JP5717146B2 - Laser line beam improving apparatus and laser processing apparatus - Google Patents

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Description

この発明は、ラインビームの強度分布を改善するレーザラインビーム改善装置および前記レーザラインビーム改善装置を備えるレーザ処理装置に関するものである。   The present invention relates to a laser line beam improving apparatus for improving the intensity distribution of a line beam and a laser processing apparatus including the laser line beam improving apparatus.

非晶質半導体の結晶化や半導体不純物の活性化などでは、被処理物にレーザを照射してアニールする方法が実用化されている。このレーザアニール処理では、光学系を通してレーザのビーム形状を所定形状に整形し、また、ビーム強度がビーム断面において一様（トップフラット：平坦部）になるようにしており、さらには必要に応じてビームを集光して被処理物に照射している。   In crystallization of an amorphous semiconductor, activation of semiconductor impurities, and the like, a method of annealing a target object by irradiating a laser has been put into practical use. In this laser annealing treatment, the beam shape of the laser is shaped into a predetermined shape through the optical system, the beam intensity is made uniform in the beam cross section (top flat: flat portion), and further if necessary. The beam is condensed and irradiated to the object to be processed.

ビーム形状の一種としてビーム断面視で短軸幅と長軸幅を有するラインビーム形状が知られており、これを走査しつつ被処理物に照射することで、被処理物の広い面積を一括して効率よく処理することが可能になる。ただし、トップフラットにしたラインビーム形状でも、各種の光学部材などを経ることで、短軸方向および長軸方向の縁部にはエネルギー強度が外側に向かって減少する部分（スティープネス部ともいう）を有している。短軸側は、集光などによってビーム幅が小さくなることでスティープネス部自体の幅も小さくなり、かつオーバーラップ照射で短軸方向に走査されるため、スティープネス部照射による影響は軽減される。一方、長軸側では、スティープネス部は大きな幅を有したままで照射され、短軸方向に対し、通常２５０倍程度の幅を有している。このような長軸側のスティープネス部が照射された被処理物の部分では、平坦部が照射された部分とは異なるエネルギー強度でレーザが照射され、処理状態が異なったものとなる。このため、長軸側のスティープネス部が照射された被処理物の部分は、製品としては使用しないのが通常である。   As a kind of beam shape, a line beam shape having a short axis width and a long axis width in a cross-sectional view of the beam is known, and by irradiating the object to be processed while scanning this, a large area of the object to be processed is batched. Efficient processing. However, even in a line beam shape with a top flat shape, the energy intensity decreases toward the outside at the edge in the minor axis direction and the major axis direction through various optical members (also called a steepness part). have. On the short axis side, the beam width is reduced by condensing, etc., so that the width of the steepness portion itself is also reduced, and scanning is performed in the short axis direction by overlap irradiation, so the influence of the steepness portion irradiation is reduced. . On the other hand, on the long axis side, the steepness portion is irradiated with a large width, and usually has a width of about 250 times the short axis direction. In the portion of the object to be processed irradiated with such a long axis side steepness portion, the laser is irradiated with an energy intensity different from that of the portion irradiated with the flat portion, and the processing state is different. For this reason, the portion of the object to be processed irradiated with the long axis side steepness portion is usually not used as a product.

また、スティープネス部に相当する減衰部分を除去または低減するスリットを配置するものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
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。 In addition, an arrangement has been proposed in which a slit for removing or reducing an attenuation portion corresponding to a steepness portion is disposed (see, for example, Patent Document 1).
The steepness portion of the line beam that has passed through this slit has been removed or reduced, and in the workpiece that is irradiated with this line beam, the irradiation area of the steepness can be reduced, and the quality is acceptable. Then, it can be commercialized including the irradiation area of the steepness portion.

