JP2006049635A - Method and apparatus for laser irradiation and method for laser annealing - Google Patents

Method and apparatus for laser irradiation and method for laser annealing Download PDF

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俊泰 光成
Kazunori Yamazaki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser irradiation method capable of bringing the distribution of exposure quantity in a light irradiation area in which interference stripes are generated near to uniform distribution during the irradiation period of one shot of a pulse laser. <P>SOLUTION: One shot of a pulse laser beam is made incident on an optical system for irradiating a common light irradiation area with components passed through mutually different areas in the cross section of the incident laser beam. In the period of incidence, the components passed through the mutually different areas in the cross section of the pulse laser beam made incident on the optical system interfere with each other in the light irradiation area, generating interference stripes. In the repeated direction of the interference stripes, the interference stripes are moved only by a distance corresponding to the period of the interference stripes or more to perform laser irradiation. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、レーザ照射方法及びレーザ照射装置並びにレーザアニール方法に関し、特に、レーザビームの断面内の相異なる領域を通過する成分を、共通の光照射領域に重ね合わせて、レーザ被照射物にレーザビームを照射するレーザ照射方法及びレーザ照射装置並びにレーザアニール方法に関する。   The present invention relates to a laser irradiation method, a laser irradiation apparatus, and a laser annealing method, and in particular, a component that passes through different regions in a cross section of a laser beam is superimposed on a common light irradiation region, and laser is irradiated onto a laser irradiation object. The present invention relates to a laser irradiation method for irradiating a beam, a laser irradiation apparatus, and a laser annealing method.

レーザビームは、様々な加工に用いられている。光照射領域内の光強度分布を均一化すれば、光照射領域内における加工の均一性を高めることができる。光強度分布を均一に近づけるため、例えば、アレイレンズを有するホモジナイザが用いられる。このホモジナイザは、アレイレンズによりレーザビームを断面内で複数の成分に分割し、複数に分割された成分を集光レンズにより共通の光照射領域に重ね合わせる。この光照射領域内において、光強度分布が均一に近づけられる。   Laser beams are used for various processes. If the light intensity distribution in the light irradiation region is made uniform, the processing uniformity in the light irradiation region can be improved. In order to make the light intensity distribution close to uniform, for example, a homogenizer having an array lens is used. This homogenizer divides a laser beam into a plurality of components in a cross section by an array lens, and superimposes the divided components on a common light irradiation region by a condenser lens. Within this light irradiation region, the light intensity distribution is made close to uniform.

特許文献1には、このようなホモジナイザを用いた露光装置が開示されている。この露光装置は、半導体装置の製造に用いられるものである。以下、この露光装置について詳しく説明する。エキシマレーザであるレーザ光源から出射されたパルスレーザビームが、エキスパンダ等を通過し、揺動可能な走査ミラーで反射された後、アレイレンズに入射して、ビーム断面内で複数の成分に分割される。アレイレンズから出射した各成分が、2つの集光レンズを透過し、回路パタンが形成されたレチクルの表面上において共通の領域に重ね合わされる。レチクルを透過したレーザビームが、投影レンズを透過して、ウェハに照射される。このようにして、ウェハに回路パタンが転写される。ウェハに回路パタンを転写するために、複数ショットのパルスレーザビームがレチクルに照射される。   Patent Document 1 discloses an exposure apparatus using such a homogenizer. This exposure apparatus is used for manufacturing a semiconductor device. The exposure apparatus will be described in detail below. A pulsed laser beam emitted from a laser light source, which is an excimer laser, passes through an expander, etc., is reflected by a swayable scanning mirror, and then enters an array lens to be divided into a plurality of components within the beam cross section. Is done. Each component emitted from the array lens passes through the two condensing lenses and is superimposed on a common area on the surface of the reticle on which the circuit pattern is formed. The laser beam that has passed through the reticle passes through the projection lens and is irradiated onto the wafer. In this way, the circuit pattern is transferred to the wafer. In order to transfer the circuit pattern to the wafer, the reticle is irradiated with a plurality of shot pulse laser beams.

レチクルの表面上の光照射領域において、アレイレンズで分割された成分同士が重なる。エキシマレーザビームが可干渉性を有するため、アレイレンズで分割された成分同士が干渉して、光照射領域内で干渉縞が生じる。干渉縞が生じると、光照射領域内における光強度分布の均一性が低下する。   In the light irradiation area on the surface of the reticle, the components divided by the array lens overlap. Since the excimer laser beam has coherence, components divided by the array lens interfere with each other, and interference fringes are generated in the light irradiation region. When the interference fringes are generated, the uniformity of the light intensity distribution in the light irradiation region is lowered.

特許文献1には、以下に説明するように、干渉縞に起因する光強度分布の均一性の低下を補償することができる方法が開示されている。レーザビームの断面内の一方向について、アレイレンズがレーザビームをn分割するとし、n分割された成分同士が重なり合って干渉縞が発生しているとする。レチクルの表面上の干渉縞を、干渉縞の周期の1/nずつ、干渉縞の繰り返し方向に移動させながら、nショットのパルスレーザを照射する。つまり、各ショットの照射時の干渉縞の位置が、干渉縞の繰り返し方向に、干渉縞の周期の1/nずつずれるように、nショットのパルスレーザを照射する。レチクル表面において、nショットの照射期間内に、1ショットの光強度分布がnショット分累積されることにより、露光量の分布が均一になる。干渉縞の移動は、走査ミラーを揺動させて行う。   Patent Document 1 discloses a method capable of compensating for a decrease in uniformity of light intensity distribution caused by interference fringes as described below. Assume that the array lens divides the laser beam into n in one direction in the cross section of the laser beam, and the n-divided components overlap to generate interference fringes. While moving the interference fringes on the surface of the reticle by 1 / n of the period of the interference fringes in the repetition direction of the interference fringes, an n-shot pulse laser is irradiated. That is, the n-shot pulse laser is irradiated so that the position of the interference fringes at the time of irradiation of each shot is shifted by 1 / n of the period of the interference fringes in the repetition direction of the interference fringes. On the reticle surface, the light intensity distribution of one shot is accumulated for n shots within the irradiation period of n shots, whereby the exposure dose distribution becomes uniform. The interference fringes are moved by swinging the scanning mirror.

レーザビームは、ウェハの露光処理以外にも、例えば、シリコン結晶粒を成長させるレーザアニール処理に用いられる。例えば特許文献2に、レーザアニール処理を行うことができるレーザ照射装置が記載されている。   The laser beam is used for, for example, a laser annealing process for growing silicon crystal grains in addition to the wafer exposure process. For example, Patent Document 2 describes a laser irradiation apparatus that can perform laser annealing.

特開平8−330225号公報JP-A-8-330225 特開2003−59859号公報JP 2003-59859 A

アレイレンズを用いたホモジナイザは、レーザアニール処理においても用いられる。レーザアニール処理に用いるとき、ホモジナイザは、レーザビームの断面を一方向に長い形状に整形し、少なくとも、断面内の長尺方向に関する光強度分布を均一に近づける。表面に非晶質または多結晶シリコン膜が形成された基板に対して、例えば以下に説明するようにしてレーザアニール処理が行われる。   A homogenizer using an array lens is also used in laser annealing. When used for laser annealing, the homogenizer shapes the cross section of the laser beam into a shape that is long in one direction, and at least makes the light intensity distribution in the long direction in the cross section uniform. For example, a laser annealing process is performed on a substrate having an amorphous or polycrystalline silicon film formed on the surface as described below.

基板表面上の光照射領域を、基板の表面内で、光照射領域の長尺方向に直交する方向へ移動させながら、パルスレーザビームの照射を繰り返す。基板に対する光照射領域の移動速度は、パルスレーザのある1ショットにより照射される光照射領域とその次の1ショットにより照射される光照射領域とが、一部分において重なる程度とする。このようにして、被加工面全面にレーザアニール処理が行われる。   While moving the light irradiation region on the substrate surface in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the light irradiation region within the surface of the substrate, the irradiation with the pulse laser beam is repeated. The moving speed of the light irradiation region with respect to the substrate is set such that the light irradiation region irradiated with one shot of the pulse laser and the light irradiation region irradiated with the next one shot partially overlap each other. In this way, laser annealing is performed on the entire surface to be processed.

レーザアニール処理に用いるレーザ光源として、固体レーザが用いられる場合がある。固体レーザはエキシマレーザ等に比べて干渉性が高い。このため、固体レーザから出射したレーザビームをホモジナイザに入射させたとき、光照射領域内の光強度分布を均一に近づけることが難しい。   A solid-state laser may be used as a laser light source used for laser annealing. Solid-state lasers have higher coherence than excimer lasers and the like. For this reason, when the laser beam emitted from the solid-state laser is incident on the homogenizer, it is difficult to make the light intensity distribution in the light irradiation region uniform.

ホモジナイザから出射したレーザビームが照射する光照射領域に干渉縞が生じているとき、レーザアニール処理では、ウェハの露光処理とは異なる課題が生じる。上述したように、露光処理では、レチクルに複数ショットが照射される期間内に、レチクル表面における露光量の分布を均一化すればよい。しかし、レーザアニール処理では、1ショットごとにシリコン膜の溶融及び結晶化が行われる。このため、パルスレーザの1ショットの照射期間中に、光照射領域内の露光量の分布を均一に近づける必要がある。光照射領域内の露光量の分布の均一性が低いと、レーザ照射で結晶粒が成長したシリコン膜の品質の均一性を高められない。   When interference fringes are generated in the light irradiation region irradiated with the laser beam emitted from the homogenizer, the laser annealing process has a different problem from the wafer exposure process. As described above, in the exposure process, the distribution of the exposure amount on the reticle surface may be made uniform within a period in which the reticle is irradiated with a plurality of shots. However, in the laser annealing process, the silicon film is melted and crystallized for each shot. For this reason, it is necessary to make the distribution of the exposure amount in the light irradiation region close to uniform during the irradiation period of one shot of the pulse laser. If the uniformity of the exposure dose distribution in the light irradiation region is low, the uniformity of the quality of the silicon film in which crystal grains are grown by laser irradiation cannot be improved.

