JPH11162868A - レ−ザ照射装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は被加工物からの反射光がレ−ザ発
振器に戻るのを防止したレ−ザ照射装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 レ−ザ発振器１から出力されたレ−ザ光
を光学系を通して被加工物１９に導くレ−ザ照射装置に
おいて、上記レ−ザ光の光路には、上記被加工物で反射
したレ−ザ光が上記レ−ザ発振器に戻るのを阻止するス
リット２１が設けられていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はレ−ザ光を被加工
物に照射するためのレ−ザ照射装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、半導体装置や液晶表示装置を
製造する場合、リソグラフィ−工程やアニ−ル工程があ
り、これらの工程ではレ−ザ光による薄膜加工が行われ
る。たとえば、アニ−ル工程ではアモルファス半導体膜
をエキシマレ−ザからのレ−ザ光で照射してアニ−ルす
ることで、多結晶化するということが行われる。

【０００３】このようなレ−ザ加工を行うレ−ザ照射装
置はレ−ザ発振器を有し、このレ−ザ発振器から出力さ
れたレ−ザ光は、たとえばホモジナイザなどの光学系を
通して被加工物に導かれ、この被加工物を照射するよう
になっている。

【０００４】被加工物を照射したレ−ザ光の一部は、こ
の被加工物で反射して上記レ−ザ発振器へ戻る。たとえ
ば、レ−ザ発振器が308nm の波長のレ−ザ光を出力する
ＸｅＣｌエキシマレ−ザであって、被加工物がａ−Ｓｉ
（アモルファスシリコン）やｐ−Ｓｉ（ポリシリコン）
であり、アニ−ル加工を行おうとすると、被加工物から
のレ−ザ光の反射率は約３０％となる。レ−ザ光のパル
ス幅は半値で約25nsであり、光学系の光路長は約３ｍで
あるため、レ−ザ光が被加工物で反射してレ−ザ発振器
へ戻るための光路の全長は６ｍとなる。

【０００５】光の速度は30cm／nsであるから、レ−ザ光
Ｌがレ−ザ発振器から出力され、被加工物で反射して上
記レ−ザ発振器へ戻るまでの時間は20nsである。そのた
め、レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光に、被加工物
からの反射光が重畳してしまう。それによって、被加工
物を照射するレ−ザ光の波形が一定とならないため、レ
−ザ光のエネルギが不安定化するとともに、このエネル
ギをモニタしてレ−ザ発振器の制御を正確に行うことが
できなくなってしまう。そのため、被加工物の加工精度
を低下させるということがある。

【０００６】つまり、レ−ザ発振器によっては出力され
るレ−ザ光の強度をセンサで検出し、その結果に応じて
上記レ−ザ発振器を制御するということが行われてい
る。たとえば、上記センサを光共振器の高反射ミラ−側
に配置し、この高反射ミ−ラから漏れるレ−ザ光の強度
を検出して出力を制御するということが行われる。

【０００７】しかしながら、その場合、レ−ザ発振器に
被加工物で反射したレ−ザ光が戻ると、センサはその反
射光も検出してしまうから、レ−ザ発振器の制御を、こ
のレ−ザ発振器から出力されるレ−ザ光の強度だけによ
って正確に行うことができなくなるということもある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のレ
−ザ照射装置においては、被加工物で反射したレ−ザ光
がレ−ザ発振器へ戻るということがあるため、被加工物
を照射するレ−ザ光の強度が不安定になるということが
あった。この発明は、被加工物で反射したレ−ザ光がレ
−ザ発振器へ戻るのを防止できるようにしたレ−ザ照射
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、レ−
ザ発振器から出力されたレ−ザ光を光学系を通して被加
工物に導くレ−ザ照射装置において、上記レ−ザ光の光
路には、上記被加工物で反射したレ−ザ光が上記レ−ザ
発振器に戻るのを阻止する反射光阻止手段が設けられて
いることを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記光学系は、上記レ−ザ発振器からのレ−ザ光の
ビ−ム径を拡大するテレスコ−プを有し、上記反射光阻
止手段は上記テレスコ−プのビ−ムウエスト位置または
その近傍に配置されたスリットであることを特徴とす
る。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、上記反射光阻止手段は、上記被加工物に入射するレ
−ザ光の光軸と、上記被加工物から反射する反射光の光
軸とをずらす角度調整手段であることを特徴とする。

