JP4247081B2 - Laser beam intensity monitoring method of laser annealing apparatus and laser annealing apparatus - Google Patents
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本発明は、基板上に成膜した非晶質の半導体膜にレーザを照射して多結晶化するためのレーザアニール装置に使用するレーザビーム強度モニタ方法とそのレーザアニール装置に関する。 The present invention relates to a laser beam intensity monitoring method used in a laser annealing apparatus for polycrystallizing an amorphous semiconductor film formed on a substrate by irradiating a laser, and the laser annealing apparatus.
レーザアニール装置には、基板上の半導体膜、特に、シリコン膜にレーザビームを照射しながら照射部位を走査して、照射ビーム幅に対応する帯域を結晶化する方法が利用され、所要領域を照射ビームで繰り返して走査を行なって、大きな面域を多結晶化することがなされている。レーザアニールは、照射ビーム幅を大きくすれば、処理面積速度を高くして生産性を上げることができそうであるが、単一のレーザ光学系で均一に調整できるビーム幅には限度がある。そこで、複数のレーザ発振器と対応するレーザ光学系とから複数の組の照射系を配列して、各光学系からの照射ビームを互いに近接するように並べて、同時に、半導体膜面を掃引する方法が利用されている。 Laser annealing equipment uses a method of crystallizing the band corresponding to the irradiation beam width by scanning the irradiation site while irradiating the semiconductor film on the substrate, especially the silicon film, with the laser beam. A large surface area is polycrystallized by repeatedly scanning with a beam. In laser annealing, if the irradiation beam width is increased, the processing area speed can be increased and the productivity can be improved. However, there is a limit to the beam width that can be uniformly adjusted with a single laser optical system. Therefore, there is a method of arranging a plurality of sets of irradiation systems from a plurality of laser oscillators and corresponding laser optical systems, arranging irradiation beams from the respective optical systems close to each other, and simultaneously sweeping the semiconductor film surface. It's being used.
従来の複数のレーザビームを用いたレーザアニール装置には、特許文献1に示すように、基板に複数のレーザ発振器からのレーザビームを並列にして照射して走査することにより、一回のパスで通常、単一ビーム幅の複数倍の照射幅を結晶化することができる。このようなレーザアニール法において、照射幅全域に渡って均一で大きな結晶粒径を作るのは比較的困難で、その原因の一つは、複数の照射レーザビームの出力が相互に変動すると、結晶粒径の大きい領域と小さい領域とに分れて形成される。そのためこのような結晶粒の細粒と粗粒との混合領域に渡って形成されたトランジスタ素子は、素子の動作特性が、形成場所によって変動が生じる。そのため、特許文献1は、複数のレーザ発振器から対応するレーザ光学系を経由して複数のレーザビームを照射するが、被照射物表面との間の各レーザビーム光学系には、レーザビームの出力を測定するパワーメータを配置している。パワーメータからの各照射ビーム強度データをモニタし、通常は、光学系ビーム毎のデータで、全てのビーム出力が実用的に等しくなるように各光路のビーム出力を較正している。
In a conventional laser annealing apparatus using a plurality of laser beams, as shown in
特許文献2は、2つ以上の光学系からの照射レーザビームを、試料に照射する直前で、パワーメータで測定するようにしたレーザアニーリング装置を開示しているが、各光学系には、光学系とレーザ光源との間の光路に光路開閉用のシャッターと強度調整用の減光器とを備え、パワーメータは、可動テーブル上で試料の横側に固定されている。この装置で測定の際には、パワーメータ上を照射ビームが照射した状態で、光路毎に設けたシャッターの開閉操作で、測定すべき光学系を順次選んで、その強度を測定し、減光器でビーム強度を測定し、これを光路毎繰り返して、複数にわたる照射ビームを均一の強度にしていた。
基板に照射するエネルギーを把握するためそれぞれレーザ光学系光路にパワーメータを配置するのは、全ての照射ビームについて、照射出力を常時監視することができて便利である。 It is convenient to arrange a power meter in each optical path of the laser optical system in order to grasp the energy irradiated to the substrate because the irradiation output can be constantly monitored for all irradiation beams.
しかし、各パワーメータのデータには測定誤差を有し、その誤差がパワーメータ毎に異なっており、パワーメータの個体差により、あるいは、パワーメータを較正したときにはその較正の差により、実際の照射した場合には、複数の照射ビーム出力の間に偏差を生じていた。このために、レーザ光学系ごとに、精密で且つ特性の揃ったパワーメータが必要であった。 However, there is a measurement error in the data of each power meter, and the error is different for each power meter. When the power meter is calibrated or when the power meter is calibrated, the actual irradiation In this case, a deviation occurs between the output powers of the plurality of irradiation beams. Therefore, a precise and uniform power meter is required for each laser optical system.
さらに、上記の特許文献2のレーザアニーリング装置は、単一のパワーメータで複数の光路からのビームを測定することができる点では、測定器の固体差を除去できるので利点があるが、縦長の照射ビームを受光するには、パワーメータの広い受光面域の全域にわたって測定誤差の少ないことが必要であり、また、測定時に幾つかの光路を開閉するのは、各光学系のビームの遮断と通過の操作が光学系に熱変動を与え、ビームエネルギーの通過効率を変動させることになる。このような光学系の遮断・透過に伴なう過渡的な不安定さが、各光路のビーム強度を変動させるので、複数のレーザ光源を使用するレーザアニーリング装置では、狭幅形状である照射ビームが長手方向に強度分布が不均一になることは免れない。
Furthermore, the laser annealing apparatus of
本発明は、上記課題に鑑み、強度測定器具の間の誤差やレーザ光学系の熱的不安定さに起因して生じるレーザ光学系の照射ビーム間の強度の偏差を極力低減することのできるレーザアニール装置用のモニタ方法とレーザアニール装置とを提供して、半導体膜上の照射領域間の結晶粒の大きさその他の特性の差を軽減しようとするものである。 In view of the above problems, the present invention provides a laser capable of reducing as much as possible an intensity deviation between irradiation beams of a laser optical system caused by errors between intensity measuring instruments and thermal instability of the laser optical system. It is an object of the present invention to provide a monitoring method for an annealing apparatus and a laser annealing apparatus to reduce a difference in crystal grain size and other characteristics between irradiated regions on a semiconductor film.
