JP2008098621A - Laser beam irradiation apparatus and laser beam irradiation method - Google Patents

Laser beam irradiation apparatus and laser beam irradiation method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser beam irradiation apparatus and a laser-beam irradiation method which can reduce the laser beam irradiation positional errors to the object to be irradiated during irradiation of a laser beam to the object to be irradiated via a beam expander optical system, and which can irradiate the laser beam of arbitrary size, without the need for remaking the beam expander optical system. <P>SOLUTION: The laser beam irradiation apparatus includes a laser oscillator, a beam expander optical system having zoom function, and a correction lens arranged at a position for conjugating the laser oscillator and the beam expander optical system. The beam expander optical system has at least three lenses and if they are sequentially designated as a first lens, a second lens, and a third lens in the advancing direction of the laser beam, the second lens and the third lens will work with one another, in matching with the magnification of the laser beam. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、レーザ光の照射装置およびレーザ光の照射方法に関し、特にビームエキスパンダー光学系を用いたレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に関する。 The present invention relates to a laser beam irradiation apparatus and a laser beam irradiation method, and more particularly to a laser beam irradiation apparatus and a laser beam irradiation method using a beam expander optical system.

近年、基板上に薄膜トランジスタ(以下、TFTと記す)を製造する技術が大幅に進歩し、アクティブマトリクス型表示装置への応用開発が進められている。特に、多結晶半導体膜を用いたTFTは、従来の非結晶半導体膜を用いたTFTよりも電界効果移動度(モビリティともいう)が高いため、高速動作が可能である。そのため、従来では基板の外に設けられていた駆動回路で行っていた画素部の制御を、画素部と同一の基板上に形成した駆動回路で行うことが用いられている。   In recent years, a technique for manufacturing a thin film transistor (hereinafter referred to as TFT) on a substrate has greatly advanced, and application development to an active matrix display device has been advanced. In particular, a TFT using a polycrystalline semiconductor film has higher field effect mobility (also referred to as mobility) than a conventional TFT using an amorphous semiconductor film, and thus can operate at high speed. For this reason, it is used that the control of the pixel portion, which has been conventionally performed by a driving circuit provided outside the substrate, is performed by a driving circuit formed on the same substrate as the pixel portion.

ところで、半導体装置に用いる基板はコストの面から、石英基板や単結晶半導体基板よりもガラス基板が有望視されている。ガラス基板は耐熱性に劣り、熱変形しやすいため、ガラス基板上に多結晶半導体膜を用いたTFTを形成するために半導体膜を結晶化する際には、ガラス基板の熱変形を避けるために半導体膜にレーザ光を照射することにより結晶化する方法がしばしば用いられる。   By the way, as a substrate used for a semiconductor device, a glass substrate is considered to be more promising than a quartz substrate or a single crystal semiconductor substrate in terms of cost. Since glass substrates are inferior in heat resistance and easily deformed by heat, when crystallizing a semiconductor film to form a TFT using a polycrystalline semiconductor film on the glass substrate, in order to avoid thermal deformation of the glass substrate A method of crystallization by irradiating a semiconductor film with laser light is often used.

レーザ光による半導体膜の結晶化の特徴は、輻射加熱あるいは伝導加熱を利用するアニール法と比較して、処理時間を大幅に短縮することができることや、半導体基板または基板上の半導体膜を選択的、局所的に加熱して、基板にほとんど熱的損傷を与えないことなどが挙げられる。   The characteristics of crystallization of a semiconductor film by laser light are that the processing time can be significantly shortened compared to an annealing method using radiation heating or conduction heating, and the semiconductor substrate or the semiconductor film on the substrate is selectively used. And locally heating to cause little thermal damage to the substrate.

一般的に、レーザ発振器により発振されたレーザ光(レーザビームとも表記する)は空間強度分布がガウス型となっている。そのため、レーザ発振器から発振されたレーザ光をそのまま被照射物に照射した場合には、照射領域においてエネルギー分布が異なる。例えば、シリコン等の半導体膜にレーザ光を照射することによって、結晶化や膜質改善を行う際に、空間強度分布がガウス型のレーザ光をそのまま半導体膜に照射すると、照射領域の中心部と端部において、エネルギー分布が異なるため半導体膜の溶融時間が異なる。その結果、半導体膜の結晶性が不均一となり、所望の特性を有する半導体膜を得ることができない。   In general, laser light (also referred to as a laser beam) oscillated by a laser oscillator has a Gaussian spatial intensity distribution. For this reason, when the irradiated object is directly irradiated with the laser beam oscillated from the laser oscillator, the energy distribution is different in the irradiation region. For example, when laser light is irradiated onto a semiconductor film such as silicon to improve crystallization or film quality, if the semiconductor film is directly irradiated with laser light having a Gaussian spatial intensity distribution, the center and edges of the irradiated region Since the energy distribution is different in the part, the melting time of the semiconductor film is different. As a result, the crystallinity of the semiconductor film becomes non-uniform, and a semiconductor film having desired characteristics cannot be obtained.

従って、一般的に、何らかのレーザ光整形手段を用いることによって、レーザ発振器から発振されたレーザ光の空間強度分布を均一化した後に、被照射物にレーザ光を照射することが行われている。例えば、レーザ光の整形手段として、ビームエキスパンダー光学系が広く用いられている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, generally, by using some laser beam shaping means, the spatial intensity distribution of the laser beam oscillated from the laser oscillator is made uniform, and then the irradiated object is irradiated with the laser beam. For example, a beam expander optical system is widely used as a laser beam shaping means (see, for example, Patent Document 1).

従来のビームエキスパンダー光学系は、図5に示すように2枚のレンズ1102a、1102bからなり、レンズ1102aの焦点距離をf、レンズ1102bの焦点距離をfとしたとき、レンズ1102aからレンズ1102bまでの光学的距離がf+fとなるように配置する。それにより、レーザ発振器1101から射出したレーザ光1105は、ビームエキスパンダー光学系1102を通ってf/f倍に拡大されて被照射面に投影される。そして、例えばビームエキスパンダー光学系1102の後方に回折光学素子1104を配置することにより、所望の形状のレーザ光を得ることができる。 The conventional beam expander optical system, two lenses 1102a as shown in FIG. 5 consists 1102b, the focal length f 1 of the lens 1102a, and a focal length of the lens 1102b was f 2, the lens from the lens 1102a 1102b Until the optical distance is f 1 + f 2 . As a result, the laser beam 1105 emitted from the laser oscillator 1101 passes through the beam expander optical system 1102 and is magnified f 2 / f 1 times and projected onto the irradiated surface. For example, by arranging the diffractive optical element 1104 behind the beam expander optical system 1102, laser light having a desired shape can be obtained.

一般的に回折光学素子は、微細で複雑な構造を持つ素子であるため、極めて正確な位置からレーザ光を入射させる必要がある。回折光学素子の小径化は現状では非常に困難であるため、上述のようにビームエキスパンダー光学系等によりレーザ光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が用いられている。
特開平7−41845号公報
In general, since a diffractive optical element is an element having a fine and complicated structure, it is necessary to make a laser beam incident from an extremely accurate position. Since it is very difficult to reduce the diameter of the diffractive optical element at present, the method of expanding the laser beam by the beam expander optical system or the like and propagating it to the diffractive optical element as described above is used.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-41845

従来のビームエキスパンダー光学系に入射したレーザ光は、ビームエキスパンダー光学系の倍率Xに従ってビーム径の大きさを変えて射出される。このとき、ビームエキスパンダー光学系の入射口に位置するレンズ1102aの中央に正確にレーザ光が入射すれば、ビームエキスパンダー光学系の射出点に位置するレンズ1102bの中央から拡大されたレーザ光が射出され、回折光学素子1104に正確にレーザ光が入射される(図5参照)。   The laser light incident on the conventional beam expander optical system is emitted with the beam diameter changed according to the magnification X of the beam expander optical system. At this time, if the laser light is accurately incident on the center of the lens 1102a located at the entrance of the beam expander optical system, the enlarged laser light is emitted from the center of the lens 1102b located at the exit point of the beam expander optical system. The laser light is accurately incident on the diffractive optical element 1104 (see FIG. 5).

しかしながら、レーザ光は、レーザ発振器そのもの、または温度変化等の使用環境の状態によって、レーザ光の光路が刻々と変化する不安定な光である。そのため、レーザ光をビームエキスパンダー光学系に入射した場合、1枚目のレンズの中央に正確にレーザ光が入射されず、回折光学素子への入射位置に誤差が生じる可能性がある。   However, laser light is unstable light in which the optical path of the laser light changes every moment depending on the state of the laser oscillator itself or the usage environment such as temperature change. Therefore, when laser light is incident on the beam expander optical system, the laser light is not accurately incident on the center of the first lens, and an error may occur in the incident position on the diffractive optical element.

例えば、ビームエキスパンダー光学系の倍率をXとするとき、1枚目のレンズへの入射位置がレンズの中央から距離dだけずれると、2枚目のレンズから射出されるレーザ光の射出位置は、レンズ中央から距離Xdだけずれた位置となる。つまり、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置の誤差が、レーザ光の拡大倍率と同じ分だけ拡大され、射出位置の誤差として生じてしまう。従って、回折光学素子への入射位置も距離Xdだけずれた位置となり、精密な照射位置が求められる回折光学素子を用いる場合、所望の性能のレーザ光が得られないという問題があった。   For example, when the magnification of the beam expander optical system is X, when the incident position on the first lens is shifted by a distance d from the center of the lens, the emission position of the laser light emitted from the second lens is The position is shifted by a distance Xd from the center of the lens. In other words, the error in the incident position of the laser beam to the beam expander optical system is enlarged by the same amount as the magnification of the laser beam, resulting in an error in the emission position. Therefore, the incident position on the diffractive optical element is also shifted by the distance Xd, and when a diffractive optical element that requires a precise irradiation position is used, there is a problem that laser light with desired performance cannot be obtained.

また、レーザ発振器の射出口におけるビーム径はレーザ発振器の個体差によって大きさが異なる。例えば、レーザ発振器に不良がみられた場合等、レーザ発振器を交換する可能性がある。その際にレーザ発振器から射出されるレーザ光のビーム径が変わると、ビームエキスパンダー光学系への入射位置でのビーム径も変わる為、ビームエキスパンダー光学系を通過後の被照射面におけるレーザ光の大きさも変化してしまう。そのため、被照射面においてレーザ発振器交換前と同じ大きさのレーザ光を得るためには、ビームエキスパンダー光学系の倍率を変えなくてはならない。つまり、レーザ発振器を交換するたびに、ビームエキスパンダー光学系を作り替えなければならず、非効率的である。また、通常、ビームエキスパンダー光学系の倍率は固定されているため、ビームエキスパンダー光学系を通過後の被照射面におけるレーザ光の大きさは、ビームエキスパンダー光学系の倍率に従って、一つに固定されていた。よって、ビームエキスパンダー光学系を通過後の被照射面におけるレーザ光の大きさを変化させたい場合には、ビームエキスパンダー光学系を作り替えなければならなかった。 Further, the beam diameter at the exit of the laser oscillator differs depending on the individual difference of the laser oscillator. For example, when the laser oscillator is defective, the laser oscillator may be replaced. At this time, if the beam diameter of the laser beam emitted from the laser oscillator changes, the beam diameter at the incident position on the beam expander optical system also changes, so the size of the laser beam on the irradiated surface after passing through the beam expander optical system. It will also change. Therefore, in order to obtain laser light having the same size as that before the laser oscillator replacement on the irradiated surface, the magnification of the beam expander optical system must be changed. That is, each time the laser oscillator is replaced, the beam expander optical system must be redesigned, which is inefficient. In general, since the magnification of the beam expander optical system is fixed, the size of the laser light on the irradiated surface after passing through the beam expander optical system is fixed to one according to the magnification of the beam expander optical system. It was. Therefore, in order to change the size of the laser beam on the irradiated surface after passing through the beam expander optical system, the beam expander optical system has to be remade.

本発明は上記問題を鑑み、ビームエキスパンダー光学系を介して被照射物にレーザ光の照射を行う際に、被照射物へのレーザ光の照射位置の誤差を低減させ、かつ、ビームエキスパンダー光学系を作り替えることなく任意の大きさのレーザ光を照射することができるレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法の提供を課題とする。   In view of the above problems, the present invention reduces the error in the irradiation position of the laser beam on the irradiated object when irradiating the irradiated object with the laser beam via the beam expander optical system, and the beam expander optical system. It is an object of the present invention to provide a laser light irradiation apparatus and a laser light irradiation method that can irradiate laser light of an arbitrary size without modifying the laser beam.

本発明のレーザ光照射装置は、レーザ発振器と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系とを共役にする位置に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、少なくとも3枚のレンズを有し、レーザ光の進行方向において順に第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズとすると、第2のレンズおよび第3のレンズはレーザ光の倍率にあわせて連動することを特徴としている。   The laser beam irradiation apparatus of the present invention includes a laser oscillator, a beam expander optical system having a zoom function, and a correction lens disposed at a position where the laser oscillator and the beam expander optical system are conjugated, and the beam expander. The optical system has at least three lenses. When the first lens, the second lens, and the third lens are sequentially arranged in the laser beam traveling direction, the second lens and the third lens It is characterized by interlocking according to the magnification.

本発明のレーザ光照射装置の他の構成は、レーザ発振器と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズを有し、第1のレンズは凹レンズであり、第2のレンズは、第1のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第3のレンズは第2のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第1の共役点、第1の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第2の共役点、補正レンズから第2の共役点までの距離をB、第1のレンズの焦点距離をf、補正レンズと第1のレンズとの距離をXとすると、Xが、B−3|f|≦X≦B+|f|、を満たすことを特徴としている。なお、本明細書中で用いられる凹レンズは、凹レンズと同等の機能を有する光学素子でもよい。   Another configuration of the laser light irradiation apparatus of the present invention includes a laser oscillator, a beam expander optical system having a zoom function, and a correction lens disposed between the laser oscillator and the beam expander optical system, The expander optical system has a first lens, a second lens, and a third lens in order in the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator. The first lens is a concave lens, and the second lens is , Moving in the direction to change the distance from the first lens to enlarge or reduce the beam diameter of the laser light, the third lens works in conjunction with the second lens to make the laser light parallel light, The emission point of the oscillator is the first conjugate point, the point at which the image of the first conjugate point is imaged through the correction lens is the second conjugate point, the distance from the correction lens to the second conjugate point is B, Focus of the first lens A release f, and the distance between the correction lens and the first lens is X, X is, B-3 | f | ≦ X ≦ B + | f |, is characterized by satisfying. The concave lens used in this specification may be an optical element having a function equivalent to that of a concave lens.

また、本発明のレーザ光照射装置は上記構成において好ましくは、Xが、X=B−|f|、を満たすことを特徴としている。 In the laser beam irradiation apparatus of the present invention, X preferably satisfies X = B− | f | in the above configuration.

また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、好ましくはレーザ発振器と第1のレンズとの距離が、0.5m以上、より好ましくは1m以上であることを特徴としている。   In the above-described configuration, the laser beam irradiation apparatus of the present invention is preferably characterized in that the distance between the laser oscillator and the first lens is 0.5 m or more, more preferably 1 m or more.

また、本レーザ光照射装置の他の構成は、レーザ発振器と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズとを有し、ビームエキスパンダー光学系は、レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズを有し、第1のレンズは凸レンズであり、第2のレンズは、第1のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第3のレンズは第2のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第1の共役点、第1の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第2の共役点、補正レンズから第2の共役点までの距離をB、第1のレンズの焦点距離をf、補正レンズと第1のレンズとの距離をXとすると、Xが、B−f≦X≦B+3f、を満たすことを特徴としている。なお、本明細書中で用いられる凸レンズは、凸レンズと同等の機能を有する光学素子でもよい。   Another configuration of the laser beam irradiation apparatus includes a laser oscillator, a beam expander optical system having a zoom function, and a correction lens disposed between the laser oscillator and the beam expander optical system. The expander optical system has a first lens, a second lens, and a third lens in order in the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator. The first lens is a convex lens, and the second lens is , Moving in the direction to change the distance from the first lens to enlarge or reduce the beam diameter of the laser light, the third lens works in conjunction with the second lens to make the laser light parallel light, The emission point of the oscillator is the first conjugate point, the point at which the image of the first conjugate point is imaged through the correction lens is the second conjugate point, the distance from the correction lens to the second conjugate point is B, Focus of the first lens A release f, and the distance between the correction lens and the first lens is X, X is is characterized by satisfying B-f ≦ X ≦ B + 3f, a. The convex lens used in this specification may be an optical element having a function equivalent to that of a convex lens.

また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において好ましくは、Xが、X=B−f、を満たすことを特徴としている。 In the laser beam irradiation apparatus of the present invention, X preferably satisfies X = Bf in the above configuration.

また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、好ましくはレーザ発振器と第1のレンズとの距離が、0.5m以上、より好ましくは1m以上であることを特徴としている。   In the above-described configuration, the laser beam irradiation apparatus of the present invention is preferably characterized in that the distance between the laser oscillator and the first lens is 0.5 m or more, more preferably 1 m or more.

また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、第3のレンズが凸レンズであることを特徴としている。 The laser light irradiation apparatus of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the third lens is a convex lens.

また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、補正レンズが、凸レンズであることを特徴としている。 The laser beam irradiation apparatus of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the correction lens is a convex lens.

また、本発明のレーザ光照射装置は、上記構成において、ビームエキスパンダー光学系を通ったレーザ光を入射させる回折光学素子が配置されることを特徴としている。   Further, the laser light irradiation apparatus of the present invention is characterized in that, in the above configuration, a diffractive optical element that makes the laser light incident through the beam expander optical system incident is disposed.

なお、上記構成において、補正レンズの焦点距離をf´、第1の共役点から補正レンズまでの距離をAとした場合、A、B、f´は、1/A+1/B≒1/f´を満たす関係になっている。   In the above configuration, when the focal length of the correction lens is f ′ and the distance from the first conjugate point to the correction lens is A, A, B, and f ′ are 1 / A + 1 / B≈1 / f ′. It is a relationship that satisfies.

本発明のレーザ光の照射方法は、レーザ発振器からレーザ光を射出し、レーザ光を補正レンズに入射し、補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズに順に入射させる際、第1のレンズは凹レンズであり、第2のレンズは、第1のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第3のレンズは第2のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第1の共役点、第1の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第2の共役点、補正レンズから第2の共役点までの距離をB、第1のレンズの焦点距離をf、補正レンズと第1のレンズとの距離をXとすると、Xが、B−3|f|≦X≦B+|f|、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび第1のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。   According to the laser beam irradiation method of the present invention, the laser beam is emitted from the laser oscillator, the laser beam is incident on the correction lens, and the laser beam emitted from the correction lens is converted into the first beam expander optical system having a zoom function. When sequentially entering the lens, the second lens, and the third lens, the first lens is a concave lens, and the second lens moves in a direction that changes the distance from the first lens, so that the laser light The beam diameter is enlarged or reduced, and the third lens is linked with the second lens so that the laser beam becomes parallel light, the emission point of the laser oscillator is the first conjugate point, and the image of the first conjugate point is The point imaged through the correction lens is the second conjugate point, the distance from the correction lens to the second conjugate point is B, the focal length of the first lens is f, and the correction lens and the first lens are When the distance is X, X is B-3 | f | ≦ X ≦ + | F |, the laser oscillator so as to satisfy the, by disposing the correction lens and the first lens is characterized by irradiating a laser beam.

