JP2020098824A - レーザアニール装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】レーザ光の光伝搬ロスが小さく、被処理基板へのレーザ照射条件の制御性がよく、大幅な低コスト化を達成できる、半導体レーザを光源とするレーザアニール装置を提供すること。【解決手段】レーザビームを出射する半導体レーザを備える光源部と、光入射面と当該光入射面に対向する光出射面とを有し、光入射面に半導体レーザから直接出射されたレーザビームが入射され、光出射面から均一化されたレーザビームを出射する均一化素子と、この均一化素子の光出射面を被処理基板の表面へ投影する出射側結像系と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、レーザアニール装置に関する。
に関する。
に関する。
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ:Organic Electroluminescence Display）などの薄型ディスプレイ（ＦＰＤ：Flat Panel Display）をアクティブ駆動するためのスイッチング素子として用いられている。薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）の半導体層の材料としては、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：amorphous Silicon）や、多結晶シリコン（Ｐ−Ｓｉ：Polycrystalline Silicon）などが用いられている。
非晶質シリコンは、電子の動き易さの指標である移動度が低い。このため、非晶質シリコンでは、さらに高密度・高精細化が進むＦＰＤで要求される高移動度の要求には対応しきれない。そこで、ＦＰＤにおけるスイッチング素子としては、非晶質シリコンよりも移動度が大幅に高い多結晶シリコンでチャネル層を形成することが好ましい。多結晶シリコン膜を形成する方法としては、エキシマレーザを使ったエキシマレーザアニール（ＥＬＡ:Excimer Laser Annealing）装置で、非晶質シリコン膜にレーザ光を照射し、非晶質シリコンを再結晶化させて多結晶シリコンを形成する方法がある。
エキシマレーザアニール（以下、ＥＬＡという）装置は特殊なガスを使ったガスレーザであり、設備コストならびに維持コストが高いという問題がある。また、ＥＬＡ装置は、発生出力が強く、レーザ光の位相のそろい具合（コヒーレンス）や出力を一定の状態に保つことが難しいとう問題がある。ガラス基板（歪点：約６００℃）を用いたＦＰＤの製造では、ガラス基板に影響を与えるような高温の処理を行うことができない。そこで、ＦＰＤの製造においてＥＬＡ装置を用いる場合は、パルスレーザを用いている。
近年、半導体励起固体レーザ（ＤＰＳＳ：Diode Pumped Solid State）を利用したレーザ照明装置が提案されている（特許文献１参照）。このレーザ照明装置では、光源モジュールと、第一の光ファイバと、第二の伝送系としての光ファイバアレイと、第二の光学系と、均一化要素と、が順次配置されている。上記光源モジュールは、多数のエミッタを有する光源ユニットと、第一のカップリング光学系と、を備える。この光源モジュールは、光源ユニットからのレーザ発振光を第一のカップリング光学系を介して第一の光ファイバに導く構成になっている。
上記光源ユニットは、半導体レーザとレーザ媒質（レーザ結晶）と非線形材料（非線形結晶）とでなる半導体励起固体レーザを多数備えている。この光源ユニットでは、半導体レーザより出力された励起光でレーザ媒質を励起して基本波を形成し、この基本波を非線形材料で波長変換した光を、第一のカップリング光学系へ出射する構成になっている。第一のカップリング光学系から第一の光ファイバに導かれたレーザ光は、第二の光ファイバアレイに導かれる。第二の光ファイバアレイから出射された複数のビームのレーザ光は、第二の光学系によって均一化素子に導かれて均一化される。均一化素子から出射したビーム状のレーザ光は、第三の光学系で成形されて被処理物の表面に照射される構成になっている。
しかしながら、上述の半導体励起固体レーザを用いたレーザ照明装置では、多くの光ファイバなどの光伝搬経路および光伝搬部材を備えるため、構成が複雑となり、製造コストが高くなるという問題がある。また、上述のレーザ照明装置では、光源モジュールからそれぞれの第二の光ファイバアレイまでを結ぶ第一の光ファイバの長さが、第二の光ファイバアレイ毎に異なる長さとなる。このため、第二の光ファイバアレイから出射されるレーザ光の出力に影響があり、第二の光ファイバアレイ毎にレーザ光の出力が異なるという問題がある。
