JP2000343257A

JP2000343257A - 戻り光除去方法と装置

Info

Publication number: JP2000343257A
Application number: JP11159890A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Yamazaki; 和則山崎
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-12
Anticipated expiration: 2019-06-07
Also published as: JP3363835B2

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクからの戻り光を確実に防止できるレー
ザアニーリング装置その他のレーザ加工装置。【解決手段】レーザ光源１０からのレーザ光ＡＬを縮
小された矩形のビームとしてワークＷ上の所定領域に入
射させる。ワークＷ上には、アモルファスＳｉ等の非晶
質半導体の薄膜が形成されており、矩形のビームの照射
及び走査によって半導体の所定領域がアニール、再結晶
化され、電気的特性の優れた半導体薄膜を提供すること
ができる。この際、マスク組立体２２に、スリットを形
成したマスク２２ａと、このマスク２２ａの入射面側に
マスク２２ａに対して所定角だけ傾斜した反射部材２２
ｂとを組み込んでいるので、反射部材２２ｂに形成した
反射面である反射パターン８６によって、レーザ光ＡＬ
がマスク２２ａから逆進することを阻止し、マスク２２
ａからの意図しない反射光が光源側のホモジナイザ２１
等にダメージを与えることを防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、マスク像をワー
ク上に投射するタイプのレーザアニーリング装置その他
のレーザ加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザアニーリング装置では、アモルフ
ァスＳｉ膜を形成した基板上にホモジナイザと呼ばれる
ビーム整形光学系を用いて線状のアニール光である長尺
ビームを照射するとともに、この長尺ビームを基板上で
短軸方向に１軸スキャン照射することにより、基板上の
アモルファスＳｉ膜を一様に多結晶化している。

【０００３】

【解決しようとする課題】しかし、上記のようなレーザ
アニーリング装置では、精度の低い長尺ビームを用いて
いるので、目標とする領域を高精度でレーザアニールす
るという目的には適さない。

【０００４】ここで、細長い矩形の開口を有するマスク
をアニール光で照明し、マスクの開口像を基板上に縮小
投影すれば、高精度のレーザアニールも可能になると考
えられるが、マスクからの戻り光を防止する必要があ
る。すなわち、マスクからの意図しない反射光（加工に
利用されない光）が光源側の光学要素に集光してこれら
にダメージを与えることを防止する必要が生じる。

【０００５】そこで、本発明は、上記のようなマスクか
らの戻り光を確実に防止できるレーザアニーリング装置
その他のレーザ加工装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光によって照明
されたマスクの像をワーク上に投影することによってワ
ークの加工を行うレーザ加工装置であって、マスクの入
射面側に配置されるとともにこのマスクに対して所定角
度を成す反射面を有する反射部材によって、レーザ光が
マスクから逆進することを阻止する。

【０００７】この場合、マスクの入射面側にこのマスク
に対して所定角度を成す反射面を有する反射部材によっ
て、レーザ光がマスクから逆進することを阻止するの
で、マスクからの意図しない反射光が光源側の他の光学
要素にダメージを与えることを防止できる。

【０００８】また、上記装置の好ましい態様では、反射
部材が、マスクの光透過部の形状に対応する形状の反射
面を有し、光透過部を除いた光透過部の周辺に入射する
レーザ光を遮る。

【０００９】この場合、反射面の形状を利用して、光透
過部を除いた光透過部の周辺に入射するレーザ光を遮る
ので、マスクの光透過部の完全な照明が可能になるとも
に、光透過部周辺で反射光による戻り光を効果的に防止
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係るレーザ加工
装置の一実施形態であるレーザアニーリング装置の構造
を概念的に説明する図である。

【００１１】このレーザアニーリング装置は、ガラス基
板上にアモルファス状Ｓｉ等の半導体薄膜を形成したワ
ークＷを熱処理するためのもので、かかる半導体薄膜を
加熱するためのエキシマレーザその他のレーザ光ＡＬを
発生するレーザ光源１０と、このレーザ光ＡＬをライン
状（微細な矩形）にして所定の照度でワークＷ上に入射
させる照射光学系２０と、ワークＷを載置してワークＷ
をＸ−Ｙ面内で滑らかに並進移動させることができると
ともにＺ軸の回りに回転移動させることができるプロセ
スステージ装置３０とを備える。

