JP3349371B2 - Beam homogenizer - Google Patents

Beam homogenizer

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JP3349371B2
JP3349371B2 JP30924396A JP30924396A JP3349371B2 JP 3349371 B2 JP3349371 B2 JP 3349371B2 JP 30924396 A JP30924396 A JP 30924396A JP 30924396 A JP30924396 A JP 30924396A JP 3349371 B2 JP3349371 B2 JP 3349371B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光線束の断面内強
度分布の均一化を行うビームホモジナイザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a beam homogenizer for uniformizing the intensity distribution of a light beam in a cross section.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリンダアレイ型のビームホモジナイザ
は、各々前段のシリンダアレイと後段のシリンダアレイ
からなる二組のシリンダアレイ対、及びフォーカスレン
ズにより構成される。各シリンダアレイは、複数の等価
なシリンドリカルレンズをその光軸面に垂直な方向に配
列して構成される。前段のシリンダアレイの各シリンド
リカルレンズの光軸面が、後段のシリンダアレイの対応
するシリンダアレイの光軸面に一致するように配置され
る。ここで、光軸面とは、シリンドリカルレンズの面対
称な結像系の対称面を意味する。各シリンドリカルレン
ズの円柱面に垂直な平面と光軸面との交線を光軸と呼
ぶ。二組のシリンダアレイ対は、各々のシリンドリカル
レンズの光軸同士が平行になり、かつ光軸面同士が直交
するように配置される。
2. Description of the Related Art A cylinder array type beam homogenizer includes two pairs of cylinder arrays each including a front cylinder array and a rear cylinder array, and a focus lens. Each cylinder array is configured by arranging a plurality of equivalent cylindrical lenses in a direction perpendicular to the optical axis plane. The optical axis surfaces of the cylindrical lenses of the preceding cylinder array are arranged so as to coincide with the optical axis surfaces of the corresponding cylinder arrays of the subsequent cylinder array. Here, the optical axis plane means a plane of symmetry of an imaging system which is plane-symmetrical to the cylindrical lens. The intersection of the plane perpendicular to the cylindrical surface of each cylindrical lens and the optical axis plane is called the optical axis. The two cylinder array pairs are arranged such that the optical axes of the cylindrical lenses are parallel to each other and the optical axis surfaces are orthogonal to each other.

【0003】一つのシリンダアレイ対の前段のシリンダ
アレイに光線束が入射すると、各シリンドリカルレンズ
により光線束が収束される。収束された各光線束が、当
該シリンダアレイ対の後段のシリンダアレイの各シリン
ドリカルレンズにより再度収束される。このようにし
て、2つのシリンダアレイにより、入射光線束がシリン
ドリカルレンズの個数分の小光線束に分割される。
[0003] When a light beam enters a cylinder array at the preceding stage of one cylinder array pair, the light beam is converged by each cylindrical lens. Each converged light beam is converged again by each cylindrical lens of the cylinder array at the subsequent stage of the cylinder array pair. In this way, the two cylinder arrays divide the incident light beam into small light beams corresponding to the number of the cylindrical lenses.

【0004】得られた小光線束は、2つのシリンダアレ
イの相対位置によって、発散光、平行光、または収束光
になる。各小光線束をフォーカスレンズ群を用いてある
面上に重ね合わせることにより、シリンドリカルレンズ
の光軸面に垂直な方向に関して、照射領域の光強度分布
を均一に近づけることができる。各小光線束が重ね合わ
される面をホモジナイズ面と呼ぶ。
[0004] Depending on the relative positions of the two cylinder arrays, the obtained small light beam becomes divergent light, parallel light, or convergent light. By superimposing the small light beams on a certain surface using the focus lens group, it is possible to make the light intensity distribution in the irradiation area uniform in the direction perpendicular to the optical axis plane of the cylindrical lens. The surface on which the light beams are superimposed is called a homogenized surface.

【0005】二組のシリンダアレイ対により、光軸に垂
直な平面内において相互に直交する2つの軸方向に関し
て、照射領域の光強度分布を均一に近づけることができ
る。
[0005] The two cylinder array pairs make it possible to make the light intensity distribution in the irradiation area uniform in two axial directions orthogonal to each other in a plane perpendicular to the optical axis.