また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、Xが、X=B−|f|、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび凹レンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。   In the laser beam irradiation method of the present invention, in the above configuration, preferably, the laser oscillator, the correction lens, and the concave lens are arranged so that X satisfies X = B− | f | It is characterized by that.

また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、レーザ発振器と凹レンズの距離、またはレーザ発振器と第1のレンズとの距離が、0.5m以上、より好ましくは1m以上離してレーザ光を照射することを特徴としている。   In the laser beam irradiation method of the present invention, the distance between the laser oscillator and the concave lens or the distance between the laser oscillator and the first lens is preferably 0.5 m or more, more preferably 1 m or more. It is characterized by irradiating with laser light.

また、本発明の他のレーザ光の照射方法は、レーザ発振器からレーザ光を射出し、レーザ光を補正レンズに入射し、補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズに順に入射させる際、第1のレンズは凸レンズであり、第2のレンズは、第1のレンズとの間隔を変える方向に移動して、レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、第3のレンズは第2のレンズと連動して、レーザ光を平行光とし、レーザ発振器の射出点を第1の共役点、第1の共役点の像が補正レンズを介して結像される点を第2の共役点、補正レンズから第2の共役点までの距離をB、第1のレンズの焦点距離をf、補正レンズと第1のレンズとの距離をXとすると、Xが、B−f≦X≦B+3f、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび第1のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。   In another laser light irradiation method of the present invention, a laser beam is emitted from a laser oscillator, the laser beam is incident on a correction lens, and the laser beam emitted from the correction lens is converted into a beam expander optical system having a zoom function. When the light enters the first lens, the second lens, and the third lens in this order, the first lens is a convex lens, and the second lens is moved in a direction that changes the distance from the first lens. The beam diameter of the laser beam is enlarged or reduced, the third lens is linked with the second lens, the laser beam is made into parallel light, the emission point of the laser oscillator is the first conjugate point, and the first conjugate The point at which the image of the point is formed through the correction lens is the second conjugate point, the distance from the correction lens to the second conjugate point is B, the focal length of the first lens is f, and the correction lens and the first If the distance from the lens is X, X is B−f ≦ ≦ B + 3f, the laser oscillator so as to satisfy the, by disposing the correction lens and the first lens is characterized by irradiating a laser beam.

また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、Xが、X=B+f、を満たすようにレーザ発振器、補正レンズおよび凸レンズを配置してレーザ光を照射することを特徴としている。   Further, the laser light irradiation method of the present invention is characterized in that, in the above structure, the laser light is irradiated by arranging a laser oscillator, a correction lens and a convex lens so that X satisfies X = B + f. Yes.

また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、好ましくは、レーザ発振器と第1のレンズとの距離が、0.5m以上、より好ましくは1m以上離してレーザ光を照射することを特徴としている。   In the laser beam irradiation method of the present invention, the laser beam is preferably irradiated with the distance between the laser oscillator and the first lens being 0.5 m or more, more preferably 1 m or more. It is a feature.

また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、第3のレンズとして凸レンズを用いることを特徴としている。   The laser light irradiation method of the present invention is characterized in that, in the above structure, a convex lens is used as the third lens.

また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、補正レンズとして凸レンズを用いることを特徴としている。   The laser beam irradiation method of the present invention is characterized in that, in the above configuration, a convex lens is used as the correction lens.

また、本発明のレーザ光の照射方法は、上記構成において、ビームエキスパンダー光学系を通ったレーザ光を回折光学素子に入射させることを特徴としている。   In the laser beam irradiation method of the present invention, the laser beam having passed through the beam expander optical system is incident on the diffractive optical element in the above configuration.

レーザ発振器から発振されたレーザ光のスケールを、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系によって拡大した後に、被照射物に入射させる場合に、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に光路を補正する補正レンズを設ける。その結果、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置のずれを低減させ、さらにビームエキスパンダー光学系の次の照射面に対してもレーザ光を正確な位置から伝播することができる。なおかつ、ビームエキスパンダー光学系に具備されたズーム機能によって、レーザ発振器の個体差によるビーム径の差異を補正することができる。   The optical path is corrected between the laser oscillator and the beam expander optical system when the scale of the laser light oscillated from the laser oscillator is enlarged by the beam expander optical system having a zoom function and then incident on the irradiated object. A correction lens is provided. As a result, the shift of the incident position of the laser beam to the beam expander optical system can be reduced, and the laser beam can be propagated from an accurate position to the next irradiation surface of the beam expander optical system. In addition, the zoom function provided in the beam expander optical system can correct the difference in the beam diameter due to the individual difference of the laser oscillator.

本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲内から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in the structures of the present invention described below, the same reference numerals may be used in common in different drawings.

(実施の形態1)   (Embodiment 1)

本実施の形態では、本発明のレーザ光照射装置及びレーザ光の照射方法の一例について図面を参照して説明する。   In this embodiment mode, an example of a laser beam irradiation apparatus and a laser beam irradiation method of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本実施の形態で示すレーザ光照射装置の一構成例を図1に示す。図1に示すレーザ照射装置は、レーザ発振器101と、光路を補正する補正レンズ102と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系103とを少なくとも有している。レーザ発振器101から発振されたレーザ光105は、補正レンズ102を介してビームエキスパンダー光学系103へと伝播され、ビームエキスパンダー光学系103を通ってレーザ光105のスケールが大きくされた後に被照射物104に照射される(図1参照)。   First, FIG. 1 illustrates a configuration example of the laser beam irradiation apparatus described in this embodiment. The laser irradiation apparatus shown in FIG. 1 has at least a laser oscillator 101, a correction lens 102 for correcting an optical path, and a beam expander optical system 103 having a zoom function. The laser beam 105 oscillated from the laser oscillator 101 is propagated to the beam expander optical system 103 via the correction lens 102, and after the scale of the laser beam 105 is increased through the beam expander optical system 103, the irradiated object 104. Is irradiated (see FIG. 1).

また、本実施の形態のビームエキスパンダー光学系は少なくとも3枚のレンズを有している。図1のビームエキスパンダー光学系103において、レーザ発振器101から発振されたレーザ光105の進行方向に向かって第1のレンズ103a、第2のレンズ103b、及び第3のレンズ103cが順に配置されている。図1では、第1のレンズ103aとして両凹レンズ、第2のレンズ103bとして平凸レンズ、第3のレンズ103cとして平凸レンズを用いた例を示しているが、使用されるレンズはこれに限られない。第1のレンズ103aは凹レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第1のレンズ103aとして平凹レンズや凹メニスカスレンズ等の凹レンズ、または凹レンズと同等の機能を持つ光学素子を用いてもよい。また、第3のレンズ103cは凸レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第3のレンズ103cとして両凸レンズや凸メニスカスレンズ等の凸レンズ、または、凸レンズと同等の機能を有する光学素子を用いても良い。さらに、第2のレンズ103bは球面レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第2のレンズ103bとして両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズまたは凹メニスカスレンズ等を用いてもよい。また、それぞれのレンズには2枚以上の組レンズを用いてもよい。   Further, the beam expander optical system according to the present embodiment has at least three lenses. In the beam expander optical system 103 of FIG. 1, a first lens 103a, a second lens 103b, and a third lens 103c are sequentially arranged in the traveling direction of the laser beam 105 oscillated from the laser oscillator 101. . Although FIG. 1 shows an example in which a biconcave lens is used as the first lens 103a, a plano-convex lens is used as the second lens 103b, and a plano-convex lens is used as the third lens 103c, the lens used is not limited to this. . The first lens 103a can be of any type as long as it is a concave lens. For example, a concave lens such as a plano-concave lens or a concave meniscus lens or an optical element having a function equivalent to that of a concave lens may be used as the first lens 103a. The third lens 103c can be of any type as long as it is a convex lens. For example, a convex lens such as a biconvex lens or a convex meniscus lens or an optical element having a function equivalent to that of a convex lens is used as the third lens 103c. Also good. Further, the second lens 103b can be of any type as long as it is a spherical lens. For example, a biconvex lens, a convex meniscus lens, a biconcave lens, a planoconcave lens, or a concave meniscus lens may be used as the second lens 103b. Moreover, you may use a 2 or more group lens for each lens.

レーザ発振器101としては、YVOレーザなどの連続発振型のレーザ発振器(CWレーザ発振器)または疑似CWレーザ発振器等を使用することができる。例えば、気体レーザとしては、Arレーザ、Krレーザ、COレーザ等があり、固体レーザとしては、YAGレーザ、YLFレーザ、YAlOレーザ、GdVOレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、Yレーザ等を適用することができる。また、YAGレーザ、Yレーザ、GdVOレーザ、YVOレーザは、セラミックスレーザであってもよい。金属蒸気レーザとしては、ヘリウムカドミウムレーザ等が挙げられる。また、Diskレーザを用いてもよい。Diskレーザの特徴としては、レーザ媒質の形状がディスクであるため冷却効率がよいこと、すなわちエネルギー効率とビーム品質がよいということが挙げられる。 As the laser oscillator 101, a continuous wave laser oscillator (CW laser oscillator) such as a YVO 4 laser, a pseudo CW laser oscillator, or the like can be used. For example, gas lasers include Ar laser, Kr laser, CO 2 laser, etc., and solid lasers include YAG laser, YLF laser, YAlO 3 laser, GdVO 4 laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, Y 2 O. Three lasers or the like can be applied. The YAG laser, Y 2 O 3 laser, GdVO 4 laser, and YVO 4 laser may be a ceramic laser. An example of the metal vapor laser is a helium cadmium laser. A Disk laser may also be used. A feature of the Disk laser is that the laser medium has a disk shape so that the cooling efficiency is good, that is, the energy efficiency and the beam quality are good.

また、上述したレーザ発振器において、射出されるレーザ光はTEM00で発振されると、被照射面において得られる線状のビームスポットのエネルギーの均一性を上げることができるため好ましい。 In the laser oscillator described above, it is preferable that the emitted laser light be oscillated by TEM 00 because the energy uniformity of the linear beam spot obtained on the irradiated surface can be increased.

レーザ光がビームエキスパンダー光学系103に入射するとき、入射位置がずれていると、ビームエキスパンダー光学系103を通過したレーザ光の照射位置に大きく影響する。しかし、レーザ光のビームエキスパンダー光学系103への入射角度が少々ずれていても、ビームエキスパンダー光学系103を通過したレーザ光の照射位置には影響しない。したがって、ビームエキスパンダー光学系103に入射するレーザ光は、その入射角度が変化した場合であっても、ビームエキスパンダー光学系103の最適な位置に入射した場合には、一定の位置、角度から次の照射面へと伝播される。つまり、ビームエキスパンダー光学系103へのレーザ光の入射角度よりも入射位置が重要となる。   When the laser light is incident on the beam expander optical system 103, if the incident position is shifted, the irradiation position of the laser light that has passed through the beam expander optical system 103 is greatly affected. However, even if the incident angle of the laser beam to the beam expander optical system 103 is slightly shifted, the irradiation position of the laser beam that has passed through the beam expander optical system 103 is not affected. Therefore, even if the incident angle of the laser light incident on the beam expander optical system 103 changes, if the incident light is incident on the optimum position of the beam expander optical system 103, the laser beam enters the following from a certain position and angle. Propagated to the irradiated surface. That is, the incident position is more important than the incident angle of the laser beam to the beam expander optical system 103.

そこで、入射位置を一定に保つために補正レンズ102をレーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系103の入射口に位置する第1のレンズ103aとが共役となる位置に配置する。このように、レーザ発振器101から発振されたレーザ光を、補正レンズ102を介してビームエキスパンダー光学系103に伝播することによって、光路が不安定なレーザ光をビームエキスパンダー光学系103の正確な位置に入射させることができ、さらに被照射物104の表面に対しても正確な位置へレーザ光を伝播させることが可能となる。補正レンズ102は、ビームエキスパンダー光学系103を構成する第1のレンズ103aへ入射するレーザ光の入射位置を制御するために設けられている。   Therefore, in order to keep the incident position constant, the correction lens 102 is arranged at a position where the laser oscillator 101 and the first lens 103 a located at the entrance of the beam expander optical system 103 are conjugate. As described above, the laser light oscillated from the laser oscillator 101 is propagated to the beam expander optical system 103 via the correction lens 102, so that the laser light with an unstable optical path is brought to an accurate position of the beam expander optical system 103. In addition, the laser beam can be propagated to an accurate position on the surface of the irradiation object 104. The correction lens 102 is provided to control the incident position of the laser light incident on the first lens 103 a constituting the beam expander optical system 103.

ビームエキスパンダー光学系103を通過したレーザ光は、被照射物104へと伝播される。被照射物104としては、例えば、回折光学素子を用いることができる。回折光学素子は、ディフラクティブオプティクス、またはディフラクティブオプティクスエレメントとも呼ばれ、光の回折を利用してスペクトルを得る素子である。また、回折光学素子は、微細で複雑な構造を持つ素子であるため、極めて正確な位置からレーザ光を入射させる必要がある。一般的に、回折光学素子の小径化は現状では非常に困難であり、ビームエキスパンダー光学系等によりレーザ光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が回折光学素子の利用方法として適用されている。従って、ビームエキスパンダー光学系と回折光学素子を組み合わせて設ける場合には、上述したように、レーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系103とが共役となる位置に補正レンズ102を設け、回折光学素子へ入射するレーザ光の入射位置のずれを低減することが非常に有効となる。   The laser light that has passed through the beam expander optical system 103 is propagated to the irradiated object 104. As the irradiated object 104, for example, a diffractive optical element can be used. A diffractive optical element is also referred to as a diffractive optics or a diffractive optics element, and is an element that obtains a spectrum by utilizing light diffraction. Further, since the diffractive optical element is an element having a fine and complicated structure, it is necessary to make the laser beam incident from an extremely accurate position. In general, it is very difficult to reduce the diameter of a diffractive optical element at present, and a method in which a laser beam is expanded by a beam expander optical system and then propagated to the diffractive optical element is applied as a method of using the diffractive optical element. ing. Therefore, when the beam expander optical system and the diffractive optical element are provided in combination, as described above, the correction lens 102 is provided at a position where the laser oscillator 101 and the beam expander optical system 103 are conjugated, and enters the diffractive optical element. It is very effective to reduce the deviation of the incident position of the laser beam.

補正レンズ102としては、入射光を集光する凸レンズを用いることができる。図1では、補正レンズ102として、平凸レンズを用いた例を示しているが、他にも両凸レンズ、凸メニスカスレンズ等を用いることが可能である。また、シリンドリカルレンズを用いてもよい。シリンドリカルレンズは一方向に曲率を持っており、1次元方向にのみ集光または拡散をさせることが可能なレンズである。従って、複数のシリンドリカルレンズを組み合わせて設け、各々のシリンドリカルレンズの曲率の方向を組み合わせることにより、光学調整を自由に行うことができる。   As the correction lens 102, a convex lens that condenses incident light can be used. Although FIG. 1 shows an example in which a plano-convex lens is used as the correction lens 102, a biconvex lens, a convex meniscus lens, or the like can also be used. Further, a cylindrical lens may be used. The cylindrical lens has a curvature in one direction, and can collect or diffuse only in a one-dimensional direction. Therefore, optical adjustment can be freely performed by providing a combination of a plurality of cylindrical lenses and combining the directions of curvature of the respective cylindrical lenses.

また、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器101から発振されたレーザ光が補正レンズ102を介してビームエキスパンダー光学系の第1のレンズ103aに入射する場合において、レーザ発振器101の射出点(または、ビームウエスト、光源)を第1の共役点Oとし、当該第1の共役点Oの像が補正レンズ102を介して結像される点を第2の共役点Oとし、第1の共役点Oから補正レンズ102までの距離をA、補正レンズ102から第2の共役点Oまでの距離をB、第1のレンズ103aの焦点距離をfとした際に、第1のレンズ103aは、補正レンズ102と第1のレンズ103aとの距離をXとすると、Xが、B−3|f|≦X≦B+|f|、を満たすように配置する。 In addition, the laser beam irradiation apparatus described in this embodiment is configured so that the laser beam emitted from the laser oscillator 101 enters the first lens 103a of the beam expander optical system via the correction lens 102. The exit point (or beam waist, light source) is the first conjugate point O 1, and the point at which the image of the first conjugate point O 1 is formed via the correction lens 102 is the second conjugate point O 2. and then, the distance from the first conjugate point O 1 to the correction lens 102 a, the distance from the correction lens 102 to the second conjugate point O 2 B, when the focal length of the first lens 103a and the f 2 In addition, the first lens 103a is arranged so that X satisfies B-3 | f 2 | ≦ X ≦ B + | f 2 | where X is the distance between the correction lens 102 and the first lens 103a. To do.

上記の数式を満たしている配置は、第1のレンズ103aの焦点(ここでは、レーザ光の進行方向側に位置する第1のレンズ103aの焦点)をFとした場合、第2の共役点Oが、第1のレンズ103aの焦点Fからレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ2fの範囲に位置する関係を満たしている。Xがこのような関係を満たすように、レーザ発振器101、補正レンズ102および第1のレンズ103a等を配置することによって、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射誤差を低減し、且つ、被照射物104へのレーザ光の照射位置の誤差を低減することが可能となる。 Arrangement that meets the formula above, the focus of the first lens 103a (here, the focal point of the first lens 103a located on the traveling direction side of the laser beam) When set to F 2, the second conjugate point O 2 satisfies the relationship of being located in the range of 2f 2 with respect to the traveling direction of the laser beam from the focal point F 2 of the first lens 103a and the opposite direction. By arranging the laser oscillator 101, the correction lens 102, the first lens 103a, and the like so that X satisfies such a relationship, an incidence error of the laser light to the beam expander optical system can be reduced, and irradiation can be performed. It is possible to reduce the error in the irradiation position of the laser beam on the object 104.

なお、好ましくは、第1のレンズ103aを配置する距離Xが、X=B−fとなる位置に第1のレンズ103aを設けるとよい(図2参照)。つまり、第2の共役点Oが第1のレンズ103aの焦点F(ここでは、レーザ光の進行方向側に位置する第1のレンズ103aの焦点)となる位置に形成されるように第1のレンズ103aを設ける。この場合、ビームエキスパンダーを介して被照射物にレーザ光の照射を行う場合に、被照射物へのレーザ光の照射位置の誤差を最も低減することが可能となる。 Note that the first lens 103a is preferably provided at a position where the distance X at which the first lens 103a is disposed is X = B−f 2 (see FIG. 2). That is, the second conjugate point O 2 is formed at a position that becomes the focal point F 2 of the first lens 103 a (here, the focal point of the first lens 103 a located on the traveling direction side of the laser light). 1 lens 103a is provided. In this case, when irradiating the irradiation object with the laser beam via the beam expander, the error in the irradiation position of the laser beam on the irradiation object can be reduced most.

なお、補正レンズ102の焦点距離をf、第1の共役点Oから補正レンズ102までの距離をA、補正レンズ102から第2の共役点Oまでの距離をBとした場合、補正レンズ102の焦点距離fは、1/A+1/B≒1/fを満たす関係となっている。 When the focal length of the correction lens 102 is f 1 , the distance from the first conjugate point O 1 to the correction lens 102 is A, and the distance from the correction lens 102 to the second conjugate point O 2 is B, the correction is performed. The focal length f 1 of the lens 102 has a relationship satisfying 1 / A + 1 / B≈1 / f 1 .

