JP2007027612A - Irradiation apparatus and irradiation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザを光源として被照射物に対して光照射を行う照射装置および照射方法に関する。 The present invention relates to an irradiation apparatus and an irradiation method for irradiating an object with light using a 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p−Si(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。具体的には、例えばa−Si(アモルファス−シリコン)層上に加熱層を設けてレーザ光を吸収させ、その際に発生する熱によって、このa−Si層をアニールするというものである。このようにレーザ光によって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。 Conventionally, a method of annealing a silicon thin film using a continuously oscillating laser in order to form a circuit element or the like with p-Si (polycrystalline silicon) in a manufacturing process of a liquid crystal display device or an organic EL (ElectroLuminescence) display device, for example. It has been known. Specifically, for example, a heating layer is provided on an a-Si (amorphous-silicon) layer to absorb laser light, and this a-Si layer is annealed by heat generated at that time. The method of annealing with laser light in this way is advantageous in that a silicon thin film is partially irradiated, so that the entire substrate can be prevented from becoming high temperature, and a glass substrate can be used as the substrate. .
ここで、このようなアニール処理のスループットを向上させるためなどの目的で、複数のレーザ光を結合させてアニールしようという試みが、いくつかなされている。このような試みとしては、まず、レーザ光のS偏光成分とP偏光成分とを同軸上で結合させる方法が考えられる。しかしながら、この場合にはS偏光成分とP偏光成分とを利用して、2つのレーザ光の結合しか実現できない。よって、スループットを充分に向上させることはできず、また、汎用性にも乏しい。 Here, for the purpose of improving the throughput of such annealing treatment, some attempts have been made to combine a plurality of laser beams for annealing. As such an attempt, first, a method of concentrically combining the S-polarized component and the P-polarized component of the laser light can be considered. However, in this case, only the combination of two laser beams can be realized using the S-polarized component and the P-polarized component. Therefore, the throughput cannot be sufficiently improved and the versatility is poor.
そこで、例えば特許文献1には、波長の異なるレーザ光を射出する2つのレーザ光源を用いて、それぞれから射出されるレーザ光をダイクロイックミラーで同軸上に結合するというアニール方法が開示されている。具体的には図7に示したように、レーザ光源101から射出された光束は、これと異なる波長を有する、レーザ光源102から射出された光束と、ダイクロイックミラー103により結合され、被照射物104へ入射するようになっている。
Thus, for example,
また、特許文献2には、複数のレーザ光源をコンデンサレンズで結合すると共に、強度分布形成手段によって均一照射を行うようにしたアニール方法が開示されている。具体的には図8に示したように、複数のレーザ光源201〜203からそれぞれ射出された光束は、ミラー204A〜204Dを介してコンデンサレンズ205によって結合され、さらに強度分布成形手段206によって強度が均一化されると共にビーム形状成形手段207によって線状ビームに成形され、被照射物208へ入射するようになっている。
Patent Document 2 discloses an annealing method in which a plurality of laser light sources are coupled with a condenser lens and uniform irradiation is performed by intensity distribution forming means. Specifically, as shown in FIG. 8, the light beams emitted from the plurality of
ここで、特許文献1に開示されているアニール方法では、波長の異なるレーザ光を用いることから、3以上のレーザ光を結合することも可能である。ところが、例えば上述のようにa−Si層のみをアニールする場合には、a−Siおよびp−Siにおいて、効率の高い吸収波長域は400nmよりも短波長領域であり、適用可能なレーザ光源の種類は限られている。具体的には、例えばYAGの3倍高調波や4倍高調波を出力するレーザなどが挙げられるが、これらの出力は約10W程度と低出力であるため、一般的なレーザアニール装置に用いられているエキシマレーザの出力(約300W程度)と比べると、スループットを充分に向上させることはできない。また、特許文献1には、均一照射するための手段については言及されていないことから、均一照射をすることはできず、照射むらが生じてしまうこととなる。
Here, since the annealing method disclosed in
一方、特許文献2に開示されているアニール方法では、上述のように均一照射するための手段として、強度分布形成手段が設けられている。また、複数のレーザ光源を用いるので、スループットを充分に向上させることも可能である。しかしながら、レーザ光源として可干渉性の高いパルス固体レーザを用いているので、強度分布形成手段による光束の波面の分割および結合によって、照射光に干渉縞が発生してしまう。よって、実際には均一照射を行うのが困難であり、やはり照射むらが生じてしまうこととなる。また、パルス固体レーザは高価であることから、部品コストが上昇してしまうことにもなる。 On the other hand, in the annealing method disclosed in Patent Document 2, intensity distribution forming means is provided as means for uniform irradiation as described above. Further, since a plurality of laser light sources are used, the throughput can be sufficiently improved. However, since a pulse coherent laser with high coherence is used as the laser light source, interference fringes are generated in the irradiated light due to the splitting and combining of the wavefronts of the light flux by the intensity distribution forming means. Therefore, it is actually difficult to perform uniform irradiation, and uneven irradiation will occur. In addition, since the pulsed solid-state laser is expensive, the cost of parts increases.
