JP2006295068A - Irradiator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ブロードバンドエリア型の半導体レーザを光源として照射対象物に対して光照射を行う照射装置に関する。 The present invention relates to an irradiation apparatus for irradiating an irradiation target with a broadband area type semiconductor laser as a light source.
従来より、例えば液晶表示装置や有機EL(ElectroLuminescence)表示装置の製造工程において、回路素子などを多結晶シリコンにより形成するため、連続発振するレーザを用いてシリコン薄膜をアニールする方法が知られている。このようにレーザ光によりアニールする方法は、シリコン薄膜を部分的に照射するため、基板全体が高温となってしまうのを回避することができ、基板としてガラス基板を用いることができるという利点がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a method of annealing a silicon thin film using a continuously oscillating laser is known in order to form circuit elements or the like with polycrystalline silicon in a manufacturing process of a liquid crystal display device or an organic EL (ElectroLuminescence) display device, for example. . In this way, the method of annealing with laser light partially irradiates the silicon thin film, so that the entire substrate can be prevented from becoming high temperature, and a glass substrate can be used as the substrate. .
また、このようなレーザアニール方法において、アニール処理の高スループット化を実現するためには、アニール装置の照射光学系からの出力レーザ光が線状ビームであるのが望ましいということが知られている。そしてさらに、このようなレーザアニール処理によって均一な多結晶シリコンを生成するためには、線状ビームの長軸方向をいわゆる均一化光学系により構成し、シリコン薄膜に対する長軸方向の照射むらを抑制するのが望ましいということが知られている。 In addition, in such a laser annealing method, it is known that the output laser light from the irradiation optical system of the annealing apparatus is preferably a linear beam in order to realize a high throughput of the annealing process. . In addition, in order to generate uniform polycrystalline silicon by such laser annealing treatment, the major axis direction of the linear beam is configured by a so-called uniform optical system, and uneven irradiation in the major axis direction on the silicon thin film is suppressed. It is known to be desirable.
例えば、特許文献1には、このような均一化光学系を用いることにより、長軸方向を均一化した線状ビームを生成するようにした照射光学系が開示されている。具体的には、例えば図7および図8に、端面図および図7におけるC−C部分の矢視断面図でそれぞれ示したように、光源101から射出された光束は、強度分布成形手段であるシリンドリカルレンズアレイ103Aによってそのx軸方向成分が分割され、ビーム成形手段の一部であるシリンドリカルレンズ103Bによって、ステージ201上に搭載された照射対象物301の照射対象面で重ね合わされ、均一化される。また、そのy軸方向成分は、ビーム成形手段の一部であるシリンドリカルレンズ104によって、光源101の回折限界まで集光される。このようにして、照射対象物301に対して、x軸方向を長軸とし、y軸方向を短軸とする線状ビームが照射されるようになっている。
For example, Patent Document 1 discloses an irradiation optical system that uses such a uniformizing optical system to generate a linear beam having a uniform major axis direction. Specifically, for example, as shown in FIGS. 7 and 8 in an end view and a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 7, the light beam emitted from the
また、特許文献2には、上記強度分布成形手段としてシリンドリカルレンズアレイの代わりに、線状ビームの長軸方向に沿って1次元に配列されたフライアイレンズを用いるようにした照射光学系が開示されている。
Further,
しかしながら、特許文献1に開示されている照射光学系は、上記のようにシリンドリカルレンズを多用した構成であることから、シリンドリカルレンズの製造自由度の低さに起因して、光学設計が困難になってしまうという問題がある。したがって、装置構成が複雑化し、光学調整が困難になってしまっていた。 However, since the irradiation optical system disclosed in Patent Document 1 has a configuration in which many cylindrical lenses are used as described above, optical design becomes difficult due to low manufacturing freedom of the cylindrical lenses. There is a problem that it ends up. This complicates the apparatus configuration and makes optical adjustment difficult.
