(57)【要約】【課題】レーザチューブの交換が容易なレーザアニール装置を提供する。【解決手段】レーザウインドウ15,16を一体的に取り付けたレーザチューブ14と一対の共振ミラー17,18とを備えたレーザ発振装置13がヨー軸方向、仰角方向およびロール角方向に調整できる。レーザ発振装置13の調整により、交換前のレーザ発振装置13と同じように、線状で強度が略均一なエキシマレーザビームＬをガラス基板４上のアモルファスシリコン膜２へと照射できるようになる。簡単に交換が可能で、アレイレンズ12の調整を不要にできる。交換作業に必要な作業時間を大幅に短縮できる。【選択図】図１
2007250895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ源と、
このレーザ源から発振されたレーザの光路の上流および下流のそれぞれに設けられ前記レーザを共振させる一対の共振体と、
前記レーザ源から発振されて前記一対の共振体にて共振されたレーザを光学的に処理して被照射体に照射させてアニールする光学系とを具備し、
前記レーザ源および一対の共振体は、前記光学系に対して一体的にヨー軸方向および仰角方向に調整可能に構成されている
ことを特徴としたレーザアニール装置。
【請求項２】
レーザ源から発振されて一対の共振体にて共振されたレーザのビーム形状を測定する測定手段を具備した
ことを特徴とした請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項３】
レーザ源の位置を測定するため前記レーザ源に光源光を照射する光源と、
前記レーザ源を通過した光源光を再びレーザ源に導く光学系とを具備した
ことを特徴とした請求項１記載のレーザアニール装置。
【請求項４】
レーザ源および一対の共振体は、光学系に対して一体的にヨー軸方向、仰角方向およびロール角方向に調整可能に構成されている
ことを特徴とした請求項１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、レーザの照射にて被照射体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、この種のレーザアニール装置としては、レーザを発振するレーザ発振器を備えており、このレーザ発振器から発振されたレーザを反射板にて反射させてから光学系へと入射させた後にガラス基板上のａ−Ｓｉ薄膜に照射させて、このａ−Ｓｉ薄膜をレーザアニールしてｐ−Ｓｉ薄膜にさせる構成が知られている(例えば、特許文献１参照)。
【特許文献１】特開２００２−１３４４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のレーザアニール装置では、レーザ発振器自体の製造精度のばらつきによって、このレーザ発振器を交換しても交換前のレーザ発振器の光軸と、このレーザ発振器から発振されるレーザの回転方向とを同一に戻すことが容易でない。このため、このレーザ発振器を交換した後に反射板の角度を調整することによって、このレーザ発振器から発振されるレーザを光学系に向けて、できるだけ交換前のレーザ発振器と同じ位置へと導く作業が必要である。
【０００４】
さらに、交換後のレーザ発振器の光軸を交換前のレーザ発振器の光軸とを同じにするためには、光学系自体の調整まで必要であるから、このレーザ発振器の交換作業が容易ではないという問題を有している。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、レーザ源の交換が容易な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】
【０００６】
本発明は、レーザ源と、このレーザ源から発振されたレーザの光路の上流および下流のそれぞれに設けられ前記レーザを共振させる一対の共振体と、前記レーザ源から発振されて前記一対の共振体にて共振されたレーザを光学的に処理して被照射体に照射させてアニールする光学系とを具備し、前記レーザ源および一対の共振体は、前記光学系に対して一体的にヨー軸方向および仰角方向に調整可能に構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、レーザ源と一対の共振体とは、光学系に対して一体的にヨー軸方向および仰角方向に調整可能に構成されているので、レーザ源の交換作業が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明のレーザアニール装置の一実施の形態の構成を図１および図２を参照して説明する。
