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JP2001044136A - Precision laser beam irradiation apparatus and control method - Google Patents

Precision laser beam irradiation apparatus and control method

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Publication number
JP2001044136A
JP2001044136A JP11218872A JP21887299A JP2001044136A JP 2001044136 A JP2001044136 A JP 2001044136A JP 11218872 A JP11218872 A JP 11218872A JP 21887299 A JP21887299 A JP 21887299A JP 2001044136 A JP2001044136 A JP 2001044136A
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JP
Japan
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workpiece
work
mask
laser beam
process stage
Prior art date
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Application number
JP11218872A
Other languages
Japanese (ja)
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Inventor
Akihiko Taneda
昭彦 種子田
Tomoyuki Akashi
友行 明石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
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  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-precision and high efficiency laser beam machining device and a method. SOLUTION: Firstly, the laser beam AL from a laser light source 10 is made incident on a work W, while a process stage 30 is moved at a high speed in the X-axis direction with respect to a projecting optical system 20. At movement of the work W, the Y-direction displacement of the work W is compensated by synchronously moving a mask stage 70 with high accuracy by an amount corresponding the amount of the Y-direction positional error of the work W stored in a main controller 100. In addition, the X-direction speed variation of the work W is compensated, by synchronously moving the stage 70 through the amount corresponding to the amount of the X-direction positional error of the work W stored in the controller 100.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術の分野】本発明は、レーザアニーリ
ング等に用いられるレーザ加工装置及び方法に関し、特
に精密かつ効率良くレーザビームを照射するための制御
機構に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser processing apparatus and method used for laser annealing and the like, and more particularly to a control mechanism for precisely and efficiently irradiating a laser beam.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ加工装置として、例えば精密に整
形されたレーザビームをアモルファスSi膜を形成した
基板上に照射し、このアモルファスSi膜を多結晶化す
るレーザアニーリング装置がある。
2. Description of the Related Art As a laser processing apparatus, for example, there is a laser annealing apparatus which irradiates a precisely shaped laser beam onto a substrate on which an amorphous Si film is formed, and polycrystallizes the amorphous Si film.

【0003】このような、レーザアニーリング装置で
は、まずアライメント機能を用いて基板を載置したプロ
セスステージをレーザビームの照射位置まで移動させ
る。次に、焦点合わせ、傾き補正機能を用いて、上記照
射位置における基板の高さ方向の位置を合せ、基板の傾
きを補正する。その後、例えばプロセスステージを静止
させたままとし、マスクステージのみを精密に駆動する
ことによってレーザビームを走査し、その後再度プロセ
スステージを移動・静止する。以降マスクステージの走
査とプロセスステージの移動とを繰り返すことによって
基板全面にレーザビームを照射している。
In such a laser annealing apparatus, first, a process stage on which a substrate is mounted is moved to a laser beam irradiation position using an alignment function. Next, using the focusing and tilt correction functions, the height of the substrate at the irradiation position is adjusted to correct the tilt of the substrate. Thereafter, the laser beam is scanned by, for example, precisely driving only the mask stage while keeping the process stage stationary, and then moving and stopping the process stage again. Thereafter, the entire surface of the substrate is irradiated with a laser beam by repeating scanning of the mask stage and movement of the process stage.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記の装置は、高精度
で基板上にレーザビームを照射することが可能ではある
が、プロセスステージ、マスクステージの駆動を交互に
行うため、プロセスステージ移動のたびにアライメント
作業が必要となり、そのため基板面の全面を照射するの
に時間がかかり、プロセス効率が悪い。
The above-described apparatus can irradiate a laser beam onto a substrate with high accuracy. However, since the process stage and the mask stage are driven alternately, each time the process stage moves. Alignment work is required, so that it takes time to irradiate the entire surface of the substrate, resulting in poor process efficiency.

【0005】そこで、本発明は、高精度でかつプロセス
効率のよいレーザ加工装置及び方法を提供することを目
的とする。
[0005] Therefore, an object of the present invention is to provide a laser processing apparatus and method which are highly accurate and have high process efficiency.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のレーザ加工装置は、レーザ光によって照明
されたマスクの像を被加工体に投影する照射光学系と、
被加工体を載置するとともに、照射光学系に対して被加
工体を移動させるプロセスステージ装置と、プロセスス
テージ装置によって被加工体を移動させた場合の目標位
置からのずれに対応する誤差量を予め記憶する記憶装置
と、記憶装置に記憶した誤差量に基づいてマスクを変位
させるマスク駆動装置とを備える。
In order to solve the above-mentioned problems, a laser processing apparatus according to the present invention comprises: an irradiation optical system for projecting an image of a mask illuminated by a laser beam onto a workpiece;
A process stage device for placing the workpiece and moving the workpiece with respect to the irradiation optical system, and an error amount corresponding to a deviation from a target position when the workpiece is moved by the process stage device. The storage device includes a storage device that stores in advance, and a mask driving device that displaces the mask based on the error amount stored in the storage device.