特開平２００２−２５２４５５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-252455

ところで、スリットを透過したラインビームは、透過後も回折などによってさらにスティープネス部が生じ、透過後の距離が長くなる程、スティープネス部が拡がって幅は大きくなる。したがって、スリットは被処理物に近いほどスティープネス部の幅を小さくすることができる。
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。 By the way, the line beam that has passed through the slit further has a steepness portion due to diffraction or the like after transmission. The longer the distance after transmission, the wider the steepness portion and the larger the width. Therefore, the width of the steepness portion can be reduced as the slit is closer to the object to be processed.
However, the line beam is usually focused on the short axis side to irradiate the object to be processed. The closer to the object to be processed, the higher the energy density, and if a slit is placed near the object to be processed, Damage is likely to occur and durability is significantly reduced. Furthermore, fine fragments may be generated from the damaged slit and may be mixed into the object to be processed as contamination. In particular, a pulse laser has a higher energy density per unit time than a continuous wave laser, and the above problem becomes remarkable. On the other hand, if the slit is disposed at a position far from the object to be processed, the degree of light collection is small and the short axis width is relatively large. Therefore, the energy density is relatively small, and damage to the slit can be reduced. However, if there is a slit at a position far from the object to be processed, the steepness portion generated in the line beam that has passed through the slit will then expand greatly, increasing the width of the steepness portion, and the effect of shielding the steepness portion will be reduced. End up.

また、レーザ処理をして半導体基板に複数のパネル領域を確保する場合、パネル間の隙間に上記したスティープネス部が位置するように照射している。パネル間の隙間が小さいほど一枚の半導体基板から切り出せるパネル数を多くできるため、スティープネス部の幅を小さくしてパネル間の隙間を小さくしたいという要望がある。さらに最近では、効率よくトランジスタを形成するため、トランジスタ領域（予定領域も含む）の間隔を小さくした半導体へのラインビーム照射の要望が増している。このラインビーム照射では、スティープネス部の照射領域がトランジスタ領域の間隔内に収まることが必要であり、この場合にもスティープネス部の幅を小さくしたいという要望がある。
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。 Further, when a plurality of panel regions are secured on the semiconductor substrate by laser processing, irradiation is performed so that the above-described steepness portion is located in the gap between the panels. Since the number of panels that can be cut out from a single semiconductor substrate can be increased as the gap between the panels is smaller, there is a desire to reduce the gap between the panels by reducing the width of the steepness portion. Furthermore, recently, in order to efficiently form transistors, there has been an increasing demand for line beam irradiation to semiconductors in which the distance between transistor regions (including planned regions) is reduced. In this line beam irradiation, it is necessary that the irradiation region of the steepness portion be within the interval of the transistor region. In this case, there is a demand for reducing the width of the steepness portion.
However, it is difficult for conventional slits to meet the above demands while suppressing damage to the slits.

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、遮蔽部のダメージを小さくし、かつラインビームで発生するスティープネス部を効果的に低減することができるレーザラインビーム改善装置およびレーザ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made against the background of the above circumstances, and a laser line beam improving apparatus and a laser processing apparatus capable of reducing the damage of the shielding part and effectively reducing the steepness part generated by the line beam. The purpose is to provide.

すなわち、本発明のレーザラインビーム改善装置のうち第１の本発明は、被処理物に照射され、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、
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し、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の遮蔽部の外側で前記スティープネス部の遮蔽を行うものであることを特徴とする。 That is, in the laser line beam improving apparatus according to the first aspect of the present invention, the first aspect of the present invention irradiates the workpiece, and in the beam intensity profile, the flat portion, the short axis end portion, and the steepness portion positioned at the long axis end portion A first shielding portion that is disposed at a position relatively far from the object to be processed on the optical path of the line beam, and shields transmission of the long-axis end of the line beam; A second shielding portion that is disposed at a relatively close position and further shields transmission of the long-axis end portion of the line beam after the transmission of the long-axis end portion is shielded by the first shielding portion. ,
The first shielding portion shields transmission of a steepness portion at a long axis end portion of the line beam and a long axis side end portion of the flat portion, and the second shielding portion is a long axis of the line beam. direction relative to said der Rukoto performs shielding of the steepness portion outside of the first shielding portion.

第２の本発明のレーザラインビーム改善装置は、前記第１の本発明において、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。 The laser line beam improving apparatus according to the second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, the flat portion is a region of 97% or more of the maximum intensity in the beam intensity profile.

第３の本発明のレーザラインビーム改善装置は、前記第１または第２の本発明において、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。 Third laser line beam improving apparatus of the present invention, the first or second Oite the present invention, the second shield portion, different relative distance position relative to the object to be treated, front shielding And a plurality of shielding portions for further shielding the transmission of the long-axis end portion of the line beam after the transmission of the long-axis end portion of the line beam is shielded by the portion.

