WO2020026600A1 - レーザエネルギ測定装置、およびレーザエネルギ測定方法 - Google Patents

レーザエネルギ測定装置、およびレーザエネルギ測定方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a laser energy measuring device and a laser energy measuring method.
  • the output is evaluated by, for example, reflecting the P-polarized light reflected inside the illumination optical system and further reflecting the S-polarized light.
  • the change in the output from the light source can be evaluated by the change in the output of the reflected light by canceling the polarization component.
  • the polarization characteristics inside the illumination optical system cannot be evaluated.
  • the present invention provides a laser energy measuring device capable of accurately evaluating a laser beam applied to a substrate by simultaneously evaluating an output from a light source and a polarization characteristic inside an illumination optical system.
  • the purpose is to:
  • a laser energy measuring apparatus includes a first beam splitter that reflects laser light by one of P-polarization reflection and S-polarization reflection inside or outside an illumination optical system.
  • a second beam splitter for applying one of P-polarized light reflection and S-polarized light reflection to the first reflected light reflected by the first beam splitter; and a second beam reflected by the second beam splitter.
  • a first measuring unit for measuring the energy of the reflected light; and a second measuring unit for measuring the energy of the transmitted light transmitted through the second beam splitter.
  • the second beam splitter may perform P-polarized light reflection of P-polarized light reflection and S-polarized light reflection on the first reflected light.
  • a laser energy measuring method includes a first polarization step of reflecting laser light by one of P-polarization reflection and S-polarization reflection inside or outside an illumination optical system.
  • the method includes a first measurement step of measuring the energy of the reflected light, and a second measurement step of measuring the energy of the transmitted light transmitted in the second polarization step.
  • the laser energy measuring device includes the first measuring unit and the second measuring unit. Therefore, the output from the light source in which the polarization component has been canceled can be evaluated in the first measurement unit, and the polarization characteristics inside the illumination optical system can be evaluated in the second measurement unit. Using these results, the laser light applied to the substrate can be accurately evaluated.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state of polarization of laser light.
  • FIG. 1 is a block diagram of a laser irradiation device 1 and a laser energy measuring device 40 according to one embodiment of the present invention. Note that, in FIG. 1, various configurations are assumed for the internal configuration of the illumination optical system 12, and thus illustration is omitted.
  • the laser irradiation device 1 includes a light source 10 that generates a laser beam L, an illumination optical system 12, a projection lens 20, and a projection mask 30.
  • the laser irradiation apparatus 1 irradiates a laser beam to a channel region forming region on the substrate 15 to anneal, for example, to increase the channel region forming region. This is a device for crystallization.
  • the laser irradiation device 1 is used, for example, when forming a thin film transistor of a pixel such as a peripheral circuit of a liquid crystal display device.
  • a thin film transistor first, a gate electrode made of a metal film such as Al is formed on the substrate 15 by sputtering. Then, a gate insulating film made of a SiN film is formed on the entire surface of the substrate 15 by a low-temperature plasma CVD method.
  • an amorphous silicon thin film is formed on the gate insulating film by, for example, a plasma CVD method. That is, an amorphous silicon thin film is formed (deposited) on the entire surface of the substrate 15. Finally, a silicon dioxide (SiO 2 ) film is formed on the amorphous silicon thin film. Then, a predetermined region (a region to be a channel region in the thin film transistor) on the gate electrode of the amorphous silicon thin film is irradiated with a laser beam and annealed by the laser irradiation device 1 illustrated in FIG. It is crystallized into polysilicon.
  • the substrate 15 may be, for example, a glass substrate or the like, but is not necessarily a glass material, and may be any material such as a resin substrate formed of a material such as a resin. .
  • the beam system of the laser light L emitted from the light source 10 is expanded by the illumination optical system 12, and the luminance distribution is made uniform.
  • a first beam splitter 13 is provided inside the illumination optical system 12.
  • the first beam splitter 13 reflects and transmits the laser light L by one of P-polarized light reflection and S-polarized light reflection. Thereby, the first reflected light L1 is generated.
