TWI227792B - Optical irradiation apparatus - Google Patents

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TWI227792B
TWI227792B TW092130521A TW92130521A TWI227792B TW I227792 B TWI227792 B TW I227792B TW 092130521 A TW092130521 A TW 092130521A TW 92130521 A TW92130521 A TW 92130521A TW I227792 B TWI227792 B TW I227792B
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Description

1227792 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於如應用在多晶砍薄暝電晶體製造等所使用 之雷射退火裝置等上之有效之光照射裝置。 本專利係以在日本·2年U月5日巾請之日本專利申請 編號20〇2·3217〇4為基礎而主張優先權者，並參照該專利而 引用於本專利。 【先前技術】 、近年來，，晶顯示裝置等之薄膜電晶體之通道層係採用 載子移動度高之多晶石夕膜。用於薄膜電日曰日體之通 晶石夕膜:通常係藉由在玻璃基板上之照射雷射 二進订熱處理來製造。因而，照射雷射光，將物質實施 ,、、、处理之方法稱為雷射退火處理，而進行雷射退火處理之 裝置則稱為雷射退火裝置。 —=晶石夕膜時，為求防止薄膜電晶體之特性惡化，須 精由射束徑内之能量強度均一之雷射光進行雷射退火。 然而’以準直儀等所形成之平行光束，其射以内之r 量強度分布形成高斯分布。亦即，—般平行光束，在射束匕 徑中心部分之強度高，而在光 兩β +壯班β丄 丨刀 < 強度低0因此， 二:成Γ光::：内之強度分布為高斯分布之雷射 先形成自先點中心部分至 射光，並使用該雷射光進行◎hi之強度分布之雷 準直儀等將自雷射二::：。通常雷射退火裝置以 係-眼微透鏡等之光分平行光束後， 楫形成數條光束，並藉由再
O:\87\87780.DOC 1227792 度合成該光束，使基板上之雷射光照射區域之強度分布均 一化。 再者 種雷射振盪器係固體雷射。固體雷射係將除半 導體之結晶及破璃等之透明物質作為母體材料，藉由光來 激勵母體材#中摻雜稀土浦子及過渡金屬離子等之固體 雷射材料，而射出雷射光之裝置。 固體雷射射出之雷射光穩定，壽命亦長。因此藉由採用 固體雷射作為雷射退火裝置之雷射光源，應可解決採用準 分子雷射作為雷射退火裝置之一般光源時產生之不穩定性 之問題。 自固體雷射射出之雷射光之可干涉性高於自準分子雷射 射出之雷射光。因此，採用固體雷射作為雷射光源時，於 合成藉由複眼微透鏡所分割之各雷射光束時彼此可干涉。 使用可干涉之雷射光時，於照射光點内產生可干涉紋，而 無法將射束徑内之強度分布予以均一化。 為求解決此種問題，本專利申請人於曰本專利申請特願 2001-374922之說明書及圖式中提出一種取代複眼微透 鏡，而使用將1條雷射光分割成彼此不可干涉之數條雷射光 之分割光學機構之雷射退火裝置。 以下，簡單說明上述專利申請提出之雷射退火裝置。圖丄 顯示上述專利申請提出之雷射退火裝置。 圖1所示之雷射退火裝置100,首先自雷射光源1〇1射出雷 射光L120。自雷射光源1〇1射出之雷射光L12〇藉由準直儀 102形成平行光後，射入光分割部1〇3。
O:\87\87780.DOC 1227792 光分割部103具備：第一及第二射束分離器（以下簡稱 BS) 104, 105、與反射鏡1〇6。第一BS 104之光分割面、第二 B S 10 5之光分割面及反射鏡1 〇 6之光反射面全部平行地配 置。 藉由準直儀102形成平行光之雷射光L120入射於第一 BS104。第一BS104將雷射光L120分離成透過光（以下稱雷 射光L121)與反射光（以下稱雷射光L122)。第一BS104係以 1 : 1之強度比率分割透過光與反射光。 雷射光L121入射於第二BS105。第二BS105將入射之雷射 光L121進一步分離成透過光（以下稱雷射光L123)與反射光 (以下稱雷射光L124)。第二BS105係以1 : 1之強度比率分割 透過光與反射光。 雷射光L123入射於第一凸透鏡1〇7。雷射光L124藉由反射 鏡106反射後，入射於第二凸透鏡1〇8。 另外’雷射光L122藉由反射鏡1〇6反射後，入射於第二 BS105。笫一^BS105將入射之雷射光L122進一步分離成透過 光（以下稱雷射光L125)與反射光（以下稱雷射光L126)。第二 BS 105係以1 ·· 1之強度比率分割透過光與反射光。 雷射光L125入射於第三凸透鏡1〇9,雷射光L126藉由反射 鏡106反射後入射於第四凸透鏡in。 以上所生成之4條雷射光L123，L124，L125，L126彼此平 行，其強度成為全部分割前之雷射光L120之1/4。 Μ射光L123、雷射光L124、雷射光L125及雷射光L126夢 由第一〜第四凸透鏡107〜110聚光後，入射於聚光鏡丨丨工。