また本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系103の第2のレンズ103bは、第1のレンズ103aを通過したレーザ光の広がり角度を縮小または拡大するために設けられている。また、第3のレンズ103cは、第2のレンズ103bから射出されたレーザ光を平行光にするために設けられている。   In the laser beam irradiation apparatus described in this embodiment, the second lens 103b of the beam expander optical system 103 is provided in order to reduce or expand the spread angle of the laser beam that has passed through the first lens 103a. . The third lens 103c is provided to make the laser light emitted from the second lens 103b parallel light.

なお、本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系103はズーム機能を具備している。具体的には、図1においてビームエキスパンダー光学系103の第1のレンズ103aと第2のレンズ103bの間隔を変化させる機構により、第2のレンズ103bが移動して、第1のレンズ103aとの間隔Cを変化させることにより、当該2枚のレンズによるレンズ系の焦点距離が変わり、レーザ光105のビーム径の倍率を拡大または縮小する。さらに、第3のレンズ103cは、第2のレンズ103bから射出されたレーザ光を平行光にするために第2のレンズ103bと連動する。このような、ズーム機能を有するビームエキスパンダー光学系を介してレーザ光を照射することによって、被照射面に照射されるレーザ光の倍率を容易に変化させることができる。第1のレンズ103aと第2のレンズ103bの間隔を変化させる機構は、あらゆる公知のレンズ移動手段を使用できる。   Note that in the laser light irradiation apparatus described in this embodiment, the beam expander optical system 103 has a zoom function. Specifically, the second lens 103b is moved by the mechanism that changes the distance between the first lens 103a and the second lens 103b of the beam expander optical system 103 in FIG. By changing the interval C, the focal length of the lens system by the two lenses changes, and the magnification of the beam diameter of the laser beam 105 is enlarged or reduced. Further, the third lens 103c is interlocked with the second lens 103b in order to make the laser light emitted from the second lens 103b parallel light. By irradiating laser light through such a beam expander optical system having a zoom function, the magnification of the laser light irradiated on the irradiated surface can be easily changed. Any known lens moving means can be used as the mechanism for changing the distance between the first lens 103a and the second lens 103b.

一般に、レーザ光のビーム径の大きさは、射出するレーザ発振器によって個体差があるため、同じ大きさのレーザ光を提供するためには、レーザ発振器ごとにビームエキスパンダー光学系を用意する必要があった。しかし、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、ビームエキスパンダー光学系に上述したようなズーム機能を備えているため、レーザ発振器の個体差によらず任意の大きさのレーザ光を提供することが可能となる。   In general, since the size of the laser beam diameter varies depending on the laser oscillator to be emitted, it is necessary to prepare a beam expander optical system for each laser oscillator in order to provide the same size of laser light. It was. However, since the laser beam irradiation apparatus shown in this embodiment has the zoom function as described above in the beam expander optical system, it can provide laser beams of an arbitrary size regardless of individual differences of laser oscillators. Is possible.

なお、好ましくは、第2のレンズ103bと第3のレンズ103cとの距離Dが、1m以内になるように第2のレンズ103b及び第3のレンズ103cを配置するとよい。   Note that the second lens 103b and the third lens 103c are preferably arranged so that the distance D between the second lens 103b and the third lens 103c is within 1 m.

また、本実施の形態で示したレーザ光照射装置またはレーザ光照射方法は、レーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系103との距離が大きくなればなるほど効果を発揮する。一般的に、光学系を配置する場合には、装置の関係上、一定の間隔を空けて設ける必要がある。従って、本実施の形態で示したレーザ光照射装置は、レーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系103を構成する第1のレンズ103aとの距離を、好ましくは0.5m以上離して設ける場合、より好ましくは1m以上離して設ける場合に特に有効となる。   In addition, the laser beam irradiation apparatus or the laser beam irradiation method described in this embodiment is more effective as the distance between the laser oscillator 101 and the beam expander optical system 103 becomes larger. In general, when an optical system is arranged, it is necessary to provide the optical system with a certain interval in relation to the apparatus. Therefore, the laser beam irradiation apparatus shown in the present embodiment is more preferable when the distance between the laser oscillator 101 and the first lens 103a constituting the beam expander optical system 103 is preferably separated by 0.5 m or more. Is particularly effective when provided at a distance of 1 m or more.

本実施の形態は、ビームエキスパンダー光学系を用いた全てのレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に適用することができる。   The present embodiment can be applied to all laser light irradiation apparatuses and laser light irradiation methods using a beam expander optical system.

本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器と、ズーム機能を有するビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けることで、被照射面におけるレーザ光の位置ずれを低減し、レーザ光の照射位置を正確に制御することができる。さらに、ビームエキスパンダー光学系にズーム機能を備えていることで、例えば、レーザ発振器を交換した際にも、ビームエキスパンダー光学系を作り替えることなく所望の大きさのレーザ光を提供することができる。また、被照射面におけるレーザ光の大きさを変化させたい場合にも、ビームエキスパンダー光学系を交換することなく容易に任意の大きさのレーザ光を提供することができる。   In the laser beam irradiation apparatus described in this embodiment, a correction lens is provided between a laser oscillator and a beam expander optical system having a zoom function, so that the positional deviation of the laser beam on the irradiated surface can be reduced. It is possible to accurately control the irradiation position. Furthermore, by providing the beam expander optical system with a zoom function, for example, even when the laser oscillator is replaced, it is possible to provide laser light of a desired size without changing the beam expander optical system. Also, when it is desired to change the size of the laser beam on the irradiated surface, it is possible to easily provide a laser beam of an arbitrary size without replacing the beam expander optical system.

(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態と異なるレーザ光照射装置及びレーザ光照射方法に関して図面を参照して説明する。具体的には、第1のレンズとして凸レンズを有するビームエキスパンダー光学系を用いる場合に関して示す。
(Embodiment 2)
In this embodiment mode, a laser beam irradiation apparatus and a laser beam irradiation method which are different from those in the above embodiment mode are described with reference to drawings. Specifically, the case where a beam expander optical system having a convex lens is used as the first lens will be described.

まず、本実施の形態で示すレーザ光照射装置の一構成例を図3に示す。図3に示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器101と、光路を補正する補正レンズ102と、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系203とを少なくとも有している。レーザ発振器101から発振されたレーザ光105は、補正レンズ102を介してビームエキスパンダー光学系203へと伝播され、ビームエキスパンダー光学系203を通ってレーザ光105のスケールが大きくされた後に被照射物104に照射される(図3参照)。   First, FIG. 3 illustrates an example of a structure of the laser light irradiation apparatus described in this embodiment. The laser beam irradiation apparatus shown in FIG. 3 includes at least a laser oscillator 101, a correction lens 102 that corrects an optical path, and a beam expander optical system 203 having a zoom function. The laser beam 105 oscillated from the laser oscillator 101 is propagated to the beam expander optical system 203 through the correction lens 102, and after the scale of the laser beam 105 is increased through the beam expander optical system 203, the irradiated object 104. Is irradiated (see FIG. 3).

ビームエキスパンダー光学系203としては、第1のレンズ203a、と、第2のレンズ203bと、第3のレンズ203cとを組み合わせて用いることができる。図3において、レーザ発振器101から発振されたレーザ光105の進行方向に向かって第1のレンズ203a、第2のレンズ203b、及び第3のレンズ203cが順に配置されている。図3では、第1のレンズ203a、第2のレンズ203b、及び第3のレンズ203cとして両凸レンズを用いた例を示しているが、使用されるレンズはこれに限られない。第1のレンズ203a及び第3のレンズ203cは凸レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第1のレンズ203aまたは第3のレンズ203cとして平凸レンズや凸メニスカスレンズ等の凸レンズ、または凸レンズと同等の機能を有する光学素子を用いてもよい。また、第2のレンズ203bは球面レンズであればいずれの種類でも使用でき、例えば第2のレンズ203bとして両凸レンズ、凸メニスカスレンズ、両凹レンズ、平凹レンズまたは凹メニスカスレンズ等を用いてもよい。また、それぞれのレンズには2枚以上の組レンズを用いてもよい。   As the beam expander optical system 203, a first lens 203a, a second lens 203b, and a third lens 203c can be used in combination. In FIG. 3, a first lens 203a, a second lens 203b, and a third lens 203c are sequentially arranged in the traveling direction of the laser beam 105 oscillated from the laser oscillator 101. Although FIG. 3 shows an example in which biconvex lenses are used as the first lens 203a, the second lens 203b, and the third lens 203c, the lens used is not limited to this. As long as the first lens 203a and the third lens 203c are convex lenses, any type can be used. For example, the first lens 203a or the third lens 203c is equivalent to a convex lens such as a plano-convex lens or a convex meniscus lens, or a convex lens. An optical element having the above function may be used. The second lens 203b can be of any type as long as it is a spherical lens. For example, a biconvex lens, a convex meniscus lens, a biconcave lens, a planoconcave lens, or a concave meniscus lens may be used as the second lens 203b. Moreover, you may use a 2 or more group lens for each lens.

また、図3では、補正レンズ102として、平凸レンズを用いた例を示しているが、他にも両凸レンズ、凸メニスカスレンズ等を用いることが可能である。また、シリンドリカルレンズを用いてもよい。   3 shows an example in which a plano-convex lens is used as the correction lens 102, a biconvex lens, a convex meniscus lens, or the like can also be used. Further, a cylindrical lens may be used.

ビームエキスパンダー光学系203に入射するレーザ光は、その入射角度が変化した場合であっても、レーザ光がビームエキスパンダー光学系203の最適な位置に入射された場合には当該レーザ光を拡大し、一定の位置、角度から次の照射面(ここでは、被照射物104)へとレーザ光を伝播する。そこで、入射位置を一定に保つために補正レンズ102をレーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系203との間に配置する。このように、レーザ発振器101から発振されたレーザ光を補正レンズ102を介してビームエキスパンダー光学系203に伝播することによって、光路が不安定なレーザ光をビームエキスパンダー光学系203の正確な位置に入射させることができ、さらに被照射物104の表面に対しても正確な位置へレーザ光を伝播させることが可能となる。つまり、ここでは、補正レンズ102は、ビームエキスパンダー光学系203を構成する第1のレンズ203aへ入射するレーザ光の入射位置を制御するために設けられている。   Even when the incident angle of the laser beam incident on the beam expander optical system 203 is changed, the laser beam is enlarged when the laser beam is incident on the optimum position of the beam expander optical system 203, Laser light is propagated from a certain position and angle to the next irradiation surface (in this case, the irradiation object 104). Therefore, in order to keep the incident position constant, the correction lens 102 is disposed between the laser oscillator 101 and the beam expander optical system 203. As described above, the laser light oscillated from the laser oscillator 101 is propagated to the beam expander optical system 203 through the correction lens 102, so that the laser light having an unstable optical path is incident on the accurate position of the beam expander optical system 203. Further, the laser beam can be propagated to an accurate position with respect to the surface of the object 104 to be irradiated. That is, here, the correction lens 102 is provided to control the incident position of the laser light incident on the first lens 203 a constituting the beam expander optical system 203.

ビームエキスパンダー光学系203を通過したレーザ光は、被照射物104へと伝播される。被照射物104としては、例えば、回折光学素子を用いることができる。一般的に、回折光学素子の小径化には現状では非常に困難であり、ビームエキスパンダー光学系等によりレーザ光を拡大してから回折光学素子へと伝播する方法が回折光学素子の利用方法として適用されている。そのため、上述したように、レーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系203との間に補正レンズ102を設けることによって、被照射物104(例えば、回折光学素子)へ入射するレーザ光の入射位置のずれを低減することができる。   The laser light that has passed through the beam expander optical system 203 is propagated to the irradiated object 104. As the irradiated object 104, for example, a diffractive optical element can be used. In general, it is very difficult to reduce the diameter of a diffractive optical element at present, and a method in which a laser beam is expanded by a beam expander optical system and then propagated to the diffractive optical element is applied as a method of using the diffractive optical element. Has been. Therefore, as described above, by providing the correction lens 102 between the laser oscillator 101 and the beam expander optical system 203, the deviation of the incident position of the laser light incident on the irradiated object 104 (for example, the diffractive optical element) can be reduced. Can be reduced.

また、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器101から発振されたレーザ光が補正レンズ102を介して第1のレンズ203aに入射する場合において、レーザ発振器101の射出点(または、ビームウエスト、光源)を第1の共役点Oとし、当該第1の共役点Oの像が補正レンズ102を介して結像される点を第2の共役点Oとし、第1の共役点Oから補正レンズ102までの距離をA、補正レンズ102から第2の共役点Oまでの距離をB、第1のレンズ203aの焦点距離をfとした際に、第1のレンズ203aは、補正レンズ102と第1のレンズ203aとの距離をXとすると、Xが、B−f≦X≦B+3f、を満たすように配置する。 Further, in the laser beam irradiation apparatus described in this embodiment, when the laser beam oscillated from the laser oscillator 101 is incident on the first lens 203a via the correction lens 102, the emission point of the laser oscillator 101 (or A beam waist, a light source) is defined as a first conjugate point O 1, and a point at which an image of the first conjugate point O 1 is formed through the correction lens 102 is defined as a second conjugate point O 2 . the distance from the conjugate point O 1 to the correction lens 102 a, the distance from the correction lens 102 to the second conjugate point O 2 B, the focal length of the first lens 203a upon the f 2, the first The lens 203a is arranged so that X satisfies B−f 2 ≦ X ≦ B + 3f 2 where X is the distance between the correction lens 102 and the first lens 203a.

上記の数式を満たしている配置は、第1のレンズ203aの焦点(ここでは、レーザ光の進行方向の反対側に位置する第1のレンズ203aの焦点)をFとした場合、第2の共役点Oが、第1のレンズ203aの焦点Fからレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ2fの範囲に位置する関係を満たしている。Xがこのような関係を満たすように、レーザ発振器101、補正レンズ102および第1のレンズ203a等を配置することによって、ビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射誤差を低減し、且つ、被照射物104へのレーザ光の照射位置の誤差を低減することが可能となる。 Arrangement that meets the formula above (here, the focal point of the first lens 203a positioned on the opposite side of the traveling direction of the laser beam) focal point of the first lens 203a when the set to F 2, the second The conjugate point O 2 satisfies the relationship of being located in the range of 2f 2 with respect to the traveling direction of the laser light from the focal point F 2 of the first lens 203a and the opposite direction. By arranging the laser oscillator 101, the correction lens 102, the first lens 203a, and the like so that X satisfies such a relationship, the incidence error of the laser light to the beam expander optical system is reduced, and the irradiation target is irradiated. It is possible to reduce the error in the irradiation position of the laser beam on the object 104.

なお、好ましくは、距離Xが、X=B+fとなる位置に第1のレンズ203aを設けるとよい。つまり、第2の共役点Oが第1のレンズ203aの焦点F(ここでは、レーザ光の進行方向側に位置する第1のレンズ203aの焦点)となる位置に形成されるように第1のレンズ203aを設ける。この場合、ビームエキスパンダー光学系203を介して被照射物104にレーザ光の照射を行う場合に、被照射物104へのレーザ光の照射位置の誤差を最も低減することが可能となる。 Incidentally, it is preferred that the distance X is, providing the first lens 203a at a position to be X = B + f 2. That is, the second conjugate point O 2 is formed at a position that becomes the focal point F 2 of the first lens 203 a (here, the focal point of the first lens 203 a positioned on the laser beam traveling direction side). 1 lens 203a is provided. In this case, when irradiating the irradiation object 104 with laser light via the beam expander optical system 203, the error in the irradiation position of the laser light on the irradiation object 104 can be reduced most.

なお、補正レンズ102の焦点距離をf、第1の共役点Oから補正レンズ102までの距離をA、補正レンズ102から第2の共役点Oまでの距離をBとした場合、補正レンズ102の焦点距離fは、1/A+1/B≒1/fを満たす関係となっている。 When the focal length of the correction lens 102 is f 1 , the distance from the first conjugate point O 1 to the correction lens 102 is A, and the distance from the correction lens 102 to the second conjugate point O 2 is B, the correction is performed. The focal length f 1 of the lens 102 has a relationship satisfying 1 / A + 1 / B≈1 / f 1 .

また本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系203の第2のレンズ203bは、第1のレンズ203aを通過したレーザ光の広がり角度を縮小または拡大するために設けられている。また、第3のレンズ203cは、第2のレンズ203bから射出されたレーザ光を平行光にするために設けられている。   In the laser beam irradiation apparatus described in this embodiment, the second lens 203b of the beam expander optical system 203 is provided to reduce or expand the spread angle of the laser beam that has passed through the first lens 203a. . The third lens 203c is provided to make the laser light emitted from the second lens 203b parallel light.

なお、本実施の形態で示すレーザ光照射装置において、ビームエキスパンダー光学系203はズーム機能を具備している。具体的には、ビームエキスパンダー光学系203の第2のレンズ203bが移動して、第1のレンズ203aとの間隔Cを変化させることにより、当該2枚のレンズによるレンズ系の焦点距離が変わり、レーザ光105のビーム径の倍率を拡大、または縮小する。さらに、第3のレンズ203cは、第2のレンズ203bから射出されたレーザ光を平行光にするために第2のレンズ203bと連動する。   Note that in the laser light irradiation apparatus described in this embodiment, the beam expander optical system 203 has a zoom function. Specifically, when the second lens 203b of the beam expander optical system 203 moves and changes the distance C from the first lens 203a, the focal length of the lens system by the two lenses changes, The magnification of the beam diameter of the laser beam 105 is enlarged or reduced. Further, the third lens 203c works in conjunction with the second lens 203b to make the laser light emitted from the second lens 203b parallel light.

一般にレーザ光のビーム径の大きさは、射出するレーザ発振器によって個体差があるため、同じ大きさのレーザ光を提供するためには、レーザ発振器ごとにビームエキスパンダー光学系を用意する必要があった。しかし、本実施の形態で示すレーザ光照射装置は、ビームエキスパンダー光学系に上述したようなズーム機能を備えているため、レーザ発振器の個体差によらず任意の大きさのレーザ光を提供することが可能となる。   In general, there is an individual difference in the beam diameter of the laser beam depending on the laser oscillator to be emitted. In order to provide the laser beam of the same size, it is necessary to prepare a beam expander optical system for each laser oscillator. . However, since the laser beam irradiation apparatus shown in this embodiment has the zoom function as described above in the beam expander optical system, it can provide laser beams of an arbitrary size regardless of individual differences of laser oscillators. Is possible.

なお、好ましくは、第2のレンズ203bと第3のレンズ203cとの距離Dが、1m以内になるように第2のレンズ203b及び第3のレンズ203cを配置するとよい。   Note that the second lens 203b and the third lens 203c are preferably arranged so that the distance D between the second lens 203b and the third lens 203c is within 1 m.

