JP2004063692A

JP2004063692A - Irradiation device

Info

Publication number: JP2004063692A
Application number: JP2002218732A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Imai; 今井　裕; Koichi Tsukihara; 月原　浩一; Koichi Tatsuki; 田附　幸一; Nobuhiko Umetsu; 梅津　暢彦
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-07-26
Filing date: 2002-07-26
Publication date: 2004-02-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an irradiation device which irradiates the whole surface of a matter to be irradiated with uniform energy even when a solid laser is employed as a laser light source. <P>SOLUTION: The irradiation device is equipped with a laser light deflecting unit 9 consisting of a galvanometer 12 and a deflecting mirror 13 attached to the galvanometer 12. The galvanometer 12 vibrates the deflecting mirror 13 into a direction perpendicular to the moving direction of a movable stage 11, so that the irradiating region of laser light in an annealing object 14 is moved with a given speed. In this case, the laser light deflecting unit 9 deflects the laser light so that the moving locus of the irradiating region will become a triangular wave. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ポリシリコン薄膜トランジスタの製造などに適用して好適な照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、薄膜トランジスタなどの半導体素子を、単結晶シリコン基板上にシリコン薄膜を形成して作製する代わりに、ガラス基板やプラスチック基板上にシリコン薄膜を形成して作製する技術が開発されている。単結晶シリコン基板が高価であるのに対して、ガラス基板やプラスチック基板などは安価であるため、ガラス基板やプラスチック基板を使用した半導体素子は、コスト面で有利なものとなり、且つ大型化を図ることが容易になる。ガラス基板やプラスチック基板を使用した半導体素子は、大面積であり且つ微細化が要求されるアクティブマトリックス液晶ディスプレイなどに使用される。
【０００３】
ガラス基板やプラスチック基板上にシリコン薄膜を形成したときには、当該シリコン薄膜はアモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと称する。）となる。ａ−Ｓｉ薄膜を使用して半導体素子を形成すると、消費電力やスイッチング特性などの電気特性が不十分なものとなる。
【０００４】
しかし、ａ−Ｓｉは、アニールすることによってポリシリコン（以下、ｐ−Ｓｉと称する。）となる。ｐ−Ｓｉは、ａ−Ｓｉと比較して電子やホールの移動度が高く、電気特性が良好である。そこで、ガラス基板やプラスチック基板を使用して半導体素子を作製するときには、ガラス基板やプラスチック基板上にａ−Ｓｉを形成した後に、当該ａ−Ｓｉをアニールしている。
【０００５】
ところで、ガラス基板やプラスチック基板などは融点が低い。したがって、ガラス基板やプラスチック基板上にａ−Ｓｉ薄膜を形成して基板全体を加熱したときや、ａ−Ｓｉ薄膜に対してレーザ光を連続照射したときなどには、ガラス基板やプラスチック基板が加熱されすぎてしまい、例えば割れてしまうなどの問題が生じる虞がある。すなわち、ガラス基板やプラスチック基板上に形成されたａ−Ｓｉ薄膜をアニールするときには、基板全体を加熱することなどが不可能となる。
【０００６】
以上説明した理由により、ガラス基板やプラスチック基板上に形成されたａ−Ｓｉ薄膜をアニールする方法としては、ガラス基板やプラスチック基板上のａ−Ｓｉにエキシマレーザなどの高出力レーザを照射してａ−Ｓｉのみを局所的に加熱することにより、ａ−Ｓｉを融解して再結晶化するレーザアニール法が採用されている。
【０００７】
図１９に示すように、レーザアニール装置１００では、先ず、レーザ光源１０１が、レーザ光を射出する。次に、ホモジナイザなどを備えるレーザ光成形光学系１０２が、レーザ光の光軸に垂直な断面のエネルギー密度を平均化するとともに、当該断面を成形して例えば２００ｍｍ×０．４ｍｍのライン状とする。次に、折り返しミラー１０３が、レーザ成形光学系１０２から射出されたレーザ光を反射して対物レンズ１０４へ導光する。そして、対物レンズ１０４が、レーザ光を、可動ステージ１０５に支持されたａ−Ｓｉなどのアニール対象物１０６に対して照射する。また、可動ステージ１０５は、アニール対象物１０６におけるレーザ光の照射領域１０６ａの短辺方向に移動する。なお、以下では、照射領域１０６ａの短辺方向をＸ方向と称し、Ｘ方向に対して９０°異なる方向をＹ方向と称する。レーザアニール装置１００は、可動ステージ１０５をＸ方向に移動させながら、レーザ光をアニール対象物１０６に対して照射することにより、アニール対象物１０６の全体をアニールする。
【０００８】
レーザアニール装置１００では、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを使用している。エキシマレーザの動作原理は以下に説明する通りとなる。先ず、希ガスとハロゲンガスとの混合ガスを通して放電を起こすことで、希ガスを励起させる。次に、励起された希ガスがハロゲンと結合し、励起したエキシマ分子が形成される。そして、エキシマ分子が基底状態に戻るときに、レーザビームが射出される。なお、エキシマレーザは、エキシマ分子が励起したときの不安定性などから連続発振はできず、パルス発振を行う。
【０００９】
以上説明したレーザアニール装置１００においては、可動ステージ１０５の移動速度を、以下に説明するように決定する。
【００１０】
まず、可動ステージ１０５は、アニール対象物１０６全体に対してレーザ光が照射される速度で移動する必要がある。可動ステージ１０５が、アニール対象物１０６全体に対してレーザ光が照射される速度で移動するためには、可動ステージ１０５の移動速度をＶｓｔａｇｅ（ｍｍ／ｓ）とし、照射領域１０６ａの短辺の長さをＷｙ（ｍｍ）とし、レーザ光源１０１がａ（但し、ａは自然数。）回目にレーザ光をパルス発振してから（ａ＋１）回目にレーザ光をパルス発振するまでの時間をｔ（ｓ）としたときに、以下の式４が成立する必要がある。
【００１１】
Ｖｓｔａｇｅ≦Ｗｙ／ｔ・・・式４
Ｖｓｔａｇｅ＞Ｗｙ／ｔであるときには、レーザ光源１０１におけるパルス発振の繰り返し周波数に対してＶｓｔａｇｅが速い。すなわち、Ｖｓｔａｇｅ＞Ｗｙ／ｔであるときには、ａ回目（但し、ａは自然数。）にパルス発振されたレーザ光の照射領域と（ａ＋１）回目にパルス発振されたレーザ光の照射領域との間に空間が生じるために、アニール対象物１０６上に、レーザ光が照射されずにアニールされない領域が生じる。したがって、Ｖｓｔａｇｅは、式４を満たす必要がある。
【００１２】
また、Ｖｓｔａｇｅ≦Ｗｙ／ｔであるときには、図２０に示すように、ａ回目にパルス発振されたレーザ光による照射領域１０６ａ１と（ａ＋１）回目にパルス発振されたレーザ光による照射領域１０６ａ２とが、所定の面積だけ重畳する。照射領域全体の面積に対する隣接した照射領域と重畳した領域の面積の割合（以下、オーバーラップ量と称する。）ＯＬは、レーザ光がアニール対象物１０６上の一点に照射される平均回数をｎ回（但し、ｎ＞０）としたときに、以下の式５で示される。
【００１３】
ＯＬ＝（ｎ−１）／ｎ・・・式５
以上説明したレーザアニール装置１００では、ｎ≧１０とすることでａ−Ｓｉを充分にアニールすることが可能となり、電子やホールの移動度が高く良好な電気特性を有するｐ−Ｓｉを形成することが可能となる。一方、ｎが大きすぎるときには、ａ−Ｓｉの表面が割れたり、ａ−Ｓｉ全体をアニールするために時間がかかりｐ−Ｓｉの生産効率が落ちるなどの問題が生じるため、ｎは大きすぎない方が好ましい。
【００１４】
以上説明した理由により、レーザアニール装置１００では、ｎ＝１０（ＯＬ＝０．９）としている。また、エキシマレーザを採用しているために、レーザ光源１０１におけるパルス発振の繰り返し周波数Ｆｒｅｐは、２００Ｈｚである。
【００１５】
また、Ｖｓｔａｇｅは、以下の式６で表される。
【００１６】
Ｖｓｔａｇｅ＝（１−ＯＬ）×Ｗｙ×Ｆｒｅｐ・・・式６
したがって、レーザアニール装置１において、Ｗｙ＝０．４（ｍｍ）とされているときには、Ｖｓｔａｇｅ＝８ｍｍ／ｓに設定されている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エキシマレーザは、以上説明したようにガスを使用しており、ＸｅやＣｌ２などのガスが充填されている。エキシマレーザに充填されているガスは、化学反応を起こすことや、不純物ガスが発生すること、少しずつ漏れることなどによって劣化する。したがって、エキシマレーザは、ガスの劣化に伴ってガスを交換する必要がある。ガスを交換するときには、エキシマレーザから射出されるレーザ光のエネルギーが不安定となる。したがって、エキシマレーザを使用したときには、ガスの交換によって生産効率が低下する。
【００１８】
また、エキシマレーザでは、共振器部分であるガスチャンバーの信頼性が低く、定期的なメンテナンスにおけるガスチャンバーの交換によっても、レーザ光から射出されるエネルギーが非常に不安定になることがある。
【００１９】
一方、射出するレーザ光のエネルギーが安定であり、信頼性が高く制御性が良いレーザ光源としては、固体レーザが知られている。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を光によって励起して、レーザ光の射出を行う装置である。レーザアニール装置１００のレーザ光源１０１として固体レーザを採用することによって、エキシマレーザを採用したときに生じる問題点が解決されると考えられる。
【００２０】
