(57)【要約】【課題】レーザアニール装置において、ホモジナイザにより干渉ムラを抑制する。【解決手段】レーザアニール装置は、レーザ光を発生させる光源と、光源から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザと、ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズと、コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズと、を備え、ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で照射対象にラインビームを照射する。【選択図】図１
2018195675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を発生させる光源と、
前記光源から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザと、
前記ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズと、を備え、
前記ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で前記照射対象に前記ラインビームを照射するレーザアニール装置。
【請求項２】
前記所定角度が形成されるように、前記ホモジナイザを所定角度だけ回転させた状態で、前記光源からのレーザ光を集光して、強度分布を略均一にする
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記レーザアニール装置は、さらに、
前記照射対象を載置するための載置台と、
前記載置台を前記スキャン方向に駆動させる駆動部とを備え、
前記所定角度傾けた状態で前記照射対象を前記載置台に載置して前記ラインビームを照射する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記所定角度は、前記ラインビームの干渉縞において、第１の縞の開始端と、前記第１の縞に隣接する第２の縞の終端とが、前記スキャン方向において一致する角度である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
光源からレーザ光を照射する照射ステップと、
前記光源から照射されたレーザ光の強度分布をホモジナイザにより略均一にする均一化ステップと、
前記ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光をコンデンサレンズにより集光する集光ステップと、
前記コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をシリンドリカルレンズによりラインビームに変換する変換ステップと、
前記ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で前記照射対象に前記ラインビームを照射するアニールステップと
を含むレーザアニール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザにより基板をアニールするレーザアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコン基板のアモルファスシリコンをポリシリコン化する技術として、レーザアニール技術が知られている。レーザアニールは、一般に、シリコン膜を、レーザを照射して低温で加熱し、ポリシリコン化する技術であり、液晶パネル等の基板の生成技術として知られている。特許文献１には、そのようなレーザアニール技術の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８２３４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このようなレーザアニールにおいては、レーザを発信する光源から発振されたレーザの強度分布を、ホモジナイザにより均一化したうえで、ビームを形成して、アニールを行うことが知られている。当該ホモジナイザは、例えば、フライアイレンズにより構成されているが、このフライアイレンズを構成する複数のレンズ各々を通過した干渉性の高いレーザが互いに干渉しあうため、結果的に基板に干渉ムラを生成するという問題がある。基板上にこのような干渉ムラが形成されることが、好ましくないことは言うまでもない。
【０００５】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、ホモジナイザを通したレーザの干渉による干渉ムラを低減することができるレーザアニール装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係るレーザアニール装置は、レーザ光を発生させる光源と、光源から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザと、ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズと、コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズと、を備え、ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で照射対象にラインビームを照射する。
