JP2018195675A - Laser annealing apparatus and laser annealing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザにより基板をアニールするレーザアニール装置に関する。 The present invention relates to a laser annealing apparatus for annealing a substrate with a laser.
従来、シリコン基板のアモルファスシリコンをポリシリコン化する技術として、レーザアニール技術が知られている。レーザアニールは、一般に、シリコン膜を、レーザを照射して低温で加熱し、ポリシリコン化する技術であり、液晶パネル等の基板の生成技術として知られている。特許文献1には、そのようなレーザアニール技術の一例が開示されている。 Conventionally, a laser annealing technique is known as a technique for converting amorphous silicon of a silicon substrate into polysilicon. Laser annealing is generally a technique for forming a polysilicon film by heating a silicon film at a low temperature by irradiation with a laser, and is known as a technique for producing a substrate such as a liquid crystal panel. Patent Document 1 discloses an example of such a laser annealing technique.
ところで、このようなレーザアニールにおいては、レーザを発信する光源から発振されたレーザの強度分布を、ホモジナイザにより均一化したうえで、ビームを形成して、アニールを行うことが知られている。当該ホモジナイザは、例えば、フライアイレンズにより構成されているが、このフライアイレンズを構成する複数のレンズ各々を通過した干渉性の高いレーザが互いに干渉しあうため、結果的に基板に干渉ムラを生成するという問題がある。基板上にこのような干渉ムラが形成されることが、好ましくないことは言うまでもない。 By the way, in such laser annealing, it is known that the intensity distribution of a laser oscillated from a light source that emits a laser is made uniform by a homogenizer, and then a beam is formed to perform annealing. The homogenizer is composed of, for example, a fly-eye lens, but highly coherent lasers that have passed through each of the plurality of lenses constituting the fly-eye lens interfere with each other, resulting in interference unevenness on the substrate. There is a problem of generating. Needless to say, it is not preferable that such interference unevenness is formed on the substrate.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、ホモジナイザを通したレーザの干渉による干渉ムラを低減することができるレーザアニール装置及びその方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laser annealing apparatus and method that can reduce interference unevenness due to laser interference through a homogenizer.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザアニール装置は、レーザ光を発生させる光源と、光源から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザと、ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズと、コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズと、を備え、ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で照射対象にラインビームを照射する。 In order to solve the above problems, a laser annealing apparatus according to an aspect of the present invention includes a light source that generates laser light, a homogenizer that makes the intensity distribution of laser light emitted from the light source substantially uniform, and an intensity distribution using the homogenizer. A condenser lens that condenses the laser light that has been made uniform and a cylindrical lens that converts the laser light condensed by the condenser lens into a line beam, and is formed on the object to be irradiated by the interference of the laser light that has passed through the homogenizer The irradiation target is irradiated with the line beam in a state where the scanning direction is inclined by a predetermined angle with respect to the interference fringes that can be performed.
また、上記レーザアニール装置において、所定角度が形成されるように、ホモジナイザを所定角度だけ回転させた状態で、光源からのレーザ光を集光して、強度分布を略均一にすることとしてもよい。 In the laser annealing apparatus, the intensity distribution may be made substantially uniform by condensing the laser light from the light source with the homogenizer rotated by a predetermined angle so that a predetermined angle is formed. .
また、上記レーザアニール装置において、さらに、照射対象を載置するための載置台と、載置台をスキャン方向に駆動させる駆動部とを備え、所定角度傾けた状態で照射対象を載置台に載置してラインビームを照射することとしてもよい。 The laser annealing apparatus further includes a mounting table for mounting the irradiation target and a drive unit that drives the mounting table in the scanning direction, and the irradiation target is mounted on the mounting table in a state inclined at a predetermined angle. Then, the line beam may be irradiated.
また、上記レーザアニール装置において、所定角度は、ラインビームの干渉縞において、第1の縞の開始端と、第1の縞に隣接する第2の縞の終端とが、スキャン方向において一致する角度であることとしてもよい。 In the laser annealing apparatus, the predetermined angle is an angle at which the start end of the first stripe and the end of the second stripe adjacent to the first stripe coincide with each other in the scanning direction in the interference fringe of the line beam. It is good also as being.