固体レーザは、パルス当たりのエネルギー量がエキシマレーザと比較して小さいが、パルス発振の繰り返し周波数を上げることにより、射出するエネルギーの量を増やしている。例えば、エキシマレーザでは、パルス当たりのエネルギー量が１Ｊであり且つパルス発振の繰り返し周波数が２００Ｈｚであるため、１秒間に射出するエネルギー量は２００Ｗである。一方、固体レーザでは、パルス当たりのエネルギー量が１ｍＪであり且つパルス発振の繰り返し周波数が１０ｋＨｚであるため、１秒間に射出するエネルギー量は１０Ｗである。したがって、当該固体レーザを２０個使用することにより、エキシマレーザと同じエネルギーをａ−Ｓｉに対して照射することが可能となる。
【００２１】
ところで、固体レーザは、エキシマレーザと比較してパルス発振の繰り返し周波数が約５０倍である。したがって、レーザ光源１０１として固体レーザを採用したときには、ＯＬ量を上げないために、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときと比較して、Ｖｓｔａｇｅを約５０倍とする必要がある。
【００２２】
しかしながら、Ｖｓｔａｇｅは、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときに対して５０倍とすると、非常に高速となる。例えば、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときにＶｓｔａｇｅ＝８ｍｍ／ｓとされているときには、約５０倍とすると、Ｖｓｔａｇｅ＝４００ｍｍ／ｓとなる。したがって、Ｖｓｔａｇｅを約５０倍とすると、可動ステージ１０５が摩耗するなどの問題が生じる虞がある。
【００２３】
また、アニール対象物１０６をアニールするときには、アニール対象物１０６に対して、光軸に垂直な断面のエネルギー密度が一定範囲内にあるレーザ光を照射する必要がある。
【００２４】
固体レーザを光源として使った場合は、レーザ出力が理想的なガウシアンビームに近いため、アニール対象物１０６に対してレーザ光を均一化照射したときに、照射領域１０６ａの周縁部のエネルギー密度がなだらかに低くなるために、照射領域１０６ａの周縁部はアニールに必要な所定のエネルギー密度を満たさなくなり、結果的にアニールに寄与しなくなる。すなわち、固体レーザにおいて照射領域１０６ａの周縁部が長くなると、レーザ光のエネルギーの利用効率が悪くなる。固体レーザの１パルス当たりのエネルギー量が小さいことを併せると、エネルギー利用効率の低下は、アニールするために充分なエネルギーを得る上で不利となる。すなわち、レーザ光源１０１として固体レーザを採用したときには、レーザ光の光軸に対して垂直な断面の形状をライン状に成形するよりも、アスペクト比が低い形状、例えば正方形に近い形状に成形することが好ましい。
【００２５】
しかしながら、レーザ光の光軸に対して垂直な断面の形状をアスペクト比が低い形状に成形すると、レーザ光源１０１としてエキシマレーザを採用したときと比較して、Ｖｓｔａｇｅを約５０倍よりも更に速くする必要が生じる。したがって、可動ステージ１０５が摩耗するなどの問題が生じる虞がある。
【００２６】
本発明は、以上説明した従来の実情を鑑みて提案されたものであり、レーザ光源として、１パルス当たりのエネルギー量が小さく、パルス発振の繰り返し周波数が高い固体レーザを採用したときにも、ステージに負担をかけるなどの問題を起すことなく、被照射物の全面に対して、充分なエネルギーのレーザ光を均一に且つ効率良く照射することが可能である照射装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明を適用した照射装置は、レーザ光をパルス発振する固体レーザと、所定の方向に移動可能とされており、被照射物を支持するステージと、上記各レーザ光を上記被照射物に対して照射する照射手段と、上記被照射物上の照射領域を移動させる照射領域移動手段とを備え、上記照射領域移動手段は、上記被照射物における上記照射領域の移動軌跡が三角波となるように、上記照射領域を、上記ステージの移動方向に対する角度がθ°（０＜θ≦９０）となる方向へ移動させることを特徴とする。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
本発明を適用したレーザアニール装置１は、図１に示すように、第１の固体レーザ２と、第２の固体レーザ３と、第３の固体レーザ４と、第４の固体レーザ５と、第５の固体レーザ６と（以下、総称するときには第１〜第５の固体レーザ２〜６と称する。）、ビーム重ね合わせ光学系７と、レーザ光成形光学系８と、レーザ光偏向部９と、ｆθレンズ１０と、可動ステージ１１とを備える。
【００３０】
第１〜第５の固体レーザ２〜６は、レーザ光を射出する。固体レーザは、半導体を除く結晶やガラスなどの透明物質を母体材料とし、母体材料中に希土類イオンや遷移金属イオンなどをドープした固体レーザ材料を、光によって励起してレーザビームを射出する。固体レーザの具体例としては、Ｎｄ：ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）レーザ、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｎｄ：ＹＬＦ（イットリウムリチウムフルオライド）レーザ、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ、及びこれらの高調波レーザなどが挙げられる。
【００３１】
ビーム重ね合わせ光学系７は、第１〜第５の固体レーザ２〜６から射出された各レーザ光を１つに重ね合わせて射出する。
【００３２】
レーザ光成形光学系８は、ホモジナイザなどを備えており、レーザ光の光軸に垂直な断面のエネルギー密度を平均化するとともに当該断面を成形する。固体レーザは理想的なガウシアンビームであるため、照明均一化を行っても照明エリアの周辺部分までは均一化困難であることが知られている。つまり、レーザ光をアニール対象物１４に対して照射したときには、照射領域１４ａの周縁部はアニールに寄与せず結果的に利用できない。すなわち、第１〜第５のレーザ光源２〜６として固体レーザを採用したときに、レーザ光源としてエキシマレーザを採用したときと同様に当該断面をライン状に成形すると、アニール対象物１４に対して充分なエネルギーのレーザ光を高効率に照射することが困難となるために、当該断面の形状をアスペクト比が低い形状に成形することが好ましい。レーザアニール装置１では、当該断面のサイズを０．５４７ｍｍ×０．５４７ｍｍに成形している。なお、断面のサイズは、０．５４７ｍｍ×０．５４７ｍｍに限定されるものではなく、異なるサイズとしても良い。
【００３３】
レーザ光偏向部９は、レーザ光成形光学系８から射出されたレーザ光を偏向し、可動ステージ１１によって支持されたアニール対象物１４上の照射領域１４ａを移動させる。
【００３４】
レーザ光偏向部９は、ガルバノメータ１２と反射鏡１３とを備える。反射鏡１３はガルバノメータ１２に取り付けられている。ガルバノメータ１２は、図中矢印Ｍ方向に反射鏡１３を振動させ、アニール対象物１４におけるレーザ光の照射面に対する反射鏡１３の光反射面の角度を変化させることにより、レーザ光を図１中矢印Ａ方向へ偏向し、照射領域１４ａを矢印Ａ方向へ移動させる。反射鏡１３がθ°回転したときには、レーザ光は２θ°偏向する。
【００３５】
レーザ光偏向部９がレーザ光成形光学系８から射出されたレーザ光を矢印Ａ方向へ偏向することにより、レーザアニール装置１は、照射領域１４ａを矢印Ａ方向へ移動させることが可能となり、レーザ光の光軸に垂直な断面をアスペクト比が低い形状としたときにも、アニール対象物１４の全面を照射してアニールすることが可能となる。
【００３６】
なお、レーザ光偏向部９がレーザ光を偏向するときの具体的な動作については、詳細を後述する。なお、本実施の形態では、レーザ光偏向部９をガルバノメータ１２及び反射鏡１３によって構成したが、レーザ光偏向部９は、ガルバノメータ１２及び反射鏡１３によって構成されるもの限定されず、例えばポリゴンミラーによって構成することもできる。
【００３７】
ｆθレンズ１０は、反射鏡１３によって反射されたレーザ光を、可動ステージ１１に支持されたアニール対象物１４に対して照射する。
【００３８】
可動ステージ１１は、ａ−Ｓｉなどのアニール対象物１４を支持する。また、可動ステージ１１は、矢印Ａ方向に対して垂直である図１中矢印Ｂ方向へ移動する。
【００３９】
以上説明したように、レーザアニール装置１では、レーザ光偏向部９が、レーザ光成形光学系８から射出されたレーザ光を矢印Ａ方向に偏向することで、アニール対象物１４上の照射領域１４ａが、可動ステージ１１の移動方向である矢印Ｂ方向に対して垂直な方向に移動する。レーザアニール装置１では、レーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向と可動ステージ１１の移動とを組み合わせることによって、アニール対象物１４の全面を照射する。
【００４０】
以下では、レーザ光偏向部９がレーザ光を偏向するときの具体的な動作、及び可動ステージ１１の移動について詳細に説明する。
【００４１】
第１の方法としては、可動ステージ１１を静止した状態でレーザ偏向部９によってレーザ光を偏向させて照射領域１４ａをアニール対象物１４の矢印Ａ方向の一端から他端まで移動させることと、レーザ光偏向部９を静止した状態で可動ステージ１１を矢印Ｂ方向へ移動させることとを、交互に行う方法が挙げられる（以下、ステップアンドリピート法と称する。）。
【００４２】
しかしながら、ステップアンドリピート法を採用すると、可動ステージ１１の移動と静止とを交互に繰り返す必要が生じるために、可動ステージ１１に過負荷がかかる。また、可動ステージ１１の移動とレーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向とを同期させる必要が生じ、可動ステージ１１及びレーザ光偏向部９に対して複雑な制御を行う必要が生じる。したがって、レーザアニール装置１では、ステップアンドリピート法を採用することは困難となる。
【００４３】
第２の方法としては、図２に示すように、可動ステージ１１を矢印Ｂ方向へ定速移動させながら、レーザ光偏向部９が、レーザ光を、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡が正弦波となるように偏向する方法が挙げられる。アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を正弦波とすることで、可動ステージ１１は移動と静止とを交互に繰り返す必要がなくなり、また、可動ステージ１１の移動とレーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向とを同期させる必要もなくなる。
【００４４】
そこで、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を正弦波として、照射領域１４ａの移動軌跡の周波数すなわち１秒間にガルバノメータ１２が振動する周波数（以下、ガルバノメータ１２の振動周波数と称する。）を３３Ｈｚとし、反射鏡１３の振り幅を１０ｍｍとし、可動ステージ１１の移動スピードを１３ｍｍ／ｓとしてａ−Ｓｉのアニールを行い、ａ−Ｓｉの表面に照射されるレーザ光の照射回数について検討し、図３及び図４に示す結果を得た。