【0006】シリンダアレイ型のビームホモジナイザ
に、光軸に垂直な平面内に関して光強度が変化するエキ
シマレーザ光を入射する場合を考える。エキシマレーザ
光は、ホモジナイズ面上においてほぼ均一な光強度分布
を有する。ホモジナイズ面に基板を設置すると、基板表
面の一部の領域に均一にレーザ光を照射することができ
る。
Consider a case where excimer laser light whose light intensity changes in a plane perpendicular to the optical axis is incident on a cylinder array type beam homogenizer. The excimer laser light has a substantially uniform light intensity distribution on the homogenized surface. When the substrate is placed on the homogenized surface, a part of the surface of the substrate can be uniformly irradiated with laser light.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】エキシマレーザ光は、
レーザ装置の電極が相互に対向する方向(電極方向)
と、それに垂直な方向とで、ビームの広がり角を異にす
る。このため、たとえば光学設計に於いてレーザビーム
が両方向共コリメートされた光として設計した場合、実
際には広がり角が両者で異なるため、電極方向とそれに
垂直な方向の両軸で異なったフォーカス点を生じること
になる。また、両軸の広がり角を考慮してレンズ設計し
たとしても、広がり角はレーザ内部の各種調整にも依存
するため、期待した広がり角のビームを得られないこと
があり、したがってこの場合にも両軸でフォーカス点が
異なる現象がでてくる。
The excimer laser light is
The direction in which the electrodes of the laser device face each other (electrode direction)
The divergence angle of the beam is different between the beam and the direction perpendicular thereto. For this reason, for example, when the laser beam is designed as light collimated in both directions in the optical design, since the spread angle is actually different between the two, different focus points are set in both axes in the electrode direction and the direction perpendicular thereto. Will happen. Even if the lens is designed in consideration of the divergence angle of both axes, the divergence angle also depends on various adjustments inside the laser, so that a beam with the expected divergence angle may not be obtained. A phenomenon occurs in which the focus points are different between the two axes.

【0008】電極方向に関してホモジナイズする位置に
基板を設置すると、照射領域の光強度分布は、電極方向
に関してほぼ均一になるが、電極方向に直交する方向に
関しては均一な分布にならない。このように、基板表面
の光照射領域の光強度分布を電極方向及びそれに直交す
る方向の2方向に関して、同時に均一にすることができ
ない。
When the substrate is placed at a position homogenized in the electrode direction, the light intensity distribution in the irradiation area becomes almost uniform in the electrode direction, but does not become uniform in the direction perpendicular to the electrode direction. As described above, the light intensity distribution in the light irradiation area on the substrate surface cannot be made uniform simultaneously in two directions, the electrode direction and the direction orthogonal thereto.

【0009】本発明の目的は、光照射面において相互に
直交する2つの方向に関する光強度分布を、同時に均一
に近づけることができるビームホモジナイザを提供する
ことである。
An object of the present invention is to provide a beam homogenizer capable of simultaneously making light intensity distributions in two directions orthogonal to each other on a light irradiation surface uniform.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、入射光線束の光軸に垂直な仮想平面内において相互
に直交する第1の方向と第2の方向の各々に関して、入
射光線束の光強度分布を均一化するホモジナイズ光学系
と、前記ホモジナイズ光学系の入射側に配置され、凸シ
リンドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズとを少な
くとも1つずつ含み、前記第1の方向及び第2の方向に
関し、光線束の広がり角を独立に変化させることがで
き、広がり角を独立に変化させた光線束を、前記ホモジ
ナイズ光学系に入射させる広がり角補正光学系とを有す
るビームホモジナイザが提供される。
According to one aspect of the invention, an incident light beam is defined for each of a first direction and a second direction orthogonal to each other in a virtual plane perpendicular to the optical axis of the incident light beam. A homogenizing optical system for equalizing the light intensity distribution of the light, and at least one convex cylindrical lens and one concave cylindrical lens disposed on the incident side of the homogenizing optical system, wherein the first direction and the second direction are related to each other. A beam homogenizer having a divergence angle correcting optical system that can independently change the divergence angle of the light beam and makes the light beam with the divergence angle independently changed incident on the homogenizing optical system.

【0011】広がり角補正光学系を用いて、入射光線束
の第1の方向に関する広がり角を第2の方向に関する広
がり角に対して補正することができる。これによってホ
モジナイズ光学系による第1の方向に関するホモジナイ
ズ面と第2の方向に関するホモジナイズ面とを一致させ
ることができる。
The divergence angle of the incident light beam in the first direction can be corrected with respect to the divergence angle in the second direction by using the divergence angle correcting optical system. Thereby, the homogenized surface in the first direction and the homogenized surface in the second direction by the homogenizing optical system can be made to coincide with each other.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるビ
ームホモジナイザの断面図を示す。ビームホモジナイザ
に入射する光線束の光軸に平行なz軸を有するxyz直
交座標系を考える。図1(A)は、yz面に平行な断面
図、図1(B)は、xz面に平行な断面図を示す。
FIG. 1 is a sectional view of a beam homogenizer according to an embodiment of the present invention. Consider an xyz rectangular coordinate system having a z-axis parallel to the optical axis of a light beam incident on a beam homogenizer. FIG. 1A is a sectional view parallel to the yz plane, and FIG. 1B is a sectional view parallel to the xz plane.