一方、特許文献2に開示されている照射光学系では、上記のように、強度分布成形手段としてシリンドリカルレンズアレイの代わりにフライアイレンズを用いていることから、光学系全体に占めるシリンドリカルレンズの構成比率は、特許文献1と比べて減少していることになる。
On the other hand, in the irradiation optical system disclosed in
ところが、このような線状ビームを用いてアニール処理を行う場合、その線状ビームの単位面積当たりのエネルギー密度を高くする必要があることが知られている。線状ビームのエネルギー密度が低くなると、シリコン薄膜をアニール処理に必要な温度まで加熱するのが困難となるか、もしくは長時間の加熱が必要となってしまい、基板への熱ダメージや処理速度の低下が生じてしまうからである。ここで、このように線状ビームのエネルギー密度(照射強度密度)を高めるには、像側の開口率(NA)を高くする必要が生じる。したがって、特許文献2では、上記ビーム成形手段としては依然としてシリンドリカルレンズを用いざるをえず、上記した光学設計の困難性などの問題点を完全には解決しきれていなかった。
However, it is known that when annealing is performed using such a linear beam, it is necessary to increase the energy density per unit area of the linear beam. When the energy density of the linear beam decreases, it becomes difficult to heat the silicon thin film to the temperature required for the annealing process, or it becomes necessary to heat for a long time. This is because a decrease occurs. Here, in order to increase the energy density (irradiation intensity density) of the linear beam in this way, it is necessary to increase the aperture ratio (NA) on the image side. Therefore, in
また、特許文献2に開示されている照射光学系は、いわゆるM2値が1に近い光源、すなわち点光源に近い光源との相性が悪いものであった。具体的には、この照射光学系では、線状ビームの長軸方向に対して均一化を行っていることから、この長軸方向に沿って高いコントラストの干渉縞が発生してしまうという問題があった。したがってこの照射光学系では、実際には線状ビームを均一化するのは困難であり、照射むらを防止するのも困難であった。
Moreover, the irradiation optical system disclosed in
このように、従来の技術では、線状ビームによる光照射を行う際に、高い照射強度密度で構成を複雑化することなく、照射むらを防止するのが困難であった。 As described above, in the conventional technique, it is difficult to prevent uneven irradiation without complicating the configuration with high irradiation intensity density when performing light irradiation with a linear beam.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、線状ビームによる光照射を行う際に、高い照射強度密度で構成を複雑化することなく、照射むらを防止することが可能な照射装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to prevent uneven irradiation without complicating the configuration with a high irradiation intensity density when performing light irradiation with a linear beam. Is to provide a simple irradiation apparatus.
本発明の第1の照射装置は、第1の方向を長手方向とするブロードエリア型の半導体レーザにより構成され、レーザ光を射出するレーザ光源と、このレーザ光源から射出された射出レーザ光における第1の方向と直交する第2の方向の成分を平行光束とするコリメータ光学系と、上記射出レーザ光における第1の方向の成分を複数の光束に分割して2次光源を生成する第1の均一化光学系と、球面光学系により構成され、第1の均一化光学系により生成された2次光源からの複数の光束における第2の方向の成分をそれぞれ集光すると共にこの2次光源からの複数の光束における第1の方向の成分をそれぞれ重ね合わせて像を生成する第1のコンデンサ光学系と、球面光学系により構成され、第1のコンデンサ光学系により生成された2次光源からの複数の光束による像を縮小投影して照射対象物へ照射する投影光学系とを備えたものである。 The first irradiation apparatus according to the present invention includes a broad area type semiconductor laser having a first direction as a longitudinal direction, a laser light source that emits laser light, and a first laser light emitted from the laser light source. A collimator optical system in which a component in a second direction orthogonal to the direction of 1 is a parallel light beam, and a first light source that generates a secondary light source by dividing the component in the first direction of the emitted laser light into a plurality of light beams Consists of a homogenizing optical system and a spherical optical system, condensing components in the second direction in a plurality of light beams from a secondary light source generated by the first uniformizing optical system, and from the secondary light source Secondary light generated by the first condenser optical system, which is composed of a first condenser optical system that generates an image by superimposing components in the first direction in the plurality of light beams, and a spherical optical system. It is obtained by a projection optical system for irradiating the irradiation object by reduction projection images of a plurality of light beams from.
