JP2004200497A - Light emitting device and laser annealing device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリシリコンをチャネル層とした薄膜トランジスタの製造などに用いられるレーザアニール装置、並びに、レーザアニール装置等に適用される光照射装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、液晶ディスプレイ等に用いられる薄膜トランジスタでは、チャネル層にキャリア移動度の高いポリシリコン膜が用いられている。薄膜トランジスタのポリシリコン膜は、一般に、ガラス基板上にアモルファスシリコンを成膜し、そのアモルファスシリコンにレーザ光を照射することによってアニールして製造される。物質にレーザ光を照射して、その物質をアニールする装置のことを、レーザアニール装置という。
【0003】
薄膜トランジスタを製造する際に用いられるレーザアニール装置には、従来、光源として、高パワーの紫外領域のレーザ光を照射できるエキシマレーザが採用されている。図17に、光源にエキシマレーザを採用した従来のレーザアニール装置の構成を示す。
【0004】
図17に示すように、従来のレーザアニール装置200は、アニール対象となる基板201が載置されるステージ202と、レーザ光を出射するレーザ光源203と、レーザ光源203から出射されたレーザ光を所定の径の平行光束とするテレスコープ204と、テレスコープ204を通過したレーザ光を複数に分割した後にそれぞれ集光して点光源群とする第1のフライアイレンズ205及び第2のフライアイレンズ206と、第2のフライアイレンズ206を通過した各レーザ光を基板201上の所定の照射領域に合成して照射するコンデンサレンズ207とを備える。
【0005】
以上のような従来のレーザアニール装置200では、第1及び第2のフライアイレンズ205,206によって、1本の光束を分割して複数の2次光源を生成し、その2次光源から生じる複数のレーザ光をそれぞれ基板201上の所定の照射領域に照射している。そのため、従来のレーザアニール装置200では、1本の光束をそのまま照射した場合には強度分布がガウス分布状となり基板201に対して均一なエネルギを与えることができないところを、第1及び第2のフライアイレンズ205,206を用いてレーザ光を分割した後に合成して照射している。そのため、基板201に対して照射するレーザ光の強度分布を均一にすることができる。
【0006】
このような均一な強度分布のレーザ光によりレーザアニールを行うと、基板201の全面に対して均一なエネルギが与えられ、粒径サイズが均一化されたポリシリコン膜を製造することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のレーザアニール装置の光源として用いられているエキシマレーザは、出力安定性に欠け、非常に扱いづらいデバイスである。そのため、出力安定性の観点から、レーザアニール装置の光源として、レーザ光のエネルギが安定であり、且つ寿命が長い、紫外光領域の固体レーザや半導体レーザ等を用いるのが望ましいと考えられる。
【0008】
しかしながら、固体レーザ及び半導体レーザから出射されたレーザ光は、エキシマレーザから出射されたレーザ光と比較して干渉性が高い。従って、レーザ光源203として固体レーザ又は半導体レーザを採用したときには、第1のフライアイレンズ205及び第2のフライアイレンズ206によって複数の2次光源に分割された各レーザ光は、合成して照射したときに互いに干渉してしまい、基板201に照射したとき、図18に示すような干渉パターンが生じてしまう。従って、従来のレーザアニール装置200の光源を、そのまま可干渉性の高い半導体レーザや固体レーザに置き換えたとしても、照射するレーザ光の強度分布を均一とすることができずに、粒径サイズが均一化されたポリシリコン膜を製造することができない。
【0009】
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、照射範囲を均一な照射強度で照射することが可能である光照射装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被照射物を均一なエネルギでアニールすることが可能であるレーザアニール装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明に係る光照射装置及びレーザアニール装置は、レーザビームを出射するレーザ光源と、上記レーザ光源から出射されたレーザビームを複数のレーザビームに分割する光分割手段と、上記光分割手段により分割されたレーザビームの偏光方向を制御する偏光手段と、上記複数のレーザビームを照射対象物に対して照射する照射手段とを備えている。
【0011】
上記光照射装置及びレーザアニール装置の光分割手段は、入射されるレーザビームを反射及び透過して反射光及び透過光の2つのレーザビームに分離する光分離面を有し、光分離面を互いに平行として並べられたk(但し、kは1以上の自然数。)個のビームスプリッタと、光反射面が上記ビームスプリッタの光分離面と平行とされ、全ての上記ビームスプリッタからの反射光が入射される反射鏡とを備え、上記レーザ光源側から1個目のビームスプリッタには、上記レーザ光源から出射されたレーザビームが入射され、m+1(但し、mは自然数。)個目のビームスプリッタには、m個目のビームスプリッタからの透過光と、m個目のビームスプリッタで反射した後上記反射鏡によって反射されたレーザビームとが入射され、k個目のビームスプリッタは、2(k−1)本の透過光を外部に出力し、上記反射鏡は、k個目のビームスプリッタから入射された2(k−1)本の反射光を反射して外部に出力する。
【0012】
上記光分割手段及びレーザアニール装置の偏光手段は、上記光分割手段により分割された複数の上記レーザビームを、隣接するビーム間で偏光方向が互いに直交するように偏光させる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(1) 第1の実施の形態
本発明の第1の実施の形態について説明する。本発明の第1の実施の形態のレーザアニール装置は、例えば、アモルファスシリコン膜が形成されたのちのTFT基板に対してレーザ光を照射して当該TFT基板を熱処理することによって、アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に転換する装置である。
【0014】
図1に、第1の実施の形態のレーザアニール装置10の構成を示す。
【0015】
レーザアニール装置10は、アニール対象となる基板1を載置するステージ11と、レーザ光を出射するレーザ光源12と、レーザ光源12から出射されたレーザ光の光路上に設けられたコリメータ13と、コリメータ13から出射された1本のレーザ光を4本のレーザ光に分割する光分割部14と、4個の凸レンズから構成されたレンズアレイ15と、レンズアレイ15から出射された4本のレーザ光を基板1の所定の領域に導くコンデンサレンズ16と、ステージ11の位置制御等を行う制御部17と、偏光部18とを備えている。
【0016】
ステージ11は、平板状の基板1が載せられる平坦な主面を有している。ステージ11に載置される基板1は、例えば、アモルファスシリコン膜が成膜されたのちのTFT基板である。ステージ11は、主面上に載せられた基板1を保持しながら、主面に平行な方向(図1中のX方向,Y方向)に移動する。レーザアニール装置10では、ステージ11を移動させることによって、基板1に対するレーザ光の照射位置を移動させることができる。つまり、ステージ11を移動させることによって、基板1上のアニールを行う位置を制御することができる。なお、ステージ11の移動制御は、制御部17により行われる。
【0017】
レーザ光源12は、レーザ光をパルス発振して出力する装置である。レーザアニール装置10では、レーザ光源12として固体レーザを採用している。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、レーザ光を出射する装置である。固体レーザの例としては、母体材料にガラスを用いてNd3+をドープしたガラスレーザや、ルビーにCr3+をドープしたルビーレーザ、イットリウムアルミニウムガーネット(YAG)にNd3+をドープしたYAGレーザ、さらに、それらのレーザの波長を非線形光学結晶を用いて波長変換したレーザなどが挙げられる。また、レーザ光源12として、固定レーザではなく、半導体レーザ等も用いてもよい。
【0018】
レーザ光源12から出射されたレーザ光は、コリメータ13に入射される。
【0019】
コリメータ13は、入射されたレーザ光を所定のビーム径の平行光束とする。コリメータ13から出射されたレーザ光は、光分割部14に入射される。なお、コリメータ13を通過したレーザ光は、ビームエキスパンダなどによって、ビーム径を拡大しても良い。
【0020】
以下、コリメータ13から光分割部14へ入射されるレーザ光を、レーザ光L1という。
【0021】
光分割部14は、レーザ光L1を分割して、等間隔に平行に並んだ4本のレーザ光を出射する。光分割部14から出射される4本のレーザ光は、例えば図1中のX方向に並んでいる。
なお、光分割部14の具体的な構成例については、その詳細を後述する。
【0022】
光分割部14から出射された4本のレーザ光は、偏光部18を通過したのち、レンズアレイ15に入射される。
【0023】
偏光部18は、光分割部14から出射された4本のレーザ光の偏光方向を、隣接するビーム同士で互いに直交する偏光にする。例えば、偏光部18は、入射された4本のレーザ光を、P偏光とS偏光とが交互に並ぶように偏光させる。このようにP偏光のレーザ光とS偏光のレーザ光を交互に並ぶようにするには、例えば、レーザ光源12からS偏光又はP偏光のレーザ光を出射させ、偏光部18を、図1に示すように、第1の1/2波長板18aと第2の1/2波長板18cとで構成し、第1の1/2波長板18aと第2の1/2波長板18cとを一列に並んだレーザ光に対して1つ置きに配設すればよい。このような偏光部18を用いることによって、隣接するレーザ光同士が干渉しなくなる。なお、本実施の形態では、レーザ光源12からP偏光又はS偏光のレーザ光が出射され、以下に説明する第1の凸レンズ15aの前段に第1の1/2波長板18aが設けられ、第3の凸レンズ5cの前段に第2の1/2波長板18cが設けられているものとする。
【0024】
また、偏光部18は、光分割部14とレンズアレイ15との間に設けているが、図1中点線で示すように、レンズアレイ15とコンデンサレンズ16の間に設けてもよい。
【0025】
レンズアレイ15は、光分割部14から出射された4本のレーザ光が並んでいる方向(例えば図1中X方向)に等間隔に一列に配列された、4個の凸レンズ15a〜15dから構成されている。凸レンズ15a〜15dの配列間隔は、光分割部14から出射される4本のレーザ光の間隔と同一で、各凸レンズ15a〜15dが各レーザ光の光軸上に設けられている。レンズアレイ15は、入射された4本のレーザ光を、それぞれ集光して4つの2次光源を生成する。レンズアレイ15から出射された4本のレーザ光は、一旦集光して2次光源となったのち、コンデンサレンズ16に入射される。
【0026】
コンデンサレンズ16は、レンズアレイ15によって集光された4本のレーザ光が入射され、入射された4本のレーザ光を基板1上に照射する。
【0027】
制御部17は、ステージ11を図1中X方向及びY方向に移動制御することによって、基板1に対するレーザ光の照射位置を制御する。
【0028】
以上のような構成のレーザアニール装置10では、ステージ11上に基板1が載置され、その後、レーザアニール処理が開始される。レーザアニール装置10は、レーザアニール処理が開始されると、レーザ光源12からパルスレーザを出射する。
【0029】
レーザ光源12から出射されたレーザ光は、光分割部14及び偏光部18を通過することによって、隣接するビーム同士が互いに干渉性がない、同一強度の4本の平行光束とされる。
【0030】
4本のレーザ光は、レンズアレイ15によって4つの2次光源とされる。2次光源から出射された4つのレーザ光は、コンデンサレンズ16を介して基板1上の所定の領域に照射される。
【0031】
そして、レーザアニール装置10では、ステージ11を平行移動させて、平板状の基板1を、主面に対して平行な方向(図1中X-Y方向)に移動させ、基板1の全領域にレーザ光を照射してアニール処理を行う。
【0032】
つぎに、光分割部14の構成についてさらに詳細に説明をする。図2に光分割部14の構成を示す。なお、光分割部14に入射されるレーザ光L1の光軸の方向をZ方向とする。また、光分割部14から出射される4本のレーザ光の光軸の方向も、Z方向である。Z方向は、ここではステージ11の主面に対して直交する方向である。光分割部14から出射される4本のレーザ光は、所定の方向に平行に並んで出射されるが、そのレーザ光の配列方向をX方向とする。X方向は、ここではステージ11の主面に対して平行な方向である。なお、Y方向は、X方向及びZ方向に直交する方向である。
【0033】
光分割部14は、図2に示すように、平面状の光分離面がZ方向に並ぶように配置された第1のビームスプリッタ(BS)21及び第2のBS22を備えている。第1のBS21及び第2のBS22は、光分離面に入射されたレーザ光を透過及び反射し、2つのレーザ光に分離する素子である。透過と反射の分離比率は、設計上は1:1となっている。
【0034】
光分割部14は、光反射面が第1のBS21及び第2のBS22の光分離面と平行とされ、第1のBS21及び第2のBS22とZ方向に並んで配置されたミラー23を備えている。ミラー23は、平面状の光反射面に入射されたレーザ光を反射する素子である。ミラー23は、第1のBS21よりもレーザ光L1の入射側に配置されている。
【0035】