本発明のレーザビーム強度モニタ方法は、複数の光学系の光路に対して、単一の強度測定部を用いるのであるが、その特徴は、一つの強度測定部を各光学系の光路上に移動させて各光路に受光可能に位置付けて、複数のレーザ光学系について、1つの強度測定部で、光路それぞれの照射エネルギーを測定するものである。 The laser beam intensity monitoring method of the present invention uses a single intensity measuring unit for the optical paths of a plurality of optical systems. The feature is that one intensity measuring unit is moved on the optical path of each optical system. In this way, each of the optical paths is positioned so as to be able to receive light, and the irradiation energy of each optical path is measured by a single intensity measuring unit for a plurality of laser optical systems.
本発明の装置は、複数のレーザ光源と、各レーザ光源に対応するレーザ光学系とを備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置であるが、その特徴は、各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構とを含むことである。 The apparatus of the present invention includes a plurality of laser light sources and a laser optical system corresponding to each laser light source, and irradiates a film material to be processed with an irradiation beam from each laser optical system in a region close to each other. The laser annealing device heat-treats the processed film material. Its features are a single intensity measurement unit that measures the laser beam intensity of each optical system, and the intensity measurement unit that can be moved across multiple optical paths. A moving mechanism.
本発明は、単一のレーザビーム強度測定部で、複数のレーザ光学系からの照射ビームを測定するので、複数の強度測定部を使用した場合の測定器個体差や較正の差に起因するパワーの誤差が解消でき、また、測定中は、全ての光路について、ビームを遮断する必要がないので、光学系は、ビームを透過して、熱的に定常状態にあり、光学系の変動に起因する熱的な誤差を除くことができる。 In the present invention, the irradiation beam from a plurality of laser optical systems is measured with a single laser beam intensity measurement unit, and therefore power caused by individual differences in the measuring instrument and differences in calibration when a plurality of intensity measurement units are used. During measurement, it is not necessary to block the beam for all the optical paths, so the optical system transmits the beam and is in a thermally steady state, which is caused by fluctuations in the optical system. Can eliminate the thermal error.
それ故、本発明は、複数の照射ビームを、ビーム間の相対的の誤差の少ない均一な出力に調整することができ、本発明のレーザアニール装置を用いて被照射膜材料、特に、非晶質半導体膜に、照射してアニーリングをするとき、上記のような複数の帯域の間における結晶粒度差を少なくした均一な粒度の多結晶膜を調製することができる利点がある。 Therefore, according to the present invention, it is possible to adjust a plurality of irradiation beams to a uniform output with little relative error between the beams, and using the laser annealing apparatus of the present invention, an irradiated film material, particularly an amorphous film. When a porous semiconductor film is irradiated and annealed, there is an advantage that it is possible to prepare a polycrystalline film having a uniform grain size in which the difference in crystal grain size between a plurality of bands as described above is reduced.
さらに、複数のレーザビーム光学系の光路に必要な強度測定部を1個で対応することができ、計測器の配置や維持較正のコスト面で有効である。 Furthermore, a single intensity measuring unit required for the optical paths of a plurality of laser beam optical systems can be used, which is effective in terms of the arrangement of measuring instruments and the cost of maintenance calibration.
本発明のレーザビーム強度モニタ方法において、複数のレーザ光学系を備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理するレーザアニール装置であって、そのレーザビーム強度モニタ方法は、各光学系のレーザビーム強度を、複数の光路に亘り移動可能に配置した単一の強度測定部によりそれぞれ測定するものである。
In the laser beam intensity monitoring method of the present invention, a film material to be processed is heated by irradiating a film material to be processed in a region close to each other with a plurality of laser optical systems. a laser annealing equipment, the laser beam intensity monitor method, a laser beam intensity of each optical system, which measures each by a single intensity measurement section movably disposed over the plurality of optical paths.
本発明のレーザアニール装置は、複数のレーザ光源と、各レーザ光源に対応するレーザ光学系とを備えて各レーザ光学系からの照射ビームを、互いに近接した領域で被処理膜材料に照射して、被処理膜材料を加熱処理する物であり、その特徴は、各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構とを含むことにある。 The laser annealing apparatus of the present invention includes a plurality of laser light sources and a laser optical system corresponding to each laser light source, and irradiates a film material to be processed with an irradiation beam from each laser optical system in areas close to each other. The material to be processed is heat-treated, and the feature thereof is that a single intensity measuring unit for measuring the laser beam intensity of each optical system and the intensity measuring unit are arranged to be movable over a plurality of optical paths. And a moving mechanism.
本発明においては、この好ましい形態は、強度測定部が、いずれの光路からも退避した位置で定置され、測定時に、各光路のビームを受光して直接測定するように移動することを含む。 In the present invention, this preferable mode includes that the intensity measurement unit is placed at a position retracted from any optical path and moves so as to receive and directly measure the beam of each optical path at the time of measurement.
別の形態は、各光路には、レーザビームを光路外に部分ビームに分岐する部分透過/反射鏡を配置するのが好ましく、上記の強度測定部が、部分透過/反射鏡から透過又は反射した上記部分ビームを受光して測定するように、移動可能とするのが好ましい。 In another form, a partial transmission / reflection mirror that splits the laser beam into a partial beam outside the optical path is preferably disposed in each optical path, and the intensity measurement unit transmits or reflects from the partial transmission / reflection mirror. It is preferable to be movable so that the partial beam is received and measured.
この形態は、レーザビーム光学系の各光路に部分透過鏡を配置して該鏡を透過した部分ビームについて、単一の強度測定部が移動しては順次測定するもので、レーザビーム照射を継続しながら、全部の光学系についてレーザビームの強度測定を行なうことができる利点がある。 In this configuration, a partial transmission mirror is arranged in each optical path of the laser beam optical system, and the partial beam that has passed through the mirror is sequentially measured as the single intensity measurement unit moves, and laser beam irradiation is continued. However, there is an advantage that the intensity of the laser beam can be measured for the entire optical system.