本発明の第2の照射装置は、第1の方向を長手方向とするブロードエリア型の半導体レーザにより構成され、レーザ光を射出するレーザ光源と、このレーザ光源から射出された射出レーザ光における第1の方向と直交する第2の方向の成分を平行光束とするコリメータ光学系と、上記射出レーザ光における第1の方向の成分を複数の光束に分割して2次光源を生成する第1の均一化光学系と、球面光学系により構成され、第1の均一化光学系により生成された2次光源からの複数の光束における第2の方向の成分をそれぞれ集光すると共にこの2次光源からの複数の光束における第1の方向の成分をそれぞれ重ね合わせて像を生成する第1のコンデンサ光学系と、球面光学系により構成され、第1のコンデンサ光学系により生成された2次光源からの複数の光束による像を縮小投影して照射対象物へ照射する投影光学系とをそれぞれ有する複数の照射手段と、照射対象物を搭載するステージと、このステージに搭載されている照射対象物を搭載面内で走査することにより、複数の照射手段からそれぞれ照射される複数の2次光源からの光束の照射位置をそれぞれ相対移動させる照射位置制御手段とを備えたものである。 The second irradiation apparatus of the present invention is composed of a broad area type semiconductor laser having a first direction as a longitudinal direction, a laser light source for emitting laser light, and a first laser light emitted from the laser light source. A collimator optical system in which a component in a second direction orthogonal to the direction of 1 is a parallel light beam, and a first light source that generates a secondary light source by dividing the component in the first direction of the emitted laser light into a plurality of light beams Consists of a homogenizing optical system and a spherical optical system, condensing components in the second direction in a plurality of light beams from a secondary light source generated by the first uniformizing optical system, and from the secondary light source Secondary light generated by the first condenser optical system, which is composed of a first condenser optical system that generates an image by superimposing components in the first direction in the plurality of light beams, and a spherical optical system. A plurality of irradiation means each having a projection optical system for projecting a reduced image of a plurality of light beams from the projection and irradiating the irradiation target, a stage on which the irradiation target is mounted, and an irradiation target mounted on the stage And an irradiation position control means for relatively moving the irradiation positions of the light beams from the plurality of secondary light sources respectively irradiated from the plurality of irradiation means.
本発明の照射装置では、第1の方向を長手方向(長軸方向)とするブロードバンドエリア型のレーザ光源からレーザ光が射出され、コリメータ光学系によって、その第2の方向(短軸方向)の成分が平行光束となる。一方、射出レーザ光の第1の方向(長軸方向)の成分は、第1の均一化光学系によって複数の光束に分割され、2次光源が生成される。また、この2次光源からの複数の光束は、第1のコンデンサ光学系によって、第2の方向の成分についてはそれぞれ集光される一方、第1の方向についてはそれぞれ重ね合わされる。このようにして、レーザ光源のブロードバンドエリア方向を長軸方向とし、この長軸方向についてのみ均一化された線状ビームが生成される。そしてこの均一化された線状ビームの光束が、投影光学系によって縮小投影され、高い照射強度密度のもとで、照射対象物に対して照射される。さらに、第1のコンデンサ光学系および投影光学系が、非球面光学系であるシリンドリカルレンズなどではなく、いずれも球面光学系により構成されていることから、装置全体の構成が簡素化する。 In the irradiation apparatus of the present invention, laser light is emitted from a broadband area type laser light source having a first direction as a long direction (long axis direction), and the second direction (short axis direction) is emitted by a collimator optical system. The component becomes a parallel light flux. On the other hand, the component in the first direction (major axis direction) of the emitted laser light is divided into a plurality of light beams by the first uniformizing optical system, and a secondary light source is generated. In addition, the plurality of light beams from the secondary light source are collected by the first condenser optical system for the component in the second direction, respectively, while being superimposed in the first direction. In this way, the broadband area direction of the laser light source is the major axis direction, and a linear beam that is uniform only in the major axis direction is generated. Then, this uniformed linear beam is reduced and projected by the projection optical system, and is irradiated onto the irradiation object under a high irradiation intensity density. Furthermore, since the first condenser optical system and the projection optical system are not spherical lenses, which are aspherical optical systems, but are constituted by spherical optical systems, the overall configuration of the apparatus is simplified.
本発明の照射装置によれば、レーザ光源のブロードバンドエリア方向を長軸方向とすると共にこの長軸方向ついてのみ均一化された線状ビームを生成し、この均一化された線状ビームを縮小投影してから照射対象物に対して照射するようにしたので、線状ビームによる光照射を行う際に、高い照射強度密度により、照射むらを防止することが可能となる。また、第1のコンデンサ光学系および投影光学系を球面光学系により構成するようにしたので、装置全体の構成が簡素化し、構成を複雑化することなく、照射装置を構成することが可能となる。 According to the irradiation apparatus of the present invention, the broadband area direction of the laser light source is set as the major axis direction, and a linear beam that is uniform only in the major axis direction is generated, and the uniformed linear beam is reduced and projected. Then, since the irradiation object is irradiated, when the light irradiation with the linear beam is performed, the irradiation unevenness can be prevented by the high irradiation intensity density. Further, since the first condenser optical system and the projection optical system are configured by spherical optical systems, the configuration of the entire apparatus is simplified, and the irradiation apparatus can be configured without complicating the configuration. .