【００４５】
なお、図３は、アニールされたａ−Ｓｉの表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００４６】
また、図４（Ａ）は図３中Ｃ−Ｃ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図４（Ｂ）は図３中Ｄ−Ｄ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図４（Ｃ）は図３中Ｅ−Ｅ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図４（Ｄ）は図３中Ｆ−Ｆ’線上における照射位置と照射回数との関係を示している。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、それぞれ横軸が矢印Ａ方向に沿った照射位置を表しており、縦軸が照射回数を示している。
【００４７】
図３及び図４に示すように、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を正弦波としてａ−Ｓｉのアニールを行ったときには、矢印Ａ方向の両端部に近接するに従って、照射回数が増えてしまい、基板全面の均一照射ができないことがわかる。
【００４８】
第３の方法としては、図５に示すように、可動ステージ１１を矢印Ｂ方向へ移動させながら、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡が三角波となるように、レーザ光偏向部９がレーザ光を矢印Ａ方向へ偏向する方法が挙げられる。アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波とするためには、矢印Ｂ方向に対する振動方向をθ°（但し、０＜θ≦９０）とし、且つ照射領域の移動速度を一定として、反射鏡１３を振動する。以上説明したように反射鏡１３を振動することによって、矢印Ｂ方向を時間軸としたときの照射領域の軌跡が、三角波となる。照射領域１４ａの移動軌跡が三角波であるときにも、可動ステージ１１は移動と静止とを交互に繰り返す必要がなくなり、また、可動ステージ１１の移動とレーザ光偏向部９によるレーザ光の偏向とを同期させる必要もなくなる。
【００４９】
そこで、照射領域１４ａの移動軌跡を三角波とし、ガルバノメータ１２の振動周波数を３３Ｈｚとし、反射鏡１３の振り幅を１０ｍｍとし、可動ステージ１１の移動スピードを１３ｍｍ／ｓとしてａ−Ｓｉのアニールを行い、ａ−Ｓｉの表面に照射されるレーザ光の照射回数について検討し、図６及び図７に示す結果を得た。
【００５０】
なお、図６は、アニールされたａ−Ｓｉの表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００５１】
また、図７（Ａ）は図６中Ｇ−Ｇ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図７（Ｂ）は図６中Ｈ−Ｈ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図７（Ｃ）は図６中Ｉ−Ｉ’線上における照射位置と照射回数との関係を示しており、図７（Ｄ）は図６中Ｊ−Ｊ’線上における照射位置と照射回数との関係を示している。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、それぞれ横軸が矢印Ａ方向に沿った照射位置を表しており、縦軸が照射回数を示している。
【００５２】
図６及び図７に示すように、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波としてａ−Ｓｉのアニールを行ったときには、照射位置に拘わらず照射回数は略一定となる。したがって、レーザアニール装置１においては、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波とすることにより、レーザ光を効率良く利用し、ａ−Ｓｉの全面に対して充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射し、ａ−Ｓｉ全面を均一にアニールすることが可能となる。
【００５３】
以下では、アニール対象物１４上の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波としたときのガルバノメータ１２の振動周波数について検討する。
【００５４】
先ず、ガルバノメータ１２の振動周波数をｆとし、第１〜第５の固体レーザ２〜６におけるパルス発振の繰り返し周波数をＦｒｅｐ（Ｈｚ）とし、照射領域１４ａのサイズをＷｘ（ｍｍ）×Ｗｙ（ｍｍ）とし、アニール対象物１４の矢印Ａ方向の長さをＤｍｍとし、可動ステージ１１の移動スピードをＶｓｔａｇｅ（ｍｍ／ｓ）とすると、可動ステージ１１がＷｙ（ｍｍ）移動する時間Ｔ（ｓ）は、以下の式７で表される。
【００５５】
Ｔ＝Ｗｙ／Ｖｓｔａｇｅ・・・式７
また、Ｗｘ（ｍｍ）×Ｗｙ（ｍｍ）で示される領域内における平均照射回数ｎは、以下の式８で表される。
【００５６】
ｎ＝（Ｗｘ×Ｗｙ×Ｆｒｅｐ）／（Ｖｓｔａｇｅ×Ｄ）・・・式８
式８より、以下に示す式９が成立する。
【００５７】
Ｖｓｔａｇｅ＝（Ｗｘ×Ｗｙ×Ｆｒｅｐ）／（ｎ×Ｄ）・・・式９
レーザアニール装置１では、可動ステージ１１がＷｙ（ｍｍ）移動する時間Ｔ（ｓ）内に、反射鏡１３が一周期以上振動する必要がある。可動ステージ１１がＷｙ（ｍｍ）移動する時間Ｔ（ｓ）内における反射鏡１３の振動が一周期未満であるときには、可動ステージ１１の移動速度に対してレーザ光偏向部９がレーザ光を偏向する速度が速く、アニール対象物１４上に照射されない領域が生じてしまう。したがって、ｆの最小値ｆｍｉｎは、以下の式１０で表される。
【００５８】
ｆｍｉｎ＝１／Ｔ＝Ｖｓｔａｇｅ／Ｗｙ＝（Ｗｘ×Ｆｒｅｐ）／（ｎ×Ｄ）・・・式１０
すなわち、ｆは以下の式１１を満たす必要が生じる。
【００５９】
ｆ≧ｆｍｉｎ＝（Ｆｒｅｐ×Ｗｘ）／（ｎ×Ｄ）・・・式１１
以下では、ｎ＝１０、Ｆｒｅｐ＝５ＫＨｚ、Ｄ＝２０ｍｍ、Ｗｘ＝Ｗｙ＝０．５４７ｍｍとしたときのｆを例に挙げて、ｆの更に適切な値について検討する。なお、式９よりＶｓｔａｇｅ＝７．４８（ｍｍ／ｓ）が成立し、式１０よりｆｍｉｎ＝１３．６７５（Ｈｚ）が成立する。
【００６０】
以上説明した条件でｆ＝１０．０（Ｈｚ）としてａ−Ｓｉをレーザアニールしたとき、すなわち、ｆ＜ｆｍｉｎでａ−Ｓｉをレーザアニールしたときには、図８に示す結果が得られた。なお、図８はアニール対象物１４の表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００６１】
図８より、ｆ＝１０．０（Ｈｚ）のときには、ｆ＜ｆｍｉｎであり、反射鏡１３の振動の一周期がＴ以上となるために、ａ−Ｓｉ上にはレーザ光が全く照射されず、ａ−Ｓｉ上にアニールされない領域が生じてしまう。したがって、レーザアニール装置１においては、ｆ＜ｆｍｉｎのときには、ａ−Ｓｉ全面を均一にはアニールできないことがわかる。
【００６２】
また、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）としてａ−Ｓｉをレーザアニールしたとき、すなわち、ｆ＞ｆｍｉｎでａ−Ｓｉをレーザアニールしたときには、図９に示す結果が得られた。なお、図９はアニール対象物１４の表面を示す画像であり、矢印Ａがレーザ光の偏向方向を示しており、矢印Ｂがステージの移動方向を示している。また、濃淡はレーザのパルス照射回数を示しており、色が白い領域ほどレーザ光の照射回数が多いことを示している。
【００６３】
図９より、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）のときには、ａ−Ｓｉの全面が照射されていることがわかる。すなわち、レーザアニール装置１では、ｆ＞ｆｍｉｎとすることによって、ａ−Ｓｉの全面がアニールされる。
【００６４】
しかしながら、図９より、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）としたときには、ａ−Ｓｉの全面がアニールされるものの、白い領域が線状となって周期的に現れることがわかる。すなわち、ｆ＝１５．０（Ｈｚ）としたときには、ａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面に、照射回数が多い領域が断続して周期的に現れることがわかる。照射回数の多い領域が断続して周期的に現れたｐ−Ｓｉを使用して液晶ディスプレイなどの回路を作製すると、例えば液晶ディスプレイの画面上に、照射回数の多い領域が線として現れてしまうなどの問題が生じてしまう。
【００６５】
一方、ｆ＝５７．０（Ｈｚ）のときには、図１０に示すように、ａ−Ｓｉの全面がアニールされるとともに、白い領域が分散して現れることがわかる。すなわち、ｆ＝５７．０（Ｈｚ）としたときには、ａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面に、照射回数の多い領域が全面的に分散して現れることがわかる。ｆ＝５７．０（Ｈｚ）のときのａ−Ｓｉ上の１点における照射回数ｎの度数分布は、図１１に示すように、ｎ＝１０で最大となり、ｎ＝１０以下又はｎ＝１０以上となるに従って、徐々に値が小さくなる分布となる。なお、図１１では、横軸がａ−Ｓｉ上の一点における照射回数を示しており、縦軸が度数を示している。
【００６６】
ｎ＝１０であるときのガルバノ周波数ｆと各点の照射回数のばらつきを示す標準偏差σとの関係を、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示す。例えばｆ＝１００（Ｈｚ）近傍など、ガルバノ周波数ｆの値によっては照射回数ばらつきσが著しく大きくなる条件があり、アニール対象物１４の表面に照射回数の多い領域が断続して周期的に現れてしまう。レーザアニール装置１では、σが大きくなる理由は、ｆ、Ｄ、Ｆｒｅｐ、Ｖｓｔａｇｅ、Ｗｘ、Ｗｙなどの各パラメータが同期しているためである。したがって、レーザアニール装置１においては、ｆ、Ｄ、Ｆｒｅｐ、Ｖｓｔａｇｅ、Ｗｘ、Ｗｙなどの各パラメータを、できるだけ互いに同期しない値とすることが好ましい。
【００６７】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）より、ｎ＝１０のときにσが最小となるのは、ｆ＝６７．７（Ｈｚ）のときであることがわかる。また、レーザアニール装置１においては、ｆ＝６７．７（Ｈｚ）と設定すると、ｆの変動に従ったσの変動が少ないことがわかる。以下では、σが最小となるｆの条件について述べる。
【００６８】
レーザアニール装置１は、ｆ＞ｆｍｉｎとし且つアニール対象物１４上の照射領域１４ａの軌跡が三角波となるように反射鏡１３を振動させることによって、アニール対象物１４全体をアニールしているため、１つの照射領域は隣接する照射領域のうち少なくとも１つとオーバーラップしていることとなる。以下では、１つの照射領域の面積と隣接する照射領域が重畳する面積との割合を、オーバーラップ量と称する。