【００１２】照射光学系２０は、入射したレーザ光ＡＬ
を均一な分布とするとともに所望の断面形状とするビー
ム整形手段であるホモジナイザ２１と、ホモジナイザ２
１を経たレーザ光ＡＬを細い矩形ビームに絞るためのス
リットを形成しているマスクを組み込んだマスク組立体
２２と、マスクのスリット像をワークＷ上に縮小投影す
るイメージングレンズすなわち投影レンズ２３とからな
る。このうち、マスク組立体２２は、マスクステージ装
置４０に交換可能に支持されており、マスクステージ装
置４０に駆動されてＸ−Ｙ面内で滑らかに並進移動可能
であるとともにＺ軸の回りに回転移動可能となってい
る。

【００１３】プロセスステージ装置３０は、プロセスチ
ャンバ５０内に収容されており、ワークＷをプロセスチ
ャンバ５０内に支持するとともに照射光学系２０に対し
て適宜移動させることができる。照射光学系２０からの
レーザ光ＡＬは、ウィンドウ５０ａを介してプロセスチ
ャンバ５０内の適所に支持されたワークＷ上の所望の領
域に照射される。

【００１４】なお、投影レンズ２３の両側には、ウィン
ドウ５０ａを介して検査光をワークＷ表面に入射させる
投光装置６１と、ワークＷ表面からの反射光を検出する
受光装置６２とからなる位置検出装置等が設置されてお
り、プロセスステージ装置３０上のワークＷを照射光学
系２０に対して精密に位置合わせすることができるよう
になっている。

【００１５】ここで、マスクステージ装置４０や投影レ
ンズ２３は、プロセスチャンバ５０から延びる架台６５
に吊り下げられて固定されている。なお、図示を省略し
ているが、レーザ光源１０やホモジナイザ２１も架台６
５に対して間接的に固定されている。

【００１６】図２は、照射光学系２０の構成を説明する
図である。レーザ光源１０からのレーザ光ＡＬが入射す
るホモジナイザ２１は、縦横のビームサイズを独立にコ
ントロールするための第１〜第４シリンドリカルレンズ
アレイＣＡ1〜ＣＡ4と、集光のためのコンデンサレンズ
２１ａとからなる。ここで、第１及び第３シリンドリカ
ルレンズアレイＣＡ1、ＣＡ3は、紙面に平行な断面に曲
率を有し、第２及び第４シリンドリカルレンズアレイＣ
Ａ2、ＣＡ4は、紙面に垂直な断面に曲率を有する。

【００１７】ホモジナイザ２１からのレーザ光ＡＬは、
ターンミラー２５を経て、マスク組立体２２に入射す
る。このマスク組立体２２は、レーザ光ＡＬによって照
明されるとともにワークＷに照射すべきパターンを下面
８０に形成したマスク２２ａと、マスク２２ａのパター
ンの光透過部（すなわち開口）の周囲にレーザ光ＡＬが
入射して戻り光の原因となることを防止する反射部材２
２ｂと、瞳位置を調節するフィールドレンズ２２ｃとか
らなる。ここで、反射部材２２ｂは、マスク２２ａに対
して傾いて配置されており、反射部材２２ｂの上面８１
からの反射光ＲＬは、光軸ＯＡから外れた方向に出射
し、フィールドレンズ２２ｃを経てビームダンパ２６に
入射する。なお、フィールドレンズ２２ｃは、ホモジナ
イザ２１の一部と考えることもできる。

【００１８】マスク２２ａを通過したレーザ光ＡＬは、
投影レンズ２３に入射する。この投影レンズ２３は、レ
ーザ光ＡＬによって照明されたマスク２２ａに形成され
た光透過パターンであるスリット像をワークＷの加工面
上に縮小投影、すなわち結像・転写する。

【００１９】図３は、マスクステージ装置４０の構造と
マスク組立体２２の支持とを説明する側方断面図であ
る。マスクステージ装置４０は、マスク組立体２２をＸ
軸方向に並進移動させるＸ軸ステージ部４１と、Ｘ軸ス
テージ４１とともにマスク組立体２２をＹ軸方向に並進
移動させるＹ軸ステージ部４２と、Ｘ軸ステージ４１及
びＹ軸ステージ部４２をＺ軸の回りに回転移動させるθ
軸ステージ４３とからなる。Ｘ軸ステージ４１とＹ軸ス
テージ部４２とは、スライドガイド４５を介して摺動可
能に連結されている。一方、Ｙ軸ステージ部４２とθ軸
ステージ４３とは、軸受４６を介して回転可能に連結さ
れている。

