JP4297923B2

JP4297923B2 - レーザ照射方法および装置

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Publication number: JP4297923B2
Application number: JP2006188744A
Authority: JP
Inventors: 正仁金沢; 俊夫井波; 純一次田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: TW200814159A; JP2008016745A; KR101085328B1; TWI400747B; KR20080005853A

Description

この発明は、レーザ照射方法および装置に関し、さらに詳しくは、レーザ照射後の被処理基板に筋のような処理パターンが現れないようにレーザ照射することが出来るレーザ照射方法および装置に関する。

従来、帯状照射領域を有する光線ビームを被処理基板に照射する際に、帯状照射領域の短軸方向に光線ビームを走査的に移動すると共に帯状照射領域の長軸方向に帯状照射領域を振動させる半導体装置の製造方法が知られている（例えば特許文献１参照。）。
特公平０４−１０２１６号公報

上記従来技術では、帯状照射領域を長軸方向に一定周波数（例えば１ｋＨｚ）で振動させているため、帯状照射領域の長軸方向に帯状照射領域の位置を変化させているとはいえ、その変化が規則的になる。
しかし、帯状照射領域の長軸方向の位置の変化が規則的になると、処理後の被処理基板に筋のような処理パターンが現れ、甚だしい場合は視認できる程度の筋が現れてしまう問題点がある。
そこで、この発明の目的は、レーザ照射後の被処理基板に筋のような処理パターンが現れないようにレーザ照射することが出来るレーザ照射方法および装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、半導体基板（Ｓ）上に帯状照射領域（６）を形成してレーザ光を照射し、帯状照射領域（６）の長軸方向に帯状照射領域（６）の位置を変えながら、帯状照射領域（６）の短軸方向に半導体基板（Ｓ）を移動するレーザ照射方法であって、帯状照射領域（６）の長軸方向の位置を変えるタイミングを少なくとも不規則的にすることを特徴とするレーザ照射方法を提供する。
上記第１の観点によるレーザ照射方法では、レーザ光の帯状照射領域（６）の長軸方向に帯状照射領域（６）の位置を変えながらレーザ照射を行うが、その位置は数カ所の固定位置とするが位置を変えるタイミングを不規則的に変えるか、又は、位置を不規則的に変えると共に位置を変えるタイミングも不規則的に変える。このように位置を変えるタイミングを少なくとも不規則的にすることにより、レーザ照射後の被処理基板に筋のような処理パターンが現れなくなる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点によるレーザ照射方法において、前記帯状照射領域（６）の位置を２カ所以上とし、それら位置の一つを順に選ぶものとし、選ぶタイミングをランダムとしたことを特徴とするレーザ照射方法を提供する。
上記第２の観点によるレーザ照射方法では、レーザ光の帯状照射領域（６）の長軸方向に帯状照射領域（６）の位置を変えながらレーザ照射を行うが、位置は数カ所の固定位置とするが位置を変えるタイミングを不規則的に変える。これにより、レーザ照射後の被処理基板に筋のような処理パターンが現れなくなる。

第３の観点では、本発明は、前記第２の観点によるレーザ照射方法において、前記レーザ光の照射はパルス状に行い、そのパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔で前記帯状照射領域（６）の位置を変えることを特徴とするレーザ照射方法を提供する。
上記第３の観点によるレーザ照射方法では、位置を変えるタイミングを実質的に不規則的にすることが出来る。

第４の観点では、本発明は、前記第１の観点によるレーザ照射方法において、前記帯状照射領域（６）の位置は５カ所以上とし、それら位置の一つをランダムに選ぶものとし、選ぶタイミングもランダムとしたことを特徴とするレーザ照射方法を提供する。
上記第４の観点によるレーザ照射方法では、レーザ光の帯状照射領域（６）の長軸方向に帯状照射領域（６）の位置を変えながらレーザ照射を行うが、その位置を５カ所以上のの固定位置とするが、それらのうちのどの位置を選ぶかを不規則的に変えると共に選ぶタイミングも不規則的とする。これにより、レーザ照射後の被処理基板に筋のような処理パターンが現れなくなる。

第５の観点では、本発明は、前記第４の観点によるレーザ照射方法において、前記レーザ光の照射はパルス状に行うことを特徴とするレーザ照射方法を提供する。

第６の観点では、本発明は、前記第５の観点によるレーザ照射方法において、前記レーザ光の照射のパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔で前記帯状照射領域（６）の位置を変えることを特徴とするレーザ照射方法を提供する。
上記第６の観点によるレーザ照射方法では、位置を変えるタイミングを実質的に不規則的にすることが出来る。