第４の本発明のレーザラインビーム改善装置は、前記第３の本発明において、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 In the laser line beam improving apparatus according to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the plurality of shielding portions perform the shielding at a position where the rear shielding portion is at the same position as or outside the front shielding portion. It is characterized by

第５の本発明のレーザ処理装置は、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、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、前記第１〜第４のいずれかの本発明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。 A laser processing apparatus according to a fifth aspect of the present invention includes a laser light source that outputs a laser, a beam shape of the laser, a steepness portion positioned at a flat portion, a short-axis end portion, and a long-axis end portion in a beam intensity profile. An optical system that shapes and guides the line beam, a processing chamber in which a workpiece is installed, a laser guided by the optical system is introduced through an introduction window, and the workpiece is irradiated; A laser line beam improving device according to any one of the fourth invention,
A first shielding portion of the line beam improving device is disposed outside the processing chamber and between the condensing lens at the final stage of the optical system and the introduction window, and the second shielding of the line beam improving device. The portion is arranged in the processing chamber inside the introduction window.

第６の本発明のレーザ処理装置は、前記第５の本発明において、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。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the laser processing apparatus according to the fifth aspect of the present invention, wherein the processing target is irradiated with a laser to be used for crystallization or activation processing of the processing target.

本発明によれば、短軸側の集光度合いが小さくてエネルギー密度が高くない段階で第１の遮蔽部によりラインビームの長軸端部の透過が遮蔽され、さらに、スティープネス部が低減されたラインビームが第２の遮蔽部により長軸端部の透過が遮蔽され、効果的にスティープネス部が低減される。
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。 According to the present invention, transmission of the long-axis end portion of the line beam is shielded by the first shielding portion at a stage where the degree of condensing on the short-axis side is small and the energy density is not high, and the steepness portion is further reduced. The line beam is shielded from transmission at the end of the long axis by the second shielding portion, and the steepness portion is effectively reduced.
In the first shielding part, since the light condensing on the short axis side is in a gradual stage, damage to the first shielding part can be reduced and the steepness part can be reduced. The steepness portion that spreads after passing through the first shielding portion has a smaller spread than the steepness portion when reaching the first shielding portion, and this is the long axis of the line beam at the second shielding portion. By blocking the transmission of the side end portion, a steeperness portion with a smaller spread can be obtained.
The cross-sectional area in which the stepped portion shielded by the second shielding portion is irradiated to the second shielding portion is smaller than that in the case where the second shielding portion is irradiated as it is, and damage to the second shielding portion is caused. Can be reduced. Further, the shielding in the second shielding part can be limited to all or part of the steepness part, and the irradiation cross-sectional area with respect to the second shielding part can be minimized. Since the line beam that has passed through the second shielding part passes through the second shielding part at a position close to the object to be processed, the steepness part caused by diffraction after passing through the second shielding part has a small spread. Thus, the line beam is irradiated to the processing target portion with the width of the steepness portion being small. If the shielding by the second shielding part is made a part on the outer side in the long axis direction of the steepleness part, the irradiation energy of the steeness part irradiated to the second shielding part is further reduced, and the damage to the second shielding part is caused. Becomes smaller.

ラインビームは、平坦部と少なくとも長軸側にスティープネス部を有するものであり、平坦部は、ビーム断面の最大エネルギー強度に対し、９７％以上の領域からなるものとすることができる。但し、本発明としてはこれに限定されるものではない。平坦部の両端部に平坦部よりもエネルギー強度が低く、外側に向けて次第に強度が小さくなるスティープネス部を有する。
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。 The line beam has a flat portion and a steepness portion at least on the long axis side, and the flat portion may be composed of a region of 97% or more with respect to the maximum energy intensity of the beam cross section. However, the present invention is not limited to this. At both ends of the flat portion, there are steepness portions having energy intensity lower than that of the flat portion and gradually decreasing toward the outside.
The line beam shape has a large ratio of the major axis to the minor axis, and for example, the ratio is 10 or more. The length on the long axis side and the length on the short axis side are not particularly limited as the present invention. For example, the length on the long axis side is 370 to 1300 mm, and the length on the short axis side is 100 μm to 500 μm. Can be mentioned.

