JP2014086554A - レーザラインビーム改善装置およびレーザ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】処理物(シリコン膜100)に照射されるラインビーム150の光路上で、前記被処理物に対し相対的に遠い位置に配置され、ラインビーム150の長軸端部の透過を遮蔽する第1の遮蔽部(第1遮蔽板20)と、被処理物に対し相対的に近い位置に配置され、前記第1の遮蔽部で長軸端部の透過が遮蔽された後のラインビーム150の長軸端部の透過をさらに遮蔽する第2の遮蔽部(第2遮蔽板21)を備えるレーザラインビーム改善装置および該レーザラインビーム改善装置を備え、第1の遮蔽部が、処理室2外であって光学系の最終段の集光レンズ21cと導入窓6との間に配置され、第2の遮蔽部が、処理室2内に配置されているレーザ処理装置に関する。
【選択図】図1
Description
このスリットを透過したラインビームは、スティープネス部が除去または低減されており、このラインビームの照射を受ける被処理物では、スティープネスの照射領域を小さくすることができ、また、品質上許容されれば、スティープネス部の照射領域を含めて製品化することができる。
しかし、ラインビームは、通常、短軸側を集光して被処理物に照射しており、被処理物に近い程エネルギー密度が高くなり、被処理物に近い位置にスリットを配置するとスリットにダメージが生じやすくなり、耐久性が著しく低下する。さらには、ダメージを受けたスリットから微細な破片が生じ、被処理物にコンタミネーションとして混入するおそれがある。特にパルスレーザは、連続発振レーザに比べて単位時間当たりのエネルギー密度が高く、上記問題が顕著になる。一方、スリットを被処理物から遠い位置に配置すれば、集光の程度が小さくて短軸幅も相対的に大きいので、エネルギー密度は相対的に小さく、スリットへのダメージを小さくできる。しかし、被処理物から遠い位置にスリットがあると、スリットを透過したラインビームに発生するスティープネス部がその後、大きく拡がってスティープネス部の幅が大きくなり、スティープネス部遮蔽による効果が小さくなってしまう。
しかし、従来のスリットでは、スリットのダメージを抑えつつ、上記各要望に応えることは困難である。
前記ラインビーム改善装置の第1の遮蔽部が、前記処理室外であって前記光学系の最終段の集光レンズと前記導入窓との間に配置され、前記ラインビーム改善装置の第2の遮蔽部が、前記導入窓の内側の前記処理室内に配置されていることを特徴とする。
第1の遮蔽部では、短軸側の集光が緩やかな段階にあるため第1の遮蔽部に対するダメージを少なくしてスティープネス部の低減を図ることができる。第1の遮蔽部を透過した後に拡がるスティープネス部は、第1の遮蔽部に達した際のスティープネス部よりも拡がりは小さくなっており、これを第2の遮蔽部でラインビームの長軸側端部の透過を遮蔽することで、より拡がりの小さいスティープネス部にすることができる。
第2の遮蔽部で遮蔽するスティープネス部が第2の遮蔽部に照射される断面積は、そのまま第2の遮蔽部に照射される場合よりも小さくなっており、第2の遮蔽部に対するダメージを小さくすることができる。また、第2の遮蔽部における遮蔽はスティープネス部の全部または一部に限ることができ、第2の遮蔽部に対する照射断面積を最小限にすることができる。第2の遮蔽部を透過したラインビームは、被処理物に近い位置で第2の遮蔽部を透過するため、第2の遮蔽部を透過した後で回折などによって生じるスティープネス部は拡がりが小さくなり、スティープネス部の幅が小さいままで被処理部にラインビームが照射される。第2の遮蔽部による遮蔽をスティープネス部の長軸方向外側の一部にすれば、第2の遮蔽部に照射されるスティープネス部の照射エネルギーは一層小さくなり、第2の遮蔽部に対するダメージはより小さくなる。
なお、ラインビーム形状とは、短軸に対し、長軸が大きい比率を有するものであり、例えば、その比が10以上のものが挙げられる。長軸側の長さ、短軸側の長さは本発明としては特に限定されるものではないが、例えば、長軸側の長さが370〜1300mm、短軸側の長さが100μm〜500μmのものが挙げられる。
