JP2018195676A - レーザアニール装置及びレーザアニール方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザアニール装置において、ホモジナイザにより干渉ムラを抑制する。
【解決手段】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、シリンドリカルレンズと、ラインビームの照射対象との間の光路上に設けられ、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発生し得るラインビームによる干渉ムラを低減するための投影マスクと、を備える。
【選択図】図１

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。

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。

特開２０１２−１８２３４８号公報

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。

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。

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、シリンドリカルレンズと、ラインビームの照射対象との間の光路上に設けられ、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発生し得るラインビームによる干渉ムラを低減するための投影マスクと、を備えるレーザアニール装置。

上記レーザアニール装置において、投影マスクは、干渉ムラによるラインビームの強度に応じた透過率を有することとしてもよい。

また、上記レーザアニール装置において、投影マスクは、干渉ムラにより強度の強いラインビームが通過する箇所の透過率を低くし、強度の弱いラインビームが通過する箇所の透過率を高くした透過率を有することとしてもよい。

また、上記レーザアニール装置において、投影マスクは、クロムまたはクロム合金から成ることとしてもよい。

また、上記レーザアニール装置において、投影マスクは、シリンドリカルレンズから照射対象までの光路上であって、ラインビームが投影マスクを損傷させない距離だけシリンドリカルレンズから離間して設けられていることとしてもよい。

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、シリンドリカルレンズと、ラインビームの照射対象との間の光路上に設けられた投影マスクにより、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発生し得るラインビームによる干渉ムラを低減する低減ステップと、を含む。

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、レーザ光の強度に応じた投影マスクを用いることで、抑制することができる。

（ａ）は、レーザアニール装置の平面図であり、（ｂ）は、レーザアニール装置の側面図である。 パネルに形成される干渉ムラを説明するための図である。 投影マスクの構成例を説明する図である。 投影マスクを通したレーザアニールの様子を示す図である。 （ａ）は、パネルに対するレーザのエネルギー強度と、投影マスクによる透過率の関係を示す図である。（ｂ）は、投影マスクを通したエネルギー分布を示す図である。 レーザアニール装置の動作を示すフローチャートである。

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。

＜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。

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、シリンドリカルレンズ１１３とラインビームの照射対象（パネル）２００との間の光路上に設けられ、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発生し得る干渉ムラを低減するための投影マスク１１４と、を備える。

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。

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。

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。

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。

投影マスク１１４は、シリンドリカルレンズ１１３から出力されたラインビーム２０４をマスキングして、エネルギー分布を均一にしたラインビーム２０５を出力する。投影マスク１１４の詳細については後述する。

ミラー１１５は、投影マスク１１４を通過したラインビーム２０５を、照射対象のパネル２００に向けて反射する鏡体である。

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２０５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。

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。

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。

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、投影マスク１１４、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。

＜投影マスク１１４の構成＞
ここで、投影マスク１１４について詳細に説明する。投影マスク１１４の説明にあたって、まず、投影マスク１１４を、ホモジナイザ１１１を通過させたレーザ光を通過させなかった場合に、パネル２００に発生し得る干渉ムラについて説明する。

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。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。

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。この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。

そこで、レーザアニール装置１００において、投影マスク１１４には、図２下段のラインビームのエネルギー分布例に鑑みて、図３の下段に示すように透過率を有するものを用いる。より具体的には、投影マスク１１４は、ラインビームのエネルギー強度の高い箇所の透過率が低く、ラインビームのエネルギー強度の低い箇所の透過率が高くなるように構成される。そして、図４に示すように、投影マスク１１４の透過率の高い箇所が、投影マスク１１４を通さない場合にラインビームのエネルギー分布が高い箇所が対応し、投影マスク１１４の透過率の低い箇所が、投影マスク１１４を通さない場合にラインビームのエネルギー分布が低くなる箇所が対応するように設けられる。

投影マスク１１４は、例えば、石英ガラスなどの基板に、クロムなどレーザを遮蔽する性質を有する材質を成膜することにより生成することができる。投影マスク１１４においては、石英ガラスに、透過率の高い箇所には少量のクロムを成膜し、透過率の低い箇所には多量のクロムを成膜する。投影マスク１１４は、例えば、２μｍ×２μｍのクロムを、所定範囲内（例えば、１０μｍ×１０μｍ）の透過率が設定した透過率になるように、略ランダムに成膜する。例えば、透過率を８０％としたときには、１０μｍ×１０μｍの範囲内に、５個のクロムのドットが形成された投影マスク１１４が形成される。