【0007】この場合、プロセスステージ装置によって
被加工体を移動させるので、迅速なレーザ加工が可能と
なり、プロセス効率を高めることができる。また、マス
ク駆動装置が記憶装置に記憶した誤差量に基づいてマス
クを変位させるので、被加工体をプロセスステージによ
って移動させた場合の誤差量を補正して、目標位置に正
確にマスク像を投影することができ、レーザ加工を精密
なものとすることができる。
In this case, since the workpiece is moved by the process stage device, rapid laser processing becomes possible, and the process efficiency can be increased. Further, since the mask driving device displaces the mask based on the error amount stored in the storage device, the error amount when the workpiece is moved by the process stage is corrected, and the mask image is accurately projected on the target position. And the laser processing can be precise.

【0008】また、上記装置の好ましい態様によれば、
レーザ光の照射時における被加工体の傾き及び焦点位置
を検出する位置センサをさらに備え、マスク駆動装置
は、位置センサの出力に基づいて被加工体の傾き及び焦
点位置をリアルタイムで補正することを特徴とする。
Further, according to a preferred embodiment of the above device,
The apparatus further includes a position sensor that detects a tilt and a focus position of the workpiece when irradiating the laser light, and the mask driving device corrects the tilt and the focus position of the workpiece in real time based on an output of the position sensor. Features.

【0009】この場合、マスク駆動装置は、位置センサ
の出力に基づいて被加工体の傾き及び焦点位置をリアル
タイムで補正するので、より高精度のレーザ加工が可能
になる。
In this case, since the mask driving device corrects the inclination and the focal position of the workpiece in real time based on the output of the position sensor, it is possible to perform laser processing with higher precision.

【0010】また、本発明のレーザ加工方法は、レーザ
光によって照明されたマスクの像を照射光学系によって
被加工体に投影する前に、被加工体を載置するプロセス
ステージ装置を照射光学系に対して移動させつつ目標位
置からのずれに対応する誤差量を測定するとともに、こ
の誤差量を記憶する工程と、レーザ光の照射時に、前記
プロセスステージ装置による被加工体の移動に同期し
て、記憶した誤差量に基づいてマスクを変位させる工程
とを備える。
Further, according to the laser processing method of the present invention, before the image of the mask illuminated by the laser beam is projected on the workpiece by the irradiation optical system, the process stage apparatus for mounting the workpiece is irradiated with the irradiation optical system. Measuring the error amount corresponding to the deviation from the target position while moving with respect to, and storing the error amount, and irradiating the laser light, in synchronization with the movement of the workpiece by the process stage device And displacing the mask based on the stored error amount.

【0011】この場合、プロセスステージ装置によって
被加工体を移動させるので、迅速なレーザ加工が可能と
なり、プロセス効率を高めることができ、記憶装置に記
憶した誤差量に基づいてマスクを変位させるので、目標
位置に正確にマスク像を投影することができ、レーザ加
工を精密なものとすることができる。
In this case, since the object to be processed is moved by the process stage device, rapid laser processing can be performed, the process efficiency can be increased, and the mask is displaced based on the error amount stored in the storage device. The mask image can be accurately projected on the target position, and the laser processing can be made precise.

【0012】また、上記装置の好ましい態様によれば、
レーザ光の照射時に、被加工体の照射位置に応じてリア
ルタイムで被加工体の傾き及び焦点位置を補正すること
を特徴とする。
Further, according to a preferred embodiment of the above device,
At the time of laser light irradiation, the tilt and the focal position of the workpiece are corrected in real time according to the irradiation position of the workpiece.

【0013】この場合、レーザ光の照射時に、被加工体
の照射位置に応じてリアルタイムで被加工体の傾き及び
焦点位置を補正するので、より高精度のレーザ加工が可
能になる。
In this case, when irradiating the laser beam, the inclination and the focal position of the workpiece are corrected in real time in accordance with the irradiation position of the workpiece, so that more accurate laser processing can be performed.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るレーザ加工装
置及び方法の一実施形態について、図面を参照しつつ具
体的に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a laser processing apparatus and method according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.

