(57)【要約】レーザーライン投射装置（１０）において、６つの間隔を空けられた非偏光レーザービームは、薄膜偏光子（１４）、リフレクタ（１８）、および２つの偏光回転子（２０Ａ、２０Ｂ）の組み合わせによって、低損失で平面偏光させられる。２つのビームは、３つの偏光配向の各々において偏光させられる。偏光配向のうちの２つは、Ｐ配向およびＳ配向において互いに直交して整列させられる。他の偏光配向は、中間配向において非直交で整列させられる。ビームは、強度均質化され、放射のラインに投射される。放射のライン上の任意の点は、Ｓから中間配向を通じてＰへ、そして中間配向を通じてＳに戻る、偏光配向の角度分布を有する光線から形成される。
2018514940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学装置であって、該装置は、
対応する複数のレーザービームを受け取り、該レーザービームを平面偏光させるように配置された複数の偏光子であって、
該偏光子は、該レーザービームのうちの少なくとも２つが異なる偏光配向で平面偏光させられるように構成されている、偏光子と、
該平面偏光させられたレーザービームを、レーザー放射のラインとしてワークピース上に投射するように構成および配置された複数の光学要素であって該レーザービームの各々からの光線が該ライン上の任意の点に異なる角度で入射し、該光線の該偏光配向は、所定の様式において入射の角度によって異なる、光学要素と
を含む、装置。
【請求項２】
前記レーザービームは、横長軸および横短軸を有し、前記ビームおよび前記偏光子は、該レーザービームの長軸方向に沿って整列させられる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
６つのレーザービームおよび６つの偏光子があり、該偏光子のうちの最も外側の２つは、第一の偏光配向において対応する該レーザービームを平面偏光させるように配置され、該偏光子のうちの最も内側の２つは、該第一の偏光配向に対して９０度の第二の偏光配向において対応する該レーザービームを平面偏光させるように配置され、残りの２つの該偏光子は、該第一および第二の偏光配向に対して非直交角度の第三の偏光配向において対応する該レーザービームを平面偏光させるように配置される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第三の偏光配向は、前記第一および第二の配向に対して４５度にある、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
放射の前記投射されたライン上の任意の点で、最高および最低の入射角度で入射する光線は、前記第一および第二の偏光配向においてそれぞれ平面偏光させられ、最高および最低入射の中間の入射角度の角度を有する光線は、前記第三の偏光配向において平面偏光させられる、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
各々の偏光子は、対応する前記レーザービームを伝達される第一の部分および反射される第二の部分に分離するように配置された偏光選択性ビームスプリッタであって、該第一および第二の部分は、互いに対して９０度でそれぞれ第一および第二の偏光配向で平面偏光させられる、偏光選択ビーム性ビームスプリッタと、該ビームの該第二の部分を、該ビームの該第一の部分に対して平行に方向づけるためのリフレクタと、それぞれ該ビームの該第一および第二の部分の経路にあり、該ビームの該第一および第二の部分を共通の偏光配向で伝達するように配置された第一および第二の偏光回転子とを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記共通の偏光配向は、前記第一の偏光配向、前記第二の偏光配向、ならびに該第一および第二の偏光配向に対して非直交角度にある第三の偏光配向のうちの１つである、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
ワークピース上で複数のレーザービームをライン焦点に投射するための装置であって、該装置は、
該レーザービームを受け取るための偏光光学素子のセットと、
該偏光させられたビームを受け取るためのレンズシステムであって、該ビームをワークピース上でライン焦点に沿って投射するように配置されたレンズシステムと
を含み、該偏光光学素子およびレンズシステムは、該ライン焦点に沿う各々の位置で、最低の入射角度の光線が第一の偏光を有し、最高の入射角度の光線が該第一の偏光に対して直交である第二の偏光を有し、中間の入射角度の光線が中間偏光状態を有するように配置される、装置。
【請求項９】