O:\87\87780.DOC 1227792 而後，聚光鏡111分別將雷射光L123〜L126照射於基板112 上之特定範圍。 以上說明之雷射退火裝置1〇〇，其第一 BS104之光分割面 與第二BS105之光分割面間之間隔t，及第一 BS104之光分割 面與反射鏡106之反射面間之間隔t，於自雷射光源1〇1射出 之雷射光之可干涉距離為L，各光分離面間及光分離面與反 射鏡間之媒質之折射率為η ’向光分割面入射之光束之入射 角為0時，係設定成滿足以下之公式i。 t > L/(2n cos θ ) · · · (1) 因此’雷射光L123〜LI26雖係自同一個雷射光源ιοί射出 之雷射光，但是全部之光程係在可干涉距離以上，因此彼 此不可干涉。因此雷射退火裝置1〇〇可在不產生可干涉紋情 況下，以均一之強度照射基板1丨2上之特定範圍，而可均一 地照射整個被照射物。 再者，上述之雷射退火裝置100中，BS 104, 105之光透過 量與反射量之比，理想上須為1 ·· 1。但是，因製造誤差等 因素’貫際上之透過量與反射量之比並非1 ·· 1。此外，反 射鏡106之反射率，理想上亦須為。但是因製造誤差 等因素，實際上之反射率低於100%。因此自光分割部1〇3 射出之雷射光L123〜L126,理想上雖須全部係相同之強度， 但是實際上的強度並不同。 圖2係顯示如將BS104, 1〇5之反射率與透過率之比之誤差 設定為2%，將反射鏡106之反射率設定為99%時之雷射光 L123〜L126之強度圖。圖2係顯示以雷射光1123之強度為基 O:\87\87780.DOC -9- 1227792 準日守之各雷射光LI 24〜L126之強度比率。 如圖2所示可知，在上述條件下產生4條雷射*L123〜L126 時’光之強度上產生約17%之差。雖BS 104, 105及反射鏡106 之各個誤差小，但是產生此種程度之強度差，係因多重反 射而累積之製造誤差成分。 【發明内容】 本發明之目的在提供一種新型之光照射裝置，可解決上 述先前技術存在之問題。 本發明之其他目的在提供一種光照射裝置，其係在將1 條雷射光分割成數條雷射光時，使被分割之各雷射光之強 度相同。 本發明之光照射裝置具傷：第一射出機構，其係採用具 有1個以上光分離面之光學構造，前述光分離面透過及反射 光束，而分割成透過光及反射光’入射％光束時，藉由使 入射之!條光束經由“固以上之光分離面而生成n_2以 上之自然數）光束；第二射出機構，其係採用與第—射出機 構相同之光學構造’入射!條光束時，藉由使入射之“夺光 束經由1個以上之光分離面而生成瞻光束；1光合成機 構，其係入射自第一射出機構射出之η條光束與自第二射出 :構射出之η條光束，合成彼此之以條光束，而輸^條光 束。 、稽田弟一射出機構y 二射出機構所生成之各η條光束，若按照其光束生伽 之錯由反射及透過而產生之光程長度短之順序，自第_
O:\87\87780.DOC -10- 1227792 至第η條賦予順位時，係在同軸上合成藉由第一射出機構所 生成之第m條（m係1至η之任意整數）光束，及藉由第二射出 機構所生成之第0—；^+丨）條光束。 本發明之另外目的及藉由本發明而獲得之具體優點，從 以下參照圖式說明之實施形態之說明中即可進一步瞭解。 【實施方式】 以下，參照圖式說明試用本發明之雷射退火裝置。另外， 以下說明之本發明之雷射退火裝置，係藉由在平板狀之退 火對象物之基板上照射雷射光，對該基板實施熱處理之裝 置如本發明之雷射退火裝置係用於形成薄膜電晶體之通 道層時，而該薄膜電晶體構成液晶顯示裝置及有機£[顯示 I置之切換元件。亦即，係用於對在玻璃基板上成膜之非 晶矽膜實施熱處理而形成多晶矽膜時。 第一種實施形態 首先，ό兒明本發明之第一種實施形態。該雷射退火裝置 10如圖3所示， 本發明之雷射退火裝置10具備：載台12，其係放置基板 11 ;第一雷射光源13，其係射出雷射光；第一準直儀14及 第一衰減器15，其係設於自第一雷射光源13射出之雷射光 之光程上；第一光分割部16，其係將自第一衰減器15射出 之雷射光分割成η條雷射光；第二雷射光源丨7，其係射出雷 射光；第二準直儀18及第二衰減器19，其係設於自第二雷 射光源17射出之雷射光之光程上；及第二光分割部⑽，其 係將自第二衰減器19射出之雷射光分割成11條雷射光。另 O:\87\87780.DOC -11 - 1227792 外，η係自然數。 此外，本發明之雷射退火裝置10具備：光合成部21，其 係混合自第一光分割部16及第二光分割部20射出之各以条 雷射光，而射出（2χη)條雷射光；透鏡陣列22，其係入射由 (2χη)個凸透鏡構成之光合成部21射出之（2χη)條雷射光；及 聚光鏡23，其係將自透鏡陣列22射出之（2χη)條雷射光導至 基板11之特定區域。 載台12具有搭載平板狀之基板11之平坦主面。載台丨二保 持搭載於主面上之基板11，並且在平行於主面方向之圖3 中之X方向及Υ方向上移動。雷射退火裝置1〇藉由使載台12 移動’可使基板11與雷射光之照射光點之相對位置移動。 亦即，藉由使載台12移動，可控制基板11上進行退火之位 置。另外’載台12之移動控制係藉由圖上未顯示之控制器 來進行。 第一雷射光源13及第二雷射光源17脈衝振盪輸出各1條 光束之雷射光。雷射退火裝置10採用固體雷射作為第一雷 射光源13及第二雷射光源17。固體雷射係將除半導體之結 晶及玻璃等之透明物質作為母體材料，藉由光來激勵母體 材料中摻雜稀土類離子及過渡金屬離子等之固體雷射材 料，而射出雷射光之裝置。此時之固體雷射可使用：母體 材料使用玻璃，並摻雜Nd3 +之玻璃雷射；於紅寶石内摻雜 Cr3 +之紅寶石雷射；於釔鋁石榴石（yaG)内摻雜Nd3 +之Yag 雷射；及使用非線形光學結晶轉換此等雷射波長之雷射 等。此外，亦可使用半導體雷射等來取代固體雷射。 O:\87\87780.DOC -12- 1227792 第一雷射光源13與第二雷射光源17雖射出相同波長之雷 射光’不過藉由不同之雷射振盪器’即使合成兩者射出之 雷射光，仍不發生可干涉。 自第一雷射光源13射出之雷射光入射於第一準直儀14。 第一準直儀14將入射之雷射光形成特定光束徑之平行光 束。自第一準直儀14射出之雷射光入射於第一衰減器15。 第一衰減器15調整入射之雷射光強度。自第一衰減器^射 出之雷射光入射於第一光分割部16。 