本発明の一目的は、干渉縞が生じている光照射領域内の、露光量の分布を、パルスレーザの1ショットの照射期間中に、均一に近づけることができるレーザ照射方法及びその方法に用いることができるレーザ照射装置を提供することである。   One object of the present invention is to use a laser irradiation method capable of making the exposure dose distribution within a light irradiation region where interference fringes are generated uniform even during the irradiation period of one shot of a pulse laser, and the method thereof. It is providing the laser irradiation apparatus which can be performed.

本発明の他の目的は、断面内に干渉縞が生じているレーザビームを照射しても、シリコン膜の品質の均一性を低下させないレーザアニール方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a laser annealing method that does not deteriorate the uniformity of the quality of a silicon film even when a laser beam having interference fringes in the cross section is irradiated.

本発明の一観点によれば、入射するレーザビームの断面内の相異なる領域を通過する成分を、共通の光照射領域に照射する光学系へ、パルスレーザビームの1ショットが入射している期間中に、該光学系へ入射したパルスレーザビームの断面内の相異なる領域を通過した成分同士が該光照射領域において干渉して生じる干渉縞を、該干渉縞の繰り返し方向に関して該干渉縞の周期以上の距離だけ移動させるレーザ照射方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, a period during which one shot of a pulsed laser beam is incident on an optical system that irradiates a common light irradiation region with components that pass through different regions in the cross section of the incident laser beam. The interference fringes generated by the interference between the components that have passed through different regions in the cross section of the pulse laser beam incident on the optical system in the light irradiation region are represented by the period of the interference fringes with respect to the repetition direction of the interference fringes. A laser irradiation method for moving the above distance is provided.

本発明の他の観点によれば、レーザビームをビーム断面内で分割するアレイレンズと、該アレイレンズで分割されたレーザビームの各成分を共通の領域に照射する集光レンズとを含んで構成されるホモジナイザへ、パルスレーザビームの1ショットが入射している期間中に、該アレイレンズで分割されたレーザビームの各成分が、該ホモジナイザのホモジナイズ面上で干渉して生じる干渉縞を、該ホモジナイザに入射するパルスレーザビームの入射方向を振ることにより、該干渉縞の繰り返し方向に関して移動させるレーザ照射方法であって、該ホモジナイザが有するアレイレンズを構成する複数のレンズが、第1の方向に並ぶように配置されており、該レンズの各々の該第1の方向に関する幅をhとし、該パルスレーザビームのパルス幅をtとし、該パルスレーザビームの波長をλとしたとき、該ホモジナイザに入射する該パルスレーザビームの入射方向が振られる角速度の、該第1の方向に関する成分がλ/(th)以上になるように、該ホモジナイザに入射するパルスレーザビームの入射方向を振るレーザ照射方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, an array lens that divides a laser beam in a beam cross section and a condensing lens that irradiates each component of the laser beam divided by the array lens to a common region are configured. During the period in which one shot of the pulse laser beam is incident on the homogenizer, the interference fringes generated by the interference of each component of the laser beam divided by the array lens on the homogenization surface of the homogenizer A laser irradiation method for moving an incident direction of a pulsed laser beam incident on a homogenizer with respect to a repetition direction of the interference fringes, wherein a plurality of lenses constituting an array lens of the homogenizer are arranged in a first direction. And the width of each of the lenses in the first direction is h, and the pulse width of the pulsed laser beam is When the wavelength of the pulse laser beam is λ, the component of the angular velocity at which the incident direction of the pulse laser beam incident on the homogenizer is swung is equal to or greater than λ / (th). There is provided a laser irradiation method in which the incident direction of a pulsed laser beam incident on the homogenizer is changed.

パルスレーザの1ショットの照射期間中に光照射領域内に照射される露光量の分布が均一に近づく。本発明の一観点または他の観点によるレーザ照射方法を、例えば、シリコン結晶粒を成長させるレーザアニール処理に用いれば、パルスレーザビームの照射で結晶粒が成長したシリコン膜の品質を均一に近づけられる。   During the irradiation period of one shot of the pulsed laser, the distribution of the exposure amount irradiated in the light irradiation region approaches uniformly. If the laser irradiation method according to one aspect or the other aspect of the present invention is used for, for example, a laser annealing process for growing silicon crystal grains, the quality of the silicon film on which the crystal grains have grown by pulse laser beam irradiation can be made uniform. .

図1は、本発明の実施例によるレーザ照射装置を概略的に示す。以下、このレーザ照射装置を、基板表面に形成されたシリコン膜の結晶粒を成長させるレーザアニール処理に用いる場合を例に説明を進める。   FIG. 1 schematically shows a laser irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, description will be given by taking as an example a case where this laser irradiation apparatus is used for laser annealing for growing crystal grains of a silicon film formed on a substrate surface.

レーザ光源1が、パルスレーザビームを出射する。レーザアニール処理を行う場合、レーザビームの波長は340nm〜900nmの範囲内にあることが好ましい。レーザ光源1は、例えば、高調波発生ユニットを含む固体レーザである。制御装置3が、所望のパルス周期でパルスレーザビームが出射されるように、レーザ光源1を制御する。レーザ光源1から出射したレーザビームが、レーザビームの進行方向を少なくとも1次元方向に振るビーム走査器2に入射する。ビーム走査器2として、例えば、電気光学偏向器やポリゴンミラーを用いることができる。制御装置3が、所望のタイミングで所望の方向にレーザビームの進行方向が振られるように、ビーム走査器2を制御する。   The laser light source 1 emits a pulse laser beam. When laser annealing is performed, the wavelength of the laser beam is preferably in the range of 340 nm to 900 nm. The laser light source 1 is, for example, a solid laser including a harmonic generation unit. The control device 3 controls the laser light source 1 so that the pulse laser beam is emitted at a desired pulse period. The laser beam emitted from the laser light source 1 is incident on the beam scanner 2 that swings the traveling direction of the laser beam in at least a one-dimensional direction. For example, an electro-optic deflector or a polygon mirror can be used as the beam scanner 2. The control device 3 controls the beam scanner 2 so that the traveling direction of the laser beam is swung in a desired direction at a desired timing.

ビーム走査器2から出射したレーザビームが、ホモジナイザ4に入射する。ホモジナイザ4は、入射したレーザビームをそのビーム断面内で複数の成分に分割するアレイレンズ4aと、アレイレンズ4aで分割された成分を共通の領域に照射する集光レンズ4bとを含んで構成される。ホモジナイザ4が、そのホモジナイズ面において、レーザビームの断面形状を一方向に長い形状に整形する。   The laser beam emitted from the beam scanner 2 enters the homogenizer 4. The homogenizer 4 includes an array lens 4a that divides an incident laser beam into a plurality of components within the beam cross section, and a condenser lens 4b that irradiates a component divided by the array lens 4a to a common region. The The homogenizer 4 shapes the cross-sectional shape of the laser beam into a shape that is long in one direction on the homogenized surface.

ホモジナイザ4から出射したレーザビームが、折り返しミラー5で反射され、表面に非晶質または多結晶のシリコン膜が形成された基板6に照射される。基板6の表面が、ホモジナイザ4のホモジナイズ面に配置される。XYステージ7が、基板6を保持する。XYステージ7は、基板6の表面に平行な2次元方向に、基板6を移動させることができる。   The laser beam emitted from the homogenizer 4 is reflected by the folding mirror 5 and irradiated onto the substrate 6 on the surface of which an amorphous or polycrystalline silicon film is formed. The surface of the substrate 6 is disposed on the homogenization surface of the homogenizer 4. The XY stage 7 holds the substrate 6. The XY stage 7 can move the substrate 6 in a two-dimensional direction parallel to the surface of the substrate 6.

パルスレーザの1ショットで照射される光照射領域が、その長尺方向に直交する方向に基板上を移動するように、基板6を移動させながら、パルスレーザビームの照射を繰り返す。基板6の移動速度は、パルスレーザのある1ショットにより照射される光照射領域とその次の1ショットにより照射される光照射領域とが、一部分において重なる程度とする。このようにして、被加工面全面にレーザアニール処理が行われる。   The irradiation of the pulse laser beam is repeated while moving the substrate 6 so that the light irradiation region irradiated with one shot of the pulse laser moves on the substrate in a direction perpendicular to the longitudinal direction. The moving speed of the substrate 6 is set such that the light irradiation region irradiated with one shot of the pulse laser and the light irradiation region irradiated with the next one shot partially overlap each other. In this way, laser annealing is performed on the entire surface to be processed.

基板6にパルスレーザの各ショットが照射される期間中、ビーム走査器2がレーザビームの進行方向を振ることにより、基板上の光照射領域が、その長尺方向に微小距離(例えば数十μm)だけ移動する。   During the period in which each shot of the pulse laser is irradiated onto the substrate 6, the beam scanner 2 swings the traveling direction of the laser beam, so that the light irradiation region on the substrate becomes a minute distance in the longitudinal direction (for example, several tens of μm). ) Just move.

