JP2006100567A - Laser irradiation method, laser irradiation device and laser annealing method - Google Patents
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Description
本発明は、レーザ照射方法及びレーザ照射装置並びにレーザアニール方法に関し、特に、複数のレーザ光源から出射したパルスレーザビームをレーザ被照射物に照射するレーザ照射方法及びレーザ照射装置並びにレーザアニール方法に関する。 The present invention relates to a laser irradiation method, a laser irradiation apparatus, and a laser annealing method, and more particularly to a laser irradiation method, a laser irradiation apparatus, and a laser annealing method for irradiating a laser irradiation object with a pulse laser beam emitted from a plurality of laser light sources.
２つのレーザ光源からそれぞれ出射したレーザビームを、同一光軸上（同軸上）を伝搬するように合成する技術が知られている。合成しようとするレーザビームの波長が互いに異なる場合は、例えばダイクロイックミラーや分散素子（例えば、プリズム、回折格子等）を用いて、２つのレーザビームを同軸上に合成できる。ダイクロイックミラーは、ある波長のレーザビームを透過させ、他のある波長のレーザビームを反射する。合成される２つのレーザビームの光軸とダイクロイックミラーとの相対位置関係を調節することにより、ダイクロイックミラーを透過したレーザビームと、ダイクロイックミラーで反射されたレーザビームとを同軸上に合成できる。このような、波長が異なるレーザビーム同士の合成は、例えば光通信分野の波長分割多重（ＷＤＭ）技術において行われている。 A technique is known in which laser beams emitted from two laser light sources are combined so as to propagate on the same optical axis (coaxial). When the wavelengths of the laser beams to be combined are different from each other, the two laser beams can be combined on the same axis using, for example, a dichroic mirror or a dispersion element (for example, a prism, a diffraction grating, etc.). The dichroic mirror transmits a laser beam with a certain wavelength and reflects a laser beam with another certain wavelength. By adjusting the relative positional relationship between the optical axes of the two laser beams to be combined and the dichroic mirror, the laser beam transmitted through the dichroic mirror and the laser beam reflected by the dichroic mirror can be combined on the same axis. Such synthesis of laser beams having different wavelengths is performed in, for example, wavelength division multiplexing (WDM) technology in the field of optical communication.
しかし、合成しようとするレーザビームの波長が互いに等しい場合、このような技術では、２つのレーザビームを同軸上に合成できない。このような場合は、以下のように、偏光の特性を利用した合成が行われる。このような合成には、例えば、Ｐ偏光成分を透過させＳ偏光成分を反射する偏光ビームスプリッタが用いられる。合成しようとする一方のレーザビームがＰ偏光となり、他方のレーザビームがＳ偏光となるように調整して、偏光ビームスプリッタに両レーザビームを入射させる。Ｐ偏光のレーザビームの光軸、Ｓ偏光のレーザビームの光軸、及び偏光ビームスプリッタの相対位置関係を調整することにより、偏光ビームスプリッタを透過したレーザビームと偏光ビームスプリッタで反射されたレーザビームとを、同軸上に合成できる。なお、この技術は、波長が互いに異なる２つのレーザビームを合成する場合にも用いることができる。 However, when the wavelengths of the laser beams to be combined are equal to each other, such a technique cannot combine the two laser beams on the same axis. In such a case, synthesis using the characteristics of polarization is performed as follows. For such synthesis, for example, a polarization beam splitter that transmits the P-polarized component and reflects the S-polarized component is used. One laser beam to be synthesized is adjusted to be P-polarized light, and the other laser beam is adjusted to be S-polarized light, and both laser beams are incident on the polarizing beam splitter. The laser beam transmitted through the polarizing beam splitter and the laser beam reflected by the polarizing beam splitter are adjusted by adjusting the optical axis of the P-polarized laser beam, the optical axis of the S-polarized laser beam, and the relative positional relationship of the polarizing beam splitter. Can be synthesized on the same axis. This technique can also be used when two laser beams having different wavelengths are combined.
特許文献１に、以下に説明するようなレーザ照射装置が開示されている。互いに異なる波長を有する２つのレーザビームをダイクロイックミラーで同軸上に合成する。ダイクロイックミラーで合成されたレーザビームが、偏光ビームスプリッタに入射する。ダイクロイックミラーで合成される２つのレーザビームは、ともにこの偏光ビームスプリッタに対するＰ偏光である。この偏光ビームスプリッタに、さらに、Ｓ偏光のレーザビームを入射させる。ダイクロイックミラーで合成されて、偏光ビームスプリッタを透過した２つのレーザビームと、偏光ビームスプリッタで反射されたレーザビームとが、同軸上に合成される。
Ｐ偏光とＳ偏光のレーザビームを、偏光ビームスプリッタで同軸上に重ねたとき、両レーザビームが重ねられたレーザビームは、重ねられるＳ偏光とＰ偏光の位相差に応じて、直線偏光や、円偏光や、楕円偏光となる。通常、偏光ビームスプリッタで同軸上に重ねられたレーザビームは、楕円偏光となる。この楕円偏光のレーザビームの全成分と、さらに他のレーザビームとを、偏光ビームスプリッタにより同軸上に合成することはできない。 When the P-polarized and S-polarized laser beams are superimposed on the same axis by the polarization beam splitter, the laser beams superimposed on both laser beams are linearly polarized light, depending on the phase difference between the superimposed S-polarized light and P-polarized light, It becomes circularly polarized light or elliptically polarized light. Usually, the laser beam superimposed on the same axis by the polarization beam splitter becomes elliptically polarized light. All components of the elliptically polarized laser beam and another laser beam cannot be combined on the same axis by the polarization beam splitter.
特許文献２に、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差を所定値に固定することにより、偏光ビームスプリッタで合成されたレーザビームを直線偏光にする技術が開示されている。レーザビームの位相差の固定は、例えば、合成されるレーザビームを出射する各レーザ光源に、共通の主レーザ光源から出射されるレーザビームを種光として注入することにより行われる。偏光ビームスプリッタで合成されたレーザビームが直線偏光となるので、合成されたレーザビームを、さらに他の直線偏光のレーザビームと、偏光ビームスプリッタにより同軸上に合成できる。 Patent Document 2 discloses a technique in which a laser beam synthesized by a polarization beam splitter is converted into linearly polarized light by fixing a phase difference between P-polarized light and S-polarized light to a predetermined value. The phase difference of the laser beam is fixed by, for example, injecting a laser beam emitted from a common main laser light source as seed light into each laser light source that emits a combined laser beam. Since the laser beam synthesized by the polarization beam splitter becomes linearly polarized light, the synthesized laser beam can be synthesized coaxially with another linearly polarized laser beam by the polarization beam splitter.
パルスレーザビームは、様々な加工に用いられている。例えば、樹脂層、金属層等を含む基板の穴開けや溝加工に用いられている。また例えば、表面に非晶質シリコン膜が形成された基板にレーザを照射して、非晶質シリコン膜を多結晶化するレーザアニールに用いられている。 The pulse laser beam is used for various processes. For example, it is used for drilling or grooving a substrate including a resin layer, a metal layer, and the like. For example, it is used for laser annealing in which a substrate having an amorphous silicon film formed thereon is irradiated with a laser to polycrystallize the amorphous silicon film.
特許文献１の方法で３つのパルスレーザビームを同軸上に合成したとき、合成されたパルスレーザビームを直線偏光にすることができない。特許文献１の方法では、同一波長の３つ以上のパルスレーザビームを同軸上に合成することができない。
When three pulse laser beams are synthesized on the same axis by the method of
特許文献２の方法を用いれば、同一波長の３つ以上のパルスレーザビームを同軸上に合成することができる。合成されたパルスレーザビームを直線偏光にすることもできる。ただし、特許文献２の方法では、合成されるレーザビームの位相の制御が必要となり、例えば位相制御用の主レーザ光源が必要となる。 If the method of patent document 2 is used, three or more pulse laser beams of the same wavelength can be synthesized on the same axis. The combined pulsed laser beam can be linearly polarized. However, in the method of Patent Document 2, it is necessary to control the phase of the combined laser beam, and for example, a main laser light source for phase control is required.
本発明の一目的は、合成されるパルスレーザビームの位相を制御することなく、複数のパルスレーザビームが同一光軸上を伝搬するように合成し、合成されたパルスレーザビームを、各パルスの偏光方向が揃った直線偏光にすることができるレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びにそのレーザ照射方法を用いたレーザアニール方法を提供することである。 One object of the present invention is to synthesize a plurality of pulse laser beams so as to propagate on the same optical axis without controlling the phase of the synthesized pulse laser beam, and to synthesize the synthesized pulse laser beam for each pulse. It is to provide a laser irradiation method and a laser irradiation apparatus capable of making linearly polarized light with a uniform polarization direction, and a laser annealing method using the laser irradiation method.
本発明の他の目的は、合成されるパルスレーザビームの位相を制御することなく、波長がすべて等しい３つ以上のパルスレーザビームを、同一光軸上を伝搬するように合成できるレーザ照射方法及びレーザ照射装置、並びにそのレーザ照射方法を用いたレーザアニール方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a laser irradiation method capable of synthesizing three or more pulse laser beams having the same wavelength so as to propagate on the same optical axis without controlling the phase of the synthesized pulse laser beam. A laser irradiation apparatus and a laser annealing method using the laser irradiation method are provided.
本発明の一観点によれば、（ａ）直線偏光である第１のパルスレーザビームと、偏波面が該第１のパルスレーザビームの偏波面と直交し、かつ該第１のパルスレーザビームの偏波面に沿って伝搬する直線偏光である第２のパルスレーザビームとを、該第１及び第２のパルスレーザビームが同一の光軸上を伝搬し、かつ該光軸上で互いに時間的に重ならないように合成する工程と、（ｂ）前記工程（ａ）において前記第１及び第２のパルスレーザビームが合成されたレーザビームの各パルスの偏光方向を、互いに平行になるように揃える工程と
を有するレーザ照射方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, (a) a first pulsed laser beam that is linearly polarized light, a plane of polarization is orthogonal to a plane of polarization of the first pulsed laser beam, and A second pulsed laser beam, which is linearly polarized light propagating along the plane of polarization, and the first and second pulsed laser beams propagate on the same optical axis and are temporally related to each other on the optical axis. A step of synthesizing the laser beams so as not to overlap, and a step (b) aligning the polarization directions of the pulses of the laser beam obtained by synthesizing the first and second pulse laser beams in step (a) so that they are parallel to each other A laser irradiation method is provided.
本発明の他の観点によれば、前記工程（ａ）及び（ｂ）に加え、さらに、（ｃ）前記工程（ｂ）で各パルスの偏光方向が揃えられた第３のパルスレーザビームと、偏波面が該第３のパルスレーザビームの偏波面と直交する直線偏光である第４のパルスレーザビームとを、該第３及び第４のパルスレーザビームが同一光軸上を伝搬するように合成する工程を有するレーザ照射方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, in addition to the steps (a) and (b), (c) a third pulse laser beam in which the polarization direction of each pulse is aligned in the step (b); A fourth pulse laser beam whose polarization plane is linearly polarized light orthogonal to the polarization plane of the third pulse laser beam is synthesized so that the third and fourth pulse laser beams propagate on the same optical axis. There is provided a laser irradiation method comprising the steps of:
本発明の他の観点によれば、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する第１の合成器と、前記第１の合成器に対してＰ偏光になるように直線偏光されたパルスレーザビームを、該第１の合成器に入射させる第１のレーザ光源と、前記第１の合成器に対してＳ偏光になるように直線偏光されたパルスレーザビームを、該第１の合成器に入射させる第２のレーザ光源とを有し、前記第１のレーザ光源から出射されて前記第１の合成器を透過したパルスレーザビームと、前記第２のレーザ光源から出射されて前記第１の合成器で反射されたパルスレーザビームとが、同一の第１の光軸上を伝搬するように、前記第１、第２のレーザ光源、及び前記第１の合成器が配置されており、さらに、前記第１の光軸上を伝搬するレーザビームが入射し、入射したレーザビームの偏光方向を変化させる状態と、変化させない状態とを切り替えることができる第１の偏光方向回転素子とを有するレーザ照射装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a first combiner that transmits a P-polarized component and reflects an S-polarized component, and a pulse that is linearly polarized so as to be P-polarized with respect to the first combiner. A first laser light source that causes a laser beam to enter the first combiner, and a pulse laser beam that is linearly polarized so as to be S-polarized with respect to the first combiner, A pulsed laser beam emitted from the first laser light source and transmitted through the first combiner, and emitted from the second laser light source to the first laser light source. The first and second laser light sources and the first combiner are arranged so that the pulsed laser beam reflected by the combiner of (2) propagates on the same first optical axis, Further, a laser beam propagating on the first optical axis is incident and entered. Laser irradiation apparatus is provided having with a state of changing the polarization direction of the laser beam, a first polarization direction rotating element can be switched between a state that does not change.