  • the first beam splitter 13 performs P polarization reflection.
  • the first beam splitter 13 may be provided outside the illumination optical system 12.
  • the component of the laser beam L that has passed through the first beam splitter 13 is irradiated as irradiation light L4 onto the substrate 15 through the projection lens 20.
  • the light source 10 is, for example, an excimer laser that emits a laser beam L having a wavelength of 308 nm or 248 nm at a predetermined repetition cycle. Note that the wavelength is not limited to these examples, and may be any wavelength.
  • the irradiation light L4 passes through the projection mask 30 provided on the projection lens (microlens array) 20, is separated into a plurality of laser lights, and irradiates a predetermined region of the amorphous silicon thin film coated on the substrate 15 Is done.
  • the amorphous silicon thin film coated on the substrate 15 is irradiated with the irradiation light L4, the amorphous silicon thin film is instantaneously heated and melted to become a polysilicon thin film.
  • a microlens array is used as the projection lens 20
  • a microlens array is not necessarily used, and a single lens may be used as the projection lens 20.
  • a projection mask 30 that transmits the laser light L is disposed on the projection lens 20.
  • the laser energy measuring device 40 includes a second beam splitter 41, a first measuring unit 42, and a second measuring unit 43.
  • the second beam splitter 41 subjects the first reflected light L1 to P-polarized light reflection and S-polarized light reflection, which is different from the first beam splitter 13, so that the second reflected light L2 and the transmitted light L3 Generate
  • the second beam splitter 41 performs S-polarized light reflection.
  • the first beam splitter 13 and the second beam splitter 41 are glass plates, and inevitably have polarization characteristics in the process of separating the laser light L and the first reflected light L1.
  • the first measuring unit 42 measures the energy of the second reflected light L2, and the second measuring unit 43 measures the energy of the transmitted light L3.
  • the laser energy measuring device 40 includes a mirror 44.
  • the mirror 44 reflects the transmitted light L3 to irradiate the second measuring unit 43. Note that the laser energy measuring device 40 may not include the mirror 44.
  • the output value A of the second reflected light L2 measured by the first measuring unit 42 is a constant value regardless of the degree of polarization. This means that the output from the light source 10 is constant.
  • the output value B of the transmitted light L3 measured by the second measuring unit 43 changes depending on the degree of polarization. This is because the first reflected light L1 that has been P-polarized by the first beam splitter 13 is measured as transmitted light L3 without being further S-polarized by the second beam splitter 41, so that the illumination optical system 12 has Means that the energy fluctuation component due to the polarization disturbance in can be evaluated.
  • both the output of the light source 10 and the polarization disorder in the illumination optical system 12 can be evaluated. Become. That is, for example, since the output value P of the irradiation light L4 in the polarized light 7 in Table 1 is 84.455 [mJ], by adjusting the output of the light source 10, this value is a target value in a state where there is no polarized light. 100 [mJ] can be approached.
  • the laser energy measurement device 40 includes the first measurement unit 42 and the second measurement unit 43. Therefore, the first measuring unit 42 can evaluate the output of the laser beam from which the polarization component has been canceled, and the second measuring unit 43 can evaluate the output of the laser beam with the remaining polarization component. Using these results, the output of the laser light can be accurately evaluated.
  • the configuration in which the first beam splitter 13 performs P-polarized light reflection and the second beam splitter 41 performs S-polarized light reflection has been described. That is, the types of polarization reflection of the first beam splitter 13 and the second beam splitter 41 need only be different, and the first beam splitter 13 performs S-polarization reflection, and the second beam splitter 41 performs P-polarization reflection. Is also good.