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る照射装置の全体構成を表すものである。この照射装置は、ステージ2上に搭載された照射対象物3に対して、複数の照射光学系1A,1B,1Cからそれぞれ射出されたレーザ光(矢印Xで示したように、x軸方向を長軸方向とする線状ビーム)を照射するものであり、これら複数の照射光学系1A,1B,1Cと、ステージ2と、照射光学系1A,1B,1Cの動作制御およびステージ2のY方向への走査制御を行う制御部4とを備えている。ここで、この照射装置が本発明における「第2の照射装置」の一具体例に対応し、照射光学系1A,1B,1Cがそれぞれ、本発明における「第1の照射装置」および「照射手段」の一具体例に対応する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows the overall configuration of an irradiation apparatus according to the first embodiment of the present invention. This irradiating apparatus applies laser light emitted from a plurality of irradiation
照射光学系1A,1B,1Cはそれぞれ、上記のように制御部4からの制御に応じて、x軸方向を長軸方向とする線状ビームを照射対象物3に対してそれぞれ照射することにより、図1に示したような複数の加工30(30A,30B,30C)をそれぞれ形成するものである。
Each of the irradiation
図2および図3は、照射光学系1(1A,1B,1C)の構成を表すものであり、図2はy軸方向からの端面図を、図3は図2におけるA−A部分の矢視断面図を、それぞれ表している。この照射光学系1は、半導体レーザ11と、コリメータレンズ12と、シリンドリカルレンズアレイ対13と、コンデンサレンズ14と、絞り15と、投影光学系16とを有している。
2 and 3 illustrate the configuration of the irradiation optical system 1 (1A, 1B, 1C), FIG. 2 is an end view from the y-axis direction, and FIG. 3 is an arrow at the AA portion in FIG. The cross-sectional views are respectively shown. The irradiation optical system 1 includes a
半導体レーザ11は、x軸方向を長手方向とするブロードバンド型の半導体レーザにより構成されている。この半導体レーザ11としては、射出されるレーザ光の波長が700〜1000nmのものを用いることが可能であるが、例えば、高出力の半導体レーザである波長が800nm近傍のもの、または波長が940nm近傍のものを用いることが好ましい。このようにして照射装置の光源を構成したことで、光源が小型化すると共に、後述するように射出されるレーザ光を線状ビームに形成しやすくなるようになっている。なお、この半導体レーザ11は、本発明における「レーザ光源」の一具体例に対応する。
The
コリメータレンズ12は、正のパワーを有するレンズであり、光束のy軸方向成分を平行光束とする(図3参照)ものである。なお、このコリメータレンズ12は、本発明における「コリメータ光学系」の一具体例に対応する。
The
シリンドリカルレンズアレイ対13は、一対のシリンドリカルレンズアレイ13A,13Bにより構成され、これらシリンドリカルレンズアレイ13A,13Bは、それぞれx軸方向に沿ってアレイ状に配列されている(図2参照)。また、シリンドリカルレンズアレイ13Aは、コリメータレンズ12の後ろ側焦点位置に配置されている。このような構成によりシリンドリカルレンズアレイ対13では、シリンドリカルレンズアレイ13Aによって光束のx軸方向成分が複数の光束に分割され、シリンドリカルレンズアレイ13B上に2次光源が形成される(図2参照)ようになっている。なお、このシリンドリカルレンズアレイ対13は、本発明における「第1の均一化光学系」および「第1のシリンドリカルレンズアレイ対」の一具体例に対応する。
The cylindrical
コンデンサレンズ14は、球面光学系のレンズであり、2次光源からの複数の光束のy軸方向成分をそれぞれ集光する(図3参照)と共にx軸方向成分をそれぞれ重ね合わせ、絞り15の位置に均一照射する(図2参照)ものである。このようにして、後述するように絞り15の位置に、x軸方向を長軸方向とすると共にこのx軸方向に均一化された線状ビームの像が形成されるようになっている。なお、このコンデンサレンズ14は、本発明における「第1のコンデンサ光学系」の一具体例に対応する。
The
絞り15は、その開口を制御することにより、照射対象物3に対して照射する2次光源からの光束のx軸方向における照射領域を調整する(図2参照)と共に、後述する線状ビームの長軸方向の領域成形を行う(図4参照)ものである。 The diaphragm 15 controls the opening thereof to adjust the irradiation area in the x-axis direction of the light beam from the secondary light source that irradiates the irradiation object 3 (see FIG. 2), and to control the linear beam described later. The long axis direction region is formed (see FIG. 4).