第１の遮蔽部と第２の遮蔽部とは、それぞれラインビームの長軸側端部の透過を妨げるものであるが、完全に遮断するものの他、透過率を小さくして透過を低減するものであってもよい。その場合、透過率が５０％以下であるものが望ましい。また、第１の遮蔽部と第２の遮蔽部とで、遮蔽の方法、程度を異にするものであってもよい。例えば一方の遮蔽部（例えば第１の遮蔽部）で遮断をし、他方の遮蔽部（例えば第２の遮蔽部）で透過抑制などをするようにしてもよい。   The first shielding part and the second shielding part each prevent transmission of the end portion on the long axis side of the line beam. In addition to completely blocking, the first shielding part and the second shielding part reduce transmission by reducing the transmittance. It may be. In that case, it is desirable that the transmittance is 50% or less. Further, the shielding method and the degree of shielding may be different between the first shielding part and the second shielding part. For example, one shielding part (for example, the first shielding part) may be blocked, and the other shielding part (for example, the second shielding part) may be used to suppress transmission.

第１の遮蔽部は、少なくともラインビームの長軸側両端部のスティープネス部を遮蔽するように配置すればよく、スティープネス部の外側の一部を遮蔽するようにしてもよい。さらには、スティープネス部の全部と平坦部の一部を遮蔽して確実にスティープネス部の低減を図ることができる。第１の遮蔽部では、短軸側の集光度が低いため、平坦部側を遮蔽しても遮蔽部に対するダメージは比較的小さい。
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。 The first shielding portion may be disposed so as to shield at least the steepness portions at both ends on the long axis side of the line beam, and may shield a part of the outside of the steepness portion. Furthermore, it is possible to reliably reduce the steepness portion by shielding the entire steepness portion and a part of the flat portion. In the first shielding part, since the degree of light collection on the short axis side is low, even if the flat part side is shielded, damage to the shielding part is relatively small.
The second shielding part may be arranged so as to shield at least the steepness part of the line beam transmitted through the first shielding part. In this case, a part of the outside of the steepness portion may be shielded. Preferably, after passing through the first shielding portion, the formed steepness portion may be shielded, and the shielding position of the first shielding portion and the shielding position of the second shielding portion are set to the long axis of the line beam. The same position in the direction (for example, the long axis direction center reference) or the shielding position of the second shielding part can be outside the shielding position of the first shielding part.

第１の遮蔽部と第２の遮蔽部の光路上の遠近方向の配置位置は、第１の遮蔽部が被処理物に対し相対的に遠く、第２の遮蔽部が被処理物に対し相対的に近ければよく、相対的な遠近関係は、被処理物を基準とする第１の遮蔽部と第２の遮蔽部間の関係である。本発明としては、この相対的な関係を有していれば、両遮蔽部の配置位置が特に限定されるものではないが、処理室のレーザ光導入窓を基準として、第１の遮蔽部を導入窓の外側に置き、第２の遮蔽部を導入窓の内側に置くものが例示される。第１の遮蔽部を導入窓の外側におけば、その領域で適宜位置に配置することができ、第２の遮蔽部を導入窓の内側におけば、被処理物に対応するなどしてその領域で適宜位置に配置することができる。
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。 The arrangement positions of the first shielding part and the second shielding part in the perspective direction on the optical path are such that the first shielding part is relatively far from the object to be processed and the second shielding part is relative to the object to be processed. The relative perspective relationship is a relationship between the first shielding portion and the second shielding portion with respect to the object to be processed. As long as it has this relative relationship as this invention, the arrangement position of both shielding parts will not be specifically limited, However, The 1st shielding part is based on the laser beam introduction window of a process chamber. Examples are those that are placed outside the introduction window and the second shield is placed inside the introduction window. If the first shielding part is placed outside the introduction window, it can be arranged at an appropriate position in the region, and if the second shielding part is placed inside the introduction window, it corresponds to the object to be processed. It can be arranged at an appropriate position in the region.
The second shielding part may be composed of a plurality of shielding parts with different relative perspective positions. In this case, the steepness portion of the line beam can be shielded by the front shielding portion, and the steepness portion generated by the transmitted line beam can be shielded by the rear shielding portion.
In this case, the shielding part in the rear stage can perform the shielding at the same position as or outside the shielding part in the front stage.

以上、説明したように、本発明によれば、ラインビームで発生するスティープネス部を効果的に低減することができ、これを用いた処理を良好に行うことができる。さらには、ラインビームの短軸方向を集光するものでは遮蔽部のダメージを小さくすることができる。   As described above, according to the present invention, the steepness portion generated by the line beam can be effectively reduced, and processing using this can be performed satisfactorily. Furthermore, damage to the shielding portion can be reduced by condensing the minor axis direction of the line beam.