このように、従来の技術では、安価な構成で照射むらを防止しつつ、照射処理の高効率化を実現するのが困難であった。 Thus, with the conventional technology, it has been difficult to achieve high efficiency of the irradiation process while preventing uneven irradiation with an inexpensive configuration.
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、安価な構成で照射むらを防止しつつ、照射処理の高効率化を実現することが可能な照射装置および照射方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an irradiation apparatus and an irradiation method capable of realizing high efficiency of irradiation processing while preventing uneven irradiation with an inexpensive configuration. There is.
本発明の照射装置は、互いに異なる波長のレーザ光を射出する複数の半導体レーザ光源と、これら複数の半導体レーザ光源からそれぞれ射出される射出レーザ光を同軸上で結合する結合光学系と、この結合光学系により結合された射出レーザ光に基づいて2次光源を生成する均一化光学系と、この2次光源からの光束において、上記射出レーザ光に基づく各光束間に光色収差が生じないようにこれらの色収差を補正する色収差補正手段と、この色収差補正手段により補正された2次光源からの光束を被照射物に対して照射する照射光学系とを備えたものである。 The irradiation apparatus of the present invention includes a plurality of semiconductor laser light sources that emit laser beams having different wavelengths, a coupling optical system that coaxially couples the emitted laser beams respectively emitted from the plurality of semiconductor laser light sources, and this coupling A homogenizing optical system for generating a secondary light source based on the emitted laser light combined by the optical system and a light chromatic aberration between the light fluxes based on the emitted laser light in the light flux from the secondary light source. The apparatus includes a chromatic aberration correcting unit that corrects these chromatic aberrations, and an irradiation optical system that irradiates the irradiated object with a light beam from the secondary light source corrected by the chromatic aberration correcting unit.
本発明の照射方法は、複数の半導体レーザ光源から射出される互いに異なる波長からなる複数の射出レーザ光をそれぞれ同軸上で結合し、この結合された射出レーザ光に基づいて2次光源を生成し、この2次光源からの光束において、上記複数の射出レーザ光に基づく各光束間に光色収差が生じないようにこれらの色収差を補正し、この補正された2次光源からの光束を、被照射物に対して照射するようにしたものである。 In the irradiation method of the present invention, a plurality of emitted laser beams having different wavelengths emitted from a plurality of semiconductor laser light sources are coupled on the same axis, and a secondary light source is generated based on the combined emitted laser beams. In the luminous flux from the secondary light source, these chromatic aberrations are corrected so that no photochromatic aberration occurs between the luminous fluxes based on the plurality of emitted laser beams, and the corrected luminous flux from the secondary light source is irradiated. An object is irradiated.
本発明の照射装置および照射方法では、複数の半導体レーザ光源から互いに異なる波長からなる複数の射出レーザ光が射出され、同軸上で結合される。また、この結合された射出レーザ光に基づいて、2次光源が生成される。そしてこの2次光源からの光束において色収差が生じないように補正がなされ、補正された2次光源からの光束が、被照射物に対して照射される。 In the irradiation apparatus and the irradiation method of the present invention, a plurality of emitted laser beams having different wavelengths are emitted from a plurality of semiconductor laser light sources and are coaxially coupled. A secondary light source is generated based on the combined emitted laser light. Then, correction is made so that chromatic aberration does not occur in the light beam from the secondary light source, and the light beam from the corrected secondary light source is irradiated onto the irradiated object.