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Abstract

基板に照射されるレーザ光を正確に評価することができるレーザエネルギ測定装置を提供する。本発明のレーザエネルギ測定装置は、照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１ビームスプリッタと、第１ビームスプリッタにより反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２ビームスプリッタと、第２ビームスプリッタにより反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定部と、第２ビームスプリッタを透過した透過光のエネルギを測定する第２測定部と、を備えているレーザエネルギ測定装置。

Description

レーザエネルギ測定装置、およびレーザエネルギ測定方法
　本発明は、レーザエネルギ測定装置、およびレーザエネルギ測定方法に関する。
　従来、光源からの照射されたレーザ光を照明光学系により拡張し、基板に照射することで、基板上に薄膜を形成するレーザ照射装置が知られている。
　このようなレーザ照射装置として、下記特許文献１には、レーザ光を偏光させて照射する構成が知られている。
特開２００５－１０１２０２号公報
　このようなレーザ照射装置では、照明光学系の内部で例えばＰ偏光反射された反射光を、さらにＳ偏光反射させて、出力を評価することが行われている。しかしながらこの場合、偏光成分がキャンセルされることで、光源からの出力の変化を、反射光の出力の変化により評価することができるが、照明光学系の内部における偏光特性を評価できないという問題があった。
　そこで本発明は、光源からの出力と、照明光学系の内部における偏光特性と、を同時に評価することで、基板に照射されるレーザ光を正確に評価することができるレーザエネルギ測定装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明のレーザエネルギ測定装置は、照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１ビームスプリッタと、前記第１ビームスプリッタにより反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２ビームスプリッタと、前記第２ビームスプリッタにより反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定部と、前記第２ビームスプリッタを透過した透過光のエネルギを測定する第２測定部と、を備えている。
　また、第２ビームスプリッタは、第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうち、Ｐ偏光反射を行ってもよい。
　上記課題を解決するために、本発明のレーザエネルギ測定方法は、照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１偏光工程と、前記第１偏光工程で反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２偏光工程と、前記第２偏光工程で反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定工程と、前記第２偏光工程で透過した透過光のエネルギを測定する第２測定工程と、を備えている。
　本発明によれば、レーザエネルギ測定装置が、第１測定部と第２測定部とを備えている。このため、第１測定部において、偏光成分がキャンセルされた光源からの出力を評価できるとともに、第２測定部において、照明光学系の内部における偏光特性を評価することができる。これらの結果を用いて、基板に照射されるレーザ光を正確に評価することができる。
本発明の一実施形態に係るレーザ照射装置およびレーザエネルギ測定装置のブロック図である。 レーザ光の偏光の状態を説明する図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係るレーザ照射装置１およびレーザエネルギ測定装置４０のブロック図である。なお、図１では、照明光学系１２の内部の構成については、様々な構成が想定されるため、図示を省略している。
　図１に示すように、レーザ照射装置１は、レーザ光Ｌを発生する光源１０と、照明光学系１２と、投影レンズ２０と、投影マスク３０と、を備えている。
　レーザ照射装置１は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような半導体装置の製造工程において、例えば、基板１５上のチャネル領域形成予定領域にレーザ光を照射してアニール処理し、当該チャネル領域形成予定領域を多結晶化するための装置である。