特に、半導体レーザでは、レーザ光を出射する活性層の端面での開口数（ＮＡ）が大きく、その端面から出射されるレーザ光は大きく拡散する。このため、上述のレーザ照明装置では、半導体レーザから出射された励起光をレーザ媒質の狭い導波路構造内へ導入する際に、大きな導入ロス（入射効率の低下）が発生し易くなるという課題がある。加えて、上述のレーザ照明装置では、レーザ媒質、非線形材料、第一の光ファイバ、光ファイバアレイなどの多くの光伝搬部材中をレーザ光が伝搬するため、光伝搬ロス（結合損失も含む）が大きくなるという課題がある。さらに、上述のレーザ照明装置では、光ファイバアレイにおける光ファイバの数が多くなればさらに光伝搬ロスが大きくなるという課題がある。特に、上述のレーザ照明装置では、半導体レーザの単体としての出力が小さいため、光伝搬ロスなどにより、所望の照明出力が得られなくなるという課題がある。上述のレーザ照明装置では、光源モジュールにレーザ媒質と非線形材料とを配置するスペースを要する。このため、このレーザ照明装置では、光源モジュールが大型化し易く、光源モジュールを高い密度で集積させることができないという課題がある。そこで、光源モジュールを複数のファイバレーザを備える構成にして、これら複数のファイバレーザをポンプコンバイナで結合させる構成が考えられる。しかし、ポンプコンバイナを用いると、発熱が顕著になることが多くなり、発熱により出力レーザの安定性が乱れるという課題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、レーザ光の光伝搬ロスが小さく、所望のレーザ出力を均一化でき、被処理基板へのレーザ照射条件の制御性がよく、大幅な低コスト化を達成できるレーザアニール装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の態様は、レーザビームを被処理基板の表面に照射して被処理基板に対してアニール処理を行うレーザアニール装置であって、レーザ光を出射する半導体レーザを備える光源部と、光入射面と当該光入射面に対向する光出射面とを有し、前記光入射面に前記半導体レーザから直接出射されたレーザ光が入射され、前記光出射面から均一化されたレーザビームを出射する均一化素子と、前記光出射面から出射されたレーザビームを、被処理基板の表面へ投影する出射側結像系と、を備えることを特徴とする。
上記態様としては、前記光源部と前記均一化素子との間に、前記半導体レーザから直接出射されたレーザ光のビーム全体を前記光入射面の領域内のみに入射させる入射側結像系を備えることが好ましい。
上記態様としては、前記光源部は、複数の前記半導体レーザを備えることが好ましい。
上記態様としては、前記光源部は、単一の前記半導体レーザを備え、前記光源部と前記入射側結像系との間に、前記半導体レーザから直接出射されたレーザ光のビームを複数のビームに分散させる分散素子を備えることが好ましい。
上記態様としては、前記出射側結像系から出射されるレーザビームは、前記被処理基板の表面に矩形状のビームスポットで投影されることが好ましい。
上記態様としては、前記均一化素子は、前記光出射面から平行光でなるレーザビームを出射することが好ましい。
上記態様としては、前記均一化素子は、ロッドインテグレータ、ロッドアレイ、フライアイレンズから選ばれることが好ましい。
上記態様としては、前記入射側結像系は、前記半導体レーザの活性層のレーザ光出射端面に配されたオンチップレンズであることが好ましい。
上記態様としては、前記光源は、レーザ光を連続発振することが好ましい。
本発明に係るレーザアニール装置によれば、レーザ光の光伝搬ロスが小さく、所望のレーザ出力を安定して維持でき、被処理基板へのレーザ照射条件の制御性がよく、大幅な低コスト化を達成できる、半導体レーザを光源とするレーザアニール装置を実現することができる。
以下に、本発明の実施の形態に係るレーザアニール装置の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各部材の寸法や寸法の比率や形状などは現実のものと異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率や形状が異なる部分が含まれている。
［第１の実施の形態］
ここで、レーザアニール装置の構成の説明に先駆けて、レーザアニール装置でアニール処理を行う被処理基板の一例について説明する。図１および図２に示すように、被処理基板１０は、ガラス基板１１と、このガラス基板１１の表面に略全面に形成された被処理膜としての非晶質シリコン膜１２Ａとでなり、最終的にはＴＦＴ基板となる。なお、非晶質シリコン膜１２Ａとガラス基板１１との間には、作製するＴＦＴの構造によってはゲート線などの配線パターンが形成されていてもよい。
ここで、レーザアニール装置の構成の説明に先駆けて、レーザアニール装置でアニール処理を行う被処理基板の一例について説明する。図１および図２に示すように、被処理基板１０は、ガラス基板１１と、このガラス基板１１の表面に略全面に形成された被処理膜としての非晶質シリコン膜１２Ａとでなり、最終的にはＴＦＴ基板となる。なお、非晶質シリコン膜１２Ａとガラス基板１１との間には、作製するＴＦＴの構造によってはゲート線などの配線パターンが形成されていてもよい。