また、本発明の一態様に係るレーザアニール方法は、光源からレーザ光を照射する照射ステップと、光源から照射されたレーザ光の強度分布をホモジナイザにより略均一にする均一化ステップと、ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光をコンデンサレンズにより集光する集光ステップと、コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をシリンドリカルレンズによりラインビームに変換する変換ステップと、ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で照射対象にラインビームを照射するアニールステップとを含む。 The laser annealing method according to one embodiment of the present invention includes an irradiation step of irradiating a laser beam from a light source, a uniformizing step of making the intensity distribution of the laser beam irradiated from the light source substantially uniform by a homogenizer, and an intensity by the homogenizer. Condensing step of condensing laser light with uniform distribution by condenser lens, conversion step of converting laser light condensed by condenser lens into line beam by cylindrical lens, and interference of laser light passing through homogenizer An annealing step of irradiating the irradiation target with a line beam in a state where the scanning direction is inclined by a predetermined angle with respect to the interference fringes that can be formed on the irradiation target.
本発明の一態様に係るレーザアニール装置は、ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により発生し得る干渉ムラを、ラインビームにより発生する干渉縞をスキャン方向に対して傾けることにより、ラインビームのエネルギーの積算値が略均一になるようにすることができる。したがって、レーザアニール装置は、ホモジナイザによるレーザ光の干渉による干渉ムラの発生を抑制することができる。 In the laser annealing apparatus according to one embodiment of the present invention, interference unevenness that may be generated by interference of laser light that has passed through a homogenizer is tilted with respect to the scanning direction, so that interference fringes generated by the line beam are tilted. The integrated value can be made substantially uniform. Therefore, the laser annealing apparatus can suppress the occurrence of interference unevenness due to the interference of laser light by the homogenizer.
本発明に係るレーザアニール装置について、図面を参照しながら、詳細に説明する。 The laser annealing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<実施の形態>
<構成>
図1は、レーザアニール装置100の構成を示す図であり、(a)は、レーザアニール装置100を上面から見た平面図であり、(b)は、レーザアニール装置100を側面から見た側面図である。
<Embodiment>
<Configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser annealing
レーザアニール装置100は、レーザ光を発生させる光源101と、光源から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザ111と、ホモジナイザ111により強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズ112と、コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズ113と、を備え、ホモジナイザ111を通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で照射対象(パネル)200にラインビームを照射する。
The laser annealing
光源101は、レーザアニールのためのレーザ光を照射するための光源であり、例えば、UVパルスレーザを発振するレーザ発振器である。
The
ホモジナイザ111は、光源101から発振されたレーザ光201の強度分布を略均一にする。ホモジナイザ111は、例えば、互いに対向した2枚のフライアイレンズにより実現することができる。ホモジナイザ111を通過したレーザ光202は、ホモジナイザを構成する複数のレンズを通過した各レーザ光が互いに干渉しあうため、完全には、その強度分布が均一にはならない。ホモジナイザ111は、他には、非球面レンズや回析光学素子を用いることもある。本実施の形態においては、ホモジナイザ111は、フライアイレンズを通したレーザ光202の干渉性により発生する干渉縞が、対象のパネル200に対して、所定角度傾いた状態となるように、当該所定角度だけ回転させた状態でアニールを行う。ホモジナイザ111の更なる詳細については、後述する。
The
コンデンサレンズ112は、ホモジナイザ111を通過して、強度分布が略均一になったレーザ光202を、集光する。
The
シリンドリカルレンズ113は、コンデンサレンズ112により集光されたレーザ光203を、ラインビームに変換する。
The
ミラー115は、シリンドリカルレンズ113を通過したラインビーム204を、照射対象のパネル200に向けて反射する鏡体である。
The
シリンドリカルレンズ116は、ミラー115により反射されたラインビーム204を、照射対象であるパネル200に照射するのに適した幅のラインビームに変換する。
The
照射対象であるパネル200は、シリコン膜が形成された基板であり、ステージ300の上に載置される。
The