本発明の照射装置または照射方法によれば、複数の半導体レーザ光源から射出される互いに異なる波長からなる複数の射出レーザ光をそれぞれ同軸上で結合すると共に、この結合された射出レーザ光に基づいて生成される2次光源からの光束において色収差が生じないように補正を行い、この補正された2次光源からの光束を被照射物に対して照射するようにしたので、半導体レーザという安価で高安定な光源を用い、安価な構成で照射むらを防止しつつ、照射処理の高効率化を実現することが可能となる。 According to the irradiation apparatus or the irradiation method of the present invention, a plurality of emission laser beams having different wavelengths emitted from a plurality of semiconductor laser light sources are coupled on the same axis, and based on the combined emission laser beams. The correction is made so that chromatic aberration does not occur in the generated light beam from the secondary light source, and the object to be irradiated is irradiated with the light beam from the corrected secondary light source. It is possible to achieve high efficiency of irradiation processing while using a stable light source and preventing uneven irradiation with an inexpensive 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り、図1(A)はX軸方向からみた側面図を、図1(B)はY軸方向からみた上面図を、図1(C)は照射装置の一部をZ軸方向からみた側面図を、それぞれ表している。
[First Embodiment]
1A and 1B show an overall configuration of an irradiation apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a side view seen from the X-axis direction, and FIG. 1B is a Y-axis direction. FIG. 1C is a side view of a part of the irradiation apparatus as viewed from the Z-axis direction.
この照射装置は、2つの半導体レーザ11A,11Bと、これら半導体レーザ11A,11Bにそれぞれ対応する2つのコリメータレンズ21A,21Bと、半導体レーザ11Bにのみ対応する発散角調整レンズ22Bと、ダイクロイックプリズム31と、シリンドリカルレンズアレイ対41と、コンデンサレンズ51と、集光レンズ52とから構成され、ステージ7上に搭載された被照射物6に対して、半導体レーザ11A,11Bからそれぞれ射出されたレーザ光を結合して照射するものである。
This irradiation apparatus includes two
半導体レーザ11A,11Bは、それぞれZ軸方向またはX軸方向に互いに異なる波長のレーザ光を射出するものであり、それぞれX軸方向またはZ軸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から構成されている。これら半導体レーザ11A,11Bとしては、射出されるレーザ光の波長が790〜980nm程度のものを用いることが好ましい。また、半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光間の波長差は、約30〜40nm程度であることが好ましい。波長差が大きすぎると、ダイクロイックプリズム31における射出レーザ光の結合が困難となるからである。
The
コリメータレンズ21Aは、正のパワーを有するレンズであり、半導体レーザ11Aからの射出レーザ光のY軸方向成分を平行光束とする(図1(A))ものである。また、コリメータレンズ21Bも正のパワーを有するレンズであり、半導体レーザ11Bからの射出レーザ光のY軸方向成分を平行光束とする(図1(C))ものである。これらコリメータレンズ21A,21Bの配置は、それぞれ半導体レーザ11A,11Bの配置との間で片側テレセントリック系を構成するようになっている。
The
ダイクロイックプリズム31は、特定の波長領域の光のみを透過させる接合面31Aを有しており、半導体レーザ11Aからの射出レーザ光を透過する一方、半導体レーザ11Bからの射出レーザ光を反射するものである。このような構成によりダイクロイックプリズム31では、半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光が同軸上(この場合、Z軸上)で結合されるようになっている(図1(B))。なお、このダイクロイックプリズム31は、本発明における「結合光学系」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41は、一対のシリンドリカルレンズアレイ41A,41Bから構成され、これらシリンドリカルレンズアレイ41A,41B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1(B))。また、これらシリンドリカルレンズアレイ41A,41Bは互いに同じ焦点距離を有しており、この焦点距離と同等の間隔で互いに対向配置されている。このような構成によりシリンドリカルレンズアレイ対41では、ダイクロイックプリズム31によって結合された射出レーザ光のX軸方向成分がシリンドリカルレンズアレイ41Aによって複数の光束に分割され、シリンドリカルレンズアレイ41B上に2次光源が生成されるようになっている(図1(B))。なお、このシリンドリカルレンズアレイ対41は、本発明における「均一化光学系」の一具体例に対応する。