第1のBS21及び第2のBS22の光分離面、並びに、ミラー23の光反射面は、X-Z軸で形成される平面に対して垂直に配置され、且つ、入射されるレーザ光L1の入射方向(すなわち、Z方向)に対して所定の角度(90°−θ)(0°<θ<90°)をもって配置されている。つまり、レーザ光L1は、第1のBS21及び第2のBS22の光分離面に対して入射角θで入射される。
【0036】
第1のBS21は、レーザ光L1の光軸上に配置されている。また、第2のBS22も、レーザ光L1の光軸上に配置されている。また、第1のBS21は、レーザ光L1のみが入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。第2のBS22は、第1のBS21の透過光、及び、ミラー23で反射された後の第1のBS21の反射光が入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。ミラー23は、第1のBS21の反射光、及び、第2のBS22の2つの反射光が入射され、レーザ光L1を遮らないような配置及び大きさとなっている。
【0037】
具体的に、光分割部14から出射される4本のレーザ光を、第1のレーザ光L1_1、第2のレーザ光L1_2、第3のレーザ光L1_3及び第4のレーザ光L1_4としたとすると、以上の第1〜第4のレーザ光L1_1〜L1_4は、次のような経路で生成される。すなわち、第1のレーザ光L1_1は、第1のBS21を透過し、第2のBS22を透過して外部に出射する経路で生成される。第2のレーザ光L1_2は、第1のBS21を反射し、ミラー23を反射し、第2のBS22を透過して外部に出射する経路で生成される。第3のレーザ光L1_3は、第1のBS21を透過し、第2のBS22を反射し、ミラー23を反射して外部に出射する経路で生成される。第4のレーザ光L1_4は、第1のBS21を反射し、第2のBS22を反射し、ミラー23を反射して外部に出射する経路で生成される。
【0038】
光分割部14は、以上のような構成となっていることにより、X方向に平行に並んだ互いに4本のレーザ光を出射することができる。
【0039】
さらに、偏光部18から出射される4本のレーザ光の全てを、互いに干渉性のないインコヒーレントな光とするように、光分割部14を構成してもよい。
【0040】
この場合、第1のBS21とミラー23との間の距離t0を、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとしたとき、{L/(2cosθ)}/2以上とする。また、第1のBS21と第2のBS22との間の距離t1も、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとしたとき、{L/(2cosθ)}/2以上とする。
【0041】
第1の実施の形態のレーザアニール装置10では、以上のような、簡易な構成によって1本のレーザ光を4本のレーザ光に分割することができる光分割部14を備えている。さらに、第1の実施の形態のレーザアニール装置10では、この光分割部14から出射された4本のレーザ光を、隣接するビーム同士の偏光方向が互いに直交するように偏光させる偏光部18を備えている。
【0042】
従って、第1の実施の形態のレーザアニール装置10では、隣接するレーザ光同士が互いに直交する偏光とされるため、複数のレーザ光により1つの照射領域を形成する際に、隣接するレーザ光同士を重ね合わせながら照射することができる。そのため、強度のムラのない大きな照射領域を形成することができ、図3に示すように、基板1上を均一なエネルギで照射することが可能となる。すなわち、レーザアニール装置10では、基板1に対して均一なレーザ光の照射を行うことが可能となり、従って、基板1に対して均一なエネルギを与えることができ、粒径サイズが均一なポリシリコン膜を生成することができる。
【0043】
さらに、第1の実施の形態のレーザアニール装置10では、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとしたとき、光分割部14の第1のBS21とミラー23との間の距離t0を、{L/(2cosθ)}/2以上とし、第1のBS21と第2のBS22との間の距離t1も、{L/(2cosθ)}/2以上とすることによって、隣接していないレーザ光の同士の光路長に対して可干渉距離L以上の差がつけられることとなる。つまり、同一の偏光とされているレーザ光同士に可干渉距離L以上の光路長差を付けることができる。具体的には、第1の凸レンズ15aに入射されるレーザ光と第3の凸レンズ15cに入射されるレーザ光とを互いにインコヒーレントな光とし、第2の凸レンズ15bに入射されるレーザ光と第4の凸レンズ15dに入射されるレーザ光とを互いにインコヒーレントな光とすることができる。
【0044】
これにより、偏光部18を通過した後のレーザ光は、全て互いに干渉が生じないレーザ光となる。従って、図4に示すように、レンズアレイ15が集光した各レーザ光を、コンデンサレンズ19が合成して基板1上の同一の照射領域に照射することが可能となる。
【0045】
また、図5に示すように、光分割部14内に、レーザ光を透過する例えばガラス等の光透過部材24を設け、この光透過部材24に第1のBS21と第2のBS22を取り付け、第1のBS21と第2のBS22と光透過部材24とを一体的に構成してもよい。こうすることによって、第1のBS21、第2のBS22及びミラー23の位置調整が容易になる。
【0046】
この場合、光透過部材24にレーザ光が入射するとき、及び、光透過部材24からレーザ光が出射するときに、屈折が生じる。そのため、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとし、光透過部材24の屈折率をn、空気の屈折率を1とした場合、第1のBS21と第2のBS22との間の距離t1を、{L/(2(n2−sin2θ)1/2}/2以上とすることによって、偏光部18から出射される4本のレーザ光L1_1〜L1_4を互いに干渉性のない光とすることができる。
【0047】
(2) 第2の実施の形態
本発明の第2の実施の形態について説明する。本発明の第2の実施の形態のレーザアニール装置は、第1の実施の形態と同様に、例えば、アモルファスシリコン膜が形成されたのちのTFT基板に対してレーザ光を照射して当該TFT基板を熱処理することによって、アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に転換する装置である。
【0048】
なお、第2の実施の形態のレーザアニール装置の説明をするにあたり、上述した第1の実施の形態のレーザアニール装置10と同一の構成要素については同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。また、第2の実施の形態の説明で用いているX方向、Y方向及びZ方向も、第1の実施の形態と同一の方向である。
【0049】
図6に、第2の実施の形態のレーザアニール装置30の構成を示す。
【0050】
レーザアニール装置30は、アニール対象となる基板1を載置するステージ11と、レーザ光を出射するレーザ光源12と、レーザ光源12から出射されたレーザ光の光路上に設けられたコリメータ13と、コリメータ13から出射された1本のレーザ光を4本のレーザ光に分割する光分割部14(以下、第2の実施の形態では光分割部14のことを第1の光分割部14と言い換える。)と、第1の光分割部14から出射された4本のレーザ光をそれぞれ4本のレーザ光に分割して16本のレーザ光を出射する第2の光分割部31と、16個の凸レンズから構成されたレンズアレイ32と、レンズアレイ32から出射された16本のレーザ光を基板1の所定の領域に導くコンデンサレンズ16と、ステージ11の位置制御等を行う制御部17と、偏光部37とを備えている。
【0051】
第1の光分割部14は、レーザ光L1を分割して、等間隔に平行に並んだ4本のレーザ光を出射する。第1の光分割部14から出射される4本のレーザ光は、X方向に並んでいる。第1の光分割部14から出射された4本のレーザ光は、第2の光分割部31に入射される。
【0052】
第2の光分割部31は、X方向に平行に並んだ4本のレーザ光をそれぞれ独立にY方向に並んだ4本のレーザ光に分割して出力する。従って、第2の光分割部31からは、合計16本のレーザ光が出射される。第2の光分割部31から出射される16本のレーザ光は、X方向に4列、Y方向に4列並んだマトリクス状に光軸が配置されている。なお、第2の光分割部31の構成については、その詳細を後述する。
【0053】
第2の光分割部31から出射された16本のレーザ光は、偏光部37を介して、レンズアレイ32に入射される。
【0054】
偏光部37は、第2の光分割部31から出射された16本のレーザ光の偏光方向を、隣接するビーム同士で互いに直交する偏光にする。例えば、偏光部37は、入射された16本のレーザ光を、P偏光とS偏光とが交互に並ぶように偏光させる。このようにP偏光のレーザ光とS偏光のレーザ光を交互に並ぶようにするには、例えば、レーザ光源12からS偏光又はP偏光のレーザ光を出射させ、偏光部37を、図7(a)に示すように、第1の1/2波長板37aと、第2の1/2波長板37cと、第3の1/2波長板37fと、第4の1/2波長板37hと、第5の1/2波長板37iと、第6の1/2波長板37kと、第7の1/2波長板37mと、第8の1/2波長板37pとの8個の波長板で構成し、これらをマトリクス状に並んだレーザ光に対して1つ置きに配設すればよい。このような偏光部37を用いることによって、隣接するレーザ光同士が干渉しなくなる。
【0055】
なお、本実施の形態では、レーザ光源12からP偏光又はS偏光のレーザ光が出射され、以下に説明する第1の凸レンズ33aの前段に第1の1/2波長板37aが設けられ、第3の凸レンズ33cの前段に第2の1/2波長板37cが設けられ、第6の凸レンズ33fの前段に第3の1/2波長板37fが設けられ、第8の凸レンズ33hの前段に第4の1/2波長板37hが設けられ、第9の凸レンズ33iの前段に第5の1/2波長板37iが設けられ、第11の凸レンズ33kの前段に第6の1/2波長板37kが設けられ、第14の凸レンズ33mの前段に第7の1/2波長板37mが設けられ、第16の凸レンズ33pの前段に第8の1/2波長板37pが設けられているものとする。
【0056】
また、偏光部37は、第2の光分割部31とレンズアレイ33との間に設けているが、レンズアレイ33とコンデンサレンズ16の間に設けてもよい。
【0057】
レンズアレイ32は、図7(b)に示すように、X方向,Y方向にそれぞれ4個ずつのマトリクス状に配列された16個の凸レンズ32a〜32pから構成されている。凸レンズ32a〜32pの配列間隔は、第2の光分割部31から出射される16本のレーザ光の間隔と同一で、各凸レンズ32a〜32pが各レーザ光の光軸上に設けられている。レンズアレイ32は、入射された16本のレーザ光を、それぞれ集光して16個の2次光源を生成する。レンズアレイ32から出射された16本のレーザ光は、一旦集光して2次光源となったのち、コンデンサレンズ16に入射される。
【0058】
コンデンサレンズ16は、レンズアレイ32によって集光された16本のレーザ光を基板1上に照射する。
【0059】
以上のような構成のレーザアニール装置30では、ステージ11上に基板1が載置され、その後、レーザアニール処理が開始される。レーザアニール装置30は、レーザアニール処理が開始されると、レーザ光源12からパルスレーザを出射する。
【0060】
レーザ光源12から出射されたレーザ光は、第1の光分割部14、第2の光分割部31及び偏光部37を通過することによって、隣接するレーザ光同士が互いに干渉性がない、16本の平行光束とされる。
【0061】
16本のレーザ光は、レンズアレイ32によって、16個の2次光源とされる。2次光源から出射された16本のレーザ光は、コンデンサレンズ16を介して基板1上の所定の領域に照射される。
【0062】
そして、レーザアニール装置30では、ステージ11を平行移動させて、平板状の基板1を、主面に対して平行な方向(図6中X-Y方向)に移動させ、基板1の全領域にレーザ光を照射してアニール処理を行う。
【0063】
つぎに、第2の光分割部31の構成についてさらに詳細に説明をする。図8に第1の光分割部14及び第2の光分割部31の構成を示す。なお、図8は、第1の光分割部14及び第2の光分割部31をX方向から見た図である。
【0064】
第2の光分割部31は、第1の光分割部14をZ方向に平行な軸を中心に90度回転させたもので実現することができる。もっとも、第2の光分割部31には、X方向に並んだ4本のレーザ光が入射されるので、X方向の幅の長さは、これら4本のレーザ光が入射されるように充分な長さが必要となる。
【0065】
以下、第2の光分割部31の構成について具体的に説明をする。
【0066】
第2の光分割部31は、図8に示すように、平面状の光分離面がZ方向に並ぶように配置された第1のBS34及び第2のBS35を備えている。第1のBS34及び第2のBS35は、光分離面に入射されたレーザ光を透過及び反射し、2つのレーザ光に分離する素子である。透過と反射の分離比率は、設計上は1:1となっている。
【0067】
第2の光分割部31は、光反射面が第1のBS34及び第2のBS35の光分離面と平行とされ、第1のBS34及び第2のBS35とZ方向に並んで配置されたミラー36を備えている。ミラー36は、平面状の光反射面に入射されたレーザ光を反射する素子である。ミラー36は、第1のBS34よりもレーザ光L1の入射側に配置されている。
【0068】
第1のBS34及び第2のBS35の光分離面、並びに、ミラー36の光反射面は、Y-Z軸で形成される平面に対して垂直に配置され、且つ、入射されるレーザ光L1_1〜L1_4の入射方向(すなわち、Z方向)に対して所定の角度(90°−θ´)(0°<θ´<90°)をもって配置されている。つまり、レーザ光L1_1〜L1_4は、第1のBS34及び第2のBS35の光分離面に対して入射角θ´で入射される。
【0069】
