JP7579112B2 - レーザ照射装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

レーザ照射装置、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明はレーザ照射装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
シリコン基板やガラス基板などに形成された非晶質膜にレーザ光を照射し、非晶質膜を結晶化させるレーザアニール装置が知られている。特許文献１には、スリットを通過させることによって、レーザ光の光軸に直交する断面において、強度が減少する端部を遮断し、一様な強度のレーザ光を照射光として用いるレーザアニール装置が開示されている。
特開２０１８－６０９２７号公報
特許文献１に開示されたレーザアニール装置は、スリットが形成された遮断板と、遮断板で反射した反射光を吸収する反射光受光部材とを備えている。反射光受光部材としては、多層熱吸収膜が用いられている。
このようなレーザアニール装置では、スリットや基板などで反射した反射光により、光学系モジュールの温度が上昇してしまう。光学系モジュールの温度上昇により、各光学素子の位置ずれが発生して、照射ムラが発生してしまう。したがって、温度上昇を抑制することが望まれる。
また、特許文献１では、多層吸収膜を用いて反射光を吸収している。高出力レーザ光を用いた場合、多層吸収膜が損傷、又は変色してしまうおそれがある。多層吸収膜が損傷又は変色すると吸収率が低下して、温度上昇を招くおそれがある。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態にかかるレーザ照射装置は、レーザ光を対象物に照射する光学系モジュールと、前記対象物で反射した反射光を吸収するビームダンパと、備えたレーザ照射装置であって、前記ビームダンパは、第１部材と、前記第１部材に対向するように固定された第２部材とを備え、前記第１部材は前記反射光が入射する庇部を備え、前記庇部は、前記対象物で反射した反射光を前記第１部材と前記第２部材とで囲まれた内部空間に向けて反射する反射面を有している。
一実施の形態にかかる半導体装置の製造方法は、（Ａ）光学系モジュールからレーザ光を、半導体を含む膜が形成された基板に向けて出射させる工程と、（Ｂ）前記レーザ光を、前記基板に照射する工程と、（Ｃ）前記基板に照射されたレーザ光のうち、前記基板で反射した反射光をビームダンパに受光させるステップと、を備え、前記ビームダンパは、第１部材と、前記第１部材に対向するように固定された第２部材とを備え、前記第１部材は前記反射光が入射する庇部を備え、前記庇部は、前記基板で反射した反射光を前記第１部材と前記第２部材とで囲まれた内部空間に向けて反射する反射面を有している。
前記一実施の形態によれば、安定してレーザ光を照射することができるレーザ照射装置及び半導体装置の製造方法を提供することができる。
実施形態１に係るレーザ照射装置を例示した断面図である。 実施形態１に係るレーザ照射装置の要部を例示した断面図である。 図２に示すレーザ照射装置の要部の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。 図２に示すレーザ照射装置の要部の切断線ＩＶ－ＩＶにおける断面図である。 実施形態１に係るレーザ照射装置のレーザ光とスリットとの関係を例示した斜視図である。 実施形態１に係るレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を例示したフローチャート図である。 レーザ照射装置に配置されたビームダンパの構成を示すＸＺ断面図である。 ビームダンパの構成を示す斜視図である。 ビームダンパの内部空間における反射光の光路を示すＸＺ断面図である。 ビームダンパの内部空間における反射光の光路を示すＸＺ断面図である。 光吸収素子の取付構造の一例を示す斜視図である。 変形例にかかるビームダンパの構成を示すＸＺ断面図である。 有機ＥＬディスプレイの構成を簡略化して示す断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。 本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
（実施形態１）
実施形態１に係るレーザ照射装置を説明する。本実施形態に係るレーザ照射装置は、レーザ光を被照射体に照射する装置である。被照射体は、例えば、非晶質膜等の半導体を含む膜が形成された基板である。この場合には、レーザ照射装置は、非晶質膜にレーザ光を照射して結晶化させるレーザアニール処理を行う。例えば、レーザ光として、エキシマレーザを用いてレーザアニール処理する場合には、レーザ照射装置は、エキシマレーザアニール（ＥＬＡ：Ｅｘｃｉｍｅｒ Ｌａｓｅｒ Ａｎｎｅａｌ）装置として用いられる。
まず、レーザ照射装置の構成を説明する。図１は、実施形態１に係るレーザ照射装置を例示した断面図である。図２は、実施形態１に係るレーザ照射装置の要部を例示した断面図である。図３は、図２に示すレーザ照射装置の要部の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図４は、図２に示すレーザ照射装置の要部の切断線ＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図５は、実施形態１に係るレーザ照射装置のレーザ光とスリットとの関係を例示した斜視図である。
図１に示すように、レーザ照射装置１は、光源１０、光学系モジュール２０、密閉部３０、処理室４０を有している。処理室４０は、例えば、水平な土台４８上に設けられている。処理室４０の上方に密閉部３０が設けられ、密閉部３０の上方に光学系モジュール２０が設けられている。光学系モジュール２０は、光源１０から放出されるレーザ光Ｌ１を受光することが可能な位置に設けられている。
ここで、レーザ照射装置１を説明するために、ＸＹＺ直交座標軸を導入する。土台４８の上面に直交する方向をＺ軸方向とし、上方を＋Ｚ軸方向、下方を－Ｚ軸方向とする。光源１０と光学系モジュール２０とを結ぶ方向をＸ軸方向とし、光源１０から光学系モジュール２０に向かう方向を＋Ｘ軸方向、逆方向を－Ｘ軸方向とする。Ｘ軸方向及びＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とし、一方を＋Ｙ軸方向、逆方向を－Ｙ軸方向とする。
図１に示すように、光源１０は、レーザ光Ｌ１を放出する。光源１０は、例えば、エキシマレーザ光源であり、中心波長３０８ｎｍのエキシマレーザのレーザ光Ｌ１を放出する。また、光源１０は、パルス状のレーザ光Ｌ１を放出する。光源１０は、レーザ光Ｌ１を光学系モジュール２０に向けて出射する。レーザ光Ｌ１は、例えば、＋Ｘ軸方向に進み、光学系モジュール２０に入射する。なお、必要に応じて、光源１０と、光学系モジュール２０との間のレーザ光Ｌ１の光路上に、エネルギー密度を調整するアテニュエータ等の光学素子を配置してもよい。
図１～４に示すように、光学系モジュール２０は、外形を構成する光学系筐体２１、ミラー２２、レンズ等の光学素子、及び、封止窓２３を含んでいる。光学系筐体２１は、例えば、アルミニウム等の材料で構成された箱状の部材である。光学系モジュール２０の各光学素子は、光学系筐体２１の内部にホルダ等で保持されている。このような各光学素子により、光学系モジュール２０は、光源１０から放出されたレーザ光Ｌ１の照射方向、光量等を調整する。封止窓２３は、光学系筐体２１の一部、例えば、光学系筐体２１の下面に設けられている。レーザ光Ｌ１は、光学系モジュール２０で調整された後に、封止窓２３から密閉部３０に向けて出射される。このようにして、光学系モジュール２０は、レーザ光Ｌ１を被照射体（対象物ともいう）に照射する。
図５に示すように、レーザ光Ｌ１は、光学系モジュール２０において、ラインビーム状となっている。すなわち、レーザ光Ｌ１の光軸Ｃ１に直交する断面は、一方向に延びた細長い線状となっている。例えば、ミラー２２で反射されたレーザ光Ｌ１の光軸に直交する断面は、Ｙ軸方向に延びた線状となっている。