図２に示すように、非晶質シリコン膜１２Ａには、帯状の処理予定領域１３が走査方向Ｔに延びるように設定されている。この処理予定領域１３は、走査方向Ｔに沿って、図示しない複数のＴＦＴ形成予定部を繋ぐように形成されている。この処理予定領域１３の幅寸法Ｗは、作製するＴＦＴのチャネル層の幅寸法と略同じ寸法に設定されている。
（レーザアニール装置の概略構成）
以下、図１を用いて、本実施の形態に係るレーザアニール装置１の概略構成を説明する。レーザアニール装置１は、基台２と、レーザ照射部３と、を備える。レーザ照射部３は、光源部４と、入射側結像系５と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。
以下、図１を用いて、本実施の形態に係るレーザアニール装置１の概略構成を説明する。レーザアニール装置１は、基台２と、レーザ照射部３と、を備える。レーザ照射部３は、光源部４と、入射側結像系５と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。
本実施の形態では、図１に示すように、レーザ照射部３を走査方向Ｔに走査可能に設けられている。すなわち、基台２上の被処理基板１０は移動せず、レーザ照射部３が移動して被処理基板１０の非晶質シリコン膜１２Ａにアニール処理を施すようになっている。なお、本実施の形態では、被処理基板１０を固定する構成としたが、レーザ照射部３を固定して、被処理基板１０を走査する構成としても勿論よい。
図１に示すように、光源部４は、複数の（本実施の形態では４つの）半導体レーザ２０を備える。本実施の形態では、半導体レーザ２０として、波長帯域が４００〜５００ｎｍのＧａＮ（窒化ガリウム）系の青色レーザを用いる。これら半導体レーザ２０は、レーザ光を出射する光出射面が、同一平面上に位置するように配置されている。これらの半導体レーザ２０は、一直線上に等間隔に集積された状態で並ぶように配置されている。本実施の形態では、半導体レーザ２０は、連続発振（または連続波発振、ＣＷ：Continuous Wave）動作を行うＣＷレーザである。
本実施の形態では、入射側結像系５として結像レンズを用いる。この入射側結像系５は、４つの半導体レーザ２０からそれぞれ出射されたレーザ光のビーム全体をロッドインテグレータ６の後述する光入射面６１に入射させるように設定されている。
ロッドインテグレータ６は、直方体形状のガラスロッドで構成され、上下方向（長手方向）の上端面（一端面）である光入射面６１と、上下方向（長手方向）の下端面（他端面）である光出射面６２と、互いに平行な一対の側面６３と、互いに平行な一対の側面６４と、を有する。また、ロッドインテグレータ６では、上下方向（長手方向）の長さが、光の均一化を得るために必要な寸法に設定されている。本実施の形態においては、ロッドインテグレータ６の一対の側面６４同士の距離が短く、他の一対の側面６３同士の距離が長く設定されている。なお、本実施の形態においては、均一化素子としてロッドインテグレータ６を用いるが、ロッドインテグレータの集合体でなるロッドアレイやフライアイレンズなどを用いてもよい。
なお、半導体レーザ２０では、レーザ光を出射する活性層の端面での開口数（ＮＡ）が大きく、その端面から出射されるレーザ光は大きく拡散する。しかし、本実施の形態では、入射側結像系５が半導体レーザ２０から拡がって出射されるレーザ光を捕捉できるように、半導体レーザ２０と入射側結像系５との距離、ならびに入射側結像系５を構成する結像レンズの径寸法および焦点距離などを適宜設定している。加えて、本実施の形態では、複数の半導体レーザ２０の光出射面を同一平面上に位置させ、しかも半導体レーザ２０を集積した状態で並ぶように配置している。このような設定や光源部４の構成により、半導体レーザ２０から出射されたレーザ光のビーム全体を、ロッドインテグレータ６の光入射面６１に漏れなく入射させることが可能となる。
出射側結像系７は、ロッドインテグレータ６の光出射面６２を被処理基板１０の非晶質シリコン膜１２Ａの表面に投影するように設定されている。なお、図２に示すように、本実施の形態では、出射側結像系７から出射されるレーザビームＬＢの非晶質シリコン膜１２Ａの表面に投影されるビームスポットＢＳが細長い矩形状となるように設定されている。図２に示すように、ビームスポットＢＳの幅寸法は、被処理基板１０における処理予定領域１３の幅寸法Ｗと同一となるように設定されている。
（レーザアニール装置の作用および動作）
本実施の形態に係るレーザアニール装置１においては、複数の半導体レーザ２０から波長帯域が４００〜５００ｎｍの青色のレーザ光を連続照射する。具体的には、被処理基板１０における処理予定領域１３の走査方向全体に亘って連続的にレーザ光を発振するように駆動する。そして、処理予定領域１３が島状に点在する場合は、その処理予定領域１３を走査する間に連続的にレーザ光を発振する駆動を行う。ここで、連続照射とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続照射も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス幅が広ければこの疑似連続照射に含まれる場合がある。