第1のBS34は、レーザ光L1_1〜L1_4の光軸上に配置されている。また、第2のBS35も、レーザ光L1_1〜L1_4の光軸上に配置されている。また、第1のBS34は、レーザ光L1_1〜L1_4のみが入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。第2のBS35は、第1のBS34の透過光、及び、ミラー36で反射された後の第1のBS34の反射光が入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。ミラー36は、第1のBS34の反射光、及び、第2のBS35の2つの反射光が入射され、入射されたレーザ光L1_1〜L1_4を遮らないような配置及び大きさとなっている。
【0070】
さらに、偏光部37から出射される16本のレーザ光の全てを、互いに干渉性のないインコヒーレントな光とするように、第1の光分割部14及び第2の光分割部31を構成してもよい。
【0071】
この場合、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとしたとき、第1の光分割部14の第1のBS21とミラー23との間の距離t0を、{L/(2cosθ)}/2以上とし、第1のBS21と第2のBS22との間の距離t1も、{L/(2cosθ)}/2以上とする。
【0072】
また、第2の光分割部31の第1のBS34とミラー36との間の距離t´0、及び、第1のBS34と第2のBS35との間の距離t´1を、次の式(1),式(2)に示すように調整する。
t´0≧{{(Lmax−Lmin)+L}/(2cosθ´)}/2 …(1)
t´1≧{{(Lmax−Lmin)+L}/(2cosθ´)}/2 …(2)
上式(1),(2)に用いられているLmin及びLmaxは、前段の第1の光分割部14の構成から定まる値である。Lminは、第1の光分割部14から得られた複数のレーザ光のうち、最も光路長が短いレーザ光の光路長である。Lmaxは、第1の光分割部14から得られた複数のレーザ光のうち、最も光路長が長いレーザ光の光路長である。
【0073】
第2の実施の形態のレーザアニール装置30は、以上のような簡易な構成によって1本のレーザ光を1本の分割することができる第1の光分割部14及び第2の光分割部31を備えている。さらに、第2の実施の形態のレーザアニール装置30は、分割された16本のレーザ光を、隣接するレーザ光同士の偏光方向が互いに直交するように偏光させる偏光部37を備えている。
【0074】
従って、第2の実施の形態のレーザアニール装置30では、隣接するレーザ光同士が互いに直交する偏光とされるため、複数のレーザ光により1つの照射領域を形成する際に、隣接するレーザ光同士を重ね合わせながら照射することができる。そのため、強度のムラのない大きな照射領域を形成することができ、基板1上を均一なエネルギで照射することが可能となる。
【0075】
さらに、第2の実施の形態のレーザアニール装置30では、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとしたとき、第1の光分割部14の第1のBS21とミラー23との間の距離t0を、{L/(2cosθ)}/2以上とし、第1のBS21と第2のBS22との間の距離t1も、{L/(2cosθ)}/2以上とし、さらに、第2の光分割部31を上式(1)、(2)に示すように設定することによって、隣接していないレーザ光の同士の光路長に対して可干渉距離L以上の差を付けることができる。つまり、同一の偏光とされているレーザ光同士に可干渉距離L以上の光路長差を付けることができる。
【0076】
これにより、偏光部37を通過した後のレーザ光は、全て互いに干渉が生じないレーザ光となる。従って、レンズアレイ32が集光した各レーザ光を、コンデンサレンズによって基板1上の同一の照射領域に照射することが可能となる。
【0077】
また、第2の実施の形態のレーザアニール装置30では、第1の実施の形態のレーザアニール装置10が4つのレーザ光が1列に並んで照射していたのに対して、レーザ光が2次元のマトリクス状に分割される。そのため、第1の実施の形態のレーザアニール装置10によって照射したときには、図9(a)に示すように照射領域U1が所謂ライン状となるのに対して、レーザアニール装置30によって照射したときには図9(b)に示すように照射領域U2が矩形状となり、照射領域を広げることができる。
【0078】
また、第2の実施の形態のレーザアニール装置30でも、第1の実施の形態と同様に、第2の光分割部31内に、レーザ光を透過する例えばガラス等の光透過部材を設け、この光透過部材に第1のBS34と第2のBS35を取り付け、第1のBS34と第2のBS35と光透過部材とを一体的に構成してもよい。こうすることによって、第1のBS34、第2のBS35及びミラー36の位置調整が容易になる。
【0079】
この場合、第1のBS34と第2のBS35との間の距離t´1を、次の式(3)に示すように設定することによって、偏光部37から出射される16本全てのレーザ光を互いにインコヒーレントとすることができる。なお、nは、光透過部材の屈折率である。
t´1≧{{(Lmax−Lmin)+L}/(2(n2−sin2θ´)1/2}/2 …(3)
【0080】
(3) 第3の実施の形態
本発明の第3の実施の形態について説明する。本発明の第3の実施の形態のレーザアニール装置は、第1の実施の形態と同様に、例えば、アモルファスシリコン膜が形成されたのちのTFT基板に対してレーザ光を照射して当該TFT基板を熱処理することによって、アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に転換する装置である。
【0081】
なお、第3の実施の形態のレーザアニール装置の説明をするにあたり、上述した第1の実施の形態のレーザアニール装置10と同一の構成要素については同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。また、第3の実施の形態の説明で用いているX方向、Y方向及びZ方向も、第1の実施の形態と同一の方向である。
【0082】
図10に、第3の実施の形態のレーザアニール装置40の構成を示す。
【0083】
レーザアニール装置40は、アニール対象となる基板1を載置するステージ11と、レーザ光を出射するレーザ光源12と、レーザ光源12から出射されたレーザ光の光路上に設けられたコリメータ13と、コリメータ13から出射された1本のレーザ光を8本のレーザ光に分割する光分割部41と、8個の凸レンズから構成されたレンズアレイ42と、レンズアレイ42から出射された8本のレーザ光を基板1の所定の領域に導くコンデンサレンズ43と、ステージ11の位置制御等を行う制御部17と、偏光部48とを備えている。
【0084】
光分割部41は、レーザ光L1を分割して、等間隔に平行に並んだ8本のレーザ光を出射する。光分割部41から出射される8本のレーザ光は、X方向に並んでいる。なお、光分割部41の具体的な構成例については、その詳細を後述する。
【0085】
光分割部41から出射された8本のレーザ光は、偏光部48を介して、レンズアレイ42に入射される。
【0086】
偏光部48は、光分割部41から出射された8本のレーザ光の偏光方向を、隣接するビーム同士で互いに直交する偏光にする。例えば、偏光部38は、入射された16本のレーザ光を、P偏光とS偏光とが交互に並ぶように偏光させる。このようにP偏光のレーザ光とS偏光のレーザ光を交互に並ぶようにするには、例えば、レーザ光源12からS偏光又はP偏光のレーザ光を出射させ、偏光部48を、図11(a)に示すように、第1の1/2波長板48aと、第2の1/2波長板48cと、第3の1/2波長板48eと、第4の1/2波長板48gとの4個の波長板で構成し、これらを8本のレーザ光に対して1つ置きに配設すればよい。このような偏光部48を用いることによって、隣接するレーザ光同士が干渉しなくなる。
【0087】
なお、本実施の形態では、レーザ光源12からP偏光又はS偏光のレーザ光が出射され、以下に説明する第1の凸レンズ42aの前段に第1の1/2波長板48aが設けられ、第3の凸レンズ42cの前段に第2の1/2波長板37cが設けられ、第5の凸レンズ42eの前段に第3の1/2波長板48eが設けられ、第7の凸レンズ42gの前段に第4の1/2波長板48gが設けられているものとする。
【0088】
また、偏光部48は、光分割部41とレンズアレイ42との間に設けているが、レンズアレイ42とコンデンサレンズ43の間に設けてもよい。
【0089】
レンズアレイ42は、図11(b)に示すように、光分割部41から出射された8本のレーザ光が並んでいる方向に等間隔に一列に配列された、8個の凸レンズ42a〜42hから構成されている。凸レンズ42a〜42hの配列間隔は、光分割部41から出射される8本のレーザ光の間隔と同一で、各凸レンズ42a〜42hが各レーザ光の光軸上に設けられている。レンズアレイ42は、入射された8本のレーザ光を、それぞれ集光して8つの2次光源を生成する。レンズアレイ42から出射された8本のレーザ光は、一旦集光して2次光源となったのち、コンデンサレンズ43に入射される。
【0090】
コンデンサレンズ43は、レンズアレイ42によって集光された8本のレーザ光を基板1上に照射する。
【0091】
以上のような構成のレーザアニール装置40では、ステージ11上に基板1が載置され、その後、レーザアニール処理が開始される。レーザアニール装置40は、レーザアニール処理が開始されると、レーザ光源12からパルスレーザを出射する。
【0092】
レーザ光源12から出射されたレーザ光は、光分割部41及び偏光部48を通過することによって、隣接するレーザ光同士が互いに干渉性がない、同一強度の8本の平行光束とされる。
【0093】
8本のレーザ光は、レンズアレイ42によって、8個の2次光源とされる。2次光源から出射された8本のレーザ光は、コンデンサレンズ43を介して基板1上の所定の領域に照射される。
【0094】
そして、レーザアニール装置40では、ステージ11を平行移動させて、平板状の基板1を、主面に対して平行な方向(図10中X-Y方向)に移動させ、基板1の全領域にレーザ光を照射してアニール処理を行う。
【0095】
つぎに、光分割部41の構成についてさらに詳細に説明をする。図12に光分割部41の構成を示す。なお、図12は、光分割部41をY方向から見た図である。
【0096】
光分割部41は、図12に示すように、平面状の光分離面がZ方向に並ぶように配置された第1のBS44と、第2のBS45と、第3のBS46とを備えている。第1のBS44、第2のBS45及び第3のBS46は、光分離面に入射されたレーザ光を透過及び反射し、2つのレーザ光に分離する素子である。透過と反射の分離比率は、設計上は1:1となっている。
【0097】
光分割部41は、第1のBS44、第2のBS45及び第3のBS46の光分離面と、光反射面が平行とされ、第1のBS44、第2のBS45及び第3のBS46とZ方向に並んで配置されたミラー47を備えている。ミラー47は、平面状の光反射面に入射されたレーザ光を反射する素子である。ミラー47は、第1のBS44よりもレーザ光L1の入射側に配置されている。
【0098】
第1のBS44、第2のBS45及び第3のBS46の光分離面、並びに、ミラー47の光反射面は、X-Z軸で形成される平面に対して垂直に配置され、且つ、入射されるレーザ光L1の入射方向(すなわち、Z方向)に対して所定の角度(90°−θ)(0°<θ<90°)をもって配置されている。つまり、レーザ光L1は、第1のBS44、第2のBS45及び第3のBS46の光分離面に対して入射角θで入射される。
【0099】
第1のBS44は、レーザ光L1の光軸上に配置されている。また、第2のBS45及び第3のBS46も、レーザ光L1の光軸上に配置されている。また、第1のBS44は、レーザ光L1のみが入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。第2のBS45は、第1のBS44の透過光、及び、ミラー47で反射された後の第1のBS44の反射光が入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。また、第3のBS46は、第2のBS45の2本の透過光、及び、ミラー47で反射された後の第2のBS45の2本の反射光が入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。ミラー47は、第1のBS44の1本の反射光、第2のBS45の2本の反射光、及び、第3のBS46の4本の反射光が入射され、レーザ光L1を遮らないような配置及び大きさとなっている。
【0100】
具体的に、光分割部41から出射される8本のレーザ光を、第1のレーザ光L1_1、第2のレーザ光L1_2、第3のレーザ光L1_3、第4のレーザ光L1_4、第1のレーザ光L1_1、第2のレーザ光L1_2、第3のレーザ光L1_3、第4のレーザ光L1_4、第5のレーザ光L1_5、第6のレーザ光L1_6、第7のレーザ光L1_7及び第8のレーザ光L1_8としたとすると、以上の第1〜第8のレーザ光L1_1〜L1_8は、次のような経路で生成される。
【0101】
すなわち、第1のレーザ光L1_1は、第1のBS44(透過)→第2のBS45(透過)→第3のBS46(透過)→出射という経路で生成される。第2のレーザ光L1_2は、第1のBS44(反射)→ミラー47→第2のBS45(透過)→第3のBS46(透過)→出射という経路で生成される。第3のレーザ光L1_3は、第1のBS44(透過)→第2のBS45(反射)→ミラー47→第3のBS46(透過)→出射という経路で生成される。第4のレーザ光L1_4は、第1のBS44(反射)→ミラー47→第2のBS45(反射)→ミラー47→第3のBS46(透過)→出射という経路で生成される。第5のレーザ光L1_5は、第1のBS44(透過)→第2のBS45(透過)→第3のBS46(反射)→ミラー47→出射という経路で生成される。第6のレーザ光L1_6は、第1のBS44(反射)→ミラー47→第2のBS45(透過)→第3のBS46(反射)→ミラー47→出射という経路で生成される。第7のレーザ光L1_7は、第1のBS44(透過)→第2のBS45(反射)→ミラー47→第3のBS46(反射)→ミラー47→出射という経路で生成される。第8のレーザ光L1_8は、第1のBS44(反射)→ミラー47→第2のBS45(反射)→ミラー47→第3のBS46(反射)→ミラー47→出射という経路で生成される。