図２～４に示すように、密閉部３０は、密閉筐体３１、遮断板５１、ビームダンパ６０、封止窓３３、ガス入口３４、ガス出口３５を有している。図が煩雑にならないように、図３では、ガス入口３４、ガス出口３５を省略し、図４では、ビームダンパ６０、封止窓３３、ガス入口３４、ガス出口３５を省略している。なお、説明を明確にするため、各図面は、適宜、簡略化されている。
密閉筐体３１は、内部が空洞の箱状の部材である。密閉筐体３１の内部に、遮断板５１、ビームダンパ６０が配置されている。密閉筐体３１の所定の側面には、ガス入口３４及びガス出口３５が設けられている。ガス入口３４及びガス出口３５は、例えば、密閉筐体３１における対向する側面に設けられている。例えば、ガス出口３５は、ガス入口３４よりも上方に設けられている。ガス入口３４からは、ガス３７、例えば、窒素等の不活性ガスが導入される。ガス入口３４から密閉筐体３１の内部に導入されたガス３７は、ガス出口３５から排出される。ガス３７は、密閉筐体３１の内部に連続的に供給されることが望ましい。また、ガス３７は、密閉筐体３１の外部に連続的に排出されるのが望ましい。ガス３７の流量は、密閉筐体３１の内部を常時換気された状態になるように、所定の流量に制御される。
図２～５に示すように、遮断板５１は、光学系モジュール２０の封止窓２３から出射したレーザ光Ｌ１が、処理室４０に到達する光路上に配置されている。遮断板５１は、例えば、複数の部材を含んでいる。遮断板５１は、例えば、遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂを含んでいる。遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂは、一方向、例えばＹ軸方向に延びた板状の部材となっている。遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂは、板面をＺ軸方向に向けて配置されている。遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂは、Ｙ軸方向に間隔を空けて並んで配置されている。したがって、遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂの間には、スリット５４が形成されている。各遮断板５１ａ及び５１ｂは、＋Ｙ軸方向及び－Ｙ軸方向に図示しないモータで可動であり、スリット５４の幅（遮断板５１ａと遮断板５１ｂとの間の長さ）は、適宜設定可能である。レーザ光Ｌ１は、スリット５４を通過する。このように、遮断板５１には、レーザ光Ｌ１が通過するスリット５４が形成されている。
レーザ光Ｌ１のＹ軸方向における両端部は、遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂに遮断される。遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂに遮断されたレーザ光Ｌ１の端部は、遮断板５１ａ及び遮断板５１ｂで反射し、反射光Ｒ１となる。このように、スリット５４及び遮断板５１に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、遮断板５１で遮断されたレーザ光Ｌ１が、遮断板５１で反射する。なお、図１～図５では遮断板５１は、ＸＹ平面に平行な平板となっているが、ＸＹ平面から傾斜するように配置されていてもよい（図９参照）。
遮断板５１の光学系モジュール２０側の面に、反射ミラー５７が設けられてもよい。これにより、遮断板５１に遮断されたレーザ光Ｌ１が、遮断板５１に吸収されることを抑制することができる。よって、遮断板５１の温度が上昇することにより、遮断板５１の近傍の雰囲気が乱れることを抑制することができる。反射ミラー５７に施される反射膜は、レーザ光Ｌ１の入射角度に対して所定の耐性を有する仕様に処理されていることが望ましい。一般的に、反射膜には、レーザ光Ｌ１の入射角度によって反射率が極端に変化するものから、レーザ光Ｌ１の入射角によっても反射率があまり変化しないものまである。本実施形態では、被照射体に対してレーザ照射を実施する際に想定しうるレーザ光Ｌ１の入射角の変化に対して、反射率が所定の範囲内に収まる反射膜を用いる。
ビームダンパ６０は、遮断板５１と、光学系モジュール２０との間に配置されている。例えば、ビームダンパ６０は、光学系モジュール２０の外側に、光学系モジュール２０との間に間隔を有するように配置されている。ビームダンパ６０の詳細な構成については後述する。ビームダンパ６０は、遮断板５１で遮断されたレーザ光Ｌ１が遮断板５１で反射された反射光Ｒ１を受光することが可能なように配置されている。例えば、レーザ光Ｌ１の入射角と、反射光Ｒ１の反射角とを考慮して、ビームダンパ６０を、反射光Ｒ１の光路上に配置する。
封止窓３３は、密閉筐体３１の一部、例えば、密閉筐体３１の下面に設けられている。光学系モジュール２０の封止窓２３から出射したレーザ光Ｌ１は、遮断板５１の間のスリット５４を通る。そして、スリット５４を通ったレーザ光Ｌ１は、封止窓３３から処理室４０に向けて出射する。
図１に示すように、処理室４０は、ガスボックス４１、遮断板５２、基板ステージ４５、基台４６、走査装置４７を有している。例えば、処理室４０において、基板ステージ４５上に載置された基板Ｍ１にレーザ光Ｌ１が照射され、基板Ｍ１上の非晶質膜を結晶化するレーザアニール処理が行われる。基板ステージ４５は、フロートタイプステージ、すなわち、被照射体である基板Ｍ１を浮上させながら搬送するステージでもよい。
図２及び図３に示すように、ガスボックス４１は、箱状の部材であって、内部は空洞となっている。ガスボックス４１は、基板ステージ４５の上方であって、密閉部３０における封止窓３３の下方に配置されている。ガスボックス４１の上面には、導入窓４２が設けられている。導入窓４２は、封止窓３３に対向するように配置されている。また、ガスボックス４１の下面には、照射窓４３が設けられている。照射窓４３は、基板Ｍ１上の非晶質膜に対向するように配置されている。
ガスボックス４１の所定の側面には、ガス入口４４が設けられている。ガスボックス４１には、ガス入口４４から、所定のガス３７、例えば、窒素等の不活性ガスが供給される。ガスボックス４１に供給されたガス３７は、ガスボックス４１の内部を充填した後、照射窓４３から排出される。
遮断板５２は、密閉部３０の封止窓３３から出射したレーザ光Ｌ１が、基板Ｍ１上の非晶質膜に到達する光路上に配置されている。遮断板５２は、例えば、ガスボックス４１の内部において、照射窓４３を覆うように配置されている。
図３及び図５に示すように、遮断板５２は、例えば、複数の部材を含んでいる。遮断板５２は、例えば、遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂを含んでいる。遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂは、一方向に延びた板状の部材である。遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂは、板面をＺ軸方向に向け、延びた方向をＹ方向にして配置されている。遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂは、Ｙ軸方向に間隔を空けて並んで配置されている。したがって、遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂの間には、スリット５５が形成されている。各遮断板５２ａ及び５２ｂは、＋Ｙ軸方向及び－Ｙ軸方向に図示しないモータで可動であり、スリット５５の幅（遮断板５２ａと遮断板５２ｂとの間の長さ）は、適宜設定可能である。レーザ光Ｌ１は、スリット５５を通過する。このように、遮断板５２には、スリット５４を通過したレーザ光Ｌ１が通過するスリット５５が形成されている。