投影光学系16は、絞り15の位置に形成された線状ビームの像を縮小投影して照射対象物3に対して照射するものであり、一対のレンズ系161A,161Bと、これらレンズ系161A,161Bの間に配置された偏光ビームスプリッタ162および1/4λ板(1/4波長板)163とを有する。
The projection
レンズ系161A,161Bは、上記したような縮小投影を行うものであり、この投影光学系16の中心的役割を果たすものである。また、これらレンズ系161A,161Bは、両側テレセントリック光学系を構成するように配置されている。
The lens systems 161 </ b> A and 161 </ b> B perform the reduction projection as described above, and play a central role of the projection
偏光ビームスプリッタ162は、レンズ系161Aまたは1/4λ板163からの入射光のうちの特定の偏光成分のみを選択的に透過するものである。具体的には、入射光のうち、x軸方向と垂直をなすP偏光成分を透過すると共にy軸方向と垂直をなすS偏光成分を反射することで、入射光をS偏光成分とP偏光成分とを分離するものである。また、1/4λ板163は、偏光ビームスプリッタ162またはレンズ系161Bからの入射光の位相を90度変化させるものである。このような構成により偏光ビームスプリッタ162および1/4λ板163は、いわゆるアイソレータとして機能し、照射対象面31での反射光が半導体レーザ11へ戻るのを防ぎ、半導体レーザ11の破壊を防止するようになっている。具体的には、偏光ビームスプリッタ162を選択透過したP偏光成分は、1/4λ板163を透過することで上記のようにその位相が90度変化し、さらに照射対象面31で反射され、1/4λ板163を透過することで再びその位相が90度変化するとS偏光成分となることから、偏光ビームスプリッタ162において反射され、半導体レーザ11までは戻ることができないようになっている。
The
図1の説明に戻り、照射対象物3は、照射対象面31に照射光(上記したように、x軸方向を長軸方向とする線状ビーム)が照射されるものであり、具体的には例えば、液晶表示装置や有機EL表示装置におけるTFT(Thin Film Transistor)パネルなどが挙げられる。また、ステージ2は、前述のように照射対象物3を搭載するものである。また、制御部4は、前述のように照射光学系1の動作制御およびステージ2のY方向への走査制御を行うものである。このようにして制御部4は、ステージ2のY方向への走査制御を行い、照射対象物3を搭載面で走査することにより、照射光の照射位置をy軸方向に相対移動させるようになっている。なお、このようにステージ2はY方向に走査することから、図1に示したように、加工30A,30B,30Cはいずれも、y軸方向に沿って形成されるようになっている。また、この制御部4は、本発明における「照射位置制御手段」の一具体例に対応する。
Returning to the description of FIG. 1, the
次に、このような構成からなる照射装置の作用を、x軸方向(図2)とy軸方向(図3)とに分けて説明する。 Next, the operation of the irradiation apparatus having such a configuration will be described separately in the x-axis direction (FIG. 2) and the y-axis direction (FIG. 3).
まず、x軸方向については、照射光学系1において、ブロードバンドエリア方向をx軸方向とする半導体レーザ11から射出されたレーザ光は、コリメータレンズ12およびシリンドリカルレンズアレイ13Aによって複数の光束に分割される。ここで、前述のように、このようにして分割された複数の光束は、それぞれシリンドリカルレンズアレイ13Bを照射するようになっていることから、このシリンドリカルレンズアレイ13B上に2次光源が形成される。そしてこの2次光源からの複数の光束は、コンデンサレンズ14によって絞り15の位置に重ね合わされ、そのx軸方向の輝度が均一化された状態で照射される。
First, in the x-axis direction, laser light emitted from the
一方、y軸方向については、照射光学系1において、半導体レーザ11から射出されたレーザ光は、コリメータレンズ12によって平行光束となり、シリンドリカルレンズアレイ対13を透過した後、コンデンサレンズ14によって、絞り15の位置に集光された状態で照射される。
On the other hand, in the y-axis direction, in the irradiation optical system 1, the laser light emitted from the
このようにして、例えば図4(A),(B)にそれぞれ示したように、絞り15の位置には、ブロードバンドエリア方向に対応してx軸方向を長軸方向とすると共にy軸方向を短軸方向とし、長軸方向のx軸方向にのみ均一化(y軸方向はガウシアン形状)された線状ビームの像G1,G2が形成される。 Thus, for example, as shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), the position of the diaphragm 15 has the x-axis direction as the major axis direction and the y-axis direction corresponding to the broadband area direction. Linear beam images G1 and G2 are formed which have a short axis direction and are uniform only in the long axis direction x-axis direction (y-axis direction is Gaussian).