また、本実施の形態で示したレーザ光照射装置またはレーザ光照射方法は、レーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系203との距離が大きくなればなるほど効果を発揮する。一般的に、光学系を配置する場合には、装置の関係上、一定の間隔を空けて設ける必要がある。従って、本実施の形態で示したレーザ光照射装置は、レーザ発振器101とビームエキスパンダー光学系203を構成する第1のレンズ203aとの距離を、好ましくは0.5m以上離して設ける場合、より好ましくは1m以上離して設ける場合に特に有効となる。   In addition, the laser beam irradiation apparatus or the laser beam irradiation method described in this embodiment is more effective as the distance between the laser oscillator 101 and the beam expander optical system 203 increases. In general, when an optical system is arranged, it is necessary to provide the optical system with a certain interval in relation to the apparatus. Therefore, the laser beam irradiation apparatus shown in the present embodiment is more preferable when the distance between the laser oscillator 101 and the first lens 203a constituting the beam expander optical system 203 is preferably separated by 0.5 m or more. Is particularly effective when provided at a distance of 1 m or more.

本実施の形態は、ビームエキスパンダー光学系を用いた全てのレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法に適用することができる。   The present embodiment can be applied to all laser light irradiation apparatuses and laser light irradiation methods using a beam expander optical system.

(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態で示したレーザ光照射装置またはレーザ光の照射方法を用いた半導体装置の作製方法に関して、図面を参照して説明する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device using the laser light irradiation apparatus or the laser light irradiation method described in the above embodiment will be described with reference to drawings.

まず、基板701の一表面に剥離層702を形成し、続けて下地となる絶縁膜703および非晶質半導体膜704(例えば非晶質珪素を含む膜)を形成する(図6(A)参照)。なお、剥離層702、絶縁膜703および非晶質半導体膜704は、連続して形成することができる。   First, a separation layer 702 is formed over one surface of a substrate 701, and then an insulating film 703 and an amorphous semiconductor film 704 (for example, a film containing amorphous silicon) serving as a base are formed (see FIG. 6A). ). Note that the separation layer 702, the insulating film 703, and the amorphous semiconductor film 704 can be formed successively.

基板701は、ガラス基板、石英基板、金属基板やステンレス基板の一表面に絶縁膜を形成したもの、本工程の処理温度に耐えうる耐熱性があるプラスチック基板等を用いるとよい。このような基板であれば、その面積や形状に大きな制限はないため、基板701として、例えば、1辺が1メートル以上であって、矩形状のものを用いれば、生産性を格段に向上させることができる。このような利点は、円形のシリコン基板を用いる場合と比較すると、大きな優位点である。なお、本工程では、剥離層702は、基板701の全面に設けているが、必要に応じて、基板701の全面に剥離層を設けた後に、フォトリソグラフィ法により選択的に設けてもよい。また、基板701に接するように剥離層702を形成しているが、必要に応じて、基板701に接するように下地となる絶縁膜を形成し、当該絶縁膜に接するように剥離層702を形成してもよい。   As the substrate 701, a glass substrate, a quartz substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate with an insulating film formed on one surface, a heat-resistant plastic substrate that can withstand the processing temperature in this step, or the like may be used. If such a substrate is used, the area and shape thereof are not greatly limited. For example, if the substrate 701 is a rectangular substrate having a side of 1 meter or more and a rectangular shape, productivity is remarkably improved. be able to. Such an advantage is a great advantage compared to the case of using a circular silicon substrate. Note that although the separation layer 702 is provided over the entire surface of the substrate 701 in this step, the separation layer 702 may be selectively provided by a photolithography method after being provided over the entire surface of the substrate 701 as needed. In addition, although the separation layer 702 is formed so as to be in contact with the substrate 701, an insulating film serving as a base is formed so as to be in contact with the substrate 701 as necessary, and the separation layer 702 is formed so as to be in contact with the insulation film. May be.

剥離層702は、金属膜や金属膜と金属酸化膜の積層構造等を用いることができる。金属膜としては、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、亜鉛(Zn)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)から選択された元素または前記元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料からなる膜を単層又は積層して形成する。また、剥離層702は、これらの材料を用いて、スパッタ法やプラズマCVD法等の各種CVD法等により形成することができる。金属膜と金属酸化膜の積層構造としては、上述した金属膜を形成した後に、酸素雰囲気化またはNO雰囲気下におけるプラズマ処理、酸素雰囲気化またはNO雰囲気下における加熱処理を行うことによって、金属膜表面に当該金属膜の酸化物または酸化窒化物を設けることができる。例えば、金属膜としてスパッタ法やCVD法等によりタングステン膜を設けた場合、タングステン膜にプラズマ処理を行うことによって、タングステン膜表面にタングステン酸化物からなる金属酸化膜を形成することができる。タングステンの酸化物を形成するにあたり、酸化数に特に制約はなく、エッチングレート等を基に、どの酸化数の酸化物を形成するかを決めるとよい。他にも、例えば、金属膜(例えば、タングステン)を形成した後に、当該金属膜上にスパッタ法で酸化珪素等の絶縁膜を設けると共に、金属膜上に金属酸化物(例えば、タングステン上にタングステン酸化物)を形成してもよい。また、プラズマ処理として、例えば高密度プラズマ処理を行ってもよい。また、金属酸化膜の他にも、金属窒化物や金属酸化窒化物を用いてもよい。この場合、金属膜に窒素雰囲気下または窒素と酸素雰囲気下でプラズマ処理や加熱処理を行えばよい。 The peeling layer 702 can be formed using a metal film, a stacked structure of a metal film and a metal oxide film, or the like. As the metal film, tungsten (W), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tantalum (Ta), niobium (Nb), nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium (Zr), zinc (Zn), A single layer or a stack of films made of an element selected from ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), or an alloy material or compound material containing the element as a main component To form. The release layer 702 can be formed using these materials by various CVD methods such as a sputtering method and a plasma CVD method. A stacked structure of a metal film and a metal oxide film, after forming a metal film described above, a plasma treatment under an oxygen atmosphere or an N 2 O atmosphere, by performing heat treatment in an oxygen atmosphere or an N 2 O atmosphere The oxide or oxynitride of the metal film can be provided on the surface of the metal film. For example, in the case where a tungsten film is provided as a metal film by a sputtering method, a CVD method, or the like, a metal oxide film made of tungsten oxide can be formed on the tungsten film surface by performing plasma treatment on the tungsten film. In forming the tungsten oxide, the oxidation number is not particularly limited, and it is preferable to determine which oxidation number oxide is formed based on the etching rate or the like. In addition, for example, after forming a metal film (for example, tungsten), an insulating film such as silicon oxide is provided on the metal film by a sputtering method, and a metal oxide (for example, tungsten on tungsten) is formed on the metal film. Oxide) may be formed. Further, as the plasma processing, for example, high-density plasma processing may be performed. In addition to the metal oxide film, metal nitride or metal oxynitride may be used. In this case, plasma treatment or heat treatment may be performed on the metal film in a nitrogen atmosphere or a nitrogen and oxygen atmosphere.

絶縁膜703は、スパッタ法やプラズマCVD法等により、珪素の酸化物または珪素の窒化物を含む膜を、単層又は積層で形成する。下地となる絶縁膜が2層構造の場合、例えば、1層目として窒化酸化珪素膜を形成し、2層目として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。下地となる絶縁膜が3層構造の場合、1層目の絶縁膜として酸化珪素膜を形成し、2層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、3層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。または、1層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成し、2層目の絶縁膜として窒化酸化珪素膜を形成し、3層目の絶縁膜として酸化窒化珪素膜を形成するとよい。下地となる絶縁膜は、基板701からの不純物の侵入を防止するブロッキング膜として機能する。   The insulating film 703 is formed as a single layer or a stack of a film containing silicon oxide or silicon nitride by a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. In the case where the base insulating film has a two-layer structure, for example, a silicon nitride oxide film may be formed as the first layer and a silicon oxynitride film may be formed as the second layer. When the base insulating film has a three-layer structure, a silicon oxide film is formed as the first insulating film, a silicon nitride oxide film is formed as the second insulating film, and oxynitriding is performed as the third insulating film. A silicon film is preferably formed. Alternatively, a silicon oxynitride film may be formed as the first insulating film, a silicon nitride oxide film may be formed as the second insulating film, and a silicon oxynitride film may be formed as the third insulating film. The insulating film serving as a base functions as a blocking film that prevents impurities from entering from the substrate 701.

非晶質半導体膜704は、スパッタ法、LPCVD法、プラズマCVD法等により、25〜200nm(好ましくは30〜150nm)の厚さで形成する。   The amorphous semiconductor film 704 is formed with a thickness of 25 to 200 nm (preferably 30 to 150 nm) by sputtering, LPCVD, plasma CVD, or the like.

次に、非晶質半導体膜704にレーザ光を照射して結晶化を行う。なお、レーザ光の照射と、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法とを組み合わせた方法等により非晶質半導体膜704の結晶化を行ってもよい。その後、得られた結晶質半導体膜を所望の形状にエッチングして、結晶質半導体膜704a、704b、704c、704dを形成し、当該結晶質半導体膜704a〜704dを覆うようにゲート絶縁膜705を形成する(図6(B)参照)。   Next, crystallization is performed by irradiating the amorphous semiconductor film 704 with laser light. Note that the amorphous semiconductor film 704 is crystallized by a combination of laser light irradiation, a thermal crystallization method using an RTA or a furnace annealing furnace, a thermal crystallization method using a metal element that promotes crystallization, or the like. You may go. After that, the obtained crystalline semiconductor film is etched into a desired shape to form crystalline semiconductor films 704a, 704b, 704c, and 704d, and the gate insulating film 705 is formed so as to cover the crystalline semiconductor films 704a to 704d. It is formed (see FIG. 6B).

結晶質半導体膜704a〜704dの作製工程の一例を以下に簡単に説明する。まず、プラズマCVD法を用いて、膜厚50〜60nmの非晶質半導体膜を形成する。次に、結晶化を助長する金属元素であるニッケルを含む溶液を非晶質半導体膜上に保持させた後、非晶質半導体膜に脱水素化の処理(500℃、1時間)と、熱結晶化の処理(550℃、4時間)を行って結晶質半導体膜を形成する。その後、レーザ光を照射し、フォトリソグラフィ法を用いることよって結晶質半導体膜704a〜704dを形成する。なお、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化を行わずに、レーザ光の照射だけで非晶質半導体膜の結晶化を行ってもよい。   An example of a manufacturing process of the crystalline semiconductor films 704a to 704d will be briefly described below. First, an amorphous semiconductor film with a thickness of 50 to 60 nm is formed using a plasma CVD method. Next, after a solution containing nickel, which is a metal element that promotes crystallization, is held on the amorphous semiconductor film, the amorphous semiconductor film is subjected to dehydrogenation treatment (500 ° C., 1 hour), heat Crystallization treatment (550 ° C., 4 hours) is performed to form a crystalline semiconductor film. After that, laser light is irradiated and crystalline semiconductor films 704a to 704d are formed by using a photolithography method. Note that the amorphous semiconductor film may be crystallized only by laser light irradiation without performing thermal crystallization using a metal element that promotes crystallization.

ここでは、レーザ光の照射に用いるレーザ光照射装置およびレーザ光の照射方法の一例を示す(図4参照)。図4に示すレーザ光照射装置は、レーザ発振器901と、補正レンズ902と、第1のレンズ903a、第2のレンズ903bおよび第3のレンズ903cを有するビームエキスパンダー光学系903と、回折光学素子904と、ミラー905と、吸着ステージ908と、Xステージ909と、Yステージ910とから構成される。   Here, an example of a laser beam irradiation apparatus and a laser beam irradiation method used for laser beam irradiation is shown (see FIG. 4). 4 includes a laser oscillator 901, a correction lens 902, a beam expander optical system 903 having a first lens 903a, a second lens 903b, and a third lens 903c, and a diffractive optical element 904. And a mirror 905, a suction stage 908, an X stage 909, and a Y stage 910.

まず、非晶質半導体膜704を成膜した基板701を用意する。基板701は、吸着ステージ908上に固定されている。吸着ステージ908は、Xステージ909およびYステージ910を用いることによって、X軸およびY軸方向に自在に移動が可能である。なお、X軸方向およびY軸方向の移動は、モータステージ、ボールベアリングステージ、リニアモータステージなどの各種ステージを用いることができる。   First, a substrate 701 on which an amorphous semiconductor film 704 is formed is prepared. The substrate 701 is fixed on the suction stage 908. The suction stage 908 can be freely moved in the X-axis and Y-axis directions by using the X stage 909 and the Y stage 910. Note that various stages such as a motor stage, a ball bearing stage, and a linear motor stage can be used for movement in the X-axis direction and the Y-axis direction.

レーザ発振器901から発振されたレーザ光は、補正レンズ902を介してビームエキスパンダー光学系903に入射され、当該ビームエキスパンダー光学系903によりレーザ光のスケールが大きく拡大された後、回折光学素子904を通った後、基板701上に設けられた非晶質半導体膜704に照射される。   The laser light oscillated from the laser oscillator 901 enters the beam expander optical system 903 via the correction lens 902, and the scale of the laser light is greatly enlarged by the beam expander optical system 903, and then passes through the diffractive optical element 904. After that, the amorphous semiconductor film 704 provided over the substrate 701 is irradiated.

レーザ発振器901としては、連続発振型のレーザ発振器(CWレーザ発振器)やパルス発振型のレーザ発振器(パルスレーザ発振器)を用いることができる。ここで用いることができるレーザビームは、Arレーザ、Krレーザ、エキシマレーザなどの気体レーザ、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト(MgSiO)、YAlO、GdVO、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、ガラスレーザ、ルビーレーザ、アレキサンドライトレーザ、Ti:サファイアレーザ、銅蒸気レーザまたは金蒸気レーザのうち一種または複数種から発振されるものを用いることができる。このようなレーザビームの基本波、及びこれらの基本波の第2高調波から第4高調波のレーザビームを照射することで、大粒径の結晶を得ることができる。例えば、Nd:YVOレーザ(基本波1064nm)の第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)を用いることができる。このときレーザのパワー密度は0.01〜100MW/cm程度(好ましくは0.1〜10MW/cm)が必要である。そして、走査速度を10〜2000cm/sec程度として照射する。なお、単結晶のYAG、YVO、フォルステライト(MgSiO)、YAlO、GdVO、若しくは多結晶(セラミック)のYAG、Y、YVO、YAlO、GdVOに、ドーパントとしてNd、Yb、Cr、Ti、Ho、Er、Tm、Taのうち1種または複数種添加されているものを媒質とするレーザ、Arイオンレーザ、またはTi:サファイアレーザは、連続発振をさせることが可能であり、Qスイッチ動作やモード同期などを行うことによって10MHz以上の発振周波数でパルス発振をさせることも可能である。10MHz以上の発振周波数でレーザビームを発振させると、半導体膜がレーザによって溶融してから固化するまでの間に、次のパルスが半導体膜に照射される。従って、発振周波数が低いパルスレーザを用いる場合と異なり、半導体膜中において固液界面を連続的に移動させることができるため、走査方向に向かって連続的に成長した結晶粒を得ることができる。 As the laser oscillator 901, a continuous oscillation laser oscillator (CW laser oscillator) or a pulse oscillation laser oscillator (pulse laser oscillator) can be used. The laser beam that can be used here is a gas laser such as an Ar laser, a Kr laser, or an excimer laser, single crystal YAG, YVO 4 , forsterite (Mg 2 SiO 4 ), YAlO 3 , GdVO 4 , or polycrystalline ( (Ceramics) YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 with one or more of Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, Ta added as dopants A laser oscillated from one or more of laser, glass laser, ruby laser, alexandrite laser, Ti: sapphire laser, copper vapor laser, or gold vapor laser as a medium can be used. By irradiating the fundamental wave of such a laser beam and the second to fourth harmonic laser beams of these fundamental waves, a crystal having a large grain size can be obtained. For example, a second harmonic (532 nm) or a third harmonic (355 nm) of an Nd: YVO 4 laser (fundamental wave 1064 nm) can be used. In this case, a power density of the laser is about 0.01 to 100 MW / cm 2 (preferably 0.1 to 10 MW / cm 2) is required. Then, irradiation is performed at a scanning speed of about 10 to 2000 cm / sec. Note that single crystal YAG, YVO 4 , forsterite (Mg 2 SiO 4 ), YAlO 3 , GdVO 4 , or polycrystalline (ceramic) YAG, Y 2 O 3 , YVO 4 , YAlO 3 , GdVO 4 , dopants Nd, Yb, Cr, Ti, Ho, Er, Tm, and Ta, a laser using a medium added with one or more, an Ar ion laser, or a Ti: sapphire laser should be continuously oscillated. It is also possible to perform pulse oscillation at an oscillation frequency of 10 MHz or more by performing Q switch operation or mode synchronization. When the laser beam is oscillated at an oscillation frequency of 10 MHz or more, the semiconductor film is irradiated with the next pulse during the period from when the semiconductor film is melted by the laser to solidification. Therefore, unlike the case of using a pulse laser having a low oscillation frequency, the solid-liquid interface can be continuously moved in the semiconductor film, so that crystal grains continuously grown in the scanning direction can be obtained.

また、レーザ発振器901、補正レンズ902、第1のレンズ903aは、上記実施の形態1で示した関係を満たすように配置する。このように、レーザ発振器901と第1のレンズ903aとの間に補正レンズ902を設けることによって、ビームエキスパンダー光学系903を通った後、回折光学素子904を介して基板701に入射するレーザ光の位置ずれを低減し、レーザ光の照射位置を正確に制御することができる。   Further, the laser oscillator 901, the correction lens 902, and the first lens 903a are arranged so as to satisfy the relationship shown in the first embodiment. In this way, by providing the correction lens 902 between the laser oscillator 901 and the first lens 903a, the laser light incident on the substrate 701 through the diffractive optical element 904 after passing through the beam expander optical system 903 is obtained. The positional deviation can be reduced, and the irradiation position of the laser beam can be accurately controlled.

また、ビームエキスパンダー光学系903の第1のレンズ903a、第2のレンズ903b、及び第3のレンズ903cは、上記実施の形態1で示した関係を満たすように配置する。このように、レーザ発振器から射出されるレーザ光のビーム径の大きさにあわせて第2のレンズ903b及び第3のレンズ903cを移動させることで、レーザ発振器901の個体差によらずに、任意の大きさのレーザ光を提供することができる。   In addition, the first lens 903a, the second lens 903b, and the third lens 903c of the beam expander optical system 903 are arranged so as to satisfy the relationship described in the first embodiment. As described above, the second lens 903b and the third lens 903c are moved according to the size of the beam diameter of the laser light emitted from the laser oscillator, so that any arbitrary difference can be obtained regardless of the individual difference of the laser oscillator 901. Can be provided.

回折光学素子904の代表例としては、ホログラフィック光学素子、バイナリー光学素子等が上げられる。回折光学素子904はディフラクティブオプティクス、またはディフラクティブオプティクスエレメントとも呼ばれ、光の回折を利用してスペクトルを得る素子である。回折光学素子904の表面に複数の溝を形成することにより集光レンズ機能を奏するものが用いられる。そして、この回折光学素子904を用いることにより、レーザ発振器から射出されたレーザ光をエネルギー分布が均一な線状または矩形状のレーザ光に形成することができる。   Typical examples of the diffractive optical element 904 include a holographic optical element and a binary optical element. The diffractive optical element 904 is also called a diffractive optics or a diffractive optics element, and is an element that obtains a spectrum by utilizing light diffraction. A material that exhibits a condensing lens function by forming a plurality of grooves on the surface of the diffractive optical element 904 is used. By using the diffractive optical element 904, the laser light emitted from the laser oscillator can be formed into a linear or rectangular laser light having a uniform energy distribution.