上記単一の強度測定部を移動可能にするには、移動機構、例えば、スライド機構を備えて、移動機構が、受光すべき複数のレーザビームの光路を横切って各光路に順次、強度測定部の受光面を位置付けするものが採用できる。このように、強度測定部を、移動機構、例えば、スライド機構に結合することにより、各レーザビーム光学系の光路上に強度測定部を移動させることが可能になる。それによって、1つの強度測定部だけで、複数のレーザビーム光学系にわたってそれぞれ照射エネルギーの測定が可能になる。 In order to make the single intensity measurement unit movable, a movement mechanism, for example, a slide mechanism is provided, and the movement mechanism sequentially moves to each optical path across the optical paths of a plurality of laser beams to be received. It is possible to adopt one that positions the light receiving surface. In this way, by coupling the intensity measurement unit to a moving mechanism, for example, a slide mechanism, the intensity measurement unit can be moved on the optical path of each laser beam optical system. Thereby, the irradiation energy can be measured over a plurality of laser beam optical systems with only one intensity measuring unit.
上記単一の強度測定部は、光学系と被処理膜材料との間の光路に配置することにより、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定することができる。全ての光学系からの照射ビームが正確に測定できるので、この測定信号ないし測定データにより、例えば、各光学に設けた可変減衰器を調節して再度強度測定をすることを、繰り返して、複数の照射ビームの強度を実質的に同一に設定することができる。 The single intensity measuring unit can measure the intensity of the irradiation beam applied to the film material to be processed by being arranged in the optical path between the optical system and the material to be processed. Since the irradiation beams from all the optical systems can be measured accurately, for example, by adjusting the variable attenuator provided in each optical and measuring the intensity again with this measurement signal or measurement data, a plurality of repetitions are made. The intensity of the irradiation beam can be set to be substantially the same.
別の実施形態は、上記の強度測定部を第1の強度測定部とし、上記光学系の光路の第1の強度測定部とは異なる位置で第2の単一強度測定部を、配置して、各光路についてレーザビーム強度を測定することを含む。この第1の単一強度測定部と第2の強度測定部とは、上記と同様に、それぞれ対応する光路にわたって、別個に移動でき、光路毎に受光可能に位置付けられる。 In another embodiment, the intensity measuring unit is a first intensity measuring unit, and a second single intensity measuring unit is arranged at a position different from the first intensity measuring unit in the optical path of the optical system. Measuring the laser beam intensity for each optical path. The first single intensity measuring unit and the second intensity measuring unit can be separately moved over the corresponding optical paths, and are positioned so as to be able to receive light for each optical path, as described above.
このように、2つの単一強度測定部を光路位置を変えて配置することにより、強度変動の大きい幾つか発生部位を分けて、そのビーム強度を測定できるので、それぞれの測定信号、〜測定データから、発生部位における強度変動を知って、調整することができる。 In this way, by arranging two single intensity measuring units with different optical path positions, it is possible to measure several beam generation sites by dividing several occurrence sites with large intensity fluctuations. From this, it is possible to know and adjust the intensity fluctuation at the generation site.
そのような測定の態様は、上記第1の強度測定部を、光学系と被処理膜材料との間の光路に配置して、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定し、上記第2の単一強度測定部をレーザ発振器と光学系との間の光路に配置してレーザ発振器から放射されたレーザビームの強度を測定することができる。 In such a measurement mode, the first intensity measurement unit is disposed in the optical path between the optical system and the film material to be processed, and the intensity of the irradiation beam irradiated to the film material to be processed is measured. The second single intensity measuring unit can be arranged in the optical path between the laser oscillator and the optical system to measure the intensity of the laser beam emitted from the laser oscillator.
この例のモニタ方法は、2組の強度測定部を使い、その強度の差から、レーザ発振器とステージ間の光学素子伝送効率を測定することができ、光学素子伝送効率をモニターすることにより各光学素子及び装置の異常を判断できる。また、第2の単一強度測定部の強度データにより、各発振器を発振器出力が一定になる様に調節して、その上で、第1の単一強度測定部のデータで、各光学系の照射ビーム強度を知ることができる。この場合、後述の如く、複数のレーザ発振器と光学系との間にそれぞれ可変減衰器を介挿して、第1の単一強度測定部のデータで、可変減衰器を調節することができ、これにより、各光学系からの照射ビームの強度を全て光学系について、実質的に同一に成るように調節することができる。 The monitoring method of this example uses two sets of intensity measuring units, and can measure the optical element transmission efficiency between the laser oscillator and the stage from the difference in intensity, and each optical element can be monitored by monitoring the optical element transmission efficiency. Abnormalities of elements and devices can be determined. Further, each oscillator is adjusted by the intensity data of the second single intensity measuring unit so that the output of the oscillator becomes constant, and then the data of the first single intensity measuring unit is used for the data of each optical system. The irradiation beam intensity can be known. In this case, as will be described later, a variable attenuator can be adjusted with the data of the first single intensity measuring unit by inserting a variable attenuator between each of the plurality of laser oscillators and the optical system. Thus, the intensity of the irradiation beam from each optical system can be adjusted to be substantially the same for all optical systems.
さらに、レーザ光学系の各々についてその光路に、部分透過鏡又は部分反射鏡を介して、第2の強度測定部により、レーザ発振器の出力を測定し、第1の単一強度測定部により、光学素子を通過後のレーザビーム強度を測定するようにすれば、アニーリング操業中においてレーザビーム照射を行ないながら、光学素子伝送効率をモニターすることによつて、各光学素子及び装置の異常を判断でき、また、後述の如く、可変減衰器を配置して調節することにより、照射ビームの強度調節を任意に行なうことができる。 Further, in each optical path of the laser optical system, the output of the laser oscillator is measured by the second intensity measuring unit via the partially transmitting mirror or the partially reflecting mirror, and the optical power is measured by the first single intensity measuring unit. By measuring the laser beam intensity after passing through the element, it is possible to determine the abnormality of each optical element and device by monitoring the optical element transmission efficiency while performing laser beam irradiation during the annealing operation. Further, as will be described later, the intensity of the irradiation beam can be arbitrarily adjusted by arranging and adjusting a variable attenuator.