したがって、図５（ａ）に示すように、ホモジナイザ１１１を経由して生成されるラインビームのエネルギー分布の強弱を打ち消すように、透過率が設定された投影マスク１１４を通過させることで、図５（ｂ）に示すように、パネル２００に達するラインビームのエネルギー強度がほぼ均一（平らか）になったラインビームによりパネル２００をポリシリコン化する（アニールする）ことができる。よって、レーザアニール装置１００において投影マスク１１４を用いることにより、パネル２００上に干渉縞が形成されることを抑制することができる。

なお、投影マスク１１４は、シリンドリカルレンズ１１３の後段であって、光源１０１から発振されたレーザにより投影マスク１１４が損傷しない程度に光源１０１から離された位置に配される。ここでは、シリンドリカルレンズ１１３の後段としているが、これは、ホモジナイザ１１１の後段、即ち、干渉が発生した後の光路上のどこかに配されればよい。投影マスク１１４は、シリンドリカルレンズ１１３から、パネル２００までの光路の間であって、上述の条件を満たせば、どこに配してもよい。シリンドリカルレンズ１１３に近い方に配した場合に、レーザ光がラインビームとして、拡散する前の位置に配することができるので、投影マスク１１４を小さいサイズで作成することができる。よって、投影マスク１１４の作成のコストを抑制することができる。一方で、投影マスク１１４をパネル２００に近い位置に配した場合には、投影マスク１１４をシリンドリカルレンズ１１３に近い位置に配した場合よりも、より精度の高いマスキングを行うことができる。

＜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。

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Ｓ６０１）。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。

次にオペレータは、干渉ムラの発生分布に応じた投影マスク１１４をマスク生成装置などにより生成する（ステップＳ６０２）。

オペレータは、ステップＳ６０２において生成した投影マスク１１４をレーザアニール装置１００のシリンドリカルレンズ１１３の後段（ホモジナイザ１１１の後段）であって、パネル２００の前段の光路上に配置する（ステップＳ６０３）。

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Ｓ６０４）。

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。

なお、ステップＳ６０１、Ｓ６０２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。

＜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、ラインビームのエネルギー分布の高い箇所が、投影マスク１１４の透過率が低い箇所を通過するように、ラインビームのエネルギー分布の低い箇所が、投影マスク１１４の透過率が高い箇所を通過するように構成された投影マスク１１４を用いることで、ホモジナイザによる干渉縞がない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。

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、構成した投影マスク１１４を用いて、ホモジナイザを通過した干渉のあるラインビームをマスキングして、干渉縞が発生することを抑制するという発明をするに至った。

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、結果的にホモジナイザ１１１により干渉が発生しているビームを、投影マスク１１４により当該干渉を低減する構成になって、パネル２００にラインビームが照射されれば、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。

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
１１４ 投影マスク
１１５ ミラー
１１６ シリンドリカルレンズ
２００ パネル
３００ ステージ

Claims (6)

1. レーザ光を発生させる光源と、
   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、
   前記シリンドリカルレンズと、前記ラインビームの照射対象との間の光路上に設けられ、前記ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により前記照射対象に発生し得る干渉ムラを低減するための投影マスクと、
   を備えるレーザアニール装置。
2. 前記投影マスクは、前記干渉ムラによる前記ラインビームの強度に応じた透過率を有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。
3. 前記投影マスクは、前記干渉ムラにより強度の強いラインビームが通過する箇所の透過率を低くし、強度の弱いラインビームが通過する箇所の透過率を高くした透過率を有することを特徴とする請求項２に記載のレーザアニール装置。
4. 前記投影マスクは、クロムまたはクロム合金から成ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
5. 前記投影マスクは、前記シリンドリカルレンズから前記照射対象までの光路上であって、前記ラインビームが前記投影マスクを損傷させない距離だけ前記シリンドリカルレンズから離間して設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
6. 光源からレーザ光を照射する照射ステップと、
   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、
   前記シリンドリカルレンズと、前記ラインビームの照射対象との間の光路上に設けられた投影マスクにより、前記ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により前記照射対象に発生し得る前記ラインビームによる干渉ムラを低減する低減ステップと、
   を含むレーザアニール方法。

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