第７の観点では、本発明は、レーザ光（Ａ)を出力するレーザ発振器（１）と、前記レーザ光（Ａ）を入力し出力するレーザ光（Ｂ１，Ｂ２）の位置を２カ所以上に変えるための光学素子（２）と、前記レーザ光（Ｂ１，Ｂ２）の位置の変わる方向を長軸方向とする帯状照射領域（６）に前記レーザ光（Ｂ１，Ｂ２）を整形し半導体基板（Ｓ）に照射する光学系（３，４）と、前記半導体基板（Ｓ）を保持して前記帯状照射領域（６）の短軸方向に移動しうる移動台（５）と、前記レーザ光（Ｂ１，Ｂ２）の一つを順に選んで切り替えるための切替手段（１０）と、前記切替のタイミングをランダムにする切替タイミング制御手段（８）とを具備したことを特徴とするレーザ照射装置（１００）を提供する。
上記第７の観点によるレーザ照射装置（１００）では、前記第２の観点によるレーザ照射方法を好適に実施できる。

第８の観点では、本発明は、前記第７の観点によるレーザ照射装置において、前記レーザ発振器（１）はパルス状にレーザ光を出力し、前記切替タイミング制御手段（８）は、前記レーザ光のパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔を前記切替のタイミングとすることを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
上記第８の観点によるレーザ照射装置（１００）では、前記第３の観点によるレーザ照射方法を好適に実施できる。

第９の観点では、本発明は、レーザ光（Ａ)を出力するレーザ発振器（１）と、前記レーザ光（Ｂ１）を入力し出力するレーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）の位置を５カ所以上に変えるための光学素子（２）と、前記レーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）の位置の変わる方向を長軸方向とする帯状照射領域（６）に前記レーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）を整形し半導体基板（Ｓ）に照射する光学系（３，４）と、前記半導体基板（Ｓ）を保持して前記帯状照射領域（６）の短軸方向に移動しうる移動台（５）と、前記レーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）の一つをランダムに選んで切り替えるための切替手段（１０）と、前記切替のタイミングをランダムにする切替タイミング制御手段（８）とを具備したことを特徴とするレーザ照射装置（２００）を提供する。
上記第９の観点によるレーザ照射装置（１００）では、前記第４の観点によるレーザ照射方法を好適に実施できる。

第１０の観点では、本発明は、前記第９の観点によるレーザ照射装置において、前記レーザ発振器（１）はパルス状にレーザ光を出力することを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
上記第１０の観点によるレーザ照射装置（１００）では、前記第５の観点によるレーザ照射方法を好適に実施できる。

第１１の観点では、本発明は、前記第１０の観点によるレーザ照射装置において、前記切替タイミング制御手段（８）は、前記レーザ光のパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔を前記切替のタイミングとすることを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
上記第１１の観点によるレーザ照射装置（１００）では、前記第６の観点によるレーザ照射方法を好適に実施できる。

第１２の観点では、本発明は、前記第７から前記第１１のいずれかの観点によるレーザ照射装置において、前記光学素子（２）は音響光学偏向器であることを特徴とするレーザ照射装置を提供する。
上記第１２の観点によるレーザ照射装置（１００）では、光学素子（２）として音響光学偏向器を用いるため、従来技術におけるＸＹステージに相当する移動台（５）または従来技術におけるカーボン・ヒータに相当するレーザ発振器（１）や光学系（３）を動かす場合に比べて、高速に位置制御できる。

この発明のレーザ照射方法および装置によれば、レーザの照射位置を変えるタイミングを少なくとも不規則的にすることにより、レーザ照射後の被処理基板に筋のような処理パターンが現れなくなる。つまり、帯状照射領域をその長軸方向に規則的に振ることに起因する照射ムラを抑制することが出来る。

以下、図に示す実施の形態によりこの発明をさらに詳細に説明する。なお、これによりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係るレーザ照射装置１００を示す構成説明図である。
このレーザ照射装置１００は、トリガパルスＴに応じてレーザ光Ａをパルス出力するレーザ発振器１と、入力されたレーザ光Ａを出力する方向を変えるＡＯＤ素子（音響光学偏向器）２と、ＡＯＤ素子２から出力されたレーザ光Ｂ１またはＢ２の位置が変化する方向を長軸方向とする帯状照射領域６にレーザ光Ｂ１またはＢ２を整形し半導体基板Ｓに照射するためのホモジナイザー光学系３およびｐ−ｌｅｎｓ４と、半導体基板Ｓを保持して帯状照射領域６の短軸方向に移動しうる移動台５と、例えば２５０μｓ間隔でトリガパルスＴを出力するレーザ発振トリガパルス発生器７と、トリガパルスＴのパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔で切替パルスｔを出力する切替タイミング制御回路８と、ＡＯＤ素子２から出力されるレーザ光をレーザ光Ｂ１の方向とするための第１の偏向パルスｂ１を出力する第１のＡＯＤ素子駆動パルス発生器９１と、ＡＯＤ素子２から出力されるレーザ光をレーザ光Ｂ１の方向とするための第２の偏向パルスｂ２を出力する第２のＡＯＤ素子駆動パルス発生器９２と、切替パルスｔに応じて第１の偏向パルスｂ１と第２の偏向パルスｂ２とを交互に切り替えてＡＯＤ素子２へ入力する切替回路１０とを具備している。