本発明の別の形態は、レーザアニール装置には、各レーザ光学系とこれに対応するレーザ光源との間に配置した各可変減衰器と、上記の強度測定部からの強度信号を受けて、可変減衰器の駆動部に制御信号を供給して各減衰器の減衰率を制御するフィードバック制御部とを含むものがよく、この制御部により、各光路の減衰器を調節してその減衰特性を所定の範囲内に調節することを含む。 According to another aspect of the present invention, the laser annealing apparatus receives each variable optical attenuator disposed between each laser optical system and the corresponding laser light source, and an intensity signal from the intensity measuring unit, It is preferable to include a feedback control unit that controls the attenuation rate of each attenuator by supplying a control signal to the drive unit of the variable attenuator. By this control unit, the attenuation characteristic of each optical path is adjusted and the attenuation characteristic is adjusted. Adjusting within a predetermined range.
さらにこの形態には、単一強度測定部を、上記可変減衰器と光学系との間の光路に配置して、強度測定部位からの測定信号により、フィードバック制御部が、各光路間の可変減衰器を較正するようにすることを含む。 Further, in this embodiment, a single intensity measurement unit is arranged in the optical path between the variable attenuator and the optical system, and the feedback control unit uses the measurement signal from the intensity measurement site to change the variable attenuation between the optical paths. Calibrating the vessel.
さらに、各レーザ発振器には、それぞれ発振強度測定部を備えてもよく、この場合には、発振強度測定部からの発振強度信号と上記単一強度測定部からの強度測定信号とにより、フィードバック制御部が各減衰器を制御して、光路間の照射ビーム強度を一定に制御することができる。 Further, each laser oscillator may be provided with an oscillation intensity measurement unit. In this case, feedback control is performed using an oscillation intensity signal from the oscillation intensity measurement unit and an intensity measurement signal from the single intensity measurement unit. The unit controls each attenuator, so that the irradiation beam intensity between the optical paths can be controlled to be constant.
上記フィードバック制御部を含むモニタ方法及びアニーリング装置の別の態様は、 単一の強度測定部下の測定値を利用してレーザビームの強度を自動制御するものであり、フィードバック制御部(又は、記憶装置)には、予め測定部位における必要なビーム強度を設定して記憶しておき、単一強度測定部からの強度測定信号を設定強度と比較して、その比較信号を制御信号として、可変減衰器(又は、可変減衰器を駆動してその減衰量を可変調整する駆動部)に入力して、可変減衰器の減推量を調節して、単一強度測定部の実測強度を設定強度に一致させるように、閉ループ制御を行なうのが好ましい。これにより、単一強度測定部による測定の際には、全部の光学系についての測定部位のビーム強度の全てを、予めの統一した設定強度に自動的に正確に自動調節することができる利点がある。 Another aspect of the monitoring method and annealing apparatus including the feedback control unit is to automatically control the intensity of the laser beam using the measurement value under the single intensity measurement unit, and the feedback control unit (or storage device) ) Set and store the required beam intensity at the measurement site in advance, compare the intensity measurement signal from the single intensity measurement unit with the set intensity, and use the comparison signal as a control signal, and a variable attenuator (Or a drive unit that drives the variable attenuator and variably adjusts the attenuation amount), adjusts the amount of reduction of the variable attenuator, and matches the measured intensity of the single intensity measurement unit with the set intensity Thus, it is preferable to perform closed loop control. As a result, in the measurement by the single intensity measuring unit, there is an advantage that all the beam intensities of the measurement parts for all the optical systems can be automatically and automatically adjusted to the preset unified intensity. is there.
これらの実施形態において、レーザ光源には、ガスレーザや固体レーザが利用できる。特に、固体レーザは、発振器内での熱レンズ硬化によりレーザ出力が変動することがあり、本発明は、固体レーザに好ましく適用することができる。
被処理膜材料には、シリコン膜が利用では、基板上に形成した非晶質シリコン膜が、レーザ処理により、多結晶シリコン膜を調整する。このように、膜材料がシリコンであるとき、レーザ光源には、波長330〜800nmの可視光が、シリコン膜に対する適度の吸収性能を有するので、広く利用される。これらのレーザ光源には、Nd:YAGレーザの第2高調波若しくは第3高調波、Nd:ガラスレーザの第2高調波若しくは第3高調波、Nd:YVO4レーザの第2高調波若しくは第3高調波、Nd:YLFレーザの第2高調波若しくは第3高調波、Yb:YAGレーザの第2高調波若しくは第3高調波、Yb:ガラスレーザの第2高調波若しくは第3高調波、又は、Ti:Al2O3レーザの基本波若しくは第2高調波等が利用できる。
本発明においては、さらに、レーザ光源として、上記固体レーザの高調波以外にも、ガスレーザ、例えば、CO2レーザ、を複数個配列して広い面域を熱処理するような用途にも利用することもできる。
In these embodiments, a gas laser or a solid-state laser can be used as the laser light source. In particular, the laser output of a solid laser may fluctuate due to thermal lens curing in an oscillator, and the present invention can be preferably applied to a solid laser.
When a silicon film is used as a material to be processed, an amorphous silicon film formed on a substrate adjusts a polycrystalline silicon film by laser processing. Thus, when the film material is silicon, visible light having a wavelength of 330 to 800 nm has an appropriate absorption performance with respect to the silicon film and is widely used as the laser light source. These laser light sources include Nd: YAG laser second harmonic or third harmonic, Nd: glass laser second harmonic or third harmonic, Nd: YVO 4 laser second harmonic or third harmonic. Harmonic, second harmonic or third harmonic of Nd: YLF laser, Yb: second harmonic or third harmonic of YAG laser, Yb: second harmonic or third harmonic of glass laser, or A fundamental wave or second harmonic of a Ti: Al 2 O 3 laser can be used.