複数のパルスレーザビームを、同一光軸上を伝搬するように合成することができ、合成されたパルスレーザビームを、各パルスの偏光方向が揃った直線偏光にすることができる。 A plurality of pulse laser beams can be combined so as to propagate on the same optical axis, and the combined pulse laser beam can be made into linearly polarized light in which the polarization directions of the pulses are aligned.
波長が等しい３つ以上のパルスレーザビームであっても、同一光軸上を伝搬するように合成できる。 Even three or more pulsed laser beams having the same wavelength can be combined so as to propagate on the same optical axis.
図１を参照して、本発明の第１の実施例によるレーザ照射装置について説明する。レーザ照射装置１００が、レーザ光源１及び２、偏光ビームスプリッタ３、及び電気光学変調器４を含んで構成される。制御装置Ｃ１００が、レーザ照射装置１００を制御する。偏光ビームスプリッタ３が、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する。
A laser irradiation apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A
レーザ光源１が、偏光ビームスプリッタ３に対するＰ偏光となるように直線偏光されたパルスレーザビームｐ１を出射する。レーザ光源２が、偏光ビームスプリッタ３に対するＳ偏光となるように直線偏光されたパルスレーザビームｐ２を出射する。パルスレーザビームｐ１及びｐ２の偏波面が互いに直交し、かつパルスレーザビームｐ２がパルスレーザビームｐ１の偏波面に沿って伝搬する。図において、パルスレーザビームｐ１の偏波面及び偏光方向が、紙面に平行であり、パルスレーザビームｐ２の偏波面及び偏光方向が、紙面に垂直であり、パルスレーザビームｐ１及びｐ２が、紙面内で伝搬する。
The
レーザ光源１及び２として、例えば、高調波発生ユニットを含む固体レーザを用いることができる。より具体的には、例えば、２倍高調波の発生ユニットを含む、ＹＡＧレーザ、ＹＬＦレーザ、ＹＶＯ４レーザを用いることができる。パルスレーザビームｐ１及びｐ２の繰り返し周波数はともに、例えば１ｋＨｚであり、パルス幅はともに、例えば１００ｎｓである。
As the
レーザ光源１から出射したパルスレーザビームｐ１と、レーザ光源２から出射したパルスレーザビームｐ２とが、偏光ビームスプリッタ３に入射する。偏光ビームスプリッタ３を透過したパルスレーザビームｐ１と、偏光ビームスプリッタ３で反射されたパルスレーザビームｐ２とが、同一光軸上を伝搬するように、レーザ光源１及び２と、偏光ビームスプリッタ３とが配置されている。このようにして、パルスレーザビームｐ１及びｐ２が、同一光軸上を伝搬する（同一光軸上に合成される）。合成されたパルスレーザビームのパワーは、パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパワーを合算した値となる。
The pulse
パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスが、互いに異なるタイミングで偏光ビームスプリッタ３に入射するように（パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスが同時には偏光ビームスプリッタ３に入射しないように）、制御装置Ｃ１００が、レーザ光源１及び２を制御する。これにより、偏光ビームスプリッタ３から出射したパルスレーザビームが伝搬する光軸上で、パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルス同士が時間的に重なり合わない（光軸上のある位置で、同一時刻に、パルス同士が互いに重なりを持たない）。
The control device C100 is configured so that the pulses of the pulse laser beams p1 and p2 enter the polarization beam splitter 3 at different timings (so that the pulses of the pulse laser beams p1 and p2 do not enter the polarization beam splitter 3 at the same time). The
偏光ビームスプリッタ３から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２が、電気光学変調器４に入射する。電気光学変調器４は、電気光学効果を有する結晶を含んで構成され、所定の電圧を印加すると、それを通過する直線偏光の偏光方向を９０度回転させる（所定の電圧を印加すると、それを通過する直線偏光の偏光方向を変化させる状態になる）。制御装置Ｃ１００が、所望のタイミングで偏光方向を回転させるように、電気光学変調器４を制御する。なお、電気光学変調器４が偏光方向を変化させる状態と変化させない状態とが切り替わる応答速度は数ｎｓである。
Pulse
パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスは、互いに異なる時刻に電気光学変調器４に入射する。パルスレーザビームｐ１のパルスが電気光学変調器４を通過する期間中は、電気光学変調器４に電圧を印加しない。電気光学変調器４を通過したパルスレーザビームｐ１のパルスの偏光方向は、紙面に平行に保たれる。パルスレーザビームｐ２のパルスが電気光学変調器４を通過する期間中に、電気光学変調器４に所定電圧を印加して、パルスレーザビームｐ２のパルスの偏光方向を、紙面に平行になるように回転させる。このようにして、パルスレーザビームｐ１及びｐ２の偏光方向が揃えられる。 The pulses of the pulsed laser beams p1 and p2 enter the electro-optic modulator 4 at different times. During the period in which the pulse of the pulse laser beam p1 passes through the electro-optic modulator 4, no voltage is applied to the electro-optic modulator 4. The polarization direction of the pulse of the pulse laser beam p1 that has passed through the electro-optic modulator 4 is kept parallel to the paper surface. While the pulse of the pulse laser beam p2 passes through the electro-optic modulator 4, a predetermined voltage is applied to the electro-optic modulator 4 so that the polarization direction of the pulse of the pulse laser beam p2 is parallel to the paper surface. Rotate. In this way, the polarization directions of the pulse laser beams p1 and p2 are aligned.
このように、レーザ照射装置１００は、２台のレーザ光源から出射するパルスレーザビームのパワーを合算したパワーを有するパルスレーザビームを生成できる。また、レーザ照射装置１００は、各パルスの偏光方向が揃ったパルスレーザビームを生成できる。
Thus, the
なお、パルスレーザビームｐ１のパルスが電気光学変調器４を通過する期間中に、電気光学変調器４へ所定電圧を印加して、パルスレーザビームｐ１のパルスの偏光方向を、紙面に直交するように回転させ、パルスレーザビームｐ２のパルスが電気光学変調器４を通過する期間中は、電気光学変調器４へ電圧を印加しないで、パルスレーザビームｐ２のパルスの偏光方向を紙面に直交する状態に保つことにより、両パルスレーザビームの偏光方向を、紙面に直交するように揃えることもできる。 During the period when the pulse of the pulse laser beam p1 passes through the electro-optic modulator 4, a predetermined voltage is applied to the electro-optic modulator 4 so that the polarization direction of the pulse of the pulse laser beam p1 is orthogonal to the paper surface. During the period in which the pulse of the pulse laser beam p2 passes through the electro-optic modulator 4, no voltage is applied to the electro-optic modulator 4, and the polarization direction of the pulse of the pulse laser beam p2 is orthogonal to the paper surface By maintaining the above, the polarization directions of both pulse laser beams can be aligned so as to be orthogonal to the paper surface.
なお、例えばλ／２位相板を用いれば、Ｐ偏光とＳ偏光とを、相互に変換することができる。Ｓ偏光のパルスレーザビームを出射するレーザ光源を用いても、λ／２位相板と組み合わせれば、Ｐ偏光を生成できる。Ｓ偏光のパルスレーザビームを出射するレーザ光源とλ／２位相板とを組み合わせてＰ偏光を出射するようにした光学装置を、Ｐ偏光を出射するレーザ光源１と捉えることもできる。同様に、Ｐ偏光のパルスレーザビームを出射するレーザ光源とＰ偏光をＳ偏光に変換するλ／２位相板とを組み合わせた光学装置を、Ｓ偏光を出射するレーザ光源２と捉えることもできる。
For example, if a λ / 2 phase plate is used, P-polarized light and S-polarized light can be converted into each other. Even when a laser light source that emits an S-polarized pulse laser beam is used, P-polarized light can be generated by combining with a λ / 2 phase plate. An optical device that emits P-polarized light by combining a laser light source that emits an S-polarized pulse laser beam and a λ / 2 phase plate can also be regarded as a
次に、図２を参照して、第１の実施例によるレーザ照射装置１００を、レーザアニール装置に応用する例について説明する。レーザ照射装置１００が、パルスレーザビームを出射する。このレーザアニール装置において、レーザ照射装置１００が有する２台のレーザ光源からそれぞれ出射されるパルスレーザビームの繰り返し周波数が等しく、一方のレーザ光源からパルスが出射された後、パルス周期の半分が経過した時点で他方のレーザ光源からパルスが出射されるように、レーザビームの出射タイミングが設定されている。これにより、レーザ照射装置１００が出射する合成パルスレーザビームの繰り返し周波数が、１台のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームのそれの２倍となる。
Next, an example in which the
レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームが、例えばアレイレンズを含んで構成されるホモジナイザ５１に入射する。ホモジナイザ５１が、レーザビームの断面を一方向に長い形状に整形するとともに、ビーム断面内の光強度分布を均一化する。ホモジナイザ５１から出射したレーザビームが、折り返しミラー５２で反射され、表面に非晶質シリコン膜が形成された基板５３に照射される。ＸＹステージ５４が、基板５３を保持する。ＸＹステージ５４は、基板５３を、基板表面に平行な２次元方向に移動させることができる。
The pulse laser beam emitted from the
基板表面上のビーム断面が、基板上で、ビーム断面の長尺方向（長さ方向）に直交する方向（ビーム断面の幅方向）に移動するように、基板５３を移動させながら、パルスレーザビームの照射を繰り返す（基板表面上で、レーザビームを、ビーム断面の幅方向に走査する）。基板５３の移動速度は、パルスレーザビームのある１パルスにより照射される光照射領域とその次の１パルスにより照射される光照射領域とが、一部分において重なる程度とする。このようにして、基板全面にレーザアニール処理が行われる。
While moving the
レーザ照射装置１００が、１台のレーザ光源から出射されるパルスレーザビームの２倍の繰り返し周波数でパルスレーザビームを出射するので、レーザ照射装置として１台のレーザ光源を用いる場合に比べて、レーザビームを走査する速度を２倍にでき、アニール処理に要する時間の短縮化が図れる。
Since the
次に、図３を参照して、第２の実施例によるレーザ照射装置について説明する。第２の実施例によるレーザ照射装置１０１は、第１の実施例によるレーザ照射装置１００に、レーザ光源５、偏光ビームスプリッタ６、及び電気光学変調器７を追加した構成を有する。制御装置Ｃ１０１が、レーザ照射装置１０１を制御する。
Next, a laser irradiation apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The
偏光ビームスプリッタ６が、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する。レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２が、偏光ビームスプリッタ６に対するＰ偏光となるように偏光方向を揃えられている。図において、偏光ビームスプリッタ６が透過させるＰ偏光の偏波面が紙面に平行であるとして説明を続ける。
The
レーザ光源５が、偏光ビームスプリッタ６に対するＳ偏光となるように直線偏光されたパルスレーザビームｐ３を出射する。レーザ光源５として、レーザ光源１と同様なものを用いることができる。レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２の偏波面と、パルスレーザビームｐ３の偏波面とが互いに直交し、パルスレーザビームｐ３が、レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２の偏波面に沿って伝搬する。
The laser light source 5 emits a pulsed laser beam p3 linearly polarized so as to be S-polarized light with respect to the
レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２と、レーザ光源５から出射したパルスレーザビームｐ３とが、偏光ビームスプリッタ６に入射する。偏光ビームスプリッタ６を透過したパルスレーザビームｐ１及びｐ２と、偏光ビームスプリッタ６で反射されたパルスレーザビームｐ３とが、同一光軸上を伝搬するように、レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２が伝搬する光軸と、偏光ビームスプリッタ６と、レーザ光源５とが配置されている。
Pulse
パルスレーザビームｐ１〜ｐ３のパルスが、それぞれ異なるタイミングで偏光ビームスプリッタ６に入射するように（パルスレーザビームｐ１〜ｐ３のうち、どの２つのパルスレーザビームのパルスも同時には偏光ビームスプリッタ６に入射しないように）、制御装置Ｃ１０１が、各レーザ光源を制御する。これにより、偏光ビームスプリッタ６から出射したパルスレーザビームが伝搬する光軸上で、パルスレーザビームｐ１〜ｐ３のパルスは互いに時間的に重なり合わない。
Pulses of the pulse laser beams p1 to p3 are incident on the
偏光ビームスプリッタ６から出射したパルスレーザビームｐ１〜ｐ３が、電気光学変調器７に入射する。制御装置Ｃ１０１が、所望のタイミングで偏光方向を回転させるように、電気光学変調器７を制御する。
Pulse laser beams p <b> 1 to p <b> 3 emitted from the
パルスレーザビームｐ１〜ｐ３のパルスが、それぞれ異なる時刻に電気光学変調器７に入射する。パルスレーザビームｐ１またはｐ２のパルスが電気光学変調器７を通過する期間中は、電気光学変調器７に電圧を印加しない。電気光学変調器７を通過したパルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスの偏光方向はともに、紙面に平行に保たれる。パルスレーザビームｐ３のパルスが電気光学変調器７を通過する期間中に、電気光学変調器７に所定電圧を印加して、パルスレーザビームｐ３のパルスの偏光方向を、紙面に平行になるように回転させる。このようにして、パルスレーザビームｐ１〜ｐ３の偏光方向が揃えられる。
Pulses of the pulse laser beams p1 to p3 are incident on the electro-
第２の実施例によるレーザ照射装置は、３台のレーザ光源から出射するレーザビームのパワーを合算したパワーを有するパルスレーザビームを生成できる。また、レーザ照射装置から出射されるパルスレーザビームの各パルスの偏光方向が揃っている。 The laser irradiation apparatus according to the second embodiment can generate a pulse laser beam having a power obtained by adding the powers of laser beams emitted from three laser light sources. Further, the polarization directions of the pulses of the pulse laser beam emitted from the laser irradiation apparatus are aligned.