自弟一雷射光源17射出之雷射光入射於第二準直儀μ 第二準直儀18將入射之雷射光形成特定光束徑之平行光 束。自第二準直儀18射出之雷射光入射於第二衰減器Μ。 第二衰減器19調整入射之雷射光強度。自第二衰減器^射 出之雷射光入射於第二光分割部2〇。 以下，將自第一衰減器15入射於第—光分割部16之雷射 光稱為雷射光L11。此外，將自第二衰減器19入射於第二 光分割部20之雷射光稱為雷射光L12。雷射光乙丨丨與雷射光 L12藉由準直儀14, 18及衰減器15, 19調整成彼此強度及光 束徑相同。 第一光分割部16分割入射之雷射光Lu，並射出等間隔 亚列之η條平打之雷射光。自第一光分割部16射出之“条雷 射光之光程如並列於圖3中之χ方向。此外，自第一光分割 部Μ射出之η條雷射光形成彼此無可干涉性之雷射光。如第 一光分割部16,為求進行雷射光之分割所形成之光程長 度’其射出之各雷射光均不同。亦即，自雷射光Lu之入
O:\87\87780.DOC -13- 1227792 射口至射出Π之光程長度，峰之雷射光均各不相同。再 者，其各光程上附加藉由第一雷射光源13定義之可干涉距 離以上之差。因此射出之各雷射光形成彼此無可干涉性之 狀態。 另外，自第一光分割部16射出之11條雷射光按照其並列順 序註記編號來說明。如自第一光分割部16射出之^^条雷射光 亚列於圖3中之X方向上，而自χ方向之一方依序以各增加^ 的方式來註記編號。具體而言，自χ方向之一方起，第一 條雷射光註記成雷射光L11-1，第二條雷射光註記成雷射光 L11-2，第三條雷射光註記成雷射光LU_3，以下依序註記 編號’最後之第η條雷射光註記成雷射光l丨丨_n。 第二光分割部20分割入射之雷射光U2，並射出等間隔 平行並列之η條雷射光。自第二光分割部2〇射出之n條雷射 光之光程，如形成於圖3中之X-Z平面上，並列於又方向。 此外，自第二光分割部20射出之n條雷射光形成彼此無可干 涉性之雷射光。如第二光分割部20,為求進行雷射光之分 割所形成之光程長度，其射出之各雷射光均不同。亦即， 自雷射光L12之入射口至射出口之光程長度，η條之雷射光 均各不相同。再者，其各光程上附加藉由第二雷射光源17 疋義之可干涉距離以上之差。因此射出之各雷射光形成彼 此無可干涉性之狀態。 另外，自第二光分割部20射出之η條雷射光按照其並列順 序註記編號來說明。如自第二光分割部2〇射出之雷射光並 列於圖3中之X方向上，而自箭頭χ方向之一方依序以各增 O:\87\87780.DOC -14- 1227792 加1的方式來註記編號。另外，增加編號之方向與註記於第 一光分割部16之編號之增加方向相同。具體而言，自X方 向之一方起，第一條雷射光註記成雷射光1^12_1，第二條雷 射光§主記成雷射光L12_2，第三條雷射光註記成雷射光 L12-3，以下依序註記編號，最後之第n條雷射光註記成雷 射光Ll2-n。 此％ ’第一光分割部丨6與第二光分割部2〇彼此使用相同 之光學構件’且其光學構件之内部配置相同。 但疋’第一光分割部丨6與第二光分割部2〇係將平行於射 出之田射光之光軸方向之軸為中心，而對該軸反轉丨8〇。來 配置。亦即’第一光分割部16與第二光分割部2〇係以圖3 中Z方向之軸為中心，反轉1 8 。來配置。 因此，自第一光分割部16及第二光分割部2〇射出之雷射 :之關係如下。亦gp，第一光分割部16之為求生成第一條 Μ射光Lll 1所形成之第一光分割部μ内之光學路徑，與第 、光刀告彳。卩20之為求生成第η條雷射光乙^^所形成之第二 ^刀、J Ρ 2〇内之光學路控相同。此外，第一光分割部1 6之 為求生成第二條雷射光L11-2所形成之第一光分割部16内 之光于路彳工，與第二光分割部2〇之為求生成第（口 一 1)條雷 射光L12_(n—丨）所形成之第二光分割部20内之光學路徑相 同此外，第一光分割部16之為求生成第三條雷射光L11-3 所形成之第一光分割部16内之光學路徑，與第二光分割部 2〇之為求生成第（n~ 2)條雷射光L12_(n- 2)所形成之第二 光分割部20内之光學路徑相同。
O:\87\87780.DOC -15 - 1227792 亦即，第一光分割部16之為求生成第111(〇1係1以上， 下之整數）條雷射光LI 1-m所形成之第一光分割部16内之光 學路從，與第二光分割部2〇之為求生成第（n—m+i)條雷射 光L12-(n—m+1)所形成之第二光分割部加内之光學路徑相 同。因此，第一光分割部16之第㈤條雷射光與第二光分割 部20之第（n 一 m+1)條雷射光係自入射之雷射光通過相同之 光學構件而生成。 另外，第一光分割部16及第二光分割部2〇之具體構造例 詳述於後。 以上之自第一光分割部16射出之η條雷射光 L 1 1 L11 -η，與自第二光分割部射出之η條雷射光 L12-1〜L12-n入射於光合成部21。 光合成部21合成自第一光分割部16射出之11條雷射光 L11-1〜Lll-n，與自第二光分割部2〇射出之η條雷射光 L12-1〜L12-n，並射出等間隔平行並列之（2χη)條雷射光。 自光合成部21射出之η條雷射光如並列於圖3中之χ方向。 而（2xn)條雷射光之強度全部相同。 以下’對自光合成部21射出之（2xn)條輸出雷射光，按照 其並列順序註記編號。具體而言，將自光合成部2丨輸出之 第一條雷射光註記成雷射光L20-1，將第二條雷射光註記成 雷射光L20-2，將第三條註記成雷射光乙2〇-3，將第n條雷射 光註記成雷射光L20-n，將第（η+1)條雷射光註記成 L20-(n+l) ’將第（η+η)條雷射光註記成二⑼办十。）。 另外’光合成部21之具體構造例詳述於後。