次に、図2(A)及び図2(B)を参照して、ホモジナイザ4についてさらに説明する。ビーム走査器がレーザビームの進行方向を振らないとき(レーザビームを偏向させないとき)にホモジナイザ4に入射するレーザビームの進行方向をZ軸正方向とし、ビーム走査器がレーザビームの進行方向を振る方向をY軸方向とするXYZ直交座標系を考える(ビーム走査器により、レーザビームの進行方向がYZ面内に平行な方向に振られる)。図2(A)及び図2(B)は、それぞれ、ホモジナイザ4を通過するレーザビームの経路を、X軸に平行な視線で見た概略図及びY軸に平行な視線で見た概略図である。   Next, the homogenizer 4 will be further described with reference to FIGS. 2 (A) and 2 (B). When the beam scanner does not swing the traveling direction of the laser beam (when the laser beam is not deflected), the traveling direction of the laser beam incident on the homogenizer 4 is the Z-axis positive direction, and the beam scanner swings the traveling direction of the laser beam. Consider an XYZ orthogonal coordinate system whose direction is the Y-axis direction (the beam scanner moves the laser beam in a direction parallel to the YZ plane). 2A and 2B are a schematic view of the path of the laser beam passing through the homogenizer 4 as viewed with a line of sight parallel to the X axis and a schematic view as viewed from a line of sight parallel to the Y axis, respectively. is there.

図2(A)に示すように、アレイレンズ4aが、7つの等価なレンズ4aa〜4agから構成される。各レンズ4aa〜4agはX軸方向に細長い柱状で、レンズ4aa〜4agはY軸方向に配列している。レンズ4aa〜4agのY軸方向に関する幅がそれぞれhである。   As shown in FIG. 2A, the array lens 4a includes seven equivalent lenses 4aa to 4ag. The lenses 4aa to 4ag are columnar elongated in the X-axis direction, and the lenses 4aa to 4ag are arranged in the Y-axis direction. The widths of the lenses 4aa to 4ag in the Y-axis direction are h.

アレイレンズ4aに、Z軸の負側(図の左方)からレーザビームが入射する。入射するレーザビームの断面内の光強度分布は、例えばガウス分布で近似される。ビーム断面の中心部分が、アレイレンズ4aの中央に配置されたレンズ4adを透過するように、レーザビームとアレイレンズ4aの相対位置が調節されている。   A laser beam is incident on the array lens 4a from the negative side of the Z axis (left side in the figure). The light intensity distribution in the cross section of the incident laser beam is approximated by, for example, a Gaussian distribution. The relative position of the laser beam and the array lens 4a is adjusted so that the central portion of the beam cross section passes through the lens 4ad disposed at the center of the array lens 4a.

図には、アレイレンズ4aの中央に配置されたレンズ4adと、両端に配置されたレンズ4aa及び4agに入射する成分の経路のみを代表して示す。ビーム走査器がレーザビームを偏向させないときの経路を実線で示し、ビーム走査器がレーザビームをZ軸に対して角度θだけ偏向させたときの経路を点線で示す。   In the figure, only the path of the component incident on the lens 4ad disposed at the center of the array lens 4a and the lenses 4aa and 4ag disposed at both ends is shown as a representative. A path when the beam scanner does not deflect the laser beam is indicated by a solid line, and a path when the beam scanner deflects the laser beam by an angle θ with respect to the Z axis is indicated by a dotted line.

各レンズ4aa〜4agが、入射した成分をYZ面内において収束させる。これにより、アレイレンズ4aに入射したレーザビームが、レンズ4aa〜4agに対応した7つの収束光線束に分割される。なお、XZ面内においては、レンズ4aa〜4agは、入射した成分の収束及び発散に影響を与えない。   Each of the lenses 4aa to 4ag converges the incident component in the YZ plane. As a result, the laser beam incident on the array lens 4a is divided into seven convergent beam bundles corresponding to the lenses 4aa to 4ag. In the XZ plane, the lenses 4aa to 4ag do not affect the convergence and divergence of the incident component.

アレイレンズ4aから出射した7つの収束光線束は、それぞれ集光レンズ4bの前方でY軸方向に関する幅を最小にする。この位置は、集光レンズ4bの入射側焦点よりもレンズに近い。このため、集光レンズ4bを透過した7つの光線束は、YZ面内に関してそれぞれ発散光線束となる。集光レンズ4bを透過した7つの発散光線束が、ホモジナイズ面4cにおいて重なる。ホモジナイズ面4cは、集光レンズ4bの後側焦点の位置に画定される。なお、図1に示すレーザ照射装置では、ホモジナイザ4の集光レンズ4bから折り返しミラー5を経て基板6の表面に至る光路の長さが、集光レンズ4bの後側の(像空間側の)焦点距離fとなるように調節されている。これにより、基板表面がホモジナイズ面上に配置される。   The seven convergent light bundles emitted from the array lens 4a minimize the width in the Y-axis direction in front of the condenser lens 4b. This position is closer to the lens than the incident side focal point of the condenser lens 4b. For this reason, the seven light fluxes transmitted through the condenser lens 4b become divergent light fluxes in the YZ plane. Seven divergent light bundles that have passed through the condenser lens 4b overlap on the homogenizing surface 4c. The homogenizing surface 4c is defined at the position of the rear focal point of the condenser lens 4b. In the laser irradiation apparatus shown in FIG. 1, the length of the optical path from the condenser lens 4b of the homogenizer 4 to the surface of the substrate 6 through the folding mirror 5 is the rear side (on the image space side) of the condenser lens 4b. The focal length f is adjusted. Thereby, the substrate surface is arranged on the homogenized surface.

なお、ホモジナイザ4は、XZ面内においてレーザビームを収束させるアレイレンズ4dも有する。アレイレンズ4dは、YZ面内においては、レーザビームの収束及び発散に影響を与えない。   The homogenizer 4 also has an array lens 4d that converges the laser beam in the XZ plane. The array lens 4d does not affect the convergence and divergence of the laser beam in the YZ plane.

図2(B)に示すように、アレイレンズ4dは、Y軸方向に細長い柱状のレンズが、X軸方向に7つ配列して構成され、集光レンズ4bの前方(レーザ光源側)に配置される。ホモジナイザ4に入射したレーザビームが、アレイレンズ4dを構成する各レンズに対応した7つの収束光線束に分割される。なお図には、中央と両端の光線束のみを代表して示す。これらの収束光線束は、それぞれ、集光レンズ4bの入射側焦点より前方でX軸方向に関する幅を最小にした後、発散光線束となって、集光レンズ4bに入射する。集光レンズ4bを透過した光線束が、それぞれ収束光線束となる。集光レンズ4bを透過したこれらの収束光線束が、ホモジナイズ面4cにおいて重なる。   As shown in FIG. 2B, the array lens 4d is composed of seven columnar lenses elongated in the Y-axis direction and arranged in front of the condenser lens 4b (on the laser light source side). Is done. The laser beam incident on the homogenizer 4 is divided into seven convergent beam bundles corresponding to the lenses constituting the array lens 4d. In the figure, only the light beams at the center and both ends are shown as representatives. Each of these convergent light bundles becomes a divergent light bundle after entering the condenser lens 4b as a divergent light bundle after minimizing the width in the X-axis direction in front of the incident side focal point of the condenser lens 4b. The beam bundles that have passed through the condenser lens 4b become convergent beam bundles. These convergent light bundles transmitted through the condenser lens 4b overlap on the homogenizing surface 4c.

ホモジナイズ面4c上の光照射領域のY軸方向の長さLyは、アレイレンズ4aの各レンズのY軸方向に関する幅h、アレイレンズ4aの各レンズの焦点距離fa、集光レンズ4bの焦点距離fを用いて、   The length Ly in the Y-axis direction of the light irradiation region on the homogenized surface 4c is the width h of each lens of the array lens 4a in the Y-axis direction, the focal length fa of each lens of the array lens 4a, and the focal length of the condenser lens 4b. Using f,

Figure 2006049635
Figure 2006049635

と表され、ホモジナイズ面4c上の光照射領域のX軸方向の長さLxは、アレイレンズ4dの各レンズのX軸方向に関する幅hd、アレイレンズ4dの各レンズの焦点距離fd、集光レンズ4bの焦点距離fを用いて、 The length Lx in the X-axis direction of the light irradiation region on the homogenized surface 4c is the width hd in the X-axis direction of each lens of the array lens 4d, the focal length fd of each lens of the array lens 4d, and the condenser lens Using the focal length f of 4b,

Figure 2006049635
Figure 2006049635

と表される。 It is expressed.

ホモジナイズ面4cの光照射領域がY軸方向に広く(Lyが長く)、X軸方向に狭い(Lxが短い)細長い形状となるように、h、fa、hd、fdが設定される。このようにして、ホモジナイザ4が、ビーム断面を一方向に長い形状に整形する。   H, fa, hd, and fd are set so that the light irradiation region of the homogenized surface 4c has a long and narrow shape in the Y-axis direction (Ly is long) and narrow in the X-axis direction (Lx is short). In this way, the homogenizer 4 shapes the beam cross section into a shape that is long in one direction.

ホモジナイズ面4c上の光照射領域内の、Y軸方向に関する光強度分布は、レンズ4aa〜4agに各々入射する成分の光強度分布を、それぞれ光照射領域に対応するように、Y軸方向に引き伸ばして重ねた分布になる。   The light intensity distribution in the Y-axis direction in the light irradiation region on the homogenized surface 4c is expanded in the Y-axis direction so that the light intensity distributions of the components incident on the lenses 4aa to 4ag respectively correspond to the light irradiation regions. The distribution is overlaid.