本実施の形態に係るレーザアニール装置１においては、複数の半導体レーザ２０から波長帯域が４００〜５００ｎｍの青色のレーザ光を連続照射する。具体的には、被処理基板１０における処理予定領域１３の走査方向全体に亘って連続的にレーザ光を発振するように駆動する。そして、処理予定領域１３が島状に点在する場合は、その処理予定領域１３を走査する間に連続的にレーザ光を発振する駆動を行う。ここで、連続照射とは、目的領域に対して連続してレーザ光を照射する所謂疑似連続照射も含む概念である。つまり、レーザ光がパルスレーザであっても、パルス幅が広ければこの疑似連続照射に含まれる場合がある。
本実施の形態では、個々の半導体レーザ２０の出力としては、例えば、出力の低い数Ｗのものを用いることができる。複数の半導体レーザ２０をアレイとして束ねることによりアニール処理に必要な、例えば、数Ｗから数十Ｗ、さらにはそれ以上の出力を安定して得ることができる。
レーザアニール装置１においては、複数の半導体レーザ２０からそれぞれ出射されたレーザ光が、入射側結像系５を介してロッドインテグレータ６へ直接的に入射される。このため、従来のように光ファイバを用いる場合に比べて結合損失が発生しない。加えて、レーザアニール装置１においては、入射側結像系５の結像レンズが、半導体レーザ２０から直接出射されたレーザ光のビーム全体を、ロッドインテグレータ６の光入射面６１の領域内のみに漏れなく入射させる。
本実施の形態においては、ロッドインテグレータ６の一対の側面６４同士の距離が短く、他の一対の側面６３同士の距離が長く設定されている。したがって、本実施の形態においては、距離の短い一対の側面６４同士の間では、光入射面６１から入射したレーザ光が光出射面６２に向けて、全反射が繰り返される回数が多くなり易く、レーザ光の光量は十分に均一化される。
ロッドインテグレータ６の光入射面６１に入射したレーザ光のビームの一部は、光出射面６２へ向けて直進して光出射面６２からそのまま出射されるが、所定以上の入射角を持ったレーザ光は、ロッドインテグレータ６の一対の側面６３のいずれかに到達する。ロッドインテグレータ６の一対の側面６３のいずれかでは、入射したレーザ光は全反射して折り返される。本実施の形態では、一対の側面６３同士は平行であるため、入射したレーザ光はロッドインテグレータ６の光出射面６２に到達するまで全反射を繰り返して、光出射面６２から出射する。このため、ロッドインテグレータ６に入射したレーザ光のビームは、ロッドインテグレータ６の一対の側面６３で折り返され積算されて光出射面６２が出射する。この積算により、ロッドインテグレータ６の光出射面６２では、レーザ光のビーム内で光強度が平均化されて均一な光強度分布になる。
出射側結像系７では、ロッドインテグレータ６の光出射面６２を被処理基板１０の表面へ投影する。すなわち、図２に示すように、出射側結像系７は、ロッドインテグレータ６の光出射面６２から出射されたレーザ光のビームを被処理基板１０の表面に矩形状のビームスポットＢＳとして投影する。
アニール処理の手順としては、図１に示すように、基台２の上には被処理基板１０を配置し、レーザ照射部３を走査方向Ｔへ移動させることにより、被処理基板１０の表面に設けられた非晶質シリコン膜１２Ａの処理予定領域１３へアニール処理が可能になる。図２に示すように、レーザビームＬＢが走査方向Ｔに移動することにより、非晶質シリコン膜１２Ａは多結晶シリコン膜１２Ｐに改質される。
以下、本実施の形態に係るレーザアニール装置１の効果について説明する。本実施の形態によれば、半導体レーザ２０で出射されるレーザ光を直接的に均一化素子としてのロッドインテグレータ６へ入射させることができるため、開口数（ＮＡ）の大きい半導体レーザ２０を用いてもレーザ光の光伝搬ロスを小さくすることができる。
また、本実施の形態によれば、安定な出力特性を持つ半導体レーザ２０を直接用いることにより、所望のレーザ出力を安定して維持でき、被処理基板１０へのレーザ照射条件の制御性を高めることができる。また、本実施の形態では、従来のＥＬＡ装置や固体レーザアニール装置に比較して、安価な半導体レーザ２０がそのまま使えるようになるため、大幅な低コスト化を達成できる。本実施の形態によれば、アニール出力の設定を変えたい場合は、半導体レーザ２０の配置個数や点灯個数を増減すればよい。
また、本実施の形態のように、レーザ光を連続発振（ＣＷ）駆動することにより、非晶質シリコン膜１２Ａに対して変動のないアニール処理を行うとこが可能となる。このため、多結晶シリコン膜１２Ｐの結晶構造を最適化して良質な多結晶シリコン膜とすることが可能となり、高い移動度を持つチャネル層を有するＴＦＴ基板の製造が可能となる。