【0015】図1は、実施形態のレーザ加工装置である
レーザアニーリング装置の全体構造を説明する図であ
る。このレーザアニーリング装置は、ガラス板上にアモ
ルファス状Si等の半導体薄膜を形成した被加工体であ
るワークWを熱処理するためのもので、かかる半導体薄
膜を加熱するためのパルス状のレーザ光ALを発生する
エキシマレーザその他のレーザ光源10と、このレーザ
光ALを矩形状にして所定の照度でワークW上に入射さ
せる照射光学系20と、ワークWを載置してXY面内で
滑らかに並進移動可能であるとともにX軸及びY軸の回
りに傾斜可能なプロセスステージ30と、ワークWを載
置したプロセスステージ30を照射光学系20等に対し
て必要量だけ移動若しくは傾斜させるステージ駆動装置
40と、レーザアニーリング装置の各部の動作を統括的
に制御する主制御装置100とを備える。ここで、プロ
セスステージ30及びステージ駆動装置40は、プロセ
スステージ装置を構成し、ワークW周辺を減圧したりそ
の雰囲気を調節するチャンバ90中に収容される。な
お、プロセスステージ30は、ワークWをXY面内で適
宜移動させて、比較的広域なワークW全面を高速に走査
することができるようになっている。また、プロセスス
テージ30は、上部にチルトステージ31を備えてお
り、ワークWの高さや傾きを調節できるようになってい
る。
FIG. 1 is a view for explaining the overall structure of a laser annealing apparatus as a laser processing apparatus according to an embodiment. This laser annealing apparatus is for heat-treating a workpiece W, which is a workpiece having a semiconductor thin film such as amorphous Si formed on a glass plate, and emits a pulsed laser beam AL for heating the semiconductor thin film. An excimer laser or other laser light source 10 to be generated, an irradiation optical system 20 for making the laser light AL into a rectangular shape and incident on the work W with a predetermined illuminance, and a work W placed thereon for smooth translation in the XY plane A process stage 30 that is movable and tiltable around the X axis and the Y axis, and a stage driving device 40 that moves or tilts the process stage 30 on which the workpiece W is mounted with respect to the irradiation optical system 20 or the like by a required amount. And a main controller 100 that controls the operation of each part of the laser annealing apparatus in a comprehensive manner. Here, the process stage 30 and the stage driving device 40 constitute a process stage device, and are housed in a chamber 90 for reducing the pressure around the work W and adjusting the atmosphere. The process stage 30 can move the work W appropriately in the XY plane and can scan the entire surface of the work W at a high speed at a high speed. Further, the process stage 30 includes a tilt stage 31 at an upper portion, so that the height and the inclination of the work W can be adjusted.

【0016】さらに、このレーザアニーリング装置は、
プロセスステージ30の位置や移動量を光学的な情報や
電気的な情報として検出する位置計測装置50と、ワー
クWの照射光学系20に対する高さや傾斜量に対応する
信号を検出する非接触変位計60とを備える。
Further, this laser annealing apparatus is
A position measuring device 50 for detecting the position and the amount of movement of the process stage 30 as optical information and electric information, and a non-contact displacement meter for detecting a signal corresponding to the height and the amount of inclination of the work W with respect to the irradiation optical system 20. 60.

【0017】前者の位置計測装置50は、プロセスステ
ージ30が移動した際におけるXY面内での位置を精密
に計測できるようになっており、主制御装置100は、
プロセスステージ30(すなわちワークW)をアニール
の前に予め移動させた場合における位置計測装置50か
らの位置検出情報に基づいて、目標位置からのずれに対
応する誤差量をデータとして記憶する記憶装置として機
能する。さらに、位置計測装置50は、プロセスステー
ジ30上のワークWの高さや傾きを精密に検出すること
ができ、ワークWの高さや傾きを高精度に位置決めする
ことができる。
The former position measuring device 50 can accurately measure the position in the XY plane when the process stage 30 moves.
Based on position detection information from the position measurement device 50 when the process stage 30 (that is, the work W) is moved before annealing beforehand, as a storage device that stores an error amount corresponding to a deviation from a target position as data based on position detection information. Function. Further, the position measuring device 50 can accurately detect the height and the inclination of the work W on the process stage 30, and can accurately position the height and the inclination of the work W.