そしてこの均一化された線状ビームの光束が投影光学系16のレンズ系161A,161Bによって縮小投影されることで、2次光源からの光束が高い照射強度密度のもとで、照射対象物3に対して照射される。このようにして、各照射光学系1A,1B,1Cから照射対象物3に対してそれぞれ光照射がなされ、このような状態のもと、照射対象物3を搭載したステージ2が、制御部4によってY方向に走査することにより、照射対象物3が、その搭載面内で2次元的に照射される。なお、このとき前述のように、絞り15によって2次光源からの光束のx軸方向における照射領域が調整されると共に、線状ビームのx軸方向の領域成形がなされる。また、偏光ビームスプリッタ162および1/4λ板163では、照射対象面31からの戻り光が半導体レーザ11へ到達するのが、防止される。
Then, the light beam of the uniform linear beam is reduced and projected by the
ここで、図2および図3の矢印L1で示したように、2次光源を構成するシリンドリカルレンズアレイ13Bよりも照射側の光学系であるコンデンサレンズ14、および投影光学系16(レンズ系161A,161B)は、非球面光学系であるシリンドリカルレンズなどではなく、いずれも球面光学系により構成されている。したがって、照射光学系1A,1B,1Cおよび照射装置全体の構成が簡素化する。
Here, as indicated by an arrow L1 in FIGS. 2 and 3, the
以上のように、本実施の形態によれば、レーザ光源11のブロードバンドエリア方向(x軸方向)を長軸方向とすると共にこの長軸方向ついてのみ均一化された線状ビームを生成し、この均一化された線状ビームを縮小投影してから照射対象物3に対して照射するようにしたので、長軸方向への干渉縞の発生を抑制し、線状ビームによる光照射を行う際に、高い照射強度密度により、照射むらを防止することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the broadband area direction (x-axis direction) of the
また、2次光源を構成するシリンドリカルレンズアレイ13Bよりも照射側の光学系であるコンデンサレンズ14および投影光学系16(レンズ系161A,161B)を球面光学系により構成するようにしたので、光学設計の自由度が向上し、製造が容易となることから、装置全体の構成が簡素化し、構成を複雑化することなく、照射光学系および照射装置を構成することが可能となる。その結果、各照射光学系1A,1B,1Cにおいて複雑な光学調整は不要であり、量産する際のばらつきによる個体性能差が小さくなることから、例えば図1のように複数の照射光学系1A,1B,1Cを用いて照射装置を構成したとしても、照射むらを防止することができ、複数の照射光学系を用いて照射装置を構成することが可能となる。よって、複数の照射光学系を用いてアニール処理のスループットを向上させ、効率よくアニール処理を行うことが可能となることから、レーザアニールに適した照射装置を構成することが可能となる。
Further, since the
さらに、ブロードバンドエリア型の半導体レーザ11を光源とするように構成したので、光源が安定化し、安定したアニール処理を行うことが可能となる。よって、レーザアニールに適した照射装置を構成することが可能となる。
Further, since the broadband area
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。本実施の形態の照射装置の構成は基本的に第1の実施の形態と同様であるので、照射装置の全体構成(第1の実施の形態における図1に対応する)についての説明は省略する。本実施の形態において第1の実施の形態と異なるのは、照射光学系の構成である。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. Since the configuration of the irradiation apparatus of the present embodiment is basically the same as that of the first embodiment, description of the entire configuration of the irradiation apparatus (corresponding to FIG. 1 in the first embodiment) is omitted. . The present embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the irradiation optical system.
