(57)【要約】【課題】  本発明はワークに照射される線状レーザビームの光強度が最大になるように設定することを課題とする。【解決手段】  レーザアニール装置１０は、レーザ発振器１２と、バリアブルアッテネータ１４と、レーザビーム調整機構１６と、ホモジナイザ１８と、レーザビーム検出機構２０とを有する。制御装置４６は、ステッピングモータ３０を駆動制御すると共に、受光素子３６で検出された光エネルギの強度を記憶部４８に記憶し、第１移動ミラー２８の段階的な移動位置の中で光強度が最大となる位置を抽出し、ステッピングモータ３０を駆動して第１移動ミラー２８の位置を光強度が最大となる位置に自動的に調整する。【選択図】  図１
2005072334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器と、
該レーザ発振器からのレーザビームを線状レーザビームに変換する光学ユニットと、
該光学ユニットからの線状レーザビームをワーク表面に照射してアニールを行うレーザアニール装置において、
前記ワークに照射される線状レーザビームの光強度を検出する光強度検出手段と、
該光強度検出手段により検出された線状レーザビームの光強度が最大値になるように前記光学ユニットの光学系の位置調整を行う調整手段と、
を備えたことを特徴とするレーザアニール装置。
【請求項２】
前記光学ユニットは、前記線状レーザビームを生成するホジナイザを有し、
前記調整手段は、ホジナイザの直前に設けられた第１ミラーの位置を調整して前記線状レーザビームの光強度を調整することを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
前記光強度検出手段は、前記線状レーザビームの長軸方向の中心付近の光強度を検出することを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
前記光強度検出手段は、
前記ワークの直前に設けられた第２ミラーと、
該第２ミラーで反射した線状レーザビームを受光し、受光した線状レーザビームの光強度に応じた検出信号を出力する受光素子と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項５】
前記線状レーザビームの光強度を測定するときに前記第２ミラーを光路に移動させ、前記線状レーザビームの光強度測定が終了すると前記第２ミラーを光路から退避させる移動手段を設けたことを特徴とする請求項４記載のレーザアニール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーザアニール装置に係り、特に線状レーザビームをワーク表面に照射してアニールを行うよう構成されたレーザアニール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、非晶質シリコン半導体であるアモルファスシリコン(ａ-Ｓｉ)により形成される絶縁ゲート型の薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor：ＴＦＴ)を画素スイッチに用いた液晶ディスプレイ(Liquid
Crystal Display：ＬＣＤ)の開発が進められている。
【０００３】
アモルファスシリコンにエキシマレーザを照射するレーザアニール法で作成した多結晶シリコンでは、実験段階で電界移動度が１００ｃｍ２/Ｖｓ〜２００ｃｍ２/Ｖｓ程度のものが得られる。
【０００４】
さらに、このレーザアニール法は、透光性基板であるガラス基板上のアモルファスシリコンにエキシマレーザを照射してポリシリコンとする方法である。具体的には、アモルファスシリコンの表面でのビームサイズを、例えば長さ２５０ｍｍ、幅０．４ｍｍにし、このパルスビームを３００Ｈｚで発振させて、各パルスの照射される領域を徐々に移動させることにより、ガラス基板上のアモルファスシリコンをポリシリコンにする。
【０００５】
従来のレーザアニール方法では、条件出し用の非晶質シリコン半導体に向けて、異なる大きさのエネルギ密度を持つレーザビームそれぞれでこの非晶質シリコン半導体をレーザアニールして多結晶シリコンとし、この異なる大きさのエネルギ密度でレーザアニールされた多結晶シリコン半導体の表面中の散乱度の最も高い位置を検出し、この散乱度の最も高い位置に照射されたレーザビームのエネルギ密度に所定のエネルギ密度を加えて設定値とし、この設定値に基づいて、製品用の透光性基板に形成された非晶質シリコン半導体をレーザアニールし、この非晶質シリコン半導体を多結晶シリコン半導体にするものがある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１７１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記レーザアニール装置では、実際にレーザ照射条件を変えて何回もガラス基板上に線状レーザビームを照射してアニールを行うことにより、ガラス基板に照射された線状レーザビームのエネルギ強度分布を比較し、最もアニール処理の結果が良いレーザ照射条件を選択する必要がある。