【0013】図1(A)に示すように、等価な7本のシ
リンドリカルレンズの母線方向が各々x軸方向を向き、
かつy軸方向に配列し、xy面に平行な仮想平面に沿っ
たシリンダアレイ1Aと1Bが構成されている。シリン
ダアレイ1A及び1Bの各シリンドリカルレンズの光軸
面はxz面に平行であり、円柱面の母線はx軸に平行で
ある。ここで、光軸面とは、シリンドリカルレンズの面
対称な結像系の対称面のことを意味する。シリンダアレ
イ1Aは光の入射側(図の左方)に配置され、シリンダ
アレイ1Bは出射側(図の右方)に配置されている。
As shown in FIG. 1A, the generatrix directions of seven equivalent cylindrical lenses are respectively oriented in the x-axis direction.
The cylinder arrays 1A and 1B are arranged in the y-axis direction and along a virtual plane parallel to the xy plane. The optical axis plane of each cylindrical lens of the cylinder arrays 1A and 1B is parallel to the xz plane, and the generatrix of the cylindrical surface is parallel to the x axis. Here, the optical axis plane means a plane of symmetry of a plane-symmetric imaging system of a cylindrical lens. The cylinder array 1A is arranged on the light incident side (left side in the figure), and the cylinder array 1B is arranged on the light outgoing side (right side in the figure).

【0014】図1(B)に示すように、等価な7本のシ
リンドリカルレンズの母線方向が各々y軸方向を向き、
かつx軸方向に配列し、xy面に平行な仮想平面に沿っ
たシリンダアレイ2Aと2Bが構成されている。シリン
ダアレイ2A及び2Bの各シリンドリカルレンズの光軸
面はyz面に平行であり、円柱面の母線はy軸に平行で
ある。シリンダアレイ2Aはシリンダアレイ1Aの前方
(図の左方)に配置され、シリンダアレイ2Bはシリン
ダアレイ1Aと1Bとの間に配置されている。シリンダ
アレイ1Aと1Bの対応するシリンドリカルレンズの光
軸面は一致し、シリンダアレイ2Aと2Bの対応するシ
リンドリカルレンズの光軸面も一致する。
As shown in FIG. 1B, the generatrix directions of the equivalent seven cylindrical lenses are respectively oriented in the y-axis direction.
The cylinder arrays 2A and 2B are arranged in the x-axis direction and along a virtual plane parallel to the xy plane. The optical axis plane of each cylindrical lens of the cylinder arrays 2A and 2B is parallel to the yz plane, and the generatrix of the cylindrical surface is parallel to the y axis. The cylinder array 2A is arranged in front of the cylinder array 1A (left side in the figure), and the cylinder array 2B is arranged between the cylinder arrays 1A and 1B. The optical axis planes of the corresponding cylindrical lenses of the cylinder arrays 1A and 1B match, and the optical axis planes of the corresponding cylindrical lenses of the cylinder arrays 2A and 2B also match.

【0015】シリンダアレイ1Bの後方に、収束レンズ
3が配置されている。収束レンズ3の光軸は、z軸に平
行である。
A converging lens 3 is arranged behind the cylinder array 1B. The optical axis of the converging lens 3 is parallel to the z-axis.

【0016】シリンダアレイ2Aの入射側に、シリンド
リカルレンズ4A及び4Bが配置されている。シリンド
リカルレンズ4Aは収束レンズ、シリンドリカルレンズ
4Bは発散レンズである。シリンドリカルレンズ4A及
び4Bの光軸面は、シリンダアレイ2Aの中央のシリン
ドリカルレンズの光軸面に一致し、円柱面の母線はy軸
に平行である。
The cylindrical lenses 4A and 4B are arranged on the incident side of the cylinder array 2A. The cylindrical lens 4A is a convergent lens, and the cylindrical lens 4B is a divergent lens. The optical axis surfaces of the cylindrical lenses 4A and 4B coincide with the optical axis surface of the central cylindrical lens of the cylinder array 2A, and the generatrix of the cylindrical surface is parallel to the y-axis.

【0017】図1に示すビームホモジナイザに、z軸に
平行な光軸を有し、yz面内に関してほぼ平行光線束で
あり、xz面内に関してやや発散する光線束10が入射
する場合を考える。光線束10は、y軸方向に関して図
1(A)の曲線21yで、x軸方向に関して、図1
(B)の曲線21xでそれぞれ示すように、中央部分で
強く、周辺部分で弱い光強度分布を有する。
Consider a case where the beam homogenizer shown in FIG. 1 has an optical axis parallel to the z-axis, a ray bundle 10 which is substantially parallel in the yz plane and slightly diverges in the xz plane. The light beam 10 is represented by a curve 21y in FIG. 1A with respect to the y-axis direction and FIG.
As shown by the curve 21x in (B), the light intensity distribution is strong at the center and weak at the periphery.

【0018】図1(A)を参照して、yz面内に関する
光線束の伝搬の様子を説明する。yz面内においては、
シリンダアレイ2A、2B、及びシリンドリカルレンズ
4A、及び4Bは単なる平板であるため、光線束の収
束、発散に影響を与えない。シリンドリカルレンズ4A
の左方からz軸に平行な光軸を有する光線束10がシリ
ンドリカルレンズ4Aに入射する。
Referring to FIG. 1A, the state of propagation of a light beam in the yz plane will be described. In the yz plane,
Since the cylinder arrays 2A and 2B and the cylindrical lenses 4A and 4B are simply flat plates, they do not affect the convergence and divergence of the light beam. Cylindrical lens 4A
From the left, a light beam 10 having an optical axis parallel to the z-axis enters the cylindrical lens 4A.