さらに、本実施の形態によれば、本来小型の半導体レーザ２０と均一化素子などとを組み合わせたことにより、レーザ照射部３の軽量化を達成できる。このため、本実施の形態によれば、被処理基板１０に対してレーザ照射部３が移動する構成とすることができる。近年、ＦＰＤの大型化が進んでいるが、従来のような大型のレーザ照射部を備えたレーザアニール装置では、レーザ照射部側の移動が困難であった。従来のレーザアニール装置では、大型の被処理基板１０を移動することで装置のフットプリントが大きくなるという課題を抱えている。なお、本実施の形態では、被処理基板１０を固定してレーザ照射部３を移動可能としたが、逆にレーザ照射部３を固定して被処理基板１０を移動可能とする構成としても勿論よい。
また、本実施の形態によれば、寿命が５０００時間以上の半導体レーザ２０を用いることができるため、半導体レーザ２０の交換周期も長く設定でき、光源部４の交換コストや維持コストも従来のレーザアニール装置に比較して大幅に下げることができる。
［第２の実施の形態］
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａは、１つの半導体レーザ２０と、分散素子８と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、半導体レーザ２０と、分散素子８と、入射側結像系５と、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ａを構成している。分散素子８としては、拡散板、回折光学素子、プリズムアレイなどを用いることができる。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ａは、１つの半導体レーザ２０と、分散素子８と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、半導体レーザ２０と、分散素子８と、入射側結像系５と、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ａを構成している。分散素子８としては、拡散板、回折光学素子、プリズムアレイなどを用いることができる。
本実施の形態では、１つの半導体レーザ２０から直接出射されたレーザ光を分散素子８で分散させて、入射側結像系５側から分散素子８側を見たときに、見かけ上、複数の半導体レーザ２０からレーザ光を照射されたように分散させることで、レーザ光の均一化を図ることができる。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の構成と同様であるため説明を省略する。
本実施の形態によれば、単一の半導体レーザ２０を用いて均一化されたレーザビームＬＢを形成することができる。このため、本実施の形態によれば、さらなるレーザ照射部３Ａの軽量化と低価格化を達成することができる。本実施の形態における他の効果は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の効果と同様である。
［第３の実施の形態］
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂは、４つの半導体レーザ２０と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、半導体レーザ２０と、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｂを構成している。
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｂは、４つの半導体レーザ２０と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、半導体レーザ２０と、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｂを構成している。
本実施の形態では、４つの半導体レーザ２０から出射されたレーザ光が直接ロッドインテグレータ６へ入射するように設定されている。本実施の形態では、４つの半導体レーザ２０から出射されたレーザ光を漏れなく光入射面６１へ入射させるために、比較的面積の大きな光入射面６１有するロッドインテグレータ６を用いている。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の構成と同様であるため説明を省略する。
本実施の形態では、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１を構成する入射側結像系５を用いないため、装置構成をさらに簡素化できる。本実施の形態の効果は、上記第１の実施の形態の効果と同様である。
［第４の実施の形態］
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃは、一対の半導体レーザ２０と、それぞれの半導体レーザ２０に対応する一対の入射側結像系５Ａと、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、一対の半導体レーザ２０と、一対の入射側結像系５Ａと、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｃを構成している。