In the present invention, as a laser light source, in addition to the above harmonics of the solid-state laser, a gas laser, for example, a CO 2 laser, may be used to heat a wide area by arranging a plurality of gas lasers. it can.
強度測定部には、レーザアニール装置では照射エネルギーが大きいことから、パワーメータ、例えば、カロリーメータが利用される。以下の実施形態は、パワーメータの例で、記載する。 As the intensity measurement unit, a power meter such as a calorimeter is used because the laser annealing apparatus has a large irradiation energy. The following embodiments will be described with examples of power meters.
実施の形態1.
この実施の形態は、光学系と照射面である基板との間の光路に、単一のパワーメータを光路間に移動可能に配置して、その光路のビームを直接測定するものである。パワーメータは、装置の作動時は、これら光路から退避した定置場所に定置でき、この場合は、光路は照射できるように照射ビームを伝送することができる。他方、測定時には、パワーメータは、各光路を個別に順次遮断して、その受光面で光路からのビームを受光してその強度を測定する。そのために、パワーメータは、複数の光路を横断するように、移動装置上に固定され、移動装置により、パワーメータを移動させて、所望の順番に各光路に受光可能に位置付けする。測定した強度のデータは、その光路の強度制御可能な光学部品の調整に使用する。この実施形態は、光路の光学系と照射面との間で強度測定をするので、基板に直接に入射する照射ビームの強度を正確に調節することができる利点がある。
In this embodiment, a single power meter is arranged so as to be movable between optical paths in an optical path between an optical system and a substrate as an irradiation surface, and a beam in the optical path is directly measured. When the apparatus is in operation, the power meter can be placed at a place where it is retracted from these optical paths. In this case, the irradiation beam can be transmitted so that the optical path can be irradiated. On the other hand, at the time of measurement, the power meter sequentially blocks each optical path, receives the beam from the optical path at its light receiving surface, and measures its intensity. For this purpose, the power meter is fixed on the moving device so as to cross a plurality of optical paths, and the power meter is moved by the moving device so as to be able to receive light in each optical path in a desired order. The measured intensity data is used to adjust an optical component that can control the intensity of the optical path. Since this embodiment measures the intensity between the optical system of the optical path and the irradiation surface, there is an advantage that the intensity of the irradiation beam directly incident on the substrate can be accurately adjusted.
図1に示す例は、レーザ光源として、複数のレーザ発振器1(この例は、3個の固体レーザ発振器1a、1b、1c)とそれぞれのレーザ発振器からのレーザビーム20a,20b,20cの強度調整用の減衰器2(同様に、3個の減衰器2a、2b、2c)と、各減衰器からのレーザビームを受けて光学的操作して、基板7上の半導体膜である照射面で線状ビームプロフィルにして照射ビームとして供給するレーザ光学系3、4と、照射面をなす半導体膜を担持する基板7を搭載する2次元可動型ステージ11と、から成っている。
In the example shown in FIG. 1, as a laser light source, a plurality of laser oscillators 1 (in this example, three solid-
各レーザビーム光学系3、4は、レーザ発振器1により放射され減衰器2を通過したレーザビームを、強度分布を均一化するためのホモジナイザー3(例として、3個のホモジナイザー3a、3b、3c)と、そのレーザビームを受けて基板7上に収束して照射する伝送系4とから構成されている。
Each of the laser beam
この例の光学系3、4は、図示しないが、ホモジナイザー3に、y方向に互いに対向する反射面を有する導波路と、この導波路出射端面をy方向にのみ基板上に転写する転写レンズを含み、他方、各伝送系4は、この例は、一対のシリンドリカルレンズ4a〜4cからなり、ホモジナイザー3からの転写ビームのうちx方向にのみ基板上に集光して、その結果、基板7上照射面には、y方向に長くx方向に非常に狭くして、照射部位22(例として、3個の照射部位22a、22b、22c)では線状照射ビームを形成している。
Although not shown, the
この実施形態は、パワーメータ5を、複数のレーザビーム光学系と基板7上の照射面との間に、光路を遮断して受光可能に配置している。
In this embodiment, the
この例は、図示しないが、光路に対して直交するガイドを備えて、ガイドにそって移動する摺動台上にパワーメータ5が、その受光面を光路の光学系の方向に向けて、搭載され、摺動台が、自動的に往復移動制御される。通常は、摺動台を定置する定置位置を適宜設けて、定置位置は、パワーメータ5が、どの光路も阻害しない位置であればよく、パワーメータ5は、アニール装置が動作中は、その位置に定置されている。
Although this example is not shown in the figure, a
測定の際には、装置のアニーリング処理動作は中断するが、レーザ発振器はそのまま作動させた状態で、測定すべき光学系を予めないし適宜選択あるいは順次指定することにより、摺動台が移動してパワーメータ5をその光路に受光可能に正確に位置付けて、パワーメータ5によりその光路のエネルギー強度を正確に測定する。次に、パワーメータ5が、指定された光路に移動して、その光路のエネルギー強度を測定する。移動と測定を繰り返して、こうして、光学系全部について、照射ビームの強度を測定して測定データを得ることができる。
At the time of measurement, the annealing process of the device is interrupted, but the slide base is moved by selecting the optical system to be measured in advance or appropriately or specifying it sequentially while the laser oscillator is still operating. The
測定データからビーム強度を調整する1つの方法は、測定された全部の光路の強度データから、全ての光路の強度が実質的に同一になるように光路毎に修正値を決定して、その修正値から、全ての光路のビーム強度が実質的に同一になるように、各光路の可変減衰器2を調節する。この調節中又は調節後に、再度強度測定を上記要領に従って行ない、均一強度を達成していることを確認する。
One method of adjusting the beam intensity from the measurement data is to determine a correction value for each optical path from the measured intensity data of all the optical paths so that the intensity of all the optical paths is substantially the same. From the value, the
別の方法は、光路別に、強度測定を行ない、測定値が所定の設定値になるように、その場で可変減衰器2を調節する。この操作を、全部の光学系について行なう。これにより、最終的に的には、全ての光路に付いて実質的に同一の強度が得られる。
In another method, intensity measurement is performed for each optical path, and the
実施の形態2.