なお、レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２が偏光ビームスプリッタ６に対してＳ偏光となり、レーザ光源５から出射したパルスレーザビームｐ３が、偏光ビームスプリッタ６に対してＰ偏光となるように、各光学装置を配置しても構わない。このようにすれば、パルスレーザビームｐ１及びｐ２が、偏光ビームスプリッタ６で反射され、パルスレーザビームｐ３が偏光ビームスプリッタ６を透過する。偏光ビームスプリッタ６から出射した３つのパルスレーザビームｐ１〜ｐ３が同一光軸上に合成される。電気光学変調器７はその光軸上に配置すればよい。なおこの場合は、偏光ビームスプリッタ６に入射するパルスレーザビームｐ３の偏波面に沿って、偏光ビームスプリッタ６に入射するパルスレーザビームｐ１及びｐ２が伝搬する。
Note that the pulsed laser beams p1 and p2 emitted from the
次に、第２の実施例の変形例によるレーザ照射装置について説明する。本変形例によるレーザ照射装置では、パルスレーザビームｐ３のパルスが偏光ビームスプリッタ６へ入射するタイミングを、パルスレーザビームｐ１及びパルスレーザビームｐ２の一方のパルスが偏光ビームスプリッタ６へ入射するタイミングと一致させる。なお、パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスが、それぞれ偏光ビームスプリッタ６に入射するタイミングは、互いに異なる。
Next, a laser irradiation apparatus according to a modification of the second embodiment will be described. In the laser irradiation apparatus according to this modification, the timing at which the pulse of the pulse laser beam p3 is incident on the
互いに一致したタイミングで偏光ビームスプリッタ６に入射した２つのパルスは、偏光ビームスプリッタ６から出射して伝搬する光軸上で互いに重なる（２つのパルスが互いに重なったパルスを、合波されたパルスと呼ぶ）。合波されたパルスのパルスエネルギは、合波される２つのパルスのパルスエネルギを合算した値となる。また、合波される２つのパルスの波形（強度の時間変化の形状）が一致しているとき、合波されたパルスのピーク強度が、合波される２つのパルスのピーク強度を合算した値となる。
Two pulses incident on the
このように、本変形例によるレーザ照射装置は、１台のレーザ光源から出射されるパルスのパルスエネルギ及びピーク強度よりも高いパルスエネルギ及びピーク強度を有するパルスを生成できる。 As described above, the laser irradiation apparatus according to this modification can generate a pulse having a pulse energy and a peak intensity higher than the pulse energy and the peak intensity of a pulse emitted from one laser light source.
第２の実施例の変形例によるレーザ照射装置を、レーザアニール装置に応用する例について説明する。この例では、図２に示したレーザアニール装置において、レーザ照射装置１００と制御装置Ｃ１００（第１の実施例によるレーザ照射装置とその制御装置）の代わりに、本変形例によるレーザ照射装置１０１とその制御装置Ｃ１０１が配置される。
An example in which the laser irradiation apparatus according to the modification of the second embodiment is applied to a laser annealing apparatus will be described. In this example, in the laser annealing apparatus shown in FIG. 2, the
偏光ビームスプリッタ６に、パルスレーザビームｐ１のパルスが入射した後に、パルスレーザビームｐ２のパルスが入射するとする。パルスレーザビームｐ３のパルスを、パルスレーザビームｐ１のパルスと同時に偏光ビームスプリッタ６に入射させて、両パルスを合波する。パルスレーザビームｐ１及びｐ３のパルスの波形が一致しているとする。パルスレーザビームｐ１及びｐ３のパルスが合波され、相対的にパルスエネルギ及びピーク強度が高いパルス（これをパルスｐ１３ａと呼ぶ）と、パルスレーザビームｐ２のパルスであり、相対的にパルスエネルギ及びピーク強度が低いパルス（これをパルスｐ２ａと呼ぶ）が得られる。
It is assumed that the pulse of the pulse laser beam p2 is incident after the pulse of the pulse laser beam p1 is incident on the
基板５３に、まずパルスｐ１３ａが照射される。非晶質シリコン膜を充分に溶融させるように、パルスｐ１３ａの強度が設定される。基板５３に、引き続きパルスｐ２ａが照射される。パルスｐ２ａの照射により、パルスｐ１３ａで溶融したシリコン膜の冷却速度を、パルスｐ２ａを照射しない場合に比べて緩やかにすることができる。溶融したシリコン膜を緩やかに冷却することにより、シリコン結晶粒を大きく成長させることができる。なお、このようなレーザアニール方法は、例えば特開２００３−６８６４４号公報に開示されている。なお、本変形例によるレーザ照射装置を応用したレーザアニール装置においては、パルスｐ１３ａ及びパルスｐ２ａが、ほぼ同一の光照射領域に照射されるように、レーザビームが走査される。
The
パルスレーザビームｐ１及びｐ３のパルスが合波されたパルスｐ１３ａは、高いパルスエネルギを有する。一般に、レーザ照射装置から出射されるパルスのパルスエネルギが高いほど、長いビーム断面を持つレーザビームを、ホモジナイザで生成できる。一般に、基板上のビーム断面の長さが長いほど、基板上の広い面積に亘って均一な多結晶シリコン膜を形成できる。 The pulse p13a obtained by combining the pulses of the pulse laser beams p1 and p3 has high pulse energy. In general, the higher the pulse energy of a pulse emitted from a laser irradiation apparatus, the more a laser beam having a longer beam cross section can be generated by a homogenizer. Generally, as the length of the beam cross section on the substrate is longer, a uniform polycrystalline silicon film can be formed over a wider area on the substrate.
