いる必要がなくなり、抵コストで高精細なフラット型表示装置が実現されるのである。 As a manufacturing technique of the polycrystalline silicon TFT as described above, a so-called low temperature polysilicon process using only a low temperature process of approximately 600 ° C. or less has been developed and put into practical use. By using a low-temperature polysilicon process, it is not necessary to use a high heat-resistant but expensive substrate such as quartz or single crystal silicon, and a flat display device with high definition can be realized at low cost.
ここで、低温ポリシリコンプロセスにおいては、先ず、プラズマ分解のＣＶＤ法によって半導体薄膜を成膜する。このようにして成膜された半導体薄膜には水素が含有されるため、次の工程では４５０℃以上の温度での数時間の加熱により、半導体薄膜中に含有された水素を放出する脱水素アニールを行う。その後、半導体薄膜の結晶化のためにエキシマレーザ光の照射によるレーザアニールを行う。この際、大型の基板に対しては、長尺の線状に成形したレーザ光の照射領域をずらしながら、各照射位置に対して複数回のパルス照射を行うことにより、基板の全面において均一なエネルギーでのレーザ光の照射を行い結晶粒径の均一化を図っている（以上、下記特許文献１参照）。 Here, in the low-temperature polysilicon process, first, a semiconductor thin film is formed by a plasma decomposition CVD method. Since the semiconductor thin film thus formed contains hydrogen, in the next step, dehydrogenation annealing is performed in which hydrogen contained in the semiconductor thin film is released by heating at a temperature of 450 ° C. or higher for several hours. I do. Thereafter, laser annealing by excimer laser light irradiation is performed for crystallization of the semiconductor thin film. At this time, for a large substrate, the irradiation area of the laser beam formed into a long linear shape is shifted, and a plurality of pulse irradiations are performed on each irradiation position, so that the entire surface of the substrate is uniform. A laser beam is irradiated with energy to make the crystal grain size uniform (see Patent Document 1 below).
ところで、上述したレーザアニールに用いられるレーザ処理装置のレーザ光源として、従来用いられているエキシマレーザ光源は、出力安定性に欠け、非常に扱い難いデバイスである。そのため、出力安定性の観点から、レーザ光のエネルギーが安定であり、かつ寿命が長い、紫外光領域の固体レーザ光源や半導体レーザ光源を用いるのが望ましいと考えられる。 By the way, the excimer laser light source conventionally used as the laser light source of the laser processing apparatus used for the laser annealing described above is a device that lacks output stability and is very difficult to handle. Therefore, from the viewpoint of output stability, it is desirable to use a solid-state laser light source or a semiconductor laser light source in the ultraviolet region, in which the energy of the laser light is stable and has a long lifetime.
しかしながら、固体レーザ光源や半導体レーザ光源を用いたレーザ処理装置では、１つの光源のみでは充分なパワーを得ることが困難である。そこで、複数の光源から出射されたレーザ光を合成して、照射領域が広くかつ必要な照射エネルギー密度が得られるに足るレーザ光を生成することが考えられる。ただし、上述したポリシリコン膜を製造する場合には、光束径内の強度分布が均一となっているレーザ光によりレーザアニールをしなければ、結晶粒径にばらつきが生じ薄膜トランジスタの特性が悪化してしまう。そのため、複数の光源から出射されたレーザ光を合成する際には、照射領域内の強度分布を均一化する必要もある。これらの要請に応える装置例として、レーザ光を発する光源を２つ備える２ビーム構成のものが開示されている。そして、基板を載置したステージの駆動により、基板をＸ−Ｙ方向に移動させつつ、これに同期させて基板の表面にレーザ光をパルス照射する（下記特許文献２参照）。
However, in a laser processing apparatus using a solid laser light source or a semiconductor laser light source, it is difficult to obtain sufficient power with only one light source. In view of this, it is conceivable to combine laser beams emitted from a plurality of light sources to generate a laser beam that has a wide irradiation region and is capable of obtaining a necessary irradiation energy density. However, in the case of manufacturing the above-described polysilicon film, if laser annealing is not performed with laser light having a uniform intensity distribution within the beam diameter, the crystal grain size will vary and the characteristics of the thin film transistor will deteriorate. End up. For this reason, when combining laser beams emitted from a plurality of light sources, it is also necessary to make the intensity distribution in the irradiation region uniform. As an example of an apparatus that meets these demands, a two-beam configuration including two light sources that emit laser light is disclosed. Then, by driving the stage on which the substrate is mounted, the substrate is moved in the XY direction, and the surface of the substrate is pulsed with laser light in synchronization with this (see
ところが、上述した構成に代表されるレーザアニール用のレーザ処理装置のいずれも、より広い範囲に均等にレーザ光を照射することを目的とし、基板のステップ移動に同期させてレーザ光をパルス照射する構成である。そして、このような装置を用いたアニールでは、上述したように、長尺の線状に成形したレーザ光の照射領域をずらしながら、各照射位置に対して複数回のパルス照射を行う、と言った処理が行われる。したがって、例えば表示装置の駆動基板用に配列された素子の一部をアニールするようなプロセスにおいては、照射しているエネルギーの殆どは使用されない領域にエネルギーを費やしており無駄が多い。 However, any of the laser processing apparatuses for laser annealing typified by the above-described configuration aims to irradiate the laser beam uniformly over a wider range, and irradiates the laser beam in pulses in synchronization with the step movement of the substrate. It is a configuration. Then, in the annealing using such an apparatus, as described above, a plurality of pulse irradiations are performed on each irradiation position while shifting the irradiation region of the laser beam formed into a long linear shape. Processing is performed. Therefore, for example, in the process of annealing a part of the elements arranged for the drive substrate of the display device, most of the irradiating energy is expended in a region where it is not used, which is wasteful.
近年、フラット型表示装置の製造においては、ガラス基板に換えて、取り扱いが容易なプラスチック基板を用いるプロセスが検討されている。特に、フレキシブルに屈曲するプラスチック基板を用いることで、ロール・ツー・ロールでのプロセスが可能となるため、設備費用の削減において大きなメリットが期待できる。しかしながら、上述したような広範囲にレーザ光を照射する構成では、基板に対する熱的負荷が大きく、プラスチック基板を用いたプロセスへの適用に適しているとは言い難い。 In recent years, in the manufacture of flat display devices, a process using a plastic substrate that is easy to handle instead of a glass substrate has been studied. In particular, by using a plastic substrate that bends flexibly, a roll-to-roll process becomes possible, and a great merit can be expected in reducing equipment costs. However, the configuration in which laser light is irradiated over a wide range as described above has a large thermal load on the substrate, and is not suitable for application to a process using a plastic substrate.
そこで本発明は、基板への熱的負荷を小さく抑えた半導体薄膜のアニール処理に好適に用いることが可能なレーザ処理装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that can be suitably used for annealing a semiconductor thin film with a small thermal load on the substrate.
