JP4159433B2 - レーザアニーリング装置 - Google Patents
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Description
この例のレーザアニーリング装置は、図1に、Y方向−光軸の断面で示すように、レーザビーム2を放射するレーザ発振器1と、該レーザ発振器1から放出されたレーザビームを所要出力に減衰する減衰器20と、該減衰器20の出力を受けて、Y方向の強度分布を均一に成形する強度分布均一化手段30と、強度分布均一化手段30により成形されたレーザビームを受けて基板7上にX方向に集光して照射するレーザビーム照射手段40とを含む。さら装置は、基板7を受止して走査制御する走査ステージ52と、このステージ52を収容するレーザ照射室50を含み、レーザビーム照射手段40により調整した照射ビームは、レーザ照射室50のレーザビーム入射窓を経て、ステージ52上に置かれた基板7上の半導体膜(不図示)に細長の線状ビームの形状で照射され、ステージ52の走査により半導体膜のレーザ熱処理が行われる。
この実施形態は、照射光学系の構成は、実施の形態1と同じであるが、図2に示すように、可動シャッタ90をレーザビーム照射手段40と照射室のレーザビーム入射窓51の間に設けた点で異なっている。シャッタ90は、レーザビームを基板7に照射しない時間、例えば、基板搬送中、照射位置調節中に閉じられるが、減衰器20と強度分布均一化手段30と、レーザビーム照射光学系40との光学系には、常に一定のパワーのレーザ光を透過させるので、これらの光学部品は常に熱定常状態にあることが実現できる。
この例は、図3に示すように、シャッタ90は、レーザビーム入射窓51と基板7の間に設け、レーザビームを基板7に照射しない時間、例えば、基板搬送中、照射位置調節中にシャッタ90を閉じることにより、減衰器20から、強度分布均一化手段30、レーザビーム照射光学系40、及びレーザビーム入射窓51に至る光学系に常に一定のパワーのレーザ光を透過させているので、熱定常状態が実現でき、レーザ照射中に照射ビームの強度と照射ビーム形状とが変わることなく、均一なレーザ照射が可能になる。
この例は、図4において、ステージ52の側面に固定したレーザビームダンパ91、92を示している。この例は、一対のレーザビームダンパ91、92は、ステージ52の両側の側部に設けて、ステージの走査に伴なって移動することができ、ステージが退避した時、何れかのレーザビームダンパ91、92が照射ビームの光路上に位置するように配置されている。
図5は、強度分布均一化手段30がロッド型の導波路31である例を示し、シャッタ90は、強度分布均一化手段30とレーザビーム照射光学系40との間で光路遮断可能な位置に配置してある。導波路31は、一対の対向する主面を反射面とする中実の透明体、例えば、光学ガラス又は石英の板で構成されており、ビームを均一にするため、光軸方向の長さを大きくする必要があり、わずかな温度変化でも照射ビーム強度分布に与える影響が大きいのであるが、シャッタを強度分布均一化手段30よりも光軸方向の進行側に、即ち、前方に、設けて、常時レーザ光を透過させことにより、導波路31は常時安定して作動させることができる。
図6には、強度分布均一化手段30がシリンドリカルレンズアレイ32で構成した例であり、可動シャッタは、図5の例と同様に、強度分布均一化手段30の前方で、レーザビーム照射光学系40との間に配置している。レンズアレイによりで均一強度分布を作り出す際、レンズアレイのレンズの接合部でレーザ光が吸収されやすく、温度変化が大きくなり、照射ビーム強度分布に与える影響が大きいので、強度分布均一化手段30よりも前方にシャッタを設けるのが、特に有効である。
図7は、シャッタ90を減衰器20と強度分布均一化手段30との間に配置した例を示す。減衰器20には、例えば、波長板と偏光ミラーとの組み合わせ、又は、ダイクロックミラーで構成される。多層膜コートを施された偏光ミラーやダイクロックミラーは、温度が変化すると透過特性が変化しやすく、レーザビームが入射され熱平衡に達するまで透過率が変化する。そこで、上記のように、減衰器20の出射面の前方に、シャッタ90を設置することにより、レーザビームを基板7に照射しない時間、例えば、基板搬送中、照射位置調節中にシャッタ90を閉じることがあっても、減衰器20の光学系には常に一定パワーのレーザ光が透過しており、熱定常状態が実現できる。
図8においては、シャッタ90が、強制冷却機構を備えた例を示すが、この例は、冷却機構は水冷によるものである。強制冷却機構には、シャッタ90の背面側(シャッタにレーザが照射される面の反対側の面)に接触させる水冷チャンバと、該チャンバに水を循環させる冷却水配管94、95とから成り、水冷チャンバが、シャッタ90が高温になるのを防ぎ、シャッタからの熱で光学部品を加熱するのを防いでいる。
さらに、図8に示すように、冷却水配管94、95の間に水温モニタ93を設け、シャッタ90への冷却水の流入時の温度と流出時の温度とを計測し、その温度差と冷却水流量との積から、シャッタ90が吸収した熱量を測定することができる。実測熱量は、レーザビームの照射パワーに対応するので、レーザビームのパワーを予測することができる。実際には、実測熱量が一定になるように、減衰器20を調節して、一定のパワーのレーザ光を基板7に照射するように制御することができる。
シャッタは、レーザパワーメータで構成することができ、シャッタあるいはビームダンパーでレーザ照射パワーを測定することにより、照射ビームのパワーをモニタできるので、減衰器20を調節すれば、一定のパワーのレーザ光を基板7に照射することができる。
Claims (1)
- レーザビームを放射するレーザ発振器と、該レーザビームを断面長方形の照射ビームに調整する光学系と、光学系からの照射ビームが照射される半導体膜を形成した基板を搭載するステージと、を備えたレーザアニーリング装置であって、
上記光学系が、該レーザ発振器から放射されたレーザビームの強度を調節する減衰器と、レーザビームの断面強度分布を成形する強度分布均一化手段と、上記基板上に長方形の照射ビームを照射するレーザビーム照射手段と、上記レーザビーム照射手段と基板との間に設けられたレーザビーム入射窓と、を含み、
上記レーザビーム入射窓から基板上の照射面に向かう光路に遮断可能に配置され、アニール処理時に照射ビームを通過させ、アニール停止時に照射ビームを遮断する可動シャッタを含み、
上記可動シャッタが、熱量計測手段としてレーザパワーメータを含むことを特徴とするレーザアニーリング装置。
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