本発明の一実施形態のレーザラインビーム改善装置およびレーザ処理装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the laser line beam improvement apparatus and laser processing apparatus of one Embodiment of this invention. 同じく、遮蔽部および遮蔽部を透過するラインビームを示す平面図である。Similarly, it is a top view which shows the line beam which permeate | transmits a shielding part and a shielding part. 同じく、遮蔽部を透過するラインビームの正面視の図である。Similarly, it is a figure of the front view of the line beam which permeate | transmits a shielding part. 本発明の他の実施形態における遮蔽部を透過するラインビームの正面視の図である。It is a figure of the front view of the line beam which permeate | transmits the shielding part in other embodiment of this invention. 従来のスリットを透過するラインビームの正面視の図である。It is a figure of the front view of the line beam which permeate | transmits the conventional slit. ラインビームの長軸ビームプロファイルを示す図である。It is a figure which shows the long axis beam profile of a line beam.

以下に、本発明の一実施形態のレーザラインビーム改善装置およびレーザラインビーム改善装置を備えるレーザ処理装置を添付図面に基づいて説明する。
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。 Hereinafter, a laser line beam improving apparatus and a laser processing apparatus including the laser line beam improving apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a laser annealing processing apparatus 1 corresponding to a laser processing apparatus. The laser annealing processing apparatus 1 includes a processing chamber 2, a scanning device 3 that can move in the X-Y direction in the processing chamber 2, and a base 4 on the top thereof. A substrate placement table 5 is provided on the base 4 as a stage. The scanning device 3 is driven by a motor (not shown).
The processing chamber 2 is provided with an introduction window 6 for introducing a pulse laser from the outside.

アニール処理時には、該基板配置台５上に半導体膜として、非晶質のシリコン膜１００などが設置される。シリコン膜１００は、図示しない基板上に、例えば４０〜１００ｎｍ厚（具体的には例えば５０ｎｍ厚）で形成されている。該形成は常法により行うことができ、本発明としては半導体膜の形成方法が特に限定されるものではない。
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。 During the annealing process, an amorphous silicon film 100 or the like is placed on the substrate placement table 5 as a semiconductor film. The silicon film 100 is formed on a substrate (not shown) with a thickness of 40 to 100 nm (specifically, for example, 50 nm). The formation can be performed by a conventional method, and the method for forming a semiconductor film is not particularly limited in the present invention.
In the present embodiment, the description will be made on laser processing for crystallizing an amorphous film by laser processing. However, the present invention is not limited to this, for example, non-single crystal The semiconductor film may be single-crystallized or the crystalline semiconductor film may be modified. Moreover, it may be related to other processing, and the object to be processed is not limited to a specific one.

処理室２の外部には、パルスレーザ光源１０が設置されている。該パルスレーザ光源１０は、エキシマレーザ発振器（商品名：ＬＳＸ３１５Ｃ）で構成されており、波長３０８ｎｍ、繰り返し発振周波数３００Ｈｚのパルスレーザを出力可能になっており、該パルスレーザ光源１０では、フィードバック制御によってパルスレーザの出力を所定範囲内に維持するように制御することができる。なお、パルスレーザ光源の種別が上記に限定されるものではない。   A pulsed laser light source 10 is installed outside the processing chamber 2. The pulse laser light source 10 is composed of an excimer laser oscillator (trade name: LSX315C), and can output a pulse laser having a wavelength of 308 nm and a repetition oscillation frequency of 300 Hz. Control can be performed to maintain the output of the pulse laser within a predetermined range. Note that the type of the pulse laser light source is not limited to the above.

該パルスレーザ光源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、必要に応じてアテニュエータ１１でエネルギー密度が調整され、ホモジナイザー１２ａ、反射ミラー１２ｂ、集光レンズ１２ｃなどの光学部材によって構成される光学系１２でラインビーム形状への整形や偏向などがなされ、処理室２に設けた導入窓６を通して処理室２内の非晶質のシリコン膜１００に照射される。なお、光学系１２を構成する光学部材は上記に限定されるものではなく、各種レンズ、ミラー、導波部などを備えることができる。   The pulse laser 15 oscillated and output by the pulse laser light source 10 is adjusted in energy density by an attenuator 11 as necessary, and is constituted by optical members such as a homogenizer 12a, a reflection mirror 12b, and a condenser lens 12c. The optical system 12 shapes or deflects the beam into a line beam shape, and irradiates the amorphous silicon film 100 in the processing chamber 2 through the introduction window 6 provided in the processing chamber 2. In addition, the optical member which comprises the optical system 12 is not limited to the above, Various lenses, a mirror, a waveguide part, etc. can be provided.