【００１２】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、上記光学系は、上記レ−ザ発振器からのレ−ザ光の
ビ−ム径を拡大するテレスコ−プを有し、上記反射光阻
止手段は上記テレスコ−プのビ−ムウエスト位置に配置
されたスリットおよび上記被加工物に入射するレ−ザ光
の光軸と上記被加工物から反射する反射光の光軸とをず
らす角度調整手段とから構成されていることを特徴とす
る。

【００１３】請求項５の発明は、請求項３の発明におい
て、上記角度調整手段は、上記被加工物を上記レ−ザ光
の光軸に対して所定角度傾斜させて設置する載置手段で
あることを特徴とする。

【００１４】請求項６の発明によれば、請求項３の発明
において、上記角度調整手段は上記レ−ザ光の光路を偏
向する反射ミラ−であって、この反射ミラ−はレ−ザ光
の光軸に対して上記被加工物からの反射光の光軸がずれ
るよう角度設定されることを特徴とする。

【００１５】請求項１乃至請求項３の発明によれば、レ
−ザ光の光路に被加工物で反射した反射光がレ−ザ発振
器に戻るのを阻止する反射光阻止手段を設けるようにし
たことで、反射光によってレ−ザ発振器から出力される
レ−ザ光のエネルギが不安定になるのを防止することが
できる。

【００１６】請求項２の発明によれば、テレスコ−プの
ビ−ムウエストにスリットを配置するようにしたこと
で、このスリットによって被加工物からの反射光がレ−
ザ発振器に戻るのを確実に防止することができる。

【００１７】請求項３の発明によれば、角度調整手段に
よって被加工物に入射するレ−ザ光の光軸と、被加工物
から反射する反射光の光軸とをずらすようにしたこと
で、被加工物からの反射光がレ−ザ発振器に戻るのが防
止される。

【００１８】請求項４の発明によれば、ビ−ムウエスト
に配置されるスリットと、被加工物に入射するレ−ザ光
の角度と被加工物から反射する反射光の角度とをずらす
角度調整手段とによって被加工物から反射する反射光が
レ−ザ発振器に戻るのが防止される。

【００１９】請求項５の発明によれば、載置台によって
被加工物をレ−ザ光の光軸に対して所定角度傾斜して配
置することで、この被加工物からの反射光がレ−ザ発振
器に戻るのが防止される。

【００２０】請求項６の発明によれば、反射ミラ−によ
ってレ−ザ光の光軸と反射光の光軸とがずれるようにし
たことで、被加工物からの反射光がレ−ザ発振器に戻る
のが防止される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態を
図面を参照して説明する。図１に示すレ−ザ照射装置は
レ−ザ発振器１を備えている。このレ−ザ発振器１はた
とえばＸｅＣｌエキシマレ−ザなどであって、このレ−
ザ発振器１から出力されたビ−ム形状が矩形状のレ−ザ
光Ｌは第１の反射ミラ−２で反射してバリアブルアッテ
ネ−タ３に入射する。このバリアブルアッテネ−タ３で
強度が調整されたレ−ザ光Ｌはコンペンセンタ４で光路
が修正されて第２の反射ミラ−５に入射する。

【００２２】上記第２の反射ミラ−５で反射したレ−ザ
光Ｌはテレスコ−プ６に入射する。このテレスコ−プ６
は、焦点距離が異なるとともに互いの焦点位置を一致さ
せて配置された第１のレンズ６ａと第２のレンズ６ｂと
からなり、上記第１のレンズ６ａに入射したレ−ザ光Ｌ
はそのビ−ム径が拡大されて上記第２のレンズ６ｂから
平行光線となって出射されるようになっている。

【００２３】上記テレスコ−プ６から出射したレ−ザ光
Ｌは長軸用ホモジナイザ７で長軸方向の強度分布が均一
化されたのち、長軸用結像レンズ８で長軸方向が結像さ
れるようになっている。上記長軸用ホモジナイザ７は一
対の長軸用シリンドリカルレンズアレイ９を所定の間隔
で離間させて配置してなる。