【０００９】
図１および図２において、１はレーザアニール装置で、このレーザアニール装置１はＥＬＡ（Excimer Laser Anneal:エキシマレーザアニール）装置である。すなわち、このレーザアニール装置１は、被照射体である半導体膜として、例えば非晶質半導体膜であるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜２にエキシマレーザビームＬを照射して、このアモルファスシリコン膜２をレーザアニールして結晶化させて多結晶半導体膜としてのポリシリコン膜（ｐ−Ｓｉ）にする装置である。ここで、このアモルファスシリコン膜２は、略透明な矩形平板状の絶縁性を有するとともに透光性を有する基板であるガラス基板４上に成膜されて積層されている。
【００１０】
このとき、このガラス基板４は、例えば５５０ｍｍ×６５０ｍｍの大きさの矩形平板状である。そして、このガラス基板４上には、窒化シリコン(ＳｉＮＸ)および酸化シリコン(ＳｉＯＸ)にて構成された図示しないアンダーコート層が、例えばプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法にて形成されている。さらに、このアンダーコート層上に、アモルファスシリコン膜２が積層されており、このアモルファスシリコン膜２は、例えば膜厚５０ｎｍの設定でプラズマＣＶＤ法にて成膜されてから、窒素雰囲気中で例えば５００℃で１０分間熱処理された後に、このアモリファスシリコン膜２中の水素濃度が低下されている。このため、このアモルファスシリコン膜２は、分光エリプソ法にて測定したところ、例えば４９．５ｎｍほどの膜厚に形成されている。
【００１１】
さらに、このアモルファスシリコン膜２は、レーザアニールされてポリシリコン膜とされて薄膜トランジスタの活性層としての半導体層として用いられる。そして、これら薄膜トランジスタは、ガラス基板上にマトリクス状に設けられており、このガラス基板に複数の画素が設けられてアレイ基板とされる。さらに、このアレイ基板に対向して対向基板が取り付けられ、これらアレイ基板と対向基板との間に液晶層が介在されて液晶表示装置などの表示装置となる。
【００１２】
そして、レーザアニール装置１は、図１に示すように、ガラス基板４が搬送されるステージ11を備えている。このステージ11は、このステージ11上に設置されたガラス基板４上のアモルファスシリコン膜２に向けて、キセノンクロライド（Ｘｅ−Ｃｌ）などを用いたパルス状レーザビームであるエキシマレーザビームＬが照射されて、このアモルファスシリコン膜２をポリシリコン膜に結晶化させる。
【００１３】
さらに、このステージ11に対向した位置には、光学系としてのアレイレンズ12と、このアレイレンズ12に向けてエキシマレーザビームＬを入射させるベース体としてのレーザ発振装置13とがそれぞれ取り付けられている。ここで、このレーザ発振装置13から発振されたエキシマレーザビームＬの光路上にアレイレンズ12が設置されている。さらに、このアレイレンズ12にて光学的に処理されたエキシマレーザビームＬの光路上にステージ11が設置されている。
【００１４】
具体的に、レーザ発振装置13は、エキシマレーザビームＬを発振させる細長円筒状のレーザ源としてのレーザチューブ14を備えている。このレーザチューブ14内には、例えば５質量％の塩酸ガス(ＨＣｌ)と１質量％の水素ガス(Ｈ２)と９４質量％のネオンガス(Ｎｅ)との混合ガスが６０ｍｂａｒほど注入され、キセノンガス(Ｘｅ)が５０ｍｂａｒほど注入され、ネオンガス(Ｎｅ)が３６００ｍｂａｒほど注入されている。
【００１５】
そして、このレーザチューブ14の軸方向の両端部には、このレーザチューブ14から発振されたエキシマレーザビームＬを透過させる円盤状の透過部としての一対のレーザウインドウ15,16が取り付けられている。これら一対のレーザウインドウ15,16は、これら一対のレーザウインドウ15,16の光軸をレーザチューブ14の光軸に一致させた状態で、このレーザチューブ14に一体的に取り付けられている。