このような目的を達成するための本発明のレーザ処理装置は、処理対象となる基板を載置するステージを備えている。また、ステージ上に載置された基板表面に対して法線方向からレーザ光を照射する光源部を備えている。そして、光源部から照射されたレーザ光の光路上には、ステージ上に載置された基板表面の法線方向を軸方向として対物レンズが配置されている。またさらに、対物レンズをその軸に対して垂直方向に移動させることにより、ステージ上に載置された基板に対して当該レーザ光を走査させる走査制御部を備えている。 In order to achieve such an object, a laser processing apparatus of the present invention includes a stage on which a substrate to be processed is placed. Moreover, the light source part which irradiates a laser beam from the normal line direction with respect to the substrate surface mounted on the stage is provided. An objective lens is arranged on the optical path of the laser light emitted from the light source unit with the normal direction of the substrate surface placed on the stage as the axial direction. Furthermore, a scanning control unit is provided for scanning the laser beam on the substrate placed on the stage by moving the objective lens in a direction perpendicular to the axis thereof.
このような構成のレーザ処理装置では、ステージ上に載置された基板に対して対物レンズを移動させることによってレーザ光を走査させる走査制御部を設けている。このため、ステージの駆動によってレーザ光の照射位置を走査させる場合と比較して、基板に対してレーザ光を高速度で走査することができる。これにより例えば、０．１ｍ／秒を越える高速で基板に対してレーザ光を走査させながら、当該基板に対してレーザ光の照射が行われるようになる。そして、基板に対するレーザ光の移動速度によって、当該基板に対する熱的負荷を軽減させると言ったアニール工程を行うことができる。また、このようなレーザ光の照射を基板に対する必要部分のみに選択的に行うことにより、さらに基板に対する熱的負荷が軽減される。 In the laser processing apparatus having such a configuration, a scanning control unit that scans the laser beam by moving the objective lens with respect to the substrate placed on the stage is provided. For this reason, compared with the case where the irradiation position of a laser beam is scanned by the drive of a stage, a laser beam can be scanned with respect to a board | substrate at high speed. As a result, for example, the substrate is irradiated with the laser beam while scanning the substrate with the laser beam at a high speed exceeding 0.1 m / second. And the annealing process said to reduce the thermal load with respect to the said board | substrate with the moving speed of the laser beam with respect to a board | substrate can be performed. Moreover, the thermal load on the substrate is further reduced by selectively performing such laser light irradiation only on a necessary portion of the substrate.
そして特に、このレーザ処理装置に設けられた走査制御部は、レーザ光の光軸に対して垂直方向に対物レンズを移動させるものであるため、レーザ光の光軸を一定方向に保った状態で当該レーザ光の走査が行われる。したがって、収差のない、すなわち一定のエネルギーでのレーザ光照射による処理が行われる。 In particular, the scanning control unit provided in the laser processing apparatus moves the objective lens in the direction perpendicular to the optical axis of the laser beam, so that the optical axis of the laser beam is maintained in a constant direction. The laser beam is scanned. Therefore, processing by irradiation with laser light with no aberration, that is, constant energy is performed.
以上説明したように本発明によれば、レーザ光の移動速度を高速で調整することによって、当該基板に対する熱的負荷を軽減させたアニール工程を行うことが可能になる。したがって、例えば基板上の半導体薄膜を結晶化するためのアニール処理において、さらに耐熱性の低いプラスチック基板等を用いることが可能になる。この結果、例えば薄膜半導体装置の製造工程において、ロール・ツー・ロールでの設備費用を抑えた量産プロセスを実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to perform an annealing process in which the thermal load on the substrate is reduced by adjusting the moving speed of the laser light at a high speed. Therefore, for example, in an annealing process for crystallizing a semiconductor thin film on a substrate, it is possible to use a plastic substrate having lower heat resistance. As a result, for example, in the manufacturing process of the thin film semiconductor device, it is possible to realize a mass production process with reduced roll-to-roll facility costs.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで説明する実施形態のレーザ処理装置は、いわゆる半導体薄膜の結晶化活性化等の工程において、基板上に形成されたシリコンやゲルマニウム等の非晶質半導体膜を結晶化、活性化するために用いられる装置である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The laser processing apparatus of the embodiment described here is for crystallizing and activating an amorphous semiconductor film such as silicon or germanium formed on a substrate in a process such as crystallization activation of a semiconductor thin film. The device used.
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態のレーザ処理装置を示す構成図である。この図に示すレーザ処理装置は、処理対象となる基板を載置するステージ１、および処理に用いるレーザ光Ｌｈを照射するための光源部２を備えている。また、ステージ１と光源部２との間には、対物レンズ３が設けられ、この対物レンズ３にはレーザ光Ｌｈを走査するための走査制御部４が設けられている。またこのレーザ処理装置には、検査光ｆｈを照射するための検査光源部６、フォーカス制御部７、および位置制御部８が備えられている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the laser processing apparatus of the first embodiment. The laser processing apparatus shown in this figure includes a stage 1 on which a substrate to be processed is placed, and a
このうち、ステージ１は、当該ステージ１上に載置した基板Ｗを水平に保ち、その水平面内におけるＸ−Ｙ方向に基板Ｗを自在に移動・走査させることが可能なスライダを設けた構成となっている。ここで、このステージ１上に載置される基板Ｗが可とう性を有してフレキシブルに屈曲する場合、ステージ１はその端部にロール・ツー・ロールの基板巻き取り機構を設け、基板Ｗを走査させる一方向（例えば±Ｙ方向）に基板Ｗを巻き取り自在に構成されたものであっても良い。尚、図面上においては、Ｙ方向を図面上の奥行き方向としている。 Of these, the stage 1 is provided with a slider that can keep the substrate W placed on the stage 1 horizontal, and can move and scan the substrate W freely in the XY directions in the horizontal plane. It has become. Here, when the substrate W placed on the stage 1 has flexibility and bends flexibly, the stage 1 is provided with a roll-to-roll substrate winding mechanism at the end thereof, and the substrate W The substrate W may be configured to be wound up in one direction (for example, ± Y direction) for scanning the substrate. In the drawing, the Y direction is the depth direction on the drawing.