【００２０】マスク組立体２２は、マスク２２ａ、反射
部材２２ｂ及びフィールドレンズ２２ｃを保持する筒状
のマスクホルダ本体２２ｄの外周に、下方に向けて細く
なるテーパ外面ＴＰ1を有する。一方、Ｘ軸ステージ４
１も、底部４１ａに設けた円形開口に、テーパ外面ＴＰ
1に嵌合するテーパ内面ＴＰ2を有する。この結果、Ｘ軸
ステージ４１の挿入口４０ａから底部４１ａに設けた円
形開口にマスク組立体２２を挿入するだけで、テーパ外
面ＴＰ1とテーパ内面ＴＰ2とが嵌合して、Ｘ軸ステージ
４１に対してマスク組立体２２を精密に位置合わせする
ことができる。さらに、マスク組立体２２は、Ｘ軸ステ
ージ４１の底部４１ａにねじ込まれる環状の固定ナット
２５によって下方に一定の力で付勢される。

【００２１】マスク組立体２２や固定ナット２５は、取
付け治具７０を利用して、Ｘ軸ステージ４１の底部４１
ａに取り付けられる。マスク組立体２２は、取付け治具
７０の下面に設けた鈎状の引掛け部材７１と係合可能な
陥凹部２２ｇを有し、取付け治具７０の操作にともなっ
て昇降する。これにより、Ｘ軸ステージ４１の底部４１
ａに設けた円形開口にマスク組立体２２を簡易・確実に
挿入することができる。また、固定ナット２５も、取付
け治具７０の引掛け部材７１と係合可能な陥凹部２５ｇ
を有し、取付け治具７０の操作にともなって昇降する。
これにより、Ｘ軸ステージ４１の底部４１ａに挿入され
たマスク組立体２２の上方から固定ナット２５をねじ込
んで、マスク組立体２２を簡易・確実に固定することが
できる。

【００２２】図４は、マスク２２ａと反射部材２２ｂの
形状を説明する図である。ここで、図４（ａ）は、マス
ク２２ａの平面図であり、図４（ｂ）は、反射部材２２
ｂの平面図である。マスク２２ａには、対向する一対の
位置決め用の切欠９１が形成されており、反射部材２２
ｂにも、対向する一対の位置決め用の切欠９２が形成さ
れており、両者間で大体の位置決めが可能になってい
る。マスク２２ａと反射部材２２ｂは、レーザ光を照射
する照射領域ＩＡ1、ＩＡ2をそれぞれ中央に有してい
る。これらの両照射領域ＩＡ1、ＩＡ2には、後述する
が、光透過部として複数の矩形スリットが形成されてい
る。なお、マスク２２ａと反射部材２２ｂは、マスクホ
ルダ本体２２ｄに設けた調整ねじ（不図示）によって相
対的位置合わせが可能になっており、両照射領域ＩＡ
1、ＩＡ2をぴったり一致させることができる。

【００２３】図５は、マスク２２ａと反射部材２２ｂに
設定された照射領域ＩＡ1、ＩＡ2に形成されている矩形
スリットの形状を模式的に説明する図である。ここで、
図５（ａ）は、マスク２２ａの場合を示し、図５（ｂ）
は、反射部材２２ｂの場合を示す。マスク２２ａ上の照
射領域ＩＡ1には、ワークＷ上に縮小投影すべき複数の
矩形スリットＳＳが形成されている。これにより、ワー
クＷ上には、明暗のコントラストからなるパターンが形
成されるが、矩形スリットＳＳに対応する部分は明の部
分となっている。一方、反射部材２２ｂ上の照射領域Ｉ
Ａ2には、マスク２２ａ側の矩形スリットＳＳに入射す
るレーザ光を遮らないように、これら矩形スリットＳＳ
よりもわずかにサイズが大きくピッチが等しい複数の矩
形スリットＬＳが形成されている。