【００６９】
オーバーラップ量全体をＯＬとし、図１３（Ａ）に示すような矢印Ａ方向のオーバーラップ量をＯＬｇａｌｖｏとし、図１３（Ｂ）に示すような矢印Ｂ方向のオーバーラップ量をＯＬｓｔａｇｅとすると、ＯＬ、ＯＬｇａｌｖｏ、ＯＬｓｔａｇｅは、以下の式１２に示す関係を満たす。
【００７０】
ＯＬ＝ＯＬｇａｌｖｏ＋ＯＬｓｔａｇｅ−ＯＬｇａｌｖｏ×ＯＬｓｔａｇｅ・・・式１２
図１４に示すように、ＯＬｇａｌｖｏ＝０となる周波数であるｆｏｐｔについて考えると、以下に示す３つの条件が成立する。
【００７１】
第１に、照射領域１４ａがＤ（ｍｍ）移動するために要する時間は、１／２ｆｏｐｔ（ｓ）であるため、照射領域１４ａの移動スピードは、Ｄ×２ｆｏｐｔ（ｍｍ／ｓ）となる。
【００７２】
第２に、ａ回目（但し、ａは自然数。）に第１〜第５の固体レーザ２〜６からパルスが発振された時間と（ａ＋１）回目に第１〜第５の固体レーザ２〜６からパルスが発振される時間との間隔は、１／Ｆｒｅｐとなる。
【００７３】
第３に、Ｄ×２ｆｏｐｔ／Ｆｒｅｐ＝Ｗｘが成立するために、以下に示す式１３が成立する。
【００７４】
ｆｏｐｔ＝（Ｗｘ×Ｆｒｅｐ）／２Ｄ・・・式１３
そして、式１３に具体的な値を入れると、ｆｏｐｔ＝６７．７となる。
【００７５】
また、σが最小となるのは、ｎの値に拘わらずｆ＝ｆｏｐｔである。したがって、レーザアニール装置１は、反射鏡１３を、ｆｏｐｔ（＝Ｗｘ×Ｆｒｅｐ／２Ｄ）で振動させることが好ましい。
【００７６】
ｆ＝６７．７（Ｈｚ）としてａ−Ｓｉをアニールしたときには、図１５に示すように、ａ−Ｓｉの全面が均一にアニールされ、白い領域がほとんど現れないことがわかる。ｆ＝６７．７（Ｈｚ）のときのａ−Ｓｉ上の一点における照射回数ｎの度数分布は、図１６に示すように、平均値ｎ＝１０を中心にばらつきの小さい分布となる。なお、図１６では、横軸がａ−Ｓｉ上の一点における照射回数を示しており、縦軸が相対度数を示している。
【００７７】
なお、ｆ、Ｄ、Ｆｒｅｐ、Ｖｓｔａｇｅ、Ｗｘ、Ｗｙなどの各パラメータに多少の誤差があってもσの値は変動が小さいことが好ましい。式１３より、以下に示す式１４が成立する。
【００７８】
δｆ／ｆ＝−δＤ／Ｄ＋δＦｒｅｐ／Ｆｒｅｐ＋δＷｘ／Ｗｘ・・・式１４
式１４より、各パラメータの変動はｆの変動に帰着することがわかる。また、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示すように、ｆ＝ｆｏｐｔであるときには、ｆが微変動してもσの値が急に大きくなることはない。したがって、レーザアニール装置１においては、反射鏡１３をｆｏｐｔで振幅させるように設定することで、アニール対象物１４の全面に対してレーザ光を均一に照射することが可能となり、且つｆが急に微変動することで、アニール対象物１４に対する照射が不均一となり、アニール対象物１４が不均一にアニールされることを防止できる。
【００７９】
また、照射される平均回数をｎ回が４の倍数もしくはその近傍値に限定する場合も同様に、ＯＬｇａｌｖｏ＝１／２となる周波数ｆｏｐｔ２でも各種のパラメータ変動に対して照射ばらつき変動の少ない条件がある。このときガルバノの周波数ｆｏｐｔ２は以下１５式で表される。
【００８０】
ｆｏｐｔ２＝（Ｗｘ×Ｆｒｅｐ）／４Ｄ・・・式１５
図１７、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は、照射される平均回数ｎを１２回とした場合のガルバノ周波数に対する照射ばらつきσを示したものである。式１３であらわされるｆｏｐｔ＝６８．４Ｈｚのほかに、式１５であらわされるｆｏｐｔ２＝３８．２Ｈｚでもばらつきσが小さくなることがわかる。
【００８１】
以上説明したように、レーザアニール装置１は、レーザ光偏向部９が可動ステージ１１の移動方向に対して垂直な方向である矢印Ａ方向にレーザ光を偏向し、アニール対象物１４におけるレーザ光の照射領域１４ａの移動軌跡を三角波としている。したがって、レーザアニール装置１は、レーザ光源としてパルス当たりのエネルギー量が少ない第１〜第５の固体レーザ２〜６を使用し、アニール対象物１４上のレーザ光の照射領域１４ａをアスペクト比が低い形状としたときにも、アニール対象物１４の全面に対して充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射し、アニール対象物１４全面を均一にアニールすることが可能となる。
【００８２】
また、レーザアニール装置１は、レーザ光源としてパルス発振の繰り返し周波数が高い第１〜第５の固体レーザ２〜６を使用したときにも、可動ステージ１１に負担をかけることなく、アニール対象物１４の全面に対して充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射し、アニール対象物１４全面を均一にアニールすることが可能となる。
【００８３】
なお、レーザアニール装置１では、光源として５台の固体レーザを使用したが、本発明を適用したレーザアニール装置１においては、光源として使用される固体レーザの数は５台に限定されるものではなく、１台又は複数台としても良い。
【００８４】
【発明の効果】
本発明に係る照射装置は、照射領域移動手段が、被照射物における照射領域の移動軌跡が三角波となるように、ステージの移動方向に対して垂直な方向へ、照射領域を移動させている。したがって、本発明に係る照射装置は、レーザ光源としてパルス当たりのエネルギー量が少ない固体レーザを使用し、レーザ光の照射領域をアスペクト比が低い形状としたときにも、被照射物の全面に対して、充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射することが可能となる。
【００８５】
また、照射装置は、レーザ光源としてパルス発振の繰り返し周波数が高い固体レーザを使用したときにも、ステージに負担をかけることなく、被照射物の全面に対して、充分なエネルギーのレーザ光を均一に照射することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したレーザアニール装置を示す模式図である。
【図２】アニール対象物上の正弦波を示す模式図である。
【図３】照射領域の軌跡が正弦波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図４】同ｐ−Ｓｉにおけるレーザ光の照射位置とレーザ光の照射回数との関係を示す図である。
【図５】アニール対象物上の三角波を示す模式図である。
【図６】照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図７】同ｐ−Ｓｉにおけるレーザ光の照射位置とレーザ光の照射回数との関係を示す図である。
【図８】反射鏡の振動周波数を１０．０Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図９】反射鏡の振動周波数を１５．０Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図１０】反射鏡の振動周波数を５７．０Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図１１】同ｐ−Ｓｉにおける照射回数の分布を示す図である。
【図１２】ｎ＝１０としたときの反射鏡の振動周波数と照射回数のばらつきを示す標準偏差との関係を示す図である。
【図１３】本発明を適用したレーザアニール装置における照射領域のオーバーラップ量を示す模式図であり、（Ａ）はレーザ光の偏向方向のオーバーラップ量を示す図であり、（Ｂ）は可動ステージの移動歩行のオーバーラップ量を示す図である。
【図１４】レーザ光方向のオーバーラップ量が０となるような照射領域の移動を示す模式図である。
【図１５】反射鏡の振動周波数を６８．５Ｈｚとし、且つ照射領域の軌跡が三角波となるようにレーザ光を偏向しながらａ−Ｓｉをアニールして得られたｐ−Ｓｉの表面を示す図である。
【図１６】同ｐ−Ｓｉにおける照射回数の分布を示す図である。
【図１７】ｎ＝１２としたときの反射鏡の振動周波数と照射回数のばらつきを示す標準偏差との関係を示す図である。
【図１８】ｎ＝１２としたときの反射鏡の振動周波数と照射回数のばらつきを示す標準偏差との関係を示す図であり、（Ａ）はｆｏｐｔ＝６８．４Ｈｚ付近の拡大図であり、（Ｂ）はｆｏｐｔ２＝３８．２Ｈｚ付近の拡大図である。
【図１９】従来のレーザアニール装置を示す模式図である。
【図２０】同レーザアニール装置における照射領域のオーバーラップ量を示す模式図である。
【符号の説明】
１　レーザアニール装置、２　第１の固体レーザ、３　第２の固体レーザ、４第３の固体レーザ、５　第４の固体レーザ、６　第５の固体レーザ、７　ビーム重ね合わせ光学系、８　レーザ光成形光学系、９　レーザ光偏向部、１０　ｆθレンズ、１１　可動ステージ、１２　ガルバノメータ、１３　反射鏡、１４　アニール対象物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an irradiation apparatus suitable for application to the manufacture of polysilicon thin film transistors, for example.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a technique for forming a semiconductor element such as a thin film transistor by forming a silicon thin film on a glass substrate or a plastic substrate instead of forming a silicon thin film on a single crystal silicon substrate has been developed. Since a single crystal silicon substrate is expensive, a glass substrate, a plastic substrate, and the like are inexpensive. Therefore, a semiconductor element using the glass substrate or the plastic substrate is advantageous in terms of cost and increases in size. It becomes easy. A semiconductor element using a glass substrate or a plastic substrate is used for an active matrix liquid crystal display having a large area and requiring miniaturization.
