WO2007116576A1 - レーザ照射装置 - Google Patents

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laser
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shaped
axis direction
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Ryotaro Togashi
Toshio Inami
Junichi Shida
Hideaki Kusama
Naoyuki Kobayashi
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Japan Steel Works Ltd
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Japan Steel Works Ltd
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    • H10P34/40—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation
    • H10P34/42—Irradiation with electromagnetic or particle radiation of wafers, substrates or parts of devices with high-energy radiation with electromagnetic radiation, e.g. laser annealing

Definitions

  • the present invention relates to a laser irradiation apparatus, and more particularly, to a laser irradiation apparatus capable of easily performing position control for moving a band-shaped irradiation region at a high speed in the long axis direction.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Publication No. 04-1 021 6
  • an XY stage or a carbon heater that holds the substrate to be processed is moved in order to vibrate the belt-shaped irradiation region in the long axis direction.
  • an object of the present invention is to provide a laser irradiation apparatus capable of easily performing position control for moving the belt-shaped irradiation region at a high speed in the long axis direction.
  • the present invention provides a laser oscillator (1) that outputs a pulse of a laser beam (B 1), a reflector (2) that reflects the laser beam (B 1), and the laser described above Direction of movement of the reflection beam (B2) due to a change in the angle ( ⁇ ) or position of the reflection surface (2 b) of the reflector (2) with respect to the laser beam (B 1) on which the beam (B 1) is incident
  • a reflector (5) that holds the conductor substrate (S) and can move in the short axis direction of the strip-shaped irradiation region (4), and a reflector driving means (6) that changes the angle or position of the reflector (2).
  • a laser irradiation device (100) is provided.
  • the reflector (2) is moved, but the movable stage (5) corresponding to the XY stage in the prior art or the laser oscillator corresponding to the carbon heater in the prior art ( Since the mass of the reflector (2) is smaller than that of the optical system (1) and the optical system (3), position control that moves at high speed becomes easy.
  • the timing control means (8) adjusts the timing at which the laser beam (B 1) is pulsed by the laser oscillator (1) and the timing at which the reflector driving means (6) changes the angle or position of the reflector (2). ),
  • the position of the belt-like irradiation region can be changed within a predetermined range in the long axis direction of the belt-like irradiation region.
  • the present invention relates to a laser oscillator (1) that outputs a laser beam (B 1) in response to a trigger (G), and a rotating polygon mirror that reflects the laser beam (B 1) ( 2) and the change of the incident angle (0) of the laser beam (B 1) to the reflecting surface (2 b) of the rotating polygon mirror (2) on which the laser beam (B 1) is incident.
  • the output timing of the trigger (G) based on the Q) vary within time range of a predetermined tie varying the incident angle (0) within a predetermined angular range
  • the rotating polygon mirror (2) may be rotated at a constant speed at a speed equal to the number of mirrors whose speed is desired to change. Therefore, implementation is easy. Since the timing at which the laser beam (B 1) is output by the laser oscillator (1) is changed in accordance with the rotational phase of the rotating polygon mirror (2), the timing adjustment is also easy. Therefore, the position of the band-shaped irradiation region can be easily changed at high speed within a predetermined range in the major axis direction of the band-shaped irradiation region.
  • the laser irradiation apparatus of the present invention since the position control for moving the belt-shaped irradiation region in the long axis direction at high speed can be easily performed, the intensity unevenness of the laser beam in the long axis direction of the belt-shaped irradiation region And uneven irradiation in the longitudinal direction of the belt-shaped irradiation region due to minute unevenness of the substrate to be processed can be suitably suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a laser irradiation apparatus according to a first embodiment.
  • FIG. 2 A timing chart showing the operation of the timing control circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a top view showing the position of the belt-shaped irradiation region in the long axis direction.
  • FIG. 1 is a configuration explanatory diagram illustrating a laser irradiation apparatus 100 according to the first embodiment.
  • This laser irradiation device 100 has a laser oscillator 1 that outputs a pulse of a laser beam B 1 in response to a trigger G, a rotating polygon mirror 1 that reflects the laser beam B 1, and a laser beam B 1 incident thereon.
  • the semiconductor substrate is formed by shaping the reflected beam B 2 into a strip-shaped irradiation region 4 whose major axis is the direction in which the reflected beam B 2 oscillates due to a change in the incident angle 0 of the laser beam B 1 on the reflecting surface 2 b of the rotating polygon mirror 2.