　レーザ照射装置１は、例えば、液晶表示装置の周辺回路などの画素の薄膜トランジスタを形成する際に用いられる。このような薄膜トランジスタを形成する場合、まず、基板１５上にＡｌ等の金属膜からなるゲート電極を、スパッタによりパターン形成する。
　そして、低温プラズマＣＶＤ法により、基板１５上の全面にＳｉＮ膜からなるゲート絶縁膜を形成する。
　その後、ゲート絶縁膜上に、例えば、プラズマＣＶＤ法によりアモルファスシリコン薄膜を形成する。すなわち、基板１５の全面にアモルファスシリコン薄膜が成膜（被着）される。最後に、アモルファスシリコン薄膜上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜を形成する。
　そして、図１に例示するレーザ照射装置１により、アモルファスシリコン薄膜のゲート電極上の所定の領域（薄膜トランジスタにおいてチャネル領域となる領域）にレーザ光を照射してアニール処理し、当該所定の領域を多結晶化してポリシリコン化する。なお、基板１５には、例えばガラス基板等を採用することができるが、必ずしもガラス素材である必要はなく、樹脂などの素材で形成された樹脂基板など、どのような素材を採用してもよい。
　図１に示すように、レーザ照射装置１において、光源１０から出射されたレーザ光Ｌは、照明光学系１２によりビーム系が拡張され、輝度分布が均一化される。
　照明光学系１２の内部には、第１ビームスプリッタ１３が設けられている。第１ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により、レーザ光Ｌを反射および透過する。これにより、第１反射光Ｌ１が生成される。本実施形態では、第１ビームスプリッタ１３は、Ｐ偏光反射を行う。なお、第１ビームスプリッタ１３は、照明光学系１２の外部に設けられてもよい。
　また、レーザ光Ｌのうち、第１ビームスプリッタ１３を透過した成分は、照射光Ｌ４として投影レンズ２０を通して基板１５に照射される。
　光源１０は、例えば、波長が３０８ｎｍや２４８ｎｍなどのレーザ光Ｌを、所定の繰り返し周期で放射するエキシマレーザである。なお、波長は、これらの例に限られず、どのような波長であってもよい。
　その後、照射光Ｌ４は、投影レンズ（マイクロレンズアレイ）２０上に設けられた投影マスク３０を透過し、複数のレーザ光に分離され、基板１５に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射される。
　基板１５に被膜されたアモルファスシリコン薄膜の所定の領域に照射光Ｌ４が照射されると、当該アモルファスシリコン薄膜が瞬間加熱されて溶融し、ポリシリコン薄膜となる。
　なお、投影レンズ２０として、マイクロレンズアレイを用いた例を説明したが、必ずしもマイクロレンズアレイを用いる必要はなく、投影レンズ２０として単レンズを用いてもよい。
　投影レンズ２０には、レーザ光Ｌを透過させる投影マスク３０が配置されている。
　次に、前述したレーザ照射装置１の出力を評価する本発明のレーザエネルギ測定装置４０について説明する。
　図１に示すように、レーザエネルギ測定装置４０は、第２ビームスプリッタ４１、第１測定部４２、および第２測定部４３を備えている。
　第２ビームスプリッタ４１は、第１反射光Ｌ１に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうち、第１ビームスプリッタ１３とは異なる偏光反射を施して、第２反射光Ｌ２と透過光Ｌ３とを生成する。本実施形態では第２ビームスプリッタ４１は、Ｓ偏光反射を行う。
　ここで、本実施形態では、第１ビームスプリッタ１３および第２ビームスプリッタ４１はガラス板であり、レーザ光Ｌおよび第１反射光Ｌ１を分離する過程において、必然的に偏光特性を持ってしまう。
　第１測定部４２は、第２反射光Ｌ２のエネルギを測定し、第２測定部４３は、透過光Ｌ３のエネルギを測定する。
　また、レーザエネルギ測定装置４０はミラー４４を備えている。ミラー４４は、透過光Ｌ３を反射して、第２測定部４３に照射する。なお、レーザエネルギ測定装置４０はミラー４４を備えていなくてもよい。
　すなわち、本実施形態に係るレーザエネルギ測定方法では、第２ビームスプリッタ４１により第１反射光Ｌ１を偏光される偏光工程と、第１測定部４２により第２反射光Ｌ２を測定する第１測定工程と、第２測定部４３により透過光Ｌ３を測定する第２測定工程と、を備えている。
　次に、本発明のレーザエネルギ測定装置４０を用いた測定結果について説明する。
　この測定では、Ｐ偏光の状態における出力の狙い値が１００［ｍＪ］である光源１０からのレーザ光Ｌが、レーザ内部あるいは照明光学系１２における屈折率のひずみにより、Ｐ偏光が乱れた場合を、図２に示す各偏光状態と仮定した。