【００１６】
さらに、これらレーザウインドウ15,16のそれぞれより外側のレーザチューブ14の軸方向の両端部には、このレーザチューブ14から発振されたエキシマレーザビームＬを共振させる共振体としての一対の共振ミラー17,18が角度調整可能および位置調整可能に取り付けられている。すなわち、これら共振ミラー17,18は、レーザチューブ14から発振されるエキシマレーザビームＬの光路の上流および下流に取り付けられている。また、これら一対の共振ミラー17,18は、各レーザウインドウ15,16に対向する位置に取り付けられた共振器ミラーである。さらに、これら一対の共振ミラー17,18は、これら一対の共振ミラー17,18それぞれの光軸をレーザチューブ14の光軸に一致させた状態で、一対のレーザウインドウ15,16とともに円柱状のベース体19に収容されている。
【００１７】
このベース体19は、アレイレンズ12に対して位置調整可能に取り付けられている。すなわち、このベース体19は、仰角方向、ヨー軸方向およびロール角方向それぞれの方向に向けて取り付け位置が調整できるように取り付けられている。
【００１８】
さらに、このベース体19の少なくとも軸方向の一端側である前端側は、レーザチューブ14から発振され一対の共振ミラー17,18にて共振されたエキシマレーザビームＬが透過可能に構成されている。したがって、これらベース体19、一対の共振ミラー17,18、一対のレーザウインドウ15,16およびレーザチューブ14によってレーザ発振装置13が構成されている。よって、このレーザ発振装置13は、アレイレンズ12に対して仰角方向、ヨー軸方向およびロール角方向に調整可能に構成されている。
【００１９】
そして、このレーザ発振装置13の一方の共振ミラー17を透過して発振されたエキシマレーザビームＬの光路上には、このエキシマレーザビームＬを反射させて、このエキシマレーザビームＬの光路を変化させる反射板としての第１のミラー21が取り付けられている。また、この第１のミラー21にて反射されたエキシマレーザビームＬの光路上には、このエキシマレーザビームＬを反射させて、このエキシマレーザビームＬの光路を変化させる反射板としての第２のミラー22が取り付けられている。
【００２０】
さらに、この第２のミラー22にて反射されたエキシマレーザビームＬの光路上には、図示しない短軸ホモジナイザや長軸ホモジナイザなどを有するアレイレンズ12が設置されている。ここで、このアレイレンズ12は、レーザ発振装置13のレーザチューブ14から発振され一対の共振ミラー17,18にて共振されたエキシマレーザビームＬの短軸および長軸のそれぞれを光学的に処理する光学ユニットである。
【００２１】
そして、このアレイレンズ12にて光学的に処理され、このアレイレンズ12を通過したエキシマレーザビームＬの光路上には、このエキシマレーザビームＬを光学的に処理する光学レンズ23が設置されている。さらに、この光学レンズ23にて光学的に処理されたエキシマレーザビームＬの光路上には、このエキシマレーザビームＬを反射させて、このエキシマレーザビームＬの光路を変化させる反射板としての第３のミラー24が取り付けられている。
【００２２】
また、この第３のミラー24にて反射されたエキシマレーザビームＬの光路上には、このエキシマレーザビームＬを光学的に処理する光学レンズ25が設置されている。そして、この光学レンズ25は、この光学レンズ25にて光学的に処理されたエキシマレーザビームＬが、ステージ11上に設置されたガラス基板４上のアモルファスシリコン膜２に向けて、例えば長さ約３６０ｍｍで幅約０．４ｍｍの線状ビームとして３５０ｍＪ／ｃｍ２程度のエネルギ密度で照射されて、このアモルファスシリコン膜２がレーザアニールされてポリシリコン膜となる位置に取り付けられている。
【００２３】
一方、第２のミラー22とアレイレンズ12との間には、この第２のミラー22にて反射されたエキシマレーザビームＬの一部を分光して反射させるビームスプリッタ31が取り付けられている。このビームスプリッタ31は、第２のミラー22にて反射されたエキシマレーザビームＬの光路上に対して進退可能に取り付けられている。さらに、このビームスプリッタ31にて反射されたエキシマレーザビームＬの光路上には、このエキシマレーザビームＬを反射させて、このエキシマレーザビームＬの光路を変化させる反射板として第４のミラー32が取り付けられている。