この実施形態は、複数の光学系と対応する基板の照射面との間に第1の強度測定部を設け、第2の単一の強度測定部を、レーザ発振器と減衰器との間に配置して、2段階の測定を行なうものである。
In this embodiment, a first intensity measurement unit is provided between a plurality of optical systems and an irradiation surface of a corresponding substrate, and a second single intensity measurement unit is arranged between the laser oscillator and the attenuator. Thus, two-stage measurement is performed.
第1の強度測定部は、実施の形態1と同様に、各光学系と対応する基板の照射面との間の各光路を単一の測定部で測定して、減衰器を調節して各光路における照射ビームの強度を均一にするものである。 As in the first embodiment, the first intensity measurement unit measures each optical path between each optical system and the irradiation surface of the corresponding substrate with a single measurement unit, adjusts the attenuator, The intensity of the irradiation beam in the optical path is made uniform.
第2の強度測定部は、レーザ発振器と減衰器との間に配置して、各レーザ発振器の放射強度を測定し、各レーザ発振器の特性差を調べると共に、各レーザ発振器を調節して各発振出力を均一化するものである。 The second intensity measurement unit is arranged between the laser oscillator and the attenuator, measures the radiation intensity of each laser oscillator, examines the difference in characteristics of each laser oscillator, and adjusts each laser oscillator to adjust each oscillation. The output is made uniform.
2段階の強度測定部により、出力の変動が、レーザ発振器に起因するものか、光学系の光学素子に起因するものかを判別することができ、大きな出力差を生じた場合には、その原因を迅速に把握することができる。 The two-stage intensity measurement unit can determine whether the output fluctuation is caused by the laser oscillator or the optical element of the optical system. If a large output difference occurs, the cause Can be grasped quickly.
図2はこの実施形態を示すが、上記の実施の形態1に追加の形態で、レーザ光学系においてレーザビーム20a,20b,20cを出力するレーザ発振器1とレーザビーム強度を調整する減衰器2の間に第2のパワーメータ8を配置している。
FIG. 2 shows this embodiment. In addition to the first embodiment, a
第1のパワーメータ5は、各光学素子及び装置を通過したレーザビームの出力を測定し、第2のパワーメータ8は、レーザ発振器のみの出力を測定し、レーザ発振器1からステージ11上の基板7までの伝送効率の把握することを可能とする。それによって、レーザ発振器以降に配置される減衰器2、ホモジナイザー3、ビーム伝送系4、などの各光学素子及び装置において何らかの異常(例えば、減衰器内反射ミラーの損傷また、ビーム伝送系でのレンズの焼き付きなど)が発生した場合、パワーメータ5とパワーメータ8で測定した伝送効率をモニタしていれば、各光学素子及び装置においての異常を判断することができる。
The
実施の形態3.
この実施形態は、各レーザ発振器から基板に至る各光路に部分透過鏡を挿入して、レーザビームの一部を部分透過鏡に光路外に分岐して部分ビームを取り出し、この分岐ビームを単一の強度測定部により測定する物である。パワーメータは、分岐ビームの光路に直交して移動するように配置され、パワーメータにより、複数の分岐ビームを適宜又は順次測定して、エネルギー強度を測定する。各光路に介挿する部分透過鏡の透過率を一定に保持することにより、測定値から、正確に、照射ビームの強度を知ることができる。
In this embodiment, a partial transmission mirror is inserted in each optical path from each laser oscillator to the substrate, a part of the laser beam is branched to the partial transmission mirror outside the optical path, and the partial beam is extracted. It is a thing measured by the intensity | strength measurement part. The power meter is disposed so as to move perpendicular to the optical path of the branched beam, and the energy intensity is measured by appropriately or sequentially measuring the plurality of branched beams with the power meter. By keeping the transmittance of the partial transmission mirror inserted in each optical path constant, it is possible to accurately know the intensity of the irradiation beam from the measured value.
この例は、図3に示すように、複数のレーザ発振器1(図は、3個のレーザ発振器1a、1b、1c)より放射された各レーザビームは、上記の実施形態と同様に、レーザビーム強度を調節する可変減衰器2(2a、2b、2c)によって必要な強度に調整され、レーザビーム強度分布を均一化するためのホモジナイザー3(3a、3b、3c)を通して、レーザビーム強度分布を均一化する。各ホモジナイザー3からの各レーザビームはビーム伝送系4によって基板7上に集光されて、線状の形状プロフィルされるが、ビーム伝送系4からの各照射ビーム21(21a、21b、21c)は、各ビーム伝送系4の後に配置された部分透過鏡9(9a、9b、9c)により、大部分が反射して、ステージ10上の基板7上に照射される。
In this example, as shown in FIG. 3, each laser beam emitted from a plurality of laser oscillators 1 (three
部分透過鏡9の透過方向には、1個のパワーメータ5が配置され、パワーメータ5は、各部分透過鏡9を透過した分岐光路の部分ビームを受光可能に直交移動できるように配置されている。
One
ここに、部分透過鏡9は、各ビーム伝送系4からのレーザビーム強度の数%の一定割合を透過させ、残りの光を反射させて、基板7上に照射する。この部分透過鏡の正確な透過率は実測されて知られており、照射ビーム21はそのビーム強度の一部が透過光となり、部分透過鏡5後部に配置されるパワーメータ5で強度を測定する。パワーメータ5での測定強度値を既知の透過率で除して、照射ビームの出力を知ることができる。
Here, the
この実施形態は、部分透過鏡9によって光路外に透過したレーザビームを測定するので、ビーム強度測定時にパワーメータで光路を遮断することなく、常時パワー測定できる利点がある。即ち、照射ビーム21でアニール処理を実施しながら、ビーム強度の測定を随時実施できるので、生産性を害しない利点がある。また、パワーメータは移動可能な移動機構、例えば、スライド機構(不図示)、を備えているので、複数のレーザ光学系に亘って単一のパワーメータでよい利点がある。
In this embodiment, since the laser beam transmitted to the outside of the optical path is measured by the
実施の形態4.