レンズ4aaと4ag、レンズ4abと4af、レンズ4acと4aeは、それぞれ、入射光の断面の中心部分が透過するレンズ4adから等しい距離に配置されている。これにより、レンズ4aaと4agにそれぞれ入射する光線束の光強度分布が、互いにY軸方向に関して反転した関係を有し、レンズ4abと4afにそれぞれ入射する光線束の光強度分布が、互いにY軸方向に関して反転した関係を有し、レンズ4acと4aeにそれぞれ入射する光線束の光強度分布が、互いにY軸方向に関して反転した関係を有する。これらの光線束の光強度分布が重なることにより、ホモジナイズ面4c上の光照射領域内のY軸方向に関する光強度分布が、均一に近づく。   The lenses 4aa and 4ag, the lenses 4ab and 4af, and the lenses 4ac and 4ae are arranged at an equal distance from the lens 4ad through which the central portion of the cross section of the incident light passes. As a result, the light intensity distributions of the light bundles incident on the lenses 4aa and 4ag have a relationship reversed with respect to the Y-axis direction, and the light intensity distributions of the light bundles incident on the lenses 4ab and 4af, respectively, The light intensity distributions of the light bundles incident on the lenses 4ac and 4ae are reversed with respect to the Y-axis direction. When the light intensity distributions of these light bundles overlap, the light intensity distribution in the Y-axis direction in the light irradiation region on the homogenized surface 4c approaches uniformly.

なお、レーザビームをXZ面で収束させるアレイレンズ4d及び集光レンズ4bの作用により、ホモジナイズ面4c上の光照射領域内のX軸方向に関する光強度分布も、均一に近づく。   Note that the light intensity distribution in the X-axis direction in the light irradiation region on the homogenized surface 4c is also made uniform by the action of the array lens 4d and the condensing lens 4b for converging the laser beam on the XZ plane.

このように、ホモジナイザ4は、光照射領域内の光強度分布を均一化するが、レーザビームの可干渉性により、以下に説明するように、光強度分布の均一性が低下する。ホモジナイズ面4c上の光照射領域内では、ホモジナイザ4に入射するレーザビームの断面内の相異なる領域を通過した成分同士が重なる。レーザビームの可干渉性により、レーザビームの断面内の相異なる領域を通過した成分同士が干渉すると、光照射領域内に干渉縞が発生する。干渉縞が発生すると、光照射領域内の強度が振動的に変動する。   As described above, the homogenizer 4 makes the light intensity distribution in the light irradiation region uniform, but the uniformity of the light intensity distribution is lowered as described below due to the coherence of the laser beam. In the light irradiation region on the homogenization surface 4c, components that have passed through different regions in the cross section of the laser beam incident on the homogenizer 4 overlap. Due to the coherence of the laser beam, when the components that have passed through different regions in the cross section of the laser beam interfere with each other, interference fringes are generated in the light irradiation region. When interference fringes are generated, the intensity in the light irradiation region fluctuates in a vibrational manner.

図3は、特に高い干渉性を有するレーザビーム(例えば、固体レーザの中でも特に干渉性が高いYAGレーザから出射されるレーザビーム(例えば、YAGレーザの第2高調波))をホモジナイザ4に入射させた場合に、ホモジナイズ面上において光照射領域の長尺方向(図2(A)のY軸方向)に生じた干渉縞(繰り返し方向が長尺方向に一致する干渉縞)を示す光強度分布のグラフである。グラフの横軸が、μm単位で表した光照射領域内の長尺方向に関する(相対)位置を示し、縦軸が任意単位で表した強度を示す。20μmの周期で、強度が増減している。   FIG. 3 shows that a laser beam having a particularly high coherence (for example, a laser beam emitted from a YAG laser having a particularly high coherence among solid-state lasers (for example, a second harmonic of a YAG laser)) is incident on the homogenizer 4. Of the light intensity distribution indicating interference fringes (interference fringes in which the repeating direction coincides with the long direction) generated in the long direction of the light irradiation region (Y-axis direction in FIG. 2A) on the homogenized surface. It is a graph. The horizontal axis of the graph indicates the (relative) position in the longitudinal direction in the light irradiation region expressed in μm units, and the vertical axis indicates the intensity expressed in arbitrary units. The intensity increases and decreases with a period of 20 μm.

レーザビームの断面内のある領域を通過する成分は、その領域と相対的に近い領域を通過する成分とは干渉しやすく、その領域と相対的に遠い領域を通過する成分とは干渉しにくい。例えば、図2(A)に示すレンズ4aaを透過する成分は、レンズ4aaに最近接するレンズであるレンズ4abを透過する成分と最も干渉しやすい。それに比べると、レンズ4aaとレンズ4abを隔てて隣り合うレンズ4acを透過する成分とは干渉しにくい。   A component that passes through a certain region in the cross section of the laser beam easily interferes with a component that passes through a region relatively close to that region, and hardly interferes with a component that passes through a region relatively far from that region. For example, the component that passes through the lens 4aa shown in FIG. 2A is most likely to interfere with the component that passes through the lens 4ab that is the lens closest to the lens 4aa. Compared with that, it is hard to interfere with the component which permeate | transmits the lens 4ac which adjoins the lens 4aa and the lens 4ab.

ホモジナイズ面4c上の光照射領域内では、レンズ4aa〜4agのうち互いに最近接するレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞や、レンズ4aa〜4agのうちレンズ1つを隔てて隣り合うレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞等が重なり合う。個々の干渉縞の強度の振幅について考えると、レンズ4aa〜4agのうち互いに最近接するレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞の振幅が最も大きい。   In the light irradiation region on the homogenized surface 4c, the interference fringes formed by components transmitted through the lenses closest to each other among the lenses 4aa to 4ag, and the adjacent lenses with one lens among the lenses 4aa to 4ag are transmitted. Interference fringes and the like formed by the components overlapped. Considering the amplitude of the intensity of each interference fringe, the amplitude of the interference fringe formed by the components transmitted through the lenses closest to each other among the lenses 4aa to 4ag is the largest.

互いに最近接するレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞の周期p(つまり、強度がピークとなる位置の間隔)は、各レンズ4aa〜4agのY軸方向に関する幅をhとし、集光レンズ4bの後側(像空間側)の焦点距離をfとし、レーザビームの波長をλとしたとき、   The period p of interference fringes formed by components that have passed through the lenses that are closest to each other (that is, the interval between the positions where the intensity reaches a peak) is defined as h in the Y-axis direction of the lenses 4aa to 4ag, and the condenser lens 4b. When the focal length on the rear side (image space side) is f and the wavelength of the laser beam is λ,

Figure 2006049635
と表される。
Figure 2006049635
It is expressed.

なお、式(1)の右辺の分母は、隣り合うレンズ同士の、Y軸方向に関する中心間の距離を示す。例えば、レンズ1つを隔てて隣り合うレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞の周期は、式(1)の右辺の分母にhの2倍である2hを代入して求めることができる。この周期は、最近接するレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞の周期の半分となる。このように、互いに干渉する成分がそれぞれ透過するレンズ同士の距離が離れるほど、干渉縞の周期が短くなる。   The denominator on the right side of Equation (1) indicates the distance between the centers of adjacent lenses in the Y-axis direction. For example, the period of interference fringes formed by components transmitted through adjacent lenses across one lens can be obtained by substituting 2h that is twice h for the denominator of the right side of Equation (1). This period is half of the period of interference fringes formed by components transmitted through the closest lens. Thus, the longer the distance between the lenses through which the components that interfere with each other are transmitted, the shorter the period of the interference fringes.

ホモジナイズ面上の光照射領域内の干渉縞は、互いに異なる周期と互いに異なるピーク強度を持つ複数の干渉縞が重ね合わされて形成される。このため、図3に示すように、光照射領域内の干渉縞の強度分布は複雑な形状となる。重ね合わされる個々の干渉縞のうち、最も周期が長く最もピーク強度が高いのが、互いに最近接するレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞である。他の干渉縞は、それに比べると、周期が短く、ピーク強度が低い。光照射領域内の(個々の干渉縞が重ね合わされた)干渉縞の周期は、互いに最近接するレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞の周期pと一致する。   The interference fringes in the light irradiation region on the homogenized surface are formed by overlapping a plurality of interference fringes having different periods and different peak intensities. For this reason, as shown in FIG. 3, the intensity distribution of the interference fringes in the light irradiation region has a complicated shape. Among the individual interference fringes to be superimposed, the interference fringes formed by the components transmitted through the lenses closest to each other have the longest period and the highest peak intensity. Other interference fringes have a shorter period and lower peak intensity than that. The period of the interference fringes (in which the individual interference fringes are superimposed) in the light irradiation region coincides with the period p of the interference fringes formed by the components transmitted through the lenses closest to each other.

図3のグラフにおいて、強度が450〜500程度であるピークの位置が、レンズ4aa〜4agのうち互いに最近接するレンズを透過した成分同士が形成する干渉縞の強度のピークの位置に対応する。式(1)から、図3に示す干渉縞の周期pを求めることができる。図3に示す干渉縞は、レンズの幅hが5mm、焦点距離fが188mm、波長λが532nmの場合に対応し、周期pは、(1)式より20μmと求められる。   In the graph of FIG. 3, the peak position where the intensity is about 450 to 500 corresponds to the peak position of the intensity of the interference fringes formed by the components transmitted through the lenses closest to each other among the lenses 4aa to 4ag. From the equation (1), the period p of the interference fringes shown in FIG. 3 can be obtained. The interference fringes shown in FIG. 3 correspond to the case where the lens width h is 5 mm, the focal length f is 188 mm, and the wavelength λ is 532 nm, and the period p is obtained as 20 μm from the equation (1).