【0019】光線束10がシリンドリカルレンズ4A、
4B及びシリンダアレイ2Aを透過し、シリンダアレイ
1Aに入射する。入射光線束は、シリンダアレイ1Aに
より各シリンドリカルレンズに対応した7つの収束光線
束に分割される。図1(A)では、中央と両端の光線束
のみを代表して示している。7つの収束光線束は、y軸
方向に関してそれぞれ曲線21ya〜21ygで示す光
強度分布を有する。シリンダアレイ1Aによって収束さ
れた光線束は、シリンダアレイ1Bにより再度収束され
る。
The light beam 10 has a cylindrical lens 4A,
4B and the cylinder array 2A, and enter the cylinder array 1A. The incident light beam is divided into seven convergent light beams corresponding to each cylindrical lens by the cylinder array 1A. In FIG. 1A, only the light beams at the center and both ends are representatively shown. The seven convergent light beams have light intensity distributions indicated by curves 21ya to 21yg in the y-axis direction, respectively. The light beam converged by the cylinder array 1A is converged again by the cylinder array 1B.

【0020】シリンダアレイ1Bにより収束した7つの
収束光線束12は、それぞれ収束レンズ3の前方で結像
する。この結像位置は、収束レンズ3の入射側焦点より
もレンズに近い。このため、収束レンズ3を透過した7
つの光線束はそれぞれ発散光線束となり、ホモジナイズ
面5上において重なる。ホモジナイズ面5を照射する7
つの光線束のy軸方向の光強度分布は、それぞれ光強度
分布21ya〜21ygをy軸方向に引き伸ばした分布
に等しい。光強度分布21yaと21yg、21ybと
21yd、21ycと21yeは、それぞれy軸方向に
関して反転させた関係を有するため、これらの光線束を
重ね合わせた光強度分布は、実線22yで示すように均
一な分布に近づく。
Each of the seven converging light beams 12 converged by the cylinder array 1B forms an image in front of the converging lens 3. This imaging position is closer to the lens than the focal point on the entrance side of the converging lens 3. Therefore, the light transmitted through the converging lens 3
The two light beams become divergent light beams, and overlap on the homogenizing surface 5. Irradiate the homogenized surface 5 7
The light intensity distribution of the two light beams in the y-axis direction is equal to the distribution obtained by extending the light intensity distributions 21ya to 21yg in the y-axis direction. Since the light intensity distributions 21ya and 21yg, 21yb and 21yd, and 21yc and 21ye have respective inverted relations in the y-axis direction, the light intensity distributions obtained by superimposing these light fluxes are uniform as shown by the solid line 22y. Approach distribution.

【0021】図1(B)を参照して、xz面内に関する
光線束の伝搬の様子を説明する。xz面内においては、
シリンダアレイ1A及び1Bは単なる平板であるため、
光線束の収束、発散に影響を与えない。光線束10がシ
リンドリカルレンズ4A及び4Bを通過することによ
り、xz面内に関してほぼ平行な光線束11となる。入
射光線束10の広がり角に応じてシリンドリカルレンズ
4Aと4Bとの間隔を調節することにより、xz面内に
関してほぼ平行な光線束11を得ることができる。光線
束11がシリンダアレイ2Aに入射する。
Referring to FIG. 1B, the state of propagation of a light beam in the xz plane will be described. In the xz plane,
Since the cylinder arrays 1A and 1B are simply flat plates,
Does not affect the convergence and divergence of the light beam. When the light beam 10 passes through the cylindrical lenses 4A and 4B, it becomes a light beam 11 that is substantially parallel in the xz plane. By adjusting the interval between the cylindrical lenses 4A and 4B according to the spread angle of the incident light beam 10, a light beam 11 that is substantially parallel in the xz plane can be obtained. The light beam 11 enters the cylinder array 2A.

【0022】光線束11がシリンダアレイ2Aにより各
シリンドリカルレンズに対応した7つの収束光線束に分
割される。図1(B)では、中央と両端の光線束のみを
代表して示している。7つの収束光線束は、x軸方向に
関してそれぞれ曲線21xa〜21xgで示す光強度分
布を有する。
The light beam 11 is divided into seven convergent light beams corresponding to the respective cylindrical lenses by the cylinder array 2A. FIG. 1B shows only the light beams at the center and both ends as representatives. The seven convergent light beams have light intensity distributions indicated by curves 21xa to 21xg in the x-axis direction, respectively.

【0023】各光線束は、シリンダアレイ2Bの前方で
集光し、発散光線束となってシリンダアレイ2Bに入射
する。シリンダアレイ2Bに入射した各光線束は、それ
ぞれ相互に等しいある出射角を持って出射し、収束レン
ズ3に入射する。
Each light beam is condensed in front of the cylinder array 2B, and enters the cylinder array 2B as a divergent light beam. Each ray bundle incident on the cylinder array 2B exits at a certain exit angle, and enters the converging lens 3.