O:\87\87780.DOC -16- 1227792 自光合成部2 i輸出之(2 Xn)條輸出雷射奉-㈣) 入射於透鏡陣列22。 透鏡陣列22係由在自光合成部21射出之（2χη)條輸出雷 射光並列之方向（如圖3中X方向）上，等間隔排列成一行之 (2Χη)個凸透鏡構成。凸透鏡之排列間隔與自光合成部㈣ 出之輸出雷射光之間隔相同，而各凸透鏡設於各輸出雷射 光之光軸上。自透鏡陣列22射出之輸出雷射光於聚光後， 入射於聚光鏡2 3。 聚光鏡23將藉由透鏡陣列22聚光之（2χη)條輸出雷射光 合成於基板Π上之特定照射區域上，將合成之光照射於基 板11上。 如上構成之雷射退火裝置10將基板u放置於載台12上 後，開始進行雷射退火處理。雷射退火裝置10於開始進行 雷射退火處理時，係自第一雷射光源13及第二雷射光源17 射出脈衝雷射。 自第一雷射光源13射出之雷射光通過第一準直儀14、第 一衰減器15及第一光分割部16，在彼此無可干涉性情況下 形成相同強度之η條平行光束。自第二雷射光源17射出之雷 射光通過第二準直儀18、第二衰減器19及第二光分割部 20，在彼此無可干涉性情況下形成相同強度之11條平行光 束。 自第一光分割部16及第二光分割部2〇射出之!^/^雷射光 藉由光合成部21合成，形成（2 χη)條之輸出雷射光。（2 χη) 條之輸出雷射光經由透鏡陣列22及聚光鏡23合成後，照射
O:\87\87780.DOC -17- 1227792 於基板11上之特定區域。 而後’雷射退火裝置祐 罝10使載台12平行移動，使平板之基 板11在對主面平行之太a σ (圖3中χ-γ方向）上移動，在整個 基板11區域上照射雷射光進行退火處理。 其次，進一步詳細說明楚 月弟一光分割部1 6、第二光分割部 20及光合成部21之構造。H 少 另外，係以自第一光分割部1 6及 第二光分割部20射出之带如止 ^ ® <田射先之數量為4條，亦即，時 之第一光分割部1 6、第-本八* 乐一先分割部2 0及光合成部21之構造 為例作說明。 圖4顯示η=4時之第一杏八利^ 4 ^ 先刀軎丨J部1 6、第二光分割部2〇及光 合成部2i之構造。此外，圖5顯示η=4時之第一光分割部μ 之構造。另外’將入射於第—光分割部16及第二光分割部 20之雷射光Lll，L12之入鼾古A% — & ▽ 士人 '^八射方向设定為Z方向。該Z方向係 對載台12之主面正交之方^7 又心万向。此外，自第一光分割部16及 第二光分割部20射出之各4條雷射光係在特定方向上平行 並列射出，其雷射光之排列方向設定為χ方向。另外X方向 與Ζ方向係彼此正交之方向。 如圖4及圖5所^:，第一光分割部16具備··配置成平面狀 之光分離面並列於ζ方向之第一射束分離器（bs)3i及第二 BS32。第一 BS31及第二BS32係透過及反射入射於光分離面 之雷射光，而为離成兩條雷射光之元件。透過與反射之分 離比率設計成1 : 1。 第一光分割部16具備反射鏡33，其係配置成光反射面與 弟一 BS31及弟一 BS32之光分離面平行’而舆第一 Bui及第 O:\87\87780.DOC -18- 1227792 二BS32並列於Z方向。反射鏡33係反射入射於平面狀之光 反射面之雷射光之元件。反射鏡33比第一 BS31配置於雷射 光L11之入射側。 第一 BS31及第二BS32之光分離面與反射鏡33之光反射 面’係對於以X— Z軸形成之平面垂直地配置，且配置成對 入射之雷射光L11之入射方向，亦即對X方向具特定角度θ (0° < 0 < 90°)。亦即，雷射光li 1對第一 BS31及第二BS32 之光分離面，係以入射角0入射。 第一 BS31配置於第一雷射光liu之光軸上。此外，第 二BS32亦配置於第一雷射光[η]之光軸上。此外，第一 BS31係形成僅入射入射光之雷射光L11，而不入射其他光 之配置及大小。第二BS32係形成入射第一 BS31之透過光及 被反射鏡33反射後之第一 BS31之反射光，而不入射其他光 之配置及大小。反射鏡33係形成入射第一 BS31之反射光及 第二BS32之兩個反射光，而配置於不遮蔽雷射光Li丨之位 置及大小。 但疋，第一BS31與反射鏡33間之距離、，於藉由第一雷 射光源13所設定之可干涉距離為[時，係在L/(2 以 上。此外’第一BS31與第二BS32間之距私，於藉由第一 雷射光源13所設定之可干涉距離為L時，亦係在叩⑶… 以上。 第-光分割部16藉由形成以上構造，可射出在X方向上 平行並列之彼此無可干涉性之4條雷射光。 具體而言，第一雷射光⑴-1係由透過第-BS31與透過
O:\87\87780.DOC -19- 1227792 第二BS32之路徑而生成。第二雷射光Lu_2係由反射第一 BS31與透過第二BS32之路徑而生成。第三雷射光Liu係 由透過第一 BS31與反射第二BS32之路徑而生成。第四雷射 光L11-4係由反射第一 BS31與反射第二BS32之路徑而生 成。 由於自第一光分割部16射出之4條雷射光係通過彼此可 干涉距離以上之光程而生成，因此即使合成亦不致產生可 干涉。 亦即，比較第一雷射光LH-丨之光程長度與第二雷射光 LU-2之光程長度時，由於第一 ：8831與反射鏡33間之距離 t!，於可干涉距離為L時，係在L/(2c〇s0)以上，因此第二 雷射光L11-2之光程長度在可干涉距離L以上。比較第二雷 射光L11-2之光程長度與第三雷射光ίη_32光程長度時田 由於第一 與帛二BS32間之距私，於可干涉距離為l 時，係在L/(2C〇S0)以上，因此第三雷射光[丨^之光程長 度在可干涉距離以上。比較第三雷射光LU_3之光程長度與 第四雷射光L11-4之光程長度時，由於第一 BS3i與反射鏡 33間之距離。’於可干涉距離為£時，係在l/(2c〇s0)以上， 因此第四雷射光LH-4之光程長度在可干涉距離以上。 第二光分割部20使用與以上構造之第—光分割❹相同 之光學構件’相同配置而構成。 但是，第二光分割部20如圖4所示，係將輸出之雷射光之 射出方向（z方向）作為軸，軸反轉18〇。來配置。 因此，第一雷射光L1M係由反射第一 BS31與反射第二