パルスレーザの1ショットが照射されている期間中に、ホモジナイズ面上の光照射領域内に生じている干渉縞を、干渉縞の繰り返し方向へ、干渉縞の1周期だけ移動させたときの露光量について考察する。このとき、ホモジナイズ面上のある光照射位置に照射される光の強度が、干渉縞の1周期分の光強度分布にしたがって変化する。これにより、この位置に照射される光の強度を時間的に平均した値が、干渉縞の1周期分の強度を空間的に平均した値とほぼ等しくなる。ホモジナイズ面上の他の光照射位置についても、同様に、そこに照射される光の強度を時間的に平均した値が、干渉縞の1周期分の強度を空間的に平均した値とほぼ等しくなる。   Exposure amount when the interference fringes generated in the light irradiation region on the homogenized surface are moved by one period of the interference fringes in the repetition direction of the interference fringes during the period when one shot of the pulse laser is irradiated Consider. At this time, the intensity of light irradiated to a certain light irradiation position on the homogenized surface changes according to the light intensity distribution for one cycle of the interference fringes. As a result, the value obtained by temporally averaging the intensity of the light applied to this position becomes substantially equal to the value obtained by spatially averaging the intensity of one period of the interference fringes. Similarly, for other light irradiation positions on the homogenized surface, the value obtained by temporally averaging the intensity of light applied thereto is approximately equal to the value obtained by spatially averaging the intensity of one period of the interference fringes. Become.

このようにして、1ショットの照射期間中に干渉縞を移動させることにより、ホモジナイズ面上の光照射領域内の各位置に照射される光の、時間に関する平均的な強度が、一定の値に近づく。つまり、1ショットの照射期間中に、光照射領域内の露光量の分布が均一に近づく(均一化される)。なお、1ショットの照射期間中に干渉縞を移動させる距離は、干渉縞の1周期と一致させなくてもよく、干渉縞の1周期以上であれば、露光量の分布の均一化が良好に行われる。   In this way, by moving the interference fringes during the irradiation period of one shot, the average intensity with respect to time of the light irradiated to each position in the light irradiation region on the homogenized surface becomes a constant value. Get closer. That is, the distribution of the exposure amount in the light irradiation region approaches uniform (is made uniform) during the one-shot irradiation period. It should be noted that the distance for moving the interference fringes during the one-shot irradiation period does not have to coincide with one period of the interference fringes. Done.

なお、上述したように、光照射領域内には複数の干渉縞が重ね合わせられているが、光照射領域内に重ね合わされる個々の干渉縞の周期は、個々の干渉縞が重ね合わされた干渉縞の周期以下であるので、個々の干渉縞が重ね合わされた干渉縞の1周期以上の距離だけ干渉縞を移動させれば、個々の干渉縞の各々について、露光量の分布が均一に近づく。   As described above, a plurality of interference fringes are superimposed in the light irradiation region, but the period of each interference fringe superimposed in the light irradiation region is an interference in which the individual interference fringes are superimposed. Since the period is less than the period of the fringes, if the interference fringes are moved by a distance equal to or longer than one period of the interference fringes on which the individual interference fringes are superimposed, the distribution of the exposure amount becomes uniform for each of the individual interference fringes.

ホモジナイザに入射するレーザビームの進行方向が微小な角度だけ振られたとき、ホモジナイズ面上の光照射領域が移動するとともに、光照射領域内の干渉縞も、形を変えずに移動する。図2(A)に示すように、レーザビームの進行方向がYZ面内でZ軸に対して微小な角度θだけ振られたとき、ホモジナイズ面4c上の光照射領域及びその内部に生じた干渉縞が、Y軸方向にftanθだけ移動する。   When the traveling direction of the laser beam incident on the homogenizer is swung by a minute angle, the light irradiation region on the homogenization surface moves, and the interference fringes in the light irradiation region also move without changing the shape. As shown in FIG. 2A, when the traveling direction of the laser beam is swung by a minute angle θ with respect to the Z axis in the YZ plane, the light irradiation region on the homogenized surface 4c and the interference generated in the light irradiation region. The stripe moves by ftanθ in the Y-axis direction.

パルスレーザの1ショットの照射期間中に、光照射領域の長尺方向(Y軸方向)に生じている干渉縞を、その周期p以上の距離だけ、Y軸方向へ移動させれば、ホモジナイズ面4c上におけるY軸方向の露光量の分布を均一化できる。以下、このようにできる条件を考察する。   If the interference fringes generated in the longitudinal direction (Y-axis direction) of the light irradiation region during the one-shot irradiation period of the pulse laser are moved in the Y-axis direction by a distance equal to or longer than the period p, the homogenized surface The distribution of the exposure amount in the Y-axis direction on 4c can be made uniform. In the following, the conditions under which this can be done will be considered.

レーザビームの進行方向がθだけ振られたときの、干渉縞の移動距離はftanθである。ここで、θが微小であると仮定すると、干渉縞の移動距離はfθと近似される。   The movement distance of the interference fringes when the traveling direction of the laser beam is swung by θ is f tan θ. Here, assuming that θ is very small, the movement distance of the interference fringes is approximated to fθ.

干渉縞の移動速度vは、θの時間微分を角速度ωとして、   The moving speed v of the interference fringes is expressed as follows:

Figure 2006049635
と表される。
Figure 2006049635
It is expressed.

露光量の分布が均一化される条件は、パルスレーザビームのパルス幅をtとして、   The condition for uniform exposure dose distribution is that the pulse width of the pulse laser beam is t,

Figure 2006049635
Figure 2006049635

と表される。式(3)に式(1)と式(2)とを代入して整理すると、露光量の分布が均一化される条件として、 It is expressed. Substituting Equation (1) and Equation (2) into Equation (3) and rearranging them as a condition for uniformizing the exposure dose distribution,

Figure 2006049635
Figure 2006049635

が導かれる。パルス幅tの間に、式(4)を満たす角速度ωでレーザビームの進行方向を振れば、干渉縞をその周期p以上の距離だけ移動させることができる。 Is guided. If the traveling direction of the laser beam is changed at an angular velocity ω satisfying the equation (4) during the pulse width t, the interference fringes can be moved by a distance equal to or longer than the period p.

例えば、レーザビームの波長λが500nmであり、パルス幅が100nsであり、レンズの幅hが5mmであるとき、これらを式(4)に代入して、   For example, when the wavelength λ of the laser beam is 500 nm, the pulse width is 100 ns, and the lens width h is 5 mm, these are substituted into equation (4),

Figure 2006049635
Figure 2006049635

という条件が得られる。なお、式(5)の両辺の単位はrad/sである。パルス幅100nsの間に1000rad/sの角速度でレーザビームの進行方向を振れば、干渉縞が1周期(距離p)だけ移動する。このとき、レーザビームの進行方向は100μradだけ振られる。なお、レーザビームの進行方向が振られる角度が微小であるので、tanθをθと近似しても構わない。 The condition is obtained. In addition, the unit of both sides of Formula (5) is rad / s. If the traveling direction of the laser beam is changed at an angular velocity of 1000 rad / s during a pulse width of 100 ns, the interference fringes move by one period (distance p). At this time, the traveling direction of the laser beam is swung by 100 μrad. Note that tan θ may be approximated to θ because the angle at which the traveling direction of the laser beam is swung is very small.

以下、さらに具体的に、ビーム走査器として電気光学偏向器またはポリゴンミラーを用いて、干渉縞を移動させ、露光量の分布を均一化する方法について説明する。なお、式(5)を導いたときと同様に、レーザビームの波長λが500nmであり、パルス幅が100nsであり、レンズの幅hが5mmであるとする。また、パルス周期が1ms(パルス周波数が1kHz)であるとする。   More specifically, a method of using an electro-optic deflector or a polygon mirror as a beam scanner to move interference fringes and make the exposure dose distribution uniform will be described below. As in the case of the expression (5), it is assumed that the wavelength λ of the laser beam is 500 nm, the pulse width is 100 ns, and the lens width h is 5 mm. Further, it is assumed that the pulse period is 1 ms (pulse frequency is 1 kHz).

まず、ビーム走査器として電気光学偏向器を用いる場合について説明する。電気光学偏向器は、電圧印加により屈折率が変化する電気光学結晶を含んで構成され、電気光学結晶に印加する電圧に比例する角度だけ、入射したレーザビームの進行方向を振る。電気光学偏向器に、ドライバを介して電圧が印加される。   First, a case where an electro-optic deflector is used as a beam scanner will be described. The electro-optic deflector includes an electro-optic crystal whose refractive index changes when a voltage is applied, and swings the traveling direction of the incident laser beam by an angle proportional to the voltage applied to the electro-optic crystal. A voltage is applied to the electro-optic deflector via a driver.

例えば、電気光学偏向器としてCONOPTICS社のModel311Aを用い、ドライバとして同社のModel301を用いる。この電気光学偏向器は、単位電圧(1V)を印加されるごとに、レーザビームの進行方向を3.0μradだけ振る。また、このドライバを用いると、最短で80nsの間に、最大で−200Vから200Vまで(最大の電圧差として400Vまで)電気光学偏向器の印加電圧を変化させることができる。これらの電気光学偏向器とドライバを用いた場合、レーザビームの進行方向が振られる最大の角速度ωMAXは、 For example, Model 311A of CONOPTICS is used as an electro-optic deflector, and Model 301 of the company is used as a driver. This electro-optic deflector oscillates the traveling direction of the laser beam by 3.0 μrad each time a unit voltage (1 V) is applied. Further, when this driver is used, the applied voltage of the electro-optic deflector can be changed from -200 V to 200 V at maximum (up to 400 V as the maximum voltage difference) in a minimum of 80 ns. When these electro-optic deflector and driver are used, the maximum angular velocity ω MAX at which the traveling direction of the laser beam is swung is

Figure 2006049635
Figure 2006049635

となる。 It becomes.