【0024】収束レンズ3を透過した7つの光線束はそ
れぞれ収束光線束となり、ホモジナイズ面5上において
重なる。ホモジナイズ面5を照射する7つの光線束のx
軸方向の光強度分布は、図1(A)の場合と同様に実線
22xで示すように均一な分布に近づく。
Each of the seven light beams transmitted through the converging lens 3 becomes a convergent light beam and overlaps on the homogenizing surface 5. X of seven ray bundles illuminating the homogenized surface 5
The light intensity distribution in the axial direction approaches a uniform distribution as shown by a solid line 22x as in the case of FIG.

【0025】シリンダアレイ2Aに入射する光線束11
は、x軸方向及びy軸方向に関して、共に平行な光線束
と考えることができる。このため、yz面内に関するホ
モジナイズ面とxz面内に関するホモジナイズ面とが一
致する。これに対し、シリンドリカルレンズ4A及び4
Bを配置しない場合には、yz面内とxz面内に関する
ホモジナイズ面が一致しない場合がある。例えば、光線
束10のxz面内に関する広がり角が1mrad違う場
合には、用いる光学系にもよるが、ホモジナイズ面が数
mmから数十mmずれることがある。
Light beam 11 incident on cylinder array 2A
Can be considered as a ray bundle that is parallel in both the x-axis direction and the y-axis direction. Therefore, the homogenized surface in the yz plane coincides with the homogenized surface in the xz plane. On the other hand, the cylindrical lenses 4A and 4A
If B is not arranged, the homogenized planes in the yz plane and the xz plane may not match. For example, if the divergence angle of the light beam 10 in the xz plane is different by 1 mrad, the homogenized surface may be shifted from several mm to several tens mm depending on the optical system used.

【0026】シリンドリカルレンズ4Aと4Bにより、
光線束11がほぼ平行光線束となるため、ホモジナイズ
面5の位置に、レーザ光を照射すべき基板表面を配置す
ることにより、基板表面の一部の領域をx軸方向及びy
軸方向に関してほぼ均一に照射することができる。
With the cylindrical lenses 4A and 4B,
Since the light beam 11 is substantially a parallel light beam, the substrate surface to be irradiated with the laser beam is disposed at the position of the homogenized surface 5 so that a partial area of the substrate surface is moved in the x axis direction and the
Irradiation can be performed almost uniformly in the axial direction.

【0027】上記実施例では、収束型のシリンドリカル
レンズと発散型のシリンドリカルレンズを組み合わせ
て、入射光線束の広がり角を調節する場合を示した。入
射光線束の光軸に垂直な平面内の1つの軸方向に関する
広がり角を変化させ、それに直交する軸方向に関する広
がり角を変化させないものであれば、その他の光学系を
用いてもよい。また、より一般的に、光線束の2方向に
関する広がり角をそれぞれ独立に変化させることができ
る光学系を用いてもよい。例えば、シリンドリカルレン
ズを組み合わせた光学系を、2組設けてもよい。
In the above embodiment, the case where the divergence angle of the incident light beam is adjusted by combining the convergent cylindrical lens and the divergent cylindrical lens has been described. Other optical systems may be used as long as the divergence angle in one axial direction in a plane perpendicular to the optical axis of the incident light beam is changed and the divergence angle in the axial direction perpendicular thereto is not changed. Further, more generally, an optical system that can independently change the spread angles of the light beam in two directions may be used. For example, two sets of optical systems combining cylindrical lenses may be provided.

【0028】また、上記実施例では、図1において入射
光線束10はyz面内に関して平行光線束、xz面内に
関して発散光線束である場合を説明したが、必ずしも一
方の面内に関して平行光線束である必要はない。yz面
内及びxz面内に関して相互に広がり角の異なる発散光
線束であってもよい。この場合は、シリンドリカルレン
ズ4Aと4Bとの間隔を調節して、yz面内及びxz面
内に関して両者の相対的な広がり角を補正する。この補
正により、yz面内及びxz面内に関するホモジナイズ
位置を一致させることができる。
In the above embodiment, the case where the incident light beam 10 is a parallel light beam in the yz plane and a divergent light beam in the xz plane in FIG. 1 has been described. Need not be. Divergent light beams having different divergent angles in the yz plane and the xz plane may be used. In this case, the distance between the cylindrical lenses 4A and 4B is adjusted to correct the relative divergence angle between the two in the yz plane and the xz plane. With this correction, the homogenized positions in the yz plane and the xz plane can be matched.

【0029】次に、図1に示すビームホモジナイザを使
用したレーザアニーリング装置について説明する。
Next, a laser annealing apparatus using the beam homogenizer shown in FIG. 1 will be described.