次に、図４を参照して、第３の実施例によるレーザ照射装置について説明する。第３の実施例によるレーザ照射装置１０２は、第１の実施例によるレーザ照射装置１００に、このレーザ照射装置１００と同様の構成を有するレーザ照射装置１００ａ、折り返しミラーＭ、偏光ビームスプリッタ６ａ、及び電気光学変調器７ａを追加した構成を有する。制御装置Ｃ１０２が、レーザ照射装置１０２を制御する。
Next, a laser irradiation apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIG. The
偏光ビームスプリッタ６ａが、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する。レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２が、偏光ビームスプリッタ６ａに対するＰ偏光となるように偏光方向を揃えられている。図において、偏光ビームスプリッタ６ａが透過させるＰ偏光の偏波面が紙面に平行であるとして説明を続ける。
The
レーザ照射装置１００ａは、レーザ照射装置１００と同様な構成を有し、２台のレーザ光源からそれぞれ出射された２つのパルスレーザビームｐ４及びｐ５を同一光軸上に合成し、両パルスレーザビームの偏光方向を揃えることができる。レーザ照射装置１００ａから出射したパルスレーザビームｐ４及びｐ５の偏光方向が、偏光ビームスプリッタ６ａに対するＳ偏光となるように揃えられている。レーザ照射装置１００ａから出射したパルスレーザビームｐ４及びｐ５が、照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２の偏波面に沿って伝搬する。
The
レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２と、レーザ照射装置１００ａから出射し、ミラーＭで反射されたパルスレーザビームｐ４及びｐ５とが、偏光ビームスプリッタ６ａに入射する。偏光ビームスプリッタ６ａを透過したパルスレーザビームｐ１及びｐ２と、偏光ビームスプリッタ６ａで反射されたパルスレーザビームｐ４及びｐ５とが、同一光軸上を伝搬するように、レーザ照射装置１００から出射したパルスレーザビームｐ１及びｐ２が伝搬する光軸と、レーザ照射装置１００ａから出射してミラーＭで反射されたパルスレーザビームｐ４及びｐ５が伝搬する光軸と、偏光ビームスプリッタ６ａとが配置されている。
The pulse laser beams p1 and p2 emitted from the
パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５のパルスが、それぞれ異なるタイミングで偏光ビームスプリッタ６ａに入射するように（パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５のうち、どの２つのパルスレーザビームのパルスも同時には偏光ビームスプリッタ６ａに入射しないように）、制御装置Ｃ１０２が、各レーザ光源を制御する。これにより、偏光ビームスプリッタ６ａから出射したパルスレーザビームが伝搬する光軸上で、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５のパルスは互いに時間的に重なり合わない。
The pulses of the pulse laser beams p1, p2, p4, and p5 are incident on the
偏光ビームスプリッタ６ａから出射したパルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５が、それぞれ異なる時刻に電気光学変調器７ａに入射する。パルスレーザビームｐ１またはｐ２のパルスが電気光学変調器７ａを通過する期間中は、電気光学変調器７ａに電圧を印加しない。電気光学変調器７ａを通過したパルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスの偏光方向はともに、紙面に平行に保たれる。パルスレーザビームｐ４及びｐ５のパルスがそれぞれ電気光学変調器７ａを通過する期間中に、電気光学変調器７ａに所定電圧を印加して、パルスレーザビームｐ４及びｐ５のパルスの偏光方向を、紙面に平行になるように回転させる。このようにして、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５の偏光方向が揃えられる。
Pulse laser beams p1, p2, p4, and p5 emitted from the
図５は、上述したように、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５のパルスが、それぞれ異なるタイミングで偏光ビームスプリッタ６ａに入射するようにして、これら４つのパルスレーザビームを同一光軸上に合成し、かつこれら４つのパルスレーザビームの偏光方向を揃える工程の一例を示すタイミングチャートである。
In FIG. 5, as described above, the pulses of the pulse laser beams p1, p2, p4, and p5 are incident on the
図の上方から順に、パルスレーザビームｐ１のパルスの位置、パルスレーザビームｐ２のパルスの位置、レーザ照射装置１００が有する電気光学変調器４への印加電圧ｖ、レーザ照射装置１００から出射し、パルスレーザビームｐ１及びｐ２が合成されたパルスレーザビームｐのパルスの位置、パルスレーザビームｐ４のパルスの位置、パルスレーザビームｐ５のパルスの位置、レーザ照射装置１００ａが有する電気光学変調器への印加電圧ｖａ、レーザ照射装置１００ａから出射し、パルスレーザビームｐ４及びｐ５が合成されたパルスレーザビームｐａのパルスの位置、偏光ビームスプリッタ６ａから出射し、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５が合成されたパルスレーザビームｐｂのパルスの位置、電気光学変調器７ａへの印加電圧ｖｂ、パルスレーザビームｐｂが電気光学変調器７ａを通過して、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５の偏光方向が揃えられたパルスレーザビームｐｃのパルスの位置を示す。なお図５において、斜線で示したパルスの偏光方向は、紙面に直交し、白抜きで示したパルスの偏光方向は、紙面に平行である。
In order from the top of the figure, the pulse position of the pulse laser beam p1, the pulse position of the pulse laser beam p2, the voltage v applied to the electro-optic modulator 4 included in the
時刻ｔ１に、紙面に平行な偏光方向を持つパルスレーザビームｐ１のパルスｐ１ａが、それに対応するレーザ光源から出射される。その後、時刻ｔ３に、紙面に直交する偏光方向を持つパルスレーザビームｐ２のパルスｐ２ａが、それに対応するレーザ光源から出射される。レーザ照射装置１００が有する電気光学変調器４をパルスｐ２ａが通過する期間を含むような期間（例えば、長さ２００ｎｓ程度の期間）に、電気光学変調器４へ所定電圧が印加される。これにより、パルスｐ２ａの偏光方向が紙面に平行にされる。このようにして、パルスｐ１ａ及びｐ２ａの偏光方向が紙面に平行に揃えられたパルスレーザビームｐが生成される。 At time t1, a pulse p1a of a pulse laser beam p1 having a polarization direction parallel to the paper surface is emitted from the corresponding laser light source. Thereafter, at time t3, a pulse p2a of the pulse laser beam p2 having a polarization direction orthogonal to the paper surface is emitted from the corresponding laser light source. A predetermined voltage is applied to the electro-optic modulator 4 during a period including a period during which the pulse p2a passes through the electro-optic modulator 4 included in the laser irradiation apparatus 100 (for example, a period of about 200 ns in length). Thereby, the polarization direction of the pulse p2a is made parallel to the paper surface. In this way, a pulsed laser beam p in which the polarization directions of the pulses p1a and p2a are aligned parallel to the paper surface is generated.
時刻ｔ１からｔ３までの間の時刻ｔ２に、紙面に平行な偏光方向を持つパルスレーザビームｐ４のパルスｐ４ａが、それに対応するレーザ光源から出射される。レーザ照射装置１００ａが有する電気光学変調器をパルスｐ４ａが通過する期間を含むような期間に、その電気光学変調器へ所定電圧が印加される。これにより、パルスｐ４ａの偏光方向が紙面に直交する。その後、時刻ｔ３より遅い時刻ｔ４に、紙面に直交する偏光方向を持つパルスレーザビームｐ５のパルスｐ５ａが、それに対応するレーザ光源から出射される。このようにして、パルスｐ４ａ及びｐ５ａの偏光方向が紙面に直交するように揃えられたパルスレーザビームｐａが生成される。パルスｐ１ａ、ｐ２ａ、ｐ４ａ及びｐ５ａが、それぞれ異なるタイミングで偏光ビームスプリッタ６ａに入射して、同一光軸上に合成され、パルスレーザビームｐｂが生成される。
At time t2 between time t1 and time t3, a pulse p4a of a pulsed laser beam p4 having a polarization direction parallel to the paper surface is emitted from the corresponding laser light source. A predetermined voltage is applied to the electro-optic modulator in a period including a period in which the pulse p4a passes through the electro-optic modulator included in the
電気光学変調器７ａをパルスｐ４ａが通過する期間を含むような期間に、電気光学変調器７ａへ所定電圧が印加され、さらに、電気光学変調器７ａをパルスｐ５ａが通過する期間を含むような期間に、電気光学変調器７ａへ所定電圧が印加される。これにより、パルスｐ４ａ及びｐ５ａの偏光方向が紙面に平行にされる。このようにして、パルスｐ１ａ、ｐ２ａ、ｐ４ａ及びｐ５ａの偏光方向が紙面に平行に揃えられたパルスレーザビームｐｃが生成される。パルスｐ１ａ、ｐ２ａ、ｐ４ａ及びｐ５ａに対して行ったのと同様な制御が、一定周期で繰り返される。
A period in which a predetermined voltage is applied to the electro-
第３の実施例によるレーザ照射装置は、４台のレーザ光源から出射するレーザビームのパワーを合算したパワーを有するパルスレーザビームを生成できる。また、レーザ照射装置から出射されるパルスレーザビームの各パルスの偏光方向が揃っている。 The laser irradiation apparatus according to the third embodiment can generate a pulse laser beam having a power obtained by adding the powers of laser beams emitted from four laser light sources. Further, the polarization directions of the pulses of the pulse laser beam emitted from the laser irradiation apparatus are aligned.
次に、第３の実施例の変形例によるレーザ照射装置について説明する。本変形例によるレーザ照射装置では、パルスレーザビームｐ４のパルスが偏光ビームスプリッタ６ａに入射するタイミングを、パルスレーザビームｐ１及びｐ２の一方のパルスが偏光ビームスプリッタ６ａに入射するタイミングと一致させ、パルスレーザビームｐ５のパルスが偏光ビームスプリッタ６ａに入射するタイミングを、パルスレーザビームｐ１及びｐ２の他方のパルスが偏光ビームスプリッタ６ａに入射するタイミングと一致させる。なお、パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスが、それぞれ偏光ビームスプリッタ６ａに入射するタイミングは、互いに異なる。
Next, a laser irradiation apparatus according to a modification of the third embodiment will be described. In the laser irradiation apparatus according to this modification, the timing at which the pulse of the pulse laser beam p4 enters the
図６は、このようにパルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５を合成する工程の一例を示すタイミングチャートである。図５のタイミングチャートを参照して説明した工程と同様に、パルスレーザビームｐ１のパルスｐ１ａ及びパルスレーザビームｐ２のパルスｐ２ａが互いに異なるタイミングで出射され、パルスｐ１ａ及びｐ２ａの偏光方向が紙面に平行に揃えられたパルスレーザビームｐが生成される。また、パルスレーザビームｐ４のパルスｐ４ａ及びパルスレーザビームｐ５のパルスｐ５ａが互いに異なるタイミングで出射され、パルスｐ４ａ及びｐ５ａの偏光方向が紙面に直交するように揃えられたパルスレーザビームｐａが生成される。偏光ビームスプリッタ６ａで、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５が同一光軸上に合成され、パルスレーザビームｐｂが生成される。パルスｐ１ａ、ｐ２ａ、ｐ４ａ及びｐ５ａに対して行ったのと同様な制御が、一定周期で繰り返される。
FIG. 6 is a timing chart showing an example of a process for synthesizing the pulse laser beams p1, p2, p4 and p5 in this way. Similar to the process described with reference to the timing chart of FIG. 5, the pulse p1a of the pulse laser beam p1 and the pulse p2a of the pulse laser beam p2 are emitted at different timings, and the polarization directions of the pulses p1a and p2a are parallel to the paper surface. A pulsed laser beam p aligned with is generated. Further, the pulse p4a of the pulse laser beam p4 and the pulse p5a of the pulse laser beam p5 are emitted at different timings, and a pulse laser beam pa in which the polarization directions of the pulses p4a and p5a are aligned perpendicular to the paper surface is generated. . In the
図６のタイミングチャートでは、パルスｐ１ａ及びｐ４ａが、それぞれのレーザ光源からともに時刻ｔ１ａに出射され、かつパルスｐ２ａ及びｐ５ａが、それぞれのレーザ光源からともに時刻ｔ２ａに出射される。これにより、偏光ビームスプリッタ６ａから出射したパルスレーザビームが伝搬する光軸上でパルスｐ１ａ及びｐ４ａが互いに重なったパルスｐ１４ａと、パルスｐ２ａ及びｐ５ａが互いに重なったパルスｐ２５ａとが生成される。パルスｐ１４ａは、パルスｐ１ａ及びｐ４ａのパルスエネルギを合算したパルスエネルギを有し、パルス２５ａは、パルスｐ２ａ及びｐ５ａのパルスエネルギを合算したパルスエネルギを有する。また、合波される２つのパルスの波形（強度の時間変化の形状）が一致しているとき、合波されたパルスのピーク強度が、合波される２つのパルスのピーク強度を合算した値となる。
In the timing chart of FIG. 6, pulses p1a and p4a are emitted from the respective laser light sources at time t1a, and pulses p2a and p5a are emitted from the respective laser light sources at time t2a. As a result, a pulse p14a in which the pulses p1a and p4a overlap each other and a pulse p25a in which the pulses p2a and p5a overlap each other are generated on the optical axis on which the pulse laser beam emitted from the
第３の実施例の変形例によるレーザ照射装置は、第２の実施例の変形例によるレーザ照射装置と同様に、１台のレーザ光源から出射されるパルスのパルスエネルギ及びピーク強度よりも高いパルスエネルギ及びピーク強度を有するパルスを生成できる。 The laser irradiation apparatus according to the modification of the third embodiment has a pulse higher than the pulse energy and peak intensity of the pulse emitted from one laser light source, similarly to the laser irradiation apparatus according to the modification of the second embodiment. Pulses with energy and peak intensity can be generated.