また、集光レンズ１２ｃと導入窓６との間には、第１の遮蔽部に相当する第１遮蔽板２０が配置されており、処理室２内には第２の遮蔽部に相当する第２遮蔽板２１が配置されている。図２に示すように、第１遮蔽板２０は、対となる２つの遮蔽板が先端を向かい合わせにして、その間に第１透過間隙２０ａが確保されるように配置される。該第１透過間隙２０ａは、パルスレーザ１５０の長軸方向端部を遮蔽可能な長さの間隙を有している。また、第２遮蔽板２１も同様に、第２遮蔽板２１は、対となる２つの遮蔽板が先端を向かい合わせにして、その間に第２透過間隙２１ａが確保されるように配置される。該第２透過間隙２１ａは、第２遮蔽板２１を透過したパルスレーザ１５０の長軸方向端部を遮蔽可能な長さの間隙を有している。上記第１遮蔽板２０、第２遮蔽板２１は、本発明のレーザラインビーム改善器装置を構成する。
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。 A first shielding plate 20 corresponding to the first shielding part is disposed between the condenser lens 12 c and the introduction window 6, and a second shielding part corresponding to the second shielding part is disposed in the processing chamber 2. Two shielding plates 21 are arranged. As shown in FIG. 2, the first shielding plate 20 is disposed such that two shielding plates that are paired face each other and the first transmission gap 20 a is secured therebetween. The first transmission gap 20a has a gap of a length that can shield the end of the pulse laser 150 in the long axis direction. Similarly, the second shielding plate 21 is disposed such that two shielding plates in a pair face each other and the second transmission gap 21a is secured between them. The second transmission gap 21 a has a length that can shield the end in the major axis direction of the pulse laser 150 that has passed through the second shielding plate 21. The said 1st shielding board 20 and the 2nd shielding board 21 comprise the laser line beam improver apparatus of this invention.
In addition, in the 1st shielding board 20 and the 2nd shielding board 21, the two shielding boards used as a pair can be moved automatically or manually so that the mutual gap | interval amount may be adjusted.

次に、上記レーザアニール処理装置１の動作について説明する。
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。 Next, the operation of the laser annealing apparatus 1 will be described.
The pulse laser 15 that is output after being pulsated by the pulse laser light source 10 has, for example, a pulse half width of 200 ns or less. However, the present invention is not limited to these.
The pulse energy density of the pulse laser 15 is adjusted by the attenuator 11. The attenuator 11 is set to a predetermined attenuation rate, and the attenuation rate is adjusted so that a predetermined irradiation pulse energy density is obtained on the irradiation surface of the semiconductor film. For example, when the amorphous silicon film 100 is crystallized, the energy density can be adjusted to 100 to 500 mJ / cm 2 on the irradiated surface.

アテニュエータ１１を透過したパルスレーザ１５は、光学系１２でラインビーム形状に整形され、さらに光学系１２のシリンドリカルレンズなどの集光レンズ１２ｃを経て短軸幅を集光して、処理室２に設けた導入窓６に導入される。光学系１２から出射されるラインビーム１５０の長軸方向でのビーム強度プロファイルを図６に示す。図６のプロファイルは簡略化して図示している。
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。 The pulse laser 15 transmitted through the attenuator 11 is shaped into a line beam shape by the optical system 12, and further, the short axis width is condensed through a condenser lens 12 c such as a cylindrical lens of the optical system 12 and provided in the processing chamber 2. It is introduced into the introduction window 6. FIG. 6 shows a beam intensity profile in the major axis direction of the line beam 150 emitted from the optical system 12. The profile of FIG. 6 is illustrated in a simplified manner.
The line beam 150 has a flat portion 151 that is 97% or more of the maximum energy intensity, and is located at both ends in the major axis direction, has an energy intensity smaller than that of the flat portion 151, and gradually increases toward the outside. And a steepness portion 152 that decreases. The major axis direction width 152a of the steepness portion is not particularly limited, but usually has a width of about 1 mm to 25 mm as a width up to 10% of the maximum strength. Note that it is possible to appropriately determine the percentage of the flat portion with respect to the maximum energy intensity.