【００２４】図６は、図４及び図５に示すマスク２２ａ
の照射領域ＩＡ1と、反射部材２２ｂの照射領域ＩＡ2と
を位置合わせした状態を示す側方断面図である。マスク
２２ａは、ほぼ平行平板の石英ガラス基板８３からな
り、その下面８０側に誘電体層若しくは金属層からなる
遮光パターン８４が形成されている。この遮光パターン
８４は、光透過部として図５（ａ）の矩形スリットＳＳ
を有し、これらの矩形スリットＳＳに入射したレーザ光
は透過させるが、矩形スリットＳＳ周辺に入射したレー
ザ光は反射する。

【００２５】反射部材２２ｂも、ほぼ平行平板の石英ガ
ラス基板８５からなり、その上面８１側に誘電体層若し
くは金属層からなる反射パターン８６が形成されてい
る。この反射パターン８６は、図５（ｂ）の矩形スリッ
トＬＳを開口として有し、これらの矩形スリットＬＳに
入射した光は透過させるが、矩形スリットＳＳ周辺に入
射した光は反射する。つまり、反射パターン８６の矩形
スリットＳＳを通過した光ＰＬのみが、マスク２２ａに
入射することになる。ここで、反射パターン８６からの
反射光は、前述のように光軸から外れて図２に示すビー
ムダンパ２６に入射し、ここで吸収される。

【００２６】なお、マスク２２ａに設ける遮光パターン
８４は、入射した光を吸収するタイプにすることも考え
られるが、吸収による発熱で遮光パターン８４が歪んだ
り、遮光パターン８４やマスク２２ａ自体にダメージが
与えられることを防止するため、入射した光を反射する
タイプとしてある。このように遮光パターン８４を反射
タイプとした場合、仮に上記のような反射部材２２ｂを
設けなければ、遮光パターン８４で反射された光が戻り
光として逆流し、レーザ光源１０側の光学素子、例えば
ホモジナイザ２１のコンデンサレンズ２１ａ等にダメー
ジを与えるおそれがある。特に遮光パターン８４の開口
比が小さい場合、透過する光に対して反射される光の割
合が大きくなるので、上記のような戻り光の悪影響が発
生しやすい。このため、この装置では、マスク２２ａの
上方にマスク２２ａに対して傾けて配置された反射部材
２２ｂを配置することにより、マスク２２ａの不要部分
にレーザ光が入射する前にこれらのレーザ光を光学系外
に逸らしてビームダンパ２６に吸収させている。

【００２７】この際、マスク２２ａ自体を傾斜させるこ
とも考えられるが、マスク２２ａの投影像が傾斜位置に
応じてぼけたり変化するおそれがあり、特に投影レンズ
２３の物体深度が浅い場合、ワークＷ上に形成されるス
リット像の精度を低下させることになる。このため、こ
の装置では、マスク２２ａとは別に反射部材２２ｂを設
けているのである。

【００２８】図７は、図５及び図６に示すマスク２２ａ
側の矩形スリットＬＳと、反射部材２２ｂ側の矩形スリ
ットＳＳとの配置関係を説明する平面図である。このよ
うに、矩形スリットＬＳ内部に矩形スリットＳＳが配置
された場合、反射部材２２ｂは、マスク２２ａの矩形ス
リットＳＳに入射するレーザ光を遮ることはないが、矩
形スリットＳＳの周辺に入射するレーザ光をほぼ遮るこ
とになるので、マスク２２ａからレーザ光源１０側への
戻り光の発生を抑制できる。

【００２９】以下、図１及び図２に示すレーザアニーリ
ング装置の動作について説明する。まず、レーザアニー
リング装置のプロセスステージ装置３０上にワークＷを
搬送して載置する。次に、照射光学系２０の投影レンズ
２３に対してプロセスステージ装置３０上のワークＷを
アライメントする。次に、マスクステージ装置４０を駆
動してマスク組立体２２を投影レンズ２３に対してアラ
イメントする。次に、マスク２２組立体を移動させなが
ら、レーザ光源１０からのレーザ光ＡＬを縮小された矩
形のビームとしてワークＷ上の所定領域に入射させる。
ワークＷ上には、非晶質半導体薄膜であるアモルファス
Ｓｉ等の薄膜が形成されており、矩形のビームの照射及
び走査によって半導体の所定領域がアニール、再結晶化
され、電気的特性の優れた半導体薄膜を提供することが
できる。以上のようなレーザアニールは、ワークＷに設
けた複数の所定領域で繰返され、かかる複数の所定領域
で半導体薄膜がアニールされる。