図5および図6は、本実施の形態に係る照射光学系5の構成を表すものであり、図5はy軸方向からの端面図を、図6は図5におけるB−B部分の矢視断面図を、それぞれ表している。すなわち、図5,図6はそれぞれ、第1の実施の形態における図2,図3に対応するものである。なお、これらの図において、第1の実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
5 and 6 illustrate the configuration of the irradiation
本実施の形態の照射光学系5は、第1の実施の形態における照射光学系1において、コリメータレンズ12とシリンドリカルレンズアレイ対13との間に、さらにシリンドリカルレンズアレイ対53およびコンデンサレンズ54を設けたものである。ここで、シリンドリカルレンズアレイ対53は本発明における「第2の均一化光学系」および「第2のシリンドリカルレンズアレイ対」の一具体例に対応し、コンデンサレンズ54は本発明における「第2のコンデンサ光学系」の一具体例に対応する。
The irradiation
シリンドリカルレンズアレイ対53は、一対のシリンドリカルレンズアレイ53A,53Bにより構成され、これらシリンドリカルレンズアレイ53A,53Bは、それぞれx軸方向に沿ってアレイ状に配列されている(図5参照)。また、シリンドリカルレンズアレイ53Aは、コリメータレンズ12の後ろ側焦点位置に配置されている。このような構成によりシリンドリカルレンズアレイ対53では、シリンドリカルレンズアレイ53Aによって光束のx軸方向成分が複数の光束に分割される(図5参照)ようになっている。
The cylindrical
コンデンサレンズ54は、正のパワーを有するレンズであり、シリンドリカルレンズアレイ対53からの複数の光束のx軸方向成分をそれぞれ重ね合わせ(図5参照)、シリンドリカルレンズアレイ13Aへ照射するものである。なお、図5および図6に示した例では、このコンデンサレンズ54は、シリンドリカルレンズにより構成されている。
The
このような構成により本実施の形態の照射装置では、半導体レーザ11から射出されたレーザ光は、シリンドリカルレンズアレイ対53によって複数の光束に分割され、コンデンサレンズ54によってそれぞれが重ね合わされた後、シリンドリカルレンズアレイ対13によってさらに複数の光束に分割される。そして、シリンドリカルレンズアレイ13B上に2次光源が形成されることで、2次光源からの光束が、第1の実施の形態の場合と比べてx軸方向により均一化される。
With this configuration, in the irradiation apparatus according to the present embodiment, the laser light emitted from the
以上のように、本実施の形態によれば、コリメータレンズ12とシリンドリカルレンズアレイ対13との間に、さらにシリンドリカルレンズアレイ対53およびコンデンサレンズ54を設けるようにしたので、第1の実施の形態における効果に加え、2次光源からの光束をx軸方向(長軸方向)により均一化することができ、照射むらをより防止することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the cylindrical
以上、第1および第2の実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。 Although the present invention has been described with reference to the first and second embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made.
例えば、上記実施の形態では、投影光学系16をレンズ系161A,161B、偏光ビームスプリッタ162および1/4λ板163により構成した場合の例について説明してきたが、照射対象面31からの戻り光が半導体レーザ11へ到達するのを防止する必要がない場合などには、投影光学系を、レンズ系161A,161Bのみにより構成するようにしてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the example in which the projection
また、上記実施の形態では、照射装置および照射光学系の構成を具体的に挙げて説明したが、照射装置および照射光学系の構成はこれらの場合には限定されず、例えば、照射光学系を構成する各レンズに加えて(あるいは各レンズに代えて)、他のレンズ等を配置するように構成してもよい。 In the above embodiment, the configuration of the irradiation device and the irradiation optical system has been specifically described. However, the configuration of the irradiation device and the irradiation optical system is not limited to these cases. In addition to (or in place of) each of the constituent lenses, another lens or the like may be arranged.