  • a motor 6 that rotates at a constant speed
  • an encoder 7 that outputs rotational phase information Q of the rotating polygon mirror 2
  • a timing control that changes the output timing of the trigger G within a predetermined time range based on the rotational phase information Q Circuit 8 and It is Bei.
  • the rotation axis 2a of the rotating polygon mirror 2 is in the vertical direction, and the rotating polygon mirror 2 rotates in a horizontal plane.
  • Laser beam B 1 and reflected beam B 2 are horizontal.
  • the semiconductor substrate S is placed horizontally. Therefore, the direction of the reflected beam B 1 whose intensity is made uniform in the major axis direction and the minor axis direction by the homogenizer 3 a is changed from the horizontal direction to the vertical direction by the mirror 3 b. Then, it is condensed in the short axis direction by the kamaboko-shaped lens 3c and irradiated onto the semiconductor substrate S.
  • FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the timing control circuit 8. Based on the rotational phase information Q, the timing control circuit 8 generates a 45 ° pulse Q ′ indicating the timing at which the incident angle 6 is 45 °.
  • the period of this 45 ° pulse Q ' is the value obtained by dividing the rotation time of rotating polygon mirror 2 by the number of rotating polygon mirror 2 mirrors.
  • the period corresponds to an average time interval at which the laser oscillator 1 outputs a pulse of the laser beam B1.
  • the time during which the laser oscillator 1 outputs the laser beam B 1 as a pulse is shorter than the period ⁇ .
  • the timing control circuit 8 randomly generates one of the integers from 0 to 45, 45 ° Trigger G is output when “r + (m_MZ2) (MZ2)” elapses from pulse Q '.
  • the trigger G is output and the incident angle 0 becomes “45 ° _ (m_4) Q? Z4”.
  • FIG. 3 is a top view showing the movement of the belt-shaped irradiation region 4 in the long axis direction.
  • the rotation polygon mirror 2 only needs to be rotated once in a time that is several times the number of mirrors of the period ⁇ .
  • the time interval for pulse output of the laser beam B 1 by the laser oscillator 1 is the shortest “__S”, but this is also easy to implement because there are no moving parts. Therefore, the position of the strip-shaped irradiation region 4 can be moved at high speed within the predetermined range R in the major axis direction of the strip-shaped irradiation region 4.
  • Trigger G may be output randomly within the time range from the elapse of “r_S” to the elapse of 4 ° from pulse Q '.
  • a mirror that reciprocally vibrates in the direction of the laser beam ⁇ 1 may be used. In this case, change the output timing of trigger G according to the vibration phase.
  • a galvano mirror that oscillates and oscillates within a predetermined angle range may be used.
  • the output timing of the trigger G is changed according to the oscillation phase of the galvanometer mirror.
  • a galvano mirror may be used instead of the rotating polygon mirror 2, the trigger G may be output at a constant period, and the angle of the galvano mirror may be changed randomly within a predetermined angular range for each rig G.
  • the laser irradiation method and the laser irradiation apparatus of the present invention can be used for, for example, production of a semiconductor layer and activation processing.