次に、図７を参照して、第４の実施例によるレーザ照射装置について説明する。第４の実施例によるレーザ照射装置１０３は、第３の実施例によるレーザ照射装置１０２に、このレーザ照射装置１０２と同様な構成を有するレーザ照射装置１０２ａ、偏光ビームスプリッタ８、及び電気光学変調器９を追加した構成を有する。制御装置Ｃ１０３が、レーザ照射装置１０３を制御する。
Next, a laser irradiation apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The
偏光ビームスプリッタ８が、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する。レーザ照射装置１０２から出射したパルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５が、偏光ビームスプリッタ８に対するＰ偏光となるように偏光方向を揃えられている。以下、偏光ビームスプリッタ８が透過させるＰ偏光の偏波面が紙面に平行であるとして説明を続ける。
The polarizing beam splitter 8 transmits the P-polarized component and reflects the S-polarized component. The polarization directions are aligned so that the pulse
レーザ照射装置１０２ａは、レーザ照射装置１０２と同様な構成を有し、４つのパルスレーザビームｐ６〜ｐ９を同一光軸上に合成し、これら４つのパルスレーザビームの偏光方向を揃えることができる。レーザ照射装置１０２ａから出射したパルスレーザビームｐ６〜ｐ９が、偏光ビームスプリッタ８に対するＳ偏光となるように偏光方向を揃えられている。
The
レーザ照射装置１０２から出射したパルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５と、レーザ照射装置１０２ａから出射したパルスレーザビームｐ６〜ｐ９とが、偏光ビームスプリッタ８に入射する。偏光ビームスプリッタ８を透過したパルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５と、偏光ビームスプリッタ８で反射されたパルスレーザビームｐ６〜ｐ９とが、同一光軸上に合成される。
Pulse
パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４、ｐ５、及びｐ６〜ｐ９のパルスが、それぞれ異なるタイミングで偏光ビームスプリッタ８に入射するように（パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４、ｐ５、及びｐ６〜ｐ９のうち、どの２つのパルスレーザビームのパルスも同時には偏光ビームスプリッタ８に入射しないように）、制御装置Ｃ１０３が、各レーザ光源を制御する。これにより、偏光ビームスプリッタ８から出射したパルスレーザビームが伝搬する光軸上で、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４、ｐ５、及びｐ６〜ｐ９のパルスは互いに時間的に重なり合わない。 Pulses of the pulse laser beams p1, p2, p4, p5, and p6 to p9 are incident on the polarization beam splitter 8 at different timings (among the pulse laser beams p1, p2, p4, p5, and p6 to p9) The control device C103 controls each laser light source so that no pulse of any two pulsed laser beams enters the polarization beam splitter 8 at the same time. Thereby, the pulses of the pulse laser beams p1, p2, p4, p5, and p6 to p9 do not overlap with each other in time on the optical axis on which the pulse laser beam emitted from the polarization beam splitter 8 propagates.
パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４、ｐ５、及びｐ６〜ｐ９のパルスが、それぞれ異なる時刻に電気光学変調器９に入射する。電気光学変調器９が、パルスレーザビームｐ６〜ｐ９のパルスの偏光方向をそれぞれ回転させて、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５のパルスの偏光方向と揃える。 Pulses of the pulse laser beams p1, p2, p4, p5, and p6 to p9 are incident on the electro-optic modulator 9 at different times. The electro-optic modulator 9 rotates the polarization directions of the pulses of the pulse laser beams p6 to p9 to align with the polarization directions of the pulses of the pulse laser beams p1, p2, p4, and p5.
第４の実施例によるレーザ照射装置は、８台のレーザ光源から出射するレーザビームのパワーを合算したパワーを有するパルスレーザビームを生成できる。また、レーザ照射装置から出射されるパルスレーザビームの各パルスの偏光方向が揃っている。なお、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４、ｐ５のいずれかのパルスが偏光ビームスプリッタ８に入射するタイミングと、パルスレーザビームｐ６〜ｐ９のいずれかのパルスが偏光ビームスプリッタ８に入射するタイミングとを一致させて、高いパルスエネルギかつ高いピーク強度のパルスを生成することもできる。 The laser irradiation apparatus according to the fourth embodiment can generate a pulse laser beam having a power obtained by adding the powers of laser beams emitted from eight laser light sources. Further, the polarization directions of the pulses of the pulse laser beam emitted from the laser irradiation apparatus are aligned. The timing at which any one of the pulse laser beams p1, p2, p4, and p5 is incident on the polarization beam splitter 8 and the timing at which any one of the pulse laser beams p6 to p9 is incident on the polarization beam splitter 8 are as follows. Matching can also produce pulses with high pulse energy and high peak intensity.
次に、図８を参照して、第５の実施例によるレーザ照射装置について説明する。レーザ照射装置１０４が、レーザ光源２１及び２２、ビーム偏向器２３、レーザ光源２１ａ及び２２ａ、ビーム偏向器２３ａ、偏光ビームスプリッタ２４、及び電気光学変調器２５を含んで構成される。制御装置Ｃ１０４が、レーザ照射装置１０４を制御する。偏光ビームスプリッタ２４が、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する。図において、このＰ偏光の偏波面が紙面に平行であるとして説明を続ける。
Next, a laser irradiation apparatus according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. The
レーザ光源２１及び２２がそれぞれ、直線偏光であるパルスレーザビームｐ１０及びｐ１１を出射する。レーザ光源２１及び２２としてそれぞれ、第１の実施例におけるレーザ光源１と同様なものを用いることができる。
Laser
レーザ光源２１及び２２から出射されたパルスレーザビームｐ１０及びｐ１１が、互いに異なる方向から、ビーム偏向器２３に入射する。パルスレーザビームｐ１０及びｐ１１のパルスが、それぞれ異なるタイミングで偏向器２３に入射するように（パルスレーザビームｐ１０及びｐ１１のパルスが、同時には偏向器２３に入射しないように）、制御装置Ｃ１０４が、レーザ光源２１及び２２を制御する。ビーム偏向器２３から出射したパルスレーザビームｐ１０及びｐ１１が同一の光軸上を伝搬するように、パルスレーザビームｐ１０及びｐ１１のパルスの少なくとも一方が、ビーム偏向器２３により偏向される。制御装置Ｃ１０４が、ビーム偏向器２３を制御する。
Pulse laser beams p10 and p11 emitted from the
ビーム偏向器２３から出射したパルスレーザビームｐ１０及びｐ１１が、ともに偏光ビームスプリッタ２４に対するＰ偏光となるように、レーザ光源２１及び２２がそれぞれ出射するレーザビームの偏光方向が調整されている。
The polarization directions of the laser beams emitted from the
ビーム偏向器２３として、例えば音響光学変調器を用いることができる。音響光学変調器は、音響光学効果を有する結晶を含んで構成され、所定の高周波信号が印加されることにより、それに入射したレーザビームを偏向させる。なお、音響光学変調器がレーザビームを偏向させる応答速度は、１０ｎｓ程度である。ビーム偏向器２３が音響光学変調器であるとき、例えば以下のように、ビーム偏向器２３が制御される。
As the
パルスレーザビームｐ１０のパルスがビーム偏向器２３を通過する期間中は、ビーム偏向器２３に高周波信号を印加しない。パルスレーザビームｐ１０のパルスは、ビーム偏向器２３で偏向されず、そのまま直進する。パルスレーザビームｐ１１のパルスがビーム偏向器２３を通過する期間中に、ビーム偏向器２３に所定の高周波信号を印加して、ビーム偏向器２３で偏向されたパルスレーザビームｐ１１のパルスが、ビーム偏向器２３から出射したパルスレーザビームｐ１０のパルスと同一の光軸上を伝搬するように、パルスレーザビームｐ１１を偏向させる。
During the period when the pulse of the pulse laser beam p10 passes through the
レーザ光源２１ａ、レーザ光源２２ａ、ビーム走査器２３ａはそれぞれ、レーザ光源２１ａ、レーザ光源２２ａ、ビーム走査器２３ａと同様な構成及び作用を有する。すなわち、レーザ光源２１ａ及び２２ａからそれぞれ出射されたパルスレーザビームｐ１２及びｐ１３の少なくとも一方が、ビーム偏向器２３ａで偏向されることにより、パルスレーザビームｐ１２及びｐ１３が同一の光軸上を伝搬する。パルスレーザビームｐ１２及びｐ１３のパルスが、それぞれ異なるタイミングで偏向器２３ａに入射するように（パルスレーザビームｐ１２及びｐ１３のパルスが、同時にはビーム偏向器２３ａに入射しないように）、制御装置Ｃ１０４が、レーザ光源２１ａ及び２２ａを制御する。
The
ビーム偏向器２３ａから出射したパルスレーザビームｐ１２及びｐ１３が、ともに偏光ビームスプリッタ２４に対するＳ偏光となるように、レーザ光源２１ａ及び２２ａがそれぞれ出射するレーザビームの偏光方向が調整されている。
The polarization directions of the laser beams emitted from the
ビーム偏向器２３から出射したパルスレーザビームｐ１０及びｐ１１と、ビーム偏向器２３ａから出射したパルスレーザビームｐ１２及びｐ１３とが、偏光ビームスプリッタ２４に入射する。偏光ビームスプリッタ２４を透過したパルスレーザビームｐ１０及びｐ１１と、偏光ビームスプリッタ２４で反射されたパルスレーザビームｐ１２及びｐ１３とが、同一光軸上に合成されるように、ビーム偏向器２３から出射して伝搬するレーザビームの光軸と、ビーム偏向器２３ａから出射して伝搬するレーザビームの光軸と、偏光ビームスプリッタ２４とが配置されている。
The pulse laser beams p10 and p11 emitted from the
パルスレーザビームｐ１０〜ｐ１３のパルスの各レーザ光源からの出射タイミングは、さらに以下のような条件を満たすように制御される。パルスレーザビームｐ１０〜ｐ１３のパルスが、それぞれ異なるタイミングで偏光ビームスプリッタ２４に入射するように（パルスレーザビームｐ１０〜ｐ１３のうち、どの２つのパルスレーザビームのパルスも同時には偏光ビームスプリッタ２４に入射しないように）、制御装置Ｃ１０４が、レーザ光源２１、２２、２１ａ及び２２ａを制御する。これにより、偏光ビームスプリッタ２４から出射したパルスレーザビームが伝搬する光軸上で、パルスレーザビームｐ１０〜ｐ１３のパルスは互いに時間的に重なり合わない。
The emission timing of the pulses of the pulse laser beams p10 to p13 from each laser light source is further controlled so as to satisfy the following conditions. The pulses of the pulse laser beams p10 to p13 are incident on the
偏光ビームスプリッタ２４から出射したパルスレーザビームｐ１０〜ｐ１３が、それぞれ異なる時刻に電気光学変調器２５に入射する。電気光学変調器２５への入射時に、パルスレーザビームｐ１０及びｐ１１の偏光方向が、紙面に平行であり、パルスレーザビームｐ１２及びｐ１３の偏光方向が、紙面に直交している。第３の実施例において、電気光学変調器７ａによりパルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５の偏光方向を揃えたのと同様にして、電気光学変調器２５によりパルスレーザビームｐ１０〜ｐ１３の偏光方向が揃えられる。
Pulse laser beams p10 to p13 emitted from the
第５の実施例によるレーザ照射装置は、４台のレーザ光源から出射するレーザビームのパワーを合算したパワーを有するパルスレーザビームを生成できる。また、レーザ照射装置から出射されるパルスレーザビームの各パルスの偏光方向が揃っている。なお、パルスレーザビームｐ１０及びｐ１１の一方のパルスが偏光ビームスプリッタ２４に入射するタイミングと、パルスレーザビームｐ１２及びｐ１３の一方のパルスが偏光ビームスプリッタ２４に入射するタイミングとを一致させて、高いパルスエネルギかつ高いピーク強度のパルスを生成することもできる。
The laser irradiation apparatus according to the fifth embodiment can generate a pulsed laser beam having a power obtained by adding the powers of the laser beams emitted from the four laser light sources. Further, the polarization directions of the pulses of the pulse laser beam emitted from the laser irradiation apparatus are aligned. The timing at which one pulse of the pulse laser beams p10 and p11 is incident on the
以上説明した第１〜第５の実施例によるレーザ照射装置は、レーザ光源がすべて等しい波長のパルスレーザビームを出射する場合でも、レーザビームを同一光軸上に合成できる。合成される各パルスレーザビームの位相を制御しなくとも、レーザビームを同一光軸上に合成できる。第２〜第５の実施例によるレーザ照射装置は、同一波長のパルスレーザビームを出射する３台以上のレーザ光源からそれぞれ出射したパルスレーザビームを、同一光軸上に合成できる。 The laser irradiation apparatuses according to the first to fifth embodiments described above can synthesize laser beams on the same optical axis even when all laser light sources emit pulse laser beams having the same wavelength. The laser beam can be synthesized on the same optical axis without controlling the phase of each pulsed laser beam to be synthesized. The laser irradiation apparatuses according to the second to fifth embodiments can synthesize pulse laser beams respectively emitted from three or more laser light sources emitting pulse laser beams having the same wavelength on the same optical axis.