ステージ300は、レーザアニールの対象となるパネル200を載置するための載置台である。ステージ300は、図示しない駆動装置により駆動する。これにより、パネル200が移動し、パネル200の表面がポリシリコン化される。図1(b)の例では、ステージ300は、光源101の方に向かって移動する。当該移動方向をスキャン方向と呼称することもある。
The
また、ホモジナイザ111、コンデンサレンズ112、シリンドリカルレンズ113、ミラー115、シリンドリカルレンズ116と、を併せて、均一ラインビーム光学系110とする。
Further, the
ここで、ホモジナイザ111を通過させたレーザ光をそのままパネル200に照射した場合に、パネル200に発生し得る干渉ムラについて説明する。
Here, interference unevenness that may occur in the
光源101から発振されたレーザ光201は、ホモジナイザ111により、その強度分布が略均一にされる。しかしながら、レーザ光201は、ホモジナイザ111を構成する複数のレンズ各々を通過したレーザが互いに干渉しあい、レーザ光202は、完全には強度分布が均一にならない。そのため、このレーザ光202をそのままラインビームに変換して、レーザアニールを行った場合、図2のパネル200に示すように、干渉ムラ(干渉縞)のあるポリシリコン膜が形成されることになる。
The intensity distribution of the
図2の上段には、干渉縞が形成されたパネル200の一例を示しており、下段には、そのときのラインビームのエネルギー強度分布を示している。図2下段のグラフに示されるように、ラインビームは略周期的なエネルギー強度分布を有する。レーザアニール装置100は、ラインビームを、図2上段に示すy方向に20μm幅の単位でショットすることでアニールを行うが、図2下段に示すラインビームのx方向におけるエネルギー分布の強弱のため、パネル200には、干渉縞が形成されることになる。なお、図2のx方向、y方向は、図1に示すx方向とy方向と同じ方向を示している。即ち、パネル200には、スキャン方向と同方向の干渉縞が形成される。
The upper part of FIG. 2 shows an example of the
そこで、本実施の形態においては、図3(b)に示すように、ホモジナイザ111を所定角度だけ回転させた状態で固定し、光源101からのレーザ光201を入射させる。以下、図3(a)と比較しながら説明する。
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3B, the
図3(a)は、左から、ホモジナイザ111の光源101に対向しているときの状態と(左段)、ホモジナイザ111を回転させない状態でレーザアニールを実行した場合に発生するパネル200における干渉ムラの状態(中段)と、その時のラインビームのエネルギー分布(右段)を示している。
FIG. 3A shows from the left the state when facing the
図3(a)の左段に示すように、ホモジナイザ111をスキャン方向に対して傾けずにアニールを行った場合には、図3(a)の中段に示すように、パネル200には、スキャン方向に対して干渉縞が発生する。これは、図3(a)の右段に示すように、同じ状態のエネルギー分布のラインビームが、スキャン方向に沿って一様に照射されるためである。
When annealing is performed without tilting the
そこで、本実施の形態に係るレーザアニール装置100においては、図3(b)に示すように、ホモジナイザ111を所定角度(n°)だけ回転させた状態で、均一ラインビーム光学系110に設ける。そうすると、図3(b)の中段に示すように、パネル200には、干渉縞が斜めになるような感じでスキャンが実行されることになる。その結果、図3(b)の右段のエネルギー分布のグラフに示すように、パネルの一ラインあたりのエネルギーが積算されて、波線310に示すように、エネルギー分布がほぼ均一になるようにレーザアニールを実行できる。その結果、レーザアニール装置100は、ホモジナイザ111を通過したレーザ光による干渉縞の発生を抑制しながら、レーザアニールを実行することができる。
Therefore, in the
<動作>
ここから、レーザアニール装置100によるアニールの動作について説明する。図4は、その動作を示すフローチャートである。
<Operation>
From here, the annealing operation by the
まず、オペレータは、光源101、均一ラインビーム光学系の条件をシミュレータに入力して、パネル200上において、干渉ムラが発生する発生分布を算出する(ステップS401)。当該特定は、ラインビームのエネルギー分布を特定することと同義である。なお、光源101、均一ラインビーム光学系の条件とは、光源101から発振されるレーザの周波数や強度、光学系を構成する各種レンズの配置位置や曲率、特性などのことをいう。なお、ここでは、シミュレータにより、干渉ムラが発生する箇所を特定することとしているが、実際にアニールを行った、干渉ムラが発生する箇所を特定することとしてもよい。
First, the operator inputs the conditions of the
オペレータは、算出した発生分布に応じて、ホモジナイザ111を所定角度(n°)だけ回転させる(ステップS402)。当該所定角度の詳細については、後述する。
The operator rotates the
そして、オペレータは、レーザアニール装置100を駆動して、光源101からレーザを照射させる。レーザアニール装置100は、駆動装置を駆動して、ステージ300を移動させながら、レーザアニールを実行する(ステップS403)。
Then, the operator drives the
これにより、レーザアニール装置100は、干渉ムラのないアモルファスシリコンがポリシリコン化されたパネル200を提供することができる。
Thereby, the
なお、ステップS401、S402の処理は、レーザアニール装置100の動作ではなく、レーザアニールのための準備処理であり、レーザアニール装置100を利用するオペレータ及びオペレータが利用するシミュレータ、投影マスク114を生成する生成装置による処理である。
Note that the processing in steps S401 and S402 is not an operation of the
<ホモジナイザの回転角>
パネル200上に干渉ムラが発生しないようにするためには、パネル200に対して照射されるラインビームによるエネルギーの積算値は、なるべく一様になることが好ましい。したがって、ホモジナイザ111を回転させる所定角度は、斜めになっている干渉縞の一つが、隣接する他の干渉縞の一つと、端部が互いに重複しあうようになっていることが好ましい。
<Rotation angle of homogenizer>
In order to prevent interference unevenness from occurring on the
図5は、干渉縞の傾きとその傾きに応じたレーザアニールを行った場合に発生する干渉ムラの抑制効果の高低を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating the inclination of interference fringes and the level of the effect of suppressing interference unevenness that occurs when laser annealing is performed according to the inclination.