【００２４】
そして、この第４のミラー32にて反射されたエキシマレーザビームＬの光路上には、このエキシマレーザビームＬの波形を測定する撮影手段であるＣＣＤ(charge-coupled device)カメラ33が設置されている。このＣＣＤカメラ33は、ビームスプリッタ31および第４のミラー32とともに測定手段としてのアライメントツール34を構成している。すなわち、このアライメントツール34は、レーザ発振装置13から発振されアレイレンズ12へと入射する前の状態のエキシマレーザビームＬの光路や波形をＣＣＤカメラ33で撮影して、このエキシマレーザビームＬの画像を取り込むものである。
【００２５】
よって、このアライメントツール34のビームスプリッタ31は、レーザアニール装置１にてガラス基板４上のアモルファスシリコン膜２をレーザアニールする際に、エキシマレーザビームＬの光路上から退避した位置に設置される。さらに、このビームスプリッタ31は、レーザアニール装置１のレーザ発振装置13を交換した状態で、この交換後のレーザ発振装置13から発振されるエキシマレーザビームＬの光路や、このエキシマレーザビームＬの波形であるガウシンアン形状を測定する際に、このエキシマレーザビームＬの光路上に設置される。
【００２６】
さらに、レーザアニール装置１には、図２に示すように、交換前後のレーザ発振装置13の位置を測定して、このレーザ発振装置13の位置を調整可能にさせる位置測定装置41が取り付けられている。この位置測定装置41は、レーザ発振装置13から発振されるエキシマレーザビームＬの光軸を調整して、このレーザ発振装置13の交換前後のずれを測定させる。すなわち、この位置測定装置41は、レーザ発振装置13の位置を測定して、このレーザ発振装置13から発振されるエキシマレーザビームＬの光路を調整させる。
【００２７】
具体的に、この位置測定装置41は、ダミーの光源光としてのレーザビームＢを発振させるレーザ発振手段としてのダイオードレーザ42を備えている。すなわち、このダイオードレーザ42は、レーザチューブ14の取り付け位置を測定するために、このレーザチューブ14に向けてレーザビームＢを照射させる光源である。そして、このダイオードレーザ42から発振されたレーザビームＢの光路上には、このレーザビームＢを反射させて、このレーザビームＢの光路を変化させる反射板としての第１の調整用ミラー43が取り付けられている。
【００２８】
また、この第１の調整用ミラー43にて反射されたレーザビームＢの光路上には、このレーザビームＢを反射させて、このレーザビームＢの光路を変化させる反射板としての第２の調整用ミラー44が取り付けられている。ここで、この第２の調整用ミラー44は、この第２の調整用ミラー44にて反射されたレーザビームＢの光路上に、レーザ発振装置13の一方である後端側の共振ミラー18が位置するように取り付けられている。さらに、このレーザ発振装置13の他方である前端側の共振ミラー17に対向した位置には、この前端側の共振ミラー17を透過したレーザビームＢを反射させる反射板としての第３の調整用ミラー45が取り付けられている。ここで、この第３の調整用ミラー45は、レーザチューブ14を通過したレーザビームＢを再びレーザチューブ14に導く光学系である。
【００２９】
次に、上記一実施の形態のレーザアニール装置の作用について説明する。
【００３０】
まず、レーザアニール装置１のレーザ発振装置13を交換する前に、位置測定装置41のダイオードレーザ42からレーザビームＢを発振させて、この交換前のレーザ発振装置13の取り付け位置を測定する。
【００３１】
このとき、このダイオードレーザ42から発振されたレーザビームＢが、第１の調整用ミラー43および第２の調整用ミラー44にて順次反射されて光路が変更され、第３の調整用ミラー45にて反射されてから、再び第２の調整用ミラー44および第１の調整用ミラー43にて順次反射されて光路が変更されてダイオードレーザ42のレーザビームＢの出射位置近傍に戻ってくるように、第１の調整用ミラー43、第２の調整用ミラー44および第３の調整用ミラー45それぞれの角度を調整し、これら第１の調整用ミラー43、第２の調整用ミラー44および第３の調整用ミラー45のそれぞれを調整した状態を固定しておく。