レーザ光Ｌ１のＹ軸方向における両端部は、遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂに遮断される。遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂに遮断されたレーザ光Ｌ１の端部は、遮断板５２ａ及び遮断板５２ｂで反射し、反射光Ｒ２となる。このように、スリット５５及び遮断板５２に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、遮断板５２で遮断されたレーザ光Ｌ１が、遮断板５２で反射する。
ビームダンパ６０は、スリット５５及び遮断板５２に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、遮断板５２で遮断されたレーザ光Ｌ１が遮断板５２で反射された反射光Ｒ２を受光することが可能なように配置されている。
遮断板５２の光学系モジュール２０側の面に、反射ミラー５７が設けられてもよい。これにより、遮断板５２に遮断されたレーザ光Ｌ１が、遮断板５２に吸収されることを抑制することができる。よって、遮断板５２の温度が上昇することにより、遮断板５２の近傍の雰囲気が乱れることを抑制することができる。反射ミラー５７に含まれる反射膜は、レーザ光Ｌ１の入射角度に対し、所定の耐性を有する仕様に処理されることが望ましい。
遮断板５２の間のスリット５５を通ったレーザ光Ｌ１は、照射窓４３から出射し、基板Ｍ１上の非晶質膜を照射する。レーザ光Ｌ１は－Ｘ方向かつ－Ｚ方向に進んで、基板Ｍ１に照射される。つまり、レーザ光Ｌ１は、基板Ｍ１の主面（ＸＹ平面）の法線から傾いた方向から、基板Ｍ１に入射する。
基板Ｍ１は、基板ステージ４５上に載置されている。基板Ｍ１は、例えば、シリコン基板等の半導体基板、または、石英基板等である。なお、基板Ｍ１は、半導体基板及び石英基板に限らない。基板Ｍ１上には、非晶質膜等の半導体を含む膜が形成されている。非晶質膜は、例えば、アモルファスシリコン（ａＳｉ）を含んでいる。基板Ｍ１上の非晶質膜をレーザ光Ｌ１によって照射することにより、結晶化させる。結晶化させることにより、基板Ｍ１上には、例えば、ポリシリコン（ｐｏｌｙＳｉ）を含む結晶質膜が形成される。
基板Ｍ１上の非晶質膜を照射したレーザ光Ｌ１は、非晶質膜または基板Ｍ１で反射し、反射光Ｒ３となる。ビームダンパ６０は、非晶質膜または基板Ｍ１を照射したレーザ光Ｌ１が非晶質膜または基板Ｍ１で反射した反射光Ｒ３を受光することが可能なように配置されている。
図１に示すように、基板ステージ４５は、走査装置４７上に、例えば、基台４６を介して載置されている。基板ステージ４５は、走査装置４７により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能となっている。レーザアニール処理を行う際には、基板ステージ４５を、走査装置４７の走査により、例えば、－Ｘ軸方向の搬送方向４９に搬送させる。
次に、実施形態１に係るレーザ照射装置１を用いたレーザ照射方法を説明する。図６は、実施形態１に係るレーザ照射装置を用いたレーザ照射方法を例示したフローチャート図である。
図６のステップＳ１１に示すように、まず、光学系モジュール２０からレーザ光Ｌ１を出射させる。光源１０から放出されたレーザ光Ｌ１の照射方向、光量等を光学系モジュール２０において調整し、密閉部３０に対してレーザ光Ｌ１を出射させる。例えば、被照射体が、非晶質膜等の半導体を含む膜が形成された基板Ｍ１の場合には、光学系モジュールからレーザ光を、基板Ｍ１に向けて出射させる。
次に、図６のステップＳ１２に示すように、レーザ光Ｌ１を、遮断板５１に形成されたスリットを通過させる。すなわち、レーザ光Ｌ１が通過するスリット５４が形成された遮断板５１を設け、スリット５４及び遮断板５１に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、スリット５４に対して照射されたレーザ光Ｌ１について、スリット５４を通過させる。また、スリット５５が形成された遮断板５２を設け、スリット５４を通過し、スリット５５及び遮断板５２に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、スリット５５に対して照射されたレーザ光Ｌ１について、スリット５５を通過させる。なお、レーザ照射装置１が、遮断板５１及び遮断板５２を有していない構成である場合、ステップＳ１２は、省略可能である。つまり、本実施の形態では、遮断板５１及び遮断板５２を有していない構成にも適用可能である。
ここでは、スリット５４及び遮断板５１に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、遮断板５１に対して照射されたレーザ光Ｌ１を遮断板５１で遮断する。また、スリット５５及び遮断板５２に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、遮断板５２に対して照射されたレーザ光Ｌ１を、遮断板５２で遮断する。これにより、レーザ光Ｌ１の光軸に直交する断面において、端部を遮断し、端部以外の部分を被照射体の照射に用いる。
次に、図６のステップＳ１３に示すように、レーザ光Ｌ１を被照射体に照射する。すなわち、スリット５４及び遮断板５１に対して照射されたレーザ光Ｌ１のうち、スリット５４を通過させたレーザ光Ｌ１を、被照射体に照射する。被照射体が、非晶質膜等の半導体を含む膜が形成された基板の場合には、非晶質膜に対してレーザ光Ｌ１を照射する。具体的には、基板Ｍ１の搬送方向４９、例えば、－Ｘ軸方向に基板Ｍ１を搬送しながら、基板Ｍ１に形成された非晶質膜に対してレーザ光Ｌ１を照射する。
次に、図６のステップＳ１４に示すように、反射光Ｒをビームダンパ６０に受光させる。例えば、基板Ｍ１を照射したレーザ光Ｌ１が、基板Ｍ１で反射した反射光Ｒ３をビームダンパ６０に受光させる。遮断板５１に対して照射されたレーザ光Ｌ１が遮断板５１で反射した反射光Ｒ１を、ビームダンパ６０に受光させる。また、遮断板５２に対して照射されたレーザ光Ｌ１が遮断板５２で反射した反射光Ｒ２を、ビームダンパ６０に受光させる。なお、ビームダンパ６０は、光学系モジュール２０と遮断板５１との間に配置されている。
このようにして、実施形態１に係るレーザ照射装置１を用いて、レーザ照射をすることができる。
次に、ビームダンパ６０の構成について、図７を用いて説明する。図７は、ビームダンパ６０を含む密閉筐体３１の断面構成を示す模式図である。上記のように、ビームダンパ６０は、上記の反射光Ｒ１～Ｒ３を受光するように配置されている。密閉筐体３１には、不活性ガスとして、窒素ガスＮ２が供給されている。レーザ光Ｌ１が－Ｘ方向に進んでいるため、反射光Ｒ１～Ｒ３も－Ｘ方向に進んでいる。よって、ビームダンパ６０は、基板におけるレーザ光Ｌ１の照射位置よりも－Ｘ側に配置されている。
ビームダンパ６０を、光学系モジュール２０との間に断熱材５８を介して取り付けてられている。これにより、ビームダンパ６０と光学系モジュール２０との間の断熱性を保つことができる。あるいは、ビームダンパ６０を、光学系モジュール２０との間に断熱空気層となる隙間５８ｂを設けて、隙間５８ｂを局所排気してもよい。これにより、ビームダンパ６０と光学系モジュール２０との間の断熱性を保つことができる。
ビームダンパ６０は閉じ込め構造体６００と、閉じ込め構造体６００の内部に収容された光吸収素子６６０とを備えている。閉じ込め構造体６００は、例えば、アルミニウムやその合金などの金属材料により形成されている。閉じ込め構造体６００は入射した反射光Ｒ１～Ｒ３を閉じ込め可能な構造を有している。閉じ込め構造体６００には、水冷用の冷却管（図７では不図示）が設けられている。