The cylindrical
発散角調整レンズ22Bは、上述したようにシリンドリカルレンズアレイ41B上に生成される2次光源からの光束において、半導体レーザ光11Aからの射出レーザ光に基づく光束と半導体レーザ11Bからの射出レーザ光に基づく光束との間に色収差が生じないように、これらの色収差を補正するものである。具体的には、半導体レーザ光11Bからの射出レーザ光におけるZ軸方向の発散角を調整することにより、2次光源からの光束において色収差が発生しないように補正している。より具体的には、例えば半導体レーザ11Bからの射出レーザ光のほうが半導体レーザ光11Aからの射出レーザ光よりも波長が大きい場合には、半導体レーザ光11Bからの射出レーザ光の発散角が大きくなるように(発散ぎみになるように)調整する一方、逆に半導体レーザ11Bからの射出レーザ光のほうが半導体レーザ光11Aからの射出レーザ光よりも波長が小さい場合には、半導体レーザ光11Bからの射出レーザ光の発散角が小さくなるように(集光ぎみになるように)調整している。このような構成により、2次光源において2つの半導体レーザ11A,11Bからそれぞれ射出される射出レーザ光間の色収差がなくなり、2次光源での焦点が一致するようになっている。なお、この発散角調整レンズ22Bの配置は、半導体レーザ11Bとの間で、片側テレセントリック系とはずれた配置となるように構成されている。また、この発散角調整レンズ22Bは、本発明における「色収差補正手段」の一具体例に対応する。
As described above, the divergence
コンデンサレンズ51は、シリンドリカルレンズアレイ41B上に生成される2次光源からの光束のX軸方向成分を重ね合わせ、被照射物6の被照射面に均一照射する(図1(B))ものである。また、集光レンズ52は、2次光源からの光束のY軸方向成分を集光して被照射物6の被照射面に照射する(図1(A))ものである。このようにして、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が、被照射物6に照射されるようになっている。ここで、コンデンサレンズ51および集光レンズ52では、半導体レーザ11A,11Bにおける色収差が補正されている。なお、これらコンデンサレンズ51および集光レンズ52は、本発明における「照射光学系」の一具体例に対応する。
The
被照射物6は、その被照射面に照射光(上記したように、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)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。以下、本実施の形態の被照射物6は、その一例として、基板61上にa−Si層62および加熱層63が積層されたものとして説明する。
The
基板61は、例えばガラス基板などから構成される。また、a−Si層62は、実際にアニール処理の対象となる層である。このa−Si層は、アニール処理がなされることでp−Si化され、TFTなどの回路素子の一部をなすようになっている。また、加熱層63は、例えばモリブデン(Mo)などから構成され、照射される線状ビームを吸収することで、発生する熱をa−Si層62へ伝導させるための層である。このようにして、被照射物6のa−Si層62において、照射光を用いたアニール処理が行われるようになっている。
The
ステージ7は、この被照射物6を搭載するものであり、図示しない走査制御部による制御に応じて被照射物6を搭載面でY軸方向に走査することにより、照射光の照射位置を相対移動させ、被照射物6の被照射面全体を照射することができるようになっている。
The
次に、図1(A)〜(C)を参照して、このような構成の照射装置の作用について説明する。 Next, with reference to FIGS. 1A to 1C, the operation of the irradiation apparatus having such a configuration will be described.
まず、ブロードエリア方向をX軸方向とする半導体レーザ11Aから射出されたレーザ光は、コリメータレンズ21AによってY軸方向成分が平行光束となり、ダイクロイックプリズム31へ入射すると共にその接合面31Aを透過する(図1(A),(B))。一方、ブロードエリア方向をZ軸方向とする半導体レーザ11Bから射出されたレーザ光は、コリメータレンズ21BによってY軸方向成分が平行光束となり、さらに発散角調整レンズ22BによってZ軸方向の発散角が調整され、ダイクロイックプリズム31へ入射すると共にその接合面31Aで反射される(図1(B),(C))。そしてこれら半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光はダイクロイックプリズム31において結合され、同軸上(Z軸方向)での結合光束となる(図1(B))。
First, the laser light emitted from the
次いで、このようにしてダイクロイックプリズム31から射出される結合光束は、シリンドリカルレンズアレイ41Aによって複数の光束に分割される(図1(B))。そして分割された複数の光束から、シリンドリカルレンズアレイ41B上に2次光源が生成される(図1(B))。
Next, the combined light beam emitted from the
ここで、前述のように発散角調整レンズ22Bによって、半導体レーザ11Bからの射出レーザ光におけるZ軸方向の発散角が調整されているので(図1(B))、このシリンドリカルレンズアレイ41B上に生成される2次光源からの光束において、半導体レーザ11Aからの射出レーザ光に基づく光束と半導体レーザ11Bからの射出レーザ光に基づく光束との間では色収差が生じず、互いに2次光源位置が一致する(図1(B))。よって、半導体レーザ11Aからの射出レーザ光のみならず、半導体レーザ11Bからの射出レーザ光も被照射物6への照射に適用できるようになり、被照射物6への照射光の照射強度が向上する。
Here, as described above, the divergence angle in the Z-axis direction of the laser beam emitted from the