前記偏光光学素子のセットは、少なくとも１つの部分的に伝達する偏光子および１つの偏光回転子含み、該部分的に伝達する偏光子は、前記第一または第二の偏光のうちの１つを伝達するためおよび残りの偏光を反射するためのものであり、該偏光回転子は、前記光の該伝達された部分または該反射された部分のいずれかを９０度回転させるように設置される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記偏光光学素子のセットは、少なくとも１つの部分的に伝達する偏光子と、第一および第二の偏光回転子とを含み、該部分的に伝達する偏光子は、前記第一または第二の偏光のうちの１つを伝達するためおよび残りの偏光を反射するためのものであり、該第一の偏光回転子は、前記光の該伝達された部分を４５度回転させるように設置され、該第二の偏光回転子は、該光の該反射された部分を４５度回転させるように設置される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
ワークピース上でライン焦点に３つのレーザービームを投射するための装置であって、該３つのレーザービームは、第二のビームが第一および第三のビームの間にある配列で整列させられ、該装置は、
該第一のレーザービームを受け取るための偏光光学素子の第一のセットであって、該偏光光学素子の第一のセットは、部分的に伝達する偏光子および１つの偏光回転子を含み、該部分的に伝達する偏光子は、Ｐ偏光させられた光を伝達するためおよびＳ偏光させられた光を反射するためのものであり、該偏光回転子は、該光の該伝達された部分を９０度回転させるように設置される、偏光光学素子の第一のセットと、
該第三のレーザービームを受け取るための偏光光学素子の第二のセットであって、該偏光光学素子の第二のセットは、部分的に伝達する偏光子および１つの偏光回転子を含み、該部分的に伝達する偏光子は、Ｐ偏光させられた光を伝達するためおよびＳ偏光させられた光を反射するためのものであり、該偏光回転子は、該光の該反射された部分を９０度回転させるように設置される、偏光光学素子の第二のセットと、
該第一のセットと第三のセットとの間に位置づけられ、該第二のレーザービームを受け取る、偏光光学素子の第三のセットであって、該偏光光学素子の第三のセットは、部分的に伝達する偏光子ならびに第一および第二の偏光回転子を含み、該部分的に伝達する偏光子は、Ｐ偏光させられた光を伝達するためおよびＳ偏光させられた光を反射するためのものであり、該第一の偏光回転子は、該光の該伝達された部分を４５度回転させるように設置され、該第二の偏光回転子は、該光の該反射された部分を４５度回転させるように設置される、偏光光学素子の第三のセットと、
該偏光させられたビームを受け取るためのレンズシステムであって、該ワークピース上でライン焦点に沿って該ビームを投射するように配置されるレンズシステムと
を含み、該偏光光学素子およびレンズシステムは、該ライン焦点に沿う各々の位置で、最低の入射角度の光線がＰ偏光させられ、最高の入射角度の光線がＳ偏光させられ、中間の入射角度の光線が中間偏光配向を有するように配置される、装置。
【請求項１２】
ワークピース上でライン焦点に複数のレーザービームを投射するための装置であって、該装置は、
該レーザービームを受け取るための偏光光学素子のセットと、
該偏光させられたビームを受け取るためのレンズシステムであって、該ワークピース上でライン焦点に沿って該ビームを投射するように配置されたレンズシステムと
を含み、該偏光光学素子およびレンズシステムは、該ライン焦点に沿う各々の位置で、異なる入射角度の光線が、異なる偏光状態を有するように配置される、装置。
【請求項１３】
ワークピース上でライン焦点に複数のレーザービームを投射するための装置であって、該装置は、
該レーザービームを受け取るための偏光光学素子のセットと、
該偏光させられたビームを受け取るためのレンズシステムであって、該ワークピース上でライン焦点に沿って該ビームを投射するように配置されたレンズシステムと
を含み、該偏光光学素子およびレンズシステムは、該ライン焦点に沿う各々の位置で、最低の入射角度の光線が第一の偏光状態を有し、最高の入射角度の光線が第二の偏光状態を有するように配置される、装置。
【請求項１４】
中間の入射角度の光線は、第三の偏光状態を有する、請求項１３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本願は、２０１５年３月４日に出願された米国仮特許出願第６２／１２８，１３９号の優先権を主張し、この開示は、全て参照により援用される。
【０００２】
（発明の技術分野）
