JP2001085353A

JP2001085353A - レーザー処理方法

Info

Publication number: JP2001085353A
Application number: JP2000243484A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Ishihara; 浩朗石原; Kazuhisa Nakashita; 一寿中下
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2000-08-10
Filing date: 2000-08-10
Publication date: 2001-03-30

Abstract

(57)【要約】【目的】量産性に優れ、高い精度のレーザー処理方法
を提供する。【構成】レーザー発振装置およびレーザー光学装置
と、試料を移動させるためのステージとは、別の防振装
置上に設置することによって、ステージの移動に伴う振
動をレーザー発振装置およびレーザー光学装置の光学系
に伝播しないようにして、レーザーの安定性を高め、か
つ、生産性を高める。前記ステージを移動させて二つの
アライメントマーカーを結ぶ線とモニターカメラのマー
カーとの位置合わせを行った後、ステージを回転させ
て、前記二つのアライメントマーカーを結ぶ線と線状の
レーザー光との位置合わせを行う。そして、前記ステー
ジは、前記マーカーと垂直な向きに移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、信頼性および量産性に
優れたレーザー処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子プロセスの低温化・大
面積化に関して盛んに研究が進められている。特に、レ
ーザースクライブ技術（高エネルギーのレーザー光を試
料薄膜等に照射して、切断する技術）、レーザーアニー
ル技術（高エネルギーのレーザー光を試料表面に照射し
て、表面近傍の結晶化等をおこなう技術）、レーザード
ーピング技術（高エネルギーのレーザー光を試料表面に
照射して、不純物拡散等をおこなう技術）等のレーザー
処理技術は究極の低温プロセス、大面積処理技術と注目
されている。

【０００３】しかしながら、現在のところ、実験室レベ
ルでの研究が主体で、量産時における問題については多
くは考慮されてこなかった。例えば、レーザー光照射中
の試料の誤動作・微動を減らすための技術や、レーザー
光を容易に目的とする箇所に照射するためのアライメン
ト技術は、開発されていなかった。

【０００４】特に、大面積処理には、試料を１軸方向に
移動させて、ストライプ状のレーザー光を照射する方法
が効率的である。これは、スポット状のレーザー光を走
査させる場合に比べて、運動方向が１方向であるため、
試料の移動が容易かつ簡便であることによる。しかし、
量産性を向上させる上で、ステージの振動がレーザー装
置に伝達し、レーザー出力が変動することが問題となっ
ていたが、これといった解決方法は提示されてこなかっ
た。また、このようなストライプ状のレーザー光を利用
する場合には、試料のアライメント法に関してはこれま
で大した考察がなされなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ステージの
振動がレーザー装置に伝達しないようなレーザー処理方
法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】本発明のレーザー処理方
法は、基板に設けられたパターンに線状のレーザー光の
照射面を、前記基板と前記パターンの境界に交差させた
まま移動させることを特徴とする。また、本発明のレー
ザー処理方法は、基板に設けられたパターンに線状のレ
ーザー光の前記第一の方向の長さが、前記第一の方向に
垂直な第二の方向の長さよりも短く、前記線状のレーザ
ー光を前記第一の方向に移動させつつ前記基板と前記パ
ターンの境界にも照射することを特徴とする。さらに、
本発明のレーザー処理方法は、前記線状のレーザー光を
前記境界に平行な方向に移動させることを特徴とする。
試料を移動するためのステージは、ステップモーターや
サーボモーターを使用するために、その振動によって試
料の位置がずれてしまうことが指摘されてきた。この点
に関し、本発明では、レーザー発振装置およびレーザー
光学系装置を試料が設置されるステージとは別の防振構
造の装置（例えば、防振台や光学架台）上に設置し、ま
た、ステージおよびその駆動機構は前記防振装置とは別
の防振装置や床面上に設置するものである。

【０００７】この結果、ステージの移動に伴う振動がレ
ーザー光学系やレーザー発振装置に伝達することがなく
なり、光軸のずれに伴うレーザー出力の変動がなくな
る。レーザー光学系およびレーザー発振装置は、同じ防
振装置上に設置されてもよいし、独立な防振装置上に設
置されてもよい。

【０００８】このようなレーザー処理装置の典型は、図
１に示される。図１においては、防振台１上にレーザー
発振装置２、レーザー増幅装置３、レーザー光学装置４
が配置され、光路にはミラー５〜８が設けられている。
また、レーザー光学装置では、ガウス分布をした正方形
に近い形状のレーザー光が、均一性に優れたストライプ
状のレーザー光に加工されて出力される。そして、この
レーザー光は、長方形のミラー９によって試料に照射さ
れる。