レーザ照射装置が有する複数のレーザ光源からそれぞれ出射したパルスレーザビームを、パルス同士が同一光軸上で互いに時間的に重ならないよう合成したとき、合成されたパルスレーザビームの各パルスの偏光方向を揃えることができる。 When the pulse laser beams emitted from the multiple laser light sources of the laser irradiation device are combined so that the pulses do not overlap each other on the same optical axis, the polarization direction of each pulse of the combined pulse laser beam is changed. Can be aligned.
偏光方向が揃った合成パルスレーザビームを生成することにより、その偏光と偏波面が直交した偏光を、偏光ビームスプリッタ等を用いて、その合成パルスレーザビームにさらに合成することができる。また、偏光方向が揃った合成パルスレーザビームは、加工品質が偏光方向に依存するような加工に用いるのに好適である。 By generating a combined pulse laser beam having a uniform polarization direction, polarized light whose polarization plane is orthogonal to the polarization direction can be further combined with the combined pulse laser beam using a polarization beam splitter or the like. In addition, the synthesized pulse laser beam having the same polarization direction is suitable for use in processing whose processing quality depends on the polarization direction.
レーザアニールにより多結晶シリコン膜が形成された基板は、例えばアクティブマトリクス型液晶表示装置に用いられる。基板上の多結晶シリコン膜に、例えば画素のスイッチング用トランジスタやそれを駆動するトランジスタが形成される。なお、このようなトランジスタは、多結晶シリコン膜の結晶粒が大きいほど高速に動作する。 A substrate on which a polycrystalline silicon film is formed by laser annealing is used, for example, in an active matrix liquid crystal display device. For example, a transistor for switching pixels and a transistor for driving the transistor are formed on the polycrystalline silicon film on the substrate. Such a transistor operates faster as the crystal grain of the polycrystalline silicon film is larger.
例えば、図４に示したレーザ照射装置１０２を以下のように応用して、液晶表示装置に用いる基板に対するレーザアニールを行うことができる。図９に、レーザアニール装置の概略図を示す。
For example, the
図９に示すレーザアニール装置は、図２に示したレーザアニール装置において、レーザ照射装置１００及び制御装置Ｃ１００を、それぞれ、レーザ照射装置１０２及び制御装置Ｃ１０２ａに置き換え、ビーム偏向器５５、折り返しミラー５６、ホモジナイザ５１ａ、及び折り返しミラー５２ａを追加した構成を有する。制御装置Ｃ１０２ａが、レーザ照射装置１０２、ビーム偏向器５５、及びＸＹステージ５４を制御する。ビーム偏向器５５は、例えば、音響光学変調器やガルバノミラーである。
The laser annealing apparatus shown in FIG. 9 is different from the laser annealing apparatus shown in FIG. 2 in that the
基板５３上に、画素領域と周辺領域とが画定されている。画素領域は、基板５３上の大部分を占め、画素領域の内部に、画素のスイッチング用トランジスタが形成される。基板の縁の、画素領域の周辺に、周辺領域が画定され、周辺領域の内部に、画素のスイッチング用トランジスタを駆動するトランジスタが形成される。周辺領域は、画素領域に比べると狭く、細長い。
A pixel region and a peripheral region are defined on the
周辺領域をアニールする場合は、レーザ照射装置１０２が、第１の制御モードで運転される。このとき、レーザ照射装置１０２から出射されたレーザビームが、折り返しミラー５６で反射された後、ホモジナイザ５１ａに入射するように、ビーム偏向器５５がレーザビームの進行方向を制御する。ホモジナイザ５１ａから出射したレーザビームが、折り返しミラー５２ａで反射されて、基板５３上の周辺領域に照射される。
When the peripheral region is annealed, the
画素領域をアニールする場合は、レーザ照射装置１０２が、第２の制御モードで運転される。このとき、レーザ照射装置１０２から出射されたレーザビームが、ホモジナイザ５１に入射するように、ビーム偏向器５５がレーザビームの進行方向を制御する。ホモジナイザ５１から出射したレーザビームが、折り返しミラー５２で反射されて、基板５３上の画素領域に照射される。
When annealing the pixel region, the
画素領域は広いので、この領域のアニールの際は、基板上のビーム断面の長さを長くしたい。一方、周辺領域は狭く細長いので、この領域のアニールの際は、画素領域のアニールと比べて、基板上のビーム断面の長さが短くて構わない。ホモジナイザ５１及び５１ａが、それぞれ、画素領域及び周辺領域のアニールに好適な長さとなるように、ビーム断面を整形する。
Since the pixel region is wide, it is desired to increase the length of the beam cross section on the substrate when annealing this region. On the other hand, since the peripheral region is narrow and elongated, the length of the beam cross section on the substrate may be shorter when annealing this region than when annealing the pixel region. The beam sections are shaped so that the
次に、図１０及び図１１を参照して、第１及び第２の制御モードについて説明する。図１０が、第１の制御モードのタイミングチャートを示し、図１１が、第２の制御モードのタイミングチャートを示す。パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５の繰り返し周波数及びパルスエネルギがそれぞれ、すべて等しいとする。 Next, the first and second control modes will be described with reference to FIGS. 10 and 11. FIG. 10 shows a timing chart of the first control mode, and FIG. 11 shows a timing chart of the second control mode. Assume that the repetition frequencies and pulse energies of the pulsed laser beams p1, p2, p4 and p5 are all equal.
第１の制御モードでは、パルスレーザビームｐ１、ｐ４、ｐ２及びｐ５の各パルスが、パルス周期の１／４周期ごとに順次出射される（パルス周期内で、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５の各パルスが等間隔に配置される）。これにより、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５が合成されたパルスレーザビームｐｂの繰り返し周波数は、１台のレーザ光源から出射されたパルスレーザビームのそれの４倍になる。パルスレーザビームｐｂのパルスエネルギは、各パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５のパルスエネルギと等しい。 In the first control mode, the pulses of the pulse laser beams p1, p4, p2, and p5 are sequentially emitted every quarter of the pulse period (within the pulse period, the pulse laser beams p1, p2, p4, and Each pulse of p5 is arranged at equal intervals). As a result, the repetition frequency of the pulse laser beam pb obtained by combining the pulse laser beams p1, p2, p4, and p5 is four times that of the pulse laser beam emitted from one laser light source. The pulse energy of the pulse laser beam pb is equal to the pulse energy of each pulse laser beam p1, p2, p4, and p5.
なお、第１の制御モードでは、パルスレーザビームｐ１、ｐ４、ｐ２及びｐ５の各パルスが、互いに時間的に重ならない。これにより、パルス同士が時間的に重なる場合に比べて、単位時間当りに基板に照射されるパルス数が多くなる。 In the first control mode, the pulses of the pulse laser beams p1, p4, p2, and p5 do not overlap each other in time. As a result, the number of pulses applied to the substrate per unit time is larger than when pulses overlap in time.
第２の制御モードでは、パルスレーザビームｐ１及びｐ２の各パルスが、パルス周期の１／２周期ごとに順次出射される（パルス周期内で、パルスレーザビームｐ１及びｐ２の各パルスが等間隔に配置される）。パルスレーザビームｐ４及びｐ５のパルスは、それぞれ、パルスレーザビームｐ１及びｐ２のパルスと同時に出射される。これにより、パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５が合成されたパルスレーザビームｐｂの繰り返し周波数は、１台のレーザ光源から出射されたパルスレーザビームのそれの２倍になる。パルスレーザビームｐｂのパルスエネルギは、各パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４及びｐ５のパルスエネルギの２倍になる。 In the second control mode, the pulses of the pulse laser beams p1 and p2 are sequentially emitted every half cycle of the pulse cycle (with the pulse laser beams p1 and p2 being equally spaced within the pulse cycle). Placed). The pulses of the pulse laser beams p4 and p5 are emitted simultaneously with the pulses of the pulse laser beams p1 and p2, respectively. As a result, the repetition frequency of the pulse laser beam pb obtained by combining the pulse laser beams p1, p2, p4 and p5 is twice that of the pulse laser beam emitted from one laser light source. The pulse energy of the pulse laser beam pb is twice the pulse energy of each pulse laser beam p1, p2, p4 and p5.
このようにして、第１の制御モードでは、相対的に繰り返し周波数が高くパルスエネルギが低いパルスレーザビームｐｂが生成され、第２の制御モードでは、相対的に繰り返し周波数が低くパルスエネルギが高いパルスレーザビームｐｂが生成される。 Thus, in the first control mode, a pulse laser beam pb having a relatively high repetition frequency and a low pulse energy is generated, and in the second control mode, a pulse having a relatively low repetition frequency and a high pulse energy. A laser beam pb is generated.
第２の制御モードは、高いパルスエネルギが得られるので、長いビーム断面を得たい場合に、つまり画素領域をアニールする場合に好適である。一方、周辺領域をアニールする場合は、短いビーム断面が得られればよい。繰り返し周波数が高いほど、加工時間の短縮化が図られるので、周辺領域をアニールする場合は、第１の制御モードでのレーザ照射が好適となる。 Since the second control mode can obtain a high pulse energy, it is suitable for obtaining a long beam cross section, that is, for annealing the pixel region. On the other hand, when the peripheral region is annealed, a short beam cross section may be obtained. Since the processing time is shortened as the repetition frequency is higher, laser irradiation in the first control mode is preferable when the peripheral region is annealed.
なお、レーザアニール処理は、多結晶シリコン膜が形成された基板に対して行っても構わない。既に多結晶シリコン膜が形成された基板にアニール処理を行うことにより、シリコン結晶粒をさらに成長させることができる。 The laser annealing treatment may be performed on the substrate on which the polycrystalline silicon film is formed. By performing annealing on the substrate on which the polycrystalline silicon film has already been formed, silicon crystal grains can be further grown.
なお、例えば図７に示したレーザ照射装置を以下のように応用して、パルス幅やピーク強度が互いに異なる複数種類のパルスを生成することも可能である。８つのレーザ光源からそれぞれ出射されるパルスレーザビームのパルスの波形（強度の時間変化の形状）が等しいとする。 For example, the laser irradiation apparatus shown in FIG. 7 can be applied as follows to generate a plurality of types of pulses having different pulse widths and peak intensities. It is assumed that the pulse waveforms (shapes of intensity changes with time) of the pulse laser beams emitted from the eight laser light sources are equal.
図１２のタイミングチャートに示すように、パルスレーザビームｐ１のパルスｐ１ａ及びパルスレーザビームｐ６のパルスｐ６ａを、同時刻ｔ１ｃに、それぞれのレーザ光源から出射させる。パルスレーザビームｐ２のパルスｐ２ａを時刻ｔ２ｄに、パルスレーザビームｐ７のパルスｐ７ａを、時刻ｔ２ｄから少しだけずれた時刻ｔ２ｅに、それぞれのレーザ光源から出射させる。時刻ｔ２ｄとｔ２ｅとの間隔は、パルスｐ２ａ及びｐ７ａが、時間軸上で互いに部分的に重なる程度に設定される。 As shown in the timing chart of FIG. 12, the pulse p1a of the pulse laser beam p1 and the pulse p6a of the pulse laser beam p6 are emitted from the respective laser light sources at the same time t1c. The pulse p2a of the pulse laser beam p2 is emitted from each laser light source at time t2d, and the pulse p7a of the pulse laser beam p7 is emitted from each laser light source at time t2e, which is slightly shifted from time t2d. The interval between the times t2d and t2e is set such that the pulses p2a and p7a partially overlap each other on the time axis.