【００３０】この際、マスク組立体２２に、スリットを
形成したマスク２２ａの入射面側にマスク２２ａと、こ
のマスク２２ａに対して所定角だけ傾斜した反射部材２
２ｂとを組み込んでいるので、反射部材２２ｂに形成し
た反射面である反射パターン８６によって、レーザ光Ａ
Ｌがマスク２２ａから逆進することを阻止することがで
き、マスク２２ａからの意図しない反射光が光源側のホ
モジナイザ２１等にダメージを与えることを防止でき
る。

【００３１】以上実施形態に即してこの発明を説明した
がこの発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば上記レーザアニーリング装置において、ホモジナ
イザ２１の構造は、図２に示すものに限らず、さらに用
途によってはホモジナイザ２１自体が不要となる。

【００３２】また、投影レンズ２３は、縮小投影するも
のに限らず、拡大投影するものであってもよく、さらに
用途によっては投影レンズ２３自体が不要となる。

【００３３】また、反射部材２２ｂを平行平板の石英ガ
ラス基板８５で形成しているが、石英ガラス基板８５を
楔状にして、石英ガラス基板８５の上面と、マスク２２
ａの上面又は下面が一定の傾きを有するものとできる。
さらに、反射部材２２ｂを金属板や石英ガラス等として
これ自体に実際の開口を形成することもできる。

【００３４】また、反射部材２２ｂのマスク２２ａに対
する傾き角については、レーザアニーリング装置を構成
する光学系の配置にもよるが、一般的には、数度〜数十
度とすることが、戻り光の確実な除去の観点や光学設計
等の観点から好ましい。

【００３５】また、上記の装置は、レーザ光ＡＬを用い
てワークＷ上の半導体層をアニーリングするものであっ
たが、レーザ光源１０や照射光学系２０等の構造を適宜
変更すれば、半導体材料のアニールのみならず各種材料
の改質、切断、溶着等を可能にするパルスレーザ加工装
置等とすることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ加工装置によれば、マスクの入射面側に配置さ
れるとともにこのマスクに対して所定角度を成す反射面
を有する反射部材によって、レーザ光がマスクから逆進
することを阻止するので、マスクからの意図しない反射
光が光源側の他の光学要素にダメージを与えることを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるレーザアニーリング
装置の構造を示す図である。

【図２】図１の装置の光学的な構成を説明する図であ
る。

【図３】図１の装置を構成するマスクステージ装置の構
造を説明する図である。

【図４】（ａ）はマスクの構造を説明する図であり、
（ｂ）は反射部材の構造を説明する図である。

【図５】（ａ）はマスクに形成されたスリットを説明す
る図であり、（ｂ）は反射部材に形成されたスリットを
説明する図である。

【図６】マスクと反射部材のアライメントを説明する側
面図である。

【図７】マスクと反射部材のアライメントを説明する平
面図である。

【符号の説明】

１０レーザ光源２０照射光学系２１ホモジナイザ２２マスク組立体２２ａマスク２２ｂ反射部材２２ｃフィールドレンズ２２ｄマスクホルダ本体２３投影レンズ２５固定ナット２６ビームダンパ３０プロセスステージ装置４０マスクステージ装置５０プロセスチャンバ５０ａウィンドウ６５架台８３石英ガラス基板８４遮光パターン８５石英ガラス基板８６反射パターンＬＳ矩形スリットＯＡ光軸ＳＳ矩形スリットＷワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光によって照明されたマスクの像
をワーク上に投影することによってワークの加工を行う
レーザ加工装置であって、前記マスクの入射面側に配置されるとともに当該マスク
に対して所定角度を成す反射面を有する反射部材によっ
て、前記レーザ光が前記マスクから逆進することを阻止
するレーザ加工装置。
【請求項２】前記反射部材は、前記マスクの光透過部
の形状に対応する形状の反射面を有し、前記光透過部を
除いた前記光透過部の周辺に入射するレーザ光を遮るこ
とを特徴とする請求項１記載のレーザ加工装置。