なお、本実施の形態で用いることができるレーザ光照射装置は、図4の構成に限られない。図4において、ビームエキスパンダー光学系903を構成する第1のレンズ903aが凹レンズの場合を示したが、例えばこれを凸レンズに置き換えてもよい。この場合、レーザ発振器901、補正レンズ902、第1のレンズ903aの代わりに置き換えた凸レンズは、上記実施の形態2で示した関係を満たすように配置する。また、図4において、第2のレンズ903bが凸レンズの場合を示したが、例えばこれを凹レンズに置き換えてもよい。   Note that a laser beam irradiation apparatus that can be used in this embodiment mode is not limited to the configuration in FIG. Although FIG. 4 shows the case where the first lens 903a constituting the beam expander optical system 903 is a concave lens, this may be replaced with a convex lens, for example. In this case, the convex lens replaced in place of the laser oscillator 901, the correction lens 902, and the first lens 903a is disposed so as to satisfy the relationship shown in the second embodiment. In FIG. 4, the second lens 903b is a convex lens. However, for example, this may be replaced with a concave lens.

回折光学素子904の照射面側又はレーザ側に、集光レンズを設けても良い。例えば、2つのシリンドリカルレンズを用いることができる。この場合、この2つのシリンドリカルレンズに対して垂直にレーザ光を入射させる。シリンドリカルレンズは一方向に曲率を持っているため、1次元方向にのみ集光または拡散をさせることが可能である。したがって、2つのシリンドリカルレンズの曲率の方向をそれぞれX軸方向、Y軸方向にすることにより、照射面におけるビームスポットの大きさをXY方向で任意に変更することができるため、光学調整が容易であり、かつ調整の自由度が高い。あるいは、シリンドリカルレンズを1枚使い、1方向のみに作用させてもよい。また、回折光学素子904で形成された像の長軸と短軸の長さの比を保ったまま集光を行う場合は、シリンドリカルレンズの代わりに球面レンズを用いてもよい。   A condensing lens may be provided on the irradiation surface side or the laser side of the diffractive optical element 904. For example, two cylindrical lenses can be used. In this case, laser light is incident perpendicularly to the two cylindrical lenses. Since the cylindrical lens has a curvature in one direction, it can be condensed or diffused only in a one-dimensional direction. Therefore, by making the curvature directions of the two cylindrical lenses the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively, the size of the beam spot on the irradiation surface can be arbitrarily changed in the XY direction, so that optical adjustment is easy. Yes, and the degree of freedom of adjustment is high. Alternatively, a single cylindrical lens may be used to act only in one direction. In addition, when focusing is performed while maintaining the ratio of the major axis to the minor axis of the image formed by the diffractive optical element 904, a spherical lens may be used instead of the cylindrical lens.

なお、図4で示したレーザ光照射装置では、装置の関係上、レーザ発振器901と第1のレンズ903aとの間隔を、好ましくは0.5m以上、より好ましくは1m以上離して設ける。また、第2のレンズ903bと第3のレンズ903cとの距離が1m以内になるように、第2のレンズ903b及び第3のレンズ903cを配置するのが好ましい。   Note that in the laser light irradiation apparatus illustrated in FIG. 4, the distance between the laser oscillator 901 and the first lens 903 a is preferably 0.5 m or more, more preferably 1 m or more, in terms of the apparatus. In addition, it is preferable to dispose the second lens 903b and the third lens 903c so that the distance between the second lens 903b and the third lens 903c is within 1 m.

このように、上述したレーザ光の照射方法を用いることによって、非晶質半導体膜704を均一に結晶化することができる。   As described above, the amorphous semiconductor film 704 can be uniformly crystallized by using the above-described laser light irradiation method.

次に、結晶質半導体膜704a〜704dを覆うゲート絶縁膜705(図6B参照)の作製方法の例について以下に述べる。ゲート絶縁膜705は、CVD法やスパッタ法等により、珪素の酸化物又は珪素の窒化物を含む膜を、単層又は積層して形成する。具体的には、酸化珪素を含む膜、酸化窒化珪素を含む膜、窒化酸化珪素を含む膜を、単層又は積層して形成する。   Next, an example of a method for manufacturing the gate insulating film 705 (see FIG. 6B) covering the crystalline semiconductor films 704a to 704d is described below. The gate insulating film 705 is formed by a single layer or a stack of films containing silicon oxide or silicon nitride by a CVD method, a sputtering method, or the like. Specifically, a film containing silicon oxide, a film containing silicon oxynitride, or a film containing silicon nitride oxide is formed as a single layer or a stacked layer.

また、ゲート絶縁膜705は、結晶質半導体膜704a〜704dに対し高密度プラズマ処理を行い、表面を酸化又は窒化することで形成しても良い。例えば、He、Ar、Kr、Xeなどの希ガスと、酸素、酸化窒素(NO)、アンモニア、窒素、水素などの混合ガスを導入したプラズマ処理で形成する。この場合のプラズマの励起は、マイクロ波の導入により行うと、低電子温度で高密度のプラズマを生成することができる。この高密度プラズマで生成された酸素ラジカル(OHラジカルを含む場合もある)や窒素ラジカル(NHラジカルを含む場合もある)によって、半導体膜の表面を酸化又は窒化することができる。 Alternatively, the gate insulating film 705 may be formed by performing high-density plasma treatment on the crystalline semiconductor films 704a to 704d and oxidizing or nitriding the surface. For example, the plasma treatment is performed by introducing a rare gas such as He, Ar, Kr, or Xe and a mixed gas such as oxygen, nitrogen oxide (NO 2 ), ammonia, nitrogen, or hydrogen. When excitation of plasma in this case is performed by introducing microwaves, high-density plasma can be generated at a low electron temperature. The surface of the semiconductor film can be oxidized or nitrided by oxygen radicals (which may include OH radicals) or nitrogen radicals (which may include NH radicals) generated by this high-density plasma.

このような高密度プラズマを用いた処理により、1〜20nm、代表的には5〜10nmの絶縁膜が半導体膜に形成される。この場合の反応は、固相反応であるため、当該絶縁膜と半導体膜との界面準位密度はきわめて低くすることができる。このような、高密度プラズマ処理は、半導体膜(結晶性シリコン、或いは多結晶シリコン)を直接酸化(若しくは窒化)するため、形成される絶縁膜の厚さのばらつきを理想的には、きわめて小さくすることができる。加えて、結晶性シリコンの結晶粒界でも酸化が強くされることがないため、非常に好ましい状態となる。すなわち、ここで示す高密度プラズマ処理で半導体膜の表面を固相酸化することにより、結晶粒界において異常に酸化反応をさせることなく、均一性が良く、界面準位密度が低い絶縁膜を形成することができる。   By such treatment using high-density plasma, an insulating film with a thickness of 1 to 20 nm, typically 5 to 10 nm, is formed over the semiconductor film. Since the reaction in this case is a solid-phase reaction, the interface state density between the insulating film and the semiconductor film can be extremely low. Such high-density plasma treatment directly oxidizes (or nitrides) a semiconductor film (crystalline silicon or polycrystalline silicon), so that the variation in thickness of the formed insulating film is ideally extremely small. can do. In addition, since oxidation is not strengthened even at the crystal grain boundaries of crystalline silicon, a very favorable state is obtained. That is, the surface of the semiconductor film is solid-phase oxidized by the high-density plasma treatment shown here, thereby forming an insulating film with good uniformity and low interface state density without causing an abnormal oxidation reaction at the grain boundaries. can do.

ゲート絶縁膜は、高密度プラズマ処理によって形成される絶縁膜のみを用いても良いし、それにプラズマや熱反応を利用したCVD法で酸化シリコン、酸窒化シリコン、窒化シリコンなどの絶縁膜を堆積し、積層させても良い。いずれにしても、高密度プラズマで形成した絶縁膜をゲート絶縁膜の一部又は全部に含んで形成されるトランジスタは、特性のばらつきを小さくすることができる。   As the gate insulating film, only an insulating film formed by high-density plasma treatment may be used, or an insulating film such as silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride is deposited by a CVD method using plasma or thermal reaction. , May be laminated. In any case, a transistor formed by including an insulating film formed by high-density plasma in part or all of the gate insulating film can reduce variation in characteristics.

また、半導体膜に対し、連続発振レーザビーム若しくは10MHz以上の周波数で発振するレーザビームを照射しながら一方向に走査して結晶化させて得られた結晶質半導体膜704a〜704dは、そのビームの走査方向に結晶が成長する特性がある。その走査方向をチャネル長方向(チャネル形成領域が形成されたときにキャリアが流れる方向)に合わせてトランジスタを配置し、上記ゲート絶縁層を組み合わせることで、特性ばらつきが小さく、しかも電界効果移動度が高い薄膜トランジスタ(TFT)を得ることができる。   Further, the crystalline semiconductor films 704a to 704d obtained by scanning in one direction while irradiating the semiconductor film with a continuous wave laser beam or a laser beam oscillating at a frequency of 10 MHz or higher are crystallized. There is a characteristic that crystals grow in the scanning direction. By arranging the transistors in accordance with the scanning direction in the channel length direction (the direction in which carriers flow when a channel formation region is formed) and combining the gate insulating layer, characteristic variation is small and field effect mobility is reduced. A high thin film transistor (TFT) can be obtained.

次に、ゲート絶縁膜705上に、第1の導電膜と第2の導電膜とを積層して形成する。ここでは、第1の導電膜は、プラズマCVD法やスパッタ法等により、20〜100nmの厚さで形成する。第2の導電膜は、100〜400nmの厚さで形成する。第1の導電膜と第2の導電膜は、タンタル(Ta)、タングステン(W)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)等から選択された元素又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で形成する。または、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶珪素に代表される半導体材料により形成する。第1の導電膜と第2の導電膜の組み合わせの例を挙げると、窒化タンタル膜とタングステン膜、窒化タングステン膜とタングステン膜、窒化モリブデン膜とモリブデン膜等が挙げられる。タングステンや窒化タンタルは、耐熱性が高いため、第1の導電膜と第2の導電膜を形成した後に、熱活性化を目的とした加熱処理を行うことができる。また、2層構造ではなく、3層構造の場合は、モリブデン膜とアルミニウム膜とモリブデン膜の積層構造を採用するとよい。   Next, a first conductive film and a second conductive film are stacked over the gate insulating film 705. Here, the first conductive film is formed with a thickness of 20 to 100 nm by a plasma CVD method, a sputtering method, or the like. The second conductive film is formed with a thickness of 100 to 400 nm. The first conductive film and the second conductive film include tantalum (Ta), tungsten (W), titanium (Ti), molybdenum (Mo), aluminum (Al), copper (Cu), chromium (Cr), niobium ( Nb) or the like or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component. Alternatively, a semiconductor material typified by polycrystalline silicon doped with an impurity element such as phosphorus is used. Examples of the combination of the first conductive film and the second conductive film include a tantalum nitride film and a tungsten film, a tungsten nitride film and a tungsten film, a molybdenum nitride film and a molybdenum film, and the like. Since tungsten and tantalum nitride have high heat resistance, heat treatment for thermal activation can be performed after the first conductive film and the second conductive film are formed. In the case of a three-layer structure instead of a two-layer structure, a stacked structure of a molybdenum film, an aluminum film, and a molybdenum film is preferably employed.

次に、フォトリソグラフィ法を用いてレジストからなるマスクを形成し、ゲート電極とゲート線を形成するためのエッチング処理を行って、結晶質半導体膜704a〜704dの上方にゲート電極707を形成する。   Next, a resist mask is formed using photolithography, and an etching process is performed to form the gate electrode and the gate line, so that the gate electrode 707 is formed above the crystalline semiconductor films 704a to 704d.

次に、フォトリソグラフィ法により、レジストからなるマスクを形成して、結晶質半導体膜704a〜704dに、イオンドープ法またはイオン注入法により、n型を付与する不純物元素を低濃度に添加する。n型を付与する不純物元素は、15族に属する元素を用いれば良く、例えばリン(P)、砒素(As)を用いる。   Next, a resist mask is formed by photolithography, and an impurity element imparting n-type conductivity is added to the crystalline semiconductor films 704a to 704d at a low concentration by ion doping or ion implantation. As the impurity element imparting n-type conductivity, an element belonging to Group 15 may be used. For example, phosphorus (P) or arsenic (As) is used.

次に、ゲート絶縁膜705とゲート電極707を覆うように、絶縁膜を形成する。絶縁膜は、プラズマCVD法やスパッタ法等により、珪素、珪素の酸化物又は珪素の窒化物の無機材料を含む膜や、有機樹脂などの有機材料を含む膜を、単層又は積層して形成する。次に、絶縁膜を、垂直方向を主体とした異方性エッチングにより選択的にエッチングして、ゲート電極707の側面に接する絶縁膜708(サイドウォールともよばれる)を形成する。絶縁膜708は、後にLDD(Lightly Doped drain)領域を形成する際のドーピング用のマスクとして用いる。   Next, an insulating film is formed so as to cover the gate insulating film 705 and the gate electrode 707. The insulating film is formed by a single layer or a stacked layer of a film containing an inorganic material such as silicon, silicon oxide or silicon nitride, or a film containing an organic material such as an organic resin by plasma CVD or sputtering. To do. Next, the insulating film is selectively etched by anisotropic etching mainly in the vertical direction, so that an insulating film 708 (also referred to as a sidewall) in contact with the side surface of the gate electrode 707 is formed. The insulating film 708 is used as a doping mask when an LDD (Lightly Doped Drain) region is formed later.

次に、フォトリソグラフィ法により形成したレジストからなるマスクと、ゲート電極707および絶縁膜708をマスクとして用いて、結晶質半導体膜704a〜704dにn型を付与する不純物元素を添加して、第1のn型不純物領域706a(LDD領域ともよぶ)と、第2のn型不純物領域706bと、チャネル領域706cとを形成する(図6(C)参照)。第1のn型不純物領域706aが含む不純物元素の濃度は、第2のn型不純物領域706bの不純物元素の濃度よりも低い。   Next, an impurity element imparting n-type conductivity is added to the crystalline semiconductor films 704a to 704d using a resist mask formed by a photolithography method, the gate electrode 707, and the insulating film 708 as masks. An n-type impurity region 706a (also referred to as an LDD region), a second n-type impurity region 706b, and a channel region 706c are formed (see FIG. 6C). The concentration of the impurity element contained in the first n-type impurity region 706a is lower than the concentration of the impurity element in the second n-type impurity region 706b.

続いて、ゲート電極707、絶縁膜708等を覆うように、絶縁膜を単層または積層して形成することによって、薄膜トランジスタ730a、730b、730c、730dを形成する(図6(D)参照)。絶縁膜は、CVD法、スパッタ法、SOG法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等により、珪素の酸化物や珪素の窒化物等の無機材料、ポリイミド、ポリアミド、ベンゾシクロブテン、アクリル、エポキシ等の有機材料やシロキサン材料等により、単層または積層で形成する。例えば、絶縁膜が2層構造の場合、1層目の絶縁膜709として窒化酸化珪素膜で形成し、2層目の絶縁膜710として酸化窒化珪素膜で形成することができる。   Subsequently, an insulating film is formed as a single layer or a stacked layer so as to cover the gate electrode 707, the insulating film 708, and the like, so that thin film transistors 730a, 730b, 730c, and 730d are formed (see FIG. 6D). Insulating film is formed by CVD, sputtering, SOG, droplet discharge, screen printing, etc., inorganic materials such as silicon oxide and silicon nitride, polyimide, polyamide, benzocyclobutene, acrylic, epoxy, etc. A single layer or a stacked layer is formed using an organic material, a siloxane material, or the like. For example, when the insulating film has a two-layer structure, a silicon nitride oxide film can be formed as the first insulating film 709 and a silicon oxynitride film can be formed as the second insulating film 710.

なお、絶縁膜709、710を形成する前、または絶縁膜709、710のうちの1つまたは両方の薄膜を形成した後に、半導体膜の結晶性の回復や半導体膜に添加された不純物元素の活性化、半導体膜の水素化を目的とした加熱処理を行うとよい。加熱処理には、熱アニール、レーザアニール法またはRTA法などを適用するとよい。   Note that before the insulating films 709 and 710 are formed, or after one or both of the insulating films 709 and 710 are formed, the crystallinity of the semiconductor film is restored and the activity of the impurity element added to the semiconductor film is increased. Heat treatment for the purpose of hydrogenation of the semiconductor film is preferably performed. For the heat treatment, thermal annealing, laser annealing, RTA, or the like is preferably applied.

次に、フォトリソグラフィ法により絶縁膜709、710等をエッチングして、第2のn型不純物領域706bを露出させるコンタクトホールを形成する。続いて、コンタクトホールを充填するように、導電膜を形成し、当該導電膜を選択的にエッチングして導電膜731を形成する。なお、導電膜を形成する前に、コンタクトホールにおいて露出した結晶質半導体膜704a〜704dの表面にシリサイドを形成してもよい。   Next, the insulating films 709 and 710 and the like are etched by photolithography to form contact holes that expose the second n-type impurity regions 706b. Subsequently, a conductive film is formed so as to fill the contact hole, and the conductive film is selectively etched to form a conductive film 731. Note that silicide may be formed on the surfaces of the crystalline semiconductor films 704a to 704d exposed in the contact holes before the conductive film is formed.

導電膜731は、CVD法やスパッタリング法等により、アルミニウム、タングステン、チタン、タンタル、モリブデン、ニッケル、白金、銅、金、銀、マンガン、ネオジウム、炭素、シリコンから選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。アルミニウムを主成分とする合金材料とは、例えば、アルミニウムを主成分としニッケルを含む材料、又は、アルミニウムを主成分とし、ニッケルと、炭素と珪素の一方又は両方とを含む合金材料に相当する。導電膜731は、例えば、バリア膜とアルミニウムシリコン膜とバリア膜の積層構造、バリア膜とアルミニウムシリコン膜と窒化チタン膜とバリア膜の積層構造を採用するとよい。なお、バリア膜とは、チタン、チタンの窒化物、モリブデン、又はモリブデンの窒化物からなる薄膜に相当する。アルミニウムやアルミニウムシリコンは抵抗値が低く、安価であるため、導電膜731を形成する材料として最適である。また、上層と下層のバリア層を設けると、アルミニウムやアルミニウムシリコンのヒロックの発生を防止することができる。また、還元性の高い元素であるチタンからなるバリア膜を形成すると、結晶質半導体膜上に薄い自然酸化膜ができていたとしても、この自然酸化膜を還元し、結晶質半導体膜と良好なコンタクトをとることができる。   The conductive film 731 is an element selected from aluminum, tungsten, titanium, tantalum, molybdenum, nickel, platinum, copper, gold, silver, manganese, neodymium, carbon, silicon, or these elements by a CVD method, a sputtering method, or the like. An alloy material or a compound material containing as a main component is formed in a single layer or a stacked layer. The alloy material containing aluminum as a main component corresponds to, for example, a material containing aluminum as a main component and containing nickel, or an alloy material containing aluminum as a main component and containing nickel and one or both of carbon and silicon. For example, the conductive film 731 may have a stacked structure of a barrier film, an aluminum silicon film, and a barrier film, or a stacked structure of a barrier film, an aluminum silicon film, a titanium nitride film, and a barrier film. Note that the barrier film corresponds to a thin film formed of titanium, titanium nitride, molybdenum, or molybdenum nitride. Aluminum and aluminum silicon are suitable materials for forming the conductive film 731 because they have low resistance and are inexpensive. In addition, when an upper layer and a lower barrier layer are provided, generation of hillocks of aluminum or aluminum silicon can be prevented. In addition, when a barrier film made of titanium, which is a highly reducing element, is formed, even if a thin natural oxide film is formed on the crystalline semiconductor film, the natural oxide film is reduced, and the crystalline semiconductor film is excellent. Contact can be made.