図５は、本発明の第４の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｃは、一対の半導体レーザ２０と、それぞれの半導体レーザ２０に対応する一対の入射側結像系５Ａと、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、一対の半導体レーザ２０と、一対の入射側結像系５Ａと、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｃを構成している。
本実施の形態では、２つの半導体レーザ２０から出射されたレーザ光がそれぞれ入射側結像系５Ａを介してロッドインテグレータ６への光入射面６１に漏れなく入射するように設定されている。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の構成と同様であるため説明を省略する。本実施の形態の効果は、上記第１の実施の形態の効果と同様である。
［第５の実施の形態］
図６は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄは、４つの半導体レーザ２０を備える光源部４と、それぞれの半導体レーザ２０に対応する入射側結像系５Ｂと、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、光源部４と、入射側結像系５Ｂと、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｄを構成している。
図６は、本発明の第５の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｄは、４つの半導体レーザ２０を備える光源部４と、それぞれの半導体レーザ２０に対応する入射側結像系５Ｂと、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、光源部４と、入射側結像系５Ｂと、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｄを構成している。
本実施の形態では、４つの半導体レーザ２０から出射されたレーザ光がそれぞれ入射側結像系５Ｂを介してロッドインテグレータ６の光入射面６１に漏れなく入射するように設定されている。図６に示すように、４つの半導体レーザ２０はアレイ基板４１の下面に一列に配置、固定されている。入射側結像系５Ｂは、それぞれの半導体レーザ２０に対応するように配置されている。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の構成と同様であるため説明を省略する。本実施の形態の効果は、上記第１の実施の形態の効果と同様である。
［第６の実施の形態］
図７は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅは、４つの半導体レーザ２０Ａを備える光源部４と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、光源部４と、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｅを構成している。
図７は、本発明の第６の実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅを示す概略構成図である。本実施の形態に係るレーザアニール装置１Ｅは、４つの半導体レーザ２０Ａを備える光源部４と、均一化素子としてのロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、を備える。本実施の形態では、光源部４と、ロッドインテグレータ６と、出射側結像系７と、でレーザ照射部３Ｅを構成している。
図７および図８に示すように、本実施の形態では、半導体レーザ２０Ａが、入射側結像系としてのオンチップレンズ５Ｃを備えている。図８に示すように、半導体レーザ２０Ａは、順次積層されたｎ側電極２１、ｎ型基板２２、ｎ型クラッド層２３、活性層２４、ｐ型クラッド層２５、ｐ側電極２６を備えている。活性層２４の一端側には完全反射膜２７が形成されている。一方、活性層２４の他端側の反射面２４Ａにオンチップレンズ５Ｃが一体に形成されている。
本実施の形態では、半導体レーザ２０Ａにオンチップレンズ５Ｃが一体に設けられているため、入射側結像系を別途設ける必要がなく、レーザ照射部３Ｅをコンパクトな構造にできる。
また、本実施の形態では、４つの半導体レーザ２０Ａから出射されたレーザ光がそれぞれオンチップレンズ５Ｃを介してロッドインテグレータ６の光入射面６１に漏れなく入射するように設定することが容易である。本実施の形態における他の構成は、上記第１の実施の形態に係るレーザアニール装置１の構成と同様であるため説明を省略する。本実施の形態の効果は、上記第１の実施の形態の効果と同様である。
［その他の実施の形態］
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