【００３２】
この後、アライメントツール34のビームスプリッタ31を移動させてエキシマレーザビームＬの光路上に設置させる。このとき、交換前のレーザ発振装置13から発振されたエキシマレーザビームＬは、このレーザ発振装置13から発振された後、第１のミラー21および第２のミラー22にて反射されてからアライメントツール34のビームスプリッタ31にて一部が反射されて第４のミラー32にて光路が変更されてからＣＣＤカメラ33に測定される。このとき、このエキシマレーザビームＬは、いわゆるガウシンアン形状のビームである。
【００３３】
この状態で、レーザアニール装置１からレーザウインドウ15,16が一体的に取り付けられたレーザチューブ14を取り外して、このレーザチューブ14を交換する。そして、交換後、ヨー軸方向に回転させて、ダイオードレーザ42から発振されたレーザビームＢの戻り位置が、交換前のレーザ発振装置13の戻り位置と同じ位置になるように調整する。
【００３４】
そして、共振ミラー17,18を交換し、ダイオードレーザ42から発振されたレーザビームＢの戻り位置が、交換前のレーザ発振装置13の戻り位置と同じになるように、共振ミラー17,18の位置および角度を必要に応じて調整する。
【００３５】
この後、この交換後のレーザ発振装置13のレーザチューブ14内に、例えば５質量％の塩酸ガス(ＨＣｌ)と１質量％の水素ガス(Ｈ２)と９４質量％のネオンガス(Ｎｅ)との混合ガスが６０ｍｂａｒほど注入するとともに、キセノンガス(Ｘｅ)を５０ｍｂａｒほど注入し、さらにネオンガス(Ｎｅ)を３６１０ｍｂａｒほど注入する。
【００３６】
次いで、このレーザ発振装置13からエキシマレーザビームＬを発振させる。このとき、このレーザ発振装置13に取り付けられている共振ミラー17,18の位置を適宜調整する。この際、最も出力が出る位置に調整した場合には、このレーザ発振装置13から発振されるエキシマレーザビームＬが稀に干渉する場合があるので、これら共振ミラー17,18を最大出力が得られる位置から少しずらした位置に設定させることが望ましい。
【００３７】
さらに、このレーザ発振装置13から発振されるエキシマレーザビームＬの出力が、例えば１５．０ｋＶとなり、このエキシマレーザビームＬの周波数が、例えば１Ｈｚとなるように、図示しない感熱紙などを用いて、このエキシマレーザビームＬの形状がほぼ左右対称になるように調整する。
【００３８】
この後、このエキシマレーザビームＬの一部をアライメントツール34のビームスプリッタ31にて反射させてＣＣＤカメラ33へと取り込ませて、このＣＣＤカメラ33にて測定されたエキシマレーザビームＬの形状を、交換前のエキシマレーザビームＬの形状と比較して、この交換後のガウシンアン分布をしたエキシマレーザビームＬの位置が、交換前のエキシマレーザビームＬの位置と同じ位置にあるかを確認する。
【００３９】
このとき、エキシマレーザビームＬの出力を優先して共振ミラー17,18の位置を調整しているため、アライメントツール34のＣＣＤカメラ33にて測定されるエキシマレーザビームＬの位置は、レーザ発振装置13を交換する前のエキシマレーザビームＬの位置から、例えば上方に向けて約１０ｍｍほど垂直方向にずれていた。
【００４０】
そこで、アライメントツール34のＣＣＤカメラ33にて測定されて撮影される交換後のエキシマレーザビームＬの位置が、交換前のエキシマレーザビームＬの位置と同じ位置になるように、交換後のレーザ発振装置13を仰角方向に調整する。
【００４１】
ここで、このレーザ発振装置13を交換する前のエキシマレーザビームＬは、例えば３６０ｍｍの長さを有し約０．４ｍｍの幅を有する線状ビームで、ガラス基板４上でのエネルギ密度が約３５０ｍＪ／ｃｍ２となるように設定されていたが、交換後も実質的に同等の設定であった。
【００４２】
ところで、場合によっては、交換後のレーザ発振装置13から発振されたエキシマレーザビームＬは、長さが両端で約５０ｍｍほど短くなり、中心部でのエネルギ密度が約２％ほど低下することもある。