【０００７】
そのため、従来は、上記テスト結果により選択された条件を設定してアニール処理を行うため、多くの手間と時間がかかるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は上記課題を解決したレーザアニール装置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】
【０００９】
請求項１記載の発明は、レーザ発振器と、レーザ発振器からのレーザビームを線状レーザビームに変換する光学ユニットと、光学ユニットからの線状レーザビームをワーク表面に照射してアニールを行うレーザアニール装置において、ワークに照射される線状レーザビームの光強度を検出する光強度検出手段と、光強度検出手段により検出された線状レーザビームの光強度が最大値になるように光学ユニットの光学系の位置調整を行う調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、光学ユニットが線状レーザビームを生成するホジナイザを有し、調整手段がホジナイザの直前に設けられた第１ミラーの位置を調整して線状レーザビームの光強度を調整することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、光強度検出手段が線状レーザビームの長軸方向の中心付近の光強度を検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明の光強度検出手段は、ワークの直前に設けられた第２ミラーと、第２ミラーで反射した線状レーザビームを受光し、受光した線状レーザビームの光強度に応じた検出信号を出力する受光素子と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、線状レーザビームの光強度を測定するときに第２ミラーを光路に移動させ、線状レーザビームの光強度測定が終了すると第２ミラーを光路から退避させる移動手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、光強度検出手段により検出された線状レーザビームの光強度が最大値になるように光学ユニットの光学系の位置調整を行うことにより、ワークに照射される線状レーザビームの光強度バランスが最適となるように自動的に調整することができ、従来のように実際に条件の異なるアニールを行って最適条件を求めるよりも手間がかからず、短時間で線状レーザビームの光強度バランスを最適にできる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、ホジナイザの直前に設けられた第１ミラーの位置を調整して線状レーザビームの光強度を調整するため、線状レーザビームの光強度を正確に調整することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によれば、線状レーザビームの長軸方向の中心付近の光強度を検出するため、線状レーザビーム全体の光強度を検出する光強度検出手段の小型化及び省スペース化を図ることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、受光素子に線状レーザビームを直接受光させて線状レーザビームの光強度を高精度に測定することができる。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、線状レーザビームの光強度測定が終了すると第２ミラーを光路から退避させるため、線状レーザビームをワークに照射させる際に第２ミラーが邪魔にならず、効率良くワーク表面をアニールすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は本発明になるレーザアニール装置の一実施例を示す概略構成図である。
図１に示されるように、レーザアニール装置１０は、レーザ発振器１２と、バリアブルアッテネータ１４と、レーザビーム調整機構（調整手段）１６と、ホモジナイザ１８と、レーザビーム検出機構（光強度検出手段）２０とを有する。
【００２１】
レーザ発振器１２は、所定周波数で発振されたエキシマレーザビームを出射する。レーザ発振器１２から出射されたレーザビームは、固定ミラー２２，２４で反射してバリアブルアッテネータ１４に入射される。
【００２２】