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Abstract

　帯状照射領域を長軸方向に高速に動かす位置制御を容易に行うことが出来るレーザ照射装置を提供する。回転多角形ミラー（２）は一定速度で回転している。タイミング制御回路（８）は、エンコーダ（７）からの回転位相情報（Ｑ）に基づいて所定の時間範囲内で変化する出力タイミングでトリガ（Ｇ）を出力する。レーザ発振器（１）は、トリガ（Ｇ）に応じてレーザビーム（Ｂ１）を出力する。レーザ発振器（１）でレーザビーム（Ｂ１）をパルス出力する平均時間間隔のミラー数倍の時間で回転多角形ミラー（２）を１回転させればよいので、実施が容易である。レーザ発振器（１）でレーザビーム（Ｂ１）をパルス出力するタイミング制御は平均時間間隔より短くなるが、可動部分がないので、これも実施が容易である。よって、帯状照射領域（４）の長軸方向の所定範囲内で帯状照射領域（４）の位置を高速に容易に動かすことが出来る。

Description

明 細 書
レーザ照射装置
技術分野
[0001] この発明は、 レーザ照射装置に関し、 さらに詳しくは、 帯状照射領域を長 軸方向に高速に動かす位置制御を容易に行うことが出来るレーザ照射装置に 関する。
背景技術
[0002] 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。 ） 。
特許文献 1 ：特公平 04 - 1 021 6号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 上記従来技術では、 帯状照射領域を長軸方向に振動させるために、 被処理 基板を保持する XYステージまたはカーボン■ ヒータを動かしている。
しかし、 XYステージまたはカーボン■ ヒータは質量が大きいため、 応答 が遅く、 高速に位置制御することが難しい問題点がある。
そこで、 この発明の目的は、 帯状照射領域を長軸方向に高速に動かす位置 制御を容易に行うことが出来るレーザ照射装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0004] 第 1の観点では、 本発明は、 レーザビーム （B 1)をパルス出力するレーザ 発振器 （1 ) と、 前記レーザビーム （B 1 ) を反射する反射器 （2) と、 前 記レーザビーム （B 1 ) が入射する前記反射器 （2) の反射面 （2 b) の前 記レーザビーム （B 1 ) に対する角度 (Θ) または位置の変化により反射ビ ーム （B2) が動く方向を長軸方向とする帯状照射領域 （4) に前記反射ビ ーム （B2) を整形し半導体基板 （S) に照射する光学系 （3) と、 前記半 導体基板 （S) を保持して前記帯状照射領域 （4) の短軸方向に移動しうる 移動台 （5) と、 前記反射器 （2) の角度または位置を変える反射器駆動手 段 （6) と、 帯状照射領域の長軸方向の所定範囲内で帯状照射領域の位置を 変えるために前記レーザ発振器 （1 ) でレーザビーム （B 1)をパルス出力す るタイミングと前記反射器駆動手段 （6) で前記反射器 （2) の角度または 位置を変えるタイミングの調整を行うタイミング制御手段 （8) とを具備す ることを特徴とするレーザ照射装置 （1 00) を提供する。
上記第 1の観点によるレーザ照射装置 （1 00) では、 反射器 （2) を動 かすが、 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 ) に比べて反射器 （2) の質量が小さいため、 高速に動かす位置制御が容易 になる。 そして、 レーザ発振器 （1 ) でレーザビーム （B 1)をパルス出力す るタイミングと反射器駆動手段 （6) で反射器 （2) の角度または位置を変 えるタイミングの調整をタイミング制御手段 （8) で行うことにより、 帯状 照射領域の長軸方向の所定範囲内で帯状照射領域の位置を変えることが出来 る。
第 2の観点では、 本発明は、 トリガ （G) に応じてレーザビーム （B 1)を パルス出力するレーザ発振器 （1 ) と、 前記レーザビーム （B 1 ) を反射す る回転多角形ミラー （2) と、 前記レーザビーム （B 1 ) が入射する前記回 転多角形ミラー （2) の反射面 （2 b) への前記レーザビーム （B 1 ) の入 射角 （0) の変化により反射ビーム （B2) が振れる方向を長軸方向とする 帯状照射領域 （4) に前記反射ビーム （B2) を整形し半導体基板 （S) に 照射する光学系 （3) と、 前記半導体基板 （S) を保持して前記帯状照射領 域 （4) の短軸方向に移動しうる移動台 （5) と、 前記回転多角形ミラー （ 2) を一定速度で回転させる回転駆動手段 （6) と、 前記回転多角形ミラー (2) の回転位相情報 （Q) を出力する回転位相検出手段 （7) と、 前記回 転位相情報 （Q) に基づいて前記トリガ （G) の出力タイミングを所定の時 間範囲内で変化させて前記入射角 （0) を所定角度範囲内で変化させるタイ ミング制御手段 （8 ) とを具備することを特徴とするレーザ照射装置 （1 0 0 ) を提供する。