【0018】後者の非接触変位計60は、レーザ変位計
であり、ワークW上の平坦な領域を計測ターゲットとし
て検査光DLを入射させる投光部61と、計測ターゲッ
トからの正反射光RLを受けてこの正反射光RLの入射
位置に関する情報を出力する受光部62とを備える。投
光部61と受光部62とは、照射光学系20を挟んで対
向して配置され、ワークW上のレーザ光ALの照射位置
近傍におけるワークWの高さや傾斜量を検出することが
できる。なお、ワークW上のレーザ光ALの照射位置
は、ワークWの平坦度やプロセスステージ30の案内精
度に起因して、高さや傾きが照射光学系20に対して変
動する。この非接触変位計60により、照射光学系20
から対向するワークW表面の照射位置までのZ方向の距
離や傾きの変動を高精度に測定することができる。
The latter non-contact displacement gauge 60 is a laser displacement gauge, and emits a light projecting section 61 for making the inspection light DL incident on a flat area on the workpiece W as a measurement target and a specular reflection light RL from the measurement target. And a light receiving unit 62 for receiving and outputting information on the incident position of the regular reflection light RL. The light projecting unit 61 and the light receiving unit 62 are arranged to face each other with the irradiation optical system 20 interposed therebetween, and can detect the height and the amount of tilt of the work W near the irradiation position of the laser light AL on the work W. The irradiation position of the laser beam AL on the work W varies in height and inclination with respect to the irradiation optical system 20 due to the flatness of the work W and the guiding accuracy of the process stage 30. The non-contact displacement meter 60 allows the irradiation optical system 20
And the change in the distance and inclination in the Z direction from the object to the irradiation position on the surface of the workpiece W can be measured with high accuracy.

【0019】ここで、照射光学系20は、レーザ光源1
0からミラー15を経て入射するレーザ光ALを均一な
分布とするホモジナイザ20aと、ホモジナイザ20a
を経たレーザ光ALを矩形に絞るための照射パターン形
成用スリットを有するマスク20bと、マスク20bの
スリット像をワークW上に縮小投影する投影レンズ20
cとからなる。なお、照射光学系20は、チャンバ90
に設けた透過窓90aを介してワークWに対向するよう
に配置されており、チャンバ90から延びる架台90b
によってチャンバ90側に固定されている。
Here, the irradiation optical system 20 includes the laser light source 1.
A homogenizer 20a for making the laser beam AL incident from 0 through the mirror 15 a uniform distribution, and a homogenizer 20a
Mask 20b having a slit for forming an irradiation pattern for narrowing the laser beam AL having passed through the mask into a rectangular shape, and a projection lens 20 for reducing and projecting a slit image of the mask 20b on a work W
c. Note that the irradiation optical system 20 is
And a gantry 90b extending from the chamber 90 so as to face the work W via a transmission window 90a provided in
To the chamber 90 side.

【0020】照射光学系20を構成するマスク20b
は、マスクステージ70上に載置されて、X−Y面内で
滑らかに並進移動可能であるとともに、Z軸の回りに回
転可能で、マスク20bとプロセスステージ30の平行
を確保するため、X軸及びY軸の回りにも傾斜可能とな
っており、マスク駆動装置であるステージ駆動装置80
は、主制御装置100からの制御信号に基づいて、マス
ク20bを載置したマスクステージ70を投影レンズ2
0c等に対して必要量だけ移動若しくは回転させる。
A mask 20b constituting the irradiation optical system 20
Is mounted on the mask stage 70, is capable of smoothly translating in the XY plane, and is rotatable around the Z axis. In order to ensure parallelism between the mask 20b and the process stage 30, X The stage driving device 80 is a mask driving device that can be tilted around the axis and the Y axis.
Moves the mask stage 70 on which the mask 20b is mounted on the projection lens 2 based on a control signal from the main controller 100.
It is moved or rotated by a required amount with respect to 0c or the like.

【0021】図2は、照射光学系20によるマスク像の
投影と、プロセスステージ30によるマスク像の走査を
説明する図である。図2(a)は、マスク20bを示す
平面図であり、図2(b)は、ワークWを示す平面図で
ある。マスク20b表面に形成された反射層に形成した
開口であるスリット20fを通過したレーザ光は、ワー
クW上の所定の照射領域IA1、IA2、IA3、…のい
ずれかに縮小投影される。各照射領域IA1、IA2、I
A3、…は、スリット20fと相似になっており、Y方
向に延びる矩形となっている。マスク20bを固定した
ままでワークWを例えば−X方向に定速で移動させれ
ば、レーザ光は一定の周期でパルス状に発振することか
ら、レーザ光源10の発光周期と、プロセスステージ3
0の移動速度とを同期させれば、ワークW上に隙間や重
なりなく照射領域IA1、IA2、IA3、…を投影で
き、ワークW上のアモルファスSiを広い領域に亘って
一様にポリSi化することができる。
FIG. 2 is a view for explaining the projection of a mask image by the irradiation optical system 20 and the scanning of the mask image by the process stage 30. FIG. 2A is a plan view illustrating the mask 20b, and FIG. 2B is a plan view illustrating the work W. The laser light that has passed through the slit 20f, which is an opening formed in the reflection layer formed on the surface of the mask 20b, is reduced and projected on one of predetermined irradiation areas IA1, IA2, IA3,. Each irradiation area IA1, IA2, I
A3,... Are similar to the slit 20f and are rectangles extending in the Y direction. If the workpiece W is moved at a constant speed, for example, in the −X direction while the mask 20b is fixed, the laser light oscillates in a pulsed manner at a constant cycle.
By synchronizing with the moving speed of 0, it is possible to project the irradiation areas IA1, IA2, IA3,. can do.