【０００７】
また、上記レーザアニール装置において、所定角度が形成されるように、ホモジナイザを所定角度だけ回転させた状態で、光源からのレーザ光を集光して、強度分布を略均一にすることとしてもよい。
【０００８】
また、上記レーザアニール装置において、さらに、照射対象を載置するための載置台と、載置台をスキャン方向に駆動させる駆動部とを備え、所定角度傾けた状態で照射対象を載置台に載置してラインビームを照射することとしてもよい。
【０００９】
また、上記レーザアニール装置において、所定角度は、ラインビームの干渉縞において、第１の縞の開始端と、第１の縞に隣接する第２の縞の終端とが、スキャン方向において一致する角度であることとしてもよい。
【００１０】
また、本発明の一態様に係るレーザアニール方法は、光源からレーザ光を照射する照射ステップと、光源から照射されたレーザ光の強度分布をホモジナイザにより略均一にする均一化ステップと、ホモジナイザにより強度分布が均一にされたレーザ光をコンデンサレンズにより集光する集光ステップと、コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をシリンドリカルレンズによりラインビームに変換する変換ステップと、ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で照射対象にラインビームを照射するアニールステップとを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様に係るレーザアニール装置は、ホモジナイザを通過したレーザ光の干渉により発生し得る干渉ムラを、ラインビームにより発生する干渉縞をスキャン方向に対して傾けることにより、ラインビームのエネルギーの積算値が略均一になるようにすることができる。したがって、レーザアニール装置は、ホモジナイザによるレーザ光の干渉による干渉ムラの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、レーザアニール装置の平面図であり、（ｂ）は、レーザアニール装置の側面図である。
【図２】パネルに形成される干渉ムラを説明するための図である。
【図３】（ａ）は、ホモジナイザと、形成される干渉ムラと、ラインビームのエネルギー分布の関係を示す図である。（ｂ）は、ホモジナイザを所定角度傾けた状態において、形成される干渉ムラと、ラインビームのエネルギー分布の関係を示す図である。
【図４】レーザアニール装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】干渉ムラの発生方向と、スキャン方向に対する角度と、干渉ムラの抑制効果を示す図である。
【図６】アニール方法の別例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係るレーザアニール装置について、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【００１４】
＜実施の形態＞
＜構成＞
図１は、レーザアニール装置１００の構成を示す図であり、（ａ）は、レーザアニール装置１００を上面から見た平面図であり、（ｂ）は、レーザアニール装置１００を側面から見た側面図である。
【００１５】
レーザアニール装置１００は、レーザ光を発生させる光源１０１と、光源から照射されたレーザ光の強度分布を略均一にするホモジナイザ１１１と、ホモジナイザ１１１により強度分布が均一にされたレーザ光を集光するコンデンサレンズ１１２と、コンデンサレンズにより集光されたレーザ光をラインビームに変換するシリンドリカルレンズ１１３と、を備え、ホモジナイザ１１１を通過したレーザ光の干渉により照射対象に形成され得る干渉縞に対して、スキャン方向が所定角度傾いた状態で照射対象（パネル）２００にラインビームを照射する。
【００１６】
光源１０１は、レーザアニールのためのレーザ光を照射するための光源であり、例えば、ＵＶパルスレーザを発振するレーザ発振器である。
【００１７】
ホモジナイザ１１１は、光源１０１から発振されたレーザ光２０１の強度分布を略均一にする。ホモジナイザ１１１は、例えば、互いに対向した２枚のフライアイレンズにより実現することができる。ホモジナイザ１１１を通過したレーザ光２０２は、ホモジナイザを構成する複数のレンズを通過した各レーザ光が互いに干渉しあうため、完全には、その強度分布が均一にはならない。ホモジナイザ１１１は、他には、非球面レンズや回析光学素子を用いることもある。本実施の形態においては、ホモジナイザ１１１は、フライアイレンズを通したレーザ光２０２の干渉性により発生する干渉縞が、対象のパネル２００に対して、所定角度傾いた状態となるように、当該所定角度だけ回転させた状態でアニールを行う。ホモジナイザ１１１の更なる詳細については、後述する。
【００１８】
コンデンサレンズ１１２は、ホモジナイザ１１１を通過して、強度分布が略均一になったレーザ光２０２を、集光する。
【００１９】
シリンドリカルレンズ１１３は、コンデンサレンズ１１２により集光されたレーザ光２０３を、ラインビームに変換する。