バリアブルアッテネータ１４は、電圧可変型の減衰器であり、予め設定された任意の透過率でレーザビームを出射する。バリアブルアッテネータ１４から出射されたレーザビームは、固定ミラー２６，第１移動ミラー２８で反射してホモジナイザ１８に入射される。
【００２３】
ホモジナイザ１８は、入射されたレーザビームの長軸を調整するロングアクシスホモジナイザと、入射されたレーザビームの短軸を調整するショートアクシスホモジナイザとを有する。そして、ホモジナイザ１８から出射された線状レーザビームは、任意の長軸、短軸に調整される。
【００２４】
ホモジナイザ１８の直前（入射側）に設けられた移動ミラー２８は、ホモジナイザ１８に対して移動可能に設けられており、レーザビーム調整機構１６を構成している。レーザビーム調整機構１６は、第１移動ミラー２８と、第１移動ミラー２８を矢印Ｚ方向に移動させる駆動手段としてのステッピングモータ３０とを有する。第１移動ミラー２８は、ステッピングモータ３０により高さ方向に昇降移動してホモジナイザ１８に入射されるレーザビームの高さ位置を調整する。
【００２５】
そのため、レーザビーム調整機構１６は、ホジナイザ１８の直前に設けられた第１移動ミラー２８の位置を調整して線状レーザビームの光強度を調整するため、線状レーザビームの光強度を正確に調整することができる。
【００２６】
これにより、ホモジナイザ１８に入射されるレーザビームの光強度が変化する。ホモジナイザ１８は、不均一な強度分布を有するレーザビームが入射されると、均一な強度分布となるように変換して線状レーザビームを出射する。
【００２７】
ホモジナイザ１８から出射された線状レーザビームは、固定ミラー３２，第２移動ミラー３４で反射してレーザビーム検出機構２０の受光素子３６に入射される。受光素子３６は、線状レーザビームの長軸方向の中心付近の光を受光するように設けられており、受光した光強度に応じた検出信号を出力する。このように、レーザビーム検出機構２０は、線状レーザビームの長軸方向の中心付近の光強度を検出するため、線状レーザビーム全体の光強度を検出する場合よりも小型化及び省スペース化を図れる。
【００２８】
尚、線状レーザビームは、長軸方向の中心付近の光エネルギが大きいので、全体の光エネルギを検出せずとも長軸方向の中心付近の光強度を計測できれば全体の光エネルギの大きさがほぼ分かる。
【００２９】
線状レーザビームの強度を調整する場合は、ステッピングモータ３０を駆動させて第１移動ミラー２８を段階的に昇降移動させる。例えば、最も低い位置を初期位置とし、１０段階に分けて徐々に第１移動ミラー２８を上昇させ、受光素子３６からの検出レベルが最大となる第１移動ミラー２８の位置に調べ、その結果、第１移動ミラー２８を受光検出レベルが最大となる位置に移動させる。
【００３０】
第２移動ミラー３４は、線状レーザビームを受光素子３６に反射させる検出位置と、線状レーザビームの光路から退避する退避位置とに移動可能に設けられている。また、第２移動ミラー３４を水平方向に移動させる移動手段としては、空気シリンダ３８が設けられており、エア切替弁４０の切り替えにより空気シリンダ３８に対する圧縮空気の供給を切り替える。
【００３１】
従って、線状レーザビームの調整時は、受光素子３６に線状レーザビームを直接受光させて線状レーザビームの光強度を高精度に測定することができる。また、線状レーザビームの光強度測定が終了すると、空気シリンダ３８が作動して第２移動ミラー３４を光路から退避させるため、線状レーザビームをワーク４４に照射させる際に第２移動ミラー３４が邪魔にならず、効率良くワーク表面をアニールすることができる。
【００３２】
空気シリンダ３８は、エア切替弁４０からの圧縮空気により駆動され、線状レーザビームのエネルギ測定時は、図１に示すように第２移動ミラー３４を線状レーザビームの光路を遮る測定位置に移動させ、アニール処理時は、図２示すように第２移動ミラー３４を線状レーザビームの光路から退避させた退避位置に移動させる。
【００３３】
アニール処理時は、第２移動ミラー３４が光路から退避しているので、固定ミラー３２で反射した線状レーザビームは、XYステージ４２に載置されたワーク（ガラス基板）４４に照射されてアニールを行う。
【００３４】
制御装置４６は、アニールを行う前に上記ステッピングモータ３０を駆動制御すると共に、受光素子３６で検出された光エネルギの強度を記憶部４８に記憶し、第１移動ミラー２８の段階的な移動位置の中で光強度が最大となる位置を抽出し、ステッピングモータ３０を駆動して第１移動ミラー２８の位置を光強度が最大となる位置に自動的に調整する。
【００３５】
従って、レーザアニール装置１０は、アニールを行う前に制御装置４６によって第１移動ミラー２８を受光エネルギが最大となる位置に移動させることができるので、ワーク４４表面をアニール処理する際にはアニールを効率良く行える。