[0003]
When a silicon thin film is formed on a glass substrate or a plastic substrate, the silicon thin film becomes amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si). When a semiconductor element is formed using an a-Si thin film, electrical characteristics such as power consumption and switching characteristics become insufficient.
[0004]
However, a-Si becomes polysilicon (hereinafter referred to as p-Si) by annealing. p-Si has higher mobility of electrons and holes than a-Si, and has good electrical characteristics. Therefore, when a semiconductor element is manufactured using a glass substrate or a plastic substrate, the a-Si is annealed after forming a-Si on the glass substrate or the plastic substrate.
[0005]
By the way, glass substrates and plastic substrates have a low melting point. Therefore, when an a-Si thin film is formed on a glass substrate or a plastic substrate and the entire substrate is heated, or when a laser beam is continuously irradiated on the a-Si thin film, the glass substrate or the plastic substrate is heated. For example, there is a possibility that problems such as cracking may occur. That is, when an a-Si thin film formed on a glass substrate or a plastic substrate is annealed, it becomes impossible to heat the entire substrate.
[0006]
For the reason described above, as a method of annealing an a-Si thin film formed on a glass substrate or a plastic substrate, a-Si on the glass substrate or the plastic substrate is irradiated with a high output laser such as an excimer laser. A laser annealing method is adopted in which a-Si is melted and recrystallized by locally heating only -Si.
[0007]
As shown in FIG. 19, in the laser annealing apparatus 100, first, the laser light source 101 emits laser light. Next, a laser beam shaping optical system 102 equipped with a homogenizer or the like averages the energy density of a cross section perpendicular to the optical axis of the laser light, and shapes the cross section into a line shape of, for example, 200 mm × 0.4 mm. . Next, the folding mirror 103 reflects the laser light emitted from the laser shaping optical system 102 and guides it to the objective lens 104. Then, the objective lens 104 irradiates the annealing object 106 such as a-Si supported by the movable stage 105 with laser light. In addition, the movable stage 105 moves in the short side direction of the laser light irradiation region 106 a in the annealing target 106. Hereinafter, the short side direction of the irradiation region 106a is referred to as an X direction, and a direction different from the X direction by 90 ° is referred to as a Y direction. The laser annealing apparatus 100 anneals the entire annealing target object 106 by irradiating the annealing target object 106 with laser light while moving the movable stage 105 in the X direction.
[0008]
In the laser annealing apparatus 100, an excimer laser is used as the laser light source 101. The operating principle of the excimer laser is as described below. First, a rare gas is excited by causing a discharge through a mixed gas of a rare gas and a halogen gas. Next, the excited rare gas combines with the halogen to form excited excimer molecules. Then, when the excimer molecule returns to the ground state, a laser beam is emitted. The excimer laser cannot oscillate continuously due to instability when excimer molecules are excited, and performs pulse oscillation.
[0009]
In the laser annealing apparatus 100 described above, the moving speed of the movable stage 105 is determined as described below.
[0010]
First, the movable stage 105 needs to move at a speed at which laser light is irradiated to the entire annealing target 106. In order for the movable stage 105 to move at a speed at which the laser beam is irradiated to the entire annealing target 106, the moving speed of the movable stage 105 is Vstage (mm / s), and the length of the short side of the irradiation region 106a is long. Let Wy (mm) be the time from when the laser light source 101 pulses the laser light a (where a is a natural number) times until the laser light is pulsed (a + 1) times t (s) The following formula 4 needs to be satisfied.
[0011]
Vstage ≦ Wy / t Equation 4
When Vstage> Wy / t, Vstage is faster than the pulse oscillation repetition frequency in the laser light source 101. That is, when Vstage> Wy / t, between the irradiation region of the laser light pulsed a-th (where a is a natural number) and the irradiation region of the laser light pulsed (a + 1) -th time Since the space is generated, a region that is not annealed without being irradiated with laser light is generated on the annealing target object 106. Therefore, Vstage needs to satisfy Expression 4.
[0012]
Further, when Vstage ≦ Wy / t, as shown in FIG. 20, the irradiation region 106a1 by the laser light pulsed a-th time and the irradiation region 106a2 by the laser light pulsed by the (a + 1) th time are Overlap by a predetermined area. The ratio of the area of the region overlapped with the adjacent irradiation region to the entire irradiation region (hereinafter referred to as an overlap amount) OL is the average number of times the laser beam is irradiated to one point on the annealing object 106 n times. (Where n> 0), the following expression 5 is obtained.
[0013]
OL = (n−1) / n Equation 5
In the laser annealing apparatus 100 described above, it is possible to sufficiently anneal a-Si by setting n ≧ 10, and to form p-Si having high mobility of electrons and holes and good electrical characteristics. Is possible. On the other hand, when n is too large, there is a problem that the surface of a-Si is cracked or the entire a-Si is annealed and it takes time to reduce the production efficiency of p-Si. Is preferred.
[0014]
For the reason described above, in the laser annealing apparatus 100, n = 10 (OL = 0.9). Since the excimer laser is employed, the pulse oscillation repetition frequency Frep in the laser light source 101 is 200 Hz.
[0015]
Further, Vstage is expressed by the following Expression 6.
[0016]
Vstage = (1-OL) × Wy × Frep Equation 6
Therefore, in the laser annealing apparatus 1, when Wy = 0.4 (mm), Vstage = 8 mm / s is set.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the excimer laser uses a gas as described above, and is filled with a gas such as Xe or Cl2. The gas filled in the excimer laser is deteriorated by causing a chemical reaction, generation of impurity gas, or leaking little by little. Therefore, the excimer laser needs to exchange gas as the gas deteriorates. When the gas is exchanged, the energy of the laser beam emitted from the excimer laser becomes unstable. Therefore, when an excimer laser is used, the production efficiency decreases due to gas exchange.
[0018]
In addition, in the excimer laser, the reliability of the gas chamber which is the resonator part is low, and the energy emitted from the laser beam may become very unstable even if the gas chamber is replaced during regular maintenance.
[0019]
On the other hand, a solid-state laser is known as a laser light source with stable energy of emitted laser light, high reliability, and good controllability. A solid-state laser is an apparatus that emits laser light by exciting a solid-state laser material doped with rare earth ions or transition metal ions into the base material using a transparent material such as crystal or glass excluding a semiconductor as a base material. It is. By adopting a solid-state laser as the laser light source 101 of the laser annealing apparatus 100, it is considered that the problems that occur when an excimer laser is employed are solved.
[0020]
The solid laser has a smaller energy amount per pulse than the excimer laser, but the amount of energy to be emitted is increased by increasing the repetition frequency of the pulse oscillation. For example, in an excimer laser, the amount of energy per pulse is 1 J and the repetition frequency of pulse oscillation is 200 Hz, so the amount of energy emitted per second is 200 W. On the other hand, in the solid-state laser, the energy amount per pulse is 1 mJ and the repetition frequency of pulse oscillation is 10 kHz, so the energy amount emitted per second is 10 W. Therefore, by using 20 of the solid lasers, it is possible to irradiate a-Si with the same energy as the excimer laser.
[0021]
By the way, the solid-state laser has a pulse oscillation repetition frequency approximately 50 times that of the excimer laser. Therefore, when a solid-state laser is used as the laser light source 101, the Vstage needs to be about 50 times that when an excimer laser is used as the laser light source 101 in order not to increase the OL amount.
[0022]
However, Vstage is very fast when the excimer laser is used as the laser light source 101 by 50 times. For example, when an excimer laser is used as the laser light source 101 and Vstage = 8 mm / s, if it is about 50 times, Vstage = 400 mm / s. Therefore, when Vstage is about 50 times, there is a possibility that problems such as wear of the movable stage 105 may occur.
[0023]
Further, when annealing the annealing target object 106, it is necessary to irradiate the annealing target object 106 with a laser beam whose energy density in a cross section perpendicular to the optical axis is within a certain range.