そして、光源部２には、半導体レーザ発振器２ａが設けられている。半導体レーザ発振器２ａとしては、このレーザ処理装置を用いてどのような処理を行うかによって適切な波長のレーザ光Ｌｈを発振するものが選択される。例えば、このレーザ処理装置を非晶質シリコンからなる半導体薄膜の結晶化および活性化に用いる場合、発振波長が３５０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長を含む、ＧａおよびＮを含む化合物半導体レーザ発振器が用いられる。この他にも、酸化亜鉛やＺｎ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓなど、いわゆるＩＩ−ＶＩ族半導体材料を活性層主成分とする半導体レーザ共振器、またはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ及びＰなど、いわゆるＩＩＩ−Ｖ族半導体を活性層主成分とするレーザ共振器と擬似位相整合やチェレンコフ光放出などを用いた第二高調波とを組み合わせたレーザ共振器を用いることもできる。特に、結晶化及び活性化に必要なハイパワー（例えば連続照射で定格４０ｍＷ以上）のＧａＮ系化合物半導レーザ発振器が好適に用いられる。
The
また、この光源部２は、半導体レーザ発振器２ａから発振されたレーザ光Ｌｈの光路上に複数の部材を配置してなり、ステージ１上に配置された基板Ｗの表面に対してその法線方向からレーザ光Ｌｈが照射されるように構成されている。このような光源部２の構成を、レーザ光Ｌｈの光路順に沿って説明する。
The
すなわち、半導体レーザ発振器２ａから発振されたレーザ光Ｌｈは、大きな広がり角で広がる。このため、半導体レーザ発振器２ａの後段には、開口数ＮＡの大きなコリメータレンズ２ｂが配置され、レーザ光Ｌｈはコリメータレンズ２ｂに入射して平行光とされる。また、半導体レーザ発振器２ａから発振されたレーザ光Ｌｈは、半導体レーザの結晶成長方向とこれに平行な方向とで広がり角が異なるため、コリメータレンズ２ｂで平行光とされた状態でビーム形状が楕円となっている。このため、コリメータレンズ２ｂの後段には、２枚のプリズムを組み合わせたアナモルフィックプリズム２ｃが配置され、レーザ光Ｌｈはアナモルフィックプリズム２ｃに入射してビーム形状が円形ビームに変換される。
That is, the laser beam Lh oscillated from the
そして、アナモルフィックプリズム２ｃの後段には、Ｐ波の透過率Ｔp＝１００％、Ｓ波の反射率Ｒs＝１００％となるように設計された偏光ビームスプリッタ２ｄが配置されている。ここで、紙面に対して平行な面を屈折面としたときに、予め半導体レーザ発振器２ａから発振されるレーザ光Ｌｈの方位を紙面に平行な方向に偏光するように設置しておくこととする。これにより、円形ビームに変換されたレーザ光Ｌｈ（例えば波長４０５ｎｍ）が、偏光ビームスプリッタ２ｄを透過する構成となっている。
A
そして、偏光ビームスプリッタ２ｄの後段にはλ／４板２ｅが配置され、このλ／４板２ｅを通過することでレーザ光Ｌｈが円偏光となる。さらに、λ／４板２ｅの後段には、ダイクロイックプリズム２ｆが配置され、このダイクロイックプリズム２ｆによって、ステージ１上に配置された基板Ｗの表面に対してその法線方向からレーザ光Ｌｈが照射される構成となっている。
A λ / 4
尚、基板Ｗで反射したレーザ光Ｌｈは、さらにダイクロイックプリズム２ｆで反射してλ／４板２ｅに入射される。そして、このλ／４板２ｅにおいて入射時とは直交した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ２ｄで反射して、ビームダンパー２ｇにより吸収される。このような光路により、半導体レーザ発振器２ａに戻る光を最小にすることができ、レーザ発振が安定に保たれる構成となっている。
The laser beam Lh reflected by the substrate W is further reflected by the
そして、以上のような構成の光源部２とステージ１との間に配置された対物レンズ３は、ステージ１上に載置された基板Ｗ表面の法線方向を軸方向（レンズ軸方向）とした状態で、光源部２からステージ１に向けって照射されるレーザ光Ｌｈの光路上に配置されている。
And the objective lens 3 arrange | positioned between the
この対物レンズ３は、ガラスあるいは樹脂で形成されており、レーザ光Ｌｈ（例えば波長４０５ｎｍ）、および次に説明する検査光（例えば波長８３０ｎｍ）に対して色収差補正されていることが望ましい。また、複数の組合せレンズと比較し、焦点のサイズを小さくしようとした場合に収差を小さくするための設計が容易であり、また安価である。 The objective lens 3 is preferably made of glass or resin, and is preferably corrected for chromatic aberration with respect to laser light Lh (for example, wavelength 405 nm) and inspection light (for example, wavelength 830 nm) described below. In addition, compared with a plurality of combination lenses, the design for reducing the aberration when the focal spot size is to be reduced is easy and inexpensive.
そして特に、この対物レンズ３は、ここでの図示を省略した二軸アクチェータに搭載された状態で設けられていることとる。これにより、対物レンズ３は、次に説明する走査制御部４外部からの駆動信号により、レンズ軸（光軸）方向とこれに垂直な方向との２軸方向に動くように構成されている。尚、二軸アクチェータは、ボイスコイルやピエゾアクチュエーター等で良く、その形態が制限されることはない。 In particular, it is assumed that the objective lens 3 is provided in a state of being mounted on a biaxial actuator not shown here. Thereby, the objective lens 3 is configured to move in two axial directions, that is, a lens axis (optical axis) direction and a direction perpendicular to the lens axis (optical axis) direction by a drive signal from the outside of the scanning control unit 4 described below. The biaxial actuator may be a voice coil, a piezo actuator, or the like, and its form is not limited.
そして、このような対物レンズ３に設けられた走査制御部４は、対物レンズ３が搭載されている二軸アクチェータの駆動を制御する二軸デバイスドライバー（走査制御部）４として設けられている。この二軸デバイスドライバー（走査制御部）４は、以降に説明するフォーカス制御部７、および位置制御部８の一部を兼ねるものでもある。 The scanning control unit 4 provided in the objective lens 3 is provided as a biaxial device driver (scanning control unit) 4 that controls driving of the biaxial actuator on which the objective lens 3 is mounted. The biaxial device driver (scanning control unit) 4 also serves as a part of a focus control unit 7 and a position control unit 8 described below.