また、第2の遮蔽部は、第1の遮蔽部を透過したラインビームの少なくともスティープネス部を遮蔽するように配置すればよい。この場合、スティープネス部の外側の一部を遮蔽するものであってもよい。好適には、第1の遮蔽部を透過した後、形成されるスティープネス部を遮蔽すれば良く、第1の遮蔽部の遮蔽位置と第2の遮蔽部の遮蔽位置とをラインビームの長軸方向(例えば長軸方向中心基準)で同じ位置または第2の遮蔽部の遮蔽位置を第1の遮蔽部の遮蔽位置よりも外側にすることができる。
なお、第2の遮蔽部は、相対的な遠近位置を異にして複数の遮蔽部からなるものであってもよい。その場合、前段の遮蔽部でラインビームのスティープネス部を遮蔽し、透過したラインビームで生じるスティープネス部を後段の遮蔽部で遮断することができる。
この場合、後段の遮蔽部が前段の遮蔽部と同じ位置または外側で前記遮蔽を行うものとすることができる。
図1は、レーザ処理装置に相当するレーザアニール処理装置1を示すものである。レーザアニール処理装置1は、処理室2を備えており、処理室2内にX−Y方向に移動可能な走査装置3を備え、その上部に基台4を備えている。基台4上には、ステージとして基板配置台5が設けられている。走査装置3は、図示しないモータなどによって駆動される。
また、処理室2には、外部からパルスレーザを導入する導入窓6が設けられている。
なお、本実施形態では、非晶質膜をレーザ処理により結晶化するレーザ処理に関するものとして説明するが、本発明としてはレーザ処理の内容がこれに限定されるものではなく、例えば、非単結晶の半導体膜を単結晶化したり、結晶半導体膜の改質を行うものであってよい。また、その他の処理に関わるものであってもよく、被処理物が特定のものに限定されるものではない。
なお、第1遮蔽板20、第2遮蔽板21では、対となる2つの遮蔽板を互いの間隙量を調整するように自動または手動で移動させることができる。
パルスレーザ光源10においてパルス発振されて出力されるパルスレーザ15は、例えばパルス半値幅が200ns以下のものとされる。ただし、本発明としてはこれらに限定されるものではない。
パルスレーザ15は、アテニュエータ11でパルスエネルギー密度が調整される。アテニュエータ11は所定の減衰率に設定されており、半導体膜への照射面上で所定の照射パルスエネルギー密度が得られるように、減衰率が調整される。例えば非晶質のシリコン膜100を結晶化するなどの場合、その照射面上において、エネルギー密度が100〜500mJ/cm2となるように調整することができる。
ラインビーム150は、最大エネルギー強度に対し97%以上となる平坦部151と、長軸方向の両端部に位置し、前記平坦部151よりも小さいエネルギー強度を有し、外側に向けて次第にエネルギー強度が低下するスティープネス部152とを有している。スティープネス部の長軸方向幅152aは特に限定されるものではないが、最大強度の10%に至るまでの幅として、通常、1mm〜25mm程度の幅を有している。なお、平坦部を最大エネルギー強度に対し何%にするかは適宜決定することができる。
スティープネス部152を低減したラインビーム150は、図2に示すように、第1遮蔽板20の第1透過間隙20aを通過することで、回折などによって長軸方向両端部にスティープネス部153が形成される。但し、スティープネス部153は、スティープネス部152を遮蔽して形成されるものであるため、スティープネス部152に比べて拡がり幅は相当に小さくなっている。
ラインビーム150はさらに進行し、図2、図3に示すように、第2遮蔽板21に至る。第2遮蔽板21では、第2透過間隙21aの長軸方向幅が第1透過間隙20aの長軸方向幅よりも長くなっており、第2透過間隙21aの長軸方向端にラインビーム150のスティープネス部153が位置する。このため、第2遮蔽板21では、長軸方向内側のスティープネス部153の一部を除いて残部のスティープネス部153が遮蔽される。第2透過間隙21aを通過したラインビーム150では、図2(c)、図3に示すように、回折などによってスティープネス部154が形成されるものの、スティープネス部153に比べて拡がり幅はさらに小さくなっており、スティープネス部が低減される。