[0024]
When a solid-state laser is used as a light source, the laser output is close to an ideal Gaussian beam. Therefore, when the annealing target 106 is uniformly irradiated with laser light, the energy density at the peripheral portion of the irradiation region 106a is gentle. Therefore, the peripheral portion of the irradiation region 106a does not satisfy a predetermined energy density necessary for annealing, and consequently does not contribute to annealing. That is, when the peripheral edge of the irradiation region 106a becomes longer in the solid-state laser, the use efficiency of the laser beam energy becomes worse. Combined with the small amount of energy per pulse of the solid-state laser, the reduction in energy utilization efficiency is disadvantageous in obtaining sufficient energy for annealing. That is, when a solid-state laser is used as the laser light source 101, the shape of the cross section perpendicular to the optical axis of the laser light is formed into a shape with a low aspect ratio, for example, a shape close to a square, rather than a line shape. Is preferred.
[0025]
However, if the shape of the cross section perpendicular to the optical axis of the laser beam is formed into a shape with a low aspect ratio, the Vstage is further increased by about 50 times compared with the case where an excimer laser is adopted as the laser light source 101. Need arises. Therefore, there is a possibility that problems such as wear of the movable stage 105 may occur.
[0026]
The present invention has been proposed in view of the above-described conventional situation, and even when a solid-state laser having a small energy amount per pulse and a high repetition frequency of pulse oscillation is employed as a laser light source, An object of the present invention is to provide an irradiation apparatus capable of uniformly and efficiently irradiating a laser beam with sufficient energy to the entire surface of an irradiation object without causing a problem such as imposing a burden on the object. .
[0027]
[Means for Solving the Problems]
An irradiation apparatus to which the present invention is applied includes a solid-state laser that pulsates laser light, a stage that can move in a predetermined direction, a stage that supports the object to be irradiated, and each laser beam to the object to be irradiated. Irradiating means for irradiating and irradiating area moving means for moving the irradiating area on the irradiated object, the irradiating area moving means so that the movement locus of the irradiating area on the irradiated object becomes a triangular wave. The irradiation area is moved in a direction in which an angle with respect to the moving direction of the stage is θ ° (0 <θ ≦ 90).
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0029]
As shown in FIG. 1, a laser annealing apparatus 1 to which the present invention is applied includes a first solid-state laser 2, a second solid-state laser 3, a third solid-state laser 4, a fourth solid-state laser 5, A fifth solid-state laser 6 (hereinafter collectively referred to as first to fifth solid-state lasers 2 to 6), a beam superposing optical system 7, a laser beam shaping optical system 8, and a laser beam deflecting unit 9. And an fθ lens 10 and a movable stage 11.
[0030]
The first to fifth solid state lasers 2 to 6 emit laser beams. A solid-state laser uses a transparent material such as a crystal or glass other than a semiconductor as a base material, and a solid-state laser material doped with rare earth ions or transition metal ions in the base material is excited by light to emit a laser beam. Specific examples of the solid-state laser include an Nd: YAG (yttrium aluminum garnet) laser, an Nd: YVO4 laser, an Nd: YLF (yttrium lithium fluoride) laser, a Ti: Sapphire laser, and a harmonic laser thereof.
[0031]
The beam superimposing optical system 7 superimposes and emits the laser beams emitted from the first to fifth solid-state lasers 2 to 6.
[0032]
The laser beam shaping optical system 8 includes a homogenizer and the like, and averages the energy density of a section perpendicular to the optical axis of the laser beam and shapes the section. Since the solid-state laser is an ideal Gaussian beam, it is known that even if the illumination is uniformized, it is difficult to uniformize the peripheral portion of the illumination area. That is, when laser light is irradiated to the annealing object 14, the peripheral portion of the irradiation region 14a does not contribute to annealing and cannot be used as a result. That is, when a solid-state laser is employed as the first to fifth laser light sources 2 to 6, when the cross section is formed in a line shape in the same manner as when an excimer laser is employed as the laser light source, Since it is difficult to irradiate laser light with sufficient energy with high efficiency, it is preferable to shape the cross-sectional shape into a shape with a low aspect ratio. In the laser annealing apparatus 1, the size of the cross section is formed to 0.547 mm × 0.547 mm. The cross-sectional size is not limited to 0.547 mm × 0.547 mm, but may be a different size.
[0033]
The laser beam deflecting unit 9 deflects the laser beam emitted from the laser beam shaping optical system 8 and moves the irradiation region 14 a on the annealing target 14 supported by the movable stage 11.
[0034]
The laser beam deflecting unit 9 includes a galvanometer 12 and a reflecting mirror 13. The reflecting mirror 13 is attached to the galvanometer 12. The galvanometer 12 vibrates the reflecting mirror 13 in the direction of arrow M in the figure, and changes the angle of the light reflecting surface of the reflecting mirror 13 with respect to the irradiation surface of the laser light in the annealing object 14 to thereby convert the laser light into the arrow in FIG. The beam is deflected in the A direction, and the irradiation area 14a is moved in the arrow A direction. When the reflecting mirror 13 rotates by θ °, the laser beam is deflected by 2θ °.
[0035]
When the laser beam deflecting unit 9 deflects the laser beam emitted from the laser beam shaping optical system 8 in the direction of arrow A, the laser annealing apparatus 1 can move the irradiation region 14a in the direction of arrow A, and the laser Even when the cross section perpendicular to the optical axis of the light has a shape with a low aspect ratio, the entire surface of the annealing object 14 can be irradiated and annealed.
[0036]
The specific operation when the laser beam deflecting unit 9 deflects the laser beam will be described later in detail. In the present embodiment, the laser beam deflecting unit 9 is configured by the galvanometer 12 and the reflecting mirror 13. However, the laser beam deflecting unit 9 is not limited to the one configured by the galvanometer 12 and the reflecting mirror 13. Can also be configured.
[0037]
The fθ lens 10 irradiates the annealing target 14 supported by the movable stage 11 with the laser light reflected by the reflecting mirror 13.
[0038]
The movable stage 11 supports an annealing object 14 such as a-Si. The movable stage 11 moves in the direction of arrow B in FIG. 1 which is perpendicular to the direction of arrow A.
[0039]
As described above, in the laser annealing apparatus 1, the laser beam deflecting unit 9 deflects the laser beam emitted from the laser beam shaping optical system 8 in the direction of arrow A, so that the irradiation region 14 a on the annealing target 14 is irradiated. However, it moves in a direction perpendicular to the arrow B direction, which is the moving direction of the movable stage 11. In the laser annealing apparatus 1, the entire surface of the annealing target 14 is irradiated by combining the deflection of the laser beam by the laser beam deflecting unit 9 and the movement of the movable stage 11.
[0040]
Hereinafter, a specific operation when the laser beam deflecting unit 9 deflects the laser beam and the movement of the movable stage 11 will be described in detail.
[0041]
As a first method, the laser beam is deflected by the laser deflecting unit 9 while the movable stage 11 is stationary, and the irradiation region 14a is moved from one end to the other end in the arrow A direction of the annealing target 14, and laser There is a method of alternately moving the movable stage 11 in the direction of arrow B while the light deflecting unit 9 is stationary (hereinafter referred to as a step-and-repeat method).
[0042]
However, when the step-and-repeat method is adopted, it is necessary to alternately repeat the movement and stationary of the movable stage 11, so that the movable stage 11 is overloaded. Further, it is necessary to synchronize the movement of the movable stage 11 and the deflection of the laser beam by the laser beam deflecting unit 9, and it is necessary to perform complex control on the movable stage 11 and the laser beam deflecting unit 9. Therefore, it is difficult for the laser annealing apparatus 1 to adopt the step-and-repeat method.
[0043]
As a second method, as shown in FIG. 2, the laser beam deflecting unit 9 moves the irradiation region 14 a on the annealing object 14 while moving the movable stage 11 at a constant speed in the direction of arrow B. There is a method of deflecting so that the locus becomes a sine wave. By making the movement trajectory of the irradiation region 14a on the annealing object 14 a sine wave, the movable stage 11 does not need to repeat the movement and the stationary alternately, and the movement of the movable stage 11 and the laser beam deflecting unit 9 There is no need to synchronize the deflection of the laser beam.
[0044]
Therefore, the movement trajectory of the irradiation region 14a on the annealing object 14 is set as a sine wave, and the frequency of the movement trajectory of the irradiation region 14a, that is, the frequency at which the galvanometer 12 vibrates in one second (hereinafter referred to as the vibration frequency of the galvanometer 12). 33 Hz, the swing width of the reflecting mirror 13 is set to 10 mm, the moving speed of the movable stage 11 is set to 13 mm / s, a-Si annealing is performed, and the number of times of irradiation of the laser light applied to the surface of the a-Si is examined. The results shown in FIGS. 3 and 4 were obtained.
[0045]
FIG. 3 is an image showing the surface of annealed a-Si, where arrow A indicates the deflection direction of the laser light, and arrow B indicates the direction of movement of the stage. The shading indicates the number of laser pulse irradiations, and the whiter the region, the higher the number of laser light irradiations.
[0046]
4A shows the relationship between the irradiation position and the number of times of irradiation on the line CC ′ in FIG. 3, and FIG. 4B shows the position of irradiation and the number of times of irradiation on the line DD ′ in FIG. 4C shows the relationship between the irradiation position on the line EE ′ in FIG. 3 and the number of times of irradiation, and FIG. 4D shows the relationship on the line FF ′ in FIG. The relationship between the irradiation position and the frequency | count of irradiation in is shown. 4A to 4D, the horizontal axis represents the irradiation position along the arrow A direction, and the vertical axis represents the number of times of irradiation.