【００４３】
このとき、このエキシマレーザビームＬの長さおよびエネルギ密度が低下する原因としては、レーザ発振装置13から発振されるエキシマレーザビームＬが若干回転しており、第２のミラー22にて反射された後のアレイレンズ12へと入射される際のエキシマレーザビームＬが回転してしまっていることが考えられる。
【００４４】
そこで、レーザ発振装置13をロール角方向に調整して、このレーザ発振装置13から１ＨｚのエキシマレーザビームＬを発振させて、ガラス基板４上のアモルファスシリコン膜２へと照射されるエキシマレーザビームＬの強度を確認することを繰り返す。
【００４５】
また同時に、このレーザ発振装置13を仰角方向へも調整する。この結果、アレイレンズ12を調整することなく、レーザ発振装置13を交換する前と同じように、線状で強度が略均一なエキシマレーザビームＬを約８時間の作業で得ることができる。
【００４６】
ここで、従来のレーザアニール装置１では、共振ミラー17,18の位置および角度の調整とともにアレイレンズ12の調整が必要となるので、このレーザアニール装置１のレーザチューブ14を交換する作業として、平均して約５０時間程度が必要であった。
【００４７】
これに対して、上述した一実施の形態のように、レーザウインドウ15,16が一体的に取り付けられたレーザチューブ14と一対の共振ミラー17,18とを備えたレーザ発振装置13が、ヨー軸方向、仰角方向およびロール角方向のそれぞれの方向に向けて調整できるように構成したので、レーザ発振装置13の調整により、交換前のレーザ発振装置13と同じように、線状で強度が略均一なエキシマレーザビームＬをガラス基板４上のアモルファスシリコン膜２へと照射できるようになる。
【００４８】
したがって、簡単に交換が可能であり、またアレイレンズ12などの調整を不要にできるので、交換作業に必要な作業時間を大幅に短縮できる。
【００４９】
特に、レーザチューブ14、共振ミラー17,18の交換前に位置測定装置41により取り付け位置を測定し、この後、測定位置に基づいてレーザチューブ14、共振ミラー17,18が位置合わせされるので、容易に高い再現性を確保できる。この上で、レーザ発振装置13が仰角方向およびロール角方向に調整されるので、アレイレンズ12の調整を要することなく、容易に全体の調整が可能となる。特に、第２のミラー22とアレイレンズ12との間にアライメントツール34を取り付けて、このアレイレンズ12へと入射されるエキシマレーザビームＬの形状をＣＣＤカメラ33にて測定する構成とした。この結果、ＣＣＤカメラ33にて測定した交換前後のエキシマレーザビームＬの形状を比較しながら、レーザ発振装置13の取り付け位置を調整することによって、この交換前後のエキシマレーザビームＬの形状をより容易に同じにできる。したがって、このレーザ発振装置13の交換をより正確にかつ高い再現性で実現できるとともに、このレーザ発振装置13の交換に必要な作業時間をさらに短縮できる。
【００５０】
なお、ガラス基板４上のアモルファスシリコン膜２がレーザアニールされてポリシリコン膜とされてから薄膜トランジスタの半導体層として用いられる構成について説明したが、その他の薄膜ダイオードなどのスイッチング素子や半導体素子などの電気素子に用いられるレーザアニールが必要な種々の半導体膜などの被照射体であっても対応させて用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のレーザアニール装置の一実施の形態の一部を示す説明図である。
【図２】同上レーザアニール装置の一部を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    レーザアニール装置
２    被照射体としてのアモルファスシリコン膜
12    光学系としてのアレイレンズ
14    レーザ源としてのレーザチューブ
17,18    共振体としての共振ミラー
34    測定手段としてのアライメントツール
42    光源としてのダイオードレーザ
45    光学系としての第３の調整用ミラー
Ｌ    レーザとしてのエキシマレーザビーム
【図１】
2007250895.tif 000003
【図２】
2007250895.tif 000004