ここで、対物レンズ３に入射するレーザ光Ｌｈはコリメート光であり、焦点でのビーム形状はsinc関数で表される。そして、対物レンズ３の開口数ＮＡ、レーザ光Ｌｈの波長λとした場合、ビーム径（振幅が0になる最小の円の径）φは次の式（１）で表される。φ＝２．４４×λ／（２×ＮＡ）…（１） Here, the laser light Lh incident on the objective lens 3 is collimated light, and the beam shape at the focal point is represented by a sinc function. When the numerical aperture NA of the objective lens 3 and the wavelength λ of the laser light Lh are used, the beam diameter (minimum circle diameter with an amplitude of 0) φ is expressed by the following equation (1). φ = 2.44 × λ / (2 × NA) (1)
このようなレーザ光Ｌｈにおいては、光軸（レンズ軸）と垂直な方向の強度がコリメート部ではガウシアン分布となっている。このため、二軸デバイスドライバー（走査制御部）４による光軸と垂直方向への対物レンズ３の移動は、対物レンズ３が作る焦点でのパワー密度が５％以下の変化となる範囲で行われるように設定されていることとする。これにより、対物レンズ３の移動によってレーザ光Ｌｈを走査させた場合に、各走査位置でのレーザ光Ｌｈの照射強度の変化が小さく抑えられる構成となっている。一例として、開口数ＮＡが０．８５の対物レンズ３を用いた場合、対物レンズ３のレンズ軸（中心位置）から±５０μｍの範囲でレーザ光Ｌｈが入射されるように対物レンズ３を移動させることで、対物レンズ３が作る焦点でのパワー密度の変化を５％以下に抑えることができる。尚、対物レンズ３の移動によるレーザ光Ｌｈの走査範囲がなるべく広げられるように、レーザ光Ｌｈの強度分布や対物レンズの開口の大きさが設計されていることが好ましい。 In such laser light Lh, the intensity in the direction perpendicular to the optical axis (lens axis) has a Gaussian distribution in the collimated portion. For this reason, the movement of the objective lens 3 in the direction perpendicular to the optical axis by the biaxial device driver (scanning control unit) 4 is performed within a range in which the power density at the focal point formed by the objective lens 3 changes within 5%. It is assumed that it is set as follows. Thereby, when the laser beam Lh is scanned by the movement of the objective lens 3, a change in the irradiation intensity of the laser beam Lh at each scanning position can be suppressed to be small. As an example, when the objective lens 3 having a numerical aperture NA of 0.85 is used, the objective lens 3 is moved so that the laser light Lh is incident within a range of ± 50 μm from the lens axis (center position) of the objective lens 3. Thus, the change in power density at the focal point formed by the objective lens 3 can be suppressed to 5% or less. It is preferable that the intensity distribution of the laser beam Lh and the size of the aperture of the objective lens are designed so that the scanning range of the laser beam Lh due to the movement of the objective lens 3 is expanded as much as possible.
次に、検査光源部６には、検査光ｆｈを発振する検査光発振器６ａが設けられている。ここで検査光ｆｈとしては、処理対象となる材料に対して吸収されない波長の光が用いられることとする。このため、例えば非晶質シリコンからなる半導体薄膜の結晶化および活性化にレーザ処理装置を用いる場合には、シリコン系半導体膜での吸収がわずかになる６５０ｎｍ以上の波長、好ましくは波長８３０ｎｍのレーザ光が検査光ｆｈとして用いられる。これにより、検査光ｆｈ照射による基板Ｗ表面への影響を防止する。このような検査光ｆｈを発振する検査光源部６としては、例えば波長８３０ｎｍのレーザ光を検査光ｆｈとして発振するレーザ発振器が用いられる。 Next, the inspection light source unit 6 is provided with an inspection light oscillator 6a that oscillates the inspection light fh. Here, as the inspection light fh, light having a wavelength that is not absorbed by the material to be processed is used. For this reason, for example, when a laser processing apparatus is used for crystallization and activation of a semiconductor thin film made of amorphous silicon, a laser having a wavelength of 650 nm or more, preferably a wavelength of 830 nm, in which absorption in the silicon-based semiconductor film becomes small. Light is used as inspection light fh. Thereby, the influence on the substrate W surface by the irradiation of the inspection light fh is prevented. As the inspection light source unit 6 that oscillates such inspection light fh, for example, a laser oscillator that oscillates laser light having a wavelength of 830 nm as inspection light fh is used.
また、この検査光源部６は、検査光発振器６ａから発振された検査光ｆｈの光路上に複数の部材を配置してなり、上述したレーザ光Ｌｈと共に対物レンズ３を介してステージ１上に配置された基板Ｗの表面に照射されるように構成されている。このような検査光源部６の構成は、上述した光源部２とほぼ同様の構成となっている。
The inspection light source unit 6 includes a plurality of members disposed on the optical path of the inspection light fh oscillated from the inspection light oscillator 6a, and is disposed on the stage 1 through the objective lens 3 together with the laser light Lh described above. The surface of the substrate W is irradiated so as to be irradiated. The configuration of the inspection light source unit 6 is almost the same as that of the
すなわち、検査光発振器６ａから発振された検査光ｆｈは、コリメータレンズ６ｂに入射して平行光とされ、アナモルフィックプリズムｂに入射してビーム形状が円形ビームに変換される。そして、この検査光ｆｈは、Ｐ波の透過率Ｔp＝１００％、Ｓ波の反射率Ｒs＝１００％となるように設計された偏光ビームスプリッタ６ｄを透過し、λ／４板６ｅを通過することで円偏光となる。そして、光源部２のダイクロイックプリズム２ｆを透過してレーザ光Ｌｈと合成され、対物レンズ３に入射される。
In other words, the inspection light fh oscillated from the inspection light oscillator 6a is incident on the
尚、基板Ｗで反射した検査光ｆｈは、ダイクロイックプリズム２ｆを透過してλ／４板６ｅに入射される。そして、このλ／４板６ｅにおいて入射時とは直交した直線偏光となり、偏光ビームスプリッタ６ｄで反射して、フォーカス制御部７および位置制御部８に導かれる。
The inspection light fh reflected by the substrate W passes through the
そして、偏光ビームスプリッタ６ｄにおいて反射した検査光ｆｈが導かれたフォーカス制御部７には、検査光ｆｈの進行方向に向かって、シリンドリカルレンズ７ａ、集光レンズ７ｂ、および４分割ディテクター７ｃがこの順に配置されている。
Then, the
シリンドリカルレンズ７ａは、非点収差を発生させるためのものである。そして、４分割ディテクター７ｃは、処理対象物としてステージ１上に配置される基板Ｗと結像関係にある。したがって、基板Ｗ上に対物レンズ３の焦点があるときは、検査光ｆｈは４分割ディテクター７ｃの中央に焦点を結ぶ。一方、対物レンズ３の焦点が、基板Ｗ表面よりも上あるいは下にあるときは、シリンドリカルレンズ７ａによる非点収差が発生し、４分割ディテクター７ｃ上には、縦あるいは横方向に長軸をもつ楕円のビームが投影される。