【００３６】
ここで、アニールを行う前に制御装置４６が実行する制御処理を図３に示すフローチャートを参照して説明する。
図３に示されるように、制御装置４６は、Ｓ１１でステッピングモータ３０を駆動して第１移動ミラー２８を初期位置に移動させる。続いて、Ｓ１２では、空気シリンダ３８を駆動して第２移動ミラー３４を光路へ移動させる（図１参照）。
【００３７】
レーザ発振器１２から出射されたレーザビームは、バリアブルアッテネータ１４及びホモジナイザ１８を通過して線状レーザビームに変換され、第２移動ミラー３４で反射して受光素子３６に受光される。次のＳ１３では、初期位置の第１移動ミラー２８からホモジナイザ１８に入射されたレーザビームを線状レーザビームに変換した場合の光強度を受光素子３６から読み込み、記憶部４８に記憶させる。
【００３８】
続いて、Ｓ１４に進み、ステッピングモータ３０を駆動して第１移動ミラー２８を初期位置から所定の微小距離Ｈ１上昇させて第２段階位置に移動させる。次のＳ１５では、第２段階位置の第１移動ミラー２８から反射した線状レーザビームの光強度の検出信号を受光素子３６から読み込み、記憶部４８に記憶させる。
【００３９】
Ｓ１６では、第１移動ミラー２８が移動可能範囲の最上段位置（Ｈmax）に達したかどうかを確認する。Ｓ１６において、第１移動ミラー２８が最上段位置（Ｈmax）に達していないときは、上記Ｓ１４に戻り、ステッピングモータ３０を駆動して第１移動ミラー２８を第２段階位置から所定の微小距離Ｈ１上昇させて第３段階位置に移動させる。
【００４０】
次のＳ１５では、第３段階位置の第１移動ミラー２８から反射した線状レーザビームの光強度を受光素子３６から読み込み、記憶部４８に記憶させる。このようにして、第１移動ミラー２８が初期位置から最上段階位置に移動するまで上記Ｓ１４〜Ｓ１６を繰り返す。
【００４１】
そして、Ｓ１６において、第１移動ミラー２８が最上段階位置に移動した場合には、Ｓ１７に進み、記憶部４８に記憶された各位置での検出データ（光強度測定値）の中から最大値となるミラー位置を検索する。続いて、Ｓ１８では、ステッピングモータ３０を駆動して第１移動ミラー２８をＳ１７で検索された受光エネルギが最大となる位置に移動させる。
【００４２】
次のＳ１９では、第１移動ミラー２８が上記検索位置に移動したかどうかを確認する。そして、Ｓ１９において、第１移動ミラー２８が上記検索位置に移動したことが確認されると、Ｓ２０に進み、空気シリンダ３８を駆動して第２移動ミラー３４を光路から離間した退避位置へ移動させる（図２参照）。これで、第２移動ミラー３４が光路から退避したため、固定ミラー３２で反射した線状レーザビームは、XYステージ４２に載置されたワーク４４に照射されてアニールを行う。
【００４３】
このように、レーザアニール装置１０は、制御装置４６によって第１移動ミラー２８を受光エネルギが最大となる位置に移動させることができるので、ワーク４４に照射される線状レーザビームの光強度バランスが最適となるように自動的に調整することができ、ワーク４４表面のアニールを効率良く行える。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
上記実施例では、第１移動ミラー２８を矢印Ｚ方向に移動させる駆動手段としては上記ステッピングモータ３０を用いたが、これに限らず、他の駆動手段を用いても良いのは勿論である。
【００４５】
また、上記実施例では、第２移動ミラー３４を空気シリンダ３８で移動させる構成のものを一例として挙げたが、これに限らず、例えば、第２移動ミラー３４の代わりにビームスプリッタを用いて線状レーザビームを受光素子３６とワーク４４に分配することも可能である。この場合、空気シリンダ３８のような移動手段が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明になるレーザアニール装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】アニール時の動作状態を示す概略構成図である。
【図３】制御装置４６が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  レーザアニール装置
１２  レーザ発振器
１４  バリアブルアッテネータ
１６  レーザビーム調整機構
１８  ホモジナイザ
２０  レーザビーム検出機構
２８  第１移動ミラー
３４  第２移動ミラー
３６  受光素子
３８  空気シリンダ
４４  ワーク
４６  制御装置
４８  記憶部
【図１】
2005072334.tif 000003
【図２】
2005072334.tif 000004
【図３】
2005072334.tif 000005