図２は、トリガパルスＴと、レーザ光の出力期間と、切替パルスｔと、帯状照射領域６の位置の変化を説明するタイミングチャートである。
トリガパルスＴの間隔τは、例えば２５０μｓで、一定である。
レーザ光は、トリガパルスＴに同期して、例えばパルス幅Ｗ＝１２５μｓで、パルス状に出力される。
切替パルスｔは、レーザ光の停止に同期して出力される。切替パルスｔの間隔Ｋは、例えば２５０μｓ，５００μｓ，７５０μｓ，…，３７５０μｓ，４０００μｓのいずれかがランダムに選択される。
帯状照射領域６の位置は、交互にＢ１またはＢ２になるが、切り替わる間隔Ｋが実質的に不規則的といえるので、位置Ｂ１またはＢ２で照射する時間が不規則的になる。

実施例１のレーザ照射装置１００によれば、帯状照射領域６の長軸方向に帯状照射領域６の位置を変えながらレーザ照射を行う。帯状照射領域６の位置はＢ１とＢ２の２カ所の固定とするが、位置を切り替えるタイミングを不規則的に変える。これにより、レーザ照射後の被処理基板Ｓに筋のような処理パターンが現れなくなる。また、位置の切替をＡＯＤ素子２を用いて行うので、高速に切り替えることが出来る。

なお、上記説明では、位置をＢ１とＢ２の２カ所の固定としたが、位置を３カ所以上とし、順に切り替えるようにしてもよい。

−参考例−
図３は、参考例に係るレーザ照射装置２００を示す構成説明図である。
このレーザ照射装置２００は、トリガパルスＴに応じてレーザ光Ａをパルス出力するレーザ発振器１と、入力されたレーザ光Ａを出力する方向を変えるＡＯＤ素子（音響光学偏向器）２と、ＡＯＤ素子２から出力されたレーザ光Ｂ１〜Ｂ５の位置が変化する方向を長軸方向とする帯状照射領域６にレーザ光Ｂ１〜Ｂ５を整形し半導体基板Ｓに照射するためのホモジナイザー光学系３およびｐ−ｌｅｎｓ４と、半導体基板Ｓを保持して帯状照射領域６の短軸方向に移動しうる移動台５と、例えば２５０μｓ間隔でトリガパルスＴを出力するレーザ発振トリガパルス発生器７と、トリガパルスＴのパルス間隔と同じ間隔ｋで切替パルスｔを出力する切替タイミング制御回路８と、ＡＯＤ素子２から出力されるレーザ光をレーザ光Ｂ１〜Ｂ５の方向とするための第１〜第５の偏向パルスｂ１〜ｂ５を出力する第１〜第５のＡＯＤ素子駆動パルス発生器９１〜９５と、切替パルスｔに応じて第１〜第５の偏向パルスｂ１〜ｂ５のいずれかをランダムに選んでＡＯＤ素子２へ入力する切替回路１０とを具備している。

図４は、トリガパルスＴと、レーザ光の出力期間と、切替パルスｔと、帯状照射領域６の位置の変化を説明するタイミングチャートである。
トリガパルスＴの間隔τは、例えば２５０μｓで、一定である。
レーザ光は、トリガパルスＴに同期して、例えばパルス幅Ｗ＝１２５μｓで、パルス状に出力される。
切替パルスｔは、レーザ光の停止に同期して出力される。切替パルスｔの間隔Ｋは、例えば２５０μｓである。
帯状照射領域６の位置は、Ｂ１〜Ｂ５のいずれかが不規則的に選ばれる。従って、各照射位置Ｂ１〜Ｂ５で照射する時間は一定になるが、どの位置で照射されるかが不規則的になる。

参考例のレーザ照射装置２００によれば、帯状照射領域６の長軸方向に帯状照射領域６の位置を変えながらレーザ照射を行う。帯状照射領域６の位置はＢ１〜Ｂ５のいずれかになり、各位置での照射時間は一定になる。しかし、どの位置になるかが不規則的になるので、レーザ照射後の被処理基板Ｓに筋のような処理パターンが現れなくなる。また、位置の切替をＡＯＤ素子２を用いて行うので、高速に切り替えることが出来る。