閉じ込め構造体６００の内部には、光吸収素子６６０が取り付けられている．光吸収素子６６０は、例えば、ＳｉＯ２とＣｒとが交互に積層された多層吸収膜を有している。光吸収素子６６０は、レーザ波長に対して高い吸収率を有している。例えば、光吸収素子６６０は、レーザ波長に対して９５％以上、より好ましくは９８％以上の吸収率を有している。なお、レーザ波長は、３０８ｎｍとしたが、これに限られるものではない。例えば、レーザ波長は、２４８ｎｍ、３５１ｎｍ、３５５ｎｍ等の紫外領域である。もちろん、光吸収素子６６０は、多層膜構造に限られるものはない。
閉じ込め構造体６００に入射した反射光Ｒ１～Ｒ３は、閉じ込め構造体６００内で反射を繰り返しながら、光吸収素子６６０に入射する。閉じ込め構造体６００は、入射した反射光Ｒ１～Ｒ３を閉じ込めることができる。閉じ込め構造体６００は、その内部空間６０１に入射した反射光Ｒ１～Ｒ３が外側に漏れないような形状となっている。
具体的には、閉じ込め構造体６００は＋Ｘ側の端部に、反射光Ｒ１～Ｒ３が入射する開口部６３１を有している。内部空間６０１の－Ｘ側の端部には、光吸収素子６６０が設けられている。開口部６３１から内部空間６０１に入射した反射光Ｒ１～Ｒ３は、内部空間６０１内を－Ｘ方向に伝播していく。内部空間６０１において、閉じ込め構造体６００の内壁で１回又は複数回反射した反射光Ｒ１～Ｒ３は、光吸収素子６６０に入射する。光吸収素子６６０は、反射光Ｒ１～Ｒ３の一部を吸収する。
さらに、閉じ込め構造体６００の内壁はレーザ波長に対する光反射率が９０％程度となっている反射面となっている。閉じ込め構造体６００の内部空間６０１を構成する内壁は、反射光の一部を吸収する。換言すると、反射光Ｒ１～Ｒ３は、閉じ込め構造体６００で反射する毎に、その一部が吸収される。これにより、光吸収素子６６０に入射するエネルギーを抑制することができるため、光吸収素子６６０の劣化を防ぐことができる。
このように、閉じ込め構造体６００は、内部空間６０１に入射した反射光の一部を吸収する。閉じ込め構造体６００は、熱伝導率の高い金属材料により構成されており、かつ水冷されている。よって効率良くレーザエネルギーを吸収することができ、温度上昇を抑制することができる。
ビームダンパ６０の構成の一例について、図８を用い説明する。図８はビームダンパ６０の詳細な構成を示す斜視図である。図８は、ビームダンパ６０を斜め下方から見た断面図である。
閉じ込め構造体６００は、部材６１０と、部材６２０とを備えている。部材６２０は、部材６１０の下側に配置されている。部材６２０は、部材６１０に対向するように固定されている。例えば、ボルト（不図示）を下側から部材６２０に挿通することで、部材６２０を部材６１０に取り付けることができる。あるいは、上側から部材６１０にボルトを挿通することで、部材６１０と部材６２０とを固定してもよい。もちろん、部材６１０と部材６２０と固定する方法は特に限定されるものではなく、ブラケットなどによって、部材６１０と部材６２０とが固定されていてもよい。
部材６１０と部材６２０との間には、内部空間６０１が形成される。部材６１０が内部空間６０１の上端（＋Ｚ側の端部）を規定し、部材６２０が内部空間６０１の下端（－Ｚ側の端部）を規定している。部材６１０と部材６２０と間の内部空間６０１を反射光Ｒ１～Ｒ３が伝播していく。
部材６１０及び部材６２０は、アルミニウムなどの金属材料により形成されている。部材６１０には、冷却管６１１、及び冷却管６１２が設けられている。部材６１０にＹ方向に沿った貫通穴を設けることで、部材６１０の内部に冷却管６１１、及び冷却管６１２を通すことができる。冷却管６１１、及び冷却管６１２は、Ｙ方向に沿って配置されている。もちろん、水冷ジャケットなどにより、冷却管６１１、及び冷却管６１２を部材６１０に固定してもよい。
同様に、部材６２０には、冷却管６２１、及び冷却管６２２が設けられている。部材６２０にＹ方向に沿った貫通穴を設けることで、部材６２０の内部に冷却管６２１、及び冷却管６２２を通すことができる。冷却管６２１、６２２は、光吸収素子６６０の直下に配置されている。冷却管６２１、及び冷却管６２２は、Ｙ方向に沿って配置されている。水冷ジャケットなどにより、冷却管６２１、及び冷却管６２２を部材６２０に固定してもよい。
このように、冷却管６１１、冷却管６１２、冷却管６２１、冷却管６２２に冷却水を流すことで、閉じ込め構造体６００を効果的に冷却することができる。もちろん、冷却管６１１、冷却管６１２、冷却管６２１、冷却管６２２の配置や数は、図７に示す構成に限定されるものではない。冷却管６２１、冷却管６２２を光吸収素子６６０の近傍に配置することで効率よく冷却することができる。
閉じ込め構造体６００は、庇部６３０、対向部６４０、及び終端部６５０を有している。＋Ｘ側から、庇部６３０、対向部６４０、及び終端部６５０の順番で配置されている。
つまり、庇部６３０が最も＋Ｘ側に配置され、終端部６５０が最も－Ｘ側に配置されている。閉じ込め構造体６００の最も＋Ｘ側の部分が庇部６３０となり、最も－Ｘ側の部分が終端部６５０となる。Ｘ方向において、対向部６４０が庇部６３０と終端部６５０との間に配置されている。
部材６１０は、部材６２０よりも＋Ｘ側にはみ出して配置されており、このはみ出した部分が、庇部６３０となる。反射光Ｒ１～Ｒ３は、庇部６３０に入射する。庇部６３０には、部材６２０が配置されていないため、庇部６３０の下側に開口部６３１が形成される。また、庇部６３０において、部材６１０の下面が反射面６３２となっている。開口部６３１を介して、反射光Ｒ１～Ｒ３が反射面６３２に入射する。反射面６３２は、－Ｘ側かつ－Ｚ側を向いて配置された凹面となっている。例えば、反射面６３２は、Ｙ方向を軸方向とするシリンドリカルミラーとして機能する。反射面６３２で反射した反射光は－Ｘ方向かつ－Ｚ方向に進み、内部空間６０１を伝播する。つまり、反射面６３２は、対向部６４０又は終端部６５０に向けて反射光を反射する。
対向部６４０は、上側反射面６４１と下側反射面６４２とを備えている。上側反射面６４１は、部材６１０の下面である。下側反射面６４２は、部材６２０の上面である。対向部６４０において、部材６２０は＋Ｚ側に突出した凸部６４５を有している。凸部６４５の頂面が、下側反射面６４２となる。上側反射面６４１と下側反射面６４２とは、対向配置されている。上側反射面６４１と下側反射面６４２とは、Ｚ方向に離れて配置されている。上側反射面６４１と下側反射面６４２との間の空間が内部空間６０１の一部となる。
上側反射面６４１と下側反射面６４２とは、平面となっている。例えば、上側反射面６４１と下側反射面６４２とは、ＸＹ平面に平行になっている。上側反射面６４１と下側反射面６４２とは、平面鏡として機能する。上側反射面６４１は、反射光を－Ｘ方向かつ－Ｚ方向に反射する。下側反射面６４２は、反射光を－Ｘ方向かつ＋Ｚ方向に反射する。したがって、上側反射面６４１又は下側反射面６４２で反射した反射光は、終端部６５０に向けて進んでいく。上側反射面６４１と下側反射面６４２とは、互いに平行な平面となっているが、上側反射面６４１と下側反射面６４２とは非平行な平面であってもよい。例えば、上側反射面６４１下側反射面６４２とは、－Ｘ方向に進むにつれて、上側反射面６４１と下側反射面６４２との間隔が広くなっていくようなテーパ面となっていても良い。
終端部６５０には、光吸収素子６６０が設けられている。光吸収素子６６０は、部材６２０に固定されている。終端部６５０において、光吸収素子６６０は、部材６２０の上面に、上側を向いて配置されている。凸部６４５の－Ｘ側には、凹部６５５が設けられおり、この凹部６５５に光吸収素子６６０が配置されている。光吸収素子６６０は、例えば、ＸＹ平面を主面とする板状の部材である。ＸＹ平面視において、光吸収素子６６０は、Ｙ方向を長手方向、Ｘ方向を短手方向とする長方形となっている。
光吸収素子６６０の上方には、反射面６５１が配置されている。反射面６５１と光吸収素子６６０との間の空間が内部空間６０１の一部となる。反射面６５１は、＋Ｘ側かつ－Ｚ側を向いて配置された凹面となっている。反射面６５１は、内部空間６０１の例えば、反射面６５１は、Ｙ方向を軸方向とするシリンドリカルミラーとして機能する。反射面６５１で反射された反射光は＋Ｘ方向かつ－Ｚ方向に進み、光吸収素子６６０に入射する。光吸収素子６６０は、入射した反射光を吸収する。反射面６５１は、終端部６５０において、内部空間６０１の上端（＋Ｚ側の端部）を規定する。反射面６５１は、内部空間６０１の－Ｘ側の端部を規定する。