【００２４】上記長軸用結像レンズ８から出射したレ−
ザ光Ｌは、一対の短軸用シリンドリカルレンズアレイ１
０が所定の間隔で離間して配置された短軸用ホモジナイ
ザ１１で短軸方向の強度分布が均一化されてから第１の
短軸用結像レンズ１２で結像されて短軸用フィ−ルドレ
ンズ１３に入射する。

【００２５】上記短軸用結像フィ−ルドレンズ１３から
出射するレ−ザ光Ｌは第２の反射ミラ−１４で反射して
第２の短軸用結像レンズ１５で結像されてアニ−ルなど
を行う処理室１６に入射する。

【００２６】上記処理室１６は上記レ−ザ光Ｌが入射す
る透過窓１７を有し、上記第２の短軸用結像レンズ１５
で結像されたレ−ザ光Ｌは上記透過窓１７を透過して載
置台１８上に載置された被加工物１９を照射するように
なっている。

【００２７】レ−ザ光Ｌが被加工物１９を照射すると、
その一部は被加工物１９で反射して反射光Ｒ（図２と図
３に示す）となる。レ−ザ光Ｌによって照射される被加
工物１９の表面が平面であれば、反射光Ｒはレ−ザ光Ｌ
と同じ光路を通過してレ−ザ発振器１へ戻るが、被加工
物１９の表面がわずかでも凹凸があれば、反射光Ｒはレ
−ザ光の光路からずれる。

【００２８】レ−ザ光Ｌの光路からずれる反射光Ｒがレ
−ザ発振器１へ戻るのを防止するために、上記テレスコ
−プ６のビ−ムウエスト位置にはスリット２１が配設さ
れている。このスリット２１には図２に示すようにビ−
ムウエストの径Ｗとほぼ同径あるいはわずかに大きな通
孔２１ａが形成されている。

【００２９】したがって、反射光Ｒがレ−ザ光Ｌの光路
からずれて戻ると、その反射光Ｒは上記スリット２１に
よって遮られ、レ−ザ発振器１に入射するのが阻止され
ることになる。

【００３０】レ−ザ光Ｌが照射する被加工物１９の表面
が平面であると、反射光Ｒはレ−ザ光Ｌの光路を通って
レ−ザ発振器１へ戻ることになる。そこで、そのような
場合に、反射光Ｒがレ−ザ発振器１へ戻るのを防止する
ために、たとえばレ−ザ光Ｌの光軸と反射光Ｒの光軸と
が所定角度ずれるよう、上記第２の反射ミラ−１４の角
度を設定する。

【００３１】それによって、被加工物１９から反射する
反射光Ｒは上記スリット２１の通孔２１ａを通過するこ
とができないから、レ−ザ発振器１へ入射するのが阻止
されることになる。

【００３２】なお、反射光Ｒがレ−ザ発振器１へ戻るの
を防止するためには、第２の反射ミラ−に代わり、被加
工物１９が載置される載置台１８の上面を所定方向へわ
ずかに傾斜した傾斜面１８ａとするようにしてもよい。

【００３３】上記テレスコ−プ６の第１のレンズ６ａの
レンズの焦点距離をｆ₁ 、第２のレンズ６ｂの焦点距離
をｆ₂ とし、上記レ−ザ発振器１から出力されるレ−ザ
光Ｌの短軸方向の方向の拡角をθ_b とした場合、テレス
コ−プ６内でのビ−ムウエスト径Ｗは近似的に下記
（１）式で求めることができる。

【００３４】 Ｗ＝ｆ₁ ・θ_b …（１）式 ここで、反射光Ｒが第２のレンズ６ｂに入射するずれ角
（被加工物１９に対するレ−ザ光Ｌの光軸と反射光Ｒの
光軸とのずれ角）をθとすると、スリット２１上でのず
れ量ｈは、 ｈ＝ｆ₂ ・θ …（２）式 となる。したがって、下記（３）式の場合、反射光Ｒは
スリット２１で遮られるため、レ−ザ発振器１へ戻るこ
とがない。