次いで、このようにして互いに位置が一致するようにしてZ軸上に結合された2次光源からの光束は、コンデンサレンズ51により被照射物6の被照射面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る(図1(B))。一方、そのY軸方向成分は、集光レンズ52によって集光される(図1(A))。このようにして、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が被照射物6の加熱層63へ照射され(図1(A),(B))、加熱層63で発生した熱がa−Si層62へ伝導することで、a−Si層62に対するアニール処理がなされる。そしてこのような状態のもと、被照射物6を搭載したステージ7が図示しない走査制御部の制御よってY軸方向に走査することにより、被照射物6の被照射面全体が照射される。
Next, the light beams from the secondary light source coupled on the Z axis in such a manner that their positions coincide with each other are superimposed on the position of the irradiated surface of the
ここで、図2は、加熱層63がMoから構成された場合における、射出レーザ光の波長λと加熱層における光吸収率との関係を表したものである。この図の符号P1,P2で示したように、例えば半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光の波長をそれぞれ、λ=790nm,830nmとした場合には、加熱層63での光吸収率が約55%で同様の値となり、a−Si層62へ伝導する熱量も同等の値となる。つまり、本実施の形態では、上述のように半導体レーザ11Aからの射出レーザ光および半導体レーザ11Bからの射出レーザ光の両者を被照射物6への照射に適用できることから、それぞれの射出レーザ光の波長λをこのように設定した場合には、従来と比べて被照射物6への照射強度が約2倍となり、アニール処理の効率(スループット)も約2倍に向上する。
Here, FIG. 2 shows the relationship between the wavelength λ of the emitted laser beam and the light absorption rate in the heating layer when the
また、図3は、射出レーザ光の波長がλ=800nmである場合における、加熱層63の膜厚と光透過率との関係を表したものである。この図の符号P3で示したように、例えば加熱層63の膜厚が100nm以上であれば、光透過率はほぼ0%となり、射出レーザ光がすべて加熱層63で吸収される。よって、照射レーザ光が加熱層63の下層へは到達しないので、例えばこの下層が多層膜の場合であっても、個々の被照射物間における膜厚誤差に起因したアニール処理のばらつきが防止され、最終的に形成される回路素子の動作ばらつきも抑えられる。
FIG. 3 shows the relationship between the thickness of the
以上のように、本実施の形態では、2つの半導体レーザ11A,11Bから射出される互いに異なる波長からなる射出レーザ光をダイクロイックプリズム31によって同軸上(Z軸上)で結合すると共に、この結合された射出レーザ光に基づいてシリンドリカルレンズアレイ41B上に生成される2次光源からの光束において、半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光に基づく光束間に色収差が生じないように発散角調整レンズ22Bが補正を行い、この補正された2次光源からの光束を被照射物6に対して照射するようにしたので、照射むらを防止しつつ照射処理の高効率化を実現することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the emitted laser beams having different wavelengths emitted from the two
また、レーザ光源を、従来の固体パルスレーザと比べて安価な半導体レーザから構成したので、従来よりも安価な構成で、照射装置を構成することが可能となる。 In addition, since the laser light source is composed of a semiconductor laser that is less expensive than a conventional solid-state pulse laser, it is possible to configure the irradiation device with a structure that is less expensive than the conventional one.
さらに、この半導体レーザ11A,11Bを、ブロードエリア型の半導体レーザから構成したので、高出力の半導体レーザを光源として用いることが可能となり、結果的により高速で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
以下、本発明の他の実施の形態に係る照射装置について説明する。なお、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。 Hereinafter, an irradiation apparatus according to another embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same thing as the component in 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.
[第2の実施の形態]
図4は、本発明の第2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り、Y軸方向からみた上面図で表している。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows the overall configuration of the irradiation apparatus according to the second embodiment of the present invention, and is a top view as seen from the Y-axis direction.