第１遮蔽板２０の第１透過間隙２０ａは、図２、図３に示すように、ラインビーム１５０に対し、両端のスティープネス部１５２と平坦部１５１内に一部伸長した位置まで遮蔽するように配置されている。
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。 As shown in FIGS. 2 and 3, the first transmission gap 20 a of the first shielding plate 20 shields the line beam 150 to a position where it partially extends into the steepness portion 152 and the flat portion 151 at both ends. Is arranged.
As shown in FIG. 2, the line beam 150 with the reduced steepness portion 152 passes through the first transmission gap 20a of the first shielding plate 20, so that the steepness portions 153 are formed at both ends in the major axis direction due to diffraction or the like. It is formed. However, since the steepness portion 153 is formed by shielding the steepness portion 152, the spreading width is considerably smaller than that of the steepness portion 152.

スティープネス部１５３を有するラインビーム１５０は、導入窓６を透過して処理室２内に導入される。
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。 The line beam 150 having the steepness part 153 passes through the introduction window 6 and is introduced into the processing chamber 2.
The line beam 150 further proceeds and reaches the second shielding plate 21 as shown in FIGS. In the second shielding plate 21, the long axis direction width of the second transmission gap 21a is longer than the long axis direction width of the first transmission gap 20a. A steepness portion 153 is located. For this reason, the second shielding plate 21 shields the remaining steepness portion 153 except for a part of the steepness portion 153 on the inner side in the long axis direction. In the line beam 150 that has passed through the second transmission gap 21a, a steepness portion 154 is formed by diffraction or the like as shown in FIGS. It is smaller and the steepness part is reduced.
It should be noted that how far the steepness portion 153 is shielded by the second shielding plate 21 can be appropriately set. In this case, the shielding amount can be set in consideration of the damage of the second shielding plate 21 and the spread width of the steepness portion 153 to be reduced. In this example, the width in the major axis direction of the second transmission gap 21a is set in accordance with the width of the flat portion 151.

また、第２遮蔽板２１は、比較的シリコン膜１００に近い位置に配置されており、第２遮蔽板２１を透過したラインビーム１５０は、スティープネス部１５３が大きく拡がることなくシリコン膜１００に照射される。
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。 The second shielding plate 21 is disposed at a position relatively close to the silicon film 100, and the line beam 150 transmitted through the second shielding plate 21 is irradiated to the silicon film 100 without the steepness portion 153 expanding greatly. Is done.
In the annealing process in which the line beam 150 is irradiated while being relatively scanned by moving the silicon film 100 with the scanning device 3, the width of the region irradiated with the steepness portion 154 becomes relatively small, which is useless. Can be made smaller. Further, in response to a request for processing with a reduction in the arrangement interval of the transistors, it becomes possible to satisfactorily crystallize the transistor region with the flat portion 151 by positioning the steepness portion 154 at the interval.
In the present invention, the scanning speed is not limited to a specific one, but can be selected within a range of 1 to 100 mm / second, for example.

なお、上記実施形態では、第１の遮蔽部に相当する第１遮蔽板２０と第２の遮蔽部に相当する第２遮蔽板２１とを有するものについて説明したが、第２の遮蔽部に相当する遮蔽板をラインビームの光路に沿って複数設け、各遮蔽板でスティープネス部の遮蔽を行うようにしても良い。図４は、第２の遮蔽部として第２遮蔽板２１と第３遮蔽板２２とを有する例を示すものであり、本発明としてはその数は特に限定されない。第３遮蔽板２２は、他の遮蔽板と同様に、対となる２つの遮蔽板が先端を向かい合わせにてその間に間隙を有して配置され、その間に第３透過間隙２２ａが確保されている。なお、第３遮蔽板２２でも、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。
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。 In addition, although the said embodiment demonstrated what has the 1st shielding board 20 equivalent to a 1st shielding part, and the 2nd shielding board 21 equivalent to a 2nd shielding part, it is equivalent to a 2nd shielding part. A plurality of shielding plates may be provided along the optical path of the line beam, and the steepness portion may be shielded by each shielding plate. FIG. 4 shows an example having the second shielding plate 21 and the third shielding plate 22 as the second shielding portion, and the number is not particularly limited in the present invention. Like the other shielding plates, the third shielding plate 22 is disposed with a pair of two shielding plates facing each other with a gap between them, and a third transmission gap 22a is secured between them. Yes. In the third shielding plate 22 as well, the two shielding plates that are paired can be moved automatically or manually so as to adjust the mutual gap amount.
Since the line beam 150 transmits through the third transmission gap 22a of the third shielding plate 22, the steepness portion can be further reduced.
In addition, in the 3rd shielding board 22 located in the back | latter stage of the 2nd shielding board 21, a shielding position inner side end can be made into the same position or an outer side as a 2nd shielding board in a major axis direction.