【0102】
光分割部41は、以上のような構成となっていることにより、X方向に並行にならんだ8本のレーザ光を出射することができる。
【0103】
さらに、偏光部48から出射される8本のレーザ光の全てを、互いに干渉性のないインコヒーレントな光とするように、光分割部41を構成していもよい。
【0104】
この場合、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとしたとき、第1のBS44とミラー47との間の距離t0を{L/(2cosθ)}/2以上とし、第1のBS44と第2のBS45との間の距離t1を、{L/(2cosθ)}/2以上とし、第2のBS45と第3のBS46の間の距離t2を、{(2×L)/(2cosθ)}/2以上とする。
【0105】
第3の実施の形態のレーザアニール装置40は、以上のような、簡易な構成によって1本のレーザ光を8本のレーザ光に分割することができる光分割部41を備えている。さらに、第3の実施の形態のレーザアニール装置40は、この光分割部41から出射された8本のレーザ光を、隣接するビーム同士の偏光方向が互いに直交するように偏光される偏光部48を備えている。
【0106】
従って、第3の実施の形態のレーザアニール装置40では、隣接するレーザ光同士が互いに直交する偏光とされるため、複数のレーザ光により1つの照射領域を形成する際に、隣接するレーザ光同士を重ね合わせながら照射することができる。そのため、強度のムラのない大きな照射領域を形成することができ、基板1上を均一なエネルギで照射することが可能となる。
【0107】
さらに、第3の実施の形態のレーザアニール装置40では、レーザ光源12により設定されている可干渉距離をLとしたとき、第1のBS44とミラー47との間の距離t0を{L/(2cosθ)}/2以上とし、第1のBS44と第2のBS45との間の距離t1を、{L/(2cosθ)}/2以上とし、第2のBS45と第3のBS46の間の距離t2を、{(2×L)/(2cosθ)}/2以上と設定することによって、隣接していないレーザ光の同士の光路長に対して可干渉距離L以上の差を付けることができる。つまり、同一の偏光とされているレーザ光同士に可干渉距離L以上の光路長差を付けることができる。
【0108】
これにより、偏光部48を通過した後の8本のレーザ光は、全て互いに干渉が生じないレーザ光となる。従って、レンズアレイ42が集光した各レーザ光を、コンデンサレンズによって基板1上の同一の照射領域に照射することが可能となる。
【0109】
また、第3の実施の形態のレーザアニール装置40では、光分割部41を備えることによって、第1の実施の形態のレーザアニール装置10と比較して、分割されるレーザ光の数が増加し、より均一な照射を行うことができる。
【0110】
また、第3の実施の形態のレーザアニール装置40では、第1の実施の形態のレーザアニール装置10が4つのレーザ光を一列に並んで照射していたのに対して、8つのレーザ光を1列に並べて照射する。そのため、第1の実施の形態のレーザアニール装置10によって照射したときには、図13(a)に示すような照射領域U1となるが、第3の実施の形態のレーザアニール装置40によって照射したときには図13(b)に示すように照射領域U3の長さが2倍程度に広がり、照射領域を広げることができる。
【0111】
なお、第3の実施の形態では、光分割部41によって分割するレーザ光の数は8本であるが、本発明では、以下に示す式(4)〜式(7)に基づいて平行に配置されるビームスプリッタの数を増やすことにより、レーザ光の分割数をさらに増やすことができる。
【0112】
まず、光分割部によって分割されるレーザ光の数をjとし、光分割部内に備えられるビームスプリッタの数をkとし、コリメータ13側(光分割部内のミラー側)からm番目に配置されるビームスプリッタをBSmとする。なお、mは、自然数であり、その最大値はjとなる。
【0113】
まず、jとkとの関係は、以下の式(4)に示す通りとなる。
j=2k・・・(4)
【0114】
また、各ビームスプリッタの透過率T及び反射率Rを、全て50%とすると、分割された後の1本のレーザ光の光量P2は、分割前のレーザ光の光量をP1としたときに、以下の式(5)に示すようになる。
P2=P1/j …(5)
【0115】
また、偏光部から出力されるj本レーザ光を互いに干渉をしないインコヒーレントな光とするためには、各ビームスプリッタ及び反射鏡を次のように配置をする必要がある。なお、各ビームスプリッタへ入射されるレーザ光の入射角をθとし、また、そのレーザ光の可干渉距離をLとする。
【0116】
1番目のビームスプリッタBS1と反射鏡との間の距離t0は、次の式(6)に示すと通りに設定をする。
t0≧{L/(2cosθ)}/2 ・・・(6)
【0117】
また、第m番目に配置されるビームスプリッタBSmと、第(m+1)番目に配置されるビームスプリッタBS(m+1)との間の距離tmを、次の式(7)に示す通りに設定をする。
tm≧{(2(m−1)×L)/(2cosθ)}/2 ・・・(7)
【0118】
このようにビームスプリッタを配置することによって、互いにインコヒーレントであり且つ強度が同一のj本の平行なレーザ光を、偏光部から出射することができる。
【0119】
(4) 第4の実施の形態
本発明の第4の実施の形態について説明する。本発明の第4の実施の形態のレーザアニール装置は、第1の実施の形態と同様に、例えば、アモルファスシリコン膜が形成されたのちのTFT基板に対してレーザ光を照射して当該TFT基板を熱処理することによって、アモルファスシリコン膜をポリシリコン膜に転換する装置である。
【0120】
この第4の実施の形態のレーザアニール装置は、2つのレーザ光源が用いられ、これら2つのレーザ光源から出射されたレーザ光をそれぞれ分割し、分割した各レーザ光を基板上の同一の領域に照射するものである。
【0121】
なお、第4の実施の形態のレーザアニール装置の説明をするにあたり、上述した第1の実施の形態のレーザアニール装置10と同一の構成要素については同一の符号を付けて、その詳細な説明を省略する。また、第4の実施の形態の説明で用いているX方向、Y方向及びZ方向も、第1の実施の形態と同一の方向である。
【0122】
図14に、第4の実施の形態のレーザアニール装置50の構成を示す。
【0123】
第4の実施の形態のレーザアニール装置50は、図14に示すように、アニール対象となる基板1を載置するステージ11と、レーザ光を出射するレーザ光源12と、レーザ光源12から出射されたレーザ光の光路上に設けられたコリメータ13と、コリメータ13から出射された1本のレーザ光を4本のレーザ光に分割する光分割部14と、4個の凸レンズから構成されたレンズアレイ15と、レンズアレイ15から出射された4本のレーザ光を基板1の所定の領域に導くコンデンサレンズ16と、ステージ11の位置制御等を行う制御部17と、偏光部18とを備えている。
【0124】
なお、以上のステージ11、第1のレーザ光源12、第1のコリメータ13、第1の光分割部14、レンズアレイ15、コンデンサレンズ16及び偏光部18の構成及び位置関係は、第1の実施の形態と同一である。以下、第4の実施の形態の説明では、レーザ光源12のことを第1のレーザ光源12と言い換え、コリメータ13のことを第1のコリメータ13と言い換え、光分割部14のことを第1の光分割部14と言い換えるものとする。また、第1のコリメータ13から第1の光分割部14へ出射されるレーザ光のことを、以下、第1のレーザ光L1という。
【0125】
さらに、第4の実施の形態のレーザアニール装置50は、レーザ光を出射する第2のレーザ光源51と、第2のレーザ光源51から出射されたレーザ光の光路上に設けられた第2のコリメータ52と、第2のコリメータ52から出射されたレーザ光を反射する導光ミラー53と、導光ミラー53から反射された1本のレーザ光を2本のレーザ光に分割する第2の光分割部54と、第1及び第2のレーザ光源12,51のレーザ光の出射制御を行う出射制御部55とを備えている。
【0126】
第2のレーザ光源51は、第1の実施の形態のレーザアニール装置10で用いられたレーザ光源12と同一の機能の装置である。第2のレーザ光源51から出射されたレーザ光は、第2のコリメータ52に入射される。
【0127】
第2のコリメータ52は、第2のレーザ光源51から入射されたレーザ光を所定のビーム径の平行光束とする。第2のコリメータ52から出射されたレーザ光は、導光ミラー53により反射された後、第2の光分割部54に入射される。なお、第2のコリメータ52から第2の光分割部54へ出射されるレーザ光のことを、以下、第2のレーザ光L2という。
【0128】
第2の光分割部54は、第2のレーザ光L2を分割して、等間隔に平行に並んだ2本のレーザ光を出射する。なお、この第2の光分割部54の具体的な構成については、詳細を後述する。
【0129】
第2の光分割部54から出射された2本のレーザ光は、第1の光分割部14に入射される。
【0130】
ここで、第1の光分割部14は、第2の光分割部54から2本のレーザ光が入射され、この2本のレーザ光を4本のレーザ光に分割して出射している。すなわち、第1の光分割部14は、第1のレーザ光L1を4分割して4本のレーザ光を出射するとともに、第2のレーザ光L2を4分割して4本のレーザ光も出射している。そして、第1の光分割部14は、第1のレーザ光L1を分割した4本のレーザ光と、第2のレーザ光L2を分割した4本のレーザ光とを、同軸上に合成して、出射している。
【0131】
第1の光分割部14から出射されるレーザ光については、その詳細を後述する。
【0132】
出射制御部55は、第1及び第2のレーザ光源12,51から出射されるパルス光の出射タイミングの制御を行う。なお、出射制御部55の制御例については、その詳細を後述する。
【0133】
以上のような構成のレーザアニール装置50では、ステージ11上に基板1が載置され、その後、レーザアニール処理が開始される。レーザアニール装置50は、レーザアニール処理が開始されると、第1及び第2レーザ光源12,51からパルスレーザを出射する。
【0134】
第1のレーザ光源12及び第2のレーザ光源51から出射されたレーザ光は、第1の光分割部14及び偏光部18を通過することによって、隣接するビーム同士が互いに干渉性のない、同一強度の4本の平行光束とされる。
【0135】
4本のレーザ光は、レンズアレイ15によって、4個の2次光源とされる。2次光源から出射された4本のレーザ光は、コンデンサレンズ16を介して合成され、基板1上の所定の領域に照射される。
【0136】
そして、レーザアニール装置50では、ステージ11を平行移動させて、平板状の基板1を、主面に対して平行な方向(図14中X-Y方向)に移動させ、基板1の全領域にレーザ光を照射してアニール処理を行う。
【0137】
つぎに、第1の光分割部14及び第2の光分割部54についてさらに詳細に説明をする。図15に第1の光分割部14及び第2の光分割部54の構成を示す。
【0138】
第2の光分割部54は、図15に示すように、平面状の光分離面がZ方向に並ぶように配置されたBS57を備えている。BS57は、光分離面に入射されたレーザ光を透過及び反射し、2つのレーザ光に分離する素子である。透過と反射の分離比率は、設計上は1:1となっている。
【0139】
第2の光分割部54は、BS57の光分離面と、光反射面が平行とされ、BS57とZ方向に並んで配置されたミラー58を備えている。ミラー58は、平面状の光反射面に入射されたレーザ光を反射する素子である。ミラー58は、BS57よりもレーザ光L2の入射側に配置されている。
【0140】
BS57の光分離面、並びに、ミラー58の光反射面は、X-Z軸で形成される平面に対して垂直に配置され、且つ、レーザ光L2の入射方向に対して所定の角度(90°−θ″)(0°<θ″<90°)をもって配置されている。つまり、レーザ光L2は、BS57の光分離面に対して入射角θ″で入射される。
【0141】
BS57は、レーザ光L2の光軸上に配置されている。また、BS57は、レーザ光L2のみが入射され、他の光が入射されないような配置及び大きさとなっている。ミラー58は、BS57の1本の反射光が入射され、レーザ光L2を遮らないような配置及び大きさとなっている。
【0142】
つぎに、第1の光分割部14に対して入射されるレーザ光、並びに、第1の光分割部14から出射されるレーザ光の生成経路について説明をする。
【0143】
なお、第1の光分割部14の第1のBS21を透過して第2のBS22へ入射する光を第1の中間光a1とし、第1の光分割部14の第1のBS21を反射したのちミラー23を介して第2のBS22へ入射する光を第2の中間光a2とする。また、第2の光分割部54からは、2本のレーザ光が出射され、この2本のレーザ光が第1の光分割部14の第2のBS22に入射される。第2の光分割部54の第1のビームBS57を透過して出射された光を第3の中間光a3とし、第2の光分割部54の第1のビームBS57を反射したのちミラー23を反射して出射された光を第4の中間光a4とする。
【0144】
まず、第1の中間光a1及び第2の中間光a2は、第2のBS22の一方の面(以下、表面という。)から入射される。第1の中間光a1は、第2のBS22により2本のレーザ光に分割され、その透過光がレーザ光L1_1として外部に出射され、その反射光がミラー23により反射されたのちレーザ光L1_3として外部に出射される。第2の中間光a2は、第2のBS22により2本のレーザ光に分割され、その透過光がレーザ光L1_2として外部に出射され、その反射光がミラー23により反射されたのちレーザ光L1_4として外部に出射される。
【0145】