[0047]
As shown in FIGS. 3 and 4, when a-Si annealing is performed using the movement locus of the irradiation region 14 a on the annealing target 14 as a sine wave, the number of irradiations increases as the distance from the both ends in the direction of arrow A approaches. It increases, and it turns out that the uniform irradiation of the whole substrate surface cannot be performed.
[0048]
As a third method, as shown in FIG. 5, the laser beam deflecting unit 9 moves the movable stage 11 in the direction of arrow B so that the movement locus of the irradiation region 14 a on the annealing target 14 becomes a triangular wave. Is a method of deflecting laser light in the direction of arrow A. In order to make the movement locus of the irradiation region 14a on the annealing object 14 a triangular wave, the vibration direction with respect to the arrow B direction is θ ° (where 0 <θ ≦ 90), and the movement speed of the irradiation region is constant. The reflecting mirror 13 is vibrated. As described above, by vibrating the reflecting mirror 13, the locus of the irradiation region when the arrow B direction is the time axis becomes a triangular wave. Even when the movement locus of the irradiation area 14a is a triangular wave, the movable stage 11 does not have to repeat the movement and the stationary alternately, and the movement of the movable stage 11 and the deflection of the laser beam by the laser beam deflecting unit 9 can be performed. There is no need to synchronize.
[0049]
Therefore, a-Si is annealed with the movement locus of the irradiation region 14a as a triangular wave, the vibration frequency of the galvanometer 12 as 33 Hz, the swing width of the reflecting mirror 13 as 10 mm, and the movement speed of the movable stage 11 as 13 mm / s, The number of times of irradiation of the laser beam applied to the surface of a-Si was examined, and the results shown in FIGS. 6 and 7 were obtained.
[0050]
FIG. 6 is an image showing the surface of annealed a-Si, where arrow A indicates the deflection direction of the laser beam, and arrow B indicates the direction of movement of the stage. The shading indicates the number of laser pulse irradiations, and the whiter the region, the higher the number of laser light irradiations.
[0051]
7A shows the relationship between the irradiation position on the GG ′ line in FIG. 6 and the number of irradiations, and FIG. 7B shows the irradiation position on the HH ′ line in FIG. 6 and the number of irradiations. 7C shows the relationship between the irradiation position on the line II ′ in FIG. 6 and the number of times of irradiation, and FIG. 7D shows the relationship on the line JJ ′ in FIG. The relationship between the irradiation position and the frequency | count of irradiation in is shown. In each of FIGS. 7A to 7D, the horizontal axis represents the irradiation position along the arrow A direction, and the vertical axis represents the number of times of irradiation.
[0052]
As shown in FIGS. 6 and 7, when a-Si annealing is performed using the movement locus of the irradiation region 14 a on the annealing object 14 as a triangular wave, the number of irradiations is substantially constant regardless of the irradiation position. Therefore, in the laser annealing apparatus 1, by making the movement locus of the irradiation region 14a on the annealing object 14 a triangular wave, the laser light is efficiently used, and the laser light having sufficient energy with respect to the entire surface of a-Si. It is possible to uniformly anneal the entire surface of a-Si.
[0053]
Hereinafter, the vibration frequency of the galvanometer 12 when the movement locus of the irradiation region 14a on the annealing object 14 is a triangular wave will be considered.
[0054]
First, the vibration frequency of the galvanometer 12 is f, the repetition frequency of pulse oscillation in the first to fifth solid-state lasers 2 to 6 is Frep (Hz), and the size of the irradiation region 14a is Wx (mm) × Wy (mm). Assuming that the length of the annealing object 14 in the direction of arrow A is Dmm and the moving speed of the movable stage 11 is Vstage (mm / s), the time T (s) for the movable stage 11 to move Wy (mm) is It is represented by the following formula 7.
[0055]
T = Wy / Vstage ... Formula 7
Moreover, the average number of irradiations n in the region represented by Wx (mm) × Wy (mm) is expressed by the following Expression 8.
[0056]
n = (Wx × Wy × Frep) / (Vstage × D) Expression 8
From Equation 8, Equation 9 shown below is established.
[0057]
Vstage = (Wx × Wy × Frep) / (n × D) Equation 9
In the laser annealing apparatus 1, the reflecting mirror 13 needs to vibrate for one period or more within the time T (s) during which the movable stage 11 moves by Wy (mm). When the vibration of the reflecting mirror 13 within the time T (s) during which the movable stage 11 moves by Wy (mm) is less than one cycle, the laser beam deflecting unit 9 deflects the laser beam with respect to the moving speed of the movable stage 11. The speed is high, and an area that is not irradiated on the annealing target 14 is generated. Therefore, the minimum value fmin of f is expressed by the following Expression 10.
[0058]
fmin = 1 / T = Vstage / Wy = (Wx × Frep) / (n × D) Equation 10
That is, f needs to satisfy the following expression 11.
[0059]
f ≧ fmin = (Frep × Wx) / (n × D) Expression 11
In the following, f is taken as an example when n = 10, Frep = 5 KHz, D = 20 mm, Wx = Wy = 0.547 mm, and further appropriate values of f will be examined. From Equation 9, Vstage = 7.48 (mm / s) is established, and from Equation 10, fmin = 13.675 (Hz) is established.
[0060]
When a-Si was laser-annealed under the conditions described above with f = 10.0 (Hz), that is, when a-Si was laser-annealed with f <fmin, the results shown in FIG. 8 were obtained. FIG. 8 is an image showing the surface of the annealing object 14, where an arrow A indicates the laser beam deflection direction and an arrow B indicates the stage moving direction. The shading indicates the number of laser pulse irradiations, and the whiter the region, the higher the number of laser light irradiations.
[0061]
As shown in FIG. 8, when f = 10.0 (Hz), f <fmin, and one period of vibration of the reflecting mirror 13 is T or more, so that no laser light is irradiated on a-Si. , A region which is not annealed is formed on a-Si. Therefore, it can be seen that the laser annealing apparatus 1 cannot uniformly anneal the entire surface of a-Si when f <fmin.
[0062]
When a-Si was laser-annealed with f = 15.0 (Hz), that is, when a-Si was laser-annealed with f> fmin, the results shown in FIG. 9 were obtained. FIG. 9 is an image showing the surface of the annealing object 14, where the arrow A indicates the laser beam deflection direction and the arrow B indicates the stage moving direction. The shading indicates the number of laser pulse irradiations, and the whiter the region, the higher the number of laser light irradiations.
[0063]
FIG. 9 shows that the entire surface of a-Si is irradiated when f = 15.0 (Hz). That is, in the laser annealing apparatus 1, the entire surface of a-Si is annealed by setting f> fmin.
[0064]
However, it can be seen from FIG. 9 that when f = 15.0 (Hz), the entire surface of the a-Si is annealed, but white areas appear as lines and appear periodically. That is, when f = 15.0 (Hz), it can be seen that a region with a large number of irradiations appears intermittently on the surface of p-Si obtained by annealing a-Si. When a circuit such as a liquid crystal display is produced using p-Si in which a region with a large number of irradiations appears intermittently and appears, for example, a region with a large number of irradiations appears as a line on the screen of the liquid crystal display. Problem arises.
[0065]
On the other hand, when f = 57.0 (Hz), as shown in FIG. 10, the entire surface of a-Si is annealed and white regions appear to be dispersed. That is, when f = 57.0 (Hz), it can be seen that a region with a large number of irradiations appears on the entire surface of p-Si obtained by annealing a-Si. As shown in FIG. 11, the frequency distribution of the number of irradiations n at one point on a-Si when f = 57.0 (Hz) is maximum when n = 10, and n = 10 or less or n = 10 or more. As the value becomes, the distribution gradually decreases. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the number of irradiations at one point on the a-Si, and the vertical axis indicates the frequency.
[0066]
FIG. 12A and FIG. 12B show the relationship between the galvano frequency f when n = 10 and the standard deviation σ indicating the variation in the number of times of irradiation at each point. For example, depending on the value of the galvano frequency f, such as the vicinity of f = 100 (Hz), there is a condition that the irradiation frequency variation σ becomes remarkably large. End up. In the laser annealing apparatus 1, the reason why σ increases is that parameters such as f, D, Frep, Vstage, Wx, and Wy are synchronized. Therefore, in the laser annealing apparatus 1, it is preferable to set parameters such as f, D, Frep, Vstage, Wx, and Wy to values that are not synchronized with each other as much as possible.
[0067]
From FIG. 12A and FIG. 12B, it can be seen that σ is minimized when n = 10 when f = 67.7 (Hz). Further, in the laser annealing apparatus 1, when f = 67.7 (Hz) is set, it can be seen that the fluctuation of σ according to the fluctuation of f is small. Hereinafter, the condition of f that minimizes σ will be described.
[0068]
Since the laser annealing apparatus 1 anneals the entire annealing object 14 by vibrating the reflecting mirror 13 so that f> fmin and the locus of the irradiation region 14a on the annealing object 14 becomes a triangular wave, 1 The two irradiation areas overlap with at least one of the adjacent irradiation areas. Hereinafter, the ratio between the area of one irradiation region and the area where adjacent irradiation regions overlap is referred to as an overlap amount.
[0069]
If the entire overlap amount is OL, the overlap amount in the direction of arrow A as shown in FIG. 13A is OLgalvo, and the overlap amount in the direction of arrow B as shown in FIG. 13B is OLstage, OL , OLgalvo, OLstage satisfy the relationship shown in the following Expression 12.
[0070]
OL = OLgalvo + OLstage-OLgalvo × OLstage ... Formula 12
As shown in FIG. 14, when considering fopt that is a frequency at which OLgalvo = 0, the following three conditions are satisfied.