本発明は、概して、アモルファスシリコン被覆パネルのレーザーアニールに関する。本発明は、特に、１つまたは複数のエキシマレーザービームから投射された放射のラインでそのようなパネルをレーザーアニールすることに関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景技術の論説）
エキシマレーザアニール（ＥＬＡ）は、高品質ディスプレイパネルの生産における薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンの作製のための確立されたプロセスである。典型的に、ＥＬＡは、アモルファスシリコンで被覆されたパネルを、エキシマレーザービームから投射された放射のラインで照射することを含む。エキシマレーザー放射は、アモルファスシリコンを多結晶シリコンに変化させる。
【０００４】
ＴＦＴの電気的性能は、アモルファスシリコンが多結晶シリコンに変化させられるときに生成される修正された微細構造を利用する。多結晶シリコンの結晶子の配置は、特定のＴＦＴ回路設計にとって重要であり得る。通常、結晶子配置は、反復エキシマレーザー照射の後、高い秩序度に従う。レーザー放射の角度分布および偏光は、結晶子配置に影響を与える可能性があると判明した。
【０００５】
エキシマレーザーライン投射装置は、先行技術において広く説明されている。例として、そのような装置は、米国特許第７，４２８，０３９号および米国特許第８，９３７，７７０号において詳細に説明されている。そのような装置において照射パワーを増加させるためのビームの光学的組み合わせは、米国特許第７，４０８，７１４号において詳細に説明されている。ビームが組み合わされたレーザーからのパルスビームの同期は、米国特許第８，２３８，４００号において詳細に説明されている。上記の特許は、全て本発明の譲受人に譲渡され、全て本明細書において参照により援用される。
【０００６】
エキシマレーザーライン投射装置において偏光分布を制御する効果的な手段は、先行技術において説明されていない。概して、そのような装置において使用されるエキシマレーザーは、平面偏光させられたビームを放出せず、そのようなレーザーに平面偏光させられたビームを放出させることは、利用可能な電力の実質的な（５０％）損失を引き起こす。実際のレーザー投射装置において、ある程度の偏光（楕円率）は、反射鏡、減衰器、または複屈折光学構成要素を通じる通路から、非垂直入射反射によって、ビームに導入され得る。これは、偶発的であり、投射された放射のラインにおける任意の入射点での偏光の制御された角度分布を、確実に提供しない。
【０００７】
シリコン被覆パネル上の投射された放射のラインにおける任意の入射点で偏光の制御された分布の提供が可能なエキシマレーザーライン投射装置の必要性が存在する。好ましくは、この制御された偏光の分布は、レーザー電力の実質的な損失なしで達成されるべきであり、入射放射の角度分布を維持するべきである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第７，４２８，０３９号明細書
【特許文献２】米国特許第８，９３７，７７０号明細書
【特許文献３】米国特許第７，４０８，７１４号明細書
【特許文献４】米国特許第８，２３８，４００号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の概要）
１つの局面において、本発明に従う光学装置は、対応する複数のレーザービームを受け取って、レーザービームを平面偏光させるように配置された複数の偏光子を含む。偏光子は、レーザービームのうちの少なくとも２つが、異なる偏光配向で平面偏光させられるように構成される。複数の光学要素は、レーザー放射のラインとしてワークピース上に平面偏光させられたレーザービームを投射するように構成および配置され、レーザービームの各々からの光線は、ライン上の任意の点に異なる角度で入射する。光線の偏光配向は、所定の様式において入射角度によって異なる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
明細書に組み込まれかつ明細書の一部を構成する、付随の図は、本発明の好ましい実施形態を概略的に例示し、上記の概要の説明および下記の好ましい実施形態の詳細な説明とともに、本発明の原理を解説する役割を果たす。
【００１１】
【図１】図１Ａは、６つのレーザービームを受け取り、著しい損失がなくかつ所定の偏光配向で６つのレーザービームの各々を平面偏光させ、投射されたライン方向において均質化された放射強度でレーザービームを投射するが、投射されたラインに沿う点での偏光配向の特定の角度分布で投射するように配置された、エキシマレーザーライン投射装置の好ましい実施形態を概略的に例示する。図１Ｂは、直交して整列された、装置の横軸（長軸および短軸）に対する、図１Ａの装置における平面偏光配向を概略的に例示する。図１Ｃは、図１Ａ上の投射されたラインの端の点での入射角度によって異なる偏光配向の分布を概略的に例示し、偏光は、最高入射角度でＳ配向であり、最低入射角度でＰ配向であり、最高と最低との間の入射角度で中間配向である。