【００２０】
ミラー１１５は、シリンドリカルレンズ１１３を通過したラインビーム２０４を、照射対象のパネル２００に向けて反射する鏡体である。
【００２１】
シリンドリカルレンズ１１６は、ミラー１１５により反射されたラインビーム２０４を、照射対象であるパネル２００に照射するのに適した幅のラインビームに変換する。
【００２２】
照射対象であるパネル２００は、シリコン膜が形成された基板であり、ステージ３００の上に載置される。
【００２３】
ステージ３００は、レーザアニールの対象となるパネル２００を載置するための載置台である。ステージ３００は、図示しない駆動装置により駆動する。これにより、パネル２００が移動し、パネル２００の表面がポリシリコン化される。図１（ｂ）の例では、ステージ３００は、光源１０１の方に向かって移動する。当該移動方向をスキャン方向と呼称することもある。
【００２４】
また、ホモジナイザ１１１、コンデンサレンズ１１２、シリンドリカルレンズ１１３、ミラー１１５、シリンドリカルレンズ１１６と、を併せて、均一ラインビーム光学系１１０とする。
【００２５】
ここで、ホモジナイザ１１１を通過させたレーザ光をそのままパネル２００に照射した場合に、パネル２００に発生し得る干渉ムラについて説明する。
【００２６】
光源１０１から発振されたレーザ光２０１は、ホモジナイザ１１１により、その強度分布が略均一にされる。しかしながら、レーザ光２０１は、ホモジナイザ１１１を構成する複数のレンズ各々を通過したレーザが互いに干渉しあい、レーザ光２０２は、完全には強度分布が均一にならない。そのため、このレーザ光２０２をそのままラインビームに変換して、レーザアニールを行った場合、図２のパネル２００に示すように、干渉ムラ（干渉縞）のあるポリシリコン膜が形成されることになる。
【００２７】
図２の上段には、干渉縞が形成されたパネル２００の一例を示しており、下段には、そのときのラインビームのエネルギー強度分布を示している。図２下段のグラフに示されるように、ラインビームは略周期的なエネルギー強度分布を有する。レーザアニール装置１００は、ラインビームを、図２上段に示すｙ方向に２０μｍ幅の単位でショットすることでアニールを行うが、図２下段に示すラインビームのｘ方向におけるエネルギー分布の強弱のため、パネル２００には、干渉縞が形成されることになる。なお、図２のｘ方向、ｙ方向は、図１に示すｘ方向とｙ方向と同じ方向を示している。即ち、パネル２００には、スキャン方向と同方向の干渉縞が形成される。
【００２８】
そこで、本実施の形態においては、図３（ｂ）に示すように、ホモジナイザ１１１を所定角度だけ回転させた状態で固定し、光源１０１からのレーザ光２０１を入射させる。以下、図３（ａ）と比較しながら説明する。
【００２９】
図３（ａ）は、左から、ホモジナイザ１１１の光源１０１に対向しているときの状態と（左段）、ホモジナイザ１１１を回転させない状態でレーザアニールを実行した場合に発生するパネル２００における干渉ムラの状態（中段）と、その時のラインビームのエネルギー分布（右段）を示している。
【００３０】
図３（ａ）の左段に示すように、ホモジナイザ１１１をスキャン方向に対して傾けずにアニールを行った場合には、図３（ａ）の中段に示すように、パネル２００には、スキャン方向に対して干渉縞が発生する。これは、図３（ａ）の右段に示すように、同じ状態のエネルギー分布のラインビームが、スキャン方向に沿って一様に照射されるためである。
【００３１】
そこで、本実施の形態に係るレーザアニール装置１００においては、図３（ｂ）に示すように、ホモジナイザ１１１を所定角度（ｎ°）だけ回転させた状態で、均一ラインビーム光学系１１０に設ける。そうすると、図３（ｂ）の中段に示すように、パネル２００には、干渉縞が斜めになるような感じでスキャンが実行されることになる。その結果、図３（ｂ）の右段のエネルギー分布のグラフに示すように、パネルの一ラインあたりのエネルギーが積算されて、波線３１０に示すように、エネルギー分布がほぼ均一になるようにレーザアニールを実行できる。その結果、レーザアニール装置１００は、ホモジナイザ１１１を通過したレーザ光による干渉縞の発生を抑制しながら、レーザアニールを実行することができる。
【００３２】
＜動作＞
ここから、レーザアニール装置１００によるアニールの動作について説明する。図４は、その動作を示すフローチャートである。
【００３３】
まず、オペレータは、光源１０１、均一ラインビーム光学系の条件をシミュレータに入力して、パネル２００上において、干渉ムラが発生する発生分布を算出する（ステップＳ４０１）。当該特定は、ラインビームのエネルギー分布を特定することと同義である。なお、光源１０１、均一ラインビーム光学系の条件とは、光源１０１から発振されるレーザの周波数や強度、光学系を構成する各種レンズの配置位置や曲率、特性などのことをいう。なお、ここでは、シミュレータにより、干渉ムラが発生する箇所を特定することとしているが、実際にアニールを行った、干渉ムラが発生する箇所を特定することとしてもよい。
【００３４】
オペレータは、算出した発生分布に応じて、ホモジナイザ１１１を所定角度（ｎ°）だけ回転させる（ステップＳ４０２）。当該所定角度の詳細については、後述する。
【００３５】