この実施形態の装置は、図4に示すように、複数のレーザ発振器1(1a、1b、1c)より出力されたレーザビームを第2の部分反射鏡91(91a、91b、91c)を通して、減衰器2(2a、2b、2c)に導かれ、減衰器2を通過したビームは、上記実施形態3と同様にして、ホモジナイザー3と、ビーム伝送系4と、上記の部分透過鏡9(9a、9b、9c)により反射されて、基板7上に照射され、上記部分透過鏡9は、ビーム伝送系4からのビーム強度の数%を透過して、移動可能にした強度測定部で測定される。
As shown in FIG. 4, the apparatus of this embodiment attenuates laser beams output from a plurality of laser oscillators 1 (1a, 1b, 1c) through a second partial reflecting mirror 91 (91a, 91b, 91c). The beam guided to the device 2 (2a, 2b, 2c) and passed through the
レーザ発振器1からのレーザビームは、数%を反射する部分反射鏡91(91a、91b、91c)を通過し、レーザビーム強度を調節する手段を備えた減衰器2によって必要な強度に調整され、レーザビーム強度分布を均一にする手段を備えたホモジナイザー3によってレーザビーム強度分布を均一化する。そしてビーム伝送系4によって既定サイズに変換され、その後に配置される数%を透過する部分透過鏡9によりステージ11上に折り返され、基板7上に照射される。部分反射鏡91をレーザビームが通過した際に、数%のレーザビームは反射され、部分反射鏡下方に配置されるパワーメータ8でレーザビーム強度を測定する。また部分透過鏡9を数%透過した部分ビームは、部分透過鏡後部に配置されているパワーメータ5で測定されて、レーザビームの強度信号を得られる。
The laser beam from the
二つのパワーメータ5とパワーメータ8で測定した結果より、光学系の伝送効率の測定と管理が可能となり、伝送効率をモニタしていれば、各光学素子及び装置においての異常を判断することができる。
From the results measured with the two
実施の形態5.
この実施形態は、複数のレーザビーム光学系の各光路又は分岐された各光路に移動して測定可能な単一のパワーメータを配置して、パワーメータからの検出信号を、フードバック制御系を介して、各レーザビーム出力を制御して、複数の照射ビームの出力を一定範囲に制御するのである。
In this embodiment, a single power meter that can be measured by moving to each optical path of a plurality of laser beam optical systems or branched optical paths is arranged, and a detection signal from the power meter is transmitted to a food back control system. Thus, the output of each laser beam is controlled to control the output of the plurality of irradiation beams within a certain range.
フィードバック制御部は、制御信号を出力して、レーザ発振器若しくは減衰器又は両者を制御して、これにより、発振器のレーザビームの強度、若しくは減衰器を通過したビームの強度または、両方の強度を、複数の光学系にわたって、一定に保持するものを含む。 The feedback control unit outputs a control signal to control the laser oscillator and / or the attenuator, thereby both the intensity of the laser beam of the oscillator and / or the intensity of the beam that has passed through the attenuator, Includes one that is held constant over a plurality of optical systems.
図5の例においては、各レーザ光学系3、4は、レーザ発振器1(1a、1b、1c)より出力されたレーザビーム20a,20b,20cが、レーザビーム強度を調整する手段を備えた減衰器2(2a、2b、2c)によって必要な強度に調整され、レーザビーム強度分布を均一化する手段を備えたホモジナイザー3(3a、3b、3c)によってレーザビーム強度分布を均一化され、その後レーザビームはビーム伝送系4によって基板上に照射される。レーザビーム強度を調整する減衰器2とホモジナイザー3との間の光路に単一のパワーメータ5を配置する。単一のパワーメータ5は、スライド機構(不図示)によって各レーザビーム光路上に移動が可能になる。パワーメータ5は、減衰器2を通過したレーザビームの出力を測定し、その信号により、フィードバック制御部を介して、減衰器2の透過率を制御して、複数の減衰器2を透過するレーザビーム強度を実質的に同じレベルになるように、自動調節する。これにより、レーザ発振器からステージまでの伝送効率を一定に調節することができる。
In the example of FIG. 5, each of the laser
図6において、フィードバック制御系は、ステップ1でレーザビーム照射状態にし、ステップ2で、各光学系の光路で、スライド機構のパワーメータ5により減衰器2の通過ビーム強度を測定し、ステップ3は、その測定データを、ステップ3では、フィードバック制御系において、各光学系に接続した減衰器の透過率特性を把握する。
In FIG. 6, the feedback control system sets the laser beam irradiation state in
図7には、減衰器の透過率特性の一例を示すグラフであるが、この図から分るように、複数の光学系では、各減衰器の透過率特性(即ち、その減衰器の公称透過率と、実際にその減衰器を透過したエネルギーの出力の入力に対する比との相関関係を言う)が異なることがある。 FIG. 7 is a graph showing an example of the transmittance characteristic of the attenuator. As can be seen from FIG. 7, in a plurality of optical systems, the transmittance characteristic of each attenuator (that is, the nominal transmission of the attenuator). Rate and the ratio of the actual energy transmitted through the attenuator to the ratio of the output to the input).
ステップ4は、前記ステップ3において調べた透過率特性の差(公称透過率における減衰器の間のビーム出力相対値の差、以下同)が、±1%以上であるときは、減衰器間の透過率特性の差のデータから、各減衰器透過率特性の較正を行なう。減衰器の間において透過率を較正することによって、各光学系の減衰器間の透過率特性を実質的に同一にすることができる。
When the difference in transmittance characteristics examined in step 3 (difference in relative beam output between the attenuators at the nominal transmittance, hereinafter the same) is greater than ± 1%,
各減衰器は、長時間のレーザの透過により、温度変化し透過率が変化してくるので、定期的に、例えば、製品ロッド毎に、又は、一定時間(例えば、24時間)毎に、各減衰器について透過率の較正を行なうことができる。 Since each attenuator changes temperature and transmittance changes due to laser transmission for a long time, each attenuator periodically, for example, every product rod or every fixed time (for example, 24 hours) Transmittance calibration can be performed on the attenuator.