【００１２】
【図２】図２は、著しい損失なくかつ所定の偏光配向で６つのレーザービームの各々を平面偏光させるために配置された図１Ａの装置内の６つの偏光選択性ビーム分離器のうちの２つの詳細を概略的に例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
次に、図を参照すると、図１Ａは、本発明に従って、エキシマレーザーライン投射装置の好ましい実施形態１０を概略的に例示する。装置は、長軸平面（ラインの長さの平面）のみで示される。長軸、短軸、および伝播軸のデカルト軸系（ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸）は、図に隣接して示される。
【００１４】
装置１０は、名目上は偏光されておらず、名目上は平行にされている、間隔を空けられた６つのレーザービームを受け取るように配置されており、本明細書では、６つのレーザービームは、ビーム−１、ビーム−２、ビーム−３、ビーム−４、ビーム−５、およびビーム−６が、ビームとして表される。ビームは、６つの個々のエキシマレーザーか、または高効率ビームスプリッタによって分離された各々のレーザーのためのビームを有する６つ未満のレーザーによって提供され得る。例として、３つのレーザーからのビームは、ビーム−１〜ビーム−６を提供するように各々２つの等しい部分に分離されることが可能である。
【００１５】
各々のビームは、エキシマレーザーの分野において公知であるように、長軸（ｙ軸）、長軸に対して垂直な短軸（ｙ軸）、および長軸と短軸とに対して垂直な伝播軸を有するものとして特徴づけられる。この軸系は、図１Ａの図に隣接して示され、図１Ａの図は、投射されたラインの長さが長軸方向にあるｙ−ｚ平面にある。ビームは、その長軸方向において整列される。
【００１６】
そのまま図１Ａを参照して、加えて図２を参照すると、各々のビームは、レンズＬ１およびレンズＬ２を含むアフォーカルビーム縮小器（望遠鏡）１２を通過させられる。ビーム縮小器は、ビームの長軸方向寸法を約２分の１に減少させる。寸法を減少させられたビームは、偏光選択性ビームスプリッタ１６と、リフレクタ１８と、半波長板等の上方および下方偏光回転子（それぞれ２０Ａおよび２０Ｂ）とを含む偏光選択性ビーム分離器（偏光子）１４に向けられる。各々のレーザービームに１つの偏光子１４が存在する。偏光子は、レーザービームの長軸方向に整列させられる。
【００１７】
偏光子１４において、直径を減少させられたビームは、偏光選択性ビームスプリッタ１６によって遮られ、偏光選択性ビームスプリッタ１６は、Ｐ配向において平面偏光させられた、すなわちビームスプリッタ１６の入射面において偏光させられた放射を伝達し、Ｐ配向に対して垂直な、すなわちビームスプリッタ１６の入射の平面に対して垂直なＳ配向において平面偏光させられた放射を反射する。Ｓ偏光させられた放射は、リフレクタ１８によって、伝達されたｐ偏光させられた放射に対して平行に反射される。
【００１８】
６つのビームの各々のＳビーム部分およびＰビーム部分は、（図の意味においての）上方および下方偏光回転子（それぞれ２０Ａおよび２０Ｂ）によってそれぞれ遮られる。ビーム−１およびビーム−６のＳ部分およびＰ部分の場合において、下方偏光回転子は、正味の偏光回転が起こらないように配置される。上方偏光回転子は、９０°の正味の偏光回転が起きるように調節され、Ｐ配向は、Ｓ配向に変えられる。このようにして、ビーム−１およびビーム−６は、Ｓ配向で効果的に平面偏光させられ、損失は、偏光子および偏光回転子の製造に伴う通常の低い光学的損失のみになる。これらの光学的損失は、合計約１０％未満になると予想できる。
【００１９】
ビーム−３およびビーム−４のＳ部分およびＰ部分の場合において、上方偏光回転子は、正味の偏光回転が起こらないように配置される。下方偏光回転子は、９０°の正味の偏光回転が起きるように調節され、Ｓ配向は、Ｐ配向に変えられる。このようにして、ビーム−３およびビーム−４は、Ｐ配向で効果的に平面偏光させられる。
【００２０】
ビーム−２およびビーム−５のＳ部分およびＰ部分の場合において、上方および下方偏光回転子は、各々のビーム部分において非直交偏光回転（例えば、正味４５°回転）が起こるように配置される。このようにして、ビーム−２およびビーム−５は、長系軸および短系軸に対して、非直交（Ｉ）配向で効果的に平面偏光させられる。長系軸および短系軸（直交に整列させられた横系軸）に対するＳ配向、Ｉ配向およびＰ配向は、図１Ｂに概略的に示される。