干渉縞を1周期だけ移動させるには、式(5)からわかるように、パルス幅100nsの間に、レーザビームの進行方向を100μradだけ振ればよい(角速度は1000rad/s)。よって、パルス幅100nsの間に、電気光学偏向器の印加電圧を33.3Vだけ変化させれば、レーザビームの進行方向が100μradだけ振れ、干渉縞を1周期(距離p)だけ移動させることができる。   In order to move the interference fringes by one period, as can be seen from Equation (5), the traveling direction of the laser beam may be swung by 100 μrad during the pulse width of 100 ns (angular velocity is 1000 rad / s). Therefore, if the applied voltage of the electro-optic deflector is changed by 33.3 V during the pulse width of 100 ns, the traveling direction of the laser beam can be swung by 100 μrad, and the interference fringes can be moved by one period (distance p). it can.

なお、パルス幅100nsの間に、電気光学偏向器の印加電圧を33.3×N(Nは自然数)Vだけ変化させれば、レーザビームの進行方向が100×Nμradだけ振れ、干渉縞をN周期(距離p×N)だけ移動させることができる。ただし、ドライバが発生できる最大電圧と最小電圧との差は400V(=33.3×12V)であるので、Nの最大値は12となる。つまり、上述のような電気光学偏向器とドライバを用いた場合、パルス幅100nsの間に、最大で12周期まで干渉縞を移動させることができる。なお、1ショットの照射期間中の干渉縞の移動距離は、周期pの整数倍としなくてもよい。   If the applied voltage of the electro-optic deflector is changed by 33.3 × N (N is a natural number) V during the pulse width of 100 ns, the traveling direction of the laser beam fluctuates by 100 × N μrad, and the interference fringes are N It can be moved by a period (distance p × N). However, since the difference between the maximum voltage and the minimum voltage that can be generated by the driver is 400 V (= 33.3 × 12 V), the maximum value of N is 12. That is, when the electro-optic deflector and the driver as described above are used, the interference fringes can be moved up to 12 periods within a pulse width of 100 ns. Note that the movement distance of the interference fringes during the one-shot irradiation period may not be an integral multiple of the period p.

パルスレーザビームは、1msごとに電気光学偏向器に入射する。このパルス周期に同期して、レーザビームの進行方向が振られるように、図1に示す制御装置3が、ドライバを制御する。ドライバは、例えば、100ns当たり33.3V増加する割合で所定期間だけ電圧が増加した後、100ns当たり33.3V減少する割合で所定期間だけ電圧が減少するような三角波を、電気光学偏向器に印加する。   The pulse laser beam is incident on the electro-optic deflector every 1 ms. The control device 3 shown in FIG. 1 controls the driver so that the traveling direction of the laser beam is swung in synchronization with the pulse period. For example, the driver applies a triangular wave to the electro-optic deflector so that the voltage increases for a predetermined period at a rate of 33.3 V per 100 ns and then decreases for a predetermined period at a rate of 33.3 V per 100 ns. To do.

例えば、印加電圧が増加している期間中に、パルスレーザビームの第1のショットが照射され、印加電圧が減少している期間中に、第1のショットの次のショットである第2のショットが照射されるように、三角波の周期を設定する。このとき、第1のショットの照射期間中に、印加電圧が33.3Vだけ増加する。これにより、干渉縞が、例えば図2(A)のY軸正方向に干渉縞の1周期だけ移動する。また、第2のショットの照射期間中に、印加電圧が33.3Vだけ減少する。これにより、干渉縞が、例えば図2(A)のY軸負方向に干渉縞の1周期だけ移動する。   For example, the first shot of the pulse laser beam is irradiated during the period in which the applied voltage is increasing, and the second shot that is the next shot of the first shot is in the period in which the applied voltage is decreasing. The period of the triangular wave is set so that is irradiated. At this time, the applied voltage increases by 33.3 V during the irradiation period of the first shot. As a result, the interference fringe moves, for example, by one cycle of the interference fringe in the positive Y-axis direction of FIG. Also, the applied voltage decreases by 33.3 V during the second shot irradiation period. As a result, the interference fringe moves, for example, by one cycle of the interference fringe in the negative Y-axis direction of FIG.

また例えば、印加電圧が増加している期間中に、第1及び第2のショットが照射されるように、三角波の周期を設定する。このとき、第1及び第2のショットのそれぞれの照射期間中に、印加電圧が33.3Vだけ増加する。これにより、第1及び第2のショットのそれぞれの照射期間中に、干渉縞が、例えば図2(A)のY軸正方向に干渉縞の1周期だけ移動する。   Further, for example, the period of the triangular wave is set so that the first and second shots are irradiated during the period in which the applied voltage is increasing. At this time, the applied voltage increases by 33.3 V during the irradiation period of each of the first and second shots. As a result, during each irradiation period of the first and second shots, the interference fringes move, for example, by one cycle of the interference fringes in the positive Y-axis direction of FIG.

次に、ビーム走査器としてポリゴンミラーを用いる場合について説明する。ポリゴンミラーは、側面がミラーである正多角柱状の構造体である。ポリゴンミラーが、正多角柱の中心軸の周りに回転することにより、ポリゴンミラーの側面で反射されるレーザビームの進行方向が変化する。   Next, a case where a polygon mirror is used as the beam scanner will be described. The polygon mirror is a regular polygonal columnar structure whose side is a mirror. When the polygon mirror rotates around the central axis of the regular polygonal column, the traveling direction of the laser beam reflected by the side surface of the polygon mirror changes.

ポリゴンミラーが角度θだけ回転したとき、ポリゴンミラーの側面で反射されるレーザビームの進行方向が、角度2×θだけ振られる。ポリゴンミラーの角速度をωとしたとき、レーザビームの進行方向が角速度2×ωで振られる。露光量の分布を均一化するためには、式(5)より、 When the polygon mirror is rotated by an angle theta p, the traveling direction of the laser beam reflected by the side surfaces of the polygon mirror is swung by an angle 2 × θ p. When the angular velocity of the polygon mirror and the omega p, the traveling direction of the laser beam is deflected at an angular velocity 2 × ω p. In order to make the exposure dose distribution uniform, the equation (5):

Figure 2006049635
Figure 2006049635

が満たされる必要がある。ポリゴンミラーの回転速度Rは、 Need to be met. The rotation speed R of the polygon mirror is

Figure 2006049635
Figure 2006049635

と表されるので、(8)式に(7)式を代入し、回転速度Rに対して、 Therefore, substituting equation (7) into equation (8),

Figure 2006049635
Figure 2006049635

という条件が導かれる。回転速度79.6round/s以上(角速度500rad/s以上)でポリゴンミラーを回転させて、レーザビームの進行方向を振ることにより、パルスレーザの1ショットの照射期間中に、干渉縞を1周期以上の距離だけ移動させることができる。 The condition is derived. By rotating the polygon mirror at a rotational speed of 79.6 round / s or higher (angular speed of 500 rad / s or higher) and swinging the traveling direction of the laser beam, interference fringes are generated for one cycle or more during the irradiation period of one shot of the pulse laser. Can be moved by a distance of.

パルスレーザビームは、1msごとにポリゴンミラーに入射する。ポリゴンミラーの動作がパルス周期に同期していないと、ポリゴンミラーで反射された各ショットの進行方向がばらつき、全ショットをホモジナイザに入射させることができない(一部のショットがホモジナイザに入射しない)。以下のように設定すれば、ポリゴンミラーの動作をパルス周期に同期できる。   The pulse laser beam is incident on the polygon mirror every 1 ms. If the operation of the polygon mirror is not synchronized with the pulse period, the traveling direction of each shot reflected by the polygon mirror varies, and all shots cannot enter the homogenizer (some shots do not enter the homogenizer). By setting as follows, the operation of the polygon mirror can be synchronized with the pulse period.

ポリゴンミラーの側面の面数(反射面の数)をMとすると、回転速度がRなので、ポリゴンミラーが単位時間にレーザビームの進行方向を振れる回数(周波数)fは、 When the number of side surfaces of the polygon mirror (the number of reflection surfaces) is M, the rotational speed is R, and therefore the number of times (frequency) f p that the polygon mirror can swing the traveling direction of the laser beam per unit time is

Figure 2006049635
Figure 2006049635

と表される。周波数fが、パルス周波数である1kHzと一致するように、ポリゴンミラーの面数Mと回転速度Rを設定することにより、ポリゴンミラーの動作がパルス周期に同期する。このようにすれば、ポリゴンミラーの反射面がそれぞれ、パルスレーザのショットの進行方向を振る範囲が、互いに一致する。式(10)を満たす回転速度Rでポリゴンミラーが回転するように、図1に示す制御装置3が、ポリゴンミラーの駆動機構を制御する。なお、周波数fは、パルス周波数と一致しなくとも、パルス周波数の整数倍となるように設定されていればよい。このように周波数fを設定すれば、反射された各ショットの進行方向がばらつかないようにできる。 It is expressed. Frequency f p is, to match the 1kHz a pulse frequency, by setting the rotational speed R and the surface number M of the polygon mirror, the operation of the polygon mirror is synchronized with the pulse period. By doing so, the ranges in which the reflection surfaces of the polygon mirrors swing the traveling direction of the shot of the pulse laser coincide with each other. The control device 3 shown in FIG. 1 controls the driving mechanism of the polygon mirror so that the polygon mirror rotates at the rotation speed R satisfying the equation (10). The frequency f p is not necessary to match the pulse frequency, it may be set to be an integral multiple of the pulse frequency. Thus setting the frequency f p, it can be so does not vary the traveling direction of each shot that is reflected.