The
そこで、下記のように４分割ディテクター７ｃの各ディテクター部分からの出力信号Ａ〜Ｄを定義したときに、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）なる信号は、対物レンズ３の焦点が物体の上か下かでプラスとマイナスの符号を変え、焦点が物体上にあるときにこの信号は０になる。したがって、この信号を、フォーカスサーボを行うときの誤差信号（ｆｏｃｕｓ ｅｒｒｏｒ信号）として利用し、この誤差信号を対物レンズ３の走査制御部４にフィードバックして、信号が０となるように対物レンズ３をそのレンズ軸方向（図面上の上下方向）に移動してフォーカスサーボが行われる構成となっている。
Therefore, when the output signals A to D from the respective detector portions of the
また、上述した、偏光ビームスプリッタ６ｄにおいて反射した検査光ｆｈが導かれた位置制御部８には、検査光ｆｈの進行方向に向かって、フォーカス制御部７と画像信号位置認識部８ａとがこの順に配置されている。ここで、フォーカス制御部７は、位置制御部８の一部を兼ねたものであることとする。
The position control unit 8 to which the inspection light fh reflected by the
そして、フォーカス制御部７の後段に設けられた画像信号位置認識部８ａは、処理対象となる基板Ｗの表面の情報と、４分割ディテクター７ｃの各ディテクター部分からの出力信号Ａ〜Ｄとに基づいて、対物レンズ３を透過して検査光ｆｈが照射される位置を認識するものである。
Then, the image signal
つまり、４分割ディテクター７ｃの各ディテクター部分からの出力信号Ａ〜Ｄを定義したときに、（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）なる和信号は、露光対象物の反射率の変化を示す信号となる。そこで、処理対処となる基板Ｗに、基板Ｗ上の二次元平面内において同一の基準点となるアライメント・マークをパターン形成しておくこととする。そして、画像信号位置認識部８ａでは、予め得られている基板Ｗの表面の形状情報（アライメント・マークの配置情報）と、ステージ１の移動によって基板Ｗ表面において検査光ｆｈを走査させて得られた上記和信号の変化とから、基板Ｗ表面における検査光ｆｈの照射位置が認識される構成となっている。
That is, when the output signals A to D from the detector portions of the
また、このレーザ処理装置においては、画像信号位置認識部８ａで認識された検査光ｆｈの照射位置から、このレーザ処理装置を用いたアニール処理のための基準点を求める。そして、この基準点に基づいて、ステージ１を移動させることにより、レーザ処理装置における基板Ｗの配置状態を所定状態にする。つまり、基板Ｗの表面においてアニール処理を施したい部分が、レーザ光Ｌｈの照射位置となるように、ステージ１の駆動によって対物レンズ３に対して基板Ｗを移動させる構成となっている。
In this laser processing apparatus, a reference point for annealing using the laser processing apparatus is obtained from the irradiation position of the inspection light fh recognized by the image signal
またさらに、この位置制御部８は、上述したようにレーザ光Ｌｈが所定の照射位置となるようにステージ１を駆動させた状態で、半導体レーザ発振器２ａからのレーザ光Ｌｈの発振のオン／オフを制御することで、基板Ｗ表面において目的とする部分のみにレーザ光Ｌｈが照射される構成となっている。そして、レーザ光Ｌｈを照射した状態において、二軸デバイスドライバー（走査制御部）４によって対物レンズ３をその軸に対して垂直方向に移動させることにより、ステージ１上に載置された基板Ｗに対してレーザ光Ｌｈが走査される構成となっている。
Further, the position controller 8 turns on / off the oscillation of the laser beam Lh from the
尚、以上のレーザ処理装置においては、ステージ１の駆動によるレーザ光Ｌｈの照射位置の移動と、その照射位置においての対物レンズ３の移動によるレーザ光Ｌｈの走査とを繰り返し行うことにより、ステージ１上に載置した基板Ｗ表面の任意の位置に対してレーザ光Ｌｈを照射した処理を行うことができる。 In the above laser processing apparatus, the stage 1 is repeatedly moved by moving the irradiation position of the laser beam Lh by driving the stage 1 and scanning the laser beam Lh by moving the objective lens 3 at the irradiation position. A process of irradiating the laser beam Lh to an arbitrary position on the surface of the substrate W placed thereon can be performed.
そして以上のような構成のうち、光源部２、対物レンズ３、走査制御部４，検査光源部６、フォーカス制御部７、および位置制御部８によって処理ユニット１０が構成され、１つのレーザ処理装置における１つのステージ１に対して、複数の処理ユニット１０が設けられていても良い。
Among the configurations described above, the
以上のような構成のレーザ処理装置によれば、ステージ１上に載置された基板Ｗに対して対物レンズ３を移動させることによってレーザ光Ｌｈを走査させる走査制御部４を設けている。このため、ステージ１の駆動によってレーザ光Ｌｈの照射位置を走査させる場合と比較して、基板Ｗに対してレーザ光Ｌｈを高速度で走査することができる。これにより例えば、０．１ｍ／秒を越える高速で基板Ｗに対してレーザ光Ｌｈを走査させながら、当該基板Ｗに対してレーザ光Ｌｈの照射が行われるようになる。そして、基板Ｗに対するレーザ光Ｌｈの移動速度によって、基板Ｗに対する熱的負荷を軽減させると言ったアニール工程を行うことができる。また、このようなレーザ光Ｌｈの照射を基板Ｗに対する必要部分のみに選択的に行うことにより、さらに基板Ｗに対する熱的負荷が軽減される。 According to the laser processing apparatus configured as described above, the scanning control unit 4 that scans the laser light Lh by moving the objective lens 3 with respect to the substrate W placed on the stage 1 is provided. For this reason, compared with the case where the irradiation position of the laser beam Lh is scanned by driving the stage 1, the laser beam Lh can be scanned with respect to the substrate W at a higher speed. As a result, for example, the substrate W is irradiated with the laser light Lh while the substrate W is scanned with the laser light Lh at a high speed exceeding 0.1 m / second. And the annealing process of reducing the thermal load with respect to the board | substrate W by the moving speed of the laser beam Lh with respect to the board | substrate W can be performed. Further, by selectively performing such irradiation of the laser light Lh only on a necessary portion with respect to the substrate W, the thermal load on the substrate W is further reduced.
この結果、レーザ光Ｌｈの移動速度を高速で調整することによって、基板Ｗに対する熱的負荷を軽減させたアニール工程を行うことが可能になるため、例えば基板Ｗ上の半導体薄膜を結晶化するためのアニール処理において、さらに耐熱性の低いプラスチック基板等を用いることが可能になる。またこれにより、例えば薄膜半導体装置の製造工程において、ロール・ツー・ロールでの設備費用を抑えた量産プロセスを実現することができる。 As a result, by adjusting the moving speed of the laser beam Lh at a high speed, it is possible to perform an annealing process that reduces the thermal load on the substrate W. For example, to crystallize a semiconductor thin film on the substrate W In this annealing process, it is possible to use a plastic substrate or the like having lower heat resistance. Thereby, for example, in the manufacturing process of the thin film semiconductor device, it is possible to realize a mass production process in which the cost of equipment in roll-to-roll is suppressed.