図5の上段には、ホモジナイザ111を回転させない状態でレーザアニールを行う例を示しており、この場合には、図3(a)のエネルギー分布に示すように、パネル200に対しては、エネルギー分布の変動が一様なラインビームが照射されるため、図5の上段にしめすような干渉縞が発生する。
The upper part of FIG. 5 shows an example in which laser annealing is performed without rotating the
しかし、図5の中段や下段に示すように、ホモジナイザ111を回転させた状態でレーザアニールを行う場合には、図3(b)に示すように、エネルギー分布が積算されることになるので、パネル200全体に対して照射されるラインビームのエネルギーは結果的に一様になる。その結果、干渉ムラの発生を抑制することができる。
However, as shown in the middle and lower stages of FIG. 5, when laser annealing is performed with the
なお、図5の中段に示すように、斜めにした干渉縞と干渉縞との間の距離h1やh2が0になるようにすることが好ましい。すなわち、第1の干渉縞のスキャン方向における始端側であって、第2の干渉縞に近い方の端部と、第2の干渉縞のスキャン方向における終端側であって、第1の干渉縞に近い方の端部とがスキャン方向と並行な同一直線状に位置するようにホモジナイザ111を回転させることが望ましい。これにより、パネル200全体に対して結果的に照射されるラインビームのエネルギー分布を一様にすることができ、干渉ムラの発生を抑制することができる。なお、このとき、エネルギーが所定以上高い領域の端部間の距離が0になるようにしてもよい。
As shown in the middle part of FIG. 5, it is preferable that the distances h1 and h2 between the oblique interference fringes are set to zero. That is, the first interference fringe is at the start end side in the scanning direction of the first interference fringe and at the end portion closer to the second interference fringe and at the end side in the scanning direction of the second interference fringe. It is desirable to rotate the
なお、ここでは、ホモジナイザ111を所定角度だけ回転させることで、干渉縞をスキャン方向に対して所定角度傾けた状態にする構成を実現しているが、これは、パネル200をラインビームに対して傾けた状態でスキャンすることによっても同様の効果を得ることができる。即ち、図6に示すように、ステージ300上にパネル200を斜めに載置して、レーザアニール装置100が、同図に示すスキャン方向にステージ300を駆動することとしてもよい。
In this case, the configuration in which the interference fringes are tilted by a predetermined angle with respect to the scanning direction is realized by rotating the
<まとめ>
上述したように、本発明に係るレーザアニール装置100によれば、ホモジナイザ111を所定以上回転、あるいは、パネル200をステージ300に載置する際に斜めにすることで、パネル200に照射されるラインビームを斜めにすることができる。その結果、ラインビームのエネルギーの積算値が、パネル200に照射されてアニールが行われることになるので、干渉ムラを抑制して、アモルファスシリコンをポリシリコン化することができる。
<Summary>
As described above, according to the
レーザアニールにおいて、従来では、低速のレーザ(例えば、600Hz程度)を用いてホモジナイザを含む光学系を移動させることで、上述の干渉縞を抑制するようにしていた。しかしながら、今後より高速のラインビームをショット(例えば、6kHz程度)してアニールする場合には、光学系を移動させることによる干渉縞の抑制は限界があることを発明者らは知見した。そこで、発明者らは、上記実施形態に示すように、干渉縞が発生しないように、ラインビームをパネル200に対して斜めにする(発生し得る干渉縞を斜めにする)ことで、ラインビームのエネルギーを積算させて、パネル200全体に照射されるエネルギーを一様にして、干渉ムラを抑制するという発明をするに至った。
Conventionally, in laser annealing, the above-described interference fringes are suppressed by moving an optical system including a homogenizer using a low-speed laser (for example, about 600 Hz). However, the inventors have found that there is a limit to the suppression of interference fringes by moving the optical system when annealing is performed by shooting a higher-speed line beam (for example, about 6 kHz). Therefore, as shown in the above-described embodiment, the inventors make the line beam oblique with respect to the
なお、本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、均一ラインビーム光学系110において、結果的に干渉縞がパネル200に対して斜めになるようにラインビームが照射されていれば、光学系を構成する部品の配置は前後することとしてもよい。
Although the present invention has been described based on the drawings and embodiments, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure. Therefore, it should be noted that these variations and modifications are included in the scope of the present invention. For example, in the uniform line beam
100 レーザアニール装置
101 UVパルスレーザ照射装置
110 均一ラインビーム光学系
111 ホモジナイザ
112 コンデンサレンズ
113 シリンドリカルレンズ
115 ミラー