時刻ｔ３ａにパルスレーザビームｐ４のパルスｐ４ａを、時刻ｔ３ｃにパルスレーザビームｐ５のパルスｐ５ａを、それぞれのレーザ光源から出射させる。なお、時刻ｔ３ａとｔ３ｃとは、パルスｐ４ａ及びｐ５ａが、時間軸上で互いに重ならないように設定されている。時刻ｔ３ａとｔ３ｃの間の時刻ｔ３ｂに、パルスレーザビームｐ８のパルスｐ８ａを、時刻ｔ３ｃの後の時刻ｔ３ｄに、パルスレーザビームｐ９のパルスｐ９ａを、それぞれのレーザ光源から出射させる。なお、時刻ｔ３ｂとｔ３ｄとは、パルスｐ８ａ及びｐ９ａが、時間軸上で互いに重ならないように設定されている。 The pulse p4a of the pulse laser beam p4 is emitted from the respective laser light sources at time t3a, and the pulse p5a of the pulse laser beam p5 is emitted from the respective laser light sources at time t3c. The times t3a and t3c are set so that the pulses p4a and p5a do not overlap each other on the time axis. The pulse p8a of the pulse laser beam p8 is emitted from the respective laser light sources at time t3b between times t3a and t3c, and the pulse p9a of the pulse laser beam p9 is emitted from time t3d after time t3c. Note that the times t3b and t3d are set so that the pulses p8a and p9a do not overlap each other on the time axis.
時刻ｔ３ａ、ｔ３ｂ及びｔ３ｃは、さらに、パルスｐ４ａ及びｐ８ａが、時間軸上で互いに部分的に重なるように、かつパルスｐ８ａ及びｐ５ａが、時間軸上で互いに部分的に重なるように設定される。また、時刻ｔ３ｄは、パルスｐ５ａ及びｐ９ａが、時間軸上で互いに部分的に重なるように設定される。 The times t3a, t3b, and t3c are further set so that the pulses p4a and p8a partially overlap each other on the time axis, and the pulses p8a and p5a partially overlap each other on the time axis. At time t3d, the pulses p5a and p9a are set so as to partially overlap each other on the time axis.
パルスレーザビームｐ１、ｐ２、ｐ４、ｐ５、及びｐ６〜ｐ９が同一光軸上に合成されて、パルスレーザビームｐｄが生成される。パルスｐ２ａ及びｐ７ａが合波したパルスｐ２７ａと比べると、パルスレーザビームｐ１ａ及びｐ６ａが合波したパルスｐ１６ａは高いピーク強度で短いパルス幅を有する。また、パルスｐ２７ａと比べると、パルスｐ４ａ、ｐ５ａ、ｐ８ａ及びｐ９ａが合波したパルスｐ４５８９ａは、長いパルス幅を有する。 The pulsed laser beams p1, p2, p4, p5, and p6 to p9 are combined on the same optical axis to generate a pulsed laser beam pd. Compared with the pulse p27a obtained by combining the pulses p2a and p7a, the pulse p16a obtained by combining the pulse laser beams p1a and p6a has a high peak intensity and a short pulse width. Compared with the pulse p27a, the pulse p4589a obtained by combining the pulses p4a, p5a, p8a, and p9a has a longer pulse width.
上述の実施例ではレーザ照射装置をレーザアニールに用いる場合を説明したが、レーザ照射装置を、穴開け、溝加工等の加工に用いても構わない。 In the above-described embodiment, the case where the laser irradiation apparatus is used for laser annealing has been described. However, the laser irradiation apparatus may be used for processing such as drilling and grooving.
なお、上述の実施例ではパルスレーザビームを偏光ビームスプリッタで合成したが、偏向方向が偏波方向に依存するような他の光学素子を用いて合成することもできる。例えば、シンフィルムポラライザ（Ｔｈｉｎｆｉｌｍ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ）、グラントムソンビームスプリッタ（Ｇｌａｎ Ｔｈｏｍｓｏｎ ｂｅａｍｓｐｌｉｔｔｅｒ）等を用いてもよい。 In the above-described embodiment, the pulse laser beam is synthesized by the polarization beam splitter, but may be synthesized by using another optical element whose deflection direction depends on the polarization direction. For example, a thin film polarizer, a Glan Thomson beam splitter, or the like may be used.
なお、上述の実施例ではレーザビームの偏光方向を電気光学変調器で回転させたが、外部からの制御によって偏光方向を回転させる他の光学素子を用いてもよい。 In the above-described embodiments, the polarization direction of the laser beam is rotated by the electro-optic modulator, but other optical elements that rotate the polarization direction by external control may be used.
なお、上述の説明では、レーザ照射装置が制御装置を含まなかったが、制御装置も含めて、レーザ照射装置と捉えることもできる。 In the above description, the laser irradiation device does not include the control device, but it can also be regarded as a laser irradiation device including the control device.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
１００ レーザ照射装置
１、２ レーザ光源
３ 偏光ビームスプリッタ
４ 電気光学変調器
Ｃ１００ 制御装置
５１ ホモジナイザ
５２ 折り返しミラー
５３ 基板
５４ ＸＹステージ
１０１ レーザ照射装置
５ レーザ光源
６ 偏光ビームスプリッタ
７ 電気光学変調器
Ｃ１０１ 制御装置
DESCRIPTION OF
Claims (21)
（ｂ）前記工程（ａ）において前記第１及び第２のパルスレーザビームが合成されたレーザビームの各パルスの偏光方向を、互いに平行になるように揃える工程と
を有するレーザ照射方法。 (A) The first pulse laser beam which is linearly polarized light, and the linearly polarized light whose polarization plane is orthogonal to the polarization plane of the first pulse laser beam and propagates along the polarization plane of the first pulse laser beam. Combining the second pulsed laser beam and the second pulsed laser beam so that the first and second pulsed laser beams propagate on the same optical axis and do not overlap with each other on the optical axis;
(B) A laser irradiation method including a step of aligning the polarization directions of the pulses of the laser beam obtained by combining the first and second pulse laser beams in the step (a) so as to be parallel to each other.
（ｃ）前記工程（ｂ）で各パルスの偏光方向が揃えられた第３のパルスレーザビームと、偏波面が該第３のパルスレーザビームの偏波面と直交する直線偏光である第４のパルスレーザビームとを、該第３及び第４のパルスレーザビームが同一光軸上を伝搬するように合成する工程
を有する請求項１に記載のレーザ照射方法。 further,
(C) a third pulse laser beam in which the polarization direction of each pulse is aligned in the step (b), and a fourth pulse whose polarization plane is linearly polarized light orthogonal to the polarization plane of the third pulse laser beam. The laser irradiation method according to claim 1, further comprising a step of synthesizing the laser beam so that the third and fourth pulse laser beams propagate on the same optical axis.
（ｄ）直線偏光である第５のパルスレーザビームと、偏波面が該第５のパルスレーザビームの偏波面と互いに直交し、かつ該第５のパルスレーザビームの偏波面に沿って伝搬する直線偏光である第６のパルスレーザビームとを、該第５及び第６のパルスレーザビームが同一の光軸上を伝搬し、かつ該光軸上で互いに時間的に重ならないように合成する工程と、
（ｅ）前記工程（ｄ）において前記第５及び第６のパルスレーザビームが合成されたレーザビームの各パルスの偏光方向が、互いに平行になり、かつ前記第３のパルスレーザビームの偏波面と直交するように、該工程（ｄ）で合成されたレーザビームの偏光方向を揃えることにより、前記工程（ｃ）において合成される前記第４のパルスレーザビームを生成する工程と
を有する請求項２に記載のレーザ照射方法。 further,
(D) A fifth pulse laser beam that is linearly polarized light, and a straight line that has a plane of polarization orthogonal to the plane of polarization of the fifth pulse laser beam and propagates along the plane of polarization of the fifth pulse laser beam. Synthesizing the sixth pulsed laser beam, which is polarized, so that the fifth and sixth pulsed laser beams propagate on the same optical axis and do not overlap in time on the optical axis; ,
(E) The polarization directions of the pulses of the laser beam obtained by combining the fifth and sixth pulse laser beams in the step (d) are parallel to each other, and the polarization plane of the third pulse laser beam And generating the fourth pulsed laser beam synthesized in the step (c) by aligning the polarization directions of the laser beams synthesized in the step (d) so as to be orthogonal to each other. The laser irradiation method described in 1.
前記工程（ｆ）において、前記加工対象物上のレーザ照射位置に応じて、前記第１及び第２のモードが選択される請求項６に記載のレーザ照射方法。 And a step of irradiating the object to be processed with the pulse laser beam synthesized in the step (c).
The laser irradiation method according to claim 6, wherein in the step (f), the first and second modes are selected according to a laser irradiation position on the workpiece.
前記第１のパルスレーザビームが入射するタイミングとは異なるタイミングで、前記偏向器に、第２の方向から、第２のパルスレーザビームを入射させ、該偏向器から前記第１の光軸に沿って該第２のパルスレーザビームが出射するように、該偏向器を制御する工程と
を含むレーザ照射方法。 A first pulsed laser beam is incident on a deflector capable of deflecting the laser beam from a first direction, and the first pulsed laser beam is emitted from the deflector along the first optical axis. Controlling the deflector; and
The second pulsed laser beam is incident on the deflector from a second direction at a timing different from the timing at which the first pulsed laser beam is incident, and the deflector follows the first optical axis. And a step of controlling the deflector so that the second pulsed laser beam is emitted.
前記第１の合成器に対してＰ偏光になるように直線偏光されたパルスレーザビームを、該第１の合成器に入射させる第１のレーザ光源と、
前記第１の合成器に対してＳ偏光になるように直線偏光されたパルスレーザビームを、該第１の合成器に入射させる第２のレーザ光源と
を有し、前記第１のレーザ光源から出射されて前記第１の合成器を透過したパルスレーザビームと、前記第２のレーザ光源から出射されて前記第１の合成器で反射されたパルスレーザビームとが、同一の第１の光軸上を伝搬するように、前記第１、第２のレーザ光源、及び前記第１の合成器が配置されており、
さらに、前記第１の光軸上を伝搬するレーザビームが入射し、入射したレーザビームの偏光方向を変化させる状態と、変化させない状態とを切り替えることができる第１の偏光方向回転素子と
を有するレーザ照射装置。 A first combiner that transmits the P-polarized component and reflects the S-polarized component;
A first laser light source that causes a pulse laser beam linearly polarized so as to be P-polarized with respect to the first combiner to be incident on the first combiner;
A second laser light source for making the first laser beam incident on the first combiner, a pulse laser beam linearly polarized so as to be S-polarized with respect to the first combiner; The pulsed laser beam emitted and transmitted through the first combiner and the pulsed laser beam emitted from the second laser light source and reflected by the first combiner have the same first optical axis. The first and second laser light sources and the first combiner are arranged to propagate above,
And a first polarization direction rotating element capable of switching between a state in which a laser beam propagating on the first optical axis is incident and a polarization direction of the incident laser beam is changed and a state in which the polarization direction is not changed. Laser irradiation device.
