JPH11340160A - レーザアニーリング装置及び方法 - Google Patents

レーザアニーリング装置及び方法

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JPH11340160A
JPH11340160A JP14922698A JP14922698A JPH11340160A JP H11340160 A JPH11340160 A JP H11340160A JP 14922698 A JP14922698 A JP 14922698A JP 14922698 A JP14922698 A JP 14922698A JP H11340160 A JPH11340160 A JP H11340160A
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JP
Japan
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processing substrate
laser
substrate
width direction
homogenizers
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JP14922698A
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Shiro Hamada
史郎 浜田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積の処理基板であっても往復動作を繰り
返すことなく、短時間で処理できるレーザアニーリング
装置を提供すること。 【解決手段】 処理基板1に照射すべきレーザ光を発生
するための2つレーザ装置2A、2Bと、それぞれのレ
ーザ装置からのレーザ光を、処理基板上においてその幅
方向のサイズの1/2以上の長さを持つ断面のビームに
なるように変換する2つのホモジナイザ3A、3Bと、
処理基板をその幅方向と異なる方向に移動させる移動機
構とを備える。2つのホモジナイザにより形成される2
つのビームが処理基板上においてその幅方向に一列にな
るように照射し、かつ処理基板をその幅方向と異なる方
向に移動させて処理基板の全面にわたるアニーリングを
行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造技術に用
いられるレーザアニーリング装置に関し、特に大面積の
処理基板のアニーリングに適したレーザアニーリング装
置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造技術において、シリコンウェ
ハをアニールすることがしばしば必要となる。ここで、
「アニール」とは、シリコンウェハを高温で熱処理して
焼きなますことをいう。このようなアニールは、イオン
注入した不純物を電気的に活性化させたり、不安定性を
除去するために電荷を中和し不活性化するために使用さ
れる。
【0003】アニールする装置はアニーリング装置と呼
ばれる。このアニーリング装置の1つにレーザアニーリ
ング装置がある。このレーザアニーリング装置は、アモ
ルファスシリコン薄膜に、エキシマレーザ装置からパル
ス発振されたレーザ光を照射して多結晶化するための装
置である。すなわち、アモルファスシリコン薄膜に高エ
ネルギのレーザ光が当たると、レーザ光はアモルファス
シリコン薄膜に吸収され、瞬間的に溶融状態になり、再
結晶化が起こる。その結果、アモルファスシリコン薄膜
は多結晶化する。この技術は、例えば液晶パネルの薄膜
トランジスタ(TFT)を形成するための多結晶シリコ
ン薄膜の作製に用いられる。
【0004】図6を参照して、レーザアニーリング装置
の中のプロセスチャンバについて説明する。プロセスチ
ャンバ10の内壁下面上にはレール13が敷設されてい
る。このレール13に沿ってステージ14がスライド1
5を介して所定の水平方向(図面の左右方向)に沿って
摺動可能に設けられている。ステージ14上にはピン1
6を介して処理基板17が搭載されている。このステー
ジ14は、モータ100にリードスクリュー101、ベ
ローズ102およびロッド103を介して連結されてい
る。すなわち、モータ100の回転が、リードスクリュ
ー101とロッド103の組み合わせによって、上記所
定の水平方向の直線運動に変換され、ステージ14は所
定の水平方向に沿って摺動される。ベローズ102は、
真空と大気とを遮蔽するためのものである。また、プロ
セスチャンバ10にはターボ分子ポンプ18が取り付け
られている。更に、プロセスチャンバ10にはN2 ガス
の導入口が設けられると共に、排気のためのドライポン
プ12が取り付けられている。
【0005】このプロセスチャンバ10では、図示しな
いレーザ装置から出射されたレーザ光が、ホモジナイザ
等の光学系60によってその断面形状が細長い線形状に
された後、プロセスウィンドー11を透過してプロセス
チャンバ10内の処理基板17に照射され、レーザアニ
ーリングが行われる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、処理基板1
7が液晶ガラス基板の場合、そのサイズは約300(m
m)×400(mm)である。これに対し、これまでの
光学系60により得られる断面線形状のビームのサイズ
は、図7に示すように、幅約0.8mm、長さ約150
mmである。これは、断面線形状の長さを大きくし過ぎ
ると、単位長当たりの照射エネルギーが低下してしま
い、レーザアニーリングに不適となるからである。この
ため、光学系60を処理基板17の移動方向に直角な方
向に移動可能にし、処理基板17の1回の往復動作で、