【0030】図2は、レーザアニーリング装置の概略平
面図を示す。筐体50に、処理チャンバ51、搬送チャ
ンバ52、搬入チャンバ53、搬出チャンバ54、ホモ
ジナイザ42、CCDカメラ58、及びビデオモニタ5
9が取り付けられている。
FIG. 2 is a schematic plan view of the laser annealing apparatus. The housing 50 includes a processing chamber 51, a transport chamber 52, a loading chamber 53, a loading chamber 54, a homogenizer 42, a CCD camera 58, and a video monitor 5.
9 is attached.

【0031】処理チャンバ51と搬送チャンバ52がゲ
ートバルブ55を介して結合され、搬送チャンバ52と
搬入チャンバ53、及び搬送チャンバ52と搬出チャン
バ54が、それぞれゲートバルブ56及び57を介して
結合されている。処理チャンバ51、搬入チャンバ53
及び搬出チャンバ54には、それぞれ真空ポンプ61、
62及び63が取り付けられ、各チャンバの内部を真空
排気することができる。
The processing chamber 51 and the transfer chamber 52 are connected via a gate valve 55, and the transfer chamber 52 and the load chamber 53, and the transfer chamber 52 and the discharge chamber 54 are connected via gate valves 56 and 57, respectively. I have. Processing chamber 51, loading chamber 53
The vacuum pump 61,
62 and 63 are attached, and the inside of each chamber can be evacuated.

【0032】搬送チャンバ52内には、搬送用ロボット
64が収容されている。搬送用ロボット64は、処理チ
ャンバ51、搬入チャンバ53及び搬出チャンバ54の
相互間で処理基板を移送する。
A transfer robot 64 is housed in the transfer chamber 52. The transfer robot 64 transfers the processing substrate between the processing chamber 51, the loading chamber 53, and the unloading chamber 54.

【0033】処理チャンバ51の上面に、レーザ光透過
用の窓60が設けられている。パルス発振したエキシマ
レーザ装置41から出力されたレーザビームがアッテネ
ータ46を通ってホモジナイザ42に入力する。ホモジ
ナイザ42は、レーザビームの断面形状を細長い形状に
する。ホモジナイザ42を通過したレーザビームは、レ
ーザ光の断面形状に対応した細長い窓60を透過して処
理チャンバ51内の処理基板を照射する。処理基板の表
面がホモジナイザ面に一致するように、ホモジナイザ4
2と処理基板との相対位置が調節されている。
On the upper surface of the processing chamber 51, a window 60 for transmitting laser light is provided. The laser beam output from the excimer laser device 41 having pulsed oscillation enters the homogenizer 42 through the attenuator 46. The homogenizer 42 makes the cross section of the laser beam into an elongated shape. The laser beam that has passed through the homogenizer 42 passes through an elongated window 60 corresponding to the cross-sectional shape of the laser light, and irradiates the processing substrate in the processing chamber 51. Homogenizer 4 so that the surface of the processing substrate coincides with the homogenizer surface.
The relative position between 2 and the processing substrate is adjusted.

【0034】処理基板は、窓60の長軸方向に直交する
向きに平行移動する。1ショット分の照射領域の一部が
前回のショットにおける照射領域の一部と重なるような
速さで処理基板を移動することにより、処理基板表面の
広い領域を照射することができる。処理基板表面はCC
Dカメラ58により撮影され、処理中の基板表面をビデ
オモニタ59で観察することができる。
The processing substrate moves in parallel in a direction perpendicular to the long axis direction of the window 60. By moving the processing substrate at such a speed that a part of the irradiation area for one shot overlaps a part of the irradiation area in the previous shot, a large area on the surface of the processing substrate can be irradiated. Processing substrate surface is CC
The substrate surface being photographed by the D camera 58 and being processed can be observed on the video monitor 59.

【0035】エキシマレーザ装置41、ホモジナイザ4
2、搬送用ロボット64、ゲートバルブ55〜57の動
作は、制御装置65によって制御される。
Excimer laser device 41, homogenizer 4
2. The operations of the transfer robot 64 and the gate valves 55 to 57 are controlled by the control device 65.

【0036】図3は、図2のレーザアニーリング装置の
光学系の概略図を示す。エキシマレーザ装置41から出
力したレーザビームは、アッテネータ46を通過し、タ
ーンミラー47及び48で反射し、ホモジナイザ42に
入射する。ホモジナイザ42を通過したレーザビーム
は、ターンミラー49で反射し、ガラス窓60を透過し
て処理チャンバ51内に導入される。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an optical system of the laser annealing apparatus shown in FIG. The laser beam output from the excimer laser device 41 passes through the attenuator 46, is reflected by the turn mirrors 47 and 48, and enters the homogenizer 42. The laser beam that has passed through the homogenizer 42 is reflected by the turn mirror 49, passes through the glass window 60, and is introduced into the processing chamber 51.