一方、図５は、従来のスリット部２５でラインビーム１５０を遮蔽した場合の例である。スリット部２５に対するダメージが小さいように、比較的シリコン膜１００から離れて配置すると、スリット部２５でスティープネス部１５２を遮蔽した後、回折により形成されるスティープネス部１５３が次第に拡がってスティープネス部幅が大きくなり、スリット部による遮蔽効果が小さくなってしまい、十分なレーザラインビーム改善効果が得られない。   On the other hand, FIG. 5 shows an example in which the line beam 150 is shielded by the conventional slit portion 25. If the slit portion 25 is disposed relatively far from the silicon film 100 so that damage to the slit portion 25 is small, the step portion 153 formed by diffraction gradually spreads after the step portion 152 is shielded by the slit portion 25, and the step portion. The width is increased, the shielding effect by the slit portion is reduced, and a sufficient laser line beam improvement effect cannot be obtained.

なお、上記実施形態では、遮蔽部として遮蔽板を有するものとして説明したが、遮蔽部をスリットを有するスリット部により構成することもできる。   In addition, although the said embodiment demonstrated as what has a shielding board as a shielding part, a shielding part can also be comprised by the slit part which has a slit.

以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to the content of the said embodiment, A suitable change is possible unless it deviates from the scope of the present invention.

１ レーザアニール処理装置
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser annealing processing apparatus 2 Processing chamber 3 Scanning apparatus 5 Substrate arrangement table 6 Introduction window 10 Pulse laser light source 11 Attenuator 12 Optical system 12c Condensing lens 20 First shielding plate 20a First transmission gap 21 Second shielding plate 21a Second transmission Gap 22 Third shielding plate 22a Third transmission gap 100 Silicon film

Claims (6)

被処理物に照射され、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、
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し、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の遮蔽部の外側で前記スティープネス部の遮蔽を行うものであることを特徴とするレーザラインビーム改善装置。 The workpiece is irradiated and , in the beam intensity profile, is relatively far from the workpiece on the optical path of a line beam having a flat portion, a short axis end portion, and a steepness portion located at the long axis end portion. A first shielding part that is disposed at a position and shields the transmission of the long-axis end of the line beam, and a position that is relatively close to the object to be processed. A second shielding part further shielding the transmission of the long-axis end of the line beam after the transmission of the part is shielded ;
The first shielding portion shields transmission of a steepness portion at a long axis end portion of the line beam and a long axis side end portion of the flat portion, and the second shielding portion is a long axis of the line beam. laser line beam improvement device according to claim der Rukoto performs shielding of the steepness portion outside of the first shielding portion with respect to the direction. 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１記載のレーザラインビーム改善装置。 The flat portion, the laser line beam improving apparatus according to claim 1, wherein the 97% or more areas of maximum intensity in the beam intensity profile. 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または２に記載のレーザラインビーム改善装置。 The long axis end portion of the line beam after the second shielding portion is different in relative perspective position with respect to the object to be processed and the transmission of the long axis end portion of the line beam is shielded by the preceding shielding portion. laser line beam improvement device according to claim 1 or 2, wherein a plurality of shielding portions for transmitting further shields the. 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３に記載のレーザラインビーム改善装置。 4. The laser line beam improving apparatus according to claim 3 , wherein the plurality of shielding portions are configured such that a rear-stage shielding portion performs the shielding at the same position or outside as the front-stage shielding portion. 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、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１〜４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。 A laser light source that outputs a laser, and an optical system that shapes and guides the beam shape of the laser into a line beam having a flat portion, a short-axis end portion, and a steepness portion located at the long-axis end portion in a beam intensity profile A processing chamber in which a workpiece is installed, a laser guided by the optical system is introduced through an introduction window, and the workpiece is irradiated, and the laser line beam improvement according to any one of claims 1 to 4 With the device,
A first shielding portion of the line beam improving device is disposed outside the processing chamber and between the condensing lens at the final stage of the optical system and the introduction window, and the second shielding of the line beam improving device. The laser processing apparatus, wherein the section is disposed in the processing chamber inside the introduction window. 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５記載のレーザ処理装置。 6. The laser processing apparatus according to claim 5 , wherein the laser processing apparatus is used for crystallization or activation processing of the processing object by irradiating the processing object with a laser.
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