次に、導電膜731を覆うように、絶縁膜711を形成し、当該絶縁膜711上に導電膜731と電気的に接続するように導電膜712を形成する(図7(A)参照)。絶縁膜711は、CVD法、スパッタ法、SOG法、液滴吐出法またはスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。また、絶縁膜711は、好適には、0.75μm〜3μmの厚さで形成する。また、導電膜712は上述した導電膜731で示したいずれかの材料を用いることができる。   Next, an insulating film 711 is formed so as to cover the conductive film 731, and a conductive film 712 is formed over the insulating film 711 so as to be electrically connected to the conductive film 731 (see FIG. 7A). The insulating film 711 is formed as a single layer or a stacked layer using an inorganic material or an organic material by a CVD method, a sputtering method, an SOG method, a droplet discharge method, a screen printing method, or the like. The insulating film 711 is preferably formed with a thickness of 0.75 to 3 μm. The conductive film 712 can be formed using any of the materials described for the conductive film 731 described above.

次に、導電膜712上に導電膜713を形成する。導電膜713は、CVD法、スパッタ法、液滴吐出法、スクリーン印刷法等を用いて、導電性材料により形成する(図7(B)参照)。好ましくは、導電膜713は、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)から選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層又は積層で形成する。ここでは、スクリーン印刷法により、銀を含むペーストを導電膜712上に形成し、その後、50〜350度の加熱処理を行って導電膜713とする。また、導電膜712上に導電膜713を形成した後に、電気的な接続を向上させるために導電膜713および導電膜712の重なっている領域にレーザ光の照射を行ってもよい。なお、絶縁膜711および導電膜712を設けずに、導電膜731上に選択的に導電膜713を設けることも可能である。   Next, a conductive film 713 is formed over the conductive film 712. The conductive film 713 is formed using a conductive material by a CVD method, a sputtering method, a droplet discharge method, a screen printing method, or the like (see FIG. 7B). Preferably, the conductive film 713 is formed using an element selected from aluminum (Al), titanium (Ti), silver (Ag), copper (Cu), and gold (Au), or an alloy material containing these elements as a main component, or The compound material is formed as a single layer or a stacked layer. Here, a paste containing silver is formed over the conductive film 712 by a screen printing method, and then heat treatment is performed at 50 to 350 degrees to form the conductive film 713. Alternatively, after the conductive film 713 is formed over the conductive film 712, laser light irradiation may be performed on a region where the conductive film 713 and the conductive film 712 overlap in order to improve electrical connection. Note that the conductive film 713 can be selectively provided over the conductive film 731 without providing the insulating film 711 and the conductive film 712.

次に、導電膜712、713を覆うように絶縁膜714を形成し、フォトリソグラフィ法により絶縁膜714を選択的にエッチングして、導電膜713を露出させる開口部715を形成する(図7(C)参照)。絶縁膜714は、CVD法、スパッタ法、SOG法、液滴吐出法またはスクリーン印刷法等を用いて、無機材料又は有機材料により、単層又は積層で形成する。   Next, an insulating film 714 is formed so as to cover the conductive films 712 and 713, and the insulating film 714 is selectively etched by photolithography to form an opening 715 that exposes the conductive film 713 (FIG. 7 ( C)). The insulating film 714 is formed as a single layer or a stacked layer using an inorganic material or an organic material by a CVD method, a sputtering method, an SOG method, a droplet discharge method, a screen printing method, or the like.

次に、薄膜トランジスタ730a〜730d等を含む層(以下、「層732」とも記す。)を基板701から剥離する。ここでは、レーザ光(例えばUV光)を照射することによって開口部716を形成後(図8(A)参照)、物理的な力を用いて基板701から層732を剥離することができる。また、基板701から層732を剥離する前に、開口部716にエッチング剤を導入して、剥離層702を除去してもよい。エッチング剤は、フッ化ハロゲンまたはハロゲン間化合物を含む気体又は液体を使用する。例えば、フッ化ハロゲンを含む気体として三フッ化塩素(ClF)を使用する。そうすると、層732は、基板701から剥離された状態となる。なお、剥離層702は、全て除去せず一部分を残存させてもよい。こうすることによって、エッチング剤の消費量を抑え剥離層の除去に要する処理時間を短縮することが可能となる。また、剥離層702の除去を行った後にも、基板701上に層732を保持しておくことが可能となる。また、層732が剥離された基板701は、コストの削減のために、再利用することが好ましい。 Next, a layer including the thin film transistors 730 a to 730 d and the like (hereinafter also referred to as “layer 732”) is peeled from the substrate 701. Here, after the opening 716 is formed by irradiation with laser light (eg, UV light) (see FIG. 8A), the layer 732 can be peeled from the substrate 701 with physical force. Alternatively, before the layer 732 is peeled from the substrate 701, an etching agent may be introduced into the opening 716 to remove the peeling layer 702. As the etchant, a gas or liquid containing halogen fluoride or an interhalogen compound is used. For example, chlorine trifluoride (ClF 3 ) is used as a gas containing halogen fluoride. Then, the layer 732 is peeled from the substrate 701. Note that the peeling layer 702 may be partially left without being completely removed. By doing so, it is possible to suppress the consumption of the etching agent and shorten the processing time required for removing the release layer. Further, the layer 732 can be held on the substrate 701 even after the peeling layer 702 is removed. In addition, the substrate 701 from which the layer 732 is peeled is preferably reused for cost reduction.

ここでは、レーザ光の照射により絶縁膜をエッチングして開口部716を形成した後に、層732の一方の面(絶縁膜714の露出した面)を、第1のシート材717に貼り合わせて基板701から完全に剥離する(図8(B)参照)。第1のシート材717としては、例えば熱を加えることによって粘着力が弱まる熱剥離テープを用いることができる。   Here, after the insulating film is etched by laser light irradiation to form the opening 716, one surface of the layer 732 (the exposed surface of the insulating film 714) is bonded to the first sheet material 717 to form a substrate. Peel completely from 701 (see FIG. 8B). As the first sheet material 717, for example, a heat peeling tape whose adhesive strength is weakened by applying heat can be used.

次に、層732の他方の面(剥離した面)に、第2のシート材718を設け、その後加熱処理と加圧処理の一方または両方を行って、第2のシート材718を貼り合わせる。また、第2のシート材718を設けると同時または設けた後に第1のシート材717を剥離する(図9(A)参照)。第2のシート材718としては、ホットメルトフィルム等を用いることができる。また、第1のシート材717として熱剥離テープを用いた場合には、第2のシート材718を貼り合わせる際に加えた熱を利用して剥離することができる。   Next, the second sheet material 718 is provided on the other surface (the peeled surface) of the layer 732, and then one or both of heat treatment and pressure treatment are performed to bond the second sheet material 718. In addition, when the second sheet material 718 is provided, the first sheet material 717 is peeled at the same time or after the second sheet material 718 is provided (see FIG. 9A). As the second sheet material 718, a hot melt film or the like can be used. In the case where a heat peeling tape is used as the first sheet material 717, the heat can be peeled using heat applied when the second sheet material 718 is bonded.

また、第2のシート材718として、静電気等を防止する帯電防止対策を施したフィルム(以下、帯電防止フィルムと記す)を用いることもできる。帯電防止フィルムとしては、帯電防止可能な材料を樹脂中に分散させたフィルム、及び帯電防止可能な材料が貼り付けられたフィルム等が挙げられる。帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、片面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよいし、両面に帯電防止可能な材料を設けたフィルムであってもよい。さらに、片面に帯電防止可能な材料が設けられたフィルムは、帯電防止可能な材料が設けられた面をフィルムの内側になるように層に貼り付けてもよいし、フィルムの外側になるように貼り付けてもよい。なお、帯電防止可能な材料はフィルムの全面、あるいは一部に設けてあればよい。ここでの帯電防止可能な材料としては、金属、インジウムと錫の酸化物(ITO)、両性界面活性剤や陽イオン性界面活性剤や非イオン性界面活性剤等の界面活性剤用いることができる。また、他にも帯電防止材料として、側鎖にカルボキシル基および4級アンモニウム塩基をもつ架橋性共重合体高分子を含む樹脂材料等を用いることができる。これらの材料をフィルムに貼り付け、または練り込み、あるいは塗布することによって帯電防止フィルムとすることができる。帯電防止フィルムを設けることによって、半導体装置を商品として取り扱う際に、外部からの静電気等によって半導体素子に悪影響が及ぶことを抑制することができる。   Further, as the second sheet material 718, a film provided with an antistatic measure for preventing static electricity or the like (hereinafter referred to as an antistatic film) can be used. Examples of the antistatic film include a film in which an antistatic material is dispersed in a resin, a film on which an antistatic material is attached, and the like. The film provided with an antistatic material may be a film provided with an antistatic material on one side, or a film provided with an antistatic material on both sides. Furthermore, a film provided with an antistatic material on one side may be attached to the layer so that the surface provided with the antistatic material is on the inside of the film, or on the outside of the film. It may be pasted. Note that the antistatic material may be provided on the entire surface or a part of the film. As the antistatic material here, surfactants such as metals, oxides of indium and tin (ITO), amphoteric surfactants, cationic surfactants and nonionic surfactants can be used. . In addition, as the antistatic material, a resin material containing a crosslinkable copolymer polymer having a carboxyl group and a quaternary ammonium base in the side chain can be used. An antistatic film can be obtained by sticking, kneading, or applying these materials to a film. By providing the antistatic film, it is possible to prevent the semiconductor element from being adversely affected by external static electricity or the like when the semiconductor device is handled as a product.

次に、開口部715を覆うように導電膜719を形成することによって素子群733を形成する(図9(B)参照)。なお、導電膜719の形成前または形成後に導電膜712および713にレーザ光を照射することによって、電気的な接続を向上させてもよい。   Next, an element group 733 is formed by forming a conductive film 719 so as to cover the opening 715 (see FIG. 9B). Note that electrical connection may be improved by irradiating the conductive films 712 and 713 with laser light before or after the conductive film 719 is formed.

次に、レーザ光を素子群733に選択的に照射することによって、複数の素子群に分断する(図10(A)参照)。   Next, the element group 733 is selectively irradiated with laser light to be divided into a plurality of element groups (see FIG. 10A).

次に、アンテナとして機能する導電膜722が形成された基板721に素子群733を圧着させる(図10(B)参照)。具体的には、基板721上に形成されたアンテナとして機能する導電膜722と素子群733の導電膜719とが電気的に接続するように貼り合わせて設ける。ここでは、接着性を有する樹脂723を用いて基板721と素子群733とを接着する。また、樹脂723に含まれる導電性粒子724を用いて導電膜722と導電膜719とを電気的に接続する。   Next, the element group 733 is bonded to the substrate 721 over which the conductive film 722 functioning as an antenna is formed (see FIG. 10B). Specifically, the conductive film 722 functioning as an antenna formed over the substrate 721 and the conductive film 719 of the element group 733 are attached to each other so as to be electrically connected. Here, the substrate 721 and the element group 733 are bonded using a resin 723 having adhesiveness. Further, the conductive film 722 and the conductive film 719 are electrically connected using conductive particles 724 included in the resin 723.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。つまり、上記実施の形態で示した材料や形成方法は、本実施の形態でも組み合わせて利用することができるし、本実施の形態で示した材料や形成方法も上記実施の形態でも組み合わせて利用することができる。   Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment. In other words, the materials and formation methods described in the above embodiments can be used in combination with this embodiment, and the materials and formation methods described in this embodiment are also used in combination with the above embodiments. be able to.

(実施の形態4)
本実施の形態では、上記実施の形態3で示した作製方法を用いて得られた半導体装置の使用形態の一例について説明する。具体的には、非接触でデータの入出力が可能である半導体装置の適用例に関して図面を参照して以下に説明する。非接触でデータの入出力が可能である半導体装置は利用の形態によっては、RFIDタグ、IDタグ、ICタグ、ICチップ、RFタグ、無線タグ、電子タグまたは無線チップともよばれる。
(Embodiment 4)
In this embodiment, an example of usage of a semiconductor device obtained using the manufacturing method described in Embodiment 3 will be described. Specifically, application examples of a semiconductor device capable of inputting and outputting data without contact will be described below with reference to the drawings. A semiconductor device in which data can be input / output without contact is also referred to as an RFID tag, an ID tag, an IC tag, an IC chip, an RF tag, a wireless tag, an electronic tag, or a wireless chip depending on the application.

半導体装置80は、非接触でデータを交信する機能を有し、高周波回路81、電源回路82、リセット回路83、クロック発生回路84、データ復調回路85、データ変調回路86、他の回路の制御を行う制御回路87、記憶回路88およびアンテナ89を有している(図11(A)参照)。高周波回路81はアンテナ89より信号を受信して、データ変調回路86より受信した信号をアンテナ89から出力する回路であり、電源回路82は受信信号から電源電位を生成する回路であり、リセット回路83はリセット信号を生成する回路であり、クロック発生回路84はアンテナ89から入力された受信信号を基に各種クロック信号を生成する回路であり、データ復調回路85は受信信号を復調して制御回路87に出力する回路であり、データ変調回路86は制御回路87から受信した信号を変調する回路である。また、制御回路87は、例えばコード抽出回路91、コード判定回路92、CRC判定回路93および出力ユニット回路94を含んでいる。なお、コード抽出回路91は制御回路87に送られてきた命令に含まれる複数のコードをそれぞれ抽出する回路であり、コード判定回路92は抽出されたコードとリファレンスに相当するコードとを比較して命令の内容を判定する回路であり、CRC判定回路93は判定されたコードに基づいて送信エラー等の有無を検出する回路である。   The semiconductor device 80 has a function of communicating data without contact, and controls the high frequency circuit 81, the power supply circuit 82, the reset circuit 83, the clock generation circuit 84, the data demodulation circuit 85, the data modulation circuit 86, and other circuits. A control circuit 87, a memory circuit 88, and an antenna 89 are provided (see FIG. 11A). The high frequency circuit 81 is a circuit that receives a signal from the antenna 89 and outputs the signal received from the data modulation circuit 86 from the antenna 89, and the power supply circuit 82 is a circuit that generates a power supply potential from the received signal, and a reset circuit 83. Is a circuit that generates a reset signal, a clock generation circuit 84 is a circuit that generates various clock signals based on the reception signal input from the antenna 89, and a data demodulation circuit 85 demodulates the reception signal to control the control circuit 87. The data modulation circuit 86 is a circuit that modulates the signal received from the control circuit 87. The control circuit 87 includes, for example, a code extraction circuit 91, a code determination circuit 92, a CRC determination circuit 93, and an output unit circuit 94. The code extraction circuit 91 is a circuit that extracts a plurality of codes included in an instruction sent to the control circuit 87, and the code determination circuit 92 compares the extracted code with a code corresponding to a reference. The CRC determination circuit 93 is a circuit that detects the presence or absence of a transmission error or the like based on the determined code.

次に、上述した半導体装置の動作の一例について説明する。まず、アンテナ89により無線信号が受信される。無線信号は高周波回路81を介して電源回路82に送られ、高電源電位(以下、VDDと記す)が生成される。VDDは半導体装置80が有する各回路に供給される。また、高周波回路81を介してデータ復調回路85に送られた信号は復調される(以下、復調信号)。さらに、高周波回路81を介してリセット回路83およびクロック発生回路84を通った信号及び復調信号は制御回路87に送られる。制御回路87に送られた信号は、コード抽出回路91、コード判定回路92およびCRC判定回路93等によって解析される。そして、解析された信号にしたがって、記憶回路88内に記憶されている半導体装置の情報が出力される。出力された半導体装置の情報は出力ユニット回路94を通って符号化される。さらに、符号化された半導体装置80の情報はデータ変調回路86を通って、アンテナ89により無線信号に載せて送信される。なお、半導体装置80を構成する複数の回路においては、低電源電位(以下、VSS)は共通であり、VSSはGNDとすることができる。   Next, an example of operation of the above-described semiconductor device will be described. First, a radio signal is received by the antenna 89. The radio signal is sent to the power supply circuit 82 via the high frequency circuit 81, and a high power supply potential (hereinafter referred to as VDD) is generated. VDD is supplied to each circuit included in the semiconductor device 80. The signal sent to the data demodulation circuit 85 via the high frequency circuit 81 is demodulated (hereinafter, demodulated signal). Further, the signal and the demodulated signal that have passed through the reset circuit 83 and the clock generation circuit 84 via the high frequency circuit 81 are sent to the control circuit 87. The signal sent to the control circuit 87 is analyzed by the code extraction circuit 91, the code determination circuit 92, the CRC determination circuit 93, and the like. Then, information on the semiconductor device stored in the memory circuit 88 is output in accordance with the analyzed signal. The output semiconductor device information is encoded through the output unit circuit 94. Further, the encoded information of the semiconductor device 80 passes through the data modulation circuit 86 and is transmitted on the radio signal by the antenna 89. Note that in a plurality of circuits included in the semiconductor device 80, a low power supply potential (hereinafter referred to as VSS) is common and VSS can be GND.

このように、リーダ/ライタから半導体装置80に信号を送り、当該半導体装置80から送られてきた信号をリーダ/ライタで受信することによって、半導体装置のデータを読み取ることが可能となる。   As described above, by transmitting a signal from the reader / writer to the semiconductor device 80 and receiving the signal transmitted from the semiconductor device 80 by the reader / writer, the data of the semiconductor device can be read.

また、半導体装置80は、各回路への電源電圧の供給を電源(バッテリー)を搭載せず電磁波により行うタイプとしてもよいし、電源(バッテリー)を搭載して電磁波と電源(バッテリー)により各回路に電源電圧を供給するタイプとしてもよい。   Further, the semiconductor device 80 may be of a type in which power supply voltage is supplied to each circuit by electromagnetic waves without mounting a power source (battery), or each circuit is mounted by using electromagnetic waves and a power source (battery). It is good also as a type which supplies a power supply voltage to.

上記実施の形態3で示した作製方法を用いることによって、折り曲げることが可能な半導体装置を作製することが可能となるため、曲面を有する物体に貼り付けて設けることが可能となる。   By using the manufacturing method described in Embodiment Mode 3, a semiconductor device that can be bent can be manufactured; therefore, it can be attached to an object having a curved surface.