【0022】図3は、プロセスステージ30のXY面内
での案内誤差とその補正を概念的に説明するグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph conceptually illustrating a guide error in the XY plane of the process stage 30 and its correction.

【0023】プロセスステージ30を照射領域の走査の
ために移動させると、プロセスステージ30の案内精度
に起因して、XY面内での位置が照射光学系20を基準
として理想的な走査位置から変動する。この変動による
誤差量をプロセスステージ30の走査誤差として実線で
示す。このような走査誤差は、プロセスステージ30の
機械的機構に起因するものが主であり、繰り返し再現性
がある。したがって、走査誤差を補償、相殺するよう
に、マスク20bをXY面内で移動させれば、照射領域
を正確に目標位置に配置することができる。この際の補
償量をマスクステージ70の走査入力として点線で示
す。なお、実際のマスクステージ70の移動量は、投影
レンズ20cによるスリット像の投影の縮小倍率を考慮
して、縮小倍率の逆数を掛けた量だけ移動させることに
なる。さらに、マスク20bをX方向に変位させること
は、実際には、プロセスステージ30の移動速度の変動
を補償することになる。
When the process stage 30 is moved for scanning the irradiation area, the position in the XY plane fluctuates from an ideal scanning position with respect to the irradiation optical system 20 due to the guide accuracy of the process stage 30. I do. The amount of error due to this variation is indicated by a solid line as the scanning error of the process stage 30. Such a scanning error is mainly caused by a mechanical mechanism of the process stage 30, and has reproducibility. Therefore, if the mask 20b is moved in the XY plane so as to compensate and cancel the scanning error, the irradiation area can be accurately arranged at the target position. The amount of compensation at this time is indicated by a dotted line as a scanning input of the mask stage 70. The actual movement amount of the mask stage 70 is moved by an amount obtained by multiplying the reciprocal of the reduction magnification in consideration of the reduction magnification of the projection of the slit image by the projection lens 20c. Further, displacing the mask 20b in the X direction actually compensates for fluctuations in the moving speed of the process stage 30.

【0024】図4は、走査中におけるワークWのZ方向
の変位と回転との補正を概念的に説明する図である。図
4(a)は、位置ズレが生じた場合を示し、図4(b)
は、位置ズレの補正を示す。
FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating correction of the displacement and rotation of the work W in the Z direction during scanning. FIG. 4A shows a case where a positional shift has occurred, and FIG.
Indicates correction of positional deviation.

【0025】図4(a)に示す場合、ワークWの表面W
Sが、投影レンズ20cの焦点位置Fから下方に距離d
だけ位置ズレし、投影レンズ20cの光軸に垂直な面に
対して角度θだけ傾斜している。ワークWの表面WSの
位置ズレや傾斜は、ワークWの表面WSに投光部61か
らの検査光DLを入射させるとともに表面WSからの正
反射光RLの入射位置を受光部62によって検出するこ
とにより求められる。図面では、Y軸の回りの回転のみ
示すが、X軸の回りの回転も、図示の投光部61及び受
光部62と同様の非接触変位計60をYZ面内に配置す
ることにより求めることができる。
In the case shown in FIG.
S is a distance d below the focal position F of the projection lens 20c.
And is inclined by an angle θ with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the projection lens 20c. The positional deviation and the inclination of the surface WS of the work W are determined by causing the inspection light DL from the light projecting unit 61 to be incident on the surface WS of the work W and detecting the incident position of the regular reflection light RL from the surface WS by the light receiving unit 62. Required by Although only the rotation about the Y axis is shown in the drawing, the rotation about the X axis can also be obtained by arranging the non-contact displacement meter 60 similar to the light emitting unit 61 and the light receiving unit 62 in the YZ plane. Can be.

【0026】図4(b)は、図4(a)で検出した結果
に基づいて、プロセスステージ30上部のチルトステー
ジ31を制御してワークWの高さ位置や傾きを補正した
状態を示す。つまり、ワークWは上方に距離dだけ移動
し、反時計回りに角度θだけ回転している。
FIG. 4B shows a state in which the tilt position of the work W is corrected by controlling the tilt stage 31 above the process stage 30 based on the result detected in FIG. That is, the work W moves upward by the distance d and rotates counterclockwise by the angle θ.