本実施の形態の照射装置は、4つの半導体レーザ11A〜11Dから射出される互いに異なる波長の射出レーザ光を、3つのダイクロイックプリズム31〜33によって同軸上(Z軸上)で結合するようにしたものである。具体的には、第1の実施の形態の照射装置において、2つの半導体レーザ11C,11Dと、これら半導体レーザ11C,11Dにそれぞれ対応して配置されたコリメータレンズ21C,21Dおよび発散角調整レンズ22C,22Dと、半導体レーザ11C,11Dからの射出レーザ光をX軸上で結合するダイクロイックプリズム32と、これら半導体レーザ11C,11Dからの射出レーザ光の結合光束とダイクロイックプリズム31による半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光の結合光束とを同軸上(Z軸上)で結合するダイクロイックプリズム33とをさらに設けるようにしたものである。
In the irradiation apparatus according to the present embodiment, the emitted laser beams having different wavelengths emitted from the four
ここで、半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光の波長は、前述のようにそれぞれ、例えばλ=790nm,830nmである一方、半導体レーザ11C,11Dからの射出レーザ光の波長はそれぞれ、例えばλ=940nm,980nmとなっている。つまり、最初に波長の大きさがより近い射出レーザ光同士を結合させるようになっている。このように構成したほうが、ダイクロイックプリズム33の作製が容易になるからである。
Here, the wavelengths of the laser beams emitted from the
このような構成により、半導体レーザ11A,11Bから射出されたレーザ光は、それぞれ第1の実施の形態と同様に、コリメータレンズ21A,21BによってY軸方向の平行光束となり、ダイクロイックプリズム31によって、同軸上(Z軸上)で結合される。一方、ブロードエリア方向をそれぞれX軸方向,Z軸方向とする半導体レーザ11C,11Dから射出されたレーザ光も、それぞれコリメータレンズ21C,21DによってY軸方向の平行光束となり、ダイクロイックプリズム31の接合面32Dでの反射または透過によって、同軸上(X軸上)で結合される。そして、これら半導体レーザ11A,11Bからの射出レーザ光の結合光束と、半導体レーザ11C,11Dからの射出レーザ光の結合光束とが、ダイクロイックプリズム33での透過または反射によって、同軸上(Z軸上)で結合する。
With such a configuration, the laser beams emitted from the
ここで、このようにしてダイクロイックプリズム33から射出される結合光束に基づいて、第1の実施の形態と同様にシリンドリカルレンズアレイ41B上に2次光源が生成されるが、発散角調整レンズ22B〜22Dによって、半導体レーザ11B〜11Dからの射出レーザ光におけるZ軸方向またはX軸方向の発散角が調整されているので、2次光源の位置において、半導体レーザ11A〜11Dからの射出レーザ光間では色収差が生じず、互いに2次光源位置が一致する。よって、半導体レーザ11A〜11Dからの射出レーザ光すべてが、被照射物6への照射に適用できるようになる。
Here, based on the combined light beam emitted from the
以上のように、本実施の形態では、4つの半導体レーザ11A〜11Dから射出される互いに異なる波長の射出レーザ光を3つのダイクロイックプリズム31〜33によって同軸上(Z軸上)で結合するようにしたので、第1の実施の形態と比べて被照射物6への照射強度をより大きくし、アニール処理の効率(スループット)もより向上させることができる。つまり、例えば半導体レーザ11A〜11Dからの射出レーザ光の加熱層63での光吸収率がいずれも同等の値であれば、被照射物6への照射強度が第1の実施の形態と比べてさらに約2倍となり、アニール処理の効率(スループット)もさらに約2倍に向上する。
As described above, in the present embodiment, the emitted laser beams having different wavelengths emitted from the four
[第3の実施の形態]
図5は、本発明の第3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り、図5(A)はX軸方向からみた側面図を、図5(B)はY軸方向からみた上面図を、それぞれ表している。
[Third Embodiment]
5A and 5B show an overall configuration of an irradiation apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 5A is a side view seen from the X-axis direction, and FIG. 5B is a Y-axis direction. The top view seen from each is represented.