一方、第3の中間光a3及び第4の中間光a4は、第1の中間光a1及び第2の中間光a2が入射された面と反対側の面(以下、裏面という。)から第2のBS22に入射される。第3の中間光a3は、第2のBS22により2本のレーザ光に分割され、その反射光がレーザ光L2_1として外部に出射され、その透過光がミラー23により反射されたのちレーザ光L2_3として外部に出射される。第4の中間光a4は、第2のBS22により2本のレーザ光に分割され、その反射光がレーザ光L2_2として外部に出射され、その透過光がミラー23により反射されたのちレーザ光L2_4として外部に出射される。
【0146】
また、第1〜第4の中間光a1〜a4は、全て第2のBS22の光分割面と直交する平面(すなわち、X-Z平面)に沿って、当該第2のBS22に入射される。また、第1〜第4の中間光a1〜a4は、第2のBS22の光分離面に対して、所定の角度θ(0°<θ<90°)で入射される。
【0147】
さらに、第1の中間光a1と第3の中間光a3とは、第2のBS22の光分離面上の同一の位置(もっとも、表面と裏面との違いはある)に入射され、且つ、その光軸が一致しないように入射される。また、第2の中間光a2と第4の中間光a4とは、第2のBS22の光分離面上の同一の位置(もっとも、表面と裏面との違いはある)に入射され、且つ、その光軸が一致しないように入射される。
【0148】
従って、第1の中間光a1の透過光であるレーザ光L1_1と、第3の中間光a3の反射光であるレーザ光L2_1とが同軸上に合成されて出射される。第1の中間光a1の反射光であるレーザ光L1_3と、第3の中間光a3の透過光であるレーザ光L2_3とが同軸上に合成されて出射される。第2の中間光a2の透過光であるレーザ光L1_2と、第4の中間光a4の反射光であるレーザ光L2_2とが同軸上に合成されて出射される。第2の中間光a2の反射光であるレーザ光L1_4と、第4の中間光a4の透過光であるレーザ光L2_4とが同軸上に合成されて出射される。
【0149】
従って、第1の光分割部14及び第2の光分割部54では、2つのレーザ光源から出射されたレーザ光をそれぞれ4つのレーザ光に分割するとともに、それら4つのレーザ光を1本ずつ同軸上に合成して出射することができる。
【0150】
さらに、偏光部18から出射される4本のレーザ光の全てを、互いに干渉性のないインコヒーレントな光とするように、第1の光分割部14及び第2の光分割部54を構成してもよい。
【0151】
この場合、レーザ光源12により設定されている可干渉距離又は第2のレーザ光源51により設定されている可干渉距離のうち、いずれか長いほうの可干渉距離をLとしたとき、第1の光分割部14の第1のBS21とミラー23との間の距離t0を、{L/(2cosθ)}/2以上とし、第1のBS21と第2のBS22との間の距離t1も、L/(2cosθ)以上とする。
【0152】
さらに、第2のレーザ光源51により設定されている可干渉距離をL″としたとき、第2の光分割部54のBS57とミラー58との間の距離t″0を、L″/(2cosθ″)以上とする。
【0153】
つぎに、第1のレーザ光源12及び第2のレーザ光源51のパルス光の出射タイミングについて説明をする。
【0154】
出射制御部55は、第1のレーザ光源12がパルス光を出射するタイミングと、第2のレーザ光源51がパルス光を出射するタイミングとを制御する。出射制御部55は、第1のレーザ光源12から出射されたパルス光と、第2のレーザ光源51から出射されたパルス光の発光タイミングを所定時間(Δt)をずらすとともに、パルス光の発光期間を一部重複させる。
【0155】
具体的に説明すると、出射制御部55は、例えば図16に示すように、基板1上で、第1のレーザ光源12から出射されたレーザ光L1の強度がピークとなった直後に、第2のレーザ光源51から出射されたレーザ光L2の強度が増加するように、第1のレーザ光源12がレーザ光L1を出射するタイミングと、第2のレーザ光源51がレーザ光L2を出射するタイミングとを制御する。図16中Δtは、第1のレーザ光源12からレーザ光L1を出射する時間と第2のレーザ光源51からレーザ光L2を出射する時間との時間ずれを示している。このように、第1のレーザ光源12から出射されたレーザ光が基板1上を照射する時間と、第2のレーザ光源51から出射されたレーザ光が基板1上を照射する時間とを一部重複させることで、基板1上に照射されるレーザ光の実効的なパルス幅を長くすることが可能となる。すなわち、レーザ光が基板1上を照射する時間を長くすることが可能となる。また、図16に示すように、先行するパルス光のピークの強度よりも、後のパルス光のピークの強度を弱くすることによって、基板1の冷却速度を遅くすることができる。基板1の冷却速度を遅くすると、生成されるポリシリコンの結晶粒径のサイズを大きくすることが可能である。
【0156】
第4の実施の形態のレーザアニール装置50は、以上のような簡易な構成によって、2つのレーザ光源から出射された2本のレーザ光をそれぞれ4本のレーザ光に分割する第1の光分割部14及び第2の光分割部54を備えている。さらに、第4の実施の形態のレーザアニール装置50は、第1の光分割部41及び第2の光分割部54から出射されたレーザ光を、隣接するビーム同士の偏光方向が互いに直交するように偏光される偏光部18を備えている。
【0157】
従って、第4の実施の形態のレーザアニール装置50では、隣接するレーザ光同士が互いに直交する偏光とされるため、複数のレーザ光により1つの照射領域を形成する際に、隣接するレーザ光同士を重ね合わせながら照射することができる。そのため、強度のムラのない大きな照射領域を形成することができ、基板1上を均一なエネルギで照射することが可能となる。
【0158】
また、第4の実施の形態のレーザアニール装置50では、2つのレーザ光源から出射されたレーザ光を合成するので、照射するレーザ光の強度を増加することができ、或いは、パルス光のパルス幅を長くすることができる。
【0159】
さらに、第4の実施の形態のレーザアニール装置50では、レーザ光源12により設定されている可干渉距離又は第2のレーザ光源51により設定されている可干渉距離のうち、いずれか長いほうの可干渉距離をLとしたとき、第1の光分割部14の第1のBS21とミラー23との間の距離t0を、{L/(2cosθ)}/2以上とし、第1のBS21と第2のBS22との間の距離t1も、L/(2cosθ)以上と設定し、さらに、第2のレーザ光源51により設定されている可干渉距離をL″としたとき、第2の光分割部54のBS57とミラー58との間の距離t″0を、L″/(2cosθ″)以上と設定することによって、偏光部18を通過した後の4本のレーザ光を、全て互いに干渉が生じないレーザ光とすることができる。このように設定することによって、レンズアレイ15が集光した各レーザ光を、コンデンサレンズによって基板1上の同一の照射領域に照射することが可能となる。
【0160】
【発明の効果】
本発明に係る光照射装置では、分割された複数のレーザビームを隣接するビーム間で偏光方向が互いに直交するように偏光させるため、均一な強度で照射対象物を照射することが可能である
本発明に係るレーザアニール装置では、アニール対象物を均一なエネルギでアニールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態のレーザアニール装置の構成を示す図である。
【図2】上記第1の実施の形態のレーザアニール装置の光分割部の構成を示す図である。
【図3】上記第1のレーザアニール装置から照射されるレーザ光の強度分布を示す図である。
【図4】上記第1の実施の形態の変形例を示す図である。
【図5】上記第1の実施の形態のレーザアニール装置の光分割部の変形例を示す図である。
【図6】第2の実施の形態のレーザアニール装置の構成を示す図である。
【図7】上記第2の実施の形態のレーザアニール装置の偏光部及びレンズアレイの図である。
【図8】上記第2の実施の形態のレーザアニール装置の第1の光分割部及び第2の光分割部の構成を示す図である。
【図9】上記第1の実施の形態のレーザアニール装置による照射領域を示す図と、上記第2の実施の形態のレーザアニール装置よる照射領域を示す図である。
【図10】第3の実施の形態のレーザアニール装置の構成を示す図である。
【図11】上記第3の実施の形態のレーザアニール装置の偏光部及びレンズアレイの図である。
【図12】上記第3の実施の形態のレーザアニール装置の光分割部の構成を示す図である。
【図13】上記第1の実施の形態のレーザアニール装置による照射領域を示す図と、図14Bは、上記第3の実施の形態のレーザアニール装置よる照射領域を示す図である。
【図14】第4の実施の形態のレーザアニール装置の構成を示す図である。
【図15】上記第4の実施の形態のレーザアニール装置の第1の光分割部及び第2の光分割部の構成を示す図である。
【図16】上記第4の実施の形態のレーザアニール装置から出射されるレーザ光の出射タイミングを示す図である。
【図17】従来のレーザアニール装置の構成を示す図である。
【図18】従来のレーザアニール装置の光源に固体レーザを適用した場合に生じてしまう干渉縞を示す図である。
【符号の説明】
1 基板、10,30,40,50 レーザアニール装置、11 ステージ、12,51 レーザ光源、13,52 コリメータ、14,31,41,54 光分割部、18,37,48 偏光部、15,32,42 レンズアレイ、16,19,43 コンデンサレンズ、17 制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laser annealing apparatus used for manufacturing a thin film transistor using polysilicon as a channel layer, and a light irradiation apparatus applied to a laser annealing apparatus and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in a thin film transistor used for a liquid crystal display or the like, a polysilicon film having high carrier mobility is used for a channel layer. Generally, a polysilicon film of a thin film transistor is manufactured by forming amorphous silicon on a glass substrate and annealing the amorphous silicon by irradiating the amorphous silicon with laser light. A device that irradiates a substance with laser light to anneal the substance is called a laser annealing apparatus.
[0003]
2. Description of the Related Art In a laser annealing apparatus used for manufacturing a thin film transistor, an excimer laser capable of irradiating high-power ultraviolet laser light has been conventionally used as a light source. FIG. 17 shows a configuration of a conventional laser annealing apparatus employing an excimer laser as a light source.
[0004]
As shown in FIG. 17, a conventional laser annealing
[0005]
In the conventional laser annealing
[0006]
When laser annealing is performed with laser light having such a uniform intensity distribution, uniform energy is applied to the entire surface of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, an excimer laser used as a light source of a conventional laser annealing apparatus lacks output stability and is a very difficult device to handle. Therefore, from the viewpoint of output stability, it is considered preferable to use a solid-state laser or semiconductor laser in the ultraviolet light region, which has a stable laser beam energy and a long life, as a light source of the laser annealing apparatus.
[0008]
However, the laser light emitted from the solid-state laser and the semiconductor laser has higher coherence than the laser light emitted from the excimer laser. Therefore, when a solid-state laser or a semiconductor laser is employed as the