このように、閉じ込め構造体６００の内部空間６０１は、開口部６３１を除いて、反射面６３２、上側反射面６４１、下側反射面６４２、及び反射面６５１で囲まれている。閉じ込め構造体６００の内部空間６０１には、開口部６３１を介して、基板Ｍからの反射光Ｒ３が入射する。開口部６３１を介して入射した反射光は、反射面６３２、上側反射面６４１、下側反射面６４２、反射面６５１等で入射する。また、反射面６３２、上側反射面６４１、下側反射面６４２、及び反射面６５１の反射率は９０％程度になっている。よって、反射光は、反射面６３２、上側反射面６４１、下側反射面６４２、及び反射面６５１で反射される毎に、反射光の一部が部材６１０又は部材６２０で吸収される。
光吸収素子６６０は、終端部６５０の凹部６５５に配置されている。光吸収素子６６０の両端には、固定具６２６が設けられている。固定具６２６は、例えば、ボルトなどであり、光吸収素子６６０を部材６２０に固定する。また、固定具６２６の頂部は、カバー６２５で覆われている。カバー６２５は、部材６１０、部材６２０と同様に金属材料により形成されている。
図９は、遮断板５１で反射した反射光Ｒ１の光路を示す模式図である。図１０は、基板Ｍで反射した反射光Ｒ３の光路を示す模式図である。図９、及び図１０は、ＸＺ断面における反射光Ｒ１、及び反射光Ｒ３の光路をそれぞれ示している。
図９に示すように、反射光Ｒ１は、開口部６３１を介して、反射面６３２に入射する。反射面６３２で反射された反射光Ｒ１１が、閉じ込め構造体６００の内部空間６０１に導かれる。反射面６３２からの反射光Ｒ１１の一部は、下側反射面６４２、反射面６５１の順で反射される。反射面６３２からの反射光Ｒ１１の一部は、直接、反射面６５１に入射する。反射面６３２からの反射光Ｒ１１の一部は、上側反射面６４１、及び反射面６５１の順で反射される。反射面６５１は、反射光Ｒ１１を光吸収素子６６０に向けて反射する。光吸収素子６６０は、入射した反射光Ｒ１を吸収する。また、図９では、反射光Ｒ１をビームダンパ６０に受光させるために、遮断板５１がＸＹ平面から傾斜して配置されている。あるいは、遮断板５１を部分的に屈曲することで、反射光Ｒ１をビームダンパ６０にっ受光させてもよい。
同様に、図１０に示すように、基板Ｍからの反射光Ｒ３は、開口部６３１を介して、反射面６３２に入射する。反射面６３２で反射された反射光Ｒ３１が、閉じ込め構造体６００の内部空間６０１に導かれる。反射面６３２で反射された反射光Ｒ３１は、下側反射面６４２に入射する。下側反射面６４２で反射された反射光Ｒ３１の一部は下側反射面６４２で反射して、反射面６５１に入射する。下側反射面６４２で反射された反射光Ｒ３１の一部は下側反射面６４２と上側反射面６４１で反射の反射を繰り返して、反射面６５１に入射する。反射面６５１で反射された反射光Ｒ３１は、直接又はカバー６２５で反射して光吸収素子６６０に入射する。光吸収素子６６０は、入射した反射光Ｒ３１を吸収する。反射光Ｒ３は、反射光Ｒ１に比べて、Ｚ方向に近い方向で進むため、内部空間６０１内における反射回数がより多くなる。
このように、閉じ込め構造体６００は、様々な角度で反射面６３２に入射した反射光を閉じ込めることができる。つまり、反射面６３２に入射した反射光のほぼ全てが、開口部６３１から閉じ込め構造体６００の外部に漏れ出すことなく、光吸収素子６６０に導かれる。よって、反射光を効率よく吸収することができ、温度上昇による光学素子のずれを抑制することができる。また、図示は省略するが、遮断板５２により反射した反射光Ｒ２も閉じ込め構造体６００に閉じ込められて、光吸収素子６６０に吸収される。
例えば、ＸＺ平面視において、反射面６３２は曲率中心Ｏ１を有する曲面鏡とすることができる。つまり、ＸＺ平面視において、反射面６３２は曲率中心Ｏ１を中心とする円弧状に形成されている。曲率中心Ｏ１は、内部空間６０１の外側に配置されている。具体的には、曲率中心Ｏ１は、対向部６４０の下側（－Ｚ側）に配置される。もちろん、ＸＺ平面視における反射面６３２の形状は真円の円弧状に限らず、楕円の円弧状や、放物線状など曲面であってもよい。また、反射面６３２は－Ｚ方向かつ－Ｘ方向を向いた傾斜平面であってもよい。
ＸＺ平面視において、反射面６５１を曲面とすることが好ましい。ＸＺ平面視において、反射面６５１は９０°の円弧となっている。反射面６５１の曲率中心Ｏ２は、内部空間６０１内にある。なお、反射面６５１の形状は、真円の円弧に限らず、楕円の円弧や、放物線状など曲面であってもよい。また、反射面６５１の－Ｚ方向かつ＋Ｘ方向を向いた傾斜平面であってもよい。
対向部６４０において、部材６２０には、＋Ｚ側に突出した凸部６４５が設けられている。終端部６５０において、部材６２０には、－Ｚ側に窪んだ凹部６５５が設けられている。下側反射面６４２は、光吸収素子６６０よりも＋Ｚ側に配置されている。このようにすることで、反射光を効率的に内部空間６０１に閉じ込めることができる。つまり、光吸収素子６６０や反射面６５１で反射されて－Ｚ方向かつ＋Ｘ方向に進む反射光が閉じ込め構造体６００から漏れ出すのを防ぐことができる。これにより、効率的に反射光を吸収することができるため、温度上昇による光学系のずれを抑制することができる。
本実施の形態の構成により、光学系モジュールの温度上昇を抑制することができる。例えば、光吸収素子６６０の表面での反射及び散乱が少なからず存在している。高出力レーザではこの反射光、散乱光の影響が大きくなり、密閉筐体内部の部材（例えば、遮断板５１）がその光を吸収し温度上昇を引き起こすおそれがある。本実施の形態の構成により、温度上昇による密閉筐体３１の内部の光学素子に対する影響を抑制することができる。密閉筐体３１が遮断板５１とビームダンパ６０とを収容している。このため遮断板５１に対する影響を抑制することができる。
本実施の形態により、反射光Ｒ１～Ｒ３の照射による光学系モジュールの温度の上昇を抑制することができ、光学系モジュールの筐体の変形を抑制する。これにより、光学系モジュールに設けられた各光学素子の位置ずれを抑制し、レーザ光の照射ムラを抑制することができる。安定してレーザ光を基板Ｍに照射することができる。
また、閉じ込め構造体６００や光吸収素子６６０の温度上昇により、密閉筐体３１内部の気体の密度分布を不均一になると、レーザ光の光路長に影響を及ぼし照射結果に悪影響を与えるおそれがある。本実施の形態では、密閉筐体３１に対する影響を抑制するこことできるため、レーザ照射プロセスを安定して行うことができる。
高出力のレーザ光を用いた場合でも、光吸収素子６６０の劣化を抑制することができる。本実施の形態で、光吸収素子６６０に反射光が直接入射しないようにしているため、光吸収素子６６０の温度上昇を抑制することができる。つまり、反射光の一部は、水冷されている閉じ込め構造体６００で吸収される。よって、光吸収素子６６０の劣化を抑制することができため、光吸収素子６６０を長寿命化することができる。これにより、生産性を向上することができる。
さらに、ビームダンパ６０の大型化を防ぐことができるため、設置スペースが限定されるレーザ照射装置１にも適用可能である。
以下、本実施形態の構成と比較例の構成での温度上昇の測定結果について説明する。本実施の形態の閉じ込め構造体６００を採用していない構成を比較例とする。つまり、比較例は、特許文献１のように、基板Ｍや遮断板５１からの反射光が直接、光吸収素子６６０に入射する構成となっている。
ここでは、Ｙ方向におけるビーム長を５００ｍｍ、ビーム出力を３６０Ｗとした時の測定結果について説明する。なお、冷却水流量を１．２ｌ／ｍｉｎとしている。光吸収素子の温度上昇は、比較例で５０．８℃、本実施の形態で７．９℃である。本実施形態の構成により、光吸収素子６６０の温度上昇を抑制することができる。