例えば、上記第１から第６の実施の形態においては、均一化素子として直方体形状のロッドインテグレータ６を用いた例を示したが、これに変えてロッドアレイやフライアイレンズなどの光の均一化を行う光学素子を用いてもよい。また、ロッドインテグレータ６としては、光入射面６１から光出射面６２に向かうに従って断面積が漸次小さくなるような構造のものを用いることも可能である。
上記の第１から第６の実施の形態では、半導体レーザ２０，２０Ａの数が、１，２，４の場合について説明したが、半導体レーザ２０の数は、これに限定されるものではなく、さらに多数の半導体レーザ２０，２０Ａを用いてレーザビームＬＢの出力を高めた構成としてもよい。
上記第１から第６の実施の形態では、レーザ照射部３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅを移動させて、被処理基板１０を位置固定する構成としたが、被処理基板１０が移動して、レーザ照射部３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅが位置固定された構成としてもよい。
上記第１から第６の実施の形態では、半導体レーザ２０，２０Ａを青色レーザとしたが、これに限定されるものではなく、他の波長帯域の半導体レーザを適用して勿論よい。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ レーザアニール装置
２ 基台
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ レーザ照射部
４ 光源部
５，５Ａ，５Ｂ 入射側結像系
５Ｃ オンチップレンズ
６ ロッドインテグレータ（均一化素子）
７ 出射側結像系
８ 分散素子
１０ 被処理基板
１２Ａ 非晶質シリコン膜
１２Ｐ 多結晶シリコン膜
１３ 処理予定領域
２０，２０Ａ 半導体レーザ
２４ 活性層
２４Ａ 反射面
２７ 完全反射膜
４１ アレイ基板
６１ 光入射面
６２ 光出射面
６３ 側面
６４ 側面
ＢＳ ビームスポット
ＬＢ レーザビーム
Ｔ 走査方向
２ 基台
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ レーザ照射部
４ 光源部
５，５Ａ，５Ｂ 入射側結像系
５Ｃ オンチップレンズ
６ ロッドインテグレータ（均一化素子）
７ 出射側結像系
８ 分散素子
１０ 被処理基板
１２Ａ 非晶質シリコン膜
１２Ｐ 多結晶シリコン膜
１３ 処理予定領域
２０，２０Ａ 半導体レーザ
２４ 活性層
２４Ａ 反射面
２７ 完全反射膜
４１ アレイ基板
６１ 光入射面
６２ 光出射面
６３ 側面
６４ 側面
ＢＳ ビームスポット
ＬＢ レーザビーム
Ｔ 走査方向
Claims (9)
- レーザビームを被処理基板の表面に照射して被処理基板に対してアニール処理を行うレーザアニール装置であって、
レーザ光を出射する半導体レーザを備える光源部と、
光入射面と当該光入射面に対向する光出射面とを有し、前記光入射面に前記半導体レーザから直接出射されたレーザ光が入射され、前記光出射面から均一化されたレーザビームを出射する均一化素子と、
前記光出射面から出射されたレーザビームを、被処理基板の表面へ投影する出射側結像系と、
を備えるレーザアニール装置。 - 前記光源部と前記均一化素子との間に、前記半導体レーザから直接出射されたレーザ光のビーム全体を前記光入射面の領域内のみに入射させる入射側結像系を備える
請求項１に記載のレーザアニール装置。 - 前記光源部は、複数の前記半導体レーザを備える
請求項１または請求項２に記載のレーザアニール装置。 - 前記光源部は、単一の前記半導体レーザを備え、
前記光源部と前記入射側結像系との間に、前記半導体レーザから直接出射されたレーザ光のビームを複数のビームに分散させる分散素子を備える
請求項２に記載のレーザアニール装置。 - 前記出射側結像系から出射されるレーザビームは、前記被処理基板の表面に矩形状のビームスポットで投影される
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 - 前記均一化素子は、前記光出射面から平行光でなるレーザビームを出射する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 - 前記均一化素子は、ロッドインテグレータ、ロッドアレイ、フライアイレンズから選ばれる
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。 - 前記入射側結像系は、前記半導体レーザの活性層のレーザ光出射端面に配されたオンチップレンズである
請求項２または請求項４に記載のレーザアニール装置。 - 前記光源は、レーザ光を連続発振する
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
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