【０００９】このように、レーザー発振・増幅装置と光
学装置が全て同じ防振台１上に設置されている。一方、
試料１１は、ステージ（Ｘ−Ｙ−θ）１０上に設置さ
れ、これは、先の防振台とは別の台の上に設置される。
なお、ステージはＸ軸およびＹ軸はＤＣサービモーター
で、θ軸はステッピングモーター（パルスモーター）に
よって駆動される。

【００１０】また、試料のアライメントは、重要な技術
であるが、特に、レーザー光がストライプ状となると多
くのミスアライメント要素が問題となる。特に、集積回
路のように、試料のパターンとレーザー光との平行度が
高度に要求される場合には、これらを無視することはで
きない。

【００１１】例えば、基板に対して、試料パターンがわ
ずかに回転して形成されている場合がある。また、レー
ザー光の照射面と試料（ステージ）の移動方向がわずか
に異なる場合もある。さらに、アライメント用のモニタ
ーカメラとレーザー光の照射面とが平行度でない場合も
ある。

【００１２】このようなミスアライメント要素におい
て、最初のもの以外は、ずれが予めわかっているので、
アライメント時に補正することが可能である。そこで、
本発明では、最初に試料をモニターカメラで位置合わせ
し、ついで、予め分かっている補正をおこなうことによ
って、レーザー光線と試料との平行度を実現する。補正
は、試料ステージを回転させることによっておこなう。
すなわち、本発明では、ステージは、試料を１方向に移
動させるだけでなく、回転させる必要もある。以下に、
実施例を示し、より詳細に本発明を説明する。

【００１３】

【実施例】図２は本実施例で使用したアライメントをお
こなう装置の概略を示したものである。試料（基板）１
４は、少なくとも１方向に平行移動でき、かつ、回転移
動できるステージ１５上に設置された。また、試料１４
上には、アライメントマーカー１６が少なくとも２つ印
刷等の手段によって形成されていた。このアライメント
マーカー１６を少なくとも２つのモニターカメラ１３で
合わせることによってアライメントをおこなった。な
お、モニターカメラ１３には、アーム１２が取り付けら
れており、試料１４のセット、リセットの際には、モニ
ターカメラ１３をアーム１２に沿って移動させて、試料
１４のセット、リセットに支障のないようにした。レー
ザーの照射面１７は、長方形状でアライメントマーカー
１６とほぼ平行になるように照射される。

【００１４】図３には、本実施例で使用したレーザー処
理装置の概念図を示した。レーザー発振装置１８は防振
台２３、光学装置１９は光学架台２４にそれぞれ設置さ
れている。また、ステージ２２は、別な防振台２５上に
設置されている。ステージ２２は、Ｙ軸およびθ軸の移
動が可能で、Ｙ軸はＤＣサーボモーターによって、ま
た、θ軸はパルスモーターによって駆動される。レーザ
ー装置から発生したレーザー光２６は、光学架台２４上
に設けられたミラー２０やシリンドリカルレンズ２１を
経由してステージ２２上の試料に照射された。このよう
に、全ての装置が独立して防振装置上に設置されている
ため、外部の振動はもちろん、ステージ２２の移動にと
もなう振動がレーザーの出力を変動させることは全くな
かった。ちなみに、全ての装置を１つの防振台上に設置
した場合には、ステージの移動に伴う振動がレーザー装
置および光学装置に伝わり、レーザー出力の変動をもた
らした。そのため、振動がおさまるまで（約２秒間）レ
ーザー照射が不可能であり、生産性が低下した。

【００１５】図４はアライメントの際に用いる物体を示
す。試料（基板）３２上には、パターン３３が印刷され
ているが、このパターン３３は、試料３２に対してずれ
て印刷されている場合がある。また、試料３２は、ステ
ージ１５上に、ピン３１によって固定されるが、その位
置も正確でない（平行度が正しくない）場合がある。こ
のような理由から、パターン３３は、レーザー照射面２
８に対して、平行でないことがある。そこで、試料３２
のアライメントマーカー３４をモニターカメラ２７で観
察し、位置合わせをおこなうことによって、試料３２の
パターン３３とレーザーの照射面２８を平行になるよう
に修正する。しかし、ここで注意しなければならないこ
とは、２つのモニターカメラ２７を結ぶ直線もレーザー
の照射面２８とは平行でない場合があることである。し
かし、モニターカメラ２７やステージ１５の移動方向が
レーザーの照射面２８となす角度は、予め分かっている
ので、簡単に補正することができる。