O:\87\87780.DOC -20- 1227792 BS32之路徑生成。第二雷射光L11-2係由透過第一則31與 反射第二BS32之路徑生成。第三雷射光L11_3係由反射第 BS31與透過苐二BS32之路徑生成。第四雷射光係 由透過第一 BS31與透過第二BS32之路徑生成。 如圖4所示，光合成部21具備射束分離器34,其係反射及 透過入射之雷射光，而分離成兩條雷射光。射束分離器34 之光分離面與χ—ζ平面正交。射束分離器34之透過與反射 之分離比率為1 : 1。 自第一光分割部16射出之4條雷射光（L11-1〜L11-4)藉由 反射鏡35反射後，自一方之面（以下稱表面）入射於射束分 離器34。此外，自第二光分割部2〇射出之4條雷射光 (L12-1〜L12-4)自與第一光分割部16入射雷射光之面相反 侧之面（以下稱背面）入射於射束分離器34。 自第一光分割部16及第二光分割部2〇射出之8條雷射 光，全部沿著與射束分離器34之光分割面正交之平面，亦 即沿著X-Z平面入射於該射束分離器34。此外，各雷射光 對射束分離器34之光分離面以特定之角度0(〇。〈必〈9〇。） 入射。但是，入射成自第一光分割部16射出之雷射光 (L11-1〜L11-4)與自第二光分割部2〇射出之雷射光 (L12-1〜L12-4)之光軸不一致。 再者，自第一光分割部16射出之第一雷射光與自第 二光分割部20射出之第-雷射光[叫入射於射束分離器 34之光分離面上之相同位置（不過有可能是表面與背面之 差異）。自第-光分割部16射出之第二雷射光LU_2與自第 O:\87\87780.DOC -21 - 1227792 一光分割部20射出之第二雷射光L12_2入射於射束分離器 34之光分離面上之相同位置。自第一光分割部“射出之第 三雷射光L11-3舆自第二光分割部2〇射出之第三雷射光 入射於射束分離器34之光分離面上之相同位置。自第 一光分割部16射出之第四雷射光L1丨_4與自第二光分割部 20射出之第四雷射光L12-4入射於射束分離器％之光分離 面上之相同位置。 因此，自第一光分割部16射出之第一雷射光之反射 光（Lll-l_r)與自第二光分割部2〇射出之第一雷射光 之透過光（L12-l_t)合成於同軸上，並作為輸出光^卜丨射 出。自第一光分割部16射出之第二雷射光LU_2之反射光 (LI l-2_r)與自第二光分割部2〇射出之第二雷射光之 透過光（L12-2_t)合成於同軸上，並作為輸出光^…〕射出。 自第一光分割部丨6射出之第三雷射光E1丨_3之反射光 (L11-3—r)與自第二光分割部2〇射出之第三雷射光[12_3之 透過光（L12-3_t)合成於同軸上，並作為輸出光1^〇_3射出。 自第一光分割部16射出之第四雷射光丨_4之反射光 (L11-4一r)與自第二光分割部2〇射出之第四雷射光[12_4之 透過光（L12-4」)合成於同軸上，並作為輸出紅2〇_4射出。 此外’自第—光分㈣16射出之第-雷射光LW之透過 光（LU-i—1)與自第二光分割部2〇射出之第一雷射光^24 之反射光（LU-Lr)合成於同軸上，並作為輸出光L2〇_5射 出。自第-光分割部16射出之第二雷射光⑴以透過光 (L1 i-2—t)與自第二光分割部20射出之第二雷射光⑴以 O:\87\87780.DOC -22- 1227792 反射光（L12-2一r)合成於同軸上，並作為輸出光二加^射出。 自第一光分割部16射出之第三雷射光[丨^之透過光 (L11-3一t)與自第二光分割部20射出之第三雷射光[12_3之 反射光（L12-3_r)合成於同軸上，並作為輪出光乙2〇_7射出。 自第一光分割部16射出之第四雷射光[^、之透過光 (L1 l-4—t)與自第二光分割部20射出之第四雷射光Ll2_4之 反射光（L12-4-0合成於同軸上，並作為輸出光乙2〇_8射出。 另外，輸出光L20-5〜L20-8係藉由反射鏡36反射，並與輸 出光L20-1〜L20-4平行射出。 如以上所述，本發明之雷射退火裝置1〇之第一光分割部 1 6與第二光分割部20彼此使用相同之光學構件，且其光學 構件内部之配置構造相同。此外，第一光分割部丨6與第二 光分割部20係將射出之雷射光之光軸方向作為中心軸，對 其中心軸彼此反轉180。來配置。再者，第一種實施形態之 雷射退火裝置ίο係藉由光合成部21合成第一光分割部16之 第m( 1 $ m $ n)之雷射光L! 1-m與第二光分割部2〇之第㈤雷 射光L12-m。 如此，本發明之雷射退火裝置1〇係合成通過反射及透過 形態彼此對稱之路徑而分離之各雷射光。因此，第一種實 施形態之雷射退火裝置10，即使因製造誤差而在分離光學 系統之射束分離器上產生透過及反射之分離比率差異，仍 可藉由合成雷射光來抵銷誤差。 圖6顯示如圖4所示之第一光分割部16及第二光分割部2〇 之第一射束分離器31及第二射束分離器32之反射量及透過
O:\87\87780.DOC -23 - 1227792 量之比之誤差為2%，反射鏡33之反射率為99%時，雷射光 L2〇-1〜L2〇4之強度圖。圖6中顯示以雷射光L20]之強度為 基準時’各雷射光L20-2〜L20-8之強度比率。 如該圖6所示，可知以上述條件生成8條雷射光 L20-1〜L20-8時，光之強度上僅產生約} 1%之差異。
另外，第一光分割部16及第二光分割部20之具體例，係 頒示n-4時之構造例，不過，藉由增加射束分離器之數量， 即使並非n=4仍可實現相同之構造。亦即，射束分離器之數 量為j個（j為自然數）時，可射出n = 2j條之雷射光。 藉由第一光分割部16及第二光分割部20分割之雷射光束 數量為η，第i個配置之射束分離器為BSi，i之最大值，亦 即光分割部具備之BS數量為k時，η與k之關係如以下之公 式2所示。 n=2k · · · (2)