実施例２は、上記参考例のレーザ照射装置２００において、実施例１の切替タイミング制御回路８を用いる。

実施例２のレーザ照射装置によれば、帯状照射領域６の長軸方向に帯状照射領域６の位置を変えながらレーザ照射を行う。帯状照射領域６の位置はＢ１〜Ｂ５のいずれかになるが、どの位置になるかが不規則的になる。また、各位置での照射時間も不規則的になる。よって、レーザ照射後の被処理基板Ｓに筋のような処理パターンが現れなくなる。また、位置の切替をＡＯＤ素子２を用いて行うので、高速に切り替えることが出来る。

この発明のレーザ照射方法および装置は、例えば半導体層の作製や活性化処理に利用できる。

実施例１に係るレーザ照射装置の構成説明図である実施例１に係るレーザ照射装置の動作を示すタイミングチャートである。参考例に係るレーザ照射装置の構成説明図である参考例に係るレーザ照射装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１レーザ発振器
２ＡＯＤ素子
３ホモジナイザー光学系
４ｐ−ｌｅｎｓ
５移動台
６帯状照射領域
７レーザ発振トリガパルス発生器
８切替タイミング制御回路
９１〜９５ＡＯＤ素子駆動パルス発生器
１００，２００レーザ照射装置

Claims

半導体基板（Ｓ）上に帯状照射領域（６）を形成してレーザ光を照射し、帯状照射領域（６）の長軸方向に帯状照射領域（６）の位置を変えながら、帯状照射領域（６）の短軸方向に半導体基板（Ｓ）を移動するレーザ照射方法であって、帯状照射領域（６）の長軸方向の位置を変えるタイミングを少なくとも不規則的にすることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１に記載のレーザ照射方法において、前記帯状照射領域（６）の位置を２カ所以上とし、それら位置の一つを順に選ぶものとし、選ぶタイミングをランダムとしたことを特徴とするレーザ照射方法。
請求項２に記載のレーザ照射方法において、前記レーザ光の照射はパルス状に行い、そのパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔で前記帯状照射領域（６）の位置を変えることを特徴とするレーザ照射方法。
請求項１に記載のレーザ照射方法において、前記帯状照射領域（６）の位置は５カ所以上とし、それら位置の一つをランダムに選ぶものとし、選ぶタイミングもランダムとしたことを特徴とするレーザ照射方法。
請求項４に記載のレーザ照射方法において、前記レーザ光の照射はパルス状に行うことを特徴とするレーザ照射方法。
請求項５に記載のレーザ照射方法において、前記レーザ光の照射のパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔で前記帯状照射領域（６）の位置を変えることを特徴とするレーザ照射方法。
レーザ光（Ａ)を出力するレーザ発振器（１）と、前記レーザ光（Ａ）を入力し出力するレーザ光（Ｂ１，Ｂ２）の位置を２カ所以上に変えるための光学素子（２）と、前記レーザ光（Ｂ１，Ｂ２）の位置の変わる方向を長軸方向とする帯状照射領域（６）に前記レーザ光（Ｂ１，Ｂ２）を整形し半導体基板（Ｓ）に照射する光学系（３，４）と、前記半導体基板（Ｓ）を保持して前記帯状照射領域（６）の短軸方向に移動しうる移動台（５）と、前記レーザ光（Ｂ１，Ｂ２）の一つを順に選んで切り替えるための切替手段（１０）と、前記切替のタイミングをランダムにする切替タイミング制御手段（８）とを具備したことを特徴とするレーザ照射装置（１００）。
請求項７に記載のレーザ照射装置において、前記レーザ発振器（１）はパルス状にレーザ光を出力し、前記切替タイミング制御手段（８）は、前記レーザ光のパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔を前記切替のタイミングとすることを特徴とするレーザ照射装置。
レーザ光（Ａ)を出力するレーザ発振器（１）と、前記レーザ光（Ｂ１）を入力し出力するレーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）の位置を５カ所以上に変えるための光学素子（２）と、前記レーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）の位置の変わる方向を長軸方向とする帯状照射領域（６）に前記レーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）を整形し半導体基板（Ｓ）に照射する光学系（３，４）と、前記半導体基板（Ｓ）を保持して前記帯状照射領域（６）の短軸方向に移動しうる移動台（５）と、前記レーザ光（Ｂ１〜Ｂ５）の一つをランダムに選んで切り替えるための切替手段（１０）と、前記切替のタイミングをランダムにする切替タイミング制御手段（８）とを具備したことを特徴とするレーザ照射装置（２００）。
請求項９に記載のレーザ照射装置において、前記レーザ発振器（１）はパルス状にレーザ光を出力することを特徴とするレーザ照射装置。
請求項１０に記載のレーザ照射装置において、前記切替タイミング制御手段（８）は、前記レーザ光のパルス間隔の１倍から１６倍の間でランダムに選んだ間隔を前記切替のタイミングとすることを特徴とするレーザ照射装置。
請求項７から請求項１１のいずれかに記載のレーザ照射装置において、前記光学素子（２）は音響光学偏向器であることを特徴とするレーザ照射装置。