また半導体レーザ発振器２ａから発振させるレーザ光Ｌｈの出力調整によってレーザ光Ｌｈの強度変調行うことおよびＡＣ駆動の場合ではＤｕｔｙを変えることで、該基板上のＸＹ二次元の領域内に任意のレーザ強度分布パターンを形成することも可能となる。
Further, by adjusting the intensity of the laser beam Lh by adjusting the output of the laser beam Lh oscillated from the
しかも、半導体レーザ発振器２ａを設けたことにより、エキシマレーザ装置やＹＡＧレーザに比べて、光源部２を小型化して装置全体の小型化を図ることが可能となる。また、光源部２が小型されるため、光源部２を備えた処理ユニット１０を複数設けて基板Ｗの各位置に対してレーザ光を多点照射する構成とすることもできる。これにより、レーザ照射を行う工程を短縮して生産性の向上を図ることが可能になる。
In addition, the provision of the
尚、このレーザ処理装置を非晶質シリコンからなる半導体薄膜の結晶化および活性化に用いる場合においては、基板Ｗに対するレーザ光Ｌｈの連続照射とは、レーザ光Ｌｈの移動に際して休止無く完全に連続である場合と共に、レーザ光Ｌｈの照射によって溶融した半導体薄膜部分の凝固が完全に完了しない程度の休止が入る場合を含むこととする。このため、このような条件を満たせば、照射時間よりも短い休止時間が入る場合も連続照射に含まれ、一例として半導体薄膜部分への１００ｎｓの照射時間に対して１０〜２０ｎｓ程度の休止が入る場合も連続照射に含むこととする。尚、照射時間に対する休止時間は、半導体薄膜の材質および膜厚、レーザ光Ｌｈのエネルギー密度、等によって適宜設計される。このような休止時間を入れることにより、レーザ光Ｌｈ照射による基板Ｗへの熱的影響を抑えることができる。尚、エキシマレーザ光は完全なパルス波であり、３００Ｈｚ程度のパルス波であれば、２５ｎｓの照射時間に対して３３００ｎｓ程度の休止が入ることになる。このため、エキシマレーザ光では、レーザ光Ｌｈの照射によって溶融した半導体薄膜５部分の凝固が完全した状態で次のパルス照射が行われることになるため、上述したいわゆる「連続照射」を行うことはできない。 When this laser processing apparatus is used for crystallization and activation of a semiconductor thin film made of amorphous silicon, the continuous irradiation of the laser beam Lh onto the substrate W is completely continuous without any interruption during the movement of the laser beam Lh. And a case where there is a pause that does not completely complete solidification of the melted semiconductor thin film portion by irradiation with the laser beam Lh. For this reason, if such a condition is satisfied, the case where a pause time shorter than the irradiation time is included is included in the continuous irradiation. As an example, a pause of about 10 to 20 ns is included with respect to the irradiation time of 100 ns to the semiconductor thin film portion. In some cases, it is included in continuous irradiation. Note that the pause time with respect to the irradiation time is appropriately designed according to the material and thickness of the semiconductor thin film, the energy density of the laser light Lh, and the like. By providing such a pause time, the thermal influence on the substrate W due to the laser light Lh irradiation can be suppressed. The excimer laser light is a complete pulse wave, and if it is a pulse wave of about 300 Hz, a pause of about 3300 ns will occur for an irradiation time of 25 ns. For this reason, in the excimer laser light, the next pulse irradiation is performed in a state where the solidification of the melted semiconductor thin film 5 portion by the irradiation of the laser light Lh is completed. Can not.
次に、上述したレーザ処理装置を用いたアニール処理の一例として、基板Ｗの表面を覆う非晶質シリコンからなる半導体薄膜を結晶化するためのアニール処理を説明する。ここでは、基板Ｗとして、例えばプラスチック基板上に断熱用のバッファ層を介しての非晶質シリコンからなる半導体薄膜が形成されたものを用いる。この半導体薄膜は、成膜温度を低く抑えることが可能なＰＥ−ＣＶＤ（plasma enhancement-chemical vapor deposition）法によって５０ｎｍの膜厚で成膜されていることとする。このようにして成膜された半導体薄膜は、多量の水素が含有されたいわゆる水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなる。 Next, as an example of the annealing process using the laser processing apparatus described above, an annealing process for crystallizing a semiconductor thin film made of amorphous silicon covering the surface of the substrate W will be described. Here, as the substrate W, for example, a plastic substrate is used in which a semiconductor thin film made of amorphous silicon is formed through a heat insulating buffer layer. This semiconductor thin film is formed with a film thickness of 50 nm by PE-CVD (plasma enhancement-chemical vapor deposition) which can keep the film formation temperature low. The semiconductor thin film thus formed is made of so-called hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) containing a large amount of hydrogen.
以上のような半導体薄膜に対しては、通常、熱処理炉内での脱水素アニール処理により水素抜きを行った後に、結晶化のためのレーザアニール処理を行う。これにより、レーザアニール処理の際に、水素イオンがガス化して膨張し膜を破壊する、いわゆるアブレーションを防止するのである。 The semiconductor thin film as described above is usually subjected to laser annealing for crystallization after hydrogen removal by dehydrogenation annealing in a heat treatment furnace. This prevents so-called ablation, in which hydrogen ions are gasified and expand to break the film during laser annealing.
しかしながらここでは、上記のレーザ処理装置を用いることで、４５０℃以上の温度で数時間の脱水素アニールを前処理として行うことなく、次のようなレーザアニール処理のみでの結晶化を行うことが可能になる。すなわち、上記レーザ処理装置を用い、半導体薄膜に対して所定速度で照射位置を移動させながら、ＧａＮ系化合物半導体レーザ発振器からの３５０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長のレーザ光Ｌｈを照射する。この際、レーザ光の照射は連続照射とする。これにより、半導体薄膜の結晶化と共に、当該半導体薄膜中において水素イオンをガス化して膨張させることなくレーザ光Ｌｈの照射部から余剰水素を除去するのである。 However, here, by using the above laser processing apparatus, crystallization can be performed only by the following laser annealing treatment without performing dehydrogenation annealing at a temperature of 450 ° C. or higher for several hours as a pretreatment. It becomes possible. That is, the laser processing apparatus is used to irradiate the semiconductor thin film with laser light Lh having a wavelength of 350 nm to 470 nm while moving the irradiation position at a predetermined speed. At this time, the laser beam irradiation is continuous irradiation. Thereby, together with crystallization of the semiconductor thin film, excess hydrogen is removed from the irradiated portion of the laser light Lh without gasifying and expanding hydrogen ions in the semiconductor thin film.
これにより、レーザ光Ｌｈの照射部のみを結晶化し、さらにはこの部分の活性化を行うことが可能となっている Thereby, it is possible to crystallize only the irradiated part of the laser beam Lh and to activate this part.
このようなレーザアニール処理では、上記レーザ処理装置を用いたことにより、半導体薄膜に対するレーザ光の照射位置を高速の所定速度で移動させることが可能であり、レーザ光の照射による半導体薄膜の発熱が基板にまで影響することを防止している。さらに、このアニール工程においては、半導体薄膜に対してレーザ光を連続照射しながら移動させる構成としている。これにより、レーザ光の照射部における余剰水素がレーザ光の移動に伴って半導体薄膜中を移動し続けることになるため、結晶化領域中から余剰水素が除去される。したがって、４５０℃以上の温度で数時間の脱水素アニール処理を、別工程で行う必要はない。しかも、レーザ光の照射部からは余剰水素が除去されるものの、適量の水素が残存した状態となる。したがって、本レーザアニール処理により、半導体薄膜における結晶化領域中の脱水素と水素化処理とが同時に行われる。 In such laser annealing treatment, by using the laser processing apparatus, it is possible to move the irradiation position of the laser beam on the semiconductor thin film at a predetermined high speed, and the semiconductor thin film is heated by the laser beam irradiation. This prevents the substrate from being affected. Further, in this annealing step, the semiconductor thin film is moved while being continuously irradiated with laser light. As a result, surplus hydrogen in the laser light irradiation portion continues to move in the semiconductor thin film as the laser light moves, so that surplus hydrogen is removed from the crystallization region. Therefore, it is not necessary to perform dehydrogenation annealing for several hours at a temperature of 450 ° C. or higher in a separate process. In addition, although excess hydrogen is removed from the laser beam irradiation portion, an appropriate amount of hydrogen remains. Therefore, by this laser annealing treatment, dehydrogenation and hydrogenation treatment in the crystallization region in the semiconductor thin film are simultaneously performed.