此外，第i個BSi中，雷射光束透過及反射之次數以與丨之 關係如以下之公式3所示。 m=2(1— 1) · · · (3) 此外，BSi之透過率T如以下之公式4所示。 T=0.5i ---(4) 再者，BSi之反射率R如以下之公式5所示。 R=0.5i ---(5) 此外，為求將輸出之η條雷射光束形成彼此不可干涉之非 相干性之光，須將各射束分離器及反射鏡配置成如下。 此時，雷射光束對各射束分離器之入射角為0，雷射光 O:\87\87780.DOC -24- 1227792 束之可干涉距離為L。 第一個射束分離器與反射鏡之距離t 〇設定成如以下公 式6所示。 tO ^ L/(2 cos Θ ) · · .(6) 此外，將第一個配置之射束分離器BS丨與第』個配置之射 束分離器BS⑴間之距離吣—D設定成如以下公式7所示。 另外，j為2至k之整數。 tj — (2(j υ — i)l/(2 cos (9 ) · ·.⑺ 此外，在各射束分離器間，及射束分離器與反射鏡之間 設置折射率η之媒質時，為求將輸出in條雷射光束形成彼 此不可干涉之非相干性之光，須將各射束分離器及反射鏡 配置成如下。 第一個射束分離器與反射鏡之距離t〇設定成如以下公式 8所示。 tO ^ L/(2n cos θ ) · · · (8) 此外’將第一個配置之射束分離器BS丨與第j個配置之射 束分離态BS(j)間之距離t(j 一 1)設定成如以下公式9所示。 另外，j為2至k之整數。 tj^(2(j 1}— l)L/(2n cos 0 ) · . · (9) 藉由如此配置射束分離器，可將丨條雷射光束分割成彼此 非相干性且強度相同之n條平行之雷射光束。 第二種實施形態 其次說明本發明第二種實施形態之雷射退火裝置。另 外，說明本發明第二種實施形態之雷射退火裝置時，與上 O:\87\87780.DOC -25- 1227792 述第一種實施形態相同之部分註記相同之符號，並省略進 一步之詳細說明。 如圖7所示’本發明第二種實施形態之雷射退火裝置 具備·載台12，其係放置基板u ;第一雷射光源13，其係 射出雷射光；第一準直儀14及第一衰減器15，其係設於自 第田射光源13射出之雷射光之光程上；第二雷射光源 17 ’其係射出雷射光；及第二準直儀18及第二衰減器19， 係δ又於自第二雷射光源17射出之雷射光之光程上。 圖7所示之本發明之雷射退火裝置4〇具備··第一水平光分 』邛41，其係將自第一衰減器15射出之雷射光，在圖7中χ 向之水平方向上分割成2條雷射光；第二水平光分割部 2其係將自第二衰減器19射出之雷射光，在水平方向上 分割成2條雷射光；第—垂直光分割部43，其係將藉由第一 水平光分割部41分割之2條雷射光，在圖7中丫方向之垂直 方向上4分割，而輸出合計8條雷射光；第二垂直光分割部 料，其係將藉由第二水平光分割糾分割之2條雷射光在垂 直方向上4分割，而輸出合計8條雷射光；光合成部45,直 係混合自第-垂直光分割部43及第二垂直光分割部44射出 之各8條雷射光，而射出16條雷射光，·透鏡陣⑽，豆係入 射自_凸透鏡構成之光合成部45射出之16條雷射光；及 =鏡23,其係將自透鏡陣列46射出之⑽雷射光導至基 板11之特定區域。 41 第一衰減器15射出之雷射光入射於第— 自第二衰減器19射出之雷射光入射於第 水平光分割部 二水平光分割
O:\S7\87780.DOC -26- 1227792 部42 〇 第々水平光分割部41在χ方向上分割人射之雷射光，並 /出等間隔平行並列之2條雷射光。自第-水平光分割部41 夕于出之》2條雷射光之光程如在圖7中之χ方向上並列。此 卜自第一水平光分割部41射出之2條雷射光形成彼此無可 干：性之雷射光。如第-水平光分割部41為求進行雷射光 之分割所形成之光程長度，其射出之各雷射光不同。亦即， =雷射光之人射°至雷射光之射出口之光程長度，每2條之 雷射光均不相同。再者，在各光程上附加藉由第一雷射光 二3定義之可干涉距離以上之差。第-水平光分割部41如 可糟由除去圖5所示之光分割部16之射束分離器32之構造 來實現。 第二水平光分割部42在X方向上分割入射之雷射光，並 射出等間隔平行並列之2條雷射光。自第二水平光分割部42 射出之2條雷射光之光程如在圖7中之X方向上並列。此 外’自第二水平光分割部42射出之2條雷射光形成彼此無可 干涉性之雷射光。如第二水平光分割部42為求進行雷射光 之分割所形成之光程長度，其射出之各雷射光不同。亦即， 自雷射光之入射口至雷射光之射出口之光程長度，每2條之 田射光均不相同。再者’在各光程上附加藉由第二雷射光 源17定義之可干涉距離以上之差。第二水平光分割部42如 可藉由除去圖7所示之光分割部16之射束分離器32之構造 來實現。 此時，第一水平光分割部41與第二水平光分割部42彼此
O:\87\87780.DOC -27- 1227792 使用相同之光學構件，且其光學構件之内部配置相同。但 疋，第一水平光分割部41與第二水平光分割部42係將射出 之雷射光之光軸方向為中心，配置成其轴對稱。亦即，第 一水平光分割部41與第二水平光分割部42係配置成對圖7 中Z方向之雷射光之射出方向，軸旋轉丨^^。。 自第一水平光分割部41射出之2條雷射光入射於第一垂 直光分Μ部43 ’自第二水平光分割部42射出之2條雷射光入 射於第二垂直光分割部44。 第一垂直光分割部43將圖7中χ方向上平行並列之2條雷 射光，分別在圖7中Υ方向上4分割後輸出。因此，自第： 垂直光分割部43射出合計8條雷射光。自第—垂直光分割部 43射出之8條雷射光形成在圖7中又方向上以于，在圖7中γ方 向上4行亚列之矩陣狀。此外，自第一垂直光分割部们射出 之8條雷射光形成彼此無可干涉性之雷射光。如自雷射光之 入射口至雷射光之射出口之光程長度，每垂直方向之雷射 光均不相同。並在各光程上附加藉由第一雷射光源η定義 之可干涉距離以上之差。第—垂直光分割部43可藉由如以 Ζ方向為中心’使圖7所示之光分割部16旋轉90度來實現。 第二垂直光分割部44將圖7中又方向上平行並列之2停兩 射光，分別在圖7中丫方向上4分割後輸出。因此，自第二 垂直光分割部44射出合計8條雷射光。自第二垂直光分割部 44射出之8條雷射光形成在圖7中又方向上靖，在圖7中γ方 向上4行並列之矩陣狀。此外，自第二垂直光分割部44射出 之8條雷射光形成彼此無可干涉性之雷射光。如自雷射光之