[0009]
The present invention has been proposed in view of the conventional circumstances described above, and has as its object to provide a light irradiation device capable of irradiating an irradiation range with a uniform irradiation intensity. Another object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus capable of annealing an irradiation target with uniform energy.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described object, a light irradiation device and a laser annealing device according to the present invention include a laser light source that emits a laser beam, and a light splitting device that divides a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of laser beams. Means, a polarizing means for controlling the polarization direction of the laser beam split by the light splitting means, and an irradiating means for irradiating the irradiation object with the plurality of laser beams.
[0011]
The light splitting means of the light irradiation device and the laser annealing device has a light separating surface for reflecting and transmitting an incident laser beam and separating the laser beam into two laser beams of reflected light and transmitted light. K (where k is a natural number of 1 or more) beam splitters arranged in parallel, a light reflecting surface is made parallel to a light splitting surface of the beam splitter, and reflected light from all the beam splitters is incident. A laser beam emitted from the laser light source is incident on the first beam splitter from the laser light source side, and is applied to the (m + 1) th (where m is a natural number) beam splitter. Are transmitted by the m-th beam splitter and the laser beam reflected by the reflecting mirror after being reflected by the m-th beam splitter are incident on the k-th beam splitter. Splitter, 2 (K-1) The transmitted light is output to the outside, and the reflecting mirror receives the light transmitted from the k-th beam splitter. (K-1) The reflected light of the book is reflected and output to the outside.
[0012]
The light splitting means and the polarizing means of the laser annealing device polarize the plurality of laser beams split by the light splitting means such that adjacent beams have polarization directions orthogonal to each other.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1) First embodiment
A first embodiment of the present invention will be described. The laser annealing apparatus according to the first embodiment of the present invention, for example, irradiates a laser beam to a TFT substrate after an amorphous silicon film is formed, and heat-treats the amorphous silicon film to form the amorphous silicon film. This is a device for converting to a polysilicon film.
[0014]
FIG. 1 shows a configuration of a laser annealing
[0015]
The laser annealing
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
Laser light emitted from the
[0019]
The
[0020]
Hereinafter, the laser light incident on the
[0021]
The
A specific configuration example of the
[0022]
The four laser beams emitted from the
[0023]
The
[0024]
Further, the
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
In the
[0029]
The laser light emitted from the
[0030]
The four laser beams are converted into four secondary light sources by the
[0031]
Then, in the
[0032]
Next, the configuration of the
[0033]
As shown in FIG. 2, the
[0034]
The
[0035]
The light separating surfaces of the
[0036]
The
[0037]
Specifically, it is assumed that the four laser lights emitted from the
[0038]
With the above configuration, the
[0039]
Further, the
[0040]
In this case, the distance t0 between the
[0041]
The
[0042]
Therefore, in the
[0043]
Further, in the
[0044]
As a result, the laser beams that have passed through the
[0045]
Also, as shown in FIG. 5, a
[0046]
In this case, refraction occurs when laser light is incident on the
[0047]
(2) Second embodiment
A second embodiment of the present invention will be described. As in the first embodiment, the laser annealing apparatus according to the second embodiment of the present invention irradiates a laser beam to a TFT substrate after an amorphous silicon film is formed, for example. Is a device that converts an amorphous silicon film to a polysilicon film by heat-treating the amorphous silicon film.
[0048]
In describing the laser annealing apparatus according to the second embodiment, the same components as those in the
[0049]
FIG. 6 shows a configuration of a
[0050]
The
[0051]
The first
[0052]
The second
[0053]
The 16 laser beams emitted from the second
[0054]
The
[0055]
In the present embodiment, a P-polarized or S-polarized laser beam is emitted from the
[0056]
The
[0057]
As shown in FIG. 7B, the
[0058]
The
[0059]
In the
[0060]
The laser light emitted from the
[0061]
The 16 laser beams are converted into 16 secondary light sources by the
[0062]
Then, in the
[0063]
Next, the configuration of the second
[0064]
The second
[0065]
Hereinafter, the configuration of the second
[0066]
As shown in FIG. 8, the second
[0067]
The second
[0068]
The light separating surfaces of the
[0069]
The
[0070]
Further, the first
[0071]
In this case, assuming that the coherence distance set by the
[0072]
The distance t′0 between the
t′0 ≧ {(Lmax−Lmin) + L} / (2cosθ ′)} / 2 (1)
t′1 ≧ {(Lmax−Lmin) + L} / (2cosθ ′)} / 2 (2)
Lmin and Lmax used in the above equations (1) and (2) are values determined from the configuration of the first
[0073]
The
[0074]
Therefore, in the
[0075]
Further, in the
[0076]
As a result, the laser beams that have passed through the
[0077]
In the
[0078]
Also, in the
[0079]
In this case, by setting the distance t′1 between the
t′1 ≧ {(Lmax−Lmin) + L} / (2 (n 2 −sin 2 θ ') 1/2 } / 2… (3)
[0080]
(3) Third embodiment
A third embodiment of the present invention will be described. As in the first embodiment, the laser annealing apparatus according to the third embodiment of the present invention irradiates a laser beam to a TFT substrate after an amorphous silicon film is formed, for example. Is a device that converts an amorphous silicon film to a polysilicon film by heat-treating the amorphous silicon film.