【００２１】
ビーム−１、ビーム−２、ビーム−３、ビーム−４、ビーム−５、およびビーム−６の上記平面偏光に従って、本発明の装置は、先行技術の装置の様式で放射のラインを投射するように配置される。６つの偏光させられた（２つの部分の）ビームの各々は、長軸ホモジナイザーとして作用するシリンドリカルレンズ（「レンズレット」）の２つの間隔を空けられた配列２４Ａおよび２４Ｂを含む長軸「ホモジナイザー」２２を通して伝達される。一組の配列が、各々のビームのために図１Ａの配置に提供される一方で、隣接する配列は、いくつかの未使用のレンズレットを用いて単一の配列に組み合わされ得る。例として、そのように組み合わされた一組の配列は、２つの隣接するビームに使用され得る。
【００２２】
レンズ配列を通しての伝達の後、ビームは、長軸のみにおいてパワーを有する長軸シリンドリカル集光レンズＬ３と、短軸のみにおいてパワーを有する短軸シリンドリカル集光レンズＬ４と、長軸のみにおいてパワーを有する長軸シリンドリカルフィールドレンズＬ５と、短軸のみにおいてパワーを有する短軸シリンドリカル投射レンズＬ６とを通して伝達される。これは、パネル上の長さＬの放射の投射されたラインが、照射されることをもたらし、Ｌは、装置の長軸射出瞳の幅である。射出瞳において、均質化された、短軸ビームが存在する（図示せず）。ラインに沿う放射強度は、ホモジナイザー２２のレンズ配列と、長軸集光レンズおよび投射レンズとの組み合わせによって均質化される。しかしながら、ライン上の任意の点を形成する光線は、長軸（ｙ−ｚ）平面において、特定の、所定の、偏光の角度分布を有する。
【００２３】
本発明の装置においてこの角度分布を提供するにあたって平面偏光の効果を例示するために、投射されたラインの各光端の点と、投射されたラインの中央の点との形成は、各点について、Ｓ偏光配向、Ｉ偏光配向およびＰ偏向配向の各々の３つの光線をトレースすることによって例示される。Ｓ偏光させられた光線は、短破線によって示され、Ｉ偏光させられた光線は、中破線によって示され、Ｐ偏光させられた光線は、長破線によって示される。
【００２４】
図１Ｃは、投射されたライン上で端点を形成する光線の拡大図を概略的に例示する。点は、Ｓ偏光させられた、パネル上で最高入射角度を有する光線と、Ｐ偏光させられた、パネル上で最低入射角度を有する光線と、Ｉ偏光させられた、最高と最低との間の入射角度を有する光線とを有する光線の扇によって形成されることを見ることができる。この偏光の角度分布は、（少なくとも角度方向の意味において）投射されたライン上のどの点でも同じである。
【００２５】
ここで、本発明の装置の短軸図が、本発明の原理を理解するために必要でないことと、説明の簡潔性のために本明細書において提示されていないこととが、指摘される。当業者は、ライン投射装置の予備知識からか、または上で参照および組み込まれた特許の１つ（特に、米国特許第８，９３７，７７０号）を調べることによって、図１Ａの装置の短軸図を構築することができる。本発明の装置の短軸作用のみに関係があるいくつかの特徴は、例示および説明の簡潔性のために図１Ａから省略されたが、実際の装置には、存在する。これらは、偏光画定配置の前に長軸減少ビームにおいて設置される短軸シリンドリカルレンズ配列と、レンズＬ４およびレンズＬ５の間の短軸中間イメージフィールド（図示せず）に設置される短軸スリット開口とを含む。
【００２６】
当業者は、上に提示される発明の詳細な説明から、組み合わされたビームのうちの少なくとも２つは、異なる偏光配向でなくてはならないが、少なからずビームは、偏光の異なる長軸角度分布を形成するように組み合わされ得ることを認識する。例として、偏光分布は、入射の最高角度が、Ｐ偏光させられ、入射の最低角度が、Ｓ偏光させられるように整えられ得る。一般に、デバイスは、偏光状態が光線の入射の角度に依存するように配置され得るが、Ｓ偏光またはＰ偏光させられるとは限らない。ビーム縮小レンズの前に、偏光子、リフレクタ、および偏光回転子の偏光配置を位置づけることも可能である。当業者は、本発明の主旨および範囲から離れることなく、任意のそのような代替の配置を想到し得る。
【００２７】
要するに、本発明は、好ましい実施形態に関して上で説明されている。しかしながら、本発明は、本明細書において説明および示された実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図１】
2018514940.tif 000003
【図２】
2018514940.tif 000004
【国際調査報告】
2018514940.tif 000005
2018514940.tif 000006
2018514940.tif 000007
2018514940.tif 000008