みかけ上図7に矢印で示すような軌跡により全面照射を
行うようにしている。
【0007】しかしながら、液晶ガラス基板のような処
理基板17は、400(mm)×500(mm)、55
0(mm)×650(mm)というように、大面積化し
つつある。このような大面積の処理基板17に対して、
上記の方法でレーザアニーリングを行う場合、処理基板
17の複数回の往復動作が必要となり、処理時間が長く
なってしまうという問題点がある。
【0008】それ故、本発明の課題は、大面積の処理基
板であっても往復動作を繰り返すことなく、短時間で処
理できるレーザアニーリング装置を提供することにあ
る。
【0009】本発明の他の課題は、大面積の処理基板に
適したレーザアニーリング方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、処理基
板に照射すべきレーザ光を発生するためのn(ただし、
nは2以上の整数)個のレーザ装置と、それぞれのレー
ザ装置からのレーザ光を、前記処理基板上においてその
幅方向のサイズの1/n以上の長さを持つ断面のビーム
になるように変換するn個のホモジナイザと、該n個の
ホモジナイザを前記処理基板の幅方向と異なる方向に移
動させる移動機構とを備え、前記n個のホモジナイザに
より形成されるn個のビームが前記処理基板上において
その幅方向に一列になるように照射し、かつ前記n個の
ホモジナイザを移動させて前記処理基板の全面にわたる
アニーリングを行うことを特徴とするレーザアニーリン
グ装置が提供される。
【0011】本発明によればまた、処理基板に照射すべ
きレーザ光を発生するためのn(ただし、nは2以上の
整数)個のレーザ装置と、それぞれのレーザ装置からの
レーザ光を、前記処理基板上においてその幅方向のサイ
ズの1/n以上の長さを持つ断面のビームになるように
変換するn個のホモジナイザと、前記処理基板をその幅
方向と異なる方向に移動させる移動機構とを備え、前記
n個のホモジナイザにより形成されるn個のビームが前
記処理基板上においてその幅方向に一列になるように照
射し、かつ前記処理基板を移動させて前記処理基板の全
面にわたるアニーリングを行うことを特徴とするレーザ
アニーリング装置が提供される。
【0012】なお、n個の線状のビーム各々の端部が互
いに重なるように照射されることが好ましい。
【0013】また、前記各ホモジナイザと前記処理基板
との間にそれぞれ、前記ホモジナイザからのビームの断
面形状を規定するためのマスクと、イメージングレンズ
とを配置し、マスクイメージング法による照射によって
アニーリングを行うようにしても良い。
【0014】本発明によるレーザアニーリング方法は、
処理基板に、その幅方向のサイズの1/n(ただし、n
は2以上の整数)以上の長さを持つ断面のn個のビーム
を、前記処理基板上においてその幅方向に一列になるよ
うに照射し、前記処理基板または前記n個のビームを前
記処理基板の幅方向と異なる方向に移動させることによ
り、前記処理基板の全面にわたるアニーリングを行うこ
とを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】図1〜図3を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図1は、本発明によるレ
ーザアニーリング装置の要部の構成を示し、例えば図6
で説明した光学系60に至るまでの構成である。したが
って、図1に示された構成をそのまま図6に示されたプ
ロセスチャンバに適用することができる。
【0016】図1において、本形態においては、処理基
板1へのレーザ照射系を2組備えた点に特徴を有する。
すなわち、レーザ光を発生するためのレーザ装置2A、
2Bと、レーザ装置2A、2Bからのレーザ光を処理基
板1上においてその幅方向のサイズの1/2以上の長さ
を持つ断面線状のビームになるように変換する2つのホ
モジナイザ3A、3Bと、処理基板1をその幅方向に直
角な方向に移動させるためのステージ及び駆動機構(図
示せず)とを備えている。ステージとその駆動機構は、
図6で説明したものと同じで良い。レーザ装置2A、2
Bとホモジナイザ3A、3Bとの間の経路にはそれぞ
れ、エネルギー調整用のアッテネータ4A、4B、レー
ザ光の垂直方向の拡がり角を補正するための補正光学系
5A、5B、レーザ光の水平方向の拡がり角を補正する
ための補正光学系6A、6B、折り返しミラー7A、7
Bが配置されている。
【0017】図2を参照して、ホモジナイザ3Aについ
て言えば、複数の光学レンズ3−1〜3−4の組合せに
より、レーザ光の入射位置が異なっていてもある照射位
置では同じ断面形状を持つ線状のビームが得られる。特
に、本形態によるホモジナイザでは、図3に示すよう
に、処理基板1上で幅約0.4mm、長さ約300mm
の線状のビームを生成できるようにしている。勿論、単
位長当たりの照射エネルギーは、図7に示したものと同
じである。
【0018】本形態では、上記のようなホモジナイザ3
A、3Bからの2つ線状のビームが処理基板1上におい
てその幅方向に一列になるように照射される。
【0019】但し、ホモジナイザから得られる線状のビ
ームのエネルギー密度は、図4に示すように、長さ方向
の端部において低下することが避けられない。このた
め、処理基板1上における2つの線状のビームの一方の
端部が処理基板1の幅方向の中心部付近で数mm程度重
なり、他方の端部は処理基板1の端部から外れるように
照射される。その結果、処理基板1をその幅方向に直角
な方向に移動させることにより、処理基板1の全面にわ
たって均一なエネルギーでアニーリングを行うことがで
きる。したがって、約600mmの幅を持つ処理基板1
に対応することができる。勿論、処理基板1の移動は1
回だけで良い。