[0081]
In describing the laser annealing apparatus according to the third embodiment, the same components as those of the
[0082]
FIG. 10 shows a configuration of a
[0083]
The
[0084]
The
[0085]
The eight laser beams emitted from the
[0086]
The
[0087]
In the present embodiment, a P-polarized or S-polarized laser beam is emitted from the
[0088]
Further, the
[0089]
As shown in FIG. 11B, the
[0090]
The
[0091]
In the
[0092]
The laser light emitted from the
[0093]
The eight laser beams are converted into eight secondary light sources by the
[0094]
In the
[0095]
Next, the configuration of the
[0096]
As shown in FIG. 12, the
[0097]
The
[0098]
The light separating surfaces of the first BS 44, the
[0099]
The first BS 44 is arranged on the optical axis of the laser light L1. Further, the
[0100]
Specifically, the eight laser beams emitted from the
[0101]
That is, the first laser light L1_1 is generated in a path of the first BS 44 (transmission) → the second BS 45 (transmission) → the third BS 46 (transmission) → emission. The second laser beam L1_2 is generated in a path of the first BS 44 (reflection) → the
[0102]
With the above configuration, the
[0103]
Furthermore, the
[0104]
In this case, when the coherence distance set by the
[0105]
The
[0106]
Therefore, in the
[0107]
Further, in the
[0108]
As a result, the eight laser beams that have passed through the
[0109]
Further, in the
[0110]
In the
[0111]
In the third embodiment, the number of laser beams split by the
[0112]
First, the number of laser beams split by the light splitting unit is j, the number of beam splitters provided in the light splitting unit is k, and the m-th beam arranged from the
[0113]
First, the relationship between j and k is as shown in the following equation (4).
j = 2 k ... (4)
[0114]
If the transmittance T and the reflectance R of each beam splitter are all 50%, the light amount P of one laser beam after splitting is obtained. 2 Is the light amount of the laser beam before the division 1 Then, the following equation (5) is obtained.
P 2 = P 1 /J...(5)
[0115]
Further, in order to make the j laser beams output from the polarization unit into incoherent light which does not interfere with each other, it is necessary to arrange the beam splitters and the reflecting mirrors as follows. Note that the incident angle of the laser light incident on each beam splitter is θ, and the coherence length of the laser light is L.
[0116]
1st beam splitter BS 1 The distance t0 between the mirror and the reflecting mirror is set as shown in the following equation (6).
t0 ≧ {L / (2 cos θ)} / 2 (6)
[0117]
Also, the m-th beam splitter BS m And the (m + 1) th beam splitter BS (M + 1) Distance t between m Is set as shown in the following equation (7).
t m ≧ {(2 (M-1) × L) / (2cosθ)} / 2 (7)
[0118]
By arranging the beam splitters in this way, j parallel laser beams that are mutually incoherent and have the same intensity can be emitted from the polarization unit.
[0119]
(4) Fourth embodiment
A fourth embodiment of the present invention will be described. As in the first embodiment, the laser annealing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention irradiates a laser beam to a TFT substrate after an amorphous silicon film is formed, for example. Is a device that converts an amorphous silicon film to a polysilicon film by heat-treating the amorphous silicon film.
[0120]
The laser annealing apparatus according to the fourth embodiment uses two laser light sources, divides the laser light emitted from these two laser light sources, respectively, and places each of the divided laser lights in the same region on the substrate. Irradiation.
[0121]
In describing the laser annealing apparatus according to the fourth embodiment, the same components as those of the
[0122]
FIG. 14 shows a configuration of a
[0123]
As shown in FIG. 14, a
[0124]
The configuration and positional relationship of the
[0125]
Further, the
[0126]
The second
[0127]
The
[0128]
The second light splitting unit splits the second laser light L2 and emits two laser lights arranged in parallel at equal intervals. The specific configuration of the second
[0129]
The two laser beams emitted from the second
[0130]
Here, the first
[0131]
Details of the laser light emitted from the first
[0132]
The
[0133]
In the
[0134]
The laser beams emitted from the first
[0135]
The four laser beams are converted into four secondary light sources by the
[0136]
Then, in the
[0137]
Next, the first
[0138]
As shown in FIG. 15, the second
[0139]
The second
[0140]
The light separating surface of the
[0141]
The
[0142]
Next, the generation path of the laser light incident on the first
[0143]
Note that the light that passes through the
[0144]
First, the first intermediate light a1 and the second intermediate light a2 are incident from one surface (hereinafter, referred to as a surface) of the
[0145]
On the other hand, the third intermediate light a3 and the fourth intermediate light a4 are the second from the surface opposite to the surface on which the first intermediate light a1 and the second intermediate light a2 are incident (hereinafter, referred to as the back surface). To the BS22. The third intermediate light a3 is split into two laser lights by the
[0146]
Further, the first to fourth intermediate lights a1 to a4 are all incident on the
[0147]
Furthermore, the first intermediate light a1 and the third intermediate light a3 are incident on the same position on the light separation surface of the second BS 22 (although there is a difference between the front surface and the back surface), and Light is incident so that the optical axes do not coincide. Further, the second intermediate light a2 and the fourth intermediate light a4 are incident on the same position (although there is a difference between the front surface and the back surface) on the light separation surface of the
[0148]
Therefore, the laser light L1_1 that is the transmitted light of the first intermediate light a1 and the laser light L2_1 that is the reflected light of the third intermediate light a3 are coaxially combined and emitted. The laser light L1_3, which is the reflected light of the first intermediate light a1, and the laser light L2_3, which is the transmitted light of the third intermediate light a3, are coaxially combined and emitted. The laser light L1_2, which is the transmitted light of the second intermediate light a2, and the laser light L2_2, which is the reflected light of the fourth intermediate light a4, are coaxially combined and emitted. The laser light L1_4, which is the reflected light of the second intermediate light a2, and the laser light L2_4, which is the transmitted light of the fourth intermediate light a4, are coaxially combined and emitted.
[0149]
Therefore, the first
[0150]
Further, the first
[0151]
In this case, when the longer one of the coherence distance set by the
[0152]
Further, assuming that the coherence distance set by the second
[0153]
Next, the emission timing of the pulse light from the first
[0154]
The
[0155]
Specifically, as shown in FIG. 16, for example, as shown in FIG. 16, immediately after the intensity of the laser light L1 emitted from the first
[0156]
The
[0157]
Therefore, in the
[0158]
Further, in the
[0159]
Further, in the
[0160]
【The invention's effect】
In the light irradiation device according to the present invention, the plurality of split laser beams are polarized so that the polarization directions of the adjacent beams are orthogonal to each other, so that the irradiation target can be irradiated with uniform intensity.
In the laser annealing apparatus according to the present invention, the object to be annealed can be annealed with uniform energy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a laser annealing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a light splitting unit of the laser annealing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing an intensity distribution of laser light emitted from the first laser annealing apparatus.
FIG. 4 is a diagram showing a modification of the first embodiment.
FIG. 5 is a view showing a modification of the light splitting unit of the laser annealing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a laser annealing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a polarizing unit and a lens array of the laser annealing apparatus according to the second embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a first light splitting unit and a second light splitting unit of the laser annealing apparatus according to the second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an irradiation area by the laser annealing apparatus according to the first embodiment, and a view showing an irradiation area by the laser annealing apparatus according to the second embodiment.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a laser annealing apparatus according to a third embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a polarizing unit and a lens array of the laser annealing apparatus according to the third embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a light splitting unit of the laser annealing apparatus according to the third embodiment.
FIG. 13 is a diagram illustrating an irradiation region by the laser annealing apparatus according to the first embodiment, and FIG. 14B is a diagram illustrating an irradiation region by the laser annealing device according to the third embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a laser annealing apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a first light splitting unit and a second light splitting unit of the laser annealing apparatus according to the fourth embodiment.
FIG. 16 is a diagram showing emission timing of laser light emitted from the laser annealing apparatus according to the fourth embodiment.
FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a conventional laser annealing apparatus.
FIG. 18 is a diagram showing interference fringes generated when a solid-state laser is applied to a light source of a conventional laser annealing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 substrate, 10, 30, 40, 50 laser annealing apparatus, 11 stage, 12, 51 laser light source, 13, 52 collimator, 14, 31, 41, 54 light splitting section, 18, 37, 48 polarizing section, 15, 32 , 42 Lens array, 16, 19, 43 Condenser lens, 17 Control unit
Claims (26)
上記レーザ光源から出射されたレーザビームを複数のレーザビームに分割する光分割手段と、
上記光分割手段により分割されたレーザビームの偏光方向を制御する偏光手段と、
上記複数のレーザビームを照射対象物に対して照射する照射手段とを備え、
上記光分割手段は、
入射されるレーザビームを反射及び透過して反射光及び透過光の2つのレーザビームに分離する光分離面を有し、光分離面を互いに平行として並べられたk(但し、kは1以上の自然数。)個のビームスプリッタと、
光反射面が上記ビームスプリッタの光分離面と平行とされ、全ての上記ビームスプリッタからの反射光が入射される反射鏡とを備え、
上記レーザ光源側から1個目のビームスプリッタには、上記レーザ光源から出射されたレーザビームが入射され、
m+1(但し、mは自然数。)個目のビームスプリッタには、m個目のビームスプリッタからの透過光と、m個目のビームスプリッタで反射した後上記反射鏡によって反射されたレーザビームとが入射され、
k個目のビームスプリッタは、2(k−1)本の透過光を外部に出力し、
上記反射鏡は、k個目のビームスプリッタから入射された2(k−1)本の反射光を反射して外部に出力し、
上記偏光手段は、上記光分割手段により分割された複数の上記レーザビームを、隣接するビーム間で偏光方向が互いに直交するように偏光させること
を特徴とする光照射装置。A laser light source for emitting a laser beam,
Light splitting means for splitting a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of laser beams,
Polarizing means for controlling the polarization direction of the laser beam split by the light splitting means,
Irradiating means for irradiating the irradiation object with the plurality of laser beams,
The light splitting means,
A light separating surface for reflecting and transmitting an incident laser beam and separating the laser beam into two laser beams of reflected light and transmitted light; and k arranged such that the light separating surfaces are parallel to each other (where k is one or more). A natural number.) Beam splitters,
A light reflecting surface is parallel to the light separating surface of the beam splitter, and includes a reflecting mirror on which reflected light from all the beam splitters is incident.