O:\87\87780.DOC -28- 1227792 入射口至雷射光之射出口之光程長度，每垂直方向之雷射 光均不相同。並在各光程上附加藉由第二雷射光源17定義 之可干涉距離以上之差。第二垂直光分割部44可藉由如以 圖7中Z方向為中心，使圖7所示之光分割部16旋轉一 9〇度 來實現。 此時，圖8顯示自圖7中X方向觀察第一水平光分割部 41、第一垂直光分割部43及光合成部45之圖，圖9顯示自圖 7中X方向觀察第二水平光分割部42、第二垂直光分割部44 及光合成部45之圖。如圖8及圖9所示，第一垂直光分割部 43與第二垂直光分割部44彼此使用相同之光學構件，且其 光學構件之内部配置相同。但是，第一垂直光分割部43與 第一垂直光分割部44係將與射出之雷射光之光軸方向平行 之軸作中心，配置成對其軸反轉18〇。。 自第一垂直光分割部43及第二垂直光分割部44射出之各 8條雷射光入射於光合成部4 5。 光合成部45混合自第一垂直光分割部43射出之8條雷射 光與自第二垂直光分割部44射出之8條雷射光，而射出X方 向之水平方向4行，γ方向之垂直方向4行並列之矩陣狀雷 射光群。自光合成部45射出之16條雷射光其強度全部相 同。該光合成部45之構造與上述光合成部21相同。但是， 第一種貫施形恶係合成在χ方向上並列丨行之雷射光者，而 第一種貫施形態則係入射矩陣狀並列之雷射光，因此光分 離面上須具有可照射8條雷射光之足夠大小。 光合成部45具備射束分離器34，其係反射及透過入射之
O:\87\87780.DOC -29- 1227792 雷射光，而分離成兩條雷射光。射束分離器34之光分離面 與x-z平面正交。射束分離器34之透過與反射之分離比率 為 1 ·· 1 〇 自第-垂直光分割部43射出之8條雷射光藉由反射鏡35 反射後，自-方之面（以下稱表面）入射於射束分離器34。 此外’自帛二垂直光分割部44射出之8條雷射光，自與第一 垂直光分割部4 3入射雷射光之面相反侧之面（以下稱背面） 入射於射束分離器34。 自第一垂直光分割部43及第二垂直光分割部44射出之合 計16條雷射光，對射束分離器34之光分離面，以特定之角 度0(〇°<0<9〇。）入射。但是係入射成自第一垂直光分割 部43射出之雷射光與自第二垂直光分割部料射出之雷射光 之光轴不一致。 再者，自第一垂直光分割部43射出之位於（s，t)之雷射光 與自第二垂直光分割部44射出之位於（s，t)之雷射光，入射 於射束分離器34之光分離面上之相同位置（不過有可能是 表面與背面之差異）。此處之（s，t)表示2><4之矩陣狀雷射光 之位置。另外，s，t分別取s=1，2, t=1，2,3,4之值。亦即， 矩陣内相同位置之各雷射光合成於同軸上。 自光合成部45輸出之16條輸出雷射光入射於透鏡陣列 46 ° 透鏡陣列46係由排列成圖1〇所示之矩陣狀之16個凸透鏡 構成。凸透鏡之排列間隔與自光合成部45射出之輸出雷射 光之間隔相同，各凸透鏡設於各輸出雷射光之光軸上。 O:\S7\E7780.DOC -30- 1227792 透鏡陣列46射出之輸出雷射光聚光後，人射於聚光鏡23。 、，聚光鏡23合成藉由透鏡陣列牝聚光之⑹条輪出雷射光， 亚聚光於基板1 1上之特定照射區域。 —具備以上構造之本發日月之雷射退火裝置4G係二次元地進 仃雷射光之分割。此時第一水平光分割部41與第二水平光 勿f部42之關係，以及第一垂直光分割部43與第二垂直光 =d邛44之關係，亦係彼此使用相同之光學構件，且其光 予構件内部之配置構造相同。並將輸出之雷射光之光轴方 2作為中心轴，而配置成對其中心軸彼此反轉18〇。。再者， 第二種實施形態之雷射退火裝置4G係藉由光合成部45，合 成自第一垂直光分割部43射出之雷射光與自第二垂直光分 割部44射出之雷射光，並合成矩陣狀之在相同位置之各雷 射光。 亦即，第二種實施形態之雷射退火裝置40係合成通過相 對之路徑而分離之各雷射光。 因此，圖7所示之本發明之雷射退火裝置4〇，即使因設計 誤差，而在分離光學系統之射束分離器上產生透過及反射 之刀離比率之差異，仍可藉由合成雷射光來抵銷誤差。 另外，該業者瞭解本發明並不限定於上述之例，在不脫 離以下申凊專利範圍及其主旨情況下，可進行各種變更、 替換或與其同等者。 【產業上之利用可行性】 本發明之光照射裝置，由於係合成沿著相對之光學路徑 之各光束，因此抵銷在分割路徑上產生之誤差成分，可使
O:\87\87780.DOC -31 - 1227792 輪出之數條光束之強度相同。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之前之雷射退火裝置之構造圖。 圖2係顯示以圖1所示之雷射退火裝置所分割之4條雷射 光之強度分布圖。 圖3係本發明第一種實施形態之雷射退火裝置之構造圖。 圖4係圖3所示之雷射退火裝置之分割光學系統及合成光 學系統之構造圖。 圖5係顯示一種分割光學系統之構造圖。 圖6係顯示以本發明之雷射退火裝置所分割之8條雷射光 之強度分布圖。 圖7係本發明第二種實施形態之雷射退火裝置之構造圖。 圖8係圖7所示之雷射退火裝置之第一分割光學系統之構 造圖。 圖9係圖7所示之雷射退火裝置之第二分割光學系統之構 造圖。 圖10係顯示本發明之雷射退火裝置使用之一種透鏡陣列 之立體圖。 