そしてこれにより、レーザ光の照射による半導体薄膜の発熱が基板にまで影響することを防止しつつも、４５０℃以上の温度で数時間の脱水素アニール処理を別工程で行うことなく、半導体薄膜の結晶化のためのアニール工程において脱水素を同時に行うことが可能になる。これにより、結晶化した半導体薄膜を用いた高機能な薄膜半導体装置の基板として、さらに耐熱性の低い材料を用いることが可能になる。この結果、プラスチック基板を用いることが可能になり、例えばロール・ツー・ロールでの設備費用を抑えた量産プロセスを実現することができる。また、上述した半導体薄膜の結晶化および脱水素と共に、水素化処理も同時に行われるため、結晶化した半導体薄膜を用いた薄膜半導体装置の製造プロセスの簡略化とこれにより生産性の向上を図ることが可能になる。 As a result, the heat generation of the semiconductor thin film due to the laser light irradiation is prevented from affecting the substrate, and the dehydrogenation annealing process for several hours at a temperature of 450 ° C. or higher is not performed in a separate process. Dehydrogenation can be performed simultaneously in the annealing step for crystallization. As a result, it is possible to use a material having lower heat resistance as a substrate of a highly functional thin film semiconductor device using a crystallized semiconductor thin film. As a result, it becomes possible to use a plastic substrate, and for example, it is possible to realize a mass production process with reduced equipment costs in roll-to-roll. In addition, since the hydrogenation process is performed at the same time as the crystallization and dehydrogenation of the semiconductor thin film, the manufacturing process of the thin film semiconductor device using the crystallized semiconductor thin film is simplified and the productivity is thereby improved. Is possible.
尚、上述した構成のレーザ処理装置において、対物レンズの実効的なＮａを例えば０．４とし、さらに実質的な光学効率を０．２５とした場合、平均で２．６ｍＷ／ｃｍ２のエネルギー密度が可能となり、走査速度を１．２ｍ／ｓ程度に調整すると、膜上の一点を通過するビーム径の通過時間は約１００ｎｓとなり、最大２．６Ｊ／ｃｍ２相当のエネルギーを照射可能であることがわかる。
In the laser processing apparatus having the above-described configuration, when the effective Na of the objective lens is 0.4, for example, and the substantial optical efficiency is 0.25, the average energy density is 2.6 mW /
そこで、ＰＥ−ＣＶＤ法で成膜した膜厚５０ｎｍの半導体薄膜５ａ（ａ−Ｓｉ：Ｈ）に対して、移動速度ｖｔ＝８．２ｍ／秒で１Ｊ／ｃｍ2相当のエネルギーでレーザ光Ｌｈを照射したところ、図２に示すように、図中矢印で示すレーザ光Ｌｈの移動方向に凸となる三日月形の結晶粒ａが、レーザ光Ｌｈの移動方向（矢印方向）に沿って配列されることが確認された。結晶粒ａは、幅８００ｎｍ×移動方向長さ１００ｎｍ程度であった。またレーザ光の照射終了端には、半導体薄膜の結晶領域Ａの端部に余剰水素がボイド状に析出した欠陥が見られた。またレーザ光Ｌｈの照射開始端にもレーザ光の移動と反対方向に凝固が進んだ領域に部分的に同様の欠陥が見られた。 Therefore, the laser beam Lh is applied to the semiconductor thin film 5a (a-Si: H) having a film thickness of 50 nm formed by PE-CVD method with an energy equivalent to 1 J / cm 2 at a moving speed vt = 8.2 m / sec. When irradiated, as shown in FIG. 2, crescent-shaped crystal grains a that are convex in the moving direction of the laser beam Lh indicated by the arrows in the drawing are arranged along the moving direction (arrow direction) of the laser beam Lh. It was confirmed. The crystal grain a was about 800 nm wide × 100 nm long in the moving direction. Further, at the end of irradiation with the laser beam, a defect in which excess hydrogen was precipitated in the form of voids at the end of the crystal region A of the semiconductor thin film was observed. In addition, a similar defect was partially observed in the region where solidification progressed in the direction opposite to the movement of the laser beam at the irradiation start end of the laser beam Lh.
また、ここで、対物レンズの実効的なＮａを例えば０．６として設計した定格６０ｍＷのＧａＮレーザ発振器を用いたレーザ装置において、さらに実質的な光学効率が０．５の場合、平均で１７．７ＭＷ／ｃｍ２のエネルギー密度が可能となる。したがって、レーザ光の走査速度を８．２ｍ／Ｓ程度まで上げられるとすると、半導体薄膜の一点を通過するレーザ光の通過時間（すなわち照射時間）は約１００ｎｓとなり、最大１．７７Ｊ／ｃｍ２相当のエネルギーを照射可能であることがわかる。この場合でも、ＣＶＤ法によって成膜した膜厚５０ｎｍの非晶質シリコンからなる半導体薄膜に対して、この装置を用いて１Ｊ／ｃｍ２相当のエネルギーを投入したところ、結晶化が可能であることが確認された。
Here, in a laser apparatus using a GaN laser oscillator having a rating of 60 mW designed with an effective Na of the objective lens set to 0.6, for example, when the substantial optical efficiency is 0.5, an average of 17. An energy density of 7 MW /
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態のレーザ処理装置を示す構成図である。この図に示すレーザ処理装置と図１を用いて説明した第１実施形態のレーザ処理装置との異なるところは、位置制御部８’の構成にあり、他の構成は同様であることとする。
Second Embodiment
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a laser processing apparatus according to the second embodiment. The difference between the laser processing apparatus shown in this figure and the laser processing apparatus of the first embodiment described with reference to FIG. 1 is the configuration of the position control unit 8 ′, and the other configurations are the same.