そして、オペレータは、レーザアニール装置１００を駆動して、光源１０１からレーザを照射させる。レーザアニール装置１００は、駆動装置を駆動して、ステージ３００を移動させながら、レーザアニールを実行する（ステップＳ４０３）。
【００３６】
これにより、レーザアニール装置１００は、干渉ムラのないアモルファスシリコンがポリシリコン化されたパネル２００を提供することができる。
【００３７】
なお、ステップＳ４０１、Ｓ４０２の処理は、レーザアニール装置１００の動作ではなく、レーザアニールのための準備処理であり、レーザアニール装置１００を利用するオペレータ及びオペレータが利用するシミュレータ、投影マスク１１４を生成する生成装置による処理である。
【００３８】
＜ホモジナイザの回転角＞
パネル２００上に干渉ムラが発生しないようにするためには、パネル２００に対して照射されるラインビームによるエネルギーの積算値は、なるべく一様になることが好ましい。したがって、ホモジナイザ１１１を回転させる所定角度は、斜めになっている干渉縞の一つが、隣接する他の干渉縞の一つと、端部が互いに重複しあうようになっていることが好ましい。
【００３９】
図５は、干渉縞の傾きとその傾きに応じたレーザアニールを行った場合に発生する干渉ムラの抑制効果の高低を示す図である。
【００４０】
図５の上段には、ホモジナイザ１１１を回転させない状態でレーザアニールを行う例を示しており、この場合には、図３（ａ）のエネルギー分布に示すように、パネル２００に対しては、エネルギー分布の変動が一様なラインビームが照射されるため、図５の上段にしめすような干渉縞が発生する。
【００４１】
しかし、図５の中段や下段に示すように、ホモジナイザ１１１を回転させた状態でレーザアニールを行う場合には、図３（ｂ）に示すように、エネルギー分布が積算されることになるので、パネル２００全体に対して照射されるラインビームのエネルギーは結果的に一様になる。その結果、干渉ムラの発生を抑制することができる。
【００４２】
なお、図５の中段に示すように、斜めにした干渉縞と干渉縞との間の距離ｈ１やｈ２が０になるようにすることが好ましい。すなわち、第１の干渉縞のスキャン方向における始端側であって、第２の干渉縞に近い方の端部と、第２の干渉縞のスキャン方向における終端側であって、第１の干渉縞に近い方の端部とがスキャン方向と並行な同一直線状に位置するようにホモジナイザ１１１を回転させることが望ましい。これにより、パネル２００全体に対して結果的に照射されるラインビームのエネルギー分布を一様にすることができ、干渉ムラの発生を抑制することができる。なお、このとき、エネルギーが所定以上高い領域の端部間の距離が０になるようにしてもよい。
【００４３】
なお、ここでは、ホモジナイザ１１１を所定角度だけ回転させることで、干渉縞をスキャン方向に対して所定角度傾けた状態にする構成を実現しているが、これは、パネル２００をラインビームに対して傾けた状態でスキャンすることによっても同様の効果を得ることができる。即ち、図６に示すように、ステージ３００上にパネル２００を斜めに載置して、レーザアニール装置１００が、同図に示すスキャン方向にステージ３００を駆動することとしてもよい。
【００４４】
＜まとめ＞
上述したように、本発明に係るレーザアニール装置１００によれば、ホモジナイザ１１１を所定以上回転、あるいは、パネル２００をステージ３００に載置する際に斜めにすることで、パネル２００に照射されるラインビームを斜めにすることができる。その結果、ラインビームのエネルギーの積算値が、パネル２００に照射されてアニールが行われることになるので、干渉ムラを抑制して、アモルファスシリコンをポリシリコン化することができる。
【００４５】
レーザアニールにおいて、従来では、低速のレーザ（例えば、６００Ｈｚ程度）を用いてホモジナイザを含む光学系を移動させることで、上述の干渉縞を抑制するようにしていた。しかしながら、今後より高速のラインビームをショット（例えば、６ｋＨｚ程度）してアニールする場合には、光学系を移動させることによる干渉縞の抑制は限界があることを発明者らは知見した。そこで、発明者らは、上記実施形態に示すように、干渉縞が発生しないように、ラインビームをパネル２００に対して斜めにする（発生し得る干渉縞を斜めにする）ことで、ラインビームのエネルギーを積算させて、パネル２００全体に照射されるエネルギーを一様にして、干渉ムラを抑制するという発明をするに至った。
【００４６】
なお、本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、均一ラインビーム光学系１１０において、結果的に干渉縞がパネル２００に対して斜めになるようにラインビームが照射されていれば、光学系を構成する部品の配置は前後することとしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１００  レーザアニール装置
１０１  ＵＶパルスレーザ照射装置
１１０  均一ラインビーム光学系
１１１  ホモジナイザ
１１２  コンデンサレンズ
１１３  シリンドリカルレンズ
１１５  ミラー
１１６  シリンドリカルレンズ
２００  パネル
３００  ステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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