本実施の形態の照射装置は、シリンドリカルレンズアレイ対41の代わりにロッドインテグレータ42を、コリメータレンズ21Bおよび発散角調整レンズ22Bの代わりにコリメータレンズ23Bを、コンデンサレンズ51の代わりに一対のレンズ53,54を、それぞれ設けたものである。
The irradiation apparatus according to the present embodiment includes a
ロッドインテグレータ42は、ダイクロイックプリズム31からの結合光束のX軸方向成分のみをその内壁面で繰り返し反射させることにより、射出面42Aに、X軸方向に均一化された領域を生成するものである(図5(B))。すなわち、このロッドインテグレータ42は、本発明における「均一化光学系」の一具体例に対応するものである。また、このロッドインテグレータ42では、第1の実施の形態におけるシリンドリカルレンズアレイ対41の場合とは異なり、発散角調整レンズ22Bによる補正を行わずとも、射出される光束に色収差を生じさせないようになっている。すなわち、このロッドインテグレータ42は、本発明における「色収差補正手段」の一具体例にも対応する。
The
コリメータレンズ23Bは、射出レーザ11Bからの射出レーザ光のY軸方向成分を平行光束とするものであり、第1の実施の形態におけるコリメータレンズ21Bに対応するものである。つまり、上記のようにロッドインテグレータ42からの射出光束には色収差が生じないことから、発散角調整レンズ22Bが不要となっている。
The collimator lens 23B converts the Y-axis direction component of the emitted laser light from the emitted
レンズ53,54は、ロッドインテグレータ42の射出面42Aの均一化領域を投影することにより、集光レンズ52と共に、被照射物6の加熱層63上に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を照射するものである。
The
以上のように、本実施の形態では、均一化光学系であるロッドインテグレータ42が、色収差補正手段としても機能するようにしたので、発散角調整レンズ22Bが不要となり、第1の実施の形態における効果に加え、照射装置全体の構成をより簡素化することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態においても、第2の実施の形態の場合と同様に、4つの半導体レーザを用いて照射装置を構成するようにしてもよい。 Also in this embodiment, as in the case of the second embodiment, the irradiation apparatus may be configured using four semiconductor lasers.
[第4の実施の形態]
図6は、本発明の第4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り、Y軸方向からみた上面図で表している。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 illustrates the overall configuration of the irradiation apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, and is a top view as viewed from the Y-axis direction.
本実施の形態の照射装置は、ブロードエリア型の半導体レーザ11A,11Bの代わりに、それぞれ複数の半導体レーザ素子がX軸方向またはZ軸方向にアレイ化されたマルチエミッタ型の半導体レーザ12A,12Bを設けたものである。このマルチエミッタ型の半導体レーザは、ブロードエリア型の半導体レーザよりも高出力(一般的には、一桁以上の高出力)であることから、このように構成したことにより、第1の実施の形態と比べて被照射物6への照射強度がより大きくなり、アニール処理の効率(スループット)もより向上する。
In the irradiation apparatus of the present embodiment, instead of the broad area
以上のように、本実施の形態では、2つのレーザ光源をそれぞれ、ブロードエリア型の半導体レーザ11A,11Bよりも高出力のマルチエミッタ型の半導体レーザ12A,12Bから構成したので、第1の実施の形態と比べて被照射物6への照射強度をより大きくし、アニール処理の効率(スループット)をより向上させることができる。
As described above, in the present embodiment, the two laser light sources are configured by the
なお、本実施の形態においても、第2の実施の形態の場合と同様に、4つの半導体レーザを用いて照射装置を構成するようにしてもよい。また、第3の実施の形態の場合と同様に、均一化光学系および色収差補正手段を、シリンドリカルレンズアレイ対41および発散角調整レンズ22Bの代わりに、ロッドインテグレータ42から構成するようにしてもよい。
Also in this embodiment, as in the case of the second embodiment, the irradiation apparatus may be configured using four semiconductor lasers. Further, as in the case of the third embodiment, the uniformizing optical system and the chromatic aberration correcting means may be configured by a
以上、第1〜第4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 to fourth 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、レーザ光源として、2つまたは4つの半導体レーザを用いた場合について説明したが、半導体レーザの数はこれには限られず、2以上の任意の数で構成することが可能である。半導体レーザの数が増えれば、それに応じて被照射物6への照射強度をより大きくし、アニール処理の効率(スループット)をより向上させることができる。
For example, in the above embodiment, the case where two or four semiconductor lasers are used as the laser light source has been described. However, the number of semiconductor lasers is not limited to this, and the laser light source may be configured by an arbitrary number of two or more. Is possible. If the number of semiconductor lasers increases, the irradiation intensity to the
また、上記実施の形態では、照射装置の構成を具体的に挙げて説明したが、照射装置の構成はこれらの場合には限定されず、例えば各レンズ等に加えて、他のレンズ等を配置するようにしてもよい。具体的には、例えば半導体レーザと被照射物6との間の光路中に、被照射物6の被照射面での反射光が半導体レーザまで戻るのを防ぐアイソレータをさらに設けるようにしてもよい。このアイソレータとしては、例えば偏光ビームスプリッタと1/4λ板とから構成することが可能である。このように構成した場合、上記実施の形態における効果に加え、半導体レーザが被照射物からの反射光によって破壊されるのを防止することができる。 In the above embodiment, the configuration of the irradiation apparatus has been specifically described. However, the configuration of the irradiation apparatus is not limited to these cases. For example, in addition to each lens, other lenses are arranged. You may make it do. Specifically, for example, in the optical path between the semiconductor laser and the object to be irradiated 6, an isolator for preventing the reflected light from the irradiated surface of the object to be irradiated 6 from returning to the semiconductor laser may be further provided. . This isolator can be composed of, for example, a polarizing beam splitter and a ¼λ plate. When configured in this way, in addition to the effects in the above embodiment, the semiconductor laser can be prevented from being destroyed by the reflected light from the irradiated object.