すなわち、図３に示す第２実施形態のレーザ処理装置に設けられた位置制御部８’は、ここでの図示を省略した照明光源を備えている。この照明光源からは、ステージ１上に載置した基板Ｗの表面に対して、透過あるいは落射の照明光が照射される。そして、基板Ｗの表面から対物レンズ３およびダイクロイックプリズム２ｆを透過した照明光Ｈと検査光ｆＨの一部を反射させ、反射しない検査光ｆｈを透過させるダイクロイックプリズム６ｆが、照明光Ｈおよび検査光ｆｈの光路に配置されている。
That is, the position control unit 8 ′ provided in the laser processing apparatus of the second embodiment shown in FIG. 3 includes an illumination light source that is not shown here. The illumination light source irradiates the surface of the substrate W placed on the stage 1 with transmitted or incident illumination light. The
そして、このダイクロイックプリズム６ｆで反射した照明光Ｈの光路に、位置制御部８’を構成する集光レンズ８ａ’、ＣＣＤ８ｂ’、および画像信号位置認識部８ｃ’が、この順い配置されている。そして、対物レンズ３と集光レンズ８ａ’とにより、ステージ１上に載置された基板Ｗ表面の物体と焦点位置が、ＣＣＤ８ｂ’上に結像される構成となっている。そして、このＣＣＤ８ｂ’の画像情報を処理することによりステージ１上の基板Ｗ表面にいて、レーザ光Ｌｈを照射する位置を特定する。また、ＣＣＤ８ｂ’の画像情報に基づいて、二軸デバイスドライバー（走査制御手段）４と、半導体レーザ発振器２ａのドライバーに信号を送り、基板Ｗ上の特定箇所において対物レンズ３の移動によってレーザ光Ｌｈを走査させると共に焦点位置を調節しつつ、基板Ｗ表面の処理を行う。
A condensing
以上のような構成のレーザ処理装置においても、光源部２、対物レンズ３、走査制御部４，検査光源部６、フォーカス制御部７、および位置制御部８’によって処理ユニット１０’が構成され、１つのレーザ処理装置における１つのステージ１に対して、複数の処理ユニット１０’が設けられていても良い。
In the laser processing apparatus configured as described above, the
以上のような構成のレーザ処理装置であっても、ステージ１上に載置された基板Ｗに対して対物レンズ３を移動させることによってレーザ光Ｌｈの走査が行われるため、第１実施形態と同様に、レーザ光Ｌｈの移動速度を高速で調整することによって、基板Ｗに対する熱的負荷を軽減させたアニール工程を行うことが可能になる。 Even in the laser processing apparatus configured as described above, the laser beam Lh is scanned by moving the objective lens 3 with respect to the substrate W placed on the stage 1. Similarly, by adjusting the moving speed of the laser beam Lh at a high speed, it is possible to perform an annealing process in which the thermal load on the substrate W is reduced.
１…ステージ、２…光源部、３…対物レンズ、４…二軸デバイスドライバー（走査制御部）、６…検査光源部、７…フォーカス制御部、８，８’…位置制御部、１０，１０’…処理ユニット、Ｌｈ…レーザ光、ｆｈ…検査光、Ｗ…基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stage, 2 ... Light source part, 3 ... Objective lens, 4 ... Biaxial device driver (scanning control part), 6 ... Inspection light source part, 7 ... Focus control part, 8, 8 '... Position control part, 10, 10 '... Processing unit, Lh ... Laser light, fh ... Inspection light, W ... Substrate
Claims (7)
前記ステージ上に載置された基板表面に対して法線方向からレーザ光を照射する光源部と、
前記ステージ上に載置された基板表面の法線方向を光軸方向として前記光源部から照射されたレーザ光の光路上に配置された対物レンズと、
前記対物レンズをその光軸に対して垂直方向に移動させることにより、前記ステージ上に載置された基板に対して当該レーザ光を走査させる走査制御部とを備えた
ことを特徴とするレーザ処理装置。 A stage on which a substrate to be processed is placed;
A light source unit that emits laser light from the normal direction to the substrate surface placed on the stage;
An objective lens disposed on the optical path of the laser light emitted from the light source unit with the normal direction of the substrate surface placed on the stage as the optical axis direction;
A laser control unit that scans the laser beam with respect to the substrate placed on the stage by moving the objective lens in a direction perpendicular to the optical axis thereof; apparatus.
前記光源部は、半導体レーザ発振器を備えている
ことを特徴とするレーザ処理装置。 The laser processing apparatus according to claim 1,
The light source unit includes a semiconductor laser oscillator.
前記光源部、対物レンズ、および走査制御部を備えた処理ユニットを複数備え、
前記ステージ上に載置された基板の各位置に対して前記複数の処理ユニットによって前記レーザ光が多点照射される
ことを特徴とするレーザ処理装置。 The laser processing apparatus according to claim 2,
A plurality of processing units including the light source unit, the objective lens, and the scanning control unit,
The laser processing apparatus, wherein the plurality of processing units irradiate the laser light at multiple points to each position of the substrate placed on the stage.
前記光源部にはＧａおよびＮを含む化合物半導体レーザ発振器、またはＺｎおよびＯを含む化合物半導体レーザ発振器、またはＺｎ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｓを含む化合物半導体レーザ発振器、またはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｓ及びＰを含む化合物半導体レーザ発振器と第二高調波発生器を備えた
ことを特徴とするレーザ処理装置。 The laser processing apparatus according to claim 1,
The light source section includes a compound semiconductor laser oscillator including Ga and N, a compound semiconductor laser oscillator including Zn and O, a compound semiconductor laser oscillator including Zn, Cd, Se, and S, or Al, Ga, In, As, and A laser processing apparatus comprising a compound semiconductor laser oscillator including P and a second harmonic generator.
処理対象となる材料に対して吸収されない波長、または吸収しても処理対象物が物理的化学的変化を生ずる程には昇温しない範囲の小さな吸収を有する波長の検査光を、前記光源部から照射される前記レーザ光と共に前記ステージ上に載置された基板に照射する検査光源部を備えている
ことを特徴とするレーザ処理装置。 The laser processing apparatus according to claim 1,
A test light having a wavelength that is not absorbed by the material to be processed, or a wavelength that has a small absorption in a range that does not raise the temperature to the extent that the object to be processed causes a physical and chemical change even if absorbed, is emitted from the light source unit. An inspection light source unit for irradiating the substrate placed on the stage together with the laser beam to be irradiated.
前記ステージ上に載置された基板表面で反射して検出された前記検査光に基づいて前記対物レンズをその光軸方向に移動させることにより、前記レーザ光の焦点を調整するフォーカス制御部を備えた
ことを特徴とするレーザ処理装置。 The laser processing apparatus according to claim 5, wherein
A focus control unit that adjusts the focus of the laser light by moving the objective lens in the optical axis direction based on the inspection light reflected and detected by the surface of the substrate placed on the stage; A laser processing apparatus characterized by that.
前記ステージ上に載置された基板表面で反射して検出された前記検査光に基づいて当該基板表面の所定位置に対して選択的に前記レーザ光が照射されるように、当該ステージを移動させる位置制御部を備えた
ことを特徴とするレーザ照射装置。
The laser processing apparatus according to claim 5, wherein
The stage is moved so that the laser beam is selectively irradiated to a predetermined position on the substrate surface based on the inspection light reflected and detected by the substrate surface placed on the stage. A laser irradiation apparatus comprising a position control unit.
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