冷却水の温度上昇は比較例では、２．６℃であり、本実施形態では３．８℃である。なお、レーザ光の光エネルギーが全て冷却水の温度上昇に使われた場合の冷却水の温度上昇は４．３℃である。本実施形態の構成により、冷却水による冷却効率を上昇することができる。したがって、温度上昇による光吸収素子６６０の劣化を抑制することができる。
ビームダンパ６０に入射光に対する散乱光・漏れ光の割合は、比較例では４０％、本実施の形態では、１２％である。散乱光から推定される光学系モジュール２０の部品の温度は、比較例では４０℃、本実施の形態では２８℃となる。このように、光学部品の温度上昇を抑制することができる。さらに、レーザ光出力を０．６４ｋＷとした場合、比較例の構成では、１０分の連続使用で光吸収素子６６０に変色がみられたが、本実施の形態では４時間の連続使用でも変色がみられない。
閉じ込め構造体６００のサイズの一例について説明する。まず、Ｚ方向の寸法について説明する。Ｚ方向における閉じ込め構造体６００のサイズ（大きさ）は７８ｍｍとなっている。つまり、部材６１０の上面（上端）から部材６２０の下面（下端）までの距離は、７８ｍｍとなっている。Ｚ方向における部材６１０のサイズ（大きさ）は、５０ｍｍとなっている。つまり、Ｚ方向において、下側反射面６４２から部材６１０の上端までの距離は５０ｍｍとなっている。
Ｚ方向における部材６２０のサイズ（大きさ）は、２８ｍｍとなっている。つまり、Ｚ方向において、下側反射面６４２から部材６２０の下面までの距離は２８ｍｍとなる。Ｚ方向において、上側反射面６４１から部材６１０の上面までの距離は１７ｍｍとなる。Ｚ方向における上側反射面６４１と下側反射面６４２との間隔は、例えば３３ｍｍとなっている。Ｚ方向において、凸部６４５の高さ、つまり凹部６５５の深さは８ｍｍとなる。
次に、Ｘ方向の寸法について説明する。Ｘ方向における閉じ込め構造体６００のサイズは１８０ｍｍとなる。Ｘ方向において、庇部６３０のサイズは、６０ｍｍとなる。Ｘ方向において、対向部６４０と終端部６５０との合計サイズは、１２０ｍｍとなる。
次に、曲面となる反射面６５１及び反射面６３２にについて説明する。ＸＺ平面視において、反射面６５１は、曲率半径３３ｍｍの円弧となっている。反射面６５１は、９０°の扇型の円弧となっている。ＸＺ平面視において、反射面６３２は、曲率半径１００ｍｍの円弧とすることができる。もちろん、閉じ込め構造体６００は、上記のサイズに限られるものではない。レーザ光Ｌ１の拡がり角、基板Ｍや遮断板５１までの距離に応じて、適宜、閉じ込め構造体６００を設計すればよい。
次に、図１１を参照して、光吸収素子６６０を閉じ込め構造体６００に取り付ける取付構造の一例について説明する。図１１は、光吸収素子６６０の取付構造を模式的に示す斜視図である。図１１は凹部６５５の底部周辺における閉じ込め構造体６００の断面構成を示している。
上記のように、部材６２０に設けられた凹部６５５に、光吸収素子６６０が配置されている。部材６２０と光吸収素子６６０とに間には、シート６６１が配置されている。シート６６１は、例えば、厚さ０．５ｍｍのグラファイトシートなどである。部材６２０と光吸収素子６６０との間にシート６６１を介在させることで、光吸収素子６６０の熱を効率良く部材６２０に伝導させることができる。これにより、光吸収素子６６０の温度上昇を抑制することができる。
さらに、Ｘ方向における光吸収素子６６０の両側には、板バネ６６２が設けられている。板バネ６６２は、ボルトなど固定具６２６（図８参照）で部材６２０に固定されている。板バネ６６２がＸ方向における光吸収素子６６０の端部の上まで延在している。つまり、部材６２０に取り付けられた板バネ６６２が光吸収素子６６０の上まではみ出している。板バネ６６２を介して、光吸収素子６６０が部材６２０に固定されている。
板バネ６６２は、光吸収素子６６０を－Ｚ方向に付勢する付勢力を発生する。板バネ６６２がシート６６１に光吸収素子６６０を押しつけている。これにより、光吸収素子６６０の熱を効率良く放熱することができる。もちろん、板バネ６６２以外の弾性体により、光吸収素子６６０を－Ｚ方向に付勢しても良い。
さらに、Ｘ方向における光吸収素子６６０の両端には、カバー６２５が設けられている。カバー６２５は、板バネ６６２を覆うように配置されている。カバー６２５は、例えば部材６２０に固定されている。カバー６２５を設けることで、光吸収素子６６０の表面での反射光及び散乱光が、閉じ込め構造体６００から漏れ出すことを防ぐことができる。カバー６２５は、部材６１０及び部材６２０と同様に、アルミニウム合金などの金属材料により形成されている。カバー６２５は、レーザ波長に対する吸収率が高くなるように表面処理を行ってもよい。このような構成により、反射光の漏れを抑制することができるとともに、効率よく放熱することができる。
本実施形態のレーザ照射装置１は、ビームダンパ６０を有している。ビームダンパ６０は、遮断板５１により反射した反射光Ｒ１、遮断板５２により反射した反射光Ｒ２及び基板Ｍにより反射した反射光Ｒ３を受光するように配置されている。反射光Ｒ１～Ｒ３が、光学系モジュール２０に到達することを抑制することができる。反射光Ｒ１～Ｒ３の照射による光学系モジュールの温度の上昇を抑制することができ、光学系モジュールの筐体の変形を抑制する。これにより、光学系モジュールに設けられた各光学素子の位置ずれを抑制し、レーザ光の照射ムラを抑制することができる。
また、反射光Ｒ１～Ｒ３が、ビームダンパ６０に到達するようにしている。よって、光学系モジュール２０との間に温度勾配を発生させる要因を、例えば、ビームダンパ６０だけに限定し、光学系モジュール２０の温度上昇を抑制する対策を容易にすることができる。
ビームダンパ６０は、光学系モジュール２０に直接取り付けず、光学系モジュール２０との間に間隔を有するように配置されている。これにより、ビームダンパ６０と光学系モジュール２０との間の断熱性を向上させることができる。また、ビームダンパ６０を、光学系モジュール２０に断熱材を介して間隔を有するように取り付ける。これによっても、ビームダンパ６０と光学系モジュール２０との間の断熱性を向上させることができる。
ビームダンパ６０をガスボックス４１の上方に設けられた封止窓３３よりも上方へ配置している。よって、反射光Ｒ１～Ｒ３を受光して仮にビームダンパ６０の近傍の温度が上昇しても、ビームダンパ６０と、基板Ｍ１との間には、ガスボックス４１が配置されているので、基板Ｍ１の近傍の雰囲気が乱れることを抑制することができる。よって、雰囲気の乱れによる照射ムラを抑制することができる。
遮断板５１及び５２の光学系モジュール２０側の面に、反射ミラー５７を設けることにより、遮断板５１及び５２によるレーザ光Ｌ１の吸収を抑制することができる。これにより、遮断板５１及び５２の温度が上昇することにより、遮断板５１及び５２の近傍の雰囲気が乱れることを抑制することができる。よって、雰囲気の乱れによる照射ムラを抑制することができる。少なくとも、光学系モジュール２０に近い遮断板５１に反射ミラー５７を設けることにより、雰囲気の乱れによる照射ムラを抑制することができる。
密閉筐体３１の内部を常時換気された状態になるように、ガス３７の流量を制御している。これにより、密閉筐体３１の内部の雰囲気における温度上昇を抑制することができる。よって、レーザ光Ｌ１が通過する雰囲気の温度勾配により、流体密度が変化し、屈折率が変動することを抑制し、照射ムラを抑制することができる。
（変形例１）
実施形態１では、部材６１０と部材６２０とがＺ方向に並んで配置されていたのに対して、変形例１では２つの部材がＸ方向に並んで配置されている。変形例１にかかるビームダンパ６０について、図１２を用いて説明する。部材６７０の－Ｘ側に部材６８０が取り付けられている。部材６７０が内部空間６０１の上端及び下端を規定している。部材６８０が内部空間６０１の－Ｘ側の端部を規定している。
閉じ込め構造体６００は、庇部６３０と対向部６４０とを備えている。すなわち、変形例１では、閉じ込め構造体６００に、終端部６５０が設けられていない。庇部６３０と対向部６４０とは、部材６７０に設けられている。実施の形態１と同様に、庇部６３０は、開口部６３１及び反射面６３２を有している。実施の形態１と同様に、対向部６４０は、上側反射面６４１と下側反射面６４２とを備えている。