A laser beam emitted from the laser light source is incident on a first beam splitter from the laser light source side,
The transmitted light from the m-th beam splitter and the laser beam reflected by the reflecting mirror after being reflected by the m-th beam splitter are transmitted to the (m + 1) th (where m is a natural number) beam splitter. Incident
The k-th beam splitter outputs 2 (k-1) transmitted lights to the outside,
The reflecting mirror reflects 2 (k-1) reflected lights incident from the k-th beam splitter and outputs the reflected light to the outside,
The light irradiating apparatus, wherein the polarizing means polarizes the plurality of laser beams split by the light splitting means so that adjacent polarizing beams have orthogonal polarization directions.
m個目のビームスプリッタの光分離面と(m+1)個目のビームスプリッタの光分離面との間の距離は、各ビームスプリッタに入射されるレーザビームの入射角をθ、上記レーザ光源から出射されるレーザビームの可干渉距離をLとしたとき、{(2(m−1)×L)/(2cosθ)}/2以上とされ、
1個目のビームスプリッタの光分離面と上記反射鏡の光反射面の間の距離は、各ビームスプリッタに入射されるレーザビームの入射角をθ、上記レーザ光源から出射されるレーザビームの可干渉距離をLとしたとき、{{L/(2cosθ)}/2}/2以上とされていること
を特徴とする請求項1項記載の光照射装置。The light splitting means,
The distance between the light separation surface of the m-th beam splitter and the light separation surface of the (m + 1) -th beam splitter is as follows: θ is the incident angle of the laser beam incident on each beam splitter, and the laser beam is emitted from the laser light source. When the coherence length of the laser beam to be performed is L, it is set to {(2 (m-1) × L) / (2 cos θ)} / 2 or more,
The distance between the light splitting surface of the first beam splitter and the light reflecting surface of the reflecting mirror is set such that the incident angle of the laser beam incident on each beam splitter is θ, and the distance of the laser beam emitted from the laser light source is 2. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein when the interference distance is L, the distance is {L / (2 cos θ)} / 2} / 2 or more.
を特徴とする請求項2記載の光照射装置。3. The light irradiation device according to claim 2, wherein the irradiation unit irradiates the irradiation target with a plurality of laser beams polarized by the polarization unit, overlapping the same irradiation position.
を特徴とする請求項3項記載の光照射装置。4. The light irradiation apparatus according to claim 3, wherein the reflected light and the transmitted light separated by the light separating surface of the beam splitter have a light intensity ratio of 1: 1.
を特徴とする請求項3項記載の光照射装置。The light irradiation device according to claim 3, wherein a plurality of beam splitters are integrated by arranging a light transmitting member between the beam splitters.
を特徴とする請求項3項記載の光照射装置。The light irradiation device according to claim 3, wherein a plurality of beam splitters are integrated by disposing a light transmitting member between the beam splitter and the reflecting mirror.
を特徴とする請求項1項記載の光照射装置。The light irradiation device according to claim 1, wherein the laser light source is a solid-state laser.
を特徴とする請求項1項記載の光照射装置。The light irradiation device according to claim 1, wherein the laser light source is a semiconductor laser.
を特徴とする請求項1項記載の光照射装置。The light irradiation device according to claim 1, wherein the laser light source performs pulse oscillation.
上記照射手段は、上記光分割手段から出力された複数のレーザビームが入射される1つ以上のレンズから構成されていること
を特徴とする請求項1項記載の光照射装置。A laser beam emitted from the laser light source is provided with a parallelizing unit that converts the laser beam into a parallel light beam,
2. The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein the irradiation means includes one or more lenses on which a plurality of laser beams output from the light splitting means are incident.
上記照射手段には、上記複数の集光レンズを介して各レーザビームが入射されること
を特徴とする請求項1項記載の光照射装置。A plurality of condenser lenses for condensing each laser beam output from the light splitting means,
The light irradiation apparatus according to claim 1, wherein each laser beam is incident on the irradiation means via the plurality of condenser lenses.
を特徴とする請求項1記載の光照射装置。The light irradiation device according to claim 1, wherein the laser light source emits a laser beam having a predetermined polarization.
上記照射手段は、上記光分割手段から出射される複数のレーザビームに対応して一列又はマトリクス状に配列された複数の集光レンズを有し、
上記偏光手段は、上記複数の集光レンズに対してレーザビームの出射方向の前段又は後段に配置され、且つ、一列又はマトリクス状に配列された複数の集光レンズに対して1つおきに配置された複数の偏光90度回転素子を有すること
を特徴とする請求項1記載の光照射装置。The light splitting unit splits a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of laser beams arranged in a line or in a matrix,
The irradiating means has a plurality of condensing lenses arranged in a row or in a matrix corresponding to a plurality of laser beams emitted from the light dividing means,
The polarizing means is disposed before or after the plurality of condenser lenses in the emission direction of the laser beam, and is disposed every other one of the plurality of condenser lenses arranged in a line or in a matrix. The light irradiation device according to claim 1, further comprising a plurality of polarization 90-degree rotation elements formed.
レーザビームを出射するレーザ光源と、
上記レーザ光源から出射されたレーザビームを複数のレーザビームに分割する光分割手段と、
上記光分割手段により分割されたレーザビームの偏光方向を制御する偏光手段と、
上記複数のレーザビームを照射対象物に対して照射する照射手段とを備え、
上記光分割手段は、
入射されるレーザビームを反射及び透過して反射光及び透過光の2つのレーザビームに分離する光分離面を有し、光分離面を互いに平行として並べられたk(但し、kは1以上の自然数。)個のビームスプリッタと、
光反射面が上記ビームスプリッタの光分離面と平行とされ、全ての上記ビームスプリッタからの反射光が入射される反射鏡とを備え、
上記レーザ光源側から1個目のビームスプリッタには、上記レーザ光源から出射されたレーザビームが入射され、
m+1(但し、mは自然数。)個目のビームスプリッタには、m個目のビームスプリッタからの透過光と、m個目のビームスプリッタで反射した後上記反射鏡によって反射されたレーザビームとが入射され、
k個目のビームスプリッタは、2(k−1)本の透過光を外部に出力し、
上記反射鏡は、k個目のビームスプリッタから入射された2(k−1)本の反射光を反射して外部に出力し、
上記偏光手段は、上記光分割手段により分割された複数の上記レーザビームを、隣接するビーム間で偏光方向が互いに直交するように偏光させること
を特徴とするレーザアニール装置。A stage for placing an object to be annealed,
A laser light source for emitting a laser beam,
Light splitting means for splitting a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of laser beams,
Polarizing means for controlling the polarization direction of the laser beam split by the light splitting means,
Irradiating means for irradiating the irradiation object with the plurality of laser beams,
The light splitting means,
A light separating surface for reflecting and transmitting an incident laser beam and separating the laser beam into two laser beams of reflected light and transmitted light; and k arranged such that the light separating surfaces are parallel to each other (where k is one or more). A natural number.) Beam splitters,
A light reflecting surface is parallel to the light separating surface of the beam splitter, and includes a reflecting mirror on which reflected light from all the beam splitters is incident.
A laser beam emitted from the laser light source is incident on a first beam splitter from the laser light source side,
The transmitted light from the m-th beam splitter and the laser beam reflected by the reflecting mirror after being reflected by the m-th beam splitter are transmitted to the (m + 1) th (where m is a natural number) beam splitter. Incident
The k-th beam splitter outputs 2 (k-1) transmitted lights to the outside,
The reflecting mirror reflects 2 (k-1) reflected lights incident from the k-th beam splitter and outputs the reflected light to the outside,
A laser annealing apparatus, wherein the polarizing means polarizes the plurality of laser beams split by the light splitting means so that adjacent beams have polarization directions orthogonal to each other.
m個目のビームスプリッタの光分離面と(m+1)個目のビームスプリッタの光分離面との間の距離は、各ビームスプリッタに入射されるレーザビームの入射角をθ、上記レーザ光源から出射されるレーザビームの可干渉距離をLとしたとき、{(2(m−1)×L)/(2cosθ)}/2以上とされ、
1個目のビームスプリッタの光分離面と上記反射鏡の光反射面の間の距離は、各ビームスプリッタに入射されるレーザビームの入射角をθ、上記レーザ光源から出射されるレーザビームの可干渉距離をLとしたとき、{{L/(2cosθ)}/2}/2以上とされていること
を特徴とする請求項13項記載のレーザアニール装置。The light splitting means,
The distance between the light separation surface of the m-th beam splitter and the light separation surface of the (m + 1) -th beam splitter is as follows: θ is the incident angle of the laser beam incident on each beam splitter, and the laser beam is emitted from the laser light source. When the coherence length of the laser beam to be performed is L, it is set to {(2 (m-1) × L) / (2 cos θ)} / 2 or more,
The distance between the light splitting surface of the first beam splitter and the light reflecting surface of the reflecting mirror is set such that the incident angle of the laser beam incident on each beam splitter is θ, and the distance of the laser beam emitted from the laser light source is 14. The laser annealing apparatus according to claim 13, wherein when the interference distance is L, the distance is {L / (2 cos θ)} / 2} / 2 or more.
を特徴とする請求項15記載のレーザアニール装置。16. The laser annealing apparatus according to claim 15, wherein the irradiating unit irradiates the object to be irradiated with a plurality of laser beams polarized by the polarizing unit so as to overlap the same irradiation position.
を特徴とする請求項16項記載のレーザアニール装置。17. The laser annealing apparatus according to claim 16, wherein the reflected light and the transmitted light separated by the light separating surface of the beam splitter have a light intensity ratio of 1: 1.
を特徴とする請求項16項記載のレーザアニール装置。17. The laser annealing apparatus according to claim 16, wherein a plurality of beam splitters are integrated by disposing a light transmitting member between the respective beam splitters.
を特徴とする請求項16項記載のレーザアニール装置。17. The laser annealing apparatus according to claim 16, wherein a plurality of beam splitters are integrated by disposing a light transmitting member between the beam splitter and the reflecting mirror.
を特徴とする請求項14項記載のレーザアニール装置。The laser annealing apparatus according to claim 14, wherein the laser light source is a solid-state laser.
を特徴とする請求項14項記載のレーザアニール装置。The laser annealing apparatus according to claim 14, wherein the laser light source is a semiconductor laser.
を特徴とする請求項14項記載のレーザアニール装置。15. The laser annealing apparatus according to claim 14, wherein the laser light source performs pulse oscillation.
上記照射手段は、上記光分割手段から出力された複数のレーザビームが入射される1つ以上のレンズから構成されていること
を特徴とする請求項14項記載のレーザアニール装置。A laser beam emitted from the laser light source is provided with a parallelizing unit that converts the laser beam into a parallel light beam,
15. The laser annealing apparatus according to claim 14, wherein said irradiating means comprises one or more lenses on which a plurality of laser beams output from said light splitting means are incident.
上記照射手段には、上記複数の集光レンズを介して各レーザビームが入射されること
を特徴とする請求項14項記載のレーザアニール装置。A plurality of condenser lenses for condensing each laser beam output from the light splitting means,
15. The laser annealing apparatus according to claim 14, wherein each of the laser beams is incident on the irradiation unit through the plurality of condenser lenses.
を特徴とする請求項14記載のレーザアニール装置。The laser annealing apparatus according to claim 14, wherein the laser light source emits a laser beam having a predetermined polarization.
上記照射手段は、上記光分割手段から出射される複数のレーザビームに対応して一列又はマトリクス状に配列された複数の集光レンズを有し、
上記偏光手段は、上記複数の集光レンズに対してレーザビームの出射方向の前段又は後段に配置され、且つ、一列又はマトリクス状に配列された複数の集光レンズに対して1つおきに配置された複数の偏光90度回転素子を有すること
を特徴とする請求項14記載のレーザアニール装置。The light splitting unit splits a laser beam emitted from the laser light source into a plurality of laser beams arranged in a line or in a matrix,
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The polarizing means is disposed before or after the plurality of condenser lenses in the emission direction of the laser beam, and is disposed every other one of the plurality of condenser lenses arranged in a line or in a matrix. 15. The laser annealing apparatus according to claim 14, comprising a plurality of 90-degree polarization rotating elements.
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