実施の形態6.
この実施形態は、図8の例に示すように、各光学系について、減衰器2と光学系3、4との間の各光路に、単一のパワーメータ5を、光路を遮断して直接受光できるように移動可能に配置し、パワーメータ5の測定信号が減衰器2a、2b、2cを駆動して制御するフィードバック制御部6を備えている。さらに、各レーザ発振器1(1a、1b、1c)には発振パワーメータ10(10a、10b、10c)を内蔵しており、それぞれレーザ発振器の出力を測定して、その出力信号を上記フィードバック制御部6に入力している。この例は、常時、各発振器の発振出力を常時測定し、フィードバック制御部6が、各レーザ発振器1から減衰器2を通過するレーザビームの出力がいずれの光学系において同一になるように、各減衰器2をフィードバック制御している。
In this embodiment, as shown in the example of FIG. 8, for each optical system, a
これによって、レーザ発振器からの出力変動を減衰器の透過率を調整することにより、照射ビーム21(21a、21b、21c)を安定して互いに実質的に等しい強度で、基板7上に照射することができる。
Thus, by adjusting the transmittance of the attenuator for the output fluctuation from the laser oscillator, the irradiation beam 21 (21a, 21b, 21c) is stably irradiated onto the
本発明のモニタ方法とレーザアニール装置は、半導体製造の分野において、特に、大きな基板上に蒸着した非晶質シリコン膜にレーザビームを照射して多結晶化する製造分野、及びこれらの多結晶シリコン膜上にトランジスタ回路を形成して集積回路製造分野に広く適用可能である。 The monitoring method and laser annealing apparatus according to the present invention are used in the field of semiconductor manufacturing, particularly in the manufacturing field in which an amorphous silicon film deposited on a large substrate is irradiated with a laser beam to be polycrystallized, and the polycrystalline silicon. A transistor circuit is formed on the film and can be widely applied to the integrated circuit manufacturing field.
1 レーザ発振器、2 減衰器、3 ホモジナイザー、4 伝送系、5 パワーメータ、6 フィードバック制御部、7 基板、11 ステージ、9 パワーメータ。
1 laser oscillator, 2 attenuator, 3 homogenizer, 4 transmission system, 5 power meter, 6 feedback control unit, 7 substrate, 11 stage, 9 power meter.
Claims (19)
上記第1の強度測定部が、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定し、
上記第2の強度測定部が、レーザ発振器から放射されたレーザビームの強度を測定することを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 The single intensity measuring unit includes a first intensity measuring unit provided in the optical path between the optical system and the film material to be processed, and a laser beam partially out of the optical path between the laser oscillator and the optical system. And a second intensity measuring unit arranged to receive and measure the partial beam branched by the partial reflector , the second intensity measuring unit arranged to split the beam into the beam ,
The first intensity measurement unit measures the intensity of the irradiation beam irradiated to the film material to be processed,
The method according to claim 1 , wherein the second intensity measuring unit measures the intensity of the laser beam emitted from the laser oscillator.
装置が、各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構とを含み、
該単一の強度測定部が、各光学系のレーザビーム強度を、複数の光路に亘り移動して、それぞれ測定することを特徴とするレーザアニール装置。 A plurality of laser light sources and a laser optical system corresponding to each laser light source are provided, and the processing target film material is heated by irradiating the processing target film material with the irradiation beam from each laser optical system in a region close to each other. In the laser annealing equipment to
The apparatus includes a single intensity measuring unit that measures the laser beam intensity of each optical system, and a moving mechanism in which the intensity measuring unit is arranged to be movable over a plurality of optical paths.
The laser annealing apparatus, wherein the single intensity measuring unit measures the laser beam intensity of each optical system by moving it over a plurality of optical paths.
各光学系のレーザビーム強度を測定する単一の強度測定部と、
該強度測定部を複数の光路に亘り移動可能に配置した移動機構と、
各光学系の各光路に配置されて、レーザビームを光路外に部分ビームに分岐する部分反射鏡とを含み、
上記移動機構が、該強度測定部が部分反射鏡で分岐した上記部分ビームを受光して強度測定するように、該強度測定部を移動させることを特徴とするレーザアニール装置。 A plurality of laser light sources and a laser optical system corresponding to each laser light source are provided, and the processing target film material is heated by irradiating the processing target film material with the irradiation beam from each laser optical system in a region close to each other. In the laser annealing equipment to
A single intensity measurement unit for measuring the laser beam intensity of each optical system;
A moving mechanism in which the intensity measuring unit is movably disposed across a plurality of optical paths;
A partial reflecting mirror disposed in each optical path of each optical system and branching the laser beam into a partial beam outside the optical path;
The laser annealing apparatus, wherein the moving mechanism moves the intensity measuring unit so that the intensity measuring unit receives the partial beam branched by the partial reflecting mirror and measures the intensity.
上記第1の強度測定部が、被処理膜材料に照射される照射ビームの強度を測定し、
上記第2の強度測定部が、レーザ発振器から放射されたレーザビームの強度を測定することを特徴とする請求項11または12に記載の装置。 The single intensity measuring unit includes a first intensity measuring unit provided in the optical path between the optical system and the film material to be processed, and a laser beam partially out of the optical path between the laser oscillator and the optical system. And a second intensity measuring unit arranged to receive and measure the partial beam branched by the partial reflector , the second intensity measuring unit arranged to split the beam into the beam ,
The first intensity measurement unit measures the intensity of the irradiation beam irradiated to the film material to be processed,
The apparatus according to claim 11 or 12 , wherein the second intensity measuring unit measures the intensity of a laser beam emitted from a laser oscillator.
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