116 シリンドリカルレンズ
200 パネル
300 ステージ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光源から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザと、
前記ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズと、を備え、
前記ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で前記照射対象に前記ラインビームを照射するレーザアニール装置。 A light source for generating laser light;
A homogenizer that makes the intensity distribution of the laser light emitted from the light source substantially uniform;
A condenser lens for condensing the laser light whose intensity distribution is made uniform by the homogenizer;
A cylindrical lens that converts the laser beam condensed by the condenser lens into a line beam,
A laser annealing apparatus that irradiates the irradiation target with the line beam in a state where a scanning direction is inclined by a predetermined angle with respect to an interference fringe that can be formed on the irradiation target by interference of laser light that has passed through the homogenizer.
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザアニール装置。 The intensity distribution is substantially uniform by condensing the laser light from the light source in a state where the homogenizer is rotated by a predetermined angle so that the predetermined angle is formed. The laser annealing apparatus as described.
前記照射対象を載置するための載置台と、
前記載置台を前記スキャン方向に駆動させる駆動部とを備え、
前記所定角度傾けた状態で前記照射対象を前記載置台に載置して前記ラインビームを照射する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザアニール装置。 The laser annealing apparatus further includes:
A mounting table for mounting the irradiation object;
A driving unit that drives the mounting table in the scanning direction;
2. The laser annealing apparatus according to claim 1, wherein the irradiation target is placed on the mounting table while being tilted at the predetermined angle, and the line beam is irradiated.
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 In the line beam interference fringes, the predetermined angle is an angle at which a first fringe start end and a second fringe end adjacent to the first fringe coincide in the scan direction. The laser annealing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the apparatus is a laser annealing apparatus.
前記光源から照射されたレーザ光の強度分布をホモジナイザにより略均一にする均一化ステップと、
前記ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光をコンデンサレンズにより集光する集光ステップと、
前記コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をシリンドリカルレンズによりラインビームに変換する変換ステップと、
前記ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で前記照射対象に前記ラインビームを照射するアニールステップと
を含むレーザアニール方法。 An irradiation step of irradiating a laser beam from a light source;
A homogenizing step of making the intensity distribution of the laser light emitted from the light source substantially uniform by a homogenizer;
A condensing step of condensing the laser light having a uniform intensity distribution by the homogenizer with a condenser lens;
A conversion step of converting the laser light collected by the condenser lens into a line beam by a cylindrical lens;
An annealing step of irradiating the irradiation target with the line beam in a state where a scanning direction is inclined by a predetermined angle with respect to interference fringes that can be formed on the irradiation target by interference of laser light that has passed through the homogenizer.
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