変形例１では、終端部６５０が設けられていない。対向部６４０の－Ｘ側に光吸収素子６６０が配置されている。従って、変形例１では凹部６５５及び凸部６４５が設けられていない。光吸収素子６６０が＋Ｘ側を向いて配置されている。従って、－Ｘ側に進む反射光が光吸収素子６６０で吸収される。
部材６８０には、冷却管６８１、６８２が設けられている。冷却管６８１及び冷却管６８２は、光吸収素子６６０の－Ｘ側に配置されている。部材６７０には、冷却管６７１、６７２が設けられている。このような構成でも、反射光Ｒ１～Ｒ３を閉じ込め構造体６００内に閉じ込めることができるため、温度上昇を抑制することができる。
（有機ＥＬディスプレイ）
上記のポリシリコン膜を有する半導体装置は、有機ＥＬ（ElectroLuminescence）ディスプレイ用のＴＦＴ（Thin Film transistor）アレイ基板に好適である。すなわち、ポリシリコン膜は、ＴＦＴのソース領域、チャネル領域、ドレイン領域を有する半導体層として用いられる。
以下、本実施の形態にかかる半導体装置を有機ＥＬディスプレイに適用した構成について説明する。図１３は、有機ＥＬディスプレイの画素回路を簡略化して示す断面図である。図１３に示す有機ＥＬディスプレイ３００は、各画素ＰＸにＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス型の表示装置である。

有機ＥＬディスプレイ３００は、基板３１０、ＴＦＴ層３１１、有機層３１２、カラーフィルタ層３１３、及び封止基板３１４を備えている。図１３では、封止基板３１４側が視認側となるトップエミッション方式の有機ＥＬディスプレイを示している。なお、以下の説明は、有機ＥＬディスプレイの一構成例を示すものであり、本実施の形態は、以下に説明される構成に限られるものではない。例えば、本実施の形態にかかる半導体装置は、ボトムエミッション方式の有機ＥＬディスプレイに用いられていてもよい。
基板３１０は、ガラス基板又は金属基板である。基板３１０の上には、ＴＦＴ層３１１が設けられている。ＴＦＴ層３１１は、各画素ＰＸに配置されたＴＦＴ３１１ａを有している。さらに、ＴＦＴ層３１１は、ＴＦＴ３１１ａに接続される配線（図示を省略）等を有している。ＴＦＴ３１１ａ、及び配線等が画素回路を構成する。
ＴＦＴ層３１１の上には、有機層３１２が設けられている。有機層３１２は、画素ＰＸごとに配置された有機ＥＬ発光素子３１２ａを有している。さらに、有機層３１２には、画素ＰＸ間において、有機ＥＬ発光素子３１２ａを分離するための隔壁３１２ｂが設けられている。
有機層３１２の上には、カラーフィルタ層３１３が設けられている。カラーフィルタ層３１３は、カラー表示を行うためのカラーフィルタ３１３ａが設けられている。すなわち、各画素ＰＸには、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、又はＢ（青色）に着色された樹脂層がカラーフィルタ３１３ａとして設けられている。
カラーフィルタ層３１３の上には、封止基板３１４が設けられている。封止基板３１４は、ガラス基板などの透明基板であり、有機層３１２の有機ＥＬ発光素子の劣化を防ぐために設けられている。
有機層３１２の有機ＥＬ発光素子３１２ａに流れる電流は、画素回路に供給される表示信号によって変化する。よって、表示画像に応じた表示信号を各画素ＰＸに供給することで、各画素ＰＸでの発光量を制御することができる。これにより、所望の画像を表示することができる。
有機ＥＬディスプレイ等のアクティブマトリクス型表示装置では、１つの画素ＰＸに、１つ以上のＴＦＴ（例えば、スイッチング用ＴＦＴ、又は駆動用ＴＦＴ）が設けられている。そして、各画素ＰＸのＴＦＴには、ソース領域、チャネル領域、及びドレイン領域を有する半導体層が設けられている。本実施の形態にかかるポリシリコン膜は、ＴＦＴの半導体層に好適である。すなわち、上記の製造方法により製造したポリシリコン膜をＴＦＴアレイ基板の半導体層に用いることで、ＴＦＴ特性の面内ばらつきを抑制することができる。よって、表示特性の優れた表示装置を高い生産性で製造することができる。
（半導体装置の製造方法）
本実施の形態にかかるレーザ照射装置を用いた半導体装置の製造方法は、ＴＦＴアレイ基板の製造に好適である。ＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について、図１４、図１５を用いて説明する。図１４、図１５は半導体装置の製造工程を示す工程断面図である。以下の説明では、逆スタガード（inverted staggered）型のＴＦＴを有する半導体装置の製造方法について説明する。図１４、図１５では、半導体製造方法におけるポリシリコン膜の形成工程を示している。なお、その他の製造工程については、公知の手法を用いることができるため、説明を省略する。
図１４に示すように、ガラス基板４０１上に、ゲート電極４０２が形成されている。ゲート電極４０２の上に、ゲート絶縁膜４０３が形成されている。ゲート絶縁膜４０３の上に、アモルファスシリコン膜４０４を形成する。アモルファスシリコン膜４０４は、ゲート絶縁膜４０３を介して、ゲート電極４０２と重複するように配置されている。例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、ゲート絶縁膜４０３とアモルファスシリコン膜４０４とを連続成膜する。
そして、アモルファスシリコン膜４０４にレーザ光Ｌ１を照射することで、図１５に示すように、ポリシリコン膜４０５が形成される。すなわち、図１等で示したレーザ照射装置１によって、アモルファスシリコン膜４０４を結晶化する。これにより、シリコンが結晶化したポリシリコン膜４０５がゲート絶縁膜４０３上に形成される。ポリシリコン膜４０５は、上記したポリシリコン膜１０１ｂに相当する。
さらに、上記の説明では、本実施の形態にかかるレーザアニール装置が、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してポリシリコン膜を形成するものとして説明したが、アモルファスシリコン膜にレーザ光を照射してマイクロクリスタルシリコン膜を形成するものであってもよい。さらには、アニールを行うレーザ光はＮｄ：ＹＡＧレーザに限定されるものではない。また、本実施の形態にかかる方法は、シリコン膜以外の薄膜を結晶化するレーザアニール装置に適用することも可能である。すなわち、非晶質膜にレーザ光を照射して、結晶化膜を形成するレーザアニール装置であれば、本実施の形態にかかる方法は適用可能である。本実施の形態にかかるレーザアニール装置によれば、結晶化膜付き基板を適切に改質することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
１ レーザ照射装置
１０ 光源
２０ 光学系モジュール
２１ 光学系筐体
２２ ミラー
２３ 封止窓
３０ 密閉部
３１ 密閉筐体
３３ 封止窓
３４ ガス入口
３５ ガス出口
３７ ガス
４０ 処理室
４１ ガスボックス
４２ 導入窓
４３ 照射窓
４４ ガス入口
４５ 基板ステージ
４６ 基台
４７ 走査装置
４８ 土台
４９ 搬送方向
５１ 遮断板
５２ 遮断板
５４ スリット
５５ スリット
５７ 反射ミラー
５８ 断熱材
６０ ビームダンパ
２０１ ガラス基板
２０２ ゲート電極
２０３ ゲート絶縁膜
２０４ アモルファスシリコン膜
２０５ ポリシリコン膜
２０６ 層間絶縁膜
２０７ａ ソース電極
２０７ｂ ドレイン電極
３００ 有機ＥＬディスプレイ
３１０ 基板
３１１ ＴＦＴ層
３１１ａ ＴＦＴ
３１２ 有機層
３１２ａ 有機ＥＬ発光素子
３１２ｂ 隔壁
３１３ カラーフィルタ層
３１３ａ カラーフィルタ
３１４ 封止基板
Ｃ１ 光軸
Ｌ１ レーザ光
Ｍ１ 基板
Ｒ１ 反射光
Ｒ２ 反射光
Ｒ３ 反射光
６００ 閉じ込め構造体
６０１ 内部空間