式(10)に式(8)を代入すると、ポリゴンミラーの面数Mについて、   Substituting equation (8) into equation (10), for the number M of polygon mirror surfaces,

Figure 2006049635
Figure 2006049635

という式が得られる。周波数fを1kHzとし、ポリゴンミラーの角速度ωを500rad/s(1ショットの照射期間中に干渉縞がちょうど1周期移動する角速度)としたとき、式(11)より Is obtained. When the frequency f p is 1 kHz and the angular velocity ω p of the polygon mirror is 500 rad / s (the angular velocity at which the interference fringes move exactly one cycle during the irradiation period of one shot), the equation (11)

Figure 2006049635
Figure 2006049635

が得られる。式(12)の最右辺の12.6は非整数であるので、ポリゴンミラーの面数としては不適当である。そこで例えば、ポリゴンミラーの面数Mを12に設定し、それに対応するように(式(11)を満たすように)角速度ωを約524rad/sに設定する。このように設定すれば、各ショットの照射期間中に干渉縞を約1.05周期だけ移動させることができる。 Is obtained. Since 12.6 on the rightmost side of equation (12) is a non-integer, it is inappropriate as the number of polygon mirror surfaces. Therefore, for example, the number M of polygon mirrors is set to 12, and the angular velocity ω p is set to about 524 rad / s so as to correspond to the number (so that equation (11) is satisfied). With this setting, the interference fringes can be moved by about 1.05 periods during the irradiation period of each shot.

なお、1ショットの照射期間中に干渉縞を2周期程度移動させたければ、以下のようにすればよい。1ショットの照射期間中に干渉縞がちょうど2周期移動する角速度ωは、500rad/sの2倍の1000rad/sである。角速度ωの仮の値を1000rad/sとして、 If it is desired to move the interference fringes for about two cycles during the one-shot irradiation period, the following may be performed. The angular velocity ω p at which the interference fringes move exactly two periods during the irradiation period of one shot is 1000 rad / s, which is twice the 500 rad / s. Assuming that the temporary value of the angular velocity ω p is 1000 rad / s,

Figure 2006049635
Figure 2006049635

という値を求め、この式より例えば、ポリゴンミラーの面数を6に設定し、それに対応するように角速度ωを約1047rad/sに設定すればよい。このように設定すれば、各ショットの照射期間中に干渉縞を約2.09周期だけ移動させることができる。 From this equation, for example, the number of faces of the polygon mirror is set to 6, and the angular velocity ω p is set to about 1047 rad / s so as to correspond thereto. With this setting, the interference fringes can be moved by about 2.09 periods during the irradiation period of each shot.

以上、光照射領域の長尺方向に干渉縞が生じている場合に、干渉縞を長尺方向に移動させて、露光量の分布を均一化する方法について説明した。なお、光照射領域内に生じている干渉縞の繰り返し方向と、干渉縞を移動させる方向とは、一致させることが好ましいが、干渉縞の繰り返し方向と移動方向とがややずれていても構わない。移動方向が、干渉縞の繰り返し方向に平行な成分を含んでいれば、干渉縞を繰り返し方向に関して移動させられる。例えば図2(A)において、レーザビームの進行方向を振る方向が、アレイレンズ4aのレンズ4aa〜4agが並んでいる方向(Y軸方向)に平行な成分を含んでいれば、光照射領域の長尺方向に生じている干渉縞を長尺方向に関して移動できる。レーザビームの進行方向を振る角速度の、レンズ4aa〜4agが並んでいる方向に平行な成分が、式(4)に示すλ/(th)以上であれば、パルスレーザの1ショットの照射期間内に、干渉縞を長尺方向に関して1周期以上移動させることができる。なお、干渉縞の繰り返し方向と干渉縞の移動方向が一致しているとき、干渉縞の繰り返し方向に関する干渉縞の移動速度を最も速くできる。   As described above, when the interference fringes are generated in the longitudinal direction of the light irradiation region, the method of moving the interference fringes in the longitudinal direction and uniformizing the exposure amount distribution has been described. In addition, it is preferable that the repetition direction of the interference fringes generated in the light irradiation region coincide with the direction in which the interference fringes are moved, but the interference fringe repetition direction and the movement direction may be slightly shifted. . If the moving direction includes a component parallel to the repeating direction of the interference fringes, the interference fringes can be moved with respect to the repeating direction. For example, in FIG. 2A, if the direction in which the laser beam travels varies includes a component parallel to the direction in which the lenses 4aa to 4ag of the array lens 4a are aligned (Y-axis direction), Interference fringes generated in the longitudinal direction can be moved in the longitudinal direction. If the component parallel to the direction in which the lenses 4aa to 4ag are arranged is equal to or larger than λ / (th) shown in the equation (4), the angular velocity for oscillating the traveling direction of the laser beam is within the irradiation period of one shot of the pulse laser. In addition, the interference fringes can be moved one period or more in the longitudinal direction. Note that when the interference fringe repetition direction matches the interference fringe movement direction, the interference fringe movement speed in the interference fringe repetition direction can be maximized.

なお、光照射領域の短尺方向にも干渉縞は生じ得る。このような場合、光照射領域の短尺方向に干渉縞が移動するように、レーザビームの進行方向を振るビーム走査器を配置すれば、短尺方向に関する露光量の分布を均一に近づけることができる。   Note that interference fringes can also occur in the short direction of the light irradiation region. In such a case, if a beam scanner that changes the traveling direction of the laser beam is arranged so that the interference fringes move in the short direction of the light irradiation region, the distribution of the exposure amount in the short direction can be made uniform.

以上説明したように、パルスレーザの1ショットの照射期間中に、ホモジナイザに入射するレーザビームの進行方向を振ることにより、干渉性の高いレーザビームをホモジナイザに入射させる場合であっても、光照射領域内の露光量の分布を均一に近づけることができる。これを、レーザアニール処理に用いれば、パルスレーザの照射で結晶粒が成長したシリコン膜の品質を均一に近づけることができる。   As described above, even when a laser beam having high coherence is incident on the homogenizer by changing the traveling direction of the laser beam incident on the homogenizer during the irradiation period of one shot of the pulse laser, light irradiation is performed. The distribution of the exposure amount in the region can be made close to uniform. If this is used for laser annealing, the quality of the silicon film on which crystal grains are grown by irradiation with a pulse laser can be made closer to uniform.

なお、レーザアニール処理では、基板上の光照射領域をその短尺方向に移動させ、パルスレーザのある1ショットにより照射される光照射領域とその次の1ショットにより照射される光照射領域とを部分的に重ねる。光照射領域の短尺方向に干渉縞が生じている場合であっても、光照射領域同士が重なる幅を調節することにより、光照射領域の短尺方向に関するシリコン膜の品質の均一化を図ることができる。このようにするとき、ビーム走査器で干渉縞を短尺方向に関して移動させなくても構わない。   In the laser annealing treatment, the light irradiation region on the substrate is moved in the short direction, and the light irradiation region irradiated by one shot of the pulse laser and the light irradiation region irradiated by the next one shot are partially divided. Overlap. Even when interference fringes are generated in the short direction of the light irradiation region, the quality of the silicon film in the short direction of the light irradiation region can be made uniform by adjusting the width in which the light irradiation regions overlap each other. it can. When doing so, the interference fringes need not be moved in the short direction by the beam scanner.

なお、上述の説明では、ビーム走査器として電気光学偏向器またはポリゴンミラーを用いたが、ビーム走査器として他の装置を用いても構わない。例えば、音響光学偏向器を用いても構わない。ガルバノスキャナを用いることも可能であろう。また、ミラーが取り付けられた音叉を、例えば圧電素子により微小振動させることにより、ミラーに入射するレーザビームの進行方向を振るような装置であっても構わない。   In the above description, an electro-optic deflector or a polygon mirror is used as the beam scanner. However, other devices may be used as the beam scanner. For example, an acousto-optic deflector may be used. It would also be possible to use a galvano scanner. Further, the tuning fork to which the mirror is attached may be a device that swings the traveling direction of the laser beam incident on the mirror by minutely vibrating the tuning fork with a piezoelectric element, for example.

以上説明した露光量の分布を均一化する方法を用いて、レーザアニール処理以外の加工を行っても構わない。なお、ホモジナイザ以外の光学系であっても、レーザビームの断面内の相異なる領域を通過する成分を共通の光照射領域に照射するような光学系であれば、レーザビームの可干渉性により、光照射領域内に干渉縞が生じ得る。パルスレーザの1ショットで照射される光照射領域内の露光量分布の均一性を高めたいとき、1ショットの照射期間中に、光照射領域内の干渉縞を、その繰り返し方向に関して、その周期以上の距離だけ移動させればよい。   Processing other than the laser annealing treatment may be performed using the method for uniformizing the exposure amount distribution described above. In addition, even if it is an optical system other than a homogenizer, if it is an optical system that irradiates a common light irradiation region with components that pass through different regions in the cross section of the laser beam, due to the coherence of the laser beam, Interference fringes can occur in the light irradiation region. When it is desired to improve the uniformity of the exposure amount distribution in the light irradiation region irradiated with one shot of the pulse laser, the interference fringes in the light irradiation region during the irradiation period of one shot are longer than the period in the repetition direction. It is only necessary to move the distance.