[0071]
First, since the time required for the irradiation region 14a to move by D (mm) is 1/2 fopt (s), the moving speed of the irradiation region 14a is D × 2 fopt (mm / s).
[0072]
Second, the time when the pulses are oscillated from the first to fifth solid-state lasers 2 to 6 in the a-th (where a is a natural number) and the first to fifth solid-state lasers 2 to 6 in the (a + 1) -th time. The interval from the time when the pulse is oscillated is 1 / Frep.
[0073]
Third, since D × 2fopt / Frep = Wx is established, the following Expression 13 is established.
[0074]
fopt = (Wx × Frep) / 2D Equation 13
Then, if a specific value is entered in Equation 13, fopt = 67.7.
[0075]
In addition, σ is minimum when f = fopt regardless of the value of n. Therefore, the laser annealing apparatus 1 preferably vibrates the reflecting mirror 13 with fopt (= Wx × Frep / 2D).
[0076]
When a-Si is annealed at f = 67.7 (Hz), as shown in FIG. 15, the entire surface of a-Si is uniformly annealed, and it can be seen that a white region hardly appears. As shown in FIG. 16, the frequency distribution of the number of irradiations n at one point on a-Si when f = 67.7 (Hz) is a distribution with a small variation around the average value n = 10. In FIG. 16, the horizontal axis indicates the number of times of irradiation at one point on the a-Si, and the vertical axis indicates the relative frequency.
[0077]
It should be noted that the value of σ is preferably small even if there are some errors in parameters such as f, D, Frep, Vstage, Wx, and Wy. From Expression 13, Expression 14 shown below is established.
[0078]
δf / f = −δD / D + δFrep / Frep + δWx / Wx Equation 14
From Equation 14, it can be seen that the variation of each parameter results in the variation of f. Also, as shown in FIGS. 12A and 12B, when f = fopt, the value of σ does not suddenly increase even if f fluctuates slightly. Therefore, in the laser annealing apparatus 1, by setting the reflecting mirror 13 to be oscillated by fopt, it becomes possible to uniformly irradiate the laser beam to the entire surface of the annealing target 14, and f suddenly By slightly changing, the irradiation of the annealing target 14 becomes non-uniform, and the annealing target 14 can be prevented from being annealed non-uniformly.
[0079]
Similarly, when the average number of times of irradiation is limited to a multiple of 4 or a value close thereto, similarly, there is a condition that the irradiation variation fluctuation is small with respect to various parameter fluctuations even at the frequency opt2 at which OLgalvo = 1/2. is there. At this time, the frequency opt2 of the galvano is expressed by the following equation (15).
[0080]
fopt2 = (Wx × Frep) / 4D Expression 15
FIG. 17, FIG. 18 (A), and FIG. 18 (B) show the irradiation variation σ with respect to the galvano frequency when the average number n of irradiation is 12 times. It can be seen that, in addition to fopt = 68.4 Hz expressed by Expression 13, the variation σ is also reduced by fopt2 = 38.2 Hz expressed by Expression 15.
[0081]
As described above, in the laser annealing apparatus 1, the laser beam deflecting unit 9 deflects the laser beam in the direction of the arrow A that is perpendicular to the moving direction of the movable stage 11, and the laser beam on the annealing target 14 is reflected. The movement locus of the irradiation region 14a is a triangular wave. Therefore, the laser annealing apparatus 1 uses the first to fifth solid-state lasers 2 to 6 having a small energy amount per pulse as a laser light source, and the aspect ratio of the laser light irradiation region 14a on the annealing target 14 is low. Even when the shape is formed, it is possible to uniformly irradiate the entire surface of the annealing target 14 with a laser beam having sufficient energy so that the entire surface of the annealing target 14 can be annealed uniformly.
[0082]
Further, the laser annealing apparatus 1 does not place a burden on the movable stage 11 even when the first to fifth solid-state lasers 2 to 6 having a high pulse oscillation repetition frequency are used as the laser light source. It is possible to uniformly irradiate the entire surface of the object to be annealed 14 by uniformly irradiating the entire surface with laser light having sufficient energy.
[0083]
The laser annealing apparatus 1 uses five solid-state lasers as light sources. However, in the laser annealing apparatus 1 to which the present invention is applied, the number of solid-state lasers used as light sources is not limited to five. There may be one or a plurality of units.
[0084]
【The invention's effect】
In the irradiation apparatus according to the present invention, the irradiation region moving means moves the irradiation region in a direction perpendicular to the moving direction of the stage so that the movement locus of the irradiation region in the irradiation object becomes a triangular wave. Therefore, the irradiation apparatus according to the present invention uses a solid-state laser with a small amount of energy per pulse as a laser light source, and even when the irradiation area of the laser beam has a shape with a low aspect ratio, Thus, it is possible to uniformly irradiate laser light with sufficient energy.
[0085]
In addition, even when a solid-state laser with a high pulse oscillation repetition frequency is used as the laser light source, the irradiation device uniformly distributes laser light with sufficient energy to the entire surface of the irradiated object without imposing a burden on the stage. Can be irradiated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a laser annealing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a sine wave on an annealing object.
FIG. 3 is a view showing a surface of p-Si obtained by annealing a-Si while deflecting laser light so that a locus of an irradiation region becomes a sine wave.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a laser beam irradiation position and the number of laser beam irradiations in the p-Si.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a triangular wave on an annealing object.
FIG. 6 is a view showing a surface of p-Si obtained by annealing a-Si while deflecting a laser beam so that a locus of an irradiation region becomes a triangular wave.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a laser beam irradiation position and the number of laser beam irradiations in the p-Si.
FIG. 8 is a diagram showing the surface of p-Si obtained by annealing a-Si while deflecting laser light so that the vibration frequency of the reflecting mirror is 10.0 Hz and the locus of the irradiation region is a triangular wave. It is.
FIG. 9 is a diagram showing the surface of p-Si obtained by annealing a-Si while deflecting laser light so that the vibration frequency of the reflecting mirror is 15.0 Hz and the locus of the irradiation region is a triangular wave. It is.
FIG. 10 is a diagram showing the surface of p-Si obtained by annealing a-Si while deflecting laser light so that the vibration frequency of the reflecting mirror is 57.0 Hz and the locus of the irradiation region is a triangular wave. It is.
FIG. 11 is a diagram showing a distribution of the number of irradiations in the p-Si.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the vibration frequency of the reflecting mirror when n = 10 and the standard deviation indicating the variation in the number of irradiations.
13A and 13B are schematic diagrams showing the overlap amount of the irradiation region in the laser annealing apparatus to which the present invention is applied, wherein FIG. 13A is a diagram showing the overlap amount in the deflection direction of the laser beam, and FIG. It is a figure which shows the overlap amount of the movement walk of a stage.
FIG. 14 is a schematic diagram showing movement of an irradiation region such that the overlap amount in the laser beam direction becomes zero.
FIG. 15 is a diagram showing the surface of p-Si obtained by annealing a-Si while deflecting laser light so that the vibration frequency of the reflecting mirror is 68.5 Hz and the locus of the irradiation region is a triangular wave. It is.
FIG. 16 is a diagram showing a distribution of the number of irradiations in the p-Si.
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the vibration frequency of the reflecting mirror and the standard deviation indicating the variation in the number of irradiations when n = 12.
18 is a diagram showing the relationship between the vibration frequency of the reflecting mirror and the standard deviation indicating the variation in the number of irradiations when n = 12, and FIG. 18 (A) is an enlarged view around opt = 68.4 Hz; (B) is an enlarged view around opt2 = 38.2 Hz.
FIG. 19 is a schematic view showing a conventional laser annealing apparatus.
FIG. 20 is a schematic diagram showing an overlap amount of irradiation regions in the laser annealing apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser annealing apparatus, 2 1st solid state laser, 3nd 2nd solid state laser, 4th 3rd solid state laser, 5 4th solid state laser, 6 5th solid state laser, 7 beam superposition optical system, 8 laser light Molding optical system, 9 laser beam deflecting unit, 10 fθ lens, 11 movable stage, 12 galvanometer, 13 reflecting mirror, 14 object to be annealed

Claims

A solid-state laser that oscillates a laser beam;
A stage that is movable in a predetermined direction, and that supports the irradiated object;
Irradiating means for irradiating the irradiated object with the laser beams;
An irradiation area moving means for moving the irradiation area on the irradiation object,
The irradiation region moving means moves the irradiation region in the direction where the angle with respect to the moving direction of the stage is θ ° (0 <θ ≦ 90) so that the movement locus of the irradiation region in the irradiation object is a triangular wave. The irradiation apparatus characterized by moving to.

The irradiation apparatus according to claim 1, wherein the irradiation area moving means is a galvanometer.

The frequency f of the triangular wave is the time axis of the stage moving direction, the repetition frequency of pulse oscillation in the solid-state laser is Frep, and the width of the irradiation region in the direction perpendicular to the moving direction of the stage is Wx. When the average number of times the laser beam is irradiated to one point of the irradiated object is n and the width of the stage in the direction perpendicular to the moving direction of the stage is D, the following formula 1 The irradiation apparatus according to claim 1, wherein the condition shown in FIG.
f ≧ (Frep × Wx) / (n × D) Equation 1

The irradiation apparatus according to claim 3, wherein the frequency f of the triangular wave satisfies a condition represented by the following expression 2.
f = (Frep × Wx) / (2 × D) Equation 2

4. The irradiation apparatus according to claim 3, wherein the frequency f of the triangular wave satisfies a condition represented by the following expression 3 when the average number of times the laser beam is irradiated is limited to a multiple of 4. 5.
f = (Frep × Wx) / (4 × D) Expression 3