次に、可撓性を有し、非接触でデータの入出力が可能な半導体装置の使用形態の一例について説明する。表示部3210を含む携帯端末の側面には、リーダ/ライタ3200が設けられ、品物3220の側面には半導体装置3230が設けられる(図11(B)参照)。品物3220が含む半導体装置3230にリーダ/ライタ3200をかざすと、表示部3210に品物の原材料や原産地、生産工程ごとの検査結果や流通過程の履歴等、更に商品の説明等の商品に関する情報が表示される。また、商品3260をベルトコンベアにより搬送する際に、リーダ/ライタ3240と、商品3260に設けられた半導体装置3250を用いて、該商品3260の検品を行うことができる(図11(C)参照)。このように、システムに半導体装置を活用することで、情報の取得を簡単に行うことができ、高機能化と高付加価値化を実現する。   Next, an example of usage of a semiconductor device that is flexible and can input and output data without contact will be described. A reader / writer 3200 is provided on a side surface of the portable terminal including the display portion 3210, and a semiconductor device 3230 is provided on a side surface of the article 3220 (see FIG. 11B). When the reader / writer 3200 is held over the semiconductor device 3230 included in the product 3220, information about the product such as the description of the product, such as the raw material and origin of the product, the inspection result for each production process and the history of the distribution process, is displayed on the display unit 3210. Is done. Further, when the product 3260 is conveyed by the belt conveyor, the product 3260 can be inspected using the reader / writer 3240 and the semiconductor device 3250 provided in the product 3260 (see FIG. 11C). . In this manner, by using a semiconductor device in the system, information can be easily acquired, and high functionality and high added value are realized.

また、上述した非接触データの入出力が可能である半導体装置における信号の伝送方式は、電磁結合方式、電磁誘導方式またはマイクロ波方式等を用いることができる。伝送方式は、実施者が使用用途を考慮して適宜選択すればよく、伝送方式に伴って最適なアンテナを設ければよい。   As a signal transmission method in the semiconductor device capable of inputting and outputting non-contact data as described above, an electromagnetic coupling method, an electromagnetic induction method, a microwave method, or the like can be used. The transmission method may be appropriately selected by the practitioner in consideration of the intended use, and an optimal antenna may be provided according to the transmission method.

例えば、半導体装置における信号の伝送方式として、電磁結合方式または電磁誘導方式(例えば13.56MHz帯)を適用する場合には、磁界密度の変化による電磁誘導を利用するため、アンテナとして機能する導電膜を輪状(例えば、ループアンテナ)、らせん状(例えば、スパイラルアンテナ)に形成する。   For example, when an electromagnetic coupling method or an electromagnetic induction method (for example, 13.56 MHz band) is applied as a signal transmission method in a semiconductor device, the conductive film functioning as an antenna is used because electromagnetic induction due to a change in magnetic field density is used. Are formed in a ring shape (for example, a loop antenna) or a spiral shape (for example, a spiral antenna).

また、半導体装置における信号の伝送方式として、マイクロ波方式(例えば、UHF帯(860〜960MHz帯)、2.45GHz帯等)を適用する場合には、信号の伝送に用いる電磁波の波長を考慮してアンテナとして機能する導電膜の長さ等の形状を適宜設定すればよい。例えば、アンテナとして機能する導電膜を線状(例えば、ダイポールアンテナ)、平坦な形状(例えば、パッチアンテナ)またはリボン型の形状等に形成することができる。また、アンテナとして機能する導電膜の形状は線状に限られず、電磁波の波長を考慮して曲線状や蛇行形状またはこれらを組み合わせた形状で設けてもよい。   In addition, when a microwave method (for example, UHF band (860 to 960 MHz band), 2.45 GHz band, or the like) is applied as a signal transmission method in a semiconductor device, the wavelength of an electromagnetic wave used for signal transmission is considered. The shape such as the length of the conductive film functioning as an antenna may be set as appropriate. For example, the conductive film functioning as an antenna can be formed into a linear shape (for example, a dipole antenna), a flat shape (for example, a patch antenna), a ribbon shape, or the like. Further, the shape of the conductive film functioning as an antenna is not limited to a linear shape, and may be provided in a curved shape, a meandering shape, or a combination thereof in consideration of the wavelength of electromagnetic waves.

アンテナとして機能する導電膜は、CVD法、スパッタ法、スクリーン印刷やグラビア印刷等の印刷法、液滴吐出法、ディスペンサ法、メッキ法等を用いて、導電性材料により形成する。導電性材料は、アルミニウム、チタン、銀、銅、金、白金、ニッケル、パラジウム、タンタル、モリブデンから選択された元素、又はこれらの元素を主成分とする合金材料若しくは化合物材料で、単層構造又は積層構造で形成する。   The conductive film functioning as an antenna is formed using a conductive material by a CVD method, a sputtering method, a printing method such as screen printing or gravure printing, a droplet discharge method, a dispenser method, a plating method, or the like. The conductive material is an element selected from aluminum, titanium, silver, copper, gold, platinum, nickel, palladium, tantalum, and molybdenum, or an alloy material or a compound material containing these elements as a main component, and has a single-layer structure or It is formed with a laminated structure.

例えば、スクリーン印刷法を用いてアンテナとして機能する導電膜を形成する場合には、粒径が数nmから数十μmの導電体粒子を有機樹脂に溶解または分散させた導電性のペーストを選択的に印刷することによって設けることができる。導電体粒子としては、銀、金、銅、ニッケル、白金、パラジウム、タンタル、モリブデン、およびチタン等のいずれか一つ以上の金属粒子や、ハロゲン化銀の微粒子、または分散性ナノ粒子を用いることができる。また、導電性ペーストに含まれる有機樹脂は、金属粒子のバインダー、溶媒、分散剤および被覆材として機能する有機樹脂から選ばれた一つまたは複数を用いることができる。代表的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機樹脂が挙げられる。また、導電膜の形成にあたり、導電性のペーストを設けた後に焼成することが好ましい。例えば、導電性のペーストの材料として、銀を主成分とする微粒子(例えば粒径1nm以上100nm以下)を用いる場合、150〜300℃の温度範囲で焼成することにより硬化させて導電膜を得ることができる。また、はんだや鉛フリーのはんだを主成分とする微粒子を用いてもよく、この場合は粒径20μm以下の微粒子を用いることが好ましい。はんだや鉛フリーはんだは、低コストであるといった利点を有している。   For example, when a conductive film that functions as an antenna is formed using a screen printing method, a conductive paste in which conductive particles having a particle size of several nanometers to several tens of micrometers are dissolved or dispersed in an organic resin is selectively used. Can be provided by printing. As the conductor particles, use one or more metal particles such as silver, gold, copper, nickel, platinum, palladium, tantalum, molybdenum, and titanium, silver halide fine particles, or dispersible nanoparticles. Can do. In addition, as the organic resin contained in the conductive paste, one or more selected from organic resins that function as a binder, a solvent, a dispersant, and a coating material of metal particles can be used. Typically, an organic resin such as an epoxy resin or a silicone resin can be given. In forming the conductive film, baking is preferably performed after providing a conductive paste. For example, when fine particles containing silver as a main component (for example, a particle size of 1 nm or more and 100 nm or less) are used as a material for the conductive paste, the conductive film is obtained by being cured by baking in a temperature range of 150 to 300 ° C. Can do. Further, fine particles mainly composed of solder or lead-free solder may be used. In this case, it is preferable to use fine particles having a particle diameter of 20 μm or less. Solder and lead-free solder have the advantage of low cost.

また、上述した材料以外にも、セラミックやフェライト等をアンテナに適用してもよいし、他にもマイクロ波帯において誘電率および透磁率が負となる材料(メタマテリアル)をアンテナに適用することも可能である。   In addition to the materials described above, ceramics, ferrites, etc. may be applied to the antenna, and other materials (metamaterials) that have a negative dielectric constant and magnetic permeability in the microwave band may be applied to the antenna. Is also possible.

また、電磁結合方式または電磁誘導方式を適用する場合であって、アンテナを備えた半導体装置を金属に接して設ける場合には、当該半導体装置と金属との間に透磁率を備えた磁性材料を設けることが好ましい。アンテナを備えた半導体装置を金属に接して設ける場合には、磁界の変化に伴い金属に渦電流が流れ、当該渦電流により発生する反磁界によって、磁界の変化が弱められて通信距離が低下する。そのため、半導体装置と金属との間に透磁率を備えた材料を設けることにより金属の渦電流を抑制し通信距離の低下を抑制することができる。なお、磁性材料としては、高い透磁率を有し高周波損失の少ない金属薄膜、またはフェライトを用いることができる。   Further, in the case where an electromagnetic coupling method or an electromagnetic induction method is applied and a semiconductor device provided with an antenna is provided in contact with a metal, a magnetic material having a permeability between the semiconductor device and the metal is used. It is preferable to provide it. When a semiconductor device provided with an antenna is provided in contact with a metal, an eddy current flows in the metal as the magnetic field changes, and the change in the magnetic field is weakened by the demagnetizing field generated by the eddy current, thereby reducing the communication distance. . Therefore, by providing a material having magnetic permeability between the semiconductor device and the metal, it is possible to suppress the eddy current of the metal and suppress the decrease in the communication distance. As the magnetic material, a metal thin film having high magnetic permeability and low high-frequency loss, or ferrite can be used.

なお、上述した以外にも可撓性を有する半導体装置の用途は広範にわたり、非接触で対象物の履歴等の情報を明確にし、生産・管理等に役立てる商品であればどのようなものにも適用することができる。例えば、紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類、包装用容器類、書籍類、記録媒体、身の回り品、乗物類、食品類、衣類、保健用品類、生活用品類、薬品類及び電子機器等に設けて使用することができる。これらの例に関して図12を用いて説明する。   In addition to the above, flexible semiconductor devices have a wide range of uses, and any product that can be used for production, management, etc. without contact and clarifying information such as the history of objects. Can be applied. For example, banknotes, coins, securities, certificate documents, bearer bonds, packaging containers, books, recording media, personal belongings, vehicles, foods, clothing, health supplies, daily necessities, medicines, etc. It can be provided and used in an electronic device or the like. These examples will be described with reference to FIG.

紙幣、硬貨とは、市場に流通する金銭であり、特定の地域で貨幣と同じように通用するもの(金券)、記念コイン等を含む。有価証券類とは、小切手、証券、約束手形等を指す(図12(A)参照)。証書類とは、運転免許証、住民票等を指す(図12(B)参照)。無記名債券類とは、切手、おこめ券、各種ギフト券等を指す(図12(C)参照)。包装用容器類とは、お弁当等の包装紙、ペットボトル等を指す(図12(D)参照)。書籍類とは、書物、本等を指す(図12(E)参照)。記録媒体とは、DVDソフト、ビデオテープ等を指す(図12(F)参照)。乗物類とは、自転車等の車両、船舶等を指す(図12(G)参照)。身の回り品とは、鞄、眼鏡等を指す(図12(H)参照)。食品類とは、食料品、飲料等を指す。衣類とは、衣服、履物等を指す。保健用品類とは、医療器具、健康器具等を指す。生活用品類とは、家具、照明器具等を指す。薬品類とは、医薬品、農薬等を指す。電子機器とは、液晶表示装置、EL表示装置、テレビジョン装置(テレビ受像機、薄型テレビ受像機)、携帯電話機等を指す。   Banknotes and coins are money that circulates in the market, and include those that are used in the same way as money in a specific area (cash vouchers), commemorative coins, and the like. Securities refer to checks, securities, promissory notes, etc. (see FIG. 12A). The certificate refers to a driver's license, a resident's card, etc. (see FIG. 12B). Bearer bonds refer to stamps, gift cards, various gift certificates, and the like (see FIG. 12C). Packaging containers refer to wrapping paper for lunch boxes, plastic bottles, and the like (see FIG. 12D). Books refer to books, books, and the like (see FIG. 12E). The recording media refer to DVD software, video tapes, and the like (see FIG. 12F). The vehicles refer to vehicles such as bicycles, ships, and the like (see FIG. 12G). Personal belongings refer to bags, glasses, and the like (see FIG. 12H). Foods refer to food products, beverages, and the like. Clothing refers to clothing, footwear, and the like. Health supplies refer to medical equipment, health equipment, and the like. Livingware refers to furniture, lighting equipment, and the like. Chemicals refer to pharmaceuticals, agricultural chemicals, and the like. Electronic devices refer to liquid crystal display devices, EL display devices, television devices (television receivers, flat-screen television receivers), cellular phones, and the like.

紙幣、硬貨、有価証券類、証書類、無記名債券類等に半導体装置20を設けることにより、偽造を防止することができる。また、包装用容器類、書籍類、記録媒体等、身の回り品、食品類、生活用品類、電子機器等に半導体装置20を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。乗物類、保健用品類、薬品類等に半導体装置20を設けることにより、偽造や盗難の防止、薬品類ならば、薬の服用の間違いを防止することができる。半導体装置20の設け方としては、物品の表面に貼り付ける、または物品に埋め込むなどして設けることができる。例えば、本ならば紙に埋め込むことができ、有機樹脂からなるパッケージなら当該有機樹脂に埋め込むとよい。半導体装置が可撓性を有することによって、紙等に半導体装置を設けた場合であっても、上記実施の形態で示した構造を用いることにより、当該半導体装置に含まれる素子の破損等を防止することができる。   Forgery can be prevented by providing the semiconductor device 20 on bills, coins, securities, certificate documents, bearer bonds, and the like. Also, by providing the semiconductor device 20 in personal items such as packaging containers, books, recording media, personal items, foods, daily necessities, electronic equipment, etc., the efficiency of inspection systems and rental store systems will be improved. Can do. By providing the semiconductor device 20 in vehicles, health supplies, medicines, etc., it is possible to prevent forgery and theft, and in the case of medicines, mistakes in taking medicine can be prevented. The semiconductor device 20 can be provided by being attached to the surface of the article or embedded in the article. For example, a book can be embedded in paper, and a package made of an organic resin may be embedded in the organic resin. Since the semiconductor device has flexibility, even when the semiconductor device is provided on paper or the like, damage to elements included in the semiconductor device can be prevented by using the structure described in the above embodiment mode. can do.

このように、包装用容器類、記録媒体、身の回り品、食品類、衣類、生活用品類、電子機器等に半導体装置を設けることにより、検品システムやレンタル店のシステムなどの効率化を図ることができる。また乗物類に半導体装置を設けることにより、偽造や盗難を防止することができる。また、動物等の生き物に埋め込むことによって、個々の生き物の識別を容易に行うことができる。例えば、家畜等の生き物にセンサーを備えた半導体装置を埋め込むことによって、生まれた年や性別または種類等はもちろん体温等の健康状態を容易に管理することが可能となる。   In this way, by providing semiconductor devices in packaging containers, recording media, personal items, foods, clothing, daily necessities, electronic devices, etc., it is possible to improve the efficiency of inspection systems and rental store systems. it can. Further, forgery or theft can be prevented by providing a semiconductor device in the vehicles. Moreover, by embedding it in creatures such as animals, it is possible to easily identify individual creatures. For example, by embedding a semiconductor device equipped with a sensor in a living creature such as livestock, it is possible to easily manage health conditions such as body temperature as well as the year of birth, gender or type.

なお、本実施の形態は、上記実施の形態と自由に組み合わせて行うことができる。つまり、上記実施の形態で示した材料や形成方法は、本実施の形態でも組み合わせて利用することができるし、本実施の形態で示した材料や形成方法も上記実施の形態でも組み合わせて利用することができる。   Note that this embodiment can be freely combined with the above embodiment. In other words, the materials and formation methods described in the above embodiments can be used in combination with this embodiment, and the materials and formation methods described in this embodiment are also used in combination with the above embodiments. be able to.

本実施例では、上記図1で示したようにレーザ発振器、補正レンズ、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、レーザ発振器の射出点の像が補正レンズにより結像される点に対してビームエキスパンダー光学系を移動させたときの計算結果に関して説明する。   In the present embodiment, when the laser expander optical system having a laser oscillator, a correction lens, and a zoom function is arranged as shown in FIG. 1, the image of the exit point of the laser oscillator is formed by the correction lens. The calculation result when the beam expander optical system is moved will be described.

まず、図13に示すように、レーザ発振器601、補正レンズ602、ビームエキスパンダー光学系603を構成する第1のレンズとしての凹レンズ603a、第2のレンズとしての凸レンズ603b、及び第3のレンズとしての凸レンズ603c、被照射物604をレーザ発振器601から発振されるレーザ光の進行方向に向かって順に配置している光学系を仮定する。そして、レーザ発振器601からレーザ光605の角度を水平方向に対してθ°だけずらして発振させた場合において、凹レンズ603aの配置(補正レンズ602と凹レンズ603aとの距離X)を変化させた場合の被照射物604に照射されるレーザ光の照射位置の計算を行った。なお、照射位置は、θ=0°の照射位置を基準として比較を行った。   First, as shown in FIG. 13, a laser oscillator 601, a correction lens 602, a concave lens 603a as a first lens constituting a beam expander optical system 603, a convex lens 603b as a second lens, and a third lens as Assume an optical system in which a convex lens 603c and an object to be irradiated 604 are sequentially arranged in the traveling direction of laser light oscillated from a laser oscillator 601. When the laser oscillator 601 oscillates by shifting the angle of the laser beam 605 by θ ° with respect to the horizontal direction, the arrangement of the concave lens 603a (distance X between the correction lens 602 and the concave lens 603a) is changed. The irradiation position of the laser beam applied to the irradiation object 604 was calculated. The irradiation position was compared with the irradiation position of θ = 0 ° as a reference.

なお、ここでは、レーザ発振器601から発振されたレーザ光605が補正レンズ602を介して凹レンズ603aに入射する場合において、レーザ発振器601の射出点(または、ビームウエスト、光源)を第1の共役点Oとし、当該第1の共役点Oの像が補正レンズ602を介して結像される点を第2の共役点Oとし、第1の共役点Oから補正レンズ602までの距離をA、補正レンズ602から第2の共役点Oまでの距離をB、凹レンズ603aの焦点距離をfとした場合に、A=B=500mm、f=10.3mmとして計算を行った。また、凹レンズ603aと凸レンズ603bとの間隔は常に一定とした。 Here, when the laser beam 605 oscillated from the laser oscillator 601 is incident on the concave lens 603a via the correction lens 602, the emission point (or beam waist, light source) of the laser oscillator 601 is the first conjugate point. and O 1, the first image of the conjugate point O 1 is a conjugate point O 2 to the point to be imaged of the second through the correction lens 602, the distance from the first conjugate point O 1 to the correction lens 602 Where A is B, the distance from the correction lens 602 to the second conjugate point O 2 is B, and the focal length of the concave lens 603a is f 2 , A = B = 500 mm and f 2 = 10.3 mm. . The distance between the concave lens 603a and the convex lens 603b is always constant.

また、補正レンズ602の曲率半径を137mm、凹レンズ603aの曲率半径を11.37mm、凸レンズ603b及び凸レンズ603cの曲率半径を271.5mmとし、補正レンズ602の厚さを2.7mm、凹レンズ603aの厚さを2.55mm、凸レンズ603b及び凸レンズ603cの厚さを5.1mmと仮定して計算を行った。   The radius of curvature of the correction lens 602 is 137 mm, the radius of curvature of the concave lens 603a is 11.37 mm, the radius of curvature of the convex lens 603b and the convex lens 603c is 271.5 mm, the thickness of the correction lens 602 is 2.7 mm, and the thickness of the concave lens 603a. The calculation was performed assuming that the thickness of the convex lens 603b and the convex lens 603c was 5.1 mm.