【0027】以下、図1に示す装置の全体的動作につい
て説明する。アニーリングのためのレーザ照射を開始す
る前に、予めプロセスステージ30をアニーリングする
ときと同じ動作で走査させる。この際、プロセスステー
ジ30のXY面内での移動の誤差量を位置計測装置50
で計測し、主制御装置100内のメモリに例えば時間の
関数として記憶する。
Hereinafter, the overall operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described. Before starting laser irradiation for annealing, the process stage 30 is scanned in advance by the same operation as that for annealing. At this time, the error amount of the movement of the process stage 30 in the XY plane is determined by the position measurement device 50.
And stored in a memory in main controller 100 as a function of time, for example.

【0028】次に、上記誤差量を補正しつつアニーリン
グのためのレーザ照射を行う。具体的には、まず、プロ
セスステージ30上にワークWを搬送して載置する。次
に、アニール用のレーザ光ALを導く照射光学系20に
対してプロセスステージ30上のワークWをアライメン
トする。次に、照射光学系20に対してプロセスステー
ジ30をX軸方向に高速で移動させながら、レーザ光源
10からのレーザ光ALをワークW上に入射させる。こ
のようなワークWの移動に際しては、主制御装置100
に記憶したワークWのY方向の位置の誤差量に相当する
量だけマスクステージ70を高精度で同期させて移動さ
せてY方向の変位を補償する。また、主制御装置100
に記憶したワークWのX方向の位置の誤差量に相当する
量だけマスクステージ70を高精度で同期させて移動さ
せてX方向の速度変動を補償する。以上の動作は、ワー
クWをY方向に照射領域の長さだけステップ移動させて
繰り返され、或いはワークWをX方向若しくはY方向に
所定量だけステップ移動させて繰り返される。ワークW
にはアモルファスSi等の非晶質半導体の薄膜が形成さ
れており、レーザ光ALの上記のような照射及び走査に
よって半導体の所望領域がアニール、再結晶化され、電
気的特性の優れた半導体薄膜を提供することができる。
Next, laser irradiation for annealing is performed while correcting the error amount. Specifically, first, the work W is transported and placed on the process stage 30. Next, the work W on the process stage 30 is aligned with the irradiation optical system 20 for guiding the annealing laser beam AL. Next, the laser light AL from the laser light source 10 is incident on the workpiece W while moving the process stage 30 in the X-axis direction with respect to the irradiation optical system 20 at a high speed. When the work W is moved, the main controller 100
The mask stage 70 is synchronously moved with high precision by an amount corresponding to the error amount of the position of the work W in the Y direction stored in the Y direction to compensate for the displacement in the Y direction. In addition, main controller 100
The mask stage 70 is synchronously moved with high precision by an amount corresponding to the error amount of the position of the workpiece W in the X direction stored in the X direction, thereby compensating the speed fluctuation in the X direction. The above operation is repeated by moving the work W stepwise in the Y direction by the length of the irradiation area, or repeated by moving the work W stepwise by a predetermined amount in the X direction or the Y direction. Work W
Is formed with a thin film of an amorphous semiconductor such as amorphous Si, and a desired region of the semiconductor is annealed and recrystallized by the above-described irradiation and scanning of the laser beam AL, thereby providing a semiconductor thin film having excellent electrical characteristics. Can be provided.