【0037】ホモジナイザ42とターンミラー49は、
相互の相対位置関係を保った状態で、入射レーザ光の光
軸に沿って平行移動することができる。ターンミラー4
9で反射した後のレーザビームが図中の位置cにあると
き、処理チャンバ51内の処理基板上にレーザ光が照射
される。
The homogenizer 42 and the turn mirror 49
The parallel movement along the optical axis of the incident laser light can be performed while maintaining the mutual relative positional relationship. Turn mirror 4
When the laser beam reflected at 9 is at position c in the figure, the processing substrate 51 in the processing chamber 51 is irradiated with laser light.

【0038】処理チャンバ51内には、パワーメータ7
2が配置されている。レーザビームを位置dに移動させ
たとき、レーザ光がパワーメータ72に照射され、レー
ザ光の強度を測定することができる。また、処理チャン
バ51の外にもパワーメータ73が配置されており、レ
ーザビームを位置bに移動させることにより、処理チャ
ンバ51内に導入される前のレーザ光の強度を測定する
ことができる。
In the processing chamber 51, a power meter 7 is provided.
2 are arranged. When the laser beam is moved to the position d, the laser beam is irradiated on the power meter 72, and the intensity of the laser beam can be measured. A power meter 73 is also provided outside the processing chamber 51, and the intensity of the laser beam before being introduced into the processing chamber 51 can be measured by moving the laser beam to the position b.

【0039】また、処理チャンバ51の外に、光センサ
を直線状に配列したビームプロファイラ74が配置され
ている。レーザビームを位置aに移動させてビームプロ
ファイラ74にレーザ光を照射することにより、線状の
断面形状を有するレーザビームの断面内の長軸方向に関
する強度分布を測定することができる。
Outside the processing chamber 51, a beam profiler 74 in which optical sensors are linearly arranged is arranged. By moving the laser beam to the position a and irradiating the laser beam to the beam profiler 74, it is possible to measure the intensity distribution of the laser beam having a linear cross-sectional shape in the major axis direction in the cross section.

【0040】アッテネータ46とターンミラー47との
間にパワーメータ70が配置され、ターンミラー48と
ホモジナイザ42との間にパワーメータ71が配置され
ている。パワーメータ70及び71により、その位置に
おけるレーザ光の強度を測定することができる。
A power meter 70 is arranged between the attenuator 46 and the turn mirror 47, and a power meter 71 is arranged between the turn mirror 48 and the homogenizer 42. The power meters 70 and 71 can measure the intensity of the laser beam at that position.

【0041】パワーメータ70〜73で検出されたレー
ザ光の強度をそれぞれの位置における正常値と比較する
ことにより、各光学部品の劣化状態を知ることができ
る。また、ビームプロファイラ74からの検出信号を解
析することにより、レーザビームの断面の長軸方向に関
する強度分布の正常性を確認することができる。
By comparing the intensity of the laser light detected by the power meters 70 to 73 with the normal value at each position, it is possible to know the state of deterioration of each optical component. Further, by analyzing the detection signal from the beam profiler 74, the normality of the intensity distribution in the major axis direction of the cross section of the laser beam can be confirmed.

【0042】図1の実施例で説明したように、シリンド
リカルレンズ4A及び4Bを配置することにより、照射
面の2方向に関して、同時に光強度分布を均一に近づけ
ることができる。1ショットあたりの光強度分布が均一
に近づくため、基板全面により均一にレーザ光を照射す
ることができる。
As described in the embodiment of FIG. 1, by arranging the cylindrical lenses 4A and 4B, the light intensity distribution can be made nearly uniform at the same time in two directions on the irradiation surface. Since the light intensity distribution per one shot approaches uniformity, the entire surface of the substrate can be evenly irradiated with laser light.

【0043】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
照射面内の相互に直交する2つの軸方向の各々に関する
ホモジナイズ面を相互に一致させることができる。この
ため、照射面上における光強度分布を、より均一に近づ
けることができる。
As described above, according to the present invention,
The homogenized surfaces in each of two mutually orthogonal axial directions in the irradiation surface can be made to coincide with each other. Therefore, the light intensity distribution on the irradiation surface can be made more uniform.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例によるビームホモジナイザの断
面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a beam homogenizer according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示すビームホモジナイザを使用したレー
ザアニーリング装置の概略を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view schematically showing a laser annealing apparatus using the beam homogenizer shown in FIG.

【図3】図2に示すレーザアニーリング装置の光学系を
示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an optical system of the laser annealing apparatus shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A、1B、2A、2B シリンダアレイ 3 収束レンズ 4A、4B シリンドリカルレンズ 5 ホモジナイズ面 10、11 光線束 12 分割された光線束 21x、21y、22x、22y 光強度分布 41 エキシマレーザ装置 42 ホモジナイザ 46 アッテネータ 47、48、49 ターンミラー 50 筐体 51 処理チャンバ 52 搬送チャンバ 53、54 搬出入チャンバ 55〜57 ゲートバルブ 58 CCDカメラ 59 ビデオモニタ 60 窓 61、62、63 真空ポンプ 64 搬送ロボット 65 制御装置 70、71、72、73 パワーメータ Reference Signs List 1A, 1B, 2A, 2B Cylinder array 3 Converging lens 4A, 4B cylindrical lens 5 Homogenized surface 10, 11 Light beam 12 Divided light beam 21x, 21y, 22x, 22y Light intensity distribution 41 Excimer laser device 42 Homogenizer 46 Attenuator 47 , 48, 49 Turn mirror 50 Housing 51 Processing chamber 52 Transfer chamber 53, 54 Loading / unloading chamber 55-57 Gate valve 58 CCD camera 59 Video monitor 60 Window 61, 62, 63 Vacuum pump 64 Transfer robot 65 Control device 70, 71 , 72, 73 Power meter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02B 27/00 H01L 21/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 27/00 H01L 21/30