【0020】なお、図1において、制御部8は、レーザ
装置2A、2Bに対してレーザの発振周波数を規定する
トリガパルスを出力する。そして、レーザ装置2A、2
Bにおける発振のタイミングをそろえるために、制御部
8とレーザ装置2Bとの間には、ジッタ調整部9が設け
られる。
【0021】図5を参照して、他の形態について説明す
る。この形態では、ホモジナイザ3A、3Bと処理基板
1との間にそれぞれ、ホモジナイザ3A、3Bからのビ
ームの断面形状を規定するためのマスク20A、20B
と、イメージングレンズ21A、21Bとを配置し、マ
スクイメージング法による照射によってアニーリングを
行うようにしている。マスクイメージング法自体は周知
であり、マスクの開口で規定される断面形状のビームが
処理基板1上にそのまま投影される。したがって、ホモ
ジナイザ3A、3Bからのビームに振れが生じても、そ
の影響を受けること無く、高い位置決め精度での照射が
可能になるという利点がある。
【0022】なお、上記の形態では、レーザ照射系を2
組備える場合について説明したが、処理基板の面積に応
じて3組以上備える場合も考えられる。また、上記の形
態では、ステージを駆動機構により移動させて処理基板
を移動させる例について説明したが、処理基板は固定と
し、レーザ照射系を移動させることにより処理基板全面
に対するアニーリングを行うこともできる。
【0023】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、処理基板へのレーザ照射系を複数組備えることによ
り、大面積の処理基板でも短時間でアニーリング処理を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態によるレーザアニーリング
装置の要部の構成を示す図である。
【図2】図1に示したレーザアニーリング装置に使用さ
れるホモジナイザの構成を説明するための面である。
【図3】本発明で使用されるホモジナイザにより得られ
る線状のレーザビームと処理基板との関係を説明するた
めの図である。
【図4】図1の処理基板上に照射される2つの線状のレ
ーザビームとそれらのエネルギー密度の関係を説明する
ための図である。
【図5】本発明の他の実施の形態によるレーザアニーリ
ング装置の要部の構成を示す図である。
【図6】従来のレーザアニーリング装置に使用されるプ
ロセスチャンバを示す断面図である。
【図7】図6に示す光学系により得られる線状のレーザ
ビームと処理基板との関係を説明するための図である。
【符号の説明】
1、17 処理基板 2A、2B レーザ装置 3A、3B ホモジナイザ 4A、4B アッテネータ 5A、5B 補正光学系 6A、6B 補正光学系 7A、7B 折り返しミラー 8 制御部 9 ジッタ調整部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 処理基板に照射すべきレーザ光を発生す
    るためのn(ただし、nは2以上の整数)個のレーザ装
    置と、それぞれのレーザ装置からのレーザ光を、前記処
    理基板上においてその幅方向のサイズの1/n以上の長
    さを持つ断面のビームになるように変換するn個のホモ
    ジナイザと、該n個のホモジナイザを前記処理基板の幅
    方向と異なる方向に移動させる移動機構とを備え、前記
    n個のホモジナイザにより形成されるn個のビームが前
    記処理基板上においてその幅方向に一列になるように照
    射し、かつ前記n個のホモジナイザを移動させて前記処
    理基板の全面にわたるアニーリングを行うことを特徴と
    するレーザアニーリング装置。
  2. 【請求項2】 処理基板に照射すべきレーザ光を発生す
    るためのn(ただし、nは2以上の整数)個のレーザ装
    置と、それぞれのレーザ装置からのレーザ光を、前記処
    理基板上においてその幅方向のサイズの1/n以上の長
    さを持つ断面のビームになるように変換するn個のホモ
    ジナイザと、前記処理基板をその幅方向と異なる方向に
    移動させる移動機構とを備え、前記n個のホモジナイザ
    により形成されるn個のビームが前記処理基板上におい
    てその幅方向に一列になるように照射し、かつ前記処理
    基板を移動させて前記処理基板の全面にわたるアニーリ
    ングを行うことを特徴とするレーザアニーリング装置。
  3. 【請求項3】 請求項1あるいは2記載のレーザアニー
    リング装置において、n個のビーム各々の端部が互いに
    重なるように照射されることを特徴とするレーザアニー
    リング装置。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のレーザアニーリング装置
    において、前記各ホモジナイザと前記処理基板との間に
    それぞれ、前記ホモジナイザからのビームの断面形状を
    規定するためのマスクと、イメージングレンズとを配置
    し、マスクイメージング法による照射によってアニーリ
    ングを行うことを特徴とするレーザアニーリング装置。
  5. 【請求項5】 処理基板に、その幅方向のサイズの1/
    n(ただし、nは2以上の整数)以上の長さを持つ断面
    のn個のビームを、前記処理基板上においてその幅方向
    に一列になるように照射し、前記処理基板または前記n
    個のビームを前記処理基板の幅方向と異なる方向に移動
    させることにより、前記処理基板の全面にわたるアニー
    リングを行うことを特徴とするレーザアニーリング方
    法。
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