【0029】走査に際して移動するワークWは、ガラス
基板の平坦度、プロセスステージ30に組み込まれてい
る案内装置の精度等により、高さや傾きが変動する。つ
まり、プロセスステージ30のチルトステージ31によ
ってワークWの高さや傾きを調節しなければ、ワークW
表面のZ方向の位置が投影レンズ20cの焦点位置外へ
逸脱してしまい、或いはワークW表面が光軸に対して正
確に垂直でなくなり、マスク20bに形成された照射パ
ターンがワークW表面に正確に投影されなくなる。その
ため、レーザ照射時にプロセスステージ30のX方向走
査のみならず、XY面内のレーザビーム照射位置におけ
るワークW表面と投影レンズ20cとのZ方向の距離及
び傾きが、非接触変位計60によってオンラインで計測
され、傾き補正機構であるチルトステージ31にフィー
ドバックされてリアルタイムで制御されるため、ワーク
W表面のZ方向の位置が常に投影レンズ20cの焦点位
置に一致し、ワークW表面が投影レンズ20cの光軸に
垂直に保たれる。なお、ワークW表面の傾斜が投影レン
ズ20cの結像特性にあまり影響しない場合は、ワーク
W表面の傾斜を補正する制御は必ずしも必要ではない。
The height and inclination of the workpiece W that moves during scanning vary depending on the flatness of the glass substrate, the accuracy of the guide device incorporated in the process stage 30, and the like. That is, unless the height and inclination of the work W are adjusted by the tilt stage 31 of the process stage 30, the work W
The position of the surface in the Z direction deviates out of the focal position of the projection lens 20c, or the surface of the work W is not precisely perpendicular to the optical axis, and the irradiation pattern formed on the mask 20b is not accurately positioned on the surface of the work W. Will not be projected. Therefore, not only the X-direction scanning of the process stage 30 at the time of laser irradiation, but also the distance and inclination of the Z-direction between the surface of the workpiece W and the projection lens 20c at the laser beam irradiation position in the XY plane are online by the non-contact displacement meter 60. Since the measured value is fed back to the tilt stage 31, which is a tilt correction mechanism, and is controlled in real time, the position in the Z direction of the surface of the work W always coincides with the focal position of the projection lens 20c, and the surface of the work W is It is kept perpendicular to the optical axis. When the inclination of the surface of the work W does not significantly affect the imaging characteristics of the projection lens 20c, control for correcting the inclination of the surface of the work W is not necessarily required.

【0030】以上説明した実施形態のレーザアニーリン
グ装置によれば、ワークW上の大面積を一度に高速、か
つ、高精度にレーザ照射して熱処理することができる。
なお、プロセスステージ30の位置誤差は、ワークW個
々の形状特性等には影響されず、プロセスステージ30
にのみ依存する特性であるため、経年変化の影響を考慮
した程度の頻度で誤差量の計測を行って主制御装置10
0に保存したデータを更新すれば足る。また、ワークW
上を小面積の局所領域に分割してレーザ照射する場合の
ようにダイバイダイでアライメントを行う必要がないの
で、ワークW全面を一回の走査でレーザ照射することが
でき、精度を落とすことなくプロセスを高速化できる。
According to the laser annealing apparatus of the embodiment described above, a large area on the work W can be subjected to laser irradiation at a high speed and with high accuracy at a time for heat treatment.
The position error of the process stage 30 is not affected by the shape characteristics or the like of each work W, and
Since the characteristic depends only on the main control device 10, the error amount is measured at a frequency that takes into account the effects of aging.
It is sufficient to update the data stored in 0. Work W
Since there is no need to perform die-by-die alignment as in the case where laser irradiation is performed by dividing the upper part into a small area, the entire surface of the work W can be irradiated with laser in one scan, and the process can be performed without lowering the accuracy. Can be speeded up.

【0031】また、本実施形態では、レーザ光ALを用
いてワークW上の半導体層をアニーリングするレーザア
ニーリング装置としたが、レーザ光源10や照射光学系
20等の構造を適宜変更すれば、液晶表示器や半導体デ
バイス用の半導体材料のアニールのみならず各種材料の
改質、切断、溶着等を可能にするパルスレーザ加工装置
等とすることもできる。
In this embodiment, the laser annealing apparatus is used to anneal the semiconductor layer on the work W using the laser beam AL. However, if the structures of the laser light source 10 and the irradiation optical system 20 are appropriately changed, the liquid crystal can be changed. A pulse laser processing apparatus or the like that enables not only annealing of a semiconductor material for a display device or a semiconductor device but also modification, cutting, welding, and the like of various materials can be used.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のレーザ加工装置によれば、プロセスステージ装置によ
って被加工体を移動させるので、迅速なレーザ加工が可
能となり、プロセス効率を高めることができる。また、
マスク駆動装置が記憶装置に記憶した誤差量に基づいて
マスクを変位させるので、被加工体を移動させた場合の
誤差量を補正して、目標位置に正確にマスク像を投影す
ることができ、レーザ加工を精密なものとすることがで
る。
As is apparent from the above description, according to the laser processing apparatus of the present invention, since the workpiece is moved by the process stage device, rapid laser processing becomes possible and the process efficiency can be improved. it can. Also,
Since the mask driving device displaces the mask based on the error amount stored in the storage device, the error amount when the workpiece is moved can be corrected, and the mask image can be accurately projected on the target position. Laser processing can be made precise.