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

実施例によるレーザ照射装置を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the laser irradiation apparatus by an Example. 図2(A)及び図2(B)は、ホモジナイザの構成を概略的に示す図である。2A and 2B are diagrams schematically showing the configuration of the homogenizer. 光照射領域内に生じた干渉縞の光強度分布を示すグラフである。It is a graph which shows the light intensity distribution of the interference fringe produced in the light irradiation area | region.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ光源
2 ビーム走査器
3 制御装置
4 ホモジナイザ
4a アレイレンズ
4b 集光レンズ
5 折り返しミラー
6 基板
7 XYステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 2 Beam scanner 3 Control apparatus 4 Homogenizer 4a Array lens 4b Condensing lens 5 Folding mirror 6 Substrate 7 XY stage

Claims (8)

入射するレーザビームの断面内の相異なる領域を通過する成分を、共通の光照射領域に照射する光学系へ、パルスレーザビームの1ショットが入射している期間中に、該光学系へ入射したパルスレーザビームの断面内の相異なる領域を通過した成分同士が該光照射領域において干渉して生じる干渉縞を、該干渉縞の繰り返し方向に関して該干渉縞の周期以上の距離だけ移動させるレーザ照射方法。 A component that passes through different regions in the cross section of the incident laser beam is incident on the optical system during the period when one shot of the pulse laser beam is incident on the optical system that irradiates the common light irradiation region. Laser irradiation method for moving interference fringes generated by interference of components passing through different regions in a cross section of a pulse laser beam in the light irradiation region by a distance equal to or longer than the period of the interference fringes with respect to the repetition direction of the interference fringes . 前記光学系が、レーザビームをビーム断面内で分割するアレイレンズと、該アレイレンズで分割されたレーザビームの各成分を共通の領域に照射する集光レンズとを含んで構成されるホモジナイザであり、
該アレイレンズで分割されたレーザビームの各成分が、該ホモジナイザのホモジナイズ面上で干渉して生じる干渉縞を、該ホモジナイザに入射するパルスレーザビームの入射方向を振ることにより移動させる請求項1に記載のレーザ照射方法。
The optical system is a homogenizer configured to include an array lens that divides a laser beam in a beam cross section, and a condenser lens that irradiates each component of the laser beam divided by the array lens to a common area. ,
The interference fringes generated by the interference of each component of the laser beam divided by the array lens on the homogenization surface of the homogenizer are moved by swinging the incident direction of the pulse laser beam incident on the homogenizer. The laser irradiation method as described.
レーザビームをビーム断面内で分割するアレイレンズと、該アレイレンズで分割されたレーザビームの各成分を共通の領域に照射する集光レンズとを含んで構成されるホモジナイザへ、パルスレーザビームの1ショットが入射している期間中に、該アレイレンズで分割されたレーザビームの各成分が、該ホモジナイザのホモジナイズ面上で干渉して生じる干渉縞を、該ホモジナイザに入射する該パルスレーザビームの入射方向を振ることにより、該干渉縞の繰り返し方向に関して移動させるレーザ照射方法であって、
該ホモジナイザが有するアレイレンズを構成する複数のレンズが、第1の方向に並ぶように配置されており、該レンズの各々の該第1の方向に関する幅をhとし、該パルスレーザビームのパルス幅をtとし、該パルスレーザビームの波長をλとしたとき、該ホモジナイザに入射する該パルスレーザビームの入射方向が振られる角速度の、該第1の方向に関する成分がλ/(th)以上になるように、該ホモジナイザに入射するパルスレーザビームの入射方向を振るレーザ照射方法。
One pulse laser beam is supplied to a homogenizer that includes an array lens that divides the laser beam in the beam cross section and a condenser lens that irradiates each component of the laser beam divided by the array lens to a common region. During the period in which the shot is incident, the interference of the laser beam divided by the array lens interferes on the homogenizer surface of the homogenizer, and the pulse laser beam is incident on the homogenizer. A laser irradiation method for moving the direction of the interference fringes by moving the direction,
The plurality of lenses constituting the array lens of the homogenizer are arranged in a first direction, and the width of each of the lenses in the first direction is h, and the pulse width of the pulse laser beam Where t is the wavelength of the pulse laser beam and λ is the wavelength of the pulsed laser beam, the component of the angular velocity at which the incident direction of the pulsed laser beam incident on the homogenizer is swung is greater than or equal to λ / (th). Thus, the laser irradiation method which shakes the incident direction of the pulse laser beam incident on the homogenizer.
パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
外部から入力される制御信号に基づいて、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームの進行方向を振るビーム走査器と、
前記ビーム走査器から出射したパルスレーザビームが入射するように配置され、入射するパルスレーザビームをビーム断面内で分割するアレイレンズ及び該アレイレンズで分割された各成分を、ホモジナイズ面上の共通の領域に照射する集光レンズを有するホモジナイザと、
前記ホモジナイザにパルスレーザビームの1ショットが入射している期間中に、前記ビーム走査器が該ホモジナイザに入射するパルスレーザビームの入射方向を振ることにより、該ホモジナイザが有するアレイレンズで分割されたパルスレーザビームの成分同士が干渉して該ホモジナイザのホモジナイズ面において生じる干渉縞を、該干渉縞の繰り返し方向に関して、該干渉縞の周期以上の距離だけ移動させるように、該ビーム走査器を制御する制御装置と
を有するレーザ照射装置。
A laser light source for emitting a pulsed laser beam;
A beam scanner that swings a traveling direction of a pulsed laser beam emitted from the laser light source based on a control signal input from the outside;
The pulse laser beam emitted from the beam scanner is arranged to be incident, and an array lens that divides the incident pulse laser beam in the beam cross section and each component divided by the array lens are shared on the homogenized surface. A homogenizer having a condenser lens that irradiates the area;
During the period in which one shot of the pulsed laser beam is incident on the homogenizer, the beam scanner divides the incident direction of the pulsed laser beam incident on the homogenizer so that the pulses divided by the array lens of the homogenizer Control for controlling the beam scanner so that the interference fringes generated on the homogenization surface of the homogenizer due to interference between the components of the laser beams are moved by a distance equal to or longer than the period of the interference fringes in the repetition direction of the interference fringes. A laser irradiation apparatus.
前記ビーム走査器が、駆動機構により回転するポリゴンミラーであり、該ポリゴンミラーの反射面の数をMとし、該ポリゴンミラーの単位時間当たりの回転数をRとしたとき、M×Rが、前記レーザ光源が出射するパルスレーザビームのパルス周波数と一致するよう、該ポリゴンミラーが回転するように、前記制御装置が該駆動機構を制御する請求項4に記載のレーザ照射装置。 The beam scanner is a polygon mirror that is rotated by a driving mechanism, where M is the number of reflection surfaces of the polygon mirror, and R is the number of rotations per unit time of the polygon mirror. The laser irradiation apparatus according to claim 4, wherein the controller controls the drive mechanism so that the polygon mirror rotates so as to coincide with a pulse frequency of a pulse laser beam emitted from a laser light source. パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
外部から入力される制御信号に基づいて、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームの進行方向を振るビーム走査器と、
前記ビーム走査器から出射したパルスレーザビームが入射するように配置され、入射するパルスレーザビームをビーム断面内で分割するアレイレンズ及び該アレイレンズで分割された各成分を、ホモジナイズ面上の共通の領域に照射する集光レンズを有するホモジナイザであって、該アレイレンズを構成する複数のレンズが、第1の方向に並ぶように配置され、該レンズの各々の該第1の方向に関する幅がhである該ホモジナイザと、
前記レーザ光源から出射されるパルスレーザビームのパルス幅をtとし、該パルスレーザビームの波長をλとしたとき、前記ホモジナイザに入射する該パルスレーザビームの入射方向が振られる角速度の、前記第1の方向に関する成分がλ/(th)以上となるように、前記ビーム走査器に該パルスレーザビームの進行方向を振らせる制御装置と
を有するレーザ照射装置。
A laser light source for emitting a pulsed laser beam;
A beam scanner that swings a traveling direction of a pulsed laser beam emitted from the laser light source based on a control signal input from the outside;
The pulse laser beam emitted from the beam scanner is arranged to be incident, and an array lens that divides the incident pulse laser beam in the beam cross section and each component divided by the array lens are shared on the homogenized surface. A homogenizer having a condensing lens for irradiating a region, wherein a plurality of lenses constituting the array lens are arranged in a first direction, and the width of each of the lenses in the first direction is h The homogenizer which is
When the pulse width of the pulsed laser beam emitted from the laser light source is t and the wavelength of the pulsed laser beam is λ, the first angular velocity at which the incident direction of the pulsed laser beam incident on the homogenizer is swung. And a control device that causes the beam scanner to change the traveling direction of the pulsed laser beam so that the component related to the direction of λ is equal to or greater than λ / (th).
前記ビーム走査器が、駆動機構により回転するポリゴンミラーであり、該ポリゴンミラーの反射面の数をMとし、該ポリゴンミラーの単位時間当たりの回転数をRとしたとき、M×Rが、前記レーザ光源が出射するパルスレーザビームのパルス周波数と一致するよう、該ポリゴンミラーが回転するように、前記制御装置が該駆動機構を制御する請求項6に記載のレーザ照射装置。 The beam scanner is a polygon mirror that is rotated by a driving mechanism, where M is the number of reflection surfaces of the polygon mirror, and R is the number of rotations per unit time of the polygon mirror. The laser irradiation apparatus according to claim 6, wherein the controller controls the drive mechanism so that the polygon mirror rotates so as to coincide with a pulse frequency of a pulse laser beam emitted from a laser light source. 表面に非晶質または多結晶のシリコン膜が形成された基板に、断面を一方向に長い形状に整形したパルスレーザビームを照射し、1ショットのパルスレーザビームが照射されている期間中に、該基板の表面上のビーム断面を、該ビーム断面の長尺方向へ第1の長さ以上の距離だけ移動させる工程を含むレーザアニール方法であって、該第1の長さは、該ビーム断面の内部に生じ、繰り返し方向が該長尺方向と一致する干渉縞の周期であるレーザアニール方法。 A substrate having an amorphous or polycrystalline silicon film formed on its surface is irradiated with a pulsed laser beam whose cross section is shaped into a long shape in one direction. A laser annealing method including a step of moving a beam cross section on the surface of the substrate by a distance equal to or longer than a first length in a longitudinal direction of the beam cross section, wherein the first length is equal to the beam cross section. A laser annealing method in which a repetition direction is an interference fringe period that coincides with the longitudinal direction.
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