1A,1B,1C,5…照射光学系、11…半導体レーザ、12…コリメータレンズ、13…シリンドリカルレンズアレイ対、14…コンデンサレンズ、15…絞り、16…投影光学系、161A,161B…レンズ系、162…偏光ビームスプリッタ、163…1/4λ板、53…シリンドリカルレンズアレイ対、54…コンデンサレンズ、2…ステージ、3…照射対象物、30,30A,30B,30C…加工、31…照射対象面、4…制御部、x…x軸、y…y軸、X…線状ビームの長軸方向、Y…ステージの走査方向。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記レーザ光源から射出された射出レーザ光における前記第1の方向と直交する第2の方向の成分を平行光束とするコリメータ光学系と、
前記射出レーザ光における前記第1の方向の成分を複数の光束に分割して2次光源を生成する第1の均一化光学系と、
球面光学系により構成され、前記第1の均一化光学系により生成された2次光源からの複数の光束における前記第2の方向の成分をそれぞれ集光すると共に前記2次光源からの複数の光束における前記第1の方向の成分をそれぞれ重ね合わせて像を生成する第1のコンデンサ光学系と、
球面光学系により構成され、前記第1のコンデンサ光学系により生成された2次光源からの複数の光束による像を縮小投影して照射対象物へ照射する投影光学系と
を備えたことを特徴とする照射装置。 A laser light source configured to emit a laser beam, which is composed of a broad area type semiconductor laser having a first direction as a longitudinal direction;
A collimator optical system in which a component in a second direction orthogonal to the first direction in the emitted laser light emitted from the laser light source is a parallel light flux;
A first uniformizing optical system for generating a secondary light source by dividing a component in the first direction of the emitted laser light into a plurality of light beams;
Consists of a spherical optical system and condenses the components in the second direction in a plurality of light beams from the secondary light source generated by the first uniformizing optical system, and a plurality of light beams from the secondary light source A first condenser optical system for generating an image by superimposing the components in the first direction of
A projection optical system that is configured by a spherical optical system and that projects a reduced image of a plurality of light beams from the secondary light source generated by the first condenser optical system to irradiate the irradiation object. Irradiation device to do.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 2. The first uniforming optical system includes a first cylindrical lens array pair arranged in an array along the first direction, respectively. 3. Irradiation device.
両側テレセントリック光学系を構成する第1および第2のレンズ系と、
前記第1および第2のレンズ系の間に配置された偏光ビームスプリッタおよび1/4λ板とを有する
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 The projection optical system is
First and second lens systems constituting a double-sided telecentric optical system;
The irradiation apparatus according to claim 1, further comprising: a polarization beam splitter and a ¼λ plate disposed between the first and second lens systems.
前記射出レーザ光における前記第1の方向の成分を複数の光束に分割する第2の均一化光学系と、
前記第2の均一化光学系からの複数の光束における前記第1の方向の成分をそれぞれ重ね合わせて前記第1の均一化光学系へ照射する第2のコンデンサ光学系とを備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 Between the collimator optical system and the first homogenizing optical system,
A second homogenizing optical system that divides the component in the first direction of the emitted laser light into a plurality of light beams;
A second condenser optical system that irradiates the first uniformizing optical system with the components in the first direction of the plurality of light fluxes from the second uniformizing optical system superimposed on each other. The irradiation apparatus according to claim 1.
ことを特徴とする請求項4に記載の照射装置。 The said 2nd uniformization optical system is comprised including the 2nd cylindrical lens array pair respectively arranged in the array form along the said 1st direction. Irradiation device.
ことを特徴とする請求項4に記載の照射装置。 The irradiation apparatus according to claim 4, wherein the second condenser optical system is configured by a cylindrical lens.
前記照射対象物を搭載するステージと、
前記ステージに搭載されている照射対象物を搭載面内で走査することにより、前記複数の照射手段からそれぞれ照射される複数の2次光源からの光束の照射位置をそれぞれ相対移動させる照射位置制御手段と
を備えたことを特徴とする照射装置。 A laser source that emits laser light, and a second orthogonal to the first direction in the emitted laser light emitted from the laser light source. A collimator optical system having a directional component as a parallel light beam, a first uniformizing optical system for generating a secondary light source by dividing the component in the first direction of the emitted laser light into a plurality of light beams, and spherical optics Each of the components in the second direction in the plurality of light beams from the secondary light source generated by the first uniformizing optical system and condensing the components in the plurality of light beams from the secondary light source. A secondary light source configured by a first condenser optical system that generates an image by superimposing components in the first direction and a spherical optical system, and that is generated by the first condenser optical system A plurality of illumination means having al of the plurality of light beams by a projection optical system for irradiating the irradiation object by reduction projection images respectively,
A stage on which the irradiation object is mounted;
Irradiation position control means for relatively moving the irradiation positions of the light beams from the plurality of secondary light sources respectively irradiated from the plurality of irradiation means by scanning the irradiation object mounted on the stage within the mounting surface. An irradiation apparatus comprising: and.
ことを特徴とする請求項7に記載の照射装置。
The laser annealing apparatus configured to perform annealing treatment of the irradiation object by irradiating the irradiation object with light beams from the plurality of secondary light sources, respectively. Irradiation device.
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