【0033】また、本発明のレーザ加工方法によれば、
プロセスステージ装置によって被加工体を移動させるの
で、迅速なレーザ加工が可能となり、プロセス効率を高
めることができ、記憶装置に記憶した誤差量に基づいて
マスクを変位させるので、目標位置に正確にマスク像を
投影することができ、レーザ加工を精密なものとするこ
とができる。
According to the laser processing method of the present invention,
Since the workpiece is moved by the process stage device, rapid laser processing can be performed, the process efficiency can be improved, and the mask is displaced based on the error amount stored in the storage device, so that the mask can be accurately positioned at the target position. An image can be projected and the laser processing can be precise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態のレーザアニーリング装置の構造を説
明する図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a structure of a laser annealing apparatus according to an embodiment.

【図2】図1の装置におけるレーザ照射を説明する図で
ある。
FIG. 2 is a diagram illustrating laser irradiation in the apparatus of FIG.

【図3】図1の装置におけるXY面内での走査誤差の補
正を説明する図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating correction of a scanning error in an XY plane in the apparatus of FIG. 1;

【図4】図1の装置におけるXY面内での変位誤差の補
正を説明する図である。
FIG. 4 is a view for explaining correction of a displacement error in an XY plane in the apparatus of FIG. 1;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 レーザ光源 20 照射光学系 20a ホモジナイザ 20b マスク 20c 投影レンズ 20f スリット 30 プロセスステージ 40 ステージ駆動装置 50 位置計測装置 60 非接触変位計 70 マスクステージ 80 ステージ駆動装置 90 チャンバ 90a 透過窓 100 主制御装置 AL レーザ光 W ワーク WS 表面 Reference Signs List 10 laser light source 20 irradiation optical system 20a homogenizer 20b mask 20c projection lens 20f slit 30 process stage 40 stage driving device 50 position measuring device 60 non-contact displacement meter 70 mask stage 80 stage driving device 90 chamber 90a transmission window 100 main control device AL laser Light W Work WS Surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B23K 101:40 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // B23K 101: 40

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光によって照明されたマスクの像
を被加工体に投影する照射光学系と、 前記被加工体を載置するとともに、前記照射光学系に対
して前記被加工体を移動させるプロセスステージ装置
と、 前記プロセスステージ装置によって前記被加工体を移動
させた場合の目標位置からのずれに対応する誤差量を予
め記憶する記憶装置と、 前記記憶装置に記憶した誤差量に基づいて前記マスクを
変位させるマスク駆動装置とを備えるレーザ加工装置。
1. An irradiation optical system for projecting an image of a mask illuminated by a laser beam onto a workpiece, and the workpiece is placed and the workpiece is moved with respect to the irradiation optical system. A process stage device, a storage device that previously stores an error amount corresponding to a deviation from a target position when the workpiece is moved by the process stage device, and a storage device that stores the error amount based on the error amount stored in the storage device. A laser processing apparatus comprising: a mask driving device that displaces a mask.
【請求項2】 レーザ光の照射時における前記被加工体
の傾き及び焦点位置を検出する位置センサをさらに備
え、前記マスク駆動装置は、前記位置センサの出力に基
づいて前記被加工体の傾き及び焦点位置をリアルタイム
で補正することを特徴とする請求項1記載のレーザ加工
装置。
2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a position sensor configured to detect a tilt and a focal position of the workpiece when irradiating the laser beam, wherein the mask driving device is configured to determine a tilt of the workpiece based on an output of the position sensor. 2. The laser processing apparatus according to claim 1, wherein the focal position is corrected in real time.
【請求項3】 レーザ光によって照明されたマスクの像
を照射光学系によって被加工体に投影する前に、前記被
加工体を載置するプロセスステージ装置を照射光学系に
対して移動させつつ目標位置からのずれに対応する誤差
量を測定するとともに、当該誤差量を記憶する工程と、 レーザ光の照射時に、前記プロセスステージ装置による
前記被加工体の移動に同期して、記憶した前記誤差量に
基づいてマスクを変位させる工程とを備えるレーザ加工
方法。
3. Before projecting an image of a mask illuminated by a laser beam onto a workpiece by an irradiation optical system, moving a process stage apparatus on which the workpiece is mounted with respect to the irradiation optical system while moving the target. Measuring the error amount corresponding to the deviation from the position and storing the error amount; and storing the error amount in synchronization with the movement of the workpiece by the process stage device during laser beam irradiation. Displacing the mask on the basis of the laser processing method.
【請求項4】 レーザ光の照射時に、前記被加工体の照
射位置に応じてリアルタイムで前記被加工体の傾き及び
焦点位置を補正することを特徴とする請求項3記載のレ
ーザ加工方法。
4. The laser processing method according to claim 3, wherein, when irradiating the laser beam, the inclination and the focal position of the workpiece are corrected in real time according to the irradiation position of the workpiece.
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