【圖式代表符號說明】 10 雷射退火裝置 11 基板 12 載台 13 第一雷射光源 14 第一準直儀 O:\87\87780.DOC -32- 1227792 15 第一衰減器 16 第一光分割部 17 第二雷射光源 18 第二準直儀 19 第二衰減器 20 第二光分割部 21 光合成部 22 透鏡陣列 23 聚光鏡 31 第一 BS 32 第二BS 33 反射鏡 34 射束分離器 35 反射鏡 36 反射鏡 40 雷射退火裝置 41 第一水平光分割部 42 第二水平光分割部 43 第一垂直光分割部 44 第二垂直光分割部 45 光合成部 46 透鏡陣列 100 雷射退火裝置 101 雷射光源 O:\87\87780.DOC .33 - 1227792 102 準直儀 103 光分割部 104 第一 BS 105 第二BS 106 反射鏡 107 第一凸透 鏡 108 第二凸透 鏡 109 第三凸透 鏡 110 第四凸透 鏡 111 聚光鏡 112 基板 L123 〜 L126 雷射光 L120 〜 L122 雷射光 L12 雷射光 Lll 雷射光 Lll-1- -Lll-4 雷射光 O:\87\87780.DOC -34-

Claims (1)

1227792 拾、申請專利範園： 1 · 一種光照射裝置，其特徵為具備： 第射出機構，其係採用具有1個以上光分離面之光學 冓I ’述光分離面透過及反射光束，而分割成透過光 及反射光，入射1條光束時，藉由使入射之1條光束經由1 個=之光分離面而生成瞻（η為2以上之自然數）光束； 、> 了射出枝構’其係採用與上述第-射出機構相同之 光學構造，入射丨條光束時，藉由使入射之丨條光束經由 上述1個以上之光分離面而生成η條光束；及 —光口成機構，其係入射自上述第一射出機構射出之。條 光束舆自上述第二射出機構射出之η條光束，合成彼此之 各1條光束，而輸出η條光束。 上述光合成機構，對於藉由上述第一射出機構及第二 射出/幾構所生成之各η條光束，若按照其光束生成路徑中 之藉由反射及透過而產生之光程長度短之順序，自第一 條至第η條賦予順位時，係在同轴上合成藉由第一射出機 構所生成之第111條（111係1至11之任意整數）光束，及藉由第 二射出機構所生成之第（n—m+ 1)條光束。 2·如申請專利範圍第}項之光照射裝置，#中上述光合成機 構具有反射及透過入射之光束，而分割成2條光束之光束 分割面，於上述光束分割面上，自一方之面側入射自第 -射出機構所射出之n條光束，自上述一方面之背面侧之 另一方面侧入射自第二射出機構所射出之η條光束， 在同軸上合成第一射出機構第m條光束之透過光與第 O:\87\87780.DOC 1227792 一射出機構第（n—m+l)條光束之反射光， 並在同轴上合成第一射出機構第m條光束之反射光與 第一射出機構第（η — m+1)條光束之透過光。 3.如申請專利範圍第2項之光照射裝置，其中上述第一射出 城構在對上述光束分割面垂直之平面上，對上述光束分 告J面射出平行並列之η條光束， 上述第二射出機構在與自上述第一射出機構所射出之 η條光束並列之平面相同之平面上，對上述光束分割面射 出平行並列之η條光束。 4·如申請專利範圍第丨項之光照射裝置，其中上述第一及第 二射出機構内所含之光分割光學系統具備： 第一至第K其中，n=2j，j為1以上之自然數）之j個射束 分離器’其係具有光分離面，該光分離面係透過及反射 入射之光束’而分離成透過光及反射光之2條光束，並且 沿著與上述光合成機構之光束分割面垂直之平面上射出 5亥反射光’該光分離面平行並列；及 反射鏡，其係具有光反射面，該光反射面反射入射之 光束’該光反射面與各射束分離器之光分離面平行，並 配置於全部來自射束分離器之反射光入射於該光反射面 之位置； 第一個射束分離器入射1條光束，並射出1條透過光及1 條反射光， 第k+l(其中，k係1以上，（j —丨）以下之整數）個射束分離 器入射第k個射束分離器之2(^υ條透過光，並且第k個射 O:\87\87780.DOC -2 - 1227792 束分離器之條反射光藉由上述反射鏡反射後入射， 而射出2k條透過光及2k條反射光， 〇第j個射束分離器將條透過光射出外部，並將2Cj_ D條反射光反射至上述反射鏡， 上述反射鏡反射第j個射束分離器條反射光，並 射出至外部， ★上述η個射束分離器之光分離面與第㈣個射束分 離器之光分離面間之距離，與各射束分離器之光分離面 與反射鏡之光反射面間之距離，調整成自光源射出之光 5. 6. 束之各個光程之光程長度之差大於可干涉距離。 如申請專利範圍第3項之光照射裝置，其中第—個射束分 離器之光分離面與第（k+1)個射束分離器之光分離面間之 距離t k，在人射於各射束分離器之雷射光束之入射角為 β，自上述雷射光源射出之雷射光束之可干涉距離為L， 各光分離面^媒質之折射率為㈣，係在（2㈣叩 cos 0 )以上， 弟一個射束分離器之光分離面盥 芦囬興上述反射鏡之光反射 面間之距離，在入射於各射束 么、 町术刀離态之雷射光束之入射 角為Θ，自上述雷射光源射出 ^ τ — 町之田射光束之可干涉距離 為L，第一個射束分離器之光 & 尤刀離面與上述反射鏡之光反 射面間之媒質之折射率為以寺 係在L/(2n cos <9 )以上。 如申請專利範圍第5項之光照射參 置，其中上述第一射出 枝構之先分割光學系統與上述 傲/ 少 、弟一射出機構之光分割光 +系統係對自第一及第二射出 出钱構所射出之η條光束之 O:\87\87780.DOC 1227792 排列方向彼此反轉配置。 7.如申請專利範圍第5項之光照射裝置，其中被上述射束分 離器之光分離面所分離之反射光及透過光之光強度比係 O:\87\87780.DOC
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