６１０ 部材
６１１ 冷却管
６１２ 冷却管
６２０ 部材
６２１ 冷却管
６２２ 冷却管
６２５ カバー
６２６ 固定具
６３０ 庇部
６３１ 開口部
６３２ 反射面
６４０ 対向部
６４１ 上側反射面
６４２ 下側反射面
６４５ 凸部
６５０ 終端部
６５１ 反射面
６５５ 凹部
６６０ 光吸収素子
６６１ シート
６６２ 板バネ

Claims (18)

  1. レーザ光をラインビーム状にして、対象物に照射する光学系モジュールと、
    前記対象物で反射した反射光を吸収するビームダンパと、備えたレーザ照射装置であって、
    前記レーザ光が透過するスリットが形成された遮断板をさらに備えており、
    前記ビームダンパは、前記遮断板で反射した反射光を吸収し、
    前記ビームダンパは、第１部材と、前記第１部材に対向するように固定された第２部材とを備え、
    前記第１部材は前記反射光が入射する庇部を備え、
    前記庇部は、前記対象物で反射した反射光を前記第１部材と前記第２部材とで囲まれた内部空間に向けて反射する反射面を有しており、
    前記庇部に設けられた前記反射面が凹面の曲面鏡となっており、
    前記ラインビームの長手方向と直交する断面視において、円弧状又は放物線状となっており、
    前記曲面鏡の曲率中心が、前記内部空間の外側、かつ、対象物側に配置されているレーザ照射装置。
  2. 前記ビームダンパには、前記内部空間に向けて配置され、前記反射光を吸収する光吸収素子が設けられている請求項１に記載のレーザ照射装置。
  3. 前記ビームダンパは、
    前記光吸収素子が設けられた終端部と、
    前記庇部と、前記終端部との間に配置された対向部と、をさらに備え、
    前記対向部には、上側反射面と、前記上側反射面と対向する下側反射面とが設けられ、
    前記庇部の前記反射面で反射した反射光の少なくとも一部が、前記上側反射面と前記下側反射面で反射して、前記光吸収素子に入射する請求項２に記載のレーザ照射装置。
  4. 前記上側反射面と前記下側反射面とが互いに平行な平面となっており、
    前記終端部には、前記対向部からの反射光を前記光吸収素子に向けて反射する終端部反射面が設けられており、
    前記庇部の前記反射面で反射した反射光の一部は前記上側反射面と前記下側反射面での反射を繰り返して、前記終端部反射面に入射し、
    前記ラインビームの長手方向と直交する断面において、前記終端部反射面は、前記対象物側かつ前記対向部側を向いた凹面となっており、かつ、円弧状又は放物線状の曲面となっており、
    前記ラインビームの長手方向と直交する断面において、前記終端部反射面の曲率中心が、前記内部空間内にある、
    請求項３に記載のレーザ照射装置。
  5. 前記対象物の主面と直交する直交方向において、前記終端部が前記下側反射面よりも前記対象物側に窪んだ凹部を備え、
    前記凹部に前記光吸収素子が配置されている請求項３、又は４に記載のレーザ照射装置。
  6. 前記庇部は、前記反射光が通過する開口部を有しており、
    前記遮断板からの反射光が前記開口部を介して前記ビームダンパの前記内部空間に入射する請求項１～５のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  7. 前記遮断板と前記ビームダンパとを収容する密閉筐体をさらに備えた請求項６に記載のレーザ照射装置。
  8. 前記第１部材及び前記第２部材の前記内部空間に向いた面が入射した前記反射光の一部を吸収する請求項１～７のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  9. 前記第１部材及び前記第２部材には、冷却管が設けられている請求項１～８のいずれか１項に記載のレーザ照射装置。
  10. （Ａ）光学系モジュールからレーザ光を、半導体を含む膜が形成された基板に向けて出射させる工程と、
    （Ｂ）ラインビーム状の前記レーザ光を、前記基板に照射する工程と、
    （Ｃ）前記基板に照射されたレーザ光のうち、前記基板で反射した反射光をビームダンパに受光させるステップと、を備え、
    前記光学系モジュール
    前記ビームダンパは、第１部材と、前記第１部材に対向するように固定された第２部材と、を備え、
    前記第１部材は前記反射光が入射する庇部を備え、
    前記庇部は、前記基板で反射した反射光を前記第１部材と前記第２部材とで囲まれた内部空間に向けて反射する反射面を有しており、
    前記レーザ光を遮断板に形成されたスリットを通過させ、前記スリットを通過したレーザ光が前記基板に照射され、
    前記庇部に設けられた前記反射面が凹面の曲面鏡となっており、
    前記ラインビームの長手方向と直交する断面視において、円弧状又は放物線状となっており、
    前記曲面鏡の曲率中心が、前記内部空間の外側、かつ、基板側に配置されている
    半導体装置の製造方法。
  11. 前記ビームダンパには、前記内部空間に向けて配置され、前記反射光を吸収する光吸収素子が設けられている請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記ビームダンパは、
    前記光吸収素子が設けられた終端部と、
    前記庇部と、前記終端部との間に配置された対向部と、をさらに備え、
    前記対向部には、上側反射面と、前記上側反射面と対向する下側反射面とが設けられ、
    前記庇部の前記反射面で反射した反射光の少なくとも一部が、前記上側反射面と前記下側反射面で反射して、前記光吸収素子に入射する請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
  13. 前記上側反射面と前記下側反射面とが互いに平行な平面となっており、
    前記終端部には、前記対向部からの反射光を前記光吸収素子に向けて反射する終端部反射面が設けられており、
    前記庇部の前記反射面で反射した反射光の一部は前記上側反射面と前記下側反射面での反射を繰り返して、前記終端部反射面に入射し、
    前記終端部反射面は、前記基板側かつ前記対向部側を向いた凹面となっており、
    前記ラインビームの長手方向と直交する断面において、前記終端部反射面は、円弧状又は放物線状の曲面となっており、
    前記ラインビームの長手方向と直交する断面において、前記終端部反射面の曲率中心が、前記内部空間内にある、
    請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記基板の主面と直交する直交方向において、前記終端部が前記下側反射面よりも前記基板側に窪んだ凹部を備え、
    前記凹部に前記光吸収素子が配置されている請求項１２、又は１３に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記庇部は、前記反射光が通過する開口部を有しており、
    前記遮断板からの反射光が前記開口部を介して前記ビームダンパの前記内部空間に入射する請求項１０～１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  16. 前記遮断板と前記ビームダンパとが密閉筐体に収容されている請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
  17. 前記第１部材及び前記第２部材の前記内部空間に向いた面が入射した前記反射光の一部を吸収する請求項１０～１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
  18. 前記第１部材及び前記第２部材には、冷却管が設けられている請求項１０～１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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