上記第 2の観点によるレーザ照射装置 （1 0 0 ) では、 ミラーの角度を変 えたい速度のミラー数分の一の速さで且つ一定速度で回転多角形ミラー （2 ) を回転させればよいため、 実施が容易である。 そして、 レーザ発振器 （1 ) でレーザビーム （B 1 )をパルス出力するタイミングを回転多角形ミラー （ 2 ) の回転位相に合わせて変えるためタイミング調整も実施が容易である。 よって、 帯状照射領域の長軸方向の所定範囲内で帯状照射領域の位置を高速 に容易に変えることが出来る。
発明の効果
[0006] この発明のレーザ照射装置によれば、 帯状照射領域を長軸方向に高速に動 かす位置制御を容易に行うことが出来るので、 帯状照射領域の長軸方向のレ 一ザビームの強度ムラや被処理基板の微小な凹凸に起因する帯状照射領域の 長手方向の照射ムラを好適に抑制することが出来る。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1 ]実施例 1に係るレーザ照射装置の構成説明図である
[図 2]実施例 1に係るタイミング制御回路の動作を示すタイミングチヤ一卜で める。
[図 3]帯状照射領域の長軸方向の位置を示す上面図である。
符号の説明
[0008] 1 レーザ発振器
2 回転多角形ミラー
3 a ホモジナイザー
3 b ミラー
3 c レンズ
4 帯状照射領域
5 移動台
6 モータ 7 エンコーダ
8 タイミング制御回路
1 0 0 レーザ照射装置
発明を実施するための最良の形態
[0009] 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 、 これによリこの発明が限定されるものではない。
実施例 1
[0010] 図 1は、 実施例 1に係るレーザ照射装置 1 0 0を示す構成説明図である。
このレーザ照射装置 1 0 0は、 トリガ Gに応じてレーザビーム B 1をパル ス出力するレーザ発振器 1と、 レーザビーム B 1を反射する回転多角形ミラ 一 2と、 レーザビーム B 1が入射する回転多角形ミラー 2の反射面 2 bへの レーザビーム B 1の入射角 0の変化により反射ビーム B 2が振れる方向を長 軸方向とする帯状照射領域 4に反射ビーム B 2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 3 a， ミラー 3 bおよびレンズ 3 cと、 半導体基 板 Sを保持して帯状照射領域 4の短軸方向に移動しうる移動台 5と、 回転多 角形ミラー 2を一定速度で回転させるモータ 6と、 回転多角形ミラー 2の回 転位相情報 Qを出力するエンコーダ 7と、 回転位相情報 Qに基づいてトリガ Gの出力タイミングを所定の時間範囲内で変化させるタイミング制御回路 8 とを具備している。
[0011 ] 回転多角形ミラー 2の回転軸 2 aは鉛直方向であり、 回転多角形ミラー 2 は水平面内で回転する。 レーザビーム B 1および反射ビーム B 2は水平方向 である。 一方、 半導体基板 Sは水平に置かれている。 このため、 ホモジナイ ザ一 3 aで長軸方向および短軸方向に強度を均一化した反射ビーム B 1の方 向をミラー 3 bにより水平方向から鉛直方向に変えている。 そして、 かまぼ こ形のレンズ 3 cで短軸方向について集光して半導体基板 Sに照射している
[0012] 図 2は、 タイミング制御回路 8の動作を説明するタイミングチャートであ る。 タイミング制御回路 8は、 回転位相情報 Qに基づいて、 入射角 6»が 45° になるタイミングを示す 45° パルス Q' を生成する。
この 45° パルス Q' の周期ては、 回転多角形ミラー 2の 1回転時間を回 転多角形ミラー 2のミラー数で除算した値になる。
なお、 周期ては、 レーザ発振器 1でレーザビーム B 1をパルス出力する平 均時間間隔に相当する。 また、 レーザ発振器 1がレーザビーム B 1をパルス 出力する時間つまりパルス幅は、 周期 Γより短い。
[0013] 帯状照射領域 4を長軸方向に動かしたい位置の数を 「M+ 1」 とするとき 、 タイミング制御回路 8は、 0から Μまでの整数の一つ mをランダムに発生 し、 45° パルス Q' より 「r+ (m_MZ2) (MZ2) 」 経過時に トリガ Gを出力する。