【００３５】 Ｗ＜ｈ …（３）式 上記（３）式を整理すると、下記（４）式が得られる。
つまり、ｆ₁ ・θ_b ＜ｆ₂ ・θであるから、 θ＞（ｆ₁ ／ｆ₂ ）・θ_b …（４）式 上記（４）式は光学系（テレスコ−プ６）の倍率Ｍに相
当するから、（４）式は下記（５）式として表すことが
できる。

【００３６】 θ＞Ｍ・θ_b …（５）式 シリンドリカルレンズアレイで構成されるホモジナイザ
の１つのシリンドリカルレンズの径をａ、スリット２１
の通孔２１ａの幅をｓ、加工点におけるレ−ザ光Ｌの短
軸方向の幅寸法をｂとする。

【００３７】上記実施の形態では、短軸用シリンドリカ
ルレンズ１０の径ａを、第１の短軸用結像レンズ１２で
結像し、その像を再び第２の短軸用結像レンズ１３によ
り結像して短軸の幅をｂとしている。

【００３８】ここで、この光学系のト−タルの結像倍率
Ｍ_T は、 Ｍ_T ＝（ａ／ｓ）・（ｓ／ｂ） …（６）式 で表すことができる。この（６）式に上記（５）式を代
入することで、下記（７）式が得られる。

【００３９】 θ＝（ａ／ｂ）・θ_b …（７）式 たとえば、短軸用シリンドリカルレンズ１０の径ａを 4
mm、加工点におけるレ−ザ光Ｌの短軸幅ｂを0.4mm 、レ
−ザ光Ｌの短軸方向の拡がり角θ_b を1.5 radとして上
記（７）式に代入すると、θ＞15mradとなる。したがっ
て、この場合にはレ−ザ光Ｌの光軸を被加工物１９の板
面に対して15mrad以上傾ければ、反射光Ｒがレ−ザ発振
器１に戻るのが防止されることになる。

【００４０】第２の反射ミラ−１４を傾けることで、レ
−ザ光Ｌの強度分布がフラットな状態からずれる場合に
は、第２の短軸用結像レンズ１５の傾きを第２の反射ミ
ラ−１４と同じ方向にあおり微調整することで、強度分
布をフラットにすることができる。

【００４１】なお、以上はレ−ザ光Ｌの短軸方向につい
て述べたが、長軸方向は被加工物１９の板面で結像する
から、被加工物１９に対する入射角が大きい。したがっ
て、長軸方向の反射光Ｒがレ−ザ発振器１に戻ることは
ほとんどない。

【００４２】一方、レ−ザ光Ｌの長軸長が長くなると、
長軸用結像レンズ８により長軸方向に結像面がずれる。
これを抑制するための補正レンズを使用すると、被加工
物１９に対してレ−ザ光Ｌが垂直に入射する。垂直に入
射するレ−ザ光Ｌはそのまま垂直に反射してレ−ザ発振
器１に戻ってしまう。したがって、このような場合に
は、短軸方向と同様、長軸方向のテレスコ−プを設け、
そのビ−ムウエストの位置にスリットを設置すること
で、長軸方向の反射光がレ−ザ発振器１に戻るのを防止
できる。

【００４３】上記構成のレ−ザ照射装置によれば、レ−
ザ発振器１から出力されて長軸用ホモジナイザ７で長軸
方向の強度分布が均一化されて長軸用結像レンズ８で結
像されたのち、短軸用ホモジナイザ１２で短軸方向の強
度分布が均一化されて第１、第２の短軸用結像レンズ１
３、１５で結像されたレ−ザ光Ｌは処理室１６に入射し
て被加工物１９を照射する。

【００４４】被加工物１９を照射したレ−ザ光Ｌの一部
は、この被加工物１９で反射してレ−ザ発振器１に戻る
虞がある。しかしながら、レ−ザ光Ｌの光路に設けられ
たテレスコ−プ６のビ−ムウエスト位置にはスリット２
１が配置されている。しかも、上記被加工物１９からの
反射光Ｒの光軸がレ−ザ光Ｌの光軸に対してずれるよう
にしている。たとえば、被加工物１９がレ−ザ光Ｌの光
軸に対して反射光Ｒの光軸がずれるよう、第２の反射ミ
ラ−１４の角度が設定されている。