θ=0.0017°とした場合に関して、被照射物604に照射されるレーザ光の照射位置を計算した結果を表1に示す。このθの値は、実際に、上記図13に示すようにレーザ発振器、補正レンズ、ビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、温度変化等の使用環境の状態によって生じるレーザ発振器601から発振されるレーザ光の射出角度の誤差を考慮した数値である。   Table 1 shows the calculation result of the irradiation position of the laser beam irradiated to the irradiation object 604 in the case where θ = 0.717 °. The value of θ is actually the laser oscillated from the laser oscillator 601 generated by the use environment such as temperature change when the laser oscillator, the correction lens, and the beam expander optical system are arranged as shown in FIG. This is a numerical value that takes into account the error of the light emission angle.

Figure 2008098621
Figure 2008098621

表1より、θ=0.0017°の場合、X=470mmからX=490mmの範囲内、つまり第2の共役点Oが、凹レンズ603aの焦点Fからレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ2fの範囲内では、被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが十分小さいといえる。また、X=490mmの場合(第2の共役点Oと凹レンズ603aの焦点Fとが概略重なる場合)にレーザ光の照射位置のずれが最も小さい結果が得られた。 From Table 1, when θ = 0.0017 °, X = 470 mm to X = 490 mm, that is, the second conjugate point O 2 is the laser beam traveling direction from the focal point F 2 of the concave lens 603a and the opposite direction. On the other hand, within the range of 2f 2 , it can be said that the deviation of the irradiation position of the laser beam applied to the irradiated object is sufficiently small. In addition, when X = 490 mm (when the second conjugate point O 2 and the focal point F 2 of the concave lens 603a substantially overlap), the result of the smallest deviation of the laser light irradiation position was obtained.

以上の計算結果より、レーザ発振器601からの射出角度θが変化した場合であっても、第2の共役点Oが凹レンズ603aの焦点Fからレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ2fの範囲内では、レーザ光の照射位置のずれは十分小さくなる。さらに、第2の共役点Oと凹レンズ603aの焦点Fとが概略重なる場合に被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが最も小さくなる。従って、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けてビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置のずれを低減することによって、被照射物へのレーザ光の照射位置のずれを低減することができる。 From the above calculation results, even when the emission angle θ from the laser oscillator 601 is changed, the second conjugate point O 2 moves from the focal point F 2 of the concave lens 603a to the traveling direction of the laser beam and the opposite direction. Within each range of 2f 2 , the deviation of the irradiation position of the laser beam is sufficiently small. Further, when the second conjugate point O 2 and the focal point F 2 of the concave lens 603a are substantially overlapped, the deviation of the irradiation position of the laser beam irradiated to the irradiation object becomes the smallest. Therefore, by providing a correction lens between the laser oscillator and the beam expander optical system to reduce the deviation of the incident position of the laser beam on the beam expander optical system, the deviation of the irradiation position of the laser beam on the irradiated object can be reduced. Can be reduced.

次に、ビームエキスパンダー光学系の第1のレンズとしての凹レンズ603aを凸レンズ613aに置き換えた場合(図14参照)に関して、同様に検討を行った結果を示す。なお、凸レンズ613aの曲率半径を11.37mm、厚さを2.55mmとし、凸レンズ613aの焦点距離fをf=10.3mmとして計算を行った。その他の条件は、図13と同様に設定した。 Next, the results of a similar investigation are shown for the case where the concave lens 603a as the first lens of the beam expander optical system is replaced with the convex lens 613a (see FIG. 14). Incidentally, the curvature radius of the convex lens 613a 11.37Mm, and its thickness was 2.55 mm, the focal length f 2 of the convex lens 613a was calculated as f 2 = 10.3 mm. Other conditions were set in the same manner as in FIG.

θ=0.0017°とした場合に関して、被照射物604に照射されるレーザ光の照射位置を計算した結果を表2に示す。このθの値は、実際に、上記図14に示すようにレーザ発振器、補正レンズ、ビームエキスパンダー光学系を配置した場合に、温度変化等の使用環境の状態により生じるレーザ発振器601から発振されるレーザ光の射出角度の誤差を考慮した数値である。   Table 2 shows the calculation result of the irradiation position of the laser beam irradiated to the irradiation object 604 in the case where θ = 0.717 °. The value of θ is actually a laser oscillated from the laser oscillator 601 generated by the state of use environment such as a temperature change when the laser oscillator, the correction lens, and the beam expander optical system are arranged as shown in FIG. This is a numerical value that takes into account the error of the light emission angle.

Figure 2008098621
Figure 2008098621

表2より、θ=0.0017°の場合、X=490mmからX=530mmの範囲内、つまり第2の共役点Oが、凸レンズ613aの焦点Fからレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ2fの範囲内では、被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが十分小さいといえる。また、X=510mmの場合(第2の共役点Oと凸レンズ613aの焦点Fとが概略重なる場合)に被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが最も小さい結果が得られた。 From Table 2, when θ = 0.0017 °, the range of X = 490 mm to X = 530 mm, that is, the second conjugate point O 2 is the laser beam traveling direction from the focal point F 2 of the convex lens 613a and the opposite direction. On the other hand, within the range of 2f 2 , it can be said that the deviation of the irradiation position of the laser beam applied to the irradiated object is sufficiently small. In addition, when X = 510 mm (when the second conjugate point O 2 and the focal point F 2 of the convex lens 613a substantially overlap), the result of the smallest deviation of the irradiation position of the laser light irradiated on the irradiated object is obtained. It was.

以上の計算結果より、レーザ発振器601からの射出角度θが変化した場合であっても、第2の共役点Oが凸レンズ613aの焦点Fからレーザ光の進行方向およびその反対方向に対してそれぞれ2fの範囲内では、レーザ光の照射位置のずれは十分小さくなる。さらに、第2の共役点Oと凸レンズ613aの焦点Fとが概略重なる場合に被照射物に照射されるレーザ光の照射位置のずれが最も小さくなる。従って、レーザ発振器とビームエキスパンダー光学系との間に補正レンズを設けてビームエキスパンダー光学系へのレーザ光の入射位置のずれを低減することによって、被照射物へのレーザ光の照射位置のずれを低減することができる。 From the above calculation results, even when the emission angle θ from the laser oscillator 601 is changed, the second conjugate point O 2 moves from the focal point F 2 of the convex lens 613a to the traveling direction of the laser beam and the opposite direction. Within each range of 2f 2 , the deviation of the irradiation position of the laser beam is sufficiently small. Furthermore, the deviation of the irradiation position of the laser beam irradiated to the irradiated object becomes the smallest when the focal point F 2 of the second conjugate point O 2 and the convex lens 613a overlaps schematic. Therefore, by providing a correction lens between the laser oscillator and the beam expander optical system to reduce the deviation of the incident position of the laser beam on the beam expander optical system, the deviation of the irradiation position of the laser beam on the irradiated object can be reduced. Can be reduced.

本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser beam irradiation apparatus of this invention. 本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser beam irradiation apparatus of this invention. 本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser beam irradiation apparatus of this invention. 本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser beam irradiation apparatus of this invention. 従来のレーザ光照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the conventional laser beam irradiation apparatus. 本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using a laser beam irradiation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using a laser beam irradiation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using a laser beam irradiation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using a laser beam irradiation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ光照射装置を用いた半導体装置の作製方法の一例を示す図。4A and 4B illustrate an example of a method for manufacturing a semiconductor device using a laser beam irradiation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ照射装置を用いて作製した半導体装置の使用形態の一例を示す図。FIG. 13 illustrates an example of a usage mode of a semiconductor device manufactured using the laser irradiation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ照射装置を用いて作製した半導体装置の使用形態の一例を示す図。FIG. 13 illustrates an example of a usage mode of a semiconductor device manufactured using the laser irradiation apparatus of the present invention. 本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser beam irradiation apparatus of this invention. 本発明のレーザ光照射装置の一例を示す図。The figure which shows an example of the laser beam irradiation apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 レーザ発振器
102 補正レンズ
103 ビームエキスパンダー光学系
103a 第1のレンズ
103b 第2のレンズ
103c 第3のレンズ
104 被照射物
105 レーザ光
203 ビームエキスパンダー光学系
203a 第1のレンズ
203b 第2のレンズ
203c 第3のレンズ
101 Laser oscillator 102 Correction lens 103 Beam expander optical system 103a First lens 103b Second lens 103c Third lens 104 Object 105 Laser light 203 Beam expander optical system 203a First lens 203b Second lens 203c Second lens 203c 3 lenses

Claims (17)

レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズを有し、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、
前記レーザ発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズと、
前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小するために、前記第1のレンズと前記第2のレンズの間隔を変える機構を有し、
前記第3のレンズは前記第2のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とすることを特徴とするレーザ光照射装置。
A laser oscillator;
A beam expander optical system having a first lens, a second lens, and a third lens in order in the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator, and having a zoom function;
A correction lens disposed between the laser oscillator and the beam expander optical system;
A mechanism for changing a distance between the first lens and the second lens in order to enlarge or reduce the beam diameter of the laser light;
The laser beam irradiation apparatus, wherein the third lens collaborates with the second lens to convert the laser beam into parallel light.
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズを有し、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、
前記レーザ発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズと、
前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小するために、前記第1のレンズと前記第2のレンズの間隔を変える機構を有し、
前記第1のレンズは凹レンズであり、
前記第3のレンズは前記第2のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とすることを特徴とするレーザ光照射装置。
A laser oscillator;
A beam expander optical system having a first lens, a second lens, and a third lens in order in the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator, and having a zoom function;
A correction lens disposed between the laser oscillator and the beam expander optical system;
A mechanism for changing a distance between the first lens and the second lens in order to enlarge or reduce the beam diameter of the laser light;
The first lens is a concave lens;
The laser beam irradiation apparatus, wherein the third lens collaborates with the second lens to convert the laser beam into parallel light.
請求項2において、
前記レーザ発振器の射出点を第1の共役点とし、前記第1の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第2の共役点とし、前記補正レンズから前記第2の共役点までの距離をBとし、前記第1のレンズの焦点距離をfとし、前記補正レンズと前記第1のレンズとの距離をXとすると、
前記Xが、
B−3|f|≦X≦B+|f|、
を満たすことを特徴とするレーザ光照射装置。
In claim 2,
The emission point of the laser oscillator is a first conjugate point, the point at which the image of the first conjugate point is imaged through the correction lens is the second conjugate point, and the second conjugate point is the second conjugate point. If the distance to the conjugate point is B, the focal length of the first lens is f, and the distance between the correction lens and the first lens is X,
X is
B-3 | f | ≦ X ≦ B + | f |
The laser beam irradiation apparatus characterized by satisfy | filling.
請求項2において、前記レーザ発振器の射出点を第1の共役点とし、前記第1の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第2の共役点とし、前記補正レンズから前記第2の共役点までの距離をBとし、前記第1のレンズの焦点距離をfとし、前記補正レンズと前記第1のレンズとの距離をXとすると、前記Xが、
X=B−|f|、
であることを特徴とするレーザ光照射装置。
3. The correction lens according to claim 2, wherein an emission point of the laser oscillator is a first conjugate point, and a point at which an image of the first conjugate point is formed through the correction lens is a second conjugate point. When the distance from the second conjugate point to B is B, the focal length of the first lens is f, and the distance between the correction lens and the first lens is X, the X is
X = B− | f |,
A laser beam irradiation apparatus characterized by the above.
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から発振されたレーザ光の進行方向において順に第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズを有し、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系と、
前記レーザ発振器と前記ビームエキスパンダー光学系との間に配置された補正レンズと、
前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小するために、前記第1のレンズと前記第2のレンズの間隔を変える機構を有し、
前記第1のレンズは凸レンズであり、
前記第3のレンズは前記第2のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とすることを特徴とするレーザ光照射装置。
A laser oscillator;
A beam expander optical system having a first lens, a second lens, and a third lens in order in the traveling direction of the laser light oscillated from the laser oscillator, and having a zoom function;
A correction lens disposed between the laser oscillator and the beam expander optical system;
A mechanism for changing a distance between the first lens and the second lens in order to enlarge or reduce the beam diameter of the laser light;
The first lens is a convex lens;
The laser beam irradiation apparatus, wherein the third lens collaborates with the second lens to convert the laser beam into parallel light.
請求項5において、
前記レーザ発振器の射出点を第1の共役点とし、前記第1の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第2の共役点とし、前記補正レンズから前記第2の共役点までの距離をBとし、前記第1のレンズの焦点距離をfとし、前記補正レンズと前記第1のレンズとの距離をXとすると、
前記Xが、
B−f≦X≦B+3f、
を満たすことを特徴とするレーザ光照射装置。
In claim 5,
The emission point of the laser oscillator is a first conjugate point, the point at which the image of the first conjugate point is imaged through the correction lens is the second conjugate point, and the second conjugate point is the second conjugate point. If the distance to the conjugate point is B, the focal length of the first lens is f, and the distance between the correction lens and the first lens is X,
X is
B−f ≦ X ≦ B + 3f,
The laser beam irradiation apparatus characterized by satisfy | filling.
請求項5において、
前記レーザ発振器の射出点を第1の共役点とし、前記第1の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第2の共役点とし、前記補正レンズから前記第2の共役点までの距離をBとし、前記第1のレンズの焦点距離をfとし、前記補正レンズと前記第1のレンズの距離をXとすると、
前記Xが、
X=B+f、
であることを特徴とするレーザ光照射装置。
In claim 5,
The emission point of the laser oscillator is a first conjugate point, the point at which the image of the first conjugate point is imaged through the correction lens is the second conjugate point, and the second conjugate point is the second conjugate point. If the distance to the conjugate point is B, the focal length of the first lens is f, and the distance between the correction lens and the first lens is X,
X is
X = B + f,
A laser beam irradiation apparatus characterized by the above.
請求項1乃至7のいずれか一において、
前記レーザ発振器と前記第1のレンズとの距離が、0.5m以上であることを特徴とするレーザ光照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
A laser beam irradiation apparatus, wherein a distance between the laser oscillator and the first lens is 0.5 m or more.
請求項1乃至8のいずれか一において、
前記第3のレンズは凸レンズであることを特徴とするレーザ光照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 8,
The laser light irradiation apparatus, wherein the third lens is a convex lens.
請求項1乃至9のいずれか一において、
前記補正レンズは、凸レンズであることを特徴とするレーザ光照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 9,
The laser light irradiation apparatus, wherein the correction lens is a convex lens.
請求項1乃至10のいずれか一において、
前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザ光を入射させる回折光学素子が配置されることを特徴とするレーザ光照射装置。
In any one of Claims 1 thru | or 10,
2. A laser light irradiation apparatus, comprising: a diffractive optical element that makes the laser light incident through the beam expander optical system incident thereon.
レーザ発振器からレーザ光を射出し、
前記レーザ光を補正レンズに入射し、
前記補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズに順に入射させる際、
前記第1のレンズは凹レンズであり、
前記第2のレンズは、前記第1のレンズとの間隔を変える方向に移動して、前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、
前記第3のレンズは前記第2のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とし、
前記レーザ発振器の射出点を第1の共役点とし、前記第1の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第2の共役点とし、前記補正レンズから前記第2の共役点までの距離をBとし、前記第1のレンズの焦点距離をfとし、前記補正レンズと前記第1のレンズとの距離をXとすると、
前記Xが、B−3|f|≦X≦B+|f|、
を満たすように前記レーザ発振器、前記補正レンズおよび前記第1のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴とするレーザ光の照射方法。
Laser light is emitted from the laser oscillator,
The laser light is incident on the correction lens,
When the laser light emitted from the correction lens is sequentially incident on the first lens, the second lens, and the third lens of the beam expander optical system having a zoom function,
The first lens is a concave lens;
The second lens moves in a direction to change the distance from the first lens, and enlarges or reduces the beam diameter of the laser light,
The third lens works in conjunction with the second lens to make the laser light parallel light,
The emission point of the laser oscillator is a first conjugate point, the point at which the image of the first conjugate point is imaged through the correction lens is the second conjugate point, and the second conjugate point is the second conjugate point. If the distance to the conjugate point is B, the focal length of the first lens is f, and the distance between the correction lens and the first lens is X,
X is B-3 | f | ≦ X ≦ B + | f |,
The laser light irradiation method, wherein the laser oscillator, the correction lens, and the first lens are disposed so as to satisfy the above-described conditions, and laser light is irradiated.
レーザ発振器からレーザ光を射出し、
前記レーザ光を補正レンズに入射し、
前記補正レンズから射出したレーザ光を、ズーム機能を具備するビームエキスパンダー光学系の第1のレンズ、第2のレンズ、第3のレンズに順に入射させる際、
前記第1のレンズは凸レンズであり、
前記第2のレンズは、前記第1のレンズとの間隔を変える方向に移動して、前記レーザ光のビーム径を拡大、または縮小し、
前記第3のレンズは前記第2のレンズと連動して、前記レーザ光を平行光とし、
前記レーザ発振器の射出点を第1の共役点とし、前記第1の共役点の像が前記補正レンズを介して結像される点を第2の共役点とし、前記補正レンズから前記第2の共役点までの距離をBとし、前記第1のレンズの焦点距離をfとし、前記補正レンズと前記第1のレンズとの距離をXとすると、
前記Xが、B−f≦X≦B+3f、
を満たすように前記レーザ発振器、前記補正レンズおよび前記第1のレンズを配置してレーザ光を照射することを特徴とするレーザ光の照射方法。
Laser light is emitted from the laser oscillator,
The laser light is incident on the correction lens,
When the laser light emitted from the correction lens is sequentially incident on the first lens, the second lens, and the third lens of the beam expander optical system having a zoom function,
The first lens is a convex lens;
The second lens moves in a direction to change the distance from the first lens, and enlarges or reduces the beam diameter of the laser light,
The third lens works in conjunction with the second lens to make the laser light parallel light,
The emission point of the laser oscillator is a first conjugate point, the point at which the image of the first conjugate point is imaged through the correction lens is the second conjugate point, and the second conjugate point is the second conjugate point. If the distance to the conjugate point is B, the focal length of the first lens is f, and the distance between the correction lens and the first lens is X,
X is B−f ≦ X ≦ B + 3f,
The laser light irradiation method, wherein the laser oscillator, the correction lens, and the first lens are disposed so as to satisfy the above-described conditions, and laser light is irradiated.
請求項12または13において、
前記レーザ発振器と、前記第1のレンズとの距離を0.5m以上離してレーザ光を照射することを特徴とするレーザ光の照射方法。
In claim 12 or 13,
A laser light irradiation method comprising irradiating a laser beam with a distance of 0.5 m or more between the laser oscillator and the first lens.
請求項12乃至14のいずれか一において、
前記第3のレンズは凸レンズであることを特徴とするレーザ光の照射方法。
In any one of Claims 12 thru | or 14,
The method of irradiating laser light, wherein the third lens is a convex lens.
請求項12乃至15のいずれか一において、
前記補正レンズは凸レンズであることを特徴とするレーザ光の照射方法。
In any one of Claims 12 thru | or 15,
The method for irradiating laser light, wherein the correction lens is a convex lens.
請求項12乃至16のいずれか一において、
前記ビームエキスパンダー光学系を通った前記レーザ光を回折光学素子に入射させることを特徴とするレーザ光の照射方法。
In any one of Claims 12 thru | or 16,
A laser light irradiation method, wherein the laser light that has passed through the beam expander optical system is incident on a diffractive optical element.
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