前記第１の偏光方向回転素子から出射したレーザビームが伝搬する第２の光軸上に配置され、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する第２の合成器と、
前記第２の合成器に対してＳ偏光またはＰ偏光になるように直線偏光されたパルスレーザビームを、該第２の合成器に入射させる第３のレーザ光源と
を有し、
前記第３のレーザ光源から出射されたレーザビームが前記第２の合成器に対してＳ偏光である場合には、前記第２の光軸上を伝搬し、前記第２の合成器に対してＰ偏光になるように直線偏光されたレーザビームと、該第３のレーザ光源から出射されたレーザビームとが、該第２の合成器から出射した後、同一の光軸上を伝搬するように、
前記第３のレーザ光源から出射されたレーザビームが前記第２の合成器に対してＰ偏光である場合には、前記第２の光軸上を伝搬し、前記第２の合成器に対してＳ偏光になるように直線偏光されたレーザビームと、該第３のレーザ光源から出射されたレーザビームとが、該第２の合成器から出射した後、同一の光軸上を伝搬するように、前記第２の光軸、前記第２の合成器、及び前記第３のレーザ光源が配置されている請求項９に記載のレーザ照射装置。 further,
A second combiner disposed on the second optical axis through which the laser beam emitted from the first polarization direction rotating element propagates, transmits a P-polarized component, and reflects an S-polarized component;
A third laser light source that makes a pulse laser beam linearly polarized so as to be S-polarized light or P-polarized light with respect to the second combiner enter the second combiner;
When the laser beam emitted from the third laser light source is S-polarized with respect to the second synthesizer, it propagates on the second optical axis and to the second synthesizer. The laser beam linearly polarized so as to be P-polarized light and the laser beam emitted from the third laser light source are emitted from the second combiner and then propagate on the same optical axis. ,
When the laser beam emitted from the third laser light source is P-polarized with respect to the second combiner, it propagates on the second optical axis and the second combiner The laser beam linearly polarized so as to be S-polarized light and the laser beam emitted from the third laser light source are emitted from the second combiner and then propagate on the same optical axis. The laser irradiation apparatus according to claim 9, wherein the second optical axis, the second synthesizer, and the third laser light source are arranged.
Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する第２の合成器と、
前記第２の合成器に対してＰ偏光になるように直線偏光されたパルスレーザビームを、該第２の合成器に入射させる第３のレーザ光源と、
前記第２の合成器に対してＳ偏光になるように直線偏光されたパルスレーザビームを、該第２の合成器に入射させる第４のレーザ光源と
を有し、前記第３のレーザ光源から出射されて前記第２の合成器を透過したパルスレーザビームと、前記第４のレーザ光源から出射されて前記第２の合成器で反射されたパルスレーザビームとが、同一の第２の光軸上を伝搬するように、前記第３、第４のレーザ光源、及び前記第２の合成器が配置されており、
さらに、前記第２の光軸上を伝搬するレーザビームが入射し、入射したレーザビームの偏光方向を変化させる状態と、変化させない状態とを切り替えることができる第２の偏光方向回転素子と、
前記第１の偏光方向回転素子から出射したレーザビームが伝搬する第３の光軸上に配置され、かつ前記第２の偏光方向回転素子から出射したレーザビームが伝搬する第４の光軸上に配置され、Ｐ偏光成分を透過させ、Ｓ偏光成分を反射する第３の合成器と
を有し、
前記第３の光軸上を伝搬し、前記第３の合成器に対してＰ偏光になるように直線偏光されたレーザビームと、前記第４の光軸上を伝搬し、前記第３の合成器に対してＳ偏光になるように直線偏光されたレーザビームとが、該第３の合成器から出射した後、同一の第５の光軸上を伝搬するように、前記第３の光軸、前記第４の光軸、及び前記第３の合成器が配置されている請求項９に記載のレーザ照射装置。 further,
A second combiner that transmits the P-polarized component and reflects the S-polarized component;
A third laser light source that causes a pulse laser beam linearly polarized so as to be P-polarized with respect to the second combiner to enter the second combiner;
A fourth laser light source that makes a pulse laser beam linearly polarized so as to be S-polarized with respect to the second combiner enter the second combiner, and from the third laser light source The pulsed laser beam emitted and transmitted through the second synthesizer and the pulsed laser beam emitted from the fourth laser light source and reflected by the second synthesizer have the same second optical axis. The third and fourth laser light sources and the second synthesizer are arranged to propagate above,
A second polarization direction rotating element capable of switching between a state in which a laser beam propagating on the second optical axis is incident and a polarization direction of the incident laser beam is changed and a state in which the polarization direction is not changed;
The laser beam emitted from the first polarization direction rotating element is disposed on the third optical axis to be propagated, and the laser beam emitted from the second polarization direction rotating element is on the fourth optical axis to be propagated. And a third combiner that transmits the P-polarized component and reflects the S-polarized component,
A laser beam propagating on the third optical axis and linearly polarized so as to be P-polarized with respect to the third combiner, and propagating on the fourth optical axis, the third combiner The third optical axis so that the laser beam linearly polarized so as to be S-polarized with respect to the optical device propagates on the same fifth optical axis after exiting from the third combiner. The laser irradiation apparatus according to claim 9, wherein the fourth optical axis and the third combiner are arranged.
前記第３のレーザ光源から出射され前記第２の光軸上を伝搬するレーザビームの第３のパルスと、前記第４のレーザ光源から出射され前記第２の光軸上を伝搬するレーザビームの第４のパルスとが、該第２の光軸上で時間的に重ならないように前記第３及び第４のレーザ光源を制御し、かつ前記第３のパルス及び第４のパルスの少なくとも一方の偏光方向が変化し、両パルスの偏光方向が互いに揃うように前記第２の偏光方向回転素子を制御する制御装置を有する請求項１３に記載のレーザ照射装置。 A first pulse of a laser beam emitted from the first laser light source and propagating on the first optical axis, and a laser beam emitted from the second laser light source and propagated on the first optical axis. Controlling the first and second laser light sources so that the second pulse does not overlap in time on the first optical axis, and at least one of the first pulse and the second pulse Controlling the first polarization direction rotating element so that the polarization direction changes and the polarization directions of both pulses are aligned with each other;
A third pulse of a laser beam emitted from the third laser light source and propagated on the second optical axis, and a laser beam emitted from the fourth laser light source and propagated on the second optical axis. Controlling the third and fourth laser light sources so that the fourth pulse does not overlap in time on the second optical axis, and at least one of the third pulse and the fourth pulse. The laser irradiation apparatus according to claim 13, further comprising a control device that controls the second polarization direction rotating element so that the polarization direction changes and the polarization directions of both pulses are aligned with each other.
前記制御装置は、前記保持機構に保持される加工対象物上のレーザ照射位置に応じて、前記第１及び第２の制御モードのいずれかを選択する請求項１６に記載のレーザ照射装置。 Furthermore, it has a holding mechanism for holding a workpiece to be irradiated with the synthetic pulse laser beam,
The laser irradiation apparatus according to claim 16, wherein the control device selects one of the first and second control modes according to a laser irradiation position on a workpiece to be held by the holding mechanism.
外部から入力される制御信号に基づいて、第２のパルスレーザビームを出射する第２のレーザ光源と、
前記第１及び第２のレーザ光源から出射した前記第１及び第２のパルスレーザビームが入射し、外部から入力される制御信号に基づいて、レーザビームの進行方向を偏向させる偏向器と、
前記第１及び第２のパルスレーザビームが、互いに異なるタイミングで前記偏向器に入射するように、前記第１及び第２のレーザ光源を制御し、前記第１及び第２のレーザ光源から出射した第１及び第２のパルスレーザビームの少なくとも一方を偏向させて、該第１及び第２のパルスレーザビームが同一光軸上を伝搬するように、前記偏向器を制御する制御装置と
を有するレーザ照射装置。 A first laser light source that emits a first pulsed laser beam based on an externally input control signal;
A second laser light source that emits a second pulsed laser beam based on a control signal input from the outside;
A deflector in which the first and second pulse laser beams emitted from the first and second laser light sources are incident and deflects the traveling direction of the laser beam based on a control signal input from the outside;
The first and second laser light sources are controlled so that the first and second pulse laser beams are incident on the deflector at different timings, and emitted from the first and second laser light sources. A laser having a controller for deflecting at least one of the first and second pulse laser beams and controlling the deflector so that the first and second pulse laser beams propagate on the same optical axis; Irradiation device.
（ｂ１）前記工程（ａ１）において前記第１及び第２のパルスレーザビームが合成されたレーザビームの各パルスの偏光方向を、互いに平行になるように揃える工程と、
（ｃ１）前記工程（ｂ１）で各パルスの偏光方向が揃えられた第３のパルスレーザビームを、表面に非晶質または多結晶のシリコン膜が形成された基板に照射する工程と
を含むレーザアニール方法。 (A1) A first pulse laser beam that is linearly polarized light and a second pulse laser beam that has linearly polarized light whose polarization plane is orthogonal to the polarization plane of the first pulse laser beam. A step of synthesizing the pulsed laser beams so that they are propagated on the same optical axis and do not overlap with each other on the optical axis;
(B1) a step of aligning the polarization directions of the pulses of the laser beam obtained by combining the first and second pulse laser beams in the step (a1) so as to be parallel to each other;
(C1) A laser including a step of irradiating a substrate on which an amorphous or polycrystalline silicon film is formed on the surface with the third pulse laser beam in which the polarization direction of each pulse is aligned in the step (b1) Annealing method.
（ｂ２）前記第３のパルスレーザビームと、偏波面が該第３のパルスレーザビームの偏波面と互いに直交する直線偏光である第４のパルスレーザビームとを、該第３及び第４のパルスレーザビームが同一光軸上を伝搬するように合成する工程
を有し、
前記工程（ｃ１）において、前記工程（ｂ２）で合成されたレーザビームを、前記基板に照射する請求項１９に記載のレーザアニール方法。 further,
(B2) The third pulse laser beam and the fourth pulse laser beam whose polarization plane is linearly polarized light that is orthogonal to the polarization plane of the third pulse laser beam. Synthesizing laser beams to propagate on the same optical axis,
The laser annealing method according to claim 19, wherein, in the step (c1), the laser beam synthesized in the step (b2) is irradiated to the substrate.
前記第３及び第４のパルスレーザビームが合成された合成パルスレーザビームが、該基板の該第２の領域に照射されるときには、前記工程（ｂ２）において、該第３のパルスレーザビームのパルスと、該第４のパルスレーザビームのパルスとが、互いに時間的に重ならないように、該第３及び第４のパルスレーザビームが合成され、前記第３及び第４のパルスレーザビームが合成された合成パルスレーザビームが、該基板の該第１の領域に照射されるときには、前記工程（ｂ２）において、該第３のパルスレーザビームのあるパルスと、該第４のパルスレーザビームのあるパルスとが互いに時間的に重なるように、該第３及び第４のパルスレーザビームが合成される請求項２０に記載のレーザアニール方法。 The substrate is used in a liquid crystal display device, and a first region which is a pixel region and a peripheral region of the pixel region are formed on the substrate, and a transistor for driving a pixel switching transistor is formed in the substrate. A second region to be defined,
When the combined pulse laser beam obtained by combining the third and fourth pulse laser beams is applied to the second region of the substrate, the pulse of the third pulse laser beam is emitted in the step (b2). And the pulses of the fourth pulse laser beam are combined so that they do not overlap in time, and the third and fourth pulse laser beams are combined. When the combined pulse laser beam is irradiated onto the first region of the substrate, in the step (b2), a pulse having the third pulse laser beam and a pulse having the fourth pulse laser beam are used. 21. The laser annealing method according to claim 20, wherein the third and fourth pulsed laser beams are combined so that they overlap each other in time.
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| JP2011516913A (en) * | 2008-03-31 | 2011-05-26 | エレクトロ サイエンティフィック インダストリーズ インコーポレーテッド | Method of combining multiple beams to form a polarized laser beam with high repetition rate and average power |
| JP2011128287A (en) * | 2009-12-16 | 2011-06-30 | Nikon Corp | Multiphoton microscope |
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