なお、第2遮蔽板21でスティープネス部153をどの程度内側まで遮蔽するかは適宜設定することができる。この場合、第2遮蔽板21のダメージと低減したいスティープネス部153の拡がり幅とを勘案して遮蔽量を設定することができる。この例では、平坦部151の幅に合わせて第2透過間隙21aの長軸方向幅を設定している。
このラインビーム150を、走査装置3でシリコン膜100を移動させることで相対的に走査しつつ照射するアニール処理では、スティープネス部154が照射される領域の幅は相対的に小さくなり、無駄になる領域を小さくすることができる。また、トランジスタの配置間隔を小さくして処理をしたいという要望に対しても、該間隔にスティープネス部154を位置させてトランジスタの領域を平坦部151で良好に結晶化することが可能になる。
なお、本発明としては上記走査の速度が特定のものに限定されるものではないが、例えば1〜100mm/秒の範囲で選択することができる。
ラインビーム150が第3遮蔽板22の第3透過間隙22aを透過することで、さらにスティープネス部を低減することができる。
なお、第2遮蔽板21の後段に位置する第3遮蔽板22では、遮蔽位置内側端を長軸方向において第2遮蔽板と同じ位置か外側にすることができる。
2 処理室
3 走査装置
5 基板配置台
6 導入窓
10 パルスレーザ光源
11 アテニュエータ
12 光学系
12c 集光レンズ
20 第1遮蔽板
20a 第1透過間隙
21 第2遮蔽板
21a 第2透過間隙
22 第3遮蔽板
22a 第3透過間隙
100 シリコン膜
Claims (9)
- 被処理物に照射されるラインビームの光路上で、前記被処理物に対し相対的に遠い位置に配置され、前記ラインビームの長軸端部の透過を遮蔽する第1の遮蔽部と、前記被処理物に対し相対的に近い位置に配置され、前記第1の遮蔽部で長軸端部の透過が遮蔽された後の前記ラインビームの長軸端部の透過をさらに遮蔽する第2の遮蔽部とを備えることを特徴とするレーザラインビーム改善装置。
- 前記ラインビームが、ビーム強度プロファイルにおいて、平坦部と短軸端部および長軸端部に位置するスティープネス部とを有するものであることを特徴とする請求項1記載のレーザラインビーム改善装置。
- 前記平坦部は、前記ビーム強度プロファイルにおける最大強度の97%以上の領域であることを特徴とする請求項2記載のレーザラインビーム改善装置。
- 前記第1の遮蔽部が、前記ラインビームの長軸端部のスティープネス部と前記平坦部の長軸側端部の透過を遮蔽するものであることを特徴とする請求項2記載のレーザラインビーム改善装置。
- 前記第2の遮蔽部が、前記ラインビームの長軸方向に対し前記第1の遮蔽部と同じ位置または外側で前記遮蔽を行うものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレーザラインビーム改善装置。
- 前記第2の遮蔽部が、前記被処理物に対する相対的な遠近位置が異なり、前段の遮蔽部で前記ラインビームの長軸端部の透過が遮蔽された後の前記ラインビームの長軸端部の透過をさらに遮蔽する複数の遮蔽部を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のレーザラインビーム改善装置。
- 前記複数の遮蔽部は、後段の遮蔽部が前段の遮蔽部と同じ位置または外側で前記遮蔽を行うものであることを特徴とする請求項6に記載のレーザラインビーム改善装置。
- レーザを出力するレーザ光源と、前記レーザのビーム形状をラインビームに整形して導く光学系と、被処理物が設置され、前記光学系で導かれたレーザを導入窓を通して導入し、前記被処理物に照射する処理室と、請求項1〜7のいずれかに記載のレーザラインビーム改善装置とを備え、
前記ラインビーム改善装置の第1の遮蔽部が、前記処理室外であって前記光学系の最終段の集光レンズと前記導入窓との間に配置され、前記ラインビーム改善装置の第2の遮蔽部が、前記導入窓の内側の前記処理室内に配置されていることを特徴とするレーザ処理装置。 - 被処理物にレーザを照射して前記被処理物の結晶化または活性化処理に用いられることを特徴とする請求項8記載のレーザ処理装置。
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