時間 Sの間に反射面 2 bが回転する角度を Ofとするとき、 入射角 6»は 「4 5° ― (m_MZ2) a/ (MZ2) 」 になる。
図 2は M=8の例であり、 45° パルス Q' より 「r+ (m-4) 」 経過時にトリガ Gを出力し、 入射角 0は 「45° _ (m_4) Q?Z4」 に なる。
[0014] 図 3は、 帯状照射領域 4の長軸方向の動きを示す上面図である。
(a) 〜 （ i ) は、 M=8とした場合の m=0〜m=8に対応している。 帯状照射領域 4は、 長軸方向照射範囲 R内の 9力所の位置にランダムに動 くことになる。
帯状照射領域 4の長軸方向の長さを Lとするとき、 帯状照射領域 4を Γ ( R-L) Z2」 だけ動かす入射角 0の変化分が Ofに相当する。
[0015] 実施例 1のレーザ照射装置 1 00によれば、 周期 Γのミラー数倍の時間で 回転多角形ミラー 2を 1回転させればよいので、 実施が容易である。 また、 レーザ発振器 1でレーザビーム B 1をパルス出力する時間間隔は最短 「て_ S」 になるが、 可動部分がないので、 これも実施が容易である。 よって、 帯 状照射領域 4の長軸方向の所定範囲 R内で帯状照射領域 4の位置を高速に動 かすことが出来る。 実施例 2
[0016] 4 5 ° パルス Q ' より 「r _ S」 経過後から 経過後までの時間 範囲内でランダムにトリガ Gを出力してもよい。
実施例 3
[0017] 回転多角形ミラー 2の代わりに、 レーザビーム Β 1の方向に往復振動する ミラーを用いてもよい。 この場合、 振動位相に合わせてトリガ Gの出力タイ ミングを変化させる。
実施例 4
[0018] 回転多角形ミラー 2の代わりに、 所定角度範囲で揺動振動するガルバノミ ラーを用いてもよい。 この場合、 ガルバノミラーの揺動位相に合わせてトリ ガ Gの出力タイミングを変化させる。
実施例 5
[0019] 回転多角形ミラー 2の代わりにガルバノミラーを用い、 トリガ Gを一定周 期で出力し、 卜リガ Gごとにガルバノミラーの角度を所定角度範囲でランダ ムに変化させてもよい。
産業上の利用可能性
[0020] この発明のレーザ照射方法およびレーザ照射装置は、 例えば半導体層の作 製や活性化処理に利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] レーザビーム （B 1)をパルス出力するレーザ発振器 （1 ) と、 前記レーザ ビーム （B 1 ) を反射する反射器 （2) と、 前記レーザビーム （B 1 ) が入 射する前記反射器 （2) の反射面 （2 b) の前記レーザビーム （B 1 ) に対 する角度 （0) または位置の変化により反射ビーム （B2) が動く方向を長 軸方向とする帯状照射領域 （4) に前記反射ビーム （B2) を整形し半導体 基板 （S) に照射する光学系 （3) と、 前記半導体基板 （S) を保持して前 記帯状照射領域 （4) の短軸方向に移動しうる移動台 （5) と、 前記反射器 (2) の角度または位置を変える反射器駆動手段 （6) と、 帯状照射領域の 長軸方向の所定範囲内で帯状照射領域の位置を変えるために前記レーザ発振 器 （1 ) でレーザビーム （B 1)をパルス出力するタイミングと前記反射器駆 動手段 （6) で前記反射器 （2) の角度または位置を変えるタイミングの調 整を行うタイミング制御手段 （8) とを具備することを特徴とするレーザ照 射装置 （1 00) 。
[2] トリガ （G) に応じてレーザビーム （B 1)をパルス出力するレーザ発振器
(1 ) と、 前記レーザビーム （B 1 ) を反射する回転多角形ミラー （2) と 、 前記レーザビーム （B 1 ) が入射する前記回転多角形ミラー （2) の反射 面 （2 b) への前記レーザビーム （B 1 ) の入射角 (Θ) の変化により反射 ビーム （B2) が振れる方向を長軸方向とする帯状照射領域 （4) に前記反 射ビーム （B2) を整形し半導体基板 （S) に照射する光学系 （3) と、 前 記半導体基板 （S) を保持して前記帯状照射領域 （4) の短軸方向に移動し うる移動台 （5) と、 前記回転多角形ミラー （2) を一定速度で回転させる 回転駆動手段 （6) と、 前記回転多角形ミラー （2) の回転位相情報 （Q) を出力する回転位相検出手段 （7) と、 前記回転位相情報 （Q) に基づいて 前記トリガ （G) の出力タイミングを所定の時間範囲内で変化させて前記入 射角 （0) を所定角度範囲内で変化させるタイミング制御手段 （8) とを具 備することを特徴とするレーザ照射装置 （1 00) 。
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