【００４５】したがって、レ−ザ光Ｌの光軸に対してず
れた反射光Ｒは、被加工物１９からレ−ザ発振器１へ戻
る途中で、テレスコ−プ６のビ−ムウエスト位置やその
近傍に配置されたスリット２１の通孔２１ａを通過する
ことができないから、上記レ−ザ発振器１へ入射するの
が防止される。

【００４６】それによって、反射光Ｒがレ−ザ発振器１
から出力されるレ−ザ光Ｌに重畳して出力されること
で、レ−ザ光Ｌの波形（出力）が不安定になったり、レ
−ザ発振器１の出力を検出する図示しないセンサによる
検出値に悪影響を及ぼすなどのことが防止される。

【００４７】反射光Ｒの光軸を、レ−ザ光Ｌの光軸に対
してずらすためには、上述したように被加工物１９が載
置される載置台１８の上面を傾斜面にしてもよい。な
お、レ−ザ発振器に反射光が戻るのを阻止する反射光阻
止手段としては、テレスコ−プのビ−ムウエスト位置に
設置されるスリットだけであってもよい。つまり、被加
工物を照射したレ−ザ光の少なくとも一部が、この被加
工物の表面形状などによって正反射しない場合には、そ
の正反射しない反射光を上記スリットによってレ−ザ発
振器に戻るのを阻止することが可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、この発明は、レ−ザ
光の光路に被加工物で反射した反射光がレ−ザ発振器に
戻るのを阻止する反射光阻止手段を設けるようにした。
そのため、反射光がレ−ザ発振器に入射し、レ−ザ発振
器から出力されるレ−ザ光のエネルギが不安定になるの
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示すレ−ザ照射装置
の全体構成図。

【図２】同じく被加工物を照射するレ−ザ光と被加工物
からの反射光を示す説明図。

【図３】同じくスリットにおけるレ−ザ光と反射光の説
明図。

【符号の説明】

１…レ−ザ発振器 ６…テレスコ−プ １４…第２の反射ミラ−（角度調整手段） １８…載置台（角度調整手段） １９…被加工物 ２１…スリット

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レ−ザ発振器から出力されたレ−ザ光を
   光学系を通して被加工物に導くレ−ザ照射装置におい
   て、 上記レ−ザ光の光路には、上記被加工物で反射したレ−
   ザ光が上記レ−ザ発振器に戻るのを阻止する反射光阻止
   手段が設けられていることを特徴とするレ−ザ照射装
   置。
2. 【請求項２】 上記光学系は、上記レ−ザ発振器からの
   レ−ザ光のビ−ム径を拡大するテレスコ−プを有し、上
   記反射光阻止手段は上記テレスコ−プのビ−ムウエスト
   位置またはその近傍に配置されたスリットであることを
   特徴とする請求項１記載のレ−ザ照射装置。
3. 【請求項３】 上記反射光阻止手段は、上記被加工物に
   入射するレ−ザ光の光軸と、上記被加工物から反射する
   反射光の光軸とをずらす角度調整手段であることを特徴
   とする請求項１記載のレ−ザ照射装置。
4. 【請求項４】 上記光学系は、上記レ−ザ発振器からの
   レ−ザ光のビ−ム径を拡大するテレスコ−プを有し、上
   記反射光阻止手段は上記テレスコ−プのビ−ムウエスト
   位置に配置されたスリットおよび上記被加工物に入射す
   るレ−ザ光の光軸と上記被加工物から反射する反射光の
   光軸とをずらす角度調整手段とから構成されていること
   を特徴とする請求項１記載のレ−ザ照射装置。
5. 【請求項５】 上記角度調整手段は、上記被加工物を上
   記レ−ザ光の光軸に対して所定角度傾斜させて設置する
   載置手段であることを特徴とする請求項３記載のレ−ザ
   照射装置。
6. 【請求項６】 上記角度調整手段は上記レ−ザ光の光路
   を偏向する反射ミラ−であって、この反射ミラ−はレ−
   ザ光の光軸に対して上記被加工物からの反射光の光軸が
   ずれるように角度が設定されることを特徴とする請求項
   ３記載のレ−ザ発振装置。