　そして、それぞれの状態において、第１測定部４２および第２測定部４３でエネルギを評価した。さらに、第１測定部４２および第２測定部４３それぞれで得られた測定結果をもとに、既知の下記式（１）に従って、基板１５に照射される照射光Ｌ４の出力値Ｐを算出した。その結果を表１に示す。
　Ｐ＝ａ×Ａ－（Ａ＋０．９Ａ＋Ｂ）
　Ｐ：照射光Ｌ４の出力値［ｍＪ］、ａ：係数＝４５５．４２０２［－］
　Ａ：第１測定部４２で測定した第２反射光Ｌ２の出力値［ｍＪ］
　Ｂ：第２測定部４３で測定した透過光Ｌ３の出力値［ｍＪ］
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、第１測定部４２で測定した第２反射光Ｌ２の出力値Ａは、偏光の程度にかかわらず、一定の値が測定されている。これはすなわち、光源１０からの出力が一定であることを意味している。
　一方、第２測定部４３で測定した透過光Ｌ３の出力値Ｂは、偏光の程度によって変化している。これはすなわち、第１ビームスプリッタ１３によりＰ偏光された第１反射光Ｌ１を、さらに第２ビームスプリッタ４１によりＳ偏光することなく、透過光Ｌ３として測定していることにより、照明光学系１２内における偏光乱れによるエネルギ変動成分を評価することができていることを意味している。
　従って、これらの値Ａ、Ｂを元に算出した照射光Ｌ４の出力値Ｐを確認することで、光源１０の出力、および照明光学系１２内の偏光乱れを、両方とも評価できていることとなる。
　すなわち、例えば表１の偏光７における照射光Ｌ４の出力値Ｐが８４．４５５［ｍＪ］であるため、光源１０の出力を調整することで、この値を、偏光が無い状態における狙い値である１００［ｍＪ］に近づけることができる。
　以上説明したように、本実施形態に係るレーザエネルギ測定装置４０は、第１測定部４２と第２測定部４３とを備えている。このため、第１測定部４２において、偏光成分がキャンセルされたレーザ光の出力を評価できるとともに、第２測定部４３において、偏光成分が残っているレーザ光の出力を評価することができる。これらの結果を用いて、レーザ光の出力を正確に評価することができる。
　なお、上記実施形態は、本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。従って、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態に対して種々の変形を行ってもよい。
　例えば、上記実施形態においては、第１ビームスプリッタ１３がＰ偏光反射を行い、第２ビームスプリッタ４１がＳ偏光反射を行う構成を示したが、このような態様に限られない。すなわち、第１ビームスプリッタ１３と第２ビームスプリッタ４１との偏光反射の種類が異なっていればよく、第１ビームスプリッタ１３がＳ偏光反射を行い、第２ビームスプリッタ４１がＰ偏光反射を行ってもよい。
　また、前述した変形例に限られず、これらの変形例を選択して適宜組み合わせてもよいし、その他の変形を施してもよい。
　１　レーザ照射装置
　１０　光源
　１３　第１ビームスプリッタ
　１５　基板
　４０　レーザエネルギ測定装置
　４１　第２ビームスプリッタ
　４２　第１測定部
　４３　第２測定部

Claims (3)

  1. 　照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１ビームスプリッタと、
    　前記第１ビームスプリッタにより反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２ビームスプリッタと、
    　前記第２ビームスプリッタにより反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定部と、
    　前記第２ビームスプリッタを透過した透過光のエネルギを測定する第２測定部と、を備えているレーザエネルギ測定装置。
  2. 　前記第１ビームスプリッタは、前記第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうち、Ｐ偏光反射を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザエネルギ測定装置。
  3. 　照明光学系の内部又は外部において、レーザ光をＰ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか一方により反射する第１偏光工程と、
    　前記第１偏光工程で反射された第１反射光に対して、Ｐ偏光反射およびＳ偏光反射のうちのいずれか他方を施す第２偏光工程と、
    　前記第２偏光工程で反射された第２反射光のエネルギを測定する第１測定工程と、
    　前記第２偏光工程で透過した透過光のエネルギを測定する第２測定工程と、を備えているレーザエネルギ測定方法。
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