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 入射光線束の光軸に垂直な仮想平面内に
おいて相互に直交する第1の方向と第2の方向の各々に
関して、入射光線束の光強度分布を均一化するホモジナ
イズ光学系と、 前記ホモジナイズ光学系の入射側に配置され、凸シリン
ドリカルレンズと凹シリンドリカルレンズとを少なくと
も1つずつ含み、前記第1の方向及び第2の方向に関
し、光線束の広がり角を独立に変化させることができ、
広がり角を独立に変化させた光線束を、前記ホモジナイ
ズ光学系に入射させる広がり角補正光学系とを有するビ
ームホモジナイザ。
1. A homogenizing optical system for equalizing the light intensity distribution of an incident light beam in each of a first direction and a second direction orthogonal to each other in a virtual plane perpendicular to the optical axis of the incident light beam. And at least one convex cylindrical lens and at least one concave cylindrical lens disposed on the incident side of the homogenizing optical system, and independently changing the spread angle of the light beam in the first direction and the second direction. Can be
A beam homogenizer having a divergence angle correcting optical system for causing a light beam whose divergence angle is independently changed to enter the homogenizing optical system.
【請求項2】 前記ホモジナイズ光学系が、 複数の第1のシリンドリカルレンズが各々の円柱面の母
線及び光軸面を前記第1の方向に対して平行にし、かつ
前記第2の方向に配列した第1のシリンダアレイと、 複数の第2のシリンドリカルレンズが各々の円柱面の母
線及び光軸面を前記第1の方向に対して平行にし、かつ
前記第2の方向に配列した第2のシリンダアレイであっ
て、第2のシリンドリカルレンズの各々が、対応する前
記第1のシリンドリカルレンズと光軸面を共通にし、前
記第1のシリンドリカルレンズを透過した光線束が、対
応する第2のシリンドリカルレンズに入射する前記第2
のシリンダアレイと、 複数の第3のシリンドリカルレンズが各々の円柱面の母
線及び光軸面を前記第2の方向に対して平行にし、かつ
前記第1の方向に配列した第3のシリンダアレイであっ
て、第3のシリンドリカルレンズの各々の光軸面が、前
記第1及び第2のシリンダアレイの光軸面と直交する前
記第3のシリンダアレイと、 複数の第4のシリンドリカルレンズが各々の円柱面の母
線及び光軸面を前記第2の方向に対して平行にし、かつ
前記第1の方向に配列した第4のシリンダアレイであっ
て、第4のシリンドリカルレンズの各々が、対応する前
記第3のシリンドリカルレンズと光軸面を共通にし、前
記第3のシリンドリカルレンズを透過した光線束が、対
応する第4のシリンドリカルレンズに入射する前記第4
のシリンダアレイと、 前記第1〜4のシリンダアレイを透過した光線束を収束
する収束光学系とを含む請求項1に記載のビームホモジ
ナイザ。
2. The homogenizing optical system according to claim 1, wherein the plurality of first cylindrical lenses have their generatrix and optical axis plane parallel to the first direction and arranged in the second direction. A second cylinder in which a first cylinder array and a plurality of second cylindrical lenses are arranged such that a generating line and an optical axis surface of each cylindrical surface are parallel to the first direction and are arranged in the second direction; An array, wherein each of the second cylindrical lenses has a common optical axis plane with the corresponding first cylindrical lens, and a light beam transmitted through the first cylindrical lens is used by a corresponding second cylindrical lens. The second incident on the
And a third cylinder array in which a plurality of third cylindrical lenses make the generatrix of each cylindrical surface and the optical axis surface parallel to the second direction, and are arranged in the first direction. The third cylinder array in which each optical axis surface of the third cylindrical lens is orthogonal to the optical axis surfaces of the first and second cylinder arrays; and the plurality of fourth cylindrical lenses are each A fourth cylinder array in which the generatrix of the cylindrical surface and the optical axis surface are parallel to the second direction, and are arranged in the first direction, wherein each of the fourth cylindrical lenses corresponds to the corresponding cylindrical lens. An optical axis plane is shared with the third cylindrical lens, and the light beam transmitted through the third cylindrical lens is incident on the corresponding fourth cylindrical lens.
The beam homogenizer according to claim 1, further comprising: a cylinder array; and a converging optical system that converges a light beam transmitted through the first to fourth cylinder arrays.
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