【００１６】図５にはアライメントの工程を示す。ま
ず、図５（Ａ）に示すように、試料を防振台２５にそっ
て移動させて、アライメントマーカーをほぼモニターカ
メラの直下に配置する。

【００１７】そして、図５（Ｂ）に示すように、ステー
ジ１５を平行移動および回転移動させることによって、
アライメントマーカーをモニターカメラのマーカーと平
行になるようにする。本実施例でのステージ１５は、横
方向への移動が不可能であるが、横方向への駆動が可能
であれば、ステージ１５を図の縦方向だけでなく、図の
横方向に移動させると、より位置合わせの精度を上げる
ことができる。

【００１８】このようにして位置合わせが終了したら、
図５（Ｃ）のように、予め設定された角度だけステージ
１５を回転させる。前記予め設定された角度とは、モニ
ターカメラのマーカーと線状レーザー光との平行である
べき所、そのずれがある場合である。ここで回転する角
度には、モニターカメラのマーカーを結ぶ線が線状のレ
ーザー光の照射面となる角度やステージ１５の移動方向
がレーザー照射面となす角度が情報として含まれてい
る。この回転角は、予め駆動制御装置の記憶装置に記憶
させておき、位置合わせ終了の指示があると同時に自動
的に補正されるようにしておいてもよい。この工程によ
って、試料のパターン、レーザー照射面と平行となる。

【００１９】その後は、図５（Ｄ）のように、試料を移
動させて、レーザー照射の開始位置まで移動させる。こ
のときの移動量は、予め設定されたものを使用してもよ
いし、また、任意に設定してもよい。以上の工程を経る
ことによってアライメントが終了した。

【００２０】

【発明の効果】本発明によって生産性に優れたレーザー
処理が可能となった。特に、本発明は、ストライプ状の
レーザー光を試料に照射するレーザー処理装置において
効果的であり、レーザースクライブ、レーザーアニー
ル、レーザードーピングその他のレーザー処理装置にお
いて、正確な処理と高い量産性を達成することができ
た。このように本発明は、工業上、有益なものと考えら
れる。本発明によれば、試料を移動させるためのステー
ジが防振機能を有する物体上に設置されたレーザー発振
装置およびレーザー光学装置と別に設けられているた
め、試料を移動させるモータ等の振動がレーザー発振装
置およびレーザー光学装置に伝達することがなくなり、
光軸のずれに伴うレーザー出力の変動がなくなる。本発
明によれば、二つのアライメントマーカーを結ぶ線とモ
ニターカメラのマーカーとの位置合わせと、前記二つの
アライメントマーカーを結ぶ線と線状のレーザー光の回
転ずれを合わせることにより、試料のパターンが線状の
レーザー光と平行になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザー処理装置の概念図を示す。

【図２】本発明のレーザー処理装置におけるアライメン
ト装置の概念図を示す。

【図３】実施例で用いられたレーザー処理装置の概念図
を示す。

【図４】レーザー処理装置におけるアライメント工程で
使用する物体の名称を示す。

【図５】実施例のアライメント工程を示す。

【符号の説明】

１光学架台２レーザー装置（発振段）３レーザー装置（増幅段）４ビーム成形光学系５〜９全反射ミラー１０試料ステージおよび駆動機構１１試料（基板）１２アーム１３、２７モニターカメラ１４、３２試料１５ステージ１６、３４アライメントマーカー１７、２８レーザー照射面２５防振台３１ピン３３パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に設けられたパターンに線状のレーザ
ー光を照射するレーザー処理方法において、前記線状のレーザー光の照射面を、前記基板と前記パタ
ーンの境界に交差させたまま移動させることを特徴とす
るレーザー処理方法。
【請求項２】基板に設けられたパターンに線状のレーザ
ー光を照射するレーザー処理方法において、前記線状のレーザー光の前記第一の方向の長さは、前記
第一の方向に垂直な第二の方向の長さよりも短く、前記線状のレーザー光を前記第一の方向に移動させつつ
前記基板と前記パターンの境界にも照射することを特徴
とするレーザー処理方法。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記線
状のレーザー光を前記境界に平行な方向に移動させるこ
とを特徴とするレーザー処理方法。