11A〜11D,12A,12B…半導体レーザ、21A〜21D…コリメータレンズ、22B〜22D…発散角調整レンズ、23B…コリメータレンズ、31〜33…ダイクロイックプリズム、31A,32D,33A…接合面、41…シリンドリカルレンズアレイ対、41A,41B…シリンドリカルレンズアレイ、42…ロッドインテグレータ、42A…射出面、51…コンデンサレンズ、52…集光レンズ、61…基板、62…a−Si層、63…加熱層、6…被照射物、7…ステージ。
11A to 11D, 12A, 12B ... Semiconductor laser, 21A-21D ... Collimator lens, 22B-22D ... Divergence angle adjusting lens, 23B ... Collimator lens, 31-33 ... Dichroic prism, 31A, 32D, 33A ... Joint surface, 41 ... Cylindrical lens array pair, 41A, 41B ... cylindrical lens array, 42 ... rod integrator, 42A ... exit surface, 51 ... condenser lens, 52 ... condensing lens, 61 ... substrate, 62 ... a-Si layer, 63 ... heating layer, 6 ... object to be irradiated, 7 ... stage.
Claims (9)
前記複数の半導体レーザ光源からそれぞれ射出される射出レーザ光を同軸上で結合する結合光学系と、
前記結合光学系により結合された射出レーザ光に基づいて2次光源を生成する均一化光学系と、
前記2次光源からの光束において、前記射出レーザ光に基づく各光束間に色収差が生じないようにこれらの色収差を補正する色収差補正手段と、
前記色収差補正手段により補正された2次光源からの光束を被照射物に対して照射する照射光学系と
を備えたことを特徴とする照射装置。 A plurality of semiconductor laser light sources that emit laser beams of different wavelengths;
A coupling optical system for coaxially coupling the emitted laser beams respectively emitted from the plurality of semiconductor laser light sources;
A homogenizing optical system for generating a secondary light source based on the emitted laser light coupled by the coupling optical system;
Chromatic aberration correction means for correcting chromatic aberration so that chromatic aberration does not occur between the respective light beams based on the emitted laser light in the light beam from the secondary light source;
An irradiation optical system comprising: an irradiation optical system that irradiates an object with a light beam from a secondary light source corrected by the chromatic aberration correction unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 The irradiation apparatus according to claim 1, wherein the chromatic aberration correction unit corrects chromatic aberration by adjusting a divergence angle of the emitted laser light.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 The irradiation apparatus according to claim 1, wherein the homogenizing optical system includes one or more cylindrical lens arrays.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 The irradiation apparatus according to claim 1, wherein the homogenizing optical system and the chromatic aberration correcting optical system are configured by one or more rod integrators.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 The irradiation apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of semiconductor laser light sources includes a broad area type semiconductor laser.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 2. The irradiation apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of semiconductor laser light sources includes a multi-emitter semiconductor laser in which a plurality of semiconductor laser elements are arrayed in a one-dimensional direction.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 The irradiation apparatus according to claim 1, further comprising an isolator that prevents a light beam reflected by the irradiation object from returning to the plurality of semiconductor laser light sources.
ことを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 The laser annealing apparatus configured to anneal the irradiated object by irradiating the irradiated object with a light beam from the corrected secondary light source, respectively. Irradiation equipment.
結合された射出レーザ光に基づいて2次光源を生成し、
前記2次光源からの光束において、前記複数の射出レーザ光に基づく各光束間に色収差が生じないようにこれらの色収差を補正し、
補正された2次光源からの光束を、被照射物に対して照射する
ことを特徴とする照射方法。
A plurality of emission laser beams having different wavelengths emitted from a plurality of semiconductor laser light sources are coupled on the same axis,
Generating a secondary light source based on the combined emitted laser light;
In the luminous flux from the secondary light source, these chromatic aberrations are corrected so that chromatic aberration does not occur between the luminous fluxes based on the plurality of emitted laser beams,
An irradiation method characterized by irradiating an irradiated object with a light beam from a corrected secondary light source.
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